KR100944571B1 - 반도체 및 액정 표시 장치용의 기판을 처리하는 처리 장치에 사용되는 내식성 부재 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 처리 장치는 반도체 웨이퍼를 수용하고, 가열, 플라즈마, 프로세스 가스 중 어느 하나, 또는 이들의 조합에 의해서 해당 피처리 기판에 가공을 실시하는 처리를 실시하기 위한 부재가 수납된 챔버를 탑재하는 장치에 있어서, 상기 챔버 내부 벽면 및 챔버내에 노출되는 상기 부재 표면에 Al2O3 및 Y2O3로 이루어진 막이 형성되고, 고내식성 및 절연성을 가지고, 프로세스 가스를 반도체 웨이퍼의 처리면상에 도입 및 확산시킴으로써, 플라즈마를 발생시키는 영역이나 챔버내에 수납된 부재에 생성물이 부착되지 않도록 하는 처리 장치이다.

Description

반도체 및 액정 표시 장치용의 기판을 처리하는 처리 장치에 사용되는 내식성 부재 및 그 제조방법{ETCHING-RESISTANT MEMBER USED IN PROCESSING APPARATUS FOR PROCESSING A SUBSTRATE FOR SEMICONDUCTOR AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE, AND METHOD OF PRODUCING THE MEMBER}
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 플라즈마 CVD 장치의 구성예를 도시한 도면,
도 2a 및 도 2b는 에칭에 의한 부식 시험의 샘플 및 평가 기준을 도시한 도면,
도 3은 에칭에 있어서의 부재와 에칭량(삭감량)의 관계를 나타내는 도표,
도 4는 Al2O3/Y2O3의 중량비가 0.43일 때의 용사막의 X선 회절 패턴을 도시한 도면,
도 5는 Al2O3/Y2O3의 중량비가 0.66일 때의 용사막의 X선 회절 패턴을 도시한 도면,
도 6은 Al2O3/Y2O3의 중량비가 1.50일 때의 용사막의 X선 회절 패턴을 도시한 도면,
도 7은 용사막의 Al2O3/Y2O3의 중량비를 변화시킨 경우에 있어서의 복합 산화물의 비율을 도시한 도면,
도 8은 용사막의 Al2O3/Y2O3의 중량비와 플라즈마에 의한 에칭량의 관계를 도시한 도면,
도 9는 YAG를 이용하여 용사를 실행했을 때의 용사막의 X선 회절 패턴을 도시한 도면,
도 10은 제 2 실시형태에 따른 플라즈마 CVD 장치의 구성예를 도시한 도면,
도 11은 제 3 실시형태에 따른 플라즈마 CVD 장치의 구성예를 도시한 도면,
도 12는 제 4 실시형태에 따른 플라즈마 CVD 장치의 구성예를 도시한 도면,
도 13a 및 도 13b는 제 4 실시형태에 있어서의 샤워 헤드의 구성예를 도시한 도면,
도 14a 및 도 14b는 제 4 실시형태에 있어서의 샤워 헤드의 변형예를 도시한 도면,
도 15는 헤드부의 구성예를 나타내는 도표,
도 16은 가스 토출 부재의 제 1 변형예를 도시한 사시도,
도 17은 가스 토출 부재의 제 2 변형예를 도시한 사시도,
도 18은 챔버의 높이가 낮은 박형 챔버의 일례를 도시한 도면,
도 19는 반구 형상 챔버의 일례를 도시한 도면,
도 20은 돔 형상 챔버의 일례를 도시한 도면,
도 21은 열처리 장치의 구성예를 도시한 도면,
도 22는 애싱 장치의 구성예를 도시한 도면,
도 23은 에칭 장치의 구성예를 도시한 도면,
도 24는 각 실시형태에 있어서의 용사막의 막두께에 대한 절연 파괴 전압(절연 파괴 내압)의 관계를 도시한 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 성막 장치 11 : 챔버
11a : 하부 챔버 11b : 상부 챔버
14 : 용사막(또는 막) 17 : 서셉터
18 : 냉매실 22 : 전원
26 : 전극 30 : 샤워 헤드
30a, 30b, 30c : 가스 토출 구멍 40 : 가스 공급 기구
41 : ClF3 공급원 42, 43 : Ar 공급원
44 : TiCl4 공급원 45 : NH3 공급원
46, 47, 48, 49, 50, 53 : 가스 라인
54, 55, 56, 57 : 배관 62 : 배기 장치
66 : 고주파 전원 67 : 냉각 기구
W : 웨이퍼
본 발명은 CVD(화학적 증착; Chemical Vapor deposition) 등의 성막 장치나 열처리 장치 및 에칭 장치에 적용하는 고내식성 용사막을 갖는 챔버를 탑재한 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스는 최근의 고밀도화 및 고집적화의 요구에 대응하여, 2차원적인 배선 구조에서 3차원적인 다층 배선 구조로 변화되고 있다. 이 때문에, 하층의 회로 소자와 상층의 배선층의 접속부가 되는 접점 구멍(contact hole)이나, 상하의 배선층끼리의 접속부인 통과 구멍(via hole) 등의 층간 전기적 접속을 위한 매립 기술이 중요시되고 있다. 종래에, 접점 구멍이나 통과 구멍의 매립에는 일반적으로 Al(알루미늄)이나 W(텅스텐), 또는 이들을 주체로 하는 합금이 이용되고 있다.
이들 Al 또는 Al 합금을 이용하여 매립할 때에 제조 도중에 열처리 등이 있기 때문에, 하층이 되는 Si(실리콘) 기판이나 Al 배선과 직접 접촉하고 있으면, 이들의 경계 부분에 있어서, Al의 흡상 효과(sucking-up) 등이 발생하여 양 금속으로 이루어지는 합금이 새롭게 형성될 우려가 있다. 이렇게 해서 형성된 합금은 저항값이 크기 때문에, 디바이스에 요구되고 있는 전력 절약화 및 고속 동작의 관점에서 바람직하지 못하다. 또한, W 또는 W 합금을 접점 구멍의 매립층으로서 이용하는 경우에는 매립층의 형성에 이용하는 WF6 가스가 Si 기판에 침입하여 전기적 특성 등을 열화시킬 가능성이 있으므로 바람직하지 못하다.
따라서, 이들 문제의 발생을 방지하기 위해서, 접점 구멍이나 통과 구멍에 매립층을 형성하기 전에, 구멍의 바닥부 및 내벽에 배리어층을 형성하고, 그 위에 매립층을 형성하고 있다. 이 배리어층으로는 일반적으로 TiN막이 공지되어 있다.
한편, 회로의 고집적화에 동반하여, 캐패시터 게이트 재료로 스케일을 바꾸지 않고 높은 정전 용량을 얻기 위해서, Ta2O5 등의 고유전율 재료를 채용하고 있다. 그러나, 이러한 고유전율 재료는 종래부터 캐패시터 게이트 재료로서 이용하고 있었던 SiO2에 비해 특성이 안정되어 있지 않기 때문에, 상부 전극에 폴리-Si를 이용한 경우에는 캐패시터 형성후의 열 이력에 의해 산화되어 버려, 안정적인 특성의 디바이스 소자가 제조될 수 없게 된다. 이 때문에, 보다 산화되기 어려운 TiN막이 상부 전극으로 요구되고 있다.
이 TiN막은 물리적 증착(PVD) 기술을 이용하여 성막되고 있는데, 최근과 같이 디바이스의 미세화 및 고집적화가 특히 요구되고, 설계 규격이 특히 엄격하게 되어 있으면, 높은 선택비를 얻기 어려운 PVD로는 커버할 수 없게 되고 있다. 따라서, 보다 양질의 TiN막을 형성할 수 있는 화학적 증착(CVD) 기술을 이용하고 있다. 이 CVD로서는 구체적으로 반응 가스로 TiCl4와 NH3(암모니아) 또는 MMH(모노메틸 하이드라진)를 이용하여 가열한 기판에 토출시켜 성막을 실행하는 열 CVD가 있다. 이러한 열 CVD에 의해서 TiN막을 성막한 경우, 성막중에 Cl(염소) 성분이 잔류하기 쉬운 문제가 있다. 이 Cl이 잔류하면 형성막의 비저항값이 높아져, 캐패시터 상부 전극으로 적용한 경우에 적정한 특성을 얻을 수 없다.
