KR100229181B1 - 가스분산기 및 플라즈마 처리장치 - Google Patents

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가즈오 마에다
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Abstract

반응가스를 플라즈마화하여 필름 형성과 에칭을 플라즈마 가스로 수행하게 되는, 대향전극 중의 하나로서의 기능을 가진 가스 분산기를 제공한다. 그 가스 분산기는 그의 중앙부의 리세스 부와 그 리세스 부에 가스를 도입하는 관통공을 가진 기체와, 방사방향에 가스를 도입하는, 그 리세스 부에 마련된 가스 분배 판, 및 가스 분배 판에 의해 도입되는 가스를 분산하는 환상의 가스 분산 부재로 이루어져 있다.

Description

가스 분산기 및 플라즈마 처리장치
본 발명은 가스 분산기 및 플라즈마 처리장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 반응가스를 플라즈마화하기 위한 고주파 전력을 인가하는 전극을 구비한 가스 분산기, 및 플라즈마 가스에 의해 성막이나 에칭을 행하는 플라즈마 처리에 이용하는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
종래, 양산규모에서의 CVD 법에 의한 성막에 관하여는 주로,
①멀티체임버 식 CVD 장치
②워킹 빔 식 연속방식 CVD 장치
③멀티리액터 식 배치 방식 CVD 장치
가 이용되고 있다.
멀티체임버 식 CVD 장치는, 도 1에 보이는 바와 같이, 각 처리 체임버 (3a∼3f)가 독립하여 마련돼 있기 때문에, 여러가지의 다른 처리가 가능하여 플렉시빌리티가 높다. 또, 각 처리 체임버 (3a∼3f)에 플라즈마 발생장치를 마련하여 플라즈마 CVD 장치로 하는 것도 가능하다.
도 1 중, (1)은 로드 로크 체임버, (2)는 로드 로크 체임버 (1) 내에 설치된 로버트, (4)는 각 처리 체임버 (3a∼3f)에 웨이퍼 (6a∼6f)를 반입하거나 또는 반출하는 로버트이다.
워킹 빔 식 연속방식 CVD 장치는, 도 2에 보인 바와 같이, 단일의 처리 체임버 (11) 내에 복수의 웨이퍼 재치부(載置部) (13a∼13h)가 회전축의 둘레에 배치된 웨이퍼 재치대 (12)가 설치돼 있다. 각 웨이퍼 재치부 (13a∼13h)에는 도시하지 않은 히터가 구비돼 있다. 또, 회전축의 주위에 회전가능하고 웨이퍼를 흡인하는 진공 처크 등을 선단부에 구비한 워킹 빔 (14a∼14h)가 설치돼 있다. 처리의 전후에 웨이퍼 재치부 (13a∼13h) 상의 웨이퍼 (15a∼15h)를 흡인하여 웨이퍼 재치부 (13a∼13h)에서 강제로 떼어, 그대로 보지하여 이웃의 웨이퍼 재치부 (13a∼13h)에 이동시킨다.
또한, 도 2 중, (7)은 제 1의 로드 로크 체임버, (8)은 제 1의 로드 로크 체임버 (7) 내에 설치된 로버트, (10)은 제 2의 로드 로크 체임버, (9a)는 제 1의 로드 로크 체임버 (7)과 제 2의 로드 로크 체임버 (11)의 사이를 개폐하는 밸브, (9b)는 제 2의 로드 로크 체임버 (10)과 처리 체임버 (11)의 사이를 개폐하는 밸브이다.
워킹 빔 (14a∼14h)를 이용하여 웨이퍼 (15a∼15h)를 순차 회전하여 이동시킴에 의해서, 연속적으로 성막을 행하여 높은 처리량을 얻고 있다. 성막을 분할하여 행하며, 각 리액터에 의한 형성막을 겹쳐 쌓음에 의해서, 웨이퍼 (15a∼15h) 간의 막두께나 막질의 차이를 없앨 수가 있다.
멀티래액터식 배치 방식 CVD 장치는 도 3a, 도 3b에 보이는 바와 같이, 단일의 처리 체임버 내의 웨이퍼 재치대 (21)에 반응가스를 플라즈마화하기 위한 전극을 겸비한 복수의 웨이퍼 재치부 (22a∼22d)가 개별로 마련돼 있다. 또, 각 웨이퍼 재치부 (22a∼22d)에 개별로 반응가스 및 고주판 전력을 공급하는 샤워헤드달림 전극 (23a∼23d)가, 각 웨이퍼 재치부 (22a∼22d) 마다에 각 웨이퍼 재치부 (22a∼22d)의 상방에 마련돼 있다. 또한, 웨이퍼 재치대 (21)은 고정되어, 성막 전후에 웨이퍼 재치부 (22a∼22d)에 재치된 각 웨이퍼를 들어올려 이웃의 웨이퍼 재치부 (22a∼22d)에 이동시키는 도시하지 않은 로버트가 구비돼 있다.
멀티래액터식 배치 방식 CVD 장치에 있어서 복수의 웨이퍼 재치부 (22a∼22d)에 각각 웨이퍼 (26a∼26d)를 반송한 다음, 일괄하여 성막처리를 행한다. 웨이퍼 재치부 (22a∼22d)에 재치된 각 웨이퍼는 로버트에 의해 성막마다에 들어올려져 웨이퍼 재치부 (22a∼22d) 상을 차례로 이동해 간다.
이 때, 각 샤워헤드 (23a∼23d)에 각각 다른 종류의 반응가스를 공급함에 의해서 다른 종류의 다층막의 형성으 연속적으로 행할 수가 있다.
한편, 동일의 처리를 일괄하여 행하는 경우, 일괄처리하는 웨이퍼 (26a∼26d)의 수에 비례한 처리량을 얻을 수 있다.
상기 3종류의 CVD 장치 중 멀티리액터 식 배치 방식 CVD 장치가 가장 높은 처리량을 얻을 수가 있다.
그러나, 멀티체임버 식 CVD 장치에서는, 로버트 (4)가 하나의 처리 체임버 (3a)로부터 웨이퍼 (6a∼6f)를 반출하여 다음의 처리 체임버 (3b)에 반입하는 동작을 행할 필요가 있다. 때문에, 반송에 요하는 시간이 많이 걸려 처리 체임버 (3a∼3f)의 수에 비례하는 처리량을 얻을 수가 없다.
또, 개개의 처리 체임버 (3a∼3f)에 대하여 배기계(系), 가스공급계가 필요하다. 또한, 방응가스나 고주파 전력의 공급계가 리액터 간에서 따로따로이기 때문에, 그들의 리액터 사이에서 고유의 차가 존재하여, 각 웨이퍼 (6a∼6f) 간에서 성형막의 막두께나 막질이 서로 달라지고 만다.
플라즈마 CVD 장치로서 이용하는 경우, 여기용(勵起用) 고주파 전원 등을 설치하지 않으면 아니 되어, 장치가 대형화하는 문제도 있다.
워킹 빔 식 연속방식 CVD 장치에서는, 단일의 처리 체임버 (11)임으로 해서 각 리액터 간의 반응가스나 고주파 전력을 분리할 수가 없다. 때문에, 다른 종류의 다층막 형성을 연속적으로 행할 수는 없다.
또한, 하나의 성막 후 다음의 성막에 옮기 위해 웨이퍼 (15a∼15h)를 이동시키는 때, 웨이퍼 (15a∼15h)가 재치대에서 떨어지기 때문에, 웨이퍼 (15a∼15h)의 온도가 내려가는 것을 피할 수가 없다. 이에 의해 성막중에 온도 사이클을 받게 되어, 형성막에 왜곡이 남는다고 하는 문제가 있다.
또, 웨이퍼 (15a∼15h)의 이동중에는 성막을 중단하고, 이동후에 웨이퍼 (15a∼15h)의 온도가 소정의 온도가 되도록 재가열하여, 다시 가스유량의 안정화를 기다릴 필요가 있다. 때문에, 처리시간이 길어지고, 결과로서 높은 처리량을 얻을 수 없다고 하는 문제도 생긴다.
게다가, 멀티리액터 식 배치 방식 CVD 장치에서는, 웨이퍼 (26a∼26d)가 웨이퍼 재치부 (22a∼22d) 상을 차례차례 이동시켜지기 때문에, 워킹 빔 식 CVD 장치와 같은 양상의 문제점이 있다.
그 밖에, 각 리액터 간에서 반응가스의 공급계나 고주파 전력의 공급계가 따로따로이기 때문에, 각 리액터 간에서 반응가스의 공급량이나 고주파 전력의 공급량에 고유의 차가 존재하고, 동일 배치 내의 웨이퍼 (26a∼26d) 간에서 형성막의 막두께나 막질이 다를 우려가 있다.
또, 가스 분산기에서는, 고주파 전력이 인가된 때, 기체로부터 그 주변부를 통하여 고주파 전력이 가스방출구에 걸린다. 그러나, 가스방출구 자체가 지니는 고주파 전력에 대한 인피던스에 의해 가스방출구(具)에 전위강하가 생겨, 가스방출구의 중앙부로 갈수록 기체와 가스방출구와의 사이의 전위차가 커진다. 이 때문에, 고주파 전력의 크기에 따라 기체와 가스방출구와의 사이에서 방전하는 일이 있다고 하는 문제가 있다.
