KR20100086947A

KR20100086947A - 플라즈마 처리 장치

Info

Publication number: KR20100086947A
Application number: KR1020100005232A
Authority: KR
Inventors: 코헤이 후쿠시마; 토시키 다카하시; 히로유키 마츠우라; 유타카 모토야마; 카즈야 야마모토
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2009-01-23
Filing date: 2010-01-20
Publication date: 2010-08-02
Also published as: CN103354202A; CN103354202B; CN101819918B; JP5099101B2; TWI433610B; TWI507091B; US20100186898A1; CN101819918A; JP2010226084A; KR101274616B1; US8608902B2; TW201034525A; TW201415956A

Abstract

복수매의 피(被)처리체에 대하여 함께 플라즈마 처리를 행하는 종형 플라즈마 처리 장치는, 처리 가스를 플라즈마화하는 활성화 기구를 구비한다. 활성화 기구는, 처리 영역에 대응하여 처리 용기에 부착되고 그리고 처리 영역으로 기밀하게 연이어 통하는 플라즈마 생성 영역을 가두는 세로로 긴 플라즈마 생성 박스와, 플라즈마 생성 박스의 외측에서 플라즈마 생성 박스의 길이 방향을 따라서 배치된 ICP 전극과, 전극에 접속된 고주파 전원을 구비한다. ICP 전극은, 플라즈마 생성 박스의 벽면으로부터 소정 거리만큼 떨어지는 이간(離間) 부분을 구비한다.

Description

플라즈마 처리 장치 {PLASMA PROCESSING APPARATUS}

본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 피(被)처리체에 플라즈마를 이용하여 성막 처리나 에칭 처리 등을 실시하기 위한 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 처리 분야에서 이용되는 기술에 관한 것이다. 여기에서, 반도체 처리란, 반도체 웨이퍼나 LCD(Liquid Crystal Display)와 같은 FPD(Flat Panel Display)용 유리 기판 등의 피처리체상에 반도체층, 절연층, 도전층 등을 소정의 패턴으로 형성함으로써, 당해 피처리체상에 반도체 디바이스나, 반도체 디바이스에 접속되는 배선, 전극 등을 포함하는 구조물을 제조하기 위해서 실시되는 여러 가지의 처리를 의미한다.

반도체 집적 회로를 구성하는 반도체 디바이스의 제조에 있어서는, 피처리체, 예를 들면 반도체 웨이퍼에, 성막, 에칭, 산화, 확산, 개질, 어닐, 자연 산화막의 제거 등의 각종의 처리가 행해진다. 미국공개특허공보 제2006/0286817 A1호는, 종형의(소위 배치(batch)식의) 열처리 장치에 있어서의 이 종류의 반도체 처리 방법을 개시한다. 이 방법에서는, 우선, 반도체 웨이퍼가 웨이퍼 카세트로부터 종형의 웨이퍼 보트상으로 옮겨 올려지고, 다단으로 지지된다. 웨이퍼 카세트에는, 예를 들면 25장의 웨이퍼를 수용할 수 있고, 웨이퍼 보트에는 30∼150장의 웨이퍼를 올려놓을 수 있다. 다음으로, 웨이퍼 보트가 처리 용기의 하방으로부터 그의 내부로 로드됨과 함께, 처리 용기가 기밀하게 폐쇄된다. 다음으로, 처리 가스의 유량, 처리 압력, 처리 온도 등의 각종의 처리 조건이 제어된 상태에서, 소정의 열처리가 행해진다.

반도체 집적 회로의 특성을 향상시키기 위해, 반도체 디바이스의 절연막의 특성을 향상시키는 것이 중요하다. 반도체 디바이스 중의 절연막으로서, 일반적으로는, SiO₂막이 주로 이용되고 있었다. 그러나, 최근에는, 반도체 집적 회로의 더한층의 고(高)집적화, 고미세화의 요청이 강해지고 있다. 이러한 상황하에 있어서, 내(耐)산화막, 불순물의 확산 방지막, 게이트 소자의 사이드 월(side wall)막 등의 절연막으로서 실리콘 질화막(Si₃N₄막)이 이용된다. 이 실리콘 질화막은, 불순물의 확산 계수가 낮고, 그리고 산화 배리어성이 높은 점에서, 전술한 바와 같은 절연막으로서 매우 적합하다.

그리고 또한, 오늘날에 있어서 반도체 집적 회로는 동작 속도의 고속화도 더욱 요청되고 있어, 이 요청에 부응하기 위해서, 예를 들면 불순물로서 붕소(B) 등을 첨가하여 형성한 실리콘 질화막이, 유전율을 매우 작게 하여 기생(寄生) 용량을 대폭으로 억제하는 것이 가능한 절연막으로서 제안된다(일본공개특허공보 평6-275608호).

또한, 전술한 요청에 더하여, 프로세스 처리시에 있어서의 저온화가 요구되고 있어, 이에 대응하여 프로세스시의 웨이퍼 온도가 낮아도 반응을 촉진시킬 수 있는 플라즈마를 이용한 플라즈마 처리 장치가 제안된다(일본공개특허공보 제2006-270016호, 일본공개특허공보 제2007-42823호).

도 20은 상기한 종래의 종형 플라즈마 처리 장치의 일 예를 나타내는 개략 모식도이고, 도 21은 도 20에 나타내는 장치의 플라즈마 박스의 일부를 나타내는 단면도이다. 도 20에 있어서, 내부 분위기가 진공 흡인 가능하게 이루어진 석영제의 원통체 형상의 처리 용기(2) 내에는, 도시하지 않은 반도체 웨이퍼가 다단으로 지지된다. 이 처리 용기(2)의 측벽에는, 이 높이 방향을 따라서 단면이 직사각형 형상으로 이루어진 플라즈마 생성 박스(4)가 배치된다. 이 박스(4) 내에 플라즈마에 의해 활성화되는 가스를 흘리는 가스 노즐(5)이 배치된다. 도 21에도 나타내는 바와 같이, 이 플라즈마 생성 박스(4)의 구획벽의 외측 양측에, 각각 독립된 플라즈마 전극(6)이 박스의 높이 방향을 따라서 배치된다. 이 양 플라즈마 전극(6) 사이에 플라즈마 발생용 고주파 전원(8)으로부터의, 예를 들면 13.56MHz의 고주파 전력을 인가한다.

이에 따라, 양 플라즈마 전극(6)은 평행 평판형의 전극이 되어, 양 플라즈마 전극(6) 사이에 고주파 전력이 인가되면 용량 결합에 의해 플라즈마가 발생한다. 이 플라즈마에 의해, 플라즈마 박스(4) 내로 공급된 가스가 활성화되고, 형성된 활성종 즉 라디칼에 의해 반응 등이 촉진된다. 또한, 이러한 방식의 플라즈마 처리 장치를 일반적으로는 용량 결합 플라즈마 [CCP(Capacitively Coupled Plasma)] 방식의 플라즈마 처리 장치라고 칭한다.

용량 결합 플라즈마 방식에 의한 플라즈마 처리 장치에서는, 성막 등의 반응을 플라즈마의 어시스트에 의해 촉진시킬 수 있기 때문에, 웨이퍼 온도가 비교적 낮아도 소망하는 플라즈마 처리를 행할 수 있다. 그러나, 본 발명자들에 의하면, 이 종류의 플라즈마 처리 장치에서는, 파티클의 발생이나 라디칼의 발생량의 관점에서 문제가 발견되고 있다.

미국공개특허공보제2006/0286817A1호 일본공개특허공보평6-275608호 일본공개특허공보제2006-270016호 일본공개특허공보제2007-42823호

본 발명의 목적은, 파티클의 발생을 방지함과 아울러 라디칼의 발생량을 증가시키는 것이 가능한 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제1 시점은, 복수매의 피처리체에 대하여 함께 플라즈마 처리를 행하는 종형 플라즈마 처리 장치로서, 상기 피처리체를 수납하는 처리 영역을 갖고 그리고 기밀 상태로 설정 가능한 세로로 긴 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 상기 피처리체를 서로 간격을 벌려 수직 방향으로 쌓아올린 상태로 지지(保持; holding)하는 지지구와, 상기 처리 용기 내로 처리 가스를 공급하는 가스 공급계와, 상기 처리 용기 내를 배기하는 배기계와, 상기 처리 가스를 플라즈마화하는 활성화 기구를 구비하고, 상기 활성화 기구는, 상기 처리 영역에 대응하여 상기 처리 용기에 부착되고 그리고 상기 처리 영역으로 기밀하게 연이어 통하는 플라즈마 발생 영역을 가두는 세로로 긴 플라즈마 생성 박스와, 상기 플라즈마 생성 박스의 외측에서 상기 플라즈마 생성 박스의 길이 방향을 따라서 배치된 ICP(Inductively Coupled Plasma) 전극과, 상기 ICP 전극은, 상기 플라즈마 생성 박스의 벽면으로부터 소정 거리만큼 떨어지는 이간(離間) 부분을 구비하는 것과, 상기 ICP 전극에 접속된 고주파 전원을 구비한다.

