KR102107496B1 - 플라즈마 식각 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 생성되는 플라즈마의 평면 내 밀도의 균일성을 높이고, 기판 표면 전체를 균일하게 식각할 수 있는 기판 식각 장치에 관한 것이다. 플라즈마 식각 장치(1)는, 플라즈마 생성 공간(3) 및 처리 공간(4)이 설정되는 챔버(2)와 상부 몸통부(6)의 외방에　배설된 코일(30)과, 처리 공간(4)에 배설된 기판(K) 재치용의 기대(40)와, 플라즈마 생성 공간(3)에 식각 가스를 공급하는 식각 가스 공급 기구(25)와, 코일(30)에 고주파 전력을 공급하는 코일 전력 공급 기구(35)와, 기대(40)에 고주파 전력을 공급하는 기대 전력 공급 기구(45)를 구비한다. 또한, 테이퍼 형상의 플라즈마 밀도 조정 부재(20)가 플라즈마 생성 공간(3)과 기대(40) 사이의 챔버(2) 내벽에 고정 설치되며, 챔버(2)의 상부에는 하단면을 향하여 작은 직경으로되는 테이퍼부가 형성된 원통 형상의 심부재(10)가 하방을 향하여 연설되어 있다.

Description

플라즈마 식각 장치{PLASMA ETCHING DEVICE}
본 발명은 식각 가스를 플라즈마화하여 기판 표면을 식각하는 플라즈마 식각 장치에 관한 것으로서, 특히, 생성된 플라즈마의 평면 내 밀도를 균일화시키고, 기판 표면 전체를 균일하게 식각할 수 있는 플라즈마 식각 장치에 관한 것이다.
상기 플라즈마 식각 장치 중의 하나인 유도 결합형 반응성 이온 식각을 수행하는 플라즈마 식각 장치는, 일반적으로 내부에 플라즈마 생성 공간이 설정된 원통 형상의 챔버, 플라즈마 생성 공간에 대응하는 챔버의 외방에 배설된 코일, 코일에 고주파 전력을 공급하는 기구, 플라즈마 생성 공간에 식각 가스를 공급하는 기구, 챔버 내의 기체를 배기하는 기구 등을 구비하고 있으며, 코일에 고주파 전력을 인가하여 유도 전계를 생성한 후, 플라즈마 생성 공간에 식각 가스를 공급하고 이 식각 가스를 유도 전계에 의하여 플라즈마화하며, 생성된 플라즈마에 의하여 기판 표면을 식각하는 장치이다.
그러나, 최근, 처리 대상인 기판이 대형화되고 있으며, 이러한 대형의 기판을 종래의 플라즈마 식각 장치를 이용하여 처리하려고 할 때에, 기판의 크기에 맞추어 챔버를 크게 하여 플라즈마 생성 공간을 크게 할 필요가 있다.
그러나, 플라즈마 생성 공간에 있어서, 코일에 가까운 부분은 유도 전계가 작용하기 쉽고 플라즈마가 생성하기 쉬운 반면, 코일로부터 먼 부분(중앙 부분)은 유도 전계가 작용하기 어려워 플라즈마를 생성하기 어렵다. 따라서, 플라즈마 생성 공간을 크게 함으로써, 생성되는 플라즈마의 평면 내 밀도는 코일에 가까운 부분이 높고, 코일에서 먼 부분이 작아진 가운데가 오목한 형상의 밀도 분포가 된다.
이와 같이, 플라즈마의 평면 내 밀도의 밀도 분포가 가운데가 오목한 형상일 경우, 이러한 플라즈마가 그대로 기판에 작용되어 기판의 외주부 쪽이 기판의 내주부보다도 더 식각이 진행되고, 기판 표면이 균일하게 식각되지 않는 문제나 식각된 형상이 기판의 표면에 대하여 수직한 방향으로 기우는 틸트가 발생하는 문제가 생긴다.
여기서 이러한 문제를 해결하기 위한 플라즈마 식각 장치로서, 본 출원의 출원인은 일본 특허 공개 공보 제2010-238847호의 플라즈마 식각 장치(이하, "종래 장치"라고 한다)를 이미 제안한 바 있다.
이러한 종래 장치는 상부에 플라즈마 생성 공간이 설정되고, 하부에 처리 공간이 설정된 원통 형상의 챔버, 플라즈마 생성 공간이 설정된 부분의 챔버 외방에 배설된 코일, 처리 공간에 배설된 기대, 플라즈마 생성 공간에 식각 가스를 공급하는 기구, 챔버 내의 기체를 배기하는 기구, 코일 및 기대에 각각 고주파 전력을 인가하는 기구, 상부 및 하부가 개구된 원통 형상의 부재로 이루어지며, 플라즈마 생성 공간과 기대와의 사이의 챔버 내벽에 그 상부가 고정 설치된 플라즈마 밀도 조정 부재 등을 구비하고 있으며, 플라즈마 밀도 조정 부재는 그 하단부의 내경이 그 상단부의 내경 및 플라즈마 생성 공간을 형성하는 챔버의 내경보다 작은 직경의 깔때기 형상으로 형성되어 있다. 또한, 챔버의 상부를 폐쇄하는 상판의 중앙부에는 여기로부터 하방으로 수하된 원통 형상의 심부재(芯部材)가 마련되어 있으며, 이러한 심부재에 의해 플라즈마 생성 공간이 도너츠 형상으로 형성되어 있다.
전술한 종래 장치에 의하면, 먼저 코일에 고주파 전력을 인가하여 플라즈마 생성 공간에 유도 전계를 발생시킨다. 다음에, 이러한 상태에서, 플라즈마 생성 공간에 식각 가스를 공급하고, 공급된 식각 가스를 유도 전계에 의해 플라즈마화한다. 이와 같이 하여 생성된 플라즈마를 하방으로 흐르게 하고 깔때기 형상의 플라즈마 밀도 조정 부재 내를 유통시킴으로써, 코일에 가까운 부분에서 생성된 플라즈마가 챔버의 중앙 부분으로 인도되고, 이의 평면 내 밀도가 극단적인 가운데가 오목한 형상으로부터 평준화된 후, 기대 상에 재치된 기판 상에 도달한다.
이와 같이, 종래 장치에 있어서는 평면 내 밀도가 균일화된 플라즈마를 기판에 적용시킬 수 있기 때문에, 기판 표면 전체를 균일하게 식각할 수 있다.
선행 기술 문헌
[특허 문헌]
특허 문헌 1: 일본 공개 특허 공보 제2010-238847호
그러나, 전술한 종래의 장치는, 플라즈마 밀도 조정 부재 내에 플라즈마를 유통시킴으로써, 플라즈마의 평면 내 밀도의 균일화를 도모한다는 관점에서는 상응하는 효과를 얻을 수 있지만, 최근에 기판 표면 전체를 보다 높은 균일성으로 식각하는 것이 요구되고 있는 점도 있으며, 이에 대응하기 위하여 플라즈마의 평면 내 밀도의 균일성을 이에 따라 높이기 위한 개량이 요구되고 있다.
다시 말하면, 전술한 종래 장치에 있어서, 플라즈마 밀도 조정 부재 내에 플라즈마를 유통시킴으로서 플라즈마의 평면 내 밀도를 거의 평준화할 수 있지만, 이러한 점으로는 챔버의 중앙 부분에 인도되는 플라즈마의 양이 반드시 충분한 양이 되지 않을 수 있으며, 플라즈마의 평면 내 밀도가 중앙 부분이 약간 오목한 M자 형상의 밀도 분포가 되는 경향이 있다.
