KR20030074721A - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 Download PDF

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Abstract

전극판(20)의 서셉터(10)에 대향하는 면을 볼록형의 형상으로 한다. 전극판(20)은 볼록부(20a)에 있어서 실드링(Shield Ring)(26)의 개구(26a)와 결합한다. 이 때, 볼록부(20a)의 두께는, 실드링(26)의 두께와 거의 동일하다. 이로써, 전극판(20)과 실드링(26)은 실질적으로 동일한 평면을 형성한다. 또한, 볼록부(20a)의 주요면은, 웨이퍼(W)의 직경의 1.2∼1.5배의 직경을 갖는다. 또한, 전극판(20)은, 예컨대 SiC로 구성된다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법{PLASMA PROCESSING DEVICE AND PLASMA PROCESSING METHOD}
반도체 장치, 액정 표시 장치 등의 제조 프로세스에는, 플라즈마를 사용하여 반도체 웨이퍼 등의 기판의 표면을 처리하는 플라즈마 처리 장치가 사용되고 있다. 플라즈마 처리 장치로는, 예컨대 기판에 에칭을 실시하는 플라즈마 에칭 장치나, 화학적 기상 성장(Chemical Vapor Deposition : CVD)을 실시하는 플라즈마 CVD 장치 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치는, 처리의 균일성이 우수하고, 또한 장치 구성도 비교적 간단하기 때문에, 널리 사용되고 있다.
평행 평판형의 플라즈마 처리 장치의 구조를 도 17에 도시한다. 도 17에 도시하는 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(101)는, 챔버(102)와, 챔버(102)내에 처리 가스를 공급하고, 상부 전극을 구성하는 샤워 전극(103)과, 반도체 웨이퍼 등의 피처리체(W)가 탑재되며, 하부 전극을 구성하는 서셉터(104)로 구성된다.
샤워 전극(103)은, 다수의 가스 구멍(105)을 갖는 전극판(106)과, 전극판(106)을 지지하여, 처리 가스를 가스 구멍(105)으로 유도하는 중공부(107)를 구비하는 전극 지지체(108)로 구성된다. 전극판(106)은, 그 주변부에 있어서, 전극 지지체(108)의 나사 등에 의해 지지되고, 지지 부분은 절연재로 구성되는 실드링(109)에 의해 피복되어 있다. 실드링(109)은 전극판(106)보다도 소직경의 개구를 갖고, 개구내에 전극판(106)이 노출되는 구성으로 되어 있다. 실드링(109)은 지지 부분에 있어서의 이상 방전의 발생을 저감시킨다.
상기 플라즈마 처리 장치(101)는, 전극판(106)의 가스 구멍(105)으로부터 피처리체(W)에 처리 가스(도면 중 실선 화살표)를 공급하고, 전극판(106)에 RF 전력을 공급하여, 전극판(106)의 노출면과, 서셉터(104)의 사이에 RF 전계(도면중 파선 화살표)를 형성한다. 이에 따라, 피처리체(W)상에 처리 가스의 플라즈마를 발생시켜, 피처리체(W)의 표면에 소정의 처리를 실시한다.
상기 구성의 플라즈마 처리 장치(101)에는, 하기 (1) 및 (2)와 같은 문제가 있다.
(1) 전극판(106)의 가장자리를 보호하는 실드링(109)은, 절연성을 확보하기 위해, 예컨대 10㎜ 정도의 두께를 갖는 판상 부재로 구성된다. 전극판(106)은, 실드링(109)의 개구내에 노출하도록 실드링(109)상에 중첩된다. 이 때, 전극판(106)의 노출면(하면)의 주변부와, 실드링(109)의 개구 근방의 면의 사이에는, 단차(Δ)가 생긴다.
이러한 단차(Δ)는 피처리체(W)의 표면 전체의 처리 특성을 상이하게 한 것으로서, 처리의 균일성을 저하시킨다. 즉, 개구내의 가스구멍(105)으로부터 공급되는 가스는, 단차(Δ)에 있어서 체류 등이 발생하여, 가스의 흐름에 혼란이 발생한다. 이에 따라, 예컨대 피처리체(W)의 중심부와 단부에 있어서의 가스 공급이 분균일해져, 처리의 균일성이 저하한다.
또한, 플라즈마와 접촉하는 전극판(106)의 노출면의 직경(이하, 상부 전극 직경으로 함)은, 대향하는 피처리체(W)의 표면의 직경과 거의 동일하도록 형성된다. 즉, 상부 전극 직경은, 전극판(106)과 피처리체(W)의 사이에 형성되는, 가스의 흐름 및 전계를 최적화하여, 균일성이 높은 처리가 이루어지도록 결정된 것이 아니다. 이 때문에, 충분히 균일성이 높은 처리가 실행되지 않을 우려가 있다.
또한, 가스의 흐름 및 전계를 최적화하기 위해서, 가스의 분출 직경과, 상부 전극 직경을 변화시키는 경우에도, 가스의 분출 직경 및 상부 전극 직경은, 실질적으로 실드링(109)의 개구의 직경에 따라 결정된다. 이 때문에, 가스의 분출 직경과 상부 전극 직경을 각각 독립적으로 변화시켜 최적화하여, 처리의 균일성을 향상시키기는 어렵다.
이상과 같이, 종래의 플라즈마 처리 장치(101)는, 상부 전극 직경과, 가스의 분출 직경이 최적화되어, 처리의 균일성이 충분히 높아진다고는 할 수 없었다.
(2) 상기 플라즈마 처리 장치(101)에는, 불소계 가스 등의 할로겐계 가스를 사용한 드라이 클리닝이 실행된다. 구체적으로는, 챔버(102)의 내부 또는 외부에서 할로겐계 가스의 플라즈마를 생성하고, 가스 플라즈마 중의 할로겐 활성종(예컨대, 불소 라디칼)에 의해, 챔버(102)내에 부착, 퇴적된 막을 제거한다. 특히, 불소는, 실리콘과의 반응성이 높고, 실리콘계의 막을 처리하는 처리 장치의 클리닝에 적절하다.
여기서, 전극판(106)은, 금속 오염을 피하기 위해, 실리콘으로 구성된다. 이와 같은 실리콘으로 구성되는 전극판(106)은, 상기 클리닝에 의해 에칭되기 쉽다. 특히, 챔버(102)의 외부에서 클리닝 가스의 플라즈마를 생성하고, 라디칼종을 선택적으로 챔버(102)내에 도입하는 리모트 플라즈마 클리닝에 있어서는, 라디칼종의 활성이 높기 때문에, 전극판(106)의 열화(에칭)가 현저해진다.
전극판(106)의 열화는, 전극판(106)의 형상의 변화를 의미하고, RF 전계를 변화시킨다. 전계의 변화에 의해, 예컨대 피처리체(W)의 중심부와 단부에 있어서의 처리 특성이 변화되어, 처리의 균일성이 저하한다.
이상과 같이, 실리콘으로 이루어지는 전극판(106)을 사용한 경우에는, 클리닝에 의해 전극판(106)이 에칭되기 쉽고, 충분히 균일성이 높은 처리가 실행되지 않을 우려가 있었다.
발명의 요약
상기 사정을 감안하여, 본 발명은, 피처리체에 균일성이 높은 처리를 실시할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 1 관점에 관한 플라즈마 처리장치(1)는,
챔버(2)와,
상기 챔버(2)내에 처리용 가스를 공급하는 가스 구멍(19)을 구비하고, 볼록부(20a)를 갖는 전극판(20)과,
상기 볼록부(20a)와 결합하는 개구(26a)를 갖으며, 상기 볼록부(20a)와 상기 개구(26a)가 결합한 상태에서 상기 전극판(20)의 주변부를 피복하는 고리 형상의 판 부재로 구성된 실드링(26)을 구비한다.
상기 구성의 장치에 있어서, 예컨대 상기 전극판(20)의 볼록부(20a)는, 상기 개구(26a)와 결합한 상태에서, 상기 실드링(26)의 주요면과 실질적으로 평탄한 면을 형성한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 2 관점에 관한 플라즈마 처리 장치(1)와,
일면상에 피처리체가 탑재되는 제 1 전극판(10)과,
고주파 전원에 접속되어, 상기 일면과 평행하게 대향하고, 상기 일면의 직경의 1.2배∼1.5배의 직경을 갖는 대향면을 구비하는 제 2 전극판(20)을 구비한다.
