KR20210029100A - 플라즈마 처리 장치, 처리 방법 및 상부 전극 구조 - Google Patents

플라즈마 처리 장치, 처리 방법 및 상부 전극 구조 Download PDF

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고타 시홈마츠
준지 이시바시
준이치 사사키
히데토시 하나오카
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 개시 내용은, 기판의 에지 영역에서 발생하는 틸팅 형상의 경시 변화를 억제하기 위해, 챔버와, 상기 챔버 내에서 기판을 거치하는 하부 전극과, 상기 하부 전극의 주위에 배치되는 에지 링과, 상기 챔버 내에서 상기 하부 전극에 대향하는 상부 전극의 주위에 배치되는 부재와, 상기 부재와 상기 하부 전극 사이의 처리 공간으로 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와, 상기 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 전력을 상기 하부 전극 또는 상기 상부 전극에 인가하는 고주파 급전부를 포함하고, 상기 부재는, 내측 부재와, 상기 내측 부재의 바깥쪽에 위치하는 외측 부재를 포함하고, 상기 외측 부재는 상기 에지 링보다 직경 방향 바깥쪽에 위치하며, 상기 외측 부재의 적어도 일부가 상기 에지 링의 소모에 따라 상하 방향으로 이동 가능한 플라즈마 처리 장치를 제공한다.

Description

플라즈마 처리 장치, 처리 방법 및 상부 전극 구조{PLASMA PROCESSING APPARATUS, PROCESSING METHOD AND UPPER ELECTRODE STRUCTURE}
본 개시 내용은 플라즈마 처리 장치, 처리 방법 및 상부 전극 구조에 관한 것이다.
포커스 링(focus ring)의 소모에 의해 포커스 링과 기판의 경계 부근에서 시스(sheath)에 경사가 생기면, 이온의 입사가 비스듬하게 되어 기판의 에지 영역에서 에칭 형상이 수직으로 되지 않고 경사진다. 경사진 에칭 형상을 틸팅(tilting) 형상이라고도 한다. 특허문헌 1은 틸팅 형상을 억제하는 방법을 제안한다.
일본국 공개특허공보 특개2017-212051호
기판의 에지 영역에서 발생하는 틸팅 형상의 경시(經時) 변화가 일드(yield)를 저하시키는 요인이 되는 경우가 있다.
본 개시 내용은, 기판의 에지 영역에서 발생하는 틸팅 형상의 경시 변화를 억제하는 플라즈마 처리 장치, 처리 방법 및 상부 전극 구조를 제공한다.
본 개시 내용의 일 양태에 의하면, 챔버와, 상기 챔버 내에서 기판을 거치하는 하부 전극과, 상기 하부 전극의 주위에 배치되는 에지 링과, 상기 챔버 내에서 상기 하부 전극에 대향하는 상부 전극의 주위에 배치되는 부재와, 상기 부재와 상기 하부 전극 사이의 처리 공간으로 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와, 상기 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 전력을 상기 하부 전극 또는 상기 상부 전극에 인가하는 고주파 급전부를 포함하고, 상기 부재는, 내측 부재와, 상기 내측 부재의 바깥쪽에 위치하는 외측 부재를 포함하고, 상기 외측 부재는 상기 에지 링보다 직경 방향 바깥쪽에 위치하며, 상기 외측 부재의 적어도 일부가 상기 에지 링의 소모에 따라 상하 방향으로 이동 가능한 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
일 측면에 의하면, 기판의 에지 영역에서 발생하는 틸팅 형상의 경시 변화를 억제할 수 있다.
도 1은 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 일 예를 나타내는 단면 모식도이다.
도 2는 일 실시형태에 따른 외측 부재의 두께에 따른 틸팅 형상의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 5는 일 실시형태에 따른 외측 부재의 동작의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시형태에 따른 처리 방법의 일 예를 나타내는 플로우 챠트이다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 개시 내용을 실시하기 위한 형태에 대해 설명한다. 각 도면에 있어, 동일한 구성 부분에는 동일한 부호를 붙이며 중복되는 설명을 생략하는 경우가 있다.
[플라즈마 처리 장치]
도 1은 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치(1)는 용량 결합형 장치이다. 플라즈마 처리 장치(1)는 챔버(10)를 구비한다. 챔버(10)는 그 안에 내부 공간(10s)을 제공하고 있다.
