KR20010042483A

KR20010042483A - 가스 처리 장치

Info

Publication number: KR20010042483A
Application number: KR1020007011103A
Authority: KR
Inventors: 아마노히데아키
Original assignee: 히가시 데쓰로; 동경 엘렉트론 주식회사
Priority date: 1998-04-09
Filing date: 1999-04-09
Publication date: 2001-05-25
Also published as: EP1079423B1; IL138903A0; WO1999053533A1; TW412786B; EP1079423A4; DE69934684T2; JP2001102309A; EP1079423A1; DE69934684D1

Abstract

본 발명의 가스 처리 장치에 있어서는, 중앙부보다도 외측 가장자리 쪽이 단위 면적당 가스 구멍(33)의 개구 면적이 커지도록 구성된 샤워 헤드(32)를 투과창(23)의 바로 밑에 웨이퍼(W)와 대향하도록 설치하고 있다. 또한, 샤워 헤드(32) 밑에 가스 구멍(33)의 개폐를 제어하는 가스 구멍 규제 부재(34)를 설치하고 있다. 이에 따라, 플라즈마를 이용하여 웨이퍼 등의 피처리 기판의 표면에 대하여 균일한 처리를 행할 수 있다.

Description

가스 처리 장치{APPARATUS FOR GAS PROCESSING}

최근에 박막 증착 처리나 에칭 등을 플라즈마를 이용하여 행하는 수법의 하나로서, 자장(磁場)중에서의 전자의 사이클로트론 운동과 마이크로파와의 공명 현상을 이용하여 마이크로파 방전을 일으키는 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 플라즈마 처리 방법이 주목받고 있다. 이 방법에 따르면, 고진공에서 고밀도의 플라즈마를 무전극 방전으로 생성할 수 있기 때문에, 고속의 표면 처리를 실현할 수 있고, 또한, 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라 칭함) 등이 오염될 우려가 없는 등의 이점이 있다.

이 ECR 플라즈마 처리를 행하는 종래의 플라즈마 처리 장치의 일례를 박막 증착 처리를 예로 들어 도 9에 기초하여 설명한다. 플라즈마 생성실(1A)내에 예컨대 2.45 GHz의 마이크로파를 도시하지 않은 도파관을 통해 공급하는 동시에 소정의 크기 예컨대 875 가우스의 자계를 전자 코일(10)에 의해 인가하고, 마이크로파와 자계의 상호 작용(공명)에 의해 플라즈마 생성실(1A)의 상방측부로부터 공급되는 플라즈마 생성용 가스 예컨대 Ar 가스를 고밀도로 플라즈마화한다. 이 플라즈마에 의해 박막 증착실(1B)내에 있어서, 링형의 가스 공급부(18)의 가스 구멍을 통해 측방으로부터 도입된 반응성의 박막 증착 가스를 활성화시켜 활성종을 형성하고, 고주파 전원부(12)가 접속된 적재대(11)상의 실리콘 웨이퍼(W) 표면에 스퍼터 에칭과 퇴적을 동시에 진행하도록 되어 있다. 상반되는 스퍼터 에칭 조작과 퇴적 조작은 거시적으로 보면 퇴적 조작 쪽이 우세해지도록 제어되며, 전체적으로는 퇴적이 행해진다.

발명의 요지

최근, 반도체 디바이스의 미세화·고속화가 요청되고 있는 가운데, 비유전률이 작은 유효한 절연막으로서 CF막이 주목받고 있다. 웨이퍼 표면에 CF막을 퇴적하는 경우에는, 반응성 가스로서 C₄F₈등의 CF계 가스가 이용된다. 그러나, 도 9에 도시된 종래의 처리 장치를 이용하여 웨이퍼 표면에 CF막을 퇴적시키면, 얻어진 CF막은 웨이퍼의 주연부에서 두꺼워지고, 중심부에서 얇아진다고 하는 문제점이 있다. 이 문제는 웨이퍼가 대구경화할수록 현저해진다.

이러한 막두께 분포가 생기는 원인은 지금으로서는 분명하지 않지만, 그 원인에 대해서 본 발명의 발명자는 다음과 같이 추정하고 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 플라즈마 생성용 가스는 관 형상의 플라즈마 생성실(1A)의 상방측부에 설치된 8∼16개의 가스 노즐(13)로부터 직경 방향의 중심으로 향하여 공급되고, 플라즈마 생성실(1A)내를 하강하며, 박막 증착실(1B)과의 경계 부근의 ECR 포인트에 도달한다.

