KR20080008389A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 처리 장치(100)는, 기밀하게 구성되고, 접지된 대략 원통형의 챔버(1)를 갖고 있고, 챔버(1)의 상부에는, 안테나 부재(30)가 배치되어 있다. 이 챔버(1)는, 대략 원통형을 한 하우징(2)과, 하우징(2)에 상부로부터 접합되어서 처리 공간을 둘러싸는 원통형을 한 챔버 월(3)에 의해 구성되는 분할 구조로 하여, 챔버 월(3)을 착탈 가능하게 했다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 상세하게는 플라즈마를 이용하여 반도체 기판 등의 피처리체를 처리하기 위한 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
플라즈마 처리 장치로서, 래디얼 라인 슬롯 안테나(Radial Line Slot Antenna)에 의해 처리실내에 마이크로파를 도입하여 플라즈마를 생성시키는 RLSA 방식의 플라즈마 처리 장치가 공지되어 있다(예컨대, 특허문헌 1). 이 RLSA 방식의 플라즈마 처리 장치는, 내부에 피처리체를 탑재하는 탑재대를 구비한 원통 용기와, 슬롯판 및 도파 유전체로 이루어지는 마이크로파를 방사하기 위한 안테나부를 구비하고, 원통 용기의 상단에 상기 안테나부를 탑재하고, 밀봉 부재에 의해 접합부를 밀봉함으로써, 진공 챔버를 구성하고 있다.
특허문헌 1 : WO 98/33362 호(예컨대, 도 1 등)
RLSA 방식의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 최적의 처리를 실시하기 위해서는, 피처리체로서의 반도체 웨이퍼(이하, 단지 「웨이퍼」라고 기재하기도 함)의 크기에 따라 안테나 사이즈를 변경하거나, 목적하는 처리 내용에 따라 안테나 사이즈나 웨이퍼와 안테나와의 거리(갭)를 변화시킬 필요가 있다.
예컨대, 최근에는 웨이퍼 사이즈가 대형화하는 경향에 있지만, 현재의 상태에서는 6∼12인치 사이즈의 웨이퍼가 혼재하고 있는 상황이기 때문에, 동일한 처리를 다른 사이즈의 웨이퍼에 대하여 실행할 필요가 생길 경우가 있다. 또한, 반도체 디바이스의 고집적화와 미세화에 따라, 프로세스 조건도 복잡화해지고 있어, 처리 내용에 따라 갭 변경 등이 필요하게 되고 있다. 또한, 반도체 웨이퍼에 한하지 않고, 최근에는, 평판 디스플레이(flat-panel display; FPD)의 제조에 이용하는 유리 기판도 대형화하는 경향에 있다.
그런데, 상기 특허문헌 1의 RLSA 방식의 플라즈마 처리 장치에서는, 용기와 안테나의 고정적인 조합에 의해 플라즈마 처리 장치가 구성되고 있기 때문에, 안테나 사이즈나 갭의 변경은 곤란하고, 현실적으로는 웨이퍼 직경이나 처리 내용에 따라 별도의 플라즈마 처리 장치를 준비하여 처리를 실행할 필요가 있었다. 이렇게, 종래의 플라즈마 처리 장치에서는 안테나 사이즈나 갭의 변경의 자유도가 낮다는 문제가 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 안테나 사이즈의 변경이나 갭 변경을 용이하게 실행하는 것이 가능한 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제 1 관점에 의하면, 진공배기 가능한 처리 용기와, 상기 처리 용기내에 있어서 피처리체를 탑재하는 탑재대와, 상기 처리 용기의 상부에 접합되고, 상기 처리 용기내를 밀폐하는 덮개부를 구비한 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 처리 용기는, 상기 탑재대를 둘러싸는 제 1 하우징과, 상기 제 1 하우징과 상기 덮개부 사이에 착탈 가능하게 개재 배치되는 제 2 하우징을 구비한, 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
또, 본 발명의 제 2 관점에 의하면, 진공배기 가능한 처리 용기와, 상기 처리 용기내에 있어서 피처리체를 탑재하는 탑재대와, 상기 처리 용기의 상부에 접합되고, 상기 처리 용기내에 전자파를 도입하는 전자파 도입부와, 상기 처리 용기내에 플라즈마 여기용의 가스를 도입하는 가스 도입부를 구비한 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 처리 용기는, 상기 탑재대를 둘러싸는 제 1 하우징과, 상기 제 1 하우징과 상기 전자파 도입부 사이에 착탈 가능하게 개재 배치되는 제 2 하우징을 구비한, 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
상기 제 2 관점에 있어서, 상기 제 2 하우징은, 미리 준비된 높이 및/또는 내경이 상이한 복수의 통형상 부재중에서, 피처리체의 크기에 따라 선택되어 장착된 것이어도 좋다. 또한, 상기 제 2 관점에 있어서, 상기 제 2 하우징은, 미리 준비된 높이 및/또는 내경이 상이한 복수의 통형상 부재중에서, 플라즈마 처리의 내용에 따라 선택되어 장착된 것이어도 좋다. 또한, 상기 전자파 도입부는 피처리체의 크기에 따라 그 크기가 선택되어 장착된 것이 바람직하다.
