KR101204496B1 - 플라즈마 처리 장치 및 방착 부재의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
이 플라즈마 처리 장치는 피처리 기판상에서 귀금속 재료 및 강유전체 재료의 플라즈마 처리를 하고 또 가열되면서 플라즈마에 노출되는 구성 부재를 구비한 장치로서, 상기 구성 부재가 알루미늄 순도 99% 이상의 알루미늄 합금으로 형성되어 있다.
Description
본 발명은 플라즈마 처리 장치와 방착 부재의 제조 방법에 관한 것이다.
본 출원은 일본특원2007-132631호와 일본특원2007-146753호를 기초 출원으로 하여 이들 내용을 반영한다.
플라즈마 처리 장치를 사용한 식각 처리는, 기판상에 형성된 구조체에 플라즈마 상태로 여기된 반응 가스를 충돌시켜 수행하고 있다. 식각 처리됨으로써 구조체로부터는 반응 가스와 결합된 구조체의 입자, 혹은 구조체의 입자 단체(單體) 등의 생성물이 방출되기 때문에 생성물이 처리실의 벽에 부착되지 않도록 처리실의 벽과 기판 사이에 방착판이 설치되어 있다.
방착판의 재질로서는, 알루미늄 합금의 표면에 알루마이트 가공한 것 등이 채용되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 알루미늄 합금에는 불순물(생성물)로서 마그네슘이나 망간, 구리, 철, 규소, 니켈 등이 첨가되어 있다. 그래서 이 불순물이 방착판에 부착되는 것을 방지하기 위해 알루미늄 합금의 표면에 알루마이트 가공이 되어 있다.
특허문헌 1: 일본특개2004-356311호 공보
그런데 방착판에 부착되는 생성물의 양을 줄이기 위해 방착판을 가열하면서 예를 들면 식각 처리 등을 하면 알루미늄 합금의 표면에 형성된 알루마이트에 크랙이 생기는 경우가 있다. 알루미늄 합금의 표면에 크랙이 생기면 알루미늄 합금에 포함되는 불순물의 금속이 크랙을 통해 처리실 안으로 방출된다. 그리고 방출된 금속의 일부가 기판상의 구조체에 부착되어 구조체가 오염된다.
구조체에 부착된 금속 중에서 특히 알칼리 금속 및 알칼리 토금속은 구조체 내부로 침입하여 확산되기 쉬운 성질을 가진다. 따라서 오염도가 높아지면 기판상에 형성되는 디바이스의 특성이 변화되기 때문에 제조 수율에 영향을 주었다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 금속 오염을 줄인 플라즈마 처리 장치 및 방착 부재의 제조 방법의 제공을 목적으로 한다.
상기 과제를 달성하기 위해 본 발명은 이하의 수단을 채용하였다.
즉, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 피처리 기판상에서 귀금속 재료 및 강유전체 재료의 플라즈마 처리를 하고 아울러 또 가열되면서 플라즈마에 노출되는 구성 부재를 구비한 장치로서, 상기 구성 부재가 알루미늄 순도 99% 이상의 알루미늄 합금으로 형성되어 있다.
상기 플라즈마 처리 장치에 의하면, 상기 구성 부재에 포함되는 불순물의 함유율이 억제되기 때문에 상기 피처리 기판이 받는 금속 오염을 줄일 수 있다. 이로써 상기 피처리 기판상에 형성되는 디바이스의 특성 변화를 억제할 수 있기 때문에 제조 수율의 향상 및 제조 비용의 삭감에 효과적이다.
상기 구성 부재는 플라즈마 처리에 의한 생성물의 부착을 방지하는 방착 부재여도 좋다.
이 경우, 고밀도의 플라즈마에 노출되는 상기 방착 부재의 불순물 함유율을 억제하였기 때문에 상기 피처리 기판이 받는 금속 오염을 줄일 수 있다. 이로써 상기 피처리 기판상에 형성되는 상기 디바이스의 특성 변화를 억제할 수 있기 때문에 제조 수율의 향상 및 제조 비용 삭감을 꾀할 수 있다.
상기 구성 부재의 마그네슘 함유율은 0.1% 이하여도 좋다.
이 경우, 플라즈마 처리시에 상기 처리실 안으로 방출되는 상기 마그네슘량을 억제할 수 있다. 이로써, 상기 피처리 기판에 부착되는 마그네슘량이 줄어들어 상기 피처리 기판상에 형성되는 상기 디바이스의 특성 변화를 억제할 수 있기 때문에 제조 수율의 향상 및 제조 비용 삭감을 꾀할 수 있다.
상기 귀금속 재료 및 상기 강유전체 재료는 강유전체 메모리의 기억 소자를 구성하는 재료여도 좋다.
상기 귀금속 재료는 적어도 Pt(백금), Ir(이리듐), IrO2(산화이리듐) 및 SrRuO3(산화스트론튬루테늄) 중 하나를 포함해도 좋다.
상기 강유전체 재료는 적어도 PZT(Pb(Zr,Ti)O3;티탄산지르콘산납), SBT(SrBi2Ta2O9;탄탈산스트론튬비스무트), BTO(Bi4Ti3O12;티탄산비스무트), BLT((Bi,La)4Ti3O12;티탄산비스무트란탄) 중 하나를 포함해도 좋다.
이들 귀금속 재료 및 강유전체 재료는 플라즈마 처리에 의한 생성물이 부착되기 쉬운 성질을 가진다. 생성물의 부착을 방지하기 위해 플라즈마 처리 장치의 구성 부재를 가열한다. 이 경우, 상술한 종래 기술에서는 구성 부재에 포함되는 불순물이 피처리 기판에 부착될 우려가 있기 때문에 피처리 기판이 금속 오염을 받게 된다. 이에 반해, 본 발명에서는 구성 부재에 포함되는 불순물의 함유율을 억제하였기 때문에 상기 피처리 기판이 받는 금속 오염을 줄일 수 있다. 이로써, 상기 피처리 기판상에 형성되는 상기 디바이스의 특성 변화를 억제할 수 있기 때문에 제조 수율의 향상 및 제조 비용 삭감을 꾀할 수 있다.
본 발명의 다른 플라즈마 처리 장치는, 피처리 기판상에서 귀금속 재료 및 강유전체 재료의 플라즈마 처리를 하고 나아가 또 가열되면서 플라즈마에 노출되는 구성 부재를 구비한 장치로서, 상기 구성 부재는 알루미늄 합금으로 이루어진 기체(基體)를 배리어형 양극 산화막으로 피복하고, 또 상기 배리어형 양극 산화막을 알루미늄 순도 99% 이상의 알루미늄 용사막으로 피복하여 형성된 것이다.
상기 플라즈마 장치에 의하면, 상기 배리어형 양극 산화막이 상기 기체로부터의 불순물 유출을 억제할 수 있다. 즉, 상기 배리어형 양극 산화막은 내열성이 우수하기 때문에 가열에 의한 크랙이 생길 가능성이 적다. 또 상기 배리어형 양극 산화막이 상기 알루미늄 용사막이로 보호됨으로써 상기 배리어형 양극 산화막이 비교적 얇은 경우에도 기계적인 손상을 줄일 수 있다. 이로써 플라즈마 처리시 상기 기체로부터의 불순물 유출을 억제할 수 있게 되어 상기 피처리 기판이 받는 금속 오염을 줄일 수 있다. 따라서 상기 피처리 기판상에 형성되는 디바이스의 특성 변화를 억제할 수 있기 때문에 제조 수율의 향상 및 제조 비용 삭감을 꾀할 수 있다.
