KR100408990B1 - 플라즈마 처리장치 - Google Patents

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KR100408990B1
KR100408990B1 KR10-2001-0001273A KR20010001273A KR100408990B1 KR 100408990 B1 KR100408990 B1 KR 100408990B1 KR 20010001273 A KR20010001273 A KR 20010001273A KR 100408990 B1 KR100408990 B1 KR 100408990B1
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운류 오가와
타까유끼 사토
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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 플라즈마를 발생시키는 진공용기(21)가, 도중에 이음새가 없는 돔(dome)형을 한 일체구조의 상부용기(22)와, 이 돔형의 상부용기(22)의 하부 개구부(24)를 실링(seal) 부재를 두어 밀폐시키는 하부용기(23)로 구성되는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다. 이 진공용기(21)에 대해 가스를 공급하는 급기구(26), 가스를 배출하는 배기구(34)를 설치한다. 고주파 전력을 인가하여 가스를 전리시키는 방전용 전극(29)이 진공용기(21) 내부가 아니라, 진공용기(21)의 바깥쪽에 원통상으로 설치된다. 이 원통상의 방전용 전극(29)의 바깥쪽에 전계와 직교하는 자력선을 형성하는 한쌍의 링(ring)상의 자석(30)을 더욱 배치한다. 따라서, 본 발명에 의한 플라즈마 처리장치는 플라즈마 밀도의 균일성을 높일 수 있고, 전자온도를 낮게 억제할 수 있도록 한다.

Description

플라즈마 처리장치 {Plasma processing apparatus}
본 발명은 변형 마그네트론 고주파 방전형 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 특히 플라즈마를 이용하여 각종 처리를 실시하는 장치, 예를 들어 피처리기판의 표면에 형성되는 막을 플라즈마에 의해 드라이 에칭(dry etching)하는 플라즈마에칭장치나, 플라즈마에 의한 기상반응을 이용하여 피처리기판의 표면에 박막을 작성하는 플라즈마 CVD(화학증착) 장치에 관한 것이다.
근래, 각종 반도체 디바이스나 액정 디스플레이, 태양전지 등의 제조공정에 있어서 플라즈마를 이용한 처리가 성행하여 실시되고 있다. 예를 들어, 실리콘 반도체상에 형성된 산화 실리콘막의 에칭으로는, 드라이 에칭의 수법의 하나로서, 플라즈마 중에서 생성되는 활성종이나 이온의 작용을 이용하여 에칭하는 방법이 실시되고 있다. 또한, 반도체 디바이스의 고집적화에 따라 배선 또한 다층배선이 되며 배선과 배선사이에 절연막(층간 절연막)을 설치하지 않으면 안된다. 프로세스를 실시하는 반응실 안에 반응성 가스를 도입하고 열을 가하여 가스를 반응시키며, 기판표면에 성막하는 방법도 있지만, 이 방법은 비교적 높은 온도를 필요로 하기 때문에, 디바이스에 부적합한 점도 많아서, 최근에는 반응의 활성화에 필요한 에너지는 그로우 방전을 통해 발생하는 플라즈마에 의해 부여되는 플라즈마 CVD법이 널리 사용되고 있다. 더욱이, 태양전지 등의 성막에도 플라즈마 CVD법이 사용되고 있다.
대표적인 플라즈마 프로세스인 드라이 에칭에 있어서, 피처리기판의 큰 면적화 및 장치의 처리량의 향상에 대응할 수 있는 균일 고밀도 플라즈마의 생성, 전자 디바이스 구조의 미세화 및 다층화에 대응하기 위한 가공정밀도 및 선택성의 향상 등이 요구되고 있다. 또한, 플라즈마 균일성의 향상은 챠지업 데미지(charge-up damage)의 저감면에서도 요구되고 있다. 이와 같은 요구에 대처하고 각종 플라즈마원의 개발이 진행되고 있다.
그러나, ECR(Electron-Cyclotron-Resonance) 플라즈마원, 유도결합 플라즈마원(ICP: Inductively-Coupled Plasma), 마이크로 표면파 플라즈마원, 헤리콘파 플라즈마원 등의 고밀도 플라즈마원은 플라즈마의 밀도는 충분하지만, φ300mm이내의 균일성의 확보가 충분하다고는 말할 수 없는 상황이다. 또한, 상기한 고밀도 플라즈마원에 있어서는, 프로세스용 가스의 과도한 해리를 억제하기 위해 플라즈마의 전자온도를 낮게 억제할 필요가 있다. 특히, 실리콘 산화막의 에칭에 있어서는, 상기 요청에 대응하는 고밀도 플라즈마원이 개발 도중에 있고, 특히 가스의 과도한 해리에 따른 에칭의 선택성의 저하와 기판표면에서의 전하축적이 큰 과제가 되고 있다.
현상태의 고밀도 플라즈마원을 이용하는 에칭 프로세스에 있어서, 미세한 실리콘 산화막 컨택트 홀 에칭시의 하지(下地) 실리콘에 대한 선택성의 저하나 게이트 폴리실리콘 전극 에칭시의 전하축적에 따른 이상한 사이드에칭, 게이트 산화막의 절연파괴 등이 현실적으로 문제가 되고 있다. 이들의 현상은 저압 고밀도 플라즈마에 있어서 전자온도가 높은 (고에너지 전자가 존재하는) 것에 의한다고 생각되어지고 있다. 그럼에도 불구하고, 플라즈마 CVD 프로세스의 경우에도, 저기압 또한 고밀도 플라즈마가 필요로 되고 있다.
본 발명의 과제는 플라즈마 밀도의 균일성을 높일 수 있고, 전자온도를 낮게 억제할 수 있는 플라즈마 처리장치를 제공하는데 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 플라즈마 장치는 석영 또는 알루미나 등의 유전체로 구성되고 내부에 플라즈마 처리영역이 형성되는 진공용기와, 상기진공용기에 대해 가스를 공급 및 배출시키는 수단과, 상기 진공용기의 바깥쪽 주위에 배치되고 상기 진공용기내에 공급되는 가스를 방전시키는 통형상의 제1전극과, 상기 진공용기의 바깥쪽 주위에 배치되는 자석과, 상기 통형상의 제1전극에 고주파 전력을 인가시키는 고주파 전력 인가수단을 구비하고, 상기 제1전극에 고주파 전력을 인가하여 진공용기내에서 플라즈마를 발생시킨다. 통상적으로 예를 들어 통형상, 타원형 통형상, 사각형 통형상 등이 있다. 상기 자석은 예를 들어, 영구자석이어도 좋고, 전자석이어도 좋다.
상기 구성에 있어서는, 진공용기의 내부에 가스공급수단에서 가스가 공급되고, 가스 배기수단에 의해 진공용기의 내부의 분위기가 배기된다. 또한, 자석에 의해 소정의 자계가 형성된다. 더욱이, 고주파 전력 인가수단으로부터 제1전극에 대해 고주파 전력이 공급된다. 이에 의해, 소정의 고주파 전계가 형성된다. 그 결과, 제1전극으로부터 방출된 전자가 마그네트론 운동을 한다. 이에 의해, 제1전극의 근방에 높은 밀도를 갖는 플라즈마가 생성된다. 이 플라즈마의 일부는 확산에 의해, 플라즈마 처리영역의 중앙부를 향해 이동한다. 이에 의해, 플라즈마 처리영역의 전체에 걸쳐서 높은 밀도와 균일한 밀도를 갖는 플라즈마가 생성된다. 그 결과, 직경 φ가 30mm의 영역에 걸쳐서 균일한 밀도를 갖는 플라즈마를 생성할 수 있게 된다.
