KR20140049456A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
광역의 프로세스 조건에서의 안정된 플라즈마 생성과 균일성이나 재현성이 우수한 가공 성능을 가지는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
가스 공급 구멍(6)을 갖는 상부 전극(3)과 가스 공급 수단과 하부 전극(1)을 구비하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 가스 공급 수단은 가스 구멍(8)을 갖는 평면 형상 부재(4)와 가스 구멍(10)을 갖는 평면 형상 부재(5)를 포함하고, 가스 공급 구멍(6)과 가스 구멍(8)은 홈(7)으로, 가스 구멍(8)과 가스 구멍(10)은 홈(9)으로 접속되고, 가스 공급 구멍(6)과 가스 구멍(8)과 가스 구멍(10)은 서로 평면적으로 다른 위치에 배치된다.
가스 공급 구멍(6)을 갖는 상부 전극(3)과 가스 공급 수단과 하부 전극(1)을 구비하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 가스 공급 수단은 가스 구멍(8)을 갖는 평면 형상 부재(4)와 가스 구멍(10)을 갖는 평면 형상 부재(5)를 포함하고, 가스 공급 구멍(6)과 가스 구멍(8)은 홈(7)으로, 가스 구멍(8)과 가스 구멍(10)은 홈(9)으로 접속되고, 가스 공급 구멍(6)과 가스 구멍(8)과 가스 구멍(10)은 서로 평면적으로 다른 위치에 배치된다.
Description
본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
드라이 에칭으로 대표되는 플라즈마 처리는, 진공 배기 수단을 갖는 진공 용기 내에 원료 가스를 도입하고, 당해 원료 가스를 전자파에 의해 플라즈마화하여 피(被)가공 시료에 노출함으로써 피가공 시료 표면의 마스크부 이외를 에칭하여, 원하는 형상을 얻는 반도체 미세 가공 처리이다. 피가공 시료면 내에서의 가공 균일성에는 플라즈마의 분포, 피가공 시료면 내의 온도 분포, 공급 가스의 조성 및 유량 분포 등이 영향을 준다. 특히 특허문헌 1에 개시된 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치에서는, 피가공 시료의 대면(對面)에 배치되는 미세한 가스 방출 구멍이 다수 형성된 샤워 플레이트로부터 원료 가스가 공급되고, 또한 피가공 시료와 샤워 플레이트 사이의 거리도 비교적 짧기 때문에 샤워 플레이트로부터 공급되는 가스 공급 분포가, 가공 속도나 가공 형상 등에 영향을 준다. 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치는, 이 특성을 활용하여, 가공 속도나 형상의 피가공 시료면 내의 분포를 제어하여, 원하는 균일성을 얻을 수 있는 이점을 가진다.
그러나, 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치는, 샤워 플레이트 근방에 플라즈마를 형성하기 위한 강한 고주파 전계가 존재하고, 그 전계에 의해 샤워 플레이트에 형성된 가스 구멍 내에서 방전이 생기는 경우가 있다. 가스 구멍 내에서의 방전은, 이물의 발생이나 샤워 플레이트 이면(裏面)에 배치되는 도전성 부재 등으로부터의 오염을 생기게 한다. 또 가스 구멍 내에서의 방전 개소에 대응한 피가공 시료면 위치에서의 가공 형상에도 영향을 주어 불량 발생의 요인도 된다. 또한 가스 구멍 내에서의 방전이 생기는 경우, 샤워 플레이트 구멍의 소모량도 증가하고, 샤워 플레이트의 교환 주기가 짧아져서 제조 비용의 증가를 초래하는 등의 과제가 있다.
상기한 과제에 대응하기 위해, 통상 샤워 플레이트에 실시하는 가스 구멍 직경을 극력 소(小)직경으로 한다. 예를 들면, 0.1㎜∼0.5㎜의 가스 구멍을 이용함으로써, 구멍 측벽에서의 전자(電子)의 소멸 확립을 높여서 가스 구멍 내에서의 방전 리스크를 저감시킬 수 있다. 그러나, 가스 구멍 직경의 소직경화만으로는, 본질적인 가스 구멍 내에서의 방전 방지는 되지 않고, 방전 조건의 제약(방전 전력이나 방출 가스 유량의 제한 등)이 되어 버린다. 또 가스 구멍을 소직경화하면 샤워 플레이트의 가공비가 고액이 되어, 비용 증가의 요인이 된다. 또한, 통상 균일한 가스 방출에는 샤워 플레이트의 배면(背面)에 위치하는 도체부에 실시된 가스 구멍과 샤워 플레이트에 실시하는 가스 구멍 위치를 일치시킬 필요성이 있지만, 가스 구멍 직경이 작으면 가스 구멍을 일치시키는 것이 정밀도 상 곤란해져서, 가스 방출의 면내 균일이 저하되거나, 가스 방출의 재현성이 얻어지지 않게 되는 경우가 생긴다.
또, 특허문헌 1에는, 샤워 플레이트의 가스 구멍 내에서 생기는 이상(異常) 방전을 억제하기 위해, 상부 전극은, 제 1 가스 구멍이 실시된 샤워 플레이트와, 샤워 플레이트 배면에 배치되고 제 2 가스 구멍이 실시된 도체판과, 도체판의 중심부에 배치되고 제 3 가스 구멍이 실시된 절연판과, 도체판의 배면에 배치되고 온도 제어 기능 및 가스 분산부를 갖는 안테나 기재(基材)부로 이루어지고, 샤워 플레이트와 절연판의 계면에는 직경 방향으로 제 1 미소 간극을 갖고, 절연판과 도체판의 계면에는 직경 방향으로 제 2 미소 간극을 갖고, 제 1 가스 구멍과 제 3 가스 구멍의 중심이 둘레 방향 또는 직경 방향으로 어긋나 있는 플라즈마 처리 장치가 개시되어 있다.
그러나, 이 장치에서는, 도체판의 중심부의 이상 방전의 억제는 가능하지만, 중심부 이외의 이상 방전 억제는 고려되어 있지 않다. 또, 상기의 제 1 가스 구멍과 제 3 가스 구멍은, 어긋나 있지만, 이 제 1 가스 구멍과 제 3 가스 구멍의 어긋남에 의한 가스 흐름의 컨덕턴스 부족에 대해 충분히 고려되어 있지 않다.
이상의 결과 종래의 샤워 플레이트 구조에서는, 에칭 조건의 제약, 균일성의 저하 및 재현성의 저하로부터 플라즈마에 의한 가공 성능을 충분히 끌어낼 수 없는 경우가 있다.
