[0001]【技术领域】
[0002][0001]본 개시의 실시형태는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
[0003]【背景技术】
[0004][0002]전자 디바이스의 제조에 있어서는 플라즈마 처리 장치가 이용되고 있다. 플라즈마 처리 장치는, 챔버 내에 공급된 가스를 여기시키는 것에 의해 플라즈마를 생성한다. 생성된 플라즈마로부터의 화학종에 의해, 기판이 처리된다.
[0005][0003]플라즈마 처리 장치로서는, 특허문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치가 알려져 있다. 특허문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치는 챔버, 탑재대, 상부 전극, 제 1 고주파 전원 및 제 2 고주파 전원을 구비한다. 탑재대는 챔버의 내부 공간 내에 마련되어 있다. 탑재대는 그 위에 탑재되는 기판을 지지한다. 탑재대는 하부 전극을 제공하고 있다. 상부 전극은 탑재대의 상방에 마련되어 있다. 제 1 고주파 전원은 플라즈마의 생성을 위해 고주파 전력을 하부 전극에 공급한다. 제 2 고주파 전원은 이온의 인입을 위해 고주파 전력(바이어스용의 고주파 전력)을 하부 전극에 공급한다.
[0006][0004] 일본 특허 제 5759718 호 명세서
[0007][0005]플라즈마 처리 장치에 있어서 실행되는 플라즈마 에칭의 에칭 레이트를 높이기 위해서, 바이어스용의 고주파 전력의 전력 레벨을 크게 하는 대책이 채용되는 일이 있다. 높은 전력 레벨을 갖는 고주파 전력이 이용되는 경우에는, 챔버 내의 감압 환경하에서 고온이 되는 부재를 냉각하는 것이 필요하다.
[0008][0006]일 태양에 있어서는, 감압 가능한 내부 공간 내에서 플라즈마 처리를 실행하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다. 플라즈마 처리 장치는 챔버, 지지대, 하나 이상의 제 1 부재, 하나 이상의 제 2 부재, 및 하나 이상의 공급기를 구비한다. 챔버는 그 내에 내부 공간을 제공한다. 지지대는 내부 공간 내에 마련되어 있다. 지지대는 그 위에 탑재되는 기판을 지지하도록 구성되어 있다. 하나 이상의 제 1 부재 각각은 챔버에 포함되거나, 챔버와는 별체이다. 하나 이상의 제 1 부재는 그러한 각각의 적어도 일부가 내부 공간을 포함하는 감압 환경에 노출되도록 마련되어 있다. 하나 이상의 제 2 부재 각각은 챔버에 포함되거나, 챔버와는 별체이다. 하나 이상의 제 2 부재 각각은 하나 이상의 제 1 부재 중 대응하는 제 1 부재에 접한다. 하나 이상의 제 2 부재 각각의 적어도 일부가 대기압 환경하에 배치되어 있다. 하나 이상의 공급기 각각은 하나 이상의 제 2 부재 중 대응하는 제 2 부재 내에 마련된 공동에 냉매를 공급하도록 구성되어 있다.
[0009][0007]감압 환경하에서의 플라즈마 처리의 결과, 하나 이상의 제 1 부재의 온도는 고온이 될 수 있다. 일 태양에 따른 플라즈마 처리 장치에서는, 대기압 환경하에 배치된 하나 이상의 제 2 부재에 냉매를 공급하는 것에 의해, 하나 이상의 제 1 부재가 간접적으로 냉각된다. 즉, 일 태양에 따른 플라즈마 처리 장치에 의하면, 하나 이상의 제 2 부재에 냉매를 공급하는 것에 의해, 하나 이상의 제 1 부재에 직접적으로 냉매를 공급하는 일 없이, 하나 이상의 제 1 부재를 냉각할 수 있다.
[0010][0008]일 실시형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치는 지지대의 상방에 마련된 상부 전극을 더 구비한다. 지지대는 하부 전극을 포함한다. 하나 이상의 제 1 부재 중 하나의 제 1 부재는 상부 전극을 둘러싸도록 연장되어 있다. 하나의 제 2 부재는 하나의 제 1 부재를 둘러싸도록 연장되어 있다.
