KR20160073305A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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아키노리 미야타
시게루 센자키
히로후미 하가
노부타카 나카오
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

피처리 기판의 에칭 레이트의 균일성을 향상시키는 것.
플라즈마 처리 장치는, 처리 용기와, 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와, 처리 용기 내에 마련되며, 피처리 기판이 배치되는 배치대와, 배치대의 상방에 마련된 상부 전극과, 상부 전극 및 배치대 중 적어도 어느 한쪽에 고주파 전력을 공급함으로써, 처리 용기 내에 있어서 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부와, 처리 용기의 측벽과, 배치대의 측면에 의해 형성된 배기 유로와, 배기 유로에 마련되며, 배기 유로에 의해 처리 용기의 외부로 배출되는 처리 가스의 흐름을 조정하는 도전성의 정류판과, 배기 유로에 있어서의 정류판보다 높은 위치로서, 배치대에 배치된 피처리 기판보다 낮은 위치에 상부 전극 중 적어도 일부와 대향하도록 배치되며, 피처리 기판의 피처리면에 대한 높이 방향의 거리가 미리 정해진 범위 내로 설정된 도전체를 구비하였다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명의 여러가지의 측면 및 실시형태는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체의 제조 프로세스에서는, 박막의 퇴적 또는 에칭 등을 목적으로 한 플라즈마 처리를 실행하는 플라즈마 처리 장치가 널리 이용되고 있다. 플라즈마 처리 장치는, 예컨대 박막의 퇴적 처리를 행하는 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치나, 에칭 처리를 행하는 플라즈마 에칭 장치 등을 들 수 있다.
플라즈마 처리 장치는, 플라즈마 처리 공간을 구획하는 처리 용기, 처리 용기 내에 피처리 기판을 마련하는 배치대, 배치대의 상방에 마련된 상부 전극, 및 플라즈마 반응에 필요한 처리 가스를 처리 용기 내에 도입하기 위한 가스 공급계 등을 구비한다. 또한, 플라즈마 처리 장치는, 처리실 내의 처리 가스를 플라즈마화하기 위해, 마이크로파, RF파 등의 전자 에너지를 공급하는 플라즈마 생성 기구 등을 구비한다. 또한, 플라즈마 처리 장치에서는, 처리 용기의 측벽과, 배치대의 측면에 의해, 처리 가스를 처리 용기의 외부로 배기하기 위한 배기 유로가 형성된다. 배기 유로에는, 처리 가스의 흐름을 조정하는 배플판이 마련된다. 배플판은, 처리 용기 내의 가스를 균일하게 배기되도록 정류하는 기능을 한다. 또한, 배플판은, 통상, 도전성을 갖는다.
그런데, 플라즈마 처리 장치에서는, 생성된 플라즈마 중의 전자가 도전성의 배플판에 끌려, 배플판의 표면에 반응 생성물을 발생시키기 때문에, 전자를 차단하기 위해 배기 유로에 도전체를 설치하는 것이 알려져 있다. 예컨대, 배기 유로에 있어서의 배플판보다 높은 위치로서, 배치대에 배치된 피처리 기판보다 낮은 위치에 도전체제의 접지 전극을 배치하여, 플라즈마 중의 전자를 접지 전극으로 밀어내는 종래 기술이 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2007-258471호 공보
그러나, 전술한 종래 기술에서는, 배기 유로에 있어서 상부 전극과 대향하는 전극이 존재하지 않기 때문에, 생성된 플라즈마가 배치대에 배치된 피처리 기판의 중앙부에 집중하여, 기판 중앙부가 에칭 레이트가 높으며, 주변부의 에칭 레이트가 낮아진다. 결과로서, 피처리 기판의 에칭 레이트의 균일성이 저하한다고 하는 문제가 있다.
본 발명의 일측면에 따른 플라즈마 처리 장치는, 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와, 상기 처리 용기 내에 마련되며, 피처리 기판이 배치되는 배치대와, 상기 배치대의 상방에 마련된 상부 전극과, 상기 상부 전극 및 상기 배치대 중 적어도 어느 한쪽에 고주파 전력을 공급함으로써, 상기 처리 용기 내에 있어서 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부와, 상기 처리 용기의 측벽과, 상기 배치대의 측면에 의해 형성된 배기 유로와, 상기 배기 유로에 마련되며, 상기 배기 유로에 의해 상기 처리 용기의 외부로 배출되는 처리 가스의 흐름을 조정하는 도전성의 정류판과, 상기 배기 유로에 있어서의 상기 정류판보다 높은 위치로서, 상기 배치대에 배치된 상기 피처리 기판보다 낮은 위치에 상기 상부 전극 중 적어도 일부와 대향하도록 배치되며, 상기 피처리 기판의 피처리면에 대한 높이 방향의 거리가 미리 정해진 범위 내로 설정된 도전체를 구비하였다.
