KR101080437B1

KR101080437B1 - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법

Info

Publication number: KR101080437B1
Application number: KR1020087015329A
Authority: KR
Inventors: 유우스께 후꾸오까; 가쯔시 기시모또
Original assignee: 샤프 가부시키가이샤
Priority date: 2005-11-25
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2011-11-04
Also published as: US8093142B2; EP1959480A4; JP4728345B2; CN101336467A; JPWO2007060876A1; TW200732505A; TWI333510B; CN101336467B; WO2007060876A1; KR20080070771A; EP1959480A1; US20090253246A1

Abstract

애노드 전극 및 캐소드 전극이 대면적화되었을 때에 발생하는 전극의 휘어짐에 관계없이 양호한 성막성을 얻을 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공한다. 플라즈마 처리 장치(100)는, 챔버(15)와 가스 도입부(28)와 배기부(29)와 고주파 전원부(30)를 구비하고 있다. 챔버(15) 내에는 평판 형상 애노드 전극(제1 전극)(4)과, 평판 형상 캐소드 전극(제2 전극)(12)과, 양 전극(4·12)을 서로 평행하게 또한 미끄럼 이동 가능하게 지지하는 제1 지지체(6)·제2 지지체(5)가 배치되어 있다. 캐소드 전극(12)은 애노드 전극(4)에 대향하여 설치되어 있다. 애노드 전극(4) 및 캐소드 전극(12)은 각각 제1 지지체(6) 및 제2 지지체(5) 위에 재치되어만 있고, 나사 고정 등에 의한 고정은 되어 있지 않다. 애노드 전극(4)과 캐소드 전극(12)이 자중으로 자유롭게 휘어질 때의 휘어짐량은 동일하여, 양 전극(4·12)의 최대 휘어짐량도 동일해진다.

지지체, 애노드 전극, 캐소드 전극, 배기부, 챔버

Description

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD}

본 발명은, 반도체 박막을 제조하기 위한 플라즈마 처리 장치 및 이것을 이용한 플라즈마 처리 방법에 관한 것으로, 더 상세히 설명하면 반응 가스가 도입되는 반응실을 이용하는 플라즈마 처리 장치 및 이것을 이용하는 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.

종래, 이러한 종류의 플라즈마 처리 장치로서는 플라즈마 화학 기술에 있어서의 에칭 혹은 증착의 균일성을 개선하도록 한 것이 알려져 있다(예를 들어 특허 문헌1을 참조).

특허 문헌1 : 미국 특허 제4, 264, 393호 명세서

또한, 반도체 박막의 제조에 사용되는 플라즈마 CVD 장치는 일반적으로 쌍으로서 배치·지지되는 캐소드 및 애노드를 구비하고, 평판 형상의 캐소드 및 애노드 중 어느 한 쪽에 고주파 전력을 인가하는 장치를 구비하고, 또한 박막을 형성하기 위한 반응 가스의 공급 장치를 구비하여 이루어지다. 그리고, 이 플라즈마 CVD 장치에서는 캐소드와 애노드 사이에 반응 가스를 공급하면서 고주파 전력을 인가하여 플라즈마를 발생시킴으로써, 캐소드와 애노드 사이에 설치된 기판의 표면에 박막을 형성한다.

이 캐소드와 애노드의 간극은 전극간 거리라고 부르고 있다. 전극간 거리에는 플라즈마를 효과적으로 발생시킬 수 있는 일정한 범위가 있다. 이 범위에서 전극간 거리는 제어되나, 그 제어의 정밀도는 가능한 한 높은 것이 바람직하다. 그리고, 전극간 거리의 제어는 일반적으로는 전극간 거리에 대하여 1/100의 오더로, 즉 전극간 거리의 1％ 정도의 정밀도로 행해진다. 또한, 전극간 거리의 제어의 방법은 전극인 캐소드 및 애노드의 강성을 그들의 크기에 대하여 충분히 확보하여, 배치된 캐소드 및 애노드에 휘어짐을 발생시키지 않도록 함으로써 행해진다.

