KR20210124055A

KR20210124055A - 플라즈마 처리 장치

Info

Publication number: KR20210124055A
Application number: KR1020210041546A
Authority: KR
Inventors: 다카시 토하라; 나오카즈 후루야; 요스케 다무로; 유주루 사카이
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2020-04-03
Filing date: 2021-03-31
Publication date: 2021-10-14
Also published as: CN113496864A; US11756769B2; TW202141563A; JP2021163714A; JP7407645B2; US20210313151A1

Abstract

[과제] 플라즈마 처리 장치에 있어서 복수의 기판에 균일한 플라즈마 처리를 행한다.
[해결수단] 플라즈마 처리 장치로서, 복수의 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버의 내부에 마련되며, 각 기판을 지지하는 복수의 기판 지지대와, 상기 복수의 기판 지지대에 대응하여 마련되며, 그 기판 지지대에 고주파 전력을 공급하는 복수의 고주파 전원과, 상기 챔버의 내부를 구획하여 상기 복수의 기판 지지대에 대응하여 마련되며, 플라즈마가 생성되는 처리 공간을 획정하는 복수의 실드를 구비하고, 상기 복수의 실드 사이에서 서로 간섭하지 않는 고주파 전류의 경로가 형성되어 있다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}

본 개시는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.

특허문헌 1에는, 복수의 웨이퍼를 동시에 처리 가능한 배치형의 처리 장치가 개시되어 있다. 처리 장치는, 진공 분위기의 처리 공간에서 웨이퍼에 처리를 실시하는 처리 용기를 갖는다. 처리 용기는, 웨이퍼를 처리하는 처리 공간을 복수의 처리실로 격리하는 벽을 갖는다. 처리 용기의 벽에는, 복수의 처리실에 대응하여 복수의 웨이퍼의 반입출구가 형성되고, 처리 장치는, 복수의 처리실의 반입출구에 대응하여 처리 용기의 벽면을 따라 마련되는 복수의 실드 부재를 갖는다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2019-102680호 공보

플라즈마 처리 장치에 있어서 복수의 기판에 균일한 플라즈마 처리를 행하는 것이 요구되고 있다.

본 개시의 일양태는, 플라즈마 처리 장치로서, 복수의 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버의 내부에 마련되며, 각 기판을 지지하는 복수의 기판 지지대와, 상기 복수의 기판 지지대에 대응하여 마련되며, 그 기판 지지대에 고주파 전력을 공급하는 복수의 고주파 전원과, 상기 챔버의 내부를 구획하여 상기 복수의 기판 지지대에 대응하여 마련되며, 플라즈마가 생성되는 처리 공간을 획정하는 복수의 실드를 구비하고, 상기 복수의 실드 사이에서 서로 간섭하지 않는 고주파 전류의 경로가 형성되어 있다.

본 개시에 따르면, 플라즈마 처리 장치에 있어서 복수의 기판에 균일한 플라즈마 처리를 행할 수 있다.

도 1은 플라즈마 처리 장치의 구성의 개략을 나타내는 종단면도이다.
도 2는 주파수의 어긋남이 있는 고주파 전력을 합성한 상태를 나타내는 설명도이다.
도 3은 디포지션 실드, 스테이 및 가동부의 구성의 개략을 나타내는 설명도이다.
도 4는 스테이의 구성의 개략을 나타내는 설명도이다.
도 5는 디포지션 실드에 대한 실드 부재의 구성의 개략을 나타내는 설명도이다.
도 6은 종래의 디포지션 실드의 시일 상태를 나타내는 설명도이다.
도 7은 본 실시형태의 디포지션 실드의 시일 상태를 나타내는 설명도이다.
도 8은 웨이퍼 상의 에칭 레이트의 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 웨이퍼 상의 에칭 레이트 분포의 실험 결과를 나타내는 설명도이다.

반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서 플라즈마 처리 장치에서는, 처리 가스를 여기시킴으로써 플라즈마를 생성하고, 그 플라즈마에 의해 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 함)를 처리한다. 또한 최근, 제품 웨이퍼의 고생산성을 실현하기 위해, 예컨대 특허문헌 1에 기재된 것과 같은, 복수의 웨이퍼를 동시에 처리하는 배치형의 플라즈마 처리 장치가 제안되어 있다.

배치형의 플라즈마 처리 장치에서는, 챔버의 내부를 복수의 처리 공간으로 구획하고, 각 처리 공간에 있어서 웨이퍼 지지대에 지지된 웨이퍼를 처리한다. 이러한 경우, 본 발명자들이 예의 검토한 바, 복수의 웨이퍼에 대한 플라즈마 처리가 불균일해지는 경우가 있는 것을 발견하였다.

본 개시에 따른 기술은, 배치형의 플라즈마 처리 장치에 있어서 복수의 기판에 균일한 플라즈마 처리를 행한다. 이하, 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 요소에 있어서는, 동일한 부호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다.

<플라즈마 처리 장치>

먼저, 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치에 대해서 설명한다. 도 1은 플라즈마 처리 장치(1)의 구성의 개략을 나타내는 종단면도이다. 또한, 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 복수, 예컨대 2장의 기판으로서의 웨이퍼(W)에 대하여 동시에 플라즈마 처리를 행한다. 플라즈마 처리는 특별히 한정되는 것이 아니지만, 예컨대 에칭 처리, 성막 처리 등이 행해진다.