챔버(10)는 챔버 본체(12)를 포함한다, 챔버 본체(12)는 대략 원통 형상을 가진다. 내부 공간(10s)은 챔버 본체(12)의 내측에 제공된다. 챔버 본체(12)는, 예를 들어, 알루미늄으로 형성되어 있다. 챔버 본체(12)의 내측면 상에는, 플라즈마에 대해 내부식성을 갖는 막이 형성되어 있다. 내부식성을 갖는 막은 산화이트륨, 뮬라이트(mullite) 등와 같은 세라믹, 수지로 형성된 복층막 구조를 가진다. 복층막 구조에 대해서는 후술한다.
챔버 본체(12)의 측벽에는 통로(12p)가 형성되어 있다. 통로(12p)는 게이트 밸브(12g)에 의해 개폐 가능하도록 되어 있다. 게이트 밸브(12g)는 챔버 본체(12)의 측벽에 구비되어 있다.
기판(W)은, 내부 공간(10s)과 챔버(10) 외부 사이에서 반송될 때에, 게이트 밸브(12g)를 열어 통로(12p)로부터 챔버(10) 안으로 반송된다.
챔버 본체(12)의 바닥부 상에는 지지부(17)가 구비되어 있다. 지지부(17)는 절연 재료로 형성되어 있다. 지지부(17)는 대략 원통 형상을 가진다. 지지부(17)는 내부 공간(10s) 안에서 챔버 본체(12)의 바닥부로부터 상방으로 연장되어 있다. 지지부(17) 상에는 부재(15)가 구비되어 있다. 부재(15)는 석영과 같은 절연체로 형성되어 있다. 부재(15)는 대략 원통 형상을 가질 수 있다. 또는, 부재(15)는 환형 형상을 갖는 판상체일 수도 있다.
플라즈마 처리 장치(1)는 기판 지지대, 즉, 하나의 예시적 실시형태에 따른 하부 전극(14)을 추가로 구비한다. 하부 전극(14)은 지지부(17)에 의해 지지되고 있다. 하부 전극(14)은 내부 공간(10s) 안에 구비되어 있다. 하부 전극(14)은 챔버(10) 안, 즉, 내부 공간(10s) 안에서 기판(W)을 지지하도록 구성되어 있다.
하부 전극(14)은, 베이스 테이블(18)과, 하나의 예시적 실시형태에 따른 정전 척(20)을 구비한다, 하부 전극(14)은 전극 플레이트(16)를 추가로 구비할 수 있다. 전극 플레이트(16)는, 예를 들어, 알루미늄과 같은 도체로 형성되며 대략 원반 형상을 가진다. 베이스 테이블(18)은 전극 플레이트(16) 상에 구비되어 있다. 베이스 테이블(18)은, 예를 들어, 알루미늄과 같은 도체로 형성되며 대략 원반 형상을 가진다. 베이스 테이블(18)은 전극 플레이트(16)에 전기적으로 접속되어 있다. 베이스 테이블(18)의 외주면 및 전극 플레이트(16)의 외주면은 지지대(17)에 의해 둘러싸여 있다.
정전 척(20)은 베이스 테이블(18) 상에 구비되어 있다. 정전 척(20)에는 전극이 매설되어 있다. 정전 척(20)의 전극은 스위치(20s)를 통해 직류 전원(20p)에 접속되어 있다. 정전 척(20)의 전극에 직류 전원(20p)으로부터의 전압이 인가되면, 정전 척(20)과 기판(W) 사이에 정전 인력이 발생한다. 그 정전 인력에 의해 기판(W)이 정전 척(20)에 홀딩된다.
정전 척(20)의 에지 및 베이스 테이블(18)의 외주면은 부재(15)에 의해 둘러싸여 있다. 정전 척(20)은, 기판(W)과, 하나의 예시적 실시형태에 따른 에지 링(26)을 지지한다. 에지 링(26)은 포커스 링이라고도 한다. 기판(W)은 예를 들어 대략 원반 형상을 가지며 정전 척(20) 상에 거치된다. 에지 링(26)은 기판(W)의 에지를 둘러싸도록 정전 척(20) 상에 탑재된다. 에지 링(26)의 바깥 가장자리 부분은 부재(15) 상에서 연장될 수 있다.
