KR20050115940A - 반도체 제조 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

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KR20050115940A
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가츠히사 가사나미
도시미츠 미야타
미츠노리 이시사카
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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

MMT 장치의 처리 화로(202)의 외부에는 통형상 전극(215) 및 통형상 자석(216)이 설치되고, 처리 화로의 처리실(201) 내부에는 웨이퍼(200)를 유지하는 서셉터(217)가 마련되고, 처리 화로에는 웨이퍼에 처리 가스를 샤워 형상으로 내뿜는 샤워 헤드(236)와 웨이퍼를 처리실에 반입반출하기 위한 게이트 밸브(244)가 마련되어 있다. 서셉터(217)의 내부에는 고주파 전극(2) 및 히터(3)가 공간을 형성하는 벽과의 사이에 간격을 두고 배치되어 있다. 고주파 전극 및 히터와 서셉터의 공간을 형성하는 벽과의 간격이 있기 때문에, 고주파 전극 및 히터와 서셉터와의 사이에 열팽창 차이가 발생하여도 고주파 전극 및 히터의 파손을 방지할 수 있다.

Description

반도체 제조 장치 및 반도체 장치의 제조 방법{SEMICONDUCTOR PRODUCING DEVICE AND SEMICONDUCTOR PRODUCING METHOD}
본 발명은 피처리 기판에 대하여 플라즈마 처리를 실시하는 반도체 제조 장치에 관한 것이다.
종래 이 종류의 반도체 제조 장치로서 진공 용기 내에 배치된 기판유지 수단에 피처리 기판을 탑재하고, 처리 가스를 공급하면서 진공 용기를 배기하고, 각종 플라즈마 발생원에서 처리 가스를 플라즈마 방전하고, 이 플라즈마 방전에 의해서 활성화된 처리 가스에 의해서 피처리 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 것이 있다.
기판 유지 수단에는 플라즈마 처리의 필요에 따라 히터 및 고주파 전극이 배치되어 있다. 히터는 피처리 기판을 가열하기 위한 것이다. 고주파 전압이 인가되는 고주파 전극은 피처리 기판에 바이어스 전압을 인가하기 위한 것이다. 또한, 고주파 전극은 진공용기 내에서 플라즈마를 발생하기 위한 전극으로도 이용된다.
그러나, 이러한 반도체 제조 장치는 히터에 의한 가열 효율이 낮다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 가열효율이 양호한 반도체 제조 장치를 제공하는 것에 있다.
또한, 상기한 반도체 제조 장치에는 히터에 의해서 피처리 기판을 가열했을 때 기판 유지 수단과 고주파 전극과의 열팽창률의 차이에 의해 고주파 전극이 파손한다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 고주파 전극의 파손을 방지할 수 있는 반도체 제조 장치를 제공하는 것에 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예인 MMT 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 그 서셉터를 나타내는 정면단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예인 MMT 장치의 서셉터의 일부를 나타내는 정면 단면도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV선에 따르는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예인 MMT 장치의 서셉터를 나타내는 일부 절단 정면도이다.
본 발명은 진공 용기에 처리 가스를 공급하면서 배기하여 기판을 처리하는 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 상기 기판을 유지하는 기판 유지 수단이 상기 진공 용기 내에 배치되고, 상기 기판 유지 수단의 한쪽에는 상기 기판을 유지하는 기판 유지부가 마련되고, 상기 기판 유지 수단의 내부에는 기판 가열 수단이 마련되고, 상기 기판 유지 수단 내부의 상기 기판 가열 수단이 설치된 공간은 대기로 연통하게 되어 있는 것을 특징으로 한다.
이로써, 기판 유지 수단과 기판 가열 수단의 사이에 열팽창률의 차이가 있어도 기판 가열 수단이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 진공 용기에 처리 가스를 공급하면서 배기하여 기판을 처리하는 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 상기 기판을 유지하는 기판 유지 수단이 상기 진공 용기 내에 배치되고, 상기 기판 유지 수단 내부에는 고주파 전극을 설치하는 공간이 마련되고, 상기 고주파 전극은 상기 공간을 형성하는 벽과 간격을 거쳐서 배치되고, 상기 공간은 대기에 연통하게 되어 있는 것을 특징으로 한다.
이로써, 기판 유지 수단과 고주파 전극과의 사이에 열팽창률의 차이가 있더라도 고주파 전극이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 1 실시예를 도면에 의하여 설명한다.
본 실시예에 있어서, 본 발명에 관한 반도체 제조 장치는 전기장과 자기장에 의해 고밀도 플라즈마를 생성할 수 있는 변형 마그네트론형 플라즈마원(Modified Magnetron Typed Plasma Source)을 이용한 플라즈마 처리 장치(이하, MMT 장치라고 칭한다)로 구성되어 있다. 본 실시예에 관한 MMT 장치는 반도체 소자를 포함하는 집적 회로 장치가 생성되는 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 한다.)에 플라즈마 처리하도록 구성되어 있다.
