KR20210098522A - 샤워 플레이트, 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법 - Google Patents

샤워 플레이트, 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법 Download PDF

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Abstract

샤워 플레이트, 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법에 있어서는, 스테이지 상의 플라스마의 면내 균일성의 향상이 요구되고 있다. 하나의 예시적 실시 형태에 따른 샤워 플레이트는, 스테이지에 대향해서 배치된 상부 유전체와, 상부 유전체 내에 매립된 상부 전극을 구비하고 있다. 상부 유전체의 하면과 상부 전극의 사이의 거리는, 중앙부보다도 주변부쪽이 작다.

Description

샤워 플레이트, 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법
본 개시의 예시적 실시 형태는, 샤워 플레이트, 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법에 관한 것이다.
전자 디바이스의 제조에 있어서는 플라스마 처리 장치가 사용되고 있다. 일종의 플라스마 처리 장치는, 특허문헌 1에 기재되어 있다. 그 밖의 플라스마 처리 장치는, 특허문헌 2 내지 8에 기재되어 있다. 플라스마 처리 장치로서는, 용량 결합형 플라스마 처리 장치가 알려져 있다. 용량 결합형 플라스마 처리 장치로서, 초단파(VHF)대의 주파수를 갖는 고주파를 플라스마의 생성에 사용하는 플라스마 처리 장치가 주목받고 있다. 또한, VHF대란, 30MHz 내지 300MHz 정도의 범위의 주파수대이다.
일본 특허 공개 제2016-195150호 공보 일본 특허 공개 평9-312268호 공보 일본 특허 공개 제2014-53309호 공보 일본 특허 공개 제2000-323456호 공보 일본 특허 제4364667호 공보 일본 특허 제5317992호 공보 일본 특허 제5367000호 공보 일본 특허 제5513104호 공보
샤워 플레이트, 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법에 있어서는, 스테이지 상의 플라스마의 면내 균일성의 향상이 요구되고 있다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 샤워 플레이트가 제공된다. 샤워 플레이트는, 스테이지에 대향해서 배치된 상부 유전체와, 상부 유전체 내에 매립된 상부 전극을 구비하고 있다. 상부 유전체의 하면과 상부 전극의 사이의 거리는, 중앙부보다도 주변부쪽이 작다.
하나의 예시적 실시 형태에 따른 샤워 플레이트, 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법에 의하면, 스테이지 상의 플라스마의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 하나의 예시적 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 직경 방향의 위치와 시스 전계의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 다른 예시적 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 4는 하나의 예시적 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 5는 하나의 예시적 실시 형태에 따른 스테이지를 일부 파단해서 도시하는 사시도이다.
도 6은 하나의 예시적 실시 형태에 따른 스테이지를 일부 파단해서 도시하는 사시도이다.
도 7은 하나의 예시적 실시 형태에 따른 스테이지의 평면도이다.
이하, 다양한 예시적 실시 형태에 대해서 설명한다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 샤워 플레이트가 제공된다. 샤워 플레이트는, 스테이지에 대향해서 배치된 상부 유전체와, 상부 유전체 내에 매립된 상부 전극을 구비하고 있다. 상부 유전체의 하면과 상부 전극의 사이의 거리는, 중앙부보다도 주변부쪽이 작다. 플라스마를 생성하는 시스 전계는, 스테이지의 중앙부에서 강해지는 경향이 있고, 주변부에서 전계 벡터가 경사져서, 약해지는 경향이 있다. 주변부에서는, 상부 전극과 상부 유전체의 하면의 사이의 거리가 중앙부보다도 작게 되어 있다. 상부 전극으로부터 상부 유전체를 개재해서 전계를 형성함으로써, 전계 벡터의 경사와 강도를 보정하여, 시스 전계의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 이에 의해, 플라스마의 면내 균일성이 향상된다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 상부 전극은, 2층 이상의 도전층을 가질 수 있다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 상부 유전체는, 가스 토출 구멍을 가질 수 있다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 상부 전극에는, 30 내지 300MHz의 고주파 전압이 인가된다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 상기 샤워 플레이트를 구비한 플라스마 처리 장치가 제공된다. 