KR20220145274A - 플라즈마 처리 장치용의 전극 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

플라즈마 처리 장치용의 전극 및 플라즈마 처리 장치 Download PDF

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 플라즈마 전자 밀도를 제어한다.
[해결수단] 플라즈마 처리 장치용의 전극으로서, 상기 전극은, 도전성의 제 1 부재와, 상기 제 1 부재의 내부에 마련되고, 상기 제 1 부재와 2차 전자 방출 계수가 다른 재질로 형성된 제 2 부재를 구비하는 플라즈마 처리 장치용의 전극이 제공된다.

Description

플라즈마 처리 장치용의 전극 및 플라즈마 처리 장치{ELECTRODE FOR PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 개시는, 플라즈마 처리 장치용의 전극 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
예를 들어, 특허 문헌 1은, 평행 평판형의 용량 결합 플라스마 처리 장치를 개시한다. 이 플라스마 처리 장치의 상부 전극은, 탑재대에 대향하고, 플라스마 공간에 노출되는 전극판을 갖는다. 전극판은 1매의 플레이트이며, Si 또는 SiC의 단일의 재질로 구성되어 있다.
[특허문헌1] 일본 특개 2020-1098 38호 공보
본 개시는, 플라즈마 전자 밀도를 제어할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 태양에 의하면, 플라즈마 처리 장치용의 전극으로서, 상기 전극은, 도전성의 제 1 부재와, 상기 제 1 부재의 내부에 마련되고, 상기 제 1 부재와 2차 전자 방출 계수가 다른 재질로 형성된 제 2 부재를 구비하는 플라즈마 처리 장치용의 전극이 제공된다.
일 측면에 의하면, 플라즈마 전자 밀도를 제어할 수 있다.
도 1은 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 시스템을 나타내는 도면.
도 2는 실시 형태에 따른 전극판의 단면의 일례를 나타내는 도면.
도 3은 실시 형태에 따른 전극판의 단면, 상면 및 하면의 일례를 나타내는 도면.
도 4는 물질(Element)의 2차 전자 방출 계수(δmax) 등을 나타내는 도면.
도 5는 물질(Element)의 2차 전자 방출 계수(δmax) 등을 나타내는 도면.
도 6은 실시 형태와 비교예에 따른 플라즈마 전자 밀도의 일례를 나타내는 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 개시를 실시하기 위한 형태에 대해 설명한다. 각 도면에 있어서, 동일 구성 부분에는 동일 부호를 부여하고, 중복된 설명을 생략하는 경우가 있다.
[플라즈마 처리 시스템]
이하에, 플라즈마 처리 시스템의 구성예에 대해 도 1을 참조하면서 설명한다.
플라즈마 처리 시스템은, 용량 결합형 플라즈마 처리 장치(1) 및 제어부(2)를 포함한다. 플라즈마 처리 장치(1)는, 플라즈마 처리 챔버(10), 가스 공급부(20), 전원(30) 및 배기 시스템(40)을 포함한다. 또, 플라즈마 처리 장치(1)는, 기판 지지부(11) 및 가스 도입부를 포함한다. 가스 도입부는, 적어도 하나의 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. 일 실시 형태에 있어서, 샤워 헤드(13)는, 플라즈마 처리 챔버(10)의 천장(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. 플라즈마 처리 챔버(10)는, 적어도 하나의 처리 가스를 플라즈마 처리 공간(10s)에 공급하기 위한 적어도 하나의 가스 공급구와, 플라즈마 처리 공간으로부터 가스를 배출하기 위한 적어도 하나의 가스 배출구를 가진다. 측벽(10a)은 접지된다. 기판 지지부(11)는, 플라즈마 처리 챔버(10) 하우징과는 전기적으로 절연된다.
