KR20230041606A - 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법 - Google Patents

플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법 Download PDF

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KR20230041606A
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다로 이케다
하루히코 후루야
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

플라스마 착화를 용이하게 하여, 라디칼의 생성 효율을 향상시킨다.
챔버와, 상기 챔버 내에 마련된 적재대와, 상기 챔버의 벽면에 마련된 마이크로파 투과창과, 상기 마이크로파 투과창을 통해 상기 챔버 내에 마이크로파를 공급하는 마이크로파 공급부와, 상기 챔버 내를, 상기 마이크로파 투과창이 배치된 영역인 플라스마 생성 공간과, 상기 적재대가 배치된 영역인 처리 공간으로 구획하는 샤워판과, 상기 샤워판으로부터 상기 플라스마 생성 공간으로 돌출되고, 적어도 일부에 도체를 포함하는 돌출부를 갖는 플라스마 처리 장치가 제공된다.

Description

플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD}
본 개시는, 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법에 관한 것이다.
예를 들어, 특허문헌 1의 플라스마 처리 장치는, 챔버의 천장벽에 배치된 복수의 마이크로파 방사 기구와, 복수의 마이크로파 방사 기구의 하방에, 접지 전위로 설정된 도전성 재료로 이루어지는 샤워판을 갖는다. 샤워판은, 마이크로파 방사 기구로부터 마이크로파가 방사되었을 때, 마이크로파 방사면의 바로 아래에 형성되는 표면파를, 고전계 영역이 되는 마이크로파 방사면과 샤워판으로 둘러싸인 공간에 가두어, 공간에 생성되는 플라스마의 전력 흡수 효율을 높게 유지한다.
저온에서 고품질의 막을 얻기 위해 플라스마를 사용해서 성막을 행하는 것은 중요하다. 또한, 근년 성막에 있어서 박막화가 진행되고 있어, 플라스마 ALD(Atomic Layer Deposition)법에 의한 성막이 도입되어 있다. 플라스마를 사용함으로써 저온에서 고품질의 박막이 얻어지는 한편, 막에 대한 전기적인 대미지나 물리적인 대미지가 과제로 되는 경우가 있다. 이것을 해결하기 위해서 리모트 소스를 사용한 ALD법에 의한 성막이 제안되어 있다. 이러한 리모트 소스는 성막 시에 ALD법에 의한 조작이 용이한 고주파(마이크로파대(300MHz 내지 3THz)보다도 낮은 주파수의 고주파)를 사용하는 경우가 많은데, 마이크로파대와 같이 주파수가 높을수록 라디칼 생성 효율이 높은 것이 알려져 있다.
일본 특허 공개 제2017-33749호 공보
본 개시는, 플라스마 착화를 용이하게 하여, 라디칼의 생성 효율을 향상시킬 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 의하면, 챔버와, 상기 챔버 내에 마련된 적재대와, 상기 챔버의 벽면에 마련된 마이크로파 투과창과, 상기 마이크로파 투과창을 통해 상기 챔버 내에 마이크로파를 공급하는 마이크로파 공급부와, 상기 챔버 내를, 상기 마이크로파 투과창이 배치된 영역인 플라스마 생성 공간과, 상기 적재대가 배치된 영역인 처리 공간으로 구획하는 샤워판과, 상기 샤워판으로부터 상기 플라스마 생성 공간으로 돌출되고, 적어도 일부에 도체를 포함하는 돌출부를 갖는 플라스마 처리 장치가 제공된다.
일 측면에 따르면, 플라스마 착화를 용이하게 하여, 라디칼의 생성 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치를 도시하는 단면도.
도 2는 도 1에 도시하는 마이크로파 플라스마원의 구성을 도시하는 블록도.
도 3은 도 1에 도시하는 A-A면으로부터 마이크로파 투과창과 샤워판을 평면으로 본 도면.
도 4는 실시 형태에 관한 돌출부의 일례를 도시하는 단면도.
도 5는 플라스마 전위와 플로팅 전위의 관계의 일례를 나타내는 그래프.
도 6은 돌출부의 배치와 플라스마 전자 밀도의 관계를 설명하기 위한 도면.
도 7은 실시 형태에 관한 돌출부의 변형예 1을 도시하는 단면도.
도 8은 실시 형태에 관한 돌출부의 변형예 2를 도시하는 단면도.
도 9는 실시 형태에 관한 플라스마 처리 방법을 나타내는 흐름도.
이하, 도면을 참조하여 본 개시를 실시하기 위한 형태에 대해서 설명한다. 각 도면에 있어서, 동일 구성 부분에는 동일 부호를 붙이고, 중복된 설명을 생략하는 경우가 있다.
[플라스마 처리 장치]
먼저, 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치(100)에 대해서, 도 1 내지 도 3을 참조하면서 설명한다. 도 1은 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치를 도시하는 단면도이다. 도 2는 도 1의 플라스마 처리 장치에 사용되는 마이크로파 플라스마원의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 3은 도 1에 도시하는 A-A면으로부터 마이크로파 투과창과 샤워판을 평면으로 본 도면이다.
플라스마 처리 장치(100)는, 마이크로파에 의해 표면파 플라스마를 형성해서 웨이퍼에 대하여 소정의 플라스마 처리를 행한다. 플라스마 처리로서는, 성막 처리 또는 에칭 처리가 예시된다.
플라스마 처리 장치(100)는, 기밀하게 구성된 알루미늄 또는 스테인리스강 등의 금속 재료로 이루어지는 대략 원통상의 접지된 챔버(1)와, 챔버(1) 내에 마이크로파를 도입해서 표면파 플라스마를 형성하기 위한 마이크로파 플라스마원(2)을 갖는다. 챔버(1)의 상부에는 개구부가 형성되어 있고, 마이크로파 플라스마원(2)은 개구부로부터 샤워판(151)을 통해 챔버(1)의 내부를 향해서 마련되어 있다.
플라스마 처리 장치(100)는, 마이크로프로세서를 구비한 제어부(3)를 갖는다. 제어부(제어 장치)(3)는, 프로세서, 메모리를 갖는 컴퓨터일 수 있다. 제어부(3)는, 연산부, 기억부, 입력 장치, 표시 장치, 신호의 입출력 인터페이스 등을 구비한다. 제어부(3)는, 마이크로파 플라스마원(2)을 포함하는 플라스마 처리 장치(100)의 각 부를 제어한다. 제어부(3)에서는, 입력 장치를 사용하여, 오퍼레이터가 플라스마 처리 장치(100)를 관리하기 위해서 커맨드의 입력 조작 등을 행할 수 있다. 또한, 제어부(3)에서는, 표시 장치에 의해, 플라스마 처리 장치(100)의 가동 상황을 가시화해서 표시할 수 있다. 또한, 메모리에는, 제어 프로그램 및 레시피 데이터가 저장되어 있다. 제어 프로그램은, 플라스마 처리 장치(100)에서 각종 처리를 실행하기 위해서, 제어부(3)의 프로세서에 의해 실행된다. 프로세서가, 제어 프로그램을 실행하여, 플라스마 처리 장치(100)의 각 부를 제어함으로써, 레시피 데이터에 따라서 다양한 프로세스, 예를 들어 본 개시의 플라스마 처리 방법이 플라스마 처리 장치(100)에서 실행된다.
