KR20190044013A - 처리 장치 및 확산로를 갖는 부재 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는 처리실에 있어서 가스 배기의 편향을 없애는 것을 목적으로 한다.
해결 수단으로서, 가스를 유입하고, 처리실에서 소정의 처리를 실행하는 반응 용기와, 상기 반응 용기의 측벽 또는 저벽의 확산로가 형성되어 있는 부분에서 배기구에 연통되는, 상기 확산로를 갖는 부재를 갖고, 상기 확산로를 갖는 부재와 상기 반응 용기 사이에는, 해당 확산로와 상기 처리실의 공간을 연통하며, 상기 배기구에 가까워질수록 개구 면적이 좁아지는 개구부가 형성되는, 처리 장치가 제공된다.

Description

처리 장치 및 확산로를 갖는 부재{PROCESSING APPARATUS AND MEMBER HAVING AN EXPANDED PATH}
본 발명은, 처리 장치 및 확산로를 갖는 부재에 관한 것이다.
반도체 제조 프로세스에서는, 피처리 기판, 예를 들면 반도체 웨이퍼[이하, 간략히 「웨이퍼」라 함]의 표면에 형성한 레지스트막을 마스크로 이용하여, 웨이퍼 상의 소정의 막을 선택적으로 에칭한 후에 레지스트막을 애싱에 의해 제거하는 공정이 있다.
애싱 처리를 실행하는 장치로서는, 가스로부터 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성실과, 격벽 부재를 거쳐서 플라즈마 생성실과 연통하며, 주로 플라즈마의 라디칼을 이용하여 애싱을 실행하는 처리실을 갖는 플라즈마 처리 장치가 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
격벽 부재는, 복수의 관통 구멍을 갖고, 석영 등으로 구성되며, 격벽 부재의 전위를 예를 들면 접지 레벨로 조정하는 것에 의해, 플라즈마 생성실에서 생성된 플라즈마의 이온을 끌어당겨 포획하고, 라디칼을 복수의 관통 구멍으로부터 처리실로 통과시키도록 기능한다.
처리실 내의 가스는, 처리실에 마련된 배기구로부터 외부로 배출된다. 이 때, 배기구의 위치에 따라서 처리실 내에서의 가스 배기에 편향이 생기면, 애싱레이트 등의 웨이퍼의 처리의 특성이, 가스 배기의 편향의 영향을 받아, 웨이퍼에 실행하는 애싱 처리 등의 소망의 처리의 균일성이 나빠진다. 그래서, 가스 배기의 편향의 발생을 억제하기 위해, 환형의 정류판을 설치하는 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).
일본 특허 공개 제 2009-16453 호 공보 일본 특허 공개 제 2017-28099 호 공보
그렇지만, 가스 배기 공간에 정류판을 마련하여도, 가스 배기구의 부근에서 가스의 흡기가 강해지기 때문에, 정류판에서는, 처리실 내에서의 가스 배기의 편향을 없애는 것은 어렵다.
상기 과제에 대하여, 일측면에서는, 본 발명은, 처리실에서 가스 배기의 편향을 없애는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 하나의 태양에 의하면, 가스를 유입하고, 처리실에서 소정의 처리를 실행하는 반응 용기와, 상기 반응 용기의 측벽 또는 저벽의 확산로가 형성되어 있는 부분에서 배기구에 연통되는, 상기 확산로를 갖는 부재를 갖고, 상기 확산로를 갖는 부재와 상기 반응 용기 사이에는, 해당 확산로와 상기 처리실의 공간을 연통하며, 상기 배기구에 가까워질수록 개구 면적이 좁아지는 개구부가 형성되는, 처리 장치가 제공된다.
또한, 다른 태양에 의하면, 가스를 유입하고, 처리실에서 소정의 처리를 실행하는 반응 용기에 장착되며, 상기 반응 용기의 측벽 또는 저벽의 확산로가 형성되어 있는 부분에서 배기구에 연통되는, 상기 확산로를 갖는 부재이며, 상기 확산로를 갖는 부재와 상기 반응 용기 사이에는 해당 확산로와 상기 처리실의 공간을 연통하며, 둘레 방향에 경사가 형성된 개구부가 형성되며, 해당 개구부는, 상기 배기구에 가까워질수록 개구가 좁아지는, 확산로를 갖는 부재가 제공된다.
하나의 측면에 의하면, 처리실에서 가스 배기의 편향을 없앨 수 있다.
도 1은 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성의 일 예를 도시하는 도면.
도 2는 일 실시형태에 따른 격벽 부재의 일 예를 도시하는 도면.
