KR20220110812A - 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 플라스마 처리 장치가 제공된다. 이 플라스마 처리 장치는, 상부 전극과, 하부 전극과, 전자파 방사구를 구비하고 있다. 상부 전극은, 처리 용기 내로 처리 가스를 토출 가능하게 마련되어 있다. 하부 전극은, 처리 용기 내에 있어서 피처리체를 보유 지지 가능하게 마련되어 있다. 전자파 방사구는, 상부 전극의 높이 위치와, 하부 전극의 높이 위치 사이의 높이 위치에 형성되고, 처리 용기의 중심 방향을 향해 개구되어 있다.

Description

플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법
본 개시의 예시적 실시 형태는, 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법에 관한 것이다.
특허문헌 1은, 절연체를 통해, 하측 방향으로 전자파를 출사하는 플라스마 처리 장치를 개시하고 있다. 특허문헌 2는, 반도체를 포함하는 외측 부분과 유전체를 포함하는 중심부를 가진 상부 전극의 구조를 개시하고 있다.
일본 특허 공개 제2007-214589호 공보 일본 특허 공개 제2000-323456호 공보
플라스마의 면내 균일성을 향상 가능한 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법이 기대되고 있다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 플라스마 처리 장치가 제공된다. 이 플라스마 처리 장치는, 상부 전극과, 하부 전극과, 전자파 방사구를 구비하고 있다. 상부 전극은, 처리 용기 내로 처리 가스를 토출 가능하게 마련되어 있다. 하부 전극은, 처리 용기 내에 있어서 피처리체를 보유 지지 가능하게 마련되어 있다. 전자파 방사구는, 상부 전극의 높이 위치와, 하부 전극의 높이 위치 사이의 높이 위치에 형성되고, 처리 용기의 중심 방향을 향해 개구되어 있다.
하나의 예시적 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법에 의하면, 플라스마의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 하나의 예시적 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치의 종단면 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 전자파 방사구 근방의 부위의 종단면 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 비교예에 관한 플라스마 처리 장치의 종단면 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 거리 r과 정규화된 플라스마의 전력 PA의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 거리 r과 정규화된 플라스마의 전력 PA의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 L/D와 정규화된 플라스마의 전력 PB의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 하나의 예시적 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치의 유전체 링 주변의 종단면 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 하나의 예시적 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치의 유전체 링 주변의 종단면 구성을 나타내는 도면이다.
도 9는 하나의 예시적 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치의 유전체 링 주변의 종단면 구성을 나타내는 도면이다.
도 10은 하부 전극으로의 예시적인 바이어스 인가의 구조를 나타내는 도면이다.
이하, 다양한 예시적 실시 형태에 대하여 설명한다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 플라스마 처리 장치가 제공된다. 이 플라스마 처리 장치는, 상부 전극과, 하부 전극과, 전자파 방사구를 구비하고 있다. 상부 전극은, 처리 용기 내로 처리 가스를 토출 가능하게 마련되어 있다. 하부 전극은, 처리 용기 내에 있어서 피처리체를 보유 지지 가능하게 마련되어 있다. 전자파 방사구는, 상부 전극의 높이 위치와, 하부 전극의 높이 위치 사이의 높이 위치에 형성되고, 처리 용기의 중심 방향을 향해 개구되어 있다.
전자파 방사구로부터는 전자파가 방사되고, 전자파는 처리 용기의 중심 방향으로 진행된다. 이 전자파의 에너지를 흡수하여, 처리 용기 내의 처리 가스는 플라스마화된다. 전자파가 수평 방향으로 전파되므로, 연직 방향의 전파와 비교하여, 수평면 내의 플라스마 강도가 균일화되기 쉽다는 경향이 있다.
전자파 방사구가, 처리 용기의 둘레 방향을 따라 연장되어 있는 경우에는, 둘레 방향의 플라스마 강도가 균일화되지만, 전자파는 중심 방향으로 진행되므로, 중심에 있어서 복수의 전자파의 중첩이 발생하여, 플라스마 강도가 높아진다. 그래서, 중앙의 전자파 강도를 저하시키는 것이 요망된다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 상부 전극의 외주부의 하면에는, 전자파 반사용의 홈이 형성되어 있다. 외주부의 하면에 홈을 형성하면, 전자파는 수평 방향으로 진행될 뿐만 아니라, 홈의 내부로도 진행되고, 홈의 심부에서 반사된다. 이 경우, 홈의 바로 아래에 있어서 전자파가 흡수되는 비율이 높아져, 외주부의 플라스마 강도가 증가함과 함께, 외주부에 있어서의 에너지 소비에 의해, 중앙에 있어서의 플라스마 강도가 저하된다. 따라서, 처리 용기의 직경 방향의 플라스마 강도의 균일성이 증가한다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 홈은, 내측 내주면과, 내측 내주면에 대향하는 외측 내주면과, 홈의 심부에 위치하고 내측 내주면과 외측 내주면을 접속하는 저면을 구비하고 있다. 홈의 내부로 진행된 전자파는, 내측 내주면 및 저면에 의해 반사된다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 외측 내주면은, 처리 용기의 측벽의 내주면과 동일 평면이다. 동일 평면이 아니고 단차가 존재하는 경우에는, 이러한 단차부에 전자파에 의한 전계가 집중된다. 전계 집중에 의해, 의도하지 않은 방전이나 플라스마 강도의 증가가 발생하는 경우가 있다. 동일 평면인 경우에는, 이러한 현상을 억제할 수 있다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 홈의 내측 내주면과 홈의 하부 개구 단부면 사이에는 모퉁이부가 형성되어 있고, 이 모퉁이부는, 처리 용기의 직경 방향을 따른 종단면 내에 있어서, 둥근 형상을 갖고 있다. 전자파가 처리 용기의 중심 방향을 따라 전파될 때, 홈의 모퉁이부가 전자파의 매끄러운 진행을 저해하는 경향이 있다. 모퉁이부가 둥근 형상(R)을 갖고 있는 경우에는, 모퉁이부에 의한 전자파 진행 저해를 억제하여, 플라스마 강도의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 홈은, 하부 전극에 있어서의 피처리체 배치 영역의 외측 영역의 상방에 배치되어 있다. 