이에 따라, 종래 장치로는 이전의 장치와 비교하여 기판 표면 전체를 균일하게 식각할 수는 있었지만, 보다 높은 균일성으로 기판 표면 전체를 식각하기 위한 장치로서는 반드시 충분하다고 말할 수 없는 경우가 있었다.
특히, 고 내압성과 저온 저항성을 겸비한 슈퍼 정션 구조를 갖는 전력 제어용의 반도체 장치는, 그 제조 공정에 있어서, 예를 들면, n 도전형의 에피택셜층을 플라즈마 식각함으로써 종횡비가 큰 트렌치를 형성한 후, 해당 트렌치 내에 p 도전형의 층을 매립할 필요가 있고, 트렌치 내로의 p 도전형 층의 매립 상태는 트렌치의 측벽 각도 등에 따라서 변화된다. 따라서, 기판에 형성된 각 트렌치에 p 도전형 층을 균일하게 매립하기 위해서는, 종래보다도 엄밀하게 틸트의 발생을 억제하여 트렌치의 측벽 각도를 균일하게 할 필요가 있다. 이로 인하여, 상기 반도체 장치를 제조할 경우의 플라즈마 식각에 있어서는, 플라즈마의 평면 내 밀도에 종래보다 높은 균일성이 요구된다.
또한, 상기 반도체 장치는 실리콘 기판에 큰 종횡비의 큰 트렌치를 형성한 후, 트렌치의 측벽에 이온을 주입하여 p 도전형의 층과 n 도전형의 층을 형성시키도록 제조할 경우도 있으며, 이 경우에 있어서 측벽에 주입되는 이온의 양은 트렌치의 측벽 각도에 의존한다. 따라서, 이 경우에 있어서도, 트렌치의 측벽 각도의 균일성을 향상시키기 위해서 틸트의 발생을 극력 억제할 필요가 있기 때문에, 플라즈마 식각 시에 플라즈마의 평면 내 밀도에 높은 균일성이 요구된다.
또한, 자이로스코프나 가속도 센서 등의 MEMS 센서에 있어서는, 미세 가공이 수행된 구조체가 진동할 때의 정전 용량 변화 등의 특성을 기초로 각속도나 가속도를 검출하도록 되어 있으며, 검출 성능에는 구조체의 질량이 중요한 역할을 하고 있다. 그렇지만, 구조체의 질량은 틸트의 유무에 의해 크게 변동되기 때문에, 검출 성능에 문제가 없는 센서를 제조하기 위해서는, 틸트의 발생을 극히 억제하고, 구조체의 질량의 변동을 작게 하는 것이 중요하다. 따라서, MEMS 센서의 제조에 있어서도, 플라즈마의 평면 내 밀도의 균일성을 종래보다도 향상시킨 상태에서 구조체를 플라즈마 식각하고, 미세 가공을 수행할 필요가 있다.
본 발명은 상술한 실정에 비추어 보아 수행된 것이며, 플라즈마의 평면 내 밀도의 보다 균일화를 도모하고, 대형의 기판에 있어서도 그 표면 전체를 균일하게 식각할 수 있는 동시에, 틸트의 발생을 억제할 수 있는 플라즈마 식각 장치의 제공을 그 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 처리 가스를 플라즈마화하고 기판 표면을 식각하는 플라즈마 식각 장치에 관한 것이다.
상기 플라즈마 식각 장치는,
통 형상의 몸통부, 상기 몸통부의 상부를 폐쇄하는 상판 및 상기 몸통부의 바닥부를 폐쇄하는 바닥판으로 이루어지며, 상기 몸통부 내의 상부 영역에 설정된 플라즈마 생성 공간 및 해당 플라즈마 생성 공간의 하방에 설정된 처리 공간을 갖는 챔버와,
상기 챔버의 상기 플라즈마 생성 공간에 대응하는 부분의 외방에 배설된 환 형상의 코일과,
상기 챔버 내의 처리 공간에 배설되어 처리 대상인 기판을 재치하는 기대와,
상기 챔버 내의 플라즈마 생성 공간에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급기구와,
상기 챔버에 있어서의 적어도 처리 공간 내의 기체를 배기하는 배기 기구와,
상기 코일에 고주파 전력을 공급하는 코일 전력 공급 기구와,
상기 기대에 고주파 전력을 공급하는 기대 전력 공급 기구와,
상단부 및 하단부가 개구된 환 형상의 부재이며, 하단부를 향하여 축경(縮徑)된 형상의 부재로 이루어지고, 상기 상단부가 상기 플라즈마 생성 공간과 상기 기대 사이의 상기 챔버 내벽에 고정 설치되며, 상기 플라즈마 생성 공간에서 생성된 플라즈마의 평면 내 밀도를 조정하여 상기 기대 상의 기판에 인도하는 플라즈마 밀도 조정 부재와,
적어도 그 하단이 상하 방향에 있어서 상기 코일의 상단보다 하방으로 위치하도록 상기 상판의 중심부로부터 하방을 향하여 연설된 원통 형상의 심부재((芯部材)를 구비하고,
상기 플라즈마 생성 공간을 형성하는 몸통부의 내경이 상기 기판의 외경보다도 큰 직경으로 형성되며,
상기 플라즈마 생성 공간이 상기 심부재에 의하여 도너츠 형상으로 형성된 플라즈마 식각 장치에 있어서,
상기 심부재의 하단부는 하단면을 향하여 축경된 형상을 가진다.
또한, 상기 플라즈마 식각 장치에 있어서, 상기 플라즈마 밀도 조정 부재는 하단부보다 상단부가 큰 직경인 테이퍼 형상을 가지며, 상기 심부재의 하단부는 하단면을 향하여 작은 직경이 되는 테이퍼 형상을 가지는 것이 바람직하다.
이러한 플라즈마 식각 장치에 의하면, 먼저 코일 전력 공급 기구에 의하여 코일에 고주파 전력을 인가하고, 챔버 내의 플라즈마 생성 공간에 유도 전계를 생성시킨다. 다음에, 이와 같은 상태에서, 처리 가스 공급 기구에 의하여 플라즈마 생성 공간에 처리 가스를 공급한다. 이에 따라, 공급된 처리 가스가 유도 전계에 의해 플라즈마화된다.
이와 같이 생성되는 플라즈마는 플라즈마 생성 공간이 도너츠 형상이 되어 있어 유도 전계가 작용하기 쉬운 코일로부터 가까운 부분에서 생성되기 때문에, 그 밀도는 비교적 높은 것으로 된다.
그리고, 이러한 고밀도의 플라즈마는 심부재 및 플라즈마 밀도 조정 부재 사이를 해당 심부재의 표면 및 플라즈마 밀도 조정 부재의 내면에 따라 아래로 흐르고, 플라즈마 밀도 조정 부재의 상단부 측의 개구로부터 하단부 측의 개구에 걸쳐 유통되며, 그 하방의 기대 상에 재치된 기판 상에 도달하여 그 표면을 식각한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치에 있어서, 하단부보다 상단부가 직경이 큰 테이퍼 형상을 가진 플라즈마 밀도 조정 부재 내에 플라즈마를 유통시킴으로써, 플라즈마가 챔버의 중앙 부분으로 인도되는 동시에, 심부재의 하단부에 하단면을 향하여 직경이 작아지게 된 테이퍼부가 형성되는 것에 의하여, 생성된 플라즈마가 이러한 심부재의 테이퍼부에 따라 챔버의 중앙 부분으로 확산된다. 다시 말하면, 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치에서, 플라즈마 밀도 조정 부재에 의한 작용과 함떼 테이퍼 형상을 갖는 심부재에 의한 작용이 챔버의 중앙 부분으로의 플라즈마의 확산성을 종래 장치와 비교하여 현격히 향상시키고, 플라즈마의 평면 내 밀도를 보다 균일하게 할 수 있으며, 플라즈마 평면 내 밀도가 작은 불균일성에 기인하는 식각 형상의 경사(틸트의 발생)를 억제할 수 있는 동시에, 기판 표면 전체를 높은 균일성으로 식각할 수 있다.