베이스 테이블(18)의 내부에는 유로(18f)가 구비되어 있다. 열교환 매체(예를 들어, 냉매)가 챔버(10) 외부에 구비되어 있는 칠러 유닛(22)으로부터 배관(22a)을 통해 유로(18f)로 공급된다. 유로(18f)로 공급된 열교환 매체는 배관(22b)을 통해 칠러 유닛(22)으로 돌아온다. 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 정전 척(20) 상에 거치된 기판(W)의 온도가 열교환 매체와 베이스 테이블(18)의 열교환에 의해 조정된다.
플라즈마 처리 장치(1)에는 가스 공급 라인(24)이 구비되어 있다. 가스 공급 라인(24)은 전열(傳熱) 가스 공급 기구로부터의 전열 가스(예를 들어, He 가스)를 정전 척(20) 상면과 기판(W) 뒷면 사이로 공급한다.
플라즈마 처리 장치(1)는 상부 전극(30)을 추가로 구비하고 있다. 상부 전극(30)은 하부 전극(14)의 상방에 구비되어 있다. 상부 전극(30)은 하부 전극(14)의 대향 전극이다. 상부 전극(30)은 부재(32)를 사이에 두고 챔버 본체(12) 상부에 지지되고 있다. 부재(32)는 석영 등과 같이 절연성을 갖는 재료로 형성되어 있다. 상부 전극(30)과 부재(32)는 챔버 본체(12)의 상부 개구를 막고 있다.
상부 전극(30)은 천정판(34) 및 지지체(36)를 포함할 수 있다. 천정판(34)의 하면은, 내부 공간(10s) 쪽의 하면으로서 내부 공간(10s)을 구획한다. 천정판(34)은 주울열이 적은 저(低)저항 도전체 또는 반도체로 형성될 수 있다. 천정판(34)에는 복수 개의 가스 토출 구멍(34a)이 형성되어 있다. 복수 개의 가스 토출 구멍(34a)은 천정판(34)을 그 판두께 방향으로 관통하고 있다.
한편, 하부 전극(14)은, 제2 고주파 전원(62)이 접속되는 전원으로서 기판을 거치하는 거치대이다.
지지체(36)는 천정판(34)을 착탈 가능하게 지지한다. 지지체(36)는 알루미늄 등과 같은 도전성 재료로 형성된다. 지지체(36)의 내부에는 가스 확산실(36a)이 구비되어 있다. 지지체(36)에는 복수 개의 가스 구멍(36b)이 형성되어 있다. 복수 개의 가스 구멍(36b)은 가스 확산실(36a)로부터 아랫쪽으로 연장되어 있다. 복수 개의 가스 구멍(36b)은 복수 개의 가스 토출 구멍(34a)에 각각 연통되어 있다. 지지체(36)에는 가스 도입구(36c)가 형성되어 있다. 가스 도입구(36c)는 가스 확산실(36a)에 접속되어 있다. 가스 도입구(36c)에는 가스 공급관(38)이 접속되어 있다.
가스 공급관(38)에는 가스 공급부(GS)가 접속되어 있다. 가스 공급부(GS)는 처리 가스를 상부 전극(30)과 하부 전극(14) 사이의 처리 공간으로 공급한다. 가스 공급부(GS)는 가스 소스군(40), 밸브군(41), 유량 제어기군(42) 및 밸브군(43)을 포함한다. 가스 소스군(40)은 밸브군(41), 유량 제어기군(42) 및 밸브군(43)을 통해 가스 공급관(38)에 접속되어 있다. 가스 소스군(40)은 복수 개의 가스 소스를 포함한다. 밸브군(41) 및 밸브군(43)의 각각은 복수 개의 개폐 밸브를 포함하고 있다. 유량 제어기군(42)은 복수 개의 유량 제어기를 포함하고 있다. 유량 제어기군(42)의 복수 개의 유량 제어기 각각은 매스 플로우 컨트롤러(mass flow controller) 또는 압력 제어식 유량 제어기이다. 가스 소스군(40)의 복수 개의 가스 소스 각각은, 밸브군(41)의 대응 개폐 밸브, 유량 제어기군(42)의 대응 유량 제어기 및 밸브군(43)의 대응 개폐 밸브를 통해 가스 공급관(38)에 접속되어 있다.
플라즈마 처리 장치(1)에서는, 챔버 본체(12)의 내벽면을 따라 데포 실드(depot shield, 46)가 착탈 가능하게 구비되어 있다. 데포 실드(46)는 지지부(17)의 외주에도 구비되어 있다. 데포 실드(46)는 에칭 부생성물이 챔버 본체(12)에 부착하는 것을 방지한다. 데포 실드(46)는, 예를 들어, 알루미늄으로 형성된 부재의 표면에 내부식성을 갖는 막을 형성함으로써 구성된다. 내부식성을 갖는 막은 산화이트륨 등과 같이 세라믹으로 형성된 막일 수 있다.