기판 지지부(11)는, 본체부(111) 및 링 어셈블리(112)를 포함한다. 본체부(111)은, 기판(웨이퍼) W를 지지하기 위한 중앙 영역(기판 지지면)(111a)과, 링 어셈블리(112)를 지지하기 위한 고리 형상 영역(링 지지면)(111b)을 가진다. 본체부(111)의 고리 형상 영역(111b)은, 평면에서 보아 본체부(111)의 중앙 영역(111a)을 둘러싸고 있다. 기판 W는, 본체부(111)의 중앙 영역(111a) 상에 배치되고, 링 어셈블리(112)는, 본체부(111)의 중앙 영역(111a) 상의 기판 W를 둘러싸도록 본체부(111)의 고리 형상 영역(111b) 상에 배치된다. 일 실시 형태에 있어서, 본체부(111)는, 기대 및 정전척을 포함한다. 기대는, 도전성 부재를 포함한다. 기대의 도전성 부재는, 하부 전극으로 기능한다. 정전척은, 기대 위에 배치된다. 정전척의 상면은, 기판 지지면(111a)을 가진다. 링 어셈블리(112)는, 1 또는 복수의 고리 형상 부재를 포함한다. 1 또는 복수의 고리 형상 부재 중 적어도 하나는 에지 링이다. 또, 도시는 생략하지만, 기판 지지부(11)는, 정전척, 링 어셈블리(112) 및 기판 중 적어도 하나를 타겟 온도로 조절하도록 구성되는 온도 조절 모듈을 포함해도 좋다. 온도 조절 모듈은, 히터, 전열 매체, 유로 또는 이들의 조합을 포함해도 좋다. 유로에는, 브라인이나 가스와 같은 전열 유체가 흐른다. 또, 기판 지지부(11)는, 기판 W의 이면과 기판 지지면(111a) 사이에 전열 가스를 공급하도록 구성된 전열 가스 공급부를 포함해도 좋다.
샤워 헤드(13)는, 가스 공급부(20)로부터 적어도 하나의 처리 가스를 플라즈마 처리 공간(10s) 내에 도입하도록 구성된다. 샤워 헤드(13)는, 적어도 하나의 가스 공급구(13a), 적어도 하나의 가스 확산실(13b), 및 복수의 가스 도입구(13c)를 가진다. 가스 공급구(13a)에 공급된 처리 가스는, 가스 확산실(13b)을 통과하여 복수의 가스 도입구(13c)로부터 플라즈마 처리 공간(10s) 내에 도입된다.
샤워 헤드(13)는, 전극판(13e) 및 전극판(13e)을 지지하는 전극 지지부(13f)를 가진다. 전극판(13e)은, 플라즈마 처리 장치용의 전극(상부 전극)으로 기능한다. 전극판(13e) 및 전극 지지부(13f) 주위에는, 고리 형상의 절연성 부재(15)가 마련되고, 이것에 의해, 상부 전극은, 플라즈마 처리 챔버(10) 하우징과는 전기적으로 절연된다. 절연성 부재(15)의 하부에는 고리 형상의 그라운드 부재(16)가 마련되어 있다.
전극판(13e)은, 기판 지지부(11)에 대향하고, 그 하면이 플라스마 처리 공간(10s)에 노출되는 제 1 부재(13d)와, 제 1 부재(13d)의 내부에 마련된 제 2 부재(14a), (14b)를 가진다.
또, 가스 도입부는, 샤워 헤드(13)에 더해, 측벽(10a)에 형성된 1 또는 복수의 개구부에 설치되는 1 또는 복수의 사이드 가스 주입부(SGI: Side Gas Injector)를 포함해도 좋다.
가스 공급부(20)는, 적어도 하나의 가스 소스(21) 및 적어도 하나의 유량 제어기(22)를 포함해도 좋다. 일 실시 형태에 있어서, 가스 공급부(20)는, 적어도 하나의 처리 가스를, 각각 대응하는 가스 소스(21)로부터 각각 대응하는 유량 제어기(22)를 거쳐서 샤워 헤드(13)에 공급하도록 구성된다. 각 유량 제어기(22)는, 예를 들어 매스 플로 컨트롤러 또는 압력 제어식 유량 제어기를 포함해도 좋다. 또한, 가스 공급부(20)는, 적어도 하나의 처리 가스의 유량을 변조 또는 펄스화하는 1 또는 그 이상의 유량 변조 디바이스를 포함해도 좋다.
전원(30)은, 적어도 하나의 임피던스 정합 회로를 거쳐서 플라즈마 처리 챔버(10)에 결합되는 RF 전원(31)을 포함한다. RF 전원(31)은, 소스 RF 신호 및 바이어스 RF 신호와 같은 적어도 하나의 RF 신호(RF 전력)를, 기판 지지부(11)의 도전성 부재 및/또는 샤워 헤드(13)의 도전성 부재(전극판(13e))에 공급하도록 구성된다. 이것에 의해, 플라즈마 처리 공간(10s)에 공급된 적어도 하나의 처리 가스로부터 플라즈마가 형성된다. 따라서, RF 전원(31)은, 플라스마 처리 챔버(10)에 있어서, 1 또는 그 이상의 처리 가스로부터 플라스마를 생성하도록 구성되는 플라스마 생성부의 적어도 일부로서 기능할 수 있다. 또, 바이어스 RF 신호를 기판 지지부(11)의 도전성 부재에 공급하는 것에 의해, 기판 W에 바이어스 전위가 발생하고, 형성된 플라즈마 중의 이온 성분을 기판 W에 끌어들일 수 있다.
