KR20110081296A

KR20110081296A - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법

Info

Publication number: KR20110081296A
Application number: KR1020117011259A
Authority: KR
Inventors: 노부유키 오카야마; 나오키 마츠모토
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2008-11-18
Filing date: 2009-08-25
Publication date: 2011-07-13
Also published as: US20110240598A1; WO2010058642A1; TWI442837B; KR20120098931A; KR101266890B1; CN102217044A; JP5360069B2; TW201028052A; KR101341371B1; CN102217044B; JPWO2010058642A1

Abstract

플라즈마 처리 장치(11)는 처리 용기(12) 내로 플라즈마 처리용의 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부(13)를 구비한다. 반응 가스 공급부(13)는 유전체판(16)의 중앙부에 설치되어 있으며 보지대(14)에 보지된 피처리 기판(W)의 중앙 영역을 향하여 직하 방향으로 반응 가스를 공급하는 제 1 반응 가스 공급부(61)와, 보지대(14) 상에 보지된 피처리 기판(W)의 직상 영역을 피한 위치이고 보지대(14)의 직상 영역에 설치되어 있으며 보지대(14)에 보지된 피처리 기판(W)을 향하여 경사 방향으로 반응 가스를 공급하는 제 2 반응 가스 공급부(62)를 포함한다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법{PLASMA PROCESSING DEVICE AND PLASMA PROCESSING METHOD}

본 발명은 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것이며, 특히 마이크로파를 플라즈마원으로 하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.

LSI(Large Scale Integrated circuit) 등의 반도체 장치는 피처리 기판인 반도체 기판(웨이퍼)에 에칭 또는 CVD(Chemical Vapor Deposition), 스퍼터링 등의 복수의 처리를 실시하여 제조된다. 에칭 또는 CVD, 스퍼터링 등의 처리에 대해서는 그 에너지 공급원으로서 플라즈마를 이용한 처리 방법, 즉 플라즈마 에칭 또는 플라즈마 CVD, 플라즈마 스퍼터링 등이 있다. 플라즈마의 종류에는 평행 평판형 플라즈마, ICP(Inductively-Coupled Plasma), ECR(Electron Cyclotron Resonance) 플라즈마 등이 있으며, 다양한 장치에서 발생시킨 플라즈마가 처리에 이용된다.

상기한 바와 같은 플라즈마 에칭 처리 등을 피처리 기판에 실시할 때에는 플라즈마를 생성하는 처리 용기 내로 피처리 기판을 처리하기 위한 반응 가스를 공급할 필요가 있다. 여기서, 피처리 기판의 처리에서 처리 용기 내로 반응 가스를 공급하는 기술이 일본특허공개공보 2004-165374호(특허 문헌 1) 및 일본특허공개공보 평6-112163호(특허 문헌 2)에 개시되어 있다. 특허 문헌 1에 따르면, ECR 플라즈마에 의한 플라즈마 처리 장치에서 피처리 기판을 재치하는 재치대와 메인 코일의 사이에 환상(環狀)의 가스 링을 설치하고 있다. 가스 링은 재치대보다 큰 직경으로 형성되어 있다. 이 가스 링에 의해 반응 가스를 공급하는 것으로 하고 있다. 특허 문헌 2에 따르면, ECR 플라즈마에 의한 플라즈마 처리 장치에서 데포지션성 가스의 도입구를 시료 보지(保持)대의 근방에 배치하는 것으로 하고 있다.

일본특허공개공보 2004-165374호 일본특허공개공보 평6-112163호

피처리 기판을 처리할 때에는 피처리 기판의 면내에서 균일하게 처리되는 것이 바람직하다. 여기서, 반응 가스를 처리 용기 내로 공급할 때 피처리 기판의 처리에서의 면내 균일성 향상의 관점에서 복수의 개소로부터 반응 가스를 공급하는 경우가 있다. 도 21은 처리 용기 내로 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부를 2 개소에 설치한 플라즈마 처리 장치(101)의 일부를 도시한 개략 단면도이다. 도 21에 도시한 플라즈마 처리 장치(101)에서는 원판 형상의 피처리 기판(W)의 중앙 영역으로 반응 가스를 공급하기 위하여, 처리 용기(102) 내로 마이크로파를 도입하는 유전체판(103)의 중앙부에 제 1 반응 가스 공급부(104)를 설치하였다. 제 1 반응 가스 공급부(104)에서는 피처리 기판(W)의 중앙 영역으로 분사하도록 하여 반응 가스를 공급하고 있다. 또한, 피처리 기판(W)의 단부 영역으로 반응 가스를 공급하기 위하여, 처리 용기(102)의 측벽(105)의 상부측에 제 2 반응 가스 공급부(106)를 설치하였다. 또한, 처리 중인 플라즈마 처리 장치(101)에서는 도 21 중의 하방측에 위치하는 배기 장치(도시하지 않음)에 의해 하방향으로 배기되고 있다.

이와 같이, 반응 가스 공급부를 2 개소 설치한 플라즈마 처리 장치(101)에서, 처리 용기(102) 내로 점성류(粘性流)의 압력 영역(대략 50 mTorr 이상)으로 반응 가스를 공급한 경우, 제 2 반응 가스 공급부(106)로부터 공급된 반응 가스는 제 1 반응 가스 공급부(104)의 영향으로 도 21 중의 화살표(X)로 도시한 중앙 방향으로 흐른다. 즉, 제 2 반응 가스 공급부(106)로부터 공급된 반응 가스는 제 1 반응 가스 공급부(104)로부터 공급된 반응 가스와 동일한 공급로가 된다. 이 때문에, 제 2 반응 가스 공급부(106)로부터 반응 가스를 공급하는 효과는 인정되지 않고, 피처리 기판(W)의 중앙 영역으로 공급된 반응 가스는 피처리 기판(W)의 중앙 영역으로부터 단부 영역을 향해 방사 형상으로 퍼져 단부로 향할 수록 반응 가스가 소비되고 또한 반응 생성물이 증가하여, 피처리 기판(W)의 직경 방향에서 처리 상태에 분포가 발생하고, 그 결과 면내의 불균일을 발생시킨다.

한편, 분자류의 압력 영역(대략 50 mTorr 이하)의 경우, 제 2 반응 가스 공급부(106)로부터 공급된 반응 가스는 배기 장치에 의한 배기에 의해 도 21 중의 화살표(Y)로 도시한 하방향으로 흐른다. 그러면, 제 2 반응 가스 공급부(106)로부터 공급된 반응 가스는 피처리 기판(W)에 도달하지 않고 배기되게 된다. 이 때문에, 피처리 기판(W)에 도달하는 반응 가스는 거의 제 1 반응 가스 공급부(104)로부터의 공급만으로 되어, 상기와 마찬가지로 피처리 기판(W)의 처리 상태에 면내의 불균일이 발생하게 된다.

이와 같이, 상기한 구성의 플라즈마 처리 장치(101)에서는 처리 용기(102) 내의 압력 영역을 변경하여 제 2 가스 공급부(106)로부터 공급하는 가스 공급량을 조정해도 피처리 기판(W)으로 균일하게 반응 가스를 공급할 수 없어, 피처리 기판(W)의 처리에서의 면내 균일성을 확보하는 것이 곤란하다. 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에 나타낸 플라즈마 처리 장치에서는 상기와 같은 문제가 발생할 우려가 있다.

여기서, 피처리 기판(W)으로 균일하게 반응 가스를 공급하기 위하여 피처리 기판(W)의 직상(直上) 영역에 제 2 반응 가스 공급부를 설치한 경우, 이하의 문제가 발생할 우려가 있다. 도 22는 이 경우에서의 플라즈마 처리 장치(111)의 일부를 도시한 개략 단면도이며, 도 21에 도시한 단면에 상당한다. 도 22에 도시한 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(111)에는 유전체판(112)의 중앙부에 제 1 반응 가스 공급부(113)가 설치되어 있고, 보지대(114)에 보지된 피처리 기판(W)의 직상 영역에 환상의 제 2 반응 가스 공급부(115)가 설치되어 있다. 제 2 반응 가스 공급부(115)에 의해 피처리 기판(W)의 단부 영역을 향하여 직하(直下) 방향으로 반응 가스를 공급하는 것으로 하고 있다.

그러나, 이러한 구성으로 하면, 제 1 반응 가스 공급부(113)로부터 공급된 반응 가스와 제 2 반응 가스 공급부(115)로부터 공급된 반응 가스가 피처리 기판(W)의 중앙 영역과 단부 영역의 직경 방향의 사이의 영역(116)에서 서로 부딪치게 된다. 도 22 중 영역(116)은 점선으로 도시하였다. 그러면, 이 영역(116)에서 반응 가스가 고이는 상태가 발생하여 데포지션(반응 생성물)이 체류하기 쉬워진다.

또한, 도 22에 도시한 바와 같이, 피처리 기판(W)의 직상 영역에 제 2 반응 가스 공급부를 설치하면, 피처리 기판(W) 상에서 플라즈마의 흐름을 차폐하는 차폐물이 존재하게 된다. 이러한 플라즈마 차폐물은 피처리 기판(W) 상의 처리의 불균일을 발생시키게 된다.

상기한 바와 같은 데포지션의 체류 및 플라즈마 차폐물의 영향에 의해, 영역(116)에서의 피처리 기판(W)의 에칭 레이트와 중앙 영역 또는 단부 영역에서의 피처리 기판(W)의 에칭 레이트가 상이하여 피처리 기판(W)의 처리에서의 면내 균일성을 해치게 된다.

본 발명의 목적은 피처리 기판의 처리에서의 면내 균일성을 향상시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 피처리 기판의 처리에서의 면내 균일성을 향상시킬 수 있는 플라즈마 처리 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는, 그 내부에서 피처리 기판에 플라즈마 처리를 행하는 처리 용기와, 처리 용기 내에 배치되며 그 위에 피처리 기판을 보지하는 보지대와, 처리 용기 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 수단과, 처리 용기 내로 플라즈마 처리용의 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부를 구비한다. 여기서 반응 가스 공급부는, 보지대 상에 보지된 피처리 기판의 중앙 영역을 향하여 직하 방향으로 반응 가스를 공급하는 제 1 반응 가스 공급부와, 보지대 상에 보지된 피처리 기판의 직상 영역을 피한 위치이고 또한 보지대의 직상 영역에 설치되어 있으며, 보지대 상에 보지된 피처리 기판의 중심측을 향하여 반응 가스를 공급하는 제 2 반응 가스 공급부를 포함한다.

