KR20010052447A - 플라즈마 처리장치 - Google Patents

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KR20010052447A
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히가시 데쓰로
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고지마 히로요시
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Abstract

본 발명의 플라즈마처리장치는, 내부가 진공상태로 유지가능한 챔버와, 상기챔버내를 진공배기하는 배기기구와, 상기 챔버내로 처리가스를 도입하는 가스도입기구와, 상기 챔버내에 배치되어 피처리체를 지지하는 하부전극과, 상기 하부전극에 대향하여 설치된 상부전극을 구비한다. 상기 챔버밖에는, 고주파전원이 설치되고, 급전부재가, 상기 고주파전원으로부터 상기 하부전극에 이르고 있다. 급전부재를 통해 하부전극에 인가되는 고주파전원에 의해서 상부전극 및 하부전극의 사이에 형성되는 처리가스의 플라즈마로부터, 적어도 챔버내벽을 통하여 고주파전원으로 되돌아가는 리턴전류회로의 임피던스가, 임피던스조정수단에 의해서 조정된다.

Description

플라즈마 처리장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
반도체디바이스의 제조에 있어서는, 드라이에칭이나 플라즈마 CVD (Chemica1 Vapor Deposition)등의 플라즈마처리가 많이 사용되어 있다.
이러한 플라즈마처리를 행하는 장치로서, 예컨대, 도 7에 나타낸 바와 같은 것이 사용하고 있다. 도 7중, 참조부호 1 은 접지된 챔버를 나타낸다. 이 챔버(1)내에는, 피처리체인 반도체웨이퍼 W를 수평으로 지지하기위한 하부전극(2)이 설치된다. 하부전극(2)은, 절연부재(3)를 통해 금속제의 지지대(4)에 재치되어 있다. 그리고, 하부전극(2)과 지지대(4)와는, 도시하지 않은 승강기구에 의해 승강가능하도록 되어 있다. 지지대(4)의 외측에는, 가스확산용의 배플판(5)이 설치된다. 지지대(4)의 아래쪽 중앙의 대기(大氣)부분은, 벨로우즈(6)로 덮여있다. 이 벨로우즈 (6)는, 진공부분과 대기부분을 분리하고 있다. 벨로우즈(6)의 외측에는, 하부재 (7a)와 상부재(7b)와로 이루어지는 벨로우즈커버(7)가 설치되어 있다.
하부전극(2)에는, 챔버(1)의 아래쪽으로 설정된 고주파전원(11)이, 정합기(整合器:10) 및 급전봉(8)을 통해 접속되어 있다. 급전봉(8)의 주위에는, 지지대(4)로부터 아래쪽으로 연장된 금속제의 접지파이프(9)가 설치된다. 접지파이프(9)와 챔버(1)와의 사이에는, 이들 사이의 도통을 취하도록 슬라이드 콘택트(26)가 설치된다. 이 경우, 슬라이드 콘택트(26)는, 그의 내주에 다수개의 탄력성을 갖는 접촉자를 갖고 있고, 슬라이드 콘택트(26)내를 접지파이프(9)가 미끄럼 이동하더라도, 접지파이프(9)와 슬라이드 콘택트(26), 즉 챔버(1)와의 사이의 안정된 전기적 도통을 얻을 수 있도록 되어 있다. 또한, 하부전극(2)에는 냉매통로(13)가 형성되어 있고, 냉매공급관(14)을 통해 냉매가 유통되도록 되어 있다.
챔버(1)의 천정벽에는, 하부전극(2)에 대향하도록 샤워헤드(16)가 설치된다. 가스도입부(18)로부터 도입되는 처리가스는, 그 아래면에 설정된 다수의 가스토출공(17)으로부터 반도체웨이퍼 W 로 향하여 토출된다.
또한, 참조부호 22는, 게이트밸브(23)에 의해 개폐가능한 반도체웨이퍼 W의 반입반출용의 반송포트이다. 또한, 참조부호 24는, 챔버(1)내를 진공배기하기 위한 배기포트이다.
이러한 장치에 있어서는, 우선, 반도체웨이퍼 W가, 반송포트(22)로부터 반송위치에 있는 하부전극(2)으로 반송된다. 이어서, 승강기구에 의해 하부전극(2)이 상승되어, 반도체웨이퍼 W가 처리위치에 배치된다. 반도체웨이퍼 W는, 도시하지 않은 정전척에 의해 하부전극(2)에 흡착유지된다.
그 후, 배기포트(24)를 통해, 챔버(1)내가 소정의 진공도에 유지되고, 샤워헤드(16)로부터 챔버(1)내로 소정의 처리가스가 도입된다. 또한, 고주파전원(11)으로부터 정합기(10)및 급전봉(8)를 통해 하부전극(2)에 고주파가 인가되고, 플라즈마가 생성되어, 반도체웨이퍼 W에 소정의 플라즈마처리가 실시된다.
