Un aparato de procesamiento con plasma que comprende dentro de una cámara sellable (11):

un cuerpo estructural interno (8) que está dispuesto para estar separado de una superficie de pared interna a la cámara (11) y que forma un espacio interno para alojar un sustrato (1) que sirve como objeto de procesamiento; una sección de soporte del sustrato (15) que está adaptada para alojar el sustrato (1) dentro del espacio interno; medios de suministro de gas reactivo (10) para suministrar un gas reactivo al espacio interno; un cátodo (2) y un ánodo (4) que están soportados por el cuerpo estructural interno (8) y dispuestos en ambos lados del sustrato (1) dentro del espacio interno y que están adaptados para generar en uso una descarga de plasma de gas reactivo; y un calentador (24) que está soportado por el cuerpo estructural interno (8) y que está adaptado para calentar el sustrato (1) dentro del espacio interno; caracterizado por una tubería (7) de paso de gas enfriada por aire que está dispuesta para estar en contacto con el calentador (24) y que está adaptada para absorber un calor Joule mediante un gas de enfriamiento, siendo generado el calor Joule en uso por la descarga en plasma entre el cátodo (2) y el ánodo (4)

Aparato para tratamiento con plasma y método de manufactura de película de gas semiconductora utilizando el mismo.

Campo técnico

La presente invención se relaciona con un aparato de procesamiento por plasma que lleva a cabo grabado o información de película sobre un sustrato mediante descarga de plasma de un gas reactivo así como un método para producir una película del gas semiconductora utilizando el mismo.

Técnica antecedente Los aparatos de procesamiento por plasma se usan frecuentemente en la producción de un elemento semiconductor, y aquellos que tienen diversas formas se adaptan para uso práctico de acuerdo con un objetivo del mismo.

La Figura 6 es una vista transversal esquemática de un aparato de procesamiento con plasma tipo longitudinal convencional general.

Este aparato de procesamiento por plasma incluye una cámara 11 que se convierte en un recipiente de reacción recibiendo influencia de la presión atmosférica externa. Sobre la superficie de la pared interna de la cámara 11, se disponen un cátodo 2 y un ánodo 4 que están opuestos uno a otro para producir descarga de plasma, y un calentador 24 que calienta un sustrato 1 (por ejemplo, un sustrato de vidrio) que sirve como un objeto de procesamiento. Aquí, el calentador 24 se utiliza también como cuerpo estructural que constituye la superficie de la pared de la cámara 11.

El cátodo 2 es soportado por la superficie de la pared interna de la cámara 11 a través de un soporte de cátodo 5 hecho de una sustancia aislante con el fin de obtener aislamiento eléctrico.

También, el cátodo 2 tiene una sección hueca dentro del interior para introducir un gas reactivo, y tiene numerosos agujeros finos formados por un proceso de perforación sobre la superficie que se opone al sustrato 1. También, una tubería 10 de introducción de gas se conecta a la parte extrema del cátodo 2, mediante lo cual el gas reactivo suministrado al cátodo 2 pasa a través de la sección hueca y de los agujeros para ser suministrado uniformemente a la superficie del sustrato 1. Adicionalmente, están conectados al cátodo 2 una fuente de poder de excitación de plasma 12 así como una fuente de poder de alta frecuencia para suministrar potencia eléctrica de alta frecuencia al cátodo 2 y un dispositivo de compensación de impedancia 13.

El ánodo 4 está fijado a la superficie del calentador 24 que constituye la superficie de la pared interna de la cámara 11. También, se dispone una sección de soporte del sustrato (soporte) 15 que mantiene la parte periférica del sustrato 1 sobre la otra superficie del ánodo 4.

Con el fin de formar una película provista con espesor de película y calidad de película uniformes sobre la superficie del sustrato 1, la distancia de separación entre el cátodo 2 y el ánodo 4 (región de descarga del plasma) debe definirse con alta precisión. Por esta razón, la parte periférica del cátodo 2 está fijada a un intervalo constante por tornillos de fijación (no ilustrados en los dibujos) .

La cámara 11, el cátodo 2 y el ánodo 4 están constituidos de acero inoxidable, aleación de aluminio o similares, y se usa un material de aislamiento del calor de los mismos, cerámico o similar. Cuando se utiliza un gas de grabado como gas reactivo, la cámara completa está constituida de aleación de aluminio.

El sustrato 1 que sirve como un objeto de procesamiento se fija a la sección de soporte del sustrato 15, y se calienta a una temperatura constante (por ejemplo, 100ºC a 600ºC) mediante el calentador 24.