상기와 같은 문제는 라즈마 가스을 이용한 같은 모양의 구조의 에칭 장치에 있어서도 생겨, 그 해결이 요망되고 있다.
그런데, 상기의 플라즈마 CVD 장치에 이용되는 가스 분산기는 상세가 도시되지 않았으나, 중앙부에 가스를 도입하는 관통공이 있는 기체와, 도입된 가스를 방출하는 가스방출구와를 가져, 기체 주변부에서 기체와 가스방출구와의 접촉이 취해져 있다. 그리고, 가스 분산기는 반응가스를 플라즈마화하기 위한 대향전극의 하나로서의 기능을 가지며, 고주파 전원이 기체에 접속돼 고주파 전력이 공급된다.
이와 같은 가스 분산로는, 고주파 전력이 인가된 때, 기체에서 그 주변부를 통하여 고주파 전력이 가스 방출구에 걸린다, 그러나, 가스 방출구 자체가 가지는 고주파 전력에 대한 인피던스에 의해 가스 방출구에 전위강하가 생겨, 가스 방출구의 중앙부에 갈수록 기체와 가스 방출구와의 사이의 전위차가 커진다. 이 때문에, 고주파 전력의 크기에 의해 기체와 가스 방출구와의 사이에서 방전하는 일이 있다고 하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 복수의 피처리체를 이동시키어, 각 피처리체 상에 균일한 막두께 및 균질의 막질응 가지는 단일의 막이나 다른 종류의 다층막을 성막하거나, 또는 균일한 에칭을 행할 수가 있는 플라즈마 처리장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 타의 목적은, 균일한 막두께나 균질의 막질을 가지는 막의 형성이나 균일한 에칭을 행할 수가 있음과 동시에 높은 스루풋이 얻어지고, 또 장치의 대향화를 방지할 수가 있는 플라즈마 처리장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 타의 목적은, 반응가스의 취출구에 대하여 환상으로 놓인 복수의 피처리체 상에 반응가스를 균등하게 방출할 수가 있는 가스 분산기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 타의 목적은, 방전을 억제하는 것이 가능한, 플라즈마 처리장치의 대향전극의 하나로서 기능하는 가스 분산기를 제공하는 데 있다.
도 1은 종래예에 관계되는 멀티체임버 식 CVD 장치의 전체구성에 대하여 보이는 평면도이다.
도 2는 종래예에 관계되는 워킹 빔 식 CVD 장치의 전체구성에 대하여 보이는 평면도이다.
도 3a는 종래예에 관계되는 멀티리액터 식 CVD 장치의 전체구성에 대하여 보이는 평면도, 도 3b는 도 3a의 I-I 선 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관계되는 플라즈마 CVD 장치의 전체구성에 대하여 보이는 측면도이다.
도 5a는 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관계되는 플라즈마 CVD 장치의 웨이퍼의 재치대의 상세에 대하여 보이는 평면도, 도 5b는 도 5a의 II-II 선 다면도이다.
도 6a는 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관계되는 플라즈마 CVD 장치의 가스 분산기의 상세에 대하여 보이는 단면도, 도 6b는 받이판 부분의 평면도, 도 6c 는 평면도이다. 도 6a의 받이판의 단면도는 도 6b의 III-III 선 단면에 상당하며, 도 6a의 단면도는 도 6c의 IV-IV 선 단면에 상당한다.
도 7은 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관계되는 플라즈마 CVD 장치의 가스 분산기의 가스배관 부분의 상세에 대하여 보이는 측면도이다.
도 8a∼도 8d는 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관계되는 플라즈마 CVD 장치를 이용하여 절연막을 작성하는 방법에 대하여 보이는 단면도이다.
도 9a∼도 9b는 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관계되는 플라즈마 에칭 장치를 이용하여 절연막을 에칭하는 방법에 대하여 보이는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제 2의 실시의 형태에 관계되는 플라즈마 CVD 장치의 전체구성에 대하여 보이는 측면도이다.
도 11은 본 발명의 제 3의 실시의 형태에 관계되는 플라즈마 CVD 장치의 웨이퍼의 재치대의 상세에 대하여 보이는 평면도이다.
도 12a는 본 발명의 제 4의 실시의 형태에 관계되는 플라즈마 CVD 장치의 가스 분산기의 상세에 대하여 보이는 단면도, 도 12b는 평면도이다. 도 12a는 도 12b의 V-V 선 단면에 상당한다.
도 13a는 본 발명의 제 5의 실시의 형태에 관계되는 플라즈마 CVD 장치의 가스 분산기의 가스배관 부분의 상세에 대하여 보이는 측면도, 도 13b는 도 13a의 모식도이다.
본 발명의 플라즈마 처리장치에 있어서는, 복수의 피처리체가 보지돼 있는 재치대가 가스 분산기에 대하여 회전이동하게 이루어져 있다.
때문에, 가스 분산기로부터의 반응가스의 공급이 장소에 따라 치우쳐 있는 경우에도, 또는 장치구성 상의 비대칭성에 의한 반응가스의 흐름이 치우쳐 있는 경우에도, 성막중 또는 막의 에칭중에 재치대를 일방향 또는 좌우방향에 회전시킴에 의해 피처리체에의 반응가스의 공급이 균등화된다. 이에 의해, 복수의 피처리체 상에 균일한 막두께나 균질의 막질의 막을 형성하거나, 또는 균등한 에칭을 행할 수가 있다.
또, 가스 분산기를 겸한 전극(제 1의 전극)과 재치대를 겸한 전극(제 2의 전극)과를 각각 단일의 전극으로 함에 의해, 고주파 전원은 하나로 자란다. 게다가, 재치대에 설치된 히터를 단일의 히터로 함에 의해 거기에 전력을 공급하는 전원은 하나로 자란다. 이에 의해 대형화를 억제할 수가 있다.
제 1의 전극과 제 2의 전극 간에 고주파 전력을 인가하여 반응가스릉 플라즈마화하는 때, 복수의 기판이 실린 재치대의 전영역이 하나의 전극으로서 기능하기 때문에, 발생하는 플라즈마의 강도는 장소적으로 다르기 쉽다. 이 경우에도, 가스 분산기에 대하여 재치대가 회전함에 의하여 모든 기판에의 플라즈마 강도가 균등화된다. 이에 의해, 균일한 막두께 및 균질의 막질을 가지는 막을 형성할 수가 있다.
그런데, 재치대의 원주에 따라서 피처리체가 배치되고, 또 단일의 가스 분산기를 이용하는 경우, 재치대의 중앙부로부터 가스를 방출하면, 피처리체의 중심으로부터 벗어난 곳에서 반응가스가 방출되게 된다. 이 경우, 제치대의 중앙부로부터 주변부로 향해서 반응가스가 퍼져가고 있는 동안에 재치대의 반경방향에 따라서 가스 공급량의 분포가 생기기 쉽다. 이와같은 때에는 하나의 피처리체 면내에 있어서 가스 공급량에 혼란이 생길 염려가 있다.
본 발명의 딴 플라즈마 장치에서는, 중앙부에 가스 도입구가 있는 단일의 가스 분산기를 구비하고, 그 가스 분산기에는 복수의 피처리체에 대향하게끔 환상으로 가스방출부가 형성돼 있다. 따라서, 반응가스가 그들의 가스방출부로부터 피처리체의 거의 직상(直上)에 방출되기 때문에, 피처리체에의 반응가스의 공급량을 균등화할 수가 있다. 또, 반응가스가 피처리체의 거의 직상에 방출되기 때문에, 반응가스는 피처리체의 중심부로부터 방사상으로 퍼지게 되어 피처리체 면내에서의 반응가스의 공급량의 혼란이 적어진다.
게다가, 가스 분산기 내에 가수방출부와 가스도입부를 잇는 좁은 가스유로를 지니고 있다. 따라서, 좁은 가스유로 등을 통하여 가스도입구로부터 가스방출부로 반응가스가 보내지기 때문에, 가스도입구로 도입된 반응가스는 필요이상으로 퍼지는 일 없이 가스방출부에 보내진다. 때문에, 가스방출부에의 반응가스의 공급이 균등화된다. 이에 의해, 피처리체에의 반응가스의 공급량을 더욱 한층 균등화할 수가 있다.
또, 재치대가 히터를 구비하고 있기 때문에, 피처리체를 가열하면서 재치대를 회전시킬 수 있다. 이에 의해, 피처리체의 온도를 소정의 온도에 보지한 채로 피처리체의 이동을 행할 수가 있다.
또한, 히터가 재치대의 복수의 재치부에 개별로 마련됨에 의해서, 피처리체의 각 재치부에서의 열전도도나 히터의 발열량이 다른 경우, 각 히터의 발열량을 조정하여 각 재치부의 피처리체의 온도의 균일화를 도모할 수가 있다.
이상에 의하여, 균일한 막두께나 균질의 막질의 막을 형성하거나, 또는 막을 균일하게 에칭할 수가 있다.