이러한 구성의 플라즈마 처리 장치는, 피처리 기판의 중앙 영역을 향하여 직하 방향으로 반응 가스를 공급하는 제 1 반응 가스 공급부와, 피처리 기판의 중심측을 향하여 반응 가스를 공급하는 제 2 반응 가스 공급부에 의해 피처리 기판 전체에 균일하게 반응 가스를 공급할 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 반응 가스 공급부에 의해 공급된 반응 가스끼리를 피처리 기판 상에서 고이게 하지 않아, 데포지션(반응 생성물)의 체류를 억제할 수 있다. 또한, 제 2 반응 가스 공급부에 의해 피처리 기판으로 도달하는 플라즈마의 흐름을 차폐하지도 않는다. 따라서, 피처리 기판의 처리에서의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 여기서 말하는 직상 영역이란 피처리 기판의 수직 상방의 영역을 가리킨다. 또한, 피처리 기판의 중심측이란 피처리 기판의 중앙 영역 및 피처리 기판의 중앙 영역의 수직 상방측을 말한다.

바람직하게는, 제 2 반응 가스 공급부는 보지대의 근방에 배치되어 있다.

더 바람직하게는, 제 2 반응 가스 공급부는 보지대 상에 보지된 피처리 기판의 중앙 영역을 향하여 경사 방향으로 반응 가스를 공급한다.

또한, 제 2 반응 가스 공급부는 보지대 상에 보지된 피처리 기판의 중심측을 향하여 가로 방향으로 반응 가스를 공급하도록 해도 좋다.

더 바람직하게는, 제 2 반응 가스 공급부는 환상부를 포함하며, 환상부에는 반응 가스를 공급하는 공급홀이 형성되어 있다.

더 바람직하게는, 피처리 기판은 원판 형상이고, 환상부는 원환 형상이며, 환상부의 내경은 피처리 기판의 외경보다 크다.

또한, 처리 용기는, 보지대의 하방측에 위치하는 저부(底部)와, 저부의 외주(外周)에서부터 상방향으로 연장되는 측벽을 포함하고, 제 2 반응 가스 공급부는 측벽 내에 매립 설치되어 있는 구성으로 해도 좋다.

더 바람직하게는, 측벽은 내방측으로 돌출되는 돌출부를 포함하고, 제 2 반응 가스 공급부는 돌출부 내에 매립 설치되어 있다.

더 바람직한 일 실시예로서 플라즈마 발생 수단은, 플라즈마 여기용의 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생기와, 보지대와 대향하는 위치에 설치되며 마이크로파를 처리 용기 내로 도입하는 유전체판을 포함한다. 제 1 반응 가스 공급부는 유전체판의 중앙부에 설치되어 있다.

더 바람직하게는, 보지대에 보지된 피처리 기판의 중앙부의 영역의 온도를 조정하는 제 1 온도 조정부와, 보지대에 보지된 피처리 기판의 중앙부의 주변에 위치하는 단부의 영역의 온도를 조정하는 제 2 온도 조정부를 더 구비한다.

더 바람직하게는, 제 1 및 제 2 온도 조정부 중 적어도 어느 일방은 복수의 부재로 구성되어 있다.

더 바람직한 일 실시예로서, 제 1 및 제 2 온도 조정부는 각각 보지대의 내부에 설치되어 있다.

더 바람직하게는, 처리 용기는, 보지대의 하방측에 위치하는 저부와, 저부의 외주에서부터 상방향으로 연장되는 측벽을 포함하며, 측벽의 온도를 조정하는 측벽 온도 조정부를 더 구비한다.

더 바람직한 일 실시예로서, 측벽 온도 조정부는 측벽의 내부에 설치되어 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 플라즈마 처리 방법은, 피처리 기판을 플라즈마 처리하기 위한 플라즈마 처리 방법이다. 여기서 플라즈마 처리 방법은, 처리 용기 내에 설치된 보지대 상에 피처리 기판을 보지시키는 공정과, 플라즈마 여기용의 마이크로파를 발생시키는 공정과, 유전체판을 이용하여 마이크로파를 처리 용기 내로 도입하는 공정과, 유전체판의 중앙부로부터 피처리 기판의 중앙 영역을 향하여 직하 방향으로 반응 가스를 공급하고, 보지대 상에 보지된 피처리 기판의 중심측을 향하여 반응 가스를 공급하는 공정을 포함한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 플라즈마 처리 장치는, 그 위에 피처리 기판을 보지하는 보지대와, 보지대의 하방측에 위치하는 저부 및 저부의 외주에서부터 상방향으로 연장되는 환상의 측벽을 포함하며, 그 내부에서 피처리 기판에 플라즈마 처리를 행하는 처리 용기와, 처리 용기 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 수단과, 처리 용기 내로 플라즈마 처리용의 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부를 구비한다. 반응 가스 공급부는, 보지대 상에 보지된 피처리 기판의 중앙 영역을 향하여 직하 방향으로 반응 가스를 공급하는 제 1 반응 가스 공급부와, 보지대 상에 보지된 피처리 기판의 직상 영역을 피한 위치 및 측벽의 내경측의 위치이고 또한 보지대보다 상방에 설치된 환상부를 포함하며, 보지대 상에 보지된 피처리 기판의 중심측을 향하여 반응 가스를 공급하는 제 2 반응 가스 공급부를 포함한다.

바람직하게는, 환상부는 보지대의 외경측에 설치되어 있다.

더 바람직하게는, 보지대에 보지된 피처리 기판의 중앙부의 영역의 온도를 조정하는 제 1 온도 조정부와, 보지대에 보지된 피처리 기판의 중앙부의 주변에 위치하는 단부의 영역의 온도를 조정하는 제 2 온도 조정부를 구비한다.

더 바람직하게는, 제 1 및 제 2 온도 조정부는 각각 보지대의 내부에 설치되어 있다.

이러한 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 따르면, 피처리 기판의 중앙 영역을 향하여 직하 방향으로 반응 가스를 공급하는 제 1 반응 가스 공급부와, 피처리 기판을 향하여 경사 방향으로 반응 가스를 공급하는 제 2 반응 가스 공급부에 의해 피처리 기판 전체에 균일하게 반응 가스를 공급할 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 반응 가스 공급부에 의해 공급된 반응 가스끼리를 피처리 기판 상에서 고이게 하지 않아, 데포지션(반응 생성물)의 체류를 억제할 수 있다. 또한, 제 2 반응 가스 공급부에 의해 피처리 기판으로 도달하는 플라즈마의 흐름을 차폐하지도 않는다. 따라서, 피처리 기판의 처리에서의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 주요부를 도시한 개략 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 플라즈마 처리 장치에 구비되는 제 2 반응 가스 공급부에 포함되는 환상부 부근을 도 1 중의 화살표(II)의 방향에서 본 도면이다.
도 3은 도 1에 도시한 플라즈마 처리 장치 중 III으로 도시한 부분의 확대도이다.
도 4는 제 1 반응 가스 공급부로부터 공급되는 반응 가스와 제 2 반응 가스 공급부로부터 공급되는 반응 가스의 흐름을 도시한 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에서 제 2 반응 가스 공급부로부터 반응 가스를 공급하는 각도(θ)를 42°로 한 경우의 피처리 기판(W)의 막 두께와 피처리 기판(W)에서의 위치와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에서 제 2 반응 가스 공급부로부터 반응 가스를 공급하는 각도(θ)를 24°로 한 경우의 피처리 기판(W)의 막 두께와 피처리 기판(W)에서의 위치와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 7은 피처리 기판(W)에서의 도 5 및 도 6 중에 나타낸 X 축, Y 축, V 축, W 축을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에서의 플라즈마 처리 장치의 주요부를 도시한 개략 단면도이며, 도 1에 도시한 단면에 상당한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에서의 플라즈마 처리 장치의 주요부를 도시한 개략 단면도이며, 도 1에 도시한 단면에 상당한다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에서의 플라즈마 처리 장치의 주요부를 도시한 개략 단면도이며, 도 1에 도시한 단면에 상당한다.
도 11은 도 10에 도시한 플라즈마 처리 장치에 포함되는 제 2 반응 가스 공급부를 도 10 중의 화살표(XI)의 방향에서 본 도면이다.
도 12는 도 10에 도시한 플라즈마 처리 장치에 포함되는 제 2 반응 가스 공급부의 일부의 확대 단면도이다.
도 13은 도 10에 도시한 플라즈마 처리 장치 및 도 21에 도시한 플라즈마 처리 장치에서 처리한 피처리 기판의 로트 넘버와 에칭 레이트 규격치와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 14는 도 10에 도시한 플라즈마 처리 장치에서 처리한 피처리 기판의 로트 넘버와 파티클 수와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 15는 도 10에 도시한 플라즈마 처리 장치에서 처리할 때의 센터 / 엣지 유량비와 피처리 기판의 면내 균일성과의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 16은 도 10에 도시한 플라즈마 처리 장치에서 도 15 중의 화살표(G₁)로 나타낸 센터 / 엣지 유량비로 피처리 기판을 처리한 경우의 피처리 기판(W)의 막 두께와 피처리 기판(W)에서의 위치와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 17은 도 10에 도시한 플라즈마 처리 장치에서 도 15 중의 화살표(G₂)로 나타낸 센터 / 엣지 유량비로 피처리 기판을 처리한 경우의 피처리 기판(W)의 막 두께와 피처리 기판(W)에서의 위치와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 18은 도 10에 도시한 플라즈마 처리 장치에서 도 15 중의 화살표(G₃)로 나타낸 센터 / 엣지 유량비로 피처리 기판을 처리한 경우의 피처리 기판(W)의 막 두께와 피처리 기판(W)에서의 위치와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에서의 플라즈마 처리 장치의 주요부를 도시한 개략 단면도이며, 도 1에 도시한 단면에 상당한다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에서의 플라즈마 처리 장치의 주요부를 도시한 개략 단면도이며, 도 1에 도시한 단면에 상당한다.
도 21은 종래에서 처리 용기 내로 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부를 2 개소 설치한 플라즈마 처리 장치의 일부를 도시한 개략 단면도이다.
도 22는 피처리 기판(W)의 직상 영역에 제 2 반응 가스 공급부를 설치한 플라즈마 처리 장치의 일부를 도시한 개략 단면도이며, 도 21에 도시한 단면에 상당한다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 주요부를 도시한 개략 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(11)는 그 내부에서 피처리 기판(W)에 플라즈마 처리를 행하는 처리 용기(12)와, 처리 용기(12) 내로 플라즈마 처리용의 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부(13)와, 그 위에 피처리 기판(W)을 보지(保持)하는 원판 형상의 보지대(14)와, 플라즈마 여기용의 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생기(15)와, 보지대(14)와 대향하는 위치에 배치되며 마이크로파 발생기(15)에 의해 발생시킨 마이크로파를 처리 용기(12) 내로 도입하는 유전체판(16)과, 플라즈마 처리 장치(11) 전체를 제어하는 제어부(도시하지 않음)를 구비한다. 제어부는 반응 가스 공급부(13)에서의 가스 유량, 처리 용기(12) 내의 압력 등 피처리 기판(W)을 플라즈마 처리하기 위한 프로세스 조건을 제어한다.

