KR20000063003A - 플라즈마처리장치, 플라즈마처리방법 및 반도체제조방법 - Google Patents

플라즈마처리장치, 플라즈마처리방법 및 반도체제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마처리기판상에 있어서의 플라즈마를 고밀도화한 플라즈마처리장치를 제공하는 것이다.
이를 위하여 본 발명에서는 내부에 플라즈마가 생성되는 플라즈마생성실과, 상기 플라즈마생성실내에 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파를 도입하는 도파부와, 상기 도파부의 주위에 설치되어 상기 마이크로파와의 상호작용에 의하여 플라즈마를 생성하기 위한 전자사이크로트론공명 자장강도를 가지는 영구자석과, 상기 플라즈마생성실내에 생성된 플라즈마를 향하여 배치되고, 상기 플라즈마에 의하여 처리되는 피처리물을 유지하는 유지수단을 구비하고, 상기 도파부를 상기 플라즈마생성실의 측벽에 복수개 설치함과 동시에, 이 각 도파부의 주위에 적어도 1개의 상기 영구자석을 그 자화방향이 마이크로파 도입방향에 대하여 대략 수직이 되도록 배치한 플라즈마처리장치.

Description

플라즈마처리장치, 플라즈마처리방법 및 반도체제조방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS, PLASMA PROCESSING METHOD AND METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE BY USING THE SAME}
본 발명은 플라즈마처리장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 반도체장치 등의 제조에 있어서의 플라즈마에칭, 플라즈마 CVD성막, 스퍼터성막 등의 플라즈마를 사용하여 처리하는 공정에 있어서 가장 적합한 플라즈마처리장치 및 플라즈마처리방법에 관한 것이다.
종래의 플라즈마처리장치는 예를 들어 미국특허제5,370,765호(이하, 공지예라 함)에 기재되어 있다. 이것은 플라즈마생성실내에서 광범위에 걸쳐 균일하고, 또한 고밀도의 플라즈마를 확실하게 생성하는 것 및 가열전자가 직접 처리기판면에 들어 가지 않도록 하는 것을 목적으로 하며, 원통형상의 챔버와 그것에 연결한 가스도입부 및 마이크로파 도파부와, 챔버내에 처리기판을 유지하기 위한 수단을 가지며, 챔버내의 처리기판을 둘러싸도록 전자사이크로트론공명 자장강도를 넘는 연속적 국소 강자장을 형성하기 위한 직선형상의 자석을 조합시킨 자장발생수단을 구비하고 있다.
그러나 상기 공지예에 기재된 종래 기술에서는 전자사이크로트론공명영역에서 나온 자력선은 자석에 의하여 인입되어 즉시 마이크로파 도출부의 위 또는 아래의 측벽에 충돌한다. 이 때문에 고에너지전자에 의하여 플라즈마가 효과적으로 생성되지 않고, 플라즈마생성실의 벽면으로 고에너지전자가 흩어져 없어진다. 이 때문에 처리기판면상에 있어서 고밀도의 플라즈마를 효율적으로 생성할 수 없다는 문제가 있다.
본 발명의 제 1 목적은, 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 플라즈마처리기판면상에 고밀도의 플라즈마를 효율적으로 생성할 수 있는 플라즈마처리장치 및 플라즈마처리방법을 제공하는 데 있다.
또 본 발명의 제 2 목적은, 상기 플라즈마처리장치를 사용한 반도체제조방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명의 플라즈마처리장치의 제 1 실시예를 나타내는 단면도,
도 2는 본 발명의 플라즈마처리장치의 제 1 실시예에서 도 1과는 각도를 바꾸어 나타낸 단면도,
도 3은 도 1에 나타낸 플라즈마처리장치의 평면도,
도 4는 도 1도에 나타낸 플라즈마처리장치의 도파부 근방의 상세단면도,
도 5는 공지예의 플라즈마처리장치의 도파부 근방의 상세단면도,
도 6은 도 1의 플라즈마생성실내에서의 자력선의 형태를 나타내는 도,
도 7은 도 1에 나타낸 플라즈마처리장치의 측면도,
도 8은 본 발명의 플라즈마처리장치의 제 2 실시예의 측면도,
도 9는 본 발명의 플라즈마처리장치의 제 3 실시예의 측면도,
도 10은 본 발명과 공지예의 플라즈마처리장치에 있어서의 이온포화전류밀도의 유효생성영역 의존성을 비교한 특성도이다.