상기 구성의 장치에 있어서, 또한 상기 대향면의 직경과 대략 동일한 직경을 갖는 개구(26a)가 형성될 수도 있고, 상기 개구(26a)의 내측에 상기 대향면이 노출하도록, 상기 제 2 전극판(20)의 주변부를 피복하는 실드링(26)을 구비하도록 할 수도 있다.
상기 구성의 장치에 있어서, 상기 제 2 전극판(20)은, 상기 대향면을 주요면으로 하여, 상기 개구(26a)와 결합하는 볼록부(20a)를 구비할 수도 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 3 관점에 관한 플라즈마 처리 장치(1)는,
챔버(2)와,
고주파 전원(24)에 접속되어, 상기 챔버(2)내에 처리용 가스를 공급하는 제 1 가스 구멍(19)을 구비하는 전극판(20)과,
상기 챔버(2)내에 상기 가스를 공급하는 제 2 가스 구멍(26b)을 구비하고, 개구(26a)를 가지며, 상기 개구(26a)의 내측에 상기 전극판(20)이 노출하도록 상기 전극판(20)의 가장자리를 피복하는 실드링(26)을 구비한다.
상기 구성의 장치에 있어서, 상기 제 2 가스 구멍(26b)은 상기 개구(26a)의 주위에 고리 형상으로 배치될 수도 있고, 상기 제 2 가스 구멍(26b)이 배치된 최대 직경은, 예컨대 상기 개구(26a)의 직경의 대략 1.1배이다.
상기 구성의 장치에 있어서, 상기 전극판(20)은, 상기 노출면을 주요면으로 하여, 상기 개구(26a)와 결합하는 볼록부(20a)를 구비할 수도 있고, 상기 볼록부(20a)의 주요면은, 상기 실드링(26)과 실질적으로 평탄한 면을 형성하도록 할 수도 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 4 관점에 관한 플라즈마 처리 장치(1)는,
내부에서 피처리체에 소정의 플라즈마 처리가 실시되는 챔버(2)와,
할로겐을 포함하는 클리닝 가스를 상기 챔버(2)내에 공급하는 클리닝 가스공급구(30)와,
상기 챔버(2)내에 처리용 가스를 공급하는 가스 구멍(19)을 구비하고, 할로겐 라디칼에 내성이 있는 재료를 포함하여 구성되는 전극판(20)을 구비한다.
상기 구성의 장치에 있어서, 상기 전극판(20)은, 예컨대 규소보다도 할로겐 라디칼에 내성이 있는 재료를 포함하여 구성된다.
상기 구성의 장치에 있어서, 상기 클리닝 가스는, 예컨대, 불소를 포함하는 물질로 구성되고, 상기 할로겐 라디칼은, 예컨대 불소 라디칼로 구성된다.
상기 구성의 장치에 있어서, 상기 할로겐 라디칼에 내성이 있는 재료는, 탄화 규소, 카본, 알루미늄, 알루마이트, 알루미나, 및 석영 알루미나 용사로 구성되는 군으로부터 선택될 수도 있다.
상기 구성의 장치는, 상기 전극판(20)과 대향하여 설치되고, 상기 피처리체가 이송되는 이송대(10)와,
상기 탑재대(10)상에 탑재된 상기 피처리체의 외주를 둘러싸도록 설치되고, 상기 할로겐 라디칼에 내성이 있는 재료로 구성되는 링 형상 부재(17)를 더 구비할 수도 있다.
상기 구성의 장치에 있어서, 예컨대 상기 클리닝 가스는, 상기 챔버(2)내에서 플라즈마로 되어 상기 할로겐 라디칼을 생성한다.
상기 구성의 장치는, 또한 상기 챔버(2)의 외부에 설치되고, 상기 클리닝 가스 공급구에 접속된 액티베이터(33)를 구비할 수도 있고,
상기 액티베이터(33)는, 상기 클리닝 가스를 활성화하여 상기 할로겐 라디칼을 생성하며, 발생한 상기 할로겐 라디칼을 상기 챔버(2) 내에 공급할 수도 있다.
상기 구성의 장치에 있어서, 예컨대 상기 클리닝 가스는, 산소를 포함하는 물질을 포함하여 구성된다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 5 관점에 관한 플라즈마 처리 방법은, 내부에서의 플라즈마의 생성에 의해, 피처리체에 소정의 처리가 실시되는 챔버(2)와, 일면상에 피처리체가 탑재되는 제 1 전극판(10)과, 고주파 전원(24)에 접속되어, 상기 일면과 평행하게 대향하는 대향면을 갖는 제 2 전극판(20)을 구비한 플라즈마 처리 장치(1)를 사용한 플라즈마 처리 방법으로서,
상기 대향면의 직경을, 상기 일면의 직경의 1.2배∼1.5배로 하여, 상기 제 2 전극에 고주파 전력을 공급하는 공정을 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 6 관점에 관한 플라즈마 방법은,
내부에서의 플라즈마의 생성에 의해, 피처리체에 소정의 처리가 실시되는 챔버(2)와, 상기 챔버(2)내에 처리용의 가스를 공급하는 제 1 가스 구멍(19)을 구비하고, 고주파 전원(24)에 접속되는 전극판(20)과, 상기 챔버(2)내에 상기 가스를 공급하는 제 2 가스 구멍(26b)을 구비하며, 개구(26a)를 갖고, 상기 개구(26a)의 내측에 상기 전극판(20)이 노출하도록 상기 전극판(20)의 가장자리를 피복하는 실드링(26)을 구비하는 플라즈마 처리 장치(1)를 사용한 플라즈마 처리 방법으로서,
상기 가스를 상기 제 1 가스 구멍(19)과, 상기 제 2 가스 구멍(26b)으로부터 상기 챔버(2)내로 분출하는 공정을 포함한다.
본 발명은, 플라즈마를 사용하여 성막 처리, 에칭 처리 등의 처리를 실행하는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
도 1은 제 1 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 도면,
도 2는 도 1에 도시하는 상부 전극의 구성을 나타내는 도면,
도 3a는 볼록형의 전극판을 사용했을 때의, 웨이퍼의 상측의 압력을 조사한 결과를 나타내는 도면,
도 3b는 평탄한 전극판을 사용했을 때의 웨이퍼의 상측의 압력을 조사한 결과를 나타내는 도면,
도 4는 볼록형 및 평탄한 전극판을 사용했을 때의, 전극간 갭과 압력의 관계를 나타내는 도면,
도 5는 전극판과 실드링의 단차와 성막 속도의 균일성의 관계를 나타내는 도면,
도 6은 전극판과 실드링의 단차와, 내장 가능한 홈의 종횡비의 관계를 나타내는 도면,
도 7은 제 2 실시 형태의 상부 전극 및 서셉터의 확대도,
도 8은 상하의 전극 직경비(D2/D1)와, 성막 속도 균일성의 관계를 나타내는 도면,
도 9는 도 8의 A, B, C에서의, 웨이퍼의 표면의 막 두께 분포를 나타내는 도면,
도 10은 제 3 실시 형태의 상부 전극 및 서셉터의 확대도,
도 11은 가스의 분출 직경(D3)과, 성막 속도의 관계를 나타내는 도면,
도 12는 제 4 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 도면,
도 13은 각종 재료로 구성되는 전극판의 에칭 레이트를 조사한 결과를 나타내는 도면,
도 14는 각종 재료로 구성되는 전극판을 사용하여 연결 성막 처리를 실행했을 때의 성막 속도를 조사한 결과를 나타내는 도면,
도 15는 산소를 첨가한 클리닝 가스를 사용하여 클리닝했을 때의 결과를 나타내는 도면,
도 16은 산소를 첨가한 클리닝 가스를 사용하여 클리닝했을 때의 결과를 나타내는 도면,
도 17은 종래의 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 도면.
