KR20170020323A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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요시히로 우메자와
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

일 실시형태의 플라즈마 처리 장치에서는, 탑재대와 처리 용기와의 사이에 배플 구조체가 설치되어 있다. 배플 구조체는 제 1 부재 및 제 2 부재를 구비하고 있다. 제 1 부재는 탑재대와 처리 용기와의 사이에 있어서 연장되는 제 1 원통부를 구비하고 있고, 상기 제 1 원통부에는, 연직 방향으로 장척의 복수의 관통 구멍이 둘레 방향으로 배열되도록 형성되어 있다. 제 2 부재는 제 1 부재의 원통부의 외경보다 대경의 내경을 갖는 제 2 원통부를 구비하고 있다. 제 2 부재는, 구동 장치에 의해서, 제 1 부재와 처리 용기와의 사이의 간극을 포함한 영역에 있어서 상하로 이동된다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING DEVICE}
본 발명의 실시형태는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스 또는 FPD(Flat Panel Display)라고 하는 전자 디바이스의 제조에 있어서는, 피처리체의 가공을 위해서, 피처리체에 대해서 플라즈마 처리를 한다. 플라즈마 처리에 이용되는 플라즈마 처리 장치는, 일반적으로 처리 용기, 탑재대, 가스 공급부, 및 배기 장치를 구비하고 있다. 탑재대는 처리 용기 내에 설치되어 있고, 가스 공급부 및 배기 장치는 처리 용기 내의 공간에 접속되어 있다.
근년, 상이한 압력 조건의 2 이상의 플라즈마 처리를 하나의 플라즈마 처리 장치에 있어서 연속적으로 실시하는 것이 요청되고 있다. 이러한 압력 변화를 수반하는 플라즈마 처리에서는, 압력을 변화시키는 기간, 즉 천이 시간을 짧게 하는 것이 필요하다. 그러기 위해서는, 피처리체를 배치하는 공간의 체적을 작게 하는 것이 필요하다.
이러한 요청에 따른 플라즈마 처리 장치로서 특허문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치가 제안되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치는, 탑재대와 처리용 용기와의 사이에 개재하는 2개의 배플판을 구비하고 있다. 2개의 배플판의 상방의 제 1 공간은 피처리체가 배치되는 영역을 포함하고 있고, 상기 제 1 공간에는 가스 공급부가 접속되어 있다. 또한, 2개의 배플 부재의 하방의 제 2 공간에는 배기 장치가 접속되어 있다.
2개의 배플판은 수평 방향으로 연재하는 환상판이며, 이들 2개의 배플판에는, 복수의 개구가 형성되어 있고, 이들 개구는 둘레 방향으로 배열되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치에서는, 2개의 배플판 중 한쪽을 둘레 방향으로 회전시키는 것에 의해, 2개의 배플판의 개구의 연직 방향에 있어서의 중복의 정도가 조정된다. 이것에 의해, 특허문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치에서는, 제 1 공간과 제 2 공간과의 사이의 컨덕턴스가 조정되고, 제 1 공간의 압력이 조정된다.
일본 특허 공개 제 2001-196313 호 공보
그런데, 특허문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치에서는, 2개의 배플판의 간격을 극단적으로 작게 하지 않으면, 제 1 공간의 압력을 높은 압력으로 설정할 수 없다. 즉, 2개의 배플판의 간격을 극단적으로 작게 하지 않으면, 제 1 공간과 제 2 공간과의 사이의 컨덕턴스를 작게 할 수 없다. 그렇지만, 2개의 배플판의 간격이 좁아지면, 이들 배플판끼리가 접촉하고, 파티클이 발생할 수 있다.
또한, 2개의 배플판끼리의 접촉을 허용하기 위해서, 또는, 2개의 배플판을 양자의 사이의 간극이 작게 되도록 정밀도 좋게 작성하기 위해서는, 이들 2개의 배플판의 두께를 크게 할 필요가 있다. 그렇지만, 2개의 배플판의 두께가 큰 경우에는, 양자의 개구가 완전하게 겹치도록 2개의 배플판을 배치해도, 제 1 공간과 제 2 공간과의 사이의 컨덕턴스가 작아지므로, 제 1 공간의 압력을 낮게 할 수 없게 된다. 제 1 공간의 압력을 낮게 하기 위해서는, 2개의 배플판의 개구의 사이즈를 크게 할 필요가 있지만, 개구의 사이즈가 커지면 제 2 공간에 플라즈마가 침입하게 된다. 또한, 2개의 배플판의 두께를 크게 하면, 이것에 수반하는 배플판의 중량 증대에 대응하기 위해서, 배플판의 구동 장치가 대형화한다. 따라서, 배플판의 두께를 크게 하는 것, 또한, 배플판에 형성되는 개구의 사이즈를 크게 하는 것은 현실적이지 않다.
따라서, 피처리체가 배치되는 공간의 압력의 조정 범위를 크게 하는 것이 가능한 플라즈마 처리 장치가 필요로 되고 있다.
일 측면에 있어서는, 피처리체에 대해서 플라즈마 처리를 행하기 위한 플라즈마 처리 장치가 제공된다. 이 플라즈마 처리 장치는 처리 용기, 탑재대, 배플 구조체, 가스 공급부, 배기 장치, 및 구동 장치를 구비하고 있다. 탑재대는 처리 용기 내에 설치되어 있고, 피처리체가 탑재되는 탑재 영역을 구비하고 있다. 배플 구조체는 탑재 영역보다 하방에서 탑재대와 처리 용기와의 사이에 개재하고, 처리 용기 내에, 탑재 영역을 포함한 제 1 공간과 탑재 영역보다 하방의 제 2 공간을 규정한다. 배플 구조체는 제 1 부재 및 제 2 부재를 구비하고 있다. 제 1 부재는 탑재대와 처리 용기와의 사이에 있어서 연장되는 제 1 원통부를 구비하고 있고, 상기 제 1 원통부에는, 연직 방향으로 장척의 복수의 관통 구멍이 둘레 방향으로 배열되도록 형성되어 있다. 제 2 부재는 제 1 부재의 원통부의 외경보다 대경의 내경을 갖는 제 2 원통부를 포함하고 있다. 가스 공급부는 제 1 공간에 접속되어 있다. 배기 장치는 제 2 공간에 접속되어 있다. 구동 장치는 제 1 부재와 처리 용기와의 사이의 간극을 포함한 영역에서 제 2 원통부를 상하로 이동시킨다.
일 측면에 관한 플라즈마 처리 장치에서는, 제 1 부재의 제 1 원통부와 제 2 부재의 제 2 원통부와의 연직 방향에 있어서의 위치 관계를 조정하는 것에 의해, 제 1 원통부의 관통 구멍이 제 2 원통부에 의해서 제 2 공간에 대해서 차폐되는 비율을 조정할 수 있다. 이것에 의해, 제 1 공간과 제 2 공간과의 사이의 컨덕턴스를 조정할 수 있다. 또한, 제 1 원통부에 형성된 관통 구멍의 전체에 제 2 원통부가 면하고 있는 상태에서는, 제 1 공간과 제 2 공간과의 사이의 컨덕턴스는 2개의 원통부의 사이의 컨덕턴스에 의해서 규정되므로, 제 1 원통부와 제 2 원통부와의 사이의 간극이 어느 정도의 길이를 가지고 있어도, 즉, 상기 간극에 엄격한 정밀도를 요구하는 일이 없이, 제 1 공간과 제 2 공간과의 사이에 작은 컨덕턴스를 얻을 수 있다. 한편, 제 1 원통부의 관통 구멍에 제 2 원통부가 면하고 있지 않은 상태에서는, 제 1 공간과 제 2 공간과의 사이에 큰 컨덕턴스를 얻을 수 있다. 그러므로, 일 측면에 관한 플라즈마 처리 장치에 의하면, 피처리체가 배치되는 제 1 공간의 압력의 조정 범위를 크게 하는 것이 가능하다.
또한, 제 1 부재 및 제 2 부재에는, 이들의 직경 방향으로 압력이 가해지지만, 이들 부재는 원통 형상의 구조를 가지고 있으므로, 압력에 대해서 휘기 어렵다. 따라서, 제 2 부재의 이동에 의한 제 1 원통부와 제 2 원통부와의 접촉이 발생하기 어렵고, 파티클의 발생이 억제될 수 있다. 또한, 제 2 부재를 얇게 형성할 수 있으므로, 제 2 부재를 고속으로 이동시키는 것이 가능해진다. 또한, 제 1 원통부의 관통 구멍은 둘레 방향으로 배열되어 있으므로, 둘레 방향에 있어서의 배기량의 불균형을 저감하는 것도 가능하다.