상기한 목적을 달성하는 본 발명의 요지는 다음과 같다.
(1) 내부에 플라즈마가 생성되는 플라즈마생성실과, 상기 플라즈마생성실내에 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파를 도입하는 도파부와, 상기 도파부의 주위에 설치되어 상기 마이크로파와의 상호작용에 의하여 플라즈마를 생성하기 위한 전자사이크로트론공명 자장강도를 가지는 영구자석과, 상기 플라즈마생성실내에 생성된 플라즈마를 향하여 배치되어 상기 플라즈마에 의하여 처리되는 피처리물을 유지하는 유지수단을 구비하고,
상기 도파부를 상기 플라즈마생성실의 측벽에 복수개 설치함과 동시에, 이 각 도파부의 주위에 적어도 1개의 상기 영구자석을 그 자화방향이 마이크로파 도입방향에 대하여 대략 수직이 되도록 배치한 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
(2) 내부에 플라즈마가 생성되는 플라즈마생성실과, 상기 플라즈마생성실내에 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파를 도입하는 도파부와, 상기 도파부의 주위에 설치되어 상기 마이크로파와의 상호작용에 의하여 플라즈마를 생성하기 위한 전자사이크로트론공명 자장강도를 가지는 영구자석과, 상기 플라즈마생성실내에 생성된 플라즈마를 향하여 배치되어 상기 플라즈마에 의하여 처리되는 피처리물을 유지하는 유지수단을 구비하고,
상기 도파부를 상기 플라즈마생성실의 측벽에 복수개 설치하고, 이 각 도파부의 주위에 적어도 1개의 제 1 영구자석을 그 자화방향이 마이크로파 도입방향에 대략 수직하며, 또한 극성이 상기 도파부를 끼워 같아지는 쪽으로 배치함과 동시에 적어도 1개의 제 2 영구자석을 상기 도파부의 주위에 극성을 동일하게 하여 상기 플라즈마생성실측의 극성이 상기 제 1 영구자석의 도파부측의 극성과 일치하도록 배치한 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
(3) 상기 플라즈마생성실을 형성하는 천정판에 상기 플라즈마생성실측의 극성이 상기 제 2 영구자석의 상기 플라즈마생성실측의 극성과 동일하게 되도록 영구자석을 배치한 (2)에 기재된 플라즈마처리장치.
(4) 상기 플라즈마생성실을 형성하는 측벽의 상기 각 도파부사이에, 상기 플라즈마생성실측의 극성이 상기 제 2 영구자석의 상기 플라즈마생성실측의 극성과 반대가 되도록 영구자석을 배치한 (2)에 기재된 플라즈마처리장치.
(5) 내부에 플라즈마가 생성되는 플라즈마생성실과, 상기 플라즈마생성실내에 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파를 도입하는 도파부와, 상기 도파부의 주위에 설치되고 상기 마이크로파와의 상호작용에 의하여 플라즈마를 생성하기 위한 전자사이크로트론공명 자장강도를 가지는 영구자석과, 상기 플라즈마생성실내에 생성된 플라즈마를 향하여 배치되어 상기 플라즈마에 의하여 처리되는 피처리물을 유지하는 유지수단을 구비하고,
상기 영구자석은 상기 플라즈마생성실내로의 마이크로파 도출부에 있어서의 자력선의 방향이 상기 마이크로파의 전계방향과 대략 직교하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
(6) 플라즈마처리장치에 설치된 도파부로부터의 마이크로파와 상기 도파부의 주위에 설치된 영구자석의 자장과의 상호작용에 의하여 플라즈마생성실내에 플라즈마를 생성하고, 이 생성된 플라즈마에 의하여 플라즈마생성실내의 피처리물을 처리하는 플라즈마처리방법에 있어서,
상기 마이크로파는 상기 플라즈마생성실의 측벽으로부터 피처리물의 면과 대략 평행한 방향으로 도입되고, 이 마이크로파와 상기 영구자석의 상호작용에 의하여 생성된 플라즈마는 상기 도파부의 주위에 배치된 영구자석과 각 도파부의 사이에 배치된 복수의 영구자석으로 형성된 자력선에 의하여 상기 플라즈마생성실의 중앙부근으로 밀어넣어져 가두어져 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
(7) 상기 (1)∼(5)중 어느 하나에 기재된 플라즈마처리장치의 플라즈마생성실내에 실리콘웨이퍼를 유지하고, 상기 플라즈마생성실내에 SiH4, O2, SiF4, CF4, CH4또는 염소를 함유하는 가스를 도입함과 동시에, 상기 마이크로파와 상기 영구자석에 의하여 형성된 플라즈마생성영역에서 생성된 플라즈마를 상기 실리콘웨이퍼에 작용시켜 반도체를 제조하는 것을 특징으로 하는 반도체제조방법.