플라즈마 처리 장치(1)는, 챔버(10)를 가지고 있다. 챔버(10)는, 예컨대 알루미늄으로 구성되어 있고, 표면에는 양극 산화 처리가 실시되어 있다. 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)는, 전술한 바와 같이 2장의 웨이퍼(W)를 동시에 처리한다. 그리고 챔버(10)의 내부에는, 2장의 웨이퍼(W)의 각각을 수용하여 처리하는 2개의 처리 공간(S)이 획정된다. 이하의 설명에 있어서는, 2장의 웨이퍼(W)를 웨이퍼(W1, W2)라고 하며, 2개의 처리 공간(S)을 처리 공간(S1, S2)이라고 히는 경우가 있다.

챔버(10)의 내부에는, 웨이퍼(W)를 지지하는 기판 지지대로서의 웨이퍼 지지대(11)가 수용되어 있다. 웨이퍼 지지대(11)는, 처리 공간(S1, S2)의 각각에 대하여 2개 마련되어 있다. 각 웨이퍼 지지대(11)는, 하부 전극(12), 정전 척(13) 및 엣지 링(14)을 가지고 있다. 또한, 도시는 생략하지만, 웨이퍼 지지대(11)는, 정전 척(13) 및 웨이퍼(W) 중 적어도 하나를 타겟 온도로 조절하도록 구성된 온도 조절 모듈을 포함하여도 좋다. 온도 조절 모듈은, 히터, 유로, 또는 이들의 조합을 포함하여도 좋다. 유로에는, 냉매, 전열 가스와 같은 온도 조절 유체가 흐른다.

정전 척(13)은, 웨이퍼(W)와 엣지 링(14)의 양방을 정전력에 의해 흡착 유지 가능하게 구성된 부재이고, 하부 전극(12) 상에 마련되어 있다. 정전 척(13)은, 둘레 가장자리부의 상면에 비해서 중앙부의 상면이 높게 형성되어 있다. 정전 척(13)의 중앙부의 상면은, 웨이퍼(W)가 배치되는 웨이퍼 배치면이 되고, 정전 척(13)의 둘레 가장자리부의 상면은, 엣지 링(14)이 배치되는 엣지 링 배치면이 된다.

엣지 링(14)은, 정전 척(13)의 중앙부의 상면에 배치된 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 배치되는, 환형 부재이다. 엣지 링(14)은, 플라즈마 처리에 따라 적절하게 선택되는 재료로 구성되어 있고, 예컨대 Si나 SiC로 구성될 수 있다.

정전 척(13)의 중앙부에는, 웨이퍼(W)를 흡착 유지하기 위한 전극(15)이 마련되고, 정전 척(13)의 둘레 가장자리부에는, 엣지 링(14)을 흡착 유지하기 위한 전극(16)이 마련되어 있어도 좋다. 정전 척(13)은, 절연 재료를 포함하는 절연재 사이에 전극(15, 16)을 끼운 구성을 갖는다.

전극(15)에는, 직류 전원(도시하지 않음)으로부터의 직류 전압이 인가된다. 이에 의해 생기는 정전력에 의해, 정전 척(13)의 중앙부의 상면에 웨이퍼(W)가 흡착 유지된다. 마찬가지로, 전극(16)에는, 직류 전원(도시하지 않음)으로부터의 직류 전압이 인가된다. 이에 의해 생기는 정전력에 의해, 정전 척(13)의 둘레 가장자리부의 상면에 엣지 링(14)이 흡착 유지된다.

또한, 본 실시형태에 있어서, 전극(15)이 마련되는 정전 척(13)의 중앙부와, 전극(16)이 마련되는 둘레 가장자리부는 일체로 되어 있지만, 이들 중앙부와 둘레 가장자리부는 별개여도 좋다.

또한, 정전 척(13)의 중앙부는, 예컨대 웨이퍼(W)의 직경보다 소직경으로 형성되어 있고, 웨이퍼(W)가 정전 척(13)의 상면에 배치되었을 때에, 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부가 정전 척(13)의 중앙부로부터 연장되도록 되어 있다.

또한, 엣지 링(14)은, 그 상부에 단차가 형성되어 있고, 외주부의 상면이 내주부의 상면보다 높게 형성되어 있다. 엣지 링(14)의 내주부는, 정전 척(13)의 중앙부로부터 연장된 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리부의 하측으로 파고들도록 형성되어 있다. 즉, 엣지 링(14)은, 그 내직경이, 웨이퍼(W)의 외직경보다 작게 형성되어 있다.

하부 전극(12)은, 도전성의 금속, 예컨대 알루미늄 등으로 구성되어 있다. 전술한 온도 조절 모듈은 하부 전극(12)에 마련되어 있어도 좋다.

하부 전극(12)에는, 제1 RF(Radio Frequency: 고주파) 전원(20a), 제2 RF 전원(20b)이, 각각 제1 정합기(21a), 제2 정합기(21b)를 통해 접속되고, 웨이퍼 지지대(11)에 고주파 전력을 공급 가능하게 구성되어 있다.

제1 RF 전원(20a)은, 플라즈마 발생용의 고주파 전력을 발생하는 전원이다. 제1 RF 전원(20a)으로부터는 27 ㎒∼100 ㎒의 주파수여도 좋고, 일례에 있어서는 40 ㎒의 고주파 전력이 하부 전극(12)에 공급된다. 제1 정합기(21a)는, 제1 RF 전원(20a)의 출력 임피던스와 부하측[하부 전극(12)측]의 입력 임피던스를 정합시키기 위한 회로를 가지고 있다.

제2 RF 전원(20b)은, 웨이퍼(W)에 이온을 인입하기 위한 고주파 전력(고주파 바이어스 전력)을 발생시키고, 그 고주파 바이어스 전력을 하부 전극(12)에 공급한다. 고주파 바이어스 전력의 주파수는, 200 ㎑∼13.56 ㎒의 범위 내의 주파수여도 좋고, 일례에 있어서는 3 ㎒이다. 제2 정합기(21b)는, 제2 RF 전원(20b)의 출력 임피던스와 부하측[하부 전극(12)측]의 입력 임피던스를 정합시키기 위한 회로를 가지고 있다. 또한, 제2 RF 전원(20b) 대신에, DC(Direct Current) 펄스 생성부를 이용하여도 좋다.

