KR100425658B1 - 마이크로파 공급기, 이를 구비한 플라즈마 처리 장치, 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

마이크로파 공급기, 이를 구비한 플라즈마 처리 장치, 및 플라즈마 처리 방법 Download PDF

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Abstract

마이크로파의 방사 특성을 보다 정확하게 제어하여 아티클의 반경 및 원주 방향에서의 처리 제어 가능성을 개선하기 위해, 마이크로파 공급기, 및 상기 공급기를 사용하고, 마이크로파를 방사하기 위한 복수의 슬롯들이 제공된 표면을 갖는 환형 도파관을 포함하며, 상기 복수의 슬롯들의 중심들이 상기 환형 도파관의 중심에 대해 표면에 상기 평행한 방향으로 오프셋된 플라즈마 처리 장치가 개시된다.

Description

마이크로파 공급기, 이를 구비한 플라즈마 처리 장치, 및 플라즈마 처리 방법{MICROWAVE APPLICATOR, PLASMA PROCESSING APPARATUS HAVING SAME, AND PLASMA PROCESSING METHOD}
본 발명은 마이크로파를 이용하여 처리될 아티클(article) (하기, 필요에 따라 "아티클"로서 간단히 언급함)에 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 보다 자세히는, 환형 (또는 원형) 도파관을 갖는 마이크로파 공급기, 이를 구비한 플라즈마 처리 장치, 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
플라즈마 여기를 위한 여기 소스로서 마이크로파를 이용하는 플라즈마 처리 장치로서, 플라즈마 중합 장치, CVD 장치, 표면 변형 장치, 에칭 장치, 애싱(ashing) 장치, 및 클리닝 장치 등이 공지되어 있다.
그러한 소위 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 이용하는 CVD는 예를 들어 다음과 같이 수행된다. 가스가 플라즈마 생성 챔버 및/또는 마이크로파 플라즈마 CVD 장치의 막 형성 챔버 내로 도입되고, 마이크로파 에너지가 동시에 공급되어 플라즈마 생성 챔버 내에 플라즈마를 생성하여 가스의 여기, 분해, 이온화 등을 통해 이온 또는 기(radical)를 형성함으로써, 플라즈마 생성 챔버, 또는 플라즈마 생성 챔버와는 별도로 막 형성 챔버 내에 배치된 아티클 상에 피착된 막을 형성하게 된다. 또한, 유기물의 산화, 질화, 또는 플루오르화와 같은 플라즈마 중합 또는 표면 변형을 수행하기 위한 유사한 방법이 이용될 수 있다.
또한, 소위 마이크로파 플라즈마 에칭 장치를 사용하는 아티클의 에칭은 예를 들면 다음과 같이 수행된다. 에칭제 가스가 장치의 처리 챔버 내에 도입되고, 마이크로파 에너지가 동시에 공급되어 처리 챔버 내에 플라즈마를 생성하여, 에칭제 가스의 여기, 분해, 또는 이온화를 통해 이온 또는 기를 형성함으로써, 이와 같이 형성된 이온이나 기 등으로 처리 챔버 내에 배치된 아티클의 표면을 에칭한다.
또한, 소위 마이크로파 플라즈마 애싱 장치를 사용하는 아티클의 애싱 처리는 다음과 같이 수행된다. 애싱 가스가 장치 내의 처리 챔버로 도입되고, 마이크로파 에너지가 동시에 공급되어 처리 챔버 내의 플라즈마를 생성하여, 애싱 가스의 여기, 분해, 또는 이온화를 통해 이온, 기, 또는 오존 등을 형성함으로써, 아티클의 표면 즉, 처리 챔버 내에 배치된 포토레지스트의 표면을 애싱한다. 애싱 처리로, 아티클의 처리될 표면 상에 피착된 불필요한 재료을 제거하기 위한 클리닝을 하는 것이 가능하다.
마이크로파 플라즈마 처리 장치에 있어서, 마이크로파가 가스 여기 소스로서 사용되므로, 전자는 고주파수를 갖는 전계에 의해 가속화될 수 있어서, 가스 분자들을 효율적으로 이온화 또는 여기시킨다. 그러므로, 마이크로파 플라즈마 처리 장치는, 가스의 이온화, 여기, 및 분해의 효율이 높은 경우에 유리하므로, 고밀도 플라즈마가 상대적으로 용이하게 형성될 수 있고, 저온에서 고속의 고품질 처리를 수행하는 것이 가능하다. 또한, 마이크로파가 석영 유리와 같은 유전체 부재를 관통하는 특성을 가지므로, 플라즈마 처리 장치는 무전극 방전형(electrodeless discharge type)으로 구성될 수 있으며, 따라서 고도로 정화된 플라즈마 처리가 수행될 수 있다.
이러한 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 처리 속도를 증가시키기 위해서는, 전극 사이클로트론 공진(electron cyclotron resonance ; ECR)을 이용하는 플라즈마 처리 장치가 실제로 이용되었다. ECR은, 자속 밀도가 87.5mT인 경우 힘의 자기선 주위를 회전하는 전자에 대한 전자 사이클로트론 주파수가 2.45GHz의 마이크로파의 일반 주파수와 일치되는 현상으로, 전자가 마이크로파를 공진적으로 흡수하여 가속화됨으로써, 고밀도의 플라즈마를 생성한다.
또한, 고밀도 플라즈마를 생성하기 위한 다른 유형의 플라즈마 처리 장치가 제안되어 있다.
예를 들면, 미국 특허 제5,034,086호는 방사 라인 슬롯 안테나(radial lineslot antenna ; RLSA)를 이용하는 플라즈마 처리 장치를 개시한다.
또한, 일본 공개 특허 공보 제5-290995호, 미국 특허 제5,359,177호, 및 EP 제0564359호는 단자(terminal)를 갖는 환형 도파관을 이용하는 플라즈마 처리 장치를 개시한다.
별도로, 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 예로서, 복수의 슬롯들이 마이크로파의 균일하고 효율적인 도입을 위한 장치로서 이 장치의 내부 측부면 상에 형성되는 무종단(endless) 환형 도파관을 사용하는 장치가 개시되었다 (일본 공개 특허 공보 제5-345982호, 미국 특허 제5,538,699호).
그러나, 그 내부 측면 표면 상에 슬롯들을 갖는 무종단 환형 도파관이 제공된 종래의 마이크로파 플라즈마 처리 장치가, 애싱 처리의 경우에서와 같이 100mTorr (약 13.3Pa) 이상으로 고압 영역에서 처리되도록 사용되는 경우, 플라즈마의 확산이 억제되므로, 플라즈마는 챔버의 주변에 국부적으로 존재할 수 있어 아티클의 중심부에 대한 처리 속도를 감소시킨다. 또한, 플라즈마 생성 공간의 부피가 매우 크도록 요구된다.
또한, 일본 공개 특허 공보 제7-90591호는 디스크형 마이크로파 도입 장치를 사용하는 플라즈마 처리 장치를 개시한다. 이 장치에서, 가스가 도파관으로 도입되고 도파관 내에 제공된 슬롯을 통해 플라즈마 생성 챔버 쪽으로 방출된다.
이러한 종래의 장치들과 비교해서, 본 발명의 발명자에 의해 이전에 제안된 플라즈마 처리 장치는 도 12에 도시된 바와 같은 구성을 갖는다.
도 12에서, 참조 번호 1은 배기될 수 있는 콘테이너 (또는 용기)를 표시하고; 2는 처리될 아티클을 홀딩하는 홀딩 수단이며; 3은 내부에 환형 도파관을 갖는 환형 공동 도파관(annular hollow waveguide)을 포함하는 마이크로파 공급 수단 ("마이크로파 공급기"로서도 언급함)이고; 4는 유전체 윈도우이며; 7은 가스 공급 포트(7a)를 갖는 가스 공급 파이프이다. 이들 구성 요소를 사용하여 구성된 장치에 있어서, 마이크로파는 마이크로파 도입 포트(15)를 통해 마이크로파 공급기(3)로 도입되고, 슬롯(3b)으로부터 유전체 윈도우(4)를 통해 콘테이너(1)로 공급된다.
도 13, 도 14, 및 도 15는 마이크로파 공급기의 환형 도파관을 통한 마이크로파의 전파, 및 슬롯을 통한 마이크로파의 방사를 도시하는 개략도이다.
도 13은 생략된 슬롯을 갖는 상술한 환형 도파관을 도시하고, 도 14는 선 14-14를 따라 절단한 단면도이며, 도 15는 선 15-15를 따라 절단한 단면도를 도시한다.
마이크로파 도입 포트(15)의 주변은 E-평면 T 분포의 등가 회로를 형성하며, 마이크로파 도입 포트(15)를 통해 도입된 마이크로파는 그 진로를 시계 방향(d2) 및 반시계 방향(d1)으로 분기하도록 변경된다. 각 슬롯(3b)은 마이크로파 진행 방향(d1및 d2)에 교차하도록 제공되어, 마이크로파는 슬롯을 통해 방출되며 진행한다.
환형 도파관이 단자를 갖지 않으며 무종단이므로, 방향(d1및 d2)(z축 방향)으로 전파되는 마이크로파는 상호 간섭한다. 참조 번호 C1은 도파관의 폭-방향 중심들을 연결함에 의해 형성되는 고리(링)를 표시하며, 선정된 모드의 정재파(standing wave)는 이러한 링의 길이 즉, 도파관 파장(도파관 내의 파장)의 정수배인 원주 길이를 설정함으로써 보다 용이하게 생성될 수 있다.
도 14는 마이크로파 진행 방향(z축 방향)에 수직인 단면을 도시한다. 이 도면에서, 도파관의 상부 및 하부 표면(3c)은 전계(EF)의 방향에 수직인 H-평면을 형성하는 한편, 도파관의 좌우 표면(3d)은 전계(EF)의 방향과 평행한 E-평면을 형성한다. 참조 번호 C0는 슬롯(3b)의 길이 방향(longitudinal direction) 즉, 마이크로파 진행/전파 방향에 수직인 방향(x축 방향)의 중심을 표시한다.
그러므로, 마이크로파 진행 방향에 수직인 도파관의 단면은, x축 및 y축을 각각 긴 쪽과 짧은 쪽으로 한 직사각형 형태를 갖는다.
환형 도파관(3a)에 도입된 마이크로파(MW)는 E-평면 T 분포의 분포기(10)에 의해 도면의 좌우로 분포되고, 자유 공간 내의 파장보다 더 긴 도파관 파장으로 전파된다. 분포된 마이크로파는 대향부에서 서로 간섭하여 도파관 파장의 매 1/2 마다 정재파를 형성한다. 슬롯을 교차하는 전계를 최대로 하는 위치에 제공된 슬롯(3b)으로부터 유전체 윈도우(4)를 통해 방사되는 누출파(EW)는 슬롯(3b) 주변에 플라즈마(P1)를 생성한다. 생성된 플라즈마(P1)의 전자 주파수가 마이크로파 전원의 주파수를 초과하는 경우 (예를 들면, 2.45GHz의 전원 주파수에서, 전자 밀도가 7×1010cm-3을 초과하는 경우), 마이크로파가 플라즈마를 통해 전파할 수 없는 소위 컷-오프(cut-off)가 초래되어, 마이크로파는 유전체 윈도우(4)와 플라즈마 사이의 인터페이스를 통해 표면파(SW)로서 전파한다. 인접 슬롯을 통해 도입된 표면파(SW)는 서로 간섭하여 표면파(SW)의 파장의 매 1/2(λεr -1/2, 여기서 λ은 자유 공간에서의 마이크로파 파장, εr은 유전 상수)마다 전계의 안티노드(antinode)를 형성한다. 플라즈마 생성 공간 측에 누출된 표면파의 간섭으로 인한 전계의 안티노드는 표면파 간섭 플라즈마(SIP)(P2)를 생성한다. 이 때, 처리 가스가 플라즈마 처리 챔버로 도입되는 경우, 처리 가스는 이와 같이 생성된 고밀도 플라즈마에 의해 여기되거나, 분해되거나, 또는 이온화되어 아티클 표면의 처리를 가능하게 한다.
