KR101094723B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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KR101094723B1
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준 요시카와
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 처리 가스를 처리 용기에 도입하기 위한 도입부에 있어서, 탄소계의 부착물의 발생을 억제한다.
(해결 수단) 처리 용기(2)에 도입된 처리 가스를 플라즈마화시켜 기판(W)을 처리하는 플라즈마 처리 장치(1)로서, 처리 용기(2)의 천정면에, 처리 가스의 도입부(55)가 형성되고, 도입부(55)에는, 처리 용기(2)의 외부로부터 공급로(52)를 거쳐 공급되는 처리 가스를 모으는 가스 저장부(61)와, 가스 저장부(61)와 처리 용기(2)의 내부를 연통시키는 복수의 가스 분출공(66)이 형성되고, 가스 저장부(61)에 있어서, 공급로(52)의 개구부(52a)와 대향하는 위치에는, 가스 분출공(66)이 형성되어 있지 않고, 가스 분출공(66)의 단면은 편평한 형상이다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 반도체 제조에 이용되는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
종래부터, 반도체 디바이스의 제조 분야에 있어서, 레이디얼 라인 슬롯판(Radial Line Slot Antenna: RLSA)에 형성된 슬롯으로부터 마이크로파를 처리 용기 내에 전파시켜 플라즈마를 생성시키는 플라즈마 처리 장치가 사용되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 이 RLSA형의 플라즈마 처리 장치는, 고밀도로 저전자 온도의 플라즈마를 균일하게 형성할 수 있고, 대형의 반도체 웨이퍼를 균일하고 그리고 고속으로 플라즈마 처리할 수 있다는 이점이 있다. 이 플라즈마 처리의 일 예로서, CF계 가스나 CFH계 가스를 이용하여, 기판의 표면을 에칭하는 프로세스가 알려져 있다.
이 플라즈마 처리 장치에서는, 처리 용기의 천정면에 배치된 유전체를 통하여, 처리 용기의 내부에 마이크로파가 전파된다. 그리고, 처리 용기에 도입된 처리 가스가 마이크로파의 에너지에 의해 플라즈마화되어, 기판 표면의 에칭이 행해진다. 일반적으로, 처리 용기에 처리 가스를 도입하기 위한 도입부는, 예를 들면 처리 용기의 측면에 배치되어 있다. 또한 최근에는, 처리 용기의 측면에 배치된 도입부에 더하여, 처리 용기의 천정면에 처리 가스의 도입부가 형성되어, 그들 측면의 도입부와 천정면의 도입부로부터의 처리 가스의 도입량의 비(比)를 최적화함으로써, 기판 표면의 에칭의 균일성 향상이 도모되고 있다(Radical Distribution Control: RDC).
일본공개특허공보 2009－99807호
그러나, 종래의 플라즈마 처리 장치에서는, 처리 가스를 처리 용기에 도입하기 위한 도입부에 있어서, 탄소계의 부착물이 발생하는 경우가 있었다. 그리고, 도입부에 형성되어 있는 가스 분출공이, 이 부착물에 의해 막힘으로써, 처리 가스를 처리 용기에 원활히 도입할 수 없게 될 가능성이 있었다. 또한, 가스 분출공이 부착물에 의해 막힘으로써, 측면의 도입부와 천정면의 도입부로부터의 처리 가스의 도입량의 밸런스가 변동하여, 기판 표면의 에칭의 균일성이 흐트러질 가능성이 있었다. 또한, 가스 분출공의 막힘을 해소하는 작업이 번잡하여, 메인터넌스성이 저하되었다.
본 발명은, 처리 가스를 처리 용기에 도입하기 위한 도입부에 있어서, 탄소계의 부착물의 발생을 억제하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의하면, 처리 용기에 도입된 처리 가스를 플라즈마화시켜 기판을 처리하는 플라즈마 처리 장치로서, 상기 처리 용기의 천정면에, 처리 가스의 도입부가 형성되고, 상기 도입부에는, 처리 용기의 외부로부터 공급로를 거쳐 공급되는 처리 가스를 모으는 가스 저장부와, 상기 가스 저장부와 상기 처리 용기의 내부를 연통시키는 복수의 가스 분출공이 형성되며, 상기 가스 저장부에 있어서, 상기 공급로의 개구부와 대향하는 위치에는, 상기 가스 분출공이 형성되어 있지 않고, 상기 가스 분출공의 단면(斷面)은 편평한 형상인, 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
상기 가스 저장부에 있어서, 상기 공급로의 개구부와 대향하는 위치에는, 상기 공급로로부터 상기 가스 저장부에 공급되는 처리 가스를 수용하는 오목부가 형성되어 있어도 좋다. 이 경우, 상기 공급로의 개구부는, 예를 들면, 상기 가스 저장부의 중앙에 위치하고 있고, 상기 가스 분출공은, 상기 공급로의 개구부를 중심으로 하는 원주 방향으로 배치되어 있어도 좋다. 또한, 상기 가스 분출공은, 상기 공급로의 개구부를 중심으로 하는 원주 방향으로 길고, 상기 공급로의 개구부를 중심으로 하는 반경 방향으로 짧은, 편평한 단면 형상을 갖고 있어도 좋다. 또한, 상기 가스 분출공은, 예를 들면 도전성 재료로 이루어지는 인젝터 블록에 형성되고, 상기 인젝터 블록은, 전기적으로 접지되어 있어도 좋다. 이 경우, 상기 처리 용기의 내부에 면하는 상기 인젝터 블록의 표면에는, 박리성을 높이는 보호막이 형성되어 있어도 좋다. 또한, 상기 처리 용기의 내부에 면하는 상기 가스 분출공의 개구부의 주연은, 테이퍼 형상이어도 좋다. 또한, 상기 처리 용기의 천정면에 유전체창이 형성되어, 처리 용기의 내부에서 위쪽을 본 상태에서는, 상기 유전체창으로 가려져, 상기 가스 분출공이 직접 보이지 않는 상태로 되어 있어도 좋다.