본 실시형태에 있어서는, 제1 RF 전원(20a), 제2 RF 전원(20b), 제1 정합기(21a), 제2 정합기(21b)는 각각, 처리 공간(S1, S2)의 각각의 웨이퍼 지지대(11)에 대응하여 마련되어 있다. 이러한 경우, 처리 공간(S1)의 웨이퍼 지지대(11)에의 고주파 전력의 공급 및 정지 타이밍과, 처리 공간(S2)의 웨이퍼 지지대(11)에의 고주파 전력의 공급 및 정지 타이밍을 개별로 제어할 수 있다. 그 결과, 웨이퍼 지지대(11)의 개체차에 따라, 임의로 고주파 전력의 공급 및 정지의 타이밍을 조정할 수 있다.

이상과 같이 구성된 2개의 웨이퍼 지지대(11)는 각각, 챔버(10)의 바닥부에 마련된 대략 원통 형상의 지지 부재(17)에 체결된다. 지지 부재(17)는, 예컨대 세라믹 등의 절연체에 의해 구성된다.

2개의 웨이퍼 지지대(11)의 각각의 상방에는, 웨이퍼 지지대(11)와 대향하도록, 샤워 헤드(30)가 마련되어 있다. 샤워 헤드(30)는, 처리 공간(S1, S2)에 면하여 배치되는 전극판(31) 및 전극판(31)의 상방에 마련되는 전극 지지체(32)를 가지고 있다. 전극판(31)은, 하부 전극(12)과 한쌍의 상부 전극으로서 기능한다. 또한, 샤워 헤드(30)는, 지지 부재(33)를 통해, 챔버(10)의 상부(천장면)에 지지되어 있다.

전극판(31)에는, 후술하는 가스 확산실(32a)로부터 보내오는 처리 가스를 처리 공간(S)에 공급하기 위한 복수의 가스 분출구(31a)가 형성되어 있다. 전극판(31)은, 예컨대, 저전기 저항률을 갖는 도전체 또는 반도체로 구성된다.

전극 지지체(32)는, 전극판(31)을 착탈 가능하게 지지하는 것이며, 예컨대 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄 등의 도전성 재료로 구성된다. 전극 지지체(32)의 내부에는, 가스 확산실(32a)이 형성되어 있다. 그 가스 확산실(32a)로부터는, 가스 분출구(31a)에 연통하는 복수의 가스 유통 구멍(32b)이 형성되어 있다.

또한, 전극 지지체(32)에는, 가스 확산실(32a)에 처리 가스를 공급하는 가스 공급원군(40)이, 유량 제어 기기군(41), 밸브군(42) 및 가스 공급관(43)을 통해 접속되어 있다. 이들 가스 공급원군(40), 유량 제어 기기군(41), 밸브군(42) 및 가스 공급관(43)은, 처리 공간(S1, S2)에 대하여 공통으로 마련되어 있다.

가스 공급원군(40)은, 플라즈마 처리에 필요한 복수종의 가스 공급원을 가지고 있다. 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서는, 가스 공급원군(40)으로부터 선택된 1 이상의 가스 공급원으로부터의 처리 가스가, 유량 제어 기기군(41), 밸브군(42), 가스 공급관(43)을 통해 가스 확산실(32a)에 공급된다. 그리고, 가스 확산실(32a)에 공급된 처리 가스는, 가스 유통 구멍(32b), 가스 분출구(31a)를 통해, 처리 공간(S1, S2) 내에 샤워형으로 분산되어 공급된다.

또한, 플라즈마 처리 장치(1)에는, 처리 공간(S1, S2)의 각각에 대하여, 챔버(10)의 내벽을 따라 디포지션 실드(50)가 마련되어 있다. 각 디포지션 실드(50)는, 챔버(10)의 내벽에 반응 생성물(디포지션)이 부착되는 것을 억제하는 것이며, 예컨대 알루미늄재에 Y₂O₃ 등의 세라믹스를 피복함으로써 구성된다.

디포지션 실드(50)는 웨이퍼 지지대(11)에 대응하여 마련되며, 처리 공간(S1, S2)을 획정한다. 2개의 디포지션 실드(50)는, 연결 부재로서의 스테이(51)로 연결되어 있다. 스테이(51)의 하방에는, 가동부(52)가 마련되어 있다. 가동부(52)는, 스테이(51)를 통해, 2개의 디포지션 실드(50)를 공통으로 동작시키며, 본 실시형태에서는 승강시킨다. 또한, 이 디포지션 실드(50), 스테이(51) 및 가동부(52)의 구성의 상세에 대해서는 후술한다.

그리고, 가동부(52)에 의해 디포지션 실드(50)를 하강시킴으로써, 웨이퍼(W)를 반입하여 웨이퍼 지지대(11)에 배치한다. 또한, 가동부(52)에 의해 디포지션 실드(50)를 승강시켜, 그 디포지션 실드(50)를 지지 부재(33)에 접촉시킴으로써, 처리 공간(S1, S2)을 형성한다. 바꾸어 말하면, 디포지션 실드(50)는, 웨이퍼(W)를 처리 공간(S1, S2)에 반입출하기 위한 셔터의 기능도 달성한다.