일 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 하나의 임피던스 정합 회로를 거쳐서 기판 지지부(11)의 도전성 부재 및/또는 샤워 헤드(13)의 도전성 부재에 결합되어, 플라즈마 생성용의 소스 RF 신호(소스 RF 전력)를 생성하도록 구성된다. 일 실시 형태에 있어서, 소스 RF 신호는, 13MHz~150MHz 범위 내의 주파수를 가진다. 일 실시 형태에 있어서, 제 1 RF 생성부(31a)는, 다른 주파수를 갖는 복수의 소스 RF 신호를 생성하도록 구성되어도 좋다. 생성된 1 또는 복수의 소스 RF 신호는, 기판 지지부(11)의 도전성 부재 및/또는 샤워 헤드(13)의 도전성 부재에 공급된다. 제 2 RF 생성부(31b)는, 적어도 하나의 임피던스 정합 회로를 거쳐서 기판 지지부(11)의 도전성 부재에 결합되어, 바이어스 RF 신호(바이어스 RF 전력)를 생성하도록 구성된다. 일 실시 형태에 있어서, 바이어스 RF 신호는, 소스 RF 신호보다 낮은 주파수를 가진다. 일 실시 형태에 있어서 바이어스 RF 신호는, 400kHz~131.56MHz 범위 내의 주파수를 가진다. 일 실시 형태에 있어서, 제 2 RF 생성부(31b)는, 다른 주파수를 갖는 복수의 바이어스 RF 신호를 생성하도록 구성되어도 좋다. 생성된 1 또는 복수의 바이어스 RF 신호는, 기판 지지부(11)의 도전성 부재에 공급된다. 또, 다양한 실시 형태에 있어서, 소스 RF 신호 및 바이어스 RF 신호 중 적어도 하나가 펄스화되어도 좋다.
또, 전원(30)은, 플라즈마 처리 챔버(10)에 결합되는 DC 전원(32)을 포함해도 좋다. DC 전원(32)은, 제 1 DC 생성부(32a) 및 제 2 DC 생성부(32b)를 포함한다. 일 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. 일 실시 형태에 있어서, 제 1 DC 신호가, 정전척 내의 전극과 같은 다른 전극에 인가되어도 좋다. 일 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. 여러 가지의 실시 형태에 있어서, 제 1 및 제 2 DC 신호 중 적어도 하나가 펄스화되어도 좋다. 또, 제 1 및 제 2 DC 생성부(32a), (32b)는, RF 전원(31)에 더하여 마련되어도 좋고, 제 1 DC 생성부(32a)가 제 2 RF 생성부(31b)를 대신하여 마련되어도 좋다.
배기 시스템(40)은, 예를 들어 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 좋다. 압력 조정 밸브에 의해, 플라즈마 처리 공간(10s) 내의 압력이 조정된다. 진공 펌프는, 터보 분자 펌프, 드라이 펌프 또는 이들의 조합을 포함해도 좋다.
제어부(2)는, 본 개시에 있어서, 기술되는 여러 가지의 공정을 플라스마 처리 장치(1)로 하여금 실행하게 하는 컴퓨터 실행 가능한 명령을 처리한다. 제어부(2)는, 여기서 기술되는 여러 공정을 실행하도록 플라즈마 처리 장치(1)의 각 요소를 제어하도록 구성될 수 있다. 일 실시 형태에 있어서, 제어부(2)의 일부 또는 모두가 플라즈마 처리 장치(1)에 포함되어도 좋다. 제어부(2)는, 예를 들어 컴퓨터(2a)를 포함해도 좋다. 컴퓨터(2a)는. 예를 들어, 처리부(CPU: Central Processing Unit)(2a1), 기억부(2a2), 및 통신 인터페이스(2a3)를 포함해도 좋다. 처리부(2a1)는, 기억부(2a2)에 저장된 프로그램 및 레시피에 근거하여 여러 가지의 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 이들의 조합을 포함해도 좋다. 통신 인터페이스(2a3)는, LAN(Local Area Network) 등의 통신 회선을 거쳐서 플라즈마 처리 장치(1)와의 사이에서 통신해도 좋다.