그러나, 종래의 기술에서는 전극의 대형화에 수반하여 기판이 대형화된 경우에는 전극의 강성이 불충분해져, 원하는 전극간 거리 정밀도를 확보할 수 없어, 플라즈마 처리를 행했을 때에 양호한 성막성이 얻어지지 않는다는 문제가 있다. 또한, 원하는 전극간 거리 정밀도를 확보하기 위하여 전극 강성을 한층 더 올리는 것도 가능하나, 그 경우에는 전극의 두께가 증대되는 것이나 전극의 지지부의 대형화 등에 수반하여 플라즈마 CVD 장치가 대형화된다는 문제가 있다.

본 발명의 과제는, 평판 형상의 전극인 애노드 및 캐소드가 대면적화되었을 때에 발생하는 전극의 휘어짐에 관계없이 양호한 성막성을 얻을 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 하나의 관점에 의하면, 반응실과, 반응실로 반응 가스를 도입하는 가스 도입부와, 반응실로부터 반응 가스를 배기하는 배기부와, 반응실 내에 지지되어 있는 평판 형상의 제1 전극 및 제2 전극과, 제1 전극 및 제2 전극을 대향 형상으로 지지하는 제1 지지체 및 제2 지지체를 구비하고, 제1 전극 및 제2 전극은 제1 지지체 및 제2 지지체에 의해 지지된 상태에 있어서의 각각의 자중에 의한 최대 침하 거리인 최대 휘어짐량이 서로 동일해지도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.

본 발명에 의한 플라즈마 처리 장치에 있어서는 평판 형상의 제1 전극 및 제2 전극이 대면적화되었을 때에 발생하는 전극의 휘어짐에 관계없이, 간편한 구조로 대면적의 기판의 표면에 균일한 반도체 박막을 얻을 수 있다.

도1은 본 발명의 실시 형태1에 의한 플라즈마 처리 장치(박막 제조 장치)의 전체 구성을 도시하는 설명도이다.

도2는 본 발명의 실시 형태2에 의한 플라즈마 처리 장치(박막 제조 장치)의 전체 구성을 도시하는 설명도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 기판

2 : 샤워 플레이트

3 : 뒤판

4 : 애노드 전극

5 : 제2 지지체

6 : 제1 지지체

7 : 트레이

8 : 도어부

9 : 본체부

10 : 플라즈마 여기 전원

11 : 임피던스 정합기

12 : 캐소드 전극

20 : 배기관

21 : 진공 펌프

22 : 압력 제어기

23 : 반응 가스관

24 : 가열기

25 : 열전쌍

26 : 접지선

27 : 전력 도입 단자

28 : 가스 도입부

29 : 배기부

30 : 고주파 전원부

본 발명에 의한 플라즈마 처리 장치는, 예를 들어 제1 전극 및 제2 전극의 형상, 크기 및 재질을 서로 동일하게 함으로써, 제1 전극의 자중에 의한 최대 침하 거리인 최대 휘어짐량과 제2 전극의 자중에 의한 최대 침하 거리인 최대 휘어짐량이 동일해진다. 또한，본 명세서(특허 청구 범위를 포함한다)에서 제1 전극 및 제2 전극의 「형상, 크기 및 재질이 서로 동일」하다란, 양 전극의 주로 평면 형상, 평면 치수, 두께 및 기본적 재질이 기판의 표면에 원하는 특성의 반도체 박막을 형성하는 관점에 있어서 실질적으로 차이가 없는 것을 말한다. 또한, 제1 전극 및 제2 전극의 「최대 휘어짐량이 서로 동일」하다란, 소정 상태로 배치된 양 전극이 그들의 강성에 따라 자중에 의해 휘어져 일정 거리만큼 침하될 때에, 최대 침하 거리인 최대 휘어짐량끼리가 기판의 표면에 원하는 특성의 반도체 박막을 형성하는 관점에서 실질적으로 차이가 없는 것을 말한다.

또한, 제1 전극 및 제2 전극은 중공 구조로 할 수 있다. 그 경우에는 중공 부분에 반응 가스의 유로를 설치할 수 있거나, 혹은 전극 가열용 히터를 설치할 수 있다.

또한, 제1 전극 및 제2 전극은 한정적 범위에서 이동시킬 수 있게, 예를 들어 주변부에 의해 지지된다. 이에 의해, 제1 전극 및 제2 전극에는 자중에 의한 자유 휘어짐이 발생하여, 상기한 구성 상의 특징에 의해 양 전극의 최대 휘어짐량이 동일해진다.

