KR100757545B1 - 상부 전극 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

상부 전극 및 플라즈마 처리 장치 Download PDF

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Abstract

교환 부품의 코스트의 상승을 억제하여 러닝 코스트의 저감을 도모하면서, 그 온도 제어성을 종래에 비교해서 향상시킬 수 있고, 고정밀도인 플라즈마 처리를 할 수 있는 상부 전극 및 플라즈마 처리 장치를 제공한다. 진공 챔버(1)에 설치된 상부 전극(3)은 전극기체(30), 냉각 블록(31) 및 전극판(32)으로 구성되어 있다. 전극기체(30)와 냉각 블럭(31) 사이에는 처리 가스 확산용 간극(33)이 형성되어 있다. 냉각 블럭(31)에는 다수의 투과 구멍(34)이 형성되고, 이들 투과 구멍(34)의 사이에, 잘게 굴곡한 형상으로 된 냉매 유로(35)가 형성되어 있다. 전극판(32)은 냉각 블럭(31)의 하측에, 유연성을 갖는 열전도부재인 실리콘 러버 시트(36)를 거쳐서 장착 및 분리 가능하게 고정되어 있고, 투과 구멍(34)에 각각 대응하여 토출구(37)가 형성되어 있다.

Description

상부 전극 및 플라즈마 처리 장치{UPPER ELECTRODE AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}
도 1은 본 발명의 1 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 전체 개략 구성을 도시한 도면,
도 2는 도 1의 플라즈마 처리 장치의 주요부 개략 구성을 도시한 도면,
도 3은 도 1의 플라즈마 처리 장치의 주요부 개략 구성을 도시한 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
W : 반도체 웨이퍼 1 : 진공 챔버
2 : 탑재대 3 : 상부 전극
6, 7 : 고주파 전원 30 : 전극기체
31 : 냉각 블럭 32 : 전극판
33 : 처리 가스 확산용 간극 34 : 투과 구멍
35 : 냉매 유로 36 : 실리콘 러버 시트
37 : 토출구 38 : 외주측 체결 나사
39 : 내주측 체결 나사
본 발명은 피 처리 기판, 예컨대 반도체 웨이퍼나 액정 표시 장치용 유리 기판 등에 플라즈마를 작용시켜서 에칭 처리나 성막 처리 등의 소정의 플라즈마 처리를 실시하기 위한 상부 전극 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
종래부터, 반도체 장치의 제조분야에서는 진공 챔버 내에 플라즈마를 발생시키고, 이 플라즈마를 피 처리 기판, 예컨대 반도체 웨이퍼나 액정 표시 장치용 유리 기판 등에 작용시켜, 소정의 처리, 예컨대 에칭 처리, 성막 처리 등을 하는 플라즈마 처리 장치가 이용되고 있다.
이러한 플라즈마 처리 장치, 예컨대 소위 평행평판형의 플라즈마 처리 장치에서는 진공 챔버 내에 반도체 웨이퍼 등을 탑재하기 위한 탑재대(하부 전극)가 설치됨과 동시에, 이 탑재대에 대향하여 진공 챔버의 천장부에는 상부 전극이 설치되고, 이들 탑재대(하부 전극)와 상부 전극에 의해서 한 쌍의 평행평판 전극이 구성되도록 되어 있다.
그리고, 진공 챔버 내로 소정의 처리 가스를 도입함과 동시에, 진공 챔버의 바닥부로부터 진공배기함으로써, 진공 챔버 내를 소정의 진공도의 처리 가스 분위기로 하고, 이 상태에서 탑재대와 상부 전극과의 사이에 소정 주파수의 고주파 전력을 공급함으로써, 처리 가스의 플라즈마를 발생시키고, 이 플라즈마를 반도체 웨이퍼에 작용시킴으로써, 반도체 웨이퍼의 에칭 등의 처리를 하도록 구성되어 있다.