이러한 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 이용하여, 약 1.33Pa의 압력 및 1kW 이상의 마이크로파 전력에서, 300mm 이상의 직경을 갖는 개구가 있는 공간 내에, ±3% 내의 균일도를 갖고, 전자 밀도가 1012/㎤ 이상이며, 전자 온도가 3eV 이하이고, 플라즈마 전위가 20V 미만인 고밀도 저전위 플라즈마를 생성할 수 있다.
그러므로, 가스가 충분히 반응하고, 처리될 표면에 활성인 상태로 공급될 수 있다. 더욱이, 압력이 2.7Pa이고 마이크로파 전력이 2kW일 때, 마이크로파로 인한 전류가 유전체 윈도우의 내부 표면으로부터 8 내지 10mm 벗어난 위치에서는 검출될 수 없다. 이는 매우 얇은 플라즈마 층이 플라즈마 확산이 억제되는 고압 영역에서 유전체 윈도우 부근에 형성됨을 의미한다. 그러므로, 입사 이온으로 인한 아티클 표면 손상이 감소될 수 있어서, 저온에서도 고품질 고속의 처리가 가능하다.
예를 들면, 환형 도파관의 원주 길이는 아티클의 처리 영역에 따라 도파관 파장의 2배, 3배, 4배, ... (즉, 도파관 파장의 정수배) 중에서 선택되어야 한다.공기가 도파관 내 분위기 압력에서 존재하는 경우, 도파관 파장이 약 159mm 임을 감안하면, 선택 가능한 원주 길이는 약 318mm, 약 477mm, 약 636mm 등이다. 이들 값을 링에 대한 직경으로 변환하면 약 101mm, 약 151mm, 약 202mm가 제공된다.
반면에, 통상적인 8-인치 또는 12-인치 웨이퍼가, 처리될 아티클로서 사용되는 경우, 그 직경은 각각 약 200mm 및 약 300mm이다. 두 부재가 최적의 조합인 경우라도, 플라즈마의 균일성 및 처리의 균일성이 충분히 얻어질 수 있다고 말할 수 없다. 예를 들면, 플라즈마 밀도가 링의 중심 주위 또는 아티클의 중심 주위에서 낮아져서, 처리 속도가 감소된다.
본 발명의 목적은 링의 반경 방향 또는 그 등가 방향으로 마이크로파 방사 특성을 더욱 정확하게 제어할 수 있는 마이크로파 공급기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 아티클의 반경 방향에서의 처리의 균일성을 보다 효율적으로 개선할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 링의 반경 및 원주 방향 또는 그 등가 방향에서의 마이크로파 방사 균일성을 개선할 수 있는 마이크로파 공급기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 아티클의 반경 및 원주 방향 또는 그 등가 방향에서의 처리의 균일성을 완전히 개선할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 특성에 따르면, 마이크로파를 방사하기 위한 복수의 슬롯들을 구비한 표면을 갖는 환형 도파관을 포함하는 마이크로파 공급기 또는 플라즈마 처리 장치가 제공되는데, 여기서 복수의 슬롯들의 중심은 환형 도파관의 중심에 대해 표면에 수평 방향으로 오프셋된다.
본 발명의 다른 특성에 따르면, 마이크로파를 방사하기 위한 복수의 슬롯들을 구비한 평탄한 표면을 갖는 환형 도파관을 포함하는 마이크로파 공급기 또는 플라즈마 처리 장치가 제공되는데, 여기서 복수의 슬롯들은 마이크로파 진행 방향과 교차하는 방향으로 제공되는 불연속적인 선형 슬롯이다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 단면도.
도 2는 본 발명에 이용되는 슬롯이 형성된 평탄 플레이트의 일례를 도시하는 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 다른 플라즈마 처리 장치의 개략적인 단면도.
도 4는 본 발명에서 사용되는 슬롯이 형성된 평탄 플레이트의 다른 예를 도시하는 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 환형 도파관을 사용하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 개략적인 단면도.
도 6은 슬롯이 형성된 평탄 플레이트의 평면도.
도 7은 본 발명에 따른 접선 방향 도입형(tangential introduction type) 환형 도파관을 사용하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 개략적인 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 다른 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 개략적인 단면도.
도 9는 본 발명에 따른 다른 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 개략적인 단면도.
도 10a, 10b, 10c, 10d, 및 10e는 플라즈마 처리 방법의 일례를 도시하는 개략도.
도 11a, 11b, 및 11c는 플라즈마 처리 방법의 다른 예를 도시하는 개략도.
도 12는 플라즈마 처리 장치의 구성을 도시하는 개략도.
도 13은 마이크로파 공급기의 개략적인 단면도.
도 14는 도파관의 개략적인 단면도.
도 15는 마이크로파의 방사를 도시하는 개략적인 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 콘테이너
2 : 홀딩 수단
3 : 마이크로파 공급기
4 : 유전체 윈도우
5 : 마이크로파 도파관
6 : 마이크로파 전원
7 : 가스 공급 파이프
8 : 배기 통로
9 : 플라즈마 생성 챔버
12 : 리프트 핀
13 : 환형 도파관
15 : 마이크로파 도입 포트
17 : 가스 공급 포트
18 : 진공 펌프
23 : 슬롯이 형성된 평탄 플레이트
27 : 가스 공급 시스템
28 : 컨덕턴스 밸브
33 : 슬롯
37 : 유속 제어기
47 : 밸브
57 : 가스 실린더
C1 : 환형 도파관(13)의 중심
C2 : 슬롯(33)의 중심
P : 플라즈마
[제1 실시예]
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략적인 단면도이다.
마이크로파를 방사하기 위한 복수의 슬롯들(33)을 구비한 표면을 갖는 환형 도파관(13)을 포함하는 마이크로파 공급기(3)는, 복수의 슬롯들(33)의 중심들(C2)이 환형 도파관(13)의 중심(C1)에 대해 상기 표면에 평행한 방향으로 오프셋되는 것을 특징으로 한다.
특히, 참조 번호 1은 그 내부에 처리될 아티클(W)를 하우징할 수 있고 플라즈마 생성 챔버(9) 내에 플라즈마를 생성할 수 있는 진공 콘테이너를 표시하며, 예를 들면 대기 개방형의 콘테이너 또는 인접하게 제공된 로드 락 챔버(load lock chamber; 도시되지 않음)에 의해 대기로부터 차단된 콘테이너이다.
참조 번호 2는 진공 콘테이너(1) 내의 아티클(W)을 하우징하고 아티클을 홀딩하며, 아티클(W)를 높이거나 낮출 수 있는 리프트 핀(12)을 갖고, 상황에 따라서 아티클(W)을 가열하기 위한 가열기 또는 아티클(W)을 냉각시키기 위한 냉각기와 같은 온도 제어 수단을 더 구비한 "서셉터" 또는 "홀더"로 칭하는 아티클 홀딩 수단을 표시한다.
참조 번호 3은 슬롯(33)이 내부에 오프셋되는 진공 콘테이너(1) 내에 플라즈마를 생성하도록 마이크로파 에너지를 공급하기 위한 마이크로파 공급기를 표시한다. 첨언하면, 도 14에 도시된 슬롯은 오프셋되지 않는다.
참조 번호 4는 진공 콘테이너(1)의 내부를 밀폐시키면서 마이크로파를 투과시키는 유전체 윈도우를 표시한다.
참조 번호 5는 마이크로파 도파관을 표시하고, 참조 번호 6은 마이크로파 전원을 표시한다.
참조 번호 7은 마이크로파에 의해 플라즈마로 변환될 처리 가스를 공급하기 위한 가스 공급 통로를 표시하되, 이 통로는 상부로 경사지게 연장되며 그 단부에 가스 공급 포트(17)를 갖는다.
가스 공급 통로(7)는 가스 실린더(57), 밸브(47), 유속 제어기(37) 등을 포함하는 가스 공급 시스템(27)과 통신한다.
참조 번호 8은 콘테이너(12)의 내부를 배기하기 위한 배기 통로를 표시하되, 이 통로는 진공 펌프(18), 밸브(28) 등을 포함하는 배기 시스템과 배기 개구 (도시되지 않음)를 통해 통신한다.
도 2는 도 1의 장치의 마이크로파 공급기 내에 사용되는, 슬롯이 형성된 평탄 플레이트(23)의 예를 도시하는 평면도이다.
슬롯이 형성된 평탄 플레이트(23)는 복수의 슬롯들(33)을 갖는다. 복수의 슬롯들(33)은, 슬롯(33)의 중심들(C2)을 함께 연결시킴으로써 형성되는 선이, 환형 도파관(13)의 폭-방향 중심들(C1)을 함께 연결시킴으로써 형성된 선의 반경 방향에서 내측에 위치되도록 평탄 플레이트(23)의 표면에 평행한 방향으로 오프셋된다. 본 도면에서, C3는 환형 도파관(13)의 외부 측면의 위치를 표시하고, C4는 그 내측 표면을 표시한다.
도 1에 도시된 장치를 사용하는 플라즈마 처리 방법이 후술된다.
처리 가스는, 가스 공급 포트(17)로부터, 감압되었고 선정된 압력까지 배기된 진공 콘테이너(1)의 내부로 공급된다.
처리 가스는 플라즈마 생성 챔버를 형성하는 공간(9)으로 방출된 다음, 배기 통로(8)로 방출된다.
반면에, 마그네트론(magnetron)과 같이 마이크로파 전원(6)으로 생성된 마이크로파는 동축, 실린더형, 또는 직사각형 도파관과 같은 도파관(5)을 통해 전파되고, 도입부(15)를 통해 마이크로파 공급기(3)로 도입된다.
한 슬롯(33)에 대향하는 상부 H-평면을 통해 도입된 마이크로파는, 마이크로파 공급기(3)의 무종단 환형 도파관(13)을 통해 도 2에 도시된 것처럼 시계 방향 및 반시계 방향으로 전파하면서, 슬롯을 통해 방출된다.
도파관을 통해 예를 들어 TE10모드로 전파하고 진행하는 마이크로파의 전파/진행 방향을 가로지르는 슬롯들(33)의 길이 방향이 환형 도파관(13)의 H-평면에 제공되기 때문에, 마이크로파가 슬롯들(33)을 통해 공간(9)을 향해 방사된다.
마이크로파는 유전체로 만들어진 마이크로파 전송 윈도우(4)를 통해 공간(9)에 공급된다.
공간(9) 내에 존재하는 처리 가스는 마이크로파 에너지에 의해 여기되어 플라즈마 P를 생성한다. 마이크로파 방사와 플라즈마 생성의 메카니즘은 도 15에 도시된 바와 같다.
이 플라즈마를 사용하여 아티클 W의 표면에 대해 표면 처리를 행하게 된다. 플라즈마 P는, 공급된 마이크로파의 전력과 콘테이너 내부의 압력에 따라, 도 1에 도시된 바와 같이 슬롯들 아래에만 존재할 수 있든가 아니면 유전체 윈도우(4)의 전체 저면 상을 확산될 수 있다.
상술한 슬롯들의 배치와는 대조적으로, 슬롯들은 아티클 W의 크기 또는 마이크로파 공급기의 도파관의 원주 길이에 따라 외부에 오프셋될 수 있다.
[실시예 2]
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 마이크로파 방사를 위한 복수의 슬롯들을 구비한 평면을 갖는 환형 도파관을 포함한 마이크로파 공급기가 제공되는데, 상기 복수의 슬롯들은 마이크로파 진행 방향에 교차하는 방향으로 제공된 불연속적인 선형 슬롯들(33, 43)인 것을 특징으로 한다.
도 3은 이러한 플라즈마 처리 장치를 나타내는 개략적인 단면도이다.
