KR20210066722A - 플라즈마 처리 장치 및 가스 도입 방법 - Google Patents
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Abstract
챔버의 측벽으로부터 플라즈마 처리 공간에 상이한 각도로 가스를 도입한다. 측벽과 상기 측벽에 의해 둘러싸이는 플라즈마 처리 공간을 갖는 챔버와, 상기 측벽으로부터 상기 플라즈마 처리 공간에 가스를 도입하도록 구성된 제 1 사이드 가스 도입 라인 및 제 2 사이드 가스 도입 라인을 갖고, 상기 제 1 사이드 가스 도입 라인은 상기 측벽의 주위에 대칭적으로 배열된 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터를 포함하고, 상기 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터의 각각은 상기 플라즈마 처리 공간 내에, 제 1 방향으로 가스를 도입하도록 구성되며, 상기 제 2 사이드 가스 도입 라인은 상기 측벽의 주위에 대칭적으로 배열된 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터를 포함하고, 상기 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터의 각각은 상기 플라즈마 처리 공간 내에, 상기 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로 가스를 도입하도록 구성되는, 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
Description
플라즈마 처리 장치 및 가스 도입 방법에 관한 것이다.
예를 들어, 특허문헌 1은 챔버의 상부를 구성하는 유전체 창과, 챔버의 상부로부터 챔버 내에 가스를 공급하는 가스 공급부와, 챔버의 상방이며 상기 가스 공급부의 주위에 마련되고, 상기 챔버 내에 고주파를 공급하는 것에 의해 상기 챔버 내에 상기 가스의 플라즈마를 생성하는 안테나와, 안테나에 고주파 전력을 공급하는 전력 공급부를 구비하는 플라즈마 처리 장치를 제안하고 있다.
가스 공급부의 내부에는, 챔버에 공급되는 가스가 유통하는 유로가 마련되어 있다. 가스 공급부의 하부이며 유전체 창의 하면으로부터 챔버 내에 돌출하는 돌출부는, 가스를 하(下)방향으로 분사하는 제 1 분사구와 가스를 횡방향 또는 경사 하방향으로 분사하는 제 2 분사구를 갖는다.
본 개시는 챔버의 측벽으로부터 플라즈마 처리 공간에 상이한 각도로 가스를 도입할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 가스 도입 방법을 제공한다.
본 개시의 하나의 태양에 의하면, 측벽과 상기 측벽에 의해 둘러싸이는 플라즈마 처리 공간을 갖는 챔버와, 상기 측벽으로부터 상기 플라즈마 처리 공간에 가스를 도입하도록 구성된 제 1 사이드 가스 도입 라인 및 제 2 사이드 가스 도입 라인을 갖고, 상기 제 1 사이드 가스 도입 라인은 상기 측벽의 주위에 대칭적으로 배열된 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터를 포함하고, 상기 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터의 각각은 상기 플라즈마 처리 공간 내에, 제 1 방향으로 가스를 도입하도록 구성되며, 상기 제 2 사이드 가스 도입 라인은 상기 측벽의 주위에 대칭적으로 배열된 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터를 포함하고, 상기 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터의 각각은 상기 플라즈마 처리 공간 내에, 상기 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로 가스를 도입하도록 구성되는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
하나의 측면에 의하면, 챔버의 측벽으로부터 플라즈마 처리 공간에 상이한 각도로 가스를 도입할 수 있다.
도 1은 제 1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 단면 모식도.
도 2는 실시형태에 따른 사이드 가스 인젝터의 내부 구조를 도시하는 도면.
도 3은 실시형태에 따른 사이드 가스 인젝터의 배치의 다른 예를 도시하는 단면 모식도.
도 4는 실시형태에 따른 사이드 가스 도입 라인의 토너먼트 구조를 도시하는 도면.
도 5는 실시형태에 따른 가스 도입 각도와 기판 상의 압력 분포의 상관관계를 나타내는 도면.
도 6은 실시형태에 따른 가스의 총 유량과 에칭 레이트의 상관관계를 나타내는 도면.
도 7은 실시형태에 따른 가스 도입 각도에 대한 플라즈마 처리 공간의 가스의 흐름을 도시하는 도면.
도 8은 제 2 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 단면 모식도.
도 9는 실시형태에 따른 사이드 가스 인젝터와 센터 인젝터를 이용한 가스 도입 각도와 기판 상의 반응 생성물의 퇴적량의 상관 관계를 나타내는 도면.
도 10은 제 1 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 단면 모식도.
도 11은 실시형태에 따른 레귤레이터의 유무와 가스 전환의 타이밍을 나타내는 도면.
도 12는 제 2 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 단면 모식도.
도 2는 실시형태에 따른 사이드 가스 인젝터의 내부 구조를 도시하는 도면.
도 3은 실시형태에 따른 사이드 가스 인젝터의 배치의 다른 예를 도시하는 단면 모식도.
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도 5는 실시형태에 따른 가스 도입 각도와 기판 상의 압력 분포의 상관관계를 나타내는 도면.
도 6은 실시형태에 따른 가스의 총 유량과 에칭 레이트의 상관관계를 나타내는 도면.
도 7은 실시형태에 따른 가스 도입 각도에 대한 플라즈마 처리 공간의 가스의 흐름을 도시하는 도면.
도 8은 제 2 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 단면 모식도.
도 9는 실시형태에 따른 사이드 가스 인젝터와 센터 인젝터를 이용한 가스 도입 각도와 기판 상의 반응 생성물의 퇴적량의 상관 관계를 나타내는 도면.
도 10은 제 1 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 단면 모식도.
도 11은 실시형태에 따른 레귤레이터의 유무와 가스 전환의 타이밍을 나타내는 도면.
도 12는 제 2 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 단면 모식도.
이하, 도면을 참조하여 본 개시를 실시하기 위한 형태에 대해서 설명한다. 각 도면에 있어서, 동일 구성 부분에는 동일 부호를 부여하고, 중복한 설명을 생략하는 경우가 있다.
<제 1 실시형태>
[플라즈마 처리 장치]
우선, 제 1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)에 대해서, 도 1을 이용하여 설명한다. 도 1은 제 1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)를 도시하는 단면 모식도이다. 플라즈마 처리 장치(10)는 챔버(11)를 갖는다. 챔버(11)는 측벽(11a)과, 측벽(11a) 및 유전체 창(53)에 의해 둘러싸이는 플라즈마 처리 공간(11s)을 갖는다.
플라즈마 처리 장치(10)는 기판 지지부(20)를 갖는다. 기판 지지부(20)는 플라즈마 처리 공간(11s) 내에 배치되고, 기판(W)(예를 들면, 웨이퍼)을 지지하도록 구성되어 있다. 기판 지지부(20)는 하부 전극(21)을 갖고, 하부 전극(21)은 바이어스 전극으로서 기능한다. 기판 지지부(20)의 중심축을 Z축으로 정의한다.
하부 전극(21)에는, 바이어스용의 고주파 전원(30)이 접속되어 있다. 고주파 전원(30)은 예를 들면, 13㎒의 주파수를 갖는 바이어스 RF(Radio Frequency) 전력을 하부 전극(21)에 공급한다. 바이어스 RF 전력의 주파수 및 전력은 제어부(100)에 의해서 제어된다.
기판 지지부(20)는 정전 흡착력에 의해 기판(W)을 보지하기 위한 정전 척(23)을 갖는다. 기판 지지부(20)는 하부 전극(21)의 주연부 상면에 있어서 기판(W)을 둘러싸도록 배치된 에지 링(24)을 갖는다.
또한, 도시는 생략하지만, 일 실시형태에 있어서, 기판 지지부(20)는 정전 척(23) 및 기판(W) 중 적어도 1개를 타겟 온도로 조절하도록 구성되는 온도 조절 모듈을 포함해도 좋다. 온도 조절 모듈은 히터, 유로 또는 이들의 조합을 포함해도 좋다. 유로에는, 냉매, 전열 가스와 같은 온도 조절 유체가 흐른다. 온도 조절 모듈은 제어부(100)에 의해서 제어된다.
