KR100288606B1

KR100288606B1 - 플라즈마처리장치

Info

Publication number: KR100288606B1
Application number: KR1019970044446A
Authority: KR
Inventors: 요이치로 누마자와; 신야 하세가와; 츠토무 츠카다; 노부유키 다카하시
Original assignee: 니시히라 순지; 아네르바 가부시키가이샤
Priority date: 1996-09-20
Filing date: 1997-08-30
Publication date: 2001-05-02
Also published as: TW458486U; US6016765A; JPH1098033A; JP3640478B2; KR19980024225A

Abstract

유도결합형 플라즈마 발생기구를 구비하는 플라즈마 처리장치로, 반응용기의 측벽부의 열화를 방지하고 반응용기의 안전성을 높이고 반응용기의 상부로부터 샤워형상으로 반응가스를 도입할 수 있도록 한다.

서셉터(12)를 구비하는 반응용기, 반응용기내에 반응가스를 공급하는 반응가스 공급기구, 반응용기의 내부를 배기하는 배기기구(24), 및 플라즈마 생성기구를 구비하는 플라즈마 처리장치이고, 반응용기는 금속재료로 형성되고, 플라즈마 생성기구는 유도전계를 발생하는 적어도 하나의 감기 코일(16)을 포함하고, 해당 코일은 플라즈마 생성공간의 주위에 배치되어 유전체(15, 17)로 둘러싸인 상태에서 반응용기의 내부에 설치된다.

Description

플라즈마 처리장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}

발명이 속하는 기술분야

본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것이며, 특히 반도체장치의 제조공정에서 플라즈마를 이용하여 절연막을 기판상에 제작하는 CVD 장치에 관한 것이다.

종래의 기술

반도체장치 제조공정에서는 플라즈마 어시스트에 의해 절연막을 제작하는 플라즈마 CVD 장치가 사용되고 있다. CVD 장치는 평행평판형의 플라즈마장치가 많이 사용된다. 이러한 장치는 0.25㎛ 이하의 설계방식을 사용하는 초 LSI의 매립 절연막에 대해서는 고밀도 플라즈마(HDP)가 필요하게 된다.

종래의 절연막을 제작하는 고밀도 플라즈마 CVD 장치(HDPPECVD 장치)는 예컨대 일본 특개평 8-92748호 공보나 특개평 8-213196호 공보에 제시된 것이 있다. 어느 문헌에서도, 코일을 이용한 유도결합형 플라즈마를 발생하는 기구를 제시하고 있다. 유도결합형 플라즈마 발생기구(ICP source)를 이용한 고밀도 플라즈마 CVD 장치는 반응용기의 외부에 배치된 코일로부터 내부의 플라즈마 생성공간에 유도전계를 부여하기 위해서, 반응용기의 적어도 측벽부는 석영 유리와 같은 유전체재료를 사용하여 형성되는 것이 필요하였다.

종래의 고밀도 플라즈마 CVD 장치는, 상술한 대로, 반응용기의 측벽부의 재료로서 유전체를 사용하고 있기 때문에, 다음 2가지의 문제가 제기된다. 제1의 문제는 플라즈마 클리닝을 반복하여 행하기 때문에 반응용기의 측벽부가 열화하는 것이다. 제2의 문제는 안전성의 관점에서 반응용기의 상부에 샤워형 반응가스 도입부를 설치하는 것이 어려운 것이다. 전술의 공개공보에서도 노즐형의 반응가스 도입부가 이용되고 있었다.

상기한 문제는 처리되는 기판의 지름이 커짐에 따라 반응용기를 크게 하지 않으면 안될 때, 한층 더 현저하게 된다.

본 발명의 목적은 상기한 문제를 해결하는 것으로, 반응용기의 측벽부의 열화를 방지하고 반응용기의 안전성을 높이고 반응용기의 상부로부터 샤워형상으로 반응가스를 도입할 수 있도록 한 유도결합형 플라즈마 발생기구를 구비하는 고밀도 플라즈마 처리장치를 제공하는 것에 있다.