웨이퍼 지지대(11)와 디포지션 실드(50) 사이에는 각각, 배플판(60)이 마련되어 있다. 배플판(60)에는, 처리 공간(S1, S2)의 내부를 배기하기 위한 복수의 관통 구멍이 형성되어 있다. 또한 배플판(60)은, 예컨대 알루미늄재에 Y₂O₃ 등의 세라믹스를 피복함으로써 구성된다. 처리 공간(S1, S2)은 각각, 배플판(60)을 통해, 처리 공간(S1, S2)에 대하여 공통으로 형성된 배기구(61)에 연통되어 있다. 배기구(61)에는 예컨대 진공 펌프 등의 배기 장치(62)가 접속되고, 그 배기 장치(62)에 의해 처리 공간(S1, S2) 내를 각각 감압 가능하게 구성되어 있다. 또한, 배기구(61) 및 배기 장치(62)는, 처리 공간(S1, S2)에 대하여 개별로 마련되어 있어도 좋다.

이상의 플라즈마 처리 장치에는, 제어부(100)가 마련되어 있다. 제어부(100)는, 예컨대 CPU나 메모리 등을 구비한 컴퓨터이고, 프로그램 저장부(도시하지 않음)를 가지고 있다. 프로그램 저장부에는, 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서의 플라즈마 처리를 제어하는 프로그램이 저장되어 있다. 또한, 상기 프로그램은, 컴퓨터로 판독 가능한 기억 매체에 기록되어 있었던 것으로서, 그 기억 매체로부터 제어부(100)에 인스톨된 것이어도 좋다.

<플라즈마 처리 방법>

다음에, 이상과 같이 구성된 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하여 행해지는 플라즈마 처리의 일례에 대해서 설명한다. 또한, 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 2장의 웨이퍼(W)에 대하여, 예컨대 에칭 처리, 성막 처리, 확산 처리 등의 처리를 행한다.

먼저, 디포지션 실드(50)가 하강한 상태에서, 챔버(10)의 내부에 2장의 웨이퍼(W1, W2)가 반입되고, 각 웨이퍼 지지대(11) 상에 웨이퍼(W1, W2)가 배치된다. 그 후, 디포지션 실드(50)를 상승시켜, 처리 공간(S1, S2)이 획정된다. 또한, 정전 척(13)의 전극(15)에 직류 전압이 인가되고, 이에 의해, 웨이퍼(W1, W2)가, 정전력에 의해 정전 척(13)에 정전 흡착되어, 유지된다. 또한, 웨이퍼(W1, W2)의 반입 후, 챔버(10)의 내부가 소정의 진공도까지 감압된다.

다음에, 가스 공급원군(40)으로부터 샤워 헤드(30)를 통해 처리 공간(S1, S2)의 각각에 처리 가스가 공급된다. 또한, 제1 RF 전원(20a)으로부터 플라즈마 생성용의 고주파 전력(HF)이 하부 전극(12)에 공급되고, 이에 의해, 처리 가스를 여기시켜, 플라즈마를 생성한다. 이때, 제2 RF 전원(20b)으로부터 이온 인입용의 고주파 전력(LF)이 공급되어도 좋다. 그리고, 처리 공간(S1, S2)의 각각에 있어, 생성된 플라즈마의 작용에 의해, 웨이퍼(W1, W2)에 플라즈마 처리가 실시된다.

플라즈마 처리를 종료할 때에는, 제1 RF 전원(20a)으로부터의 고주파 전력(HF)의 공급 및 가스 공급원군(40)으로부터의 처리 가스의 공급이 정지된다. 플라즈마 처리 중에 고주파 전력(LF)을 공급하고 있었던 경우에는, 그 고주파 전력(LF)의 공급도 정지된다. 계속해서, 정전 척(13)에 의한 웨이퍼(W1, W2)의 흡착 유지가 정지된다.

그 후, 디포지션 실드(50)를 하강시켜, 챔버(10)로부터 웨이퍼(W1, W2)를 반출한다. 이렇게 하여 일련의 플라즈마 처리가 종료한다.

<디포지션 실드>

다음에, 전술한 디포지션 실드(50), 스테이(51) 및 가동부(52)의 구성에 대해서 설명한다. 본 실시형태에서는, 각 처리 공간(S1, S2)에서 웨이퍼(W1, W2)에 대한 플라즈마 처리가 균일해지도록, 디포지션 실드(50), 스테이(51) 및 가동부(52)를 구성한다.

그래서 본 발명자들은 먼저, 웨이퍼(W1, W2)에 대한 플라즈마 처리가 불균일해지는 원인에 대해서 예의 검토를 행하였다.

전술한 바와 같이 플라즈마 처리 중에, 플라즈마 처리 장치(1)에 마련된 발광 모니터(도시하지 않음)를 감시하면, 발광 강도가 변동하고 있다. 본 발명자들이 조사한 바, 고주파 전력(LF)의 Vpp(Volt peak to peak: 교류 전압의 최대 전압과 최소 전압의 차)가 발광 강도와 동일한 주파수로 변동하고 있는 것을 알았다. 또한, 고주파 전력(HF)도 마찬가지로, 발광 강도로 변동하고 있다고 추찰된다. 따라서, 웨이퍼(W1, W2)에 대한 플라즈마 처리가 불균일해지는 원인은, 고주파 전력에 있는 것을 알았다.

또한 본 발명자들이 조사한 바, 처리 공간(S1, S2) 중 어느 한쪽의 하부 전극(12)에 고주파 전력(LF)을 공급하면, 그 고주파 전력(LF)의 Vpp는 변동하지 않았다. 한편, 처리 공간(S1, S2)의 양방의 하부 전극(12)에 고주파 전력(LF)을 공급하면, 그 고주파 전력(LF)의 Vpp가 변동하였다. 이것으로부터, 처리 공간(S1, S2) 사이에서, 고주파 전력이 간섭하고 있는 것을 알았다.

