KR20070094475A - 플라즈마 처리 장치용 전극 어셈블리 및 플라즈마 처리장치 - Google Patents

Abstract

이상 방전의 발생이나, 조립 및 유지 보수의 번잡함을 초래하는 일 없이, 플라즈마 밀도의 균일화를 도모할 수 있어, 면내균일성이 양호한 플라즈마 처리를 할 수 있는 플라즈마 처리 장치용 전극 어셈블리 및 플라즈마 처리 장치를 제공한다. 전극 표면부재(32), 스페이서(37), 쿨링 플레이트(34) 및 전극지지체(33)에 의해서, 플라즈마 처리 장치용 전극 어셈블리가 구성되어 있다. 이들 전극 표면부재(32), 스페이서(37), 쿨링 플레이트(34) 중 적어도 하나가, 금속기복합재로 이루어지고, 중앙부가 주변부보다 높은 전기 저항치를 가지는 전기 저항치의 분포를 가지는 판형상부재로 되어 있다.

Description

플라즈마 처리 장치용 전극 어셈블리 및 플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND ELECTRODE ASSEMBLY FOR THE PLASMA PROCESSING APPARATUS}

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 플라즈마 에칭 장치의 전체의 구성을 도시한 도면.

도 2는 도 1의 플라즈마 에칭 장치의 요부구성을 도시한 도면.

도 3은 저항치의 분포의 상태를 설명하기 위한 도면.

도 4는 저항치의 다른 분포의 상태를 설명하기 위한 도면.

도 5는 다른 실시형태에 관한 플라즈마 에칭 장치의 전체의 구성을 도시한 도면.

본 발명은, 예컨대, 플라즈마 에칭 등의 플라즈마 처리를 하기 위한 플라즈마 처리 장치용 전극 어셈블리 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.

반도체 장치나 액정 표시 장치 등의 제조공정에 있어서는, 플라즈마를 이용 하여 각종 처리를 하는 플라즈마 처리가 많이 이용되고 있다. 이러한 플라즈마 처리를 하는 플라즈마 처리 장치로서는, 예컨대, 처리챔버내에, 대향 배치된 한 쌍의 대향 전극 사이에 고주파전기장을 형성하여 플라즈마를 발생시키는 소위 평행평판형의 플라즈마 처리 장치가 알려져 있다.

최근의 반도체 장치의 제조공정 등에 있어서는, 생산성의 향상 등을 도모하기 위해서, 피 처리 기판인 반도체 웨이퍼의 지름이 점차 커지고 있다. 이 때문에, 상기한 바와 같은 평행평판형의 플라즈마 처리 장치에서는, 넓은 면적범위에 있어서, 플라즈마 밀도가 균일한 플라즈마를 발생시켜 플라즈마 처리의 면내균일성을 높일 필요가 생기고 있다.

상기한 바와 같은 플라즈마 밀도는, 전극의 중앙부에서 높아지고, 주변부에서 낮아지는 경향이 있다. 이 때문에, 플라즈마 처리 장치용 전극 어셈블리에 있어서는, 처리챔버내에 노출하는 노출면을 구성하는 전극 표면부재(예컨대, 실리콘 등으로 구성된다)와, 그 이면측에 배치되는 부재인 스페이서 등의 사이에, 전극의 중앙부 부근만 간극이 형성되도록 하여, 플라즈마 밀도의 균일화를 도모하는 것이 행해지고 있다. 또한, 전극 표면부재 등의 중앙부와 주변부를 전기 저항이 다른 별도의 부재로 구성하여 플라즈마 밀도의 균일화를 도모하는 기술도 알려져 있다. (예컨대, 특허문헌 1 참조)

(특허문헌 1) 일본 특허공개 2000-323456호 공보.