제1 전극 및 제2 전극은, 예를 들어 스테인리스 강이나 알루미늄 합금 등의 금속판을 사용할 수 있다. 그리고, 이들 금속판에 소정 어닐링 온도로 어닐링 처리를 행하면, 기계 가공 등에 기인하는 금속판의 잔류 왜곡이 제거되어, 양 전극에 동일한 최대 휘어짐량을 얻을 수 있다.

이때의 최대 휘어짐량, 즉 최대 침하 거리는 전극간 거리(제1 전극과 제2 전극의 거리)의 1％ 이상인 것이 바람직하다. 전극간 거리의 1％에 미치지 못할 때에는 양 전극의 최대 휘어짐량을 비교하여 이들이 동일하게 되도록 양 전극을 배치하는 작업이 곤란하기 때문이다. 플라즈마 처리에 의한 성막을 행하는 기판은 제1 전극 및 제2 전극의 휘어짐을 따르도록 그 기판을 휘게 하여 박막의 형성을 행한다. 이 경우, 기판에는 글래스 기판 등을 사용한다.

또한, 기판의 취급을 간단히 하기 위해, 글래스 등의 재질로 이루어지는 기판을 알루미늄 합금 등으로 된 박판 형상의 트레이 위에 설치하고, 기판 및 트레이를 제1 전극 및 제2 전극의 휘어짐을 따르도록 휘게 하여, 플라즈마 처리에 의한 성막을 실시할 수도 있다.

본 발명에 의한 플라즈마 처리 장치는, 예를 들어 플라즈마 CVD법에 의해 실리콘계 박막을 제조하는데 이용된다.

실리콘계 박막으로서는, 예를 들어 실리콘을 주성분으로 하는 결정질부터 비정질까지의 박막을 예로 들 수 있다. 반응 가스로서는, 실리콘 원소를 함유하는 가스를 이용할 수 있다. 구체적으로는, 반응 가스로서 실란(SiH₄), 디실란(Si₂H₆)등을 이용할 수 있고, 이들 실란, 디실란을 수소(H₂)나 헬륨(He) 등으로 희석해도 된다.

또한, 본 발명에 의한 플라즈마 처리 장치로 제조되는 실리콘계 박막에는, 그 외에도 탄화 규소(SiC)막, 질화 규소(SiN)막, 산화 규소(SiO)막, SiGe막 등을 들 수 있다.

탄화 규소막을 제조할 경우에는 반응 가스로서 실리콘 원소를 함유하는 가스 외에, 탄소 원소를 함유하는 CH₄, C₂H₆ 등의 가스를 동시에 도입한다. 질화 규소막을 제조할 경우에는 반응 가스로서 실리콘 원소를 함유하는 가스 외에, 질소 원소를 함유하는 NH₃, NO 등의 가스를 동시에 도입한다. 산화 규소막을 제조할 경우에는 반응 가스로서 실리콘 원소를 함유하는 가스 외에 산소 원소를 함유하는 NO, CO₂ 등의 가스를 동시에 도입한다. SiGe막을 제조할 경우에는 반응 가스로서 실리콘 원소를 함유하는 가스 외에 게르마늄 원소를 함유하는 GeH₄ 등의 가스를 동시에 도입한다.

또한, 이들 실리콘계 박막에는 도전성을 제어하기 위하여 불순물을 도입시켜도 되고, n형으로 할 경우에는 PH₃ 등의, p형으로 할 경우에는 B₂H₆등의 불순물 원소를 함유하는 가스를 동시에 도입한다.

본 발명에 의한 플라즈마 처리 장치에 있어서, 반응실로서는 적어도 내부를 진공으로 배기할 수 있는 것을 이용할 수 있다. 이러한 반응실은, 예를 들어 스테인리스 강, 알루미늄 합금 등으로 제작할 수 있어, 2 이상의 부재로 구성할 경우에는 끼워 맞춤부에 O 링 등을 이용하여 완전하게 밀폐할 수 있는 구조로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 플라즈마 처리 장치에서, 가스 도입부로서는, 예를 들어 플 라즈마 CVD 장치에서 관용적으로 이용되고 있는 것을 이용할 수 있으나, 특별히 이들에 한정되지 않는다.