챔버(1) 내에는 적재대(11)가 마련되어 있다. 적재대(11)는, 기판의 일례인 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼(W)라고 함)를 수평하게 지지한다. 적재대(11)는, 챔버(1)의 저부 중앙에 절연 부재(12a)를 개재해서 세워 설치된 통 형상의 지지 부재(12)에 의해 지지되어 있다. 적재대(11) 및 지지 부재(12)를 구성하는 재료로서는, 표면을 알루마이트 처리(양극 산화 처리)한 알루미늄 등의 금속이나 내부에 고주파용 전극을 가진 절연 부재(세라믹스 등)가 예시된다.
도시는 하지 않았지만, 적재대(11)에는, 웨이퍼(W)를 정전 흡착하기 위한 정전 척, 온도 제어 기구, 웨이퍼(W)의 이면에 열전달용 가스를 공급하는 가스 유로, 및 웨이퍼(W)를 반송하기 위해서 승강하는 승강 핀 등이 마련되어 있다. 또한, 적재대(11)에는, 정합기(13)를 통해 고주파 바이어스 전원(14)이 전기적으로 접속되어 있다. 고주파 바이어스 전원(14)으로부터 적재대(11)에 고주파 전력이 공급됨으로써, 웨이퍼(W)측에 플라스마 중의 이온이 인입된다. 또한, 고주파 바이어스 전원(14)은 플라스마 처리의 특성에 따라서는 마련하지 않아도 된다.
챔버(1)의 저부에는 배기관(15)이 접속되고, 배기관(15)에는 진공 펌프를 포함하는 배기 장치(16)가 접속되어 있다. 배기 장치(16)를 작동시킴으로써 챔버(1) 내가 배기되고, 이에 의해, 챔버(1) 내를 소정의 진공도까지 고속으로 감압할 수 있다. 챔버(1)의 측벽에는, 웨이퍼(W)의 반입출을 행하기 위한 반입출구(17)와, 반입출구(17)를 개폐하는 게이트 밸브(18)가 마련되어 있다.
마이크로파 플라스마원(2)은, 마이크로파 출력부(30)와, 마이크로파 공급부(40)와, 마이크로파 방사판(50)을 갖는다. 마이크로파 출력부(30)는, 복수 경로로 분배해서 마이크로파를 출력한다. 마이크로파 공급부(40)는, 마이크로파 출력부(30)로부터 출력된 마이크로파를 전송하여, 마이크로파를 챔버(1) 내에 방사한다.
마이크로파 방사판(50)은, 챔버(1)의 천장벽을 구성한다. 마이크로파 방사판(50)은, 챔버(1)의 천장 벽면에 마련된 마이크로파 투과창(44a 내지 44g)(도 3 참조)을 갖고, 마이크로파 투과창(44a 내지 44g)의 하면을 마이크로파 방사면으로 한다. 마이크로파 투과창(44a 내지 44g)은, 총칭해서 마이크로파 투과창(44)이라고도 한다. 도 1에는, 7개의 마이크로파 투과창(44) 중 3개의 마이크로파 투과창(44a, 44b, 44e)이 도시되어 있다. 마이크로파 공급부(40)는, 마이크로파 투과창(44)을 통해 챔버(1) 내에 마이크로파를 공급한다.
샤워판(151)은, 마이크로파 투과창(44) 바로 아래의 위치에, 마이크로파 투과창(44)과 대향하도록 마련되어 있다. 샤워판(151)은 도전성 재료로 이루어지고, 복수의 관통 구멍(151a)을 갖고 있고, 챔버(1)의 측벽에 지지됨과 함께 접지되어 있다. 샤워판(151)은, 챔버(1) 내를, 마이크로파 투과창(44)측의 영역인 플라스마 생성 공간(U1)과, 적재대(11)측의 영역인 처리 공간(U2)으로 구획한다.
마이크로파 방사판(50)에는, 샤워 구조의 제1 가스 도입부(21)가 마련되어 있다. 제1 가스 도입부(21)에는, 가스 공급관(111)을 통해 제1 가스 공급원(22)이 접속되어 있다. 제1 가스 공급원(22)으로부터 제1 가스 도입부(21)를 통해 플라스마 생성 공간(U1) 내에, 플라스마 생성용 가스, 예를 들어 Ar 가스나, 고에너지로 분해시키고자 하는 가스, 예를 들어 O2 가스나 N2 가스 등의 제1 가스가 공급된다.
챔버(1)의 측벽에는, 샤워판(151)의 하방이며 또한 적재대(11)의 상방의 위치에 원환상을 이루는 제2 가스 도입부(23)가 마련되어 있다. 제2 가스 도입부(23)에는, 제2 가스 공급원(25)으로부터, 성막 처리나 에칭 처리 등의 플라스마 처리 시에, 제1 가스와 비교해서 분해시키지 않고 공급하고자 하는 처리 가스, 예를 들어 실란(SiH4) 가스나 C5F8 가스 등의 제2 가스가 공급된다. 제1 가스 공급원(22) 및 제2 가스 공급원(25)으로부터 공급되는 가스로서는, 플라스마 처리의 내용에 따른 다양한 가스를 사용할 수 있다.
다음으로, 마이크로파 플라스마원(2)의 상세한 구조에 대해서 설명한다. 마이크로파 플라스마원(2)은, 상술한 바와 같이, 마이크로파 출력부(30)와, 마이크로파 공급부(40)와, 마이크로파 방사판(50)을 갖는다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 마이크로파 출력부(30)는, 마이크로파 전원(31)과, 마이크로파 발진기(32)와, 발진된 마이크로파를 증폭하는 앰프(33)와, 증폭된 마이크로파를 복수로 분배하는 분배기(34)를 갖는다.
마이크로파 발진기(32)는, 소정 주파수의 마이크로파를 예를 들어 PLL 발진시킨다. 분배기(34)에서는, 마이크로파의 손실이 가능한 한 일어나지 않도록, 입력측과 출력측의 임피던스 정합을 취하면서 앰프(33)에서 증폭된 마이크로파를 분배한다. 또한, 마이크로파의 주파수로서는, 700MHz 내지 3GHz의 범위의 다양한 주파수를 사용할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 마이크로파 공급부(40)는, 분배기(34)에서 분배된 마이크로파를 주로 증폭하는 복수의 앰프부(42)와, 앰프부(42)에 대응해서 마련된 복수의 마이크로파 방사 기구(43)를 갖는다. 마이크로파 공급부(40)는, 앰프부(42)와 마이크로파 방사 기구(43)를 7개씩 갖고 있다. 7개의 마이크로파 방사 기구(43)는, 외주부에 원주상으로 6개 및 그것들의 중심부에 1개, 원형을 이루는 마이크로파 방사판(50)에 마련되어 있다. 7개의 마이크로파 방사 기구(43)를 전반한 마이크로파는, 7개의 마이크로파 투과창(44)으로부터 챔버(1) 내를 향해서 방사한다.