본 발명의 제2 시점은, 복수매의 피처리체에 대하여 함께 플라즈마 처리를 행하는 종형 플라즈마 처리 장치로서, 상기 피처리체를 수납하는 처리 영역을 갖고 그리고 기밀 상태로 설정 가능한 세로로 긴 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 상기 피처리체를 서로 간격을 벌려 수직 방향으로 쌓아올린 상태로 지지하는 지지구와, 상기 처리 용기 내로 제1 및 제2 처리 가스를 공급하는 가스 공급계와, 상기 가스 공급계는, 상기 제1 처리 가스를 공급하기 위해, 상기 처리 영역을 따라서 배치되고 그리고 복수의 가스 분사 구멍이 수직 방향으로 간격을 두고 형성된 제1 가스 분산 노즐을 포함하는 것과, 상기 처리 용기 내를 배기하는 배기계와, 상기 배기계는 상기 제1 가스 분산 노즐에 대향하는 위치에서 상기 처리 용기에 형성된 세로로 긴 배기구를 포함하는 것과, 상기 가스 공급계로부터 상기 처리 영역으로 공급되는 상기 제2 처리 가스를 플라즈마화하는 활성화 기구를 구비하고, 상기 활성화 기구는, 상기 처리 영역에 대응하여 상기 처리 용기에 부착되고 그리고 상기 처리 영역으로 기밀하게 연이어 통하는 플라즈마 발생 영역을 가두는 세로로 긴 제1 및 제2 플라즈마 생성 박스와, 상기 제1 및 제2 플라즈마 생성 박스는, 상기 제1 가스 분산 노즐의 양측에서 그리고 상기 배기구에 대향하는 위치에 상기 처리 영역에 대한 세로로 긴 개구를 각각 갖는 것과, 상기 제1 및 제2 플라즈마 생성 박스의 외측에서 상기 제1 및 제2 플라즈마 생성 박스의 길이 방향을 따라서 각각 배치된 제1 및 제2 ICP 전극과, 상기 제1 및 제2 ICP 전극에 접속된 공통의 고주파 전원을 구비한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 종형 플라즈마 처리 장치를 나타내는 종단 정면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 장치의 일부(히터는 생략)를 나타내는 횡단 평면도이다.
도 3은 ICP(Inductively Coupled Plasma) 전극(이하, 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위한 유도 전자장을 형성하는 전극을 의미함)을 포함하는 도 1에 도시된 장치의 처리 용기를 나타내는 개략 사시도이다.
도 4a, 도 4b는 도 1에 도시된 장치의 ICP 전극의 일부분을 취출하여 나타내는 확대도이다.
도 5a는 절곡부의 원호의 각도(θ)가 3π/2일 때의 전극을 도 1에 도시된 장치의 플라즈마 생성 박스에 형성한 상태를 나타내는 개략 사시도이며, 도 5b는 도 5a 중의 VB 부분의 확대도이다.
도 6a∼도 6e는 각각 본 발명의 제2∼제6 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치에 이용하는 사행(meandering) 형상의 전극의 일부를 나타내는 확대 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제7 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 주요 부분을 나타내는 개략 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제8 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 주요 부분을 나타내는 개략 단면도이다.
도 9a는 본 발명의 제9 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 주요 부분을 나타내는 개략 사시도이며, 도 9b는 도 9a에 도시된 장치의 횡단면도를 나타낸다.
도 10a는 본 발명의 제10 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 주요 부분을 나타내는 개략 사시도이며, 도 10b는 도 10a에 도시된 장치의 횡단면도를 나타낸다.
도 11a는 본 발명의 제11 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 주요 부분을 나타내는 개략 사시도이며, 도 11b는 도 11a에 도시된 장치의 전극을 나타내는 도면이다.
도 12는 도 11a에 도시된 장치의 플라즈마 생성 박스의 일부를 나타내는 확대 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제12 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 주요 부분을 나타내는 개략 사시도이다.
도 14는 본 발명의 제13 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 주요 부분을 나타내는 개략 사시도이다.
도 15는 본 발명의 제14 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 주요 부분을 나타내는 개략 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제15 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 주요 부분을 나타내는 개략 사시도이다.
도 17은 도 16에 도시된 장치의 플라즈마 생성 박스의 일부를 나타내는 확대 단면도이다.
도 18은 도 16에 도시된 장치의 플라즈마 생성 박스의 커버와 전극과의 부착 상태를 나타내는 개략 측면도이다.
도 19a, 도 19b는 각각 제15 실시 형태의 변형예의 일부를 나타내는 개략 측면도이다.
도 20은 종래의 종형 플라즈마 처리 장치의 일 예를 나타내는 개략 모식도이다.
도 21은 도 20에 나타내는 장치의 플라즈마 생성 박스의 일부를 나타내는 단면도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

본 발명자들은, 본 발명의 개발의 과정에서, 용량 결합 플라즈마 방식에 의한 플라즈마 처리 장치에 관한 종래 기술의 문제점에 대해서 연구했다. 그 결과, 본 발명자들은, 이하에 서술하는 바와 같은 인식을 얻었다.

도 20 및 도 21에 나타내는 용량 결합 플라즈마 방식에 의한 플라즈마 처리 장치의 경우에는, 플라즈마 생성 박스(4)의 석영으로 이루어지는 내벽이, 이온 쉬스(sheath)에 걸리는 전위차에 의해 가속된 플라즈마 중의 이온에 의해 스퍼터되어 에칭된다. 이 결과, 석영 재료인 Si 성분이나 O 성분을 포함하는 물질이 플라즈마 생성 박스(4)의 내면이나 그의 주변부에 부착되어 파티클의 발생의 요인이 된다.

또한 전술한 바와 같이 내벽이 에칭되면, 석영 중에 근소하게 포함되어 있던 금속, 예를 들면 Na도 비산(飛散)하여, 이것이 금속 오염을 발생시킨다. 또한, 플라즈마 생성 박스(4)의 양측벽에 각각 플라즈마 전극(6)을 형성하고 있는 점에서, 발생한 플라즈마가 플라즈마 생성 박스(4)의 양측벽의 각 내면측을 에칭하여, 그만큼, 파티클 발생이나 금속 오염을 증대시킨다.

또한, 처리 효율을 올리기 위해서 많은 전력을 투입하여 전자(電子) 밀도를 올리고자 하더라도, 대전력을 투입하면 상기한 파티클의 발생량이 급격하게 증대되고, 이 때문에 전자 밀도를 향상시키는 것이 곤란하다.

이 경우, 인가하는 고주파 전력의 주파수를 높게 함으로써, 전자 온도를 낮게 하여 에칭을 억제함과 아울러 라디칼(radical) 밀도를 올려 반응을 촉진시키는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 주파수가 커지면 고주파 전원 자체도 대형화하여 장치 비용이 대폭으로 증대된다. 그래서, 국제공개공보 WO 2006/093136호에 나타나는 바와 같이, 1턴(turn)의 U자형의 코일을 이용한 방전 전극을 구비하여 유도 결합 플라즈마를 생성하는 플라즈마 처리 장치도 제안된다. 그러나, 이 공보에 개시된 장치는, 실용화에는 곤란성이 수반되고 있다.

이러한 관점으로부터, 본 발명자들이 속하는 개발 팀은, 플라즈마 생성 박스에 ICP(Inductively Coupled Plasma) 전극을 배치한 플라즈마 처리 장치를 개발하고 있다(US 2009/0056877 A1). 그러나, 본 발명자들에 의하면, 이 플라즈마 처리 장치는, ICP 전극이 가져오는 용량 결합 성분에 의한 문제나, 라디칼의 발생량에 관하여 더욱 개량의 여지가 있는 것이 발견되고 있다.

이하에, 이러한 인식에 기초하여 구성된 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 대략 동일한 기능 및 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일 부호를 붙여, 중복 설명은 필요한 경우에만 행한다.

<제1 실시 형태>

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 종형 플라즈마 처리 장치를 나타내는 종단 정면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 장치의 일부(히터는 생략)를 나타내는 횡단 평면도이다. 도 3은 도 1에 도시된 장치의 ICP 전극을 포함하는 처리 용기를 나타내는 개략 사시도이다. 도 4a, 도 4b는 도 1에 도시된 장치의 ICP 전극의 일부분을 취출하여 나타내는 확대도이다. 이 플라즈마 처리 장치(12)는, 실란계 가스인 디클로로실란(DCS) 가스를 포함하는 제1 처리 가스와, 질화 가스인 암모니아(NH₃) 가스를 포함하는 제2 처리 가스를 선택적으로 공급 가능한 처리 영역을 구비한다. 플라즈마 처리 장치(12)는, 이러한 처리 영역 내에서, NH₃ 가스를 플라즈마에 의해 활성화하면서, 피처리체상에 실리콘 질화막을 형성하도록 구성된다.

플라즈마 처리 장치(12)는, 간격을 두고 쌓아올려진 복수의 반도체 웨이퍼(피처리체)를 수납하여 처리하는 처리 영역(15)을 내부에 규정하는, 하단이 개구된 천정이 있는 원통체 형상의 처리 용기(14)를 갖는다. 처리 용기(14)의 전체는, 예를 들면 석영에 의해 형성된다. 처리 용기(14) 내의 천정에는, 석영제의 천정판(16)이 배치되어 봉지(sealing)된다. 처리 용기(14)의 하단 개구에는, 원통체 형상으로 성형된, 예를 들면 스테인리스 스틸로 이루어지는 매니폴드(18)가 Ｏ링 등의 시일(seal) 부재(20)를 통하여 연결된다. 또한, 매니폴드(18)의 부분도 석영으로 구성하여, 전체를 원통체 형상의 석영제의 처리 용기로 구성할 수도 있다.

매니폴드(18)는 처리 용기(14)의 하단을 지지한다. 매니폴드(18)의 하단 개구를 통과시켜, 석영제의 웨이퍼 보트(22)가 승강되고, 이에 따라, 처리 용기(14)에 대하여 웨이퍼 보트(22)가 로드/언로드된다. 웨이퍼 보트(22)에는, 피처리체로서, 다수매의 반도체 웨이퍼(W)가 다단으로 올려놓여진다. 예를 들면, 본 실시 형태의 경우에 있어서, 웨이퍼 보트(22)의 지주(支柱; 22A)에는, 예를 들면 50∼150장 정도의 직경이 300mm인 웨이퍼(W)가 대략 등(等)피치로 다단으로 지지 가능해진다.

웨이퍼 보트(22)는, 석영제의 보온통(24)을 통하여 테이블(26)상에 올려놓여진다. 테이블(26)은, 매니폴드(18)의 하단 개구를 개폐하는, 예를 들면 스테인리스 스틸제의 덮개체(28)를 관통하는 회전축(30)상에 지지된다. 회전축(30)의 관통부에는, 예를 들면 자성 유체 시일(32)이 사이에 설치되어, 회전축(30)을 기밀하게 시일하면서 회전 가능하게 지지한다. 덮개체(28)의 주변부와 매니폴드(18)의 하단부에는, 예를 들면 Ｏ링 등으로 이루어지는 시일 부재(34)가 사이에 설치되어, 용기 내의 시일성을 유지한다.

