KR20110104447A

KR20110104447A - 플라즈마 처리 장치

Info

Publication number: KR20110104447A
Application number: KR1020110022979A
Authority: KR
Inventors: 다이스케 하야시
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2010-03-16
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2011-09-22
Also published as: JP5592129B2; KR101741062B1; US20110226421A1; US8968513B2; JP2011192912A

Abstract

균질 소재의 전극 및 피구동체를 이용하여 플라즈마 생성에 소비되는 고주파의 전계 강도 분포를 제어한다. 감압 가능한 처리 용기(100) 내로 처리 가스를 도입하여 고주파 전력의 파워에 의해 플라즈마를 생성하고, 상기 플라즈마에 의해 웨이퍼(W)에 원하는 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치는, 복수의 미세한 홀(A)이 형성된 유전체의 기재(105a)와, 복수의 미세한 홀(A)에 반입, 반출 가능한 복수의 막대 형상 부재(B)를 포함한 피구동체로서의 가변 기구(200)와, 가변 기구(200)를 구동함으로써 복수의 미세한 홀(A)에 복수의 막대 형상 부재(B)를 반입, 반출시키는 구동 기구(215)를 가진다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}

본 발명은, 플라즈마 처리 장치에 이용되는 전극 및 피구동체를 이용하여 고주파의 전계 강도 분포를 제어하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.

근래의 미세화의 요청에 수반하여 비교적 높은 주파수의 전력을 공급하여 고밀도 플라즈마를 생성하는 것이 불가결해지고 있다. 도 10에 도시한 바와 같이, 고주파 전원(150)으로부터 공급되는 전력의 주파수가 높아지면, 표면 효과에 의해 고주파 전류는 하부 전극(110)의 표면을 전반하여 하부 전극(110)의 상부 표면을 단부로부터 중앙부를 향하여 전반한다. 이에 따르면 하부 전극(110)의 중심측의 전계 강도는 하부 전극(110)의 단부측의 전계 강도보다 높아지고, 하부 전극(110)의 중심측에서는 단부측보다 가스의 전리 또는 해리가 촉진된다. 이 결과, 하부 전극(110)의 중심측의 플라즈마의 전자 밀도는 단부측의 플라즈마의 전자 밀도보다 높아진다. 플라즈마의 전자 밀도가 높은 하부 전극(110)의 중심측에서는 플라즈마의 저항율이 낮아지기 때문에, 대향하는 상부 전극(105)에서도 상부 전극(105)의 중심측에 고주파에 의한 전류가 집중되고, 또한 플라즈마 밀도가 불균일해진다.

이에 대해, 플라즈마의 균일성을 높이기 위하여, 전극 본체의 도전체의 하부 중심에 직사각형 형상의 플랫(flat)의 유전체를 매설하는 것이 제안되고 있다(예를 들어, 특허 문헌 1을 참조). 이에 따르면, 유전체의 작용에 의해 유전체의 하방에서 전계 강도 분포를 저하시킬 수 있다.

또한 플라즈마의 균일성을 높이기 위하여, 전극 본체의 도전체에 매설되는 유전체의 형상을 테이퍼 형상으로 하는 것도 제안되고 있다(예를 들어, 특허 문헌 2를 참조). 특허 문헌 2에서는 유전체가 테이퍼 형상이기 때문에, 유전체가 플랫인 경우보다 유전체의 단부에서 전계 강도 분포가 지나치게 저하되는 일은 없다. 이에 따라 전계 강도 분포의 균일성을 더욱 높일 수 있다.

일본특허공개공보 2000-323456 호 일본특허공개공보 2005-228973 호

그러나, 도전체에 유전체를 매립할 경우, 이종재(異種材)의 접합 방법을 구사할 필요가 있다. 특히, 도전체에 테이퍼 형상의 유전체를 매립할 경우, 대규모의 테이퍼 구조를 만들어 제작할 필요가 있다. 예를 들면, 도전체와 유전체는 접착제 또는 나사를 이용하여 접합된다. 또한, 도전체는 알루미늄 등의 금속으로 형성되고, 유전체는 세라믹 등으로 형성되기 때문에, 선 열 팽창 차이가 생기는 것을 고려하여 부재 간의 접합 부분에 적당한 간극을 형성해 둘 필요가 있다. 그런데, 유전체가 테이퍼 형상이면 기계 가공이 어려워, 테이퍼 부분에서의 치수 정밀도가 나빠진다. 따라서, 선 열 팽창 차이에 의해 접합 부분의 일부에 응력이 집중되기 쉬워져 접합면의 접착제가 박리하여 챔버 내의 오염원이 되는 경우가 있었다.

또한, 플라즈마 처리 효과의 프로파일을 변경하고자 할 경우에도, 도전체에 유전체를 매립할 경우에는 대규모의 설계 변경을 피할 수 없어, 가령 부분적인 변경에 의해 플라즈마 처리의 효과를 약간 바꾸고자 할 경우에도, 기본적인 제작 시의 가공상의 난이도는 변함 없다고 하는 문제를 가지고 있었다. 따라서, 이상의 문제를 해결하기 위하여 완전한 단일 소재 또는 일체적으로 형성 가능한 소재에 의해 전계 강도 분포를 제어 가능한 전극을 제작하는 것이 요구되고 있었다.

또한, 이와 같이 하여 단일 소재를 이용하여 완성한 전극을, 그 구조에 기계적 가공을 가하지 않고 전계 강도 분포를 가변으로 제어할 수 있다면, 가스종 또는 압력 등의 프로세스 조건에 따라 변화하는 전계 강도 분포에 대해서도 유연하게 대응하여 플라즈마를 보다 균일하게 생성할 수 있다.

상기 문제에 대하여 본 발명의 목적으로 하는 것은, 균질 소재의 전극 및 피구동체를 이용하여 고주파의 전계 강도 분포를 가변으로 제어하는 것이 가능한 신규이고 또한 개량된 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 관점에 따르면, 감압 가능한 처리 용기 내로 처리 가스를 도입하여 고주파 전력의 파워에 의해 플라즈마를 생성하고, 상기 플라즈마에 의해 피처리체에 원하는 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치로서, 복수의 오목부가 형성된 유전체의 기재와, 상기 복수의 오목부에 반입, 반출 가능한 복수의 볼록 부재를 포함한 피구동체와, 상기 피구동체를 구동함으로써, 상기 복수의 오목부에 상기 복수의 볼록 부재를 반입, 반출시키는 구동 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.

이러한 구성에 따르면, 진공 공간은 유전율(ε_０)이 1의 유전층으로서 간주되는 것을 이용하여, 베이스가 되는 기재의 유전율(ε₁)과 기재에 형성된 오목부 내의 진공 공간의 유전율(ε_０)의 차이를 만들어 낸다. 여기서, 진공 공간의 유전율(ε_０)의 1은 유전 물질의 유전율 중에서 가장 낮다. 따라서, 오목부 내의 유전율(ε_０)은 기재의 유전율(ε₁)보다 반드시 작아진다. 이에 따라, 오목부 내의 캐패시턴스(정전 용량)는 기재의 캐패시턴스보다 낮아진다. 이는 정전 용량적으로 말하면, 예를 들면 도 4a의 상부에 도시한 오목부로서의 미세한 홀(A)이 존재하는 에리어일수록, 도 4a의 하부에 돌출 부분(105a1)으로 도시한 바와 같이 기재의 유전체가 두꺼워진 것과 동등한 효과를 가진다.