즉, 홈의 바로 아래에 있어서는, 플라스마 강도가 높아지는 경향이 있기 때문에, 홈의 위치를, 피처리체로부터 멀어지게 함으로써, 피처리체 위의 플라스마 강도의 균일성을 높일 수 있다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 홈의 깊이 L과, 홈의 폭 D는, 0.3≤L/D≤1.0을 충족시키는 것이 바람직하다. 이 조건을 충족시키는 경우에는, 플라스마 강도의 면내 균일성이 높아진다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 홈의 깊이 L과, 홈의 폭 D는, 0.4≤L/D≤0.9를 충족시키는 것이 바람직하다. 이 조건을 충족시키는 경우에는, 플라스마 강도의 면내 균일성이 더 높아진다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 플라스마 처리 장치는, 홈의 내면에 가스 도입구를 구비한다. 홈이 존재하는 장소에 있어서도 처리 가스를 도입할 수 있어, 처리 용기 내의 처리 가스의 농도 분포나 대류를 제어할 수 있다. 따라서, 이들 파라미터를 제어할 수 있으므로, 플라스마의 분포를 더 정밀하게 제어할 수 있다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 원통형의 상부 유전체와, 상부 유전체의 하부에 연속된 링 형상의 하부 유전체를 구비하는 유전체 링을 구비하고, 전자파 방사구는, 링 형상의 하부 유전체의 내측면으로 구성된다. 유전체 링으로부터 방사되는 전자파는, 둘레 방향의 균일성이 높아, 플라스마 강도의 둘레 방향의 균일성이 높아진다. 상부 유전체로부터 도입된 전자파는, 링 형상의 하부 유전체 내를, 그 내측면(내측의 선단면)을 향해 진행된다. 하부 유전체 내에 있어서의 진행의 과정에서, 전자파에 의한 전계의 방향이 정렬되게 된다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 유전체 링의 하부 유전체의 직경 방향의 폭으로부터, 상부 유전체의 직경 방향의 폭을 뺀 치수는 5㎜ 내지 30㎜이다. 즉, 5㎜ 이상의 치수가 있으면, 전자파에 의한 전계의 방향이 정렬된다. 30㎜를 초과하면, 전계의 방향은 정렬되지만, 전자파 강도의 감쇠나 장치의 대형화가 발생한다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 유전체 링의 하부 유전체의 외측면과, 하면 사이에는 모퉁이부가 형성되어 있고, 이 모퉁이부는, 처리 용기의 직경 방향을 따른 종단면 내에 있어서, 둥근 형상을 갖고 있다. 모퉁이부에 둥근 형상(R)이 있는 경우, 상부 유전체로부터 하부 유전체로 전자파가 이동하는 경우에, 둥근 형상이 없는 경우보다도 매끄럽게 전자파가 진행될 수 있다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 상부 전극의 하면과 유전체 링의 하부 유전체의 상면은 동일 높이이다. 즉, 유전체 링의 하부 유전체의 상면보다 하측으로부터 전자파가 방사되지만, 상부 전극의 하면과 하부 유전체의 상면은 동일 높이이기 때문에, 이들 사이의 높이의 차이에 의한 단차부가 없어, 의도하지 않은 방전이나 플라스마 강도의 증가를 억제할 수 있다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 플라스마 처리 방법이 제공된다. 플라스마 처리 방법은, 상술한 어느 하나의 플라스마 처리 장치 내의 하부 전극 위에, 피처리체를 배치하는 공정과, 상부 전극으로부터 처리 가스를 처리 용기의 내부로 공급하는 공정과, 전자파 방사구로부터 처리 용기의 내부로 전자파를 도입하는 공정을 구비한다.
이 방법에 의하면, 상술한 플라스마 처리 장치를 사용함으로써, 플라스마의 면내 균일성을 향상시킬 수 있으므로, 면내 균일성이 높은 플라스마 처리를 피처리체에 실시할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 다양한 예시적 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당의 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이는 것으로 하고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 1은, 하나의 예시적 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치의 종단면 구성을 나타내는 도면이다.
플라스마 처리 장치(100)는, 상부 개구를 갖는 처리 용기(1)와, 처리 용기(1)의 상부 개구를 밀봉하는 덮개(1L)와, 처리 용기(1) 내에 배치된 적재대(2)(하부 전극, 스테이지)와, 적재대(2)의 상방에 위치하는 플라스마 발생원을 구비하고 있다. 플라스마 발생원은, 적재대(2)에 대향하여 배치된 상부 전극(5)과, 전자파 방사구(고주파 방사구)를 갖는 유전체 링(7)을 구비하고 있다. 유전체 링(7)의 하부의 측방 단부면으로부터, 처리 용기(1)의 중심 방향을 향해, 전자파(RF)가 방사된다. 유전체 링(7)은, 전자파(고주파)의 도입부이고, 처리 용기(1)의 내벽면 위에는, 환상 상면을 갖는 단차(립)가 형성되어 있다. 유전체 링(7)은, 이 단차에 걸림 결합하여, 이 상면 위에 배치되고, 이 상면에 의해 지지되어 있다. 유전체 링(7)은, 처리 용기(1)의 전체 둘레를 따라 감입되어 있다. 유전체 링(7)의 내측의 선단면에 규정되는 전자파의 방사구는, 처리 용기(1)의 둘레 방향의 전체 둘레에 걸쳐서 형성되어 있다.
적재대(2) 위에는 피처리체(기판(3))가 배치된다. 기판(3)으로서는, 플라스마 처리가 실시되는 것이라면, 특별히 한정되지는 않지만, 반도체 기판, 유리나 알루미나(Al2O3) 등의 절연체 기판, 또는 금속 기판 등을 들 수 있다.
처리 용기(1)의 내부의 가스는, 가스 배기구(19)를 통해, 배기 장치(20)에 의해 외부로 배기할 수 있다. 처리 용기(1)의 내부에는, 가스 공급원(18)으로부터, 공급관(17)을 통해, 처리 가스가 공급된다. 구체적으로는, 상부 전극(5)은, 처리 가스 분산부(내부 공간(16))를 갖는 샤워 구조를 갖고 있고, 공급관(17)은, 덮개(1L)를 관통하여, 도파로(9)를 가로지르고, 내부 공간(16) 내에 연통되어 접속되어 있다. 내부 공간(16) 내에 도입된 처리 가스는, 상부 전극(5)의 하부 영역에 형성된 복수의 처리 가스 분출구(가스 구멍(14))를 통해, 처리 용기(1)의 내부에 공급된다. 본 예의 상부 전극(5)은, 금속제의 샤워 플레이트 구조를 갖고 있고, 처리 가스가 도입되는 내부 공간(16)과, 내부 공간(16)과 처리 용기(1) 내의 공간을 연통시키는 복수의 가스 구멍(14)을 구비하고 있다. 상부 전극(5)은, 하면에 오목부를 구비한 상부 금속 부재(5A)와, 복수의 가스 구멍(14)을 구비한 하부 금속 부재(5B)를 포함하고, 이들 금속 부재 사이의 오목부의 위치에 내부 공간(16)이 형성되어 있다.
상부 전극(5)과, 덮개(1L)의 하면, 및 처리 용기(1)의 내면 사이에는 도파로(9)가 형성되어 있다. 제1 고주파 전원(11)으로부터, 제1 고주파 정합기(10) 및 안테나(8)를 통해, 상부 전극(5)의 상부에 입력된 전자파(예: VHF파, UHF파 등의 단파 주파수보다도 높은 주파수의 전자파)는, 도파로(9)를 통해 방사상으로 수평 방향으로 진행한다. 이 전자파는, 처리 용기(1)의 내면에 닿으면, 하방으로 진행하고, 유전체 링(7) 내를 통해, 그 하부의 내측의 선단면으로부터 방출되고, 처리 용기(1)의 중심축을 향해 수평 방향으로 진행한다.
