KR20070094522A - 플라즈마 처리 장치, 포커스링, 포커스링 부품 및 플라즈마처리 방법 - Google Patents

플라즈마 처리 장치, 포커스링, 포커스링 부품 및 플라즈마처리 방법 Download PDF

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KR20070094522A
KR20070094522A KR1020070025713A KR20070025713A KR20070094522A KR 20070094522 A KR20070094522 A KR 20070094522A KR 1020070025713 A KR1020070025713 A KR 1020070025713A KR 20070025713 A KR20070025713 A KR 20070025713A KR 20070094522 A KR20070094522 A KR 20070094522A
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inner ring
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아키라 고시이시
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동경 엘렉트론 주식회사
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Abstract

본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 피처리 기판을 플라즈마 처리함에 있어서, 주연부 하면에서의 퇴적물의 발생을 보다 적게 하는 것을 목적으로 하는 것으로, 처리 챔버(10) 내에 배치된 탑재대(11) 상에 피처리 기판 W를 탑재시키고, 고주파 전압을 인가하는 것에 의해 처리 챔버(10) 내에 플라즈마를 발생시켜, 피처리 기판 W를 처리함에 있어서, 탑재대(11) 상에 탑재된 피처리 기판 W의 주연부 아래쪽으로, 플라즈마로 생성된 이온을 피처리 기판 W의 주연부 하면을 향해서 가속시키는 전계를 형성함으로써, 이온을 피처리 기판 W의 주연부 하면에 충돌시켜, 퇴적물의 발생을 저감한다.

Description

플라즈마 처리 장치, 포커스링, 포커스링 부품 및 플라즈마 처리 방법{PLASMA PROCESS APPARATUS, FOCUS RING, FOCUS RING COMPONENT AND PLASMA PROCESS METHOD}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 설명도,
도 2는 포커스링을 확대하여 나타낸 종단면도,
도 3은 반도체 웨이퍼(탑재대)와 도전성 부재 사이에 발생하는 전위차의 설명도,
도 4는 반도체 웨이퍼와 도전성 부재 사이의 전위차에 의해 형성되는 전계의 설명도,
도 5는 반도체 웨이퍼와 도전성 부재 사이의 정전 용량의 변화에 대한, 반도체 웨이퍼 주연부 하면의 폴리머 부착량(오른쪽 세로축) 및 반도체 웨이퍼의 주연부 상면에서의 이온의 입사각(왼쪽 세로축)의 관계의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프,
도 6은 반도체 웨이퍼의 외주면과 대향하고 있는 외측 링부의 내주면에 오목부를 형성한 포커스링을 확대하여 나타낸 종단면도,
도 7은 도전성 부재에 대하여, 그라운드에 도통하고 있는 제 2 도전성 부재 를 절연 부재(유전체)를 거쳐서 근접 배치한 포커스링을 확대하여 나타낸 종단면도,
도 8은 도 7의 포커스링에 있어서의, 반도체 웨이퍼(탑재대)와 도전성 부재 사이에 발생하는 전위차의 설명도,
도 9는 도 7의 포커스링에 있어서의, 플라즈마 처리 중인 반도체 웨이퍼와 도전성 부재와 그라운드의 전위 변화를 나타내는 그래프,
도 10은 도 7의 포커스링에 있어서의, 반도체 웨이퍼와 도전성 부재 사이의 전위차(정전 용량비(Cg/(Cg+Ce)))의 변화에 대한, 반도체 웨이퍼 주연부 하면의 폴리머 부착량(오른쪽 세로축) 및 반도체 웨이퍼의 주연부 상면에서의 이온의 입사각(왼쪽 세로축)의 관계의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프,
도 11은 도전성 부재를, 가변 용량 콘덴서를 통해 그라운드에 전기적으로 접속한 포커스링을 확대하여 나타낸 종단면도,
도 12는 도전성 부재에 가변 직류 전원을 전기적으로 접속한 포커스링을 확대하여 나타낸 종단면도,
도 13은 도 12의 포커스링에 있어서의, 플라즈마 처리 중인 반도체 웨이퍼와 도전성 부재와 그라운드의 전위 변화를 나타내는 그래프,
도 14는 외측 링부와 내측 링부가 서로 전기적으로 절연된 구성의 포커스링을 확대하여 나타낸 종단면도,
도 15는 플라즈마 생성용의 고주파 전원과 바이어스용의 고주파 전원의 양쪽을 탑재대에 접속한 플라즈마 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 설명도이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 플라즈마 처리 장치 10 : 처리 챔버
11 : 탑재대 12 : 절연판
15 : 열매체 유로 16 : 가스 유로
29 : 정합기 21 : 고주파 전원
22 : 그라운드(접지) 25 : 포커스링
26 : 링 형상의 절연 부재 27 : 도전성 부재
30 : 외측 링부 31 : 내측 링부
30a : 경사면부 30b : 수평면부
35 : 배기링 40 : 샤워헤드
41 : 정합기 42 : 고주파 전원
45 : 가스 토출 구멍 47 : 가스 확산용 공간
46 : 가스 도입부 50 : 가스 공급 배관
51 : 가스 공급계 52 : 매스플로우 제어기
53 : 처리 가스 공급원
본 발명은, 예컨대 반도체 웨이퍼 등의 피처리 기판에, 에칭 처리 등의 플라 즈마 처리를 실시하기 위한 플라즈마 처리 장치와 플라즈마 처리 방법에 관한 것이고, 또한, 플라즈마 처리 장치에 이용되는 포커스링과 포커스링 부품에 관한 것이다.
종래부터, 고주파 전압을 인가하는 것에 의해 발생시킨 플라즈마를 이용하여 에칭 등의 플라즈마 처리를 하는 플라즈마 처리 장치는, 예컨대 반도체 장치에서의 미세한 전기 회로의 제조 공정 등에서 많이 이용되고 있다. 이러한 플라즈마 처리 장치에서는, 내부를 기밀하게 봉지된 처리 챔버 내에 반도체 웨이퍼를 배치하며, 고주파 전압을 인가하는 것에 의해 처리 챔버 내에 플라즈마를 발생시키고, 이 플라즈마를 반도체 웨이퍼에 작용시켜, 에칭 등의 플라즈마 처리를 실시하게 되어 있다.
이러한 플라즈마 처리 장치에는, 반도체 웨이퍼의 주위를 둘러싸도록, 포커스링이라고 불리는 링 형상의 부재를 배치한 것이 있다. 이 포커스링은, 예컨대 절연막의 에칭의 경우 등은, 실리콘 등의 도전성 재료로 이루어져 있고, 플라즈마를 가두는 것과, 반도체 웨이퍼면 내의 바이어스 전위의 연면 효과에 의한 불연속성을 완화하고, 반도체 웨이퍼의 중앙부와 같이 그 주연부에 있어서도, 균일하고 양호한 처리를 할 수 있도록 하는 것 등을 목적으로 하여 마련된 것이다.
또한, 이 포커스링에 의해, 반도체 웨이퍼의 주연부에 있어서의 처리의 균일성을 높이기 위해서, 본 발명자들은, 포커스링의 상면을, 반도체 웨이퍼를 둘러싸는 경사면부와, 이 경사면부의 외측에 연속하여 형성한 수평면부에 구성한 것을 개시하고 있다(특허문헌 1 참조).
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 2005-277369호 공보(예컨대 도 1,2)
상기 특허문헌 1의 발명은, 포커스링의 상면 형상을 연구함으로써, 반도체 웨이퍼의 주연부에 있어서의 전계의 경사를 억제하여, 에칭 처리의 균일성을 도모함과 동시에, 반도체 웨이퍼의 주연과 포커스링의 내주면과의 사이에 전위차를 형성시킴으로써, 반도체 웨이퍼의 주연부 아래쪽으로 플라즈마가 돌아들어가는 것을 억제하는 것이다.