그런데, 고주파전류가 도체의 표면가까이에만 국부적으로 존재한다고 하는 표피효과에 의해, 고주파전원(11)으로부터 하부전극(2)에 인가된 고주파전류의 리턴전류는, 도면중의 화살표를 따라서, 챔버(1)의 내벽을 통하여 저벽에 달한다. 여기서, 챔버(1)의 저벽과 벨로우즈커버(7)및 벨로우즈(6)와는 스프링멈춤되어 있고, 서로 도통하고 있다. 따라서, 리턴전류는, 챔버(1)의 저벽으로부터, 벨로우즈커버 (7)의 하부재(7a)의 표면, 벨로우즈(6)의 외측, 벨로우즈커버(7)의 상부재(7b)의 표면, 지지대(4)의 표면 및 접지파이프(9)의 안쪽을 통하여 고주파전원(11)으로 되돌아간다. 슬라이드 콘택트(26)와 접지파이프(9)와의 접촉임피던스가, 벨로우즈(6)근방의 전류경로의 임피던스보다 높기때문에, 슬라이드 콘택트(26)를 흐르는 전류는 얼마 안된다.
따라서, 대부분의 리턴전류는, 벨로우즈(6)에 흐른다. 이 때문에, 벨로우즈 (6)의 양끝단에서 큰 전위차가 생겨, 예컨대 벨로우즈커버(7)의 상부재(7b)와 하부재(7a)와의 사이나, 지지대(4)의 주변부분에서 이상방전이 발생하고, 플라즈마 누설등이 생긴다. 이 때문에, 반도체웨이퍼 W 상에서의 플라즈마밀도가 저하할 수 있다. 또한, 이와 같이 이상방전이 발생하면, 처리에 악영향을 미치게 한다. 그렇지만, 이러한 이상방전은, 플라즈마처리중에는 파악될 수 없다.
본 발명은 이러한 사정에 비추어 이루어진 것이며, 고주파전류의 리턴전류에의한 이상방전이 생기기 어려운 플라즈마처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 이상방전같은 플라즈마의 이상상태를, 플라즈마처리중에 파악할 수가 있는 플라즈마처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
[발명의 요지]
상기 과제를 해결하기위해서, 본 발명의 플라즈마처리장치는,
내부가 진공상태로 유지가능한 챔버와,
상기 챔버내를 진공배기하는 배기기구와,
상기 챔버내로 처리가스를 도입하는 가스도입기구와,
상기 챔버내에 배치되어, 피처리체를 지지하는 하부전극과,
상기하부전극에 대향하여 설치된 상부전극과,
상기 챔버밖에 설치된 고주파전원과,
상기 고주파전원으로부터 상기하부전극에 달하는 급전부재와,
급전부재를 통해 하부전극에 인가되는 고주파전원에 의해서 상부전극 및 하부전극의 사이에 형성되는 처리가스의 플라즈마로부터, 적어도 챔버 내벽을 통하여 고주파전원으로 되돌아가는 리턴전류회로의 임피던스를 조정하는 임피던스조정수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 플라즈마로부터 적어도 챔버내벽을 통하여 고주파전원으로 되돌아가는 리턴전류회로의 임피던스를 조정하는 임피던스조정수단을 설치하여, 리턴전류회로의 임피던스를 최적치로 설정함으로써, 하부전극의 주변에서의 이상방전 및 플라즈마누설을 경감할 수가 있다.
이 경우에, 임피던스조정수단으로서, 용량이 가변인 콘덴서를 설치할 수 있다. 이 경우, 콘덴서의 용량을 조정함에 의해, 용이하게 임피던스를 최적치로 조정할 수가 있다. 이와 같이 콘덴서의 용량을 조정하여 임피던스를 제어함으로써, 리턴전류회로의 장치간 오차(제조오차등)를 조정하는 것이 가능해진다. 또한, 장치를 장기간 사용함에 의해 임피던스가 시간 경과에 따라 변화하더라도, 콘덴서용량을 조정함에 의해 적정한 값으로 조정할 수가 있다.
또한, 상기플라즈마장치에, 플라즈마처리장치가 정상상태에 있을 때에는 플라즈마발광이 실질적으로 관찰되지 않은 챔버내영역에서의 플라즈마발광을 검출하는 검출기와, 이 검출기의 출력에 따라서 상기콘덴서의 용량을 조정하는 제어수단을 부가하는 것이 바람직하다. 이 경우, 검출기에 의해서 이상방전에 동반하는 플라즈마발광을 검출한 시점에서, 콘덴서용량을 조정하여 이상방전을 해소할 수가 있어, 리턴전류회로의 임피던스를 리얼타임으로 이상방전이 생기지 않은 적정치로 제어할 수가 있다.
바람직하게는, 하부전극을 상기챔버내에서 승강시키는 승강기구를 더욱 구비한다.
이 경우, 바람직하게는, 상기 승강기구는, 상기 하부전극의 아래쪽으로 연장되는 구동부를 갖고 있으며, 상기 하부전극의 아래면과 상기 챔버내의 저면과의 사이에 신축가능하게 설치됨과 함께, 상기 구동부를 상기 챔버내로부터 격리하는 도전성의 벨로우즈를 더욱 구비한다.
이 경우, 바람직하게는, 상기 급전부재는, 상기구동부의 일부를 형성하는 막대부재이다. 또한, 바람직하게는, 상기 급전부재의 주위에는, 상기구동부의 일부를 형성하는 접지파이프가 설치된다.
이 경우, 상기 챔버의 저벽과 상기 접지파이프와의 사이에는, 양자의 미끄럼운동과 안정인 전기적 도통을 실현시키는 슬라이드 콘택트가 설치되는 것이 바람직하다.
