KR20220130033A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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KR20220130033A
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타카시 아라마키
히로시 츠지모토
리후 리
유세이 쿠와바라
료야 아베
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

기판의 주위의 파츠의 경시 변화에 따른 프로세스에 대한 영향을 저감시킨다. 플라즈마 처리 챔버와, 상기 플라즈마 처리 챔버 내에서 플라즈마를 생성하도록 구성되는 플라즈마 생성부와, 상기 플라즈마 처리 챔버 내에 배치되는 기판 지지부와, 상기 기판 지지부 상의 기판을 둘러싸도록 기판 지지부 상에 배치되는 제 1 도전성 링과, 상기 제 1 도전성 링을 둘러싸도록 배치되는 절연 링과, 상기 절연 링을 둘러싸도록 배치되고, 접지 전위에 접속되는 제 2 도전성 링을 가지는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.

Description

플라즈마 처리 장치 {PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 개시는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
플라즈마 에칭에서는, 기판을 둘러싸는 엣지 링 및 커버 링 등이 소모되고, 이들 파츠의 경시 변화에 따라 기판의 엣지 부근에 있어서 프로세스 결과에 영향이 생긴다. 예를 들면, 특허 문헌 1은, 배치대, 내측 엣지 링, 외측 엣지 링, 리프트 핀 및 이동 기구를 구비한 플라즈마 처리 장치에 있어서, 엣지 링의 소모에 따라 이동 기구에 의해 리프트 핀을 상승시켜, 내측 엣지 링을 들어올리는 것이 개시되어 있다. 이에 의해, 내측 엣지 링의 상면을 기판의 상면과 대략 동일한 높이로 제어하여, 기판의 엣지 부근에서 에칭 레이트가 저하되는 것을 억제한다.
일본특허공개공보 2020-053538호
본 개시는, 기판의 주위의 파츠의 경시 변화에 따른 프로세스에 대한 영향을 저감시킬 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 하나의 태양에 따르면, 플라즈마 처리 챔버와, 상기 플라즈마 처리 챔버 내에서 플라즈마를 생성하도록 구성되는 플라즈마 생성부와, 상기 플라즈마 처리 챔버 내에 배치되는 기판 지지부와, 상기 기판 지지부 상의 기판을 둘러싸도록 배치되는 제 1 도전성 링과, 상기 제 1 도전성 링을 둘러싸도록 배치되는 절연 링과, 상기 절연 링을 둘러싸도록 배치되고, 접지 전위에 접속되는 제 2 도전성 링을 가지는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
하나의 측면에 따르면, 기판의 주위의 파츠의 경시 변화에 따른 프로세스에 대한 영향을 저감시킬 수 있다.
도 1은 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 시스템의 일례를 나타내는 도이다.
도 2는 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 일례를 나타내는 단면 모식도이다.
도 3은 실시 형태에 따른 링 어셈블리의 구성의 일례를 나타내는 도이다.
도 4는 실시 형태에 따른 제 2 도전성 링의 유무와 RF 전류의 방향을 설명하기 위한 도이다.
도 5는 실시 형태에 따른 제 2 도전성 링의 유무와 에칭 레이트의 실험 결과를 나타내는 도이다.
도 6은 실시 형태에 따른 제 2 도전성 링의 유무와 에칭 레이트의 실험 결과를 나타내는 도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 개시를 실시하기 위한 형태에 대하여 설명한다. 각 도면에 있어서, 동일 구성 부분에는 동일 부호를 부여하고, 중복된 설명을 생략하는 경우가 있다.
[플라즈마 처리 시스템]
실시 형태에 있어서, 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 시스템은 플라즈마 처리 장치(1) 및 제어부(2)를 포함한다. 플라즈마 처리 장치(1)는 플라즈마 처리 챔버(10), 기판 지지부(11) 및 플라즈마 생성부(12)를 포함한다. 플라즈마 처리 챔버(10)는 플라즈마 처리 공간을 가진다. 또한, 플라즈마 처리 챔버(10)는, 적어도 1 개의 처리 가스를 플라즈마 처리 공간으로 공급하기 위한 적어도 1 개의 가스 공급구와, 플라즈마 처리 공간으로부터 가스를 배출하기 위한 적어도 1 개의 가스 배출구를 가진다. 가스 공급구는, 후술하는 가스 공급부(20)에 접속되고, 가스 배출구는, 후술하는 배기 시스템(40)에 접속된다. 기판 지지부(11)는, 플라즈마 처리 공간 내에 배치되고, 기판을 지지하기 위한 기판 지지면을 가진다.
플라즈마 생성부(12)는, 플라즈마 처리 공간 내로 공급된 적어도 1 개의 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하도록 구성된다. 플라즈마 처리 공간에 있어서 형성되는 플라즈마는, 용량 결합 플라즈마(CCP ; Capacitively Coupled Plasma), 유도 결합 플라즈마(ICP ; Inductively Coupled Plasma), ECR 플라즈마(Electron-Cyclotron-resonance plasma), 헬리콘파 여기 플라즈마(HWP : Helicon Wave Plasma) 또는 표면파 플라즈마(SWP : Surface Wave Plasma) 등이어도 된다. 또한, AC(Alternating Current) 플라즈마 생성부 및 DC(Direct Current) 플라즈마 생성부를 포함하는, 각종 타입의 플라즈마 생성부가 이용되어도 된다. 실시 형태에 있어서, AC 플라즈마 생성부에서 이용되는 AC 신호(AC 전력)는, 100 kHz ~ 10 GHz의 범위 내의 주파수를 가진다. 따라서, AC 신호는, RF(Radio Frequency) 신호 및 마이크로파 신호를 포함한다. 실시 형태에 있어서, RF 신호는 200 kHz ~ 150 MHz의 범위 내의 주파수를 가진다.
