KR20090090285A

KR20090090285A - 플라즈마 처리 장치 및 방법과 플라즈마 처리 장치의 배플판

Info

Publication number: KR20090090285A
Application number: KR1020090014392A
Authority: KR
Inventors: 데츠지 사토; 아키히로 요시무라
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2008-02-20
Filing date: 2009-02-20
Publication date: 2009-08-25
Also published as: JP2009200184A; US20090206055A1; TW200943458A; CN101515540B; KR101061657B1; CN101515540A

Abstract

본 발명은 플라즈마 리크를 방지하고 배플판의 콘덕턴스를 개선할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공한다. 플라즈마 처리 장치는 피처리 기판 W가 반입 및 반출되는 처리용기(1)와, 처리용기(1)내에 마련되고 피처리 기판 W가 탑재되는 탑재대(2)와, 처리용기(1)내에 처리 가스를 도입하기 위한 유입구(17a)와, 처리용기(1)내의 처리 가스를 여기하고, 플라즈마를 발생시키는 고주파 전원(13)과, 처리용기(1)내의 처리 가스를 배기하기 위한 배기구(8)와, 처리 가스가 통과하는 개구를 갖는 동시에, 처리용기(1)의 내부를 플라즈마 처리 공간(1b)과 배기 공간(1c)으로 구획하는 배플판(7)을 구비한다. 배플판(7)의 개구는 복수개의 슬릿이 연결된 1개의 슬릿(26)만으로 이루어진다. 복수개의 슬릿을 연결해서 1개의 슬릿(26)으로 함으로써, 동일한 개구 면적이라도 배플판(7)의 콘덕턴스를 개선할 수 있다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 방법과 플라즈마 처리 장치의 배플판 {PLASMA PROCESSING APPARATUS AND METHOD, AND BAFFLE PLATE OF THE PLASMA PROCESSING APPARATUS}

본 발명은 반도체 디바이스나 LCD(liquid crystal display)용 기판 등의 피처리 기판에 에칭 처리나 성막 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치, 및 플라즈마 처리 장치의 배기 경로에 배치되는 배플판에 관한 것이다．

반도체 디바이스의 제조공정에 전형적으로 이용되는 드라이 에칭 등에는 플라즈마 처리 장치가 이용된다. 플라즈마 처리 장치는 처리용기내에 가스를 도입하고, 가스를 고주파, 마이크로파 등에 의해 여기하여, 플라즈마를 발생시키고, 래디컬, 이온을 생성한다. 그리고, 플라즈마에 의해 생성된 래디컬, 이온과 피처리 기판을 반응시키고, 반응 생성물을 휘발성 가스로 하고, 진공 배기계에 의해 외부로 배기한다.

플라즈마 처리 장치의 처리용기의 상부에는 처리 가스를 도입하기 위한 유입구가 마련된다. 처리용기의 내부에는 피처리 기판이 탑재되는 탑재대가 마련된다. 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치의 경우, 탑재대가 하부 전극을 겸한다. 탑재대의 주위와 처리용기의 내벽의 사이에는 환상의 배기 경로가 형성된다. 처리용기의 하부에는 환상의 배기 경로를 통과한 반응 가스를 배기하기 위한 배기구가 마련된다.

처리용기의 환상의 배기 경로에는 처리용기의 내부를 처리 공간과 배기 공간으로 구획하는 환상의 배플판이 배치된다. 배플판에는 가스가 통과하는 개구가 뚫린다. 배플판은 플라즈마를 처리 공간에 가두거나, 배기구의 위치의 치우침에 관계없이, 탑재대상의 반응 가스를 둘레 방향으로 균일하게 배기하기 위해 마련된다.

이것을 상세하게 기술함에 있어서, 배기구는 처리용기의 중심에서 어긋난 위치에 배치되는 경우가 많다. 이 상태에서 처리 용기내를 진공 배기하면, 피처리 기판의 위쪽에 압력 구배가 생겨, 래디컬이나 이온의 분포가 불균일하게 된다. 피처리 기판의 위쪽의 압력 구배는 에칭 레이트의 불균일의 원인이 된다. 압력 구배를 없애기 위해 처리 가스의 흐름의 저항이 되는 배플판이 마련된다.

배플판의 개구는 φ1.5∼φ5㎜정도의 다수의 구멍으로 구성되는 것이 일반적이다(특허문헌 1 참조). 다수의 구멍 이외에는 환상의 배플판의 중심에서 방사상으로 신장하는 다수의 슬릿이나, 환상의 배플판에 둘레 방향으로 신장하는 다수의 원호형상의 슬릿이 알려져 있다(특허문헌 2 참조).

(특허문헌 1)일본국 특허공개공보 제2003-249487호(도 4 참조)

(특허문헌 2)일본국 특허공개공보 제2000-188281호(도 2, 도 11 참조)

플라즈마 처리 장치의 배기 성능(P-Q 특성)을 향상시키고, 처리 가스의 체류 시간을 짧게 하면, 에칭 레이트를 빠르게 할 수 있다. 에칭은 처리 가스를 플라즈마에 의해 해리시킴으로써 실행되기 때문이다．

그러나, 종래의 다수의 구멍이나 다수의 슬릿을 뚫은 배플판을 조립한 플라즈마 처리 장치에 있어서는 장치의 배기 성능(P-Q 특성)을 산출함에 있어서, 배플판의 콘덕턴스가 가장 지배적인 부위가 된다. 처리용기내의 압력을 저압으로 하며, 가스의 유량을 늘리려고 해도, 배플판의 콘덕턴스가 율속 단계가 되고, 처리용기내의 저압화를 실현할 수 없다. 여기서, 콘덕턴스는 배플판을 흐르는 가스의 양을 압력차로 나눈 것이며, 가스의 흐름 용이의 지표가 된다. 콘덕턴스가 크면 클수록, 동일한 압력차로 다량의 가스를 흘릴 수 있다.

