KR20140040640A - 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법 - Google Patents

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Abstract

하나의 실시형태에 있어서, 플라즈마 처리장치는, 챔버, 도입부, 대향 전극, 고주파 전원, 복수의 저주파 전원을 구비한다. 기판 전극은 상기 챔버 내에 배치되고, 기판은 기판 전극 상에 직접 또는 간접으로 위치되며, 또한 기판 전극은 복수의 전극소자군을 가진다. 도입부는 챔버 내에 프로세스 가스를 도입한다. 고주파 전원은, 프로세스 가스를 이온화하고, 플라즈마를 발생시키기 위한 고주파 전압을 출력한다. 복수의 저주파 전원은, 상기 복수의 전극소자군 각각에, 상기 플라즈마로부터 이온을 도입하기 위한 위상이 서로 다르고 20㎒ 이하의 복수의 저주파 전압을 인가한다.

Description

플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법 {PLASMA PROCESSING APPRATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD}
관련 출원에 대한 상호 참조
이 출원은, 전체 내용이 레퍼런스로 여기에 통합되어 있는, 2012년 9월 26일에 출원된 일본 특허출원 제2012-212726호 및 2013년 5월 24일에 출원된 일본 특허출원 제2013-109462호에 기초를 두고 있고, 이들 출원으로부터 우선권의 이익을 주장한다.
발명의 분야
본 발명의 실시형태는, 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법에 관한 것이다.
플라즈마 처리장치는, 플라즈마를 발생하고, 이 플라즈마 중의 이온을 기판(예컨대, 반도체 웨이퍼)에 입사시킴으로써, 기판을 처리한다. 반도체 디바이스를 제조하는 프로세스에 있어서는, 입사된 이온이 기판을 에칭할 때, 트렌치(trench, 도랑), 비아홀(via hole), 돌출부 등이 형성된다.
여기서, 반도체 디바이스를 제조하는 프로세스에서는, 반도체 디바이스의 전기성능을 확보하기 위해, 가공형상의 정밀 제어, 특히 트렌치 측벽의 수직가공을 수행하는 것이 중요하다.
그렇지만, 가공형상의 정밀 제어를 수행하는 것은 반드시 용이하지 않은바, 예컨대 트렌치의 측벽이 수직으로 되지 않고 테이퍼를 갖는 것이 통상적이다.
본 발명은, 가공형상의 정밀 제어를 수행하기 용이하게 하는 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
실시형태의 플라즈마 처리장치는, 챔버, 도입부, 대향 전극, 고주파 전원, 복수의 저주파 전원을 포함한다. 기판 전극은 상기 챔버 내에 배치되고, 기판은 기판 전극 상에 직접 또는 간접으로 위치되며, 또한 기판 전극은 복수의 전극소자군을 가진다. 도입부는 챔버 내에 프로세스 가스를 도입한다. 고주파 전원은, 프로세스 가스를 이온화하고, 플라즈마를 발생시키기 위한 고주파 전압을 출력한다. 복수의 저주파 전원은, 상기 복수의 전극소자군 각각에, 상기 플라즈마로부터 이온을 도입하기 위한 위상이 서로 다르고 20㎒ 이하의 복수의 저주파 전압을 인가한다.
실시형태에 따른 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법은, 가공형상의 정밀 제어를 수행하는 것을 용이하게 한다.
도 1은 제1 실시형태에 따른 플라즈마 처리장치(10)의 개략 구성도이다.
도 2는 기판 전극(15)의 구성의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 3은 전극소자(E1, E2)에 인가되는 전압파형(RF1, RF2)의 일례를 나타낸 도면이다.
도 4는 웨이퍼(W)에 입사되는 이온(II)의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 5는 비교예에 따른 플라즈마 처리장치(10x)의 개략 구성도이다.
도 6은 기판 전극(15x)에 인가되는 전압파형(RF)의 일례를 나타낸 도면이다.
도 7은 처리 전의 웨이퍼(W)의 상태를 나타낸 모식 단면도이다.
도 8은 플라즈마 처리장치(10x)에서 처리 후의 웨이퍼(W)의 상태를 나타낸 모식 단면도이다.
도 9는 플라즈마 처리장치(10x)에서 처리 후의 웨이퍼(W)의 상태를 나타낸 모식 단면도이다.
도 10은 플라즈마 처리장치(10)에서 처리 후의 웨이퍼(W)의 상태를 나타낸 모식 단면도이다.
도 11은 변형례1에 따른 플라즈마 처리장치(10a)의 개략 구성도이다.
도 12는 변형례2에 따른 플라즈마 처리장치(10b)의 개략 구성도이다.
도 13은 유도코일(27)을 나타낸 평면도이다.
도 14는 제2 실시형태에 따른 플라즈마 처리장치(10c)의 개략 구성도이다.
도 15는 기판 전극(15a)의 구성의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 16은 전극소자(E1∼E4)에 인가되는 전압파형(RF1∼RF4)의 일례를 나타낸 도면이다.
도 17은 제3 실시형태에 따른 플라즈마 처리장치(10d)의 개략 구성도이다.
도 18은 트렌치 측벽을 플라즈마 처리하고 있는 상태를 나타낸 도면이다.
도 19는 비아 측벽을 플라즈마 처리하고 있는 상태를 나타낸 도면이다.
도 20은 변형례4에 따른 플라즈마 처리장치(10e)의 개략 구성도이다.
도 21은 변형례5에 따른 플라즈마 처리장치(10f)의 개략 구성도이다.
도 22는 변형례6에 따른 플라즈마 처리장치(10g)의 개략 구성도이다.
도 23 및 도 24는 정전 척(42)의 일례를 각각 나타낸 도면이다.
도 25는 제4 실시형태에 따른 플라즈마 처리장치(10h)의 개략 구성도이다.
도 26은 기판 전극(15c)의 구성의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 27은 제5 실시형태에 따른 플라즈마 처리장치(10i)의 개략 구성도이다.
도 28은 기판 전극(15d)의 구성의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 29a∼도 29d는 기판 전극(15d)의 선택상태의 일례를 각각 나타낸 평면도이다.
도 30a∼도 30c는 웨이퍼(W)에 입사하는 이온(II)의 입사각도 분포의 예를 각각 나타낸 그래프이다.
도 31a 및 도 31b는 웨이퍼(W)에 입사하는 이온(II)의 입사각도 분포의 예를 각각 나타낸 그래프이다.
도 32는 웨이퍼(W) 상의 위치(P1∼P6)를 나타낸 모식도이다.
도 33a∼도 33c는 웨이퍼(W)에 입사하는 이온(II)의 입사각도 분포의 예를 각각 나타낸 그래프이다.
도 34a∼도 34e는 웨이퍼(W)에 입사하는 이온(II)의 입사각도 분포의 예를 각각 나타낸 그래프이다.
도 35는 전극소자(E)와 정전 척(42)의 위치관계를 나타낸 모식도이다.
이하, 도면을 참조하여 실시형태를 상세히 설명한다.
(제1 실시형태)
도 1은 제1 실시형태에 따른 플라즈마 처리장치(10)의 개략 구성도이다. 이 플라즈마 처리장치(10)는, 평행평판형의 RIE(Reactive Ion Etching) 장치이다.
플라즈마 처리장치(10)는, 플라즈마(PL) 중의 이온(II)을 웨이퍼(wafer; W)에 입사함으로써, 웨이퍼(W)를 에칭하여 트렌치(trench, 도랑), 비아홀, 돌출부 등을 형성한다. 웨이퍼(W)는, 기판, 예컨대 반도체(Si, GaAs 등)의 기판이다.
한편, 플라즈마 처리장치(10)는 웨이퍼(W)에 이온(II)을 입사시키는 점에서, 이온을 박아 넣는 이온 임플랜테이션 장치(ion implantation apparatus)와 공통하지만, 다음과 같은 점에서 다르다. 플라즈마 처리에서는, 이온 박아 넣음과 비교해서, 입사되는 이온의 에너지가 낮다(이온 박아 넣음: 10k∼500keV 정도, 플라즈마 처리: 0∼2000eV 정도). 플라즈마 처리에서는, 이온 박아 넣음과 비교해서, 특단의 가속장치를 필요로 하지 않는바, 플라즈마(PL)로부터의 이온(II)이 기판 전극(15)에 인가한 바이어스 전위에 의해 인도된다. 이 때문에, 플라즈마 처리장치(10)는, 이온 박아 넣음과 비교해서, 플라즈마(PL)와 기판 전극(15)이 근접하고 있다(이온 박아 넣음: 약 10cm 정도 이상, 플라즈마 처리: 수 cm 정도 이상).
플라즈마 처리장치(10)는, 챔버(11), 배기구(12), 프로세스 가스 도입관(13), 서셉터(14), 기판 전극(15), 대향 전극(16), 용량(17a, 17b), RF 고주파 전원(21), RF 저주파 전원(22a, 22b), 필터(23a, 23b, 24a, 24b), 위상조정기(25)를 가지고 있다.
챔버(11)는, 웨이퍼(W)의 처리에 필요한 환경을 유지한다.
배기구(12)는, 도시하지 않은 압력 조정 밸브, 배기 펌프에 접속되어 있다. 챔버(11) 내의 기체가 배기구(12)로부터 배기되어, 챔버(11)의 내부가 고진공 상태로 유지된다. 또, 프로세스 가스 도입관(13)으로부터 프로세스 가스가 도입되는 경우, 프로세스 가스 도입관(13)으로부터 유입되는 가스의 유량과 배기구(12)로부터 유출되는 가스의 유량이 균형을 유지하여 챔버(11)의 압력이 일정하게 유지된다.
프로세스 가스 도입관(13)은, 웨이퍼(W)의 처리에 필요한 프로세스 가스를 챔버(11) 내로 도입한다. 이 프로세스 가스는 플라즈마(PL)의 형성에 이용된다. 방전에 의해, 프로세스 가스가 이온화되어 플라즈마(PL)로 되고, 플라즈마(PL) 중의 이온(II)이 웨이퍼(W)의 에칭에 이용된다.