본 발명에 의한 플라즈마 처리 장치에 있어서, 배기부로서는, 예를 들어 진공 펌프, 반응실과 진공 펌프를 접속하는 배기관, 배기관 도중에 설치된 압력 제어기 등에 의해 구성된 것을 이용할 수 있다.

본 발명에 의한 플라즈마 처리 장치에 있어서, 제1 전극 및 제2 전극의 사이에 고주파 전력을 인가하기 위한 고주파 전원부가 설치된다. 이 고주파 전원부로서는, 예를 들어 플라즈마 여기 전원 및 임피던스 정합기 등으로 구성된 것을 이용할 수 있다.

본 발명에 의한 플라즈마 처리 장치에 있어서, 제1 전극 및 제2 전극으로서는 평판 형상이며 스테인리스 강, 알루미늄 합금, 카본 등의 내열 도전성 재료로 이루어지는 것을 이용할 수 있다. 제1 전극 및 제2 전극의 형상, 크기 및 재질은 동일한 것이 바람직하고, 또한 기계 가공 등으로 가공 왜곡이 잔류되어 있을 경우에는 어닐링 처리에 의해 잔류 왜곡을 제거하는 것이 바람직하다.

제1 전극은, 예를 들어 중공 구조를 갖고, 히터를 내장한 애노드 전극이어도 되고, 제2 전극은 예를 들어 중공 구조를 갖고, 제1 전극과의 대향면에 다수의 구멍을 갖는 캐소드 전극이어도 된다.

본 발명에 의한 플라즈마 처리 장치에 있어서, 제1 지지체 및 제2 지지체는, 제1 전극 및 제2 전극을 중력 방향에 대하여 직교하도록, 즉 양 전극이 수평으로 되도록 지지해도 된다. 이러한 구성에 있어서, 예를 들어 제1 전극 및 제2 전극이 거의 사각형일 경우에, 제1 지지체 및 제2 지지체는 각각 제1 전극 및 제2 전극의 각 4 코너를 지지하는 4개의 분할 지지편으로 이루어져 있어도 된다.

제1 지지체 및 제2 지지체가 각각 4개의 분할 지지편으로 이루어질 경우, 제2 지지체를 구성하는 4개의 분할 지지편은, 반응실의 저면으로부터 수직 상방으로 연장되는 4개의 지주의 상단에 각각 고정되어 있어도 된다.

또한, 제1 지지체 및 제2 지지체의 형상·형태로서는, 상술한 것에 한정되지 않고, 예를 들어 제1 전극 및 제2 전극의 가장자리만을 각각 지지하는 2개의 프레임 형상 가대이어도 되고, 또한 이들 2개의 프레임 형상 가대가 상하로 연속되어 일체로 형성되어 있는 것이어도 된다.

이와 같이, 제1 지지체 및 제2 지지체의 형상·형태는, 제1 전극 및 제2 전극을 서로 평행하게 지지할 수 있고, 또한 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 한 쪽을 미끄럼 이동 가능하게 지지할 수 있으면, 어떤 형상·형태이어도 되며, 특별히 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 발명에 의한 플라즈마 처리 장치에 있어서, 제1 지지체 및 제2 지지체는 제1 전극 및 제2 전극의 가장자리를 느슨하게 거는 걸림용 돌기를 각각 갖고, 각 걸림용 돌기는, 제1 전극 및 제2 전극의 각 가장자리와 각 걸림용 돌기 사이에 간극이 발생하도록 배치되어 있어도 된다.

여기서, 상술한 바와 같이 제1 지지체 및 제2 지지체를 각각 4개의 분할 지지편으로 구성할 경우, 각 분할 지지편에는 걸림용 돌기를 형성하여도 된다. 또한, 상술한 바와 같이 제1 지지체 및 제2 지지체를 2개의 프레임 형상 가대로 구성 할 경우, 각 가대의 외주연을 따라 걸림용 돌기가 돌출되어 있어도 된다.

또한, 제1 지지체 및 제2 지지체는 절연물로 구성되어 있어도 된다. 여기서, 제1 지지체 및 제2 지지체를 구성하는 절연물로서는, 예를 들어 글래스, 알루미나 또는 지르코니아 등의 절연성·단열성이 우수한 내열 재료를 예로 들 수 있다. 또한, 제1 전극 및 제2 전극 중 어느 한 쪽을 설치할 경우에는 그 설치하는 측의 지지체에 도체를 이용해도 상관없다.

