KR20130126458A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
유도 결합형 플라즈마 처리 장치와 같이 전자계 강도가 강한 경우에도 이상 방전하는 일 없이, 고 에칭 성능·양산 안정성을 달성한 플라즈마 처리 장치를 제공한다. 처리실(1)과, 평판 형상의 유전체창(2a)과, 유도 코일(18)과, 평판 전극(19)과, 고주파 전원(16)과, 가스 공급 수단(10)과, 시료(3)를 적재하는 시료대(4)를 구비한 플라즈마 처리 장치에 있어서, 유전체창의 처리실 내측에 처리 가스 공급판(11a)을 배치하고, 처리 가스 공급판(11a)의 가스 공급 위치(15a)에 대응하여 평판 전극(19)의 반 유도 코일측에 오목부(21a)를 형성한다.
Description
본 발명은, 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 특히 유도 결합형 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스 제조 분야에 있어서는, 에칭이나 표면 처리의 방법으로서, 플라즈마 처리실의 외측에 배치한 유도 안테나에 고주파 전류를 흐르게 하고, 처리실 내에 넣은 처리 가스를 플라즈마화하는 유도 결합형(Inductively Coupled Plasma)의 플라즈마 장치가 이용되고 있다. 각종 처리에 있어서는, 처리하는 피시료의 막에 따라 다양한 가스 (예를 들어, Ar, O2, C12)를 사용하여 균일한 플라즈마 처리가 실시되고 있다.
종래, 유도 결합 방식의 플라즈마 처리 장치로서는, 특허 문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치가 사용되고 있다. 특허 문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 처리실과 그 처리실 상부를 구성하는 유전체의 진공 용기가 설치되고, 벨자의 상부에는, 플라즈마 생성용의 유도 안테나가 설치되어 있다. 또한, 유도 안테나와 벨자의 사이에는 패러데이 실드가 설치되어 있고, 패러데이 실드에 고전압을 인가함으로써, 플라즈마 중의 이온을 벨자측에 끌여들여, 벨자 내면에 부착된 데포지션을 클리닝하는 것을 가능하게 하고 있다. 가스 공급 방식에 있어서는, 처리실 외부에 설치된 가스 공급기에 의해 처리 가스를 도입하고, 처리실 측면에 동심원 상에 설치된 가스 분출 구멍으로부터 처리실 내에 공급하고 있다. 공급된 처리 가스는, 상술한 바와 같이, 유도 안테나로부터 발생하는 유도 자장에 의해 플라즈마화하여, 처리실 내부에 설치된 시료대 상의 시료에 조사하고 있다. 플라즈마 처리 후의 처리 가스는, 처리실 하부에 설치된 배기 장치에 의해, 처리실 외부로 배기된다. 특허 문헌 1에 기재된 상기 플라즈마 처리 장치는, 상기 기구에 의해 균일한 플라즈마 처리를 실시하는 것을 가능하게 하고 있다.
또한, 유도 결합 방식의 플라즈마 처리 장치로서, 특허 문헌 2에 기재된 바와 같이, 장치를 특별히 복잡화하지 않고, 피처리물 상에서의 플라즈마의 균일성을 손상시키지 않고, 내압 유전체 부재의 내표면에 있어서의 불균일한 반응 생성물의 부착 방지와 깍임 방지를 균형있고 거의 균일하게 달성하기 위해서, 내압 유전체 부재를 통해 감압 가능한 챔버 내에 반응 가스로부터의 플라즈마를 발생시켜고 대향 전극 상의 피처리물에 작용시켜서 에칭 등의 플라즈마 처리를 행하게 하는 제1 전극과, 제1 전극과 내압 유전체 부재와의 사이에 설치되어 내압 유전체 부재의 내표면의 반응 생성물이 부착되는 것을 방지하는 제2 전극을 구비하고, 제2 전극의 내압 유전체 부재의 내표면으로부터의 전극 거리를, 그들의 각 대향 영역에 있어서의 내압 유전체 부재의 내표면에서의 반응 생성물의 부착도와 내압 유전체 부재의 깍임량과의 부분적인 차이에 따라서 설정하는 것이 알려져 있다.
용량 결합 방식의 플라즈마 처리 장치에 있어서의 가스 공급 방식으로서는, 특허 문헌 3에 기재된 플라즈마 처리 장치가 사용되고 있다. 특허 문헌 3에 기재되어 있는 바와 같이, 처리실 상부 중앙으로부터 처리 가스가 공급되고 있다. 처리 가스는 처리실 내에 설치된 패치 안테나 내를 통과하여, 패치 안테나 하부에 설치된 개구로부터 처리실 내에 공급된다. 이렇게 처리실의 중앙으로부터 처리 가스를 공급함으로써, 시료 상에서의 가스 농도가 짙어져, 에칭 그레이트의 향상을 가능하게 하고 있다.
또한, 유도 결합 방식의 플라즈마 처리 장치에 있어서의 가스 공급 방식으로서는, 특허 문헌 4에 기재된 플라즈마 처리 장치가 사용되고 있다. 특허 문헌 4에 기재되어 있는 바와 같이, 처리실 상부에는 평행 원판으로 제작된 유전체의 진공창이 설치되어 있고, 진공창 내부에는 처리 가스를 공급하기 위한 유전체 또는 도체의 가스 유로가 방사상으로 설치되어 있다. 처리 가스는, 가스 유로를 통과해서 진공창의 중앙부에 도달하고, 진공창 중앙에 설치된 샤워 구멍을 통하여, 처리실 내에 공급된다. 특허 문헌 3과 마찬가지로, 처리실 중앙으로부터 처리 가스를 공급함으로써, 피처리 기판상에서의 가스 농도가 짙어져, 에칭 그레이트의 향상이 가능해진다. 또한, 가스 유로폭이 처리 가스의 평균 자유 공정 이하의 치수인 것과 가스 유로가 방사상으로 설치되어 있음으로써, 가스 유로 내에서의 이상 방전을 방지하는 것을 가능하게 하고 있다.