MMT 장치에 있어서는 기밀성을 확보한 처리실에 웨이퍼가 설치된다. 반응 가스는 처리실에 샤워 플레이트를 거쳐서 도입된다. 처리실의 압력은 소정의 압력으로 유지되고 고주파 전력이 방전용 전극으로 공급되어 전기장이 형성됨과 동시에, 자기장이 형성되어 마그네트론 방전을 일으키게 된다. 방전용 전극으로부터 방출된 전자가 표류하면서 싸이클로이드 운동을 계속하여 주회하는 것에 의해 수명이 길어져 전리 생성률을 높이기 때문에, 고밀도 플라즈마를 생성할 수 있다. 이와 같이 반응 가스를 여기 분해시켜 MMT 장치는 웨이퍼 표면을 산화 또는 질화 등의 확산 처리를 실시하거나, 웨이퍼 표면에 박막을 형성하거나, 웨이퍼 표면을 에칭하는 등 웨이퍼에 각종 플라즈마 처리를 실시할 수 있다.
도 1은 웨이퍼에 플라즈마 처리를 실시하는 MMT 장치의 개략 구성도를 도시하고 있다.
본 실시예에 관한 MMT 장치는 처리실(201)을 구비하고, 처리실(201)은 제 2 용기인 하측 용기(211)와, 하측 용기(211) 위에 덮여지는 제 1 용기인 상측 용기(210)로 형성되어 있다. 상측 용기(210)는 돔형의 산화알루미늄 또는 석영으로 형성되어 있고 하측 용기(211)는 알루미늄으로 형성되어 있다. 이와 더불어, 후술하는 히터체형의 기판 유지 수단인 서셉터(217)를 석영 또는 질화알루미늄으로 구성하는 것에 의해, 처리시 막 속으로 들어가는 금속오염을 감소시키고 있다.
상측 용기(210)의 상부에는 가스 분산 공간인 버퍼실(237)을 형성하는 샤워 헤드(236)가 마련되어 있고, 샤워헤드(236)의 상벽에는 가스 도입용 도입구인 가스 도입구(234)가 설치되어 있다. 샤워 헤드(236)의 하벽은 가스를 분출하는 분출구인 가스 분출 구멍(234a)을 마련한 샤워 플레이트(240)에 의해서 구성되어 있다. 가스 도입구(234)는 반응 가스(230)의 가스 봄베(도시하지 않음)에 가스를 공급하는 공급관인 가스 공급관(232)에 의해서 접속되어 있다. 가스 공급관(232)에는 개폐 밸브인 밸브(243a) 및 유량 제어 수단인 매스플로우 컨트롤러(24l)가 설치되어 있다. 샤워 헤드(236)로부터 처리실(201)로 공급된 반응 가스(230)와 처리 후의 가스가 서셉터(217) 주위로부터 처리실(201)의 밑바닥 방향으로 흐르도록 하측 용기(211)의 측벽에는 가스를 배기하는 배기구인 가스 배기구(235)가 마련되어 있다. 가스 배기구(235)는 가스를 배기하는 배기관인 가스 배기관(231)에 의해서 배기 장치인 진공 펌프(246)에 접속되어 있고, 가스 배기관(231)에는 압력 조정기(이하, APC라고 한다)(242) 및 개폐 밸브인 밸브(243b)가 설치되어 있다.
MMT 장치는 공급되는 반응 가스(230)를 여기시키는 방전 수단으로서의 제 1 전극(215)을 구비하고 있다. 제 1 전극(215)은 통형상, 바람직하게는 원통형상으로 형성되어 있다. 제 1 전극(이하, 통형상 전극이라고 한다)(215)은 처리실(201)의 외주에 설치되어 처리실(201) 내의 플라즈마 생성 영역(224)을 둘러싸고 있다. 통형상 전극(215)에는 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원(273)이 임피던스의 정합을 하는 정합기(272)를 거쳐서 접속되어 있다.
또한, MMT 장치는 자기장 형성 수단인 영구자석(216)을 상하로 한 쌍 구비하고 있다. 영구자석(216)은 통형상, 바람직하게는 원통형상으로 형성되어 있다. 한 쌍의 영구자석(이하, 통형상 자석이라고 한다)(216), (216)은 통형상 전극(215)의 외표면의 상하단 근방에 배치되어 있다. 상하의 통형상 자석(216), (216)은 처리실(201)의 반경 방향에 따르는 양 끝(내주단과 외주단)에 자극을 각각 가지고 있고, 상하의 통형상 자석(216), (216)의 자극의 방향은 반대 방향으로 설정되어 있다. 따라서, 내주부의 자극은 서로 다른 극으로 되어 있고, 이에 따라, 통형상 전극(215)의 내주면을 따라 원통 축 방향으로 자력선을 형성하도록 되어 있다.
