KR100322700B1 - 플라즈마처리장치및그방법 - Google Patents

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Abstract

공기가 배출될 수 있는 컨테이너; 컨테이너의 내부에 가스를 공급하기 위한 가스 공급 수단; 및 컨테이너 내에 피처리물을 처리하는 데 이용되는 플라즈마를 발생시키도록 마이크로파를 공급하기 위한 마이크로파 공급 수단을 포함하는 플라즈마 처리 장치가 개시되어 있는데, 마이크로파 공급 수단은, 서로 격리되어 구비된 복수의 슬롯들을 갖는 평면형 H-면(planar H-plane) 및 마이크로파의 진행 방향에 대해 수직인 구형 단면부를 갖는 환형 도파관(annular waveguide)이 구비되어 있고, 평면형 H-면에 구비된 복수의 슬롯들로부터 컨테이너의 유전체창(dielectric window)을 통하여 컨테이너의 내부에 마이크로파를 공급하는 마이크로파 공급기(microwave applicator)이며, 가스 공급 수단에는 가스 방출 포트(gas emission port)가 구비되어, 이 가스 방출 포트를 통하여 가스가 평면형 H-면 쪽으로 방출되게 되어 있다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 그 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS PROVIDED WITH MICROWAVE APPLICATOR HAVING ANNULAR WAVEGUIDE AND PROCESSING METHOD}
본 발명은 마이크로파를 사용하여 처리되는 물품(이하, 간단히 “피처리물”로함)으로 플라즈마 처리를 제공하기 위한 플라즈마 처리 장치에 관한 것이며, 특히 환형(또는, 원형) 도파관, 이것이 구비된 플라즈마 처리 장치, 복수의 환형 도파관을 갖는 마이크로파 공급기, 및 이것이 구비된 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
플라즈마 발생용 여기원으로서 마이크로파를 사용하는 플라즈마 처리 장치로서, 폴리머라이징 장치, CVD 장치, 표면 변경 장치, 에칭 장치, 에싱 장치 및 청정 장치 등이 알려져 있다.
소위 마이크로파 플라즈마 처리 장치 등을 사용하는 CVD는 예를 들어 아래와 같이 실시된다. 마이크로파 플라즈마 CVD 장치의 플라즈마 발생실 및/또는 막 형성실로 가스가 유입되고, 이와 동시에 가스를 여기하는 및/또는 분해(decompose)하는 플라즈마 발생실 내에 플라즈마를 발생시키기 위하여 마이크로파 에너지가 제공되어, 플라즈마 발생실이나 막 형성실 내에 피착된 피처리물 상에 피착막을 형성한다. 또한, 유기물의 플라즈마 폴리머라이제이션 또는 산화, 질화나 불화 등과 같은 표면 변경을 실행하는데 동일한 방법이 사용될 수 있다.
또한, 마이크로파 플라즈마 에칭 장치를 사용하는 에칭이 예를 들어 아래와 같이 실시된다. 장치의 처리실로 에칭 가스가 유입되고, 동시에 처리실 내에 플라즈마를 발생시키기 위하여 에칭 가스를 여기하는 및/또는 분해하는 마이크로파 에너지가 제공되어, 처리실 내에 피착된 피처리물의 표면을 에칭한다.
또한, 마이크로파 플라즈마 에싱 장치를 사용하는 에싱이 예를 들어 아래와 같이 실시된다. 장치의 처리실로 에싱 가스가 유입되고, 동시에 처리실 내의 플라즈마를 발생시키기 위하여 에싱 가스를 여기하는 및/또는 분해하는 마이크로파 에너지가 제공되어, 피착된 피처리물, 즉 처리실 내에 피착된 포토레지스트의 표면을 에싱한다. 이와 같이, 에싱함에 따라서 피처리물의 처리되는 표면 상에 피착된 원하지 않았던 것들을 제거하기 위한 청정을 실시할 수도 있다.
마이크로파 플라즈마 처리 장치에서, 마이크로파는 가스 여기원으로서 사용되기 때문에, 고주파 전계에 의해서 전자가 가속될 수 있으므로, 효과적으로 가스를 이온화 시키며 여기한다. 그 결과, 마이크로파 플라즈마 처리 장치는 가스의 이온화율, 여기율 및 분해율이 높다는 장점이 있으므로, 고밀도 플라즈마가 상대적으로 용이하게 형성될 수 있어서, 저온에서도 고품질의 빠른 처리를 가능하게 한다. 또한, 마이크로파가 유전체 부재를 투과하는 성질을 갖기 때문에, 플라즈마 처리 장치는 무전극 방전형으로 구성될 수 있으므로, 고청정 플라즈마 처리를 실행할 수 있다.
마이크로파 플라즈마 처리 장치의 처리 속도를 증대시키기 위하여, 전자 사이클로트론 공명(ECR)을 사용하는 플라즈마 처리 장치가 실용화되었다. 자속 밀도가 87.5 mT일 때, 자기력선의 주위를 회전하는 전자에 대한 전자 사이클론 주파수가 마이크로파의 일반적인 주파수인 2.45 GHz와 같게 되어, 가속되는 마이크로파를 전자가 공명적으로 흡수하여, 그 결과 고밀도 플라즈마를 발생시키는 현상이 ECR이다. 이와 같은 ECR 플라즈마 처리 장치에 관해서는, 마이크로파 유도 수단 및 자계 발생 수단에 대한 이하의 4가지 전형적인 배치가 알려져 있다.
제1 배치(i)에서는, 투과창을 통하여 피처리물에 대향하는 표면으로부터 실린더형 플라즈마 발생실로 도파관을 경유하여 전송되는 마이크로파가 유도되며, 플라즈마 발생실의 중심축과 같은 축을 갖는 발산 자계가 플라즈마 발생실의 주변에 설치된 전자기 코일에 의해 유도된다. 제2 배치(ii)에서는, 피처리물에 대향하는 표면으로부터 벨형 플라즈마 발생실로 도파관을 경유하여 전송되는 마이크로파가 유도되며, 플라즈마 발생실의 중심축과 같은 축을 갖는 자계가 플라즈마 발생실의 주변에 설치된 전자기 코일에 의해 유도된다. 제3 배치(iii)에서는, 실린더형 슬롯 안테나의 일종인 코일에 의해 그 주변으로부터 플라즈마 발생실로 마이크로파가 유도되며, 플라즈마 발생실의 중심축과 같은 축을 갖는 자계가 플라즈마 발생실의 주변에 설치된 전자기 코일에 의해 유도된다. 제4 배치(iv)에서는, 평면 슬롯 안테나에 의해 처리되는 물체에 대향하는 표면으로부터 실린더형 플라즈마 발생실로 도파관을 경유하여 전송되는 마이크로파가 유도되며, 안테나면과 평행한 루프형 자계가 평면 안테나의 배면 상에 설치된 영구 자석에 의해 유도된다.
또한, 방출 라인 슬롯 안테나(RLSA)를 이용한 플라즈마 처리 장치가 미국 특허 제 5,034,086호에서 개시된다.
또한, 일본국 특개평 5-290995호, 미국 특허 제 5,359,177호 및 EP 0564359호는 단자를 갖는 환형 도파관을 이용한 플라즈마 처리 장치를 개시한다.
이와는 별개로, 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 일례로서, 균일하면서도 효과적인 마이크로파 장치로서 그 내측면 상에 복수의 슬롯이 형성되는 환형 도판관을 이용한 장치가 최근에 제안되었다(일본국 특개평 5-345982호, 미국 특허 제 5,538,699호).
이 마이크로파 플라즈마 처리 장치가 도 29에 도시되며, 그 마이크로파 공급 수단은 도 28에 도시된다.
참조 번호 501은 플라즈마 발생실을 표시하며; 502는 대기로부터 플라즈마 발생실(501)을 분리하는 유전체창; 503은 플라즈마 발생실(501)로 마이크로파를 공급하기 위한 외형이 실린더형인 홈이 파진 무한 환형 도파관; 505는 플라즈마 발생용 가스 공급 수단; 511은 플라즈마 발생실(501)에 결합된 처리실; 512는 피처리물; 513은 피처리물(512)의 지지체; 514는 피처리물(512) 가열용 히터; 515는 처리용 가스 공급 수단; 516은 배기부; 521은 좌우로 마이크로파를 분배하는 블록; 그리고 522는 곡선면(523)에 구비된 슬롯이다. 또한, 524는 격막(diaphragm)이고, 525는 마이크로파 공급 포트이다.
플라즈마의 발생 및 그 처리가 하기와 같이 실시된다.
플라즈마 발생실(501)의 내부 및 처리실(511)이 배기 시스템(도시 생략)에 의해 비워진다. 계속해서, 가스 공급 포트(505)에 의해 소정 유속으로 플라즈마 발생실(501)로 플라즈마 발생용 가스가 유입된다.
플라즈마 발생실(501)의 내부를 소정의 압력에서 유지되도록 배기 시스템(도시 생략)의 컨덕턴스 밸브(도시 생략)가 조절된다. 환형 도파관(503)을 경유하여 마이크로파 전원(도시 생략)으로부터 플라즈마 발생실(501)의 내부로 기대되는 전력이 제공된다.
때때로, 환형 도파관(503)으로 도입된 마이크로파는 분배 블록(521)에 의해 좌우로 분배되며, 진공 중의 파장 이상인 관내 파장을 갖고 도판관을 통해 전송된다. 플라즈마(527)를 발생시키는 플라즈마 발생실(501)로 유전체창(502)을 통하여 관내 파장의 1/2 또는 1/4의 간격으로 구비된 슬롯들(522)로부터 마이크로파가 공급된다.
그리고, 처리용 가스 공급 파이프(515)를 경유하여 처리실(511) 내로 처리용 가스가 공급되어질 때, 지지체(513) 상에 놓인 피처리물(512)의 표면을 처리하기 위해 발생되는 고밀도 플라즈마에 의해서 처리용 가스가 여기된다.
이와 같은 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 사용에 의해 직경이 대략 200 ㎜인 공간 내에 ±3% 이내로 균일성, 전자 밀도 1012/㎠ 이상, 전자 온도 3eV 이하, 그리고 플라즈마 전위 20 V이하의 고밀도 저전위 플라즈마를 발생시킬 수 있기 때문에, 가스를 충분히 반응하게 하여 활성화 상태에서 피처리물에 공급되므로, 피처리물의 입사 이온에 의한 표면 손상이 감소될 수 있기 때문에, 저온에서도 고품질 및 고속 처리를 가능하게 한다.
그러나, 도 28 및 29에 도시된 바와 같은 고밀도 저전위 플라즈마를 발생시키는 마이크로파 플라즈마 처리 장치가 10 mTorr(대략 13,3322 Pa) 이상인 고압 영역에서의 처리에 사용될 때, 에싱 처리의 경우에서와 같이 플라즈마의 확산이 억제되어, 피처리물의 중앙부에 대하여 처리 속도를 감소시키기 위하여 처리실의 주변에 플라즈마가 부분적으로 존재할 수도 있다.
또한, 일본국 특개평 7-90591호는 디스크형 마이크로파 유도 장치를 이용하는 플라즈마 처리 장치를 개시한다. 이 장치에서, 가스는 도파관 내로 유입되며, 도파관 내에 있는 슬롯들을 통하여 플라즈마 발생실 방향으로 방출된다. 이 장치에서, 플라즈마가 도파관 내에서 발생되는 것을 방지하도록, 슬롯의 컨덕턴스, 배기 압력 등이 정밀하게 조절되어야 한다. 그러므로, 서로 다른 최적 압력에서 CVD, 에칭, 에싱 중 어느 하나에서 공통으로 사용될 수 있는 장치를 설계하는 것은 대단히 어려운 일이다.
또한, 최근에 요구되는 직경 305 ㎜, 그것과 같은 면적의 글래스 기판 등의 12-인치 웨이퍼(또는, “300 ㎜ 웨이퍼”라 부름)의 표면의 처리를 위하여, 고밀도 플라즈마층은 대면적으로 얇고 균일하게될 필요가 있다.
이와 같은 플라즈마층을 제공하기 위해서는, 가스 공급 수단의 배치 및/또는 마이크로파 공급 수단의 배치가 더욱 향상되어야 한다.
본 발명의 제1 목적은 저온에서 고품질의 다양한 플라즈마 처리를 실시할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제2 목적은 가스 공급 수단을 향상시켜서, 상대적으로 고압 영역에서 처리가 시행될 때 조차, 균일성을 갖고 대면적의 얇은 고밀도 플라즈마층을 발생시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제3 목적은 다양한 마이크로파 복사 강도(radiant intensity) 분포를 제공할 수 있는 간단하면서도 저렴한 구조를 갖는 마이크로파 공급기를 제공하는 것이다.
본 발명의 제4 목적은 마이크로파 공급 수단을 향상시켜서, 균일성을 갖고 대면적의 얇은 고밀도 플라즈마층을 발생시킬 수 있는 마이크로파 공급기 및 플라즈마 처리 장치와 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제5 목적은 직경이 300 ㎜ 이상인 웨이퍼와 동등한 대면적 피처리물을 플라즈마 처리할 수 있는 마이크로파 공급기 및 플라즈마 처리 장치와 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 요점은 환형 도파관의 평면에 구비된 슬롯을 갖는 마이크로파 공급기 및 플라즈마 처리 장치와 그것을 사용하는 방법에 있다.
본 발명의 제1 특징에 따르면, 비워 질 수 있는 컨테이너; 이 컨테이너로 가스를 공급하기 위한 가스 공급 수단; 및 컨테이너 내에서 플라즈마를 발생시키기 위해 피처리물에 사용되는 마이크로파를 공급하기 위한 마이크로파 공급 수단을 포함하는 플라즈마 처리 장치가 제공되는데, 여기서 서로 떨어져서 구비되는 복수의 슬롯을 갖는 평면형 H-면 및 마이크로파의 전파 방향에 수직한 구형(rectangular)의 단면부를 갖는 환형 도파관이 구비되고, 평면형 H-면 내에 구비된 복수의 슬롯으로부터 컨테이너의 유전체창을 통하여 컨테이너의 내부로 마이크로파를 공급하는 마이크로파 공급기가 마이크로파 공급 수단이며, 가스 공급 수단은 가스가 평면형 H-면 방향으로 방출되는 가스 방출 포트가 구비된다.
이 배치는 상대적으로 고압에서 조차 균일하고, 대면적의 저온 플라즈마를 발생시킬 수 있으므로, 8-인치 이상의 웨이퍼와 동등한 대면적의 피처리물이 처리될 수 있다.
본 발명의 제2 특징에 따르면, 서로 떨어져서 구비되는 복수의 슬롯 및 마이크로파의 전파 방향에 수직한 구형의 단면부를 갖는 환형 도파관이 구비되며, 그 평면 내에 구비된 복수의 슬롯으로부터, 환형 도파관의 외부로 마이크로파를 공급하는 마이크로파 공급기가 제공되는데, 환형의 리세스부를 갖는 도전성 부재 및 그안에 형성된 마이크로파 유도부를 포함하는 어셈블리와 그안에 형성된 복수의 슬롯을 갖는 평면형 도전성 부재가 복수의 슬롯을 갖는 면이 H-면을 형성하는 환형 도파관을 형성한다.
이와 같은 배치는 저렴하면서도 고도의 일반적인 마이크로파 공급기가 제조될 수 있도록 한다.
본 발명의 제3 특징에 따르면, 비워 질 수 있는 컨테이너; 이 컨테이너로 가스를 공급하기 위한 가스 공급 수단; 및 컨테이너 내에서 플라즈마를 발생시키기 위해 피처리물에 사용되는 마이크로파를 공급하기 위한 마이크로파 공급 수단을 포함하는 플라즈마 처리 장치가 제공되는데, 여기서 서로 떨어져서 구비되는 복수의 슬롯을 갖는 평면형 H-면 및 마이크로파의 전파 방향에 수직한 구형의 단면부를 갖는 복수의 환형 도파관이 동심으로 설치되고, 복수의 환형 도파관 각각의 평면형 H-면 내에 설치된 복수의 슬롯으로부터 컨테이터의 유전체창을 통하여 컨테이너의 내부로 마이크로파를 공급하는 마이크로파 공급기가 마이크로파 공급 수단이다.
이 배치는 가스의 유량에 관계없이 균일하며 대면적의 저온 플라즈마를 발생시킬 수 있으므로, 그 결과 12-인치 이상의 웨이퍼와 동등한 대면적 피처리물이 처리될 수 있다.
도 1은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 주 구성 요소를 도시하는 도식도.
도 2는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 수직 단면부를 도시하는 도식도.
도 3a, 3b 및 3c는 본 발명에 따른 마이크로파 공급기에서 마이크로파의 전파 및 방출을 도시하는 도식도.
도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치 내의 슬롯들, 가스 방출 포트들, 및 피처리물의 위치를 도시하는 도식도.
도 5a, 5b 및 5c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로파 공급기를 도시하는 도식도.
도 6a 및 6b는 본 발명에서 사용된 또 다른 마이크로파 공급기를 도시하는 도식도.
도 7a, 7b 및 7c는 본 발명에서 사용된 슬롯들의 배치를 도시하는 전개도.
도8은 본 발명에서 사용된 슬롯들의 또 다른 형태의 배치의 일예를 도시하는 도식도.
도 9a 및 9b는 본 발명에서 사용된 가스 공급 수단의 배치를 도시하는 도식도.
도 10은 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 플로우챠트를 도시하는 도면.
도 11은 본 발명에 따른 또 다른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 도식도.
도 12는 본 발명에 따른 또 다른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 도식도.
도 13은 본 발명에 따른 또 다른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 도식도.
도 14는 본 발명에 따른 또 다른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 도식도.
도 15는 본 발명에 따른 또 다른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 도식도.
도 16은 마이크로파 공급기의 외형 및 단면부를 도시하는 도식도.
도 17은 마이크로파 공급기의 마이크로파 도입구의 단면부를 도시하는 도식도.
도 18은 마이크로파 공급기의 홈이 파진 H면을 도시하는 도식도.
도 19a, 19b 및 19c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로파 공급기를 도시하는 도식도.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로파 공급기 및 이 공급기를 사용하는 플라즈마 처리 장치를 도시하는 도식도.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복수의 환형 도파관이 사용된 슬롯들의 배열의 일예를 도시하는 도식도.
도 22a, 22b, 22c 및 22d는 본 발명에사 사용된 마이크로파 분배 및 유입 수단의 다양한 구조를 도시하는 도식도.
도 23은 분배기의 절개각 대 마이크로파 방출 강도에서의 변화 를 도시하는 그래프.
도 24는 본 발명에 따른 또 다른 플라즈마 처리 장치의 도식도.
도 25는 본 발명에 따른 또 다른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 도식도.
도 26은 본 발명에 따른 또 다른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 도식도.
도 27은 본 발명에 따른 또 다른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 도식도.
도 28은 종래의 마이크로파 공급기의 수평 단면도.
도 29는 종래의 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 수직 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 컨테이너
2 : 지지 수단
3 : 마이크로파 공급 수단(마이크로파 공급기)
4 : 유전체창
7 : 가스 공급 수단
8 : 배출 패시지
9 : 플라즈마 발생 공간
10 : 분배기
13 : 마이크로파 도입구
도 1은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 주요 구성 요소를 도시한다.
참조 번호 1은 비워질 수 있는 컨테이터(또는, 용기)를 표시한다. 컨테이너의 내부 압력은 감소시킬 수 있다. 2는 피처리물을 지지하는 지지 수단이다. 3은 컨테이너(1) 내에서 플라즈마를 발생시키는데 사용된 마이크로파를 공급하기 위한 마이크로파 공급 수단(또한 “마이크로파 공급기” 또는 “마이크로파 안테나”로 칭함)이다. 4는 유전체창이다. 그리고, 7은 컨테이너(1)의 내부로 가스를 공급하기 위한 가스 공급 수단이다.
도 2는 도 1에 도시된 구성 요소들을 사용하는 플라즈마 처리 장치의 단면도이다.
마이크로파 공급기(3)는 서로 떨어진 복수의 슬롯(3b)이 있는 H-면 및 마이크로파가 진행하는 방향(도 2의 도면에 수직한 방향)에 수직인 구형의 단면부를 갖는 환형 또는 원형 도파관이 구비된다.
E 모양의 블록과 같은 분배기(10)에 의해 코스가 변경된 후, 마이크로파 도입구(13)를 통해 마이크로파 공급기(3) 내로 유입된 마이크로파가 환형 도파관(3a)을 통해 진행한다.
단일 구형파의 E-면을 휨으로써, 그리고 서로 양 끝을 접속함으로써 형성되어 나타나는 형태를 환형 도파관(3a)이 갖는다.
환형 도파관(3a)을 통해 전파하고 진행하는 동안, 바닥의 H-면(3c)에 설치된 복수의 슬롯(3b)를 통해 마이크로파가 복사된다.
이 슬롯(3b)을 통해 복사된 마이크로파는 마이크로파 공급기(3) 아래에 위치된 유전체창(4)을 통해 전파되며, 컨테이너(1) 내의 플라즈마 발생 공간(9)에 공급된다.
배출 패시지(8)와 결합된 배출 수단(도시 생략)에 의해 배출하는 것에 의해 감소된 압력을 컨테이너(1) 내의 플라즈마 발생 공간(9)이 갖는다. 또한, 가스 공급 수단(7)의 가스 방출트들(7a)을 통해 플라즈마 발생 공간(9)으로 가스가 방출된다.