챔버(11)의 바닥면에는, 배기구(13)가 형성되어 있고, 배기구(13)는 배기 장치(15)에 접속되어 있다. 플라즈마 처리 공간(11s)의 내부는 배기 장치(15)에 의해 배기된다. 배기 장치(15)는 제어부(100)에 의해서 제어된다.
플라즈마 처리 장치(10)는 제 1 사이드 가스 도입 라인(L1), 제 2 사이드 가스 도입 라인(L2)을 갖는다. 제 1 사이드 가스 도입 라인(L1)은 측벽(11a)으로부터 플라즈마 처리 공간(11s)에 가스를 도입하도록 구성되고, 제 1 사이드 가스 인젝터(61) 및 밸브(64a)를 갖는다.
복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)는 측벽(11a)의 주위에 Z축에 대해 대칭적으로 배열된다. 실시형태에서는, 8개의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)가 측벽(11a)의 주위에 등간격으로 배치되어 있다(도 4의 (a) 참조). 단, 제 1 사이드 가스 인젝터(61)는 8개로 한정되지 않고, 복수이면 몇 개여도 좋다. 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)의 각각은, 제 1 도입구(61a)로부터 플라즈마 처리 공간(11s) 내에 제 1 방향으로 가스를 도입하도록 구성된다.
제 1 방향은 경사 상향이어도 좋다. 실시형태에서는, 제 1 방향은 수평면에 대해서 상향으로 45도이지만, 이에 한정되지 않고 수평면에 대해서 상방향을 플러스로 하여 0° 내지 90°의 범위의 어느 방향이어도 좋다. 또한, 제 1 방향은 경사 상향으로 한정되지 않고, 예를 들면, 경사 하향 등, 다른 방향이어도 좋다.
밸브(64a)는 개폐에 의해 제 1 사이드 가스 인젝터(61)로부터 플라즈마 처리 공간(11s)에 도입하는 가스의 공급 및 공급 정지를 제어한다.
제 2 사이드 가스 도입 라인(L2)은 측벽(11a)으로부터 플라즈마 처리 공간(11s)에 가스를 도입하도록 구성되고, 제 2 사이드 가스 인젝터(62) 및 밸브(64b)를 갖는다.
복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)는 측벽(11a)의 주위에 Z축에 대해 대칭적으로 배열된다. 실시형태에서는, 8개의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)가 측벽(11a)의 주위에 등간격으로 배치되어 있다(도 4의 (b) 참조). 단, 제 2 사이드 가스 인젝터(62)는 8개로 한정되지 않고, 복수이면 몇 개여도 좋다. 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)의 각각은, 제 2 도입구(62a)로부터 플라즈마 처리 공간(11s) 내에 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로 가스를 도입하도록 구성된다.
제 2 방향은 경사 하향이어도 좋다. 실시형태에서는, 제 2 방향은 수평면에 대해서 하향으로 45도이지만, 이에 한정되지 않고 수평면에 대해서 하향을 마이너스로 하여 0° 내지 -90°의 범위의 제 1 방향과 상이한 어느 방향이어도 좋다. 예를 들어, 제 2 방향은 기판 지지부(20)의 에지 영역을 향하는 방향이어도 좋다. 또한, 제 2 방향은 경사 하향으로 한정되지 않고 제 1 방향과 상이한 다른 방향이어도 좋다.
밸브(64b)는 개폐에 의해 제 2 사이드 가스 인젝터(62)로부터 플라즈마 처리 공간(11s)에 도입하는 가스의 공급 및 공급 정지를 제어한다. 이하, 제 1 사이드 가스 인젝터(61) 및 제 2 사이드 가스 인젝터(62)를 총칭하여 사이드 가스 인젝터(60)라고도 한다.
플라즈마 처리 장치(10)는 가스 공급부(GS)를 갖는다. 가스 공급부(GS)는 상류로부터 순서대로 가스 공급원(44) 및 플로우 스플리터(48)를 갖는다. 가스 공급부(GS)는 제 1 사이드 가스 도입 라인(L1) 및 제 2 사이드 가스 도입 라인(L2)에 유체 연통하고, 가스를 공급한다. 플로우 스플리터(48)는 제 1 사이드 가스 도입 라인(L1) 및 제 2 사이드 가스 도입 라인(L2)으로의 가스 공급 비율을 제어하도록 구성된다. 플로우 스플리터(48)는 제 1 사이드 가스 도입 라인(L1) 및 제 2 사이드 가스 도입 라인(L2)으로의 가스 공급 비율을 제어하도록 구성된 제 1 유량 분배부의 일례이다. 또한, 제 1 유량 분배부는 플로우 스플리터(48)로 한정되지 않고, 가스를 제 1 사이드 가스 도입 라인(L1) 또는 제 2 사이드 가스 도입 라인(L2)에 선택적으로 도입하도록 구성된 스위치여도 좋다.
플라즈마 처리 장치(10)는 챔버(11)(유전체 창(53))의 상부 또는 상방에 배치된 플라즈마 발생용의 안테나(54)를 갖는다. 안테나(54)는 적어도 1개의 코일을 갖고, 도 1의 예에서는, 외측 코일(541) 및 내측 코일(542)을 갖는다. 내측 코일(542)은 중심축이 Z축에 일치하도록 배치되어 있다. 외측 코일(541)은 내측 코일(542)을 둘러싸도록 배치되어 있다.
외측 코일(541) 및 내측 코일(542) 중 적어도 일방은, 고주파 전원(71)이 접속된 일차 코일로서 기능한다. 따라서, 고주파 전원(71)은 외측 코일(541) 및 내측 코일(542) 중 적어도 일방에 소스 RF 전력을 공급한다. 도 1의 예에서는, 고주파 전원(71)은 외측 코일(541)에 접속되어 있고, 소스 RF 전력이 외측 코일(541)에 공급된다. 소스 RF 전력의 주파수는 바이어스 RF 전력의 주파수보다 크다. 외측 코일(541) 및 내측 코일(542) 중, 고주파 전원(71)에 접속되어 있지 않은 코일은 일차 코일과 유도 결합하는 이차 코일로서 기능한다. 도 1의 예에서는, 내측 코일(542)이 외측 코일(541)과 유도 결합된다. 소스 RF 전력의 주파수 및 전력은 제어부(100)에 의해서 제어된다. 또한, 외측 코일(541) 및 내측 코일(542)은 동일한 높이에 배치되어도 좋고, 상이한 높이에 배치되어도 좋다.
제어부(100)는 플라즈마 처리 장치(10)의 각부를 제어한다. 제어부(100)는 ROM(Read Only Memory) 또는 RAM(Random Access Memory) 등의 메모리와, CPU(Central Processing Unit) 등의 프로세서를 갖는다. 제어부(100) 내의 메모리에는, 레시피 등의 데이터나 프로그램 등이 저장되어 있다. 제어부(100) 내의 프로세서는 제어부(100) 내의 메모리에 저장된 프로그램을 불러내서 실행하고, 제어부(100) 내의 메모리에 저장된 레시피 등의 데이터에 근거하여 플라즈마 처리 장치(10)의 각부를 제어한다.
[사이드 가스 인젝터의 구조]
다음에, 사이드 가스 인젝터(60)의 구조에 대해서, 도 2를 참조하면서 설명한다. 도 2는 실시형태에 따른 사이드 가스 인젝터(60)의 내부 구조를 도시하는 도면이다. 도 2의 (a)는 제 1 사이드 가스 인젝터(61)를 길이 방향의 중심축(AX1)을 통과하는 면으로 절단한 도면이다. 도 2의 (b)는 제 2 사이드 가스 인젝터(62)를 길이 방향의 중심축(AX2)을 통과하는 면으로 절단한 도면이다.