상기한 바와 같은 플라즈마 처리 장치에서는 상부 전극이 직접 플라즈마에 노출되는 위치에 설치되어 있기 때문에, 상부 전극의 온도가 소망하지 않게 높아질 가능성이 있다. 이 때문에, 상부 전극내에 냉매를 유통시키기 위한 냉매 유로를 형성하고, 이 냉매 유로내로 냉매를 유통시켜서 상부 전극을 냉각하도록 구성된 것이 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
또한, 상부 전극에 상기한 바와 같은 냉매 유로를 형성함과 동시에, 처리 가스를 피 처리 기판을 향해서 샤워형상으로 공급하기 위한 다수의 토출구를 형성한 플라즈마 처리 장치도 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 2 참조).
[특허문헌 1]
일본 특허 공개 공보 소화63-284820호(제 2-3 페이지, 도 1).
[특허문헌 2]
미국 특허 제4534816호 명세서(제 2-3 페이지, 제 1-6 도).
상술한 바와 같이, 종래의 플라즈마 처리 장치에서는 상부 전극을 냉각함으로써, 그 온도를 일정화하는 것이 실행되고 있다.
그러나, 최근에는 예컨대 반도체 장치의 구조의 미세화 등에 따라서, 플라즈마 처리 장치에 있어서의 처리 정밀도를 향상시키는 것이 필요해진다. 이 때문에, 종래에 비교해서 더욱 상부 전극의 온도 제어의 정밀도를 올리고, 또한 상부 전극 전체의 온도의 균일성을 향상시킴으로써, 플라즈마 처리 장치의 처리 정밀도를 향상시키는 것이 요망되고 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 상부 전극은 직접 플라즈마에 노출되는 위치에 설 치됨으로써, 플라즈마에 의한 데미지를 받아 소모된다. 이 때문에, 정기적으로 교환하는 등의 유지 보수가 필요해지지만, 상부 전극 전체를 교환하면, 교환 부품의 비용이 들고, 결과적으로 러닝 코스트의 상승을 초래하므로, 예컨대 상부 전극의 플라즈마에 노출되는 부분만을 장착 및 분리 가능하게 교환하도록 하는 것도 고려되고 있다.
그러나, 이와 같이 장착 및 분리 가능한 구조라고 하면, 열전도성이 나빠져, 높은 정밀도로 온도를 제어하는 것이 어려워진다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 종래의 사정에 대처하여 이루어진 것으로, 교환 부품의 코스트의 상승을 억제하여 러닝 코스트의 저감을 도모하면서, 그 온도 제어성을 종래에 비교해서 향상시킬 수 있고, 고정밀도인 플라즈마 처리를 할 수 있는 상부 전극 및 플라즈마 처리 장치를 제공하고자 하는 것이다.
즉, 제 1 양태에 따른 상부 전극은 피 처리 기판이 탑재되는 탑재대와 대향하도록 배치되고, 상기 탑재대와의 사이에 처리 가스의 플라즈마를 발생시키기 위한 상부 전극에 있어서, 내부에 냉매를 유통시키기 위한 냉매 유로가 형성됨과 동시에, 상기 처리 가스를 통과시키기 위한 다수의 투과 구멍이 형성된 냉각 블록과 상기 냉각 블럭의 하면에 유연성을 갖는 열전도부재를 거쳐서 장착 및 분리 가능하게 고정되고, 상기 처리 가스를 상기 탑재대 상의 상기 피 처리 기판을 향해서 토출시키기 위한 다수의 토출구가 형성된 전극판과 상기 냉각 블럭의 상측에 설치되 고, 상기 냉각 블럭과의 사이에 상기 처리 가스를 확산시키기 위한 처리 가스 확산용 간극을 형성하도록 구성된 전극기체를 구비한 것을 특징으로 한다.
제 2 양태에 따른 상부 전극은 제 1 양태에 따른 상부 전극에 있어서, 상기 냉매 유로가 각 상기 투과 구멍에 인접하여 위치하도록, 냉각 블럭내를 굴곡하여 배치된 것을 특징으로 한다.
