KR0180900B1 - 건식처리장치 - Google Patents

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KR0180900B1
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오사무 마쓰모토
하루노부 사꾸마
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시바라 쇼 파로
고꾸사이덴끼 가부시끼가이샤
하루히사 끼노시따
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Abstract

내용 없음.

Description

건식처리장치
제1도는 건식처리장치의 종류에 속하는 종래의 건식부식장치의 일예를 나타내는 개략도.
제2도는 건식처리장치의 종류에 속하는 종래의 건식부식장치의 다른 예를 나타내는 개략도.
제3도는 본 발명에 따른 건식처리장치의 제1실시예를 나타내는 개략도.
제4도는 본 발명에 따른 건식처리장치의 제2실시예를 나타내는 개략도.
제5도는 본 발명에 따른 건식처리장치의 제3실시예를 나타내는 개략도.
제6도는 본 발명에 따른 건식처리장치의 제4실시예를 나타내는 개략도.
제7도는 본 발명에 따른 건식처리장치의 제5실시예를 나타내는 개략도.
제8a도는 넓은 간격에서 대향하는 전극 사이에서 발생된 플라즈마 내에서의 전자수송공정 모델의 개략도.
제8b도는 좁은 거리에서 대향하는 전극 사이에서 발생된 마그네트론 플라즈마 (magnetron plasma)내에서의 전자수송공정 모델의 개략도.
제9도는 CHF₃의 마그네트론 플라즈마의 발광스펙트럼(emission spectrum)의 그래프 도면.
제10도는 Hα 방출 강도의 가스압력 의존성의 그래프 도면.
제11도는 부식속도(μm/min)에 대한 본 발명에 따른 장치와 종래의 장치에 있어서의 자기 바이어스 전압(self-biss voltage)(V)의 그래프 도면.
제12도는 자계가 회전하는 상태에서의 부식된 6인치 산화규소(SiO)웨이퍼의 부식깊이 분포를 나타내는 그래프도표.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 반응실 3 : 기판
6 : 고주파전원 7 : 저지축전기(blocking capacitor)
9 : 절연체 10 : 전계
11 : 자계 12 : 3조의 솔레노이드 (solenoid)
15 : 제1직류전원 16 : 제1의 고주파전원
17 : 이상기(移相器) 21 : 제1전극
22 : 제2전극 25 : 제2의 직류전원
27 : 전력분배기
본 발명은 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치와 부식장치 및 스퍼터링(sputtering) 장치로서 사용되는 마그네트론 방전을 이용한 건식처리 장치에 관한 것으로 특히 건식처장치에 사용할 수 있으며 일정한 간격과 상호 평행으로 배치된 3개 이상의 전극으로 이루어지고 마그네트론 방전은 각각 인접하는 전극 사이에서 발생되는 건식처리장치에 관한 것이다. 제1도는 종래의 건식처리장치의 한 예를 나타내는 개략도이다.
종래의 건식처리장치는 반응실(1)과 반응실(1)의 바닥에 구비된 음극건극(2)으로 구성되어있고 상기한 전극은 절연체(9)에 의해 반응실 (1)로부터 절연되어 있다.
음극전극(2)는 저니축전기(7)을 거쳐서 고주파전원의 단자나 RF(Radio Frequency)전원(6)에 접속되어있고 고주파 전원의 다른쪽 단자와 반응실(1)은 접지되어 있다.
한쌍의 3조의 솔레노이드(12)가 음극전극(2)의 표면에 거의 평행의 방향으로 자계(11)를 발생시키기 위해 반응실(1)의 외부에 구비되어 있다.
기판이나 웨이퍼(3)은 음극전극(2)상에 배치되어 있다.
반응가스(4)는 반응실(1)로 도입되고 배기가스(5)는 반응실(1)로부터 배출된다.
13.56MHZ의 고주파전력(Ph)가 지지축전기(7)을 거쳐서 음극전극(2)에 인가되고, 반응실(1)은 양극전극(8)로서 작용한다.
음극전극(2)의 표면에 직각인 고주파전계(10)이 음극전극(2)상에 발생되고 음극전극(2)의 표면에 평행인 자계가 솔레노이드에 의해 발생된다.
제2도는 종래의 건식부식장치의 다른 예를 나타내는 개략도이다.
종래의 건식부식장치는 양극전극(8)이 음극전극(2)와 반드시 평행이며 양극전극(8)이 접지되도록 음극전극(2)상에 약70mm의 간격으로 양극전극(8)이 음극전극(2)에 대향하도록 한 것 이외는 앞서의 종래의 장치와 같은 구조를 갖고 있다.
이글 종래의 장치는 다음과 같이 동작한다.
부식시킬 기판(3)이 음극전극(20상에 배치된 수 반응실(1)이 진공펌프에 의해 충분히 배기되고, 반응가스(4)가 가스압력이 약 10 mTorr 가 되도록 반응실(1)내로 도입된다.
그 후 고주파 전력(ph)가 저지축전가(7)을 거쳐서 고주파전력으로부터 음극전극(2)에 공급되고, 그것에 의해 반응가스는 양이온과 음전자동으로 이루어진 플라즈마상으로 여기 (勵起)한다.
음극전극에 고주파전력을 공급하므로서 음극전극(2)의 표면과 직각의 방향으로 고주파전계(10)이 발생된다. 그와 함께, 한쌍의 3조의 솔레노이드에 의해 음극전극 (2)의 표면과 평행의 방향으로 자계(11)이 형성된다.
기판상의 공간에 형성된 상호 교차하는 고주파전계(10)과 자계(11)은 자력선에 대해 직각인 방향과 적은 직경의 궤도를 따라 질량이 가벼운 전자(light electron)가 나선상의 원형운동을 일으키고, 상기한 중성의 부식가스와 격렬하게 충돌한 전자는 고밀도의 플라즈마를 발생시키므로해서 미그네트론방전(13)이 발생된다.
자계에 존재하는 전자는 로렌츠(Lorenz)의 힘에 의해 자계에 대해 직각의 방향으로 이동되기 때문에 플라즈마 밀도는 한쪽으로 치우친 분포가 형성된다.
이것을 방지하기 위해 한쌍의 3조의 솔레노이드가 반응실(1)주위에 구비되어 교류전류가 3조의 솔레노이드로 통하므로해서 플라즈마밀도의 분포는 평균화되러 균일한 회전자계가 발생된다.
일반적으로 고주파 전기방전 여기에 의한 반응가스의 이온화율은 약 10-⁴으로 적다. 그러나 마그네트론방전에 있어서의 이온화율은 앞서의 이온화율보다 10²2로 두 단위나 크기 때문에 마그네트론 방전에 의한 부식속도는 한 단위 이상 크게 된다.
그러나 상술한 장치에 있어서는 자계를 회전시키지 않는 경우 플라즈마밀도 분포가 한쪽으로 치우친 분포가 형성되기 때문에 균일한 부식이 어렵게 된다.
즉, 부식 균일성의 편차가 크며 그 편차율은 ±30%이상이었다.
더구나, 음극전극(2)의 자기바이어스전압이 양극전극(8)의 자기바이어스전압보다 현저하게 다르기 때문에 , 동시에 음극전극(2)와 양극전극(8)의 양쪽에 배치한 2개이상의 기판을 부식시키는 것은 불가능했다.
또한 반응실 내에 3개 이상의 전극을 구비하고, 각각의 전극에 기판을 배치하고 동시에 양질의 균일성으로 기판을 부식시키는 것은 더욱 불가능하다고 생각되어 왔다.
따라서, 반응실내에 일정한 간격으로 다수의 전극이 구비되고, 각각의 전극상에 배치된 복수의 기판이 동시에 양질의 균일성으로 처리될 수 있는 건식처리장치를 마련하는 것이 본 발명의 하나의 목적이다.