구멍의 직경이나 슬릿의 폭을 늘리면, 배플판의 콘덕턴스를 개선할 수 있지만, 플라즈마 리크의 문제가 현저하게 나타나 버린다.

그래서, 본 발명은 플라즈마 리크를 방지하고 또한 배플판의 콘덕턴스를 개선할 수 있는 플라즈마 처리 장치, 및 플라즈마 처리 장치의 배플판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1에 기재된 발명은 피처리 기판에 플라 즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치로서, 피처리 기판이 반입 및 반출되는 처리용기와, 처리용기내에 마련되고 피처리 기판이 탑재되는 탑재대와, 상기 처리용기내에 처리 가스를 도입하기 위한 유입구와, 상기 처리용기내의 처리 가스를 여기하고 플라즈마를 발생시키는 고주파 전원과, 상기 처리용기내의 처리 가스를 배기하기 위한 배기구와, 처리 가스가 통과하는 개구를 갖는 동시에, 상기 처리용기의 내부를 플라즈마 처리 공간과 배기 공간으로 구획하는 배플판을 구비하고, 상기 배플판의 상기 개구가, 연결된 1개의 슬릿만으로 이루어지는 플라즈마 처리 장치이다.

청구항 2에 기재된 발명은 청구항 1에 기재된 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 배플판은 상기 탑재대의 주위의 환상의 배기 경로에 배치되고, 상기 1개의 슬릿은 환상의 상기 배플판의 반경 방향으로 신장하는 복수의 직선 슬릿, 및 인접하는 한쌍의 직선 슬릿의 단을 연결하는 복수의 곡선 슬릿으로 구성되고, 그 전체가 물결형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

청구항 3에 기재된 발명은 청구항 1에 기재된 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 배플판은 링형상의 본체부와, 이 링형상의 본체부에서 외측을 향해 돌출된 복수의 돌출부를 갖는 제 1 부재와, 상기 제 1 부재의 상기 링형상의 본체부보다도 직경이 큰 링형상의 본체부와, 이 링형상의 본체부에서 내측을 향해 돌출된 복수의 돌출부를 갖는 제 2 부재를 구비하고, 상기 제 1 부재와 제 2 부재의 사이에 상기 1개의 슬릿이 형성되는 것을 특징으로 한다.

청구항 4에 기재된 발명은 청구항 3에 기재된 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재의 사이에 보강 부재가 놓아지는 것을 특징으로 한다.

청구항 5에 기재된 발명은 청구항 3 또는 4에 기재된 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 제 1 부재 및 상기 제 2 부재 각각은 복수의 부채형 부재로 구성되는 것을 특징으로 한다.

청구항 6에 기재된 발명은 청구항 1에 기재된 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 배플판은 상기 탑재대의 주위의 환상의 배기 경로에 배치되고, 상기 1개의 슬릿은 환상의 상기 배플판을 따라 둘레 방향으로 신장하는 소용돌이 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

청구항 7에 기재된 발명은 청구항 1 내지 6 중의 어느 한 항에 기재된 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 단일의 슬릿의 두께와 폭의 비인 애스펙트비(슬릿의 두께/슬릿의 폭)가 2이상 8이하로 설정되는 것을 특징으로 한다.

청구항 8에 기재된 발명은 처리용기에 처리 가스를 도입하고, 상기 처리용기내의 처리 가스를 고주파에 의해 여기해서 플라즈마를 발생시키고, 상기 처리용기내의 처리 가스를 배기하는 플라즈마 처리 장치의, 상기 처리용기의 내부를 처리 공간과 배기 공간으로 구획하는 플라즈마 처리 장치의 배플판으로서, 처리 가스가 통과하는 배플판의 개구가, 연결된 1개의 슬릿만으로 이루어지는 플라즈마 처리 장치의 배플판이다.

청구항 9에 기재된 발명은 처리용기에 처리 가스를 도입하고, 상기 처리용기내의 상기 처리 가스를 고주파에 의해 여기해서 플라즈마를 발생시키고, 상기 처리 용기내의 상기 처리 가스를 배기하는 플라즈마 처리 장치의, 상기 처리용기의 내부를 처리 공간과 배기 공간으로 구획하는 플라즈마 처리 장치의 배플판으로서, 상기 배플판은 피처리 기판이 탑재되는 탑재대의 주위의 환상의 배기 경로에 배치되고, 처리 가스가 통과하는 상기 배플판의 개구는 환상의 상기 배플판의 반경방향으로 신장하는 복수의 직선 슬릿, 및 인접하는 한쌍의 직선 슬릿의 단을 연결하는 곡선 슬릿으로 구성되고, 그 전체가 물결형상으로 형성되는 슬릿을 포함하는 플라즈마 처리장치의 배플판이다.