상기 배리어형 양극 산화막은 두께 5㎚ 이상 및 20㎚ 이하의 산화막 표면을 배리어형 양극 산화 처리함으로써 형성되어 있어도 좋다.
이 경우, 두께 5㎚～20㎚의 치밀한 산화막의 표면을 배리어형 양극 산화 처리함으로써 알루미늄 합금으로 이루어진 상기 기체의 표면에 치밀한 상기 배리어형 양극 산화막을 형성할 수 있다. 이로써 내열성 및 가스 방출 특성이 우수한 상기 배리어형 양극 산화막을 형성할 수 있기 때문에 플라즈마 처리시 상기 기체로부터의 불순물 유출을 억제할 수 있게 된다. 또 상기 피처리 기판이 받는 금속 오염을 더 줄일 수도 있다.
상기 구성 부재는 플라즈마 처리에 의한 생성물의 부착을 방지하는 방착 부재여도 좋다.
이 경우, 고밀도의 플라즈마에 노출되는 상기 방착 부재로부터의 불순물 유출을 억제할 수 있기 때문에 상기 피처리 기판이 받는 금속 오염을 줄일 수 있다. 이로써, 상기 피처리 기판상에 형성되는 상기 디바이스의 특성 변화를 억제할 수 있기 때문에 제조 수율의 향상 및 제조 비용 삭감을 꾀할 수 있다.
상기 알루미늄 용사막의 막두께는 10O㎛ 이상이어도 좋다.
이 경우, 상기 배리어형 양극 산화막이 상기 알루미늄 용사막으로 보호되기 때문에 상기 배리어형 양극 산화막이 비교적 얇은 경우에도 기계적인 손상을 줄일 수 있다. 이로써 플라즈마 처리시 상기 기체로부터의 불순물 유출을 억제할 수 있게 되어 상기 피처리 기판이 받는 금속 오염을 줄일 수 있다. 따라서 상기 피처리 기판상에 형성되는 디바이스의 특성 변화를 억제할 수 있기 때문에 제조 수율의 향상 및 제조 비용 삭감을 꾀할 수 있다.
상기 귀금속 재료 및 상기 강유전체 재료는 강유전체 메모리의 기억 소자를 구성하는 재료여도 좋다.
상기 귀금속 재료는 적어도 Pt(백금), Ir(이리듐), IrO2(산화이리듐) 및 SrRuO3(산화스트론튬루테늄) 중 하나를 포함해도 좋다.
상기 강유전체 재료는 적어도 PZT(Pb(Zr,Ti)O3;티탄산지르콘산납), SBT(SrBi2Ta2O9;탄탈산스트론튬비스무트), BTO(Bi4Ti3O12;티탄산비스무트), BLT((Bi,La)4Ti3O12;티탄산비스무트란탄) 중 하나를 포함해도 좋다.
이들 귀금속 재료 및 강유전체 재료는 플라즈마 처리에 의한 생성물이 부착되기 쉬운 성질을 가진다. 생성물의 부착을 방지하기 위해 플라즈마 처리 장치의 구성 부재를 가열하면, 상술한 바와 같은 종래 기술에서는 구성 부재를 피복하는 알루마이트에 크랙이 발생한다. 이 크랙에서 유출된 불순물이 상기 피처리 기판에 부착될 염려가 있어 피처리 기판이 금속 오염을 받게 된다. 이에 반해, 본 발명에서는 상기 기체를 내열성을 가진 상기 배리어형 양극 산화막으로 피복하였기 때문에 상기 구성 부재를 가열해도 크랙이 발생하지 않아 불순물의 유출을 억제할 수 있다. 이로써 상기 피처리 기판상에 형성되는 상기 디바이스의 특성 변화를 억제할 수 있기 때문에 제조 수율의 향상 및 제조 비용 삭감을 꾀할 수 있다.
본 발명의 방착 부재의 제조 방법은, 피처리 기판상에서 귀금속 재료 및 강유전체 재료를 플라즈마 처리하는 장치에 설치된, 가열되면서 플라즈마에 노출되는 방착 부재를 제조하는 방법으로서, 알루미늄 합금으로 이루어진 기체를 배리어형 양극 산화막으로 피복하는 산화막 피복 공정과, 상기 배리어형 양극 산화막을 알루미늄 순도 99% 이상의 알루미늄 용사막으로 피복하는 용사막 피복 공정을 구비한다.
상기 방착 부재의 제조 방법에 의하면, 알루미늄 합금으로 이루어진 기체를 배리어형 양극 산화막으로 피복하기 때문에 내열성이 우수한 상기 배리어형 양극 산화막으로 상기 기체를 피복할 수 있다. 또 배리어형 양극 산화막을 알루미늄 순도 99% 이상의 알루미늄 용사막으로 피복한다. 이 경우, 상기 배리어형 양극 산화막은 내열성이 우수하기 때문에 가열되어도 상기 배리어형 양극 산화막에 크랙이 생길 가능성이 적다. 따라서 상기 기체로부터의 불순물 유출을 억제할 수 있다. 또 상기 배리어형 양극 산화막에 알루미늄 용사막을 피복하여 보호하기 때문에 이 배리어형 양극 산화막이 비교적 얇은 경우에도 기계적인 손상을 줄일 수 있다. 이로써 플라즈마 처리시 상기 기체로부터의 불순물 유출을 억제하여 상기 피처리 기판이 받는 금속 오염을 줄일 수 있다. 또 디바이스의 특성 변화를 억제할 수도 있다.
상기 산화막 피복 공정 전에 상기 기체를 두께 5㎚ 이상 및 20㎚ 이하의 산화막으로 피복하는 공정을 더 구비하고, 상기 산화막 피복 공정에서는 상기 산화막의 표면을 배리어형 양극 산화 처리하도록 해도 좋다.
이 경우, 두께 5㎚～20㎚의 치밀한 산화막 표면을 배리어형 양극 산화 처리하여 방착 부재를 제조함으로써 알루미늄 합금으로 이루어진 기체의 표면에 치밀한 배리어형 양극 산화막을 형성할 수 있다. 이로써 내열성 및 가스 방출 특성이 우수한 배리어형 양극 산화막을 형성할 수 있기 때문에 플라즈마 처리시 상기 기체로부터의 불순물 유출을 억제할 수 있게 된다. 그 결과, 상기 피처리 기판이 받는 금속 오염을 더욱 줄일 수 있다.
상기 본 발명의 플라즈마 처리 장치에 의하면, 상기 구성 부재에 포함되는 불순물의 함유율을 억제할 수 있기 때문에 상기 피처리 기판이 받는 금속 오염을 줄일 수 있다. 이로써 상기 피처리 기판상에 형성되는 디바이스의 특성 변화를 억제할 수 있기 때문에 제조 수율의 향상 및 제조 비용 삭감 효과를 얻을 수 있다.
상기 본 발명의 다른 플라즈마 처리 장치에 의하면, 배리어형 양극 산화막이 기체로부터의 불순물 유출을 억제할 수 있다. 즉, 배리어형 양극 산화막은 내열성이 우수하기 때문에 가열에 의한 크랙이 생길 가능성은 적다. 또 배리어형 양극 산화막이 알루미늄 용사막으로 보호됨으로써 배리어형 양극 산화막이 비교적 얇은 경우에도 기계적인 손상을 줄일 수 있다. 이로써 플라즈마 처리시 기체로부터의 불순물 유출을 억제할 수 있게 되어 피처리 기판이 받는 금속 오염을 줄일 수 있다. 따라서 피처리 기판상에 형성되는 디바이스의 특성 변화를 억제할 수 있기 때문에 제조 수율의 향상 및 제조 비용 삭감 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 식각 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 동(同) 식각 장치에서의 영구 자석, 제1 전극 및 안테나의 위치 관계 를 도시한 평면도이다.