제 3 양태에 따른 상부 전극은 제 2 양태에 따른 상부 전극에 있어서, 굴곡하여 배치된 상기 냉매 유로 중 인접한 상기 냉매 유로의 냉매의 흐름 방향이 반대로 되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
제 4 양태에 따른 상부 전극은 제 3 양태에 따른 상부 전극에 있어서, 상기 냉각 블럭의 가장 외주부에 설치된 상기 냉매 유로를 제외하고, 내주부에 설치된 상기 냉매 유로는 직선 부분의 최대의 길이가 상기 투과 구멍의 배치 피치의 3피치분까지가 되도록 굴곡되어 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 5 양태에 따른 상부 전극은 제 1 양태 내지 제 4 양태 중 어느 한 양태에 따른 상부 전극에 있어서, 상기 냉매 유로가 복수로 분할되어 복수 계통 설치되는 것을 특징으로 한다.
제 6 양태에 따른 상부 전극은 제 5 양태에 따른 상부 전극에 있어서, 복수 계통의 상기 냉매 유로가 각각 상기 냉각 블럭의 중앙 방향을 향하여 냉매를 도입하고, 이 다음 점차로 외주부를 향하여 냉매를 흐르게 하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 7 양태에 따른 상부 전극은 제 1 양태 내지 제 6 양태 중 어느 한 양태에 따른 상부 전극에 있어서, 상기 전극판이 원판형상으로 구성되고, 그 외주 부분에 마련된 복수의 외주측 체결 나사와 이들 외주측 체결 나사보다 내측 부분에 마련된 복수의 내주측 체결 나사에 의해서, 상기 냉각 블럭에 고정되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 8 양태에 따른 상부 전극은 제 7 양태에 따른 상부 전극에 있어서, 상기 외주측 체결 나사 및 상기 내주측 체결 나사가 상기 전극기체의 상측으로부터 상기 전극판과 나사 결합하도록 설치되고, 상기 전극기체와 상기 전극판 사이에 상기 냉각 블럭을 협지하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
제 9 양태에 따른 상부 전극은 제 8 양태에 따른 상부 전극에 있어서, 상기 전극기체와 상기 전극판 사이에 소정의 클리어런스가 형성되고, 상기 냉각 블럭과 상기 전극판이 가압된 상태에서, 상기 전극기체와 상기 냉각 블럭과 상기 전극판이 일체적으로 고정되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
제 10 양태에 따른 상부 전극은 피 처리 기판이 탑재되는 탑재대와 대향하도록 배치되고, 상기 탑재대와의 사이에 처리 가스의 플라즈마를 발생시키기 위한 상부 전극에 있어서, 상기 처리 가스를 통과시키기 위한 다수의 투과 구멍이 형성됨과 동시에, 각 상기 투과 구멍에 인접하여 위치하도록 내부에 냉매를 유통시키기 위한 냉매 유로가 형성된 냉각 블럭을 구비하고, 상기 냉각 블럭의 가장 외주부에 설치된 상기 냉매 유로를 제외하고, 내주부에 설치된 상기 냉매 유로가 직선 부분의 최대의 길이가 상기 투과 구멍의 배치 피치의 3피치분까지가 되도록 굴곡되어 형성되고, 또한 상기 냉매 유로가 복수로 분할되어 복수 계통 설치되고, 이들 복수 계통의 상기 냉매 유로가 각각 상기 냉각 블럭의 중앙 방향을 향하여 냉매를 도입하고, 이 다음 점차로 외주부를 향하여 냉매를 흐르게 하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 11 양태에 따른 플라즈마 처리 장치는 제 1 양태 내지 제 10 양태 중 어느 양태에 따른 상부 전극을 갖는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 상세를 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명을 반도체 웨이퍼의 에칭을 하는 플라즈마 에칭 장치에 적용한 실시예의 구성의 개략을 모식적으로 도시하는 것으로, 동 도면에 있어서, 부호(1)는 재질이 예컨대 알루미늄 등으로 이루어지고, 내부를 기밀하게 폐색 가능하게 구성된 원통형의 진공 챔버를 도시하고 있다.