처리 용기(12)는 보지대(14)의 하방측에 위치하는 저부(17)와, 저부(17)의 외주에서부터 상방향으로 연장되는 측벽(18)을 포함한다. 측벽(18)은 원통 형상이다. 처리 용기(12)의 저부(17)에는 배기용의 배기홀(19)이 형성되어 있다. 처리 용기(12)의 상부측은 개구되어 있으며, 처리 용기(12)의 상부측에 배치되는 유전체판(16) 및 유전체판(16)과 처리 용기(12)의 사이에 개재되는 씰링 부재로서의 O 링(20)에 의해 처리 용기(12)는 밀봉 가능하게 구성되어 있다.

매칭 유닛(21)을 가지는 마이크로파 발생기(15)는 모드 변환기(22) 및 도파관(23)을 개재하여 마이크로파를 도입하는 동축 도파관(24)의 상부에 접속되어 있다. 예를 들면, 마이크로파 발생기(15)에서 발생시킨 TE 모드의 마이크로파는 도파관(23)을 거쳐 모드 변환기(22)에 의해 TEM 모드로 변환되어 동축 도파관(24)을 전파한다. 동축 도파관(24)은 직경 방향 중앙에 설치되는 중심 도체(25)와, 중심 도체(25)의 직경 방향 외측에 설치되는 외주 도체(26)를 포함한다. 중심 도체(25)의 상단(上端)부는 모드 변환기(22)의 천장 구획벽에 접속되어 있다. 마이크로파 발생기(15)에서 발생시키는 마이크로파의 주파수로는, 예를 들면 2.45 GHz가 선택된다. 또한, 도파관(23)으로는 단면(斷面)이 원형 형상인 것 또는 단면이 직사각형 형상인 것이 사용된다.

유전체판(16)은 원판 형상이며, 유전체로 구성되어 있다. 유전체판(16)의 하부측에는 도입된 마이크로파에 의한 정재파의 발생을 용이하게 하기 위한 테이퍼 형상으로 움푹 들어간 환상의 오목부(27)가 형성되어 있다. 이 오목부(27)에 의해 유전체판(16)의 하부측에 마이크로파에 의한 플라즈마를 효율적으로 생성할 수 있다. 또한, 유전체판(16)의 구체적인 재질로는 석영 또는 알루미나 등을 들 수 있다.

또한, 플라즈마 처리 장치(11)는 동축 도파관(24)에 의해 도입된 마이크로파를 전파하는 지파판(28)과, 복수 형성된 슬롯홀(29)로부터 마이크로파를 유전체판(16)으로 도입하는 박판 원판 형상의 슬롯판(30)을 구비한다. 마이크로파 발생기(15)에 의해 발생시킨 마이크로파는 동축 도파관(24)을 거쳐 지파판(28)에 전파되고, 슬롯판(30)에 형성된 복수의 슬롯홀(29)로부터 유전체판(16)으로 도입된다. 유전체판(16)을 투과한 마이크로파는 유전체판(16)의 직하에 전계를 발생시켜 처리 용기(12) 내에 플라즈마를 생성시킨다.

보지대(14)는 고주파 전극을 겸하고 있으며, 저부(17)에서부터 수직 상방으로 연장되는 절연성의 통 형상 지지부(31)에 지지되어 있다. 통 형상 지지부(31)의 외주를 따라 처리 용기(12)의 저부(17)에서부터 수직 상방으로 연장되는 도전성의 통 형상 지지부(32)와 처리 용기(12)의 측벽(18)의 사이에는 환상의 배기로(33)가 형성된다. 이 배기로(33)의 상부에는 복수의 관통홀이 형성된 환상의 배플판(34)이 장착되어 있다. 배기홀(19)의 하부에는 배기관(35)을 개재하여 배기 장치(36)가 접속되어 있다. 배기 장치(36)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 가지고 있다. 배기 장치(36)에 의해 처리 용기(12) 내를 원하는 진공도까지 감압할 수 있다.

보지대(14)에는 RF 바이어스용의 고주파 전원(37)이 매칭 유닛(38) 및 급전봉(39)을 개재하여 전기적으로 접속되어 있다. 이 고주파 전원(37)은 피처리 기판(W)으로 인입하는 이온의 에너지를 제어하는데 적합한 일정한 주파수, 예를 들면 13.56 MHz의 고주파를 소정의 파워로 출력한다. 매칭 유닛(38)은 고주파 전원(37)측의 임피던스와 주로 전극, 플라즈마, 처리 용기(12)와 같은 부하측의 임피던스와의 사이에서 정합을 취하기 위한 정합기를 수용하고 있으며, 이 정합기 중에 자기(自己) 바이어스 생성용의 블로킹 콘덴서가 포함되어 있다.

보지대(14)의 상면에는 피처리 기판(W)을 정전 흡착력으로 보지하기 위한 정전 척(41)이 설치되어 있다. 또한, 정전 척(41)의 직경 방향 외측에는 피처리 기판(W)의 주위를 환상으로 둘러싸는 포커스 링(42)이 설치되어 있다. 정전 척(41)은 도전막으로 이루어지는 전극(43)을 한 쌍의 절연막(44, 45)의 사이에 샌드위치한 것이다. 전극(43)에는 고압의 직류 전원(46)이 스위치(47) 및 피복선(48)을 개재하여 전기적으로 접속되어 있다. 직류 전원(46)으로부터 인가되는 직류 전압에 의해 쿨롱력으로 피처리 기판(W)을 정전 척(41) 상에 흡착 보지할 수 있다.

보지대(14)의 내부에는 둘레 방향으로 연장되는 환상의 냉매실(51)이 형성되어 있다. 이 냉매실(51)로는 칠러 유닛(도시하지 않음)으로부터 배관(52, 53)을 거쳐 소정의 온도의 냉매, 예를 들면 냉각수가 순환 공급된다. 냉매의 온도에 따라 정전 척(41) 상의 피처리 기판(W)의 처리 온도를 제어할 수 있다. 또한, 전열 가스 공급부(도시하지 않음)로부터의 전열 가스, 예를 들면 He 가스가 가스 공급관(54)을 거쳐 정전 척(41)의 상면과 피처리 기판(W)의 이면의 사이로 공급된다.

이어서, 처리 용기(12) 내로 플라즈마 처리용의 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부(13)의 구체적인 구성에 대하여 설명한다. 반응 가스 공급부(13)는 피처리 기판(W)의 중앙 영역을 향하여 직하 방향으로 반응 가스를 공급하는 제 1 반응 가스 공급부(61)와, 피처리 기판(W)을 향하여 경사 방향으로 반응 가스를 공급하는 제 2 반응 가스 공급부(62)를 구비한다. 구체적으로, 제 1 반응 가스 공급부(61)는 도 1 중의 화살표(F₁)의 방향을 향하여 반응 가스를 공급하고, 제 2 반응 가스 공급부(62)는 도 1 중의 화살표(F₂)의 방향을 향하여 반응 가스를 공급한다. 제 2 반응 가스 공급부(62)는 피처리 기판(W)의 중심측, 여기서는 피처리 기판(W)의 중앙 영역을 향하여 경사 방향으로 반응 가스를 공급한다. 제 1 반응 가스 공급부(61) 및 제 2 반응 가스 공급부(62)로는 동일한 반응 가스 공급원(도시하지 않음)으로부터 동일한 종류의 반응 가스가 공급된다.

여기서, 먼저 제 1 반응 가스 공급부(61)의 구성에 대하여 설명한다. 제 1 반응 가스 공급부(61)는 유전체판(16)의 직경 방향 중앙이며 보지대(14)와 대향하는 대향면이 되는 유전체판(16)의 하면(63)보다 유전체판(16)의 내방측으로 후퇴한 위치에 설치되어 있다. 유전체판(16)에는 제 1 반응 가스 공급부(61)를 수용하는 수용부(64)가 형성되어 있다. 제 1 반응 가스 공급부(61)와 수용부(64)의 사이에는 O 링(65)이 개재되어 있어, 처리 용기(12) 내의 밀봉성을 확보하는 것으로 하고 있다.

제 1 반응 가스 공급부(61)에는 반응 가스를 피처리 기판(W)의 중앙 영역으로 분사하도록 하여 직하 방향으로 공급하는 복수의 공급홀(66)이 형성되어 있다. 공급홀(66)은 보지대(14)와 대향하는 벽면(67) 중 처리 용기(12) 내에 노출되는 영역에 형성되어 있다. 또한, 벽면(67)은 평평하다. 또한, 제 1 반응 가스 공급부(61)에는 공급홀(66)이 유전체판(16)의 직경 방향 중앙에 위치하도록 형성되어 있다.