도 3은 FeRAM의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시형태에 관한 식각 장치의 개략 구성도이다.
도 5는 동 식각 장치에서의 영구 자석, 제1 전극 및 안테나를 도시한 평면도이다.
도 6은 방착 부재의 단면 확대도이다.
도 7은 FeRAM의 단면도이다.
<부호의 설명>
1,201 식각 장치
10,210 처리실
15,215 제1 석영판
20,220 방착 부재
20b 측벽부
31,231 영구 자석
32,232 제1 전극
33,233 안테나
34,234 제1 고주파 전원
41,241 제2 전극
42,242 제2 고주파 전원
51,251 가열 장치
52,252 지지 부재
53,253 제2 석영판
60,260 급기 수단
70,270 배기 수단
80,280 냉각 장치
90,290 기판
100,300 FeRAM
101,301 실리콘 기판
102,302 하부 전극
103,303 강유전체층
104,304 상부 전극
221 기체
222 치밀한 산화막
223 배리어형 양극 산화막
224 알루미늄 용사막
(플라즈마 처리 장치의 구성)
이하, 도면을 사용하여 본 발명에 관한 플라즈마 처리 장치에 대해서 설명하기로 한다. 이하에 나타내는 각 실시형태는 유도 결합 방식의 반응성 이온 식각 장치에 대해서 설명하는데, 화학 증착법(Chemical Vapor Deposition) 등의 박막을 형 성하는 장치에 대해서도 적용할 수 있다.
이하에 나타내는 각 실시형태는 본 발명의 일례를 나타낸 것으로서, 이 발명을 한정하는 것은 아니며 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 임의로 변경 가능하다. 또 이하의 도면에서는 각 구성을 알기 쉽도록 하기 위해 실제 구조와 각 구조에서의 축척이나 수 등이 다른 경우가 있다.
[제1 실시형태]
도 1은, 본 발명의 식각 장치(플라즈마 처리 장치)(1)의 개략 구성도이다. 식각 장치(1)는 처리실(10)과, 방착 부재(20)와, 플라즈마 생성 수단(30)과, 바이어스 생성 수단(40)과, 제1 석영판(15)과, 가열 장치(51)와, 지지 부재(52)와, 제2 석영판(53)과, 가스 급기 수단(60)과, 가스 배기 수단(70)과, 냉각 장치(80)를 구비하고 있다. 플라즈마 생성 수단(30)은 제1 전극(31)과, 영구 자석(32)과, 안테나(33)와, 제1 고주파 전원(34)을 구비하고 있다. 바이어스 생성 수단은 제2 전극(41)과, 제2 고주파 전원(42)을 구비하고 있다.
처리실(10)은 원주형으로 형성되고, 천정벽(10a)에 개구부(10c), 및 바닥벽(10b)에 개구부(10d)를 가지고 있다. 처리실(10)의 천정벽(10a) 바깥쪽에는 개구부(10c)를 덮도록 제1 석영판(15)이 재치되어 있다. 제1 석영판(15) 위에는 제1 전극(31)이 재치되어 있다. 제1 전극(31) 윗쪽에는 영구 자석(32)이 배치되고, 또 영구 자석(32) 윗쪽에는 안테나(33)가 배치되어 있다. 제1 전극(31) 및 안테나(33)에는 제1 고주파 전원(34)이 전기적으로 접속되어 있다. 처리실(10)의 바닥벽(10b) 안쪽에는 개구부(10d)를 덮도록 제2 전극(41)이 재치되고, 또 제2 전극(41) 위에 지지 부재(52)가 재치되어 있다. 제2 전극(41)에는 제2 고주파 전원(42)이 접속되어 있다. 지지 부재(52)는 단면에서 보아 둘레부보다 중앙부가 두껍게 형성되어 있고, 중앙부에는 기판(90)이 재치되어 있다. 지지 부재(52)의 둘레부에는 제2 석영판(53)이 재치되어 있다. 처리실(10)의 바닥벽(10b) 내면에는 개구부(10d)의 외주를 따라서 가열 장치(51)가 재치되어 있다. 가열 장치(51)에는 대략 원통형의 방착 부재(20)가 재치되어 있다. 이 방착 부재(20)의 상세에 대해서는 후술하기로 한다. 방착 부재(20)의 상단부(20e)는 제1 석영판(15)에 닿아 있다.
처리실(10)에서는 플라즈마 생성 수단(30)에 의해 생성되는 플라즈마를 사용하여 기판(90)으로의 식각이 이루어진다.
제1 석영판(15)은 평면에서 보아 대략 원형의 원판 형태이다. 제1 석영판(15)은 처리실(10)의 개구부(10c)를 덮도록 배치되어 개구부(10c)의 봉지용과, 제1 전극(31)을 배치하는 토대로서 사용된다.
제1 석영판(15)의 상면(15a)에는 제1 전극(31)이 배치되어 있다. 도 2는, 제1 석영판(15) 위에 배치된, 제1 전극(31), 영구 자석(32) 및 안테나(33)를 도시한 평면도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 전극(31)은 중심축(31a)에서 여러 개의 아암부(31b)가 방사형으로 배치된 구조를 가지고 있다. 제1 전극(31)의 중심축(31a)에는 회전 장치(미도시)가 접속되어 있으며 제1 전극(31)의 원주 방향으로 회전할 수 있다. 제1 전극(31)은 플라즈마 입자를 제1 전극(31)쪽으로 끌어당김으로써 식각 처리에 의해 제1 석영판(15)에 부착된 생성물을 제거하기 위해 사용된다.
영구 자석(32)은 평면에서 보아 대략 직사각형으로 N극을 안쪽에 향하게 하여 둘레 방향으로 등간격으로 배치되어 있다.
안테나(33)는 평면에서 보아 원환형의 평판이다. 안테나(33)는 원환형, 코일형의 것 등을 채용할 수 있다.
방착 부재(20)는 식각에 의해 기판(90)에서 방출된 입자가 처리실(10)의 측벽부(10f)에 부착되는 것을 방지하는 것으로서, 처리실의 측벽부(10f)를 따라 대략 원통형으로 형성되어 있다. 방착 부재(20)는 단면에서 보아 기판(90)보다 처리실(10)의 바닥벽(10b)쪽에 배치된 저부(20a)와, 단면에서 보아 기판(90)보다 처리실(10)의 천정벽(10a)쪽에 배치된 측벽부(20b)로 구성되어 있다. 방착 부재(20)는 저부(20a)의 외주쪽 상단부(20f)와, 측벽부(20b)의 하단부(20g)가 용접에 의해 접합되어 형성되어 있다. 방착 부재(20) 저부(20a)는 가열 장치(51) 위에 재치되어 있다.
방착 부재(20)의 저부(20a)는 단면에서 보아 U자형으로 형성되어 있다. 방착 부재(20)의 두께는 대략 5㎜ 정도이다. 본 실시형태의 방착 부재(20)의 저부(20a)에는 내열성 및 기계적 강도를 구비한 재질이 사용된다. 저부(20a)에 사용되는 재질로서는, 예를 들면 알루미늄 합금인 AA5052를 들 수 있다. AA5052는, 아메리카 알루미늄 협회(Aluminum Association of America)에서 규격화된 알루미늄 합금 중 하나이다. AA5052는 알루미늄 중에 2.2%?2.8%의 마그네슘, 기타 원소가 첨가된 것으로서, 알루미늄 단체에 비해 기계적 강도를 향상시킨 것이다. 또 저부(20a)에 사용되는 재질은 이뿐 아니라 높은 기계적 강도를 가지고 불순물인 금속의 함유율이 작은 다른 재질로 대신할 수 있다.