상기 장치는 도 4에 도시된 바와 같은 슬롯이 형성된 평탄 플레이트(23)를 갖는다. 이 장치는 도 4에 도시된 바와 같은 슬롯이 형성된 평탄 플레이트(23)와 아티클 바이어싱 전원(22)이 구비된다는 점에서 도 1의 장치와 다르다.
이 장치는 공간(9) 내부의 압력이 플라즈마를 퍼지도록 제어하기 위해 감소될 수 있고, 플라즈마 처리는 바이어스 전원(22)으로부터 아티클에 바이어스 전압을 공급하는 동안 수행될 수 있도록 구성된다. 이러한 구성은 에칭 처리에 적합하다.
또한, 홀딩 수단(2)이 냉각기와 함께 제공되어, 필요에 따라 아티클 W의 온도가 상승하는 것을 억제한다.
도 1과 도 2에 사용된 것과 동일한 참조 번호들이 도 1의 실시예에 따른 장치의 구성 소자들과 같은 소자들을 나타내며 이에 대한 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명에 사용된 마이크로파 공급기의 슬롯이 형성된 평탄 플레이트의 또 다른 실시예를 나타낸 평면도이다.
도 4의 슬롯이 형성된 평탄 플레이트는 슬롯들(33)의 연장선들 상에 복수의 슬롯들(43)이 더 구비된다는 점에서 도 2의 평탄 플레이트과 다르다.
또한, 외부 슬롯들(43)은 슬롯들(43)의 중심들(C5)을 함께 연결하여 형성된 선이 환형 도파관(13)의 폭 방향 중심들(C1)을 함께 연결하여 형성되는 선의 반경 방향에서 외부로 오프셋된다.
동일한 반경 방향에 있는 슬롯들(33, 43)의 각 쌍은 선형적으로 불연속적이어서, 마이크로파의 반경 방사는 종래의 슬롯들에 비해 더 균일하게 수행될 수 있다. 또한, 한 쌍의 슬롯(33, 43)이 단일 롱-사이즈 슬릿으로 결합되는 경우와 비교하여, 원주 방사 (즉, 마이크로파가 진행하는 방향으로의 방사)가 더 균일하게 수행될 수 있다.
본 발명에 사용된 슬롯들의 오프셋 량은 사용되는 처리 조건들에 따라 적당하게 결정된다. 특히, 슬롯이 형성된 평탄 플레이트(23)가 도전성 베이스 부재에 대해 도파관(13)을 형성하기 위한 리세스로 교환 가능하도록 형성되는 경우, 처리 조건들에 따라 유연하게 변경하는 것이 가능하다.
슬롯의 중심이 환형 도파관의 중심과 다른 본 발명에 사용된 중심이 다른 슬롯의 형태는, 단일 직사각형의 천공일 수 있으며, 또는 대안적으로 도파관 파장의 1/4 내지 1/8 배의 길이를 갖는 복수의 천공들의 조합일 수 있고, 각 슬롯의 중심이 도파관의 중심선에 대해 내부나 외부에 오프셋되게 한 선을 따라 불연속적으로 배열될 수 있다.
[실시예 3]
도 5와 도 6을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무종단 환형 도파관과 이를 사용한 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예로서 불연속적인 선형 슬롯들을 갖는 평탄 플레이트를 구비한 환형 도파관을 사용하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 개략적인 종단면도이고, 도 6은 도 5의 환형 도파관의 슬롯이 형성된 평탄 플레이트의 평면도이다.
이 장치는 환형 도파관 (마이크로파 공급기)(3)의 크기가, 아래 쪽에 가스 공급 포트(17)가 구비된 아티클 W의 크기보다 크고, 내부 및 외부에 각각 오프셋된 불연속적인 선형 슬롯들(33, 43)의 8쌍이 있다는 점에서 도 3 및 도 4에 도시된 장치와 다르다. 또한, 홀딩 수단(2)은 아티클 W의 온도 제어를 위해 가열기(114)와 함께 제공된다.
배기 시스템과 가스 공급 시스템은 도 1 및 도 3에 도시된 것과 동일하다.
도 5에서, 슬롯들(33, 43)은 편의상 도시하지 않았다.
플라즈마의 생성과 처리는 다음과 같이 수행된다. 콘테이너(1)의 내부는 배기 시스템 (도시되지 않음)에 의해 배기된다. 이어서, 플라즈마 처리 가스가 선정된 유속으로 가스 공급 통로(7)를 통해 콘테이너(1)에 도입된다. 그런 다음, 배기 시스템 (도시되지 않음) 내에 구비된 컨덕턴스 밸브 (도시되지 않음)가 조정되어 콘테이너(1)의 내부를 선정된 압력으로 유지시킨다. 마이크로파 전원 (도시되지 않음)으로부터 원하는 전력이 마이크로파 공급기(3)를 통해 콘테이너(1)에 공급되어 콘테이너(1) 내에 플라즈마를 생성한다. 이 때, 도입된 처리 가스는 홀딩 수단(102) 상에 놓인 아티클 W의 표면을 처리하기 위해 발생된 고밀도 플라즈마에 의해 여기되거나, 분해되거나, 또는 이온화된다.
본 발명에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 사용된 마이크로파 공급기를 형성하는 환형 도파관의 재로로는 임의의 도전체가 사용될 수 있지만, 최적의 재료는 마이크로파의 전파 손실을 최소화하기 위해 높은 도전성을 갖는 Al, Cu, 또는 Ag/Cu로 도금된 스테인레스 스틸이다.
본 발명에 사용된 환형 도파관의 마이크로파 도입 포트(15)의 방향은 도면들에 도시된 H-평면에 수직일 수 있어서, 마이크로파는 도입부에서 마이크로파 전파 공간에 대해 오른쪽과 왼쪽 방향들로 분포되거나, 또는 효율적으로 마이크로파를 마이크로파 공급기 내의 도파관에 도입할 수만 있다면, H-평면에 대해 평행하고 전파 공간에 대해 접선 방향으로 될 수도 있다.
본 발명에 사용된 마이크로파 공급기의 마이크로파 진행 방향에서 슬롯의 간격은 최적으로 도파관 파장의 1/2이다. 본 발명에서, 불연속적인 슬롯의 연속 부분들 각각의 길이, 즉 슬롯들(33, 43)의 길이들은 각각 바람직하게 도파관 파장의 1/4 내지 3/8 범위 내이다.
불연속적인 선형 슬롯(33, 43)은 마이크로파 진행 방향(121)에 교차하는 방향으로 있다. 즉, 슬롯의 길이 방향은 마이크로파 진행 방향(121)과 교차하는데, 예를 들면 본 실시예에서는 직교한다. 본 실시예에서는, 직사각형의 도파관이 환형이 되도록 링 같은 형태 (원형 링으로만 제한되지 않고, 타원, 사각, 오각 링 등을 포함함)로 형성되기 때문에, TE10모드 (H01모드)의 마이크로파가 전파되도록 해주어, 하나의 불연속적인 선형 슬롯 (한 쌍의 슬롯)은 하나의 오실레이션(oscillation) 루프에 대응한다. 도면에서, 참조 번호 120은 개략적으로 자계의 방향을 나타낸다.
유전체 윈도우(4)에 적합한 재료는 무수 합성 석영이고, 윈도우는 직경이 299㎜이고 두께가 12㎜이다. 불연속적인 선형 슬롯들을 구비한 평탄 플레이트를 갖는 환형 도파관(3) (이하, 간단히 "평탄 플레이트형 환형 도파관"으로서 언급됨)는 내부 벽 단면이 27㎜×96㎜이고 중심 직경이 202㎜이다. 평탄 플레이트형 환형 도파관(3)의 재료로는 마이크로파의 전파 손실을 억제하기 위해 Al이 전체적으로 사용된다. 환형 도파관(3)의 H-평면에는, 8쌍의 불연속적인 선형 슬롯들(33, 43)이 형성된다. 도파관의 중심선의 내부와 외부에는, 길이가 42㎜이고 폭이 3㎜인 직사각형의 슬롯들의 각 쌍이 선형적으로 배열되고, 슬롯들의 각 쌍들은 도파관 파장의 1/2의 간격으로 방사상으로 형성된다. 도파관 파장은 사용된 마이크로파의 주파수와 도파관의 단면 크기에 따라 결정되지만, 주파수 2.45㎓의 마이크로파와 상술한 크기의 도파관의 이용은 약 159㎜의 도파관 파장을 제공한다. 사용된 환형 도파관에는, 도파관의 중심선의 내부와 외부에 45˚의 간격으로 길이가 42㎜이고 폭이 3㎜인 직사각형의 슬롯들이 총 16개가 형성되어 있다. 환형 도파관(3)에는, 4E 튜너, 방향성 결합기, 분리기, 및 주파수가 2.45㎓인 마이크로파 전원 (도시되지 않음)이 연결된다.
도 5 및 도 6에 도시된 마이크로파 플라즈마 처리 장치는 Ar 유속이 500sccm, 압력이 1.33Pa와 133Pa, 마이크로파 전력이 3.0kW인 조건에서 플라즈마를 발생시키기 위해 사용되고, 이와 같이 얻어진 플라즈마가 측정되었다. 플라즈마는 단일 프루브 방법을 사용하여 다음과 같이 측정되었다. 프루브에 공급된 전압은 -50V 내지 +100V의 범위 내에서 변화되었고, 프루브를 통해 흐르는 전류는 I-V 측정 장치를 사용하여 측정되었다. 전자 밀도, 전자 온도, 및 플라즈마 전위는 이렇게 구해진 I-V 곡선으로부터 Langmuir법으로 계산되었다. 그 결과, 압력 1.33Pa에서 전자 밀도는 (φ300 면 내에서) 2.1×1012/㎤ ± 2.7%이었고, 압력 133Pa에서 전자 밀도는 (φ300 면 내에서) 9.6×1011/㎤ ± 5.4%이었고, 고압 영역에서도 고밀도의 균일한 플라즈마가 형성된 것이 확인되었다. "φ300 면 내에서"라는 표현은 직경이 300㎜인 원 내부를 의미한다.
[실시예 4]
도 7은 평탄 플레이트형의 접선 방향 도입형 환형 도파관을 사용하는 마이크로파 처리 장치의 개략적인 종단면도이다.
플라즈마의 생성과 처리는 앞서 설명한 실시예들에서와 동일하다.
마이크로파 전원(도시되지 않음)으로부터 소정의 전력이 E-평면에 형성된 도입 포트(15)를 통해 평탄 플레이트형 환형 도파관(3)에 도입된다. 도입된 마이크로파는 도파관 파장의 1/2의 간격으로 형성된 슬롯들을 경유하여 유전체 윈도우(4)를 통해 플라즈마 생성 공간(9)의 내부에 공급된다. 공간(9)에 도입되지 않은 채 도파관(3)을 통해 일회전하여 전파된 마이크로파는 도입부(15) 근처에 새로 도입되는 마이크로파와 간섭하여 서로 보강되고, 대부분의 마이크로파는 도파관을 통해 수회전하여 전파되기 전에 플라즈마 생성 공간(9) 내부로 도입된다. 본 도면에서, 마이크로파 도입 포트(15) 이외의 다른 부분의 구성은 실시예 3의 것과 동일하다. 또한, 도 7은 편의상 슬롯들을 생략하였다.
