KR20200010169A - 플라스마 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
플라스마 처리 장치에 있어서, 진공 용기의 진공 시일 부분의 구조를 복잡한 형상으로 하지 않고 시일 부재의 열화(劣化)에 의한 손상을 저감시킴으로써, 시일 부재의 수명에 영향을 주지 않고 클리닝을 행할 수 있도록 하기 위해, 처리실과, 이 처리실의 내부를 진공으로 배기하는 진공 배기부와, 처리실의 내부에 가스를 공급하는 가스 공급부와, 처리실 내의 내부에 배치되어 처리 대상인 시료를 재치(載置)하는 시료대와, 이 시료대의 위쪽에서 처리실의 천장면을 구성하는 창부(窓部)와, 처리실의 내부에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급부를 구비한 플라스마 처리 장치에 있어서, 창부와 처리실은, 사이에 엘라스토머제의 시일 부재를 두고 접속해 있으며, 진공 배기부에서 처리실의 내부를 진공으로 배기한 상태에서, 시일 부재를 사이에 둔 창부와 처리실과의 간격에 대한 이 간격의 부분에 있어서의 처리실의 내벽면으로부터 시일 부재까지의 거리의 비가 3 이상이 되는 위치에 시일 부재를 설치하도록 했다.
Description
본 발명은 플라스마 처리 장치에 관한 것으로서, 불소를 주체로 한 플라스마 클리닝 처리를 행했을 때에 생기는 파트(parts) 데미지를 저감하기 위한 구성을 구비한 플라스마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스를 제조하는 공정에서는, 진공 용기 내부의 처리실 내에 배치된 반도체 웨이퍼 등의 기판 형상의 시료의 상면에 미리 형성된 포토레지스트 등의 마스크층의 아래쪽의 처리 대상인 막층을 당해 처리실 내에 형성한 플라스마를 이용하여 마스크층을 따라 에칭하는, 소위 플라스마 에칭 처리가 일반적으로 이용된다. 이러한 플라스마 에칭 처리에서는, 시료 기판(웨이퍼)을 처리실 내부의 시료대 상에 재치(載置)하고, 플라스마에 폭로시킴으로써, 웨이퍼 상의 특정한 적층막을 선택적으로 제거하고, 웨이퍼 상에 미세한 회로 패턴을 형성한다.
이러한 플라스마 에칭 처리를 행함으로써, 플라스마 생성을 위해 도입한 가스나 에칭 처리에 의해 시료 기판의 표면으로부터 제거한 적층막에 수반한 반응 생성물이, 처리실 내부의 벽면에 부착되어 축적된다. 이와 같이 반응 생성물이 처리실 내부의 벽면에 부착되어 축적해 가면, 처리실의 내부에 발생시키는 플라스마의 조건(예를 들면, 처리실 내부에서의 플라스마 밀도의 분포)이 변화하여 플라스마 에칭의 조건(예를 들면, 에칭 레이트의 시료 기판면 내의 분포)이 변동하여, 순차 행해지는 시료 기판의 표면의 에칭 처리에 경시(經時) 변화(시료 기판면 내에서의 가공 형상의 불균일을 포함하는 에칭에 의한 가공 형상의 변화)가 생겨 버린다.
그래서, 이 반응 생성물의 축적에 기인한 처리실 내의 상태 변화에 수반하는 시료 기판의 가공 형상의 변화를 억제하기 위해, 처리실의 내부에 퇴적한 반응 생성물을, 플라스마 클리닝에 의해 제거하는 것이 행해진다.
한편으로, 처리실 내부에 설치된 불소 고무 등의 진공 시일 부재(O링 등. 이하, 단순히 시일 부재라고 기재함)는, 처리실 내부에서 생성된 플라스마에 의해 열화(劣化)하여, 손상되는 것이 알려져 있다. 또한, 시일 부재가 열화하여 손상되는 것에 수반하여 파티클의 발생이나 진공 리크가 생기기 때문에, 예정 외의 장치 메인터넌스가 강요될 경우가 있다.
그래서, 플라스마 처리에 의해 생기는 시일 부재가 열화하여 손상되는 것을 억제하기 위해, 예를 들면, 일본국 특개2006-5008호 공보(특허문헌 1)에는, 시일부에의 플라스마 혹은 라디칼종의 침입량을 저감하는 구성으로서, 시일 부재보다 내측에 요철부를 마련하여 시일 부재에 직접 플라스마가 접촉하지 않도록 하는 구조가 기재되어 있다.
또한, 일본국 특개2006-194303호 공보(특허문헌 2)에는, 표면에 요철을 형성한 래버린스 시일(labyrinth seal)을 메인 시일인 엘라스토머제 시일 부재보다 내측에 마련하고, 이 래버린스 구조 부분에서 플라스마를 난(亂)반사시켜 감쇠시킴으로써, 엘라스토머제 시일 부재가 열화하는 것을 방지하는 구성이 개시되어 있다.
그러나, 상기한 종래 기술에서는, 시일 부재보다 내측에 요철부를 마련하는 구조로 하거나, 표면에 요철을 형성한 래버린스 구조를 시일 부재보다 내측에 마련하는 구조로 함으로써, 진공 용기의 진공 시일 부분의 구조가 복잡해져, 그만큼 장치 가격이 높아져 버리거나, 장치의 메인터넌스에 시간이 걸려 버린다는 문제가 있었다.
