KR19990006564A - 플라즈마 처리장치 - Google Patents

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KR19990006564A
KR19990006564A KR1019980020314A KR19980020314A KR19990006564A KR 19990006564 A KR19990006564 A KR 19990006564A KR 1019980020314 A KR1019980020314 A KR 1019980020314A KR 19980020314 A KR19980020314 A KR 19980020314A KR 19990006564 A KR19990006564 A KR 19990006564A
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히로후미 세키
사토시 이치무라
사토시 다케모리
에이지 세토야마
고지 이시구로
야스히로 모치즈키
센스케 오카다
하지메 무라카미
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가나이 쯔도무
가부시키 가이샤 히다치 세사쿠쇼
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Abstract

본 발명의 목적은, 고밀도 플라즈마를 용이하게 생성할 수 있는 플라즈마 처리장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 있어서는, 플라즈마 생성실(25)에 연결되어 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파를 도입하는 도파부(3a, 3b) 내에 배치되고, 마이크로파는 통과하고 진공은 유지되는 유전체(16a, 16b)를 적어도 상기 도파부(3a, 3b) 내의 전자 사이클로트론 공명영역을 가로지르도록 배치하거나, 또는 유전체(16a, 16b)의 플라즈마 생성실(25)측의 선단부가, 상기 도파부(3a, 3b)의 외주를 둘러싸고 배치되어 있는 제 1 영구자석의 축 방향 길이의 중간부보다 플라즈마 생성실(25)측에 위치하거나, 또는 유전체(16a, 16b)의 플라즈마 생성실(25)측 선단부가, 상기 플라즈마 생성실(25)의 내면과 대략 일치하는 것을 특징으로 한다.

Description

플라즈마 처리장치
본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로서, 특히, 반도체 장치 등의 제조에 있어서의 플라즈마 에칭, 플라즈마 CVD 등과 같이, 플라즈마를 이용하여 기판을 에칭하거나 박막을 생성하거나 하는 것에 적합한 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
종래의 플라즈마 처리장치로서는, 일본국 특개 평8-102279호 공보에 기재되어 있는 것이 있다. 이것은, 영구자석의 소형화와, 플라즈마 생성실 내에서 광범위하게 균일하고, 또한, 고밀도의 플라즈마를 확실하게 생성하는 것을 목적으로 하며, 마이크로파를 도입하는 도파부와, 상기 도파부 내의 유전체보다 하류측 위치에 형성된 전자가열공간실부와, 상기 전자가열공간실부에 연결된 플라즈마 생성실과, 상기 전자가열공간실부의 외주를 영구자석에 의해 둘러싸고, 또한, 전자가열공간실부 내에서 마이크로파의 전송방향을 따라, 또한, 상기 유전체의 마이크로파 도출부에서 전자 사이클로트론 공명자장강도를 넘는 강자장을 형성하는 동시에, 유전체의 마이크로파 도출부에서 전자가열공간실부와 플라즈마 생성실과의 경계부분과의 사이에서 급격하게 자장이 떨어지고, 또한 전자가열공간실부와 플라즈마 생성실과의 경계부분으로부터 플라즈마 생성실 방향을 향함에 따라 상기 강자장과 방향이 반전하는 커스프 형상 자장을 형성시키는 제 1 자장발생수단과, 플라즈마 생성실의 주위에 서로 극성을 차례로 바꾸어 배치된 영구자석으로 이루어지는 제 2 자장발생수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
그러나, 일본국 특개 평8-102279호 공보에 기재된 종래 기술에서는, 도파부 내에 전자가열공간실부를 형성하고 있기 때문에, 밀폐용기 내의 압력이 1mTorr 이상이 되면, 전자가열공간실부로부터의 전자의 확산이 곤란해져, 플라즈마 생성실의 플라즈마 밀도를 크게 할 수 없다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 고밀도 플라즈마를 용이하게 생성할 수 있는 플라즈마 처리장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또한 목적은 고속 클리닝을 가능하게 하여 생산성을 높이는 데 있다.
도 1은 본 발명의 플라즈마 처리장치의 일 실시예를 나타낸 단면도,
도 2는 도 1에 나타낸 플라즈마 처리장치의 정면도,
도 3은 도 1에 나타낸 플라즈마 처리장치의 평면도,
도 4의 (a)는 본 발명의 플라즈마 처리장치에 있어서의 마이크로파의 도파부를 나타낸 확대도, (b)는 플라즈마 생성실 높이 방향 위치에 있어서의 전자전류량을 나타낸 특성도, (c)는 도파부의 중심축 상 자장 강도를 나타내는 특성도,
도 5는 종래예의 플라즈마 처리장치에 있어서의 마이크로파의 도파부를 나타낸 특성도,
도 6은 생성된 플라즈마의 밀도의 압력 의존성을 나타낸 특성도,
도 7은 본 발명의 플라즈마 처리장치의 다른 실시예에 있어서의 마이크로파의 도파부를 나타낸 단면도,
도 8은 도 9에 나타낸 본 발명의 플라즈마 처리장치에 채용되는 고주파 컷 소자의 구성을 나타낸 단면도,
도 9는 본 발명의 플라즈마 처리장치의 또다른 실시예를 나타낸 단면도.