도 7에 도시된 마이크로파 플라즈마 처리 장치는 Ar 유속이 500sccm, 압력이 1.33Pa와 133Pa, 마이크로파 전력이 3.0kW인 조건에서 플라즈마를 생성하기 위해 사용되었고, 얻어진 플라즈마가 측정되었다. 플라즈마는 단일 프루브 방법을 사용하여 다음과 같이 측정되었다. 프루브에 공급된 전압은 -50V 내지 +100V의 범위 내에서 변화되었고, 프루브를 통해 흐르는 전류는 I-V 측정 장치를 사용하여 측정되었다. 전자 밀도, 전자 온도, 및 플라즈마 전위는 이렇게 구해진 I-V 곡선으로부터 Langmuir법으로 계산되었다. 그 결과, 압력 1.33Pa에서 전자 밀도는 (φ300 면 내에서) 1.9×1012/㎤ ± 2.7%이었고, 압력 133Pa에서 전자 밀도는 (φ300 면 내에서) 8.7×1011/㎤ ± 5.6%이었고, 고압 영역에서도 고밀도의 균일한 플라즈마가 형성된 것이 확인되었다.
[실시예 5]
도 8은 RF 바이어스 공급 메카니즘을 사용하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 개략적인 종단면도이다. 이 도면에서, 참조 번호 22는 RF 바이어스 공급 수단을 나타낸다. 도 8에서도 편의상 슬롯들을 생략하였다.
플라즈마의 생성과 처리는 다음과 같이 수행되었다. 아티클 W은 홀딩 수단(2) 상에 놓이고 가열기(114)를 사용하여 소정의 온도로 가열된다. 플라즈마 생성 공간(9)은 배기 시스템 (도시되지 않음)을 통해 배기된다. 이어서, 플라즈마 처리 가스가 선정된 유속으로 플라즈마 생성 공간(9)에 도입된다. 그런 다음, 배기 시스템 (도시되지 않음)에 구비된 컨덕턴스 밸브 (도시되지 않음)가 조정되어 플라즈마 생성 공간(9)을 선정된 압력으로 유지한다. RF 바이어스 공급 수단(22)은 홀딩 수단(2)에 RF 전력을 공급하기 위해 사용되고, 한편 마이크로파 전원 (도시되지 않음)으로부터의 소정의 전력이 평탄 플레이트형 환형 도파관(3)을 경유하여 유전체 윈도우(4)를 통해 플라즈마 생성 공간(9)에 도입된다. 도입된 마이크로파의 전계는 전자들을 가속시켜 플라즈마 생성 공간(9)에 플라즈마를 발생시킨다. 이 때, 처리 가스는 아티클 W의 표면을 처리하기 위해 발생된 고밀도 플라즈마에 의해 여기되거나, 분해되거나, 또는 이온화된다. 또한, RF 바이어스는 아티클에 입사하는 이온들의 운동 에너지를 제어하는 데 사용될 수 있다.
[실시예 6]
도 9는 온도 제어용 냉각 메카니즘을 갖는 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 개략적인 종단면도이다. 이 도면에서, 참조 번호 414는 아티클을 냉각하기 위한 냉각기를 나타낸다. 도 9에서도 편의상 슬롯들을 생략하였다.
플라즈마의 생성과 처리는 다음과 같이 수행된다. 아티클 W은 홀딩 수단(2) 상에 놓이고 냉각기(414)를 사용하여 냉각된다. 플라즈마 생성 공간(9)은 배기 시스템 (도시되지 않음)을 통해 배기된다. 이어서, 플라즈마 처리 가스가 도입된다. 그런 다음, 배기 시스템 (도시되지 않음)에 구비된 컨덕턴스 밸브 (도시되지 않음)가 조정되어 플라즈마 생성 공간(9)을 선정된 압력으로 유지한다. RF 바이어스 공급 수단(302)은 홀딩 수단(2)에 RF 전력을 공급하도록 사용되고, 한편 마이크로파 전원 (도시되지 않음)으로부터의 소정의 전력이 평탄 플레이트형 환형 도파관(3)을 경유하여 유전체 윈도우(4)를 통해 플라즈마 생성 공간(9)에 도입된다. 도입된 마이크로파의 전계는 전자들을 가속시켜 플라즈마를 발생시킨다. 냉각기(414)의 사용은 고밀도의 플라즈마와 고바이어스가 사용되는 경우 이온 입사에 의해 야기되는 아티클의 과열을 억제할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 사용된 환형 도파관의 형태는 원형 링으로만 제한되지 않고, 그것이 환형이기만 하면 타원, 사각, 오각 링 등일 수 있다.
반도체 웨이퍼, 광학 디스크, 자기 디스크와 같은 디스크형의 부품이 처리되는 경우, 환형 링 형태가 바람직하다.
본 발명에 사용된 환형 도파관을 구비한 마이크로파 공급기로서는, 도파관 형성을 위한 환형 리세스와 슬롯이 형성된 평탄 플레이트를 갖는 도전성 부재의 조립체를 사용하는 것이 바람직하다.
도파관의 내부는 유전체로 채워져서 필요에 따라 도파관 파장을 감소시키는 것이 또한 바람직하다. 이러한 유전체로서는, 테트라플루오르에틸렌(tetrafluoroethylene) 등과 같은 수지가 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명에 사용된 슬롯들의 오프셋 량은 상술한 바와 같이 사용되는 처리 조건에 따라 적당하게 결정된다. 특히, 슬롯이 형성된 평탄 플레이트(23)가 교환 가능하게 구성되는 경우, 처리 조건들의 변화에 유연하게 대처할 수 있다.
슬롯의 중심이 환형 도파관의 중심과 다른 본 발명에 사용된 중심이 다른 슬롯의 형태는 단일 직사각형의 천공일 수 있고, 대안적으로 도파관 파장의 1/4 내지 3/8의 길이를 갖는 복수의 천공들의 조합일 수 있으며, 각 슬롯의 중심이 상술한 바와 같이 도파관의 중심선에 대해 내부와 외부로 오프셋되기만 한다면, 선을 따라 불연속적으로 배열될 수 있다.
본 발명에 사용된 슬롯이 형성된 평탄 플레이트와 환형 도파관의 재료로는, 임의의 도전체가 사용될 수 있지만, 최적의 재료는 마이크로파의 전파 손실을 최소화하기 위해 높은 도전성을 갖는 Al, Cu, 또는 Ag/Cu로 도금된 스테인레스 스틸이다.
본 발명에 사용된 환형 도파관에 마이크로파를 도입하는 방향은, H-평면 T 분포나 접선 방향 도입과 같이 H-평면에 평행하게 도입되는 방향이거나, 또는 마이크로파를 환형 도파관 내의 마이크로파 전파 공간으로 효율적으로 도입할 수만 있다면, 마이크로파가 E-평면 T 분포와 같이 H-평면에 수직으로 입사될 수 있는 방향일 수 있다. 또한, 도 15에 참조 번호 10으로 나타낸 것과 같은 분포기는 도입 포트 부근에 제공될 수 있다. 본 발명에 사용된 마이크로파 진행 방향에서의 슬롯 간격은 최적으로 도파관 파장의 1/2 내지 1/4이다.
본 발명에 사용된 마이크로파 주파수는 0.8㎓ 내지 20㎓의 범위 내에서 선택되는 것이 적합하다.
본 발명에 사용된 마이크로파 전송 윈도우의 유전체로서는, 석영 유리, SiO2-주성분의 유리, Si3N4, NaCl, KCl, LiF, CaF2, BaF2, Al2O3, AlN, MgO 등의 무기 물들이 포함될 수 있으나, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리스틸렌, 폴리아미드, 폴리이미드 등과 같은 유기물의 막이나 시트들이 사용될 수도 있다.
본 발명의 마이크로파 플라즈마 처리 장치 및 그 방법에서는, 자계 발생 수단이 사용될 수 있다. 본 발명에 사용된 자계로서는, 비록 미러 자계가 인가될 수도 있으나, 아티클 근처의 자계에서 보다 슬롯들 근처의 자계에서 더 큰 자속 밀도를 제공하는 마그네트론 자계가 최적이다. 코일 이외에 자계 발생 수단으로서는, 영구 자석이 사용될 수 있다. 코일이 사용되는 경우에는, 과열을 방지하기 위해 워터-, 또는 에어-냉각 메카니즘과 같은 또 다른 냉각 수단이 사용될 수 있다.
또한, 처리의 품질을 더 향상하기 위해, 아티클의 표면이 자외선으로 조사될 수 있다. 광원으로서는, 아티클이나 이에 피착된 가스에 의해 흡수되는 광을 방사하는 광원들을 사용하는 것이 가능하고, 액시머 레이저나 램프들, 희귀 가스 공진 선 램프, 저압 수은 램프 등이 사용되는 것이 적당하다.
본 발명의 플라즈마 처리 챔버 내부의 압력은 1.33×10-2Pa 내지 1.33×103Pa의 범위내에서 선택되고, CVD의 경우에는 더 바람직하게 1.33×10-1Pa 내지 1.33×10Pa 범위에서, 에칭의 경우에는 6.65×10-2Pa 내지 6.65Pa, 그리고 애싱의 경우에는 1.33×10Pa 내지 1.33×103Pa 범위에서 선택될 수 있다.
도 10a 내지 도 10e를 참조하여 본 발명에 따른 플라즈마 처리법을 설명한다.
도 10a에 도시된 바와 같이, CVD 장치 또는 표면 변형 장치에 의해, 실리콘 기판과 같은 아티클(101)의 표면 상에, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물(oxynitride), 알루미늄 산화물, 탄탈 산화물 등과 같은 무기물 기판, 또는 테트라플루오르에틸렌, 폴리아릴에테르 등과 같은 유기물 기판으로 이루어진 절연막(102)이 형성된다.
도 10b에 도시된 바와 같이, 포토레지스트가 그 위에 도포되고, 베이킹이 수행되어 포토레지스트층(103)을 형성한다.
도 10c에 도시된 바와 같이, 홀 패턴 잠상(latent image)이 조정기(aligner)에 의해 형성되고 현상되어 홀(104)을 구비한 포토레지스트(103')를 형성한다.
도 10d에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(103') 밑에 있는 절연막(102)은 에칭 장치에 의해 에칭되어 홀(105)들을 형성한다.
도 10e에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(103')은 애싱(ashing) 장치에 의해 애싱되어 제거된다.
따라서, 홀이 있는 절연막을 갖는 구조를 얻는다.
도체 등이 홀 내부에 더 적층되는 경우, 홀의 내부는 미리 클리닝 장치 등에 의해 클리닝된다.
또한, 도 1 내지 도 9를 참조하여 상술한 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는, 상술한 단계에 사용된 CVD 장치, 표면 변형 장치, 에칭 장치, 및 애싱 장치 중 적어도 하나로서 이용가능하다.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명에 따른 또 다른 플라즈마 처리 방법을 예시한다.
도 11a에 도시된 바와 같이, 알루미늄, 구리, 몰리브덴, 크롬, 또는 텅스텐과 같은 금속을 포함하는 도체의 패턴 (여기서는, 선 및 공간)이 형성되거나, 또는 주성분으로서 상기 금속들 중 적어도 하나를 포함하는 합금이 형성되거나 또는 다결정 실리콘이 형성된다.
도 11b에 도시된 바와 같이, 절연막(107)이 CVD 장치 등에 의해 형성된다.
포토레지스트 패턴 (도시되지 않음)이 형성된 후, 홀(108)들이 에칭 장치에 의해 절연막(107)에 형성된다.
포토레지스트 패턴이 애싱 장치 등에 의해 제거되어 도 11c에 도시된 바와 같은 구조를 제공한다.
또한, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 상술한 CVD 장치, 에칭 장치, 및 애싱 장치로서 사용될 수 있지만, 이하 설명하는 바와 같이 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 마이크로파 플라즈마 처리 방법에 따른 피착되는 막의 형성에 있어서, 사용되는 가스들을 적절히 선택하면, Si3N4, SiO2, Ta2O5, TiO2, TiN, Al2O3, AlN, MgF2, AlF3, 탄화 플루오르 등으로 이루어진 절연막; a-Si(비결정질 실리콘), poly-Si(폴리실리콘), SiC, GaAs 등으로 이루어진 반도체 막; 및 Al, W, Mo, Ti, Ta 등의 금속막; 및 비결정질 탄소, 다이아몬드류의 탄소, 다이아몬드 등과 같이 다양하게 피착된 막들을 효과적으로 형성시킬 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리 방법에 의해 처리되는 아티클의 기본 부재 (기판)는 반도전성, 도전성, 또는 절연성일 것이다. 이것의 특정한 예는 Si 웨이퍼, SOI 웨이퍼 등과 같은 반도체 기판을 포함한다.