또, 상기 제 2 관점에 있어서, 상기 제 2 하우징의 복수 개소에 상기 가스 도입부를 마련할 수도 있다. 이 경우, 상기 가스 도입부는, 상기 처리 용기내의 공간을 향해서 개구된 가스 도입구와, 상기 가스 도입구에 접속한 가스 도입로를 구비하고 있으며, 상기 가스 도입로는 가스를 복수의 상기 가스 도입부에 균등하게 분배하기 위해서 상기 제 1 하우징의 상단과 상기 제 2 하우징의 하단의 경계에 형성된 가스 분배 수단에 접속하고 있는 것이 바람직하다. 여기에서, 상기 가스 분배 수단은 상기 제 1 하우징의 상단에 형성된 단차부와, 상기 제 2 하우징의 하단에 형성된 단차부 사이의 간극이어도 좋다.
또, 상기 제 2 관점에 있어서, 상기 전자파는 마이크로파이고, 상기 전자파 도입부는 마이크로파를 도입하기 위한 안테나를 구비하고 있는 것이어도 좋고, 상기 안테나는 복수의 슬롯 구멍이 형성된 평면 안테나이어도 좋다.
또, 본 발명의 제 3 관점에 의하면, 진공배기 가능한 처리 용기와, 상기 처리 용기내에 있어서 피처리체를 탑재하는 탑재대와, 상기 처리 용기의 상부에 접합되고, 상기 처리 용기내를 밀폐하는 덮개부와, 상기 탑재대를 둘러싸는 제 1 하우징을 구비한 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 제 1 하우징과 상기 덮개부 사이에 제 2 하우징이 장착 가능하게 구성되어 있는 동시에, 상기 제 2 하우징을 분리한 상태에서 상기 제 1 하우징과 상기 덮개부를 직접 접합할 수 있도록 구성된, 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
본 발명에 의하면, 피처리체에 대하여 플라즈마 처리를 실행하는 처리 용기에 있어서, 제 1 하우징과 덮개부(또는 전자파 도입부) 사이에 착탈 가능하게 개재 배치되는 제 2 하우징을 구비하는 구성으로 했으므로, 제 2 하우징으로서 형태가 상이한 것을 장착함으로써, 반도체 웨이퍼 등의 피처리체의 크기나 처리 목적에 따라서 갭이나 덮개부(또는 전자파 도입부)의 종류, 크기 등을 용이하게 변경할 수 있다.
즉, 피처리체의 크기나 처리의 내용 등에 따라 플라즈마 처리 장치 전체를 교환할 필요가 없고, 제 2 하우징과 덮개부(또는 전자파 도입부)만을 교환하는 것으로 대응이 가능해진다.
따라서, 플라즈마 처리 장치의 개발 공정수 및 재료비를 절감할 수 있다. 또한, 설치후의 버전업(version-up)이나 신규한 어플리케이션(application)에의 대응을 위한 개조도 용이하다. 더구나, 개조나 고장에 따른 부품 교환도 적어지므로, 유지 관리 비용도 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략 구성을 도시하는 분해 사시도,
도 2는 플라즈마 처리 장치의 개략 단면도,
도 3a는 챔버 월의 설명에 제공되는 외관 사시도,
도 3b는 챔버 월의 설명에 제공되는 주요부 단면도,
도 4는 평면 안테나 부재의 설명에 제공되는 도면,
도 5a는 가스 도입구 근방의 단면도,
도 5b는 가스 도입구 근방의 다른 예를 도시하는 주요부 단면도,
도 5c는 가스 도입구 근방의 또 다른 예를 도시하는 주요부 단면도,
도 6은 챔버 월을 교환한 예를 도시하는 플라즈마 처리 장치의 개략 단면도,
도 7a는 도 6에 사용하는 챔버 월의 외관 사시도,
도 7b는 도 6에 사용하는 챔버 월의 주요부 단면도,
도 8은 챔버 월을 교환한 또 다른 예를 도시하는 플라즈마 처리 장치의 개략 단면도,
도 9a는 도 8에 사용하는 챔버 월의 외관 사시도,
도 9b는 도 8에 사용하는 챔버 월의 주요부 단면도,
도 10은 챔버 월을 교환한 다른 예를 도시하는 플라즈마 처리 장치의 개략 단면도,
도 11a는 도 10에 사용하는 챔버 월의 외관 사시도,
도 11b는 도 10에 사용하는 챔버 월의 주요부 단면도.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(100)의 개략 구성을 모식적으로 도시하는 분해 사시도이며, 도 2는 플라즈마 처리 장치(100)의 개략 단면도이다. 이 플라즈마 처리 장치(100)는, 복수의 슬롯을 갖는 평면 안테나, 예컨대 RLSA(Radial Line S1ot Antenna; 래디얼 라인 슬롯 안테나)에 의해 처리실내에 마이크로파 등의 마이크로파를 도입하여 플라즈마를 발생시킴으로써, 고밀도 또한 저전자온도의 마이크로파 플라즈마를 발생시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치로서 구성되어 있다.
상기 플라즈마 처리 장치(100)는 기밀하게 구성되고, 웨이퍼(W)가 반입되는 접지된 대략 원통형의 챔버(1)를 갖고 있다. 또, 챔버(1)의 형상은 단면 사각형 등의 각통형상(角筒形狀)이어도 좋다. 이 챔버(1)는, 「제 1 하우징」인 대략 원통형을 한 하우징(2)(챔버 기부)과, 이 하우징(2)에 상부로부터 접합하여 처리 공간을 둘러싸는 「제 2 하우징」인 원통형을 한 챔버 월(chamber wall)(3)(착탈 가능부)을 구비하고 있다. 또한, 챔버(1)의 상부에는, 처리 공간에 마이크로파 등의 전자파를 도입하는 「전자파 도입부」로서의 안테나부(30)가 배치되어 있다.