본 발명은 도파부의 주위에 설치되어 마이크로파와의 상호작용에 의하여 플라즈마를 생성하기 위한 전자사이클로트론공명 자장강도를 가지는 영구자석을 플라즈마생성실내로의 마이크로파 도출부에 있어서의 자력선의 방향이 마이크로파의 전계방향과 대략 직교하도록 배치한 것을 특징으로 한다.
구체적으로는 도파부를 플라즈마생성실의 측벽에 복수개 설치함과 동시에, 이 각 도파부의 주위에 적어도 1개의 영구자석을 그 자화방향이 마이크로파 도입방향에 대하여 대략 수직이 되도록 배치하거나 또는 도파부를 플라즈마생성실의 측벽에 복수개 설치하고, 이 각 도파부의 주위에 적어도 1개의 제 1 영구자석을 그 자화방향이 마이크로파 도입방향에 대략 수직으로, 또한 극성이 상기 도파부를 끼워 같아지는 쪽으로 배치함과 동시에, 적어도 1개의 제 2 영구자석을 상기 도파부의 주위에 극성을 동일하게 하여 상기 플라즈마생성실측의 극성이 상기 제 1 영구자석의 도파부측의 극성과 일치하도록 배치하였다.
또 도파부로부터의 마이크로파와 도파부의 주위에 설치된 영구자석의 자장과의 상호작용에 의하여 플라즈마생성실내에 플라즈마를 생성하고, 이 생성된 플라즈마에 의하여 플라즈마생성실내의 피처리물을 처리함에 있어서 상기 마이크로파는 상기 플라즈마생성실의 측벽으로부터 피처리물의 면과 대략 평행한 방향으로 도입되고, 이 마이크로파와 상기 영구자석의 상호작용에 의하여 생성된 플라즈마는 상기 도파부의 주위에 배치된 영구자석과 각 도파부의 사이에 배치된 복수의 영구자석으로 형성된 자력선에 의하여 상기 플라즈마생성실의 중앙부근으로 밀어넣어져 가두어지도록 하였다.
본 발명에 의하면 플라즈마처리기판면상에 고밀도의 플라즈마를 효율적으로 생성할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 도면을 사용하여 설명한다. 도 1 내지 도 4 및 도 6, 도 7은 본 발명의 플라즈마처리장치의 제 1 실시예를 나타내고 있다.
본 실시예의 플라즈마처리장치인 마이크로파 플라즈마생성장치는, 도 1, 도 2에 나타내는 바와 같이 알루미늄 등의 비자성재에 의하여 대략 원통형상으로 형성된 1개의 플라즈마생성실(1)을 가지고 있다. 또한 도 2는 도 1을 각도를 바꾸어 본 경우의 단면도이다.
이 플라즈마생성실(1)은 천정판(2)과 측벽(3)으로 구성되고, 천정판(2)과 측벽(3)은 절연물(4)을 거쳐 접속되어 있으며, 측벽(3)은 절연물(5)을 개재하여 베이스플레이트(6)에 접속되어 있다(베이스플레이트 6는 전기적으로 기준전위에 접속되어 있다).
베이스플레이트(6)에는 게이트밸브(8)를 개재하여 기판(9)이 반송되는 반송실(10)이 접속되어 있음과 동시에, 별도의 게이트밸브(7)를 거쳐 플라즈마생성실 (1)내를 진공배기하는 진공배기장치(11)가 접속되어 있다. 또 베이스플레이트(6)에는 절연물(12)을 개재하여 기판(9)을 유지하는 기판홀더(13)가 접속되어 있다. 도시는 생략하였으나, 반송실(10)내에 설치된 반송로봇에 의하여 기판(9)이 기판홀더(13)에 주고받아진다.
측벽(3)에는 가스도입용 노즐(14a, 14b)이 설치되어 있다(가스도입용 노즐 14a, 14b은 천정판 2에 설치하여도 좋다. 또 가스도입용 노즐 14a, 14b중 한쪽을 생략하여도 좋다).