또한, 수평면과 상기 플라즈마 밀도 조정 부재의 테이퍼부의 모선(母線)이 이루는 각도는 52˚－81˚로 하는 것이 바람직하다. 상기 각도를 52˚ 보다 작게 할 경우에는, 챔버의 중앙 부분에 플라즈마가 지나치게 모이고, 챔버의 외주 부분의 플라즈마 평면 내 밀도가 저하되며, 81˚ 보다 크게 할 경우에는, 챔버의 중앙 부분에 플라즈마를 인도하는 효과, 다시 말하면 중앙 부분으로의 확산성이 저하되고, 챔버의 중앙 부분의 플라즈마 평면 내 밀도가 저하되기 때문에, 어느 경우에 있어서도 플라즈마의 평면 내 밀도가 전체적으로 균일하게 되기 어렵기 때문이다. 더욱이, 수평면과 상기 심부재의 테이퍼부의 모선이 이루는 각도는 80˚ 이상 90˚ 미만으로 하는 것이 바람직하다. 상기 각도를 80˚ 보다 작게 할 경우에는, 챔버의 중앙 부분으로의 플라즈마의 확산이 지나치게 진행되어 챔버의 외주 부분의 플라즈마 평면 내 밀도가 저하되고, 90˚ 이상으로 할 경우에는, 챔버의 중앙 부분으로의 플라즈마의 확산성이 저하되고, 챔버의 중앙 부분의 플라즈마 평면 내 밀도가 저하되기 때문에, 이 경우에도 플라즈마의 평면 내 밀도가 전체적으로 균일하게 되기 어렵기 때문이다. 이와 같이, 수평면과 상기 플라즈마 밀도 조정 부재의 테이퍼부의 모선이 이루는 각도 및 수평면과 상기 심부재의 테이퍼부의 모선이 이루는 각도를 전술한 수치 범위들 내로 설정함으로써, 플라즈마 밀도 조정 부재에 의한 작용과 함께 심부재에 의한 작용이 챔버의 중앙 부분에 순조롭게 플라즈마를 확산시킬 수 있고, 플라즈마의 평면 내 밀도의 균일성을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 밀도 조정 부재의 테이퍼부의 각도와 상기 심부재의 테이퍼부의 각도는 동일한 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 챔버의 중앙 부분에 의해 순조롭게 플라즈마를 확산시킬 수 있고, 플라즈마의 평면 내 밀도를 보다 균일하게 할 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 식각 장치에 있어서, 상기 심부재의 하단면을 상기 플라즈마 밀도 조정 부재의 상단면을 포함하는 평면보다 상방에 위치시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 챔버의 중앙 부분에 순조롭게 플라즈마를 확산시킬 수 있고, 플라즈마의 평면 내 밀도를 보다 균일한 것으로 할 수 있다.
그런데, 상기 플라즈마 식각 장치에 있어서, 플라즈마 생성 공간을 크게 하는 것, 다시 말해 플라즈마 생성 공간 내에 있어서의 플라즈마의 원주 방향의 단면적을 증가시킴으로써, 플라즈마에 흡수되는 고주파 전력의 파워를 크게 할 수 있으며, 대구경 및 대면적의 플라즈마 생성이 가능하지만, 플라즈마의 원주 방향의 단면적을 증가시킴으로써, 단위 면적당 및 단위 부피당의 플라즈마 밀도는 저하된다. 또한, 플라즈마의 원주 방향의 단면적을 증가시켰다고 하여도, 고주파의 영향이 미치는 거리(표피 깊이) 이상의 거리에는, 고주파 전력의 파워가 유효하게 인가되지 않는다. 그리고, 본원 발명자들의 지견에 의하면, 약 10㎒－100㎒의 다른 주파수의 고주파 전력을 공급했을 때에 플라즈마의 표피 깊이는 약 10㎜－50㎜ 정도이다.
이러한 점을 근거로 하여, 상기 플라즈마 식각 장치에 있어서, 상기 챔버의 내경(A)으로부터 상기 심부재의 하단부에 있어서의 최상부의 직경(B)을 뺀 값을 50㎜ 보다 크게 하고, 상기 챔버의 내경(A)을 상기 기판의 직경(N) 보다 크게 한 구성으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 심부재를 가열하는 가열 기구를 마련하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 보호막 형성 가스로서 플루오르 카본계 가스를 이용하여 기판을 식각할 때에, 식각율(etching rate)의 안정성에 끼치는 플루오르 카본계의 퇴적물의 부착을 억제할 수 있다.
여전히, 상기 플라즈마 중에는 라디칼과 이온이 포함되지만, 이온의 평면 내 밀도에 대해서는 챔버의 외주측이 중심측보다도 약간 높아지는 경향이 있다. 이로 인하여, 상기 플라즈마 식각 장치는 상기 플라즈마 밀도 조정 부재가 접지된 전기 전도성의 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 플라즈마가 플라즈마 밀도 조정 부재를 통과할 때에 상기 외주측의 이온이 플라즈마 밀도 조정 부재와 접촉함으로써, 제전 및 중화되기 때문에 플라즈마 중의 이온의 평면 내 밀도를 보다 균일하게 할 수 있다. 이에 의하여, 기판 표면 전체를 보다 높은 균일성으로 식각할 수 있다.
또한, 본원에서 말하는 '축경(縮徑)'이란 테이퍼 형상과 같이 직선적으로 지름이 작아질 경우뿐만 아닌, 곡선적으로 지름이 작아지는 것과 같은 경우도 포함하는 개념이다.
또한, 본원에서 말하는 '도너츠 형상'이란 토러스 형상이며, 공중 원통 형상 또는 링 형상의 일부 또는 전체에 테이퍼부 또는 원호부를 포함하는 것으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치에 의하면, 플라즈마 밀도 조정 부재 및 심부재에 의하여 플라즈마를 챔버의 중앙 부분으로 확산 및 인도하도록 하고 있기 때문에, 이러한 상승효과에 의하여 플라즈마의 평면 내 밀도의 균일성을 종래 장치보다 현격히 향상시킬 수 있고, 플라즈마 평면 내 밀도가 적은 불균일성에 기인하는 식각 형상의 경사를 억제할 수 있는 동시에, 기판 표면 전체를 보다 균일하게 식각할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 플라즈마 식각 장치를 나타내는 정단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 플라즈마 식각 장치에서 플라즈마가 확산되는 과정을 설명하기 위한 설명도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 플라즈마 식각 장치에서 플라즈마가 확산되는 과정을 설명하기 위한 설명도이다.
도 4는 실시 장치(1)의 치수를 설명하기 위한 설명도이다.
도 5는 실시 장치(1)를 이용하여 SF6 가스를 플라즈마화항 경우의 플라즈마 평면 내 밀도에 관한 그래프이다.
도 6은 비교 장치(1)를 이용하여 SF6 가스를 플라즈마화할 경우의 플라즈마 평면 내 밀도에 관한 그래프이다.
도 7은 실시 장치(1)를 이용하여 실리콘 기판상의 산화막을 식각할 경우의 식각율에 관한 그래프이다.