이 경우, 임피던스조정수단은, 적어도 챔버내벽을 통하다 고주파전원으로 되돌아가는 리턴전류를 상기 벨로우즈측과 상기 접지파이프측으로 분류(分流)함과 함께, 그들 리턴전류회로의 임피던스를 조정하도록 되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이, 임피던스조정수단이, 플라즈마로부터 고주파전원에 되돌아가는 리턴전류를, 챔버내벽으로부터 상기 벨로우즈와 상기 접지파이프로 분류시켜, 리턴전류회로의 임피던스를 저하시킴으로써, 벨로우즈 양끝단에 걸리는 전위차 및 챔버내벽과 고주파의 접지부와의 사이의 전위차를 감소시킬 수 있으며, 결과적으로, 하부전극의 주변에서의 이상방전 및 플라즈마누설을 경감할 수가 있다. 임피던스 조정수단으로서는, 상기 챔버의 저벽과 상기 벨로우즈와의 사이에 설치된 소정용량의 콘덴서를 갖는 것이 호적이다. 이와 같이 콘덴서를 사용함으로써, 벨로우즈측으로 흐르는 전류를 조정하는 것이 가능하고, 플라즈마로부터 고주파전원에 되돌아가는 리턴전류를, 챔버내벽으로부터 상기 벨로우즈와 상기 접지파이프에 효과적으로 분류시키는 것이 가능해진다.
또한, 챔버의 저벽과 벨로우즈와의 사이에는, 절연부재를 개재시키는 것이 바람직하다. 절연부재로서는, 폴리에테르에테르케톤 또는 폴리이미드가 바람직하다. 이들 재료는, 내하중성이 높고, 더구나 유전율이 낮기 때문에, 예를 들면 5 mm 정도의 두께로, 콘덴서의 용량보다도 충분히 낮은 용량으로 할 수 있다. 이 결과, 콘덴서만으로 용량조정을 할 수 있다.
또한, 상기 콘덴서의 용량을 가변으로 함으로써, 콘덴서의 용량을 용이하게 최적치로 조정할 수가 있다. 그리고, 상술한 경우와 같이 콘덴서의 용량을 조정하여 임피던스를 제어함으로써, 리턴전류회로의 장치간 오차(제조오차등)를 조정하는 것이 가능하게 된다. 또한, 장치를 장기간 사용함에 의해 임피던스가 시간경과에 따라 변화하더라도, 콘덴서용량을 조정함에 의해 적정한 값으로 조정할 수가 있다.
또한, 본 발명의 플라즈마처리장치는,
내부가 진공상태로 유지가능한 챔버와,
상기 챔버내를 진공배기하는 배기기구와,
상기 챔버내에 처리가스를 도입하는 가스도입기구와,
피처리체에 플라즈마처리를 실시하기 위해서 처리가스를 플라즈마화하는 플라즈마생성수단과,
플라즈마처리장치가 정상상태에 있을 때에는 플라즈마발광이 실질적으로 관찰되지 않도록 챔버내 영역에서 플라즈마발광을 검출하는 검출기를 구비한 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 플라즈마처리장치가 정상상태에 있을 때에는 플라즈마발광이 실질적으로 관찰되지 않은 챔버내 영역에서 플라즈마발광을 검출하는 검출기를 구비함에 의해, 검출기에 의해서 챔버내의 이상방전에 따르는 플라즈마 발광을 검출한 시점에서, 이상방전을 해소하는 적절한 처치를 하는 것이 가능해져, 피처리체의 처리에 대한 악영향을 작게 할 수가 있다.
본 발명은, 반도체웨이퍼등의 피처리체에 대하여, 에칭처리나 성막처리등의 플라즈마처리를 하는 플라즈마처리장치에 관한 것이다.
도 1은, 본 발명의 1실시형태에 관한 플라즈마처리장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는, 도 1의 장치에 있어서의 임피던스조정기구를 나타내는 단면도이다.
도 3는, 도 1의 장치에 있어서의 챔버 저벽의 콘덴서 부착부를 나타내기 위한 도면이다.
도 4는, 도 1의 임피던스 조정기구에 사용한 절연부재의 두께와 용량과의 관계를 도시한 도면이다.
도 5는, 본 발명의 플라즈마처리장치의 등가회로를 나타내는 회로도이다.
도 6은, 본 발명의 다른 실시형태에 관하는 플라즈마처리장치의 요부를 나타내는 단면도이다.
도 7은, 종래의 플라즈마처리장치를 나타내는 단면도이다.
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
이하, 첨부도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 관해서 설명한다.
도 1은, 본 발명의 1 실시형태에 관한 플라즈마처리장치를 나타내는 단면도이다. 도면중, 참조부호 1 은, 예를 들면 표면이 알루마이트처리된 알루미늄으로 이루어지는 도전성의 챔버이다. 이 챔버(1)는, 접지되어 있다. 챔버(1)내에는, 피처리체인 반도체웨이퍼 W를 수평으로 지지하는 하부전극(2)이 설치된다. 이 하부전극(2)은, 알루미늄등의 도전체로 구성되며, 절연부재(3)를 통해, 알루미늄등의 도전체로 이루어지는 지지대(4)에 재치되어 있다. 지지대(4)의 바깥둘레측에는, 다수의 가스통과구멍을 갖는 원판형상을 한 가스확산용의 배플판(5)이 설치된다. 이 배플판(5)은, 알루미늄등의 도전체로 구성되며, 지지대(4)에 스프링멈춤되어 전기적에 접속되어 있다. 하부전극(2)에는, 반도체웨이퍼 W를 흡착유지하기 위한 정전척(도시않됨)이 설치된다.