게다가, 하나의 막을 성막한 후 또는 에칭한 후에 반응가스를 달리함에 의해 피처리체의 온도를 소정의 온도에 보지한 채로, 피처리체를 이동시키면서 다른 종류의 막을 연속적으로 성막하거나 또는 에칭할 수가 있다. 이에 의해, 높은 처리량을 유지하면서 균일한 막두께나 균질의 막질의 다른 종류의 다층막을 성형하거나, 또는 다른 종류의 다층막을 균일하게 에칭할 수가 있다.
또, 피처리체를 가열하면서 재치대를 회전시킬수가 있기 때문에, 한번 피처리체의 온도를 설정하여 놓으면, 일련의 성막중에 피처리체의 온도를 다시 조정할 필요가 없다. 또 피처리체에의 반응가스의 공급량이 균등화되기 때문에, 한번 가스 유량을 설정하여 놓으면, 일련의 성막중에 가스 유량 등을 다시 조정할 필요가 없다. 즉, 성막이나 에칭의 종료까지 온도나 가스 유량 등의 성막조건이나 에칭조건이 장소에 따라 변동을 받는 일이 없어, 성막조건이나 에칭조건의 정밀도를 향상시킬 수가 있다.
또한, 독립한 복수의 가스도입구에 독립한 복수의 가스방출부가 각각 이어져 있기 때문에, 가스 분산기의 제작 혼란에 의해 가스 분산기 내의 가스 유로의 길이나 내경 등이 장소에 따라 다른 경우에도, 가스도입구로 도입하는 반응가스의 유량을 조정함에 의해서 각 가스방출구로부터 방출되는 반응가스의 방출량을 균등하게 하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 균일한 막두께의 또는 균질의 막질의 막을 웨이퍼 상에 형성하며, 또는 막을 균일하게 에칭할 수가 있다.
또, 가스 분산기와 가스도입구와를 잇고, 코일상(狀)의 부분을 가진 도전성의 가스배관을 갖추고 있다. 코일상으로 형성된 가스배관은 고주파의 도통을 저지하는 코일로서의 기능을 지니기 때문에, 코일상의 부분의 하류에 접속된 고주파 전원으로부터 고주파 전력이 공급될 때, 가스도입구와 고주파 전원의 접속부와의 사이의 가스배관의 일부에 절연체가 개재하지 않아도 고주파 전력이 가스도입구 측으로 빠져나가는 것을 방지할 수가 있다.
게다가, 재치대에 부착된 회전축은 회전가능하도록 처리 체임버의 외부에서 지지돼 있기 때문에, 회전에 의한 지지부의 마모에 기인하는 장치 내에서의 발진(發塵)을 방지할 수가 있다.
본 발명의 가스 분산기에 의하면, 제 1의 가스 유로에 의해 중앙부로 유도된 가스를 방사방향에 분류하며, 다시 중앙부로부터 단부에 이르는 중도에서 가스를 중앙부 방향과 주변부 방향에 재분류하는 제 2의 가스 유로와, 재분류된 가스를 방출하는 가스방출공과를 가진다. 이를테면, 제 1의 가스 유로는 기체의 중앙부에 형성된 관통공이며, 제 2의 가스 유로는 기체의 관통공(제 1의 가스유로)으로부터 도입된 가스를 방사방향에 유도하는 가스받이 부재와 기체와의 사이 및 가스받이 부재와 환상의 가스방출구와의 사이에 형성된 한연결의 극간이다.
따라서, 제 1의 가스 유로를 통한 가스는 다시 제 2의 가스 유로가 되는 극간을 통해 가스방출공으로 보내지기 때문에, 제 1의 가스 유로에서 나온 가스는 필요이상으로 퍼지는 일 없이 가스방출공으로 보내진다. 때문에, 가스방출공에의 가스의 공급이 균등화된다. 게다가, 제 1의 가스 유로에서 나온 가스를 방사방향에 퍼치는 받이 부재를 지니기 때문에, 미리 가스가 퍼진 상태로 방출할 수가 있다. 때문에, 제 1의 가스 유로로부터 직접 가스를 방출하는 경우에 비해 주변부에의 가스의 공급량을 보다 균등화할 수가 있다.
본 발명의 플라즈마 처리장치에 있어서는, 상기 분산기를 지니고, 복수의 피처리체가 환상영역에 형성된 가스방출구에 대향하여 재치되는 재치대를 가지고 있다. 따라서, 가스방출구로부터 피처리체의 거의 직상에 가스가 방출되기 때문에, 피처리체의 거의 중심부에 반응가스가 방출되게 되어, 피처리체에의 가스의 공급량을 한층 균등화할 수가 있다. 이에 의해, 복수의 피처리체 상에 막두께나 막질이 균일한 막을 형성하거나, 또는 균일한 에칭을 행할 수가 있다.
또, 가스 분산기로부터의 가스의 공급이 장소에 따라 치우쳐 있는 경우라도, 또는 장치구성 상의 비대칭성에 의해 가스의 흐름이 치우쳐 있는 경우라도, 성막중에 가스 분산기를 환상영역의 방향에 회전시킴에 의해서 피처리체에의 반응가스의 공급이 균등화되어, 복수의 피처리체 상에 막두께나 막질이 균일한 막을 형성하거나, 또는 균일한 에칭을 행할 수가 있다.
또한, 가스 분산기가 플라즈마 처리장치의 대향전극을 겸하는 경우, 가스 분산기의 기체와 가스방출구와를 기체의 주변부(외주부) 뿐 아니라 중앙부(내주부)에서 접촉시킴에 의해, 가스를 플라즈마화하기 위한 고주파 전원을 기체에 접속하여 고주파 전력을 공급한 때에, 가스 분산기의 기체와 가스방출구와를 기체의 주변부에서만 접촉시킨 경우와 비교하여 기체와 가스방출구 간의 전위차를 보다 저감시키는 것이 가능하게 된다. 때문에 이들 간의 방전을 방지할 수가 있다.
또, 피처리체에 바이어스 전압을 부여하는 교류전원을 재치대의 전극에 접속시킴에 의해, 활성입자(이온)를 전계에 의한 인력에 의해 모을 수가 있어, 성막 레이트나 에칭 레이트를 높이고, 또 치밀한 막을 형성하는 것이 가능하게 된다.
또, 가스 분산기를 겸한 전극(제 1의 전극)과 재치대를 겸한 전극(제 2의 전극)을 각각 단일의 전극으로 함에 의해, 고주파 전원은 하나로 자란다. 게다가, 재치대에 설치된 히터를 단일의 히터로 함에 의해 그에 전력을 공급하는 전원은 하나로 자란다. 이에 의해, 장치의 대형화를 억제할 수가 있다.
아하에, 본 발명의 실시의 형태를 도면을 참조하면서 설명한다. 여기서, 그림 중 같은 부호의 것은 같은 것을 나타내며, 중복되는 기술은 간략화하거나 생략돼 있다.
(제 1의 실시의 형태)
도 4는 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 관계되는 플라즈마 CVD 장치에 대하여 보이는 측면도이다.
도 4에 있어서, (31)은 단일의 처리 체임버, (32)는 웨이퍼(피처리체)를 처리 체임버 (31) 내에 반입하거나 또는 반출하는 반입/반출구로서, 반입/반출구 (32)를 개폐하는 밸브 (56)이 마련돼 있다. (33), (33a), (33b)는 도시하지 않은 배기장치가 접속된 배기구(排氣口)이다. 처리 체임버 (31) 내는 배기구 (33, 33a, 33b)를 통하여 배기되어 소정의 압력으로 감압할 수가 있게 돼 있다.
게다가, 처리 체임버 (31) 내에는 웨이퍼 재치대 (35)가 부착된 회전보지구 (34)와, 그 재치대 (35)의 웨이퍼의 채치면에 대향하는 가스 분산기 (47)이 마련돼 있다.
가스 분산기 (47)은 반응가스를 도입하는 가스도입구와 반응가스를 방출하는 가스방출구를 구비하여, 그들은 가스 유로에 의해 서로 연결돼 있다. 또, 가스 분산기 (47)의 가스도입구에는 가스배관 (151)이 접속돼 있으며, 가스배관 (151)의 가스도입구 (49)는 가스배관에 의해 성형된 가스 유로 (48)을 통하여 가스 분산기 (47)의 가스도입구와 연결돼 있다. 가스배관 (151)은 일부가 절연체 (50)으로 작성돼 있는 외는 도전성을 지닌다.
또, 가스 분산기 (47)은 반응가스를 플라즈마화하는 대향전극 중의 일방의 전극(제 1의 전극)으로서의 기능을 지니며 도전체로 작성돼 있다. 그리고, 가스 분산기 (47)과 연결되는 도전성의 가스배관 (151)에는 반응가스를 플라즈마화히기 위한 고주파 전원 (54)가 매칭 회로 (53)을 거쳐 접속된다. 고주파 전원 (54)의 주파수로서 13.56 MHz가 사용된다. 또한, 고주파 전원 (54)의 주파수로서 경우에 따라 100 kHz 그 밖의 주파수가 사용되기도 한다. 또, 가스도입구 (49) 측의 도전성의 가스배관 (151)은 접지된다. 도 7에 이 부분의 등가회로를 보인다. 가스배관 (151)이 설치되는 이유는, 가스배관 (151)에 연결되는 가스봄베 등을 접촉한 사람이 감전하지 않도록 하기 위함이다. 또, 가스배관 (151)의 일부가 절연체 (50)으로 작성되는 이유는, 가스배관 (151) 전체에 도전체를 사용하면 고주파 전력이 전극으로서의 가스 분산기 (47) 쪽으로 공급되지 않고 가스배관의 가스도입구 (49) 쪽으로 빠져나가기 때문이다.
