KR100316670B1 - 기판처리장치 - Google Patents

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니시히라 순지
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Abstract

열 CVD 장치나 플라즈마 CVD 장치의 기판처리장치에서, 기판상에서 대칭인 가스의 흐름을 실현하고, 또 구조를 간소화하고, 부착한 불필요한 막의 제거를 용이하게 하고, 메인티넌스성을 향상한다.
기판유지체(13)와 이것에 대향하는 샤워전극(14)을 구비하는 처리챔버(11)와, 이 처리챔버의 내부를 배기하는 배기기구(30)와, 샤워전극을 통해서 처리챔버의 내부에 반응가스를 도입하는 반응가스공급기구(24)와, 샤워전극에 고주파전력을 부여하는 고주파전원(27)을 포함하고, 또 처리챔버의 측벽에 형성된 접속구(31)에 상기 배기기구를 접속하고, 샤워전극과 기판유지체 사이의 공간을 상대적으로 좁게하고, 샤워전극 및 기판유지체와 처리챔버의 측벽 사이의 콘덕턴스를, 샤워전극과 기판유지체 사이의 콘덕턴스보다도 크게 한다.

Description

기판처리장치{SUBSTRATE PROCESSING DEVICE}
본 발명은 기판처리장치에 관한 것이고, 특히, 열화학반응이나 플라즈마화학반응을 이용한 박막형성또는, 플라즈마화학반응을 이용한 에칭에 응용되는 기판처리장치에 관한 것이다.
(종래의 기술)
최근의 반도체소자제조 분야에서는, 소자 집적도의 증대와 미세화가 점점 더 진행되고 있다. 소자의 미세화에 대하여 해결해야만 하는 과제는 많다. 예컨대, 정확한 미세가공, 미세홀내나 단차부에서의 막의 충분한 피복, 소자내의 단차의 경감, 고전류밀도를 원인으로 한 발열의 방지, 고전류밀도를 원인으로 한 일렉트로마이그레이션에 의한 단선의 방지이다. 이들 과제를 해결하는 수단으로서, 화학반응을 사용하여 박막을 형성하는 열 CVD(Chemical Vapor Deposition)장치, 플라즈마화학반응을 이용하여 박막을 형성하는 플라즈마 CVD장치, 플라즈마화학반응을 사용하는 리액티브이온에칭장치가 기대되고 있다. 이하, 열 CVD 장치와 플라즈마 CVD 장치를 편의상「CVD 장치」라고 적고, 이 CVD 장치에 관하여 설명한다.
종래 CVD 장치의 처리챔버 구조는, 처리챔버내에서의 기판상에서의 가스 흐름의 관점에서, 비대칭구조와 대칭구조로 나눌 수 있다.
도 2를 참조하여 CVD 장치의 기본적인 구조를 설명한다. 처리챔버(51)에서, 정전흡착판(52)을 구비한 기판유지체(53)가 하부에 설치되고, 샤워전극(54)이 상부에 설치되어 있다. 샤워전극과 접지전위에 유지된 처리챔버는 절연체(55)에 의해서 전기적으로 절연되어 있다. 기판유지체(53)는, 리프트핀(56)과 지지판(57)과 상하구동기구(58)로 이루어지는 기판승강장치, 및 히터(59)와 열전대(60)와 가열 제어기구 (61)로 이루어지는 가열기구를 구비한다. 가열기구에 의해서 정전흡착판과 기판이 원하는 온도가 되도록 가열된다. 정전흡착판(52)은 정전흡착판제어전원(62)에 접속되고, 이 전원에 의해서 제어된다. 정전흡착판(52)은 기판(63)을 흡착하여 고정한다. 샤워전극(54)은 반응가스공급기구(64)에 결합되고, 또한 정합회로(65)를통해 고주파전원(66)에 전기적으로 접속된다. 샤워전극(54)은, 열 CVD의 경우 반응가스도입부로서 기능하며, 또한 플라즈마 CVD의 경우는 고주파전원(66)으로부터의 고주파전력공급구가 된다. 열 CVD의 경우는, 기판(63)의 온도가 원하는 온도로 안정된 후, 샤워전극(54)으로부터 일정량의 반응가스가 도입되고, 화학반응에 기초하여 기판상에 원하는 박막이 형성된다. 플라즈마 CVD의 경우는, 고주파전력을 공급하는 샤워전극(54)과 기판(63) 및 기판유지체(53)와의 사이에 플라즈마를 생성하고, 플라즈마화학반응에 의해 기판상에 원하는 박막이 형성된다.