한편, 방착 부재(20)의 측벽부(20b)는 원통형으로 형성되어 있다. 방착 부재(20)의 측벽부(20b)는 플라즈마 상태의 입자로부터의 작용을 가장 많이 받는 부재이다. 측벽부(20b)의 재질로서는, 예를 들면 AA1050 등의 알루미늄 합금을 들 수 있다. AA1050은 아메리카 알루미늄 협회(Aluminum Association of America)에서 규격화된 알루미늄 합금 중 하나이다. AA1050은 알루미늄 순도가 99% 이상이고 동시에 마그네슘의 함유율은 0.05% 이하이다. 측벽부(20b)의 재질은 여기에 한정되지 않고, 99% 이상의 알루미늄 순도를 가지고 마그네슘 등의 알칼리 토류금속 및 알칼리 금속의 함유율이 0.1% 이하인 재질로 대신할 수 있다. 이것은 알칼리 금속 및 알칼리 토류금속이 기판(90) 중에 쉽게 확산되어 기판(90)의 특성을 변화시키기 때문이다.
가열 장치(51)는 처리실(10)의 바닥벽(10b)의 개구부(10d)를 둘러싸고 배치되어 있으며 대략 원환형(圓環型)으로 형성되어 있다. 가열 장치(51)로서는 금속, 세라믹스 등의 저항체 등을 채용할 수 있다. 가열 장치(51)는 방착 부재(20)를 가열하기 위해 구비되어 있으며 식각 처리시에는 방착 부재(20)를 150℃ 이상으로 가열한다.
기판(90)에 형성되는 디바이스의 일례로서는, FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)을 들 수 있다. 도 3은 FeRAM(100)의 단면도이다. FeRAM(100)은 실리콘 기판(101) 위에 하부 전극(102), 강유전체층(103) 및 상부 전극(104)이 적층된 구성을 가지고 있다.
하부 전극(102) 및 상부 전극(104)은 박막형으로 형성되어 있다. 하부 전극(102) 및 상부 전극(104)의 재질로서는 Pt(백금), Ir(이리듐), IrO2(산화이리듐), SrRuO3(산화스트론튬루테늄) 등의 귀금속을 채용할 수 있다. 강유전체층(103)의 재질로서는 PZT(Pb(Zr,Ti)O3;티탄산지르콘산납), SBT(SrBi2Ta2O9;탄탈산스트론튬비스무트), BTO(Bi4Ti3O12;티탄산비스무트), BLT((Bi,La)4Ti3O12;티탄산비스무트란탄) 등의 강유전체 재료를 채용할 수 있다.
FeRAM(100)은 하부 전극(102)과 상부 전극(104)간의 전위차에 의해 강유전체층(103)에 전계를 가하면 강유전체층(103)의 자발 분극의 방향을 변화시킬 수 있다. 이 자발 분극의 방향은 하부 전극(102)과 상부 전극(104)간의 전위차가 없어져도 유지할 수 있기 때문에 자발 분극의 방향으로 0 또는 1의 데이터를 기억할 수 있다.
(식각 방법)
다음으로, 본 발명의 식각 장치(1)를 사용한 식각 방법에 대해서 설명하기로 한다.
지지 부재(52)에 기판(90)을 재치하고 처리실(10) 안을 대략 진공으로 함과 동시에 가열 장치(51)를 구동하여 방착 부재(20)를 가열한다.
방착 부재(20)를 충분히 가열한 후 처리실(10) 안에 급기 수단(60)으로부터 식각용 가스를 공급한다. 공급되는 가스는, 예를 들면 할로겐 가스, 퍼플루오로카본 가스 등이다. 식각 처리중에는 배기 수단(70)을 구동시켜 처리실(10) 안의 압력 을 일정하게 유지하고 있다.
다음으로, 제1 고주파 전원(34)을 구동하여 제1 전극(31) 및 안테나(33)에 고주파 전류를 공급하고 처리실(10) 내부 영역(10e)의 식각용 가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다.
다음으로, 제2 고주파 전원(42)을 구동하여 제2 전극(41)에 고주파 전류를 공급한다. 이로써 플라즈마 상태로 여기된 식각용 가스는 제2 전극(41)을 향해 유도된다. 그 결과, 지지 부재(52) 위에 재치된 기판(90) 및 기판(90) 위에 형성된 디바이스용 막에 식각용 가스가 충돌하여 기판(90) 및 디바이스용 막이 식각된다. 그 때 기판(90)으로부터는 식각용 가스와 결합된 디바이스용 막의 입자, 및 디바이스용 막의 입자 단체 등의 생성물이 방출된다.
기판(90)으로부터 방출된 생성물은 배기 수단(70)을 통해 처리실(10)로부터 배출되거나, 혹은 방착 부재(20) 등 주위의 벽에 부착되어 처리실(10) 내부에서 잔류한다.
(작용, 효과)
이하에 상기 플라즈마 처리 장치(1)의 작용, 효과에 대해서 설명하기로 한다.
본 실시형태에서는 방착 부재(20)의 측벽부(20b)에 알루미늄 순도가 높은 재질을 채용함으로써 측벽부(20b)에 포함되는 오염 금속의 함유율이 저하된다. 따라서 측벽부(20b)가 고밀도 플라즈마에 노출되더라도 측벽부(20b)로부터 오염 금속이 석출되는 경우는 거의 없다. 따라서 플라즈마 처리했을 때의 기판(90)의 오염도를 줄일 수 있다. 이로써 기판(90)의 제조 수율을 향상시켜 제조 비용을 줄일 수 있다. 또 측벽부(20b)의 표면에 대한 알루마이트 가공이 불필요해져 알루미늄 합금은 알루마이트보다 높은 열전도율을 갖기 때문에 방착 부재(20)의 열전도율을 향상시킬 수 있다. 이로써 가열 장치(51)에 의한 방착 부재(20)의 가열이 효율적으로 이루어져 기판(90)에서 방출된 생성물이 방착 부재(20)에 부착되는 양을 줄일 수 있다. 이로써 방착 부재(20)의 유지보수 빈도를 줄일 수 있다.
방착 부재(20)의 저부(20a)에 대해 기계적 강도를 가진 재질을 채용함으로써 방착 부재(20)의 기계적 강도를 향상시킬 수 있기 때문에 방착 부재(20)의 제조시 또는 유지보수시의 변형을 억제할 수 있게 되어 수명을 연장할 수 있다. 이로써 식각 장치(1)의 유지보수 비용을 줄일 수 있다.
방착 부재(20)의 재질로서, 예를 들면 AA1050, AA5052 등 규격화된 재질을 채용함으로써 저렴한 재료를 용이하게 조달할 수 있기 때문에 방착 부재(20)의 제조 비용을 낮출 수 있다.
(실시예)
다음으로 상기 식각 장치(1)를 사용하여 실시한 오염도의 평가 실시예에 대해서 설명하기로 한다.
여기에서 기판(90)의 오염도 평가 방법에 대해서 설명하기로 한다. 기판(90)으로서, 표면에 SiO2(이산화규소)의 막이 형성된 실리콘 웨이퍼를 사용한다. 이 기판(90)을 아르곤 가스의 플라즈마에 노출시킨다.
오염 금속이 부착된 기판(90)의 SiO2를 불화수소산으로 용해시킨다. 이 SiO2를 포함하는 불화수소산을 분석하여 불화수소산 중의 오염 금속 원자수를 도출한다. 이와 같이 하여 얻어진 오염 금속 원자수를 기판(90)의 단위 면적당으로 계산하여 오염도를 평가한다.