이 진공 챔버(1)내에는 반도체 웨이퍼(W)를 탑재하기 위한 탑재대(2)가 설치되어 있고, 이 탑재대(2)는 하부 전극을 겸하고 있다. 또한, 진공 챔버(1)내의 천장부에는 샤워헤드를 구성하는 상부 전극(3)이 설치되어 있고, 이들 탑재대(하부 전극)(2)와 상부 전극(3)에 의해서, 한 쌍의 평행평판 전극이 구성되도록 되어 있다. 이 상부 전극(3)의 구조에 대해서는 후에 상술한다.
탑재대(2)에는 2개의 정합기(4, 5)를 거쳐서 2개의 고주파 전원(6, 7)이 접속되어 있고, 탑재대(2)에 두 가지의 소정 주파수(예컨대, 100MHz와 3.2MHz)의 고주파 전력을 중첩하여 공급 가능하게 되어 있다. 또한, 탑재대(2)에 고주파 전력 을 공급하는 고주파 전원을 1대만으로 하고, 1종류의 주파수의 고주파 전력만을 공급하는 구성으로 해도 좋다.
또한, 탑재대(2)의 반도체 웨이퍼(W)의 탑재면에는 반도체 웨이퍼(W)를 흡착 유지하기 위한 정전척(8)이 설치되어 있다. 이 정전척(8)은 절연층(8a) 내에 정전척용 전극(8b)을 배치한 구성으로 되어 있고, 정전척용 전극(8b)에는 직류 전원(9)이 접속되어 있다. 또한, 탑재대(2)의 상면에는 반도체 웨이퍼(W)의 주위를 둘러싸도록, 포커스링(10)이 설치되어 있다.
진공 챔버(1)의 바닥부에는 배기 포트(11)가 설치되고, 이 배기 포트(11)에는 진공 펌프 등으로 구성된 배기계(12)가 접속되어 있다.
또한, 탑재대(2)의 주위에는 도전성의 재료로 링형상으로 형성되고, 다수의 투과 구멍(13a)이 형성된 배기링(13)이 설치되어 있다. 이 배기링(13)은 전기적으로 접지 전위에 접속되어 있다. 그리고, 배기링(13)을 거쳐서, 배기계(12)에 의해서, 배기 포트(11)로부터 진공배기함으로써, 진공 챔버(1)내를 소정의 진공분위기로 설정할 수 있도록 구성되어 있다.
또한, 진공 챔버(1)의 주위에는 자장 형성 기구(14)가 설치되어 있고, 진공 챔버(1)내의 처리공간에 소망하는 자장을 형성할 수 있도록 되어 있다. 이 자장 형성 기구(14)에는 회전기구(15)가 설치되어 있고, 진공 챔버(1)의 주위에서 자장 형성 기구(14)를 회전시킴으로써, 진공 챔버(1)내의 자장을 회전 가능하게 구성되어 있다.
다음에, 상술한 상부 전극(3)의 구성에 대해서 설명한다. 도 3에도 도시하 는 바와 같이, 상부 전극(3)은 전극기체(基體,30)와, 이 전극기체(30)의 하측에 설치된 냉각 블럭(31)과, 또한 냉각 블럭(31)의 하측에 설치된 전극판(32)으로 그 주요 부분이 구성되고, 전체형상이 대략 원판 형상으로 형성되어 있다.
가장 하측에 설치된 전극판(32)은 플라즈마에 노출되는 위치에 있고, 플라즈마의 작용에 의해서 소모된다. 이 때문에, 상부 전극(3)으로부터 전극판(32)만을 분리하여 교환함으로써, 교환 부품의 코스트를 억제하고, 러닝 코스트를 저감할 수 있도록 되어 있다. 또한, 냉각 블럭(31)내에는 후술하는 냉매 유로(35)가 형성되어 있어, 그 제조비용이 비싸진다. 이 때문에, 냉각 블럭(31)과 전극판(32)을 별체로 하여, 전극판(32)만을 교환 가능하게 함으로써, 교환 부품의 코스트를 억제할 수 있다.