프로세스 가스로서, Ar, Kr, Xe, N2, O2, CO, H2 등의 가스 외에, 적절히 SF6, CF4, C2F6, C4F8, C5F8, C4F6, Cl2, HBr, SiH4, SiF4 등을 이용할 수 있다.
여기서, 프로세스 가스를 디포지션(deposition)계 가스와 비디포지션(depositionless)계 가스로 구분할 수 있다. 비디포지션계 가스는 웨이퍼(W)의 처리 시에 에칭 작용만을 수행하는 가스이다. 한편, 디포지션계 가스는 웨이퍼(W)의 처리 시에 에칭 작용에 더하여 피막(보호막) 형성 작용을 수행한다.
프로세스 가스로서 디포지션계 가스를 이용함으로써, 에칭 마스크와 에칭 대상(웨이퍼(W) 등)간의 에칭의 선택비를 향상시킬 수 있다. 즉, 디포지션계 가스의 경우, 에칭 마스크에 피막을 형성하면서, 에칭이 진행된다. 이 결과, 에칭 마스크의 에칭 속도(etching rate)가 저감되어 선택비를 향상시킬 수 있다.
디포지션계, 비디포지션계의 구분은 반드시 절대적인 것은 아니다. 희가스(rare gas; Ar, Kr, Xe)는, 피막 형성 작용이 거의 없고, 순수한 비디포지션계 가스라고 생각되지만, 그 밖의 가스는 다소라도 피막 형성 작용을 수행할 수 있다. 또, 에칭 마스크, 에칭 대상의 성질·형상, 프로세스 압력 등의 관계에서, 에칭 작용과 피막 형성 작용의 대소관계가 변화할 수 있다.
일반적으로는, 비디포지션계 가스로서, Ar, Kr, Xe, H2 등을 들 수 있다.
또, 디포지션계 가스로서, C2F6, C4F6, C4F8, C5F8, SF6, Cl2, HBr을 들 수 있다.
디포지션계 가스와 비디포지션계 가스 사이의 중간의 가스로서, N2, O2, CO, CF4를 들 수 있다.
서셉터(14)는, 웨이퍼(W)를 유지하는 유지부로서, 웨이퍼(W)를 유지하기 위한 척(chuck)을 가지고 있다. 척으로서, 역학적으로 웨이퍼(W)를 유지하는 기계적 척(mechanical chuck), 또는 정전력에 의해 웨이퍼(W)를 유지하는 정전척(electro- static chuck)을 이용할 수 있다. 한편, 정전척의 상세(詳細)는 뒤의 변형례 6, 7에서 설명하기로 한다.
기판 전극(15)은, 서셉터(14)에 배치되어 웨이퍼(W)의 아랫면(下面)과 근접 또는 접촉하는 윗면(上面)을 가진 거의 평판모양의 전극이다. 즉, 웨이퍼(W; 기판)는 기판 전극(15) 상에 간접(서로 근접하여) 또는 직접(서로 접촉하여) 위치된다.
도 2는 기판 전극(15)의 구성의 일례를 나타낸 사시도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 기판 전극(15)은 복수로 분할되어 형성된 분할전극으로서, 교대로 배치되는 2개의 그룹의 전극소자(E1, E2; 제1, 제2 전극소자군)로 구성된다.
여기서는, 2개의 그룹의 전극소자(E1, E2)는 축방향(A)에 따른 중심축, 및 직경 R의 거의 원주형상을 갖고, 간격 D(중심축 사이의 거리)로 거의 평행하게 배치된다. 한편, 전극소자(E1, E2)의 형상은 거의 원주형상에 한정되지 않고, 거의 각주(角柱)형상(예컨대, 거의 4각주형상)을 가져도 좋다.
이때, 간격(D)은 (직경(R)도) 어느 정도 작은 것이 바람직하다(예컨대, 간격(D)을 5mm 이하로 한다). 뒤에 설명하는 실시예에 나타낸 바와 같이, 이온(II)의 입사량에 위치 의존성이 있다. 전극소자(E1, E2)의 주기적인 배치를 반영하여, 이온(II)의 입사량은 간격(D)에 대응하는 주기로 변동한다고 생각된다. 이 때문에, 간격(D)을 (직경(R)도) 어느 정도 작게 함으로써, 플라즈마 처리의 균일성이 향상된다(이온(II)의 입사량의 변동의 주기가 짧아진다).
기판 전극(15)에, RF 고주파 전원(21), RF 저주파 전원(22a, 22b)으로부터 RF 고주파 전압(V1), RF 저주파 전압(V2a, V2b)이 인가된다.
전극소자(E1)에, RF 고주파 전압(V1) 및 RF 저주파 전압(V2a)이 중첩된 전압파형(RF1)이 인가된다.
전극소자(E2)에, RF 고주파 전압(V1) 및 RF 저주파 전압(V2b)이 중첩된 전압파형(RF2)이 인가된다.
RF 고주파 전압(V1)은, 전극소자(E1, E2)의 쌍방에 인가되고 플라즈마(PL)의 발생에 이용되는 비교적 고주파의 교류전압이다. RF 저주파 전압(V2a, V2b)은, 전극소자(E1, E2)에 각각 인가되고 플라즈마(PL)로부터의 이온(II)의 도입에 이용되는 비교적 저주파의 교류전압이다. 뒤에 설명되는 바와 같이, RF 저주파 전압(V2a, V2b) 사이에 위상차가 있기 때문에, 플라즈마(PL)로부터 웨이퍼(W)로의 이온(II)의 경사 입사가 가능하게 된다.
대향 전극(16)은, 챔버(11) 내에 기판 전극(15)과 대향해서 배치되고, 그 일단이 그라운드(ground) 전위(접지전위)로 되어 있다. 이 대향 전극(16)과 기판 전극(15)은 평행평판전극을 구성한다.
용량(17a, 17b)은, RF 고주파 전원(21), RF 저주파 전원(22a, 22b)으로부터 웨이퍼(W)에 이르기까지의 경로 상의 용량을 합성한 합성용량을 나타낸다. 이들 합성용량은, 예컨대 필터(23a, 23b, 24a, 24b), 정합기(도시하지 않음), 정전척(도시하지 않음) 각각의 용량을 합성한 것에 대응한다.
RF 고주파 전원(21)은, 기판 전극(15)에 인가되는 RF 고주파 전압(V1)을 발생한다. RF 고주파 전압(V1)의 주파수(fh)는 40㎒ 이상, 1000㎒ 이하, 보다 바람직하게는 40㎒ 이상, 500㎒ 이하(예컨대, 100㎒)이다.
RF 저주파 전원(22a, 22b)은, 기판 전극(15)으로 인가하는 RF 저주파 전압(V2a, V2b)을 발생한다. RF 저주파 전압(V2a, V2b)의 주파수(fl)는 0.1㎒ 이상, 20㎒ 이하, 보다 바람직하게는 0.5㎒ 이상, 14㎒ 이하(예컨대, 1㎒)이다. RF 저주파 전압(V2a, V2b)은, 거의 동일 주파수이고, 위상차 α(예컨대, π/2, π)를 가진다.
도시하지 않은 정합기에 의해, RF 고주파 전원(21) 및 RF 저주파 전원(22a, 22b)의 임피던스와 플라즈마(PL)의 임피던스가 정합된다.
RF 고주파 전압(V1), RF 저주파 전압(V2a, V2b)으로서, 다음의 식 (1)에 나타낸 사인파형을 이용할 수 있다.
…… 식 (1)
필터(23a, 23b; HPF(High Pass Filter))는, RF 저주파 전원(22a, 22b)으로부터의 RF 저주파 전압(V2a, V2b)이 RF 고주파 전원(21)으로 입력되는 것을 방지한다.
필터(24a, 24b; LPF(Low Pass Filter))는, RF 고주파 전원(21)으로부터의 RF 고주파 전압(V1)이 RF 저주파 전원(22a, 22b)으로 입력되는 것을 방지한다.
위상조정기(25)는, RF 저주파 전원(22a, 22b)으로부터의 RF 저주파 전압(V2a, V2b)의 위상차(α)를 조정한다. 위상차(α)로서, 예컨대 π/2 또는 π로 하는 것을 생각할 수 있다. 한편, 위상차(α)를 3π/2로 하는 것은, RF 저주파 전압(V2a, V2b)의 주기성을 생각하면, π/2로 하는 것과 실질적으로 동등하다.
도 3은 전극소자(E1, E2)에 인가되는 전압파형(RF1, RF2)의 일례(위상차 π/2)를 나타낸 도면이다.
(플라즈마 처리장치(10)의 동작)
진공이 전도되어 소정의 압력(예컨대, 0.01Pa 이하)에 도달한 챔버(11) 내에, 도시하지 않은 반송기구에 의해 웨이퍼(W)가 반송된다. 다음에, 척에 의해 서셉터(14)에 웨이퍼(W)가 유지된다. 이때, 기판 전극(15)은 웨이퍼(W)에 근접 또는 접촉한다.
다음에, 프로세스 가스 도입관(13)으로부터 웨이퍼(W)의 처리에 필요한 프로세스 가스가 도입된다. 이때, 챔버(11) 내로 도입된 프로세스 가스는, 도시하지 않은 압력 조정 밸브와 배기 펌프에 의해 배기구(12)로부터 소정의 속도로 배기된다. 이 결과, 챔버(11) 내의 압력은 일정(예컨대, 1.0∼6.0Pa 정도)하게 유지된다.
다음에, RF 고주파 전원(21), RF 저주파 전원(22a, 22b)으로부터 RF 고주파 전압(V1), RF 저주파 전압(V2a, V2b)이 기판 전극(15)에 인가된다. 전극소자(E1)에, RF 고주파 전압(V1)과 RF 저주파 전압(V2a)이 중첩된 전압파형(RF1)이 인가된다. 전극소자(E2)에, RF 고주파 전압(V1)과 RF 저주파 전압(V2b)이 중첩된 전압파형(RF2)이 인가된다.