청구항 10에 기재된 발명은 처리용기에 처리 가스를 도입하고, 상기 처리용기내의 상기 처리 가스를 고주파에 의해 여기해서 플라즈마를 발생시키고, 상기 처리용기내의 상기 처리 가스를 배기하는 플라즈마 처리 장치의, 상기 처리용기의 내부를 처리 공간과 배기 공간으로 구획하는 플라즈마 처리 장치의 배플판으로서, 상기 배플판은 피처리 기판이 탑재되는 탑재대의 주위의 환상의 배기경로에 배치되고, 처리 가스가 통과하는 상기 배플판의 개구는 환상의 상기 배플판의 둘레방향으로 신장하는 소용돌이 형상으로 형성되는 슬릿을 포함하는 플라즈마 처리장치의 배플판이다.

청구항 11에 기재된 발명은 피처리 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법으로서, 피처리 기판이 반입된 처리용기에 처리 가스를 유입구로부터 도입하는 공정과, 처리용기내의 처리 가스를 고주파에 의해 여기하고 플라즈마를 발생시키는 공정과, 상기 처리용기의 내부를 플라즈마 처리 공간과 배기 공간으로 구획하고, 연결된 1개의 슬릿만으로 이루어지는 개구를 갖는 배플판을 거쳐서, 상 기 처리용기내의 처리 가스를 배기구로부터 배기하는 공정을 구비한 플라즈마 처리 방법이다.

동일한 개구 면적이라도, 복수의 구멍보다도 복수의 구멍을 연결한 슬릿 쪽이 배플판의 콘덕턴스가 커진다. 예를 들면, 0.5㎟의 면적의 구멍을 10개 뚫는 것보다도 5㎟의 면적의 슬릿을 1개 뚫는 쪽이 콘덕턴스가 커진다. 배플판에 복수의 구멍을 뚫었을 때, 복수의 구멍의 사이의 벽에 가스 입자가 반사하고, 가스 입자가 복수의 구멍을 통과하기 어려워진다. 복수의 구멍을 연결해서 슬릿으로 함으로써, 복수의 구멍의 사이의 벽이 없어지고, 가스 입자가 슬릿을 통과하기 쉬워지기 때문이다．

동일한 원리로, 동일한 개구 면적이라도, 복수개의 슬릿을 형성하는 것보다도 복수개의 슬릿을 연결해서 1개의 슬릿, 물결형상의 슬릿, 또는 소용돌이 형상의 슬릿으로 함으로써, 배플판의 콘덕턴스가 더욱 커진다. 복수개의 슬릿간의 벽을 줄일 수 있기 때문이다.

또한, 플라즈마 리크는 슬릿의 애스펙트비(슬릿의 두께/슬릿의 폭)에 상관이 있으므로, 복수개의 슬릿을 연결해서 1개의 슬릿으로 해도, 플라즈마 리크의 양이 커지는 것을 방지할 수 있다.

이하, 첨부 활면을 참조하여, 본 발명의 일실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 설명한다. 도 1은 플라즈마 처리 장치(에칭 장치)의 전체의 개략 구성도를 나타낸다.

도 1에 있어서, 부호 ‘1’은 처리용기로서의 원통형의 챔버이다. 챔버(1)의 축선 방향의 단부는 내부를 기밀하게 할 수 있도록 닫혀져 있다. 챔버(1)의 측벽(1a)에는 피처리 기판을 반입 및 반출하기 위한 도시하지 않은 반출입구가 마련된다. 반출입구는 게이트 밸브에 의해서 개폐된다. 피처리 기판을 반입 또는 반출할 때는 게이트밸브가 반출입구를 개폐한다. 챔버(1)의 재질은 예를 들면 알루미늄, 스테인리스강 등으로 이루어진다. 챔버(1)는 어스에 접지되어 있다.

챔버(1)의 내부에는 반도체 웨이퍼 W 등의 피처리 기판이 탑재되는 탑재대로서 서셉터(2)가 마련된다. 서셉터(2)는 알루미늄 등의 도전성 재료로 이루어지고, 하부 전극을 겸하고 있다. 서셉터(2)는 세라믹 등의 절연성의 원반형상 유지부(3)에 지지된다. 원반형상 유지부(3)는 챔버(1)의 원반형상 지지부(4)에 지지된다. 서셉터(2)의 상면에는 서셉터(2)의 상면을 원환형상으로 둘러싸는 석영이나 Si 등으로 이루어지는 포커스 링(5)이 배치된다.

서셉터(2)의 주위와 챔버(1)의 측벽(1a)의 사이에는 원환형상의 배기 경로(6)가 형성된다. 이 배기 경로(6)의 하부에는 원환 형상의 배플판(7)이 배치된다. 배플판(7)은 챔버(1)의 내부를 플라즈마 처리 공간(방전 공간)(1b)과 배기 공간(1c)으로 구획한다. 배플판(7)의 구조에 대해서는 후술한다.

챔버(1)의 바닥부에는 처리 가스를 배기하기 위한 배기구(8)가 마련된다. 배기구(8)에는 배기관(9)을 거쳐서 배기 장치(10)가 접속된다. 배기 장치(10)는 진공 펌프를 갖고 있고, 챔버(1)의 내부의 플라즈마 처리 공간(1b)을 소정의 진공도까지 감압한다.