또한, 제1 전극 및 제2 전극과 제1 지지체 및 제2 지지체는, 1개의 반응실 내에 복수 쌍씩 설치되어도 된다.

제1 전극 및 제2 전극은, 상기한 지지 방법에 의해 중력 방향으로 자유 휘어짐이 발생되나, 그 자유 휘어짐의 크기, 즉 침하 거리는, 상기와 같이 제1 전극과 제2 전극의 간극 거리(전극간 거리)의 1％ 이상인 것이 바람직하다.

박막을 형성하는 기판은 제1 전극 및 제2 전극의 사이에 설치되고, 충분히 얇아, 제1 전극 및 제2 전극의 휘어짐을 따르는 것으로 한다. 기판으로는, 표면에 투명 도전막을 도포한 글래스 기판 등의 사용을 생각할 수 있고, 기판은 반송되기 쉽게 제1 전극 및 제2 전극과 동일한 재료 등으로 된 트레이(7)에 설치하여 취급해도 상관없다. 트레이(7)의 평면 치수는 기판과 동일하거나, 혹은 조금 커도 된다.

또한, 본 발명은 다른 관점에서 보면, 상술한 1개의 관점에 의한 플라즈마 처리 장치를 이용하여, 박막을 형성해야 할 기판을 제1 전극 및 제2 전극의 휘어짐을 따르도록 휘게 하여 양 전극의 사이에 배치하고, 반응실 내로 반응 가스를 공급하여, 제1 전극 및 제2 전극 사이에 고주파 전력을 인가하여, 기판 표면에 반도체 박막을 형성하는 플라즈마 처리 방법을 제공하는 것이기도 하다.

이하에, 본 발명의 실시 형태에 의한 플라즈마 처리 장치에 대해서, 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한，이하의 복수의 실시 형태에 있어서, 공통되는 부재에는 동일한 부호를 이용하여 설명한다.

<실시 형태1>

본 발명의 실시 형태1에 의한 박막 제조용 플라즈마 처리 장치를, 그 전체 구성을 도시하는 도1에 기초하여 설명한다.

도1에 도시된 바와 같이, 실시 형태1에 의한 박막 제조용 플라즈마 처리 장치(100)는 챔버(15)와 챔버(15) 내로 반응 가스를 도입하기 위한 가스 도입부(28)와, 챔버(15) 내의 반응 가스를 배기하기 위한 배기부(29)와, 챔버(15) 내로 고주파 전력을 인가하기 위한 고주파 전원부(30)를 구비하고 있다.

챔버(15) 내에는 평판 형상의 장방형 애노드 전극(제1 전극)(4)과, 평판 형상의 장방형 캐소드 전극(제2 전극)(12)과, 이들 양 전극(4·12)을 서로 평행하게 또한 미끄럼 이동 가능하게 지지하기 위한 제1 지지체(6)·제2 지지체(5)가 배치되어 있다. 캐소드 전극(12)은 샤워 플레이트(2) 및 뒤판(3)을 가짐과 동시에 애노드 전극(4)에 대향하여 설치되어 있다.

여기서, 챔버(15)는 평면 형상이 장방형으로서, 본체부(9)와 도어부(8)로 이루어진다. 본체부(9)와 도어부(8)는 모두 스테인리스 강 또는 알루미늄 합금 등으로 제작할 수 있다. 본체부(9)와 도어부(8)의 끼워 맞춤 부분은 O 링(도시하지 않음) 등을 이용하여 밀폐되어 있다.

챔버(15)에는 배기관(20), 진공 펌프(21) 및 압력 제어기(22)로 이루어지는 배기부(29)가 접속되어 있어, 챔버(15) 내를 임의의 진공도로 제어할 수 있도록 구성되어 있다.

챔버(15)의 본체부(9)의 장방형 저면에는 각각의 코너부 근방에 1개씩 제1 지지체(6)가 설치되고, 이들 제1 지지체(6) 상에 애노드 전극(4)이 재치되어 있다. 제1 지지체(6)는 후술하는 이유에 의해 4개의 소블록 형상의 분할 지지편으로 구성되고, 이들 4개의 분할 지지편에 의해 애노드 전극(4)의 4 코너가 각각 지지되어 있다.

