KR100249548B1 - 플라즈마 처리 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 플라즈마 처리시스템은 배기채널이 배치된 진공용기, 상기 진공용기 내에 특정 가스를 도입하기 위한 가스도입기구, 플라즈마를 형성하기 위해 도입된 가스에 에너지를 부여하는 전력공급기구, 형성된 플라즈마에 의해 처리될 위치에 기판을 배치하는 기판홀더를 구비하고, 상기 가스도입기구는 상기 진공용기의 내측면과 상기 기판홀더의 기판배치 부분을 제외한 부분의 노출면에 퇴적된 박막을 플라즈마 에칭으로 제거하기 위해 플라즈마 클리닝용 가스를 도입하고, 상기 기판홀더의 노출면 부근에서 노출면을 따라 매설된 최소한 하나 이상의 링형 발열물질로 형성되고, 플라즈마 클리닝을 행할 경우 기판홀더의 외부에너지와 작용하여 상기 노출면에 열에너지를 부여하기 위한 에너지인가부재를 포함한다. 이에 따라 기판홀더에 있어서 그 노출면의 퇴적막에 대해 에칭에 의한 제거가 촉진되어 플라즈마클리닝 전체의 소요시간을 대폭적으로 단축할 수 있다.
Description
제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마 처리시스템의 개략도.
제2도는 제1도의 시스템에 있어서 가스도입체의 구성을 설명하는 도면.
제3도는 제1도의 시스템에서 채용하는 기판홀더의 구조를 설명하는 단면개략도.
제4도는 제1도의 플라즈마 처리시스템에서 채용하는 에너지인가부재의 효과를 확인한 실험결과를 나타내는 도면.
제5도는 본 발명의 제2실시예의 플라즈마 처리시스템의 주요부의 구성을 설명하는 개략도.
제6도는 본 발명의 제3실시예의 플라즈마 처리시스템의 주요부의 구성을 설명하는 개략도.
제7도는 각 실시예의 플라즈마 처리시스템에서 채용 가능한 에너지인가부재의 다른 형태에 대해 설명하는 도면.
제8도는 각 실시예의 플라즈마 처리시스템에서 채용 가능한 에너지인가부재의 다른 형태에 대해 설명하는 도면.
제9도는 각 실시예의 플라즈마 처리시스템에서 채용 가능한 에너지인가부재의 다른 형태에 대해 설명하는 도면.
제10도는 각 실시예의 플라즈마 처리시스템에서 채용 가능한 에너지인가부재의 다른 형태에 대해 설명하는 도면.
제11도는 종래의 플라즈마 처리시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면.
본 발명은 플라즈마로 기판을 처리하는 시스템, 즉 플라즈마로 강화된 기상성장(PECVD : plasma enhanced chemical vapor deposition)시스템 또는 플라즈마 에칭시스템과 같은 플라즈마 처리시스템에 관한 것이다.
반도체집적회로나 액정디스플레이 등을 제작할 경우 플라즈마를 이용하여 기판의 표면에 소정의 처리를 행한다. 제11도는 이와 같은 처리를 위해 사용되는 종래의 플라즈마 처리시스템의 개략도이다.
제11도의 플라즈마 처리시스템은 배기채널(11)을 구비한 진공용기(1), 진공용기(1)내에 소정의 가스를 도입하는 가스도입기구(2), 도입된 가스에 에너지를 부여하여 플라즈마를 형성하기 위한 전력공급기구(3), 플라즈마로 처리될 위치에 기판을 배치하기 위한 기판홀더(4) 등으로 주로 구성된다.
제11도의 시스템은 게이트밸브(나타내지 않음)를 통해서 기판(40)을 진공용기(1)내에 반입하여 기판홀더(4) 위에 배치한다. 배기채널(11)에 의해 진공용기(1) 내부를 배기한 후 가스도입기구(2)에 의해 소정의 가스를 도입한다. 다음에, 전력공급기구(3)에 의해 고주파전자기파전력 등의 에너지를 진공용기(1) 내의 가스에 인가하여 플라즈마를 형성한다. 이와 같이 형성된 플라즈마에 의해 기판(40)의 표면에 소정의 처리를 행한다. 예를 들면 가스도입기구(2)에 의해 모노실란가스(mono-silane gas) 및 산소가스가 도입되면 플라즈마가 분해반등 등을 야기하고 산화규소박막을 기판(40)의 표면에 형성하는 PECVD 처리를 행할 수 있다.