RF 고주파 전원(21)으로부터의 RF 고주파 전압(V1)에 의해, 플라즈마(PL)의 밀도가 제어된다. RF 저주파 전원(22a, 22b)으로부터의 RF 저주파 전압(V2a, V2b)에 의해, 웨이퍼(W)로 입사되는 이온(II)의 입사 에너지가 제어된다. 이 웨이퍼(W)의 에칭처리의 임계치 이상의 에너지를 가진 이온(II)에 의해, 웨이퍼(W)가 에칭된다.
도 4는 웨이퍼(W)에 입사되는 이온(II)의 일례를 나타낸 모식도이다.
RF 저주파 전압(V2a, V2b)이 전극소자(E1, E2; 기판 전극(15))에 인가된다. RF 저주파 전압(V2a, V2b)이 기판 전극(15)과 대향 전극(16) 사이에 인가됨으로써, 기판 전극(15; 웨이퍼(W))의 면에 수직한 방향(Ap; 도 2 참조)의 전계(수직전계)가 생성된다. 이 결과, 플라즈마(PL) 중의 이온(II)이 기판 전극(15; 웨이퍼(W))으로 인도된다.
여기서, 전극소자(E1, E2)에 인가되는 RF 저주파 전압(V2a, V2b)은 위상차(α)를 가진다. 이 때문에, 수직전계에 더하여, 기판 전극(15; 웨이퍼(W))의 면에 평행하고, 전극소자(E1, E2)의 축방향(A)에 직교하는 방향(Ah)에 평행한 방향의 전계(F)가 발생한다(도 2, 도 4 참조). 이 결과, 이 전계(F)에 대응해서, 이온(II)이 수직방향에 대해 입사각도(θ)를 갖도록 (경사지게) 입사된다. 이온(II)이 경사 입사됨으로써, 웨이퍼(W)의 고정밀도로의 에칭이 가능하게 된다. 한편, 그 상세는 뒤에 설명하기로 한다.
이 전계(F)는, RF 저주파 전압(V2a, V2b)의 주기에 따라 진동한다. 이 결과, RF 저주파 전압(V2a, V2b)의 주기에 따라, 이온(II)의 입사각도(θ)가 주기적으로 진동한다.
상술한 바와 같이, 웨이퍼(W)에, 축방향(A)에 따라 입사각도(θ)가 정방향, 부방향인 이온이 교대로 입사한다. 즉, 본 실시형태에서는, 다음과 같은 것이 가능하게 된다.
(1) 웨이퍼(W)에 대해, 이온(II)을 입사각도(θ)로 경사 입사시킬 수 있다. 뒤에 설명되는 바와 같이, 경사 입사되는 이온(II)을 이용해서, 트렌치(도랑) 또는 돌기부의 형성 시에 테이퍼를 저감시키면서 고정밀도로의 가공이 가능하게 된다.
특히, 축방향(A)에 따라 트렌치(도랑) 또는 돌기부를 형성할 때에, 트렌치(도랑) 등의 측벽에 입사되는 이온(II)의 양이 증가되어 테이퍼를 저감시킬 수 있다. 즉, 트렌치(도랑) 또는 돌기부의 방향(웨이퍼(W) 상의 가공라인의 방향)과 전극소자(E1, E2)의 축방향(A)을 일치시키는 것이 바람직하다.
(2) 축방향(A)에 따라 트렌치(도랑) 또는 돌기부의 양측으로부터 이온(II)을 경사 입사시킬 수 있다. 이 결과, 트렌치(도랑)의 양 측벽의 쌍방에서 테이퍼를 저감시킬 수 있다.
(비교예)
도 5는 비교예에 따른 플라즈마 처리장치(10x)의 개략 구성도이다. 이 플라즈마 처리장치(10x)는, 챔버(11), 배기구(12), 프로세스 가스 도입관(13), 서셉터(14x), 기판 전극(15x), 대향 전극(16), 용량(17), RF 고주파 전원(21), RF 저주파 전원(22x)을 가지고 있다.
기판 전극(15x)은, 기판 전극(15)과 다르고, 전극소자를 가지고 있지 않은(분할되어 있지 않은) 평판형상을 갖는다. 도 6은 기판 전극(15x)에 인가되는 전압파형(RF)의 일례를 나타낸 도면이다. RF 고주파 전원(21)으로부터의 RF 고주파 전압(V1)과 RF 저주파 전원(22x)으로부터의 RF 저주파 전압(V2)이 중첩되어 기판 전극(15x)에 인가되어, 플라즈마(PL)의 발생, 이온(II)의 도입이 행해진다.
플라즈마 처리장치(10x)는, 기판 전극(15x)이 분할되어 있지 않기 때문에, 웨이퍼(W)의 면에 평행한 전계(F)가 발생하지 않는다. 이 때문에, 플라즈마(PL)로부터 웨이퍼(W)의 면에 수직한 방향으로만 이온(II)이 입사하고, 경사 입사하는 이온(II)은 기본적으로는 존재하지 않는다. 이 결과, 경사 입사의 이온(II)을 이용한 정밀가공이 곤란하게 된다.
(실시형태와 비교예의 비교)
이하, 실시형태에 따른 플라즈마 처리장치(10)와 비교예에 따른 플라즈마 처리장치(10x)에서의 에칭결과의 상위에 대해 설명한다.
도 7은 플라즈마 처리장치에서 처리되기 전의 웨이퍼(W)의 일부를 나타낸 확대 단면도이다. 웨이퍼(W) 상에, 층(31, 32), 마스크(33)가 형성되어 있다. 층(31, 32)은, 다른 재질, 예컨대 SiO2, Si이다. 마스크(33)의 재질은, 층(32)과 비교해서 에칭되기 어려운, 예컨대 레지스트(resist)나 SiO2이다.
도 8 및 도 9는 이러한 웨이퍼(W)를 플라즈마 처리장치(10x)에서 에칭한 후의 상태를 나타낸 확대 단면도이다. 도 8은 비디포지션계 가스를 프로세스 가스로서 이용한 경우를 나타내고, 도 9는 디포지션계 가스를 프로세스 가스로서 이용한 경우를 나타낸다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 프로세스 가스로서 비디포지션계 가스를 이용하면, 마스크(33)와 층(32)의 선택비가 작기 때문에, 마스크(33)의 에칭량이 많아져서 층(32)의 정밀가공이 곤란하게 된다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 프로세스 가스로서 디포지션계 가스를 이용하면, 마스크(33)와 층(32)의 선택비가 커져서 마스크(33)의 에칭량이 적어진다. 그렇지만, 층(32)이 비스듬히 에칭되기 쉬워진다(에칭된 측면이 테이퍼를 갖는다). 측면은 디포지션계 가스에 의해 보호막이 형성되는 한편, 수직입사하는 이온(II)에 의한 에칭작용을 받기 어렵기 때문이다. 이와 같이, 특히 디포지션계 가스를 이용한 경우, 선택비를 크게 하는 것이 가능하지만, 수직가공(정밀가공)을 수행하는 것은곤란하다.
또, 에칭된 측면(트렌치의 측벽)에 부딪히는 이온(II)이 적기 때문에, 잔사(殘渣)나 부착물이 퇴적하기 쉬워, 이것도 정밀가공을 수행하는 것을 곤란하게 한다.
도 10은 웨이퍼(W)를 플라즈마 처리장치(10)에서 에칭한 후의 상태를 나타낸 확대 단면도이다. 여기서는, 디포지션계 가스를 프로세스 가스로서 이용한 경우를 나타낸다. 프로세스 가스로서 디포지션계 가스를 이용함으로써, 마스크(33)와 층(32)의 선택비가 커져서 마스크(33)의 에칭량이 적어지고 있다.
또, 층(32)이 수직으로 에칭된다(에칭된 측면이 테이퍼를 갖지 않는다). 에칭된 측면(트렌치의 측벽)의 양측에 이온(II)이 경사입사됨으로써, 측면의 테이퍼가 저감된다.
여기서, 트렌치의 형성의 모두에서 경사입사의 이온(II)을 이용하지 않아도 좋다. 트렌치의 형성의 도중에서 이온(II)을 수직입사시키고, 그 후에 경사입사시켜도 좋다. 즉, 플라즈마 처리 프로세스의 진행에 따라, 위상조정기(25)가 위상(α)을 조정해도 좋다. 한편, 그 상세는 제3, 제4 실시형태에서 설명하기로 한다.
전술한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 웨이퍼(W)에 대해, 이온(II)을 입사각도(θ)로 경사입사시킬 수 있다. 이 결과, 측벽 수직가공이 용이하고, 측벽에 잔사가 남기 어려워 정밀한 에칭가공이 가능하게 된다.
(변형례1)
도 11은 변형례1에 따른 플라즈마 처리장치(10a)의 개략 구성도이다. 이 플라즈마 처리장치(10a)는, 챔버(11), 배기구(12), 프로세스 가스 도입관(13a), 서셉터(14), 기판 전극(15), 대향 전극(16a), 용량(17a, 17b), RF 고주파 전원(21), RF 저주파 전원(22a, 22b), 필터(23, 24a, 24b), 위상조정기(25)를 가지고 있다.
대향 전극(16a)은, 소위 샤워헤드(showerhead)이고, 내부공간 및 복수의 개구를 가지고 있다. 프로세스 가스는, 프로세스 가스 도입관(13a)으로부터 대향 전극(16a)의 내부를 경유해서 대향 전극(16a)의 복수의 개구로부터 챔버(11) 내로 도입된다. 즉, 대향 전극(16a)은 챔버(11) 내에 프로세스 가스를 도입하는 도입부로서 기능한다.
변형례1에서는, 제1 실시형태와 달리, RF 고주파 전원(21)은 기판 전극(15)이 아니라, 대향 전극(16a)과 전기적으로 접속된다. 즉, 제1 실시형태에서는, 기판 전극(15)이 플라즈마(PL)를 발생시키는 역할을 담당하고 있는데 반해, 변형례1에서는 대향 전극(16a)이 플라즈마(PL)를 발생시키는 역할을 담당하고 있다.
그 밖의 점에서는, 변형례1은 제1 실시형태와 크게 다르지 않으므로, 그 밖의 설명은 생략하기로 한다.