상기의 성막에 있어서, 기판(63)의 표면 이외에, 처리챔버(51)의 내면에도 막이 부착한다. 이러한 막은 벗겨지면 오염파티클이 되어 반도체제조 수율을 저하시킨다. 그래서 일반적으로 어떤 기판처리수마다 플라즈마클리닝을 실시하여 막을 제거하도록 하고 있다. 이 플라즈마클리닝에서는, 클리닝가스공급기구(74)보다 샤워전극(54)을 경유하여 클리닝가스를 도입하고, 또 샤워전극(54)에 고주파전력을 부여하여 처리챔버내에 플라즈마를 생성하는 것에 의해 실시된다.
상기 CVD 장치로 기판(63)상에 박막을 형성하는 경우, 미반응가스나 반응부생성가스가 생긴다. 처리챔버(51)는, 실제상 미반응가스나 반응부생성가스를 외부에 배출하기 위한 배기기구를 구비하고 있다. 도 2에서는 처리챔버(51)의 저벽에 배기기구(67A)를 설치한 예를 나타내고 있다. 배기기구(67A)는, 처리챔버에 형성된 복수의 접속구(75), 접속구(75)에 접속되는 복수의 배관(76), 게이트밸브(69), 게이트밸브(69)를 수용하는 용기(70), 펌프흡기구(71), 펌프(72), 예를 들면 터보분자펌프, 보조배기기구(73)로 구성된다. 배기기구의 그 밖의 설치위치로는, 가상선(67A)으로 표시된 처리챔버(51)의 측벽의 바깥쪽의 위치를 생각할 수 있다. 배기기구(67A)는, 처리챔버에 형성된 접속구(68)에 접속된다.
종래의 CVD 장치의 배기기구의 설치위치를, 상기 비대칭구조와 대칭구조의 관점에서 설명한다.
처리챔버(51)에 대한 배기기구의 설치위치는, 상술한 대로, 처리챔버의 설정상 일반적으로 주위측벽을 이용한 부분(배기기구(67)) 이외에, 측벽을 이용한 부분(배기기구(67A))을 생각할 수 있다.
주위측벽에 배기기구(67)를 설치하는 종래 구조에서는, 가스를 배출하는 접속구(68)가 일부에 치우쳐있기 때문에, 기판(63)상의 가스의 흐름이 비대칭으로 되어 있다. 따라서, 10-3Torr 이하의 분자류영역에서의 반응을 목적으로 한 처리장치이외에는 사용하고 있지 않다. 가스의 흐름이 비대칭이 되면, 막의 균일성이나 수율에 악영향을 준다. 그 이유는, CVD 에 의한 성막에서는, 가스의 흐름이 원료가스나 반응부생성물의 처리챔버내에서의 분포를 결정하기때문이다. 기판(63)에 대하여 가스의 흐름이 비대칭이면, 기판상에서의 성막분포가 가스의 흐름을 따라 비대칭이 된다. 순환류가 정체되는 부분이 있으면, 그 부분에 반응부생성물의 퇴적이 일어나기쉽고, 더스트 발생의 원인이 되고, 제품비율을 저하시킨다. 접속구(68)의 가스의 흐름이 집중하는 부분에서는, 상대적으로 미반응원료가스나 부생성물의 농도가 높아지기 때문에, 생성물의 퇴적이 발생하기쉽고, 더스트가 발생하기 쉽다. 따라서 CVD 장치에서는, 기판상에서의 가스 흐름을 배려한 처리챔버구조의 설계가행해지고 있다. 특히 기판상에서 가스의 흐름이 대칭이 되고, 또한 처리챔버내에서 정체가 없는 가스의 흐름을 실현하는 것이 중요하다. 이상의 이유에 의해, 처리챔버(51)의 주위측벽의 일부 부분에 배기기구(67)를 설치하는 구성은 바람직한 것이 아니다.