도전성의 기판으로는, Fe, Ni, Cr, Al, Mo, Au, Nb, Ta, V, Ti, Pt, Pb 등과 같은 금속 및 황동, 스테인레스 스틸 등과 같은 합금이 포함될 수 있다.
절연성의 기판으로는, 석영 유리 및 그 외의 유리; Si3N4, NaCl, KCL, LiF, CaF2, BaF2, Al2O3, AlN, MgO 등과 같은 무기물 기판; 및 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리카르보네이트(polycarbonate), 셀룰로오스 아세테이트, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴클로라이드, 폴리스티렌(polystyrene), 폴리아미드, 폴리이미드 등과 같은 유기물 기판의 막 또는 시트를 포함할 수 있다.
CVD 처리에 의해 기판 상에 박막을 형성하는 경우에 사용되는 가스로는, 일반적으로 공지된 가스들이 사용될 수 있다.
특히, a-Si, poly-Si, 또는 SiC와 같은 Si를 주성분으로 한 반도체의 박막이 형성될 때, 상온 및 상압에서 가스 상태이거나, 쉽게 기화되는 것, 예를 들어 SiH4또는 Si2H6와 같은 무기 실레인(silane); 테트라에틸실레인(tetraethylsilane ; TES), 테트라메틸실레인(tetramethylsilane ; TMS), 디메틸실레인(dimethylsilane ; DMS), 디메틸디플루오르실레인(dimethyldifluorosilane ; DMDFS), 또는 디메틸디클로로실레인(dimethyldichlorosilane ; DMDCS)과 같은 유기 실레인; 또는 SiF4, Si2F6, Si3F8, SiHF3, SiH2F2, SiCl4, Si2Cl6, SiHCl3, SiH2Cl2, SiH3Cl, 또는 SiCl2F2와 같은 핼로실레인(halosilane)이 포함될 수 있다. 또한, Si 재료 가스와 혼합되어 도입될 수 있는 추가적인 가스 또는 캐리어(carrier) 가스로서, H2, He, Ne, Ar, Kr, Xe, 및 Rn이 포함될 수 있다.
Si3N4또는 SiO2와 같은 Si 화합물에 기초하여 박막의 형성에 사용되는 Si 원소를 포함하는 재료로서, 상온 및 상압에서 가스 상태를 유지하고 기화기 또는 버블러(bubbler)를 사용하여 쉽게 기화되는: SiH4또는 Si2H6와 같은 무기 실레인; 테트라에톡시실레인(tetraetoxysilane ; TEOS), 테트라메톡시실레인(tetrametoxysilane ; TMOS), 옥타메틸시클로테트라실레인(octamethylcyclotetrasilane ; OMCTS), 또는 디메틸디플루오르실레인(DMDFS), 디메틸디클로르실레인(DMDCS)과 같은 유기 실레인; 또는 SiF4, Si2F6, Si3F8, SiHF3, SiH2F2, SiCl4, Si2Cl6, SiHCl3, SiH2Cl2, SiH3Cl, 또는 SiCl2F2와 같은 핼로실레인과 같은 재료가 사용될 수 있다. 또한, 동시에 도입될 수 있는 질소 또는 산소 재료 가스와 같이, N2, NH3, N2H4, 헥사메틸디실라젠(hexamethyldisilazane ; HMDS), O2, O3, H2O, NO, N2O, NO2등이 포함될 수 있다.
Al, W, Mo, Ti, Ta 등과 같은 금속 박막을 형성하는 데 사용되는 금속 원자들을 포함하는 재료는, 트리메틸 알루미늄(TMAl), 트리에틸 알루미늄(TEAl), 트리이소부틸 알루미늄(TIBAl), 디메틸 알루미늄 하이드리드(dimethyl aluminium hydride ; DMAlH), 텅스텐 카르보닐(tungsten carbonyl ; W(CO)6), 몰리브덴 카르보닐(molybdenum carbonyl ; Mo(CO)6), 트리메틸 갈륨(trimethyl gallium ; TMGa), 및 트리에틸 갈륨(triethyl gallium ; TEGa)과 같은 유기 금속; 및 AlCl3, WF6, TiCl3, 및 TaCl5와 같은 할로겐화(halogenerated) 금속을 포함한다. 이 경우, 상기 Si 재료 가스와 혼합될 수 있는 추가적인 가스 또는 캐리어 가스로서, H2, He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn 등이 포함될 수 있다.
Al2O3, AlN, Ta2O5, TiO2, TiN, WO3등과 같이 금속 화합물 박막을 형성하는 데 사용되는 금속 원자들을 포함하는 재료는, 트리메틸 알루미늄(TMAl), 트리에틸 알루미늄(TEAl), 트리이소부틸 알루미늄(triisobutyl aluminium ; TIBAl), 디메틸 알루미늄 하이드리드(DMAlH), 텅스텐 카르보닐(W(CO)6), 몰리브덴 카르보닐(Mo(CO)6), 트리메틸 갈륨(TMGa), 및 트리에틸 갈륨(TEGa)과 같은 유기 금속; 및 AlCl3, WF6, TiCl3, 및 TaCl5와 같은 할로겐화 금속을 포함한다. 이 경우, 동시에 도입될 수 있는 산소 또는 질소 재료는 O2, O3, H2O, NO, N2O, NO2, N2, NH3, N2H4, 및 헥사메틸디실라젠(HMDS)을 포함한다.
비결정질 탄소, 다이아몬드류의 탄소, 다이아몬드 등과 같은 탄소막이 형성될 때, CH4, C2H6등과 같이 탄소를 포함하는 가스가 바람직하게 사용될 수 있다.
탄화 플루오르막이 형성될 때, CF4, C2F6등과 같은 플루오르 및 탄소가 포함된 가스가 바람직하게 사용될 수 있다.
기판의 표면을 에칭하기 위한 에칭 가스로서, F2, CF4, CH2F2, C2F6, C4F8, CF2Cl2, SF6, NF3, Cl2, CCl4, CH2Cl2, C2Cl6등이 포함될 수 있다.
포토레지스트와 같은 기판의 표면 상의 무기 화합물을 애싱하고 제거하기 위한 애싱 가스로서, O2, O3, H2O, N2, NO, N2O, NO2등이 포함될 수 있다.
또한, 클리닝하는 경우, 상기 열거된 에칭 또는 애싱 가스, 또는 수소 가스, 또는 비활성화 가스가 사용될 수 있다.
게다가, 본 발명의 마이크로파 플라즈마 처리 장치 및 방법이 표면 변형에 적용될 때, 사용되는 가스의 적절한 선택으로, 예를 들어 Si, Al, Ti, Zn, 또는 Ta으로 구성되는 기판 또는 표층(surface layer)의 산화 또는 질화 처리, 또는 B, As, 또는 P의 도핑 처리가 가능하다. 또한, 본 발명은 클리닝 처리에 적용될 수 있다. 이 경우, 산화물, 유기물 기판, 또는 중금속을 클리닝하는 데 이용될 수 있다.
기판의 산화에 의한 표면 처리에 사용되는 산화 가스로서, O2, O3, H2O, NO, N2O, NO2등이 포함될 수 있다. 또한, 기판의 질화에 의한 표면 처리에 사용되는 질화 가스는 N2, HH3, N2H4, 및 헥사메틸디실라젠(HMDS)을 포함한다.
기판 표면 상의 유기물이 클리닝되는 경우, 또는 포토레지스트와 같은 기판 표면 상의 유기 화합물이 애싱에 의해 제거되는 경우에 사용되는 클리닝/애싱 가스로서, O2, O3, H2O, H2, NO, N2O, NO2등이 포함될 수 있다. 또한, 기판 표면 상의 무기물이 클리닝될 때 사용되는 클리닝 가스로는, F2, CF4, CH2F2, C2F6, C4F8, CF2Cl2, SF6, NF3등이 포함될 수 있다.
본 발명은 예들을 참조로 이하 상세히 설명되지만, 이 예들에 한정되는 것은 아니다.
[예 1]
본 예에 있어서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 구성을 갖는 장치가 제조되며, 플라즈마가 이 장치 내부에 생성된다.
알루미늄 도전성 부재에 있어서, 마이크로파 진행 방향에 수직인 부분으로써 높이가 27㎜이고 폭이 96㎜인 직사각형의 부분을 갖고 도파관 길이의 3배, 즉 152㎜의 원주 길이를 갖는 무종단 환형 도파관을 형성하는 환형 그루브가 형성된다.
도전성의 평탄 플레이트에 있어서, 도파관 길이의 1/2의 간격으로 길이가 42㎜이고 폭이 4㎜인 6개의 직사각형의 슬롯이 형성되어, 알루미늄으로 이루어진 슬롯이 형성된 평탄 플레이트(23)를 생산한다. 이 때, 슬롯들의 중심은 도파관(13)의 중심선에 관하여 24㎜만큼 내부로 오프셋된다.
도전성 부재 및 슬롯들이 형성된 평탄 플레이트는 도 1에 도시된 바와 같이 마이크로파 공급기에 조립된다.
무수 합성 석영 유리를 가공하여 직경 299㎜ 및 두께 12㎜의 디스크를 형성한 것을 유전체 윈도우(4)로서 이용한다.
실험의 목적을 위해, 프로브가 공간(9) 내에 배치되어, 공간(9) 내부가 배기되고, 아르곤 가스가 가스 공급 통로(7)를 통해 500sccm로 도입된다.
배기 시스템의 컨덕턴스 밸브 및 가스 공급 시스템의 질량 흐름 제어기는 공간(9) 내부의 압력을 1.33Pa로 유지시키도록 조정된다.
2.45㎓ 및 3.0㎾의 마이크로파는 TE10모드에서 4E 튜너, 방향성 결합기, 및 분리기를 거쳐 도파관(13)을 통하여 마이크로파 공급기(3)로 도입된다.
단일 프로브 방법을 이용하면, 프로브에 공급된 전압이 -50V 내지 +100V 범위 내에서 변화되는 한편 프로브를 통해 흐르는 전류가 측정되어 I-V 곡선을 얻고, 따라서 전자 밀도를 계산한다. 결과적으로, 직경이 300mm의 평면 내부에서 전자 밀도는 2.1×1012/㎝3이며 그의 (분산에 의해 표시되는) 균일도는 ±2.7%이다.
다음으로, 압력이 133Pa로 상승되고, 전자 밀도가 상기한 바와 동일한 방식으로 측정될 때, 그 전자 밀도는 9.6×1011/㎝3이며 균일도는 ±5.4%이다.
상기한 바로부터, 고밀도의 플라즈마가 고압 영역에서도 공간(9)의 측면 중심 근처에서 형성된다.
[예 2]
본 예에 있어서, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 구성을 갖는 장치가 제조되며, 플라즈마가 이 장치 내부에 생성된다.
예 1에 사용된 슬롯이 형성된 평탄 플레이트가 도 4에 도시된 바와 같은 평탄 플레이트로 대체된다.
알루미늄 평탄 플레이트에 있어서, 길이가 42㎜이고 폭이 4㎜인 6개의 직사각형의 슬롯이 동일한 간격으로 내부의 위치에 형성된다. 오프셋 값은 23㎜이다.
또한, 길이가 42㎜이고 폭이 4㎜인 6개의 직사각형의 슬롯이 동일한 간격으로 외부의 위치에 형성된다. 오프셋 값은 23㎜이다.
따라서, 도파관 파장의 1/2의 간격으로 6쌍의 불연속인 선형 슬롯이 형성된다.