도 8은 비교 장치(1)를 이용하여 실리콘 기판상의 산화막을 식각할 경우의 식각율에 관한 그래프이다.
도 9는 실시 장치(1)를 이용하여 식각한 실리콘 기판의 틸트 상태에 관한 그래프이다.
도 10은 실시 장치(1)를 이용하여 식각한 실리콘 기판의 단면을 나타낸 사진들이며, (a)－(d)는 각기 기판 중심 위치부터의 반경 방향으로의 거리가 0㎜, 40㎜, 80㎜ 및 97㎜인 사진들이다.
도 11은 실시 장치(2)의 치수를 설명하기 위한 설명도이다.
도 12는 실시 장치(3)의 치수를 설명하기 위한 설명도이다.
도 13은 실시 장치(2)를 이용하여 SF6 가스를 플라즈마화할 경우의 플라즈마 평면 내 밀도에 관한 그래프이다.
도 14는 실시 장치(3)를 이용하여 SF6 가스를 플라즈마화할 경우의 플라즈마 평면 내 밀도에 관한 그래프이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 플라즈마 식각 장치를 나타내는 정단면도이다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시 형태들에 대해 도면들을 참조하여 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 실시예의 플라즈마 식각 장치(1)는, 내부 공간의 상방에 플라즈마 생성 공간(3)이 설정되는 동시에, 이러한 플라즈마 생성 공간(3)의 하방으로 처리 공간(4)이 설정되는 원통 형상의 챔버(2)와, 상기 플라즈마 생성 공간(3)에 식각 가스를 공급하는 식각 가스 공급 기구(25)와, 챔버(2)의 플라즈마 생성 공간(3)이 설정되는 부분의 외방에 배설된 코일(30)과, 이와 같은 코일(30)에 고주파 전력을 공급하는 코일 전력 공급 기구(35)와, 상기 처리 공간(4)에 배설되어 기판(K)을 재치하기 위한 기대(40)와 이 기대(40)에 고주파 전력을 공급하는 기대 전력 공급 기구(45)와 챔버(2) 내의 기체를 배기하는 배기 장치(50)를 구비하고 있다.
상기 챔버(2)는 하부 몸통부(5), 상부 몸통부(6), 바닥판(7), 중간판(8) 및 상판(9)으로 구성되어 있으며, 하부 몸통부(5)의 하단부에는 바닥판(7)이 고정 설치되는 동시에, 상단부에는 중간판(8)이 고정 설치되며, 이들 하부 몸통부(5), 바닥판(7) 및 중간판(8)에 의해 상기 처리 공간(4)이 형성되어 있다. 또한, 상부 몸통부(6)는 그 하단부가 중간판(8) 상에 고정 설치되는 동시에, 상단부에 상판(9)이 고정 설치되고, 상판(9)의 중심부에는 이로부터 하방으로 수하되는 원통 형상의 심부재(10)가 마련되어 있으며, 이들 상부 몸통부(6), 중간판(8), 상판(9) 및 심부재(10)에 의해 도너츠 형상의 플라즈마 생성 공간(3)이 형성되어 있다. 또한, 상부 몸통부(6)의 내경은 기판(K)의 외경보다도 큰 직경으로 되어 있다.
상기 하부 몸통부(5)에는, 기판(K)을 출납하기 위한 개구부(5a) 및 처리 공간(4) 내의 기체를 배기하기 위한 배기구(5b)가 형성되어 있으며, 개구부(5a)는 셔터 기구(15)에 의해 개폐되도록 되어 있고, 배기구(5b)에는 상기 배기 장치(50)가 접속되고, 이러한 배기 장치(50)에 의해 챔버(2) 내의 기체가 배기되도록 되어 있다.
또한, 상기 중간판(8)에는 개구부(8a)가 형성되고, 그 하면에 상단부 및 하단부가 개구된 환 형상의 부재이며, 하단부보다도 상단부가 큰 직경인 테이퍼 형상으로 형성된 부재인 플라즈마 밀도 조정 부재(20)가 고정 설치되어 있으며, 상기 개구부(8a) 및 플라즈마 밀도 조정 부재(20)를 통하여 상기 플라즈마 생성 공간(3)과 처리 공간(4)이 연통되는 상태로 되어 있다. 또한, 수평면과 플라즈마 밀도 조정 부재(20)의 테이퍼부의 모선이 이루는 각도, 구체적으로 말하면, 수평면과 플라즈마 밀도 조정 부재(20)의 테이퍼부 내주면이 이루는 각도(θ1)는 플라즈마 생성 공간(3)과 기대(40)의 거리가 지나치게 벗어나는 것에 의하여 플라즈마 밀도의 저하를 억제하고, 동시에 플라즈마 생성 공간(3)에 지나치게 가까이 하지 않도록 하며, 플라즈마에 의한 손상을 받기 어렵게 하는 관점 및 플라즈마를 챔버(2)의 중앙부분에 양호하게 확산시키는 관점에서 52˚－81˚ 정도로 설정하는 것이 바람직하다.
상기 플라즈마 밀도 조정 부재(20)는 플라즈마 생성 공간(3)과 기대(40)의 사이에 위치하고 있고, 전기 전도성을 갖는 재료(예를 들면, 알루미늄)로 구성되며 적당히 접지되어 있다. 또한, 상기 플라즈마 밀도 조정 부재(20)의 하단부의 내경은 상기 상부 몸통부(6)의 내경보다도 작은 직경으로 되어 있다.
또한, 상기 심부재(10)는 그 하단면이 상기 플라즈마 밀도 조정 부재(20)의 상단면을 포함하는 평면과 동일 평면상이 되는 위치까지 연설되어 있으며, 상기 심부재(10)의 하단부는 하단면을 향하여 작은 직경으로 되는 테이퍼부가 형성되어 있다. 한편, 수평면과 심부재(10)의 테이퍼부의 모선이 이루는 각도, 구체적으로 말하면, 수평면과 심부재(10)의 테이퍼부 외주면이 이루는 각도(θ2)는 플라즈마를 챔버(2)의 중앙부분에 양호하게 확산시켜 플라즈마의 평면 내밀도의 균일성을 더욱 향상시킨다는 관점에서 80˚ 이상 90˚ 미만으로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시예의 플라즈마 식각 장치에 있어서는 상기 각도(θ1)와 각도(θ2)를 동일한 값으로 설정하고 있다. 이와 같이, 동일한 각도로 성정함으로써, 플라즈마의 챔버(2) 중앙 부분으로 보다 순조로운 확산을 실현할 수 있으며, 챔버(2) 내의 플라즈마를 그 평면 내 밀도가 균일하고 및 안정된 것으로 할 수 있다.
상기 식각 가스 공급 기구(25)는 식각 가스가 저장되는 식각 가스 공급원(26) 및 일측 단부가 식각 가스 공급원(26)에 접속되고, 상판(9)이 환 형상으로 마련된 복수의 토출구들에 타측 단부가 접속되는 공급 관(27)으로 이루어진다. 그리고, 상기 식각 가스 공급 기구(25)에 의하여, 식각 가스 공급원(26)으로부터 공급관(27)을 통하고 복수의 토출구들로부터 수직 하방을 향하여 식각 가스가 균일하게 토출되어 플라즈마 생성 공간(3) 내에 식각 가스가 공급된다.
상기 코일(30)은 상기 상부 몸통부(6)의 외방에 이를 권회하도록 배설되어 있으며, 후술하는 코일 전력 공급 기구(35)에 의해 고주파 전력이 공급되도록 되어 있다.