도 1에 도시되어 있듯이, 처리실(201)의 밑바닥 측의 중앙에는 피처리 기판을 유지하는 기판 유지 수단으로서의 서셉터(217)가 배치되어 있다. 서셉터(217)의 상세 구조는 도 2에 도시되어 있다. 서셉터(217)는 원통형상의 샤프트(6)에 의해서 지지되어 있고, 샤프트(6)의 하단 개구부에는 커버(7)가 씌워져 있다. 서셉터(217)는 석영에 의해서 구성되어 있다. 서셉터(217)를 석영에 의해서 구성하면 우수한 내열성능을 얻을 수 있음과 동시에, 웨이퍼(200)의 금속 오염을 방지할 수 있다. 샤프트(6)도 석영에 의해서 구성되어 있다. 샤프트(6)를 석영에 의해서 구성함으로써 우수한 내열성능을 얻을 수 있음과 동시에, 웨이퍼(200)의 금속 오염을 방지할 수 있고, 더구나, 서셉터(217)에 용접하기 용이하다는 효과를 얻을 수 있다.
서셉터(217)의 내부에는 피처리 기판을 가열하는 가열 수단으로서의 히터(3)가 배치되어 있다. 즉, 서셉터(217)의 내부에는 히터 설치 공간(11)이 형성되어 있고 히터(3)는 히터 설치 공간(11)에 소정의 간격을 두고 배치되어 있다. 히터 설치 공간(11)은 히터 배선 끼움 구멍(12)에 의해서 대기로 연통하게 되어 있다. 히터 설치 공간(11)을 대기에 연통시키는 것에 의해 서셉터(217)의 밀봉 구조를 간략화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 히터(3)는 탄화 실리콘(SiC)에 의해서 형성되어 있다. 히터(3)를 탄화 실리콘에 의해서 형성하는 것에 의해 700∼750℃ 정도의 고온 영역이어도 내산화성을 유지할 수 있다. 그 결과, 히터 설치 공간(11)을 대기에 연통하게 할 수 있다. 예컨대, 히터(3)를 탄소(C)나 니켈(Ni)에 의해서 형성하면, 고온 영역에서는 대기의 산소와 반응하여 열 손상되기 때문에, 히터 설치 공간(11)을 대기에 연통시킬 수 없다. 히터(3)를 내산화성을 가지는 백금(Pt)에 의해서 형성하면 고온 영역에서도 사용할 수 있다. 그러나, 백금의 저항율은 작기 때문에 히터(3)를 얇은 막 형상으로 형성하여 저항을 크게 설정할 필요가 발생하거나 인가 전력을 크게 설정하여 대전류를 흘릴 필요가 발생하기 때문에, 히터(3)의 얇은 부분이 녹아 버리는 불량이 생기는 경우가 있다.
히터(3)에는 전원 급전체로서의 히터 배선(5)이 히터 배선 끼움 구멍(12)를 통해 끼워져 접속되어 있다. 히터(3)는 히터 배선(5)으로부터 전력을 공급하여 웨이퍼(200)를 300∼900℃ 정도까지 가열할 수 있게 되어 있다. 히터 배선(5)은 히터(3)의 구성 재료와 동질재인 탄화 실리콘에 의해서 형성되어 있다. 히터 배선(5)을 히터(3)의 구성 재료와 동질재인 탄화 실리콘에 의해서 형성하는 것에 의해 히터 배선(5)을 히터(3)에 용접에 의해서 접속할 수 있음과 동시에, 히터(3)와 같이 히터 배선(5)도 대기에 노출시킬 수 있다는 효과를 얻을 수 있다. 히터 배선(5)은 샤프트(6)의 내부를 통해 커버(7)로부터 외부로 나오게 되어 있고, 커버(7)의 외측에 있어서 접속체(단자)에 의해서 외부 배선(와이어 하네스 등)에 접속되어 있다. 히터 배선(5)을 샤프트(6)의 내부에 끼워서 통하게 하면 샤프트(6)의 내부를 처리실(201)로부터 격리하는 것에 의해 히터 배선(5)에 처리실(201)의 반응성 가스의 영향이 미치는 것을 방지할 수 있다. 또한, 샤프트(6)의 내부는 대기와 연통하는 구조로 되어 있고 샤프트(6)의 내부를 기밀 구조로 구축할 필요가 없기 때문에, 히터 배선(5)의 외부 배선과의 접속에는 허메틱 단자와 같은 기밀 구조 단자를 사용하지 않고 해결되어 비용을 절감할 수 있다. 탄화 실리콘에 의해서 형성된 히터 배선(5)을 저온도 영역인 커버(7)의 외측에 있어서 외부 배선에 접속하고, 샤프트(6)의 내부를 끼워 통하게 하여 서셉터(217)에 있어서 히터(3)에 접속하는 것에 의해 냉각 구조를 마련하지 않더라도 히터의 배선계 전체로서의 열 손상을 방지할 수 있기 때문에 비용을 저감할 수 있다.
또한, 서셉터(217)의 내부에는 임피던스를 가변하는 전극(이하, 제 2 전극이라고 한다.)(2)도 마련되어 있다. 즉, 서셉터(217)의 내부에는 전극 설치 공간(13)이 형성되어 있고 제 2 전극(2)은 전극 설치 공간(13)에 소정의 간격을 두고 배치되어 있다. 전극 설치 공간(13)은 전극 배선 끼움 구멍(14)에 의해서 대기에 연통 되어 있다. 전극 설치 공간(13)을 대기에 연통시키는 것에 의해 서셉터(217)의 밀봉 구조를 간략화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 제 2 전극(2)은 백금에 의해서 형성되어 있다. 제 2 전극(2)을 백금으로 형성함으로써 700∼750℃ 정도의 고온 영역이어도 내산화성을 유지할 수 있다. 그 결과, 전극 설치 공간(13)을 대기에 연통시킬 수 있다. 백금의 저항율은 작기 때문에 제 2 전극(2)에 대한 고주파 전력의 제어량에 변화가 있더라도 발열로 인한 악영향을 피할 수 있고, 그 결과, 웨이퍼(200)에 대한 가열 온도의 영향을 억제할 수 있다.