회전보지구 (34)는 재치대 (35)와 측벽 (34a)와 하부 벽 (34b)와 회전축 (40)으로 이루어져서, 성막중에 회전축 (40)에 의해 일방향으로, 또는 좌우방향으로 회전한다.
또, 가스 분산기 (47)의 가스방출 면에 대한 반대측의 면에는 히터 (51)이 부착돼 있다. 이는 이하의 이유 때문이다. 즉, 가스 분산기 (47)에서 방출되는 반응가스에 의해 반응생성물이 생성되어 가스 분산기 (47)에 부착한다. 그 반응생성물은 그대로는 부드러워, 박리하여 파티클이 되기 쉽다. 그 파티클을 박리하기 어렵게 하기 위하여, 가스 분산기 (47)을 200℃ 정도에 가열함에 의해 반응생성물을 굳게 함과 동시에, 반응생성물과 가스 분산기 (47)과의 밀착성을 좋게 한다.
재치대 (35)의 상세를 도 5a, 도 5b에 보인다. 도 5a는 상면도, 도 5b는 도 5a의 II-II 선 단면도이다. 동도에 의하면, 재치대 (35)의 표면에는 탄탈이나 텅스턴으로 이루어지는 도전판 (101)이 붙여 있으며, 이 도전판 (101)과 접촉하여 반응가스를 플라즈마화하기 위한 탄탈이나 텅스텐으로 이루어지는 제 2의 전극(도전판) (102)가 묻혀 있다. 제 2의 전극 (102)는 대향전극 중 한쪽의 전극(제 2의 전극)으로서의 기능을 지닌다. 또한, 이 제 2의 전극 (102)의 아래의 재치대 (35)의 하부에는 절연체(기체) (104)를 거쳐 탄탈이나 텅스텐으로 이루어지는 히터 (103)이 묻혀 있다. 절연체 (104)는 도전판 (101), 제 2의 전극 (102) 및 히터 (103)의 재료의 탄탈이나 텅스텐과 팽창계수가 거의 같은 절연재료, 예를 들어 알루미나 세라믹이러 이루어진다.
또, 제 2의 전극 (102)에는 배선 (41)이 접속되며, 배선 (41)의 타단은 고주파 전원 (154)와 연결된다. 플라즈마 생성중에는 제 2의 전극 (102)에 예를 들어 주파수 380 kHz의 고주파 전력을 공급하여 웨이퍼 (55a∼55d)를 부전압에 바이어스한다.
히터 (103)에는 타의 배선 (42a, 42b)가 접속되며, 배선 (42a, 42b)의 타단은 도시하지 않은 직류전원과 연결된다. 히터 (103)에는 직류전력을 공급하여 발열시키어 웨이퍼 (55a∼55d)를 가열한다.
웨이퍼 (55a∼55d)를 부전압에 바이어스함에 의해 성막 레이트를 올릴 수 있으며, 또 웨이퍼 (55a∼55d)를 부전압에 바이어스하여 가열함에 의해 형성막의 치밀성을 증대시킬 수 있다.
상기 재치대 (35)는 다음과 같이 하여 작성된다. 즉, 알루미나의 제 1의 그린시트 상에 히터 (103)을 얹어, 그 위를 알루미나로 이루어지는 제 2의 그린시트로 피복하며, 다시 그 위에 제 2의 전극 (102)를 얹는다. 그리하여 제 2의 전극 (102)의 위를 알루미나로 이루어지는 제 3의 그린시트로 피복한 후, 제 2의 전극 (102) 상의 제 3의 그린시트를 제거하여 제 2의 전극 (102)를 노출시킨다. 이어서, 제 2의 전극 (102)와 그 주변부의 제 3의 그린시트 상에 도전판 (101)을 얹은 다음, 가열하여 그린시트를 경화시킨다. 이에 의해, 제 2의 전극 (102)와 히터 (103)이 일체적으로 묻힌 재치대 (35)가 작성된다. 제 2의 전극 (102)와 히터 (103)이 세라믹 중에 일체적으로 묻혀짐에 의해, 열팽창계수의 차에 의해 생기는 열응력에 대한 강도를 증대시키기 때문에, 히터 (103)의 가열에 의해 세라믹에 공극이 생기거나 하는 것을 억제할 수가 있다.
더구나, 상기의 고주파 전원 및 직류전원에 배선 (41, 42a, 42b)를 직결시킨 경우, 재치대 (35)의 회전에 의해 배선 (41, 42a, 42b)가 비틀어지나, 재치대 (35)의 회전을 같은 회전수 만큼 돌이킴에 의해 배선 (41, 42a, 42b)의 비틀어짐을 방지할 수가 있다. 또, 고주파 전원 및 직류전원과 배선 (41, 42a, 42b)와의 접속을 전원 측과 회전축 (40) 측의 쌍방에 부착한 접촉자(로터리 커넥터)으로 행하면, 일방향의 회전이라도 배선 (41, 42a, 42b)의 비틀어짐을 방지할 수가 있다.
게다가, 상기의 재치대 (35)에는 제 2의 전극 (102)가 묻혀 있으나, 회전가능한 재치대 (35)와 고정한 제 2의 전극 (102)와로 분리하여도 좋다.
또한, 도 4에 보이는 바와 같이, 재치대 (35)의 하측에는 웨이퍼 (55c)를 재치대 (35)로부터 이탈시키기 위한 웨이퍼 리프터 (38)이 마련돼 있다. 또, 재치대 (35)에는 관통공이 형성되고, 거기에 웨이퍼 리프트 핀 (39)가 꽂혀 있다. 웨이퍼 리프트 (38)을 밀어올림에 의해 웨이퍼 리프트 핀 (39)가 관통공을 통하여 웨이퍼 (55c)를 밀어올려서 재치대 (35)로부터 이탈시킨다.
또, 회전축 (40)과 장치와의 사이의 극간의 기밀보지를 위해 재치대 (35)의 하측에 유체 자기(磁氣) 실드 (43)의 철분 그리스 (43b)가 마련돼 있다. 재치대 (35)는 가열에 의해 승온하기 때문에, 유체 자기 실드 (43)의 철분 그리스(43b)가 열에 의해 변질될 우려가 있다. 이를 피하기 위해 장치 하측으로의 열전달을 극력 억제할 필요가 있다. 따라서, 열전도를 방지하며 또 열복사를 억제하기 위해, 재치대 (35)는 절연체 (36)을 거쳐 스테인레스의 가늘은 지지봉 (37)에 의해 수개소에서 지지되어서, 가능한 한 장치 하부로부터 멀어지게 해 있다. 또, 지지봉 (37)로 지지되는 이외는 재치대 (35)와 장치 하부와의 사이에는 대기가 개재해 있을 뿐이다.
게다가, 유체 자기 실드 (43)은 자석 (43a)와 철분 그리스 (43b)로 이루어진다. 예를 들어, 도시하는 바와 같이, 회전축 (40)과 장치의 기대 (58)과의 사이의 극간을 밀봉하기 위해, 그 극간에 철분 그리스 (43b)를 채우고, 기대 (58)측을 자석 (43a)로 형성하여 철분 그리스 (43b)가 이동하지 않게 하여, 처리 체임버 (31) 내의 기밀을 보지한다.
또한, 하부 벽 (34b)의 중앙부에는 배선 (41, 42a, 42b)를 끌어내기 위한 관통공이 형성돼 있다. 또, 그 관통공의 주위의 하부 벽 (34b)에는 그 관통공의 직경보다 큰 직경의 회전축 (40)이 부착되어, 배선 (41, 42a, 42b)는 재치대 (35)로부터 그 관통공을 통해, 다시 회전축 (40)의 내부를 통하여 끌어내진다.
게다가, 회전보지구 (34)는 볼베어링 (45)의 지지에 의해 장치의 기대 (58)로부터 소정의 간격을 유지하여 보지돼 있다. 회전보지구 (34)의 하부 벽 (34b)의 하면과 기대 (58)의 상면에는 각각 동심원상(狀)으로 마주쳐 세운 복수의 차폐판 (44)가 형성되어, 그 것이 빗꼴로 맞물어 회전보지구 (34)가 회전한다. 서로의 차폐판 (44) 간의 극간은 좁고, 극간의 단면형상은 몇 번이고 굽어 꾸불꾸불한 형상을 하고 있다. 그래서, 극간의 콘덕턴스가 작아 웨이퍼 (55a∼55d)에 공급된 후에 필요없어진 반응가스는 이 극간을 흐르기가 어렵다. 또한, 반응가스의 반응에 의해 생성된 파티클의 통과도 억제된다. 이에 의해, 차폐판 (44)의 하류이고 회전보지구 (34)의 하부 벽 (34b)와 장치의 기대 (58)의 사이에 끼인 볼베어링 (45)에 반응생성물이 부착하는 것을 방지하며 또한, 파티클에 의해 철분 그리스 (43b) 등이 오염되는 것을 억제할 수가 있다. 또, 이들을 빠져나온 약간의 반응가스도 장치의 기대 (58)에 형성된 배기구 (33b, 33a)를 통해서 장치의 배기구 (33)으로부터 배기된다. 게다가, 도시하여 있지는 않으나, 배기구 (33b, 33a)의 사이는 배기관에 의하여 연결돼 있다.