또한, 상기 구성에 있어서는, 플라즈마의 전자온도를 낮게 억제할 수 있다. 그 결과, 에칭 선택성의 저하와, 기판표면에서의 전하밀도를 저감시킬 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따르면, 진공용기의 밖에 통형상의 제1전극을 배치함으로써, 통형상의 제1전극은 진공용기벽을 형성하지 않는다. 이 때문에, 진공용기의 사이에 절연 링(ring)을 끼워서 통형상의 전극을 끼우는 것과는 달리, 진공용기벽과 절연 링 사이, 절연 링과 통형상의 전극 사이의 실링(seal) 부재가 불필요하게 된다. 그 결과, 장치의 조립이 용이해진다. 또한, 실링부재의 개수를 감소시킬 수 있기 때문에, 진공용기내를 고진공으로 하는데 적합하다.
더욱이 또한 본 발명에 따르면, 진공용기의 밖에 제1전극을 배치함으로써, 이 제1전극의 표면이 플라즈마와 접하는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 제1전극이 플라즈마 데미지(plasma damage)를 받아서 발생하는 금속오염을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 진공용기를 석영, 또는 알루미나(Al2O3) 등의 유전체로 구성하면, 금속으로 구성한 경우와 같이, 진공용기벽에 플라즈마 데미지가 일어나는 일없이, 플라즈마 데미지에 기인하여 진공용기내의 피처리기판이 금속오염되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
이상으로부터, 본 발명에 따르면 스페이서(spacer)막, 게이트 유전체막 등의 게이트 근방의 프로세스에 있어서도, 금속오염을 효과적으로 피할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 유전체로 진공용기가 형성되어 있기 때문에, 통형상의 제1전극 근방에 알루미늄제 챔버(chamber)와 같은 도전재료를 배치할 필요가 없어진다. 이 때문에, 전력손실을 큰폭으로 줄일 수 있고, 플라즈마 처리효율이 향상된다.
또한, 상기 진공용기를 상부용기와 하부용기로 구성하고, 상기 상부용기를하부가 개구되어 있는 외에는 이음새가 없는 돔형을 한 일체구조물로 하는 것이 바람직하다. 상부용기를 이음새가 없는 일체구조물로 하면 진공용기의 조립이 한층 용이하다.
또한, 진공용기에 상기 가스를 균일하게 공급하는 샤워홀을 갖고, 이 샤워홀과 대면하는 위치에 피처리기판을 위치시키는 서셉터를 설치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 가스흐름이 균일해지고, 피처리기판으로의 플라즈마 처리 균일성이 향상된다.
또한, 상기 진공용기의 바깥쪽에 있어서, 상기 샤워홀의 외주부분에 제2전극을 배치하는 것이 바람직하다. 제1전극과 제2전극에서 협동하여 고주파 전력을 공급하면, 제1전극에서 피처리기판의 주위(플라즈마 처리영역의 말단부)의 플라즈마 처리효율을, 제2전극에서 피처리기판의 중앙(플라즈마 처리영역의 중앙부)의 플라즈마 처리효율을 각각 제어할 수 있기 때문에, 피처리기판으로의 플라즈마 처리균일성이 한층 향상된다. 또한, 샤워홀 근방의 가스 클리닝은 제2전극에 의해 에칭속도를 향상시킬 수 있고, 클리닝 효율이 향상된다.
또한, 제2전극을 샤워홀을 갖는 진공용기 부분의 외주 바깥쪽에 배치하는 것이 아니라, 진공용기의 플라즈마 처리영역 쪽과는 반대쪽의 샤워홀의 입구쪽에 제2전극을 배치하여도 좋다. 플라즈마 처리가 플라즈마 CVD 처리의 경우, 진공용기내도 성막되기 때문에, 정기적으로 가스 클리닝(gas cleaning)이 필요하며, 진공용기내의 성막에 있어서는 샤워홀 근방에 가장 다량으로 성막된다. 이 샤워홀 근방에 가스 클리닝은 플라즈마 처리영역 쪽과는 반대쪽의 샤워홀의 입구쪽에 배치한 제2전극에 의해 에칭속도를 향상시킬 수 있고, 클리닝 효율이 더욱 향상된다.
또한, 제2전극을 샤워홀의 입구쪽에 배치하는 경우, 제2전극은 샤워홀을 갖는 진공용기벽과 접촉시키거나 근접시키고, 상기 샤워홀과 대응하는 위치에 가스 유통홀을 설치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 제2전극을 샤워홀을 갖는 진공용기벽에 접촉시키거나 근접시켜도 제2전극에 저해되는 일없이, 샤워홀로부터 가스를 공급할 수 있다. 또한, 제2전극을 진공용기벽과 접촉시키거나 근접시키기 때문에, 한층 클리닝 효율이 향상된다.
또한, 제2전극의 가스 유통홀은 샤워홀보다도 크게 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 조립시에 샤워홀과 제2전극의 가스 유통홀의 위치가 어긋나도 샤워홀로부터 공급되는 가스의 흐름이 저해되지 않는다. 더욱이, 플라즈마 처리영역쪽에 있는 샤워홀의 직경을 크게 하고 있지 않기 때문에, 플라즈마의 이상방전이 일어나는 일도 없다.
또한, 자석은 복수의 영구자석을 상기 진공용기의 주위를 따라 배열하여 구성할 수 있다. 이와 같은 구성에 따르면, 자석을 한 개의 자석으로 구성하는 경우보다, 자석의 취급과 착자(着磁)를 용이하게 할 수 있다.
이 경우, 복수의 영구자석을 홀딩(holding)하는 구성으로서는, 예를 들어 복수의 감입홀을 갖는 자석홀더를 설치하고, 이 자석홀더의 각 감입홀에 각 영구자석을 끼워 넣어서 홀딩시키는 구성이다. 이와 같은 구성에 따르면, 복수의 영구자석을 용이하게 홀딩시킬 수 있다.
그 외에도, 예를 들어, 복수의 영구자석을 제1전극과 자기회로를 형성하는자석요크로 협지시켜 홀딩시키는 구성이 있다. 이와 같은 구성에 따르면, 상술한 자석홀더를 이용하는 구성보다도 복수의 영구자석을 홀딩시키는 작업을 용이하게 할 수 있게 된다. 또한, 상술한 자석홀더를 이용하는 구성에 의해 진공용기의 둘레 방향의 자장(磁場)을 균일하게 할 수 있게 된다. 이것은, 복수의 영구자석을 간격없이 배열할 수 있음과 동시에, 영구자석의 단면형상을 사각형으로 설정할 수 있기 때문이다. 더욱이, 상술한 자석홀더를 이용하는 구성에 의해, 영구자석의 길이(2개의 자극(磁極)을 연결하는 방향의 길이)를 짧게 할 수 있다. 이것은, 영구자석을 감입홀에 끼워 넣기 위한 스트록(stroke)을 확보할 필요가 없기 때문이다. 이에 의해, 영구자석을 판상으로 형성할 수 있다. 그 결과, 상술한 자석홀더를 이용하는 구성에 의해, 장치를 소형화할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 플라즈마 처리장치의 개략단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 보조전극의 개략도이다.
도 3은 고주파 전원을 줄인 본 발명의 실시형태에 따른 플라즈마 처리장치의 개략설명도이다.
도 4는 가스분산실을 진공용기의 내부에 형성한 본 발명의 실시형태에 따른 플라즈마 처리장치의 개략도이다.
도 5는 보조전극을 가스분산실의 내부에 설치한 본 발명의 실시형태에 따른 플라즈마 처리장치의 개략단면도이다.
도 6은 자석을 홀딩용 쇠장식에 의해 홀더에 부착한 본 발명의 실시형태에 따른 플라즈마 처리장치의 개략단면도이다.
도 7은 도 6의 평면도이다.
도 8은 자석을 요크(yoke)에 의해 전극에 일체적으로 부착시킨 본 발명의 실시형태에 따른 플라즈마 처리장치의 개략단면도이다.
도 9는 도 8의 평면도이다.
도 10은 본 발명의 플라즈마 처리장치를 설명하기 위해 나타낸 또 다른 플라즈마 처리장치의 구성을 나타내는 개략설명도이다.