최근, 반도체 디바이스 제조 분야에 있어서는, 피처리물인 웨이퍼나 디스플레이의 대구경화나 고성능화에 수반하여, 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 시료를 처리함에 있어서 생성되는 플라즈마의 균일성이나 양산 안정성에의 요구가 높아지고 있다. 특히, 시료의 대구경화에 따라, 생성되는 플라즈마도 상응하여 대구경화가 필요해지기 때문에, 보다 균일하고 보다 고밀도의 플라즈마를 생성하지 않으면 안된다. 이로 인해, 시료를 균일하게 처리하기 위해서는, 처리 가스를 시료면에 대하여 제어하면서 공급하는 것이 중요해지고 있다. 이것은, 공급되는 처리 가스가 해리 및 전리됨으로써 플라즈마 분포의 공간 분포가 정해지고, 처리 가스가 플라즈마 내에서 여기되어 반응성의 래디컬로 되어, 플라즈마 처리 특성의 분포에 직접적으로 영향을 미치기 때문이다. 또한, 처리 가스의 흐름 분포에 의해, 처리에 기여하는 반응성 래디컬의 수송과 함께, 처리를 저해하는 반응 생성물의 배기에 영향을 미치기 때문이다.
또한, 처리 가스의 공급 개소에 따라서는 클리닝 전극으로 되는 패러데이 실드와 플라즈마와의 사이의 용량 결합의 상태가 처리실 천장판면 내에서 바뀌고, 반응 생성물의 천장판에의 부착량이 면내에서 바뀌어, 일정한 클리닝 작용을 제공할 수 없다고 하는 문제가 있다.
특허 문헌 1에 기재된 유도 결합형 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 플라즈마를 생성하기 위한 처리 가스가 처리실 측면에 설치된 가스 구멍에 의해 공급되고 있다. 그러나, 가스 구멍은, 피처리물인 시료보다도 외측에 설치되어 있기 때문에, 대부분의 처리 가스가 그대로 배기된다. 이로 인해, 처리 가스의 공급량에 대하여 시료상에서의 가스 농도가 희박해 지고, 금후의 대구경화 대응에 있어서는 에칭 레이트나 균일성 등의 에칭 성능이 저하해버린다고 하는 과제가 있다. 또한, 처리 가스의 공급 위치와 용량 결합 상태와의 관계에 대해서는 고려되어 있지 않다.
특허 문헌 2에 기재된 용량 결합형 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 특허 문헌 1과 마찬가지로 처리 가스의 공급 위치와 용량 결합 상태와의 관계에 대해서는 고려되어 있지 않다. 즉, 안테나로부터의 전자계가 공급되는 처리실 상부의 천장판 부분에 가스 공급 위치를 설치했을 경우의 가스 공급 위치와, 클리닝 전극인 패러데이 실드와 플라즈마와의 사이의 용량 결합 상태에서의 천장판에의 반응생성물의 부착의 영향에 대해서 배려되어 있지 않다.
특허 문헌 3에 기재된 용량 결합형 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 처리 가스를 처리실 중앙으로부터 공급함으로써 에칭 성능의 향상을 가능하게 하고 있지만, 패치 안테나 내부와 같은 전계 중에 가스의 정류 장소를 만들면, 가스 공급로의 도중에서 이상 방전을 발생시킬 가능성이 있다. 또한, 처리 가스의 공급 위치와 전계 분포와의 관계에 대해서는 고려되어 있지 않다.
특허 문헌 4에 기재된 유도 결합형 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 가스 유로를 유전체 또는 도체로 하고, 가스 유로 폭을 처리 가스의 평균 자유 공정 이하로 함으로써, 가스 유로 내의 이상 방전의 억제를 가능하게 하고 있다. 그러나, 가스 유로는 유전체의 Al2O3제 진공창에 직접 홈을 가공하고, 다시 홈은 1㎜ 이하로 가공하고 있기 때문에, 이들을 고정밀도로 가공하는 것은 용이하지 않다. 또한, 가공비에 있어서도 매우 고가로 되기 때문에, 양산성을 계획하는 장치에 있어서는, 현실적인 방법은 아니다.
또한, 특허 문헌 4에 있어서의 가스 유로 내에서의 이상 방전 억제 기술만으로는, 가스 유로 내에서의 전계 저하량이 충분하지 않기 때문에, 이상 방전이 발생할 가능성이 있다. 또한, 처리 가스의 공급 위치와 용량 결합과의 관계에 대해서는 고려되어 있지 않다.