본 발명은 「배경 기술」에서 기술한, 플라즈마 처리 장치에 있어서의 가스 방출의 균일성, 재현성의 향상을 도모하고, 또한 가스 공급 수단부에서의 이상 방전 발생이나 그것에 기인하는 이물이나 오염 등으로 제약되는 방전 조건(방전 전력이나 방출 가스 유량)의 대폭적인 완화를 가능하게 하는 가스 공급 수단을 구비한 플라즈마 처리 장치를 실현하는 것이고, 본 발명의 목적은, 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치이더라도, 광역의 프로세스 조건에서의 안정된 플라즈마 생성과 균일성이나 재현성이 우수한 가공 성능을 가지는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시형태로서, 시료를 플라즈마로 처리하는 처리실과, 상기 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 전력이 공급되는 제 1 전극과, 상기 플라즈마를 생성하기 위한 가스를 상기 처리실 내에 공급하고 상기 제 1 전극에 인접하여 배치된 가스 공급 수단과, 상기 가스 공급 수단을 개재하여 상기 제 1 전극과 대향하여 배치되고 상기 시료를 재치하는 제 2 전극과, 상기 처리실을 진공 배기하는 배기 수단을 구비하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,
상기 제 1 전극은, 상기 가스 공급 수단에 상기 가스를 공급하는 가스 공급부를 갖고,
상기 가스 공급 수단은, 제 1 가스 공급판과 제 2 가스 공급판을 갖고,
상기 제 1 가스 공급판에는, 상기 가스 공급부의 가스 구멍으로부터 공급된 상기 가스가 홈 형상의 제 1 유로를 개재하여 공급되는 제 1 가스 구멍이 형성되며,
상기 제 2 가스 공급판에는, 상기 제 1 가스 구멍으로부터 공급된 상기 가스가 홈 형상의 제 2 유로를 개재하여 공급되는 제 2 가스 구멍이 형성되고,
상기 제 1 유로는, 상기 가스 공급부 또는 상기 제 1 가스 공급판의 어느 한쪽에 형성되고,
상기 제 2 유로는, 상기 제 1 가스 공급판 또는 상기 제 2 가스 공급판의 어느 한쪽에 형성되며,
상기 가스 공급부의 가스 구멍은, 상기 가스 공급부의 가스 구멍의 상기 제 1 가스 공급판으로 투영되는 상(像)이 상기 제 1 유로의 상기 제 1 가스 공급판으로 투영되는 상 중으로 투영되도록 형성되고,
상기 제 1 가스 구멍은, 상기 제 1 가스 구멍의 상기 제 2 가스 공급판으로 투영되는 상이 상기 제 2 유로의 상기 제 2 가스 공급판으로 투영되는 상 중으로 투영되도록 형성되고,
상기 제 2 가스 구멍은, 상기 제 1 가스 구멍으로부터 상기 제 2 유로를 개재하여 공급된 가스를 상기 처리실 내로 공급하는 것인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치로 한다.
또, 제 1 가스 구멍을 갖는 상부 전극과 시료를 재치하는 하부 전극으로 구성되고, 상기 상부 전극과 상기 하부 전극의 사이에 플라즈마를 생성하는 평행 평판 전극과,
상기 상부 전극의 하측에 인접하여 배치되고, 상기 플라즈마를 생성하기 위해 상기 가스 공급부로부터의 가스를 상기 하부 전극 측으로 공급하는 가스 공급 수단을 갖고,
상기 가스 공급 수단은, 상기 상부 전극 측에 설치된 제 1 홈 형상 유로와, 상기 제 1 홈 형상 유로 내에 설치된 제 2 가스 구멍과, 상기 하부 전극 측에 설치된 제 3 가스 구멍과, 내부에서 상기 제 2 가스 구멍과 상기 제 3 가스 구멍을 접속하기 위한 제 2 홈 형상 유로를 갖는 평면 형상 부재이며,
상기 제 1 가스 구멍과 상기 제 2 가스 구멍은 상기 제 1 홈 형상 유로에 의해 접속되어 있고, 상기 제 1 가스 구멍과, 상기 제 2 가스 구멍과, 상기 제 3 가스 구멍은, 서로 평면적으로 다른 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치로 한다.
본 발명에 의하면, 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치이더라도, 광역의 프로세스 조건에서의 안정된 플라즈마 생성과 균일성이나 재현성이 우수한 가공 성능을 가지는 플라즈마 처리 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 관련된 플라즈마 처리 장치의 기본 구성 단면도이다.
도 2는 도 1의 A로 나타내는 가스 공급 수단부의 개략 구조 단면도이다.
도 3은 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치에 있어서의 가스 공급 수단부를 하측(하부 전극 측)에서 본 개략 구조 평면도이고, 상측은 전체도(圖), 하측은 부분 확대도를 나타낸다.
도 4는 종래의 플라즈마 처리 장치에 있어서의 과제를 설명하기 위한 주요부(샤워 플레이트 및 상부 전극)의 개략 구조 단면도이다.
도 5는 도 4에 나타내는 주요부에 있어서, 개구 직경에 의한 이상 방전의 발생 용이함을 설명하기 위한 상부 전극의 단면도이고, 좌측은 개구 직경이 큰 경우, 중앙은 개구 직경이 중간인 경우, 우측은 개구 직경이 작은 경우를 나타낸다.
도 6은 방전 개시 전압과 pd곱(분위기 가스의 압력과 전극 간 거리의 곱)의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 A로 나타내는 가스 공급 수단부의 개략 구조 단면도이다.
도 3은 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치에 있어서의 가스 공급 수단부를 하측(하부 전극 측)에서 본 개략 구조 평면도이고, 상측은 전체도(圖), 하측은 부분 확대도를 나타낸다.
도 4는 종래의 플라즈마 처리 장치에 있어서의 과제를 설명하기 위한 주요부(샤워 플레이트 및 상부 전극)의 개략 구조 단면도이다.
도 5는 도 4에 나타내는 주요부에 있어서, 개구 직경에 의한 이상 방전의 발생 용이함을 설명하기 위한 상부 전극의 단면도이고, 좌측은 개구 직경이 큰 경우, 중앙은 개구 직경이 중간인 경우, 우측은 개구 직경이 작은 경우를 나타낸다.