그래서, 본 발명에 있어서는, 진공 용기의 진공 시일 부분의 구조를 복잡한 형상으로 하지 않고 시일 부재의 열화에 따른 손상을 저감시킴으로써, 시일 부재의 수명에 영향을 주지 않고 클리닝을 행할 수 있는 플라스마 처리 장치를 제공한다.
상기한 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는, 처리실과, 이 처리실의 내부를 진공으로 배기하는 진공 배기부와, 처리실의 내부에 가스를 공급하는 가스 공급부와, 처리실 내의 내부에 배치되어 처리 대상인 시료를 재치하는 시료대와, 이 시료대의 위쪽에서 처리실의 천장면을 구성하는 창부(窓部)와, 처리실의 내부에 마이크로파 전력을 공급하는 마이크로파 전력 공급부를 구비한 플라스마 처리 장치에 있어서, 창부와 처리실은, 사이에 엘라스토머제의 시일 부재를 두고 접속해 있으며, 진공 배기부에서 처리실의 내부를 진공으로 배기한 상태에서, 시일 부재를 사이에 둔 창부와 처리실과의 간격에 대한 이 간격의 부분에 있어서의 처리실의 내벽면으로부터 시일 부재까지의 거리의 비가 3 이상이 되는 위치에 시일 부재를 설치하도록 했다.
또한, 상기한 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는 처리실과, 이 처리실의 내부를 진공으로 배기하는 진공 배기부와, 처리실의 내부에 가스를 공급하는 가스 공급부와, 처리실 내의 내부에 배치되어 처리 대상인 시료를 재치하는 시료대와, 이 시료대의 위쪽에서 처리실의 천장면을 구성하는 유전체 재료로 형성된 창부와, 이 창부를 통해 처리실의 내부에 마이크로파 전력을 공급하는 마이크로파 전력 공급부를 구비하여 가스 공급부로부터 처리실의 내부로 제1 가스를 공급하면서 시료대에 재치한 시료를 플라스마를 이용하여 에칭하는 에칭 처리와 이 에칭 처리한 시료를 처리실로부터 배출한 상태에서 가스 공급부로부터 처리실의 내부로 제2 가스를 공급하면서 처리실의 내부에 플라스마를 발생시켜 처리실의 내부에 부착된 에칭 생성물을 제거하는 클리닝 처리를 행하는 기능을 구비한 플라스마 처리 장치에 있어서, 창부와 처리실은, 사이에 엘라스토머제의 시일 부재를 두고 접속해 있으며, 진공 배기부에서 처리실의 내부를 진공으로 배기한 상태에서, 시일 부재를 사이에 둔 창부와 처리실과의 간격에 대한 이 간격의 부분에 있어서의 처리실의 내벽면으로부터 시일 부재까지의 거리의 비가 3 이상이 되는 위치로서, 클리닝 처리에 있어서 처리실의 내부에 발생시킨 플라스마에 의해 시일 부재에 주는 손상이 시일 부재의 수명의 결정 요인이 되지 않는 위치에 시일 부재를 설치하도록 했다.
본 발명에 따르면, 진공 용기의 진공 시일 부분의 구조를 복잡한 형상으로 하지 않고, 시일 부재의 열화를 억제하여 손상을 저감시킨 상태에서 클리닝을 행할 수 있는 플라스마 처리 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의해, 진공 시일부 구조에 대하여 적절한 플라스마 처리 장치를 제공함으로써, 플라스마 처리에 기인하는 시일 부재의 열화에 따른 손상을 저감하고, 진공 부재의 수명을 단축시키지 않으며, 또한 메인터넌스 주기를 연장시킬 수 있게 되었다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 플라스마 처리 장치의 모식적인 구조의 일례를 나타내는 개략의 블록도.
도 2는 도 1에 나타내는 플라스마 처리 장치의 처리실 벽면과 유전체창의 단면도.
도 3a는 도 2에 나타내는 처리실 벽면과 유전체창 사이에 놓인 시일 부재 주변부의 단면을 나타내는 도면이며, 처리실의 내부가 대기압의 상태에 있어서의 단면도.
도 3b는 도 2에 나타내는 처리실 벽면과 유전체창 사이에 놓인 시일 부재 주변부의 단면을 나타내는 도면이며, 처리실의 내부를 진공으로 배기한 상태에 있어서의 단면도.
도 4는 플라스마 생성 영역으로부터 시일 부재에 통하는 공간의 구조를 나타내는 지표(어스펙트비)비와 시일 부재에 대한 데미지량의 관계를 나타낸 그래프.
도 5는 불소를 주체로 한 플라스마 처리에 있어서의 플라스마 생성시의 처리실 내 압력에 의존한 플라스마 영역의 불소 라디칼량(혹은 처리실 내벽면에 퇴적한 반응 생성물에의 클리닝 레이트)과 시일 부재 부근의 불소 라디칼량(시일 부재의 손상 레이트)의 관계를 나타낸 그래프.
도 6은 스퍼터링 레이트와 처리실 내의 압력과의 관계를 나타내는 그래프.
도 2는 도 1에 나타내는 플라스마 처리 장치의 처리실 벽면과 유전체창의 단면도.
도 3a는 도 2에 나타내는 처리실 벽면과 유전체창 사이에 놓인 시일 부재 주변부의 단면을 나타내는 도면이며, 처리실의 내부가 대기압의 상태에 있어서의 단면도.