본 발명의 여러가지의 측면 및 실시형태에 따르면, 피처리 기판의 에칭의 면내 균일성을 향상시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치가 실현된다.
도 1은 일실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 종단면을 나타내는 도면이다.
도 2a는 도전체의 설치 양태의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2b는 도전체가 배치대의 측면에만 마련된 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 비교예의 플라즈마 처리 장치에 있어서 플라즈마가 생성된 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치에 있어서 플라즈마가 생성된 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 웨이퍼의 유기막을 미리 정해진 처리 가스로 에칭한 경우의 에칭 레이트를 나타내는 도면이다.
도 6은 웨이퍼의 산화막을 미리 정해진 처리 가스로 에칭한 경우의 에칭 레이트를 나타내는 도면이다.
본원 명세서에 개시하는 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 처리 용기와, 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와, 처리 용기 내에 마련되며, 피처리 기판이 배치되는 배치대와, 배치대의 상방에 마련된 상부 전극과, 상부 전극 및 배치대 중 적어도 어느 한쪽에 고주파 전력을 공급함으로써, 상기 처리 용기 내에 있어서 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부와, 상기 처리 용기의 측벽과, 상기 배치대의 측면에 의해 형성된 배기 유로와, 상기 배기 유로에 마련되며, 상기 배기 유로에 의해 상기 처리 용기의 외부로 배출되는 처리 가스의 흐름을 조정하는 도전성의 정류판과, 상기 배기 유로에 있어서의 상기 정류판보다 높은 위치로서, 상기 배치대에 배치된 상기 피처리 기판보다 낮은 위치에 상기 상부 전극 중 적어도 일부와 대향하도록 배치되며, 피처리 기판의 피처리면에 대한 높이 방향의 거리가 미리 정해진 범위 내로 설정된 도전체를 구비하였다.
또한, 개시하는 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 도전체는, 배기 유로의 처리 용기의 측벽측 및 배치대의 측면측 중 적어도 어느 한쪽에 마련되었다.
이하, 도면을 참조하여 여러가지의 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이는 것으로 한다.
[플라즈마 처리 장치의 전체 구성]
우선, 일실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 전체 구성에 대해서, 도 1을 참조하면서 설명한다. 도 1은 일실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 종단면을 나타내는 도면이다. 본 실시형태에서는, 처리 용기(10)의 내부에 하부 전극[배치대(20)]과 상부 전극(25)(샤워 헤드)을 대향 배치하여, 상부 전극(25)으로부터 가스를 처리 용기(10)의 내부에 공급하는 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치(1)를 예로 들어 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(1)는, 예컨대 표면이 알루마이트 처리(양극 산화 처리)된 알루미늄 등의 도전성 재료로 이루어지는 처리 용기(10) 및 처리 용기(10) 내에 가스를 공급하는 가스 공급원(15)을 갖는다. 처리 용기(10)는, 접지되어 있다. 처리 용기(10)는, 내부에 플라즈마 처리 공간(A)을 구획한다. 처리 용기(10)의 내벽 중 플라즈마 처리 공간(A)과 대향하는 부분은, 예컨대, 실리콘이나 석영 등의 기화재(109)에 의해 덮여져 있다. 처리 용기(10)는, 처리 용기의 일례이다. 가스 공급원(15)은, 에칭, 클리닝 등의 플라즈마 처리 공정마다 특정된 가스를 공급한다. 가스 공급원(15)은, 가스 공급부의 일례이다.
처리 용기(10)는 전기적으로 접지되어 있고, 처리 용기(10)의 내부에는 웨이퍼(W)를 배치하는 배치대(20)를 갖는다. 웨이퍼(W)는, 피처리 기판의 일례이며, 플랫 패널 기판 등에 적용 가능하다. 배치대(20)는 하부 전극으로서 기능한다. 배치대(20)에 대향하여 천장부에는, 상부 전극(25)이 마련되어 있다.
배치대(20)의 상면에는, 웨이퍼(W)를 정전 흡착하기 위한 정전 척(106)이 마련되어 있다. 정전 척(106)은, 절연체(106b) 사이에 척 전극(106a)을 끼운 구조로 되어 있다. 척 전극(106a)에는 직류 전압원(112)이 접속되고, 직류 전압원(112)으로부터 척 전극(106a)에 직류 전압이 인가됨으로써, 쿨롱력에 의해 웨이퍼(W)가 정전 척(106)에 흡착된다. 정전 척(106)의 주연부에는, 에칭의 면내 균일성을 높이기 위해, 예컨대 실리콘으로 구성된 포커스 링(101)이 배치되어 있다.