도 6은 방전 개시 전압과 pd곱(분위기 가스의 압력과 전극 간 거리의 곱)의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시형태에서는, 피가공 시료에 대면하는 위치에 배치되는 상부 전극에 평면 형상의 가스 공급 수단을 구비하고, 당해 가스 공급 수단이 2층의 동일 직경 부재로 구성되며, 각 층의 부재 각각에 복수의 가스 방출 구멍을 구비하고, 또한 각 층의 가스 구멍 사이를 평면 방향으로 형성된 홈 형상의 가스 연결 구조로 유체 연결시킨 가스 공급 구조를 특징으로 한다. 이것에 의해, 각 층의 부재에 형성하는 가스 구멍이 평면적으로 일치하지 않도록 배치하는 것이 가능해진다.
본 발명에 의하면, 피가공 시료면에 대해 균일하고 안정된 가스 공급을 재현성 좋게 실현할 수 있고, 또한 가스 공급 수단부에서 생기는 이상 방전으로 제약되는 방전 조건을 대폭 완화할 수 있기 때문에 광범위한 프로세스 조건에서의 처리가 가능한 플라즈마 처리 장치가 제공 가능해진다.
이하에, 본 발명에 대해 실시예를 이용하여 설명한다.
[실시예 1]
본 발명의 실시예 1을, 도 1을 이용하여 설명한다. 도 1은, 본 실시예에 있어서의 플라즈마 처리 장치의 기본 구성 단면도를 나타낸다. 먼저 도 1에 있어서의 장치 구성을 설명한다. 도 1은 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치를 나타내고, 피가공 시료 설치 수단(시료 스테이지)(1) 상에 배치되는 피가공 시료(웨이퍼)(2)의 대향 위치에 배치되는 상부 전극(3) 및 상부 전극(3)의 피가공 시료(2) 측에 가스 공급 수단인 동일 직경의 제 1 평면 형상 부재(4)와 제 2 평면 형상 부재(5)가 배치되어 있다. 제 1 평면 형상 부재(4) 및 제 2 평면 형상 부재(5)로의 가스 공급은, 통상 알루미늄이나 스테인리스로 구성되는 상부 전극(3)에 형성된 가스 구멍(6)으로부터 행해진다. 또한, 제 1, 제 2 평면 형상 부재는 동일 직경일 필요는 없지만, 동일 직경으로 하는 편이 실용적이다.
다음으로, 가스 공급 수단부에 대해 도 2와 도 3을 이용하여 설명한다. 도 2는 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치에 있어서의 가스 공급 수단부의 개략 구조 단면도, 도 3은 개략 구조 평면도이고, 상부 전극(3)의 가스 구멍(6), 제 1 평면 형상 부재(4) 및 제 2 평면 형상 부재(5) 부분의 상세도를 나타낸다. 도 2는 도 1의 점선부 A의 상세도이고, 상부 전극(3)의 가스 구멍(6), 제 1 평면 형상 부재(4)의 가스 구멍(8) 및 제 2 평면 형상 부재(5)부의 가스 구멍(10)의 단면도를 나타낸다. 또한, 가스 구멍(6), 가스 구멍(8) 및 가스 구멍(10)은 평면적으로 어긋나서 배치되어 있고, 가스 구멍(6)과 가스 구멍(8)은 제 1 홈(7)을 개재하여, 가스 구멍(8)과 가스 구멍(10)은 제 2 홈(9)을 개재하여 접속되어 있다. 이 구성에 대해 도 3을 이용하여 설명한다.
도 3은, 피가공 시료(2) 측으로부터 제 2 평면 형상 부재(5)를 본 평면도를 나타낸다. 플라즈마의 원료 가스는, 도체로 형성된 상부 전극(3)에 형성된 가스 구멍(6)으로부터, 둘레 방향에 형성된 제 1 홈(7)을 개재하여, 제 1 평면 형상 부재(4)의 가스 구멍(8)에 유도된다. 또 제 1 평면 형상 부재(4)의 가스 구멍(8)을 통과한 가스는, 평면적으로 제 1 홈과 겹치도록 둘레 방향에 형성된 제 2 홈(9)을 개재하여, 제 2 평면 형상 부재의 가스 구멍(10)에 유도되어, 최종적으로 방전 공간(11)에 도입되는 구조로 되어 있다. 도 3에 나타내어지는 바와 같이, 상부 전극(3)에 형성된 가스 구멍(6)(도 3의 점선으로 나타낸 가스 구멍)과 제 1 평면 형상 부재(4)의 가스 구멍(8)(도 3에서 가는 실선으로 나타낸 가스 구멍)은 평면적으로 일치하지 않는 개소에 각각 형성되는 구조로 되어 있다. 마찬가지로, 제 1 평면 형상 부재(4)의 가스 구멍(8)(도 3에서 가는 실선으로 나타낸 가스 구멍)과 제 2 평면 형상 부재(5)의 가스 구멍(10)(도 3에서 굵은 실선으로 나타낸 가스 구멍)도 평면적으로 일치하지 않는 위치에 각각 형성되어 있다. 또한, 제 1 홈과 제 2 홈은 평면적으로 겹치도록 형성할 필요는 없지만, 겹치도록 형성하는 편이 간단한 구조로 제조하기 쉽다.