제어부(2)는, 본 개시에 있어서 기술되는 각종 공정을 플라즈마 처리 장치(1)에 실행시키는 컴퓨터 실행 가능한 명령을 처리한다. 제어부(2)는, 여기서 기술되는 각종 공정을 실행하도록 플라즈마 처리 장치(1)의 각 요소를 제어하도록 구성될 수 있다. 실시 형태에 있어서, 제어부(2)의 일부 또는 전부가 플라즈마 처리 장치(1)에 포함되어도 된다. 제어부(2)는, 예를 들면 컴퓨터(2a)를 포함해도 된다. 컴퓨터(2a)는, 예를 들면, 처리부(CPU : Central Processing Unit)(2a1), 기억부(2a2) 및 통신 인터페이스(2a3)를 포함해도 된다. 처리부(2a1)는, 기억부(2a2)에 저장된 프로그램에 기초하여 각종 제어 동작을 행하도록 구성될 수 있다. 기억부(2a2)는, RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Drive), 또는 이들 조합을 포함해도 된다. 통신 인터페이스(2a3)는, LAN(Local Area Network) 등의 통신 회선을 개재하여 플라즈마 처리 장치(1)와의 사이에서 통신해도 된다.
이어서, 도 2를 참조하여 플라즈마 처리 장치(1)의 일례로서의 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치(1)의 구성예에 대하여 설명한다. 플라즈마 처리 장치(1)는 플라즈마 처리 챔버(10), 가스 공급부(20), 전원(30) 및 배기 시스템(40)을 포함한다. 또한, 플라즈마 처리 장치(1)는 기판 지지부(11) 및 가스 도입부를 포함한다. 가스 도입부는, 적어도 1 개의 처리 가스를 플라즈마 처리 챔버(10) 내에 도입하도록 구성된다. 가스 도입부는, 샤워 헤드(13)를 포함한다. 기판 지지부(11)는, 플라즈마 처리 챔버(10) 내에 배치된다. 샤워 헤드(13)는, 기판 지지부(11)의 상방에 배치된다. 실시 형태에 있어서, 샤워 헤드(13)는, 플라즈마 처리 챔버(10)의 천부(ceiling)의 적어도 일부를 구성한다. 플라즈마 처리 챔버(10)는 샤워 헤드(13), 플라즈마 처리 챔버(10)의 측벽(10a) 및 기판 지지부(11)에 의해 규정된 플라즈마 처리 공간(10s)을 가진다. 측벽(10a)은 접지되어 있다. 샤워 헤드(13)의 주위는, 링 형상의 절연 부재(14)로 둘러싸여 있다. 샤워 헤드(13) 및 기판 지지부(11)는, 플라즈마 처리 챔버(10) 하우징과는 전기적으로 절연된다. 또한, 절연 부재(14)의 외주에는, 링 형상의 실리콘 접지 링(15)이 마련되어 있다. 실리콘 접지 링(15)은, 측벽(10a)과 마찬가지로 접지 전위이다.
기판 지지부(11)는 본체부(111) 및 링 어셈블리(110)를 포함한다. 본체부(111)는, 기판(웨이퍼)(W)을 지지하기 위한 중앙 영역(기판 지지면)(111a)과, 링 어셈블리(110)를 지지하기 위한 환 형상 영역(링 지지면)(111b)을 가진다. 본체부(111)의 환 형상 영역(111b)은, 평면에서 봤을 때 본체부(111)의 중앙 영역(111a)을 둘러싸고 있다. 기판(W)은, 본체부(111)의 중앙 영역(111a) 상에 배치되고, 링 어셈블리(110)는, 본체부(111)의 중앙 영역(111a) 상의 기판(W)을 둘러싸도록 본체부(111)의 환 형상 영역(111b) 상에 배치된다. 실시 형태에 있어서, 본체부(111)는 기대 및 정전 척을 포함한다. 기대는 도전성 부재를 포함한다. 기대의 도전성 부재는 하부 전극으로서 기능한다. 정전 척은 기대의 위에 배치된다. 정전 척의 상면은 기판 지지면(111a)을 가진다. 또한, 도시는 생략하지만, 기판 지지부(11)는 정전 척, 링 어셈블리(110) 및 기판 중 적어도 1 개를 타겟 온도로 조절하도록 구성되는 온조(溫調) 모듈을 포함해도 된다. 온조 모듈은 히터, 전열 매체, 유로 또는 이들 조합을 포함해도 된다. 유로에는, 브라인 또는 가스와 같은 전열 유체가 흐른다. 또한, 기판 지지부(11)는, 기판(W)의 이면과 기판 지지면(111a)과의 사이로 전열 가스를 공급하도록 구성된 전열 가스 공급부를 포함해도 된다.
샤워 헤드(13)는, 가스 공급부(20)로부터의 적어도 1 개의 처리 가스를 플라즈마 처리 공간(10s) 내로 도입하도록 구성된다. 샤워 헤드(13)는, 적어도 1 개의 가스 공급구(13a), 적어도 1 개의 가스 확산실(13b) 및 복수의 가스 도입구(13c)를 가진다. 가스 공급구(13a)로 공급된 처리 가스는, 가스 확산실(13b)을 통과하여 복수의 가스 도입구(13c)로부터 플라즈마 처리 공간(10s) 내로 도입된다. 또한, 샤워 헤드(13)는 도전성 부재를 포함한다. 샤워 헤드(13)의 도전성 부재는 상부 전극으로서 기능한다. 또한, 가스 도입부는, 샤워 헤드(13)에 더하여, 측벽(10a)에 형성된 1 또는 복수의 개구부에 장착되는 1 또는 복수의 사이드 가스 주입부(SGI : Side Gas Injector)를 포함해도 된다.