[0011][0009]일 실시형태에 있어서, 하나 이상의 공급기 중 하나의 공급기는, 하나의 제 2 부재 내에 마련된 공동에, 냉매로서 냉각수를 공급하도록 구성되어 있다.
[0012][0010]일 실시형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치는 상기 공동을 제공하는 배관을 더 구비한다. 배관은 하나의 제 2 부재 내에 형성된 홈 내에 마련되어 있다. 배관의 이용에 의해, 제 1 부재의 부식이 억제된다.
[0013][0011]일 실시형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치는 쉴드(shield)를 더 구비한다. 쉴드는 통형상을 갖는다. 쉴드는 챔버의 측벽과 지지대 사이에 마련되어 있고, 지지대를 둘러싸도록 연장되어 있다. 챔버의 측벽에는 제 1 개구가 형성되어 있다. 쉴드에는, 제 1 개구에 대면하는 제 2 개구가 형성되어 있다. 기판은, 내부 공간과 챔버의 외부 사이에서 반송될 때, 제 1 개구 및 제 2 개구를 통과한다. 플라즈마 처리 장치는 셔터 기구를 더 구비한다. 셔터 기구는 제 2 개구를 개폐하도록 구성되어 있다. 하나 이상의 제 1 부재는 복수의 제 1 부재이다. 복수의 제 1 부재 중 다른 하나의 제 1 부재는 제 2 개구를 폐쇄하기 위한 셔터 기구의 밸브체이다. 하나 이상의 제 2 부재는 복수의 제 2 부재이다. 복수의 제 2 부재 중 다른 하나의 제 2 부재는 밸브체에 연결된 축체이다. 다른 하나의 제 2 부재 내에는, 상기 공동이 형성되어 있다. 셔터 기구의 밸브체는 감압 환경하에 배치된다. 이러한 실시형태에서는, 셔터 기구의 축체에 냉매가 공급되는 것에 의해, 셔터 기구의 밸브체가 간접적으로 냉각된다. 즉, 이러한 실시형태에서는, 밸브체에 직접적으로 냉매를 공급하는 일 없이, 간접적으로 밸브체를 냉각할 수 있다.
[0014][0012]일 실시형태에 있어서, 하나 이상의 공급기는 복수의 공급기이다. 복수의 공급기 중 다른 하나의 공급기는, 다른 하나의 제 2 부재 내에 형성된 공동에, 냉매로서 공기를 공급하도록 구성되어 있다.
[0015][0013]일 실시형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치는 쉴드를 더 구비한다. 쉴드는 통형상을 갖는다. 쉴드는 챔버의 측벽과 지지대 사이에 마련되어 있고, 지지대를 둘러싸도록 연장되어 있다. 챔버의 측벽에는 제 1 개구가 형성되어 있다. 쉴드에는, 제 1 개구에 대면하는 제 2 개구가 형성되어 있다. 기판은, 내부 공간과 챔버의 외부 사이에서 반송될 때, 제 1 개구 및 제 2 개구를 통과한다. 플라즈마 처리 장치는 셔터 기구를 더 구비한다. 셔터 기구는 제 2 개구를 개폐하도록 구성되어 있다. 하나 이상의 제 1 부재 중 하나의 제 1 부재는 제 2 개구를 폐쇄하기 위한 셔터 기구의 밸브체이다. 하나 이상의 제 2 부재 중 하나의 제 2 부재는 밸브체에 연결된 축체이다. 하나의 제 2 부재 내에는, 상기 공동이 형성되어 있다. 셔터 기구의 밸브체는 감압 환경하에 배치된다. 이러한 실시형태에서는, 셔터 기구의 축체에 냉매가 공급되는 것에 의해, 셔터 기구의 밸브체가 간접적으로 냉각된다. 즉, 이러한 실시형태에서는, 밸브체에 직접적으로 냉매를 공급하는 일 없이, 간접적으로 밸브체를 냉각할 수 있다.