(제 1 실시 형태)
본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 처리 장치에 대하여, 이하 도면을 참조하여 설명한다. 이하에 나타내는 실시 형태에서는, 반도체 웨이퍼[이하, 웨이퍼(W)]에 CVD(Chemical Vapor Deposition)에 의해 불화 산화 실리콘(Si0F)막을 형성하는, 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치를 예로 들어 설명한다.
도 1에 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 구성을 나타낸다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 예컨대 표면이 알루마이트 처리(양극 산화 처리)된 알루미늄으로 구성되는, 원통 형상의 챔버(2)를 갖는다. 챔버(2)는 접지되어 공통 전위로 되어 있다.
챔버(2)의 상부에는 가스 공급관(3)이 설치되어 있다. 가스 공급관(3)은 SiF4, SiH4, O2, Ar 등이 혼합된 처리 가스를 공급하는 가스 공급원(4)에 접속되어 있다. 처리 가스는 가스 공급관(3)으로부터 매스 플로우 컨트롤러(도시하지 않음)에 의해, 소정의 유량으로 조절되어 챔버(2)내에 공급된다.
챔버(2)의 바닥부 측방에는 배기구(5)가 설치되어 있다. 배기구(5)에는 터보 분자 펌프 등으로 구성되는 배기 장치(6)가 접속되어 있다. 배기 장치(6)는 챔버(2)내를 소정의 감압 분위기, 예컨대 1Pa 이하의 소정의 압력까지 배기한다.
챔버(2)의 측벽에는 게이트 밸브(7)가 설치되어 있다. 게이트 밸브(7)를 개방한 상태에서, 챔버(2)와 인접하는 로드록실(도시하지 않음)의 사이에서의 웨이퍼(W)의 반출입이 이루어진다.
챔버(2)내의 바닥부 중앙으로부터는, 대략 원주 형상의 서셉터 지지대(8)가 기립하고 있다. 서셉터 지지대(8)상에는 세라믹 등의 절연체(9)를 거쳐 서셉터(10)가 설치되어 있다. 또한, 서셉터 지지대(8)는 챔버(2)의 하방에 설치된 승강 기구(도시하지 않음)에 샤프트(11)를 거쳐 접속되어, 승강 가능해지고 있다.
서셉터(10)상에는 웨이퍼(W)와 대략 동일 직경의 도시하지 않는 정전 척이 설치되어 있다. 서셉터(10)상에 탑재된 웨이퍼(W)는, 정전 척에 의해 쿨롱의 힘에 의해 고정된다.
서셉터(10)는 알루미늄 등의 도체로 구성되고, 평행 평판 전극의 하부 전극을 구성한다. 서셉터(10)에는, 제 1 RF 전원(12)이 제 1 정합기(13)를 거쳐 접속되어 있다. 제 1 RF 전원(12)은 0.1∼13㎒의 범위의 주파수를 갖고 있다. 제 1 RF 전원(12)에 상기 범위의 주파수를 인가함으로써, 피처리체에 적절한 이온 충격을 부여하는 등의 효과가 얻어진다.
서셉터 지지대(8)의 내부에는, 냉매실(14)이 설치되어 있다. 냉매실(14)에는 냉매가 순환하고 있다. 냉매 공급관(15)으로부터 공급된 냉매는 냉매실(14)을 통해 냉매 배출관(16)으로부터 배출된다. 냉매실(14)을 냉매가 순환함으로써, 서셉터(10) 및 웨이퍼(W)의 처리면은 소망하는 온도로 유지된다. 또한, 웨이퍼(W) 전달용 리프트핀(도시하지 않음)이, 서셉터(10) 및 정전 척을 관통하여 승강 가능하게 설치되어 있다.
서셉터(10) 표면의 가장자리부에는, 세라믹 등의 절연체로 구성되는 포커스 링(17)이 설치되어 있다. 포커스 링(17)은 중심에 개구를 갖고, 개구는 웨이퍼(W)와 약간 큰 직경으로 되어 있다. 웨이퍼(W)는 포커스 링(17)의 개구의 내측으로 노출된 서셉터(10)의 표면상에 탑재된다. 포커스링(17)은 웨이퍼(W)에 플라즈마 활성종을 효과적으로 입사시킨다.
챔버(2)의 천정부에는, 평행 평판 전극의 상부 전극(18)이 설치되어 있다. 상부 전극(18)은 소위 샤워 헤드 구조를 갖고, 다수의 가스 구멍(19)을 갖는 전극판(20)과, 전극판(20)의 사이에 중공의 확산부(21)를 형성하는 전극 지지체(22)로 구성된다.
전극 지지체(22)는 가스 공급관(3)에 접속되어 있다. 가스 공급관(3)으로부터 공급된 가스는, 확산부(21)에 있어서 확산되고, 다수의 가스 구멍(19)으로부터 분출된다. 전극판(20)은, 서셉터(10)와 대향하도록 설치되고, 웨이퍼(W)보다도 약간 대직경을 갖도록 형성되어 있다. 이에 따라, 처리 가스는 웨이퍼(W)의 표면 전체에 공급된다.
전극판(20)은 알루미늄 등의 도전 재료로 구성되고, 원판 형상으로 형성되어 있다. 전극판(20)은 제 2 정합기(23)를 거쳐 제 2 RF 전원(24)에 접속되어 있다. 전극판(20)으로의 RF 전력의 인가에 의해, 가스구멍(19)으로부터 공급된 가스의 플라즈마가 생성된다.
도 2에, 전극판(20) 근방의 확대도를 나타낸다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 전극판(20)은, 그 주변부의 두께가 얇게 형성되고, 원주 형상의 볼록부(20a)를 형성하도록 구성되어 있다. 전극판(20)은 가장자리부에 나사 홈 등이 형성되어 있고, 가장자리부에 있어서 전극 지지체(22)에 나사(25)에 의해 고정된다.
전극판(20)의 가장자리부의 나사 고성 부분은, 질화 알루미늄 등의 세라믹 등으로 구성되는 실드링(26)에 의해 피복되어 있다. 실드링(26)은 개구(26a)가 형성된 주요면을 갖고, 이 주요면이 챔버(2)의 천정면과 대략 평행하게 되도록, 챔버(2)의 천정의 측부 등에 고정되어 있다. 실드링(26)의 개구(26a)는, 전극판(20)보다도 소직경으로 형성되고, 개구(26a)내에 전극판(20)이 노출되도록 설치된다. 또한, 실드링(26)의 적어도 주요면 부분은, 10㎜ 정도의 두께를 갖는 판상으로 형성되어 있다. 실드링(26)에 의해 나사 고정 부분이 피복됨으로써, 플라즈마 생성시의 나사 고정 부분에 있어서의 이상 방전 등은 방지된다.
여기서, 실드링(26)의 개구(26a)의 직경은, 전극판(20)의 볼록부(20a)의 직경과 대략 동일하게 형성되고, 실드링(26)은 그 개구(26a)내에 전극판(20)의 볼록부(20a)가 하향으로 결합하도록 설치된다.
전극판(20)의 볼록부(20a)의 직경은, 실드링(26)의 개구의 직경과 거의 동일하게 설정되어 있고, 볼록부(20a)는 실드링(26)의 개구(26a)내에 거의 빈틈 없이 결합하도록 구성되어 있다. 또한, 가스 구멍(19)은 볼록부(20a)를 관통하도록 형성되어 있고, 실드링(26)에 의해 처리 가스의 분출이 방해받지 않는다.
전극판(20)의 볼록부(20a)와 실드링(26)은 서로 결합했을 때에, 실질적으로 동일한 면을 형성한다. 즉, 전극판(20)의 볼록부(20a)의 높이는, 실드링(26)의 개구(26a) 부근의 두께와 거의 동일한 값(예컨대, 10㎜ 정도)으로 설정되어 있다.