또한, 가스 분산기 (47) 및 회전보지구 (34)의 측면으로부터의 방전을 방지하기 위해, 가스 분산기 (47) 및 회정보지구 (34)의 측면에는 이 측면으로부터 약간의 극간을 두고 다크실드 (46)이 마련돼 있다.
다음, 도 6a∼도 6c를 참조하면서 가스 분산기 (47)의 상세에 대하여 설명한다.
도 6a는 단면도, 도 6b는 도 6a의 받이판 (108)의 상면도, 도 6c는 가스 분산기 (47)의 하면도이다. 도 6a의 받이판 (108)의 부분의 단면도는 도 6b의 III-III 선 단면에 상당하고, 도 6a의 가스 분산기 (47) 전체의 단면도는 도 6c의 IV-IV 선 단면에 상당한다.
도 6a∼도 6c에 보이는 바와 같이, 가스 분산기 (47)은 기체 (105)와, 환상으로 복수의 가스방출공 (111)이 형성된 원형상(狀)의 도전성의 가스방출판(가스방출구) (110)와를 지닌다.
가스방출판 (110)의 중앙부에는 가스방출공 (111)이 형성돼 있지 않다. 가스 분산기 (47)을 재치대 (35) 상에 설치한 때, 가스방출공 (111)은 재치대 (35)의 원주에 따라서 재치된 웨이퍼와 대향한다. 가스방출판 (110)은 기체 (105)의 주변부에서 기체 (105)에 고정되어 부착돼 있다. 또, 기체 (105)의 중앙부에는 관통공이 형성되어, 제 1의 가스 유로 (48)이 된다. 제 1의 가스 유로 (48)은 기체 (105)의 단면(端面)에서 가스의 취출구 (106)이 되어, 제 2의 가스 유로 (48e)를 거쳐 복수의 가스방출공 (111)과 연결돼 있다.
제 2의 가스 유로 (48e)는, 제 1의 가스 유로 (48)에 의해 중앙부에 유도된 가스를 방사방향에 분류하며, 또 기체 (105)의 중앙부로부터 단부에 이르는 중도에서 가스를 중앙부 방향과 주변 방향에 재분류한다. 그리하여, 중앙부의 둘레의 환상영역에 배치된 가스방출구 (111)에 의해, 재분류된 가스가 방출된다.
제 2의 가스 유로 (48e)의 구체적인 구조는 아래와 같다.
즉, 기체 (105)의 중앙부에 요(凹)부 (107)이 형성되고, 이 요부 (107)에는 제 1의 가스 유로 (48)의 취출구 (106)이 형성돼 있다. 또한, 그 요부에 들어갈만한 크기의 원판상의 도전성의 받이판(가스받이 판) (108)이 취출구 (106) 주변의 기체 (105)에 부착돼 있다. 받이판 (108)의 선단의 위치가 대체로 회전하는 웨이퍼의 중심이 그리는 원주 위에 오도록, 또 기체 (105)와 받이판 (108)의 사이에 제 2의 가스 유로 (48e)Z가 형성되로록 요부 (107)의 반경과 받이판 (108)의 반경은 설정된다. 도 6b에 보이는 받이판 (108)에는 가스 유통을 한층 좋게 하기 위해, 취출구 (106)에 대향하는 면에 중심부에서 방사상으로 가스 유통홈 (109)가 형성돼 있다.
또한, 받이판 (108)과 가스방출판 (110)과의 사이에 제 2의 가스 유로 (48e)가 되는 극간을 형성한다. 이에 의해, 받이판 (108)에 의해 유도된 가스는 그 극간을 통하여 재차 중앙부 및 주변부에 퍼져, 가스방출공 (111)로부터 방출된다.
또, 가스방출판 (110)의 중앙부에서 가스방출판 (110)은 받이판 (108)과 접촉하고 있다. 이에 의해, 기체 (105)와 가스방출판 (110)과는 중앙부와 주변부에서 전기적인 도통이 취해기게 된다.
그런데, 가스 분산기 (47)을 구성하는 기체 (105)와 가스방출판 (110)과의 주변부 만으로 도통이 취해진 경우, 고주판 전력이 인가된 때 가스방출판 (110)의 리드 인덕턴스에 의해 기체 (105)와 가스방출판 (110)과의 사이의 전위강하가 중앙부에서 보다 커지며, 이 때문에 가스 분산기 (47)의 중앙부의 기체 (105)와 가스방출판 (110)과의 사이에서 방전한다.
이와 같은 때, 도 6a에 보이는 바와 같이, 상기와 같이 기체 (105)와 가스방출판 (110)과는 주변부에 더하여 중앙부에서 도통이 취해짐에 의해, 기체 (105)와 가스방출판 (110)과의 사이의 전위강하가 보다 작아지기 때문에, 그 사이의 방전을 방지할 수가 있다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 복수의 웨이퍼가 재치되는 재치대 (35)가, 가스 분산기 (47)에 대하여 회전이동하게 이루어져 있다. 때문에, 가스 분산기 (47)로부터의 반응가스의 공급이 장소에 따라 치우쳐 있는 경우에도, 또는 장치구성 상의 비대칭성에 의해 반응가스의 흐름이 치우쳐 있는 경우에도, 성막중 또는 에칭중에 재치대 (35)를 일방향 또는 좌우에 회전시킴에 의해 웨이퍼에의 반응가스의 공급이 균등화되기 때문에, 복수의 웨이퍼 상에 균일한 막두께나 균질의 막질의 막을 형성하며, 또는 균일한 에칭을 행할 수가 있다.
또, 가스 분산기를 겸하고 있는 제 1의 전극과 재치대를 겸하고 있는 제 2의 전극을 각각 단일의 전극으로 함에 의해서, 제 1 및 제 2의 전극에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원 (54)가 하나로 자란다. 게다가, 재치대 (35)의 히터를 단일의 히터 (103)으로 함에 의해서 그에 전력을 공급하는 전원이 하나로 자란다. 이에 의해, 장치의 대형화를 방지할 수가 있다.
또, 제 1의 전극과 제 2의 전극 간에 고주파 전력을 인가하여 반응가스를 플라즈마화 할 때, 복수의 웨이퍼가 실린 재치대 (35)의 전영역이 하나의 전극으로서 기능하기 때문에, 발생하는 플라즈마의 강도는 장소적으로 다르기 쉽다. 이 경우에도, 가스분산기 (47)에 대하여 재치대 (35)가 회전함에 의하여 모든 웨이퍼에의 플라즈마 강도가 균등화된다. 이에 의해, 균일한 막두께 및 균질의 막질을 가지는 막을 형성할 수가 있다.
또한, 재치대 (35)가 히터 (103)을 구비하고 있기 때문에, 웨이퍼를 가열하면서, 재치대 (35)를 회전시킬 수가 있다. 이에 의해, 웨이퍼의 온도를 소정의 온도에 보지한 채롤 웨이퍼의 이동을 행할 수가 있다.
게다가, 가스 분산기 (47)은 재치대 (35)의 원주에 따라서 배치된 복수의 웨이퍼에 대향하는 환상영역에 가스방출구 (111)이 마련돼 있다. 따라서, 웨이퍼와 대향하는 가스방출공 (111)로부터 웨이퍼의 거의 직상에 반응가스를 방출하기 때문에, 웨이퍼에의 반응가스의 공급량을 보다 균등화할 수가 있다. 또, 웨이퍼의 거의 중심부에 반응가스가 방출되게 되기 때문에, 반응가스는 웨이퍼의 중심부로부터 웨이퍼 위를 방사상으로 퍼져, 웨이퍼 면내에서의 반응가스의 공급량의 혼란을 저감시킬 수가 있다.
또, 가스도입구 (49)와 환상의 가스방출공 (111)과를 잇는 좁은 가스 유로 (48, 48e)를 지니고 있다. 좁은 가스 유로 (48, 48e)를 통하여 가스도입구 (49)로부터 가스방출공 (111)에 반응가스가 보내지기 때문에, 가스도입구 (49)로부터 도입된 반응가스는 필요이상으로 퍼지는 일 없이 가스방출공 (111)에 보내진다. 때문에, 가스방출공 (111)에의 반응가스의 공급이 균등화된다. 이에 의해, 웨이퍼에의 반응가스의 공급량을 한층 균등화할 수가 있다.
다음에는, 상기의 플라즈마 처리장치를 이용하여 성막하는 방법에 대하여 도 8a∼8d를 참조하면서 설명한다. 실리콘 함유 반응가스로서 알콕시실란 중 트리메톡시실란〔(CH3O)3SiH〕를 이용한다.