또한, 주상 결정인 TiN막은 입계 확산이 발생하기 쉽기 때문에, 배리어성이 저하된다. 특히, 이 배리어성의 저하는 TiN막을 Cu 배선의 배리어층으로서 이용하는 경우나 캐패시터 상부 전극의 Ta2O5 배선의 산소 확산 배리어의 경우에 문제가 된다. 즉, 잔류 염소에 의한 Cu 배선 부식이나 산소의 확산에 의한 Ta2O5의 용량 저하가 문제가 된다.
성막중의 Cl 함유량은 성막 온도를 고온으로 함으로써 감소시킬 수 있지만, 고온 프로세스는 Cu, Al 등의 배선 재료의 부식 등의 문제가 있으므로 바람직하지 못하다.
한편, 플라즈마 CVD 기술의 하나의 방법으로서, 종형 용기(bell jar)(챔버)의 주위에 코일 등의 안테나 부재를 설치하고, 이것에 고주파 전력을 인가하여, 유도전자계를 형성하여 플라즈마를 형성하는 ICP(유도 결합 플라즈마; Inductively Coupled Plasma)-CVD 기술이 있다. 이 기술을 이용하여 TiN막을 성막한 경우에는 성막된 TiN막은 저항이 낮고 Cl이 적게 되어, 비교적 저온으로 형성된 형성막이라도 Cl 잔류량은 적다.
이러한 ICP-CVD 장치에 의해서 TiN막을 성막하는 경우에는 석영이나 알루미나제의 챔버가 이용되고 있지만, 이들은 내플라즈마성이 나쁘고, 또한 TiN막 성막후에 장치 내부를 클리닝하기 위해서 사용되는 ClF3 등의 부식 가스에 대한 내부식성이 나쁘다는 문제점이 있다.
또한, 상기 타입의 CVD 성막 장치는 통상 챔버의 상부방향으로부터 프로세스 가스를 도입하기 때문에, 챔버 내벽에 부착물이 부착되어 이물질이 발생하기 쉽고, TiN막을 성막한 경우에는 상부 챔버에 도전성막이 부착되어 플라즈마 발생이 감쇠하여, 성막이 곤란하게 되는 경우가 발생한다.
본 발명은 성막 장치, 열처리 장치나 에칭 장치에 탑재되는 챔버로서, 내부의 내식성이 높고, 프로세스 가스(처리 가스)에 의한 생성물 또는 에칭 생성물 등의 부착물이 내벽에 부착되기 어려운 챔버를 구비하는 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이상과 같은 구성의 처리 장치는 피처리 기판을 수용하고, 가열, 플라즈마, 프로세스 가스 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 의해서 해당 피처리 기판에 가공을 실시하는 처리를 실행하기 위한 부재가 수납된 챔버를 탑재하고, 이 챔버 내부 벽면 및 챔버내에 노출되는 상기 부재 표면에, Al2O3 및 Y2O3로 이루어지고, Al2O3/Y2O3의 중량비가 0.5 이상인 막이 형성된다. 상기 형성된 막의 Al2O3/Y2O3의 중량비는 0.5 이상 2.5 이하이다. 상기 형성된 막의 두께는 50㎛ 이상이다.
또한, 본 발명은 반도체 및 액정 표시 장치용의 기판을 처리하는 처리 장치에 사용되는 내식성 부재 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 상기 내식성 부재 및 그 제조방법은 하기 [1] 내지 [15]와 같다.
[1] 반도체 및 액정 표시 장치용의 기판을 처리하는 처리 장치에 사용되는 내식성 부재로서,
기재와,
그 위에 주기율표 3a족 원소 화합물을 이용하여 용사에 의해 형성되고, 막 두께 50㎛ 이상이고, 절연 파괴 내압 4kV 이상을 가지며, 또한 CF4와 Ar과 O2의 혼합 가스의 플라즈마에 의한 삭감량이 알루미나의 삭감량보다 작은, 내플라즈마성 및 부식 가스에 대한 내부식성을 갖는 상기 주기율표 3a족 원소 화합물을 포함하는 막을 구비하는 것을 특징으로 하는 내식성 부재.
[2] 상기 주기율표 3a족 원소 화합물을 포함하는 막은, 이 주기율표 3a족 원소 화합물에, 추가로 Al2O3를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 [1]에 기재된 내식성 부재.
[3] 상기 주기율표 3a족 원소 화합물을 포함하는 막은, 이트륨·알루미늄·가넷을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 [1]에 기재된 내식성 부재.
[4] 상기 주기율표 3a족 원소 화합물을 포함하는 막은, Y, La, Ce, Eu 및 Dy 중 어느 하나의 산화물, 또는 Y, La, Ce, Eu 및 Dy 중 어느 하나의 불화물로부터 선택되는 막인 것을 특징으로 하는 상기 [1]에 기재된 내식성 부재.
[5] 반도체 및 액정 표시 장치용의 기판을 처리하는 처리 장치에 사용되는 내식성 부재로서,
기재와,
그 위에 Y2O3를 이용하여 용사에 의해 형성되고, 막 두께 50㎛ 이상이고, 절연 파괴 내압 4kV 이상을 가지며, 또한 CF4와 Ar과 O2의 혼합 가스의 플라즈마에 의한 삭감량이 알루미나의 삭감량보다 작은, 내플라즈마성 및 부식 가스에 대한 내부식성을 갖는 상기 Y2O3의 막을 구비하는 것을 특징으로 하는 내식성 부재.
[6] 반도체 및 액정 표시 장치용의 기판을 처리하는 처리 장치에 사용되는 내식성 부재의 제조방법으로서,
상기 내식성 부재를 구성하는 기재를 준비하고, 그 위에 주기율표 3a족 원소 화합물을 이용하여, 막 두께 50㎛ 이상이고, 절연 파괴 내압 4kV 이상을 가지며, 또한 CF4와 Ar과 O2의 혼합 가스의 플라즈마에 의한 삭감량이 알루미나의 삭감량보다 작은, 내플라즈마성 및 부식 가스에 대한 내부식성을 갖는 상기 주기율표 3a족 원소 화합물을 포함하는 막을 용사에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 내식성 부재의 제조방법.
[7] 상기 주기율표 3a족 원소 화합물을 포함하는 막은, 이트륨·알루미늄·가넷을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 [6]에 기재된 내식성 부재.
[8] 상기 주기율표 3a족 원소 화합물을 포함하는 막은, 실질적으로 Y, La, Ce, Eu 및 Dy의 산화물 또는 불화물 중 어느 하나로부터 선택되는 막인 것을 특징으로 하는 상기 [6]에 기재된 내식성 부재.
[9] 반도체 및 액정 표시 장치용의 기판을 처리하는 처리 장치에 사용되는 내식성 부재의 제조방법으로서,
상기 내식성 부재를 구성하는 기재를 준비하고, 그 위에 Y2O3를 이용하여, 막 두께 50㎛ 이상이고, 절연 파괴 내압 4kV 이상을 가지며, 또한 CF4와 Ar과 O2의 혼합 가스의 플라즈마에 의한 삭감량이 알루미나의 삭감량보다 작은, 내플라즈마성 및 부식 가스에 대한 내부식성을 갖는 상기 Y2O3의 막을 용사에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 내식성 부재의 제조방법.
[10] 상기 기재는, 석영, 세라믹, 금속, 금속 합금, 경질 플라스틱 및 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄 중 어느 하나로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 [1] 및 [3] 내지 [5] 중 어느 하나에 기재된 내식성 부재.
[11] 상기 기재는, 석영, 세라믹, 금속, 금속 합금, 경질 플라스틱 및 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄 중 어느 하나로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 [6] 내지 [9] 중 어느 하나에 기재된 내식성 부재.