플라즈마 처리 장치(11)에는 동축 도파관(24)의 중심 도체(25), 슬롯판(30) 및 유전체판(16)을 각각 관통하여 공급홀(66)에 도달하도록 하여 형성된 가스 유로(68)가 형성되어 있다. 중심 도체(25)의 상단부에 형성된 가스 입구(69)에는 도중에 개폐 밸브(70) 또는 매스플로우 콘트롤러와 같은 유량 제어기(71) 등이 개재 설치된 가스 공급계(72)가 접속되어 있다. 가스 공급계(72)에 의해 유량 등을 조정하여 반응 가스를 공급한다.

이어서, 제 2 반응 가스 공급부(62)의 구성에 대하여 설명한다. 도 2는 도 1에 도시한 제 2 반응 가스 공급부(62)에 포함되는 환상부(73) 부근을 도 1 중의 화살표(II)의 방향에서 본 도면이다. 도 1 내지 도 2에 도시한 바와 같이, 제 2 반응 가스 공급부(62)는 원환 형상의 환상부(73)와, 환상부(73)를 측벽(18)에 지지하는 지지부(74)를 포함한다. 환상부(73)는 관 형상 부재로 구성되어 있어, 그 내부가 반응 가스의 유로가 된다. 환상부(73)는 처리 용기(12) 내에서 보지대(14)와 유전체판(16)의 사이에 배치된다.

여기서, 환상부(73)에 대하여 설명한다. 도 3은 도 1 중의 III으로 도시한 환상부(73)의 확대도이다. 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 환상부(73)는 상하 방향으로 직선으로 연장되며 내경측에 위치하는 벽부(79a)와, 상하 방향으로 직선으로 연장되며 외경측에 위치하는 벽부(79b)와, 좌우 방향으로 직선으로 연장되며 보지대(14)측에 위치하는 벽부(79c)와, 벽부(79a)의 하방 단부와 벽부(79c)의 내경측 단부를 연결하도록 경사 방향으로 직선으로 연장되는 벽부(79d)로 구성되어 있다.

환상부(73)에는 피처리 기판(W)을 향하여 반응 가스를 분사하도록 하여 경사 방향으로 공급하는 복수의 공급홀(75)이 형성되어 있다. 공급홀(75)은 둥근 홀 형상이다. 공급홀(75)은 경사 방향으로 연장되는 벽부(79d)에 형성되어 있다. 구체적으로는, 벽부(79d) 중 벽부(79d)에 수직인 방향으로 벽부(79d)의 일부를 개구하도록 형성되어 있다. 공급홀(75)의 각도는 반응 가스를 공급하는 방향에 따라 임의로 정해진다. 여기서, 공급홀(75)의 각도는 제 2 반응 가스 공급부(62)에 의해 반응 가스를 공급하는 경사 방향의 각도이며, 환상부(73)의 상하 방향의 중심(78)을 거쳐 좌우 방향으로 연장되는 직선(도면 중의 일점 쇄선)과 벽부(79d)에 수직인 방향으로 연장되며 도 3 중의 3 점 쇄선으로 도시되는 직선(79e)과의 각도(θ)이다. 복수의 공급홀(75)은 환상부(73)에서 둘레 방향으로 등배(等配)로 형성되어 있다. 이 실시예에서, 공급홀(75)은 8 개 형성되어 있다.

지지부(74)도 관 형상 부재로 구성되어 있다. 처리 용기(12) 외부로부터 공급된 반응 가스는 지지부(74)의 내부를 거쳐 환상부(73)까지 공급된다. 지지부(74)는 단면이 대략 L 자 형상이며, 측벽(18)의 상방 부분에서 내방측으로 돌출되고, 수직 하방측으로 연장되는 형상이다. 하방측으로 연장된 단부(76)가 환상부(73)에 접속되어 있다. 지지부(74)의 외방측에도 상기한 개폐 밸브 또는 유량 제어기가 개재 설치된 가스 공급계(도시하지 않음)가 설치되어 있다.

여기서, 제 2 반응 가스 공급부(62)는 보지대(14) 상에 보지된 피처리 기판(W)의 직상 영역을 피한 위치이고, 보지대(14)의 직상 영역에 설치되어 있다. 구체적으로, 원환 형상의 환상부(73)의 내경을 D₁로 하고 피처리 기판(W)의 외경을 D₂로 하면, 환상부(73)의 내경(D₁)은 피처리 기판(W)의 외경(D₂)보다 크게 구성되어 있다. 또한, 지지부(74)도 피처리 기판(W)의 직상 영역을 피한 위치에 설치되어 있다.

제 2 반응 가스 공급부(62)는 보지대(14)의 근방에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 처리 용기(12) 내에서 제 1 반응 가스 공급부(61)로부터 공급되는 반응 가스의 흐름의 영향을 받지 않는 다운플로우 영역이라고 불리는 플라즈마 밀도가 낮은 영역에 환상부(73)가 설치되어 있으면 된다. 보지대(14)에 보지된 피처리 기판(W)의 상면(77)에서부터 도 1 중의 일점 쇄선으로 도시한 환상부(73)의 상하 방향의 중심(78)까지의 거리(L₁)로는, 예를 들면 90 mm 이내의 소정의 값이 선택된다.

이어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(11)를 이용하여 피처리 기판(W)의 플라즈마 처리를 행하는 방법에 대하여 설명한다.

먼저, 처리 용기(12) 내에 설치된 보지대(14) 상에 상기한 정전 척(41)을 이용하여 피처리 기판(W)을 보지시킨다. 이어서, 마이크로파 발생기(15)에 의해 플라즈마 여기용의 마이크로파를 발생시킨다. 그 후, 유전체판(16) 등을 거쳐 마이크로파를 처리 용기(12) 내로 도입한다. 그리고, 유전체판(16)의 중앙부로부터 피처리 기판(W)의 중앙 영역을 향하여 제 1 반응 가스 공급부(61)에 형성된 공급홀(66)로부터 직하 방향으로 반응 가스를 공급하고, 제 2 반응 가스 공급부(62)의 환상부(73)에 형성된 공급홀(75)로부터 피처리 기판(W)의 중앙 영역을 향하여 경사 방향으로 반응 가스를 공급한다. 이와 같이 하여, 피처리 기판(W)에 대하여 플라즈마 처리를 행한다.

이러한 구성의 플라즈마 처리 장치(11) 및 플라즈마 처리 방법에서는, 피처리 기판(W)의 중앙 영역을 향하여 직하 방향으로 반응 가스를 공급하는 제 1 반응 가스 공급부(61)와, 피처리 기판(W)의 중앙 영역을 향하여 경사 방향으로 반응 가스를 공급하는 제 2 반응 가스 공급부(62)에 의해, 피처리 기판(W) 전체에 균일하게 반응 가스를 공급할 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 반응 가스 공급부(61, 62)에 의해 공급된 반응 가스끼리를 피처리 기판(W) 상에서 고이게 하지 않아, 데포지션의 체류를 억제할 수 있다. 또한, 제 2 반응 가스 공급부(62)에 의해 피처리 기판(W)으로 도달하는 플라즈마의 흐름을 차폐하지도 않는다. 따라서, 피처리 기판(W)의 처리에서의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.

여기서, 상기한 구성의 플라즈마 처리 장치(11)에서 제 1 반응 가스 공급부(61)로부터 공급되는 반응 가스와 제 2 반응 가스 공급부(62)로부터 공급되는 반응 가스의 흐름에 대하여 생각한다. 도 4는 제 1 반응 가스 공급부(61)로부터 공급되는 반응 가스와 제 2 반응 가스 공급부(62)로부터 공급되는 반응 가스의 흐름을 도시한 모식도이다. 도 4 중 플라즈마 처리 장치(11)를 구성하는 각 부에 대해서는 간략화하여 도시하였다. 도 4에 도시한 바와 같이, 제 1 반응 가스 공급부(61)로부터 공급되는 반응 가스는 화살표(F₁)로 도시한 방향으로 피처리 기판(W)의 중앙 영역을 향하여 직하 방향으로 공급된 후, 도 4 중의 점선으로 도시한 중앙 영역의 근방의 위치(80)에서 한 번 바운드하여 상방향으로 흐르고자 한다. 여기서, 화살표(F₂)로 도시한 방향으로 제 2 반응 가스 공급부(62)로부터 반응 가스가 공급되기 때문에, 바운드에 의해 반응 가스가 상방향으로 흐르는 것이 억제된다. 그러면, 제 1 반응 가스 공급부(61)로부터 공급되는 반응 가스는 화살표(F₃)로 도시한 방향으로 피처리 기판(W)의 단부 영역으로 흘러 간다. 이러한 기구에 의해, 상기한 도 22에 도시한 것과 같은 반응 가스의 고임이 발생하지 않는 것이라고 생각된다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(11)에서 피처리 기판(W)을 성막했을 때의 막 두께와 피처리 기판(W)에서의 위치와의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 5 및 도 6에서 세로축은 막 두께(Å)를 나타내고, 가로축은 중심(O)으로부터의 거리(mm)를 나타낸다. 또한, 도 7에서 피처리 기판(W)에서의 도 5 및 도 6 중에 나타낸 X 축, Y 축, V 축, W 축을 도시한다. 도 5 및 도 6은 제 2 반응 가스 공급부(62)로부터 반응 가스를 공급하는 각도(θ)를 변경한 경우를 나타낸 그래프이다. 도 5는 제 2 반응 가스 공급부(62)로부터 반응 가스를 공급하는 각도(θ)를 42°로 한 경우를 나타내고, 도 6은 제 2 반응 가스 공급부(62)로부터 반응 가스를 공급하는 각도(θ)를 24°로 한 경우를 나타낸다. 또한, 도 5 및 도 6에 나타낸 경우에서의 환상부(73)의 중심 직경은 400 mm이고, 도 1에 도시한 거리(L₁)는 90 mm이다. 또한, 도 6은 도 1에 도시한 구성의 플라즈마 처리 장치(11)의 경우이며, 제 2 반응 가스 공급부(62)가 보지대(14) 상에 보지된 피처리 기판(W)의 중앙 영역을 향하여 경사 방향으로 반응 가스를 공급하는 경우의 각도에 상당한다. 여기서, 도 5에 나타낸 경우에서는 제 1 반응 가스 공급부(61)로부터의 가스 공급량과 제 2 반응 가스 공급부(62)로부터의 가스 공급량의 비율을 32 : 68로 하였다. 또한, 도 6에 나타낸 경우에서는 제 1 반응 가스 공급부(61)로부터의 가스 공급량과 제 2 반응 가스 공급부(62)로부터의 가스 공급량의 비율을 27 : 73으로 하였다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 제 2 반응 가스 공급부(62)로부터 반응 가스를 공급하는 각도(θ)를 42°로 한 경우에는 피처리 기판의 중앙 영역 및 단부 영역의 막 두께가 중앙 영역과 단부 영역의 사이의 영역의 막 두께보다 약간 두꺼워져 있어 그래프가 다소 대략 W 자 형상을 하고 있으나, 비교적 평평하여 거의 균일하다. 즉, 면내 균일하게 처리되어 있다. 또한, 도 6에 나타낸 바와 같이, 제 2 반응 가스 공급부(62)로부터 반응 가스를 공급하는 각도(θ)를 24°로 한 경우에는 피처리 기판(W)의 각 위치에서 막 두께는 동일한 정도이다. 즉, 더욱 면내 균일하게 처리되어 있다.