그러나, 이와 같이 반도체 웨이퍼의 주연과 포커스링의 내주면 사이의 전위차에 의해 플라즈마가 돌아들어가는 것을 억제하더라도, 반도체 웨이퍼의 주연부 하면에 CF계 폴리머 등이 부착되는 이른바 퇴적물(deposition)을 발생하는 경우가 있었다.
본 발명의 목적은, 반도체 웨이퍼 등의 피처리 기판을 플라즈마 처리함에 있어서, 주연부 하면으로의 퇴적물의 부착을 보다 적게 하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명자들은, 상기한 바와 같이 피처리 기판의 주연부 하면에 발생하는 퇴적물의 요인에 대하여 여러가지 검토했다. 그 결과, 특허문헌 1과 같이 반도체 웨이퍼의 주연과 포커스링의 내주면 사이의 전위차를 부여한 경우, 플라즈마 중의 이 온은, 반도체 웨이퍼의 주연과 포커스링의 내주면과의 극간을 통과할 때에, 양자간의 전위차에 의해 반도체 웨이퍼의 주연 또는 포커스링의 내주면 중 어느 하나를 향하여 끌어당겨지기 때문에, 피처리 기판의 주연부 아래쪽까지는 도달하지 않지만, CF계 폴리머 등의 전하를 갖고 있지 않은 플라즈마 생성물은, 반도체 웨이퍼의 주연과 포커스링의 내주면과의 극간을 그대로 통과하여, 피처리 기판의 주연부 아래쪽까지 도달하고, 이것이 퇴적물의 요인으로 되어 있는 것을 알 수 있었다. 또한 한편, 이와 같이 피처리 기판의 주연부 하면에 발생하는 퇴적물을 억제하기 위해서는, 플라즈마 중의 이온을 피처리 기판의 주연부 아래쪽까지 도달시키고, 그 이온을 피처리 기판의 주연부 하면에 충돌시키는 것이 유효하다는 지견을 얻었다.
본 발명은, 상기 지견에 근거하여 창출된 것이다. 즉, 본 발명에 의하면, 처리 챔버 내에 배치된 탑재대 상에 피처리 기판을 탑재시키고, 고주파 전압을 인가하는 것에 의해 처리 챔버 내에 플라즈마를 발생시켜, 피처리 기판을 처리하는 플라즈마 처리 장치로서, 상기 탑재대 상에 탑재된 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 배치되는 포커스링을 구비하고, 상기 포커스링은, 상기 탑재대 상에 탑재된 피처리 기판의 주위 외측에 배치된 도전성 재료로 이루어지는 외측 링부와, 상기 탑재대 상에 탑재된 피처리 기판의 주연부 아래쪽에 소정의 간격을 두고 배치된 도전성 재료로 이루어지는 내측 링부를 구비하고, 상기 내측 링부와 상기 탑재대 사이는 전기적으로 절연되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
이 플라즈마 처리 장치에 있어서, 예컨대, 상기 외측 링부와 상기 내측 링부는, 전기적으로 도통하고 있고, 상기 외측 링부와 상기 탑재대 사이는 절연되어 있 다. 그 경우, 상기 외측 링부 및 상기 내측 링부와 상기 탑재대의 사이에 절연 부재가 배치되어 있더라도 좋다. 또한, 상기 외측 링부와 상기 내측 링부는, 일체적으로 형성되어 있더라도 좋다. 또한, 상기 탑재대 상에 탑재된 피처리 기판의 외주면과 그것에 대향하는 상기 포커스링의 내주면의 간격이, 상기 내측 링부의 상면과 상기 탑재대 상에 탑재된 피처리 기판의 주연부의 하면과의 간격보다 넓게 되어 있더라도 좋다.
또한, 이 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 외측 링부 및 상기 내측 링부는, 그라운드에 대하여 전기적으로 절연되어 있더라도 좋다. 그 경우, 상기 외측 링부 및 상기 내측 링부와 그라운드 사이의 정전 용량을 가변으로 구성하더라도 좋다. 또한, 상기 외측 링부 및 상기 내측 링부에 가변 직류 전원을 전기적으로 접속하더라도 좋다.
또한, 이 플라즈마 처리 장치에 있어서, 예컨대, 상기 외측 링부와 상기 내측 링부는 전기적으로 절연되어 있다. 그 경우, 상기 외측 링부는 상기 탑재대에 전기적으로 도통하고 있더라도 좋다.
또, 상기 외측 링부의 상면은, 상기 탑재대 상에 탑재된 피처리 기판의 주위에 배치된, 외측을 향하여 점차로 높아지는 경사면부와, 상기 경사면부의 외측에 연속하여 형성된 수평면부를 갖더라도 좋다. 또한, 상기 외측 링부와 상기 내측 링부를 구성하는 도전성 재료가, 예컨대 Si, C, SiC 중 어느 하나이더라도 좋다.
또한 본 발명에 의하면, 고주파 전압을 인가하는 것에 의해 처리 챔버 내에 플라즈마를 발생시켜, 피처리 기판을 처리하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 처리 챔버 내에 배치된 탑재대 상의 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 배치되는 포커스링으로서, 상기 탑재대 상에 탑재된 피처리 기판의 주위 외측에 배치되는 도전성 재료로 이루어지는 외측 링부와, 상기 탑재대 상에 탑재된 피처리 기판의 주연부 아래쪽에 소정의 간격을 두고 배치되는 도전성 재료로 이루어지는 내측 링부를 구비하고, 상기 내측 링부와 상기 탑재대 사이는 전기적으로 절연되어 있는 것을 특징으로 하는 포커스링이 제공된다.
이 포커스링에 있어서, 예컨대, 상기 외측 링부와 상기 내측 링부는, 전기적으로 도통하고 있어, 상기 외측 링부 및 상기 내측 링부와 상기 탑재대 사이를 절연하기 위한 절연 부재를 구비하고 있다. 그 경우, 상기 외측 링부와 상기 내측 링부는, 일체적으로 형성되어 있더라도 좋다. 또한, 상기 탑재대 상에 탑재된 피처리 기판의 외주면에 대향하는 내주면에 오목부가 형성되어 있더라도 좋다.
또한, 이 포커스링에 있어서, 상기 외측 링부 및 상기 내측 링부와 그라운드 사이의 정전 용량을 가변으로 하게 하기 위한 정전 용량 가변 수단을 구비하고 있더라도 좋다. 또한, 상기 외측 링부 및 상기 내측 링부에 전기적으로 접속된 가변 직류 전원을 구비하고 있더라도 좋다.
또한, 이 포커스링에 있어서, 예컨대, 상기 외측 링부와 상기 내측 링부를 전기적으로 절연시키는 절연 부재를 구비하고 있다. 그 경우, 상기 외측 링부는, 상기 탑재대에 전기적으로 도통하여 설치되는 것이더라도 좋다.
또, 이 포커스링에 있어서, 상기 외측 링부의 상면은, 상기 탑재대 상에 탑재된 피처리 기판의 주위에 배치된, 외측을 향하여 점차로 높아지는 경사면부와, 상기 경사면부의 외측에 연속하여 형성된 수평면부를 갖는 것이더라도 좋다. 또한, 상기 외측 링부와 상기 내측 링부를 구성하는 도전성 재료가, 예컨대 Si, C, SiC 중 어느 하나이더라도 좋다.
또한 본 발명에 의하면, 이들 포커스링과, 상기 처리 챔버 내에서 상기 탑재대 상의 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 상기 포커스링을 배치시키는 지지 부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 포커스링 부품이 제공된다.