이와 같은 종래의 플라즈마 처리시스템에 있어서, 기판(40)에 대한 처리를 상당한 횟수로 반복하면 기판홀더(4)의 표면 중 플라즈마에 노출된 부분(이하 본 명세서에서는 "노출면" 이라 함)표면 또는 진공용기(1)의 내면에도 박막이 퇴적하는 현상이 발생한다. PECVD 시스템과 같은 막형성장치에 있어서 이 퇴적막은 기판에 형성된 박막과 같은 것이 퇴적되는 경우가 많다. 또 플라즈마 에칭시스템의 경우에는 에칭된 재료가 부착되어 박막으로 성장하는 경우도 있다.
이와 같은 박막은 어느 정도의 막두께에 달하면 박막의 내부응력에 의해 박리되며, 이와 같이 박리된 박막은 진공용기 내를 표류하는 미세분말의 발생원인이 된다. 따라서, 그 미세분말이 기판(40)에 부착되면 표면홈을 야기하여 기판의 표면에 형성된 박막의 상품가치를 저하시키고, 중대한 회로불량을 발생시키는 문제점이 있다.
이와 같은 퇴적막의 박리를 억제하기 위해 박리전에 퇴적막을 에칭하여 제거하는 플라즈마 클리닝의 수법이 일반적으로 이용되고 있다. 이 방법은 한 기판처리 단계와 다른 기판처리단계 사이에서 행해지며, 진공용기(1)내에 예를 들면 CF4: 산소가스 = 80 : 20의 혼합가스인 퍼플루오로카본 14(perfluorocarbon 14)를 가스도입기구(2)에 의해 도입하고, 전력공급기구(3)를 동작시켜 혼합가스의 플라즈마를 형성하며, 플라즈마 속에서 생성되는 라디칼 CF× (×=1,2,3), CF× 이온(×=1,2,3), 라디칼 플루오르, 또는 플루오르이온에 의해 퇴적막을 에칭한다. 즉, 이들 플루오르계 라디칼 또는 이온은 퇴적된 박막과 반응하여 휘발물질을 생성하고, 이 휘발물이 배기채널(11)에 의해 배출되어 박막이 제거된다.
그러나, 이와 같은 플라즈마 클리닝을 행하여도 종래의 플라즈마 처리시스템의 구성에서는 기판홀더의 노출면에 퇴적된 박막의 에칭제거는 곤란하며, 소정시간 동안 클리닝을 행하여도 이 부분에 박막이 잔류할 가능성이 많다. 노출면의 박막을 제거하려면 플라즈마클리닝을 장시간 행해야 하며, 이와 같이 기판처리 단계들 사이에 처리작업을 장시간 행할 경우 시스템의 가동율을 저하시키는 원인이 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 플라즈마 클리닝을 행할 경우 기판홀더의 노출면에 형성된 퇴적막의 에칭을 가속하여 제거함으로써 전체적인 플라즈마클리닝 시간을 줄일 수 있는 플라즈마 처리시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리시스템은 배기채널이 배치된 진공용기, 상기 진공용기 내에 특정가스를 도입하기 위한 가스도입기구, 플라즈마를 형성하기 위해 도입된 가스에 에너지를 부여하는 전력공급기구, 형성된 플라즈마에 의해 처리될 위치에 기판을 배치하는 기판홀더를 구비하고, 상기 가스도입기구는 상기 진공용기의 내측면과 상기 기판홀더의 기판배치부분을 제외한 부분의 노출면에 퇴적된 박막을 플라즈마 에칭으로 제거하기 위해 플라즈마 클리닝용 가스를 도입하고, 상기 기판홀더의 노출면 부근에서 노출면을 따라 매설된 최소한 하나 이상의 링형 발열물질로 형성되고, 플라즈마클리닝을 행할 경우 기판홀더의 외부에너지와 작용하여 상기 노출면에 열에너지를 부여하기 위한 에너지인가부재를 포함한다.
다음에 본 발명의 실시예에 대하여 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명의 제1실시에에 따른 플라즈마 처리시스템을 나타내는 개략도이다.
제1도의 플라즈마 처리시스템은 제11도의 시스템과 같이 배기채널(11)을 구비한 진공용기(1), 진공용기(1)내에 소정의 가스를 도입하는 가스도입기구(2), 도입된 가스에 에너지를 부여하여 플라즈마를 형성하기 위한 전력공급기구(3), 박막 형성을 위해 기판을 배치하기 위한 기판홀더(4)를 가지고 있다.
진공용기(1)는 막형성실(101), 막형성실(101)의 하측에 위치한 약간 큰 공간의 진공배기실(102)을 구비하며, 막형성실(101)을 구성하는 부분과 진공배기실(102)을 구성하는 부분이 분리 가능하게 구성되어 있다. 이러한 구성은 진공용기(1)내의 부품에 대한 유지보수를 위한 것에 그 목적이 있다.