본 실시예에서는, 식각 장치(1)에서의 방착 부재(20)의 저부(20a) 재질에는 알루미늄 합금AA1050을 채용하고, 방착 부재(20)의 측벽부(20b) 재질에는 알루미늄AA5052를 채용하였다. 방착 부재(20)는 저부(20a)의 외주쪽 상단부(20f)와 측벽부(20b)의 하단부(20g)를 용접으로 접합하여 형성하였다.
그리고 기판(90)을 식각 장치(1)의 지지 부재(52) 위에 배치하여 처리실을 대략 진공으로 함과 동시에 가열 장치(51)를 사용하여 방착 부재(20)를 150℃ 이상으로 가열하였다. 그 후, 식각용 가스로서 아르곤 가스를 급기 수단(60)으로부터 처리실(10) 내부로 공급하였다. 배기 수단(70)의 출력을 조정하여 처리실 내의 압력을 일정하게 하였다.
처리실(10) 안의 압력을 일정하게 한 후, 제1 고주파 전원(34)을 구동하여 처리실(10) 안의 영역(10e)의 아르곤 가스를 플라즈마 상태로 여기시켰다.
제1 고주파 전원(34)을 구동시킨 상태에서 제2 고주파 전원(42)을 구동하고, 플라즈마 상태로 여기된 아르곤 가스를 기판(90)에 충돌시켜 기판(90)을 플라즈마에 노출시켰다.
플라즈마에 노출시킨 기판(90)을 처리실(10)에서 꺼내어 불화수소산으로 세 정하였다. 그 후, 기판(90)의 세정에 사용한 불화수소산을 분석하여 불화수소산에 포함된 마그네슘 원소의 수를 도출하였다. 분석 결과, 기판(90)의 오염도는 2.6×1010개/㎠이었다.
종래의 식각 장치에서는 방착 부재 전체의 재질로서 AA5052가 사용되었다. 종래의 식각 장치를 사용함에 따른 기판의 오염도는 21×1010개/㎠이므로 본 발명의 식각 장치(1)를 사용함으로써 기판(90)의 오염도를 개선할 수 있다는 것을 확인하였다.
[제2 실시형태]
(플라즈마 처리 장치의 구성)
도 4는, 본 발명의 식각 장치(플라즈마 처리 장치)(201)의 개략 구성도이다. 식각 장치(201)는 처리실(210)과, 방착 부재(220)와, 플라즈마 생성 수단(230)과, 바이어스 생성 수단(240)과, 제1 석영판(215)과, 가열 장치(251)와, 지지 부재(252)와, 제2 석영판(253)과, 가스 급기 수단(260)과, 가스 배기 수단(270)과, 냉각 장치(280)를 구비하고 있다. 플라즈마 생성 수단(230)은 제1 전극(231)과, 영구 자석(232)과, 안테나(233)와, 제1 고주파 전원(234)을 구비하고 있다. 바이어스 생성 수단(240)은 제2 전극(241)과 제2 고주파 전원(242)을 구비하고 있다.
처리실(210)은 원주형으로 형성되어 천정벽(210a)에 개구부(210c) 및 바닥벽(210b)에 개구부(210d)를 가지고 있다. 처리실(210)의 천정벽(210a) 바깥쪽에는 개구부(210c)를 덮도록 제1 석영판(215)이 재치되어 있다. 제1 석영판(215) 위에는 제1 전극(231)이 재치되어 있다. 제1 전극(231)의 윗쪽에는 영구 자석(232)이 배치되고, 또 영구 자석(232)의 윗쪽에는 안테나(233)가 배치되어 있다. 제1 전극(231) 및 안테나(233)에는 제1 고주파 전원(234)이 전기적으로 접속되어 있다. 처리실(210)의 바닥벽(210b) 안쪽에는 개구부(210d)를 덮도록 제2 전극(241)이 재치되고, 또 제2 전극(241) 위에 지지 부재(252)가 재치되어 있다. 제2 전극(241)에는 제2 고주파 전원(242)이 접속되어 있다. 지지 부재(252)는 단면에서 보아 둘레부보다 중앙부가 두껍게 형성되어 있고, 중앙부에는 기판(290)이 재치되어 있다. 지지 부재(252)의 둘레부에는 제2 석영판(253)이 재치되어 있다. 처리실(210)의 바닥벽(210b) 내면에는 제2 전극(241)의 외주를 따라서 가열 장치(251)가 재치되어 있다. 가열 장치(251)에는 대략 원통형의 방착 부재(220)가 재치되어 있다. 이 방착 부재(220)의 상세에 대해서는 후술하기로 한다. 방착 부재(220)의 상단부(220e)는 제1 석영판(215)에 접해 있다.
처리실(210)에서는 플라즈마 생성 수단(230)에 의해 생성되는 플라즈마를 사용하여 기판(290)으로의 식각이 이루어진다.
제1 석영판(215)은 평면에서 보아 대략 원형의 원판 형태이다. 제1 석영판(215)은 처리실(210)의 개구부(210c)를 덮도록 배치되고, 개구부(210c)의 봉지용과 제1 전극(231)을 배치하는 토대로서 사용된다.
제1 석영판(215)의 상면(215a)에는 제1 전극(231)이 배치되어 있다. 도 5는, 제1 석영판(215) 위에 배치된 제1 전극(231), 영구 자석(232) 및 안테나(233)를 도시한 평면도이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 전극(231)은 중심축(231a)으로부 터 여러 개의 아암부(231b)가 방사형으로 배치된 구조를 가지고 있다. 제1 전극(231)의 중심축(231a)에는 회전 장치(미도시)가 접속되어 있어 제1 전극(231)을 원주 방향으로 회전시킬 수 있다. 제1 전극(231)은 플라즈마 입자를 제1 전극(231)쪽으로 끌어당김으로써 식각 처리에 의해 제1 석영판(215)에 부착된 생성물을 제거하기 위해 사용된다.
영구 자석(232)은 평면에서 보아 대략 직사각형으로 N극을 안쪽을 향하게 하여 둘레 방향으로 등간격으로 배치되어 있다.
안테나(233)는 평면에서 보아 원환형의 평판이다. 안테나(233)는 원환형, 코일형의 것 등을 채용할 수 있다.
방착 부재(220)는 식각에 의해 기판(290)에서 방출된 입자가 처리실(210)의 측벽부(210f)에 부착되는 것을 방지하는 것이다. 도 6은, 방착 부재(220)의 확대 개념도이다. 방착 부재(220)는 기체(基體)(221)와, 기체(221)를 피복하는 치밀한 산화막(222)과, 치밀한 산화막(222)을 피복하는 배리어형 양극 산화막(223)과, 배리어형 양극 산화막(223)을 피복하는 알루미늄 용사막(224)을 가지고 있다.
방착 부재(220)는 처리실(210)의 측벽부(210f)를 따라서 대략 원통형으로 형성되어 있으며, 방착 부재(220)의 저부(220a)에서는 단면에서 보아 U자형으로 형성되어 있다. 또 방착 부재(220)의 두께는 대략 5㎜ 정도이다.
본 실시형태의 방착 부재(220)의 기체(221)에는 내열성 및 기계적 강도를 갖춘 재질이 사용되며, 예를 들면 알루미늄 합금인 AA5052를 들 수 있다. AA5052는, 아메리카 알루미늄 협회(Aluminum Association of America)에서 규격화된 알루미늄 합금 중 하나이다. AA5052는, 알루미늄 중 2.2%～2.8%의 마그네슘, 기타 원소가 첨가된 것으로서, 알루미늄 단체에 비해 기계적 강도를 향상시킨 것이다. 또 기체(221)에 사용되는 재질은 여기에 한정되지 않고 내열성과 기계적 강도를 갖춘 다른 알루미늄 합금으로 대신할 수 있다.