본 발명에 의하면, 처리 가스를 처리 용기에 도입하기 위한 도입부에 있어서, 탄소계의 부착물의 발생을 억제할 수 있다. 이 때문에, 처리 용기에 도입된 처리 가스를 플라즈마화시켜 기판을 처리하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 처리 용기로의 처리 가스의 도입이 원활히 행해진다. 또한, 측면의 도입부와 천정면의 도입부로부터의 처리 가스의 도입량의 밸런스가 양호하게 유지되어, 기판 표면의 에칭의 균일성이 향상된다. 또한, 가스 분출공의 막힘을 해소하는 작업이 저감되어 메인터넌스성이 향상된다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략적인 구성을 나타내는 종단면도이다.
도 2는 도 1 중의 X－X 단면도로서, 유전체창의 하면의 상태를 나타내고 있다.
도 3은 처리 용기의 천정면에 형성된, 처리 가스의 도입부의 확대 단면도이다.
도 4는 처리 가스의 도입부에 부착되는 인젝터 부재의 평면도이다.
도 5는 도 4의 Y－Y 위치에 있어서의 인젝터 부재의 단면도이다.
도 6은 가스 분출공의 확대도이다.
도 7은 종래의 처리 가스의 도입부의 확대 단면도이다.
도 8은 비교예 1∼5와 실시예 1, 2의 인젝터 블록의 설명도이다.
도 9는 비교예 1과 실시예 1의 스플리터에 있어서의 압력과, 처리 가스의 유량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 비교예 1과 실시예 1의 가스 저장부에 있어서의 내압과, 처리 가스의 유량의 관계를 나타내는 그래프이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명의 실시 형태의 일 예를, 도면을 참조로 하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다.
도 1에 나타나는 바와 같이, 이 플라즈마 처리 장치(1)는, 원통 형상의 처리 용기(2)를 구비하고 있다. 처리 용기(2)의 상부는 개구되고, 저부(底部)는 막혀 있다. 처리 용기(2)는, 예를 들면 알루미늄으로 이루어지며, 전기적으로 접지되어 있다. 처리 용기(2)의 내벽면은, 예를 들면 알루미나 등의 보호막으로 피복되어 있다.
처리 용기(2) 내의 저부에는, 기판으로서 예를 들면 반도체 웨이퍼(이하 웨이퍼라고 함)(W)를 올려놓기 위한 재치대로서의 서셉터(3)가 형성되어 있다. 서셉터(3)는 예를 들면 알루미늄으로 이루어지고, 서셉터(3)의 내부에는, 외부 전원(4)으로부터의 전력의 공급에 의해 발열하는 히터(5)가 형성되어 있다. 히터(5)에 의해, 서셉터(3)상의 웨이퍼(W)를 소정 온도로 가열하는 것이 가능하다.
처리 용기(2)의 저부에는, 진공 펌프 등의 배기 장치(10)에 의해 처리 용기(2) 내의 분위기를 배기하기 위한 배기관(11)이 접속되어 있다.
처리 용기(2)의 상부에는, 기밀성을 확보하기 위한 O링 등의 시일재(15)를 통하여, 예를 들면 석영 등의 유전 재료로 이루어지는 유전체창(16)이 형성되어 있다. 도 2에 나타나는 바와 같이, 유전체창(16)은 대략 원반 형상이다. 유전체창(16)의 재료로서, 석영을 대신하여, 다른 유전체 재료, 예를 들면 Al2O3, AlN 등의 세라믹스를 사용해도 좋다.
유전체창(16)의 위쪽에는, 평면 형상의 슬롯판, 예를 들면 원판 형상의 레이디얼 라인 슬롯판(20)이 형성되어 있다. 레이디얼 라인 슬롯판(20)은, 도전성을 갖는 재질, 예를 들면 Ag, Au 등으로 도금이나 코팅된 구리의 얇은 원판으로 이루어진다. 레이디얼 라인 슬롯판(20)에는, 복수의 슬롯(21)이, 동심원 형상으로 복수열로 배치되어 있다.