처리 가스가 처리 용기(1) 내에 도입되어, 배기 장치(20)에 의해, 플라스마가 발생 가능한 압력까지 처리 용기(1)의 내부가 감압된 상태에서, 전자파가 처리 용기(1)의 내부에 도입되면, 상부 전극(5)의 하방에 플라스마가 발생한다. 플라스마 영역(4)은, 상부 전극(5)의 바로 아래에 위치하게 된다. 또한, 제1 고주파 전원(11)의 한쪽 단부는 제1 고주파 정합기(10)에 접속되고, 다른 쪽 단부는 접지에 접속되어 있다. 또한, 안테나(8)로서는, VHF파 등의 전자파를 전송 가능한 것이면 되고, 전자파 전송 부품으로서는, 도파관 외에, 동축 케이블을 사용하는 것도 가능하다. 또한, 적재대(2)는, 본 예에서는, 접지에 전기적으로 접속되어 있지만, 고주파 등을 인가하는 것도 가능하다(도 10 참조).
처리 용기(1)에 있어서 연직 방향으로 연장된 중심축을 Z축이라고 하고, Z축에 수직인 축을 X축이라고 하고, Z축 및 X축의 양쪽에 수직인 축을 Y축이라고 한다. 이 경우, XY 평면은 수평면을 구성한다. 유전체 링(7)의 중심축은, 처리 용기(1)의 연직 방향의 중심축(Z축)에 일치하고 있다. 플라스마 영역(4)은, 상부 전극(5)의 바로 아래에 위치하고 있고, 유전체 링(7)의 하부의 내측의 선단부를 포함하는 수평면 내에 위치하고 있다.
상부 전극(5)을 상방으로부터 본 평면 형상은 원형이고, 그 중심의 위치는, 처리 용기(1)의 연직 방향의 중심축(Z축)의 위치에 일치하고 있다. 상부 전극(5)의 하면에는, 필요에 따라, 환상의 오목부(홈(6))가 형성된다. 홈(6)은, 처리 용기(1)의 중심축을 둘러싸도록 환상으로 형성되어 있고, 상부 전극(5)의 하방으로부터 본 홈(6)의 평면 형상은 원환이다.
홈(6)은, 하부 전극에 있어서의 피처리체 배치 영역(기판(3)의 직경 300㎜)의 외측 영역의 상방에 배치되어 있다. 즉, 홈(6)의 바로 아래에 있어서는, 플라스마 강도가 높아지는 경향이 있기 때문에, 홈(6)의 위치를, 기판(3)으로부터 멀어지게 함으로써, 기판(3) 위의 플라스마 강도의 균일성을 높일 수 있다. 또한, 본 예에서는, 홈(6)은, 적재대(2)의 외측 영역의 상방에 배치되어 있다.
이상, 설명한 바와 같이, 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치(100)는, 상부 전극(5)과, 하부 전극(적재대(2))과, 전자파 방사구(유전체 링(7)의 하부의 내측 선단면)를 구비하고 있다. 상부 전극(5)은, 복수의 가스 구멍(14)을 구비하고 있어, 처리 용기(1) 내로 처리 가스를 토출 가능하게 마련되어 있다. 하부 전극(적재대(2))은, 처리 용기(1) 내에 있어서 피처리체를 보유 지지 가능하게 마련되어 있다.
도 2는, 전자파 방사구 근방의 부위의 종단면 구성을 나타내는 도면이다.
유전체 링(7)의 하부의 내측의 선단면(7B3)은, 전자파 방사구를 구성하고 있고, 상부 전극(5)의 높이 위치(Z축 방향의 위치)와, 하부 전극의 높이 위치(Z축 방향의 위치) 사이의 높이 위치에 마련되고, 처리 용기(1)의 중심 방향을 향해 개구되어 있다. 전자파 방사구로부터는 전자파(RF)가 방사되고, 전자파(RF)는 처리 용기(1)의 중심 방향으로 진행된다. 이 전자파(RF)의 에너지를 흡수하여, 처리 용기(1) 내의 처리 가스는 플라스마화된다. 전자파(RF)가 수평 방향으로 전파되므로, 연직 방향의 전파와 비교하여, 고차 모드의 발생을 억제할 수 있어, 수평면 내(특히 둘레 방향)의 플라스마 강도가 균일화되기 쉽다는 경향이 있다.
전자파 방사구(선단면(7B3))는, 처리 용기(1)의 둘레 방향을 따라 연장되어 있어, 둘레 방향의 플라스마 강도가 균일화된다. 전자파(RF)는 처리 용기(1)의 중심 방향으로 진행되므로, 중심에 있어서 복수의 전자파의 중첩이 발생하여, 플라스마 강도가 높아진다. 그래서, 중앙의 전자파 강도를 저하시키는 것이 요망된다.
상부 전극(5)의 외주부의 하면에는, 전자파 반사용의 홈(6)이 형성되어 있다. 외주부의 하면에 홈(6)을 형성하면, 전자파(RF)는 수평 방향으로 진행될 뿐만 아니라, 홈(6)의 내부로도 진행되고, 홈(6)의 심부에서 반사된다. 이 경우, 홈(6)의 바로 아래에 있어서, 전자파(RF)가 흡수되는 비율이 높아져, 외주부에 있어서의 플라스마 강도가 증가함과 함께, 외주부에 있어서의 에너지 소비에 의해, 중심에 있어서의 플라스마 강도가 저하된다. 따라서, 처리 용기(1)의 직경 방향의 플라스마 강도의 균일성이 증가한다.
홈(6)은, 내측 내주면(6A)과, 내측 내주면(6A)에 대향하는 외측 내주면(6B)과, 홈(6)의 심부에 위치하고, 내측 내주면(6A)과 외측 내주면(6B)을 접속하는 저면(6C)을 구비하고 있다. 홈(6)의 내부로 진행된 전자파(RF)는, 내측 내주면(6A) 및 저면(6C)에 의해 반사된다.
홈(6)의 외측 내주면(6B)은, 처리 용기(1)의 측벽의 내주면(1A)과 동일 평면(직경 방향의 위치가 동일)이다. 동일 평면이 아니고 단차가 존재하는 경우에는, 이러한 단차부에 전자파에 의한 전계가 집중된다는 문제가 있다. 단순히, 홈을 형성하면 에지부(전계가 집중되는 위치)가 생긴다. 전계 집중에 의해, 의도하지 않은 방전이나 플라스마 강도의 증가가 발생하는 경우가 있다. 동일 평면인 경우에는, 이러한 문제를 억제할 수 있다.