가스 공급부(20)는, 적어도 1 개의 가스 소스(21) 및 적어도 1 개의 유량 제어기(22)를 포함해도 된다. 실시 형태에 있어서, 가스 공급부(20)는, 적어도 1 개의 처리 가스를, 각각에 대응하는 가스 소스(21)로부터 각각에 대응하는 유량 제어기(22)를 거쳐 샤워 헤드(13)로 공급하도록 구성된다. 각 유량 제어기(22)는, 예를 들면 매스 플로우 컨트롤러 또는 압력 제어식의 유량 제어기를 포함해도 된다. 또한 가스 공급부(20)는, 적어도 1 개의 처리 가스의 유량을 변조 또는 펄스화하는 적어도 1 개의 유량 변조 디바이스를 포함해도 된다.
전원(30)은, 적어도 1 개의 임피던스 정합 회로를 개재하여 플라즈마 처리 챔버(10)에 결합되는 RF 전원(31)을 포함한다. RF 전원(31)은, 소스 RF 신호 및 바이어스 RF 신호와 같은 적어도 1 개의 RF 신호(RF 전력)를, 기판 지지부(11)의 도전성 부재 및 샤워 헤드(13)의 도전성 부재 중 적어도 하나에 공급하도록 구성된다. 이에 의해, 플라즈마 처리 공간(10s)에 공급된 적어도 1 개의 처리 가스로부터 플라즈마가 형성된다. 따라서, RF 전원(31)은, 플라즈마 생성부(12)의 적어도 일부로서 기능할 수 있다. 또한, 바이어스 RF 신호를 기판 지지부(11)의 도전성 부재에 공급함으로써, 기판(W)에 바이어스 전위가 발생하고, 형성된 플라즈마 중의 이온 성분을 기판(W)에 인입할 수 있다.
실시 형태에 있어서, RF 전원(31)은 제 1 RF 생성부(31a) 및 제 2 RF 생성부(31b)를 포함한다. 제 1 RF 생성부(31a)는, 적어도 1 개의 임피던스 정합 회로를 개재하여 기판 지지부(11)의 도전성 부재 및 샤워 헤드(13)의 도전성 부재 중 적어도 하나에 결합되고, 플라즈마 생성용의 소스 RF 신호(소스 RF 전력)를 생성하도록 구성된다. 실시 형태에 있어서, 소스 RF 신호는 13 MHz ~ 150 MHz의 범위 내의 주파수를 가진다. 실시 형태에 있어서, 제 1 RF 생성부(31a)는, 상이한 주파수를 가지는 복수의 소스 RF 신호를 생성하도록 구성되어도 된다. 생성된 1 또는 복수의 소스 RF 신호는, 기판 지지부(11)의 도전성 부재 및 샤워 헤드(13)의 도전성 부재 중 적어도 하나에 공급된다. 제 2 RF 생성부(31b)는, 적어도 1 개의 임피던스 정합 회로를 개재하여 기판 지지부(11)의 도전성 부재에 결합되고, 바이어스 RF 신호(바이어스 RF 전력)를 생성하도록 구성된다. 실시 형태에 있어서, 바이어스 RF 신호는 소스 RF 신호보다 낮은 주파수를 가진다. 실시 형태에 있어서, 바이어스 RF 신호는, 400 kHz ~ 13.56 MHz의 범위 내의 주파수를 가진다. 실시 형태에 있어서, 제 2 RF 생성부(31b)는, 상이한 주파수를 가지는 복수의 바이어스 RF 신호를 생성하도록 구성되어도 된다. 생성된 1 또는 복수의 바이어스 RF 신호는, 기판 지지부(11)의 도전성 부재에 공급된다. 또한, 각종 실시 형태에 있어서, 소스 RF 신호 및 바이어스 RF 신호 중 적어도 1 개가 펄스화되어도 된다.
또한, 전원(30)은, 플라즈마 처리 챔버(10)에 결합되는 DC 전원(32)을 포함해도 된다. DC 전원(32)은 제 1 DC 생성부(32a) 및 제 2 DC 생성부(32b)를 포함한다. 실시 형태에 있어서, 제 1 DC 생성부(32a)는, 기판 지지부(11)의 도전성 부재에 접속되고, 제 1 DC 신호를 생성하도록 구성된다. 생성된 제 1 DC 신호는, 기판 지지부(11)의 도전성 부재에 인가된다. 실시 형태에 있어서, 제 1 DC 신호가, 정전 척 내의 전극과 같은 다른 전극에 인가되어도 된다. 실시 형태에 있어서, 제 2 DC 생성부(32b)는, 샤워 헤드(13)의 도전성 부재에 접속되고, 제 2 DC 신호를 생성하도록 구성된다. 생성된 제 2 DC 신호는, 샤워 헤드(13)의 도전성 부재에 인가된다. 각종 실시 형태에 있어서, 제 1 및 제 2 DC 신호가 펄스화되어도 된다. 또한, 제 1 및 제 2 DC 생성부(32a, 32b)는, RF 전원(31)에 더하여 마련되어도 되고, 제 1 DC 생성부(32a)가 제 2 RF 생성부(31b) 대신에 마련되어도 된다.
배기 시스템(40)은, 예를 들면 플라즈마 처리 챔버(10)의 저부에 마련된 가스 배출구(10e)에 접속될 수 있다. 배기 시스템(40)은 압력 조정 밸브 및 진공 펌프를 포함해도 된다. 압력 조정 밸브에 의해, 플라즈마 처리 공간(10s) 내의 압력이 조정된다. 진공 펌프는 터보 분자 펌프, 드라이 펌프 또는 이들의 조합을 포함해도 된다.
[링 어셈블리]
도 3은 실시 형태에 따른 링 어셈블리(110)의 구성의 일례를 나타낸다. 도 3의 (a)는 기판 지지부(11)를 상면에서 본 도이며, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)의 B-B면을 절단한 도이다. 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 링 어셈블리(110)는, 1 또는 복수의 환 형상 부재를 포함한다. 1 또는 복수의 환 형상 부재는, 제 1 도전성 링(112), 커버 링(113) 및 제 2 도전성 링(114)을 포함한다. 제 1 도전성 링(112)은, 도전성을 가지는 링 형상 부재이며, 실리콘(Si), 탄화 규소(SiC), 산화 실리콘과 같은 각종 재료 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 제 1 도전성 링(112)은, 기판 지지부(11) 상의 기판(W)을 둘러싸도록 기판 지지부(11) 상에 배치된다.