한편, 저벽에 배기기구(67A)를 설치하는 경우에는, 일반적으로는, 기판유지체(53)의 주위의 저벽에 같은 간격으로 복수의 접속구(75)를 형성함으로써, 기판상에서의 대칭인 가스의 흐름을 용이하게 만들 수 있다. 이 경우 접속구(75)에 접속되는 배관(76)도 복수가 된다. 점성류영역의 경우는 저벽부를 일반적으로 사용하고 있다. 상기와 같은 기술적인 이점이 있기때문에, 저벽에 배기기구를 설치하는 것이 바람직하다.
저벽에 배기기구(67A)를 설치하는 경우, 다른 구성예로서, 가스의 흐름이 균일하게 대칭이 되도록, 기판유지체(53)와 그 주위의 측벽과의 사이에 다공판(도2에서 가상선(77)으로 나타낸다)을 설치하도록 한 것도 제안되고 있다. 다공판에서는, 접속구가 존재하는 측으로부터 반대측에 향해서 구멍의 수를 많게 하거나, 구멍의 지름을 크게하여, 대칭성이 좋아지도록 설정되고 있다. 이 경우, 기판유지체 주위에 형성되는 접속구 (및 이것에 접속되는 배관)를 1개로 해도 좋다. 이 구성에서는, 접속구와 배관이 1조로 충분하다는 이점을 가진다.
기판상에서의 대칭인 가스의 흐름을 실현할 수 있는 종래의 CVD장치, 즉 저벽부에서 배기하는 CVD 장치에서는, 다음과 같은 문제를 가지고 있다.
제1의 구조, 즉, 저벽에 복수의 접속구(75)를 형성하고, 외부로부터의 복수의 배관(76)을 이들 접속구에 접속한 구조에 의하면, 복수의 배관이 기판승강용 또는 반송용의 구동기구부를 둘러싸고, 처리챔버의 하드웨이퍼구조를 복잡하게 한다. 제1의 구조는, 처리챔버의 메인티넌스성을 저하시킨다. 메인티넌스성의 저하는 장치가동율의 저하를 초래한다.
배관부분은 미반응가스나 부생성물의 흐름이 집중하기쉽고, 막의 부착이 현저해진다. 배관부분에 부착한 막은 플라즈마클리닝으로 제거하는 것이 어렵다. 메인티넌스시에 수작업으로 청소하는 것이 필요하게 된다. 메인티넌스작업에서는 배관의 제거와 청소를 해야만 하고, 배관 제거의 작업에 막대한 시간을 요하여, 메인티넌스작업은 한층 더 번거로운 것이 된다.
다공판(77)을 설치한 제2의 구조에서는, 다공판이나 저벽에 막의 부착이나 부생성물의 퇴적이 일어난다. 이러한 막이나 부생성물은, 플라즈마클리닝할 때에, 다공판의 구멍 안이나 저벽에 플라즈마를 조사하기 어렵기 때문에, 제거하는 것이 어렵다. 그 결과, 더스트 발생원이 되어, 소자제조 수율을 저하시킨다. 다공판의 구멍은, 플라즈마 CVD의 성막시나, 열 CVD 에서의 클리닝시, 이상방전(홀로캐소드방전)의 원인이 된다. 그 결과, 다공판에서의 막부착의 진행, 퇴적물의 비산을 일으켜, 더스트 발생의 원인이 되기쉽다.
본 발명의 목적은, 상기 문제를 해결하는 것이고, 열 CVD 장치나 플라즈마 CVD 장치같은 기판처리장치에서, 기판상에서 대칭인 가스의 흐름을 실현할 수 있고, 또 구조를 간소화하고, 부착한 불필요한 막의 제거가 용이하고, 메인티넌스성을 향상할 수 있는 기판처리장치를 제공하는 것이다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
본 발명에 관한 기판처리장치는, 상기 목적을 달성하기 위해서, 다음과 같이 구성된다.
제1의 기판처리장치(청구항1에 대응)는, 기판유지체와 이것에 대향하는 가스도입전극(샤워전극)을 구비하는 처리챔버를 가진다. 이 처리챔버는, 그 내부를 배기하는 배기기구와, 가스도입전극을 통해서 처리챔버의 내부에 반응가스를 도입하는 반응가스공급기구와, 가스도입전극에 고주파전력을 부여하는 고주파전원을 포함한다. 처리챔버의 측벽에 형성된 접속구에 배기기구를 접속하고 있다. 그리고 가스도입전극과 기판유지체 사이의 공간을 상대적으로 좁게 하고 있다. 그 결과 가스도입전극과 기판유지체 사이의 콘덕턴스를, 가스도입전극 및 기판유지체와 처리챔버의 측벽 사이의 콘덕턴스보다도 작게 하도록 하고 있다.