도 3은 비교예 1에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성의 일 예를 도시하는 도면.
도 4는 비교예 2에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성의 일 예를 도시하는 도면.
도 5는 일 실시형태에 따른 처리실의 압력 분포의 시뮬레이션 결과의 일 예를 도시하는 도면.
도 6은 일 실시형태에 따른 처리실의 압력 분포의 시뮬레이션 결과의 일 예를 도시하는 도면.
도 7은 일 실시형태에 따른 처리실의 압력 분포의 시뮬레이션 결과의 일 예를 도시하는 도면.
도 8은 가스의 흐름과 크누센 수의 관계를 나타내는 도면.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 부여하는 것에 의해 중복된 설명을 생략한다.
［플라즈마 처리 장치의 구성예］
우선, 본 발명의 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)의 구성의 일 예에 대해, 도 1을 참조하면서 설명한다. 도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)의 구성의 일 예를 도시한다. 플라즈마 처리 장치(10)는, 웨이퍼(W)에 형성된 피에칭 대상막 상의 포토레지스트(photoresist)막을 애싱하여 제거하는 애싱 처리 등의 플라즈마 처리를 실행한다. 플라즈마 처리 장치(10)는, 가스를 유입하고, 처리실에서 소정의 처리를 실행하는 처리 장치의 일 예이다.
플라즈마 처리 장치(10)는, 웨이퍼(W)의 처리를 실행하는 처리실(102)과, 처리실(102)에 연통되며, 가스를 여기시켜 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성실(104)을 갖는다. 플라즈마 생성실(104)은, 격벽 부재(140)를 개재하고 처리실(102)의 상방에 마련되며, 유도 결합 플라즈마(ICP : Inductively Coupled Plasma) 방식에 의해 가스로부터 플라즈마를 생성한다.
플라즈마 생성실(104) 및 처리실(102)은, 예를 들면 알루미늄 등의 금속으로 이루어지는 대략 원통 형상의 반응 용기(110)를 갖는다. 반응 용기(110)의 상부는, 석영, 세라믹스 등의 절연부 재료로 이루어지는 대략 원반 형상의 덮개체(107)에 의해 기밀하게 폐색되어 있다.
반응 용기(110)에는 가스 유로(122)가 마련되어 있다. 가스는, 가스 공급부(120)로부터 가스 배관(121) 및 가스 유로(122)를 거쳐서, 덮개체(107)의 외주 단부에서 둘레 방향에 링 형상으로 형성된 가스 확산로(123)로 흐르고, 가스 유입구(113)로부터 플라즈마 생성실(104)의 내부 공간에 도입된다. 가스 공급부(120)에는, 가스를 개폐하기 위한 개폐 밸브, 가스의 유량을 제어하기 위한 매스 플로우 컨트롤러 등이 구비되어 있다. 본 실시형태에서는, 예를 들면, 가스 공급부(120)로부터 수소(H2) 가스와 아르곤(Ar) 가스의 혼합 가스가 공급되는 예를 들어 설명하지만, 가스의 종류는 이에 한정되지 않는다.
반응 용기(110)의 상부에는, 안테나 부재로서의 코일(119)이 권회되어 있다. 코일(119)에는 고주파 전원(118)이 접속되어 있다. 고주파 전원(118)은, 300kHz~60MHz의 주파수의 전력을 출력하고, 코일(119)에 공급한다. 이에 의해, 플라즈마 생성실(104) 내에 유도 전자계가 형성되고, 플라즈마 생성실(104) 내에 도입된 가스가 여기되어, 플라즈마가 생성된다.
처리실(102) 내에는 웨이퍼(W)를 탑재하는 탑재대(106)가 마련되어 있다. 탑재대(106)는, 처리실(102)의 저부에 마련된 지지 부재(108)에 지지되어 있다. 탑재대(106)는, 예를 들면 알루마이트 처리된 알루미늄으로 형성된다. 탑재대(106) 내에는 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 히터(105)가 매설되어 있으며, 히터(105)는 히터 전원(138)으로부터 급전되는 것에 의해 웨이퍼(W)를 소정의 온도(예를 들면 300℃)로 가열한다. 이 때의 온도는, 웨이퍼(W) 상의 피에칭 대상막이 큰 데미지를 받지 않는 정도의 온도, 예를 들면 250℃~400℃ 정도의 범위라도 좋다.