서셉터(2)에는 플라즈마 생성용의 고주파 전원(13)이 정합기 및 급전 봉(14)을 거쳐서 전기적으로 접속된다. 고주파 전원(13)은 예를 들면 40㎒의 HF(High Frequency)의 고주파 전력을 서셉터(2), 즉 하부 전극에 공급한다. 또 서셉터(2)에는 플라즈마 중의 래디컬, 이온을 반도체 웨이퍼 W에 인입하는 바이어스용의 고주파 전원(15)이 정합기 및 급전봉(14)을 거쳐서 접속된다. 고주파 전원(15)은 예를 들면 12.88㎒, 3.2㎒ 등의 LF(Low Frequency)의 고주파 전력을 서셉터(2)에 공급한다.

챔버(1)의 천장부에는 샤워헤드(16)가 상부 전극으로서 마련된다. 천장부의 샤워헤드(16)는 다수의 유입구(17a)를 갖는 하면의 전극판(17)과, 이 전극판(17)을 착탈 자유롭게 지지하는 전극 지지체(18)를 갖는다. 유입구(17a)로부터 처리 가스가 도입된다. 전극 지지체(18)의 내부에는 버퍼실(19)이 형성된다. 버퍼실(19)에는 처리 가스 공급부로부터의 가스 공급 배관(20)이 접속된다.

샤워헤드(16)는 서셉터(2)와 평행하게 대향하는 동시에 어스에 접지되어 있다. 샤워헤드(16)와 서셉터(2)는 한쌍의 전극, 즉 상부 전극과 하부 전극으로서 기능한다. 고주파 전원(13)이 샤워헤드(16)와 서셉터(2)의 사이에 고주파 전력을 인가하면, 이들 사이에 도입된 처리 가스가 여기되고, 플라즈마가 발생한다. 플라즈 마 중의 래디컬, 이온은 LF(Low Frequency)의 고주파 전력에 의해서 반도체 웨이퍼 W상에 인입된다.

서셉터(2)의 상면에는 반도체 웨이퍼 W를 정전 흡착력으로 유지하기 위한 정전 척(21)이 마련된다. 정전 척(21)은 세라믹 등의 유전체로 이루어진다. 정전 척(21)의 내부에는 도전체인 HV(High Voltage) 전극(22)이 마련된다. HV 전극(22)은 예를 들면 동, 텅스텐 등의 도전막으로 이루어진다.

HV 전극(22)에는 직류 전원(23)이 전기적으로 접속된다. 직류 전원(23)은 HV 전극(22)에 예를 들면 2500V, 3000V 등의 플러스 또는 마이너스의 직류 전압을 인가한다. 직류 전원(23)이 HV 전극(22)에 직류 전압을 인가하면, 쿨롱력에 의해서 반도체 웨이퍼 W가 정전 척(21)에 흡착 유지된다.

서셉터(2)의 내부에는 예를 들면 원주방향으로 연장하는 환상의 냉매실(2a)이 마련된다. 이 냉매실(2a)에는 배관이 접속된다. 도시하지 않은 칠러 유닛은 냉매실(2a)에 소정 온도의 냉매 예를 들면 냉각수를 순환시킨다. 냉매의 온도를 제어하는 것에 의해서, 정전 척(21)상의 반도체 웨이퍼 W의 처리온도를 제어할 수 있다.

정전 척(21)의 상면과 반도체 웨이퍼 W의 이면의 사이에는 전열 가스 공급부로부터의 전열 가스, 예를 들면 He 가스가 가스 공급 배관(24)을 거쳐서 공급된다. 반도체 웨이퍼 W의 이면 및 정전 척(21)의 상면은 미크로적으로 보면 평면하지는 않고 울퉁불퉁하다. 반도체 웨이퍼 W의 이면과 정전 척(21)의 사이에 전열 가스를 공급함으로써, 반도체 웨이퍼 W와 정전 척(21)의 사이의 전열성을 향상시킬 수 있 다.

배기 장치(10), 고주파 전원(13, 15), 직류 전원(23), 칠러 유닛, 전열 가스 공급부 및 처리 가스 공급부의 동작은 제어 장치에 의해서 제어된다.

도 2 및 도 3은 배플판(7)의 상세도를 나타낸다. 도 2는 배플판(7)의 사시도를, 도 3은 배플판(7)의 평면도를 나타낸다. 원환형상의 배플판(7)에는 연결된 1개의 슬릿(26)만이 형성된다. 1개의 슬릿(26)은 그 전체가 물결형상으로 형성되고, 원환형상의 배플판(7)의 반경 방향에 방사상으로 신장하는 복수개의 직선 슬릿(27)과, 인접하는 한쌍의 직선 슬릿(27)의 내주측의 단부끼리, 및 반대측에서 인접하는 한쌍의 직선 슬릿(27)의 외주측의 단부끼리를 연결하는 복수의 곡선 슬릿(28)으로 구성된다. 바꿔 말하면, 이 1개의 슬릿(26)은 둘레 방향을 향해 지그재그로 꼬불꼬불하게 연결되어 있다. 1개의 슬릿(26)의 길이는 배플판(7)의 외경의 원주길이보다 길다. 슬릿(26)의 애스펙트비(슬릿의 두께/슬릿의 폭)는 2이상 8이하로 설정된다.