그래서 본 발명자들은, 고주파 전력이 간섭하는 원인에 대해서 예의 검토를 행한 바, 하기 (a)∼(c)가 원인인 것을 발견하였다.

(a) 오실로스코프를 이용하여, 처리 공간(S1)에 대응하는 제1 RF 전원(20a)[제2 RF 전원(20b)]으로부터의 고주파 전력과, 처리 공간(S2)에 대응하는 제1 RF 전원(20a)[제2 RF 전원(20b)]으로부터의 고주파 전력을 비교하였다. 그 결과, 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이 이들 고주파 전력에는, 주파수의 어긋남이 있는 것을 알았다. 또한, 도 2의 종축은 고주파 전력을 나타내고, 횡축은 시간을 나타낸다. 또한, 도 2의 (a)에 있어서, 실선은 처리 공간(S1)에의 고주파 전력을 나타내고, 점선은 처리 공간(S2)에의 고주파 전력을 나타낸다. 그리고, 도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이 이들 2개의 고주파 전력이 합성되면, 본래의 주파수와는 다른 주파수로 진폭이 증감하여, Vpp가 변동한다.

(b) 2개의 디포지션 실드(50)는, 스테이(51)를 통해 전기적으로 접속되어 있다. 이 때문에, 2개의 디포지션 실드(50) 사이에서 전류가 흐르게 되어 버린다.

(c) 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 전류의 리턴 회로, 즉 챔버(10)의 천장판[지지 부재(33)], 디포지션 실드(50), 배플판(60), 매처의 그라운드의 순서로 접속된 회로에 있어서, 전류가 흐른다. 그러나, 디포지션 실드(50)와 지지 부재(33) 간, 또는 디포지션 실드(50)와 배플판(60) 간에, 컨택트 불량이 생기면, 전류가 적절히 흐르지 않는다. 또한, 이와 같이 컨택트 불량이 생기면, 디포지션 실드(50)의 외부에 플라즈마가 누출되어 버린다.

이상의 (a)∼(c)의 원인에 의해, 처리 공간(S1)에 있어서 디포지션 실드(50)를 통해, 처리 공간(S2)으로부터 주파수가 어긋난 고주파 전력이 들어간다. 즉, 처리 공간(S1)에 있어서, 고주파가 간섭한다.

이상의 지견에서 본 실시형태에서는, 상기 (b)의 대책으로서, 디포지션 실드(50)끼리를 절연한다. 또한, 상기 (c)의 대책으로서, 디포지션 실드(50)와 지지 부재(33) 간 및 디포지션 실드(50)와 배플판(60) 간의 컨택트를 양호하게 한다.

먼저, 디포지션 실드(50)끼리를 절연하는 대책에 대해서 설명한다. 즉, 디포지션 실드(50) 사이에서 서로 간섭하지 않는 고주파 전류의 경로가 형성되는 대책이며, 이러한 경우, 디포지션 실드(50) 사이를 고주파 전류가 흐르는 것이 억제된다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 2개의 디포지션 실드(50)는 각각, 대략 원통 형상을 갖는다. 전술한 바와 같이 디포지션 실드(50)는, 예컨대 알루미늄재에 Y₂O₃ 등의 세라믹스를 피복함으로써 구성된다.

2개의 디포지션 실드(50)는, 2개의 스테이(51)로 연결된다. 스테이(51)는, 예컨대 알루미늄재에 Al₂O₃을 피막함으로써 구성된다. 디포지션 실드(50)끼리의 절연을 행하는 데 있어서는, 스테이(51) 자체를 절연 재료로 구성하는 것도 생각되지만, 이러한 경우, 스테이(51)의 강도가 낮아져, 2개의 디포지션 실드(50)를 지지하는 것은 곤란하다. 그래서, 본 실시형태의 스테이(51)의 모재에는, 원하는 강도를 갖는 알루미늄을 이용한다.

스테이(51)의 하방에는, 그 스테이(51)마다 가동부(52)가 2개 마련되어 있다. 가동부(52)는, 액츄에이터(52a)를 구비하고, 스테이(51)를 통해 2개의 디포지션 실드(50)를 공통으로 승강시킨다. 즉, 2개의 가동부(52)는 동기하여, 2개의 디포지션 실드(50)를 공통으로 승강시킨다. 또한, 도시된 예에 있어서는, 가동부(52)는 각 스테이(51)에 대응하여 2개 마련되어 있지만, 가동부(52)의 수나 배치는 이에 한정되지 않는다.

도 4의 (a)는 참조예를 나타내고, 도 4의 (b)는 본 실시형태를 나타내고 있다. 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 예컨대 스테이(51)는, 돌기 부재인 위치 결정 부재(150)에 의해, 디포지션 실드(50)에 위치 결정되어 고정된다. 이 위치 결정 부재(150)에는, 예컨대 알루미늄이 이용된다. 그렇게 되면, 2개의 디포지션 실드(50)끼리가 전기적으로 접속되고, 그 결과, 처리 공간(S1)의 웨이퍼 지지대(11)와 처리 공간(S2)의 웨이퍼 지지대(11) 사이에서 고주파 전력이 전파되어, 그 고주파 전력의 간섭이 생긴다.

그래서, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이 스테이(51)의 상면에 절연부(160)를 마련하고, 또한 절연부(160)의 상면에 도전부(161)를 마련한다. 절연부(160)는, 예컨대 석영으로 구성된다. 또한, 도전부(161)는 디포지션 실드(50)와 동일한 구성, 즉 예컨대 알루미늄재에 Y₂O₃ 등의 세라믹스를 피복함으로써 구성된다. 이러한 경우, 절연부(160)에 의해, 2개의 디포지션 실드(50) 간이 서로 절연된다. 그 결과, 전술한 고주파 전력의 간섭을 억제할 수 있다. 또한, 스테이(51) 상의 절연부(160)의 강도가 담보되면, 도전부(161)는 생략할 수 있다. 또한, 도전부(161)는 도전체일 필요는 없고, 절연 재료를 이용하여도 좋다.