제 1 사이드 가스 인젝터(61) 및 제 2 사이드 가스 인젝터(62)는 예를 들면, 세라믹이나 석영 등의 유전체에 의해 형성되고, 대략 원통 형상의 외형을 갖는다. 제 1 사이드 가스 인젝터(61)는 선단에 제 1 도입구(61a)를 갖고, 제 1 도입구(61a)는 가스관(61b)과 연통하여 있다. 제 2 사이드 가스 인젝터(62)는 선단에 제 2 도입구(62a)를 갖고, 제 2 도입구(62a)는 가스관(62b)과 연통하여 있다. 중심축(AX1)과 제 1 도입구(61a)가 이루는 각도(θ1)는 수평면에 대해서 상향으로 45도이다. 중심축(AX2)과 제 2 도입구(62a)가 이루는 각도(θ2)는 수평면에 대해서 하향으로 45도이다.
[사이드 가스 인젝터의 배치]
도 1로 돌아와서, 사이드 가스 인젝터(60)의 배치에 대해서 설명한다. 제 1 사이드 가스 인젝터(61)의 수는 제 2 사이드 가스 인젝터(62)의 수와 동일하며, 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)는 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)와는 상이한 높이에 배치되어 있다.
도 1에서는, 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)와 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)는 측벽(11a)의 둘레 방향을 따라 상하의 위치에 등간격으로 설치되어 있다. 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)는 상향 45도의 도입 각도, 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)는 하향 45도의 도입 각도이지만, 이에 한정되지 않는다. 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)의 제 1 방향과, 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)의 제 2 방향은 상이한 방향이면 어느 방향이어도 좋고, 제 1 방향과 제 2 방향 중 어느 하나가 수평면에 대해서 0도(수평 각도)여도 좋다.
도 3은 실시형태에 따른 사이드 가스 인젝터의 배치의 다른 예를 도시하는 단면 모식도이다. 도 3의 (a)에 도시하는 플라즈마 처리 장치(10)는, 제 1 사이드 가스 인젝터(61)의 수는 제 2 사이드 가스 인젝터(62)의 수와 동일하다. 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)는 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)와 동일한 높이에 교호의 태양으로 배치되어 있다. 도 3의 (a)에서는, 인접하는 제 1 사이드 가스 인젝터(61)와 제 2 사이드 가스 인젝터(62) 사이는 등간격이지만, 이에 한정되지 않는다.
복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)는 상향의 도입 각도, 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)는 하향의 도입 각도이며, 다른 도입 각도로 되어 있다. 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)의 제 1 방향과 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)의 제 2 방향은 상이한 방향이면 어느 방향이어도 좋고, 제 1 방향과 제 2 방향 중 어느 하나가 수평면에 대해서 0도여도 좋다.
도 3의 (b)에 도시하는 플라즈마 처리 장치(10)는, 제 1 사이드 가스 인젝터(61)의 수는 제 2 사이드 가스 인젝터(62)의 수와 동일하다. 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61) 및 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)는, 측벽(11a)의 둘레 방향을 따라 상이한 높이에 교호의 태양으로 배치된다. 도 3의 (b)에서는, 인접하는 제 1 사이드 가스 인젝터(61)와 제 2 사이드 가스 인젝터(62) 사이는 등간격이지만, 이에 한정되지 않는다.
복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)는 상향의 도입 각도, 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)는 하향의 도입 각도이며, 별개의 도입 각도로 되어 있다. 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)의 제 1 방향과, 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)의 제 2 방향은 상이한 방향이면 어느 방향이어도 좋고, 제 1 방향과 제 2 방향 중 어느 하나가 수평면에 대해서 0도여도 좋다.
[사이드 가스 도입 라인의 토너먼트 구조]
다음에, 사이드 가스 도입 라인(L1, L2)의 토너먼트 구조에 대해서, 도 4를 참조하면서 설명한다. 도 4는 실시형태에 따른 사이드 가스 도입 라인(L1, L2)의 토너먼트 구조를 도시하는 도면이며, 사이드 가스 인젝터(60)를 평면에서 바라본 도면이다.
도 4의 (a)는 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)에 접속되는 사이드 가스 도입 라인(L1)의 토너먼트 구조를 도시한다. 사이드 가스 도입 라인(L2)의 토너먼트 구조는 사이드 가스 도입 라인(L1)의 토너먼트 구조와 분기 구조가 동일하며, 사이드 가스 도입 라인(L2)의 토너먼트 구조는 사이드 가스 도입 라인(L1)의 토너먼트 구조에 대해서 수직 방향으로 하측에 배치된다.
이하에서는, 사이드 가스 도입 라인(L1)의 토너먼트 구조에 대해서, 도 4의 (a)를 참조하면서 설명하고, 동일 구조를 갖는 사이드 가스 도입 라인(L2)의 토너먼트 구조에 대한 설명을 생략한다.
제 1 사이드 가스 도입 라인(L1)은 복수의 두 갈래 분기 라인을 갖는다. 복수의 두 갈래 분기 라인은 제 1 두 갈래 분기 라인(T11)과, 2개의 제 2 두 갈래 분기 라인(T21, T22)과, 4개의 제 3 두 갈래 분기 라인(T31, T32, T33, T34)을 갖는다.
제 1 두 갈래 분기 라인(T11)은 1개의 입구(I11)와 2개의 출구(O11, O12)를 포함한다. 제 1 두 갈래 분기 라인(T11)의 하나의 입구(I11)는, 제 1 사이드 가스 도입 라인(L1)의 입구(I10)에 접속된다.
2개의 제 2 두 갈래 분기 라인(T21, T22)은 2개의 입구(I21, I22)와 4개의 출구(O21, O22, O23, O24)를 포함한다. 2개의 제 2 두 갈래 분기 라인(T21, T22)의 2개의 입구(I21, I22)는 제 1 두 갈래 분기 라인의 2개의 출구(O11, O12)에 각각 접속된다.
4개의 제 3 두 갈래 분기 라인(T31, T32, T33, T34)은 4개의 입구(I31, I32, I33, I34)와 8개의 출구(O31, O32, O33, O34, O35, O36, O37, O38)를 포함한다. 4개의 제 3 두 갈래 분기 라인(T31, T32, T33, T34)의 4개의 입구(I31, I32, I33, I34)는, 2개의 제 2 두 갈래 분기 라인(T21, T22)의 4개의 출구(O21, O22, O23, O24)에 각각 접속된다.
4개의 제 3 두 갈래 분기 라인(T31, T32, T33, T34)의 8개의 출구(O31, O32, O33, O34, O35, O36, O37, O38)는, 8개의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)에 각각 접속되어 있다.
제 1 두 갈래 분기 라인(T11)의 하나의 입구로부터 4개의 제 3 두 갈래 분기 라인(T31, T32, T33, T34)의 8개의 출구까지의 거리는 동일하다.
도 3의 (a)에 도시하는 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 도 4의 (a)에 도시하는 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)의 토너먼트 구조에 대해서, 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)의 토너먼트 구조는 도 4의 (b)에 도시되는 바와 같이 어긋나서 배치된다. 이에 의해, 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)는 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)와 동일한 높이이며, 둘레 방향으로 22.5도 어긋난 위치에 배치된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61) 및 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)는 토너먼트 구조로 되어 있고, 플라즈마 처리 공간(11s)에 균등하게 가스를 분배하는 구조로 되어 있다.
[플라즈마 처리 장치에서 사용하는 가스 도입 방법]
다음에, 측벽(11a)과 측벽(11a)에 의해 둘러싸이는 플라즈마 처리 공간(11s)을 갖는 챔버(11)와, 제 1 사이드 가스 도입 라인(L1) 및 제 2 사이드 가스 도입 라인(L2)을 갖는 플라즈마 처리 장치(10)에서 사용하는 가스 도입 방법에 대해서 설명한다.
제 1 사이드 가스 도입 라인(L1)은 측벽(11a)의 주위에 둘레 방향을 따라 대칭적으로 배열된 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)를 포함한다. 제 2 사이드 가스 도입 라인(L2)은 측벽(11a)의 주위에 둘레 방향을 따라 대칭적으로 배열된 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)를 포함한다.