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 측벽 2 : 천정판
3a, 3b, 41, 43 : 도파부 4a, 4b : 가스도입구
5, 23 : 절연판 6 : 기판 홀더
7 : 기판 8 : 베이스 플레이트
9 : 진공배기장치 10, 11, 12 : 고주파 전원
13 : 위상조정기 14, 15 : 영구자석
16a, 16b : 유전체 17a, 17b : 석영창
18, 19, 20 : 직류전원 21a, 21b : 외부도파부
22 : 자력선 24 : 875Gauss의 등자속밀도곡선
25 : 플라즈마 생성실 42, 55 : 절연물
51a, 51b : 고주파 차단소자 53 : 코일
본 발명에서는 상기 제 1 목적을 달성하기 위하여, 플라즈마 생성실에 연결되어 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파를 도입하는 도파부 내에 배치되고, 마이크로파는 통과하고 진공은 유지되는 유전체를 적어도 상기 도파부 내의 전자 사이클로트론 공명영역을 가로지르도록 배치하거나, 또는 유전체의 플라즈마 생성실측의 선단부가 상기 도파부의 외주를 둘러싸고 배치되어 있는 제 1 영구자석의 축 방향 길이의 중간부보다 플라즈마 생성실측에 위치하거나, 또는 유전체의 플라즈마 생성실측 선단부가 상기 플라즈마 생성실의 내면과 대략 일치하고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 제 2 목적을 달성하기 위하여, 상기의 구성에 부가하여, 플라즈마에 의해 에칭 또는 박막이 형성되는 피처리물에 고주파 전압을 인가하는 수단을 설치하는 동시에, 상기 플라즈마 생성실의 일부분을 겸하는 천정판에 고주파 전압을 인가하는 수단을 설치하고, 이들 양자에 인가되는 고주파 전압의 위상을 바꾸는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에서는 마이크로파를 도파부에 공급하면, 주로 플라즈마 생성실 내의 전자 사이클로트론 공명자장보다 높은 자장의 영역에 국소적으로 고에너지 전자가 생기고, 생성된 고에너지 전자는 용이하게 플라즈마 생성실 내에 확산된다. 이 경우, 가스압을 1OmTorr 정도까지 상승시켜도, 도파부 내에 고에너지 플라즈마가 들어차지 않고 플라즈마 생성실 내로 확산된다. 따라서, 플라즈마 생성실 내에 고밀도 플라즈마를 용이하게 생성할 수 있다.
또, 상술한 제 1 영구자석은, 전자 사이클로트론 공명자장강도 부근의 자장 구배가 급준하기 때문에, 마이크로파의 흡수되기 쉬운 자장강도가 플라즈마의 상태에 따라 변동하여도, 마이크로파 흡수위치의 공간적 변동을 마이크로 파장에 비하여 충분히 작게 억제할 수 있고, 따라서, 마이크로파의 전파, 흡수에 관한 불안정 요소를 극력 없앨 수 있어, 고전계의 마이크로파를 확실하게 또한 안정되게 전자 사이클로트론 공명자장강도영역에 공급할 수 있다. 그리고, 이 전자 사이클로트론 공명자장강도영역에서 마이크로파의 대부분을 전자에 흡수시켜 가열하고 고에너지 전자로 할 수 있다.
그 때, 제 1 영구자석이, 상술한 바와 같이, 전자 사이클로트론 공명자장강도영역과 플라즈마 생성실부와의 경계부분으로부터 더욱 하류측에서는 자장의 방향이 역방향으로 되는 커스프 형상 자장을 형성하므로, 전자 사이클로트론 공명자장강도영역의 축심에 가까운 전자는 플라즈마 생성실부를 향하여 확산하기 쉬워진다. 이것에 부가하여, 영구자석에 의한 자장은 거리를 이격하면 급속하게 감쇠하므로, 플라즈마 생성실부의 넓은 영역을, 전리를 지는 고에너지 전자가 활동하는 것이 가능한 정도의 약자장영역으로 할 수 있다.
플라즈마 생성실부에 확산된 고에너지 전자는, 플라즈마 생성실부 내의 약자장영역을 활동하는 중에 중성입자에 충돌하여 이것을 전리함으로써, 광범위에 걸쳐 균일한 플라즈마를 생성할 수 있다.
더욱이, 플라즈마 생성실부의 주위에는, 서로 인접하는 영구자석의 자극이 반대가 되도록 제 2 영구자석이 복수 배열되고, 다극 커스프 자장을 형성하고 있으므로, 확산된 고에너지 전자뿐만 아니라, 상기 고에너지 전자에 의해 생성된 플라즈마를 효율적으로 가둘 수 있어, 플라즈마 생성실부에서 고밀도의 플라즈마를 형성할 수 있다. 약자장영역에서 생성된 플라즈마는, 자장에 영향받는 일이 적고, 이온종 분포가 균일하고 또한 이온 온도가 낮은 양호한 성질을 가진다. 또, 약자장영역에서 플라즈마와 부수하여 생성되는 라디칼의 분포도 균일하게 된다.