도 3b는 도 2에 나타내는 처리실 벽면과 유전체창 사이에 놓인 시일 부재 주변부의 단면을 나타내는 도면이며, 처리실의 내부를 진공으로 배기한 상태에 있어서의 단면도.
도 4는 플라스마 생성 영역으로부터 시일 부재에 통하는 공간의 구조를 나타내는 지표(어스펙트비)비와 시일 부재에 대한 데미지량의 관계를 나타낸 그래프.
도 5는 불소를 주체로 한 플라스마 처리에 있어서의 플라스마 생성시의 처리실 내 압력에 의존한 플라스마 영역의 불소 라디칼량(혹은 처리실 내벽면에 퇴적한 반응 생성물에의 클리닝 레이트)과 시일 부재 부근의 불소 라디칼량(시일 부재의 손상 레이트)의 관계를 나타낸 그래프.
도 6은 스퍼터링 레이트와 처리실 내의 압력과의 관계를 나타내는 그래프.
일반적으로, 플라스마 처리 장치에 있어서, 처리실에 있어서의 임의점으로부터의 진공 시일 부재까지의 거리나 플라스마 생성 영역으로부터 시일 부재에 통하는 공간의 구조를, 시일 부재의 손상을 충분히 억제할 수 있도록, 모든 플라스마 처리 조건에 대하여 일의(一義)로 결정하는 것은 곤란하다.
본 발명은, 플라스마 영역으로부터 떨어진 공간(극간(隙間))에 침입하는 라디칼의 양은 플라스마 생성에 이용되는 가스종, 압력, 방전 전력 등의 플라스마 생성 조건에 의존하는, 즉, 플라스마 생성 조건에 따라 부재 사이의 극간에 배치된 시일 부재에의 손상의 정도는 변화한다는 지견(知見)에 의거하여, 플라스마 처리 장치에 있어서, 시일부에 통하는 구조의 장거리화 혹은 복잡화를 필요로 하지 않고, 진공 시일 부재의 열화에 따른 손상을 저감하여 플라스마 클리닝을 반복하여 안정되게 행하는 것을 가능하게 한 것이다.
즉 본 발명은, 진공 용기 내부에 배치되고 처리용 가스가 공급되는 내측에서 플라스마가 형성되는 처리실과, 이 처리실 내의 아래쪽에 배치되고 그 상면에 처리 대상인 웨이퍼가 실리는 시료대와, 처리실의 내벽면을 구성하는 2개의 부재의 표면끼리의 사이에 놓여 배치되고 감압되어 플라스마가 형성되는 처리실 내부와 대기압으로 된 외부 사이를 기밀하게 구획하는 시일 부재를 구비한 플라스마 처리 장치에 관한 것이며, 특히 조건이 엄격한 불소를 주체로 한 고해리도(高解離度)의 플라스마나 고농도의 라디칼이 이용되는 플라스마 처리에 있어서, 처리중인 처리실 내의 압력 영역을 10㎩ 내지 20㎩로 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 이 시일 부재를 사이에 둔 상태에서 2개의 부재의 표면끼리의 사이에 형성되는 공간은, 플라스마가 형성되는 처리실 내부까지 소정의 크기의 극간을 통해 연통(連通)되고, 당해 극간의 길이와 대향하여 극간을 구성하는 내벽면끼리의 거리(간격)와의 비가 3 이상이 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 시일 부재로서, 재질이 불소 고무의 부재를 이용하는 것을 특징으로 한다.
특히 조건이 엄격한 불소 가스를 이용한 플라스마 클리닝에 있어서는, 불소 가스를 주체로 한 고해리의 플라스마나 고농도의 라디칼이 이용되기 때문에, 그 자체로는, 시일 부재에의 손상량이 커져 버리지만, 본 발명에 의해, 플라스마 처리에 기인하는 시일 부재의 열화에 따른 손상을 저감하여, 진공 부재의 수명을 단축시키지 않으며, 또한 플라스마 처리 장치의 메인터넌스 주기를 연장시킬 수 있도록 했다.
이하, 도면을 이용하여 본 발명에 따른 플라스마 처리 장치의 실시형태를 설명한다. 단, 본 발명은, 이하에 나타내는 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것이 아니다. 본 발명의 사상 내지 취지로부터 일탈하지 않는 범위에서, 그 구체적 구성을 변경할 수 있는 것은 당업자라면 용이하게 이해된다.
[실시예]
도 1 내지 도 6을 이용하여, 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은, 본 실시예에 따른 플라스마 처리 장치로서, 드라이 에칭 장치의 일례를 나타내는 개략 단면도이며, 플라스마 생성 수단에 마이크로파와 자장(磁場)을 이용하는 전자 사이클로트론 공명(Electron Cyclotron Resonance: ECR)형 에칭 장치이다. 이하, 전자 사이클로트론 공명을 ECR이라고 기재한다.
도 1에 나타낸 드라이 에칭 장치(100)는, 플라스마를 발생시키는 기구로서, 마이크로파 전원(105), 마이크로파 도파관(106) 및 처리실(101)의 외주(外周) 및 상부에 마련된 솔레노이드 코일(107)을 구비한다. 처리실(101)의 상부에 유전체창(102)과 에칭 가스를 공급하기 위해 복수의 세공(細孔)이 형성된 원판 형상의 샤워 플레이트(104)가 설치되어 있다.