이 1개의 슬릿(26)은 무단(無端)형상으로 연결되어 있다. 이 때문에, 배플판(7)은 내측의 제 1 부재(7a)와 외측의 제 2 부재(7b)로 분리된다. 제 1 부재(7a)는 링형상의 본체부(31)와, 본체부(31)로부터 반경 방향의 외측을 향해 방사상으로 돌출된 돌출부인 복수개의 빗살(32)로 구성된다. 이 제 1 부재(7a)의 본체부(31)는 챔버(1)의 원반형상 지지부(4)에 부착된다.

제 2 부재(7b)는 제 1 부재(7a)의 본체부(31)보다 직경이 큰 링형상의 본체부(33)와, 본체부(33)로부터 반경 방향의 내측을 향해 방사상으로 돌출된 돌출부인 복수개의 빗살(34)로 구성된다. 제 2 부재(7b)의 본체부(33)는 챔버(1)의 측벽(1a) 에 부착된다.

제 1 부재(7a)의 빗살(32)의 개수와 제 2 부재(7b)의 빗살(34)의 개수는 동일하다. 제 1 부재(7a)의 빗살(32)과 제 2 부재(7b)의 빗살(34)이 서로 접촉하는 일이 없도록 번갈아 조합함으로써, 물결형상의 1개의 슬릿(26)이 형성된다. 이 실시형태와 같이, 배플판(7)을 제 1 부재(7a)와 제 2 부재(7b)로 분리함으로써, 배플판(7)을 교환할 때의 메인터넌스성(유지 보수성)이 향상한다.

배플판(7)이 2개의 부품으로 분할되는 경우, 배플판(7)의 강도를 확보하기 위해, 제 1 부재(7a)와 제 2 부재(7b)의 사이에 보강 부재로서의 다리를 놓아도 좋다. 이 보강 부재를 고주파의 어스의 보조로서 기능시켜도 좋다. 또한, 제 1 부재(7a) 및 제 2 부재(7b)를 둘레 방향으로 분할된 복수의 부채형 부재를 결합함으로써 구성해도 좋다.

도 4는 배플판의 다른 예를 나타낸다. 이 배플판(37)도 원환형상으로 형성되고, 서셉터(2)의 주위의 원환형상의 배기 경로(6)에 배치된다. 배플판(37)에는 원환형상의 배플판(37)을 따라 둘레 방향으로 신장하는 소용돌이 형상의 1개의 슬릿(38)이 형성된다. 소용돌이 형상의 슬릿(38)의 길이는 배플판(7)의 외경의 원주길이보다 길다. 소용돌이 형상의 슬릿(38)은 길이 방향의 단에 외주측의 단부(38a)와 내주측의 단부(38b)를 갖는다.

또, 배플판(7)에 소용돌이 형상의 슬릿(38)을 형성함으로써, 배플판 단체에서의 형상 유지가 곤란하게 되는 경우, 내륜과 외륜의 사이에 보강 부재로서의 다리를 놓아도 좋다. 그리고, 이 보강 부재를 고주파의 어스의 보조로서 기능시켜도 좋다.

상기와 같이 구성되는 플라즈마 처리 장치에 의한 에칭의 수순에 대해 설명한다.

우선, 챔버(1)에 마련된 게이트밸브를 열고, 반도체 웨이퍼 W를 챔버(1)내에 반입한다. 반송 작업이 끝나면, 게이트밸브를 닫고, 챔버(1)의 내부를 진공으로 한다. 반도체 웨이퍼 W가 챔버(1)내의 서셉터(2)상에 탑재되면, 직류 전원(23)이 HV 전극(22)에 직류 전압(HV)을 인가한다. 반도체 웨이퍼 W는 쿨롱력에 의해서 서셉터(2)에 흡착된다.

다음에, 처리 가스 공급부로부터 챔버(1)내에 처리 가스를 도입하고, 고주파 전원(13, 15)으로부터 서셉터(2)에 HF(High Frequency) 및 LF (Low Frequency)의 고주파 전력을 인가한다. 서셉터(2)에의 고주파 전력의 인가에 의해서, 상부 전극인 샤워헤드(16)와 하부 전극인 서셉터(2)의 사이에 플라즈마가 발생한다. 서셉터(2)에의 고주파 전력의 인가와 동시에, 전열 가스 공급부는 반도체 웨이퍼 W의 이면과 정전 척(21)의 상면의 사이에 전열 가스를 공급한다. 이 상태에서 반도체 웨이퍼 W의 에칭 처리가 개시된다.

소정의 시간이 경과하거나, 에칭 처리의 엔드 포인트가 검출되면, 고주파 전원(13, 15)이 서셉터(2)에 고주파 전력을 인가하는 것을 정지시킨다. 이와 동시에 전열 가스 공급부가 전열 가스를 공급하는 것을 정지시킨다. 다음에, 직류 전원(23)은 HV 전극(22)에 직류 전압을 인가하는 것을 정지시킨다. 흡착이 해제된 반도체 웨이퍼 W는 반송 기구에 의해서 챔버(1)의 밖으로 반송된다.

또, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서 다음과 같은 실시형태로 구현화할 수 있다.

도 1에 나타나는 바와 같이, 상기 실시형태의 플라즈마 장치에 있어서는 하부 전극인 서셉터(2)에 HF 및 LF의 2주파수의 고주파 전력이 인가되고 있지만, 하부 전극에 1주파수의 고주파 전력을 인가해도 좋고, 하부 전극에 LF의 고주파 전력을 인가하고, 상부 전극에 HF의 고주파 전력을 인가해도 좋다.