그런데, 일반적으로 관의 내부를 흐르는 가스류는 도 10에 도시된 바와 같이, 관(15)의 중심 부근의 유속이 가장 크고, 관의 내주면(16)에 가까울수록 유속이 작은 것이 알려져 있다. 도 10에서는, 가스의 유속의 크기를 편의적으로 벡터선군(17)으로 표시하고 있고, 벡터선의 길이는 관중앙에서 가장 길며, 끝으로 가까워질수록 줄어들고 있다.

도 10에 대한 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 관내를 하강중인 가스 흐름은 플라즈마 생성실(1A)의 중앙에서 빠르고, 내벽면에 가까울수록 느리다고 생각된다. 따라서, ECR 포인트에 있어서의 가스 흐름은 도 9에 벡터선군(14)으로 도시한 바와 같이 중앙 부근에서 가장 빠르다고 생각된다. ECR 포인트의 중앙부와 가장자리와의 유속의 차는 웨이퍼가 대구경화할수록 현저하다.

플라즈마화에 의해 생성된 Ar 이온은 하전 입자이기 때문에, 자장에 구속되면서 웨이퍼(W)상에 공급된다. 이 때, ECR 포인트에서의 가스의 유속 분포가 웨이퍼(W)상에서의 Ar 이온의 공급에 반영되게 된다. 즉, 웨이퍼 중심부에 가까울수록 단위 시간내의 단위 면적당 Ar 이온(하전 입자)의 공급량이 많아지고, CF계 가스의 해리가 발생하기 쉽게 되어 F(불소)가 많아진다. 발생한 F는 웨이퍼 표면에 퇴적된 CF막을 에칭하도록 작용하기 때문에, 웨이퍼 주연부보다도 웨이퍼 중심부에서의 에칭 작용이 강해져 웨이퍼 중심부에서 CF막이 얇아진다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 처리 가스를 이용하여 웨이퍼 등의 피처리 기판의 표면에 대하여 균일한 처리를 행할 수 있는 가스 처리 장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명은 피처리 기판을 얹어 놓기 위한 적재부와, 적재부를 둘러싸는 동시에 내부가 진공 상태로 되는 진공 용기와, 적재부에 적재되는 피처리 기판에 대하여 처리 가스를 공급하도록 되어 있는 복수의 가스 구멍을 갖는 가스 공급부를 구비하고, 가스 공급부의 가스 구멍의 개구 밀도는 피처리 기판의 주로 중앙부 부근을 위한 영역보다도 피처리 기판의 외측 가장자리 부근을 위한 영역 쪽이 큰 것을 특징으로 하는 가스 처리 장치이다.

예컨대, 피처리 기판의 중앙부 부근을 위한 영역의 가스 구멍보다도 피처리 기판의 외측 가장자리 부근을 위한 영역의 가스 구멍 쪽이 개구 면적이 크게 형성된다. 혹은, 피처리 기판의 중앙부 부근을 위한 영역보다도 피처리 기판의 외측 가장자리 부근을 위한 영역 쪽이 가스 구멍의 수가 많이 형성된다.

본 발명의 가스 처리 장치는 가스 구멍을 막기 위한 가스 구멍 규제 부재를 더 구비하는 것이 바람직하다.

가스 구멍 규제 부재는 가스 공급부의 피처리 기판의 주로 외측 가장자리 부근을 위한 영역의 가스 구멍을 막도록 되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 가스 구멍 규제 부재는 교환이 자유롭게 되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 가스 구멍 규제 부재는 그것이 막는 가스 구멍을 변경하도록 조정 가능하게 되어 있는 것이 바람직하다. 예컨대, 가스 구멍 규제 부재는 중첩 상태를 조절할 수 있는 복수의 날개형체를 갖는다.

또한, 본 발명의 가스 처리 장치는 적재부에 적재되는 피처리 기판에 대향하 도록 진공 용기에 형성된 개구부에 기밀하게 설비된 마이크로파 투과창과, 마이크로파 투과창을 통해 진공 용기에 연결되어 진공 용기내로 마이크로파를 도입하는 도파관과, 진공 용기내에 자계를 발생시키기 위한 자계 형성 수단을 더 구비하고, 도파관으로부터 도입되는 마이크로파와 자계와의 상호 작용에 의해 진공 용기내에서 전자 사이클로트론 공명을 일으키며, 처리 가스를 플라즈마화하여 그 플라즈마에 의해 피처리 기판을 처리하도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 경우, 가스 공급부는 마이크로파를 투과하는 재질에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 도전체에 의해 구성된 가스 구멍을 막기 위한 가스 구멍 규제 부재를 더 구비한 것을 특징으로 한다.