회전축(30)은, 예를 들면 보트 엘리베이터 등의 승강 기구(35)에 지지된 아암(36)의 선단에 부착된다. 승강 기구(35)에 의해, 웨이퍼 보트(22) 및 덮개체(28) 등이 일체적으로 승강된다. 또한, 테이블(26)을 덮개체(28)측으로 고정하도록 형성하여, 웨이퍼 보트(22)를 회전시키는 일 없이 웨이퍼(W)의 처리를 행하도록 해도 좋다.

매니폴드(18)의 측부에는, 처리 용기(14) 내의 처리 영역(15)에 소정의 처리 가스를 공급하기 위한 가스 공급부가 접속된다. 가스 공급부는, 제2 처리 가스 공급계(38), 제1 처리 가스 공급계(40) 및, 퍼지 가스 공급계(42)를 포함한다. 제1 처리 가스 공급계(40)는, 실란계 가스로서 DCS(디클로로실란) 가스를 포함하는 제1 처리 가스를 공급한다. 제2 처리 가스 공급계(38)는, 질화 가스로서 암모니아(NH₃) 가스를 포함하는 제2 처리 가스를 공급한다. 퍼지 가스 공급계(42)는, 퍼지 가스로서 불활성 가스, 예를 들면 N₂ 가스를 공급한다. 제1 및 제2 처리 가스에는, 필요에 따라서 적당한 양의 캐리어 가스가 혼합되지만, 이하에서는, 설명을 용이하게 하기 위해, 캐리어 가스에 대해서는 언급하지 않는다.

구체적으로, 제2 및 제1 처리 가스 공급계(38, 40)는, 매니폴드(18)의 측벽을 내측으로 관통하여 상방향으로 굴곡되어 연장되는 석영관으로 이루어지는 가스 분산 노즐(44, 46)을 각각 갖는다(도 1 참조). 각 가스 분산 노즐(44, 46)에는, 그 길이 방향(상하 방향)을 따라서 그리고 웨이퍼 보트(22)상의 웨이퍼(W)의 전체에 걸치도록 복수의 가스 분사 구멍(44A, 46A)이 소정의 간격을 두고 형성된다. 가스 분사 구멍(44A, 46A)은, 웨이퍼 보트(22)상의 복수의 웨이퍼(W)에 대하여 평행한 가스류(流)를 형성하도록, 수평 방향으로 대략 균일하게, 대응하는 처리 가스를 각각 공급한다. 한편, 퍼지 가스 공급계(42)는, 매니폴드(18)의 측벽을 관통하여 형성한 짧은 가스 노즐(48)을 갖는다.

노즐(44, 46, 48)은, 가스 공급 라인(가스 통로; 52, 54, 56)을 통하여, NH₃ 가스, DCS 가스 및, N₂ 가스의 가스원(38S, 40S, 42S)에 각각 접속된다. 가스 공급 라인(52, 54, 56)상에는, 개폐 밸브(52A, 54A, 56A)와 매스플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(52B, 54B, 56B)가 배치된다. 이에 따라, NH₃ 가스, DCS 가스 및, N₂ 가스가 각각 유량 제어되면서 공급 가능해진다.

처리 용기(14)의 측벽의 일부에는, 그의 높이 방향을 따라서 가스 활성화 기구(60)가 배치된다. 활성화 기구(60)는, 처리 용기(14)의 길이 방향을 따라서 배치되는 플라즈마 생성 박스(64)와, 이 플라즈마 생성 박스(64)를 따라서 배치되는 ICP 전극(66)과, 이 ICP 전극(66)에 접속된 고주파(radio frequency) 전원(68)에 의해 주로 구성된다. 플라즈마 생성 박스(64)에 대향하는 처리 용기(14)의 반대측에는, 이 내부 분위기를 진공 배기하기 위해, 처리 용기(14)의 측벽을, 예를 들면 상하 방향으로 깎아냄으로써 형성한 가늘고 긴 배기구(62)가 배치된다.

구체적으로, 플라즈마 생성 박스(64)는, 처리 용기(14)의 측벽을 상하 방향을 따라서 소정의 폭으로 깎아냄으로써 형성한 상하로 가늘고 긴 개구(70)를 갖는다. 개구(70)는, 처리 용기(14)의 외벽에 기밀하게 용접 접합된 석영제의 커버(72)에 의해 덮여진다. 커버(72)는, 처리 용기(14)의 외측으로 돌출하도록 단면 오목부 형상 즉 단면 U자 형상을 이루고, 그리고 상하로 가늘고 긴 형상을 갖는다. 즉, 커버(72)는, 처리 용기(14)로부터 방사 방향으로 연장되고 그리고 서로 대향하는 한 쌍의 측벽(72A, 72B)과, 이 측벽(72A, 72B)의 외측 단부를 연결하는 배면벽(73)으로 이루어진다. 또한, 이 측벽(72A, 72B)의 상하단도 구획벽에 의해 닫힌다. 커버(72)의 두께, 즉, 이들 측벽(72A, 72B) 및 배면벽(73)의 두께는, 처리 용기 내의 감압과 대기압과의 차압(pressure difference)에 견딜 수 있도록 예를 들면 4.5∼6.5mm 정도로 각각 설정된다.

이 구성에 의해, 처리 용기(14)의 측벽으로부터 돌출하고 그리고 일측이 처리 용기(14) 내로 개구하는 플라즈마 생성 박스(64)가 형성된다. 즉, 플라즈마 생성 박스(64)는 플라즈마 발생 영역을 가두고 있으며, 그의 내부 공간은 처리 용기(14) 내의 처리 영역(15)으로 연이어 통한다. 개구(70)는, 웨이퍼 보트(22)에 지지되는 모든 웨이퍼(W)를 높이 방향에 있어서 커버할 수 있도록 상하 방향으로 충분히 길게 형성된다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 생성 박스(64)에 부설된 ICP 전극(66)은, 한 쌍의 측벽(72A, 72B) 중 어느 한쪽, 여기에서는 측벽(72A)의 외측면에 접하여 그의 길이 방향(상하 방향)으로 연재(extend)하는 1개의 전극으로 이루어진다. 전극(66)은, 측벽(72A)의 상단에서 플라즈마 생성 박스(64)로부터 떨어지도록 외측으로 되접혀, 플라즈마 생성 박스(64)에 대하여 대략 반(半) 턴의 코일로서 형성된다. 전극(66)은, 안전을 위해서 예를 들면 석영 등으로 이루어지는 절연판(82)에 의해 피복된다.

제2 처리 가스의 가스 분산 노즐(44)은, 웨이퍼 보트(22)상의 최하 레벨의 웨이퍼(W)보다도 아래의 위치에서, 처리 용기(14)의 반경 방향 외측으로 굴곡된다. 그 후, 가스 분산 노즐(44)은, 플라즈마 생성 박스(64) 내의 가장 안쪽(처리 용기(14)의 중심으로부터 가장 떨어진 부분)의 위치에서, 수직으로 기립한다. 가스 분산 노즐(44)은, 도 2에도 나타내는 바와 같이, 전극(66)에 면하는 영역(유도 전자장이 가장 강한 위치), 즉 주된 플라즈마가 실제로 발생하는 플라즈마 발생 영역보다도 외측으로 떨어진 위치에 설치된다. 가스 분산 노즐(44)의 가스 분사 구멍(44A)으로부터 분사된 NH₃ 가스를 포함하는 제2 처리 가스는, 플라즈마 발생 영역을 향하여 분사되고, 여기에서 선택적으로 여기(excitation)(분해 혹은 활성화)되고, 그 상태에서 웨이퍼 보트(22)상의 웨이퍼(W)로 공급된다.

커버(72)의 외측에는, 이를 덮도록 하여 예를 들면 석영으로 이루어지는 절연 보호 커버(도시하지 않음)가 부착된다. 절연 보호 커버(도시하지 않음)의 내측으로서 전극(66)과 대향하는 부분에는, 냉매 통로로 이루어지는 냉각 기구(도시하지 않음)가 배치된다. 냉매 통로에, 냉매로서 예를 들면 냉각된 질소 가스를 흘림으로써 전극(66)이 냉각된다.

가스 활성화 기구(60)의 개구(70)의 외측 근방, 즉 개구(70)의 외측(처리 용기(14) 내)의 일방측에 제1 처리 가스의 가스 분산 노즐(46)이 수직으로 기립시켜 배치된다. 가스 분산 노즐(46)에 형성된 가스 분사 구멍(46A)으로부터 처리 용기(14)의 중심 방향을 향하여 DCS 가스를 포함하는 제1 처리 가스가 분사된다.

한편, 가스 활성화 기구(60)에 대향시켜 형성한 배기구(62)에는, 이를 덮도록 하여 석영으로 이루어지는 단면 U자 형상으로 성형된 배기구 커버(84)가 용접에 의해 부착된다. 배기구 커버(84)는, 처리 용기(14)의 측벽을 따라서 상방으로 연장되고, 처리 용기(14)의 상방에 가스 출구(86)가 형성된다. 가스 출구(86)에는, 진공 펌프 등을 배치한 진공 배기계(GE)가 접속된다.

처리 용기(14)를 포위하도록, 처리 용기(14) 내의 분위기 및 웨이퍼(W)를 가열하는 히터(88)가 배치된다. 처리 용기(14) 내의 배기구(62)의 근방에는, 히터(88)를 제어하기 위한 열전대(도시하지 않음)가 배치된다.