* 도면부호의 설명 *
20, 50: 플라즈마 처리영역 21, 41, 51, 71: 진공용기
22, 42, 52, 72: 상부용기 23, 73: 하부용기
24: 하부 개구부 25, 45, 55: 가스 샤워홀(hole)
26, 46, 56, 76: 가스 급기구 27: 커버
28, 48, 58: 가스분산실 29, 59, 79, 91: 방전용 전극
30, 80, 94: 영구자석 31, 61: 보조전극
32: 개구부 33, 74: 서셉터
34: 가스 배기구 35, 37, 75: 고주파 전원
36, 38: 정합회로 101: 제어부
102: 위치변경부 43, 54: 가스 샤워판
62: 가스 유통홀 81: 자석홀더
83: 자석홀딩용 쇠장식 84, 93: 나사
92: 자석요크(yoke)
이하, 본 발명의 플라즈마 처리장치의 실시형태를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시형태의 구성을 나타내는 개략단면도이다. 여기서, 이 도 1에 나타낸 플라즈마 처리장치의 구성을 설명하기 전에, 도 10에 나타낸 플라즈마 처리장치의 구성을 설명한다.
도 10에 도시한 플라즈마 처리장치는, 상술한 ECR 플라즈마원 등의 고밀도 플라즈마원의 문제를 해결하기 위해, 본원발명자가 발명한 플라즈마 처리장치의 구성의 일예를 나타내는 개략단면도이다. 이 플라즈마 처리장치는 마그네트론 고주파 방전형의 플라즈마 처리장치를 변형한 변형 마그네트론 고주파 방전형 플라즈마 처리장치로서 구성되어 있다.
즉, 이 플라즈마 처리장치는 상하가 열린 원통상의 금속제 진공용기 본체(2)와, 진공용기 본체(2)의 상부로부터 가스를 진공용기(1)내에 공급하는 가스 급기구(3)와, 진공용기 본체(2)의 상부 개구부에 끼워 넣어서 가스 급기구(3)로부터 공급되는 가스를 분산시키는 가스분산실(4)과, 진공용기 본체(2)의 하부 개구를 차단하는 금속제의 저판(5)과, 진공용기(1)의 하부로부터 가스를 배출하는 배기구(6)를 구비한다. 진공용기(1)의 상부에서는, 가스분산실(4)을 실링(seal)부재(17)를 두어 진공용기 본체(2)에 눌러붙이는 링상의 압착부재(7) 및 이를 덮는 커버(8)가 필요하게 된다. 또한, 진공용기 본체(2)를 상하로 분할하여 그 사이에 2개의 링상의 절연링(9)을 두어 끼우고, 진공용기(1) 내에 공급되는 가스를 방전시키는 금속제의 RF 전극(11)을 구비한다.
더욱이, 진공용기(1)의 밖에서 2개의 절연링(9)과 대응하여 배치되고 통형상의 RF전극(11)의 축방향에 거의 평행한 자력선을 형성하는 2개의 링상 자석(10)과, 통형상의 RF 전극(11)에 정합회로(13)를 두어 고주파 전력(13.56 MHz)을 인가하는 고주파 전원(14)을 구비한다. 진공용기(1) 내에는 접지된 서셉터(15)가 배치되고, 그 위에 피처리기판 W를 위치시킨다. RF 전극(11)과 접지된 서셉터(15)와의 사이에 고주파 전력을 인가하여 고주파 전계를 형성하고, 진공용기(1) 내에서 플라즈마를 발생시킨다. 이에 의해 플라즈마 중의 전자가 직교전자계에서 가두어져서 효율적으로 가스를 전리하여 플라즈마를 만들도록 되어 있다.
상기한 바와 같은 구성의 변형 마그네트론 고주파 방전형의 플라즈마 처리장치에 의해, 진공용기(1) 내를 진공상태로 하여 소정의 가스를 가스 급기구(3)로부터 도입하고, RF 전극(11)에 고주파 전원(14)으로부터 고주파 전력을 인가하여 RF 전극(11)의 근방(플라즈마 처리영역의 말단부)에 강한 링상의 플라즈마가 생긴다. 이 플라즈마의 밀도가 충분하고, 또한 RF 전극(11)의 표면에 생성된 플라즈마는 플라즈마 처리영역의 중앙부로 확산되며, 서셉터(15)상에 놓인 피처리기판 W 상에 있어서 거의 균일한 플라즈마 밀도가 형성되고, φ300mm 내의 균일성의 확보도 충분하다. 또한, 플라즈마의 전자온도를 낮게 억제할 수 있고, 에칭 선택성의 저하와 기판표면에서의 전하축적도 저감할 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 10에 나타낸 플라즈마 장치에 따르면 플라즈마 밀도의 균일성을 확보할 수 있음과 동시에, 플라즈마의 전자온도를 낮게 억제할 수 있다.
그러나, 이 플라즈마 장치에 있어서는 더욱 다음과 같은 점을 고려할 필요가 있다.
(1) 통형상의 RF 전극(11)이 진공용기(1)의 측벽을 형성하기 때문에, 진공용기벽과 절연링(9)의 사이, 절연링(9)과 통형상의 RF 전극(11) 사이, 그 외 다수 갯수의 실링부재가 필요하게 된다. 이에 따라, 조립이 어려워질 가능성이 있다. 또한, 실링부재의 개수가 많기 때문에, 고진공으로 하는 것이 어렵게 될 가능성이 있다.
(2) 금속제의 RF 전극(11)의 표면이 직접 플라즈마와 접하는 구조를 하고 있다. 반도체 제조 프로세스에 있어서, 층간 절연막의 작성과 같은 금속오염 등을 신경쓰지 않는 프로세스이면, 알루미늄 등의 금속표면이 플라즈마와 접하는 구조라도 좋다. 그러나, 게이트 근방의 프로세스, 예를 들어 스페이서막이나 게이트 유전체막 등 작성 프로세스는, 금속오염을 피하지 않으면 안된다. 따라서, 도 10에 나타낸 프로세스 처리장치는 금속오염에 엄격한 LSI의 게이트 근방의 프로세스로의 적용이 어려워질 가능성이 있다.
(3) 진공용기(1)가 금속으로 형성되고, RF 전극 근방에 알루미늄제 챔버와 같은 유전재료가 배치되기 때문에, 고주파 전계가 좁은 영역으로 집중된다. 그 때문에 플라즈마가 생성되는 영역이 적어 플라즈마 처리효율이 저하될 가능성이 있다.
그래서, 도 1에 나타낸 플라즈마 처리장치는 진공용기(21)를 석영 또는 알루미나 등의 유전체로 구성함과 동시에, 가스를 방전시키기 위한 방전용 전극(29)을 진공용기(21)의 바깥쪽 주위에 배치시키도록 한 것이다.
이와 같은 구성에 따르면, 방전용 전극(29)이 진공용기(21)의 구성요소가 되지 않기 때문에, 진공용기(21)를 용이하게 조립할 수 있음과 동시에, 진공용기(21)의 진공도를 높일 수 있다.
또한, 방전용 전극(29)이 직접 플라즈마와 접하는 것이 아니기 때문에, 방전용 전극(29)이 플라즈마 데미지를 받아서 금속오염이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
더욱, 진공용기(21)가 금속으로 구성되어 있지 않기 때문에, 진공용기(21)가 플라즈마 데미지를 받아서 금속오염이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
더욱이 또한, 방전용 전극(29)의 근방에 도전재료가 배치되는 것을 방지할 수 있기 때문에, 플라즈마 처리효율의 저하를 방지할 수 있다.