하우징(2)의 바닥벽(2a)의 대략 중앙부에는 원형의 개구부(10)가 형성되어 있고, 바닥벽(2a)에는 이 개구부(10)와 연통하고, 하방을 향해서 돌출하여 챔버(1) 내부를 균일하게 배기하기 위한 배기실(11)이 연결되어 있다.
하우징(2)내에는 피처리체인 웨이퍼(W)를 수평으로 지지하기 위한 석영이나 세라믹스(AlN, Al2O3 등) 등의 재질로 구성되는 탑재대[서셉터(5)]가 배기실(11)의 바닥부에 지지되어서 마련되어 있다. 이 서셉터(5)는 배기실(11)의 바닥부 중앙으로부터 상방으로 연장되는 원통형의 지지 부재(4)에 의해 지지되고, 이 지지 부재(4)는 배기실(11)에 지지되어 있다. 이들 지지 부재(4) 및 서셉터(5)는 열전도성이 양호한 AlN 등의 세라믹스 재료로 구성되어 있다. 서셉터(5)의 외연부에는 웨이퍼(W)를 안내하기 위한 가이드 링(8)이 마련되어 있다. 또한, 서셉터(5)에는, 저항 가열형의 히터(도시하지 않음)가 매립되어 있고, 히터 전원(6)으로부터 급전되는 것에 의해 서셉터(5)를 가열하고, 그 열에 의해 피처리체인 웨이퍼(W)를 가열한다. 서셉터(5)의 온도는 열전대(TC)(20)에 의해 계측할 수 있도록 되어 있고, 예컨대 실온으로부터 1000℃까지의 범위에서 온도 제어 가능하게 되어 있다. 또, 서셉터(5)에 정전 척 기능을 갖게 하여, 웨이퍼(W)를 전기적으로 착탈할 수 있는 구성으로 하여도 좋다.
또, 서셉터(5)에는, 웨이퍼(W)를 지지하여 승강시키기 위한 웨이퍼 지지 핀(도시하지 않음)이 서셉터(5)의 표면에 대하여 돌몰(突沒) 가능하게 마련되어 있다. 서셉터(5)의 외주측에는, 챔버(1)내를 균일 배기하기 위해 도시하지 않은 다수의 관통 구멍을 구비한 배플판(7)이 환상으로 마련되고, 이 배플판(7)은 복수의 지주(7a)에 의해 지지되어 있다. 또, 챔버(1)의 내주에 석영으로 이루어지는 원통형의 라이너(liner)(도시하지 않음)가 마련되어 있어, 챔버 구성 재료에 의한 금속 오염을 방지하여, 청정한 환경을 유지하고 있다.
상기 배기실(11)의 측면에는 배기관(23)이 접속되어 있고, 이 배기관(23)에는 고속 진공 펌프를 포함하는 배기 장치(24)가 접속되어 있다. 그리고 이 배기 장치(24)를 작동시킴으로써 챔버(1)내의 가스가 배기실(11)의 공간(11a)내로 균일하게 배출되고, 배기관(23)을 거쳐서 배기된다. 이로써 챔버(1)내를 소정의 진공도, 예컨대 0.133Pa까지 고속으로 감압하는 것이 가능하게 되어 있다.
하우징(2)의 측벽에는, 웨이퍼(W)의 반입출을 실행하기 위한 반입출구와, 이 반입출구를 개폐하는 게이트 밸브가 마련되어 있다(모두 도시하지 않음).
챔버(1)의 측벽에는, 챔버(1)내에 처리 가스를 도입하기 위한 가스 도입로가 형성되어 있다. 구체적으로는, 하우징(2)의 측벽의 상단에는, 단차부(18)가 형성되어 있고, 후술하는 바와 같이 챔버 월(3)의 하단에 형성된 단차부(19)와의 사이에 환상 통로(13)를 형성하고 있다(도 5a 참조).
챔버 월(3)은 전체적으로 환상(각통형상이어도 좋음)을 하고 있고, 예컨대 알루미늄이나 스테인리스강 등의 금속재로 이루어지는 장착 및 분리가 가능한 부재로서 구성되어 있다. 이 챔버 월(3)의 상단부에 안테나부(30)의 상측 플레이트(27)의 하단부가 결합한다. 즉, 챔버 월(3)은 안테나부(30)를 지지하는 안테나부 지지 부재이다. 또한, 챔버 월(3)의 하단부는 하우징(2)의 상단과 접합되어 있다. 도 3a 및 도 3b에 챔버 월(3)의 개략 구성을 도시한다. 도 3a는 외관 사시도이고, 도 3b는 주요부 단면도이다. 챔버 월(3)은, 본 실시형태에서는 하우징(2)의 형상에 맞추어 환상을 하고 있고, 내부에는 가스 유로로서 가스 통로(14), 가스 도입로(15b)가 형성되어 있다.
또, 챔버 월(3)의 내주면의 하단부는, 하방으로 치마 형상(스커트 형상)으로 늘어뜨린 돌출부(17)가 환상으로 형성되어 있다. 이 돌출부(17)는 챔버 월(3)과 하우징(2)의 경계(면접촉부)를 덮도록 마련되어 있고, 플라즈마에 쪼이면 플라즈마 손상(damage)을 받아서 열화해버리는, 예컨대 불소계 고무 재료[예컨대, 켐라즈(Chemraz)(상품명; 그린, 트위드 앤드 컴퍼니(Green, Tweed & Co.)사제)이나 바이톤(Viton)(상품명; 듀퐁 다우 엘라스토머(DuPon Dow Elastomers)사제)] 등으로 이루어지는 O링 등의 밀봉 부재(9b)에 플라즈마가 직접 작용하는 것을 방지하는 역 할을 하고 있다.