상술한 목적은 반응가스의 입구와 배기 가스의 배출구를 가진 반응실과 저지축전기를 통하여 가각 교류전원에 연결된 3개 이상의 전극과, 각 전극의 표면에 대해 거의 평행인 자계를 발생시키기 위한 하나 또는 복수의 자계 인가수단과, 인접하는 전극 사이의 거리는 인접하는 전극산의 공간에서 전자가 거의 충돌하는 일없이 이동할 수 있는 정도로 설정하여 구성된 건식처리장치에 의해 달성될 수 있다.
또한 상술한 본 발명의 목적은 반응 가스의 입구와 배기가스의 배출구를 가진 반응실과, 전력분배장치를 통하여, 각각 교류전원에 연결된 3개이상의 전극과, 각 전극의 표면에 대해 거의 평행인 자계를 발생시키기 위한 하나 또는 복수의 자계인가 수단과, 인접하는 전극 사이의 거리는 인접하는 전극 사이의 공간을 전자가 거의 충돌이 없이 이동할 수 있는 정도로 설정하여 구성된 건식처리장치에 의해 또한 달성될 수 있다.
또한 상술한 본 발명의 목적은, 반응가스의 입구와 배기가스의 배출구를 가진 반응실과 상기한 반응실은 직류전원의 양극쪽에 접속되고 접지되어 있으며, 3개 이상의 전극은 각각 진류전원의 음극쪽에 접속되어 있고, 각 전극의 표면에 대해 거의 평행의 자계를 발생시키기 위한 하나 또는 복수의 자계인가수단과. 인접하는 전극 사이의 거리는 인접하는 전극 사이의 공간에서 전자가 거의 인접 충돌없이 이동할 수 있는 정도로 설정하여 구성된 건식처리장치에 의해 또한 달성될 수 있다.
본 발명에서는 인접한 전극사이의 거리는 1-5cm바람직하게는 1-3cm 이다.
본 발명에서 반응실의 내부압력은 약 1-100 m Torr 바람직하게는 1-10m Torr이다.
또한 본 발명에서 자계강도는 약 50-500gauss이다.
본 발명에서의 각각의 전극은 상호 각각 같은 면적을 갖고, 인접하는 전극 사이의 각각의 거리는 상호 같은 것이 바람직하다.
본 발명에서 건식처리장치의 전원으로서, 교류전원이 사용된 때에는 이 교류 전원은 적당한 위상차로 저지축전기를 거쳐서 각 전극에 같은 주파수를 가진 동기의 교류전력으로 그러나 공급하기 위하여 구비할 수도 있다.
또한 교류전원은 각 전극에 대해 거의 같은 위상으로 저지축전기를 통하여 같은 주파수를 갖고 반응실이 접지되어 있을 때 동기의 교류전원을 공급하기 위해 구비할 수도 있다.
이 경우에는 제1그룹의 전극과 제2그룹의 전극은 전기적으로 상호 접속될 수도 있다.
본 발명에서는 제1교류전원과 제2교류전원의 1조가 건식처리장치의 교류전원으로서 사용될 수 있고, 상기한 제1교류전원은 이상기(移相器)를 통해 제2교류전원에 접속되어 있다.
본 발명에서의 위상차는 0。±40。 또는 180。±40。의 범위이다.
본 발명에 있어서 가스가 SiH와 같은 막 형성용으로 사용되면 본 발명에 따른 건식처리장치는 CVD 장치로서 사용될 수 있다.
CF와 같은 부식가스가 사용되면, 이 장치는 부식장치로서 사용될 수 있다.
또한 Ar 와 같은 스퍼터링 가스가 사용되면 이 장치는 스퍼터링 장치로서 사용 될 수 있다.
본 발명에 의하면 , 전계와 자계가 상호 교차하기 때문에 마그네트론방전이 발생하며 이 마그네트론방전은 플라즈마를 발생시킨다.
플라즈마내에 존재하는 질량이 가벼운 전자의 일부는 각 전극으로 이동하여 저지축전기에 저장되고 그에의해 부(-)의 바이어스 직류 전압이 형성된다.
자기바이어스전압의 형성으로 각 전극 근처에 높은 양이온 농축을 갖는 이온시즈(ion sheath)가 형성된다.
그러나 이온시즈의 전기저항은 양이온의 아주 낮은 이동도에 의해 높아지게 되고, 그리하여 각 전극에 직각의 방향으로 강한 전계가 인가된다.
각 전극의 이온시즈내에 형성된 자기바이어스 전압에 대응하는 전계는 각 전극을 향해 이동한다.
소위 제 1전극의 이온시즈내에 형성된 자기바이어스전압에 대응하는 전계선은 제1전극에 반대인 제2전극의 이온시즈내에 형성된 자기바이어스전압에 대응하는 전계선과 반대 방향이다.
자계는 같은 방향이며 제1전극에 대응하는 하나의 전계와, 제2전극에 대응하는 다른 전계는 상호 반대방향이기 때문에 각 전극으로부터 방출된 2차전자상에서 작용하는 로렌츠의 힘의 방향은 상호 반대가 된다.
인접하는 전극 사이의 거리를 인접하는 전극 사이의 공간에서 전자가 거의 충돌없이 이동 (즉, 전자의 평균자유행정)할 수 있을 정도로 설정하면, 한 전극 근처에서 발생된 한 플라즈마와 다른 전극 근처에서 발생된 다른 플라즈마는 혼합된 플라즈마의 분포가 어디서든 거의 같게 되도록 상호 혼합될 수 있다. 따라서 자계가 회전하는 일없이 거의 균일한 플라즈마를 형성할 수 있다.
또한 인접하는 전극사이의 거리가 전자회전직경과 실질적으로 같게 설정되면(즉,라머스반경의 2배), 각 전극의 표면상에 이온 시즈가 형성되었기 때문에 각 전자는 이온시즈내로 이동하고, 이온시즈 내로 이동한 전자는 이온 시즈의 강한 전계에 의해 반발되어 반대방향으로되돌아 간다.
따라서 회전하는 전자는 공간 내에서 죄우로 크게 이동하는 일없이 그들이 가스분자와 충돌할 때까지 계속회전하게 될 높은 확률이 있다.
전자가 거의 충돌없이 이동할 수 있는 압력에 대응하는 반응가스의 압력일 때 전자는 그들이 가스분자와 충돌하기 전에 약 한회전을 자유롭게 회전한다.
가스압력은 전자의 평균자유행정(the mean free path)에 반비례 한다.
그러므로 전자를 한회전 이상 회전시키기 위해서는 압력을 상술한 압력보다 작거나 같게 되도록 제한할 필요가 있다.
즉, 인접한 전극 사이의 거리가 전자가 거의 충돌없이 이동할 수 있는 전자의 영역보다 작거나 같게 설정되면, 전자가 공간내에서 가스 분자와 충돌하여 균일한 플라즈마를 발생시키기 전까지는 전자는 인접하는 전극 사이의 공간을 부유함이 없이 거의 좌우로 계속 이동할 수 있다.
또한 전자의 좌우방향으로의 이동이 적기 때문에 양질의 균일성을 가진 플라즈마가 발생된다. 마그네트론방전에 의한 플라즈마의 이온화율은 일반적인 고주파방전에 의해 발생된 플라즈마보다 2단위나 또는 그 이상 높기 때문에 본 발명에 의한 건식부식은 종래의 장치에 비해 한 단위 이상의 높은 속도록 수행할 수 있다.
[실시예]
이하, 본 발명을 도면을 참조한 예로서 설명한다.
제3도는 본 발명에 따른 건식처리장치의 제1실시예를 나타내는 개략도이며, 제1도와 제2도에 나타내는 종래의 장치의 부분과 같거나 대응하는 부분을 가리키는 종래의 장치를 나타내는 제1도와 제2도의 관련부호와 같은 부호를 부여하고 있다.
본 발명의 제1실시예는 반응실(1)내에, 상호 평행하게 교대로 배치된 2개의 제1전극(21)과 2개의 제2전극(22)로 구성되어 있다.