Con el fin de mantener el vacío dentro de la cámara, se dispone una sección de sellamiento al vacío (no ilustrado en los dibujos) en cada parte de conexión dentro de la cámara. Un material de sellamiento de goma basado en flúor tal como Viton (marca registrada) o Kalrez (marca registrada) manufacturado por Dupont Dow Elastomer Co., Ltd., se usa para la sección de sellamiento al vacío del cátodo 2 y la sección de sellamiento al vacío del calentador 24 que son afectadas por el radical reactivo.

Se dispone una sección de enfriamiento 14 en la parte exterior del calentador 24 y el soporte de cátodo 5 con el fin de restringir la elevación de temperatura de la cámara y las secciones de sellamiento al vacío.

Con el fin de controlar la presión del gas reactivo dentro de la cámara libremente, se dispone una salida de expulsión de gases en una parte de la pared cercana a la región de descarga del plasma en la cámara, y se conectan un controlador de presión 22, una bomba de vacío 21 y un aparato de remoción 23 para retirar sustancias nocivas dentro del gas expulsado a esta salida de este gas a través de una tubería de expulsión de gas 9.

En tal aparato de procesamiento por plasma, se genera una descarga por chispa entre el cátodo 2 y el ánodo 4 en un estado en el cual la presión del gas reactivo está controlada, de tal manera que forme una película amorfa o cristalina sobre el sustrato 1.

También, en una técnica de química de plasma, se propone un aparato de reacción con plasma en el cual se mejora la uniformidad del grabado o la formación de película.

Un aparato de procesamiento por plasma convencional tal como el descrito anteriormente tiene varios problemas tales como los siguientes.

(A) puesto que el cátodo, el ánodo y el calentador están fijados a la pared superior y a la pared inferior de la cámara, la conductancia de calor hacia el exterior será grande, necesitando por lo tanto una conexión a tierra y un aparato de enfriamiento (sección de enfriamiento) para enfriar las secciones de sellamiento.

(B) El cátodo y el ánodo por sí mismos requieren un alto aislamiento contra la cámara. Sin embargo, puesto que el cátodo y el ánodo se utilizan también como la superficie de pared de la cámara que está afectada por la presión atmosférica externa, el aparato como un todo será un cuerpo estructural grande de tal manera que cada miembro constituyente será costoso, y se requerirá un aparato de enfriamiento (sección de enfriamiento) para enfriar desde el lado de la superficie posterior de la cámara.

(C) Puesto que el calentador está fijado a la pared superior y a la pared inferior de la cámara, será necesario el enfriamiento de las secciones de fijación del mismo.

(D) El cátodo y el ánodo tienen una estructura para ser soportada por la superficie de pared interna de la cámara a través de un cuerpo estructural hecho de una sustancia aislante. Por lo tanto, al introducir potencia eléctrica, es difícil asegurar una distancia de descarga a la superficie de pared, de tal forma que la descarga del plasma es susceptible también de ser afectada por la superficie de la pared y otros. Con el fin de restringir esta influencia al mínimo, la superficie de la pared de la cámara debe ser separada por un espacio hasta del grado máximo desde el cátodo. Si esto se lleva a cabo, el tamaño de la cámara tendrá una escala grande, generando por tanto un factor de gran incremento en los costes.

(E) Con respecto al cátodo que será un cuerpo estructural a gran escala entre los miembros constituyentes del aparato, el aislamiento eléctrico debe asegurarse contra la superficie de la pared de la cámara y también debe evitarse la fuga del gas reactivo. Por esta razón, se requerirá un miembro aislante a gran escala, generando por lo tanto un factor de gran incremento en los costes.

(F) Cuando se utiliza un gas de grabado basado en flúor como gas reactivo, debe utilizarse un material de sellamiento de goma con base de flúor costoso para la sección de sellamiento al vacío del cátodo y las secciones de sellamiento al vacío del ánodo cerca de la región de descarga del plasma, generando por lo tanto un factor de gran incremento en los costes.

(G) Puesto que la salida de expulsión de gases está dispuesta en una dirección alrededor de la región de descarga de plasma, la conductancia del gas reactivo será pequeña, haciendo difícil llevar a cabo el intercambio de una cantidad grande de gas.

(H) Puesto que el suministro de potencia eléctrica de alta frecuencia se lleva a cabo desde el lado de la superficie posterior del cátodo, la región de descarga del plasma estará limitada a una superficie del cátodo sobre el lado de superficie frontal.

(I) En el caso de un aparato de procesamiento con plasma tipo longitudinal, el sustrato está fijado en los alrededores, elevando por lo tanto el temor de una conexión a tierra insuficiente.