상기 구성에서는, 전극판(20)과 실드링(26)은 플라즈마 생성 영역에 대하여 평탄한 면을 형성한다. 이 경우, 전극판(20)의 노출면과 실드링(26)의 주요면의 사이에 단차가 형성되지 않는다. 이에 따라, 가스 구멍(19)으로부터 분출되는 처리 가스의 흐름이, 이와 같은 단차 부분에서 뒤섞이지 않고, 가스 구멍(19) 전체로부터 분출되는 처리 가스의 흐름은, 거의 균등한 것으로 된다. 이에 따라, 처리 가스는 높은 균일성으로 웨이퍼(W)의 표면에 공급되고, 웨이퍼(W)에 균일성이 높은 처리가 실행된다.
(실시예 1)
도 3A에, 볼록형 전극판(20)을 거쳐 Ar 가스를 챔버(2)내에 공급한 경우의, 웨이퍼(W)의 상방의 각 지점에 있어서의 압력을 조사한 결과를 나타낸다. 또한, 도 3B에, 볼록부(20a)를 갖지 않는, 평탄한 전극판(20)을 사용한 경우의 결과를 나타낸다. 여기서, 전극판(20)과 서셉터(10)의 거리(전극간 갭)는 30㎜이고, 200㎜의 웨이퍼(W)의 표면에 Ar 가스를 300sccm로 흘렸다.
도 3a에 도시되는 바와 같이, 볼록형의 전극판(20)을 사용한 경우에는, 웨이퍼(W)의 상측에서는, 중심부와 단부에서 압력은 변하지 않고, 거의 1㎩ 정도로 일정하다. 한편, 도 2B에 도시되는 바와 같이, 평탄한 전극판(20)을 사용한 경우에는, 웨이퍼(W) 상측의 단부에서는 1㎩ 정도인 데 반해, 중심부에서는 1.5㎩ 정도와 50%에 가깝게 높아져 있다. 이 압력의 차는, 전극판(20)과 실드링(26)의 단차 부분의 근처에서 발생하고 있다. 이로써, 단차를 발생시키지 않는 볼록형의 전극판(20)을 사용함으로써, 웨이퍼(W)의 상방의 압력을 거의 일정하게 할 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 4에, 도 3a 및 3b에 도시한 실험에 있어서, 전극간 갭을 변화시켰을 때의 웨이퍼(W)의 중심의 상방의 압력 변화를 조사한 결과를 나타낸다. 도 4에 도시되는 바와 같이, 평탄한 전극판(20)을 사용한 경우, 압력은 전극간 갭의 감소와 함께 크게 상승하여, 전극간 갭이 10㎜에서는 약 4㎩에 이른다.
한편, 볼록형 전극판(20)을 사용한 경우, 전극간 갭이 변화되어도, 큰 압력 상승은 보이지 않고, 전극간 갭 10㎜이어도, 압력은 평탄형의 거의 절반의 약 2㎩이다.
도 4에 나타내는 결과로부터, 볼록형 전극판(20)을 사용한 경우, 웨이퍼(W) 상방의 압력(즉, 실질적인 프로세스 압력)은 비교적 낮아진다는 것을 알 수 있다. 일반적으로, 높은 프로세스 압력은 플라즈마 처리에 바람직하지 못한 영향을 준다. 특히, CVD에 의한 내장 처리에 있어서는, 압력이 높으면 보이드가 발생하기 쉽다. 이로써, 볼록형 전극판(20)을 사용함으로써, 신뢰성이 높은 처리, 특히 내장 처리가 가능하다는 것을 알 수 있다.
도 5에, 전극판(20)의 노출면과 실드링(26)의 노출면의 단차[볼록부(20a)의 높이]를 변화시켰을 때의, 웨이퍼(W)의 표면에 있어서의 성막 속도의 균일성을 조사한 결과를 나타낸다. 여기서, 성막 조건은, SiH4/SiF4/O2/Ar=22/28/250/50(sccm), 압력(배기압) 1.3㎩, 전극간 갭20㎜이다. 또한, 성막 속도 균일성은, (성막 속도 균일성(%))=((최대 성막 속도)+(최소 성막 속도))/((평균 성막 속도)×2)×100로 하여 산출했다. 또한, 성막 속도 균일성의 값이 낮을수록, 성막 속도의 격차가 적은 것을 나타내고, 처리의 균일성이 높은 것을 나타낸다. 또한, 실드링(26)의 두께는 10㎜이고, 단차의 높이가 0㎜인 경우, 전극판(20)과 실드링(26)은 평탄면을 형성한다.
도 5에 도시되는 바와 같이, 전극판(20)과 실드링(26)의 단차가 작을수록, 성막 속도의 균일성의 값은 감소하고, 웨이퍼(W)의 표면 전체에 균일성이 높은 성막 처리가 실행되는 것을 알 수 있다.
또한, 도 6에, 상기 단차를 변화시키고, 소정의 종횡비를 갖는 홈의 내장 처리를 실행하며, 보이드의 발생 없이 양호한 내장 처리가 가능한 최대 종횡비를 조사한 결과를 나타낸다. 또한, 도 6 중, 종횡비는 평탄한 전극판(20)[단차가 110㎜]을 사용한 경우의 결과를 1로 했을 때의 비로 나타냈다.
도 6에 도시되는 바와 같이, 단차가 작거나 또는 없을수록, 양호하게 내장 가능한 최대 종횡비는 높다. 예컨대, 전극판(20)과 실드링(26)이 평탄면을 형성하는 경우(단차 0㎜)에는, 평탄한 전극판(20)을 사용한 경우(단차 110㎜)의 1.5배의 종횡비를 갖는 홈에 대하여 양호한 내장 처리가 가능하다. 여기서, 종횡비가 높은 홈 정도, 내장 처리시에 보이드가 발생하기 쉽다.
도 4에 나타내는 결과와 합쳐서, 볼록형의 전극판(20)을 사용하여 단차를 작거나 또는 없앰으로써, 웨이퍼(W) 상방의 프로세스 압력이 낮게 억제되고, 보이드의 발생이 적은 신뢰성이 높은 내장 처리가 실행되는 것을 알 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 제 1 실시 형태에서는, 전극판(20)을 볼록형으로 형성하고, 전극판(20)의 노출면과 실드링(26)의 주요면이 평탄면을 형성하는 구성으로 되어 있다. 이 구성에 의해, 전극판(20)과 실드링(26)의 단차는 없어지고, 웨이퍼(W)의 상방에 있어서의 처리 가스의 혼란을 저감하거나, 또는 없앨 수 있다. 이로써, 웨이퍼(W)의 상방의 압력은, 그 표면상 전체에 거의 균일하게 되고, 표면 전체에 균일성이 높은 처리를 실행할 수 있다. 또한, 웨이퍼(W)상의 압력을 비교적 낮은 압력으로 유지할 수 있고, 보이드의 발생이 억제된 신뢰성이 높은 내장 처리를 실행할 수 있다.
상기 제 1 실시 형태에서는, 전극판(20)의 볼록부(20a)의 높이는 실드링(26)의 두께와 거의 동일하고, 전극판(20)과 실드링(26)이 실질적으로 동일한 면을 형성하는 것으로 했다. 그러나, 볼록부(20a)의 높이는 이에 한정하지 않고, 실드링(26)의 두께보다도 크고, 실드링(26)의 개구로부터 볼록부(20a)가 돌출하는 높이일 수도 있다.
(제 2 실시 형태)
이하, 본 발명의 제 2 실시 형태에 대하여 설명한다. 제 2 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치(1)는, 도 1에 나타내는 제 1 실시 형태의 플라즈마 처리 장치(1)와 거의 동일한 구성을 갖는다. 도 6에, 제 2 실시 형태의 상하 전극 근방의 확대도를 나타낸다. 또한, 도면 중, 도 1 및 도 2와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 이해를 쉽게 하기 위해서 설명을 생략한다.
제 2 실시 형태에서는, 전극판(20)은 제 1 실시 형태와 같은 구성을 갖는다. 즉, 도 6에 도시하는 바와 같이, 전극판(20)은 볼록형으로 형성되고, 볼록부(20a)의 노출면(하면)과, 실드링(26)의 노출면(하면)이 대략 동일한 평면을 형성하고 있다. 또한, 포커스링(17)의 개구는 웨이퍼(W)의 직경과 거의 동일한 직경으로 설정되어 있다.