동일선 상의 슬롯 한 쌍의 간격이 4㎜이고, 인접한 불연속인 선형 슬롯에 의해 형성되는 각도는 60°이다.
또한, 무수 합성 석영 유리를 가동하여, 직경이 299㎜이고 두께가 16㎜인 디스크형의 유전체 윈도우(4)를 형성한다.
플라즈마의 전자 밀도를 계산하기 위해 예 1의 과정이 수행된다.
압력이 1.33Pa일 때, 전자 밀도는 1.9×1012/㎝3이며 균일도는 ±2.7%이다.
압력이 133Pa일 때, 전자 밀도는 8.7×1011/㎝3이며 균일도는 ±5.6%이다.
[예 3]
도 1 및 도 2에 도시된 마이크로파 플라즈마 처리 장치는 다음 절차에 의해 포토레지스트의 애싱을 수행하는 데 사용된다.
아티클 W로서, 홀을 통해 형성하기 위해 포토레지스트 패턴에서 실리콘 산화물의 절연막이 에칭된 직후 (직경이 200㎜인) 실리콘 기판이 사용된다. 먼저, Si 기판이 홀딩 수단(2) 상에 놓여 지고, 콘테이너(1)의 내부는 배기 시스템을 통해 배기되어 압력이 1.33×10-3Pa까지 감소된다. 산소 가스가 처리 가스 공급 포트(17)를 통해 콘테이너(1)로 2slm의 유속으로 도입된다. 그 다음, 배기 시스템에 제공되는 컨덕턴스 밸브(28)는 콘테이너(1)의 내부를 133Pa로 유지시키도록 조정된다. 마이크로파 전원(6)으로부터 1.5㎾ 및 2.45㎓의 전력이 마이크로파 공급기(3)를 통해 콘테이너(1)로 공급되어 공간(9) 내에 플라즈마를 생성한다. 이 때, 처리 가스 공급 포트(17)를 통해 도입되는 산소 가스는 공간(9) 내에서 오존으로 변환되고, Si 기판 W쪽으로 이동되어 기판 상의 포토레지스트를 산화시킨 다음, 포토레지스트를 기화함으로써 제거한다. 애싱 후, 애싱 속도 및 기판 표면상의 전하 밀도가 평가된다.
애싱 속도 및 균일도는 6.6㎛/min ± 4.5%만큼 매우 높고, 표면 전하 밀도는-1.3×1011/㎝2만큼 충분히 낮다.
[예 4]
도 3 및 도 4에 도시된 마이크로파 플라즈마 처리 장치는 포토레지스트의 애싱을 수행하는 데 사용된다.
사용되는 아티클 및 처리 절차는 예 3과 동일하다.
애싱 속도 및 균일도는 6.4㎛/min ± 3.4%이고, 표면 전하 밀도는 -1.4×1011/㎝2이다.
[예 5]
도 1 및 도 2에 도시된 마이크로파 플라즈마 처리 장치는 다음 절차에 의해 반도체 소자를 보호하는 역할을 하는 실리콘 질화막을 형성하는 데 사용된다.
아티클 W은, 각각 0.5㎛의 선 및 공간을 갖는 Al 배선 패턴이 형성된 실리콘 산화물을 포함하는 절연막을 갖는 P형 단결정 실리콘 기판(면방위<100>; 비저항 10Ωcm)이다. 먼저, 실리콘 기판이 홀딩 수단(2) 상에 놓이고, 그 다음 압력을 1.33×10-5Pa까지 감소시키기 위해 콘테이너(1)의 내부가 배기 시스템을 통해 배기된다. 이어서, 홀딩 수단(2)에 제공되는 가열기 (도시되지 않음)를 통전하여 실리콘 기판을 300℃까지 가열시키고 기판을 이 온도로 유지한다. 유속이 600sccm인 질소 가스 및 유속이 200sccm인 모노실레인(monosilane) 가스는 처리 가스 공급 포트(17)를 통해 콘테이너(1)로 도입된다. 그 다음, 배기 시스템에 제공된 컨덕턴스 밸브(28)는 콘테이너(1)의 내부를 2.66Pa로 유지시키도록 조정된다. 이어서, 마이크로파 전원(6)으로부터의 3.0㎾ 및 2.45㎓의 전력이 마이크로파 공급기(3)를 통해 공급된다. 따라서, 플라즈마가 공간(9) 내에 생성된다. 이 때, 처리 가스 공급 포트(17)를 통해 도입된 질소 가스가 공간(9)에서 여기되거나, 분해되거나, 또는 이온화되어 활성종(active species)을 형성하는데, 그 다음 실리콘 기판 쪽으로 이동되어 모노실레인 가스와 반응하여 실리콘 기판 상에 두께가 1.0㎛의 실리콘 질화막을 형성한다. 막 형성 속도 및 응력과 같은 막 특성이 구해진다. 응력에 대하여는, 레이저 간섭계 Zygo (상표명)를 이용하여 막 형성 전후에 기판의 뒤틀림 값의 변화가 측정된다.
실리콘 질화막의 형성 속도 및 균일도는 510㎚/min ±2.5%이고, 응력은 1.2×109dyne/㎝2(압축)이며, 누설 전류는 1.2×10-10A/㎝2이고, 유전체 강도는 9MV/㎝이므로, 막이 매우 우수하다는 것이 확인된다.
[예 6]
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 마이크로파 플라즈마 처리 장치가, 다음 절차에 의해, 플라스틱 렌즈용의 반사 방지막의 역할을 하는 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막을 형성하는 데 사용된다.
아티클 W은 직경 50㎜의 플라스틱 볼록 렌즈이다. 먼저, 이 렌즈가 홀딩 수단(2) 상에 놓여 지고, 압력이 1.33×10-5Pa까지 감소되도록 콘테이너(1)의 내부가 배기 시스템에 의해 배기된다. 유속이 160sccm인 질소 가스 및 유속이 100sccm인 모노실레인 가스가 처리 가스 공급 포트(17)를 통해 콘테이너(1)로 도입된다. 그 다음, 배기 시스템에 제공되는 컨덕턴스 밸브(28)는 콘테이너(1)의 내부가 9.32×10-1Pa를 유지하도록 조정된다. 이어서, 마이크로파 전원(6)으로부터 3.0㎾ 및 2.45㎓의 전력이 마이크로파 공급기(3)를 통해 공급되어 공간(9) 내에 플라즈마를 생성한다. 이 때, 처리 가스 공급 포트(17)를 통해 도입된 질소 가스가 공간(9)에서 여기되거나, 분해되거나, 또는 이온화되어 질소 원자와 같은 활성종을 형성한 다음, 렌즈 쪽으로 이동되어 모노실레인 가스와 반응함으로써, 렌즈의 표면 상에 두께가 21㎚인 실리콘 질화막을 형성한다.
다음에는, 유속이 200sccm인 산소 가스 및 유속이 100sccm인 모노실레인 가스가 처리 가스 공급 포트(17)를 통해 콘테이너(1)로 도입된다. 그 다음, 배기 시스템에 제공되는 컨덕턴스 밸브(28)는 콘테이너(1)의 내부를 1.33×10-1Pa로 유지시키도록 조정된다. 이어서, 마이크로파 전원(6)으로부터의 2.0㎾ 및 2.45㎓의 전력이 마이크로파 공급기(3)를 통해 콘테이너(1)에 공급되어 공간(9) 내에 플라즈마를 생성한다. 이 때, 이와 같이 도입된 산소 가스가 공간(9)에서 여기되고 분해되어, 산소 원자와 같은 활성종을 형성한 다음, 렌즈 쪽으로 이동되어 모노실레인 가스와 반응함으로써, 렌즈 상에 두께가 86㎚인 실리콘 산화막을 형성한다. 막 형성 속도 및 반사 특성이 평가된다.
실리콘 질화막 및 실리콘 산화막의 형성 속도 및 균일도는 각각 320㎚/min ± 2.2% 및 350㎚/min ± 2.6%으로 얻게 되고, 500㎚ 부근의 반사율이 0.3%이며, 따라서 막이 매우 우수한 광학적 특성을 갖는다는 것이 확인된다.
[예 7]
도 3 및 도 4에 도시된 마이크로파 플라즈마 처리 장치는, 다음 절차에 의해 반도체 소자의 층 절연막을 형성하는 데 사용된다.
아티클 W은, 각각 0.5㎛의 선 및 공간의 Al 패턴이 상부에 형성된 P형 단결정 실리콘 기판 (면방위 <100>; 비저항 10Ω㎝)이다. 먼저, 실리콘 기판이 홀딩 수단(2) 상에 놓여 진다. 그 다음, 콘테이너(1)의 내부는, 압력이 1.33×10-5Pa까지 감소되도록 배기 시스템을 통해 배기된다. 이어서, 홀딩 수단에 제공되는 가열기를 통전하여 실리콘 기판을 300℃까지 가열시키고, 이 기판은 상기 온도에서 유지된다. 유속이 500sccm인 산소 가스 및 유속이 200sccm인 모노실레인 가스가 처리 가스 공급 포트(17)를 통해 콘테이너(1)로 도입된다. 그 다음, 배기 시스템에 제공되는 컨덕턴스 밸브(28)는, 콘테이너의 내부를 4.00Pa에서 유지시키도록 조정된다. 이어서, 마이크로파 전원(6)으로부터의 2.0㎾ 및 2.45㎓의 전력이 마이크로파 공급기(3)를 통해 콘테이너(1)로 공급되는 한편, 300W 및 13.56㎒의 고주파수 전력이 홀딩 수단에 제공된 바이어스 전압 공급 수단을 통해 홀딩 수단(2)에 공급되어, 공간(9)에 플라즈마를 생성한다. 처리 가스 공급 포트(17)를 통해 도입되는 산소 가스가 공간(9)에서 여기되고 분해되어 활성종을 형성한 다음, 실리콘 기판 쪽으로 이동되어 모노실레인 가스와 반응함으로써 실리콘 기판 상에 두께가 0.8㎛인 실리콘 산화막을 형성한다. 이 때, 이온 종이 RF 바이어스에 의해 가속되어 기판에 입사되고, Al 패턴을 따라 실리콘 산화막을 절단함으로써, 평탄도를 향상시킨다. 그 다음, 막 형성 속도, 균일도, 유전체 강도, 및 스텝 커버리지가 구해진다. 스캐닝 전자 마이크로스코프(SEM)로 Al 패턴 상에 형성된 실리콘 산화막의 단면을 관찰하여 공극(void)의 존재를 점검함으로써 스텝 커버리지를 평가하였다.
이와 같이 얻어진 실리콘 산화막의 형성 속도와 균일도는 240㎚/min ± 2.5％이었고, 유전체 강도는 8.5Mv/㎝이었으며, 어떠한 공극도 발견되지 않았다. 따라서, 막이 우수한 것으로 확인되었다.
[예 8]
도 3와 4에 도시된 마이크로파 플라즈마 처리 장치는 다음 절차에 의해 반도체 소자의 층 절연막을 에칭하는 데 사용된다.