지지부(17)와 챔버 본체(12)의 측벽 사이에는 배플 플레이트(48)가 구비되어 있다. 배플 플레이트(48)는, 예를 들어, 알루미늄으로 형성된 부재의 표면에 내부식성을 갖는 막을 형성함으로써 구성된다. 내부식성을 갖는 막은, 산화이트륨과 같은 세라믹으로 형성된 막일 수 있다. 배플 플레이트(48)에는 복수 개의 관통 구멍이 형성되어 있다. 배플 플레이트(48)의 하방이면서 챔버 본체(12)의 바닥부에는 배기구(12e)가 구비되어 있다. 배기구(12e)에는, 배기관(52)을 통해 배기 장치(50)가 접속되어 있다. 배기 장치(50)는, 압력 조정 밸브와, 터보 분자 펌프 등과 같은 진공 펌프를 구비하고 있다.
플라즈마 처리 장치(1)는 제1 고주파 전원(61)을 또한 구비하고 있다. 제1 고주파 전원(61)은 플라즈마 생성용의 제1 고주파 전력을 발생시키도록 구성되어 있다. 제1 고주파 전력의 주파수는, 예를 들어, 27MHz~100MHz 범위 내의 주파수이다.
제1 고주파 전원(61)은 정합기(63)를 사이에 두고 베이스 테이블(18)에 전기적으로 접속되어 있다. 정합기(63)는 정합 회로를 갖는다. 정합기(63)의 정합 회로는, 제1 고주파 전원(61)의 부하측(하부 전극쪽) 임피던스를 제1 고주파 전원(61)의 출력 임피던스에 정합시키도록 구성되어 있다. 다른 실시형태에서, 제1 고주파 전원(61)은 정합기(63)를 사이에 두고 상부 전극(30)에 전기적으로 접속될 수도 있다. 제1 고주파 전원(61)은, 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위한 제1 고주파 전력을 하부 전극(14) 또는 상부 전극(30)에 인가하는 고주파 급전부의 일 예이다.
플라즈마 처리 장치(1)는 제2 고주파 전원(62)을 또한 구비할 수 있다. 제2 고주파 전원(62)은 이온 끌어당김용의 제2 고주파 전력을 발생시키기도록 구성되어 있다. 즉, 제2 고주파 전력은 주로 양이온을 기판(W)으로 끌어당기기에 적합한 주파수를 가진다. 제2 고주파 전력의 주파수는, 예를 들어, 400kHz~13.56MHz 범위 내의 주파수이다.
제2 고주파 전원(62)은 정합기(64)를 사이에 두고 베이스 테이블(18)에 전기적으로 접속되어 있다. 정합기(64)는 정합 회로를 갖는다. 정합기(64)의 정합 회로는 제1 고주파 전원(62)의 부하측(하부 전극쪽) 임피던스를 제1 고주파 전원(62)의 출력 임피던스에 정합시키도록 구성되어 있다.
플라즈마 처리 장치(1)는 추가로 제어부(80)를 구비할 수 있다. 제어부(80)는 프로세서, 메모리 등의 기억부, 입력 장치, 표시 장치, 신호의 입출력 인터페이스 등을 구비하는 컴퓨터일 수 있다. 제어부(80)는 플라즈마 처리 장치(1)의 각부를 제어한다. 제어부(80)에서는, 오퍼레이터가 입력 장치를 이용하여 플라즈마 처리 장치(1)를 관리하기 위해 커맨드의 입력 조작 등을 행할 수 있다. 또한, 제어부(80)에서는, 표시 장치에 의해 플라즈마 처리 장치(1)의 가동 상황을 가시화시켜 표시할 수 있다. 또한, 제어부(80)의 기억부에는, 제어 프로그램 및 레시피 데이터가 저장되어 있다. 제어 프로그램은, 플라즈마 처리 장치(1)에서 각종 처리를 실행하기 위해 제어부(80)의 프로세서에 의해 실행된다. 제어부(80)의 프로세서가 제어 프로그램을 실행하여 레시피 데이터에 따라 플라즈마 처리 장치(1)의 각부를 제어함으로써, 여러 프로세스, 예를 들어, 처리 방법이 플라즈마 처리 장치(1)에서 실행된다.