애노드 전극(4)의 치수는, 성막해야 할 기판(1)의 치수에 따른 적절한 치수로 설정되어 있다. 실시 형태1에서는 기판(1)의 평면 치수를 900×550㎜ 내지 1200×750㎜로 설정하고, 이것에 대한 애노드 전극(4)의 평면 치수를 1000×600㎜ 내지 1200×800㎜로 설정하고, 두께를 10 내지 50㎜로 설정했다.

애노드 전극(4)은 스테인리스 강, 알루미늄 합금, 카본 등으로 제작할 수 있으나, 실시 형태1에서는 알루미늄 합금이 이용되고 있다.

애노드 전극(4)은 중공 구조로 되어 있고, 그 중공 부분에 가열기(시스 히터)(24)가 내장되어 있다. 애노드 전극(4)에는 중공 구조로 하기 위한 기계 가공에 의해 가공 왜곡이 잔류되어 있다. 이로 인해, 애노드 전극(4)에는 사용에 앞서 어닐링 처리에 의해 가공 왜곡의 제거가 행해진다. 이 어닐링 처리는, 열전쌍(25) 등의 밀폐형 온도 센서를 사용하여 행해진다. 또한, 어닐링 처리는, 애노드 전극(4)으로서 사용하는 금속에 의해 처리 온도가 상이하나, 알루미늄 합금을 사용한 경우에는 일반적으로 345℃로 유지한 후에 서냉하는 온도 사이클이 이용된다.

애노드 전극(4)은, 제1 지지체(6)에 재치만 되어 있을 뿐, 나사 고정 등에 의한 고정은 이루어지지 않고 있다. 이에 의해, 애노드 전극(4)은 가열되어 팽창되어도, 그 팽창분만큼 제1 지지체(6) 위를 미끄럼 이동할 수 있으므로, 팽창분이 밀려나 중력에 의한 자중으로 하방으로 자유롭게 휘어질 수 있다.

또한, 애노드 전극(4)과 챔버(15)는 4매의 접지판에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 즉, 접지판은 폭 10 내지 35㎜, 두께 0.5 내지 3㎜의 알루미늄판으로 제작되어, 애노드 전극(4)의 4 코너에 각각 설치되어 있다.

캐소드 전극(12)은, 샤워 플레이트(2)와 뒤판(3)으로 이루어지는 중공 형상의 전극이다. 샤워 플레이트(2)와 뒤판(3)은 모두 스테인리스 강, 알루미늄 합금등으로 제작할 수 있으나, 애노드 전극(4)과 동일한 재질로 제작하는 것이 바람직하고, 실시 형태1에서는 알루미늄 합금이 이용되고 있다.

캐소드 전극(12)의 치수는 성막해야 할 기판(1)의 치수에 따른 적절한 치수로 설정되어 있다. 실시 형태1에서는 캐소드 전극(12)은 그 평면 치수를 1000×600㎜ 내지 1200×800㎜로 설정하고, 두께를 10 내지 50㎜로 설정함으로써, 애노드 전극(4)과 동일한 치수로 되어 있다.

캐소드 전극(12)은 그 내부가 중공이며, 반응 가스관(23)을 통하여 가스 도입부(28)에 접속되어 있다. 가스 도입부(28)로부터 반응 가스관(23)을 통하여 캐소드 전극(12)의 내부로 도입된 반응 가스는 캐소드 전극(12)의 샤워 플레이트(2)에 형성된 복수의 구멍으로부터 샤워 형상으로 방출된다.

샤워 플레이트(2)의 복수의 구멍은 각각의 직경이 0.1 내지 2.0㎜이며, 인접하는 구멍끼리의 간격이 수㎜ 내지 수㎝ 피치로 되도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.

캐소드 전극(12)에 있어서의 샤워 플레이트(2)에는 기계 가공에 의한 가공 왜곡이 잔류되어 있기 때문에, 사용에 앞서 어닐링 처리에 의한 가공 왜곡의 제거가 행해진다. 이 어닐링 처리는 캐소드 전극(12) 및 샤워 플레이트(2)로서 사용하는 금속에 따라 처리 온도가 상이하나, 이들에 알루미늄 합금을 사용한 경우에는 일반적으로 345℃로 유지한 후에 서냉하는 온도 사이클이 이용된다.