가스 구멍은 마이크로파 투과창과 적재부에 적재되는 피처리 기판 사이의 공간내이면서 그 피처리 기판과 평행한 평면내에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다. 혹은, 가스 구멍은 마이크로파 투과창과 적재부에 적재되는 피처리 기판 사이의 공간의 거의 주연부이면서 그 피처리 기판과 평행한 평면내에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 처리 가스를 이용하여 피처리 기판을 처리하기 위한 가스 처리 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 이용되는 가스 처리 장치의 일례를 도시한 개략도.

도 2는 도 1의 가스 처리 장치의 가스 공급부를 도시한 평면도.

도 3은 도 1의 가스 공급부의 일부의 가스 구멍을 가스 구멍 규제 부재로 막은 상태를 도시한 평면도.

도 4는 단위 면적당 가스 구멍의 개구 면적이 균일한 가스 공급부를 이용한 가스 처리 장치의 ECR 포인트에 있어서의 가스 흐름의 상태를 설명한 설명도.

도 5a 및 도 5b는 가스 구멍 규제 부재의 작용을 설명한 설명도.

도 6은 본 발명의 실시 형태에 이용되는 가스 처리 장치의 다른 예를 도시한 개략도.

도 7은 도 6에 도시된 가스 처리 장치의 가스 공급부를 도시한 평면도.

도 8은 도 6에 도시된 가스 처리 장치에 가스 구멍 규제 부재를 설치한 예를 도시한 주요부 개략도.

도 9는 종래의 플라즈마를 이용한 박막 증착 장치의 모식도.

도 10은 관의 내부를 흐르는 가스 흐름의 상태를 설명한 설명도.

(실시예)

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하에, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 관해서 설명한다.

우선, 본 발명의 실시 형태에 이용되는 가스 처리 장치의 일례를 도 1에 도시한다. 이 장치는, 예컨대 알루미늄 등에 의해 형성된 진공 용기(2)를 구비하고 있다. 이 진공 용기(2)는 상측에 위치하여 플라즈마를 발생시키는 통형상의 제1 진공실(21)과, 이 아래쪽으로 연통시켜 연결되고, 제1 진공실(21)보다는 직경이 큰 통형상의 제2 진공실(22)로 이루어진다. 또, 이 진공 용기(2)는 접지되어 제로 전위로 되어 있다.

이 진공 용기(2)의 상단은 개구를 갖고 있지만, 이 부분에 마이크로파를 투과하는 부재 예컨대 석영 등의 재료로 형성된 투과창(23)이 기밀하게 설치되어 있고, 진공 용기(2) 내부가 진공 상태로 유지되도록 되어 있다. 이 투과창(23)의 외측에는, 예컨대 2.45 GHz의 마이크로파를 발생하는 고주파 전원부(24)에 접속된 도파관(25)이 설치되어 있고, 고주파 전원부(24)에서 발생한 마이크로파를 예컨대 TE 모드에 의해 도파관(25)으로 도입하거나 또는 TE 모드에 의해 안내된 마이크로파를 도파관(25)에서 TM 모드로 변환하여 투과창(23)으로부터 제1 진공실(21)내로 도입할 수 있도록 되어 있다.

제1 진공실(21)의 예컨대 상단부 근방, 즉 투과창(23)의 바로 밑에는 제1 진공실(21)내에 플라즈마 생성용 가스(예컨대 Ar 가스)를 공급하기 위한 가스 공급부가 되는 샤워 헤드(32)가, 후술하는 적재대(4)상에 적재되는 피처리 기판인 웨이퍼(W)와 대향하도록 설치되어 있다. 샤워 헤드(32)에는 제1 진공실(21)을 구획하는 측벽을 관통하여 가스 노즐(31)이 연통 접속되어 있고, 이 가스 노즐(31)의 타단은 도시하지 않은 가스원, 예컨대 Ar 가스원에 접속되어 있다.

샤워 헤드(32)는 석영으로 된 중공 원반 형상의 하우징을 이루고, 그 바닥판에 복수의 가스 구멍(33)이 관통하여 설치되어 있다. 샤워 헤드(32) 밑에는 가스 구멍(33)의 개폐를 제어하는 링형의 가스 구멍 규제 부재(34)가 설치되어 있다. 본 발명은 샤워 헤드(32)의 가스 구멍 면적의 분포에 특징을 갖는 것으로, 이것에 대해서는 후술한다.