[12] 상기 이트륨·알루미늄·가넷을 포함하는 막은, 비정질인 것을 특징으로 하는 상기 [3]에 기재된 내식성 부재.
[13] 상기 이트륨·알루미늄·가넷을 포함하는 막은, 비정질인 것을 특징으로 하는 상기 [7]에 기재된 내식성 부재.
[14] 상기 처리 장치는, 플라즈마 처리 장치, CVD 처리 장치 또는 애싱 처리 장치인 것을 특징으로 하는 상기 [1] 및 [3] 내지 [5] 중 어느 하나에 기재된 내식성 부재.
[15] 상기 처리 장치는, 플라즈마 에칭 처리 장치인 것을 특징으로 하는 상기 [1] 및 [3] 내지 [5] 중 어느 하나에 기재된 내식성 부재.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 고내식성 용사막을 갖는 챔버를 탑재하는 처리 장치에 있어서, 제 1 실시형태로서 CVD 성막 장치에 적용한 구성예를 도시한 단면도이다.
본 실시형태의 성막 장치는, 예를 들면 TiN 박막을 성막하는 장치를 일례로 하고 있다. 이 성막 장치(10)는 하부 챔버(11a)와, 그 상부방향에 배치된 상부 챔버(11b)가 밀폐 가능하도록 일체로 구성되어 있는 챔버(11)를 갖고 있다. 이 상부 챔버(11b)는 하부 챔버(11a)보다도 작은 직경으로 되어 있다. 하부 챔버(11a)는, 예를 들면 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄 등의 도전체(12)로 구성된다. 상부 챔버(11b)는, 예를 들면 세라믹으로 이루어진 기재(13)와, 그 내벽에 형성된 주기율표 3a족 원소 화합물을 포함하는 막(14)으로 구성된다.
상기 막(14)으로는 Y, Sc, La, Ce, Eu, Dy 등의 산화물, 불화물 등을 포함하는 것을 들 수 있다. 이 막(14)은 주기율표 3a족 원소 화합물, 예를 들면 Y2O3만이라도 무방하고, 물론 다른 물질과 복합되어도 무방하다. 본 실시형태의 설명에서는 주기율표 3a족 원소 화합물을 포함하는 막(14)은 Al2O3 및 Y2O3로 실질적으로 이루어지는 용사막(14)으로 한다.
또한, 챔버의 재료로서는 세라믹(Al2O3, SiO2, AlN 등), 알루미늄 또는 스테인레스강, 금속 또는 금속 합금 또는 경질 플라스틱을 이용할 수 있다. 또한 용사막(14)의 Al2O3/Y2O3의 중량비는 후술하는 도 8에 도시하는 바와 같이 0.5 이상 2.5 이하가 바람직하다. 또한, 도 8에는 중량비 1.5까지의 데이터밖에 도시하고 있지 않다. 용사막(14)을 형성할 때에는 Al2O3 및 Y2O3의 혼합물을 용사하여도 무방하고, 이트륨(yttrium)·알루미늄·가넷(garnet)(YAG) 등의 상기 조성 범위의 복합 산화물의 상태로 용사하여도 무방하다. 용사막(14)의 두께는 플라즈마를 발생시키기 위한 절연 내성을 근거로 하는 것으로, 예를 들면 도 24에 도시한 절연 파괴 전압(절연 파괴 내압) 특성으로부터 보면, 적어도 50㎛ 이상 100㎛ 이하(데이터상은 300㎛까지 측정)이면 바람직하고, 제조 공정이나 비용의 면에서 50㎛ 정도가 바람직하다.
기재(13)를 구성하는 세라믹으로서는 Al2O3, 석영이나 실리카 유리 등의 SiO2, AlN이 고려되고, 여기서는 하부 챔버(11a)의 내벽에는 상술한 용사막을 형성하지 않지만, 이들을 형성해도 무방하다.
하부 챔버(11a)내의 바닥부에는 세라믹 등의 절연판(15) 및 지지대(16)를 거쳐서, 피처리체가 되는 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 함)(W)를 탑재하기 위한 대략 원기둥 형상의 서셉터(17)가 설치되어 있다.
상기 지지대(16)의 내부에는 냉매실(18)이 설치되어 있고, 이 냉매실(18)에는 냉매가 냉매 도입관(19)을 거쳐서 도입되어, 배출관(20)으로부터 배출됨으로써 순환하여, 그 냉열이 상기 서셉터(17)를 거쳐서 웨이퍼(W)에 전달된다. 또한, 서셉터(17)에는 발열체(21)가 매립되어 있고, 이 발열체(21)는 전원(22)으로부터 급전됨으로써 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 가열한다. 전원(22)에는 콘트롤러(23)가 접속되어 있다. 그리고, 냉매의 냉열 및 발열체(21)의 열에 의해 웨이퍼(W)의 온 도가 제어된다.
상기 서셉터(17)는 그 위에 웨이퍼(W)와 거의 동일한 형상의 정전 척(24)이 설치되어 있다. 정전 척(24)은 절연재(25)의 사이에 전극(26)이 매설되어 구성되고, 이 전극(26)에 직류 전원(27)으로부터 직류 전압이 인가됨으로써 발생하는 쿨롱력 등에 의해서 웨이퍼(W)를 정전 흡착한다. 이 정전 척(24) 상면의 외주에는 웨이퍼(W)를 둘러싸도록, 성막의 균일화를 도모하기 위한 부위, 예를 들면 포커스 링(28)이 설치되어 있다. 또한, 지지대(16), 서셉터(17), 정전 척(24) 및 포커스 링(28)에 있어서, 챔버내에 노출되는 표면은 각각 상술한 용사막(14)이 형성된다.
상부 챔버(11b)의 상부에는 샤워 헤드(30)가 설치되어 있다. 이 샤워 헤드(30)에는 챔버내 하부방향으로 가스를 토출하기 위한 다수의 가스 토출 구멍[30a(Ar, ClF3), 30b(Ar, TiCl4) 및 30c(NH3)]이 교대로 형성되어 있다. 그리고, 샤워 헤드(30)에는 가스 공급 기구(40)의 배관이 접속되어 있다. 즉, 후술하는 바와 같이 가스 토출 구멍(30a)에는 가스(Ar, ClF3)를 공급하는 배관(55)이 접속되고, 가스 토출 구멍(30b)에는 가스(Ar, TiCl4)를 공급하는 배관(56)이 접속되고, 가스 토출 구멍(30c)에는 가스(NH3)를 공급하는 배관(57)이 접속되어, 샤워 헤드(30)를 거쳐서 상부 챔버(11b) 내부로 각각 가스가 도입되도록 되어 있다.
이와 같이 샤워 헤드(30)는, 예를 들면 3개층의 가스 분산층과 가스 토출 구멍을 형성한 토출층의 적층 구조로 되어 있고, 각 가스 분산층에는 1종류의 가스를 헤드의 가스 토출면 전면으로 분산시키기 위한 홈과 구멍이 형성되고, 특히 다른 가스 분산층의 토출 구멍과 중첩되지 않도록 형성되어 있다. 도시하지 않았지만 이 토출면을 하부방향쪽에서 보면 매트릭스에 가스 토출 구멍이 배치되어 있다. 프로세스 가스가 되는 TiCl4 가스 및 NH3 가스가 교대로 형성된 상이한 토출 구멍으로부터 토출하여, 토출후에 혼합되는 포스트 혼합 방식이 채용된다.
가스 공급 기구(40)는 클리닝 가스인 ClF3를 공급하는 ClF3 공급원(41), Ar을 공급하는 Ar 공급원(42, 43), 프로세스 가스인 TiCl4를 공급하는 TiCl4 공급원(44), 프로세스 가스인 NH3를 공급하는 NH3 공급원(45)을 갖고 있다. 그리고, ClF3 공급원(41)에는 가스 라인(46)이, Ar 공급원(42, 43)에는 가스 라인(47, 48)이, TiCl4 공급원(44)에는 가스 라인(49)이, NH3 공급원(45)에는 가스 라인(50)이 각각 접속되어 있다. 그리고, 각 라인에는 밸브(51) 및 질량 유량 콘트롤러(mass flow controller, 52)가 설치되어 있다.