[플라즈마 처리 장치용의 전극]
다음에, 본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치용의 전극의 구성에 대해, 도 2 및 도 3을 참조하면서 설명한다. 도 2 및 도 3(a)는, 실시 형태에 따른 전극판(13e)의 단면의 일례를 나타낸다. 도 3(b) 및 (c)는, 실시 형태에 따른 전극판(13e)의 상면 및 하면의 일례를 나타낸다.
도 2(a) 및 (b)를 참조하면, 전극판(13e)의 제 1 부재(13d)는, 중심축 O에 대해 원반 형상의 1매의 플레이트이며, 도전성 부재로서 실리콘으로 구성되어 있다. 제 1 부재(13d)는, SiC로 구성되어도 좋다. 제 1 부재(13d)의 하면은, 플라즈마 처리 공간(10s)에 노출되고, 플라즈마에 폭로된다.
제 2 부재(14a), (14b)는, 제 1 부재(13d) 내부에 마련되고, 제 1 부재(13d)와는 2차 전자 방출 계수가 다른 재질로 구성된다. 도 2(a)에서는, 제 2 부재(14a), (14b)는, 제 1 부재(13d)의 하면에 마련된 구멍에 접합 또는 끼워지고, 이것에 의해 제 1 부재(13d)의 내부에 고정된다. 도 2(b)에서는, 제 2 부재(14a), (14b)는, 제 1 부재(13d)에 마련된 관통 구멍에 접합 또는 끼워지고, 이것에 의해, 제 1 부재(13d)의 내부에 고정된다. 제 2 부재(14a), (14b)는, 석영으로 형성되어도 좋다.
제 2 부재(14a), (14b)의 2차 전자 방출 계수는, 제 1 부재(13d)의 2차 전자 방출 계수보다 크다. 제 2 부재(14a), (14b)는, 전극판(13e) 내부에 배치되고, 제 2 부재(14a), (14b)의 표면의 적어도 일부가 플라스마에 노출되도록 구성된다.
도 2 및 도 3의 예에서는, 제 2 부재(14a), (14b)는, 적어도 일부가 플라즈마 처리 공간(10s) 측에 노출된다. 도 2(a)의 예에서는, 제 2 부재(14a), (14b)의 하면이, 제 1 부재(13d)의 하면으로부터 노출되어 있다. 도 2(b) 및 도 3(a)의 예에서는, 제 2 부재(14a), (14b)의 상면 및 하면이, 제 1 부재(13d)의 하면 및 상면으로부터 노출되어 있다.
제 2 부재(14a), (14b)는, 단차가 있는 원 기둥 형상을 갖고, 도 2(a)의 예에서는, 제 2 부재(14a), (14b)의 상측의 직경이 하측의 직경보다 작게 되어 있다. 도 2(b) 및 도 3(a)의 예에서는, 제 2 부재(14a), (14b)의 상측의 직경이 하측의 직경보다 크게 되어 있다. 이 때문에, 제 2 부재(14a), (14b)가 제 1 부재(13d)로부터 이탈하기 어려운 구성으로 되어 있다. 단, 제 2 부재(14a), (14b)의 형상은 이것에 한정되지 않고, 단차가 없는 원 기둥 형상이라도 좋다. 또, 도 2(a)와 같이 제 2 부재(14a), (14b)가 전극판(13e)을 관통하지 않는 구성으로, 제 2 부재(14a), (14b)의 상측 직경이 하측의 직경보다 커도 좋다. 또, 도 2(b)와 같이, 제 2 부재(14a), (14b)가 전극판(13e)을 관통하는 구성으로, 제 2 부재(14a), (14b)의 상측의 직경이 하측의 직경보다 작아도 좋다.
도 3(b) 및 (c)는, 도 3(a)에 나타내는 전극판(13e)의 제 1 부재(13d) 및 제 2 부재(14a), (14b)의 배치의 일례를 나타낸다. 도 3(b)는, 전극판(13e)의 상면을 나타낸 것이고, 도 3(c)는, 전극판(13e)의 위 아래를 역전시키고, 전극판(13e)의 하면을 나타낸 것이다. 도 3(a)는 도 3(b)의 C-C 단면을 나타낸 것이다.
제 2 부재(14a), (14b)는, 제 1 부재(13d)를 관통하고, 제 1 부재(13d)의 내부에 복수 가지고 있다. 복수의 제 2 부재(14a), (14b)는, 서로 등 간격으로 배치된다. 복수의 제 2 부재(14a)는, 둘레 방향으로 서로 등 간격으로 배치되어도 좋다. 마찬가지로, 복수의 제 2 부재(14b)는, 둘레 방향으로 서로 등 간격으로 배치되어도 좋다. 본 개시에서는, 제 2 부재(14a), (14b)는, 제 1 부재(13d)를 중심으로부터 순서대로 지름 방향으로 내주 영역, 중간 영역, 외주 영역으로 했을 때의 외주 영역에 배치된다.