이 원리를 이용하여 본 발명에서는, 전극의 기재에 복수의 오목부를 마련함으로써, 기재의 복수의 오목부의 정전 용량을 그 이외의 기재 부분의 정전 용량보다 낮게 한다. 이에 따라, 기재의 복수의 오목부가 그 이외의 기재의 부분보다 두꺼워진 것과 동일한 효과, 즉, 기재의 오목부에서는 그 외의 부분보다 고주파를 쉽게 빠져 나가지 못하게 하는 효과를 나타낼 수 있다. 이 결과, 복수의 오목부를 기재의 중앙부에 형성함으로써, 기재 중앙의 플라즈마 밀도를 저하시켜 플라즈마 생성에 소비되는 고주파의 전계 강도 분포를 균일화할 수 있다(이하, 이것을 상부 전극에 의한 균일화 효과라고도 함).

또한 본 발명은, 복수의 오목부에 반입, 반출 가능한 복수의 볼록 부재를 포함한 피구동체와, 이 피구동체를 구동함으로써 복수의 오목부에 복수의 볼록 부재를 반입, 반출시키는 구동 기구를 가진다. 이에 따르면, 볼록 부재의 소재가 유전체이면, 진공 공간의 유전율(ε_０)보다 반드시 높은 유전율을 가진다. 이 때문에, 정전 용량적으로 말하면, 볼록 부재를 오목부에 넣었을 때는 볼록 부재를 오목부로부터 꺼냈을 때보다 도 4a의 하부에 도시한 돌출 부분(105a1)의 기재의 유전체의 두께는 얇아진다. 이는, 복수의 오목부에 복수의 볼록 부재를 반입, 반출시킴으로써, 전극의 구조에 기계적 가공을 가하지 않고, 고주파가 쉽게 빠져 나가거나 쉽게 빠져 나가지 못하는 것을 나타내는 임피던스를 가변으로 제어할 수 있는 것을 의미한다. 이 결과, 본 발명에 따르면, 볼록 부재의 유전율 또는 볼록 부재의 오목부로의 삽입의 정도 등에 의해, 프로세스 조건에 따라 변화하는 전계 강도 분포에 대해서도 유연하게 대응할 수 있어, 플라즈마를 보다 균일하게 생성할 수 있다.

또한, 상기 본 발명의 구성에서는 기재와 유전체를 접합할 필요가 없기 때문에, 특수 소재, 특수 접합재 등을 필요로 하지 않고, 평판인 기재에 대하여 상부 전극에 의한 균일화 효과를 원하는 곳에만 미세한 홀을 시공하면 되므로, 제조가 간단하고 용이하다.

상기 복수의 오목부는, 복수의 미세한 홀 또는 복수의 홈이어도 좋다.

상기 복수의 볼록 부재는, 상기 복수의 미세한 홀에 반입, 반출 가능한 복수의 봉 형상 부재 또는 상기 복수의 홈에 반입, 반출 가능한 복수의 판 형상 부재여도 좋다.

상기 복수의 볼록 부재는 유전 부재 또는 금속 부재로 형성되어 있어도 좋다.

상기 복수의 볼록 부재가 유전 부재로 형성될 경우, 상기 기재를 구성하는 유전체의 유전율은, 상기 복수의 볼록 부재를 구성하는 유전 부재의 유전율보다 커도 좋다.

상기 피구동체는, 상기 기재의 내측으로부터 외측으로 형성된 복수의 오목부에 따라 상기 내측으로부터 외측으로 설치된 복수의 볼록 부재를, 적어도 상기 내측 및 상기 외측의 2 계통 이상으로 나누어 다계통으로 구동해도 좋다.

상기 복수의 볼록 부재 중, 상기 기재의 외측에 형성된 오목부에 반입, 반출되는 볼록 부재일수록, 상기 기재의 내측에 형성된 오목부에 반입, 반출되는 볼록 부재보다 유전율이 높은 부재 또는 금속 부재 중 적어도 어느 하나로 형성되어 있어도 좋다.

상기 복수의 오목부는 상기 처리 용기와 연통하고, 상기 처리 용기 내를 진공 상태로 하면 이에 따라 진공 상태가 되어 있어도 좋다.

상기 복수의 오목부는, 상기 기재를 플라즈마 공간측으로 관통하지 않는 범위에서 깊이를 바꾸어 형성되고, 상기 복수의 볼록 부재는, 상기 복수의 오목부의 깊이에 각각 대응한 길이로 형성되어 있어도 좋다.

상기 기재의 외측에 형성된 오목부의 깊이는, 상기 기재의 내측에 형성된 오목부의 깊이보다 얕고, 상기 기재의 외측에 형성된 볼록 부재의 길이는, 상기 복수의 오목부의 깊이에 따라 상기 기재의 내측에 형성된 볼록 부재보다 짧아도 좋다.

상기 복수의 오목부는, 전체적으로 테이퍼 형상으로 형성되어 있어도 좋다.

상기 복수의 미세한 홀의 직경은, 시스의 두께의 2 배 이하의 범위에서 상이한 사이즈로 형성되어 있어도 좋다.

상기 기재의 외측에 형성된 미세한 홀의 직경은, 상기 기재의 내측에 형성된 미세한 홀의 직경보다 작고, 상기 기재의 외측에 형성된 봉 형상 부재의 직경은, 상기 복수의 미세한 홀의 직경에 따라 상기 기재의 내측에 형성된 봉 형상 부재의 직경보다 작아도 좋다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 관점에 따르면, 내부에서 피처리체를 플라즈마 처리하는 처리 용기와, 상기 처리 용기의 내부에서 서로 대향하고, 그 사이에 처리 공간을 형성하는 제 1 및 제 2 전극과, 상기 제 1 및 제 2 전극 중 적어도 어느 하나에 접속되고, 상기 처리 용기 내에 고주파 전력을 출력하는 고주파 전원을 구비하는 플라즈마 처리 장치로서, 상기 제 1 전극에 설치되며, 복수의 오목부가 형성된 유전체의 기재와, 상기 복수의 오목부에 반입, 반출 가능한 복수의 볼록 부재를 포함한 피구동체와, 상기 피구동체를 구동함으로써, 상기 복수의 오목부에 상기 복수의 볼록 부재를 반입, 반출하는 구동 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.

상기 제 1 전극은 상부 전극이며, 상기 상부 전극에는 복수의 가스 도입관이 형성되고 샤워 헤드로서 기능해도 좋다.