챔버 월(3)의 상하의 접합부에는, 예컨대 O링 등의 밀봉 부재(9a, 9b, 9c)가 배치되어 있어, 접합부의 기밀 상태가 유지된다. 챔버 월(3)의 하단에는, 하우징(2)의 단차부(18)와 공동으로 환상 통로(13)를 형성할 수 있도록 단차부(19)가 마련되어 있다(도 5a 참조).
본 실시형태에서는, 챔버(1)를 일체 구조로 하지 않고, 하우징(2)과 챔버 월(3)을 분할 구조로 했다. 이로써, 후술하는 바와 같이 챔버 월(3)을 높이나 직경이 상이한 형태의 것과 교환함으로써, 플라즈마 처리 장치(100)에 있어서의 갭(L)의 조정이나, 웨이퍼(W)의 사이즈에 대응한 평면 안테나 부재(31)의 사이즈의 변경에 대해, 자유도가 높은 대응이 가능해진다. 예컨대, 처리 가스 유량, 압력, 온도, 마이크로파 파워(power) 등의 조건을 변화시킨 경우에도, 갭(L)을 조정함으로써 변경전과 동일한 내용의 처리를 실행할 수 있는 경우가 있다.
챔버 월(3)의 다른 변형예로서는, 예컨대 도 7a, 도 9a, 도 11a에 도시하는 바와 같이, 대략 원통형을 하고, 외경은 거의 동일하고, 부재의 높이나 내경이 상이한 챔버 월(3a, 3b, 3c)이 교환 가능하게 준비되어 있다. 이들 챔버 월(3a, 3b, 3c)도 안테나부(30)를 지지하는 안테나부 지지 부재이다.
또, 챔버 월(3)을 분리한 상태에서, 직접 하우징(2)과 안테나부(30)를 접합하여도 좋다.
챔버(1)의 상부는 개구부로 되어 있어, 이 개구부를 폐쇄하도록 안테나부(30)가 기밀하게 배치되어 있다. 즉, 안테나부(30)의 전체가 상방으로 개구된 챔버(1)의 덮개로서 기능한다. 따라서, 안테나부(30)의 상측 플레이트(27)는 챔버 월(3, 3a, 3b, 3c)과 접촉, 이격함으로써, 챔버(1)에 덮개[안테나부(30)]를 착탈 가능하게 연결시키는 연결부로서의 기능도 갖고 있다.
안테나부(30)에는, 서셉터(5)측으로부터 순차적으로 투과판(28), 평면 안테나 부재(31), 지파재(遲波材)(33)가 배치되어 있다. 이들은, 예컨대 알루미늄이나 스테인리스강 등의 금속재로 이루어지는 실드 덮개(34), 가압 링(36) 및 상측 플레이트(27)에 의해 덮여지고, 환상의 가압 링(35)에 의해 고정되어 있다. 가압 링(35)은, 예컨대 단면에서 보아 L자형을 하고 있다. 챔버(1)의 상단과 상측 플레이트(27)는 밀봉 부재(9c)에 의해 밀봉된 상태로 결합되어 있다.
투과판(28)은, 유전체, 예컨대 석영이나 Al2O3, AlN, 사파이어, SiN 등의 세라믹스로 이루어지고, 마이크로파를 투과시켜 챔버(1)내의 처리 공간에 도입하는 마이크로파 도입창으로서 기능한다. 투과판(28)의 하면[서셉터(5)측]은 평탄형상에 한정되지 않고, 마이크로파를 균일화하여 플라즈마를 안정화시키기 위해서, 예컨대 오목부나 홈을 형성하여도 좋다. 이 투과판(28)은, 안테나부(30)의 외주 하방에 환상으로 배치된 상측 플레이트(27)의 내주면의 돌기부(27a)에 의해, 밀봉 부재(29)를 거쳐서 기밀 상태로 지지되어 있다. 따라서, 챔버(1)내는 기밀하게 유지된다.
평면 안테나 부재(31)는, 원판형상을 하고 있고, 투과판(28)의 상방 위치에서 실드 덮개(34)의 내주면에 걸려 있다. 이 평면 안테나 부재(31)는, 예컨대 표 면이 금 또는 은 도금된 동판 또는 알루미늄판으로 이루어지고, 마이크로파 등의 전자파를 방사하기 위한 다수의 슬롯 구멍(32)이 소정의 패턴으로 관통하여 형성된 구성으로 되어 있다.
슬롯 구멍(32)은, 예컨대 도 4에 도시하는 바와 같이 긴 홈형상을 하고, 전형적으로는 인접하는 슬롯 구멍(32)끼리가 "T"자형상으로 배치되고, 이들 복수의 슬롯 구멍(32)이 동심원형상으로 배치되어 있다. 슬롯 구멍(32)의 길이나 배열 간격은 마이크로파의 파장(λg)에 따라 결정되고, 예컨대 슬롯 구멍(32)의 간격은 λg/2 또는 λg가 되도록 배치된다. 또, 도 4에 있어서는, 동심원형상으로 형성된 인접하는 슬롯 구멍(32)끼리의 간격을 Δr로 나타내고 있다. 또한, 슬롯 구멍(32)은 원형상, 원호형상 등의 다른 형상이어도 좋다. 더욱이, 슬롯 구멍(32)의 배치 형태는 특별히 한정되지 않고, 동심원형상 이외에, 예컨대 나선형상, 방사형상으로 배치할 수도 있다. 또한, 슬롯 구멍(32)은 직선적으로 배열되어 있어도 좋다.