도 3은 도 1에 도시하는 A-A면으로부터 마이크로파 투과창과 샤워판을 평면으로 본 도면이며, 본체부(120)의 도시를 생략하고 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 마이크로파 투과창(44)은, 챔버(1)의 천장 벽면의 중심부와, 이 중심부를 둘러싸는 외주부에 각각 마련되고, 1개의 중심부의 마이크로파 투과창(44a)과, 6개의 외주부의 마이크로파 투과창(44b 내지 44g)으로 이루어진다.
마이크로파 공급부(40)의 앰프부(42)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 분배기(34)에서 분배된 마이크로파를 증폭해서 각 마이크로파 방사 기구(43)로 유도한다. 앰프부(42)는, 위상기(46)와, 가변 게인 앰프(47)와, 메인 앰프(48)와, 아이솔레이터(49)를 갖고 있다.
위상기(46)는, 마이크로파의 위상을 변화시키는 기능을 갖고, 이 위상 제어에 의해 방사 특성을 변조시킨다. 예를 들어, 마이크로파 방사 기구(43)마다 위상을 조정함으로써 지향성을 제어해서 플라스마 분포를 변화시킨다. 또한, 인접하는 마이크로파 방사 기구(43)에 있어서 90°씩 위상을 어긋나도록 해서 원편파를 얻을 수 있다. 또한, 위상기(46)는, 앰프 내의 부품간의 지연 특성을 조정하여, 마이크로파 방사 기구(43) 내에서의 공간 합성을 목적으로 사용할 수 있다. 단, 이러한 방사 특성의 변조나 앰프 내의 부품간의 지연 특성의 조정이 불필요한 경우에는 위상기(46)는 마련하지 않아도 된다.
가변 게인 앰프(47)는, 메인 앰프(48)에 입력하는 마이크로파의 전력 레벨을 조정하여, 플라스마 강도의 조정을 하기 위한 앰프이다. 가변 게인 앰프(47)를 마이크로파 방사 기구(43)마다 변화시킴으로써, 발생하는 플라스마에 분포를 생기게 할 수 있다.
메인 앰프(48)는, 솔리드 스테이트 앰프를 구성하여, 예를 들어 입력 정합 회로와, 반도체 증폭 소자와, 출력 정합 회로와, 고Q 공진 회로를 갖는다.
아이솔레이터(49)는, 도 1 및 도 3에 도시하는 슬롯 안테나(S)에서 반사해서 메인 앰프(48)를 향하는 마이크로파의 반사파를 분리하는 것이며, 서큘레이터와 더미 로드(동축 종단기)를 갖고 있다. 서큘레이터는, 반사파를 더미 로드로 유도하고, 더미 로드는 서큘레이터에 의해 유도된 반사파를 열로 변환한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 마이크로파 방사 기구(43)는 튜너(60)를 갖고 있다. 튜너(60)는, 앰프부(42)로부터 급전된 마이크로파를 전송함과 함께 임피던스를 정합하는 기능을 갖고 있다. 튜너(60)는 마이크로파 방사판(50)의 상면에 설치되어 있다.
마이크로파 방사판(50)은, 금속제의 본체부(120)를 갖는다. 본체부(120)를 구성하는 금속으로서는, 알루미늄이나 구리와 같은 열전도율이 높은 금속이 바람직하다. 본체부(120)의 개구에는, 마이크로파 방사 기구(43)의 일부를 구성하는 지파재(121)와 마이크로파 투과창(44)이 감입되어 있다. 지파재(121) 및 마이크로파 투과창(44)은 유전체로 이루어지며, 원판상을 이루고 있고, 각 튜너(60)에 대응하는 위치에 마련되어 있다. 본체부(120) 내의 지파재(121)와 마이크로파 투과창(44)의 사이의 부분에는 슬롯(S)(도 3 참조)이 형성되어 있고, 평면상의 슬롯 안테나를 구성한다.
지파재(121)는, 진공보다도 큰 유전율을 갖고 있으며, 예를 들어 석영, 세라믹스, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소계 수지나 폴리이미드계 수지에 의해 구성되어 있다. 진공 중에서는 마이크로파의 파장이 길어진다는 점에서, 지파재(121)는 마이크로파의 파장을 짧게 해서 안테나를 작게 하는 기능을 갖는다.
마이크로파 투과창(44)은, 마이크로파를 투과하는 재료인 유전체 재료로 구성되어 있고, 둘레 방향으로 균일한 표면파 플라스마를 형성하는 기능을 갖고 있다. 마이크로파 투과창(44)은, 지파재(121)와 마찬가지로, 예를 들어 석영, 세라믹스, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소계 수지나 폴리이미드계 수지에 의해 구성할 수 있다. 마이크로파 투과창(44)의 방사면(하면)은, 본체부(120)의 하면으로부터 내측으로 오목하게 들어간 위치에서 챔버(1)의 플라스마 생성 공간(U1)에 노출된다.
슬롯(S)은, 지파재(121)에 접하는 상면 위치로부터 마이크로파 투과창(44)에 접하는 하면 위치까지 관통해서 마련되어 있고, 원하는 마이크로파 방사 특성이 되는 형상, 예를 들어 원호상이나 원주상을 이루고 있다. 본체부(120)와 마이크로파 투과창(44)의 사이의 슬롯(S)의 주위 부분은, 시일 링(도시하지 않음)에 의해 시일되어 있어, 마이크로파 투과창(44)이 슬롯(S)을 덮어서 밀폐하여, 진공 시일로서 기능한다.
슬롯(S) 내는 진공이어도 되지만, 유전체가 충전되어 있는 것이 바람직하다. 슬롯(S)에 유전체를 충전함으로써, 마이크로파의 실효 파장이 짧아져, 슬롯의 두께를 얇게 할 수 있다. 슬롯(S)에 충전하는 유전체로서는, 예를 들어 석영, 세라믹스, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소계 수지나 폴리이미드계 수지를 사용할 수 있다.
튜너(60)를 TEM파로서 전송된 마이크로파는, 마이크로파 방사판(50)의 내부에 도입되어, 지파재(121)를 투과한 후, 슬롯 안테나의 슬롯(S)에 전송되어서 TE파로 모드 변환된다. 또한 마이크로파는, 마이크로파 투과창(44)을 투과해서 챔버(1) 내에 방사되어, 마이크로파 투과창(44)의 표면에 표면파가 형성된다. 이 표면파에 의해 제1 가스 도입부(21)로부터 챔버(1) 내에 도입된 제1 가스가 플라스마화되어, 챔버(1)의 공간에 표면파 플라스마가 생성된다. 따라서, 마이크로파 투과창(44)의 하면이 마이크로파 방사면이 된다.
마이크로파 방사면으로부터 마이크로파가 방사되었을 때의 챔버(1) 내의 전계 강도는, 마이크로파 방사면인 마이크로파 투과창(44)의 하면 위치에서 가장 크고, 마이크로파 방사면으로부터 이격될수록 급격하게 작아진다.