본 실시예에서는, 제 1 평면 형상 부재(4) 및 제 2 평면 형상 부재(5)에 석영을 이용했다. 또 도 2에 나타내어지는 제 1 홈(7) 및 제 2 홈(9)은 제 1 평면 형상 부재의 양면에 각각 형성했다. 또한, 가스 공급 수단은 반드시 2장의 평면 형상 부재로 구성할 필요는 없지만, 홈이 형성되기 쉽기 때문에 2장으로 구성하는 것이 실용적이다. 또, 제 1 홈(7)이나 제 2 홈(9)은 제 1 평면 형상 부재(4)에 설치할 필요는 없고, 상부 전극이나 제 2 평면 형상 부재에 형성할 수도 있지만, 제 1 평면 형상 부재(4)의 양면에 설치하는 편이 가공하기 쉬워 실용적이다. 도 1, 도 2, 도 3에 나타내는 제 1 평면 형상 부재(4)의 가스 구멍(8) 및 제 2 평면 형상 부재(5)의 가스 구멍(10)의 구멍 직경은 0.4∼0.5㎜로 했다. 각 평면 형상 부재의 두께는 15㎜로 했다. 또 도 2에 제 1 홈(7)과 제 2 홈(9)은, 홈 폭(평면 방향의 공간 폭)이 3㎜, 홈 높이를 0.3㎜로 했다. 또 본 실시예에서는, 제 2 평면 형상 부재(5)의 가스 구멍(10), 제 1 평면 형상 부재(4)의 가스 구멍(8) 및 상부 전극(3)에 형성되는 가스 구멍(6)을 동심원 형상으로 배치하고, 제 2 평면 형상 부재(5)의 가스 구멍(10)의 구멍수에 대해, 제 1 평면 형상 부재(4)의 가스 구멍(8) 및 상부 전극(3)에 형성되는 가스 구멍(6)의 가스 구멍수를 절반으로 했다. 구체적으로는, 제 2 평면 형상 부재(5)의 가스 구멍(10)이 750개, 제 1 평면 형상 부재(4)의 가스 구멍(8) 및 상부 전극(3)에 형성되는 가스 구멍(6)의 가스 구멍수가 375개로 했다. 또 도 1의 실시예에 있어서의 장치 구성에서는, 상부 전극(3)에 고주파 전원(13)으로부터의 고주파 전력을 정합기(12)를 개재하여 공급하고, 당해 고주파 전력과 진공 용기(14)의 바깥에 배치된 솔레노이드 코일(15)에 의한 자력의 상호 작용으로 방전 공간(11)에 플라즈마(16)를 형성하는 구조로 되어 있다. 피가공 시료(2)를 설치하는 피가공 시료 설치 수단(1)에는, 플라즈마 생성용과는 다른 고주파 전원(17)이 정합기(18)를 개재하여 접속되어 있다. 고주파 전원(17)으로부터의 고주파 전력은, 플라즈마(16) 중으로부터 이온을 가속하여 피가공 시료(2)에 조사하는 기능을 가진다. 또 피가공 시료 설치 수단(1)에는 냉각 수단(19)이 접속되어 있어, 피가공 시료(2)의 온도를 조절하는 기능을 가진다. 도 1의 실시예에서는, 상부 전극(3)에 공급하는 고주파 전력의 주파수를 200㎒, 피가공 시료 설치 수단(1)에 공급하는 고주파 전력의 주파수를 4㎒로 했다. 또한, 부호 24는 상부 전극 온도 제어 수단이다.
다음으로 본 발명이 해결하고자 하는 종래 장치에 있어서의 과제를 도 4에서 설명한다. 도 4는 평행 평판형 장치의 상부 전극에 실시되는 일반적인 가스 공급 구조의 단면 모식도이고, 가스 방출 구멍부 부근의 확대도를 나타낸다. 통상 도 4에 나타내는 가스 구멍이 평면 방향으로 복수 개 배치되어 있다. 도 4의 종래 장치에서는, 도체로 형성되는 상부 전극(20)에 형성되는 가스 공급부(21)와 동일 위치에 샤워 플레이트(22)의 가스 구멍(23)이 형성된다.
도 4의 구조에서 방전 공간에 안정된 가스 방출을 행하기 위해서는, 상부 전극(20)에 형성되는 가스 공급부(21)와 샤워 플레이트(22)의 가스 구멍(23)을 일치시켜 배치할 필요가 있다. 이 때 상부 전극(20)에 형성되는 가스 공급부(21)의 크기가 샤워 플레이트(22)의 가스 구멍(23)과 동일 정도의 크기인 경우, 구멍 위치의 어긋남에 의해 구멍마다 가스의 방출량에 차가 생기거나, 부착할 때마다 그 상황이 변화되어, 가스 방출의 균일성이나 재현성이 얻어지지 않게 된다. 또 사용 중의 온도 상승에 수반하는 열 팽창 등에 의해, 샤워 플레이트(22)의 가스 구멍(23)과 상부 전극(20)에 형성되는 가스 공급부(21)의 상대 위치가 변화되어, 가스 방출의 상태가 경시적으로 변화되어 버리는 경우도 생긴다. 샤워 플레이트(22)는 통상 교환 부품이기 때문에, 상부 전극(20)으로부터의 착탈이 필요하고, 장착할 때마다 확실하게 가스 구멍이 일치하도록 높은 부착 정밀도가 요구된다.
그러나, 정밀도만으로는 확실하게 가스 구멍을 일치시키기는 곤란하기 때문에 도 4에 나타내는 바와 같이, 상부 전극(20)에 실시하는 가스 공급부(21)의 크기를 샤워 플레이트(22)의 가스 구멍 직경에 비해 크게 함으로써, 다소의 구멍 어긋남이 생겨도 가스 구멍끼리가 완전하게 어긋나는 것을 방지하고 있다. 그러나 이 구조에서는, 상부 전극(20)에 실시하는 가스 공급부(21)의 구멍 직경을 상당량 확대할 필요가 있어, 당해 가스 공급부(21)의 구멍 내에서 이상 방전을 발생시킬 리스크가 커진다. 특히 도 4의 구조에서는, 샤워 플레이트(22)의 가스 구멍(23)을 개재하여, 플라즈마로부터 전자 등 활성된 입자가 직접 가스 공급부(21)의 구멍 내에 침입해 오기 때문에, 공간의 크기에 더하여 방전의 계기가 되는 활성 입자의 혼입이 더해져서 이상 방전이 더욱 생기기 쉬운 상황이 된다. 따라서, 이상 방전을 방지하기 위해서는 상부 전극(20)에 인가하는 고주파 전력이나 가스 공급부(21)로부터 방출하는 가스 유량을 제한할 필요가 있어, 프로세스 성능에 제약이 생긴다.
또 도 4의 구조에서는, 통상 도체로 형성되는 상부 전극(20)의 표면이, 샤워 플레이트(22)의 가스 구멍(23)을 개재하여 플라즈마로부터 직접 볼 수 있는 위치에 배치되게 된다. 상기한 바와 같이, 샤워 플레이트(22)의 가스 구멍으로부터는 플라즈마 중에서 전자나 활성된 입자가 침입해 오기 때문에, 도체인 상부 전극의 표면에 영향을 주어 금속 오염이나 이물의 발생을 생기게 하는 경우도 있다. 상부 전극(20)의 표면을 안정된 재료로 코팅하는 등의 대책은 가능하지만, 코팅은 사용 시간에 의해 코팅이 열화 또는 박리되기 때문에, 상기 오염이나 이물의 대책에는 정기적인 상부 전극(20)의 부분적 교환이 필요해져서 러닝 비용의 증가나 장치 가동률 저하를 초래한다.