배치대(20)는, 예컨대 알루미늄 등의 도전체의 전극(하부 전극)(104)에 의해 지지되어 있다. 하부 전극(104)의 내부에는, 냉매 유로(104a)가 형성되어 있다. 냉매 유로(104a)에는, 적절하게 냉매로서 예컨대 냉각수 등이 순환되어, 웨이퍼(W)를 냉각한다.
전열 가스 공급원(85)은, 헬륨 가스(He)나 아르곤 가스(Ar) 등의 전열 가스를 가스 공급 라인(130)에 통하게 하여 정전 척(106)과 웨이퍼(W) 사이에 공급한다. 이러한 구성에 의해, 정전 척(106)은, 냉매 유로(104a)에 순환시키는 냉각수와, 웨이퍼(W)의 이면에 공급하는 전열 가스에 의해 온도 제어된다.
배치대(20)는, 유지 부재(103)를 통해 지지 부재(105)에 지지되어 있다. 지지 부재(105)는, 절연체로 이루어지며, 처리 용기(10)와 절연하여, 하부 전극(104)을 플로팅 상태로 하고 있다.
제1 고주파 전원(32)은, 제1 정합기(33)를 통해 상부 전극(25)에 전기적으로 접속된다. 제2 고주파 전원(35)은, 제2 정합기(34)를 통해 하부 전극(104)에 전기적으로 접속된다. 제1 고주파 전원(32)은, 예컨대, 60 ㎒의 제1 고주파 전력을 상부 전극(25)에 공급한다. 제2 고주파 전원(35)은, 예컨대, 13.56 ㎒의 제2 고주파 전력을 하부 전극(104)에 공급한다. 또한, 고주파 전원의 접속 타입은, 상하부 이외에 하부 2주파 타입이어도 좋고, 다른 타입이어도 좋다.
제1 및 제2 정합기(33, 34)는, 각각 제1 및 제2 고주파 전원(32, 35)의 내부(또는 출력) 임피던스에 부하 임피던스를 정합시키기 위한 것이며, 처리 용기(10) 내에 플라즈마가 생성되어 있을 때에 제1, 제2 고주파 전원(32, 35)의 내부 임피던스와 부하 임피던스가 외관 상 일치하도록 기능한다.
제1 및 제2 고주파 전원(32, 35)은, 처리 용기(10)에 전자파의 에너지를 인가하는 전원의 일례이다. 처리 용기(10)에 전자파의 에너지를 인가하는 전원의 다른 예로서는, 마이크로파 플라즈마, 유도 결합 플라즈마(ICP: Inductively Coupled Plasma)를 들 수 있다.
상부 전극(25)은, 그 주연부를 피복하는 실드 링(40)을 통해 처리 용기(10)의 천장부에 부착되어 있다. 상부 전극(25)은, 전기적으로 접지되어 있다. 상부 전극(25)의 플라즈마 처리 공간(A)과 대향하는 부분은, 실리콘·석영 등의 기화재(100)에 의해 덮여져 있다.
상부 전극(25)에는, 가스 공급원(15)으로부터 가스를 도입하기 위한 가스 도입구(45)가 형성되어 있다. 또한, 상부 전극(25)의 내부에는 가스 도입구(45)로부터 분기되어 가스를 확산시키는 센터측의 확산실(50a) 및 엣지측의 확산실(50b)이 마련되어 있다.
상부 전극(25)에는, 확산실(50a, 50b)로부터의 가스를 처리 용기(10) 내에 공급하는 다수의 가스 공급 구멍(55)이 형성되어 있다. 각 가스 공급 구멍(55)은, 하부 전극에 배치된 웨이퍼(W)와 상부 전극(25) 사이에 가스를 공급할 수 있도록 배치되어 있다.
가스 공급원(15)으로부터의 가스는 가스 도입구(45)를 통해 확산실(50a, 50b)에 공급되고, 이곳에서 확산하여 각 가스 공급 구멍(55)에 분배되며, 가스 공급 구멍(55)으로부터 하부 전극을 향하여 처리 용기(10) 내에 도입된다. 이러한 구성에 의해, 상부 전극(25)은, 가스를 공급하는 가스 샤워 헤드로서도 기능한다.
처리 용기(10)의 측벽(102)과, 배치대(20)의 측면 사이에는, 환형의 배기 유로(62)가 형성되어 있다. 배기 유로(62)의 내주면은, 산화이트륨을 포함하는 용사막(107)에 의해 덮여져 있다. 배기 유로(62)에는, 정류판(배플판)(108)이 마련되어 있다. 정류판(배플판)(108)은, 배기 유로(62)에 의해 처리 용기(10)의 외부로 배출되는 처리 가스의 흐름을 조정한다. 정류판(배플판)(108)은, 금속 등의 도전성을 갖는 재료에 의해 형성되어 있다. 배기 유로(62)의 바닥부에는 배기구(61)를 형성하는 배기관(60)이 설치되어 있다. 배기관(60)에는, 배기 장치(65)가 접속되어 있다. 배기 장치(65)는, 도시하지 않는 진공 펌프를 가지고, 처리 용기(10) 내의 처리 공간을 미리 정해진 진공도까지 감압한다.