처리실(101)의 내부는, 진공 배기관(110)을 통해, 진공 펌프(115)에 의해 감압 배기된다. 처리실(101)의 내부는, 그 감압 배기된 압력을 유지하기 위해, 처리실(101) 상부에 배치된 유전체창(102)과 유전체창(102)과 처리실(101)과의 사이가, 시일 부재(도시 생략)에 의해 봉지되어 있다.
처리실(101)의 내부에는, 시료인 웨이퍼(109)를 재치하는 기판 전극(108)을 구비하고 있으며, 이 기판 전극(108)에는, 처리실(101)의 외부로부터 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원(114)이 접속되어 있다. 또한, 기판 전극(108)의 시료인 웨이퍼(109)를 재치하는 면에는, 시료인 웨이퍼(109)를 정전 흡착하기 위한 정전 척(도시 생략)이 형성되어 있으며, 또한, 정전 척에서 정전 흡착된 웨이퍼(109)를 냉각하기 위한 냉각 기구를 구비하고 있지만, 도시를 간략화하기 위해, 그들의 표시를 생략한다.
또한, 처리실(101)은, 내부에 내통(111), 어스(112), 석영제의 창(201-A, 201-B) 등 복수의 파트가 연결되어 구성되어 있다. 석영제의 창(201-A, 201-B)과 처리실(101) 사이는, 도 1에 있어서는 도시를 생략한 시일 부재에 의해 봉지되어 처리실(101)의 내부의 기밀성이 확보되고 있다. 석영제의 창(201-B)의 외부에는, 처리실(101)의 내부에 생성된 플라스마의 상태를 모니터하기 위한 분광 계측기(113)가 설치되어 있다. 분광 계측기(113)는, 제어부(120)와 접속해 있으며, 처리실(101)의 내부의 플라스마의 상태를 모니터하여 얻은 신호를 제어부(120)에 보낸다.
이러한 구성을 구비한 드라이 에칭 장치(100)는, 제어부(120)에 의해, 마이크로파 전원(105), 가스 공급 장치(103), 고주파 전원(114)이나, 진공 펌프(115), 솔레노이드 코일(107)의 전원(116) 등이 제어되어, 미리 설정한 소정의 절차에 따라, 처리실(101)의 내부에 플라스마를 발생시켜, 기판 전극(108) 상에 재치된 웨이퍼(109)의 에칭 처리를 행한다.
웨이퍼(109)의 에칭 처리에 있어서는, 우선, 제어부(120)에서 진공 펌프(115)를 작동시켜 처리실(101)의 내부의 감압 배기를 개시한다. 처리실(101)의 내부가 배기되어 소정의 압력에 달한 후, 시료의 재치대인 기판 전극(108) 상에, 로보트 아암 등의 반송 장치(도시 생략)에 의해 피처리물이 되는 반도체 기판인 웨이퍼(109)가 재치된다.
다음으로, 제어부(120)에서 제어된 가스 공급 장치(103)에 의해 에칭 가스를 처리실(101)의 상부의 유전체창(102)과 샤워 플레이트(104) 사이의 공간에 공급하여, 샤워 플레이트(104)에 형성된 복수의 세공을 통해 처리실(101)의 내부에 도입되고, 처리실의 내부가 소정의 압력으로 설정된다.
이 상태에서, 제어부(120)에서 마이크로파 전원(105)을 제어하여, 마이크로파를 발생시킨다. 이 마이크로파 전원(105)에서 발생시킨 마이크로파는, 마이크로파 도파관(106)을 통해 처리실(101)의 상부에 도입된다.
한편, 제어부(120)에서 전원(116)을 제어하여, 솔레노이드 코일(107)에 의해 처리실(101)의 상부를 포함하는 공간에, 마이크로파 도파관(106)을 통해 처리실(101)의 상부에 도입된 마이크로파에 대하여 ECR 조건을 충족시키는 강도의 자장을 발생시킨다.
이러한 자장이 형성된 영역에 마이크로파를 공급함으로써, ECR에 의해 전자에 에너지를 준다. 그 전자가, 처리실(101)의 내부에 도입된 에칭 가스를 전리(電離)시킴으로써, 고정밀도의 플라스마를 발생시킨다.
처리실(101)의 내부에 플라스마를 발생시킨 상태에서, 제어부(120)에서 고주파 전원(114)을 제어하여, 기판 전극(108)에 고주파 전력을 인가함으로써, 웨이퍼(109)의 표면에는, 자기(自己) 바이어스라고 하는 마이너스 전위가 발생한다. 이 마이너스 전위에 의해 플라스마로부터 이온이 웨이퍼(109)에 인입되어, 웨이퍼(109)의 표면의 에칭 처리가 진행된다.
웨이퍼(109)의 표면을 소정의 시간 에칭 처리한 후, 또는, 분광 계측기(113)로 에칭 처리의 종점을 검출했을 때, 제어부(120)는, 가스 공급 장치(103), 마이크로파 전원(105), 고주파 전원(114), 솔레노이드 코일(107)의 전원(116)을 각각 제어하여, 웨이퍼(109)의 에칭 처리를 종료한다. 웨이퍼(109)의 표면에 대하여 에칭 처리를 행함으로써, 웨이퍼(109)의 표면의 일부가 제거된다. 제거된 물질의 일부는 진공 배기관(110)을 통해 진공 펌프로 처리실(101)의 외부로 배출되지만, 나머지는 처리실(101)의 내벽면에 부착되어 막이나 퇴적물이 된다.
