KR20090117777A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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KR20090117777A
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히로유키 타치바나
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미쯔이 죠센 가부시키가이샤
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Abstract

플라즈마 처리 장치는, 처리 대상 기판이 배치되는 기판 스테이지와, 안테나 어레이를 이용하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부와, 상기 안테나 어레이의 상방(上方)에 설치된 복수의 가스 방사구를 가지는 가스 방사판을 구비하는 가스 방사부와, 상기 가스 방사판의 복수의 가스 방사구의 일부분으로부터 상기 기판 스테이지의 표면으로 향하여 방사하여 상기 안테나 소자의 표면을 통하도록, 제1 원료 가스를 공급하는 제1 가스 공급부와, 상기 가스 방사판의 복수의 가스 방사구의 다른 부분으로부터 상기 기판 스테이지의 표면으로 향하여 방사하여 상기 안테나 소자의 간극(間隙)을 통하도록, 제2 원료 가스를 공급하는 제2 가스 공급부를 가진다. 제1 원료 가스는, 안테나 소자에 노출된 경우, 부착물이 생기지 않거나, 또는 제2 원료 가스보다도 부착량이 적다. 이것에 의하여, 성막(成膜) 속도를 향상시키는 것과 함께, 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
Figure P1020097018413
플라즈마 처리 장치, 기판 스테이지, 안테나 어레이, 가스 방사구

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 반도체 소자, 플랫 패널 디스플레이 및 태양 전지 등의 제조에 이용되는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이고, 특히, 성막(成膜) 면적이 큰 경우여도, 성막 속도를 향상시키는 것과 함께, 파티클의 발생을 억제할 수 있는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
오늘날, 반도체 소자, 태양 전지, 또는 액정 표시 패널 혹은 플라즈마 디스플레이 패널 등의 플랫 패널 디스플레이의 제조에는, 에칭(etching), 스퍼터링(sputtering) 또는 CVD(Chemical Vapor Deposition) 등이 이용되어, 정도(精度)가 높은 가공 처리가 행하여지고 있다.
반도체 소자의 제조에 있어서, 플라즈마를 이용한 처리(플라즈마 처리)가 행하여지는 실리콘 웨이퍼, 및 플랫 패널 디스플레이에 이용되는 유리 기판은, 대형화의 일로를 걷고 있다. 이것에 대응하여 플라즈마 처리를 행하는 처리 장치의 감압 처리실(챔버)도 대형화하고, 이 감압 처리실 내에 있어서, 반도체 소자 또는 플랫 패널 디스플레이 등의 각종 기판에 형성되는 막의 성형 정도에 큰 영향을 주는 반응성 플라즈마 중의 반응 활성종(라디칼) 또는 이온을 균일하게 생성시켜, 균일한 플라즈마 처리를 행할 필요성이 증대하고 있다.
대형의 박막 태양 전지를 제조하는 장치로서 예를 들어, ECR(Electron Cyclotron Resonance) 플라즈마 CVD 장치 또는 ICP(Inductively Coupled Plasma) 플라즈마 장치를 이용할 수 있다.
그렇지만, 1m×1m 정도의 큰 면적의 증착면을 얻는 플라즈마를 발생시키려면, 예를 들어, ECR 플라즈마 CVD 장치에서는, 사이클로트론(cyclotron)에 사용하는 자장(磁場) 발생용의 코일과 방사 전파용의 안테나의 배치가 서로 간섭하게 되어, 실현은 곤란하다.
그래서, 플라즈마 CVD 장치에 있어서, 1m×1m 정도의 큰 면적의 증착면을 얻는 플라즈마를 발생시키기 위한 안테나가 제안되어 있다(특허 문헌 1).
특허 문헌 1에는, 표면을 유전체가 덮은, 기둥상(狀)의 도전체로 이루어지는 복수의 안테나 소자를, 교대로 급전(給電) 방향을 반대로 하여 평행적으로 또한 평면상(平面狀)으로 배치한 어레이 안테나로 이루어지는 플라즈마 생성용 안테나가 개시되어 있다. 이 특허 문헌 1의 플라즈마 생성용 안테나를 이용하는 것에 의하여, 전자파의 공간 분포가 똑같은 플라즈마를 발생시킬 수 있어, 1m×1m 정도의 큰 면적의 증착면을 얻을 수 있다.
다음으로, 특허 문헌 1에 개시된 어레이 안테나를 구비하는 종래의 플라즈마 CVD 장치에 관하여 설명한다.
여기서, 도 6은 종래의 플라즈마 CVD 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 6에 도시하는 종래의 플라즈마 CVD 장치(100)는, 제어부(102), 분배기(104), 임피던스 정합기(106) 및 직방체상(直方體狀)의 반응 용기(108)를 가진 다. 이 제어부(102)는, 플라즈마 CVD 장치(100)의 각 기기를 제어하는 것이다.
반응 용기(108)에는 도입구(110)가 형성되어 있고, 이 도입구(110)에 가스 공급관(112)을 통하여 성막 가스 공급부(114)가 접속되어 있다. 이 성막 가스 공급부(114)는, 예를 들어, SiO2막을 성막하는 경우, 원료 가스(G)로서, 산소 가스 및 TEOS(Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate(테트라에틸오르소실리케이트)) 가스(이하, TEOS 가스라고 한다)를 공급하는 것이다.
또한, 반응 용기(108)의 하벽(下壁, 108b)에는, 배기구(116)가 형성되어 있다. 이 배기구(116)에 배기관(118)을 통하여, 반응 용기(108) 내를 진공으로 하는 진공 배기부(120)가 접속되어 있다. 또한, 반응 용기(108)에는 내부의 압력을 측정하는 압력 센서(도시하지 않음)가 설치되어 있다.
또한, 반응 용기(108)의 내부에는, 상벽(上壁, 108a) 측으로부터 차례로, 가스 방사판(122), 복수의 안테나 소자(124)로 이루어지는 안테나 어레이(126), 및 기판 스테이지(128)가 설치되어 있다. 이 기판 스테이지(128)의 표면(128a)에 기판(130)이 재치(載置, 물건의 위에 다른 것을 올리는 것)된다.
또한, 임피던스 정합기(106)는 안테나 소자(124)에 접속되어 있고, 플라즈마 생성 시에 있어서의 안테나 소자(124)의 부하의 변화에 의하여 생기는 임피던스의 부정합을 시정한다.
가스 방사판(122)은, 성막 가스 공급부(114)로부터 도입된 원료 가스(G)를 넓은 면적에 걸쳐 확산시키는 것이고, 반응 용기(108)의 내부의 전역에 걸치는 크 기를 가진다. 이 가스 방사판(122)에 의하여, 반응 용기(108) 내가 2개의 공간으로 칸막이되어 있다. 가스 방사판(122)의 상벽(108a) 측의 공간이 가스 분산실(132)이고, 가스 방사판(122)의 하벽(108b) 측의 공간이 반응실(134)이다.
또한, 가스 방사판(122)은 관통 구멍(122a)이 복수 형성된 것이다. 이 가스 방사판(122)은 금속으로 형성되어 있고, 접지되어 있다.
덧붙여, 기판 스테이지(128)에는 히터(도시하지 않음)가 설치되어 있고, 이 히터는 제어부(102)에 의하여 제어된다.
종래의 플라즈마 CVD 장치(100)에 있어서, 유리 기판 또는 실리콘 웨이퍼 등의 기판(130)의 표면(130a)에, 예를 들어, SiO2막을 형성하는 경우, 반응 용기(108) 내의 압력을 진공 배기부(120)에 의하여 1Pa ~ 수100Pa 정도의 상태로 하고, 나아가, 안테나 소자(124)에 고주파 신호를 급전하는 것에 의하여, 안테나 소자(124)의 주위에 전자파가 방사된다.
이때, 원료 가스(G)를, 성막 가스 공급부(114)로부터 가스 분산실(132)로 공급하고, 이 원료 가스(G)를 관통 구멍(122a)으로부터 반응실(134)로 일정한 유속으로 유입시킨다. 그리고, 원료 가스(G)가 전리하여, 공간 밀도가 균일한 플라즈마가 발생한다. 이것에 의하여, 기판(130)의 표면(130a)에 SiO2막이 형성된다.
이와 같이, 종래의 플라즈마 CVD 장치(100)에 있어서는, 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있기 때문에, 1m×1m 정도의 큰 면적이어도, 기판(130)의 표면(130a)에 SiO2막을 형성할 수 있다.
[특허 문헌 1] 일본국 공개특허공보 특개2003-86581호
상술과 같이, 종래의 플라즈마 CVD 장치(100)는, 큰 면적이어도, 기판(130)의 표면(130a)에 SiO2막을 형성할 수 있다. 그렇지만, 발생한 플라즈마가, 안테나 소자(124)에까지도 미치는 상태, 즉, 플라즈마 중에 안테나 소자(124)가 배치된 상태로 되고, 안테나 소자(124)의 표면(124a) 근방에 있어서는, 전계 분포가 극도로 높다. 이 때문에, 안테나 소자(124)의 표면(124a) 근방에서는, 플라즈마에 의하여 원료 가스(G)가 과잉으로 분해되어 버린다. 이것에 의하여, 예를 들어, 기판(130)의 표면(130a)에 SiO2막을 형성하는 경우, 플라즈마에 의하여, SiO2 등의 반응 생성물이 과잉으로 생성되어, 성막에 기여하는 것 없이, 안테나 소자(124)의 표면(124a)에 부착, 나아가서는 퇴적하여 버린다. 이와 같이, 성막에 기여하는 SiO2의 비율이 줄어, 성막 속도가 저하한다고 하는 문제점이 있다.
나아가서는, 안테나 소자(124)의 표면(124a)에 퇴적한 SiO2(반응 생성물)가 파티클로 되어, 처리실(134) 내의 파티클의 증가를 초래한다고 하는 문제점도 있다. 이 파티클의 증가에 의하여, 형성되는 막의 막질이 저하할 우려도 있다.