캐소드 전극(12)에 있어서의 샤워 플레이트(2)는 챔버(15)의 본체부(9)의 저면으로부터 상방으로 이격된 4개의 코너부에 1개씩 설치된 합계 4개의 제2 지지체(5) 위에 재치되어 있다. 제2 지지체(5)는 글래스, 알루미나 또는 지르코니아 등으로 제작할 수 있고, 실시 형태1에서는 알루미나 또는 지르코니아가 이용되고 있다.

캐소드 전극(12)은 그 샤워 플레이트(2)가 제2 지지체(5) 위에 재치만 되어 있을 뿐, 나사 고정 등에 의한 고정은 이루어지고 있지 않다. 이에 의해, 캐소드 전극(12)은 가열되어 팽창되어도 그 팽창분만큼 제2 지지체(5) 위를 미끄럼 이동함으로써 팽창분이 밀려나, 중력에 의해 자중으로 자유롭게 휘어진다.

애노드 전극(4)과 캐소드 전극(12)이 자중으로 자유롭게 휘어질 때의 휘어짐량, 즉 침하 거리는 동일하여, 양 전극(4·12)의 최대 휘어짐량, 즉 최대 침하량도 동일해진다. 긴 변 길이 약 1000㎜, 짧은 변 길이 약 600㎜, 두께 15㎜의 캐소드 전극(12)을 사용한 실시 형태1에서는 캐소드 전극(12)의 최대 휘어짐량은 약 1.2㎜가 된다. 이것은, 실시 형태1에서 사용한 애노드 전극(4)과 캐소드 전극(12)의 설정 간극(전극간 거리)인 10㎜의 12％로 되어 있다.

애노드 전극(4)과 캐소드 전극(12)의 대향 간격의 공차(간격 정밀도)는 설정값의 수％ 이내인 것이 바람직하다. 성막 조건에 따라 변화는 되나, 애노드 전극(4)과 캐소드 전극(12)의 대향 간격의 공차가 설정값의 4％ 이상으로 되면 ±10％ 이상의 막 두께 불균일 혹은 성막 불가 영역이 발생하기 때문이다. 이 대향 간격의 공차는 실시 형태1에서는 1％ 이내로 되어 있다.

실시 형태1에서는, 길이가 약 1000㎜×약 1000㎜이며 두께가 약 2㎜인 정방형 글래스 기판(1)을 이용하여, 이 글래스 기판(1)을 이동이 간단하도록 동일 치수로 두께 1.0㎜의 알루미늄 합금으로 만든 정방형 트레이(7) 위에 재치한 상태로 애노드 전극(4) 위에 배치했다. 애노드 전극(4)에 대하여, 글래스 기판(1)과 트레이(7)는 충분히 얇으면서 가볍고, 또한 강성이 보다 낮기 때문에 애노드 전극(4)의 휘어짐을 따라 설치되었을 때에 애노드 전극(4)의 휘어짐을 증가시키는 일은 거의 없다.

캐소드 전극(12)에는 플라즈마 여기 전원(10)과 임피던스 정합기(11)로 이루어지는 고주파 전원부(30)가 전력 도입 단자(27)를 개재하여 접속되어 있다. 그리고, 고주파 전원부(30)에 의해 고주파 전력이 인가되게 되어 있다. 플라즈마 여기 전원(10)은 DC 내지 108.48㎒의 주파수로 10W 내지 100㎾의 전력을 사용한다. 실시 형태1에서는 13.56㎒ 내지 54.24㎒의 주파수로 10W 내지 100㎾의 전력이 사용되 고 있다.

이상과 같은 구성으로 이루어지는 실시 형태1에 의한 박막 제조용 플라즈마 처리 장치(100)에 H₂로 희석한 SiH₄로 이루어지는 반응 가스를 소정의 유량과 압력으로 캐소드 전극(12)을 통하여 도입하고, 캐소드 전극(12)과 애노드 전극(4) 사이에 상기 고주파 전력을 인가하여 글로 방전을 발생시킨다. 이에 의해, 기판(1) 표면에 막 두께 300㎚의 실리콘 박막이 성막 시간 10분, 막 두께 분포 ±10％ 이하로 퇴적된다.