지지대(4)의 아래쪽 중앙의 대기부분은, 예컨대 스테인리스강으로 이루어지는 벨로우즈(6)로 덮여져 있다. 이 벨로우즈(6)는, 진공부분과 대기부분을 분리하고 있다. 벨로우즈(6)는, 그 위 끝단과 아래 끝단이, 각각 지지대(4)의 아래면 및챔버(1)의 저벽 윗면에 스프링멈춤되어 있다. 벨로우즈(6)의 외측에는, 벨로우즈커버(7)가 설치된다. 벨로우즈커버(7)는, 벨로우즈(6)의 신축에 대응가능하도록, 하부재(7a)와 상부재(7b)가 분리되어 있다.
하부전극(2)에는, 챔버(1)의 아래쪽으로 설치된 고주파전원(11)이, 정합기(10)및 급전봉(8)를 통해 접속되어 있다. 급전봉(8)의 주위에는, 지지대(4)로부터 아래쪽으로 연장되는 금속제의 접지파이프(9)가 설치된다.
하부전극(2)에는, 냉매유로(13)가 형성되어 있고, 이 속에 냉매공급관(14)을 통해 냉매가 흐르도록 되어 있다. 또한, 도시하고는 있지 않지만, 하부전극(2)에는, 반도체웨이퍼 W의 주고 받음을 하기위해서, 돌출설치가능한 리프트핀이 설치된다.
챔버(1)의 천정벽(1a)에는, 하부전극(2)에 대향하는 상부전극으로서 기능하는 샤워헤드(16)가 설치되어 있다. 이 샤워헤드(l6)의 아래면에는, 다수의 토출구멍(17)이 형성되어 있다. 샤워헤드(16)의 상부에는, 가스도입구(18)가 설치된다. 가스도입구(18)에는, 소정의 처리가스를 샤워헤드(16)를 통해 챔버(1)내로 공급하기 위한 처리가스공급원(20)이, 접속되어 있다. 그리고, 챔버(1)내에 처리가스가 공급되고, 하부전극(2)에 고주파전력이 인가됨으로써, 하부전극(2)과 샤워 헤드(16)와의 사이에 플라즈마가 형성되어, 반도체웨이퍼 W에 소정의 플라즈마처리가 실시도록 되어 있다. 챔버(1)의 측벽(1b)에는, 반도체웨이퍼 W의 반입반출용의 반송포트(22)가 게이트 밸브(23)에 의해 개폐가능하게 설치되어 있다. 반도체웨이퍼 W의 반입반출시에는, 하부전극(2)이, 반송포트(22)에 대응하는 위치로 이동된다. 이 때의 하부전극(2)의 이동은, 도시하지 않은 승강기구에 의해, 절연부재(3)및 지지대(4)와 일체적으로 행하여진다.
챔버(1)의 측벽(1b)의 저부 근방에는, 배기포트(24)가 설치된다. 이 배기포트(24)에는, 배관을 통해, 배기장치(25)가 접속되어 있다. 그리고, 배기장치(25)를 작동시킴으로써, 챔버(1)내가 소정의 진공도까지 진공배기되는 것이 가능하도록 되어 있다.
접지파이프(9)와 챔버(1)의 저벽(1c)과의 사이에는, 이들 사이의 전기적도통을 취하도록 슬라이드 콘택트(26)가 설치된다. 이 경우, 슬라이드 콘택트(26)는, 그의 내주에 다수의 탄력성을 갖는 접촉자를 갖고 있고, 슬라이드 콘택트(26)내를 접지파이프(9)가 미끄럼 이동하더라도[하부전극(2)이 상하로 이동하더라도], 접지파이프(9)와 슬라이드 콘택트(26) 즉 챔버(1)와의 사이의 안정한 전기적 도통을 얻을 수 있게 되고 있다.
벨로우즈(6)와 챔버(1)의 저벽(1c)과의 접속부분에는, 플라즈마로부터 챔버(1)를 지나서 지지대(4)및 접지파이프(9)의 안쪽을 통하여 고주파전원(11)으로 되돌아가는 리턴전류회로의 임피던스를 조정하기 위한 임피던스조정기구(30)가 설치된다.
이 임피던스조정기구(30)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 챔버(1)의 저벽(1c)과 벨로우즈(6)의 지지대(6a)와의 사이에 개재된 절연부재(31)와, 챔버(1)의 저벽(1c)과 벨로우즈(6)의 지지대(6a)에 접속된 소정용량의 콘덴서((32))를 구비하고 있다. 그리고, 스테인리스강으로 이루어지는 지지대(6a)는, 챔버(1)의 저벽 (1c)과의 사이에 절연부재(31)를 개재시킨 상태에서 스프링(33)에 의해 스프링멈춤되어 있다.
이 절연부재(31)는, 챔버(1)의 저벽(1c)과 벨로우즈(6)의 지지대(6a)와를 절연하기 위한 것으로서, 내하중이 크고, 유전율이 작은 것이 사용된다. 이러한 재료로서는, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 또는 폴리이미드가 바람직하다.
콘덴서(32)는, 벨로우즈(6)에 인가되는 전압을 조정함으로써, 리턴전류회로의 임피던스를 저하시키도록 되어 있다. 예컨대 콘덴서(32)는, 벨로우즈(6)에 인가되는 전압을, 지지대(4)의 주변에 이상방전이 생기지 않을 정도의 전압값으로 조정가능하다.