따라서, 플라즈마 발생 공간(9)으로 공급된 마이크로파가 글로우 방전 시켜서, 그 결과 가스의 구성 분자들을 이온화되게 하거나 활성화 상태로 변환되게 한다. 발생된 플라즈마는 슬롯들 아래에서 도우넛형 또는 H-면의 바닥면으로부터 계속되는 층(디스크)처럼 보인다.
마이크로파 공급기(3)의 환형 도파관(3a)의 H-면(3c) 방향으로 가스 공급 수단(7)의 가스 방출 포트들(7a)은 가스를 직접 변화시킨다.
이와 같이, 슬롯들(3b) 아래의 고밀도 플라즈마 영역을 경유해 마이크로파 공급기(3)의 중심(0) 부근으로 가스 방출 포트들(7a)을 통해 방출된 가스가 나아간다.
따라서, 어떠한 슬롯(3b)도 존재하지 않는 공간(9)의 중심(0) 부근에 가스의 활성화족들이 충분히 공급된다.
그 결과, 피처리물(W)의 처리되는 표면 전체에 대해 균일한 플라즈마 처리가 행해질 수 있다.
도 3a 내지 3c는 마이크로파 공급기의 환형 도파관을 통한 마이크로파의 전파 및 이 슬롯들을 통한 마이크로파의 복사를 설명하는 도식도이다.
도 3a는 상술한 바와 같은 환형 도파관을 도시하며, 도 3b는 3B-3B 라인에 따른 단면도를 도시하고, 도 3c는 3C-3C 라인에 따른 단면도를 도시한다.
시계 방향(d2) 및 반시계 방향(d1)으로 분기하도록 마이크로파 도입구(13)를 통해 유입된 마이크로파는 변경된 코스를 갖는다. 이 슬롯들을 통해 방출되는 동안 마이크로파가 이동하기 위해 마이크로파가 d1및 d2방향으로 갈라지도록 각 슬롯이 설치된다.
환형 도파관은 끝이 없고, 다시 말해서 무한이기 때문에, d1및 d2방향으로 진행하는 마이크로파는 소정 모드의 정상파를 발생시키기 위해 상호 간섭한다. 참조 번호 3g는 도파관의 폭방향 중심들을 연결함에 의해서 형성된 환(링)을 표시하며, 이 링의 길이를, 즉 관내 파장(도파관 내의 파장)의 정수배의 원주 길이로 설정함으로써 정상파가 더 용이하게 발생될 수 있다.
도 3b는 마이크로파 진행 방향에 수직한 면을 도시한다. 이 도면에서, 도파관의 상부 및 바닥면들(3c)은 전계 EF의 방향에 수직한 H-면을 형성하며, 도파관의 좌우면들(3c)은 전계 EF의 방향에 평행한 E-면을 형성한다. 이와 같이, 마이크로파 진행 방향에 수직한 도파관의 단면부는 구형이다.
마이크로파 도입구(13)를 통해 환형 도파관(3a)으로 유입된 마이크로파 MW는 분배기(10)에 의해 도면의 좌우로 분배되어 진공 중의 파장 이상의 길이인 관내 파장을 갖고 전파된다. 참조 기호 EF는 마이크로파 이동 방향들 및 도파관(3a)의 H-면들 모두에 수직한 전계 벡터들을 표시한다. 예를 들어, 관내 파장의 1/2 또는 1/4과 같은 간격으로 설치된 슬롯들(3b)로부터 유전체창(4)을 통해 복사된 누설 파동 EW는 슬롯들(3b) 부근에서 플라즈마 P1을 발생시킨다. 또한, 폴라리제이션 각으로 입사하거나 유전체창(4)의 내면(524S)에 수직한 직선에 더 관계 있는 마이크로파는 내면(524S)로부터 전반사되어, 표면파 SW로서 유전체창의 내면(524S)에 대해 전파된다. 전계로서 유전체창을 통한 표면파들 SW도 역시 플라즈마 P2를 발생시킨다.
이와 같이, 피처리물 W의 표면을 처리하기 위해 발생되는 고밀도 플라즈마에 의해서 가스가 여기된다.
이와 같은 플라즈마 처리 장치의 사용에 의해 마이크로파 전력이 1 kW 이상이며, 직경이 300 ㎜이상인 큰 반지름을 갖는 공간 내에 ±3% 이내의 균일성, 전자 밀도 1012/㎤ 이상, 전자 온도 3eV 이하, 그리고 플라즈마 전위 20 V이하의 고밀도 저전위 플라즈마를 발생시킬 수 있기 때문에, 가스를 충분히 반응하게 하여 활성화 상태에서 피처리물에 공급된다. 또한, 압력이 2.7 Pa이고 마이크로파 전력이 2 kW일 때, 유전체창의 내면으로부터 8 내지 10㎜ 정도 떨어진채 분리된 위치에서는 마이크로파에 기인한 어떤 전류도 검출될 수 없다. 이것은 매우 얇은 플라즈마층의형성을 나타낸다. 이와 같이, 피처리물의 입사 이온들에 기인한 표면 손상이 감소될 수 있으므로, 저온에서 조차 고품질로 고속 처리가 가능해 진다.
도 4a 및 4b는 마이크로파 공급기의 슬롯들 및 가스 방출 포트들의 위치와 피처리물의 위치를 도시한다.
참조 기호 lw는 피처리물 W의 한쪽 끝으로부터 다른쪽 끝까지의 거리(H-면에 평행한 방향에서의 간격)를 표시하며, Si 웨이퍼와 같은 디스크형 피처리물의 틈(aperture)에 대응한다. 8-인치 웨이퍼에서, lw는 대략 200㎜ 이다. 글래스 기판과 같은 구형의 피처리물에서, lw는 그 측면 길이, 즉 그 수직 또는 수평 길이에 대응한다.
도 4a에서, lg는 가스 방출 포트들 중 어느 하나로부터 그것에 대향하는 다른 하나까지의 거리(H-면에 평행한 방향에서의 간격)이며, 거리 lw 보다 길다.
참조 기호 ls는 단일 슬롯의 길이를 표시하며, lso는 슬롯들 중 하나의 외부 끝으로부터 슬롯들 중 상기 한 슬롯에 대향하는 위치에 있는 다른 하나의 외부 끝까지의 거리(H-면에 평행한 방향에서의 간격)를 표시하는데, lso≒lg인 관계에 맞춘다.
또한, 본 발명의 실시예에서는, 설치된 슬롯이 있는 H-면에 수직한 방향에서 l1＜l2인 관계에 맞추는 것이 더 바람직하다.
여기서, l1은 슬롯들 바로 아래의 유전체창의 바닥(내부)면으로부터 가스 방출 포트들(7a)까지의 거리(수직 방향에서의 간격)를 표시한다.
참조 기호 l2는 가스 방출 포트들(7a)로부터 피처리물 W의 처리되는 면까지의 거리(수직 방향에서의 간격)를 표시한다.
그 결과, 이와 같은 방식으로 가스 방출 포트들(7a)의 위치를 피처리물 W 보다 유전체창(4)에 더 가깝게 설정함으로써, 가스 여기율 및 분해율이 더욱 향상될 수 있다.
도 4a에서와 같이, 도 4b는 마이크로파 공급기의 슬롯들 및 가스 방출 포트들을 도시하는데, 즉 피처리물의 위치는 도 4a의 실시예의 변화를 도시한다.
참조 기호 lw는 피처리물 W의 한쪽 끝으로부터 다른 끝까지의 거리를 표시하며, Si 웨이퍼와 같은 디스크형 피처리물의 경우에서 틈에 대응한다. 21-인치 웨이퍼에서, lw는 약 300㎜ 이다. 글래스 기판과 같은 구형의 피처리물에서, lw는 그 측면 길이, 즉 그 수직 또는 수평 길이에 대응한다.
lg는 가스 방출 포트들 중 어느 하나로부터 그것에 대향하는 다른 하나까지의 거리이며, 거리 lw 보다 짧다.
이와 같은 세팅은 슬롯들 바로 아래에 위치된 영역을 경유하여 중심(0) 부근으로 방출된 가스가 도달할 수 있는 용이한 흐름을 주며, 고밀도 플라즈마를 갖도록 한다.
참조 기호 ls는 단일 슬롯의 길이를 표시하며, lso는 슬롯들 중 하나의 외부 끝으로부터 슬롯들 중 상기 한 슬롯에 대향하는 위치에 있는 다른 하나의 외부 끝까지의 거리를 표시하는데, lso＜lg인 관계에 맞춘다.
본 발명의 실시예에서는, 슬롯이 설치된 H-면에 수직한 방향에서 l1＜l2인 관계에 맞추는 것이 더 바람직하다.
여기서, l1은 슬롯들 바로 아래의 유전체창의 바닥(내부)면으로부터 가스 방출 포트들(7a)까지의 거리를 표시한다.
참조 기호 l2는 가스 방출 포트들(7a)로부터 피처리물 W의 처리되는 면까지의 거리를 표시한다.
이와 같은 방식으로 가스 방출 포트들(7a)의 위치를 피처리물 W 보다 유전체창(4)에 더 가깝게 설정함으로써, 가스 여기율 및 분해율이 더욱 향상될 수 있다.
특히, 직경 300 ㎜ 이상인 웨이퍼들 또는 그것과 동등한 기판들과 같은 대면적 피처리물의 처리에는 도 4a에서의 관계를 만족시키기 보다는 도 4b에서의 관계를 만족시키는 것이 보다 적절하다.
(마이크로파 공급 수단)
도 1, 2 및 3a 내지 3c에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 바람직하도록 사용되는 마이크로파 공급 수단은 구형의 단면부 및 H-면에서의 복수의 슬롯들을 갖는 환형 도파관이다. 더 바람직하게는, 무한한 것이 바람직하다.
도 1의 실시예가 구형의 도파관이 환형으로 휘어짐에 의해서 링과 같은 형태로 되지만, 본 발명에서 사용된 마이크로파 공급 수단은 도 5a 내지 5c에 도시된 바와 같은 디스크형 외곽선을 가질 수 있다.
도 5a 내지 5c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로파 공급기를 도시한다.
도 5a 내지 5c의 마이크로파 공급기는 마이크로파 도입구(13)를 형성하는 무한 환형 리세스부(33) 및 개구가 그 안에 형성되는 제1 도전형 부재(32) 및 상대적으로 얇은 디스크형으로 복수의 슬롯(3b)이 그 안에 형성되는 제2 도전형 부재(31)를 조립(또는, 조립형 부재)한 것이다.
도 5a는 단면부를 도시하며, 도 5b는 제1 도전형 부재(32)를 도시하고, 도 5c는 제2 도전형 부재(31)를 도시한다.
분리될 수 있는 슬롯들(3b)을 갖는 H-면을 형성함으로써, 하기와 같은 효과를 얻을 수 있다.
서로 다른 슬롯 형태, 크기, 개수, 분포 등을 갖는 제2 도전형 부재(31)를 사전에 설치함에 의해서, 제2 도전형 부재(31)는 요구되는 마이크로파 복사 강도나 플라즈마 처리에 의존하여 적절한 하나로 대체될 수 있다. 이것은 마이크로파 공급기 설계의 자유도를 증가시키는 역할을 하며, 저비용으로 생산할 수 있게 한다.
물론, 디스크형 제2 도전형 부재(31)는 절개선 DL에 따라서 그 중심을 절개함으로써 도우넛 형태가 될 수 있다.
상술한 제1 도전형 부재(32) 및 유전체창에 의해 샌드위치되는(sandwiched) 방식으로 제2 도전형 부재(31)는 조립된다.
도 6a 및 6b는 본 발명에서 사용되는 또 다른 마이크로파 공급 수단을 도시한다. 도 6a는 수직 단면도를 도시하며, 도 6b는 도 6a에서의 6B-6B 라인에 따른 수평 단면도를 도시한다.
도 6b에 도시된 바와 같은 모서리가 깎인 코너들을 갖는 환형(원형) 도파관을 갖고, 태양 전지용 화상 센서들, 구형의 기판들이나 웹 기판들 또는 평판 패널 디스플레이용 글래스 기판 등의 작업에 바람직하다.
이 마이크로파 공급기(3)에서, 구형의 도파관(5)을 통해 도입된 마이크로파는 H-면(3c)에 제공된 슬롯들(3b)을 통해 방출되면서 시계 방향 d2및 반시계 방향 d1으로 이동하기 위해 분배기(10)에 의해 변화되는 경로를 갖는다.
각각의 방향들 d1및 d2로 이동하는 동안, 마이크로파는 서로 간섭하여 약화된다. 일단 도파관(3a)을 통한 마이크로파의 전파가 안정화되면, 도파관(3a)에서 정상파가 발생된다.
슬롯들(3b)을 통해 방출된 마이크로파는 유전체창(4)을 통해 전파되어, 도 3a 내지 도 3c를 참조로 상술한 원리에 기초를 둔 컨테이너(1) 내의 플라즈마 발생 공간으로 공급된다. 컨테이너(1) 내에, 비스듬히 제공된 가스 방출 포트들(7a)을 통해 가스가 방출되고, 유전체창(4) 바로 아래에서 여기된 다음 도면의 화살표 GF에 의해 나타낸 바와 같이 유동한다.
상술한 본 발명에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 사용된 환형 도파관을 구성하는 부재의 물질로서는, 임의의 도전체가 사용될 수 있으나, 최적의 물질은 마이크로파의 전파 손실을 최소화하기 위해 높은 도전성을 갖는 Al, Cu 또는 Ag/Cu로 도금된 스테인레스 스틸이다. 본 발명에 사용된 환형 도파관의 인가부는, 마이크로파를 유효하게 환형 도파관 내의 마이크로파 전파 공간으로 인가시킬 수있는 한, 마이크로파가 H-면에 수직으로 인가되어, 인가부에서 마이크로파 전파 공간에 대해 오른쪽 및 왼쪽 방향들로 분배되게 하는 타입일 수 있다. 그러나, 마이크로파는 H-면에 평행하게, 전파 공간에 대해 접선 방향으로 인가될 수도 있다.
본 발명에 사용된 슬롯들의 모양들은, 마이크로파 전파 방향에 수직인 방향으로 슬롯들의 길이들이 도파관 내의 파장(관내 파장)의 1/4 이상인 구형, 타원, S-모양, 십자, 어레이 형상 같은 것들 중 어떤 것일 수 있다. 비록 본 발명에서 최적의 슬롯 간격이 특별히 제한되지는 않지만, 슬롯들을 가로지르는 전계가 간섭에 의해 서로 보강되도록 최소한 관내 파장의 1/2의 간격으로 슬롯들을 배열하는 것이 바람직하다. 특히, 관내 파장의 1/2이 최적이다. 슬롯은 바람직하게는 긴 개구로서, 예를 들어, 폭이 1 내지 10mm이고 길이가 40 내지 50 mm이다. 슬롯들을 링(ring)의 중심에 대해 방사적으로 배열하는 것도 바람직하다.
특정한 예가 도면들을 참조하여 설명된다.
도 7a 내지 7c는 본 발명에 따른 마이크로파 공급 수단에 사용된 다양한 슬롯들의 모양들을 나타낸다.
도 7a는 d1(d2) 방향으로 진행하는 마이크로파와 교차하는 세로 방향의 길이 ll을 갖고, 피치 lp만큼 상호 분리되어 있는 슬롯들을 나타낸다.
도 7b는 마이크로파 진행 방향 d1과 경사 각도 θ에서 교차하는 슬롯들을 나타내는데, 진행 방향 d1(d2)에 수직인 성분 ll을 갖고, 피치 lp만큼 상호 분리되어 있다.
도 7c는 S-모양의 슬롯들을 나타낸다.
슬롯 배열 간격, 즉 lp는, 상술한 바와 같이, 바람직하게 도파관 내의 파장(관내 파장)의 1/2 또는 1/4이다.
마이크로파 진행 방향에 수직 방향의 슬롯 길이 ll은 바람직하게 관내 파장의 1/4 내지 3/8의 범위 이내이다.
이에 부가하여, 모든 슬롯들은 등간격, 예를 들어, 관내 파장의 1/2 또는 1/4의 피치로 배치될 필요가 없고, 도 8에 도시된 바와 같이, 같은 피치로 배치된 슬롯들의 그룹들이 관내 파장의 1/2 이상의 간격을 두고 제공될 수 있다.
도면에서 파선 3g는 환형 도파관의 폭-쪽 중심들을 함께 연결함으로써 형성된 환(또는, 링)이고, 이 환의 원주 길이는 관내 파장의 정수배이다.
이에 부가하여, 마이크로파 방출 강도의 균일성을 향상하기 위해, 공급된 마이크로파가 환형 도파관을 1회전 이상, 바람직하게는 2회전 이상 전파하도록 해주는 전력을 갖는다. 이 경우, 분배기(10)는 생략될 수 있다.
<유전체창>
본 발명에 사용된 유전체창의 모양 및 물질은 0.8 내지 20 GHz의 마이크로파는 투과할 수 있지만, 어떤 가스도 통과할 수 없는 것이다.
유전체창의 모양은 도 1에 도시된 H-면의 아랫쪽 면 전체를 단독으로 커버하는 디스크형 또는 도우넛형일 수 있다. 그렇지 않으면, 유전체창이 슬롯부들에만 가깝도록 각각의 슬롯들에 대응하여 복수개로 제공될 수 있다. 그러나, 진공 컨테이너의 조립을 용이하게 하기 위해 그리고 슬롯들 디자인의 자유도를 증가시키기 위해, 유전체창은 더 바람직하게 각각의 슬롯들과 공통인 평면형의 부재로서 구성된다.
본 발명의 마이크로파 플라즈마 처리 장치 및 방법에 사용된 유전체로서는, 석영계 실리콘 산화물(silicon oxide based quartz, 실리카, silica), 다양한 글래스들, 그리고 Si3N4, NaCl, KCl, LiF, CaF2, BaF2, Al2O3, AlN 및 MgO와 같은 무기 물질일 수 있지만, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 셀룰로우즈 아세테이트, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리딘 클로라이드, 폴리스틸렌, 폴리아미드 및 포리이미드와 같은 유기 물질들의 시트들이나 필름일 수도 있다.
<컨테이너>
본 발명에 사용된 컨테이너로서는, 그 내부의 가스를 대체하거나 그 내부에서 플라즈마를 발생시키기 위해, 컨테이너의 내부 압력이 대기압 이하의 압력으로 배기될 수 있는 것이다.
컨테이너를 구성하는 부재는 알루미늄, 스테인레스 스틸, 등의 도전체, 석영, 실리콘 카바이드 등과 같은 절연체, 또는 도전성 부재와 절연성 부재의 조합으로써 만들어질 수 있다.
만일 절연체가 사용된다면, 컨테이너를 구성하기 위해 유전체창이 함께 구성될 수 있다.
이에 덧붙여, 도전체 컨테이너의 내부 표면이 절연막으로 커버될 수 있다.
컨테이너는 그 내부의 압력이 적어도 0.1mTorr(약 1.33 × 10-2Pa) 이하로 줄어들 수 있도록 구성된다.
<가스 공급 수단>
본 발명에 사용된 가스 공급 수단에는 가스가 마이크로파 공급 수단의 H-면을 향해 방출되는 방출 포트들이 제공된다. 가스 방출 포트와 통하는 가스 방출 경로가 H-면에 수직하게 또는 비스듬하게 형성되는 것이 바람직하다.
가스 방출 포트는 도 1에 도시된 환형의 도파관을 따라 서로 분리되어 제공된 복수개의 개구들이거나, 또는 도 9a에 도시된 바와 같은 환형의 도파관을 따라 제공된 슬릿일 수 있다.
택일적으로, 도 9b에 도시된 바와 같이, 가스 공급 수단은 가스 방출 포트를 각각 가지는 복수개의 가스 공급 파이프들일 수 있다.
H-면에 평행한 방향에서, 가스 방출 포트들의 위치들은 도 4a 또는 4b에 도시된 바와 같이 지정되는 것이 더 바람직하고, 넓은 영역에서 균일한 처리가 용이하다.
가스 공급 수단은 유동 제어기, 밸브, 조인트 등과 같은 것들(도시되지 않음)을 경유하여 가스탄(gas bomb) 또는 기화기(vaporizer)에 연결된다.
피처리물을 지지하는 수단은 지지 평면을 가지거나 또는 핀등을 사용하여 몇개의 지점들에서 물체를 지지할 수 있다.
지지 수단으로서는 처리될 대상물들을 운반해 놓거나 운반해 나가는 것을 용이하게 하는, 들어 올려질 수 있는 리프트 핀들을 갖는 것도 바람직하다.
이에 덧붙여서, 플라즈마 내의 입자들의 운동과 위치들을 제어하기 위해 지지 수단 내에 바이어스 인가 수단을 제공함으로써, DC 또는 AC 바이어스가 피처리물에 인가될 수 있게 하는 것이 또한 바람직하다.
본 발명의 마이크로파 플라즈마 처리 장치 및 방법에 있어서, 자계 발생 수단은 낮은 압력에서의 처리를 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 플라즈마 처리 장치 및 방법에 사용된 자계로서는, 비록 미러 자계가 인가될 수 있지만, 환형 도파관의 복수개 슬롯들의 중심들을 함께 연결하는 커브 상에 루프 자계를 발생하고 피처리물 근처에 있는 자계에서보다 슬롯들 근처에 있는 자계에서 더 큰 자속 밀도를 갖는 마그네트론 자계가 최적이다. 자계 발생 수단으로서는, 영구 자석뿐 아니라 코일도 사용될 수 있다. 코일이 사용되는 경우, 수냉식이나 공냉식 장치와 같은 또 다른 냉각 수단이 과열을 방지하기 위해 사용될 수 있다.