일 실시형태에서는, 플라즈마 처리 장치는 구동 장치를 제어하는 제어부를 더 구비할 수 있다. 제어부는, 제 2 부재의 연직 방향에 있어서의 위치를 제 1 위치로 설정하도록 구동 장치를 제어하는 제 1 제어와, 제 2 부재의 연직 방향에 있어서의 위치를 제 1 위치와는 상이한 제 2 위치로 설정하도록 구동 장치를 제어하는 제 2 제어를 실행할 수 있다. 이 실시형태에서는, 제 1 제어에 있어서 제 1 공간으로 설정되는 압력과는 상이한 압력으로, 제 2 제어에 있어서 제 1 공간의 압력을 설정할 수 있다. 따라서, 낮은 압력 및 높은 압력 중 한쪽의 압력하에서 플라즈마 처리 장치를 이용해서 피처리체를 처리한 후에, 동일한 플라즈마 처리 장치 내에서, 낮은 압력 및 높은 압력 중 다른쪽의 압력하에서 피처리체를 처리할 수 있다. 이것에 의해, 동일한 플라즈마 처리 장치에 있어서 압력을 변경하면서 피처리체를 처리하는 것이 가능하다.
일 실시형태에서는, 제어부는 가스 공급부를 더 제어할 수 있고, 제 1 제어에 있어서 가스 공급부에, 제 1 가스를 공급시키고, 제 2 제어에 있어서 가스 공급부에 제 1 가스와 상이한 제 2 가스를 공급시켜도 좋다. 이 실시형태에 의하면, 동일한 플라즈마 처리 장치를 이용해서 가스 종(種) 및 압력을 변경하면서 피처리체를 처리하는 것이 가능해진다.
이상 설명한 바와 같이, 피처리체가 배치되는 공간의 압력의 조정 범위를 크게 하는 것이 가능한 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
도 1은 일 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 일 실시형태의 배플 구조체의 제 1 부재의 제 1 원통부 및 제 2 부재의 제 2 원통부를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 3은 일 실시형태의 배플 구조체의 제 1 부재의 제 1 원통부 및 제 2 부재의 제 2 원통부를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 4는 일 실시형태의 배플 구조체의 제 1 부재 및 제 2 부재를 도시하는 파단 사시도이다.
도 5는 일 실시형태의 배플 구조체의 제 1 부재 및 제 2 부재를 도시하는 파단 사시도이다.
도 6은 일 실시형태의 배플 구조체의 제 1 부재의 제 1 원통부의 일부 및 제 2 부재의 제 2 원통부의 일부를 확대해 도시하는 단면도이다.
도 7은 제 1 부재, 제 2 부재, 및 축체의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 8은 제 2 부재의 상하 이동을 실현하는 기구의 일례를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 9는 배플 구조체에 관련되는 제어계의 일 실시형태를 도시하는 도면이다.
도 10은 비교 시뮬레이션 1에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 비교 시뮬레이션 1의 결과를 도시하는 도면이다.
도 12는 시뮬레이션 2 및 비교 시뮬레이션 2의 결과를 도시하는 도면이다.
도 13은 실험예 1 및 비교 실험예 1의 결과를 도시하는 그래프이다.
도 14는 실험예 2 및 비교 실험예 2의 결과를 도시하는 그래프이다.
도 15는 실험예 3 및 비교 실험예 3의 결과를 도시하는 그래프이다.
이하, 도면을 참조해서 여러 가지의 실시형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당한 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하는 것으로 한다.
도 1은 일 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 1에는, 플라즈마 처리 장치(10)의 종단면 구조가 개략적으로 도시되어 있다. 도 1에 도시하는 플라즈마 처리 장치(10)는 용량 결합형 평행 평판 플라즈마 에칭 장치이다. 플라즈마 처리 장치(10)는 처리 용기(12)를 구비하고 있다. 처리 용기(12)는, 예를 들면, 그 표면에 양극 산화 처리가 실시된 알루미늄으로 구성되어 있다. 처리 용기(12)는 측벽(12s)을 구비하고 있다. 측벽(12s)은 대략 원통 형상을 갖고 있다. 측벽(12s)의 중심 축선은 연직 방향으로 연장되는 축선(Z)에 대략 일치하고 있다. 측벽(12s)에는, 웨이퍼(W)의 반입 또는 반출을 위한 개구(12g)가 설치되어 있다. 이 개구(12g)는 게이트 밸브(52)에 의해 개폐 가능으로 되어 있다.
처리 용기(12) 내에는, 탑재대(14)가 설치되어 있다. 일 실시형태에서는, 탑재대(14)는 지지부(16)에 의해서 지지되어 있다. 지지부(16)는 대략 원통 형상의 절연성의 부재이며, 처리 용기(12)의 바닥부로부터 상방으로 연재되어 있다. 일 실시형태에서는, 지지부(16)는 탑재대(14)의 하측 주연 부분에 접해서 상기 탑재대(14)를 지지하고 있다.
탑재대(14)는 하부 전극(18) 및 정전 척(20)을 포함하고 있다. 하부 전극(18)은 대략 원반 형상을 갖고 있고, 도체로 구성되어 있다. 하부 전극(18)에는, 정합기(MU1)를 거쳐서 제 1 고주파 전원(HFS)이 접속되어 있다. 제 1 고주파 전원(HFS)은 주로 플라즈마 생성용의 고주파 전력을 발생하는 전원이며, 27㎒ 내지 100㎒의 주파수, 일례에 있어서 40㎒의 고주파 전력을 발생한다. 정합기(MU1)는, 제 1 고주파 전원(HFS)의 출력 임피던스와 부하측(하부 전극(18)측)의 입력 임피던스를 정합시키기 위한 회로를 구비하고 있다.
또한, 하부 전극(18)에는, 정합기(MU2)를 거쳐서 제 2 고주파 전원(LFS)이 접속되어 있다. 제 2 고주파 전원(LFS)은 주로 웨이퍼(W)에의 이온 인입용의 고주파 전력(고주파 바이어스 전력)을 발생하고, 상기 고주파 바이어스 전력을 하부 전극(18)에 공급한다. 고주파 바이어스 전력의 주파수는 400㎑ 내지 13.56㎒의 범위 내의 주파수이며, 일례에 있어서는 3㎒이다. 정합기(MU2)는 제 2 고주파 전원(LFS)의 출력 임피던스와 부하측(하부 전극(18)측)의 입력 임피던스를 정합시키기 위한 회로를 구비하고 있다.
하부 전극(18)상에는, 정전 척(20)이 설치되어 있다. 정전 척(20)은 도전막인 전극(20a)을 한쌍의 절연층 또는 절연 시트 사이에 배치한 구조를 갖고 있다. 전극(20a)에는, 직류 전원(22)이 스위치(SW)를 거쳐서 전기적으로 접속되어 있다. 이 정전 척(20)의 상면은 피처리체인 웨이퍼(W)가 탑재되는 탑재 영역(20r)을 구성하고 있다. 이 정전 척(20)의 전극(20a)에 직류 전원(22)으로부터 직류 전압이 인가되면, 정전 척(20)은 쿨롱력 등의 정전력에 의해서, 탑재 영역(20r)상에 탑재된 웨이퍼(W)를 흡착한다.
또한, 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 웨이퍼(W)의 에지를 둘러싸도록 포커스 링(FR)이 설치된다. 포커스 링(FR)은, 예를 들면, 실리콘, 또는 석영으로 구성될 수 있다.
하부 전극(18)의 내부에는, 유로(18a)가 형성되어 있다. 유로(18a)에는, 외부에 설치된 칠러 유닛으로부터 배관(26a)을 거쳐서 냉매, 예를 들면 냉각수가 공급된다. 유로(18a)에 공급된 냉매는 배관(26b)을 거쳐서 칠러 유닛으로 되돌려진다. 이와 같이 순환되는 냉매의 온도를 제어하는 것에 의해, 정전 척(20)상에 탑재된 웨이퍼(W)의 온도가 제어된다.
또한, 탑재대(14)에는, 가스 공급 라인(28)이 설치되어 있다. 가스 공급 라인(28)은, 전열 가스 공급 기구로부터의 전열 가스, 예를 들면 He 가스를, 정전 척(20)의 상면과 웨이퍼(W)의 이면과의 사이에 공급한다.
또한, 플라즈마 처리 장치(10)는 상부 전극(30)을 구비하고 있다. 상부 전극(30)은, 하부 전극(18)의 상방에 있어서, 상기 하부 전극(18)과 대향 배치되어 있다. 하부 전극(18)과 상부 전극(30)은 서로 대략 평행으로 설치되어 있다.
상부 전극(30)은, 절연성 차폐 부재(32)를 거쳐서, 처리 용기(12)의 천정부에 지지되어 있다. 상부 전극(30)은 전극판(34) 및 전극 지지체(36)를 포함할 수 있다. 전극판(34)은 처리 용기(12) 내의 공간에 면하고 있고, 복수의 가스 토출 구멍(34a)을 제공하고 있다. 전극판(34)은 주울열이 적은 저 저항의 도전체 또는 반도체로 구성될 수 있다.