(변형례2)
도 12는 변형례2에 따른 플라즈마 처리장치(10b)의 개략 구성도이다. 이 플라즈마 처리장치(10b)는, 챔버(11b), 배기구(12), 프로세스 가스 도입관(13), 서셉터(14), 기판 전극(15), 용량(17a, 17b), RF 고주파 전원(21), RF 저주파 전원(22a, 22b), 필터(23, 24a, 24b), 위상조정기(25), 창(111), 유도코일(27)을 가지고 있다. 도 13은 유도코일(27)을 도 12의 위쪽으로부터 본 상태를 나타낸다.
플라즈마 처리장치(10b)는 플라즈마 처리장치(10a)와 달리, 대향 전극(16)을 가지지 않고, 창(111), 유도코일(27)을 가지고 있다.
창(111)은 챔버(11b) 내를 대기로부터 차단하고 또한 유도코일(27)로부터의 자계를 통과시킨다. 창(111)으로서는, 예컨대 석영 등의 비자성체의 판이 이용된다.
유도코일(27)은 챔버(11b)의 바깥쪽에 배치된다. 유도코일(27)에 RF 고주파 전원(21)으로부터의 고주파 전압이 인가됨으로써, 변동하는 자계가 발생하고, 챔버(11b) 내의 프로세스 가스가 이온화되어 플라즈마(PL)가 발생한다.
그 밖의 점에서는, 변형례2는 제1 실시형태와 크게 다르지 않으므로, 그 밖의 설명은 생략하기로 한다.
제1 실시형태, 변형례1, 2의 각각에 있어서, 40㎒ 이상의 RF 고주파 전압(V1)에 의해, 프로세스 가스를 이온화하고, 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 즉, 변형례1, 2에 나타낸 바와 같이, 기판 전극(15)에 RF 고주파 전압(V1)을 인가하지 않고 플라즈마(PL)를 발생시킨 경우에도, 기판 전극(15)을 이용하여 이온(II)의 입사각도(θ)를 제어할 수 있다.
(제2 실시형태)
도 14는 제2 실시형태에 따른 플라즈마 처리장치(10c)의 개략 구성도이다. 이 플라즈마 처리장치(10c)는, 챔버(11), 배기구(12), 프로세스 가스 도입관(13), 서셉터(14a), 기판 전극(15a), 대향 전극(16), 용량(17a∼17d), RF 고주파 전원(21), RF 저주파 전원(22a∼22d), 필터(23a∼23d, 24a∼24d), 위상조정기(25a)를 가지고 있다.
도 15는 기판 전극(15a)의 구성의 일례를 나타낸 사시도이다.
플라즈마 처리장치(10)에서는, 기판 전극(15)이 2개의 그룹의 전극소자(E1, E2)로 구성되어 있다. 이에 대해, 플라즈마 처리장치(10c)에서는, 기판 전극(15a)이 4개의 그룹의 전극소자(E1∼E4, 제1∼제4 전극소자군)로 구성된다. 기판 전극(15a)을 구성하는 전극소자를 보다 세밀한 그룹으로 분할함으로써, 전계(F)를 보다 세밀하게 제어할 수 있고, 이온(II)의 입사를 제어할 수 있다.
RF 저주파 전원(22a∼22d)은, 전극소자(E1∼E4) 각각에 RF 저주파 전압(V2a∼V2d)을 인가한다. RF 저주파 전압(V2a∼V2d)은, RF 저주파 전압(V2a)을 기준으로 해서 위상차(α1, α2, α3)를 가진다.
RF 고주파 전압(V1), RF 저주파 전압(V2a∼V2d)으로서, 다음의 식 (2)에 나타낸 사인 파형을 이용할 수 있다.
Figure pat00002
Figure pat00003
…… 식 (2)
필터(24a∼24d; LPF(Low Pass Filter))는, RF 고주파 전원(21)으로부터의 RF 고주파 전압(V1)이 RF 저주파 전원(22a∼22d)으로 입력되는 것을 방지한다.
필터(23a∼23d; HPF(High Pass Filter))는, RF 저주파 전원(22a∼22d)으로부터의 RF 저주파 전압(V2a∼V2d)이 RF 고주파 전원(21)으로 입력되는 것을 방지한다.
위상조정기(25a)는, RF 저주파 전원(22a∼22d)으로부터의 RF 저주파 전압(V2a∼V2d)의 위상차(α1, α2, α3)를 조정한다. 위상차(α1, α2, α3)로서, 예컨대 "π/2, π, 3π/2" 또는 "-π/2, -π, -3π/2"의 조합이 적용되는 것을 생각할 수 있다.
도 16은 전극소자(E1∼E4)에 인가되는 전압파형(RF1∼RF4)의 일례를 나타낸 도면이다. 전압파형(RF1)은 RF 고주파 전압(V1)과 RF 저주파 전압(V2a)을 중첩시킨 파형이고, 전압파형(RF2)은 RF 고주파 전압(V1)과 RF 저주파 전압(V2b)을 중첩시킨 파형이며, 전압파형(RF3)은 RF 고주파 전압(V1)과 RF 저주파 전압(V2c)을 중첩시킨 파형이고, 전압파형(RF4)은 RF 고주파 전압(V1)과 RF 저주파 전압(V2d)을 중첩시킨 파형이다.
(변형례3)
상기 실시형태에서는, 기판 전극(15, 15a)을 2개의 그룹 및 4개의 그룹의 전극소자(E)로 구성하고, 그룹마다 위상차를 갖는 RF 저주파 전압(V2a∼V2d)을 인가하고 있다.
이에 대해, 기판 전극(15)을 3개의 그룹, 혹은 5개 이상의 그룹의 전극소자(E)로 구성해도 좋다. 이와 같이 해도, 각 그룹의 전극소자에 위상차를 갖는 RF 저주파 전압(V2)을 인가함으로써, 전계(F)를 형성하고, 이온(II)의 경사입사가 가능하게 된다.
이상을 일반화하면, 기판 전극(15)이 n개의 그룹의 전극소자(E1∼En; 제1∼제n 전극소자군)로 구성된다고 생각할 수 있다(n: 2 이상의 정수). 이때, 전극소자(E1∼En)는, 예컨대 오름차순으로 반복해서 배열된다. 그리고, 전극소자(E1∼En) 각각에, 제1∼제n의 저주파 전원으로부터의 위상이 다른 제1∼제n의 저주파 전압이 인가된다.
이때, 인접한 전극소자에 인가되는 저주파 전압 사이의 위상을 (2π/n) 다르게 하면(위상 αi=(2π/n)·i), 웨이퍼(W) 상에서의 균일한 플라즈마 처리에 기여한다(실시예 참조).
(제3 실시형태)
도 17은 제3 실시형태에 따른 플라즈마 처리장치(10d)의 개략 구성도이다. 이 플라즈마 처리장치(10d)는, 챔버(11), 배기구(12), 프로세스 가스 도입관(13), 서셉터(14b), 기판 전극(15), 대향 전극(16), 용량(17a, 17b), 웨이퍼 회전기구(18), 종단검출기(19), RF 고주파 전원(21), RF 저주파 전원(22a, 22b), 필터(23a, 23b, 24a, 24b), 위상조정기(25), 제어부(26)를 가지고 있다.
한편, 제2 실시형태나 변형례와 같이, 기판 전극(15)을 3개의 그룹, 혹은 5개 이상의 그룹의 전극소자(E)로 구성하고, 각 그룹의 전극소자에 위상차를 갖는 RF 저주파 전압(V2)을 인가해도 좋다.
플라즈마 처리장치(10d)는, 플라즈마 처리장치(10)와 비교해서, 웨이퍼 회전기구(18), 종단검출기(19), 제어부(26)가 추가되어 있다.
웨이퍼 회전기구(18)는, 웨이퍼(W)를 기판 전극(15)에 대해 상대적으로 회전시키고, 기판 전극(15)의 전극소자(E1, E2)의 축방향(A)에 대한 웨이퍼(W)의 방향을 변화시킨다. 이 회전은 일시적 회전, 연속적 회전의 어느 것이어도 좋다.
종단검출기(19)는, 예컨대 플라즈마(PL)의 발광 스펙트럼의 변화에 기초해서, 에칭의 종료를 검출한다. 층(32, 31)의 구성재료가 다르면, 이들 구성재료의 상위에 의해 플라즈마(PL)의 발광 스펙트럼이 변화하고, 층(32)의 에칭이 종료한(층(31)이 노출된) 것을 검출할 수 있다.
제어부(26)는, 프로세스의 추이(종단검출기(19)에서의 검출결과 혹은 시간적 추이)에 따라, 웨이퍼 회전기구(18), 위상조정기(25)를 제어한다.
(1) 제어부(26)는, 웨이퍼 회전기구(18)를 다음의 a), b)와 같이 제어할 수 있다.
a) 트렌치의 방향과, 도 2에 나타낸 전극소자(E1, E2)의 축방향(A)이 일치하도록(거의 서로 평행한 방향으로 되도록), 웨이퍼(W)를 회전시킨다. 그 후에 플라즈마 처리를 수행함으로써, 트렌치의 가공정밀도를 향상시킬 수 있다.
b) 플라즈마 처리 중에, 웨이퍼(W)를 연속적으로 회전시킨다. 이와 같이 함으로써, 트렌치의 방향에 의존하지 않고, 가공정밀도를 향상시킬 수 있다. 즉, 비아 홀 측벽의 정밀가공, 수직가공이 실현된다.
도 18은 트렌치 측벽을 가공하고 있는 상태를 나타내고, 도 19는 비아 홀 측벽을 가공하고 있는 상태를 나타낸다. 웨이퍼(W) 상에, 층(32) 및 마스크(33)가 형성되어 있다. 도 18에서는, 마스크(33)가 축(Ay)에 따른 복수의 장방형상의 개구부(331)를 가진다. 도 19에서는, 마스크(33)가 복수의 원형의 개구(331)를 가지고 있다.
이온(II)을 웨이퍼(W)의 위쪽으로부터 입사시킴으로써, 도 18에서는 트렌치(Tr)가 형성되고, 도 19에서는 비아 홀(Bh)이 형성된다. 기본적으로는, 마스크(33)에 형성되는 개구(331)의 형상의 상위에 기인해서, 도 18에서는 트렌치(Tr)가 형성되고, 도 19에서는 비아 홀(Bh)이 형성된다.