서셉터(10)의 노출면의 직경[하부 전극 직경 (D1)]과, 전극판(20)의 노출면의 직경[상부 전극 직경(D2)]의 비는 소정의 값으로 되도록 구성되어 있다. 여기서, 서셉터(10)의 노출면이란, 실질적으로 하부 전극으로서 기능하는 면을 가리키고, 하부 전극 직경(D1)은 포커스 링(17)의 개구의 직경, 또는 웨이퍼(W)의 직경과거의 동일하다. 또한, 전극판(20)의 노출면이란, 실질적으로 상부 전극으로서 기능하는 면을 가리키고, 상부 전극 직경(D2)은, 볼록부(20a)의 주요면의 직경 또는 실드링(26)의 개구(26a)의 직경과 거의 동일하다. 또한, 이하에는, 하부 전극 직경(D1)은 웨이퍼(W)의 직경을 가리키고, 상부 전극 직경(D2)은 볼록부(20a)의 주요면의 직경을 가리키는 것으로 한다.
예컨대, 하부 전극 직경(D1)과 상부 전극 직경(D2)은, 그 비(D2/D1)가, 1.2∼1.5, 특히 1.25∼1.45이도록 구성되어 있다. 예컨대, 하부 전극 직경(D1)을 200㎜로 한 경우, 상부 전극 직경(D2)은 260㎜로 된다.
여기서, 가스 구멍(19)은, 전극판(20)의 볼록부(20a)를 관통하도록, 예컨대 동심원 형상으로 각각 설치되어 있다. 전극 직경의 비(D2/D1)는 가스 구멍(19)의 배치를 변경시키지 않도록 변화시킨다. 따라서, 전극 직경의 비(D2/D1)를 변경함으로써, 처리 가스의 공급을 일정하게 한 상태에서, 상하 전극 사이에 형성되는 RF 전계를 변화시킬 수 있다.
(실시예 2)
전극 직경의 비(D2/D1)를 변화시켜서 성막 처리를 실행하고, 웨이퍼(W)의 표면에 있어서의 성막 속도의 균일성을 조사한 결과를 도 8에 나타낸다. 여기서, 성막 조건은, SiH4/SiF4/O2/Ar= 22/28/250/50(sccm), 압력 1.3㎩, 전극간 갭 20㎜로 했다. 또한, 성막 속도 균일성은, (성막 속도 균일성:%)=((최대 성막 속도)+(최소성막 속도))/((평균 성막 속도)×2)×100으로 하여 산출했다.
도 8에 나타내는 결과로부터, 전극 직경의 비(D2/D1)가 1.2∼1.5의 범위에 있을 때, 성막 속도 균일성은 5% 이하이고, 웨이퍼(W)의 표면 전체에 막이 높은 균일성으로 형성된다는 것을 알 수 있다. 또한, 특히, 전극 직경의 비가 1.25∼1.45의 범위에 있을 때 한층 높은 균일성을 나타내는 것을 알 수 있다.
한편, 상하의 전극 직경이 동일한 경우(D2/D1=1), 및 상부 전극 직경(D2)이 지나치게 큰 경우(D2/D1>1.5)의 경우에는, 웨이퍼(W)의 표면 전체에 균일성이 높은 성막이 실행되어 있지 않고, 성막 속도 균일성의 값은 높으며, 처리에 적절한 RF 전계가 형성되어 있지 않다는 것을 알 수 있다.
전극 직경의 비가, 1.1(도 8의 A), 1.4(B) 및 1.6(C)의 경우에 대하여, 각각 성막 처리 후의 웨이퍼(W) 표면의 각 지점에 있어서의 막 두께를 조사한 결과를 도 9에 나타낸다.
도 9에서, 전극 직경의 비가 1.4(B)인 경우, 웨이퍼(W)의 중심으로부터 단부에 걸쳐 거의 균일한 두께의 막이 형성되어 있고, 균일성이 높은 성막이 실행되고 있다는 것을 알 수 있다. 한편, 비가 1.1(A)인 경우, 웨이퍼(W)의 중심부에서 성막 속도가 높고, 단부에서는 낮다. 또한, 비가 1.6(C)인 경우에는, 단부에서 성막 속도가 높고, 중심부에서는 낮다. 이로써, 도 8에 나타내는 결과와 같이, 전극 직경의 비가 1.2∼1.5인 범위내에 있는 경우에, 적절한 RF 전계가 형성되고, 웨이퍼(W)의 표면 전체에 균일성이 높은 성막이 가능하다는 것을 알 수 있다.
상기 제 2 실시 형태에서는, 볼록형의 전극판(20)을 사용하고 있다. 그러나, 본 발명은, 볼록형의 전극판(20)에 한정되지 않고, 평탄한 전극판(20)에도 적용 가능하다. 예컨대, 상부 전극 직경(D2)을, 전극판(20)의 노출면의 직경, 즉 실드링(26)의 개구의 직경으로 하여, 동일하게 상하 전극 직경의 비를 규정하도록 할 수도 있다.
(제 3 실시 형태)
이하, 본 발명의 제 3 실시 형태에 대하여 설명한다. 제 3 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)는, 도 1에 나타내는 제 1 실시 형태의 플라즈마 처리 장치(1)와 거의 동일한 구성을 갖는다. 도 10에, 제 3 실시 형태의 상하 전극 근방의 확대도를 나타낸다. 또한, 도면 중, 도 1 및 도 2와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙여, 이해를 쉽게 하기 위해서 설명을 생략한다.
전극판(20)은 볼록형으로 형성되고, 도 10에 도시하는 바와 같이, 볼록부(20a)의 노출면(하면)과, 실드링(26)의 노출면(하면)이, 대략 동일한 평면을 형성하고 있다. 볼록부(20a)의 노출면이, 실질적으로 RF 전계를 형성한다.
제 3 실시 형태에서는, 전극판(20)의 노출면의 면적을 일정하게 유지하면서, 처리 가스의 공급 면적(처리 가스의 배출 직경)을 소망하는 바와 같이 확대 가능한 구성을 갖는다. 즉, 가스 구멍(19)을, 전극판(20)뿐만 아니라, 이것을 포위하는 실드링(26)에도 설치한 구성을 갖는다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 실드링(26)은, 전극판(20)의 주위에 형성된 가스 구멍(26b)을 갖는다. 전극 지지체(22)는, 내부에 형성되는 확산부(21)와, 가스구멍(26b)이 연통하도록 설치되어 있다. 이로써, 처리 가스는, 전극판(20)에 설치된 가스 구멍(19)과 실드링(26)의 가스 구멍(26b)으로부터 흡출된다.
가스 구멍(26b)은, 전극판(20)의 가스 구멍(19)과 같이 배치되어 있다. 전극판(20)의 가스 구멍(19)은, 예컨대 거의 동심원 형상으로 설치되어 있고, 실드링(26)의 가스 구멍(26b)은 전극판(20)의 가스 구멍(19)의 외주에 설치된다.
여기서, 가스 구멍(19)과 가스 구멍(26b)으로 구성되는 처리 가스의 배출 직경(D3)은, 전극판(20)의 노출면의 직경[상부 전극 직경(D2)]보다도 크고, 특히 약 1.1배보다도 크도록(D3/D1>1.1) 구성되어 있다. 여기서, 배출 직경(D3)은, 예컨대 최외주의 가스 구멍(26b)의 직경이다. 예컨대, 상부 전극 직경(D2)을 260㎜으로 했을 때, 가스 배출 직경(D3)은, D2의 약 1.1배의 약 280㎜로 취급된다.
상기한 바와 같이, 실드링(26)에 가스 구멍(26b)을 설치함으로써, 전극판(20)의 노출면의 면적을 변경하지 않고, RF 전계를 변경하지 않고, 가스 공급 면적의 확대를 도모할 수 있다. 가스 공급 면적을 확대시킴으로써, 웨이퍼(W)의 표면 전체에 보다 균등하게 가스를 공급할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W)의 표면에 균일성이 높은 처리를 실행할 수 있다.