막형성실(101) 부분의 진공용기(1) 벽에는 게이트밸브(나타내지 않음)가 설치되고, 진공배기실(102) 부분의 벽에는 배기채널(11)이 연결된 배기관(13)이 설치되어 있다. 배기채널(11)은 러프(rough)진공펌프(111), 러프진공펌프(111)의 전단에 배치된 메인펌프(112), 이들 펌프(111), (112)에 의해 배기하는 배기경로상에 배치된 메인밸브(113), 가변콘덕턴스밸브(114)로 주로 구성된다.
진공용기(1)의 상측에는 벨 자(bell jar)(12)가 위치하고, 상부벽 중앙에는 원형의 개구가 위치하며, 벨자(12)는 이 개구에 기밀하게 접속되어 있다. 벨자(12)는 직경 200mm 정도의 반구형상을 가지며, 석영유리 등의 유전체(誘電體)로 형성된다. 진공용기(1)는 상부벽 중앙에 원형의 개구를 가지며, 이 개구에 기밀하게 접속된 벨자(12)가 배치된다.
가스도입기구(2)는 제1도에 나타낸 바와 같이 2개의 가스도입채널(21,22)을 구비하여 2종류의 다른 가스를 동시에 도입할 수 있도록 되어 있다. 각각의 가스도입채널(21),(22)은 탱크(나타내지 않음)에 접속된 배관(211)(221), 이 배관(211)(221)의 종단에 접속된 가스도입체(212),(222)로 주로 구성된다.
제2도는 상기 가스도입체의 구성을 설명하는 것이다. 제2도에 나타낸 바와 같이 가스도입체(212),(222)는 단면원형의 링형상의 파이프로 구성되어 있다. 이 가스도입체(212),(222)는 진공용기(1)에 설치된 지지봉(23)에 의해 지지되고 진공용기(1)의 내면을 따라 형성되면서 수평으로 배치되어 있다. 또 진공용기(1)는 원통형의 경우도 있고, 사각형의 경우도 있다.
또, 진공용기(1)의 벽을 기밀하게 관통하는 상태로 수송관(24)이 설치되며, 이 수송관(24)의 일단은 가스도입체(212),(222)에 접속되고, 타단은 제1도 및 제2도에 나타낸 배관(211),(221)에 접속되어 있다.
제2도에 나타낸 바와 같이 가스도입체(212),(222)는 그 내측면에 가스분출구(25)를 가지고 있다. 이 가스분출구(25)는 직경 0.5mm 정도의 개구이고, 10mm 정도의 간격을 두고 둘레에 설치되어 있다.
한편, 제1도를 참조하면 전력공급기구(3)는 벨자(12)를 둘러싸는 고주파코일(31), 정합기(32)를 경유해서 고주파코일(31)로 고주파전자파전력을 공급하는 전자파의 고주파전원(33)으로 구성된다. 고주파전원(33)에는 예를 들면, 13.56MHz의 고주파전력을 발생시키는 장치가 채용되고, 고주파코일(31)로부터 벨자(12) 내에 그 고주파전력이 공급된다.
또, 진공용기(1) 내에서 벨자(12)의 아래쪽에는 기판홀더(4)가 배치되어 있다. 제3도는 제1도의 시스템에 채용된 기판홀더(4)의 구조를 설명하는 개략단면도이다.
제1도 및 제3도에 나타낸 바와 같이, 기판홀더(4)의 표면에는 처리될 기판(40)이 배치되고, 금속으로 된 홀더본체(41), 이 홀더본체(41)의 상면에 배치된 흡착용 유전체블록(42), 흡착용 유전체블록(42) 내에 매설된 흡착전극(43), 홀더본체(41) 및 흡착용 유전체블록(42)의 주위를 덮도록 배치된 실드판(44), 실드판(44)과 홀더본체(41) 및 흡착용 유전체블록(42)과의 사이공간을 메우도록 배치된 절연블록(45), 절연블록(45) 내에 매설된 에너지인가부재(46)로 주로 구성된다.
먼저, 홀더본체(41)는 알루미늄 등의 금속으로 형성된 원주형의 부재이다. 이 홀더본체(41)의 하측에는 같은 금속으로 된 홀더지주(支柱)(411)가 고정되어 있고, 이 홀더지주(411)는 진공용기(1)를 기밀하게 관통하여 진공용기(1) 외부로 연장하고 진공용기(1) 외부의 구조물(나타내지 않음)에 지지되어 있다. 또, 진공용기(1) 및 홀더지주(411) 사이에는 도시하지 않은 절연재가 개재되어 절연작용을 하고 있다.
상기 홀더본체(41)에는 기판용 고주파전원(47)이 접속되고, 이 기판용 고주파전원(47)은 플라즈마와 고주파의 상호작용에 의해 기판에 소정의 바이어스 전압이 인가되며, 예를 들면 13.56MHz, 2000W의 것이 채용된다.