상기 Ar 공급원(42)으로부터 연장되는 가스 라인(47)에는 ClF3 공급원(41)으로부터 연장되는 가스 라인(46)이 합류하고, ClF3 공급원(41)으로부터 연장되는 가스 라인(46)은 가스 라인(53)에 합류하여, 가스 라인(46)에 설치된 밸브(49)를 개방함으로써, 클리닝 가스가 되는 ClF3가 가스 라인(46) 및 배관(55)을 통해서 샤워 헤드(30)에 도달하고, 가스 토출 구멍(30a)으로부터 상부 챔버(11b)내로 도입 가능하도록 되어 있다. 물론, Ar 공급원(42)으로부터 Ar만을 공급하는 경우도 있다.
또한, Ar 공급원(43)으로부터 연장되는 가스 라인(48)에는 TiCl4 공급원(44)으로부터 연장되는 가스 라인(49)이 합류하여, 가스 라인(49) 및 배관(54)을 통해서 Ar 가스로 운반된 TiCl4 가스가 샤워 헤드(30)에 도달하고, 가스 토출 구멍(30b)으로부터 챔버(11)내로 도입 가능하도록 되어 있다.
또한, NH3 가스는 NH3 공급원(45)으로부터 가스 라인(50) 및 배관(55)을 통해서 샤워 헤드(30)에 도달하고, 가스 토출 구멍(30c)으로부터 상부 챔버(11b)내로 도입된다. 또한, NH3 대신에 모노메틸 하이드라진(MMH)을 이용해도 무방하다.
또한, 하부 챔버(11a)의 바닥 벽에는 배기관(61)이 접속되어 있고, 이 배기관(61)에는 진공 펌프를 포함하는 배기 장치(62)가 접속되어 있다. 그리고, 배기 장치(62)를 작동시킴으로써 챔버(11)내를 소정의 진공도까지 감압할 수 있다. 하부 챔버(11a)의 측벽에는 게이트 밸브(63)가 설치되어 있고, 이 게이트 밸브(63)를 개방한 상태로 웨이퍼(W)가 외부, 예를 들면 인접하는 로드록실(도시하지 않음)과의 사이에서 교환이 실행된다.
상부 챔버(11b)의 주위에는 안테나 부재로서의 코일(65)이 권취되어 있고, 코일(65)에는 고주파 전원(66)이 접속되어 있다. 고주파 전원(66)은 예를 들면 13.56㎒의 주파수를 갖고 있다. 그리고, 고주파 전원(66)으로부터 코일(65)에 고주파 전력을 공급함으로써, 상부 챔버(11b)내에 유도전자계가 형성된다. 또한, 냉각제 등의 냉각 매체를 이용한 냉각 기구(67)와 이것을 구동하는 냉각원(68)이 마 련되어 있다.
이와 같이 구성되는 장치에 있어서는 게이트 밸브(63)를 개방한 상태로 챔버(11)내에 웨이퍼(W)를 반입하여 정전 척(24)상에 탑재한다. 그리고, 웨이퍼(W)는 전극(26)에 전압이 인가됨으로써, 정전 척(24)에 흡착된다. 그 후에, 게이트 밸브(63)를 닫고, 배기 장치(62)로 챔버(11)내를 배기하여 소정의 감압 상태로 한다. 계속해서, Ar 공급원(42)으로부터 챔버(11)내에 Ar 가스를 도입하면서, 고주파 전원(66)으로부터 코일(65)에 고주파 전력을 공급하여 상부 챔버(11b)내에 유도전자계를 형성한다. 이 고주파 전계에 의해서 플라즈마가 생성된다.
그 후에, NH3 공급원(45) 및 TiCl4 공급원(44)으로부터, 각각 소정 유량의 NH3 가스 및 TiCl4 가스를 상부 챔버(11b)내로 도입하고, 이들을 플라즈마화시켜서 하부 챔버(11a)측으로 이끌어, 이 플라즈마에 의해 웨이퍼(W)상에 TiN 박막이 성막된다. 이 때의 TiN 박막의 성막은 발열체(21)로의 출력 및 냉매의 유량을 제어하여 300℃ 내지 450℃ 정도의 온도에서 실행한다. 그리고, 성막후에, 챔버(11)로부터 외부로 웨이퍼(W)가 반출되고, 챔버(11)내에 클리닝 가스가 되는 ClF3 가스가 도입되어 내부가 클리닝된다.
이상의 처리에 있어서는, 상부 챔버(11b)내에 생성되는 플라즈마에 의해 상부 챔버(11b)의 내벽이 부식되고, 클리닝시에는 부식성 가스인 ClF3 가스에 노출된다. 이러한 환경하에서는, 종래의 석영이나 Al2O3제의 챔버에서는 내부식성이 충분하지 않아서, 수명이 짧다는 결점이 있었다. 그러나, 본 실시형태에서는 주로 Al2O3 및 Y2O3로 이루어지고, 그 Al2O3/Y2O3의 중량비를 0.5 이상으로 한 내식성이 높은 용사막(14)을 상부 챔버(11b)의 내벽상에 형성하고 있어, 플라즈마나 클리닝 가스가 접촉하더라도 부식되기 어려워 챔버의 수명을 길게 할 수 있다.
또한, 용사막(14)은 주기율표 3a족 원소 화합물을 포함하고 있기 때문에, 절연성을 갖고 있고, 기재의 재료로서는 여기에서 이용하고 있는 세라믹에 한정하지 않고, 알루미늄이나 스테인레스강 등 여러가지의 재료를 이용할 수 있다. 또한, 이 용사막(14)은 소결품과 비교하여 저비용이며, 성막을 단시간에 실행할 수 있다는 큰 이점이 있다. 또한, 하부 챔버(11a)의 내벽에도 이러한 용사막(14)을 형성하여도 무방하고, 하부 챔버(11a)의 내식성도 향상시킬 수 있다.
다음에, 이러한 용사막의 내식성을 확인한 실험 결과에 대하여 설명한다.
여기서는 평행 평판형 플라즈마 에칭 장치를 예로서 이용하고 있고, 13.56㎒에서 1300W의 고주파 전력을 인가하고, 챔버내 압력이 133.3㎩(1000mTorr)이며, 가스 유량비가 CF4:Ar:O2=95:950:10[총 유량 0.0633㎥/sec(1055sccm)]으로 20시간 플라즈마를 조사했다.
샘플로는 20mm×20mm×2mm의 알루미늄 기재에 Al2O3 및 Y2O3로 이루어진 용사막과, Y2O3, Sc2O3, ScF3, YF3, La2O3, CeO2, Eu2O3, 및 Dy2O3의 용사막을 각각 200㎛의 두께로 형성하여, 표면을 연마한 것을 이용하였다. 구체적으로는 Al2O3/Y2O3의 중량비를 0.5로 용사한 것과, 순도 99.9%의 YAG(Y3Al5O12; 중량비 Al2O3/Y2O3=0.75)를 용사한 것을 샘플로 이용했다. 도 2a에 도시하는 바와 같이, 이러한 샘플의 중앙부 10mm 각(角)을 남기고 외주부를 폴리이미드 필름에 의한 마스킹을 실행하여 플라즈마를 조사했다. 그리고, 내플라즈마성을 플라즈마에 의한 에칭량(삭감량)으로 평가했다. 에칭량은 표면 조도계를 이용하여, 도 2b에 도시하는 바와 같이 깊이로 평가했다. 비교를 위해서, 다른 재료의 샘플도 마찬가지로 내식성을 평가했다. 그 결과를 도 3에 나타내고 있다. 여기서, 에칭량은 알루미나의 에칭량을 "1"로 규격화하여 나타낸다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 주기율표 3a족 원소 화합물을 포함하는 막은 다른 재료보다도 플라즈마에 대한 내식성이 현저하게 높은 것이 확인되었다. 또한, 이러한 막중에서 Al2O3 및 Y2O3로 이루어진 용사막은 YAG 조성으로 함으로써, 특히 높은 내식성을 나타내고 있다.