본 발명의 목적은, 상기 종래 기술에 기초하는 문제점을 해소하여, 성막 면적이 큰 경우여도, 성막 속도를 향상시키는 것과 함께, 파티클의 발생을 억제할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 제1 원료 가스 및 제2 원료 가스를 이용하여 처리 대상 기판에 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치이고, 상기 처리 대상 기판이 표면에 배치되는 기판 스테이지와, 상기 기판 스테이지의 상방(上方)에 설치되고, 유전체로 표면이 덮인 봉상(棒狀)의 도체로 구성한 안테나 소자가 상기 기판 스테이지의 표면과 대략 평행한 평면에 대하여 복수 소정의 간극(間隙)을 두고 배열되어 이루어지는 안테나 어레이를 이용하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부와, 상기 플라즈마 생성부를 덮도록 설치되고, 상기 안테나 어레이의 상방에 설치된 복수의 가스 방사구를 가지는 가스 방사판을 구비하는 가스 방사부와, 상기 가스 방사판의 복수의 가스 방사구의 일부분으로부터 상기 기판 스테이지의 표면으로 향하여 방사하여 상기 안테나 소자의 표면을 통하도록, 제1 원료 가스를 공급하는 제1 가스 공급부와, 상기 가스 방사판의 복수의 가스 방사구의 다른 부분으로부터 상기 기판 스테이지의 표면으로 향하여 방사하여 상기 안테나 소자의 간극을 통하도록, 제2 원료 가스를 공급하는 제2 가스 공급부를 가지고,
상기 플라즈마 생성부는, 상기 플라즈마 생성부에 대하여 상기 제1 원료 가스 및 상기 제2 원료 가스가 공급된 상태로, 상기 안테나 어레이를 이용하여 플라즈마를 생성하고,
상기 제1 원료 가스는, 상기 안테나 소자에 노출된 경우, 부착물이 생기지 않는 것이거나, 또는 상기 제2 원료 가스보다도 부착량이 적은 것인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
이때, 상기 가스 방사판의 복수의 가스 방사구는, 상기 플라즈마 생성부에 대하여 개구(開口)하도록 형성되고, 상기 가스 방사구 중, 상기 가스 방사판을 상기 기판 스테이지의 상기 표면에 수직인 방향으로부터 본 경우, 상기 안테나 소자의 위치와 정합하는 제1 영역에 형성된 모든 가스 방사구에 접속되도록, 유로를 형성하는 격벽이 설치되고, 이 격벽에 의하여, 상기 제1 영역에 형성된 모든 가스 방사구와, 이것 이외의 영역에 형성된 다른 가스 방사구가 격리되며, 상기 제1 가스 공급부로부터의 제1 원료 가스는, 상기 유로를 통하여, 상기 제1 영역에 형성된 모든 가스 방사구로부터 방사하고, 이것에 의하여, 제1 원료 가스는 상기 안테나 소자의 표면을 통하여, 상기 기판 스테이지의 표면으로 향하여 공급되며, 상기 제2 가스 공급부로부터의 제2 원료 가스는, 상기 다른 가스 방사구로부터 방사하고, 이것에 의하여, 제2 원료 가스는, 상기 안테나 소자의 간극을 통하여, 상기 기판 스테이지의 표면으로 향하여 공급되는 것이 바람직하다.
혹은, 상기 가스 방사판의 복수의 가스 방사구는, 상기 플라즈마 생성부에 대하여 개구하도록 형성되고, 상기 가스 방사구 중, 상기 가스 방사판을 상기 기판 스테이지의 상기 표면에 수직인 방향으로부터 본 경우, 상기 안테나 소자의 간극의 영역과 정합하는 제2 영역에 형성된 모든 가스 방사구에 접속되도록, 유로를 형성하는 격벽이 설치되고, 이 격벽에 의하여, 상기 제2 영역에 형성된 모든 가스 방사구와, 이것 이외의 영역에 형성된 다른 가스 방사구가 격리되며, 상기 제1 가스 공급부로부터의 제1 원료 가스는, 상기 다른 가스 방사구로부터 방사하고, 이것에 의하여, 제1 원료 가스는, 상기 안테나 소자의 표면을 통하여, 상기 기판 스테이지의 표면으로 향하여 공급되며, 상기 제2 가스 공급부로부터의 제2 원료 가스는, 상기 유로를 통하여, 상기 제2 영역에 형성된 모든 가스 방사구로부터 방사하고, 이것에 의하여, 제2 원료 가스는 상기 안테나 소자의 간극을 통하여, 상기 기판 스테이지의 표면으로 향하여 공급되는 것도 마찬가지로 바람직하다.
덧붙여, 상기 제1 원료 가스는 산소 가스이고, 상기 제2 원료 가스는 TEOS 가스인 것이 바람직하다.
나아가, 본 발명은, 제1 원료 가스 및 제2 원료 가스를 이용하여 처리 대상 기판에 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치이고, 상기 처리 대상 기판이 표면에 배치되는 기판 스테이지와,
상기 기판 스테이지의 상방에 설치되고, 유전체로 표면이 덮인 봉상의 도체로 구성한 안테나 소자가 상기 기판 스테이지의 표면과 대략 평행한 평면에 대하여 복수 소정의 간극을 두고 배열되어 이루어지는 안테나 어레이를 구비하는 플라즈마 생성부와, 상기 플라즈마 생성부를 덮도록 설치되고, 상기 안테나 어레이의 상방에 설치되며, 복수의 가스 방사구를 가지는 가스 방사판을 구비하는 가스 방사부와, 상기 플라즈마 생성부의 상기 안테나 소자의 각 간극에 설치되고, 상기 기판 스테이지에 면하도록 개구된 구멍이 복수 형성된 중공(中空)의 제2 가스 방출 부재를 복수 구비하는 제2 가스 방출부와, 상기 제1 원료 가스를 상기 가스 방사판으로부터 상기 기판 스테이지의 표면으로 향하여 공급하는 제1 가스 공급부와, 상기 제2 원료 가스를, 상기 제2 가스 방출부를 통하여, 상기 기판 스테이지의 표면으로 향하여 공급하는 제2 가스 공급부를 가지고,
상기 플라즈마 생성부는, 상기 제1 원료 가스 및 상기 제2 원료 가스가 공급된 상태로, 상기 안테나 어레이를 이용하여 플라즈마를 생성하고, 상기 제1 원료 가스는, 상기 안테나 소자에 노출된 경우, 부착물이 생기지 않는 것이거나, 또는 상기 제2 원료 가스보다도 부착량이 적은 것인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
덧붙여, 상기 제1 원료 가스는 산소 가스이고, 상기 제2 원료 가스는 TEOS 가스인 것이 바람직하다.
나아가, 본 발명은, 원료 가스를 이용하여 처리 대상 기판에 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치이고, 상기 처리 대상 기판이 표면에 배치되는 기판 스테이지와, 상기 기판 스테이지의 상방에 설치되고, 유전체로 표면이 덮인 봉상의 도체로 구성한 안테나 소자가 상기 기판 스테이지의 표면과 대략 평행한 평면에 대하여 복수 소정의 간극을 두고 배열되어 이루어지는 안테나 어레이를 이용하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부와, 상기 플라즈마 생성부를 덮도록 설치되고, 상기 안테나 어레이의 상방에 설치된 가스 방사판을 구비하는 가스 방사부와, 상기 가스 방사부로부터 상기 기판 스테이지의 표면으로 향하여 제1 원료 가스 및 제2 원료 가스를 방사하도록, 상기 제1 원료 가스 및 상기 제2 원료 가스를 공급하는 제1 가스 공급부와, 상기 가스 방사부로부터 상기 기판 스테이지의 표면으로 향하여 제3 가스를 방사하도록, 상기 제3 가스를 공급하는 제3 가스 공급부를 가지고,
상기 가스 방사판에는, 상기 플라즈마 생성부에 대하여 개구한 가스 방출구가 복수 형성되고, 상기 가스 방사판의 상기 가스 방사구 중, 상기 가스 방사판을 상기 기판 스테이지의 상기 표면에 수직인 방향으로부터 본 경우, 상기 안테나 소자의 위치와 정합하는 제1 영역에 형성된 모든 가스 방사구에 접속되도록, 유로를 형성하는 격벽이 설치되고, 이 격벽에 의하여, 상기 제1 영역에 형성된 모든 가스 방사구와, 이것 이외의 영역에 형성된 다른 가스 방사구가 격리되며, 상기 제3 가스 공급부로부터의 상기 제3 가스는, 상기 유로를 통하여, 상기 제1 영역에 형성된 모든 가스 방사구로부터 방사하고, 이것에 의하여, 제3 가스는 상기 안테나 소자의 표면을 통하여, 상기 기판 스테이지의 표면으로 향하여 공급되며, 상기 제1 가스 공급부로부터의 상기 제1 원료 가스 및 상기 제2 원료 가스는, 상기 다른 가스 방사구로부터 방사하고, 이것에 의하여, 상기 제1 원료 가스 및 상기 제2 원료 가스는, 상기 안테나 소자의 간극을 통하여, 상기 기판 스테이지의 표면으로 향하여 공급되며, 상기 플라즈마 생성부는, 상기 제1 원료 가스, 상기 제2 원료 가스 및 상기 제3 가스가 공급된 상태로, 상기 안테나 어레이를 이용하여 플라즈마를 생성하는 것인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
덧붙여, 상기 원료 가스는 산소 가스 및 TEOS 가스의 혼합 가스이고, 상기 제3 가스는 불활성 가스인 것이 바람직하다.
<발명의 효과>
본 발명의 플라즈마 처리 장치에 의하면, 안테나 소자의 표면을 통하여, 기판 스테이지의 표면으로 향하여 제1 원료 가스를 공급하고, 안테나 소자의 간극을 통하여, 기판 스테이지의 표면으로 향하여 제2 원료 가스를 공급하고 있는 상태로, 안테나 어레이를 이용하여 플라즈마를 생성하는 것에 의하여, 제1 원료 가스와 제2 원료 가스에 의하여 반응 생성물이 생성되어도, 안테나 소자의 주위로는, 제1 원료 가스가 공급되고 있기 때문에, 안테나 소자에는 반응 생성물이 부착 또는 퇴적하는 것이 억제된다. 또한, 제2 원료 가스가, 안테나 소자에 대하여 부착하기 쉬운 성분을 포함하는 것이어도, 안테나 소자의 주위로 제1 원료 가스가 공급되고 있기 때문에, 부착하는 것이 억제된다. 이 때문에, 파티클의 발생이 억제된다.
나아가서는, 안테나 소자에는 반응 생성물이 부착 또는 퇴적하는 것이 억제되기 때문에, 제1 원료 가스 및 제2 원료 가스의 이용 효율이 높아져, 성막 속도가 향상한다. 이러한 것으로부터, 성막 면적이 큰 경우여도, 성막 속도를 향상시키는 것과 함께, 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 플라즈마 처리 장치 의하면, 안테나 소자의 표면을 통하여, 기판 스테이지의 표면으로 향하여 원료 가스와는 다른 제3 가스를 공급하고, 안테나 소자의 간극을 통하여, 기판 스테이지의 표면으로 향하여 원료 가스를 공급하고 있는 상태로, 안테나 어레이를 이용하여 플라즈마를 생성하는 것에 의하여, 안테나 소자의 주위로는, 제3 가스가 공급되고 있기 때문에, 안테나 소자에는 반응 생성물이 부착 또는 퇴적하는 것이 억제된다. 이 때문에, 파티클의 발생이 억제된다. 나아가서는, 안테나 소자에는 반응 생성물이 부착 또는 퇴적하는 것이 억제되기 때문에, 원료 가스의 이용 효율이 높아져, 성막 속도가 향상한다. 이러한 것으로부터, 성막 면적이 큰 경우여도, 성막 속도를 향상시키는 것과 함께, 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 플라즈마 처리 장치의 제1 실시 형태에 관련되는 플라즈마 CVD 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 실시 형태의 플라즈마 CVD 장치의 안테나 어레이를 도시하는 모식적 평면도이다.