이하, 도 1에 나타낸 플라즈마 처리장치의 구성을 상세히 설명한다. 이 플라즈마 처리장치에 있어서는, 진공용기(21)는 상부용기(22)와 하부용기(23)로 구성된다. 상부용기(22)는 그 하부가 개구되어 있는 외에는 이음새가 없는 일체구조를 한 돔(dome)형을 하고 있다. 하부용기(23)도 그 상부가 개구되어 있는 외에는 이음새가 없는 일체구조로 되어 있다. 상부용기(22)의 하부 개구부(24)는 하부용기(23)에 의해 O링 등의 실링부재(도시되지 않음)를 두어 밀폐시켜 진공을 유지하고, 진공용기(21)의 내부에 플라즈마 처리영역(20)이 형성된다. 진공용기(21)는 예를 들어 석영, 알루미나, 세라믹 등의 유전체로 구성된다. 진공용기(21)를 유전체로 구성하면, 진공용기(21)의 벽의 온도를 필요에 따라 비교적 높게 조절할 수 있다. 이에 따라, 프로세스 중에 진공용기(21)의 벽에 발생하는 미립자를 줄일 수 있다.
진공용기(21)의 상부는 공급되는 가스를 균일화시키는 다수의 샤워홀(25)이 형성되어, 진공용기(21)내로 공급되는 가스의 흐름을 균일하게 하고, 피처리기판 W으로의 플라즈마 처리의 균일성을 향상시키도록 되어 있다. 가스 샤워홀(25)이 형성되어 있는 진공용기(21)는 유전체로 구성되어 있기 때문에, 가스 샤워홀(25)로부터의 금속오염을 극단적으로 억제할 수 있다. 다수의 샤워홀(25)이 형성된 진공용기(21)의 상부는 가스공급수단으로서의 가스 급기구(26)를 중앙에 있는 커버(27)로 덮어서 내부에 가스분산실(28)을 형성하고, 가스 급기구(26)로 공급된 가스가 다수의 샤워홀(25)로 골고루 미치도록 되어 있다. 또한, 가스분산실(28)은 2종류이상의 가스를 사용하는 경우는 가스를 혼합시키는 역할도 겸하고 있다.
진공용기(21)의 바깥쪽벽에는 마그네트론 방전용의 고주파 전계를 형성하여,진공용기(21)내에 공급되는 가스를 방전시키는, 예를 들어 원통상의 방전용 전극(29)이 설치된다. 방전용 전극(29)은 예를 들면 알루미늄제 또는 알루미늄의 표면처리를 실시한 재료로 구성된다. 이 방전용 전극(29)이 통형상의 제1전극을 구성한다. 동일하게 진공용기(21)의 바깥쪽 벽에는 링상으로 형성된 상하 한쌍의 영구자석(30)이 설치된다. 이 영구자석(30)은 원통상 방전용 전극(29)을 감싸도록 링상으로 배치 및 설치된다. 한쌍의 영구자석(30)은 그 직경방향으로 착자되고, 서로 역방향으로 착자되어 있다. 이에 따라, 원통상의 방전용 전극(29)의 축방향에 거의 평행한 성분의 자계(磁界)를 갖도록 자력선을 원통상 방전용 전극(29)의 내면을 따라서 원통축 방향으로 형성하도록 되어 있다.
또한, 샤워홀(25)을 갖는 진공용기(21)의 상부의 외주에 있어서 진공용기(21)의 바깥쪽에, 제2전극으로서 링상의 보조전극(31)을 배치 및 설치해 둔다. 보조전극(31)은 예를 들어 알루미늄제 또는 알루미늄의 표면처리를 실시한 재료로 구성된다. 이에 따라 방전용 전극(29)에서 피처리기판 W의 주위(플라즈마 처리영역(20)의 말단부)의 플라즈마 처리효율을, 보조전극(31)에서 피처리기판 W의 중앙부(플라즈마 처리영역(20)의 중앙부)의 플라즈마 처리효율을 각각 제어할 수 있도록 해 둔다. 상기 보조전극(31)은 도 2에 나타난 바와 같이, 예를 들어 중앙에 진공용기(21)에 설치한 가스분산실(28)을 삽입통과하는 개구부(32)를 설치하고, 우산과 같이 직경방향의 바깥쪽으로 경사를 갖게 하여, 진공용기(21) 상부의 경사에 맞추어 진공용기(21)의 외주 바깥쪽상에 밀착할 수 있도록 되어 있다.
진공용기(21)의 하부에 실리콘 웨이퍼 등의 피처리기판 W을 위치시키는 서셉터(33)가 설치된다. 서셉터(33)는 최하위 전위로 하기 위해 접지시켜 두고, 이 서셉터(33)와 원통상 방전용 전극(29)과의 사이에 고주파 전력이 인가된다. 이 서셉터(33)는 상기 다수의 샤워홀(25)과 대면하는 위치에 설치된다. 피처리기판 W을 가열하는데는 예를 들어 저항가열 히터를 매립한 서셉터를 사용하기도 하고, 램프를 사용하여 적외선으로 피처리기판 W을 가열하기도 하며, 불활성가스를 사용하여 플라즈마를 일으켜 그 에너지를 시용하여 피처리기판 W을 가열하는 방법 등이 있다. 여기서는 서셉터(33)에 질화 알루미늄 등 내고온, 내불소계 플라즈마 재질로 제조된 세라믹 히터(도시되지 않음)를 설치하여, 고온가열을 가능하게 하고, 저수소질화막 등 성막시에 높은 기판온도를 필요로 하는 프로세스에 대응할 수 있도록 해 둔다. 진공용기(21)의 하부 개구부(24)를 밀폐시키는 하부용기(23)에는 진공용기(21) 내의 가스를 화살표 방향으로 배출시키는 배기수단으로서의 배기구(34)가 설치된다.
상기 원통상의 방전용 전극(29)에는 제1고주파 전원(35)이 접속되어 있고, 방전용 전극(29)에 정합회로(36)를 통해 고주파 전력이 공급되도록 되어 있다. 또한, 상기 링상의 보조전극(31)에는 제2고주파 전원(37)이 접속되어 있고, 보조전극(31)에 정합회로(38)를 통해 고주파 전력이 공급되도록 되어 있다.
또한, 도 3에 나타난 바와 같이, 보조전극(31)과 원통상 방전용 전극(29)에 공통의 고주파 전원(35)을 접속시켜 고주파 전력을 공급하도록 해도 좋다. 이와 같이 고주파 전원(35)을 공통으로 사용하면, 고주파 전원의 수를 삭감할 수 있고, 장치의 비용절감에도 효과적이다. 이 경우, 보조전극(31)에 공급하는 고주파 전류를억제하는 억제기구(39)를 보조전극(31)쪽의 고주파 전력공급회로(40)에 설치하는 것이 바람직하다. 보조전극(31)과 원통상 방전용 전극(29)을 단순하게 공통 접속시키면, 양 전극(29, 31)의 면적비도 다르고, 전극표면에 있어서의 플라즈마도 다르기 때문에, 흐르는 고주파 전류가 극단적으로 편중될 가능성이 생긴다. 이 현상을 방지하기 위해, 보조전극(31)의 고주파 전력공급 회로(40)에 고주파 전류를 억제하는 기구(39)를 설치하여, 보조전극(31)으로 흐르는 고주파 전류와 원통상 방전용 전극(29)으로 흐르는 고주파 전류의 비를 제어하는 것이 효과적이다.
또한, 도 1에 있어서, (101)은 플라즈마 처리장치의 각종 처리를 제어하기 위한 제어부를 나타낸다. 이 제어부(101)에 의해 제어되는 처리로서는, 예를 들어 진공용기(11)에 가스를 공급하는 처리, 진공용기(11)의 내부의 분위기를 배출하는 처리, 고주파 전원(35, 37)으로 출력되는 고주파 전력의 크기를 제어하는 처리 등이 있다.
또한, (102)는 방전용 전극(29)와 자석(30)의 상하위치를 변경할 수 있는 위치변경부를 나타낸다. 이 위치변경부(102)는 예를 들어 리프트 기구 또는 슬라이드 기구를 사용하여 구성할 수 있다.
