KR20070076415A

KR20070076415A - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법

Info

Publication number: KR20070076415A
Application number: KR1020060130066A
Authority: KR
Inventors: 다카히로 호리구치
Original assignee: 동경 엘렉트론 주식회사
Priority date: 2006-01-18
Filing date: 2006-12-19
Publication date: 2007-07-24
Also published as: US7655111B2; KR100968990B1; JP5068458B2; KR20090033852A; JP2007194355A; CN100530530C; US20070163996A1; CN101005007A; TW200733201A

Abstract

본 발명의 과제는 비 처리체상으로의 플라즈마의 흐름을 방해하지 않도록 가스 분사 부재를 마련한 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다. 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)의 빔(26)에는, 분사 구멍(A)을 갖는 가로 분출 가스 노즐(27)과 분사 구멍(B)을 갖는 빙주 가스 노즐(28)이 다수 고정되어 있다. 제 1 가스 공급부는 분사 구멍(A)으로부터 유전체(31) 근방에 아르곤 가스를 분사한다. 제 2 가스 공급부는 분사 구멍(B)으로부터 가스가 지나치게 해리되지 않는 위치에 실란 가스 및 수소 가스를 분사한다. 이와 같이 하여 분사된 각 가스는 각 유전체 부품(31a)을 투과한 마이크로파에 의해 플라즈마화된다. 빙주 가스 노즐(28)은 기판(G)상으로의 플라즈마의 흐름을 방해하지 않도록 위치하기 때문에, 이온, 전자는 빙주 가스 노즐(28)에 충돌하기 어려워진다. 이 결과, 빙주 가스 노즐(28)에 퇴적하는 반응 생성물의 양을 억제할 수 있다.

Description

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

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 단면도,

도 2는 상기 실시형태에 따른 처리 용기의 천장면을 도시한 도면,

도 3은 도 1의 가스 노즐 근방을 확대한 도면,

도 4는 가로 분출 가스 노즐 및 빙주 가스 노즐의 구성을 도시한 도면,

도 5는 마이크로파의 전력과 SiH₂ 라디칼의 발생 비율의 관계를 도시한 도면,

도 6은 빙주 가스 노즐의 다른 구성 예를 나타낸 도면,

도 7은 빙주 가스 노즐의 다른 구성 예를 나타낸 도면,

도 8은 빙주 가스 노즐의 다른 구성 예를 나타낸 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 처리 용기 11 : 서셉터

20 : 커버 부재 21 : 커버 본체

26 : 빔 27 : 가로 분출 가스 노즐

28 : 빙주 가스 노즐 28P : 포러스

28B : 벌크 29a : 제 1 가스 도입관

29b : 제 2 가스 도입관 30 : 슬롯 안테나

31 : 유전체 31a : 유전체 부품

32, 52 : O링 33 : 사각형 도파관

37 : 슬롯 40 : 마이크로파 발생기

43 : 가스 공급원 43a4 : 아르곤 가스 공급원

43b4 : 실란 가스 공급원 43b8 : 수소 가스 공급원

100 : 마이크로파 플라즈마 처리 장치

U : 처리실 G : 기판

본 발명은 플라즈마를 생성해서 피처리체를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 플라즈마를 생성하기 위한 처리 가스의 공급에 관한 것이다.

종래부터, 처리 용기내의 상단 및 하단에 각각 마련된 2 계통의 가스 공급 기구(예를 들어, 가스 샤워헤드)로부터 복수 종류의 다른 처리 가스를 공급하는 플 라즈마 처리 장치가 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1을 참조). 이 플라즈마 처리 장치에서는, 상단의 가스 샤워헤드는 하단의 가스 샤워헤드의 상방에 위치하고, 예를 들어 아르곤 가스 등의 비 퇴적성 가스를 분사한다.

한편, 하단의 가스 샤워헤드는 기판에 평행하게 기판의 상방에 위치하고, 실란 가스 등의 처리 가스를 분사한다. 이와 같이 하여 다른 가스가 처리 용기내의 소정의 위치에 각각 분사됨으로써, 소망의 플라즈마가 생성되고, 생성된 플라즈마를 이용하여 기판에 양호한 플라즈마 처리가 실시된다.

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제 1995-312348 호 공보

그러나 이와 같이 하단의 가스 샤워헤드를 기판에 평행하게 설치하면, 플라즈마에 포함되는 이온이나 전자의 대부분이 하단의 가스 샤워헤드에 충돌하게 되어, 하단의 가스 샤워헤드가 과도하게 가열되는 동시에, 대부분의 반응 생성물이 하단의 가스 샤워헤드에 부착된다. 이 결과, 하단의 가스 샤워헤드에 퇴적한 퇴적물이 일정 두께를 초과하여, 하단의 가스 샤워헤드로부터 벗겨져서 파티클로서 기판에 부착될 때까지의 시간이 줄어든다.

특히, 프로세스 처리중에 가열된 하단의 가스 샤워헤드는, 로드록실로부터 기판이 반송될 때에 냉각된다. 한편, 하단의 가스 샤워헤드는 유전체에 의해 형성되어 있으므로, 열을 전달하기 어렵다. 따라서 이온이나 전자의 충돌에 의해 하단의 가스 샤워헤드에 가해진 열은 외부로 전달되기 어렵다. 이로 인해, 대부분의 이온이나 전자가 하단의 가스 샤워헤드에 충돌하면, 하단의 가스 샤워헤드는 프로세스 처리중에 과도하게 가열되어, 반송중에 급격하게 냉각된다. 이 가열과 냉각의 반복에 수반하여 하단의 가스 샤워헤드의 온도는 높아지거나 낮아지는 등 심하게 변동한다.

그렇게 하면, 퇴적물(반응 생성물)과 하단의 가스 샤워헤드의 열 팽창율의 차이가 커져 영향을 미치게 되어, 퇴적물이 보다 한층 하단의 가스 샤워헤드로부터 벗겨지기 쉬워진다. 이로써, 퇴적물이 파티클로서 기판에 부착될 때까지의 시간이 더욱 줄어든다. 이 파티클의 문제를 회피하기 위해, 빠른 사이클로 처리 용기내를 클리닝하는 것도 고려된다. 그러나 그렇게 하면, 처리량이 저하되어 생산성이 낮아진다는 문제가 생긴다.

또, 기판을 향해 확산되어 가는 플라즈마의 흐름이, 하단의 가스 샤워헤드에 의해 방해를 받아, 대부분의 이온이나 전자가 하단의 가스 샤워헤드에 충돌하면, 충돌에 의해 생기는 에너지 손실이 커져서 플라즈마가 감쇠하므로, 기판상의 반응 속도(예를 들어, 성막 속도)가 저하된다는 문제가 생긴다.

상기 문제를 해소하기 위해, 본 발명은 비 처리체상에의 플라즈마의 흐름을 방해하지 않는 위치에 가스 분사 부재를 마련한 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 제공한다.