[0016][0014]일 실시형태에 있어서, 하나 이상의 공급기 중 하나의 공급기는, 하나의 제 2 부재 내에 형성된 공동에, 냉매로서 공기를 공급하도록 구성되어 있다.
[0017][0015]일 실시형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치는 하나 이상의 제 1 부재를 각각 가열하기 위한 하나 이상의 히터를 더 구비한다.
[0018][0016]이상 설명한 바와 같이, 챔버 내의 감압 환경하에서 고온이 되는 부재를 대기압 환경하에 배치된 부재에 냉매를 공급하는 것에 의해 간접적으로 냉각하는 것이 가능해진다.
[0019]【附图说明】
[0020][0017]도 1은 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.도 2는 도 1에 도시하는 플라즈마 처리 장치의 일부 확대 단면도이다.도 3은 도 1에 도시하는 플라즈마 처리 장치의 일부 확대 단면도이다.
[0021][0018]이하, 도면을 참조하여 여러 가지의 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하는 것으로 한다.
[0022][0019]도 1은 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 2 및 도 3은 도 1에 도시하는 플라즈마 처리 장치의 일부 확대 단면도이다. 도 2에는, 일례의 셔터 기구의 밸브체에 의해 대응하는 개구가 폐쇄되어 있는 상태가 도시되어 있다. 도 3에는, 일례의 셔터 기구의 밸브체가 대응하는 개구를 개방하고 있는 상태를 도시하고 있다. 도 1 내지 도 3에 도시하는 플라즈마 처리 장치(1)는 챔버(10)를 구비하고 있다. 챔버(10)는 그 내에 내부 공간(10s)을 제공하고 있다. 내부 공간(10s)은 감압 가능하다. 챔버(10)는 챔버 본체(12) 및 챔버 본체(14)를 포함하고 있다.
[0023][0020]챔버 본체(12)는 측벽(12s)을 제공하고 있다. 측벽(12s)은 대략 원통형상을 갖고 있다. 내부 공간(10s)은 측벽(12s)의 내측에 마련되어 있다. 측벽(12s)은 연직 방향으로 연장되어 있다. 측벽(12s)의 중심 축선은 연직 방향으로 연장되는 축선(AX)에 대략 일치하고 있다. 챔버 본체(12)는 전기적으로 접지되어 있다. 챔버 본체(12)는, 예를 들어 알루미늄으로 형성되어 있다. 챔버 본체(12)의 표면에는, 내부식성의 막이 형성되어 있다. 내부식성의 막은, 예를 들어 산화알루미늄 또는 산화이트륨과 같은 재료로 형성되어 있다. 측벽(12s)은 개구(12p)(제 1 개구)를 제공하고 있다. 개구(12p)는 게이트 밸브(12g)에 의해 개폐 가능하다. 기판(W)은, 내부 공간(10s)과 챔버(10)의 외부 사이에서 반송될 때, 개구(12p)를 통과한다.
[0024][0021]내부 공간(10s) 내에는, 지지대(16)가 마련되어 있다. 지지대(16)는 그 위에 탑재되는 기판(W)을 지지하도록 구성되어 있다. 지지대(16)의 하방에는, 저판(17)이 마련되어 있다. 저판(17)으로부터는, 지지체(18)가 상방으로 연장되어 있다. 지지체(18)는 대략 원통형상을 갖고 있다. 지지체(18)는, 예를 들어 석영과 같은 절연체로 형성되어 있다. 지지대(16)는 지지체(18) 상에 탑재되어 있고, 지지체(18)에 의해 지지되어 있다.
[0025][0022]지지대(16)는 하부 전극(20) 및 정전 척(22)을 포함하고 있다. 지지대(16)는 전극 플레이트(24)를 더 포함하고 있어도 좋다. 전극 플레이트(24)는 대략 원반형상을 갖고 있다. 전극 플레이트(24)의 중심 축선은 축선(AX)에 대략 일치하고 있다. 전극 플레이트(24)는 알루미늄과 같은 도체로 형성되어 있다.