다음에, 디포지션 실드(50)와 지지 부재(33) 간 및 디포지션 실드(50)와 배플판(60) 간의 컨택트를 양호하게 하는 대책에 대해서 설명한다. 도 5의 (a)는 참조예를 나타내고, 도 5의 (b)는 본 실시형태를 나타내고 있다.

도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 예컨대 종래의 디포지션 실드(50)의 상부는, 시일 부재(170)를 통해, 지지 부재(33)와 측면에서 접촉한다. 시일 부재(170)는, 도전성 재료로 구성된다. 이러한 경우, 디포지션 실드(50)와 시일 부재(170) 간에서 경시 변화에 따라 슬라이딩 저항이 높아져, 적절한 컨택트 위치까지 디포지션 실드(50)를 상승시킬 수 없다. 즉, 도 6의 (a)에 나타내는 바와 같이 디포지션 실드(50)가 적절한 위치까지 상승하면, 디포지션 실드(50)와 지지 부재(33) 간에서 양호한 컨택트를 확보할 수 있다. 그러나, 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이 슬라이딩 저항에 의해 디포지션 실드(50)가 충분히 상승하지 않는 경우, 디포지션 실드(50)와 지지 부재(33) 간에서 컨택트가 불량이 된다. 즉, 둘레 방향에서 디포지션 실드(50)와 지지 부재(33)가 컨택트되지 않는다.

또한, 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 예컨대 종래의 디포지션 실드(50)의 하부는, 시일 부재(171)를 통해, 배플판(60)과 측면에서 접촉한다. 그렇게 되면, 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이, 슬라이딩 저항에 의해 디포지션 실드(50)가 충분히 상승하지 않는 경우, 디포지션 실드(50)와 배플판(60) 간에서 컨택트가 불량이 된다. 즉, 둘레 방향에서 디포지션 실드(50)와 배플판(60)이 컨택트되지 않는다.

그래서, 도 5의 (b) 및 도 7에 나타내는 바와 같이 디포지션 실드(50)의 상부에 있어서, 디포지션 실드(50)의 상면과 지지 부재(33)의 하면 사이에 시일 부재(180)를 마련한다. 시일 부재(180)는, 도전성 재료로 구성된다. 이러한 경우, 디포지션 실드(50)를 상승시켜도, 도 5의 (a)에 나타낸 바와 같은 슬라이딩 저항이 낮다. 그리고, 시일 부재(180)가 컨택트면에 접촉한 곳에서, 디포지션 실드(50)의 상승이 정지하고, 그 디포지션 실드(50)는 물리적으로 이 이상 상승하지 않는다. 그 결과, 디포지션 실드(50)와 지지 부재(33)를, 시일 부재(180)를 통해 컨택트시킬 수 있다.

또한, 디포지션 실드(50)의 하부에는, 배플판(60)측으로 돌출한 돌출부(50a)가 형성되어 있다. 이 돌출부(50a)의 상면과 배플판(60)의 하면 사이에 시일 부재(181)를 마련한다. 시일 부재(181)도, 도전성 재료로 구성된다. 이러한 경우, 디포지션 실드(50)를 상승시키면, 시일 부재(181)가 컨택트면에 접촉한 곳에서, 디포지션 실드(50)의 상승이 정지한다. 그 결과, 디포지션 실드(50)와 배플판(60)을, 시일 부재(181)를 통해 컨택트시킬 수 있다.

이상과 같이 본 실시형태에서는, 디포지션 실드(50)와 지지 부재(33) 간 및 디포지션 실드(50)와 배플판(60) 간의 컨택트를 양호하게 할 수 있다. 그 결과, 전류의 리턴 회로, 지지 부재(33), 디포지션 실드(50), 배플판(60), 매처의 그라운드의 순서로 접속된 리턴 회로에 있어서, 전류를 적절하게 흐르게 할 수 있어, 고주파 전력의 간섭도 억제할 수 있다. 또한, 컨택트를 양호하게 함으로써 시일성이 향상하여, 디포지션 실드(50)의 외부에 플라즈마가 누출되는 것을 억제할 수 있다.

이상의 실시형태에 따르면, 2개의 디포지션 실드(50)를, 가동부(52)에 의해 공통으로 승강시키기 때문에, 장치 비용을 저감할 수 있다. 또한, 가동부(52)의 수를 적게 할 수 있기 때문에, 이들 가동부(52)를 마련하는 스페이스를 작게 하는 것도 가능해진다.

또한, 본 실시형태에 따르면, 2개의 디포지션 실드(50)끼리가 절연부(160)에 의해 절연되어 있기 때문에, 2개의 디포지션 실드(50) 사이에서 전류가 흐르지 않는다. 그 결과, 고주파 전력의 간섭을 억제할 수 있다. 따라서, 플라즈마의 명멸을 억제할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 따르면, 디포지션 실드(50)와 지지 부재(33) 사이에 시일 부재(180)를 마련하고, 및 디포지션 실드(50)와 배플판(60) 사이에 시일 부재(181)를 마련함으로써, 이들 컨택트를 양호하게 할 수 있다. 그 결과, 전류의 리턴 회로, 지지 부재(33), 디포지션 실드(50), 배플판(60), 매처의 그라운드의 순서로 접속된 리턴 회로에 있어서, 전류를 적절하게 흐르게 할 수 있어, 고주파 전력의 간섭도 억제할 수 있다. 또한, 컨택트 양호하게 함으로써 시일성이 향상하여, 디포지션 실드(50)의 외부에 플라즈마가 누출되는 것을 억제하는 것도 가능해진다.