이러한 조정의 결과, 리턴전류는 슬라이드 콘택트(26)를 지나서 접지파이프 (9)로도 흐르게 된다. 즉, 콘덴서(32)는, 챔버(1)의 저벽(1c)의 리턴전류를, 벨로우즈(6)측과 슬라이드 콘택트(26)측으로 분류시켜, 리턴전류회로 전체의 임피던스를 저하시키는 기능을 갖고 있다.
콘덴서(32)의 필요용량은, 장치의 설정에 따라 다르지만, 예컨대 12000 pF 정도이다. 필요한 용량을 얻기위해서, 복수의 콘덴서를 사용하도록 하더라도 좋다. 그를 위하여, 도 3과같이, 챔버(1)의 저벽(1c)에 복수의 콘덴서 부착부(35)가 설치될 수 있다. 예컨대 12000 PF의 용량을 얻기 위해서는, 500 OpF의 콘덴서 2개와, 1000 pF의 콘덴서 2개를, 4개소의 부착부(35)에 각각 부착하면 좋다.
챔버(1)의 저벽(1c) 및 벨로우즈(6)의 지지대(6a)는, 어느것이나 도전체이다. 따라서, 절연부재(31)를 양자간에 개재시킴으로써, 일종의 콘덴서를 형성하는 것이 된다. 그렇지만, 상술한 바와 같이 유전율이 낮은 수지를 사용하여 비교적 두껍게 절연부재(31)를 형성함으로써, 절연부재(31)의 콘덴서로서의 용량은 무시할 수가 있다. 즉, 부착되는 콘덴서(32)만에 의하여 용량의 조정을 행할 수 있다.
예를 들면, 절연부재(31)에 PEEK를 사용한 경우, 두께와 용량의 관계는 도 4에 나타낸 바와 같이 된다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 예컨대 두께를 5 mm 로 설정하면, 그 용량은 400 pF 정도로 된다. 이 값은, 콘덴서(32)의 용량의 12000 pF에 비교하여 무시할 수 있는 정도의 것이다.
다음에, 이와 같이 구성되는 플라즈마처리장치의 동작에 관해서 설명한다.
우선, 도시하지 않은 승강기구에 의하여, 하부전극(2)이 반송위치에 배치된다. 다음에, 게이트 밸브(23)가 열리고, 도시하지 않은 반송아암등에 의해 반송포트(22)을 통해 반도체웨이퍼 W가 챔버(1)내로 반입되고, 하부전극(2)상에 얹어놓이다. 반도체웨이퍼 W는, 도시하지 않은 정전척에 의해, 하부전극(2)에 흡착유지된다.
그 후, 승강기구에 의해 하부전극(2)이 상승되고, 하부전극(2)과 샤워헤드(16)와의 갭이 소정의 거리가 되도록 위치결정된다. 이 상태에서, 냉매유로(13)에 냉매가 유통되고, 하부전극(2)이 소정의 온도로 제어된다. 한편, 배기장치(25)에 의해 배기포트(24)를 통해 챔버(1)내가 배기되어, 고진공상태로 된다.
이어서, 소정의 처리가스가, 처리가스공급원(20)으로부터 처리가스도입구 (18)및 도전성용기(15)의 천정벽을 구성하는 샤워헤드(16)의 가스토출구멍(17)을 통해, 반도체웨이퍼 W로 향하여 토출되고, 챔버(1)내를 수10 mTorr로 한다. 그와 동시에, 고주파전원(11)으로부터 정합기(10)및 급전봉(8)를 통해, 소정의 주파수 및 전압의 고주파전력이, 하부전극(2)에 인가된다. 이에 의하여, 하부전극(2)과 샤워헤드(16) 사이의 공간에는, 처리가스의 플라즈마가 생성된다. 이에 따라, 반도체웨이퍼 W 에 대하여 소정의 플라즈마처리가 실시된다.
이 플라즈마처리의 시에, 플라즈마로부터 고주파전원(11)으로 되돌아가는 리턴전류는, 벨로우즈(6)측과 슬라이드 콘택트(26)측으로 분류된다.
이를, 도 5에 나타내는 등가회로를 참조하여 설명한다. 고주파전원(RF 전원) (11)으로부터의 고주파전력은, 정합기(10)및 급전봉(8)를 통해, 하부전극(2)에 공급되어, 플라즈마를 형성한다. 플라즈마로부터의 리턴전류는, 챔버(1)의 천정벽 (1a), 측벽(1b) 및 저벽(1c)을 거쳐서 벨로우즈(6)에 도달한다. 이 때, 임피던스조정기구(30)의 콘덴서(32)가, 저벽(1c)과 벨로우즈(6)와의 사이의 용량 Cb를조정하여, 저벽(1c)의 전류 Ip를, 벨로우즈측의 전류 Ib와, 슬라이드 콘택트측의 전류 Ic로 분류시킨다. 벨로우즈측의 리턴전류 Ib는, 벨로우즈(6)의 외측, 지지대(4)의 표면, 접지파이프(9)의 안쪽을 통하여 고주파전원(ll)으로 되돌아간다. 슬라이드 콘택트측의 리턴전류 Ic는, 접지파이프(9)의 외측, 지지대(4)의 표면, 접지파이프 (9)의 안쪽을 통하여 고주파전원(11)으로 되돌아간다.