배기 유로(62)에 있어서의, 처리 용기(10)의 측벽(102) 및 배치대(20)의 측면에는, 도전체(201) 및 도전체(202)가 각각 마련되어 있다. 도전체(201) 및 도전체(202)는, 배기 유로(62)에 대하여 직교하도록 환형으로 배치되어 있다. 도전체(201) 및 도전체(202)는, 예컨대 실리콘 등의 도전체에 의해 형성되어 있다. 또한, 폴리실리콘, SiC, 유리형 카본 등으로 형성되어도 좋다. 도전체(201) 및 도전체(202)의 설치 양태에 대해서는, 후술한다.
처리 용기(10)의 측벽에는 게이트 밸브(G)가 마련되어 있다. 게이트 밸브(G)는, 처리 용기(10)로부터 웨이퍼(W)의 반입 및 반출을 행할 때에 반출입구를 개폐한다.
이러한 구성의 플라즈마 처리 장치(1)에 의해, 웨이퍼(W)에 플라즈마 처리가 실시된다. 예컨대, 에칭 처리가 행해지는 경우, 우선, 게이트 밸브(G)의 개폐가 제어되고, 웨이퍼(W)가 처리 용기(10)에 반입되며, 배치대(20)에 정전 흡착에 의해 배치된다. 이어서, 에칭용의 가스가 도입되고, 제1 고주파 전력이 상부 전극(25)에, 제2 고주파 전력이 하부 전극(104)에 공급되어 플라즈마가 생성된다. 생성된 플라즈마에 의해 웨이퍼(W)에 플라즈마 에칭 등의 원하는 처리가 실시된다. 처리 후, 게이트 밸브(G)의 개폐가 제어되어, 웨이퍼(W)가 처리 용기(10)로부터 반출된다.
다음에, 도 1에 나타낸 도전체(201) 및 도전체(202)의 설치 양태에 대해서 설명한다. 도 2a는 도전체의 설치 양태의 일례를 나타내는 도면이다. 도 2a에 나타내는 바와 같이, 도전체(201) 및 도전체(202)는, 배기 유로(62)에 있어서의 배플판(108)보다 높은 위치로서, 배치대(20)에 배치된 웨이퍼(W)보다 낮은 위치에 상부 전극(25) 중 적어도 일부와 대향하도록 배치되어 있다. 또한, 도전체(201)와 도전체(202)는, 배기 유로(62) 중심 영역에서 중첩되도록 배치되는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 도전체(201)는, 처리 용기(10)의 측벽(102)에 마련되고, 배플판(108)보다 높은 위치로서, 배치대(20)에 배치된 웨이퍼(W)보다 낮은 위치에 상부 전극(25) 중 적어도 일부와 대향하도록 배치된다. 웨이퍼(W)의 피처리면에 대한 높이 방향을 따른, 도전체(201)와, 웨이퍼(W)의 피처리면의 거리(L1)는, 예컨대 1 ㎜∼70 ㎜가 바람직하다. 거리(L1)는, 도전체(201)를 상부 전극(25)에 대한 접지 전극으로서 기능시키는 범위 내로 설정되어 있다. 또한, 도전체(202)는, 배치대(20)의 측면에 마련되고, 배플판(108)보다 높은 위치로서, 배치대(20)에 배치된 웨이퍼(W)보다 낮은 위치에 상부 전극(25) 중 적어도 일부와 대향하도록 배치되어 있다. 웨이퍼(W)의 피처리면에 대한 높이 방향을 따른, 도전체(202)와, 웨이퍼(W)의 피처리면의 거리(L2)는, 15 ㎜∼85 ㎜가 바람직하다. 거리(L2)는, 도전체(202)를 상부 전극(25)에 대한 접지 전극으로서 기능시키는 범위 내로 설정되어 있다. 또한, 웨이퍼(W)의 피처리면에 대한 높이 방향을 따른, 도전체(201)와 도전체(202) 사이의 거리(L3)는, 20 ㎜∼40 ㎜가 바람직하다.