또 상기 홀더본체(41)의 내부에는 필요에 따라 온도조절기구(412)가 설치되어 있다. 이 온도조절기구(412)는 기판처리 중에 기판(40)을 소정의 온도로 가열하거나 또는 냉각할 필요가 있는 경우에 설치하며, 기판홀더(4)의 내부에 설치된 통로에 기체 또는 액체의 열매(熱媒) 또는 냉매(冷媒)가 순환하도록 구성된다.
상기 홀더(41)의 상측에 배치된 흡착용 유전체블록(42)은 홀더본체(41)와 같은 외경의 원주형 부재로서, 알루미늄 등의 산화알루미늄을 주성분으로 하는 세라믹 등의 유전체로 형성되어 있다. 그리고, 흡착용 유전체블록(42)의 상면으로부터 0.3mm 정도 하측위치에 흡착전극(43)이 매설된다. 이 흡착전극(43)에는 흡착용 전원(431)이 접속된다. 흡착용 전원(431)이 동작하면 흡착전극(43)은 그 상측의 흡착용 유전체블록(42)의 일부분을 유전분극시키고, 상면에 정전기를 발생시킨다. 이 정전기에 의해 기판(40)이 정전 흡착된다.
한편, 실드판(44)은 기판홀더(4)의 측면으로 플라즈마가 회전할 때 고주파 방전이 발생하지 않도록 하기 위한 것이다. 실드판(44)은 알루미늄 등의 금속으로 형성된 원통형의 부재이고 홀더본체(41) 및 흡착용 유전체블록(42)의 주위에 소정의 간격을 두고 둘러싸여 있다. 또 실드판(44)은 진공용기(1)와 같이 접지되어 있다.
또, 실드판(44)과 홀더본체(41) 및 흡착용 유전체블록(42)을 절연하는 절연블록(45)은 산화알루미늄을 주성분으로 하는 세라막부재 등의 절연물로 형성되어 있다. 그리고, 본 실시예에서는 이 절연블록(45)의 상면이 플라즈마에 노출되어 있으며, 이것은 전술한 노출면(400)에 상당한다. 또 절연블록(45)은 내경 15mm, 외경 20mm, 높이 60mm 정도의 원통형이다.
또 본 실시예의 에너지인가부재(46)는 내경 160mm, 외경 190mm, 높이 1mm 정도의 평판의 링형상의 부재이고, 상기 노출면(400)으로부터 1mm 정도 하측위치에 매설되어 있다. 이 에너지 인가부재(46)는 본 실시예의 경우 니켈 : 알루미늄 = 9:1의 비율로 된 니켈합금으로 형성된다.
또, 상기 기판홀더(4)의 각 부분치수는 직경 6인치의 기판(40)을 배치하는 경우의 예를 나타내며, 기판(40)이 사이즈가 변화하면 이들의 값도 당연하게 변화한다.
다음에, 상기 구성에 관한 본 실시예의 플라즈마 처리시스템의 동작을 설명한다.
먼저, 진공용기(1)에 설치된 게이트밸브(나타내지 않음)를 통해서 기판(40)을 진공용기(1)내로 이동시켜 기판홀더(4) 상에 위치시킨다. 게이트밸브를 폐쇄하여 배기채널(11)을 작동시키고, 진공용기(1) 내를 예를 들면 5mTorr 정도까지 배기한다.
다음에, 가스도입기구(2)를 동작시켜 소정의 유량으로 진공용기(1) 내에 가스를 도입한다. 이때 가스는 배관(211),(221) 으로부터 수송관(24)을 경유하여 가스도입체(212),(222)에 공급되고, 이 가스도입체(212),(222)의 가스분출구(25)에서 내측으로 분출하도록 하여 진공용기(1)내에 도입된다. 도입된 가스는 진공용기(1) 내를 확산하여 벨자(12) 내에 도달한다.
이 상태에서 전력공급기구(30)를 작동시키고, 고주파전원(33)으로부터 정합기(32)를 통해서 고주파코일(31)에 13.56MHz 2000W 정도의 고주파전력을 인가한다. 동시에 기판용 고주파전원(47)도 동작하고, 기판홀더(4)에 소정의 고주파전원을 인가한다.
전력공급기구(3)가 공급한 고주파전력은 고주파코일(31)을 통해서 벨자(12)내에 도입되고, 벨자(12) 내에 존재하는 가스에 에너지를 부여하여 플라즈마를 생성한다. 생성된 플라즈마는 벨자(12)로부터 아래쪽 기판으로 향하여 확산되며, 이 플라즈마가 기판(40)의 표면에 소정의 처리를 하게 된다. 이때 기판용 고주파전원(47)이 부여하는 고주파와 플라즈마의 상호작용에 의해 발생한 바이어스 전압에 따른 전계는 플라즈마 속의 이온을 가속하여 기판(40)에 충돌시킨다. 이 충돌 에너지에 의해 기판(40)의 표면처리가 효과적으로 행해진다.