En un aparato de procesamiento con plasma descrito... [Seguir leyendo]

1. Un aparato de procesamiento con plasma que comprende dentro de una cámara sellable (11) :

un cuerpo estructural interno (8) que está dispuesto para estar separado de una superficie de pared interna a la cámara (11) y que forma un espacio interno para alojar un sustrato (1) que sirve como objeto de procesamiento;

una sección de soporte del sustrato (15) que está adaptada para alojar el sustrato (1) dentro del espacio interno;

medios de suministro de gas reactivo (10) para suministrar un gas reactivo al espacio interno;

un cátodo (2) y un ánodo (4) que están soportados por el cuerpo estructural interno (8) y dispuestos en ambos lados del sustrato (1) dentro del espacio interno y que están adaptados para generar en uso una descarga de plasma de gas reactivo; y un calentador (24) que está soportado por el cuerpo estructural interno (8) y que está adaptado para calentar el sustrato (1) dentro del espacio interno;

caracterizado por una tubería (7) de paso de gas enfriada por aire que está dispuesta para estar en contacto con el calentador (24) y que está adaptada para absorber un calor Joule mediante un gas de enfriamiento, siendo generado el calor Joule en uso por la descarga en plasma entre el cátodo (2) y el ánodo (4) .

2. El aparato de procesamiento por plasma de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende adicionalmente una placa de disipación de calor (26) capaz de disipar el calor Joule al exterior a través de la cámara (11) estando en contacto con el calentador y una pared externa de la cámara.

3. El aparato de procesamiento por plasma de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende adicionalmente una pestaña de disipación de calor (27) capaz de disipar el calor Joule hacia el exterior del espacio interno dentro de la cámara (11) estando en contacto con el calentador (24) .

4. El aparato de procesamiento por plasma de acuerdo con la reivindicación 2, donde la placa disipadora de calor

(26) está hecha de aluminio, aleación de aluminio, cobre, hierro, níquel o acero inoxidable.

5. El aparato de procesamiento por plasma de acuerdo con la reivindicación 2, donde la placa de disipación de calor (26) tiene una forma de una placa, una red o una banda.

6. El aparato de procesamiento por plasma de acuerdo con la reivindicación 2, donde la placa de disipación de calor (26) está dispuesta sobre un lado de la pared externa del cuerpo estructural interno (8) .

7. El aparato de procesamiento por plasma de acuerdo con la reivindicación 3, donde la pestaña de disipación de calor (27) está hecha de aluminio, una aleación de aluminio, cobre, hierro, níquel o acero inoxidable.

8. El aparato de procesamiento con plasma de acuerdo con la reivindicación 3, donde la pestaña (27) de disipación de calor está dispuesta para que sea densa en una parte central del calentador (24) y para ser escasa en una parte periférica del calentador (24) .

9. El aparato de procesamiento por plasma de acuerdo con la reivindicación 3, donde la pestaña (27) disipadora de calor tiene una dimensión de protrusión que es grande en una parte central del calentador (24) y pequeña en una parte periférica del calentador (24) .

10. El aparato de procesamiento por plasma de acuerdo con la reivindicación 3, donde la pestaña (27) de disipación de calor consiste de una placa plana que está en contacto de superficie con el calentador (24) y una pestaña en forma de onda que está conectada sobre esta placa plana.

11. El aparato de procesamiento por plasma de acuerdo con la reivindicación 1, donde la tubería (7) de paso de gas enfriada por aire tiene una estructura de descarga de un gas introducido directamente al lado externo de la cámara (11) .

12. El aparato de procesamiento por plasma de acuerdo con la reivindicación 1, donde la tubería (7) de paso de gas enfriada por aire se conecta a los medios de suministro de gas reactivo y tiene una estructura tal que el gas introducido es suministrado al espacio interno como gas reactivo.

13. El aparato de procesamiento por plasma de acuerdo con la reivindicación 1, donde la tubería (7) de paso de gas 5 enfriada por aire está hecha de aluminio, aleaciones de aluminio, cobre, hierro, níquel o acero inoxidable.

14. El aparato de procesamiento por plasma de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende, dentro de la cámara sellable (11) , dos o más conjuntos de un cuerpo estructural interno (8) , medios (10) de suministro de gas reactivo, cátodo (2) y ánodo (4) , calentador (24) y medios (26, 27) de disipación de calor, donde la tubería de paso de gas enfriada por aire está conectada a los medios de suministro de gas reactivo de otro conjunto y tiene una estructura tal que un gas introducido es suministrado al espacio interno del otro conjunto como gas reactivo.

15. Un método para producir una película delgada semiconductora caracterizado por la producción de una película delgada semiconductora caracterizado por la producción de una película delgada semiconductora sobre la superficie de un sustrato utilizando el aparato de procesamiento por plasma de acuerdo con la reivindicación 1.