본 발명은, 상기 문제를 감안하여, 처리실 내벽면에 클리닝 작용을 발생시키는 전극의 배치 범위에 처리 가스 공급구를 갖는 구성에 있어서도, 처리실 벽면 내에서 발생하는 시스 전압의 분포를 최적화하여, 이물질의 발생, 또는 반응생성물의 부착을 억제할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 상기 문제를 감안하여, 유도 결합형 플라즈마 처리 장치와 같이 전자계 강도가 강한 경우에도 이상 방전하는 일 없이, 시료 상에서 균일한 플라즈마 생성을 가능하게 하여, 고 에칭 성능·양산 안정성을 달성한 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 시료에 플라즈마 처리를 행하기 위한 처리실과, 상기 처리실의 상부를 진공 밀봉하는 평판 형상의 유전체창과, 상기 유전체창의 상방에 배치된 유도 코일과, 상기 유전체창과 상기 유도 코일과의 사이에 형성된 평판 전극과, 상기 유도 코일과 상기 평판 전극의 양쪽에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원 또는 상기 유도 코일과 상기 평판 전극에 개별로 고주파 전력을 공급하는 복수의 고주파 전원과, 상기 처리실 내에 가스를 공급하는 가스 공급 수단과, 상기 처리실 내에 설치된 상기 시료를 적재하는 시료대를 구비한 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 유전체창과 소정의 간극을 형성하여 상기 유전체창의 처리실 내측에 처리 가스 공급판을 배치하고, 상기 처리 가스 공급판의 가스 공급 위치에 대응하여 상기 평판 전극의 반 유도 코일측 (상기 유전체창측)에 오목부를 형성한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 다른 목적을 달성하기 위한 일 실시 형태로서, 피 시료에 플라즈마 처리를 행하기 위한 처리실과, 상기 처리실의 상부를 진공 밀봉하는 유전체의 진공창과, 상기 진공창의 상방에 배치된 유도 코일과, 상기 진공창과 상기 유도 코일과의 사이에 설치된 패러데이 실드와, 상기 유도 코일과 상기 패러데이 실드에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과, 상기 처리실 내에 가스를 공급하는 가스 공급 수단과, 상기 처리실 내에 설치된 상기 피 시료를 적재하는 시료대를 구비한 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 패러데이 실드의 중앙부에 상기 패러데이 실드와 상기 플라즈마와의 사이의 용량 결합 성분을 조정하기 위한 기능을 갖는 기구가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치로 한다.
또한, 상기 구성에 있어서, 상기 패러데이 실드는, 가스 공급구 또는 가스 유로와 동일한 형상의 절결을 형성할 수 있다.
또한, 상기 구성에 있어서, 상기 패러데이 실드의 절결부에 공기층 또는 상기 진공창과 다른 유전율의 유전체를 삽입하여 사용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 처리실 내벽면에 클리닝 작용을 발생시키는 전극의 배치 범위에 처리 가스 공급구를 갖는 구성에 있어서도, 처리실 벽면 내에서 발생하는 시스 전압의 분포를 최적화하여, 이물질의 발생, 또는 반응생성물의 부착을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 패러데이 실드의 중앙부 또는 가스 공급구 및 가스 유로의 형상에 맞춘 절결을 형성함으로써, 유도 결합 방식과 같이 전자 기계 강도가 강한 경우에도 이상 방전하는 일 없이, 시료 전체면에 걸쳐 균일한 플라즈마 처리가 가능하고, 고 에칭 성능·양산 안정성을 달성한 플라즈마 처리 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1의 실시예에 관한 플라즈마 처리 장치의 개략 구성 단면도.
도 2는 종래 패러데이 실드에 관한 유전체 진공창 바로 아래의 실효 전압을 모식적으로 도시하는 도면.
도 3은 도 1의 장치의 패러데이 실드에 관한 가스 방출판 바로 아래의 실효 전압을 모식적으로 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 제2의 실시예에 관한 플라즈마 처리 장치의 개략 구성 단면도.
도 5는 도 4의 장치의 패러데이 실드 주변부의 상세도.
도 6은 종래 패러데이 실드에 관한 유전체 진공창 바로 아래의 실효 전압을 모식적으로 도시하는 도면.
도 7은 도 4의 장치의 패러데이 실드에 관한 가스 방출판 바로 아래의 실효 전압을 모식적으로 도시하는 도면.
도 8은 도 4의 장치의 패러데이 실드 전계 분포의 해석 결과이며, (a)는 종래 패러데이 실드로부터 발생하는 전계 분포, (b)는 본 발명 패러데이 실드로부터 발생하는 전계 분포.
도 9는 본 발명의 제3 실시예이며, 도 5의 패러데이 실드의 다른 실시예인 패러데이 실드 주변부의 상세도.
도 10은 본 발명의 제4 실시예이며, 도 5의 패러데이 실드의 또 다른 실시예인 패러데이 실드 주변부의 상세도.
도 11은 본 발명의 제5의 실시예에 관한 플라즈마 처리 장치의 개략 구성 단면도.
도 12는 도 11의 장치의 패러데이 실드에 관한 가스 방출판 바로 아래의 실효 전압을 모식적으로 도시하는 도면.
도 13은 본 발명의 제6의 실시예에 관한 플라즈마 처리 장치의 개략 구성 단면도.
도 14는 도 13의 장치의 패러데이 실드에 따른 가스 방출판 바로 아래의 실효 전압을 모식적으로 도시하는 도면.
도 2는 종래 패러데이 실드에 관한 유전체 진공창 바로 아래의 실효 전압을 모식적으로 도시하는 도면.
도 3은 도 1의 장치의 패러데이 실드에 관한 가스 방출판 바로 아래의 실효 전압을 모식적으로 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 제2의 실시예에 관한 플라즈마 처리 장치의 개략 구성 단면도.
도 5는 도 4의 장치의 패러데이 실드 주변부의 상세도.
도 6은 종래 패러데이 실드에 관한 유전체 진공창 바로 아래의 실효 전압을 모식적으로 도시하는 도면.
도 7은 도 4의 장치의 패러데이 실드에 관한 가스 방출판 바로 아래의 실효 전압을 모식적으로 도시하는 도면.
도 8은 도 4의 장치의 패러데이 실드 전계 분포의 해석 결과이며, (a)는 종래 패러데이 실드로부터 발생하는 전계 분포, (b)는 본 발명 패러데이 실드로부터 발생하는 전계 분포.
도 9는 본 발명의 제3 실시예이며, 도 5의 패러데이 실드의 다른 실시예인 패러데이 실드 주변부의 상세도.