예를 들면 산화규소박막을 형성하는 경우, 제1가스도입채널(21)을 통해 모노실란가스를 도입하고, 제2가스도입채널(22)을 통해 산소가스를 도입한다. 모노실란/산소의 플라즈마에 의해 모노실란이 분해되고, 산소와 반응하여 산화규소박막이 형성된다.
또 제1도의 시스템에서는 진공용기(1)내의 압력이 100mTorr 이하의 영역에서 1010cm-3이상의 고밀도 플라즈마가 생성될 수 있고, 이 고밀도 플라즈마에 의해 높은 속도로 박막형성이 가능하다.
또 상기 박막형성처리를 반복함에 따라 진공용기(1)의 내면과 기판홀더(4)의 노출면(400)에 박막이 퇴적된다. 이 형성처리를 상당한 횟수로 반복함에 따라 박막제거가 필요하다고 판단되면 다음과 같이 플라즈마 클리닝을 행한다.
먼저, 처리가 종료된 기판(40)을 반출하여 게이트밸브(나타내지 않음)를 폐쇄하고, 배기채널(11)을 동작시켜 일단 진공용기(1) 내를 배기한 후 게이트밸브를 통하여 더미기판(dummy substrate)을 진공용기(1) 내에 반입하여 기판(40)과 같이 기판홀더(4)에 배치한다. 더미기판을 배치하는 이유는 기판(40)이 배치된 부분의 기판홀더(4) 표면이 에칭가스에 직접 노출되면 에칭에 의한 침식으로 박막이 형성되지 않기 때문이다.
다음에, 배기채널(11)을 다시 동작시켜 0.1Torr 정도까지 진공용기(1)내를 배기한다. 다음에, 가스도입기구(2)를 동작시키고, 퍼플루오로카본(perfluorocarbon)(14) 가스를 400SCCM, 산소가스를 100SCCM 유량으로 진공용기(1)내에 도입한다. 퍼플루오로카본(13) 가스를 도입하는 구성으로서는 박막형성에 사용하는 모노실란가스의 배관(221) 또는 산소 등의 플라즈마 형성용 가스배관(211)에 접속하여 퍼플루오로카본(14) 가스의 배관(26)을 설치하고 각 밸브의 개페에 의해 선택적으로 도입하는 구성 등이 사용될 수 있다.
그리고, 배기채널(11)에 설치된 가변콘덕턴스밸브(114)를 제어하여 진공용기(1) 내의 압력을 약 2Torr 정도에서 유지한다. 이 상태로 전력공급기구(3) 및 기판용 고주파전원(47)을 작동시켜 13.56MHz, 2000W 정도의 고주파전력을 벨자(12) 내에 도입한다. 이에 따라 벨자(12) 내에 플라즈마가 형성되고, 플라즈마 속에 생성되는 라디칼 CF×(× = 1,2,3), CF×이온, 라디칼불소 또는 불소이온에 의해 퇴적막이 에칭 제거된다. 즉, 이들의 불소계 활성종 또는 이온이 퇴적된 박막과 반응하여 휘발물질을 생성하고, 이 휘발물질이 배기채널(11)에 의해 배출되어 박막이 제거된다.
다음에, 니켈합금으로 된 에너지인가부재(46)가 상기 플라즈마클리닝의 동작중에 아주 높은 온도로 발열하는 것을 관찰할 수 있다. 그리고, 이 에너지 인가부재(46)의 발열에 의해 기판홀더(4)의 노출면(400)이 가열된다. 그 결과 노출면(400)에 의한 에칭반응이 촉진되므로 종래와 같이 플라즈마 클리닝 후의 노출면(400)에서 박막이 잔류하거나 플라즈마 클리닝의 장시간화의 문제가 해소된다.
절연물질 속에 매설된 니켈합금이 발열하는 이유는 단정적으로 말할 수는 없지만 니켈합금이 자성물질이기 때문이라고 생각된다. 즉 플라즈마를 형성하기 위해 고주파코일(31)로부터 도입된 고주파는 외부에너지로서 진공용기(1)내에 전달되어 에너지인가부재(46) 속에 유도전류를 발생시킨다. 이 유도전류는 니켈합금 내의 자화방향을 주기적으로 변화시켜 전자유도가열과 같은 원리로 발열하는 것이라 생각된다.