이에 덧붙여, 처리 과정의 우수성을 더 향상하기 위해, 피처리물의 표면이 자외선 광으로써 쪼여질 수 있다. 광원으로서는, 피처리물 또는 거기에 부착하는 가스에 의해 흡수될 수 있는 빛을 방출할 수 있는 것으로, 액시머 레이저, ArF, KrF, XeCl 등과 같은 이량체(dimer)를 사용한 램프, 희소 가스 레조넌스 라인 램프(rare gas resonance line lamps), 저-압 수은 램프 등을 사용하는 것이 적절하다.
본 발명에 있어서, 0.8GHz 내지 20GHz의 범위로부터 선택된 주파수의 마이크로파들을 발생하기 위해 마그네트론과 같은 플라즈마 발생기를 사용하는 것이 바람직하고, 튜너, 아이솔레이터, 모드 변환기 등이 마이크로파 공급기에 설정되는 모드의 마이크로파를 공급하고 전파하기 위해 플라즈마 발생기에 제공될 수 있다.
마이크로파 공급기의 도입구에 도입된 마이크로파는, TE 모드의 마이크로파가 바람직하게 사용되고, 더 바람직하게 특히 TEno또는 Hon모드(여기서 n은 자연수임)의 마이크로파가 도입된다.
이에 따라, 환형 도파관에서, 마이크로파의 전계 벡터가 H-면을 형성하는 슬롯들의 면에 수직이다.
환형 도파관(3a) 내에서, 마이크로파는 TE10(H01)모드에서 전파된다. 그러나, 최종적으로 정상파가 발생되는 경우가 있기 때문에, 이 경우 도파관(3a) 내의 마이크로파의 전파 모드는 다른 모드라고 여겨질 수도 있다.
다음으로, 본 발명의 처리 방법이 설명된다.
첫째, 컨테이너(1)가 열리고, 피처리물이 지지 수단(2) 위에 놓이고, 컨테이너가 닫힌다(도 10의 단계 S1).
그런 다음, 도시되지 않은 진공 펌프를 사용하여 컨테이너(1)의 내부 압력이 대기압에서부터 1.3 Pa 이하로 감소된다(도 10의 단계 S2).
그런 다음, 가스 공급 수단(7)의 가스 방출 포트(7a)를 통해 컨테이너(1) 내부로 가스가 방출된다(도 10의 단계 S3).
컨테이너(1)의 압력이 안정화된 후, 도시되지 않은 마이크로파 오실레이터가 마이크로파를 발생하기 위해 턴온되어, 마이크로파가 본 발명에 따른 마이크로파인가 수단(3)을 사용하여 컨테이너(1) 내부에 공급된다(도 10의 단계 S4).
컨테이너(1)에 필수적으로 제공된 모니터용 창(monitoring window)을 통해 플라즈마 방출(plasma emission)이 관찰된다.
설정된 처리 시간이 경과한 후, 마이크로파의 공급이 중지된다(도 10의 단계 S5).
컨테이너(1)의 내부 압력을 대기압으로 복귀시키고 정화하기 위해 컨테이너(1) 내의 가스가 질소, Ar, He, Ne 또는 청정 공기로 대체된다(도 10의 단계 S6).
그런 다음, 컨테이너(1)가 열리고, 피처리물이 운반되어 나온다(도 10의 단계 S7).
상술한 처리 과정은 하나의 피처리물에 대해 반복적으로 수행될 수 있다.
본 발명의 마이크로파 플라즈마 처리 방법에 따른 플라즈마 처리실의 내부 압력은 1 mTorr(약 0.133Pa)에서 10 Torr(약 1.330Pa)까지의 범위 내에서 선택될 수 있고; 더 바람직하게 CVD, 플라즈마 폴리머라이제이션, 또는 표면 변형을 위해서는, 1mTorr(약 0.133Pa)로부터 100mTorr(약 13.3Pa)까지의 범위 내에서 선택될 수 있고; 에칭을 위해서는 0.5mTorr(약 0.067Pa)에서부터 50mTorr(약 6.67 Pa)까지의 범위 내에서; 에싱(ashing)을 위해서는 100mTorr(약 13.3Pa)에서부터 10Torr(약 1.330Pa)까지의 범위 내에서 선택될 수 있다. 또한, 클리닝의 경우에는, 0.067Pa에서 13.3 Pa까지의 범위가 바람직하다.
본 발명의 마이크로파 플라즈마 처리 방법에 따라 피착막을 형성시, 사용될가스들의 적합한 선택은 Si3N4, SiO2, Ta2O5, TiO2, TiN, Al2O3, AlN, MgF2, AlF3등의 다양한 절연막들; a-Si(아모퍼스 실리콘), Poly-Si(폴리실리콘), SiC, GaAs 등의 반도체막들; Al, W, Mo, Ti, Ta 등의 금속막들; 그리고 TiN, TiW, TiSiN 등과 같은 막들의 효율적인 형성을 가능케한다.
본 발명의 플라즈마 처리 방법에 의해 피처리물(112)은 반도체성, 도전성, 절연성일 수 있다. 또한, 그 표면 자체가 반도체, 절연체, 도전체 또는 그 합성물일 수 있다.
처리되는 도전성 대상 물체로서는, Fe, Ni, Cr, Al, Mo, Au, Nb, Ta, V, Ti, Pt, Pb 등과 이들의 합금인 황동, 스테인레스 스틸 등을 포함할 수 있다.
처리되는 절연성 대상 물체로서는 석영계 산화 규소(SiO2-based Quartz); 다양한 글래스들; Si3N4, NaCl, KCl, LiF, CaF2, BaF2, Al2O3, AlN, MgO 등과 같은 무기 물질; 그리고 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 셀룰로우즈 아세테이트, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리딘 클로라이드, 폴리스틸렌, 폴리아미드, 폴리이미드 등과 같은 유기 물질을 포함할 수 있다.
CVD 처리에 의해 피처리물 상에 박막을 형성하는 경우, 특히 a-Si, poly-Si, 또는 SiC와 같은 Si계 반도체 박막의 경우에 사용되는 가스로서는, 상온 및 압력에서 가스 상태에 있는 것들 또는 예를 들어 SiH4또는 Si2H6와 같은 무기 실레인; 테트라에틸실레인(TES), 테트라메틸실레인(TMS), 디메틸실레인(DMS), 디메틸디플루오로실레인(DMDFS), 또는 디메틸디클로로실레인(DMDCS) 등과 같은 유기 실레인; 또는SiF4, Si2F6, SiHF3, SiH2F2, SiCl4, Si2Cl6, SiHCl3, SiH2Cl2, SiH3Cl, 또는 SiCl2F2등과 같은 할로실레인과 같이 쉽게 기화되는 것들을 포함할 수 있다. 또한, Si 물질 가스와 혼합되어 주입될 수 있는 부가적인 가스 또는 캐리어 가스로서는, H2, He, Ne, Ar, Kr, Xe 및 Rn이 포함될 수 있다.
Si3N4또는 SiO2와 같은 Si 성분을 기초로 박막을 형성하는데 사용된 Si 원자들을 포함하는 물질로서는, 상온 및 압력에서 가스 상태를 유지하는 또는 기화기나 버블러(bubbler)를 사용하여 쉽게 기화되는 다음의 물질들이 사용될 수 있다: SiH4또는 Si2H6와 같은 무기 실레인; 테트라에톡시실레인(TEOS), 테트라메톡시실레인(TMOS), 옥타에톡시실레인(OMCTS), 디메틸디클로로실레인(DMDCS); 또는 SiF4, Si2F6, SiHF3, SiH2F2, SiCl4, Si2Cl6, SiHCl3, SiH2Cl2, SiH3Cl, 또는 SiCl2F2등과 같은 할로실레인. 또한, 동시에 주입될 수 있는 질소나 산소 물질 가스로서는, N2, NH3, N2H4, 헥사메틸디실레제인(HMDS), O2, O3, H2O, NO, N2O, NO2등이 포함될 수 있다. Al, W, Mo, Ti, Ta 또는 TiW와 같은 금속 박막을 형성하는데 사용된 금속 원자들을 포함하는 물질은 트리메틸 알루미늄(TMAl), 트리에틸 알루미늄(TEAl), 트리이소부틸 알루미늄(DMAlH), 텅스텐 카보닐(W(CO)6), 몰리브데늄 카보닐(Mo(CO)6), 트리메틸 갈륨(TMGa), 및 트리에틸 갈륨(TEGa)과 같은 유기 금속; 그리고 AlCl3, WF6, TiCl3, 및 TaCl5와 같은 할로겐화된금속을 포함한다. 이 경우에, 부가적인 또는 캐리어 가스가 상기 Si 물질 가스와 혼합될 수 있다. 부가적인 또는 캐리어 가스로서는, H2, He, Ne, Ar, Kr, Xe 및 Rn 등이 포함될 수 있다.
Al2O3, AlN, Ta2O5, TiO2, TiN, Wo3, TiW 또는 TiSiN과 같은 금속 박막을 형성하는데 사용되는 금속 원자를 포함하는 물질은 트리메틸 알루미늄(TMAl), 트리에틸 알루미늄(TEAl), 트리이소부틸 알루미늄(TiBAl), 디메틸 알루미늄 하이드라이드(DMAlH), 텅스텐 카보닐(W(CO)6), 몰리브데늄카보닐(Mo(CO)6), 트리메틸 갈륨(TMGa), 트리에틸 갈륨(TEGa)과 같은 유기 금속; AlCl3, WF6, TiCl3및 TaCl5등과 같은 할로겐화된 금속들을 포함한다. 이 경우, 동시에 주입될 수 있는 산소 또는 질소 물질 가스로서는 O2, O3, H2O, NO, N2O, NO2, N2, NH3, N2H4및 헥사메틸디실레제인(HMDS)등을 포함한다.
피처리물의 표면을 에칭하기 위해 처리 가스 공급 포트(105)를 통해 공급되는 에칭용 가스로서는, F2, CF4, CH2F2, C2F6, CF2Cl2, SF6, NF3, Cl2, CCl4, CH2Cl2, C2Cl6등이 포함될 수 있다. 에싱 수단(ashing means)에 의해 포토레지스트와 같은 피처리물의 표면으로부터 유기 성분을 제거하기 위해 처리 가스 공급 포트(105)를 통해 주입되는 에싱용 가스로서는, O2, O3, H2O, NO, N2O, NO2등이 포함될 수 있다.
또한, 클리닝의 경우에는, 상술한 에칭용 또는 에싱용 가스 또는 하이드로겐 가스, 불활성 가스가 사용될 수 있다.
또한, 이 마이크로파 플라즈마 처리 장치 및 방법이 표면 변형에 응용되는 경우에는, 사용되는 가스를 적절히 선택함으로써 피처리물 또는 예를 들어 Si, Al, Ti, Zn, 또는 Ta로 구성된 표면층을 산화 처리 또는 질화 처리하거나, B, As, P를 사용하여 도핑 처리할 수 있게 한다. 또한, 본 발명에 사용된 막 형성 기술은 상술한 클리닝 처리에 응용될 수 있다. 이 경우에, 산화물, 유기 물질, 중금속을 클리닝하는데 사용될 수 있다.
피처리물의 표면 산화 처리를 위해 사용되는 산화 가스로서는, O2, O3, H2O, NO, N2O 등이 포함될 수 있다. 또한, 상기 표면을 질화하는데 사용되는 질화용 가스로서는, N2, NH3, N2H4및 헥사메틸디실레제인(HMDS)을 포함한다.
특히, 피처리물의 표면 상에 있는 유기 물질이 클리닝되는 경우 또는 피처리물의 표면의, 예를 들어 포토레지스트와 같은, 유기 성분이 에싱에 의해 제거되는 경우에, 가스 공급 포트(105)를 통해 주입되는 클리닝/에싱 가스로서는 O2, O3, H2O, NO, N2O, NO2등이 포함될 수 있다. 또한, 피처리물의 표면의 유기 물질이 클리닝되는 경우에 가스 공급 포트(105)를 통해 주입되는 클리닝 가스로서는, F2, CF4, CH2F2, C2F6, CF2Cl2, SF5, NF3등이 포함될 수 있다.
또한, 마이크로파 전원으로부터 공급되는 마이크로파 전력은, 마이크로파의 방출 강도의 균일성을 향상시키기 위해, 마이크로파가 슬롯들을 통해 방출되는 동안 환형 도파관을 1회전 이상, 더 바람직하게는 2회전 이상 전파할 수 있게 하기에충분한 값을 갖는다. 이 경우에, 분배기가 제공되지 않는 것이 바람직하다.
<플라즈마 처리 장치의 실시예>
본 발명의 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 특정 실시예들이 아래에 설명된다. 그러나 본 발명은 이 예들로 제한되지 않는다.
<제1 플라즈마 처리 장치>
본 발명에 따른 제1 실시예의 플라즈마 처리 장치는 도 1 및 도 2를 참조하여 상술한 바와 같다.
<제2 플라즈마 처리 장치>
양-방향 분배형, 간섭, 평면형의, 슬롯을 갖는 환형 도파관을 사용하는 본 발명의 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 실시예가 도 11을 참조하여 설명된다. 참조 번호 109는 컨테이너(101) 내의 플라즈마 발생실을 나타내고; 104는 플라즈마 처리실(109)을 대기로부터 분리하는 유전체창을; 103은 플라즈마 발생실(109) 내부에 마이크로파를 공급하는 마이크로파 공급 수단을; 105는 슬롯이 형성된 평면형 H-면을 갖는 환형 도파관(103b) 내부로 마이크로파를 인가시키는 구형의 도파관을; 103a는 마이크로파 공급 수단(103) 내의 마이크로파를 전파하기 위한 직사각 단면부의 도파관을 형성하는 마이크로파 전파 공간을; 103b는 마이크로파가 인가되는 슬롯을; W는 피처리물을; 102는 지지 수단을; 114는 가열 수단으로서의 히터를; 107은 가스 공급 수단을; 그리고 108은 방출 포트를 나타낸다.
이 플라즈마 처리 장치에서, 가스 공급 수단은 가스탄, 기화기, 또는 버블러와 같은 적어도 한개의 가스원(21) 및 플라즈마 발생실(109)에 공급되는 가스의 양을 제어하는 유량 제어기(mass flow controller, 23)를 갖는다. 그런 다음, 가스가 위쪽 방향으로 기울어진 가스 방출 포트(107a)를 통해 방출된다.
또한, 가스 배기 시스템은 적어도 배기 컨덕턴스 제어 밸브(26), 진공 펌프(24)를 포함하고, 배기 컨덕턴스 제어 밸브(26)는 처리하는 동안의 플라즈마 발생실(109) 내의 압력을 제어한다.
참조 번호(6)는 마이크로파 전원을 나타내는데, 필요한 튜너, 아이솔레이터 또는 모드 변환기와 같은 조절 수단이 더 제공된 마그네트론과 같은 마이크로파 오실레이터를 갖는다.
플라즈마의 발생 및 처리는 다음과 같이 수행된다. 피처리물 W는 대상 물체 지지 수단(102)에 놓여지고, 히터(114)를 사용하여 원하는 온도까지 가열된다. 플라즈마 발생실(109)의 내부는 도시되지 않은 배기 시스템에 의해 비워진다.
실질적으로, 플라즈마 처리 가스는 설정된 유량율로써 가스 공급 수단(107)을 경유하여 플라즈마 발생실(109)에 유입된다. 그런 다음, 배기 시스템(도시되지 않음)에 설치된 컨덕턴스 밸브(도시되지 않음)가 플라즈마 발생실(109) 내부를 설정된 압력으로 유지하기 위해 조정된다. 마이크로파 전원(도시되지 않음)으로부터 원하는 전력이 TE10모드에서 도파관용 파이프(105)를 통해 환형 도파관(103)에 도입된다. 도입된 마이크로파는 분배기(110)에 의해 두개로 분할되어 공간(103a)으로 전파한다. 둘로 갈라진 마이크로파는 서로 간섭하여 정상파를 발생한다. 마이크로파는 관내 파장의 1/2 주기마다 슬롯들(103b)을 가로지르는 전계를 강화하고,그런 다음 유전체창(104)을 통해 슬롯들(103b)을 경유하여 플라즈마 발생실(109)에 공급된다. 플라즈마 발생실(109)의 내부에 공급되는 마이크로파의 전계는, 예를 들어 플라즈마 처리실(109)의 상부에서 플라즈마 P를 발생하기 위해 전자들을 가속한다. 이 시점에서, 처리 가스는 지지 수단(102) 상에 놓인 피처리물 W의 표면을 처리하기 위해 발생된 고밀도 플라즈마에 의해 여기된다.
유전체창(104)은 직경 299mm, 두께 12mm인 평면형의 합성 쿼츠로 형성된다. 평면형이고 슬롯이 형성된 환형 도파관(103)은 그 내벽 단면이 27mm × 96mm이고, 중심 직경이 202mm이고, TE10모드의 마이크로파를 전파할 수 있다. 평면형이고 슬롯이 형성된 환형 도파관의 물질로서, 마이크로파의 전파 손실을 억제하기 위해 오로지 Al이 사용된다. 평면형이고, 슬롯이 형성된 환형 도파관(103)의 H-면에는, 마이크로파를 플라즈마 발생실(109)에 인가하기 위한 슬롯들이 형성된다. 슬롯의 모양은 길이가 42mm이고 폭이 3mm인 구형이고, 관내 파장의 1/2 간격으로 방사적으로 형성된다. 비록 관내 파장이 사용된 마이크로파의 파장과 도파관의 단면 크기에 따라 결정되지만, 주파수 2.5GHz의 마이크로파와 상술한 크기의 도파관을 사용하면 약 159mm의 관내 파장을 제공한다. 상기 사용된 평면형이고 슬롯들이 형성된 환형 도파관(103)에서, 8개의 슬롯들(103b)이 약 79.5mm의 간격을 두고 형성된다. 이 수준에서, TE10모드의 마이크로파를 인가하기 위해, 평면형이고 슬롯들이 있는 환형 도파관(103)에 4E 튜너, 방향 커플러, 아이솔레이터 및 도시되지 않은 2.45GHz의 마이크로파 전원이 접속된다.
도 11에 도시된 마이크로파 플라즈마 처리 장치는 500sccm의 Ar 유량율과, 10mTorr 및 1Torr의 압력들과, 1.5kW의 마이크로파 전력의 조건들 하에서 플라즈마를 발생하는데 사용되고, 얻어진 플라즈마가 측정된다. 플라즈마는 단일 프로브 (probe)방식을 사용하여 다음과 같이 측정된다. 프로브에 인가되는 전압은 -50V 내지 +100V의 범위 내에서 변화되고, 프로브를 통해 흐르는 전류는 I-V 측정 장치를 사용하여 측정된다. 전자 밀도, 전자 온도 및 플라즈마 전위는 얻은 I-V 커브로부터 Langmuir 방법에 의해 계산되었다. 그 결과, 10mTorr에서 전자 밀도가 1.3 × 1012/㎤ ± 2.1%(φ 200 표면 내에서)이었고, 1Torr에서는 7.2 × 1011/㎤ ± 5.3%(φ 200 표면 내에서)이었고, 고압 영역에서 조차도 고밀도의 균일한 플라즈마가 형성된 것으로 확인되었다.
<제3 플라즈마 처리 장치>
접선 방향 인가형이며 평면형이고 슬롯이 형성되어 있는 환형 도파관을 사용하는 본 발명의 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 실시예가 도 12를 사용하여 설명된다. 참조 번호 109는 플라즈마 발생실을 나타내고; 104는 플라즈마 처리실(109)을 대기와 분리하는 유전체창을; 103은 마이크로파를 플라즈마 발생실에 공급하기 위한 마이크로파 공급 수단을; 205는 마이크로파를 인가하기 위해 평면형이고 슬롯이 형성되어 있는 환형 도파관(103)의 외부 둘레의 E-면 상에 제공된 인가부를; 103a는 평면이고 슬롯을 가진 환형 도파관(103) 내에 마이크로파를 전파하기 위한 구형 단면의 마이크로파 전파 공간을; 103b는 마이크로파를 방출하기 위해 평면형이고 슬롯이 있는 환형 도파관(103)의 H-면에 제공된 슬롯들을; 102는 피처리물 W를 지지하기 위한 수단을; 114는 물체 W를 가열하기 위한 히터를; 107은 처리-가스 인가 수단을; 그리고 108은 배기 포트를 나타낸다.
이 플라즈마 처리 장치에서, 가스 공급 시스템은 적어도 가스탄, 기화기, 또는 버블러와 같은 적어도 한개의 가스원(21) 및 플라즈마 발생실(109)에 공급되는 가스의 양을 제어하는 유량 제어기(mass flow controller, 23)를 갖는다. 그런 다음, 가스가 위쪽 방향으로 기울어진 가스 방출 포트(107a)를 통해 방출된다.
또한, 가스 배기 시스템은 적어도 배기 컨덕턴스 제어 밸브(26), 개/폐 밸브(25) 및 진공 펌프(24)를 포함하고, 배기 컨덕턴스 제어 밸브(26)는 처리 동안 플라즈마 발생실(109) 내의 압력을 제어한다.
참조 번호 6은 마이크로파 전원을 나타내는데, 이것은 필수적인 튜너, 아이솔레이터 또는 모드 변환기와 같은 조정 수단이 함께 더 제공된 마그네트론과 같은 마이크로파 오실레이터를 갖는다.