도 10은 본 발명의 제4 실시예이며, 도 5의 패러데이 실드의 또 다른 실시예인 패러데이 실드 주변부의 상세도.
도 11은 본 발명의 제5의 실시예에 관한 플라즈마 처리 장치의 개략 구성 단면도.
도 12는 도 11의 장치의 패러데이 실드에 관한 가스 방출판 바로 아래의 실효 전압을 모식적으로 도시하는 도면.
도 13은 본 발명의 제6의 실시예에 관한 플라즈마 처리 장치의 개략 구성 단면도.
도 14는 도 13의 장치의 패러데이 실드에 따른 가스 방출판 바로 아래의 실효 전압을 모식적으로 도시하는 도면.
본 발명의 각 실시예를 도면를 이용하여 설명한다.
본 발명의 제1 실시예인 플라즈마 처리 장치에 대해서 도 1 내지 도 3을 이용하여 설명한다.
도 1은, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략도를 나타낸다. 플라즈마 처리실은, 측벽이 알루미늄 모재에 세라믹 용사가 실시된 챔버(1)와 상방에 설치된 석영제의 유전체창인 유전체 진공창(2a)에 의해 구성된다. 처리실의 하방에는, 기판 등의 시료(3)를 재치하기 위한 시료대(4)가 설치된다. 시료(3)에는, 고주파 전원(6)으로부터의 수 10MHz 이하의 고주파가 정합기(5)를 통하여 인가됨으로써, 시료(3)에 입사하는 플라즈마(7)로부터의 이온 에너지를 제어한다. 본 실시예에서는, 시료(3)는, 예를 들면, 반도체 디바이스용의 300㎜ 직경 웨이퍼이고, 고주파 전원(6)은 주파수 800kHz 전원을 이용했다. 또한, 챔버(1)와의 사이에 배기구(8)가 설치되어 있다. 배기구(8)의 앞의 배기 장치(9)에 의해, 처리실 내의 압력을 O.1Pa로부터 수 1OPa의 범위로 설정 압력이 되도록 제어된다.
플라즈마 처리에 이용하는 가스는, 처리실의 챔버(1)에 설치한 가스 공급관(10)으로부터 도입되고, 유전체 진공창(2a)과 석영제의 가스 방출판(11a)과의 사이의 가스 유로(12)를 통하여, 시료(3) 상방으로부터 처리 가스(13)가 방출된다. 이때, 가스 유로(12)는, 유전체 진공창(2a)과 석영제의 가스 방출판(11a)과의 사이에 섬 형상으로 복수 설치된 고유전율의 부재의 고유전체(14)와의 간극에 의해 만들어져 있다. 또한, 처리 가스(13)의 방출은, 가스 방출판(11a)의 중앙부에 설치된 원형의 개구부(15a)로부터 방출된다.
플라즈마(7)를 생성하기 위한 전자장은, 주파수 13.56MHz의 고주파 전원(16)의 출력을, 정합기(17)를 통하여 코일 형상의 고주파 안테나(18)에 인가함으로써 처리실 내에 방사된다. 고주파 전원(16)의 출력이 수 kW인 경우, 고주파 안테나(18)의 인덕턴스가 수 μH에서 고주파 전류가 수 10A로 되기 때문에 단자 간의 전압은 수 kV로 된다. 고주파 안테나(18)의 고전압이 직접 플라즈마(7)에 인가되는 것을 방지하기 위해서, 고주파 안테나(18)와 플라즈마(7)와의 사이에 패러데이 실드(19)가 설치되어 있다. 이 패러데이 실드(19)에는, 고주파 전원(16)에 연결된 정합기(17)에 의해 인가되는 고주파 전력이 조정 가능하게 되어 있다. 고주파 전원은, 고주파 안테나(유도 코일)와 패러데이 실드(평판 전극)에 개별로 고주파 전력을 공급하기 위해서 복수 설치할 수도 있다. 또한, 패러데이 실드의 평면 형상은, 전계 분포를 고려하여 평행 평판 또는 원판이 바람직하다.
다음으로 본 실시예의 패러데이 실드(19)의 작용에 대해서, 도 2 및 도 3에 의해 설명한다.
도 2는, 가스 방출판(11a) 바로 아래에서 생성되는 종래형의 패러데이 실드(22)의 실효 전압 분포를 모식적으로 나타낸 것이다. 본 실시예의 플라즈마 처리 장치에는, 가스 유로(12) 내에서의 이상 방전을 방지하기 위해서 유전체 진공창(2a)과 가스 방출판(11a)과의 사이에 고유전율 재료의 고유전체(14)가 복수 설치되어 있다. 이 때문에, 종래형의 패러데이 실드(22)로부터 생성되는 전계는, 고유전체(14)에 흡수되어 버려, 고유전체(14) 바로 아래에 면하는 실효 전압값은 저하해 버린다. 즉, 가스 방출판(11a) 바로 아래에서 발생하는 실효 전압 분포는, 도면 중 화살표로 나타낸 바와 같이 불균일하게 되어버린다. 이 때문에, 시료(3) 상에서 생성되는 플라즈마도 불균일해져버릴 가능성이 높다.
다음으로, 도 3은 가스 방출판(11a) 바로 아래에서 생성되는 본 실시예의 패러데이 실드(19)의 실효 전압 분포를 모식적으로 나타낸 것이다. 도 2와 마찬가지로, 고유전체(14)에 의해 전계가 흡수되기 때문에, 고유전체(14) 바로 아래에 면하는 실효 전압값은 저하한다. 그러나, 해당 패러데이 실드(19) 중앙부에 형성한 절결(21a)에 의해, 절결면 바로 아래에서 발생하는 전계는 약해진다. 이 때문에, 절결면 바로 아래에서 발생하는 실효 전압값은 저하하므로, 최종적으로 가스 방출판(11a) 바로 아래에서 생성되는 실효 전압 분포는, 도면 중 화살표로 나타낸 바와 같이 균일한 분포로 할 수 있다.