어떤 경우이든지 기판홀더(4) 내에 링 형상의 부재를 매입하는 간단한 구성에 의해 노출면 (400)에 에너지를 부여할 수 있으므로 코스트면에서 이점이 아주 크다.
또, 상기 실시예에서는 플라즈마클리닝 도중에 기판용 고주파전원(47)들 동작시키고, 기판용 고주파전원(47)에 의해 도입된 고주파도 상기 에너지인가부재(46) 내에서 유도전류를 발생시키므로 더욱 발열효과가 향상된다. 이와 관련하여 상기 전력공급기구(3)를 13.56MHz, 2000W, 기판용 고주파전원(47)을 13.56MHz, 1000W의 조건으로 각각 실제로 동작시켜 기판홀더(4)의 노출면(400)의 온도를 형광방사 온도계로 측정하면 약 250℃의 온도에 달한다.
또, 예를 들면 퍼플루오로카본14 가스의 유량을 400SCCM, 산소가스를 100SCCM으로 하고, 전력공급기구(3)가 공급하는 고주파전력을 2000W, 기판용 고주파전원(47)이 인가하는 고주파전력을 1000W로 한 플라즈마클리닝 조건의 경우, 기판홀더(4)의 노출면(400)에서의 산화규소막의 에칭속도는 약 250nm/min 정도이다.
제4도는 본 실시예의 플라즈마 처리시스템에 채용되는 에너지인가부재(46)의 효과를 확인한 실험의 결과를 나타내는 도면으로서, 이 실험에서는 막형성실(101)에 잔류가스분석계(매스 필터 : mass filter)를 부착하여 플라즈마 클리닝속의 잔류가스를 분석하였다. 제4도는 그 잔류가스 속의 불화규소이온 강도의 시간변화를 나타낸 그래프이다. 제4도의 종축은 불화규소이온(질량/전하량 = 33)의 양을 나타내고, 횡축은 플라즈마 클리닝 경과시간을 나타내고 있다.
플라즈마 클리닝은 6이온규소반도체기판 상에 두께 2㎛의 산화규소막을 형성 처리한 후에 행한 것이다. 또, 형성처리 후의 기판홀더(4)의 노출면(400)에 퇴적된 산화규소막은 6이온규소 반도체기판의 표면에 퇴적된 막두께와 같이 2㎛이다. 또, 진공용기(1)의 막형성실(101) 부분의 내면에 퇴적된 산화규소막은 약 1.6㎛이다.
제4도에 있어서, 절선 A(마크)는 제11도에 나타낸 종래의 플라즈마 처리시스템을 이용한 경우의 잔류가스 속의 불화규소이온에 대한 강도변화이고, 절선B(□ 마크)는 제1도에 나타낸 본 실시예의 플라즈마 처리시스템을 이용한 경우의 잔류가스 속의 불화규소이온의 강도변화이다.
절선 A는 플라즈마클리닝 이온의 경과시간이 5분을 초과한 후부터 불화규소이온강도가 완만하게 하강하고, 플라즈마클리닝 시간이 120분을 초과한 시점에서 강도가 0으로 되는 것을 보여준다. 이것은 플라즈마 클리닝을 5분간 행할 경우 진공용기(1)의 내면에 퇴적된 산화규소막이 제거되므로 불화규소이온강도가 하강으로 전환하고, 또 기판홀더(4)의 노출면(400)에 퇴적된 산화규소막을 제거하는데 120분 정도가 소요됨을 나타낸다.
이에 대해 절선 B는 플라즈마 클리닝의 경과시간이 5분을 초과한 후로부터 불화규소이온강도가 급격히 감소하고, 약 10분 경과하면 불화규소 이온강도는 0이 된다. 이것은 플라즈마 클리닝을 5분간 행할 경우 막형성실(101)의 내면에 퇴적된 산화규소막이 제거되므로 불화규소 이온강도가 하강으로 전환되는 동시에 플라즈마클리닝이 10분 경과한 단계에서 기판홀더(4)의 노출면(400)에 퇴적된 산화규소막이 제거되는 것을 나타낸다. 이 때문에 본 실시예의 플라즈마 처리시스템에서는 플라즈마 클리닝의 완료시간이 종래 시스템에 비해서 약 1/12로 단축된다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시예의 플라즈마 처리장치에서는 종래 에칭이 어려운 기판홀더(4)에 있어 그 노출면(400)의 에칭속도를 비약적으로 높일 수 있으므로 플라즈마 클리닝에 요하는 시간을 대폭적으로 단축할 수 있다.
또 고주파코일(31)을 통상의 코일 또는 안테나로 대체할 수도 있다.
제5도는 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 주요부의 구성을 설명하는 개략도로서 제3도와 같이 기판홀더의 단면개략도로 되어 있다.