또한, 상기 코일 전력 공급 기구(35)는 상기 코일(30)에 접속된 매칭 유닛(36)과 상기 매칭 유닛(36)에 접속된 고주파 전원(37)으로 이루어지며, 상술한 바와 같이 코일(30)에 고주파 전력을 공급하는 기구이다.
상기 기대(40)는 상기 처리 공간(4) 내에 배설되어 있으며, 지지대(41)에 의하여 상하 방향으로 자유자재로 진퇴를 지지받는 상태에서 적당히 승강 기구(도시되지 않음)에 의하여 올라가도록 되어 있다. 한편, 기대(40)의 외주부는 벨로스(42)에 의해 덮어져 있다.
상기 기대 전력 공급 기구(45)는 상기 기대(40)에 접속된 매칭 유닛(46)과 상기 매칭 유닛(46)에 접속된 고주파 전원(47)으로 이루어지며, 상기 기대(40)에 고주파 전력을 공급하는 기구이다.
이하, 살술한 구성을 구비하는 플라즈마 식각 장치(1)를 이용하여 기판(K)(실리콘 기판)에 식각 처리를 수행하는 과정에 대해서 설명한다.
먼저, 상기 개구부(5a)를 통하여 하강 위치에 있는 기대(40) 상에 기판(K)(예를 들면, 실리콘 기판)을 재치하며, 기대(40)를 승강 기구에 의하여 처리 위치까지 상승시킨 후, 배기 장치(50)에 의해 챔버(2) 내(플라즈마 생성 공간(3) 및 처리 공간(4))의 기체를 배기하여 해당 챔버(2) 내를 부압으로 하는 동시에, 고주파 전원(47)으로부터 기대(40)에 고주파 전력을 공급한다.
또한, 이와 병행하여, 상기 코일(30)에 고주파 전원(37)으로부터 고주파 전력을 공급하고, 플라즈마 생성 공간(3) 내에 유도 전계를 생기도록 한다. 그리고, 이와 같은 상태에서 상기 식각 가스 공급원(26)으로부터 플라즈마 생성 공간(3) 내에 식각 가스(예를 들면, SF6 가스)를 공급함으로써, 상기 유도 전계에 의해 식각 가스가 플라즈마화된다.
이 때, 상술한 바와 같이, 상기 플라즈마 생성 공간(3)은 심부재(10)에 의해 도너츠 형상으로 형성되어 있으므로, 심부재(10)가 마련되어 있지 않을 경우와 비교하여 그 용적이 작고, 코일(30)에 가까운 부분만이 플라즈마 생성 공간(3)이 되어 있으므로, 코일(30)에 인가하는 전력을 심부재(10)가 마련되어 있지 않을 경우와 비교하여 비교적 작은 전력으로도 고밀도의 플라즈마가 생성된다.
그리고, 이와 같이 생성된 고밀도의 플라즈마는, 상기 심부재(10) 및 플라즈마 밀도 조정 부재(20)와의 사이를 해당 심부재(10)의 표면 및 플라즈마 밀도 조정 부재(20)의 내면에 따라 아래로 흐르고, 플라즈마 밀도 조정 부재(20) 내를 유통하며, 그 하방의 기판(K) 상에 도달하여, 해당 기판(K)의 표면을 식각한다.
여기서, 본 실시예의 플라즈마 식각 장치(1)에 있어서, 심부재(10)의 하단부에 테이퍼부가 형성되어 있기 때문에, 플라즈마 생성 공간(3) 내에서 생성된 플라즈마(도 2 및 도 3의 P)는 심부재(10)의 테이퍼부에 따라 챔버(2)의 중앙 부분에 서서히 확산되며, 더욱이, 상기 플라즈마가 테이퍼 형상의 플라즈마 밀도 조정 부재(20) 내를 유통함으로써, 해당 플라즈마가 챔버(2)의 중앙 부분에 서서히 집속된다(도 2 및 도 3 참조). 이에 의해, 생성된 플라즈마는 그 평면 내 밀도가 서서히 평준화되어 밀도 분포가 매우 완만한 가운데가 오목하거나 M자의 상태, 또는 평면인 균일한 상태로 조정된다. 그리고, 이러한 밀도 상태의 플라즈마가 기판(K)의 표면에 적용됨으로써, 플라즈마의 평면 내 밀도의 불균일성에 기인하는 식각 형상의 경사를 억제할 수 있으며, 기판(K)의 표면 전역이 균일하게 식각되는 것이다.
또한, 본 실시예에서는, 기대(40)에 고주파 전력을 인가하여 기판(K)에 바이어스 전위를 주고 있다. 따라서, 플라즈마 중의 이온이 기판(K)을 향하여 조사되어 소위 이온 보조 식각이 수행된다.
또한, 본 예의 플라즈마 식각 장치(1)에 있어서, 플라즈마 밀도 조정 부재(20)를 접지된 전기 전도성의 재료로 구성함으로써, 플라즈마가 플라즈마 밀도 조정 부재(20) 내를 통과할 때에 플라즈마의 외주부에 위치하는 이온이 플라즈마 밀도 조정 부재(20)와 접촉하며, 이에 따라 제전, 중화되어 소멸되도록 하고 있다. 플라즈마 중에는 이온 및 라디칼이 포함되어 있으나, 이온의 평면 내 밀도에 대해서는 챔버(2)의 외주 측 쪽이 중심측보다도 약간 높아지는 경향이 있다. 따라서, 이 외주부의 이온을 제전, 중화하여 소멸시킴으로써, 이온의 평면 내 밀도를 보다 균일하게 할 수 있다. 더욱이, 이렇게 이온의 평면 내 밀도를 보다 균일한 것으로 함으로써, 기판(K)의 표면 전체를 보다 높은 균일성으로 식각할 수 있다.
이와 관련하여, 본 실시예의 플라즈마 식각 장치(1)(실시 장치 1)에 있어서, 에칭 가스로서 SF6 가스를 채용하고, 플라즈마 생성 공간(3)에 공급하는 SF6 가스의 공급 유량을 200sccm, 코일(30)에 인가하는 고주파 전력을 1200W로 하며, 도 4에 나타내는 바와 같이, 상부 몸통부(6)의 내경(A)을 270㎜, 심부재(10)의 직경(B)을 170㎜, 심부재(10)의 하단면의 직경(C)을 130㎜, 심부재(10)에 있어서의 테이퍼부의 상하 방향의 길이(D)를 95㎜, 심부재(10)의 상기 각도(θ2)를 80.75˚로 하여 SF6 가스를 플라즈마화할 경우의 플라즈마 평면 내 밀도를 측정하였다. 그 결과를 도 5에 나타낸다.
또한, 비교예로서, 상기 테이퍼부가 마련된 심부재(10)로 바꾸고, 테이퍼부가 마련되지 않은 심부재를 구비한 플라즈마 식각 장치(비교 장치 1)에 있어서, 플라즈마 생성 공간에 공급하는 SF6 가스의 공급 유량을 200sccm, 코일에 인가하는 고주파 전력을 2000W로 하여, SF6 가스를 플라즈마화할 경우의 플라즈마 평면 내 밀도를 측정하였다. 그 결과를 도 6에 나타낸다.
실시 장치(1)와 비교 장치(1)에서의 측정 결과를 비교하면, 실시 장치(1) 쪽이 챔버 중앙 부분으로의 플라즈마의 확산이 진행하고 있는 점을 알 수 있다(도 5 및 도 6 참조). 또, 직경 200㎜의 웨이퍼 내에 있어서의 균일성을 산출한 바, 실시 장치(1)는 19.3%이었던 것에 비하여, 비교 장치(1)는 27.5%이었다. 이에 의하여, 심부재에 테이퍼부를 마련함으로써, 챔버 중앙 부분으로의 플라즈마의 확산성이 현저히 향상되고, 결과적으로 플라즈마의 평면 내 밀도의 균일성이 매우 높아지는 것을 알 수 있다.