제2의 기판처리장치(청구항2에 대응)는, 상기 제1의 구성에서, 가스도입전극과 기판유지체 사이의 공간보다도 아래쪽의 위치에 접속구를 형성하고 있다. 가스도입전극의 주위공간에 퍼지가스를 도입하는 퍼지가스공급기구를 설치하고 있다. 퍼지가스는 가스도입전극의 중심축과 퍼지가스공급기구의 접속구의 중심을 포함하는 면에 대하여 대칭으로 흐른다. 그리고 가스도입전극과 기판유지체 사이의 공간보다도 아래쪽으로 반응가스의 흐름과 퍼지가스의 흐름이 합류함으로써, 기판상의 반응가스의 흐름이 가스도입전극의 중심축에 대하여 축대칭이 된다.
제3의 기판처리장치(청구항3에 대응)는, 상기 제1 또는 제2의 구성에서, 배기기구는 접속구의 부분에 설치되며 흡기구를 구비하는 용기와, 흡기구에 접속되는 펌프와, 용기에 수용되며 흡기구를 개폐하는 밸브로 구성된다.
제4의 기판처리장치(청구항4에 대응)는, 상기 제3의 구성에서, 배기기구내에서 접속구 가까이 금속부재를 배치하고, 이 금속부재에 고주파전력을 부여하는 고주파전원을 설치하고 있다. 클리닝할 때 금속부재에 고주파전력을 부여한다.
제5의 기판처리장치(청구항5에 대응)는, 상기 제3의 구성에서, 바람직하게는 용기는 개폐부를 가진다.
도 1은 본 발명에 관한 기판처리장치의 실시형태를 나타내는 단면도,
도 2는 종래의 기판처리장치의 단면도이다.
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
11: 처리챔버 12: 정전흡착판
13: 기판유지체 14: 샤워전극
22: 기판 30: 배기기구
31: 접속구 33: 용기
34: 펌프흡기구 35: 펌프
38: 금속플레이트
청구항1에 의한 본 발명에서는, 처리챔버와 배기기구를 접속하는 접속구를 처리챔버의 측벽에 설치한다. 이러한 접속구의 배치를 기초로, 가스도입전극이나 기판유지체와 챔버측벽과의 간격보다도, 가스도입전극과 기판유지체의 간격을 충분히 작게 취하는 것으로 한다. 이러한 간격설정이, 가스도입전극과 기판유지체 사이의 콘덕턴스를, 가스도입전극과 챔버측벽 사이의 콘덕턴스보다도 작게 한다. 이 사이의 콘덕턴스를 작게 하는 것이, 배기구인 접속구가 측벽의 특정 위치에 있어도, 가스도입전극에서 분출된 반응가스를 기판상에서 가스도입전극의 중심축에 대하여 대칭으로 흐르게 한다. 기판상에서 원주방향으로 균일한 반경방향으로의 강제류를 형성할 수 있다.
청구항2에 의한 본 발명에서는, 또 상부에 퍼지가스도입부를 설치하여, 가스도입전극의 중심축과 퍼지가스도입부의 접속구의 중심을 포함하는 면에 대해 대칭인, 상부로부터 아래 쪽 접속구로 향하는 퍼지가스의 흐름을 형성하도록 하였다.이러한 퍼지가스의 흐름을 형성하는 것, 및 배기기구와 처리챔버와의 접속구를, 챔버측벽에서의 가스도입전극과 기판유지체 사이의 공간보다도 충분히 아래쪽으로 설치하는 것을 조합하는 것에 의해서, 가스도입전극에서 나은 가스는, 가스도입전극과 기판유지체 사이의 공간을 나와 대칭적으로 아래쪽을 향한다. 이러한 조합으로, 기판상의 가스의 흐름의 축대칭성이 한층 더 높아진다.