도 3은 본 발명의 플라즈마 처리 장치의 제2 실시 형태에 관련되는 플라즈마 CVD 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 플라즈마 처리 장치의 제3 실시 형태에 관련되는 플라즈마 CVD 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 5의 (a)는 본 발명의 플라즈마 처리 장치의 제3 실시 형태에 관련되는 플라즈마 CVD 장치의 제2 원료 가스 방출부의 일례를 도시하는 모식적 사시도이고, (b)는 도 5의 (a)에 도시하는 제2 원료 가스 방출부의 제2 원료 가스 방출 부재의 모식적 단면도이고, (c)는 도 5의 (a)에 도시하는 제2 원료 가스 방출부의 제2 원료 가스 방출 부재의 다른 예를 도시하는 모식적 단면도이다.
도 6은 종래의 플라즈마 CVD 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 50, 60, 100 : 플라즈마 CVD 장치(CVD 장치)
12 : 제어부 14 : 분배기
16 : 임피던스 정합기 18 : 반응 용기
22 : 도입구 23 : 가스 공급관
24 : 배기구 25 : 배기관
26 : 제1 가스 공급부 27 : 진공 배기부
28 : 제2 가스 공급부 40, 52, 62 : 가스 방사부
30 : 안테나 어레이 32 : 안테나 소자
33 : 간극 34 : 기판 스테이지
36 : 기판 38 : 가스 분산실
39 : 반응실 70 : 제2 원료 가스 방출부
이하에, 첨부의 도면에 도시하는 호적(好適) 실시 형태에 기초하여, 본 발명의 플라즈마 처리 장치를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 플라즈마 처리 장치의 제1 실시 형태에 관련되는 플라즈마 CVD 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
본 실시 형태의 도 1에 도시하는 플라즈마 CVD 장치(10)(이하, CVD 장치(10)라고 한다)는, 제1 원료 가스(활성종 가스)로서 산소 가스(Gf)를 이용하고, 제2 원료 가스로서 TEOS 가스(Gs)를 이용하여, 유리 기판 또는 실리콘 웨이퍼 등의 기판(처리 대상 기판, 36)의 표면(36a)에 대하여 SiO2막을 형성하는 것을 예로 하여 설명한다. 덧붙여, 본 발명의 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 기판(36)에 형성하는 막은 SiO2막에 한정되는 것은 아니다.
도 1에 도시하는 CVD 장치(10)는, 제어부(12), 분배기(14), 임피던스 정합기(16) 및 직방체상의 반응 용기(18)를 가지는 것이다. 이 제어부(12)는, 후술하는 바와 같이 CVD 장치(10)의 각 기기를 제어하는 것이다. 또한, 반응 용기(18)는 금속제 또는 합금제이고, 접지되어 있다.
반응 용기(18)의 상벽(18a)에는 도입구(22)가 형성되어 있다. 이 도입구(22)에 가스 공급관(23)이 접속되어 있다. 나아가, 가스 공급관(23)에는 제2 가스 공급부(28)가 접속되어 있다.
이 제2 가스 공급부(28)는, 반응 용기(18) 내에, 예를 들어, TEOS 가스(Gs, 제2 원료 가스)를 공급하는 것이다. 제2 가스 공급부(28)는, 예를 들어, 액체의 TEOS가 충전되는 탱크(도시하지 않음), 액체의 TEOS를 기화하는 기화부(도시하지 않음), 및 기화된 TEOS의 유량을 조정하는 유량 조정부(도시하지 않음)를 구비하는 것이다. 이 제2 가스 공급부(28)에 있어서는, 액체의 TEOS를 기화부에 의하여 기화하여 TEOS 가스(Gs, 제2 원료 가스)를 얻고, 유량 조정부에 의하여 TEOS 가스(Gs)의 유량이 조정되어 TEOS 가스(Gs)를 반응 용기(18) 내로 공급한다.
또한, 반응 용기(18)의 하벽(18b)에는 배기구(24)가 형성되어 있다. 이 배기구(24)에 배기관(25)이 접속되어 있다. 나아가, 배기관(25)에는, 진공 배기부(27)가 접속되어 있다. 이 진공 배기부(27)는, 드라이 펌프 및 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 가지는 것이다. 또한, 반응 용기(18)에는 내부의 압력을 측정하는 압력 센서(도시하지 않음)가 설치되어 있다.
또한, 반응 용기(18)의 내부에는, 하벽(18b) 측으로부터 차례로, 표면(34a)에 재치되는 기판 스테이지(34), 기판(36)이 설치되고, 이 기판 스테이지(34)의 상방에 복수의 안테나 소자(32)로 이루어지는 안테나 어레이(플라즈마 생성부, 30)가 설치되며, 나아가서는, 안테나 어레이(30)의 상방에, 안테나 어레이(30)를 덮도록 하여 가스 방사부(40)(가스 방사판(42))가 설치되어 있다.
여기서, 도 2는 본 실시 형태의 플라즈마 CVD 장치의 안테나 어레이를 도시하는 모식적 평면도이다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 안테나 어레이(30)는, 복수의 안테나 소자(32)가, 기판 스테이지(34)의 표면(34a)과 대략 평행한 평면(도시하지 않음)에 대하여 서로 평행으로, 복수 소정의 간극(사이, 33)을 설치하여 배열되어 구성되는 것이다. 이 안테나 어레이(30)는, 가스 방사부(40) 하측(하벽(18b) 측)에 설치되어 있다. 또한, 안테나 소자(32)는, 각 측벽(18c, 18d)에 대해서도 소정의 간극(33)이 설치되어 있다. 본 발명에 있어서는, 안테나 소자(32)와 각 측벽(18c, 18d)과의 간극(33)도, 각 안테나 소자(32)의 간극(33)과 마찬가지로 취급한다.
또한, 안테나 어레이(30)에 있어서는, 각 안테나 소자(32)가, 반응 용기(18)의 대향하는 2개의 측벽(18c) 및 측벽(18d)에 걸쳐 배치되어 있다. 이 안테나 어레이(30)(각 안테나 소자(32))가, 가스 방사부(40, 도 1 참조)의 가스 방사판(42, 도 1 참조) 및 기판 스테이지(34)의 표면(34a, 도 1 참조)에 대하여 평행으로 설치되어 있다.
안테나 소자(32)는 모노폴 안테나이며, 반응 용기(18)의 측벽(18e, 18f)에 형성한 개구부(도시하지 않음)에 전기적으로 절연하여 장착되어 있다.
안테나 어레이(30)에 있어서는, 도 2에 도시하는 바와 같이 인접하는 안테나 소자(32)와 서로 역방향으로 반응 용기(18) 내의 측벽(18e, 18f)으로부터 돌출하여 있고, 급전 방향이 역방향으로 되어 있다. 이들의 안테나 소자(32)는, 고주파 전류 공급단의 측이 임피던스 정합기(16)에 접속되어 있다. 이 임피던스 정합기(16)는 매칭 박스이다.
임피던스 정합기(16)는, 제어부(12)의 고주파 전원이 발생하는 고주파 신호의 주파수의 조정과 함께 이용하여, 플라즈마의 생성 중에 안테나 소자(32)의 부하의 변화에 의하여 생기는 임피던스의 부정합을 시정하기 위하여 이용되는 것이다.
각 안테나 소자(32)는, 전기 전도율이 높은 도체로 이루어지는 봉상(파이프여도 무방하다)을 이루고, 사용하는 고주파의 파장의 (2n+1)/4배(n은 0 또는 정의 정수이다)의 길이를 모노폴 안테나인 안테나 소자의 방사 길이로 한다.
각 안테나 소자(32)는, 석영 등의 유전체로 이루어지는 원통 부재(37)에 수납되어 있고, 각 안테나 소자(32)의 표면은 석영 등의 유전체로 덮여 있다. 이와 같이, 봉상의 도체를 유전체로 덮는 것에 의하여, 안테나 소자(32)로서의 용량과 인덕턴스가 조정된다. 이것에 의하여, 안테나 소자(32)의 긴쪽 방향을 따라 고주파 전류를 효율 좋게 전파(傳播)시킬 수 있고, 전자파를 효율 좋게 방사시킬 수 있다. 덧붙여, 이하, 안테나 소자(32)의 표면이란, 봉상의 도체의 표면이 아니라, 원통 부재(37)의 표면(37a)을 말한다.
본 실시 형태에 있어서는, 임피던스 정합기(16)를 설치하고, 나아가 후술하는 바와 같이, 가스 방사부(40)(가스 방사판(42))에 형성된 금속막이 접지되어 있는 것에 의하여, 경상(鏡像) 관계로 형성되는 전자파와 작용하여, 안테나 소자(32)마다 소정의 전자파를 형성한다. 나아가, 안테나 어레이(30)를 구성하는 안테나 소자(32)는, 인접하는 안테나 소자(32)와 급전 방향이 역방향으로 되어 있기 때문에, 반응실(39)에 있어서 전자파는 균일하게 형성된다.
여기서, 도 1에 도시하는 바와 같이, 기판 스테이지(34)는, 상술과 같이, 표면(34a)에 기판(36)이 재치되는 것이다. 이 기판 스테이지(34)에 있어서는, 기판 스테이지(34)의 중심과 기판(36)의 중심을 일치시켜 기판(36)이 재치된다.
또한, 기판 스테이지(34)의 내부에는 기판(36)을 가열하는 발열체(도시하지 않음)가 설치되어 있고, 나아가 접지된 전극판(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 이 발열체는, 제어부(12)에 접속되어 있고, 발열체에 의한 가열은 제어부(12)에 제어된다.
덧붙여, 전극판이 바이어스 전원(도시하지 않음)에 접속되고, 이 바이어스 전원에 의하여 전극판에 소정의 바이어스 전압이 인가되는 구성이어도 무방하다.
또한, 도 1에 도시하는 바와 같이, 가스 방사부(40)는, 예를 들어, SiC로 이루어지는 가스 방사판(42)에, 직경이 0.3 ~ 1.0mm 정도의 관통 구멍이 복수 형성된 것이다. 이들의 관통 구멍이 가스 방출구(44)로 된다. 또한, 가스 방사부(40)에 있어서는, 가스 방사판(42)의 표면에 금속막이 형성되어 있고, 접지되어 있다.
본 실시 형태에 있어서, 가스 방사부(40)의 가스 방사판(42)은, 반응 용기(18)의 내부의 전역에 걸치는 크기를 가지는 것이며, 안테나 어레이(30)를 덮도록 설치되어 있다. 이 가스 방사부(40)에 의하여, 반응 용기(18) 내가 2개의 공간으로 칸막이되어 있으며, 가스 방사부(40)의 상벽(18a) 측의 공간이 가스 분산실(38)이고, 가스 방사부(40)의 하벽(18b) 측의 공간이 반응실(39)이다.
이 가스 방사부(40)는, 가스 분산실(38)로 공급된 가스를 넓은 면적에 걸쳐 반응실(39) 내에 확산시키는 것이다. 본 실시 형태에 있어서는, 가스 방사부(40) 는, 제2 가스 공급부(28)로부터 도입된 TEOS 가스(Gs)를 넓은 면적에 걸쳐, 반응실(39) 내에 확산시키는 것이다.