종래와 같이 벨로우즈와 챔버의 저벽을 도통시킨 경우, 슬라이드 콘택트의 임피던스가 크기 때문에, 슬라이드 콘택트에는 약간밖에 전류가 흐르지 않고, 대부분의 전류가 벨로우즈측으로 흐른다. 따라서, 벨로우즈의 전압 Vb및 챔버벽의 전압 Vw가 어느것이나 높게 되어, 이상방전이 생긴다.
한편, 벨로우즈와 챔버의 저벽을 절연한 경우에는, 벨로우즈에는 전류가 흐르지 않고, Ip= Ic로 된다. 이 경우, 슬라이드 콘택트(26)와 접지파이프(9)와의 사이의 접촉임피던스가 높기 때문에, 챔버벽의 전압 Vw가 높게 되어, 역시 이상방전이 생긴다. 또한, Lb와 Cb를 공진시킴으로써, 챔버벽의 전압 Vw가 O 로 될수 있지만, 이 경우 벨로우즈의 전압 Vb가 높게 되어 버린다.
이것에 대하여, 상술한 바와 같이 Cb의 값을 적절히 조정하여, 저벽(1c)의 전류 Ip를, 벨로우즈측의 전류 Ib와, 슬라이드 콘택트측의 전류 Ic로 분류시킴으로써, 리턴전류회로전체의 임피던스를 저하시킬 수가 있으며, Vb및 Vw를 함께 종래보다도 저하시킬 수 있다. 따라서, 벨로우즈커버(7)의 하부재(7a)와 상부재(7b)와의 사이의 부분이나 지지대(4)의 주변부에 이상방전이 생기는 일은 없고, 플라즈마누설이 생기는 것을 방지할 수가 있어, 반도체웨이퍼 W 상에서의 플라즈마 밀도의 저하가 생기기 어렵게 된다. 또한, 지지대(4)의 주변부나 챔버측벽(1b)의 하부에 반응생성물이 퇴적하는 일도 없어, 그 박리에 의한 파티클의 발생을 방지할 수가 있다.
실제로, 300 mm 웨이퍼용의 플라즈마처리장치에 있어서, 하부전극(2)과 샤워헤드(16)와의 사이의 갭(상하전극사이의 갭)을 40 mm 로 설정하고, 챔버(1)내에 처리가스를 도입하여 챔버내 압력을 50 mTorr 로 설정하고, 고주파전원(11)으로부터 13.56 MHz 에서 4000 W의 고주파를 공급하여, 임피던스조정기구(30)의 복수의 콘덴서(32)의 용량을 여러가지 변화시켜 플라즈마를 생성하고, 플라즈마상태를 눈으로 관찰하였다. 이 결과, 콘덴서(32)의 용량을 합계로 12000 pF 가 되도록 한 경우에, 이상방전이나 플라즈마누설이 생기고 있지 않은 것이 확인되었다.
이것은 이론적으로는, 상술한 바와 같이, 고주파전력의 리턴전류회로의 임피던스가 작아진 결과라고 추측된다. 그러나, 벨로우즈나 챔버 각부의 전압값을 실제로 측정하는 것은 곤란하며, 콘덴서(32)의 값이 12000 pF 인 때에 리턴전류회로의 임피던스가 최소로 되어 있다고는 반드시 단정할 수 없다. 또한, 리턴전류회로의 임피던스뿐만아니라, 벨로우즈를 흐르는 전류량과 슬라이드 콘택트를 흐르는 전류량과의 비나, 벨로우즈를 흐르는 전류의 위상과 슬라이드 콘택트를 흐르는 전류의 위상과의 관계도, 플라즈마상태에 미묘한 영향을 미치게 하는 것으로 생각된다.
본 발명의 가치는, 리턴전류회로의 임피던스를 최소로 하는 것에 있는 것이 아니라, 플라즈마의 발광상태를 눈으로 확인하여, 이상방전이나 플라즈마누설이 없는 상태가 되도록, 콘덴서(32)의 값을 최적치에 설정할 수가 있다는 점, 요컨대, 고주파전력의 리턴전류회로의 임피던스를 조정할 수가 있다고 하는 점에 있다.
이상의 실시형태에서는, 콘덴서의 용량이 고정된 예를 나타내었지만, 용량이 가변인 콘덴서(가변 콘덴서)를 사용하는 것도 가능하다. 이 경우, 리턴전류회로의 임피던스를 보다 용이하게 최적치로 제어할 수가 있다. 그리고, 이와 같이 콘덴서의 용량을 조정하여 임피던스를 제어함으로써, 리턴전류회로의 장치간 오차(제조오차등)이 조정될 수 있다. 또한, 장치를 장기간 사용함에 의해 임피던스가 시간 경과에 따라 변화하더라도, 콘덴서용량을 조정함에 의해 임피던스를 적정한 값으로 조정할 수가 있다.
이러한 가변 콘덴서를 사용한 플라즈마처리장치에 관해서 도 6 을 참조하면서 설명한다. 도 6은 가변 콘덴서를 사용하여 리턴전류회로의 임피던스를 제어하는 것이 가능한 플라즈마처리장치의 주요부를 나타내는 단면도이다. 도 6중, 도 1 및 도 2와 동일한 것에 있어서는, 같은 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
가변 콘덴서(40)가, 도 2의 콘덴서(32)의 대신에 설치된다. 가변콘덴서(40)의 한편의 단자가 벨로우즈(6)의 지지대(6a)에 접속되어 있고, 다른쪽의 단자가 챔버(1)의 저벽(1c)에 접속되어 있다. 가변 콘덴서(40)의 샤프트(40a)는, 예컨대 스텝핑모터로 이루어지는 구동장치(44)에 접속되어 있다. 그리고, 예를 들면 스텝핑모터를 회전시키는 것에 따라, 가변콘덴서(40)의 용량을 변화시키는 것이 가능하도록 되어 있다.