또한 플라즈마 처리 장치(12)는, 장치 전체의 동작을 제어하는 컴퓨터 등으로 이루어지는 주(主) 제어부(90)를 구비한다. 주 제어부(90)는, 이에 부수하는 기억부(92)에 미리 기억된 처리 레시피에 따라서, 예를 들면, 형성되는 막의 막두께나 조성 등의 조건에 따라서 성막 처리를 행한다. 이 기억부(92)에는 또한, 처리 가스 유량과 막의 막두께나 조성과의 관계가 미리 제어 데이터로서 기억된다. 따라서, 주 제어부(90)는, 이들의 기억된 처리 레시피나 제어 데이터에 기초하여, 승강 기구(35), 가스 공급계(38, 40, 42), 배기계(GE), 가스 활성화 기구(60), 히터(88) 등을 제어할 수 있다. 또한, 이를 위한 기억 매체는, 예를 들면, 자기 디스크(플렉시블 디스크, 하드 디스크(일 예는 기억부(92)에 포함되는 하드 디스크) 등), 광디스크(CD, DVD 등), 마그넷 옵티컬 디스크(MO 등), 반도체 메모리 등이다.

도 4a, 도 4b에도 나타내는 바와 같이, 플라즈마 생성 박스(64)에 부설된 ICP 전극(66)은, 복수의 절곡부(74)를 갖는 사행(meandering) 형상의 전극으로 이루어져, 플라즈마 생성 박스(64)에 대한 전극 설치 면적 및 전극 설치 길이를 가능한 한 커지도록 설정된다. 구체적으로, 복수의 절곡부(74)는, 좌우 역방향으로 절곡된 제1 및 제2 절곡부를 포함하고, 제1 및 제2 절곡부가 번갈아 접속됨으로써 사행 형상이 형성된다. 각 절곡부(74)는, 원호, 구체적으로는 반원 형상의 원호의 형상을 갖는다. 환언하면, 반원 형상 원호의 절곡부(74)를 번갈아 역방향으로 접속하여 S자를 늘어놓음으로써 사행 형상이 형성된다. 이 절곡부(74)의 원호 형상은 반원 형상으로 한정되지 않는다.

구체적으로, 이 원호의 반경(R)은, 5∼150mm, 예를 들면 5∼50mm 정도의 범위 내이며, 원호의 각도(θ)는 「π/6∼3π/2」, 바람직하게는 「π/2∼3π/2」의 범위 내, 여기에서는 반원호, 즉 「θ=π」로 설정된다. 또한 전극(66)의 폭(W)은, 측벽(72A)의 폭에도 따르지만, 2∼10mm 정도이다. 또한, 이 사행 형상의 피치(P1)는 예를 들면 20∼1000mm 정도이다. 또한, 전극의 사행 폭은, 플라즈마 생성 박스(64) 내에 수용되어 있는 가스 분산 노즐(44)에 대응하는 위치까지는 닿지 않고, 형성되는 플라즈마가 가스 분산 노즐(44)에 접하지 않도록 설정된다.

이러한 전극(66)에 고주파 전류를 흘리면, 도 4b에 나타내는 바와 같이, 전극(66)의 원호의 내측 원 형상의 영역(76)(도면 중에서는 사선으로 나타냄)에서는 고주파 전력에 의한 전계(電界)가 커져 국소적으로 플라즈마 밀도가 높아져, 고밀도 플라즈마 에어리어가 된다. 이 영역(76)의 내, 특히 원호의 가장 깊은 부분의 초승달 형상의 영역(76A)은 특히 전계가 커진다. 이 영역(76)은 플라즈마 생성 박스(64) 내에 서로 소정의 거리를 두고 분산된 상태에서 생기기 때문에, 전체로서 플라즈마 발생 에어리어를 확대할 수 있고, 게다가, 플라즈마 밀도도 균일화시킬 수 있다.

웨이퍼(W)와 이 전극(66)의, 상기 웨이퍼(W)와 가장 가까운 부분의 거리(L1)는 40mm 이상이 되도록 설정된다. 이는, 플라즈마 생성 박스(64)로부터 누출된 플라즈마가 웨이퍼(W)와 직접 접촉하여 웨이퍼(W)에 플라즈마에 기인하는 손상이 발생하는 것을 방지하기 위함이다.

전극(66)은, 복수의 절곡부(74)를 갖는 사행 형상의 전극을 대신하여, 전극 자체를 광폭의 판 형상으로 설정해 전극 설치 면적을 크게 설정해도 좋다. 단, 이 경우는, 전극 자체의 열용량이 커지기 때문에, 고주파 전류의 증대에 수반하여 전극의 자기(自己) 발열을 무시할 수 없게 된다. 그 결과, 웨이퍼(W)의 온도 제어에 악영향을 주어, 성막 레이트 등을 변화시켜 버릴 우려가 있다. 따라서, 이 전극의 폭은, 2∼10mm 정도로 설정한다. ICP 전극(66)의 기단부(基端部)측은, 임피던스 정합을 도모하기 위한 매칭 회로(78)가 도중에 형성되어 있던 급전 라인(80)을 통하여 고주파 전원(68)에 접속된다. 매칭 회로(78)와 고주파 전원(68)과의 사이에서는, 조정 신호(도시하지 않음)가 보내져 임피던스를 자동 조정한다.

ICP 전극(66)의 일단(一端)측, 여기에서는 전극(66)의 하단측이 접지된다. 고주파 전원(68)의 주파수로서는, 예를 들면 13.56MHz가 이용되지만, 이에 한정되지 않고, 4MHz∼27.12MHz의 범위 내의 주파수를 이용할 수 있다.

ICP 전극(66)에 공급되는 고주파 전력에 의해 플라즈마 생성 박스(64) 내에 발생하는 유도 결합형의 전자장에 의해 플라즈마가 형성된다. 여기에서 플라즈마 생성 박스(64)의 길이는 1m 정도이다. 또한, 폭(H1)(도 2 참조)은 50∼120mm 정도로서, 예를 들면 55mm 정도로 설정되고, 두께(H2)는 5∼50mm, 바람직하게는 20∼50mm 정도로서, 예를 들면 35mm로 설정된다. 또한, ICP 전극(66)은, 예를 들면 니켈 합금에 의해 형성되고, 그 두께는 3∼5mm 정도, 폭은 2∼10mm 정도이다.

다음으로, 도 1에 나타내는 장치를 이용하여 행해지는 성막 방법(소위 ALD 혹은 MLD 성막)에 대해서 설명한다. 이 성막 방법에서는, ALD 혹은 MLD에 의해 반도체 웨이퍼(W)상에 실리콘 질화막을 형성한다. 이를 위해, 웨이퍼(W)를 수납한 처리 영역(15) 내로 실란계 가스인 디클로로실란(DCS) 가스를 포함하는 제1 처리 가스와, 질화 가스인 암모니아(NH₃) 가스를 포함하는 제2 처리 가스를 선택적으로 공급한다. 구체적으로는, 이하의 조작에 의해 성막 처리를 진행한다.

우선, 다수매, 예를 들면 50∼150장의 300mm 사이즈의 웨이퍼(W)를 지지한 상온(常溫)의 웨이퍼 보트(22)를, 소정의 온도로 설정된 처리 용기(14) 내로 로드하고, 처리 용기(14)를 밀폐한다. 다음으로, 처리 용기(14) 내를 진공 흡인하여 소정의 처리 압력으로 유지함과 함께, 웨이퍼 온도를 상승시켜 성막용 처리 온도로 안정되기까지 대기한다. 다음으로, 웨이퍼 보트(22)를 회전시키면서, 제1 및 제2 처리 가스를, 각각 유량 제어하면서 가스 분산 노즐(46, 44)로부터 간헐적으로 공급한다. 여기에서, 간헐 기간(퍼지 기간)을 사이에 두어 제1 및 제2 처리 가스를 번갈아 공급하는 사이클을 복수회 반복한다. 그리고, 사이클마다 형성되는 실리콘 질화물의 박막을 적층함으로써, 최종적인 두께의 실리콘 질화막이 얻어진다.

구체적으로, DCS 가스를 포함하는 제1 처리 가스는 가스 분산 노즐(46)의 가스 분사 구멍(46A)으로부터, 웨이퍼 보트(22)상의 복수의 웨이퍼(W)에 대하여 평행한 가스류를 형성하도록 공급된다. 이 동안에, DCS 가스는 처리 영역(15)의 가열 온도에 의해 활성화되어, DCS 가스의 분자 혹은, 그들의 분해에 의해 발생한 분해 생성물의 분자 혹은 원자가 웨이퍼상에 흡착된다.

한편, NH₃ 가스를 포함하는 제2 처리 가스는 가스 분산 노즐(44)의 가스 분사 구멍(44A)으로부터, 웨이퍼 보트(22)상의 복수의 웨이퍼(W)에 대하여 평행한 가스류를 형성하도록 공급된다. 제2 처리 가스가 공급될 때, 전(全) 공급 시간에 걸쳐서 혹은 전 공급 시간의 일부에 있어서 가스 활성화 기구(60)의 고주파 전원(68)이 ON 상태로 설정된다. 이때의 고주파 전력(68)의 출력은, 예를 들면 50W∼3kW의 범위 내이다.

가스 활성화 기구(60)가 ON 상태로 설정되는 경우, 제2 처리 가스는, ICP 전극(66)에 면하는 플라즈마 발생 영역을 통과할 때에 여기되어 일부가 플라즈마화된다. 이때, 예를 들면, N^*, NH^*, NH₂ ^*, NH₃ ^* 등의 라디칼(활성종)이 생성된다(기호 「^*」는 라디칼인 것을 나타냄). 이들 라디칼은, 가스 활성화 기구(60)의 개구(70)로부터 처리 용기(14)의 중심을 향하여 흘러나와, 웨이퍼(W) 상호간에 층류 상태로 공급된다.

상기 라디칼은, 웨이퍼(W)의 표면에 부착되는 DCS 가스의 분자 등과 반응하고, 이에 따라 웨이퍼(W)상에 실리콘 질화물의 박막이 형성된다. 또한, 이와는 반대로, 웨이퍼(W)의 표면에 NH₃ 가스에 유래하는 라디칼이 부착되는 장소에 DCS 가스가 흘러온 경우에도, 동일한 반응이 생겨, 웨이퍼(W)상에 실리콘 질화물의 박막이 형성된다.