즉, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 관점에 따르면, 도파관을 전파해서 슬롯을 통과한 마이크로파를 투과시키는 유전체와, 상기 유전체를 지지하는 빔의 소정 위치에 마련된 제 1 분사 구멍을 갖는 복수의 제 1 가스 분사 부재와, 비 처리체상에의 플라즈마의 흐름을 방해하지 않도록 상기 빔의 소정 위치에 장착되고, 제 1 분사 구멍보다 하방에 위치하는 제 2 분사 구멍을 갖는 복수의 제 2 가스 분사 부재와, 상기 각 제 1 가스 분사 부재의 제 1 분사 구멍으로부터 처리실내의 소망의 위치에 제 1 처리 가스를 분사하는 제 1 가스 공급부와, 상기 각 제 2 가스 분사 부재의 제 2 분사 구멍으로부터 제 1 처리 가스가 분사된 위치보다 하방의 위치에 제 2 처리 가스를 분사하는 제 2 가스 공급부와, 상기 마이크로파에 의해 상기 제 1 처리 가스 및 상기 제 2 처리 가스를 플라즈마화시켜서 피처리체를 플라즈마 처리하는 처리실을 구비하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.

이에 따르면, 빔에는 복수의 제 1 가스 분사 부재와 복수의 제 2 가스 분사 부재가 장착된다. 그리고 제 1 가스 공급부는, 제 1 가스 분사 부재에 마련된 제 1 분사 구멍으로부터 제 1 처리 가스를 분사하고, 제 2 가스 공급부는 제 2 가스 분사 부재에 마련된 제 2 분사 구멍(제 1 분사 구멍보다 하방에 위치)으로부터 제 2 처리 가스를 분사한다.

이때, 각 제 2 가스 분사 부재는 비 처리체상에의 플라즈마의 흐름을 방해하지 않도록 빔의 소정 위치에 장착되어 있다. 따라서 제 1 처리 가스 및 제 2 처리 가스로부터 생성된 플라즈마중의 이온이나 전자는 제 2 가스 분사 부재에 충돌하기 어렵다. 이 결과, 제 2 가스 분사 부재에 퇴적하는 반응 생성물의 양은 적어진다. 이로써, 퇴적물이 일정 두께를 초과하여, 제 2 가스 분사 부재로부터 벗겨져서 파티클로서 기판에 부착되기 어려워진다. 이 결과, 처리실내를 클리닝하는 사이클(간격)을 길게 할 수 있어, 처리량(throughput)을 향상시킬 수 있다.

또, 이온이나 전자가 제 2 가스 분사 부재에 충돌하기 어려우므로, 충돌에 의한 에너지 손실이 발생하기 어렵다. 이 결과, 플라즈마의 감쇠가 대부분 없어져, 기판상의 반응 속도를 일정 이상으로 유지할 수 있는 동시에, 제 2 가스 분사 부재가 과도하게 가열되는 것을 막을 수 있다.

상기 각 제 1 가스 분사 부재는 상기 빔의 외부에 장착되거나, 또는 상기 빔의 내부에 마련되어 있어도 좋다. 예를 들어 제 1 가스 분사 부재는 빔의 하면에 장착된 가스 노즐이라도 좋고, 빔을 관통한 가스 도입관 자신이라도 좋다. 전자의 경우, 가스 노즐에 마련된 가스 통로의 단부 개구가 제 1 분사 구멍이 된다. 후자의 경우, 빔을 관통하는 가스 도입관의 단부 개구가 제 1 분사 구멍이 된다.

제 2 가스 분사 부재는 금속에 의해 형성되어 있어도 좋다. 이에 의하면, 제 2 가스 분사 부재의 열전도가 좋아져, 이온이나 전자의 충돌에 의해 제 2 가스 분사 부재에 가해진 열은, 처리실 외부의 냉각수 배관의 근방까지 전달되어 냉각수 배관내를 순환하는 냉각수에 의해 냉각된다. 이로 인해, 프로세스 처리중이라도, 제 2 가스 분사 부재는 과도하게 가열되지 않는다. 이 결과, 프로세스 처리 및 반송을 반복할 때에 발생하는 제 2 가스 분사 부재의 온도 변동은 작아진다. 그렇다면, 퇴적물과 제 2 가스 분사 부재의 열팽창율의 차이에 의한 영향이 적어져, 퇴적물이 제 2 가스 분사 부재로부터 벗겨지기 어려워진다. 이 결과, 처리 용기내를 클리닝하는 사이클을 더욱 길게 할 수 있다.

상기 제 2 가스 분사 부재는 막대 형상 또는 판 형상으로 형성되어도 좋다. 이때, 상기 각 제 2 가스 분사 부재는 상기 빔과 수직인 방향의 길이가 30㎜ 이하 가 되도록 빔으로부터 빙주(氷柱) 형상으로 매달려 있어도 좋다. 또, 상기 각 제 2 가스 분사 부재는 서로 평행하게 상기 빔으로부터 빙주 형상으로 매달리도록 상기 빔에 고정되어 있어도 좋다.

이에 의하면, 상기 복수의 제 2 가스 분사 부재는 막대 형상 또는 판 형상으로 형성되어, 처리 용기의 천장부에 마련된 빔으로부터 서로 평행하게 빙주 형상으로 매달려 있다. 따라서 제 2 가스 분사 부재는, 그 길이 방향이 비 처리체상에의 플라즈마의 흐름에 평행하며, 그 형상도 막대 형상 또는 판 형상의 간단한 구조이므로, 비 처리체상에의 플라즈마의 흐름을 방해하기 어렵다. 또, 제 2 가스 분사 부재의 장착 위치도, 처리 용기의 천장부에 마련된 빔으로부터 빙주 형상으로 30㎜ 정도 매달리는 위치이므로, 제 1 처리 가스 및 제 2 처리 가스로부터 생성된 비 처리체상에의 플라즈마의 흐름을 방해하기 어렵다. 이와 같이, 각 제 2 가스 분사 부재가, 비 처리체상으로 플라즈마가 확산될 때의 장벽이 되지 않는 위치에 마련되어 있으므로, 플라즈마에 포함되는 이온이나 전자의 대부분은 제 2 가스 분사 부재에 충돌하지 않는다. 이 결과, 제 2 가스 분사 부재에 부착되는 반응 생성물의 양을 감소시켜, 파티클의 발생을 억제할 수 있다.

또, 상기 각 제 2 분사 구멍은 제 2 처리 가스가 과잉으로 해리되지 않는 위치에 분사되도록 위치 결정되어 있어도 좋다. 이때, 상기 각 제 1 분사 구멍은 상기 유전체 근방에서 피처리체에 수평한 방향으로 개구하고 있어도 좋다. 또, 상기 각 제 2 분사 구멍은 피처리체에 수직인 방향으로 개구하고 있어도 좋다. 또, 상기 제 1 처리 가스는 상기 제 2 처리 가스보다도 결합 에너지가 큰 가스인 것이 바 람직하다.

이에 의하면, 결합 에너지가 큰 제 1 가스는, 처리실에 입사된 직후의 강한 마이크로파의 전계 에너지에 의해 플라즈마화된다. 한편, 제 2 처리 가스는 제 1 가스가 분사된 위치보다 후방이며, 가스가 과잉으로 해리되지 않는 위치에 분사되어, 제 1 처리 가스의 플라즈마화에 어느 정도의 에너지를 소비해서 약해진 전계 에너지에 의해, 예를 들어 양질의 막을 형성하기 위한 전구체(precursor)까지 해리된다.