또, 피처리물(기판)과 천정판 및 측벽에 고주파를 인가하고, 또한, 각각에 인가되는 고주파의 위상을 제어하는 것은, 기판·천정판간의 방전, 기판·측벽간의 방전, 천정판·측벽간의 방전을 제어할 수 있으므로, 내벽 전면에 걸쳐 부착물을 스패터하여 고속으로 용기 내벽의 클리닝을 행할 수 있다.
이하, 도시한 실시예에 의거하여 본 발명의 플라즈마 처리장치를 상세하게 설명한다. 도 1 내지 도 4는 본 발명의 플라즈마 처리장치의 제 1 실시예이다.
상기 도면에 있어서 부호 25는 대략 원통 형상으로 형성되는 플라즈마 생성실로서, 이 플라즈마 생성실(25)은 측벽(1), 천정판(2), 도파부(3a, 3b), 가스도입구(4a, 4b), 절연판(5)으로 구성되어 있다. 측벽(1)에는 마이크로파 도입용 도파부(3a, 3b)가 일체로 형성되고(도 1에서는 마이크로파의 도입은 2개소이나, 1개소여도 되고 3개소 이상이어도 된다), 이 도파부(3a, 3b)에는 외부도파부(21a, 21b)가 접속되어 있고, 양자의 경계부에는 마이크로파를 통과시켜, 진공을 밀봉하는 석영창(17a, 17b)이 설치되어 있다. 또, 플라즈마 생성실(25) 내에는 천정판(2)과 대향하는 위치에 기판(7)을 유지하는 기판 홀더(6)가 설치되고, 상기 도파부(3a, 3b)는 기판(7)면과 대략 평행하게 마이크로파가 플라즈마 생성실(25) 내로 도입되도록 설치되어 있다. 또한 플라즈마 생성실(25)은 절연판(23)을 거쳐 베이스 플레이트(8) 위에 설치되고, 베이스 플레이트(8)의 하측에 설치된 진공배기장치(9)에 의해 진공배기되는 구조로 되어 있다. 도 1에는 나타내고 있지 않으나, 기판(7)은 반송로봇에 의해, 별실로부터 반출/반입된다.
천정판(2)과 기판 홀더(6)는 기준전위로 되어 있는 베이스 플레이트(8)로부터 전기적으로 절연되어 있고, 천정판(2)과 기판 홀더(6)에는 각각 고주파 전압을 인가하는 고주파 전원(11, 12)과 위상을 조정하는 위상조정기(13)가 설치되어 있다. 원료 가스는 측벽(1)에 설치된 가스도입구(4a, 4b)로부터 플라즈마 생성실(25) 중으로 도입된다(가스도입구는 천정판 2에 설치하여도 된다).
도 3에 나타낸 바와 같이, 원판 형상의 천정판(2) 위에는 커스프 자장을 형성하기 위해 차례로 극성을 바꾸어 동심원 상에 영구자석(14)이 배치되어 있다(도 3에서는 링 형상의 영구자석(14)를 동심원 상에 배치하고 있으나, 선 형상의 커스프 자장을 형성하는 배치라면 반드시 동심원 형상이 아니어도 된다). 한편, 플라즈마 생성실(25)의 측벽(1) 주위에도 서로 극성을 바꾸어 커스프 자장을 형성하기 위한 복수의 영구자석(15)이 구비되어 있다. 단, 도 2에 나타낸 바와 같이, 측벽(1)에 접속된 도파부(3a, 3b)의 주위에서는 영구자석의 극성을 동일하게 하여, 후술하는 바와 같이 고밀도 플라즈마 생성용 전자 사이클로트론 공명영역을 국소적으로 형성하고 있다. 플라즈마 생성실(25)과 베이스 플레이트(8)의 재질은 알루미늄이고, 도시생략하였으나, 히터나 수냉 등에 의해 벽온도가 일정하게 되도록 조절되어 있다.
그리고, 본 실시예에서는, 마이크로파의 도파부(3a, 3b) 내부에는 마이크로파를 통과시키고, 진공을 밀봉하는 유전체(16a, 16b)가 각각 설치되고, 그 유전체(16a, 16b)의 플라즈마 생성실(25)측의 선단부가, 플라즈마 생성실(25)의 내면과 대강 일치하도록 설치되어 있다. 이 유전체(16a, 16b)의 플라즈마 생성실(25)측의 선단부는, 그 곡률이 플라즈마 생성실(25)의 내면의 곡률과 대략 일치하고 있는 것이 바람직하다.