마이크로파 방사판(50) 바로 아래에 마련된 샤워판(151)은, 이러한 고전계 형성 영역에 배치되어 있다. 마이크로파 방사판(50)은, 마이크로파 방사면을 포함하는 하면의 주위에 하방으로 연장되는 챔버(1)의 측벽의 일부를 구성하는 외주벽을 갖고 있고, 샤워판(151)은 마이크로파 방사판(50)의 외주벽과 챔버(1)의 측벽부의 사이에 설치되어 있다. 그리고, 마이크로파 방사판(50)과 샤워판(151)으로 플라스마 생성 공간(U1)이 형성된다. 마이크로파 방사 기구(43)로부터 마이크로파가 방사되었을 때 플라스마 생성 공간(U1)이 고전계 영역으로 되어, 플라스마 생성 공간(U1)에 플라스마가 형성된다.
샤워판(151)은 접지 전위로 설정되어 있다. 샤워판(151)은, 마이크로파 투과창(44)의 마이크로파 방사면으로부터 마이크로파가 방사되었을 때 마이크로파 방사면의 바로 아래에 형성되는 표면파를 고전계 영역으로 되는 플라스마 생성 공간(U1)에 가두어 플라스마의 전력 흡수 효율을 높게 유지하는 기능을 갖고 있다.
본 개시에서는, 중심부의 마이크로파 투과창(44a)에 대응해서 돌출부(24)가 마련되어 있다. 돌출부(24)는, 샤워판(151)의 상면으로부터 중심부의 마이크로파 투과창(44a)의 대략 중앙을 향해서 플라스마 생성 공간(U1)으로 돌출되고, 적어도 일부에 도체를 포함한다. 돌출부(24)는 플라스마 착화원으로서 기능한다. 돌출부(24)의 구성 및 기능에 대해서는 후술한다.
이에 의해, 플라스마 생성 공간(U1)에서 안정된 방전이 발생하기 쉬워지고, 이상 방전을 발생시키기 어렵게 할 수 있음과 함께, 플라스마의 착화성을 양호하게 할 수 있다. 샤워판(151)을 구성하는 도전성 재료로서는, 알루미늄이나 구리 등의 전기 전도성이 양호한 금속을 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 샤워판(151)의 두께는 10 내지 30mm 정도가 바람직하고, 샤워판(151)의 관통 구멍(151a)의 구멍 직경은 3 내지 5mm 정도가 바람직하다.
샤워판(151)의 이온 차폐 기능을 유효하게 발휘하기 위해서는, 마이크로파 방사면으로부터 샤워판(151)의 상면까지의 거리가 13mm 내지 28mm가 바람직하고, 18mm 내지 28mm가 보다 바람직하다.
플라스마 생성 공간(U1)은, 마이크로파 방사판(50)과 샤워판(151)으로 둘러싸여 있는데, 플라스마 생성 공간(U1)의 측면 및 저면의 금속 부분에 의해 플라스마 중의 라디칼이 소실될 가능성이 있다. 라디칼의 소실을 회피하기 위해서는, 플라스마 생성 공간(U1)의 챔버 측면에 대응하는 마이크로파 방사판(50)의 외주벽 내측을 절연 부재로 피복하는 것, 및 플라스마 생성 공간(U1)의 하면을 구성하는 샤워판(151)의 상면을 절연 부재로 피복하는 것이 바람직하다.
[돌출부(플라스마 착화원)]
이러한 구성의 플라스마 처리 장치(100)에 있어서, 7개의 마이크로파 방사 기구(43)의 마이크로파 투과창(44)을 갖는 마이크로파 공급부(40)를 탑재하고, 마이크로파 투과창(44)과 적재대(11)의 사이에 샤워판(151)을 배치한다. 그리고, 중심부의 마이크로파 투과창(44a)의 대향 위치에 돌출부(24)를 마련함으로써 돌출부(24)를 플라스마 착화원으로서 기능시켜, 플라스마 착화의 성능을 향상시킬 수 있다.
돌출부(24)의 구성 및 기능에 대해서 도 1 및 도 4를 참조하여 설명한다. 마이크로파를 사용한 플라스마 착화에서는, 식 (1)에 나타내는 방전 전계 Ebd에 의해 착화 성능이 결정된다.
Figure pat00001
이에 반해, 평행 평판형 플라스마 처리 장치에서는, 대향하는 하부 전극 및 상부 전극간에 있어서의 고주파 전력에 의한 방전에 의해, 파셴의 법칙에 따라서, 식 (2)에 나타내는 방전 전압 Vbd에 의해 착화 성능이 결정된다.
Figure pat00002
또한, 식 (1)의 D 및 K는, 가스종에 따라서 정해지는 계수이고, p는 챔버 내의 압력이고, f는 전자파의 주파수이다. m은, 가스종에 따라서 정해지는 상수(대략 0.5)이다. 또한, 식 (2)의 A 및 B는, 가스종에 따라서 정해지는 계수이고, p는 챔버 내의 압력이고, d는 하부 전극 및 상부 전극의 전극간 거리이고, γse는 2차 전자 방출 계수이다. 2차 전자 방출 계수는, 하부 전극 및 상부 전극의 재료와 표면 상태에 따라서 정해지는 계수이다.
즉, 마이크로파 플라스마원(2)에서는, 플라스마 착화에 파셴의 법칙은 성립하지 않는다. 따라서, 마이크로파 플라스마원(2)에서는, 식 (2)에 나타내는 방전 전압 Vbd에 의해 착화 성능은 결정되지 않는다. 마이크로파 플라스마원(2)에서는, 식 (1)에 나타내는 방전 전계 Ebd를 강하게 하면 착화하기 쉬워진다.
그래서, 돌출부(24)는, 마이크로파 및 150MHz 이상의 VHF파에 특유의 착화하기 쉬운 형상 및 배치를 갖고, 플라스마 생성 공간(U1)에서 플라스마의 착화를 용이하게 한다. 구체적으로는, 돌출부(24)는, 플라스마 생성 공간(U1) 내에서 샤워판(151)으로부터 돌출되어, 마이크로파 투과창(44a)으로부터 이격되어 마련되어 있다. 돌출부(24)는, 대략 마이크로파 투과창(44a)의 중심을 향해서 돌출된다.
마이크로파가 마이크로파 투과창(44)의 마이크로파 방사면으로부터 플라스마 생성 공간(U1) 내에 방사되면, 방사된 마이크로파가 대향면으로부터 돌출되는 돌출부(24)의 도체에서 반사하여, 마이크로파(반사파)가 마이크로파 투과창(44a)측으로 되돌아간다. 그렇게 하면, 마이크로파 투과창(44)으로부터 출력되는 마이크로파의 입사파와 돌출부(24)에서 반사한 반사파의 사이에서 정재파가 발생한다. 마이크로파가 방사되었을 때의 플라스마 생성 공간(U1) 내의 전계 강도는, 마이크로파 방사면인 마이크로파 투과창(44)의 하면 위치에서 가장 크다. 또한, 플라스마 생성 공간(U1)의 갭이 좁기 때문에, 플라스마 생성 공간(U1) 내의 돌출부(24)와 마이크로파 투과창(44a)의 사이에서 고전계가 발생하여, 플라스마의 착화가 용이해진다. 한편, 플라스마 착화 후는 플라스마 생성 공간(U1) 내의 돌출부(24)와 마이크로파 투과창(44a) 사이의 전계는 높아지지 않는다.