이에 의해, 플라즈마와 가스 방출판(11a) 하면 및 가스 방출판(11a) 중앙의 개구부에 대응하는 유전체 진공창(2a) 중앙부 하면과의 사이의 플라즈마 시스 전압은 실질적으로 균일해진다. 이에 의해, 처리실 내벽면에 클리닝 작용을 발생시키는 전극, 이 경우, 패러데이 실드(19)의 배치 범위에 처리 가스 공급구를 갖고 있어도, 가스 방출판(11a) 하면 및 가스 방출판(11a) 중앙의 개구부에 대응하는 유전체 진공창(2a) 중앙부 하면에 생기는 시스 전압의 분포를 최적화하여, 이물의 발생, 또는 반응생성물의 부착을 억제할 수 있다.
다음으로 본 발명의 제2 실시예인 플라즈마 처리 장치를 도 4 내지 도 10에 의해 설명한다. 도 4에 있어서 도 1과 동일 부호는 동일 부재를 나타내고, 설명을 생략한다. 본 도면이 도 1과 다른 점은, 유전체 진공창(2b)의 중앙 하면의 형상을 볼록형으로 하고, 가스 방출판(11b) 중앙의 개구부에 소정의 간극을 형성하여 끼워 넣도록 하여, 가스 방출구로 되는 슬릿(15b)을 형성한 점이다. 또한, 부호(21b)는 절결을 나타낸다.
처리 가스(13)의 방출은, 유전체 진공창(2b)의 중앙부에 설치된 원형의 사다리꼴 형상 돌기와 가스 방출판(11b)의 중앙부에 설치된 원형의 개구부와의 사이에 형성되는 원주 방향의 슬릿(15b)으로부터 방출된다.
도 5에 제2 실시예의 플라즈마 처리 장치에 있어서의 패러데이 실드(19) 주변의 상세도를 나타낸다.
도 4에 나타내는 고주파 안테나(l8), 패러데이 실드(19), 유전체 진공창(2b), 고유전체(14), 가스 방출판(11b)은, 도 5에 나타낸 바와 같이 배치되어 있다. 또한, 도 5에 있어서, 부호(2)는 유전체 진공창, 부호(11)는 가스 방출판, 부호(15)는 슬릿, 부호(21)는 절결을 나타낸다. 패러데이 실드(19)에는, 전체면에 부분적으로 관통된 방사형의 슬릿(20)이 형성되고, 처리실면측의 패러데이 실드(19) 중앙부에, 처리 가스(13)를 방출하는 방출구로 되는 슬릿(15)을 형성하는 치수의 절결(오목부)(21)이 형성되어 있다.
유도 결합 플라즈마는, 상술한 바와 같이, 고주파 안테나(18)로부터 발생하는 유도 자장이 처리실 내에 투과됨으로써 플라즈마를 생성시키기 때문에 패러데이 실드에는, 유도 자장을 투과시키기 위해서 슬릿(20)과 같은 개구부를 형성하고 있다. 본 실시예에서는, 패러데이 실드(19)의 슬릿(20)에 추가하여, 중앙부에 절결(21)을 추가함으로써, 본 발명의 목적을 달성시키고 있다.
본 실시예(2)의 패러데이 실드(19)에는, 상술한 바와 같이, 고주파 전력이 인가되어 있기 때문에, 패러데이 실드(19)로부터 발생하는 전계 성분이 처리실 내에 투과된다. 이 때문에, 본실시예에서의 플라즈마(7)는, 실질적으로 고주파 안테나(18)로부터의 유도 결합 성분과 패러데이 실드(19)로부터의 용량 결합 성분의 조합에 의해 생성되는 것을 알 수 있다. 즉, 균일한 플라즈마(7)를 생성하기 위해서는, 유도 결합 성분과 용량 결합 성분과의 밸런스가 중요하게 된다. 이 때문에, 본 실시예(2)의 패러데이 실드(19)에는, 방사형의 슬릿(20)과는 별도로 절결(21)을 더 형성함으로써, 가스 방출판(11b) 바로 아래에 투과되는 용량 결합 성분의 전계를 조절하여, 시료(3) 상에 균일한 플라즈마를 생성하는 것을 가능하게 하고 있다.
또 본 실시예에서는, 절결(21)의 두께를 한없이 얇게 해도 그 효과를 발휘할 수 있다. 이 때문에, 패러데이 실드의 두께를 T로 하는 경우, 절결(21)의 두께 치수의 범위는, 일반적으로 기계 가공이 가능한 정밀도인 0.1㎜ 부터 T-0.1㎜가 되도록 제작하면 된다. 덧붙여서 말하면, 본 실시예에서의 최적의 절결(21) 두께의 치수에 관해서는, 후술하여 나타내는, 전계 분포 시뮬레이션의 해석 결과에 기초해서 결정하고 있다.
다음으로, 본 실시예의 패러데이 실드(19)의 작용에 대해서, 도 6 내지 도 8을 이용하여 설명한다.