전극 지지체(36)는 전극판(34)을 착탈 가능하게 지지하고 있고, 예를 들면 알루미늄이라고 하는 도전성 재료로 구성될 수 있다. 전극 지지체(36)는 수냉 구조를 갖고 있다. 전극 지지체(36)의 내부에는, 가스 확산실(36a)이 설치되어 있다. 가스 확산실(36a)로부터는, 가스 토출 구멍(34a)에 연통하는 복수의 가스 통류 구멍(36b)이 하방으로 연장되어 있다. 또한, 전극 지지체(36)에는 가스 확산실(36a)에 처리 가스를 도입하는 가스 도입구(36c)가 형성되어 있고, 이 가스 도입구(36c)에는, 가스 공급관(38)이 접속되어 있다.
가스 공급관(38)에는, 밸브 그룹(42) 및 유량 제어기 그룹(44)을 거쳐서 가스 소스 그룹(40)이 접속되어 있다. 가스 소스 그룹(40)은 복수의 가스 소스를 구비하고 있다. 이들 복수의 가스 소스는 상이한 가스 종의 복수의 가스의 소스이다. 밸브 그룹(42)은 복수의 밸브를 구비하고 있다. 유량 제어기 그룹(44)은 매스 플로우 컨트롤러라고 하는 복수의 유량 제어기를 구비하고 있다. 가스 소스 그룹(40)의 복수의 가스 소스는 각각, 밸브 그룹(42)에 포함되는 대응의 밸브, 및 유량 제어기 그룹(44)에 포함되는 대응의 유량 제어기를 거쳐서, 가스 공급관(38)에 접속되어 있다.
플라즈마 처리 장치(10)에서는, 가스 소스 그룹(40)의 복수의 가스 소스 중 선택된 1 이상의 가스 소스로부터의 가스가, 대응의 유량 제어기 및 밸브를 거쳐서, 유량 제어된 상태로, 가스 공급관(38)에 공급된다. 가스 공급관(38)에 공급된 가스는 가스 확산실(36a)에 도달하고, 가스 통류 구멍(36b) 및 가스 토출 구멍(34a)을 거쳐서 처리 용기(12) 내의 공간에 도입된다. 또한, 가스 소스 그룹(40), 유량 제어기 그룹(44), 밸브 그룹(42), 가스 공급관(38) 및 상부 전극(30)은 일 실시형태에 관한 가스 공급부(GS)를 구성하고 있고, 상기 가스 공급부(GS)는 후술하는 제 1 공간(S1)에 접속되어 있다.
또한, 도 1에 도시하는 바와 같이, 처리 용기(12)의 바닥부에는 배기관(48)이 접속되어 있고, 상기 배기관(48)에는 배기 장치(50)가 접속되어 있다. 이것에 의해, 배기 장치(50)는 후술하는 제 2 공간(S2)에 접속된다. 이 배기 장치(50)는 터보 분자 펌프라고 하는 진공 펌프를 구비하고 있다.
또한, 플라즈마 처리 장치(10)는 제어부(Cnt)를 더 구비하고 있다. 이 제어부(Cnt)는 프로세서, 기억부, 입력 장치, 표시 장치 등을 구비하는 컴퓨터이며, 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부(部)를 제어한다. 이 제어부(Cnt)에서는, 입력 장치를 이용하여, 오퍼레이터가 플라즈마 처리 장치(10)를 관리하기 위해서 커멘드의 입력 조작 등을 실시할 수 있고, 또한 표시 장치에 의해, 플라즈마 처리 장치(10)의 가동 상황을 가시화해서 표시할 수 있다. 또한, 제어부(Cnt)의 기억부에는, 플라즈마 처리 장치(10)에서 실행되는 각종 처리를 프로세서에 의해 제어하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건에 따라 플라즈마 처리 장치(10)의 각 구성부에 처리를 실행시키기 위한 프로그램, 즉 처리 레시피가 저장된다.
이 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 웨이퍼(W)를 처리하기 위해서, 가스 소스 그룹(40)의 복수의 가스 소스 중 선택된 1 이상의 가스 소스로부터 처리 용기(12) 내에 가스가 공급된다. 그리고, 하부 전극(18)에 플라즈마 생성용의 고주파 전력이 부여되는 것에 의해, 하부 전극(18)과 상부 전극(30)과의 사이에 고주파 전계가 발생한다. 이 고주파 전계에 의해, 처리 용기(12) 내에 공급된 가스의 플라즈마가 생성된다. 그리고, 생성된 플라즈마에 의해, 웨이퍼(W)의 처리, 예를 들면 에칭을 한다. 또한, 하부 전극(18)에 고주파 바이어스 전력을 부여하는 것에 의해, 이온을 웨이퍼(W)에 대해서 흡인되어 좋다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(10)는 배플 구조체(60)를 더 구비하고 있다. 배플 구조체(60)는 탑재 영역(20r)보다 하방에 있어서 탑재대(14)와 처리 용기(12)의 측벽(12s)과의 사이에 개재되어 있다. 배플 구조체(60)는 처리 용기(12) 내에 있어서 제 1 공간(S1) 및 제 2 공간(S2)을 규정하고 있다. 제 1 공간(S1)은 웨이퍼(W)가 그 위에 탑재되는 탑재 영역(20r)을 포함한 공간이다. 제 2 공간(S2)은 탑재 영역(20r)보다 하방의 공간이다. 제 1 공간(S1)에는, 상술한 가스 공급부(GS)가 접속되어 있고, 제 2 공간(S2)에는, 상술한 배기 장치(50)가 접속되어 있다.
이하, 도 1과 함께, 도 2, 도 3, 도 4, 도 5, 및 도 6을 참조한다. 도 2 및 도 3은 일 실시형태의 배플 구조체의 제 1 부재의 제 1 원통부 및 제 2 부재의 제 2 원통부를 나타내는 개략적으로 도시하는 사시도이다. 도 4 및 도 5는 일 실시형태의 배플 구조체의 제 1 부재 및 제 2 부재를 도시하는 파단 사시도이다. 도 6은 일 실시형태의 배플 구조체의 제 1 부재의 제 1 원통부의 일부 및 제 2 부재의 제 2 원통부의 일부를 확대해 도시하는 단면도이다. 또한, 도 2 및 도 3은 설명의 이해를 위해서 이용한 사시도이며, 도시된 제 1 원통부 및 제 2 원통부의 사이즈, 및, 제 1 원통부에 형성된 관통 구멍의 사이즈 및 개수는, 실제의 제 1 원통부 및 제 2 원통부의 사이즈, 및, 제 1 원통부에 형성된 관통 구멍의 사이즈 및 개수와는 상이하다.
도 1, 도 4, 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 배플 구조체(60)는 제 1 부재(61) 및 제 2 부재(62)를 포함하고 있다. 제 1 부재(61)는, 알루미늄 또는 스테인리스라고 하는 금속의 표면에 Y2O3라고 하는 피복을 실시하는 것에 의해서 구성되어 있다. 제 1 부재(61)는 제 1 원통부(61a), 하측 환상부(61b), 및 상측 환상부(61c)를 구비하고 있다.
도 1 및 도 2 내지 도 5에 도시하는 바와 같이, 제 1 원통부(61a)는, 대략 원통 형상을 갖고 있고, 그 중심 축선이 축선(Z)에 대략 일치하도록 설치되어 있다. 제 1 원통부(61a)의 판 두께는, 예를 들면 5㎜이다. 또한, 제 1 원통부(61a)의 외경은, 예를 들면 550㎜이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 제 1 원통부(61a)는 탑재대(14)와 처리 용기(12)의 측벽(12s)과의 사이에 연재하고 있다.
도 1 및 도 2 내지 도 5에 도시하는 바와 같이, 제 1 원통부(61a)에는, 복수의 관통 구멍(61h)이 형성되어 있다. 복수의 관통 구멍(61h)은 제 1 원통부(61a)를 축선(Z)에 대해서 방사 방향(즉, 직경 방향)으로 관통하고 있다. 복수의 관통 구멍(61h)은 연직 방향에 있어서 장척의 슬릿 형상을 갖고 있다. 이들 복수의 관통 구멍(61h)은, 제 1 원통부(61a)의 전체 둘레에 걸쳐서 분포하도록, 대략 균등인 피치로 축선(Z)에 대해서 둘레 방향으로 배열되어 있다.
또한, 복수의 관통 구멍(61h)의 각각의 폭, 즉 복수의 관통 구멍(61h)의 각각의 연직 방향으로 직교하는 방향에 있어서의 폭은, 제 2 공간(S2)에의 플라즈마의 누락을 억제하는 관점에서는, 대략 3.5㎜ 이하일 수 있다. 또한, 복수의 관통 구멍(61h) 각각의 연직 방향에 있어서의 길이는 제 1 공간(S1)의 압력의 조정 범위에 따라 임의로 설정될 수 있다. 예를 들면, 복수의 관통 구멍(61h)의 각각의 연직 방향에 있어서의 길이는 30㎜이다.