일례로서는, 피처리체에 수평인 방향으로 개구한 제 1 분사 구멍으로부터, 유전체의 하면 근방에, 예를 들어 아르곤 가스 등의 플라즈마 여기 가스가 분사되어, 균일한 플라즈마가 발생한 후, 피처리체에 수직인 방향으로 개구한 제 2 분사 구멍으로부터, 가스가 과잉으로 해리되지 않는 위치(아르곤 가스의 분사 위치의 후방)에 실란 가스 및 수소 가스가 분사된 경우이다. 이 경우, 분사된 실란(SiH₄) 가스가 SiH₃ 라디칼까지 해리하고, SiH₂ 라디칼까지는 과잉 해리되지 않는다. 이와 같이 하여, SiH₃ 라디칼까지 분해된 전구체에 의해, 피처리체상에 양질의 막을 형성할 수 있다.

단, 상기 제 1 처리 가스 또는 상기 제 2 처리 가스중 적어도 어느 하나가, 복수의 처리 가스를 혼합한 혼합 가스이며, 그 혼합 가스가 과잉 반응하는 경우 등의 특수한 경우에는, 제 1 처리 가스 및 제 2 처리 가스의 결합 에너지의 대소 관계에 관계없이, 과잉 반응이 일어나지 않도록 각 처리 가스의 분사 위치가 결정된 다.

또, 상기 유전체는 복수의 유전체 부품으로 구성되고, 상기 각 유전체 부품에는 피처리체와 대향하는 면에 의해 오목부 또는 볼록부중 적어도 어느 하나가 형성되어 있어도 좋다.

이에 의하면, 각 유전체 부품에 형성된 오목부 또는 볼록부에 의해, 각 유전체 부품 하면에 의해 표면파가 전파할 때의 전계 에너지의 손실을 증가시킬 수 있다. 이로써, 표면파의 전파를 억제하고, 정재파의 발생을 억제하여, 균일한 플라즈마를 생성할 수 있다.

또한, 상기 각 제 2 가스 분사 부재의 일부는 다공질체에 의해 형성되고, 상기 가스 공급부는 상기 처리 가스를 상기 각 제 2 가스 분사 부재에 형성된 다공질체에 통과시킴으로써, 그 다공질체에 마련된 복수의 개구를 상기 제 2 분사 구멍으로서, 상기 복수의 개구로부터 상기 처리 가스를 상기 처리실내에 내뿜도록 해도 좋다. 이때, 상기 다공질체는 상기 각 제 2 가스 부재의 선단부에서 구형으로 형성되어 있어도 좋다.

이에 따르면, 처리 가스는 다공질체의 다수의 개구를 통과하여 처리실내에 공급된다. 처리 가스가 다공질체내에서 연통된 다수의 기공을 통과할 때, 처리 가스의 유속은 감속하면서 다공질체 전체에 균일하게 확산되어, 감속한 상태에서 다공질체의 표면 전체에 마련된 개구로부터 처리실내에 내뿜어진다. 이와 같이, 처리 가스를 감속시키면서 광범위하게 균일하게 공급함으로써, 공급되는 처리 가스의 지나친 교반을 억제해서, 소망의 플라즈마를 균일하게 생성할 수 있다. 특히, 다 공질체가 제 2 가스 분사 부재의 선단부에서 구형으로 형성되어 있으면, 다공질체의 구면에 마련된 무수한 개구로부터 처리 가스를 보다 광범위하고 균일하게 공급할 수 있다.

또한 상기 각 제 2 가스 분사 부재는 그 선단부가 구형으로 형성되고, 상기 각 제 2 분사 구멍은 상기 선단부의 구형 부분에 방사형으로 마련되고, 상기 가스 공급부는 상기 처리 가스를 상기 각 제 2 분사 구멍으로부터 상기 처리실내에 내뿜도록 해도 좋다. 이에 의하면, 구면에 마련된 각 제 2 분사 구멍으로부터 처리 가스를 방사형으로 균일하게 내뿜을 수 있다.

또, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 관점에 따르면, 도파관을 전파해서 슬롯을 통과한 마이크로파를 유전체에 투과시켜, 상기 유전체를 지지하는 빔의 소정 위치에 장착된 복수의 제 1 가스 분사 부재의 제 1 분사 구멍으로부터 처리실내의 소망의 위치에 제 1 처리 가스를 분사하고, 비 처리체상에의 플라즈마의 흐름을 방해하지 않도록 상기 빔의 소정 위치에 장착된 복수의 제 2 가스 분사 부재의 제 2 분사 구멍이며, 제 1 분사 구멍보다 하방에 위치하는 제 2 분사 구멍으로부터 제 1 처리 가스가 분사된 위치보다 하방의 위치에 제 2 처리 가스를 분사하고, 상기 마이크로파에 의해 상기 분사된 제 1 처리 가스와 상기 분사된 제 2 처리 가스를 플라즈마화시켜서 피처리체를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 방법이 제공된다.

이에 의하면, 제 2 가스 분사 부재는 비 처리체상에의 플라즈마의 흐름을 방해하지 않도록 상기 빔의 소정 위치에 장착된다. 따라서 플라즈마에 포함되는 이 온이나 전자의 대부분은 각 제 2 가스 분사 부재에 충돌하지 않는다. 이로써, 반응 생성물이 제 2 가스 분사 부재에 부착되기 어려워져, 퇴적물이 파티클로서 기판에 부착될 때까지의 시간이 길어진다. 이 결과, 처리 용기내를 클리닝하는 간격을 길게 할 수 있어, 처리량을 향상시킬 수 있다.

또, 금속에 의해 형성된 상기 제 2 가스 분사 부재에 의해 발생하는 열을 외부로 전파시켜, 냉각수 배관에 공급된 냉각수에 의해 냉각해도 좋다. 이에 의하면, 제 2 가스 분사 부재의 가열을 효과적으로 냉각할 수 있다. 이로 인해, 프로세스 처리중이라도, 제 2 가스 분사 부재는 과도하게 가열되지 않는다. 이 결과, 프로세스 처리 및 반송을 반복할 때에 발생하는 제 2 가스 분사 부재의 온도 변동은 적어진다. 그렇게 하면, 퇴적물과 제 2 가스 분사 부재의 열 팽창율의 차이에 의한 영향이 적어져, 퇴적물이 제 2 가스 분사 부재로부터 벗겨지기 어려워진다. 이 결과, 처리 용기내를 클리닝하는 사이클을 더 길게 할 수 있다.

이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 상세하게 설명한다. 또, 이하의 설명 및 첨부 도면에 있어서, 동일한 구성 및 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일 부호를 붙임으로써, 중복 설명을 생략한다.

또, 본 명세서중, 1mTorr은 (10^-3×101325/760) Pa, 1sccm은 (10^-6/60)㎥/sec라 한다.

우선, 본 발명의 일 실시형태에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 구성에 대해, 본 장치를 세로 방향(y축에 수직인 방향)으로 절단한 단면도인 도 1, 및 처리실의 천장면을 도시한 도 2를 참조하면서 설명한다. 또, 이하의 설명에서는 본 실시형태에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치(플라즈마 처리 장치에 상당)를 이용한 아몰퍼스 실리콘 CVD(Chemical Vapor Deposition : 화학 증착 박막 성막법) 프로세스를 예로 들어 설명한다.

(마이크로파 플라즈마 처리 장치의 구성)

마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)는, 처리 용기(10)와 덮개(20)를 구비하고 있다. 처리 용기(10)는, 그 상부가 개구된 바닥이 있는 정육면체 형상을 갖는다. 처리 용기(10)와 덮개(20)는, 덮개(20)[커버 본체(21)]의 하면 외주부와 처리 용기(10)의 상면 외주부 사이에 배치된 O링(32)에 의해 밀폐되어 있어, 이로써 플라즈마 처리를 실행하는 처리실(U)이 형성된다. 처리 용기(10) 및 덮개(20)는, 예를 들어 알루미늄 등의 금속으로 이루어져, 전기적으로 접지되어 있다.