[상부 전극 구조]
상부 전극 구조는, 상부 전극(30)과, 상부 전극(30)의 주위에 배치되는 부재(55)를 구비한다. 상부 전극(30)의 주위에 배치되는 부재(55)는, 내측 부재(55a)와, 내측 부재(55a)의 바깥쪽에 위치하는 외측 부재(55b)를 구비한다.
내측 부재(55a) 및 외측 부재(55b)는, 링 형상일 수도 있으며, 복수 개로 분할된 원호 형상일 수도 있으며, 계단(발판) 형상일 수도 있다. 또한, 내측 부재(55a) 및 외측 부재(55b)가 각각 둘레 방향으로 배치되는 위치는 상부 전극(30)의 중심축에 대해 대략 동심원 형상이라면 어떤 것이든 관계없다.
내측 부재(55a) 및 외측 부재(55b)는 실리콘으로 형성되어 있다. 다만, 내측 부재(55a) 및 외측 부재(55b)의 재질은 이에 한정되지 않으며, SiC 등과 같은 반도체나, 도전성을 갖는 부재 등일 수 있다. 예를 들어, 내측 부재(55a) 및 외측 부재(55b)의 재질은, 알루미늄 등과 같은 금속일 수 있으며, 챔버(10) 안에서 사용할 수 있는 다른 도전성 부재일 수도 있다. 본 실시형태에서는, 내측 부재(55a)와 외측 부재(55b)는 단면이 직사각 형상이지만, 단면이 테이퍼 형상일 수도 있다.
상부 전극(30)과 내측 부재(55a) 사이는 석영으로 된 부재(32)에 의해 전기적으로 절연되어 있다. 마찬가지로, 내측 부재(55a)와 외측 부재(55b) 사이는 부재(32)에 의해 전기적으로 절연되어 있다. 상부 전극(30)과 내측 부재(55a) 사이 및 내측 부재(55a)와 외측 부재(55b) 사이는, 진공 공간에 의해 전기적으로 절연되어 있을 수 있으며, 석영 이외의 절연 부재에 의해 전기적으로 절연되어 있을 수도 있다.
내측 부재(55a)는 부재(32)에 고정되어 있다. 외측 부재(55b)는 에지 링(26)보다 직경 방향 바깥쪽에 위치한다. 즉, 외측 부재(55b)는 에지 링(26)의 단부로부터 바깥쪽 영역에 위치한다(도 3의 영역 E 참조). 따라서, 외측 부재(55b)와 에지 링(26)은, 평면에서 보았을 때에 오버랩되지 않는다.
외측 부재(55b)는 에지 링(26)의 소모에 따라 상하 방향으로 이동 가능하도록 되어 있다. 구체적으로, 부재(32)는 내측 부재(55a)가 매설된 위치보다 바깥쪽에 관통 구멍을 가진다. 관통 구멍은, 부재(32) 하면에 형성되어 외측 부재(55b)가 수용될 수 있는 크기의 홈에 연통되어 있다. 홈의 높이는 외측 부재(55b)의 두께와 거의 같다. 다만, 홈의 높이는 외측 부재(55b)의 두께 이상의 높이일 수도 있으며, 외측 부재(55b)의 두께 이하의 높이일 수도 있다. 지지 부재(56)는 외측 부재(55b) 상면에 연결되어 관통 구멍을 관통하며 챔버(10) 밖으로 돌출되어 있다. 지지 부재(56)는 구동부(57)에 접속되어 있다. 구동부(57)는 외측 부재(55b)를 에지 링(26)의 소모량에 따라 상하 방향으로 이동시킨다. 한편, 구동부(57)는 분할된 복수 개의 외측 부재(55b)의 적어도 일부를 에지 링(26)의 소모량에 따라 상하 방향으로 이동시킬 수도 있다.
구동부(57)는, 제어부(80)의 제어에 의해 지지 부재(56)를 상하로 구동시킴으로써, 외측 부재(55b)의 높이를 조정한다. 외측 부재(55b)의 높이(위치, 이동량)는 에지 링(26)의 소모량에 따라 제어된다. 에지 링(26)의 소모량에 따른 값과 외측 부재(55b) 높이와의 상관 정보는 미리 측정되어 제어부(80)에 구비된 기억부에 기억되어 있다. 상관 정보는, 에지 링(26)의 소모량에 따라 외측 부재(55b)를 적정 높이로 이동시킴으로써 틸팅 형상을 보정하여 기판의 에지 영역에 형성된 에칭 형상을 수직으로 하거나 수직에 가깝게 하는 값으로 설정되어 있다.