도 6은, 가스 방출판(11b) 바로 아래에서 생성되는 종래형의 패러데이 실드(22)의 실효 전압 분포를 모식적으로 나타낸 것이다. 본 실시예의 플라즈마 장치에는, 가스 유로(12) 내에서의 이상 방전을 방지하기 위해서 유전체 진공창(2b)과 가스 방출판(11b)과의 사이에 고유전율 재료의 고유전체(14)가 복수 설치되어 있다. 이 때문에, 종래형의 패러데이 실드(22)로부터 생성되는 전계는, 고유전체(14)에 흡수되어 버려, 고유전체(14) 바로 아래에 면하는 실효 전압값은 저하해 버린다. 즉, 가스 방출판(11b) 바로 아래에서 발생하는 실효 전압 분포는, 도면 중 화살표로 나타낸 바와 같이 불균일하게 되어버린다. 이 때문에, 시료(3) 상에서 생성되는 플라즈마도 불균일해져버릴 가능성이 높다. 다음으로, 도 7은 가스 방출판(11b) 바로 아래에서 생성되는 본 실시예의 패러데이 실드(19)의 실효 전압 분포를 모식적으로 나타낸 것이다. 도 6과 마찬가지로, 고유전체(14)에 의해 전계가 흡수되기 때문에, 고유전체(14) 바로 아래에 면하는 실효 전압값은 저하한다. 그러나, 해당 패러데이 실드(19) 중앙부에 형성된 절결(21b)에 의해, 절결면 바로 아래에서 발생하는 전계는 약해진다. 이 때문에, 절결면 바로 아래에서 발생하는 실효 전압값은 저하하므로, 최종적으로 가스 방출판(11b) 바로 아래에서 생성되는 실효 전압 분포는, 도면 중 화살표로 나타낸 바와 같이 균일한 분포로 할 수 있다.
다음으로, 도 8에 패러데이 실드 중앙부 절결에 있어서의 효과를 확인하기 위해서, 패러데이 실드로부터 발생하는 전계 분포를 시뮬레이션 해석한 결과를 나타낸다. 본 시뮬레이션 해석은, 두께 10㎜의 석영제(비유전률 3.5) 가스 방출판(11)과 두께 15㎜의 석영제(비유전률 3.5) 유전체 진공창(2)과의 사이에, 두께 4㎜의 A12O3제(비유전률 10) 고유전체(14)와 공기층(23)(비유전률 1)을 설치했다. 유전체 진공창(2)의 상에는, 두께 6㎜의 패러데이 실드를 설치하고, 해당 패러데이 실드 상면에 전압=100V를 인가했을 때의 전계 분포를 출력했다. 도 8에서는, 공기층 바로 위에 면하는 패러데이 실드 하면에 두께 4㎜의 절결을 형성했을 때와 그 절결을 형성하고 있지 않을 때의 전계 분포의 모습을 비교했다.
도 8의 (a)는 종래형의 패러데이 실드(22)를 설치했을 때의 전계 분포를 나타내고, 도 8의 (b)는 본 실시예의 패러데이 실드(19)를 설치했을 때의 전계 분포를 나타낸다. 도면에 나타낸 바와 같이, 실시예의 패러데이 실드(19)는 절결을 형성함으로써, 종래형의 패러데이 실드(22)에 비해, 절결 바로 아래의 전계 분포를 저하시키는 것을 알 수 있다. 이것은, 그 절결에 의해, 패러데이 실드 하면에 다른 공기층(24)이 생성되고, 그 공기층(24) 만큼의 저항이 생긴다. 이에 의해, 그 공기층(24) 바로 아래의 전계가 감소하고, 용량 결합 성분이 저하하기 때문이다. 본 실시예에서는, 절결(21)의 치수를 조정함으로써, 유전체 진공창(2b)에 투과되는 토탈의 전계를 적정화 할 수가 있어, 시료(3) 상에서 발생하는 플라즈마를 균일성 있게 생성할 수 있다. 덧붙여서 말하면 본 실시예에서는, 본 시뮬레이션 해석 결과에 수반하여, 가스 유로(12)의 높이와 패러데이 실드(19) 하면의 절결(21b)의 두께를 동일 치수로 함으로써, 시료(3) 상의 플라즈마를 균일하게 생성하는 것을 가능하게 하고 있다.
본 발명의 제3 실시예에 대해서 도 9를 이용하여 설명한다. 도 9는, 제2 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에 있어서의 패러데이 실드 주변 부분의 다른 실시예를 나타낸 상세도이다. 또한, 도 9에 붙여진 부호 중 상술한 실시예에 이용된 도면의 부호와 동일 부호는 동일 부재를 나타내고 설명을 생략한다. 본 실시예가 도 5와 다른 점은, 유전체 진공창(2)과 가스 방출판(11) 및 고유전체(14)의 가스 공급 방법을 바꾼 점이며, 그 패러데이 실드(28)에는, 고유전체(27)에 형성한 가스 유로(29)와 동일 형상, 이 경우, 중앙부에 형성한 개구 구멍으로부터 방사형으로 외주부에 연결되는 복수의 유로를 형성하여 이루어지는 가스 유로 형상이며, 그 가스 유로(29)와 동일 형상의 절결(30)이 형성되어 있다. 그 절결(30)에 의해 가스 유로(29) 내의 전계를 저하시킬 수 있다. 또한, 부호(25)는 유전체 진공창, 부호(26)는 가스 방출판을 나타낸다. 도 4에 나타낸 유도 결합 방식의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 도 9에 나타낸 가스 공급 방법과 패러데이 실드(28)를 이용해서 반도체 기판의 가공을 행한 결과, 균일성에도 우수한 플라즈마 처리를 행할 수 있고, 또한 가스 유로 내의 이상 방전을 억제하는 것이 가능하게 되었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 상술한 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 가스 유로와 절결 형상을 동일하게 함으로써 가스 유로 내에서의 이상 방전도 억제할 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 대해서 도 10을 이용하여 설명한다.