처리실(102)의 내측에는, 처리실(102)의 내벽을 보호하는 라이너(134)가 마련되어 있다. 라이너(134)는, 예를 들면 알루미늄으로 형성되어 있다. 라이너(134)의 내부에는, 환형의 확산로(135)가 형성되어 있다. 환형의 확산로(135)는, 탑재대(106)보다 하측에 마련되며, 횡 방향으로 연장되는 배기구(126)에 연통된다. 배기구(126)는, 라이너(134) 및 처리실(102)의 측벽을 관통하며, 진공 펌프를 포함하는 배기 장치(128)에 접속되어 있다. 이에 의해, 처리실(102) 및 플라즈마 생성실(104) 내를 소정의 진공도까지 감압할 수 있다. 단, 배기구(126)는, 반응 용기(110)의 측벽의 확산로(135)가 형성되어 있는 부분에 횡 방향으로 형성되는 구성에 한정되지 않으며, 반응 용기(110)의 저벽의 확산로(135)가 형성되어 있는 부분, 즉, 확산로(135)의 바로 아래에서 하방향으로 형성되어도 좋다. 또한, 배기구(126)는, 횡 방향으로 곧게 관통하는 형상에 한정되지 않으며, 측벽에서 확산로(135)에 연통된 후, 하방향으로 굽혀져 저벽을 관통하여도 좋다. 또한, 라이너(134)는, 반응 용기(110)의 측벽 또는 저벽의 확산로(135)가 형성되어 있는 부분에서 배기구에 연통되는, 환형의 상기 확산로(135)를 갖는 부재의 일 예이다.
라이너(134)와 반응 용기(110) 사이에는, 확산로(135)와 처리실(102)의 공간을 연통하며, 둘레 방향에 경사가 형성된 개구부(136)가 형성되어 있다. 도 1에서는, 개구부(136)의 일부로서, 개구부(136a) 및 개구부(136b)가 도시되어 있다. 개구부(136)는, 라이너(134)와 반응 용기(110)의 저벽 사이에 마련된 전체 둘레에 걸치는 개구이며, 그 개구는, 둘레 방향으로 소정의 경사를 갖고 있다.
처리실(102)의 측벽에는, 게이트 밸브(130)에 의해 개폐 가능한 반출입구(132)가 형성되어 있다. 웨이퍼(W)의 반출입은, 예를 들면 도시하지 않는 반송 아암 등의 반송 기구에 의해 실행된다.
처리실(102)과 플라즈마 생성실(104) 사이에서 각 실을 구획하는 격벽 부재(140)에는, 복수의 관통 구멍(144)이 형성되어 있다. 도 2에, 격벽 부재(140)를 관통하는 복수의 관통 구멍(144)의 배치의 일 예를 도시한다. 격벽 부재(140)에는, 동심원 형상으로 복수의 관통 구멍(144)이 형성되어 있다. 단, 관통 구멍(144)의 배치 및 개수는, 도 2의 예에 한정되지 않는다.
격벽 부재(140)는, 플라즈마 생성실(104)에서 생성되는 플라즈마 중, 라디칼을 복수의 관통 구멍(144)으로부터 처리실(102)로 통과시킨다. 즉, 플라즈마 생성실(104)에 있어서 가스가 여기되어 플라즈마가 발생하면, 라디칼, 이온, 자외광 등이 발생한다. 격벽 부재(140)는, 석영 등으로 구성되며, 플라즈마 생성실(104)에서 생성된 플라즈마의 이온과 자외광을 차폐하고, 라디칼만을 처리실(102)로 통과시킨다.
이러한 구성의 플라즈마 처리 장치(10)에 있어서, 웨이퍼(W)에 플라즈마 처리를 실행하는 경우, 우선 게이트 밸브(130)를 개방하고, 반출입구(132)로부터 처리실(102) 내에 웨이퍼(W)를 반입하고, 탑재대(106) 상에 탑재한다.
다음에, 게이트 밸브(130)를 폐쇄하고, 배기 장치(128)에 의해 처리실(102)의 내부 및 플라즈마 생성실(104)의 내부를 배기하여 소정의 감압 상태로 한다. 또한, 웨이퍼(W)가 소정의 온도(예를 들면 300℃)가 되도록, 히터 전원(138)으로부터 히터(105)에 소정의 전력을 공급한다.