이와 같이 플라스마 착화원으로서 기능하는 돌출부(24)는, 도체 또는 도체를 매립한 유전체이다. 돌출부(24)의 일례로서는, 도전성의 봉상 부재를 갖고, 예를 들어 선단이 버섯의 선단과 같은 형상(선단의 단면이 대략 사다리꼴)이어도 된다. 돌출부(24)의 전체 또는 선단부를 유전체로 덮어도 된다. 예를 들어, 돌출부(24)의 마이크로파 투과창(44)의 근접 부위는 유전체로 형성되고, 유전체를 통해 도체가 마이크로파 투과창(44)에 근접해도 된다.
도 4는, 실시 형태에 관한 돌출부(24)의 일례를 도시하는 단면도이다. 도 4의 (a)에서는, 돌출부(24)는 도체의 봉상 부재(24b)(선단부(24a)를 포함함)를 갖고, 그 표면은 세라믹스 등의 유전체(24c)로 코팅되어 있다. 내부의 봉상 부재(24b)는 샤워판(151)과 동전위이며, 접지 전위이다. 유전체(24c)는 없어도 된다.
도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이, 돌출부(24)는 도체의 봉상 부재(24b)의 선단부(24a)만을 유전체(24c)로 코팅해도 된다. 도 4의 (b)에서는, 샤워판(151)과 봉상 부재(24b)의 사이에 절연 부재(24d)를 끼움으로써 봉상 부재(24b)를 플로팅 전위로 한다.
도 4의 (c)는, 봉상 부재(24b)(선단부(24a)를 포함함) 자체를 세라믹스 등의 유전체로 만들고, 그 내부에 패시브 착화원으로서 기능하는 도체의 전극(24e)을 배치한다.
돌출부(24)는 패시브 착화원이며, 그 자체에는 전압을 인가하지 않는다. 돌출부(24)는 마이크로파를 반사하기 위한 전극(도체)을 가질 필요가 있다. 따라서, 돌출부(24)는 도 4의 (a) 내지 도 4의 (c)의 형태에 그치치 않고, 패시브 착화원으로서 기능하기 위한 전극(도체)을 마이크로파 투과창(44)의 근방에 마련한 형태이면 된다. 또한, 돌출부(24) 도체 부분은, 접지 전위여도 되고 플로팅 전위여도 되지만, 접지 전위보다 플로팅 전위 쪽이 바람직하다. 돌출부(24)의 도체 부분이 접지 전위여도 패시브 착화원으로서 기능한다. 단, 콘타미네이션, 파티클, 대미지를 고려하면 돌출부(24)의 선단부(24a)(전극, 도체 부분)가 플로팅 전위인 것이 바람직하다. 그 이유에 대해서 도 5를 참조하면서 설명한다.
도 5는, 플라스마 전위와 플로팅 전위의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다. 도 5의 그래프의 횡축 Z는, 마이크로파 투과창(44)의 표면으로부터 돌출부(24)의 전극(도체) 선단까지의 거리(Z)를 나타내고, 종축은, 플라스마 전위 및 플로팅 전위를 나타낸다. 선 P는, 거리(Z)에 따른 플라스마 전위이고, 선 f는, 거리(Z)에 따른 플로팅 전위이다. 선 f는, 돌출부(24)가 플로팅 전위를 갖도록 구성된 경우를 나타낸다. 본 실험에서는, 플라스마 생성 공간(U1) 내의 압력을 0.5Torr(67Pa)로 제어하고, Ar 가스를 플라스마 생성 공간(U1) 내에 공급하여, Ar 가스의 플라스마를 생성했다.
이것에 의하면, 돌출부(24)의 봉상 부재가 접지 전위이면, 플라스마 전위 자체가 봉상 부재로 이온이 입사될 때의 힘을 나타내는 입사 전위가 된다. 그 결과, Z가 10mm 정도일 때 17eV 정도의 전압이 봉상 부재에 걸린다. 이에 반해, 봉상 부재가 플로팅 전위이면, Z가 10mm 정도일 때 10eV 정도의 전압이 봉상 부재에 걸려, 선 P의 플라스마 전위와 선 f의 플로팅 전위의 전위 차분만큼 봉상 부재에 걸리는 전압을 경감할 수 있다. 10eV 정도의 전압이라면 봉상 부재가 세라믹스로 코팅되어 있는 경우, 돌출부(24)의 표면에 대미지는 거의 발생하지 않는다.
이상으로부터, 돌출부(24)의 선단에 위치하는 도체로부터 마이크로파 투과창(44)의 방사면(표면)까지의 최단 거리는, 3mm 내지 10mm 정도 이격되어 있으면 된다. 단, 이 최단 거리가 5mm 내지 10mm 정도 이격되면 콘타미네이션, 파티클, 대미지를 보다 억제할 수 있다. 따라서, 이 최단 거리가 5mm 내지 10mm 정도이면 더욱 바람직하다.
돌출부(24)는, 플라스마를 온하는 시간을 단축할 수 있다. 그 이유에 대해서 설명한다. 통상의 정합기에서는, 먼저, 플라스마 착화 위치에 정합기 내의 정합 위치를 맞춘다. 플라스마 착화 후, 정합 위치를 다음 정합 위치(플라스마 착화 후의 정합 위치)로 기계적으로 이동시킨다. 이 정합 위치의 기계적인 이동에 시간을 요한다.
이에 반해, 마이크로파 플라스마원(2)은, 플라스마 착화 후의 정합 위치로 미리 설정되어 구성되어 있다. 통상적으로는 플라스마 착화 후의 정합 위치에서는 플라스마는 착화하지 않지만, 마이크로파 플라스마원(2)에서는 돌출부(24)를 마련함으로써, 플라스마 착화 후의 정합 위치에서도 용이하게 플라스마 착화하도록 구성되어 있다. 따라서, 플라스마가 착화한 후에 정합 위치의 이동이 불필요해진다.
이 때문에, 돌출부(24)는, 정합 위치의 이동을 요하지 않게 하여, 플라스마를 온하는 시간을 단축할 수 있다. 이에 의해, 가스를 교체해서 빠르게 플라스마 착화할 수 있기 때문에, ALD(atomic layer deposition) 프로세스에 보다 적합한 구성이며, 생산성을 높일 수 있다. 단, CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의한 성막에도 적용할 수 있다.