제1전극(21)은 저지축전기(7)을 거쳐서 교류나 고주파 또는 고주파전원(6)의 한 단자에 접속되어 있고, 제 2전극(22)는 저지축전기(7)을 거쳐서 고주파전원(6)의 다른 단자에 접속되어있다.
인접한 적극(21)(22)사이에서 발생된 플라즈마를 균일한 상태로 하기위한 관점에서 제1전극을 위한 저지 축전기(7)의 용량과 제2전극을 위한 저지축전기의 용량을 상호 거의 동일하도록 하기 위해 인접하는 전극 사이의 거리는 같은 값이며 각 전극의 면적은 상호 거의 동일한 것이 바람직하다.
저지축전기(7)을 거쳐 고주파 전원(6)의 하나의 단자에 도선으로 접속한 제1전극(21)과 저지충전기(7)을 거쳐 고주파전원의 (6)다른쪽 단자에 도선으로 접속된 제2전극(22)는 각각 절연체 (9)(9)에 의해 반응실(1)에 대해 절연되어 있다.
한 쌍의 3조 솔레노이드(12)가 자계선(11)이 제1의 전극과 제2의 전극(21)(22)에 평행이 되는 방향으로 제1과 제2의 전극(21)(22)를 둘러싸도록 반응실(1)의 외부에 배치되어 있다.
제1실시예에서 플라즈마방전을 안정시키기 위해 반응실(1)은 접지되고 고주파전원(6)의 두단자의 평균전압은OV로 설정된다.
그러나 반응실(10을 항상 접지할 필요는 없으며, 반응실(1)이 접지되지 않았으며 고주파전원(6)의 한단자가 접지되는 것이 바람직하다.
고주파 전원(6)의 한단자가 접지되면, 반응실(1)은 전기적으로 부유상태인 것이 바람직하다.
또한 제1실시예에서의 건식처리장치는 하나의 고주파 전원이 구비되어 있다.
그러나, 고주파전원이 동일한 전력을 출력하도록 제어된 상호 반대의 위상인 주파수가 180。의 위상차로 동기된 2개의 고주파전원을 사용할 수도 있다.
그러나 2개의 고주파전원이 사용되면, 각각의 저지충전기(7)(7)을 거쳐서 각각의 고주파 전원으로부터 각각의 전극(21)(22)에 고주파전력을 공급하므로서 같은 작용과 효과를 얻을 수 있다.
이 경우에는 제1전극에 공급되는 하나의 전기에너지와 제2전극에 공급되는 다른 전기에너지를 변경할 수 있고, 제1전극에 공급되는 전력과 제2전극에 공급되는 전력과의 사이의 위상차를 변경할 수 있다.
또한 제1전극에 공급되는 전기에너지와 제2전극에 공급되는 전기에너지와 제1전극에 공급되는 전력량과 제2전극에 공급되는 전력량과의 사이의 위상차의 비율을 적당히 조정하므로서 양전극(21)(22)사이에서 발생되는 플라즈마의 분포를 최적화 할 수 있다.
또한 자계를 인가하는 솔레노이드(12)는 자계를 인가하는 다른 수단, 예를 들면 결합된 봉상(棒狀)의 영구자석으로 대체할 수 있다.
전극(21)(22)상에 있는 기판(3)에 대해 평행인 기판(3)에 자계(11)을 인가하는 어떠한 수단도 사용가능하다.
비록 자계가 정지된 상태에서도 플라즈마밀도의 충분한 균일성을 얻을 수 있다.
그러나 만약 자석을 회전시키면 다시 또 평균화되어 균일성이 향상된다.
기판(3)은 각각 전극(21)(22)상에 배치된다.
그러나 양 전극(21)(22)상에 기판(3)을 반드시 배치할 필요는 없고, 전극(21)이나 전극(22)의 어느 한 쪽에만 배치할 필요가 있다.
제1전극(21)과 제2전극(22)는 가능한한 상호간에 대칭인 것이 바람직하기 때문에 양전극은 상호 평행해야 하고, 제 1전극(21)의 제2전극(22)를 위한 저지축(7)은 가능한 한 1:1에 가까울 필요가 있다.
이 경우 제1전극을 위한 저지축전기(7)과 제2전극(22)에 대한 면적의 비는 가능한 한 같은 용량을 갖는 것이 바람직하다.
제1실시예에서는 기판(30)은 제1전극(21)과 제2전극(22)에 배치되어 있다.
반응실(1)은 진공펌프에 의해 충분히 배기된 후 반응실(1)의 내부압력이 약 1-100mTorr 혹은 그 이하가 되고 반응실의 내부압력이 조정되도록 반응가스(4)가 반응실(1)내로 도입된다.
솔레노이드(12)를 통해 전류가 흐르고 그러면 자계선(11)이 각 전극(21)(22)에 평행으로 작용 하도록 약 50-500gauss의 자계(11)이 양전극 (21)(22) 사이의 공간 상의 기판(3)에 인간된다.
고주파 전원(6)의 전력(Rh)가 저지축전기(7)(7)을 거쳐서 제1전극(21)과 제2전극(22)에 각각 반대의 위상으로 공급되면 공급된 전력(Ph)에 의해 기판(3)에는 전계(10)이 발생된다.
전계(10)과 자계(11)이 직각으로 교차하기 때문에 마그네트론 방전이 발생된다.
마그네트론방전에 의해 플라즈마가 발생되고 , 플라스마내의 일부의 질량이 가벼운 전자가 제 1전극(21)과 제2전극(22)로 이동하여, 저지축전기(7)에 저장되고, 자기 바이어스전압을 발생시킨다.
양이온 밀도가 높은 이온시즈가 부의 직류 자기바이어스전압의 발생에 의해 제1전극(21)과 제2전극(22)의 근처에서 발생된다.
제1전극(21)과 제2전극(22)의 이온시즈에 발생된 자기바이어스전압에 대응하는 전계선(10)의 방향은 각각 위쪽과 아래쪽으로 향하게 된다. 자계선(11)의 방향을 같은 방향이고, 전계선(10)의 방향은 상호 반대 방향이기 때문에 각 전극 (21)(22)로부터 방출된 2차 전자에 작용하는 로렌츠(Lorenz)의 힘의 방향은 상호 반대 방향이 된다.
즉, 제1전극(21)근처에서는 도면에 그려진 지면의 뒷면쪽(즉 반대쪽)에 대응하는 부분에서 플라즈마 밀도가 높고 도면에 그려진 지면의 앞면쪽(이쪽)에 대응하는 부분에서는 낮다.
다른 한 쪽 제2전극 근처에서는 도면에 그려진 지면의 뒷면 쪽(즉 반대쪽)에 대응하는 부분에서는 플라즈마 밀도가 낮고 도면에 그려진 지면의 앞쪽(이쪽)에 대응하는 부분에서는 높다.
전자가 거의 충돌없이 이동할 수 있는 정도로 제1전극(21)과 제2전극 (22)사이의 공간이 되도록 제1전극 (21)과 제2전극(22)사이의 거리가 충분히 짧으면 제1전극(21)근처에서 발생된 하나의 플라즈마와 제2전극(22)근처에서 발생된 다른 플라즈마는 상호분리 되는 일이 없이 혼합되고, 플라즈마 밀도의 분포가 거의 균일하게 된다.
따라서, 플라즈마를 자계를 회전시키는 일없이 거의 균일하게 발생시킬 수가 있다.
물론 플라즈마의 균일성은 만약 자계를 회전시키면 더욱 향상시킬 수 있다.
양전극(21)과 (22)의 거리는 바람직하게는 약 1cm에서 5cm이다.
마그네트론방전에 의해 발생된 플라즈마의 이온화율은 일반적인 고주파 방전에 의해 발생된 플라즈마의 이온화율에 비해 2단위 이상 높다.
그러므로, 제1실시예의 장치로서, 종전의 장치에 비해 한 단위 이상의 높은 속도록 건식부식을 실행할 수가 있다.