제 2 전극(2)에는 전원 급전체로서의 전극 배선(4)이 전극 배선 끼움 구멍(14)을 끼워서 통하여 접속되어 있다. 제 2 전극(2)은 전극 배선(4)으로부터 고주파 전력을 공급하고 임피던스를 제어하도록 되어 있다. 전극 배선(4)은 제 2 전극(2)의 구성 재료와 동질재인 백금으로 형성되어 있다. 전극 배선(4)을 제 2 전극(2)의 구성 재료와 동질재인 백금으로 형성함으로써 전극 배선(4)을 제 2 전극(2)에 용접에 의해서 접속할 수 있음과 동시에, 제 2 전극(2)과 같이 전극 배선(4)도 대기에 노출시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 전극 배선(4)은 샤프트(6)의 내부를 통해 커버(7)로부터 외부로 나오게 되어 있고 커버(7)의 외측에 있어서 접속체(단자)에 의해서 외부 배선(와이어 하네스 등)에 접속되어 있다. 전극 배선(4)을 샤프트(6)의 내부에 끼워 통하면 샤프트(6)의 내부를 처리실(201)로부터 격리하여 전극 배선(4)에 처리실(201)의 반응성 가스의 영향이 미치는 것을 방지할 수 있다. 또한, 샤프트(6)의 내부는 대기와 연통하는 구조로 되어 있고 샤프트(6)의 내부를 기밀 구조로 구축할 필요가 없기 때문에, 전극 배선(4)의 외부 배선과의 접속에 허메틱 단자와 같은 기밀 구조 단자를 사용하지 않고 해결되어 비용을 저감할 수 있다. 백금에 의해서 형성된 전극 배선(4)을 저온도 영역인 커버(7)의 외측에 있어서 외부 배선에 접속하고 샤프트(6)의 내부를 끼워 통하여 서셉터(217)에 있어서 제 2 전극(2)에 접속하는 것에 의해, 냉각 구조를 마련하지 않더라도 제 2 전극(2)의 배선계 전체로서의 열 손상을 방지할 수 있기 때문에 비용을 저감할 수 있다.
제 2 전극(2)의 전극 배선(4)은 도 1에 도시된 임피던스 가변기구(274)를 거쳐서 기준 전위에 접속되어 있다. 임피던스 가변기구(274)는 코일이나 가변 콘덴서로 구성되고, 코일의 패턴수나 가변 콘덴서의 용량값을 제어하는 것에 의해 제 2 전극(2) 및 서셉터(217)를 거쳐서 웨이퍼(200)의 전위를 제어할 수 있게 되어 있다. 제 2 전극(2)은 고주파 전원측에 접속하여도 좋고 기준 전위측에 접속하여도 좋고, 또한, 필요에 따라 선택할 수 있는 것은 물론이다.
웨이퍼(200)를 마그네트론형 플라즈마원에서의 마그네트론 방전에 의해 처리하기 위한 처리 화로(202)는 적어도, 처리실(201), 서셉터(217), 통형상 전극(215), 통형상 자석(216), 샤워 헤드(236) 및 배기구(235)로 구성되고, 처리실(201)에서 웨이퍼(200)를 플라즈마 처리하는 것이 가능하게 되어 있다.
통형상 전극(215) 및 통형상 자석(216)의 주위에는 전기장이나 자기장을 유효하게 차폐하는 차폐판(223)이 설치되어 있다. 이 차폐판(223)은 통형상 전극(215) 및 통형상 자석(216)에 의해서 형성되는 전기장이나 자기장을 외부환경이나 다른 처리 화로 등의 장치에 악영향을 미치게 하지 않도록 구성되어 있다.
서셉터(217)는 하측 용기(211)와 절연되어 있다. 서셉터(217)에는 서셉터(217)를 승강시키는 승강 수단인 서셉터 승강 기구(268)가 설치되어 있다. 서셉터 승강 기구(268)는 도 2에 도시된 샤프트(6)와, 샤프트(6)를 상하로 구동하는 구동 기구(도시하지 않음)로 구성되어 있다. 서셉터(217)에는 관통공(217a)이 적어도 3개소에 개설되어 있고, 하측 용기(21l)의 바닥면 위에는 기판을 밀어 올리는 기판 밀어올리기 수단인 웨이퍼 밀어올리기 핀(266)이 적어도 3개소에 설치되어 있다. 서셉터 승강 기구(268)에 의해 서셉터(217)가 하강되었을 때 웨이퍼 밀어올리기 핀(266)이 서셉터(217)와 비접촉 상태로 관통공(217a)을 통과하는 것 같은 위치 관계가 되도록 관통공(217a) 및 웨이퍼 밀어올리기 핀(266)이 구성되어 있다.