레이디얼 라인 슬롯판(20)의 상면에는, 마이크로파의 파장을 단축하기 위한 유전체판(25)이 배치되어 있다. 유전체판(25)은, 예를 들면 Al2O3 등의 유전 재료로 이루어진다. 유전체판(25)의 재료로서, Al2O3를 대신하여, 다른 유전체 재료, 예를 들면 석영, AlN 등의 세라믹스를 사용해도 좋다. 유전체판(25)은 도전성의 커버(26)에 의해 덮여 있다. 커버(26)에는 원환(圓環) 형상의 열매체(heat medium) 유로(27)가 형성되고, 이 열매체 유로(27)를 흐르는 열매체에 의해, 커버(26)와 유전체창(16)을 소정 온도로 유지하도록 되어 있다.
커버(26)의 중앙에는 동축 도파관(30)이 접속되어 있다. 동축 도파관(30)은, 내부 도체(31)와 외부 도체(32)에 의해 구성되어 있다. 내부 도체(31)는, 유전체판(25)의 중앙을 관통하여 전술한 레이디얼 라인 슬롯판(20)의 상부 중앙에 접속되어 있다. 레이디얼 라인 슬롯판(20)에 형성된 복수의 슬롯(21)은, 모두 내부 도체(31)를 중심으로 하는 복수의 원주상에 배치되어 있다.
동축 도파관(30)에는, 마이크로파 공급 장치(35)가 직사각형 도파관(36) 및 모드 변환기(37)를 통하여 접속되어 있다. 마이크로파 공급 장치(35)에서 발생시킨, 예를 들면 2.45GHz의 마이크로파가, 직사각형 도파관(36), 모드 변환기(37), 동축 도파관(30), 유전체판(25), 레이디얼 라인 슬롯판(20)을 통하여, 유전체창(16)에 방사된다. 그리고, 그때의 마이크로파에 의해 유전체창(16)의 하면에 전계가 형성되어, 처리 용기(2) 내에 플라즈마가 생성된다.
레이디얼 라인 슬롯판(20)에 접속되는 내부 도체(31)의 하단(40)은 원추대 형상으로 형성되어 있다. 이와 같이 내부 도체(31)의 하단(40)이 원추대 형상으로 형성되어 있음으로써, 동축 도파관(30)으로부터 유전체판(25) 및 레이디얼 라인 슬롯판(20)에 대하여 마이크로파가 효율 좋게 전파된다.
가스 공급원(50)으로부터 공급된 처리 가스가, 스플리터(51)로 배분되어, 두 개의 공급로(52, 53)를 거쳐, 처리 용기(2) 내에 도입된다. 처리 가스에는, 예를 들면 질소, Ar, 산소 등의 플라즈마 생성용의 가스, 예를 들면 CF계 가스나 CFH계 가스 등의 소스 가스 등이 이용된다.
처리 용기(2) 내에는, 천정면과 내측면에 처리 가스의 도입부(55, 56)가 형성되어 있다. 천정면의 도입부(55)는, 처리 용기(2)의 천정면의 중앙에 배치되어 있다. 천정면의 도입부(55)에는, 동축 도파관(30)의 내부 도체(31)를 관통하는 한쪽의 공급로(52)가 접속되어 있다.
처리 용기(2)의 내측면의 도입부(56)는, 서셉터(3)에 올려놓여진 웨이퍼(W)의 위쪽을 둘러싸도록, 처리 용기(2)의 내측면의 둘레 방향으로 분포하여 복수 형성되어 있다. 처리 용기(2)의 내측면의 도입부(56)에는, 처리 용기(2)의 측면을 관통하는 다른 한쪽의 공급로(53)가 접속되어 있다. 그리고, 스플리터(51)로 배분된 처리 가스가, 공급로(52, 53)를 거쳐, 두 개의 도입부(55, 56)로부터 처리 용기(2) 내에 도입된다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 천정면의 도입부(55)는, 동축 도파관(30)의 내부 도체(31)의 하면으로부터 극간(gap)을 두고, 원통 형상의 인젝터 블록(60)을 배치한 구성을 갖는다. 인젝터 블록(60)은, 예를 들면 알루미늄 등의 도전성 재료로 이루어지며, 인젝터 블록(60)은 전기적으로 접지되어 있다. 내부 도체(31)의 하단면에는, 인젝터 블록(60)의 상면으로부터 적당한 간격을 두고, 지지 블록(59)이 부착되어 있다. 이 지지 블록(59)과 내부 도체(31)의 하단면과의 사이에, 레이디얼 라인 슬롯판(20)이 지지되어 있다. 내부 도체(31)와 지지 블록(59)의 중심을 관통하는 공급로(52)의 개구부(52a)는, 지지 블록(59)의 하면의 중앙에 위치하고 있다. 지지 블록(59)의 하면과 인젝터 블록(60)의 상면과의 사이에는, 개구부(52a)를 중심으로 하는 원통 형상의 가스 저장부(61)가 형성되어 있다.
