KR20110126556A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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하치시로 이이즈카
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 종래에 비하여 처리의 면 내 균일성의 향상을 도모할 수 있음과 함께, 장치의 소형화와 처리 효율의 향상을 도모할 수 있고, 그리고, 상부 전극과 하부 전극과의 간격을 용이하게 변경할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
(해결 수단) 처리 챔버 내에 설치된 하부 전극과, 샤워 헤드(shower head)로서의 기능을 구비하고 상하 이동이 가능한 상부 전극과, 상부 전극의 상측에 설치되어 처리 챔버의 상부 개구(opening)를 기밀(airtight)하게 폐색하는 덮개체와, 상부 전극의 대향면에 형성된 복수의 배기공과, 상부 전극의 주연부(周緣部)를 따라서 하방으로 돌출되도록 형성되고 상부 전극과 연동하여 상하 이동이 가능하게 되고, 하강 위치에 있어서 하부 전극과 상부 전극과 당해 환상 부재에 의해 둘러싸인 처리 공간을 형성하는 환상(annular) 부재와, 환상 부재의 내벽 부분에, 유전체제(製)의 용기 내에 수용되어 배치된 코일을 구비한 플라즈마 처리 장치.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
종래부터, 반도체 장치의 제조 분야 등에 있어서는, 반도체 웨이퍼 등의 기판을 향하여 가스를 샤워 형상으로 공급하기 위한 샤워 헤드(shower head)가 이용되고 있다. 즉, 예를 들면 반도체 웨이퍼 등의 기판에 플라즈마 에칭 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치에서는, 처리 챔버 내에, 기판을 올려놓기 위한 재치대(holding stage)가 설치되어 있고, 이 재치대와 대향하도록, 샤워 헤드가 설치되어 있다. 이 샤워 헤드에는, 재치대와 대향하는 대향면에, 가스 토출공이 복수 형성되어 있고, 이들 가스 토출공으로부터 기판을 향하여 가스를 샤워 형상으로 공급한다.
상기한 플라즈마 처리 장치에서는, 처리 챔버 내의 가스의 흐름을 균일화하기 위해, 재치대의 주위로부터 하방으로 배기를 행하는 구성으로 한 것이 알려져 있다. 또한, 샤워 헤드의 주위로부터 처리 챔버의 상방을 향하여 배기를 행하도록 구성된 플라즈마 처리 장치도 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
또한, 처리 챔버 중에 설치된 대향 전극과, 처리 챔버의 외측의 측벽 부분에 설치된, 유도 결합 플라즈마(ICP)를 발생시키기 위한 코일을 갖는 플라즈마 처리 장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조). 또한, 유도 결합형 플라즈마를 발생시키기 위한 코일을, 유전체로 둘러싸인 상태로 하여 처리 챔버 내에 배치한 플라즈마 처리 장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 3 참조).
일본특허 제2662365호 공보 일본공개특허공보 평8-64540호 일본공개특허공보 평10-98033호
상기한 종래의 기술에서는, 재치대(기판)의 주위로부터 처리 챔버의 하방으로 배기하거나, 또는 샤워 헤드의 주위로부터 처리 챔버의 상방을 향하여 배기하는 구성으로 되어 있다. 이 때문에, 샤워 헤드로부터 공급된 가스가 기판의 중앙부로부터 주변부를 향하여 흐르는 흐름이 형성되어, 기판의 중앙부와 주변부에서 처리의 상태에 차이가 발생하기 쉽고, 처리의 면 내 균일성이 저하된다는 문제가 있었다. 또한, 재치대(기판)의 주위 또는 샤워 헤드의 주위에 배기 유로를 설치할 필요가 있기 때문에, 처리 챔버 내부의 용적이 수용하는 기판보다도 상당히 대형으로 되어, 쓸데없는 공간이 많아져 장치 전체의 소형화를 도모하는 것이 어렵다는 문제가 있었다. 또한, 이러한 장치의 대형화에 수반하여, 시동시의 대기 시간이 길어짐과 함께, 초기에 발생하는 처리 변동이 커져, 처리 효율이 저하된다는 문제가 있었다.
