KR101661222B1 - 기판 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
이동 전극 및 통 형상 용기의 일방의 단벽(端壁) 간의 공간에서의 플라즈마의 발생을 억제할 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다. 기판 처리 장치(10)는, 웨이퍼(W)를 수용하는 통 형상의 챔버(11)와, 이 챔버(11) 내에서 챔버(11)의 중심축을 따라 이동 가능한 샤워 헤드(23)와, 챔버(11) 내에서 샤워 헤드(23)에 대향하는 서셉터(12)와, 샤워 헤드(23) 및 챔버(11)의 덮개(14)를 접속시키는 신축 가능한 벨로즈(31)를 구비하고, 샤워 헤드(23) 및 서셉터(12)의 사이에 존재하는 처리 공간(PS)에 고주파 전력이 인가되고 처리 가스가 도입되고, 샤워 헤드(23) 및 챔버(11)의 측벽(13)은 비접촉이며, 샤워 헤드(23) 및 덮개(14) 사이에 존재하는 상부 공간(US)에 제 1 캐패시터층(32) 및 제 2 캐패시터층(33)이 배설된다.
Description
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 특히 처리실 내를 이동 가능한 전극을 구비하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
기판으로서의 반도체 웨이퍼(이하, 간단히 ‘웨이퍼’라고 함)에 플라즈마 처리를 실시하는 기판 처리 장치는, 웨이퍼를 수용하고 내부를 감압 가능한 챔버와, 이 챔버 내부의 하방에 배치된 서셉터와, 챔버 내부에서 서셉터에 대향하도록 배치된 샤워 헤드를 구비한다. 서셉터는 웨이퍼를 재치하고 고주파 전원이 접속되어 챔버 내부에 고주파 전력을 인가하는 전극으로서 기능하고, 샤워 헤드는 챔버 내부로 처리 가스를 도입하고 접지되어 접지 전극으로서 기능한다. 이 기판 처리 장치에서는, 챔버 내부로 공급된 처리 가스를 고주파 전력에 의해 여기하여 플라즈마를 생성하고, 이 플라즈마에 의해 웨이퍼에 플라즈마 처리를 실시한다.
그런데, 챔버 내부, 특히 샤워 헤드 및 서셉터 간의 공간에서 플라즈마를 적절히 분포시키기 위하여, 종래 서셉터를 가동(可動)적으로 구성하여 샤워 헤드 및 서셉터 사이의 처리 공간의 거리(이하, ‘갭’이라고 함)를 조정 가능한 기판 처리 장치가 개발되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 또한 근래, 기판 처리 장치의 주변에서의 레이아웃 상의 제약으로 서셉터가 아닌 샤워 헤드가 이동 가능하게 구성된 기판 처리 장치가 검토되고 있다.
도 12는, 샤워 헤드가 이동 가능하게 구성된 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 12의 기판 처리 장치(100)에서, 원통 형상의 챔버(101) 내부에서 서셉터(102)에 대향하도록 배치된 샤워 헤드(103)는 챔버(101)의 내경과 거의 동일한 외경을 가지는 대략 원판 형상을 나타내고, 도시하지 않은 리프트 기구에 의해 챔버(101) 내부에서 피스톤과 같이 상하 이동한다. 또한, 샤워 헤드(103) 및 챔버(101)의 천장부의 사이에는 이 샤워 헤드(103)의 상하 이동과 함께 신축되는 벨로즈(104)가 개재되고, 이 벨로즈(104)는 외부 공기로부터 챔버(101) 내를 씰링한다. 또한, 도 12 중에서, 가장 하강했을 경우의 샤워 헤드(103)를 실선으로 나타내고, 가장 상승했을 경우의 샤워 헤드(103)를 파선으로 나타낸다.
그러나, 이 기판 처리 장치(100)에서는, 샤워 헤드(103)의 원활한 상하 이동을 실현하고, 샤워 헤드(103) 및 챔버(101)의 측벽(101b)의 마찰에 의한 파티클의 발생을 방지하기 위하여, 샤워 헤드(103)는 이 측벽(101b)으로부터 어느 정도의 간격을 유지하도록 구성된다. 즉, 샤워 헤드(103)는 측벽(101b)에 접촉되지 않기 때문에, 샤워 헤드(103)로부터 측벽(101b)으로 직류 전류가 흐르지 않고 교류 전류가 흐르는 경우도 거의 없다. 그 결과 기판 처리 장치(100)에서는, 서셉터(102)에 인가된 고주파 전력에 기인하는 고주파 전류가 도 12 중의 화살표로 나타낸 바와 같이, 서셉터(102), 처리 공간, 샤워 헤드(103), 벨로즈(104), 챔버(101)의 천장벽(101a) 및 이 챔버(101)의 측벽(101b)의 순으로 흐른다.
여기서 벨로즈(104)는 내구성을 고려하여 스테인레스 스틸로 구성되어 있기 때문에, 알루미늄으로 구성되어 있는 다른 부위(챔버(101) 또는 샤워 헤드(103) 등)보다 임피던스가 크다. 그 결과 벨로즈(104)를 따라, 구체적으로는 샤워 헤드(103) 및 챔버(101)의 천장벽(101a) 간에 전위차가 생겨 샤워 헤드(103) 및 천장벽(101a) 사이에 존재하는 공간(이하, ‘상부 공간’이라고 함)(US)에 전계가 생긴다.
이 전계는 갭으로부터 이 상부 공간(US)으로 진입한 처리 가스를 이온화하여 플라즈마를 발생시킨다. 상부 공간(US)에서 발생한 플라즈마는 챔버(101)의 벽면 또는 샤워 헤드(103)를 소모시키고 퇴적물을 발생시킨다고 하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 이동 전극 및 통 형상 용기의 일방의 단벽(端壁) 간의 공간에서의 플라즈마의 발생을 억제할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 청구항 1에 기재된 기판 처리 장치는, 기판을 수용하는 통 형상 용기와, 이 통 형상 용기 내에서 상기 통 형상 용기의 중심축을 따라 이동 가능한 이동 전극과, 상기 통 형상 용기 내에서 상기 이동 전극에 대향하는 대향 전극과, 상기 이동 전극 및 상기 통 형상 용기의 일방의 단벽을 접속시키는 신축 가능한 격벽을 구비하고, 상기 이동 전극 및 상기 대향 전극의 사이에 존재하는 제 1 공간에 고주파 전력이 인가되고 처리 가스가 도입되고 상기 이동 전극 및 상기 통 형상 용기의 측벽은 비접촉인 기판 처리 장치로서, 상기 이동 전극 및 상기 일방의 단벽의 사이에 존재하는 제 2 공간에 적어도 1 개의 저유전성 부재가 배설되는 것을 특징으로 한다.
청구항 2에 기재된 기판 처리 장치는, 청구항 1에 기재된 기판 처리 장치에서, 상기 저유전성 부재는 적어도 상기 이동 전극 및 상기 일방의 단벽 중 어느 하나에 장착되는 것을 특징으로 한다.
청구항 3에 기재된 기판 처리 장치는, 청구항 1 또는 2에 기재된 기판 처리 장치에서, 상기 저유전성 부재의 비유전율은 10 이하인 것을 특징으로 한다.
청구항 4에 기재된 기판 처리 장치는, 청구항 3에 기재된 기판 처리 장치에서, 상기 저유전성 부재는 폴리테트라플루오르에틸렌, 테트라플루오르에틸렌·퍼플루오르알킬비닐에테르 공중합체 또는 폴리클로로트리플루오르에틸렌으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
청구항 5에 기재된 기판 처리 장치는, 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 기판 처리 장치에서, 상기 통 형상 용기의 측벽 및 상기 이동 전극의 사이에 다른 유전성 부재가 배설되는 것을 특징으로 한다.