이 장치에서 SiH와 같은 막형성을 위한 가스가 사용되면, 이 장치는 CVD장치로서 사용될 수 있다.
CF와 같은 부식가스가 사용되면 이 장치는 부식장치로서 사용될 수 있을 것이다.
또한 Ar와 같은 스퍼터링가스가 사용되면 이 장치는 스퍼터링장치로서 사용될 수 있다.
제 1실시예의 장치는 6개월의 기판(3)을 동시에 처리할 수 있다.
또한 이 건식처리장치를 사용하여 각 전극(21)(22)에 2개 이상의 기판(3)을 배치하므로서 동시에 12개 이상의 기판(3)을 처리할 수 있다.
또한 제1전극의 전체수와 제2전극의 전체수는 각각 3 또는 5이상일 수 있고, 이때는 제1전극(21)과 제2전극(22)는 교대로 배치할 필요가 있다. 상술한 바와 같이, 제1전극(21)과 제2전극(22)는 상호 평행인 것이 바람직하다.
그러나 각 전극(21)(22)는 항상 평면의 형태일 필요는 없고, 곡면의 형태일 수도 있다.
제4도는 본 발명에 따른 건식처리장치의 제2실시예를 나타내는 개략도이며, 제3도에 나타낸 장치와 같거나 또는 대응하는 부분을 가리키는 제3도의 관련부호와 같은 부호를 부여했다.
제2실시 예는 2개의 제1전극(21)과 2개의 제2전극(22)로 구성되어 있으며, 이들은 상호 같은 전위가 되도록 제1전극(21)과 제2전극(22)는 상호 전기적으로 접속되어 있고, 고주파전력(Ph)가 고주파전원(6)으로부터 저지축전기(7)을 거쳐 전극(21)(22)에 대해 같은 위상으로 동기로 공급되고 있으며, 또한 반응실(1)은 접지되어 있다.
고주파 전원(6)은 같은 위상으로 동기가 되고, 같은 전력을 갖도록 제어되어 하나의 고주파전원을 사용해서 얻을 수 있는 유사한 작동과 효과를 얻을 수 있는 2개의 고주파전원으로 대체할 수도 있다.
이 경우에는 2개의 고주파전원으로부터 저지축전기를 통해 제1과 제2전극에 공급되는 전력의 전기에너지와 위상차는 상호 다를 수 있다.
그러므로 양전극(21)(22)사이에 발생된 플라즈마의 분포는 제1전극에 공급되는 전력의 전기에너지와, 제2전극에 공급되는 전력의 전기에너지와, 제1전극에 공급되는 전력량과 제2전극에 공급되는 전력량과의 위상차의 비율을 적당히 조정하므로서 최적화 할 수 있다.
또한 각각의 고주파 전원의 하나의 단자가 접지되면 반응실은 접지되는 것이 바람직하다.
자계(11)은 제1실시예에서와 마찬가지로 솔레노이드(12)에 의해, 각 전극(21)(22)에 평행으로 인가된다.
플라즈마의 균일성을 향상시키고, 높은 밀도의 플라즈마를 발생시키기 위해서는 제1전극(21)과 제2전극(22)사이의 거리는 약간 적게 약 1cm에서 5cm로 하는 것이 바람직하다.
그러한 거리는, 제1전극 (21)과 제2전극(22)사이의 공간에서 전자가 거의 충돌없이 이동할 수 있게 된다.
제1전극(21)과 제2전극(22)는 제1과 제2의 전극이 반응실 외부에서 상호 전기적으로 접속된 경우와 같은 효과를 낼 수 있도록 반응실(1)내에서 도전성의 도선이나 도체판으로 전기적으로 상호 접속할 수 있다.
제1실시예에서는, 고주파전원(6)이 전원으로 사용되었다.
그러나 본 실시예에서는 고주파전원(6)은 직류전원으로 대체될 수 있다.
전원으로서 직류전원이 사용되면 지지축전기(7)은 불필요하다.
부의 전압이 각 전극 (21)(22)에 직접 인가되고, 정의 전압이 반응실(1)에 직접 인가되거나, 또는 다른 전극이 반응실내에 배치되어 있다.
하나의 기판(3)이나 또는 복수의 기판(3)이 양전극(21)(22)상에, 또는 전극(21)이나(22)에 배치될 수 있다.
제2실시예에서는 SiH와 같은 막형성용 가스가 제1실시예의 장치와 같은 방법으로 사용되었다. 이 장치는 CVD장치로서 사용될 수 있고, CF와 같은 부식가스가 사용되면 이 장치는 그런데 부식장치로 사용될 수 있다.
또한 Ar와 같은 스퍼터링가스가 사용되면, 이 장치는 스퍼터링 장치로 사용될 수 있다.
또한 플라즈마를 발생시키는 조건은 제1실시예에서 주어진 상태와 거의 같다.
제2실시 예에서는 제 1실시 예에 있어서와 같은 방법으로 3개 이상의 전극을 사용할 수 있고, 이때 각각의 전극의 면적은 상호 거의 유사하고, 인접한 전극 사이의 각각의 거리는 상호 거의 유사하고, 그리고 각각의 전극은 상호 간에 평행이며, 각각의 전극(21)(22)는 같은 전위가 되도록 전기적으로 접속되는 것이 바람직하다.
이 경우에는 4개 이상의 기판을 인접한 전극의 반대표면에 배치할 수 있다.
제1과 제2실시 예에서는 플라즈마를 발생시키기 위한 전원으로서 고주파전원이 사용되었다.
그러나 플라즈마를 발생시키기 위한 전원으로서 저주파전원을 사용할 수도 있다.
제5도는 본 발명에 따른 건식처리장치의 제3실시 예를 나타내는 개략도로 종전의 장치에 대응하는 부분이나 같은 부분을 가리키는 종전의 장치를 나타내는 제2도에 있어서의 관련부호와 같은 관련부호를 부여 했다.
제3의 실시 예는 2개의 제1전극(21)과, 2개의 제2전극(22)으로 구성되어 있고, 이들은 반응실(1)내에 상호 교대로 평행으로 배치되어 있다.
제3의 실시 예에서는 고주파전원으로서 독립적으로 고주파전력(Ph2)(Ph1)을 공급하기 위해 이 장치는 고주파전원(26)(16)을 구비하고 있다.
제1의 고주파전원(16)과 제2의 고주파전원(26)은 이상기(17)을 통해 상호 접속되어 있다.
한 쌍의 고주파전원(26)(16)은 이상기(17)에 의해 임의의 위상차로 같은 주파수로 발진하도록 제어된다.
고주파 전력(Ph1)( Ph2)는 독립적으로 제어가능하다.
제1전극(21)은 제2고주파전원(26)의 하나의 단장제대로 접속되어 있고, 제2전극(22)는 제1교류나 또는 고주파전원(16)의 하나의 단자에 접속되어 있으며, 각각의 고조파전원의 다른 단자들은 접지 되어 있다.
인접하는 전극사이의 공간에 발생되는 플라즈마의 상태를 같게 하기 위해서는 인접하는 전극 사이의 각각의 거리는 상호 동일 하고, 각각의 전극(21) (22)의 면적은 상호 거의 동일하고, 제1 및 제2의 전극을 위한 저지충전기(7)(7)의 용량은 상호 거의 동일한 것이 바람직하다.
또한 솔레노이드(12)는 예를들면 봉형의 하나로 결합된 영구자석과 같은 인접하는 전극사이에 자계를 인가하는 다른 수단으로 대체할 수가 있다.
전극(22)과 (22)상의 기판(3)에 대해 거의 평행인 자계를 인가하는 어떠한 수단도 사용가능하다.
비록 자계를 정지시킨 때에도 플라즈마 밀도의 충분한 균일성을 얻을 수 있다.
그러나 만약 자계를 회전시키면, 플라즈마 밀도의 균일성이 향상되도록 플라즈마밀도는 또한 더욱 균일하게 된다.