상기의 종래 기술 중, 전극 표면부재와 그 이면측에 배치되는 스페이서 등의 사이에 간극을 마련하는 기술에서는, 이 간극 내에서 이상 방전이 발생하는 경우가 있다고 하는 문제가 있다. 또한, 전극 표면부재 등의 중앙부와 주변부를 전기 저항이 다른 별도의 부재로 구성하는 기술에서는, 구성부재의 수가 많아지기 때문에, 플라즈마 처리 장치용 전극 어셈블리의 조립이나 유지 보수가 번잡해진다고 하는 문제가 있다.

본 발명은, 상기 종래의 사정에 대처하여 이루어진 것으로, 이상 방전의 발생이나, 조립 및 유지 보수의 번잡함을 초래하는 일 없이, 플라즈마 밀도의 균일화를 도모할 수 있어, 면내균일성이 양호한 플라즈마 처리를 할 수 있는 플라즈마 처리 장치용 전극 어셈블리 및 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 플라즈마 처리 장치용 전극 어셈블리는, 피 처리 기판이 수용되는 처리챔버내에 고주파전기장을 형성하여 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 처리 장치용 전극 어셈블리로서, 금속기복합재로 이루어지고, 중앙부가 주변부보다 높은 전기 저항값을 가지는 전기 저항값의 분포를 가지는 판형상부재를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 플라즈마 처리 장치용 전극 어셈블리는, 상기 판형상부재가, 상기 처리챔버내에 노출하는 노출면을 구성하는 전극 표면부재인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 플라즈마 처리 장치용 전극 어셈블리는, 상기 판형상부재가, 상기 처리챔버내에 노출하는 노출면을 구성하는 전극 표면부재의 이면측에 배치되는 부재인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 플라즈마 처리 장치용 전극 어셈블리는, 상기 판형상부재가, 상기 중앙부와 상기 주변부의 사이에 위치하고 상기 중앙부의 전기 저항값과 상기 주변부의 전기 저항값의 중간의 전기 저항값을 가지는 중간부를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 플라즈마 처리 장치는 상기 측면들에 따른 플라즈마 처리 장치용 전극 어셈블리를 구비하고, 해당 플라즈마 처리 장치용 전극 어셈블리에 고주파 전력을 공급하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 플라즈마 처리 장치는 상기 측면들에 따른 플라즈마 처리 장치용 전극 어셈블리를 구비하고, 해당 플라즈마 처리 장치용 전극 어셈블리가 접지 전위가 되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치로서의 플라즈마 에칭 장치의 전체의 단면구성을 나타내는 것이고, 도 2는 그 요부단면구성을 나타내는 것이다.

플라즈마 에칭 장치(1)는, 전극판이 상하 평행하게 대향하고, 플라즈마 형성용 전원이 접속된 용량 결합형 평행평판 에칭 장치로서 구성되어 있다.

플라즈마 에칭 장치(1)는, 예컨대 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄 등으로 이루어지고 원통형형상으로 형성된 처리챔버(처리용기)(10)를 가지고 있으며, 이 처리챔버(10)는 접지되어 있다. 처리챔버(10) 내의 바닥부에는 세라믹 등의 절연판(11)을 거쳐서, 피 처리물, 예컨대 반도체 웨이퍼(W)를 탑재하기 위한 대략 원주형상의 서셉터지지대(12)가 마련되어 있다. 또한, 이 서셉터지지대(12)의 위에는, 하부 전극을 구성하는 서셉터(13)가 마련되어 있다. 이 서셉터(13)에는 하이패스 필터(HPF)(62)가 접속되어 있다.

서셉터지지대(12)의 내부에는 냉매실(19)이 마련되어 있고, 이 냉매실(19)에는, 냉매가 냉매배관(20a, 20b)을 거쳐서 도입되어 순환하고, 그 냉열이 서셉터(13)를 거쳐서 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 열전도되어, 이에 의해 반도체 웨이퍼(W)가 소망하는 온도로 제어된다.