하측 용기(211)의 측벽에는 칸막이 밸브가 되는 게이트 밸브(244)가 설치되어 있다. 게이트 밸브(244)는 열려 있을 때는 반송 수단(도시하지 않음)에 의해서 처리실(201)로 웨이퍼(200)가 반입 또는 반출할 수 있도록, 닫혀 있을 때는 처리실(201)을 기밀하게 닫을 수 있도록 구성되어 있다.
MMT 장치는 제어 수단인 컨트롤러(121)를 구비하고 있다. 컨트롤러(121)는 고주파 전원(273), 정합기(272), 밸브(243a), 매스플로우 컨트롤러(241), APC(242), 밸브(243b), 진공 펌프(246), 서셉터 승강 기구(268), 게이트 밸브(244), 서셉터(217)에 매립된 히터(3)에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원(도시하지 않음)과 접속되어 있고, 각각을 제어하도록 구성되어 있다.
다음에, 상기 구성에 관한 MMT 장치를 사용하여 웨이퍼(200)의 표면 또는 웨이퍼(200)의 위에 형성된 하층막의 표면에 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 방법에 대하여 설명한다.
웨이퍼(200)는 처리 화로(202)를 구성하는 처리실(201)의 외부로부터 웨이퍼를 반송하는 반송 수단(도시하지 않음)에 의해서 처리실(201)로 반입되고 서셉터(217) 위로 반송된다. 이 반송 동작의 상세한 사항은 다음과 같다.
우선, 서셉터(217)가 내려진 상태로 되어 있고, 웨이퍼 밀어올리기 핀(266)의 선단이 서셉터(217)의 관통공(217a)을 통과하여 서셉터(217)의 표면보다도 소정의 높이만큼 돌출되어 있다. 이 상태로, 하측 용기(211)에 마련된 게이트 밸브(244)가 열려 웨이퍼(200)가 웨이퍼 밀어올리기 핀(266)의 상단에 반송 수단에 의해서 탑재된다. 반송 수단이 처리실(201)의 밖으로 후퇴하면 게이트 밸브(244)가 닫힌다. 서셉터(217)가 서셉터 승강 기구(268)에 의해 상승하면 서셉터(217)의 상면에 웨이퍼(200)가 탑재된다. 서셉터(217)는 웨이퍼(200)를 처리하는 위치까지 상승한다.
서셉터(217)에 매립된 히터(3)는 미리 가열되어 있어 반입된 웨이퍼(200)를 300∼900℃의 범위 내에서 웨이퍼 처리 온도로 가열한다. 진공 펌프(246) 및 APC(242)를 이용하여 처리실(201)의 압력은 0.1∼100Pa의 범위 내로 유지된다.
웨이퍼(200)가 처리 온도로 가열되면, 예컨대, 처리 가스로서 산소 가스 또는 질소 가스가 가스 도입구(234)로부터 처리실(201)로 도입되고, 서셉터(217)에 유지된 웨이퍼(200)의 상면(처리면)을 향해서 샤워 플레이트(240)의 가스 분출 구멍(234a)으로부터 샤워형상으로 분사된다. 동시에, 고주파 전력이 통형상 전극(215)으로 고주파 전원(273)으로부터 정합기(272)를 거쳐서 인가된다. 인가하는 전력의 값은 150∼200W 정도의 범위 내의 출력값이다. 이 때, 임피던스 가변기구(274)는 소망하는 임피던스 값으로 미리 제어해 놓는다.
한 쌍의 통형상 자석(216), (216)의 자기장의 영향을 받아 마그네트론 방전이 발생하고 웨이퍼(200)의 위쪽 공간에 전하를 트랩하여 플라즈마 생성 영역(224)에 고밀도 플라즈마가 생성된다. 그리고, 생성된 고밀도 플라즈마에 의해서 서셉터(217) 위의 웨이퍼(200)의 표면에 플라즈마 처리가 실시된다.
예컨대, 웨이퍼(200)의 표면에 계면 산화 방지막으로서의 플라즈마 질화막을 MMT 장치에 의해서 형성하는 경우의 처리 조건은 다음과 같다.
고주파 전력은 100∼500W, 처리압력은 2∼100Pa, 질소 가스유량은 100∼1000sccm (스탠더드 세제곱 센티미터), 처리 온도는 25∼600℃, 처리 시간은 1초 이상, 막 두께는 1∼3nm 이다.
또한, 산화 탄탈막의 막질 개선 처리를 위한 플라즈마 산화 처리를 MMT 장치에 의해서 실시하는 경우의 처리 조건은 다음과 같다.
고주파 전력은 100∼500W, 처리 압력은 2∼100Pa, 산소 가스 유량은 100∼1000sccm, 처리 온도는 25∼600℃, 처리 시간은 1초 이상 이다.
표면 처리가 끝난 웨이퍼(200)는 반송 수단(도시하지 않음)이 사용되어 상술한 웨이퍼 반입과 반대 순서로 처리실(20l)의 밖으로 반송된다.