또한, 샤워 헤드가 상부 전극, 재치대가 하부 전극을 겸한 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치에서는, 이 상부 전극(샤워 헤드)과 하부 전극(재치대)과의 간격을 가변으로 하는 것이 요망된다. 그러나, 처리 챔버 내가 감압 분위기로 되기 때문에, 처리 챔버 내외의 압력차에 저항하여, 상부 전극(샤워 헤드) 또는 하부 전극(재치대)을 상하 이동시키려면, 구동원에 큰 힘이 필요해져, 구동에 요하는 에너지도 많아진다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 종래의 사정에 대처하여 이루어진 것으로, 종래에 비하여 처리의 면 내 균일성의 향상을 도모할 수 있음과 함께, 장치의 소형화와 처리 효율의 향상을 도모할 수 있고, 그리고, 상부 전극과 하부 전극과의 간격을 용이하게 변경할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하려고 하는 것이다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 처리 챔버 내에 설치되고, 기판을 올려놓기 위한 재치대를 겸하는 하부 전극과, 상기 하부 전극과 대향하도록 상기 처리 챔버 내에 설치되고, 상기 하부 전극과 대향하는 대향면에 복수 형성된 가스 토출공으로부터 상기 기판을 향하여 가스를 샤워 형상으로 공급하는 샤워 헤드로서의 기능을 구비하고, 그리고, 상하 이동이 가능하여 상기 하부 전극과의 간격을 변경 가능한 상부 전극과, 상기 상부 전극의 상측에 설치되어 상기 처리 챔버의 상부 개구(opening)를 기밀(airtight)하게 폐색하는 덮개체와, 상기 대향면에 형성된 복수의 배기공과, 상기 상부 전극의 주연부(周緣部)를 따라서 하방으로 돌출되도록 설치되고 상기 상부 전극과 연동하여 상하 이동이 가능한 환상(annular) 부재로서, 하강 위치에 있어서 상기 하부 전극과 상기 상부 전극과 당해 환상 부재에 의해 둘러싸인 처리 공간을 형성하는 환상 부재와, 상기 환상 부재의 내벽 부분에, 유전체제(製)의 용기 내에 수용되어 상기 처리 공간과 기밀하게 격리된 상태로 설치되고, 고주파 전력을 인가함으로써 유도 플라즈마를 발생시키는 코일을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 종래에 비하여 처리의 면 내 균일성의 향상을 도모할 수 있음과 함께, 장치의 소형화와 처리 효율의 향상을 도모할 수 있고, 그리고, 상부 전극과 하부 전극과의 간격을 용이하게 변경할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 종단면도이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 처리 장치의 주요부 구성을 확대하여 나타내는 종단면도이다.
도 3은 도 1의 플라즈마 처리 장치의 주요부 구성을 확대하여 나타내는 종단면도이다.
도 4는 도 1의 플라즈마 처리 장치의 샤워 헤드를 상승시킨 상태를 나타내는 종단면도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명의 상세를, 도면을 참조하여 실시 형태에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 플라즈마 처리 장치의 일 실시 형태에 따른 플라즈마 에칭 장치(200)의 단면 구성을 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 2는 도 1의 플라즈마 에칭 장치(200)에 설치된 샤워 헤드(100)의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 본 실시 형태의 플라즈마 에칭 장치(200)는, 전극판이 상하 평행하게 대향하고, 플라즈마 형성용 전원(도시하지 않음)이 접속된 용량 결합형 평행 평판 플라즈마 에칭 장치로서 그 주요부가 구성되어 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 샤워 헤드(100)는, 하측 부재(1)와, 이 하측 부재(1)의 상측에 배치된 상측 부재(2)의 2매의 판 형상 부재를 적층시킨 적층체(10)로 구성되어 있다. 이들 하측 부재(1) 및 상측 부재(2)는, 예를 들면, 표면에 양극(陽極) 산화 처리를 행한 알루미늄 등으로 구성되어 있다. 이 샤워 헤드(100)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 에칭 장치(200)의 처리 챔버(201)에, 반도체 웨이퍼(기판)가 올려놓여지는 재치대(202)와 대향하도록 설치된다. 즉, 도 2에 나타내는 하측 부재(1)측이 도 1에 나타내는 재치대(202)와 대향하는 대향면(14)을 형성하도록 설치된다.