상기 제2 진공실(22)내에는 상기 제1 진공실(21)과 대향하도록 웨이퍼의 적재대(4)가 설치되어 있다. 이 적재대(4)는 표면부에 정전 척(41)을 구비하고 있다. 이 정전 척(41)의 전극에는 웨이퍼를 흡착하는 직류 전원(도시하지 않음) 이외에 웨이퍼에 이온을 인입하기 위한 바이어스 전압을 인가하도록 고주파 전원부(42)가 접속되어 있다.

한편, 상기 제2 진공실(22)의 상부 즉 제1 진공실(21)과 연통하고 있는 부분에는 링형의 박막 증착 가스 공급부(51)가 설치되어 있다. 이 박막 증착 가스 공급부(51)는 예컨대 가스 공급관(52, 53) 및 내주면의 가스 구멍(54)을 가지며, 가스 공급관(52, 53)으로부터 예컨대 2종류의 박막 증착 가스가 공급되고, 그 혼합 가스를 가스 구멍(54)으로부터 진공 용기(2)내로 공급하도록 구성되어 있다.

상기 제1 진공실(21)을 구획하는 측벽의 외주에는 이것에 접근시켜 자장 형성 수단으로서 예컨대 링형의 주 전자 코일(26)이 배치되어 있다. 제2 진공실(22)의 하방측에는 링형의 보조 전자 코일(27)이 배치되어 있다. 또한, 제2 진공실(22) 바닥에는 예컨대 진공실(22)의 중심축에 대칭인 2 지점의 위치에 각각 배기관(28)이 접속되어 있다.

도 2에는 샤워 헤드(32)의 바닥판의 상태가 도시되어 있다. 이 샤워 헤드(32)는 헤드 중앙부보다도 헤드 외측 가장자리 쪽이 단위 면적당 가스 구멍(33)의 개구 면적이 커지도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 도 2에 도시된 바와 같이, 동일한 개구 면적의 가스 구멍(33)이 헤드(32)의 외측보다 기밀하게 되도록 배열되어 있다. 샤워 헤드(32)의 중심으로부터의 거리와, 단위 면적당 가스 구멍(33)의 개구 면적과의 관계는 도 1에 부호 30으로 도시된 벡터선군(가스의 유속을 나타냄)과 같이, ECR 포인트에 있어서의 플라즈마 생성용 가스의 유속이 웨이퍼(W)에 대하여 균일하게 되는 관계이다. 일반적으로, 가스 구멍이 기밀하게 되어 있는 영역은 웨이퍼(W)의 투영면(W': 도 2에 점선으로 도시함)의 외측이 되지만, 웨이퍼(W)의 투영면(W')에 일부가 중첩될 수도 있다. 또, 이 때의 가스 구멍(33)의 구멍 직경은 0.2∼0.5 mm이다. 그 이유는 구멍 직경이 이것보다 크면 이상 방전이 발생하기 쉽게 되기 때문이다. 또, 샤워 헤드(35)로부터 ECR 포인트까지의 거리는 220 mm이다.

만일, 단위 면적당 가스 구멍(33)의 개구 면적이 균일한 샤워 헤드(35)를 이용한 경우에는 도 4에 도시된 바와 같이 ECR 포인트에 있어서의 플라즈마 생성용 가스의 유속은 벡터선군(36)으로 도시한 바와 같이 중앙 부근에서 가장 빨라진다고 생각된다. 그것에 의해, 웨이퍼 중심부에서의 스퍼터·에칭 작용이 강해져서 퇴적된 막의 두께가 불균일하게 되어 버린다. 본 실시 형태에서는 이와 같이 플라즈마 생성용 가스의 유속이 불균일하게 되는 것을 막고 있다.

혹은 별도의 예로서, 샤워 헤드(32)의 중앙부로부터 외측 가장자리를 향해 가스 구멍(33)의 구멍 직경이 0.2 내지 0.5 mm 사이에서 서서히 커지도록 구성되어 있어도 좋다. 그 경우에는, 단위 면적당 가스 구멍(33)의 수는 샤워 헤드(32)의 어디에서나 같아도 좋으며, 중앙부로부터 외측 가장자리를 향해 증가하도록 하여도 좋다.