가스 도입 방법은 이하의 (a) 내지 (c)의 공정을 갖는다.
(a) 제 1 사이드 가스 도입 라인(L1) 및 제 2 사이드 가스 도입 라인(L2)에 공급되는 가스의 양을 제어한다.
(b) 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)의 각각으로부터 플라즈마 처리 공간(11s) 내에 제 1 방향으로 가스를 도입한다.
(c) 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)의 각각으로부터 플라즈마 처리 공간(11s) 내에 제 2 방향으로 가스를 도입한다. 제 1 방향은 제 2 방향과는 상이하다.
공정 (b) 및 공정 (c)은 동시에 실행되도 좋고, 이 경우, 공정 (a)은 앞에 서술한 플로우 스플리터에 의해 제 1 사이드 가스 도입 라인(L1) 및 제 2 사이드 가스 도입 라인(L2)으로의 가스 공급 비율을 제어하는 것을 포함해도 좋다.
공정 (b) 및 공정 (c)은 교대로 실행되도 좋고, 이 경우, 공정 (a)은 앞에 서술한 스위치에 의해 가스를 제 1 사이드 가스 도입 라인(L1) 또는 제 2 사이드 가스 도입 라인(L2)에 선택적으로 도입하는 것을 포함해도 좋다.
또한, 공정 (b) 및 공정 (c)은 반복하여 실행해도 좋다.
다음에, 이러한 구조의 플라즈마 처리 장치(10)의 사이드 가스 인젝터(60)를 사용한 시뮬레이션 및 실험에 대해서 설명한다.
[시뮬레이션 1: 가스 도입 각도와 기판 상의 압력 분포의 상관관계]
우선, 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)의 각도를 바꾸었을 때의 기판 상의 압력 분포를 시뮬레이션한 결과(시뮬레이션 1이라 함)에 대해서, 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 실시형태에 따른 가스 도입 각도와 기판 상의 압력 분포의 상관 관계를 도시하는 도면이다. 이하에 시뮬레이션 1의 조건을 나타낸다.
<시뮬레이션 조건>
·도 5의 (a)의 저압의 경우, 챔버 내 압력
1.33㎩
·도 5의 (b)의 고압의 경우, 챔버 내 압력
53.33㎩
·사이드 가스 인젝터
O2 가스를 500sccm 도입
도 5의 (a) 및 도 5의 (b)의 횡축은 직경 300㎜의 기판의 직경 방향의 위치이며, 0mm가 기판의 센터, 150mm가 기판의 에지이다. 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)의 종축은 각 위치에 있어서의 기판 상의 압력을 나타낸다.
도 5의 (a)의 선(A) 및 도 5의 (b)의 선(C)은 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)의 가스 도입 각도를 수평면에 대해서 상향 45도로 설정한 경우의 기판 상의 압력 분포를 나타낸다. 도 5의 (a)의 선(B) 및 도 5의 (b)의 선(D)은 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)의 가스 도입 각도를 수평면에 대해서 하향 45도로 설정한 경우의 기판 상의 압력 분포를 나타낸다.
챔버 내 압력이 도 5의 (a)의 저압의 경우 및 도 5의 (b)의 고압의 경우의 모두, 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)의 가스 도입 각도가 수평면에 대해서 상향 45도인 경우, 기판(W)의 에지 영역의 압력이 센터 영역의 압력보다 낮아진다.
또한, 챔버 내 압력이 저압의 경우 및 고압의 경우의 모두, 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)의 가스 도입 각도가 수평면에 대해서 하향 45도인 경우, 기판(W)의 에지 영역의 압력이 센터 영역의 압력보다 높아진다.
이상으로부터, 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)의 제 1 방향 및/또는 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)의 제 2 방향을 바꿈으로써, 적어도 기판(W)의 에지 영역에 있어서의 챔버 내의 압력 분포를 제어할 수 있을 가능성이 있다.
[실험 1: 가스의 총 유량과 에칭 레이트의 상관관계]
다음에, 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)를 사용하여 가스 도입 각도와 에칭 레이트의 상관관계를 실험한 결과(실험 1이라 함)에 대해서, 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6은 실시형태에 따른 가스의 총 유량과 에칭 레이트의 상관관계를 도시하는 도면이다. 이하에 실험 1의 조건을 나타낸다.
<실험 조건>
·도 6의 □의 경우
복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)의 가스 도입 각도를 상향 45도로 설정(복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)로부터는 가스를 흘리지 않음)
·도 6의 ◆의 경우
복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)의 가스 도입 각도를 하향 45도로 설정(복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)로부터는 가스를 흘리지 않음)
도 6의 그래프의 횡축은 상향 45도 및 하향 45도의 각각의 가스 도입 방향으로의 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)의 가스의 총 유량을 나타내고, 종축은 에칭 레이트의 균일성을 나타낸다.
실험 1의 결과, 가스의 총 유량이 200sccm 정도 또는 그 이하의 소 유량인 경우, 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)의 가스 도입 각도를 하향 45도로 설정한 경우(도 6의 ◆), 기판(W)의 에지 영역에서 에칭 레이트가 향상하는 경향이 보여졌다. 도 6에서는, 이 경향을 「에지 빠름(Edge Fast)」으로서 나타낸다. 또한, 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)의 가스 도입 각도를 상향 45도로 설정한 경우(도 6의 □), 기판(W)의 센터 영역에서 에칭 레이트가 향상하는 경향이 보여졌다. 도 6에서는, 이 경향을 「센터 빠름(Center Fast)」으로서 나타낸다.
이상으로부터, 가스의 총 유량이 200sccm 이하의 소 유량인 경우, 가스 도입 각도를 하향 45도로 하면, 상향 45도로 하는 것보다도 에칭 레이트의 균일성이 높아진다는 것을 알 수 있었다. 또한, 가스의 총 유량이 300sccm 이상의 대 유량인 경우, 가스 도입 각도를 상향 45도로 해도 하향 45도로 해도 에칭 레이트의 균일성에의 관여는 적은 것을 알 수 있었다.
[시뮬레이션 2: 가스 도입 각도와 플라즈마 처리 공간의 가스의 흐름]
다음에, 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61) 또는 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)로부터 가스를 도입했을 때의 플라즈마 처리 공간의 가스의 흐름을 시뮬레이션한 결과(시뮬레이션 2라 함)에 대해서, 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7은 실시형태에 따른 가스 도입 각도에 대한 플라즈마 처리 공간(11s)의 가스의 흐름을 도시하는 도면이다. 이하에 시뮬레이션 2의 조건을 나타낸다.
<시뮬레이션 조건>
·챔버 내 압력
400mT(53.3㎩)
·사이드 가스 인젝터
Ar 가스를 500sccm 도입
·도 7의 (a)의 경우 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)의 가스 도입 각도를 상향 45도로 설정(복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)로부터는 가스를 흘리지 않음)
·도 7의 (b)의 경우 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)의 가스 도입 각도를 하향 45도로 설정(복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)로부터는 가스를 흘리지 않음)
도 7의 (a) 및 (b)는 Z축(도 1 참조)으로부터 우측의 플라즈마 처리 공간(11s)의 가스의 흐름을 화살표로 나타낸다.
도 7의 (a)에 도시되는 바와 같이, 가스 도입 각도를 상향 45도로 하여 천장벽을 향해 가스를 분출한 경우, 기판(W)의 센터측으로부터 에지 및 배기구(13)측을 향하는 가스의 흐름이 발생한다. 이 경우, 에칭 시에 생성된 기판(W) 상의 반응 생성물을 효과적으로 배출하는 흐름이 형성되어 있다.
반대로, 도 7의 (b)에 도시되는 바와 같이, 가스 도입 각도를 하향 45도로 하여 기판의 에지 또는 에지 링(24)을 향해 가스를 분출한 경우, 기판(W)의 에지측으로부터 센터측을 향하는 가스의 흐름이 발생한다. 이 경우, 기판(W) 상의 반응 생성물의 배출을 저해하는 흐름이 형성되어 있다.