또한, 상기 실시 장치(1)를 이용하여, 식각 가스로서 SF6 가스를 이용하고, 플라즈마 생성 공간(3)으로 공급하는 SF6 가스의 공급 유량을 400sccm, 코일(30)에 인가하는 고주파 전력을 2000W, 기대(40)에 인가하는 고주파 전력을 50W로 하여, 8인치의 실리콘 기판 상의 산화막(SiO2)을 식각하였다. 그 결과를 도 7에 나타낸다.
또, 비교예로서, 상기 비교 장치(1)를 이용하고, 식각 가스로서 SF6 가스를 이용하며, 플라즈마 생성 공간에 공급하는 SF6 가스의 공급 유량을 400sccm, 코일에 인가하는 고주파 전력을 2000W, 기대에 인가하는 고주파 전력을 50W로 하여, 동일하게 8인치의 실리콘 기판을 식각하였다. 그 결과를 도 8에 나타낸다.
실시 장치(1)에 있어서, 식각율이 기판 전면에 걸쳐 거의 일정하며(도 7 참조), 기판 전면에 있어서의 식각율은 202Å/min±0.9%이었다. 이에 비하여, 비교 장치(1)에 있어서는 기판 전면에 걸쳐 식각율의 편차가 보이며(도 8 참조), 기판 전면에 있어서의 식각율은 176Å/min±2.7%이었다. 이로부터, 상술한 바와 같이, 심부재에 테이퍼부를 마련하는 것에 의해 챔버 중앙 부분으로의 플라즈마의 확산이 촉진되어, 플라즈마의 평면 내 밀도의 균일성이 현전하게 고조되고, 평면 내 밀도가 보다 균일하게 된 플라즈마가 기판 표면 전체적으로 작용하기 때문에, 해당 기판 표면이 보다 균일하게 식각되는 점을 알 수 있다.
또한, 실시 장치(1)를 이용하여, 식각 가스로서 SF6 가스, 보호막 형성 가스로서 C4F8 가스를 이용하고, SF6 가스의 공급 유량을 500sccm, C4F8 가스의 공급 유량을 100sccm으로 하여, 이들 가스들을 플라즈마 생성 공간(3)에 교대로 공급하고, 8인치의 실리콘 기판을 소위 보슈 프로세스법에 의해 식각하여 틸트의 유무에 대해서 검토하였다. 한편, 코일(30)에는 1700W의 고주파 전력을 인가하고, 기대(40)에는 160W의 고주파 전력을 인가하여 식각을 수행하였다. 그 결과를 도 9 및 도 10에 나타낸다. 한편, 도 10은 (a)－(d)의 순서대로, 기판 중심 위치부터의 반경 방향으로 거리가 0㎜, 40㎜, 80㎜ 및 97㎜의 위치의 기판 단면을 나타낸 사진들이다.
도 9 및 도 10에 나타내는 바와 같이, 실시 장치(1)를 이용하여 실리콘 기판에 식각하면, 기판 전면에 걸쳐 틸트의 발생이 거의 없으며, 기판 중심 위치부터의 거리가 97㎜인 위치에 있어서도 틸트량은 0.1도 미만이었다. 이러한 점으로부터, 상술한 바와 같이, 심부재에 테이퍼부를 마련하는 것에 의해 플라즈마의 평면 내 밀도의 균일성이 향상되고, 해당 평면 내 밀도의 균일성이 높은 플라즈마가 기판에 작용함으로서 틸트의 발생을 억제할 수 있는 점을 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 플라즈마 식각 장치는 심부재에 테이퍼부를 마련하는 동시에, 테이퍼 형상의 플라즈마 밀도 조정 부재를 마련하고 있으므로, 이들 심부재 및 플라즈마 밀도 조정 부재에 의한 상승 효과에 의해, 플라즈마의 평면 내 밀도를 종래보다 균일하게 할 수 있으며, 이러한 플라즈마가 작용하는 기판 표면 전체를 균일하게 식각할 수 있다.
또한, 평면 내 밀도의 균일성이 종래보다 높은 플라즈마로 기판 표면 전체를 식각할 수 있고, 틸트의 발생을 종래보다 현격하게 억제할 수 있기 때문에, 슈퍼 정션 구조를 구비하는 반도체 장치나 MEMS 센서 등의 제조에도 효과적으로 이용할 수 있다.
상술한 바에서는, 본 발명의 일 실시 형태에 대해서 설명하였지만, 본 발명이 취할 수 있는 구체적인 양태들이 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 본 실시예의 플라즈마 식각 장치(1)에 있어서, 각도(θ1)와 각도(θ2)를 동일한 값으로 설정하고 있지만, 생성된 플라즈마를 순조롭게 확산시킬 수 있도록 각기 다른 값들로 설정하도록 해도 좋다.
또한, 플라즈마 식각 장치(1)에 있어서, 상부 몸통부(6)의 내경(A)(챔버의 내경(A))을 270㎜, 심부재(10)의 직경(B)을 170㎜로 하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 플라즈마의 표피 깊이에 따라 적당히 설정하는 것이 바람직하다.
이와 관련하여, 본 발명자들이 기체 분자의 반경을 2×10-12㎜, 압력을 5Pa, 전자 온도를 3eV, 플라즈마 밀도를 1×1012㎝-3으로 하여, 13.56㎒－100㎒의 다른 주파수의 고주파 전력을 공급했을 때의 플라즈마 표피 깊이를 산출한 바, 산출된 표피 깊이는 23.9㎜－8.8㎜이었다. 그리고, 13.56㎒에 있어서, 압력을 20Pa로 했을 경우에는 표피 깊이는 50㎜까지 증가했다. 이를 근거로 하면, 원주 방향의 길이 합계가 50㎜ 이상이 되는 플라즈마 생성 공간을 형성하기 위하여, 상부 몸통부(6)의 내경(A)으로부터 심부재(10)의 직경(B)을 뺀 값이 50㎜ 보다 커지도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 심부재(10)를 가열하는 가열 기구를 마련하도록 해도 좋다. 이와 같이 하면, C4F8 가스 등의 플루오르 카본계 가스를 보호막 형성 가스로서 이용하여 기판(K)에 식각을 수행할 경우, 플루오르 카본계의 퇴적물의 부착을 억제하고, 식각율의 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 본 실시예의 플라즈마 식각 장치(1)는 플라즈마 밀도 조정 부재(20) 및 심부재(10)의 하단부가 테이퍼 형상인 구성으로 하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 플라즈마 밀도 조정 부재(20)에 있어서, 상단부로부터 하단부를 향하여 일부 또는 전체가 곡선적으로 지름이 작아지는 형상이여도 좋으며, 또한, 심부재(10)의 하단부에 있어서는 하단면을 향하여 일부 또는 전체가 곡선적으로 지름이 작아지는 형상이어도 좋다. 이와 같이 하여도 상응한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시예의 플라즈마 식각 장치(1)에 있어서, 가장 바람직한 양태로서 심부재(10)의 하단면을 플라즈마 밀도 조정 부재(20)의 상단면을 포함하는 평면과 동일 평면상에 위치시키고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 심부재(10)의 하단면을 플라즈마 밀도 조정 부재(20)의 상단면을 포함하는 평면과 코일(30)의 상단을 포함하는 평면과의 사이(도 4의 R로 나타낸 영역 내)에 위치시키도록 하여도 상응한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 심부재(10)의 하단면을 플라즈마 밀도 조정 부재(20)의 상단면을 포함하는 평면보다도 하방으로 위치시키도록 하여도 좋다. 이와 같이 하여도, 상응한 효과를 얻을 수 있다.