유전체창(16)의 중앙에는, 인젝터 블록(60)을 지지하기 위한 지지부(62)가 형성되어 있다. 지지부(62)의 상반부는, 인젝터 블록(60)을 수납 가능한 크기의 원통 형상의 공간으로 되어 있다. 지지부(62)의 하반부에는, 아래쪽으로 갈수록 지름이 좁아지는 원추 형상의 테이퍼면(63)이 형성되어 있다.
인젝터 블록(60)의 상면의 중앙에는, 내부 도체(31)의 하면 중앙의 개구부(52a)로부터 가스 저장부(61)에 공급되는 처리 가스를 수용하는 오목부(65)가 형성되어 있다. 이 오목부(65)는, 공급로(52)의 개구부(52a)와 대향하여 배치된다.
도 4, 5에 나타내는 바와 같이, 인젝터 블록(60)에는, 가스 저장부(61)와 처리 용기(2)의 내부를 연통시키는 복수의 가스 분출공(66)이 형성되어 있다. 가스 분출공(66)은, 내부 도체(31)의 하면 중앙(지지 블록(59)의 하면 중앙)의 개구부(52a)와 대향하는 위치에는 형성되어 있지 않고, 복수의 가스 분출공(66)은, 모두 오목부(65)의 주위에 배치되어 있다.
가스 분출공(66)은, 모두 오목부(65)를 중심으로 하는 원주 방향으로 길고, 오목부(65)를 중심으로 하는 반경 방향으로 짧은, 편평한 단면 형상을 갖고 있다. 전자의 평균 자유 행정 및 컨덕턴스를 고려하여, 가스 분출공(66)은, 반경 방향의 폭(t)이 예를 들면 1mm 이하(바람직하게는 0.3∼0.5mm 정도)이고, 원주 방향의 길이(L)가 예를 들면 수mm∼십수mm 정도이다. 도시의 예에서는, 복수의 가스 분출공(66)은, 오목부(65)를 중심으로 하는 3열의 원주상을 따라서 배치되어 있다.
인젝터 블록(60)을 지지하고 있는 지지부(62)의 하반부가 원추 형상의 테이퍼면(63)으로 되어 있음으로써, 도 2에 나타내는 바와 같이, 처리 용기(2)의 내부에서 위쪽을 본 상태에서는, 유전체창(16)으로 가려져, 가스 분출공(66)이 직접 보이지 않는 상태로 되어 있다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 인젝터 블록(60)의 하면에는, 가스에 대한 보호막(67)이 형성되어 있다. 보호막(67)은, 예를 들면, 이트리아(ytria) 등으로 이루어진다. 인젝터 블록(60)의 하면에 나타나는 가스 분출공(66)의 개구부의 주연(66a)은, 테이퍼 형상으로 되어 있다. 이와 같이 테이퍼 형상으로 형성된 가스 분출공(66)의 개구부의 주연(66a)에도, 보호막(67)이 형성되어 있다.
다음으로, 이상과 같이 구성된 플라즈마 처리 장치(1)의 작용에 대해서 설명한다. 또한, 플라즈마 처리의 일 예로서, Ar, 산소 등의 플라즈마 생성 가스와 CF계 가스, CFH계 가스 등의 소스 가스를 포함하는 처리 가스를 사용하여, 웨이퍼(W)의 표면을 에칭하는 예를 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 이 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서, 우선 웨이퍼(W)가 처리 용기(2) 내에 반입되어, 서셉터(3)상에 올려놓여진다. 그리고, 배기관(11)으로부터 배기가 행해져 처리 용기(2) 내가 감압된다. 또한, 가스 공급원(50)으로부터 처리 용기(2) 내에 Ar, 산소 등의 플라즈마 생성 가스와 CF계 가스, CFH계 가스 등의 소스 가스를 포함하는 처리 가스가 도입된다.
처리 용기(2) 내로의 처리 가스의 도입은, 처리 용기(2)의 천정면과 내측면에 형성된 도입부(55, 56)로부터 동시에 행해진다. 도입부(55, 56)로부터의 처리 가스의 도입량의 비는, 웨이퍼(W)의 표면 전체에 균일한 에칭 처리가 행해지도록, 스플리터(51)로 조정된다.
그리고, 마이크로파 공급 장치(35)의 작동에 의해, 유전체창(16)의 하면에 전계가 발생하여, 처리 가스가 플라즈마화되고, 그때에 발생한 활성종에 의해, 웨이퍼(W)의 표면에 에칭 처리가 행해진다. 그리고, 소정 시간 에칭 처리가 행해진 후, 마이크로파 공급 장치(35)의 작동과, 처리 용기(2) 내로의 처리 가스의 공급이 정지되고, 웨이퍼(W)가 처리 용기(2) 내로부터 반출되어, 일련의 플라즈마 에칭 처리가 종료된다.