또한, 도전체(201)와, 도전체(202)는, 웨이퍼(W)의 피처리면에 대한 높이 방향에서 본 경우에, 일부가 중복하도록 배치되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 배기 유로(62)에 존재하는 파티클이 처리 용기(10)의 플라즈마 처리 공간(A)에 침입하는 것을 회피할 수 있다. 도전체(201)와, 도전체(202)가 일부가 중복하도록 배치되는 경우에는, 도전체(201) 또는 도전체(202)에 대한, 도전체(201)와 도전체(202)의 중복 부분의 폭(L4)의 비율은, 1.5％∼22.5％로 설정하는 것이 바람직하고, 1.5％∼15％로 설정하는 것이 보다 바람직하다. 도전체(201) 및 도전체(202)를 배기 유로(62)에 상기 범위 내에서 배치함으로써, 처리 용기(10) 내의 배기를 균일하게 효율적으로 행할 수 있고, 또한, A/C비를 크게 하면서 처리 용기(10) 내에 생성한 플라즈마 영역을 균일하게 넓히기 때문에, 웨이퍼(W)에의 처리를 균일하게 처리할 수 있다.
또한, 상기 설명에서는, 웨이퍼(W)의 피처리면에 대한 높이 방향에서 본 경우에, 도전체(201)와, 도전체(202)가 일부가 중복하도록 배치되는 예를 나타내었지만, 도전체(201)와, 도전체(202)는, 일부가 중복하지 않도록 배치되어도 좋다.
여기서, 도전체(201) 및 도전체(202)의 접지 전극으로서의 기능에 대해서 설명한다.
우선, 비교예로서, 배기 유로(62)에 도전체를 갖지 않는 플라즈마 처리 장치에 대해서 설명한다. 도 3은 비교예의 플라즈마 처리 장치에 있어서 플라즈마가 생성된 상태를 나타내는 도면이다. 비교예의 플라즈마 처리 장치는, 배기 유로(62)에 도전체를 갖지 않는 점이 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)와 상이하고, 그 외의 점은, 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)와 동일하다. 그래서, 도 3에서는, 본 실시형태와 동일한 부위에 대해서는 동일한 부호를 붙여 설명한다.
비교예의 플라즈마 처리 장치는, 배기 유로(62)에 도전체를 갖지 않는다. 바꾸어 말하면, 배기 유로(62)에 있어서 상부 전극(25)과 대향하는 전극이 멀게 되어 있다(외관 상 배플판이 대향 전극으로 되어 있지만, 대향 전극으로서의 기능이 작용하고 있지 않음). 이 때문에, 도 3에 나타내는 바와 같이, 처리 용기(10)의 내부에서 플라즈마(P)가 생성된 경우, 생성된 플라즈마(P)는, 배기 유로(62)에 마련된 도전성의 배플판(108)의 방향으로 돌아서 들어가, 배치대(20)에 배치된 웨이퍼(W)의 중앙부의 상방에 집중한다. 그 결과, 웨이퍼(W)의 중앙부에 대응하는 에칭 레이트와, 웨이퍼(W)의 주연부에 대한 에칭 레이트의 차이가 증대하는 경우가 있기 때문에, 웨이퍼(W)의 에칭 레이트의 균일성이 저하할 우려가 있다.
이에 대하여, 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)에 대해서 설명한다. 도 4는 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치에 있어서 플라즈마가 생성된 상태를 나타내는 도면이다. 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 도전체(201) 및 도전체(202)는, 배기 유로(62)에 있어서의 배플판(108)보다 높은 위치로서, 배치대(20)에 배치된 웨이퍼(W)보다 낮은 위치에 상부 전극(25) 중 적어도 일부와 대향하도록 배치되어 있다. 예컨대, 거리(L1, L2, L3, L4)를, 각각, 30 ㎜, 66 ㎜, 30.5 ㎜, 6.5 ㎜로 설정하고, 도전체(201) 및 도전체(202)를 상부 전극(25)에 대한 접지 전극으로서 기능시키는 범위 내로 설정하여 에칭 처리를 하였다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 처리 용기(10)의 내부에서 플라즈마(P')가 생성된 경우, 생성된 플라즈마(P')는, 배기 유로(62)에 마련된 도전성의 배플판(108)의 방향으로 돌아서 들어가는 일없이, 웨이퍼(W)의 중앙부의 상방 및 도전체(201) 및 도전체(202)의 상방으로 넓어진다. 그 결과, 웨이퍼(W)의 중앙부에 대응하는 에칭 레이트와, 웨이퍼(W)의 주연부에 대한 에칭 레이트의 차이가 억제되기 때문에, 웨이퍼(W)의 면내 균일성이 향상된다.