도 8a는 배선층이 형성된 후이며, 플라즈마 CVD 법에 의해 실리콘 함유 절연막을 형성하기 전의 상태를 보이는 단면도이다. 도 중, (61)은 실리콘 기판, (62)는 실리콘 기판 (61) 상에 형성된 실리콘 산화막으로 이루어지는 바탕 절연막, (63a, 63b)는 바탕 절연막 (62) 상에 형성된, 소정의 간격으로 인접하는 배선층이다. 이상이 피퇴적기판으로서의 웨이퍼 (55a∼55d)를 구성한다.
우선, 처리 체임버 (31) 내를 배기하여, 소정의 압력에 보지한다.
계속해서, 처리 체임버 (31) 내에 웨이퍼 (55a∼55d)를 반입하여, 회전보지구 (34)의 재치대 (35)에 재치한다.
이어서, 히터 (103)에 의해 웨이퍼 (55a∼55d)를 가열하여, 소정의 온도에 보지한다. 이 실시의 형태의 경우, 온도 300∼400℃ 로 한다. 또, 히터 (51)에 의해 가스 분산기 (47)을 200℃ 정도에 가열한다.
다음, 유량 100 sccm 의 아르곤 가스(캐리어 가스)에 의해 10℃ 에 보온된 액상의 트리메톡시실란〔TMS : SiH(OCH3)3〕을 버블링하여, 트리메톡시실란을 함유하는 아르곤 가스를 생성한다. 여기에 산화성 가스로서 소정의 유량의 N2O 가스를 가하여, 가스 분산기 (47)을 통해 처리 체임버 (31) 내에 도입한다. 이 때, 처리 체임버 (31) 내의 압력을 약 1 Torr에 보지한다.
이어서, 회전보지구 (34)를 1 회전 마다에 앞의 회전과는 역방향으로 회전시킨다. 성막 중 이 회전동작을 소정의 주기로 계속한다.
다음에는, 주파수 13.56 MHz, 전력 2 kW의 고주파 전력을 가스 분산기 (47)에 공급함과 동시에, 재치대 (35)의 제 2의 전극 (102)에 주파수 380 kHz, 전력 2 kW의 고주파 전력을 공급한다.
가스 분산기에의 전력인가에 의해 반응가스는 플라즈마화하여, N2O 는 활설화 질소 N8, 활성화 산소 O*에 해리하며, 실리콘 함유 가스도 Si-H 결합을 함유하는 이온과 전자에 해리한다. 이 때, 재치대 (35)의 제 2의 전극 (102)에 고주파 전력을 인가하고 있기 때문에 전자와 이온의 이동도의 차에 의해 전자가 웨이퍼 (55a∼55d)에 축적되어 웨이퍼 (55a∼55d)는 부전압, 이 경우 -80∼-90 V 에 바이어스된다. 이에 의해, 플라즈마화된 반응가스의 이온이 웨이퍼 (55a∼55d) 상에 끌어 당겨져 활성화 질소나 활성화 산소와 반응하여 웨이퍼 (55a∼55d) 상에 배선층 (63a, 63b)를 피복하는 SiOxNy막 (64)가 형성되기 시작한다. 웨이퍼 (55a∼55d)가 부전압에 바이어스돼 있기 때문에 웨이퍼에의 이온의 도달량이 불어, 성막 레이트가 보다 커진다. 또, 반응가스는 웨이퍼 (55a∼55d)의 거의 직상에서 취출되기 때문에 웨이퍼 (55a∼55d)에의 반응가스 공급량은 균등해진다. 게다가, 웨이퍼 (55a∼55d)가 회전하기 때문에, 가스 분산기 (47)로부터의 반응가스의 공급이 장소에 따라 치우쳐 있는 경우에도, 또는 장치구성 상의 비대칭성에 의한 반응가스의 흐름이 치우쳐 있는 경우에도, 성막중에 재치대 (35)를 좌우로 회전시킴에 의해 웨이퍼 (55a∼55d)에의 반응가스의 공급이 균등화된다. 더구나, 가스분산기 (47)에 대하여 재치대 (35)가 회전하고 있기 때문에, 웨이퍼 (55a∼55d)에의 플라즈마 에네르기가 위치에 무관하게 균등화된다.
이 상태를 소정의 시간 보지하면, 도 8b에 보이는 바와 같이, 소정의 막두께의 SiOxNy막 (64)가 형성된다. 이 때, 웨이퍼 (55a∼55d)에의 반응가스의 공급이 균등화돼 있기 때문에, 복수의 웨이퍼 (55a∼55d) 상에 균일한 막두께나 균질의 막질의 막을 형성할 수가 있다.
이어서, 도 8c에 보이는 바와 같이 열 CVD 법에 의해 SiOxNy막 (64) 상에 실리콘 산화막 (65)를 형성한다. 즉, 상압(常壓) 분위기 중에 웨이퍼 (55a∼55d)를 놓고, 웨이퍼를 약 400℃ 에 보지한 상태에서, 캐리어 가스에 의해 운반되는 TEOS 에 농도 6% 의 비율로 O3를 함유하는 O3+O2가스를 첨가한 반응가스를 도입한다. 이에 의해, 반응가스를 열적으로 분해하며, 반응시키어 SiOxNy막 (64) 상에 실리콘 산화막 (65)를 형성한다. 이 때, 바탕의 SiOxNy막 (64)는 TEOS+O3를 이용한 열 CVD 법에 의한 실리콘 산화막 (65)와의 적합성이 좋기 때문에, 실리콘 산화막 (65)의 성막 레이트가 균일해지고, 이상(異常)성장이 억제되며, 또 실리콘 산화막 (65)의 스텝 커버리지도 좋다.
그 다음, 도 8d에 보이는 바와 같이, 플라즈마 CVD 법에 의해 상기와 같은 조건으로 실리콘 산화막 (65) 상에 SiOxNy막 (66)을 형성하면 3층 구조의 층간 절연막이 완성된다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 플라즈마 CVD 법에 의한 성막방법에 있어서, 웨이퍼 (55a∼55d)에의 반응가스의 공급량 및 플라즈마 에네르기가 균등화되기 때문에, 웨이퍼 (55a∼55d) 표면에는 균일한 막두께나 균질의 막질의 SiOxNy막 (64, 66)이 형성된다.
또, 웨이퍼 (55a∼55d)의 바이어스와 가열에 의해, 형성된 SiOxNy막 (64, 66)은 보다 치밀한 것이 된다.
더구나, 본 발명의 플라즈마 처리장치를 성막장치로서 이용하고 있으나, 성막가스를 에칭 가스로 변화시키고, 또 플라즈마 생성조건을 에칭에 적합하도록 조정해주면, 에칭장치로서 이용할 수가 있다.
예를 들어, SiOxNy막 (64)/실리콘 산화막 (65)/SiOxNy막 (66)을 에칭하여 피어홀 (68)을 형성하는 예를 도 9a, 도 9b에 보인다. 도 중, 도 8a∼도 8d와 같은 부호로 보인 것은 도 8a∼도 8d와 같은 것을 나타낸다. 타의 부호 (67)은 레지스트 마스크이다. 에칭 가스로서, 예를 들어 CF4+ H2를 사용한다. 이 경우, 같은 종류의 막이기 때문에, 동일의 에칭 가스로 한 번에 에칭할 수가 있다.
또, 다른 종류의 다층막을 에칭하는 경우, 막의 종류에 따라 에칭 가스를 달리하면, 다른 종류의 막을 연속하여 에칭하는 것이 가능하다.
(제 2의 실시의 형태)
도 10은 본 발명의 제 2의 실시의 형태에 관계되는 플라즈마 처리장치를 보이는 측면도이다. 제 1의 실시의 형태와 다른 점은, 회전보지구 (34)에 부착된 회전축 (40)을 처리 체임버 (31)의 외부에서 지지하고 있는 것이다.
즉, 도 4에 보이는 회전보지구 (34)의 하부 벽 (34b)의 하면과 장치의 기대 (58) 상면의 반응가스의 흐름을 억제하기 위한 차폐판 (44)와, 회전보지구 (34)를 지지하기 위한 볼베어링 (45)가 제거되고, 대신, 도 10에 보이는 바와 같이, 기대 (58)의 하측의 처리 체임버 (31)의 외부에서 회전축 (44)가 회전가능하도록 볼베어링 (60)에 의해 지지돼 있는 사실이다. 게다가, 도 중, (59a)는 회전축 (40)에 부착된 베어링받이구(具), (59b)는 처리 체임버 (31)의 외부의 장치와는 별개의 개소에 고정하여 부착된 베어링받이구이다.
이에 의해, 회전축 (40)의 지지부에서의 볼베어링 (45)의 마모에 기인하는 발진의 영향이 장치내부에 미치는 것을 방지할 수가 있다.
(제 3의 실시의 형태)
도 11은 본 발명의 제 3의 실시의 형태에 관계되는 플라즈마 처리장치의 재치대의 부분을 보이는 상면도이다. 제 1의 실시의 형태와 다른 점은, 히터 (103a∼103d)가 웨이퍼 (55a∼55d)의 각 재치부에 독립으로 설치돼 있는 것이다.