또한 본 발명에 의하면, 처리 챔버 내에 배치된 탑재대 상에 피처리 기판을 탑재시키고, 고주파 전압을 인가하는 것에 의해 처리 챔버 내에 플라즈마를 발생시켜, 피처리 기판을 처리하는 플라즈마 처리 방법으로서, 상기 탑재대 상에 탑재된 피처리 기판의 주연부 아래쪽에, 상기 플라즈마로 생성된 이온을 피처리 기판의 주연부 하면을 향해서 가속시키는 전계를 형성함으로써, 이온을 피처리 기판의 주연부 하면에 충돌시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법이 제공된다.
이 플라즈마 처리 방법에 있어서, 상기 전계는, 예컨대, 상기 탑재대 상에 탑재된 피처리 기판의 주연부 아래쪽에 소정의 간격을 두고 도전성 재료로 이루어지는 내측 링부를 배치하고, 피처리 기판과 내측 링부 사이에 전위차를 인가하는 것에 의해 형성된다. 또한, 상기 전계의 강도를 변경하는 것에 의해, 피처리 기판의 주연부 하면에 대한 이온의 충돌량을 조정하도록 하더라도 좋다. 또한, 상기 전계 중의 등전위면이, 상기 탑재대 상에 탑재된 피처리 기판의 외주면으로부터 외측에서는 조(粗)하고, 상기 탑재대 상에 탑재된 피처리 기판의 주연부의 아래쪽에서는 밀(密)하도록 하더라도 좋다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를, 도면을 참조로 하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 개략 구성을 나타내는 설명도이다. 도 2는, 이 플라즈마 처리 장치(1)가 구비하는 포커스링(25)을 확대하여 나타낸 종단면도이다. 또, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다.
기밀하게 구성된 원통 형상의 처리 챔버(10)의 내부에는, 피처리 기판인 반도체 웨이퍼 W를 탑재시키기 위한 하부 전극을 겸하는 탑재대(11)가 배치되어 있다. 이들 처리 챔버(10)와 탑재대(11)는, 예컨대 알루미늄 등의 도전성 재료로 구성되어 있다. 단, 탑재대(11)는, 세라믹 등의 절연판(12)을 거쳐서 처리 챔버(10)의 저면 상에 지지되어 있고, 처리 챔버(10)와 탑재대(11)는, 서로 전기적으로 절연된 상태로 되어 있다.
탑재대(11)는, 상면에 놓인 반도체 웨이퍼 W를 흡착 유지하기 위한 도시하지 않는 정전척을 구비하고 있다. 또한, 탑재대(11)의 내부에는, 온도 제어를 위한 열매체로서의 절연성 유체를 순환시키기 위한 열매체 유로(15)와, 헬륨 가스 등의 온도 제어용의 가스를 반도체 웨이퍼 W의 이면에 공급하기 위한 가스 유로(16)가 마련되어 있다. 이와 같이, 열매체 유로(15) 내에 소정 온도로 제어된 절연성 유체를 순환시킴으로써, 탑재대(11)를 소정 온도로 제어하고, 또한, 이 탑재대(11)와 반도체 웨이퍼 W의 이면 사이에 가스 유로(16)를 거쳐서 온도 제어용의 가스를 공급하여 이들 사이의 열교환을 촉진하고, 반도체 웨이퍼 W를 정밀하게 효율적으로 소정 온도로 제어할 수 있게 되어 있다.
탑재대(11)에는, 정합기(20)를 거쳐서, 바이어스용의 고주파 전원(RF 전원)(21)이 접속되어 있다. 고주파 전원(21)으로부터는, 소정의 주파수의 고주파 전압이 탑재대(11)에 인가되게 되어 있다. 한편, 처리 챔버(10)는 그라운드(접지)(22)에 대하여 전기적으로 도통되어 있다.
처리 챔버(10)의 내부에서, 탑재대(11)의 상면의 주위에는, 탑재대(11) 상에 탑재된 반도체 웨이퍼 W의 주위를 둘러싸도록 하여 포커스링(25)이 배치되어 있다. 이 포커스링(25)은, 탑재대(11)의 위에 직접 실리는 링 형상의 절연 부재(26)와, 이 절연 부재(26)의 위쪽에 배치된 링 형상의 도전성 부재(27)로 구성되어 있다. 절연 부재(26)는, 예컨대, 쿼츠(quartz), 알루미나 등의 세라믹, 베스펠(등록상표) 등의 수지 등의 절연 재료(유전체)로 이루어진다. 도전성 부재(27)는, 예컨대 Si(도전성을 나타내기 위해서 B 등을 도핑한 Si), C, SiC 등의 도전성 재료로 이루어진다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 도전성 부재(27)는, 탑재대(11) 상에 탑재된 반도체 웨이퍼 W의 주위 외측에 배치된 외측 링부(30)와, 탑재대(11) 상에 탑재된 반도체 웨이퍼 W의 주연부 아래쪽에 소정의 간격을 두고 배치된 링 형상의 내측 링부(31)를 구비하고 있다. 도시한 예에서는, 외측 링부(30)와 링 형상의 내측 링부(31)는 도전성 재료로 이루어지는 도전성 부재(27)로서 일체적으로 형성되어 있기 때문에, 외측 링부(30)와 내측 링부(31)는 서로 전기적으로 도통한 상태다. 단, 상술한 바와 같이 링 형상의 도전성 부재(27)와 탑재대(11)의 사이에는 절연 부재(26)가 개재하고 있기 때문에, 외측 링부(30)와 내측 링부(31)는 탑재대(11)에 대해서는 전기적으로 절연되어 있다. 또, 외측 링부(30)와 내측 링부(31)의 경계를, 도 2 중에 점선(31')으로서 기입했다. 이 경계(31')로 나타낸 바와 같이, 일체적으로 형성된 도전성 부재(27)에 있어서, 탑재대(11) 상에 탑재된 반도체 웨이퍼 W의 주위 외측에 배치된 부분이 외측 링부(30)이며, 반도체 웨이퍼 W의 주연부 아래쪽에 소정의 간격을 두고 배치된 부분이 링 형상의 내측 링부(31)로 되어 있다.
또한, 이와 같이 탑재대(11)에 대하여 절연되어 있는 링 형상의 도전성 부재(27)는, 처리 챔버(10)의 내부에서 절연 부재(26) 외에는 전기적으로 접촉하지 않는다. 이것 때문에, 외측 링부(30)와 내측 링부(31)는, 그라운드(22)에 대하여도 전기적으로 뜬 상태가 되어 있다.
외측 링부(30)의 상면은, 탑재대(11) 상에 탑재된 반도체 웨이퍼 W의 주위에 배치된, 외측을 향하여 점차로 높아지는 경사면부(30a)와, 이 경사면부(30a)의 외측에 연속하여 형성된 수평면부(30b)로 형성되어 있다. 수평면부(30b)는, 탑재대(11) 상에 탑재된 반도체 웨이퍼 W의 상면보다 높게 설정되어 있고, 경사면부(30a)는, 내연(內緣)이 탑재대(11) 상에 탑재된 반도체 웨이퍼 W의 상면과 거의 같은 높이로서, 외측을 향하여 수평면부(30b)의 높이까지 점차로 높아지도록 설정되어 있다.
또한, 처리 챔버(10)의 내부에서, 포커스링(25)의 외측에는, 다수의 배기 구멍이 형성된 링 형상의 배기링(35)이 마련되어 있다. 이 배기링(35)을 거쳐서, 배 기 포트(36)에 접속된 배기계(37)의 진공 펌프 등에 의해, 처리 챔버(10) 내의 처리 공간의 진공 배기가 행해지도록 구성되어 있다.