도 1은 본 발명에 관한 절연막용 플라즈마 CVD 장치의 주요부의 종단면도이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

11 : 반응용기 11a : 측벽부

11c : 상벽부 12 : 서셉터

13 : 기판 14 : 샤워형 반응가스도입부

15 : 절연체 통부 16 : 코일

17 : 코일지지부 18, 22 : 고주파전력공급기구

25 : 힌지 26 : O 링

27 : 불활성가스도입구

본 발명에 관한 플라즈마 처리장치는 상기한 목적을 달성하기 위해서 유전체의 부재를 조립하여 둘러싼 플라즈마를 발생하기 위한 코일을 금속재료로 형성된 반응용기의 내부에 설치하고 있다.

또한, 플라즈마 처리장치는 기판유지기구, 반응용기의 내부에 반응가스를 공급하는 반응가스 공급기구, 및 반응용기의 내부를 배기하는 배기기구를 가진다.

본 발명은 플라즈마를 발생시키기 위한 코일을 반응용기의 내부에 배치할 수 있으므로, 반응용기의 재료에 금속을 사용할 수 있다. 반응용기의 강도와 내구성을 높이는 것이 가능해졌다. 그러므로, 반응용기의 안전성이 향상되었다. 반응용기내에 배치되는 코일은 유전체로 덮여, 플라즈마로부터 보호된다.

제2의 본 발명(청구항 2에 대응)에 관한 플라즈마 처리장치는, 바람직하게는, 코일을 둘러싸는 유전체의 부재가, 코일을 지지하는 유전체지지부와 통형 유전체벽으로 이루어진다. 통형 유전체벽은 반응용기내에서 플라즈마 생성공간을 둘러싸도록 배치된다. 유전체지지부는 반응용기의 측벽부와 접촉하도록 배치된다. 이러한 조립에 의하면, 플라즈마에 노출되는 통형 유전체벽만을 필요에 따라서 변환할 수 있어, 메인터넌스의 용이성의 관점에서 바람직하다.

제3의 본 발명(청구항 3에 대응)에 관한 플라즈마처리장치는, 바람직하게는, 반응용기의 상벽부는 측벽부와 회전지지부에서 개폐가 자유롭게 결합됨과 동시에, 측벽부의 단부에 시일재, 예를들면 O 링이 설치된다. 상벽부를 닫았을 때 상벽부와 측벽부의 단부는 O 링을 통해 기밀하게 접촉한다. 반응용기의 측벽부에 대하여 그 상벽부를 개폐가 자유롭게 함으로써, 예컨대 통형 유전체벽의 변환을 행할 때에 메인터넌스를 용이하게 행할 수 있다.

제4의 본 발명(청구항 4에 대응)에 관한 플라즈마 처리장치는, 바람직하게는, 반응가스 공급기구는 상벽부에 구비한 샤워형 반응가스 도입부를 가진다. 반응가스는 샤워형 반응가스 도입부를 지나서 플라즈마 생성공간에 도입된다.

제5의 본 발명(청구항 5에 대응)에 관한 플라즈마 처리장치는, 바람직하게는, 코일을 둘러싸도록 조립된 유전체의 부재에 불활성가스를 도입하는 가스도입부를 반응용기의 상벽부에 형성하고 있다. 불활성가스를 부재의 간극에 흘려 O 링을 부식으로부터 보호하고 또한 부재사이 및 부재와 반응용기 사이의 간극내에서의 성막을 저지한다.

제6의 본 발명(청구항 6에 대응)에 관한 플라즈마 처리장치는, 바람직하게는, 코일에 고주파전력을 공급하는 제1 기구를 가지고, 또한 기판유지기구에 고주파전력을 공급하는 제2 기구를 가지고 있는 것을 특징으로 한다.