플라즈마 처리는 다음과 같이 수행된다. 피처리물 W는 물체 지지 수단(102) 위에 놓이고, 히터(144)를 사용하여 원하는 온도까지 가열된다. 플라즈마 발생실(109)의 내부는 도시되지 않은 배기 시스템을 통해 비워진다. 그런 다음, 플라즈마 처리 가스가 설정된 유량율로 처리 가스 방출 포트(107a)를 통해 플라즈마 발생실(109)에 유입된다. 그런 다음, 배기 시스템(도시되지 않음)에 제공된 컨덕턴스 밸브(도시되지 않음)가 플라즈마 발생실(109)을 설정된 압력으로 유지하기 위해 조절된다. 마이크로 전원(도시되지 않음)으로부터 원하는 전력이인가부(205)를 통해 평면형이고 슬롯이 형성된 환형 도파관(203)에 도입된다. TE10모드의 도입된 마이크로파는 관내 파장의 1/2 간격으로 형성된 슬롯들(103b)를 경유하여 유전체창(104)을 통해 플라즈마 발생실(109)의 내부에 공급된다. 도파관(103)을 통해 1회전 전파된 마이크로파는 인가부(105)를 통해 새로 도입된 마이크로파와 간섭하고, 대부분의 마이크로파들은 그들이 도파관을 통해 몇바퀴 전파되기 전에 플라즈마 발생실의 내부에 공급된다. 공급된 마이크로파의 전계는 플라즈마 발생실(109)의 상부에 플라즈마 P를 발생하기 위해 전자들을 가속한다. 이 시점에서, 처리 가스는 지지 수단(102) 위에 놓인 피처리물 W의 표면을 처리하기 위해 발생된 고밀도 플라즈마에 의해 여기된다.
유전체창(104)은 직경이 299mm이고 두께가 16mm인 합성 쿼츠로 된 평판이다. 평면이고 슬롯을 가진 환형 도파관(103)은 상술한 바와 같고, 내벽 단면의 크기가 27 × 96mm인 구형 단면을 갖고, 중앙 직경이 202mm이다. 평면이고 슬롯들이 형성된 환형 도파관(103)의 H-면에는, 마이크로파를 플라즈마 발생실(109)에 인가하는 슬롯들이 형성된다. 슬롯들의 모양은 그 길이가 42mm이고 폭이 3mm인 구형이고, 이 슬롯들은 관내 파장의 1/2 간격으로 방사적으로 형성된다. 비록 관내 파장이 사용된 마이크로파의 주파수 및 도파관의 단면 크기에 따라 결정되지만, 주파수 2.45GHz의 마이크로파와 상술한 크기의 도파관을 사용하면 159mm의 관내 파장을 제공한다. 상기 사용된 평면이고 슬롯들을 가진 환형의 도파관(103)에는, 8개의 슬롯들이 약 79.5mm의 간격으로 형성된다. 평면이고 슬롯들을 갖는 환형의도파관(103)에 4E 튜너, 방향 커플러, 아이솔레이터, 및 주파수 2.45GHz의 마이크로파 전원(도시되지 않음)이 접속된다.
도 12에 도시된 마이크로파 플라즈마 처리 장치는 Ar 유량율 500sccm, 10mTorr 및 1Torr의 압력들, 그리고 마이크로파 전력 1.5kW의 조건들 하에서 플라즈마를 발생하기 위해 사용되었고, 얻어진 플라즈마가 측정되었다. 플라즈마는 단일 프로브 방법을 사용하여 다음과 같이 측정되었다. 프로브에 도입된 전압은 -50V 내지 +100V의 범위 내에서 변화하였고, 프로브를 통해 흐르는 전류는 I-V 측정 장치에 의해 측정되었다. 전자 밀도, 전자 온도 및 플라즈마 전위는 구해진 I-V 커브로부터 Langmuir 방법에 의해 계산되었다. 그 결과, 10mTorr에서 전자 밀도가 1.8 × 1012/㎤ ± 2.3%(φ 200 표면 내에서)이었고, 1Torr에서 7.7 × 1017/㎤ ± 5.6%(φ 200 표면 내에서)이었고, 고압력 영역에서 조차도 고밀도의 균일한 플라즈마가 형성된 것이 확인되었다.
<제4 플라즈마 처리 장치>
RF 바이어스 인가 방법을 사용하는 본 발명의 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 예가 도 13을 참조하여 설명된다. 참조 번호 109는 플라즈마 발생실을 나타내고; 104는 플라즈마 처리실(109)을 대기와 분리하는 유전체창을; 103은 마이크로파를 플라즈마 발생실(109)에 공급하기 위한 마이크로파 공급 수단을; 102는 피처리물 W를 지지하는 지지 수단을; 114는 피처리물 W를 가열하기 위한 히터를; 107은 가스 공급 수단을; 108은 배기 포트를; 302는 RF 바이어스 인가 수단을 나타낸다.
이 플라즈마 처리 장치에서, 가스 공급 시스템은 적어도 가스탄, 기화기 또는 버블러(bubbler), 밸브(22), 플라즈마 발생실(109)에 공급되는 가스의 양을 제어하는 유량 제어기(23)를 갖는다. 가스는 위쪽으로 기울어진 가스 방출 포트들(107a)을 통해 위쪽의 유전체창쪽으로 비스듬히 방출된다.
또한, 가스 배기 시스템은 적어도 배기 컨덕턴스 제어 밸브(26), 개/폐 밸브(25), 및 진공 펌프(24)를 갖고, 배기 컨덕턴스 제어 벨브(26)는 처리 동안 플라즈마 발생실 내의 압력을 제어한다.
참조 번호 6은 필수적인 튜너, 아이솔레이터, 모드 변환기와 같은 조정 수단이 함께 더 제공된 마그네트론과 같은 마이크로파 오실레이터를 갖는 마이크로파 전원을 나타낸다.
플라즈마의 발생 및 처리는 다음과 같이 수행된다. 피처리물 W는 대상 물체 지지 수단(102) 위에 놓여지고 히터(114)를 사용하여 원하는 온도까지 가열된다. 플라즈마 발생실(109)의 내부가 배기 시스템(24 내지 26)을 통해 비워진다. 다음으로, 플라즈마 처리 가스가 가스 공급 수단(107)을 이용하여 플라즈마 발생실(109)로 선정된 유량율로 유입된다. 다음에, 배기 시스템(24 내지 26)에 제공되는 컨덕턴스 제어 밸브(26)가 플라즈마 발생실(109)의 내부를 선정된 압력으로 유지하도록 조절된다. RF 바이어스 인가 수단(302)이 RF 전력을 지지 수단(102)에 공급하는데 사용되는 반면, 마이크로파 전원(6)으로부터의 소정의 전력은 마이크로파 공급 수단(103)의 슬롯(103b)을 경유하여 유전체창(104)를 통해 플라즈마 발생실(109)로 유입된다. 플라즈마 발생실(109)의 내부로 공급되는 마이크로파의 전계는 전자를 가속하여 플라즈마 발생실(109) 내에 플라즈마를 발생시킨다. 이 때, 처리 가스는 발생된 고밀도의 플라즈마에 의해 여기되어 지지 수단(102)상에 놓인 피처리물(W)의 표면을 처리한다. 게다가, RF 바이어스는 피처리물에 인가하는 이온의 운동 에너지를 제어하는데 사용된다.
(제5 플라즈마 처리 장치)
냉각 수단을 사용한 본 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 예가 도 4를 참조하여 상술된다. 참조 번호 109는 플라즈마 발생실을 나타내고; 104는 대기로부터 플라즈마 발생실(109)를 분리하는 유전체창이며; 203은 플라즈마 발생실(109)에 마이크로파를 공급하기 위한 마이크로파 공급 수단이며, 이는 홈이파진 평면의 무한 환형 도파관(waveguide)로 구성되고; 102는 피처리물(W)을 지지하기 위한 수단이며; 414는 피처리물을 냉각시키기 위한 냉각부이며; 107은 가스 공급 수단; 108은 배기 포트; 및 302는 RF 바이어스 인가 수단이다.
이러한 플라즈마 처리 장치에서, 가스 공급 수단은 적어도 가스탄(gas bomb), 기화기(vaporizer) 또는 버블러(bubbler)와 같은 가스원(21), 밸브(22), 및 플라즈마 발생실(109)에 공급되는 가스량을 제어하는 유량 제어기(mass flow controller : 23)를 구비한다. 가스는 가스 방출 포트(107a)로부터 위쪽으로 비스듬하게 방출된다.
게다가, 가스 방출 시스템은 적어도 방출 컨덕턴스 제어 밸브(26), 개/폐 밸브(25), 및 진공 펌프(24)를 구비하고, 방출 컨덕턴스 제어 밸브(26)는 처리 과정중에 플라즈마 발생실(109) 내부의 압력을 제어한다.
참조 번호 6은 마이크로파 전원을 나타내고, 이는 요구되는 것으로서 튜너, 아이솔레이터(isolator), 또는 모드 변환기(mode converter)와 같은 조절 수단을 더 가지는, 마그네트론(magnetron)과 같은 마이크로파 발진기를 구비한다.
냉각 수단(414)은 냉각제를 유입하는 유입 파이프(415) 및 냉각제를 방출하는 방출 파이프(416)를 구비하는 열 파이프(417)를 가지고 있다.
피처리물(W)의 에칭 또는 스퍼터링 현상에 의해 발생되는 열은 열 파이프(417)에 의해 밖으로 방출된다.
이러한 플라즈마 처리 장치에서, 비록 마이크로파 공급 수단(203)의 슬롯의 길이가 도파관(203a)의 H-평면의 폭(h)과 같게 되어있더라도, 슬롯(203b)의 길이는 상기 상술된 실시예에서 마이크로파 공급 수단의 슬롯에 대한 폭보다 짧을 수 있다.
플라즈마의 발생 및 처리가 다음과 같이 수행된다. 피처리물(W)이 물체 지지 수단(102)상에 놓여지고, 냉각기(414)를 사용하여 소정의 온도로 냉각된다. 플라즈마 발생실(108)의 내부는 배기 시스템(24 내지 26)을 경유하여 배기된다. 다음으로, 플라즈마 처리 가스가 가스 공급 수단(107)을 이용하여 플라즈마 발생실(109)로 선정된 유량율로 공급된다. 다음에, 배기 시스템(24 내지 26)에 제공되는 컨덕턴스 제어 밸브(26)가 플라즈마 발생실(109)의 내부를 선정된 압력으로 유지하도록 조절된다. RF 바이어스 인가 수단(302)이 RF 전력을 지지 수단(102)에 공급하는데 사용되는 반면, 마이크로파 전원(6)으로부터의 소정의 전력은 마이크로파 공급 수단(203)의 슬롯(203b)을 경유하여 유전체창(104)를 통해 플라즈마 발생실(109)로 유입된다. 플라즈마 발생실(109)의 내부로 공급되는 마이크로파의 전계는 전자를 가속하여 플라즈마 발생실(109)에 플라즈마를 발생시킨다. 이 때, 처리 가스는 지지 수단(102)상에 놓인 피처리물(W)의 표면을 처리하도록 발생된 것으로서 고밀도의 플라즈마에 의해 여기된다. 게다가, RF 바이어스는 피처리물에 인가하는 이온의 운동 에너지를 제어하는데 사용된다. 더욱이, 냉각기(414)는 고밀도 플라즈마 및 고 바이너스가 사용될 때 이온 입사에 의해 발생되는 피처리물의 과도히팅(overheating)을 제어하는데 사용된다.
도 15는 본 발명의 플라즈마 처리 장치를 도시하는 도면이다.
참조 번호 1은 진공 컨테이너를 나타내는데 이는 피처리물(W)을 거기에 수용할 수 있고 플라즈마 발생실(9)내에 플라즈마를 발생시키고 대기-개방형으로 되어 있다.
참조 번호 2는 진공 컨테이너(1)에 피처리물(W)을 수용하고 물체를 지지하기 위한 피처리물 지지 수단을 나타내는데, 이는 피처리물(W)을 상승 및 하강 시킬수 있는 리프트 핀(2a)을 구비한다.
참조 번호 3은 진공 컨테이너(1)에 플라즈마를 발생시키도록 마이크로파를 공급하기 위한 마이크로파 공급 수단을 나타낸다.
참조 번호 4는 마이크로파가 지나가는 동안 밀폐된 진공 컨테이너(1)의 내부를 봉하는 유전체창을 나타낸다.
참조 번호 5는 마이크로파 도파관을 나타낸다.
참조 번호 6은 마이크로파 전원을 나타낸다.
참조 번호 7은 마이크로파에 의한 플라즈마로 변환될 처리 가스를 공급하기 위한 가스 공급 패시지를 나타내고, 이는 위쪽으로 비스듬하게 연장되고 그것의 끝부분에 가스 방출 포트(7a)를 가진다. 가스 공급 시스템(21 내지 23)과 유사한 가스 공급 시스템과 교통하는 가스 공급 패시지가 도 11 내지 14에 도시된다.
참조 번호 8은 진공 컨테이너(1)의 내부를 배기시키기 위한 배기 패시지를 나타내고, 배기 시스템(24 내지 26)과 유사한 배기 시스템과 교통하는 배기 패시지가 도 11 내지 14에 도시된다.
도 15에 도시된 장치에 의한 플라즈마 처리 방법이 하기에 상술된다.
처리 가스가 가스 공급 패시지(7)로부터 진공 컨테이너(1)의 내부로 공급되고, 이는 선정된 압력으로 낮아지고 배기된다.
처리 가스는 플라즈마 발생실을 형성하는 공간(9)으로 방출되고 배기 패시지(8)로 흐른다.
반면에, 마이크로파 전원(6)에 의해 발생된 마이크로파는 동축의, 실린더 형태인, 또는 구형 도파관(5)를 경유하여 전파되고 마이크로파 공급 수단(3)의 내부로 공급된다.
마이크로파의 통행 방향을 교차하는 세로의 슬롯(3b)이 무한 환형 도파관(3a)의 H-평면에 제공되기 때문에, 마이크로파는 슬롯(3b)을 통해 공간(9)을 향하여 방출된다.
마이크로파는 마이크로파 전송창(4a)을 통해 공간(9)으로 공급된다.
공간(9)에서 나타나는 처리 가스는 마이크로파에 의해 여기되어 플라즈마(P)를 발생한다.
처리될 텅스텐 물체의 표면은 이 플라즈마를 이용하여 표면 처리에 쉽게 영향을 받는다. 플라즈마(P)는 도면에서 도시된 바와 같이 단지 슬롯 아래에 나타날 수 있거나 공급된 마이크로파의 전력 및 컨테이너내의 압력에 따라, 유전체창의 바닥면 전체 범위에 걸쳐 확산될 수 있다.
도 16은 마이크로파 인가 장치(3)의 외부 형태 및 단면도를 도시하는 개략적인 도면이다.
도 17은 마이크로파 공급기(3) 및 마이크로파 도파관(5) 사이의 연결부(유입부)의 단면도이다.
도 18은 하기로부터 알 수 있는 바와 같이, 슬롯(3b)이 제공되는 마이크로파 공급기(3)의 H-평면을 도시한다.
도 15의 마이크로파 공급 수단(3)은, 구형 도파관의 E 평면(3d)이 커브 표면을 형성하는 그러한 링과 같이 구부러진 구형의 도파관(3)에 대응한다. 그래서, 두 개의 상반하는 H-평면이 하나 및 동일 평면내에 각각 나타난다.
예를 들어 TE10모드에서 도파관을 통해 전파되는 마이크로파는 연결부에 위치한 E 가지 블럭(branching block)과 같은 마이크로파 분배기(10)에 의해 반대 방향으로 분배된다.
마이크로파는, 마이크로파의 전파 방향(MD)을 교차하는 방향으로 확장되는 슬롯(3b)을 통해 방출되는 동안, 무한 환형 도파관(3a)을 통해 전파한다.
이러한 마이크로파 공급 수단은 평면으로 슬롯된 환형 도파관 또는 평면 다중-슬롯 안테나(planar multi-slot antenna : PMA)로 불리운다.
끝이 없는 환형 도파관(3a)에서, 마이크로파는 슬롯을 통해 그들 에너지의 방출에 기인하여 약화되는 동안 진행하고 전파한다.
더욱이, 마이크로파의 진행 방향이 양방향성(bidirectional)이기 때문에, 진행하는 마이크로파는 서로 방해하여 공간(9)에 균일한 밀도의 마이크로파를 방출한다.
다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 또 다른 마이크로파 공급기가 상술된다.
도 19는 마이크로파 공급기(3)의 최상면의 모습을 도시하고, 도 19b는 그의 수평 단면도를 도시하며, 도 19c는 그것의 종단면도를 도시한다.
마이크로파 공급기(3)는 다른 직경을 갖는 복수의 도파관(43 및 44)을 가진다.
보다 큰 직경을 가지는 외부 환형 도파관(43)는 E 평면을 형성하는 외벽(49), 또 다른 E 면을 형성하는 내부 벽(48), H-면을 형성하는 평면 상부 벽(53), 및 또 다른 H-평면을 형성하는 평면 바닥 벽(52)으로 구성된다. 복수개의 슬롯(3b')이 바닥 벽(52)에 제공된다.
보다 작은 직경을 가지는 내부 환형 도파관(44)는 E 평면을 형성하는 최내부 벽(49), 내벽(48), 상부 벽(53), 및 바닥 벽(52)으로 유사하게 구성된다. 복수개의 슬롯(3b)이 바닥 벽(52)에 제공된다.
환형 도파관(43 및 44)은 상기 실시예에 따른 환형 도파관(3a, 도 1 및 다른 도면을 보라)과 유사한 구성을 가지고, 각각은 도 19에 도시된 바와 같이, TE 모드로 마이크로파를 전파하도록 구형의 단면을 갖는다.
참조 번호 54는 도파관(43)의 단면의 것과 동일한 크기의 구형의 단면을 바람직하게 갖는 외부 환형 도파관(43)에 대한 마이크로파 도입구를 나타낸다.
참조 번호 55는 도파관(44)의 교차부와 동일한 크기의 구형의 단면을 바람직하게 갖는 내부 환형 도파관(44)에 대한 마이크로파 도입구를 나타낸다.
각각의 도파관은 바람직하게는 환형이며 어떠한 터미널 평면(terminal planes)도 가지지 않는다.
비록 도 19에서의 예가 두 개의 도파관 서로 통합함으로써 구성되었지만, 개별 환형 도파관은 임의의 지지 기반상에 집중적으로 배열될 수 있고, 슬롯을 가지는 평평한 평판(flat plate)을 구비하는 조립 부재(builtup member) 및 도파관을 형성하는 복수개의 환형 홈(grooves)을 가지는 구성 부재(component member)가 상기 상술한 바와 같이 적용할 만하다.
마이크로파 공급기가 조립 부재로 구성될 때, 외부 환형 도파관(43)용 슬롯을 가지는 평평한 평판이 내부 환형 도파관(44)용 슬롯을 가지는 평평한 평판으로부터 분리될 수 있다. 더욱이, 다른 형태, 개수, 크기 및 도 5a 내지 5c에서의 실시예 경우에서와 같은 슬롯의 분포를 가지는 슬롯을 갖는 상호 교환 가능한 대다수의 평평한 평판을 준비함으로써, 소정의 마이크로파 방출 강도 분포에 적당한 마이크로파 공급기가 간단하게 생성될 수 있다.
환형 도파관(43 및 44)의 형태는 도 19a 내지 19c에 도시된 바와 같은 원형으로 제한되는 것이 아니라, 그것은 도 6a 및 6b에 도시된 실시예에서와 같이 구형일수 있고, 또는 다각형 또는 별모양일 수 있다.
외부 및 내부 환형 도파관(43 및 44)에 제공되는 슬롯은, 특별한 플라즈마 처리에 대한 적용을 제외하고는, 동일한 또는 다른 형태, 개수, 크기, 및 분포를 가질 수 있고, 내부 도파관(44)의 슬롯(3b)의 수가 외부 도파관(43)의 슬롯의 수보다 작을 때 장치는 더 쉽게 디자인될 수 있다.
단일 마이크로파 전원만을 요구하는 장치의 구성을 간단화하기 위해, 전자기파 분포 및 인가 수단(56)이 마이크로파 도입구(54 및 55)의 부근에 배열되고, H 분기 장치가 바람직하게 부가되어 마이크로파의 분포율을 결정하는데 사용된다.
마이크로파가 예를 들어 TEno 모드에서 마이크로파 도입구(54 및 55)로 도입된다.
환형 도파관(43 및 44)로 유입되는 마이크로파는 분배기(10)에 의해 반대 방향으로 각각 분배되고 TEno 모드에서 시계 방향 및 반시계 방향으로 도는 도파관(43 및 44)을 통해 전파한다.
전파 동안, 마이크로파는 H-평면의 슬롯(3b, 3b')을 통해 밖으로 방출된다.
반대 방향으로 전파되는 마이크로파는 도파관(43 및 44)에서 서로 간섭하고 정상파(standing waves)를 발생할 수 있어서 슬롯으로부터 마이크로파의 방출 밀도를 안정화한다.
그래서, 본 발명의 마이크로파 공급기에 따라, 큰 영역 및 평면 형태에서 실질적으로 비교적 균일한 밀도 분포의 마이크로파를 방출하는 것이 가능하다.
여기서, 조립형의 마이크로파 공급기 및 전자기파 분포 및 인가 수단, 및 같은 것을 사용하는 플라즈마 처리 장치가 도 20 내지 21을 참조하여 아래에 상술된다.
도 20에서, 1은 플라즈마 발생실(9)을 형성하는 컨테이너; 4는 유전체창; 3은 플라즈마 발생실(9)로 마이크로파를 공급하기 위한 마이크로파 공급 수단으로서 평면의 슬롯된 복수의 환형 도파관; 57은 무한 환형 도파관(3)로 마이크로파를 유입하는 도파관; W는 피처리물; 2는 피처리물(W)를 지지하기 위한 수단; 7은 처리 가스 공급 수단; 8은 배기 포트이다.