계속하여 도 1을 이용하여 기판처리의 흐름에 대해 설명한다. 도시하지 않은 기판반송수단에 의해, 진공용기(21)내의 서셉터(33) 상에 피처리기판 W을 반송하고, 도시하지 않은 배기원을 이용하여 진공용기(21)내를 진공으로 한다. 이어 히터로 피처리기판 W을 그 처리에 적합한 온도로 가열한다. 이 때, 플라즈마에 강한 재료로 제조된 세라믹 히터로 가열하기 때문에, 피처리기판 W을 300∼500℃라는 넓은온도범위로 가열할 수 있다. 이 때문에, 종래는 높은 온도를 필요로 하기 위해 열 CVD 장치에 의존해 온 저수소질화막 등의 성막도 가능해진다. 피처리기판 W을 소정의 온도로 가열한 후, 가스공급수단을 구성하는 처리가스 공급라인(도시되지 않음)으로부터 가스 급기구(26)를 통해 샤워홀(25)이 설치된 유전체제의 진공용기(21)내에 처리가스를 공급한다. 이 때, 진공용기(21)의 내부의 분위기가 배기구(34)를 통해 배출되고 있기 때문에, 진공용기(21)의 내부의 압력상태가 예를 들어 소정의 감압상태로 설정된다.
동시에, 제1고주파 전원(35)으로부터 원통상의 방전용 전극(29)으로 고주파 전력이 인가된다. 이에 따라, 예를 들어 방전용 전극(29)의 근방(플라즈마 처리영역(20)의 말단부)에 그 중심방향을 향하는 성분을 갖는 고주파 전계가 형성된다. 또한, 영구자석(30)에 의해 예를 들어 방전용 전극(29)의 축방향에 평행한 부분을 갖는 자계가 형성된다. 이에 따라, 예를 들어 방전용 전극(29)의 근방에 서로 직행하는 자계와 고주파 전계가 형성된다. 그 결과, 방전용 전극(29)으로부터 방출된 전자가 마그네트론 운동한다. 이 마그네트론 운동에 의해, 가스가 전리된다. 이 마그네트론 방전에 의해, 예를 들어 방전용 전극(29)의 근방에 높은 밀도를 갖는 플라즈마가 형성된다.
이 플라즈마의 일부는 예를 들어 확산에 의해 플라즈마 처리영역(20)의 중앙부를 향하여 이동한다. 이에 의해, 플라즈마 처리영역(20)의 전체에 걸쳐서, 높은 밀도와 균일한 밀도를 갖는 플라즈마가 생성된다. 이 플라즈마에 의해, 서셉터(33)상에 놓여 있는 피처리기판 W이 처리된다. 이에 의해, 피처리기판 W은 높은 밀도와균일한 밀도를 갖는 플라즈마로 처리된다.
또한, 제2고주파 전원(37)으로부터 보조전극(31)에 고주파 전력이 인가된다. 이에 의해, 예를 들어, 플라즈마 처리영역(20)의 중앙부에, 방전용 전극(29)의 중심축방향을 향하는 고주파 전계가 형성된다. 그 결과, 예를 들어 영구자석(30)에 의해 형성되는 자력선에 트랩되어 있는 고에너지 전자가 방전용 전극(29)의 중심축 방향으로 고주파 진동을 한다. 이 고주파 진동에 의해, 마그네트론 방전과는 다른 방전이 발생한다. 이에 의해, 플라즈마 처리영역(20)의 중앙부의 플라즈마 밀도가 높아진다. 그 결과, 플라즈마 처리영역(20) 전체에 걸쳐서 플라즈마 밀도의 균일성이 더욱 높아진다.
가스의 공급의 정지, 및 고주파 전력 공급의 정지까지의 일련의 처리의 사이, 배기구(34)를 포함하는 배기수단에 의해 진공용기(21)내는 소정의 압력으로 유지되어 있다. 처리가 끝난 피처리기판 W은 반송수단을 이용하여 진공용기(21) 밖으로 반송된다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태에 따르면, 마그네트론 방전과 확산을 사용하여, 플라즈마 처리영역(20)의 전체에 걸쳐서 높은 밀도와 균일한 밀도를 갖는 플라즈마를 생성할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따르면, 플라즈마의 전자온도를 낮게 억제할 수 있다. 이에 의해, 에칭 선택성의 저하와 기판표면에서의 전하축적을 저감할 수 있다.
더욱이, 본 실시형태에 따르면, 진공용기(21)의 밖에 원통상의 방전용 전극(29)을 배치하여 통형상의 방전용 전극(29)은 진공용기(21)의 벽을 형성하지않는다. 이 때문에, 진공용기(21)의 사이에 절연링을 두어서 원통상의 방전용 전극(29)을 끼우는 것과는 달리, 진공용기(21)의 벽과 절연링사이, 절연링과 통형상의 방전용 전극(29)사이의 실링부재가 불필요하게 된다. 그 결과, 부품개수를 저감할 수 있고, 장치의 조립이 용이해지며 장치의 제작 비용을 저감할 수 있다. 또한 실링부재의 개수는 상부용기(22)와 하부용기(23)의 사이가 1개가 되고 실링부재의 개수를 큰폭으로 저감할 수 있기 때문에, 진공용기(21)내를 고진공으로 할 수 있다. 그 결과, 진공용기(21)내의 압력유지는 0.1Pa∼10Pa로 상당히 넓은 압력범위를 확보할 수 있게 된다. 따라서, 예를 들어 저압력으로 고밀도의 플라즈마를 생성할 수 있기 때문에, 고품질의 고속성막이 가능하고 매립성막 등이 가능해진다.
또한, 반도체 제조 프로세스에 있어서, 금속제의 진공용기를 사용하면 금속오염농도는 5×E10이 되며, 고객이 요구하는 금속오염 농도인 5×E9를 만족할 수 없다. 이 점에서, 본 실시형태에서는, 진공용기(21)에 석영, 또는 알루미나 등의 유전체를 사용하고 있고, 플라즈마와 접하는 진공용기(21)의 벽이 유전체로 되어 있기 때문에, 금속제 진공용기와 비교하여, 플라즈마의 진공용기벽에 대한 플라즈마 데미지가 적어, 진공용기(21)의 벽으로부터 발생하는 금속오염을 큰폭으로 억제할 수 있다. 그 결과, 플라즈마 데미지에 기인하여 진공용기(21)내의 피처리기판 W의 표면에서 발생되는 금속오염을 극단적으로 줄일 수 있고, 고객이 요구하는 상기 금속오염 농도를 충분히 만족할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따르면, 방전용 전극(29)을 진공용기(21)의 외주 바깥쪽에 배치하도록 하였기 때문에, 방전용 전극(29)이 플라즈마와 접하는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 방전용 전극(29)이 플라즈마 데미지를 받아서 생기는 금속오염의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 진공용기(21)를 상부용기(22)와 하부용기(23)로 구성하고, 진공용기(21)의 본체가 되어야 하는 상부용기(22)를 돔형이며 하부가 개구하고 있는 외에는 이음새가 없는 일체구조물로 하였기 때문에, 장치의 부품개수를 큰폭으로 저감할 수 있게 되며, 진공용기(21)의 조립이 한층 용이해지고, 장치의 제조비용을 싼값으로 할 수 있다. 더욱이 유전체로 진공용기(21)가 형성되어 있기 때문에, 진공용기의 일부를 알루미늄제 챔버와 같은 도전재료로 할 필요가 없게 되기 때문에, 플라즈마 생성영역의 협소화를 방지할 수 있고, 플라즈마 처리효율이 향상된다.
또한, 진공용기(21)에 가스를 균일하게 공급하는 다수의 샤워홀(25)을 설치하고, 그 샤워홀(25)과 대면하는 위치에, 피처리기판 W을 위치시키는 서셉터(33)를 설치하기 때문에, 가스흐름이 균일해지고, 피처리기판 W으로의 플라즈마 처리 균일성이 더욱 향상된다. 특히, 프로세스 가스를 공급하는 가스 샤워홀(25)으로부터 피처리기판 W까지의 거리를 예를 들어 10cm 이상으로 하면, 가스 샤워홀(25)로부터 피처리기판 W까지의 거리가 충분히 크게 얻어지기 때문에 프로세스 가스가 충분히 불활성화되고, 고속의 프로세스가 가능해진다.