이와 관련하여, 상술한 플라즈마 식각 장치(1)에 있어서의 심부재(10)와 형상의 다른 심부재(10a, 10b)를 구비하는 실시 장치(2) 및 실시 장치(3)에 있어서, 에칭 가스로서 SF6 가스를 채용하고, 플라즈마 생성 공간(3)에 공급되는 SF6 가스의 공급 유량을 200sccm, 코일(30)에 인가되는 고주파 전력을 1200W로 하여, SF6 가스를 플라즈마화할 경우의 플라즈마 평면 내 밀도를 측정하였다. 그 결과를 도 13 및 도 14에 나타낸다. 한편, 실시 장치(2)는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 심부재(10a)의 하단부를 반경 260㎜의 구면으로 하고, 심부재(10a)에 있어서의 하단부로부터 테이퍼부 최상부까지의 상하 방향의 길이(E)를 106㎜로 하며, 또한, 실시 장치(3)는, 도 12에 나타내는 바와 같이, 심부재(10b)의 하단면의 지름(F)을 93㎜, 심부재(10b)에 있어서의 테이퍼부의 상하 방향의 길이(G)를 106㎜로 하였다. 한편, 실시 장치(2) 및 실시 장치(3)에 있어서, 상부 몸통부(6)의 내경(A), 심부재(10a, 10b)의 직경(B) 및 심부재(10a, 10b)의 테이퍼부의 각도(θ2)는 모두 상술한 플라즈마 식각 장치(1)와 동일한 치수로 하였다.
실시 장치(1), 실시 장치(2), 실시 장치(3) 및 비교 장치(1)에 있어서의 측정 결과들을 비교하면, 실시 장치(2) 및 실시 장치(3)는 챔버 중앙 부분으로의 플라즈마의 확산이 실시 장치(1)보다도 약간 진행되지 않고 있지만, 비교 장치(1)보다는 현저하게 진행되고 있는 것을 알 수 있다(도 5, 도 6, 도 13 및 도 14 참조). 또한, 직경 200㎜ 웨이퍼 내에 있어서의 균일성은 상술한 바와 같이, 실시 장치(1)에서는 19.3%, 비교 장치(1)에서는 27.5%이었던 것에 비하여, 실시 장치(2)에서는 22.4%, 실시 장치(3)에서는 24.3%이었고, 실시 장치(1)보다는 약간 낮지만 비교 장치(1)보다는 현저하게 높아졌다.
전술한 바와 같이, 심부재의 하단면은 플라즈마 밀도 조정 부재의 상단면을 포함하는 평면보다도 상방에 위치시키는 것이 바람직하지만, 플라즈마 밀도 조정 부재의 상단면을 포함하는 평면보다도 하방으로 위치시키도록 하여도, 중앙 부분으로의 플라즈마의 확산성을 향상시킬 수 있고, 플라즈마의 평면 내 밀도의 균일성을 높일 수 있다.
더욱이, 본 실시예의 플라즈마 식각 장치(1)는 상부 몸통부(6)의 외방에 이를 권회하도록 코일(30)을 배설한 구성으로 하였지만, 이러한 구성에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, 도 9에 나타낸 플라즈마 식각 장치(1')와 같이, 챔버(2)의 플라즈마 생성 공간(3)에 대응하는 부분의 외방인 상판(9)의 상방에 환 형상의 코일(30')을 배설한 구성일 수 있다. 한편, 도 9에 있어서, 플라즈마 식각 장치(1)와 같은 구성 요소들에 대해서는 동일한 참조 부호들을 부여한다. 상기 플라즈마 식각 장치(1')에 있어서도, 플라즈마 밀도 조정 부재(20)가 테이퍼 형상이며, 심부재(10)의 하단부에 테이퍼부가 형성되고, 하단면이 코일(30')의 상단보다도 하방에 위치하고 있다. 따라서, 플라즈마 생성 공간(3) 내에서 생성된 플라즈마(도 9의 P)가 플라즈마 식각 장치(1)에 있어서의 경우와 동일하게, 심부재(10)의 테이퍼부를 따라 챔버(2)의 중앙 부분에 서서히 확산되며, 플라즈마가 테이퍼 형상의 플라즈마 밀도 조정 부재(20) 내를 유통함으로써, 해당 플라즈마가 챔버(2)의 중앙 부분에 서서히 집속된다. 이에 의하여, 생성된 플라즈마는 그 평면 내 밀도가 서서히 평준화되어 밀도 분포가 매우 완만한 가운데가 오목하거나 M자의 상태, 또는 평면인 균일한 상태로 조정되며, 이러한 밀도 분포의 플라즈마가 기판(K)의 표면에 작용한다. 따라서, 이러한 구성으로 하여도, 플라즈마 식각 장치(1)와 같은 효과를 얻을 수 있다.
1: 플라즈마 식각 장치
2: 챔버
3: 플라즈마 생성 공간
4: 처리 공간
5: 하부 몸통부
6: 상부 몸통부
7: 바닥판
8: 중간판
9: 상판
10: 심부재
20: 플라즈마 밀도 조정 부재
25: 식각 가스 공급 기구
30: 코일
35: 코일 전력 공급 기구
40: 기대
45: 기대 전력 공급 기구

Claims (8)

  1. 통 형상의 몸통부, 상기 몸통부의 상부를 폐쇄하는 상판 및 상기 몸통부의 바닥부를 폐쇄하는 바닥판으로 이루어지며, 상기 몸통부 내의 상부 영역에 설정된 플라즈마 생성 공간 및 해당 플라즈마 생성 공간의 하방에 설정된 처리 공간을 갖는 챔버;
    상기 챔버의 상기 플라즈마 생성 공간에 대응하는 부분의 외방에 배설된 환 형상의 코일;
    상기 챔버 내의 처리 공간에 배설되어 처리 대상인 기판을 재치하는 기대;
    상기 챔버 내의 플라즈마 생성 공간에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급기구;
    상기 챔버에 있어서의 적어도 처리 공간 내의 기체를 배기하는 배기 기구;
    상기 코일에 고주파 전력을 공급하는 코일 전력 공급 기구;
    상기 기대에 고주파 전력을 공급하는 기대 전력 공급 기구;
    상단부 및 하단부가 개구된 환 형상의 부재이고, 하단부를 향하여 축경(縮徑)되는 형상의 부재로 이루어지며, 상기 상단부가 상기 플라즈마 생성 공간과 상기 기대 사이의 상기 챔버 내벽에 고정 설치되어, 상기 플라즈마 생성 공간에서 생성된 플라즈마의 평면 내 밀도를 조정하여 상기 기대 상의 기판에 인도하는 플라즈마 밀도 조정 부재; 및
    적어도 그 하단이 상하 방향에 있어서 상기 코일의 상단보다 하방에 위치하도록 상기 상판의 중심부로부터 하방을 향하여 연설된 원통 형상의 심부재(芯部材)를 구비하고,
    상기 플라즈마 생성 공간을 형성하는 몸통부의 내경은 상기 기판의 외경보다도 큰 직경으로 형성되며,
    상기 플라즈마 생성 공간이 상기 심부재에 의해 도너츠 형상으로 형성된 플라즈마 식각 장치로서,
    상기 심부재는 그 하단부만이 하단면을 향하여 작은 직경으로 된 테이퍼부를 가지고,
    상기 플라즈마 밀도 조정 부재는 하단부보다 상단부가 큰 직경의 테이퍼부를 가지며,
    수평면과 상기 플라즈마 밀도 조정 부재의 테이퍼부의 모선이 이루는 각도가 52˚내지 81˚이고,