상기 전극기체(30)와, 냉각 블럭(31) 사이에는 처리 가스 공급계(16)로부터 공급되고, 전극기체(30)의 상부로부터 도입된 처리 가스를 확산시키기 위한 처리 가스 확산용 간극(33)이 형성되어 있다.
또한, 냉각 블럭(31)에는 상기 처리 가스 확산용 간극(33)으로부터의 처리 가스를 통과시키기 위한 다수의 투과 구멍(34)이 형성되어 있고, 이들 투과 구멍(34)의 사이에는 도 2에도 도시하는 바와 같이, 잘게 굴곡한 형상으로 되고, 내부에 냉매를 유통시키기 위한 냉매 유로(35)가 형성되어 있다.
또한, 전극판(32)은 냉각 블럭(31)의 하측에 유연성을 갖는 열전도부재, 예컨대 고열전도성의 실리콘 러버 시트(36)를 거쳐서 장착 및 분리 가능하게 고정되어 있고, 냉각 블럭(31)에 형성된 다수의 투과 구멍(34)에 각각 대응하여, 처리 가 스를 토출시키기 위한 토출구(37)가 투과 구멍(34)과 동수 형성되어 있다. 또한, 실리콘 러버 시트(36)에도 이들 토출구(37) 및 투과 구멍(34)에 맞춘 개구가 형성되어 있다.
그리고, 상기 전극기체(30)와, 냉각 블럭(31)과, 전극판(32)은 상부 전극(3)의 외주 부분에 둘레 방향을 따라서 등간격으로 복수 마련된 외주측 체결 나사(38)와, 이들 외주측 체결 나사(38)보다 내측 부분에, 둘레 방향을 따라 등간격으로 복수 마련된 내주측 체결 나사(39)에 의해서, 일체적으로 고정되어 있다. 이들 외주측 체결 나사(38) 및 내주측 체결 나사(39)는 전극기체(30)의 위쪽으로부터 삽입되어 전극판(32)에 나사 결합되고, 이 전극판(32)을 위쪽으로 끌어올리도록 작용하고, 전극기체(30)와 전극판(32)과의 사이에 냉각 블럭(31)을 협지하는 구성으로 되어있다. 또한, 이 때, 상기의 끼워 넣는 힘이 확실하게 작용하고, 전극판(32)과 냉각 블럭(31)이 양호한 상태로 접촉하도록, 전극기체(30)와 전극판(32)과의 사이에는 도 3에 도시하는 바와 같이 일정한 클리어런스(C)(예컨대, 0.5mm 이상)가 형성된다.
상기한 바와 같이, 본 실시예에서는 냉각 블럭(31)의 위쪽에 처리 가스 확산용 간극(33)을 형성하고, 이 처리 가스 확산용 간극(33)내에서 확산시킨 처리 가스를 냉각 블럭(31)에 형성된 다수의 투과 구멍(34) 및 전극판(32)에 형성된 토출구(37)를 경유하여, 샤워형상으로 토출시키는 구성으로 되어있다.