처리 용기(10)에는, 그 내부에서 유리 기판(이하「기판」이라 함)(G)을 탑재하기 위한 서셉터(11)(탑재대)가 설치되어 있다. 서셉터(11)는, 예를 들어 질화 알루미늄으로 이루어져, 그 내부에는 급전부(11a) 및 히터(11b)가 설치되어 있다.

급전부(11a)에는 정합기(12a)(예를 들어, 콘덴서)를 거쳐서 고주파 전원(12b)이 접속되어 있다. 또, 급전부(11a)에는 코일(13a)을 거쳐서 고압 직류 전원(13b)이 접속되어 있다. 정합기(12a), 고주파 전원(12b), 코일(13a) 및 고압 직류 전원(13b)은 처리 용기(10)의 외부에 설치되어 있다. 또, 고주파 전원(12b) 및 고압 직류 전원(13b)은 접지되어 있다.

급전부(11a)는 고주파 전원(12b)으로부터 출력된 고주파 전력에 의해 처리 용기(10)의 내부에 소정의 바이어스 전압을 인가하도록 되어 있다. 또, 급전부(11a)는 고압 직류 전원(13b)으로부터 출력된 직류 전압에 의해 기판(G)을 정전 흡착하도록 되어 있다.

히터(11b)에는, 처리 용기(10)의 외부에 설치된 교류 전원(14)이 접속되어 있어, 교류 전원(14)으로부터 출력된 교류 전압에 의해 기판(G)을 소정의 온도로 유지하도록 되어 있다.

처리 용기(10)의 바닥면은 통 형상으로 개구되고, 그 바닥면 주연에는 벨로스(bellows)(15)의 일단부가 장착되어 있다. 또, 벨로스(15)의 타단부는 승강 플레이트(16)에 고정 장착되어 있다. 이와 같이 하여, 처리 용기(10) 바닥면의 개구 부분은 벨로스(15) 및 승강 플레이트(16)에 의해 밀폐되어 있다.

서셉터(11)는 승강 플레이트(16)상에 배치된 통형 부재(17)로 지지되어 있어, 승강 플레이트(16) 및 통형 부재(17)와 일체로 되어 승강하고, 이로써 서셉터(11)는 처리 프로세스에 따른 높이로 조정되도록 되어 있다. 또, 서셉터(11)의 주위에는, 처리실(U)의 가스의 흐름을 바람직한 상태로 제어하기 위한 배플판(18)이 설치되어 있다.

처리 용기(10)의 바닥부에는, 처리 용기(10)의 외부에 설치된 진공 펌프(도시하지 않음)가 구비되어 있다. 진공 펌프는 가스 배출관(19)을 거쳐서 처리 용기(10)내로부터 가스를 배출함으로써, 처리실(U)을 소망의 진공도까지 감압하도록 되어 있다.

덮개(20)에는 커버 본체(21), 6개의 사각형 도파관(33), 슬롯 안테나(30), 및 복수 매의 유전체 부품(31a)으로 구성된 유전체(31)가 설치되어 있다.

6개의 사각형 도파관(33)(도파관에 상당)은, 그 단면 형상이 직사각형 형상이며, 커버 본체(21)의 내부에서 평행하게 나란히 설치되어 있다. 그 내부는, 불소 수지[예를 들어 테프론(등록상표)], 알루미나(Al₂O₃), 석영 등의 유전 부재(34)로 충전되어 있어서, 그 유전 부재(34)에 의해, λg₁=λc(ε₁)1/2의 식에 따라서 각 사각형 도파관(33)의 관내 파장 λg₁이 제어된다. 여기서, λc는 자유 공간의 파장, ε₁은 유전 부재(34)의 유전율이다.

각 사각형 도파관(33)은, 상부에서 개구하고, 그 개구에는 가동부(35)가 승강 가능하게 삽입되어 있다. 가동부(35)는, 알루미늄 등의 비 자성체인 도전성 재료로 형성되어 있다.

커버 본체(21)의 외부이며, 각 가동부(35)의 상면에는 승강 기구(36)가 각각 설치되어 있어, 가동부(35)를 승강 이동시키도록 되어 있다. 이러한 구성에 의해, 유전 부재(34)의 상면을 한도로서, 가동부(35)를 승강 이동시킴으로써, 사각형 도파관(33)은 그 높이를 임의로 바꿀 수 있다.

슬롯 안테나(30)는, 커버 본체(21)의 하방에서 커버 본체(21)와 일체적으로 형성되어 있다. 슬롯 안테나(30)는, 알루미늄 등의 비 자성체인 금속으로 형성되어 있다. 슬롯 안테나(30)에는, 각 사각형 도파관(33)의 하면에서, 도 2에 도시한 13개의 슬롯(37)(개구)이 각각 직렬로 나란히 마련되어 있다. 각 슬롯(37)의 내부에는, 불소 수지, 알루미나(Al₂O₃), 석영 등의 유전 부재가 충전되어 있어, 그 유전 부재에 의해, λg₂ = λc(ε₂)^1/2의 식에 따라서 각 슬롯(37)의 관내 파장 λg₂가 제어된다. 여기서, λc는 자유 공간의 파장, ε₂는 슬롯(37) 내부의 유전 부재의 유전율이다.

[유전체(31)]

도 2에 도시한 바와 같이, 유전체(31)는 39장의 유전체 부품(31a)으로 구성되어 있다. 각 유전체 부품(31a)은 타일 형상으로 형성되고, 13장의 유전체 부품(31a)이, 1개의 마이크로파 발생기(40)에 Y 분기관(41)을 거쳐서 접속된 2개의 사각형 도파관(33)을 걸치도록, 처리 용기(10)의 천장면에서 3열로 설치되어 있다.

각 유전체 부품(31a)은, 서로 인접하는 2개의 사각형 도파관(33)[즉, Y 분기관(41)을 거쳐서 동일한 마이크로파 발생기(40)에 접속된 2개의 사각형 도파관(33)]의 하면에 마련된 26개(=13개×2열)의 슬롯(37)중, y좌표가 동일해지는 2개의 슬롯을 걸치도록 각각 장착되어 있다.

이상의 구성에 의해, 슬롯 안테나(30)의 하면에는 전부 39장(=13장×3열)의 유전체 부품(31a)이 장착된다. 또, 각 사각형 도파관(33)의 하면에 형성되는 슬롯(37)의 개수는 임의이며, 예를 들어 각 사각형 도파관(33)의 하면에 각각 12개씩의 슬롯(37)을 마련하고, 슬롯 안테나(30)의 하면에 전부 36장(=12장×3열)의 유전체 부품(31a)을 배치시켜도 좋다. 또, 각 유전체 부품(31a)의 상면에 마련하는 슬 롯(37)의 개수도 2개에 한정되지 않으며, 1개 또는 3개 이상이라도 좋다.