상기 제 2 전극은 하부 전극이며, 상기 고주파 전원은 상기 하부 전극으로 고주파 전력을 공급해도 좋다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 균질 소재의 전극 및 피구동체를 이용하여 고주파의 전계 강도 분포를 가변으로 제어할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 RIE 플라즈마 에칭 장치의 종단면도면이다.
도 2a는 일반적인 상부 전극의 종단면도이며, 도 2b는 이 실시예에 따른 전극의 종단면도이다.
도 3a 및 3b는 이 실시예에 따른 전극의 기재의 횡단면도(도 2b의 1-1 단면)이다.
도 4a는 이 실시예에 따른 전극에 형성된 미세한 홀의 작용을 설명하기 위한 도면이며, 도 4b는 이 실시예에 따른 전극에 설치된 금속봉의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 이 실시예에 따른 미세한 홀에 유전체봉의 가변 기구를 반입, 반출했을 때의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 가변 기구의 막대 형상 부재 및 기재의 물질의 관계와 정전 용량적 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 이 실시예에 따른 미세한 홀에 금속봉의 가변 기구를 반입, 반출했을 때의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 가변 기구가 다계통으로 구성되는 경우를 도시한 도면이다.
도 9는 가변 기구를 구동하는 구동 기구를 도시한 도면이다.
도 10은 일반적인 플라즈마 장치에 인가되는 고주파의 전류를 설명하기 위한 도면이다.

이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 또한 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 가지는 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다.

우선, 본 발명의 일실시예에 따른 전극을 이용한 RIE 플라즈마 에칭 장치(평행 평판형 플라즈마 처리 장치)에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다. RIE 플라즈마 에칭 장치(10)는 처리 용기 내에서 플라즈마를 생성하고, 그 플라즈마에 의해 피처리체에 원하는 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치의 일례이다.

RIE 플라즈마 에칭 장치(10)는 감압 가능한 처리 용기(100)를 가진다. 처리 용기(100)는 소경의 상부 챔버(100a)와 대경의 하부 챔버(100b)로 형성되어 있다. 처리 용기(100)는, 예를 들면 알루미늄 등의 금속으로 형성되고 접지되어 있다

처리 용기(100)의 내부에서는, 상부 전극(105) 및 하부 전극(110)이 대향 배치되고, 이에 따라 한 쌍의 평행 평판 전극이 구성되어 있다. 웨이퍼(W)는, 게이트 밸브(V)로부터 처리 용기(100)의 내부로 반입되어 하부 전극(110)에 재치된다. 처리 용기 내에서는, 처리 가스를 도입하여 고주파 전력의 파워에 의해 플라즈마가 생성된다. 하부 전극(110)의 웨이퍼(W)는 그 플라즈마에 의해 에칭 처리된다.

상부 전극(105)은 상부 기재(105a) 및 상부 기재(105a) 직상의 베이스 플레이트(105b)를 가지고 있다. 상부 기재(105a)는 석영(SiO₂)으로 형성되어 있다. 상부 기재(105a)는 석영(SiO2)에 한정되지 않고, 알루미나(Al₂O₃), 질화 규소(Si₃N₄), 질화 알루미늄(AlN), 산화이트륨(Y₂O₃), 테플론(등록상표 폴리테트라플루오르에틸렌) 등의 유전체로 형성되어 있어도 좋다.

가스는 가스 공급원(115)으로부터 공급되어 도전체의 베이스 플레이트(105b)와 처리 용기(100)에서 형성되는 확산 공간으로 확산된 후, 도 2b의 상부 전극(105)의 종단면도에 도시한 바와 같이, 복수의 가스 통로(105d)로부터 상부 기재(105a)에 형성된 복수의 가스 도입관(105e)으로 통과되어 복수의 가스홀(105c)로부터 처리 용기 내로 도입된다. 이와 같이 하여, 상부 전극(105)은 상부 기재(105a) 및 베이스 플레이트(105b)가 일체가 되어 샤워 헤드로서 기능하도록 되어 있다. 또한 상부 전극(105)은, 베이스 플레이트(105b)를 가지지 않고 상부 기재(105a)가 처리 용기(100)의 천판에 직접 밀착되는 구조여도 좋다.

상부 기재(105a)의 상부 중앙에는 미세한 홀(A)이 복수 형성되어 있다. 복수의 미세한 홀(A)의 깊이에 대해서는, 상부 기재(105a)의 중앙부에 형성된 미세한 홀(A)은 동일한 깊이로 파여 있다. 또한, 상부 기재(105a)의 주변부에 형성된 미세한 홀(A)은, 상부 기재(105a)의 중앙부에 형성된 미세한 홀(A)보다 얕게 되어 있다. 이에 따라, 복수의 미세한 홀(A)은 전체적으로 테이퍼 형상이 되도록 형성되어 있다.

도 3a 및 3b는, 본 실시예에 따른 상부 전극(105)의 기재(105a)의 횡단면(도 2b의 1-1 단면)을 도시한다. 미세한 홀(A)은 상부 기재(105a)의 중앙측에 균등하게 배치되어 있다. 미세한 홀(A)의 작용, 효과에 대해서는 후술한다.

미세한 홀(A)의 패턴은, 대략 정사각형 패턴에 한정되지 않고, 대략 정삼각형 또는 대략 원형 등, 면내 균등성을 가지는 패턴이면 어떠한 패턴이어도 좋다. 또한, 상기 미세한 홀(A) 대신에 링 형상의 홈을 동심원 형상으로 하나 또는 복수 형성해도 좋다.

도 1로 돌아와, RIE 플라즈마 에칭 장치(10)의 천장 상부에는 피구동체로서의 가변 기구(200)가 배치되어 있다. 가변 기구(200)에는 복수의 미세한 홀(A)에 반입, 반출 가능한 복수의 막대 형상 부재(B)가 베이스판(205)에 고정되어 있다.

베이스판(205)에는 구동 기구로서의 모터(M)가 연결되어 있다. 모터(M)의 동력으로 가변 기구(200)를 구동함으로써, 복수의 막대 형상 부재(B)가 승강하고, 이에 따라 복수의 미세한 홀(A)로의 복수의 막대 형상 부재(B)의 반입, 반출이 제어된다.

하부 전극(110)은 알루미늄 등의 금속으로 형성된 하부 기재(110a)가 절연층(110b)을 개재하여 지지대(110c)에 지지되어 있다. 이에 따라, 하부 전극(110)은 전기적으로 부유 상태로 되어 있다. 지지대(110c)의 하방 부분은 커버(110d)로 덮여 있다. 지지대(110c)의 하부 외주에는 배플판(120)이 설치되어 있어 가스의 흐름을 제어한다.

하부 전극(110)에는 냉매실(110a1)이 설치되어 있고, 냉매 도입관(110a2)의 인(IN)측으로부터 도입된 냉매가 냉매실(110a1)을 순환하여 냉매 도입관(110a2)의 아웃(OUT)측으로 배출된다. 이에 따라, 하부 전극(110)을 원하는 온도로 제어한다.

하부 전극(110) 직상의 정전 척 기구(125)에서는, 절연 부재(125a)에 금속 시트 부재(125b)가 매립되어 있다. 전극부(125b)에는 직류 전원(135)이 접속되고, 직류 전원(135)으로부터 출력된 직류 전압이 전극부(125b)에 인가됨으로써, 웨이퍼(W)는 하부 전극(110)에 정전 흡착된다. 정전 척 기구(125)의 외주에는, 예를 들면 실리콘으로 형성된 포커스 링(130)이 설치되어 있어, 플라즈마의 균일성을 유지하는 역할을 하고 있다.