나아가서는, 가스 방사부(40)에 있어서는, 가스 방사판(42)을 기판 스테이지(34)의 표면(34a)에 수직인 방향으로부터 본 경우, 하방(下方)에 설치된 안테나 어레이(30)의 안테나 소자(32)의 위치와 정합하는 제1 영역(42a)에 형성된 각 가스 방사구(44)와, 안테나 소자(32)의 위치와 정합하지 않는 영역, 즉, 안테나 소자(32)와 안테나 소자(32)와의 사이(간극(33))의 영역에 정합하는 제2 영역(42b), 및 안테나 소자(32)와 반응 용기(18)의 벽면과의 사이(간극(33))에 정합하는 제2 영역(42b)의 각 가스 방사구(44)를 격리하기 위한 격벽에 의하여 유로(46)가 형성되어 있다.
유로(46)는, 안테나 소자(32)와 정합하는 제1 영역(42a)에 형성된 모든 가스 방사구(44)에 접속(연통(連通))되어 있고, 유로(46)를 통하여, 모든 가스 방사구(44)에, 예를 들어, 산소 가스(Gf)(제1 원료 가스)를 공급할 수 있다.
이 유로(46)는, 단면 형상이 コ자 형상의 격벽 부재가, 가스 방사판(42)의 표면에, 안테나 소자(32)가 연장되는 방향을 따라 설치되어 형성된 것이다. 유로(46)에는 제1 가스 공급부(26)가 접속되어 있다.
제1 가스 공급부(26)는, 예를 들어, 가스 봄베(도시하지 않음) 및 유량 조정부(도시하지 않음)를 구비하는 것이며, 이 가스 봄베에는 산소 가스(Gf)가 충전되어 있다. 이 제1 가스 공급부(26)에 의하여, 유로(46)를 통하여, 가스 방사구(44)로부터 산소 가스(Gf)가 안테나 소자(32)의 길이 방향의 전역에 걸쳐, 안테나 소 자(32)의 표면(37a)의 주위로 공급되고, 나아가서는, 반응실(39) 내로 공급된다.
또한, 안테나 소자(32)의 위치와 정합하지 않는 제2 영역(42b)의 가스 방사구(44)는, 가스 분리실(38) 및 반응실(39)과 연통하고 있고, 가스 분리실(38)로 공급된 TEOS 가스(Gs)를 반응실(39) 내로 공급하는 것이다.
이와 같이, 가스 방사부(40)에 있어서는, 유로(46)에 의하여, 복수의 가스 방사구(44) 중, 제1 영역(42a)에 형성된 것에 관해서는, 제2 영역(42b)에 형성된 다른 가스 방사구(44)와는 격리되어 있다. 이 때문에, 제1 영역(42a)에 형성된 가스 방사구(44)로부터는, 제2 가스 공급부(28)로부터 공급된 TEOS 가스(Gs)가 방출되지 않는다. 이 때문에, 안테나 소자(32)의 표면(37a)의 주위로는, 유로(46)를 통하여 공급된 산소 가스(Gf)가 공급된다. 따라서, 가스 방사부(40)에 의하여, 안테나 소자(32)의 표면(37a)의 주위로는, TEOS 가스(Gs)가 공급되는 것 없이, 산소 가스(Gf)가 공급된다.
덧붙여, 유로(46)를 통하여 제1 가스 공급부(26)로부터 공급되는 가스는, 산소 가스에 한정되는 것은 아니고, 성막을 위하여 공급되는 가스 중, 안테나 소자(32)의 표면(37a)에, 부착 혹은 퇴적하는 일이 없는 것, 또는 부착 혹은 퇴적하는 정도가 작은 것이면 된다.
상술과 같이, 본 실시 형태의 가스 방사부(40)는, 산소 가스(Gf)의 공급로를 격리하고, TEOS 가스(Gs)의 공급로를 격리하지 않는 것이다.
제어부(12)는, 고주파 발진 회로, 증폭기로 이루어지는 고주파 전원(도시하지 않음) 및 전류·전압 센서(도시하지 않음)를 가지고, 전류·전압 센서의 검지 신호에 따라, 이 고주파 전원의 발진 주파수의 변경 및 임피던스 정합기(16)의 조정을 행하는 것이다. 이 제어부(12)는, 안테나 소자(32)에 공통의 고주파 신호의 주파수를 제어하여, 모든 안테나 소자(32)를 임피던스가 정합한 상태에 접근시키고, 이후, 각 안테나 소자(32)에 접속된 임피던스 정합기(16)에 의하여, 각 안테나 소자(32)의 임피던스를 개별적으로 조정한다. 제어부(12)와 복수의 임피던스 정합기(16)는, 분배기(14)를 통하여 접속되어 있다. 또한, 제어부(12)는, 안테나 소자(32)에 고주파 신호의 급전도 제어하는 것이다.
덧붙여, 제어부(12)에 의하여, 제1 가스 공급부(26), 제2 가스 공급부(28) 및 진공 배기부(27)도 제어되는 것이다.
이 제어부(12)에 의하여, 제1 가스 공급부(26)에 있어서의 산소 가스(Gf)(제1 원료 가스)의 공급 타이밍, 및 유량 등이 제어된다. 또한, 제어부(12)에 의하여, 제2 가스 공급부(28)에 있어서의 TEOS 가스(Gs)의 공급 타이밍, 및 유량 등이 제어된다. 나아가서는, 제어부(12)에 의하여, 반응 용기(18) 내의 원료 가스 등을 배기할 수 있고, 나아가서는, 반응 용기(18) 내의 압력을 소망의 압력으로 조정할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 예를 들어, SiO2막의 성막 시, 제1 가스 공급부(26)로부터 도입된 TEOS 가스(Gs)가, 반응 용기(18) 내를 상벽(18a) 측으로부터 하벽(18b) 측(이하, 상벽(18a) 측으로부터 하벽(18b) 측으로 향하는 방향을 「수직 방향」이라고 한다)으로 흐르고, 배기구(24)로부터 배출된다. 덧붙여, 후술하는 바 와 같이, 이 TEOS 가스(Gs)는, 배출까지의 과정에, 반응 용기(18) 내에 있어서, 활성화되고, 나아가서는 여기되어 반응 활성종으로 된 산소 가스(Gf)와 혼합되어, 혼합 가스로 된다.
본 실시 형태에 있어서는, 제어부(12)에 의하여, 반응 용기(18) 내의 압력을 진공 배기부(27)에 의하여 1Pa ~ 수100Pa 정도의 상태로 하여, 유로(46)를 통하여 산소 가스(Gf)(제1 원료 가스)를 안테나 소자(32)의 표면(37a)의 주위를 거쳐 공급하고, TEOS 가스(Gs)를 가스 방사판(42)의 가스 방사구(44)로부터 공급한다. 나아가, 안테나 소자(32)에 고주파 신호를 급전하는 것에 의하여, 안테나 소자(32)의 주위에 전자파를 방사시킨다. 이것에 의하여, 반응 용기(18) 내의 안테나 소자(32)의 근방에서 플라즈마(도시하지 않음)가 생성되는 것과 함께, 가스 방사부(40)로부터 방사된 산소 가스(Gf)(활성종 가스)가 여기되어 산소 라디칼(반응 활성종)이 얻어진다. 그때, 발생한 플라즈마는 도전성을 가지기 때문에, 안테나 소자(32)로부터 방사된 전자파는 플라즈마에서 반사되기 쉽다. 이 때문에, 전자파는 안테나 소자(32) 주변의 국부 영역에 국재화(局在化)한다. 이와 같이, 모노폴 안테나로 이루어지는 안테나 소자(32)를 복수 가지는 안테나 어레이(30)에서는, 플라즈마가 안테나 소자(32)의 표면(37a)의 근방에 국재화하여 형성되어, 안테나 소자(32)의 표면(37a)의 주위에서는 전계 분포가 극도로 높아진다.
덧붙여, 이와 같은 안테나 어레이를 이용한 플라즈마 생성의 원리에 관한 상세한 설명이, 본원 출원인에 의한 선출원인, 일본국 공개특허공보 특개2003-86581호에 기재되어 있다. 또한, 안테나 어레이를 이용한 플라즈마 생성 장치에 있어서 의, 각 안테나 마다의 상세한 임피던스 정합 방법이, 마찬가지로 본원 출원인에 의한 선출원인, 일본국 특허출원 특원2005-014256호 명세서에 기재되어 있다. 본 발명에 있어서의 안테나 어레이 및 각 안테나 마다의 상세한 임피던스 정합 방법으로서, 예를 들어, 상기 각 명세서에 기재된 방법을 이용하면 된다.
다음으로, 본 실시 형태의 CVD 장치(10)의 성막 방법에 관하여, SiO2막을 예로 하여 설명한다.
먼저, 제1 가스 공급부(26)로부터 산소 가스(Gf)(활성종 가스)를 유로(46)에 일정 유량으로 유입시켜, 안테나 소자(32)의 배치 위치에 정합하는 제1 영역(42a)에 형성된 가스 방사구(44)로부터 산소 가스(Gf)를, 안테나 소자(32)의 표면(37a)의 주위로 공급하고, 산소 가스(Gf)를 반응실(39)에 일정한 유속으로 유입시킨다. 이때, 제2 가스 공급부(28)로부터 가스 공급관(23)을 통하여, TEOS 가스(Gs)를 가스 분산실(38)에 일정 유량으로 방출하고, 방사부(40)의 유로(46)가 설치되어 있지 않고, 가스 분산실(38)과 연통하는 제2 영역(42b)에 형성된 가스 방사구(44)로부터 반응실(39) 내에 일정한 유속으로 유입시킨다.
덧붙여, 산소 가스(Gf) 및 TEOS 가스(Gs)를 공급하는 경우, 반응 용기(18)(반응실(39))는 진공 배기부(27)에 의하여 배기되고 있고, 제어부(12)에 의하여, 반응 용기(18)(반응실(39)) 내가, 예를 들어, 1Pa ~ 수100Pa 정도의 압력으로 보지(保持)되어 있다. 이것에 의하여, 반응 용기(18)(반응실(39))의 수직 방향으로 산소 가스(Gf) 및 TEOS 가스(Gs)가 흐른다.
다음으로, 안테나 소자(32)에 고주파 신호를 급전하여, 안테나 소자(32)의 주위에 전자파를 방사시킨다. 이것에 의하여, 반응실(39) 내에서, 안테나 소자(32)의 근방에 국재화한 플라즈마가 생성되고, 가스 방출구(44)로부터 방사된 산소 가스(Gf)(활성종 가스)가 해리(解離)된 산소 라디칼(반응 활성종)이 얻어진다. 또한, TEOS 가스가 해리된 TEOS 라디칼(활성화된 TEOS 가스)이 얻어진다.
안테나 어레이(30)의 안테나 소자(32)의 주위 근방에서, 산소 라디칼(반응 활성종)과 TEOS 라디칼이 혼합되어 혼합 가스로 된다. 활성 상태인 산소 라디칼(반응 활성종)과 TEOS 라디칼이 혼합되면, 활성 상태의 활성 에너지에 의하여, 기판(36)의 표면(36a)에 SiO2막이 형성된다.