플라스마 처리 장치에 있어서, 스테이지는, 하부 유전체와, 하부 전극과, 처리 용기와, 고주파 전원을 구비하고 있다. 하부 유전체는, 상부 유전체에 대향 배치되어 있다. 하부 전극은, 하부 유전체 내에 매립되어 있다. 처리 용기는, 샤워 플레이트 및 스테이지를 수용한다. 고주파 전원은, 처리 용기 내에 플라스마를 발생시키기 위한 것이다. 고주파 전원으로부터, 고주파 전압이 부여되면, 스테이지와 상부 전극의 사이에 플라스마가 발생한다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 하부 전극은, 스테이지 상에 적재되는 기판과 해당 스테이지의 사이에서 정전 인력을 발생시키기 위한 전극으로 할 수 있다. 하부 전극은, 고주파가 공급되는 전극으로 할 수 있다. 하부 전극은 접지되는 전극으로 할 수 있다. 즉, 하부 전극은, 이들 전극 중 어느 것으로 할 수 있다. 하부 전극은, 환형으로 형성되어 있을 수 있다. 이 구성의 경우, 스테이지의 중앙부와 외주부의 사이에서의 고주파에 기인하는 전위차의 발생이 억제된다. 그 결과, 스테이지의 중앙부와 외주부의 사이에서 발생하는 고주파 전계가 억제된다. 이러한 고주파 전계의 억제에 의해, 플라스마의 균일성을 높이고, 또한 성막 또는 에칭 시에 있어서는, 고주파 전계에 기인한 이온의 원하지 않는 이동을 억제할 수 있다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 상기 플라스마 처리 장치를 사용한 플라스마 처리 방법이 제공된다. 플라스마 처리 방법은, 샤워 플레이트 아래에 기판을 배치하는 공정과, 상부 전극과 하부 전극의 사이에 고주파 전압을 인가시킴으로써 플라스마를 발생시켜, 기판의 표면 처리를 행하는 공정을 구비하고 있다.
이하, 도면을 참조하여 다양한 예시적 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에서 동일하거나 또는 상당하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하는 것으로 하고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 1은, 실시예 1에 따른 플라스마 처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 1에 도시하는 플라스마 처리 장치(1)는, 처리 용기(10), 스테이지(12), 상부 전극(14)(도전층) 및 도입부(16)를 구비하고 있다. 상부 전극(14)은, 금속 메쉬 또는 금속 박막이며, 본 예에서는 금속 메쉬이고, 그 재료는, 텅스텐 또는 몰리브덴이지만, 다른 도전성 재료이어도 된다.
처리 용기(10)는 대략 원통 형상을 갖는다. 처리 용기(10)는, 연직 방향을 따라 연장되어 있다. 처리 용기(10)의 중심 축선은, 연직 방향으로 연장되는 축선(AX)이다. 처리 용기(10)는, 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 도체로 형성되어 있다. 처리 용기(10)의 표면 상에는, 내부식성을 갖는 막이 형성되어 있다. 내부식성을 갖는 막은, 예를 들어 산화알루미늄 또는 산화이트륨과 같은 세라믹이다. 처리 용기(10)는 접지되어 있다.
스테이지(12)는 처리 용기(10) 내에 마련되어 있다. 스테이지(12)는, 그 상면 상에 적재된 기판(W)을 대략 수평하게 지지하도록 구성되어 있다. 스테이지(12)는, 대략 원반 형상을 갖고 있다. 스테이지(12)의 중심 축선은, 축선(AX)에 대략 일치하고 있다.
플라스마 처리 장치(1)는, 배플 부재(13)를 더 구비하고 있어도 된다. 배플 부재(13)는, 스테이지(12)와 처리 용기(10)의 측벽의 사이에서 연장되어 있다. 배플 부재(13)는, 대략 환형의 판재이다. 배플 부재(13)는, 예를 들어 산화알루미늄과 같은 절연체로 형성되어 있다. 배플 부재(13)에는, 복수의 관통 구멍이 형성되어 있다. 복수의 관통 구멍은, 배플 부재(13)를 그 판 두께 방향으로 관통하고 있다. 스테이지(12)의 하방에 있어서 처리 용기(10)에는, 배기구(10e)가 형성되어 있다. 배기구(10e)에는 배기 장치가 접속되어 있다. 배기 장치는, 압력 제어 밸브 그리고 터보 분자 펌프 및/또는 드라이 펌프와 같은 진공 펌프를 포함하고 있다.
상부 전극(14)은, 처리 용기(10) 내의 공간(SP)을 개재해서 스테이지(12)의 상방에 마련되어 있다. 상부 전극(14)의 중심 축선은, 축선(AX)에 대략 일치하고 있다. 플라스마 처리 장치(1)는, 스테이지(12)와 상부 전극(14)의 사이의 공간(SP)에서 플라스마를 생성하도록 구성되어 있다.