제 1 도전성 링(112), 커버 링(113) 및 제 2 도전성 링(114)은, 플라즈마 처리 챔버(10)의 중심축(Ax)과 축을 공통으로 하여 배치된다.
커버 링(113)은, 제 1 도전성 링(112) 및 본체부(111)를 둘러싸고, 제 1 도전성 링(112) 및 본체부(111)의 외주 측벽에 배치되어 있다. 커버 링(113)은 절연성을 가지는 링 형상 부재이며, 석영 또는 알루미나로 형성될 수 있다. 커버 링(113)은, 제 1 도전성 링을 둘러싸도록 배치되는 절연 링의 일례이다.
제 2 도전성 링(114)은, 커버 링(113)을 둘러싸도록 배치되고, 접지 전위에 접속된다. 제 2 도전성 링(114)은, 커버 링(113)의 외주 측벽에 배치되어 있다. 제 2 도전성 링(114)은, 도전성을 가지는 링 형상 부재이며, 실리콘, 탄화 규소, 산화 실리콘과 같은 각종 재료 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 일실시 형태에 있어서, 제 2 도전성 링(114)은, 제 2 도전성 링(114)의 상면이 커버 링(113)의 상면과 대략 동일한 높이가 되도록 배치된다. 일실시 형태에 있어서, 제 2 도전성 링(114)은, 세로로 긴 직사각형의 단면 형상을 가진다. 또한, 제 2 도전성 링(114)은, 제 2 도전성 링(114)의 상면이 커버 링(113)의 상면보다 낮게 되도록 배치되어도 된다.
또한, 제 2 도전성 링(114)은, 제 2 도전성 링(114)의 상면이 커버 링(113)의 상면보다 높게 되도록 배치되어도 된다. 일실시 형태에 있어서, 제 2 도전성 링(114)은, 커버 링(113)의 상면의 일부를 덮는 돌출 부분을 가져도 된다. 이 경우, 제 2 도전성 링(114)은, 그 상부가 내방으로 돌출된 L자 형상의 단면 형상을 가진다. 즉, L자 형상의 단면 형상은, 세로로 긴 직사각형 부분과, 세로로 긴 직사각형 부분의 상측 부분으로부터 내방으로 돌출된 돌출 부분을 가진다. 제 2 도전성 링(114)의 상면을 커버 링(113)의 상면보다 높게 함으로써, 플라즈마를 물리적으로 플라즈마 처리 공간(10s)에 보다 가두기 쉽게 할 수 있다.
링 어셈블리(110)의 1 또는 복수의 환 형상 부재는, 제 3 도전성 링(115)을 포함해도 된다. 제 3 도전성 링(115)은, 도전성을 가지는 링 형상 부재이며, 알루미늄(Al) 등의 도전성 부재로 형성될 수 있다. 제 3 도전성 링(115)은, 제 2 도전성 링(114)의 아래에 배치되고, 접지 전위에 접속된다. 즉, 제 2 도전성 링(114)은, 제 3 도전성 링(115)을 개재하여 접지 전위에 접속된다.
기판 지지부(11)의 주위에는, 접지 전위에 접속되는 도전성 배플 플레이트(116)가 배치되어도 된다. 이 경우, 제 2 도전성 링(114)은, 도전성 배플 플레이트(116)를 개재하여 접지 전위에 접속되어도 된다. 도전성 배플 플레이트(116)는, 알루미늄 등의 도전성 부재로 형성될 수 있다. 도전성 배플 플레이트(116)는 복수의 관통 홀을 가지고, 플라즈마 처리 공간(10s)의 가스를 복수의 관통 홀을 거쳐 가스 배출구(10e)로부터 배기하도록 구성된다.
[링 어셈블리의 파츠 소모]
플라즈마 처리 공간(10s)에 있어서 에칭 등의 플라즈마 처리가 행해지면, 링 어셈블리(110)의 파츠(제 1 도전성 링(112), 커버 링(113) 등)가 소모된다. 제 2 도전성 링(114)이 마련되어 있지 않은 경우, 파츠의 소모에 의해 기판(W)의 엣지 부근에서 에칭 레이트 등의 경시 변화가 발생하여, 프로세스에 영향이 생긴다. 이는, 파츠의 소모에 의해 파츠의 정전 용량이 감소하고, RF 전원(31)으로부터 공급되는 RF 신호의 방향이 변화하는 것이 요인 중 하나라고 상정된다.
또한, 최근, 고애스펙트비의 플라즈마 에칭 처리와 같이 고파워의 RF 신호를 기판 지지부(11) 또는 샤워 헤드(13)에 인가하는 프로세스가 증가하고 있다. 이 때문에, 플라즈마 처리 중에 측벽(10a) 또는 도전성 배플 플레이트(116) 등의 스퍼터 레이트가 올라, 파츠의 소모가 앞당겨지는 경향에 있다. 따라서, 기판(W)의 상방의 플라즈마 처리 공간(10s) 이외의 영역에 있어서의 플라즈마 밀도를 감소시켜, 측벽(10a) 등의 파츠의 소모를 억제하는 것이 중요해진다. 이상으로부터, 본 개시의 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 기판(W)을 둘러싸는 링 어셈블리(110)의 커버 링(113)의 외주 측면에 제 2 도전성 링(114)이 마련되고, 제 2 도전성 링(114)이 제 3 도전성 링(115)을 개재하여 접지 전위에 접속된다.