이상의 본 실시형태의 대책을 행함으로써, 각 처리 공간(S1, S2)에서 웨이퍼(W1, W2)에 대한 에칭 레이이트를 대략 동일하게 할 수 있다. 또한, 각 처리 공간(S1, S2)에 있어서, 웨이퍼(W1, W2) 상의 에칭 레이트의 분포를 동심원형으로 할 수도 있다. 바꾸어 말하면, 각 처리 공간(S1, S2)에 있어서, 웨이퍼(W1, W2)에 대하여 균일한 플라즈마 처리를 행할 수 있다.

다음에, 전술한 본 실시형태의 효과에 대해서, 본 발명자들에 의한 실험 결과를 이용하여 설명한다.

본 실시형태에서는, 도 4의 (b) 및 도 5의 (b)에 나타낸 경우의 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하였다. 즉, 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이 스테이(51)의 상면에 절연부(160)와 도전부(161)를 마련하였다. 또한, 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이 디포지션 실드(50)의 상면과 지지 부재(33)의 하면 사이에 시일 부재(180)를 마련하고, 돌출부(50a)의 상면과 배플판(60)의 하면 사이에 시일 부재(181)를 마련하였다.

참조예로서는, 도 4의 (a) 및 도 5의 (a)에 나타낸 경우의 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하였다. 즉, 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이 스테이(51)의 상면에 절연부(160)와 도전부(161)를 마련하지 않는다. 또한, 도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이 디포지션 실드(50)의 측면과 지지 부재(33)의 측면 사이에 시일 부재(170)를 마련하고, 돌출부(50a)의 측면과 배플판(60)의 측면 사이에 시일 부재(171)를 마련하였다.

그리고, 본 실시형태와 참조예 함께, 다음 조건에서, 아르곤 가스를 이용한 스퍼터링을 행하였다. 대상의 웨이퍼(W)는 산화막(예컨대 SiO₂)이 형성된 웨이퍼이다. 각 처리 공간(S1, S2)의 내부의 압력은 60 mTorr이고, 각 처리 공간(S1, S2)에 공급되는 아르곤 가스의 유량은 600 sccm이다. 제1 RF 전원(20a)으로부터 공급되는 100 ㎒의 주파수의 고주파 전력은 500 W이고, 제2 RF 전원(20b)으로부터 공급되는 13 ㎒의 주파수의 고주파 전력은 1500 W이다. 전열 가스인 헬륨 가스의 압력은, 웨이퍼(W)의 중앙부와 둘레 가장자리부 모두 15 Torr이다. 이 스퍼터링을 행한 시간은 3분이다.

실험을 행한 결과를 도 8 및 도 9에 나타낸다. 도 8의 (a) 및 도 9의 (a)가 참조예의 실험 결과를 나타내고, 도 8의 (b) 및 도 9의 (b)가 본 실시형태의 실험 결과를 나타낸다.

도 8에 있어서, 횡축은 웨이퍼(W)의 중심을 0(제로)로 한 직경 방향 위치를 나타내고, 종축은 에칭 레이트를 나타내고 있다. 도 8의 (a)의 참조예로서는, 처리 공간(S1, S2)에 있어서 에칭 레이트가 다르다. 한편, 도 8의 (b)의 본 실시형태에서는, 처리 공간(S1, S2)에 있어서 에칭 레이트가 거의 동일하다. 따라서, 본 실시형태에서는, 처리 공간(S1, S2)에 있어서, 웨이퍼(W1, W2)에 대하여 균일한 플라즈마 처리를 행할 수 있는 것을 알았다.

도 9는 처리 공간(S1, S2)에 있어서의 웨이퍼(W1, W2) 상의 에칭 레이트의 분포의 등치선도를 나타낸다. 도 9의 (a)의 참조예에서는, 처리 공간(S1, S2) 중 어느 곳에 있어서도, 에칭 레이트의 분포가 동심원형으로 되어 있지 않다. 이것은 둘레 방향에서 에칭 레이트가 불균일한 것을 나타낸다. 또한, 본 실험에 있어서의 프로세스 조건에는 반응성 가스를 사용하지 않기 때문에, 이온 플럭스 그 자체의 분포이다. 이것은, 디포지션 실드(50)의 그라운드가 둘레 방향에서 불균일하기 때문에, 전자 밀도가 둘레 방향에서 같지 않은 것이 원인이다. 한편, 도 9의 (b)의 본 실시형태에서는, 처리 공간(S1, S2) 중 어느 곳에 있어서도, 에칭 레이트의 분포가 대략 동심원형으로 되어 있다. 따라서, 이러한 관점에서도 본 실시형태에서는, 처리 공간(S1, S2)에 있어서, 웨이퍼(W1, W2)에 대하여 균일한 플라즈마 처리를 행할 수 있는 것을 알았다.

또한, 본 실시형태의 실험 결과를 육안으로 확인한 바, 각 처리 공간(S1, S2)에 있어서 플라즈마의 명멸은 없었다. 또한, 각 처리 공간(S1, S2)에 있어서 플라즈마의 누출도 없었다.

<다른 실시형태>

이상의 실시형태에서는, 디포지션 실드(50) 간의 절연과, 디포지션 실드(50)와 지지 부재(33) 간 및 디포지션 실드(50)와 배플판(60) 간의 컨택트 개선을 양방 행하였지만, 어느 한쪽이어도 좋다.