제3의 실시예에서는 키판(3)은 각각 전극 (21)(22)상에 배치된다.
반응실(1)은 충분히 배기되고, 그 후 반응실(1)의 내부압력이 약1-100 mTorr 또는 그 이하로 될 정도로 반응실(1)내로 반응가스(4)가 도입된다.
솔레노이드(12)를 통해 전류가 흐르고 자계선이 각 전극(21)(22)에 대해 거의 평행으로 인가되도록 약 50-500gauss 의 자계(11)이 인접한 전극 (21)(22) 사이의 공간에 인가된다.
저지축전기(7)을 통하여 임의의 위상차와 임의의 전력공급 비율로 고주파전원(16)(26)의 전력(Ph1)과(Ph2)가 각각의 전극(21)(22) 로 공급되고, 공급된 전력(Ph1)(Ph2)에 의해서 기판(3)상에는 전계가 발생된다.
전계의 방향은 전력(Ph1)과(Ph2)의 위상차와 전력공급비율에 따라 변화한다,
전계(10)과 자계(11)이 직각으로 교차하기 때문에 마그네트론방전이 발생하고, 이 마그네트론방전에 의해 플라즈마가 발생되며, 플라즈마 내의 일부의 질량이 가벼운 전자가 제1전극(21)과 제2전극(22)내로 이동하여 저지축전기(7)에 저장되어 부의 자기바이어스 전압이 발생하게 된다.
부의 자기바이어스 전압의 발생으로 제1전극(21)과 제2전극(22) 근처에 양이온밀도가 높은 이온 시즈가 발생된다.
이온 시즈 부분에는 높은 밀도를 가진 양이온들이 있다.
그러나 양이온의 이동도는 현저하게 낮기 때문에, 각각의 전극(21)(22)에 대해 직각의 방향으로 강한 인가될 수 있도록 이온시즈부분의 전기 저항은 높아진다.
제1 및 제2전극(21)(22)의 이온시즈 부분에 발생된 자기 바이어스 전압에 대응하는 전계의 방향은 각각의 전극(21)(22)쪽으로 향하고, 즉 각각 상호 반대방향에 있는 위쪽과 아래쪽으로, 향하게 된다.
전계에 의해 양이온은 가속되며, 그 가속된 양이온은 제1 및 제2전극 (21)(22)에 충돌되어 2차 전자가 발생된다.
그러한 상태에서 인접한 전극(21)(22)사이의 거리가 변경되면 인접하는 전극간의 거리가 넓은 경우와 양전극 사이의 거리가 좁은 경우의 차이가 발생한다.
이 장치는 6개의 기판(3)을 동시에 처리할 수 있다.
또한, 각 전극 (21)(22)에 2개 이상의 기판(3)을 배치하는 이 건식처리장치를 이용하므로서 동시에 12개 이상의 기판(3)을 처리할 수있다.
또한 전극(21)의 전체수량과 전극(22)의 전체수량은 각각 3이나 5이상 일 수 있으며 이때 제1전극(21)과 제2전극(22)는 교대로 배치되어야 하고, 제1전극(21)과 제2전극(22)는 상호 평행인 것이 바람직하다.
그러나 각 전극 (21)(22)는 반드시 평면의 형태일 필요는 없고, 곡면의 형태라도 좋다.
제8도(a)는 제1전극과 제2전극(21)(22) 사이의 거리가 예를들면 60mm에서 100mm로 넓은 때의 플라즈마내의 전자의 운동을 나타낸다.
인접하는 전극사이의 거리가 충분히 넓기 때문에 각각의 전극(21)(22)로부터 방출된 2차 전자는 직각으로 교차하는 전계와 자계의 작용에 의해 좌우로 이동된다. 그러한 운동은 원형 운동이다.
제1전극(21)로부터 방출된 2차 전자는 우측으로 이동하고, 제2전극(22)로부터 방출된 2차 전자는 좌측으로 이동한다.
게다가, 제1전극(21)과 제2전극(22)가 전극(21),(22) 사이의 공간에서 거의 충돌없이 운동할 수 있는 전자영역보다 넓으면, 1차 전극(21)에서 방출된 2차 전자와 2차 전극(22)에서 방출된 2차 전자는 서로로부터 멀어져서 1차 전극(21)의 근방과 2차 전극 (22)근방에서 개별적으로 플라즈마가 생산된다.
그러나, 제1 전극(21)과 제2전극(22)가 각 전극(21)(22)사이의 공간에서 거의 충돌없이 운동할 수 있는 전자영역과 실질적으로 같으면, 즉, 그것은 전자의 평균자유행정이고, 전극의 주위에 발생되는 플라즈마는 서로 혼합되어 혼합플라즈마의 분배는 어디서나 같게 된다.
전자의 평균자유행정은 가스분자와 충돌할 때까지의 가스분자내에서 운동할 수 있는 전자의 평균거리이다.
여기서, 전자 λe의 평균자유행정은 하기의 식과 같다.
여기서, [
λc = λg×5.6(λg0 가스의 평균자유행정)
h = 점성
p = 밀도
u = 속도
m = 가스의 분자량 ]
한편 제8도(b)에서는 제1전극(21)과 제2전극(22)사이의 거리가 전자의 2배의 라머스(Larmor's)변경(직경)과 실질적으로 같을 때의 플라즈마내에서의 전자의 운동을 나타내다.
즉, 자계의 자속밀도와 자기바이어스 전압을 각각 150 gauss와 200V로 하면 전자의 회전반경, 즉 라머스의 반경은 약 4mm로 된다.
그러면 자력선에 대한 2차 전자의 회전직경은 약 8mm이다.
약 8mm직경으로 자력선의 주위를 따라 회전하는 2차 전자는 반대쪽 전극에 접근하게 된다.
전극의 표면에는 이온의 시즈가 형성되어 있기 때문에 전자는 강한 부의 전계에 의해 반발되어 반대반향으로 되돌아가게 된다.
그러므로 인접하는 전극사이의 거리가 좁으면 회전하는 전자가 가스분자와 충돌할 때까지 전자가 좌우로 크게 이동하는 일 없이 회전을 계속하게 된다.
약 8mm직경의 원의 원주는 약 25mm이다. 전자의 평균자유행정의 길이가 25mm가 되는 가스압력은 약 10mTorr 이며, 또한 이것은 가스의 종류에 따라서 약간 다르다.
따라서, 10mTorr의 압력을 가진 가스내에서 전자가 가스분자와 충돌할 때까지 상기한 플라즈마 발생 상태하에서 전자는 약 1회전에 걸쳐서 자유롭게 회전하다.
전자의 평균자유행정의 길이는 가스압력에 반비례하기 때문에 전자가 한 회전이상 회전할 수 있게 하기 위해서는 가스압력을 약10mTorr이하로 유지할 필요가 있다.
즉, 인접하는 전극 사이의 거리가 약 10mm에서 30mm이고, 가스압력이 약 10mTorr 이하인 경우에는 전자는 인접하는 전극 (21)과 (22)사이의 공간을 거의 좌우로 이동하는 일없이 회전을 계속하고, 그 공간내의 가스분자와 충돌하여 이온이나 레디컬(radical)로 된 플라즈마를 생성한다.
즉, 제8도(b)의 전자의 좌우 방향으로의 이동은 작기 때문에 각각d의 전극(21)과 (22)로부터 방출된 전자는 인접한 전극(21)(22)사이의 공간을 자력선의 주위를 따라 회전을 계속하고, 더 나은 균일성을 가진 플라즈마가 발생되도록 효과적으로 가스분자와 충돌한다.
따라서 제 8도(a),(b)에 나타낸바와 같이, 각 전극(21)(22)사이의 거리가 전자의 평균자유행정보다 실질적으로 작거나 같으면 각 전극(21)(22)사이의 플라즈마의 균일성은 자계를 회전시킬 필요없이 향상되고, 물론 자계를 회전시키면 더욱 향상된다.