이상으로부터, 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61) 및 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)의 가스 도입 각도를 바꿈으로써 기판(W) 상의 반응 생성물의 배출을 제어할 수 있다. 예를 들어, 기판(W) 상의 반응 생성물이나 가스를 효과적으로 배출하고 싶을 때에는 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)의 가스 도입 각도를 상향으로 제어한다. 또한, 가스를 체류시키고 싶을 때에는 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)를 하향으로 제어하는 것을 일례로서 들 수 있다.
도 7의 (a)에 도시되는 바와 같이, 가스 도입 각도가 상향일 때에는, 천장벽의 어느 하나의 면을 향하는 각도로 가스 도입 각도를 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 도 7의 (b)에 도시되는 바와 같이, 가스 도입 각도가 하향일 때에는, 기판(W)의 에지 또는 에지 링(24)을 향하는 각도로 가스 도입 각도를 설정하는 것이 바람직하다.
<제 2 실시형태>
[플라즈마 처리 장치]
다음에, 제 2 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)에 대해서, 도 8을 이용하여 설명한다. 도 8은 제 2 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)를 도시하는 단면 모식도이다. 제 2 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)는 센터 가스 인젝터(41)를 갖고, 제 1 센터 가스 도입 라인(L3) 및 제 2 센터 가스 도입 라인(L4)을 거쳐서 가스 공급부(GS)에 접속하는 점이, 제 1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)(도 1)와 상위하다. 제 2 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)의 그 외의 구성은 제 1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)와 동일하다. 따라서, 이하에서는 상기 차이점의 구성에 대해서 설명하고, 그 외의 구성에 대한 설명을 생략한다.
챔버(11)의 천장벽 중앙에는 센터 가스 인젝터(41)가 배치되어 있다. 센터 가스 인젝터(41)의 외형은 대략 원통 형상이며, 중심축이 Z축에 일치하도록 쉴드 박스(도시되지 않음) 및 유전체 창(53)의 중앙의 개구에 마련되어 있다. 센터 가스 인젝터(41)는 플라즈마 처리 공간(11s) 내에 하향 및 횡향(橫向)의 방향으로 가스를 도입하도록 구성되어 있다.
센터 가스 인젝터(41)의 상부에는, 센터 가스 인젝터(41) 내에 가스를 공급하기 위한 공급구(42a) 및 공급구(42b)가 마련되어 있다. 센터 가스 인젝터(41)의 하부는 유전체 창(53)의 하면으로부터 하방으로 돌출하여 있다. 센터 가스 인젝터(41)의 하부에는, 가스를 Z축을 따라 하방으로 도입하는 도입구(43a)와, 가스를 횡방향, 즉, Z축으로부터 멀어지는 방향으로 도입하는 도입구(43b)가 형성되어 있다.
가스 공급부(GS)는 상류로부터 순서대로 가스 공급원(44), 플로우 스플리터(45) 및 플로우 스플리터(48)를 갖는다. 가스 공급부(GS)는 제 1 센터 가스 도입 라인(L3) 및 제 2 센터 가스 도입 라인(L4)과 유체 연통하고, 이에 의해, 센터 가스 인젝터(41)는 가스 공급부(GS)에 접속되어 있다. 플로우 스플리터(45)는 제 1 센터 가스 도입 라인(L3) 및 제 2 센터 가스 도입 라인(L4)으로의 가스 공급 비율을 제어하도록 구성된다. 플로우 스플리터(45)는 센터 가스 인젝터(41) 및 플로우 스플리터(48)로의 가스 공급 비율을 제어하도록 구성된 제 2 유량 분배부의 일례이다.
또한, 제 2 유량 분배부는 플로우 스플리터(45)로 한정되지 않고, 가스를 센터 가스 인젝터(41) 또는 플로우 스플리터(48)에 선택적으로 도입하도록 구성된 스위치여도 좋다. 가스 공급원(44)은 가스로서, 예를 들면, CF4 가스나 염소 가스 등의 에칭용의 가스를 챔버(11) 내에 공급한다.
[시뮬레이션 3: 사이드 가스 인젝터와 센터 가스 인젝터의 조합]
다음에, 사이드 가스 인젝터(60)와 센터 가스 인젝터(41)로부터 가스를 도입했을 때의 기판(W) 상의 반응 생성물의 퇴적 상태를 시뮬레이션한 결과(시뮬레이션 3이라 함)에 대해서, 도 9를 참조하여 설명한다. 도 9는 실시형태에 따른 사이드 가스 인젝터(60)와 센터 가스 인젝터(41)를 이용한 가스 도입 각도와 기판 상의 반응 생성물의 퇴적량의 상관관계를 도시하는 도면이다. 이하에 시뮬레이션 3의 조건을 나타낸다.
<시뮬레이션 조건>
·챔버 내 압력
400mT(53.3㎩)
·사이드 가스 인젝터 및/또는 센터 가스 인젝터
Ar 가스를 500sccm 도입
·기판 상의 반응 생성물을 모의하기 위해, SiCl4를 50sccm 도입
도 9의 횡축은 기판의 직경 방향의 위치이며, 0mm가 기판의 센터, 150mm가 기판의 에지이다. 도 9의 종축은 각 위치에 있어서의 기판 상의 반응 생성물(SiCl4)의 퇴적량을 나타낸다. SiCl4는 플라즈마 처리 장치(10)에 있어서 에칭 처리를 실행했을 때에 발생하는 반응 생성물의 일례이다.
도 9의 선(E)은 센터 가스 인젝터(41)로부터 하향으로 500sccm의 Ar 가스를 도입한 경우의 반응 생성물의 퇴적량을 나타낸다. 이 때, 사이드 가스 인젝터(60)로부터는 가스를 공급하지 않는다.
도 9의 선(F)은 센터 가스 인젝터(41)로부터 하향, 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)로부터 상향 45도로 합계 500sccm의 Ar 가스를 유량 비 1:1로 도입했을 경우의 반응 생성물의 퇴적량을 나타낸다.
도 9의 선(G)은 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)로부터 Ar 가스를 상향 45도로 500sccm 도입한 경우의 반응 생성물의 퇴적량을 나타낸다. 이 때, 센터 가스 인젝터(41)로부터는 가스를 공급하지 않는다.
도 9의 선(H)은 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)로부터 Ar 가스를 하향 45도로 500sccm 도입한 경우의 반응 생성물의 퇴적량을 나타낸다. 이 때, 센터 가스 인젝터(41)로부터는 가스를 공급하지 않는다.
시뮬레이션 3의 결과, 선(H)의 경우(복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)로부터 하향으로 가스를 도입), 기판(W)의 센터측을 중심으로 기판 상의 반응 생성물의 퇴적량이 가장 많다. 선(G)의 경우(복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)로부터 상향으로 가스를 도입), 기판(W)의 센터측을 중심으로 기판 상의 반응 생성물의 퇴적량이 다음으로 많다.
다음에, 선(F)의 경우(센터 가스 인젝터(41) 및 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)로부터 가스를 도입), 선(E)의 경우(센터 가스 인젝터(41)로부터 가스를 도입)의 순서로 반응 생성물의 퇴적량이 적어지게 된다.
이상의 결과로부터, 센터 가스 인젝터(41)와 사이드 가스 인젝터(60)의 유량 비를 바꿈으로써 기판 상의 반응 생성물의 퇴적량을 제어할 수 있다.
이와 같이 사이드 가스 인젝터(60)의 제어와 센터 가스 인젝터(41)의 제어를 조합함으로써 제어 범위를 넓힐 수 있다.