각 유전체 부품(31a)에는, 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이 기판(G)과 대향하는 면에서 요철이 형성되어 있다. 이와 같이, 각 유전체 부품(31a)에 오목부 또는 볼록부중 적어도 어느 하나를 마련함으로써, 표면파가 각 유전체 부품(31a)의 표면을 전파할 때, 전계 에너지의 손실이 증가하고, 이로써 표면파의 전파를 억지할 수 있다. 이 결과, 정재파의 발생을 억제하여, 균일한 플라즈마를 생성할 수 있다.

슬롯 안테나(30)의 하면에는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 39장의 유전체 부품(31a)을, 13장×3열로 배열시킨 상태에서 지지하기 위해, 격자형으로 형성된 빔(26)이 설치되어 있다. 빔(26)은 알루미늄 등의 비 자성체로 형성되어 있다.

[가로 분출 가스 노즐(27) 및 빙주 가스 노즐(28)]

도 3에 도시한 바와 같이, 가로 분출 가스 노즐(27) 및 빙주 가스 노즐(28)은 빔(26)의 하면에서 서로 평행하게 빔(26)으로부터 매달리는 상태로 빔(26)에 고정되어 있다.

도 4에 도시한 바와 같이, 가로 분출 가스 노즐(27)은 외형이 버섯형의 나사이며, 금속에 의해 형성되어 있다. 가로 분출 가스 노즐(27)의 내부에는, 가로 분출 가스 노즐(27)의 바닥부로부터 길이 방향[축(S1) 방향]으로 중공의 가스 통로(27a)가 마련되고, 그 가스 통로(27a)는 축(S1)에 수직인 방향(가로 방향)으로 8 방향으로(방사형으로) 분기하면서, 가로 분출 가스 노즐(27)을 관통하고 있다. 그 8개의 개구를 이하 분사 구멍(A)이라 한다. 또, 가로 분출 가스 노즐(27)은 제 1 가스 분사 부재에 상당하고, 분사 구멍(A)는 제 1 분사 구멍에 상당한다.

빙주 가스 노즐(28)은, 외형이 막대 형상(통 형상)인 나사이며, 금속에 의해 형성되어 있다. 빙주 가스 노즐(28)의 내부에는, 빙주 가스 노즐(28)의 바닥부로부터 길이 방향[축(S2) 방향]으로 중공의 가스 통로(28a)가 관통하고 있다. 빙주 가스 노즐(28)의 선단부의 개구를 이하 분사 구멍(B)이라 한다. 또, 빙주 가스 노즐(28)은 제 2 가스 분사 부재에 상당하고, 분사 구멍(B)는 제 2 분사 구멍에 상당한다.

빙주 가스 노즐(28)의 길이 방향[축(S2) 방향]의 길이는, 가로 분출 가스 노즐(27)보다 길고, 그 하한치는 실란 가스 및 수소 가스가 과잉으로 해리되지 않는 위치에 실란 가스 및 수소 가스를 내뿜을 수 있는 길이이며, 상한치는 기판(G)상에의 플라즈마의 확산을 방해하지 않는 위치, 즉 기판(G)상으로 플라즈마가 확산될 때의 장벽이 되지 않는 위치이며, 30㎜ 이하인 것이 바람직하다. 또, 빙주 가스 노즐(28)은 판 형상이라도 좋다.

각 가스 노즐의 고정의 방법으로서는, 예를 들어 빔(26)의 하면에 내면이 나사 절삭 가공된 삽입 구멍을 다수 마련하고, 그 삽입 구멍에 가로 분출 가스 노즐(27) 또는 빙주 가스 노즐(28)을 삽입하고, 서로의 나사 절삭 부분을 나사 결합함으로써 고정하는 방법을 들 수 있다. 기타, 접착제에 의해 빔(26)에 고정 장착해도 좋고, 부착 기구에 의해 빔(26)에 장착해도 좋다. 이와 같이 각 가스 노즐을 빔(26)에 고정함으로써, 분사 구멍(A)는 유전체 부품(31a) 근방에서 기판(G)에 수평한 방향으로 개구하고, 분사 구멍(B)는 기판(G)에 수직인 방향으로 개구한다. 이상과 같이 하여, 도 2에 도시한 바와 같이 일렬로 14개의 가로 분출 가스 노즐(27) 및 일렬로 14개의 빙주 가스 노즐(28)이 빔(26)의 하면에서 교대로 2열씩 균등하게 배치된다.

다시 도 1로 복귀하여, 처리 가스 공급원(43)은 복수의 밸브[밸브(43a1, 43a3, 43b1, 43b3, 43b5, 43b7)], 복수의 매스플로우 컨트롤러[매스플로우 콘트롤러(43a2, 43b2, 43b6)], 아르곤 가스 공급원(43a4), 실란 가스 공급원(43b4) 및 수소 가스 공급원(43b8)으로 구성되어 있다.

처리 가스 공급원(43)은, 각 밸브[밸브(43a1, 43a3, 43b1, 43b3, 43b5, 43b7)]의 개폐 및 각 매스플로우 컨트롤러[매스플로우 컨트롤러(43a2, 43b2, 43b6)]의 개방도를 각각 제어함으로써, 소망의 농도의 아르곤 가스, 실란 가스 및 수소 가스를 처리 용기(10)내에 각각 공급한다.

제 1 가스 도입관(29a)은, 빔(26)의 내부를 관통하고, 가로 분출 가스 노즐(27)의 가스 통로(27a)와 연결된다. 이로써, 아르곤 가스 공급원(43a4)으로부터 분사 구멍(A)까지 1개의 관으로 연통한 상태가 된다. 또한, 제 2 가스 도입관(29b)도 빔(26)의 내부를 관통하고, 빙주 가스 노즐(28)의 가스 통로(28a)와 연결된다. 이로써, 실란 가스 공급원(43b4) 및 수소 가스 공급원(43b8)으로부터 분사 구멍(B)까지 1개의 관으로 연통한 상태가 된다.

도 1의 냉각수 배관(44)에는, 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)의 외부에 배치된 냉각수 공급원(45)이 접속되어 있어, 냉각수 공급원(45)으로부터 공급된 냉각수가 냉각수 배관(44)내를 순환해서 냉각수 공급원(45)으로 복귀함으로써, 커버 본체(21)는 소망의 온도로 유지되도록 되어 있다.

이상에 설명한 구성에 의해, 도 2에 도시한 3개의 마이크로파 발생기(40)로부터 출력된, 예를 들어 2.45GHz×3의 마이크로파에 의해 각 처리 가스가 플라즈마화되고, 이로써 기판(G)상에 아몰퍼스 실리콘막이 형성된다.

(아몰퍼스 실리콘막 형성)

다음에, 본 실시형태에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)를 이용한 아몰퍼스 실리콘막의 형성에 대해, 도 1 및 도 3을 참조하면서 상세하게 설명한다.

우선, 제 1 가스 공급부 및 제 2 가스 공급부의 동작에 대해서 설명한다. 도 1에 도시하고, 또한 도 3에 일부 확대해서 도시한 바와 같이, 제 1 가스 공급부는 아르곤 가스 공급원(43a4)으로부터 제 1 유로(42a) 및 제 1 가스 도입관(29a)을 거쳐서, 빔(26)의 소정 위치에 고정된 복수의 가로 분출 가스 노즐(27)(도 2 참조)에 아르곤 가스(제 1 처리 가스에 상당)를 공급한다. 이로써, 아르곤 가스는 유전체 부품(31)의 근방에서 기판(G)에 대략 수평인 방향으로 개구된 분사 구멍(A)로부터 각 유전체 부품(31a)의 하면 근방에 가로 방향으로 분사된다.