마이크로파 공급기는 도 21에 도시된 바와 같이 홈을 가지는 제1 도전 부재 및 슬롯(3b 및 3b')을 가지는 평평한 평판으로 구성된 제2 도전 부재(31)의 조립 부재이다.
도파관(43 및 44)에 마이크로파의 분포율을 결정하기 위한 분배기(56)가 마이크로파 도입구(54 및 55)의 주변에 제공된다. 도 20의 장치에서, 전자기파 분배 및 인가 수단은 분기 패시지(branching passage) 및 H 분기 장치와 같은 분배기(56)를 가지는 도파관(57)을 구비한다.
도 20에서, 분배기(56)는 최소한 두 개의 분배면을 갖는 삼각 섹션의 도체로서 구성된다. 그러나, 분배기(56)는 이러한 구성에 제한되는 것이 아니라 평판과 같은 부재일 수있다.
게다가, 분배기는 다양한 분배율로 구성될 수 있다.
도파관(43 및 44)용 분배 메카니즘을 갖는 H 분기 장치의 예가 본 발명에 사용된다. 참조 번호(61)은 평판과 같은 또는 삼각형 폴(pole)과 같은 이동가능한 분배 블럭(56)이 T-형의 분기 중앙에 설치되는 장치를 도시한다. 참조 번호 62는 Y-형의 분기가 회전하여 이동될 수 있는 장치를 도시한다. 참조 번호 63은 변형된 Y-형 분기의 분기 영역이 회전하여 이동될 수 있는 장치를 도시하고, 64는 변형된 Y-형 분기의 분기 영역이 연장되고 단축될 수 있는 장치를 도시한다. 분배기(56)는 그것이 마이크로파 인가 방향으로 작은 반사를 하는 한, 그리고 하나 대비 다른 것의 분배 비율을 적어도 0.2 및 0.5 사이에, 바람직하게는 0.0 및 0.6 사이에서 조절할 수 있는 한 적용할 만하다. 분배기(56)가 연장되고 단축될 수 있는 유형의 경우에서, 예를 들어, 스크류(serew)가 사용될 수 있고 그것의 높이가 그것의 죄는 양(tightening amount)을 조절함으로써, 이로서 간단하게 연장되고 단축될 수 있는 분배-비율-가변적인 분배기를 이룸으로써 조절될 수 있다.
예를 들어, 도 23은 마이크로파의 강도 대 이동 가능한 부분이 회전될 수 있는 틸트 유형 분배기의 틸트각 사이의 관계를 도시한다. 이러한 분배기의 분배 비율은 내측이 1이라고 가정할 때, 외측은 약 0.9 및 약 3.5 사이에서 가변될 수 있다. 물론, 분배 비율이 가변되기 원할 때, 길이 또는 분배 블럭의 회전 각 도는 삼각형의 폴의 형태가 적당하게 변화될 수 있다.
전자기파의 분배 비율을 조절하기 위한 메카니즘을 가지는 H 분기 장치는 플라즈마 처리 장치용뿐만 아니라 전자기파의 분배 비율이 조절될 필요가 없는 다른 경우에서도 사용된다.
반면에, 환형 도파관(43 및 44)의 E 분기 장치(10)는 생략될 수 있다.
상기 상술된 H 및 E 분기 장치와 복수의 환형 도파관을 형성하는 부재의 물질은 상기 상술된 단일 환형 도파관의 구성 부재의 것과 동일하고 이용가능한 어떠한 도체일 수 있다. 마이크로파의 전파 손실을 최소화하기 위해, 고 도전성의 금속, 예를 들어 Al, Cu, Ag/Cu-판금 스테인레스 스틸이 선택적으로 사용될 수 있다. 본 발명에 사용되는 복수의 무한 환형 도파관에 관해서 도입구의 배향에 대해, 마이크로파는 H-평면과 접선 방향으로 평행하게 인가될 수 있거나 H-평면에 수직적으로 인가될 수 있고, 배향이 복수의 환형 도파관에서 마이크로파 전파 공간으로 마이크로파의 효과적인 인가를 이루는 한, 내부 및 외부 도파관에 대해 인가 섹션의 근방에서 두 방식의 분배로 이어진다.
본 발명에 사용되는 복수의 환형 도파관의 각각에 제공되는 슬롯의 형태는 상기 상술한 단일 환형 도파관의 슬롯의 것과 동일하고, 마이크로파의 전파 방향에 수직인 방향으로 그의 길이가 가이드 파장의 4/1 이상인 한, 구형, 타원형, S형, 십자형, 배열등 중 임의의 하나일 수 있다.
본 발명에 사용되는 복수의 환형 도파관의 슬롯의 간격 및 크기가 상기 상술된 단일 환형 도파관으로서 선택되고 디자인된다.
비록 환형 도파관의 직사각 단면이 다른 영역을 가질수 있지만, 마이크로파의 진행 방향에 수직인 단면이 같은 모드의 마이크로파가 거기를 통해 전파될 수 있는 동일한 직사각 단면을 가지는 도파관을 선택하는 것이 바람직하다.
마이크로파의 방출 세기는 슬롯의 배열 밀도의 관점에서 바람직하게 조절된다.
본 실시예에 따라 동일한 것을 사용하는 마이크로파 공급기 및 플라즈마 처리 장치에 따라, 다른 크기를 갖는 복수의 환형 도파관이 집중적으로 배열되고 슬롯이 그것의 평면 영역에 제공되는 복수의 환형 도파관을 사용함으로써, 300mm 직경의 웨이퍼 또는 그러한 웨이퍼와 동등한 기판과 같은 처리될 큰 영역 물체의 처리에 적당한 큰 영역 플라즈마를 발생하는 것이 가능하다. 이것은 보다 낮은 온도에서도 균일하게 보다 높은 질의 처리를 수행하는 것이 가능하도록 한다.
특히, 환형 도파관의 H-평면이 서로 공통 평면인 그러한 방식으로 복수의 환형 도파관을 제공함으로써, 고압 조건 또는 큰 영역 물체가 처리될 때조차도 균일하게 고밀도 저전위 플라즈마를 효과적으로 발생시키는 것이 가능하다. 게다가, 이러한 효과는 자계의 사용없이 달성될 수 있다.
(제6 플라즈마 처리 장치)
본 발명에 따른 마이크로파 공급 수단으로서 복수의 무한 환형 도파관을 사용하는 플라즈마 처리 장치가 도 20을 참조하여 상술된다.
참조 번호 1은 플라즈마 처리실; 4는 대기로부터 플라즈마 처리실(109)를 분리하는 유전체창; 3은 플라즈마 발생실(101)로 마이크로파를 공급하기 위한 복수의 무한 환형 도파관; 56은 복수의 무한 환형 도파관(3)로 마이크로파를 분배하고 유입하기 위한 분배 비율 조절 메카니즘을 가지는 H 분기 장치; 43 및 44는 마이크로파가 마이크로파 전파 공간을 통하여 전파하는 도파관; 3b 및 3b'는 복수의 무한 환형 도파관(3)로부터 플라즈마 발생실(9)의 내부로 마이크로파가 슬롯을 통해 공급되는 것에서 슬롯; W는 피처리물; 2는 피처리물(W)를 지지하기 위한 수단; 114는 피처리물(W)을 열을 가하는 히터; 7은 처리 가스 유입 수단; 및 8은 배기 포트이다. 가스 방출 포트(7a)가 H 평면에 직접 연결되는 것이 더 바람직하다.
플라즈마의 발생 및 처리가 다음과 같이 수행된다. 피처리물(W)이 물체 지지 수단(2)위에 놓여지고 요구되는 바대로 히터(114)를 사용하여 소정의 온도로 가열된다. 플라즈마 발생실의 내부가 배기 시스템(도시하지 않음)을 경유하여 배기된다.
다음으로, 플라즈마 처리 가스가 가스 방출 포트(7a)를 통해 플라즈마 발생실(109)로 선정된 유량율로 방출된다. 다음에, 배기 시스템(도시하지 않음)에 제공되는 컨덕턴스 제어 밸브(도시하지 않음)가 플라즈마 발생실(9)의 내부를 선정된 압력으로 유지하도록 조절된다. 마이크로파 전원(6)으로부터의 소정의 전력은 분배 비율 조절 메카니즘을 가지는 H 분기 장치(56)를 통해 환형 도파관(43 및 44)로 유입된다. 유입 마이크로파는 H 분기 장치(56)에 의해 둘로 분할되고 다음에 전파 공간으로서 도파관(43 및 44)를 통해 시계 방향 및 반시게방향의 몇회전으로 전파한다.
둘로 분할되는 마이크로파는 예를 들어 가이드 파장의 1/2의 간격으로 제공된 슬롯(3b 및 3b')을 교차하는 전계를 강하게 하기 위해 서로 간섭하고, 다음 유전체창을 통해 슬롯(3b 및 3b')을 경유하여 플라즈마 발생실(9)로 공급된다. 플라즈마 발생실(9)의 내부로 공급되는 마이크로파의 전계는 전자를 가속하여 플라즈마 처리실(9)내에 플라즈마를 발생시킨다. 이 때, 처리 가스는 지지 수단(2)상에 놓여진 피처리물(W)의 표면을 처리하기 위해 발생되는 것으로서, 고밀도 플라즈마에 의해 여기된다.
유전체창(4)로서, 예를 들어 합성 석영으로 형성되고 직경 299mm 및 두께 12mm를 가지는 것이 사용된다. 무한 환형 도파관(43 및 44)는 마이크로파의 진행 방향에 수직인 27 mm × 96 mm 내벽 단면을 가진다. 내부 환형 도파관(44)의 중앙 직경이 152 mm(원주 길이: 3λg)이고 외부 환형 도파관(43)의 중앙 직경이 354 mm(원주 길이: 7λg)이다. 복수의 무한 환형 도파관의 구성 부재(31 및 32)의 물질로서, 마이크로파의 전파 손실을 억제하기 위해, 도체로서 Al이 전체적으로 되어 있다.
복수의 무한 환형 도파관의 H 평면을 형성하는 구성 부재(31)에서, 플라즈마 발생실(9)로 마이크로파를 공급하기 위해 슬롯으로 형성된다. 슬롯의 형태는 길이 45mm 및 폭 4mm의 구형이고 슬롯은 가이드 파장의 1/2의 간격에서 방사적으로 형성된다. 비록 가이드 파장이 사용되는 마이크로파의 주파수 및 도파관의 단면 크기에 달려있지만, 2.45GHz 주파수의 마이크로파 사용 및 상기 언급된 크기의 도파관이 약 159mm의 가이드 파장을 제공한다. 도 20의 복수의 무한 환형 도파관(3)에서, 6개의 슬롯이 내부 도파관에 형성되고, 14개의 슬롯이 약 79.5mm의 간격으로 외부 도파관에 형성된다. 복수의 무한 환형 도파관(3)에 대해, 4E 튜너, 방향성 결합기(directional coupler), 및 아이솔레이터를 추가적으로 구비하는 2.45GHz 주파수를 가진 마이크로파 전원(6)이 연결된다.
도 20에 도시된 마이크로파 플라즈마 처리 장치가 500 sccm의 유량율, 10mTorr 및 1 Torr, 및 1.5 kW의 마이크로파 전력의 조건 하에 플라즈마를 발생시키는데 사용되고 얻어진 플라즈마가 측정된다. 플라즈마는 단일 프로브 방법을 사용하여 다음과 같이 측정된다. 프로브에 인가되는 전압이 -50 V 내지 +100 V의 범위내에서 가변되고 프로브를 통하는 전류 흐름이 I-V 측정 장치에 의해 측정된다. 전자 밀도, 전자 온도 및 플라즈마 전위가 랭뮤어 방법(Langmuir method)에 의해 얻어진 I-V 곡선으로부터 계산된다. 그 결과로서, 전자 밀도가 10 mTorr에서 1.1 × 1012/cm3± 4.2 %(Φ 300 표면내에서)이고 1 Torr에서 5.7 × 1011/cm3± 4.2 % (Φ 300 표면내에서)이며, 그것은 고밀도, 균일 플라즈마가 큰 직경의 공간에서 형성되는 것이 확인된다.
(제7 플라즈마 처리 장치)
도 24는 마이크로파를 분배기(110)를 향하여 다른 도파관으로 인가하는 동안 복수의 무한 환형 도파관의 하나의 도파관(143)에 마이크로파를 접선 방향으로 인가하는 시스템의 플라즈마 처리 장치를 도시한다.
참조 번호 101은 플라즈마 발생실(109)을 갖는 진공 컨테이너를 나타내고, 102는 피처리물(W)을 로딩하고 지지하기 위한 지지 수단이며, 이는 요구되는 히터(114)를 구비한다.
참조 번호 103은 도 20의 예로서 복수개의 환형 도파관(143 및 144)을 갖는 마이크로파 공급 수단이다. 환형 도파관은 그것의 H-평면에 슬롯(103b 및 103b')를 가지는 복수의 무한 환형 도파관을 형성한다.
마이크로파 전원(6)을 형성하는 마이크로파는 접선 도입구(105b) 및 법선 도입구(105a)를 통해 도파관(103b' 및 103b)으로 도입된다. 마이크로파는 유전체창(104)을 통해 슬롯(103b 및 103b')을 경유하여 발생실(109)의 내부로 방출된다.
이 장치에 의하여 실행되는 플라즈마 처리 방법은 이하에 설명된다. 피처리물 W는 지지 수단(102) 상에 배치되어 히터(114)를 사용하여 선정된 온도로 가열된다.
다른 한편으로, 배기 시스템(24, 25, 26)은 컨테이너(101)의 내부에 배기하는데 사용된다.
다음으로, 가스 공급 수단(21, 22, 23)으로부터 공급 수단(107)으로 가스가 유입된 다음, 가스 방출 포트(107a)를 통해 방출된다. 가스 방출 포트(107a)는 H-면으로 지향되는 것이 더 바람직하다. 그 다음, 배기 시스템(24, 25, 26)의 컨덕턴스 제어 밸브(26)를 조정하여, 발생실(109)의 내부가 선정된 압력에서 유지되게 한다.
마이크로파 전원(6)으로부터의 소정의 전력은 복수의 무한 환형 도파관(103)로 유입된다. 유입된 마이크로파는 가이드 파장의 1/2 또는 1/4 간격으로 형성된 슬롯(103b 및 103b')을 거쳐 유전체창(104)을 통하여 플라즈마 발생실(109)의 내부에 공급된다. 접선 인가 후에 슬롯으로부터 방출되지 않고 한번의 회전으로 도파관을 통하여 전달된 마이크로파는 새롭게 도입된 마이크로파와 간섭하여 상호 강화되고, 대부분의 마이크로파는 몇몇 회전으로 도파관을 통하여 전달되기 전에 플라즈마 발생실(109)의 내부에 방출된다.
플라즈마 발생실(109)로 도입된 마이크로파의 전계는 전자를 가속화시켜, 플라즈마 발생실(109)에 플라즈마를 발생시킨다. 이 때, 지지 수단(102) 상에 넣은 피처리물 W의 표면을 처리하기 위해 발생된 바와 같이, 처리 가스는 고밀도 플라즈마에 의해 여기된다.
유전체창(104)의 모양, 크기 및 재료는 도 20의 유전체창(4)의 것들과 동일하다.
도파관(143 및 144)의 모양과 크기, 및 슬롯(103b 및 103b')의 모양, 크기 및 구성 밀도는 도 20에서 대응하는 구성요소의 것들과 동일하다.
도 24에 도시된 마이크로파 플라즈마 처리 장치는 500sccm의 Ar 유량율, 10 mTorr 및 1 Torr, 및 1.5㎾의 마이크로파 전력의 조건 하에서 플라즈마를 발생시키는데 사용되어, 얻어진 플라즈마가 측정되었다. 플라즈마는 단일 프로브 방법을 사용하여 다음과 같이 측정되었다. 프로브에 도입된 전압은 -50V 내지 +100V의 범위 내에서 변화되고, 프로브를 통하여 흐르는 전류는 I-V 측정 장치에 의해 측정되었다. 전자 밀도, 전자 온도 및 플라즈마 전위는 랭뮤어 방법에 의해 이와 같이 얻어진 I-V 곡선으로부터 계산되었다.
그 결과로서, 전자 밀도가 10 m Torr에서 1.3 × 1012/cm3± 3.3 %(Φ 300 표면내에서)이고 1 Torr에서 6.2 × 1011/cm3± 4.6 %(Φ 300 표면내에서)이며, 그것은 고밀도, 균일 플라즈마가 큰 직경의 공간에서 형성되는 것이 확인된다.
(제8 플라즈마 처리 장치)
도 25에 도시된 플라즈마 처리 장치는 지지 수단(102)에 부가된 RF 바이어스를 인가하기 위한 바이어스 인가 메카니즘(302)을 제외하고는 도 20에 도시된 장치와 같다.
플라즈마의 발생 및 처리가 다음과 같이 수행된다. 피처리물(W)이 지지 수단(102)상에 놓여지고, 히터(114)를 사용하여 소정의 온도로 가열된다. 플라즈마 발생실(109)의 내부는 배기 시스템(24 내지 26)을 경유하여 배기된다.
다음으로, 플라즈마 처리 가스가 처리 가스 방출 포트(107a)를 경유하여 플라즈마 발생실(109)로 선정된 유량율로 방출된다.
다음에, 배기 시스템(24, 25, 26)에 제공되는 컨덕턴스 제어 밸브(26)가 플라즈마 발생실(109)의 내부를 선정된 압력으로 유지하도록 조절된다. RF 바이어스 인가 수단(302)이 RF 전력을 지지 수단(102)에 공급하는데 사용되는 반면, 마이크로파 전원(6)으로부터의 소정의 전력은 분배 비율 조절 메카니즘을 갖는 H 분기 장치를 향하여 도파관(57)을 통해 공급된다. 분배된 마이크로파는 도파관(143 및 144)을 통해 각각 전파하고 유전체창(104)을 통해 슬롯(103b 및 103b`)을 경유하여 플라즈마 처리실에 공급된다. 플라즈마 발생실(109)로 인가되는 마이크로파의 전계는 전자를 가속하여 플라즈마 발생실(109)에 플라즈마를 발생시킨다.
이 때, 처리용 가스는 냉각기(414)를 갖는 지지 수단(102)상에 놓여진 피처리물(W) 표면을 처리하도록 발생된 것으로서 고밀도 플라즈마에 의해 여기된다. 게다가, RF 바이어스는 피처리물에 입사하는 이온의 운동 에너지를 제어하는데 사용된다.
(제9 플라즈마 처리 장치)
도 26에 도시된 플라즈마 처리 장치는 냉각 수단이 제공된 것으로서 냉각기(414)를 제외하고 도 25에 도시된 장치와 같다.
플라즈마의 발생 및 처리가 다음과 같이 수행된다. 피처리물(W)이 지지 수단(102) 상에 놓여지고, 냉각기(414)에 의해 냉각된다. 플라즈마 발생실(108)의 내부는 배기 시스템(24, 25, 26)에 의해 배기된다.
다음으로, 플라즈마 처리 가스가 처리 가스 방출 포트(107a)를 경유하여 플라즈마 발생실(109)로 선정된 유량율로 방출된다.
다음에, 배기 시스템(24, 25, 26)에 제공되는 컨덕턴스 제어 밸브(26)가 플라즈마 발생실(109)의 내부를 선정된 압력으로 유지하도록 조절된다. RF 바이어스 인가 수단(302)이 RF 전력을 지지 수단(102)에 공급하는데 사용되는 반면, 마이크로파 전원(6)으로부터의 소정의 전력은 분배 비율 조절 메카니즘을 갖는 H 분기 장치 및 복수의 무한 환형 도파관(103)를 경유하여 유전체창(104)를 통해 플라즈마 발생실(109)로 공급된다. 플라즈마 발생실(109)로 인가되는 마이크로파의 전계는 전자를 가속하여 플라즈마 발생실(109)에 플라즈마를 발생시킨다.
이 때, 처리 가스는 냉각기(414)를 갖는 지지 수단(102)상에 놓여진 피처리물(W) 표면을 처리하도록 발생되고 온도 상승을 방지한다.
게다가, 피처리물에 입사하는 이온의 운동 에너지를 제어하는데 사용된다.
더우기, 냉각기(414)의 사용은 고밀도 플라즈마와 높은 바이어스가 사용될때 이온 입사율에 의해 물체가 과열되는 것을 방지할 수 있다.
(제10 플라즈마 처리 장치)
도 27에 나타난 플라즈마 처리 장치는 전술된 장치에서와 같이 동심에 배치된 2개의 연속된 환형 도파관들(43, 44)을 가진 마이크로파 공급기(microwave applicator; 103)를 가진다.
마이크로파 공급기(103)은 홈(groove)들을 가진 도전 부재(32)의 조립(buildup) 부재와 슬롯들(103b, 103b')을 가지는 평면 도전 부재(31)이다.
H 분기 장치(56)를 마이크로파 도입구의 근방에 제공하여 설치각이 조절되도록 할 수 있다.
도파관(57)로부터 도입된 마이크로파는 H 분기 장치(56)에 의해 내부 도파관(44) 및 외부 도파관(43)에 분배되고 도입된다.