이상으로부터, 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)에 의하면, 챔버(11)의 측벽(11a)에 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61) 및 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)를 배치한다. 그리고, 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)로부터 도입하는 가스의 방향(제 1 방향)과, 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)로부터 도입하는 가스의 방향(제 2 방향)이 상이하도록 제어한다. 이에 의해, 에칭 레이트, 반응 생성물의 퇴적량, 성막 레이트 등의 프로세스 제어를 효과적으로 실행할 수 있다.
예를 들어, 일방의 사이드 가스 인젝터(60)(예를 들면, 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62))는 기판 상의 가스의 분포의 불균형 저감을 위해, 기판(W)의 에지 또는 에지 링(24)을 향해서 가스를 도입하는 각도로 한다. 이에 의해, 기판(W)의 에지에 반응성 가스를 많이 공급하고, 센터 영역과의 에칭 레이트의 불균형을 저감할 수 있다.
타방의 사이드 가스 인젝터(60)(예를 들면, 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)는 천장벽을 향해서 가스를 도입하는 각도로 한다. 이에 의해, 기판(W)의 센터측으로부터 에지측을 향하는 가스의 흐름을 형성함으로써 반응 생성물을 효과적으로 배출할 수 있다. 이와 같이 사이드 가스 인젝터(60)의 가스 도입 각도를, 목적에 따라 임의의 각도, 높이로 설치한다. 또는, 사이드 가스 인젝터(60)에 후술하는 회전 기구를 마련하여, 프로세스 중에 사이드 가스 인젝터(60)의 가스 도입 각도를 임의의 각도로 해도 좋다.
게다가, 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61) 및 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)로의 가스의 전환 또는 유량 비를 제어하는 것에 의해, 챔버(11) 내의 가스의 흐름을 바꿀 수 있다. 이에 의해, 보다 효과적인 프로세스 제어나 반응 생성물의 배출 제어를 실행할 수 있다.
예를 들어, 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61) 및 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)로부터는, 각각에 대응하는 레귤레이터(63a, 63b)에서 가압한 가스를 분출해도 좋고, 유량을 줄여서 도입하도록 해도 좋다. 이에 의해, 단시간에 챔버(11) 내의 가스를 전환할 수 있다. 밸브(64a, 64b)를 온(on) 또는 오프(off)하여 가스의 공급 및 공급의 정지를 전환하면서 가스를 소정의 각도로 도입해도 좋다. 밸브(64a, 64b)를 온 상태로 하여, 레귤레이터(63a, 63b)에서 가스 압력을 제어하고, 제 1 도입구(61a) 및 제 2 도입구(62a)로부터 가스를 소정의 각도 및 소정의 압력으로 도입해도 좋다. 실시형태에서는, 플로우 스플리터(48)에서 제 1 사이드 가스 인젝터(61)와 제 2 사이드 가스 인젝터(62)에 흐르는 가스의 유량의 분할을 실시하여, 가스의 전환 및/또는 가스의 가압을 실행한다. 따라서, 플로우 스플리터(48)에 의해 유량 분할 비율의 변경이 가능하게 된다. 또한, 압력 제어식의 플로우 스플리터를 사용하면, 유량 분할 비율의 제어 및 가스의 압력 제어가 가능하게 된다.
<제 1 변형예>
[플라즈마 처리 장치]
다음에, 제 1 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(10)에 대해서, 도 10을 이용하여 설명한다. 도 10은 제 1 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(10)를 도시하는 단면 모식도이다. 제 1 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(10)는 제 1 사이드 가스 도입 라인(L1) 및 제 2 사이드 가스 도입 라인(L2)에 복수의 레귤레이터(63a) 및 복수의 레귤레이터(63b)를 갖는 점이, 제 1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)(도 1)와 상위하다. 제 1 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(10)의 그 외의 구성은 제 1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)와 동일하다. 따라서, 이하에서는 상기 차이점의 구성에 대해서 설명하고, 그 외의 구성에 대한 설명을 생략한다. 또한, 제 1 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(10)는 제 2 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)(도 8)에 나타내는 센터 가스 인젝터(41)를 가져도 좋다.
제 1 사이드 가스 도입 라인(L1)은 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)에 각각 대응하는 복수의 레귤레이터(63a)를 갖고 있다. 복수의 레귤레이터(63a)는 제 1 사이드 가스 도입 라인(L1)에 마련되고, 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)에 각각 대응하는 복수의 제 1 레귤레이터의 일례이다.
실시형태에서는, 제 1 사이드 가스 도입 라인(L1)에는, 선단에 위치하는 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61), 레귤레이터(63a), 밸브(64a)의 순서로 접속되어 있지만, 레귤레이터(63a)는 밸브(64a)와 플로우 스플리터(48) 사이에 배치해도 좋다.
즉, 복수의 레귤레이터(63a)의 각각은, 대응하는 제 1 사이드 가스 인젝터(61)와 플로우 스플리터(48) 사이에 접속되고, 가압한 가스를 대응하는 제 1 사이드 가스 인젝터(61)로부터 플라즈마 처리 공간(11s)에 도입하도록 구성된다.
제 2 사이드 가스 도입 라인(L2)은 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)에 각각 대응하는 복수의 레귤레이터(63b)를 갖는다. 복수의 레귤레이터(63b)는 제 2 사이드 가스 도입 라인(L2)에 마련되고, 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)에 각각 대응하는 복수의 제 2 레귤레이터의 일례이다.
실시형태에서는, 제 2 사이드 가스 도입 라인(L2)에는, 선단에 위치하는 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62), 레귤레이터(63b), 밸브(64b)의 순서로 접속되어 있지만, 레귤레이터(63b)는 밸브(64b)와 플로우 스플리터(48) 사이에 배치해도 좋다.
즉, 복수의 레귤레이터(63b)의 각각은, 대응하는 제 2 사이드 가스 인젝터(62)와 플로우 스플리터(48) 사이에 접속되고, 가압한 가스를 대응하는 제 2 사이드 가스 인젝터(62)로부터 플라즈마 처리 공간(11s)에 도입하도록 구성된다.
[시뮬레이션 4: 레귤레이터에 의한 고속 가스 전환]
마지막으로, 레귤레이터의 유무와 가스의 전환 시간을 비교한 시뮬레이션의 결과(시뮬레이션 4라고 함)에 대해서, 도 11을 참조하여 설명한다. 도 11은 실시형태에 따른 레귤레이터의 유무와 가스 전환의 타이밍을 나타내는 도면이다.
ALD(Atomic Layer Deposition)나 ALE(Atomic Layer Etching) 등의 단시간에 가스 종(種)을 변화시키는 특정의 프로세스에서는 가스의 전환 시간을 고속화하고, 스루풋을 올리는 것이 중요하다. 그래서, 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)의 각각에 대응하여 복수의 레귤레이터(63a)가 마련되어 있다. 또한, 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)의 각각에 대응하여 복수의 레귤레이터(63b)가 마련되어 있다.
그리고, 복수의 레귤레이터(63a, 63b)에 의해 가스를 가압시켜서, 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61) 및 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)로부터 분출시킨다.
시뮬레이션 4에서는, 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)로부터 Ar 가스를 공급한 후, 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)로부터의 Ar 가스의 공급을 정지한다. 그 후, 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)로부터 O2 가스를 공급하고, 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)로부터의 O2 가스의 공급을 정지한다.
이와 같이 하여 Ar 가스에서 O2 가스로 전환한 경우, 도 11의 (a)의 선(M)은 레귤레이터(63a, 63b)가 없는 경우의 기판 상의 O2 가스의 양을 나타내고, 도 11의 (a)의 선(N)은 레귤레이터(63a, 63b)가 있는 경우의 기판 상의 O2 가스의 양을 나타낸다.
이에 의하면, 선(N)의 레귤레이터(63a, 63b)가 있는 경우, 선(M)의 레귤레이터(63a, 63b)가 없는 경우보다 단시간에 기판 상의 O2 가스의 양이 증가하고 있다. 즉, 선(N)의 레귤레이터(63a, 63b)가 있는 경우, 선(M)의 레귤레이터(63a, 63b)가 없는 경우보다 Ar 가스에서 O2 가스로의 전환 시간이 단축되고 있다.