(실시예 3)
처리 가스의 배출 직경(D3)을 변화시켜서, 성막 속도 및 웨이퍼(W)의 표면에 있어서의 성막 속도의 균일성을 조사한 결과를, 도 11에 나타낸다. 여기서, 상부전극 직경(D2)은 260㎜로 했다. 또한, 성막 조건은, SiH4/SiF4/O2/Ar =22/28/250/50(sccm), 압력 1.3㎩, 전극간 갭20㎜로 했다. 또한, 성막 속도 균일성은, (성막 속도 균일성:%)=((최대 성막 속도)×(최소 성막 속도))/((평균 성막 속도)×2)×100으로 하여 산출했다.
도 11로부터, 가스의 배출 직경(D3)이 클수록 성막 속도는 높다는 것을 알 수 잇다. 또한, 배출 직경(D3)이 약 240㎜ 이상[상부 전극 직경(D2)의 약 0.85배 이상, 웨이퍼 직경의 약 1.2배 이상]이고, 충분히 높은 성막 속도가 얻어진다는 것을 알 수 있다.
또한, 가스의 배출 직경(D3)이 클수록 성막 속도의 균일성은 높다는 것을 알 수 있다. 또한, 배출 직경(D3)이 상부 전극 직경(D2)보다도 크며, 특히 280㎜ 이상[상부 전극 직경(D2)의 약 1.1배 이상, 웨이퍼 직경의 약 1.4배 이상]이면, 성막 속도의 균일성은 안정된 높은 값을 나타낸다.
이로써, 가스의 배출 직경(D3)이 상부 전극 직경(D2)보다도 크고, 특히 약 1.1배 이상이면, 웨이퍼(W)의 표면 전체에 균일성이 높은 처리를, 높은 성막 속도로 실행할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 제 3 실시 형태에서는, 실드링(26)에 가스 구멍(26b)을 설치한다. 이로써, 상부 전극으로서 기능하는 전극판(20)의 노출면의 면적을 변경하여 RF 전계를 변화시키지 않고, 처리 가스의 배출 직경(D3)을 확대할 수 있다. 이로써, 성막 속도의 향상 및 처리의 면내 균일성의 향상을 도모할 수있다.
상기 제 3 실시 형태에서는, 실드링(26)에 설치된 가스 구멍(26b)은, 전극 지지체(22)내의 중공부와 연통하고, 전극판(20)의 가스 구멍(19)과 동일한 처리 가스의 공급을 받는 것으로 했다. 그러나, 실드링(26)의 가스 구멍(26b)에 접속된 독립적인 가스 유로를 설치하도록 할 수도 있다. 또한 이 때, 실드링(26)용 가스 유로에 유량 제어 장치 등을 설치하여, 전극판(20)과 실드링(26)에 잇어서의 가스 공급량을 각각 조절하는 구성으로 할 수도 있다.
상기 제 3 실시 형태에서는, 볼록형의 전극판(20)을 사용하는 것으로 했다. 그러나, 볼록형의 전극판(20)에 한정하지 않고, 평탄한 전극판(20)에 관해서도 동일한 구성으로 할 수 있다. 이 경우, 전극판(20)의 노출면의 직경, 즉 실드링(26)의 개구의 내경을 상부 전극 직경(D2)으로 하고, 이에 대하여 가스 배출 직경(D3)을 결정하도록 하면 무방하다.
(제 4 실시 형태)
이하, 본 발명의 제 4 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다. 제 4 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)는, 불소계의 클리닝 가스를 사용하고, 그 내부를 드라이 클리닝하는 구성을 갖는다.
제 4 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 구성을 도 12에 도시한다. 또한, 도 12 중, 도 1과 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 챔버(2)의 측벽에는 클리닝 가스 공급구(30)가 형성되어 있다. 클리닝 가스 공급구(30)는 클리닝 가스 공급원(31) 및 캐리어 가스원(32)에 접속되어 있다. 클리닝 가스 공급원(31)으로부터는 불소계의 클리닝 가스, 예컨대 3불화 질소(NF3)가 공급된다. 또한, 캐리어 가스원(32)으로부터는 아르곤(Ar), 질소 등의 불활성 가스가 공급된다.
클리닝 가스 공급구(30)와, 클리닝 가스 공급원(31) 및 캐리어 가스 공급원(32)의 사이에는, 액티베이터(33)가 설치되어 있다. 액티베이터(33)는 도시하지 않는 플라즈마 발생 기구를 구비하고, 내부를 통과하는 가스의, 예컨대 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 플라즈마, 유도 결합형 플라즈마(Inductive Coupled Plasma:ICP) 등의 고밀도 플라즈마를 발생시킨다. 액티베이터(33)는 플라즈마 중의 불소 라디칼을 선택적으로 배기한다.
클리닝 가스를 챔버(2)내에 공급함으로써, 챔버(2)내에 부착, 퇴적한 실리콘계 물질 등의 오물질은, 불소 라디칼에 의해 분해되어, 배기와 동시에 제거된다. 이와 같이, 클리닝 가스는, 챔버(2)의 외부에서 플라즈마화되어, 소위 리모트 플라즈마 클리닝이 실행된다.
제 4 실시 형태에 있어서, 전극판(20)은 규소보다도 불소 라디칼에 내성이 있는 재료로 구성되어 있다. 즉, 전극판(20)은, 알루마이트 처리된 알루미늄, 탄화규소, 카본, 알루미늄, 알루미나, 석영 알루미나 용사 등으로 구성되어 있다. 전극판(20)을 상기 재료로 구성함으로써, 불소 가스를 사용한 클리닝에 의한, 전극판(20)의 열화를 억제할 수 있다. 이로써, 전극판(20)의 열화에 의한 성막 균일성의 저하, 및 전극판(20)의 교환 빈도의 증대에 의한 생산성의 저하는 억제된다.
다음에, 플라즈마 처리 장치(1)의 성막 처리 및 클리닝시의 동작에 대하여, 도 12를 참조하여 설명한다.
우선, 웨이퍼(W)를 챔버(2)내로 반입하고, 서셉터(10)상에 탑재한다. 이어서, SiF4, SiH4, O2및 Ar로 구성되는 처리 가스를 챔버(2)내에 공급하고, RF 전력의 인가에 의해, 처리 가스의 플라즈마를 생성한다. 발생한 플라즈마에 의해, 웨이퍼(W)상에 SiOF막이 성막된다. 소정 두께의 막이 웨이퍼(W)상에 형성되고, 웨이퍼(W)는 챔버(2)로부터 반출된다. 상술한 동작을 반복하여 웨이퍼(W)를 연속적으로 처리한다. 이 때, 소정 매수의 웨이퍼(W)를 처리할 때마다, 챔버(2)의 클리닝을 실행한다.
클리닝시, 우선 더미 웨이퍼를 챔버(2)내에 반입하여 서셉터(10)상에 탑재한다. 이어서, NF3및 Ar의 공급을 개시하고, 액티베이터(33)를 작동시킨다. 액티베이터(33)는 처리 가스의 플라즈마를 생성하여, 챔버(2)내에 불소 라디칼을 주성분으로서 포함하는 가스를 공급한다. 클리닝 가스에 의해, 예컨대 챔버(2)내에 부착된 SiOF는 불소 라디칼과 반응하여, 4불화 실란(SiF4) 등으로 분해되어 제거된다. 이렇게 하여, 챔버(2)내의 퇴적물 등은 제거되고, 클리닝이 진행한다.
그 후, 시간, 청정도 등의 소정의 종료 조건에 이른 후, 액티베이터(33)를 오프하여, 가스의 공급을 정지한다. 이상에서 클리닝은 종료하고, 다시 성막 처리를 개시한다.
(실시예 4)
각종 재료로 구성된 전극판(20)을 사용하여, 상기 클리닝을 실행했을 때의 전극판(20)의 에칭 레이트를 조사했다. 재료는, 실리콘, 산화 실리콘, 질화 실리콘, 알루마이트 처리된 알루미늄, 탄화 규소, 카본, 알루미늄, 알루미나 및 석영 알루미나 용사를 사용했다. 그 결과를 도 13에 나타낸다. 또한, 결과는, 실리콘의 에칭 레이트를 100으로 했을 때의 비로서 나타내었다. 또한, 클리닝 조건은, NF3/Ar=1500 sccm/1500sccm, 압력 300㎩, 전극간 갭 48㎜, 플라즈마 공급 파워 약 2 ㎾이다.