또한, 배플판(7)은 배기 경로에서 수평면내에 배치되지 않아도, 수평면으로부터 기울여서 배치되어도 좋다.

또한, 배플판(7)의 개구를 복수개의 물결형상의 슬릿으로 구성해도 좋고, 배플판(37)의 개구를 복수개의 나선형상의 슬릿으로 구성해도 좋다.

또한, 본 발명은 플라즈마 CVD, 플라즈마 산화, 플라즈마 질화, 스퍼터링 등의 다른 플라즈마 처리 장치에도 적용 가능하다. 본 발명의 피처리 기판은 반도체 웨이퍼에 한정되는 것은 아니고, LCD(liquid crystal display) 용 기판, 포토 마스크 등이어도 좋다. 본 발명은 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치에 한정되지 않으며, ECR, ICP 등의 플라즈마 처리 장치에 적용할 수 있다.

(실시예)

도 5 및 도 6은 다수의 구멍(39)을 뚫은 종래예의 배플판(40)과, 1개의 물결형상의 슬릿(26)을 형성한 본 발명예의 배플판(7)을 비교한 비교도이다. 도면 중, (a)가 다수의 구멍(39)을 뚫은 종래예의 배플판(40)을 나타내고, 도면 중 (b)가 1개의 물결형상의 슬릿(26)을 형성한 본 발명예의 배플판(7)을 나타낸다.

배플판(7, 40)의 외형 치수를 동일하게 하고, 동일한 개구면적으로 한 후, 종래예의 배플판(40)의 콘덕턴스와 본 발명예의 배플판(7)의 콘덕턴스를 계산하였다. 그 결과는 다음과 같다.

종래예의 배플판(40)의 콘덕턴스

(식 1)

구멍 직경 (d) : φ3㎜

판두께 (t) : 6㎜

구멍의 수: 5800개

콘덕턴스 계산(짧은 원통)

t/d=6/3=2→k=0.359

C2=k*C1

=0.359*(116*((3/1000)/2)^2)

=2.94e-4[m3/sec]

C=5800*C2

=5800*2.94e-4=1.7052[m3/sec]

=1705[L/sec]

본 발명예의 배플판(7)의 콘덕턴스

(식 2)

슬릿 폭 (d) : 3㎜

판두께 (t) : 6㎜

슬릿 길이:19934.68㎜

콘덕턴스 계산(슬릿)

t/d=6/3=2→k=0.542

C=116*K*d*a

=116*0.542*(3/1000)*(19934.68/1000)

=3.7599[m3/sec]

=3759.9[L/sec]

콘덕턴스의 계산의 결과, 종래예의 배플판(40)의 콘덕턴스가 1705L /sec인데 반해, 본 발명예의 배플판(7)의 콘덕턴스가 3759.9L/sec이었다. 동일한 개구 면적이라도, 배플판(7)의 콘덕턴스를 약 2배로 향상시킬 수 있었다.

도 7은 다수의 구멍(39)을 뚫은 종래예의 배플판(40)과, 1개의 소용돌이 형상의 슬릿(38)을 형성한 배플판(37)을 비교한 비교도이다. 도면 중 (a)가 다수의 구멍(39)을 뚫은 종래예의 배플판(40)을 나타내고, 도면 중 (b)가 1개의 소용돌이 형상의 슬릿(38)을 형성한 본 발명예의 배플판(37)을 나타낸다.

배플판(37, 40)의 외형 치수를 동일하게 하고, 동일한 개구 면적으로 한 후, 종래예의 배플판(40)의 콘덕턴스와 본 발명예의 배플판(37)의 콘덕턴스를 계산하였다.

종래예의 배플판(40)의 콘덕턴스

(식 3)

구멍 직경 (d) : φ3㎜

판두께 (t) : 6㎜

구멍의 수: 5800개

콘덕턴스 계산(짧은 원통)

t/d=6/3=2→k=0.359

C2=k*C1

=0.359*(116*((3/1000)/2)^2)

=2.94e-4[m3/sec]

C=5800*C2

=5800*2.94e-4=1.7052[m3/sec]

=1705[L/sec]

본 발명예의 배플판(37)의 콘덕턴스

(식 4)

슬릿 폭 (d) : 3㎜

판두께 (t) : 6㎜

슬릿 길이: 18829.16㎜

콘덕턴스 계산(슬릿)

t/d=6/3=2→k=0.542

C=116*K*d*a

=116*0.542*(3/1000)*(18829.16/1000)

=3.5515[m3/sec]

=3551.5[L/sec1

콘덕턴스의 계산의 결과, 종래예의 배플판(40)의 콘덕턴스가 1705L/sec인데 반해, 본 발명예의 배플판(37)의 콘덕턴스가 3551.5L/sec이었다. 동일한 개구 면적이라도, 배플판(37)의 콘덕턴스를 약 2배로 향상시킬 수 있었다.

도 8은 플라즈마 처리 장치의 P-Q 특성(플라즈마 처리 공간의 압력과 Ar 가스의 유량의 관계)의 그래프를 나타낸다. 그래프의 범례 중 (1)∼(2)가 종래예의 배플판(φ3㎜이고 두께가 6㎜의 다수의 구멍을 뚫은 배플판)을 이용한 장치이고, (3)∼(5)가 본 발명예의 배플판(폭이 3㎜나 2㎜이고 두께가 6㎜의 슬릿을 뚫은 배플판)을 이용한 장치이다. 범례 중의 3500D는 3500L 클래스의 진공 펌프를 이용한 경우를, VG250은 구경 250㎜의 플랜지를 이용한 경우를 나타낸다. (S)가 부기된 범례는 시뮬레이션의 결과를 나타내고, (S)가 부기되어 있지 않은 범례는 실측의 결과를 나타낸다.