치밀한 산화막(222)은 배리어형 양극 산화막(223)을 형성하는 전처리로서 형성되는 박막이다. 본 실시형태에서 치밀한 산화막이란, 비금속 개재물이 존재함에 따른 결함을 제거하여 나노미터 오더 이상의 구멍이 없는 연속적인 피막으로서, 산화막 형성 후에 대기중에서 산화되어 산화를 촉진하려고 해도 그 이상 산화막이 두꺼워지지 않는 층을 가리킨다. 치밀한 산화막(222)은 내열성이 있으며 가열에 의한 크랙의 발생이 적기 때문에 식각 처리시에 기체(221)로부터의 불순물 유출을 억제할 수 있다.
치밀한 산화막(222)은 5㎚～20㎚의 막두께로 형성된다. 이 산화막은 막두께가 5㎚ 미만으로는 연속적인 층상으로 성장시키기 어려워 불균일한 산화 피막이 된다. 한편, 막두께가 20㎚를 초과하면, 치밀한 산화층을 형성할 수 없어 포러스 구조가 되고, 이 후 배리어형 양극 산화막을 형성하더라도 가스 방출이 많은 배리어형 양극 산화막이 된다. 따라서 이러한 산화막(222)을 형성하면 기체(221)로부터의 불순물 유출을 억제할 수 없게 된다.
배리어형 양극 산화막(223)은 내열성을 가지고 가열에 의한 크랙의 발생이 적기 때문에 식각 처리시에 기체(221)로부터의 불순물 유출을 억제할 수 있다. 배리어형 양극 산화막(223)은 대략 200㎚ 정도로 형성되어 있다. 특히, 상술한 치밀 한 산화막(222)의 표면을 배리어형 양극 산화 처리함으로써 불순물을 함유한 알루미늄 합금의 표면이라도 치밀한 배리어형 양극 산화막(223)을 형성할 수 있다.
방착 부재(220)는 치밀한 산화막(222)이 기체(221)에 피복되지 않고 배리어형 양극 산화막(223)이 직접 기체(221)를 피복하는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우에는 배리어형 양극 산화막(223)의 표면에 베이킹 처리를 하여 함수율 및 알루미늄에 대한 음이온의 함유량을 줄이는 것이 바람직하다. 이와 같은 배리어형 양극 산화막(223)만으로도 불순물의 유출을 억제할 수 있다.
알루미늄 용사막(224)은 순도 99% 이상인 알루미늄을 용사함으로써 형성되어 있다. 알루미늄 용사막(224)은 유지보수시에 방착 부재(220)를 분리할 때 배리어형 양극 산화막(223)이 받는 기계적 손상을 방지하기 위해 사용된다. 또 알루미늄 용사막(224)은 기판(290)에서 방출된 식각 생성물이 방착 부재(220)에 부착되는 것을 억제하기 위해서도 사용된다.
알루미늄 용사막(224)의 표면은 평탄하지 않으며 표면 조도(Ra)는 대략 10㎛～50㎛ 정도이다. 방착 부재(220)는 가열 장치(251)에 의해 가열되어 생성물이 부착되기 어렵게 되어 있는데, 만일 생성물이 부착되어도 알루미늄 용사막(224)의 표면 거칠기에 기초한 앵커 효과에 의해 알루미늄 용사막(224)에서 생성물이 벗겨지지 않고 생성물을 퇴적시킬 수 있다. 이로써 생성물에 의한 처리실(210) 내부의 파티클 오염을 방지할 수 있다.
알루미늄 용사막(224)의 막두께는 100㎛ 이상 200㎛ 미만인 것이 바람직하 다. 막두께가 100㎛ 미만이면 배리어형 양극 산화막(223)을 충분히 보호할 수 없고, 200㎛ 이상이면 배리어형 양극 산화막(223)으로의 밀착성이 저하되기 때문이다.
도 6에서는, 기체(221)의 전면에 치밀한 산화막(222), 배리어형 양극 산화막(223) 및 알루미늄 용사막(224)가 피복된 방착 부재(220)를 도시하고 있는데, 플라즈마에 노출되는 안쪽만 피복된 방착 부재를 사용하는 것도 가능하다.
가열 장치(251)는 처리실(210)의 바닥벽(210b) 개구부(210d)를 둘러싸고 배치되어 있으며, 대략 원환형으로 형성되어 있다. 가열 장치(251)로서는 금속, 세라믹스 등의 저항체 등을 채용할 수 있다. 가열 장치(251)는 방착 부재(220)를 가열하기 위해 구비되어 있으며 식각 처리시에는 방착 부재(220)를 150℃ 이상으로 가열한다.
기판(290)에 형성되는 디바이스의 일례로서는, FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)을 들 수 있다. 도 7은 FeRAM(300)의 단면도이다. FeRAM(300)은 실리콘 기판(301) 위에 하부 전극(302), 강유전체층(303) 및 상부 전극(304)이 적층된 구성을 가지고 있다.
하부 전극(302) 및 상부 전극(304)은 박막형으로 형성되어 있다. 하부 전극(302) 및 상부 전극(304)의 재질로서는 Pt(백금), Ir(이리듐), IrO2(산화이리듐), SrRuO3(산화스트론튬루테늄) 등의 귀금속을 채용할 수 있다. 강유전체층(303)의 재질로서는 PZT(Pb(Zr,Ti)O3;티탄산지르콘산납), SBT(SrBi2Ta2O9;탄탈산스트론튬비스무 트), BTO(Bi4Ti3O12;티탄산비스무트), BLT((Bi,La)4Ti3O12;티탄산비스무트란탄) 등의 강유전체 재료를 채용할 수 있다.
FeRAM(300)은 하부 전극(302)과 상부 전극(304) 간의 전위차에 의해 강유전체층(303)에 전계를 가하면 강유전체층(303)의 자발 분극의 방향을 변화시킬 수 있다. 이 자발 분극의 방향은 하부 전극(302)과 상부 전극(304) 간의 전위차가 없어져도 유지할 수 있기 때문에 자발 분극의 방향으로 0 또는 1의 데이터를 기억할 수 있다.
(방착 부재(220)의 제조 방법)
여기에서 방착 부재(220)의 제조 방법에 대해서 설명하기로 한다.
우선, 기체(221)의 표면을 샌드 블라스트법 등으로 연마한다. 연마에 의해 기체(221)의 표면 조도(Ra)는 대략 5㎛ 이하가 된다. 연마를 하는 것은 앞으로 형성될 치밀한 산화막(222)의 밀착성을 향상시키기 위함이다.
표면이 연마된 기체(221)에 대해 치밀한 산화막(222)을 형성하는 공정을 수행한다. 우선, 인산을 50중량%～80중량% 및 질산을 1중량%～5중량% 가진 산성 용액을 80℃～100℃ 정도로 가열한다. 그리고 가열된 산성 용액 중에 기체(221)를 1분～10분간 침지시켜 치밀한 산화막(222)을 형성한다.
산소 분위기 혹은 대기 분위기 중에서 자외선 램프 등을 사용하여 오존을 생성하고, 생성한 오존으로 기체 표면을 산화 처리함으로써 치밀한 산화막(222)을 형성하는 방법도 채용할 수 있다.
형성된 치밀한 산화막(222)은 진공, 대기 또는 질소 분위기에서 150℃～300℃에서 가열 처리된다.
다음으로, 치밀한 산화막(222)이 형성된 기체(221)를 전해질 용액으로 전해 처리하고 배리어형 양극 산화 처리를 한다.