서셉터(13)의 위에는, 반도체 웨이퍼(W)와 대략 같은 형태의 정전척(14)이 마련되어 있다. 정전척(14)은, 도전막으로 이루어지는 전극판(15)과, 이 전극판(15)을 끼워두는 한 쌍의 절연층 또는 절연 시트로 이루어지고, 전극판(15)에는 직류 전원(16)이 후술하는 접속 단자(68) 및 가동급전막대(67)를 거쳐서 전기적으로 접속되어 있다. 이 정전척(14)은, 직류 전원(16)에 의해서 인가된 직류 전압에 기인하는 쿨롱력 또는 존슨 라벡력에 의해서 반도체 웨이퍼(W)를 흡착유지한다.

서셉터(13)의 내부에는, 정전척(14)의 상면으로부터 돌출이 자유롭게 복수의 푸셔핀(56)이 마련되어 있다. 이들 푸셔핀(56)은, 예컨대, 모터와 볼나사 등으로 이루어지는 구동 기구에 의해서 구동되고, 반도체 웨이퍼(W)를 반송로봇 등과의 사이에서 전달할 때에, 반도체 웨이퍼(W)를 정전척(14) 상에 들어 올린 상태로 지지한다.

서셉터(13)의 위에는, 정전척(14)의 주위를 둘러싸도록, 고리 형상의 포커스링(17)이 배치되어 있다. 이 포커스링(17)은, 실리콘 등으로 구성되고, 에칭의 균일성을 향상시키는 작용을 가진다. 포커스링(17)의 주위에는, 포커스링(17)의 측부를 보호하는 커버링(54)이 배치되어 있다. 또한, 서셉터(13) 및 서셉터지지대(12)의 측면에는, 예컨대 석영으로 이루어지는 원통형상의 내벽부재(18)가 마련되어 있다.

절연판(11), 서셉터지지대(12), 서셉터(13), 정전척(14)에는, 반도체 웨이퍼(W)의 이면에, 열전도 매체(예컨대 He 가스 등)를 공급하기 위한 가스통로(21)가 형성되어 있고, 이 열전도 매체를 거쳐서 서셉터(13)의 냉열이 반도체 웨이퍼(W)에 전달되어 반도체 웨이퍼(W)가 소정의 온도로 유지되게 되어 있다.

서셉터(13)의 위쪽에는, 이 서셉터(13)와 평행하게 대향하도록 상부 전극(22)이 마련되어 있다. 서셉터(13)와 상부 전극(22)의 사이는, 플라즈마 생성공간(S)으로서 기능한다. 상부 전극(22)은, 고리 형상의 외측 상부 전극(23)과, 이 외측 상부 전극(23)의 내측에 배치된 원판형상의 내측 상부 전극(24)으로 구성되어 있다. 내측 상부 전극(24)과, 외측 상부 전극(23)의 사이에는, 예컨대 석영 등으로 이루어지는 유전체(25)가 배치되고, 이들은 절연되어 있다. 내측 상부 전극(24)과, 외측 상부 전극(23)의 사이에 유전체(25)를 끼우는 것에 의해 콘덴서가 형성된다. 이 콘덴서의 커패시턴스는, 내측상부 전극(24)과, 외측상부 전극(23)의 사이의 갭의 크기와 유전체(25)의 유전율에 따라 소망하는 값이 된다. 외측 상부 전극(23)과 처리챔버(10)의 측벽 사이에는, 예컨대, 알루미나 또는 산화이트륨 등으로 이루어 지는 고리 형상의 절연성차폐부재(26)가 기밀하게 배치되어 있다.