또한, 홈(6)에 있어서의 플라스마 강도는 높아지므로, 홈(6)의 수평 방향(직경 방향)의 위치는, 기판으로부터 먼 편이 바람직하다. 이로써, 처리 용기(1)의 중심측으로의 플라스마의 확산을 억제할 수 있다. 기판 설치 영역의 외측에 홈(6)을 형성함으로써, 가스 구멍의 형성 영역을 외측으로 확장할 수 있다.
홈(6)의 내측 내주면(6A)과 홈(6)의 하부 개구 단부면(52) 사이에는 제1 모퉁이부(R1)가 형성되어 있고, 이 제1 모퉁이부(R1)는, 처리 용기(1)의 직경 방향을 따른 종단면 내에 있어서, 도 2와 같이, 둥근 형상을 갖고 있다. 전자파(RF)가 처리 용기(1)의 중심 방향을 따라 전파될 때, 홈(6)의 제1 모퉁이부(R1)가 전자파(RF)의 매끄러운 진행을 저해하는 경향이 있다. 제1 모퉁이부(R1)가 둥근 형상(R)을 갖고 있는 경우에는, 제1 모퉁이부(R1)에 의한 전자파 진행 저해를 억제하여, 플라스마 강도의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 제1 모퉁이부(R1)의 종단면 내에 있어서의 곡률 반경은, 홈(6)의 폭 D 및 높이 L의 50％ 이하이다. 홈(6)의 폭 D가 10㎜인 경우에는, 곡률 반경은 5㎜ 이하인데, 곡률 반경이 너무 작으면 효과가 없고, 너무 크면 주변부에 있어서 처리 가스에 흡수되는 전자파 에너지가 작아진다. 따라서, 전자파 진행 저해 억제 및 에너지 흡수의 관점에서는, 제1 모퉁이부(R1)의 종단면 내에 있어서의 곡률 반경은, 1㎜ 내지 5㎜인 것이 바람직하고, 1㎜ 내지 3㎜인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 본 예에서는, 상부 전극(5)의 직경은 320 내지 360㎜, 피처리체로서의 기판의 직경은 300㎜, 처리 용기(1)의 내경은 350 내지 380㎜이다.
유전체 링(7)은, 원통형의 상부 유전체(7A)와, 상부 유전체(7A)의 하부에 연속된 링 형상의 하부 유전체(7B)를 구비하고 있다. 상부 유전체(7A)와 하부 유전체(7B)는 일체화되어 있다. 전자파 방사구는, 링 형상의 하부 유전체(7B)의 내측면(선단면(7B3))으로 구성된다. 유전체 링(7)으로부터 방사되는 전자파(RF)는, 둘레 방향의 균일성이 높아, 플라스마 강도의 둘레 방향의 균일성이 높아진다. 상부 유전체(7A)로부터 도입된 전자파(RF)는, 링 형상의 하부 유전체(7B) 내를, 그 내측면을 향해 진행된다. 하부 유전체(7B) 내에 있어서의 진행의 과정에서, 전자파(RF)에 의한 전계의 방향이 정렬된다.
유전체 링(7)의 하부 유전체(7B)의 직경 방향의 폭(WB＋WA)으로부터, 상부 유전체(7A)의 직경 방향의 폭 WA를 뺀 치수의 폭 WB는 5㎜ 내지 30㎜이다. 즉, 폭 WB가 5㎜ 이상이면, 전자파(RF)에 의한 전계의 방향이 정렬된다. 폭 WB가 30㎜를 초과하면, 전계의 방향은 정렬되지만, 전자파 강도의 감쇠나 장치의 대형화가 발생한다.
유전체 링(7)의 상부 유전체(7A)의 상면(7A1)으로부터 전자파(RF)가 도입되어, 하방을 향해 진행된다. 유전체 링(7)의 하부 유전체(7B)의 외측면(7B4)과, 하면(7B2) 사이에는 제2 모퉁이부(R2)가 형성되어 있다. 제2 모퉁이부(R2)는, 처리 용기(1)의 직경 방향을 따른 종단면 내에 있어서, 둥근 형상을 갖고 있다. 제2 모퉁이부(R2)에 둥근 형상(R)이 있는 경우, 상부 유전체(7A)로부터 하부 유전체(7B)로 전자파(RF)가 이동하는 경우에, 둥근 형상이 없는 경우보다도 매끄럽게 전자파가 진행될 수 있다. R이 너무 큰 경우에는, 전자파(RF)의 통로가 가늘어져 전파되기 어렵다. 전자파 진행을 매끄럽게 행한다는 관점에서는, 제2 모퉁이부(R2)의 종단면 내에 있어서의 곡률 반경은, 0.5㎜ 내지 3㎜인 것이 바람직하고, 1㎜ 내지 2㎜인 것이 더욱 바람직하다.
홈(6)의 하부 개구 단부면(52)과 유전체 링(7)의 하부 유전체(7B)의 상면(7B1)은 높이가 동일하다(Z축 방향의 위치가 동일하다). 즉, 유전체 링(7)의 하부 유전체(7B)의 상면(7B1)보다 하측으로부터 전자파(RF)가 방사되지만, 홈(6)의 하부 개구 단부면(52)(상부 전극의 하면)과 하부 유전체(7B)의 상면(7B1)은 동일 높이이다. 따라서, 이들 사이의 높이의 차이에 의한 단차부가 없어, 의도하지 않은 방전이나 플라스마 강도의 증가를 억제할 수 있다.
처리 용기(1)는, 내주면(1A) 및 외주면(1B)을 구비하고 있고, 내주면(1A)에는 환상의 단차가 마련되어 있고, 이 단차의 상면 위에, 유전체 링(7)의 하부 유전체(7B)의 하면(7B2)이 위치하고 있다. 또한, 이 단차부의 상면과, 이 상면으로부터 상방을 향해 연속되는 측벽의 내측 원통면은, 종단면 내에 있어서, 제2 모퉁이부(R2)에 대응하는 R을 통해 접속되어 있다. 유전체 링(7)의 재료는, 예를 들어 Al2O3이지만, 석영 유리 등의 다른 유전체 재료를 사용할 수도 있다. 유전체 링(7)에 접하는 처리 용기(1) 및 상부 전극(5)의 재료는 금속이다. 금속의 재료로서는, 철, 스테인리스강 또는 알루미늄 등을 사용할 수 있다.
상부 전극(5)은, 처리 가스 분산부로서의 내부 공간(16)을 갖고 있다. 가스 구멍(14)은, 내부 공간(16)의 하측을 규정하는 하부 금속 부재(5B)의 상면(51)으로부터, 하부 금속 부재(5B)의 하면(52)까지 관통하여 연장되어 있다. 내부 공간(16) 내에 도입된 처리 가스(GS)는, 복수의 가스 구멍(14)을 통해, 상부 전극(5)의 하방의 영역에 공급된다. 선단면(7B3)으로부터 방사된 전자파(예: VHF파)는, 공급된 처리 가스(GS)에 에너지를 부여하면서, 표면파로 되어, 상부 전극(5)의 하면을 따라, 처리 용기(1)의 중심축을 향해 진행된다.