또한, 도 2a에서는, 도전체(201)가 처리 용기(10)의 측벽(102)에 마련되고, 또한, 도전체(202)가 배치대(20)의 측면에 마련되는 예를 나타내었지만 개시 기술은 이것에는 한정되지 않는다. 예컨대, 도전체(201)만이 처리 용기(10)의 측벽(102)에 마련되어도 좋고, 혹은, 도전체(202)만이 배치대(20)의 측면에 마련되어도 좋다. 요컨대, 도전체가, 배기 유로(62)에 있어서의, 처리 용기(10)의 측벽(102) 및 배치대(20)의 측면 중 적어도 어느 한쪽에 배기 유로(62)의 단면에 직교하도록, 환형으로 마련하는 것이 바람직하다. 도 2b에, 일례로서, 도전체(201)가 생략되고, 또한, 도전체(202)가 배치대(20)의 측면에만 마련된 상태를 나타낸다.
또한, 애노드/캐소드비(A/C비)를 크게 하는 관점에서는, 도전체는, 배기 유로(62)에 있어서의, 처리 용기(10)의 측벽(102) 및 배치대(20)의 측면의 양방에 마련되는 것이 바람직하다. A/C비는, 캐소드측의 면적에 대한 애노드측의 면적이 증대할수록, 증대한다. 도전체가, 배기 유로(62)의 처리 용기(10)의 측벽(102) 및 배치대(20)의 측면의 양방에 마련됨으로써, 외관 상의 애노드측의 면적이 증대하여, A/C비가 증대한다. 이에 의해, 애노드인 처리 용기(10)의 측벽(102)에의 스퍼터력이 감소하여, 결과로서, 부재의 소모가 억제된다.
다음에, 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치에 의한 효과(에칭 레이트)에 대해서 설명한다. 도 5에 웨이퍼의 유기막을 미리 정해진 처리 가스로 에칭한 경우의 에칭 레이트를 나타내는 도면이다.
도 5에 있어서, 횡축은, 웨이퍼(W)의 중심 위치를 기준으로 한 웨이퍼(W)의 직경 방향의 위치[㎜]를 나타내고 있으며, 종축은, 웨이퍼(W)의 유기막을 미리 정해진 처리 가스로 에칭한 경우의 에칭 레이트[㎚/min]를 나타내고 있다.
또한, 도 5에 있어서, 그래프(252)는, 배기 유로(62)에 도전체를 갖지 않는 비교예의 플라즈마 처리 장치를 이용하여, 웨이퍼(W)의 유기막을 에칭한 경우의 에칭 레이트를 나타내는 그래프이다. 그래프(254)는, 배기 유로(62)의 처리 용기(10)의 측벽(102) 및 배치대(20)의 측면에 도전체(201) 및 도전체(202)가 각각 마련된 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하여, 웨이퍼(W)의 유기막을 에칭한 경우의 에칭 레이트를 나타내는 그래프이다. 또한, 그래프(254)에 있어서, 도전체(201) 및 도전체(202)는, 거리(L1, L2, L3, L4)가, 각각 30 ㎜, 66 ㎜, 30.5 ㎜, 6.5 ㎜로 설정되도록, 배치된 것으로 한다. 그래프(256)는, 배기 유로(62)의 배치대(20)의 측면에 도전체(202)가 마련되고, 또한, 처리 용기(10)의 측벽(102)에 도전체(201) 대신에 유전체가 마련된 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하여, 웨이퍼(W)의 유기막을 에칭한 경우의 에칭 레이트를 나타내는 그래프이다. 또한, 도전체(201)를 대신하는 유전체는, 예컨대, 석영 등의 유전체에 의해 형성되어 있는 것으로 한다. 또한, 그래프(256)에 있어서, 도전체(201) 및 유전체는, 거리(L1, L2, L3, L4)가, 각각 30 ㎜, 66 ㎜, 30.5 ㎜, 6.5 ㎜로 설정되도록, 배치된 것으로 한다.
도 5의 그래프(252)에 나타내는 바와 같이, 배기 유로(62)에 도전체를 갖지 않는 비교예의 플라즈마 처리 장치에서는, 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따른 에칭 레이트의 평균값은, 25.9 ㎚/min이며, 에칭 레이트의 평균값에 대한 편차는, ±23.8％였다. 이 에칭 레이트의 평균값과, 편차는, 모두 미리 정해진 허용 스펙을 만족시키는 것이 아니었다.