이에 의해, 제 2 도전성 링(114)을 접지 부재로서 기능시킴으로써, (1) 제 1 도전성 링(112) 및 커버 링(113)의 소모에 의한 경시 변화에 대하여, 에칭 레이트의 저하 등의 프로세스에 대한 영향을 저감시키는 대책을 강구할 수 있다. 또한, (2) 플라즈마 처리 챔버(10) 전체의 스퍼터 레이트의 억제, 및 (3) 자장에 의한 플라즈마 처리 공간(10s)으로의 플라즈마의 가두기를 행할 수 있다. 이하, (1) ~ (3)에 대하여 차례로 설명한다.
[(1) 경시 변화에 대한 대책]
먼저, (1) 파츠의 소모에 의한 경시 변화에 대한 대책에 대하여, 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4의 (a)는, 링 어셈블리(110)에 제 2 도전성 링(114)이 없는 경우의 RF 전원(31)으로부터 공급되는 RF 신호의 방향을 나타낸다. 도 4의 (b)는 제 2 도전성 링(114)이 있는 경우의 RF 신호의 방향을 나타낸다.
도 4의 (a)에 나타내는 제 2 도전성 링(114)이 없을 때, RF 전원(31)으로부터 인가된 RF 전류는, 본체부(111), 제 1 도전성 링(112) 및 커버 링(113)의 표층을 흘러, 대향하는 접지 전위의 실리콘 접지 링(15)을 향해 대략 수직 방향으로 흐른다. 즉, RF 전류의 방향이 커버 링(113)에 대하여 대략 수직 방향으로 형성된다. 이 경우, 커버 링(113)의 상면이 대략 수평 방향으로 소모되고, 커버 링(113)의 정전 용량의 변화에 따라 RF 전류의 방향의 임피던스가 변화했을 때에, 커버 링(113)의 소모 방향에 대략 수직인 RF 전류의 방향에 대하여 영향을 주기 쉽다. 그 결과, 기판(W)의 엣지 영역에 있어서 에칭 레이트가 변동하기 쉽다.
이에 대하여, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 제 2 도전성 링(114)이 있을 때, RF 전류는, 본체부(111), 제 1 도전성 링(112) 및 커버 링(113)의 표층을 흘러, 제 2 도전성 링(114)을 개재하여 제 3 도전성 링(115)으로부터 접지로 흐른다. 즉, RF 전류의 방향이 커버 링(113)에 대하여 대략 수평 방향으로 형성된다. 이 경우, 커버 링(113)의 소모에 의한 경시 변화면은 대략 수평 방향이며, RF 전류의 방향과 동일한 방향이기 때문에, 커버 링(113)의 소모가 RF 전류의 방향에 영향을 주기 어렵다. 그 결과, 기판(W)의 엣지 영역에 있어서 에칭 레이트가 변동하기 어려워져, 커버 링(113)의 소모에 의한 프로세스의 영향을 저감시킬 수 있다.
이상의 설명에서는, 커버 링(113)의 소모와 RF 전류의 방향에 대하여 설명했지만, 제 1 도전성 링(112)의 소모에 대해서도 동일하다. 즉, 본 개시의 제 2 도전성 링(114)을 배치함으로써, 제 1 도전성 링(112) 및 커버 링(113) 중 적어도 하나의 소모에 대한 내성이 얻어져, 기판(W)의 엣지에 있어서의 에칭 레이트의 저하를 억제할 수 있다.
도 5는 실시 형태에 따른 제 2 도전성 링(114)의 유무와 에칭 레이트의 실험 결과를 나타내는 도이다. 본 실험에서는, 제 2 도전성 링(114)을 가지지 않는 플라즈마 처리 장치와, 제 2 도전성 링(114)을 가지는 본 개시의 플라즈마 처리 장치(1)(도 1 참조)에 기판(W)을 준비하고, 기판(W) 상의 실리콘 산화막(SiO2)을 에칭했다. 본 실험에서는, 제 2 도전성 링(114)의 유무와 에칭 레이트의 변화에 대하여, 커버 링(113)이 신품인 경우와 소모된 경우의 에칭 레이트를 비교했다.
도 5에서는, RF 중 소스 RF 신호를 'HF'라 표기하고, 바이어스 RF 신호를 'LF'라 표기한다. 도 5의 (a)는 HF가 2000 W, LF가 0 W의 조건으로 에칭을 행했다. 도 5의 (b)는 HF가 0 W, LF가 1000 W의 조건으로 에칭을 행했다. 도 5의 (c)는 HF가 2000 W, LF가 1000 W의 조건으로 에칭을 행했다. 도 5의 (a) ~ (c)에 있어서, HF 및 LF는 본체부(111)에 인가했다.
각 그래프의 횡축은, 직경이 300 mm인 기판(W)의 중심을 0 mm로 하여 직경 방향의 기판(W)의 위치를 나타낸다. 종축은, 횡축의 기판(W)의 직경 방향의 각 위치에 있어서의 규격화된 에칭 레이트의 평균값을 나타낸다. 그래프의 검은색 원(●)은, 커버 링(113)이 소모되어 있지 않을 때(신품일 때)의 에칭 레이트를 1로서 규격화하여 나타냈다. 그래프의 흰 원(○)은, 소모되어 있을 때의 에칭 레이트를, 커버 링(113)이 신품일 때의 규격화한 에칭 레이트(●)에 대한 비율로 나타냈다.
제 2 도전성 링(114)이 없는 경우, 도 5의 (a) ~ 도 5의 (c)에 나타내는 바와 같이, 제 2 도전성 링(114)이 있는 경우와 비교하여, 에칭 레이트의 저하가 보였다.
이상의 결과로부터, 도 5의 (a) ~ 도 5의 (c)의 어느 경우도, 제 2 도전성 링(114)이 있는 경우, 제 2 도전성 링(114)이 없는 경우와 비교하여 커버 링(113)의 소모에 의한 에칭 레이트의 저하를 억제할 수 있었다. 특히, 기판(W)의 엣지 부근에서 에칭 레이트의 저하를 억제할 수 있어, 커버 링(113)의 경시 변화의 대책으로서 효과가 있는 것을 알았다.