하부 전극(110)은 제 1 급전봉(140)을 개재하여 제 1 정합기(145) 및 제 1 고주파 전원(150)에 접속되어 있다. 처리 용기 내의 가스는 제 1 고주파 전원(150)으로부터 출력된 플라즈마 여기용의 고주파의 전계 에너지에 의해 여기되고, 이에 따라 생성된 방전형의 플라즈마에 의해 웨이퍼(W)에 에칭 처리가 실시된다. 본 실시예에서는, 상부 전극(105)이 제 1 전극, 하부 전극(110)이 제 2 전극으로 하여 설명을 계속하지만, 제 1 전극은 상부 전극(105)이어도 하부 전극(110)이어도 좋고, 마찬가지로 제 2 전극도 상부 전극(105)이어도 하부 전극(110)이어도 좋다.

하부 전극(110)은 또한, 제 1 급전봉(140)으로부터 분기한 제 2 급전봉(155)을 개재하여 제 2 정합기(160) 및 제 2 고주파 전원(165)에 접속되어 있다. 제 2 고주파 전원(165)으로부터 출력된, 예를 들어 3.2 MHz의 고주파는 바이어스 전압으로서 하부 전극(110)으로의 이온의 인입에 사용된다.

처리 용기(100)의 저면(底面)에는 배기구(170)가 형성되고 배기구(170)에 접속된 배기 장치(175)를 구동함으로써, 처리 용기(100)의 내부를 원하는 진공 상태로 유지하도록 되어 있다.

상부 챔버(100a)의 주위에는, 멀티 폴 링 자석(180a, 180b)이 배치되어 있다. 멀티 폴 링 자석(180a, 180b)은 복수의 이방성 세그먼트 기둥 형상 자석이 링 형상의 자성체의 케이싱에 장착되어 있고, 인접하는 복수의 이방성 세그먼트 기둥 형상 자석끼리의 자극의 방향이 서로 역방향이 되도록 배치되어 있다. 이에 따라, 자력선이 인접하는 세그먼트 자석 간에 형성되고, 상부 전극(105)과 하부 전극(110) 간의 처리 공간의 주변부에만 자기장이 형성되어, 처리 공간에 플라즈마를 가두도록 작용한다.

이어서, 본 실시예에 따른 RIE 플라즈마 에칭 장치(10)에 장착된 전극 구조에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. 도 2a는 일반적인 상부 전극의 종단면도이며, 도 2b는 전술한 바와 같이 본 실시예에 따른 상부 전극(105)의 종단면도이다.

(상부 전극의 미세한 홀과 고주파의 전계 강도 분포의 제어)

전술한 바와 같이, 도 10에 도시한 고주파 전원(150)으로부터 공급되는 전력의 주파수가 높아지면, 표피 효과에 의해 고주파의 전류는, 하부 전극(110)의 표면을 전반하여 하부 전극(110)의 상부 표면을 단부로부터 중앙부를 향하여 전반하고, 하부 전극(110)의 중심측에서는 단부측보다 전계 강도가 높아져 가스의 전리 또는 해리가 촉진된다. 이에 따라 하부 전극(110)의 중심측에서는 단부측보다 플라즈마의 전자 밀도가 높아진다. 이 결과, 하부 전극(110)의 중심측에서는 단부측보다 플라즈마의 저항율이 낮아지기 때문에, 상부 전극(105)에서도 상부 전극(105)의 중심측에 고주파에 의한 전류가 집중되어 플라즈마 밀도 분포가 불균일해진다. 도 2a에는, 플라즈마가 생성되는 플라즈마 공간에서 플라즈마 밀도 분포가 중앙부에서 높고 단부에서 낮아진 상태가 도시되어 있다. 또한, 도 2a에 도시한 캐패시턴스 성분(정전 용량)의 분포는, 유전체로 형성된 상부 기재(105a)가 플랫이기 때문에, 이에 따라 균일한 분포로 되어 있다.

이에 반해, 도 2b에 도시한 본 실시예에 따른 상부 전극(105)에는, 전술한 바와 같이 상부 기재(105a)의 상면에 개구한 미세한 홀(A)이 복수 형성되어 있다. 복수의 미세한 홀(A)은 처리 용기(100)와 연통되어 있다. 즉, 일반적으로 상부 기재(105a)와 베이스 플레이트(105b)의 접촉면 등의 부재 간에는 기계 가공상 간극이 생겨 있다. 이 때문에, 처리 용기(100)의 내부 공간과 각 미세한 홀(A)의 내부 공간은 연통되어 있다. 따라서, 플라즈마 프로세스를 실행하기 위하여 배기 장치(175)에 의해 처리 용기(100)의 내부를 진공 상태까지 배기하면, 상기 간극을 거쳐 미세한 홀(A)의 내부도 진공 상태가 된다. 따라서, 미세한 홀(A) 내부의 진공 공간은 유전율(ε_０)이 ‘1’인 유전층이라고 간주할 수 있다.

한편, 상부 기재(105a) 자체는, 전술한 바와 같이 유전율(ε₁)이 약 ‘3.8’인 석영으로 형성되어 있다. 따라서, 이러한 구성에 따르면, 상부 기재(105a)와 미세한 홀(A) 간에 유전율의 차이를 만들어 낼 수 있다. 여기서, 진공 공간의 유전율(ε_０)은 유전물질 중에서 가장 낮다. 따라서, 미세한 홀(A) 내부의 유전율(ε_０)은 상부 기재(105a)의 유전율(ε₁)보다 반드시 작게 된다. 따라서, 미세한 홀(A) 내에서는 상부 기재(105a)보다 캐패시턴스가 작아진다. 이는 정전 용량적으로 말하면, 도 4a의 상부에 도시한 미세한 홀(A)이 존재하는 에리어는, 도 4a의 하부에 도시한 돌출 부분(105a1)으로 도시한 바와 같이 상부 기재(105a)의 유전체가 두꺼워지는 것과 동등한 효과를 나타낸다. 바꾸어 말하면, 상부 기재(105a)에 내부가 진공인 미세한 홀(A)을 형성하면, 도 4a의 하부에 도시한 상부 기재(105a)의 돌출 부분(105a1)의 캐패시턴스와 플랫 부분(105a2)의 캐패시턴스를 병렬로 잇는 것과 동일한 효과를 나타낼 수 있다.

이 원리를 이용하여, 본 실시예에서는 상부 기재(105a)의 중앙에 복수의 미세한 홀(A)을 형성함으로써, 상부 기재(105a)의 중앙의 정전 용량을 주변의 정전 용량보다 작게 한다. 이에 따라, 상부 기재(105a)의 유전체가 중앙에서 주변보다 두꺼워지는 것과 동일한 효과, 즉 상부 기재(105a)의 중앙부에서는 그 주변부보다 고주파를 쉽게 빠져 나가지 못하게 하는 효과를 나타낼 수 있다. 이 결과 본 실시예에서는, 상부 기재(105a) 중앙의 플라즈마 밀도를 저하시켜 플라즈마 밀도 분포를 균일화할 수 있다.