도 10은, 제2 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에 있어서의 패러데이 실드 주변 부분의 다른 실시예를 나타낸 상세도이다. 또한, 도 9에 붙여진 부호 중 상술한 실시예에 이용된 도면의 부호와 동일 부호는 동일 부재를 나타내고 설명을 생략한다. 본 실시예가 도 9와 다른 점은, 패러데이 실드(28)에 형성한 절결(30)의 공기층 대신에, 유전체 진공창(25) 및 가스 방출판(26)보다도 유전율이 낮은 저유전체(31)(예를 들면 폴리테트라플루오로에틸렌)를 설치한 점이다. 도 4에 나타낸 유도 결합 방식의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 도 10의 유전율이 낮은 저 유전체(31)를 이용하여 반도체 기판의 가공을 행한 결과, 균일성에도 우수한 플라즈마 처리를 행할 수 있고, 또한 가스 유로 내의 이상 방전을 억제하는 것이 가능하게 되었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 상술한 실시예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 실시예 1∼4에서는 처리 가스(13)를 가스 방출판의 중앙부, 즉 플라즈마 처리실의 중앙부로부터 공급하는 기구를 이용함으로써, 시료(3) 상의 가스 농도가 높아진다. 이에 의해 시료 상의 플라즈마 밀도가 증가하여, 에칭 레이트를 향상시킬 수 있다. 그러나, 처리 가스의 종류나 성질, 에칭 프로세스의 조건에 의해 시료 상에 있어서의 플라즈마의 분포는 다종 다양하고, 그 분포의 형상에 의해 에칭 레이트의 균일성이 악화되는 경우도 있다. 이 때문에, 균일하고 안정된 에칭 처리를 행한다고 하는 목적을 위해서는, 처리 가스의 공급 위치를 처리에 최적인 위치에 맞추는 것도 중요하다.
따라서, 상기 문제를 감안하여, 상기 목적을 달성하는 실시 형태로서 처리 가스의 공급 위치를 처리에 최적인 위치에서 가스를 공급하는 것을 가능하게 한 예에 대해서 설명한다.
이하, 본 발명의 제5 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 도 11에 의해 설명한다. 또한, 실시예 1 내지 4의 어느 하나에 기재되고 본 실시예에 기재되지 않은 사항은 특별한 사정이 없는 한 본 실시예에도 적용할 수 있다.
도 11에 있어서 도 1과 동일 부호는 동일 부재를 나타내고, 설명을 생략한다. 이 도면이 도 1과 다른 점은, 가스 방출판(11c)에 링 형상의 개구부를 형성하고, 링 형상 개구부가 가스 방출구(공급구)(15c)로 되어 있고, 이 가스 공급구의 형상에 맞춘 절결(21c)을 패러데이 실드(19)에 형성하고 있는 것과, 가스 방출판(11c)의 링 형상의 개구부와 패러데이 실드(19) 상의 절결(21c)의 위치는, 각각 가스 방출판(11c)의 중간 직경(가스 방출판의 중심과 외주와의 중간 위치)에 형성하고 있는 점이다. 또한, 부호(2c)는 유전체 진공창을 나타낸다. 처리 가스(13)는, 유전체 진공창(2c)과 가스 방출판(11c)과의 사이의 가스 유로(12)를 통하여, 가스 방출판(11c)의 중간부(중심과 외주와의 중간 영역)에 형성된 원형의 개구부(15c)로부터 챔버 내로 방출된다.
도 12에 가스 방출판(11) 바로 아래에서 생성되는 본 실시예의 패러데이 실드(19)의 실효 전압 분포를 모식적으로 나타낸 것이다. 본 실시예에서는, 상술한 실시예와 마찬가지로 가스 방출판(11c)과 유전체 진공창(2c)과의 사이에 고유전체(14)가 복수 설치되어 있다. 종래의 패러데이 실드에서는 도 6에 나타낸 바와 같이 실효 전압이 불균일하게 되어버리지만, 본 실시예의 패러데이 실드(19)를 이용함으로써, 도면 중 화살표와 같은 균일한 실효 전압 분포를 얻을 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면 상술한 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있는 동시에 링 형상의 개구부의 직경을 임의로 설정함으로써 처리 가스의 공급 위치를 처리에 최적인 위치에 맞춤으로써 처리의 균일화를 도모할 수 있다.
다음으로 본 발명의 제6 실시예인 플라즈마 처리 장치를 도 13에 의해 설명한다. 또한, 실시예 1 내지 5의 어느 하나에 기재되고 본 실시예에 기재되지 않은 사항은 특별한 사정이 없는 한 본 실시예에도 적용 할 수 있다.
도 13에 있어서 도 1과 동일 부호는 동일 부재를 나타내고, 설명을 생략한다. 본 도면이 도 1과 다른 점은, 가스 방출판(11d)에 링 형상의 개구부를 형성하고, 링 형상 개구부가 가스 방출구(공급구)(15d)로 되어 있으며, 이 가스 공급구의 형상에 맞춘 절결(21d)을 패러데이 실드(19)에 형성하고 있는 점과, 가스 방출판(11d)의 링 형상의 개구부와 패러데이 실드(19) 상의 절결(21d)의 위치는, 각각 가스 방출판(11d)의 외주부에 형성하고 있는 점이다. 처리 가스(13)는, 유전체 진공창(2)과 가스 방출판(11d)과의 사이의 가스 유로(12)를 통하여, 가스 방출판(11d)의 외주부에 형성된 원형의 개구부로부터 챔버 내로 방출된다.
도 14에 가스 방출판(11d) 바로 아래에서 생성되는 본 실시예의 패러데이 실드(19)의 실효 전압 분포를 모식적으로 나타낸 것이다. 본 실시예에서는, 상술한 실시예와 마찬가지로 가스 방출판(11d)과 유전체 진공창(2)과의 사이에 고유전체(14)가 복수 설치되어 있다. 종래의 패러데이 실드에서는 도 6에 나타낸 바와 같이 실효 전압이 불균일하게 되어버리지만, 본 실시예의 패러데이 실드(19)를 이용함으로써, 도면 중 화살표와 같은 균일한 실효 전압 분포를 얻을 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면 상술한 실시예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있는 동시에 링 형상의 개구부의 직경을 임의로 설정함으로써 처리 가스의 공급 위치를 처리의 최적인 위치에 맞춤으로써 처리의 균일화를 도모할 수 있다.