에칭 처리의 종료 후, 도시하고 있지 않은 로보트 아암 등의 반송 장치를 이용하여, 웨이퍼(109)를 기판 전극(108)으로부터 들어올려, 처리실(101)의 외부로 반출한다.
다음으로, 제어부(120)에서 제어하여, 가스 공급 장치(103)로부터 처리실(101)의 내부에 공급하는 가스의 종류를 교체하여, 웨이퍼(109)가 반출된 처리실(101)의 내부에, 가스 공급 장치(103)로부터 클리닝용 가스를 처리실(101)의 내부에 공급한다. 클리닝용 가스는, 처리실(101)의 내벽면에 부착되어 막이나 퇴적물의 종류에 따라 가스종을 바꿀 필요가 있지만, 예를 들면, 삼불화질소(NF3)에 아르곤(Ar)을 첨가한 가스를 사용한다. 솔레노이드 코일(107)에 의해 형성된 자장 중에 마이크로파 전원(105)에서 발생시킨 마이크로파를 공급함으로써, 처리실(101)의 내부에 클리닝용 가스의 플라스마를 발생시킨다.
처리실(101)의 내부에 클리닝용 가스의 플라스마를 소정의 시간 발생시켜, 에칭 처리에 의해 발생하여 처리실(101)의 내부에 부착된 막이나 퇴적물을 제거한다. 처리실(101)의 내부를 소정의 시간 클리닝한 후, 제어부(120)에서 제어하여, 가스 공급 장치(103)에 의한 클리닝용 가스의 공급을 정지하고, 솔레노이드 코일(107)에 의한 자장의 형성, 마이크로파 전원(105)에 의한 마이크로파의 발생을 각각 정지하여, 처리실(101)의 내부의 클리닝을 종료한다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라스마 처리 장치인 드라이 에칭 장치(100)의 처리실(101)과 유전체창(102)과의 관계를 나타내는 단면도이다. 처리실(101)은, 유전체창(102)을 사이에 두고, 처리실 상부(101a)와 처리실 하부(101b)로 구성되어 있다. 처리실 하부(101b)와 유전체창(102) 사이는, 시일 부재(301)로서 O링에 의해 진공 봉지되어 있다. 이 시일 부재(301)로서의 O링은, 엘라스토머제, 예를 들면 불소 고무 불화비닐리덴계 등의 재질로 형성되어 있다.
도 3a 및 도 3b는, 도 2에 나타낸 처리실 하부(101b)와 유전체창(102) 사이에 배치된 시일 부재 주변의 확대도이다. 도 3a는 처리실(101)의 내부가 대기압인 상태를 나타낸다. 처리실 하부(101b)에 형성된 홈부(311)에는 시일 부재(301)로서 O링이 끼워넣어져 있고, 처리실 하부(101b)와 유전체창(102) 사이에 놓여 있다.
이러한 구성에서, 처리실(101)의 내부를 진공 배기하여 감압하면, 도 3b에 나타내는 바와 같이, 처리실 하부(101b)와 유전체창(102) 사이에서 시일 부재(301)인 O링이 찌부러져 변형되고, 처리실 하부(101b)와 유전체창(102) 사이에는, 미소한 극간(302)이 생긴다. 또한, 도 3b에 있어서, 번호 303은, 처리실(101) 내에서 플라스마가 발생하는 영역을 나타내고 있다.
도 3b에 나타내는 바와 같이 처리실(101)의 내부를 진공 배기하여 감압한 상태에 있어서, 처리실 하부(101b)의 내벽면(1011b)에 있어서의 극간(302)에의 입구의 부분으로부터, 찌부러져 변형된 상태의 시일 부재(301)인 O링의 표면이 홈부(311)로부터 삐져나와 있는 부분까지의 거리를 y로 한다. 한편, 이때의 처리실 하부(101b)와 유전체창(102) 사이에 생긴 미소한 극간(302)에 있어서의 거리를 x로 한다.
극간(302)의 단부(端部)로부터 시일 부재(301)까지의 거리 y와 부재 사이의 거리 x의 어스펙트비(Aspect Ratio, 이하 AR이라고 호칭함)는, 다음 식(수식 1)으로 정의된다.
AR＝y／x
…(수식 1)
도 4는, 표 1에 나타낸 조건에 의거하여 생성된 NF3를 이용한 플라스마에 의한 시일 부재의 손상이 진행되는 속도와 AR과의 관계를 나타내는 그래프이다. 즉 표 1에 나타낸 가스 공급 장치(103)로부터 처리실(101)에 공급하는 아르곤 가스(Ar)의 유량을 50ml／min으로 하고, NF3의 유량을 750ml／min으로 하고, 처리실(101)의 내부의 압력을 12㎩로 설정한 상태에서, 1000Ｗ의 마이크로파 전력을 인가하여 처리실(101)의 내부에 플라스마를 발생시켰다.
[표 1]
상기한 바와 같은 조건으로 처리실(101)의 내부에 마이크로파 전력을 투입하여 비교적 고정밀도의 플라스마를 발생시켜 플라스마 클리닝을 행한 결과, 도 4에 나타나는 바와 같이, 시일 부재(301)의 손상의 속도는, AR이 25 정도인 곳까지는 AR에 의존하고, AR의 값이 커짐에 수반하여 그 양이 적어졌다.