여기서, 도 18에서는 제1, 제2 실시형태에 대응하여 웨이퍼(W)가 회전하지 않는 것으로 한다. 한편, 도 19에서는, 제3 실시형태에 대응하여 웨이퍼(W)가 회전하는 것으로 한다. 더욱이, 도 18에서는 축(Ay)이 도 2, 도 15에 나타낸 전극소자(E)의 축과 일치하고 있는 것으로 한다.
이때, 도 18에서는 축(Ay)을 회전축으로 해서 이온(II)의 입사각도(θ)가 변화한다. 이 결과, 트렌치(Tr)의 측벽에 효율적으로 이온(II)이 입사한다. 이와 같이, 트렌치(Tr)를 효율적으로 형성하기 위해서는, 트렌치(Tr)의 개구(331)의 축과 전극소자(E)의 축을 일치시켜 웨이퍼(W)가 회전하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
이에 대해, 도 19에서는 웨이퍼(W)가 회전되어 이온(II)의 입사각도가 축(Ax)과 축(Ay)에 대해 대칭으로 된다(모든 방향으로부터 이온(II)이 경사입사한다). 이 결과, 웨이퍼(W)의 수직축(Az)에 대해 대칭인 비아 홀(Bh)을 용이하게 형성할 수 있다. 이와 같이 양호한 형상의 비아 홀(Bh)을 형성하기 위해서는, 웨이퍼(W)를 회전시키는 것이 바람직하다.
한편, 뒤에 설명하는 제5 실시형태에서 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W)와 기판 전극(15) 사이의 상대적인 각도를 변화시키는 일없이 전계를 회전시킴으로써 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(2) 제어부(26)는, 위상조정기(25)를 다음과 같이 제어할 수 있다.
트렌치 형성의 도중까지, RF 저주파 전원(22a, 22b)으로부터의 RF 저주파 전압(V2a, V2b) 사이의 위상차(α)를 0으로 하고, 그 후 위상차(α)를 0 이외의 값(예컨대, π/2)으로 한다. 즉, 플라즈마 처리 프로세스의 진행에 따라, 위상조정기(25)가 제어되어 이온(II)의 입사방향을 수직입사로부터 경사입사로 절체(switch)할 수 있다.
이와 같이 함으로써, 수직입사 시에 있어서의 깊이 방향에서의 에칭 속도의 확보, 및 경사입사 시에 있어서의 테이퍼의 저감의 쌍방이 가능하게 된다. 경사입사 시의 에칭 속도는, 수직입사 시와 비교해서, 작다. 경사입사 시는, 수직입사 시와 비교해서, 이온이 입사되는 웨이퍼(W) 상의 면적이 커져서 단위면적당에서의 입사이온수가 감소하기 때문이다.
한편, 수직입사와 경사입사의 절체에는, 종단검출기(19)에 의한 층(32)의 에칭의 종료의 검출, 또는 소정의 처리시간의 경과를 이용할 수 있다.
(변형례4∼6)
이하, 제2실시형태의 변형례(변형례4∼6)를 설명한다. 변형례4∼6은, 웨이퍼(W)와 기판 전극(15) 사이를 상대적으로 회전시키는 기구를 상세히 설명하기 위한 것이다. 이 때문에, 회전기구 이외의 부분에 대해 생략한 일부 구성도로 나타낸다.
(1) 변형례4
도 20은 변형례4에 따른 플라즈마 처리장치(10e)의 일부 구성도이다. 이 플라즈마 처리장치(10e)는, 플라즈마 처리장치(10d)의 서셉터(14b), 웨이퍼 회전기구(18) 대신에, 서셉터(141), 기판 전극 블럭(142), 모터(41)를 가지고 있다.
모터(41)는 서셉터(141)를 회전시키기 위한 것으로, 회전축(411), 회전자(412), 고정자(413), 옆판(side plate; 414), 밑판(bottom plate; 415)을 가지고 있다.
회전축(411), 회전자(412), 고정자(413)는 회전기구를 구성한다. 회전축(411)은 서셉터(141)에 접속된다. 회전축(411)은 원통형상으로 형성되고, 그 내부에 기판 전극 블럭(142)의 축이 배치된다. 회전자(412)는 회전축(411)의 측면에 배치되는 자석이다. 고정자(413)는 옆판(414)을 사이에 두고 회전자(412)와 근접하도록, 옆판(414)의 외부에 배치되는 전자석이다. 고정자(413)의 자계의 N극, S극을 주기적으로 변화시킴으로써 생긴 자기력에 의해, 고정자(413)에 대해 회전자(412)가 회전한다. 이 결과, 챔버(11) 내(진공 측)의 회전축(411), 회전자(412)와, 챔버(11) 외부(대기 측)의 고정자(413) 사이가 분리된다.
한편, 여기서는 회전자(412)에 영구자석을 이용하고 고정자(413)에 전자석을 이용하고 있지만, 회전자(412)에 전자석을 이용하고 고정자(413)에 영구자석을 이용하거나 혹은 회전자(412)와 고정자(413) 모두를 전자석으로 하는 것도 가능하다. 이것은 다음의 변형례5, 6에서도 마찬가지이다.
서셉터(141)는, 그 윗면에 웨이퍼(W)를 유지한 상태에서 회전축(411a)과 접속되고, 회전기구에 의해 회전된다. 이 결과, 웨이퍼(W)가 회전기구에 의해 회전된다.
서셉터(141)는 기판 전극 블럭(142)을 유지하기 위한 내부공간을 가지고 있다.
기판 전극 블럭(142)은, 서셉터(141)의 내부에 배치되고, 밑판(415)에 고정되어 회전하지 않는다.
전압파형(RF1, RF2; RF 고주파 전압(V1) 및 RF 저주파 전압(V2a)이 중첩된 전압파형과, RF 고주파 전압(V1) 및 RF 저주파 전압(V2b)이 중첩된 전압파형)은, 챔버(11) 외부에 배치된 RF 고주파 전원(21), RF 저주파 전원(22a, 22b)으로부터 챔버(11) 내의 기판 전극(15)으로 공급된다.
웨이퍼(W)를 회전시킴으로써, 웨이퍼(W)에 비스듬히 이온이 모든 방향으로부터 입사된다.
(2) 변형례5
도 21은 변형례5에 따른 플라즈마 처리장치(10f)의 일부 구성도이다. 이 플라즈마 처리장치(10f)는, 플라즈마 처리장치(10d)의 서셉터(14b), 웨이퍼 회전기구(18) 대신에, 서셉터(141a), 기판 전극 블럭(142a), 모터(41a)를 가지고 있다.
모터(41a)는 기판 전극 블럭(142a)을 회전시키기 위한 것으로, 회전축(411a), 회전자(412), 고정자(413), 옆판(414), 밑판(415), 링(ring) 전극(416), 브러쉬(brush) 전극(417)을 가지고 있다.
회전축(411a), 회전자(412), 고정자(413)는 회전기구를 구성한다. 회전축(411a)은 기판 전극 블럭(142a)에 접속된다. 회전자(412)는 회전축(411)의 측면에 배치되는 자석이다. 고정자(413)는 옆판(414)을 사이에 두고 회전자(412)와 근접하도록, 옆판(414)의 외부에 배치되는 전자석이다. 고정자(413)의 자계의 N극, S극을 주기적으로 변화시킴으로써 생긴 자기력에 의해, 고정자(413)에 대해 회전자(412)가 회전한다. 이 결과, 챔버(11) 내(진공 측)의 회전축(411a), 회전자(412)와, 챔버(11) 외부(대기 측)의 고정자(413) 사이가 분리된다.
링 전극(416), 브러쉬 전극(417)은 서로 슬라이드(slide)한 상태에서 접촉함으로써, 회전축(411a)의 회전 중에 기판 전극(15)으로의 전기접속을 확보하기 위한 것이다. 링 전극(416)은 회전축(411a)의 외주에 고정하여 배치되는 링형상의 전극이다. 브러쉬 전극(417)은 회전축(411a)의 회전 중에 링 전극(416)과 슬라이드하면서 접촉되는 브러쉬형상의 전극이다.
전압파형(RF1, RF2; RF 고주파 전압(V1) 및 RF 저주파 전압(V2a)이 중첩된 전압파형과, RF 고주파 전압(V1) 및 RF 저주파 전압(V2b)이 중첩된 전압파형)은, 브러쉬 전극(417), 링 전극(416)을 매개로 챔버(11) 외부의 RF 고주파 전원(21), RF 저주파 전원(22a, 22b)으로부터 챔버(11) 내의 기판 전극(15)으로 공급된다.
서셉터(141a)는, 기판 전극 블럭(142a)을 유지하기 위한 내부공간을 가지고 있다. 서셉터(141a)는 챔버(11)에 고정되어 회전하지 않는다.
기판 전극 블럭(142a)은, 서셉터(141a)의 내부에 배치된다. 기판 전극 블럭(142a)은 회전축(411a)과 접속되어 회전기구에 의해 회전된다. 이 결과, 기판 전극(15)이 회전기구에 의해 회전된다.
회전전극(15)을 회전시킴으로써, 웨이퍼(W) 상에 생성하는 전계분포가 회전하고, 웨이퍼(W)에 비스듬히 이온이 모든 방향으로부터 입사된다.
한편, 플라즈마 처리장치(10f)는 정전척을 가져도 좋다. 이 경우, 다음의 변형례6에 나타낸 바와 같이, DC 전압이 브러쉬 전극을 매개로 정전척에 공급된다.
(3) 변형례6
도 22는 변형례6에 따른 플라즈마 처리장치(10g)의 일부 구성도이다. 이 플라즈마 처리장치(10g)는, 플라즈마 처리장치(10d)의 서셉터(14b), 웨이퍼 회전기구(18) 대신에, 서셉터(141b), 기판 전극 블럭(142b), 모터(41b), 정전 척(42), DC 전원(43), 냉매공급부(44)를 가지고 있다.