아티클 W은 1㎛ 두께의 실리콘 산화물로 구성된 절연막이 0.18㎛의 선과 공간에 형성된 Al 패턴 상에 형성된 P형 단결정 실리콘 기판(면 대향 <100>; 비저항 10Ω㎝)이었다. 먼저, 실리콘 기판을 홀딩 수단(2) 상에 놓은 후, 콘테이너(1)의 내부를 배기 시스템으로 배기하여, 압력을 1.33×10-5Pa로 감소시킨다. 100sccm 유속의 C4F8가스를 처리 가스 공급 포트(17)를 거쳐 콘테이너(1)에 도입시킨다. 다음에, 배기 시스템에 제공된 컨덕턴스 밸브(28)를 조정하여 콘테이너(1)의 내부를 1.33Pa로 유지한다. 다음에, 300W 및 13.56㎒의 고주파 전력을 홀딩 수단에 제공된 바이어스 전압 공급 수단을 거쳐 홀딩 수단(2)에 공급하면서, 마이크로파 전원(6)으로부터의 2.0㎾ 및 2.45㎓의 전원을 마이크로파 공급기(3)를 통해 콘테이너(1)에 공급하여, 공간(9)에 플라즈마를 발생시킨다. 처리 가스 공급 포트(17)를 통해 콘테이너(1)에 도입된 C4F8가스를 공간(9)에서 여기시키고 분해하여, 활성종을 형성하는데, 이는 다음에 실리콘 기판 쪽으로 이동되어 자기 바이어스에 의해 가속된 이온들이 실리콘 산화 절연막을 에칭하여 홀을 형성하게 된다. 홀딩 수단(2)에 제공된 냉각기 (도시되지 않음)는 기판의 온도가 80℃ 이상으로 증가하는 것을 방지한다. 에칭 후, 에칭율, 에칭 선택비, 및 에칭 형태를 평가한다. 스캐닝 전자 마이크로스코프(SEM)를 사용하여 에칭된 실리콘 산화막의 단면을 관찰함으로써 에칭 형태를 평가한다.
폴리실리콘에 대한 에칭율, 균일도, 및 에칭 선택비는 각각 540㎚/min ± 2.2％와 20이었고, 홀들이 거의 수직 측 표면을 나타내었으며, 마이크로로딩 효과는 작았다는 것이 확인되었다.
[예 9]
도 3 및 도 4에 도시된 플라즈마 처리 장치는 직경이 200㎜인 웨이퍼 상의 포토레지스트를 애싱하는 데 사용된다.
마이크로파 공급기로서, 원주 길이가 도파관 길이의 2배이고, 4쌍의 불연속적인 선형 슬롯이 도파관 파장의 1/2 간격으로 형성되는 구성을 갖는 것이 사용된다.
[예 10]
도 3 및 도 4에 사용된 플라즈마 처리 장치는 직경이 300㎜인 웨이퍼의 표면 상에 실리콘 산화물을 포함하는 절연막을 에칭하는 데 사용된다.
마이크로파 공급기로서, 원주 길이가 도파관 길이의 4배이고, 8쌍의 불연속적인 선형 슬롯이 도파관 파장의 1/2 간격으로 형성된 구성을 갖는 것이 사용된다.
[예 11]
도 5 및 도 6에 사용된 마이크로파 플라즈마 처리 장치는 다음 절차에 의해 포토레지스트의 애싱을 수행하는 데 사용된다.
아티클 W로서는, 홀을 통해 형성되도록 층 절연 SiO2막이 에칭된 직후에, 실리콘 기판 (Φ8인치)이 사용된다. 먼저, Si 기판을 홀딩 수단(2) 상에 놓고, 콘테이너(1)의 내부를 배기 시스템 (도시되지 않음)을 통해 배기하여 압력을 약 1.33×10-3Pa로 감소시킨다. 플라즈마 처리 가스로서의 산소 가스가 2slm의 유속으로 콘테이너(1) 내에 도입된다. 다음에, 배기 시스템 (도시되지 않음)에 제공된 컨덕턴스 밸브를 조정하여 콘테이너(1)의 내부를 약 2.66×102Pa로 유지한다. 2.45㎓의 마이크로파 전원으로부터의 1.5㎾ 전원을 마이크로파 공급기(3)를 통해 콘테이너(1)에 공급하여 콘테이너(1)에 플라즈마를 발생시킨다. 이때, 도입된 산소 가스의 일부가 콘테이너(1)에서 오존으로 변환되고, 이는 다음에 실리콘 기판 쪽으로 운반되어 실리콘 기판 상에 잔류하는 포토레지스트를 산화시켜, 포토레지스트가 증발되어 제거된다. 이때, 애싱 속도와 기판 표면 상의 전하 밀도를 평가하였다.
얻어진 애싱 속도는 8.6㎛/min ± 8.5％만큼 높았고, 표면 전하 밀도는 -1.3×1011㎠로 크게 낮았다.
[예 12]
도 7에 도시된 마이크로파 플라즈마 처리 장치는 다음 절차에 의해 포토레지스트의 애싱을 수행하는 데 사용된다.
아티클 W로서는, 홀을 통해 형성하도록 층 절연 SiO2막이 에칭된 직후에, 실리콘 기판 (Φ 8인치)이 사용된다. 먼저, Si 기판을 홀딩 수단(2) 상에 놓고, 콘테이너(1)의 내부를 배기하여 압력을 약 1.33×10-3Pa로 감소시킨다. 산소 가스가 2slm의 유속으로 콘테이너(1)내에 도입된다. 다음에, 콘테이너(1)의 내부를 약 2.66×102Pa로 유지한다. 2.45㎓의 마이크로파 전원으로부터의 1.5㎾ 전원을 마이크로파 공급기(3)를 통해 콘테이너(1)에 공급하여 콘테이너(1)에 플라즈마를 발생시킨다. 이 때, 도입된 산소 가스가 오존으로 변환되고, 이는 다음에 기판 쪽으로 운반되어 기판 상의 포토레지스트를 산화시킴으로써, 포토레지스트가 증발되어 제거된다. 이때, 애싱 속도와 기판 표면 상의 전하 밀도를 평가하였다.
얻어진 애싱 속도는 8.4 ㎛/min ± 7.4％만큼 높았고, 표면 전하 밀도는 -1.4×1011㎠로 크게 낮았다.
[예 13]
도 5 및 도 6에 도시된 마이크로파 플라즈마 처리 장치는 다음 절차에 의해 반도체 소자를 보호하는 역할을 하는 실리콘 질화막을 형성하는 데 사용된다.
아티클 W은, Al 배선 패턴 (선 및 공간 : 0.5 ㎛)이 제공된 층 절연 SiO2막을 갖는 P형 단결정 실리콘 기판 (면방위 <100>; 비저항 10 Ω㎝)이다. 먼저, 실리콘 기판을 홀딩 수단(2) 상에 놓고, 콘테이너(1)의 내부를 배기하여 압력을 약 1.33×10-5Pa로 감소시킨다. 다음에, 가열기(114)에 통전하여 실리콘 기판을 300℃로 가열시키고, 기판을 이 온도로 유지한다. 600sccm의 유속의 질소 가스와 200 ccm 유속의 모노실레인 가스를 콘테이너(1)에 도입시키고, 콘테이너(1)의 내부를 약 2.66Pa로 유지한다. 다음에, 3.0㎾ 및 2.45㎓의 마이크로파 전원을 마이크로파 공급기(3)를 통해 콘테이너 내에 공급시켜 플라즈마를 발생시킨다. 이때, 질소 가스는 활성종이 되고, 이는 다음에 실리콘 기판 쪽으로 이동되어 모노실레인 가스와 반응함으로써, 실리콘 기판 상에 1.0㎛ 두께의 실리콘 질화막을 피착시킨다. 피착된 막과 관련하여, 막 형성 속도 및 응력과 같은 막 특성을 평가하였다. 응력의 경우, 레이저 간섭계 Zygo (상표명)를 사용하여 막 형성 전후에 기판의 뒤트림 값 변화를 측정하였다.
얻어진 실리콘 질화막의 형성 속도는 510㎚/min만큼 높았고, 응력은 1.2×109dyne/㎠ (압축), 누설 전류는 1.2×10-10A/㎠이었고, 유전체 강도는 9MV/㎝이었으며, 따라서, 막은 극히 우수한 것으로 확인되었다.
[예 14]
도 7에 도시된 마이크로파 플라즈마 처리 장치는 다음 절차에 의해 플라스틱 렌즈용 반사 방지막의 역할을 하는 실리콘 산화 및 실리콘 질화막을 형성하는 데 사용된다.
아티클 W은 직경 50㎜의 플라스틱 볼록 렌즈이다. 먼저, 렌즈를 홀딩 수단(2) 상에 놓고, 콘테이너(1)의 내부를 배기하여 압력을 약 1.33×10-5Pa로 감소시킨다. 160sccm의 유속의 질소 가스와 100sccm 유속의 모노실레인 가스를 콘테이너(1) 내에 도입하고, 콘테이너(1)의 내부를 약 0.93Pa로 유지한다. 다음에, 3.0㎾ 및 2.45㎓의 전원을 마이크로파 공급기(3)를 통해 콘테이너(1)에 공급하여 콘테이너(1)에 플라즈마를 발생시킨다. 실리콘 질화막이 렌즈 상에 21㎚ 두께로 형성된다.
다음에, 200sccm 유속의 산소 가스와 100sccm 유속의 모노실레인 가스를 콘테이너(1)에 도입한다. 다음에, 콘테이너(1)의 내부를 약 0.133Pa로 유지한다. 다음에, 2.0㎾ 및 2.45㎓의 전원을 콘테이너(1)에 공급하여 공간(9)에 플라즈마를 발생시킨다. 이 때, 이와 같이 도입된 산소 가스를 공간(9)에서 여기시키고 분해하여, 산소 원자 또는 기와 같은 활성종을 형성하는데, 이는 다음에 렌즈 쪽으로 운반되어 모노실레인 가스와 반응하게 됨으로써, 렌즈 상에 86㎚ 두께의 실리콘 산화막을 피착시키게 된다.
얻어진 실리콘 질화 및 실리콘 산화막의 형성 속도와 균일도는 각각 320㎚/min 및 350㎚/min으로 양호하였고, 500㎚ 부근에서의 굴절율은 0.3％이었고, 따라서, 막은 극히 우수한 굴절율 특성을 갖는 것으로 확인되었다.
[예 15]
도 8에 도시된 마이크로파 플라즈마 처리 장치는 다음 절차에 의해 반도체 소자의 층 절연을 위한 실리콘 산화막을 형성하는 데 사용된다.
아티클 W은 상부에 Al 패턴 (선과 공간 : 0.5 ㎛)이 형성된 P형 단결정 실리콘 기판 (면방위 <100>; 비저항 10Ω㎝)이었다. 먼저, 실리콘 기판을 홀딩 수단(2) 상에 놓는다. 다음에, 콘테이너(1)의 내부를 배기하여 압력을 약 1.33×10-5Pa로 감소시킨다. 다음에, 가열기(114)에 통전하여 실리콘 기판을 300℃로 가열시키고, 기판을 이 온도로 유지한다. 500sccm 유속의 산소 가스와 200sccm 유속의 모노실레인 가스를 콘테이너(1) 내에 도입하고, 콘테이너(1)의 내부를 약 3.99Pa로 유지한다. 다음에, 300W 및 13.56㎒의 RF 전원을 홀딩 수단(2)에 공급하는 한편, 2.0㎾ 및 2.45㎓의 전원을 마이크로파 공급기(3)를 통해 콘테이너(1)에 공급하여, 공간(9)에 플라즈마를 발생시킨다. 도입된 산소 가스를 여기시키거나 분해시키거나 또는 이온화시켜, 활성종을 형성하는데, 이는 다음에 실리콘 기판 쪽으로 운반되어 모노실레인 가스와 반응함으로써, 실리콘 산화물을 피착시키게 된다. 본 예에서, 이온 종은 기판에 입사할 RF 바이어스에 의해 가속되어 패턴 상의 막을 절단하는 기능을 가짐으로써, 막의 평탄도를 향상시킨다. 기판 상의 0.8㎛ 두께로 형성된 실리콘 산화막과 관련하여, 막 형성 속도, 균일도, 유전체 강도, 및 스텝 커버리지를 평가한다. 스텝 커버리지는 스캐닝 전자 마이크로스코프(SEM)를 사용하여 Al 패턴 상에 형성된 실리콘 산화막의 단면을 관찰하여 공극의 존재를 점검함으로써 평가한다.
이와 같이 얻어진 실리콘 산화막의 형성 속도와 균일도는 240㎚/min ± 2.5％만큼 양호하고, 유전체 강도는 8.5MV/㎝이고, 어떠한 공극도 발견되지 않았다.따라서, 막은 우수한 것으로 확인되었다.