또한, 컨트롤러(121)에 의해 고주파 전원(273)의 전력의 ON·OFF, 정합기(272)의 조정, 밸브(243a)의 개폐, 매스플로우 컨트롤러(241)의 유량, APC(242)의 밸브 개방도, 밸브(243b)의 개폐, 진공 펌프(246)의 기동·정지, 서셉터 승강 기구(268)의 승강 동작, 게이트 밸브(244)의 개폐, 서셉터(217)에 매립된 히터(3)에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원으로의 전력 ON·OFF가 각각 제어된다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예인 MMT 장치의 서셉터 일부를 도시하는 정면 단면도이다. 도 4는 도 3의 IV-IV 선에 따르는 평면도이다.
본 실시예에 관한 서셉터(217)는 석영 또는 질화알루미늄에 의해서 형성되어 있다. 서셉터(217)는 예컨대, 500℃ 이상의 고온 영역이 될 정도로 서셉터(217) 내의 온도차가 커짐에 따라, 강도를 유지할 필요가 발생하기 때문에 석영이 적합하게 이용된다. 이와 더불어, 석영 또는 질화알루미늄은 모두 피처리 기판인 웨이퍼(200)에 대하여 금속 오염 등의 영향을 주지 않는다.
본 실시예에 관한 서셉터(217)는 덮개체인 제 1 서셉터 부재(1a)와 본체인 제 2 서셉터 부재(1b)에 의해 구성되어 있다. 제 2 서셉터 부재(1b)의 상면에는 홈(8)이 격자형상으로 새겨져 있다. 홈(8)에는 제 2 전극인 그물형상의 고주파 전극(2a)이 배치되어 있고, 고주파 전극(2a)의 위는 제 1 서셉터 부재(1a)로 덮여 있다. 제 1 서셉터 부재(1a)와 제 2 서셉터 부재(1b)는 접착제로 접착되거나 또는 열용착에 의해 고정된다. 홈(8)과 제 1 서셉터 부재(1a)에 의해 공간(8a)이 형성되어 있다. 이 공간(8a)을 형성하고 있는 홈(8) 및 제 1 서셉터 부재(1a)의 벽이 공간벽이다.
본 실시예에 있어서, 홈(8)은 제 2 서셉터 부재(1b)의 상면에 4mm의 간격으로 새겨져 있다. 홈(8)의 폭은 1.6mm 이며 이웃이 되는 홈(8)과 (8)의 사이에 상대적으로 형성된 볼록부(9)의 폭은 2.4mm 이다. 고주파 전극(2a)의 외경은 홈(8)의 폭 치수보다도 작아 1.2mm 이다. 고주파 전극(2a)이 홈(8)내에 배치되면 고주파 전극(2a)의 평면 방향의 양편에는 0.2mm의 간격 (S)가 각각 형성된다.
또, 홈(8) 간격의 값은 적절하게 선택되어야 하는 값이다. 홈(8)은 공지의 널링형상 가공이나 엠보스 가공에 의해서 형성할 수 있다.
전극 배선(4)은 제 2 서셉터 부재(1b)의 전극 배선 끼움 구멍(14)을 끼워 통하여 고주파 전극(2a)에 접속되어 있고, 서셉터(217)의 내부 공간(8a)은 전극 배선 끼움 구멍(14)에 의해서 대기와 연통되어 있다. 이와 같이 공간(8a)에는 대기분위기가 연통되어 있기 때문에, 고주파 전극(2a)의 재료는 도전성을 가지는 고융점 재료이면서 내산화성을 가지는 백금, 팔라듐 또는 백금로듐의 합금으로부터 선택하는 것이 바람직하다. 이들 금속은 300℃∼900℃의 온도범위에서 이용되어도 대기에 의한 산화작용의 영향을 받지 않고 단선 등을 일으키지 않는다.
또한, 서셉터(217)와 샤프트(6), 샤프트(6)와 샤프트 커버(7)를 기밀하게 접합하여 샤프트 커버(7)에 대하여 전극 배선(4)을 기밀하게 관통시키면, 서셉터(217) 내부의 공간(8a)이 대기분위기와 차단되기 때문에 고주파 전극(2a)의 재료는 300℃∼900℃의 온도범위에서 산화작용을 받기 쉬운 재료를 이용해도 좋고, 도전성이 좋아 용해하지 않는 고융점 재료를 사용할 수 있다. 이러한 재료로서, 예컨대, 몰리브덴, 니켈 또는 텅스텐 중 어느 하나를 선택할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 고주파 전극(2a)은 제 1 서셉터 부재(1a) 및 제 2 서셉터 부재(1b) 내의 공간을 형성하고 있는 벽에 대하여 간격(S)을 거쳐서 배치되어 있기 때문에, 고주파 전극(2a)과 서셉터 부재(1a), (1b)와의 열팽창율의 차가 증가해도 고주파 전극(2a)이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 공간(8a)을 마련하는 것에 의해 대기분위기의 진입 유무를 고려하여 고주파 전극(2a)의 재질을 선택하면, 산화하여 강도를 유지할 수 없게 되는 것에 의한 고주파 전극(2a)의 파손도 방지할 수 있다.