예를 들어, 도 2에 도시한 바와 같이 마이크로파는, 사각형 도파관(33a1) 및 사각형 도파관(33a2)을 전파하고, 슬롯(37a1) 및 슬롯(37a2)으로부터 누설되어, 유전체 부품(31a)을 투과함으로써, 처리실(U)에 입사된다. 아르곤 가스는, 유전체 부품(31a)의 하면 근방에만 분사되어 있으므로, 입사 직후의 강한 마이크로파의 전계 에너지에 의해 효율적으로 해리되어, 각 유전체 부품(31a)의 하면 근방에서 플라즈마화된다.

(실란 가스 및 수소 가스의 공급)

한편, 제 2 가스 공급부는 아르곤 가스가 플라즈마 착화한 후, 실란 가스 공급원(43b4) 및 수소 가스 공급원(43b8)으로부터 제 2 유로(42b) 및 제 2 가스 도입관(29b)을 거쳐서, 빔(26)의 소정 위치에 고정된 복수의 빙주 가스 노즐(28)(도 2 참조)에 실란 가스 및 수소 가스의 혼합 가스(제 2 처리 가스에 상당)를 공급한다. 실란 가스 및 수소 가스의 혼합 가스는 기판(G)에 대략 수직인 방향(하향)으로 개구된 분사 구멍(B)로부터 하부 방향으로 분사된다. 이로써, 혼합 가스는 아르곤 가스가 내뿜어지는 위치보다 하방이며, 혼합 가스가 지나치게 해리되지 않는 위치로 분사된다.

이와 같이 하여 분사된 혼합 가스는, 아르곤 가스의 플라즈마화에 어느 정도의 에너지를 소비해서 약해진 전계 에너지에 의해, 양질의 막을 형성하기 위한 전구체인 SiH₃ 라디칼까지 해리되고, SiH₂ 라디칼까지는 해리되지 않는다.

(플라즈마의 확산)

이때, 각 빙주 가스 노즐(28)의 길이 방향은, 기판(G)상에의 플라즈마의 흐름에 평행하며, 그 형상도 막대 형상 또는 판 형상의 간단한 구조이므로, 기판(G)상에의 플라즈마의 흐름을 방해하기 어렵다. 또, 빙주 가스 노즐(28)의 장착 위치도, 처리 용기(10)의 천장부에 설치된 빔(26)으로부터 빙주 형상으로 매달린 위치이므로, 생성된 기판(G)상에의 플라즈마의 흐름을 방해하기 어렵다.

이로 인해, 플라즈마에 포함되는 이온이나 전자의 대부분은 빙주 가스 노 즐(28)에 충돌하는 일 없이 기판(G) 위까지 달하기 때문에, 충돌에 의한 에너지 손실도 대부분 발생하지 않는다. 이 결과, 플라즈마의 감쇠가 적어져, 기판(G)상의 반응 속도를 일정 이상으로 유지할 수 있는 동시에, 양질의 막을 형성하기 위한 전구체까지 분해한 SiH₃ 라디칼에 의해, 기판(G) 위에 매우 양질의 아몰퍼스 실리콘막을 형성할 수 있다.

또한, 빙주 가스 노즐(28)에 충돌하는 이온이나 전자가 감소하면 감소할수록, 빙주 가스 노즐(28)에 부착되는 반응 생성물의 양은 적어진다. 이로써, 퇴적물이 일정 두께를 초과하여, 빙주 가스 노즐(28)과 퇴적물의 열팽창 계수의 차이에 의해 빙주 가스 노즐(28)로부터 벗겨져서 파티클로서 기판(G)에 부착될 때까지의 시간을 길게 할 수 있다. 이 결과, 처리실(U)내를 클리닝할 때까지의 사이클(간격)을 길게 할 수 있어, 처리량을 향상시켜서 생산성을 높일 수 있다.

또, 빙주 가스 노즐(28)에 충돌하는 이온이나 전자가 적으므로, 빙주 가스 노즐(28)은 과도하게 가열되지 않는다. 또한, 빙주 가스 노즐(28)은 금속에 의해 형성되어 있으므로 열전도가 좋다. 따라서 이온 등의 충돌에 의해 빙주 가스 노즐(28)이 가열되어도, 빙주 가스 노즐(28)에 가해진 열의 대부분은 처리실(U) 외부의 냉각수 배관(44)의 근방까지 전달되어 냉각수 배관(44)을 순환하는 냉각수에 의해 냉각된다. 이로 인해, 빙주 가스 노즐(28)에 열이 집중되지 않는다.

이와 같이, 프로세스 처리중에 빙주 가스 노즐(28)에 가해지는 열이 적고, 또한 가해진 열은 차례로 외부로 방출되므로, 빙주 가스 노즐(28)의 온도는 과도하 게 상승하지 않는다. 이 결과, 프로세스 처리 및 반송을 반복할 때에 발생하는 빙주 가스 노즐(28)의 온도 변동은 작아진다. 그렇게 하면, 퇴적물과 빙주 가스 노즐(28)의 열 팽창율의 차이에 의한 영향이 적어져, 퇴적물이 빙주 가스 노즐(28)로부터 벗겨지기 어려워진다. 이 결과, 처리 용기(10)내를 클리닝하는 사이클을 더욱 길게 할 수 있어, 처리량을 향상시켜서 생산성을 훨씬 높일 수 있다.

(실험 결과)

발명자는, 상술한 이유에 의해 생산성을 높일 수 있는 본 실시형태에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)를 설계하고, 실제로 이것을 이용하여 아몰퍼스 실리콘 CVD 프로세스를 실행했다.

이때의 프로세스 조건은 처리실(U)의 압력이 400mTorr, 마이크로파의 파워가 1.8kW 내지 2.6kW[3개의 마이크로파 발생기(40)를 사용]이었다.

또, 가스 종류는 아르곤 가스, 실란 가스 및 수소 가스를 이용하고, 그 가스량은 아르곤 가스가 1520sccm, 실란 가스가 140sccm, 수소 가스가 140sccm이었다. 또, 서셉터(11)(스테이지)의 온도는 370℃, 기판(G)의 온도는 300℃, 냉각수 공급원(45)의 온도는 80℃, 도파관 폭은 78㎜였다. 또, 유리 기판의 사이즈는 730㎜×920㎜ 이상이면 좋으며, 예를 들어 G4.5 기판 사이즈가 730㎜×920㎜(챔버내의 직경 : 1000㎜×1190㎜), G5 기판 사이즈 1100㎜×1300㎜(챔버내의 직경 : 1470㎜×1590㎜)가 적용 가능하다.

이 실험에서는, 발명자는 도 5의 우측 하부에 실시예로서 도시한 바와 같이, 전술한 가스 공급 방법과 마찬가지로, 상단[가로 분출 가스 노즐(27)]으로부터 분 출시키고, 하단[빙주 가스 노즐(28)]으로부터 실란 가스 및 수소 가스를 분사시켰다. 또, 발명자는 도 5의 우측 상부에 비교예로서 도시한 바와 같이, 상단[가로 분출 가스 노즐(27)]만을 갖는 마이크로 플라즈마 처리 장치를 이용하여, 아르곤 가스와 실란 가스 및 수소 가스를 교대로 분사시키는 실험도 행하였다.