도 4에서 설명한 과제에 대해, 도 1, 도 2, 도 3을 이용하여 설명한 본 실시예에 관련된 플라즈마 처리 장치의 동작과 그 효과를 설명한다. 도 2에서 제 1 평면 형상 부재(4)에는, 상부 전극(3) 측에 제 1 홈(7)이 형성되어 있고, 이 홈에 상부 전극(3)에 형성된 가스 구멍(6)으로부터의 가스가 공급된다. 제 1 홈(7)에 공급된 가스는 제 1 홈(7)의 평면 방향으로 흐르고, 가스 구멍(6)과는 평면적으로 다른 위치에 배치된 가스 구멍(8)을 개재하여 제 2 홈(9)에 흐른다. 계속해서 가스는 제 2 홈(9)의 평면 방향으로 흐르고, 가스 구멍(8)과는 평면적으로 다른 위치에 배치된 가스 구멍(10)으로부터 방전 공간(11)에 방출된다. 상기 가스의 흐름으로부터, 상부 전극(3)에 형성된 가스 구멍(6), 제 1 평면 형상 부재(4)의 가스 구멍(8) 및 제 2 평면 형상 부재(5)의 가스 구멍(10)은 각 구멍 직경에 대해 충분히 넓은 홈 폭을 갖는 제 1 홈(7) 및 제 2 홈(9)을 개재하여 유체적(流體的)으로 연결되기 때문에, 도 4의 종래 장치 구성에서 문제가 되는 가스 공급의 연결부에 있어서의 구멍 어긋남이 생기지 않는다. 이 결과, 안정되고 또한 재현성이 높은 가스 방출 특성을 유지할 수 있다. 또 상기 이유 때문에, 상부 전극(3)에 형성된 가스 구멍(6)의 구멍 직경을 최소화할 수 있어, 상부 전극(3)에 형성된 가스 구멍(6)의 이상 방전을 억지(抑止)할 수 있다.
다음으로, 가스 구멍(6)의 구멍 직경이 작을수록 이상 방전이 생기기 어려워지는 이유에 대해 도 5을 이용하여 설명한다. 도 5는 도 4의 상부 전극(20)에 형성되는 가스 공급부(21)의 상세도를 나타내고, 가스 공급부(21)의 직경에 의한 등전위면(面)의 모습을 나타낸다. 가스 공급부(21)의 개구 직경이 큰 경우, 상부 전극(20)에 인가되는 고주파 전력의 전계에 의한 등전위면(25)이 구멍 내에 침입(전계가 구멍 내에 침입)한다. 그 결과, 가스 공급부(21)의 구멍 내에 전계(26)가 발생하고, 이 전계(26)에 의해 가스 공급부(21) 내에서 방전이 생기기 쉬워진다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 가스 공급부(21) 내에 스며드는 등전위면(25)은, 가스 공급부(21)의 개구 직경이 작아지면 적어지고, 동시에 가스 공급부(21) 내에 생기는 전계(26)도 없어진다. 이것에 의해 가스 공급부(21)의 구멍 직경이 작을수록 이상 방전의 리스크를 저감할 수 있다.
또 가스 공급부(21)에 있어서의 이상 방전의 발생 용이함은, 도 6에 나타내는 파셴(Paschen)의 법칙으로부터도 설명할 수 있다. 방전의 발생 용이함은, 공간의 크기와 그 영역의 가스 압력의 곱에 의존한다. 도 6은, 가스 압력 p와 공간의 크기 d의 곱(pd곱)에 대한, 각종 가스에 있어서의 방전 개시 전압을 나타내고, 방전 개시 전압이 높을수록 방전이 생기기 어려운 것을 나타낸다. 가스 구멍(6)의 이상 방전은, 상부 전극(3)과 제 1 평면 형상 부재(4)의 계면 부근에서 생긴다. 통상 상부 전극(3)과 제 1 평면 형상 부재(4)의 계면 부근의 가스 압력은, 10∼15Torr이다. 따라서 도 6으로부터 가스 압력이 15Torr인 경우, 방전 공간이 되는 가스 구멍(6)의 구멍 직경이 1㎜ 이하에서 방전 개시 전압이 높아져서 이상 방전이 생기기 어려워진다. 도 5 및 도 6에서의 설명은 어디까지나 그 경향을 나타내고, 또 방전 공간도 구멍 직경뿐만 아니라 구멍 깊이 방향도 어느 정도 영향을 준다. 따라서, 실제는 구멍 직경 1㎜보다 더욱 작은 구멍 직경으로 함으로써 이상 방전 발생 억제의 마진을 확대할 수 있다. 실제로 본 실시예에서는, 가스 구멍(6)의 구멍 직경을 0.5㎜로 했다. 이것에 의해 가스 구멍(6)에서의 이상 방전 발생을 대폭 억제하고, 또한 가스의 통과도 용이해지는 구조를 실현했다.
또한, 도 2, 도 3을 이용하여 설명한 본 실시예에 관련된 플라즈마 처리 장치에서는, 방전 공간(11)으로부터 샤워 플레이트로서 기능하는 제 2 평면 형상 부재(5)의 가스 구멍(10)을 개재하여 직접 볼 수 있는 부재는 제 1 평면 형상 부재(4)이고, 플라즈마(16)로부터 활성된 입자가 상부 전극(3)에 도달하는 경우는 없다(전자나 여기된 활성 입자는, 제 2 평면 형상 부재(5)의 가스 구멍(10), 제 2 홈(9), 제 1 평면 형상 부재(4)의 가스 구멍(8)을 통과하는 과정에서 가스 분자 또는 통과하는 부재 측벽과의 충돌에 의해 소멸 또는 탈여기(脫勵起)되기 때문에 상부 전극(3)면에 도달할 수 없다). 이것에 의해 제 1 평면 형상 부재(4) 및 제 2 평면 형상 부재(5)를 석영 등의 재료로 형성함으로써 도체인 금속으로 형성되는 상부 전극 부재로부터의 금속 오염이나 이물의 발생을 방지할 수 있다. 금속 오염의 관점에서는 플라즈마가 부식(腐蝕)성인 경우, 특히 유효하다.