또 도 1의 평면도인 도 3에 나타내는 바와 같이, 플라즈마생성실(1)의 측벽 (3)에는 4개의 마이크로파 도파부(15a, 15b, 15c, 15d)가 설치되고, 마이크로파 도파부(15a, 15b, 15c, 15d)에는 각각 알루미늄과 같은 비자성재에 의하여 형성되어 있는 도파관(16a, 16b, 16c, 16d)이 접속되어 있다.
도파관(16a, 16b, 16c, 16d)에는 각각 스터브튜너(17a, 17b, 17c, 17d)와 검파기(18a, 18b, 18c, 18d)가 접속되어 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이 마이크로파 도파부(15a, 15c)의 내부에는 플라즈마생성실(1)의 기밀을 유지할 수 있도록 유전체(19a, 19c)가 설치되고(도시 생략하였으나 마이크로파 도파부 15b, 15d의 내부에도 유전체 19b, 19d가 설치되어 있음) 또한 유전체(19a, 19b, 19c, 19d)는 유전체(19a, 19b, 19c, 19d)의 플라즈마생성실 (1)측의 선단부가 플라즈마생성실(1)의 내벽면과 대략 일치하도록 설치되어 있다.
이 유전체(19a, 19b, 19c, 19d)의 플라즈마생성실(1)측의 선단부는 그 곡율이 플라즈마생성실(1)의 내면의 곡율과 대략 일치하고 있는 쪽이 바람직하나, 반드시 그럴 필요는 없다. 유전체(19a, 19b, 19c, 19d)는 통상에서는 석영이나 알루미나 등의 세라믹스가 사용된다.
마이크로파 도파부(15a, 15b, 15c, 15d)의 각각의 주위에는 마이크로파와의 상호작용에 의하여 플라즈마를 생성하기 위한 전자사이크로트론공명 자장강도를 가지는 영구자석(20a, 20b, 20c, 20d)이 배치되어 있다. 예를 들어 마이크로파의 주파수가 2.45GHz의 경우는 전자사이크로트론공명의 자장의 강도는 875 가우스이다. 또한 기판홀더(13)에는 고주파전원(21)이 접속되어 있다.
플라즈마생성실(1)을 진공배기장치(11)에 의하여 진공뽑기한 후, 플라즈마생성실(1)에 가스도입용 노즐(14a, 14b)로부터 아르곤가스와 같은 특정가스를 도입하여 플라즈마생성실(1)내를 그 가스분위기로 하여 두고, 가스분위기중에서 마이크로파 도파부(15a, 15b, 15c, 15d)로부터 마이크로파를 도입하여 영구자석(20a, 20b, 20c, 20d)에 의하여 형성된 자장과의 전자사이크로트론공명에 의하여 플라즈마가 생성된다. 그리고 기판홀더(13)에 고주파전압을 인가함으로써 생성한 플라즈마를 기판(9)에 조사하여 기판(9)의 표면을 소망형상으로 가공한다.
마이크로파 도파부(15a)의 주위에 배치된 제 1 영구자석(24a, 24b)은 도 4에 나타내는 바와 같이 자화방향이 마이크로파 도입방향으로 대략 수직하고, 또한 극성이 마이크로파 도파관(16a)을 끼워 같아지는 쪽으로 배치되어 있다. 단, 제 1영구자석은 복수의 영구자석으로 이루어지는 집합체이어도 상관없다.
또한 도 4에 나타내는 바와 같이 제 2 영구자석(25a, 25b, 26a, 26b)이 마이크로파 도파관(15a)을 둘러싸도록 극성을 동일하게 하고, 또한 플라즈마생성실(1)측의 극성이 제 1 영구자석(24a, 24b)의 마이크로파 도파관(15a)측의 극성과 일치하도록 배치되어 있다.
제 2 영구자석(25a, 25b, 26a, 26b)도 복수의 영구자석으로 이루어지는 집합체이어도 상관없다. 또한 제 1 영구자석 및 제 2 영구자석은 반드시 마이크로파 도파관을 끼워 양측에 배치되어 있을 필요는 없고, 한쪽뿐이어도 상관없다.