청구항 6에 기재된 기판 처리 장치는, 청구항 5에 기재된 기판 처리 장치에서, 상기 다른 유전성 부재의 두께는 상기 이동 전극으로부터 상기 측벽 방향으로 5 mm 이상인 것을 특징으로 한다.
청구항 7에 기재된 기판 처리 장치는, 청구항 5 또는 6에 기재된 기판 처리 장치에서, 상기 다른 유전성 부재는 세라믹으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
청구항 8에 기재된 기판 처리 장치는, 청구항 5 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 기판 처리 장치에서, 상기 다른 유전성 부재는 상기 이동 전극에 장착되는 것을 특징으로 한다.
청구항 9에 기재된 기판 처리 장치는, 청구항 5 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 기판 처리 장치에서, 상기 다른 유전성 부재는 상기 측벽에 장착되는 것을 특징으로 한다.
청구항 10에 기재된 기판 처리 장치는, 기판을 수용하는 통 형상 용기와, 이 통 형상 용기 내에서 상기 통 형상 용기의 중심축을 따라 이동 가능한 이동 전극과, 상기 통 형상 용기 내에서 상기 이동 전극에 대향하는 대향 전극과, 상기 이동 전극 및 상기 통 형상 용기의 일방의 단벽을 접속시키는 신축 가능한 격벽을 구비하고, 상기 이동 전극 및 상기 대향 전극의 사이에 존재하는 제 1 공간에 고주파 전력이 인가되고 처리 가스가 도입되고, 상기 이동 전극 및 상기 통 형상 용기의 측벽은 비접촉인 기판 처리 장치로서, 상기 이동 전극에 대향하는 상기 통 형상 용기의 측벽에 제 1 유전성 부재가 배설되고, 이 제 1 유전성 부재와 상기 이동 전극의 측면과의 겹침 면적이 상기 이동 전극의 이동에 수반하여 변화하는 것을 특징으로 한다.
청구항 11에 기재된 기판 처리 장치는, 청구항 10에 기재된 기판 처리 장치에서, 상기 제 1 유전성 부재에 대향하는 상기 이동 전극의 측면에 제 2 유전성 부재가 배설되어, 상기 제 1 유전성 부재와 상기 제 2 유전성 부재와의 겹침 면적이 상기 이동 전극의 이동에 수반하여 변화하는 것을 특징으로 한다.
청구항 12에 기재된 기판 처리 장치는, 청구항 10 또는 11에 기재된 기판 처리 장치에서, 상기 제 1 유전성 부재의 상기 통 형상 용기의 중심축을 따른 단면에서의 상기 중심축에 직교하는 방향의 폭은 상기 중심축을 따라 일정한 것을 특징으로 한다.
청구항 13에 기재된 기판 처리 장치는, 청구항 10 또는 11에 기재된 기판 처리 장치에서, 상기 제 1 유전성 부재의 상기 통 형상 용기의 중심축을 따른 단면에서의 상기 중심축에 직교하는 방향의 폭은 상기 중심축을 따라 차례로 변화하는 것을 특징으로 한다.
청구항 14에 기재된 기판 처리 장치는, 청구항 11에 기재된 기판 처리 장치에서, 상기 제 2 유전성 부재의 상기 통 형상 용기의 중심축을 따른 단면에서의 상기 중심축에 직교하는 방향의 폭은 상기 중심축을 따라 일정한 것을 특징으로 한다.
청구항 15에 기재된 기판 처리 장치는, 청구항 11에 기재된 기판 처리 장치에서, 상기 제 2 유전성 부재의 상기 통 형상 용기의 중심축을 따른 단면에서의 상기 중심축에 직교하는 방향의 폭은 상기 중심축을 따라 차례로 변화하는 것을 특징으로 한다.
청구항 16에 기재된 기판 처리 장치는, 청구항 11에 기재된 기판 처리 장치에서, 상기 제 1 유전성 부재 및 상기 제 2 유전성 부재는 각각 석영, 세라믹 또는 절연성 수지로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
청구항 1에 기재된 기판 처리 장치에 따르면, 이동 전극 및 통 형상 용기의 일방의 단벽의 사이에 존재하는 제 2 공간에 적어도 1 개의 저유전성 부재가 배설되므로, 제 1 공간에 인가되는 고주파 전력에 기인하고, 이동 전극, 제 2 공간, 통 형상 용기의 일방의 단벽 및 이 통 형상 용기의 측벽을 흐르는 고주파 전류에 관하여 전압 강하를 저유전성 부재에 분담시킴으로써 제 2 공간에서의 전압 강하량을 줄일 수 있고, 이로써 제 2 공간에서의 전위차를 저감시킬 수 있다. 그 결과, 이동 전극 및 통 형상 용기의 일방의 단벽 간의 공간(제 2 공간)에서의 전계의 발생을 억제하고, 나아가서는 플라즈마의 발생을 억제할 수 있다.
청구항 2에 기재된 기판 처리 장치에 따르면, 저유전성 부재는 적어도 이동 전극 및 일방의 단벽 중 어느 하나에 장착되므로, 구성을 간소화할 수 있어 기판 처리 장치의 조립을 용이하게 행할 수 있다.
청구항 3에 기재된 기판 처리 장치에 따르면, 저유전성 부재의 비유전율은 10 이하이므로 저유전성 부재가 분담하는 전압 강하량을 적절히 조정할 수 있다.
청구항 4에 기재된 기판 처리 장치에 따르면, 저유전성 부재는 폴리테트라플루오르에틸렌, 테트라플루오르에틸렌·퍼플루오르알킬비닐에테르 공중합체 또는 폴리클로로트리플루오르에틸렌으로 이루어진다. 이들 재료는 래디컬에 대한 내성이 높기 때문에, 만일 래디컬이 제 1 공간으로부터 제 2 공간으로 진입해도 저유전성 부재가 소모되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이들 재료는 용이하게 입수할 수 있으므로, 결과적으로 용이하게 제조할 수 있어 코스트를 삭감할 수 있다.
청구항 5에 기재된 기판 처리 장치에 따르면, 통 형상 용기의 측벽 및 이동 전극의 사이에 다른 유전성 부재가 배설되므로, 통 형상 용기의 측벽 및 이동 전극을 이간시킬 수 있고, 이로써 통 형상 용기의 측벽 및 이동 전극의 사이에 이상 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 다른 유전체 부재가 통 형상 용기의 측벽 및 이동 전극의 사이를 메우므로, 제 1 공간에서 발생한 플라즈마가 제 2 공간으로 진입하는 것을 방지할 수 있다.
청구항 6에 기재된 기판 처리 장치에 따르면, 다른 유전성 부재의 두께는 이동 전극으로부터 측벽 방향으로 5 mm 이상이므로, 통 형상 용기의 측벽 및 이동 전극을 확실히 이간시킬 수 있다.
청구항 7에 기재된 기판 처리 장치에 따르면, 다른 유전성 부재는 세라믹으로 이루어진다. 다른 유전체 부재는 제 1 공간에 접하지만, 세라믹은 래디컬뿐만 아니라 이온에 의한 스퍼터링에도 높은 내성을 가지므로, 다른 유전체 부재가 제 1 공간에서 발생한 플라즈마에 의해 소모되는 것을 방지할 수 있다.
청구항 8에 기재된 기판 처리 장치에 따르면 다른 유전성 부재는 이동 전극에 장착되므로, 이 이동 전극이 이동해도 항상 통 형상 용기의 측벽 및 이동 전극의 사이에 다른 유전성 부재를 개재시킬 수 있고, 이로써 이상 방전이 발생하는 것을 확실히 방지할 수 있다.
청구항 9에 기재된 기판 처리 장치에 따르면, 다른 유전성 부재는 측벽에 장착되므로, 이동 전극의 구조를 단순화할 수 있다.