이에 대하여, 도 5의 그래프(254)에 나타내는 바와 같이, 배기 유로(62)의 처리 용기(10)의 측벽(102) 및 배치대(20)의 측면에 도전체(201) 및 도전체(202)가 각각 마련된 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따른 에칭 레이트의 평균값은, 23.9 ㎚/min이며, 에칭 레이트의 평균값에 대한 편차는, ±17.9％였다. 이 에칭 레이트의 평균값과, 편차는, 모두 미리 정해진 허용 스펙을 만족시키는 것이었다. 또한, 도 5의 그래프(256)에 나타내는 바와 같이, 배기 유로(62)의 배치대(20)의 측면에 도전체(202)가 마련되고, 또한, 처리 용기(10)의 측벽(102)에 도전체(201) 대신에 유전체판이 마련된 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따른 에칭 레이트의 평균값은, 21.2 ㎚/min이며, 에칭 레이트의 평균값에 대한 편차는, ±19.4％였다. 이 에칭 레이트의 평균값과, 편차는, 모두 미리 정해진 허용 스펙을 만족시키는 것이었다. 즉, 배기 유로(62)의 처리 용기(10)의 측벽(102) 및 배치대(20)의 측면 중 적어도 어느 한쪽에 도전체가 마련된 경우, 배기 유로(62)에 도전체가 마련되지 않는 경우와 비교하여, 웨이퍼(W)의 에칭 레이트의 균일성이 향상되었다. 이것은, 배기 유로(62)의 처리 용기(10)의 측벽(102) 및 배치대(20)의 측면 중 적어도 어느 한쪽에 도전체가 마련된 경우, 도전체의 접지 전극으로서의 기능에 의해 플라즈마가 웨이퍼(W)의 중앙부의 상방 및 도전체(201) 및 도전체(202)의 상방으로 넓어지기 때문이라고 생각된다.
도 6은 웨이퍼의 산화막을 미리 정해진 처리 가스로 에칭한 경우의 에칭 레이트를 나타내는 도면이다. 도 6에 있어서, 횡축은, 웨이퍼(W)의 중심 위치를 기준으로 한 웨이퍼(W)의 직경 방향의 위치[㎜]를 나타내고 있으며, 종축은, 웨이퍼(W)의 산화막을 미리 정해진 처리 가스로 에칭한 경우의 에칭 레이트[㎚/min]를 나타내고 있다.
또한, 도 6에 있어서, 그래프(262)는, 배기 유로(62)에 도전체를 갖지 않는 비교예의 플라즈마 처리 장치를 이용하여, 웨이퍼(W)의 산화막을 에칭한 경우의 에칭 레이트를 나타내는 그래프이다. 그래프(264)는, 배기 유로(62)의 처리 용기(10)의 측벽(102) 및 배치대(20)의 측면에 도전체(201) 및 도전체(202)가 각각 마련된 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하여, 웨이퍼(W)의 산화막을 에칭한 경우의 에칭 레이트를 나타내는 그래프이다. 또한, 그래프(264)에 있어서, 도전체(201) 및 도전체(202)는, 거리(L1, L2, L3, L4)가, 각각 30 ㎜, 66 ㎜, 30.5 ㎜, 6.5 ㎜로 설정되도록, 배치된 것으로 한다. 그래프(266)는, 처리 용기(10)의 측벽(102)에 도전체(201)가 마련되고, 또한, 배치대(20)의 측면에 도전체(202) 대신에 유전체가 마련된 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하여, 웨이퍼(W)의 산화막을 에칭한 경우의 에칭 레이트를 나타내는 그래프이다. 또한, 도전체(202)를 대신하는 유전체는, 예컨대, 석영 등의 유전체에 의해 형성되어 있는 것으로 한다. 또한, 그래프(266)에 있어서, 도전체(201) 및 유전체는, 거리(L1, L2, L3, L4)가, 각각 30 ㎜, 66 ㎜, 30.5 ㎜, 6.5 ㎜로 설정되도록, 배치된 것으로 한다. 그래프(268)는, 배기 유로(62)의 배치대(20)의 측면에 도전체(202)가 마련되고, 또한, 처리 용기(10)의 측벽(102)에 도전체(201) 대신에 유전체가 마련된 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하여, 웨이퍼(W)의 산화막을 에칭한 경우의 에칭 레이트를 나타내는 그래프이다. 또한, 도전체(201)를 대신하는 유전체는, 예컨대, 석영 등의 유전체에 의해 형성되어 있는 것으로 한다. 또한, 그래프(268)에 있어서, 유전체 및 도전체(202)는, 거리(L1, L2, L3, L4)가, 각각 30 ㎜, 66 ㎜, 30.5 ㎜, 6.5 ㎜로 설정되도록, 배치된 것으로 한다.
도 6의 그래프(262)에 나타내는 바와 같이, 배기 유로(62)에 도전체를 갖지 않는 비교예의 플라즈마 처리 장치에서는, 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따른 에칭 레이트의 평균값은, 66.1 ㎚/min이며, 에칭 레이트의 평균값에 대한 편차는, ±10.9％였다. 이 에칭 레이트의 평균값과, 편차는, 모두 미리 정해진 허용 스펙을 만족시키는 것이 아니었다.