전술한 제1 내지 제6의 본 발명에 관한 플라즈마 처리장치는, 기판유지기구상에 놓인 기판의 표면에 절연막을 퇴적하는 절연막용 플라즈마 CVD 장치이다. 이 플라즈마 CVD 장치에서는, 금속막의 성막에도 사용할 수 있다. 또한, 제1 내지 제6의 본 발명에 관한 플라즈마 처리장치는 에칭이나 막개질같은 플라즈마 처리를 행하는 장치에 적용할 수도 있다. 이 경우에도 유도결합형 플라즈마 발생기구를 구비하는 고밀도 플라즈마 처리장치에 있어서 반응용기를 금속재료로 만들 수 있다. 그러므로 반응용기의 측벽부의 열화를 방지하고, 반응용기의 안전성을 증가시킬 수 있다. 반응용기의 상부에 샤워형 반응가스 도입부를 설치할 수 있다.

발명의 실시의 형태

이하에, 본 발명의 적합한 실시형태를 첨부도면에 따라서 설명한다.

도 1은 본 발명의 특징적인 구조를 포함하는 절연막용 플라즈마 CVD 장치의 개략구성을 나타내는 종단면도이다. 본 실시형태에서는 절연막용 플라즈마 CVD 장치에 관하여 설명하지만, 기본적 구성은 에칭용 또는 막개질용의 플라즈마 처리장치이더라도 같다.

도 1에 있어서, 플라즈마 CVD 장치는 반응용기(11)를 구비한다. 반응용기(11)는 금속재료로 만들어져 있다. 반응용기(11)는 원통형의 측벽부(11a)와 저벽부(11b)를 가진다. 저벽부(11b)의 중앙에 서셉터(susceptor)(12)가 있고, 그 위에 기판(13)이 재치된다. 반응용기(11)의 상벽부(11c)는 개폐가 자유롭다. 상벽부(11c)의 거의 중심에는 샤워형의 반응가스 도입부(14)가 설치된다. 반응용기(11)의 내부에는 원통형을 한 절연체(바람직하게는 유전체)의 통부(15)가 배치된다. 반응용기(11)의 내부에서 절연체 통부(15)를 경계로 내측영역과 외측영역이 형성된다. 그 내측영역에서는 반응가스가 도입되고, 또한 플라즈마를 생성하기 위한 유도전계가 생성된다. 내측영역은 플라즈마가 생성되는 공간이다. 외측영역, 즉 절연체 통부(15)의 주위에는 유도전계를 생성하기 위한 적어도 한 감기 코일(16)이 배치된다. 절연체 통부(15)를 통해서 코일(16)에 의한 유도전계를 내측영역에 전한다. 코일(16)은 외측영역에 배치된 코일지지부(17)에 의해서 지지된다. 코일지지부(17)는 절연체(바람직하게는 유전체)에 의해서 형성되어, 전체로서 원통형이고, 그 내측면에 코일(16)을 배치하기 위한 틈을 가지고 있다. 이러한 조립에 의해서 코일(16)은 코일지지부(17)와 절연체 통부(15)에 의해서 둘러싸여 있다. 코일(16)은 반응용기(11)의 내부에 배치된다.

유도전계를 생성하기 위한 코일(16)은 고주파전력 공급기구(18)에 접속되어 있다. 고주파전력 공급기구(18)는 플라즈마 생성용의 전력을 공급하는 전력공급원이다. 이 고주파전력 공급기구(18)에는, 플라즈마로의 전력주입을 위한 정합을 하기 위한 가변컨덴서(19, 21)가 접속된다. 반응용기(11)의 상벽부(11c)는 금속재료로 형성되고, 또한 상벽부(11c)는 접지되어 있다. 이 결과, 반응용기(11)는 접지전위로 유지된다. 또한 서셉터(12)에는, 기판(13)에 바이어스전압을 인가하기 위한 고주파전력 공급기구(22)가 접속된다. 반응가스는 샤워형 반응가스도입부(14)로부터 반응용기(11)의 내측영역에 도입된다. 또한 내측영역에 도입된 반응가스는 배기구(23)로부터 배기기구(24)에 의해서 배기된다. 배기기구(24)는 드라이펌프와 터보펌프의 조립에 의해서 구성된다.