또한 본 실시예의 복수의 미세한 홀(A)은, 상부 기재(105a)를 플라즈마 공간측으로 관통하지 않는 범위에서 깊이를 바꾸어 형성되어 있다. 구체적으로는, 외주부의 미세한 홀(A)의 깊이는 중앙부의 미세한 홀(A)보다 얕게 형성된다. 이에 따라, 전체적으로 상부 기재(105a)의 상면을 저면으로 한 테이퍼 형상으로 형성된다. 이에 따라, 도 2b에 도시한 바와 같이, 상부 기재(105a) 내의 정전 용량의 분포를 중앙부가 주변부보다 낮아지도록 완만하게 변화시킬 수 있어, 플라즈마 밀도 분포를 보다 균일하게 할 수 있다.

또한 각 미세한 홀(A)의 깊이는, 본 실시예의 예에 한정되지 않는다. 각 미세한 홀(A)의 깊이는 플라즈마 밀도가 높아지는 부분의 미세한 홀(A)을 깊게 하고, 플라즈마 밀도가 낮아지는 부분의 미세한 홀(A)를 얕게 하도록 각 미세한 홀의 깊이를 조절하는 것이 바람직하다.

복수의 막대 형상 부재(B)는 복수의 미세한 홀(A)의 깊이에 각각 대응한 길이로 형성되어 있다. 본 실시예에서는, 상부 기재(105a)의 외주부(외측)에 형성된 미세한 홀(A)의 깊이는, 상부 기재(105a)의 중앙부(내측)에 형성된 오목부의 깊이보다 얕다. 따라서, 복수의 미세한 홀(A)의 깊이에 따라 상부 기재(105a)의 외측에 형성된 막대 형상 부재(B)의 길이는, 상부 기재(105a)의 내측에 형성된 막대 형상 부재(B)보다 짧게 되어 있다.

미세한 홀(A)은 플라즈마 공간측에 상부 기재(105a)를 관통하지 않고, 플라즈마 공간과 물리적으로 차단되어 있다. 이에 따라, 미세한 홀(A)의 내부에 플라즈마 중의 이온이 혼입되는 것을 방지할 수 있어, 미세한 홀(A)의 내부에서 이상 방전이 발생하는 것을 회피할 수 있다.

또한, 미세한 홀(A)은 시스의 두께의 2 배 이하의 직경으로 형성되어 있다. 여기서, ‘플라즈마의 시스폭’(s)은 하기 식(수 1)으로 주어진다.

ρ : 직류 시스의 경우의 시스폭

ε_０ : 진공 중의 유전율

R : 볼츠만 상수

Te : 전자 온도

V : 시스 전위

n_i : 이온 밀도

미세한 홀(A)에는, 통상적으로 특별한 기계 가공을 행하지 않는 한, 가스 통로(105d) 및 가스 도입관(105e)을 통과하는 가스가 혼입된다. 따라서, 미세한 홀(A)의 내부 공간이 시스로 채워지지 않으면, 고주파의 에너지에 의해 미세한 홀(A) 내의 가스가 여기하여 미세한 홀(A)의 내부에서 이상 방전이 발생할 가능성이 있다. 그러나, 본 실시예에서는 미세한 홀(A)의 직경이 시스 두께의 2 배 이하로 되어 있다. 따라서, 미세한 홀(A)의 내부 공간은 모두 시스 영역이 된다. 이에 따라, 미세한 홀(A)의 내부에서 이상 방전이 발생하는 것을 회피하고 또한 미세한 홀(A) 내로의 플라즈마의 침입을 방지할 수 있다.

미세한 홀(A)은 미세한 홀(A)의 직경을 시스의 두께의 2 배 이하의 범위에서 바꾸어도 좋다. 예를 들면, 중앙측에 위치하는 미세한 홀(A)의 직경을 크게, 주변측에 위치하는 미세한 홀(A)의 직경을 작게 해도 좋다. 이에 따르면, 미세한 홀(A)의 깊이가 동일해도 도 2b에 도시한 전체적으로 테이퍼 형상의 미세한 홀(A)과 동등한 효과를 얻을 수 있고, 플라즈마 밀도 분포의 균일화를 도모할 수 있다. 또한, 미세한 홀(A)의 깊이와 미세한 홀(A)의 직경의 양방을 조정해도 좋다.

복수의 막대 형상 부재(B)는 복수의 미세한 홀(A)의 깊이에 각각 대응한 굵기로 형성된다. 따라서, 본 실시예에서는 상부 기재(105a)의 주변측에 형성된 막대 형상 부재(B)의 직경은, 복수의 미세한 홀(A)의 직경에 따라 상부 기재(105a)의 중앙측에 형성된 막대 형상 부재(B)의 직경보다 작아진다.

또한, 유전체의 기재에 형성된 복수의 오목부는, 상부 기재(105a)에 형성된 복수의 미세한 홀(A)에 한정되지 않고, 예를 들면 도 3b에 도시한 동심원 상의 링 형상의 홈이어도 좋다. 또한, 가변 기구(200)에 포함되는 복수의 볼록 부재는 복수의 막대 형상 부재에 한정되지 않고, 예를 들면 도 3b에 도시한 동심원 상의 링 형상의 홈에 반입, 반출 가능한 링 형상의 판 형상 부재여도 좋다.

(유전체봉의 가변 기구 : 기재의 유전율(ε₁) = 유전체의 유전율(ε₂))

이어서, 가변 기구(200)의 막대 형상 부재(B)로서 유전체봉(B₁)을 반입, 반출시켰을 때의 작용, 효과에 대하여 도 5를 참조하여 설명한다. 여기서는, 유전체봉(B₁)과 상부 기재(105a)가 동일 유전 부재로 형성되어 있는 것으로 한다. 예를 들면, 상부 기재(105a)가 석영으로 형성되어 있다고 하면, 유전체봉(B₁)도 석영으로 형성되어 있다. 따라서, 상부 기재(105a)의 유전율(ε₁)과 유전체봉(B₁)의 유전율(ε₂)은 3.8로 동일한 수치가 된다.

도 5의 상부는, 가변 기구(200)가 가장 하강하고 복수의 유전체봉(B₁)이 복수의 미세한 홀(A)의 저부까지 삽입되어, 미세한 홀(A)의 내부가 유전체봉(B₁)의 석영으로 채워져 있는 상태를 도시하고 있다. 이 상태는, 도 6의 좌측으로부터 2 번째의 ‘동일 유전체의 경우’와 같이, 상부 기재(105a)에 미세한 홀(A)이 형성되어 있지 않은 것과 거의 동일한 상태라고 생각된다. 따라서, 가변 기구(200)가 가장 하강했을 때, 상부 기재(105a)의 하방에서 정전 용량은 균일하게 분포하고, 상부 전극에 의한 균일화 효과는 얻을 수 없다.