이어서, 가스 공급부(120)로부터 플라즈마 생성실(104) 내에 가스 배관(121, 122) 및 가스 확산로(123)을 거쳐서 수소 가스 및 아르곤 가스를 공급한다. 고주파 전원(118)으로부터 코일(119)에 예를 들면 4000W의 고주파 전력을 공급하여, 플라즈마 생성실(104)의 내부에 유도 전자계를 형성한다. 이에 의해, 플라즈마 생성실(104)에 있어서 수소 가스 및 아르곤 가스로 플라즈마가 생성된다. 생성된 플라즈마 중, 자외광, 이온은 격벽 부재(140)에 의해 차폐되고, 라디칼이 통과된다. 이에 의해, 처리실(102) 내의 웨이퍼(W)의 표면은, 자외광과 수소 이온으로부터의 데미지를 받는 일 없이, 라디칼에 의해, 예를 들면 웨이퍼(W) 상의 포토레지스트(photoresist)막의 애싱 처리 등의 소망의 처리를 실행할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 플라즈마 생성실(104)을, 유도 결합 플라즈마 방식에 의해 플라즈마를 생성하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
［처리실에서의 가스의 흐름］
이러한 구성에서는, 배기 장치(128)를 작동시키는 것에 의해 처리실(102)의 공간에 존재하는 가스는, 탑재대(106) 아래를 통과하여, 개구부(136)로부터 확산로(135)에 유입되고, 배기구(126)로부터 외부로 배출된다. 이 때, 가스 배기구(126)의 부근에서 가스의 흡기가 강해지기 때문에, 배기구(126)의 위치에 따라서 처리실(102) 내에서의 가스 배기에 편향이 생긴다. 이에 의해, 배기 방향의 가스의 편향의 영향을 받아 애싱 레이트가 불균일하게 되어, 웨이퍼(W)에 실행하는 애싱 처리의 균일성이 나빠진다.
그래서, 본 실시형태에서는, 개구부(136)는, 배기구(126)에 가까워질수록 개구가 좁아지도록 둘레 방향에 경사가 형성되어 있다. 개구부(136)는, 배기구(126)에 가까워질수록 개구가 좁아지고, 배기구(126)로부터 멀어질수록 개구가 넓어지도록 형성하는 것에 의해, 가스 배기에서의 컨덕턴스를 제어하도록 되어 있다.
본 실시형태에서는, 개구부(136)는, 전체 둘레에 있어서 반응 용기(110)의 저부와 격리된 개구이며, 전체 둘레에 있어서 둘레 방향에 경사가 형성되어 있다. 즉, 개구부(136) 중, 배기구(126)에 가장 가까운 개구부(136a)의 위치에서 가장 좁아지고, 배기구(126)에 가장 먼 개구부(136b)의 위치에서 가장 넓어지는 경사를 갖는다. 예를 들면, 도 1에 일 예로서 도시한 개구부(136a)의 높이(H1)와 개구부(136b)의 높이(H2)는, 개구부(136a)의 높이(H1)가, 개구부(136b)의 높이(H2)보다 낮게 되어 있어서, 배기구(126)의 부근에서는, 가스를 흐르기 어렵게 하도록 되어 있다.
또한, 확산로(135)와 배기구(126)가 연통되는 부분의, 배기구(126)의 단면적은, 확산로(135)의 단면적 이하가 되도록 형성되어 있다. 이에 의해, 확산로(135)를 흐르는 가스의 컨덕턴스를, 배기구(126)를 흐르는 가스의 컨덕턴스와 동등 이상으로 한다.
또한, 개구부(136)는, 전체 둘레에 있어서 개구되어 있는 경우에 한정되지 않으며, 복수로 구획된 슬릿이어도 좋다. 이 경우, 개구부(136)의 각 슬릿은, 배기구(126)에 가까워질수록 슬릿의 면적이 작아지도록 둘레 방향에 경사가 형성된다.
개구부(136)에는, 필터를 가져도 좋다. 이 경우, 필터의 개구율은, 배기구(126)로부터의 거리에 따라서 변화하도록 하여도 좋다. 필터의 개구율은, 배기구(126)에 가까워질수록 낮아지게 되도록 하여도 좋다. 필터는, 다공질체 또는 복수의 세공(細孔)을 갖는 부재라도 좋다. 이 경우, 필터의 개구율은, 상기 다공질체의 기공율 또는 상기 복수의 세공을 갖는 부재에 형성된 각 세공의 φ(직경)이다.
또한, 본 실시형태에서는, 배기구(126)가 1개인 예를 들어 설명하지만, 복수의 배기구(126)를 가져도 좋다. 이 경우에도, 복수의 배기구(126)의 어느 것에 있어서도 배기구(126)에 가까워질수록 개구부(136)가 좁아지도록 형성된다. 이 경우, 예를 들면, 복수의 배기구(126)의 각각에 아치의 골이 생기도록, 개구부(136)의 경사를 아치 형상으로 변경하여도 좋다.