도 1, 도 4, 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 하측 환상부(61b)는 환형상을 갖고 있다. 하측 환상부(61b)는 제 1 원통부(61a)의 하단에 연속하고 있고, 상기 제 1 원통부(61a)의 하단으로부터 직경 방향 내측으로 연재하고 있다. 또한, 상측 환상부(61c)는 환형상을 갖고 있다. 상측 환상부(61c)는 제 1 원통부(61a)의 상단에 연속하고 있고, 상기 제 1 원통부(61a)의 상단으로부터 직경 방향 외측으로 연재하고 있다. 또한, 제 1 부재(61)는 별개의 부재인 제 1 원통부(61a), 하측 환상부(61b), 및 상측 환상부(61c)를 갖고, 즉, 분리 구조를 갖고, 제 1 원통부(61a), 하측 환상부(61b), 및 상측 환상부(61c)를 서로 조립할 수 있는 것에 의해서 작성된 부재여도 좋다. 또는, 제 1 부재(61)는 제 1 원통부(61a), 하측 환상부(61b), 및 상측 환상부(61c)를 갖는 일체 성형의 부재여도 좋다.
또한, 도 1에 도시하는 바와 같이, 처리 용기(12)의 바닥부(12b)는 대략 원통 형상의 지지부(12m)를 포함하고 있다. 이 지지부(12m)의 상방에는, 통형상 부재(64)가 설치되어 있다. 통형상 부재(64)는 예를 들면 세라믹이라고 하는 절연체로 구성될 수 있다. 통형상 부재(64)는 지지부(16)의 외주면을 따라서 연재하고 있다. 또한, 통형상 부재(64) 및 지지부(16)상에는, 환상 부재(66)가 설치되어 있다. 환상 부재(66)는, 예를 들면 세라믹이라고 하는 절연체로 구성될 수 있다. 이 환상 부재(66)는 하부 전극(18)의 상면에 따라서 정전 척(20)의 에지의 근방까지 연장되어 있다. 환상 부재(66) 상에는 상술한 포커스 링(FR)이 설치되어 있다.
제 1 부재(61)의 하측 환상부(61b)의 내연부는 지지부(12m)와 통형상 부재(64)와의 사이에 배치되어 있다. 지지부(12m) 및 통형상 부재(64)는, 예를 들면, 나사에 의해서 서로 고정된다. 이것에 의해, 지지부(12m)와 통형상 부재(64)와의 사이에, 제 1 부재(61)의 하측 환상부(61b)의 내연부가 협지된다.
또한, 처리 용기(12)의 측벽(12s)은 상측 부분(12s1) 및 하측 부분(12s2)을 포함하고 있다. 또한, 플라즈마 처리 장치(10)는 지지 부재(68)를 구비하고 있다. 지지 부재(68)는, 대략 환형상의 상측 부분(68a) 및 대략 환형상의 하측 부분(68c)을 구비하고 있고, 이들 상측 부분(68a) 및 하측 부분(68c)은 대략 원통 형상의 중간 부분을 거쳐서 접속되어 있다. 지지 부재(68)의 상측 부분(68a)은 측벽(12s)의 상측 부분(12s1)과 하측 부분(12s2)과의 사이에 협지되어 있다. 또한, 지지 부재(68)의 하측 부분(68c)은 처리 용기(12) 내에 있어서 직경 방향 내측으로 연재하고 있다. 이 지지 부재(68)의 하측 부분(68c)에는, 제 1 부재(61)의 상측 환상부(61c)가 고정되어 있다. 제 1 부재(61)의 상측 환상부(61c)는, 예를 들면 나사에 의해, 지지 부재(68)의 하측 부분(68c)에 고정되어 있다. 또한, 지지 부재(68)는 별개의 부재인 상측 부분(68a), 중간 부분, 및, 하측 부분(68c)을 구비하고, 즉, 분리 구조를 갖고, 상측 부분(68a), 중간 부분, 및, 하측 부분(68c)을 서로 조립할 수 있는 것에 의해서 작성된 부재여도 좋다. 또는, 지지 부재(68)는 상측 부분(68a), 중간 부분, 및, 하측 부분(68c)을 갖는 일체 성형의 부재여도 좋다.
제 2 부재(62)는, 예를 들면, 알루미늄 또는 스테인리스라고 하는 금속의 표면에 Y2O3라고 하는 피복을 실시하는 것에 의해서 구성될 수 있다. 도 1, 도 4, 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 제 2 부재(62)는 제 2 원통부(62a) 및 환상부(62b)를 구비하고 있다. 도 1, 및, 도 2 내지 도 5에 도시하는 바와 같이, 제 2 원통부(62a)는 대략 원통 형상을 갖고 있고, 그 중심 축선이 축선(Z)에 대략 일치하도록 설치되어 있다. 또한, 제 2 원통부(62a)는 제 1 원통부(61a)의 외경보다 대경의 내경을 구비하고 있다. 예를 들면, 제 2 원통부(62a)의 내경은 550.4㎜이며, 상기 제 2 원통부(62a)의 판 두께는 5㎜이다.
도 1, 도 4, 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 제 2 부재(62)의 환상부(62b)는 대략 환형상을 갖고 있다. 환상부(62b)는, 일 실시형태에서는, 제 2 원통부(62a)의 하단에 연속해서 직경 방향 외측으로 연재하고 있다. 또한, 제 2 부재(62)는 별개의 부재인 제 2 원통부(62a) 및 환상부(62b)를 구비하고, 즉, 분리 구조를 갖고, 제 2 원통부(62a) 및 환상부(62b)를 서로 조립하는 것에 의해서 작성된 부재여도 좋다. 또는, 제 2 원통부(62a) 및 환상부(62b)를 갖는 일체 성형의 부재여도 좋다. 이 제 2 부재(62)의 환상부(62b)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 축체(69)에 연결되어 있다. 축체(69)는, 일 실시형태에서는 이송 나사이며, 환상부(62b)는 너트를 거쳐서 축체(69)에 연결되어 있다. 또한, 축체(69)는 구동 장치(70)에 접속되어 있다. 구동 장치(70)는, 예를 들면, 모터이다. 구동 장치(70)는 축체(69)에 따라서 제 2 부재(62)를 상하 이동시킨다. 이것에 의해, 제 2 부재(62)의 제 2 원통부(62a)는, 제 1 부재(61)의 제 1 원통부(61a)와 처리 용기(12)의 측벽(12s)과의 사이의 간극을 포함한 영역 내에서, 상하로 이동하게 되어 있다. 또한, 도 1에서는 하나의 축체(69)만이 도시되어 있지만, 둘레 방향으로 배열된 복수의 축체가 제 2 부재(62)의 환상부(62b)에 연결되어 있어도 좋다.
여기서, 도 7 및 도 8을 참조한다. 도 7은 제 1 부재, 제 2 부재, 및 축체의 일례를 도시하는 단면도이다. 도 8은 제 2 부재의 상하 이동을 실현하는 기구의 일례를 개략적으로 도시하는 사시도이다. 이하, 도 7 및 도 8을 참조하면서, 제 2 부재의 상하 이동을 실현하는 기구의 일례에 대해 설명한다. 또한, 도 8에 있어서는, 후술하는 연결기(C1), 연결기(C2)라고 하는 몇개의 부품의 도시가 생략되어 있다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 축체(69)는 나사부(69a), 축부(69b), 연결기(C1), 및 연결기(C2)를 포함하고 있다. 축부(69b)는 대략 원주 형상을 갖고 있고, 연직 방향으로 연재하고 있다. 축부(69b)의 상단은 처리 용기(12) 내에 위치하고 있고, 축부(69b)의 하단은 처리 용기(12)의 바닥부(12b)를 관통하고, 처리 용기(12)의 외부에 위치하고 있다. 이 축부(69b)의 하단은 연결기(C1)를 거쳐서 구동 장치(70)(일례에서는 모터)의 회전 구동축(70a)에 연결되어 있다. 축부(69b)와 처리 용기(12)의 바닥부(12b)와의 사이에는, 자성 유체 시일이라고 하는 밀봉 기구(SL)가 설치되어 있다.
축부(69b)의 상단은 연결기(C2)를 거쳐서 나사부(69a)의 하단에 연결되어 있다. 나사부(69a)는 축부(69b)의 상방에서 연직 방향으로 연재하고 있다. 제 2 부재(62)의 환상부(62b)에는, 나사부(69a)에 나사결합되는 너트(62n)가 장착되어 있다. 축체(69)가 구동 장치(70)에 의해서 회전 구동되면, 축체(69)의 회전운동이 제 2 부재(62)의 상하 방향으로의 운동으로 변환된다. 따라서, 도 7에 도시하는 일례의 기구에 의하면, 제 2 부재(62)를 상하 이동시키는 것이 가능해진다.