도 3에는 샤워 헤드(32)의 일부 가스 구멍(33)이 가스 구멍 규제 부재(34)에 의해 막힌 상태가 도시되어 있다. 가스 구멍 규제 부재(34)는 예컨대 카메라의 조리개 기구와 같이, 복수의 날개형체를 조금씩 중첩시켜 구성되어 있고, 그 중첩 상태를 조절함으로써 이들 날개형체로 둘러싸인 개구부의 크기를 바꿀 수 있도록 되어 있다. 즉, 도 3의 예에서는, 가스 구멍 규제 부재(34)에 의해, 가장 외측의 원주상에 배열된 1열의 가스 구멍군이 막혀져 있지만, 가스 구멍 규제 부재(34)에 의한 개구부를 보다 크게 하여 전혀 가스 구멍(33)이 막혀져 있지 않도록 할 수도 있고, 또한, 개구부를 작게 하여 외측으로부터 2번째 또는 3번째의 원주상에 배열된 가스 구멍군도 막을 수 있다.

이와 같이 가스 구멍(33)의 패턴을 제어함으로써, 플라즈마 생성용 가스의 실효 취출 면적의 조정을 행할 수 있다. 일반적으로, 플라즈마 생성용 가스의 종류를 바꾸면, ECR 포인트에 있어서의 플라즈마 밀도 분포가 변하는 경우가 있다. 또한, 박막 증착하는 막의 재질에 따라 플라즈마 생성용 가스의 유속 분포를 바꿀 필요가 생기는 경우가 있다. 그러한 경우에도 샤워 헤드(32)는 바꾸지 않고 가스 구멍 규제 부재(34)를 이용하여 가스 구멍의 패턴을 조정함으로써, 유속 분포를 보정하고, ECR 포인트로 예정되어 있는 플라즈마 밀도 분포를 얻을 수 있다. 즉, 샤워 헤드(32)의 외측 가장자리 근방의 가스 구멍(33)을 막지 않는 경우, ECR 포인트에 있어서의 플라즈마 생성용 가스의 흐름은 도 5b에 도시된 벡터선군(37)과 같이, 중앙부보다도 가장자리 근방에서 지나치게 빨라지게 되고, 웨이퍼(W) 상에 퇴적된 막의 두께가 불균일하게 되는 경우가 있다. 그러한 경우에 가스 구멍 규제 부재(34)를 이용하여 샤워 헤드(32)의 외측 가장자리 근방의 가스 구멍(33)을 적절하게 막음으로써, 도 5a에 도시된 바와 같이, ECR 포인트에 있어서 균일한 유속의 가스 흐름을 얻을 수 있다.

또한, 가스 구멍 규제 부재(34)가 금속 등의 도전체로 되어 있는 경우에는, 가스 구멍 규제 부재(34)는 투과창(23)을 투과한 마이크로파의 투과 면적을 조정한다고 하는 기능을 겸비하게 된다.

혹은 별도의 예로서, 가스 구멍 규제 부재(34)가 그 개구부의 크기를 자유롭게 조절할 수 없는 구성으로 되어 있어도 좋다. 그 경우에는, 제1 진공실(21)에 대하여 가스 구멍 규제 부재(34)를 착탈이 자유로운 구성으로 하여 각각의 개구부의 크기가 다른 복수의 가스 구멍 규제 부재(34)를 준비하고, 이들 중에서 적절히 선택하여 제1 진공실(21)에 부착한다.

다음에, 전술한 장치를 이용하여 피처리 기판인 웨이퍼(W)상에 CF막으로 이루어진 층간 절연막을 형성하는 방법에 대해서 설명한다. 우선, 진공 용기(2)의 측벽에 설치한 도시하지 않은 게이트 밸브를 개방하여 도시하지 않은 반송 아암에 의해 예컨대 표면에 알루미늄 배선이 형성된 웨이퍼(W)를 도시하지 않은 로드록실로부터 반입하여 적재대(4)상에 웨이퍼를 얹어 놓고, 정전 척(41)에 의해 웨이퍼(W)를 정전 흡착한다.