청구항 10에 기재된 기판 처리 장치에 따르면, 이동 전극에 대향하는 통 형상 용기의 측벽에 제 1 유전성 부재가 배설되어, 이 제 1 유전성 부재와 이동 전극의 측면과의 겹침 면적이 이동 전극의 이동에 수반하여 변화하므로, 이동 전극과 제 1 유전성 부재와 통 형상 용기의 측벽으로 구성되는 정전 결합에서의 정전 용량이 갭의 변동에 수반하여 변화하고, 이에 따라, 갭의 변화에 따라 처리 공간 내의 플라즈마 분포의 적정화를 도모할 수 있다.
청구항 11에 기재된 기판 처리 장치에 따르면, 제 1 유전성 부재에 대향하는 이동 전극의 측면에 제 2 유전성 부재가 배설되어, 제 1 유전성 부재와 제 2 유전성 부재와의 겹침 면적이 이동 전극의 이동에 수반하여 변화하므로, 정전 용량이 비교적 미세하게 변화하여, 갭의 변화에 따라 처리 공간 내의 플라즈마 분포를 보다 미세하게 조정할 수 있다.
청구항 12 및 14에 기재된 기판 처리 장치에 따르면, 제 1 또는 제 2 유전성 부재의 통 형상 용기의 중심축을 따른 단면에서의 중심축에 직교하는 방향의 폭은 중심축을 따라 일정하므로, 이동 전극과 제 1 유전성 부재와의 겹침 면적, 또는 제 1 유전성 부재와 제 2 유전성 부재와의 겹침 면적이 갭의 변화에 따라 변동하고, 겹침 면적의 변동에 기초하여 고주파 전류의 그라운드 패스의 용량이 변동한다. 이에 따라, 타 계통의 그라운드 패스와의 용량 배분비를 조정하여 처리 공간 내의 플라즈마 분포의 적정화를 도모할 수 있다.
청구항 13 및 15에 기재된 기판 처리 장치에 따르면, 제 1 또는 제 2 유전성 부재의 통 형상 용기의 중심축을 따른 단면에서의 중심축에 직교하는 방향의 폭은 중심축을 따라 차례로 변화하므로, 이동 전극과 제 1 유전성 부재와의 중첩된 면적, 또는 제 1 유전성 부재와 제 2 유전성 부재와의 중첩된 면적이 갭의 변화에 따라 변동하고, 중첩된 면적의 변동과 제 1 유전성 부재 및/또는 제 2 유전성 부재의 중심축에 직교하는 방향의 폭의 변동에 기초하여 고주파 전류의 그라운드 패스의 용량이 변동한다. 이에 따라, 타 계통의 그라운드 패스와의 용량 배분비를 조정하여 처리 공간 내의 플라즈마 분포의 적정화를 도모할 수 있다.
청구항 16에 기재된 기판 처리 장치에 따르면, 제 1 유전성 부재 및 제 2 유전성 부재는 각각 석영, 세라믹 또는 절연성 수지로 이루어지므로, 래디컬뿐만 아니라 이온 스퍼터링에 대한 내성을 가진다. 이에 따라, 제 1 및 제 2 유전성 부재가 처리 공간 내에서 발생한 플라즈마에 의해 소모되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 기판 처리 장치에서의 상부 공간을 전기 회로적으로 도시한 도이다.
도 3a는 도 1의 기판 처리 장치의 제 1 변형예의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 3b는 도 1의 기판 처리 장치의 제 2 변형예를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 도 4의 기판 처리 장치의 변형예의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 도 6에서의 샤워 헤드와 제 1 유전성 부재의 중첩된 상태를 도시한 모식도이다.
도 8은 제 3 실시예에서의 샤워 헤드와 유전성 부재와 챔버 측벽으로 구성되는 정전 결합의 변형예를 도시한 도면이다.
도 9는 제 3 실시예에서의 샤워 헤드와 유전성 부재와 챔버 측벽으로 구성되는 정전 결합의 변형예를 도시한 도면이다.
도 10은 제 3 실시예에서의 샤워 헤드와 유전성 부재와 챔버 측벽으로 구성되는 정전 결합의 변형예를 도시한 도면이다.
도 11은 제 3 실시예에서의 샤워 헤드와 유전성 부재와 챔버 측벽으로 구성되는 정전 결합의 변형예를 도시한 도면이다. 도 12는 샤워 헤드가 이동 가능하게 구성된 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 기판 처리 장치에서의 상부 공간을 전기 회로적으로 도시한 도이다.
도 3a는 도 1의 기판 처리 장치의 제 1 변형예의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 3b는 도 1의 기판 처리 장치의 제 2 변형예를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 도 4의 기판 처리 장치의 변형예의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 도 6에서의 샤워 헤드와 제 1 유전성 부재의 중첩된 상태를 도시한 모식도이다.
도 8은 제 3 실시예에서의 샤워 헤드와 유전성 부재와 챔버 측벽으로 구성되는 정전 결합의 변형예를 도시한 도면이다.
도 9는 제 3 실시예에서의 샤워 헤드와 유전성 부재와 챔버 측벽으로 구성되는 정전 결합의 변형예를 도시한 도면이다.
도 10은 제 3 실시예에서의 샤워 헤드와 유전성 부재와 챔버 측벽으로 구성되는 정전 결합의 변형예를 도시한 도면이다.
도 11은 제 3 실시예에서의 샤워 헤드와 유전성 부재와 챔버 측벽으로 구성되는 정전 결합의 변형예를 도시한 도면이다. 도 12는 샤워 헤드가 이동 가능하게 구성된 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
우선, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판 처리 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다. 이 기판 처리 장치는 웨이퍼에 드라이 에칭 처리를 실시하도록 구성되어 있다.
도 1에서, 기판 처리 장치(10)는, 예를 들면 직경이 300 mm인 웨이퍼(W)를 수용하는 원통 형상의 챔버(11)(통 형상 용기)를 가지고, 이 챔버(11) 내의 도면 중 하방에는 반도체 디바이스용의 웨이퍼(W)를 재치하는 원판 형상의 서셉터(12)(대향 전극)가 배치되어 있다. 챔버(11)는 원관(圓管) 형상의 측벽(13)과 이 측벽(13)의 도면 중 상방의 단부(端部)를 덮는 원판 형상의 덮개(14)(통 형상 용기의 일방의 단벽(端壁))을 가진다.
챔버(11) 내는 TMP(Turbo Molecular Pump) 및 DP(Dry Pump)(모두 도시하지 않음) 등에 의해 감압되고, 챔버(11) 내의 압력은 APC 밸브(도시하지 않음)에 의해 제어된다.
서셉터(12)에는 제 1 고주파 전원(15)이 제 1 정합기(16)를 개재하여 접속되고, 제 2 고주파 전원(17)이 제 2 정합기(18)를 개재하여 접속되어 있고, 제 1 고주파 전원(15)은 비교적 낮은 주파수, 예를 들면 3.2 MHz의 고주파 전력인 바이어스 전력을 서셉터(12)에 인가하고, 제 2 고주파 전원(17)은 비교적 높은 주파수, 예를 들면 100 MHz의 고주파 전력인 플라즈마 생성 전력을 서셉터(12)에 인가한다. 그리고, 서셉터(12)는 챔버(11) 내에 플라즈마 생성 전력을 인가한다.
서셉터(12)의 상부에는 정전 전극판(19)을 내부에 가지는 정전 척(20)이 배치되어 있다. 정전 척(20)은 원판 형상의 세라믹 부재로 구성되고 정전 전극판(19)에는 직류 전원(21)이 접속되어 있다. 정전 전극판(19)에 양의 직류 전압이 인가되면 웨이퍼(W)에서의 정전 척(20)측의 면(이하, ‘이면(裏面)’이라고 함)에는 음의 전위가 발생하여 정전 전극판(19) 및 웨이퍼(W)의 이면 간에 전위차가 발생하고, 이 전위차에 기인하는 쿨롱력 또는 존슨·라벡력(Johnson-Rahbek force)에 의해 웨이퍼(W)는 정전 척(20)에 흡착 보지(保持)된다.