    상기 수평면과 상기 심부재 테이퍼부의 모선이 이루는 각도가 80˚ 이상 90˚ 미만인 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  2. 통 형상의 몸통부, 상기 몸통부의 상부를 폐쇄하는 상판 및 상기 몸통부의 바닥부를 폐쇄하는 바닥판으로 이루어지며, 상기 몸통부 내의 상부 영역에 설정된 플라즈마 생성 공간 및 해당 플라즈마 생성 공간의 하방에 설정된 처리 공간을 갖는 챔버;
    상기 챔버의 상기 플라즈마 생성 공간에 대응하는 부분의 외방에 배설된 환 형상의 코일;
    상기 챔버 내의 처리 공간에 배설되어 처리 대상인 기판을 재치하는 기대;
    상기 챔버 내의 플라즈마 생성 공간에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급기구;
    상기 챔버에 있어서의 적어도 처리 공간 내의 기체를 배기하는 배기 기구;
    상기 코일에 고주파 전력을 공급하는 코일 전력 공급 기구;
    상기 기대에 고주파 전력을 공급하는 기대 전력 공급 기구;
    상단부 및 하단부가 개구된 환 형상의 부재이고, 하단부를 향하여 축경되는 형상의 부재로 이루어지며, 상기 상단부가 상기 플라즈마 생성 공간과 상기 기대 사이의 상기 챔버 내벽에 고정 설치되어, 상기 플라즈마 생성 공간에서 생성된 플라즈마의 평면 내 밀도를 조정하여 상기 기대 상의 기판에 인도하는 플라즈마 밀도 조정 부재; 및
    적어도 그 하단이 상하 방향에 있어서 상기 코일의 상단보다 하방에 위치하도록 상기 상판의 중심부로부터 하방을 향하여 연설된 원통 형상의 심부재를 구비하고,
    상기 플라즈마 생성 공간을 형성하는 몸통부의 내경은 상기 기판의 외경보다도 큰 직경으로 형성되며,
    상기 플라즈마 생성 공간이 상기 심부재에 의해 도너츠 형상으로 형성된 플라즈마 식각 장치로서,
    상기 심부재는 그 하단부만이 하단면을 향하여 작은 직경으로 된 테이퍼부를 가지고,
    상기 플라즈마 밀도 조정 부재는 하단부보다 상단부가 큰 직경의 테이퍼부를 가지며,
    수평면과 상기 플라즈마 밀도 조정 부재의 테이퍼부의 모선이 이루는 각도와 상기 심부재 테이퍼부의 모선이 이루는 각도가 동일한 각도인 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 심부재의 하단면은 상기 플라즈마 밀도 조정 부재의 상단면을 포함하는 평면보다 상방에 위치하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 밀도 조정 부재는 접지된 전기 전도성의 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  5. 통 형상의 몸통부, 상기 몸통부의 상부를 폐쇄하는 상판 및 상기 몸통부의 바닥부를 폐쇄하는 바닥판으로 이루어지며, 상기 몸통부 내의 상부 영역에 설정된 플라즈마 생성 공간 및 해당 플라즈마 생성 공간의 하방에 설정된 처리 공간을 갖는 챔버;
    상기 챔버의 상기 플라즈마 생성 공간에 대응하는 부분의 외방에 배설된 환 형상의 코일;
    상기 챔버 내의 처리 공간에 배설되어 처리 대상인 기판을 재치하는 기대;
    상기 챔버 내의 플라즈마 생성 공간에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급기구;
    상기 챔버에 있어서의 적어도 처리 공간 내의 기체를 배기하는 배기 기구;
    상기 코일에 고주파 전력을 공급하는 코일 전력 공급 기구;
    상기 기대에 고주파 전력을 공급하는 기대 전력 공급 기구;
    상단부 및 하단부가 개구된 환 형상의 부재이고, 하단부를 향하여 축경되는 형상의 부재로 이루어지며, 상기 상단부가 상기 플라즈마 생성 공간과 상기 기대 사이의 상기 챔버 내벽에 고정 설치되어, 상기 플라즈마 생성 공간에서 생성된 플라즈마의 평면 내 밀도를 조정하여 상기 기대 상의 기판에 인도하는 플라즈마 밀도 조정 부재; 및
    적어도 그 하단이 상하 방향에 있어서 상기 코일의 상단보다 하방에 위치하도록 상기 상판의 중심부로부터 하방을 향하여 연설된 원통 형상의 심부재를 구비하고,
    상기 플라즈마 생성 공간을 형성하는 몸통부의 내경은 상기 기판의 외경보다도 큰 직경으로 형성되며,
    상기 플라즈마 생성 공간이 상기 심부재에 의해 도너츠 형상으로 형성된 플라즈마 식각 장치로서,
    상기 심부재는 그 하단부만이 하단면을 향하여 축경되는 형상을 가지고,
    상기 챔버의 내경(A)으로부터 상기 심부재의 하단부에 있어서의 최상부의 직경(B)을 뺀 값이 50㎜ 보다 크며,
    상기 챔버의 내경(A)이 상기 기판의 직경(N)보다 큰 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
  6. 통 형상의 몸통부, 상기 몸통부의 상부를 폐쇄하는 상판 및 상기 몸통부의 바닥부를 폐쇄하는 바닥판으로 이루어지며, 상기 몸통부 내의 상부 영역에 설정된 플라즈마 생성 공간 및 해당 플라즈마 생성 공간의 하방에 설정된 처리 공간을 갖는 챔버;
    상기 챔버의 상기 플라즈마 생성 공간에 대응하는 부분의 외방에 배설된 환 형상의 코일;
    상기 챔버 내의 처리 공간에 배설되어 처리 대상인 기판을 재치하는 기대;
    상기 챔버 내의 플라즈마 생성 공간에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급기구;
    상기 챔버에 있어서의 적어도 처리 공간 내의 기체를 배기하는 배기 기구;
    상기 코일에 고주파 전력을 공급하는 코일 전력 공급 기구;
    상기 기대에 고주파 전력을 공급하는 기대 전력 공급 기구;
    상단부 및 하단부가 개구된 환 형상의 부재이고, 하단부를 향하여 축경되는 형상의 부재로 이루어지며, 상기 상단부가 상기 플라즈마 생성 공간과 상기 기대 사이의 상기 챔버 내벽에 고정 설치되어, 상기 플라즈마 생성 공간에서 생성된 플라즈마의 평면 내 밀도를 조정하여 상기 기대 상의 기판에 인도하는 플라즈마 밀도 조정 부재; 및
    적어도 그 하단이 상하 방향에 있어서 상기 코일의 상단보다 하방에 위치하도록 상기 상판의 중심부로부터 하방을 향하여 연설된 원통 형상의 심부재를 구비하고,
    상기 플라즈마 생성 공간을 형성하는 몸통부의 내경은 상기 기판의 외경보다도 큰 직경으로 형성되며,
    상기 플라즈마 생성 공간이 상기 심부재에 의해 도너츠 형상으로 형성된 플라즈마 식각 장치로서,
    상기 심부재는 그 하단부만이 하단면을 향하여 축경되는 형상을 가지고,
    상기 심부재를 가열하는 가열 기구가 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각 장치.
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