예를 들어, 도 1에서는, 돌출부(24)는 중심부의 마이크로파 투과창(44a)에 대향한 위치에 1개 마련되어 있다. CVD법에 의한 성막에서는 ALD와 같이 플라스마의 온 및 오프를 수초 정도의 단시간에 반복하는 프로세스는 행하지 않는다. 따라서, 중심부의 마이크로파 투과창(44a)에 마이크로파 파워를 공급하여, 중심부의 마이크로파 투과창(44a)과 돌출부(24)의 사이에서 플라스마 착화하면, 중심부에서 착화한 플라스마 중의 전자에 의해, 외주부의 마이크로파 투과창(44b 내지 44g)의 근방도 확실하게 플라스마 착화한다. 이때, 중심부의 마이크로파 투과창(44a)측의 착화로부터 외주부의 마이크로파 투과창(44b 내지 44g)측의 착화까지의 지연 시간은 밀리초의 오더이다. 예를 들어, 중심부의 마이크로파 투과창(44a)에 마이크로파 파워를 공급한 후, 1ms 내지 1s 늦게 외주부의 마이크로파 투과창(44b 내지 44g)에 마이크로파 파워를 공급한다. 외주부의 마이크로파 투과창(44b 내지 44g)측의 플라스마 착화가 중심부의 마이크로파 투과창(44a)측의 플라스마 착화로부터 1ms 내지 1s 늦어도 웨이퍼(W)에의 프로세스에 영향은 없다. 이 때문에, 돌출부(24)는, 중심부의 마이크로파 투과창(44a)에 대향하는 위치에 하나만 배치되면 된다. 또한, 돌출부(24)는, 중심부의 마이크로파 투과창(44a) 및 외주부의 마이크로파 투과창(44b 내지 44g)으로 이루어지는 복수의 마이크로파 투과창(44) 중 적어도 어느 것에 대향하도록 마련되어도 된다. 단, 7개의 돌출부(24)를 중앙부 및 외주부의 마이크로파 투과창(44a 내지 44g) 각각에 대향해서 마련함으로써, 보다 플라스마 착화의 성능을 향상시킬 수 있다.
ALD법에 의한 성막에서는 플라스마의 온 및 오프의 전환을 단시간에 반복하는 프로세스가 행하여진다. 따라서, 밀리초의 오더로 플라스마 착화의 온을 제어할 가능성이 있다. 이 때문에, 중앙부의 마이크로파 투과창(44a)측이 플라스마 착화하고 나서 밀리초의 오더로 지연되어 외주부의 마이크로파 투과창(44b 내지 44g)측이 플라스마 착화하면, 성막 프로세스에 영향이 발생하는 경우가 있다.
그래서, 도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, 모든 마이크로파 투과창(44a 내지 44g)에 대향하는 위치에 하나씩, 합계 7개의 돌출부(24)를 샤워판(151)으로부터 각 마이크로파 투과창(44)을 향해서 돌출되도록 배치한다. 이에 의해, 7개의 마이크로파 투과창(44)의 하방에서 단시간에 플라스마를 온 및 오프할 수 있다. 이 때문에, ALD법에 의한 성막 프로세스에 적합하며, CVD법에 의한 성막 프로세스에도 사용할 수 있다.
돌출부(24)의 배치와 플라스마 전자 밀도의 관계에 대해서, 도 6의 (a) 및 (b)를 참조하면서 설명한다. 도 6의 (a)의 참고예는, 중앙부의 마이크로파 투과창(44a) 및 외주부의 마이크로파 투과창(44b 내지 44g)의 어느 대향 위치에도 돌출부(24)가 없는 경우의 플라스마 전자 밀도 Ne의 분포를 그래프로 나타낸다. 도 6의 (b)의 본 실시 형태는, 중앙부의 마이크로파 투과창(44a) 및 외주부의 마이크로파 투과창(44b 내지 44g)의 모든 대향 위치에 돌출부(24)를 마련한 경우의 플라스마 전자 밀도 Ne의 분포를 그래프로 나타낸다.
이것에 의하면, 도 6의 (a)의 참고예에서는, 7개의 마이크로파 투과창(44)으로부터 방사되는 마이크로파에 의해 플라스마 생성 공간(U1)에서 생성되는 플라스마는, 각 마이크로파 투과창(44)의 하방에서 가장 높은 플라스마 전자 밀도 Ne의 피크를 갖고, 플라스마 전자 밀도 Ne가 산형 분포로 된다. 따라서, 참고예에서는, 플라스마 생성 공간(U1)에서의 플라스마 전자 밀도 Ne의 분포에 변동이 발생했다.
한편, 도 6의 (b)의 본 실시 형태에서는, 7개의 마이크로파 투과창(44)의 하방의 플라스마 생성 공간(U1)에서 생성되는 플라스마는 도넛 형상이며, 각 마이크로파 투과창(44)의 하방의 플라스마 전자 밀도 Ne의 피크가 평탄화된다. 이에 의해, 저압 시에 플라스마 전자 밀도 Ne가 산형 분포로 되는 것을 완화하여, 플라스마 전자 밀도 Ne의 분포의 변동을 억제할 수 있다.
또한, 7개의 마이크로파 투과창(44)의 하방에 7개의 돌출부(24)를 마련한 경우에 한정되지 않고, 1개의 마이크로파 투과창(44a)에 대향해서 중앙부에 1개의 돌출부(24)를 마련한 경우에도, 참고예와 비교해서 저압 시의 플라스마 전자 밀도 Ne의 산형 분포를 완화할 수 있다.
[돌출부의 변형예]
이상에 설명한 플라스마 착화원으로서 기능하는 돌출부(24)의 변형예 1, 2에 대해서, 도 7, 도 8을 참조하면서 설명한다. 도 7은, 돌출부의 변형예 1을 도시하는 도면이다. 도 8은, 돌출부의 변형예 2를 도시하는 도면이다.
변형예 1, 2에 관한 돌출부(24)는, 샤워판(151)에 일부가 매립되고, 마이크로파 투과창(44)에 근접하도록 샤워판(151)으로부터 돌출되어, 적어도 일부에 도체를 포함하고 있다. 도체는 전극으로서 기능한다. 또한, 변형예 1, 2에 관한 돌출부(24)에는 마이크로파 투과창(44)을 향해서 개구되는 가스 구멍(24j)이 마련되고, 가스 구멍(24j)의 단부면은 확경되어 있다. 돌출부(24)의 가스 구멍(24j)은, 제1 가스 도입부(21) 대신에 또는 제1 가스 도입부(21)와 함께 제1 가스 공급원(22)에 접속되어, 제1 가스 공급원(22)으로부터의 제1 가스를 플라스마 생성 공간(U1)에 공급한다.
도 7의 변형예 1의 돌출부(24)는, 원기둥상의 전체를 알루미나, AlN, 석영 등의 유전체(24g)로 형성하고 있다. 변형예 1에 관한 돌출부(24)의 내부에는, 돌출부(24)를 관통하는 가스 구멍(24j)이 형성되어 있다. 가스 구멍(24j)은, 세공(24j1)과 세공(24j1)으로부터 확경된 확경부(24j2)를 갖고, 가스 구멍(24j) 선단의 개구부(24h)는, 확경부(24j2)로부터 마이크로파 투과창(44)을 향해서 개구된다. 가스 구멍(24j)으로부터 환원 가스가 공급된다.