다음에, Al2O3/Y2O3의 중량비를 각각 0.43, 0.66, 1.5로 하고, 이들 혼합 분말을 알루미늄 기재에 용사하여 용사막을 형성했다. 이들의 X선 회절 패턴을 도 4, 도 5 및 도 6에 도시하고 있다. 이들 도면에 도시하는 바와 같이, 어느쪽의 용사막도 Al2O3 및 Y2O3의 결정에 대응하는 회절 피크가 주체이지만, YAlO3나 Y4Al2O9과 같은 복합 산화물의 회절 피크도 확인되었다. 이들 복합 산화물의 생성율은 도 7에 도시하는 바와 같이 Al2O3/Y2O3의 중량비가 증가함에 따라서 증가하는 것을 알 수 있다.
이들 샘플에 대하여 상술한 바와 마찬가지로 하여, 플라즈마에 의한 내식성 시험을 실시했다. 에칭량의 평가는 상기 10mm 사각부의 부분중 에지 부분을 제외한 중앙 부분의 깊이를 계측함으로써 실행했다. 그 결과를 도 8에 도시한다. 이 도면으로부터 Al2O3/Y2O3의 중량비가 0.5 이상에서 내식성이 양호하게 되는 것을 알 수 있다. 상술한 바와 같이, Al2O3/Y2O3의 중량비가 증가함에 따라, 복합 산화물의 생성율이 증가하는 것으로부터, 복합 산화물이 내식성에 기여하고 있을 가능성이 있다.
한편, 최초의 시험에 있어서 내식성을 평가한 YAG의 용사막은 X선 회절 패턴이 도 9에 도시하는 바와 같이 거의 비정질이었다.
이것으로부터, 비정질로 함으로써, 더욱 내식성이 향상되는 것도 고려할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제 2 실시형태에 대하여 설명한다.
도 10은 제 2 실시형태에 따른 CVD 성막 장치를 도시한 단면도이다. 본 실시형태에서는 챔버, 샤워 헤드 및 가스 공급 기구의 구조가 상술한 제 1 실시형태와 상이하다. 본 실시형태의 구성 부위에서 도 1에 도시한 구성 부위와 동일한 부위에는 동일한 참조 부호를 부여하여, 그 설명을 생략한다.
이 장치에서는 하부 챔버(11a)의 상부방향에 설치된 상부 챔버(11c)가 Al2O3, SiO2, AlN 등의 세라믹 재료에 의해 형성되어 있다. 또한, 상부 챔버(11c)의 상부에 설치된 샤워 헤드(70)에는 챔버내의 하부방향으로 가스를 토출하기 위한 가스 토출 구멍(70a, 70b, 70c)이 교대로 형성되어 있다. 가스 공급 기구(40a)는 도 1에서 설명한 가스 공급 기구(40)와 동일한 가스 공급원, 밸브(49) 및 질량 유량 콘트롤러(50)에 의해서 구성되어 있다. 본 실시형태는 가스 공급 기구(40)로부터 샤워 헤드(70)로의 배관 구성이 상이하다.
즉, 헤드(70)에는 가스 공급 기구(40)의 배관이 접속되고, 후술하는 바와 같이 가스 토출 구멍(70a)에는 Ar 가스 및 ClF3 가스를 공급하는 배관(81)이 접속되고, 가스 토출 구멍(70b)에는 TiCl4 가스 및 Ar 가스를 공급하는 배관(82)이 접속되며, 가스 토출 구멍(70c)에는 NH3 가스를 공급하는 배관(83)이 접속되어 있다. 가스 토출 구멍(70b, 70c)에는 각각 상부 챔버(11c)로부터 하부 챔버(11a)의 상부방향까지 연장하는 파이프 형상의 가스 토출 부재(71, 72)가 접속되어 있고, 가스 토출 부재(71)의 내부에는 가스 토출 구멍(71a)이 형성되어 있고, 가스 토출 부재(72)의 내부에는 가스 토출 구멍(72a)이 형성되어 있다.
Ar 공급원(42)으로부터 연장되는 가스 라인(47) 및 ClF3 공급원(41)으로부터 연장하는 가스 라인(46)이 배관(81)에 접속되어 있고, 배관(81)으로부터 가스 토출 구멍(70a)을 거쳐서 Ar 가스 및 ClF3 가스가 상부 챔버(11c) 내에 도입된다. Ar 가스만이 공급되는 경우도 있다.
또한, TiCl4 공급원(44)으로부터 연장되는 가스 라인(49) 및 Ar 공급원(42)으로부터 연장되는 가스 라인(47)이 배관(82)에 접속되어 있다. 이 배관(82)으로부터 가스 토출 구멍(70b) 및 가스 토출 부재(71)의 가스 토출 구멍(71a)을 지나서, Ar 가스를 운반 가스로 하여 TiCl4 가스가 하부 챔버(11a)의 상부방향에 도입된다. 또한, NH3 공급원(44)으로부터 연장되는 가스 라인(48)은 배관(83)에 접속되어 있고, 배관(83)으로부터 가스 토출 구멍(70c) 및 가스 토출 부재(72)의 가스 토출 구멍(70a)을 지나서 NH3 가스가 하부 챔버(11a)의 상부방향에 도입된다.
따라서, TiCl4 가스 및 NH3 가스가 상부 챔버(11c)의 내부를 통과하지 않고 별개로 하부 챔버(11c)의 상부방향까지 직접 공급되고, 토출후에 이들이 하부 챔버(11a)내에서 혼합된다. ClF3 공급원(41)으로부터 연장되는 가스 라인(45)은 가스 라인(46)에 합류하고, 가스 라인(45)에 설치된 밸브(49)를 개방함으로써, 클리닝 가스인 ClF3가 가스 라인(45, 46) 및 배관(81)을 통하여 샤워 헤드(70)에 도달하고, 가스 토출 구멍(70a)을 지나서 ClF3 가스를 상부 챔버(11c)내에 도입 가능하게 되어 있다.
이와 같이 구성되는 CVD 성막 장치에 있어서는 제 1 실시형태와 마찬가지로 웨이퍼(W)를 챔버(11)내에 반입한 후에, Ar 가스를 플라즈마 생성 가스로서 이용하여 샤워 헤드의 가스 토출 구멍(70a)을 지나서 상부 챔버(11c)내에 도입하고, 코일(65)에 고주파 전원(66)으로부터 고주파 전력을 공급함으로써 상부 챔버(11c)내에 형성된 유도전자계에 의해서 Ar 가스의 플라즈마가 발생한다.
한편, 프로세스 가스인 TiCl4 가스 및 NH3 가스는 각각 가스 토출 부재(71, 72)를 지나서 직접 하부 챔버(11a)의 상부방향에 도입되고, 상부 챔버(11c)로부터 하부 챔버(11a)로 확산된 Ar 가스의 플라즈마에 의해 여기되어, 하부 챔버(11a) 상부방향에서 플라즈마화한다. 이것에 의해서, 웨이퍼(W)의 표면에서 반응이 일어나서 웨이퍼(W) 상에 TiN 박막이 성막된다.
상기 실시형태에 있어서도, 성막후에 챔버(11)로부터 외부로 반도체 웨이퍼를 반출하고, 챔버(11)내에 클리닝 가스가 되는 ClF3 가스가 도입되어 챔버 내부 표면이 클리닝된다.
이와 같이 본 실시형태에 있어서는, 상부 챔버(11c)에는 플라즈마 생성용 Ar 가스만 공급하고, 프로세스 가스인 TiCl4 가스 및 NH3 가스는 가스 토출 부재(71, 72)를 지나서 하부 챔버(11a)에 직접 공급되기 때문에, 프로세스 가스는 상부 챔버(11c)의 내벽에는 거의 도달하지 않으므로, 상부 챔버(11c)의 내벽에는 프로세스 가스에 기인하는 부착물이 거의 부착하지 않는다.