한편, 탑재대(11) 위쪽의 처리 챔버(10)의 천장 부분에는, 샤워헤드(40)가, 탑재대(11)와 평행하게 대향하도록 마련되어 있고, 이들 탑재대(11) 및 샤워헤드(40)는, 한 쌍의 전극(상부 전극과 하부 전극)으로서 기능하게 되어 있다. 또한, 이 샤워헤드(40)에는, 정합기(41)를 거쳐서 플라즈마 생성용의 고주파 전원(42)이 접속되어 있다.
샤워헤드(40)는, 그 하면에 다수의 가스 토출 구멍(45)이 마련되어 있다. 샤워헤드(40)의 내부는 가스 확산용 공간(47)에 형성되어 있고, 그 상부에는 가스 도입부(46)를 갖고 있다. 이 가스 도입부(46)에는, 가스 공급 배관(50)이 접속되어 있고, 이 가스 공급 배관(50)의 타단에는, 가스 공급계(51)가 접속되어 있다. 이 가스 공급계(51)는, 가스 유량을 제어하기 위한 매스플로우 제어기(MFC)(52), 예컨대 에칭용의 처리 가스 등을 공급하기 위한 처리 가스 공급원(53) 등으로 구성되어 있다.
다음에, 상기한 바와 같이 구성된 플라즈마 처리 장치(1)에 의한 플라즈마 처리의 수순에 대하여 설명한다.
우선, 처리 챔버(10)에 마련된 도시하지 않는 게이트 밸브를 개방하고, 이 게이트 밸브에 인접하여 배치된 로드록실(도시하지 않음)을 거쳐서, 반송 기구(도시하지 않음)에 의해 반도체 웨이퍼 W를 처리 챔버(10) 내에 반입하여, 탑재대(11) 상에 탑재한다. 그리고, 반송 기구를 처리 챔버(10) 밖으로 퇴피시킨 후, 게이트 밸브를 닫아, 처리 챔버(10) 내를 밀폐한 상태로 한다.
이후에, 배기계(37)의 진공 펌프에 의해 배기 포트(36)를 통하여 처리 챔버(10) 내를 소정의 진공도로 배기하면서, 처리 가스 공급원(53)으로부터, 샤워헤드(40)를 통하여, 처리 챔버(10) 내에 소정의 처리 가스를 공급한다.
그리고, 이 상태에서, 고주파 전원(21)으로부터 비교적 주파수가 낮은 바이어스용의 고주파 전력을 공급함과 동시에, 고주파 전원(42)으로부터 비교적 주파수가 높은 플라즈마 생성용의 고주파 전력을 공급함으로써, 도 2에 도시하는 바와 같이, 반도체 웨이퍼 W의 위쪽에 있어서 처리 챔버(10) 내에 플라즈마 P를 발생시킨다. 이렇게 해서, 반도체 웨이퍼 W의 위쪽에 발생시킨 플라즈마 P 중의 래디컬 분자나 이온을 반도체 웨이퍼 W 상면을 향해 끌어들이고, 그들의 작용에 의해 반도체 웨이퍼 W 상면의 플라즈마 처리를 한다.
그리고, 소정의 플라즈마 처리가 종료하면, 고주파 전원(21, 42)으로부터의 고주파 전력의 공급을 정지함으로써, 플라즈마 처리를 정지하고, 상술한 순서와는 반대의 순서로, 반도체 웨이퍼 W를 처리 챔버(10) 밖으로 반출한다.
이러한 플라즈마 처리를 함에 있어서, 이 실시예의 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 상술한 바와 같이, 탑재대(11)에 대하여 절연 부재(26)를 거쳐서 도전성 부재(27)를 배치한 포커스링(25)을 채용하고 있기 때문에, 도 3에 도시하는 바와 같이, 반도체 웨이퍼 W(탑재대(11))와 도전성 부재(27) 사이에 전위차 Ve가 발생한 상태로 된다. 이 경우, 반도체 웨이퍼 W와 도전성 부재(27) 사이의 정전 용량을 Ce라고 하면, 전위차 Ve는 정전 용량 Ce에 반비례한다.
또한 플라즈마 처리 중에는, 이와 같이 반도체 웨이퍼 W와 도전성 부재(27) 사이에 전위차 Ve가 생기는 것에 의해, 반도체 웨이퍼 W와 도전성 부재(27)의 사이에는, 도 4에 나타내는 같은 전계 E가 형성된다. 이 전계 E의 등전위면 e는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 반도체 웨이퍼 W의 외주면과 외측 링부(30)의 내주면(30c)의 사이에 있어서는 대략 수직 방향으로 되고, 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면과 내측 링부(31)의 상면 사이에서는, 대략 수평 방향으로 된다. 이러한 등전위면 e를 갖는 전계 E의 작용에 의해, 반도체 웨이퍼 W의 외주면과 외측 링부(30)의 내주면(30c)의 사이에 있어서는, 반도체 웨이퍼 W의 표면을 향해 아래쪽으로 끌어들인 플라즈마 P 중의 이온 I를 반도체 웨이퍼 W의 외주면을 향하는 방향으로 가속하고, 또한, 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면과 내측 링부(31)의 상면 사이에 있어서는, 플라즈마 중의 이온 I를 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면을 향하는 방향으로 가속할 수 있다.
이렇게 해서, 플라즈마 처리 중에는, 반도체 웨이퍼 W와 도전성 부재(27) 사이의 전위차 Ve에 의해서 형성되는 전계 E의 작용으로, 플라즈마 중의 이온 I를 반도체 웨이퍼 W의 외주면과 주연부 하면에 충돌시킴으로써, 반도체 웨이퍼 W의 외주면과 주연부 하면의 양쪽에 있어서의 퇴적물의 발생을 저감할 수 있다.
또, 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면에서의 퇴적물의 발생을 저감하기 위해서는, 반도체 웨이퍼 W의 외주면과 외측 링부(30)의 내주면(30c)의 사이에 있어서는, 플라즈마 중의 이온 I의 전부를 반도체 웨이퍼 W의 외주면에 충돌시키는 것은 아니고, 플라즈마 중의 이온 I의 적어도 일부는 반도체 웨이퍼 W의 외주면과 외측 링 부(30)의 내주면(30c) 사이를 그대로 아래쪽으로 통과시켜, 반도체 웨이퍼 W의 주연부 아래쪽까지 이온 I를 통과시키는 것이 필요하게 된다. 그것을 위해서는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 탑재대(11) 상에 탑재된 반도체 웨이퍼 W의 외주면과 그것에 대향하는 외측 링부(30)의 내주면(30c)과의 간격 L1을, 내측 링부(31)의 상면과 반도체 웨이퍼 W의 주연부의 하면과의 간격 L2보다 넓게 형성해 놓는다.
이러한 구성으로 하는 것에 의해, 도 4에 나타낸 등전위면 e끼리의 간격을, 반도체 웨이퍼 W의 외주면과 외측 링부(30)의 내주면(30c)의 사이에서 상대적으로 조(粗)하게 하고, 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면과 내측 링부(31)의 상면 사이에서 상대적으로 밀(密)하게 할 수 있다. 이에 따라, 반도체 웨이퍼 W의 외주면과 외측 링부(30)의 내주면(30c) 사이에서는, 반도체 웨이퍼 W의 외주면을 향하는 방향으로의 가속을 비교적 작게 하여 반도체 웨이퍼 W의 주연부 아래쪽까지 이온 I를 통과시킬 수 있다. 또한 한편, 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면과 내측 링부(31)의 상면 사이에서는, 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면을 향하는 방향으로의 가속을 비교적 크게 하여 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면에 이온 I를 충돌시켜, 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면에서의 퇴적물의 발생을 확실히 저감할 수 있게 된다.