또한, 홈(6)의 깊이 L(Z축 방향의 깊이)과 홈(6)의 폭 D(직경 방향의 거리)를 조정하면, 플라스마 강도의 면내 균일성을 더 향상시킬 수 있다. 깊이 L은 0㎜ 이상 20㎜ 이하, 폭 D는 0㎜ 이하 20㎜ 이하로 설정할 수 있다. 또한, 깊이 L＝0㎜의 경우는, 홈(6)이 없는 예이다. 또한, 홈(6)이 없는 경우에 있어서도, 비교예보다는, 플라스마 강도의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 이하, 상세하게 설명한다.
도 3은, 비교예에 관한 플라스마 처리 장치의 종단면 구성을 나타내는 도면이다.
도 3에 나타낸 플라스마 처리 장치(100)는, 도 1의 유전체 링(7) 대신에, 상부 전극(5)의 외주면에 맞닿는 유전체 통(70)을 구비하고 있다. 유전체 통(70)의 상면으로부터 전자파(RF)가 도입되어, 하면으로부터 하방을 향해 방사된다. 상부 전극(5)은 홈을 구비하고 있지 않다. 이들의 점을 제외하고, 도 3에 나타내는 비교예의 플라스마 처리 장치(100)는, 도 1에 나타낸 플라스마 처리 장치와 동일하다.
도 4는, 처리 용기의 중심으로부터의 거리 r과 정규화된 플라스마의 전력 PA의 관계를 나타내는 그래프이다.
정규화된 플라스마의 전력 PA는, 고주파 전원으로부터 플라스마 처리 장치에 입력한 전력 Pin에 대하여, 처리 가스가 흡수한 전력 Ploss로 부여되는 것으로 한다(PA＝Ploss/Pin).
Data0은, 도 3에 나타낸 비교예에 관한 플라스마 처리 장치의 경우의 데이터를 나타내고, Data1은, 제1 실시예에 관한 플라스마 처리 장치의 경우의 데이터를 나타내고 있다. 제1 실시예(Data1)는, 도 1의 플라스마 처리 장치에 있어서, 홈(6)을 구비하지 않는 것이다.
동 도에 나타난 바와 같이, 비교예(Data0)의 경우, 중앙 근방에 있어서의 플라스마의 전력 PA가, 주변부와 비교하여 현저하게 높아진다. 한편, 제1 실시예(Data1)의 경우, 중앙 근방에 있어서의 플라스마의 전력 PA가, 주변부보다도 낮아진다. 또한, 그래프상의 측정점으로서의 거리 r은, r＝23.75㎜, r＝47.5㎜, r＝71.25㎜, r＝95㎜, r＝118.75㎜, r＝142.5㎜, r＝166.25㎜, r＝190㎜이다.
비교예(톱 플라스마)에 있어서는, 상부 전극면으로부터 전자파를 도입하기 때문에, 전극의 치수가 작아져, 처리 가스의 도입 범위를 충분히 확보할 수 없다. 또한, 비교예와 같이, 유전체 통(70)을 사용하여, 상부 전극(5)과 기판(3) 사이의 거리를 너무 가깝게 하면, 플라스마의 균일성의 관점에서는 바람직하지 않다. 실시 형태(사이드 플라스마)에 관한 플라스마 처리 장치에 있어서는, 상부 전극(5)에 인접한 측벽에 있어서, 측벽과 수직인 방향으로부터 VHF대의 전자파를 도입하고 있다. 이로써, 처리 용기(1)의 크기를 바꾸는 일 없이, 상부 전극(5)의 외경을 크게 할 수 있어, 플라스마 발생 영역 및 처리 가스의 도입 범위를 확장할 수 있다. 홈이 없는 사이드 플라스마 구조(제1 실시예)의 경우에 있어서도, 비교예와 비교하여, 플라스마 발생 영역 및 처리 가스의 도입 범위를 확장할 수 있다. 또한, 비교예의 경우, 전자파의 전파 경로 위에 형성된 가스의 공급관(17)의 배치 등이 영향을 미쳐, 둘레 방향의 플라스마 균일성이 낮아진다. 한편, 실시 형태의 경우, 둘레 방향의 플라스마 강도의 균일성은, 비교예보다도 높아진다.
도 5는, 처리 용기의 중심으로부터의 거리 r과 정규화된 플라스마의 전력 PA의 관계를 나타내는 그래프이다.
정규화된 플라스마의 전력 PA의 정의는 도 4의 경우와 동일하다. Data0은, 상술한 비교예의 경우의 데이터이다. 제2 실시예(Data2)는, 도 1의 플라스마 처리 장치에 있어서, 홈(6)의 깊이 L과 폭 D의 비율 RA＝L/D로 하면, RA＝L/D＝0.25로 한 것이다. 마찬가지로, 제3 실시예(Data3)는, RA＝L/D＝0.5로 한 것이다. 제4 실시예(Data4)는, RA＝L/D＝0.75로 한 것이다. 제5 실시예(Data5)는, RA＝L/D＝1.0으로 한 것이다. 제6 실시예(Data6)는, RA＝L/D＝2.0으로 한 것이다.
또한, 구체적으로는, 제2 실시예에서는, L＝5㎜, D＝20㎜이다. 제3 실시예에서는, L＝8㎜, D＝16㎜이다. 제4 실시예에서는, L＝6㎜, D＝8㎜이다. 제5 실시예에서는, L＝8㎜, D＝8㎜이다. 제6 실시예에서는, L＝20㎜, D＝10㎜이다. 또한, 그래프상의 측정점으로서의 거리 r은, r＝23.75㎜, r＝47.5㎜, r＝71.25㎜, r＝95㎜, r＝118.75㎜, r＝142.5㎜, r＝166.25㎜, r＝190㎜이다.
제2 실시예(Data2) 내지 제6 실시예(Data6)에 나타낸 바와 같이, 비율 RA＝L/D를 0.25 내지 2.0까지 변화시키면, 제3 실시예(Data3)의 비율 RA＝L/D＝0.5의 경우에, 중심 근방의 플라스마의 전력 PA가 작아지는 것을 알 수 있다. 따라서, 직경 방향의 전력 분포의 평탄성이 높아지는 것을 알 수 있다.
이러한 관점에서는, 홈(6)의 깊이 L(Z축 방향의 깊이)과, 홈(6)의 폭 D(직경 방향의 거리)는, 이하의 조건을 충족시키는 것이 바람직하다.
0.25≤RA＝L/D≤2.0
0.25≤RA＝L/D≤1.0
0.25≤RA＝L/D≤0.75
0.5≤RA＝L/D≤0.75
또한, 도 4 및 도 5의 그래프에 의하면, 주변부의 플라스마 강도는 높게 되어 있지만, 적어도 기판이 존재하는, 예를 들어 직경 300㎜ 내의 영역 내에서 플라스마 강도가 균일하게 되어 있으면 된다(반경 r은 150㎜ 이내). 즉, 이 경우, 주변부에 있어서 플라스마 강도가 높아도, 플라스마 처리에는 큰 영향이 없다고 생각된다.