본 실시 형태에 있어서는, 방사부(40)에 유로(46)를 형성하여, 안테나 소자(32)의 표면(37a)에 산소 가스(Gf)(제1 원료 가스)만을 공급하고, TEOS 가스(Gs)는, 안테나 소자(32)의 간극(33)(사이)을 통과시켜, 처리실(39)로 공급한다. 이와 같이 안테나 소자(32)의 표면(37a)에는 산소 가스(Gf)밖에 공급되지 않기 때문에, 안테나 어레이(30)를 이용하여, 플라즈마를 생성한 경우에서도, 안테나 소자(32)의 표면(37a)에는 산소 가스(Gf)만이 존재한다. 이것에 의하여, 안테나 소자(32)의 표면(37a)에, SiO2 등의 반응 생성물의 부착 또는 퇴적이 억제된다. 이와 같이, 안테나 소자(32)의 표면(37a)에 SiO2 등의 반응 생성물이 부착 또는 퇴적하는 것이 억제되기 때문에, 파티클의 발생이 억제된다. 나아가서는, 파티클의 발생이 억제되기 때문에, 형성하는 막(SiO2막)의 막질에 관해서도 뛰어난 것이 얻어진다.
나아가서는, 본 실시 형태에 있어서는, 안테나 소자(32)의 표면(37a)에의 SiO2 등의 반응 생성물의 부착이 억제되기 때문에, SiO2막의 성막에 이용되는 산소 가스(Gf) 및 TEOS 가스(Gs)의 비율(이용 효율)이 증가하기 때문에, 성막 속도도 향상한다.
덧붙여, 기판(36)이, 예를 들어, 1m×1m 정도의 큰 것인 경우여도, 안테나 어레이(30)는, 균일한 플라즈마를 생성할 수 있고, 상술과 같이 파티클의 발생이 억제되며, 나아가서는, 성막 속도가 빠른 것으로부터, 막질이 뛰어난 SiO2막을 종래보다 빨리 형성할 수 있다.
덧붙여, 본 실시 형태에 있어서는, 제2 가스 공급부(28)를 대신하여, 원료 가스 공급부(도시하지 않음)를 설치하고, 제1 가스 공급부(26)를 대신하여, 제3 가스 공급부(도시하지 않음)도 설치하는 구성으로 하여도 무방하다.
이 경우, 원료 가스 공급부는, 반응 용기(18) 내에, 기판(36)의 표면(36a)에 형성하는 막을 얻기 위하여 필요한 원료 가스를 공급하기 위한 것이다. 예를 들어, 기판(36)의 표면(36a)에 SiO2막을 형성하는 경우에는, 원료 가스로서는, 산소 가스(제1 원료 가스) 및 TEOS 가스(제2 원료 가스)의 혼합 가스를 공급하는 것이다.
원료 가스 공급부는, 형성하는 막에 따른 가스의 종류 및 수에 따른 만큼의 가스 봄베(도시하지 않음)를 구비하고, 이 가스 봄베로부터의 가스의 유량을 조정하는 유량 조정부(도시하지 않음)를 구비하는 것이다. 본 실시 형태에 있어서는, 가스 봄베에 산소 가스(제1 원료 가스)가 충전되어 있다.
또한, 원료 가스 공급부는, TEOS 가스(Gs)를 공급하기 위하여, 액체가 충전되는 탱크(도시하지 않음), 액체를 기화하는 기화부(도시하지 않음), 및 기화부에 의하여 기화된 기체의 유량을 조절하는 유량 조정부(도시하지 않음)를 구비한다. 본 실시 형태에 있어서는, 탱크에 액체의 TEOS가 충전되어 있고, 기화부에 의하여 기화하여 TEOS 가스(Gs)(제2 원료 가스)가 얻어지며, 유량 조정부에 의하여 TEOS 가스(Gs)의 유량이 조정된다.
본 실시 형태에 있어서는, 원료 가스 공급부로부터 가스 분리실(38)로, 산소 가스(제1 원료 가스) 및 TEOS 가스(제2 원료 가스)가 혼합되어 있는 원료 가스가 공급된다.
또한, 제3 가스 공급부는, 원료 가스 이외에, 예를 들어, 산소 가스(Gf) 및 TEOS 가스(Gs) 이외의 성막에 이용되지 않는 기체(제3 가스)를 공급하기 위한 것이다. 이 제3 가스 공급부는, 예를 들어, 가스 봄베(도시하지 않음) 및 유량 조정부(도시하지 않음)를 구비하는 것이고, 이 가스 봄베에는, 성막에 이용되지 않는 기체가 충전되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 예를 들어, 충전되는 기체로서는, 아르곤 가스, 질소 가스 등의 불활성 가스이다.
이와 같은 구성에 있어서는, 원료 가스 공급부로부터 공급된 원료 가스를, 안테나 소자(32) 간의 간극(33), 및 안테나 소자(32)와 반응 용기(18)의 벽면과의 간극(33)으로부터 반응실(39) 내로 일정한 유속으로 유입시킨다. 또한, 제3 가스 공급부로부터, 안테나 소자(32)의 배치 위치에 정합하는 제1 영역(42a)에 형성된 가스 방사구(44)로부터 성막에 이용되지 않는 기체(제3 가스)를, 안테나 소자(32) 의 표면(37a)의 주위로 공급하여 반응실(39) 내에 확산시킨다. 이와 같이, 원료 가스(산소 가스(제1 원료 가스), 및 TEOS 가스(제2 원료 가스)의 혼합 가스) 및 기체(제3 가스)가 반응실(39) 내로 공급된 상태로, 안테나 어레이(30)를 이용하여 플라즈마를 생성한다. 이것에 의하여, 산소 라디칼이 얻어지고, TEOS 가스가 활성화되어, 기판(36)의 표면(36a)에 SiO2막이 형성된다.
이 경우에 있어서는, 안테나 소자(32)의 표면(37a)의 주위로 기체를 공급하고, 안테나 소자(32)의 표면(37a)의 주위를 원료 가스로부터 격리하고 있어, 안테나 소자(32)의 표면(37a)의 주위로는 원료 가스가 공급되는 일이 없다. 이 때문에, 안테나 소자(32)의 표면(37a)에, 원료 가스가 부착 또는 부착하는 것이 억제된다. 이것에 의하여, 파티클의 발생이 억제되고, 나아가서는 성막 속도도 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 제2 가스 공급부(28)를 대신하여, 원료 가스 공급부(도시하지 않음)를 설치하고, 제1 가스 공급부(26)를 대신하여, 제3 가스 공급부(도시하지 않음)도 설치하는 구성으로 한 경우에 있어서도, 막질이 뛰어난 막을, 빠른 성막 속도로 형성할 수 있다고 하는 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 관하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 플라즈마 처리 장치의 제2 실시 형태에 관련되는 플라즈마 CVD 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
덧붙여, 본 실시 형태에 있어서는, 도 1 및 도 2에 도시하는 제1 실시 형태 의 플라즈마 CVD 장치와 동일 구성물에는, 동일 부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 플라즈마 CVD 장치(50)는, 제1 실시 형태의 플라즈마 CVD 장치(10, 도 1 참조)에 비하여, 제1 가스 공급부(26) 및 제2 가스 공급부(28)의 배치 위치, 및 가스 방사부(52)의 구성이 다르고, 그 이외의 구성은, 제1 실시예의 열처리 장치(10)와 마찬가지의 구성이며, 그 상세한 설명은 생략한다.
본 실시 형태의 플라즈마 CVD 장치(50)에 있어서는, 제1 가스 공급부(26)가 가스 공급관(23)을 통하여, 반응 용기(18)에 접속되어 있다. 제1 가스 공급부(26)로부터 가스 분리실(38)로 산소 가스(Gf)가 공급된다.
또한, 본 실시 형태의 가스 방사부(52)는, 제1 실시 형태의 가스 방사부(40, 도 1 참조)와는 반대로, 산소 가스(Gf)의 공급로를 격리하지 않고, TEOS 가스(Gs)의 공급로를 격리하는 것이다.
본 실시 형태의 가스 방사부(52)는, 기본적으로는, 제1 실시 형태의 가스 방사부(40, 도 1 참조)와 마찬가지의 구성이고, 예를 들어, SiC로 이루어지는 가스 방사판(54)에, 직경이 0.5mm 정도의 관통 구멍이 복수 형성된 것이다. 이들의 관통 구멍이 가스 방출구(56)로 된다. 또한, 가스 방사부(52)도, 가스 방사판(54)의 표면에 금속막이 형성되어 있고, 접지되어 있다.
가스 방사부(52)는, 제1 가스 공급부(26)로부터 도입된 산소 가스(Gf)를 넓은 면적에 걸쳐 확산시키는 것이다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 가스 방사부(52)의 가스 방사판(54)도, 반응 용기(18)의 내부의 전역에 걸치는 크기를 가지고, 안테나 어레이(30)를 덮도록 설치되어 있다. 이 가스 방사부(52)에 의하여, 반응 용기(18) 내가 2개의 공간으로 칸막이되어 있다. 반응 용기(18) 내에 있어서, 가스 방사부(52)의 상벽(18a) 측의 공간이 가스 분산실(38)이고, 가스 방사부(52) 하벽(18b)의 측의 공간이 반응실(39)이다.
나아가서는, 가스 방사부(52)에 있어서는, 가스 방사판(54)을, 기판 스테이지(34)의 표면(34a)에 수직인 방향으로부터 본 경우, 하방에 설치된 안테나 소자(32)와 안테나 소자(32)와의 사이(간극(33))와 정합하는 제2 영역(54b), 및 안테나 소자(32)와 반응 용기(18)의 벽면과의 사이(간극(33))와 정합하는 제2 영역(54b)에 형성된 각 가스 방사구(56)를, 안테나 소자(32)의 위치에 정합하는 제1 영역(54a)에 형성된 가스 방사구(56)와 격리하도록, 안테나 소자(32)가 연장되는 방향을 따라 가스 방사판(54)의 표면에, 격벽에 의하여 유로(58)가 형성되어 있다.
유로(58)는, 안테나 소자(32)와 안테나 소자(32)와의 사이(간극(33))와 정합하는 제2 영역(54b), 및 안테나 소자(32)와 반응 용기(18)의 각 측벽(18c, 18d)과의 사이(간극(33))와 정합하는 제2 영역(54b)에 형성된 모든 가스 방사구(56)와 접속(연통)하고 있고, 유로(58)를 통하여, 모든 가스 방사구(56)에, 예를 들어, TEOS 가스(Gs)를 공급할 수 있다.
이 유로(58)는, 단면 형상이 コ자 형상의 격벽 부재가, 가스 방사판(54)의 표면에, 안테나 소자(32)가 연장되는 방향을 따라 설치되어 형성된 것이다. 유 로(58)에는 제2 가스 공급부(28)가 접속되어 있다.