도 7에 도시한 축체(69)를 구성하는 나사부(69a), 축부(69b), 및 연결기(C2), 및, 너트(62n)는 처리 용기(12) 내에 설치되는 것이다. 따라서, 나사부(69a), 축부(69b), 연결기(C2), 및 너트(62n)의 모두, 또는 이들 부품 중 하나 이상은 절연체로 구성될 수 있다. 또한, 이들 부품 중 플라즈마가 생성되는 제 1 공간(S1)에 가장 가까운 위치에 배치되는 부품인 나사부(69a)만이 절연체로 구성되어 있어도 좋다.
일례에 있어서는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 축체(69)와는 별개로, 1 이상의 축체(80)가 설치되어 있어도 좋다. 축체(80)는, 대략 원주 형상을 갖고 있고, 제 2 부재(62)의 환상부(62b)에 설치된 관통 구멍을 통해서 연직 방향으로 연장되어 있다. 축체(80)와 제 2 부재(62)의 환상부(62b)와의 사이에는 베어링이 개재하고 있어도 좋다. 축체(80)는, 예를 들면, 그 하단에 있어서 처리 용기(12)의 바닥부(12b)에 고정되고, 그 상단에 있어서 지지 부재(68)에 고정될 수 있다. 축체(80)는, 축체(69)와 함께, 축선(Z)에 대해서 둘레 방향으로 배열된다. 예를 들면, 축체(69) 및 3개의 축체(80)(도 8에서는 2개의 축체(80)가 도시되어 있다)는 둘레 방향에 있어서 90도의 간격을 두고 배열될 수 있다. 이와 같이, 축체(69)와 함께 1 이상의 축체(80)가 설치되는 것에 의해, 제 2 부재(62)의 연직 방향으로의 고정밀도의 이동을 실현하는 것이 가능하다. 또한, 축체(80)의 개수 3개로 한정되는 것은 아니다. 또한, 축체(69), 연결기(C1), 연결기(C2), 밀봉 기구(SL), 및 구동 장치(70)를 포함한 복수의 기구가 둘레 방향으로 배열되어 있어도 좋다.
플라즈마 처리 장치(10)에서는, 도 2 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 제 2 원통부(62a)가 하방으로 이동하면, 제 1 원통부(61a)에 형성된 복수의 관통 구멍(61h)은 제 2 원통부(62a)와 대면하지 않고, 즉, 제 2 원통부(62a)에 의해서 차폐되지 않고, 제 2 공간(S2)에 직접적으로 연통한 상태가 된다. 즉, 제 1 공간(S1)이 복수의 관통 구멍(61h)만을 거쳐서 제 2 공간(S2)에 연통한 상태가 된다. 이 상태에서는, 제 1 공간(S1)과 제 2 공간(S2)과의 사이에 개재하는 가스 유로의 컨덕턴스는 커진다. 따라서, 제 1 공간(S1)의 압력은 제 2 공간(S2)의 압력에 가깝게 되고, 제 1 공간(S1)의 압력을 저압으로 설정할 수 있다.
한편, 도 3, 도 5 및 도 6에 도시하는 바와 같이, 제 2 원통부(62a)가 상방으로 이동하고, 복수의 관통 구멍(61h)에 제 2 원통부(62a)가 대면하면, 즉, 제 2 원통부(62a)에 의해서 복수의 관통 구멍(61h)이 차폐되면, 제 1 공간(S1)은, 복수의 관통 구멍(61h), 및, 제 1 원통부(61a)와 제 2 원통부(62a)와의 사이의 간극(GP)(도 6 참조)을 거쳐서, 제 2 공간(S2)에 접속된 상태가 된다. 이 상태에서는, 제 1 공간(S1)과 제 2 공간과의 사이에 개재하는 가스 유로의 컨덕턴스는 작아진다. 따라서, 제 1 공간(S1)의 압력과 제 2 공간(S2)의 압력과의 차이가 커져, 제 1 공간(S1)의 압력을 고압으로 설정할 수 있다. 또한, 제 1 원통부(61a)와 제 2 원통부(62a)와의 사이의 간극(GP)의 직경 방향에 있어서의 길이(GW)는, 예를 들면 0.4㎜라고 하는 길이로 설정될 수 있다.
도 9는 배플 구조체에 관련되는 제어계의 일 실시형태를 도시하는 도면이다. 도 9에 도시하는 바와 같이 구동 장치(70)는 제어부(Cnt)에 의해서 제어될 수 있다. 또한, 제어부(Cnt)는 변이계(90), 압력계(92), 및 압력계(94)로부터 신호를 받는다. 변이계(90)는 제 2 부재(62)의 연직 방향에 있어서의 위치 또는 기준 위치로부터의 거리를 계측하고, 계측 결과를 나타내는 신호를 제어부(Cnt)에 송출한다. 압력계(92)는 제 1 공간(S1)의 압력을 계측하고, 계측 결과를 나타내는 신호를 제어부(Cnt)에 송출한다. 압력계(94)는 제 2 공간(S2)의 압력을 계측하고, 계측 결과를 나타내는 신호를 제어부(Cnt)에 송출한다. 제어부(Cnt)는 레시피에 의해서 지정된 제 1 공간(S1)의 압력, 변이계(90)의 계측 결과를 나타내는 신호, 압력계(92)의 계측 결과를 나타내는 신호, 및 압력계(94)의 계측 결과를 나타내는 신호를 받고, 구동 장치(70)에 신호를 송출하고, 제 1 공간(S1)의 압력이 레시피에 의해서 지정된 압력이 되도록, 구동 장치(70)에 의한 제 2 부재(62)의 연직 방향의 위치를 제어한다.
이 플라즈마 처리 장치(10)에 의하면, 제 1 부재(61)의 제 1 원통부(61a)와 제 2 부재(62)의 제 2 원통부(62a)와의 연직 방향에 있어서의 위치 관계를 조정하는 것에 의해, 복수의 관통 구멍(61h)이 제 2 원통부(62a)에 의해서 제 2 공간(S2)에 대해서 차폐되는 비율을 조정할 수 있다. 이것에 의해, 제 1 공간(S1)과 제 2 공간(S2)과의 사이의 컨덕턴스를 조정할 수 있다.
또한, 복수의 관통 구멍(61h)의 각각의 전체에 제 2 원통부(62a)가 면하고 있는 상태에서는, 제 1 공간(S1)과 제 2 공간(S2)과의 사이의 컨덕턴스는 주로 2개의 원통부의 사이의 간극(GP)의 컨덕턴스에 의해서 규정된다. 따라서, 제 1 부재(61)의 제 1 원통부(61a)와 제 2 부재(62)의 제 2 원통부(62a)와의 사이의 간극(GP)의 직경 방향에 있어서의 길이가 어느 정도의 길이이더라도, 즉, 상기 간극(GP)에 엄격한 정밀도를 요구하는 일이 없이, 제 1 공간(S1)과 제 2 공간(S2)과의 사이에 작은 컨덕턴스를 얻을 수 있다. 한편, 복수의 관통 구멍(61h)에 제 2 원통부(62a)가 면하고 있지 않는 상태에서는, 제 1 공간(S1)과 제 2 공간(S2)과의 사이에 큰 컨덕턴스를 얻을 수 있다. 따라서, 플라즈마 처리 장치(10)에 의하면, 웨이퍼(W)가 배치되는 제 1 공간(S1)의 압력의 조정 범위를 크게 하는 것이 가능하다.
또한, 제 1 부재(61) 및 제 2 부재(62)에는, 그러한 직경 방향으로 압력이 가해지지만, 제 1 부재(61) 및 제 2 부재(62)는 원통 형상의 구조를 갖고 있으므로, 상기 압력에 대해서 휘기 어렵다. 따라서, 제 2 부재(62)를 이동시켜도 제 1 원통부(61a)와 제 2 원통부(62a)와의 접촉이 발생하기 어렵고, 파티클의 발생이 억제될 수 있다. 또한, 제 2 부재(62)를 얇게 형성할 수 있으므로, 제 2 부재(62)를 고속으로 이동시키는 것이 가능해진다. 또한, 복수의 관통 구멍(1h)은 둘레 방향으로 배열되어 있으므로, 둘레 방향에 있어서의 배기량의 불균형을 저감하는 것도 가능하다.