배기기구를 접속구를 통해 챔버측벽에 설치함으로써, 배관을 없애고, 양호한 메인티넌스성을 확보한다. 그것과 동시에, 배기기구내의 접속구 부근에, 가스도입전극과는 달리, 접속구와 배기기구를 플라즈마클리닝하기 위한 클리닝용 전극(청구항4의 금속부재)을 설치한다. 미반응가스나 부생성물에 의한 막부착이 일어나기 쉬운 배기기구나 접속구 부근의 효율적인 클리닝을 행한다. 미반응가스나 부생성가스의 흐름이 집중되고, 막부착이 심한 접속구 부근의 효율적인 클리닝이 가능한 것은, 메인티넌스성을 더욱 향상시킨다. 배관부분이 없기때문에, 구조도 단순하고, 클리닝전극을 설치한 것에 의한 메인티넌스성의 저하는 없다. 배기기구의 용기를 개폐자유자재인 구조(청구항5의 개폐부)로 함으로써, 더욱 메인티넌스성을 향상시키고 있다.
이하에 본 발명의 양호한 실시형태를 첨부도면에 따라서 설명한다.
도1은 본 발명의 대표적인 실시형태를 나타낸다. 이 실시형태에 의한 기판처리장치에서는 CVD 장치(열 CVD 장치나 플라즈마 CVD 장치를 포함한다)의 예를 설명한다.
도1에 나타낸 처리챔버(반응용기)(11)에서는, 정전흡착판(12)을 구비한 기판유지체(13)가 하부에 설치되고, 샤워전극(14)이 상부에 설치된다. 샤워전극(14)과 접지전위에 유지된 처리챔버(11)는 절연체(15)를 통해 전기적으로 절연되어 있다. 기판유지체(13)는, 리프트핀(16)과 지지판(17)과 상하구동기구(18)로 이루어지는 기판승강장치를 구비하고, 또 히터(19)와 열전대(20)와 가열 제어기구(21)로 이루어지는 가열기구를 구비한다. 기판승강장치는 기판유지체(13)의 상면에 기판(22)을 재치할 때에 동작한다. 가열기구는 정전흡착판(12)과 기판(22)을 원하는 온도로 가열한다. 정전흡착판(12)은 정전흡착판제어전원(23)에 접속된다. 정전흡착판제어전원(23)은 정전흡착판(12)을 제어하고, 정전흡착판(12)은 기판(22)을 흡착하여 고정한다. 샤워전극(14)은, 반응가스공급기구(24)와 클리닝가스공급기구(25)에 결합된다. 또 샤워전극(14)은, 정합회로(26)를 통해 고주파전원(27)에 전기적으로 접속된다. 샤워전극(14)은, 열 CVD의 경우 반응가스도입부로서, 또한 플라즈마 CVD의 경우 고주파전원(27)으로부터 고주파전력을 부여되는 전극으로서 각각 기능한다.
상기 처리챔버(11)에는 또 퍼지가스공급기구(28)가 부설된다. 퍼지가스공급기구(28)로부터 공급되는 퍼지가스는, 처리챔버(11)에서의 샤워전극(14) 주위의 고리 형상공간에 다공판(29)을 통해 도입된다.
상기 CVD 장치에서 기판(22)상에 박막을 형성하는 경우, 미반응가스나 반응부생성가스가 생긴다. 미반응가스나 반응부생성가스는 배기기구(30)에 의해서 처리챔버(11)의 외부에 배출된다. 배기기구(30)는, 처리챔버(11)의 주위측벽의 아래쪽부분에 형성된, 바람직하게는 직사각형의 접속구(31)에 접속된다. 배기기구(30)는, 개폐 게이트밸브(32)를 수용하는 용기(33)와, 용기(33)에 형성된 펌프흡기구(34)와, 이 펌프흡기구(34)에 접속되는 펌프(35)와, 보조배기기구(36)로 구성된다. 용기(33)는, 화살표(37)에 도시한 바와 같이 개폐자유자재인 구조를 가지고 있다.
본 실시형태에서는, 펌프(35)로서 예컨대 터보분자펌프를 사용하고 있다. 배기기구(30)는, 상기와 같이 처리챔버(11)의 옆쪽에 설정되었다. 배기기구(30)를 챔버 옆쪽에 설치하고, 또한 접속구(31)와 배기기구(30)의 사이에 배관도 존재하지않기 때문에, 높은 메인티넌스성을 유지할 수 있다. 배기기구(30)의 용기(33)는, 개폐할 수 있는 구조로 되어있기때문에, 메인티넌스시에 있어서 작업성이 양호하게 된다.