이 그래프로부터, 본 발명예와 같이 배플판에 1개의 슬릿을 형성함(범례 (3)∼(5))으로써, 종래예의 배플판(범례 (1)∼(2))보다도, P-Q 특성을 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 예를 들면 Ar 가스를 1400sccm 흘렸을 때, 본 발명예의 배플판(범례 (3) 및 (4))에서는 플라즈마 처리 공간을 압력 1.5×10^-2Torr의 저진공으로 할 수 있는 것을 알 수 있다. 이것에 대해, 종래예의 배플판(범례 (2))에서는 Ar 가스를 1400sccm 흘렸을 때, 플라즈마 처리 공간의 압력이 2.25×10^-2Torr로 되어, 진공도가 떨어져 버리는 것을 알 수 있다.

본 발명예의 범례 (5)에서는 슬릿폭을 2㎜로 하고 있다. 슬릿폭이 크면, 플라즈마 리크가 발생할 우려가 있기 때문이다．슬릿폭을 2㎜로 좁게 해도, 종래예의 배플판(범례 (2))보다도 높은 진공도가 얻어지는 것을 알 수 있다.

종래예의 범례 (1)에서는 진공 펌프에 2301L 클래스의 소형의 것을 이용하고 있다. 소형의 진공 펌프를 이용하면, 장치의 P-Q 특성이 약간 악화되는 것을 알 수 있다. 그러나, 본 발명예와 같이, 배플판의 콘덕턴스를 향상시킴으로써, 가령 소형의 진공 펌프를 이용해도, 대형의 펌프를 이용한 경우와 마찬가지의 P-Q 특성을 얻을 수 있다. 진공 펌프의 소형화가 도모되면, 플라즈마 처리 장치의 소형화나 저비용화가 도모된다.

도 9는 애스펙트비를 바꾸었을 때의 플라즈마 처리 장치의 P-Q 특성을 나타낸다. 범례 (1)∼(2)가 종래예의 배플판(φ3㎜이고 두께가 6㎜의 다수의 구멍을 뚫은 배플판)이고, 범례 (3)∼(5)가 본 발명예의 배플판(슬릿의 애스펙트비를 바꾼 배플판)이다. 애스펙트비는 플라즈마 리크와 상관이 있다. 애스펙트비가 크면 클수록, 플라즈마 리크가 잘 발생하지 않게 된다.

범례 (3)에 나타나는 바와 같이, 애스펙트비를 2로 한 결과, 가스종, 가스 압력, 가스 유량 등의 프로세스 조건에 따라서는 플라즈마 리크가 발생하는 경우가 있었다. 에스팩트비를 2미만으로 하면, 프로세스 윈도우를 좁힐 우려가 있다. 이 때문에, 애스펙트비를 2이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 범례 (5)∼(8)에 나타나는 바와 같이, 애스펙트비를 3이상으로 하면, 프로세스 윈도우를 좁히지 않아도, 플라즈마 리크가 발생하는 것을 방지할 수 있었다.

범례 (8)에 나타나는 바와 같이, 애스펙트비를 8로 설정했을 때의 P-Q 특성은 범례 (2)에 나타나는 종래예의 배플판을 이용한 기존 장치의 P-Q 특성에 대략 동일하다. 애스펙트비를 크게 하면 할수록, 배플판의 콘덕턴스는 저하한다. 기존 장치의 P-Q 특성 이상의 성능을 얻기 위해서는 애스펙트비를 8이하로 하는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 1실시형태의 플라즈마 처리 장치의 모식도.

도 2는 배플판의 사시도.

도 3은 배플판의 평면도.

도 4는 배플판의 다른 예의 평면도.

도 5는 종래예의 배플판과 본 발명예의 배플판을 비교하는 사시도(도면 중 (a)가 종래예의 배플판을 나타내고, (b)가 본 발명예의 물결형상의 배플판을 나타냄).

도 6은 종래예의 배플판과 본 발명예의 배플판을 비교하는 평면도(도면 중 (a)가 종래예의 배플판을 나타내고, (b)가 본 발명예의 물결형상의 배플판을 나타냄)

도 7은 종래예의 배플판과 본 발명예의 배플판을 비교하는 평면도(도면 중 (a)가 종래예의 배플판을 나타내고, (b)가 본 발명예의 소용돌이 형상의 배플판을 나타냄).

도 8은 플라즈마 처리 장치의 P-Q 특성을 나타내는 그래프.

도 9는 애스펙트비를 바꾸었을 때의 플라즈마 처리 장치의 P-Q 특성을 나타내는 그래프.