상기 적층체(10) 중, 재치대(202)와 대향하는 대향면(14)을 형성하는 하측 부재(1)에는, 가스 토출공(11)이 다수 형성되어 있고, 하측 부재(1)와 상측 부재(2)와의 사이에는, 이들 가스 토출공(11)에 연통되는 가스 유로(12)가 형성되어 있다. 이들 가스 토출공(11)은, 도 2 중에 화살표로 나타내는 바와 같이, 기판(도 2 중 하측)을 향하여 가스를 샤워 형상으로 공급하기 위한 것이다. 또한, 적층체(10)의 주연부에는, 가스 유로(12) 내에 가스를 도입하기 위한 가스 도입부(도시하지 않음)가 형성되어 있다.
또한, 상기 적층체(10)에는, 이 적층체(10), 즉, 하측 부재(1)와 상측 부재(2)를 관통하여, 다수의 배기공(13)이 형성되어 있다. 이들 배기공(13)은, 도 2 중에 점선의 화살표로 나타내는 바와 같이, 기판측(도 2 중 하측)으로부터 기판과 반대측(도 2 중 상측)을 향하여 가스의 흐름이 형성되도록 배기를 행하는 배기 기구를 구성하고 있다.
이들 배기공(13)은, 직경이 예를 들면 1.2㎜ 정도로 되어 있고, 샤워 헤드(100)의 주연부(후술하는 환상 부재(220)를 고정하기 위한 고정부가 됨)를 제외하고, 그 전(全)영역에 걸쳐 대략 균등하게 형성되어 있다. 배기공(13)의 수는, 예를 들면 12인치(300㎜) 지름의 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 샤워 헤드(100)의 경우, 2000∼2500개 정도이다. 배기공(13)의 형상은 원형에 한하지 않고 예를 들면 타원 형상 등으로 해도 좋고, 이들 배기공(13)은 반응 생성물을 배출하는 역할도 수행한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 샤워 헤드(100)의 외형은, 피(被)처리 기판인 반도체 웨이퍼의 외형에 맞춰 원판 형상으로 구성되어 있다.
도 1에 나타나는 플라즈마 에칭 장치(200)의 처리 챔버(처리 용기)(201)는, 예를 들면 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄 등으로 원통 형상으로 형성되어 있고, 이 처리 챔버(201)는 접지되어 있다. 처리 챔버(201) 내에는, 피처리 기판으로서의 반도체 웨이퍼를 올려놓고, 그리고, 하부 전극을 구성하는 재치대(202)가 설치되어 있다. 이 재치대(202)에는, 도시하지 않은 고주파 전원 등의 고주파 전력 인가 장치가 접속되어 있다.
재치대(202)의 상측에는, 그 위에 반도체 웨이퍼를 정전 흡착하기 위한 정전 척(electrostatic chuck; 203)이 설치되어 있다. 정전 척(203)은, 절연재의 사이에 전극을 배치하여 구성되어 있고, 이 전극에 직류 전압을 인가함으로써, 쿨롱힘에 의해 반도체 웨이퍼를 정전 흡착한다. 또한, 재치대(202)에는, 온도 조절용 매체를 순환시키기 위한 유로(도시하지 않음)가 설치되어 있어, 정전 척(203) 상에 흡착된 반도체 웨이퍼를 소정의 온도로 온도 조정할 수 있게 되어 있다. 또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, 처리 챔버(201)의 측벽부에는, 반도체 웨이퍼를 처리 챔버(201) 내에 반입, 반출하기 위한 개구(215)가 형성되어 있다.