도 6은, L/D에 대한 정규화된 플라스마의 전력 PB와의 관계를 나타내는 그래프이다.
정규화된 플라스마의 전력 PB는, 홈(6)을 갖지 않는 플라스마 처리 장치에 있어서 처리 가스가 흡수한 전력 Prl에 대하여, 홈을 갖는 플라스마 처리 장치에 있어서 처리 가스가 흡수한 전력 Pr로 부여되는 것으로 한다(PB＝Pr/Prl). 또한, 이 그래프는, 중심 근방 영역(r＝23.75㎜)의 경우의 데이터를 나타내고 있다. 또한, 홈이 없는 경우의 데이터(L, D)＝(0, 1)(단위는 (㎜))의 경우는 (L/D＝0)으로 했다. 그 밖에, L은 2㎜ 내지 20㎜, D는 6㎜ 내지 20㎜ 사이에서 값을 변화시켰다. 각 데이터(L, D)(단위는 (㎜))는 이하와 같다.
(L, D)＝(0, 1). (L, D)＝(2, 6), (2, 8), (2, 10), (2, 12), (2, 14), (2, 16), (2, 18), (2, 20). (L, D)＝(4, 6), (4, 8), (4, 10), (4, 12), (4, 14), (4, 16), (4, 18), (4, 20). (L, D)＝(5, 10), (5, 20). (L, D)＝(6, 6), (6, 8), (6, 10), (6, 12), (6, 14), (6, 16), (6, 18), (6, 20). (L, D)＝(8, 6), (8, 8), (8, 10), (8, 12), (8, 14), (8, 16), (8, 18), (8, 20). (L, D)＝(10, 6), (10, 8), (10, 10), (10, 12), (10, 14), (10, 16), (10, 18), (10, 20). (L, D)＝(20, 10), (20, 20).
동 도로부터 알 수 있는 바와 같이, 중심 근방 영역에 있어서의 플라스마의 전력 PB를 작게 하기 위해서는, 홈(6)의 깊이 L과, 홈의 폭 D는, 0.3≤L/D≤1.0을 충족시키는 것이 바람직하다(범위 RG1). 이 조건을 충족시키는 경우에는, 중심 근방 영역의 플라스마의 전력이 저하되고, 플라스마 강도의 면내 균일성이 높아진다. 또한, 홈(6)의 깊이 L과, 홈의 폭 D는, 0.4≤L/D≤0.9를 충족시키는 것이 바람직하다(범위 RG2). 이 조건을 충족시키는 경우에는, 중심 근방 영역의 플라스마의 전력이 저하되고, 플라스마 강도의 면내 균일성이 더 높아진다.
도 7은, 하나의 예시적 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치의 유전체 링 주변의 종단면 구성을 나타내는 도면이다.
도 2에 나타낸 유전체 링(7)의 하부의 상면(7B1)은, 상부 전극(5)의 하면(52)과 동일 평면 내에 위치하고 있다. 도 7에 나타낸 플라스마 처리 장치는, 도 2에 나타낸 유전체 링(7)의 하부 유전체(7B)를 하방으로 어긋나게 한 것이고, 다른 구성은 도 2에 나타낸 것과 동일하다. 하부 유전체(7B)의 상면(7B1)은, 상부 전극(5)의 하면(52)보다도 거리 L2만큼, 하방에 위치하고 있다. 이로써, 하부 유전체(7B)의 내측의 선단면(7B3)(전자파 방사구)은, 도 2의 경우보다도 하방에 위치하게 된다. 이 구성은, 플라스마의 발생 위치를 상부 전극(5)으로부터 이격시키고 싶은 경우에 유효하다. 또한, 홈(6)의 외측 내주면(6B)은, 유전체 링(7)의 내측의 선단면(7B3)과 동일한 직경 방향 위치에 위치하고, 이것들은 동일 평면으로 되어 있다. 이 구조에 의해, 불필요한 전계의 집중을 억제할 수 있다.
도 7의 구조에서는, 전자파의 도입 위치는, 상부 전극(5)의 하면(52)의 위치로부터 높이 방향을 따라 이격되어 있다. 이로써, 직경 방향의 플라스마 강도의 치우침이 억제된다. 전자파 방사구의 위치는, 상부 전극(5)의 하면(52)의 위치와 적재대(2)의 표면 사이의 위치라면, 어느 높이 위치여도 된다.
도 8은, 하나의 예시적 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치의 유전체 링 주변의 종단면 구성을 나타내는 도면이다.
도 8에 나타낸 플라스마 처리 장치는, 도 2에 나타낸 홈(6)의 내면에 보조 가스 구멍(140)을 형성한 것이고, 다른 구성은 도 2에 나타낸 것과 동일하다.
즉, 이 플라스마 처리 장치는, 홈(6)의 내면에 가스 도입구(보조 가스 구멍(140))를 구비하고 있다. 이 구성의 경우, 홈(6)이 존재하는 장소에 있어서도, 보조 가스 구멍(140)을 통해 처리 가스(GS)를 도입할 수 있어, 처리 용기(1) 내의 처리 가스의 농도 분포나 대류를 제어할 수 있다. 따라서, 이들 농도 분포나 대류와 같은 파라미터를 제어할 수 있으므로, 플라스마의 분포를 더 정밀하게 제어할 수 있다. 보조 가스 구멍(140)은, 상부 전극(5)의 하부 금속 부재(5B)에 형성되어 있다. 보조 가스 구멍(140)은, 하부 금속 부재(5B)의 상면(51)으로부터 홈(6)의 내면까지 연장된 관통 구멍이다. 이 관통 구멍의 평면 형상은 다각형이나 원형이지만, 원호상으로 하는 것도 가능하다.
보조 가스 구멍(140)의 형성 위치는, 상부 금속 부재(5A)의 측벽의 내면으로부터의 최단 거리가, 거리 WC만큼 이격되도록 설정되어 있다. 거리 WC는, 예를 들어 0㎜ 내지 30㎜이다. 내부 공간(16) 내에는 처리 가스가 도입되고, 확산된다. 이때, 상부 금속 부재(5A)의 내면을 따른 가스류가 있는 경우에는, 보조 가스 구멍(140)으로의 처리 가스의 도입 저항은, 거리 WC가 작을수록 작아진다. 따라서, 이러한 경우에 있어서, 보조 가스 구멍(140) 내에 효율적으로 처리 가스를 도입하는 경우에는, 거리 WC＝0㎜로 설정하면 된다. 오목부를 구성하는 홈(6)의 위치는, 처리 대상의 기판으로부터 이격되는 편이 좋기 때문에, 그 외측에 위치하는 보조 가스 구멍(140)의 위치는, 처리 용기의 직경 방향의 치수에 영향을 미친다. 거리 WC＝0㎜로 하면, 직경 방향의 장치의 크기를 작게 할 수 있다. 바꾸어 말하면, 예를 들어 평면 형상이 원호상인 보조 가스 구멍(140)을 사용하는 경우, 상부 금속 부재(5A)의 측벽의 내면과, 보조 가스 구멍(140)의 외측의 내면은 동일 평면으로 된다.