외측 상부 전극(23)은, 예컨대, 실리콘 등으로 구성된다. 이 외측 상부 전극(23)에는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 정합기(27), 급전막대(28), 커넥터(29) 및 급전통(30)을 거쳐서 제 1 고주파 전원(31)이 전기적으로 접속되어 있다. 제 1 고주파 전원(31)은, 13.5MHz 이상의 고주파, 예컨대 60MHz의 고주파 전압을 출력한다. 급전통(30)은, 대략 원통형 또는 원추형의 도전판, 예컨대, 알루미늄판 또는 동판으로 이루어지고, 하단이 둘레 방향으로 연속적으로 외측 상부 전극(23)에 접속되고, 상단이 커넥터(29)를 거쳐서 급전막대(28)에 전기적으로 접속되어 있다. 급전통(30)의 외측에서는, 처리챔버(10)의 측벽이 상부 전극(22)의 높이 위치보다도 위쪽으로 연장하여 원통형상 접지도체(10a)를 구성하고 있다. 이 원통형상 접지도체(10a)의 상단부는 통형상의 절연부재(63)에 의해서 급전막대(28)로부터 전기적으로 절연되어 있다. 본 구성에 있어서는, 커넥터(29)로부터 본 부하 회로에 있어서, 급전통(30), 외측 상부 전극(23) 및 원통형상 접지도체(10a)에 의해서, 급전통(30) 및 외측 상부 전극(23)을 도파로로 하는 동축선로가 형성된다.

내측 상부 전극(24)은, 다수의 가스 구멍(32a)을 가지고, 처리챔버(10) 내에 노출하는 노출면을 구성하는 전극 표면부재(32)를 가진다. 전극 표면부재(32)의 이면측에는, 마찬가지로 다수의 가스 구멍(34a)을 가지는 쿨링 플레이트(34)가 마련되고, 이 쿨링 플레이트(34)와 전극 표면부재(32)의 사이에는, 마찬가지로 다수의 가스 구멍(37a)을 가지는 스페이서(37)가 마련되어 있다. 쿨링 플레이트(34)에는, 도시하지 않는 냉매순환기구가 마련되어, 소망온도로 설정 가능하게 되어 있다.

상기의 전극 표면부재(32), 스페이서(37), 쿨링 플레이트(34)는, 전극지지체(33)에 의해서 일체로 지지되어 있다. 전극 표면부재(32)는, 도시하지 않는 볼트에 의해서 전극지지체(33)에 체결되어 있고, 이 볼트의 두부는, 전극 표면부재(32)의 하부에 배치된 고리 형상의 실드링(53)에 의해서 보호되어 있다.

전극지지체(33)의 내부에는, 후술하는 처리 가스가 도입되는 버퍼실이 형성되고, 이 버퍼실은, O링 등으로 이루어지는 고리 형상 격벽부재(43)로 분리된 중심 버퍼실(35) 및 주변 버퍼실(36)로 이루어진다.

본 실시형태에서는, 전극 표면부재(32), 스페이서(37), 쿨링 플레이트(34) 및 전극지지체(33)에 의해서, 플라즈마 처리 장치용 전극 어셈블리가 구성되어 있고, 플라즈마 에칭 장치(1)의 유지 보수 등에 있어서, 이들을 일체로 교환 가능하게 되어 있다. 그리고, 상기의 전극 표면부재(32), 스페이서(37), 쿨링 플레이트(34) 중의 적어도 하나가, 금속기복합재로 이루어지고, 중앙부가 주변부보다 높은 전기 저항값을 가지는 전기 저항값의 분포를 가지는 판형상부재로 되어 있다. 이러한 금속기복합재(MMC: Metal Matrix Composites)로서는, 예컨대, 주식회사 일본세라텍사제의 금속기복합재를 사용할 수 있다.

이러한 금속기복합재에서는, 금속에 대하여 세라믹의 함유비율을 조정하는 것에 의해, 전기 저항값이 다른 영역을 가지는 일체의 부재를 구성하는 것이 가능하고, 이에 의해서, 전극 표면부재(32), 스페이서(37), 쿨링 플레이트(34)를, 중앙부가 주변부보다 높은 저항값을 가지는 일체의 판형상부재로서 제작할 수 있다. 또한, 전극 표면부재(32)를 금속기복합재로 구성하는 경우는, 실리콘을 기재로 하는 것으로 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 스페이서(37), 쿨링 플레이트(34)를 금속기복합재로 구성하는 경우는, 알루미늄합금 등을 기재로 하는 것으로 구성할 수 있다.