전해질 용액으로서는, 아디핀산암모늄 등의 아디핀산염, 붕산암모늄 등의 붕산염, 규산염, 프탈산염 등의 용액 혹은 이들의 혼합액을 채용할 수 있다. 전해 처리는 기체(221)를 양극으로 하여 수행된다. 전해 처리에 사용되는 전류 밀도는 대략 0.2A/㎠～5A/㎠, 인가 전압은 대략 20V～500V이다. 이로써 배리어형 양극 산화막(223)을 형성할 수 있다.
계속해서 배리어형 양극 산화막(223)에 알루미늄 용사막(224)을 용사에 의해 형성하는 공정을 실시한다.
용사의 일형태로서, 예를 들면 플라즈마 용사에 대해 설명하기로 한다. 플라즈마 용사 장치의 전극간에 아르곤 등의 불활성 가스를 유입하여 방전함으로써 불활성 가스를 전리시켜 플라즈마를 생성한다. 생성된 플라즈마는 고온, 고속으로서, 플라즈마 중에 알루미늄의 분말을 투입하면 알루미늄의 액적을 형성할 수 있다. 플라즈마의 흐름에 합류한 알루미늄의 액적을 방착 부재(2) 표면의 배리어형 양극 산화막(223)을 덮도록 내뿜어서 알루미늄 용사막(224)을 형성한다.
알루미늄 용사막(224)을 형성하는 용사의 방법은 특별히 한정되지 않으며, 플레임 용사, 플라즈마 용사, 레이저 용사 등을 사용할 수 있다.
(식각 방법)
다음으로, 본 발명의 식각 장치(201)를 사용한 식각 방법에 대해서 설명하기로 한다.
도 4에 도시한 지지 부재(252)에 기판(290)을 재치하고, 처리실(210) 안을 대략 진공으로 함과 동시에 가열 장치(251)를 구동하여 방착 부재(220)를 가열한다.
방착 부재(220)를 충분히 가열한 다음, 처리실(210) 안에 급기 수단(260)으로부터 식각용 가스를 공급한다. 공급되는 가스는, 예를 들면 할로겐 가스, 퍼플루오로카본 가스 등이다. 식각 처리중에는 배기 수단(270)을 구동시켜 처리실(210) 안의 압력을 일정하게 유지하고 있다.
다음으로 제1 고주파 전원(234)을 구동하여 제1 전극(231) 및 안테나(233)에 고주파 전류를 공급하고, 처리실(210) 내부의 식각용 가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다.
다음으로 제2 고주파 전원(242)을 구동하여 제2 전극(241)에 고주파 전류를 공급한다. 이로써 플라즈마 상태로 여기된 식각용 가스는 제2 전극(241)을 향해 유도된다. 그 결과, 지지 부재(252) 위에 재치된 기판(290) 및 기판(290) 위에 형성된 디바이스용 막에 식각용 가스가 충돌하여 기판(290) 및 디바이스용 막이 식각된다. 그 때 기판(290)으로부터는 식각용 가스와 결합된 디바이스용 막의 입자 및 디바이스용 막의 입자 단체 등의 생성물이 방출된다.
기판(290)에서 방출된 생성물은 배기 수단(270)을 통해 처리실(210)로부터 배출되거나, 혹은 방착 부재(220) 등 주위의 벽에 부착되어 처리실(210) 내부에서 잔류한다.
(작용, 효과)
이하에 본 발명의 플라즈마 처리 장치(201)의 작용, 효과에 대해서 설명하기로 한다.
본 실시형태에서는, 배리어형 양극 산화막(223)이 기체(221)로부터 불순물이 유출되는 것을 억제할 수 있다. 즉, 배리어형 양극 산화막(223)은 내열성이 우수하기 때문에 가열에 의한 크랙이 생길 가능성은 적다. 또 배리어형 양극 산화막(223)이 알루미늄 용사막(224)으로 보호됨으로써 배리어형 양극 산화막(223)이 비교적 얇은 경우에도 기계적인 손상을 줄일 수 있다. 이로써 플라즈마 처리시 기체로부터의 불순물 유출을 억제할 수 있게 되어 기판(290)이 받는 금속 오염을 줄일 수 있다. 따라서 기판(290) 위에 형성되는 디바이스의 특성 변화를 억제할 수 있기 때문에 제조 수율의 향상 및 제조 비용의 삭감에 효과적이다.
알루미늄 용사막(224)은 기체(基體)(221)보다 높은 열전도율을 갖기 때문에 방착 부재(220)의 열전도율을 향상시킬 수 있다. 이로써 가열 장치(251)에 의한 방착 부재(220)의 가열이 효율적으로 이루어져 기판(290)에서 방출된 생성물이 방착 부재(220)에 부착되는 양을 줄일 수 있다. 이로써 방착 부재(220)의 유지보수 빈도를 줄일 수 있다.
또 알루미늄 용사막(224)의 막의 표면은 10㎛～50㎛의 표면 조도(Ra)를 갖기 때문에 알루미늄 용사막(224)에 부착된 생성물의 밀착성을 앵커 효과에 의해 향상 시킬 수 있다. 따라서 부착된 생성물이 알루미늄 용사막(224)에서 벗겨지는 것을 방지하기 때문에 생성물에 의한 처리실(210) 내부의 파티클 오염을 막을 수 있다.
방착 부재(220) 전체를 고순도 알루미늄으로 형성하면 기판 오염을 방지할 수 있다. 그러나 고순도 알루미늄의 기계적 강도는 알루미늄 합금보다 낮고 유지보수 등에 있어서 방착 부재를 처리실에서 꺼낼 때 받는 기계적 스트레스가 방착 부재를 변형시킬 가능성이 있다. 그러나 본 실시형태의 방착 부재(220)의 기체(221)로서 기계적 강도를 가진 알루미늄 합금을 채용함으로써 방착 부재(220)의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다. 이로써 방착 부재(220)의 제조시 또는 유지보수시의 변형을 억제할 수 있게 되어 수명을 연장시킬 수 있다. 이로써 식각 장치(201)의 유지보수 비용을 줄일 수 있다.
방착 부재(220)의 재질로서, 예를 들면 AA5052 등의 규격화된 재질을 채용함으로써 저렴한 재료를 용이하게 조달할 수 있기 때문에 방착 부재(220)의 제조 비용을 줄일 수 있다.
(실시예)
다음으로 본 발명의 식각 장치(201)를 사용하여 실시한 오염도의 평가 실시예에 대해서 설명하기로 한다.
여기에서 기판(290)의 오염도 평가 방법에 대해서 설명하기로 한다. 기판(290)으로서, 표면에 SiO2(이산화규소)의 막이 형성된 실리콘 웨이퍼를 사용한다. 이 기판(290)을 식각 장치(201)에 도입하여 아르곤 가스의 플라즈마에 노출시킨다.
오염 금속이 부착된 기판(290)의 SiO2를 불화수소산으로 용해시킨다. 이 SiO2를 포함한 불화수소산을 분석하여 불화수소산 중의 오염 금속 원자수를 도출한다. 이와 같이 하여 얻어진 오염 금속 원자수를 기판(290)의 단위 면적당으로 계산하여 오염도를 평가한다.
본 실시예에서는, 식각 장치(201)에서의 방착 부재(220)의 기체(221) 재질로는 알루미늄 합금AA5052를 채용하였다.
인산을 80중량% 및 질산을 3중량% 포함하고 85℃로 설정된 산성 용액에 기체(221)를 2분간 담근 후 순수로 세정함으로써 치밀한 산화막(222)을 형성하였다.