지파재(33)는, 진공보다도 큰 유전율을 갖고 있고, 평면 안테나 부재(31)의 상면에 마련되어 있다. 이 지파재(33)는, 예컨대 석영, 세라믹스, 폴리데트라플루오로에틸렌(tetrafluoroethylene) 등의 불소계 수지나 폴리이미드계 수지에 의해 구성되어 있다. 진공중에서는 마이크로파의 파장이 길어져서, 정재파가 발생하여 마이크로파가 균일하게 처리실에 공급되지 않으므로, 지파재(33)에 의해 마이크로파의 파장을 짧게 해서 마이크로파를 균일화하여, 균질한 플라즈마를 생성시킬 수 있다. 또, 평면 안테나 부재(31)와 투과판(28) 사이, 또한 지파재(33)와 평면 안테나 부재(31) 사이는 각각 밀착시켜도 좋고 이격시켜도 좋다.
실드 덮개(34)에는, 냉각수 유로(34a)가 형성되어 있고, 여기에 냉각수를 통류시킴으로써, 실드 덮개(34), 지파재(33), 평면 안테나 부재(31), 투과판(28)을 냉각하도록 되어 있다. 또, 실드 덮개(34)는 접지되어 있다.
실드 덮개(34) 상측벽의 중앙에는, 개구부(34b)가 형성되어 있고, 이 개구부(34b)에는 도파관(37)이 접속되어 있다. 이 도파관(37)의 단부에는, 정합 회로(38)를 거쳐서 마이크로파 발생 장치(39)가 접속되어 있다. 이로써, 마이크로파 발생 장치(39)에서 발생한, 예컨대 주파수 2.45GHz의 마이크로파가 도파관(37)을 거쳐서 상기 평면 안테나 부재(31)로 전파되도록 되어 있다. 마이크로파의 주파수로서는, 8.35GHz, 1.98GHz 등을 사용할 수도 있다.
도파관(37)은, 상기 실드 덮개(34)의 개구부(34b)로부터 상방으로 연장하는 단면 원형형상의 동축 도파관(37a)과, 이 동축 도파관(37a)의 상단부에 모드 변환기(40)를 거쳐서 접속된 수평방향으로 연장되는 장방형 도파관(37b)을 갖고 있다. 장방형 도파관(37b)과 동축 도파관(37a) 사이의 모드 변환기(40)는 장방형 도파관(37b)내를 TE 모드로 전파하는 마이크로파를 TEM 모드로 변환하는 기능을 갖고 있다. 동축 도파관(37a)의 중심에는 내도체(內導體)(41)가 연장되어 있고, 내도체(41)는 그 하단부에 있어서 평면 안테나 부재(31)의 중심에 접속 고정되어 있다. 이로써, 마이크로파는 동축 도파관(37a)의 내도체(41)를 거쳐서 평면 안테나 부재(31)에 방사상으로 효율적으로 균일하게 전파된다.
도 5a는 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치(100)에 있어서의 가스 도입 경로의 구조를 도시하는 확대도이다. 챔버 월(3)에는, 챔버(1)에 가스를 공급하는 가 스 도입부(15)가 마련되어 있다. 가스 도입부(15)는 가스 도입구(15a)와 가스 도입로(15b)에 의해 구성되어 있다. 가스 도입구(15a)는 챔버(1)의 측벽의 내주측의 복수 개소(예컨대 32개소)에 균등하게 형성되어 있다. 각 가스 도입구(15a)는 챔버(1)의 내벽면에 대하여 횡방향으로 형성된 가스 도입로(15b)에 연통하여 있고, 각 가스 도입로(15b)는 챔버 월(3)내에서 연직방향으로 형성되는 가스 통로(14)와 연통하여 있다. 또, 가스 도입구(15a) 및 가스 도입로(15b)는 상측 플레이트(27)에 형성하여도 좋다.
가스 통로(14)는, 하우징(2)의 상부와 챔버 월(3)의 하부의 면접촉부에, 단차부(18)와 단차부(19)에 의해 형성된 간극인 환상 통로(13)에 접속하여 있다. 이 환상 통로(13)는 처리 공간을 둘러싸도록 대략 수평방향으로 환상으로 연통하여 있다. 또한, 환상 통로(13)는 하우징(2)내의 임의의 개소(예컨대 균등한 4개소)에 하우징(2)에 대하여 수직방향으로 형성된 통로(12)를 거쳐서 가스 공급 장치(16)와 접속되어 있다. 환상 통로(13)는 각 가스 통로(14)로 가스를 균등 배분하여 공급하는 가스 분배 수단으로서의 기능을 갖고 있고, 처리 가스가 특정한 가스 도입구(15a)에 편중되어 공급되는 것을 방지하도록 기능한다. 또, 가스 도입구(15a)는 플라즈마 처리 장치(100)에서 실행되는 프로세스 내용에 따라 처리 가스를 챔버(1)내에 균등하게 도입할 수 있도록 예컨대 8개 내지 32개가 균등하게 마련되어 있다.