도 11의 (b)는 레귤레이터(63a, 63b)가 없는 경우의 기판 상의 Ar 가스에서 O2 가스로의 전환의 타이밍을 도시한다. 도 11의 (c)는 레귤레이터(63a, 63b)가 있는 경우의 기판 상의 Ar 가스에서 O2 가스로의 전환의 타이밍을 도시한다.
이에 의하면, 도 11의 (b)에 도시하는 레귤레이터(63a, 63b)가 없는 경우, Ar 가스의 공급을 정지하고 나서 기판 상의 O2량이 안정할 때까지의 시간은 약 3초이다. 이에 대해서, 도 11의 (c)에 도시하는 레귤레이터(63a, 63b)가 있는 경우, 도 11의 (b)에 도시하는 레귤레이터(63a, 63b)가 없는 경우의 압력의 배(倍) 정도로 가압한 가스를 도입함으로써, 기판 상의 O2량이 안정할 때까지의 시간은 약 1초가 된다. 이에 의해, Ar 가스에서 O2 가스로의 전환 시간을 약 70% 단축할 수 있다. 이상으로부터, 레귤레이터(63a, 63b)를 마련함으로써, 가스 전환 시간을 큰 폭으로 단축할 수 있다.
또한, Ar 가스와 O2 가스 중 일방을, 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61) 및 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62) 중 어느 일방으로부터 도입해도 좋다. 또한, Ar 가스 및 O2 가스 중 타방을, 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61) 및 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62) 중 어느 타방으로부터 도입해도 좋다.
센터 가스 인젝터(41)로부터 Ar 가스를 도입한 후, 사이드 가스 인젝터(60)로부터 O2 가스를 도입해도 좋다. 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61), 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62) 및 센터 가스 인젝터(41)를 이용하여, 각각의 가스 종에 대해서 효과적인 각도로 가스를 도입할 수 있다.
<제 2 변형예>
[플라즈마 처리 장치]
다음에, 제 2 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(10)에 대해서, 도 12를 이용하여 설명한다. 도 12는 제 2 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(10)를 도시하는 단면 모식도이다. 제 2 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(10)는 사이드 가스 인젝터(60)를 회전하는 회전 기구(65)를 갖는 점이, 제 1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)(도 1)와 상위하다. 제 2 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(10)의 그 외의 구성은 제 1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)와 동일하다. 따라서, 이하에서는 상기 차이점의 구성에 대해서 설명하고, 그 외의 구성에 대한 설명을 생략한다. 또한, 제 2 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치(10)는 제 2 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)(도 8)에 나타내는 센터 가스 인젝터(41)를 가져도 좋다.
도 2에 도시되는 바와 같이, 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)의 각각은 중심축(AX1)을 갖는 대략 원통 형상이며, 중심축(AX1)에 대해서 제 1 각도를 갖는 제 1 도입구(61a)를 갖는다. 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)의 각각은 중심축(AX2)을 갖는 대략 원통 형상이며, 중심축(AX2)에 대해서 제 2 각도를 갖는 제 2 도입구(62a)를 갖는다.
도 12로 돌아와서, 플라즈마 처리 장치(10)는 회전 기구(65)를 갖고, 회전 기구(65)는 제 1 회전 유닛(65a)과 제 2 회전 유닛(65b)을 갖는다. 제 1 회전 유닛(65a)은 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터(61)의 각각을 중심축(AX1)을 중심으로 회전시키도록 구성된다. 제 2 회전 유닛(65b)은 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터(62)의 각각을 중심축(AX2)을 중심으로 회전시키도록 구성된다. 이에 의해, 기판 처리 프로세스 사이에 동적으로 가스 도입 각도를 변경하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 챔버 내의 가스 제어의 자유도가 향상한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 실시형태의 플라즈마 처리 장치에 의하면, 챔버(11)의 측벽(11a)으로부터 플라즈마 처리 공간(11s)에 상이한 각도로 가스를 도입할 수 있다. 이에 의해, 에칭 레이트, 반응 생성물의 퇴적량, 성막 레이트 등의 프로세스 제어를 효과적으로 실행할 수 있다. 또한, 반응 생성물의 배출 제어를 효과적으로 실행할 수 있다.
이번 개시된 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치는, 모든 점에 있어서 예시이며 제한적인 것은 아닌 것으로 생각되어야 한다. 상기의 실시형태는 첨부의 청구범위 및 그 주지를 일탈하는 일 없이, 여러 가지 형태로 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시형태에 기재된 사항은 모순되지 않는 범위에서 다른 구성도 취할 수 있고, 또한, 모순되지 않는 범위에서 조합시킬 수 있다.
본 개시의 플라즈마 처리 장치는, 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD) 장치, 용량성 결합 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma; CCP), 유도 결합형 플라즈마(Inductively Coupled Plasma; ICP), 래디얼 라인 슬롯 안테나(Radial Line Slot Antenna; RLSA), 전자 공명 플라즈마(Electron Cyclotron Resonance Plasma; ECR), 헬리콘파 플라즈마(Helicon Wave Plasma; HWP) 중 어느 유형의 장치로도 적용 가능하다. 플라즈마 처리 장치는 기판에 대해서 성막 처리, 에칭 처리 등의 플라즈마 처리를 실시하는 장치이면 좋다. 따라서, 본 개시의 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 처리 공간을 갖는 챔버와, 플라즈마 처리 공간 내에 배치된 기판 지지부와, 플라즈마 처리 공간에 공급된 가스로부터 플라즈마를 형성하도록 구성된 플라즈마 생성부를 갖는 장치에 적용 가능하다.