플라스마 처리 장치(1)는 샤워 플레이트(18)를 더 구비하고 있다. 샤워 플레이트(18)는 상부 전극(14)을 내장하고 있다. 샤워 플레이트(18)는, 공간(SP)을 사이에 두고 스테이지(12)의 상면에 대면하고 있다. 공간(SP)은, 샤워 플레이트(18)와 스테이지(12)의 사이의 공간이다. 샤워 플레이트(18)는 대략 원반 형상을 갖고 있다. 샤워 플레이트(18)의 중심 축선은, 축선(AX)에 대략 일치하고 있다.
플라스마 처리 장치(1)에서는, 배플 부재(13)의 상측에서 연장되는 처리 용기(10)의 내벽면의 면적은, 공간(SP)측의 샤워 플레이트(18)의 표면적과 대략 동등하다. 즉, 공간(SP)을 구획 형성하는 면 중 그라운드 전위로 설정된 면(그라운드면)의 면적은, 공간(SP)을 구획 형성하는 면 중 샤워 플레이트(18)에 의해 제공되는 면의 면적과 대략 동일하다. 이러한 구성에 의해, 플라스마가, 샤워 플레이트의 바로 아래의 영역 및 그라운드면의 주위의 영역에서 균일한 밀도로 생성된다. 그 결과, 기판(W)의 플라스마 처리의 면내 균일성이 향상된다.
실시 형태에서는, 처리 용기(10)의 상부 벽(UW)의 하방에, 가스 확산용 공간(225')을 개재하여, 유전체로 이루어지는 샤워 플레이트(18)가 배치된다. 상부 벽(UW)의 하면의 볼록부는, 샤워 플레이트(18)의 상면에 접하고 있다. 상부 벽(UW)의 하면은, 요철 구조를 갖고 있으며, 오목부 내를, 가스 공급기(42)로부터의 가스가 유통된다. 배관(40)은, 오목부 내의 가스 확산용 공간(225')에 접속되어 있다. 가스 확산용 공간(225')의 하방에는, 샤워 플레이트(18)의 가스 토출 구멍(18h)이 위치하고 있다. 오목부의 형상은, 원형이어도 되고, 링형이어도 되지만, 모든 오목부는 수평 방향으로 가스가 확산하도록 연통하고 있다. 가스 토출 구멍(18h)은, 상부에 위치하는 제1 관통 구멍(18h1)과, 하부에 위치하는 제2 관통 구멍(18h2)으로 이루어진다. 제1 관통 구멍(18h1)의 내경은, 제2 관통 구멍(18h2)의 내경보다도 크고, 이것들은 연통하고 있다. 가스 확산용 공간(225') 내에서 확산한 가스는, 가는 내경을 갖는 제2 관통 구멍(18h2)에 도입되어, 이 직경에 의해 분출 시의 유속이 제한된다. 이 구조에 의해, 가스의 유속을 조정할 수 있다.
샤워 플레이트(18)의 본체(상부 유전체)는, 세라믹스를 포함하는 유전체로 이루어진다. 상부 유전체 내에는, 메쉬 형상의 상부 전극(14)이 매립되어 있다. 이 상부 전극(14)에는, 정합기(32)를 통해서 고주파 전원(30)으로부터 고주파가 부여된다. 상부 유전체의 재료는 세라믹스이며, 상부 전극(14)은, 세라믹스 내에 소결 공정에 의해 매립된다. 고주파는, 상부 벽(UW)과 상부 전극(14)의 사이를 직경 방향으로 전반하여, 도입부(16)로부터 처리 용기(10) 내로 방출된다.
샤워 플레이트(18)를 구성하는 상부 유전체의 재료는, 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(Al2O3) 및 산화이트륨(Y2O3)으로 이루어지는 유전체 군 중 적어도 어느 1종을 포함할 수 있다. 본 예에서는 질화알루미늄인 것으로 하지만, 유전체의 재료로서는, 다른 재료를 사용할 수도 있다. 샤워 플레이트(18)를 구성하는 유전체 및 상부 전극(14)은, 내열성이 높은 재료로 이루어진다. 또한, 상부 전극(14)은, 박막 형상 또는 메쉬 형상으로 되어 있기 때문에, 열팽창 계수가 유전체와 달라도 고온 시의 열응력이 작다. 또한, 상부 전극(14)은 유전체로 덮여 있기 때문에, 고온에서도 부식되지 않는다. 따라서, 샤워 플레이트(18)는, 고온(예를 들어 300 내지 600℃)에서도 사용할 수 있다. 플라스마 처리를 행할 때, 샤워 플레이트(18)의 온도를 높게 설정함으로써, 샤워 플레이트(18)의 표면에 대한 반응 생성물의 부착을 억제할 수 있다.