그런데, 이상과 같은 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서는, 처리 가스가 플라즈마화됨으로써, 특히 처리 용기(2)의 천정면에 형성된 도입부(55)에 있어서, 인젝터 블록(60)의 가스 분출공(66)에, 탄소계의 부착물이 부착되기 쉽다. 그리고, 가스 분출공(66)이, 이 부착물에 의해 막히면, 처리 가스를 처리 용기(2)에 원활히 도입할 수 없게 된다. 또한, 처리 용기(2)의 내측면의 도입부(56)와 천정면의 도입부(55)로부터의 처리 가스의 도입량의 밸런스가 변동하여, 웨이퍼(W)의 표면에 대한 에칭의 균일성이 흐트러져 버린다.
여기에서, 종래의 처리 가스의 도입부에 대해서, 가스 분출공으로의 탄소계의 부착물의 발생 요인을 검토했다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 종래의 처리 가스의 도입부(100)는, 원통 형상의 인젝터 블록(101)의 전체에, 복수의 가스 분출공(102)을 분포시켜 형성한 구성이 알려져 있다. 각 가스 분출공(102)은, 직경이 0.5mm 정도의 원형 단면 형상이다. 인젝터 블록(101)의 상면은 평면이며, 오목부(65)에 상당하는 것은 존재하지 않는다. 또한, 인젝터 블록(101)의 하면 전체에 균일하게 분포하여 복수의 가스 분출공(102)이 개구되어 있고, 내부 도체(31)의 하면 중앙의 개구부(52a)와 대향하는 위치에도, 가스 분출공(102)이 형성되어 있다.
이러한 종래의 처리 가스의 도입부(100)는, 각 가스 분출공(102)의 단면적이 작기 때문에, 공급로(52)로부터 가스 저장부(61)에 공급된 처리 가스가 가스 분출공(102)을 통과할 때의 저항이 크고, 가스 저장부(61)의 내압이 높은 상태가 되고 있었다. 그리고, 가스 저장부(61)의 내부에 처리 가스가 고농도로 모여 있는 상태에서, 처리 용기(2) 내의 전자 등이 가스 분출공(102)으로부터 가스 저장부(61)를 향하여 진입하여, 가스 분출공(102) 내부에 있어서 처리 가스가 플라즈마화되어, 가스 분출공(66)에 탄소계의 부착물이 부착된다고 추측되었다.
또한, 종래의 처리 가스의 도입부(100)는, 내부 도체(31)의 하면 중앙의 개구부(52a)와 대향하는 위치에 있는 가스 분출공(102)에는 처리 가스가 집중적으로 유입되고, 내부 도체(31)의 하면 중앙(지지 블록(59)의 하면 중앙)의 개구부(52a)로부터 떨어진 위치에 있는 가스 분출공(102)에는, 처리 가스가 유입량이 적어져 있었다. 이 때문에, 가스 분출공(102)의 수를 늘려도, 가스 저장부(61)의 내압을 유효하게 내리는 것은 곤란했다. 또한, 직경이 0.5mm 정도의 가스 분출공(102)을 다수 균등하게 형성하는 가공은 곤란하다.
이에 대하여, 이 실시 형태로 나타낸 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서는, 도입부(55)의 인젝터 블록(60)에 형성된 가스 분출공(66)이, 편평한 단면 형상을 갖고 있어, 원주 방향의 길이(L)가 종래의 가스 분출공(102)의 직경(0.5mm 정도)에 비하여 충분히 길다. 이 때문에, 본 발명의 실시 형태의 플라즈마 처리 장치(1)에 의하면, 가스 분출공(66)의 단면적이 종래에 비하여 상당히 크고, 가스 저장부(61)로부터 처리 용기(2) 내로 처리 가스가 빠져 나가기 쉬워진다. 이에 따라, 가스 저장부(61)의 내압도 낮아져, 가스 저장부(61) 내의 처리 가스의 농도도 낮아진다. 가스 저장부(61)에는 가스 분출공(102)이 통해 있지 않아, 처리 가스가 전자 등에 의해 플라즈마화되기 어려워진다. 그 결과, 예를 들면 처리 용기(2) 내의 전자 등이 가스 분출공(102)으로부터 가스 저장부(61)를 향하여 진입했다고 해도, 가스 분출공(102) 내부에 있어서 처리 가스가 플라즈마화될 가능성이 낮아져, 가스 분출공(66)에 탄소계의 부착물이 부착되는 문제가 회피된다.