계속해서, 게이트 밸브를 폐쇄하여 내부를 밀폐한 후, 배기관(28)으로부터 내부 분위기를 배기하여 소정의 진공도까지 진공 상태로 된다. 그 후, 플라즈마 가스 노즐(31)로부터 제1 진공실(21)내로 플라즈마 발생용 가스 예컨대 Ar 가스를 도입하는 동시에 박막 증착 가스 공급부(51)로부터 제2 진공실(22)내로 CF계의 박막 증착 가스를 소정의 유량으로 도입한다. 또, 샤워 헤드(32)의 가스 구멍(33)의 분포 및 가스 구멍 규제 부재(34)에 의한 가스 구멍 패턴의 조절은 예비 실험 또는 과거의 프로세스 데이터 등에 기초하여 미리 최적화해 둔다.

그리고, 진공 용기(2)내를 소정의 프로세스압으로 유지하고, 또 고주파 전원부(42)에 의해 적재대(4)에 13.56 MHz, 1500 W의 바이어스 전압을 인가하는 동시에 적재대(4)의 표면 온도를 대략 400℃로 설정한다.

고주파 전원부(24)로부터의 2.45 GHz의 고주파(마이크로파)는 도파관(25)을 지나 진공 용기(2)의 천장부에 이르고, 이곳의 투과창(23)을 투과하여 제1 진공실(21)내로 도입된다. 한편, 진공 용기(2)내에는 전자 코일(26, 27)에 의해 제1 진공실(21)의 상부로부터 제2 진공실(22)의 하부로 향하는 자장이 형성된다. 예컨대, 제1 진공실(21)의 하부 부근에서 자장의 강도가 875 가우스가 되고, 자장과 마이크로파와의 상호 작용에 의해 전자 사이클로트론 공명이 생기며, 이 공명에 의해 Ar 가스가 플라즈마화되고, 또 고밀도화된다. 제1 진공실(21)로부터 제2 진공실(22)내로 유입된 플라즈마류는 여기로 공급되고 있는 CF계 가스를 활성화하여 활성종을 형성하고, 웨이퍼(W)상에 CF막을 박막 증착한다.

또, 실제의 디바이스를 제조하는 경우에는, 그 후 이 CF막에 대하여 소정의 에칭 수단 예컨대 O₂(플라즈마)에 의해 소정의 패턴으로 에칭을 행하고, 홈부에 예컨대 W막을 매립하여 W 배선이 형성된다.

전술한 실시 형태에 따르면, 샤워 헤드(32)가 헤드 중앙부보다도 헤드 외측 가장자리 쪽이 단위 면적당 가스 구멍(33)의 개구 면적이 커지도록 구성되어 있기 때문에, 제1 진공실(21)의 내주면 근방에서 플라즈마 생성용 가스의 흐름이 지연되는 것을 막을 수 있고, ECR 포인트에 있어서의 플라즈마 생성용 가스의 유속이 웨이퍼(W)에 대하여 균일해진다. 따라서, 웨이퍼(W)상에서의 단위 시간내의 단위 면적당 가스 유량이 균일하게 되고, 웨이퍼(W) 면내에서의 스퍼터·에칭 작용이 균일하게 되어 웨이퍼(W)상에 퇴적된 막의 두께가 직경 방향에서 균일하게 된다.

또한, 전술한 실시 형태에 따르면, 퇴적하는 막의 재질이나 플라즈마 생성용 가스의 종류를 바꾼 경우에도, 가스 구멍 규제 부재(34)를 이용하여 가스 구멍의 패턴을 조정함으로써 균일한 유속의 가스 흐름을 얻을 수 있기 때문에, 다종 다양한 가스 구멍 패턴을 갖는 샤워 헤드를 준비하지 않아도 좋으므로, 저가에 각종 재질의 막을 각종 플라즈마 생성용 가스를 이용하여 퇴적할 수 있다.

도 6 내지 도 8에는 본 발명에 관한 실시 형태의 다른 예가 도시되어 있다. 이 플라즈마 처리 장치가 도 1 내지 도 3에 도시된 장치와 다른 것은 가스 공급부로서 샤워 헤드(32) 대신에 링형의 가스 공급부인 가스링(62)을 설치한 것과, 가스 구멍 규제 부재(34)를 생략한 것이다. 그 밖의 구성은 상술한 도 1 내지 도 3에 도시된 예와 같기 때문에, 도 1 내지 도 3에 도시된 예와 같은 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙여 그 상세한 설명을 생략한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 가스링(62)은 투과창(23)의 실효 영역(도 6에 직경 d로 도시한 영역)을 둘러싸는 중공 링형의 하우징을 이루고, 그 바닥판에 복수의 가스 구멍(63)을 가지고 있으며, 가스 구멍(63)이 투과창(23)의 바로 밑에 웨이퍼(W)면을 포함하는 평면과 대향하도록 설치되어 있다. 가스링(62)은 가스 노즐(31)을 통해 Ar 가스 등의 가스원에 접속되어 있다. 가스링(62)은 금속 또는 석영 등의 절연재로 되어 있다. 여기서 d의 치수는 예컨대 제1 진공실(21)의 내경(D)이 250 mm의 경우에는 190 mm 정도이다. 즉, 이 경우에는 가스링(62)의 내경 및 외부 직경은 각각 거의 190 mm 및 250 mm이다.