즉, 절연부(160)에 의해 디포지션 실드(50) 간을 절연하면, 고주파 전원의 간섭을 억제하여, 처리 공간(S1, S2)에 있어서, 웨이퍼(W1, W2)에 대하여 균일한 플라즈마 처리를 행할 수 있다.

또한, 디포지션 실드(50)와 지지 부재(33) 사이에 시일 부재(180)를 마련하고, 및 디포지션 실드(50)와 배플판(60) 사이에 시일 부재(181)를 마련함으로써, 이들의 컨택트를 양호하게 하여도, 고주파 전원의 간섭을 억제하고, 또한 플라즈마의 누출도 억제할 수 있다. 또한, 시일 부재(180, 181)는 어느 한쪽을 마련하여도 좋다. 즉, 시일 부재(180)와 시일 부재(171)의 조합이어도 좋고, 시일 부재(170)와 시일 부재(181)의 조합이어도 좋다.

어느 경우라도, 종래 기술과 비교하여, 고주파 전원의 간섭을 억제하여, 처리 공간(S1, S2)에 있어서, 웨이퍼(W1, W2)에 대하여 균일한 플라즈마 처리를 행할 수 있다. 단, 본 실시형태와 같이, 디포지션 실드(50) 간의 절연과, 디포지션 실드(50)와 지지 부재(33) 간 및 디포지션 실드(50)와 배플판(60) 간의 컨택트 개선을 양방 행한 쪽이, 그 효과는 커진다.

또한, 이상의 실시형태에서는, 플라즈마 처리 장치(1)가 2개의 디포지션 실드(50)[처리 공간(S1, S2)]를 갖는 경우에 대해서 설명하였지만, 디포지션 실드(50)의 수는 이에 한정되지 않는다. 예컨대 디포지션 실드(50)가 4개인 경우, 인접하는 디포지션 실드(50)끼리가 스테이(51)로 연결된다.

또한, 이상의 실시형태에서는, 각 처리 공간(S1, S2)의 웨이퍼 지지대(11)에 대하여, 개별로 제1 RF 전원(20a), 제2 RF 전원(20b), 제1 정합기(21a) 및 제2 정합기(21b)가 마련되어 있었지만, 이들은 처리 공간(S1, S2)에 공통이어도 좋다. 단, 전술한 바와 같이 처리 공간(S1, S2)에 대하여 이들을 개별로 마련하는 쪽이, 웨이퍼 지지대(11)의 개체차에 따라, 임의로 고주파 전력의 공급 및 정지의 타이밍을 조정할 수 있다.

이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 상기 실시형태는, 첨부된 청구범위 및 그 주지를 일탈하는 일없이, 여러 가지 형태로 생략, 치환, 변경되어도 좋다.

1 플라즈마 처리 장치
10 챔버
11 웨이퍼 지지대
20a 제1 RF 전원
20b 제2 RF 전원
50 디포지션 실드
W 웨이퍼

Claims

플라즈마 처리 장치로서,
복수의 기판을 수용하는 챔버와,
상기 챔버의 내부에 마련되며, 각 기판을 지지하는 복수의 기판 지지대와,
상기 복수의 기판 지지대에 대응하여 마련되며, 해당 기판 지지대에 고주파 전력을 공급하는 복수의 고주파 전원과,
상기 챔버의 내부를 구획하고 상기 복수의 기판 지지대에 대응하여 마련되며, 플라즈마가 생성되는 처리 공간을 획정하는 복수의 실드(shield)
를 구비하고,
상기 복수의 실드간에서 서로 간섭하지 않는 고주파 전류의 경로가 형성되어 있는 것인, 플라즈마 처리 장치.
플라즈마 처리 장치로서,
복수의 기판을 수용하는 챔버와,
상기 챔버의 내부에 마련되며, 각 기판을 지지하는 복수의 기판 지지대와,
상기 복수의 기판 지지대에 대응하여 마련되며, 해당 기판 지지대에 고주파 전력을 공급하는 복수의 고주파 전원과,
상기 챔버의 내부를 구획하고 상기 복수의 기판 지지대에 대응하여 마련되며, 플라즈마가 생성되는 처리 공간을 획정하는 복수의 실드와,
상기 복수의 실드를 공통으로 동작시키는 가동부
를 구비하는, 플라즈마 처리 장치.
제2항에 있어서, 인접하는 상기 실드끼리는 연결 부재로 연결되고,
상기 가동부는 상기 연결 부재를 동작시키는 것인, 플라즈마 처리 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 실드간을 서로 절연하는 절연부
를 더 구비하는, 플라즈마 처리 장치.
제4항에 있어서, 인접하는 상기 실드끼리는 연결 부재로 연결되고,
상기 절연부는 상기 연결 부재 상에 마련되어 있는 것인, 플라즈마 처리 장치.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 절연부는 석영을 포함하는 것인, 플라즈마 처리 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 인접하는 상기 실드끼리는 연결 부재로 연결되어 있는 것인, 플라즈마 처리 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실드는 통형상을 가지고,
상기 실드의 상면과 상기 챔버의 하면이 접촉하여 상기 처리 공간을 형성하고,
상기 실드의 상면과 상기 챔버의 하면 사이에는 시일(seal) 부재가 마련되어 있는 것인, 플라즈마 처리 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실드와 상기 기판 지지대 사이에는 배플판이 마련되고,
상기 실드는 통형상을 가지고, 또한 상기 배플판측으로 돌출한 돌출부를 구비하고, 상기 돌출부의 상면과 상기 배플판의 하면이 접촉하여 상기 처리 공간을 형성하고,
상기 돌출부의 상면과 상기 배플판의 하면 사이에는 시일 부재가 마련되어 있는 것인, 플라즈마 처리 장치.