따라서, 종래와 같이 프로세스 가스에 의해서 챔버 내벽에 도전성막이 부착되어 플라즈마가 감쇠하고, 성막이 곤란해지는 문제가 발생하지 않는다.
다음에, 본 발명의 제 3 실시형태에 대하여 설명한다.
도 11은 제 3 실시형태에 따른 CVD 성막 장치를 도시하는 단면도이다.
본 실시형태는 도 1에 도시한 제 1 실시형태와 동일한 구성의 하부 챔버(11a)와, 도 10에 도시한 제 2 실시형태의 구성의 상부 챔버(11c)를 조합시킨 것 이다. 또한 상부 챔버(11b)의 내벽에는 상술한 것과 동일한 주로 Al2O3 및 Y2O3로 이루어진 내식성이 높은 절연성을 갖는 용사막(14)을 용사하고 있다. 본 실시형태의 구성 부위에서 도 1 및 도 10에 도시한 구성 부위와 동일한 부위에는 동일한 참조 부호를 부여하여, 그 설명을 생략한다.
이러한 제 3 실시형태는 상부 챔버(11b)의 내벽에 내식성이 높은 용사막(14)이 용사되는 구성에 의해서 플라즈마나 클리닝 가스가 접촉하더라도 부식되기 어려워 챔버 수명을 길게 할 수 있음과 동시에, 상부 챔버(11b) 내벽에는 프로세스 가스에 기인하는 부착물이 거의 부착하지 않는다. 따라서, 종래와 같이 챔버 내벽에 부착된 도전성막에 의해서 플라즈마가 감쇠하여 성막이 어려워지는 문제가 발생하지 않는다.
또한, 제 2 및 제 3 실시형태에 있어서도, 하부 챔버(11a)의 내벽에 상기 용사막을 형성해도 무방하고, 이 용사막을 형성함으로써 하부 챔버(11a)의 내식성도 향상시킬 수 있다.
다음에 본 발명의 제 4 실시형태에 대하여 설명한다.
도 12는 제 4 실시형태에 따른 CVD 성막 장치를 도시한 단면도이다.
본 실시형태의 장치 구성은 상술한 제 1 실시형태와 동일한 구성의 하부 챔버(11a)상에 가스 공급 위치가 상이한 상부 챔버(11d)를 조합한 것이다. 본 실시형태의 구성 부위에서 도 1에 도시한 구성 부위와 동일한 부위에는 동일한 참조 부호를 부여하여, 그 설명을 생략한다.
이 성막 장치는 프로세스 가스를 챔버(11)내에 공급하는 샤워 헤드(81)가 상부 챔버(11d)와 하부 챔버(11a) 사이에 환형으로 설치되어 있다. 상부 챔버(11d)의 내부 전면에는 내식성이 높은 절연성을 갖는 용사막(14)이 형성되어 있다. 가스 공급 기구(40)는 상술한 제 1 실시형태와 동일한 구성의 기구이지만, 클리닝 가스인 ClF3 가스 및 Ar 가스는 밸브(82, 83)의 전환 조작에 의해, 상부 챔버(11d)의 상부방향 및 측방향의 어느 하나로부터에서도 도입할 수 있게 되어 있다.
이러한 구성에 의해서, 가스 공급 기구(40)로부터 공급된 가스는 하부 챔버(11a)의 상부방향에서 중앙을 향하도록 토출되어, 웨이퍼(W)상에서 확산된다. 본 실시형태는 상술한 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있고, 상부 챔버(11b) 내벽에는 프로세스 가스에 기인하는 부착물이 거의 부착하지 않는다. 또한, 용사막(14)이 형성되어 있기 때문에, 플라즈마나 클리닝 가스가 접촉하더라도 부식되기 어려워 챔버 수명을 길게 할 수 있다.
도 13a 및 도 13b에는 본 실시형태에 있어서의 샤워 헤드(81)의 구체적인 하나의 구성예를 도시한다.
상기 샤워 헤드(81)는 3개층 구조의 링형 헤드이며, 각 헤드부의 가스가 중앙층의 헤드부에 집중하도록 구성되어 있다. 즉, 각각의 헤드부(84, 85, 86)에는 프로세스 가스가 도입되는 링 형상으로 이루어진 확산 홈(84a, 85a, 86a)이 각각 형성되어 있다. 중앙층이 되는 헤드부(85)에는 각 확산 홈(84a, 85a, 86a)으로 통하는 다수의 토출 구멍(84b)(NH3 가스), 토출 구멍(85b)(Ar 가스), 토출 구 멍(86b)(TiCl4 가스 또는 ClF3 가스)이 수평 방향으로 일렬로 줄지어 토출하도록 형성된다. 예를 들면, Ar 가스를 사이에 두고, 다른 종류의 프로세스 가스가 순차적으로 토출되도록 배치된다.
도 13b에 도시한 예에서는 제 1 조합으로서 토출 구멍(85b, 86b, 85b, 84b, 85b, 86b…), 즉, Ar 가스, TiCl4 가스 또는 ClF3 가스, Ar 가스, NH3 가스, Ar 가스, TiCl4 가스 또는 ClF3 가스 등으로 되어 있다. 또한, 제 2 조합으로서는 토출 구멍(85b, 86b, 84b, 85b, 85b, 86b, 84b, 85b…), 즉, Ar 가스, TiCl4 가스 또는 ClF3 가스, NH3 가스, Ar 가스, Ar 가스, TiC14 가스 또는 ClF3 가스, NH3 가스, Ar 가스 등이 있다. 물론, 챔버 형상이나 프로세스의 조건 등에 따라서, 이들을 적절히 조합해도 무방하다. 또한, TiCl4 가스 및 ClF3 가스에 대해서 각각 독립된 토출 구멍을 형성해도 무방하다.
또한, 도 14a 및 도 14b에는 상술한 샤워 헤드(81)의 구체적인 하나의 변형예를 도시한다. 상술한 샤워 헤드(81)에서는 각 헤드부의 가스를 중앙층에 집중하도록 구성했지만, 이 변형예에서는 각각의 헤드부에 다수의 토출 구멍이 형성되어 중첩시킨 구성이다.
상기 샤워 헤드(90)는 3개층 구조의 링형 헤드이며, 각각의 헤드부(91, 92, 93)에는 프로세스 가스가 도입되는 링 형상으로 이루어진 확산 홈(91a, 92a, 93a)이 형성되어 있다. 각각의 헤드부에는 각 확산 홈(91a, 92a, 93a)으로 통하는 다 수의 토출 구멍(91b)(NH3 가스), 토출 구멍(92b)(Ar 가스), 토출 구멍(93b)(TiCl4 가스 또는 ClF3 가스)이 수평 방향으로 토출하도록 토출 구멍이 형성되어 있다.
이들 헤드부의 적층 순서에 의해서 도 15에 도시한 것과 같은 여러가지 구성예를 실현한다. 이 구성예에서는 6개의 케이스를 도시하고 있다. 또한, TiCl4 가스 및 ClF3 가스는 성막시와 클리닝시로 전환하여 이용하고 있지만, 각각 독립된 토출 구멍을 형성해도 무방하다.
본 실시형태에 있어서도 상술한 각 실시형태와 동등한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시형태에 있어서, 가스를 도입하기 위한 샤워 헤드는 여러가지 변형이 가능하다.
상술한 각 실시형태에서는 프로세스 가스를 챔버(11)내에 도입하기 위해서 다수의 부재로 구성되어 있는데, 예를 들면 도 16에 도시한 바와 같이, 상부 종형 용기의 상부로부터 도입하여, 하부 챔버의 웨이퍼(W) 상부방향으로 프로세스 가스를 이끄는 1개의 가스 도입 부재(95)와, 이 가스 도입 부재(95)의 하단부에 연결하여 나사 형상으로 하부방향(웨이퍼 방향)을 향하여 가스를 토출하도록 다수의 토출 구멍을 형성한 가스 토출부(96)로 구성되는 샤워 헤드가 있다.