이 제2 가스 공급부(28)에 의하여, 유로(58)를 통하여, 가스 방사구(56)로부터 TEOS 가스(Gs)가 안테나 소자(32)의 길이 방향의 전역에 걸쳐, 안테나 소자(32) 간의 간극(33), 및 안테나 소자(32)와 반응 용기(18)의 각 측벽(18c, 18d)과의 간극(33)으로부터, 반응실(39) 내로 공급된다.
가스 방사부(52)에 있어서는, 유로(58)에 의하여, 복수의 가스 방사구(56) 중, 제2 영역(54b)에 형성된 것에 관해서는, 안테나 소자(32)의 배치 위치와 정합하는 제1 영역(54a)에 형성된 다른 가스 방사구(56)와는 격리되어 있다. 이 때문에, 유로(58)를 통하여, 제2 영역(54b)에 형성된 가스 방사구(56)로부터는, 제2 가스 공급부(28)로부터 공급된 TEOS 가스(Gs)가 방사된다. 즉, 안테나 소자(32)의 간극(33)으로부터, TEOS 가스(Gs)가 반응실(39) 내로 일정한 유속으로 유입한다.
한편, 가스 방사판(52)의 안테나 소자(32)의 표면(37a)의 주위에는, 제1 가스 공급부(26)로부터 가스 분산실(38)을 거쳐, 제1 영역(54a)에 형성된 가스 방사구(56)로부터, 산소 가스(Gf)가 반응실(39) 내로 일정한 유속으로 유입한다.
이와 같이, 가스 방사부(50)에 의하여, 안테나 소자(32)의 표면(37a)의 주위로는, TEOS 가스(Gs)가 공급되는 것 없이, 산소 가스(Gf)가 공급된다.
이와 같이, 산소 가스(Gf) 및 TEOS 가스가 반응실(39) 내로 공급된 상태로, 안테나 어레이(30)를 이용하여 플라즈마를 생성한다. 이것에 의하여, 산소 라디칼이 얻어지고, TEOS 가스가 활성화되어, 기판(36)의 표면(36a)에 SiO2막이 형성된다.
본 실시 형태의 플라즈마 CVD 장치(50)에 있어서는, 유로(58)를 통하여, 안테나 소자(32) 간의 간극(33), 및 안테나 소자(32)와 반응 용기(18)의 벽면과의 간극(33)으로부터 TEOS 가스(Gs)를 공급하고 있다. 한편, 안테나 소자(32)의 표면(37a)의 주위로는, 가스 방사판(52)으로부터 산소 가스(Gf)를 공급하여, 안테나 소자(32)의 표면(37a)의 주위를 TEOS 가스(Gs)로부터 격리하고 있다. 이 때문에, 안테나 소자(32)의 표면(37a)에 부착 또는 부착하는 것이 억제된다. 이것에 의하여, 파티클의 발생이 억제되고, 나아가서는, 성막 속도도 향상시킬 수 있다. 이 때문에, 막질이 뛰어난 막을, 빠른 성막 속도로 형성할 수 있다.
또한, 안테나 어레이(30)에 의하여, 균일한 플라즈마를 생성할 수 있기 때문에, 기판이, 예를 들어, 1m×1m 정도의 큰 것인 경우여도, 예를 들어, SiO2막 등을, 뛰어난 막질로, 또한 빠른 성막 속도로 형성할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 플라즈마 CVD 장치(50)에 있어서는, 산소 가스(Gf)를 가스 방사부(52)로 공급하기 때문에, 가스 방사구(56)에 가스의 성분의 일부가 퇴적하는 일도 없다. 이 때문에, 파티클의 발생이 억제되는 것과 함께, 가스 방사부(52)의 메인터넌스(maintenance)도 간소화할 수 있다.
나아가, 본 실시 형태의 플라즈마 CVD 장치(50)에 의한 성막 방법에 있어서도, TEOS 가스(Gs)를, 안테나 소자(32)의 표면(37a)의 주위로부터 격리하여, TEOS 가스(Gs)를 공급하고 있기 때문에, 안테나 소자(32)의 표면(37a)에 부착하는 것이 억제되어, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
덧붙여, 본 실시 형태에 있어서도, 제1 실시 형태와 같이, 제1 가스 공급부(26)를 대신하여, 제3 가스 공급부(도시하지 않음)를 설치하고, 제2 가스 공급부(28)를 대신하여, 원료 가스 공급부(도시하지 않음)를 설치하는 구성으로 하여도 무방하다. 이 경우, 원료 가스 공급부 및 제3 가스 공급부의 구성은, 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
이와 같은 구성에 있어서는, 원료 가스 공급부로부터 유로(58)를 통하여 안테나 소자(32) 간의 간극(33), 및 안테나 소자(32)와 반응 용기(18)의 벽면과의 간극(33)에 위치하는 가스 방사구(56)로부터 원료 가스를 반응실(39) 내로 일정한 유속으로 유입시킨다. 또한, 제3 가스 공급부로부터, 안테나 소자(32)의 배치 위치와 정합하는 가스 방사구(54)로부터 성막에 이용되지 않는 기체(제3 가스)를, 안테나 소자(32)의 길이 방향의 전역에 걸쳐, 안테나 소자(32)의 표면(37a)으로 공급하고, 반응실(39) 내에 확산시킨다. 이와 같이, 원료 가스(산소 가스(제1 원료 가스), 및 TEOS 가스(제2 원료 가스)의 혼합 가스) 및 기체(제3 가스)가 반응실(39) 내로 공급된 상태로, 안테나 어레이(30)를 이용하여 플라즈마를 생성한다. 이것에 의하여, 산소 라디칼이 얻어지고, TEOS 가스가 활성화 되어, 기판(36)의 표면(36a)에 SiO2막이 형성된다.
이 경우에 있어서는, 안테나 소자(32)의 표면(37a)의 주위로 기체를 공급하고, 안테나 소자(32)의 표면(37a)의 주위를 원료 가스로부터 격리하고 있어, 안테나 소자(32)의 표면(37a)의 주위로는 원료 가스가 공급되는 일이 없다. 이 때문에, 안테나 소자(32)의 표면(37a)에, 원료 가스가 부착 또는 부착하는 것이 억제된다. 이것에 의하여, 파티클의 발생이 억제되고, 나아가서는, 성막 속도도 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 제2 가스 공급부(28)를 대신하여, 원료 가스 공급부(도시하지 않음)를 설치하고, 제1 가스 공급부(26)를 대신하여, 제3 가스 공급부(도시하지 않음)를 설치하는 구성으로 한 경우에 있어서도, 막질이 뛰어난 막을, 빠른 성막 속도로 형성할 수 있다고 하는 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제3 실시 형태에 관하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 플라즈마 처리 장치의 제3 실시 형태에 관련되는 플라즈마 CVD 장치의 구성을 도시하는 도면이다. 도 5의 (a)는 본 발명의 플라즈마 처리 장치의 제3 실시 형태에 관련되는 플라즈마 CVD 장치의 제2 원료 가스 방출부의 일례를 도시하는 모식적 사시도이고, (b)는 도 5의 (a)에 도시하는 제2 원료 가스 방출부의 제2 원료 가스 방출 부재의 모식적 단면도이고, (c)는 도 5의 (a)에 도시하는 제2 원료 가스 방출부의 제2 원료 가스 방출 부재의 다른 예를 도시하는 모식적 단면도이다.
덧붙여, 본 실시 형태에 있어서는, 도 1 및 도 2에 도시하는 제1 실시 형태의 플라즈마 CVD 장치와 동일 구성물에는, 동일 부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 플라즈마 CVD 장치(60)는, 제1 실시 형태의 플라즈마 CVD 장치(10)(도 1 참조)에 비교하여, 제1 가스 공급부(26) 및 제2 가스 공급부(28)의 배치 위치, 및 가스 방사부(62)의 구성이 다르고, 나아가서는 제2 원료 가스 방출부(70)가 설치되어 있는 점이 다르고, 그 이외의 구성은, 제1 실시예의 열처리 장치(10)와 같은 구성이며, 그 상세한 설명은 생략한다.
본 실시 형태의 플라즈마 CVD 장치(60)에 있어서는, 제1 가스 공급부(26)가 가스 공급관(23)을 통하여, 반응 용기(18)에 접속되어 있다. 제1 가스 공급부(26)로부터 가스 분리실(38)로 산소 가스(Gf)가 공급된다.
또한, 본 실시 형태의 가스 방사부(62)는, 제1 실시 형태의 가스 방사부(40, 도 1 참조)에 비교하여, 유로(46)가 형성되어 있지 않은 점이 다르고, 그 이외의 구성은, 제1 실시 형태의 가스 방사부(40, 도 1 참조)와 마찬가지의 구성이다.
본 실시 형태에 있어서도, 가스 방사부(62)에 의하여, 반응 용기(18) 내가 2개의 공간으로 칸막이되어 있으며, 가스 방사부(62)의 상벽(18a) 측의 공간이 가스 분산실(38)이고, 가스 방사부(52)의 하벽(18b) 측의 공간이 반응실(39)이다. 또한, 본 실시 형태의 가스 방사부(62)도, 제1 가스 공급부(26)로부터 가스 분리실(38)로 도입된 산소 가스(Gf)(제1 원료 가스)를 넓은 면적에 걸쳐 반응실(39) 내에 확산시킨다.
본 실시 형태의 제2 원료 가스 방출부(70)는, 산소 가스(Gf)(제1 원료 가스)의 흐름의 도중에, 안테나 어레이(30)의 간극(33)에 위치하는 가스 방사구로부터, TEOS 가스(Gs)(제2 원료 가스)를 반응실(39) 내로 방출하는 기능을 가지는 것이다.
도 5의 (a)에 도시하는 바와 같이, 이 제2 원료 가스 방출부(70)는, 제2 원료 가스 방출 부재(72)와 접속관(74a, 74b)과 연결관(76)을 가지고, 가스 방사 부(62)의 하방에 설치되어 있다.
제2 원료 가스 방출 부재(72)는, 그 양 단부가 꺾여 구부러진 관상(管狀)의 부재로 이루어지는 것이고, 내측으로 꺾여 구부러진 측과는 반대 측의 둘레면에는, 제2 원료 가스 방출 부재(72)의 긴쪽 방향을 따라, 기판 스테이지(34)의 표면(34a)에 대하여 개구되고, 소정의 크기를 가지는 구멍(78, 도 5의 (b) 참조)이 복수 형성되어 있다. 이 구멍(78)이 제2 원료 가스 방출구이다.
제2 원료 가스 방출부(70)에 있어서는, 제2 원료 가스 방출 부재(72)가, 소정의 간격의 간극(73)을 설치하여, 예를 들어, 7개 나란히 배치되어 있다. 각 간극(73)의 위치에 안테나 소자(32)가 배치된다. 각 제2 원료 가스 방출 부재(72)에 있어서는, 내측으로 꺾여 구부러진 부분이, 각각 가스 방출판(42)에 형성된 구멍(64)에 삽통(揷通)되어, 가스 방출판(42)으로부터 상방 측으로 돌출하여 있다. 또한, 각 제2 원료 가스 방출 부재(72)의 단부는, 각각 접속관(74a, 74b)으로 접속되어 있다. 또한, 접속관(74b)에는 연결관(76)이 접속되어 있다. 일방의 연결관(76)에, 제2 원료 가스를 공급하는 제2 가스 공급부(28, 도 4 참조)가 접속되어 있다.