또한, 이 실시 형태의 플라즈마 처리 장치(1)는, 내부 도체(31)의 하면 중앙(지지 블록(59)의 하면 중앙)의 개구부(52a)와 대향하는 위치에는 가스 분출공(66)이 형성되어 있지 않고, 복수의 가스 분출공(66)은 모두 오목부(65)의 주위에 배치되어 있다. 이 때문에, 내부 도체(31)의 중심을 관통하는 공급로(52)로부터 가스 저장부(61)에 공급된 처리 가스는, 가스 저장부(61)의 중앙으로부터 주변부로 퍼진 후, 각 가스 분출공(66)으로 유입된다. 이 때문에, 복수의 가스 분출공(66)에 거의 동일한 상태(압력)로 처리 가스가 유입되어, 가스 저장부(61)의 내압을 유효하게 낮출 수 있다. 이 경우, 인젝터 블록(60)의 상면의 중앙에 오목부(65)가 형성되어 있기 때문에, 공급로(52)를 흘러 온 처리 가스의 기세(관성)가 오목부(65)에 유입되었을 때에 현저하게 저하된다. 그 결과, 공급로(52)로부터 가스 저장부(61)에 공급된 처리 가스는, 가스 저장부(61)의 전체에 균일하게 퍼져, 인젝터 블록(60)에 형성되어 있는 전체 가스 분출공(66)으로부터 처리 용기(2) 내로 도입된다. 이에 따라, 가스 저장부(61)의 내압이 보다 유효하게 낮아져, 가스 저장부(61) 내의 처리 가스의 농도가 낮아지고, 가스 분출공(66)으로의 탄소계의 부착물의 부착이 더욱 회피된다.
또한, 이 실시 형태의 플라즈마 처리 장치(1)는, 처리 용기(2)의 내부에서 위쪽을 본 상태에서는, 유전체창(16)으로 가려짐으로써, 복수의 가스 분출공(66)은 처리 용기(2)의 내부로부터는 모두 직접 보이지 않는 상태로 되어 있다. 이 때문에, 처리 용기(2)의 내부에서 생성된 전자 등이 가스 분출공(66)에 진입하기 어려워, 가스 분출공(66)에 탄소계의 부착물이 발생하기 어렵다.
또한, 인젝터 블록(60)은, 예를 들면 알루미늄 등의 도전성 재료로 이루어지며, 인젝터 블록(60)은 전기적으로 접지되어 있다. 이 때문에, 전자가 가스 분출공(66)에 진입한 경우라도, 가스 분출공(66)의 내벽면에 접촉함으로써, 전자는 용이하게 트랩된다. 이 경우, 가스 분출공(66)의 폭(t)은 예를 들면 0.5mm 정도로 좁기 때문에, 전자가 가스 분출공(66)의 내벽면에 접촉하지 않고 가스 저장부(61)까지 도달할 가능성은 지극히 낮다.
또한, 인젝터 블록(60)의 하면에 형성된 이트리아 등의 보호막(67)에 의해, 인젝터 블록(60)의 하면이 보호된다. 이 경우, 테이퍼 형상으로 형성된 가스 분출공(66)의 개구부의 주연(66a)에도 보호막(67)이 형성되어 있기 때문에, 가스 분출공(66)의 개구부가 가스로부터 보호된다. 또한, 가스 분출공(66)의 개구부가 테이퍼 형상으로 형성되어 있음으로써, 개구부의 주연(66a)에 보호막(67)을 용이하게 형성할 수 있다.
따라서, 이 실시 형태의 플라즈마 처리 장치(1)에 의하면, 처리 용기(2)로의 처리 가스의 도입이 원활히 행해진다. 또한, 처리 용기(2)의 천정면의 도입부(55)와 내측면의 도입부(56)로부터의 처리 가스의 도입량의 밸런스가 양호하게 유지되어, 웨이퍼(W)의 표면에 있어서의 에칭의 균일성이 향상된다. 또한, 가스 분출공(66)의 막힘을 해소하는 작업이 저감되어, 메인터넌스성이 향상된다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태의 일 예를 설명했지만, 본 발명은 여기에 예시한 형태에 한정되지 않는다. 당업자라면, 특허청구의 범위에 기재된 사상의 범주 내에 있어서, 각종의 변경예 또는 수정예에 생각이 미칠 수 있음은 분명하며, 그것들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.
예를 들면, 인젝터 블록(60)의 상면이나 가스 분출공(66)의 내면에 알루마이트(Allumite) 처리를 행함으로써, 인젝터 블록(60)의 상면이나 가스 분출공(66)의 내면의 내구성을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 인젝터 블록(60)의 상면에 나타나는 가스 분출공(66)의 입구부의 주연을, 테이퍼 형상으로 해도 좋다. 인젝터 블록(60)에 형성되는 복수의 가스 분출공(66)의 크기는, 동일해도 좋고 차이가 나 있어도 좋다. 또한, 복수의 가스 분출공(66)은, 예를 들면 소용돌이 형상으로 배치되어도 좋다.
이상의 실시 형태에서는, 본 발명을 에칭 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치(1)에 적용했지만, 본 발명은, 에칭 처리 이외의 기판 처리, 예를 들면 성막 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치에도 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 플라즈마 처리 장치로 처리되는 기판은, 반도체 웨이퍼, 유기 EL 기판, FPD(플랫 패널 디스플레이)용의 기판 등의 어느 것이라도 좋다.
(실시예)
인젝터 블록에 형성되는 가스 분출공의 단면 형상과, 가스 저장부의 내압의 관계를 고찰했다.