이에 의해, 각 웨이퍼 (55a∼55d)를 독립으로 가열할 수가 있다. 따라서, 웨이퍼 (55a∼55d)의 각 재치부에서의 열전도도가 다른 경우나 단일의 히터에서는 히터의 발열량이 달라지게되는 그런 경우, 각 히터 (103a∼103d)의 발열량을 조정하여 웨이퍼 (55a∼55d) 간의 온도의 균일화를 도모할 수가 있다.
(제 4의 실시의 형태)
도 12a는 본발명의 제 4의 실시의 형태에 관계되는 플라즈마 처리장치의 가스 분산기를 보이는 단면도, 도 12b는 12a의 하면도이다. 도 12a는 도 12b의 V-V선 단면에 상당한다. 제 1의 실시의 형태와 다른 점은 4개소 독립으로 반응가스를 공급할 수 있는 가스방출부를 지니는 가스 분산기 (47a)를 구비하고 있는 것이다. 도 중, 48a∼48d는 각각 독립으로 반응가스를 흘릴수가 있게 형성된 가스 분산기 (47a)의 복수의 가스도입구와 각각 독립으로 연결되는 복수의 가스 유로이다. (106a∼106d)는 기체 (105a)의 요(凹)부에 형성된 복수의 가스 유로 (48a∼48d)의 취출구이다. (111a∼111d)는 각 가스방출부의 가스방출판 (110a)에 형성된 복수의 가스방출공이다.
따라서, 가스 분산기 (47a)의 제작 혼란에 의해 가스 유로의 길이나 내경등이 장소에 따라 다르게 된 경우라도, 가스 분산기 (47a)의 각 가스도입구로 도입하는 반응가스의 유량조정에 의해 가스방출부로 방출되는 반응가스의 방출량을 균등히 하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 균일한 막두께, 막질이 다른 종류의 다층막을 웨이퍼 상에 형성하며, 또는 균일한 에칭을 행할 수가 있다.
이 경우에도, 대향전극은 각각 단일의 전극으로 이루어지기 때문에, 고주파 전원은 하나로 좋아, 장치의 대형화를 억제할 수가 있다. 또, 웨이퍼의 온도를 소정의 온도에 보지한 채로 웨이퍼의 이동과 연속적인 성막이 가능하게 된다. 이에 의해, 성막조건이나 에칭조건의 변동을 받는 일이 없다. 따라서, 소정의 온도에 웨이퍼의 온도를 설정하고 또 가스 유량 등을 설정해 놓으면, 성막이나 에칭을 종료하기까지 웨이퍼의 온도나 가스 유량 등을 조정할 필요가 없기 때문에, 성막조건이나 에칭조건의 정밀도를 향상시킬 수가 있다.
(제 5의 실시의 형태)
도 13a, 13b는 본 발명의 제 5의 실시의 형태에 관계되는 플라즈마 처리장치의 가스 분산기 (47)에 접속된 가스배관 (151)의 부분을 보이는 하면도이다. 도 4 및 도 7에 보이는 제 1의 실시의 형태와 다른 점은, 가스배관 (151)의 일부에 절연체 (50)을 사용하지 않고 가스배관 (112, 151)이 도전체로 형성돼 있다는 것, 게다가 고주파 전원 (54)의 접속부보다도 상류의 가스배관 (112)을 코일상(狀)에 가공하고 있다는 것이다. 한편, 도 7은 도 4의 가스 분산기 (47)에 접속된 가스배관 (151)의 부분을 간략화한 그림이다.
코일상(狀)에 형성된 가스배관 (112)은 고주파 전력의 도통을 저지하는 코일로서의 기능을 지니며, 따라서, 도 4 및 도 7에 보이는 바와 같이, 고주파 전원 (54)의 접속부보다도 상류측의 가스배관의 일부에 절연체 (50)을 개재시키지 않아도 고주파 전원에서 공급된 고주파 전력이 가스배관의 가스도입구 (49)측으로 빠지는 것을 방지할 수가 있다.
가스배관 (112)으로 형성된 코일의 구체예에 대하여, 그의 인피던스를 계산하면 이하와 같이 된다. 즉, 고주파 전원 (54)의 주파수가 13.56 MHz인 경우, 예를 들어, 코일의 내경 50 mm, 권수 4.5 턴, 길이 40 mm 라고 하면, 코일의 인피던스는 110 Ω 정도가 된다. 이 때, 같은 주파수에서, 플라즈마의 저항이 1 Ω 이하로 대략 계산되기 때문에, 고주파 전력은 가스배관의 가스도입구 (49)측으로 빠지지 않고 거의 가스 분산기 (47)측에 공급되게 된다.
더구나, 상기의 실시의 형태에서는 가스 분산기 (47, 47a)를 고정하여, 재치대 (35)의 쪽을 회전시키고 있으나, 거꾸로, 재치대 (35)의 쪽을 고정하여, 가스 분산기 (47, 47a)의 쪽을 회전시키어도 상기의 실시의 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 플라즈마 처리장치에 있어서는, 복수의 피처리체가 보지되고 있는 재치대가 가스 분산기에 대하여 회전이동하도록 돼 있기 때문에, 공급되는 반응가스의 흐름이 치우쳐 있는 경우에도, 성막중 또는 에칭중에 재치대를 일방향 또는 좌우방향에 회전시킴에 의해 피처리체에의 반응가스의 공급이 균등화되고, 이에 의해, 복수의 피처리체 상에 균일한 막두께나 균질의 막질의 막을 형성하며, 또는 균일한 에칭을 행할 수가 있다.
또, 가스 분산기와 재치대를 각각 겸한 대향전극을 각각 단일의 전극으로 함에 의해, 고주파 전원이 하나로 자란다. 게다가, 재치대의 히터를 단일의 히터로 함에 의해 거기에 전력을 공급하는 전원이 하나로 자란다. 이에 의해 장치의 대형화를 억제할 수가 있다.
제 1의 전극과 제 2의 전극 간에 고주판 전력을 인가하여 반응가스를 플라즈마화하는 때, 가스분산기에 대하여 재치대가 회전함에 의해 모든 기판에의 플라즈마 강도가 균등화되기 때문에, 균일한 막두께 및 균질의 막질을 가지는 막을 형성할 수가 있다.
또한, 중앙부에 가스도입구를 지니는 단일의 가스 분산기를 이용하여, 그 가스방출부와 가스도입구와를 잇는 좁은 가스 유로를 지니고 있다. 따라서, 반응가스의 퍼짐이 억제되기 때문에, 가스방출부 등에의 반응가스의 공급이 균등화된다. 게다가, 그들의 가스방출부 등으로부터 피처리체의 거의 직상에 반응가스가 공급되기 때문에, 피처리체에의 반응가스 공급량이 한층 균등화된다.
또, 재치대가 히터를 구비하고 있기 때문에, 피처리체의 온도를 소정의 온도에 보지한 채로 피처리체의 회전이동을 행할 수가 있다. 게다가, 히터가 재치대의 복수의 재치부에 개별로 마련돼 있기 때문에, 각 히터의 발열량을 조정하여 각 재치부의 피처리체의 온도의 균일화를 도모할 수가 있다.
또한, 하나의 막을 성막한 다음 또는 에칭한 다음에 반응가스를 달리 함에 의해, 피처리체의 온도를 소정의 온도에 보지한 채로, 피처리체를 이동시키면서 다른 종류의 막을 연속적으로 성막하며, 에칭할 수가 있다. 이에 의해, 높은 처리량을 유지하면서 균일한 막두께나 막질이 다른 종류의 다층막을 형성하며, 또는 다른 종류의 다층막을 균일하게 에칭할 수가 있다.
또, 본 발명의 가스 분산기에서는, 기체의 중앙부에 마련된 관통공(제 1의 가스 유로)과, 관통공으로부터 도입된 반응가스를 방사방향에 유도하는 받이판과 기체와의 사이 및 그 받이판과 환상의 가스방출구와의 사이에 형성된 한연결의 극간(제 2의 가스 유로)과, 그 극간을 흘러 온 가스를 방출하는 방출구와를 지닌다.
따라서, 제 1의 가스 유로에서 나온 가스는 제 2의 가스 유로인 극간을 통하여 필요이상으로 퍼지는 일 없이 가스방출공에 보내지기 때문에, 가스방출공에의 가스의 공급이 균등화된다. 또한, 제 1의 가스 유로에서 나온 가스를 방사방향으로 퍼치는 받이판을 지니기 때문에, 미리 가스가 퍼진 상태로 방출할 수가 있어, 미리 가스가 퍼진 상태로 가스방출공으로부터 방출하여, 주변부에의 가스의 공급량을 한층 균등화할 수가 있다.
본 발명의 플라즈마 처리장치에 있어서는, 상기 가스 분산기를 지니고, 복수의 피처리체가 가스방출구의 환상영역에 대향하여 재치돼 있는 재치대를 지니고 있다. 따라서, 가스방출구로부터 거의 직상으로 가스가 방출되게 된다. 이로 인해, 피처리체에의 반응가스의 공급량을 한층 균등화하고, 또 피처리체 면내에서의 반응가스의 공급량의 혼란을 저감하여, 복수의 피처리체 상에 균일한 막두께나 균질의 막질의 막을 형성하며, 또는 균일한 에칭을 행할 수가 있다.