내주 영역, 중간 영역, 외주 영역은, 예를 들어, 도 3 (a)에 나타내는 바와 같이, 제 1 부재(13d)를 중심축 O으로부터 지름 방향으로 3등분 했을 때의 중앙(내측), 중간, 외측의 영역이다. 본 개시에서는, 제 2 부재(14a), (14b)는 외주 영역에 마련되지만, 이것에 한정되지 않는다. 제 2 부재(14a), (14b)는, 플라즈마 처리 공간(10s)에 형성되는 플라즈마의 전자 밀도 분포의 특성에 따라, 내주 영역, 중간 영역 및 외주 영역 중 적어도 어느 한 영역에 마련되어도 좋다.
제 2 부재(14a), (14b)는, 지름 방향으로 2단으로 되어 둘레 방향으로 등 간격으로 배치되는 것에 한정되지 않는다. 제 2 부재(14a), (14b)는, 지름 방향으로 1단 또는 3단 이상 배치되어도 좋다. 또, 제 2 부재(14a), (14b)는, 원 기둥 형상으로 한정되지 않고, 링 형상으로도 좋다. 제 2 부재(14a), (14b)는, 둘레 방향으로 등 간격으로 배치되지 않고, 국소적으로 배치되어도 좋다.
[2차 전자 방출 계수]
제 1 부재(13d)의 2차 전자 방출 계수와 제 2 부재(14a), (14b)의 2차 전자 방출 계수는 다르다. 제 2 부재(14a), (14b)의 2차 전자 방출 계수는, 제 1 부재(13d)의 2차 전자 방출 계수보다 큰 것이 바람직하다.
도 4 및 도 5는, 원소 또는 화합물(Element 또는 Compound)의 2차 전자 방출 계수(δmax) 등을 나타내는 도면이다. 출전은, 「"Hand book of chemistry and physic" David R . Lide 」이다. 도 4의 우측에 나타내는 원소(Element)가 실리콘(Si)인 2차 전자 방출 계수(δmax)는 1.1이다.
실리콘보다 2차 전자 방출 계수가 큰 물질로서는, 도 5의 우측에 나타내는 화합물(Compound)로서 석영(SiO2(Quartz))을 들 수 있다. 석영의 2차 전자 방출 계수(δmax)는 2.1~4로, 실리콘인 제 2 부재(14a), (14b)보다 크다. 따라서, 제 1 부재(13d)가 실리콘, 제 2 부재(14a), (14b)가 석영인 조합이 바람직하다.
또, 제 2 부재(14a), (14b)는, 도 5의 우측에 나타내는 산화마그네슘(MgO(crystal))이어도 좋다. 산화마그네슘의 2차 전자 방출 계수(δmax)는, 20~25로, 실리콘인 제 2 부재(14a), (14b)보다 크다. 따라서, 제 1 부재(13d)가 실리콘, 제 2 부재(14a), (14b)가 산화마그네슘인 조합이어도 좋다.
또, 제 2 부재(14a), (14b)는, 도 5의 좌측에 나타내는 알루미나(Al2O3)이어도 좋다. 알루미나의 2차 전자 방출 계수(δmax)는 2~9이다. 따라서, 제 1 부재(13d)가 실리콘, 제 2 부재(14a), (14b)가 알루미나인 조합이어도 좋다.
제 1 부재(13d) 및 제 2 부재(14a), (14b)의 하면은 플라즈마에 노출된다. 이때, 플라스마 중의 이온이 제 1 부재(13d) 및 제 2 부재(14a), (14b)의 하면에 입사하여, 제 1 부재(13d) 및 제 2 부재(14a), (14b)로부터 전자 방출이 일어난다.
제 1 부재(13d) 및 제 2 부재(14a), (14b)로부터 방출되는 2차 전자의 양은, 2차 전자 방출 계수에 의해 결정된다. 즉, 2차 전자 방출 계수가 큰 재질(Element 또는 Compound)일수록 플라즈마 중의 이온이 입사했을 때 더 많은 2차 전자를 방출할 수 있다. 한편, 전극판(13e)에 사용되는 재질로는, 플라즈마 내성 등을 고려하여, 단결정 실리콘, SiC, 석영이 대표적이다.