[예 16]
도 9에 도시된 마이크로파 플라즈마 처리 장치는 다음 절차에 의해 반도체 소자의 층 절연 SiO2막을 에칭하는 데 사용된다.
아티클 W은 상부에 Al 패턴 (선과 공간 : 0.35) 상에 1㎛ 두께의 층 절연 SiO2막이 형성된 P형 단결정 실리콘 기판 (면방위 <100>; 비저항 10Ω㎝)이었다. 먼저, 실리콘 기판을 홀딩 수단(2) 상에 놓은 후, 콘테이너(1)의 내부를 배기 시스템 (도시되지 않음)을 통해 배기하여 압력을 약 1.33×10-5Pa로 감소시킨다. 다음에, 100sccm 유속의 C4F8가스를 콘테이너(1) 내에 도입하고, 콘테이너(1)의 내부를 약 1.33Pa로 유지한다. 다음에, 300W 및 13.56㎒의 RF 전원을 홀딩 수단(2)에 공급하는 한편, 2.0㎾ 및 2.45㎓의 마이크로파 전원을 마이크로파 공급기(3)를 통해 콘테이너(1)에 공급하여, 공간(9)에 플라즈마를 발생시킨다. 도입된 C4F8가스를 공간(9)에서 여기시키거나, 분해하거나 또는 이온화시켜 활성종을 형성하는데, 이는 다음에 자기 바이어스에 의해 가속된 이온들이 층 절연 SiO2막을 에칭하는 실리콘 기판 쪽으로 운반된다. 냉각기(414)는 기판의 온도가 80℃ 이상으로 증가하는 것을 방지한다. 에칭 시, 에칭율, 에칭 선택비, 및 에칭 형태를 평가한다. 스캐닝 전자 마이크로스코프(SEM)를 사용하여 에칭된 실리콘 산화막의 단면을 관찰함으로써 에칭 형태를 평가하였다. 폴리실리콘에 대한 에칭율과 에칭 선택비는 각각 540㎚/min 와 20으로 양호하고, 에칭 형태는 거의 수직이었으며, 마이크로로딩 효과는 작은 것으로 확인되었다.
[예 17]
도 9에 도시된 마이크로파 플라즈마 처리 장치는 다음 절차에 의해 반도체 소자의 게이트 전극을 위한 폴리실리콘 막을 에칭하는 데 사용된다.
아티클 W로서는, 상부에 폴리실리콘 막이 형성된 P형 단결정 실리콘 기판 (면방위 <100>; 비저항 10 Ω㎝)이 제공된다. 먼저, 실리콘 기판을 홀딩 수단(2) 상에 놓은 후, 콘테이너(1)의 내부를 배기하여 압력을 약 1.33×10-5Pa로 감소시킨다. 다음에, 100sccm 유속의 C4F8가스와 20sccm 유속의 산소를 콘테이너(1) 내에 도입하고, 콘테이너(1)의 내부를 약 0.67Pa로 유지한다. 다음에, 300W 및 4000㎑의 고주파수 전원을 홀딩 수단(2)에 공급하는 한편, 1.5㎾ 및 2.45㎓의 마이크로파 전원을 마이크로파 공급기(3)를 통해 콘테이너(1)에 공급하여, 공간(9)에 플라즈마를 발생시킨다. 도입된 C4F8가스와 산소를 공간(9)에서 여기시키고, 분해하거나 또는 이온화시켜 활성종을 형성하는데, 이는 다음에 자기 바이어스에 의해 가속된 이온들이 폴리실리콘 막을 에칭하는 실리콘 기판쪽으로 운반된다. 냉각기(414)는 기판의 온도가 80℃ 이상으로 증가하는 것을 방지한다. 에칭 시의 에칭율, 에칭 선택비, 및 에칭 형태를 평가한다. 스캐닝 전자 마이크로스코프(SEM)를 사용하여 에칭된 실리콘 산화막의 단면을 관찰함으로써 에칭 형태를 평가하였다.
SiO2에 대한 에칭율과 에칭 선택비는 750㎚/min과 29로 각각 양호하였고, 에칭 형태는 수직이었으며, 마이크로로딩 효과가 작은 것으로 확인되었다.
본 발명에 따르면, 마이크로파의 방사 특성이 보다 정확하게 제어될 수 있기 때문에, 아티클의 반경 및 원주 방향 또는 그에 상당하는 방향에서의 처리 제어성이 향상될 수 있다.

Claims (36)

  1. 마이크로파를 방사하기 위한 복수의 슬롯들이 제공된 표면을 갖는 환형 도파관을 포함하는 마이크로파 공급기(microwave applicator)에 있어서,
    상기 복수의 슬롯들의 중심들이 상기 환형 도파관의 중심에 대해 상기 표면에 평행한 방향으로 오프셋(offset)되어 있고,
    상기 복수의 슬롯들은 상기 환형 도파관의 중심에 대해 내부로 오프셋되어 있으며,
    상기 복수의 슬롯들은 환형 도파관의 처리 챔버측의 평탄 플레이트에 형성되어, 마이크로파의 진행 방향과 수직하는 한편, 환형 도파관의 직경 방향을 따라 형성되는 마이크로파 공급기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 표면에는 상기 환형 도파관의 중심에 대해 외부로 오프셋되어 있는 다른 복수의 슬롯들이 더 제공되는 마이크로파 공급기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 환형 도파관은 무종단 환형 도파관(endless annular waveguide)이고, 상기 무종단 환형 도파관의 원주 길이는 마이크로파의 상기 도파관 파장의 정수배인 마이크로파 공급기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복수의 슬롯들의 길이는 마이크로파의 상기 도파관 파장의 1/4 내지 3/8 범위 중에서 선택되는 마이크로파 공급기.
  6. 제1항에 있어서, TE10모드의 마이크로파가 상기 환형 도파관 내에 공급되는 마이크로파 공급기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 표면이 상기 환형 도파관의 H-평면인 마이크로파 공급기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 복수의 슬롯들이 마이크로파의 상기 도파관 파장의 1/2 또는 1/4 간격으로 정렬되는 마이크로파 공급기.
  9. 제1항에 있어서, 상기 표면에는 상기 복수의 슬롯들을 덮는 유전체 부재가 더 제공되는 마이크로파 공급기.
  10. 제1항에 있어서, 상기 표면은 교환 가능한 마이크로파 공급기.
  11. 마이크로파를 방사하기 위한 복수의 슬롯들이 구비된 평탄한 표면을 갖는 환형 도파관을 포함하는 마이크로파 공급기에 있어서,
    상기 복수의 슬롯들은, 마이크로파 진행 방향에서 배치되는 선형 슬롯 쌍들(linear slot pairs)이고,
    상기 각 슬롯 쌍은 동일 방사 방향으로 배치되는 마이크로파 공급기.
  12. 제11항에 있어서, 상기 환형 도파관은 무종단 환형 도파관이며, 상기 무종단 환형 도파관의 원주 길이는 마이크로파의 도파관 파장의 정수배인 마이크로파 공급기.
  13. 제11항에 있어서, 상기 복수의 슬롯들의 길이는 마이크로파의 도파관 파장의 1/4 내지 3/8 범위 중에서 선택되는 마이크로파 공급기.
  14. 제11항에 있어서, TE10모드의 마이크로파들이 상기 환형 도파관 내에 공급되는 마이크로파 공급기.
  15. 제11항에 있어서, 상기 표면이 상기 환형 도파관의 H-평면인 마이크로파 공급기.
  16. 제11항에 있어서, 상기 복수의 슬롯들은 마이크로파의 상기 도파관 파장의 1/2 또는 1/4 간격으로 정렬되는 마이크로파 공급기.
  17. 제11항에 있어서, 상기 표면에는 상기 복수의 슬롯들을 덮는 유전체 부재가 더 제공되는 마이크로파 공급기.
  18. 제11항에 있어서, 상기 표면은 교환가능한 마이크로파 공급기.
  19. 내부적으로 배기가능한 콘테이너와, 상기 콘테이너 내에 처리 가스를 공급하기 위한 가스 공급 포트를 포함하며, 상기 콘테이너에 배치된 아티클(article)에 플라즈마 처리를 행하기 위한 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    상기 콘테이너에 상기 가스의 플라즈마를 발생시키기 위한 마이크로파 에너지를 공급하기 위한 수단으로서, 제1항에 따른 마이크로파 공급기
    를 더 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 가스 공급 포트는 상기 콘테이너의 측벽에 제공되는플라즈마 처리 장치.
  21. 제19항에 있어서, 상기 가스 공급 포트는 상기 아티클보다 상기 표면에 보다 근접하게 제공되는 플라즈마 처리 장치.
  22. 제19항에 있어서, 상기 처리 가스는 상기 가스 공급 포트에서 상기 표면 쪽으로 방출되는 플라즈마 처리 장치.
  23. 제19항에 있어서, 상기 콘테이너에는 상기 콘테이너 내부의 압력을1.34×103Pa 이하로 감소시키는 배기 펌프가 제공되는 플라즈마 처리 장치.
  24. 아티클을 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 방법에 있어서,
    제19항에 따른 플라즈마 처리 장치를 사용하여 상기 아티클을 플라즈마 처리하는 단계
    를 포함하는 플라즈마 처리 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 방법은 애싱(ashing), 에칭, 클리닝, CVD, 플라즈마 중합, 도핑, 산화, 및 질화 중 적어도 하나인 플라즈마 처리 방법.
  26. 제24항에 있어서, 상기 환형 도파관의 원주 길이가 마이크로파의 도파관 파장의 2배 또는 3배인 200 ㎜ 웨이퍼를 애싱하는 단계를 포함하는 플라즈마 처리 방법.
  27. 내부적으로 배기가능한 콘테이너와, 상기 콘테이너 내에 처리 가스를 공급하기 위한 가스 공급 포트를 포함하며, 상기 콘테이너에 배치된 아티클에 플라즈마 처리를 행하기 위한 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    상기 콘테이너에 상기 가스의 플라즈마를 발생시키기 위한 마이크로파 에너지를 공급하기 위한 수단으로서, 제11항에 따른 마이크로파 공급기
    를 더 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  28. 제27항에 있어서, 상기 가스 공급 포트는 상기 콘테이너의 측벽에 제공되는플라즈마 처리 장치.
  29. 제27항에 있어서, 상기 가스 공급 포트는 상기 아티클보다 상기 표면에 보다 근접하게 제공되는 플라즈마 처리 장치.
  30. 제27항에 있어서, 상기 처리 가스는 상기 가스 공급 포트에서 상기 표면 쪽으로 방출되는 플라즈마 처리 장치.
  31. 제27항에 있어서, 상기 콘테이너에는 상기 콘테이너 내부의 압력을 1.34×103Pa 이하로 감소시키는 배기 펌프가 제공되는 플라즈마 처리 장치.
  32. 아티클을 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 방법에 있어서,
    제27항에 따른 플라즈마 처리 장치를 사용하여 상기 아티클을 플라즈마 처리하는 단계
    를 포함하는 플라즈마 처리 방법.
  33. 제32항에 있어서, 상기 방법은 애싱, 에칭, 클리닝, CVD, 플라즈마 중합, 도핑, 산화, 및 질화 중 적어도 하나인 플라즈마 처리 방법.
  34. 제32항에 있어서, 상기 환형 도파관의 원주 길이가 마이크로파의 도파관 파장의 4배인 300㎜ 웨이퍼를 에칭하는 단계를 포함하는 플라즈마 처리 방법.
  35. 제32항에 있어서, 상기 환형 도파관의 원주 길이가 마이크로파의 도파관 파장의 2배 또는 3배인 200㎜ 웨이퍼를 애싱하는 단계를 포함하는 플라즈마 처리 방법.
  36. 제24항 또는 제32항에 따른 플라즈마 처리 방법에 의해 처리된 구조물.
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