또한, 도 17에 도시하는 바와 같이, 가스 도입 부재(95)와 동일한 1개의 가스 도입 부재(97)와, 이 가스 도입 부재(97)의 하단에 연결하여, 넓어지도록 다수로 분기되어 각각의 가지부에 하부방향(웨이퍼 방향)을 향하여 가스를 토출하도록 다수의 토출 구멍을 형성한 가스 토출부(98)로 구성되는 샤워 헤드가 있다. 또한, 2 종류의 프로세스 가스를 별개로 도입하도록 했지만, 함께 도입하도록 해도 무방하다.
또한, 상기 각 실시형태에서는 TiN 박막의 성막에 대하여 도시했지만, 이것에 한하지 않고 다른 막이어도 무방하다. 특히, Ti 함유 재료 또는 Si 함유 재료를 성막할 때에는 염소 함유 가스를 원료 가스로서 이용하기 때문에, 본 발명은 이들 재료를 성막할 때에 유효하다. 이러한 재료로는 TiN, Ti, TiSiN, SiN이나, 최근 저유전율의 층간 절연막으로서 이용되고 있는 SiOF 등의 저유전율[low dielectric constant(k)] 재료, 또한 Cu의 배리어나 에칭 정지재로서 이용되고 있는 SiN을 들 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는 안테나로서 코일을 이용한 ICP-CVD 장치를 이용했지만, 챔버나 종형 용기를 사용하는 플라즈마 CVD 장치라면, 소용돌이형 안테나를 이용하는 TCP(트랜스 결합 플라즈마; Transformer Coupled Plasma)나, 헬리콘파를 이용하는 헬리콘파 플라즈마 처리 장치를 이용하는 것도 가능하다.
다음에, 도 18, 도 19 및 도 20에 있어서, 상술한 각 실시형태에 있어서의 처리 장치에 탑재한 챔버의 응용예를 도시하여 설명한다. 하기에 설명하는 처리 장치에 있어서의 하부 챔버는 도 1에 도시한 하부 챔버(11a)를 예로 하고 있고, 또한 가스 공급 시스템은 도 12에 도시한 챔버 측면으로부터 가스를 공급하는 가스 공급 기구를 예로 하고 있다. 여기서는 특징 부분만을 설명하고, 동일한 구성 부위에는 동일한 참조 부호를 부여하여, 그 설명을 생략한다.
도 18은 높이가 낮은 박형 챔버의 일례이다. 이 박형 챔버(11e)는 얇고, 예 를 들면 높이(깊이)(H)가 0.65cm 내지 10cm 정도이며, 바람직하게는 높이(H)가 0.65cm 내지 5cm가 적절하다. 또한, 챔버 내부 상면에서 웨이퍼(W)까지의 거리는 3.8cm 내지 30cm 정도이며, 바람직하게는 3.8cm 내지 20cm가 적절하다. 이와 같이, 챔버의 용기 용량이 적은 형상이기 때문에, 챔버 내부에 노출되는 면적이 작고, 장치가 소형화되어 유지 보수가 용이하게 되고, 배기 장치(62)에 걸리는 배기 부하가 경감된다.
도 19에 도시한 상부 챔버(11f)는 반구 형상 챔버, 소위 종형 용기 형상이며, 도 20의 상부 챔버(11g)는 돔 형상이다. 이들 상부 챔버에 의하면, 웨이퍼(W)에 대하여 안테나에 의한 전계 분포가 상자형 챔버에 비해서 균일하게 되기 때문에, 형성막의 막두께 분포나 에칭 등이 균일화된다.
도 21은 본 발명의 고내식성 용사막을 갖는 챔버를 탑재하는 처리 장치에 있어서, 제 5 실시형태로서 열처리 장치에 적용한 구성예를 도시한 도면이다.
이 열처리 장치(101)는 Ar 가스나 산소 가스를 이용하여, 형성막의 재결정화를 촉진하는 풀림 처리나 열산화 처리를 행할 수 있다.
이 열처리 장치(101)는 챔버(102)내에 배치된 웨이퍼(W)를 탑재하는 서셉터(103)와, 서셉터(103)의 하부방향에 설치되어 웨이퍼(W)의 반송시에 다수의 리프트 핀(104)으로 들어올리기 위한 웨이퍼 리프트 기구(105)와, 서셉터(103) 내부에 설치된 히터(106)와, 밀폐되도록 Ar 가스나 산소 가스 등의 가스를 웨이퍼(W)에 공급하는 가스 흐름 챔버(107)를 갖고 있다. 이 가스 흐름 챔버(107) 내부의 면상과, 서셉터(103)상에 설치되어 웨이퍼(W)의 탑재 위치를 안내하는 안내부(108) 면 상에는 상술한 Al2O3/Y2O3로 이루어진 용사막(14)을 형성함으로써, 상술한 각 실시형태와 동등한 효과를 얻을 수 있다.
도 22는 본 발명의 고내식성 용사막을 갖는 챔버를 탑재하는 처리 장치에 있어서, 제 6 실시형태로서 애싱 장치에 적용한 구성예를 도시한 도면이다.
이 애싱 장치는 하부 챔버(111a)와 상부 챔버(111b)로 이루어지고, 기밀 가능한 챔버(111)와, 웨이퍼(W)를 탑재하는 서셉터(112)와, 서셉터(112)의 내부에 설치된 웨이퍼(W) 가열용 히터(113)와, 도시하지 않은 산소 등의 프로세스 가스를 공급하기 위한 가스 공급 기구와, 챔버(111)내를 배기하기 위한 배기 장치로 구성된다.
이러한 애싱 장치에 있어서, 상부 챔버(111b)의 내부 전체면과, 하부 챔버의 내부 바닥면을 제외한 면(측벽면)상에는 상술한 것과 동등한 Al2O3/Y2O3로 이루어진 고내식성의 용사막이 형성되어 있다. 이 용사막(14)을 형성함으로써, 상술한 각 실시형태와 동등한 효과를 얻을 수 있다.
도 23은 본 발명의 고내식성 용사막을 갖는 챔버를 탑재하는 처리 장치에 있어서, 제 7 실시형태로서 에칭 장치에 적용한 구성예를 도시한 도면이다.
이 에칭 장치는 기밀 가능한 챔버(121)와, 챔버(121)내에 설치되어 플라즈마 생성용의 상부 전극의 기능을 가지는 프로세스 가스 공급용 샤워 헤드(122)와, 웨이퍼(W)를 탑재하여 플라즈마 생성용의 상부 전극의 기능을 가지는 서셉터(123)와, 다수의 밸브(124) 및 다수의 프로세스 가스 공급원(125)을 구비한 프로세스 가스 공급 기구(126)와, 샤워 헤드(122)에 고주파 전력을 부여하는 고주파 전원(127)과, 샤워 헤드(122)의 주위에 설치된 쉴드 링(shield ring)(128)과, 서셉터(123)의 상면에 설치된 정전 척 시스템(129)과, 이 정전 척(129) 상면의 외주에서 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 설치된 포커스 링(130)과, 챔버(121)의 측면에 설치되어 웨이퍼(W)의 반입반출을 행하기 위한 게이트 밸브(131)와, 챔버(121)의 내측면에 설치된 데포쉴드(deposhield)(132)로 구성된다.
이들 중에, 서셉터(123), 포커스 링(130), 샤워 헤드(122) 및 쉴드 링(128)에 있어서의 챔버내에 노출되는 면, 또한 챔버(121)의 내부 상면 및 내부 바닥면에는 각각 상술한 것과 동일한 용사막(14)이 형성된다.
또한, 상술한 각 실시형태에서 형성한 용사막의 막두께는 50㎛ 이상이면 좋다. 용사막의 두께가 50㎛ 미만인 경우에는 내절연성 및 내전압성이 낮다. 이것은 본 발명자가 경험적으로 얻은 도 24의 막두께에 대한 절연 파괴 전압(절연 파괴 내압)의 관계를 나타내는 데이터에 근거하고 있다. 상기 도 24에 의하면, 50㎛ 내지 300㎛의 막두께 중, 50㎛ 내지 100㎛가 바람직하다. 특히 비용의 면에서 보면, 50㎛ 정도가 좋다.