［시뮬레이션 결과예］
다음에, 본 실시형태에 따른 처리실(102)의 압력 분포의 시뮬레이션 결과의 일 예에 대하여, 비교예에 따른 처리실(102', 102")의 압력 분포의 시뮬레이션 결과의 일 예와 비교하면서 설명한다. 도 3은, 비교예 1에 따른 플라즈마 처리 장치(10')의 처리실(102')의 일 예를 도시한다. 도 4는, 비교예 2에 따른 플라즈마 처리 장치(10")의 처리실(102")의 일 예를 도시한다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 비교예 1에 따른 플라즈마 처리 장치(10')에서는, 처리실(102') 내의 라이너(134')에 확산로 및 개구부가 형성되어 있지 않다. 그 이외의 구성은, 도 1에 도시한 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)와 동일하다.
도 5의 (a)는, 비교예 1에 따른 플라즈마 처리 장치(10')의 처리실(102')에서의 탑재대(106)의 압력 분포의 시뮬레이션 결과의 일 예이다. 도 5의 (b)는, 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)의 처리실(102)에서의 탑재대(106)의 압력 분포의 시뮬레이션 결과의 일 예이다.
시뮬레이션의 조건으로서는, 모두 플라즈마 생성실(104)에 수소 가스를 500sccm, 아르곤 가스를 6200sccm의 유량으로 도입하고, 처리실(102, 102')의 압력을 2.5Torr(333Pa)로 설정했다. 이 때의 탑재대(106)에서의 압력 분포의 시뮬레이션 결과를, 고, 중, 저의 3단계의 레벨로 나타낸다.
도 5의 (a)를 참조하면, 비교예 1에 따른 처리실(102')에서의 탑재대(106)의 압력 분포는, 배기 방향의 화살표로 나타내는 배기구(126)가 형성된 측의 압력보다 그 반대측에 압력이 높은 부분이 편향되어 있는 것을 알 수 있다. 즉, 처리실(102)의 내부에서는, 압력 분포에 편향이 생기고 있어, 배기구(126)가 형성된 측에서는 가스가 흐르기 쉬워지고, 그 반대측에서는 가스가 흐르기 어렵게 되어 있는 것을 알 수 있다.
상기 압력 분포의 편향(D)을, 배기구(126)측에서의 탑재대(106)의 단부로부터 고압력 영역까지의 길이(La)와, 배기구(126)측과 반대측에서의 탑재대(106)의 단부로부터 고압력 영역까지의 길이(Lb)를 이용하여, D=(La-Lb)/(La＋Lb)의 퍼센티지로 나타낸다.
도 5의 (a)의 비교예 1에 따른 처리실(102')에서는, 탑재대(106)의 압력 분포의 편향(D)은 55.3%이다. 즉, 비교예 1에서는, 배기구(126)로의 흡기에 의해, 가스 배기에 편향이 있기 때문에, 탑재대(106)의 압력 분포에 편향이 생기고 있는 것을 알 수 있다.
이와 같이 배기구(126)의 위치에 따라서 탑재대(106)의 압력 분포에 편향이 생기면, 애싱레이트 등이 영향을 받아, 웨이퍼(W)에 실행하는 애싱 처리 등의 소망의 플라즈마 처리의 균일성이 나빠진다.
이에 반하여, 도 5의 (b)를 참조하면, 본 실시형태에 따른 처리실(102)에서는, 탑재대(106)의 압력 분포의 편향(D)은 12.3%가 되어, 비교예 1에 비하여 압력 분포의 편향이 개선되어 있는 것을 알 수 있다. 즉, 본 실시형태에 따른 처리실(102)에서는, 가스 확산로(135)를 링 형상으로 형성하고, 가스 확산로(135)의 전체 둘레에 개구부(136)를 마련하고, 또한, 배기구(126)의 위치에 따라서 개구부(136)에 경사를 마련하여, 개구부(136)의 높이를 변화시킨다. 구체적으로는, 배기구(126)에 가까운 위치의 개구부(136)의 높이는, 배기구(126)에 먼 위치의 개구부(136)의 높이보다 낮게 하여, 가스를 흐르기 어렵게 하는 것에 의해 컨덕턴스를 제어한다. 이에 의해, 가스 배기의 편향을 없애, 탑재대(106)의 압력 분포의 편향을 개선할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 따른 처리실(102)에서는, 탑재대(106)의 압력 분포에 10% 정도의 편향(D)이 있는 것은, 처리실(102)에 마련된 게이트 밸브(130)의 반출입구(132)가 영향을 미치고 있다고 생각할 수 있다. 따라서, 게이트 밸브(130)의 반출입구(132)의 구성을 고려하여, 개구부(136)의 넓이를 설계하는 것에 의해, 가스 배기의 편향(D)을 없애거나 또는 0에 보다 가깝게 할 수 있다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 비교예 2에 따른 플라즈마 처리 장치(10")에서는, 처리실(102") 내의 라이너(134")에 확산로 및 개구부가 형성되어 있지 않다. 또한, 배기구(126)가 탑재대(106)의 하측에 마련되고, 반응 용기(110)의 저벽을 관통하여, 배기 장치(128)에 접속되며, 배기 방향이 하향으로 되어 있다. 그 이외의 구성은, 도 1에 도시한 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)와 동일하다. 시뮬레이션 조건은 상기에 도시한 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)의 시뮬레이션을 실행했을 때와 동일하다. 이 경우, 도 5의 (c)에 도시하는 바와 같이, 처리실(102")에서의 탑재대(106)의 압력 분포의 편향(D)은 11.6%가 되어, 도 5의 (b)에 도시한 본 실시형태에 따른 처리실(102)에서의 탑재대(106)의 압력 분포의 편향(D)인 12.3%와 거의 동등하게 된다. 따라서, 배기구(126)는, 반응 용기(110)의 저벽을 관통하며, 하향에 마련되어도 좋다.