제어부(80)는 미리 기억된 상관 정보에 기초하여 구동부(57)의 구동량을 제어한다. 이로써, 구동부(57)는 에지 링(26)의 소모량에 따라 외측 부재(55b)를 적정한 위치까지 상하 방향으로 이동시킬 수 있다.
에지 링(26)의 소모량에 따른 값은， 에지 링(26)이 신품일 때의 두께에 대해 소모된 두께일 수도 있으며, 에지 링(26)의 그 시점에서의 두께 자체일 수도 있으며, 에지 링(26)의 소모량을 간접적으로 나타내는 값일 수도 있다. 본 실시형태에서는, 에지 링(26)의 소모량을 간접적으로 나타내는 값으로서 플라즈마 생성용의 고주파 전력(HF)의 인가 시간을 들어 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
에지 링(26)은 플라즈마에 노출됨으로써 소모된다. 또한, 플라즈마 생성용 고주파 전력(HF)이 하부 전극(14) 등에 인가됨으로써 플라즈마가 생성된다. 따라서, 에지 링(26)의 소모량은 고주파 전력(HF)의 인가 시간에 비례한다.
이상에서 알 수 있듯이, 고주파 전력(HF)의 인가 시간은， 에지 링(26)의 소모량을 간접적으로 나타내는 값으로서 사용할 수가 있다. 일 예로서, 고주파 전력(HF)의 인가 시간이 0~200시간인 동안에는 외측 부재(55b)가 초기 상태, 즉, 도 1에 나타내는 바와 같이, 외측 부재(55b)가 내측 부재(55a)보다 아래에 위치하도록 제어한다. 그리고, 고주파 전력(HF)의 인가 시간이 200~300시간 중의 어느 타이밍에 외측 부재(55b)를 상방으로 이동시키고, 300~400시간 중의 어느 타이밍에 외측 부재(55b)를 가장 높은 위치로 이동시켜 부재(32)의 홈 안에 수용될 수도 있다. 다만, 이러한 고주파 전력(HF)의 인가 시간은, 외측 부재(55b)를 상하 방향으로 이동시키는 제어 타이밍의 일 예이며, 이에 한정되는 것은 아니다.
플라즈마가 생성되고 있을 때에, 챔버(10) 내 부재의 이동에 의해 플라즈마는 그 영향을 받는다. 이에 대해 외측 부재(55b)는 챔버(10) 벽면을 통해 접지되어 있다. 따라서, 외측 부재(55b)를 상하 방향으로 이동시키더라도, 플라즈마는 그 영향을 받지 않고 안정적으로 생성된다.
[외측 부재의 높이와 실험 결과]
도 2는 일 실시형태에 따른 외측 부재(55b)의 높이에 따라 에칭 대상막에 형성된 홀(H)의 틸팅 형상이 변화하는 일 예를 나타내는 도면이다. 도 2의 상단은, 플라즈마 처리 장치(1)를 이용한 에칭에 의해 기판의 에지로부터 직경 방향으로 3mm의 에지 영역에 형성된 홀(H)의 에칭 형상(틸팅 형상)의 실험 결과를 나타낸다.
도 2의 하단은 세 가지 패턴의 상부 전극 구조를 나타낸다. 실험의 편의상, 도 2의 예에서는, 외측 부재(55b)를 부재(32)의 하면에 고정시키고 그 두께를 변경하였다. 즉, 도 2의 (a)~(c)의 상부 전극 구조는, 외측 부재(55b)의 높이가 서로 다르다는 점만이 상이하다. 구체적으로는, 도 2의 (a)에서의 외측 부재(55b) 두께(T)를 기준으로 하여, 도 2의 (b)에서의 외측 부재(55b) 두께를 T+7.5mm, 도 2의 (c)에서의 외측 부재(55b) 두께를 T+15mm로 하였다.