또, 반도체 웨이퍼 W의 외주면과 외측 링부(30)의 내주면(30c)과의 간격 L1 및 내측 링부(31)의 상면과 반도체 웨이퍼 W의 주연부의 하면과의 간격 L2의 바람직한 범위는, 반도체 웨이퍼 W와 도전성 부재(27) 사이에 형성되는 전위차 Ve의 크기, 반도체 웨이퍼 W의 직경이나 두께, 내주면(30c)의 높이 등에 따라 변동하기 때 문에, 일률적으로 정할 수는 없지만, 예컨대, 반도체 웨이퍼 W의 외주면과 외측 링부(30)의 내주면(30c)과의 간격 L1은 1~5㎜이며, 2~2.5㎜이 바람직하다. 이 간격 L1이 지나치게 작으면, 반도체 웨이퍼 W의 외주면과 외측 링부(30) 사이에서 이상 방전을 생기는 경우가 있고, 반대로 지나치게 크면, 후술하는 반도체 웨이퍼 W 상의 플라즈마 시스(sheath)와 외측 링부(30) 상의 플라즈마 시스가 불연속으로 될 가능성이 있다.
또한 예컨대, 내측 링부(31)의 상면과 반도체 웨이퍼 W의 주연부의 하면과의 간격 L2은 0.2~1㎜이며, 0.2~0.5㎜이 바람직하다. 이 간격 L2이 지나치게 작으면, 내측 링부(31)의 상면과 반도체 웨이퍼 W의 주연부 사이에서 이상 방전이 생기는 경우가 있고, 반대로 지나치게 크면, 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면과 내측 링부(31)의 상면 사이에서 등전위면 e끼리의 간격을 조밀하게 할 수 없고, 이온 I를 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면을 향하는 방향으로 충분히 가속할 수 없게 되어, 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면에서의 퇴적물의 발생을 충분히 저감할 수 없게 된다. 또한, 이와 같이 간격 L2을 두고 대향하고 있는 내측 링부(31)의 상면과 반도체 웨이퍼 W의 주연부의 하면과의 대향 부분의 간격 L4은, 0.05~0.5㎜이 바람직하다.
또한, 도시한 실시예에서는, 플라즈마 처리 중에는, 반도체 웨이퍼 W와 도전성 부재(27) 사이에 전위차 Ve가 발생하기 때문에, 반도체 웨이퍼 W 상에 생기는 플라즈마 시스와, 도전성 부재(27)의 외측 링부(30) 상에 형성되는 플라즈마 시스의 두께가 다른 것으로 된다. 그런데, 이 실시예의 포커스링(25)에 있어서는, 상기한 바와 같이 외측 링부(30)의 상면을, 외측을 향하여 점차로 높아지는 경사면부(30a)와, 이 경사면부(30a)의 외측에 연속하여 형성된 반도체 웨이퍼 W의 상면보다 높은 수평면부(30b)에 형성하고 있기 때문에, 반도체 웨이퍼 W 상과 외측 링부(30) 상의 경계에서의 플라즈마 시스 두께의 변동을 완화할 수 있다. 이에 따라, 반도체 웨이퍼 W의 주연부에 있어서의 전계의 급격한 변화를 억제하여, 반도체 웨이퍼 W의 주연부에 있어서도 플라즈마 중의 이온 I를 반도체 웨이퍼 W의 상면에 대하여 대략 수직으로 끌어들일 수 있어, 플라즈마 처리의 균일성을 높일 수 있다. 또한, 외측 링부(30)의 상면을 경사면부(30a)와 수평면부(30b)에서 형성한 것에 의해, 포커스링(25) 자체의 수명을 장기화시킬 수도 할 수 있다.
또, 외측 링부(30)의 상면에 형성되는 경사면부(30a)의 높이 방향의 범위 h는, 반도체 웨이퍼 W의 상면으로부터 높이 0~6㎜의 범위로 하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 2㎜~4㎜이다. 또한, 경사면부(30a)의 수평 방향의 길이 h'(반도체 웨이퍼 W의 직경 방향의 길이)는, 0.5~9㎜의 범위로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직한 범위는, 1~6㎜이다. 또, 경사면부(30a)의 수평 방향의 길이 h'는, 반도체 웨이퍼 W의 외주면과 외측 링부(30)의 내주면(30c)과의 간격 L1에 따라서는, 0으로 하는 것도 가능하다. 이러한 경우는, 경사면부(30a)가 없는 형상으로 되지만, 간격 L1을 조절함으로써 반도체 웨이퍼 W의 주연부에 있어서의 급격한 전계의 변화를 억제할 수도 있다.
또한, 플라즈마 처리 중에는, 탑재대(11)와 도전성 부재(27) 사이에 전위차 Ve가 발생하고 있기 때문에, 내측 링부(31)의 내연이 탑재대(11)에 지나치게 근접하면 양자간에 이상 방전을 발생할 가능성이 있다. 한편, 내측 링부(31)의 내연을 탑재대(11)로부터 지나치게 이간시키면, 반도체 웨이퍼 W의 주연부 아래쪽으로 내측 링부(31)를 충분히 침입시킬 수 없게 되어, 상술한 바와 같은 플라즈마 중의 이온 I의 반도체 웨이퍼 W 주연부 하면으로의 충돌이 없어져, 퇴적물의 저감과 같은 작용 효과를 충분히 얻을 수 없게 된다. 이것 때문에, 도 2에 나타내는 내측 링부(31)의 내연과 탑재대(11)와의 간격 L3은, 0.5~1㎜의 범위로 하는 것이 바람직하다.
반도체 웨이퍼 W와 도전성 부재(27) 사이의 정전 용량 Ce를 어느 정도로 할지는, 실제의 각각의 플라즈마 처리 장치에 근거하여 정할 필요가 있다. 일반적으로는, 정전 용량 Ce를 작게 하면, 반도체 웨이퍼 W와 도전성 부재(27) 사이에 형성되는 전위차 Ve가 커진다. 따라서, 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면과 내측 링부(31)의 상면 사이에서, 플라즈마 중의 이온 I를 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면을 향하는 방향으로 가속하는 힘이 강해져, 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면에서의 퇴적물의 발생을 저감하는 효과가 증가하는 경향으로 된다. 반대로, 정전 용량 Ce를 크게 하면, 반도체 웨이퍼 W와 도전성 부재(27) 사이에 형성되는 전위차 Ve가 작아진다. 따라서, 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면과 내측 링부(31)의 상면 사이 에서, 플라즈마 중의 이온 I를 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면을 향하는 방향으로 가속하는 힘이 약해져, 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면에서의 퇴적물의 발생을 저감하는 효과가 감소하는 경향으로 된다.
또한 상술한 바와 같이, 플라즈마 처리 중에 반도체 웨이퍼 W 상에 생기는 플라즈마 시스와 도전성 부재(27)의 외측 링부(30) 상에 형성되는 플라즈마 시스의 두께가 다른 것에 의해, 반도체 웨이퍼 W의 주연부에 있어서의 이온 I의 입사각이 영향을 받는다. 일반적으로는, 정전 용량 Ce를 작게 하면, 반도체 웨이퍼 W와 도전성 부재(27) 사이에 형성되는 전위차 Ve가 커져, 외측 링부(30) 상에 형성되는 플라즈마 시스의 두께가 얇아지고, 이온 I의 입사각은 반도체 웨이퍼 W의 중심을 향하는 방향으로 경사(입사각>90°)지는 경향이 있다. 반대로, 정전 용량 Ce를 크게 하면, 반도체 웨이퍼 W와 도전성 부재(27) 사이에 형성되는 전위차 Ve가 작아져, 외측 링부(30) 상에 형성되는 플라즈마 시스의 두께가 두꺼워지고, 이온 I의 입사각은 반도체 웨이퍼 W의 중심으로부터 외측을 향하는 방향으로 경사(입사각<90°)지는 경향이 있다.