이 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 예를 들면, 이하에 설명하는 예시적인 플라즈마 처리를 실시할 수 있다. 제 1 예의 플라즈마 처리에서는, 제어부(Cnt)는 제 1 제어 및 제 2 제어를 실행한다. 제 1 제어에서는, 제어부(Cnt)는, 제 2 부재(62)의 연직 방향에 있어서의 위치를 제 1 위치로 설정하도록, 구동 장치(70)를 제어한다. 제 2 제어에서는, 제어부(Cnt)는 제 2 부재(62)의 연직 방향에 있어서의 위치를 제 1 위치와는 상이한 제 2 위치로 설정하도록, 구동 장치(70)를 제어한다. 제 1 위치는 제 2 위치보다 상방의 위치에 있어도 좋고, 하방의 위치에서 있어서 좋다. 이 제 1 예의 플라즈마 처리에서는, 제 1 제어에 있어서 제 2 부재(62)를 제 1 위치에 이동시키는 것에 의해, 제 1 공간(S1)의 압력을 고압 및 저압 중 한쪽으로 설정하고, 상기 제 1 공간(S1)에 있어서 웨이퍼(W)를 처리할 수 있다. 또한, 제 2 제어에 있어서 제 2 부재(62)를 제 2 위치에 이동시키는 것에 의해, 제 1 공간(S1)의 압력을 고압 및 저압 중 한쪽으로 설정하고, 상기 제 1 공간(S1)에 있어서 웨이퍼(W)를 처리할 수 있다. 제 1 제어 및 제 2 제어는 교대로 반복되어도 좋다.
제 2 예의 플라즈마 처리에서는, 제어부(Cnt)는 상기 제 1 제어에 있어서 가스 공급부(GS)에 제 1 가스를 공급시키고, 상기 제 2 제어에 있어서 가스 공급부(GS)에 제 2 가스를 공급시킨다. 여기서, 제 2 가스는 제 1 가스와는 상이한데, 즉 제 1 가스의 조성과는 상이한 조성을 갖는 가스이다. 제 2 예의 플라즈마 처리에서는, 제 1 제어 및 제 2 제어가 교대로 반복되어도 좋다.
이 제 2 예의 플라즈마 처리에 의하면, 예를 들면, 제 1 가스로서 퇴적성의 가스를 이용하고, 제 2 가스로서 부식성의 가스를 이용하는 것에 의해, 웨이퍼(W)의 막상에의 보호막의 퇴적 처리와 웨이퍼(W)의 막의 에칭 처리를 교대로 실시할 수 있다. 이러한 플라즈마 처리에서는, 퇴적 처리에 있어서 제 1 공간(S1)의 압력으로서 설정해야 할 압력과 에칭 처리에 있어서 제 1 공간(S1)의 압력으로서 설정해야 할 압력이 상이하다. 따라서, 제 1 제어와 제 2 제어를 교대로 실행하는 것에 의해, 동일한 플라즈마 처리 장치(10)에 있어서, 이러한 플라즈마 처리를 실시하는 것이 가능하다. 또한, 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 이러한 퇴적 처리와 에칭 처리와의 사이에 있어서 제 1 공간(S1)의 압력의 변경에 필요로 하는 천이 시간을 단축하는 것이 가능하다.
또한, 제 2 예의 플라즈마 처리는, 웨이퍼(W)의 2개의 상이한 막 종의 막을 연속해서 에칭하는 용도에도 이용할 수 있다. 막 종이 상이한 2개의 막의 에칭에서는, 한쪽의 막의 에칭에 있어서 이용되어야 할 가스의 가스 종 및 제 1 공간(S1)의 압력은, 다른쪽의 막의 에칭에 있어서 이용되어야 할 가스의 가스 종 및 제 1 공간(S1)의 압력과는 상이하다. 따라서, 제 1 제어와 제 2 제어를 교대로 실행하는 것에 의해, 동일한 플라즈마 처리 장치(10)에 있어서, 이러한 플라즈마 처리를 실시하는 것이 가능하다. 또한, 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 한쪽의 막의 에칭으로부터 다른쪽의 막의 에칭으로 전환하기 위한 제 1 공간(S1)의 압력의 변경에 필요로 하는 천이 시간을 단축하는 것이 가능하다.
이상, 실시형태에 대해서 설명했지만, 상술한 실시형태로 한정되는 일이 없이 여러 가지의 변형 태양을 구성 가능하다. 예를 들면, 제 1 원통부(61a)에 형성된 복수의 관통 구멍(61h)의 형상은 연직 방향으로 긴 형상이면, 임의의 형상이어도 좋다. 예를 들면, 관통 구멍(61h)의 형상은 하방으로 향하는 것에 따라 폭이 좁아지는 역삼각형상이어도 좋다. 또는, 관통 구멍(61h)의 형상은 능선형이어도 좋다.
또한, 구동 장치(70)에 의한 제 2 부재(62)의 이동 속도는 등속이여도 좋고, 비선형으로 변화해도 좋다. 이것에 의해, 제 2 부재(62)의 이동중의 제 1 공간(S1)의 압력을 선형적으로 또는 비선형적으로 변화시키는 것이 가능해진다.
또한, 구동 장치(70)는 상술한 실시형태에서는 모터이며, 이송 나사인 축체(69)를 구동하는 것에 의해 제 2 부재(62)를 이동시키고 있었지만, 구동 장치(70)는 제 2 부재(62)를 상하 이동시키기 위한 유압 또는 공기압 실린더이라도 좋다.
또한, 상술한 실시형태의 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 제 1 고주파 전원(HFS)은 하부 전극(18)에 전기적으로 접속되어 있었지만, 제 1 고주파 전원(HFS)은 상부 전극(30)에 전기적으로 접속되어 있어도 좋다.
또한, 상술한 실시형태의 플라즈마 처리 장치(10)는 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치였지만, 상술한 실시형태의 설명에 의해서 개시된 사상이 적용될 수 있는 플라즈마 처리 장치는 임의의 타입의 플라즈마 처리 장치여도 좋고, 예를 들면, 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치, 또는, 마이크로파라고 하는 표면파를 이용하는 플라즈마 처리 장치여도 좋다.
이하, 플라즈마 처리 장치(10)의 평가를 위해서 행한 시뮬레이션, 및 실험예에 대해 설명한다.
(시뮬레이션 1 및 비교 시뮬레이션 1)
시뮬레이션 1에서는, 하기의 조건에서 제 1 공간(S1)의 압력 및 제 2 공간(S2)의 압력을 계산했다. 또한, 이하에 기재하는 「차폐 상태」는, 제 2 원통부(62a)가 관통 구멍(61h)의 전체에 대면하고 있고, 따라서 관통 구멍(61h)이 제 2 원통부(62a)에 의해서 차폐되어 있는 상태를 나타내고 있다.
<시뮬레이션 1의 조건>
· 제 1 원통부(61a)의 외경: 550㎜
· 제 1 원통부(61a)의 판 두께: 5㎜
· 관통 구멍(61h)의 폭: 3.5㎜
· 관통 구멍(61h)의 길이: 30㎜
· 제 2 원통부(62a)의 판 두께: 5㎜
· 제 2 원통부(62a)의 내경: 550.4㎜
· 가스 공급부(GS)에 의한 가스 공급: N2 가스(200sccm)
· 관통 구멍(61h) 상태: 차폐 상태
시뮬레이션 1의 결과, 제 1 공간(S1)의 압력은 420mTorr(5.6×101 Pa)였다. 또한, 제 2 공간(S2)의 압력은 19.5mTorr(2.6Pa)였다. 따라서, 플라즈마 처리 장치(10)에 의하면, 제 1 공간(S1)과 제 2 공간(S2)과의 사이의 차압을 크게 할 수 있고, 결과적으로 제 1 공간(S1)의 압력을 고압으로 설정하는 것이 가능하다고 하는 것이 확인되었다.
또한, 참고를 위해서, 이하에 설명하는 비교 시뮬레이션 1을 실시했다. 이 비교 시뮬레이션 1에서는, 플라즈마 처리 장치(10)의 배플 구조체(60)에 대해서, 처리 용기(12)의 측벽(12s)과 탑재대(14)와의 사이에, 수평 방향으로 연재하는 환형상의 배플판(101) 및 배플판(102)이 배치되는 구성을 모의했다. 또한, 이 비교 시뮬레이션 1에서는, 배플판(101) 및 배플판(102)이 연직 방향으로 늘어선 배치를 모의했다. 도 10은 비교 시뮬레이션 1에 대해 설명하기 위한 도면이며, 둘레 방향을 도 10에 있어서의 수평 방향으로 전개하고, 배플판(101) 및 배플판(102)을 도시하고 있다.