또한, 제2 원료 가스 방출부(70)에 있어서는, 제2 원료 가스 방출 부재(72), 접속관(74a, 74b) 및 연결관(76)은 모두 연통하고 있다. 이것에 의하여, 제2 원료 가스 방출부(70)는, 제2 가스 공급부(28)로부터 TEOS 가스(Gs)가 공급되면, 각 제2 원료 가스 방출 부재(72)의 각 구멍(78)으로부터 TEOS 가스(Gs)가 기판 스테이지(34)를 향하여 분출된다.
또한, 도 5의 (a)에 도시하는 바와 같이, 제2 원료 가스 방출부(70)는, 각 제2 원료 가스 방출 부재(72)를 구멍(78)이 기판 스테이지(34)로 향하도록 하여, 안테나 어레이(30)의 간극(33)의 위치에 오도록 반응 용기(18) 내에 배치되어 있다. 이 구성에 의하여, 본 실시 형태에 있어서는, 안테나 어레이(30)의 간극(33), 또한 가스 방사부(62)에 의해서도 기판 스테이지(34)의 표면(34a)(기판(36)의 표면(36a))에 가까운 위치로부터, TEOS 가스(Gs)를 반응실(39)로 공급할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서도, 산소 가스(Gf) 및 TEOS 가스가 반응실(39) 내로 공급된 상태로, 안테나 어레이(30)를 이용하여 플라즈마를 생성한다. 이것에 의하여, 산소 라디칼이 얻어지고, TEOS 가스가 활성화되어, 기판(36)의 표면(36a)에 SiO2막이 형성된다.
덧붙여, 제2 원료 가스 방출부(70)에 있어서, 제2 원료 가스 방출 부재(72)의 구멍(78)은, 기판 스테이지(34)의 표면(34a)(기판(36)의 표면(36a))에 대하여, TEOS 가스(Gs)가 균일하게 방출되도록 형성되어 있으면, 형상 및 배치 패턴에 관해서는, 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 5의 (c)에 도시하는 바와 같이, 제2 원료 가스 방출 부재(72a)의 하방 측의 둘레면에, 긴쪽 방향과 직교하는 관의 단면에 있어서, 구멍(78a, 78b)을 서로 대향하는 위치에 형성하여도 무방하다.
본 실시 형태의 플라즈마 CVD 장치(60)에 있어서는, 안테나 어레이(30)의 간극(33)에 설치한 각 제2 원료 가스 방출 부(72)의 각 구멍(78)으로부터 TEOS 가 스(Gs)를 방출하기 때문에, 안테나 소자(32)의 표면(37a)의 주위에는, TEOS 가스(Gs)가 유입하지 않는다. 또한, 안테나 소자(32)의 표면(37a)의 주위로는, 가스 방출구로부터 산소 가스(Gf)가 공급된다.
이 때문에, 산소 가스(Gf)와 TEOS 가스(Gs)가 반응하여 생성되는 SiO2가 안테나 소자(32)의 표면(37a)에 부착 또는 퇴적하는 것이 보다 한층 억제된다. 이것에 의하여, 파티클의 발생이 보다 한층 억제되고, 나아가서는, 산소 가스(Gf)와 TEOS 가스(Gs)의 이용 효율도 오르기 때문에, 성막 속도도 향상시킬 수 있다. 따라서, 막질이 뛰어난 막을, 빠른 성막 속도로 형성할 수 있다. 이와 같이, 본 실시 형태에 있어서도, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 플라즈마 CVD 장치(60)에 있어서는, 제2 원료 가스 방출부(70)를 설치하고, TEOS 가스(Gs)를 별도 공급으로 하여, 가스 방사부(62)보다도 기판 스테이지(34)(기판(36))에 가까운 위치로부터 TEOS 가스(Gs)를 공급하는 것에 의하여, 기판 스테이지(34)의 표면(34a) 전면으로 향하여 균일하게 TEOS 가스(Gs)를 방출할 수 있다. 이것에 의하여, 성막 속도의 균일성을 높일 수도 있다.
나아가, 본 실시 형태의 플라즈마 CVD 장치(60)에 있어서는, 산소 가스(Gf)를 가스 방사부(62)로 공급하기 때문에, 가스 방사부(62)의 가스 가스 방사구(66)로 공급된 가스의 성분의 일부가 퇴적하는 일도 없다. 이 때문에, 파티클의 발생이 억제되는 것과 함께, 가스 방사부(62)의 메인터넌스도 간소화할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 플라즈마 CVD 장치(60)에 의한 성막 방법에 있어서도, 안테나 소자(32)의 간극(33)에 설치된 각 제2 원료 가스 방출 부재(72)의 각 구멍(78)으로부터, 가스 방사부(62)보다도 기판 스테이지(34)에 가까운 위치로부터 TEOS 가스(Gs)를 방출하고 있기 때문에, 안테나 소자(32)의 표면(37a)의 주위가 TEOS 가스(Gs)로부터 격리되어, 산소 가스(Gf) 및 TEOS 가스(Gs)가 공급되게 된다. 또한, SiO2(반응 생성물)도, 안테나 어레이(30)보다도 기판(36) 측에서 생성되기 때문에, SiO2가 안테나 소자(32)의 표면(37a)에 부착하는 것이 보다 한층 억제된다. 이것에 의하여, 파티클의 발생이 보다 한층 억제되고, 나아가서는, 산소 가스(Gf) 및 TEOS 가스(Gs)의 이용 효율도 오르기 때문에, 성막 속도도 향상시킬 수 있다. 이와 같이, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 안테나 소자(32)의 표면(37a)에 부착하는 것이 억제되어, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 기판(36)의 표면(36a) 근방에서, 산소 가스(Gf)(반응 활성종 가스)와 TEOS 가스(Gs)의 균일한 혼합 가스가 생성된다. 이것으로부터, 기판(36)의 표면에, 예를 들어, SiO2막을 균일하게 형성할 수 있다. 즉, 막 두께 균일성이 뛰어난 SiO2막을 형성할 수 있다.
또한, 안테나 어레이(30)에 의하여, 균일한 플라즈마를 생성할 수 있기 때문에, 기판이, 예를 들어, 1m×1m 정도의 큰 것인 경우여도, 막 두께 균일성이 뛰어난 SiO2막을 형성할 수 있다.
덧붙여, 본 실시 형태에 있어서도, 제1 실시 형태와 같이, 제1 가스 공급 부(26)를 대신하여, 원료 가스 공급부(도시하지 않음)를 설치하고, 제2 가스 공급부(28)를 대신하여, 제3 가스 공급부(도시하지 않음)를 설치하는 구성으로 하여도 무방하다. 이 경우, 원료 가스 공급부 및 제3 가스 공급부의 구성은 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
이와 같은 구성에 있어서는, 제3 가스 공급부에 의하여, 가스 방사부(62)의 가스 방사구(44)로부터 성막에 이용되지 않는 기체(제3 가스)를, 안테나 소자(32)의 길이 방향의 전역에 걸쳐, 안테나 소자(32)의 표면(37a)으로 공급하고, 반응실(39) 내에 확산시킨다. 또한, 원료 가스 공급부로부터, 제2 원료 가스 방출부(70)를 통하여 공급된 원료 가스를 반응실(39) 내에 일정한 유속으로 유입시킨다. 이와 같이, 원료 가스(산소 가스(제1 원료 가스), 및 TEOS 가스(제2 원료 가스)의 혼합 가스) 및 기체(제3 가스)가 반응실(39) 내로 공급된 상태로, 안테나 어레이(30)를 이용하여 플라즈마를 생성한다. 이것에 의하여, 산소 라디칼이 얻어지고, TEOS 가스가 활성화 되어, 기판(36)의 표면(36a)에 SiO2막이 형성된다.
이 경우에 있어서는, 안테나 어레이(30)의 간극(33)에 설치한 각 제2 원료 가스 방출부(72)의 각 구멍(78)으로부터, 안테나 소자(32) 간의 간극(33)으로부터 원료 가스를, 기체(제3 가스)와는 별도로 공급하고 있다. 나아가, 안테나 소자(32)의 표면(37a)의 주위로는 기체를 공급하고, 안테나 소자(32)의 표면(37a)의 주위를 원료 가스로부터 격리하고 있어, 안테나 소자(32)의 표면(37a)의 주위로는, 원료 가스가 공급되는 일이 없다. 이 때문에, 안테나 소자(32)의 표면(37a)에, 원료 가 스가 부착 또는 부착하는 것이 억제된다. 이것에 의하여, 파티클의 발생이 억제되고, 나아가서는, 성막 속도도 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 제2 가스 공급부(28)를 대신하여, 원료 가스 공급부(도시하지 않음)를 설치하여, 제2 원료 가스 방출부(70)로부터 원료 가스를 공급하는 구성으로 하고, 제1 가스 공급부(26)를 대신하여, 제3 가스 공급부(도시하지 않음)도 설치하는 구성으로 한 경우에 있어서도, 막질이 뛰어난 막을, 빠른 성막 속도로 형성할 수 있다고 하는 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
상술의 어느 실시 형태의 CVD 장치에 있어서도, 기판(36)의 표면(36a)에 SiO2막을 성막하는 장치를 예로 설명하였지만, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 이것에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 반도체 소자, 액정 표시 패널 혹은 플라즈마 디스플레이 패널 등의 플랫 디스플레이 패널, 및 태양 전지 등에 있어서의 각종의 막의 성막에 이용할 수 있다. 나아가, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 에칭 장치로서 이용할 수도 있고, 나아가 또한, 기판 스테이지의 클리닝 처리에 이용할 수도 있다.
또한, 상술의 어느 실시 형태의 CVD 장치에 있어서도, 플라즈마 생성부로서, 모노폴 안테나가 복수 배치된 안테나 어레이(30)를 이용하는 것으로부터, 안테나 어레이(30) 근방에 국재화시켜 플라즈마를 생성하는 것이다. 이 구성에 의하여, 기판 스테이지(34)에 재치된 기판(36)에 플라즈마가 직접 노출되지 않은 상태로, 기판(36)과 안테나 어레이(30)의 거리를 비교적 접근시켜 배치하는 것을 가능하게 하 고 있다. 이것에 의하여, 안테나 어레이(30) 근방에서 여기된 산소 라디칼(반응 활성종)의 여기 수명에 대하여, 안테나 어레이(30)와 기판(36)의 거리를 충분히 접근시키는 것을 가능하게 하고 있다. 즉, 산소 라디칼(반응 활성종)이 충분히 여기한 상태로 기판의 표면에 도달하는 것을 가능하게 하고 있다.