챔버(1)의 측벽(1b)의 하부에는, 예컨대 석영으로 이루어지는 플라즈마검출창(41)이 설치된다. 이 플라즈마검출창(41)의 외측근방부분에는, 검출창(41)을 투과하는 플라즈마로부터의 빛을 검출하는 광검출기(42)가 설치된다. 검출창(41)은, 챔버(1)의 측벽(1b)의 하부에 설치되기때문에, 광검출기(42)는, 플라즈마처리장치가 정상상태이면 플라즈마발광이 발생하지 않거나 또는 발생하여도 약한 발광밖에 생기지 않도록 챔버내 영역의 플라즈마발광을 검출하도록 되어 있다. 이러한 영역은, 실질적으로 이상방전이 생긴 경우에만 강한 플라즈마발광이 생긴다. 따라서, 검출기(42)는 실질적으로 이상방전을 생긴 경우에만 플라즈마발광을 검출한다. 이 검출기(42)는, 제어장치(43)에 접속되어 있고, 이 제어장치(43)는, 상기 가변 콘덴서(40)의 구동장치(44)를 제어하도록 되어 있다.
이와 같이 구성되는 장치에 있어서는, 플라즈마장치가 통상으로 작동하고 있는 경우에는 검출기(42)는 실질적으로 플라즈마의 발광을 검출하지 않지만, 이상방전이 있는 경우에는 그에 따른 플라즈마의 발광을 검출한다. 그리고, 광검출기(42)부터의 신호가 제어장치(43)로 보내지고, 이상방전의 정도 즉 플라즈마발광의 강함에 따라서, 제어장치(43)로부터 구동장치(44)로 제어신호가 출력되고, 가변 콘덴서(40)의 용량이 조정된다. 또, 제어장치(43)는, 광검출기(42)의 출력을 감시하여, 이상방전을 검출한 경우에 경보장치(도시하지 않음)에 신호를 출력하여 경보를 내도록 하더라도 좋다.
이와 같이, 광검출기(42)에 의해서 이상방전에 동반하는 플라즈마발광을 검출한 시점에서, 제어장치(43)로부터 구동장치(44)에로의 제어신호에 의해 콘덴서 (40)의 용량이 조정되기 때문에, 조속히 이상방전을 해소할 수가 있다. 요컨대, 리턴전류회로의 임피던스를, 리얼타임으로 이상방전이 생기지 않는 적정치로 제어할 수가 있다.
또, 상기실시형태로서는, 임피던스조정수단으로 콘덴서를 사용하는 경우에 관해서 설명하였지만, 이상방전이나 플라즈마누설이 없는 상태를 실현할 수가 있으면, 콘덴서의 대신에 코일을 사용하더라도 좋다. 또한, 본 발명이 적용되는 장치구성은 상기 실시형태의 것에 한하지 않고, 하부전극에 고주파를 인가하고, 하부전극이 이동가능한 타입의 것이라면 모두 적용이 가능하다.
또한, 본 발명은, 고주파를 인가하여 플라즈마를 생성하고, 그 플라즈마로 피처리체를 처리하는 것이면, 그 처리형태는 불문하고, 에칭, CVD 성막등 여러가지의 처리에 적용할 수가 있다. 또한, 피처리체로서는, 반도체웨이퍼에 한하지 않고, 액정표시장치의 유리기판등 다른 것이라도 좋다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 플라즈마로부터 적어도 챔버 내벽 및 벨로우즈를 통하여 고주파전원으로 되돌아가는 리턴전류회로의 임피던스를 조정하는 임피던스조정수단을 설치하고, 리턴전류회로의 임피던스를 최적의 값으로 설정함에 의해, 벨로우즈 양끝단에 걸리는 전위차 및 챔버내벽과 고주파의 접지부사이의 전위차를 감소시키는 것이 가능하며, 결과적으로, 하부전극의 주변에서의 이상방전 및 플라즈마누설을 경감할 수가 있다.
보다 구체적으로는, 임피던스조정수단에 의하여, 플라즈마로부터 고주파전원으로 되돌아가는 리턴전류를, 챔버내벽으로부터 상기 벨로우즈와 상기 접지파이프으로 분류시켜, 리턴전류회로의 임피던스를 저하시키기 때문에, 벨로우즈 양끝단에 걸리는 전위차 및 챔버내벽과 고주파의 접지부와의 사이의 전위차를 감소시키는 것이 가능하고, 결과적으로, 하부전극의 주변에서의 이상방전 및 플라즈마누설을 경감할 수가 있다. 이러한 임피던스의 조정은, 상기 챔버의 저벽과 상기 벨로우즈와의 사이에 콘덴서를 설치하여 그 용량을 조정함에 의해 용이하게 실현된다.
이와 같이, 하부전극주변에서의 이상방전 및 플라즈마누설이 경감되는 결과, 피처리체상의 플라즈마밀도를 높일 수 있다.