또한, 제 1 서셉터 부재(1a)와 제 2 서셉터 부재(1b)를 접착재 또는 열용착에 의해 밀봉하여 고정함으로써, 고주파 전극(2a)을 처리실(201)의 분위기와 차단할 수 있기 때문에 피처리 기판인 웨이퍼(200)가 고주파 전극(2a)으로부터 금속 오염의 영향을 받는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예인 MMT 장치의 서셉터를 도시하는 일부 절단 정면도이다.
본 실시예에 관한 MMT 장치의 전체 구성 및 서셉터의 개략 구성은 상술한 MMT 장치 및 서셉터와 동일하다.
본 실시예에 관한 서셉터(217)는 상단 서셉터 부재(1c)와 중단 서셉터 부재(1d)와 하단 서셉터 부재(1e)와 탑재용 서셉터 부재(1f)에 의해 구성되어 있고, 재질은 전체적으로 석영이다. 상단 서셉터 부재(1c)의 내부에는 제 2 전극인 고주파 전극(2a)이 설치되어 있다.
탑재용 서셉터 부재(1f)는 상단 서셉터 부재(1c)와 별도로 제작하여, 접착제 또는 열용착에 의해 기밀하게 고정한다. 단지, 탑재용 서셉터 부재(lf)는 상단 서셉터 부재(1c)와 일체로 형성해도 좋다.
중단 서셉터 부재(1d)의 상면에는 상측 오목부(10a)가 마련되고, 상측 오목부(10a)에는 피처리 기판인 웨이퍼(200)의 가열 수단인 히터(3)가 배치되어 있다. 상측 오목부(10a)측의 중단 서셉터 부재(1d)가 상단 서셉터 부재(1c)에 의해서 덮여지고, 상단 서셉터 부재(1c)와 중단 서셉터 부재(1d)가 접착제 또는 열용착에 의해 기밀하게 고정되어 있다.
하단 서셉터 부재(1e)의 상면에는 하측 오목부(10b)가 마련되고 하측 오목부(10b)에는 피처리 기판인 웨이퍼(200)의 가열 수단인 히터(3)의 하측면을 덮듯이 반사 부재(20)가 배치되어 있다. 하측 오목부(10b)측의 하단 서셉터 부재(1e)가 중단 서셉터 부재(1d)에 의해서 덮여지고, 하단 서셉터 부재(1e)와 중단 서셉터 부재(1d)가 접착제 또는 열용착에 의하여 기밀하게 고정되어 있다. 이와 같이 하면, 웨이퍼 유지부가 되는 탑재용 서셉터 부재(1f)와 반사 부재(20)에 의해 웨이퍼 가열 수단인 히터(3)를 사이에 두는 상태로 배치되고, 중단 서셉터 부재(1d)가 석영으로서 빛을 투과하기 때문에, 히터(3)로부터 중단 서셉터 부재(1d)를 투과한 방사열을 반사 부재(20)로 반사할 수 있다.
히터(3)는 탄화 실리콘, 카본, 유리형상 카본 중 어느 하나로부터 선택된다. 반사 부재(20)는 고융점 금속인 니켈, 몰리브덴, 텅스텐, 백금, 팔라듐, 백금로듐 합금 중 어느 하나를 이용하여 제작하고, 적어도 히터(3)측을 반사면으로 형성하여 히터(3)측으로 방사열을 효과적으로 반사할 수 있도록 구성한다. 히터(3)로부터의 방사열을 반사 부재(20)에 의해 반사하는 것에 의해 히터(3)의 전력 소비를 효과적으로 저감할 수 있다.
히터(3)와 상단 서셉터 부재(1c)의 사이에는 간격(S3)이 마련되어 있고, 또한, 반사 부재(20)와 중단 서셉터 부재(1d)의 간격(S20)이 설치되어 있다. 이 간격(S3) 및 간격(S20)에 의해, 히터(3)와 상단 서셉터 부재(1c)의 열팽창율의 차에 의한 히터(3)의 파손이나, 반사 부재(20)와 중단 서셉터 부재(1d)와의 열팽창율의 차에 의한 반사 부재(20)의 파손이 방지된다.
반사 부재(20)와 중단 서셉터 부재(1d)와의 사이에 마련된 간격(S20)은 대기와 연통시켜도 좋다. 이 경우에는, 반사 부재(20)에는 산화 작용의 영향을 받지 않는 백금, 팔라듐, 백금로듐 합금 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
반사 부재(20)와 중단 서셉터 부재(1d)의 사이에 마련된 간격(S20)을 밀봉하여 대기와 차단해도 좋다. 이 경우에는, 반사 부재(20)에는 산화 작용의 영향을 받아 파손하는 재질, 예컨대, 니켈, 몰리브덴, 텅스텐 중 어느 하나를 이용하면 좋고, 산화 작용의 영향을 받지 않는 부재보다도 염가로 제작할 수 있다.