이와 같이, 상기 구성의 플라즈마 처리 장치(11)에서 제 2 반응 가스 공급부(62)로부터 경사 방향으로 반응 가스를 공급하여 피처리 기판(W)의 처리에서의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 한편, 종래의 도 22 등에 도시한 플라즈마 처리 장치의 구성에서는, 예를 들면 가스 공급량의 비율의 조정에 의해 피처리 기판(W)의 처리에서의 면내 균일성을 향상시킬 수는 없다. 즉, 종래의 도 22 등에 도시한 플라즈마 처리 장치의 구성에서는 가스 공급량의 비율 등을 변경해도 피처리 기판(W)의 면내에서의 처리의 정도는 거의 변하지 않는다.

또한, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치에서는 제 2 반응 가스 공급부(62)를 구성하는 각 부재가 피처리 기판(W)의 직상 영역을 피한 위치에 설치되어 있기 때문에, 제 2 반응 가스 공급부(62)를 구성하는 각 부재의 플라즈마에 의한 피로를 저감시킬 수 있다. 따라서, 제 2 반응 가스 공급부(62)의 장수명화(長壽命化)를 도모할 수 있다.

또한, 상기의 실시예에서, 피처리 기판(W)을 향하여 경사 방향으로 반응 가스를 공급하는 제 2 반응 가스 공급부는 환상부와 환상부를 측벽에 지지하는 지지부를 포함하는 것으로 하였으나, 이에 한정되지 않으며, 환상부와 측벽에서부터 직선으로 내경측으로 연장되어 환상부를 지지하는 지지부를 포함하는 것으로 해도 좋다.

도 8은 이 경우에서의 플라즈마 처리 장치의 주요부를 도시한 개략 단면도이며, 도 1에 도시한 단면에 상당한다. 도 8 중 도 1과 동일한 구성의 부재 등에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다. 도 8에 도시한 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(91)에 구비되며 피처리 기판(W)을 향하여 경사 방향으로 반응 가스를 공급하는 제 2 반응 가스 공급부(92)에 포함되는 환상부(93)는 처리 용기(12)의 측벽(18)에서부터 직선으로 내경측으로 연장되는 지지부(94)에 의해 지지되어 있다. 지지부(94)는 중공 형상이다. 플라즈마 처리 장치(91)의 외부로부터 공급된 반응 가스는 지지부(94)의 내부를 거쳐 환상부(93)에 형성된 공급홀(95)로부터 처리 용기(12) 내로 공급된다. 이러한 구성에 의해서도 상기와 동일한 효과가 얻어진다.

또한, 상기의 실시예에서, 피처리 기판(W)을 향하여 경사 방향으로 반응 가스를 공급하는 제 2 반응 가스 공급부는 환상부와 환상부를 측벽에 지지하는 지지부를 포함하는 것으로 하였으나, 이에 한정되지 않으며, 피처리 기판(W)을 향하여 경사 방향으로 반응 가스를 공급하는 제 2 반응 가스 공급부를 처리 용기의 측벽에 매립 설치하는 것으로 해도 좋다.

또한, 플라즈마 처리 장치에서, 처리 용기의 측벽은 내방측으로 돌출되는 돌출부를 포함하는 구성으로 하고, 제 2 반응 가스 공급부는 돌출부 내에 매립 설치되어 있도록 구성해도 좋다.

도 9는 이 경우에서의 플라즈마 처리 장치의 주요부를 도시한 개략 단면도이며, 도 1에 도시한 단면에 상당한다. 도 9 중 도 1과 동일한 구성의 부재 등에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다. 도 9에 도시한 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(81)의 측벽(82)은 내방측, 이 경우 구체적으로는 내경측으로 돌출되는 돌출부(83)를 포함한다. 돌출부(83)는 환상이다. 그리고, 피처리 기판(W)을 향하여 경사 방향으로 반응 가스를 공급하는 제 2 반응 가스 공급부에 포함되는 환상부(84)는 돌출부(83) 내에 매립 설치되어 있다. 환상부(84)에 형성된 복수의 공급홀(85)은 돌출부(83) 중 경사 방향으로 연장되는 벽면(86)측에 노출되어 개구되도록 형성되어 있다. 이 경우, 돌출부(83)는 피처리 기판(W)의 직상 영역을 피한 위치이고 또한 보지대(14)의 직상 영역에 설치되어 있다. 구체적으로는, 돌출부(83)의 내경, 즉 돌출부(83)의 직경 방향 내측의 벽면(88) 간의 거리(D₃)가 피처리 기판(W)의 외경(D₂)보다 크게 구성되어 있다. 또한, 환상부(84)에는 측벽(82) 내에서 처리 용기(87)의 외부에서부터 환상부(84)로 통하는 가스 유로(89)가 형성되어 있다. 이러한 구성에 의해서도 상기와 동일한 효과가 얻어진다.

이 경우, 처리 용기(87) 전체적으로 환상부(84)의 상방측의 측벽(82)의 내경이 환상부(84)의 하방측의 측벽(82)의 내경보다 작은 병목 구조로 해도 좋다.

또한, 상기의 실시예에서, 환상부에 형성된 공급홀은 둥근 홀 형상으로 개구되도록 형성하는 것으로 하였으나, 이에 한정되지 않으며, 공급홀은 둘레 방향 또는 직경 방향으로 연장되는 긴 홀 형상으로 개구되어 있어도 좋다. 또한, 상기의 실시예에서는 공급홀을 8 개 형성하는 것으로 하였으나, 이 수에 한정되지는 않는다.

또한, 상기의 실시예에서, 환상부는 상하 방향, 좌우 방향 및 경사 방향으로 직선으로 연장되는 복수의 벽부로 구성되는 것으로 하였으나, 이에 한정되지 않으며, 예를 들면 만곡(彎曲)된 벽부를 포함하는 구성으로 해도 좋고, 도 3에 도시한 단면에서 환상부를 구성하는 벽부가 원환 형상이어도 좋다.

또한, 상기의 실시예에서, 제 2 반응 가스 공급부는 환상부를 포함하는 것으로 하였으나, 이에 한정되지 않으며, 환상부를 포함하지 않는 구성, 예를 들면 복수의 지지부의 하방측 단부에 공급홀을 형성하고 이 공급홀로부터 피처리 기판(W)을 향하여 경사 방향으로 반응 가스를 공급하는 구성으로 해도 좋다.

또한, 상기의 실시예에서, 제 2 반응 가스 공급부는 보지대 상에 보지된 피처리 기판(W)의 중앙 영역을 향하여 경사 방향으로 반응 가스를 공급하는 것으로 하였으나, 이에 한정되지 않으며, 제 2 반응 가스 공급부는 보지대 상에 보지된 피처리 기판(W)의 중심측을 향하여 가로 방향으로 반응 가스를 공급하도록 구성해도 좋다. 구체적으로는, 도 3을 참조하여 제 2 반응 가스 공급부로부터 반응 가스를 공급하는 각도(θ)를 θ = 0으로 한다. 이렇게 하는 것에 의해서도 상기한 효과, 즉 피처리 기판(W) 전체에 균일하게 반응 가스를 공급할 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 반응 가스 공급부에 의해 공급된 반응 가스끼리를 피처리 기판(W) 상에서 고이게 하지 않아, 데포지션의 체류를 억제할 수 있다.

이에 대해 도면을 이용하여 구체적으로 설명한다. 도 10은 이 경우에서의 플라즈마 처리 장치의 주요부를 도시한 개략 단면도이며, 도 1에 상당한다. 도 10 중 도 1과 동일한 구성의 부재 등에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 그 설명은 생략한다. 도 11은 도 10에 도시한 플라즈마 처리 장치에 포함되는 제 2 반응 가스 공급부의 일부를 도 10 중의 화살표(XI)의 방향에서 본 도면이다. 도 12는 도 10 중의 XII로 도시한 부분의 확대도이다. 또한, 도 10에 도시한 단면은 도 11 중에 도시한 X - X 단면에 상당한다.

도 10 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(201)는 보지대(14) 상에 보지된 피처리 기판(W)의 중심측을 향하여 가로 방향으로 반응 가스를 공급하는 제 2 반응 가스 공급부(202)를 구비한다. 제 2 반응 가스 공급부(202)는 원환 형상의 환상부(208)와, 환상부(208)의 외경면측에서부터 외경측으로 직선으로 돌출되는 3 개의 돌기부(211a, 211b, 211c)를 구비한다. 3 개의 돌기부(211a ~ 211c)는 환상부(208)의 둘레 방향에서 대략 등배로 형성되어 있다. 구체적으로, 3 개의 돌기부(211a ~ 211c)는 각각 약 120° 간격으로 형성되어 있다.