도 6의 (a)에 도시하는 비교예 3의 처리실(102')에서는, 도 5의 (a)에 도시하는 비교예 1에 따른 처리실(102')의 게이트 밸브(130)의 반출입구(132)를 폐색한 조건에서 탑재대(106)의 압력 분포의 편향(D)을 산출한 시뮬레이션 결과의 일 예이다. 또한, 시뮬레이션 조건은 상기에 도시한 도 5의 (a) 내지 도 5의 (c)의 시뮬레이션을 실행했을 때와 동일하다. 이 경우, 탑재대(106)의 압력 분포의 편향(D)은 54.1%가 되어, 도 5의 (a)에 도시하는 비교예 1의 경우의 편향보다 약간 개선되어 있다.
이상의 결과에서, 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)의 구성에 의하면, 처리실(102) 내의 가스 배기의 편향을 없앨 수 있지만, 탑재대(106)의 압력 분포의 편향(D)이 완전하게는 없어지지 않는 것은, 게이트 밸브(130)의 영향이 큰 것이 증명되었다.
도 6의 (b)는, 본 실시형태에 따른 처리실(102)에 있어서, 이하와 같이 고압력 및 대유량의 시뮬레이션 조건을 설정했을 때의, 탑재대(106)의 압력 분포의 편향(D)의 시뮬레이션 결과의 일 예를 도시한다. 이 때의 시뮬레이션의 조건으로서는, 플라즈마 생성실(104)에 수소 가스를 5000sccm, 아르곤 가스를 18000sccm의 유량으로 도입하고, 처리실(102)의 압력을 5Torr(666Pa)로 설정했다.
이에 의하면, 상기 고압력 및 대유량의 조건에서도, 탑재대(106)의 압력 분포의 편향(D)은 13.1%로 되어 있다. 이에 의해, 본 실시형태에 따른 처리실(102)에서는, 고압력 및 대유량의 조건에서도, 상기 구성에 의해 가스 배기의 편향을 없앨 수 있어서, 웨이퍼(W)에 실행하는 애싱 처리의 균일성을 담보하여, 프로세스 윈도우를 넓힐 수 있는 것이 증명되었다.
또한, 저압력 및 작은 소유량의 조건에서의 압력 분포의 편향(D)에 대하여 시뮬레이션 한 결과를 도 7에 도시한다. 도 7에서는, 본 실시형태에 따른 처리실(102)에 있어서, 플라즈마 생성실(104)에 수소 가스를 50sccm, 아르곤 가스를 180sccm의 유량으로 도입하고, 처리실(102)의 압력을 0.5Torr(66.6Pa)로 설정했다.
이에 의하면, 상기의 저압력 및 소유량의 조건에서 처리실(102)로부터 가스를 배기하는 경우, 탑재대(106)의 압력 분포의 편향(D)은 27.8%가 되고, 압력 분포의 편향(D)의 개선도는, 상기의 고압력 및 대유량의 조건일 때와 비교하여 높지 않은 것을 알 수 있다. 이것은, 상기의 저압력 및 소유량의 조건에 있어서 처리실(102)의 가스는, 연속 흐름으로부터 분자 흐름이 되기 때문에, 가스의 편향을 시정하는 효과가 낮아졌다고 생각할 수 있다.