이어서, 도 5의 하부에 도시한 바와 같이 가변 기구(200)가 상승하면, 유전체봉(B₁)이 나온 미세한 홀(A) 내는 진공 공간이 된다. 전술한 바와 같이, 프로세스 중에 처리 용기(100)의 내부는 진공 상태이기 때문에, 이에 수반하여 미세한 홀(A) 내도 진공 상태가 되기 때문이다. 이 때, 미세한 홀(A) 내는 진공의 봉으로 형성되어 있다고도 생각된다. 진공 공간의 유전율(ε0)은 약 1이며, 상부 기재(105a)의 유전율(ε₁)보다 반드시 작아진다. 이는, 전술한 원리에 따르면 정전 용량적으로는 미세한 홀(A)이 존재하는 에리어일수록, 상부 기재(105a)의 유전체가 두꺼워진 것과 동등한 효과를 나타낸다. 이 결과, 도 6의 하측 도면의 ‘진공의 경우’에 도시한 바와 같이, 상부 기재(105a)의 중앙의 정전 용량을 주변의 정전 용량보다 작게 할 수 있다. 이에 따라, 상부 기재(105a)의 유전체가 중앙에서 주변보다 두꺼워진 것과 동일한 효과, 즉, 상부 기재(105a)의 중앙부에서는 그 주변부보다 고주파를 쉽게 빠져 나가지 못하도록 하는 효과를 얻을 수 있다. 이 결과 본 실시예에서는, 상부 기재(105a) 중앙의 플라즈마 밀도를 저하시켜 플라즈마 밀도 분포를 균일화할 수 있다. 또한, 복수의 미세한 홀(A)을 전체적으로 테이퍼 형상으로 형성함으로써, 주변측의 미세한 홀(A)에서 전계 강도 분포가 너무 저하되지 않도록 제어할 수 있고, 이에 따라 보다 플라즈마를 균일하게 생성할 수 있다.

(금속봉의 가변 기구)

이어서, 가변 기구(200)의 막대 형상 부재(B)로서 금속봉(B₂)을 반입, 반출시켰을 때의 작용, 효과에 대하여 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7의 상부는, 가변 기구(200)가 가장 하강하여 복수의 금속봉(B₂)이 복수의 미세한 홀(A)의 저부까지 삽입되어, 미세한 홀(A)의 내부가 금속봉(B₂)으로 채워져 있는 상태를 도시하고 있다. 이는, 도 6의 가장 좌측 도면의 ‘금속의 경우’와 같이, 상부 기재(105a)의 중앙에서 테이퍼 형상으로 금속의 베이스 플레이트(105b)가 튀어 나온 것과 동일한 상태라고 생각된다.

이는 정전 용량적으로 말하면, 예를 들면 도 4b의 상부에 도시한 오목부로서의 미세한 홀(A)이 존재하는 에리어일수록, 도 4b의 하부에 오목 부분(105a3)으로 도시한 바와 같이 기재의 유전체가 얇아진 것과 동등한 효과를 가진다. 따라서, 가변 기구(200)가 가장 하강했을 때, 도 6의 가장 좌측 도면에 도시한 바와 같이, 상부 기재(105a)의 중앙의 정전 용량을 주변의 정전 용량보다 크게 할 수 있다. 이에 따라, 상부 기재(105a)의 중앙 부분에서는 그 주변 부분보다 고주파를 쉽게 빠져 나가게 하는 효과를 나타낼 수 있다.

도 7의 중앙에 도시한 바와 같이 가변 기구(200)가 반 정도 상승하면, 금속봉(B₂)이 나온 미세한 홀(A) 내는 진공 공간이 된다. 이는, 정전 용량적으로는 미세한 홀(A)의 진공 공간 부분일수록, 도 4a의 효과, 즉 상부 기재(105a)의 유전체가 두꺼워진 것과 동등한 효과를 나타낸다. 이 결과, 도 6의 하측 도면에 도시한 바와 같이, 상부 기재(105a)의 중앙의 정전 용량을 주변의 정전 용량보다 작게 할 수 있다. 이에 따라, 상부 기재(105a)의 유전체가 중앙에서 주변보다 두꺼워진 것과 동일한 효과, 즉, 상부 기재(105a)의 중앙 부분에서는 그 주변 부분보다 고주파를 쉽게 빠져 나가지 못하도록 할 수 있다.

또한 도 7의 하부에 도시한 바와 같이, 가변 기구(200)가 상승하여 금속봉(B₂)이 나오면, 미세한 홀(A) 내는 모두 진공 공간이 된다. 이에 따라, 상부 기재(105a)의 중앙부의 정전 용량을 주변부의 정전 용량보다 더욱 작게 할 수 있다. 이에 따라, 상부 기재(105a)의 중앙 부분에서는 그 주변 부분보다 고주파를 더욱 쉽게 빠져 나가지 못하도록 할 수 있다

이상에 설명한 바와 같이, 가변 기구(200)의 막대 형상 부재(B)를 유전 부재(B₁) 또는 금속 부재(B₂)로 형성하고, 가변 기구(200)의 위치를 제어하여 막대 형상 부재(B)에 의한 미세한 홀(A)의 막음 정도를 컨트롤함으로써, 상부 전극에 의한 균일화 효과를 가변으로 할 수 있다. 이에 의해, 프로세스 조건에 따라 플라즈마 밀도 분포를 보다 균일하게 할 수 있다.

(유전체봉의 가변 기구 : 기재의 유전율(ε₁) < 유전체의 유전율(ε₂))

또한, 도 6의 우측의 2 개의 도면의 ‘상이한 유전체의 경우’에는, 상부 기재(105a)와 테이퍼 형상 유전체를 상이한 유전 물질로 형성했을 경우의 상부 전극에 의한 균일화 효과가 도시되어 있다. 도 6의 우측으로부터 2 번째의 도면에는, 상부 기재(105a)의 유전율(ε₁)이 테이퍼 형상 유전체의 유전율(ε₂)보다 작은 경우의 상부 전극에 의한 균일화 효과가 도시되어 있다. 이 경우에는, 상부 기재(105a)의 중앙의 정전 용량을 주변의 정전 용량보다 크게 할 수 있다. 이에 따라, 상부 기재(105a)의 중앙부에서는 그 주변부보다 고주파를 쉽게 빠져 나가도록 할 수 있다. 단, 금속봉의 경우와 비교하면 상기 빠져 나가기 쉬운 정도는 낮아진다.

(유전체봉의 가변 기구 : 기재의 유전율(ε₁) > 유전체의 유전율(ε₂))

도 6의 가장 우측 도면에는, 상부 기재(105a)의 유전율(ε₁)이 테이퍼 형상 유전체의 유전율(ε₂)보다 큰 경우의 상부 전극에 의한 균일화 효과가 도시되어 있다. 이 경우에는, 상부 기재(105a)의 중앙의 정전 용량을 주변의 정전 용량보다 작게 할 수 있다. 이에 따라, 상부 기재(105a)의 중앙부에서 고주파를 쉽게 빠져 나가지 못하게 할 수 있다. 단, 진공의 막대로 간주되는 진공 공간의 경우와 비교하면, 상기 빠져 나가기 어려운 정도는 낮아진다.

이상으로 설명한 상부 전극에 의한 균일화 효과에 따르면, 플라즈마 밀도가 중앙에서 높아질 경우에는 복수의 볼록 부재가 유전체봉(B₁)으로 형성될 경우, 상부 기재(105a)의 유전율(ε₁)은 유전체봉(B₁)의 유전율(ε₂)보다 큰 것이 바람직하다.