더욱이 플라즈마의 밀도가 또한 증가하여 부식장치나 CVD장치에서 효과적이다.
제9도는 제3실시예에 따른 장치에 의해, 압력 1Pa에서의 CHF가스의 발광스펙트럼 (EMISSION SPECTRUM)을 나타내며 파장 656.3nm의 휘도선 스펙트럼은 수소의 α-선스펙트럼이다.(Hα).
이 Hα-선의 강도는 CHF의 분해에 의해 발생된 수소원자의 발광강도를 나타내고 CHF의 분해의 정도 즉 플라즈마의 밀도를 나타내고 있다.
다행히 Hα-선 부근의 노이즈 광(noise light)는 적기 때문에 Hα-선의 강도의 비교로서 플라즈마밀도의 비교를 할 수 있다.
제10도는 제3실시 예에 따라 장치내로 CHF가스를 도입하여 그 가스압력을 0.4-10Pα로 변경시킨 때의 Hα선의 방사강도의 의존성을 나타낸 것이다.
제10도에 나타낸 바와 같이 가스압력을 10 Pa에서 0.4Pa로 낮추어도 Hα방사강도는 거의 변화되지 않았다.
또한 가스압력을 10Pa에서 0.4Pa로 낮추는 것은 가스 분자밀도로 환산해서 반응실 내부를 40배정도로 희박하게 한 것이 되지만 발광하고 있는 플라즈마밀도에는 변화가 없다.
즉 플라즈마의 생성효율은 가스압력이 약 1Pa이하로 낮추어짐에 따라 증가된다.
전력(PH2)와 전력(Ph1)사이의 위상차와 플라즈마의 균일성 사이에는 다음과 같은 관계가 있다.
0。로부터 0±40。 의 범위내의 위상차에서는 플라즈마의 균일성은 대단히 좋고 플라즈마가 거의 균일한 것을 시각적으로 관찰할 수 있을 정도이다.
그러한 플라즈마의 상태와 자계(11)을 정지시킨 때에는 약±15。의 좋은 부식 균일성을 얻을 수 있다.
반대로 상기한 플라즈마의 상태와 자계(11)를 회전시킨 때에는 약± 3%의 아주 좋은 균일성을 얻을 수 있다.
그리고, 위상차가 약 180。±40。 의 범위내로 설정되면, 플라즈마의 균일성이 약간 낮아지고, 양쪽 끈이 자력선(11)에 수직의 방향으로 나란히 선 제1과 제2의 전극(21)(22)사이의 공간의 양쪽 끈에서 약간 강한 플라즈마의 발광을 볼 수 있다.
이 발광이 강한 플라즈마 근처에 있는 기판(3) 다른 부분의 기판의 부식속도에 비해, 약간 그런데 빠른 부식비율로 부식된다.
그리하여 기판의 전체 부분에 걸친 부식의 균일성은 위상차의 범위가 0。 ± 40。의 경우보다 나쁘다.
그러한 상태와 자계를 고정시켜서 약 ±30%의 기판의 부식균일성을 얻을 수 있다.
같은 플라즈마의 상태와, 자계(11)를 회전시키면 ±3%의 아주 좋은 부식균일성을 얻을 수 있다.
상술한 위상차와 범위를 제외한 위상차 범위 내에서는 0。근처에 있는 위상차에서 얻어진 플라즈마의 균일성과 180。 근처에 있는 위상차에서 얻어진 플라즈마의 균일성과의 사이에 중간적인 균일성이 얻어진다.
플라즈마 밀도와 위상차와의 사이에는 그렇게 밀접한 관계는 없다.
어느 위상차에 있어서도 일반적인 마그네트론 플라즈마보다는 진한 플라즈마가 발생된다.
따라서 어떤 위상차에서도 기판은 일반적인 마그네트론 플라즈마보다는 고속의 부식이 가능하다. 절연성의 유전체의 판을 제1전극(21) 또는 제2전극(22)와, 제1전극(21) 또는 제2전극(22)상에 배치된 기판(3)사이에 삽입하면, 제1전극(21)또는 제2전극(22)의 고주파전력과 기판(3)사이에서 고주파 전력에 위상차가 발생하는 경우가 있다.
이 경우에는 고주파전력(Ph1)과(Ph2)와의 사이의 위상차는 기판(3) 상에 인가되어 있는 고주파전력(Ph1)과 기판(3)에 인가된 고주파전력(Ph2)와의 사이의 위상차로서 정의하고 고려하는 것이 바람직하다.
플라즈마의 균일성은 제1전극(1)에 공급되는 전력(ph2)와 제2전극(22)에 공급되는 전력(Ph1)의 고주파 전력공급율에 의해 민감하게 영향을 받는다.
각 전극(21)이나 또는 (22)에 공급되는 전력이나 양전극(21)과 (22)에 공급되는 전력을 충분히 크게 하면 진한 플라즈마가 발생된다.
이 경우 제1전극이나 또는 제2전극이 접지되고, 또한 제1전극이나 제2전극의 어느 한쪽에 전력이 공급되지 않으면 극단으로 균일하지 않은 플라즈마가 발생되어 플라즈마밀도도 대단히 감소된다.
예를 들면 제1전극 (21)에 공급되는 전력(Ph2)가 충분히 크고, 한편 제2전극에 공급되는 전력(Ph1)을 약간 적게 하면 제1과 제2전극(21)(22)사이의 공간에는 고밀도의 플라즈마가 발생한다.
제1전극(21)의 자기 바이어스 전압은 높아지고, 이온시즈는 두꺼워지며, 기판(3)상에 입사하는 양이온의 운동에너지도 커진다.
반대로, 제2전극(22)의 자기바이어스전압은 적어지고, 이온시즈는 얇아지며, 기판(3)상에 입사되는 양이온의 운동에너지는 적어진다.
그러므로 그러한 장치는 제1전극(21)은 큰 이온에너지로서 고속으로 기판(3)을 부식하거나 스퍼터링하는 등 플라즈마 처리하는데 적당하게 사용될 수 있고, 한편 제2전극(22)는 적은 이온 에너지로서 약간 고속으로 더구나 이온의 충돌손상을 적게 해서 부식시키든가 CVD등의 플라즈마 처리를 하는데 적당하게 사용될 수 있다.
제1전극(21)에 공급된 전력(Ph2)와 제2전극에 공급된 전력(Ph1)을 상호 동등하게 하면 제1전극과 제2전극(21)(22)상의 기판(3)을 거의 같은 조건하에서 CVD처리 등의 플라즈마처리와 부식처리를 수행하는데 적당하게 사용될 수 있다.
그러므로 제1전극(21)이나 또는 제2전극(22)의 한쪽에 공급되는 전력의 비율이 제1과 제2전극(21)(22)의 양쪽에 공급되는 전체전력의 약20%내지 80%일 때는 일반적인 마그네트론 플라즈마에 비해 진한 고밀도 플라즈마가 발생된다.
전자가 제1과 제2의 전극(21)(22)사이의 회전이동 할 수 있고, 거의 충돌없이 자력선의 주위를 따라 회전할 수 있을 정도로 인접한 제1과 제2의 전극(21)(22)사이의 거리가 충분히 좁으면 제1과 제2전극(21)(22)로부터 방출된 전자는 제1과 제2의 전극 (21)(22)사이의 공간에서 적당히 혼합되면서 회전을 계속할 수 있다.
그러므로 일반적인 마그네트론 플라즈마보다 지한 밀도를 가진 플라즈마가 발생되고 거의 균일하게 된다.
따라서 자계를 회전시키지 않아도 거의 균일한 플라즈마를 형성할 수 있다.
물론, 자계를 회전시키므로서 플라즈마의 균일성은 더욱 향상된다.
마그네트론 방전에 의한 플라즈마의 이온화율은 일반적인 고주파방전에 의한 플라즈마의 이온화율에 비해 2단위 이상 높다.