또, 영구자석(15)은 잔류자속밀도가 큰(약 11000Gauss) 사마륨·코발트 등으로 이루어져 있고, 도 2에 나타낸 바와 같이, 도파부(3a, 3b)의 외주를 둘러싸도록 배열되는 동시에, 도파부(3a, 3b)의 외주에 있어서 유전체(16a, 16b)의 축 방향 길이를 따라 설치되며, 도 4 (a)에 나타낸 바와 같이, 마이크로파의 전송 방향에 따른 자장을 형성하도록 하고 있다. 그 때, 자장은 도 4 (a) 및 (c)에 나타낸 바와 같이, 유전체(16a, 16b)의 마이크로파 도출부에 있어서, 전자 사이클로트론 공명자장강도(875Gauss)를 넘는 크기의 자장(본 예에서는 약 950Gauss)으로 되고, 또한, 그곳으로부터 하류측을 향하여 급준하게 약해지는 동시에, 점(114)에서 0이 되며, 다시 플라즈마 생성실(25)에 이르는 그보다 하류측에서는 자장의 방향이 반전하는 커스프 자장을 형성할 수 있도록 구성되어 있다.
마이크로파가 도파부(3a, 3b)를 거쳐 플라즈마 생성실(25)에 입사하면, 주로 유전체(16a, 16b)의 끝면의 전자 사이클로트론 공명자장보다 강자장영역에서 국소적으로 전자가 생성 가열되고, 전자와 가스와의 충돌에 의해 플라즈마가 생성되며, 그리하여, 생성된 플라즈마는 자력선을 따라 플라즈마 생성실(25)에 확산한다. 예컨대 마이크로파의 주파수가 2.45GHz일 때, 전자 사이클로트론 공명의 자장의 강도는 875Gauss이다. 굵은 선은 875Gauss의 등자속밀도곡선을 나타낸다.
도 4 (a)에서 알 수 있는 바와 같이, 전자 사이클로트론 공명영역(112)의 잘록해진 부분(112c)은 유전체(16a, 16b) 내에 있으므로, 마이크로파 입사시에는 도파부(3a, 3b) 내에서는 플라즈마는 생성되지 않으나, 유전체(16a, 16b)의 플라즈마 생성실(25)의 내면과 일치하는 선단부 근방의 121a, 121b부에서 고에너지 전자가 대량으로 생성되는 동시에, 생성된 전자는 플라즈마 생성실(25) 내에 확산되고, 고밀도 플라즈마가 생성된다.
도 5에는 상술한 공지의 플라즈마 처리장치에 있어서의 마이크로파 도입부의 단면을 나타낸다. 상기 도면에서도 명백한 바와 같이, 전자 사이클로트론 공명영역의 대부분은 플라즈마 생성실과 연결된 도파부 내에 형성된 공간 실내에 설치되어 있기 때문에, 마이크로파를 도입하면, 도파부 내에 대량으로 플라즈마가 생성된다. 따라서, 가스압이 커지면 플라즈마 생성실 중심부로의 전자의 확산이 방해받으므로, 대부분의 전자는 관벽에 흡수되게 되고, 그 결과, 도 5의 경우에서는 가스압을 크게 하면 관벽으로의 플라즈마의 손실이 증대하는 것을 알 수 있다.
도 4에 나타낸 본 실시예의 경우와 도 5에 나타낸 공지예의 경우에서, 마이크로파의 입사파워를 일정하게 하였을 때의 기판 상의 플라즈마의 밀도의 가스압 의존성을 비교한 것을 도 6에 나타낸다. 상기 도면에서, 도 5의 경우에서는 압력이 3×10-4Torr 이하일 때에 플라즈마의 밀도가 최대치 4×10l0/㎤을 나타내는 것을 알 수 있다. 반대로 도 4의 경우에서는 압력이 3mTorr 정도일 때에 플라즈마의 밀도가 최대가 되고, 또한, 플라즈마 밀도의 절대치도 1.5×1011/㎤로 도 5의 경우보다 약 1자리 크다.
예컨대 초LSI의 다층배선용의 층간 절연막형성용 고밀도 플라즈마 CVD에서는, 플라즈마 밀도는 1×1O11개/㎤ 이상이 필요하게 되고, 또한, 가스압력도 수mTorr로 된다. 따라서, 도 5의 배위에서는 본질적으로 기판을 처리할 수 없다.
이에 대하여, 본 실시예에서는 유전체의 플라즈마 생성실측의 선단부를, 플라즈마 생성실의 내면과 대략 일치시켜, 전자 사이클로트론 영역의 잘록해진 부분을 유전체에 의해 컷한다는 간편한 수단에 의해, 플라즈마의 벽으로의 흐트러짐을 방지하여, 매우 효율적으로 고밀도 플라즈마를 생성할 수 있다. 특히, 전자 사이클로트론 공명자장영역(121a, 121b)에서 자력선을 따라 가열전자를 플라즈마 생성실(25)에 주입하도록, 마이크로파의 진행방향을 따라 유전체의 끝면의 위치와 플라즈마 생성실의 내벽면의 위치의 차를, 실질적으로 없게 하여 배치하면 상기의 요건을 만족한다. 생성된 플라즈마는 자장강도가 매우 작은 영역에 가두어지므로, 예컨대 아르곤이나 실란으로는 구경이 큰 균일한 플라즈마를 생성할 수 있다.