비교 시뮬레이션 1에서는, 배플판(101) 및 배플판(102)의 양자의 판 두께를 3.5㎜로 설정했다. 또한, 배플판(102)에 대해서 상방에 배치한 배플판(101)의 구성으로서 직경 3.5㎜의 3000개의 관통 구멍(101h)이 형성되어 있고, 각각이 직경 방향으로 늘어선 15개의 관통 구멍(101h)으로 이뤄지는 200조의 관통 구멍 그룹이 둘레 방향으로 균등하게 배열된 구성을 모의했다. 또한, 배플판(102)의 구성으로서, 직경 방향에 있어서 긴 구멍 형상의 200개의 관통 구멍(102h)이 둘레 방향으로 균등인 피치로 배열되는 구성을 모의했다. 관통 구멍(102h)의 직경 방향의 길이는 60㎜이며, 폭은 3.5㎜로 설정했다. 그리고, 배플판(101) 및 배플판(102)과의 사이의 간극의 길이(L)를 0.1㎜로 설정했을 경우와 0.6㎜로 설정했을 경우의 쌍방에 있어서, N2 가스의 유량을 변화시키면서 제 1 공간(S1)의 압력을 계산했다.
도 11은 비교용의 시뮬레이션 1의 결과를 도시하는 도면이다. 도 11에 있어서, 횡축은 N2 가스의 유량을 나타내고 있고, 종축은 제 1 공간(S1)의 압력을 나타내고 있다. 또한, 도 11에 있어서, 「차폐 상태」는, 도 10에 도시하는 바와 같이 배플판(101)의 관통 구멍(101h)과 배플판(102)의 관통 구멍(102h)이 대면하고 있지 않는 상태를 나타내고 있고, 「개방 상태」는, 배플판(102)의 관통 구멍(102h)이 배플판(101)의 관통 구멍(101h)의 전역에 대면하고 있는 상태를 나타내고 있다. 또한, 도 11에 있어서 「L」은 배플판(101)과 배플판(102)과의 사이의 간극의 길이를 나타내고 있다.
도 11에 도시하는 바와 같이, 배플판(101)과 배플판(102)과의 사이의 간극의 길이(L)가 0.6㎜인 경우에는, 차폐 상태를 형성해 다량의 N2 가스를 공급해도, 제 1 공간(S1)의 압력을 70mTorr(9.333Pa) 정도의 압력밖에 상승시킬 수 없었다. 또한, 배플판(101)과 배플판(102)과의 사이의 간극의 길이(L)가 0.1㎜인 경우에는, 차폐 상태를 형성해서 다량의 N2 가스를 공급하면, 제 1 공간(S1)의 압력을 130mTorr(17.33Pa) 정도의 압력으로 상승시킬 수 있었다. 그렇지만, 배플판(101)과 배플판(102)과의 사이의 간극의 길이(L)가 0.1㎜의 경우에서도, 제 1 공간(S1)의 압력은 상술한 플라즈마 처리 장치(10)의 시뮬레이션 1의 결과로서 얻을 수 있던 제 1 공간(S1)의 압력보다 상당히 낮았다. 또한, 배플판(101)과 배플판(102)과의 사이의 간극의 길이(L)를 0.1㎜로 하는 설정은, 배플판(101)과 배플판(102)의 쌍방의 접촉이라고 하는 사태가 초래되므로 현실적인 설정은 아니다. 이것으로부터, 플라즈마 처리 장치(10)의 우위성이 확인되었다.
(시뮬레이션 2 및 비교 시뮬레이션 2)
시뮬레이션 2에서는, 시뮬레이션 1에 있어서 설정한 치수와 동일한 치수를 갖는 제 1 원통부(61a) 및 제 2 원통부(62a)를 포함한 배플 구조체(60)를 구비한 플라즈마 처리 장치(10)에 관해서, 50sccm의 N2 가스를 처리 용기(12) 내에 공급하고, 개방 상태와 차폐 상태를 교대로 새로 바꾸는 주파수(이하, 간단히 「 주파수」라고 한다)를 여러 가지의 주파수로 설정했을 때의 게인(G)을 구했다. 여기서, 「개방 상태」는, 관통 구멍(61h)이 제 2 원통부(62a)와 대면하고 있지 않는 상태이다. 또한, 「게인(G)」은 하기 수학식 1에서 정의된다. 하기 수학식 1의 ΔP는 차폐 상태에서의 제 1 공간(S1)의 압력과 개방 상태에서의 제 1 공간(S1)의 압력과의 차이이며, 「최대 압력 차이」는, 50sccm의 N2 가스를 처리 용기(12) 내에 공급했을 때에, 제 2 부재(62)의 상하 이동에 의해서 실현되는 제 1 공간(S1)의 최대의 압력 차이이다.
G=log20(ΔP/(최대 압력 차이)) (1)
또한, 시뮬레이션 2와의 비교를 위해서, 비교 시뮬레이션 2를 실시했다. 비교 시뮬레이션 2에서는, 배플 구조체(60)에 대해서 환상판 형상의 배플판을 처리 용기(12)의 측벽(12s)과 탑재대(14)와의 사이에 마련한 점에서 플라즈마 처리 장치(10)와는 상이한 플라즈마 처리 장치에 관해서, 배기 장치(50)의 압력 제어 밸브의 개방도를 조정하는 것에 의해 차폐 상태와 개방 상태를 형성하고, 상기 차폐 상태와 개방 상태를 교대로 전환하는 주파수를 여러 가지로 설정하고, 마찬가지로 게인(G)을 구했다. 또한, 비교 시뮬레이션 2에서는, 배플판의 내경을 400㎜, 상기 배플판의 외형을 520㎜, 상기 배플판의 판 두께를 6㎜로 설정했다. 또한, 상기 배플판은 직경 3㎜의 6000개의 관통 구멍이 균등하게 분포된 환상판으로 했다. 또한, 비교 시뮬레이션 2에서는, 배기 장치(50)의 압력 제어 밸브가 최소의 개방도인 상태를 차폐 상태로 하고, 배기 장치(50)의 압력 제어 밸브가 최대의 개방도인 상태를 개방 상태로 했다.
도 12는 시뮬레이션 2 및 비교 시뮬레이션 2의 결과를 도시하는 도면이다. 도 12에 대해 횡축은, 개방 상태와 차폐 상태를 교대로 전환하는 주파수를 나타내고 있고, 종축은 게인(G)을 나타내고 있다. 도 12에 도시하는 바와 같이, 배플 구조체(60)에 의해서 개방 상태와 차폐 상태를 교대로 전환한 시뮬레이션 2에서는, 배기 장치(50)의 압력 제어 밸브의 개방도의 조정에 의해서 개방 상태와 차폐 상태를 교대로 전환한 비교 시뮬레이션 2보다, 주파수의 증가에 수반하는 게인의 저하를 억제하는 것이 가능했다. 또한, 시뮬레이션 2에서는, 주파수가 0.1㎑여도 게인의 저하가 실질적으로 없고, 주파수가 1㎑여도, -20㏈의 게인을 얻을 수 있었다. 따라서, 플라즈마 처리 장치(10)에 의하면, 압력의 큰 증감을 높은 주파수로 실현될 수 있는 것이 확인되었다.
(실험예 1 및 비교 실험예 1)
실험예 1에서는, 시뮬레이션 1에 있어서 설정한 치수와 동일한 치수를 갖는 제 1 원통부(61a) 및 제 2 원통부(62a)를 포함한 배플 구조체(60)를 구비한 플라즈마 처리 장치(10)에 있어서, 500sccm의 N2 가스를 처리 용기(12) 내에 공급하고, 제 2 부재(62)의 이동에 의해서 개방 상태로부터 차폐 상태를 형성했다. 그리고, 제 1 공간(S1)의 압력의 경시적 변화를 관찰했다. 또한, 제 1 공간(S1)의 압력의 시작 시간, 및, 제 1 공간(S1)의 압력의 안정 시간을 구했다. 또한, 시작 시간은, 제 1 공간(S1)의 압력의 초기값으로부터의 증가량이, 상기 초기값과 상기 제 1 공간(S1)의 도달 압력과의 사이의 압력 차이의 10%에 도달한 시점으로부터 상기 압력 차이의 90%에 도달한 시점까지의 시간이며, 안정 시간은 차폐 상태의 형성 후에 제 1 공간(S1)의 압력으로 대략 변화가 볼 수 없게 될 때까지의 시간이다.
또한, 비교 실험예 1에서는, 배플 구조체(60)에 대해서 시뮬레이션 2의 배플판을 갖는 점에 있어서 실험예 1의 플라즈마 처리 장치(10)와 상이한 플라즈마 처리 장치의 처리 용기(12) 내에 500sccm의 N2 가스를 공급하고, 배기 장치(50)의 압력 제어 밸브를 제어하는 것에 의해 개방 상태로부터 차폐 상태를 형성했다. 그리고, 제 1 공간(S1)의 압력의 경시적 변화를 관찰했다. 또한, 제 1 공간(S1)의 압력의 시작 시간, 및, 제 1 공간(S1)의 압력의 안정 시간을 구했다. 또한, 비교 실험예 1에서는, 배기 장치(50)의 압력 제어 밸브가 최소의 개방도인 상태를 차폐 상태로 하고, 배기 장치(50)의 압력 제어 밸브가 최대의 개방도인 상태를 개방 상태로 했다.