제 2 반응 가스 공급부(202)는 평판 형상이며 돌기부(211a ~ 211c)에 대응되는 돌기를 가지는 환상의 제 1 부재(209a)와, 단면이 대략 ⊃ 자형이며 돌기부(211a ~ 211c)에 대응되는 돌기를 가지는 환상의 제 2 부재(209b)를 접합시킴으로써 형성되어 있다. 도 12에서 도시한 제 2 반응 가스 공급부(202)의 단면은 대략 직사각형 형상이다. 즉, 제 1 부재(209a)와 제 2 부재(209b)를 접합시킴으로써 형성되는 가스 유로(210)는 단면이 대략 직사각형 형상의 공간이다. 또한, 제 1 및 제 2 부재의 재질로는, 예를 들면 석영이 이용된다.

제 2 반응 가스 공급부(202)에는 반응 가스를 처리 용기(12) 내로 공급하는 공급홀(215)이 36 개 형성되어 있다. 공급홀(215)은 환상부(208)의 내경측을 향하여 직선으로 반응 가스를 공급하도록 형성되어 있다. 구체적으로는, 제 2 가스 공급부(202)를 구성하는 제 2 부재(209b) 중 내경측에 위치하는 벽부를 직경 방향으로 직선으로 관통하도록 형성되어 있다. 공급홀(215)은 환상부(208)의 상하 방향의 거의 중앙에 형성되어 있다. 공급홀(215)은 둥근 홀 형상이며, 예를 들면 φ 0.5 mm의 크기이다. 공급홀(215)은, 예를 들면 레이저에 의해 개구된다. 36 개의 공급홀(215)은 제 2 가스 공급부(202)의 내경면(216)에서 둘레 방향으로 등배가 되도록 형성되어 있다.

제 2 반응 가스 공급부(202)는 처리 용기(12)의 측벽(18)에 설치된 3 개의 지지부(212a, 212b, 212c)에 의해 처리 용기(12) 내에 장착되어 있다. 구체적으로는, 120° 간격으로 처리 용기(12)의 측벽(18)에서부터 내경측으로 연장되도록 설치된 3 개의 지지부(212a ~ 212c)의 내경면(214a, 214b, 214c)과 상기한 제 2 반응 가스 공급부(202)에 형성되는 3 개의 돌기부(211a ~ 211c)의 외경면(213a, 213b, 213c)을 접합시키도록 하여 장착되어 있다. 상하 방향의 환상부(208)의 장착 위치에 대하여, 환상부(208)는 이른바 다운플로우 영역에 설치되어 있다.

여기서, 지지부(212a)에 대해서는 중공 형상이며, 처리 용기(12)의 외부측으로부터 지지부(212a)를 통해 제 2 반응 가스 공급부(202)에 형성되는 가스 유로(210) 내로 가스를 공급할 수 있다. 한편, 다른 2 개의 지지부(212b, 212c)는 중실(中實) 형상이며, 가스의 유입 및 유출은 할 수 없는 구성으로 되어 있다. 즉, 제 2 반응 가스 공급부(202)에 대해서는 처리 용기(12)의 외부측으로부터 지지부(212a) 및 돌기부(211a)를 통해 가스 유로(210) 내로 가스가 공급되고, 36 개 형성된 공급홀(215)로부터 중심측을 향하여 분출되어 처리 용기(12) 내로 공급된다.

또한, 도 10에 도시한 플라즈마 처리 장치(201)에서는 보지대(14)의 내부에 설치되며 보지대(14) 상에 보지되는 피처리 기판(W)의 온도를 조정하는 온도 조정부(203)를 가진다. 온도 조정부(203)는 보지대(14)에 보지된 피처리 기판(W)의 중앙부의 영역의 온도를 조정하는 제 1 온도 조정부(204)와, 보지대(14)에 보지된 피처리 기판(W)의 중앙부의 주변에 위치하는 단부의 영역의 온도를 조정하는 제 2 온도 조정부(205)를 구비하는 구성이다. 제 1 및 제 2 온도 조정부(204, 205)는, 구체적으로는, 예를 들면 각각 별개로 온도 제어가 이루어지는 히터이다. 제 1 온도 조정부(204)는 보지대(14)의 직경 방향의 중앙에 설치되어 있다. 제 2 온도 조정부(205)는 환상이며 제 1 온도 조정부의 외경측에 직경 방향의 간격을 두고 설치되어 있다. 제 1 및 제 2 온도 조정부(204, 205)에 의해 피처리 기판(W)의 중앙부 및 단부를 각각 상이한 온도로 할 수 있다. 이러한 제 1 및 제 2 온도 조정부(204, 205)에 의해 피처리 기판(W)의 중앙부 및 단부의 온도를 각각 별개로 제어하여, 피처리 기판(W)을 처리할 때의 면내 균일성을 더 향상시킬 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 온도 조정부(204, 205)는 각각 별개로 제어되며 도 1에 도시한 플라즈마 처리 장치(11)와 같이 냉매를 흐르게 하여 온도를 조정할 수 있는 구성이어도 좋다.

또한, 도 10에 도시한 플라즈마 처리 장치(201)에는 처리 용기(12)를 구성하는 원통 형상의 측벽(18)의 내부 및 측벽(18)의 상부측에 배치되는 덮개부(217)의 내부에서 각각 온도 조정부(206, 207)가 설치되어 있다. 이 온도 조정부(206, 207)에 의해 측벽(18) 및 덮개부(217)의 온도를 조정하여 처리 용기(12) 내의 온도를 안정시킬 수 있다. 따라서, 보다 균일한 처리가 가능해진다. 온도 조정부(206, 207)의 구성에 대해서도 히터 또는 냉매를 흐르게 하는 구성을 들 수 있다.

이러한 구성의 플라즈마 처리 장치(201)에서도 상기와 동일한 효과를 이룰 수 있다. 즉, 피처리 기판(W)의 처리에서의 면내 균일성을 확보할 수 있다.

이 경우, 제 2 반응 가스 공급부(202)를 구성하는 환상부(208)는 측벽(18) 또는 덮개부(217)와는 별도의 부재로 구성되어 있고 또한 3 개의 지지부(212a ~ 212c)에 의해 처리 용기(12)의 내부에 지지되어 있기 때문에, 온도 조정부(206, 207)로부터의 거리가 떨어져 있어 온도적으로 안정된 상태이다. 따라서, 온도 조정부(206, 207)에 의한 온도 조정의 영향을 저감시킬 수 있어, 제 2 반응 가스 공급부(202)에 형성된 공급홀(215)에 의한 가스의 공급량을 안정시킬 수 있다.

도 13은 도 10에 도시한 플라즈마 처리 장치 및 도 21에 도시한 종래의 플라즈마 처리 장치에서 40 로트 처리했을 때의 에칭 레이트 규격치를 나타낸 그래프이다. 가로축은 로트 넘버를 나타내고, 세로축은 에칭 레이트 규격치를 나타낸다. 여기서, 각 로트의 1 매째의 기판에 대하여 측정을 행한 경우를 나타내고 있다. 또한, 에칭 레이트 규격치란, 에칭 샘플 전체 수의 평균치를 1로 하고 각각의 에칭 레이트가 평균에서 어느 정도 변화되었는지를 나타내는 지표이다. 도 13 중 동그라미 표시 및 실선이 도 10에 도시한 플라즈마 처리 장치의 경우를 나타내고, 사각 표시 및 점선이 도 21에 도시한 종래의 플라즈마 처리 장치의 경우를 나타낸다.

도 13을 참조하면, 도 10에 도시한 플라즈마 처리 장치의 경우, 로트 간의 에칭 레이트 규격치는 1.00에서 1.01에 미치지 않는 범위 내에서 그 값이 추이하고 있다. 이에 반해, 도 21에 도시한 플라즈마 처리 장치의 경우, 0.98에서 1.02의 범위 내에서 추이하고 있다. 즉, 도 10에 도시한 플라즈마 처리 장치의 경우의 에칭 레이트 규격치의 불균일은 0.01 미만인데 반해, 도 21에 도시한 플라즈마 처리 장치의 경우의 에칭 레이트 규격치의 불균일은 0.04보다 크다. 도 10에 도시한 플라즈마 처리 장치에서는, 에칭 레이트 규격치의 로트 간의 불균일은 크게 저감되어 있다.

도 14는 도 10에 도시한 플라즈마 처리 장치에서 처리한 피처리 기판의 로트 넘버와 파티클 수와의 관계를 나타낸 그래프이다. 가로축은 로트 넘버를 나타내고, 세로축은 파티클 수(개)를 나타낸다. 도 14에서의 로트 넘버는 도 13에서의 로트 넘버와 동일하다. 파티클에 대해서는 130 nm 이상의 입경인 것을 파티클로서 파티클 모니터(SP1)(KLA 텐코사(社) 제)로 카운트하였다.

도 14를 참조하면, 도 10에 도시한 플라즈마 처리 장치에서의 파티클 수는 각 로트에서 최대로도 5 개로, 대부분의 경우에서 5 개보다 적으며 0 개인 경우도 있다. 즉, 파티클 수가 매우 적어진 것을 파악할 수 있다. 도 21에 도시한 플라즈마 처리 장치에서는, 공급홀의 근방에 유전체판이 있어서 공급홀이 강한 플라즈마에 노출되기 때문에, 공급홀을 구성하는 내벽면 등에서 파티클이 형성된 것에 기인하는 것이라고 생각된다. 이에 반해, 도 10에 도시한 플라즈마 처리 장치에 대해서는, 환상부가 다운플로우 영역에 설치되어 있어서 공급홀이 강한 플라즈마에 노출되지 않아 파티클이 형성되기 어렵기 때문이라고 생각된다.