또, 가스 분산기로부터의 반응가스의 공급이 장소에 따라 치우쳐 있는 경우에도, 또는 장치구성 상의 비대칭성에 의해 반응가스의 흐름이 치우쳐 있는 경우에도, 성막중 또는 에칭중에 가스 분산기를 환상방향에 회전시킴에 의해 피처리체에의 반응가스의 공급이 균등화되어, 복수의 피처리체 상에 균일한 막두께나 균질의 막질의 막을 형성하며, 또는 막을 균일하게 에칭할 수가 있다.
또, 기체의 주변부 뿐 아니라 중앙부에서 가스방출구와 기체와 접촉시킴에 의해서, 기체를 거쳐 가스를 플라즈마화하기 위한 고주파 전력을 가스방출구에 공급한 경우, 기체와 가스방출구와의 사이의 전위차를 한층 저감시키어, 그들 간의 방전을 방지할 수가 있다.
게다가, 피처리체에 바이어스 전압을 부여하는 교류전원이 재치대의 전극에 접속됨에 의해, 활성입자를 전계(電界)에 의한 인력에 의해 모을 수가 있어, 성막 레이트나 에칭 레이트를 높이고, 또한 치밀한 막을 형성하는 것이 가능하게 된다.
또, 가스 분산기와 재치대를 각각 겸한 대향전극(제 1 및 제 2의 전극)으로 함에 의해서, 고주파 전원이 하나로 자란다. 이에 의해, 장치의 대형화를 억제할 수가 있다.

Claims (23)

  1. 플라즈마 처리장치로서,
    (a) 반응가스를 분산하며, 제 1의 전극의 대용이되는, 가스 분산기; (b) 처리할 기판이 재치되며 환상으로 배열된 재치부를 가진, 상기 가스 분산기를 면하는 상태로 회전하는 재치대;
    (c) 상기 재치부 아래에 배치되어, 상기 재치부에 재치된 기판에 대해 공통으로 제 2의 전극의 대용이 되는 단일의 도전판; 및
    (d) 상기 반응가스를 플라즈마화하게 전력을 공급하고, 상기 제 1의 전극과 상기 제 2의 전극중의 하나에 접속되고 있는, 고주파 전력공급장치,
    로 이루어지는 플라즈마 처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 판에 재치돼 있는 상기 기판에 바이어스 전입을 공급하며, 상기 제 2의 전극에 접속되고 있는 AC 전력 공급장치를 더 함유하는 플라즈마 처리장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 재치부 아래와 상기 재치부에 재치된 상기 기판에 공통하여 마련돼 있는 단일의 히터를 더 포함하는 플라즈마 처리장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 단일의 도전판과 상기 단일의 히터가 상기 재치대에 묻혀 있는 플라즈마 처리장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 단일의 도전판과 상기 히터가 그들 간에 배치된 상기 절연물질에 의하여 상호 절연돼 있는 플라즈마 처리장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 테이블과 그리고 상기 재치부에 대응하는 위치들에 따로따로 묻혀 있는 복수의 히터를 더 포함하는, 플라즈마 처리장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 도전판이 상기 테이블에 묻혀 있고, 상기 도전판과 상기 복수의 히터가 그들 간에 배치된 상기 절연물질의 의하여 절연돼 있는 플라즈마 처리장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 분산기가 상기 반응가스를 도입하는 가스도입구와 상기 테이블의 상기 재치부에 대향하는 가스 분산구를 가지며, 상기 가스도입구와 상기 가스분산구를 잇고 코일상(狀)의 배관부를 부분적으로 가지고 있는 도전성 가스배관이 더 마련돼 있는, 플라즈마 처리장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 분산기와 상기 테이블을 받으며 압력이 감소될 수 있는 처리실과,
    상기 재치대에 고정되어 상기 처리실의 외측에 연장하며, 상기 플라즈마 처리장치의 상기 외측에 회전가능하게 지지돼 있는 회전축,
    을 더 함유하는 플라즈마 처리장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 분산기가
    상기 반응가스를 도입하는 가스도입구와,
    상기 테이블의 상시 재치부에 대향하도록 배열돼 있는 환상의 가스 분산구, 및
    상기 환상의 가스 분산구를 상기 가스 도입구에 연결하는 가스 흐름 경로,
    를 더 함유하는 플라즈마 처리장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 환상의 가스분산구가 복수의 가스 분산구멍을 가지고 있는 플라즈마 처리장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 분산기가,
    상호 결리돼 있는 복수의 가스도입구와,
    상기 테이블의 상기 재치부에 대향하도록 환상으로 배열돼 있는 복수의 가스분산구, 및
    상호 격리돼 있으며 상기 각각의 가스분산구를 상기 각각의 가스도입구에 잇는 복수의 가스 흐름 경로,
    를 더 포함하고 있는 플라즈마 처리장치.
  13. 제 14 항에 있어서,
    상기 가스분산구들의 각각이 복수의 가스분산 구멍을 가지고 있는 플라즈마 처리장치.
  14. 플라즈마 처리장치에 있어서의 제 1의 전극의 대용이되는 가스 분산기로서,
    (a) 가스 분산구;
    (b) 상기 가스 분산기의 중앙부에 가스를 도입하며, 상기 가스도입구에 연결되는 제 1의 가스 흐름 경로;
    (c) 상기 제 1의 가스 흐름 경로에 접속되고, 상기 가스를 상기 중앙부에 방사방향으로 분할하며, 다음 상기 일단 분할한 가스를 상기 중앙부와 상기 중앙부와 상기 주변부 사이의 중간부의 상기 가스 분산기의 주변부에 향해 재분할하는 제 2의 가스 흐름 경로; 및
    (d) 상기 재분할 가스를 분산하며 상기 제 2의 가스 흐름 경로에 접속된 환상의 가스분산구,
    로 이루어지는 가스 분산기.
  15. 가스 분산기로서,
    (a) 가스 도입구를 거진 기체와, 기체의 중앙부의 리세스 부 및 상기 가스 도입구를 상기 리세스 부에 잇는 제 1의 가스 흐름 경로;
    (b) 상기 리세스 부에 마련되어, 상시 기체와 상기 가스 분배판과의 사이의 제 2의 가스 흐름 경로로 작용하는 극간을 형성하는 가스 분배판; 및
    (c) 상기 가스를 분산하며, 상시 가스 분배판과 상기 환상의 가스 분산 부재와의 사이의 상기 제 2의 가스 흐름 경로의 또 다른 부분으로 작용하는 또 다른 극간을 형성하는 환상의 가스 분산 부재;
    로 이루어지는 가스 분산기.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 환상의 가스 분산 부재가 그의 외측 주변부에서 상기 기체를 접촉하며 상기 가스 분배판을 경유하여 그의 내측 주변부에서 상기 기체를 접촉하는 가스 분산기.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 환상의 가스 분산 부재가 복수의, 환상의 지역에 분배되는 가스 분산 구멍을 가지고 있는 가스 분산기.
  18. 플라즈마 처리장치로서,
    (a) 가스 분산기는
    (1) 가스도입구를 가진 기체와, 그 기체의 중앙부의 리세스 부 및 상기 가스도입구를 상기 리세스 부에 잇는 제 1의 흐름 경로,
    (2) 상기 리세스 부에 마련되어, 상기 기체와 상기 가스 분배 판과의 사이의 제 2의 가스 흐름 경로로서 작용하는 극간을 형성하는 가스 분배판, 및
    (3) 상기 가스를 분산하며, 상기 가스 분배판과 환상의 가스 분산 부재와의 사이의 상기 제 2의 가스 흐름 경로의 또 다른 부분으로서 작용하는 또 다른 극간을 형성하는 환상의 가스 분산 부재가 마련되고; 또
    (b) 재치대는 제 2의 전극으로서 작용하고, 처리할 기판들을 재치하는 복수의 재치부를 가지며, 상기 재치부들은 상기 가스 분산 부재에 대향하여 배열되고 있는,
    플라즈마 처리장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 가스 분산기의 가스 분산 부재가 그의 외측 주변부에서 상기 기체를 접촉하며 그의 내측 주변부에서 상기 가스 분배판을 경유하여 상기 기체를 접촉하는 플라즈마 처리장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 가스 분산기의 환상의 가스 분산 부재가 복수의, 상기 재치대의 상기 재치부에 측면을 면하는 상태에 배열돼 있는, 가스 분산 구멍들을 가지고 있는 플라즈마 처리장치.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 환상의 가스 분산 부재를 상기 가스 분산기와 함께 환상의 방향에 따라 회전하는 회전 수단을 더 함유하는, 플라즈마 처리장치.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 가스를 플라즈마화하게 상기 가스 분산기에 접속된 고주파 전원을 더 함유하는, 플라즈마 처리장치.
  23. 제 18 항에 있어서,
    상기 재치대에 재치되는 상기 기판에 바이어스 전압을 적용하게 상기 재치대에 접속된 AC 전원을 더 함유하는, 플라즈마 처리장치.
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