[0026][0023]하부 전극(20)은 전극 플레이트(24) 상에 마련되어 있다. 하부 전극(20)은 전극 플레이트(24)에 전기적으로 접속되어 있다. 하부 전극(20)은 대략 원반형상을 갖고 있다. 하부 전극(20)의 중심 축선은 축선(AX)에 대략 일치하고 있다. 하부 전극(20)은 알루미늄과 같은 도체로 형성되어 있다. 하부 전극(20) 내에는, 유로(20f)가 형성되어 있다. 유로(20f)는, 예를 들어 소용돌이 형상으로 연장되어 있다. 유로(20f)에는, 칠러 유닛(chiller unit)(26)으로부터 냉매가 공급된다. 칠러 유닛(26)은 챔버(10)의 외부에 마련되어 있다. 칠러 유닛(26)은, 예를 들어 액상의 냉매를 유로(20f)에 공급한다. 유로(20f)에 공급된 냉매는 칠러 유닛(26)으로 복귀된다.
[0027][0024]정전 척(22)은 하부 전극(20) 상에 마련되어 있다. 정전 척(22)은 본체와 전극(22a)을 포함하고 있다. 정전 척(22)의 본체는 대략 원반형상을 갖고 있다. 정전 척(22)의 중심 축선은 축선(AX)과 대략 일치하고 있다. 정전 척(22)의 본체는 세라믹으로 형성되어 있다. 전극(22a)은 도체로 형성된 막이다. 전극(22a)은 정전 척(22)의 본체 내에 마련되어 있다. 전극(22a)에는, 스위치(22s)를 거쳐서 직류 전원(22d)이 접속되어 있다. 정전 척(22)에 기판(W)을 보지시키는 경우에는, 직류 전원(22d)으로부터의 전압이 전극(22a)에 인가된다. 전극(22a)에 전압이 인가되면 정전 척(22)과 기판(W) 사이에 정전 인력이 발생한다. 발생한 정전 인력에 의해, 기판(W)은 정전 척(22)에 끌어당겨지고, 정전 척(22)에 의해 보지된다. 플라즈마 처리 장치(1)는, 정전 척(22)과 기판(W)의 이면 사이에, 전열 가스(예를 들면, 헬륨 가스)를 공급하는 가스 라인을 제공하고 있어도 좋다.
[0028][0025]정전 척(22)의 주연부 상에는, 포커스 링(FR)이 기판(W)을 둘러싸도록 배치된다. 포커스 링(FR)은 기판(W)에 대한 플라즈마 처리의 면내 균일성을 개선하기 위해 이용된다. 포커스 링(FR)은, 예를 들어 실리콘, 석영 또는 탄화규소로 형성되어 있다. 포커스 링(FR)과 하부 전극(20) 사이에는, 링(27)이 마련되어 있다. 링(27)은 절연체로 형성되어 있다.
[0029][0026]플라즈마 처리 장치(1)는 통형상부(28) 및 통형상부(29)를 더 구비하고 있어도 좋다. 통형상부(28)는 지지대(16) 및 지지체(18)의 외주를 따라 연장되어 있다. 통형상부(28)는 통형상부(29) 상에 마련되어 있다. 통형상부(28)는 내부식성을 갖는 절연체로 형성되어 있다. 통형상부(28)는, 예를 들어 석영으로 형성되어 있다. 통형상부(29)는 지지체(18)의 외주를 따라 연장되어 있다. 통형상부(29)는 내부식성을 갖는 절연체로 형성되어 있다. 통형상부(29)는, 예를 들어 석영으로 형성되어 있다.