또, 간격에 의한 강도의 저하를 보충하기 위해서, 상단 서셉터 부재(1c)와 중단 서셉터 부재(1d)와 하단 서셉터 부재(1e)에 히터(3)의 소요개소나 반사 부재(20)의 소요개소에 관통공을 마련하고, 히터(3)의 각 관통공에 석영 막대를 비접촉 배치하고, 상단 서셉터 부재(1c)와 중단 서셉터 부재(1d)에 접착제 또는 열용착에 의해 고정하고, 또한, 반사 부재(20)의 각 관통공에 석영 막대를 비접촉 배치하고, 중단 서셉터 부재(1d)와, 하단 서셉터 부재(1e)에 접착제 또는 열용착에 의해 고정해도 좋다.
또한, 상단 서셉터 부재(1c)와 중단 서셉터 부재(1d)의 사이 및 중단 서셉터 부재(1d)와 하단 서셉터 부재(1e)의 사이를 접착 또는 열용착에 의해 밀봉하여 고정하여 히터(3) 및 반사 부재(20)가 처리실(201)의 분위기와 차단되어 있기 때문에, 피처리 기판인 웨이퍼(200)는 히터(3)와 반사 부재(20)로부터의 금속 오염의 영향을 받지 않는다.
또한, 제 3 실시예에 있어서, 고주파 전극(2a)이 상단 서셉터 부재(1c)에 설치되는 예에 대하여 설명했지만, 고주파 전극(2a)은 생략해도 좋다.

Claims (14)

  1. 진공 용기에 처리 가스를 공급하면서 배기하여 기판을 처리하는 반도체 제조 장치에 있어서, 상기 기판을 유지하는 기판 유지 수단이 상기 진공 용기 내에 배치되어 있고, 상기 기판 유지 수단의 한쪽에는 상기 기판을 유지하는 기판 유지부가 마련되어 있고, 상기 기판 유지 수단의 내부에는 기판 가열 수단이 마련되어 있고, 상기 기판 유지 수단의 내부의 상기 기판가열 수단이 설치된 공간은 대기에 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 유지 수단은 석영에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는
    반도체 제조 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 가열 수단에 전력을 공급하는 배선이 상기 기판 유지 수단을 지지하는 샤프트를 통해 끼워져 있는 것을 특징으로 하는
    반도체 제조 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 샤프트는 석영에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는
    반도체 제조 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 가열 수단에 전력을 공급하는 배선이 상기 기판 가열 수단과 동일한 재질이며, 상기 기판 가열 수단으로부터 상기 기판 유지 수단의 외부로 연장되어 상기 기판 가열 수단의 단자에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는
    반도체 제조 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 가열 수단이 탄화 실리콘으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    반도체 제조 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 기판 가열 수단에 전력을 공급하는 배선이 탄화 실리콘으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    반도체 제조 장치.
  8. 진공 용기에 처리 가스를 공급하면서 배기하여 기판을 처리하는 반도체 제조 장치에 있어서, 상기 기판을 유지하는 기판 유지 수단이 상기 진공 용기 내에 배치되고, 상기 기판 유지 수단 내부에는 고주파 전극을 설치하는 공간이 마련되고, 상기 고주파 전극은 상기 공간을 형성하는 벽과 간격을 두어 배치되고, 상기 공간은 대기에 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 고주파 전극에 접속되는 전극 배선이 상기 고주파 전극과 동일한 재질이며 상기 고주파 전극으로부터 상기 기판 유지 수단의 외부로 연장되어 상기 고주파 전극의 단자에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는
    반도체 제조 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 고주파 전극이 백금으로 형성되는 것을 특징으로 하는
    반도체 제조 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 고주파 전극의 전극 배선이 백금으로 형성되는 것을 특징으로 하는
    반도체 제조 장치.
  12. 진공 용기에 처리 가스를 공급하면서 배기하여 기판을 처리하는 반도체 제조 장치에 있어서, 상기 기판을 유지하는 기판 유지 수단이 상기 진공 용기 내에 배치되어 있고, 상기 기판 유지 수단의 한쪽에는 상기 기판을 유지하는 기판 유지부가 마련되고, 상기 기판 유지 수단의 내부에는 기판 가열 수단이 마련되고, 상기 기판 유지 수단 내부의 상기 기판 가열 수단이 마련된 공간은 대기에 연통되고,
    상기 기판 유지 수단의 내부에는 고주파 전극을 설치하는 공간이 마련되어 상기 고주파 전극은 상기 공간을 형성하는 벽과 간격을 두어 배치되고, 상기 공간은 대기에 연통되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  13. 진공 용기 내에 배치된 기판 유지 수단의 한 쪽에 마련된 기판 유지부에 기판을 유지시키는 단계와,
    상기 진공 용기에 처리 가스를 공급하면서 배기하는 단계와,
    상기 기판 유지 수단의 내부에는 대기와 연통하는 공간에 기판 가열 수단을 마련하여,
    상기 기판 가열 수단에 의해서 상기 기판을 가열하는 단계,
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 진공 용기 내에 배치된 기판 유지 수단의 한 쪽에 마련된 기판 유지부에 기판을 유지시키는 단계와,
    상기 진공 용기에 처리 가스를 공급하면서 배기하는 단계와,
    상기 기판 유지 수단의 내부에 형성되어 대기에 연통된 공간에 상기 공간의 벽과 간격을 두고 배치되는 고주파 전극에 의해서 상기 기판으로 플라즈마를 공급하는 단계,
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
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