이 제5도의 실시예에 있어서 에너지인가부재(46)는 니켈과 크롬을 주성분으로 한 합금으로 형성되는 동시에 필터(461)를 경유하여 통전용전원(462)에 의해 통전된다.
여기서 필터(461)는 에너지인가부재(46)에 전달된 고주파전력성분이 통전용 전원(462)으로 전달되는 것을 억제하기 위한 저역필터이다. 또 통전용전원(462)은 에너지인가부재(46)를 통전에 의해 발열시키기 위한 것으로 500W 정도의 직류출력전원 또는 교류출력전원이 이용된다.
이와 같은 구성에 따라 에너지인가부재(46)를 통전발열하는 것이 가능하고, 기판홀더(4)의 노출면(400)의 온도를 상승시키는 것이 역시 가능하다. 그 결과 노출면(400)에 퇴적된 박막의 에칭속도를 높게 할 수 있으므로 플라즈마 클리닝 시간을 단축할 수가 있다.
또, 통전발열하는 에너지인가부재(46)는 니켈과 크롬을 주성분으로 한 합금에만 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 탄소를 주성분으로 하는 물질로 에너지인가부재(46)를 형성하는 것도 통전발열이 가능하다.
제6도는 본 발명의 제3실시에의 플라즈마 처리장치의 주요부에 대한 구성을 설명하는 개략도로서 기판홀더의 단면개략도로 되어 있다.
제6도의 실시예에서는 에너지인가부재(46)가 텅스텐이 주성분으로 된 합금으로 형성되는 동시에 노출면용 고주파전원(463)이 접속되어 있다. 노출면용 고주파전원(463)은 예를 들면 주파수 13.56MHz 500W의 고주파 전력을 출력하는 전원이 이용되지만 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 구성에 있어서, 노출면용 고주파전원(463)에 의해 에너지인가부재(46)에 고주파전력이 인가되면 절연블록(45) 속을 통하여 그 고주파가 기판홀더(4)의 절연물인 노출면(400)에 유기되고, 접지전위인 진공용기(1) 내면과의 사이에 전계를 형성한다. 노출면(400)에 전계가 형성되면 플라즈마 속의 이온에 의한 이온충격이 야기되고, 노출면(400)에 퇴적된 박막의 에칭속도를 대폭적으로 증대시킬 수 있다.
예를 들어 퍼플루오로카본 14의 가스유량 400SCCM, 산소가스유량 100SCCM, 전력공급기구(3)가 공급하는 고주파전력 2000W, 에너지인가부재(46)에 인가하는 고주파전력 300W로 되는 플라즈마클리닝 조건의 경우 노출면(400)에서 산화규소막의 에칭속도는 약 800nm/min가 되어 에칭속도의 대폭적인 증대가 달성된다.
제7도로부터 제10도는 상기 각 실시예의 플라즈마 처리장치에 채용 가능한 에너지인가부재(46)의 다른 패턴형상에 대한 설명을 나타내며, 모두 기판측으로부터(위쪽방향으로부터) 본 평면도이다.
예를 들어 에너지인가부재(46)를 제7도의 패턴형상으로 하면 유도전류가 흐르는 경로 또는 발열용 통전경로를 길게 할 수 있으므로 온도상승을 촉진할 수 있다.
또, 제8도 및 제9도에 나타낸 바와 같이 에너지인가부재(46)를 복수의 부재로 분할할 수도 있으며, 이 경우 일체성형이 곤란한 재료를 사용하여 에너지인가부재(46)를 형성할 수 있다.
또, 제10도에 나타낸 바와 같이 내직경 및 외직경이 다른 링형상부재를 동심원 형태로 배치하여 에너지인가부재(46)로 하면 절연블록(45)의 절연성을 높일 수 있다.
또, 제1도에 나타낸 바와 같이 기판용 고주파전원(47)에 의해 홀더본체(41)에 고주파전력을 인가하는 경우 전술한 바와 같이 이들 에너지인가부재(46)에 유도전류를 유기하여 노출면(400)의 온도를 상승시키는 효과가 있다. 또 기판에 대한 플라즈마 처리의 이용면만을 고려할 때 홀더본체(41)에 고주파전력이 인가되면 기판의 표면에 플라즈마 속의 이온이 스퍼터링 현상을 야기하며, 예를 들어 기판표면을 에칭하거나 이온충격에 의해 표면의 막질을 개선하기 위해 표면처리를 행할 수 있다.