또한, 서셉터(12)에는 흡착 보지된 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 링 형상 부재인 포커스 링(22)이 재치된다. 포커스 링(22)은 도전체 예를 들면 웨이퍼(W)를 구성하는 재료와 동일한 단결정 실리콘에 의해 구성된다. 포커스 링(22)은 도전체로 이루어지므로, 플라즈마의 분포 영역을 웨이퍼(W) 상에 뿐만 아니라 이 포커스 링(22) 상에까지 확대시켜, 웨이퍼(W)의 주연부 상에서의 플라즈마의 밀도를 이 웨이퍼(W)의 중앙부 상에서의 플라즈마의 밀도와 동일한 정도로 유지한다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 전체 면에 실시되는 드라이 에칭 처리의 균일성을 유지할 수 있다.
챔버(11) 내의 상방에는 서셉터(12)와 대향하도록 샤워 헤드(23)(이동 전극)가 배치되어 있다. 샤워 헤드(23)는 다수의 가스홀(24)을 가지는 원판 형상의 도전성의 상부 전극판(25)과, 이 상부 전극판(25)을 착탈 가능하게 지지하는 쿨링 플레이트(26)와, 이 쿨링 플레이트(26)를 지지하는 샤프트(27)와, 이 샤프트(27)의 상단(上端)에 배치되는 처리 가스 수용부(28)를 가진다. 샤워 헤드(23)는 덮개(14) 및 측벽(13)을 개재하여 접지되어 챔버(11) 내에 인가되는 플라즈마 생성 전력에 대한 접지 전극으로서 기능한다.
샤프트(27)는 내부를 도면 중 상하 방향으로 관통하는 가스 유로(29)를 가지고, 쿨링 플레이트(26)는 내부에 버퍼실(30)을 가진다. 가스 유로(29)는 처리 가스 수용부(28)와 버퍼실(30)을 접속시키고, 각 가스홀(24)은 버퍼실(30) 및 챔버(11) 내를 연통한다. 샤워 헤드(23)에서 가스홀(24), 처리 가스 수용부(28), 가스 유로(29) 및 버퍼실(30)은 처리 가스 도입계를 구성하고, 이 처리 가스 도입계는 처리 가스 수용부(28)로 공급된 처리 가스를 챔버(11) 내, 구체적으로는 샤워 헤드(23) 및 서셉터(12) 사이에 존재하는 처리 공간(PS)(제 1 공간)으로 도입한다.
샤워 헤드(23)에서 상부 전극판(25)의 외경은 챔버(11)의 내경보다 약간 작게 설정되기 때문에, 샤워 헤드(23)는 측벽(13)에 접촉되지 않는다. 즉, 샤워 헤드(23)는 챔버(11) 내에 이동할 수 있도록 배치된다. 또한, 샤프트(27)는 덮개(14)를 관통하고, 이 샤프트(27)의 상부는 기판 처리 장치(10)의 상방에 배치된 리프트 기구(도시하지 않음)에 접속된다. 이 리프트 기구는 샤프트(27)를 도면 중 상하 방향으로 이동시키는데, 이 때 샤워 헤드(23)는 챔버(11) 내에서 이 챔버(11)의 중심축을 따라 피스톤과 같이 상하 이동한다. 이에 따라, 샤워 헤드(23) 및 서셉터(12) 사이에 존재하는 처리 공간(PS)의 거리인 갭을 조정할 수 있다. 또한, 샤워 헤드(23)의 도면 중 상하 방향에 관한 이동량의 최대치는 70 mm이다.
샤프트(27)는 덮개(14)와 마찰할 가능성이 있어 파티클의 발생원이 될 수 있기 때문에, 그 측면을 벨로즈(31)가 덮는다. 벨로즈(31)는, 예를 들면 스테인레스 스틸로 이루어지는 신축 가능한 압력 격벽이며, 그 일단(一端)은 덮개(14)에 접속되고 그 타단은 샤워 헤드(23)에 접속된다. 또한, 벨로즈(31)는 챔버(11) 내를 챔버(11) 외부로부터 씰링하는 기능도 가진다.
기판 처리 장치(10)에서는, 처리 가스 수용부(28)로 공급된 처리 가스가 처리 가스 도입계를 통하여 처리 공간(PS)으로 도입되고, 이 도입된 처리 가스는 처리 공간(PS)에 인가된 플라즈마 생성 전력에 의해 여기되어 플라즈마가 된다. 이 플라즈마 중의 양 이온은 서셉터(12)에 인가되는 바이어스 전력에 기인하는 음의 바이어스 전위에 의해 서셉터(12)에 재치된 웨이퍼(W)를 향하여 인입되어 이 웨이퍼(W)에 드라이 에칭 처리를 실시한다.
상술한 기판 처리 장치(10)의 각 구성 부품, 예를 들면 제 1 고주파 전원(15) 또는 제 2 고주파 전원(17)의 동작은 기판 처리 장치(10)가 구비한 제어부(도시하지 않음)의 CPU가 드라이 에칭 처리에 대응하는 프로그램에 따라 제어한다.
여기서, 기판 처리 장치(10)에서는 이 샤워 헤드(23)가 측벽(13)과 접촉되어 있지 않기 때문에, 처리 공간(PS)에 인가된 플라즈마 생성 전력에 기인하는 고주파 전류는 샤워 헤드(23)를 흐른 후 상부 공간(US), 덮개(14) 및 측벽(13)을 흘러 접지에 도달하는데, 벨로즈(31)의 임피던스가 크기 때문에 샤워 헤드(23) 및 덮개(14) 간에 전위차가 발생하여 샤워 헤드(23) 및 덮개(14) 간에 존재하는 상부 공간(US)(제 2 공간)에 전계가 발생할 가능성이 있다.
본 실시예에서는, 이에 대응하여 상부 공간(US)에서의 전압 강하량을 저감시킨다. 구체적으로는, 샤워 헤드(23)의 상부 공간(US)에 대한 대향면 상에 저유전율 재료로 이루어지는 제 1 캐패시터층(32)을 배설하고, 덮개(14)의 상부 공간(US)에 대한 대향면 상에 저유전율 재료로 이루어지는 제 2 캐패시터층(33)을 배설한다. 이 때, 샤워 헤드(23) 및 덮개(14) 사이는 도 2에 도시한 바와 같이, 전기 회로적으로 3 개의 캐패시터의 직렬 회로로서 나타낼 수 있다. 여기서, 제 1 캐패시터층(32)으로 이루어지는 캐패시터를 C1로 하고, 제 2 캐패시터층(33)으로 이루어지는 캐패시터를 C2로 하고, 상부 공간(US)으로 이루어지는 캐패시터를 C3으로 한 경우, 캐패시터 C1 또는 캐패시터 C2에서의 전압 강하량을 크게 하면 상대적으로 캐패시터 C3에서의 전압 강하량을 줄일 수 있고, 이로써 상부 공간(US)에서의 전위차를 저감시킬 수 있다.