용기(33)내에서의 접속구(31)의 근처에는, 금속플레이트(38)가 설정된다. 금속플레이트(38)에는, 정합회로(39)를 통해 고주파전원(40)이 접속되고, 고주파전력이 인가된다. 금속플레이트(38)는 클리닝용전극이다.
도 1로, 도시하지않은 반입구로부터 반송기구에 의해서 처리챔버(11)내에 반입된 기판(22)은, 기판유지체(13)의 상부에 설치된 정전흡착판(12)상에, 리프트핀(16)과 상하구동기구(18)에 의해서 재치된다. 정전흡착판(12)은 외부의 정전흡착판제어전원(23)에 의해서 제어되고, 기판(22)을 흡착하여 고정한다. 기판유지체(13)는 가열 제어기구(21)에 의해서 일정온도로 유지되고, 정전흡착판(12) 및 기판(22)을 가열한다.
열 CVD의 경우는, 기판(22)의 온도가 원하는 온도로 안정된 후, 기판(22)에 대향한 샤워전극(14)에서 반응가스가 처리챔버(11)내에 도입되고, 기판(22)상에 원하는 박막이 형성된다. 플라즈마 CVD의 경우는, 고주파전력공급기구(26,27)에서 샤워전극(14)에 고주파전력을 인가함으로써, 샤워전극(14)과 기판(22) 및 기판유지체(13)와의 사이에 플라즈마가 생성되고, 기판(22)상에 원하는 박막을 형성한다.
본 실시형태에서 처리챔버(11)는 바람직하게는 원통형상이다. 처리챔버(11)의 중심축, 기판(22)의 중심축, 기판유지체(13) 및 샤워전극(14)의 중심축은 일치하고 있다. 원래 처리챔버(11)의 형상은 그 중심축에 대하여 축대칭 형상인 것이 바람직하지만, 본 실시형태는 처리챔버(11)의 측면에 직사각형의 접속구(31)을 설치하고 있기 때문에, 엄밀하게는 축대칭이 아니다. 그렇지만 샤워전극(14)의 중심축과 접속구(31)의 중심을 포함하는 면에 대하여 대칭인 구조로 되어있다.
방전이 안정되면, 그 시점에서, 샤워전극(14)으로부터 반응가스가 처리챔버(11)내에 도입되고, 일정온도로 유지된 기판(22)상에 원하는 박막이 형성된다. 그 때에 생성된 반응부생성가스 및 미반응가스는, 접속구(31)을 통해서, 상기의 배기기구(30)에 의해 배기되고, 그 결과 처리챔버(11)내는 일정한 압력으로 유지된다.
본 실시형태에서는, 배기구인 접속구(31)가, 처리챔버(11)의 주위측벽에 형성되더라도, 기판(22)의 위쪽공간, 즉 샤워전극과 기판유지체 사이의 간극이 가지는 특성으로, 대칭적인 가스흐름을 형성할 수 있는 구조로 되어있다.
샤워전극(14)과 기판(22) 및 기판유지체(13)와 사이의 거리를, 샤워전극(14) 및 기판유지체(13)와 처리챔버(11)의 주위측벽 사이의 거리보다도 충분히 작게 하고 있다. 이에 따라 샤워전극(14)과 기판(22) 및 기판유지체(13) 사이의 콘덕턴스가, 샤워전극(14) 및 기판유지체(13)와 처리챔버(11)의 주위측벽 사이의 콘덕턴스보다도 충분히 작게 할 수 있다. 접속구(31)가 기판(22)의 중심축에 대하여 특정한 반경방향으로 존재하도록 하더라도, 샤워전극(14)으로부터 나온 가스를, 기판의 원주방향으로 균일한 상태로 반경방향으로 강제적으로 흘릴 수 있다.