(비교예 1 (종래예))
도 8(a)에 나타내는 바와 같이, 비교예 1은, 두께 8mm의 원판 형상의 인젝터 블록(101)에, 직경 0.5mm의 원형 단면 형상의 가스 분출공(102)이 19개 형성되어 있다. 처리 가스의 공급로의 개구부와 대향하는 위치가 되는, 인젝터 블록(101)의 중앙에도 가스 분출공(102)이 형성되어 있다. 인젝터 블록(101)의 상면은 평면으로, 오목부는 없다.
(비교예 2)
도 8(b)에 나타내는 바와 같이, 비교예 2는, 두께 8mm의 원판 형상의 인젝터 블록(101)에, 직경 0.5mm의 원형 단면 형상의 가스 분출공(102)이 324개 형성되어 있다. 처리 가스의 공급로의 개구부와 대향하는 위치가 되는, 인젝터 블록(101)의 중앙에는 가스 분출공(102)이 형성되어 있지 않다. 또한, 인젝터 블록(101)의 상면의 중앙에는 오목부(65)가 형성되어 있다.
(비교예 3)
도 8(c)에 나타내는 바와 같이, 비교예 3은, 두께 4mm의 원판 형상의 인젝터 블록(101)에, 직경 0.5mm의 원형 단면 형상의 가스 분출공(102)이 324개 형성되어 있다. 처리 가스의 공급로의 개구부와 대향하는 위치가 되는, 인젝터 블록(101)의 중앙에는 가스 분출공(102)이 형성되어 있지 않다. 또한, 인젝터 블록(101)의 상면의 중앙에는 오목부(65)가 형성되어 있다.
(비교예 4)
도 8(d)에 나타내는 바와 같이, 비교예 4는, 두께 8mm의 원판 형상의 인젝터 블록(101)에, 직경 0.5mm의 원형 단면 형상의 가스 분출공(102)이 48개 형성되어 있다. 처리 가스의 공급로의 개구부와 대향하는 위치가 되는, 인젝터 블록(101)의 중앙에는 가스 분출공(102)이 형성되어 있지 않다. 또한, 인젝터 블록(101)의 상면의 중앙에는 오목부(65)가 형성되어 있다.
(실시예 1)
도 8(e)에 나타내는 바와 같이, 실시예 1은, 두께 8mm의 원판 형상의 인젝터 블록(60)에, 편평한 단면 형상을 갖는 가스 분출공(66)이 24개 형성되어 있다. 가스 분출공(66)의 인젝터 블록(60)의 반경 방향의 폭(t)은 0.5mm, 원주 방향의 길이(L)는 수mm∼십수mm이다. 처리 가스의 공급로의 개구부와 대향하는 위치가 되는, 인젝터 블록(60)의 중앙에는 가스 분출공(66)이 형성되어 있지 않다. 또한, 인젝터 블록(60)의 상면의 중앙에는 오목부(65)가 형성되어 있다.
(실시예 2)
도 8(f)에 나타내는 바와 같이, 실시예 2는, 두께 8mm의 원판 형상의 인젝터 블록(60)에, 편평한 단면 형상을 갖는 가스 분출공(66)이 12개 형성되어 있다. 가스 분출공(66)의 인젝터 블록(60)의 반경 방향의 폭(t)은 0.5mm, 원주 방향의 길이(L)는 수mm∼십수mm이다. 처리 가스의 공급로의 개구부와 대향하는 위치가 되는, 인젝터 블록(60)의 중앙에는 가스 분출공(66)이 형성되어 있지 않다. 또한, 인젝터 블록(60)의 상면의 중앙에는 오목부(65)가 형성되어 있다.
(비교예 5)
도 8(g)에 나타내는 바와 같이, 비교예 5는, 두께 8mm의 원판 형상의 인젝터 블록(101)의 중앙에, 직경 2.5mm의 원형 단면 형상의 가스 분출공(102)이 1개만 형성되어 있다. 이 가스 분출공(102)은, 처리 가스의 공급로의 개구부와 대향하는 위치에 있다. 인젝터 블록(101)의 상면은 평면으로, 오목부는 없다.
이들 비교예 1∼5와 실시예 1, 2의 인젝터 블록에 대해서, 가스 저장부의 내압과 처리 용기의 내압의 차이를 측정했다. 측정은, Ar가스를 100mtorr, 100sccm로 흘려서 행했다. 비교예 1∼5와 실시예 1, 2의 가스 저장부의 내압과 처리 용기의 내압의 측정 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure 112010043468303-pat00001
표 1의 결과로부터, 실시예 1, 2의 인젝터 블록은, 비교예 1∼5의 인젝터 블록에 비하여, 가스 저장부의 내압과 처리 용기의 내압의 차이가 작다.