이 때문에, 냉각 블럭(31)과 전극판(32)을 근접시키고, 넓은 접촉면적으로 이들을 접촉시킬 수 있고, 냉각 블럭(31)에 의해서 전극판(32)을 효율적으로 균일 하게 냉각할 수 있다. 또한, 냉각 블럭(31)과 전극판(32)과의 사이에는, 고열전도성의 실리콘 러버 시트(36) 등의 유연성을 갖는 열전도부재가 설치되어 있기 때문에, 경질인 냉각 블럭(31)과 전극판(32)(예컨대, 알루미늄 등으로 구성되어 있음)을 직접 접촉시키는 경우에 비교해서, 이들 사이의 밀착성을 향상시켜, 열전도를 촉진시킬 수 있고, 냉각 블럭(31)에 의해서 전극판(32)을 효율적으로 균일하게 냉각할 수 있다. 또한, 외주측 체결 나사(38)만이 아니라, 내주측 체결 나사(39)에 의해서 내주부도 체결하는 구성으로 되어있기 때문에, 열팽창에 의한 왜곡 등에 의해서 냉각 블럭(31)과 전극판(32)과의 밀착성이 악화하는 것도 억제할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 상술한 냉각 블럭(31)에 형성된 냉매 유로(35)는 도 2에 도시하는 바와 같이 냉각 블럭(31)의 대략 절반의 영역(도 2 중 상반부)에 냉매를 유통시키기 위한 냉매 유로(35a)와, 나머지의 대략 절반의 영역(도 2 중 하반부)에 냉매를 유통시키기 위한 냉매 유로(35b)의 2 계통으로 나누어져 있다. 이들 2 계통의 냉매 유로(35a, 35b)는 대칭적으로 형성되어 있고, 냉매 유로(35a)의 냉매 입구(40a) 및 냉매 출구(41a)와, 냉매 유로(35b)의 냉매 입구(40b) 및 냉매 출구(41b)는 대략 180도 떨어진 반대측의 위치에 배치되어 있다. 이와 같이, 2 계통의 냉매 유로(35a, 35b)를 설치함으로써, 보다 효율적으로 또한 전극판(32) 전체를 균일한 온도로 제어할 수 있다.
그리고, 냉매 입구(40a)와 냉매 입구(40b)로부터 도입된 냉매가 반대 방향으로부터 우선 중앙부를 향하여 흘러 들어오고, 그 후 점차로 외주 방향을 향하여, 각각 냉매 출구(41a)와 냉매 출구(41b)로부터 외부로 도출되는 구성으로 되어 있 다. 이와 같이, 냉매 입구(40a, 40b)로부터 도입된 냉매가 우선 중앙부를 향하여 흐름으로써, 보다 밀도가 높은 플라즈마가 발생하기 쉽고 온도가 올라가기 쉬운 전극판(32)의 중앙부의 온도의 상승을 억제할 수 있어, 결과적으로 균일한 온도 제어를 할 수 있다.
또한, 냉각 블럭(31)에 형성된 모든 투과 구멍(34)의 근방을 통과하도록, 상기 냉매 유로(35a, 35b)가 형성되어 있고, 이들 냉매 유로(35a, 35b)에서 투과 구멍(34)을 사이에 두고 이웃하는 냉매 유로는 냉매의 유통 방향이 서로 반대가 되도록 형성되어 있다. 이러한 냉매의 흐름을 형성함으로써, 보다 효율적으로, 또한 전극판(32) 전체를 균일한 온도로 제어할 수 있다.
또한, 냉매 유로(35a, 35b)는 가장 외주부의 냉매 유로의 부분을 제외하고, 이것보다 내측 부분에서는 투과 구멍(34)의 배치 피치의 3피치분보다 긴 직선 부분이 형성되지 않도록 잘게 굴곡한 형상으로 되어 있다. 또한, 본 실시예에서는 투과 구멍(34)의 배치 피치[인접하는 투과 구멍(34)의 중심 사이의 거리]는 15mm라고 되어 있는데, 이 경우, 전극판(32)의 토출구(37)의 배치 피치도 당연히 동일하다.
이와 같이, 냉매 유로(35a, 35b)를 잘게 굴곡한 구조로 함으로써, 이 속을 냉매가 유통하는 도중에서 충분히 교반되어, 보다 효율적으로 온도 제어를 할 수 있다.
다음에, 이와 같이 구성된 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 에칭 처리에 대하여 설명한다.
우선, 진공 챔버(1)의 도시하지 않은 반입·반출구에 마련된 도시하지 않은 게이트밸브를 개방하고, 반송기구 등에 의해서 반도체 웨이퍼(W)를 진공 챔버(1)내로 반입하고, 탑재대(2)상에 탑재한다. 탑재대(2)상에 탑재된 반도체 웨이퍼(W)는 이 후에 정전척(8)의 정전척용 전극(8b)으로 직류 전원(9)으로부터 소정의 직류 전압을 인가함으로써, 흡착 유지된다.