또한, 용량이 가변인 콘덴서를 설치하고, 콘덴서의 용량을 조정함에 의해, 용이하게 임피던스를 최적치에 조정할 수가 있다. 이와 같이 콘덴서의 용량을 조정하여 임피던스를 제어함으로써, 리턴전류회로의 장치간 차(제조오차등)을 조정하는 것이 가능해진다. 또한, 장치를 장기간 사용함에 의해 임피던스가 시간경과에 따라 변화하더라도, 콘덴서용량을 조정함에 의해 적정한 값으로 조정할 수가 있다.
또한, 챔버내의, 플라즈마처리장치가 정상상태에 있는 때에는 플라즈마발광이 실질적으로 관찰되지 않은 챔버내영역에서의 플라즈마발광을 검출하는 검출기와, 이 검출기의 출력에 따라서 상기 콘덴서의 용량을 조정하는 제어수단을 부가함으로써, 검출기에 의하여 이상방전에 동반하는 플라즈마발광을 검출한 시점에서 콘덴서용량을 조정하여 이상방전을 해소할 수가 있으므로, 리턴전류회로의 임피던스를 리얼타임으로 이상방전이 생기지 않는 적정치로 제어할 수가 있다.
또한, 플라즈마처리장치가 정상상태에 있는 때에는 플라즈마발광이 실질적으로 관찰되지 않은 챔버내영역에서의 플라즈마발광을 검출하는 검출기를 구비함에 의해, 검출기에 의해서 챔버내의 이상방전에 동반하는 플라즈마발광을 검출한 시점에서, 이상방전을 해소하는 적절한 처치를 하는 것이 가능해지게 되고, 피처리체의 처리에로의 악영향을 작게 할 수가 있다.

Claims (15)

  1. 내부가 진공상태에 유지가능한 챔버와,
    상기 챔버내를 진공배기하는 배기기구와,
    상기 챔버내로 처리가스를 도입하는 가스도입기구와,
    상기 챔버내에 배치되고, 피처리체를 지지하는 하부전극과,
    상기 하부전극에 대향하여 설치된 상부전극과,
    상기 챔버밖에 설치된 고주파전원과,
    상기 고주파전원으로부터 상기 하부전극에 달하는 급전부재 및,
    급전부재를 통해 하부전극에 인가되는 고주파전원에 의해서 상부전극 및 하부전극의 사이에 형성되는 처리가스의 플라즈마로부터, 적어도 챔버내벽을 통하여 고주파전원으로 되돌아가는 리턴전류회로의 임피던스를 조정하는 임피던스조정수단을 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 하부전극을 상기 챔버내에서 승강시키는 승강기구를 더욱 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 승강기구는, 상기 하부전극의 아래쪽으로 뻗어있는 구동부를 가지고 있으며, 상기 하부전극의 아래면과 상기 챔버내의 저면과의 사이에 신축가능하게 설치됨과 함께, 상기 구동부를 상기 챔버내로부터 격리하는 도전성의 벨로우즈를 더욱 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 급전부재는, 상기 구동부의 일부를 형성하는 봉부재인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 급전부재의 주위에는, 상기 구동부의 일부를 형성하는 접지파이프가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 챔버의 저벽과 상기 접지파이프와의 사이에는, 양자의 미끄럼 운동과 안정된 전기적 도통을 실현시키는 슬라이드 콘택트가 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 임피던스 조정수단은, 적어도 챔버 내벽을 통하여 고주파전원으로 되돌아가는 리턴전류를 상기 벨로우즈측과 상기 접지파이프측으로 분류함과 함께, 이들 리턴전류회로의 임피던스를 조정하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  8. 제 3 항 내지 제 7 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 임피던스조정수단은, 상기 챔버의 저벽과 상기 벨로우즈와의 사이에 설치된 콘덴서를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 콘덴서는, 그 용량이 가변인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 플라즈마처리장치가 정상상태에 있는 때에는 플라즈마발광이 실질적으로 관찰되지 않도록 챔버내 영역에 있어서의 플라즈마발광을 검출하는 검출기와,
    이 검출기의 출력에 따라서 상기 콘덴서의 용량을 조정하는 제어수단을 더욱 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  11. 제 3 항 내지 제 10 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 임피던스조정수단은, 상기 챔버의 저벽과 상기벨로우즈와의 사이에 개재된 절연부재를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 절연부재는, 폴리에테르에테르케톤 또는 폴리이미드인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  13. 제 1 항 내지 제 7 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 임피던스조정수단은, 그 용량이 가변인 콘덴서인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 플라즈마처리장치가 정상상태에 있을 때에는 플라즈마발광이 실질적으로 관찰되지 않도록 챔버내 영역에 있어서의 플라즈마발광을 검출하는 검출기와,
    이 검출기의 출력에 따라서 상기 콘덴서의 용량을 조정하는 제어수단을 더욱 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  15. 내부가 진공상태에 유지가능한 챔버와,
    상기 챔버내를 진공배기하는 배기기구와,
    상기 챔버내로 처리가스를 도입하는 가스도입기구와,
    피처리체에 플라즈마처리를 실시하기 위해서 처리가스를 플라즈마화하는 플라즈마생성수단과,
    플라즈마 처리장치가 정상상태에 있을 때에는 플라즈마발광이 실질적으로 관찰되지 않도록 챔버내 영역에서의 플라즈마발광을 검출하는 검출기를 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
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