따라서, 본 개시의 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 전극판(13e)의 주된 재질이 되는 제 1 부재(13d)에는 실리콘을 사용하고, 제 1 부재(13d)의 내부에 마련되는 제 2 부재(14a), (14b)에는 실리콘보다 2차 전자 방출 계수가 큰 석영을 사용한다. 이것에 의해, 실리콘만으로 전극판(13e)을 형성하는 경우보다, 전극판(13e)의 일부에 석영을 마련하는 것에 의해, 실리콘에 대해 2차 전자 방출 계수가 큰 석영에 의해 2차 전자의 방출량을 증가시킬 수 있다.
따라서, 석영인 제 2 부재(14a), (14b)는, 실리콘인 제 1 부재(13) 내 플라즈마의 전자 밀도를 높이고 싶은 위치에 배치한다. 예를 들어, 외주 영역의 플라즈마의 전자 밀도를 높이고 싶은 경우, 제 2 부재(14a), (14b)를 제 1 부재(13d)의 외주 영역에 배치한다. 이것에 의해, 제 1 부재(13d)의 하방보다 제 2 부재(14a), (14b)의 하방에서 더 많은 전자를 방출시킬 수 있다. 이것에 의해, 플라즈마 중의 전자 밀도를 제어할 수 있고, 플라즈마 밀도의 균일성을 높여, 기판 W의 플라즈마 처리의 균일성을 꾀할 수 있다.
[플라즈마의 전자 밀도]
플라즈마 처리 공간(10s) 내 플라즈마의 전자 밀도가 상대적으로 낮은 개소의 상방에 제 1 부재(13d)의 실리콘보다 2차 전자 방출 계수가 큰 제 2 부재(14a), (14b)를 배치하는 일례에 대해 도 6을 참조하며 설명한다. 도 6은, 실시 형태와 비교예에 따른 플라즈마 전자 밀도의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6의 횡축은 전극판(13e)의 중앙을 0으로 했을 때의 지름 방향의 위치를 나타내고, 종축은 플라즈마의 전자 밀도 Ne를 나타낸다. 횡축의 0은 기판 W의 중심이기도 하며, 횡축의 150mm 위치는 기판 W의 에지(외주 단부)의 위치를 나타낸다. 원(○)의 집합체로 나타낸 곡선 A는, 제 1 부재(13d)가 실리콘만으로 형성되어 있는 전극판인 경우의 플라즈마의 전자 밀도를 나타낸다.
플라즈마의 전자 밀도는, 하부 전극으로서 기능하는 기판 지지부(11)의 구조와, 기판 지지부(11)에 흐르는 RF 신호에 의해 정해진다. 도 6의 곡선 A는, 제 1 부재(13d)가 실리콘만으로 형성된 전극판을 사용하여 플라즈마를 생성한 경우의 플라즈마의 전자 밀도를 나타낸다. 이 경우 플라즈마 전자 밀도 Ne는 기판 W의 중심 0을 피크로 호형의 분포를 나타내고, 기판 W의 에지인 150mm 전후에서 플라즈마 전자 밀도가 떨어지는 경향이 있다.
그래서, 2차 전자 방출 계수가 실리콘보다 큰 석영의 제 2 부재(14a), (14b)를 중심으로부터 150mm 전후를 포함하는 외주 영역에 배치한다. 삼각형(△)의 집합체로 나타낸 곡선 B는, 본 실시 형태의 도 3(a)와 같이 제 1 부재(13d)의 외주 영역에 제 2 부재(14a), (14b)를 배치한 전극판(13e)을 사용하여 플라즈마를 생성한 경우의 플라즈마의 전자 밀도를 나타낸다.
이 경우, 제 1 부재(13d)보다 2차 전자 방출 계수가 큰 제 2 부재(14a), (14b)에 의해 외주 영역의 플라즈마의 전자 밀도를 증가시킬 수 있어, 플라즈마의 전자 밀도의 균일화를 꾀할 수 있다. 이것에 의해, 에칭 레이트의 균일성을 높이고, 플라즈마 처리의 균일성을 향상시킬 수 있다. 또, 도 6에서는, 본 실시 형태를 나타내는 곡선 B는, 비교례를 나타내는 곡선 A에 대해 전체적으로 플라즈마의 전자 밀도 Ne가 낮게 되어 있다. 이것에 대해서는, 곡선 A, B의 결과를 얻기 위한 플라즈마 생성 조건이 각각 다르기 때문이며, 플라즈마 생성 조건이 동일하다면, 곡선 B는, 곡선 A와 동등한 플라즈마의 전자 밀도 Ne를 갖고, 또, 플라즈마의 전자 밀도를 균일하게 할 수 있다.