각 도파관들(43, 44)에 있어서, 마이크로파들은 분배기(110)에 의해 시계 방향 및 시계 반대 방향으로 분배되고 나서 연속된 도파관들(43, 44)을 통하여 전파되고 서로 간섭된다. 도파관들(43, 44)로 도입된 마이크로파들은 슬롯들(103b, 103b')로부터 유전체창(104)을 통하여 컨테이너(101)의 플라즈마 발생실 및 처리실(109)의 내부로 공급된다. 마이크로파들이 환형 도파관들(43, 44)을 통하여 2회 또는 3회 전파됨에 따라, 마이크로파들은 감쇠되어 더이상 플라즈마를 생성할 수 없게 된다.
처리실(109) 내에는 가스 공급 수단(107)의 복수개의 가스 방출 포트(107a)가 설치된다.
가스는 비스듬하게 위로 신장된 가스 가스 방출 패시지의 끝에 위치된 가스 방출 포트(107a)로부터 유전체창(104) 쪽으로 방출된다.
복수개의 방출 포트(107a)는 콘테이터(101)의 주위의 내부벽에 비스듬하게 제공되기 때문에, 가스는 플라즈마 영역 P를 통하여 처리실(109)의 중심 쪽으로 방출된다. 가스 방출 포트(107a)의 구조는 도 1, 2, 6a와 6b, 및 9a와 9b에 나타난 실시예의 경우에서와 같이 선택되고 설계될 수 있다.
참조 번호 7P는 퍼지 가스(purge gas) 공급 수단을 지칭하고, 비스듬하게 위로 연장된 가스 방출 패시지의 끝에 위치된 방출 포트는 유전체창(104) 쪽으로 향한다. 퍼지 가스 공급 수단 7P는 질소, 아르곤 등과 같은 퍼지 가스용 공급 시스템(27 내지 29)에 접속되고, 밤(bomb; 27) 내의 퍼지 가스는 밸브(28)와 유량 제어기(29)를 통하여 처리실 내부에 공급된다.
도 27에 나타난 장치를 사용하는 처리는 다음과 같이 수행된다.
우선, 지지 수단(102)가 내려가고 컨테이너가 열린다.
리프트 핀(lift pin; 102a)들은 올려지고 피처리물 W은 핀들 상에 놓여진다.
리프트 핀(102a)이 내려가서 피처리물 W를 지지 수단(102) 상에 배치되게 한다. 지지 수단(102)는 올려지고 컨테이너는 닫힌다.
진공 펌프(24)가 배기 포트(108)을 통하여 컨테이너의 내부로 방출시키는 동작을 수행하여 압력을 낮춘다.
처리 가스는 가스 공급 시스템(21 내지 23)을 통하여 컨테이너의 내부에 선정된 유량율로 공급된다. 따라서, 처리 가스는 복수개의 가스 방출 포트(107a)로부터 슬롯들을 가진 H면 쪽으로 방출된다.
마이크로파 전원(6)은 마이크로파 공급기(103)에 마이크로파를 공급하기 위해 동작된다. 이 때, 마이크로파는 TE10모드시 공급되고, 전원은 마이크로파를 마이크로파에 대하여 충분한 값으로 설정되어 도파관들(43, 44)을 통하여 2회 또는 3회 전파되는데, 예를 들면 1.0kW 이상이다. 전력 값이 도파관의 중심 길이, 슬롯들의 크기 등에 따라 좌우되기 때문에, 전술된 값은 그 값에 한정되지 않는다.
슬롯들(103b, 103b')을 통하여 조사된 마이크로파는 유전체창을 통하여 컨테이너(101) 내의 플라즈마 발생 공간(109)에 공급되어 처리 가스를 플라즈마로 변환시킨다. 플라즈마의 라디칼(radical), 이온 및 전자들은 물체 W를 처리하는데 사용된다.
처리가 종료된 후, 퍼지 가스가 유입되어 콘테이터의 내압이 대기압 까지 상승된다.
지지 수단(102)을 내려서 컨테이너를 열고, 리프트 핀(102a)을 올려서 상기 피처리물 W를 운반한다.
본 마이크로파 플라즈마 처리 장치 및 방법은 실시예를 참조하여 이하에 구체적으로 기술되지만, 본 발명은 이들 실시예에 국한되지 않는다.
(실시예 1)
도 11에 나타난 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 사용하여 포토레지스트의 에싱(ashing)을 처리한다.
피처리물 W는 포토레지스트 패턴을 통하여 노출된 층 절연막이 에칭되어 비아 홀들을 형성한 직후의 8인치 실리콘 웨이퍼이다. 우선, 이 Si 웨이퍼는 지지 수단(102) 상에 놓여지고, 플라즈마 발생실(109)의 내부는 배기 시스템(24 내지 26)을 통하여 배기되어 압력이 10-5Torr까지 감소된다. 산소 가스는 플라즈마 처리 가스 공급 수단(107)을 통하여 처리실로 2 slm의 유량율로 유입된다. 다음으로, 배기 시스템(24 내지 26) 내에 제공된 컨덕턴스 밸브(26)를 조절하여 발생실(109)의 내부를 2 Torr로 유지시킨다. 마이크로파 전원(6)은 TE10모드시 평면 슬롯 환형 도파관(103)에 2.45 GHz와 1.5kW의 마이크로파 전력을 유입시키는데 사용된다. 따라서, 마이크로파는 슬롯(103b)으로부터 방사되어 발생실(109) 내에 플라즈마가 생성된다. 이때, 플라즈마 처리 가스 공급 포트(107)를 통하여 유입된 산소 가스가 플라즈마 발생실(109) 내에서 여기, 분해 및 활성화되어, 오존(ozone)을 형성하는데, 이것은 Si 웨이퍼 W 쪽으로 이동되어 Si 웨이퍼의 표면 상의 포토레지스트를 산화시킨다. 따라서, 산화된 포토레지스트는 기화되어 제거된다. 웨이퍼 표면 상의 에싱(ashing), 에싱 속도 및 전하 밀도가 평가된다.
이렇게 구해진 에싱 속도는 8.6 ㎛/min ±8.5％만큼 매우 높고, 표면 전하 밀도는 -1.3×1011/㎠ 만큼 충분히 낮다.
(실시예 2)
도 12에 나타난 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 사용하여 포토레지스트의 에싱을 처리한다.
피처리물 W는 포토레지스트 패턴을 통하여 노출된 층 절연막이 에칭되어 비아 홀들을 형성한 직후의 8인치 실리콘 웨이퍼이다. 우선, Si 웨이퍼는 지지 수단(102) 상에 놓여지고, 플라즈마 발생실(109)의 내부는 배기 시스템(24 내지 26)을 통하여 배기되어 압력이 10-5Torr까지 감소된다. 산소 가스는 플라즈마 처리 가스 공급 수단(107)을 통하여 발생실로 2 slm의 유량율로 유입된다. 다음으로, 배기 시스템(24 내지 26) 내에 제공된 컨덕턴스 밸브(26)를 조절하여 발생실(109)의 내부를 2 Torr로 유지시킨다. 마이크로파 전원(6)은 접선 방향(tangential direction)의 평면 슬롯 환형 도파관(103)에 2.45 GHz와 1.5 kW의 마이크로파 전력을 인가하는데 사용된다. 따라서, 마이크로파는 슬롯(103b)들로부터 방사되어 발생실(109) 내에 플라즈마가 발생된다. 이때, 플라즈마 처리 가스 공급 포트(107)를 통하여 유입된 산소 가스가 플라즈마 발생실(109) 내에서 여기, 분해 및 활성화되어, 오존을 형성하는데, 이것은 Si 웨이퍼 W 쪽으로 운송되어 Si 웨이퍼의 표면 상의 포토레지스트를 산화시킨다. 따라서, 이 산화된 포토레지스트는 증발되어 제거된다. 웨이퍼 표면 상의 에싱, 에싱 속도 및 전하 밀도가 평가된다.
이렇게 구해진 에싱 속도는 8.9 ㎛/min ±9.5％ 만큼 매우 높고, 표면 전하 밀도는 -1.4×1011/㎠ 만큼 충분히 낮다.
(실시예 3)
도 11에 나타난 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 사용하여 반도체 소자를 보호하기 위해 제공된 실리콘 질화막을 형성한다.
피처리물 W는 폭이 0.5㎛이고 피치(pitch)가 0.5㎛인 라인들과 공간의 Al 배선 패턴이 형성되는 층 절연막을 가진 P형 단결정 실리콘 기판(면 방향<100>; 저항: 10Ω㎠)이다. 우선, 실리콘 기판 W는 지지 수단(102) 상에 놓여지고, 플라즈마 발생실(109)의 내부는 배기 시스템(24 내지 26)을 통하여 배기되어 압력이 10-7Torr까지 감소된다. 이어서, 히터(114)를 활성화하여 실리콘 기판 W를 300℃로 가열하고, 기판은 이 온도로 유지된다. 질소 가스는 600 sccm의 유량율로 그리고 모노실란(monosilane) 가스는 200 scm의 유량율로 플라즈마 처리 가스 공급 수단(107)을 통하여 발생실로 유입된다. 다음으로, 배기 시스템(24 내지 26) 내에 제공된 컨덕턴스 밸브(26)를 조절하여 발생실의 내부를 20mTorr로 유지시킨다. 이어서, 마이크로파 전원(6)은 TM10모드시 평면 슬롯 환형 도파관(103)에 2.45 GHz와 3.0 kW의 마이크로파 전력을 인가하는데 사용된다. 따라서, 플라즈마는 플라즈마 발생실(109) 내에 발생된다. 이때, 플라즈마 처리 가스 공급 포트(107)를 통하여 유입된 질소 가스는 플라즈마 발생실(109) 내에서 여기 및 분해되어 활성 물질(active species)을 형성하는데, 이는 실리콘 기판 W 쪽으로 전송되어 모노실란 가스와 활성화됨으로써, 실리콘 기판 W의 표면 상에 1.0㎛ 두께의 실리콘 질화막을 형성한다. 이러한 막이 형성된 후, 스트레스와 같은 막질 및 막 형성 속도가 구해진다. 스트레스에 대하여, 기판의 워페이지(warpage)량의 변화는 레이저 인터페로미터(laser interferometer) Zygo(상품명)를 사용하여 막을 형성하기 이전 및 이후에 측정된다.
이렇게 구해진 실리콘 질화막의 형성 속도는 540 nm/min으로 매우 빠르고, 막질에 관련해서는, 스트레스가 1.1×109dyne/㎠ (압축)이고, 누설 전류가 1.2×10-10A/㎠이며, 유전체 강도는 9MV/㎝이기 때문에, 이 막은 매우 뛰어남이 확인되었다.
(실시예 4)
도 12에 나타난 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 사용하여 플라스틱 렌즈용 반사 방지막으로서 제공되는 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막을 형성한다.
피처리물 W는 지름이 50nm인 플라스틱 볼록 렌즈이다. 우선, 이 렌즈는 지지 수단(102) 상에 놓여지고, 플라즈마 발생실(109)의 내부가 배기 시스템(24 내지 26)에 의해 배기되어 압력이 10-7Torr까지 감소된다. 질소 가스는 150 sccm의 유량율로 그리고 모노실란 가스는 100 scm의 유량율로 플라즈마 처리 가스 공급 수단(107)을 통하여 발생실로 유입된다. 다음으로, 배기 시스템(24 내지 26) 내에 제공된 컨덕턴스 밸브(26)를 조절하여 발생실의 내부를 5 mTorr로 유지시킨다. 이어서, 마이크로파 전원(6)은 접선 방향으로 평면 슬롯 환형 도파관(103)에 2.45 GHz와 3.0 kW의 마이크로파 전력을 인가하는데 사용된다. 따라서, 마이크로파가 슬롯들로부터 방사되어 발생실(109) 내에 플라즈마를 생성시킨다. 이때, 플라즈마 처리 가스 공급 포트(107)를 통하여 유입된 질소 가스는 발생실 내에서 여기 및 분해되어, 질소 원자와 같은 활성 물질을 형성하는데, 이것은 렌즈 W 쪽으로 운송되어 모노실란 가스와 활성화됨으로써 렌즈 W의 표면 상에 21 nm의 두께를 가진 실리콘 질화막이 형성되게 된다.
다음으로, 질소 가스는 200 sccm의 유량율로 그리고 모노실란 가스는 100 scm의 유량율로 플라즈마 처리 가스 공급 수단(107)을 통하여 발생실로 유입된다. 다음으로, 배기 시스템(24 내지 26) 내에 제공된 컨덕턴스 밸브(26)를 조절하여 발생실의 내부를 1 mTorr로 유지시킨다. 이어서, 마이크로파 전원(6)이 접선 방향으로 평면 슬롯 환형 도파관(103)에 2.45 GHz와 2.0 kW의 마이크로파 전력을 인가하는데 사용된다. 따라서, 플라즈마가 플라즈마 발생실 내에서 생성된다. 이때, 플라즈마 처리 가스 공급 포트(107)를 통하여 유입된 질소 가스는 플라즈마 발생실(109) 내에서 여기 및 분해되어, 산소 원자와 같은 활성 물질이 형성되는데, 이것은 렌즈 W 쪽으로 운송되어 모노실란 가스와 활성화됨으로써 렌즈 W의 표면 상에 86 nm의 두께를 가진 실리콘 산화막이 형성되게 된다. 상기 막이 형성된 후, 막 형성 속도와 반사 특성이 평가된다.
이렇게 구해진 실리콘 질화막 및 실리콘 산화막의 막 형성 속도는 각기 300 nm/min와 360 nm/min이고, 막질에 관련해서는, 500 nm 근방에서의 반사율이 0.03％이기 때문에 상기 막은 매우 뛰어난 광학적 특성을 가짐이 확인되었다.
(실시예 5)
도 13에 나타난 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 사용하여 반도체 소자의 층 절연용 실리콘 산화막을 형성한다.
피처리물 W는 폭이 0.5 ㎛이고 피치가 0.5 ㎛인 공간과 라인의 Al 패턴의 상부 상에 형성된 P형 단결정 실리콘 기판(면 방향<100>; 저항: 10Ω㎠)이다. 우선,실리콘 기판 W는 지지 수단(102) 상에 놓여지고, 플라즈마 발생실(109)의 내부는 배기 시스템(24 내지 26)을 통하여 배기되어 압력이 10-7Torr까지 감소된다. 이어서, 히터(114)를 활성화하여 실리콘 기판 W를 300℃로 가열하고, 기판은 이 온도로 유지된다. 산소 가스는 500 sccm의 유량율로 그리고 모노실란 가스는 200 scm의 유량율로 플라즈마 처리 가스 공급 수단(107)을 통하여 발생실로 유입된다. 다음으로, 배기 시스템(24 내지 26) 내에 제공된 컨덕턴스 밸브(26)를 조절하여 발생실의 내부를 30 mTorr로 유지시킨다. 이어서, 13.56 MHz 및 300W의 고주파 전력이 지지 수단(102)에 인가되는 반면, 마이크로파 전력(6)은 TM10모드시 2.45 GHz와 2.0 kW의 마이크로파 전력을 평면 슬롯 환형 도파관(103)에 인가하는데 사용된다. 따라서, 마이크로파가 슬롯들을 통하여 복사되어 플라즈마 발생실(109) 내에 플라즈마가 생성되게 된다. 플라즈마 처리 가스 공급 포트(107)를 통하여 유입된 산소 가스는 플라즈마 발생실(109) 내에서 여기 및 분해되어 활성 물질을 형성하는데, 이는 실리콘 기판 W 쪽으로 전송되어 모노실란 가스와 활성화됨으로써, 실리콘 기판 W의 표면 상에 0.8 ㎛ 두께의 실리콘 산화막을 형성한다. 이 때, 이온종은 기판에 입사되고 상기 패턴 상의 막을 자를 RF 바이어스에 의해 가속되는 기능을 나타냄으로써, 평탄도가 향상된다. 처리후, 막 형성 속도, 균일성, 유전체 강도 및 스텝 커버리지가 구해진다. 스텝 커버리지는 스캐닝 전자 현미경(SEM)의 사용에 의해 Al 배선 패턴 상에 형성된 실리콘 산화막의 단면을 관측하여 공극(void)의 존재를 체크함으로써 평가된다.
따라서, 그렇게 얻어진 실리콘 산화막의 막 형성 속도 및 불균일성은 240 nm/min ±2.5％로 뛰어났으며, 막질에 관련해서는, 유전체 강도가 8.5 MV/cm이었고 어떠한 공극도 발견되지 않았다. 따라서, 상기 막이 뛰어나다는 것이 확인되었다.
(실시예 6)
도 14에 나타난 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 사용하여 반도체 소자의 층 절연막을 에칭한다.
피처리물 W는 폭이 0.35 ㎛이고 피치가 0.35 ㎛인 공간과 라인을 가지는 Al 패턴 상에 1㎛ 두께의 실리콘 산화막이 형성되는 P형 단결정 실리콘 기판(면 방향<100>; 저항: 10Ω㎠)이다. 우선, 실리콘 기판 W는 지지 수단(102) 상에 놓여지고, 플라즈마 발생실(109)의 내부는 배기 시스템(24 내지 26)을 통하여 배기되어 압력이 10-7Torr까지 감소된다. CF4가스는 300 sccm의 유량율로 플라즈마 처리 가스 공급 수단(107)을 통하여 플라즈마 발생실로 유입된다. 다음으로, 배기 시스템(24 내지 26) 내에 제공된 컨덕턴스 밸브(26)를 조절하여 플라즈마 발생실(109)의 내부를 5 mTorr로 유지시킨다. 이어서, 13.56 MHz 및 300W의 고주파 전력이 지지 수단(102)에 인가되는 반면, 마이크로파 전력(6)은 TM10모드시 2.45 GHz와 2.0 kW의 마이크로파 전력을 평면 슬롯 환형 도파관(103)에 인가하는데 사용된다. 따라서, 마이크로파가 슬롯들로부터 복사되어 플라즈마 발생실(109) 내에 플라즈마가 생성되게 된다. 플라즈마 처리 가스 공급 포트(107)를 통하여 유입된 CF4가스는 플라즈마 발생실(109) 내에서 여기 및 분해되어 활성 물질을 형성하는데, 이는 실리콘 기판 W 쪽으로 전송되며, 이 경우 셀프 바이어스에 의해 가속된 이온들에 의해 실리콘 산화막이 에칭된다. 냉각기(414)는 기판의 온도를 90℃ 이상 증가되는 것을 방지시킨다. 에칭된 후, 에칭 레이트, 에칭 선택비 및 에칭된 형태가 평가된다. 이 에칭된 형태는 스캐닝 전자 현미경(SEM)을 사용하여 상기 에칭된 실리콘 산화막의 단면도를 관찰함으로써 평가된다.
폴리실리콘에 대한 에칭 레이트와 에칭 선택비는 각기 600 nm/min과 20으로서 뛰어나며, 에칭된 형태는 거의 수직이고 마이크로로딩(microloading) 효과가 작다.
(실시예 7)
도 14에 나타난 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 사용하여 반도체 소자의 게이트 전극용 폴리실리콘막을 에칭한다.
피처리물 W는 상부에 폴리실리콘막이 형성되어 있는 P형 단결정 실리콘 기판(면 방향<100>; 저항: 10Ω㎠)이다. 우선, 실리콘 기판은 지지 수단(102) 상에 놓여지고, 플라즈마 발생실(109)의 내측이 배기 시스템(24 내지 26)을 통하여 배기되어 압력이 10-7Torr까지 감소된다. CF4가스는 300 sccm의 유량율로 그리고 산소 가스는 20 sccm으로 플라즈마 처리 가스 공급 수단(107)을 통하여 플라즈마 발생실(109)로 유입된다. 다음으로, 배기 시스템(24 내지 26) 내에 제공된 컨덕턴스 제어 밸브(26)를 조절하여 플라즈마 발생실(109)의 내부를 2 mTorr로 유지시킨다. 이어서, 400 kHz와 300W의 고주파 전력은 지지 수단(102)에 인가되는 반면,마이크로파 전력(6)은 TM10모드시 2.45 GHz와 1.5 kW의 마이크로파 전력을 평면 슬롯 환형 도파관(103)에 인가하는데 사용된다. 따라서, 마이크로파가 슬롯들로부터 복사되어 플라즈마 발생실(109) 내에 플라즈마가 생성되게 된다. 플라즈마 처리 가스 공급 포트(107)를 통하여 유입된 CF4가스는 플라즈마 발생실(109) 내에서 여기 및 분해되어 활성 물질을 형성하는데, 이는 실리콘 기판 W 쪽으로 전송되며, 이 경우 셀프 바이어스에 의해 가속된 이온들은 폴리실리콘막을 에칭한다. 냉각기(414)는 기판의 온도가 80℃ 이상 증가되는 것을 방지시킨다. 에칭된 후, 에칭 레이트, 에칭 선택비 및 에칭된 형태가 평가된다. 이 에칭된 형태는 스캐닝 전자 현미경(SEM)을 사용하여 상기 에칭된 폴리실리콘막의 단면도를 관찰함으로써 평가된다.
SiO2에 대한 에칭 레이트와 에칭 선택비는 각기 800 nm/min과 30으로서 뛰어나며, 에칭된 형태는 수직이고 마이크로로딩(microloading) 효과는 작다.
(실시예 8)
도 15에 나타난 플라즈마 처리 장치를 사용하여 실시예 1에서와 같은 플라즈마를 사용하여 포토레지스트의 에싱을 수행한다. 그 결과, 균일한 에싱은 잔여물 없이 짧은 시주기 내에 달성될 수 있다.
(실시예 9)
도 20에 나타난 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 사용하여 포토레지스트의 에싱을 수행한다.
피처리물 W는 포토레지스트 패턴을 통하여 노출된 SiO2막을 에칭하여 비아 홀들을 형성한 직후의 실리콘 웨이퍼(300 mm 웨이퍼)이다.