이것은, 거리 x로 떨어진 처리실 하부(101b)와 유전체창(102) 사이의 극간(302)에 있어서, 플라스마 발생 영역(303)으로부터 진입하여 당해 극간(302)을 구성하는 부재의 표면의 방향을 따라 이동하여 거리 y의 위치까지 도달하는 라디칼의 양은, 이동하는 거리 y의 크기에 수반하여 감소하기 때문이라고 생각된다.
도 4로부터, 극간(302)을 구성하는 부재간의 거리 x와, 플라스마 발생 영역(303)의 측에 있어서의 이 극간(302)의 입구로부터 시일 부재(301)까지의 거리 y와의 비인 AR을 25 이상으로 함으로써, 시일 부재(301)의 손상을 거의 0으로 할 수 있다. 또한, 도 4에 있어서, AR의 값이 점선(401)보다 우측의 영역, 즉 AR을 3보다 크게 하면, 시일 부재(301)의 교환 빈도를 높이지 않고, 실용적인 범위에서, 시일 부재(301)의 손상을 저감할 수 있음을 알 수 있다.
즉, AR이 3보다 큰 위치에 시일 부재(301)를 설치함으로써, 처리실(101)의 내부에 플라스마를 발생시킨 상태에 있어서, 처리실 하부(101b)의 상면과 유전체창(102) 사이에 생긴 거리 x의 미소한 극간(302)을 지나 시일 부재(301)에 도달한 플라스마 중의 라디칼이 시일 부재(301)에 주는 손상이, 시일 부재(301)의 수명의 결정 요인이 되지 않을 정도의 것으로 할 수 있다.
이러한 시일 부재(301)의 수명의 결정 요인이 되지 않을 정도의 손상은, 처리실(101) 내부의 플라스마의 형성 조건 및 이에 따른 웨이퍼(109) 상면의 막층의 처리의 조건에 따라 변화한다. 이 때문에, 시일 부재(301)의 손상을 억제하기 위해서는, 플라스마의 조건을 고려하여 극간(302)의 AR을 선택하는 것이 필요하다.
도 5는, 처리실 하부(101b)와 유전체창(102) 사이의 극간(302)과 시일 부재(301)와의 관계에 있어서, AR이 3이 되는 구성으로 한 처리실(101)을 이용하여 처리실(101)의 내부를 플라스마 클리닝했을 경우의, 플라스마 발생시에 있어서의 처리실(101) 내부의 압력과, 클리닝 레이트(실선: 좌측의 축), 및 시일재의 손상 레이트(점선: 우측의 축)와의 관계를 나타내는 그래프이다. 이때, 플라스마 클리닝용 가스로서는, NF3를 이용했다.
본 도면에 있어서는, 시일 부재(301)의 손상 또는 소모의 양을 파선으로, 극간(302)을 구성하는 부재의 당해 극간(302) 입구인 단부에서의 부재 표면에 형성된 막이나 퇴적물이 플라스마에 의해 에칭되어 클리닝되는 속도(클리닝 레이트)를 실선으로 나타내고 있다. 본 도면에 나타내는 바와 같이, 플라스마 처리시의 처리실(101) 내부의 압력이 상대적으로 낮은 압력(예를 들면, 20㎩ 이하)의 범위에서는, 클리닝 레이트(좌측의 축)는 높지만, 시일 부재(301)가 손상되는 속도인 시일의 손상 레이트(우측의 축)가 작음을 알 수 있다.
플라스마 클리닝을 행함으로써, 에칭 처리에 의해 처리실(101)의 내벽면에 부착된 막이나 퇴적물은 제거되지만, 처리실(101)의 내벽면에 있어서 막이나 퇴적물이 부착되어 있지 않은 부분, 또는 막이나 퇴적물이 제거된 부분에 있어서는, 플라스마 중의 비교적 에너지가 높은 이온이 입사(入射)함으로써, 처리실(101)의 내벽면이 스퍼터링되어 표면이 손상되어 버릴 우려가 있다.
도 6은, 처리실 내의 압력의 값의 변화에 대한 처리실에 형성된 플라스마에 의한 처리실 내벽면의 스퍼터링의 속도의 변화를 나타내는 그래프이다. 본 도면에 나타내는 바와 같이, 압력의 값이 10㎩보다 낮은 범위에서는 처리실(101) 내벽을 구성하는 부재의 표면의 스퍼터링 레이트는 압력이 10㎩보다 높은 범위에서의 것보다 급격하게 높아지는 것을 알 수 있다.
이 때문에, 처리실(101) 내의 압력을 10㎩보다 낮게 하면, 처리실(101) 내의 플라스마와 면하는 부재의 소모나 손상의 양이 커져 버려, 처리실(101)에서의 웨이퍼(109)를 처리하는 운전을 일시적으로 정지하여 진공 용기를 대기압으로 해서 개방하여 소모 또는 손상된 부재를 교환하는 작업을 하는 빈도가 증대하여, 장치의 가동률이 저하해 버린다.