[0030][0027]챔버 본체(14)는 챔버(10)의 상단 개구를 폐쇄하도록 마련되어 있다. 챔버 본체(14)는 상부 전극(30)을 포함하고 있다. 챔버 본체(14)는 부재(32) 및 부재(34)를 더 포함할 수 있다. 부재(32)는 대략 환상의 판이며, 알루미늄과 같은 금속으로 형성되어 있다. 부재(32)는 후술하는 스페이서(60)를 거쳐서 측벽(12s) 상에 마련되어 있다. 부재(34)는 상부 전극(30)과 부재(32) 사이에 마련되어 있다. 부재(34)는 축선(AX)에 대해 둘레 방향으로 연장되어 있다. 부재(34)는 석영과 같은 절연체로 형성되어 있다. 또한, 상부 전극(30)과 부재(34) 사이에는, O링과 같은 밀봉 부재(35a)가 개재되어 있다. 부재(34)와 부재(32) 사이에는, O링과 같은 밀봉 부재(35b)가 개재되어 있다.
[0031][0028]상부 전극(30)은 천정판(36) 및 지지체(38)를 포함하고 있다. 천정판(36)은 대략 원반형상을 갖고 있다. 천정판(36)은 내부 공간(10s)에 접하여 있다. 천정판(36)은 복수의 가스 토출 구멍(36h)이 형성되어 있다. 복수의 가스 토출 구멍(36h)은 판두께 방향(연직 방향)으로 천정판(36)을 관통하고 있다. 천정판(36)은 실리콘, 산화알루미늄 또는 석영으로 형성되어 있다. 혹은, 천정판(36)은 알루미늄과 같은 도체제의 부재의 표면 상에 내부식성의 막을 형성하는 것에 의해 구성되어 있어도 좋다. 내부식성의 막은, 예를 들어 산화알루미늄 또는 산화이트륨과 같은 재료로 형성되어 있다.
[0032][0029]지지체(38)는 천정판(36) 상에 마련되어 있다. 지지체(38)는 천정판(36)을 착탈 가능하게 지지하고 있다. 지지체(38)는, 예를 들어 알루미늄으로 형성되어 있다. 지지체(38)에는, 유로(38f)가 형성되어 있다. 유로(38f)는 지지체(38) 내에서, 예를 들어 소용돌이 형상으로 연장되어 있다. 유로(38f)에는, 칠러 유닛(40)으로부터 냉매가 공급된다. 칠러 유닛(40)은 챔버(10)의 외부에 마련되어 있다. 칠러 유닛(40)은 액상의 냉매(예를 들면, 냉각수)를 유로(38f)에 공급한다. 유로(38f)에 공급된 냉매는 칠러 유닛(40)으로 복귀된다. 이러한 칠러 유닛(40)은, 예를 들어 4 L/min 이상의 유량으로 냉매를 유로(38f)에 공급할 수 있다.
[0033][0030]지지체(38)의 내부에는, 가스 확산실(38d)이 형성되어 있다. 지지체(38)에는, 복수의 구멍(38h)이 형성되어 있다. 복수의 구멍(38h)은 가스 확산실(38d)로부터 하방으로 연장되어, 복수의 가스 토출 구멍(36h)에 각각 접속하여 있다. 지지체(38)에는, 포트(38p)가 마련되어 있다. 포트(38p)는 가스 확산실(38d)에 접속하여 있다. 포트(38p)에는, 가스 소스군(41)이 밸브군(42), 유량 제어기군(43), 및 밸브군(44)을 거쳐서 접속되어 있다.
[0034][0031]가스 소스군(41)은 복수의 가스 소스를 포함하고 있다. 밸브군(42) 및 밸브군(44) 각각은 복수의 밸브를 포함하고 있다. 유량 제어기군(43)은 복수의 유량 제어기를 포함하고 있다. 복수의 유량 제어기 각각은 매스 플로우 컨트롤러 또는 압력 제어식의 유량 제어기이다. 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 가스 소스군(41)의 복수의 가스 소스 중 선택된 하나 이상의 가스 소스 각각으로부터의 가스가 가스 확산실(38d)에 공급된다. 가스 확산실(38d)에 공급된 가스는 복수의 가스 토출 구멍(36h)으로부터 내부 공간(10s)에 공급된다.