부호의 설명

1…챔버(처리용기)

1b…플라즈마 처리 공간

1a…챔버의 측벽

1c…배기 공간

2…서셉터(탑재대)

6…배기 경로

7, 37…배플판

7a…제 1 부재

7b…제 2 부재

8…배기구

13, 15…고주파 전원

17a…유입구

26…물결 형상의 슬릿

27…직선 슬릿

28…곡선 슬릿

31…제 1 부재의 본체부

32…제 1 부재의 빗살(돌출부)

33…제 2 부재의 본체부

34…제 2 부재의 빗살(돌출부)

38…소용돌이 형상의 슬릿

W…반도체 웨이퍼(피처리 기판)

Claims

피처리 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치로서,

피처리 기판이 반입 및 반출되는 처리용기와,

처리용기내에 마련되고, 피처리 기판이 탑재되는 탑재대와,

상기 처리용기내에 처리 가스를 도입하기 위한 유입구와,

상기 처리용기내의 처리 가스를 여기하고, 플라즈마를 발생시키는 고주파 전원과,

상기 처리용기내의 처리 가스를 배기하기 위한 배기구와,

처리 가스가 통과하는 개구를 갖는 동시에, 상기 처리용기의 내부를 플라즈마 처리 공간과 배기 공간으로 구획하는 배플판을 구비하고,

상기 배플판의 상기 개구가, 연결된 1개의 슬릿만으로 이루어지는

플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 배플판은 상기 탑재대의 주위의 환상의 배기 경로에 배치되고, 상기 1개의 슬릿은 환상의 상기 배플판의 반경 방향으로 신장하는 복수의 직선 슬릿 및 인접하는 한쌍의 직선 슬릿의 단을 연결하는 복수의 곡선 슬릿으로 구성되고, 그 전체가 물결형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 배플판은 링형상의 본체부와, 이 링형상의 본체부에서 외측을 향해 돌출된 복수의 돌출부를 갖는 제 1 부재와, 상기 제 1 부재의 상기 링형상의 본체부보다도 직경이 큰 링형상의 본체부와, 이 링형상의 본체부에서 내측을 향해 돌출된 복수의 돌출부를 갖는 제 2 부재를 구비하고, 상기 제 １ 부재와 제 ２ 부재의 사이에, 상기 1개의 슬릿이 형성되는 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재의 사이에 보강 부재가 놓아지는 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리 장치.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

상기 제 1 부재 및 상기 제 2 부재 각각은 복수의 부채형 부재로 구성되는 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 배플판은 상기 탑재대의 주위의 환상의 배기 경로에 배치되고,

상기 1개의 슬릿은 환상의 상기 배플판을 따라 둘레 방향으로 신장하는 소용돌이 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 및 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 단일의 슬릿의 두께와 폭의 비인 애스펙트비(슬릿의 두께/슬릿의 폭)가 2이상 8이하로 설정되는 것을 특징으로 하는

플라즈마 처리 장치.
처리용기에 처리 가스를 도입하고,

상기 처리용기내의 처리 가스를 고주파에 의해 여기해서 플라즈마를 발생시키고,

상기 처리용기내의 처리 가스를 배기하는 플라즈마 처리 장치의, 상기 처리용기의 내부를 처리 공간과 배기 공간으로 구획하는 플라즈마 처리 장치의 배플판으로서,

처리 가스가 통과하는 배플판의 개구가, 연결된 1개의 슬릿만으로 이루어지는

플라즈마 처리 장치의 배플판.
처리용기에 처리 가스를 도입하고, 상기 처리용기내의 상기 처리 가스를 고주파에 의해 여기해서 플라즈마를 발생시키고, 상기 처리용기내의 상기 처리 가스를 배기하는 플라즈마 처리 장치의, 상기 처리용기의 내부를 처리 공간과 배기 공간으로 구획하는 플라즈마 처리 장치의 배플판으로서,

상기 배플판은 피처리 기판이 탑재되는 탑재대의 주위의 환상의 배기 경로에 배치되고,

처리 가스가 통과하는 상기 배플판의 개구는 환상의 상기 배플판의 반경 방향으로 신장하는 복수의 직선 슬릿, 및 인접하는 한쌍의 직선 슬릿의 단을 연결하는 곡선 슬릿으로 구성되고, 그 전체가 물결형상으로 형성되는 슬릿을 포함하는

플라즈마 처리 장치의 배플판.
처리용기에 처리 가스를 도입하고, 상기 처리용기내의 상기 처리 가스를 고주파에 의해 여기해서 플라즈마를 발생시키고, 상기 처리용기내의 상기 처리 가스를 배기하는 플라즈마 처리 장치의, 상기 처리용기의 내부를 처리 공간과 배기 공간으로 구획하는 플라즈마 처리 장치의 배플판으로서,

상기 배플판은 피처리 기판이 탑재되는 탑재대의 주위의 환상의 배기 경로에 배치되고,

처리 가스가 통과하는 상기 배플판의 개구는 환상의 상기 배플판의 둘레 방향으로 신장하는 소용돌이 형상으로 형성되는 슬릿을 포함하는

플라즈마 처리 장치의 배플판.
피처리 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법으로서,

피처리 기판이 반입된 처리용기에 처리 가스를 유입구로부터 도입하는 공정과,

처리용기내의 처리 가스를 고주파에 의해 여기하고, 플라즈마를 발생시키는 공정과,

상기 처리용기의 내부를 플라즈마 처리 공간과 배기 공간으로 구획하고, 연결된 1개의 슬릿만으로 이루어지는 개구를 갖는 배플판을 거쳐서, 상기 처리용기내의 처리 가스를 배기구로부터 배기하는 공정을 구비한

플라즈마 처리 방법.