재치대(202)의 상방에, 재치대(202)와 간격을 두고 대향하도록, 도 2에 나타낸 샤워 헤드(100)가 배치되어 있다. 그리고, 샤워 헤드(100)가 상부 전극이 되고, 재치대(202)가 하부 전극이 되는 한 쌍의 대향 전극이 형성되어 있다. 샤워 헤드(100)의 가스 유로(12) 내에는, 도시하지 않은 가스 공급원으로부터 소정의 처리 가스(에칭 가스)가 공급된다.
또한, 샤워 헤드(100)의 상부에는, 처리 챔버(201)의 상부 개구를 기밀하게 폐색하고, 처리 챔버(201)의 천정부를 구성하는 덮개체(205)가 설치되어 있고, 이 덮개체(205)의 중앙부에는, 통 형상의 배기관(210)이 설치되어 있다. 이 배기관(210)에는, 개폐 제어 밸브 및 개폐 기구 등을 개재하여 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프(도시하지 않음)가 접속되어 있다.
샤워 헤드(100)의 하면에는, 그 주연부를 따라서 하방으로 돌출되도록 원환상(圓環狀)(원통 형상)으로 형성된 환상 부재(220)가 설치되어 있다. 이 환상 부재(220)는, 예를 들면 절연성의 피막(양극 산화 피막 등)으로 덮인 알루미늄 등으로 구성되어 있어, 상부 전극으로서의 샤워 헤드(100)와 전기적으로 도통한 상태로 고정되어 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 환상 부재(220)는, 환상 부재(220)의 측벽의 주요 부분을 구성하는 상측 부재(221)와, 이 상측 부재(221)의 하부에 부착된 하측 부재(222)를 구비하고 있다. 상측 부재(221)의 내벽의 상단부(上端部)에는, 내측을 향하여 돌출되는 돌출부(221a)가 형성되어 있다. 그리고, 이 돌출부(221a)와 하측 부재(222)의 상면과의 사이에 협지(interposition)되도록, 환상 부재(220)의 내벽을 따라서, 전체 형상이 원환상이며, 종단면 형상이 역U자 형상으로 된 유전체제의 용기, 본 실시 형태에서는 석영으로 구성된 석영 용기(230)가 설치되어 있다.
석영 용기(230)의 하단부(下端部)와, 하측 부재(222)의 상면과의 사이에는, 기밀 봉지 부재로서의 O링(231)이 배치되어 있다. 한편, 석영 용기(230)의 상단부는, 상측 부재(221)의 돌출부(221a)에 의해 하방을 향하여 눌린 상태로 유지되어 있고, 이에 따라, 석영 용기(230) 내부와 처리 챔버(201) 내부의 처리 공간이 기밀하게 격리된 상태로 석영 용기(230)가 환상 부재(220)에 고정되어 있다.
석영 용기(230)의 내부에는, ICP 코일(240)이 설치되어 있다. 이 ICP 코일(240)은 전체 형상이 원환상으로 되어 있고, 본 실시 형태에서는, 처리 공간의 주위를 복수회 권회(winding)하도록 설치되어 있다. 본 실시 형태에서는, ICP 코일(240)은 중공(中空)의 파이프 형상의 금속으로 구성되어 있다. 이 ICP 코일(240)에는, 도시하지 않은 온도 조절용 매체 순환 기구가 접속되어 있어, 그 내부의 중공의 공간에 온도 조절용 매체를 순환시킬 수 있도록 구성되어 있다.
또한, 이 ICP 코일(240)은, 도시하지 않은 고주파 전원에 접속되어 있다. 그리고, 이 고주파 전원으로부터 소정 주파수(예를 들면, 450KHz∼2MHz의 범위)의 고주파 전력을 인가함으로써, 석영 용기(230)보다도 내측의 처리 공간(212) 내에 ICP 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 구성되어 있다. 석영 용기(230)의 내부는, 대기 또는 불활성 가스로 치환된 분위기로 되어 있고, 내부에서 방전이 발생하지 않는 압력(예를 들면, 1330Pa(10Torr) 이상 대기압 이하의 압력)으로 되어 있다.