또 상부에 다공판(29)을 포함하는 퍼지가스도입부를 설치하고 있다. 샤워전극(14)의 중심축과 퍼지가스도입부의 접속구의 중심을 포함하는 면에 대하여 대칭이 되도록 퍼지가스에 의한 상부로부터 하부접속구(31)로 향하는 흐름을 형성한다. 이러한 퍼지가스의 흐름을 형성하는 것, 및, 배기기구(30)와 처리챔버(11)를 연통하는 접속구(31)를 챔버측벽에서의 샤워전극과 기판유지체 사이의 공간보다도 충분히 아래쪽으로 설치하는 조합에 의해서, 샤워전극(14)으로부터 토출한 가스는 샤워전극(14)과 기판유지체(13) 사이의 공간을 나온후, 대칭적으로 아래쪽으로 향한다. 이 때문에, 기판(22)상의 흐름의 축대칭성이 한층 더 높아진다.
샤워전극(14)부터의 가스의 흐름은, 상부로부터의 퍼지가스의 흐름에 합류하기 때문에, 샤워전극(14)과 기판유지체(13) 사이의 공간에서 순환류의 막힘이 생기지 않는다. 본 실시형태에서는, 6인치 기판을 처리하는 장치에서, 챔버내경 400 mm, 샤워전극지름 250 mm, 기판유지체지름 200 mm이고, 샤워전극과 기판 사이의 거리는 10∼30 mm, 샤워전극 및 기판유지체와 처리챔버의 측벽과의 거리는 50∼100 mm 으로 되어있다. 샤워전극과 기판 및 기판유지체 사이의 콘덕턴스보다도, 샤워전극 및 기판유지체와 처리챔버의 측벽 사이의 콘덕턴스 쪽이 충분히 크게 되어 있다. 접속구(31)는, 그 개구높이 30 mm, 폭 320 mm이고, 개구상부가 기판(22)의 위치에서 아래쪽 50 mm로 충분히 낮은 위치로 설정되어 있다.
한편, 본 실시형태에서는, 전술한 바와 같이 금속플레이트(38), 즉 클리닝용의 보조전극을 설치하고 있다. 가스의 흐름이 집중하여 막이나 부생성물이 부착하기쉬운 접속구(31) 부근을 집중하여 클리닝한다. 배기기구(30)의 옆의 접속구 근처에 보조전극으로서 설치한 금속플레이트(38)에 고주파전력을 인가하여, 챔버클리닝시에 상부의 샤워전극(14)에 의한 플라즈마와는 달리, 접속구(31) 부근에 플라즈마를 집중하여 일으키도록 하였다. 금속플레이트(38)는 처리챔버(11)와는 전기적으로 절연되어 있다. 금속플레이트(38)의 윗쪽은 물론, 아래쪽에 있어서도, 지지부 (도시하지 않음)이외는 처리챔버와 떨어지고, 가스가 흐르도록 하고, 필요한 배기의 콘덕턴스를 확보하고 있다. 금속플레이트(38)에 고주파전력을 인가한 경우, 플라즈마는 접속구(31)뿐 만 아니라, 금속플레이트(38)로부터 전방위적으로 발생한다.
금속플레이트(38)는, 그 치수(도면중 지면에 대하여 수직방향의 치수)가 접속구(31)와 거의 같다. 종래 샤워전극에 의한 플라즈마만으로는 접속구(31)의 테두리는 그림자가 지고, 플라즈마가 조사되지 않고, 클리닝이 곤란했던 것에 대하여, 이 실시형태에 의한 구조에서는, 접속구(31) 부근은 물론, 배기기구(30)내의 클리닝도 가능해졌다.
다음에 본 발명을 열 CVD 에 의한 텅스텐성막에 적용한 경우의 예에 관하여 서술한다. 텅스텐성막조건은, 반응가스로서 WF6를 50∼200 sccm, H2를 300∼1000 sccm, 및 SiH4를 0.2∼4 sccm, 기판유지체의 온도는 400∼500℃, 성막압력은0.5∼50 Torr 이다. 클리닝조건은, 클리닝가스로서 CF4를 110 sccm, O2를 90 sccm, 방전을 일으키기 위한 상부의 샤워전극(14)에 가압하는 고주파전력은 100∼500 W로, 주파수는 13.56 MHz, 보조전극인 금속플레이트(38)에 고주파전력을 인가하는 조건은, 전력10∼100 W에서, 주파수는 100 KHz∼13.56 MHz 이다. 클리닝은 성막마다 실시했다.