상기한 바와 같이, 플라즈마 처리 장치용 전극 어셈블리를 구성하는 전극 표면부재(32), 스페이서(37), 쿨링 플레이트(34)의 적어도 하나를, 금속기복합재로 이루어지고, 중앙부가 주변부보다 높은 전기 저항값을 가지는 전기 저항값의 분포를 가지는 판형상부재로 하는 것에 의해, 예컨대, 전극 표면부재(32)와 스페이서(37)의 사이에, 중앙부만 간극을 마련한 경우와 마찬가지의 효과, 즉, 중앙 부분의 플라즈마 밀도가 높아지는 것을 억제하는 효과를 거둘 수 있어, 면내균일성이 양호한 플라즈마 처리를 할 수 있다. 또한, 간극을 형성하는 일이 없기 때문에, 간극 부분에서 이상 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 일체의 판형상부재로 구성하는 것에 의해, 복수의 부재로 구성한 경우와 같이, 구조가 복잡하게 되거나, 조립이나 유지 보수 등이 번잡화되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전기 저항값의 분포는, 도 3에 모식적으로 도시하는 바와 같이 중앙부(100a)와 주변부(100b)의 2개의 영역으로 나누어도 좋고, 도 4에 모식적으로 도시하는 바와 같이, 중앙부(100a)와 주변부(100b)의 사이에, 이들의 중간의 저항값을 가지는 중간 영역(100c)을 마련하여 3개의 영역으로 나누어도 좋다. 또한, 더 많은 수의 영역으로 나누어도 좋다.

또한, 상기한 바와 같은 금속기복합재는, 플라즈마 에칭 장치(1)의 다른 구성부재에도 사용할 수 있다. 예컨대, 처리챔버(10)를 금속기복합재로 구성하고, 내 부에 히터층과 이 히터층의 주위를 둘러싸는 절연층을 마련하고, 표면층을 도체층으로 하는 것에 의해, 히터가 내장된 일체형의 챔버를 구성할 수도 있다. 이러한 구성으로 하면, 처리챔버(l0)의 벽면의 온도를 제어할 수 있음과 동시에, 별도로 히터나 펠티에 소자를 붙인 경우에 비해서 세정시 등의 취급을 용이하게 행하는 것이 가능해진다.

내측 상부 전극(24)의 전극지지체(33)에는, 정합기(27), 급전막대(28), 커넥터(29) 및 상부급전통(44)을 거쳐서 제 1 고주파 전원(31)이 전기적으로 접속되어 있다. 상부급전통(44)의 도중에는, 커패시턴스를 가변조절할 수 있는 가변콘덴서(45)가 배치되어 있다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 처리챔버(10)의 외부에는, 처리 가스 공급원(38)이 배치되어 있다. 이 처리 가스 공급원(38)으로부터는, 중심 버퍼실(35) 및 주변 버퍼실(36)에 소망하는 유량비로 처리 가스를 공급할 수 있게 되어 있다. 즉, 처리 가스 공급원(38)으로부터의 가스 공급관(39)이 도중에서 분기관(39a, 39b)으로 분기하고, 유량 제어밸브(40a, 40b)를 거쳐서 중심 버퍼실(35) 및 주변 버퍼실(36)에 접속되어 있다. 흔히, 가스 공급관(39)에는, 매스플로우컨트롤러(MFC)(41) 및 개폐 밸브(42)가 사이에 끼워져 있다.