그때 자장은 마이크로파 도파부(15a)에 있어서, 전자사이클로트론공명 자장강도(875 가우스)를 넘는 크기의 자장이 되도록 제 1 영구자석(24a, 24b) 및 제 2영구자석(25a, 25b, 26a, 26b)은 잔류자속밀도가 큰 (약 11,000 가우스)사마륨·코발트 등으로 이루어져 있다.
마이크로파가 마이크로파 도파부(15a)로부터 입사될 때, 유전체(19a)의 플라즈마생성실(1)의 내면과 일치하는 선단부 근방에는 국소전자 가열영역(27)이 형성 (875 가우스에서 2.45 GHz로 형성)되고, 따라서 고에너지전자가 대량으로 생성된다.
또한, 마이크로파 도파부(15b, 15c, 15d)의 구조도 15a와 같이 되어 있다.
전자사이크로트론공명에 의하여 흡수되는 전자에너지는 자장방향과 마이크로파의 전계방향과 이루는 각도에 의존한다. 자장방향과 마이크로파의 전계방향이 이루는 각도를 θ라 하면, 실질적으로 전자사이크로트론공명에 기여하는 유효전계강도는 Esinθ가 된다. 여기서 E는 마이크로파의 전계강도이다. 즉, 유효전계강도는 자장방향과 마이크로파의 전계방향이 직교하는 경우에 최대가 된다.
본 실시예에 의하면 제 1 영구자석(24a, 24b)에 의하여 유전체(19a)의 마이크로파 도출부에 있어서 자력선의 방향은 대략 마이크로파의 전계방향과 직교하기 때문에, 최대의 유효전계강도가 얻어진다.
또 제 1 영구자석(24a, 24b)의 잔류자속밀도를 크게 하거나, 치수를 크게 함으로써 마이크로파 도출부에 있어서의 자장강도가 강하게 되어 전자사이크로트론공명영역을 확대시키는 것이 가능하다.
다음에 상기 공지예(미국특허제5,370,765호)와 비교하여 본 발명의 작용과 효과를 설명하기 위하여 도 5에 상기 공지예의 마이크로파 도출부 단면을 나타낸다.
이 공지예에서는 마이크로파 도출부는 플라즈마생성실을 둘러싸도록 둘레형상(周狀)으로 배치되어 있고, 도 5에 나타내는 바와 같이 플라즈마생성실의 마이크로파 도출부의 상하에 극성방향이 대향하는 방향으로 영구자석(28a, 28b)이 플라즈마생성실의 중심축을 둘러싸도록 둘레형상으로 배치되어 있으며, 또한 영구자석 (28a, 28b)의 플라즈마생성실과 반대측에 극성방향이 비스듬하게 되는 도 5에 나타내는 것 같은 극성방향으로 영구자석(29a, 29b, 30a, 30b)이 둘레형상으로 배치되어 있다.
영구자석(28a, 28b, 29a, 29b, 30a, 30b)에 의하여 마이크로파 도출부의 자장강도는 전자사이크로트론공명 자장강도 이상으로 되어 있다.
또한 전자사이크로트론공명으로 가열된 전자를 가두기 위한 미러자장(31a, 31b)이 플라즈마생성실의 중심축을 둘러싸도록 마이크로파 도출부의 상하에 둘레형상으로 형성된다. 영구자석(28a, 29a, 30a)에 의하여 미러자장(31a)이, 또 영구자석 (28b, 29b, 30b)에 의하여 미러자장(31b)이 각각 마이크로파 도출부 근방에 국소화되고, 플라즈마생성실 중앙부는 약자장영역으로 되어 있다.
본 실시예의 제 2 영구자석(25a, 25b)과 공지예의 영구자석(29a, 29b)은 플라즈마생성실의 중심축에 대한 자화성분이 역방향이며, 그 효과도 본질적으로 다르다.
여기서 본 실시예의 제 2 영구자석(25a, 25b)과 공지예의 영구자석(29a, 29b)의 효과의 차를 설명하기 위하여 도 6을 사용하여 가열전자의 유효생성영역이라는 개념을 도입한다.
전자사이클로트론공명으로 가열된 전자는, 자력선을 따라 사이클로트론운동을 하면서 확산되어 가나, 그 가열전자가 효율적으로 플라즈마생성에 기여하기 위해서는 전자사이크로트론공명영역으로부터 나온 자력선이 벽면에 충돌하기까지의 거리(L)가 전자가 중성입자와 충돌하기까지의 평균자유행정(λ)이상이 될 필요가 있다.