[(2) 스퍼터 레이트의 억제]
이어서, (2) 플라즈마 처리 챔버(10) 전체의 스퍼터 레이트의 억제에 대하여 설명한다. 제 2 도전성 링(114)이 없는 경우, 커버 링(113)의 근처에 접지 전위가 없다. 이 때문에, RF 전류는, 본체부(111), 제 1 도전성 링(112) 및 커버 링(113)의 표층을 흘러, 커버 링(113)의 측면으로부터 실리콘 접지 링(15) 및 접지 전위의 측벽(10a) 중 적어도 하나를 흐른다. 이에 의해, 커버 링(113)의 측면에 RF 전류의 방향이 생겨, 커버 링(113)보다 외주의 공간에서 플라즈마 밀도가 증가하고, 플라즈마가 생성된다. 그 결과, 플라즈마 처리 챔버(10)의 측벽(10a) 및 도전성 배플 플레이트(116)의 스퍼터가 촉진된다.
이에 대하여, 제 2 도전성 링(114)이 있는 경우, 커버 링(113)의 근처에 접지 전위가 있다. 즉, 제 2 도전성 링(114)은, 접지 전위의 제 3 도전성 링(115)에 접속되어, 접지 전위로 되어 있다. 이 때문에, RF 전류는, 본체부(111), 제 1 도전성 링(112) 및 커버 링(113)의 표층을 흘러, 제 2 도전성 링(114)을 거쳐 제 3 도전성 링(115)을 흐른다. 즉, 제 2 도전성 링(114)이 RF 전류의 차폐판으로서 기능하여, 제 2 도전성 링(114)의 측면에 RF 전류의 방향은 생기지 않는다. 이에 의해, 제 2 도전성 링(114)보다 외주의 공간에서 플라즈마 밀도가 감소하여, 측벽(10a)측에 플라즈마가 생성되지 않는다. 이 때문에, 측벽(10a) 및 도전성 배플 플레이트(116)의 스퍼터가 억제되고, 측벽(10a) 및 도전성 배플 플레이트(116)의 소모가 줄어든다. 이와 같이 하여 기판(W)보다 외주에 있어서 스퍼터 레이트를 억제할 수 있다.
이상과 같이, 제 2 도전성 링(114)이 RF 전류의 차폐판으로서 기능함으로써, 기판(W)의 상방에서 플라즈마의 생성에 기여하는 RF 파워의 효율을 높일 수 있다. 그 결과, 기판(W)의 상방의 플라즈마 처리 공간(10s)에서 플라즈마 밀도를 증가시키고, 그 이외의 공간의 플라즈마 밀도를 감소시킬 수 있다. 이상으로부터, 제 2 도전성 링(114)에 의해 플라즈마 처리 챔버(10)의 전체의 스퍼터 레이트를 억제하고, 또한 플라즈마 처리 공간(10s)에서 생성되는 플라즈마의 밀도를, 제 2 도전성 링(114)이 없을 때의 플라즈마의 밀도보다 높게 할 수 있다.
[(3) 자장에 의한 플라즈마의 가두기]
이어서, (3) 자장에 의한 플라즈마 처리 공간(10s)으로의 플라즈마의 가두기에 대하여 설명한다. 제 2 도전성 링(114)은, 제 3 도전성 링(115)을 개재하여 접지 전위에 접속되어 있다. 이 때문에, RF 전원(31)으로부터 인가되는 RF 전류는, 제 2 도전성 링(114)을 위에서 아래로 흐른다. DC 전원(32)으로부터 인가되는 DC 전류도 마찬가지로 제 2 도전성 링(114)을 위에서 아래로 흐르고, 제 3 도전성 링(115)을 거쳐 접지로 흐른다.
이 때, 전류가 위에서 아래로 흐르면, 전류 방향과 직교하는 방향에 자장이 생성된다. 생성되는 자장은, 전류량에 비례하여, 전류량이 많을수록 커진다. 생성된 자장은 플라즈마를 기판(W)의 상방의 플라즈마 처리 공간(10s)에 가두도록 작용한다.
자장이 발생하면, 하전 입자에 작용하는 힘은 로런츠 힘에 의해, 하전 입자는 플라즈마 처리 공간(10s)에 속박된다.
이와 같이 하여, 제 2 도전성 링(114)을 위에서 아래로 흐르는 전류가 자장을 형성함으로써, 플라즈마를 플라즈마 처리 공간(10s)에 가둘 수 있다.
도 6은 실시 형태에 따른 제 2 도전성 링(114)의 유무와 에칭 레이트의 실험 결과를 나타내는 도이다. 본 실험에서는, 제 2 도전성 링(114)을 가지지 않는 플라즈마 처리 장치와, 제 2 도전성 링(114)을 가지는 본 개시의 플라즈마 처리 장치(1)(도 1 참조)에 기판(W)을 준비하고, 기판(W) 상의 실리콘 산화막(SiO2)을 에칭했다. 본 실험에서는, 제 2 도전성 링(114)의 유무와 에칭 레이트의 변화에 대하여 비교했다.
그래프의 횡축은, 직경이 300 mm인 기판(W)의 중심을 0 mm로서 직경 방향의 기판(W)의 위치를 나타낸다. 종축(좌)은, 횡축의 기판(W)의 직경 방향의 각 위치에 있어서의 규격화된 에칭 레이트의 평균값을 나타낸다. 그래프의 흰색 원(○)은, 제 2 도전성 링(114)이 없는 경우의 에칭 레이트를, 기판(W)의 중심(0 mm)에 있어서의 에칭 레이트를 1로서 규격화하여 나타냈다. 그래프의 검은색 원(●)은, 제 2 도전성 링(114)이 있는 경우의 에칭 레이트를, 제 2 도전성 링(114)이 없는 경우의 규격화한 에칭 레이트(○)에 대한 비율로 나타냈다. 종축(우)은, 그래프의 검은색 삼각(▲)에 나타내는, 제 2 도전성 링(114)이 있는 경우의 에칭 레이트로부터, 제 2 도전성 링(114)이 없는 경우의 에칭 레이트를 뺀 차분(%)을 나타냈다.