또한, 샤워 플레이트를 구성하는 상부 유전체(유전체판)의 표면 중 적어도 하면에는, 내부식성을 갖는 막이 형성되어 있어도 된다. 내부식성을 갖는 막은, 산화이트륨막, 옥시불화이트륨막, 불화이트륨막, 또는 옥시이트륨, 불화이트륨 등을 포함하는 세라믹막일 수 있다.
VHF대가 높은 플라스마 여기 주파수에서는, 중앙에 가까울수록 시스 전계가 강해지는 경향이 있다. 이 때문에, 특히 고밀도 플라스마에서는, 중앙에 가까울수록 플라스마 밀도가 높아지는 경향이 있다. 본 실시예의 구성에서는, 상부 전극 바로 아래의 시스와 상부 전극의 사이에 유전체(18L)가 배치되어 있다. 플라스마와 상부 전극의 사이에 걸리는 고주파 전압은, 유전체(18L)와 시스로 분압된다. 즉, 유전체(18L)가 두꺼운 쪽이 시스에 걸리는 전압은 작아진다. 유전체(18L)의 두께를 중앙에 가까울수록 두껍게 함으로써, 시스 전계 및 플라스마 밀도의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
샤워 플레이트(18)의 중심으로부터 직경 방향을 향하는 위치를 r이라 하자. 거리(L)를 f(r)이라 하면, 거리(L)=f(r)이며, 함수 f(r)은 위치(r)의 증가에 수반해서 작아지는 감소 함수이다. 함수 f(r)의 형상으로서는, 코사인 함수, 가우스 함수, 이차 함수나, 정규 분포의 확률 밀도 함수 등의 연속 함수, 혹은 볼록 렌즈의 표면의 곡면 형상을 채용할 수도 있다.
도 2는, 직경 방향의 위치(r)(mm)와 시스 전계(임의 단위)의 관계를 나타내는 그래프이다.
시스 전계는, 플라스마 발생용 공간(SP) 내에서 발생하는 전계이며, 플라스마의 강도를 제한한다. 상기 실시예 1에서는 시스 전계는 일정하고, 따라서, 플라스마 밀도의 면내 균일성도 높아진다.
또한, 참고를 위해서, 도 2는, 비교예의 데이터도 나타내고 있다. 비교예의 구조는, 상술한 유전체 샤워 플레이트를 알루미늄 금속으로 치환해서 상부 전극으로 한 구조이다. 비교예의 구조에서는, 이 금속제의 상부 전극과 처리 용기(10)의 측벽 및 상부 벽(UW)의 사이에 간극을 마련하고, 이 간극을 VHF의 도파로로서 이용한다. 비교예에서는, 처리 용기(10)의 측벽의 내면으로부터 중심을 향하는 도파로의 경로를 설정하고, 측벽의 내면으로부터 중심을 향해서 진행되는 VHF파를, 플라스마 처리 공간 내에 도입하고 있다. 실시예 1과 달리, 비교예의 구조의 경우, 직경 방향의 위치에 따라, 시스 전계가 크게 변화하고 있어, 플라스마 밀도의 면내 균일성이 낮아진다. 플라스마 밀도는, 시스 전계에 의존하므로, 실시예 1의 구조는, 비교예의 구조보다도, 플라스마의 면내 균일성 관점에서는 우수함을 알 수 있다.
이상과 같이, 상술한 플라스마 처리 장치를 사용한 플라스마 처리 방법은, 샤워 플레이트(18) 아래에 기판(W)을 배치하는 공정과, 상부 전극(14)에 고주파 전압을 인가해서 플라스마를 발생시켜, 기판의 표면 처리를 행하는 공정을 구비하고 있다. 처리 용기(10) 내에는 처리 가스를 공급하면서 처리를 행하는데, 처리 가스의 종류에 따라, 기판(W)의 에칭이나 성막을 행할 수 있다. 이 플라스마 처리 장치를 사용하면, 스테이지 상의 플라스마의 면내 균일성을 향상시킬 수 있으므로, 면내 균일성이 높은 처리가 가능하게 된다.
도 3은, 다른 예시적 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다. 플라스마 처리 장치는, 축선(AX)에 대하여 좌우 대칭이므로, 동도에서는 좌측 절반의 구조만을 도시하고 있다. 또한, 특별히 설명을 하지 않는 구조는, 실시예 1과 마찬가지의 구조이다.