이와 같이 본 실시형태에서는, 가스 공급 장치(16)로부터의 가스를, 통로(12), 환상 통로(13), 각 가스 통로(14)를 거쳐서 32개소의 가스 도입구(15a)로 부터 균일하게 챔버(1)내에 도입할 수 있으므로, 챔버(1)내에서 플라즈마를 균일하게 여기시키는 것이 가능하여, 웨이퍼(W)에 대한 프로세스의 균일화가 도모되고 있다. 또한, 이러한 가스 유로 구조를 채용함으로써, 가스 도입을 위한 배관 등의 설비가 간략화되므로, 장치 구성을 간소화할 수 있다.
또, 통로(12)로부터 도입된 가스를 일단 수평방향으로 분배하는 환상 통로(13)를 마련하고, 또한 챔버 월(3)내에 가스 통로(14)를 마련했으므로, 가스 도입구(15a)를 챔버 월(3)내의 임의의 위치에 설정하여 챔버(1)에 가스를 도입할 수 있는 이점이 있다.
즉, 프로세스 내용에 따라서, 마이크로파 도입 부위[투과판(28)의 바로 근처)에 가스를 도입하거나, 또는 반대로 마이크로파 도입 부위의 바로 근접 위치에서는 가스의 해리가 지나치게 진행하거나, 가스 도입구(15a) 내부에의 손상이 걱정될 경우에는, 가스 도입구(15a)를 보다 하방에 배치하는 등의 변형을 용이하게 설정할 수 있다.
도 5a에서는, 하우징(2)의 상단의 단차부(18)와 챔버 월(3)의 하단의 단차부(19) 사이에 환상 통로(13)를 형성하도록 했다. 그러나, 예컨대 도 5b에 도시하는 바와 같이, 하우징(2)의 상단면에 환상의 홈을 마련하고, 평탄한 챔버 월(3)의 하단면과의 사이에 환상 통로(13a)를 형성할 수도 있다. 또한, 예컨대 도 5c에 도시하는 바와 같이, 챔버 월(3)의 하단면에 환상의 홈을 마련하고, 평탄한 하우징(2)의 상단면과의 사이에 환상 통로(13b)를 형성할 수도 있다. 더욱이, 도시하지 않았지만, 하우징(2)과 챔버 월(3)의 양쪽에 환상의 홈을 마련하고, 양쪽의 홈 이 대향하도록 접합하여 환상 통로를 형성하는 것도 가능하다.
이와 같이 구성된 플라즈마 처리 장치(100)에 있어서는, 하기와 같이 하여 피처리체로서의 웨이퍼(W)에 대하여 플라즈마 처리가 행해진다.
우선, 웨이퍼(W)를 챔버(1)내에 반입하여, 서셉터(5)상에 탑재한다. 그리고, 가스 공급 장치(16)로부터, 예컨대 Ar, Kr, He 등의 희가스, 예컨대 O2, N2O, NO, NO2, CO2 등의 산화 가스, 예컨대 N2, NH3 등의 질화 가스 이외에, 성막 가스, 에칭 가스 등의 처리 가스를 소정의 유량으로 가스 도입구(15a)를 거쳐서 챔버(1)내에 도입한다.
다음에, 마이크로파 발생 장치(39)로부터의 마이크로파를 정합 회로(38)를 거쳐서 도파관(37)에 도입하고, 장방형 도파관(37b), 모드 변환기(40) 및 동축 도파관(37a)을 순차적으로 통과시켜서 내도체(41)를 거쳐서 평면 안테나 부재(31)에 공급하고, 평면 안테나 부재(31)의 슬롯으로부터 투과판(28)을 거쳐서 챔버(1)내에 방사시킨다.
마이크로파는, 장방형 도파관(37b)내에서는 TE 모드로 전파하고, 이 TE 모드의 마이크로파는 모드 변환기(40)에서 TEM 모드로 변환되어서, 동축 도파관(37a)내를 평면 안테나 부재(31)를 향해서 전파되어 간다. 평면 안테나 부재(31)로부터 투과판(28)을 거쳐서 챔버(1)에 방사된 마이크로파에 의해 챔버(1)내에서 전자계가 형성되어, 처리 가스가 플라즈마화한다.
이 플라즈마는, 마이크로파가 평면 안테나 부재(31)의 다수의 슬롯 구멍(32) 으로부터 방사됨으로써, 대략 1×1010 내지 5×1012/㎤의 고밀도이고, 또한 웨이퍼(W) 근방에서는, 대략 1.5eV 이하의 저전자온도 플라즈마로 된다. 따라서, 이 플라즈마를 웨이퍼(W)에 대하여 작용시킴으로써, 플라즈마 손상을 억제한 처리가 가능해진다. 또, 플라즈마 처리의 내용으로서는, 특별히 한정되지는 않고, 예컨대 각종의 기판(실리콘 기판, FPD용 유리 기판, 화합물 반도체 기판 등)의 산화 처리, 질화 처리, 산질화 처리, 성막 처리, 에칭 처리 등의 각종의 플라즈마 처리를 대상으로 할 수 있다.
도 6, 도 8 및 도 10은 도 1의 플라즈마 처리 장치(100)의 챔버 월(3)을 분리하고, 각각 다른 챔버 월로 교환한 상태를 도시하고 있다. 또한, 도 6, 도 8, 도 10에 있어서, 플라즈마 처리 장치(100)의 기본적인 구성은 도 1, 도 2와 동일하기 때문에, 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙여서 설명을 생략한다.