또한, 위치변경부(102)에 의해, 방전용 전극(29)과 영구자석(30)과의 상하의 위치를 일정한 범위로 변경할 수 있기 때문에, 플라즈마 분포를 제어할 수 있다. 이에 의해, 피처리기판 W의 표면에 최적의 플라즈마 분포를 형성할 수 있다. 그 결과, 피처리기판 W의 플라즈마 처리의 균일성을 향상시키고 플라즈마 데미지를 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 샤워홀(25)을 갖는 진공용기(21) 부분의 외주 바깥쪽에 보조전극(31)을 배치하고 있다. 방전용 전극(29)과 보조전극(31)이 협동하여 고주파 전력을 공급하면, 방전용 전극(29)에서 피처리기판 W의 주위의 플라즈마 처리효율을, 보조전극(31)에서 피처리기판 W의 중앙 플라즈마 처리효율을 각각 제어할 수 있기 때문에, 피처리기판 W으로의 플라즈마 처리 균일성이 향상된다.
또한, 보조전극(31)은 가스 샤워홀(25)의 주변부의 진공용기벽의 안쪽벽에 퇴적된 막을 플라즈마를 이용하여 효과적으로 클리닝할 수 있다. 기판표면의 플라즈마 처리를 실시하는 경우, 진공용기(21)의 벽에 반응생성물이 퇴적되고 정기적으로 그 퇴적막을 제거할 필요가 있다. 퇴적된 막의 종류에 따라 제거방법이 다르지만, 거의 모든 막의 경우 플라즈마를 이용하여 제거하는 것이 효과적이다. 플라즈마로 진공용기(21)를 클리닝하는 경우 플라즈마가 주로 생성되는 방전용 전극(29) 근방은 클리닝 속도가 빠르지만, 방전용 전극(29)으로부터 먼 영역은 속도가 느리다. 따라서, 방전용 전극(29)으로부터 먼 가스 샤워홀 근방의 클리닝 속도를 향상시키기 위해 가스 샤워홀 주변에 보조전극(31)을 설치하는 방법이 효과적이다.
또한, 본 실시형태에 따르면, 제어부(102)에 의해, 고주파 전원(35, 37)으로부터 출력되는 고주파 전력의 크기를 독립적으로 제어할 수 있다. 이에 의해, 플라즈마 처리영역(20)의 말단부와 중앙부의 플라즈마 밀도를 독립적으로 제어할 수 있다. 그 결과, 플라즈마 처리영역(20) 전체에 있어서의 플라즈마 밀도나 그 균일성을 제어할 수 있다.
또한, 상술한 실시형태의 돔형의 진공용기(21)를 사용한 변형 마그네트론 고주파 방전형의 플라즈마 처리장치와 유사한 것에, 동일하게 돔형의 진공용기를 사용하고, 플라즈마원을 ICP 방식으로 하는 플라즈마 처리장치(종래의 것은 샤워헤드를 구비하지 않는다)가 있다. 이것과 본 발명의 플라즈마 처리장치를 비교하면, 본 발명의 플라즈마 처리장치는 하기 점에서 우수하다.
(1) 전자온도가 낮기 때문에 피처리기판 W의 플라즈마 데미지가 적다. 또한, 전계가 진공용기(21)의 벽에 걸리지만, 서셉터에는 걸리지 않기 때문에, 평행평판 전극 방식과 비교하여도, 기판 표면의 차지업이 일어나기 어려워 플라즈마 데미지가 적다.
(2) 플라즈마가 확산되고, 피처리기판 W상에 있어서 거의 균일한 플라즈마 밀도가 되기 때문에, 플라즈마 CVD에 있어서 막두께의 균일성이 좋다.
(3) 더욱이 플라즈마 파워는 100W∼3kW의 범위, 압력도 0.1Pa∼10Pa의 넓은 범위로 각각 커버할 수 있기 때문에, 프로세스 윈도우(process window)가 넓다.
그런데, 도 1에 나타낸 진공용기(21)에서는 상부용기(22)의 상부를 커버(27)로 덮도록 하여, 가스분산실(28)을 진공용기(21)의 외부에 형성하도록 하였다. 그러나, 가스분산실(28)을 진공용기(21)의 내부에 형성하는 것도 가능하다. 도 4는 그와 같은 실시형태를 나타내는 것으로, 가스 급기구(46)를 돔상의 상부용기(42)에 일체적으로 부착시킨다. 다른 한편, 다수의 샤워홀(45)을 형성한 원판상의 가스 샤워판(43)을 준비하여 이것으로 진공용기(41)의 천정을 구성하여 천정뒤에 가스분산실(48)을 설치한다. 이에 의해, 가스분산실(48)을 진공용기(41)의 내부에 설치할 수 있다.
또한, 도 1에 나타낸 실시형태에서는 보조전극(31)을 샤워홀(25)의 외주 바깥쪽에 설치하여 가스분산실(28)의 바깥쪽에 오도록 배치하고 있다. 그러나, 보조전극(31)을 가스분산실의 안쪽에 오도록 배치하는 것도 가능하다. 도 5는 이와 같은 실시형태를 나타내는 것으로, 알루미늄제 또는 표면처리를 실시한 보조전극(61)을 진공용기(51)의 상부에 설치한 가스분산실(58)의 내부에 설치해 둔다. 즉, 진공용기(51)의 플라즈마 처리영역(50) 쪽과는 반대쪽의 샤워홀(55)의 입구쪽에, 샤워홀(55)을 형성한 가스 샤워판(54)에 대응하는 원판상의 보조전극(61)을 배치해 둔다. 가스 샤워판(54)으로부터 프로세스 가스가 진공용기(51)내에 토출되기 때문에, 가스 샤워판(54)의 표면에 반응생성물이 대량으로 퇴적되기 쉽다. 따라서 샤워홀(55)의 입구쪽에 보조전극(61)을 배치하면, 가스 샤워판(54)의 표면에 대량으로 퇴적된 반응생성물의 에칭 속도를 향상시킬 수 있고, 클리닝 효율이 한층 향상된다.
도시예의 보조전극(61)은 가스분산실(58)의 저부를 구성하는 가스 샤워판(54)의 이면에 밀접되도록 설치해 둔다. 이 때문에, 돔형태의 상부용기(52)의 상부, 즉 가스 샤워판(54)은 평탄하게 된다. 보조전극(61)은 근접하여 설치되도록 해도 좋다. 보조전극(61)에는 샤워홀(55)과 대응하는 위치에 가스 유통홀(62)을 설치한다. 이와 같이 하면, 보조전극(61)을 샤워홀(55)을 갖는 샤워판(54)에 접촉시키거나 근접시켜도, 보조전극(61)에 마모되는 일없이, 샤워홀(55)로부터 가스를공급할 수 있다.
또한, 보조전극(61)을 샤워판(54)에 접촉시키거나 근접시키기 때문에, 샤워홀(55)에 있어서의 클리닝 효율을 한층 향상시킨다. 특히, 도시예와 같이, 가스 샤워판(54)의 이면에 보조전극(61)을 밀접하여 배치하면, 반응생성물이 대량으로 퇴적된 가스 샤워판 표면의 클리닝 속도를 큰폭으로 촉진시킬 수 있다.
가스 유통홀(62)은 가스 샤워판(54)에서 열려 있는 샤워홀(55)과 동심축상에서 거의 같은 크기로 가스 유통홀(62)을 열어 두면 좋다. 이와 같이 하면, 조립시에 샤워홀(55)과 보조전극(61)의 가스 유통홀(62)과의 위치가 어긋나도 샤워홀(55)로부터 공급되는 가스의 흐름이 저해되지 않는다. 더욱이, 플라즈마 처리영역(50) 쪽인 샤워홀(55)의 직경을 크게 하지 않기 때문에 플라즈마의 이상방전이 일어나는 일도 없다.