그 결과, 도 5의 좌측의 표에서 도시한 바와 같이, 비교예의 마이크로 플라즈마 처리 장치에서는 마이크로파의 파워가 1.8kW 내지 2.3kW일 때 실란 가스가 SiH₂ 라디칼까지 과잉 해리되는 비율이 10% 다소 위인 것에 대해, 마이크로파의 파워를 2.3kW에서 2.6kW까지 상승시키는 사이에, 실란 가스가 SiH₂ 라디칼까지 과잉 해리되는 비율이 10%에서 24%로 급격하게 상승했다.

이에 반해, 본 실시형태에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)에서는 마이크로파의 파워를 1.8kW에서 2.6kW까지 상승시켜도, 실란 가스가 SiH₂ 라디칼까지 과잉 해리되는 비율이 10% 다소 밑으로 변동하지 않았다.

따라서, 발명자는 본 실시형태에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)에 의하면, 마이크로파의 파워를 크게 해도, 플라즈마는 양질의 막을 형성하기 위한 전구체인 SiH₃ 라디칼까지 해리하고 있지만, SiH₂ 라디칼까지는 해리하지 않는 양호한 상태를 유지할 수 있는 것을 확인했다.

특히, 본 실시형태에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)에서는, 이온이나 전자가 빙주 가스 노즐(28)에 충돌하기 어려우므로, 충돌에 의한 에너지 손실이 발생하기 어렵다. 이 결과, 플라즈마의 감쇄가 적어져, 기판(G)상의 반응 속도 를 일정 이상으로 유지하면서, 기판(7)상의 양질의 아몰퍼스 실리콘막을 형성할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)에 의하면, 마이크로파의 파워를 크게 함으로써 성막 속도를 높임으로써 높은 생산성을 유지한 상태로, 양질의 막을 생산할 수 있었다.

또, 본 실시형태에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)에 의하면, 빙주 가스 노즐(28)에 퇴적하는 반응 생성물의 양이 적어져, 빙주 가스 노즐(28)의 과도한 가열을 억제할 수 있었다. 따라서 퇴적물이 일정 두께를 초과하여, 빙주 가스 노즐(28)로부터 벗겨져서 파티클로서 기판에 부착될 때까지의 시간을 길게 할 수 있었다. 이로 인해, 처리실내를 클리닝할 때까지의 사이클을 길게 할 수 있어, 이에 의해서도 높은 생산성을 달성할 수 있었다.

또, 본 실시형태에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)에 설치된 빙주 가스 노즐(28)의 변형예로서는, 예를 들어 도 6 내지 도 8에 도시한 형상의 가스 노즐을 들 수 있다.

(제 1 변형예)

도 6에 도시한 빙주 가스 노즐(28)은 포러스(28P)(다공질체)와 벌크(28B)(치밀질 부재)로 형성되어 있다. 구체적으로는, 빙주 가스 노즐(28)중, 제 2 가스 도입관(29b)과 연결한 배관 부분은, 벌크(28B)로 형성되어 있어서, 그 내부에는 포러스(28P)가 충전되어 있다. 또, 빙주 가스 노즐(28)의 하부에서는, 벌크(28B)로부터 포러스(28P)가 충돌하고, 포러스(28P)의 일부가 처리실(U)에 노출되어 있다. 또, 빔(26)의 하면으로, 빙주 가스 노즐(28)의 상부 외주부에는 O링(52)이 장착되 어, 이로써 처리실(U)의 기밀성이 유지되어 있다.

제 2 가스 공급부는 실란 가스 및 수소 가스를 빙주 가스 노즐(28)에 형성된 포러스(28P)에 통과시킴으로써, 포러스(28P)에 마련된 복수의 개구[포러스(28P) 내부에서 연통시킨 기공]를 분사 구멍(A)으로서, 다수의 개구로부터 처리실(U)내에 내뿜는다.

여기서, 포러스(28P)의 평균 기공 직경은 10㎛ 내지 150㎛, 기공율은 20% 내지 40% 정도이다. 따라서 실란 가스 및 수소 가스는 포러스(28P) 내부에서 연통된 기공을 통과할 때에 감속하면서 포러스(28P)에 균일하게 확산된다. 이로써, 실란 가스 및 수소 가스는, 0.3m/s 정도까지 감속된 상태에서 포러스(28P)의 표면 전체로부터 처리실(U)내에 균일하게 내뿜어진다. 이 결과, 공급되는 각 처리 가스의 지나친 교반을 억제하여, 양질의 막을 형성하기 위한 전구체인 SiH₃ 라디칼까지 해리되고, SiH₂ 라디칼까지는 해리되지 않도록 플라즈마의 생성을 제어할 수 있다.

(제 2 변형예)

또, 도 7에 도시한 빙주 가스 노즐(28)에서는, 그 선단부가 구형으로 형성되어 있어서, 분사 구멍(B)가 구형인 선단부(28S)에 방사형으로 마련되어 있다. 제 2 가스 공급부는 실란 가스 및 수소 가스를 각 분사 구멍(B)로부터 처리실(U)내에 방사형으로 내뿜는다. 이로써, 실란 가스 및 수소 가스를 광범위하게 균일하게 공급할 수 있다.

(제 3 변형예)

또, 도 8에 도시한 빙주 가스 노즐(28)에서는, 그 선단부가 구형으로 형성되어 있어서, 또한 구형으로 형성된 선단부는 포러스(28P)에 의해 형성되어 있다. 이에 의하면, 실란 가스 및 수소 가스는 포러스(28P)를 통과해서 처리실(U)내에 공급된다. 이 결과, 실란 가스 및 수소 가스를 감속시키면서 광범위하게 균일하게 공급할 수 있다.

또한, 도시하지 않았지만, 가로 분출 가스 노즐(27)을 빔(26)의 하면에 부착하는 일 없이, 빔(26)을 관통한 제 1 가스 도입관(29a)의 단부 개구로부터, 제 1 처리 가스를 처리실(U)내에 하부 방향[기판(G)에 수직인 방향]으로 분사하도록 해도 좋다. 이 경우에는, 제 1 가스 도입관(29a)의 단부 개구가 제 1 분사 구멍에 상당하고, 제 1 가스 도입관(29a)이 제 1 가스 분사 부재에 상당한다.

(가스 공급 위치)

또, 일반적으로는 상단의 분사 구멍(A)로부터 분사되는 처리 가스(제 1 처리 가스)는, 하단의[즉, 분사 구멍(A)보다 하방에 위치하는] 분사 구멍(B)으로부터 분사되는 처리 가스보다도 결합 에너지가 큰 가스(제 2 처리 가스)인 것이 바람직하다.

이에 의하면, 전술한 바와 같이, 우선 결합 에너지가 큰 제 1 처리 가스가, 비교적 강한 마이크로파의 전계 에너지에 의해 플라즈마화된다. 제 1 처리 가스가 플라즈마 착화한 후, 제 1 처리 가스보다 결합 에너지가 작은 제 2 처리 가스가, 분사 구멍(A)의 위치 및 빔(26)이 돌출한 위치보다 하방에 마련된 분사 구멍(B)으로부터 분사된다. 이로써, 제 2 처리 가스는 제 1 처리 가스를 플라즈마화하기 위 해 파워를 소비해서 약해진 마이크로파의 전계 에너지에 의해, 양질의 막을 형성하기 위한 전구체까지 해리한다. 이 결과, 아몰퍼스 실리콘막을 형성할 수 있다.