다음으로 도 1, 도 2, 도 3에 있어서의 제 1 홈(7) 및 제 2 홈(9)에 대해 설명한다. 본 실시예에서는, 제 1 홈(7) 및 제 2 홈(9)을 제 1 평면 형상 부재(4)의 표면과 이면에 형성하고, 그 홈 폭을 3㎜, 홈 높이를 0.3㎜로 했다. 제 1 홈(7) 및 제 2 홈(9)은, 도 3에 나타내는 바와 같이 동심원 형상의 동일 직경에 배치된 가스 구멍을 연결하도록 형성했다. 도 3에 나타내는 구성에서는, 동심원 형상으로 배치한 가스 구멍의 직경 방향의 피치를 10㎜(직경 방향의 가스 구멍 간 거리)로 했다. 따라서 제 1 홈(7) 및 제 2 홈(9)의 홈 폭은 각 직경에 배치되는 가스 구멍 사이가 충분히 분리될 수 있는 정도의 폭으로서 3㎜(각 직경 간의 가스 차폐 폭 7㎜)로 했다. 또 제 1 홈(7) 및 제 2 홈(9)의 홈의 홈 높이는 당해 홈 내에서의 이상 방전을 억제하는 목적으로 0.3㎜로 하고 있다. 플라즈마 형성에 이용하는 고주파 전력의 전계는, 상부 전극(3), 제 1 평면 형상 부재(4) 및 제 2 평면 형상 부재(5)의 두께 방향으로 작용한다. 따라서, 당해 전계는 제 1 홈(7) 및 제 2 홈(9)의 홈 높이 방향으로 작용하게 되어, 이상 방전의 방지에는 당해 홈 높이가 중요한 파라미터가 된다. 도 6에 공간에서의 방전 용이함의 기준으로서 이용되는 파셴의 법칙에 의거하는 방전 개시 전압의 pd곱(전계 작용 방향의 거리와 압력의 곱) 의존성을 나타낸다. 도 6으로부터 횡축(橫軸)인 pd곱(전계 작용 방향의 거리와 압력의 곱)이 1.5Torr·㎝ 이하인 경우, 방전 개시 전압이 급격히 높아지는 것을 확인할 수 있다. 방전 개시 전압이 높아진다는 것은, 방전이 발생하기 어려워지는 것을 의미한다. 본 실시예에서는 방전 공간(11)의 처리 압력이 1×10-3Torr로부터 0.15Torr의 범위이고, 가스 유량은 최대 2000sccm이다. 이 사용 조건에서는, 제 1 홈(7) 및 제 2 홈(9)부의 압력은 최대 15Torr 정도가 된다. 제 1 홈(7) 및 제 2 홈(9) 내의 최대 압력과 도 6으로부터, 이상 방전의 방지에는 홈 높이×압력(pd곱)이 1.5Torr·㎝ 이하가 되는 것이 바람직하다고 말할 수 있다. 따라서, 제 1 홈(7) 및 제 2 홈(9)의 홈 높이를 1㎜ 이하로 함으로써 이상 방전을 억제할 수 있는 것을 알 수 있다. 본 실시예에서는, 또한 안정성을 높일 목적으로 제 1 홈(7) 및 제 2 홈(9)의 홈 높이를 0.3㎜(pd곱 0.5Torr·㎝ 이하)로 했다. 제 1 홈(7) 및 제 2 홈(9)의 홈 폭(본 실시예에서는 3㎜)을 비교적 크게 할 수 있음으로써 홈 높이가 0.3㎜이면 이상 방전에 대해 충분히 마진을 가져도 평면 방향의 가스 컨덕턴스를 충분히 확보할 수 있어, 도 3에 나타낸 각 직경 내에 균일한 가스를 공급하는 것이 가능해진다. 또 홈 폭은, 지나치게 넓게 하면 상부 전극(3), 제 1 평면 형상 부재(4), 제 2 평면 형상 부재(5) 각각의 접촉 면적이 작아져 버린다. 통상 상부 전극은 상부 전극 온도 제어 수단(24)에 의해 온도 제어되어 있어, 접촉 면적이 작으면 각 부재 사이에서의 열 전달을 충분히 행할 수 없고, 특히 플라즈마에 접하는 제 2 평면 형상 부재(5)의 온도 제어가 곤란해진다. 따라서, 홈 폭은 각 부재 사이의 접촉 면적이 50％ 이상 확보할 수 있는 정도의 폭을 갖는 것이 바람직하다. 또 도 3에 나타내는 구성에서는, 제 1 홈(7) 및 제 2 홈(9)을 동심원 형상으로 배치했지만, 각 가스 구멍을 연결하여 가스 유로로서 작용한다면 방사 형상이나 나선 형상, 격자 형상으로 배치해도 된다. 단, 전계 분포를 고려하면 동심원 형상이나 격자 형상이 바람직하다.
본 실시예에 있어서의 도 1, 도 2, 도 3에 나타내는 구성에서는, 제 1 평면 형상 부재(4) 및 제 2 평면 형상 부재(5)의 재질을 석영(SiO2)으로 했지만, 그 밖에 산화 이트륨(Y203), 산화 알루미늄(Al203), 탄화 규소(SiC) 및 규소(Si)을 이용해도 동일한 효과가 있는 것은 말할 것도 없다. 또, 도 1, 2, 3에 나타내는 구성에서는, 제 1 평면 형상 부재(4) 및 제 2 평면 형상 부재(5)의 재질을 동일 재료(석영)로 구성했지만, 상기한 Y203, Al203, SiC, Si 및 석영을 조합해도 동일한 효과가 있는 것은 말할 것도 없다. 특히 제 2 평면 형상 부재는 플라즈마(16)에 접하기 때문에, 내(耐)플라즈마성의 높이를 우선하여 선택하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 제 2 평면 형상 부재를 Y203로 구성하고, 제 1 평면 형상 부재를 Y203 또는 그 밖의 재료로 구성함으로써, 플라즈마에 의한 소모가 적어서 본 실시예의 효과를 갖는 장치가 실현 가능해진다. 또 피가공 시료(2)에 대면하는 위치에 배치되는 상부 전극(3)은, 플라즈마의 생성과 피가공 시료(2)에 인가되는 고주파 전압의 대향 어스로서의 기능을 가진다. 플라즈마 생성이나 피가공 시료(2)에 인가되는 고주파 전압의 대향 어스의 효과에는 제 1 평면 형상 부재(4) 및 제 2 평면 형상 부재(5)의 도전성이나 유전율이 영향을 준다. 이들 관점과 상기한 플라즈마 내성(耐性)의 관점에서도 제 1 평면 형상 부재(4) 및 제 2 평면 형상 부재(5)의 재질의 조합을 고려하는 경우가 있다. 예를 들면, 실시예에 나타낸 제 1 평면 형상 부재(4)와 제 2 평면 형상 부재(5)를 모두 석영(SiO2)으로 형성하는 경우는, 플라즈마 생성의 면에서는 유전율이 낮음(석영의 비(比)유전율은 약 4)으로써 플라즈마 균일화에 유리하지만, 대향 어스로서는 유전율이 낮기 때문에 임피던스가 높아짐으로써 불리해진다. 그래서 제 1 평면 형상 부재(4)를 석영으로 구성하고, 제 2 평면 형상 부재(5)를 유전율이 높고 대향 어스로서의 임피던스를 낮게 할 수 있는 Y203(Y203의 비유전율은 약 11로 석영에 비해 약 2.75배 높다)로 구성함으로써, 실시예에 기재한 구성에 대해 대향 어스로서의 기능을 높일 수 있는 동시에 플라즈마 내성을 높이는 것이 가능해진다.