플라즈마 생성 박스(64)는, 플라즈마 발생 영역에서 플라즈마를 형성할 때에, 종래 장치에서 이용한 평행 평판형의 용량 결합형의 전극이 아닌, 사행 형상의 ICP 전극(66)을 이용한다. 이 때문에, 이 전극(66)에 의한 전자장에 의해 발생하는 플라즈마에 관해서는, 이온 쉬스 전위차가 작아지고, 이 결과, 플라즈마 중의 이온의 가속도가 작아지기 때문에, 커버(72)의 내면이 이온의 스퍼터에 의해 에칭되는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 반도체 제품의 수율 저하의 원인이 되는 파티클의 발생을 대폭으로 억제할 수 있다.

전극(66)은 한 쌍의 측벽(72A, 72B) 중의 한쪽 측벽 측에만 형성하고 있기 때문에, 플라즈마 중의 이온에 의해 스퍼터되는 영역이 그만큼 적어져, 에칭에 의해 발생하는 파티클을 대폭으로 억제할 수 있다. 커버(72)의 내벽면이 에칭되는 것을 억제할 수 있기 때문에, Na 등의 금속 오염의 발생도 억제할 수 있다.

또한, ICP 전극(66)을 이용함으로써, 고주파 전력이나 주파수를 올리는 일 없이 라디칼 밀도를 향상시킬 수 있기 때문에, 플라즈마 처리를 효율적으로 행하는 것이 가능해진다. 즉, 대(大)전력의 투입이 가능해지기 때문에, 파티클의 발생을 억제하면서 전자 밀도를 높게 할 수 있고, 이 결과, 플라즈마 처리 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 전극(66)을 사행 형상으로 설치했기 때문에, 도 4b에 나타내는 바와 같이, 원 형상의 영역(76)이나 초승달 형상의 영역(76A)에서 특히 전계가 강해진다. 이에 따라, 이들 영역의 플라즈마 밀도를 증대화시킬 수 있음과 아울러, 전극 설치 면적의 확대에 의해 라디칼의 생성량도 증가시킬 수 있다. 그 결과, 플라즈마 처리 효율을 올려 스루풋을 향상시킬 수 있다.

제1 실시 형태에 따른 실시예의 플라즈마 처리 장치와 종래 기술에 따라서 구성된 비교예의 플라즈마 처리 장치를 이용하여 실제로 성막 처리를 행하여 파티클 발생과 금속 오염에 대해서 측정했다. 실시예의 플라즈마 처리 장치로서는, 도 1 내지 도 4b에서 설명한 플라즈마 처리 장치를 이용했다. 비교예의 플라즈마 처리 장치로서는, 도 20 및 도 21에서 설명한 용량 결합형의 전극을 갖는 플라즈마 처리 장치를 이용했다. 실시예 및 비교예에 있어서 프로세스 조건은 동일하게 했다. 실시예에서는, 전극(66)의 원호 각(θ)은 180도(θ=π)로 설정했다.

실험의 결과, 비교예의 플라즈마 처리 장치에서는, 누적 막두께가 0.5∼1.0㎛ 정도일 때에 반도체 웨이퍼(W)상에서 관측되는 파티클이 급격하게 증가하여, 처리 용기 등을 세정해야 했었다. 실시예의 플라즈마 처리 장치에서는 누적 막두께가 1.0㎛를 넘어도 관측되는 파티클의 증가량은 적어, 양호한 결과가 얻어졌다.

반도체 웨이퍼상의 금속 오염, 특히 나트륨(Na) 오염에 대해서는, 비교예의 플라즈마 처리 장치에서는 1×10¹⁰atoms/㎠ 정도였다. 실시예의 플라즈마 처리 장치에서는 0.8×10¹⁰atoms/㎠ 이하로, 양호한 결과를 얻을 수 있었다.

전극(66)의 원호 형상의 절곡부(74)의 원호의 각도(θ)는, 전술한 바와 같이 π/6∼3π/2의 범위 내이다. 이 각도(θ)가 π/6보다도 작아지면, 전극(66)을 사행 형상으로 한 이점이 대폭으로 감소한다. 또한, θ가 3π/2보다도 커지면, 사행 형상이 너무 커져 버려 절곡이 과도해진다. 이 경우, 전극(66)의 폭에도 따르지만, 예를 들면 상하 방향으로 서로 이웃하는 절곡부(74)끼리가 접촉하여 단락 상태가 된다.

도 5a는 절곡부의 원호의 각도(θ)가 3π/2일 때의 전극을 플라즈마 생성 박스(64)에 형성한 상태를 나타내는 개략 사시도이며, 도 5b는 도 5a 중의 VB 부분의 확대도이다. 도 5a, 도 5b에 나타내는 바와 같이, θ＝3π/2일 때가 전극(66)을 사행 형상으로 할 수 있는 대략 한계이다. θ의 값을 이 이상 크게 설정하면, 상하 방향으로 서로 이웃하는 절곡부(74)끼리가 접촉하여 단락되어 버린다.

이와 같이, 제1 실시 형태에 의하면, 플라즈마 생성 박스(64)를 구획하는 커버(72)의 길이 방향을 따라서 사행 형상의 ICP 전극(66)이 배치된다. 이 때문에, 플라즈마 생성 박스(64)를 구획하는 커버(72)의 내벽면이 에칭되는 것을 방지하여 파티클이나 금속 오염의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 전극 면적을 증대시켜 라디칼의 발생량을 증가시킬 수 있다. 또한, 전극(66)은, 측벽(72A)을 대신하여 다른 한쪽 측벽(72B)에 배치해도 좋다.

<제2∼제6 실시 형태>

도 6a∼도 6e는 각각 본 발명의 제2∼제6 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치에 이용하는 사행 형상의 전극의 일부를 나타내는 확대 평면도이다. 앞의 제1 실시 형태에서는, 사행 형상의 전극(66)은 원호 형상으로 이루어져 있는 절곡부(74)를 갖는다. 이를 대신하여, 도 6a∼도 6e에 나타내는 바와 같은 사행 형상의 전극(66)을 이용해도 좋다.

도 6a에 나타내는 제2 실시 형태에서는, 전극(66)의 절곡부(74)가 타원호 형상으로 형성되고, 이를 번갈아 역방향으로 늘어놓음으로써 전체적으로 사행 형상이 된다. 전극(66)의 사행 형상으로서는, 예를 들면 사이클로이드(cycloid) 곡선이나 사인 곡선 등을 이용해도 좋고, 그 사행 형상은 특별히 한정되지 않는다.

도 6b에 나타내는 제3 실시 형태에서는, 사행 형상의 전극(66)이, 절곡부(74)와 소정의 길이의 직선부(100)를 갖는다. 이들 절곡부(74)와 직선부(100)를 번갈아 연결하여 지그재그 형상 혹은 꾸불꾸불한 형상이 된다. 이 경우, 절곡부(74)는, 예를 들면 미소한 원호 형상을 이룬다.

도 6c에 나타내는 제4 실시 형태에서는, 사행 형상의 전극(66)이, 도 6B의 경우와 동일하게 절곡부(74)와 소정의 길이의 직선부(100)를 갖는다. 이들 절곡부(74)와 직선부(100)를 번갈아 연결하여 크랭크 형상이 된다. 이 경우, 절곡부(74)는 예를 들면 미소한 원호 형상을 이룬다. 또한, 직선부(100)는, 긴 직선부(100A)와 짧은 직선부(100B)를 번갈아 이용하고 있다. 또한, 상기 직선부(100)로서 모두 동일한 길이의 직선부를 이용해도 좋다.

도 6d에 나타내는 제5 실시 형태는, 도 6b에 나타내는 제3 실시 형태와 유사하다. 제5 실시 형태에서는 사행 형상의 전극(66)이, 모두 소정의 동일한 길이의 직선부(100)로 이루어진다. 직선부(100)를 소정의 각도로 번갈아 다른 방향으로 경사시키면서 연결하여 지그재그 형상 혹은 꾸불꾸불한 형상이 된다.

도 6e에 나타내는 제6 실시 형태는, 도 6c에 나타내는 제4 실시 형태와 유사하다. 제6 실시 형태에서는, 사행 형상의 전극(66)이, 모두 직선부(100)가 장단의 2종류의 길이의 직선부(100A, 100B)로 이루어지며, 이들 2종류의 직선부(100A, 100B)를 번갈아 직각으로 연결하여 크랭크 형상이 된다. 이 경우에도, 직선부(100)로서 모두 동일한 길이의 직선부를 이용해도 좋다.

제2∼제6 실시 형태에서도, 앞서 도 4a, 도 4b 등을 참조하여 설명한 제1 실시 형태의 경우와 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 상기 제1∼제6 실시 형태에 있어서, 절곡부(74) 및/혹은 직선부(100)에 의해 형성되는 사행 형상은, 보다 작은 피치, 예를 들면 사인 곡선의 피치를 갖도록 구성할 수 있다.

<제7 실시 형태>

도 7은 본 발명의 제7 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 주요 부분을 나타내는 개략 사시도이다. 앞의 제1∼제6 실시 형태에서는, 전극(66)이 한 쌍의 측벽(72A, 72B) 중 어느 한쪽 측벽의 외면에 배치된다. 한편, 도 7에 도시된 제7 실시 형태에 있어서는, 전극(66)이 배면벽(73)의 외면에 배치된다.

다른 구성에 대해서는, 제1 실시 형태에서 설명한 내용을 여기에서도 모두 적용할 수 있다. 또한, 이 전극(66)으로서는, 제1∼제6 실시 형태에서 설명한 것을 모두 적용할 수 있다. 이 경우에도, 앞의 제1 실시 형태에서 설명한 것과 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있다.

<제8 실시 형태>

도 8은 본 발명의 제8 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 주요 부분을 나타내는 개략 단면도이다. 앞의 제1∼제7 실시 형태에서는 커버(72)가 단면 직사각형 형상으로 형성된다. 한편, 도 8에 도시된 제8 실시 형태에 있어서는, 커버(72)가 한 쌍의 측벽(72A, 72B)의 일측이 직접 연결되어 단면 V자 형상으로 형성된다. 전극(66)은 한 쌍의 측벽(72A, 72B) 중 어느 한쪽 측벽의 외측에 배치된다.