본 실시형태에 따른 처리실(102)의 구성에 의한 가스 배기의 편향을 없애는 효과는, 연속 흐름의 영역에서는 높아지는 한편, 천이 흐름 및 분자 흐름의 영역에서는, 연속 흐름의 영역보다 낮아진다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 대상이 기체인 경우, 크누센 수(Kn)가 0.01보다 작을 때, 연속 흐름이라고 정의된다. 크누센 수(Kn)가 0.01보다 크고, 0.1보다 작을 때, 미끄럼 흐름이라고 정의된다. 크누센 수(Kn)가 0.1보다 크고, 10보다 작을 때, 천이 흐름이라고 정의된다. 크누센 수(Kn)가 10보다 클 때, 분자 흐름이라고 정의된다.
진공 중의 가스에서는 연속 흐름과 미끄럼 흐름을 구별하지 않아도 되기 때문에, 미끄럼 흐름을 포함하여 연속 흐름이라고 하면, 크누센 수(Kn)가 0.1보다 작아지는 조건이면 본 실시형태에 따른 처리실(102)의 구성에 의한 가스 배기의 편향을 없애는 효과가 높아지는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)는, (1)식으로부터 산출되는 크누센 수(Kn)가 0.1보다 작아지는 조건에서 사용되는 것이 바람직하다.
크누센 수(Kn)는, (1)식에 의해 정의된다.
Kn=λ／L···(1)
여기서, λ는 평균 자유 공정(m)이며, L은 대표 길이(m)이다.
또한, 평균 자유 공정 λ은 이하의 식으로 나타난다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서, n은 기체 분자수 밀도(m-3), σ는 분자의 직경(m), p는 압력(Pa), KB는 볼츠만 정수(J/K), T는 온도(K)를 나타낸다.
대표 길이 L은 가스 통로의 최소값이며, 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 플라즈마 생성실(104)로의 가스 유입구(113)의 0.5mm가 가스 통로의 최소값이다. 예를 들어, 대표 길이 L을 0.5mm로 했을 때에는, 아르곤 가스에 대하여, 이하의 조건을 (1)식 및 λ을 도출하는 식에 대입했을 때의 크누센 수는 0.2509가 되고, 처리실(102)의 가스의 흐름은 천이 흐름, 임계 압력은 1.25 Torr(166.7Pa)가 된다.
＜조건＞
가스종 아르곤 가스
압력 66.66(Pa)
온도(벽) 353.15(K)
대표 길이 0.5mm
분자 직경 3.62e-10(m)
볼츠만 정수 1.38e-23(J/K)
평균 자유 행정 1.25e-4(m)
크누센 수 0.2509
단, 처리실(102)의 가스 배기의 흐름에 플라즈마 생성실(104)로의 가스 유입구(113)의 치수 0.5mm의 영향은 적다. 한편, 본 실시형태에서는, 가스 배기에 영향을 미치는 가스 통로 중 최소값은, 격벽 부재(140)의 관통 구멍(144)의 φ3mm가 된다. 따라서, 대표 길이 L을 3mm로 하여, 상기 ＜조건＞의 대표 길이의 값을 변경하여, 크누센 수를 산출하면, 처리실(102)이 임계 압력은, 0.2Torr(26.6Pa)가 된다. 단, 크누센 수의 값은, 압력과 가스의 종류와 대표 길이에 의해 변화하기 때문에, 예를 들면, 가스종이 상이하면 상기 크누센 수의 산출값은 당연히 바뀌게 될 것이다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)에 의하면, 처리실(102)의 배기구(126)의 전단에, 컨덕턴스가 충분히 작은 링 형상의 가스의 확산로(135)를 마련하고, 가스 확산로(135)의 내경측에 원주 형상으로 개구된 개구부(136)를 마련한다. 또한, 개구부(136)에는 둘레 방향에 경사가 형성되며, 예를 들면, 그 높이를 배기구(126)에 가까워질수록 낮게 한다. 이에 의해, 가스가 배기될 때의 컨덕턴스를 조정하여, 처리실(102)에서 가스 배기의 편향을 없앨 수 있어서, 애싱 처리의 균일성을 도모할 수 있다. 특히, 대유량 및 고압력의 프로세스에서도, 마찬가지로 처리실(102)에 있어서 가스 배기의 편향을 없애는 효과를 얻을 수 있어, 프로세스 윈도우를 넓힐 수 있다. 또한, 처리실(102) 내에 환형의 확산로(135)와 개구부(136)를 마련하는 것에 의해, 상기 효과를 얻을 수 있으며, 비용의 증대를 회피할 수 있다.
이상, 플라즈마 처리 장치를 상기 실시형태에 의해 설명했지만, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 범위 내에서 여러 가지의 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시형태에 기재된 사항은, 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.