우선, Si 웨이퍼가 지지 수단(102) 상에 놓여지고, 발생실의 내부는 배기 시스템(도시되지 않음)을 통하여 배기되어 압력이 10-5Torr까지 감소된다. 산소 가스는 플라즈마 처리 가스 공급 수단(107)을 통하여 처리실로 2 slm의 유량율로 유입된다.
다음으로, 배기 시스템(도시되지 않음) 내에 제공된 컨덕턴스 밸브(도시되지 않음)를 조절하여 발생실(109)의 내부를 2 Torr로 유지시킨다.
2.45 GHz의 마이크로파 전원은 복수의 무한 환형 도파관(3)을 통하여 처리실의 내부에 2.0kW의 전력을 공급하는데 사용되고, H 분기 장치(56)를 사용하여 그 분배율을 조절하여 0.5(내부)/0.5(외부)를 얻는다.
따라서, 플라즈마가 발생실 내에 생성된다. 이때, 상기 공급된 산소 가스가 플라즈마 발생실(9) 내에서 여기, 분해 및 반응되어, 오존을 형성하는데, 이것은 Si 웨이퍼 W 쪽으로 전송되어 웨이퍼 상의 포토레지스트를 산화시킨다. 이 산화된 포토레지스트가 증발되어 제거된다. 에싱후, 웨이퍼 표면 상의 에싱 속도와 전하 밀도가 평가된다.
이렇게 구해진 에싱 속도는 8.6 ㎛/min ±7.2％ 로서 매우 높고, 표면 전하 밀도는 1.3×1011/㎠로서 충분히 낮은 값이다.
(실시예 10)
도 24에 나타난 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 사용하여 포토레지스트의 에싱을 수행한다.
피처리물 W은 실시예 9에서와 같은 것이 사용된다.
우선, Si 웨이퍼가 지지 수단(102) 상에 놓여지고, 플라즈마 처리실의 내부가 배기 시스템(24 내지 26)을 통하여 배기되어 압력이 10-5Torr까지 감소된다. 산소 가스는 플라즈마 처리 가스 방출 포트(107a)를 통하여 플라즈마 처리실(109)로 2 slm의 유량율로 유입된다.
다음으로, 배기 시스템(24 내지 26)에 제공된 밸브(26)를 조절하여 발생실의 내부를 2 Torr로 유지시킨다. 2.45 GHz의 마이크로파 전원은 복수의 무한 환형 도파관(103)을 통하여 플라즈마 처리실의 내부에 2.0kW의 전력을 공급하는데 사용되고, 그 분배율은 0.6(내부)/0.4(외부)로 조절된다. 따라서, 플라즈마가 플라즈마 처리실 내에 생성된다. 이때, 플라즈마 처리 가스 방출 포트(107a)를 통하여 방출된 산소 가스가 플라즈마 처리실 내에서 여기, 분해 및 활성화되어, 오존을 형성하는데, 이것은 실리콘 웨이퍼 W 쪽으로 전송되어 실리콘 웨이퍼 W 상의 포토레지스트를 산화시킨다. 이 산화된 포토레지스트가 증발되어 제거된다. 에싱후, 기판 표면 상의 에싱 속도와 전하 밀도가 측정된다.
이렇게 구해진 에싱 속도는 8.6 ㎛/min ±7.8％ 로서 매우 높고, 표면 전하 밀도는 1.2×1011/㎠로서 충분히 낮은 값이다.
(실시예 11)
도 20에 나타난 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 사용하여 반도체 소자를 보호하기 위하여 제공되는 실리콘 질화막을 형성한다.
피처리물 W는 폭이 0.5 ㎛이고 피치가 0.5 ㎛인 공간 패턴과 라인의 Al으로 형성된 층 절연막을 가지는 P형 단결정 실리콘인 300 mm 웨이퍼(면 방향 <100>; 저항: 10Ω㎝)이다.
우선, 실리콘 웨이퍼가 지지 수단(102) 상에 놓여지고, 플라즈마 처리실의 내부는 배기 시스템(도시되지 않음)을 통하여 배기되어 압력이 10-7Torr까지 감소된다. 이어서, 히터(114)를 활성화시켜서 실리콘 웨이퍼를 300℃로 가열하고, 기판은 이 온도를 유지한다. 질소 가스는 600 sccm의 유량율로 그리고 모노실란 가스는 200 sccm의 유량율로 플라즈마 처리 가스 방출 포트(7a)를 통하여 처리실로 유입된다.
다음으로, 배기 시스템(도시되지 않음)에 제공된 컨덕턴스 제어 밸브(도시되지 않음)를 조절하여 처리실의 내부를 20 mTorr로 유지시킨다.
이어서, 2.45 GHz의 마이크로파 전원은 복수의 무한 환형 도파관(3)을 통하여 3.0kW의 전력을 공급하는데 사용되고, 그 분배율은 0.45(내부)/0.55(외부)로 조절된다.
따라서, 플라즈마가 플라즈마 처리실 내에 생성된다. 이때, 플라즈마 처리 가스 방출 포트(7a)를 통하여 유입된 질소 가스는 플라즈마 처리실 내에서 여기 및 분해되어, 활성 물질을 형성하는데, 이것은 실리콘 웨이퍼쪽으로 전송되어 모노실란 가스와 반응됨으로써 실리콘 웨이퍼 표면 상에 1.0 ㎛의 두께를 가진 실리콘 질화막이 형성된다. 이러한 막이 형성된 후, 막의 스트레스와 같은 막 형성 속도 및 막질이 평가된다. 스트레스에 관련하여, 기판의 워페이지량(warpage)은 Zygo(상품명)라는 레이저 간섭계를 사용하여 막을 형성하기 이전 및 이후에 측정된다.
이렇게 구해진 실리콘 질화막의 막 형성 속도는 540 nm/min로서 매우 높고, 막질에 관련해서는, 스트레스가 1×109dyne/㎠(압력)이고, 누설 전류는 1.3×10-10A/㎠이며, 유전체 강도는 9.7 MV/cm이다. 따라서, 전술된 막은 매우 뛰어남이 확인되었다.
(실시예 12)
도 24에 나타난 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 사용하여 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 플라스틱 렌즈용 반사 방지막으로서 형성한다.
피처리물 W는 직경 50 mm의 플라스틱 볼록 렌즈이다. 우선, 이 렌즈는 지지 수단(102) 상에 놓여지고, 플라즈마 처리실의 내부는 배기 시스템(24 내지 26)에 의해 배기되어 압력이 10-7Torr까지 감소된다. 질소 가스는 150 sccm의 유량율로 그리고 모노실란 가스는 100 scm의 유량율로 플라즈마 처리 가스 방출 포트(107a)를 통하여 발생실로 유입된다.
다음으로, 배기 시스템(24 내지 26)에 설치된 밸브(26)를 조절하여 발생실의 내부를 5 mTorr로 유지시킨다. 이어서, 2.45 GHz의 마이크로파 전원(6)은 복수의 무한 환형 도파관(103)을 통하여 플라즈마 처리실의 내부에 3.0 kW의 전력을 공급하는데 사용되고, 그 분배율은 0.7(내부)/0.3(외부)으로 조절된다.
따라서, 플라즈마가 플라즈마 처리실 내에서 생성된다. 이때, 플라즈마 처리 가스 방출 포트(107a)를 통하여 유입된 질소 가스는 플라즈마 처리실 내에서 여기 및 분해되어, 질소 원자들과 같은 활성 물질을 형성하는데, 이것이 상기 렌즈 쪽으로 전송되어 모노실란 가스와 반응됨으로써, 렌즈 상에 21 nm의 두께를 가진 실리콘 질화막이 형성된다.
다음으로, 산소 가스는 200 sccm의 유량율로 그리고 모노실란 가스는 100 scm의 유량율로 플라즈마 처리 가스 방출 포트(107)를 통하여 처리실로 유입된다. 다음으로, 배기 시스템(24 내지 26)에 제공된 밸브(26)를 조절하여 처리실의 내부를 1 mTorr로 유지시킨다. 2.45 GHz의 마이크로파 전원(6)은 복수의 무한 환형 도파관(103)을 통하여 플라즈마 발생실의 내부에 2.0kW의 전력을 공급하는데 사용되고, 그 분배율은 0.7(내부)/0.3(외부)로 조절된다.
따라서, 플라즈마가 플라즈마 처리실 내에 생성된다. 이때, 플라즈마 처리 가스 공급 포트(107a)를 통하여 유입된 산소 가스는 플라즈마 처리실 내에서 여기 및 분해되어, 산소 원자들과 같은 활성 물질을 형성하는데, 이것이 렌즈 쪽으로 전송되어 모노실란 가스와 반응됨으로써 렌즈 상에 86 nm의 두께를 가진 실리콘 산화막이 형성된다. 이러한 막이 형성된 후, 막 형성 속도와 반사 특성이 평가된다.
이렇게 구해진 실리콘 질화막 및 실리콘 산화막의 막 형성 속도는 각기 320 nm/min와 380 nm/min이고, 500 nm 근방에서의 반사율은 0.25％이다. 따라서, 전술된 막은 광학적 특성이 매우 뛰어남이 확인되었다.
(실시예 13)
도 25에 나타난 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 사용하여 반도체 소자의 층 절연용 실리콘 산화막을 형성한다.
피처리물 W는 상부에 Al 패턴(라인 및 스페이스들 0.5 ㎛)이 형성된 P형 단결정 실리콘(면 배향 <100>; 저항률: 10 Ω㎝)의 300 ㎜ 웨이퍼였다.
먼저, 실리콘 웨이퍼를 지지 수단(102) 상에 놓았다. 배기 시스템(24 내지 26)에 의하여 플라즈마 처리실의 내부의 공기를 배출시켜서 10-7Torr까지 압력을 낮추었다. 그 후, 히터(114)를 작동시켜 실리콘 웨이퍼를 300 ℃로 가열시키고, 이 온도로 기판을 유지시켰다. 플라즈마 처리 가스 방출 포트(107a)를 통하여 500 sccm의 유량율(flow rate)의 산소 가스와 200 sccm 유량율의 모노실란(monosilane) 가스를 플라즈마 처리실 내에 유입시켰다.
그 후, 배기 시스템(24 내지 26) 내에 구비된 밸브(26)를 조정하여 플라즈마 처리실의 내부를 30 mTorr로 유지시켰다. 그 후, 13.56 MHz용 고주파 인가 수단에 의하여 300 W의 전력을 지지 수단(102)에 인가하였고, 분배비(distribution rate)가 0.5(내측)/0.5(외측)로 조정된 복수의 무한 환형 도파관들(multiple endless annular waveguides)(103)을 통하여 2.45 GHz 마이크로파 전원을 이용하여 플라즈마 처리실의 내부에 2.0 kW의 전력을 공급하였다.
따라서, 플라즈마 처리실 내에 플라즈마가 발생되었다. 플라즈마 처리 가스 공급 포트(107)를 통하여 도입된 산소 가스는 플라즈마 처리실 내에서 여기되고 분해되어 활성 물질(active species)을 형성하고, 이 활성 물질은 실리콘 웨이퍼 쪽으로 이송되어 모노실란 가스와 반응함으로써, 실리콘 웨이퍼의 표면 상에 두께 0.8 ㎛의 실리콘 산화막을 형성하였다.
이때, 이온 물질(ion species)을 RF 바이어스에 의하여 가속시켜서 기판에 입사되도록 하여 패턴 상의 막을 절삭함으로써, 평탄성을 향상시켰다. 처리 후에, 막 형성 속도, 균일성, 유전 강도, 및 스텝 커버리지를 측정하였다. 스텝 커버리지는, 주사형 전자 현미경(SEM)을 이용하여 Al 배선 패턴 상에 형성된 실리콘 산화막의 단면부를 관측하여 공극들(voids)이 있는지를 체크함으로써 평가하였다.
획득된 실리콘 산화막의 형성 속도 및 균일성은 270 nm/분 ± 2.3%로서 우수하였고, 막 품질에 있어서는, 유전 강도가 9.3 MV/㎝였고 공극들은 발견되지 않았다.
<실시예 14>
도 26에 도시된 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 이용하여 반도체 소자의 층 절연막을 에칭하였다.
피처리물 W는 Al 패턴(라인 및 스페이스들 0.35 ㎛) 상에 층 절연막으로서 SiO2막이 형성된 P형 단결정 실리콘(면 배향 <100>; 저항률: 10 Ω㎝)의 300 ㎜ 웨이퍼였다.
먼저, 실리콘 웨이퍼를 지지 수단(102) 상에 놓고, 배기 시스템(24 내지 26)에 의하여 플라즈마 발생실의 내부의 공기를 배출시켜서 10-7Torr까지 압력을 낮추었다. 플라즈마 처리 가스 방출 포트(107a)를 통하여 300 sccm의 유동률로 CF4를 플라즈마 처리실 내에 인가시켰다. 그 후, 배기 시스템(24 내지 26) 내에 구비된 밸브(26)를 조정하여 플라즈마 처리실의 내부를 5 mTorr로 유지시켰다.
그 후, 13.56 MHz용 고주파 인가 수단(302)에 의하여 300 W의 전력을 지지 수단(102)에 인가하였고, 분배비가 0.4(내측)/0.6(외측)으로 조정된 복수의 무한 환형 도파관(103)을 통하여 2.45 GHz 마이크로파 전원(6)을 이용하여 플라즈마 처리실의 내부에 2.0 kW의 전력을 공급하였다. 따라서, 플라즈마 처리실 내에 플라즈마가 발생되었다.
플라즈마 처리 가스 방출 포트(107a)를 통하여 도입된 CF4는 플라즈마 처리실 내에서 여기되고 분해되어 활성 물질을 형성하고, 이 활성 물질은 실리콘 웨이퍼 쪽으로 이송되었고, 거기서 자기 바이어스에 의해 가속된 이온들은 실리콘 산화막을 에칭하였다. 냉각기(414)는 기판의 온도가 90℃ 이상 증가하는 것을 방지하였다. 에칭 후에, 에칭 레이트(etching rate), 에칭 선택성(etch selectivity), 및 에칭된 형상을 평가하였다. 에칭된 형상은, 주사형 전자 현미경(SEM)을 이용하여 에칭된 실리콘 산화막의 단면부를 관측함으로써 평가하였다.
폴리실리콘에 대한 에칭 레이트와 에칭 선택성은 각각 690 nm/분과 21로서 우수하였고, 에칭된 형상은 거의 수직이었고, 마이크로로딩(microloading) 효과는 작았다.
<실시예 15>
도 26에 도시된 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 이용하여 반도체 소자의 게이트 전극용 폴리실리콘막을 에칭하였다.
피처리물 W는 상부에 폴리실리콘막이 형성된 P형 단결정 실리콘(면 배향 <100>; 저항률: 10 Ω㎝)의 300 ㎜ 웨이퍼였다.
먼저, 실리콘 웨이퍼를 지지 수단(102) 상에 놓고, 배기 시스템(24 내지 26)에 의하여 플라즈마 처리실의 내부의 공기를 배출시켜서 10-7Torr까지 압력을 낮추었다. 플라즈마 처리 가스 방출 포트(107a)를 통하여 300 sccm의 유동률의 CF4와 20 sccm 유동률의 산소를 플라즈마 처리실 내에 유입시켰다.
그 후, 배기 시스템(24 내지 26) 내에 구비된 밸브(26)를 조정하여 플라즈마 처리실의 내부를 2 mTorr로 유지시켰다. 그 후, RF 바이어스 인가 수단(302)에 의하여 400 kHz 및 300 W의 고주파 전력을 웨이퍼에 인가하였고, 분배비가 0.45(내측)/0.55(외측)로 조정된 복수의 무한 환형 도파관(103)을 통하여 2.45 GHz 마이크로파 전원(6)을 이용하여 플라즈마 처리실의 내부에 1.5 kW의 전력을 공급하였다.
따라서, 플라즈마 처리실 내에서 플라즈마가 발생되었다. 플라즈마 처리 가스 방출 포트(107a)를 통하여 도입된 CF4는 플라즈마 처리실 내에서 여기되고 분해되어 활성 물질을 형성하고, 이 활성 물질은 실리콘 웨이퍼 쪽으로 이송되었고, 거기서 자기 바이어스에 의해 가속된 이온들은 폴리실리콘막을 에칭하였다. 냉각기(414)는 기판의 온도가 80℃ 이상으로 증가하는 것을 방지하였다.
에칭 후에, 에칭 레이트, 에칭 선택성, 및 에칭된 형상을 평가하였다. 에칭된 형상은, 주사형 전자 현미경(SEM)을 이용하여 에칭된 폴리실리콘막의 단면부를 관측함으로써 평가하였다.
SiO2에 대한 에칭 레이트와 에칭 선택성은 각각 870 nm/분과 26으로서 우수하였고, 에칭된 형상은 거의 수직이었고, 마이크로로딩(microloading) 효과는 작았음이 확인되었다.
<실시예 16>
도 27에 도시된 장치를 이용하여 실시예 9에서와 같이 포토레지스트의 에싱을 수행하였다.
그 결과, 잔류물을 남기지 않고 단시간 내에 균일한 처리가 수행될 수 있었다.
본 발명에 따르면, 가스 방출 포트의 방향은 마이크로파 공급기(microwave applicator)의 구성과 조합하여 정의되기 때문에, 비교적 고압에서도 저온 플라즈마가 발생될 수 있으며, 그에 따라 200 ㎜ 웨이퍼 또는 그 이상에 상당하는 큰 면적의 피처리물을 만족스럽게 처리할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 국면에 따르면, 교환 가능한 슬롯 평판을 안에 구비한 조립 부재(builtup member)의 마이크로파 공급기를 형성함으로써, 저렴하고 매우 보편적인 마이크로파 공급기를 제공하는 것이 가능하다.
게다가, 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 복수의 환형 도파관들이 동심으로 배열됨에 따라서 슬롯이 형성된 H-면(slotted H-plane)들이 서로 동일 평면 상에 있게 되기 때문에, 균일하고 큰 면적의 강도 분포를 갖는 마이크로파를 방출하고 공급하는 것이 가능하다. 따라서, 300 ㎜ 또는 그 이상에 상당하는 큰 면적의 피처리물을 만족스럽게 플라즈마 처리할 수 있다.

Claims (51)

  1. 공기가 배출될 수 있는 컨테이너(1);
    상기 컨테이너의 내부에 가스를 공급하기 위한 가스 공급 수단(7); 및
    상기 컨테이너 내에 피처리물을 처리하는 데 이용되는 플라즈마를 발생시키도록 마이크로파를 공급하기 위한 마이크로파 공급 수단(3)을 포함하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    상기 마이크로파 공급 수단(3)은,
    서로 격리되어 구비된 복수의 슬롯(3b)을 갖는 평면형 H-면(3c)과, 마이크로파의 진행 방향에 대해 수직인 구형(rectangular)의 단면부를 가지며, 도전성 물질로 된 환형 도파관(annular waveguide: 3a)을 구비하고, 상기 평면형 H-면에 설치된 상기 복수의 슬롯에 의해, 상기 컨테이너의 유전체창(dielectric window:4)을 통하여 상기 컨테이너의 내부에 마이크로파를 공급하는 마이크로파 공급기(microwave applicator)이며,
    상기 가스 공급 수단(7)은,
    상기 평면형 H-면 쪽으로 상기 가스를 방출하는 가스 방출 포트(gas emission port:7a)를 구비하고, 상기 가스 방출 포트의 위치를 피처리물보다 유전체창에 더 가깝도록 설정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 환형 도파관에 연결된 구형 도파관을 통하여 상기 환형 도파관에 TE10모드의 마이크로파가 공급되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 환형 도파관은, 환형의 리세스부(annular recessed portion)와 마이크로파 도입구가 형성되어 있는 도전성 부재 및 복수의 슬롯들이 형성되어 있는 평면형(plate-like) 도전성 부재를 포함하는 어셈블리로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 평면형 H-면에 인접하여 평면형 유전체창이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 평면형 피처리물을 상기 평면형 H-면과 평행하게 지지(holding)하기 위한 지지 수단이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 가스 방출 포트는 도파관을 따라 상호 분리되어 제공된 복수의 개구이거나, 또는 환형 도파관을 따라 설치된 슬릿인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 가스 방출 포트는 상기 평면형 H-면에 대하여 수직하게 또는 비스듬하게 형성된 가스 방출 통로와 통해 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 평면형 H-면에 대해 법선 방향으로 상기 가스 방출 포트들과 상기 유전체창간의 간극이 상기 평면형 H-면에 대해 법선 방향으로 상기 가스 방출 포트들과 상기 피처리물간의 간극보다 작게 되도록 상기 가스 방출 포트는 상기 유전체창의 부근에 복수 개가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 가스 방출 포트는 상기 피처리물의 피처리 표면의 위쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 평면형 H-면에 대해 평행 방향으로 한 쌍의 대향하는 가스 방출 포트들 간의 중심을 경유한 간격이 상기 피처리물의 직경 또는 측면 길이보다 작게 되도록 상기 가스 방출 포트는 복수 개가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 환형 도파관의 중심들을 서로 연결하여 형성된 링의 원주 길이는 관내 파장(guide wavelength)의 정수배이며, 상기 복수의 슬롯들은 상기 링을 따라 상기 관내 파장의 1/2 이상의 간격으로 방사상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 복수의 슬롯들은 상기 마이크로파의 진행 방향에 대해 수직이며, 상기 복수의 슬롯들의 길이들은 상기 관내 파장의 1/4 내지 3/8 사이인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  13. 제1항에 있어서, 다른 H-면 내에 상기 환형 도파관용 마이크로파 도입구가 구비되어 있고, 상기 도입구에는 상기 마이크로파를 상기 H-면에 대해 평행한 2개의 방향으로 분배하고 상기 마이크로파를 상기 환형 도파관 내의 양 방향으로 전파하기 위한 수단이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 컨테이너 내의 플라즈마 발생 공간으로부터 격리된 위치에 상기 피처리물을 지지하기 위한 지지 수단이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 피처리물을 지지하기 위한 지지 수단을 포함하되, 상기 지지 수단은 고주파 바이어스를 인가하기 위한 수단을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 환형 도파관은 무한 환형 도파관(endless annular waveguide)인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  17. 서로 격리되어 구비된 복수의 슬롯(3b)을 갖는 평면과, 마이크로파의 진행 방향에 대해 수직인 구형 단면부를 갖는 환형 도파관(3a)이 구비되어 있고, 상기 평면에 구비된 상기 복수의 슬롯(3b)으로부터 상기 환형 도파관의 외부에 마이크로파를 공급하는 마이크로파 공급기(3)를 갖는 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    환형의 리세스부(33)와 마이크로파 도입구가 형성되어 있는 도전성 부재(32)와, 상기 복수의 슬롯들이 형성된 평면형 도전성 부재(31)를 포함하는 어셈블리에 의해 상기 복수의 슬롯들을 갖는 상기 평면이 H-면(3c)인 환형 도파관을 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 공급기를 갖는 플라즈마 처리 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 환형 도파관에 TE10모드의 마이크로파가 인가되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 공급기를 갖는 플라즈마 처리 장치.