이상에 설명한 제 2 부재(14a), (14b)의 배치는 일례이며, 이것에 한정되지 않는다. 제 1 부재보다 2차 전자 방출 계수가 큰 제 2 부재는 플라스마 전자 밀도가 다른 영역보다 낮은 부분에 배치하면 좋다. 예를 들어, 제 2 부재는 플라스마 전자 밀도가 다른 영역보다 낮은 부분에 결정적으로 배치할 수도 있다. 제 2 부재 하방에서 제 1 부재보다 상대적으로 2차 전자의 방출량이 증가하고, 이것에 의해 플라즈마 전자 밀도 Ne의 균일성을 높일 수 있다.
또, 제 2 부재(14a), (14b)의 하면이 플라즈마 처리 공간(10s)에 노출되어 있는 예를 들어 설명했지만, 제 2 부재(14a), (14b)는 플라즈마 처리 공간(10s)에 노출되지 않아도 좋다. 예를 들면, 전극판(13e)의 가스 도입구(13c)(도 1 참조)를 갖는 관통 구멍에 제 2 부재(14a), (14b)가 노출되어 있는 경우, 관통 구멍의 내부에 전자가 들어가 제 2 부재에 충돌하여, 제 2 부재로부터 2차 전자가 방출되는 현상이 발생하는 경우가 있다. 이 경우에는, 제 2 부재(14a), (14b)의 하면이, 반드시 플라즈마 처리 공간(10s)에 노출되어 있는 것은 아니다.
다만, 관통 구멍에 플라즈마가 진입하면 관통 구멍 내부에서 이상 방전이 발생할 우려가 있다. 따라서, 관통 구멍 내부에 플라즈마가 진입하지 않도록 관통 구멍의 치수를 플라즈마가 진입하지 않는 크기로 관리한다. 또, 제 1 부재(13d)와 제 2 부재(14a), (14b) 사이에 소정 이상의 틈이 있으면, 그 틈으로 2차 전자의 방출이 발생하고, 그 틈으로 플라즈마가 진입하면, 내부에서 이상 방전이 발생할 우려가 있다. 따라서, 제 1 부재(13d)와 제 2 부재(14a), (14b) 사이에도 플라즈마가 진입하지 않도록 틈새 치수를 플라즈마가 진입하지 않는 크기로 관리한다.
이상에 설명한 바와 같이 본 실시 형태의 플라즈마 처리 장치용의 전극은, 도전성의 제 1 부재와, 제 1 부재의 내부에 마련되고, 제 1 부재와 2차 전자 방출 계수가 다른 재질로 형성된 제 2 부재를 가진다. 이러한 구성의 플라즈마 처리 장치용의 전극 및 플라즈마 처리 장치(1)에 의하면, 플라즈마 전자 밀도를 제어할 수 있다. 이것에 의해, 플라즈마 전자 밀도의 균일성을 꾀할 수 있다. 그 결과, 플라즈마 처리의 균일성을 높일 수 있다.
또, 본 개시에서는 플라즈마 처리 장치용의 전극에 대해, 상부 전극을 예로 들어 설명했다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 플라즈마 처리 장치용의 전극은, 플라즈마 처리 챔버(10)의 상부에 마련되는 부재에 적용할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 처리 장치용의 전극은, 플라즈마 처리 챔버(10)의 상부에 마련된 고리 형상의 그라운드 부재(16)이어도 좋다. 이 경우, 그라운드 부재(16)는, 도전성의 제 1 부재와, 제 1 부재의 내부에 2차 전자 방출 계수가 다른 제 2 부재를 갖는다. 이것에 의해, 특히 기판 W의 주로 외주 영역의 플라즈마 전자 밀도를 제어할 수 있다. 또, 이것에 따르면, 플라즈마 처리 챔버(10)의 측벽(10a) 부근에서 플라즈마의 전자 밀도를 상승시킬 수 있다. 그렇기 때문에, 플라즈마 처리 공간(10s)에 클리닝 가스를 공급하여 플라즈마를 생성한 경우에, 측벽(10a) 부근에 있어서의 클리닝 효과를 높여, 기존에 클리닝을 하지 못했던 개소 등도 클리닝할 수 있을 가능성이 있다.
또, 그라운드 부재(16)는, 절연성 부재(15)의 하부에 마련되고, 접지되어 있다. 본 개시의 플라즈마 처리 장치용의 전극은 상부 전극 및 그라운드 부재(16) 모두에 적용할 수도 있다.