여기서, 반도체 웨이퍼 W와 도전성 부재(27) 사이의 정전 용량 Ce의 변화에 대한, 반도체 웨이퍼 W 주연부 하면의 폴리머 부착량(오른쪽 세로축) 및 반도체 웨이퍼 W의 주연부 상면에서의 이온 I의 입사각(왼쪽 세로축)의 관계를 시뮬레이션한 결과를 도 5에 나타내었다. 본 발명자들의 시뮬레이션 결과에 있어서도, 상기 경향이 각각 확인되었다.
그리고, 이 실시예의 플라즈마 처리 장치(1)에 의하면, 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면측에 대한 퇴적물의 발생을 종래에 비해 저감할 수 있고, 또한, 반도체 웨이퍼 W의 주연부에 있어서의 전계의 경사를 억제함으로써, 반도체 웨이퍼 W의 주연부에 있어서도 대략 수직인 에칭을 할 수 있어, 처리의 면내 균일성을 향상시킬 수 있게 된다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예의 일례를 나타냈지만, 본 발명은 여기에 예시한 형태에 한정되지 않는다. 예컨대, 탑재대(11) 상에 탑재된 반도체 웨이퍼 W의 외주면과 외측 링부(30)의 내주면(30c)과의 간격 L1을 넓히기 위해서는, 도 6에 나타내는 포커스링(25a)과 같이, 반도체 웨이퍼 W의 외주면과 대향하고 있는 외측 링부(30)의 내주면(30c)에 오목부(30d)를 형성하더라도 좋다. 이와 같이 오목부(30d)를 형성하여 반도체 웨이퍼 W의 외주면과의 간격 L1을 충분히 넓게 함으로써, 반도체 웨이퍼 W의 주연부 아래쪽까지 이온 I를 보다 원활하게 통과시킬 수 있게 된다. 또, 이 도 6에서 설명한 포커스링(25a)의 경우, 외측 링부(30)의 상면에서 경사면부(30a)는 생략하는 것이 바람직하다.
또한, 도 7에 나타내는 포커스링(25b)과 같이, 탑재대(11)에 대하여 절연 부재(26)로 절연되어 있는 도전성 부재(27)에, 그라운드(22)에 전기적으로 접속한 제 2 도전성 부재(60)를 근접시켜 배치하고, 이들 도전성 부재(27)와 도전성 부재(60)의 사이에 제 2 절연 부재(유전체)(61)를 개재시키더라도 좋다. 또, 이 도 7에 나타내는 예에서는, 도전성 부재(27)의 외측에 절연 재료로 이루어지는 커버링(62)을 마련하고 있다.
이 포커스링(25b)에 있어서는, 플라즈마 처리 중, 도 8에 도시하는 바와 같이, 반도체 웨이퍼 W(탑재대(11))와 도전성 부재(27) 사이에 전위차 Ve가 발생함과 동시에, 도전성 부재(27)와 그라운드(22)(도전성 부재(60))와의 사이에 전위차 Vg가 발생한 상태로 된다. 이 경우, 반도체 웨이퍼 W와 도전성 부재(27) 사이의 정전 용량을 Ce, 도전성 부재(27)와 그라운드(22) 사이의 정전 용량을 Cg라고 하면, 반도체 웨이퍼 W(탑재대(11))와 도전성 부재(27) 사이의 전위차 Ve는 정전 용량 Ce에 반비례하고, 도전성 부재(27)와 그라운드(22) 사이의 전위차 Vg는 정전 용량 Cg에 반비례한다. 그리고, 이들 전위차 Ve, Vg, 정전 용량 Ce, Cg 사이에는 다음 식(1)~(3)의 관계가 성립한다.
Ve + Vg = Vtotal (1)
Ce × Ve = Cg × Vg (2)
Ve = Cg × Vtotal/(Cg + Ce) (3)
식(3)으로부터, 도전성 부재(27)와 그라운드(22) 사이의 정전 용량 Cg을 변경하는 것에 의해, 반도체 웨이퍼 W(탑재대(11))와 도전성 부재(27) 사이의 전위차 Ve를 변화시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 예컨대 도 7에 나타내는 포커스링(25b)에서는, 도전성 부재(27)와 제 2 도전성 부재(60)와의 근접 거리를 바꾸는 것, 도전성 부재(27)와 도전성 부재(60)의 사이에 개재시키는 제 2 절연 부재(유전체)(61)의 유전율을 변화시키는 것 등의 방법에 의해서, 도전성 부재(27)와 그라운드(22) 사이의 정전 용량을 Cg을 변경하고, 그것에 의하여, 반도체 웨이퍼 W(탑재 대(11))와 도전성 부재(27) 사이의 전위차 Ve를 변화시키는 것이 가능하다.
도 9를 참조로 하여 이 관계를 설명한다. 도 9에 있어서, 곡선 W'은, 플라즈마 처리 중의 반도체 웨이퍼 W의 전위 변화를 나타내고, 곡선(27')은, 플라즈마 처리 중의 도전성 부재(27)의 전위 변화를 나타내고, 직선(22')은, 그라운드(22)의 전위를 나타내고 있다. 도면 중, 곡선 W'과 곡선(27')의 폭이, 반도체 웨이퍼 W(탑재대(11))와 도전성 부재(27) 사이의 전위차 Ve이며, 곡선(27')과 직선(22')의 폭이, 도전성 부재(27)와 그라운드(22) 사이의 전위차 Vg이다. 이 도 9에 나타낸 바와 같이, 도전성 부재(27)와 그라운드(22) 사이의 전위차 Vg를 크게 한 경우는(도 9의 일점 쇄선(27')의 경우는), 반도체 웨이퍼 W(탑재대(11))와 도전성 부재(27) 사이의 전위차 Ve가 작아진다. 반대로, 도전성 부재(27)와 그라운드(22) 사이의 전위차 Vg를 작게 한 경우는(도 9의 2점 쇄선(27')의 경우는), 반도체 웨이퍼 W(탑재대(11))와 도전성 부재(27) 사이의 전위차 Ve가 커진다. 이와 같이, 도전성 부재(27)와 그라운드(22) 사이의 전위차 Vg를 변경하는 것에 의해, 반도체 웨이퍼 W(탑재대(11))와 도전성 부재(27) 사이의 전위차 Ve를 변화시키는 것이 가능하다.
여기서, 도 7에 나타내는 포커스링(27b)을 이용한 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서, 반도체 웨이퍼 W(탑재대(11))와 도전성 부재(27) 사이의 전위차 Ve의 변화에 대한, 반도체 웨이퍼 W 주연부 하면의 폴리머 부착량(오른쪽 세로축) 및 반도체 웨이퍼 W의 주연부 상면에서의 이온 I의 입사각(왼쪽 세로축)의 관계를 시뮬레이션한 결과를 도 10에 나타내었다. 또, 반도체 웨이퍼 W(탑재대(11))와 도전성 부 재(27) 사이의 전위차 Ve와 도전성 부재(27)와 그라운드(22)(도전성 부재(60)) 사이의 전위차 Vg의 총합(Vtotal)은 일정하고, 식(3)으로부터, 반도체 웨이퍼 W(탑재대(11))와 도전성 부재(27) 사이의 전위차 Ve는, 정전 용량비(Cg/(Cg+Ce))에 비례하고 있기 때문에, 도 10 중의 가로축은, 전위차 Ve 대신에 정전 용량비(Cg/(Cg+ Ce))를 이용했다.