변형예 1의 돌출부(24)에서는, 유전체(24g) 중에 도체(24i)가 매립되어 있다. 도체(24i)는, 알루미늄 등의 금속에 의해 형성되며, 내부 전극으로서 기능한다. 도체(24i)는, 도넛 형상(환상)이고, 가스 구멍(24j)의 단부면 근방이며 확경부(24j2)의 외주에 매립되어 있다. 도체(24i)는, 돌출부(24)를 형성하는 유전체(24g)에 덮여서, 가스 구멍(24j)의 내벽에 노출되지 않는다.
변형예 2에 관한 돌출부(24)는, 원기둥상의 전체를 도체(24k)로 형성하고, 도체(24k)의 주위를 알루미나 등의 유전체(24f)로 피복하고 있다. 이 경우에도 돌출부(24)의 내부에 가스 구멍(24j)이 형성되고, 가스 구멍(24j)은, 세공(24j1)과 확경부(24j2)를 갖고, 가스 구멍(24j) 선단의 개구부(24h)는 확경부(24j2)로부터 마이크로파 투과창(44)을 향해서 개구된다. 가스 구멍(24j)의 세공(24j1) 및 확경부(24j2)의 사이즈는 변형예 1, 2에서 동일하며, 확경부(24j2)의 가스 구멍(24j)의 선단으로부터의 깊이(길이)는, 5mm 이상이다. 가스 구멍(24j)의 세공(24j1)의 직경은 1mm보다도 작고, 예를 들어 0.3mm이다. 확경부(24j2) 및 개구부(24h)의 직경은 3mm 이상이며, 또한 플라스마 중의 마이크로파의 표면파 파장 λ의 1/8 이하이다. 이와 같이, 확경부(24j2)를 마련함으로써, 가스 구멍(24j)에서의 이상 방전을 억제할 수 있다.
도 7의 도체(24i)의 선단 또는 도 8의 도체(24k)의 선단으로부터 마이크로파 투과창(44)의 표면까지의 거리 D는, 도체(24i) 또는 도체(24k)의 선단 근방의 전계가 충분히 낮아지는 거리이며, 3mm 내지 10mm 정도 이격되어 있으면 된다. 단, 거리 D는 5mm 내지 10mm 정도 이격되면 콘타미네이션, 파티클, 대미지를 보다 억제할 수 있어, 보다 바람직하다.
도체(24i)를 유전체(24g) 내에 매립함으로써, 및 도체(24k)를 유전체(24f)로 코팅함으로써, 돌출부(24)의 플라스마 내성을 높여서, 플라스마에 의한 소모 및 열화를 억제할 수 있다. 돌출부(24)의 변형예 1, 2의 구성에 의해서도 플라스마 착화를 용이하게 하여, 가스의 분해 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 도 7 및 도 8에 도시한 돌출부(24)의 선단부의 형상은, 모퉁이부를 모따기한 둥그스름한 형상으로 해도 된다.
돌출부(24)의 가스 구멍(24j)은, 마이크로파 투과창(44)을 향해서 가스를 토출한다. 이 때문에, 전자파의 에너지가 집중된 범위에 가스를 분사함으로써 플라스마 생성 공간(U1)에서 N2 가스 등의 환원 가스인 제1 가스를 충분히 해리시킬 수 있다. 이에 의해, 가스의 분해 효율과 라디칼의 생성 효율을 보다 향상시킬 수 있다. 이에 의해, 변형예 1, 2에 관한 돌출부(24)는, 플라스마 착화원으로서의 기능에 더하여, 가스 노즐로서의 기능을 갖는다.
주파수가 높을수록 라디칼 생성 효율이 높다. 따라서, 본 개시의 플라스마 처리 장치(100)에 의하면, 일반적인 고주파(마이크로파대보다도 낮은 주파수)보다도 주파수가 높은 마이크로파 리모트 플라스마의 기능에 의해 라디칼 생성 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고, 본 개시의 플라스마 처리 장치(100)에 의하면, 마이크로파 리모트 플라스마의 기능을 실현하기 위해서, 샤워판(151)에 플라스마 착화원(패시브 착화원)으로서 기능하는 돌출부(24)를 설치하는 구조로 한다. 즉, 복수의 마이크로파 투과창(44)의 방사면의 중심의 바로 아래에 5mm 정도의 거리를 두고 도체를 갖는 돌출부(24)를 설치하고, 이것을 플라스마 착화원으로서 작용시킨다. 이것에 의하면, 마이크로파를 방사하는 마이크로파 투과창(44)의 방사면 아래의 착화 전계가 가장 강한 영역에 돌출부(24)를 설치함으로써 마이크로파 투과창(44) 아래의 전계를 더욱 강화할 수 있다. 이 강화된 전계에 의해 프로세스 실시 시의 정합 위치 그대로에서의 플라스마 착화가 가능해져, 임피던스 정합 시간을 생략하고 프로세스를 실행하는 것이 가능해진다. 이에 의해 플라스마 착화의 온 및 오프를 고속으로 전환 가능한 마이크로파 리모트 플라스마를 제공할 수 있다.
이와 같이 하여 플라스마 생성 공간(U1)에서 생성된 플라스마 중 이온의 대부분이 샤워판(151)을 통과할 때 제거된다. 이에 의해, 플라스마 중 이온을 최소한으로 하여 많은 라디칼을 처리 공간(U2)에 공급하는 마이크로파 리모트 플라스마를 제공할 수 있다.
[플라스마 처리 방법]
7개의 돌출부(24)를 7개의 마이크로파 투과창(44)에 설치한 경우, 모든 마이크로파 방사 기구(43)를 통해 마이크로파 투과창(44)의 방사면으로부터 마이크로파 파워를 동시에 공급하여, 각 마이크로파 투과창(44)의 하방에서 플라스마 착화한다.
돌출부(24)를 중앙부의 마이크로파 투과창(44a)에만 설치한 경우, 플라스마 착화 시퀀스는, 중앙부의 마이크로파 투과창(44a)측을 먼저 플라스마 착화시키고, 그 착화보다 지연하여 외주부의 마이크로파 투과창(44b 내지 44g)측에서 플라스마 착화시켜, 전체를 플라스마 착화시킨다. 후자의 플라스마 착화 시퀀스에 대해서 플라스마 처리 방법을, 도 9를 참조하면서 설명한다. 이 플라스마 처리 방법은, 제어부(3)가 제어하고, 플라스마 처리 장치(100)가 실행한다.
먼저, 스텝 S1에서, 제어부(3)는, 웨이퍼(W)를 챔버(1) 내에 반입하여, 적재대(11) 상에 적재한다. 다음으로, 스텝 S3에서, 제어부(3)는, 제1 가스 공급원(22)으로부터 고에너지로 분해시키고자 하는 환원 가스 등의 제1 가스를 공급하고, 제1 가스 도입부(21)로부터 플라스마 생성 공간(U1)으로 토출한다. 변형예에 관한 돌출부(24)를 사용하는 경우에는, 제어부(3)는, 가스 구멍(24j)으로부터 제1 가스를 플라스마 생성 공간(U1)의 마이크로파 투과창(44)의 근방으로 공급한다. 가스 구멍(24j) 및/또는 제1 가스 도입부(21)로부터 제1 가스를 공급해도 된다. 또한, 제어부(3)는, 제2 가스 공급원(25)으로부터 분해시키고 싶지 않은 실란 가스 등의 제2 가스를 공급하고, 제2 가스 도입부(23)로부터 처리 공간(U2)에 직접 공급한다.