다음에, 반송기구를 진공 챔버(1)밖으로 퇴피시킨 후, 게이트밸브를 닫고, 배기계(12)의 진공 펌프 등에 의해서 진공 챔버(1)내를 배기하고, 진공 챔버(1)내가 소정의 진공도가 된 후, 진공 챔버(1)내에 가스 확산용 공간(33), 투과 구멍(34), 토출구(37)를 거쳐서, 처리 가스 공급계(16)로부터 소정의 에칭 처리용 처리 가스를, 예컨대 100 내지 1000sccm의 유량으로 도입하고, 진공 챔버(1)내를 소정의 압력, 예컨대 1.3 내지 133Pa(10 내지 1000mTorr)정도로 유지한다.
이 상태에서, 고주파 전원(6, 7)으로부터 탑재대(2)로 소정 주파수(예컨대, 100MHz와 3.2MHz)의 고주파 전력을 공급한다.
상기한 바와 같이, 탑재대(2)에 고주파 전력이 인가됨으로써, 상부 전극(3)과 탑재대(하부 전극)(2)의 사이의 처리공간에는 고주파 전계가 형성된다. 또한, 처리공간에는 자장 형성 기구(14)에 의한 소정의 자장이 형성된다. 이것에 의해서 처리공간으로 공급된 처리 가스로부터 소정의 플라즈마가 발생하고, 그 플라즈마에 의해서 반도체 웨이퍼(W) 상의 소정의 막이 에칭된다.
이 때, 상부 전극(3)은 소정온도(예컨대 60℃)가 될 때까지는 상부 전극(3)내에 설치된 히터(도시하지 않음)에 의해서 가열된다. 그리고, 플라즈마가 발생한 후에는 히터에 의한 가열을 정지하고, 냉매 유로(35a, 35b)에 냉각물 등의 냉매를 유통시켜 냉각하여, 상부 전극(3)의 온도를 소정온도로 제어한다. 본 실시예에서는 상술한 바와 같이, 상부 전극(3)의 온도를 높은 정밀도로 균일하게 제어할 수 있으므로, 안정적이고 균일한 플라즈마에 의해서, 소망하는 에칭 처리를 고정밀도로 실시할 수 있다.
실제로, 처리 가스가 C4F6/Ar/O2=30/1000/35sccm, 압력이 6.7Pa(50mTorr), 전력이 HF/LF=500/4000W의 조건으로 10분간 반도체 웨이퍼(W)의 에칭을 하고, 이 때의 상부 전극(3)의 중앙부와 주변부 등의 각부의 온도를 측정한 결과, 전체의 온도차가 5℃ 이내로 균일하게 온도 제어되어 있었다.
그리고, 소정의 에칭 처리가 실행되면, 고주파 전원(6, 7)으로부터의 고주파 전력의 공급을 정지하고, 에칭 처리를 정지하고, 상술한 순서와는 반대의 순서로 반도체 웨이퍼(W)를 진공 챔버(1)밖으로 반출한다.
또한, 상기 실시예에 있어서는 본 발명을 반도체 웨이퍼의 에칭을 하는 플라즈마 에칭 장치에 적용한 경우에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 경우에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 반도체 웨이퍼 이외의 기판을 처리하는 것이더라도 좋고, 에칭 이외의 처리, 예컨대 CVD 등의 성막 처리 장치에도 적용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 상부 전극 및 플라즈마 처리 장치에 의하면, 교환 부품의 코스트의 상승을 억제하여 러닝 코스트의 저감을 도모하면서, 그 온도 제어성을 종래에 비교하여 향상시킬 수 있고, 고정밀도인 플라즈마 처리를 할 수 있다.