상기한 ICP 코일(240)에 의해, 처리 공간(212) 내의 주변부에 ICP 플라즈마를 발생시켜, 처리 공간(212) 내의 주변부의 플라즈마 밀도를 제어할 수 있다. 이때, ICP 코일(240)의 온도가 상승하는 경향이 있어, 이 ICP 코일(240)의 온도 상승을, 내부에 온도 조절용 매체를 순환시킴으로써 방지할 수 있다.
또한, 메인터넌스 등을 위해 일단 처리 챔버(201) 내부를 대기 개방한 후에, 재차 처리를 개시할 경우에는, 처리를 개시하기 위한 준비의 공정에 있어서, ICP 코일(240)에 의해 플라즈마를 발생시킴으로써, 처리 챔버(201) 내의 부품에 흡착되어 있는 수분 등을 이탈시킬 수 있다. 이에 따라, 대기 시간을 단축할 수 있음과 함께, 시동시의 초기에 발생하는 처리 변동을 저감할 수 있다.
환상 부재(220)는 승강 기구(270)에 접속되어 있어, 샤워 헤드(100)와 함께 상하 이동이 가능하게 되어 있다. 이 환상 부재(220)의 내경(內徑)은 재치대(202)의 외경(外徑)보다 근소하게 크게 설정되어 있어, 그 하측 부분이 재치대(202)의 주위를 둘러싸는 상태가 되는 위치로 하강시킬 수 있게 되어 있다. 도 1은, 환상 부재(220) 및 샤워 헤드(100)를 하강 위치로 한 상태를 나타내고 있다. 이 하강 위치에서는, 재치대(202)의 상방에는, 재치대(하부 전극)(202)와, 샤워 헤드(상부 전극)(100)와, 환상 부재(220)에 의해 둘러싸인 처리 공간(212)이 형성되게 되어 있다. 이와 같이, 상하 이동이 가능한 환상 부재(220)에 의해 처리 공간(212)을 구분함으로써, 처리 공간(212)을 재치대(202)의 상방에만 형성하여, 재치대(202)의 주연부로부터 외측을 향하여 수평 방향으로 확대된 쓸데없는 공간이 형성되는 것을 억제할 수 있다.
한편, 도 4는, 환상 부재(220) 및 샤워 헤드(100)를 상승 위치로 한 상태를 나타내고 있다. 이 상승 위치에서는, 반도체 웨이퍼를 처리 챔버(201) 내에 반입, 반출하기 위한 개구(215)가 열린 상태로 되어 있고, 이 상태에서 반도체 웨이퍼의 처리 챔버(201)로의 반입, 반출이 행해지게 되어 있다. 이 개구(215)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 환상 부재(220) 및 샤워 헤드(100)를 하강 위치로 했을 때에는, 환상 부재(220)에 의해 덮여져 폐색된 상태로 되어 있다.
승강 기구(270)의 구동원으로서, 본 실시 형태에서는 전동 실린더(260)를 이용하고 있다. 그리고, 복수의 승강 기구(270)를 처리 챔버(201)의 둘레 방향을 따라서 등간격으로 설치한 다축 구동 방식으로 되어 있다. 이와 같이, 전동 실린더(260)를 이용한 다축 구동 방식으로 함으로써, 예를 들면, 공기압 구동의 구동 기구로 한 경우에 비하여 환상 부재(220) 및 샤워 헤드(100)의 위치를 정밀도 좋게 제어할 수 있다. 또한, 다축 구동 방식이라고 해도, 그 협조(協調) 제어를 전기적으로 용이하게 행할 수 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 전동 실린더(260)의 구동축은 승강축(261)에 접속되어 있고, 이 승강축(261)은, 처리 챔버(201)의 저부(底部)로부터 처리 챔버(201) 내의 상부를 향하여 연재하도록 설치된 원통 형상의 고정축(262) 내를 관통하도록 설치되어 있다. 그리고, 기밀 봉지부(263)에 있어서, 예를 들면 2중의 O링 등에 의해 승강축(261)의 구동 부분의 기밀 봉지가 이루어져 있다.