우선, 도 6은 도 1의 플라즈마 처리 장치(100)의 챔버 월(3)을 교환하여, 부재의 높이가 낮은 챔버 월(3a)을 장착한 다른 실시형태이다. 도 7a에 챔버 월(3a)의 외관 사시도를 도시하고, 도 7b에 단면도를 도시한다. 이와 같이 높이가 낮은 챔버 월(3a)을 사용함으로써, 플라즈마 처리 장치(100)에 있어서의 안테나부(30)의 투과판(28)의 하면으로부터 웨이퍼(W)까지의 거리[갭(L)]을 짧게 할 수 있다. 이렇게, 챔버 월을 교환하는 것만으로, 프로세스 목적에 따라서 갭(L)을 간단히 변경할 수 있기 때문에, 프로세스 조건 등의 처리 내용에 따라 최적의 갭(L)으로 조정하여 플라즈마 처리를 실행할 수 있다.
또, 높이가 낮은 챔버 월(3a)내에는, 가스 통로(14)에 가스 공급로(15b)를 거쳐서 연통하는 가스 도입구(15a)를 마련하고 있다. 이러한 경우의 가스 도입구(15a)의 위치는 챔버 월(3)을 장착했을 경우(도 2)와 대략 동일하게 설정되어 있고, 가스 도입에 관한 프로세스 조건을 변동시키는 일없이 갭(L)만의 변경이 가능하게 되어 있다.
다음에, 도 8은 도 1에 비하여 작은 직경의 웨이퍼(W)를 처리할 경우의 다른 변형예이다.
예컨대, 도 1의 플라즈마 처리 장치(100)가 300㎜ 직경의 웨이퍼(W)의 처리에 적합한 것인 반면에, 도 8의 실시형태에서는, 200㎜ 직경의 작은 웨이퍼(W)의 처리에 적합하도록, 도 1의 안테나부(30)에 비해서 소형의 안테나부(30a)를 배치했다.
소형이고 작은 직경의 안테나부(30a)는 도 1의 챔버 월(3)에 그대로 장착할 수 없기 때문에, 종래의 챔버 구조에서는, 별도의 플라즈마 처리 장치를 준비하여 처리할 필요가 있었다. 본 실시형태에서는, 도 1의 플라즈마 처리 장치(100)의 챔버 월(3)을 교환하여, 내경이 좁고 폭이 넓은 형상의 챔버 월(3b)을 장착했다. 이 챔버 월(3b)을 그 내주면이 챔버 내측 공간으로 돌출하도록 하우징(2)에 장착함으로써, 소형의 안테나부(30a)를 지지할 수 있다.
도 9a에 챔버 월(3b)의 외관 사시도를 도시하고, 도 9b에 단면도를 도시한다. 챔버 월(3b)은, 내측으로 돌출한 폭이 넓은 환상으로서 형성되어 있으므로, 그 하면의 주연부에서 하우징(2)과 접촉하고, 또한 그 상면의 내연부에서, 내경이 작은 소형의 안테나부(30a)와 접촉하여, 이것을 지지할 수 있도록 구성되어 있다.
또한, 챔버 월(3b)의 하면에는 하방으로 돌출한 돌출부(17)가 형성되어 있어, 밀봉 부재(9b)에 직접 플라즈마가 작용하는 것을 방지하고 있다.
본 실시형태에서는, 챔버 월(3b)의 높이를 도 1의 챔버 월(3)과 대략 동일하게 함으로써, 갭(L)을 변경하지 않게 하기 때문에, 동일한 프로세스를 실시할 경우에 동일 조건으로 처리를 실행하는 것이 가능해진다. 다만, 목적하는 프로세스가 상이한 경우에는, 챔버 월(3b)의 높이를 변경함으로써 갭(L)을 가변적으로 조정할 수 있다.
또한, 폭이 넓은 챔버 월(3b)내에, 가스 통로(14)를 환상 통로(13)로부터 챔버 내측 공간에 면하는 가스 도입구(15a)를 향해서 경사지게 형성하고 있으므로, 가스 통로(14)의 거리가 예컨대 챔버 월(3)을 장착했을 경우(도 2)에 비해 길게 신장한 것에 의한 압력 손실을 최소한으로 억제하여, 가스류를 체류시키지 않고 원활하게 공급할 수 있다. 또한, 가스 도입구(15a)의 위치는 챔버 월(3)을 장착했을 경우(도 2)와 대략 동일하게 설정되어 있어, 가스 도입의 조건을 변동시키는 일없이 안테나부의 사이즈만을 변경할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W)의 사이즈에 관계없이 동일한 처리 상태를 만들 수 있다.