또, 기판용 고주파전원(47)에 의해 에너지인가부재(46) 속에 흐르는 유도전류만으로 노출면(400)에 대해 에너지인가가 행해질 경우 기판용 고주파전원(47)에 의해 제6도의 실시예에 있어서, 노출면용 고주파전원(463)을 겸용하는 것이 가능하다. 이 경우에는 기판홀더(4)에 부설된 고주파전원을 1개로 하는 것이 가능하므로 비용에 있어서 이점이 크다. 또 상기 각 실시예의 설명에서는 기판(40) 상에 산화규소막을 형성하는 PECVD 처리에 대해서 설명하였지만 기판(40)상에 비결정규소막을 형성하는 PECVD 처리 또는 기판(40)에 대하여 건식에칭을 행하여도 같은 효과가 있다.
또, 플라즈마 클리닝을 이용하는 가스로서 퍼플루오프카본14 가스를 이용한 예에 대하여 설명하였지만 C2F6(116)가스, 6불화유황가스(SF6) 또는 3불화질소(NF3)를 이용하고, 산소가스에 아르곤가스를 혼합한 경우에 있어서도 같은 효과가 얻어짐은 당연한 것이다. 이르곤 가스를 이용하면 플라즈마 속에 생성되는 아르곤 이온이 높은 스퍼터링 확률을 가지므로 고효율의 스퍼터링을 행하는 플라즈마 클리닝이 가능하다.
그리고, 절연블록(45)의 재질로서는 산화알루미늄을 주성분으로 하는 세라믹 부재에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 석영유리를 사용하는 것도 가능하고 열 CVD법에 의해 생성된 질화붕소도 사용이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따라서 플라즈마 에칭을 행할 경우 기판홀더의 노출면의 퇴적막에 대한 에칭 및 제거가 촉진되어 플라즈마클리닝 전체의 소요시간을 대폭적으로 단축할 수 있다.
Claims (13)
- 배기채널이 배치된 진공용기, 상기 진공용기 내에 특정가스를 도입하기 위한 가스도입기구, 플라즈마를 형성하기 위해 도입된 가스에 에너지를 부여하는 전력공급기구, 형성된 플라즈마에 의해 처리될 위치에 기판을 배치하는 기판홀더를 구비하고, 상기 가스도입기구는 상기 진공용기의 내측면과 상기 기판홀더의 기판배치 부분을 제외한 부분의 노출면에 퇴적된 박막을 플라즈마 에칭으로 제거하기 위해 플라즈마클리닝용 가스를 도입하고, 상기 기판홀더의 노출면 부근에서 노출면을 따라 매설된 최소한 하나 이상의 링형 발열물질로 형성되고, 플라즈마 클리닝을 행할 경우 기판홀더의 외부에너지와 작용하여 상기 노출면에 열에너지를 부여하기 위한 에너지인가부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전력공급기구는 전자기파로서의 특정 고주파전력을 상기 진공용기에 공급하고, 상기 에너지인가부재는 상기 전력공급기구가 공급하는 상기 외부에너지로서의 고주파전력에 의해 유도전류가 흘러 발열작용을 하는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리시스템.
- 제2항에 있어서, 에너지인가부재는 상기 기판홀더의 노출면 아래에 매설된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 에너지인가부재는 자성체의 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 기판홀더는 기판에 특정 바이어스전압을 인가하기 위해 전자기파로서의 특정 고주파전력을 공급하는 기판용 고주파전원에 접속되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 기판홀더는 금속으로 된 홀더본체, 이 홀더본체의 상부에 배치된 유전체블록, 상기 홀더본체 및 상기 유전체블록의 둘레를 덮는 절연블록을 포함하며, 상기 에너지인가부재는 상기 절연블록에 매설되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 에너지인가부재는 발열을 위해 에너지를 부여받는 물질로 제조되고, 상기 에너지인가부재에 상기 외부에너지를 부여하기 위한 에너지부여용 전원에 접속되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리시스템.
- 제7항에 있어서, 상기 에너지인가부재는 니켈 및 크롬을 필수적인 성분으로 하는 합금으로 제조되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리시스템.
- 제7항에 있어서, 상기 에너지인가부재는 카본을 필수적인 성분으로 하는 물질로 제조되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 에너지인가부재는 이 에너지인가부재에 상기 외부에너지로서의 전자기파의 특정 고주파전력을 공급하기 위한 노출면용 고주파전원에 접속되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리시스템.
- 제10항에 있어서, 상기 에너지인가부재는 상기 기판홀더의 노출면 아래에 매설되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리시스템.
- 제10항에 있어서, 상기 기판홀더는 기판에 특정의 바이어스전압을 인가하기 위해 전자기파로서의 특정의 고주파전력을 공급하는 기판용 고주파전원에 접속되며, 이 기판용 고주파전원은 상기 노출면용 고주파전원으로서는 작용하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리시스템.
- 제10항에 있어서, 상기 에너지인가부재는 텅스텐을 필수적인 성분으로 하는 합금으로 제조되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리시스템.
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