그러므로 제3실시예의 장치로서 종전 장치에 비해 한 단위 이상 고속으로 건조부식을 행할 수 있다.
이 장치에서 SiH와 같은 막형성용가스가 사용되면 이 장치는 CVD장치로 사용될 수 있다.
CF와 같은 부식가스가 사용되면 이 장치는 부식장치로서 사용될 수 있다.
또한 Ar와 같은 스퍼터링가스가 사용되면 이 장치는 스피터링장치로서 사용될 수 있다.
제6도는 본 발명에 따른 건식처리장치의 제4의 실시 예를 나타내는 개략도이며, 제5도에 나타낸 부분과 같은 부분이나 대응하는 부분을 가르키는 제5도에 나타낸 관련부호와 같은 관련부호를 부여했다.
제4의 실시예는 2개의 제1전극(21)과 2개의 제2전극으로 구성되고 접지된 반응실내에 상호 교대로 평행으로 배치되어 있다.
제1과 제2전극은 고주파전원(6)과 전력분배기(27)을 통하고 있다.
고주파전원(6)의 다른 쪽 단자는 접지되어 있다.
인접한 각 전극사이의 공간에 발생되는 플라즈마의 상태를 동등하게 하기 위해서는 인접한 각 전극사이의 거리가 상호 동등하고, 각 전극(21)(22)의 면적이 상호 동일하고 제1전극과 제2전극을 위한 전력분배기의 출력장치에 내장된 저지축전기는 상호 동일한 것이 바람직하다.
전력분배기(27)은 1입력-2출력형의 전력분배를 위한 변압기와, 코일과 가변축전기로 구성된 위상조정기와 제1전극의 임피던스를 제2전극의 임피던스에 정합시키기 위한 정합복스로 구성되어 있다.
정합복스 내의 출력단자에는 저지축전기(7)도 내장되어 있다.
전력분배를 위한 변합기와 위상조정기 정합복수의 사용대수, 그들을 접속하는 방법과 그들은 연결하는 순서등은 조합이 몇 가지 종류가 있다.
그러나 한 입력에 대해 전력비와 위상차를 마음대로 조정할 수 있는 어느 장치도 상술한 전력분배기와 동등하다고 볼 수 있다.
전력분배기에 있어서는 전력을 분배하기 위한 모든 변압기와 위상조정기와 정합복스가 모두 필요한 것은 아니다.
예를 들면 하나의 정합복스로부터 2개의 출력으로 단순히 출력을 분기하므로써 같은 효과를 그러나 얻을 수가 있다.
다만 이 경우에는 그런데 전력의 분배율과 위상차의 조정이 용이하지 않고, 플라즈마 발생 조건을 최적화하기는 용이하지 않지만, 그러나 이장치는 비교적 간단하고 적은 부품으로 구성되었기 때문에 저가의 장치에 적합하다.
전력분배기(27)은 고주파전원(6)의 고주파전력(Ph)를 임의의 전력비와 위상차를 갖는 제1과 제2의 전력(Ph1)과 (Ph2)로 각각 분배할 수 있고, 이들은 제2전극(22)와 제1전극(21)에 공급될 수 있다.
그러한 방법에서는 하나의 고주파전원(6)으로서 2개의 고주파전원(16)과 (26)을 사용한 경우와 같은 동작이 가능하다.
사용방법과 동작순서와 동작상태는 제5도의 건식처리장치의 그것과 거의 같다.
제3실시예와 제4실시예에서는 플라즈마를 발생시키기 위한 전원으로서 고주파전원이 사용되었다.
그러나 고주파전원은 저주파전원으로 대체될 수 있다.
제7도는 본 발명의 제5의 실시예를 나타내는 도면이며, 제5도에 나타낸 장치의 같은 부품을 나타내거나 대응하는 부품을 가리키는 제5도의 관련부호와 같은 관련부호를 부여했다.
제5의 실시에는 2개의 제1전극(21)과 2개의 제2전극(22)로 구성되어 있고 반응실(1)내에 상호 교대로 평행으로 배치되어 있다.
제1전극(21)은 제2의 직규전원(25)의 음극단자에 접속되어 있고, 제2 전극(22)는 제1직류전원(15)의 음극단자에 접속되어 있다. 직류전원(15)(25)의 양극단자는 반응실(1)에 접속되거나 또는 접지 되어있고, 직류전원을 접지할 때 반응실(1)도 또한 접지 한다.
제2전극(22)에 공급되는 전력과 제1전극(21)에 공급되는 전력을 임의로 조정하기 위해서는 각 직류전원(15)(25)의 출력전압을 임의로 조정할 수 있어야 한다.
제1전극(21)에 공급되는 전력과 제2전극에 공급되는 전력을 임의로 조정하기 위해 제5의 실시예에서는 2대의 직류전원이 사용되었다.
그러나, 전압분할기에 의해 하나의 직류 전원으로부터 2개의 출력을 분할하므로서 제1과 제2의 전극(21)(22)에 전력을 공급하고 장치의 같은 동작을 실현할 수도 있다.
인접한 전극사이의 각 공간에서 발생된 플라즈마의 상태를 동등하게 하기 위해서는 인접하는 전극(21)(22)사이의 각각의 거리는 상호 거의 동일하고, 각 전극(21)(22)의 면적은 상호 거의 동일한 것이 바람직하다.
제5의 실시예에 있어서 SiH와 같은 막형성용 가스가 사용되면 이 장치는 CVD 장치로서 사용될 수 있다.
CF와 같은 부식가스가 사용하면, 이 장치는 부식장치로서 사용될 수 있다.
또한 Ar과 같은 스피터링가스가 사용되면 이 장치는 스피터링장치로서 사용될 수 있다.
또한 플라즈마 발생을 위한 조건은 제3실시 예와 제4실시 예에 나타낸 조건들과 거의 같다.
또한 제3의 실시 예에서 제5의 실시 예까지에 있어서 가스압력은 약1Pa이하, 제1과 제2전극(21)(22)와의 사이의 거리는 약 10mm에서 30mm인것이 바람직하다. 그러나 가스압력이 저하해서 전자의 평균자유행정이 길어지면 제1과 제2전극(21)(22)사이의 거리는 보다 넓게 해도 좋다.
가스압력과 인접하는 전극 사이의 거리를 선택하기 위한 목표로서는 가스압력과 전극사이의 거리는 상호 반비례한다는 것을 고려하는 것이 바람직하다.
또한 제1과 제2의 전극(21)(22)와의 사이의 거리는 전자의 회전운동의 직경과 실질적으로 같을 때, 인접한 전극 사이의 거리가 짧아지면 자계강도를 증가시켜서 전자의 회전운동의 직경을 작게 하여야 하고, 전극 사이의 거리가 길어지면 자계강도를 약하게 해서 전자의 회전운동의 직경을 크게해야 한다. 자계강도와 전자의 회전운동의 직경은 일반적으로 반비례한다고 볼 수 있다.
따라서, 자계강도와 제1과 제2전극사이의 거리는 반비례하고, 자계강도와 가스압력은 비례하는 것으로 보는 것이 바람직하다.
자계강도의 목표로서 가스압력이 약1Pa정도이고, 인접하는 전극간의 거리가 약10에서 30mm일 때 약 150 내지 200gauss정도의 자계를 인가하는 것이 바람직하다.
제11도는 감광성내식막(Photoresist)를 0의 플라즈마에 의해 부식시킨 때의 부식속도의 자기바이어스전압 의존성을 나타내는 그래프도면이다.
제11도에서 선(a)는 본 발명에 의한 제3실시예에서 제5실시예까지의 건식처리장치에 있어서 자기바이어스전압에 의한 감광성내식막의 부식 속도를 나타내고, 선(b)는 종래의 마그네트론 부식장치에 의한 감광성내식막의 부식속도를 나타낸다.