치밀한 산화막(222)이 형성된 기체(221)를, 10중량%의 아디핀산암모늄을 포함하고 40℃로 설정된 전해질 수용액에 담가 전압 200V의 직류 전류를 1시간 흐르게 함으로써 배리어형 양극 산화막(223)을 형성하여 산화막(222)으로 하였다. 형성한 산화막(222)의 막두께는 20㎚였다.
이와 같이 하여 형성된 산화막(222) 위에 아르곤 가스를 사용한 플라즈마 용사법에 의해 순도 99% 이상의 알루미늄을 용사하여 200㎛의 알루미늄 용사막(224)을 형성하였다.
그리고 기판(290)을 식각 장치(201)의 지지 부재(252) 위에 배치하여 처리실을 대략 진공으로 함과 동시에 가열 장치(251)를 사용하여 방착 부재(220)를 150℃ 이상으로 가열하였다. 급기 수단(260)으로부터 아르곤 가스를 처리실(210) 내부로 공급하였다. 또 배기 수단(270)의 출력을 조정하여 처리실 안의 압력을 일정하게 하였다.
처리실(210) 안의 압력을 일정하게 한 후, 제1 고주파 전원(234)을 구동하여 처리실(210) 안의 아르곤 가스를 플라즈마 상태로 여기시켰다.
제1 고주파 전원(234)을 구동시킨 상태에서 제2 고주파 전원(242)을 구동하여 플라즈마 상태로 여기된 아르곤 가스를 기판(290)에 충돌시키고 기판(290)을 플라즈마에 노출시켰다.
플라즈마에 노출시킨 기판(290)을 처리실(210)에서 꺼내어 불화수소산으로 세정하였다. 그 후, 기판(290)의 세정에 사용한 불화수소산을 분석하여 불화수소산에 포함되는 마그네슘 원소의 수를 도출하였다. 분석 결과, 실시예의 식각 장치(201)를 사용함에 따른 기판(290)의 오염도는 2.6×1010개/㎠이었다.
종래의 식각 장치에서는 AA5052로 이루어진 기체(221)의 표면을 알루마이트로 피복한 방착 부재가 사용되었다. 종래의 식각 장치를 사용함에 따른 기판의 오염도는 21×1010개/㎠이었다. 이로써 본 발명의 식각 장치(1)를 사용함으로써 기판(290)의 오염도를 개선할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치에 의하면, 상기 구성 부재에 포함되는 불순물의 함유율을 낮출 수 있기 때문에 상기 피처리 기판이 받는 금속 오염을 줄일 수 있다. 이로써 상기 피처리 기판상에 형성되는 디바이스의 특성 변화를 억제할 수 있기 때문에 제조 수율의 향상 및 제조 비용 삭감을 꾀할 수 있다.
또 본 발명의 다른 플라즈마 처리 장치에 의하면, 배리어형 양극 산화막이 기체로부터의 불순물 유출을 억제할 수 있다. 즉, 배리어형 양극 산화막은 내열성이 우수하기 때문에 가열에 의한 크랙이 생길 가능성은 적다. 또 배리어형 양극 산화막이 알루미늄 용사막으로 보호됨으로써 배리어형 양극 산화막이 비교적 얇은 경우에도 기계적인 손상을 줄일 수 있다. 이로써 플라즈마 처리시 기체로부터의 불순물 유출을 억제할 수 있게 되어 피처리 기판이 받는 금속 오염을 줄일 수 있다. 따라서 피처리 기판상에 형성되는 디바이스의 특성 변화를 억제할 수 있기 때문에 제조 수율의 향상 및 제조 비용 삭감을 꾀할 수 있다.
Claims (15)
- 처리실;상기 처리실 내에서 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 수단;상기 처리실 내에 마련된 구성 부재; 및상기 구성부재를 가열하는 가열장치;를 구비하고,상기 처리실 내에 배치된 피처리기판 상에 귀금속재료 및 강유전체 재료의 플라즈마 처리를 행하고,상기 구성 부재는 상기 가열장치에 의하여 가열되면서 상기 플라즈마에 노출되는 플라즈마 처리장치로서,상기 구성 부재는 알루미늄 순도 99% 이상의 알루미늄 합금으로 형성되어 있고, 또한 상기 구성 부재의 적어도 일부의 마그네슘 함유율은 0.1% 이하인 플라즈마 처리 장치.
- 제1항에 있어서,상기 구성 부재는 플라즈마 처리에 의한 생성물의 부착을 방지하는 방착 부재인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 귀금속 재료 및 상기 강유전체 재료는 강유전체 메모리의 기억 소자를 구성하는 재료인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제1항에 있어서,상기 귀금속 재료는 적어도 Pt(백금), Ir(이리듐), IrO2(산화이리듐) 및 SrRuO3(산화스트론튬루테늄) 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제1항에 있어서,상기 강유전체 재료는 적어도 PZT(Pb(Zr,Ti)O3;티탄산지르콘산납), SBT(SrBi2Ta2O9;탄탈산스트론튬비스무트), BTO(Bi4Ti3O12;티탄산비스무트), BLT((Bi,La)4Ti3O12;티탄산비스무트란탄) 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 처리실;상기 처리실 내에서 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 수단;상기 처리실 내에 마련된 구성 부재;상기 구성부재를 가열하는 가열장치;를 구비하고,상기 처리실 내에 배치된 피처리기판 상에 귀금속재료 및 강유전체 재료의 플라즈마 처리를 행하고,상기 구성부재는 상기 가열장치에 의하여 가열되면서 상기 플라즈마에 노출되는 플라즈마 처리장치로서,상기 구성부재는 알루미늄 합금으로 이루어진 기체(基體)와, 상기 기체를 피복하는 배리어형 양극산화막과, 상기 기체를 상기 배리어형 양극산화막의 위에서 피복하는 알루미늄 순도 99% 이상의 알루미늄 용사막을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
- 제7항에 있어서,상기 배리어형 양극 산화막은 두께 5㎚ 이상 또한 20㎚ 이하의 산화막 표면을 배리어형 양극 산화 처리함으로써 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제7항 또는 제8항에 있어서,상기 구성 부재는 플라즈마 처리에 의한 생성물의 부착을 방지하는 방착 부재인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제7항에 있어서,상기 알루미늄 용사막의 막두께는 10O㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제7항에 있어서,상기 귀금속 재료 및 상기 강유전체 재료는 강유전체 메모리의 기억 소자를 구성하는 재료인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제7항에 있어서,상기 귀금속 재료는 적어도 Pt(백금), Ir(이리듐), IrO2(산화이리듐) 및 SrRuO3(산화스트론튬루테늄) 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제7항에 있어서,상기 강유전체 재료는 적어도 PZT(Pb(Zr,Ti)O3;티탄산지르콘산납), SBT(SrBi2Ta2O9;탄탈산스트론튬비스무트), BTO(Bi4Ti3O12;티탄산비스무트), BLT((Bi,La)4Ti3O12;티탄산비스무트란탄) 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제 7 항에 기재된 플라즈마 처리 장치에 포함되는 구성 부재의 제조 방법으로서,알루미늄 합금으로 이루어진 기체를 배리어형 양극 산화막으로 피복하는 산화막 피복 공정,상기 배리어형 양극 산화막을 알루미늄 순도 99% 이상의 알루미늄 용사막으로 피복하는 용사막 피복 공정,을 구비한 것을 특징으로 하는 구성 부재의 제조 방법.
- 제14항에 있어서,상기 산화막 피복 공정 전에 상기 기체를 두께 5㎚ 이상 및 20㎚ 이하의 산화막으로 피복하는 공정을 더 구비하고,상기 산화막 피복 공정에서는 상기 산화막의 표면을 배리어형 양극 산화 처리하는 것을 특징으로 하는 구성 부재의 제조 방법.
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