가스 구멍(63)은 중앙부 즉 내측 가장자리측보다도 외측 가장자리측 쪽이 단위 면적당 개구 면적이 커지도록 배치되어 있어도 좋고, 단위 면적당 개구 면적이 가스링(62)의 어디에서나 동일하게 되는 배치로 되어 있어도 좋다.

이와 같이 가스링(62)을 이용하여 플라즈마 생성용 가스를 제1 진공실(21)내로 공급함으로써, 가스가 제1 진공실(21) 주위로부터 하향으로 흐르기 때문에, 가스링(62)의 근방 영역에서는 중앙부의 가스 농도가 작아진다. 이것과 ECR 포인트에 있어서 중앙부의 가스 흐름이 주위보다도 빨라지는 것과 함께 ECR 포인트에 있어서의 플라즈마 생성용 가스의 유속이 도 6에 벡터선군(60: 가스의 유속을 나타냄)으로 도시한 바와 같이 웨이퍼(W)에 대하여 균일하게 된다.

또, 도 8에 도시된 바와 같이, 가스링(62) 밑에 가스 구멍(63)의 개폐를 제어하는 링형의 가스 구멍 규제 부재(64)를 설치하여도 좋다. 이 가스 구멍 규제 부재(64)는 상술한 가스 구멍 규제 부재(34)와 같은 구성의 것이다. 이와 같이 하면, 퇴적하는 막의 재질이나 플라즈마 생성용 가스의 종류에 따라 가스 구멍(63)의 패턴을 조정할 수 있고, 그것에 의해 가스 흐름의 유속 분포를 보정하여 ECR 포인트로 예정되어 있는 플라즈마 밀도 분포를 얻을 수 있다.

이 도 6 내지 도 8에 도시된 실시 형태에 따르면, 웨이퍼(W)상에서의 단위 시간내의 단위 면적당 가스 유량이 균일하게 되고, 웨이퍼(W)면내에 있어서의 스퍼터·에칭 작용이 균일하게 되어 웨이퍼(W)상에 퇴적된 막의 두께가 직경 방향에서 균일해 지는 것에 아울러 가스링(62)이 투과창(23)의 외측에 배치되어 있음에 따라 가스 공급부내를 마이크로파가 지나지 않기 때문에, 가스 공급부내에서 박막 증착이 발생하는 것이 방지된다.

이상에 있어서 본 발명은 진공실 바닥의 측방으로부터 배기관을 접속하여도 좋고, 도파관의 가로에 자장 형성용 전자 코일을 설치하거나 하여도 좋다. 또한, 본 발명은 박막 증착 처리에 사용되는 장치에 한정되지 않고, 플라즈마를 이용하여 피처리 기판의 처리를 행하는 각종 장치, 예컨대, CF계의 가스를 플라즈마화하여 피처리 기판의 에칭을 행하는 에칭제에 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 플라즈마를 이용하는 처리에 한정되지 않고, 처리 가스를 열에 의해 해리하여 그 활성종에 의해 박막 증착 등을 행하는 경우에도 적용할 수 있다.

더욱이 본 발명은 ECR에 의해 플라즈마를 생성하는 것에 한정되지 않고, 예컨대 ICP(Inductive Coupled Plasma) 등이라 불리는 돔형의 용기에 감긴 코일로부터 전계 및 자계를 처리 가스에 부여하는 방법 등에 의해 플라즈마를 생성하는 경우에도 적용할 수 있다. 게다가, 헬리콘파 플라즈마 등이라 불리는 예컨대 13.56 MHz의 헬리콘파와 자기 코일에 의해 인가된 자장과의 상호 작용에 의해 플라즈마를 생성하는 경우나, 마그네트론 플라즈마 등이라 불리는 2장의 평행한 캐소드에 거의 평행을 이루도록 자계를 인가함으로써 플라즈마를 생성하는 경우, 평행 평판 등이라 불리는 서로 대향하는 전극 사이에 고주파 전력을 인가하여 플라즈마를 생성하는 경우에도 적용할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서는, 피처리 기판으로서는 웨이퍼에 한정되지 않고 액정 디스플레이용 유리 기판이어도 좋다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 피처리 기판 또는 그 연장면과 대향하는 위치에 설치된 가스 공급부로부터 처리 가스를 중심부보다도 외측 쪽에 보다 많이 공급하도록 되어 있기 때문에, 피처리 기판의 표면에 대하여 균일한 처리를 행할 수 있다.