도 15는 도 10에 도시한 플라즈마 처리 장치에서 처리할 때의 센터 / 엣지 유량비와 피처리 기판에 대한 처리의 불균일과의 관계를 나타낸 그래프이다. 가로축은 센터 / 엣지 유량비(%)를 나타내고, 세로축은 처리의 불균일(%)을 나타낸다. 가로축의 센터 / 엣지 유량비에 대해서는 센터, 즉 제 1 반응 가스 공급부로부터의 가스 공급량에 대한 엣지, 즉 제 2 반응 가스 공급부로부터의 가스 공급량의 비율을 말한다. 구체적으로는, 0%란 제 1 반응 가스 공급부로부터만 가스가 공급되는 것을 나타내고, 70%란 전체의 가스 공급량 중 제 1 반응 가스 공급부로부터의 가스 공급량이 70%, 제 2 반응 가스 공급부로부터의 가스 공급량이 30%인 것을 나타낸다. 또한, 처리의 불균일이란, 면내의 에칭의 최대치와 최소치의 차이를 면내 다점 평균치로 나눈 것을 나타내는 것이다. 후술하는 바와 같이, 센터 패스트(center fast)의 분포의 경우에는 플러스의 불균일이 되고, 엣지 패스트(edge fast)의 경우에는 마이너스의 불균일로서 표현된다.

도 16은 도 10에 도시한 플라즈마 처리 장치에서 도 15 중의 화살표(G₁)로 나타낸 센터 / 엣지 유량비 0%로 피처리 기판을 처리한 경우의 피처리 기판(W)의 막 두께와 피처리 기판(W)에서의 위치와의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 17은 도 10에 도시한 플라즈마 처리 장치에서 도 15 중의 화살표(G₂)로 나타낸 센터 / 엣지 유량비 70%로 피처리 기판을 처리한 경우의 피처리 기판(W)의 막 두께와 피처리 기판(W)에서의 위치와의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 18은 도 10에 도시한 플라즈마 처리 장치에서 도 15 중의 화살표(G₃)로 나타낸 센터 / 엣지 유량비 20%로 피처리 기판을 처리한 경우의 피처리 기판(W)의 막 두께와 피처리 기판(W)에서의 위치와의 관계를 나타낸 그래프이다. 또한, 도 16 내지 도 18에 나타낸 그래프의 세로축 및 가로축은 도 4 및 도 5에 나타낸 그래프의 세로축 및 가로축과 동일하기 때문에 이들 설명을 생략한다.

도 15를 참조하면, 센터 / 엣지 유량비가 0%인 경우에는 처리의 불균일이 약 - 33%가 되어 이른바 센터 패스트 분포가 된다. 즉 도 16에서 나타낸 바와 같이, 피처리 기판(W)의 중앙이 크게 에칭되어 중앙의 막 두께가 얇아지고, 피처리 기판의 단부측의 에칭량이 적어져 단부의 막 두께가 두꺼워진다. 그리고, 센터 / 엣지 유량비의 값이 커질수록 처리의 불균일이 0%에 가까워지고, 또한 센터 / 엣지 유량비가70%가 되면 이른바 엣지 패스트 분포가 된다. 즉, 도 17에서 나타낸 바와 같이, 처리의 불균일이 약 + 15% 정도가 되어 피처리 기판의 단부측이 피처리 기판의 중앙보다 에칭되어 있게 된다.

이 결과로부터, 엣지 패스트 분포에서 센터 패스트 분포로 연속적으로 제어할 수 있다는 것을 파악할 수 있다. 그리고, 이러한 그래프에서는 센터 / 엣지 유량비를 변경, 즉 제 1 및 제 2 반응 가스 공급부에 의한 가스의 공급량을 조정하여 처리의 불균일을 0%에 가깝게 하는 것이 용이하다. 도 15에 나타낸 그래프에서는 센터 / 엣지 유량비를 대략 20% 정도로 함으로써 도 18에서 나타낸 바와 같은 형상의 처리의 불균일을 실현할 수 있다. 이에 반해, 도 21에 도시한 플라즈마 처리 장치에서는 처리의 불균일 0%에서 떨어진 위치에서 그래프가 가로축과 대략 평행한 형상이 되어, 센터 / 엣지 유량비를 변경해도 처리의 불균일 0%를 실현하는 것은 매우 곤란해진다.

또한, 상기의 실시예에서, 공급홀은 둥근 홀 형상으로 하였으나, 이에 한정되지 않으며, 긴 홀 형상 또는 타원 형상, 다각형 형상이어도 좋다. 또한, 공급홀을 형성하는 상하 방향의 위치에 대해서도 거의 중앙에 한정되지 않으며, 상하 방향의 하방측 또는 상방측이어도 좋다. 또한, 공급홀의 개구 면적의 크기에 대해서도 임의이다. 또한, 공급홀의 수에 대해서도 상기한 수에 한정되지 않으며, 예를 들면, 8 개 또는 16 개 등이 선택된다. 또한, 환상부의 단면에 대해서도 원환 형상이어도 좋고, 다각형 형상이어도 좋다.

또한, 상기의 실시예에서는, 제 2 반응 가스 공급부를 제 1 부재 및 제 2 부재로 구성되며 환상부가 3 개의 지지부에 의해 지지되는 구성으로 하였으나, 이에 한정되지 않으며, 가로 방향으로 분출하는 제 2 반응 가스 공급부를 상기한 도 9에 도시한 플라즈마 처리 장치와 같이 처리 용기의 측벽에 매립 설치시키도록 구성해도 좋다.

도 19는 이 경우에서의 플라즈마 처리 장치의 주요부를 도시한 개략 단면도이며, 도 1에 상당한다. 도 19 중 도 1과 동일한 구성의 부재 등에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다.

도 19를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(221)는 보지대(14) 상에 보지된 피처리 기판(W)의 중심측을 향하여 가로 방향으로 반응 가스를 공급하는 제 2 반응 가스 공급부(222)를 구비한다. 보지대(14)의 내부에 설치되는 온도 조정부(223)는 보지대(14)의 직경 방향 중앙에 위치하는 제 1 온도 조정부(224) 및 제 1 온도 조정부(224)의 외경측에 위치하는 환상의 제 2 온도 조정부(225)를 구비한다.

플라즈마 처리 장치(221)의 처리 용기(12)를 구성하는 측벽(82)의 일부는 직경 방향 내측으로 돌출되어 있다. 이 돌출부(229)는 환상으로 이어지는 구성이다. 그리고, 돌출부(229)의 내경면(228)에는 가로 방향으로 개구된 가스의 공급홀(231)이 형성되어 있다. 측벽(82) 내에는 처리 용기(12)의 외부에서부터 공급홀(231)에 도달하도록 가스 유로(230)가 형성되어 있다. 공급홀(231)은 둥근 홀 형상으로 개구되어 있으며, 복수의 공급홀(231)이 둘레 방향으로 대략 등배로 형성되어 있다. 또한, 가스 유로(230)를 사이에 두고 측벽(82)의 하방측의 내부 및 측벽(82)의 상방측의 내부에는 상기한 도 10에 도시한 플라즈마 처리 장치와 마찬가지로 온도 조정부(226, 227)가 설치되어 있다. 이러한 구성으로 해도 상기와 동일한 효과를 이룰 수 있다.

또한, 상기의 실시예에서, 플라즈마 처리 장치에 구비되는 제 2 반응 가스 공급부는 피처리 기판의 직상 영역을 피한 위치이고 또한 보지대의 직상 영역에 설치하는 것으로 하였으나, 이에 한정되지 않으며, 플라즈마 처리 장치는 이하와 같은 구성이어도 좋다.

즉, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는 그 위에 피처리 기판을 보지하는 보지대와, 보지대의 하방측에 위치하는 저부 및 저부의 외주에서부터 상방으로 연장되는 환상의 측벽을 포함하고, 그 내부에서 피처리 기판에 플라즈마 처리를 행하는 처리 용기와, 처리 용기 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 수단과, 처리 용기 내로 플라즈마 처리용의 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부를 구비한다. 여기서, 반응 가스 공급부는 보지대 상에 보지된 피처리 기판의 중앙 영역을 향하여 직하 방향으로 반응 가스를 공급하는 제 1 반응 가스 공급부와, 보지대 상에 보지된 피처리 기판의 직상 영역을 피한 위치 및 측벽의 내경측의 위치이고 또한 보지대보다 상방에 설치된 환상부를 포함하며, 보지대 상에 보지된 피처리 기판의 중심측을 향하여 반응 가스를 공급하는 제 2 반응 가스 공급부를 포함하도록 구성해도 좋다. 여기서 말하는 보지대보다 상방이란, 보지대를 기준으로 한 상하 방향의 위치 중 보지대보다 상방측의 위치를 말한다. 이러한 구성의 플라즈마 처리 장치(241)를 도 20에 도시한다. 도 20에 도시한 플라즈마 처리 장치(241)의 구성은 제 2 반응 가스 공급부(242)를 구성하는 환상부가 보지대(14) 상에 보지된 피처리 기판(W)의 직상 영역을 피한 위치이며 보지대(14)의 직상 영역보다 외경측에 설치되어 있고 측벽(18)의 내경측에 위치한다는 점을 제외하고 도 10에 도시한 플라즈마 처리 장치의 구성과 동일하다. 구체적으로, 환상부는 보지대(14)의 외경면보다 외경측에 설치되어 있다. 즉, 환상부는 보지대(14)의 직상 영역보다 외경측에 설치되는 구성으로 해도 좋다. 이와 같이 구성하는 것에 의해서도 상기와 동일한 효과를 이룰 수 있다.

또한, 도 10, 도 19 및 도 20에 도시한 플라즈마 처리 장치에 대해서는 보지대의 내부에 제 1 및 제 2 온도 조정부를 구비하는 것으로 하였으나, 이에 한정되지 않으며, 보지대의 외부측에 설치해도 좋다. 또한, 제 1 및 제 2 온도 조정부는 직경 방향으로 분할되어 있어도 좋고, 둘레 방향으로 분할되어 있어도 좋고, 상하 방향으로 분할되어 있어도 좋다. 즉, 제 1 및 제 2 온도 조정부는 각각 복수의 부재로 구성되어 있어도 좋다. 또한, 제 1 및 제 2 온도 조정부는 일체형이어도 상관없다. 즉, 예를 들면 중앙부와 단부를 각각 별개로 온도 조정 가능한 구성의 일체형의 히터를 이용해도 좋다. 또한, 이러한 제 1 및 제 2 온도 조정부에 대해서는 설치하지 않는 구성으로 해도 좋다. 또한, 측벽 등에 설치한 온도 조정부에 대해서도 마찬가지로 설치하지 않는 구성으로 해도 좋다. 물론, 도 1 또는 도 9에 도시한 플라즈마 처리 장치에서도 필요에 따라 각 온도 조정부를 설치하는 것으로 해도 좋다.