또, 상기한 요건을 만족하는 그 밖의 구성으로서는, 유전체(16a, 16b)가 도파부(3a, 3b) 내의 전자 사이클로트론 공명영역을 가로지르도록 배치하여도 되고, 유전체(16a, 16b)의 플라즈마 생성실측의 선단부가 도파부(3a, 3b)의 외주를 둘러싸고 배치되어 있는 영구자석의 축 방향 길이의 중간부보다 플라즈마 생성실측에 위치하고 있어도 동일하다.
또, 그 외에, 예컨대 도파부(3a, 3b) 내의 일부에 얇은 유전체로 이루어지는 부재를 접착제나 납땜 등에 의해 도파부(3a, 3b)와 밀착시켜 설치하고, 플라즈마 생성실 내의 진공을 유지하는 구조로 하면, 도파부(3a, 3b) 내의 유전체로 이루어지는 부재의 마이크로파 진입측은 대기압으로 할 수 있으므로, 마이크로파의 입사시에, 도파부(3a, 3b) 내의 유전체로 이루어지는 부재의 마이크로파 진입측에서의 플라즈마의 생성을 방지할 수 있다. 이와 같이 하여도, 도파부(3a, 3b) 내에서의 에너지의 흐트러짐을 방지할 수 있으므로, 플라즈마 생성실 내에 고밀도 플라즈마를 용이하게 생성할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 밀도의 가스압 의존성은, 전자 사이클로트론 공명영역의 다소에 의해 크게 영향받는다. 예컨대, 약한 자석을 사용하여 전자 사이클로트론 영역을 작게 하면, 도 6에 A로 나타낸 바와 같이, 플라즈마 밀도는 감소하고, 또한, 가스압이 작을 때에 전자밀도의 최대치를 얻게 된다. 반대로, 강한 자석을 사용하면, 전자 사이클로트론 영역은 확대하여 큰 플라즈마 밀도를 얻을 수 있게 되나, 이번에는 기판 상의 자장이 커지게 되어, 디바이스 데미지 등의 문제를 발생한다. 따라서, 자석 근방의 자장을 국소적으로 강화하여, 기판 부근의 먼쪽의 자장을 강하게 하지 않는 것이 중요해진다.
이를 위해서는, 예컨대, 도 7에 나타낸 바와 같이 도파부(3a)를 마이크로파의 진행 방향을 따라 서서히 좁아져 경사지는 테이퍼 형상으로 형성하고, 이 내부에 유전체(16a)를 배치하는 동시에, 경사져 있는 도파부(3a)의 외주를 따라 영구자석(15)을 배치하고, 또한, 이 영구자석(15)의 주위에 권선(53)을 설치하여 코일을 형성함으로써, 전자 사이클로트론 공명자장영역을 강화하여 플라즈마 생성실 내에 인출할 수 있다. 따라서, 더욱더욱 고밀도 플라즈마의 생성이 용이하게 된다.
본 발명에 있어서의 또 하나의 중요한 점은, 플라즈마 생성실 내벽의 클리닝에 관한 것이다. 기판을 처리하면 플라즈마 생성실 내벽에 파티클의 원인이 되는 이물이 부착된다. 이것을 얼마나 고속으로 제거하는지가, 장치의 스루풋의 향상을 위해 중요하게 된다.
본 실시예에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 기판 홀더(6)와 천정판(2)에, 예컨대 주파수 13.56MHz의 고주파 전압을 각각 인가하는 고주파 전원(11, 12)을 구비하고, 또한, 각각의 고주파 전압의 위상을 제어하는 위상조정장치(13)를 구비하고 있다. 이에 의해 기판(7)과 천정판(2)간의 방전, 기판(7)과 측벽(1)간의 방전, 천정판(2)과 측벽(1)간의 방전을 제어할 수 있으므로, 플라즈마 생성실의 내벽 전면에 걸쳐 부착물을 스패터할 수 있고, 고속으로 용기 내벽의 클리닝을 행할 수 있다.
본 발명을 적용한 다른 실시예를 도 9에 나타낸다. 도 9는 대강 도 1과 동일하나, 측벽(1)을 절연물(23)을 개재하여 베이스 플레이트(8)로부터 전기적으로 절연하고, 또한, 측벽(1)에 고주파 전압을 인가하는 고주파 전원(10)과, 측벽(1)과 천정판(2)에 인가하는 고주파 전압의 위상차, 측벽(1)과 기판(7)에 인가하는 고주파 전압의 위상차를 바꾸는 위상조정기(13)를 설치하는 동시에, 측벽(1)의 마이크로파 도입부에 고주파 전압을 차단하는 고주파 차단소자(51a, 51b)를 설치한 점이 다르다. 이 측벽(1)의 마이크로파 도입부에 고주파 전압을 차단하는 고주파 차단소자(51a, 51b)는, 예컨대 도 8에 나타낸 바와 같이, 2개의 도파부(41, 43)를 얇은 절연물(42)을 개재하여 접속함으로써 마이크로파의 누설을 방지하는 동시에, 13.56MHz의 고주파를 절연하는 구성으로 되어 있다. 특히, 도 8에서는 절연물(42)의 길이 L1, L2를 각각 마이크로파의 1/4의 길이로 함으로써, 소위 초크구조가 되므로, 마이크로파의 손실을 작게 유지하면서 고주파를 차단할 수 있다.