<제9 실시 형태>

도 9a는 본 발명의 제9 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 주요 부분을 나타내는 개략 사시도이다. 도 9b는 도 9a에 도시된 장치의 횡단면도를 나타낸다. 앞의 제1∼제7 실시 형태에서는, 단면이 직선적인 측벽에 의해 커버(72)가 형성된다. 한편, 도 9a, 도 9b에 도시된 제9 실시 형태에 있어서는, 단면이 곡선적인 측벽에 의해 커버(72)가 형성되고, 이 측벽(102)의 외면을 따라서 전극(66)이 배치된다. 이 경우, 커버(72)의 측벽(102)의 단면 형상은, 원호 형상, 타원호 형상 등의 어떠한 곡선으로 해도 좋다.

<제10 실시 형태>

도 10a는 본 발명의 제10 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 주요 부분을 나타내는 개략 사시도이다. 도 10b는 도 10a에 도시된 장치의 횡단면도를 나타낸다. 앞의 제1∼제9 실시 형태에서는, 커버(72)가 처리 용기(14)의 벽으로부터 외측으로 돌출되도록 배치되어, 플라즈마 생성 박스(64)가 처리 용기(14)의 외측에 구획 형성된다. 한편, 도 10a, 도 10b에 도시된 제10 실시 형태에 있어서는, 커버(72)가 처리 용기(14)의 길이 방향을 따라서 처리 용기(14)의 벽으로부터 내측으로 돌출되도록 배치되어, 플라즈마 생성 박스(64)가 처리 용기(14)의 내측에 구획 형성된다.

플라즈마 생성 박스(64)를 형성하는 처리 용기(14)의 벽의 외면에는, 그 길이 방향을 따라서 사행 형상의 ICP 전극(66)이 배치된다. 예를 들면, 커버(72)의 중앙부에는 상하 방향으로 연장되는 슬릿 형상의 개구(106)가 형성되어, 플라즈마 생성 박스(64) 내에서 발생한 라디칼이 처리 영역(15) 내의 반도체 웨이퍼(W)로 공급된다. 이 경우에는, 처리 용기(14)의 측벽의 일부분이, 플라즈마 생성 박스(64)의 일부분을 구획 형성하기 위해서 기능한다.

다른 구성에 대해서는, 제1 실시 형태에서 설명한 내용을 여기에서도 모두 적용할 수 있다. 또한, 이 전극(66)으로서는, 제1∼제6 실시 형태에서 설명한 것을 모두 적용할 수 있다. 이 경우에도, 앞의 제1 실시 형태에서 설명한 것과 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 제7 내지 제10 실시 형태에 있어서, 처리 용기(14)에 형성된 배기구(62) 및 배기구 커버(84)는, 제1 실시 형태와 동일하기 때문에, 도시를 생략한다.

<제11 실시 형태>

도 11a는 본 발명의 제11 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 주요 부분을 나타내는 개략 사시도이다. 도 11b는 도 11a에 도시된 장치의 전극을 나타내는 도면이다. 도 12는 도 11a에 도시된 장치의 플라즈마 생성 박스의 일부를 나타내는 확대 단면도이다. 앞의 제1∼제10 실시 형태에서는, 가스 활성화 기구(60)가 1개의 플라즈마 생성 박스(64)로 형성된다. 한편, 도 11a∼도 12에 도시된 제11 실시 형태에 있어서는, 가스 활성화 기구(60)가, 라디칼의 발생량을 증대시키도록, 복수, 예를 들면 2개의 플라즈마 생성 박스로 형성된다. 구체적으로, 처리 용기(14)의 측벽에는, 앞의 제1 실시 형태에서 설명한 1번째 플라즈마 생성 박스(64) 옆에, 이에 병행하도록 하여 상하 방향으로 연장되는 2번째 플라즈마 생성 박스(64-1)가 배치된다.

예를 들면 직경이 300mm인 웨이퍼(W)를 수용한다고 가정하면, 처리 용기(14)의 직경은, 345∼390mm 정도이다. 이 경우, 양 플라즈마 생성 박스(64, 64-1) 사이의 거리는, 예를 들면 180∼300mm 정도이다. 2번째 플라즈마 생성 박스(64-1)를 구획하는 커버(72-1)는, 상기 커버(72)를 구성하는 측벽(72A, 72B) 및 배면벽(73)과 동일한, 측벽(72A-1, 72B-1) 및 배면벽(73-1)에 의해 형성된다. 이 측벽(72A-1, 72B-1)의 상하단측도 구획벽에 의해 구획된다.

양 플라즈마 생성 박스(64, 64-1)의 사이의 중간의 처리 용기(14) 내의 위치에 제1 처리 가스의 가스 분산 노즐(46)이 배치된다. 환언하면, 양 플라즈마 생성 박스(64, 64-1)는, 가스 분산 노즐(46)의 양측에 가스 분산 노즐(46)로부터 등거리로 배치된다. 따라서, 양 플라즈마 생성 박스(64, 64-1)의 개구(70, 70-1)는, 가스 분산 노즐(46)을 중심으로 하여 대칭적으로 배치된다. 또한, 가스 분산 노즐(46)에 대하여 용기 중심축의 반대측에 배기구(62)(도 1 참조)가 위치한다.

제2 플라즈마 생성 박스(64-1) 내에도, 플라즈마 생성 박스(64) 내에 형성한 가스 분산 노즐(44)과 동일한 구조의 가스 분산 노즐(44-1)이 배치된다. 이 가스 분산 노즐(44-1)의 가스 분사 구멍(44A-1)으로부터 가스 분산 노즐(44)과 동일하게 NH₃ 가스를 포함하는 제2 처리 가스가 유량 제어되어 분사된다. 2번째 가스 분산 노즐(44-1)은 1번째 가스 분산 노즐(44)로부터 분기시켜 형성해도 좋고, 혹은 별개 독립하여 새롭게 배치해도 좋다.

양 플라즈마 생성 박스(64, 64-1)에 대하여, 각각 라디칼 발생용 ICP 전극(66, 66-1)이 배치된다. 양 전극(66, 66-1)은, 양 플라즈마 생성 박스(64, 64-1)의 서로 대향하는 측벽(72A, 72A-1)상에 그들의 길이 방향을 따라서 배치된다. 2번째 전극(66-1)도 1번째 전극(66)과 동일하게 사행 형상을 이루고, 절연판(82)과 동일한 구조의 절연판(82-1)에 의해 피복된다.

양 전극(66, 66-1)은, 양 플라즈마 생성 박스(64, 64-1) 사이에 걸쳐서 서로 직렬로 접속된다. 즉, 이 회로는, 도 2에 나타내는 바와 같은 고주파 전원(68)의 회로의 급전 라인(80)의 도중에 2번째 전극(66-1)을 사이에 형성한 것에 상당하는 구성을 갖는다. 이에 따라, 1개의 고주파 전원(68)으로부터 직렬로 접속된 2개의 전극(66, 66-1)에 고주파 전력을 인가할 수 있다.

또한, 이 2번째 전극(66-1)을 다른 한쪽 측벽(72B-1)측에 배치해도 좋다. 또한, 이 전극(66-1)의 사행 형상은, 도 5a∼도 6e에서 설명한 바와 같은 형상 중 어느 하나로 할 수도 있다.

제11 실시 형태에 의하면, 2개의 플라즈마 생성 박스(64, 64-1)에 있어서, 각각 앞서 제1 실시 형태에 있어서 설명한 바와 같은 여기 작용이 발휘되어 암모니아 가스의 라디칼(활성종)이 발생한다. 2개소에서 암모니아 가스의 라디칼이 발생하게 되기 때문에, 그만큼, 처리 용기(14) 전체적으로 라디칼의 발생량이 증대하여 라디칼 밀도가 높아진다. 이에 따라, 반응이 촉진되고, 성막 레이트가 커져, 스루풋을 향상시킬 수 있다.

1개의 전극에 투입하는 고주파 전력을 제1 실시 형태의 경우와 동일하다고 가정하면, 이 제11 실시 형태에서는 2배의 고주파 전력을 투입하게 된다. 그러나, 각 플라즈마 생성 박스(64, 64-1) 내에 있어서의 플라즈마 밀도는 제1 실시 형태의 경우와 동일하다. 따라서, 커버(72, 72-1)의 내면이 스퍼터되는 것을 억제할 수 있기 때문에, 파티클의 발생량도 제1 실시 형태의 경우와 동일하게 억제할 수 있다.

다른 구성에 대해서는, 제1 실시 형태에서 설명한 내용을 여기에서도 모두 적용할 수 있다. 또한, 이 전극(66, 66-1)으로서는, 제1∼제6 실시 형태에서 설명한 것을 모두 적용할 수 있다. 이 경우에도, 앞의 제1 실시 형태에서 설명한 것과 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 여기에서는 2개의 플라즈마 생성 박스(64, 64-1)를 형성한 경우에 대해서 설명했지만, 3개 이상의 플라즈마 생성 박스를 배치해도 좋다. 이 점은 이하에 설명하는 다른 실시 형태에서도 동일하다.

<제12 실시 형태>

도 13은 본 발명의 제12 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 주요 부분을 나타내는 개략 사시도이다. 상기 제11 실시 형태에서는, 각 플라즈마 생성 박스(64, 64-1)의 한쪽 측벽에 전극(66, 66-1)이 배치된다. 한편, 도 13에 도시된 제12 실시 형태에 있어서는, 배면벽에 전극(66, 66-1)이 배치된다.

이 제12 실시 형태는, 도 7에 나타내는 제7 실시 형태와 유사하다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 2개의 직렬로 접속된 전극(66, 66-1)은, 양 플라즈마 생성 박스(64, 64-1)를 구획하는 커버(72, 72-1)의 각 배면벽(73, 73-1)에, 그 길이 방향을 따라서 각각 배치된다.