모터(41b)는 서셉터(141b)를 회전시키기 위한 것으로, 회전축(411), 회전자(412), 고정자(413), 옆판(414), 밑판(415), 링 전극(416a), 브러쉬 전극(417a), 개구(418)를 가지고 있다.
회전축(411), 회전자(412), 고정자(413)는 회전기구를 구성한다. 회전기구의 구성, 동작 등은 변형례4와 실질적으로 마찬가지이므로, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
링 전극(416a), 브러쉬 전극(417a)은 서로 슬라이드한 상태에서 접촉함으로써, 회전축(411)의 회전 중에 정전 척(42)의 내부전극으로의 전기접속을 확보하기 위한 것이다. 링 전극(416a)은 회전축(411)의 외주에 고정하여 배치되는 링형상의 전극이다. 브러쉬 전극(417a)은 회전축(411)의 회전 중에 링 전극(416a)과 슬라이드하면서 접촉하는 브러쉬형상의 전극이다.
정전 척(42)은, 웨이퍼(W)를 정전적으로 흡인하는 것으로, 복수의 개구(421)를 가지고 있다. 정전 척(42)의 내부 전극은 일종의 메쉬(mesh)모양 전극으로, 복수의 개구를 가진 흡착전극으로서 기능한다.
도 23 및 도 24는 정전 척(42)의 내부전극의 일례를 각각 나타낸 평면도이다. 도 23에서는, 방형형상의 개구(공극; 421)가 종횡 2방향으로 열을 이루어 배치된다(일종의 메쉬모양 전극). 도 24에서는, 장방형형상(라인형상)의 개구(공극; 421)가 늘어서서 배치된다(일종의 라인모양 전극). 도 23, 도 24에서는, 직사각형의 개구가 2방향, 1방향으로 배치된다.
도 24에 나타낸 라인형상의 개구(421)는 제1, 제2 실시형태에 나타낸 서셉터(14), 기판 전극(15) 등을 회전시키지 않는 경우에 적합하다. 이 경우, 개구(421)의 축은 전극소자(E)의 축과 일치시키는 것이 바람직하다(도 2, 도 5 및 도 18 참조).
이 경우는, 개구(421)의 형상을 직사각형으로 하고 있지만, 직사각형 개구 대신에 원형 개구, 타원형 개구 등을 이용해도 좋다.
도 23, 도 24에 나타낸 바와 같이, 개구(421)는 폭(G)을 가진다. 뒤에 설명하는 바와 같이, 이 폭(G)은 2∼5mm인 것이 바람직하다.
DC 전원(43)은, 정전 척(42)의 내부전극에 DC 전압을 공급하고, 그에 따라 웨이퍼(W)를 정전흡착시킨다. DC 전원(43)으로부터의 DC 전압은 브러쉬 전극(417a), 링 전극(416a)을 매개로 서셉터(141b) 내의 정전 척(42)의 내부전극에 공급된다.
냉매공급부(44)는, 웨이퍼(W)를 냉각하기 위한 냉매(C)를 공급한다. 불황성, 열전도성 등의 관점으로부터, 냉매(C)로서는, 예컨대 He가 바람직하다.
서셉터(141b)는, 냉매(C)를 도입하기 위한 개구(421)를 가지고 있다. 밑판(415)은, 서셉터(141b) 내로 냉매(C)를 도입하기 위한 개구(418)를 가지고 있다. 냉매공급부(44)로부터 공급되는 냉매(C)는, 개구(418), 서셉터(141b) 내를 통과하고, 개구(143)로부터 웨이퍼(W)의 이면으로 공급되어 웨이퍼(W)를 냉각한다. 웨이퍼(W)를 냉각한 냉매(C)는, 챔버(11) 내로 방출되고, 배기구(12)로부터 외부로 배출된다.
(4) 변형례7
웨이퍼(W)를 서셉터(141b)에 보유지지하기 위해, 이온 도입용의 저주파 전압과 정전흡착용의 DC 전압을 중첩하여 기판 전극(15)에 인가하는 것도 생각할 수 있다. 예컨대, 제1∼제3 실시형태에 있어서는, 하나의 DC 전원으로부터 DC 전압을 기판 전극(15)에 중첩인가한다. 이 경우, 기판 전극(15)은 정전 척용의 내부전극으로서도 기능하게 되어, 도 22에 나타낸 정전 척(42)은 필요치 않게 된다.
이때, 예컨대 도 14에 나타낸 RF 저주파 전원(22a∼22d)로부터의 RF 저주파 전압(V2a∼V2d)이 이 DC 전원을 매개로 대응하지 않는 그룹의 전극소자(E1∼E4)에 유입될 가능성이 있다. 이 유입을 저지하기 위해, 교류성분을 커트하는 필터기구를 DC 전원에 부가하는 것이 바람직하다. 필터기구는, 예컨대 캐패시턴스나 인덕턴스에 의해 구성할 수 있다.
한편, 변형례4∼6에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W)와 기판 전극(15) 사이를 상대적으로 회전시키는 경우, 기판 전극(15)을 이용하여 웨이퍼(W)를 흡착하는 것이 곤란하게 된다. 이 경우, 변형례6에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W)의 근방에 정전흡착용의 전극(정전 척(42)의 내부전극)을 설치하는 것이 바람직하다.
(제4 실시형태)
도 25는 제4 실시형태에 따른 플라즈마 처리장치(10h)의 개략 구성도이다. 이 플라즈마 처리장치(10h)는, 챔버(11), 배기구(12), 프로세스 가스 도입관(13), 서셉터(14c), 기판 전극(15c), 대향 전극(16), 종단검출기(19), RF 고주파 전원(21), RF 저주파 전원(22a, 22b), 필터(23a, 23b, 24a, 24b), 위상조정기(25), 제어부(26c), 스위치(SW1, SW2)를 가지고 있다. 한편, 보기 쉽게 하기 위해, 용량의 도시를 생략하고 있다.
한편, 제2 실시형태나 변형례와 같이, 기판 전극(15)을 3개의 그룹, 혹은 5개 이상의 그룹의 전극소자로 구성하고, 각 그룹의 전극소자에 위상차를 갖는 RF 저주파 전압(V2)을 인가해도 좋다.
플라즈마 처리장치(10h)는, 플라즈마 처리장치(10d)와 비교해서, 웨이퍼 회전기구(18)를 가지지 않고, 기판 전극(15) 대신에 기판 전극(15c)을 이용하고 있다.
도 26은 기판 전극(15c)의 구성의 일례를 나타낸 사시도이다. 기판 전극(15c)은 전자가 후자 위에 배치되는 전극소자(E11, E12), 전극소자(E21, E22)로 구성된다. 여기서, 전극소자(E11, E12)는 제1 기판 전극을 구성하고, 전극소자(E21, E22)는 제2 기판 전극을 구성한다고 생각할 수 있다. 즉, 기판 전극(15c)은 이들 제1, 제2 기판 전극을 가지고 있다.
전극소자(E11, E12)는, 제1 실시형태의 전극소자(E1, E2)에 대응하고, 축방향(A1)을 따라 교대로 배치된다.
전극소자(E21, E22)는, 전극소자(E11, E12)의 아래쪽에, 축방향(A2)을 따라 교대로 배치된다. 이들 축방향(A1, A2)은 서로 다르다(예컨대, 이들 방향은 서로 직교한다).
스위치(SW1, SW2)는, 제어부(26c)에 의해, RF 고주파 전원(21), RF 저주파 전원(22a, 22b)으로부터의 RF 고주파 전압(V1), RF 저주파 전압(V2a, V2b)을 전극소자(E11, E12), 전극소자(E21, E22)의 어느 것인가로 입력의 목적지를 절체한다. 즉, 전극소자(E11, E12), 전극소자(E21, E22)의 어느 것인가를 실질적인 기판 전극으로 할 것인지를 절체한다.
이와 같이, 스위치(SW1, SW2)는 제1, 제2 기판 전극(전극소자(E11, E12), 전극소자(E21, E22))을 절체하여 RF 고주파 전압(V1)과 복수의 RF 저주파 전압(V2a, V2b)을 인가한다. 이것은, 스위치(SW1, SW2)가 절체부로서 기능하는 것을 의미한다.
전극소자(E21, E22)의 축방향(A1)은 전극소자(E11, E12)의 축방향(A2)과 다르기 때문에, 웨이퍼 회전기구(18)를 가지지 않더라도, 웨이퍼(W)와 이온(II)의 입사방향을 상대적으로 회전시키는 것이 가능하게 된다. 즉, 비아 홀 측벽의 정밀가공(수직가공)에도 대응가능하게 된다.
(제5 실시형태)
도 27은 제5 실시형태에 따른 플라즈마 처리장치(10i)의 개략 구성도이다. 이 플라즈마 처리장치(10i)는, 챔버(11), 배기구(12), 프로세스 가스 도입관(13), 서셉터(14d), 기판 전극(15d), 대향 전극(16), 시프트 레지스터(51), 제어부(52), 용량(17a∼17d), RF 고주파 전원(21), RF 저주파 전원(22a∼22d), 필터(23a∼23d, 24a∼24d), 위상조정기(25a)를 가지고 있다.
도 28은 기판 전극(15d)을 위쪽으로부터 본 상태를 나타낸 평면도이다. 기판 전극(15d)은, 종횡 2방향으로 열을 이루는 전극소자(Exy)를 가지고 있다. 여기서, 전극소자(Exy)는 서로 직교하는 종횡 2방향으로 배치되어 있지만, 이 방향은 반드시 직교할 필요는 없다. 전극소자(Exy)를 서로 다른 제1, 제2 방향으로 열을 이루어 배치하면 문제가 없다.
여기서는, 전극소자(Exy)는 위쪽으로부터 보아 직사각형(정방형)을 하고 있지만, 원형으로 할 수도 있다.