본 실험의 결과로부터, 제 2 도전성 링(114)이 있는 경우, 제 2 도전성 링(114)이 없는 경우와 비교하여 에칭 레이트가 높아졌다. 이는, 제 2 도전성 링(114)이 차폐판으로서 기능하여, 플라즈마를 플라즈마 처리 공간(10s)에 가두어, 플라즈마 처리 공간(10s) 내의 플라즈마 밀도가 높아졌기 때문에 에칭 레이트가 높아진 것을 나타낸다.
특히 검은색 삼각으로 나타내는 (▲), 제 2 도전성 링(114)의 유무와 에칭 레이트의 차분(%)과의 관계에서는, 기판(W)의 중심(0 mm)으로부터 엣지로 갈수록 제 2 도전성 링(114)이 있는 경우와 없는 경우에서 에칭 레이트의 차분이 커졌다.
즉, 제 2 도전성 링(114)이 있는 경우, 제 2 도전성 링(114)이 없는 경우와 비교하여 플라즈마가 플라즈마 처리 공간(10s)에 갇혔다. 특히, 제 2 도전성 링(114)이 있는 경우, 기판(W)의 엣지측에서 에칭 레이트가 현저하게 상승하고, 제 2 도전성 링(114)이 차폐판으로서 기능하여, 플라즈마의 가두기 효과가 높아졌다.
[액츄에이터]
마지막으로, 제 2 도전성 링(114)이 상하동 가능하게 구성되어 있는 경우에 대하여 설명한다.
제 2 도전성 링(114)은, 제 3 도전성 링(115)을 개재하여 액츄에이터(리프트 기구)(16)에 접속되어 있다. 액츄에이터(16)는, 제 2 도전성 링(114) 및 제 3 도전성 링(115)을 상하로(세로 방향으로) 이동시키도록 구성된다. 제 2 도전성 링(114)이 내려간 상태에서는, 제 2 도전성 링(114)의 상면은, 커버 링(113)의 상면과 대략 동일한 높이이다. 플라즈마 중의 하전 입자의 일부는, 플라즈마 처리 공간(10s)으로부터 외주를 향해 이동한다. 외주를 향하는 하전 입자에 의해 기판 지지부(11)의 외주, 즉 측벽(10a)의 근방에서 플라즈마 밀도가 높아지면, 전술한 대로 측벽(10a) 등의 스퍼터가 촉진된다.
따라서, 액츄에이터(16)에 의해 제 3 도전성 링(115)을 개재하여 제 2 도전성 링(114)을 승강 가능하게 구성한다. 프로세스 중에 제 2 도전성 링(114)을 상승시키거나, 하강시킨다. 이에 의해, 기판 지지부(11)의 외측을 향하는 RF 전류의 방향을 차폐하여, 외주를 향하는 하전 입자를 플라즈마 처리 공간(10s)에 가둔다. 이와 같이 하여, 플라즈마를 플라즈마 처리 공간(10s)에 가둘 수 있다.
액츄에이터(16)에 의한 제 2 도전성 링(114)의 승강은, 플라즈마 처리 장치(1)에서 에칭 등의 기판 처리가 행해지고 있는 동안에 행해도 되고, 그 전후에 행해도 된다. 예를 들면, 생성시키고자 하는 플라즈마 및 행하고자 하는 처리에 따라, 액츄에이터(16)에 의한 제 2 도전성 링(114)의 승강을 제어해도 된다. 이에 의해, 프로세스 중이라도 플라즈마의 밀도를 순간적으로 변화시킬 수 있어, 기판 처리에 따른 밀도의 플라즈마 생성을 실현할 수 있다.
제 2 도전성 링(114)을 최상위까지 상승시켰을 때에, 알루미늄의 제 3 도전성 링(115)이 도전성 배플 플레이트(116)보다 상부에 노출되면, 플라즈마 처리 공간(10s)에서 실행되는 프로세스에 영향을 미치는 것이 상정된다. 따라서, 제 2 도전성 링(114)을 최상위까지 상승시켰을 때, 도전성 배플 플레이트(116)보다 상부에, 제 3 도전성 링(115)의 알루미늄이 노출되지 않도록 제 2 도전성 링(114)의 수직 방향의 길이가 설계되어 있다. 또한, 제 2 도전성 링(114)의 적어도 상측 부분은, 플라즈마 내성이 있는 코팅이 실시되는 것이 바람직하다. 본 개시에서는, 제 2 도전성 링(114)의 표면은, 이트리아(Y) 함유재에 의해 내플라즈마 코팅이 실시되어 있다.
제 2 도전성 링(114)은, 제 3 도전성 링(115)과 일체화해도 된다. 이 경우, 일체화 링(114)이라 한다. 액츄에이터(16)는, 일체화 링(114)에 접속되고, 일체화 링(114)을 상하로(세로 방향으로) 이동시킨다. 일체화 링(114)은, 제 2 도전성 링의 일례이다.
일실시 형태에 있어서, 제 2 도전성 링(114)은, 상측 부분 및 하측 부분을 가지는 도체와, 상기 도체의 상기 상측 부분 상에 형성되는 내플라즈마 코팅을 포함한다. 도체의 하측 부분은 접지 전위에 접속된다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에 의하면, 제 2 도전성 링(114)의 배치에 의해, 기판(W)의 주위의 링 어셈블리(110)의 경시 변화의 영향을 억제할 수 있다. 즉, 커버 링(113)의 측벽에 제 2 도전성 링(114)을 배치함으로써, 제 1 도전성 링(112) 및 커버 링(113)의 경시 변화에 대한 내성을 높일 수 있다.