제 1 캐패시터층(32) 또는 제 2 캐패시터층(33)의 구성 재료로서는 비유전율이 10 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 제 1 캐패시터층(32) 또는 제 2 캐패시터층(33)이 분담하는 전압 강하량을 적절히 조정할 수 있다. 제 1 캐패시터층(32) 등의 구성 재료로서 적합하게 이용할 수 있는 것으로서는, 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 테트라플루오르에틸렌·퍼플루오르알킬비닐에테르 공중합체(PFA) 또는 폴리클로로트리플루오르에틸렌(PCTFE) 등의 절연성 수지, 엔지니어 플라스틱계 수지, 석영(SiO2), 알루미나 세라믹(Al2O3), 질화 알루미늄(AlN), 질화 규소(SiN) 등이 해당되고, 특히 폴리테트라플루오르에틸렌, 테트라플루오르에틸렌·퍼플루오르알킬비닐에테르 공중합체 또는 폴리클로로트리플루오르에틸렌을 이용하면 이들 재료는 래디컬에 대한 내성이 높기 때문에, 예를 들면 플라즈마가 처리 공간(PS)으로부터 상부 공간(US)으로 진입해도 제 1 캐패시터층(32) 또는 제 2 캐패시터층(33)이 소모되는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예에 따른 기판 처리 장치(10)에 따르면, 샤워 헤드(23) 및 덮개(14) 사이에 존재하는 상부 공간(US)에 제 1 캐패시터층(32) 및 제 2 캐패시터층(33)이 배설되므로, 처리 공간(PS)에 인가되는 고주파 전력에 기인하고, 샤워 헤드(23), 상부 공간(US), 덮개(14) 및 측벽(13)을 흐르는 고주파 전류에 관하여 전압 강하를 제 1 캐패시터층(32) 및 제 2 캐패시터층(33)에 분담시킴으로써 상부 공간(US)에서의 전압 강하량을 줄일 수 있고, 이로써 상부 공간(US)에서의 전위차를 저감시킬 수 있다. 그 결과, 상부 공간(US)에서의 전계의 발생을 억제하고, 나아가서는 플라즈마의 발생을 억제할 수 있다. 이에 따라, 챔버(11)의 덮개(14) 또는 샤워 헤드(23)의 소모, 상부 공간(US)에서의 퇴적물(파티클)의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 기판 처리 장치(10)에서 제 1 캐패시터층(32)은 샤워 헤드(23)에 장착되고 제 2 캐패시터층(33)은 덮개(14)에 장착되므로, 기판 처리 장치(10)의 구성을 간소화할 수 있고, 이로써 기판 처리 장치(10)의 조립을 용이하게 행할 수 있다.
상술한 기판 처리 장치(10)에서는, 상부 공간(US)에서 2 개의 캐패시터층을 배설했지만, 배설하는 캐패시터층의 수는 이에 한정되지 않고 캐패시터층이 1 개라도 배설되면 이 캐패시터층에 전압 강하를 분담시킬 수 있으므로, 상부 공간(US)에서 적어도 1 개 이상의 캐패시터층이 배설되면 된다. 예를 들면, 상부 공간(US)에서 제 2 캐패시터층(33)만이 덮개(14)에 배설되어도 되고(도 3a), 제 1 캐패시터층(32)만이 샤워 헤드(23)에 배설되어도 된다(도 3b).
또한, 상술한 제 1 실시예에서는, 샤워 헤드(23)가 이동하고 샤워 헤드(23) 및 덮개(14) 사이에 상부 공간(US)이 존재하는 경우에 대하여 설명했지만, 서셉터가 이동하고 서셉터 및 챔버의 하벽 사이에 하부 공간이 존재하는 경우에는, 이 하부 공간에 적어도 1 개의 캐패시터층을 배설함으로써 하부 공간에서의 전계의 발생을 억제하고, 나아가서는 플라즈마의 발생을 억제할 수 있다.
이어서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판 처리 장치에 대하여 설명한다.
본 실시예는, 그 구성 또는 작용이 상술한 제 1 실시예와 기본적으로 동일하며, 샤워 헤드 및 챔버의 측벽의 사이에 저유전성 부재가 배설되는 점에서 상술한 제 1 실시예와 상이할 뿐이다. 이로써, 중복되는 구성, 작용에 대해서는 설명을 생략하고 이하에 상이한 구성, 작용에 대한 설명을 한다.
제 1 실시예에서 설명한 바와 같이, 샤워 헤드가 이동하는 기판 처리 장치에서는 샤워 헤드가 측벽에 접촉되지 않지만, 처리 공간에서 상부 공간으로의 플라즈마의 진입을 방지하기 위하여 샤워 헤드(상부 전극판) 및 측벽의 간극은 최소한으로 설정되어 도전체인 상부 전극판이 접지 전위인 측벽에 접근한다. 즉, 전위차가 큰 두 물체가 접근하기 때문에 이상 방전이 발생할 우려가 있다. 본 실시예에서는, 이에 대응하여 상부 전극판 및 측벽을 이간(離間)시킨다.
도 4는, 본 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4에서, 기판 처리 장치(40)는 샤워 헤드(41)를 구비하고, 이 샤워 헤드(41)는 외주를 유전체 링(42)(다른 유전체 부재)으로 둘러싼 원판 형상의 상부 전극판(43)과, 이 상부 전극판(43)을 착탈 가능하게 지지하는 쿨링 플레이트(26) 등을 가진다. 유전체 링(42)은 상부 전극판(43)에 장착되고, 유전체 링(42)의 샤워 헤드(41)로부터 측벽(13) 방향으로의 두께는 5 mm 이상이며, 이 유전체 링(42)은 상부 전극판(43) 및 측벽(13)을 이간시킨다. 이에 따라, 측벽(13) 및 샤워 헤드(41)의 사이에 이상 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 유전체 링(42) 및 측벽(13)의 간극은 유전체 링(42) 또는 측벽(13)이 열 팽창해도 서로 간섭하지 않고, 유전체 링(42)이 측벽(13) 및 상부 전극판(43)의 간극을 거의 메우도록 0.5 mm ~ 3.0 mm로 설정된다. 그 결과, 처리 공간(PS)에서 발생한 플라즈마가 상부 공간(US)으로 진입하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상부 전극판(43), 유전체 링(42) 및 측벽(13)은 캐패시터를 구성하고 적지만 용량 결합하므로, 처리 공간(PS)에 인가된 플라즈마 생성 전력에 기인하는 고주파 전류의 일부가 상부 전극판(43)을 흐른 후 유전체 링(42) 및 측벽(13)을 흘러 접지에 도달한다. 즉, 고주파 전류를 상부 공간(US)을 경유하여 흐르는 것과 유전체 링(42)를 경유하여 흐르는 것으로 분류할 수 있다. 그 결과, 상부 공간(US)을 흐르는 고주파 전류를 줄일 수 있고, 이로써 상부 공간(US)에서의 전위차를 저감시킬 수 있다.
유전체 링(42)은 처리 공간(PS)에서 발생한 플라즈마에 노출되기 때문에, 유전체 링(42)을 구성하는 재료는 래디컬뿐만 아니라 이온 스퍼터링에 대한 내성을 가질 필요가 있고, 바람직하게는 알루미나 세라믹, 질화 알루미늄, 질화 규소, 이트리아(Y2O3), 사파이어, 지르코니아 등의 세라믹계 재료 또는 석영이 이용되는데, 폴리테트라플루오르에틸렌 등의 절연성 수지 또는 엔지니어 플라스틱계 수지를 내플라즈마 코팅으로 씌운 부재를 이용해도 좋다. 또한, 유전체 링(42)의 비유전율로서는 약 2 ~ 30 정도이면 된다.
상술한 기판 처리 장치(40)에서는 유전체 링(42)을 상부 전극판(43)의 외주에 배설했지만, 도 5에 도시한 바와 같이 유전체 링(42)을 대신하는 원통 형상의 유전체 부재(44)를 벽(13)에 장착해도 좋다. 이 경우에도 유전체 부재(44)가 상부 전극판(25) 및 측벽(13)을 이간시키므로, 측벽(13) 및 샤워 헤드(23) 사이에 이상 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상술한 제 2 실시예에서는, 샤워 헤드(41)가 이동하고 샤워 헤드(41) 및 측벽(13) 사이에 간극이 존재하는 경우에 대하여 설명했지만, 서셉터가 이동하여 서셉터 및 측벽(13) 사이에 간극이 존재하는 경우에는 이 간극을 메우도록 유전체 부재를 배설함으로써 측벽(13) 및 서셉터 간에 이상 방전이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
[실험예]
이어서, 본 발명의 실험예에 대하여 설명한다.