또한, 여기까지 설명한 상부 전극에 의한 균일화 효과의 차이를 고려하면, 플라즈마 밀도가 중앙에서 높아질 경우에는, 상부 기재(105a)의 유전율(ε₁) 및 유전체봉(B₁)의 유전율(ε₂) 간에 ε₁ < ε₂ 의 상대 관계를 가지는 유전체봉(B₁)은 가변 기구(200)의 외측에 위치시키는 것이 바람직하다. 한편, 상부 기재(105a)의 유전율(ε₁)및 유전체봉(B₁)의 유전율(ε₂) 간에 ε₁ > ε₂ 의 상대 관계를 가지는 유전체봉(B₁)은 가변 기구(200)의 내측에 위치시키는 것이 바람직하다.

금속봉(B₂)의 경우, 전술한 바와 같이 상부 전극에 의한 균일화 효과는 높다. 단, 금속봉(B₂)을 사용할 경우에는 이상 방전을 회피하기 위하여 금속봉(B₂)의 선단을 뾰족하게 하지 않고 둥글게 된 형상으로 하면 바람직하다.

또한 유전체봉(B₁)은, 유전율(ε₂)이 높은 재질을 사용할수록 원래 진공 공간의 유전율(ε0)과의 차이가 크기 때문에, 유전체봉을 끼움으로써의 상부 전극에 의한 균일화 효과는 커진다. 즉, 유전체봉(B₁)은 유전율(ε₂)이 높은 재질을 사용할수록 금속봉의 작용, 효과에 근접한다.

가변 기구(200)에 고정하는 복수의 막대 형상 부재(B)는 동일한 종류가 아니어도 좋고, 예를 들면 상부 기재(105a)의 외주측에 금속봉(B₂)을 고정하고, 상부 기재(105a)의 외주측과 내주측의 중간부에 ε₁ < ε₂ 의 상대 관계를 가지는 유전율(ε₂)의 유전체봉(B₁)을 고정하고, 상부 기재(105a)의 내주측에 ε₁ > ε₃ 의 상대 관계를 가지는 유전율(ε₃)의 유전체봉(B₁)을 고정해도 좋다. 또한, 이는 어디까지나 일례이며, 플라즈마 밀도 분포에 따라 그 외의 조합도 가능하다.

(다계통의 구동)

가변 기구(200)는 다계통으로 구성되고, 각 계통에서 따로 구동할 수도 있다. 구체적으로는, 가변 기구(200)는 복수의 미세한 홀(A)에 따라 설치된 복수의 막대 형상 부재(B)를, 적어도 상부 기재(105a)의 내측에 위치하는 막대 형상 부재(B) 및 상부 기재(105a)의 외측에 위치하는 막대 형상 부재(B)의 2 계통, 혹은 그 이상의 계통으로 나누어 구동하도록 해도 좋다.

다계통의 구동 방법의 일례를 도 8에 도시한다. 여기서는, 가변 기구(200)는 상부 기재(105a)에 설치된 미세한 홀(A)의 외주측에 위치하는 막대 형상 부재(Ba), 및 미세한 홀(A)의 내부측에 위치하는 막대 형상 부재(Bb)의 2 계통으로 나누어져 구동 가능하도록 베이스판(205a, 205b)이 분리되어 있다. 외주측의 막대 형상 부재(Ba)는 모터(Ma)에 의해 구동되고, 내부측의 막대 형상 부재(Bb)는 모터(Mb)에 의해 구동된다. 이에 따라, 외주측의 미세한 홀(Aa)에 대한 막대 형상 부재(Ba)의 반입, 반출과, 내측의 미세한 홀(Ab)에 대한 막대 형상 부재(Bb)의 반입, 반출을 따로 행할 수 있다. 이에 의해, 프로세스에 따라 플라즈마 균일성을 더욱더 도모할 수 있다.

또한, 각 계통에서 막대 형상 부재(B)의 종류를 바꾸어도 좋다. 예를 들면, 복수의 막대 형상 부재(B) 중, 상부 기재(105a)의 외측에 형성된 미세한 홀(Aa)에 반입, 반출되는 막대 형상 부재(Ba)일수록, 상부 기재(105a)의 내측에 형성된 미세한 홀(Ab)에 반입, 반출되는 막대 형상 부재(Bb)보다 유전율이 높은 부재 또는 금속 부재 중 적어도 어느 하나로 형성되도록 해도 좋다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 상부 전극(105)을 탑재한 RIE 플라즈마 에칭 장치(10)에 따르면, 균질 소재의 전극 구조 및 가변 기구(200)를 이용하여 고주파의 전계 강도 분포를 가변으로 제어하는 것이 가능한 플라즈마 처리 장치를 구축할 수 있다.

(구체적 구동 방법)

마지막으로, 가변 기구(200)의 구체적 구동 방법에 대하여 도 9를 참조하여 설명한다.

가변 기구(200)의 구체적 구동 방법으로서, 도 9a는 3 등배(等配) 이상의 직동(直動) 가이드 기구(210a)를 설치했을 경우를 도시하고, 도 9b는 3 등배 이상의 볼 나사 승강 기구(210b)를 설치했을 경우를 도시한다. 모두, 가변 기구(200)의 막대 형상 부재(B)가 유전체봉(B₁)이어도 금속봉(B₂)이어도 이용할 수 있다.

도 9a의 경우, 처리 용기(100)의 천장 상으로서 베이스판(205)의 외주 근방에 3 등배 이상의 직동 가이드 기구(210a)가 설치된다. 베이스판(205)에는 에어 실린더(215)가 연결된다. 도시하지 않은 에어 공급원으로부터 에어 실린더(215)로의 압축 공기의 반입, 반출에 의해 직동 가이드 기구(210)에 동력이 전달되면, 이에 따라 베이스판(205)이 승강하여 막대 형상 부재(B)가 상부 전극(105)에 형성된 미세한 홀(A)에 반입, 반출된다. 에어 실린더(215)를 사용했을 경우, 가변 기구(200)를 최상 위치 및 최하 위치의 2 포지션밖에 제어할 수 없는 것이 일반적이다. 단, 소정의 경우에는 복수 포지션의 제어가 가능하다. 또한 직동 가이드 기구(210a) 및 에어 실린더(215)는, 구동 기구의 일례이다. 직동 가이드 기구(210a)는 리니어 샤프트 또는 LM 가이드 등의 일반적인 기술을 사용할 수 있다.

도 9a의 구동 기구(215)의 다른 예로서는, 에어 실린더(215) 대신에 전자 솔레노이드 액츄에이터를 사용한, 전자 솔레노이드 액츄에이터와 직동 가이드 기구(210a)의 조합을 들 수 있다. 전자 솔레노이드 액츄에이터를 사용했을 경우, 가변 기구(200)를 최상 위치 및 최하 위치의 2 포지션뿐만 아니라 복수 포지션에 제어할 수 있다. 전자 솔레노이드 액츄에이터를 사용했을 경우의 구동 원리는, 에어 실린더를 사용했을 경우와 동일하기 때문에, 여기서의 설명은 생략한다.

도 9b의 경우, 처리 용기(100)의 천장 상으로서 베이스판(205)의 외주 근방에 3 등배 이상의 볼 나사 승강 기구(210b)가 설치된다. 볼 나사 승강 기구(210b)는 외주에 나사 형상의 나선 형상 홈이 형성되어 있다. 이 경우, 모터(220)(예를 들면, 서보 스텝핑)의 동력을, 구동 벨트(225)를 개재하여 볼 나사 승강 기구(210b)로 전달함으로써, 도시하지 않은 볼 나사를 개재하여 베이스판(205)이 승강한다. 이에 따르면, 가변 기구(200)의 무단층 제어가 가능해진다. 또한, 볼 나사 승강 기구(210b), 모터(220), 구동 벨트(225) 및 도시하지 않은 볼 나사는 구동 기구의 일례이다.