본 발명자들의 시뮬레이션 결과에 의하면, 반도체 웨이퍼 W와 도전성 부재(27) 사이에 형성되는 전위차 Ve를 크게 하면(정전 용량비(Cg/(Cg+ Ce))를 크게 하면), 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면에서의 퇴적물의 발생이 저감하고, 이온 I의 입사각이 반도체 웨이퍼 W의 중심을 향하는 방향으로 경사(입사각> 90°)지는 경향이 보였다. 또한 반대로, 반도체 웨이퍼 W와 도전성 부재(27) 사이에 형성되는 전위차 Ve를 작게 하면(정전 용량비(Cg/(Cg+ Ce))를 작게 하면), 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면에서의 퇴적물의 발생이 증가하고, 이온 I의 입사각이 반도체 웨이퍼 W의 중심에서 외측을 향하는 방향으로 경사(입사각<90°)지는 경향이 보였다.
또한, 반도체 웨이퍼 W와 도전성 부재(27) 사이에 형성되는 전위차 Ve를 보다 용이하게 변화시키기 위해서, 도 11에 나타내는 포커스링(25c)과 같이, 탑재대(11)에 대하여 절연 부재(26)로 절연되어 있는 도전성 부재(27)를, 가변 용량 콘덴서(65)를 거쳐서 그라운드(22)에 전기적으로 접속하더라도 좋다.
이 포커스링(25c)에 있어서도, 먼저 도 7, 8에서 설명한 포커스링(25b)과 마찬가지로, 플라즈마 처리 중에는 반도체 웨이퍼 W(탑재대(11))와 도전성 부재(27) 사이에 전위차 Ve가 발생하고, 도전성 부재(27)와 그라운드(22)(도전성 부재(60)) 사이에 전위차 Vg가 발생한 상태로 된다. 그리고, 이 포커스링(25c)에 의하면, 가변 용량 콘덴서(65)를 조작하여 도전성 부재(27)와 그라운드(22) 사이의 정전 용량 Cg을 바꿀 수 있기 때문에, 그에 따라, 반도체 웨이퍼 W(탑재대(11))와 도전성 부재(27) 사이의 전위차 Ve를 용이하게 변화시키는 것이 가능하다. 이와 같이 반도체 웨이퍼 W와 도전성 부재(27) 사이에 형성되는 전위차 Ve를 변화시킴으로써, 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면에 대한 이온 I의 충돌량을 용이하게 조정할 수 있게 된다.
또한, 반도체 웨이퍼 W와 도전성 부재(27) 사이에 형성되는 전위차 Ve를 변화시키기 위해서는, 도 12에 나타내는 포커스링(25d)과 같이, 탑재대(11)에 대하여 절연 부재(26)로 절연되어 있는 도전성 부재(27)에, 가변 직류 전원(66)을 전기적으로 접속하더라도 좋다.
이 포커스링(25d)에 있어서도, 먼저 도 7, 8에서 설명한 포커스링(25b)과 마찬가지로, 플라즈마 처리 중에는 반도체 웨이퍼 W(탑재대(11))와 도전성 부재(27) 사이에 전위차 Ve가 발생하고, 도전성 부재(27)와 그라운드(22)(도전성 부재(60)) 사이에 전위차 Vg가 발생한 상태로 된다. 이 포커스링(25d)에 의하면, 가변 직류 전원(66)을 조작하면, 도 13에 나타낸 바와 같이, 도전성 부재(27)와 그라운드(22) 사이의 전위차 Vg를 도면 중의 상하로 시프트시킬 수 있다. 그리고, 전위차 Vg를 도면 중의 아래쪽으로 시프트시킨 경우는(도 13 중의 일점 쇄선(27')의 경우는), 반도체 웨이퍼 W(탑재대(11))와 도전성 부재(27) 사이의 전위차 Ve가 작아진다. 반대로, 전위차 Vg를 도면 중의 위쪽으로 시프트시킨 경우는(도 13 중의 2점 쇄선(27')의 경우는), 반도체 웨이퍼 W(탑재대(11))와 도전성 부재(27) 사이의 전위차 Ve가 커진다. 이와 같이, 도전성 부재(27)에 접속한, 가변 직류 전원(66)을 조작함으로써, 반도체 웨이퍼 W(탑재대(11))와 도전성 부재(27) 사이의 전위차 Ve를 용이하게 변화시키는 것이 가능하다.
또한, 이상에서 설명한 포커스링(27, 27a, 27b, 27c, 27d)은, 모두, 탑재대(11) 상의 반도체 웨이퍼 W 주위 외측에 배치된 외측 링부(30)와 반도체 웨이퍼 W의 주연부 아래쪽에 배치된 내측 링부(31)를, 도전성 부재(27)로서 일체적으로 형성한 형태를 나타냈지만, 외측 링부(30)와 내측 링부(31)는, 서로 별도의 부재로서 구성하더라도 좋다. 또한, 그와 같이 서로 별도의 부재로서 구성한 경우는, 외측 링부(30)와 내측 링부(31)는, 서로 전기적으로 도통하고 있더라도 좋고, 서로 전기적으로 절연되어 있더라도 좋다.
도 14에 나타내는 포커스링(25e)은, 탑재대(11) 상의 반도체 웨이퍼 W 주위 외측에 배치된 외측 링부(30)와, 반도체 웨이퍼 W의 주연부 아래쪽에 배치된 내측 링부(31)가, 서로 별도의 부재로서 구성되고, 이들 외측 링부(30)와 내측 링부(31)는, 서로 전기적으로 절연된 상태로 되어 있다. 이 포커스링(25e)에서는, 외측 링부(30)는 탑재대(11)의 위에 전기적으로 도통한 상태로 탑재되어 있다. 한편, 내측 링부(31)와 이들 외측 링부(30) 및 탑재대(11)의 사이에는 절연 부재(26)가 개재하고 있기 때문에, 내측 링부(31)는, 외측 링부(30) 및 탑재대(11)에 대하여 전기적으로 절연되어 있다.
이 도 14에 나타내는 포커스링(25e)을 구비한 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서는, 플라즈마 처리 중, 외측 링부(30)는 탑재대(11)와 항상 같은 전위로 되어, 반도체 웨이퍼 W와 외측 링부(30)와의 사이에는 전위차가 발생하지 않지만, 내측 링부(31)는, 탑재대(11)와의 사이에 절연 부재(26)가 개재하고 있기 때문에, 탑재대(11)에 인가되는 고주파 전력에 대한 임피던스가 높아지기 때문에, 반도체 웨이퍼 W와 내측 링부(31) 사이에만 전위차 Ve가 발생한 상태로 된다. 이 때문에, 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면과 내측 링부(31)의 상면 사이에, 플라즈마 중의 이온 I를 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면을 향하는 방향으로 가속하는 전계가 형성되어, 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면에서의 퇴적물의 발생을 저감할 수 있게 된다. 덧붙여, 이 도 14에 나타내는 포커스링(25e)에 있어서는, 반도체 웨이퍼 W의 외주면과 외측 링부(30)의 내주면 사이에 전위차가 발생하지 않기 때문에, 플라즈마 중의 이온 I를 반도체 웨이퍼 W의 외주면과 외측 링부(30)의 내주면(30c) 사이를 원활하게 통과시킬 수 있고, 이렇게 해서 반도체 웨이퍼 W의 주연부 아래쪽까지 통과시킨 이온 I를, 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면에 충돌시킴으로써, 반도체 웨이퍼 W의 주연부 하면에서의 퇴적물의 발생을 더 저감할 수 있게 된다.