  19. 제17항에 있어서, 상기 평면형 도전성 부재 상에 마이크로파 분배기(microwave distributor)가 탑재되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 공급기를 갖는 플라즈마 처리 장치.
  20. 제17항에 있어서, 상기 복수의 환형 도파관들은, 동심으로 배치된 복수의 환형 리세스부들과 상기 복수의 리세스부들 중 하나와 각각 통해 있는 복수의 마이크로파 도입구들이 형성되어 있는 도전성 부재; 및 상기 복수의 슬롯들을 각각 포함하는 복수의 슬롯 어레이들이 동심으로 형성되어 있는 평면형 도전성 부재를 포함하는 어셈블리로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 공급기를 갖는 플라즈마 처리 장치.
  21. 제17항에 있어서, 상기 마이크로파 도입구의 부근에 상기 마이크로파의 분배비를 변화시킬 수 있는 가동부(movable portion)를 갖는 분배기가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 공급기를 갖는 플라즈마 처리 장치.
  22. 공기가 배출될 수 있는 컨테이너(1);
    상기 컨테이너의 내부에 가스를 공급하기 위한 가스 공급 수단(7); 및
    상기 컨테이너 내에 피처리물을 처리하는 데 이용되는 플라즈마를 발생시키도록 마이크로파를 공급하기 위한 마이크로파 공급 수단(3)을 포함하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    상기 마이크로파 공급 수단(3)은,
    서로 격리되어 구비된 복수의 슬롯(3b)을 갖는 평면형 H-면(3c)과, 마이크로파의 진행 방향에 대해 수직인 구형 단면부를 각각 갖는 복수의 환형 도파관(3a)이 동심으로 구비되어 있고, 상기 복수의 환형 도파관들 각각의 상기 평면형 H-면(3c)에 구비된 상기 복수의 슬롯들로부터 상기 컨테이너의 유전체창(4)을 통하여 상기 컨테이너의 내부에 마이크로파를 공급하는 마이크로파 공급기인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 복수의 환형 도파관들 각각에 연결된 구형 도파관을 통하여 상기 복수의 환형 도파관들 각각에 TE10모드의 마이크로파가 공급되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  24. 제22항에 있어서, 상기 복수의 환형 도파관들은, 복수의 환형의 리세스부들과 마이크로파 도입구들이 형성되어 있는 도전성 부재 및 복수의 슬롯들이 형성되어 있는 평면형 도전성 부재를 포함하는 어셈블리로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  25. 제22항에 있어서, 상기 유전체창은 평면형 유전체창이며 상기 평면형 H-면에 인접하여 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  26. 제22에 있어서, 평면형 피처리물을 상기 평면형 H-면과 평행하게 지지하기 위한 지지 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  27. 제22항에 있어서, 복수의 가스 방출 포트들이 플라즈마 발생 공간을 에워싸도록 서로 격리되어 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  28. 제22항에 있어서, 상기 평면형 H-면에 대하여 수직하게 또는 비스듬하게 형성된 가스 방출 통로와 통하는 상태로 가스 방출 포트가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  29. 제22항에 있어서, 상기 평면형 H-면에 대해 법선 방향으로 상기 가스 방출 포트들과 상기 유전체창간의 간극이 상기 평면형 H-면에 대해 법선 방향으로 상기 가스 방출 포트들과 상기 피처리물간의 간극보다 작게 되도록 복수의 가스 방출 포트들이 상기 유전체창의 부근에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  30. 제22항에 있어서, 상기 피처리물의 피처리 표면의 외부 및 위쪽에 가스 방출 포트가 위치하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  31. 제22항에 있어서, 상기 평면형 H-면에 대해 평행 방향으로 한 쌍의 대향하는 가스 방출 포트들 간의 중심을 경유한 간격이 상기 피처리물의 직경 또는 측면 길이보다 크게 되도록 복수의 가스 방출 포트들이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  32. 제31항에 있어서, 상기 피처리물의 직경 또는 측면 길이는 최외측 환형 도파관의 상기 복수의 슬롯들의 외측 단부들 간의 중심을 경유한 간격보다 작은 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  33. 제22항에 있어서, 상기 복수의 환형 도파관용 마이크로파 도입구에 각각의 도파관에 대한 상기 마이크로파의 분배비를 결정하는 H 분기(H branch)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  34. 제22항에 있어서, 상기 환형 도파관들 각각의 중심들을 서로 연결하여 형성된 링의 원주 길이는 관내 파장의 정수배이며, 상기 슬롯들은 상기 링을 따라 상기 관내 파장의 1/2 이상의 간격으로 방사상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  35. 제22항에 있어서, 상기 마이크로파의 진행 방향에 대해 수직인 상기 슬롯의 길이는 상기 관내 파장의 1/4 내지 3/8의 범위 내에 속하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  36. 제22항에 있어서, 다른 H-면 내에 상기 환형 도파관용 마이크로파 도입구가 구비되어 있고, 상기 마이크로파를 상기 H-면에 대해 평행한 2개의 방향으로 분배하고 상기 마이크로파를 상기 각각의 환형 도파관 내의 양 방향으로 전파하기 위한 수단이 상기 인가부에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  37. 제22항에 있어서, 상기 컨테이너 내의 플라즈마 발생 공간으로부터 격리된 위치에 상기 피처리물을 지지하기 위한 지지 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  38. 제22항에 있어서, 상기 피처리물을 지지하기 위한 지지 수단을 포함하되, 상기 지지 수단은 고주파 바이어스를 인가하기 위한 수단을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  39. 제22항에 있어서, 마이크로파 도입구의 부근에, 다이어프램 및 상기 다이어프램을 신축시키는(stretching and contracting) 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  40. 제22항에 있어서, 복수의 환형 도파관들 각각은 무한 도파관인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  41. 제1항에 있어서, 상기 환형 도파관을 통하여 1 회전 이상의 전파를 수행가능한 전력을 갖는 마이크로파가 상기 환형 도파관에 공급되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  42. 제1항에 있어서, 상기 마이크로파의 전력은 상기 환형 도파관을 통하여 2 회전 이상의 전파를 수행가능한 전력인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  43. 제1항에 있어서, 상기 환형 도파관은 그 안에 정상파(standing wave)가 발생될 수 있게 하는 원주 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  44. 제1항에 있어서, 상기 컨테이너의 내부는 처리 중에 13.3 Pa 이상 1330 Pa 이하의 압력으로 유지되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  45. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 처리 장치는 에싱(ashing) 장치인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  46. 서로 다른 원주 길이들을 갖는 동심으로 배치된 복수의 무한 환형 도파관(3a)을 포함하는 마이크로파 공급기(3)를 갖는 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    무한 환형 리세스부(33)와 마이크로파 도입구가 내부에 형성되어 있는 도전성 부재(32)와, 복수의 슬롯(3b)이 내부에 형성되어 있는 평면형 H-면형 도전성 부재(31)를 포함하는 어셈블리에 의해 상기 환형 도파관(3a)을 형성하고,
    상기 복수의 환형 도파관(3a)들의 평면형 H-면(3c)들은 서로 동일 평면 상에 있으며, 복수의 슬롯(3b)이 상기 동일 평면 상에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 공급기를 갖는 플라즈마 처리 장치.
  47. 제22항에 있어서, 상기 환형 도파관을 통하여 1 회전 이상의 전파를 수행가능한 전력을 갖는 마이크로파가 상기 환형 도파관에 공급되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  48. 제22항에 있어서, 상기 마이크로파의 전력은 상기 환형 도파관을 통하여 2 회전 이상의 전파를 수행가능한 전력인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  49. 제22항에 있어서, 상기 환형 도파관은 그 안에 정상파(standing wave)가 발생될 수 있게 하는 원주 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  50. 제22항에 있어서, 상기 컨테이너의 내부는 처리 중에 13.3 Pa 이상 1330 Pa 이하의 압력으로 유지되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  51. 제22항에 있어서, 상기 플라즈마 처리 장치는 에싱(ashing) 장치인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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Families Citing this family (64)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19726663A1 (de) * 1997-06-23 1999-01-28 Sung Spitzl Hildegard Dr Ing Vorrichtung zur Erzeugung von homogenen Mikrowellenplasmen
US6531193B2 (en) 1997-07-07 2003-03-11 The Penn State Research Foundation Low temperature, high quality silicon dioxide thin films deposited using tetramethylsilane (TMS) for stress control and coverage applications
JPH11319545A (ja) * 1997-12-15 1999-11-24 Canon Inc プラズマ処理方法及び基体の処理方法
TW409487B (en) 1998-04-10 2000-10-21 Sumitomo Metal Ind Microwave plasma treatment apparatus and microwave plasma treatment method
US6185839B1 (en) 1998-05-28 2001-02-13 Applied Materials, Inc. Semiconductor process chamber having improved gas distributor
US6263829B1 (en) 1999-01-22 2001-07-24 Applied Materials, Inc. Process chamber having improved gas distributor and method of manufacture
US6417080B1 (en) 1999-01-28 2002-07-09 Canon Kabushiki Kaisha Method of processing residue of ion implanted photoresist, and method of producing semiconductor device
DE60023964T2 (de) * 1999-02-01 2006-06-22 Ohmi, Tadahiro, Sendai Laservorrichtung, Belichtungsapparat unter Verwendung derselben und Herstellungsverfahren
JP4105353B2 (ja) * 1999-07-26 2008-06-25 財団法人国際科学振興財団 半導体装置
US6652709B1 (en) * 1999-11-02 2003-11-25 Canon Kabushiki Kaisha Plasma processing apparatus having circular waveguide, and plasma processing method
JP4441038B2 (ja) * 2000-02-07 2010-03-31 東京エレクトロン株式会社 マイクロ波プラズマ処理装置
JP4377510B2 (ja) * 2000-03-02 2009-12-02 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
JP4245771B2 (ja) * 2000-03-21 2009-04-02 東京エレクトロン株式会社 耐プラズマ部材、電磁波透過窓用部材およびプラズマ処理装置
US6910440B2 (en) * 2000-03-30 2005-06-28 Tokyo Electron Ltd. Apparatus for plasma processing
US6677549B2 (en) 2000-07-24 2004-01-13 Canon Kabushiki Kaisha Plasma processing apparatus having permeable window covered with light shielding film
US6541781B1 (en) * 2000-07-25 2003-04-01 Axcelis Technologies, Inc. Waveguide for microwave excitation of plasma in an ion beam guide
US6414329B1 (en) * 2000-07-25 2002-07-02 Axcelis Technologies, Inc. Method and system for microwave excitation of plasma in an ion beam guide
US6847003B2 (en) * 2000-10-13 2005-01-25 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatus
CN100477113C (zh) * 2001-01-22 2009-04-08 东京毅力科创株式会社 电子器件材料的制造方法
WO2003015151A1 (en) * 2001-08-02 2003-02-20 Tokyo Electron Limited Base material treating method and electron device-use material
US6676760B2 (en) 2001-08-16 2004-01-13 Appiled Materials, Inc. Process chamber having multiple gas distributors and method
JP4090225B2 (ja) * 2001-08-29 2008-05-28 東京エレクトロン株式会社 半導体装置の製造方法、及び、基板処理方法
US7622402B2 (en) * 2002-03-29 2009-11-24 Tokyo Electron Limited Method for forming underlying insulation film
AU2003221059A1 (en) * 2002-03-29 2003-10-27 Tokyo Electron Limited Method for producing material of electronic device
EP1561840A4 (en) * 2002-10-09 2009-05-13 Toyo Seikan Kaisha Ltd METHOD FOR PRODUCING A METAL OXIDE FILM AND MICROWAVE POWER SOURCE FOR USE IN THIS METHOD
JP3677017B2 (ja) * 2002-10-29 2005-07-27 東京エレクトロン株式会社 スロットアレイアンテナおよびプラズマ処理装置
JP2004165377A (ja) * 2002-11-12 2004-06-10 Canon Inc 表面改質方法
JP2005033055A (ja) * 2003-07-08 2005-02-03 Canon Inc 放射状スロットに円弧状スロットを併設したマルチスロットアンテナを用いた表面波プラズマ処理装置
KR20050079860A (ko) * 2004-02-07 2005-08-11 삼성전자주식회사 마이크로 웨이브 공급장치, 이를 이용한 플라즈마공정장치 및 플라즈마 공정방법
JP2005252031A (ja) * 2004-03-04 2005-09-15 Canon Inc プラズマ窒化方法
DE102004030344B4 (de) * 2004-06-18 2012-12-06 Carl Zeiss Vorrichtung zum Beschichten optischer Gläser mittels plasmaunterstützter chemischer Dampfabscheidung (CVD)
DE102004029466A1 (de) * 2004-06-18 2006-01-05 Leybold Optics Gmbh Medieninjektor
US8282768B1 (en) 2005-04-26 2012-10-09 Novellus Systems, Inc. Purging of porogen from UV cure chamber
WO2006118042A1 (ja) * 2005-04-26 2006-11-09 Shimadzu Corporation 表面波励起プラズマ発生装置および表面波励起プラズマ処理装置
JP4664119B2 (ja) * 2005-05-17 2011-04-06 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
US7579287B2 (en) * 2005-08-12 2009-08-25 Canon Kabushiki Kaisha Surface treatment method, manufacturing method of semiconductor device, and manufacturing method of capacitive element
US8398816B1 (en) * 2006-03-28 2013-03-19 Novellus Systems, Inc. Method and apparatuses for reducing porogen accumulation from a UV-cure chamber
JP5074741B2 (ja) * 2006-11-10 2012-11-14 株式会社日立ハイテクノロジーズ 真空処理装置
KR100766440B1 (ko) * 2006-12-22 2007-10-15 엘지전자 주식회사 전자레인지의 히터장치
JP2008159763A (ja) * 2006-12-22 2008-07-10 Canon Inc プラズマ処理装置
US8674275B2 (en) 2007-06-29 2014-03-18 Corning Incorporated Method of fabricating a honeycomb structure using microwaves
JP2009152265A (ja) * 2007-12-19 2009-07-09 Tohoku Univ 光電変換素子製造装置及び方法、並びに光電変換素子
US8298338B2 (en) * 2007-12-26 2012-10-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Chemical vapor deposition apparatus
US20090197014A1 (en) * 2008-02-04 2009-08-06 Atomic Energy Council - Institute Of Nuclear Energy Research Apparatus and method for coating diamond on work pieces via hot filament chemical vapor deposition
KR100982987B1 (ko) * 2008-04-18 2010-09-17 삼성엘이디 주식회사 화학 기상 증착 장치
KR101004822B1 (ko) 2008-04-18 2010-12-28 삼성엘이디 주식회사 화학 기상 증착 장치
JP5230462B2 (ja) * 2009-01-26 2013-07-10 三菱重工業株式会社 プラズマ処理装置の基板支持台
US8800483B2 (en) * 2009-05-08 2014-08-12 Peter F. Vandermeulen Methods and systems for plasma deposition and treatment
JP5762708B2 (ja) * 2010-09-16 2015-08-12 国立大学法人名古屋大学 プラズマ生成装置、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
TW201239130A (en) * 2011-03-16 2012-10-01 I-Nan Lin Microwave plasma system
CN103262663B (zh) * 2011-04-28 2016-12-14 住友理工株式会社 微波等离子体生成装置和采用该装置的磁控溅射成膜装置
DE102011100024A1 (de) * 2011-04-29 2012-10-31 Centrotherm Thermal Solutions Gmbh & Co. Kg Verfahren zum ausbilden einer schicht auf einem substrat
DE102011113751B4 (de) * 2011-09-19 2016-09-01 Hq-Dielectrics Gmbh Verfahren zum stetigen oder sequentiellen abscheiden einer dielektrischen schicht aus der gasphase auf einem substrat
KR20140023807A (ko) * 2012-08-17 2014-02-27 삼성전자주식회사 반도체 소자를 제조하는 설비
US9793095B2 (en) * 2013-03-14 2017-10-17 Tokyo Electron Limited Microwave surface-wave plasma device
US9934974B2 (en) * 2013-06-19 2018-04-03 Tokyo Electron Limited Microwave plasma device
US9028765B2 (en) 2013-08-23 2015-05-12 Lam Research Corporation Exhaust flow spreading baffle-riser to optimize remote plasma window clean
US10388546B2 (en) 2015-11-16 2019-08-20 Lam Research Corporation Apparatus for UV flowable dielectric
JP7166759B2 (ja) * 2015-12-04 2022-11-08 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド Ｈｄｐ－ｃｖｄチャンバのアーク発生を防止するための高度なコーティング方法および材料
KR102619949B1 (ko) * 2016-05-16 2024-01-03 삼성전자주식회사 안테나, 그를 포함하는 마이크로파 플라즈마 소스, 플라즈마 처리 장치
US10861667B2 (en) 2017-06-27 2020-12-08 Peter F. Vandermeulen Methods and systems for plasma deposition and treatment
WO2019005288A1 (en) 2017-06-27 2019-01-03 Vandermeulen Peter F METHODS AND SYSTEMS FOR PLASMA DEPOSITION AND TREATMENT
JP2021026855A (ja) * 2019-08-01 2021-02-22 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及び制御方法
US11623197B2 (en) 2020-01-23 2023-04-11 Lyten, Inc. Complex modality reactor for materials production and synthesis

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59125628A (ja) 1982-12-29 1984-07-20 Fujitsu Ltd マイクロ波処理装置
JP2569019B2 (ja) 1986-10-20 1997-01-08 株式会社日立製作所 エッチング方法及びその装置
JP2675000B2 (ja) 1987-05-27 1997-11-12 株式会社日立製作所 プラズマ処理装置
DE3750115T2 (de) 1986-10-20 1995-01-19 Hitachi Ltd Plasmabearbeitungsgerät.
US5024716A (en) 1988-01-20 1991-06-18 Canon Kabushiki Kaisha Plasma processing apparatus for etching, ashing and film-formation
JP2993675B2 (ja) 1989-02-08 1999-12-20 株式会社日立製作所 プラズマ処理方法及びその装置
US5134965A (en) * 1989-06-16 1992-08-04 Hitachi, Ltd. Processing apparatus and method for plasma processing
JPH0319332A (ja) 1989-06-16 1991-01-28 Hitachi Ltd マイクロ波プラズマ処理装置
DE69123808T2 (de) * 1990-09-26 1997-06-26 Hitachi Ltd Verfahren und Gerät zur Bearbeitung mittels Mikrowellenplasma
US5359177A (en) * 1990-11-14 1994-10-25 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Microwave plasma apparatus for generating a uniform plasma
WO2004089046A1 (ja) * 1991-11-05 2004-10-14 Nobumasa Suzuki 無端環状導波管を有するマイクロ波導入装置及び該装置を備えたプラズマ処理装置
JP2886752B2 (ja) 1991-11-05 1999-04-26 キヤノン株式会社 無端環状導波管を有するマイクロ波導入装置及び該装置を備えたプラズマ処理装置
FR2689717B1 (fr) * 1992-04-03 1994-05-13 Commissariat A Energie Atomique Dispositif d'application de micro-ondes et reacteur a plasma utilisant ce dispositif.
JP2951797B2 (ja) 1992-04-10 1999-09-20 三菱電機株式会社 プラズマ発生装置
DE4235914A1 (de) * 1992-10-23 1994-04-28 Juergen Prof Dr Engemann Vorrichtung zur Erzeugung von Mikrowellenplasmen
DE4311360C2 (de) * 1993-04-06 2002-10-24 Applied Films Gmbh & Co Kg Anordnung zum reaktiven Abscheiden von Werkstoffen als Dünnfilm durch Mittelfrequenz-Kathodenzerstäubung
JP3118121B2 (ja) 1993-09-13 2000-12-18 キヤノン株式会社 マイクロ波プラズマｃｖｄ装置及び堆積膜形成方法
JPH07142444A (ja) * 1993-11-12 1995-06-02 Hitachi Ltd マイクロ波プラズマ処理装置および処理方法
JP3630831B2 (ja) * 1995-04-03 2005-03-23 キヤノン株式会社 堆積膜の形成方法
US5698036A (en) * 1995-05-26 1997-12-16 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatus

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