<실시 형태2>

본 발명의 실시 형태2에 의한 박막 제조용 플라즈마 처리 장치를, 도2에 기초하여 설명한다. 실시 형태2에 의한 플라즈마 처리 장치(200)는 1개의 챔버(15)의 내부에 2조의 애노드 전극(4)·캐소드 전극(12)과 2조의 제1 지지체(6)·제2 지지체(5)를 설치하여, 2단 구성으로 하고 있다.

구체적으로 설명하면, 1단째의 제1 지지체(6)에 의해 지지된 1단째의 애노드 전극(4)의 상방에 1단째의 캐소드 전극(12)[1단째의 제2 지지체(5)에 의해 지지되어 있다]이 배치되어 있다. 그리고, 이 1단째의 캐소드 전극(12)의 상방에, 2단째의 애노드 전극(4)을 지지하기 위한 2단째의 제1 지지체(6)가 설치되어 있다. 이러한 2단 구성에 의해 2조의 애노드 전극(4)·캐소드 전극(12)이 상하로 배치되어 있다.

실시 형태2에서는, 플라즈마 처리 장치(200)를 2단 구성의 것으로 했으나, 플라즈마 처리 장치는 마찬가지의 구성을 반복함으로써 3단 이상의 구성으로 하는 것도 가능하다.

또한, 챔버(15), 가스 도입부(28), 배기부(29), 고주파 전원부(30), 각 애노드 전극(4), 각 캐소드 전극(12), 각 제1 지지체(6) 및 각 제2 지지체(5) 등의 각 부의 구성은 실시 형태1과 실질적으로 동일하다.

Claims

반응실과, 반응실로 반응 가스를 도입하는 가스 도입부와, 반응실로부터 반응 가스를 배기하는 배기부와, 반응실 내에 지지되어 있는 평판 형상의 제1 전극 및 제2 전극과, 상기 제1 전극 및 제2 전극을 대향 형상으로 지지하는 제1 지지체 및 제2 지지체를 구비하고, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 상기 제1 지지체 및 제2 지지체에 의해 지지된 상태에서의 각각의 자중에 의한 최대 침하 거리인 최대 휘어짐량이 서로 동일해지도록 구성되어 있으며, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 어닐링 가공되어 있고, 상기 제1 전극 및 제2 전극의 두께가 10mm 내지 50mm의 범위인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제1항에 있어서, 제1 전극 및 제2 전극은 형상, 크기 및 재질이 서로 동일한 플라즈마 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 전극 및 제2 전극은 중공 구조인 플라즈마 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 전극 및 제2 전극은 상기 제1 지지체 및 제2 지지체에 의해 미끄럼 이동 가능하게 지지되어 있는 플라즈마 처리 장치.
제2항에 있어서, 제1 전극 및 제2 전극은 재질이 알루미늄 합금인 플라즈마 처리 장치.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 전극 및 제2 전극은 소정의 전극간 거리만큼 이격시키고, 또한 각각의 최대 휘어짐량이 전극간 거리 중 적어도 1％가 되도록 형상, 크기 및 재질로 구성되고, 제1 지지체 및 제2 지지체에 의해 지지되어 있는 플라즈마 처리 장치.
제1항, 제2항 또는 제5항 중 어느 한 항에 기재된 플라즈마 처리 장치를 이용하여, 피처리물인 기판을 제1 전극 및 제2 전극의 휘어짐을 따르도록 휘게 하여 양 전극의 사이에 배치하여, 플라즈마 처리를 행함으로써, 기판의 표면에 반도체 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
제8항에 있어서, 글래스 기판을 제1 전극 및 제2 전극 중의 어느 한 쪽 위에 재치하는 플라즈마 처리 방법.
제1항에 있어서, 피처리물인 기판이 제1 전극 및 제2 전극의 휘어짐을 따르도록 휘어진 상태로 양 전극의 사이에 배치되어 있는 플라즈마 처리 장치.
제10항에 있어서, 기판을 배치하기 위한 박판 형상의 트레이를 더 구비하고 있는 플라즈마 처리 장치.
제11항에 있어서, 기판은 트레이 위에 재치되어 있는 플라즈마 처리 장치.