또한, 가스분산실(58)의 높이, 즉 가스 급기구(56)의 출구와 가스샤워 홀(55)과의 사이의 간격은, 이상방전을 방지하기 위해 충분히 작게 하는 편이 양호하다. 보조전극(61)을 설치한 나머지의 간격이 3mm정도가 바람직하다.
그런데, 도 1이나 도 5의 플라즈마 처리장치를 실제로 제작하는 경우, 진공용기의 밖에 배치하는 한쌍의 영구자석의 설치방법이 장치의 조립의 용이, 및 균일자장의 형성을 좌우하는 요소가 된다. 이것을 도 6 및 도 7을 이용하여 설명한다.
도 6은 플라즈마 처리장치의 단면도를 나타낸다. 진공용기(71)는 진공을 유지하는 절연재인 세라믹제의 돔형의 상부용기(72)와, 하부용기(73)를 밀착시켜서 구성한다. 상부용기(72)와 하부용기(73)의 사이는 O링으로 진공기밀을 유지하고 있다. 상부용기(72)는 상부에 반응가스를 샤워상으로 공급하는 가스 급기구(76)를 구비하고 있다. 진공용기(71)내에 피처리기판 W를 설치하는 서셉터(74)가 배치된다. 그리고, 상부용기(72)의 외주측벽에 원통상의 방전용 전극(79)을 부착시킨다. 고주파 전원(75)이 원통상의 전극(79)에 접속되고 전극(79)에 고주파 전력이 공급되도록 되어 있다. 원통상 방전용 전극(79)의 상하로 자장을 발생시키기 위한 상측의 영구자석(80) 및 하측의 영구자석(80)을 링상으로 설치한다. 여기서는 상하의 영구자석(80)을 설치하기 위해, 자석홀더(81)를 이용하고 있다.
도 7은 상술한 진공용기(71)의 평면도를 나타낸다. 이로부터 알 수 있는 바와 같이, 여기서는 다수의 원주상의 영구자석(80)을 사용하고 있다.
원통상의 방전용 전극(79)의 외주에, 폭두께의 원통상의 자석홀더(81)를 끼운다. 자석홀더(81)에는 둘레방향으로 등간격으로 다수의 감입홀을 설치하고, 그 감입홀의 방향을 직경방향 안쪽으로 향하게 한다. 이 감입홀에 원주상 자석(80)을 그 축을 홀이 열려 있는 방향을 향하여 끼워 넣는다.
이 때, 상측의 복수개의 자석(80)과 하측의 복수개의 자석(80)의 어느 한쪽의 자석은 N극이 진공용기(71)의 중심방향을 향하도록 배치되고, 다른쪽의 자석은 S극이 진공용기(71)의 중심방향을 향하도록 배치한다. 또한, 자석(80)은 원통상의 전극(79)의 상하방향의 중심에 대해 대칭하도록 배치되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 원통상의 전극(79)의 내주면을 따라 원통축 방향에 자력선이 형성된다.
끼워 넣어진 원주상의 자석(80)의 머리를 자석 홀딩용 쇠장식(83)으로 진공용기(71)의 바깥쪽으로부터 안쪽을 향하여 눌러붙이고, 자석홀더(81)에 나사(84)로고정시켜 홀딩시키고 있다. 이와 같이 하여 상하 한쌍의 영구자석(80)을 링상 배열에 가까운 형태로 배치해 둔다.
상술한 실시형태에 따르면, 복수의 영구자석(80)을 진공용기(71)의 바깥쪽 주위에 따라서 배치함으로써, 진공용기(71)의 바깥쪽주위에 배열되는 자석을 구성하도록 하였기 때문에, 이 자석을 한 개의 영구자석으로 구성하는 경우보다도 자석의 취급이나 착자를 용이하게 할 수 있음과 동시에, 자석을 싼값으로 제조할 수 있다.
도 8 및 도 9는 진공용기의 바깥쪽 주위에 배치되는 자석의 다른 구성을 나타내는 도이다.
도 8 및 도 9에 나타낸 실시형태는 도 6 및 도 7에 나타낸 실시형태와 동일하게, 복수의 영구자석(94)을 진공용기(71)의 주위를 따라서 배열함으로써 진공용기(71)의 바깥쪽 주위에 배치되는 자석을 구성하도록 되어 있다.
그러나, 도 6 및 도 7에 나타난 실시형태에서는 복수의 영구자석(80)을 홀딩시키는 경우, 복수의 감입홀을 갖는 자석홀더(81)를 설치하고, 이 자석홀더(80)의 감입홀에 영구자석(80)을 끼워 넣어서 복수의 영구자석(80)을 홀딩시키는 경우를 설명하였다.
이에 대해 도 8 및 도 9에 나타낸 실시형태에서는 통형상의 방전용 전극(91)과 자기회로를 형성하는 자석 요크(92)에 의해 복수의 영구자석(94)을 협지하도록 하여 이 영구자석(94)을 홀딩시키도록 한 것이다.
이와 같은 구성에 따르면, 도 6 및 도 7의 실시형태에 의해, 복수의 영구자석(94)을 더욱 간단히 유지할 수 있기 때문에, 상기 자석을 간단하게 조립할 수 있다.
또한, 이와 같은 구성에 따르면, 복수의 영구자석(94)을 간격없이 나열할 수 있다. 또한, 이와 같이 나열하는 경우에도, 영구자석(94)의 단면형상을 원형으로 설정할 필요가 없다. 이것은 도 8 및 도 9의 형태에서는 도 6 및 도 7에 나타내는 실시형태와는 달리, 영구자석(94)을 끼워 넣기 위한 홀을 확보할 필요가 없기 때문이다. 이에 의해, 영구자석(94)의 단면형상을 사각형으로 설정할 수 있다. 그 결과, 도 6 및 도 7에 나타낸 실시형태보다 진공용기(71)의 원주방향에 있어서의 자장을 더욱 균일하게 할 수 있다.
더욱, 이와 같은 구성에 따르면, 영구자석(94)의 길이(2개의 자극을 연결하는 방향의 길이)를 짧게 할 수 있다. 이것은 영구자석(94)을 홀딩시키는 경우, 홀에 끼워서 홀딩시키는 것이 아니라, 방전용 전극(91)과 자석 요크(92)로 협지시킴으로써 홀딩시키도록 되어 있기 때문이다. 이에 의해, 영구자석(94)을 사각형의 판상으로 형성할 수 있다. 그 결과, 복수의 영구자석(94)에 의해 형성되는 자석의 반경을 작게 할 수 있다. 따라서, 도 6 및 도 7에 나타난 플라즈마 장치보다 더욱 장치의 소형화를 도모할 수 있도록 한다.
이하, 도 8 및 도 9에 나타낸 실시형태의 구성을 상세하게 설명한다. 이 실시형태는 상기와 같이, (1) 통형상의 방전용 전극(91)의 외주에 자기회로를 형성하는 자석요크(92)를 배치하고, 방전용 전극(91)과 자석요크(92)로 복수의 영구자석(94)을 협지하도록 하고, (2) 각 영구자석(94)을 사각형의 판상으로서, 방전용 전극(91)의 주위에 간격 없이 배치하도록 한 것이다.
즉, 진공용기(71)의 외주에 배치한 원통상의 방전용 전극(91)은 이형단면을 갖도록 형성한다. 즉, 폭방향의 상하단부를 얇게 중앙부를 두껍게 하여, 동일단면으로 다른 판두께부를 갖게 한다. 이 방전용 전극(91)의 바깥쪽에, 이 방전용 전극(91)에 겹치도록, 예를 들어 철과 같은 자성재료로 이루어진 자기회로를 형성하는 자석요크(92)를 나사(93)로 고정시킨다. 영구자석(94)은 사각형의 판상을 하는 세그먼트상으로 한다. 방전용 전극(91)에 자석요크(92)를 고정시켜서 방전용 전극(91)과 자석요크(92)와의 사이에 형성되는 상하의 간격에, 원통축 방향으로부터 세그먼트상의 영구자석(94)을 삽입하고, 접착제로 홀딩시킨다. 이와 같이, 방전용 전극(91)과 자석요크(92)와의 사이에 영구자석(94)을 협지하도록 하여 자석요크(92)에서 연결된 한쌍의 영구자석(94)을 방전용 전극(91)과 일체구조로하고 있다.