(실험예)
우선, 기판 처리 장치(10)에서의 제 1 캐패시터층(32)을 두께 1 mm의 테플론(등록상표) 시트를 2 매 겹쳐 형성하고, 제 2 캐패시터층(33)을 1 매의 두께 1 mm인 테플론(등록상표) 시트로 형성하고, 바이어스 전력을 인가하지 않고 소정 값의 플라즈마 생성 전력을 인가하고, 처리 공간(PS)(갭)의 거리를 소정 값으로 설정했을 경우의 상부 공간(US)에서의 플라즈마의 발생의 유무를 확인하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타냈다.
| 플라즈마 생성 전력 (W) |
갭 두께(mm) | ||
| 15 | 40 | 85 | |
| 500 | ○ | ○ | ○ |
| 1000 | ○ | ○ | ○ |
| 1500 | ○ | ○ | ○ |
| 2000 | ○ | ○ | ○ |
| 2500 | ○ | ○ | ○ |
상기 표 1에서의 ‘○’는 플라즈마가 발생하지 않은 것을 나타낸다.
(비교예)
또한, 기판 처리 장치(10)의 상부 공간(US)에 캐패시터층을 배치하지 않고, 바이어스 전력을 인가하지 않고 소정 값의 플라즈마 생성 전력을 인가하고, 처리 공간(PS)(갭)의 거리를 소정 값으로 설정했을 경우의 상부 공간(US)에서의 플라즈마의 발생의 유무를 확인하여, 그 결과를 하기 표 2에 나타냈다.
| 플라즈마 생성 전력 (W) |
갭 두께(mm) | ||
| 15 | 40 | 85 | |
| 500 | △ | ○ | ○ |
| 1000 | ○ | ○ | × |
| 1500 | △ | ○ | × |
| 2000 | ○ | × | × |
| 2500 | × | × | × |
상기 표 2에서의 ‘×’는 플라즈마가 발생한 것을 나타내고, ‘△’는 플라즈마가 가끔 발생한 것을 나타내고, ‘○’는 플라즈마가 발생하지 않은 것을 나타낸다.
표 1 및 표 2를 비교한 바, 상부 공간(US)에 제 1 캐패시터층(32) 및 제 2 캐패시터층(33)을 배설함으로써 플라즈마의 발생을 확실히 방지할 수 있는 것을 알 수 있었다.
이어서, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 기판 처리 장치에 대하여 설명한다.
이 기판 처리 장치는, 이동 전극과 이 이동 전극에 대향하는 통 형상 용기의 측벽과의 사이에서 정전 결합을 형성하고, 서셉터에 인가되는 고주파 전력에 기인하는 고주파 전류의 그라운드 패스를 이동 전극, 상부 공간(US), 챔버의 덮개 및 측벽을 흘러 접지에 도달하는 라인(이하, ‘제 1 그라운드 패스’라고 함)과, 이동 전극으로부터 챔버 측벽을 흘러 접지에 도달하는 라인(이하, ‘제 2 그라운드 패스’라고 함)으로 복합화시키고, 그 그라운드 패스의 용량 배분비가 이동 전극의 이동에 따라 변화하도록 한 것이다.
웨이퍼에 대하여 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 기판 처리 장치에서는, 1 개의 챔버 내에서 복수의 플라즈마 처리를 일괄 프로세스로서 연속적으로 행하는 경우가 있고, 처리 프로세스마다 프로세스 조건, 특히 이동 전극으로서의 샤워 헤드의 적정 위치가 상이하여 적정한 갭이 설정된다. 이러한 일괄 프로세스에서는, 갭이 변경될 때마다 처리 공간(PS) 내에서의 플라즈마 분포의 적정화를 도모하는 것이 바람직하고, 플라즈마 분포를 적정화하기 위한 파라미터를 증가시키는 기술의 개발이 요구되고 있었다.
본 실시예는 이러한 요구를 만족시키기 위하여 이루어진 것으로, 그 목적은 갭의 변화에 따라 처리 공간 내의 플라즈마 분포의 적정화를 도모할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 기판을 수용하는 통 형상 용기와, 이 통 형상 용기 내에서 상기 통 형상 용기의 중심 축을 따라 이동 가능한 이동 전극과, 상기 통 형상 용기 내에서 상기 이동 전극에 대향하는 대향 전극과, 상기 이동 전극 및 상기 통 형상 용기의 일방의 단벽(端壁)을 접속하는 신축 가능한 격벽을 구비하고, 상기 이동 전극 및 상기 대향 전극의 사이에 존재하는 제 1 공간에 고주파 전력이 인가되고 처리 가스가 도입되고, 상기 이동 전극 및 상기 통 형상 용기의 측벽은 비접촉인 기판 처리 장치로서, 상기 이동 전극에 대향하는 상기 통 형상 용기의 측벽에 제 1 유전성 부재가 배설되고, 이 제 1 유전성 부재와 상기 이동 전극의 측면과의 중첩된 면적이 상기 이동 전극의 이동에 수반하여 변화하는 것을 특징으로 한다.
도 6은, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6에서, 이 기판 처리 장치(50)의 기본적인 구성은 제 1 실시예에 따른 기판 처리 장치(도 1 참조)와 동일하다. 따라서, 중복되는 구성 및 작용에 대해서는 설명을 생략하고, 이하에 상이한 구성 및 작용을 중심으로서 본 실시예를 설명한다.
기판 처리 장치에서, 챔버 내의 처리 공간(PS)에서의 플라즈마 분포는, 예를 들면 갭, 챔버 내 압력, 처리 가스의 종류, 고주파 전력의 인가치 등의 영향을 받는다.
본 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 처리 목적에 따라 결정되고 당해 처리 목적을 달성하기 위해서는 변경할 수 없는 조건은 그대로 유지하고, 이들 기본적인 처리 조건과 더불어 보다 적정한 처리 조건을 구축할 수 있는 플라즈마 분포를 실현시키는 것이다. 이를 위하여, 통 형상 부재로서의 챔버의 측벽에 유전성 부재를 배설하고, 챔버 측벽과, 이 챔버 측벽에 배치된 유전성 부재와, 이에 대향하는 이동 전극과의 사이에 정전 결합을 구성하고, 이 정전 결합에서의 정전 용량을 이동 전극의 이동에 수반하여 변화시키고, 이에 따라 제 2 그라운드 패스 용량 및 제 2 그라운드 패스와 제 1 그라운드 패스와의 용량 배분비를 변화시켜 처리 공간(PS) 내에서의 플라즈마 분포의 최적화를 도모하도록 한 것이다.
따라서, 기판 처리 장치(50)가 도 1의 기판 처리 장치(10)과 상이한 점은, 상부 공간(US)의 대향면 상에 배설된 저유전율재로 이루어지는 제 1 캐패시터층(32) 및 제 2 캐패시터층(33)을 각각 없애고, 이동 전극으로서의 샤워 헤드(51)에 대향하는 챔버(11)의 측벽(53)에 제 1 유전성 부재(55)를 배설한 점이다.
즉, 기판 처리 장치(50)는 기판을 수용하는 원통 형상의 챔버(11)(통 형상 용기)와 이 챔버(11)의 중심축을 따라 이동 가능한 샤워 헤드(51)(이동 전극)를 가지고, 샤워 헤드(51)에 대향하는 챔버(11)의 측벽(53)에 제 1 유전성 부재(55)를 배설한 것이다.