본 실시예에서는, 플라즈마의 형성에 200㎒의 고주파 전력, 피가공 시료(2)에 인가하는 고주파 전력을 4㎒로 했지만, 다른 주파수에 의한 플라즈마 생성 및 피가공 시료 바이어스를 실시하는 경우에 있어서도 본 발명은 동일한 효과가 있는 것은 말할 것도 없다. 또 마찬가지로 솔레노이드 코일(15)에 의한 자기장이 없는 구성에 있어서도 동일한 효과가 있는 것은 말할 것도 없다.
또, 본 실시예에서는, 제 2 평면 형상 부재(5)의 가스 구멍수에 대해 제 1 평면 형상 부재(4)의 가스 구멍(8)의 수 및 상부 전극(3)에 실시된 가스 구멍(6)의 수는 절반으로 했지만, 동등한 수 또는 더욱 감소시킨 수로 형성해도 각각의 위치가 평면 형상으로 일치하지 않도록 배치되어 있으면 동일한 효과가 있는 것은 말할 것도 없다.
또, 본 실시예에서는, 제 1 평면 형상 부재(4)의 가스 구멍(8) 및 제 2 평면 형상 부재(5)의 가스 구멍(10)의 구멍 직경을 0.4∼0.5㎜로 했지만, 0.1㎜∼1㎜의 범위의 가스 구멍 직경을 이용해도 동일한 효과가 있는 것은 말할 것도 없다.
또, 본 실시예에서는 상부 전극(3)을 알루미늄 또는 스테인리스 등의 금속으로 형성했지만, 그 표면 및 원료 가스가 접하는 부분을 산화 실리콘(SiO2), 산화 알루미늄(Al203), 산화 이트륨(Y2O3), 폴리이미드 중 어느 하나로 코팅함으로써 오염이나 이물의 저감을 한층 더 도모하는 것이 가능해진다.
도 1∼도 3에 나타내는 구성을 갖는 플라즈마 에칭 장치를 이용하여, 실리콘 웨이퍼 상에 형성된 반도체막이나 절연막을 에칭한 결과, 종래에 비해 가스의 균일성, 재현성이 개선되고, 방전 조건이 완화되어, 웨이퍼 오염이나 부착 이물이 저감되었다.
이상, 본 실시예에 의하면, 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치이더라도, 광역의 프로세스 조건에서의 안정된 플라즈마 생성과 균일성이나 재현성이 우수한 가공 성능을 가지는 플라즈마 처리 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들면, 상기한 실시예는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해 상세하게 설명한 것이고, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 또, 어느 구성의 일부에 대해, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명은, 반도체 장치의 제조 장치, 특히 리소그래피 기술에 의해서 그려진 패턴을 마스크에 반도체 재료의 에칭 처리를 행하는 플라즈마 에칭 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의해, 피가공 시료가 대면하는 위치에 배치한 평면 형상의 가스 공급 수단으로부터의 균일하고 또한 재현성이나 안정성이 높은 가스 공급이 가능해진다. 또한, 당해 평면 형상의 가스 공급 수단부에서의 이상 방전이나 오염의 발생 억제 마진을 대폭 확대할 수 있음으로써, 이들 방지를 위해 통상 실시하는 방전 조건의 제약을 대폭 완화하는 것이 가능해진다. 이상의 결과, 가공 속도의 균일성 및 가공 형상의 균일성이나 그 재현성을 향상시키는 것이 가능한 플라즈마 처리 장치를 실현할 수 있다.
1: 피가공 시료 설치 수단 2: 피가공 시료
3: 상부 전극 4: 제 1 평면 형상 부재
5: 제 2 평면 형상 부재
6: 상부 전극에 형성된 가스 구멍 7: 제 1 홈
8: 제 1 평면 형상 부재(4)의 가스 구멍 9: 제 2 홈
10: 제 2 평면 형상 부재(5)의 가스 구멍
11: 방전 공간 12: 정합기
13: 고주파 전원 14: 진공 용기
15: 솔레노이드 코일 16: 플라즈마
17: 고주파 전원 18: 정합기
19: 냉각 수단 20: 상부 전극
21: 가스 공급부 22: 샤워 플레이트
23: 샤워 플레이트(22)의 가스 구멍 24: 상부 전극 온도 제어 수단
25: 등전위면 26: 전계
3: 상부 전극 4: 제 1 평면 형상 부재
5: 제 2 평면 형상 부재
6: 상부 전극에 형성된 가스 구멍 7: 제 1 홈
8: 제 1 평면 형상 부재(4)의 가스 구멍 9: 제 2 홈
10: 제 2 평면 형상 부재(5)의 가스 구멍
11: 방전 공간 12: 정합기
13: 고주파 전원 14: 진공 용기
15: 솔레노이드 코일 16: 플라즈마
17: 고주파 전원 18: 정합기
19: 냉각 수단 20: 상부 전극
21: 가스 공급부 22: 샤워 플레이트
23: 샤워 플레이트(22)의 가스 구멍 24: 상부 전극 온도 제어 수단
25: 등전위면 26: 전계
Claims (14)
- 시료를 플라즈마로 처리하는 처리실과, 상기 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 전력이 공급되는 제 1 전극과, 상기 플라즈마를 생성하기 위한 가스를 상기 처리실 내에 공급하고 상기 제 1 전극에 인접하여 배치된 가스 공급 수단과, 상기 가스 공급 수단을 개재하여 상기 제 1 전극과 대향하여 배치되고 상기 시료를 재치하는 제 2 전극과, 상기 처리실을 진공 배기하는 배기 수단을 구비하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,
상기 제 1 전극은, 상기 가스 공급 수단에 상기 가스를 공급하는 가스 공급부를 갖고,
상기 가스 공급 수단은, 제 1 가스 공급판과 제 2 가스 공급판을 갖고,
상기 제 1 가스 공급판에는, 상기 가스 공급부의 가스 구멍으로부터 공급된 상기 가스가 홈 형상의 제 1 유로를 개재하여 공급되는 제 1 가스 구멍이 형성되며,
상기 제 2 가스 공급판에는, 상기 제 1 가스 구멍으로부터 공급된 상기 가스가 홈 형상의 제 2 유로를 개재하여 공급되는 제 2 가스 구멍이 형성되고,
상기 제 1 유로는, 상기 가스 공급부 또는 상기 제 1 가스 공급판의 어느 한쪽에 형성되고,
상기 제 2 유로는, 상기 제 1 가스 공급판 또는 상기 제 2 가스 공급판의 어느 한쪽에 형성되며,
상기 가스 공급부의 가스 구멍은, 상기 가스 공급부의 가스 구멍의 상기 제 1 가스 공급판으로 투영되는 상이 상기 제 1 유로의 상기 제 1 가스 공급판으로 투영되는 상 중으로 투영되도록 형성되고,
상기 제 1 가스 구멍은, 상기 제 1 가스 구멍의 상기 제 2 가스 공급판으로 투영되는 상이 상기 제 2 유로의 상기 제 2 가스 공급판으로 투영되는 상 중으로 투영되도록 형성되고,