본 예는, 상부 벽(UW)과 샤워 플레이트(18)의 사이에 공간(225')이 형성되어 있는데, 가스 확산용 공간(225')에는, 실시예 1과 마찬가지로, 가스 공급기(42)로부터 처리 가스가 공급된다. 공급된 가스는, 하방에 위치하는 샤워 플레이트(18)의 가스 토출 구멍(18h)을 통해서 플라스마 발생용 공간(SP) 내로 방출된다. 또한, 샤워 플레이트(18)의 중앙부에 위치하는 가스 토출 구멍(18h)에 있어서는, 상부의 제1 관통 구멍(18h1)의 길이 방향은 연직 방향으로부터 경사져 있다.
샤워 플레이트(18) 내에는, 도전성 박막으로 이루어지는 상부 전극(14)이 매립되어 있다. 상부 전극(14)은, 평면으로 보아 환형이며 수평 방향으로 연장된 복수의 수평 부분을 갖고 있다. 복수의 수평 부분은, 동심원형으로 배치되어 있고, 세로 방향(샤워 플레이트(18)의 두께 방향)의 위치가 다르다. 수평 부분간은, 이것에 연속하는 수직 부분에 의해 접속되어 있다. 수직 부분은, 평면으로 보아 환형이며 대략 연직 방향으로 연장된 부분이다. 중심에는 원형의 수평 부분이 배치되고, 전체로서는 일체의 부재이며, 전체로서의 종단면은, 계단 형상이다. 본 예의 상부 전극은 적어도 수평 부분에 관해서는 메쉬 형상이며, 또한 가스 공급용 관통 구멍에 대응하는 위치는 개구되어 있다. 샤워 플레이트(18)의 본체로서의 상부 유전체의 하면과, 상부 전극(14)의 사이의 거리는, 중앙부보다도 주변부쪽이 작으므로, 상기와 마찬가지의 작용 효과를 발휘하여, 플라스마의 면내 균일성이 향상된다. 상부 전극(14)은, 주변부에 접근할수록 낮은 위치에 위치한다. 중심에 위치하는 상부 전극(14)에는, 고주파 전압의 급전 로드(206)가 접속되어 있어, 실시예 1과 마찬가지로 고주파 전원(30)으로부터 급전 로드를 통해서 고주파 전력이 부여된다.
급전 로드(206)의 주위에는, 질화알루미늄 등의 절연체로 이루어지는 지지 파이프(205)가 배치되어 있다. 급전 로드(206)로부터는, 고주파의 전자파가 발생하고 있고, 고주파는, 도파 통로(RF)와 같이, 상부 벽(UW)의 하면과 상부 전극(14)의 상면의 사이를 직경 방향으로 전반하여, 샤워 플레이트(18)의 주변 영역의 도입부(16)로부터 플라스마 처리용 공간(SP) 내에 이른다.
가스 확산용 공간(225')과 상부 유전체인 샤워 플레이트(18)의 상면의 사이에는, 원통형의 지지벽(207)과, 기체의 유통을 저해하기 위한 원통형의 격벽(208)이 마련되어 있다. 격벽(208)의 상단에는, 탄성력이 있는 탄성 부재(O링) 등의 시일재(209)가 배치되어 있고, 하단은 샤워 플레이트(18)에 접하고 있다. 유전체 내벽(202)의 외측 표면 상에는, 알루미늄 등으로 이루어지는 금속막(203)이 마련되어 있다. 금속막(203)은, 이것과 전기적인 접점을 갖는 스프링재(204)(인코넬 판 스프링)를 통해서, 처리 용기의 내벽(상부 벽(UW)의 내면)에 전기적으로 접속되어 있다. 금속막(203)은 그라운드 전위에 접지되어 있다. 스프링재(204)는, 이 내벽에 마련된 구멍 내에 일단이 고정되고, 타단이 금속막(203)에 접촉한다. 금속막(203)의 두께는 0.01mm 내지 0.3mm이다.
본 예의 플라스마 처리 장치는, 샤워 플레이트(18)(상부 유전체)와, 샤워 플레이트(18)에 대향 배치된 스테이지의 본체(121)(하부 유전체)와, 스테이지의 본체(121) 내에 매립된 하부 전극(122)을 구비하고 있다. 플라스마 처리 장치는, 샤워 플레이트(18) 및 스테이지(12)를 수용하는 처리 용기(10)를 구비하고 있다.