다음으로, 비교예 1과 실시예 1의 인젝터 블록에 대해서, 유량을 변화시켜, 가스 저장부의 내압의 변화를 측정했다. Ar가스(100mtorr)의 유량을 50∼1000sccm로 변화시켰다. 그 결과를 도 9, 10에 나타낸다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 공급측이 되는 스플리터에서는, 비교예 1의 압력(A)과 실시예 1의 압력(B)은, 거의 비례하여 상승했다. 이에 대하여, 도 10에 나타내는 바와 같이, 실시예 1에서는, 가스 저장부의 내압(D)은, 유량의 증가에 상관없이 거의 일정하게 되었다. 한편, 비교예 1에서는, 가스 저장부의 내압(C)은, 유량의 증가에 비례하여 상승했다.
본 발명은, 예를 들면 반도체 제조 분야에 유용하다.
W : 웨이퍼
1 : 플라즈마 처리 장치
2 : 처리 용기
3 : 서셉터
4 : 외부 전원
5 : 히터
10 : 배기 장치
16 : 유전체창
20 : 레이디얼 라인 슬롯판
25 : 유전체판
30 : 동축 도파관
31 : 내부 도체
32 : 외부 도체
35 : 마이크로파 공급 장치
36 : 직사각형 도파관
50 : 가스 공급원
51 : 스플리터
52, 53 : 공급로
55, 56 : 도입부
60 : 인젝터 블록
61 : 가스 저장부
63 : 테이퍼면
65 : 오목부
66 : 가스 분출공
67 : 보호막

Claims (16)

  1. 처리 용기에 도입된 처리 가스를 플라즈마화시켜 기판을 처리하는 플라즈마 처리 장치로서,
    상기 처리 용기의 천정면에, 처리 가스의 도입부가 형성되고,
    상기 도입부에는, 처리 용기의 외부로부터 공급로를 거쳐 공급되는 처리 가스를 모으는 가스 저장부와, 상기 가스 저장부와 상기 처리 용기의 내부를 연통시키는 복수의 가스 분출공을 포함하는 인젝터 블록이 형성되고,
    상기 인젝터 블록에 있어서, 상기 공급로의 개구부와 대향하는 위치에는, 상기 가스 분출공이 형성되어 있지 않고,
    상기 가스 분출공의 단면은 편평한 형상인, 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 저장부에 있어서, 상기 공급로의 개구부와 대향하는 위치에는, 상기 공급로로부터 상기 가스 저장부에 공급되는 처리 가스를 수용하는 오목부가 형성되어 있는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 공급로의 개구부는, 상기 가스 저장부의 중앙에 위치하고 있고,
    상기 가스 분출공은, 상기 공급로의 개구부를 중심으로 하는 원주 방향으로 배치되어 있는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가스 분출공은, 상기 공급로의 개구부를 중심으로 하는 원주 방향으로 길고, 상기 공급로의 개구부를 중심으로 하는 반경 방향으로 짧은, 편평한 단면 형상을 갖고 있는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가스 분출공은, 상기 공급로의 개구부를 중심으로 하는 반경 방향의 폭이 1mm 이하, 원주 방향의 길이가 수mm∼십수mm인 플라즈마 처리 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 인젝터 블록은, 도전성 재료로 이루어지며, 전기적으로 접지되어 있는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 처리 용기의 내부에 면하는 상기 인젝터 블록의 표면에는, 박리성을 높이는 보호막이 형성되어 있는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 처리 용기의 내부에 면하는 상기 가스 분출공의 개구부의 주연은, 테이퍼 형상인 플라즈마 처리 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 처리 용기의 천정면에 유전체창이 형성되어, 상기 처리 용기의 내부에서 위쪽을 본 상태에서는, 상기 유전체창으로 가려져, 상기 가스 분출공이 직접 보이지 않는 상태로 되어 있는 플라즈마 처리 장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 가스 분출공은, 상기 공급로의 개구부를 중심으로 하는 반경 방향의 폭이, 0.3~0.5mm로서, 원주 방향의 길이가 수mm ~ 십수mm인 플라즈마 처리 장치.
  11. 원통 형상을 갖고, 원통의 길이 방향의 일단측에 형성되는 처리 가스를 수용하는 오목부와,
    상기 일단측으로부터 타단측을 향하여 관통하여 형성되고, 상기 오목부의 주위에 배치되는 복수의 가스 분출공을 갖고,
    상기 가스 분출공은, 상기 오목부를 중심으로 하는 원주 방향으로 길고, 상기 오목부를 중심으로 하는 반경 방향으로 짧은 편평한 단면 형상을 갖는 인젝터 블록.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 가스 분출공은, 상기 오목부를 중심으로 하는 반경 방향의 폭이 1mm 이하, 원주 방향의 길이가 수mm ~ 십수mm인 인젝터 블록.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 가스 분출공은, 상기 오목부를 중심으로 하는 반경 방향의 폭이, 0.3~0.5mm이며, 원주 방향의 길이가 수mm ~ 십수mm인 인젝터 블록.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    도전성 재료로 이루어지는 인젝터 블록.
  15. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    표면에는 박리성을 높이는 보호막이 형성되어 있는 인젝터 블록.
  16. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 분출공의 개구부의 주연은 테이퍼 형상인 인젝터 블록.
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