본 실시 형태에서는, 샤워 헤드(100)가, 처리 챔버(201)의 상부 개구를 기밀하게 폐색하는 덮개체(205)의 내측의 감압 분위기 내에 배치되어 있어, 샤워 헤드(100) 자체에 감압 분위기와 대기 분위기와의 사이의 압력차가 더해지는 일이 없이, 승강축(261)의 부분에만 압력차가 더해진다. 이 때문에, 샤워 헤드(100)를 적은 구동력으로, 용이하게 상하 이동시킬 수 있어, 에너지 절약화를 도모할 수 있다. 또한, 구동 기구의 기계적 강도를 경감할 수 있기 때문에, 장치 비용의 저감을 도모할 수 있다.
환상 부재(220)와, 재치대(202) 하부의 고주파측 라인의 접지측에는, 이들 사이를 전기적으로 접속하기 위한 시트 케이블(250)이 설치되어 있다. 이 시트 케이블(250)은, 환상 부재(220)의 둘레 방향을 따라서, 등간격으로 복수 설치되어 있다. 시트 케이블(250)은, 구리 등으로 이루어지는 시트 형상의 도체의 표면을 절연층으로 피복하여 구성되고, 그 양측 단부 근방에는, 도체가 노출되어 고정 나사용의 관통공이 형성된 접속부가 형성되어 있다. 이 시트 케이블(250)은, 두께가 예를 들면 수백 미크론 정도로 되어 있어, 가요성(flexibility)을 갖고, 환상 부재(220) 및 샤워 헤드(100)의 상하 이동에 따라서 자유롭게 변형되도록 구성되어 있다.
시트 케이블(250)은, 환상 부재(220) 및 상부 전극으로서의 샤워 헤드(100)의 고주파의 리턴을 목적으로 한 것으로, 상부 전극으로서의 샤워 헤드(100)와 환상 부재(220)가 시트 케이블(250)에 의해 전기적으로 접속되고, 고주파측 라인의 접지측에 전기적으로 접속되어 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 처리 챔버벽 등이 아니라, 시트 케이블(250)에 의해, 짧은 경로로 환상 부재(220) 및 상부 전극으로서의 샤워 헤드(100)가 고주파측 라인의 접지측에 전기적으로 접속되어 있다. 이에 따라 플라즈마에 의한 각 부위의 전위차를 매우 낮게 억제할 수 있게 되어 있다.
또한, 환상 부재(220) 및 상부 전극으로서의 샤워 헤드(100)가 상하 이동하는 구성이면서, 이들이 시트 케이블(250)에 의해 항상 고주파측 라인의 접지측에 전기적으로 접속된 구성으로 되어 있어, 전기적으로 플로팅(floating) 상태가 되는 일이 없도록 구성되어 있다.
상기한 대로, 플라즈마 에칭 장치(200)에서는, 상하 이동이 가능하게 된 환상 부재(220)를 구비하고 있기 때문에, 처리 공간(212)을 재치대(202)의 상방에만 형성할 수 있어, 수평 방향 외측으로 확대된 쓸데없는 공간이 형성되는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라 소비되는 처리 가스의 삭감 등을 도모할 수 있다. 또한, 환상 부재(220)에 설치된 ICP 코일(240)에 의해, 처리 공간 내의 주변부에 ICP 플라즈마를 발생시켜, 처리 공간 내의 주변부의 플라즈마 밀도를 제어할 수 있기 때문에, 처리 공간(212) 내의 플라즈마 상태를 보다 상세하게 제어할 수 있어, 균일한 처리를 행할 수 있다. 또한, 상부 전극으로서의 샤워 헤드(100)와 재치대(202)와의 사이의 거리를 처리의 조건 등에 따라 변경할 수 있다.
또한, 처리 공간(212)의 물리적인 형상이 대칭이 되어, 반도체 웨이퍼를 처리 챔버(201) 내에 반입, 반출하기 위한 개구(215)가 존재하는 것에 의한 비대칭의 형상의 영향이 플라즈마에 가해지는 것을 억제할 수 있기 때문에, 보다 균일한 처리를 행할 수 있다.