스테이지(12)는 지지 구조에 의해 상하로 이동될 수 있다. 지지 구조는, 중공의 지지 기둥(12S1)과, 이것에 고정된 평면으로 보아 원환형의 제1 지지 부재(12S2)를 구비하고 있다. 제1 지지 부재(12S2)에는 제2 지지 부재(12S3)가 일체적으로 마련되어, 배기 경로를 형성하고 있고, 배기 경로를 주름 상자 구조(12J)가 둘러싸고 있다. 주름 상자 구조(12J)의 하단은 처리 용기의 하부 벽(10L)에 고정되어 있고, 상단은 제1 및 제2 지지 부재에 고정되어 있다. 지지 구조를 상하로 이동시키면, 주름 상자 구조(12J)는 상하 이동에 따라서 신축한다. 스테이지(12)의 외주에는, Al2O3 등의 절연체로 이루어지는 포커스 링(F)이 배치되어 있고, 포커스 링(F)에는, 관통 구멍이 마련되어 있다. 이 관통 구멍 및 주름 상자 구조(12J)의 내측 영역을 통해서, 플라스마 처리 공간 내의 가스는 외부로 배기된다. 또한, 포커스 링(F)의 하면은, 스테이지의 외주부의 상면에 의해 지지되어 있다.
포커스 링(F)과 유전체 내벽(202)의 사이에는, 약간의 간극이 있기 때문에, 스테이지의 상하 이동에는 연동하지 않고, 또한 이 간극을 통과하여, 플라스마 처리 공간 내의 가스가 외부로 배출된다. 또한, 유전체 내벽(202)은, 샤워 플레이트(18)의 외연에 마련된 립면에 걸림 결합하여 지지되어 있다. 또한, 처리 용기(10)의 측벽에는, 화살표(WT)의 방향을 따라, 기판(W)을 반입·반출하기 위한 개구가 마련되어 있다.
도 4는, 하나의 예시적 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
이 플라스마 처리 장치는, 도 1에 도시한 플라스마 처리 장치와 비교하여, 샤워 플레이트(18) 내부에, 1층이 아니라, 2층의 금속층을 매립한 점이 다르며, 다른 구성은 기본적으로는 동일하다. 도 1과 동일한 구조와 다른 점만을 설명한다.
이 샤워 플레이트(18)는, 세라믹으로 이루어지고 가스 통과 구멍을 구비한 본체로서의 상부 유전체를 구비하고 있고, 복수의 도전층(14a, 14b)은, 이 상부 유전체 내에 매립되어 있다. 도전층의 수는 2층 이상이어도 된다. 상방에 위치하는 도전층(14a)은 그라운드 전위에 접속되어 접지되어 있다. 하방에 위치하는 도전층(14b)은, 도 1에서의 상부 전극(14)과 마찬가지로 정합기(32)를 통해서 고주파 전원(30)에 접속되어 있다.
각각의 도전층(14a, 14b)의 구조는, 메쉬 형상이어도 되지만, 가스 공급용 관통 구멍(18h)이 형성된 영역만이 개구된 금속 박막이어도 된다. 도전층(14a)은 평탄하며, 종단면 형상은 수평 방향으로 연장된 형상으로 되어 있다. 상부 전극으로서의 도전층(14b)은, 상부 유전체의 하면과 도전층(14b)의 사이의 거리가, 중앙부보다도 주변부쪽이 작아지도록 경사져서 마련된다. 또한, 도전층(14b)은, 박막상 또는 메쉬 형상으로 되어 있기 때문에, 열팽창 계수가 유전체와 달라도 고온 시의 열응력이 작다. 또한, 도전층(14b)은 유전체로 덮여 있기 때문에, 고온에서도 부식되지 않는다. 고주파는, 도전층(14a)과 도전층(14b)의 사이를 직경 방향으로 전반하여, 도입부(16)로부터 처리 용기(10) 내로 방출된다. 도전층(14b)의 하면과, 도전층(14a)의 하면 중 도전층(14a)이 없는 부분의 사이에 고주파 전계가 걸려, 이 고주파 전계에 의해 플라스마가 여기된다.
도 5는, 하나의 예시적 실시 형태에 따른 스테이지를 일부 파단해서 도시하는 사시도이다.
스테이지(12)는 본체(121) 및 도전층(122)을 갖고 있다. 본체(121)는, 질화알루미늄과 같은 유전체(절연체)로 형성되어 있다. 본체(121)는, 대략 원반 형상을 갖고 있다. 본체(121)의 중심 축선은, 도 1에 도시한 축선(AX)과 대략 일치하고 있다. 도전층(122)의 형상은, 메쉬 형상이어도 되지만, 배선 등을 통과시키기 위한 필요한 개구만이 마련된 금속 박막이어도 된다.