도 13은 실험예 1 및 비교 실험예 1의 결과를 도시하는 그래프이다. 도 13에 있어서, 횡축은 시간을 나타내고 있고, 종축은 제 1 공간(S1)의 압력을 나타내고 있다. 또한, 도 13에는, 실험예 1의 제 1 공간(S1)의 압력의 경시적 변화, 및 비교 실험예 1의 제 1 공간(S1)의 압력의 경시적 변화가 도시되어 있다. 도 13으로부터 분명한 바와 같이, 비교 실험예 1에 비해서, 실험예 1에서는, 개방 상태로부터 차폐 상태를 형성했을 때에, 제 1 공간(S1)의 압력이 증가하는 속도가 높고, 차폐 상태에 있어서 압력이 안정되는 시간이 큰폭으로 단축되어 있었다. 구체적으로는, 비교 실험예 1의 안정 시간, 시작 시간은 각각 13.5초, 6.7초이며, 한편, 실험예 1의 안정 시간, 시작 시간은 각각 4.6초, 2.3초였다.
(실험예 2 및 비교 실험예 2)
실험예 2에서는, 실험예 1과 동일한 플라즈마 처리 장치의 처리 용기(12) 내에 500sccm의 N2 가스를 공급하고, 제 2 부재(62)의 이동에 의해서 제 1 공간(S1)의 압력을, 실험예 1의 개방 상태에 있어서의 제 1 공간(S1)의 압력보다 높은 20mTorr로부터, 실험예 1의 차폐 상태에 있어서의 제 1 공간(S1)의 압력보다 낮은 120mTorr로 변화시키고, 제 1 공간(S1)의 압력의 경시적 변화를 관찰했다. 또한, 제 1 공간(S1)의 압력의 안정 시간, 및, 제 1 공간(S1)의 압력의 시작 시간을 구했다. 또한, 시작 시간은, 제 1 공간(S1)의 압력의 초기값으로부터의 증가량이, 상기 초기값과 상기 제 1 공간(S1)의 도달 압력과의 사이의 압력 차이의 10%에 도달한 시점으로부터 상기 압력 차이의 90%에 도달한 시점까지의 시간이며, 안정 시간은 차폐 상태의 형성 후에 제 1 공간(S1)의 압력에 대략 변화를 볼 수 없게 될 때까지의 시간이다.
비교 실험예 2에서는, 비교 실험예 1과 동일한 플라즈마 처리 장치의 처리 용기(12) 내에 500sccm의 N2 가스를 공급하고, 배기 장치(50)의 압력 제어 밸브의 제어에 의해 제 1 공간(S1)의 압력을 20mTorr에서 120mTorr로 변화시키고, 제 1 공간(S1)의 압력의 경시적 변화를 관찰했다. 또한, 제 1 공간(S1)의 압력의 안정 시간, 및, 제 1 공간(S1)의 압력의 시작 시간을 구했다.
도 14는 실험예 2 및 비교 실험예 2의 결과를 도시하는 도면이다. 도 14에 있어서, 횡축은 시간을 나타내고 있고, 종축은 제 1 공간(S1)의 압력을 나타내고 있다. 또한, 도 14에는, 실험예 2의 제 1 공간(S1)의 압력의 경시적 변화, 및 비교 실험예 2의 제 1 공간(S1)의 압력의 경시적 변화가 도시되어 있다. 도 14로부터 분명한 바와 같이, 비교 실험예 2에 비해서, 실험예 2에서는, 제 1 공간(S1)의 압력이 증가하는 속도가 높고, 120mTorr의 압력으로 제 1 공간(S1)의 압력이 안정되는 시간이 큰폭으로 단축되고 있었다. 구체적으로는, 비교 실험예 2의 안정 시간, 시작 시간은 각각 1.92초, 1.09초이며, 한편 실험예 1의 안정 시간, 시작 시간은 각각 0.93초, 0.42초였다.
(실험예 3 및 비교 실험예 3)
실험예 3에서는, 실험예 1과 동일한 플라즈마 처리 장치를 이용하고, 차폐 상태 및 개방 상태의 각각에 있어서, 처리 용기(12) 내에 공급한 N2 가스의 유량과 제 1 공간(S1)의 압력의 관계를 구했다.
비교 실험예 3에서는, 비교 실험예 1과 동일한 플라즈마 처리 장치를 이용하고, 차폐 상태 및 개방 상태의 각각에 있어서, 처리 용기(12) 내에 공급한 N2 가스의 유량과 제 1 공간(S1)의 압력의 관계를 구했다.
도 15는 실험예 3 및 비교 실험예 3의 결과를 도시하는 도면이다. 도 15에 있어서, 횡축은 N2 가스의 유량을 나타내고 있고, 종축은 제 1 공간(S1)의 압력을 나타내고 있다. 도 15에 도시하는 바와 같이, 실험예 3의 개방 상태에 있어서의 N2 가스의 유량과 제 1 공간(S1)의 압력의 관계는, 비교 실험예 3의 개방 상태에 있어서의 N2 가스의 유량과 제 1 공간(S1)의 압력의 관계와 대략 동일하였다. 이것으로부터, 실험예 3에서 이용한 배플 구조체(60)에 의하면, 저압 영역에 있어서 배기 장치(50)의 압력 제어 밸브와 동일한 압력의 제어성을 얻을 수 있는 것이 확인되었다. 또한, 실험예 3의 차폐 상태에 있어서의 N2 가스의 유량과 제 1 공간(S1)의 압력의 관계는, N2 가스의 유량이 500sccm 이하인 경우에는, 비교 실험예 3의 차폐 상태에 있어서의 N2 가스의 유량과 제 1 공간(S1)의 압력의 관계와 대략 동일하였다. 또한, N2 가스의 유량이 500sccm를 초과한 경우에, 실험예 3에서 이용한 배플 구조체(60)는, 비교 실험예 3에서 이용한 배기 장치(50)의 압력 제어 밸브보다, 제 1 공간(S1)의 압력을 높은 압력으로 설정 가능했다. 이것으로부터, 실험예 3에서 이용한 배플 구조체(60)에 의하면, 고압 영역에 있어서, 배기 장치(50)의 압력 제어 밸브도 우수한 압력의 제어성을 얻을 수 있는 것이 확인되었다.
10: 플라즈마 처리 장치 12: 처리 용기
12s: 측벽 14: 탑재대
18: 하부 전극 20: 정전 척
20r: 탑재 영역 30: 상부 전극
GS: 가스 공급부 50: 배기 장치
60: 배플 구조체 61: 제 1 부재
61a: 제 1 원통부 61h: 관통 구멍
62: 제 2 부재 62a: 제 2 원통부
69: 축체 70: 구동 장치
Cnt: 제어부 S1: 제 1 공간
S2: 제 2 공간

Claims (3)

  1. 피처리체에 대해서 플라즈마 처리를 행하기 위한 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    처리 용기와;
    상기 처리 용기 내에 설치된 탑재대로서, 상기 피처리체가 탑재되는 탑재 영역을 갖는 상기 탑재대와;
    상기 탑재 영역보다 하방에서 상기 탑재대와 상기 처리 용기와의 사이에 개재하고, 상기 처리 용기 내에, 상기 탑재 영역을 포함한 제 1 공간과 상기 탑재 영역보다 하방의 제 2 공간을 규정하는 배플 구조체로서,
    상기 탑재대와 상기 처리 용기와의 사이에 있어서 연장되는 제 1 원통부를 포함하고, 연직 방향으로 장척의 복수의 관통 구멍이 둘레 방향으로 배열되도록 상기 제 1 원통부에 형성된 제 1 부재, 및
    상기 제 1 원통부의 외경보다 대경의 내경을 갖는 제 2 원통부를 포함한 제 2 부재를
    구비하는 상기 배플 구조체와;
    상기 제 1 공간에 접속된 가스 공급부와;
    상기 제 2 공간에 접속된 배기 장치와;
    상기 제 1 부재와 상기 처리 용기와의 사이의 간극을 포함한 영역에서 상기 제 2 원통부를 상하로 이동시키기 위한 구동 장치를 포함하는
    플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 장치를 제어하는 제어부를 더 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 제 2 부재의 연직 방향에 있어서의 위치를 제 1 위치로 설정하도록 상기 구동 장치를 제어하는 제 1 제어와,
    상기 제 2 부재의 연직 방향에 있어서의 위치를 상기 제 1 위치와는 상이한 제 2 위치로 설정하도록 상기 구동 장치를 제어하는 제 2 제어를 실행하는
    플라즈마 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제 1 제어에 있어서 상기 가스 공급부에, 제 1 가스를 공급시키고,
    상기 제 2 제어에 있어서 상기 가스 공급부에, 상기 제 1 가스와 상이한 제 2 가스를 공급시키는
    플라즈마 처리 장치.
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