본 실시형태에 있어서도 용사막(14)을 형성함으로써, 상술한 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 각 실시형태에서는 기판으로서 반도체 웨이퍼를 이용한 예를 설명하였지만, 이것에 한하지 않고 액정 표시 장치(LCD)의 유리 기판이라도 무방하다.
상술한 각 실시형태에 의하면, Al2O3/Y2O3의 중량비가 0.5 이상인 Al2O3 및 Y2O3로부터 실질적으로 이루어진 용사막을 챔버의 내벽에 형성함으로써, 이 용사막의 고내식성으로부터 플라즈마나 클리닝 가스에 의해서 챔버가 부식되기 어렵게 된다. 따라서, 챔버 내부의 부식이 발생하기 어려운 성막, 에칭, 애싱 및 열처리를 하는 처리 장치에 적절하다.
또한, 가스 공급 기구는 챔버내의 웨이퍼 상면 근방에 프로세스 가스를 공급하기 때문에, 챔버 내벽에 거의 도달하지 않고, 생성물이 거의 부착하지 않는다. 또한, 챔버의 재료로는 세라믹(Al2O3, SiO2, AlN 등), 알루미늄, 스테인레스강, 금속 또는 합금을 이용할 수 있다.
본 발명에 따르면, Al2O3/Y2O3의 중량비가 0.5 이상인 Al2O3 및 Y2O3로부터 이루어진 용사막을 챔버의 내벽에 형성함으로써, 이 용사막이 고내식성을 갖기 때문에 플라즈마나 클리닝 가스에 의해서 챔버가 부식되기 어렵게 되어서, 챔버의 수명을 길게 할 수 있다. 또한, 가스 공급 기구는 챔버내의 웨이퍼 상면 근방에 프로세스 가스를 공급하기 때문에, 챔버 내벽에 거의 도달하지 않고, 생성물이 거의 부착하지 않게 할 수 있다.

Claims (19)

  1. 반도체 및 액정 표시 장치용의 기판을 처리하는 처리 장치에 사용되는 내식성 부재로서,
    기재와,
    그 위에 주기율표 3a족 원소 화합물을 이용하여 용사에 의해 형성된 후 표면이 연마되고, 내플라즈마성 및 부식 가스에 대한 내부식성을 갖는 상기 주기율표 3a족 원소 화합물을 포함하는 막을 구비하는 것을 특징으로 하는
    내식성 부재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 주기율표 3a족 원소 화합물을 포함하는 막은, 이 주기율표 3a족 원소 화합물에, 추가로 Al2O3를 포함하는 것을 특징으로 하는
    내식성 부재.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 주기율표 3a족 원소 화합물을 포함하는 막은, 이트륨·알루미늄·가넷을 포함하는 것을 특징으로 하는
    내식성 부재.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 주기율표 3a족 원소 화합물을 포함하는 막은, Y, La, Ce, Eu 및 Dy 중 어느 하나의 산화물, 또는 Y, La, Ce, Eu 및 Dy 중 어느 하나의 불화물로부터 선택되는 막인 것을 특징으로 하는
    내식성 부재.
  5. 반도체 및 액정 표시 장치용의 기판을 처리하는 처리 장치에 사용되는 내식성 부재로서,
    기재와,
    그 위에 Y2O3를 이용하여 용사에 의해 형성된 후 표면이 연마되고, 내플라즈마성 및 부식 가스에 대한 내부식성을 갖는 상기 Y2O3를 포함하는 막을 구비하는 것을 특징으로 하는
    내식성 부재.
  6. 반도체 및 액정 표시 장치용의 기판을 처리하는 처리 장치에 사용되는 내식성 부재의 제조방법으로서,
    상기 내식성 부재를 구성하는 기재를 준비하고, 그 위에 주기율표 3a족 원소 화합물을 이용하여, 내플라즈마성 및 부식 가스에 대한 내부식성을 갖는 상기 주기율표 3a족 원소 화합물을 포함하는 막을 용사에 의해 형성하고, 그 후 그 막이 연마되는 것을 특징으로 하는
    내식성 부재의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 주기율표 3a족 원소 화합물을 포함하는 막은, 이트륨·알루미늄·가넷을 포함하는 것을 특징으로 하는
    내식성 부재의 제조방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 주기율표 3a족 원소 화합물을 포함하는 막은, 실질적으로 Y, La, Ce, Eu 및 Dy의 산화물 또는 불화물 중 어느 하나로부터 선택되는 막인 것을 특징으로 하는
    내식성 부재의 제조방법.
  9. 반도체 및 액정 표시 장치용의 기판을 처리하는 처리 장치에 사용되는 내식성 부재의 제조방법으로서,
    상기 내식성 부재를 구성하는 기재를 준비하고, 그 위에 Y2O3를 이용하여, 내플라즈마성 및 부식 가스에 대한 내부식성을 갖는 상기 Y2O3를 포함하는 막을 용사에 의해 형성하고, 그 후 그 막이 연마되는 것을 특징으로 하는
    내식성 부재의 제조방법.
  10. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는, 석영, 세라믹, 금속, 금속 합금, 경질 플라스틱 및 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄 중 어느 하나로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는
    내식성 부재.
  11. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는, 석영, 세라믹, 금속, 금속 합금, 경질 플라스틱 및 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄 중 어느 하나로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는
    내식성 부재의 제조방법.
  12. 제 3 항에 있어서,
    상기 이트륨·알루미늄·가넷을 포함하는 막은, 비정질인 것을 특징으로 하는
    내식성 부재.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 이트륨·알루미늄·가넷을 포함하는 막은, 비정질인 것을 특징으로 하는
    내식성 부재의 제조방법.
  14. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 장치는, 플라즈마 처리 장치, CVD 처리 장치 또는 애싱 처리 장치인 것을 특징으로 하는
    내식성 부재.
  15. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 장치는, 플라즈마 에칭 처리 장치인 것을 특징으로 하는
    내식성 부재.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 주기율표 3a족 원소 화합물을 포함하는 막은, 막 두께 50㎛ 이상이고, 절연 파괴 내압 4kV 이상을 가지며, 또한 CF4와 Ar과 O2의 혼합 가스의 플라즈마에 의한 삭감량이 알루미나의 삭감량보다 작은 것을 특징으로 하는
    내식성 부재.
  17. 제 5 항에 있어서,
    상기 Y2O3를 포함하는 막은, 막 두께 50㎛ 이상이고, 절연 파괴 내압 4kV 이상을 가지며, 또한 CF4와 Ar과 O2의 혼합 가스의 플라즈마에 의한 삭감량이 알루미나의 삭감량보다 작은 것을 특징으로 하는
    내식성 부재.
  18. 제 6 항에 있어서,
    상기 주기율표 3a족 원소 화합물을 포함하는 막은, 막 두께 50㎛ 이상이고, 절연 파괴 내압 4kV 이상을 가지며, 또한 CF4와 Ar과 O2의 혼합 가스의 플라즈마에 의한 삭감량이 알루미나의 삭감량보다 작은 것을 특징으로 하는
    내식성 부재의 제조방법.
  19. 제 9 항에 있어서,
    상기 Y2O3를 포함하는 막은, 막 두께 50㎛ 이상이고, 절연 파괴 내압 4kV 이상을 가지며, 또한 CF4와 Ar과 O2의 혼합 가스의 플라즈마에 의한 삭감량이 알루미나의 삭감량보다 작은 것을 특징으로 하는
    내식성 부재의 제조방법.
KR1020080067621A 1999-12-10 2008-07-11 반도체 및 액정 표시 장치용의 기판을 처리하는 처리 장치에 사용되는 내식성 부재 및 그 제조방법 KR100944571B1 (ko)

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