상기 제 2 가스 구멍은, 상기 제 1 가스 구멍으로부터 상기 제 2 유로를 개재하여 공급된 가스를 상기 처리실 내로 공급하는 것인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 가스 구멍의 상기 제 2 가스 공급판으로 투영되는 상이 상기 제 2 가스 구멍과 겹치지 않도록 상기 제 2 가스 구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 가스 공급부의 가스 구멍의 상기 제 1 가스 공급판으로 투영되는 상이 상기 제 1 가스 구멍과 겹치지 않도록 상기 제 1 가스 구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 유로 및 상기 제 2 유로의 깊이는, 상기 제 1 유로 내 및 상기 제 2 유로 내에 발생하는 전압이 방전 개시 전압보다 낮아지는 깊이인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 유로 및 상기 제 2 유로의 깊이는, 1㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 유로가 상기 제 1 가스 공급판에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 2 유로는, 적어도 중심과 외주로 이루어지는 동심원 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 가스 공급판 및 상기 제 2 가스 공급판은, 산화 실리콘, 실리콘, 산화 이트륨, 산화 알루미늄 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전극은, 도체이고, 상기 제 1 전극 표면 및 상기 제 1 가스 공급판과 대향하는 상기 제 1 전극의 면은, 산화 실리콘, 산화 이트륨, 폴리이미드, 산화 알루미늄 중 어느 하나에 의해 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치. - 제 1 가스 구멍을 갖는 상부 전극과 시료를 재치하는 하부 전극으로 구성되고, 상기 상부 전극과 상기 하부 전극의 사이에 플라즈마를 생성하는 평행 평판 전극과,
상기 상부 전극의 하측에 인접하여 배치되고, 상기 플라즈마를 생성하기 위해 가스 공급부로부터의 가스를 상기 하부 전극 측으로 공급하는 가스 공급 수단을 갖고,
상기 가스 공급 수단은, 상기 상부 전극 측에 설치된 제 1 홈 형상 유로와, 상기 제 1 홈 형상 유로 내에 설치된 제 2 가스 구멍과, 상기 하부 전극 측에 설치된 제 3 가스 구멍과, 내부에서 상기 제 2 가스 구멍과 상기 제 3 가스 구멍을 접속하기 위한 제 2 홈 형상 유로를 갖는 평면 형상 부재이며,
상기 제 1 가스 구멍과 상기 제 2 가스 구멍은 상기 제 1 홈 형상 유로에 의해 접속되어 있고, 상기 제 1 가스 구멍과, 상기 제 2 가스 구멍과, 상기 제 3 가스 구멍은, 서로 평면적으로 다른 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 홈 형상 유로 및 상기 제 2 홈 형상 유로의 폭은, 상기 제 1 가스 구멍, 상기 제 2 가스 구멍 및 상기 제 3 가스 구멍의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 평면 형상 부재는, 제 1 홈 형상 유로와 제 2 가스 구멍과 제 2 홈 형상 유로를 갖는 제 1 평면 형상 부재와, 제 3 가스 구멍을 갖는 제 2 평면 형상 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 평면 형상 부재의 유전율은, 상기 제 2 평면 형상 부재의 유전율보다 작은 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 평면 형상 부재는 석영이고, 상기 제 2 평면 형상 부재는 산화 이트륨인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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| US5950925A (en) * | 1996-10-11 | 1999-09-14 | Ebara Corporation | Reactant gas ejector head |
| US6110556A (en) * | 1997-10-17 | 2000-08-29 | Applied Materials, Inc. | Lid assembly for a process chamber employing asymmetric flow geometries |
| US6173673B1 (en) * | 1999-03-31 | 2001-01-16 | Tokyo Electron Limited | Method and apparatus for insulating a high power RF electrode through which plasma discharge gases are injected into a processing chamber |
| US6206972B1 (en) * | 1999-07-08 | 2001-03-27 | Genus, Inc. | Method and apparatus for providing uniform gas delivery to substrates in CVD and PECVD processes |
| TW514996B (en) * | 1999-12-10 | 2002-12-21 | Tokyo Electron Ltd | Processing apparatus with a chamber having therein a high-corrosion-resistant sprayed film |
| US20020127853A1 (en) * | 2000-12-29 | 2002-09-12 | Hubacek Jerome S. | Electrode for plasma processes and method for manufacture and use thereof |
| WO2002058126A1 (fr) * | 2001-01-22 | 2002-07-25 | Tokyo Electron Limited | Dispositif et procede de traitement |
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| JP5208756B2 (ja) * | 2006-10-19 | 2013-06-12 | 東京エレクトロン株式会社 | Ｔｉ系膜の成膜方法および記憶媒体 |
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| JP2010263049A (ja) * | 2009-05-01 | 2010-11-18 | Ulvac Japan Ltd | ドライエッチング装置 |
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| JP5567392B2 (ja) * | 2010-05-25 | 2014-08-06 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置 |
| JP5702964B2 (ja) * | 2010-07-27 | 2015-04-15 | 日本発條株式会社 | アース電極の接点及びその製造方法 |
| JP5850236B2 (ja) * | 2012-01-20 | 2016-02-03 | アイシン精機株式会社 | カーボンナノチューブの製造装置及びカーボンナノチューブの製造方法 |
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