즉, L 〉 λ이면 자력선을 따라 확산된 전자가 벽면에 충돌하기 전에 중성입자와 적어도 1회 이상은 충돌하기 때문에, 가열된 전자의 에너지가 유효하게 플라즈마의 생성에 사용되고, 플라즈마밀도가 증대한다.
여기서 전자사이크로트론공명영역중, 출사하는 자력선이 L 〉 λ의 조건을 만족하고 있는 영역을 그 영역에서 가열된 전자가 유효적으로 플라즈마생성에 기여한다는 의미로, 유효생성영역이라 정의한다.
본 실시예에 있어서도, 공지예에 있어서도, 전자사이크로트론공명영역으로부터 나온 자력선은 플라즈마생성실내를 지나서 측벽이나 천정판, 또는 베이스플레이트에 충돌한다.
공지예에서는 전자사이크로트론공명영역으로부터 나온 자력선은, 도 5에 나타내는 영구자석(29a 또는 29b)에 의하여 인입되고, 즉시 마이크로파 도출부 상하의 측벽에 충돌하기 때문에 영구자석(28a, 28b, 29a, 29b, 30a, 30b)을 대형화하지않는 한 L 〉 λ의 조건을 만족하지 않고, 유효생성영역이 작아지기 때문에 고밀도플라즈마를 생성하는 것이 곤란하게 된다.
또 플라즈마의 대부분은 미러자장(31a, 31b)내, 또는 그 근방에서만 생성되기 때문에, 기판부근에서의 플라즈마밀도가 낮아진다.
본 실시예에서는 도 6의 영구자석(25a, 25b)에 의하여 전자사이크로트론공명영역으로부터 나온 자력선은 곧 바로는 벽면에 충돌하지 않고 플라즈마생성실 내부로 밀어넣어지기 때문에 L 이 길어져 L 〉 λ의 조건을 용이하게 만족할 수 있다. 그 결과 유효생성영역이 증가하여 고밀도 플라즈마를 생성하는 것이 가능하게 된다.
또 제 2 영구자석(25a, 25b, 26a, 26b)의 배치, 체적, 잔류자속밀도 등을 바꿈으로써 자력선의 밀어넣기의 강도를 자유롭게 조정하는 것이 가능하다.
이때, 전자사이크로트론공명영역으로부터 나와 영구자석(25b)에 의하여 밀어넣어진 자력선이 직접 기판면으로 들어가면 그 자력선을 따라 확산되어 온 가열전자에 의하여 예를 들어 반도체디바이스의 성막공정 등에 사용된 경우는, 디바이스손상을 야기하는 원인될 가능성이 있다.
그러나 이는 도 7에 나타내는 바와 같이, 측벽 및 천정판에 제 2 영구자석과 극성이 반대가 되도록 영구자석(23a, 23b, 24a, 24b)을 배치하여 측벽, 천정판방향으로 자력선을 인입함으로써 회피하는 것이 가능하다.
또 영구자석(23a, 23b, 24a, 24b)에 의하여 자력선이 플라즈마생성실의 천정판측으로 인입되기 때문에 기판면 부근은 약자장영역이 되고, 플라즈마가 자장의 영향을 받지 않고 등방적으로 확산하기 때문에 기판면상에서 균일한 플라즈마분포가 얻어진다는 이점도 있다.
또 도 7에 나타내는 바와 같이, 천정판(2)에 예를 들어 링형상의 영구자석 (22)을 플라즈마 생성실측의 극성을 영구자석(25a, 25b)과 같아지도록 배치함으로써 자력선을 더욱 기판(9)방향으로 밀어넣어 L을 길게 하는 것이 가능하다. 또한 영구자석(22)은 반드시 링형상일 필요는 없으며, 복수의 블록형상이어도 상관없다.
또 L 〉 λ의 조건을 만족하기 위해서는 도 8에 나타내는 바와 같이, 적어도 λ이상의 길이의 제 1 영구자석을 사용하여도 좋다. 이 경우는 반드시 영구자석 (25a, 25b)은 필요없다.
또 도 9에 나타내는 바와 같이 도파관(16a, 16b, 16c, 16d)을 도 7의 상태로부터 90도 회전시킨 구성이어도 좋다.
공지예 및 도 4에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 관하여 기판면에서의 이온포화전류를 측정한 결과를 도 10에 나타낸다.