또한, 도 1에서는, 플라즈마 생성용의 비교적 주파수가 높은 고주파 전력을, 처리 챔버(10)의 천장 부분의 샤워헤드(40)(상부 전극)에 공급하는 예를 나타내었지만, 도 15에 도시하는 바와 같이, 플라즈마 생성용의 비교적 주파수가 높은 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원(42) 및 정합기(41)와, 바이어스용의 비교적 주파수가 낮은 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원(21) 및 정합기(20)의 양쪽을, 탑재 대(11)에 접속한 구성으로 해도 좋다.
또한, 본 발명은, 이상에 설명한 포커스링(25, 25a, 25b, 25c, 25d, 25e)을, 처리 챔버(110) 내에서 탑재대(11) 상의 반도체 웨이퍼 W의 주위를 둘러싸도록 배치시키는 적당한 지지 부재를 포함하는 포커스링 부품에 대해서도 적용된다. 이 경우, 포커스링(25, 25a, 25b, 25c, 25d, 25e)을 지지하는 지지 부재로서, 예컨대, 탑재대(11), 배기링(35) 등이 예시된다. 또한, 도 7에서 설명한 제 2 도전성 부재(60)나 제 2 절연 부재(61)를 지지 부재에 이용하더라도 좋다.
본 발명은 반도체 장치의 제조 산업에 있어서 이용하는 것이 가능하다.
본 발명에 의하면, 플라즈마 중의 이온을 피처리 기판의 주연부 아래쪽까지 도달시켜 피처리 기판의 주연부 하면에 충돌시킴으로써, 피처리 기판의 주연부 하면에서의 퇴적물의 발생을 종래에 비해 저감할 수 있다.

Claims (27)

  1. 처리 챔버 내에 배치된 탑재대 상에 피처리 기판을 탑재하고, 고주파 전압을 인가하는 것에 의해 처리 챔버 내에 플라즈마를 발생시켜, 피처리 기판을 처리하는 플라즈마 처리 장치로서,
    상기 탑재대 상에 탑재된 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 배치되는 포커스링을 구비하고,
    상기 포커스링은, 상기 탑재대 상에 탑재된 피처리 기판의 주위 외측에 배치된 도전성 재료로 이루어지는 외측 링부와, 상기 탑재대 상에 탑재된 피처리 기판의 주연부 아래쪽에 소정의 간격을 두고 배치된 도전성 재료로 이루어지는 내측 링부를 구비하며,
    상기 내측 링부와 상기 탑재대 사이는 전기적으로 절연되어 있는
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외측 링부와 상기 내측 링부는 전기적으로 도통하고 있고, 상기 외측 링부와 상기 탑재대 사이는 절연되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 외측 링부 및 상기 내측 링부와 상기 탑재대의 사이에 절연 부재가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 외측 링부와 상기 내측 링부는, 일체적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 탑재대 상에 탑재된 피처리 기판의 외주면과 그것에 대향하는 상기 포커스링의 내주면과의 간격은, 상기 내측 링부의 상면과 상기 탑재대 상에 탑재된 피처리 기판의 주연부의 하면과의 간격보다 넓은 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 외측 링부 및 상기 내측 링부는, 그라운드에 대하여 전기적으로 절연되 어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 외측 링부 및 상기 내측 링부와 그라운드 사이의 정전 용량을 가변으로 구성한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 외측 링부 및 상기 내측 링부에 가변 직류 전원을 전기적으로 접속한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 외측 링부와 상기 내측 링부는 전기적으로 절연되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 외측 링부는 상기 탑재대에 전기적으로 도통하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외측 링부의 상면은, 상기 탑재대 상에 탑재된 피처리 기판의 주위에 배치된, 외측을 향하여 점차로 높아지는 경사면부와, 상기 경사면부의 외측에 연속하여 형성된 수평면부를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 외측 링부와 상기 내측 링부를 구성하는 도전성 재료는, Si, C, SiC 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  13. 고주파 전압을 인가하는 것에 의해 처리 챔버 내에 플라즈마를 발생시켜, 피처리 기판을 처리하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 처리 챔버 내에 배치된 탑재대 상의 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 배치되는 포커스링으로서,
    상기 탑재대 상에 탑재된 피처리 기판의 주위 외측에 배치되는 도전성 재료로 이루어지는 외측 링부와,
    상기 탑재대 상에 탑재된 피처리 기판의 주연부 아래쪽에 소정의 간격을 두 고 배치되는 도전성 재료로 이루어지는 내측 링부
    를 구비하고,
    상기 내측 링부와 상기 탑재대 사이는 전기적으로 절연되어 있는
    것을 특징으로 하는 포커스링.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 외측 링부와 상기 내측 링부는 전기적으로 도통하고 있고, 상기 외측 링부 및 상기 내측 링부와 상기 탑재대 사이를 절연하기 위한 절연 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 포커스링.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 외측 링부와 상기 내측 링부는 일체적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 포커스링.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 탑재대 상에 탑재된 피처리 기판의 외주면에 대향하는 내주면에 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 포커스링.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 외측 링부 및 상기 내측 링부와 그라운드 사이의 정전 용량을 가변으로 하게 하기 위한 정전 용량 가변 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 포커스링.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 외측 링부 및 상기 내측 링부에 전기적으로 접속된 가변 직류 전원을 구비하는 것을 특징으로 하는 포커스링.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 외측 링부와 상기 내측 링부를 전기적으로 절연시키는 절연 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 포커스링.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 외측 링부는, 상기 탑재대에 전기적으로 도통하여 설치되는 것을 특징으로 하는 포커스링.
  21. 제 13 항에 있어서,
    상기 외측 링부의 상면은, 상기 탑재대 상에 탑재된 피처리 기판의 주위에 배치된, 외측을 향하여 점차로 높아지는 경사면부와, 상기 경사면부의 외측에 연속하여 형성된 수평면부를 갖는 것을 특징으로 하는 포커스링.
  22. 제 13 항에 있어서,
    상기 외측 링부와 상기 내측 링부를 구성하는 도전성 재료는, Si, C, SiC 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 포커스링.
  23. 청구항 13 내지 22 중 어느 한 항에 기재된 포커스링과, 상기 처리 챔버 내에서 상기 탑재대 상의 피처리 기판의 주위를 둘러싸도록 상기 포커스링을 배치시키는 지지 부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 포커스링 부품.
  24. 처리 챔버 내에 배치된 탑재대 상에 피처리 기판을 탑재시키고, 고주파 전압을 인가하는 것에 의해 처리 챔버 내에 플라즈마를 발생시켜, 피처리 기판을 처리하는 플라즈마 처리 방법으로서,
    상기 탑재대 상에 탑재된 피처리 기판의 주연부 아래쪽에, 상기 플라즈마로 생성된 이온을 피처리 기판의 주연부 하면을 향해서 가속시키는 전계를 형성함으로써, 이온을 피처리 기판의 주연부 하면에 충돌시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 전계는, 상기 탑재대 상에 탑재된 피처리 기판의 주연부 아래쪽에 소정의 간격을 두고 도전성 재료로 이루어지는 내측 링부를 배치하고, 피처리 기판과 내측 링부 사이에 전위차를 인가하는 것에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 전계의 강도를 변경하는 것에 의해, 피처리 기판의 주연부 하면에 대한 이온의 충돌량을 조정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  27. 제 24 항에 있어서,
    상기 전계 중의 등전위면이, 상기 탑재대 상에 탑재된 피처리 기판의 외주면 으로부터 외측에서는 조(粗)하고, 상기 탑재대 상에 탑재된 피처리 기판의 주연부의 아래쪽에서는 밀(密)한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
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