도전층(122)은, 도전성을 갖는 재료, 예를 들어 텅스텐, 몰리브덴 등으로 형성되어 있다. 도전층(122)은 본체(121) 내에 마련되어 있다. 스테이지(12)는 1개 이상의 도전층을 갖고 있어도 된다. 이 경우에, 도전층(122)은, 스테이지(12) 내에 마련된 1개 이상의 도전층 중 스테이지(12)의 상면으로부터 최단 거리를 갖는다. 도전층(122)은, 도 1에 도시한 축선(AX)의 주위에서 환형으로 형성되어 있다. 도전층(122)의 내경(직경)은, 예를 들어 기판(W)의 직경의 1/6, 즉 50mm 이상이다. 도전층(122)의 외경은, 기판(W)의 직경보다도 작다. 일 실시 형태에 있어서, 도전층(122)은 메쉬 형상으로 형성되어 있어도 된다.
일 실시 형태에 있어서, 도전층(122)은 정전 흡착용 전극이다. 이 실시 형태에 있어서, 도전층(122)에는 직류 전원(50)이 전기적으로 접속된다. 직류 전원(50)으로부터의 직류 전압이 도전층(122)에 인가되면, 스테이지(12)와 기판(W)의 사이에서 정전 인력이 발생한다. 발생한 정전 인력에 의해, 기판(W)은 스테이지(12)에 끌어 당겨져서, 스테이지(12)에 의해 보유 지지된다. 다른 실시 형태에 있어서, 도전층(122)은 고주파 전극이어도 된다. 이 경우에는, 도전층(122)에는, 고주파 전원이 정합기를 통해서 전기적으로 접속된다. 또한 다른 실시 형태에 있어서, 도전층(122)은 접지되는 전극이어도 된다.
이상 설명한 플라스마 처리 장치(1)에서는, 도전층(122)이 환형으로 형성되어 있다. 따라서, 스테이지(12)의 중앙부와 외주부의 사이에서의 고주파에 기인하는 전위차의 발생이 억제된다. 그 결과, 스테이지(12)의 중앙부와 외주부의 사이에서 발생하는 고주파 전계가 억제된다.
도 6은, 하나의 예시적 실시 형태에 따른 스테이지를 일부 파단해서 도시하는 사시도이다.
이 스테이지(12)는, 상술한 스테이지(12)와 마찬가지로 본체(121) 및 도전층(122)을 갖고 있다. 스테이지(12)의 도전층(122)은 정전 흡착용 전극이다. 도전층(122)에는, 직류 전원(50)이 전기적으로 접속되어 있다.
스테이지(12)는 도전층(123)을 더 구비하고 있다. 도전층(123)과 스테이지(12)의 상면의 사이의 거리는, 도전층(122)과 스테이지(12)의 상면의 사이의 거리보다도 크다. 즉, 도전층(122)은 스테이지(12)의 복수의 도전층 중, 스테이지(12)의 상면으로부터 최단 거리를 갖는다.
일 실시 형태에 있어서, 도전층(123)은 히터(저항 가열 소자)이다. 이 실시 형태에서는, 도전층(123)은, 히터 전원(58)에 공통 모드 필터(59)를 통해서 전기적으로 접속되어 있다. 도전층(123)은 본체(121) 내의 환형의 영역 내에 형성되어 있다. 이 환형의 영역의 중심 축선은, 축선(AX)에 대략 일치한다. 이 환형의 영역의 내경은, 예를 들어 기판(W)의 직경의 1/6, 즉 50mm 이상이다. 이 환형의 영역의 외경은, 기판(W)의 직경보다도 작다. 도전층(123)은 메쉬 형상으로 형성되어 있어도 된다.
도 7은, 하나의 예시적 실시 형태에 따른 스테이지의 평면도이다.
본 예에서는, 도전층(123)으로 이루어지는 히터를 2개의 영역으로 분할한 것이다. 이 스테이지(12)는, 스테이지의 본체(121)와, 본체(121) 내에 매립된 도전층(123)을 구비하고 있다. 도전층(123)은, 스테이지 중앙 영역에 존재하는 내측 도전층(123IN)과, 스테이지 주변에 존재하는 외측 도전층(123OUT)을 구비하고 있다. 히터는, 체적 저항률이 Cu나 Al 등보다도 높은 재료로 구성되고, 저항값은 전류가 흐르는 경로의 단면적과 길이에 의존한다. 상술한 각각의 도전층은, 환형으로 구성할 수 있지만, 본 예에서는, 평면으로 보아 선형의 도전층을 도시한 바와 같이 굴곡시켜서 배치시키고 있다. 내측 도전층(123IN)은, 스테이지(12)의 중심 영역을 가열하고, 외측 도전층(123OUT)은, 스테이지(12)의 주변 영역을 가열한다.