도 9는, 하나의 예시적 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치의 유전체 링 주변의 종단면 구성을 나타내는 도면이다.
도 9에 나타낸 플라스마 처리 장치는, 도 7에 나타낸 플라스마 처리 장치에 있어서, 홈(6)의 외부에, 도 8에 나타낸 바와 같은 보조 가스 구멍(140)을 형성한 것이고, 다른 구성은 도 7에 나타낸 것과 동일하다. 또한, 본 예에서는, 도 8에 있어서의 보조 가스 구멍(140)의 이격 거리 WC＝0㎜로 되는 예를 도시하고 있지만, 도 8의 경우의 거리 WC와 마찬가지의 범위를 설정하는 것도 가능하다.
유전체 링(7)에 있어서의 상부 유전체(7A)의 치수가, 도 8의 경우보다도 길고, 보조 가스 구멍(140)은, 홈(6)의 외부에 형성되어 있으므로, 보조 가스 구멍(140)의 Z축 방향의 길이는, 도 8의 경우보다도 길어진다. 보조 가스 구멍(140)을 사용함으로써, 농도 분포나 대류와 같은 파라미터를 제어할 수 있으므로, 플라스마의 분포를 더 정밀하게 제어할 수 있다.
또한, 도 8 및 도 9의 구조는, 종단면 내에 있어서 2방향으로 방출되는 처리 가스의 분출구(가스 구멍)를 구비하고 있다. 가스 구멍은, 상부 전극(5)의 표면에만, 또는 측벽에만 형성하는 구성으로 해도 된다.
도 10은, 하부 전극으로의 예시적인 바이어스 인가의 구조를 나타내는 도면이다.
상술한 플라스마 처리 장치에 있어서, 적재대(2)는, 제2 고주파 정합기(12)를 통해, 제2 고주파 전원(13)에 접속하는 것도 가능하다. 제2 고주파 전원(13)은, 도 1에 나타낸 제1 고주파 전원(11)과는 주파수를 다르게 할 수 있다. 이 구조의 경우, 2개의 주파수를 플라스마 발생용으로 사용할 수 있으므로, 처리 용기의 내부 공간에 있어서의 전계의 제어 종류가 증가하여, 더 정밀하게 플라스마 강도의 면내 분포를 제어할 수 있다.
제2 고주파 전원(13)의 주파수는, 제1 고주파 전원(11)의 주파수보다도 낮게 설정할 수 있다(예를 들어, 2㎒). 이것은 플라스마 중의 이온을 기판측에 인입하는 이온 어시스트 구조로서 기능할 수 있다. 본 구성은, 상술한 플라스마 처리 장치에 적용할 수 있다.
본 개시의 플라스마 처리 방법은, 상기한 어느 하나의 플라스마 처리 장치 내의 적재대(2)(하부 전극) 위에, 피처리체를 배치하는 공정과, 상부 전극(5)으로부터 처리 가스를 처리 용기(1)의 내부로 공급하는 공정을 구비한다. 이 방법은, 전자파 방사구(유전체 링(7)의 하부의 내측의 선단면)로부터, 처리 용기(1)의 내부로 전자파를 도입하는 공정을 더 구비한다. 이 플라스마 처리 방법에 의하면, 상술한 플라스마 처리 장치를 사용함으로써, 플라스마의 면내 균일성을 향상시킬 수 있으므로, 면내 균일성이 높은 플라스마 처리를 피처리체에 실시할 수 있다.
플라스마 처리 방법에 있어서의 일례로서의 처리 용기 내의 압력은, 0.1(Torr)(13.33(Pa)), 도파로 내의 압력은 760(Torr)(1013(hPa))로 한다. 제1 고주파 전원(11)의 주파수는 220(㎒), 제1 고주파 전원(11)의 출력은 1000(W), 기판(3)과 상부 전극(5) 사이의 간격은 60㎜, 홈(6)의 깊이 L은 6㎜, 홈의 폭 D는 8㎜로 한다. 플라스마 처리에는, 에칭 처리나 퇴적 처리가 알려져 있다. 처리 대상의 SiO2막이나 Si3N4막의 에칭 가스로서는, CF, CF3, C2F2, CO, SiF6, SiCF 등이 알려져 있다. 플라스마 CVD 등의 퇴적 처리에 사용되는 가스로서는, Si를 포함하는 막의 성막의 경우에는, 실란계의 가스(SiH4, Si2H6) 등을 사용할 수 있다. Si를 포함하는 화합물(예를 들어, 질화규소)을 성막하는 경우는, 화합물 원료(예를 들어, 질소)를 포함하는 가스를 더 사용하면 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, VHF대의 주파수를 예시하고 있지만, 고주파 전원의 주파수로서는 다른 주파수를 사용할 수도 있다. 단파(HF)대의 주파수는 3㎒ 내지 30㎒이며 파장은 100m 내지 10m이다. VHF대의 주파수는 30㎒ 내지 300㎒이며 파장은 10m 내지 1m이다. 마이크로파대에 포함되는 UHF대는 300㎒ 내지 3㎓이며 파장은 1m 내지 10㎝이다. VHF대의 고주파는, 도파로 중에서도 특히 전극의 표면을 전파하는 경향이 있다. 표면파는, 상부 전극(5)의 하면의 주연부로부터, 중심부를 향해 전파한다. 이러한 주파수대의 경우, 직경 방향의 플라스마 강도의 균일성을 높이기 위해서는, 홈(6)을 형성하는 것이 유효하다.
즉, 주파수가 높아지면, 파장이 짧아져, 처리 용기의 직경 방향을 따라 파장에 따른 전계의 배 및 마디가 발생하여, 전계 분포가 불균일해지는 경향이 있다. 특히, 상부 전극(5)의 중심측의 플라스마 밀도가, 주변부의 플라스마 밀도보다도 높아진다. 중심부에서는 플라스마의 저항률이 낮아져, 전류가 집중되고, 전계 분포의 불균일 구조가 더 강해진다는 경향이 있다.
한편, 유전체 링(7)에 있어서의 전자파 도입구 부근의 상부 전극면에 홈(6)(오목부)을 형성함으로써, 전자파의 반사 효과, 래비린스 효과가 발생하므로, 유전체 링(7)으로부터, 도입된 VHF파의 전계의 상부 전극(5)의 표면으로의 전달이 억제된다. 이로써, 선택적으로 처리 용기의 주변부에 있어서의 플라스마 밀도를 높일 수 있다. 그 결과, 기판(3) 위에 있어서, 전계 분포의 치우침을 적게 하여, 기판(3)의 전체에 걸쳐서 균일한 플라스마 처리를 행할 수 있다.