실험 결과, 도 2의 (a)의 외측 부재(55b)가 두께 T일 때에, 에칭 대상막에 형성된 홀(H) 측벽의 수직축에 대한 경사를 나타내는 "틸트각 θ"는 0.02(deg)이었다. 도 2의 (b)의 외측 부재(55b)가 두께 T+7.5mm일 때에, 틸트각 θ는 0.49(deg)이었다. 도 2의 (c)의 외측 부재(55b)가 두께 T+15mm일 때에, 틸트각 θ는 1.00(deg)이었다. 이상으로부터, 외측 부재(55b) 하면의 위치가 낮을수록 틸트각 θ가 커짐을 알 수 있다. 바꾸어 말하면, 외측 부재(55b)를 상하 방향으로 이동시켜 외측 부재(55b)의 하면이 적정 위치로 오도록 제어함으로써, 틸트각 θ가 0이 되거나 0에 가깝도록 제어할 수 있음을 알 수 있다.
에지 링(26)이 소모되면, 기판 상의 시스(sheath)보다 에지 링(26) 상의 시스(sheath)가 낮아지므로, 기판의 에지 영역에서 이온의 입사 각도가 비스듬하게 된다. 그리하여, 기판의 에지 영역에서 에칭 형상이 비스듬하게 된다(틸팅 형상의 발생). 그리고, 에지 링(26)의 소모량이 클수록 이온의 입사 각도가 더 비스듬하게 되므로 틸트각이 커진다.
이상의 실험 결과에 기초하여 에지 링(26)의 소모량에 따라 외측 부재(55b)의 위치를 상하 방향으로 이동시킴으로써, 기판의 에지 영역에서 에지 링(26)의 소모에 따라 발생하는 이온의 입사 각도를 보다 수직으로 할 수가 있다. 이렇게 하여 에칭 형상을 수직으로 하거나 수직에 가깝도록 제어할 수 있음을 알 수 있다.
그러므로, 상기 실험 결과로부터, 에지 링(26)의 소모량이 커질수록 외측 부재(55b)를 윗방향으로 이동시킬 수 있다. 이로써 에지 링(26)의 소모량에 따라 이온이 기판의 에지 영역으로 입사하는 각도가 기울어지는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 에지 링(26)의 경시(經時) 변화(소모)에 따라 발생하는 에칭 형상의 틸팅 증가를 억제할 수 있다.
[처리 방법]
이어서, 일 실시형태에 따른 처리 방법의 일 예에 대해, 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6은 일 실시형태에 따른 처리 방법의 일 예를 나타내는 플로우 챠트이다. 본 처리가 개시되면, 제어부(80)는 외측 부재(55b)를 초기 상태 높이로 제어한다(단계 S1). 일 예로서, 외측 부재(55b)를 도 3에 나타내는 초기 상태 높이로 제어한다. 다만, 도 3은 초기 상태 높이로 제어된 외측 부재(55b)의 일 예를 나타내며, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6에서, 제어부(80)가 이어서 플라즈마 생성용 고주파 전력(HF)의 인가 시간이 200시간 이상인지 여부를 판정한다(단계 S2). 제어부(80)는 고주파 전력(HF)의 인가 시간이 200시간 이상으로 될 때까지 외측 부재(55b)의 위치를 이동시키지 않는다. 그리고, 제어부(80)는, 고주파 전력(HF)의 인가 시간이 200시간 이상이라고 판정한 경우, 외측 부재(55b)를 소정 높이까지 상승시킨다(단계 S3).
일 예로서, 도 4에 나타내는 바와 같이, 외측 부재(55b)를 도 3의 초기 상태 높이와 도 5의 최상위 높이 사이의 높이로 제어한다. 다만, 도 4는 소정 높이로 제어된 외측 부재(55b)의 일 예로서 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6에서, 제어부(80)가 이어서 고주파 전력(HF)의 인가 시간이 300시간 이상인지 여부를 판정한다(단계 S4). 제어부(80)는 고주파 전력(HF)의 인가 시간이 300시간 이상으로 될 때까지 외측 부재(55b)의 위치를 이동시키지 않는다. 그리고, 제어부(80)는, 고주파 전력(HF)의 인가 시간이 300시간 이상이라고 판정한 경우, 외측 부재(55b)를 최상위 높이까지 상승시키고(단계 S5) 본 처리를 종료한다. 일 예로서 외측 부재(55b)를 도 5에 나타내는 최상위 높이로 제어한다. 다만, 도 5는 최상위 높이로 제어된 외측 부재(55b)의 일 예로서 이에 한정되는 것은 아니다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1), 처리 방법, 상부 전극 구조에 의하면, 기판의 에지 영역에서 발생하는 틸팅 형상의 경시 변화를 억제할 수 있다.