이상, 가변 기구(200)의 구동 방법에 대하여 설명했지만, 구동 방법은 자기적인 구동이어도 전기적인 구동이어도 일반적인 구동 기술을 이용할 수 있다. 또한, 이상의 설명에서는 가변 기구(200)측이 승강했지만, 가변 기구(200)측을 고정으로 하고 상부 전극(105)측을 승강시키도록 해도 좋다.

이상, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시예에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이러한 예로 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술의 분야에서의 통상의 지식을 가지는 자라면, 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서 각종의 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명백하며, 이들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.

예를 들면, 상기 실시예에서는 상부 전극을 제 1 전극으로 하고 하부 전극을 제 2 전극으로 했지만, 본 발명은 이러한 예로 한정되지 않는다. 예를 들면, 본 발명은, 하부 전극을 제 1 전극으로 하고 상부 전극을 제 2 전극으로 해도 좋다. 이 경우, 하부 전극에 미세한 홀(A)이 형성된다. 물론, 본 발명을 상부 전극 및 하부 전극의 양방에 적용해도 좋다.

또한 상기 실시예에서는, 하부 전극에 플라즈마 여기용의 고주파 전력을 인가했지만, 본 발명은 이러한 예로 한정되지 않는다. 예를 들면, 상부 전극 및 하부 전극 중 어느 하나, 혹은 상부 전극 및 하부 전극의 양방에 플라즈마 여기용의 고주파 전력을 인가해도 좋다.

본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는, 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치에 한정되지 않는다. 본 발명에 따른 플라즈마 장치는, 용량 결합형(평행 평판형) 플라즈마 처리 장치 외에, 유도 결합형 플라즈마 처리 장치, 마이크로파 플라즈마 처리 장치 등 다른 플라즈마 처리 장치의 어느 것에도 이용할 수 있다.

또한 상기 실시예에서는, 플라즈마 처리 장치를 플라즈마 에칭 장치로 한정했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 성막 장치 또는 애싱 장치 등 플라즈마를 여기시켜 피처리체에 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치에 적용할 수 있다.

피처리체는 실리콘 웨이퍼여도 좋고, 기판이어도 좋다.

10 : RIE 플라즈마 에칭 장치
100 : 처리 용기
105 : 상부 전극
105a : 상부 기재
105a1 : 돌출 부분
105a2 : 플랫 부분
105a3 : 오목 부분
105b : 베이스 플레이트
105c : 가스홀
105d : 가스 통로
105e : 가스 도입관
110 : 하부 전극
150 : 고주파 전원
175 : 배기 장치
200 : 가변 기구
205 : 베이스판
210a : 직동 가이드 기구
210b : 볼 나사 승강 기구
215 : 승강 기구
220 : 모터
A : 미세한 홀
B : 막대 형상 부재
B₁ : 유전체봉
B₂ : 금속봉

Claims

감압 가능한 처리 용기 내로 처리 가스를 도입하여 고주파 전력의 파워에 의해 플라즈마를 생성하고, 상기 플라즈마에 의해 피처리체에 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치로서,
복수의 오목부가 형성된 유전체의 기재와,
상기 복수의 오목부에 반입, 반출 가능한 복수의 볼록 부재를 포함한 피구동체와,
상기 피구동체를 구동함으로써, 상기 복수의 오목부에 상기 복수의 볼록 부재를 반입, 반출시키는 구동 기구
를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 오목부는, 복수의 미세한 홀 또는 복수의 홈인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 복수의 볼록 부재는, 상기 복수의 미세한 홀에 반입, 반출 가능한 복수의 봉 형상 부재 또는 상기 복수의 홈에 반입, 반출 가능한 복수의 판 형상 부재인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 볼록 부재는, 유전 부재 또는 금속 부재로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 복수의 볼록 부재가 유전 부재로 형성될 경우, 상기 기재를 구성하는 유전체의 유전율은 상기 복수의 볼록 부재를 구성하는 유전 부재의 유전율보다 큰 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피구동체는, 상기 복수의 오목부에 따라 설치된 상기 복수의 볼록 부재를, 적어도 상기 기재의 내측에 위치하는 볼록 부재 및 상기 기재의 외측에 위치하는 볼록 부재의 2 계통 이상으로 나누어 구동하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 복수의 볼록 부재 중, 상기 기재의 외측에 형성된 오목부에 반입, 반출되는 볼록 부재일수록, 상기 기재의 내측에 형성된 오목부에 반입, 반출되는 볼록 부재보다 유전율이 높은 부재 또는 금속 부재 중 적어도 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 오목부는 상기 처리 용기와 연통하고, 상기 처리 용기 내를 진공 상태로 하면 이에 따라 진공 상태가 되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 오목부는, 상기 기재를 플라즈마 공간측으로 관통하지 않는 범위에서 깊이를 바꾸어 형성되고,
상기 복수의 볼록 부재는, 상기 복수의 오목부의 깊이에 각각 대응한 길이로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 기재의 외측에 형성된 오목부의 깊이는, 상기 기재의 내측에 형성된 오목부의 깊이보다 얕고,
상기 기재의 외측에 형성된 볼록 부재의 길이는, 상기 복수의 오목부의 깊이에 따라 상기 기재의 내측에 형성된 볼록 부재보다 짧은 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 복수의 오목부는, 전체적으로 테이퍼 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 복수의 미세한 홀의 직경은, 시스의 두께의 2 배 이하의 범위에서 상이한 사이즈로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 기재의 외측에 형성된 미세한 홀의 직경은, 상기 기재의 내측에 형성된 미세한 홀의 직경보다 작고,
상기 기재의 외측에 형성된 봉 형상 부재의 직경은, 상기 복수의 미세한 홀의 직경에 따라 상기 기재의 내측에 형성된 봉 형상 부재의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
내부에서 피처리체를 플라즈마 처리하는 처리 용기와, 상기 처리 용기의 내부에서 서로 대향하고, 그 사이에 처리 공간을 형성하는 제 1 및 제 2 전극과, 상기 제 1 및 제 2 전극 중 적어도 어느 하나에 접속되고, 상기 처리 용기 내에 고주파 전력을 출력하는 고주파 전원을 구비하는 플라즈마 처리 장치로서,
상기 제 1 전극에 설치되며, 복수의 오목부가 형성된 유전체의 기재와,
상기 복수의 오목부에 반입, 반출 가능한 복수의 볼록 부재를 포함한 피구동체와,
상기 피구동체를 구동함으로써, 상기 복수의 오목부에 상기 복수의 볼록 부재를 반입, 반출하는 구동 기구
를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제 14 항에 있어서,
상기 제 1 전극은 상부 전극이며,
상기 상부 전극에는 복수의 가스 도입관이 형성되고 샤워 헤드로서 기능하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
상기 제 2 전극은 하부 전극이며,
상기 고주파 전원은 상기 하부 전극으로 고주파 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.