발명자들은, 상기의 검토의 결과로부터, 처리실(101) 내에 NF3 등의 클리닝용 가스를 공급하여 플라스마를 형성하여 처리실(101) 내벽면에 부착, 퇴적하여 형성된 막을 제거하는 클리닝의 성능을 충분히 높게 함과 함께, 당해 플라스마에 의해 시일 부재(301)에 좌우되는 소모나 손상을 시일 부재(301)의 수명에 영향을 주지 않을 정도까지 저감하여 처리실(101) 내에서의 웨이퍼(109)의 처리의 수율이나 플라스마 처리 장치의 운전의 효율을 높게 한다는 목적을 달성하기 위해서는, 시일 부재(301)를 사이에 둔 상태에 있어서의 처리실 하부(101b)의 상면과 유전체창(102) 사이에 생긴 미소한 극간(302)에 있어서의 AR을, 3보다 커지는 구성으로 함과 함께, 처리실(101) 내에서의 플라스마가 생성되는 압력을 10㎩ 내지 20㎩의 범위 내의 값으로 하는 것이 바람직하다는 지견을 얻었다.
본 실시예에서는, 웨이퍼(109) 표면에 형성된 처리 대상인 막층의 에칭 처리하는 공정이 실시된 후, 혹은 웨이퍼(109)가 처리실(101) 내에 반송되어 당해 공정이 개시되기 전에 처리실(101) 내벽면을 클리닝하는 공정에 있어서, 제어부(120)에서 가스 공급 장치(103)와 진공 펌프(115)를 제어하여, 처리실(101) 내의 압력을 10∼20㎩의 범위 내의 소정의 값으로 유지하면서 처리실(101) 내에 NF3 가스를 공급하여 클리닝용 플라스마가 형성된다.
또한, 본 실시예에 있어서는, 플라스마 클리닝용 가스로서 NF3를 포함하는 가스를 이용했을 경우에 대해서 설명했지만, 플라스마 클리닝용 가스로서는 이에 한하지 않고, 플라스마 에칭 처리한 재료에 따라, 염소(Cl2)를 포함하는 가스, 산소(O2)를 포함하는 가스에 의한 플라스마를 생성하여 플라스마 클리닝을 할 경우에도 적용할 수 있다.
이들 플라스마 클리닝용 가스를 이용할 경우에도, 상기에 설명한 실시예의 경우와 마찬가지로, 시일 부재(301)를 사이에 둔 상체에 있어서의 처리실 하부(101b)의 상면과 유전체창(102) 사이에 생긴 미소한 극간(302)에 있어서의 AR을, 3보다 커지는 구성으로 하고, 처리실(101) 내의 압력을 10∼20㎩의 범위 내의 소정의 값으로 유지하면서 처리를 행함으로써, 상기에 설명한 실시예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
상기에 설명한 예에 있어서는, 처리실 하부(101b)의 상면과 유전체창(102) 사이에 시일 부재(301)를 둔 상태에 있어서 생긴 미소한 극간(302)의 예에 대해서 설명했지만, 석영제의 창(201-A 및 201-B)과 처리실 하부(101b) 사이에 있어서의 도시하고 있지 않은 시일 부재에 대해서도 적용할 수 있다. 즉, 석영제의 창(201-A 및 201-B)과 처리실 하부(101b) 사이에 시일 부재를 장착하는 부분에 있어서도, 상기에 설명한 실시예와 마찬가지로, AR이 3보다 커지는 구성으로 함으로써, 처리실(101)의 내부에 발생시킨 플라스마에 의해 시일 부재에 좌우되는 소모나 손상을 시일 부재의 수명에 영향을 주지 않을 정도까지 저감할 수 있다.
이상, 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 실시예에 의거하여 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 각종 변경 가능한 것은 말할 필요도 없다. 예를 들면, 상기한 실시예는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것이 아니다. 또한, 상기 실시예의 구성의 일부에 대해서, 다른 공지(公知)의 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다.
100: 드라이 에칭 장치
101: 처리실
102: 유전체창 103: 가스 공급 장치
104: 샤워 플레이트 105: 마이크로파 전원
106: 마이크로파 도파관 107: 솔레노이드 코일
108: 기판 전극 109: 웨이퍼
110: 진공 배기관 111: 내통
112: 어스 113: 분광 계측기
114: 고주파 전원 115: 진공 펌프
116: 전원 120: 제어부
301: 시일 부재 311: 홈부
102: 유전체창 103: 가스 공급 장치
104: 샤워 플레이트 105: 마이크로파 전원
106: 마이크로파 도파관 107: 솔레노이드 코일
108: 기판 전극 109: 웨이퍼
110: 진공 배기관 111: 내통
112: 어스 113: 분광 계측기
114: 고주파 전원 115: 진공 펌프
116: 전원 120: 제어부
301: 시일 부재 311: 홈부
Claims (10)
- 처리실과,
상기 처리실의 내부를 진공으로 배기하는 진공 배기부와,
상기 처리실의 내부에 가스를 공급하는 가스 공급부와,
상기 처리실 내의 내부에 배치되어 처리 대상인 시료를 재치(載置)하는 시료대와,
상기 시료대의 위쪽에서 상기 처리실의 천장면을 구성하는 유전체 재료로 형성된 창부(窓部)와,
상기 창부를 통해 상기 처리실의 내부에 마이크로파 전력을 공급하는 마이크로파 전력 공급부를 구비한 플라스마 처리 장치로서,