이에 대하여, 도 6의 그래프(264)에 나타내는 바와 같이, 배기 유로(62)의 처리 용기(10)의 측벽(102) 및 배치대(20)의 측면에 도전체(201) 및 도전체(202)가 각각 마련된 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따른 에칭 레이트의 평균값은, 59.3 ㎚/min이며, 에칭 레이트의 평균값에 대한 편차는, ±4.4％였다. 이 에칭 레이트의 평균값과, 편차는, 모두 미리 정해진 허용 스펙을 만족시키는 것이었다. 또한, 도 6의 그래프(266)에 나타내는 바와 같이, 처리 용기(10)의 측벽(102)에 도전체(201)가 마련되고, 또한, 배치대(20)의 측면에 도전체(202) 대신에 유전체판이 마련된 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따른 에칭 레이트의 평균값은, 59.7 ㎚/min이며, 에칭 레이트의 평균값에 대한 편차는, ±7.3％였다. 이 에칭 레이트의 평균값과, 편차는, 모두 미리 정해진 허용 스펙을 만족시키는 것이었다. 또한, 도 6의 그래프(268)에 나타내는 바와 같이, 배기 유로(62)의 배치대(20)의 측면에 도전체(202)가 마련되고, 또한, 처리 용기(10)의 측벽(102)에 도전체(201) 대신에 유전체판이 마련된 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따른 에칭 레이트의 평균값은, 58.6 ㎚/min이며, 에칭 레이트의 평균값에 대한 편차는, ±5.8％였다. 이 에칭 레이트의 평균값과, 편차는, 모두 미리 정해진 허용 스펙을 만족시키는 것이었다. 즉, 배기 유로(62)의 처리 용기(10)의 측벽(102) 및 배치대(20)의 측면 중 적어도 어느 한쪽에 도전체가 마련된 경우, 배기 유로(62)에 도전체가 마련되지 않는 경우와 비교하여, 웨이퍼(W)의 에칭 레이트의 균일성이 향상되었다. 이것은, 배기 유로(62)의 처리 용기(10)의 측벽(102) 및 배치대(20)의 측면 중 적어도 어느 한쪽에 도전체가 마련된 경우, 도전체의 접지 전극으로서의 기능에 의해 플라즈마가 웨이퍼(W)의 중앙부의 상방 및 도전체(201) 및 도전체(202)의 상방으로 넓어지기 때문이라고 생각된다.
이상, 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 상부 전극(25) 중 적어도 일부와 대향하도록 도전체(201) 및 도전체(202)가 배기 유로(62)에 배치되고, 도전체의 웨이퍼(W)의 피처리면에 대한 높이 방향의 거리가 미리 정해진 범위 내로 설정되었다. 이에 의해, 처리 용기(10)의 내부에서 플라즈마(P')가 생성된 경우, 생성된 플라즈마(P')는, 배기 유로(62)에 마련된 도전성의 배플판(108)의 방향으로 돌아서 들어가는 일없이, 웨이퍼(W)의 중앙부의 상방 및 도전체(201) 및 도전체(202)의 상방으로 넓어진다. 그 결과, 웨이퍼(W)의 중앙부에 대응하는 에칭 레이트와, 웨이퍼(W)의 주연부에 대한 에칭 레이트의 차이가 억제되기 때문에, 웨이퍼(W)의 에칭 레이트의 균일성을 향상시킬 수 있다.
1: 플라즈마 처리 장치
10: 처리 용기
20: 배치대(하부 전극)
25: 상부 전극
62: 배기 유로
65: 배기 장치
101: 포커스 링
106: 정전 척
107: 용사막
108: 정류판(배플판)
201, 202: 도전체

Claims (2)

  1. 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와,
    상기 처리 용기 내에 마련되며, 피처리 기판이 배치되는 배치대와,
    상기 배치대의 상방에 마련된 상부 전극과,
    상기 상부 전극 및 상기 배치대 중 적어도 어느 한쪽에 고주파 전력을 공급함으로써, 상기 처리 용기 내에 있어서 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부와,
    상기 처리 용기의 측벽과, 상기 배치대의 측면에 의해 형성된 배기 유로와,
    상기 배기 유로에 마련되며, 상기 배기 유로에 의해 상기 처리 용기의 외부로 배출되는 처리 가스의 흐름을 조정하는 도전성의 정류판과,
    상기 배기 유로에 있어서의 상기 정류판보다 높은 위치로서, 상기 배치대에 배치된 상기 피처리 기판보다 낮은 위치에 상기 상부 전극 중 적어도 일부와 대향하도록 배치되며, 상기 피처리 기판의 피처리면에 대한 높이 방향의 거리가 미리 정해진 범위 내로 설정된 도전체
    를 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 도전체는, 상기 배기 유로의 상기 처리 용기의 측벽측 및 상기 배치대의 측면측 중 적어도 어느 한쪽에 마련된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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