다만, 외측 부재(55b)의 높이는, 도3~도5에 나타내는 바와 같이 3단계로 제어함에 한정되지는 않는다. 즉, 외측 부재(55b)의 이동은 에지 링(26)의 소모에 따라 외측 부재(55b)를 상하 방향으로 이동시키는 일 예로서 이에 한정되는 것은 아니다.
이번에 개시된 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치, 처리 방법, 상부 전극 구조는 모든 점에서 예시이며 한정적인 것이 아니다. 상기 실시형태는 첨부의 청구범위 및 그 주요 취지를 일탈하지 않고서 다양한 형태로 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수 개의 실시형태에 기재된 사항은 모순되지 않는 범위에서 다른 구성도 취할 수 있으며, 또한 모순되지 않는 범위에서 서로 조합할 수도 있다.
본 개시 내용의 플라즈마 처리 장치는 Atomic Layer Deposition(ALD) 장치, Capacitively Coupled Plasma(CCP), Inductively Coupled Plasma(ICP), Radial Line Slot Antenna(RLSA), Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR), Helicon Wave Plasma(HWP) 중 어느 타입의 장치에도 적용 가능하다.
본원은 일본 특허청에 2019년 9월 5일에 출원된 특허출원 2019-162324호에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 그 전체 내용을 참조로써 여기에 원용한다.

Claims (9)

  1. 챔버와,
    상기 챔버 내에서 기판을 거치하는 하부 전극과,
    상기 하부 전극의 주위에 배치되는 에지 링과,
    상기 챔버 내에서 상기 하부 전극에 대향하는 상부 전극의 주위에 배치되는 부재와,
    상기 부재와 상기 하부 전극 사이의 처리 공간으로 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와,
    상기 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 전력을 상기 하부 전극 또는 상기 상부 전극에 인가하는 고주파 급전부를 포함하고,
    상기 부재는, 내측 부재와, 상기 내측 부재의 바깥쪽에 위치하는 외측 부재를 포함하며,
    상기 외측 부재는 상기 에지 링보다 직경 방향 바깥쪽에 위치하고,
    상기 외측 부재의 적어도 일부가 상기 에지 링의 소모에 따라 상하 방향으로 이동 가능한 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    평면에서 보았을 때에 상기 외측 부재와 상기 에지 링이 오버랩되지 않는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 외측 부재와 상기 내측 부재 사이가 전기적으로 절연되어 있는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외측 부재는 상기 에지 링이 소모될수록 윗방향으로 이동하는 것인 플라즈마 처리 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내측 부재는 고정되어 있는 것인 플라즈마 처리 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외측 부재는 접지되어 있는 것인 플라즈마 처리 장치.
  7. 챔버와,
    상기 챔버 내에서 기판을 거치하는 하부 전극과,
    상기 하부 전극의 주위에 배치되는 에지 링과,
    상기 챔버 내에서 상기 하부 전극에 대향하는 상부 전극의 주위에 배치되는 부재와,
    상기 부재와 상기 하부 전극 사이의 처리 공간으로 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와,
    상기 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 전력을 상기 하부 전극 또는 상기 상부 전극에 인가하는 고주파 급전부를 포함하는 플라즈마 처리 장치에서의 처리 방법으로서,
    상기 부재는, 내측 부재와, 상기 내측 부재의 바깥쪽에 위치하는 외측 부재를 포함하며,
    상기 외측 부재는 상기 에지 링보다 직경 방향 바깥쪽에 위치하고,
    상기 외측 부재의 적어도 일부가 상기 에지 링의 소모에 따라 상하 방향으로 이동 가능하며,
    상기 에지 링의 소모에 따른 값에 대응시켜 상기 외측 부재의 적어도 일부를 상하 방향으로 이동시키는 공정을 포함하는 처리 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 에지 링의 소모에 따른 값이 고주파 전력의 인가 시간인 처리 방법.
  9. 상부 전극과, 상기 상부 전극의 주위에 배치되는 부재를 포함하고,
    상기 부재는, 내측 부재와, 상기 내측 부재의 바깥쪽에 위치하는 외측 부재를 포함하며,
    상기 외측 부재는 상기 상부 전극에 대향하는 하부 전극의 주위에 배치된 에지 링보다 직경 방향 바깥쪽에 위치하고,
    상기 외측 부재의 적어도 일부가 상기 에지 링의 소모에 따라 상하 방향으로 이동 가능한 상부 전극 구조.
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