처리챔버(10)의 바닥부에는 배기구(46)가 마련되고, 이 배기구(46)에 배기 매니폴드(47)를 거쳐서 자동압력제어밸브(APC 밸브)(48) 및 터보분자 펌프(TMP)(49)가 접속되어 있다. 이들의 자동압력제어밸브(48) 및 터보분자 펌프(49)가 협동하여, 처리챔버(10) 내를 소정의 감압분위기, 예컨대 1Pa 이하의 소정의 압 력까지 진공배기 가능하도록 구성되어 있다. 또한, 배기구(46)와 플라즈마 생성공간(S)의 사이에는, 복수의 통기공을 가지는 고리 형상의 배플판(50)이, 서셉터지지대(12)를 둘러싸도록 배치되어 있다. 이 배플판(50)은, 플라즈마 생성공간(S)으로부터 배기구(46)에의 플라즈마의 누설을 방지한다.

또한, 처리챔버(10)의 측벽에는, 반도체 웨이퍼(W)의 반출입구(51)가 마련되고, 여기에는, 게이트밸브(52)가 마련되어 있다. 그리고, 이 게이트밸브(52)를 연 상태에서, 반출입구(51)를 통하여, 반도체 웨이퍼(W)가 인접하는 로드록실(도시하지 않음)과의 사이에서 반송되게 되어 있다. 또한, 반출입구(51) 및 플라즈마 생성공간(S)의 사이에는, 공기압에 의해서 상하운동하는 슬라이드밸브로서의 셔터(55)가 배치되어 있다. 이 셔터(55)는, 반도체 웨이퍼(W)의 플라즈마 생성공간(S)으로의 반출입에 있어서 게이트밸브(52)가 열렸을 시에, 반출입구(51)를 플라즈마 생성공간(S)으로부터 차단하여, 플라즈마가 반출입구(51)를 거쳐서 누설하는 것을 방지한다.

하부 전극으로서의 서셉터(13)에는, 하부급전통(57) 및 정합기(58)를 거쳐서 제 2 고주파 전원(59)이 접속되어 있다. 이 제 2 고주파 전원(59)의 주파수는 2∼27MHz의 범위가 바람직하다. 하부급전통(57)의 내측공간에는, 정전척(14)의 전극판(15)에 접속되고, 또한, 서셉터(13)를 관통하는 접속 단자(58)의 단부가 노출되어 있고, 내측공간에서 상하운동하는 가동급전막대(67)가 배치되어 있다. 직류 전원(16)이 전극판(15)에 직류 전압을 인가하는 경우, 가동급전막대(67)가 상승하여 접속 단자(68)에 접촉하고, 직류 전원(16)이 전극판(15)에 직류 전압을 인가하지 않는 경우, 가동급전막대(67)가 하강하여 접속 단자(68)로부터 떨어진다.

가동급전막대(67)는 바닥부에 플랜지를 가지고, 또한, 하부급전통(57)도 내측공간을 향해서 돌출하는 플랜지를 가진다. 가동급전막대(67)의 플랜지 및 하부급전통(57)의 플랜지 사이에는 가동급전막대(67)의 상하운동을 규제하는, 절연체인 질화규소(SiN)로 이루어지는 스프링(60)이 배치되어 있다. 이와 같이 스프링(60)을 절연체로 구성하는 것에 의해, 고주파 전력에 기인하는 전자유도가 발생하지 않고, 스프링(60)이 고온이 되는 일이 없기 때문에 그 열화를 방지할 수 있다.

내측 상부 전극(24)에는, 제 1 고주파 전원(31)으로부터의 고주파 전력을 그라운드에 통과시키지 않고, 제 2 고주파 전원(59)으로부터의 고주파 전력을 그라운드로 통과시키는 로우패스 필터(LPF)(61)가 접속되어 있다. 한편, 서셉터(13)에는, 제 1 고주파 전원(31)으로부터의 고주파 전력을 그라운드에 통과시키기 위한 하이패스 필터(HPF)(62)가 접속되어 있다.