또한, 기판(W)의 외주에 있어서의 스퍼터 레이트를 억제하여, 측벽(10a) 및 도전성 배플 플레이트(116)의 소모를 억제할 수 있다. 또한, 자장에 의한 플라즈마의 가두기에 의해, RF 파워 효율을 높여, 플라즈마 처리 공간(10s)의 플라즈마 밀도를 증가시킬 수 있다.
향후, HARC(High aspect ratio contact) 공정 등에 있어서 RF의 고파워화가 진행되어, 플라즈마 처리 챔버(10) 자체도 보다 에칭되기 쉬워진다. 이러한 환경에 있어서, 본 개시의 제 2 도전성 링(114)의 배치에 의해, 플라즈마 처리 장치(1)를, 링 어셈블리(110) 등의 각종 파츠의 경시 변화에 내성을 가지는 구성으로 할 수 있다. 또한, 제 2 도전성 링(114)에 의해 플라즈마를 자장으로 가둠으로써, 기판(W) 상의 플라즈마 밀도를 증가시켜, 에칭 등의 기판 처리의 효율을 높일 수 있다. 또한, 제 2 도전성 링(114)에 의해 형성되는 자장은 전류량에 비례하기 때문에, RF의 고파워화에 의해 보다 플라즈마의 가두기 효과를 높게 할 수 있다.
금회 개시된 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치는, 모든 점에 있어서 예시로서 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 실시 형태는, 첨부한 청구의 범위 및 그 주지를 일탈하지 않고, 다양한 형태로 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시 형태에 기재된 사항은, 모순되지 않는 범위에서 다른 구성도 취할 수 있고, 또한, 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.
본 개시의 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)의 어느 타입의 장치에서도 적용 가능하다. 또한, 플라즈마 처리 장치는, 플라즈마를 이용하여 기판에 처리를 실시하는 장치이면, 에칭 처리에 한정되지 않고, 성막 처리, 애싱 처리 등이어도 된다.
또한, 제 2 도전성 링(114)은 도전성 배플 플레이트(116)와 일체화하여 구성되어도 된다. 이 경우의 일체화 제 2 도전성 링(114)도 제 2 도전성 링의 일례이다. 이 경우의 일체화 제 2 도전성 링(114)은 도체이며, 예를 들면 알루미늄으로 형성될 수 있다. 일체화 제 2 도전성 링(114)의 상측 부분은, 플라즈마 내성이 있는 코팅이 실시되어 있다. 플라즈마 내성이 있는 코팅은, 이트리아(Y) 함유재에 의한 코팅으로 형성될 수 있다. 일체화 제 2 도전성 링(114)의 하측 부분은, 접지 전위에 접속된다.

Claims (16)

  1. 플라즈마 처리 챔버와,
    상기 플라즈마 처리 챔버 내에서 플라즈마를 생성하도록 구성되는 플라즈마 생성부와,
    상기 플라즈마 처리 챔버 내에 배치되는 기판 지지부와,
    상기 기판 지지부 상의 기판을 둘러싸도록 배치되는 제 1 도전성 링과,
    상기 제 1 도전성 링을 둘러싸도록 배치되는 절연 링과,
    상기 절연 링을 둘러싸도록 배치되고, 접지 전위에 접속되는 제 2 도전성 링
    을 가지는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 도전성 링은, 상기 절연 링의 외주 측벽에 배치되는,
    플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 도전성 링은, 상기 제 2 도전성 링의 상면이 상기 절연 링의 상면과 동일한 높이가 되도록 배치되는,
    플라즈마 처리 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 도전성 링은, 상기 제 2 도전성 링의 상면이 상기 절연 링의 상면보다 높은 위치가 되도록 배치되는,
    플라즈마 처리 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연 링은, 석영 또는 알루미나로 형성되는,
    플라즈마 처리 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 도전성 링은, 실리콘(Si), 탄화 규소(SiC), 산화 실리콘 중 어느 하나로 형성되는,
    플라즈마 처리 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 도전성 링은, 실리콘(Si), 탄화 규소(SiC), 산화 실리콘 중 어느 하나로 형성되는,
    플라즈마 처리 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 도전성 링은, 세로로 긴 직사각형의 단면 형상을 가지는,
    플라즈마 처리 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 도전성 링은, 상기 제 2 도전성 링의 상부가 내방으로 돌출된 L자 형상의 단면 형상을 가지는,
    플라즈마 처리 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 도전성 링을 세로 방향으로 이동시키도록 구성되는 액츄에이터를 더 가지는,
    플라즈마 처리 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 도전성 링의 아래에 배치되고, 접지 전위에 접속되는 제 3 도전성 링을 더 가지고,
    상기 제 2 도전성 링은, 상기 제 3 도전성 링을 개재하여 접지 전위에 접속되는,
    플라즈마 처리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 3 도전성 링은, 알루미늄(Al)으로 형성되는,
    플라즈마 처리 장치.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 도전성 링 및 상기 제 3 도전성 링을 세로 방향으로 이동시키도록 구성되는 액츄에이터를 더 가지는,
    플라즈마 처리 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 지지부의 주위에 배치되고, 접지 전위에 접속되는 도전성 배플 플레이트를 더 가지고,
    상기 제 2 도전성 링은, 상기 도전성 배플 플레이트를 개재하여 접지 전위에 접속되는,
    플라즈마 처리 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 도전성 링은, 상측 부분 및 하측 부분을 가지는 도체와, 상기 도체의 상기 상측 부분 상에 형성되는 내플라즈마 코팅을 포함하고,
    상기 도체의 상기 하측 부분은, 접지 전위에 접속되는,
    플라즈마 처리 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 도체는, 알루미늄(Al)으로 형성되고,
    상기 내플라즈마 코팅은, 이트리아(Y)를 함유하는,
    플라즈마 처리 장치.
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