그 결과는 성막속도가 가스흐름이나 농도분포에 좌우되기 쉬운 WF6의 공급율속조건, 즉 WF6의 유량이 적은 조건이나 성막온도가 높은 조건에서도, 성막의 균일성은 5% 이하로 양호했다. 분포형상에 배기의 방향에 의한 영향은 전혀 보이지 않고, 동심원의 성막분포였다.
보조전극인 금속플레이트(38)를 설치한 결과, 종래 샤워전극(14)에 의한 플라즈마에서는 제거가 곤란하던 접속구의 테두리나 배기기구내에 부착된 막이, 이 실시예에서는 클리닝시에 제거된다. 메인티넌스시간이 각별히 단축되고, 또한 메인티넌스사이클을 종래의 1.5배로 길게 하는 것이 가능해졌다.
상기의 실시형태에서는, CVD장치, 즉 열 CVD 장치나 플라즈마 CVD 장치에 관하여 설명하였지만, 본 발명에 관한 구성은 그외에, 예컨대 화학반응과 플라즈마를 이용하는 리액티브이온에칭장치같은 기판처리에 있어서 가스의 흐름이 중요해지는 기판처리장치에서 일반적으로 적용할 수 있다.
이상의 설명으로 명백하듯이 본 발명에 의하면, CVD 장치의 처리챔버에서 배기기구를 부설하기 위한 접속구를 챔버측벽에 설치하더라도, 기판상에서 대칭적인 가스의 흐름을 얻을 수 있다. 접속구를 챔버측벽에 설치함으로써 구성을 간단하게 할 수 있고, 양호한 메인티넌스성을 확보할 수 있다. 접속구에 대하여 단순한 구조로 클리닝용의 전극을 설치할 수 있고, 접속구 및 배기기구의 플라즈마클리닝을 용이하게 실시할 수 있다.

Claims (5)

  1. 기판유지체(13)와 이것에 대향하는 가스도입전극(14)을 구비하는 처리챔버(11)와, 이 처리챔버(11)의 내부를 배기하는 배기기구(30)와, 상기 가스도입전극(14)을 통해서 상기 처리챔버(11)의 내부에 반응가스를 도입하는 반응가스공급기구(24)와, 상기 가스도입전극(14)에 고주파전력을 부여하는 고주파전원(27)을 포함하는 기판처리장치에 있어서,
    상기 처리챔버(11)의 측벽에 형성된 접속구(31)에 상기 배기기구(30)를 접속하고, 상기 가스도입전극(14)과 상기 기판유지체(13) 사이의 공간을 상대적으로 좁게 하고, 상기 가스도입전극(14)과 상기 기판유지체(13)에서 형성된 반응가스가 흐르는 공간의 콘덕턴스를, 상기 처리챔버(11)의 상기 측벽과 상기 가스도입전극(14)에서 형성된 공간의 콘덕턴스보다 작고, 또한 상기 처리챔버(11)의 상기 측벽과 상기 기판유지체(13)에서 형성된 공간의 콘덕턴스보다도 작게 한 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가스도입전극(14)과 상기 기판유지체(13) 사이의 공간보다도 아래쪽의 위치에 상기 접속구(31)를 형성하고, 상기 가스도입전극(14)의 주위공간에 퍼지가스를 도입하는 퍼지가스공급기구(28)를 설치하고, 또한 상기 퍼지가스의 흐름은 가스도입전극(14)의 중심축과 퍼지가스공급기구(28)의 접속구(31)의 중심을 포함하는 면에 대하여 대칭이고, 상기 반응가스의 흐름과 상기 퍼지가스의 흐름이 합류함으로써, 기판(22)상의 상기 반응가스의 흐름이 상기 가스도입전극(14)의 중심축에 대하여 축대칭인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 배기기구(30)는, 상기 접속구(31)의 부분에 설치되며 흡기구(34)를 구비하는 용기(33)와, 상기 흡기구(34)에 접속되는 펌프(35)와, 상기 용기(33)에 수용되며 상기 흡기구(34)를 개폐하는 밸브(32)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 배기기구(30)내에서 상기 접속구(31) 가까이 금속부재(38)를 배치하고, 이 금속부재(38)에 고주파전력을 부여하는 고주파전원(40)을 설치하고, 클리닝할 때, 상기 금속부재(38)에 고주파전력을 부여하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 용기(33)에는 개폐부가 있는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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