상기 구성의 플라즈마 에칭 장치(1)에 의해서, 반도체 웨이퍼(W)의 플라즈마 에칭을 하는 경우, 반도체 웨이퍼(W)는, 게이트밸브(52)가 개방된 후, 도시하지 않는 로드록실로부터 처리챔버(10) 내로 반입되고, 정전척(14) 상에 탑재된다. 그리고, 직류 전원(16)으로부터 정전척(14)의 전극판(15)에 직류 전압이 인가되는 것에 의해, 반도체 웨이퍼(W)가 정전척(14) 상에 정전흡착된다. 이어서, 게이트밸브(52)가 닫히고, APC 밸브(48) 및 TMP(49)에 의해서, 처리챔버(10) 내가 소정의 진공도까지 진공배기된다.

그 후, 개폐 밸브(42)가 개방되어, 처리 가스 공급원(38)으로부터 소정의 처 리 가스(에칭 가스)가, 매스플로우컨트롤러(41)에 의해서 그 유량이 조정되면서, 중심 버퍼실(35) 및 주변 버퍼실(36)을 통하여 처리챔버(10) 내의 플라즈마 생성공간(S) 내에 도입된다.

그리고, 처리챔버(10) 내의 압력이, 소정의 압력으로 유지된다. 그 후, 제 1 고주파 전원(31)으로부터 소정의 주파수의 고주파 전력이 상부 전극(22)에 인가된다. 이에 의해, 상부 전극(22)과 하부 전극으로서의 서셉터(13)의 사이에 고주파전기장이 발생하여, 처리 가스가 해리되어 플라즈마화한다.

한편, 제 2 고주파 전원(59)으로부터, 상기의 제 1 고주파 전원(31)보다 낮은 주파수의 고주파 전력이 하부 전극인 서셉터(13)에 인가된다. 이에 의해, 플라즈마중의 이온이 서셉터(13)측으로 끌리고, 이온어시스트에 의해 에칭의 이방성이 높여진다.

이 때, 내측 상부 전극(24)에 있어서, 서셉터(13) 상의 반도체 웨이퍼(W)에 대향하는 중심 샤워헤드 및 주변 샤워헤드에서 처리 가스 분출유량의 비율을 임의로 조정할 수 있기 때문에, 가스분자 또는 래디컬 밀도의 공간분포를 반도체 웨이퍼(W)의 직경 방향으로 제어하여, 래디컬 베이스에 의한 에칭 특성의 공간적인 분포를 임의로 제어할 수 있다.

또한, 상부 전극(22)에 있어서는, 플라즈마 생성을 위한 고주파 전극으로서 외측 상부 전극(23)을 주로 하고, 내측 상부 전극(24)을 부로 하여, 제 1 고주파 전원(31), 제 2 고주파 전원(59)에 의해서 상부 전극(22)의 바로 아래의 전자에 부여하는 전기장강도의 비율을 조정 가능하게 하고 있다. 따라서, 이온밀도의 공간분 포를 직경 방향으로 제어하여, 반응성 이온 에칭의 공간적인 특성을 임의적이고 또한 세밀하게 제어할 수 있다.

또한, 내측상부 전극(24)에 있어서는, 전극 표면부재(32), 스페이서(37), 쿨링 플레이트(34) 중 적어도 하나가, 금속기복합재로 이루어지고 중앙부가 주변부보다 높은 전기 저항치를 가지는 전기 저항치의 분포를 가지는 판형상부재로 되어 있다. 이에 의해서, 중앙 부분의 고주파전기장이 강해져, 이 부분의 플라즈마 밀도가 높아지는 것을 억제할 수 있고, 따라서, 면내균일성이 양호한 플라즈마 처리를 할 수 있다.

그리고, 플라즈마 에칭이 종료하면, 고주파 전력의 공급 및 처리 가스의 공급이 정지되고, 상기한 순서와는 역의 순서로, 반도체 웨이퍼(W)가 처리챔버(10) 내로부터 반출된다.