도 13으로부터, 알루마이트 처리된 알루미늄, 탄화 규소, 카본, 알루미늄, 알루미나 및 석영 알루미나 용사의 에칭 레이트는, 실리콘, 산화 실리콘 및 질화 실리콘의 에칭 레이트보다도 낮다는 것을 알 수 있다. 특히, 실리콘의 에칭 레이트와 비교하여 절반 이하(50% 이하)로 되어 있다. 이것은, 알루마이트 처리된 알루미늄, 탄화 규소, 카본, 알루미늄, 알루미나 및 석영 알루미나 용사로 구성되는 전극판(20)은, 불소계 가스에 의해 에칭되기 어렵고, 부식되기 어려운 것을 나타낸다.
또한, 도 13에는, 리모트 플라즈마 클리닝이 아니라, 원위치(insitu) 플라즈마 클리닝을 실행한 경우의 결과도 나타내고 있다. 원위치 플라즈마 클리닝에서는, 챔버(2)내에 NF3및 Ar를 도입하고, 챔버(2)의 내부에서 클리닝 가스의 플라즈마를 생성한다. 또한, 클리닝 조건은, NF3/Ar=100sccm/0sccm, 압력 65㎩, 전극간 갭 48㎜, 상부 전극 공급 파워 500W이다.
도 13에 도시하는 바와 같이, 원위치 플라즈마 클리닝에 있어서도, 리모트 플라즈마 클리닝의 경우와 같은 경향이 보인다. 즉, 실리콘, 산화 실리콘 및 질화 실리콘으로 이루어지는 전극판(20)을 사용한 경우의 에칭 레이트비가 20% 근처인 것에 비해, 알루마이트 처리된 알루미늄, 탄화규소, 카본, 알루미늄, 알루미나 및 석영 알루미나 용사를 사용한 전극판(20)의 에칭 레이트비는, 약 10% 이하로 되어 있다. 이와 같이, 탄화 규소 등의 내플라즈마성 재료로 이루어지는 전극판(20)은, 실리콘 등으로 이루어지는 전극판(20)보다도 리모트 및 원위치 플라즈마 클리닝에 의해 열화하기 어렵다.
각종 재료로 구성되는 전극판(20)을 사용하여, 클리닝을 삽입하여 성막 처리를 연속하여 실행하고, 각 성막 처리에 있어서의 성막 속도를 조사한 결과를, 도 14에 나타낸다. 전극판(20)은, 알루마이트, 탄화 규소, 카본, 알루미늄, 알루미나, 석영 알루미나 용사 또는 실리콘 중 어느 것으로 구성했다. 또한, 성막 처리는, 웨이퍼(W)에 소정 두께의 막이 형성되도록 하고, 웨이퍼(W)를 100장 처리하는 데 필요한 시간으로부터 성막 속도를 산출했다. 클리닝은, 25장의 웨이퍼(W)를 처리할 때마다 실행했다.
도 14에서 알 수 있듯이, 실리콘으로 이루어지는 전극판(20)을 사용한 경우,성막 속도는, 처리의 최초에는 다른 재료와 비교하여 매우 높다. 그러나, 성막 속도는, 그 후 크게 저하하여, 다른 재료보다도 낮게 되어 있다.
한편, 실리콘 이외의 재료를 사용한 경우에는, 성막 속도는, 그 정도로 크게 감소하지 않고, 웨이퍼(W)를 1000장 처리한 후에도, 비교적 일정하다. 특히, 탄화 규소로 이루어지는 전극판(20)을 사용한 경우에는, 가장 높은 성막 속도가 유지되고 있다. 이로써, 알루마이트, 탄화규소, 카본, 알루미늄, 알루미나 및 석영 알루미나 용사, 특히 탄화 규소로 이루어지는 전극판(20)은, 드라이 클리닝에 의해 열화하기 어렵다는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 탄화 규소 등의 플라즈마에 내성을 갖는 재료로 이루어지는 전극판(20)은, 불소를 포함하는 클리닝 가스에 의해 에칭되기 어렵고, 전극판(20)의 교환 빈도가 적은 등, 높은 생산성을실현한다. 또한, 이 때, 에칭되기 어렵기 때문에, 전극판(20)의 형상도 장기간에 걸쳐 초기 형상으로 유지되고, 장기간에 걸쳐 균일성이 높은 처리가 실행된다.
상기 제 4 실시 형태에서는, 전극판(20)을 불소 라디칼 내성이 있는 재료로 구성했다. 그러나, 전극판(20)에 한정되지 않고, 클리닝시에 불소 라디칼에 노출되는 전극 주변 부재를 상기 재료로 구성하도록 할 수도 있다. 예컨대, 포커스 링(17)을 상기 재료로 구성하도록 할 수도 있다. 이와 같이, 전극 둘레(25) 근처 부재를 플라즈마 내성 재료로 구성함으로써, 부재의 열화를 억제하여 높은 생산성을 실현할 수 있다.
상기 제 4 실시 형태에서는, 클리닝 종으로서 불소계 가스, 특히 NF3를 사용하고 있다. 그러나, 다른 할로겐 가스, 예컨대 염소계 가스를 사용하도록 할 수도 있다. 또한, Si계 막종에 대하여 사용되는 클리닝가스로는, NF3의 그 밖에, F2, CF4, C2F6, SF6등의 불소계 가스를 사용할 수 있다. 또한, Ar의 그 밖에, Ne 등의 다른 불활성 가스를 사용할 수도 있다.
또한, 상기 가스에, O2, O3, CO, CO2, N2O 등의 산소 함유 물질을 첨가한 클리닝 가스를 사용할 수도 있다. 특히, 전극판(20)의 재료로서 탄화 규소(5)(SiC)를 사용하는 경우에 효과적이다. 즉, 전극판(20)의 에칭에 의해, 챔버(2)내에는 탄소(C)를 포함하는 물질이 부착된다. 탄소 함유 물질은, 일반적으로 할로겐계 가스에 의해 에칭되기 어려운 한편, 산소 함유 물질의 가스에 의해, CO2등에 용이하게 분해된다.
NF3와 Ar를 포함하는 클리닝 가스에, 산소 함유 물질을 첨가하여 클리닝을 실행했을 때의 클리닝 속도를 조사한 결과를, 도 15에 나타낸다. 도 15에는, SiC막을 성막하는 처리 장치의 내부를, O2, CO, CO2, N2O를 첨가한 클리닝 가스로 클리닝한 경우의 결과를 나타낸다. 또한, 클리닝은, 리모트 플라즈마의 그 밖에, 원위치 플라즈마, 및 리모트 플라즈마와 원위치 플라즈마를 조합은, 클리닝 가스를 챔버(2)의 외부에서 플라즈마화한 후, 챔버(2)내에서 다시 플라즈마화하여 클리닝한다.
또한, 마찬가지로, F2와 Ar를 포함하는 클리닝 가스에 산소 함유 물질을 첨가한 경우의 결과를 도 16에 나타낸다.
리모트 플라즈마에 있어서의 클리닝 조건은, NF3/O2/Ar=1500 sccm/500sccm/1500sccm, 압력 300㎩, 전극간 갭 48㎜, 플라즈마 공급 파워 약 2㎾이다. 또한, 원위치 플라즈마에 있어서의 클리닝 조건은, NF3/O2/Ar= 100sccm/50sccm/0sccm, 압력 65㎩, 전극간 갭 48㎜, 상부 전극 공급 파워 500W이다. 또한, 리모트 플라즈마+원위치 플라즈마에 있어서의 클리닝 조건(25)은, NF3/O2/Ar=1000SCCm/500SCCm/1500SCCm, 압력 300㎩, 전극간 갭 48㎜, 플라즈마 공급 파워 약 2㎾, 상부 전극 공급 파워 500W이다.