또한, 상기의 실시예에서는 제 1 반응 가스 공급부 중 보지대와 대향하는 벽면은 평평하게 하였으나, 이에 한정되지 않으며, 공급홀이 형성된 부분을 보지대측으로 돌출시키는 구성으로 해도 좋다.

또한, 상기의 실시예에서, 제 1 및 제 2 반응 가스 공급부로부터 공급되는 반응 가스는 동일한 종류라고 하였으나, 이에 한정되지 않으며, 제 1 반응 가스 공급부로부터 공급되는 반응 가스의 종류와 제 2 반응 가스 공급부로부터 공급되는 반응 가스의 종류를 상이하게 하는 것으로 해도 좋다.

또한, 제 2 반응 가스 공급부에서, 장치의 구성상, 구체적으로는 처리 용기의 크기 또는 보지대의 위치, 피처리 기판의 크기 등에 기인한 장치의 치수 구성상, 거의 직하 방향으로 가스를 공급하게 되어도 상관없다. 즉, 각도(θ)를 90° 부근이 되도록 한다. 이러한 구성이 되어도 상기와 같은 효과를 이룰 수 있다.

또한, 상기의 실시예에서는 마이크로파를 플라즈마원으로 하는 플라즈마 처리 장치였으나, 이에 한정되지 않으며, ICP(Inductively-coupled Plasma) 또는 ECR(Electron Cyclotron Resoannce) 플라즈마, 평행 평판형 플라즈마 등을 플라즈마원으로 하는 플라즈마 처리 장치에 대해서도 적용된다.

이상, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 도시한 실시예에 한정되지 않는다. 도시한 실시예에 대하여 본 발명과 동일한 범위 내에서, 혹은 균등한 범위 내에서 다양한 수정 또는 변형을 추가하는 것이 가능하다.

산업상의 이용 가능성

본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법은 피처리 기판의 면내 균일성의 향상이 요구되는 경우에 효과적으로 이용된다.

11, 81, 91, 201, 221, 241: 플라즈마 처리 장치
12, 87: 처리 용기
13: 반응 가스 공급부
14: 보지대
15: 마이크로파 발생기
16: 유전체판
17: 저부
18, 82: 측벽
19: 배기홀
20, 65: O 링
21: 매칭
22: 모드 변환기
23: 도파관
24: 동축 도파관
25: 중심 도체
26: 외주 도체
27: 오목부
28: 지파판
29: 슬롯홀
30: 슬롯판
31, 32: 통 형상 지지부
33: 배기로
34: 배플판
35: 배기관
36: 배기 장치
37: 고주파 전원
38: 매칭 유닛
39: 급전봉
41: 정전 척
42: 포커스 링
43: 전극
44, 45: 절연막
46: 직류 전원
47: 스위치
48: 피복선
51: 냉매실
52, 53: 배관
54: 가스 공급관
61: 제 1 반응 가스 공급부
62, 92, 202, 222, 242: 제 2 반응 가스 공급부
63: 하면
64: 수용부
66, 75, 85, 95, 215, 231: 공급홀
67, 86, 88: 벽면
68, 89, 210, 230: 가스 유로
69: 가스 입구
70: 개폐 밸브
71: 유량 제어기
72: 가스 공급계
73, 84, 93, 208: 환상부
74: 지지부
76: 단부
77: 상면
78: 중심
79a, 79b, 79c, 79d: 벽부
79e: 직선
80: 위치
83, 229: 돌출부
94, 212a, 212b, 212c: 지지부
203, 204, 205, 206, 207, 223, 224, 225, 226, 227: 온도 조정부
209a: 제 1 부재
209b: 제 2 부재
211a, 211b, 211c: 돌기부
213a, 213b, 213c: 외경면
214a, 214b, 214c, 216, 228: 내경면
217: 덮개부

Claims

그 내부에서 피처리 기판에 플라즈마 처리를 행하는 처리 용기와,
상기 처리 용기 내에 배치되며 그 위에 상기 피처리 기판을 보지(保持)하는 보지대와,
상기 처리 용기 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 수단과,
상기 처리 용기 내로 플라즈마 처리용의 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부를 구비하는 플라즈마 처리 장치로서,
상기 반응 가스 공급부는, 상기 보지대 상에 보지된 상기 피처리 기판의 중앙 영역을 향하여 직하 방향으로 반응 가스를 공급하는 제 1 반응 가스 공급부와,
상기 보지대 상에 보지된 상기 피처리 기판의 직상 영역을 피한 위치이고 상기 보지대의 직상 영역에 설치되어 있으며, 상기 보지대 상에 보지된 상기 피처리 기판의 중심측을 향하여 반응 가스를 공급하는 제 2 반응 가스 공급부를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 반응 가스 공급부는 상기 보지대의 근방에 배치되어 있는 플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 반응 가스 공급부는 상기 보지대 상에 보지된 상기 피처리 기판의 중앙 영역을 향하여 경사 방향으로 반응 가스를 공급하는 플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 반응 가스 공급부는 상기 보지대 상에 보지된 상기 피처리 기판의 중심측을 향하여 가로 방향으로 반응 가스를 공급하는 플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 반응 가스 공급부는 환상부를 포함하며,
상기 환상부에는 반응 가스를 공급하는 공급홀이 형성되어 있는 플라즈마 처리 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 피처리 기판은 원판 형상이고,
상기 환상부는 원환 형상이며,
상기 환상부의 내경은 상기 피처리 기판의 외경보다 큰 플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 처리 용기는, 상기 보지대의 하방측에 위치하는 저부와, 상기 저부의 외주에서부터 상방향으로 연장되는 측벽을 포함하고,
상기 제 2 반응 가스 공급부는 상기 측벽 내에 매립 설치되어 있는 플라즈마 처리 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 측벽은 내방측으로 돌출되는 돌출부를 포함하고,
상기 제 2 반응 가스 공급부는 상기 돌출부 내에 매립 설치되어 있는 플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마 발생 수단은, 플라즈마 여기용의 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생기와, 상기 보지대와 대향하는 위치에 설치되며 마이크로파를 상기 처리 용기 내로 도입하는 유전체판을 포함하고,
상기 제 1 반응 가스 공급부는 상기 유전체판의 중앙부에 설치되어 있는 플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 보지대에 보지된 상기 피처리 기판의 중앙부의 영역의 온도를 조정하는 제 1 온도 조정부와, 상기 보지대에 보지된 상기 피처리 기판의 중앙부의 주변에 위치하는 단부의 영역의 온도를 조정하는 제 2 온도 조정부를 구비하는 플라즈마 처리 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 온도 조정부는 각각 상기 보지대의 내부에 설치되어 있는 플라즈마 처리 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 온도 조정부 중 적어도 어느 일방은 복수의 부재로 분할되어 있는 플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 처리 용기는, 상기 보지대의 하방측에 위치하는 저부와, 상기 저부의 외주에서부터 상방향으로 연장되는 측벽을 포함하며,
상기 측벽의 온도를 조정하는 측벽 온도 조정부를 구비하는 플라즈마 처리 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 측벽 온도 조정부는 상기 측벽의 내부에 설치되어 있는 플라즈마 처리 장치.
피처리 기판을 플라즈마 처리하기 위한 플라즈마 처리 방법으로서,
처리 용기 내에 설치된 보지대 상에 피처리 기판을 보지(保持)시키는 공정과,
플라즈마 여기용의 마이크로파를 발생시키는 공정과,
유전체판을 이용하여 마이크로파를 상기 처리 용기 내로 도입하는 공정과,
상기 유전체판의 중앙부로부터 상기 피처리 기판의 중앙 영역을 향하여 직하 방향으로 반응 가스를 공급하고, 상기 보지대 상에 보지된 상기 피처리 기판의 직상 영역을 피한 위치이고 상기 보지대의 직상 영역으로부터 상기 피처리 기판을 향하여 경사 방향으로 반응 가스를 공급하는 공정을 포함하는 플라즈마 처리 방법.
그 위에 피처리 기판을 보지(保持)하는 보지대와,
상기 보지대의 하방측에 위치하는 저부 및 상기 저부의 외주에서부터 상방향으로 연장되는 환상의 측벽을 포함하며, 그 내부에서 상기 피처리 기판에 플라즈마 처리를 행하는 처리 용기와,
상기 처리 용기 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 수단과,
상기 처리 용기 내로 플라즈마 처리용의 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부를 구비하는 플라즈마 처리 장치로서,
상기 반응 가스 공급부는, 상기 보지대 상에 보지된 상기 피처리 기판의 중앙 영역을 향하여 직하 방향으로 반응 가스를 공급하는 제 1 반응 가스 공급부와,
상기 보지대 상에 보지된 상기 피처리 기판의 직상 영역을 피한 위치 및 상기 측벽의 내경측의 위치이고 상기 보지대보다 상방에 설치된 환상부를 포함하며, 상기 보지대 상에 보지된 피처리 기판의 중심측을 향하여 반응 가스를 공급하는 제 2 반응 가스 공급부를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 환상부는 상기 보지대의 외경측에 설치되어 있는 플라즈마 처리 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 보지대에 보지된 상기 피처리 기판의 중앙부의 영역의 온도를 조정하는 제 1 온도 조정부와, 상기 보지대에 보지된 상기 피처리 기판의 중앙부의 주변에 위치하는 단부의 영역의 온도를 조정하는 제 2 온도 조정부를 구비하는 플라즈마 처리 장치.
제 18 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 온도 조정부는 각각 상기 보지대의 내부에 설치되어 있는 플라즈마 처리 장치.
제 18 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 온도 조정부 중 적어도 어느 일방은 복수의 부재로 분할되어 있는 플라즈마 처리 장치.