Claims

피처리 기판을 얹어 놓기 위한 적재부와,

적재부를 둘러싸는 동시에 내부가 진공 상태로 되는 진공 용기와,

적재부에 적재되는 피처리 기판에 대하여 처리 가스를 공급하도록 되어 있는 복수의 가스 구멍을 갖는 가스 공급부를 구비하고,

가스 공급부의 가스 구멍의 개구 밀도는 피처리 기판의 주로 중앙부 부근을 위한 영역보다도 피처리 기판의 외측 가장자리 부근을 위한 영역 쪽이 큰 것을 특징으로 하는 가스 처리 장치.
제1항에 있어서, 피처리 기판의 중앙부 부근을 위한 영역의 가스 구멍보다도 피처리 기판의 외측 가장자리 부근을 위한 영역의 가스 구멍 쪽이 개구 면적이 크게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 처리 장치.
제1항에 있어서, 피처리 기판의 중앙부 부근을 위한 영역보다도 피처리 기판의 외측 가장자리 부근을 위한 영역 쪽이 가스 구멍의 수가 많이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 처리 장치.
제1항에 있어서, 가스 구멍을 막기 위한 가스 구멍 규제 부재를 더 구비한 것을 특징으로 하는 가스 처리 장치.
제4항에 있어서, 가스 구멍 규제 부재는 가스 공급부의 피처리 기판의 주로 외측 가장자리 부근을 위한 영역의 가스 구멍을 막도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 처리 장치.
제4항에 있어서, 가스 구멍 규제 부재는 교환이 자유롭게 되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 처리 장치.
제4항에 있어서, 가스 구멍 규제 부재는 그것이 막는 가스 구멍을 변경하도록 조정 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 처리 장치.
제7항에 있어서, 가스 구멍 규제 부재는 중첩 상태를 조절할 수 있는 복수의 날개형체를 갖는 것을 특징으로 하는 가스 처리 장치.
제1항에 있어서, 적재부에 적재되는 피처리 기판에 대향하도록 진공 용기에 형성된 개구부에 기밀하게 설비된 마이크로파 투과창과,

마이크로파 투과창을 통해 진공 용기에 연결되어 진공 용기내로 마이크로파를 도입하는 도파관과,

진공기내에 자계를 발생시키기 위한 자계 형성 수단을 더 구비하고,

도파관으로부터 도입되는 마이크로파와 자계와의 상호 작용에 의해 진공 용기내에서 전자 사이클로트론 공명을 일으키며, 처리 가스를 플라즈마화하여 그 플라즈마에 의해 피처리 기판을 처리하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 처리 장치.
제9항에 있어서, 가스 공급부는 마이크로파를 투과하는 재질에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 처리 장치.
제9항에 있어서, 도전체에 의해 구성된 가스 구멍을 막기 위한 가스 구멍 규제 부재를 더 구비한 것을 특징으로 하는 가스 처리 장치.
제9항에 있어서, 가스 구멍은 마이크로파 투과창과 적재부에 적재되는 피처리 기판 사이의 공간내이면서 그 피처리 기판과 평행한 평면내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 처리 장치.
제9항에 있어서, 가스 구멍은 마이크로파 투과창과 적재부에 적재되는 피처리 기판 사이의 공간의 거의 주연부이면서 그 피처리 기판과 평행한 평면내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 처리 장치.
제1항에 있어서, 적재부는 거의 원형의 피처리 기판을 적재하도록 되어 있고, 가스 구멍은 그 피처리 기판과 평행한 평면내에 배치되어 있으며, 진공 용기는 적어도 가스 구멍이 배치되어 있는 부분에 있어서 거의 원통 형상인 것을 특징으로 하는 가스 처리 장치.
제1항에 있어서, 에칭 처리 기구를 더 구비한 것을 특징으로 하는 가스 처리 장치.
제1항에 있어서, 박막 증착 처리 기구를 더 구비한 것을 특징으로 하는 가스 처리 장치.