다른 구성에 대해서는, 제1 실시 형태에서 설명한 내용을 여기에서도 모두 적용할 수 있다. 또한, 이 전극(66, 66-1)으로서는, 제1∼제6 실시 형태에서 설명한 것을 모두 적용할 수 있다. 이 경우에도, 앞의 제1 및 제11 실시 형태에서 설명한 것과 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있다.

<제13 실시 형태>

도 14는 본 발명의 제13 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 주요 부분을 나타내는 개략 사시도이다. 상기 제11 및 제12 실시 형태에서는, 단면이 직선적인 측벽에 의해 각 플라즈마 생성 박스(64, 64-1)를 구획하는 커버(72, 72-1)가 형성된다. 한편, 도 14에 도시된 제13 실시 형태에 있어서는, 단면이 곡선적인 측벽에 의해 커버(72, 72-1)가 형성된다.

이 제13 실시 형태는, 도 9a, 도 9b에 나타내는 제9 실시 형태와 유사하다. 도 14에 나타내는 바와 같이, 2개의 직렬로 접속된 전극(66, 66-1)은, 단면 곡선 형상의 커버(72, 72-1)의 외측에서, 그 길이 방향을 따라서 각각 배치된다. 커버(72, 72-1)의 단면 형상은, 원호 형상, 타원호 형상 등의 어떠한 곡선으로 해도 좋다.

<제14 실시 형태>

도 15는 본 발명의 제14 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 주요 부분을 나타내는 개략 단면도이다. 상기 제11∼제13 실시 형태에서는, 커버(72, 72-1)가 처리 용기(14)의 벽으로부터 외측으로 돌출되도록 배치되어, 플라즈마 생성 박스(64, 64-1)가 처리 용기(14)의 외측에 구획 형성된다. 한편, 도 15에 도시된 제14 실시 형태에 있어서는, 커버(72, 72-1)가 처리 용기(14)의 길이 방향을 따라서 처리 용기(14)의 벽으로부터 내측으로 돌출되도록 배치되어, 플라즈마 생성 박스(64, 64-1)가 처리 용기(14)의 내측에 구획 형성된다.

이 제14 실시 형태는, 도 10a, 도 10b에 나타내는 제10 실시 형태와 유사하다. 도 15에 나타내는 바와 같이, 처리 용기(14)의 벽면에, 그 길이 방향을 따라서 서로 이웃하도록 2개의 커버(72, 72-1)가 배치되고, 이 내부에 각각 플라즈마 생성 박스(64, 64-1)가 형성된다. 2개의 직렬로 접속된 전극(66, 66-1)은, 양 플라즈마 생성 박스(64, 64-1)에 대응하는 처리 용기(14)의 측벽 부분의 외면에, 그 길이 방향을 따라서 각각 배치된다. 각 커버(72, 72-1)의 중앙부에는 상하 방향으로 연장되는 슬릿 형상의 개구(106, 106-1)가 각각 형성된다.

다른 구성에 대해서는, 제1 실시 형태에서 설명한 내용을 여기에서도 모두 적용할 수 있다. 또한, 이 전극(66, 66-1)으로서는, 제1∼제6 실시 형태에서 설명한 것을 모두 적용할 수 있다. 이 경우에도, 앞의 제1, 제11 및 제9 실시 형태에서 설명한 것과 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있다.

또한, 상기 제7∼제10 실시 형태 및 제12∼제14 실시 형태에서는, 전극(66, 66-1)을 덮는 절연판(82, 82-1)의 설명은 생략되어 있다. 그러나, 이들 각 실시 형태에서도 절연판이 배치되는 것은 물론이다.

<제15 실시 형태>

도 16은 본 발명의 제15 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 주요 부분을 나타내는 개략 사시도이다. 도 17은 도 16에 도시된 장치의 플라즈마 생성 박스의 일부를 나타내는 확대 단면도이다. 도 18은 도 16에 도시된 장치의 커버와 전극과의 부착 상태를 나타내는 개략 측면도이다. 앞의 제1∼제14 실시 형태에서는, 전극(66, 66-1)이 커버(72)의 벽의 외면에 접하도록 배치된다. 한편, 도 16∼도 18에 도시된 제15 실시 형태에 있어서는, 이 전극(66, 66-1)의 전부 또는 일부가, 이 커버의 벽의 외면으로부터 떨어져 배치된다.

그 이유는, 이하와 같다. 즉, 플라즈마 생성 박스(64) 내에서는 전극에 고주파 전력이 투입되면 정재파(定在波)가 발생하지만, 이 정재파가 균일하지 않은 경우도 있다. 이러한 경우, 전체적으로 혹은 국소적으로 전자장의 강도가 커져, 그 부분에서 가속된 이온이 커버의 내면을 스퍼터하여, 전술한 파티클의 발생이나 금속 오염을 증대시킬 가능성이 있다. 이러한 현상을 방지하기 위해서, 전술한 바와 같이 전극의 전부, 혹은 일부를 커버의 벽의 외면으로부터 근소하게 떨어뜨려 배치한다. 이에 따라, 전극이 떨어져 있는 부분에 있어서의 플라즈마 생성 박스 내의 용량성의 전자장의 강도를 저감시킨다.

구체적으로는, 도 16 내지 도 18에 나타내는 바와 같이, 제15 실시 형태는 제1 실시 형태의 구성을 기본으로 하여 구성된다. 전극(66)의 전체는, 커버(72)의 측벽(72A)의 외면(72S)에 접하지 않고 근소하게 떨어져 배치되어, 외면(72S)과 전극(66)과의 사이에 균일한 치수의 간극(gap; 200)이 형성된다. 이 경우, 전극(66)에 흘리는 고주파 전력에 의해 플라즈마 생성 박스(64) 내에 발생하는 전자장의 강도가 근소하게 저감된다.

이 실시 형태에 있어서, 석영으로 이루어지는 단면 U자 형상의 절연판(82)이, 그의 양단에서 커버(72) 외면(72S)에 고정된다. 전극(66)은, U자 형상의 절연판(82)의 내면에 길이 방향을 따라서 부착된다.

외면(72S)과 전극(66)과의 사이의 거리(L3; 극간(200)의 치수)는, 0.5∼20mm 정도의 범위 내로 설정된다. 이 거리(L3)가 0.5mm보다도 작은 경우에는, 내면벽의 스퍼터를 억제하기 위해서 플라즈마 생성 박스(64) 내의 전자장 강도를 저감하는 효과가 충분하지 않게 된다. 반대로, 거리(L3)가 20mm보다도 큰 경우에는, 플라즈마 생성 박스(64) 내의 전자장 강도가 과도하게 저하되어 성막량과 균일성에 악영향을 미친다.

상기 구성에 있어서, 커버(72)의 두께(4.5∼6.5mm 정도)를 더욱 두껍게 함으로써 전자장 강도의 저감을 도모하도록 하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 이 경우에는 제작상의 난이도가 올라가, 비용 및 제작 기간의 관점에서 현실적이지 않게 된다.

이 제15 실시 형태의 경우에도, 다른 구성에 대해서는, 제1 실시 형태에서 설명한 것을 모두 적용할 수 있다. 또한 이 경우에도, 앞의 제1 실시 형태에서 설명한 것과 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 이 제15 실시 형태에서는, 전술한 바와 같이 전극(66)을 커버(72)의 외면(72S)으로부터 떨어뜨려 배치하고 있기 때문에, 플라즈마 생성 박스(64) 내에 있어서의 전자장의 강도가 과도하게 커지는 것을 억제할 수 있다. 이 결과, 커버(72)의 내벽면이 스퍼터되는 것을 억제할 수 있기 때문에, 파티클 발생이나 금속 오염을 억제할 수 있음과 아울러, 처리 용기(14)의 장수명화를 도모할 수 있다.

여기에서 전극(66)으로서는, 제1∼제6 실시 형태에서 설명한 것을 모두 적용할 수 있다. 또한, 이 제15 실시 형태의 특징은, 제7∼제14 실시 형태에 있어서도 적용할 수 있다. 이 경우, 제10 실시 형태(도 10A, 도 10B 참조)나 제14 실시 형태에 적용하기 위해서는, 플라즈마 생성 박스(64)를 구획하는 처리 용기(14)의 측벽 부분의 외면에, 이로부터 떨어뜨려 전극(66(66-1))을 설치한다.

제15 실시 형태에 따른 실시예의 플라즈마 처리 장치에 대해서 거리(L3)를 파라미터로 하여 실험을 행하였다. 그 결과, 거리(L3)를 크게 함에 따라서 커버(72)의 내벽면의 에칭량이 점차 적어져, 거리(L3)가 4.5mm 정도가 되었을 때에, 에칭량이 수 Å로 포화되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 거리(L3)가 20mm까지는, 이 적은 에칭량으로 성막을 큰 지장 없이 행할 수 있었다.

또한, 도 16∼도 18에 나타내는 제15 실시 형태에서는, 전극(66)의 전체가 커버(72)의 외면(72S)으로부터 근소하게 떨어져 배치된다. 이를 대신하여, 도 19A, 도 19B에 나타내는 변형예와 같이 전극(66)의 일부만 외면(72S)으로부터 떨어뜨려 배치해도 좋다.

전극(66)의 전체를 외면(72S)에 접하여 형성한 경우에 플라즈마 생성 박스(64) 내에서는 국소적으로 전자장의 강도가 커져 이 부분에 대응하는 커버(72)의 내벽면의 스퍼터가 국부적으로 과도하게 발생하는 경우가 있다. 이 경우에는, 그 스퍼터가 과도하게 발생하는 부분에 대응시켜 전극(66)의 일부를 외면(72S)으로부터 떨어뜨려 배치한다. 도 19A, 도 19B는 각각 제15 실시 형태의 변형예의 일부를 나타내는 개략 측면도이다.