자기바이어스전압이 35V이상에서 제3실시예에서 제5실시예까지에 의한 감광성내식막의 부식속도는, 종래의 마그네트론 부식장치에 의한 감광성 내식막의 부식속도보다 약40%가 빠르다.
이 부식속도의 차이는 플라즈마 밀도의 차이를 의미한다.
본 발명에 제 3에서 제5의 실시예까지의 건식처리부식장치는 종래의 마그네트론 부식장치에 비해 고밀도의 플라즈마를 발생시킬 수 있다는 것을 나타내고 있다.
제3에서 제5까지의 실시 예에 있어서의 건식처리장치는 각 전극(21)(22)로부터 방출된 2차 전자가 자계(11)의 작용에 의해 제1과 제2전극 사이의 공간을 회전시켜 상기한 공간내에 가두고 있기 때문에 양호한 균일성의 고밀도의 플라즈마가 발생한다.
이 플라즈마의 균일성은 일반적인 마그네트론 플라즈마보다 훨씬 우수한 것이다.
이 플라즈마의 균일성은 자계강도가 동등하게 되도록 자계(11)을 회전시키므로서 더욱 향상되고, 이 플라즈마의 균일성은 기판(3)을 부식시키므로서 축적할 수 있다.
자계를 고정시킨 경우 일반적인 마그네트론 플라즈마에 의해 부식을 행하면 부식속도의 기판(3)면상의 면내 분포는 ±35%전후로서 기판은 정밀한 공차로 처리되지 않는다.
반대로 자계를 고정시킨 경우 본 발명에 따른 제3에서 제5의 실시예의 건식 처리장치에 의해 부식이 행해지면 부식속도의 편차는 ±15%이고, 그러므로 기판(3)은 아주 정밀한 공차로 처리된다.
또한 자계를 회전시키면 본 발명에 따른 제3에서 제5의 실시 예의 건식처리장치를 사용하므로서 ±3%의 우수한 부식균일성으로 플라즈마의 균일성은 더욱 향상된다.
제12도는 본 발명의 제3에서 오늘날 제5의 실시예에서의 건식처리장치에 CHF가스를 도입해서 6인치의 SiO기판을 부식시킨 경우의 부식깊이의 면내 균일성을 나타내는 그래프 도면이며 여기서 부식시간은 약1분이며 자계는 회전시켰다.
자계를 회전시키고 있기 때문에 부식의 분포는 기판 내에서 증심축에 대해 거의 대칭적으로 분포되어 있다.
얻어진 부식의 면내 균일성은 약±4%이다. 그리하여, 본 발명의 제3에서 제5의 실시예에서의 건식처리장치는 종래의 건식처리장치에 비해 보다 공일성이 우수한 마그네트론 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
마그네트론 방전의 발생 가능한 가스압력은 상기한 1Pa(7.5mTorr)이하로 낮기 때문에 지향성이 좋은 부식이 가능하고, 불순물이 적은 고품질의 박막을 형성하는 것이 가능하다.
더구나 제1과 제2의 전극(21)(22)근처에서 거의 같은 상태의 플라즈마를 조사할 수 있기 때문에 각각의 전극(21)(22)상에 배치된 2매 이상의 기판을 동시에 처리할 수가 있다.
또한 자계가 기판(3)에 거의 평행으로 인가되어 있기 때문에 플라즈마내의 전자가 기판쪽으로 흐르기 어렵고, 따라서 이온시즈가 형성되기는 어렵다.
그러므로 자기바이어스 전압이 종래의 건식처리장치의 1/5이하로 적게 되기 때문에 , 입사 이온에 의해 기판이 받는 손상이 적게 된다.
이 이유 때문에 본 발명에 따른 제3에서 제5의 실시예의 건식처리장치는 특히 낮은 율의 손상을 발생시키는 부식이나, 고속증착이 필요한 게이트(gate) 또는 트랜치(trench)부식이나, 배선재료의 증착등에 아주 적당하다.
또한 본 발명에 따르면 건식처리장치의 소형화가 가능해진다.

Claims (14)

  1. 반응가스입구와 배기가스의 출구를 가진 반응실(1)과, 저지축전기(7)를 통해 교류전원(6)에 연결된 3개 이상의 전극(21)(22)와, 각 전극(21)(22)의 표면에 거의 평행인 자계를 발생기키기 위한 하나 또는 복수의 자계(11)을 인가시키기 위한 수단(12)등이 있고, 인접한 전극사이의 거리를 인접한 전극간의 공간에서 전자의 평균자유행정보다 작거나 같게 설정하는 것을 특징으로 하는 건식처리장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 교류전원(6)이 각 전극(21)(22)에 같은 주파수를 가지고 저지축전기(7)을 통하여 적절한 위상차로 동기의 교류전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 건식처리장치.
  3. 제1항에 있어서, 제1그룹의 각각의 전극(21)과 제2그룹의 각각의 전극(22)가 상호 전기 적으로 접속된 것을 특정으로 하는 건식처리장치.
  4. 제1항에 있어서, 교류전원(6)이 각 전극(21)(22)에 같은 주파수를 가지고 같은 위상으로 저지축전기(7)을 통하여 동기로 교류전력을 공급하며 반응실(1)이 접지된 것을 특징으로 하는 건식처리장치
  5. 제1항에 있어서, 교류전원이 한조의 제1교류전원(26)과 제2교류전원(16)으로 구성되고, 상기한 건식처리장치는 또한 제1교류전원(26)과 제2교류전원(16)사이에 삽입된 이상기(17)로 구성되며, 1그룹의 전극(21)은 제1저지축전기(7)을 통하여 제1교류전원(26)에 접속되고, 제2그룹의 전극(22)는 제2저지축전기(7)을 통하여 제2교류전원(16)에 접속된 것을 특징으로 하는 건식처리장치,
  6. 제1항에 있어서, 저지축전지(7)을 대신하여 전력분배기(27)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 건식처리장치.
  7. 제6항에 있어서, 교류전원(6)에 적당한 위상차로서 전력분배장치(27)을 통하여 각 전극 (21)(22)에 같은 주파수를 가진 교류전력을 동기로 공급하는 것을 특징으로 하는 건식처리장치.
  8. 제 6항에 있어서, 교류전원(6)은 같은 위상으로서 전력분배장치(27)을 통하여 각 전극에 같은 주파수를 가진 교류전력을 동기로 공급하고 반응실(1)은 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 건식처리 장치.
  9. 제2항 또는 제7항에 있어서, 위상차가 0。 ±40。의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 건식처리장치.
  10. 제2항 또는 제7항에 있어서, 위상차가 180。 ±40。 의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 건식처리장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 반응실(1)은 직류전원의 양극 쪽에 접속되어 있고 접지되어 있으며, 3개이상의 전극(21)(22)가 각각 저지축전지를 통하여 교류전원과 접속된 전극대신에 직류전원의 음극쪽에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 건식처리장치.
  12. 제1항 또는 제6항 또는 제11항에 있어서, 인접한 전극(21)(22)사이의 거리가 1-5cm이고 반응실(1)은0.13-13Pa 또는 그 이하의 압력으로 배기되며 약 0.5×10­² -5×10­²의 자계를 발생시킬 수 있을 정도로 자계인가수단(12)에 전류가 통하는 것을 특징으로 하는 건식처리장치.
  13. 제1항 또는 제6항 또는 제11항에 있어서, 인접한 전극(21)(22)사이의 거리가 10 -30 mm이고, 반응실(1)내부의 압력이 약 1.3Pa이하이며, 약 1.5×10­²-2.0×10­²의 자계를 발생시킬 수 있는 전류가 자계인가수단(12)를 통하는 것을 특징으로 하는 건식처리장치.
  14. 제1항 또는 제6항 또는 제11항에 있어서, 각 전극(21)(22)는 각각 상호 같은 면적을 갖고 인접한 전극(21)(22)사이의 각각의 거리가 상호 같은 것은 특징으로 하는 건식처리장치.
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