이와 같은 구성으로 함으로써, 특히, 측벽(1)의 표면의 스퍼터링 방전에 의해 표면의 부착물을 고속으로 클리닝할 수 있다.
자석을 조작하지 않고, 플라즈마 생성실 내의 전자 사이클로트론 영역을 최대로 하기 위한 하나의 방법은, 도파부 내의 유전체의 마이크로파 출사측의 끝면을, 플라즈마 생성실 내벽과 동일한 곡률로 하는 것이다. 예컨대 플라즈마 생성실이 원통 형상인 경우, 유전체의 끝면을 이 원통의 곡률에 맞추면 된다.
또, 기판의 표면에 절연물을 성막하는 것과 같은 처리에 있어서는, 천정판의 표면에 절연물을 설치하거나, 표면을 절연물로 피복함으로써, 고주파 전압을 인가하여 상기 절연물을 스패터링하여 기판 표면 위에 절연물을 성막하는 것도 가능하다.
이와 같이 여러가지 설명한 본 실시예에 의하면, 도파부 내에 설치된 유전체의 끝면의 위치와 상기 플라즈마 생성실의 내벽면의 위치를 마이크로파의 진행 방향에 대하여 개략 일치시켜 배치한다는 비교적 간단한 수단에 의해, 플라즈마 생성실 중에 용이하게 고밀도 플라즈마를 생성할 수 있다. 또, 커스프 자장에 의해 플라즈마를 자장강도가 작은 영역에 가두고 있으므로, 균일한 대구경 고밀도 플라즈마를 생성할 수 있다. 또, 자석의 치수·배치를 규정하여, 효율적인 대구경 고밀도 플라즈마원을 구성할 수 있다. 또, 측벽, 천정판, 기판 각각에 독립적으로 고주파 전압을 인가하는 수단을 구비하고 있으므로, 플라즈마 생성실 내벽의 클리닝을 고속으로 행할 수 있다.
따라서, 플라즈마 CVD나 에칭에 응용함으로써, 경제성이 뛰어난 플라즈마 처리장치를 제공할 수 있다.
이상 설명한 본 발명의 플라즈마 처리장치에 의하면, 플라즈마 생성실에 연결되어 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파를 도입하는 도파부 내에 배치되고, 마이크로파는 통과하고 진공은 유지되는 유전체를 적어도 상기 도파부 내의 전자 사이클로트론 공명영역을 가로지르도록 배치하거나, 또는 유전체의 플라즈마 생성실측의 선단부가, 상기 도파부의 외주를 둘러싸고 배치되어 있는 제 1 영구자석의 축 방향 길이의 중간부보다 플라즈마 생성실측에 위치하거나, 또는 유전체의 플라즈마 생성실측 선단부가, 상기 플라즈마 생성실의 내면과 거의 일치하고 있는 것이 기 때문에, 마이크로파를 도파부에 공급하면, 주로 플라즈마 생성실 내의 전자 사이클로트론 공명자장보다 높은 자장의 영역에 국소적으로 고에너지 전자가 생기고, 생성된 고에너지 전자는 용이하게 플라즈마 생성실 내에 확산되므로, 플라즈마 생성실 내에 고밀도 플라즈마를 용이하게 생성할 수 있는 효과가 있다.