제 1 유전성 부재(55)는 링 형상을 나타내고 있고, 원통 형상의 챔버(11)의 측벽(53)에 설치된 소정 깊이의 링 형상의 오목부에 감합(嵌合)되어 있다. 제 1 유전성 부재(55)의 챔버(11)의 중심축을 따른 단면 형상은, 예를 들면 직사각형이다. 따라서, 제 1 유전성 부재(55)의 챔버(11)의 중심축으로 직행하는 방향의 폭(이하, ‘두께’라고 함)은 챔버(11)의 중심축을 따라 일정하다. 제 1 유전성 부재(55)와 샤워 헤드(51)의 측면은 간극(G)을 사이에 두고 대향하고, 그 간극(G)을 개재한 중첩된 면적(이하, 간단히 ‘중첩된 면적’이라고 함)은 샤워 헤드(51)의 이동에 수반하여 변화한다.
또한 도 6에서, 제 1 유전성 부재(55)의 챔버(11)의 중심축을 따른 길이는, 샤워 헤드(51)의 두께와 동일하지만, 이에 한정되지 않고, 제 1 유전성 부재(55)의 길이는 적절히 결정된다.
도 7은, 도 6에서의 샤워 헤드(51)와 제 1 유전성 부재(55)의 중첩된 상태를 도시한 모식도이다.
도 7에서, 샤워 헤드(51)가 상하 방향을 따른 이동폭에서의 최하위에 있는 상태, 즉 갭이 가장 작은 상태(도 7(a))에서의 제 1 유전성 부재(55)와 샤워 헤드(51)의 중첩된 면적이 가장 넓고 이 면적을 1.0으로 하면, 샤워 헤드(51)가 점차 상승하여 최하위와 최상위의 중간점에 도달한 상태(도 7(b))에서의 중첩된 면적은 0.5가 된다. 또한, 샤워 헤드(51)가 최상위에 도달한 상태(도 7(c))에서의 중첩된 면적은 0이 된다.
도 7(d)는 도 7(a) ~ 7(c)에서의 샤워 헤드(51), 제 1 유전성 부재(55) 및 챔버(11)의 측벽(53)으로 구성되는 정전 결합에서의 정전 용량의 변화를 도시한 도이다. 도 7(d)에서, 샤워 헤드(51)의 위치에 따라 정전 용량이 변화하고 있다. 즉, 샤워 헤드(51)가 상방으로 이동함에 따라 정전 용량은 점차 증대하고 있다.
본 실시예에 따르면, 샤워 헤드(51)에 대향하는 챔버(11)의 측벽(53)에 링 형상의 제 1 유전성 부재(55)가 배설되고, 이 제 1 유전성 부재(55)와 샤워 헤드(51)의 측면과의 중첩된 면적이 샤워 헤드(51)의 이동에 수반하여 변화하도록 했기 때문에, 샤워 헤드(51), 제 1 유전성 부재(55) 및 챔버 측벽(53)으로 구성되는 정전 결합에서의 정전 용량이 샤워 헤드(51)의 이동에 수반하여 변화하고, 이에 따라 샤워 헤드(51)로부터 챔버(11)의 측벽(53)을 거쳐 그라운드에 흐르는 제 2 그라운드 패스 용량이 변화한다. 그리고, 제 2 그라운드 패스 용량이 변화하면, 이 제 2 그라운드 패스 용량과 제 1 그라운드 패스 용량의 용량 분배비가 변화하고, 특히 샤워 헤드(51)의 주단부(周端部)를 흐르는 고주파 전류의 값이 변화하기 때문에, 이에 따라 처리 공간(PS) 내의 플라즈마 분포가 변화한다.
따라서, 미리 각 플라즈마 처리 조건에서의 갭에 대하여 제 1 공간(PS) 내에서 목적으로 하는 플라즈마 분포를 얻기 위한 제 1 그라운드 패스 용량과 제 2 그라운드 패스 용량의 용량 분배비, 및 당해 분배비를 얻기 위한 제 1 유전성 부재(55)의 챔버 측벽(53) 상의 위치, 단면(斷面) 형상, 두께 등을 구해 두고 적정한 제 1 유전성 부재(55)를 적정 위치에 배치해 둠으로써, 처리 목적에 따라 상이한 각 처리 조건에 대응하여 처리 공간(PS) 내의 플라즈마 분포의 최적화를 도모할 수 있다.
또한, 제 1 공간(PS) 내의 플라즈마 분포의 최적화를 도모함으로써, 에칭 레이트의 면내 균일화를 기대할 수 있다.
본 실시예에서, 제 1 유전성 부재(55)에 대향하는 샤워 헤드(51)의 측면에 링 형상의 제 2 유전성 부재를 배설하고, 제 1 유전성 부재(55)와 제 2 유전성 부재의 중첩된 면적이 샤워 헤드(51)의 이동에 수반하여 변화하도록 해도 좋다. 이에 따라, 샤워 헤드(51)의 이동에 수반하는 정전 결합에서의 정전 용량의 변화 폭이 미세해지므로, 갭의 변화에 따라 처리 공간(PS) 내의 플라즈마 분포를 보다 미세하게 조정할 수 있다.
또한 이 때, 제 1 유전성 부재(55) 및 제 2 유전성 부재의 챔버(11)의 중심축을 따른 단면 형상을 직사각형 또는 삼각형으로 하고, 중심축에 직교하는 방향의 두께를 중심축을 따라 일정하게 하거나 또는 차례로 변화하도록 해도 좋다. 제 1 유전성 부재(55) 및 제 2 유전성 부재에서의 챔버(11)의 중심축을 따른 단면 형상을 임의로 조합함으로써, 갭의 변화에 따른 제 2 그라운드 패스 용량을 다양하게 변화시킬 수 있고, 이에 따라 제 3 실시예에서의 정전 결합의 다양성이 증대된다.
본 실시예에서, 제 1 유전성 부재(55) 및 제 2 유전성 부재는 각각 석영, 세라믹 또는 절연성 수지로 이루어지는 것이 바람직하다. 이들 재료는 래디컬뿐만 아니라 이온에 의한 스퍼터링에도 높은 내성을 가지므로, 제 1 공간(PS)에서 발생한 플라즈마에 의해 소모되는 것을 방지할 수 있다. 세라믹계의 재료로서는, 예를 들면 알루미나 세라믹, 질화 알루미늄, 질화 규소, 이트리아(Y2O3), 사파이어, 지르코니아 등을 들 수 있고, 절연성 수지로서는, 예를 들면 폴리테트라플루오르에틸렌 등을 들 수 있다.
또한 상술한 제 3 실시예에서는, 샤워 헤드(51)가 이동하는 경우에 대하여 설명했는데, 서셉터(12)가 이동하도록 해도 좋다. 이 경우, 서셉터(12)의 측벽이 대향하는 챔버(11)의 측벽(53)에 제 1 유전성 부재(55)를 배설하고, 서셉터(12), 제 1 유전성 부재(55) 및 챔버(11)의 측벽(53)을 정전 결합시키고, 서셉터(12)의 이동에 수반하여 서셉터(12) 및 제 1 유전성 부재(55)의 중첩된 면적을 변화시킴으로써 정전 결합에서의 정전 용량을 변화시키고, 이에 따라 처리 공간인 제 1 공간(PS) 내의 플라즈마 분포의 적정화를 도모할 수 있다.
도 8 내지 도 11은, 제 3 실시예에서의 샤워 헤드(51), 제 1 유전성 부재(55) 및 챔버(11)의 측벽(53)으로 구성되는 정전 결합의 변형예를 도시한 도이다.
도 8에서, 제 2 그라운드 패스를 형성하는 정전 결합에서는 도 7와 마찬가지로, 챔버(11)의 측벽(63) 상에 배치되고 챔버(11)의 중심축을 따른 단면 형상이 직사각형의 제 1 유전성 부재(65)가 캐패시터에서의 유전체의 일부를 구성한다.