이 원칙에 근거하면, Ar의 이온화 에너지는 15.759(eV)이며, Si와 H와의 분자 결합 에너지는 3.2(eV)이며, H와 H와의 분자 결합 에너지는 4.48(eV)이므로, 아몰퍼스 실리콘 CVD 프로세스에서는, 실란이나 수소보다 분자 결합 에너지가 큰 아르곤이, 제 1 처리 가스로서 처리 용기의 상방에 공급되고, 실란 가스나 수소 가스는 제 2 처리 가스로서 하방에 공급되는 쪽이 좋다.

그러나 예를 들어, 실란 가스와 산소 가스를 혼합하는 경우와 같이, 혼합 가스가 과잉 반응할 경우에는, 이들의 가스를 혼합해서 공급할 수 없다. 이러한 특수한 경우에는, 제 1 처리 가스 및 제 2 처리 가스의 결합 에너지의 대소 관계에 상관없이, 과잉 반응이 일어나지 않도록 각 처리 가스의 분사 위치가 결정된다.

상기 실시형태에 있어서, 각부의 동작은 서로 관련되어 있으며, 상호 관련을 고려하면서, 일련의 동작으로서 치환할 수 있다. 그리고 이와 같이 치환함으로써, 플라즈마 처리 장치의 발명의 실시형태를 플라즈마 처리 방법의 실시형태로 할 수 있다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는 것은 물론이다. 당업자이면, 특허청구의 범위에 기재된 범위내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 도달할 수 있는 것은 명백하며, 그들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라 이해된다.

예를 들어, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치에 의해 실행되는 플라즈마 처리는, CVD 처리에 한정되지 않으며, 애싱 처리, 에칭 처리 등의 모든 플라즈마 처리가 가능하다.

본 발명은, 비 처리체상에의 플라즈마의 흐름을 방해하지 않는 위치에 가스 분사 부재를 설치한 플라즈마 처리 장치에 적용 가능하다.

이상에 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 비 처리체상에의 플라즈마의 흐름을 방해하지 않는 위치에 가스 분사 부재를 마련한 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 제공할 수 있다.

Claims

플라즈마 처리 장치에 있어서,

도파관을 전파해서 슬롯을 통과한 마이크로파를 투과시키는 유전체와,

상기 유전체를 지지하는 빔의 소정 위치에 마련된 제 1 분사 구멍을 갖는 복수의 제 1 가스 분사 부재와,

비 처리체상에의 플라즈마의 흐름을 방해하지 않도록 상기 빔의 소정 위치에 장착되고, 제 1 분사 구멍보다 하방에 위치하는 제 2 분사 구멍을 갖는 복수의 제 2 가스 분사 부재와,

상기 각 제 1 가스 분사 부재의 제 1 분사 구멍으로부터 처리실내의 소망의 위치에 제 1 처리 가스를 분사하는 제 1 가스 공급부와,

상기 각 제 2 가스 분사 부재의 제 2 분사 구멍으로부터 제 1 처리 가스가 분사된 위치보다 하방의 위치에 제 2 처리 가스를 분사하는 제 2 가스 공급부와,

상기 마이크로파에 의해 상기 제 1 처리 가스 및 상기 제 2 처리 가스를 플라즈마화시켜 피처리체를 플라즈마 처리하는 처리실을 구비하는

플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 각 제 1 가스 분사 부재는 상기 빔의 외부에 장착되거나, 또는 상기 빔의 내부에 마련되는

플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 각 제 2 가스 분사 부재는 금속에 의해 형성되는

플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 각 제 2 가스 분사 부재는 막대 형상 또는 판 형상으로 형성되는

플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 각 제 2 가스 분사 부재는 서로 평행하게 상기 빔으로부터 빙주 형상으로 매달리도록 상기 빔에 고정되는

플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 각 제 2 가스 분사 부재는 비 처리체상으로 플라즈마가 확산될 때의 장벽이 되지 않는 위치에 마련되는

플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 각 제 2 가스 분사 부재는 상기 빔으로부터 돌출한 길이 방향의 길이가 30㎜ 이하인

플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 각 제 2 분사 구멍은 제 2 처리 가스가 과잉으로 해리되지 않는 위치에 분사되도록 위치 결정되는

플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 각 제 1 분사 구멍은 상기 유전체 근방에서 피처리체에 수평한 방향으로 개구하고 있는

플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 각 제 1 분사 구멍은 상기 유전체 근방에서 피처리체에 수직인 방향으로 개구하고 있는

플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 각 제 2 분사 구멍은 피처리체에 수직인 방향으로 개구하고 있는

플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 각 제 2 가스 분사 부재의 일부는 다공질체에 의해 형성되고,

상기 가스 공급부는, 상기 처리 가스를 상기 각 제 2 가스 분사 부재에 형성된 다공질체에 통과시킴으로써, 그 다공질체에 마련된 복수의 개구를 상기 제 2 분사 구멍으로 하여, 상기 복수의 개구로부터 상기 처리 가스를 상기 처리실내에 내뿜는

플라즈마 처리 장치.
제 12 항에 있어서,

상기 다공질체는 상기 각 제 2 가스 분사 부재의 선단부에서 구형으로 형성되는

플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 각 제 2 가스 분사 부재는 그 선단부가 구형으로 형성되고,

상기 각 제 2 분사 구멍은 상기 선단부의 구형 부분에 방사형으로 마련되고,

상기 가스 공급부는, 상기 처리 가스를 상기 각 제 2 분사 구멍으로부터 상기 처리실내에 방사형으로 내뿜는

플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 처리 가스 또는 상기 제 2 처리 가스중 적어도 어느 한쪽은, 복수의 처리 가스를 혼합한 혼합 가스이며, 상기 혼합 가스가 과잉 반응하는 경우를 제외하고,

상기 제 1 처리 가스는 상기 제 2 처리 가스보다도 결합 에너지가 큰 가스인

플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 유전체는 복수의 유전체 부품으로 구성되고,

상기 각 유전체 부품에는 피처리체와 대향하는 면에서 오목부 또는 볼록부중 적어도 하나가 형성되는

플라즈마 처리 장치.
플라즈마 처리 방법에 있어서,

도파관을 전파해서 슬롯을 통과한 마이크로파를 유전체에 투과시키고,

상기 유전체를 지지하는 빔의 소정 위치에 장착된 복수의 제 1 가스 분사 부 재의 제 1 분사 구멍으로부터 처리실내의 소망의 위치에 제 1 처리 가스를 분사하고,

비 처리체상에의 플라즈마의 흐름을 방해하지 않도록 상기 빔의 소정 위치에 장착된 복수의 제 2 가스 분사 부재의 제 2 분사 구멍으로, 제 1 분사 구멍보다 하방에 위치하는 제 2 분사 구멍으로부터 제 1 처리 가스가 분사된 위치보다 하방의 위치에 제 2 처리 가스를 분사하고,

상기 마이크로파에 의해 상기 분사된 제 1 처리 가스와 상기 분사된 제 2 처리 가스를 플라즈마화시켜서 피처리체를 플라즈마 처리하는

플라즈마 처리 방법.
제 17 항에 있어서,

금속에 의해 형성된 상기 제 2 가스 분사 부재에 가해지는 열을 냉각수 배관에 공급된 냉각수에 의해 냉각하는

플라즈마 처리 방법.