시프트 레지스터(51)는, 서로 평행한(거의 동일방향 θ로 배열된) 4개의 그룹(G1∼G4; 라인모양 그룹)으로 구분되도록, 전극소자(Exy)를 선택한다. 시프트 레지스터(51)는, 복수의 전극소자로부터 하나의 방향을 따라 배열된 상기 복수의 전극소자군을 선택하는 선택부로서 기능한다. 이 4개의 그룹(G1∼G4)은 RF 저주파 전원(22a∼22d)에 접속된다. 4개의 그룹(G1∼G4)으로서, 방향 θ에 따른 복수의 그룹(G11∼G14, G21∼G24, …, Gn1∼Gn4)을 선택할 수 있다.
도 29a∼도 29d는 방향 θ가 각각 0°, 45°, 90°, 135°에 대응하는 그룹 G11∼G14, 그룹 G21∼G24, 그룹 G31∼G34, 그룹 G41∼G44로 전극소자(Exy)가 구분(선택)된 경우를 나타낸다.
이 경우, 시프트 레지스터(51)는 제1 방향(0°방향), 제2 방향(45°방향), 제1, 제2 방향의 중간의 제3 방향(90°방향), 제2, 제1 방향의 중간의 제4 방향(135°방향) 각각에 따른 제1∼제4전극소자군(그룹 G11∼G14, 그룹 G21∼G24, 그룹 G31∼G34, 그룹 G41∼G44)의 어느 것인가를 선택하고 있다.
여기서, 제3 방향은 제1, 제2 방향을 2등분 하는 방향으로 하고 있지만, 제1, 제2 방향의 중간의 임의의 방향을 설정해도 좋다. 또, 제4 방향도 제2, 제1 방향의 중간의 임의의 방향을 설정할 수 있다. 더욱이, 제1, 제2 방향의 중간에 복수의 방향을 설정해도 좋다.
제어부(52)는, 시프트 레지스터(51)를 제어하여, 방향 θ가 순차로 회전하도록 전극소자(Exy)의 그룹 분할을 변경한다. 예컨대, 도 29a∼도 29d의 그룹 G11∼G14, 그룹 G21∼G24, 그룹 G31∼G34, 그룹 G41∼G44를 주기적으로 반복한다. 이것은, 전극소자(Exy)가 그룹 분할된 방향 θ가 회전하는 것을 의미한다. 그룹 G11∼G14는 θ=0°, 180°의 쌍방에 대응하기 때문에, 그룹 G11∼G14를 그룹 G41∼G44의 선택 후에 선택하면, 기판 전극(15d)으로부터의 전계가 회전한 것으로 된다.
라인 모양 그룹을 회전시킴으로써, 웨이퍼(W) 상에 생성하는 전계분포가 회전하고, 웨이퍼(W)에 비스듬히 이온이 모든 방향으로부터 입사된다. 즉, 웨이퍼(W)가 회전한 것과 마찬가지의 효과를 얻는 것이 가능하게 된다.
(실시예)
실시예를 설명한다. 도 30a∼도 30c, 도 31a, 도 31b는 플라즈마 처리장치(10)에서의 웨이퍼(W)에 입사하는 이온(II)의 각도분포의 플라즈마 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다. 상술한 시뮬레이션은, 시판의 소프트웨어(VizGlow)를 사용해서 실시했다. RF 저주파 전압의 1주기에 걸친 이온(II)의 입사량을 적산하여 기판 입사 이온의 각도분포를 산출하고 있다. 도 32는 웨이퍼(W) 상의 위치(P1∼P6; 이온(II)의 입사위치)를 나타내는 모식 단면도이다.
도 32에 나타낸 바와 같이, 여기서는 150mm의 반경(r0)을 갖는 웨이퍼(W)를 이용하고, 기판 전극(15)으로서 4mm의 직경(R) 및 거의 원주형상을 각각 갖는 전극소자(E)를 5mm의 간격(D; 중심축 사이의 거리)으로 배치했다. 웨이퍼(W)의 중심(C)으로부터 웨이퍼(W) 상의 위치(P1∼P6) 각각까지의 거리(L)는, 70, 71, 72, 73, 74, 75m이다. 위치(P1, P6)는 각각 2개의 전극소자(E)의 축상에 위치하고, 다른 위치(P2∼P5)는 그 사이에 배치된다. 거리(L)가 72.5mm인 부분은 이들의 전극소자로부터 등거리이고, 위치(P3, P4)의 중간에 위치한다.
한편, 다른 전극소자(E)에서의 이온의 각도분포는, 거리(L)가 70∼75mm인 것과 마찬가지였다. 즉, 이온의 각도분포는, 전극소자(E)의 배치의 주기성을 반영해서, 간격(D)에 대응하는 주기로 변동한다고 생각된다. 따라서, 위치(P1∼P6)에서의 해석결과를 대표로 해서, 입사각도분포의 웨이퍼(W) 상에서의 균일성을 나타내고 있다.
도 30a∼도 30c에서는 각각 전극소자(E)가 교대로 배치되는 2개의 그룹으로 구분하고, 위상차(α)가 0, π/2, π의 RF 저주파 전압(V2a, V2b)을 인가하고 있다. 도 31a에서는, 전극소자(E)를 순서대로 배치되는 3개의 그룹으로 구분하고, 위상차(α1, α2)가 2π/3, 4π/3의 RF 저주파 전압(V2a, V2b, V2c)을 인가하고 있다. 도 31b에서는, 전극소자(E)를 순서대로 배치되는 4개의 그룹으로 구분하고, 위상차(α1∼α3)가 π/2, π, 2π/3의 RF 저주파 전압(V2a∼V2d)을 인가하고 있다.
(1) 2그룹의 전극소자에서 위상차(α)가 0인 경우(도 30a)
2그룹의 전극소자에서 위상차(α)가 0인 경우, 모든 전극소자에 동위상의 RF 저주파 전압(V2)이 인가된다. 이 경우, 위치(P1∼P6)의 어느 것에서도 이온(II)의 입사각도(θ)는 거의 0이다(이온(II)은 거의 수직으로 입사한다). 이 경우는, 기판 전극(15)을 분할하지 않은 경우와 거의 마찬가지의 결과가 얻어진다. 즉, 도 5에 나타낸 플라즈마 처리장치(10x)(통상의 평판전극 RIE(Reactive Ion Etching) 장치)와 마찬가지로 된다.
한편, 이온(II)의 입사각도(θ)에 -2∼2°정도의 분포가 있는 것은, 열에 의한 변동(fluctuation)의 영향이다(이온(II)이 랜덤한 열속도성분을 갖는다).
(2) 2그룹의 전극소자에서 위상차(α)가 π/2인 경우(도 30b)
2그룹의 전극소자에서 위상차(α)가 π/2인 경우, 위치(P2∼P5)에서는 수직으로 입사하는 이온(II)이 저감하고, 이온(II)이 정부(正負)의 입사각도(θ)(-15∼15°정도)로 교대로 입사한다. 이것은, 전극소자 사이에 위상차를 가짐으로써, 축방향(A)과 수직한 방향의 전계(F)가 생성된 것에 의한 것이라고 생각된다.
이에 대해, 위치(P1, P6; 전극소자의 중심축 상)에서는, 도 30a와 비교해서, 수직으로 입사하는 이온(II)이 저감하고 있다고는 말하기 어렵다. 즉, 위치(P1, P6)는 이온(II)의 경사입사가 적은 일종의 특이점(singular point)이다.
그 이유는 다음과 같다고 생각할 수 있다. 즉, 이 경우, 전극소자(E) 각각에는 좌측 옆, 우측 옆의 전극소자(E) 사이에서 역방향의 전계(F)가 작용한다. 이 역방향의 전계(F)가 전극소자(E)의 축의 바로 위에서 균형이 잡혀 축방향(A)에 수직한 방향(Ah; 도 2 참조)의 전계(F)가 생성되기 어렵게 된다고 생각된다. 전계(F)가 생성되지 않으면, 열변동 성분 이외의 이온(II)의 경사입사는 사실상 발생하지 않는다(수직입사만 발생한다).
(3) 2그룹의 전극소자에서 위상차(α)가 π인 경우(도 30c)
2그룹의 전극소자에서 위상차(α)가 π인 경우, 위치(P2∼P5)에서는 수직으로 입사하는 이온(II)이 저감하고, 이온(II)이 정부의 입사각도(θ)(-30∼30°정도)로 교대로 입사한다. 이 입사각도(θ)는 도 30b의 경우의 입사각도보다 크다.
이에 대해, 위치(P1, P6; 전극소자의 중심축 상)에서는, 도 30b와 마찬가지로, 수직으로 입사하는 이온(II)이 저감하고 있다고는 말하기 어렵다. 그 이유는, (2)와 마찬가지로, 전극소자(E)의 축의 바로 위에서 역방향의 전계(F)가 균형이 잡히는 것에 의한 것이라고 생각된다.
(4) 3그룹의 전극소자의 경우(도 31a)
3그룹의 전극소자의 경우, 위치(P1∼P6)의 어느 것에서도 수직으로 입사하는 이온(II)이 저감한다. 위치(P1, P6; 전극소자의 중심축 상)도, 특이점이 없다. 이온(II)은 대개 정부의 입사각도(θ)(-8∼8°정도)로 교대로 입사한다.
(5) 4그룹의 전극소자의 경우(도 31b)
4그룹의 전극소자의 경우, 위치(P1∼P6)의 어느 것에서도 수직으로 입사하는 이온(II)이 저감한다. 위치(P1, P6; 전극소자의 중심축 상)도, 특이점이 없다. 이온(II)은 대개 정부의 입사각도(θ)(-10∼10°정도)로 교대로 입사한다.
이상과 같이, 전극소자의 그룹의 수(기판 전극(15)의 분할수)를 2, 3, 4로 증가시키고, 위상차를 갖는 RF 저주파 전압(V2)을 인가함으로써, 트렌치의 양방향으로부터의 이온(II)의 경사입사가 가능하게 된다.
그룹의 수가 2인 경우에서는, 전극소자의 중심축 상에, 경사입사하는 이온이 적은 특이점이 생기지만, 그룹의 수가 3 이상에서는 이 경향이 저감된다. 즉, 특이점을 없애기 위해서는 그룹의 수가 3 이상이 특히 바람직하다. 실시예에 나타낸 바와 같이, 300mm의 직경(150mm의 반경(r0))을 갖는 웨이퍼(W) 상에서 균일한 경사입사가 가능하다.