상기 구성의 플라즈마 에칭 장치(200)에 의해, 반도체 웨이퍼의 플라즈마 에칭을 행하는 경우, 우선, 도 4에 나타내는 바와 같이, 환상 부재(220) 및 샤워 헤드(100)를 상승시켜, 개구(215)를 연다. 이 상태에서, 반도체 웨이퍼를, 개구(215)로부터 처리 챔버(201) 내로 반입하여, 반도체 웨이퍼를 정전 척(203) 상에 올려놓고, 정전 척(203) 상에서 정전 흡착한다.
이어서, 환상 부재(220) 및 샤워 헤드(100)를 하강시킴과 함께, 개구(215)를 닫고, 반도체 웨이퍼의 상방에 처리 공간(212)을 형성한 상태로 한다. 그리고, 진공 펌프 등에 의해, 배기공(13)을 통하여 처리 챔버(201) 내의 처리 공간(212)을 소정의 진공도까지 진공 흡인한다.
그 후, 소정 유량의 소정의 처리 가스(에칭 가스)를, 도시하지 않은 가스 공급원으로부터 공급한다. 이 처리 가스는, 샤워 헤드(100)의 가스 유로(12)를 거쳐 가스 토출공(11)으로부터 샤워 형상으로 재치대(202) 상의 반도체 웨이퍼에 공급된다.
그리고, 처리 챔버(201) 내의 압력이, 소정의 압력으로 유지된 후, 재치대(202)에 소정의 주파수, 예를 들면 13.56㎒의 고주파 전력이 인가된다. 이에 따라, 상부 전극으로서의 샤워 헤드(100)와 하부 전극으로서의 재치대(202)와의 사이에 고주파 전계가 발생하여, 에칭 가스가 해리(dissociation)되어 플라즈마화된다. 또한, 예를 들면, 처리 공간(212)의 주연부에 있어서의 플라즈마 밀도를 상승시키고 싶은 경우 등에는, 필요에 따라서 ICP 코일(240)에 고주파 전력이 인가되어, 처리 공간 내의 주변부에 ICP 플라즈마를 발생시킨다. 그리고, 이들 플라즈마에 의해, 반도체 웨이퍼에 소정의 균일한 에칭 처리를 행한다.
상기 에칭 처리에 있어서, 샤워 헤드(100)의 가스 토출공(11)으로부터 공급된 처리 가스는, 샤워 헤드(100)에 분산되어 다수 형성된 배기공(13)으로부터 배기되기 때문에, 처리 챔버(201)의 하부로부터 배기를 행하는 경우와 같이, 반도체 웨이퍼의 중앙부로부터 주변부를 향하는 가스의 흐름이 형성되는 경우가 없다. 이 때문에, 반도체 웨이퍼에 공급되는 처리 가스를 보다 균일화할 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 상태를 균일화할 수 있어, 반도체 웨이퍼의 각 부에 균일한 에칭 처리를 행할 수 있다. 즉, 처리의 면 내 균일성을 향상시킬 수 있다.
그리고, 소정의 플라즈마 에칭 처리가 종료되면, 고주파 전력의 인가 및 처리 가스의 공급이 정지되어, 상기한 순서와는 반대의 순서로, 반도체 웨이퍼가 처리 챔버(201) 내로부터 반출된다.
상기한 대로, 본 실시 형태의 플라즈마 에칭 장치(200)에 의하면, 샤워 헤드(100)로부터 처리 가스의 공급 및 배기를 행하는 구성으로 되어 있기 때문에, 반도체 웨이퍼에 공급되는 처리 가스를 보다 균일화할 수 있다. 이에 따라, 반도체 웨이퍼의 각 부에 균일한 에칭 처리를 행할 수 있다.