다음으로, 스텝 S5에서, 제어부(3)는, 중앙부의 마이크로파 투과창(44a)으로부터 마이크로파를 방사한다. 다음으로, 스텝 S7에서, 제어부(3)는, 소정 시간이 경과했는지를 판정한다. 소정 시간은, 예를 들어 1ms 내지 1s이다.
스텝 S7에서, 제어부(3)는, 소정 시간이 경과할 때까지 기다리고, 소정 시간이 경과했다고 판정한 경우, 중앙부의 마이크로파 투과창(44a)측에서 플라스마가 착화했다고 판정한다. 그리고, 스텝 S9에서, 제어부(3)는, 외주부의 마이크로파 투과창(44b 내지 44g)으로부터 마이크로파를 방사한다. 이에 의해, 외주부의 마이크로파 투과창(44b 내지 44g)측도 확실하게 플라스마 착화할 수 있다.
다음으로, 스텝 S11에서, 제어부(3)는, 웨이퍼(W)에 실리콘 함유막 등의 성막 처리를 행하고, 본 처리를 종료한다.
본 실시 형태에서는, 챔버(1) 내에서, 마이크로파 방사면을 갖는 마이크로파 투과창(44)이 노출된 마이크로파 방사판(50)의 바로 아래의 고전계 형성 영역에 접지 전위의 샤워판(151)을 마련한다. 이에 의해, 마이크로파 투과창(44)으로부터 마이크로파를 방사했을 때 마이크로파 방사판(50)과 샤워판(151)으로 형성되는 플라스마 생성 공간(U1)이 고전계 영역으로 되어, 플라스마 생성 공간(U1)에 공급된 제1 가스의 플라스마가 생성된다. 이때, 마이크로파 방사면 바로 아래에 형성된 표면파가 고전계 영역인 플라스마 생성 공간(U1)에 가두어진다. 이 때문에, 플라스마 생성 공간(U1) 중에서는 플라스마의 전력 흡수 효율을 높게 유지할 수 있다. 또한 마이크로파 투과창(44)의 근방에 돌출부(24)를 마련하여, 플라스마 착화원으로서 기능시킨다. 이에 의해, 플라스마 생성 공간(U1) 중에서 안정된 방전이 발생하기 쉬워져, 이상 방전을 발생시키기 어렵게 할 수 있다. 이에 의해, 플라스마 착화를 용이하게 하여, 라디칼의 생성 효율을 향상시킬 수 있다.
돌출부(24)는, 절연 프로브로서 플라스마의 상태를 검출하도록 구성할 수 있다. 이에 의해, 절연 프로브로부터 취득한 신호를 돌출부(24)에 접속된 컴퓨터로 송신하고, 컴퓨터에 의해 해석함으로써, 챔버(1) 내의 플라스마 전자 밀도와 플라스마 전자 온도를 모니터할 수 있어, 플라스마의 상태를 해석할 수 있다.
이 경우, 챔버(1)에 계측용 창을 개방하고, 플라스마 계측의 모니터(OES(Optical Emission Spectrometer: 발광 분광 분석기), 절연 프로브 등)를 설치하여, 플라스마의 상태를 검출하도록 해도 된다.
금회 개시된 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법은, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 실시 형태는, 첨부의 청구범위 및 그 주지를 일탈하지 않고, 다양한 형태로 변형 및 개량이 가능하다.

Claims (12)

  1. 챔버와,
    상기 챔버 내에 마련된 적재대와,
    상기 챔버의 벽면에 마련된 마이크로파 투과창과,
    상기 마이크로파 투과창을 통해 상기 챔버 내에 마이크로파를 공급하는 마이크로파 공급부와,
    상기 챔버 내를, 상기 마이크로파 투과창이 배치된 영역인 플라스마 생성 공간과, 상기 적재대가 배치된 영역인 처리 공간으로 구획하는 샤워판과,
    상기 샤워판으로부터 상기 플라스마 생성 공간으로 돌출되고, 적어도 일부에 도체를 포함하는 돌출부
    를 포함하는 플라스마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부는 플라스마 착화원으로서 기능하는,
    플라스마 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 돌출부의 상기 마이크로파 투과창에 근접하는 부위는 유전체로 형성되고,
    상기 도체는, 상기 유전체를 통해 상기 마이크로파 투과창에 근접하는,
    플라스마 처리 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돌출부에는, 상기 마이크로파 투과창을 향해서 개구되는 가스 구멍이 마련되어 있는,
    플라스마 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가스 구멍의 단부면은, 확경되어 있는,
    플라스마 처리 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도체로부터 상기 마이크로파 투과창의 표면까지의 최단 거리는, 3mm 내지 10mm인,
    플라스마 처리 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 샤워판에는 복수의 관통 구멍이 형성되어 있는,
    플라스마 처리 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로파 투과창은, 상기 챔버의 벽면의 중심부와, 상기 중심부를 둘러싸는 외주부에 각각 마련되는 복수의 마이크로파 투과창을 포함하고,
    상기 돌출부는, 상기 복수의 마이크로파 투과창 중 적어도 어느 것에 대향하는 하나 또는 복수의 돌출부를 포함하는,
    플라스마 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 돌출부는, 상기 중심부의 마이크로파 투과창에 대향하도록 마련되는,
    플라스마 처리 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 돌출부는, 상기 중심부의 마이크로파 투과창 및 상기 외주부의 마이크로파 투과창 각각에 대향하도록 복수 마련되는,
    플라스마 처리 장치.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 플라스마 처리 장치가 실행하는 플라스마 처리 방법이며,
    (a) 기판을 준비하는 스텝과,
    (b) 상기 챔버 내에 가스를 공급하는 스텝과,
    (c) 복수의 상기 마이크로파 투과창 중 적어도 어느 것에 마이크로파 파워를 공급하여 플라스마를 착화시키는 스텝과,
    (d) 상기 (c)의 스텝으로부터 미리 정해진 시간 경과 후에, 상기 (c)의 스텝에서 마이크로파 파워를 공급하고 있지 않은 나머지 복수의 상기 마이크로파 투과창에 마이크로파 파워를 공급하는 스텝과,
    (e) 상기 플라스마에 의해 상기 기판에 미리 정해진 처리를 실행하는 스텝
    을 포함하는 플라스마 처리 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 (c)의 스텝은, 상기 중심부의 마이크로파 투과창에 마이크로파 파워를 공급하고,
    상기 (d)의 스텝은, 상기 외주부의 마이크로파 투과창에 마이크로파 파워를 공급하는,
    플라스마 처리 방법.
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