그룹의 수가 4인 경우, 이온(II)의 분포의 위치(P1∼P6) 의존성이 더 작아진다. 그룹의 수가 많은 쪽이 이온(II)의 분포의 위치 의존성이 보다 작다고 생각된다.
(6) 4그룹의 전극소자의 경우에서 전압을 변화시킨 경우(도 33a∼도 33c)
4그룹의 전극소자의 경우에서 RF 저주파 전압의 전압 V02(식 (2) 참조)를 변화시킨 경우를 설명한다. 도 33a∼도 33c는, 4그룹의 전극소자에서, 전압 V02를 2000V, 1000V, 500V로 한 경우의 플라즈마 처리장치(10)에서의 웨이퍼(W)에 입사되는 이온(II)의 각도분포의 플라즈마 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
도 33a∼도 33c에 나타낸 바와 같이, 전압 V02를 증가시키면 이온(II)의 입사각도(θ)가 커지는 경향이 있다. 500V로부터 2000V의 전압 V02에서, 입사각 θ는 2∼3°로부터 10°정도까지 변화하고 있다. 즉, RF 저주파 전원(22a∼22d)의 전압 V02를 제어함으로써, 이온(II)의 입사각도(θ)를 변화시킬 수 있다.
(7) 기판 전극(15)에 대해 웨이퍼(W)를 상대적으로 회전시킨 경우
기판 전극(15)에 대해 웨이퍼(W)를 상대적으로 회전시킨 경우를 설명한다. 이미 설명한 바와 같이, 제3∼제5 실시형태, 변형례4∼6에서는, 기판 전극(15)에 대해 웨이퍼(W)를 상대적으로 회전시키고 있다고 말할 수 있다. 제4, 제5 실시형태에서는, 기판 전극(15), 웨이퍼(W) 자체는 회전하고 있지 않지만, 웨이퍼(W)에 인가되는 전계의 방향이 변화하기 때문에, 실질적으로는 기판 전극(15)이 회전하고 있는 것과 마찬가지이다.
도시는 하지 않았지만, 시뮬레이션에 따르면, 웨이퍼(W) 등을 회전시킨 경우도, 웨이퍼(W)를 회전시키지 않는 경우(도 30a∼도 30c, 도 31a, 도 31b, 도 33a∼도 33c)와 거의 마찬가지의 결과였다.
(8) 정전 척(42)의 내부전극의 공극 사이즈(개구(421)의 폭; G)의 영향
도 34a∼도 34e는, 정전 척(42)의 내부전극의 공극 사이즈(개구(421)의 폭; G)를 변화시켰을 때의 플라즈마 처리장치(10)에서의 웨이퍼(W)에 입사하는 이온(II)의 각도분포의 플라즈마 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
도 34a∼도 34e는 각각, 정전 척(42)의 내부전극이 없는 경우, 공극 사이즈 G=4, 2, 1, 0mm(내부 전극 사이즈 1, 3, 4, 5mm에 대응함)의 경우에 대응한다. 도 35는 이때의 웨이퍼(W) 상의 정전 척(42)을 나타낸 모식 단면도이다. 여기서는, 정전 척(42)의 개구(421)의 중심에, 기판 전극(15)의 전극소자(E)가 배치된다.
도 34a∼도 34e에 나타낸 바와 같이, 정전 척(42)의 공극 사이즈(G)가 2mm 이하로 되면 이온(II)의 입사각도(θ)의 분포가 열화된다. 공극 사이즈(G)가 2mm까지는, 정전 척(DC 전극; 42)이 없는 경우와 큰 차이는 없다.
이미 설명한 바와 같이, 전극소자(E)의 간격(D)을, 예컨대 5mm 이하로 하는 것이 바람직하다. 이것을 고려하면, 정전 척(42)의 공극 사이즈(개구(421)의 폭; G)를 2mm로부터 5mm로 하는 것이 바람직한 것으로 된다.
본 발명의 몇 개의 실시형태를 설명했지만, 이들 실시형태는 예로서 제시한 것이고, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 실규한 실시형태는, 그 밖의 여러 가지 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시형태나 그 변형은 발명의 범위나 요지에 포함됨과 더불어, 특허청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함된다.
10 --- 플라즈마 처리장치
11 --- 챔버
111 --- 창
12 --- 배기구
13 --- 프로세스 가스 도입관
14 --- 서셉터
141 --- 서셉터
142 --- 기판 전극 블럭
143 --- 개구
15 --- 기판 전극
E(E1∼En) --- 전극소자
16 --- 대향 전극
17(17a∼17d) --- 용량
18 --- 웨이퍼 회전기구
19 --- 종단검출기
21 --- RF 고주파 전원
22(22a∼22d) --- RF 저주파 전원
23(23a∼23d), 24(23a∼23d) --- 필터
25 --- 위상조정기
26 --- 제어부
27 --- 유도코일
W --- 웨이퍼
31, 32 --- 층
33 --- 마스크
331 --- 개구
41 --- 모터
411 --- 회전축
412 --- 회전자
413 --- 고정자
414 --- 옆판
415 --- 밑판
416 --- 링 전극
417 --- 브러쉬 전극
418 --- 개구
42 --- 정전 척
421 --- 개구
43 --- DC 전원
44 --- 냉매공급부
51 --- 시프트 레지스터
52 --- 제어부
SW1, SW2 --- 스위치
II --- 이온
PL --- 플라즈마

Claims (20)

  1. 챔버와,
    상기 챔버 내로 프로세스 가스를 도입하는 도입부와,
    상기 챔버 내에 배치되고, 직접 또는 간접으로 기판이 위치되며, 또한 복수의 전극소자군을 가진 기판 전극과,
    프로세스 가스를 이온화하고, 플라즈마를 발생시키기 위한 고주파 전압을 출력하는 고주파 전원과,
    상기 복수의 전극소자군 각각에, 상기 플라즈마로부터 이온을 도입하기 위한 위상이 서로 다르고 20㎒ 이하의 복수의 저주파 전압을 인가하는 복수의 저주파 전원을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판 전극이 소정의 방향에 따른 축을 갖는 복수의 전극소자를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판 전극이, 순서대로 반복해서 배열되는 복수의 제1∼제n의 전극소자로 규정되는 제1∼제n의 전극소자군을 가지며(n: 2 이상의 정수),
    상기 복수의 저주파 전원이 상기 제1∼제n의 전극소자군에 위상이 다른 제1∼제n의 저주파 전압을 인가하는 제1∼제n의 저주파 전원을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  4. 제3항에 있어서,
    인접한 전극소자에 인가되는 저주파 전압 사이의 위상이 π/2 다른 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  5. 제3항에 있어서,
    인접한 전극소자에 인가되는 저주파 전압 사이의 위상이 2π/n(n: 3 이상의 정수) 다른 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 기판 전극이 제1∼제4 전극소자군을 갖고,
    상기 제1∼제4 전극소자군에 인가되는 제1∼제4 저주파 전압 각각의 위상이 0, ±π/2, ±π, ±2π/3인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  7. 제2항에 있어서,
    인접한 전극소자의 간격이 5mm 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 소정의 방향과 다른 방향에 따른 축을 갖는 복수의 전극소자를 가지는 제2 기판 전극과,
    상기 기판 전극과 상기 제2 기판 전극을 절체하여 상기 고주파 전압과 상기 복수의 저주파 전압을 인가하는 절체부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기판 전극에 대해, 상기 기판을 상대적으로 회전시키는 회전기구를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기판 전극이 2방향으로 열을 이루어 배치되는 복수의 전극소자를 가지고,
    상기 장치가,
    상기 복수의 전극소자로부터 하나의 방향에 따른 상기 복수의 전극소자군을 선택하는 선택부와,
    상기 하나의 방향이 순차로 회전하도록 상기 선택부를 제어하는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 전극소자가 서로 다른 제1, 제2 방향으로 열을 이루어 배치되고,
    상기 선택부가 상기 제1 방향에 따른 복수의 제1 전극소자군, 상기 제2 방향에 따른 복수의 제2 전극소자군, 상기 제1, 제2 방향의 중간의 제3 방향에 따른 복수의 제3 전극소자군, 상기 제2, 제1 방향의 중간의 제4 방향에 따른 복수의 제4 전극소자군의 어느 것인가를 선택하며,
    상기 제어부가 상기 선택부에 상기 복수의 제1, 제3, 제2, 제4 전극소자군을 주기적으로 선택시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  12. 제1항에 있어서,
    플라즈마 처리 프로세스의 진행에 따라, 상기 복수의 저주파 전원으로부터의 상기 복수의 저주파 전압의 위상을 변화시키는 위상조정기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 기판과 상기 기판 전극 사이에 배치되고, 복수의 개구를 갖는 흡착 전극과,
    상기 흡착 전극에 직류 전압을 인가하고, 상기 기판을 상기 흡착 전극에 흡착시키는 직류 전원을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 개구 각각의 폭이 2mm 이상, 5mm 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 개구를 통해 상기 기판을 냉각하는 냉매를 공급하는 냉매공급부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 고주파 전원이 상기 기판 전극에 40㎒ 이상의 상기 고주파 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 고주파 전압이 인가되는 유도코일을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 고주파 전압이 인가되는 대향 전극을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  19. 챔버와, 상기 챔버 내에 배치되고 또한 복수의 전극소자군을 가진 기판 전극을 갖춘 플라즈마 처리장치의 상기 기판 전극에 기판을 직접 또는 간접으로 배치하는 공정과,
    상기 챔버 내를 감압하고, 프로세스 가스를 도입하는 공정과,
    상기 챔버 내의 프로세스 가스를 이온화시켜 플라즈마를 생성하는 공정과,
    상기 복수의 전극소자군 각각에, 상기 플라즈마로부터 이온을 도입하기 위한 위상이 서로 다르고 20㎒ 이하의 복수의 저주파 전압을 인가하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 기판 전극이 소정의 방향에 따른 축을 갖는 복수의 전극소자를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리방법.
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