이상 설명한 대로, 본 실시형태에 의하면, 이상 방전의 발생이나, 조립 및 유지 보수의 번잡함을 초래하는 일 없이, 플라즈마 밀도의 균일화를 도모할 수 있어, 면내균일성이 양호한 플라즈마 처리를 할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기의 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 각종의 변형이 가능하다. 예컨대, 플라즈마 에칭 장치는, 도 1, 2에 나타낸 평행평판형의 상하부고주파인가형에 한하지 않고, 예컨대, 도 5에 도시하는 바와 같이, 하부 전극(서셉터(13))에, 제 1 고주파 전원(31)과, 제 2 고주파 전원(59)이 접속된, 하부2주파인가형의 플라즈마 에칭 장치(1a) 등에도 마찬가지로 적용할 수 있다.

또한, 도 5의 플라즈마 에칭 장치(1a)에 대해서는, 도 1, 2에 나타낸 플라즈 마 에칭 장치(1)와 대응하는 부분에 대응하는 부호를 부여하여 중복된 설명은 생략하지만, 이 경우, 상부 전극(22)은, 그라운드에 전기적으로 접속되어, 접지 전위로 되어 있다. 이 상부 전극(22)을 구성하는 전극 표면부재(32) 등을, 금속기복합재로 이루어지고 중앙부가 주변부보다 높은 전기 저항치를 가지는 전기 저항치의 분포를 가지는 판형상부재로 하는 것에 의해 상기의 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 도 5의 플라즈마 에칭 장치(1a)에서는, 처리챔버(10)의 외측에, 회전 가능한 자석(70)이 마련되어 있어, 처리챔버(10) 내에 자기장을 형성하여 플라즈마의 제어를 할 수 있게 되어 있다.

본 발명에 의하면, 이상 방전의 발생이나, 조립 및 유지 보수의 번잡함을 초래하는 일 없이, 플라즈마 밀도의 균일화를 도모할 수 있어, 면내균일성이 양호한 플라즈마 처리를 할 수 있는 플라즈마 처리 장치용 전극 어셈블리 및 플라즈마 처리 장치를 제공할 수 있다.

Claims (8)

1. 피 처리 기판이 수용되는 처리챔버내에 고주파전기장을 형성하여 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 처리 장치용 전극 어셈블리로서,

   금속기복합재로 이루어지고 중앙부가 주변부보다 높은 전기 저항치를 가지는 전기 저항치의 분포를 가지는 판형상부재를 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치용 전극 어셈블리.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 판형상부재가, 상기 처리챔버내에 노출되는 노출면을 구성하는 전극 표면부재인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치용 전극 어셈블리.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 판형상부재가, 상기 처리챔버내에 노출되는 노출면을 구성하는 전극 표면부재의 이면측에 배치되는 부재인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치용 전극 어셈블리.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 판형상부재가, 상기 중앙부와 상기 주변부의 사이에 위치하고 상기 중앙부의 전기 저항치와 상기 주변부의 전기 저항치의 중간의 전기 저항치를 가지는 중간부를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치용 전극 어셈블리.
5. 청구항 2에 있어서,

   상기 판형상부재가, 상기 중앙부와 상기 주변부의 사이에 위치하고 상기 중앙부의 전기 저항치와 상기 주변부의 전기 저항치의 중간의 전기 저항치를 가지는 중간부를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치용 전극 어셈블리.
6. 청구항 3에 있어서,

   상기 판형상부재가, 상기 중앙부와 상기 주변부의 사이에 위치하고 상기 중앙부의 전기 저항치와 상기 주변부의 전기 저항치의 중간의 전기 저항치를 가지는 중간부를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치용 전극 어셈블리.
7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 플라즈마 처리 장치용 전극 어셈블 리를 구비하고,

   해당 플라즈마 처리 장치용 전극 어셈블리에 고주파 전력을 공급하도록 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
8. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 플라즈마 처리 장치용 전극 어셈블리를 구비하고,

   해당 플라즈마 처리 장치용 전극 어셈블리가 접지 전위가 되도록 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.

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