또, 상기의 구성에 부가하여, 플라즈마에 의해 에칭, 또는 박막이 형성되는 피처리물에 고주파 전압을 인가하는 수단을 설치하는 동시에, 상기 플라즈마 생성실의 일부분을 겸하는 천정판에 고주파 전압을 인가하는 수단을 설치하고, 이들 양자에 인가되는 고주파 전압의 위상을 바꾸는 수단을 구비하고 있는 것이기 때문에, 피처리물(기판)과 천정판 및 측벽에 고주파를 인가하고, 또한, 각각에 인가되는 고주파의 위상을 제어하는 것은, 기판·천정판간의 방전, 기판·측벽간의 방전, 천정판·측벽간의 방전을 제어할 수 있으므로, 플라즈마 생성실의 내벽 전면에 걸쳐 부착물을 스패터하여 고속으로 용기 내벽의 클리닝을 행할 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 내부에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성실과, 상기 플라즈마 생성실에 연결되어 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파를 도입하는 도파부와, 상기 도파부 내에 배치되어 상기 마이크로파는 통과하고 플라즈마 생성실의 진공은 유지되는 유전체와, 상기 도파부의 외주를 둘러싸고, 또한, 상기 도파부와 상기 플라즈마 생성실 내의 적어도 일부에서 전자 사이클로트론 공명자장강도를 가지는 동시에, 도파부 내에서의 마이크로파의 전송 방향을 따라 자장의 방향이 반전하는 커스프 자장을 형성하는 제 1 영구자석과, 상기 플라즈마 생성실의 주위에 서로 극성을 바꾸어 복수 배치된 제 2 영구자석과, 상기 플라즈마 생성실 내에 생성된 플라즈마에 면하여 배치되어 그 플라즈마에 의해 처리되는 피처리물을 유지하는 수단을 구비하고 있는 플라즈마 처리장치에 있어서,
    상기 유전체는, 적어도 상기 도파부 내의 전자 사이클로트론 공명영역을 가로지르도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  2. 내부에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성실과, 상기 플라즈마 생성실에 연결되어 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파를 도입하는 도파부와, 상기 도파부 내에 배치되어 상기 마이크로파는 통과하고 플라즈마 생성실의 진공은 유지되는 유전체와, 상기 도파부의 외주를 둘러싸고, 또한, 상기 도파부와 상기 플라즈마 생성실 내의 적어도 일부에서 전자 사이클로트론 공명자장강도를 가지는 동시에, 도파부 내에서의 마이크로파의 전송 방향을 따라 자장의 방향이 반전하는 커스프 자장을 형성하는 제 1 영구자석과, 상기 플라즈마 생성실의 주위에 서로 극성을 바꾸어 복수 배치된 제 2 영구자석과, 상기 플라즈마 생성실 내에 생성된 플라즈마에 면하여 배치되어 그 플라즈마에 의해 처리되는 피처리물을 유지하는 수단을 구비하고 있는 플라즈마 처리장치에 있어서,
    상기 유전체는, 그 플라즈마 생성실측의 끝단부가, 상기 도파부의 외주를 둘러싸고 배치되어 있는 제 1 영구자석의 축 방향 길이의 중간부보다 플라즈마 생성실측에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  3. 내부에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성실과, 상기 플라즈마 생성실에 연결되어 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파를 도입하는 도파부와, 상기 도파부 내에 배치되어 상기 마이크로파는 통과하고 플라즈마 생성실의 진공은 유지되는 유전체와, 상기 도파부의 외주를 둘러싸고, 또한, 상기 도파부와 상기 플라즈마 생성실 내의 적어도 일부에서 전자 사이클로트론 공명자장강도를 가지는 동시에, 도파부 내에서의 마이크로파의 전송 방향을 따라 자장의 방향이 반전하는 커스프 자장을 형성하는 제 1 영구자석과, 상기 플라즈마 생성실의 주위에 서로 극성을 바꾸어 복수 배치된 제 2 영구자석과, 상기 플라즈마 생성실 내에 생성된 플라즈마에 면하여 배치되어 그 플라즈마에 의해 처리되는 피처리물을 유지하는 수단을 구비하고 있는 플라즈마 처리장치에 있어서,
    상기 유전체는, 그 플라즈마 생성실측의 끝단부가, 상기 플라즈마 생성실의 내면과 대략 일치하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성실은 원통 형상으로 형성되고, 이 플라즈마 생성실의 내면의 곡률과 상기 유전체의 플라즈마 생성실측의 끝단부 곡률이 대략 일치하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  5. 원료가스가 도입되어 내부에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성실과, 상기 플라즈마 생성실에 연결되어 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파를 도입하는 도파부와, 상기 도파부 내에 설치되어 마이크로파는 통과시키나 가스의 진입은 저지하는 저지부재와, 상기 도파부의 외주를 둘러싸고, 또한, 상기 도파부와 상기 플라즈마 생성실 내의 적어도 일부에서 전자 사이클로트론 공명자장강도를 가지는 동시에, 도파부 내에서의 마이크로파의 전송 방향을 따라 자장의 방향이 반전하는 커스프 자장을 형성하는 제 1 영구자석과, 상기 플라즈마 생성실의 주위에 서로 극성을 바꾸어 복수 배치된 제 2 영구자석과, 상기 플라즈마 생성실 내에 생성된 플라즈마에 면하여 배치되어 그 플라즈마에 의해 처리되는 피처리물을 유지하는 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  6. 내부에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성실과, 상기 플라즈마 생성실에 연결되어 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파를 도입하는 도파부와, 상기 도파부의 외주를 둘러싸고, 또한, 상기 도파부와 상기 플라즈마 생성실내의 적어도 일부에서 전자 사이클로트론 공명자장강도를 가지는 동시에, 도파부 내에서의 마이크로파의 전송 방향을 따라 자장의 방향이 반전하는 커스프 자장을 형성하는 제 1 영구자석과, 상기 플라즈마 생성실의 주위에 서로 극성을 바꾸어 복수 배치된 제 2 영구자석과, 상기 플라즈마 생성실 내에 생성된 플라즈마에 면하여 배치되어 그 플라즈마에 의해 처리되는 피처리물을 유지하는 수단을 구비하고 있는 플라즈마 처리장치에 있어서,