또한, 상기한 플라즈마 에칭 장치(200)에서는, 샤워 헤드(100)에 형성된 배기공(13)으로부터 배기를 행하기 때문에, 종래의 장치와 같이, 재치대(202)의 주위 또는 샤워 헤드(100)의 주위에 배기 경로를 형성할 필요가 없다. 이 때문에, 처리 챔버(201)의 지름을 보다 피처리 기판인 반도체 웨이퍼의 외경에 가깝게 하는 것이 가능해져, 장치의 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 진공 펌프를, 처리 챔버(201)의 상방에 설치할 수 있어, 처리 챔버(201)의 처리 공간에 보다 가까운 부분으로부터 배기할 수 있기 때문에, 효율 좋게 배기할 수 있다.
또한, 샤워 헤드(상부 전극)(100)와 재치대(하부 전극)(202)와의 간격을 처리에 따라서 변경할 수 있고, 그리고, 샤워 헤드(100)를 적은 구동력으로 용이하게 상하 이동시킬 수 있기 때문에, 에너지 절약화나 장치 비용의 저감을 도모할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니며, 각종의 변형이 가능한 것은 물론이다. 예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 재치대(하부 전극)에 1개의 주파수의 고주파 전력을 공급하는 경우에 대해서 설명했지만, 하부 전극에 주파수가 상이한 복수의 고주파 전력을 인가하는 타입의 장치 등에 대해서도 동일하게 적용할 수 있다.
11 : 가스 토출공
13 : 배기공
100 : 샤워 헤드(상부 전극)
200 : 플라즈마 에칭 장치
201 : 처리 챔버
202 : 재치대(하부 전극)
205 : 덮개체
212 : 처리 공간
220 : 환상 부재
230 : 석영 용기
240 : ICP 코일
270 : 승강 기구

Claims (8)

  1. 처리 챔버 내에 설치되고, 기판을 올려놓기 위한 재치대를 겸하는 하부 전극과,
    상기 하부 전극과 대향하도록 상기 처리 챔버 내에 설치되고, 상기 하부 전극과 대향하는 대향면에 복수 형성된 가스 토출공으로부터 상기 기판을 향하여 가스를 샤워 형상으로 공급하는 샤워 헤드(shower head)로서의 기능을 구비하고, 그리고, 상하 이동이 가능하여 상기 하부 전극과의 간격을 변경 가능한 상부 전극과,
    상기 상부 전극의 상측에 설치되어 상기 처리 챔버의 상부 개구(opening)를 기밀(airtight)하게 폐색하는 덮개체와,
    상기 대향면에 형성된 복수의 배기공과,
    상기 상부 전극의 주연부(周緣部)를 따라서 하방으로 돌출되도록 설치되고 상기 상부 전극과 연동하여 상하 이동이 가능한 환상(annular) 부재로서, 하강 위치에 있어서 상기 하부 전극과 상기 상부 전극과 당해 환상 부재에 의해 둘러싸인 처리 공간을 형성하는 환상 부재와,
    상기 환상 부재의 내벽 부분에, 유전체제(製)의 용기 내에 수용되어 상기 처리 공간과 기밀하게 격리된 상태로 설치되고, 고주파 전력을 인가함으로써 유도 플라즈마를 발생시키는 코일
    을 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리 챔버 측벽의, 상기 하부 전극과 상기 상부 전극과의 사이의 위치에 상기 기판을 반입·반출하기 위한, 개폐가 자유로운 개구부가 형성되고, 상기 환상 부재를 상승시킨 상태에서 상기 기판의 반입·반출을 행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 환상 부재가 절연성의 피막으로 덮인 알루미늄으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유전체제의 용기 내는, 대기 또는 불활성 가스 분위기로, 1330Pa 이상 대기압 이하의 압력으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 코일은, 파이프 형상의 중공(中空)의 도체로 구성되고, 그 내부에 온도 조절용 매체가 도입되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 코일에 인가되는 고주파 전력의 주파수는, 450KHz∼2MHz의 범위인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 환상 부재와 상기 상부 전극은 전기적으로 도통한 상태로 고정되고, 상기 환상 부재는, 표면이 절연층으로 덮인 금속 시트로 이루어지고 가요성(flexibility)을 갖는 시트 케이블로 접지 전위에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 환상 부재와 상기 상부 전극의 상하 이동을 행하는 구동 수단은, 전동 실린더에 의한 다축 구동인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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