[0035][0032]플라즈마 처리 장치(1)는 제 1 고주파 전원(51) 및 제 2 고주파 전원(52)을 더 구비하고 있다. 제 1 고주파 전원(51)은 플라즈마 생성용의 제 1 고주파 전력을 발생하는 전원이다. 제 1 고주파 전력의 주파수는, 예를 들어 27 MHz 이상이다. 제 1 고주파 전원(51)은 정합기(53)를 거쳐서 하부 전극(20)에 전기적으로 접속되어 있다. 정합기(53)는 제 1 부하측(하부 전극(20)측)의 임피던스(impedance)를 제 1 고주파 전원(51)의 출력 임피던스에 정합시키기 위한 매칭 회로를 갖고 있다. 또한, 제 1 고주파 전원(51)은 하부 전극(20)이 아니라, 정합기(53)를 거쳐서 상부 전극(30)에 접속되어 있어도 좋다.
[0036][0033]제 2 고주파 전원(52)은 기판(W)에 이온을 인입하기 위한 제 2 고주파 전력을 발생하는 전원이다. 제 2 고주파 전력의 주파수는, 예를 들어 13.56 MHz 이하이다. 제 2 고주파 전원(52)은 정합기(54)를 거쳐서 하부 전극(20)에 전기적으로 접속되어 있다. 정합기(54)는 부하측(하부 전극(20)측)의 임피던스를 제 2 고주파 전원(52)의 출력 임피던스에 정합시키기 위한 매칭 회로를 갖고 있다.
[0037][0034]챔버 본체(14)는 부재(56)를 더 포함하고 있다. 부재(56)는 대략 환상의 판이다. 부재(56)는 천정판(36)의 직경 방향 외측의 영역에서 둘레 방향으로 연장되어 있다. 직경 방향은 축선(AX)에 대해 방사 방향이다. 부재(56)와 부재(32) 사이, 또한 부재(34)와 스페이서(60) 사이에는, 히터 유닛(62)이 마련되어 있다. 히터 유닛(62)은 본체(62m) 및 히터(62h)를 포함하고 있다.
[0038][0035]본체(62m)는 일 실시형태의 제 1 부재이다. 본체(62m)는 상부 전극(30)을 둘러싸도록 둘레 방향으로 연장되어 있다. 본체(62m)는 대략 환상의 판이다. 본체(62m)는 알루미늄과 같은 도체로 형성되어 있다. 히터(62h)는 본체(62m)를 가열한다. 히터(62h)는 본체(62m) 내에 마련되어 있다. 히터(62h)는 저항 가열 소자일 수 있다.
[0039][0036]본체(62m)와 그 주위의 부재 사이에는, 내부 공간(10s)을 포함하는 감압 환경과 대기압 환경을 분리하기 위해 O링과 같은 밀봉 부재가 마련되어 있다. 구체적으로, 본체(62m)와 부재(32) 사이에는, 밀봉 부재(63a)가 마련되어 있다. 또한, 본체(62m)와 후술하는 쉴드(70)의 상단 사이에는, 밀봉 부재(63b)가 마련되어 있다. 본체(62m)는 부분적으로 감압 환경에 노출된다. 본체(62m)의 표면 중, 밀봉 부재(63a) 및 밀봉 부재(63b)보다 내측의 영역은 내부 공간(10s)에 연통하여 있다. 본체(62m)의 표면의 해당 영역은 감압 환경에 노출된다.
[0040][0037]스페이서(60)는 일 실시형태의 제 2 부재이다. 스페이서(60)는 히터 유닛(62)의 본체(62m)의 직경 방향 외측의 영역에 배치되어 있다. 스페이서(60)는 히터 유닛(62)의 본체(62m)를 둘러싸도록 둘레 방향으로 연장되어 있다. 스페이서(60)는, 밀봉 부재(63a) 및 밀봉 부재(63b)에 대해서, 직경 방향 외측의 영역에 마련되어 있다. 따라서, 스페이서(60)는 대기압 환경하에 배치되어 있다. 스페이서(60)는, 예를 들어