나아가, 상술의 어느 CVD 장치에 있어서도, 기판(36)의 표면(36a)에 SiO2막을 성막하기 위하여, 산소 가스(Gf)(제1 원료 가스) 및 TEOS 가스(Gs)(제2 원료 가스)의 2종류의 가스를 이용하여 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 제1 원료 가스 및 제2 원료 가스는, 형성하는 막의 종류에 따라, 이용되는 가스의 종류 및 수는, 적당히 선택되는 것이다. 덧붙여, 제1 원료 가스로서는, 안테나 소자(32)의 표면(37a)에 노출한 경우, 그 표면(37a)에 부착물이 생기지 않는 것이거나, 또는 표면(37a)의 부착량이 제2 원료 가스에 의해서도 적은 것이면 된다.
나아가, 제1 원료 가스로서는, 산소 가스 이외에, 예를 들어, 질소 가스, 수소 가스 및 아르곤 가스를 이용할 수 있다. 나아가, 제2 원료 가스로서는, 제1 원료 가스 이외의 막을 형성하기 위한 가스가 이용되고, 예를 들어, 금속 화합물을 포함하는 가스가 이용된다.
덧붙여, 예를 들어, 실리콘막을 형성하는 경우, 제1 원료 가스로서 수소 가스를 이용하고, 제2 원료 가스로서는 실란(silane) 가스를 이용한다. 이 경우에서도 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.
나아가서는, 예를 들어, 성막 또는 에칭 등에, 2종류의 가스를 혼합하여 사용하는 경우, 안테나 소자의 표면의 주위로는, 이 안테나 소자의 표면에 부착, 나아가서는 퇴적하는 성분을 포함하는 기체를 공급하지 않고, 이와 같은 기체를 안테나 소자의 간극으로부터 공급하면, 사용되는 가스의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니다.
이상, 본 발명의 플라즈마 처리 장치에 관하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 여러 가지의 개량 및 변경을 하여도 무방한 것은 물론이다.

Claims (8)

  1. 제1 원료 가스 및 제2 원료 가스를 이용하여 처리 대상 기판에 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치이고,
    상기 처리 대상 기판이 표면에 배치되는 기판 스테이지와,
    상기 기판 스테이지의 상방(上方)에 설치되고, 유전체로 표면이 덮인 봉상(棒狀)의 도체로 구성한 안테나 소자가 상기 기판 스테이지의 표면과 대략 평행한 평면에 대하여 복수 소정의 간극(間隙)을 두고 배열되어 이루어지는 안테나 어레이를 이용하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부와,
    상기 플라즈마 생성부를 덮도록 설치되고, 상기 안테나 어레이의 상방에 설치된 복수의 가스 방사구를 가지는 가스 방사판을 구비하는 가스 방사부와,
    상기 가스 방사판의 복수의 가스 방사구의 일부분으로부터 상기 기판 스테이지의 표면으로 향하여 방사하여 상기 안테나 소자의 표면을 통하도록, 제1 원료 가스를 공급하는 제1 가스 공급부와,
    상기 가스 방사판의 복수의 가스 방사구의 다른 부분으로부터 상기 기판 스테이지의 표면으로 향하여 방사하여 상기 안테나 소자의 간극을 통하도록, 제2 원료 가스를 공급하는 제2 가스 공급부를 가지고,
    상기 플라즈마 생성부는, 상기 플라즈마 생성부에 대하여 상기 제1 원료 가스 및 상기 제2 원료 가스가 공급된 상태로, 상기 안테나 어레이를 이용하여 플라즈마를 생성하고,
    상기 제1 원료 가스는, 상기 안테나 소자에 노출된 경우, 부착물이 생기지 않는 것이거나, 또는 상기 제2 원료 가스보다도 부착량이 적은 것인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 방사판의 복수의 가스 방사구는, 상기 플라즈마 생성부에 대하여 개구(開口)하도록 형성되고, 상기 가스 방사구 중, 상기 가스 방사판을 상기 기판 스테이지의 상기 표면에 수직인 방향으로부터 본 경우, 상기 안테나 소자의 위치와 정합하는 제1 영역에 형성된 모든 가스 방사구에 접속되도록, 유로를 형성하는 격벽이 설치되고, 이 격벽에 의하여, 상기 제1 영역에 형성된 모든 가스 방사구와, 이것 이외의 영역에 형성된 다른 가스 방사구가 격리되고,
    상기 제1 가스 공급부로부터의 제1 원료 가스는, 상기 유로를 통하여, 상기 제1 영역에 형성된 모든 가스 방사구로부터 방사하고, 이것에 의하여, 제1 원료 가스는 상기 안테나 소자의 표면을 통하여, 상기 기판 스테이지의 표면으로 향하여 공급되고,
    상기 제2 가스 공급부로부터의 제2 원료 가스는, 상기 다른 가스 방사구로부터 방사하고, 이것에 의하여, 제2 원료 가스는, 상기 안테나 소자의 간극을 통하여, 상기 기판 스테이지의 표면으로 향하여 공급되는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가스 방사판의 복수의 가스 방사구는, 상기 플라즈마 생성부에 대하여 개구하도록 형성되고, 상기 가스 방사구 중, 상기 가스 방사판을 상기 기판 스테이지의 상기 표면에 수직인 방향으로부터 본 경우, 상기 안테나 소자의 간극의 영역과 정합하는 제2 영역에 형성된 모든 가스 방사구에 접속되도록, 유로를 형성하는 격벽이 설치되고, 이 격벽에 의하여, 상기 제2 영역에 형성된 모든 가스 방사구와, 이것 이외의 영역에 형성된 다른 가스 방사구가 격리되고,
    상기 제1 가스 공급부로부터의 제1 원료 가스는, 상기 다른 가스 방사구로부터 방사하고, 이것에 의하여, 제1 원료 가스는, 상기 안테나 소자의 표면을 통하여, 상기 기판 스테이지의 표면으로 향하여 공급되고,
    상기 제2 가스 공급부로부터의 제2 원료 가스는, 상기 유로를 통하여, 상기 제2 영역에 형성된 모든 가스 방사구로부터 방사하고, 이것에 의하여, 제2 원료 가스는 상기 안테나 소자의 간극을 통하여, 상기 기판 스테이지의 표면으로 향하여 공급되는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 원료 가스는 산소 가스이고, 상기 제2 원료 가스는 TEOS(Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate) 가스인 플라즈마 처리 장치.
  5. 제1 원료 가스 및 제2 원료 가스를 이용하여 처리 대상 기판에 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치이고,
    상기 처리 대상 기판이 표면에 배치되는 기판 스테이지와,
    상기 기판 스테이지의 상방에 설치되고, 유전체로 표면이 덮인 봉상의 도체로 구성한 안테나 소자가 상기 기판 스테이지의 표면과 대략 평행한 평면에 대하여 복수 소정의 간극을 두고 배열되어 이루어지는 안테나 어레이를 구비하는 플라즈마 생성부와,
    상기 플라즈마 생성부를 덮도록 설치되고, 상기 안테나 어레이의 상방에 설치되며, 복수의 가스 방사구를 가지는 가스 방사판을 구비하는 가스 방사부와,
    상기 플라즈마 생성부의 상기 안테나 소자의 각 간극에 설치되고, 상기 기판 스테이지에 면하도록 개구된 구멍이 복수 형성된 중공(中空)의 제2 가스 방출 부재를 복수 구비하는 제2 가스 방출부와,
    상기 제1 원료 가스를 상기 가스 방사판으로부터 상기 기판 스테이지의 표면으로 향하여 공급하는 제1 가스 공급부와,
    상기 제2 원료 가스를, 상기 제2 가스 방출부를 통하여, 상기 기판 스테이지의 표면으로 향하여 공급하는 제2 가스 공급부를 가지고,
    상기 플라즈마 생성부는, 상기 제1 원료 가스 및 상기 제2 원료 가스가 공급된 상태로, 상기 안테나 어레이를 이용하여 플라즈마를 생성하고,
    상기 제1 원료 가스는, 상기 안테나 소자에 노출된 경우, 부착물이 생기지 않는 것이거나, 또는 상기 제2 원료 가스보다도 부착량이 적은 것인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 원료 가스는 산소 가스이고, 상기 제2 원료 가스는 TEOS 가스인 플라즈마 처리 장치.
  7. 원료 가스를 이용하여 처리 대상 기판에 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치이고,
    상기 처리 대상 기판이 표면에 배치되는 기판 스테이지와,
    상기 기판 스테이지의 상방에 설치되고, 유전체로 표면이 덮인 봉상의 도체로 구성한 안테나 소자가 상기 기판 스테이지의 표면과 대략 평행한 평면에 대하여 복수 소정의 간극을 두고 배열되어 이루어지는 안테나 어레이를 이용하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부와,
    상기 플라즈마 생성부를 덮도록 설치되고, 상기 안테나 어레이의 상방에 설치된 가스 방사판을 구비하는 가스 방사부와,
    상기 가스 방사부로부터 상기 기판 스테이지의 표면으로 향하여 제1 원료 가스 및 제2 원료 가스를 방사하도록, 상기 제1 원료 가스 및 상기 제2 원료 가스를 공급하는 제1 가스 공급부와,
    상기 가스 방사부로부터 상기 기판 스테이지의 표면으로 향하여 제3 가스를 방사하도록, 상기 제3 가스를 공급하는 제3 가스 공급부를 가지고,
    상기 가스 방사판에는, 상기 플라즈마 생성부에 대하여 개구한 가스 방출구가 복수 형성되고, 상기 가스 방사판의 상기 가스 방사구 중, 상기 가스 방사판을 상기 기판 스테이지의 상기 표면에 수직인 방향으로부터 본 경우, 상기 안테나 소자의 위치와 정합하는 제1 영역에 형성된 모든 가스 방사구에 접속되도록, 유로를 형성하는 격벽이 설치되고, 이 격벽에 의하여, 상기 제1 영역에 형성된 모든 가스 방사구와, 이것 이외의 영역에 형성된 다른 가스 방사구가 격리되고,
    상기 제3 가스 공급부로부터의 상기 제3 가스는, 상기 유로를 통하여, 상기 제1 영역에 형성된 모든 가스 방사구로부터 방사하고, 이것에 의하여, 상기 제3 가스는 상기 안테나 소자의 표면을 통하여, 상기 기판 스테이지의 표면으로 향하여 공급되고,
    상기 제1 가스 공급부로부터의 상기 제1 원료 가스 및 상기 제2 원료 가스는, 상기 다른 가스 방사구로부터 방사하고, 이것에 의하여, 상기 제1 원료 가스 및 상기 제2 원료 가스는, 상기 안테나 소자의 간극을 통하여, 상기 기판 스테이지의 표면으로 향하여 공급되고,
    상기 플라즈마 생성부는, 상기 제1 원료 가스, 상기 제2 원료 가스 및 상기 제3 가스가 공급된 상태로, 상기 안테나 어레이를 이용하여 플라즈마를 생성하는 것인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 원료 가스는 산소 가스 및 TEOS 가스의 혼합 가스이고, 상기 제3 가스는 불활성 가스인 플라즈마 처리 장치.
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