도 10은 도 8에 도시하는 예에 비해서 갭(L)을 짧게 한 예를 도시하는 것이다. 여기에서는, 도 8과 동일한 소형의 안테나부(30a)를 배치하고, 챔버 월로서 챔버 월(3c)을 사용함으로써, 갭(L)을 작게 하고 있다. 도 11a에 챔버 월(3c)의 외관 사시도를 도시하고, 도 11b에 주요부 단면도를 도시한다. 이 챔버 월(3c)은 챔버 월(3b)에 비해서 높이가 낮게 형성되어 있고, 더구나 그 상면에는 환상의 주연부와 내측에 단차가 마련되고, 이 단차의 하단 부분이 내주측을 향해서 돌출한 단면에서 보아 대략 L자형으로 형성되어 있다. 내주측으로 돌출한 단차의 하단 부분의 상면은 평면적으로 형성되어 지지면을 이루고 있다. 따라서, 내주측을 향해서 돌출한 지지면에 의해 작은 직경의 안테나부(30a)를 낮은 위치에서 지지하는 것이 가능하여, 갭(L)을 임의로 조절할 수 있다. 예컨대, 내주측을 향해서 돌출한 지지면의 높이(즉, 단차의 높이)를 낮게 함으로써 갭(L)을 짧게 설정할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 플라즈마 처리 장치(100)에서는, 하우징(2)에 착탈 가능하게 마련된 챔버 월(3)을 챔버 월(3a∼3c)로 교환함으로써, 프로세스 목적에 따라서 안테나부의 사이즈 변경과 갭(L)을 변경할 수 있다. 즉, 챔버 월(3, 3a, 3b, 3c)은, 하우징(2)과, 크기가 상이한 안테나부(30, 30a) 사이에서 어댑터(adapter)로서 기능한다. 따라서, 웨이퍼(W)의 크기나 처리 내용에 따라 최소한의 설비 변경으로 최적의 플라즈마 처리를 실행할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태를 기술했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 제약되는 일은 없이, 각종의 변형이 가능하다.
예컨대, 도 1에서는, RLSA 방식의 플라즈마 처리 장치(100)를 예로 들었지만, 예컨대 리모트 플라즈마 방식, ICP 방식, ECR 방식, 표면 반사파 방식, 마그네트론(magnetron) 방식 등의 플라즈마 처리 장치에도 적용가능하다.
또, 상기 실시형태에서는, 챔버(1)를 하우징과 챔버 월로 2분할했지만, 3분할 이상으로 할 수도 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 원반형상의 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 원통형의 챔버(1)를 갖는 플라즈마 처리 장치(100)를 예로 들었지만, 이것에 한하지 않고, 예컨대 사각형을 한 FPD용 유리 기판을 처리하는 수평 단면이 장방형의 챔버를 갖는 플라즈마 처리 장치에도 본 발명의 분할 구조를 적용할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치는 각종 반도체 장치의 제조 과정에 있어서 바람직하게 이용 가능하다.

Claims (11)

  1. 진공배기 가능한 처리 용기와, 상기 처리 용기내에서 피처리체를 탑재하는 탑재대와, 상기 처리 용기의 상부에 접합되고, 상기 처리 용기내를 밀폐하는 덮개부를 구비한 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    상기 처리 용기는, 상기 탑재대를 둘러싸는 제 1 하우징과, 상기 제 1 하우징과 상기 덮개부 사이에 착탈 가능하게 개재 배치되는 제 2 하우징을 구비한
    플라즈마 처리 장치.
  2. 진공배기 가능한 처리 용기와, 상기 처리 용기내에서 피처리체를 탑재하는 탑재대와, 상기 처리 용기의 상부에 접합되고, 상기 처리 용기내에 전자파를 도입하는 전자파 도입부와, 상기 처리 용기내에 플라즈마 여기용의 가스를 도입하는 가스 도입부를 구비한 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    상기 처리 용기는, 상기 탑재대를 둘러싸는 제 1 하우징과, 상기 제 1 하우징과 상기 전자파 도입부 사이에 착탈 가능하게 개재 배치되는 제 2 하우징을 구비한
    플라즈마 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 하우징은 미리 준비된 높이 및/또는 내경이 상이한 복수의 통형상 부재중에서, 피처리체의 크기에 따라 선택되어 장착된 것인
    플라즈마 처리 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 하우징은 미리 준비된 높이 및/또는 내경이 상이한 복수의 통형상 부재중에서, 플라즈마 처리의 내용에 따라 선택되어 장착된 것인
    플라즈마 처리 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 전자파 도입부는 피처리체의 크기에 따라 그 크기가 선택되어 장착된 것인
    플라즈마 처리 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 하우징의 복수 개소에 상기 가스 도입부를 마련한
    플라즈마 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가스 도입부는, 상기 처리 용기내의 공간을 향해서 개구된 가스 도입구와, 상기 가스 도입구에 접속한 가스 도입로를 구비하고 있고,
    상기 가스 도입로는 가스를 복수의 상기 가스 도입부에 균등하게 분배하기 위해 상기 제 1 하우징의 상단과 상기 제 2 하우징의 하단의 경계에 형성된 가스 분배 수단에 접속되어 있는
    플라즈마 처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 가스 분배 수단은 상기 제 1 하우징의 상단에 형성된 단차부와, 상기 제 2 하우징의 하단에 형성된 단차부 사이의 간극인
    플라즈마 처리 장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 전자파는 마이크로파이며, 상기 전자파 도입부는 마이크로파를 도입하기 위한 안테나를 구비하고 있는
    플라즈마 처리 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 안테나는 복수의 슬롯 구멍이 형성된 평면 안테나인
    플라즈마 처리 장치.
  11. 진공배기 가능한 처리 용기와, 상기 처리 용기내에서 피처리체를 탑재하는 탑재대와, 상기 처리 용기의 상부에 접합되고, 상기 처리 용기내를 밀폐하는 덮개부와, 상기 탑재대를 둘러싸는 제 1 하우징을 구비한 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    상기 제 1 하우징과 상기 덮개부 사이에 제 2 하우징이 장착 가능하게 구성되어 있는 동시에, 상기 제 2 하우징을 분리한 상태에서 상기 제 1 하우징과 상기 덮개부를 직접 접합할 수 있도록 구성된
    플라즈마 처리 장치.
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