    상기 도파부 내의 일부에, 상기 플라즈마 생성실 내로의 대기 진입을 저지하는 유전체로 이루어지는 대기진입저지재를 설치하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항에 있어서,
    상기 도파부는, 상기 피처리물의 면과 대략 평행하게 마이크로파가 도입되 도록 상기 플라즈마 생성실에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  8. 내부에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성실과, 상기 플라즈마 생성실에 연결되어 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파를 도입하는 도파부와, 상기 도파부 내에 배치되어 상기 마이크로파는 통과하고 플라즈마 생성실의 진공은 유지되는 유전체와, 상기 도파부의 외주를 둘러싸고, 또한, 상기 도파부와 상기 플라즈마 생성실 내의 적어도 일부에서 전자 사이클로트론 공명자장강도를 가지는 동시에, 도파부 내에서의 마이크로파의 전송 방향을 따라 자장의 방향이 반전하는 커스프 자장을 형성하는 제 1 영구자석과, 상기 플라즈마 생성실의 주위에 서로 극성을 바꾸어 복수 배치된 제 2 영구자석과, 상기 플라즈마 생성실 내에 생성된 플라즈마에 면하여 배치되어 그 플라즈마에 의해 처리되는 피처리물을 유지하는 수단을 구비하고 있는 플라즈마 처리장치에 있어서,
    상기 도파부는, 마이크로파의 진행 방향을 따라 서서히 좁아져서 경사지는 테이퍼 형상을 이루고, 그 경사를 따라 상기 제 1 영구자석이 배치되는 동시에, 상기 제 1 영구자석의 주위에 권선을 설치하고, 또한, 상기 유전체의 플라즈마 생성실측의 끝단부를, 상기 플라즈마 생성실의 내면과 대략 일치시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  9. 내부에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성실과, 상기 플라즈마 생성실에 연결되어 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파를 도입하는 도파부와, 상기 도파부 내에 배치되어 상기 마이크로파는 통과하고 플라즈마 생성실의 진공은 유지되는 유전체와, 상기 도파부의 외주를 둘러싸고, 또한, 상기 도파부와 상기 플라즈마 생성실 내의 적어도 일부에서 전자 사이클로트론 공명자장강도를 가지는 동시에, 도파부 내에서의 마이크로파의 전송 방향을 따라 자장의 방향이 반전하는 커스프 자장을 형성하는 제 1 영구자석과, 상기 플라즈마 생성실의 주위에 서로 극성을 바꾸어 복수 배치된 제 2 영구자석과, 상기 플라즈마 생성실 내에 생성된 플라즈마에 면하여 배치되어 그 플라즈마에 의해 처리되는 피처리물을 유지하는 수단을 구비하고 있는 플라즈마 처리장치에 있어서,
    상기 유전체는, 적어도 상기 도파부 내의 전자 사이클로트론 공명영역을 가로지르도록 배치되고, 또한, 상기 피처리물에 고주파 전압을 인가하는 수단을 설치하는 동시에, 상기 플라즈마 생성실의 일부분을 겸하는 천정판에 고주파 전압을 인가하는 수단을 설치하고, 이들 양자에 인가되는 고주파 전압의 위상을 바꾸는 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  10. 내부에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성실과, 상기 플라즈마 생성실에 연결되어 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파를 도입하는 도파부와, 상기 도파부 내에 배치되어 상기 마이크로파는 통과하고 플라즈마 생성실의 진공은 유지되는 유전체와, 상기 도파부의 외주를 둘러싸고, 또한, 상기 도파부와 상기 플라즈마 생성실 내의 적어도 일부에서 전자 사이클로트론 공명자장강도를 가지는 동시에, 도파부 내에서의 마이크로파의 전송 방향을 따라 자장의 방향이 반전하는 커스프 자장을 형성하는 제 1 영구자석과, 상기 플라즈마 생성실의 주위에 서로 극성을 바꾸어 복수 배치된 제 2 영구자석과, 상기 플라즈마 생성실 내에 생성된 플라즈마에 면하여 배치되어 그 플라즈마에 의해 처리되는 피처리물을 유지하는 수단을 구비하고 있는 플라즈마 처리장치에 있어서,
    상기 유전체는, 그 플라즈마 생성실측의 끝단부가, 상기 플라즈마 생성실의 내면과 대략 일치하여 배치되고, 또한, 상기 피처리물에 고주파 전압을 인가하는 수단을 설치하는 동시에, 상기 플라즈마 생성실의 일부분을 형성하는 천정판에 고주파 전압을 인가하는 수단을 설치하고, 이들 양자에 인가되는 고주파 전압의 위상을 바꾸는 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성실을 형성하는 측벽을 다른 부분으로부터 전기적으로 절연하는 동시에, 상기 측벽에 고주파 전압을 인가하는 수단을 설치하고, 또한, 상기측벽과 천정판에 인가하는 고주파 전압의 위상차 및 상기 측벽과 피처리물에 인가하는 고주파 전압의 위상차를 바꾸는 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 도파부의 일부에 마이크로파를 투과하는 동시에 고주파 전압을 차단하는 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
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