플라스마 처리 장치는, 비교적 저온에서 양호한 반응을 행할 수 있는 장치이다. 상술한 플라스마 처리 장치는, 평행 평판 방식의 플라스마 처리 장치 등, 다양한 타입의 플라스마 처리 장치에 이용할 수 있다. 플라스마 처리로서는, 에칭, 스퍼터링, 화학적 기상 성장(CVD)법 등의 퇴적 등의 처리가 있고, 실시 형태에 관한 장치는, 어느 처리에든 이용할 수 있다. 또한, 상부 전극과 하부 전극 사이의 갭이 좁은 경우, 용량 결합 플라스마(CCP)가 발생한다. 한편, 이 갭이 넓은 경우는, 처리 용기(챔버)의 상방 공간에 있어서 플라스마가 발생한다. 플라스마 처리 장치의 갭의 최솟값은, 9㎜ 내지 13㎜인 것이 알려져 있다. 또한, 상부 전극(5)의 하면에 유전체를 마련하여 파장을 바꾸면, 균일성을 향상시킬 수 있다고 생각할 수 있지만, 이 경우는 전극간 거리가 바뀐다. 상술한 플라스마 처리 장치는, 표면파 플라스마가 발생하는 구조에 있어서, 특히 유효하다.
근년, 디자인 룰의 미세화에 수반하여, 고밀도의 플라스마 처리가 기대되고 있다. 상술한 VHF대나 UHF대의 고주파를 사용한 플라스마 발생 기구는, 고밀도의 플라스마 처리에 있어서 유용하다. 또한, 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치는, 플라스마 강도의 면내 균일성을 높이고, 또한 상부 전극(5)의 외경도 크게 할 수 있어, 플라스마 발생 영역 및 처리 가스의 도입 범위를 확장할 수 있다는 이점이 있다.
이상, 다양한 예시적 실시 형태에 대하여 설명했으나, 상술한 예시적 실시 형태에 한정되지 않고, 다양한 생략, 치환 및 변경이 이루어져도 된다. 또한, 다른 실시 형태에 있어서의 요소를 조합하여 다른 실시 형태를 형성하는 것이 가능하다. 또한, 이상의 설명으로부터, 본 개시의 다양한 실시 형태는, 본 명세서에 있어서 설명되어 있고, 본 개시의 범위 및 주지로부터 일탈하지 않고 다양한 변경을 이룰 수 있는 것이 이해될 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시한 다양한 실시 형태는 한정하는 것을 의도하고 있지 않고, 실제의 범위와 주지는, 첨부의 특허 청구범위에 의해 나타난다.
1: 처리 용기
1A: 내주면
1B: 외주면
1L: 덮개
2: 적재대
3: 기판
4: 플라스마 영역
5: 상부 전극
5A: 상부 금속 부재
5B: 하부 금속 부재
6: 홈
6A: 내측 내주면
6B: 외측 내주면
6C: 저면
7: 유전체 링
7A: 상부 유전체
7A1: 상면
7B: 하부 유전체
7B1: 상면
7B2: 하면
7B3: 선단면
7B4: 외측면
8: 안테나
9: 도파로
10: 제1 고주파 정합기
11: 제1 고주파 전원
12: 제2 고주파 정합기
13: 제2 고주파 전원
14: 가스 구멍
16: 내부 공간
17: 공급관
18: 가스 공급원
19: 가스 배기구
20: 배기 장치
51: 상면
52: 하부 개구 단부면(하면)
70: 유전체 통
100: 플라스마 처리 장치
140: 보조 가스 구멍
GS: 처리 가스
R1: 제1 모퉁이부
R2: 제2 모퉁이부
RF: 전자파

Claims (14)

  1. 처리 용기 내로 처리 가스를 토출 가능하게 마련된 상부 전극과,
    상기 처리 용기 내에 있어서 피처리체를 보유 지지 가능하게 마련된 하부 전극과,
    상기 상부 전극의 높이 위치와, 상기 하부 전극의 높이 위치 사이의 높이 위치에 형성되고, 상기 처리 용기의 중심 방향을 향해 개구되는 전자파 방사구를
    구비하는, 플라스마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 상부 전극의 외주부의 하면에는, 전자파 반사용의 홈이 형성되어 있는, 플라스마 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 홈은,
    내측 내주면과,
    상기 내측 내주면에 대향하는 외측 내주면과,
    상기 홈의 심부에 위치하고 상기 내측 내주면과 상기 외측 내주면을 접속하는 저면을
    구비하고 있는, 플라스마 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 외측 내주면은, 상기 처리 용기의 측벽의 내주면과 동일 평면인, 플라스마 처리 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 홈의 상기 내측 내주면과 상기 홈의 하부 개구 단부면 사이에는 모퉁이부가 형성되어 있고, 이 모퉁이부는, 상기 처리 용기의 직경 방향을 따른 종단면 내에 있어서, 둥근 형상을 갖고 있는, 플라스마 처리 장치.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 홈은, 상기 하부 전극에 있어서의 피처리체 배치 영역의 외측 영역의 상방에 배치되어 있는, 플라스마 처리 장치.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 홈의 깊이 L과, 상기 홈의 폭 D는,
    0.3≤L/D≤1.0을 충족시키는, 플라스마 처리 장치.
  8. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 홈의 깊이 L과, 상기 홈의 폭 D는,
    0.4≤L/D≤0.9를 충족시키는, 플라스마 처리 장치.
  9. 제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 홈의 내면에 가스 도입구를 구비하는, 플라스마 처리 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 원통형의 상부 유전체와,
    상기 상부 유전체의 하부에 연속된 링 형상의 하부 유전체를 구비하는 유전체 링을 구비하고,
    상기 전자파 방사구는, 링 형상의 상기 하부 유전체의 내측면으로 구성되는, 플라스마 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 유전체 링의 상기 하부 유전체의 직경 방향의 폭으로부터, 상기 상부 유전체의 직경 방향의 폭을 뺀 치수는 5㎜ 내지 30㎜인, 플라스마 처리 장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 유전체 링의 상기 하부 유전체의 외측면과, 하면 사이에는 모퉁이부가 형성되어 있고, 이 모퉁이부는, 상기 처리 용기의 직경 방향을 따른 종단면 내에 있어서, 둥근 형상을 갖고 있는, 플라스마 처리 장치.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상부 전극의 하면과 상기 유전체 링의 상기 하부 유전체의 상면은 동일 높이인, 플라스마 처리 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 플라스마 처리 장치 내의 상기 하부 전극 위에, 상기 피처리체를 배치하는 공정과,
    상기 상부 전극으로부터 상기 처리 가스를 상기 처리 용기의 내부로 공급하는 공정과,
    상기 전자파 방사구로부터 상기 처리 용기의 내부로 전자파를 도입하는 공정을
    구비한, 플라스마 처리 방법.
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