바꾸어 말하면, 본 예에서는, 스테이지(12)의 직경 방향의 다른 영역에서, 복수의 가열 영역이 설정되어 있다. 내측의 히터(내측 도전층(123IN))와, 외측의 히터(외측 도전층(123OUT))는, 전기적으로 결합하는 것도 가능한데, 본 예에서는, 각각의 히터와, 각각의 히터 전원의 사이에는, 각각 공통 모드 필터를 개재시킬 수 있다. 공통 모드 필터는, 플라스마 여기 주파수에 있어서 높은 공통 모드 임피던스를 갖는다. 이 구성에 의해, 히터간의 전기적 결합을 약화시킬 수 있다. 이에 의해, 스테이지 외주부와 중앙부에서의 히터와, 플라스마의 사이의 전기적 결합을 억제할 수 있다.
이상, 설명한 바와 같이, 상하부에 유전체에 매립된 전극을 사용함으로써, 전극 표면의 전계를 균일하게 하여, 플라스마의 분포를 균일하게 할 수 있다. 또한, 도전성 메쉬 전극은, 유전체 내에 매립되어 있기 때문에, 부식성 가스에 노출되지 않아, 프로세스 챔버에 사용해도 기능을 지속할 수 있다.
이상, 다양한 예시적 실시 형태에 대해서 설명해 왔지만, 상술한 예시적 실시 형태에 한정되지 않고, 다양한 생략, 치환 및 변경이 이루어져도 된다. 또한, 다른 실시 형태에서의 요소를 조합해서 다른 실시 형태를 형성하는 것이 가능하다. 또한, 이상의 설명으로부터, 본 개시의 다양한 실시 형태는, 설명의 목적으로 본 명세서에서 설명되어 있으며, 본 개시의 범위 및 주지로부터 일탈하지 않고 다양한 변경을 이룰 수 있음이 이해될 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시한 다양한 실시 형태는 한정하는 것을 의도하고 있지 않으며, 참된 범위와 주지는, 첨부의 특허 청구 범위에 의해 나타내어진다.
1: 플라스마 처리 장치 10: 처리 용기
10L: 하부 벽 10e: 배기구
12: 스테이지 12J: 주름 상자 구조
12S1: 지지 기둥 12S2: 제1 지지 부재
12S3: 제2 지지 부재 13: 배플 부재
14: 상부 전극 16: 도입부
18: 샤워 플레이트 18h: 가스 토출 구멍
30: 고주파 전원 32: 정합기
40: 배관 42: 가스 공급기
50: 직류 전원 58: 히터 전원
122: 도전층(하부 전극) 123: 도전층
F: 포커스 링 202: 유전체 내벽
203: 금속막 204: 스프링재
205: 지지 파이프 206: 급전 로드
207: 지지벽 208: 격벽
209: 시일재 RF: 도파 통로
SP: 공간 UW: 상부 벽
W: 기판

Claims (7)

  1. 스테이지에 대향해서 배치된 상부 유전체와,
    상기 상부 유전체 내에 매립된 상부 전극
    을 구비하고,
    상기 상부 유전체의 하면과 상기 상부 전극의 사이의 거리는, 중앙부보다도 주변부쪽이 작은, 샤워 플레이트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 상부 전극은, 2층 이상의 도전층을 갖는, 샤워 플레이트.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 상부 유전체는, 가스 토출 구멍을 갖는, 샤워 플레이트.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상부 전극에는, 30 내지 300MHz의 고주파 전압이 인가되는, 샤워 플레이트.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 샤워 플레이트를 구비한 플라스마 처리 장치이며,
    상기 스테이지는,
    상기 상부 유전체에 대향 배치된 하부 유전체와,
    상기 하부 유전체 내에 매립된 하부 전극
    을 구비하고,
    상기 샤워 플레이트 및 상기 스테이지를 수용하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 플라스마를 발생시키기 위한 고주파 전원
    을 구비하는 플라스마 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 하부 전극은,
    상기 스테이지 상에 적재되는 기판과 해당 스테이지의 사이에서 정전 인력을 발생시키기 위한 전극,
    고주파가 공급되는 전극, 및
    접지되는 전극 중 어느 것이며,
    환형으로 형성되어 있는, 플라스마 처리 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 기재된 플라스마 처리 장치를 사용한 플라스마 처리 방법에 있어서,
    상기 샤워 플레이트 아래에 기판을 배치하는 공정과,
    상기 상부 전극과 상기 하부 전극의 사이에 고주파 전압을 인가시킴으로써 플라스마를 발생시켜, 상기 기판의 표면 처리를 행하는 공정
    을 구비하는 플라스마 처리 방법.
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