또한, 링 형상의 개구부는, 필요에 따라 링 직경을 임의로 설정함으로써, 면 내의 도중이 아나라 외주부에 형성할 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 상술한 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있음과 동시에, 링 형상의 개구부의 직경을 임의로 설정함으로써 처리 가스의 공급 위치를 처리에 최적인 위치에 맞춤으로써 처리의 균일화를 도모할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 이들의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들면, 상기한 실시예는 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위해서 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 어느 실시예의 구성의 일부를 다른 실시예의 구성으로 치환하는 것도 가능하고, 또한, 어느 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성을 부가하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시예의 구성의 일부에 대해서, 다른 구성의 추가·삭제·치환하는 것이 가능하다. 보다 구체적으로는, 중심부에 원형의 절입(cut-in)을, 중심으로부터 외주까지의 중간 위치에 링 형상의 절입을, 외주에 링 형상의 절입을 동시에 형성한 구성, 혹은 그 어느 것인가를 조합한 구성으로 하는 것도 가능하다.
1 : 챔버
2, 2a, 2b, 2c, 25 : 유전체 진공창
3 : 시료
4 : 시료대
5, 17 : 정합기
6, 16 : 고주파 전원
7 : 플라즈마
8 : 배기구
9 : 배기 장치
10 : 가스 공급관
11, 11a, 1lb, 11c, 1ld, 26 : 가스 방출판
12, 29 : 가스 유로
13 : 처리 가스
14, 27 : 고유전체
15, 15a, 15b, 15c, 15d : 슬릿(처리 가스 공급구)
18 : 고주파 안테나
19, 28 : 패러데이 실드
20 : 슬릿(방사상)
21, 21a, 21b, 21c, 21d, 30 : 절결
22 : 종래형의 패러데이 실드
23, 24 : 공기층
31 : 저유전체
2, 2a, 2b, 2c, 25 : 유전체 진공창
3 : 시료
4 : 시료대
5, 17 : 정합기
6, 16 : 고주파 전원
7 : 플라즈마
8 : 배기구
9 : 배기 장치
10 : 가스 공급관
11, 11a, 1lb, 11c, 1ld, 26 : 가스 방출판
12, 29 : 가스 유로
13 : 처리 가스
14, 27 : 고유전체
15, 15a, 15b, 15c, 15d : 슬릿(처리 가스 공급구)
18 : 고주파 안테나
19, 28 : 패러데이 실드
20 : 슬릿(방사상)
21, 21a, 21b, 21c, 21d, 30 : 절결
22 : 종래형의 패러데이 실드
23, 24 : 공기층
31 : 저유전체
Claims (10)
- 시료에 플라즈마 처리를 행하기 위한 처리실과, 상기 처리실의 상부를 진공 밀봉하는 평판 형상의 유전체창과, 상기 유전체창의 상방에 배치된 유도 코일과, 상기 유전체창과 상기 유도 코일과의 사이에 설치된 평판 전극과, 상기 유도 코일과 상기 평판 전극의 양방에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원 또는 상기 유도 코일과 상기 평판 전극에 개별로 고주파 전력을 공급하는 복수의 고주파 전원과, 상기 처리실 내에 가스를 공급하는 가스 공급 수단과, 상기 처리실 내에 설치된 상기 시료를 적재하는 시료대를 구비한 플라즈마 처리 장치에 있어서,
상기 유전체창과 소정의 간극을 형성하여 상기 유전체창의 처리실 내측에 처리 가스 공급판을 배치하고, 상기 처리 가스 공급판의 가스 공급 위치에 대응하여 상기 평판 전극의 상기 유전체창측에 오목부를 형성한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치. - 피처리체에 플라즈마 처리를 행하기 위한 처리실과, 상기 처리실의 상부를 진공 밀봉하는 유전체의 진공창과, 상기 진공창의 상방에 배치된 유도 코일과, 상기 진공창과 상기 유도 코일과의 사이에 설치된 패러데이 실드와, 상기 유도 코일과 상기 패러데이 실드에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과, 상기 처리실 내에 가스를 공급하는 가스 공급 수단과, 상기 처리실 내에 설치된 상기 피처리체를 적재하는 시료대를 구비한 플라즈마 처리 장치에 있어서,
상기 패러데이 실드의 중앙부에 상기 패러데이 실드와 상기 플라즈마와의 사이의 용량 결합 성분을 조정하기 위한 기능을 갖는 기구가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치. - 제2항에 있어서, 상기 패러데이 실드의 형상은, 평행 평판 또는 원판이며, 상기 패러데이 실드의 중앙부에 상기 패러데이 실드와 상기 플라즈마와의 사이의 용량 결합 성분을 조정하기 위한 절결이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 절결에 의해 상기 패러데이 실드와 상기 플라즈마와의 사이에 공기층 또는 상기 진공창과 다른 유전체가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 절결의 형상은, 상기 가스 공급 수단의 가스 공급구 또는 가스 유로와 동일한 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 절결의 두께를 T라고 했을 경우, 상기 절결의 두께가 0.1㎜ 이상, T-0.1㎜ 이하로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 절결의 평면 형상은, 원형인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 절결의 평면 형상은, 링 형상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 절결의 두께는, 상기 가스 유로의 높이와 동일 치수인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 패러데이 실드는, 부분적으로 관통된 방사상의 슬릿을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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