이번에 개시된 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치용의 전극 및 플라즈마 처리 장치는, 모든 점에 있어서 예시이며, 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 실시 형태는, 첨부된 청구 범위 및 그 주지를 벗어나는 일 없이, 다양한 형태로 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시 형태로 기재된 사항은, 모순되지 않는 범위에서 다른 구성도 취할 수 있으며, 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.
본 개시의 플라즈마 처리 장치는, 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD) 장치、용량성 결합 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma; CCP) 、유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma; ICP)、대역용 도파관 급전 안테나(Radial Line Slot Antenna; RLSA), 전자 사이클로트론 공명 플라즈마(Electron Cyclotron Resonance Plasma; ECR), 헬리콘 웨이브 플라즈마(Helicon Wave Plasma; HWP)의 모든 타입의 장치에서도 적용 가능하다.
1 플라스마 처리 장치
2 제어부
2a 컴퓨터
2a1 처리부
2a2 기억부
2a3 통신 인터페이스
10 플라즈마 처리 챔버
10s 플라즈마 처리 공간
11 기판 지지부
13 샤워 헤드
13e 전극판
13d 제 1 부재
14a, 14b 제 2 부재
16 그라운드 부재
20 가스 공급부
30 전원
31 RF 전원
31a 제 1 RF 생성부
31b 제 2 RF 생성부
32a 제 1 DC 생성부
32b 제 2 DC 생성부
40 배기 시스템
111 본체부
112 링 어셈블리

Claims (13)

  1. 플라스마 처리 장치용의 전극으로서,
    상기 전극은,
    도전성의 제 1 부재와,
    상기 제 1 부재의 내부에 마련되고, 상기 제 1 부재와 2차 전자 방출 계수가 다른 재질로 형성된 제 2 부재를 구비하는
    플라즈마 처리 장치용의 전극.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 부재는, 상기 제 2 부재의 표면의 적어도 일부가 플라즈마에 노출되도록 구성되는 플라즈마 처리 장치용의 전극.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 부재의 상기 2차 전자 방출 계수는, 상기 제 1 부재의 상기 2차 전자 방출 계수보다 큰 플라즈마 처리 장치용의 전극.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 부재는, 상기 제 1 부재의 내부에 복수 갖는 플라즈마 처리 장치용의 전극.
  5. 제 4 항에 있어서,
    복수의 상기 제 2 부재는, 서로 등 간격으로 배치되는 플라즈마 처리 장치용의 전극.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    복수의 상기 제 2 부재는, 둘레 방향으로 서로 등 간격으로 배치되는 플라즈마 처리 장치용의 전극.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 부재는, 상기 제 1 부재를 중심으로부터 순서대로 지름 방향으로 내주 영역, 중간 영역, 외주 영역으로 나누었을 때의 상기 외주 영역에 배치되는 플라즈마 처리 장치용의 전극.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 부재는 실리콘으로 형성되며, 상기 제 2 부재는 석영으로 형성되는 플라즈마 처리 장치용의 전극.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 부재는, 상기 제 2 부재의 표면의 적어도 일부가 상기 제 1 부재의 플라즈마에 노출되는 면으로부터 노출되고, 상기 제 1 부재의 플라즈마에 노출되는 면의 반대면으로부터는 노출되지 않도록 구성되는 플라즈마 처리 장치용의 전극.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 부재는, 상기 제 1 부재를 높이 방향으로 관통하고, 상기 제 2 부재의 표면의 적어도 일부가 상기 제 1 부재의 플라즈마에 노출되는 면 및 해당 면의 반대면으로부터 노출되도록 구성되는 플라즈마 처리 장치용의 전극.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 부재는, 단차가 있는 원 기둥 형상을 갖고,
    상기 원 기둥 형상의 상측의 직경은, 상기 원 기둥 형상의 하측의 직경보다 큰 플라즈마 처리 장치용의 전극.
  12. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 부재는, 단차가 있는 원 기둥 형상을 갖고,
    상기 원 기둥 형상의 상측의 직경은, 상기 원 기둥 형상의 하측의 직경보다 작은 플라즈마 처리 장치용의 전극.
  13. 플라즈마 처리 챔버와,
    상기 플라즈마 처리 챔버 내에 배치되는 기판 지지부와,
    상기 기판 지지부에 대향해서 배치되는 전극을 가지며,
    상기 전극은,
    도전성의 제 1 부재와,
    상기 제 1 부재의 내부에 마련되고, 상기 제 1 부재와 2차 전자 방출 계수가 다른 재질로 형성된 제 2 부재를 구비하는
    플라스마 처리 장치.
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