예를 들면, 본 발명은, 상기 확산로(135)를 플라즈마 처리 장치의 가스 배기구의 근방에 배치하는 것에 의해, CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치나 ALD(Atomic Layer Deposition) 장치 등의 플라즈마 처리 장치에도 적용 가능하다. 이 경우에도, 크누센 수(Kn)를 연속 흐름의 영역으로 하는 조건이 만족되는 것이 바람직하다.
또한, 본 명세서에서는, 기판의 일 예로서 반도체 웨이퍼(W)를 예로 들어 설명했다. 그러나, 기판은, 이에 한정되지 않으며, LCD(Liquid Crystal Display), FPD(Flat Panel Display)에 이용되는 각종 기판이나 CD 기판, 프린트 기판 등이어도 좋다.
10 : 플라즈마 처리 장치 102 : 처리실
104 : 플라즈마 생성실 105 : 히터
106 : 탑재대 107 : 덮개체
110 : 반응 용기 116 : 역류 방지 벽부
118 : 고주파 전원 119 : 코일
120 : 가스 공급부 121, 122 : 가스 배관
123 : 가스 확산로 126 : 배기구
128 : 배기 장치 130 : 게이트 밸브
134 : 라이너 135 : 확산부
136 : 개구부 140 : 격벽 부재
144 : 관통 구멍

Claims (12)

  1. 가스를 유입하고, 처리실에서 소정의 처리를 실행하는 반응 용기와,
    상기 반응 용기의 측벽 또는 저벽의 확산로가 형성되어 있는 부분에서 배기구에 연통되는, 상기 확산로를 갖는 부재를 갖고,
    상기 확산로를 갖는 부재와 상기 반응 용기 사이에는, 상기 확산로와 상기 처리실의 공간을 연통하며, 상기 배기구에 가까워질수록 개구 면적이 좁아지는 개구부가 형성되는
    처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 확산로를 갖는 부재는, 환형인
    처리 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 개구부는, 전체 둘레에 있어서 개구되며, 둘레 방향에 경사가 형성되어 있는
    처리 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 장치는, 피처리체에 플라즈마에 의한 처리를 실시하는 장치인
    처리 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응 용기는, 가스로부터 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성실과, 복수의 관통 구멍이 형성되며, 상기 플라즈마 생성실과 상기 처리실 사이에 마련되는 격벽 부재와, 탑재대에 탑재된 피처리체에 플라즈마에 의한 처리를 실시하는 처리실을 갖고,
    상기 확산로를 갖는 부재는,
    상기 탑재대보다 하측에 마련되며, 상기 플라즈마 생성실로부터 유입되고, 상기 배기구에 배기되는 가스를 통과시키는
    처리 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 장치는, 식(1)으로부터 산출되는 크누센 수(Kn)가 0.1보다 작아지는 조건에서 사용되는,
    Kn=λ／L···(1)
    [수학식 1]
    Figure pat00002

    여기서, λ는 평균 자유 행정(m)이며, L은 대표 길이(m), n은 기체 분자수 밀도(m-3), σ는 분자의 직경(m), p는 압력(Pa), KB는, 볼츠만 정수(J/K), T는 온도(K)를 나타냄,
    처리 장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 확산로와 상기 배기구가 연통되는 부분의, 상기 배기구의 단면적은, 상기 확산로의 단면적 이하인
    처리 장치.
  8. 청구항 1, 청구항 2 및 청구항 4 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개구부는, 복수로 구획된 슬릿을 갖고,
    상기 복수의 슬릿의 면적은, 상기 배기구로부터의 거리에 따라서 변화하는
    처리 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 복수의 슬릿의 면적은, 상기 배기구에 가까워질수록 작아지는
    처리 장치.
  10. 청구항 1, 청구항 2 및 청구항 4 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개구부는, 필터를 갖고,
    상기 필터의 개구율은, 상기 배기구로부터의 거리에 따라서 변화하는
    처리 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 필터의 개구율은, 상기 배기구에 가까워질수록 낮아지는
    처리 장치.
  12. 가스를 유입하고, 처리실에서 소정의 처리를 실행하는 반응 용기에 장착되며, 상기 반응 용기의 측벽 또는 저벽의 확산로가 형성되어 있는 부분에서 배기구에 연통되는, 상기 확산로를 갖는 부재에 있어서,
    상기 확산로를 갖는 부재와 상기 반응 용기 사이에는, 상기 확산로와 상기 처리실의 공간을 연통하며, 둘레 방향에 경사가 형성된 개구부가 형성되며, 상기 개구부는, 상기 배기구에 가까워질수록 개구가 좁아지는
    확산로를 갖는 부재.
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