10 : 플라즈마 처리 장치
11 : 챔버
11a : 측벽 11s : 플라즈마 처리 공간
20 : 기판 지지부 21 : 하부 전극
30 : 고주파 전원 53 : 유전체 창
41 : 센터 가스 인젝터 44 : 가스 공급원
45, 48 : 플로우 스플리터 60 : 사이드 가스 인젝터
61 : 제 1 사이드 가스 인젝터 61a : 제 1 도입구
62 : 제 2 사이드 가스 인젝터 62a : 제 2 도입구
63a : 레귤레이터 63b : 레귤레이터
64a, 64b : 밸브 65a : 제 1 회전 유닛
65b : 제 2 회전 유닛 100 : 제어부
L1 : 제 1 사이드 가스 도입 라인
L2 : 제 2 사이드 가스 도입 라인
L3 : 제 1 센터 가스 도입 라인 L4 : 제 2 센터 가스 도입 라인
W : 기판
11a : 측벽 11s : 플라즈마 처리 공간
20 : 기판 지지부 21 : 하부 전극
30 : 고주파 전원 53 : 유전체 창
41 : 센터 가스 인젝터 44 : 가스 공급원
45, 48 : 플로우 스플리터 60 : 사이드 가스 인젝터
61 : 제 1 사이드 가스 인젝터 61a : 제 1 도입구
62 : 제 2 사이드 가스 인젝터 62a : 제 2 도입구
63a : 레귤레이터 63b : 레귤레이터
64a, 64b : 밸브 65a : 제 1 회전 유닛
65b : 제 2 회전 유닛 100 : 제어부
L1 : 제 1 사이드 가스 도입 라인
L2 : 제 2 사이드 가스 도입 라인
L3 : 제 1 센터 가스 도입 라인 L4 : 제 2 센터 가스 도입 라인
W : 기판
Claims (18)
- 측벽과 상기 측벽에 의해 둘러싸이는 플라즈마 처리 공간을 갖는 챔버와,
상기 측벽으로부터 상기 플라즈마 처리 공간에 가스를 도입하도록 구성된 제 1 사이드 가스 도입 라인 및 제 2 사이드 가스 도입 라인을 갖고,
상기 제 1 사이드 가스 도입 라인은 상기 측벽의 주위에 대칭적으로 배열된 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터를 포함하고, 상기 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터의 각각은 상기 플라즈마 처리 공간 내에, 제 1 방향으로 가스를 도입하도록 구성되며,
상기 제 2 사이드 가스 도입 라인은 상기 측벽의 주위에 대칭적으로 배열된 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터를 포함하고, 상기 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터의 각각은 상기 플라즈마 처리 공간 내에, 상기 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로 가스를 도입하도록 구성되는
플라즈마 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 방향은 경사 상향이며,
상기 제 2 방향은 경사 하향인
플라즈마 처리 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 플라즈마 처리 공간 내에 배치되고, 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지부를 더 갖고,
상기 제 2 방향은 상기 기판 지지부의 에지 영역을 향하는 방향인
플라즈마 처리 장치. - 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 방향은 수평면에 대해서 상향으로 45도이며,
상기 제 2 방향은 수평면에 대해서 하향으로 45도인
플라즈마 처리 장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 1 사이드 가스 인젝터의 수는 제 2 사이드 가스 인젝터의 수와 동일하며, 상기 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터는 상기 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터와는 상이한 높이에 배치되는
플라즈마 처리 장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 1 사이드 가스 인젝터의 수는 제 2 사이드 가스 인젝터의 수와 동일하며, 상기 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터는 상기 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터와 동일한 높이에 배치되는
플라즈마 처리 장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터 및 상기 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터는 상기 측벽의 둘레 방향을 따라 교호의 태양으로 배치되는
플라즈마 처리 장치. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 사이드 가스 도입 라인 및 상기 제 2 사이드 가스 도입 라인과 유체 연통하여 있는 가스 공급부를 더 갖고,
상기 가스 공급부는 상기 제 1 사이드 가스 도입 라인 및 상기 제 2 사이드 가스 도입 라인으로의 가스 공급 비율을 제어하도록 구성된 제 1 유량 분배부를 갖는
플라즈마 처리 장치. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 사이드 가스 도입 라인 및 상기 제 2 사이드 가스 도입 라인과 유체 연통하여 있는 가스 공급부를 갖고,
상기 가스 공급부는 가스를 상기 제 1 사이드 가스 도입 라인 또는 상기 제 2 사이드 가스 도입 라인에 선택적으로 도입하도록 구성된 제 1 유량 분배부를 갖는
플라즈마 처리 장치. - 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 사이드 가스 도입 라인은 상기 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터에 각각 대응하는 복수의 제 1 레귤레이터를 갖고, 상기 복수의 제 1 레귤레이터의 각각은, 대응하는 제 1 사이드 가스 인젝터와 상기 제 1 유량 분배부 사이에 접속되고, 가압한 가스를 대응하는 제 1 사이드 가스 인젝터로부터 상기 플라즈마 처리 공간에 도입하도록 구성되고,
상기 제 2 사이드 가스 도입 라인은 상기 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터에 각각 대응하는 복수의 제 2 레귤레이터를 갖고, 상기 복수의 제 2 레귤레이터의 각각은, 대응하는 제 2 사이드 가스 인젝터와 상기 제 1 유량 분배부 사이에 접속되고, 가압한 가스를 대응하는 제 2 사이드 가스 인젝터로부터 상기 플라즈마 처리 공간에 도입하도록 구성되는
플라즈마 처리 장치. - 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 챔버의 천장벽 중앙에 배치된 센터 가스 인젝터를 갖고,
상기 센터 가스 인젝터는 상기 가스 공급부에 접속되고,
상기 가스 공급부는 상기 센터 가스 인젝터 및 상기 제 1 유량 분배부로의 가스 공급 비율을 제어하도록 구성된 제 2 유량 분배부를 갖는
플라즈마 처리 장치. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 사이드 가스 도입 라인은 복수의 두 갈래 분기 라인을 갖고,
상기 복수의 두 갈래 분기 라인은,
1개의 입구와 2개의 출구를 포함하는 제 1 두 갈래 분기 라인으로서, 상기 제 1 두 갈래 분기 라인의 상기 1개의 입구는 상기 제 1 사이드 가스 도입 라인의 입구에 접속되는, 제 1 두 갈래 분기 라인과,
2개의 입구와 4개의 출구를 포함하는 2개의 제 2 두 갈래 분기 라인으로서, 상기 2개의 제 2 두 갈래 분기 라인의 상기 2개의 입구는 상기 제 1 두 갈래 분기 라인의 상기 2개의 출구에 각각 접속되는, 2개의 제 2 두 갈래 분기 라인과,
4개의 입구와 8개의 출구를 포함하는 4개의 제 3 두 갈래 분기 라인으로서, 상기 4개의 제 3 두 갈래 분기 라인의 상기 4개의 입구는 상기 2개의 제 2 두 갈래 분기 라인의 상기 4개의 출구에 각각 접속되는, 4개의 제 3 두 갈래 분기 라인을 갖고,
상기 4개의 제 3 두 갈래 분기 라인의 상기 8개의 출구는 상기 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터에 각각 접속되며,
상기 제 1 두 갈래 분기 라인의 상기 1개의 입구로부터 상기 4개의 제 3 두 갈래 분기 라인의 상기 8개의 출구까지의 거리는 동일한
플라즈마 처리 장치. - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터의 각각은, 중심축을 갖는 대략 원통 형상이며, 상기 중심축에 대해서 제 1 각도를 갖는 제 1 도입구를 갖고,
상기 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터의 각각은, 중심축을 갖는 대략 원통 형상이며, 상기 중심축에 대해서 제 2 각도를 갖는 제 2 도입구를 갖는
플라즈마 처리 장치. - 제 13 항에 있어서,
상기 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터의 각각을 상기 중심축을 중심으로 회전시키도록 구성된 제 1 회전 유닛과,
상기 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터의 각각을 상기 중심축을 중심으로 회전시키도록 구성된 제 2 회전 유닛을 더 갖는
플라즈마 처리 장치. - 플라즈마 처리 장치에서 사용하는 가스 도입 방법에 있어서,
상기 플라즈마 처리 장치는,
측벽과 상기 측벽에 의해 둘러싸이는 플라즈마 처리 공간을 갖는 챔버와,
제 1 사이드 가스 도입 라인 및 제 2 사이드 가스 도입 라인을 갖고,
제 1 사이드 가스 도입 라인은 상기 측벽의 주위에 둘레 방향을 따라 대칭적으로 배열된 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터를 포함하고,
제 2 사이드 가스 도입 라인은 상기 측벽의 주위에 둘레 방향을 따라 대칭적으로 배열된 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터를 포함하고,
상기 가스 도입 방법은,
(a) 상기 제 1 사이드 가스 도입 라인 및 상기 제 2 사이드 가스 도입 라인에 공급되는 가스의 양을 제어하는 공정과,
(b) 상기 복수의 제 1 사이드 가스 인젝터의 각각으로부터 상기 플라즈마 처리 공간 내에 제 1 방향으로 가스를 도입하는 공정과,
(c) 상기 복수의 제 2 사이드 가스 인젝터의 각각으로부터 상기 플라즈마 처리 공간 내에 제 2 방향으로 가스를 도입하는 공정을 가지며,
상기 제 1 방향은 상기 제 2 방향과는 상이한
가스 도입 방법. - 제 15 항에 있어서,
공정 (b) 및 공정 (c)는 동시에 실행되고,
공정 (a)는 상기 제 1 사이드 가스 도입 라인 및 상기 제 2 사이드 가스 도입 라인으로의 가스 공급 비율을 제어하는 것을 포함하는
가스 도입 방법. - 제 15 항에 있어서,
공정 (b) 및 공정 (c)는 교대로 실행되고,
공정 (a)는 가스를 상기 제 1 사이드 가스 도입 라인 또는 상기 제 2 사이드 가스 도입 라인에 선택적으로 도입하는 것을 포함하는
가스 도입 방법. - 제 17 항에 있어서,
(d) 공정 (b) 및 공정 (c)을 반복하는 공정을 더 갖는
가스 도입 방법.
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