반응용기(11)의 상벽부(11c)는 개폐가 자유자재이다. 상벽부(11c)의 한군데는 회전자유자재인 힌지(25)에서 반응용기(11)의 측벽부(11a)에 결합된다. 상벽부(11c)는 힌지(25)를 중심으로 개폐자유자재이다. 상벽부(11c)의 타단에는 손잡이(11d)가 설치되어, 이곳을 끌어올림에 따라 인력으로 개폐된다. 반응용기(11)의 측벽부(11a)의 상단에는 O 링(26)이 배치된다. O 링(26)에 의해서, 상벽부(11c)를 닫았을 때, 상벽부(11c)와 측벽부(11a)의 사이는 기밀하게 유지된다.

샤워형 반응가스 도입부(14)는 반응가스 공급기구(도시하지 않음)의 파이프(14a)에 의해서 공급된 반응가스를 다수의 세공(14b)에서 플라즈마 생성공간으로 내뿜는다.

도 1에 나타낸 구성에서는, 코일(16)을 절연체 통부(15)와 절연체의 코일지지부(17)로 둘러싸면서 반응용기(11)의 내부에 배치하도록 하였다. 반응용기(11) 그 자체를 유전체가 아닌 금속재료로 만들 수 있고, 반응용기의 강도를 높여 그 열화를 막고, 또한 그 안전성을 향상시켰다. 코일(16)을 절연체 통부(15)와 코일지지부(17)로 조립하여 둘러싸고 있기 때문에, 메인터넌스시에 절연체 통부(15)나 코일지지부(17)의 변환을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 반응용기(11)의 메인터넌스를 용이하게 할 목적으로 상벽부(11c)를 개폐자유자재인 구조로 하였다. 상벽부(11c)와 측벽부(11a)의 사이에 O 링(26)을 배치함에 의해, 반응용기(11)의 시일성을 높일 수 있다. 상벽부(11c)에 불활성가스 도입구(27)가 형성되어 있다. 불활성가스 도입구(27)로부터 아르곤같은 불활성가스를 도입하여, 반응용기(11)내의 부재 사이를 앞질러 들어온 반응가스를 배제한다. O 링(26)은 부재 사이를 앞질러 온 반응가스에 노출되는 것에 의해 부식하는 것이 방지된다. 불활성가스는 반응가스분자가 O 링(26)에 부착하는 것을 저지하도록 흐른다. 불활성가스는 측벽부(11a), 상벽부(11c), 유도전계발생용 코일(16), 코일지지부(17), 절연체 통부(15)의 각각의 사이에 형성되는 얼마 안되는 간극에 흐른다. 불활성가스의 흐름은, 이들 간극에 박막이 퇴적하는 것을 저지한다. 그 결과, 불활성가스의 흐름은 더스트입자의 발생 억제로 이어진다.

유도전계를 발생시키기 위한 코일(16)의 형상으로서는, 목적에 따른 플라즈마를 생성하기 위해서, 원통형의 하나의 감기(또는 단 감기)코일, 원반형의 한 감기 코일, 복수 감기의 각종 코일을 사용할 수도 있다.

절연막용 플라즈마 CVD 장치를 실리콘산화막의 형성에 이용한 구체적인 실시예를 설명한다. 이 실시예에서는 기판(13)으로서 직경 200mm의 Si 웨이퍼를 사용하여 이 기판에 실리콘산화막을 퇴적한다. 서셉터(12)로서 직경 200mm의 정전계형 척 서셉터를 사용하고, 유도전계발생용 코일(16)로서 직경 280mm의 원통형 한감기 코일을 사용하였다. 원통형의 한 감기 코일에는 플라즈마 생성용 고주파전력 공급기구(18)로부터 13.56MHz, 2.5kW의 전력이 공급된다. 또한 서셉터(12)에는 기판바이어스 인가 고주파전력 공급기구(22)로부터 13.56MHz, 2.0kW의 전력이 공급된다. 샤워형 반응가스도입부(14)로부터는 SiH₄가스를 100sccm, Ar 가스를 500sccm의 유량으로 도입하였다.