Claims (12)

  1. 피 처리 기판이 탑재되는 탑재대와 대향하도록 배치되고, 상기 탑재대와의 사이에 처리 가스의 플라즈마를 발생시키기 위한 상부 전극에 있어서,
    내부에 냉매를 유통시키기 위한 냉매 유로가 형성됨과 동시에, 상기 처리 가스를 통과시키기 위한 한 개 이상의 투과 구멍이 형성된 냉각 블럭과,
    상기 냉각 블럭의 하면에 유연성을 갖는 열전도부재를 거쳐서 장착 및 분리 가능하게 고정되고, 상기 처리 가스를 상기 탑재대상의 상기 피 처리 기판을 향해서 토출시키기 위한 한 개 이상의 토출구가 형성되고, 상기 냉각 블럭에 의해 냉각되는 전극판과,
    상기 냉각 블럭의 상측에 설치되고, 상기 냉각 블럭과의 사이에 상기 처리 가스를 확산시키기 위한 처리 가스 확산용 간극을 형성하도록 구성된 전극기체를 구비한 것을 특징으로 하는
    상부 전극.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매 유로가 각 상기 투과 구멍에 인접하여 위치하도록, 냉각 블럭내를 굴곡하여 배치된 것을 특징으로 하는
    상부 전극.
  3. 제 2 항에 있어서,
    굴곡하여 배치된 상기 냉매 유로 중, 인접한 상기 냉매 유로의 냉매의 흐름 방향이 반대가 되도록 구성된 것을 특징으로 하는
    상부 전극.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 냉각 블럭의 가장 외주부에 설치된 상기 냉매 유로를 제외하고, 내주부에 설치된 상기 냉매 유로는 직선 부분의 최대의 길이가 상기 투과 구멍의 배치 피치의 3피치분까지가 되도록 굴곡되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    상부 전극.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매 유로가 복수로 분할되어 복수 계통 설치되어 있는 것을 특징으로 하는
    상부 전극.
  6. 제 5 항에 있어서,
    복수 계통의 상기 냉매 유로가 각각 상기 냉각 블럭의 중앙 방향을 향하여 냉매를 도입하고, 이 다음 점차로 외주부를 향하여 냉매를 흐르게 하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    상부 전극.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 전극판이 원판형상으로 구성되고, 그 외주 부분에 설치된 복수의 외주측 체결 나사와, 이들 외주측 체결 나사보다 내측 부분에 설치된 복수의 내주측 체결 나사에 의해서 상기 냉각 블럭에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는
    상부 전극.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 외주측 체결 나사 및 상기 내주측 체결 나사가 상기 전극기체의 상측으로부터 상기 전극판과 나사 결합하도록 설치되고, 상기 전극기체와 상기 전극판 사이에 상기 냉각 블럭을 협지하도록 구성된 것을 특징으로 하는
    상부 전극.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전극기체와 상기 전극판과의 사이에 소정의 클리어런스가 형성되고, 상기 냉각 블럭과 상기 전극판이 가압된 상태로, 상기 전극기체와 상기 냉각 블럭과 상기 전극판이 일체적으로 고정되도록 구성된 것을 특징으로 하는
    상부 전극.
  10. 피 처리 기판이 탑재되는 탑재대와 대향하도록 배치되고, 상기 탑재대와의 사이에 처리 가스의 플라즈마를 발생시키기 위한 상부 전극에 있어서,
    상기 처리 가스를 통과시키기 위한 한 개 이상의 투과 구멍이 형성됨과 동시에, 각 상기 투과 구멍에 인접하여 위치하도록, 내부에 냉매를 유통시키기 위한 냉매 유로가 형성된 냉각 블럭을 구비하고,
    상기 냉각 블럭의 가장 외주부에 설치된 상기 냉매 유로를 제외하고, 내주부에 설치된 상기 냉매 유로가 직선 부분의 최대의 길이가 상기 투과 구멍의 배치 피치의 3피치분까지가 되도록 굴곡되어 형성되고,
    상기 냉매 유로가 복수로 분할되어 복수 계통 설치되고, 이들 복수 계통의 상기
    냉매 유로가 각각 상기 냉각 블럭의 중앙 방향을 향하여 냉매를 도입하고, 이 다음 점차로 외주부를 향하여 냉매를 흐르게 하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    상부 전극.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 하나의 항에 기재된 상부 전극을 갖는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  12. 삭제
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