샤워 헤드(61)가 최하위에 있는 상태(도 8(a))에서, 샤워 헤드(61)와 제 1 유전성 부재(65)의 중첩된 면적은 ‘0’이고, 샤워 헤드(61)가 최하위로부터 점차 상승하여 최하위와 최상위의 중간 위치에 도달한 상태(도 8(b))에서, 샤워 헤드(61)와 제 1 유전성 부재(65)의 중첩된 면적이 후술하는 정면으로 마주봤을 때(正對時)(도 8(c))의 0.5 배가 되고, 샤워 헤드(61)가 최상위에 있는 상태(도 8(c))에서, 샤워 헤드(61)와 제 1 유전성 부재(65)가 정면으로 마주하여 중첩된 면적이 가장 넓어진다. 이 때 정전 용량의 변화는, 도 8(d)에 도시한 바와 같이 도 8(a), 8(b), 8(c)의 순으로 감소한다. 이러한 정전 용량의 변화에 수반하여 샤워 헤드(61), 챔버(11)의 측벽(63)을 개재하여 접지 방향으로 흐르는 제 2 그라운드 패스의 용량이 변화하고, 이에 따라 샤워 헤드(61)의 주단부를 흐르는 고주파 전류의 값을 변화시켜 처리 공간(PS) 내의 플라즈마 분포의 적정화를 도모할 수 있다.
도 9a 내지 9d는, 제 1 유전성 부재(75)에 추가로, 샤워 헤드(71)의 측면에 링 형상의 제 2 유전성 부재(76)을 배설한 것이며, 제 1 유전성 부재(75)와 제 2 유전성 부재(76)의 중첩된 면적은 도 8(a) 내지 8(d)의 경우와 마찬가지로 변화한다. 이 변형예에서의 제 2 그라운드 패스를 형성하는 정전 결합에서의 정전 용량은, 도 9(d)에 도시한 바와 같이 도 9(a), 9(b), 9(c)의 순으로 감소하지만, 각 정전 용량치 및 그 감소 구배는 도 8(a) 내지 8(d)의 경우보다 줄어 있다.
도 10(a) 내지 10(d)는, 도 8(a) 내지 8(d)에서의 제 1 유전성 부재 대신에, 챔버(11)의 중심축을 따른 단면적이 도 8(a) 내지 8(d)에서의 제 1 유전성 부재의 단면적의 1 / 2이 되고, 도 10(a) 내지 10(d) 중 하방 근방에서 그 두께가 감소하는 것과 같은 단면 형상이 직각 삼각형의 제 1 유전성 부재(85)를 채용한 것이다. 이 변형예에서의 제 1 유전성 부재(85)와 샤워 헤드(81)의 측면과의 중첩된 면적은 도 8(a) 내지 8(d)의 경우와 마찬가지로 변화하지만, 제 1 유전성 부재(85)의 두께가 하방 근방에서 줄어 있으므로, 제 2 그라운드 패스를 형성하는 정전 결합에서의 정전 용량은 도 10(d)에 도시한 바와 같이 도 10(a), 10(b), 10(c)의 순으로 감소하고, 그 감소량은 곡선 형상으로 변화하고 변화량도 크다.
또한 도 11(a) 내지 11(d)는, 도 9(a) 내지 9(d)에서의 제 1 유전성 부재 및 제 2 유전성 부재 대신에, 도 10(a) 내지 10(d)에서의 단면 직각 삼각형의 제 1 및 제 2 유전성 부재(95 및 96)를 적용한 것이다. 이 변형예에서의 제 2 그라운드 패스를 형성하는 정전 결합에서의 정전 용량은, 도 11(d)에 도시한 바와 같이 도 11(a), 11(b), 11(c)의 순으로 감소하고, 그 감소량은 곡선 형상으로 변화한다.
본 실시예의 변형예에 따르면, 이동 전극인 샤워 헤드의 이동에 수반하는 갭의 변화에 따라 적정한 유전성 부재의 위치, 단면 형상, 두께 등을 미리 선택하여 소정 위치에 배치해 둠으로써, 각 플라즈마 처리 조건에서의 제 1 공간(PS) 내의 플라즈마의 분포의 최적화를 도모할 수 있고, 플라즈마 분포를 조정하기 위한 파라미터로서 그라운드 패스의 용량 분배비를 추가할 수 있다.
W : 웨이퍼
PS : 처리 공간
US : 상부 공간
10, 40, 50 : 기판 처리 장치
11 : 챔버
12 : 서셉터
13, 53, 63, 73, 83, 93 : 측벽
14 : 덮개
23, 41, 51, 61, 71, 81, 91 : 샤워 헤드
25, 43 : 상부 전극판
32 : 제 1 캐패시터층
33 : 제 2 캐패시터층
42 : 유전체 링
44 : 유전체 부재
55, 65, 75, 85, 95 : 제 1 유전성 부재
76, 96 : 제 2 유전성 부재
PS : 처리 공간
US : 상부 공간
10, 40, 50 : 기판 처리 장치
11 : 챔버
12 : 서셉터
13, 53, 63, 73, 83, 93 : 측벽
14 : 덮개
23, 41, 51, 61, 71, 81, 91 : 샤워 헤드
25, 43 : 상부 전극판
32 : 제 1 캐패시터층
33 : 제 2 캐패시터층
42 : 유전체 링
44 : 유전체 부재
55, 65, 75, 85, 95 : 제 1 유전성 부재
76, 96 : 제 2 유전성 부재
Claims (18)
- 기판을 수용하는 통 형상 용기와, 상기 통 형상 용기 내에서 상기 통 형상 용기의 중심축을 따라 이동 가능한 이동 전극과, 상기 통 형상 용기 내에서 상기 이동 전극에 대향하는 대향 전극과, 상기 이동 전극 및 상기 통 형상 용기의 일방의 단벽(端壁)을 접속시키는 신축 가능한 격벽을 구비하고,
상기 이동 전극 및 상기 대향 전극의 사이에 존재하는 제 1 공간에 고주파 전력이 인가되고 처리 가스가 도입되며, 상기 이동 전극 및 상기 통 형상 용기의 측벽은 비접촉인 기판 처리 장치로서,
상기 이동 전극 및 상기 일방의 단벽 사이에 존재하는 제 2 공간에 적어도 1 개의 저유전성 부재가 배설되고,
상기 이동 전극은 상부 전극이고, 상기 대향 전극은 하부 전극이며,
상기 상부 전극의 상면 상에 제 1 저유전성 부재가 배설되고, 상기 상부 전극의 상면과 대향하는 상기 통 형상 용기의 일방의 단벽에 제 2 저유전성 부재가 배설되며,
상기 제 2 저유전성 부재는 판 형상의 부재로 형성되고,
상기 제 1 저유전성 부재는 2매의 판 형상의 부재를 겹쳐 형성되며,
상기 고주파 전력에 기인하는 상기 제 2 공간에서의 전압 강하가 상기 제 1 저유전성 부재 및 상기 제 2 저유전성 부재에 의해 조절되어 상기 제 2 공간에서의 플라즈마 발생을 억제하고,
상기 제 1 저유전성 부재에서의 전압 강하를 증가시키거나 상기 제 2 저유전성 부재에서의 전압 강하를 증가시킴으로써 상기 제 2 공간에서의 전압 강하를 감소시키고, 이에 의해 상기 제 2 공간에서의 전위차를 감소시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 저유전성 부재의 비유전율은 10 이하인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 저유전성 부재는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 테트라플루오르에틸렌·퍼플루오르알킬비닐에테르 공중합체(PFA) 또는 폴리클로로트리플루오르에틸렌(PCTFE)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 통 형상 용기의 측벽 및 상기 이동 전극 사이에 다른 유전성 부재가 배설되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 다른 유전성 부재의 두께는 상기 이동 전극으로부터 상기 측벽 방향으로 5 mm 이상인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 다른 유전성 부재는 세라믹으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 다른 유전성 부재는 상기 이동 전극에 장착되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 다른 유전성 부재는 상기 측벽에 장착되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 삭제
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