상기한 조건하에서, 배선사이폭 0.2㎛의 메탈배선이 형성된 Si 웨이퍼에 실리콘산화막의 성장을 행하였다. 그 결과, ±2%의 높은 막 두께 균일성으로 그 메탈배선 사이에 실리콘산화막의 매설 성장을 실현할 수 있는 것을 확인하였다. 10만장의 연속성장을 행하였다. 본 실시형태에 의한 플라즈마 CVD 장치에서는, 반응용기(11)가 열화하는 일이 없는 것이 확인되었다. 메인터넌스로서 5000장마다 절연체 통부(15)를 교환할 뿐으로, 재현성이 좋은 매립 성막이 높은 생산성을 갖고 실현되는 것도 확인하였다.

실리콘산화막같은 절연막의 매립 성막예를 서술하였지만, 본 실시형태에 의한 플라즈마 CVD 장치는 금속막에도 이용할 수 있다. 또한, 본 발명의 특징적 구성은 플라즈마처리, 예를 들면 에칭이나 막개질을 위한 장치에도 적용할 수 있다.

이상의 설명으로 명백하듯이 본 발명에 의하면 다음 효과를 발휘한다.

플라즈마 처리장치에 의하면, 반응용기 그 자체를 금속재료로 만들 수 있기 때문에, 반응용기의 열화를 방지하고, 반응용기의 강도를 높이고, 또한 반응용기의 안전성을 높인다. 반응용기의 강도가 높여졌기 때문에, 반도체기판의 대구경화(大口徑化)에 대응하여 반응용기를 대형화할 수 있다. 반응용기의 안전성이 높여졌기 때문에, 반응용기의 반응가스 도입부로서 샤워형 반응가스 도입부를 채용할 수 있다. 또한 반응용기의 상벽부를 개폐구조로 하였기 때문에, 반응용기의 메인터넌스가 간단하다.

이 플라즈마 처리장치의 기본구성은 에칭이나 막개질에도 응용된다. 에칭이나 막개질 등의 플라즈마 처리장치에 적용하면, 절연막에 한하지 않고 금속막에도 응용할 수 있고, 성막에 관한 효과를 제외하고, 전술한 바와 같은 효과가 발휘된다.

Claims

플라즈마를 발생하기 위한 코일을 금속재료로 형성된 반응용기의 내부에 설치하고, 상기 코일은 상기 코일을 지지하는 유전체지지부와 통형 유전체벽으로 이루어진 유전체부재로 둘러싸여지며, 통형 유전체벽은 반응용기내에서 플라즈마 생성공간을 둘러싸도록 배치되고, 또한 유전체지지부는 반응용기의 측벽부와 접촉하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
제 1 항에 있어서, 반응용기의 상벽부는 측벽부와 회전지지부에서 개폐가 자유롭게 결합됨과 동시에, 측벽부의 단부에 시일재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
제 1 항에 있어서, 반응용기의 상벽부에 구비된 샤워형 반응가스 도입수단을 가지는 반응가스 공급수단을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
제 1 항에 있어서, 코일을 둘러싸도록 조립된 유전체의 부재에 불활성가스를 도입하는 가스도입수단을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
제 1 항에 있어서, 코일에 고주파전력을 공급하는 제1 수단과 기판 유지기구에 고주파전력을 공급하는 제2 수단을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
제 1 항에 있어서, 플라즈마 처리장치는 기판 유지기구상에 놓인 기판의 표면에 절연막을 퇴적하는 절연막용 플라즈마 CVD 장치인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.