따라서, 통형상의 방전용 전극(91)과 자석요크(92)로 영구자석(94)를 협지시킨다는 자석 일체형 구조라는 간단한 구성으로, 진공용기(71)의 밖에 방전용 전극(91)과 영구자석(94)을 배치할 수 있다. 그 결과, 도 6 및 도 7에 나타낸 실시형태보다, 장치의 조립을 용이하게 할 수 있다. 또한, 자석 일체형 전극을 채용하면, 반경방향에 대해서는 자기회로를 형성하는 자석요크(92)가 있는 것으로 두께가 얇은 판상의 영구자석(94)으로 소정의 자장이 얻어지고, 더욱이 도 6 및 도 7에 나타낸 실시형태와 같이, 나사(84)와 자석 고정용 쇠장식(83)으로 홀딩시키는 일도 없기 때문에, 장치의 반경방향의 크기를 작게 할 수 있고, 진공용기(71)의 크기도작게 할 수 있다. 또한 보다 얇은 영구자석(94)을 이용하면 진공용기(71)를 더욱 작게 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 통형상의 제1전극을 진공용기 밖에 배치할 수 있기 때문에, 장치의 조립이 용이해진다. 또한, 제1전극은 진공용기의 밖에 배치되어 있기 때문에 진공용기의 실링(seal)성을 높일 수 있고, 진공용기를 고진공으로 감압할 수 있다.
또한, 제1전극이 직접 플라즈마와 접하는 일이 없기 때문에, 제1전극이 플라즈마 데미지를 받는 것에 의한 금속오염이 발생하는 일을 방지할 수 있다.
또한, 적어도 진공용기의 표면을 석영 등의 유전체로 구성하여, 진공용기가 플라즈마 데미지를 받아서 금속오염이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

Claims (20)

  1. 유전체로 구성되고 내부에 플라즈마 처리영역이 형성되는 진공용기와,
    상기 진공용기에 대해 가스를 공급 및 배출시키는 수단과,
    상기 진공용기의 바깥쪽 주위에 배치되고 상기 진공용기내에 공급되는 가스를 방전시키는 통형상의 제1전극과,
    상기 진공용기의 바깥쪽 주위에 배치되는 자석과,
    상기 통형상의 제1전극에 고주파 전력을 인가시키는 고주파 전력 인가수단을 구비하고, 상기 제1전극에 고주파 전력을 인가하여 진공용기내에서 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 처리장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 진공용기는 상부용기와 하부용기로 구성되고, 상기 상부용기는 하부가 개구되어 있는 외에 돔형을 한 구조물인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 진공용기에 가스를 균일하게 공급하는 샤워홀을 갖고, 상기 샤워홀과 대면하는 위치에 피처리기판을 위치시키는 서셉터를 설치한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 진공용기의 바깥쪽에서, 샤워홀의 외주 부분에 제2전극을 배치시킨 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 진공용기의 플라즈마 처리영역쪽과는 반대쪽의 샤워홀의 입구쪽에 제2전극을 배치시킨 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 자석이 복수의 영구자석으로 이루어지며, 이들 복수의 영구자석이 상기 진공용기의 바깥쪽 주위에 배치된 자석홀더의 감입홀에 끼워 넣어져서 홀딩되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 자석이 복수의 영구자석으로 이루어지며, 이들 복수의 영구자석이 상기 제1전극과 상기 진공용기의 바깥쪽 주위에 배치된 자석요크로 협지되어 홀딩되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 자석은 상기 방전용 전극의 상단부근에 설치되는 제1자석과 상기 방전용 전극의 하단부근에 설치되는 제2자석을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 자석이 복수의 영구자석으로 이루어지며, 이들 복수의 영구자석이 상기 진공용기의 바깥쪽 주위에 배치된 자석홀더의 감입 공극에 끼워 넣어져서 홀딩되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  12. 상부용기와 하부용기를 가지며, 이들 상부용기와 하부용기 중의 적어도 상기 상부용기가 유전체로 구성되고 내부에 플라즈마 처리영역이 형성되는 진공용기와,
    상기 상부용기에 대해 가스를 공급 및 배출시키는 수단과,
    상기 상부용기의 바깥쪽 주위에 배치되고 상기 진공용기내에 공급되는 가스를 방전시키는 통형상의 제1전극과,
    상기 진공용기의 바깥쪽 주위에 배치되는 자석과,
    상기 통형상의 제1전극에 고주파 전력을 인가시키는 고주파 전력 인가수단을 구비하고, 상기 제1전극에 고주파 전력을 인가하여 진공용기내에서 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 처리장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 자석은 상기 방전용 전극의 상단부근에 설치되는 제1자석과 상기 방전용 전극의 하단부근에 설치되는 제2자석을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 진공용기는 상부용기와 하부용기로 구성되고, 상기 상부용기는 하부가 개구되어 있는 외에 돔형을 한 구조물인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  15. 제12항에 있어서, 상기 진공용기는 석영 또는 알루미나 또는 세라믹 중의 어느 하나로부터 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  16. 제12항에 있어서, 피처리기판은 상기 상부전극의 내부에 배치되어 처리되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  17. 제12항에 있어서, 상기 자석이 복수의 영구자석으로 이루어지며, 이들 복수의 영구자석이 상기 진공용기의 바깥쪽 주위에 배치된 자석홀더의 감입 공극에 끼워 넣어져서 홀딩되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  18. 제12항에 있어서, 상기 자석이 복수의 영구자석으로 이루어지며, 이들 복수의 영구자석이 상기 제1전극과 상기 진공용기의 바깥쪽 주위에 배치된 자석요크로 협지되어 홀딩되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  19. 유전체로 구성되는 진공용기와, 공급 및 배출 수단과, 상기 진공용기의 바깥쪽 주위에 배치되는 통형상의 제1전극과, 상기 진공용기의 바깥쪽 주위에 배치되는 자석과, 상기 통형상의 제1전극에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전력 인가수단을 구비한 플라즈마 처리장치를 사용하여, 반도체장치를 제조하는 반도체장치의 제조방법으로서, 상기 진공용기 내에 기판을 삽입하여, 상기 공급수단에 의해서 상기 진공용기 내에 가스를 공급하고, 상기 제1전극에 고주파 전력 인가수단으로부터 출력되는 고주파 전력을 인가하고, 상기 진공용기 내에 플라즈마를 발생시켜서, 상기 기판에 플라즈마 처리를 수행하여, 상기 기판을 진공용기로부터 반출하는 반도체 장치의 제조방법.
  20. 상부용기와 하부용기를 가지며, 이들 2개의 용기중의 적어도 상부용기는 유전체로 구성되는 진공용기와, 공급 및 배출 수단과, 상기 진공용기의 바깥쪽 주위에 배치되는 통형상의 제1전극과, 상기 진공용기의 바깥쪽 주위에 배치되는 자석과, 상기 통형상의 제1전극에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전력 인가수단을 구비한 플라즈마 처리장치를 사용하여, 반도체장치를 제조하는 반도체장치의 제조방법으로서, 상기 진공용기 내에 기판을 삽입하여, 상기 공급수단에 의해서 상기 진공용기 내에 가스를 공급하고, 상기 제1전극에 고주파 전력 인가수단으로부터 출력되는 고주파 전력을 인가하고, 상기 진공용기 내에 플라즈마를 발생시켜서, 상기 기판에 플라즈마 처리를 수행하여, 상기 기판을 진공용기로부터 반출하는 반도체 장치의 제조방법.
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