도 15 및 도 16로부터, 산소 함유 물질을 첨가한 클리닝 가스를 사용한 경우에는, 첨가하지 않는 경우보다도, 높은 클리닝 속도가 얻어진다는 것을 알 수 있다. 이것은, 불소 라디칼에 의해 제거되기 어려운 탄소(C)를 함유하는 퇴적물이, 산소 함유 물질로부터 발생하는 산소 라디칼에 의해 CO 등으로서 용이하게 제거되는 것에 기인한다. 이와 같이, 클리닝 가스에 산소 함유 물질을 첨가함으로써, 클리닝 속도를 높일 수 있다.
상기 제 1 내지 제 4 실시 형태에서는, 평행 평판형 플라즈마 처리 장치(1)로 웨이퍼에 SiOF막을 성막하는 경우를 예로 들어 설명했다. 그러나, 막의 종류는 상기 예에 한정되지 않고, 다른 실리콘계 막, 예컨대 SiO2, SiN, SiCN, SiCH, SiOCH 등일 수도 있다. 또한, 사용하는 가스 종도, 막의 종류에 맞추어, 각종의 것을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은, 성막 장치에 한정되지 않고, 에칭 장치, 열 처리 장치 등, 드라이 클리닝이 실행되는 어떤 플라즈마 처리 장치에도 적용 가능하다. 예컨대, CVD 처리에 한정되지 않고, 에칭 처리 등, 각종 플라즈마 처리에 사용할 수 있다. 또한, 플라즈마 발생 방법에 관해서도, 평행 평판형에 한정되지 않고 마그네트론형, 유도 결합형, ECR(Electron Cyclotron Resonance)형 등 어떤 것이어도 무방하다. 또한, 피처리체로는, 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, 액정 표시 장치용의 유리 기판 등이어도 무방하다.
본 발명은, 반도체 장치, 액정 표시 장치 등의 전자 디바이스의 제조에 적절히 사용할 수 있다.
본 발명은, 2001년 1월 22일에 출원된 특허 출원 제 2001-13572호, 2001년 1월 22일에 출원된 특허 출원 제 2001-13574호 및 2001년 8월 7일에 출원된 특허 출원 제 2001-239720호에 기초하여, 그 명세서, 특허 청구의 범위, 도면 및 요약서를 포함한다. 상기 출원에 있어서의 개시는, 본 명세서 중에 그 전체가 인용예로서 포함된다.

Claims (18)

  1. 챔버(2)와,
    상기 챔버(2)내에 처리용 가스를 공급하는 가스 구멍(19)을 구비하고, 볼록부(20a)를 갖는 전극판(20)과,
    상기 볼록부(20a)와 결합하는 개구(26a)를 가지며, 상기 볼록부(20a)와 상기 개구(26a)가 결합한 상태에서 상기 전극판(20)의 주변부를 피복하는 고리 형상의 판 부재로 구성된 실드링(26)을 구비하는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극판(20)의 볼록부(20a)는, 상기 개구(26a)와 결합한 상태에서, 상기 실드링(26)의 주요면과 실질적으로 평탄한 면을 형성하는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  3. 일면상에 피처리체가 탑재되는 제 1 전극판(10)과,
    고주파 전원에 접속되어, 상기 일면과 평행하게 대향하고, 상기 일면의 직경의 1.2배 내지 1.5배의 직경을 갖는 대향면을 구비하는 제 2 전극판(20)을 구비하는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    또한, 상기 대향면의 직경과 대략 동일한 직경을 갖는 개구(26a)가 형성되고, 상기 개구(26a)의 내측에 상기 대향면이 노출하도록, 상기 제 2 전극판(20)의 주변부를 피복하는 실드링(26)을 구비하는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 전극판(20)은, 상기 대향면을 주요면으로 하여, 상기 개구(26a)와 결합하는 볼록부(20a)를 구비하는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  6. 챔버(2)와,
    고주파 전원(24)에 접속되어, 상기 챔버(2)내에 처리용 가스를 공급하는 제 1 가스 구멍(19)을 구비하는 전극판(20)과,
    상기 챔버(2)내에 상기 가스를 공급하는 제 2 가스 구멍(26b)을 구비하고, 개구(26a)를 가지며, 상기 개구(26a)의 내측에 상기 전극판(20)이 노출하도록 상기 전극판(20)의 가장자리를 피복하는 실드링(26)을 구비하는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 가스 구멍(26b)은 상기 개구(26a)의 주위에 고리 형상으로 배치되고, 상기 제 2 가스 구멍(26b)이 배치된 최대 직경은, 상기 개구(26a)의 직경의 약 1.1배인 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전극판(20)은, 상기 노출면을 주요면으로 하여, 상기 개구(26a)와 결합하는 볼록부(20a)를 구비하고, 상기 볼록부(20a)의 주요면은, 상기 실드링(26)과 실질적으로 평탄한 면을 형성하는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  9. 내부에 피처리체에 소정의 플라즈마 처리가 실시되는 챔버(2)와,
    할로겐을 포함하는 클리닝 가스를 상기 챔버(2)내에 공급하는 클리닝 가스 공급구(30)와,
    상기 챔버(2)내에 처리용 가스를 공급하는 가스 구멍(19)을 구비하고, 할로겐 라디칼에 내성이 있는 재료를 포함하여 구성되는 전극판(20)을 구비하는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전극판(20)은 규소보다도 할로겐 라디칼에 내성이 있는 재료를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 클리닝 가스는 불소를 포함하는 물질로 구성되고, 상기 할로겐 라디칼은 불소 라디칼로 구성되는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 할로겐 라디칼에 내성이 있는 재료는, 탄화 규소, 카본, 알루미늄, 알루마이트, 알루미나, 및 석영 알루미나 용사로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 전극판(20)과 대향하여 설치되고, 상기 피처리체가 탑재되는 탑재대(10)와,
    상기 탑재대(10)상에 탑재된 상기 피처리체의 외주를 둘러싸도록 설치되고, 상기 할로겐 라디칼에 내성이 있는 재료로 구성되는 링 형상 부재(17)를 더 구비하는 것을 특징과 하는
    플라즈마 처리 장치.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 클리닝 가스는, 상기 챔버(2)내에 플라즈마로 되어 상기 할로겐 라디칼을 생성하는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  15. 제 9 항에 있어서,
    또한, 상기 챔버(2)의 외부에 설치되고, 상기 클리닝 가스 공급구에 접속된 액티베이터(33)를 구비하며,
    상기 액티베이터(33)는 상기 클리닝 가스를 활성화하여 상기 할로겐 라디칼을 생성하고, 발생한 상기 할로겐 라디칼을 상기 챔버(2)2내에 공급하는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 클리닝 가스는 산소를 포함하는 물질을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  17. 내부에서의 플라즈마의 생성에 의해, 피처리체에 소정의 처리가 실시되는 챔버(2)와, 일면상에 피처리체가 탑재되는 제 1 전극판(10)과, 고주파 전원(24)에 접속되어, 상기 일면과 평행하게 대향하는 대향면을 갖는 제 2 전극판(20)을 구비한 플라즈마 처리 장치(1)를 사용한 플라즈마 처리 방법에 있어서,
    상기 대향면의 직경을, 상기 일면의 직경의 1.2배 내지 1.5배로 하여, 상기 제 2 전극에 고주파 전력을 공급하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 방법.
  18. 내부에서의 플라즈마의 생성에 의해, 피처리체에 소정의 처리가 실시되는 챔버(2)와, 상기 챔버(2)내에 처리용 가스를 공급하는 제 1 가스 구멍(20)(19)을 구비하고, 고주파 전원(24)에 접속되는 전극판(20)과, 상기 챔버(2)내에 상기 가스를 공급하는 제 2 가스 구멍(26b)을 구비하며, 개구(26a)를 갖고, 상기 개구(26a)의 내측에 상기 전극판(20)이 노출되도록 상기 전극판(20)의 가장자리를 피복하는 실드링(26)을 구비하는 플라즈마 처리 장치(1)를 사용한 플라즈마 처리 방법에 있어서,
    상기 가스를 상기 제 1 가스 구멍(19)과, 상기 제 2 가스 구멍(26b)으로부터 상기 챔버(2)내로 분출하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 방법.
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