도 19a는 커버(72)의 길이 방향의 중앙부의 영역(202)에 있어서의 내벽면의 스퍼터량이 많은 경우의 대응책을 나타낸다. 여기에서는, 전극(66) 중의 중앙부의 영역(202)에 대응하는 부분만 외면(72S)으로부터 거리(L3)만큼 떨어뜨리고, 다른 부분은 외면(72S)에 접한다. 이 구성에 의해, 상기 중앙부의 영역(202)에 있어서의 플라즈마 생성 박스(64)(도 17 참조) 내의 용량성의 전자장을 저감하여, 내벽면의 에칭을 억제할 수 있다.

도 19b는 커버(72)의 길이 방향의 하부의 영역(204)에 있어서의 내벽면의 스퍼터량이 많은 경우의 대응책을 나타낸다. 여기에서는, 전극(66) 중의 하부의 영역(204)에 대응하는 부분만 외면(72S)으로부터 거리(L3)만큼 떨어뜨리고, 다른 부분은 외면(72S)에 접한다. 이 구성에 의해, 상기 하부의 영역(204)에 있어서의 플라즈마 생성 박스(64)(도 17 참조) 내의 용량성의 전자장을 저감하여, 내벽면의 에칭을 억제할 수 있다.

또한, 투입되는 고주파 전력의 주파수 등에 의해 커버(72)의 과도하게 스퍼터되는 부분은 여러 가지로 달라지게 된다. 따라서, 전극(66)의 이간 부분은, 커버(72)의 중앙부의 영역(202)이나 하부의 영역(204)에 한정되지 않는다. 이 변형예의 특징은, 제1∼제14 실시 형태에 모두 적용할 수 있다.

또한, 제11 내지 제15 실시 형태에 있어서, 처리 용기(14)에 형성된 배기구(62) 및 배기구 커버(84)는, 제1 실시 형태와 동일하기 때문에, 도시를 생략한다.

<그 외의 변형예>

복수의 전극(66, 66-1)을 이용한 경우, 이들 전극의 사행 형상을 서로 동일해지도록 설정해도 좋고, 혹은 서로 다른 바와 같은 사행 형상으로 설정해도 좋다. 2개의 가스 분산 노즐(44, 44-1)로부터 서로 다른 가스종의 가스를 분사시키도록 해도 좋다. 또한, 사행 형상을 대신하여, 전극 자체를 광폭의, 예를 들면 폭이 수 mm∼수십 mm 정도의 직선 형상의 판재로서 형성하도록 해도 좋다.

성막 처리로서 실리콘 질화막이 예시되지만, 성막하는 막 종류는 특별히 한정되지 않는다. 또한, 플라즈마 처리로서 플라즈마 ALD 성막 처리가 예시되지만, 플라즈마 CVD 처리, 플라즈마 개질 처리, 플라즈마 산화 확산 처리, 플라즈마 스퍼터 처리, 플라즈마 질화 처리 등의 플라즈마를 이용하는 모든 처리에 대하여 본 발명을 적용할 수 있다.

피처리체로서 반도체 웨이퍼를 예로 들어 설명했지만, 이 반도체 웨이퍼에는 실리콘 기판이나 GaAs, SiC, GaN 등의 화합물 반도체 기판도 포함된다. 또한 이들 기판에 한정되지 않고, 액정 표시 장치에 이용하는 유리 기판이나 세라믹 기판 등에도 본 발명을 적용할 수 있다.

Claims

복수매의 피(被)처리체에 대하여 함께 플라즈마 처리를 행하는 종형 플라즈마 처리 장치로서,
상기 피처리체를 수납하는 처리 영역을 갖고 그리고 기밀 상태로 설정 가능한 세로로 긴 처리 용기와,
상기 처리 용기 내에서 상기 피처리체를 서로 간격을 벌려 수직 방향으로 쌓아올린 상태로 지지하는 지지구와,
상기 처리 용기 내로 처리 가스를 공급하는 가스 공급계와,
상기 처리 용기 내를 배기하는 배기계와,
상기 처리 가스를 플라즈마화하는 활성화 기구를 구비하고,
상기 활성화 기구는,
상기 처리 영역에 대응하여 상기 처리 용기에 부착되고 그리고 상기 처리 영역으로 기밀하게 연이어 통하는 플라즈마 발생 영역을 가두는 세로로 긴 플라즈마 생성 박스와,
상기 플라즈마 생성 박스의 외측에서 상기 플라즈마 생성 박스의 길이 방향을 따라서 배치된 ICP(Inductively Coupled Plasma) 전극과, 상기 ICP 전극은, 상기 플라즈마 생성 박스의 벽면으로부터 소정 거리만큼 떨어지는 이간(離間) 부분을 구비하는 것과,
상기 ICP 전극에 접속된 고주파 전원을 구비하는 플라즈마 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 ICP 전극은, 일단(一端)이 매칭 회로를 통하여 접지되고, 타단(他端)이 상기 매칭 회로를 통하여 상기 고주파 전원에 접속되는 플라즈마 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 플라즈마 생성 박스는, 서로 떨어져서 상기 처리 용기에 부착된 복수의 플라즈마 생성 박스 단위를 구비하고, 상기 ICP 전극은, 상기 복수의 플라즈마 생성 박스 단위에 대응하여 배치된 복수의 전극 단위를 구비하고, 상기 복수의 전극 단위는 서로 직렬 접속되는 플라즈마 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 플라즈마 생성 박스는, 상기 처리 용기의 외측에, 상기 처리 용기의 측벽을 따라서 배치되는 플라즈마 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 플라즈마 생성 박스는, 상기 처리 용기의 내측에, 상기 처리 용기의 측벽을 따라서 배치되는 플라즈마 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 ICP 전극은, 상기 플라즈마 생성 박스의 1개의 면만을 따라서 배치되는 플라즈마 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 플라즈마 생성 박스는, 상기 처리 용기로부터 방사 방향으로 연장되고 그리고 서로 대향하는 한 쌍의 측벽과, 상기 한 쌍의 측벽의 외측 단부를 연결하는 배면벽에 의해 형성된 단면(斷面) 직사각형 형상의 커버에 의해 구획되는 플라즈마 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 플라즈마 생성 박스는, 외측 단부에서 서로 연결된 한 쌍의 측벽에 의해 형성된 단면 V자 형상의 커버에 의해 구획되는 플라즈마 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 플라즈마 생성 박스는, 단면 곡선 형상으로 형성된 측벽에 의해 형성된 커버에 의해 구획되는 플라즈마 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 ICP 전극의 상기 이간 부분은, 상기 고주파 전원으로부터의 고주파 전력에 의해 상기 플라즈마 생성 박스 내에 형성되는 전자장의 강도가 다른 영역에 비하여 커지는 영역에 대응하는 플라즈마 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 소정 거리는 0.5∼20mm의 범위 내인 플라즈마 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 ICP 전극은, 전체가, 상기 플라즈마 생성 박스의 벽면으로부터 상기 소정 거리만큼 떨어지는 플라즈마 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 ICP 전극은, 상기 플라즈마 생성 박스의 벽면을 따라서 복수의 절곡부를 갖는 사행 형상의 전극을 구비하는 플라즈마 처리 장치.
제13항에 있어서,
상기 절곡부는, 역방향으로 절곡된 제1 및 제2 절곡부를 포함하고, 상기 제1 및 제2 절곡부는 번갈아 접속되어 사행 형상을 형성하는 플라즈마 처리 장치.
제13항에 있어서,
상기 절곡부는 원호 형상을 이루는 플라즈마 처리 장치.
제13항에 있어서,
상기 절곡부는 사이클로이드(cycloid) 곡선 또는 사인(sine) 곡선의 형상의 부분으로 이루어지는 플라즈마 처리 장치.
제13항에 있어서,
상기 절곡부는 타원호 형상을 이루는 플라즈마 처리 장치.
제13항에 있어서,
상기 절곡부는 소정의 각도로 접합된 2개의 직선부에 의해 형성되는 플라즈마 처리 장치.
제13항에 있어서,
상기 ICP 전극은 상기 절곡부와 직선부를 번갈아 조합한 형상을 갖는 플라즈마 처리 장치.
복수매의 피처리체에 대하여 함께 플라즈마 처리를 행하는 종형 플라즈마 처리 장치로서,
상기 피처리체를 수납하는 처리 영역을 갖고 그리고 기밀 상태로 설정 가능한 세로로 긴 처리 용기와,
상기 처리 용기 내에서 상기 피처리체를 서로 간격을 벌려 수직 방향으로 쌓아올린 상태로 지지하는 지지구와,
상기 처리 용기 내로 제1 및 제2 처리 가스를 공급하는 가스 공급계와, 상기 가스 공급계는, 상기 제1 처리 가스를 공급하기 위해, 상기 처리 영역을 따라서 배치되고 그리고 복수의 가스 분사 구멍이 수직 방향으로 간격을 두고 형성된 제1 가스 분산 노즐을 포함하는 것과,
상기 처리 용기 내를 배기하는 배기계와, 상기 배기계는 상기 제1 가스 분산 노즐에 대향하는 위치에서 상기 처리 용기에 형성된 세로로 긴 배기구를 포함하는 것과,
상기 가스 공급계로부터 상기 처리 영역으로 공급되는 상기 제2 처리 가스를 플라즈마화하는 활성화 기구를 구비하고,
상기 활성화 기구는,
상기 처리 영역에 대응하여 상기 처리 용기에 부착되고 그리고 상기 처리 영역으로 기밀하게 연이어 통하는 플라즈마 발생 영역을 가두는 세로로 긴 제1 및 제2 플라즈마 생성 박스와, 상기 제1 및 제2 플라즈마 생성 박스는, 상기 제1 가스 분산 노즐의 양측에서 그리고 상기 배기구에 대향하는 위치에 상기 처리 영역에 대한 세로로 긴 개구를 각각 갖는 것과,
상기 제1 및 제2 플라즈마 생성 박스의 외측에서 상기 제1 및 제2 플라즈마 생성 박스의 길이 방향을 따라서 각각 배치된 제1 및 제2 ICP 전극과,
상기 제1 및 제2 ICP 전극에 접속된 공통의 고주파 전원을 구비하는 플라즈마 처리 장치.