상기 창부와 상기 처리실은, 사이에 엘라스토머제의 시일 부재를 두고 접속해 있으며, 상기 진공 배기부에서 상기 처리실의 내부를 진공으로 배기한 상태에서, 상기 시일 부재를 사이에 둔 상기 창부와 상기 처리실과의 간격에 대한 상기 간격의 부분에 있어서의 상기 처리실의 내벽면으로부터 상기 시일 부재까지의 거리의 비가 3 이상이 되는 위치에 상기 시일 부재를 설치한 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 시일 부재를 설치하는 상기 시일 부재를 사이에 둔 상기 창부와 상기 처리실과의 상기 간격에 대한 상기 간격의 부분에 있어서의 상기 처리실의 내벽면으로부터 상기 시일 부재까지의 거리의 비가 3 이상이 되는 위치는, 상기 진공 배기부에서 상기 처리실의 내부를 진공으로 배기하면서 상기 가스 공급부로부터 상기 처리실의 내부로 삼불화질소(NF3)를 포함하는 가스를 공급하여 상기 처리실의 내부의 압력을 10∼20㎩이 되도록 설정하고, 상기 마이크로파 전력 공급부로부터 상기 처리실의 내부로 마이크로파 전력을 공급하여 상기 처리실의 내부에 플라스마를 발생시킨 상태에 있어서, 상기 창부와 상기 처리실과의 상기 간격을 지나 상기 시일 부재에 도달한 상기 발생한 플라스마 중의 라디칼이 상기 시일 부재에 주는 손상이 상기 시일 부재의 수명의 결정 요인이 되지 않는 위치인 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 엘라스토머제의 상기 시일 부재는, 불화비닐리덴계의 불소 고무로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 엘라스토머제의 상기 시일 부재는, O링인 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치. - 제4항에 있어서,
상기 O링은 상기 처리실의 형성된 홈부에 끼워넣어져 있으며, 상기 간격의 부분에 있어서의 상기 처리실의 내벽면으로부터 상기 시일 부재까지의 거리는, 상기 처리실의 내벽면으로부터 상기 홈부에 끼워넣어진 상기 O링이 상기 홈부로부터 삐져나와 있는 부분까지의 거리인 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치. - 처리실과,
상기 처리실의 내부를 진공으로 배기하는 진공 배기부와,
상기 처리실의 내부에 가스를 공급하는 가스 공급부와,
상기 처리실 내의 내부에 배치되어 처리 대상인 시료를 재치하는 시료대와,
상기 시료대의 위쪽에서 상기 처리실의 천장면을 구성하는 유전체 재료로 형성된 창부와,
상기 창부를 통해 상기 처리실의 내부에 마이크로파 전력을 공급하는 마이크로파 전력 공급부를 구비하여 상기 가스 공급부로부터 상기 처리실의 내부로 제1 가스를 공급하면서 상기 시료대에 재치한 시료를 플라스마를 이용하여 에칭하는 에칭 처리와 상기 에칭 처리한 상기 시료를 상기 처리실로부터 배출한 상태에서 상기 가스 공급부로부터 상기 처리실의 내부로 제2 가스를 공급하면서 상기 처리실의 내부에 플라스마를 발생시켜 상기 에칭 처리에 의해 상기 처리실의 내부에 부착된 에칭 생성물을 제거하는 클리닝 처리를 행하는 기능을 구비한 플라스마 처리 장치로서,
상기 창부와 상기 처리실은, 사이에 엘라스토머제의 시일 부재를 두고 접속해 있으며, 상기 진공 배기부에서 상기 처리실의 내부를 진공으로 배기한 상태에서, 상기 시일 부재를 사이에 둔 상기 창부와 상기 처리실과의 간격에 대한 상기 간격의 부분에 있어서의 상기 처리실의 내벽면으로부터 상기 시일 부재까지의 거리의 비가 3 이상이 되는 위치로서, 상기 클리닝 처리에 있어서 상기 처리실의 내부에 발생시킨 상기 플라스마에 의해 상기 시일 부재에 주는 손상이 상기 시일 부재의 수명의 결정 요인이 되지 않는 위치에 상기 시일 부재를 설치한 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치. - 제6항에 있어서,
상기 시일 부재를 설치하는 상기 시일 부재를 사이에 둔 상기 창부와 상기 처리실과의 상기 간격에 대한 상기 간격의 부분에 있어서의 상기 처리실의 내벽면으로부터 상기 시일 부재까지의 거리의 비가 3 이상이 되는 위치는, 상기 진공 배기부에서 상기 처리실의 내부를 진공으로 배기하면서 상기 가스 공급부로부터 상기 처리실의 내부로 삼불화질소(NF3)를 포함하는 가스를 공급하여 상기 처리실의 내부의 압력을 10∼20㎩이 되도록 설정하고, 상기 마이크로파 전력 공급부로부터 상기 처리실의 내부로 마이크로파 전력을 공급하여 상기 처리실의 내부에 플라스마를 발생시킨 상태에 있어서, 상기 창부와 상기 처리실과의 상기 간격을 지나 상기 시일 부재에 도달한 상기 발생한 플라스마 중의 라디칼이 상기 시일 부재에 주는 손상이 상기 시일 부재의 수명의 결정 요인이 되지 않는 위치인 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치. - 제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 엘라스토머제의 상기 시일 부재는, 불화비닐리덴계의 불소 고무로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치. - 제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 엘라스토머제의 상기 시일 부재는, O링인 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치. - 제9항에 있어서,
상기 O링은 상기 처리실의 형성된 홈부에 끼워넣어져 있으며, 상기 간격의 부분에 있어서의 상기 처리실의 내벽면으로부터 상기 시일 부재까지의 거리는, 상기 처리실의 내벽면으로부터 상기 홈부에 끼워넣어진 상기 O링이 상기 홈부로부터 삐져나와 있는 부분까지의 거리인 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
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