유효생성영역의 크기를 나타내는 하나의 파라미터로서 도 6에 나타내는 바와 같이, 마이크로파 도출부의 중앙단면에 있어서의 등자속밀도선(마이크로파 2.45 GHz에서 845 가우스)상에서 L 〉 λ의 조건을 만족하고 있는 범위의 길이(Seff)를 취하였다. 마이크로파 도출부의 중앙은 마이크로파의 전계강도가 가장 크고, 고에너지전자가 가장 많이 생성되는 장소이기 때문에, Seff는 이 단면으로 정의하였다. 또한 도 10의 가로축은 Seff, 세로축은 이온포화전류밀도이다.
공지예와 본 발명의 일 실시예를 비교하면, 본 실시예의 Seff는 공지예의 약 3배가 된 결과, 이온포화전류밀도는 본 실시예의 쪽이 약 5배로 되어 있다.
본 실시예와 같은 플라즈마처리장치를 예를 들어 SiH4, O2, SiF4, CF4, CH4또는 염소를 함유하는 가스를 사용하여 실리콘기판의 처리에 적용하면 고선택성·고속에칭장치, 내지는 고속으로 고애스펙트비의 배선간 홈을 매립하는 것이 가능한 높은 스루풋성막장치를 제공할 수 있다.
또 대형유리기판의 처리에 적용하면 고속성막이 가능한 높은 스루풋의 액정 디스플레이장치를 제공할 수 있다.
예를 들어 기판홀더에 실리콘웨이퍼를 유지하여 플라즈마생성실에 가스도입용 노즐로부터 SiH4, O2를 도입한다. SiH4, O2가스분위기중에서 마이크로파 도파부 (15a, 15b, 15c, 15d)로부터 마이크로파를 도입하면 영구자석(20a, 20b, 20c, 20d)에 의하여 형성된 자장과의 전자사이크로트론공명에 의하여 플라즈마가 생성되고, SiH4는 SiH3, SiH2, SiH, Si 등의 실란래디컬로, O2는 O 등의 산소래디컬로 해리된다. 생성된 실란래디컬과 산소래디컬은 실리콘웨이퍼상에서 반응하여 SiO2막이 된다.
또한 아르곤가스를 SiH4, O2와 동시에 도입하여 기판홀더(13)에 고주파전압을 인가함으로써 기판표면에 유기된 음의 셀프바이어스로 플라즈마중의 아르곤이온이 실리콘웨이퍼상에 조사되고, 아르곤이온으로 스퍼터하면서 SiO2성막을 행함으로써, 실리콘웨이퍼상의 배선간 단차를 매립하면서 평탄한 막을 형성할 수 있다.
또 SiH4와 동시에 N2를 도입함으로써 SiN의 성막을 행할 수도 있다.
또 SiH4, O2와 동시에 SiF4, CF4등의 불소를 함유하는 가스를 도입함으로써 SiOF의 성막(을)를 행할 수도 있다.
또 가스도입용 노즐로부터 CF4, C2F6, C3F8등의 플루오르화탄소가스를 도입하면 이들 가스는 플라즈마중에서 래디컬이 되어 실리콘웨이퍼상의 SiO2등의 산화막의 에칭을 행할 수 있다. 에칭용 가스로서는 염소를 함유하는 가스이어도 좋다.
이와 같이 본 실시예에 나타내는 구성으로 함으로써, 간단한 수단을 취할 뿐으로 영구자석에 의하여 전자사이크로트론공명 자장영역이 형성되고, 입사마이크로파에 의하여 고에너지전자가 생성되어 전자사이크로트론공명영역으로부터 발하는 자력선은 적어도 전자의 평균 자유행정 이상이 된다. 이 자력선을 따라 고에너지전자를 확산시켜 플라즈마를 효과적으로 생성시킴으로써 플라즈마처리 기판면상에 있어서의 플라즈마밀도를 용이하게 증대시킬 수 있다.
또 종래의 구성에서는 벽면으로 들어가는 자력선을 따라 고에너지전자가 그 부분으로 집중적으로 흘러 들기 때문에 그 부분의 온도가 국소적으로 상승하여 주위와의 온도차에 의해 큰 열응력이 발생하고 있었다. 그러나 본 실시예의 구성으로 함으로써, 고에너지전자가 벽면으로 국소적으로 흘러 드는 일이 없게 되어, 국소적인 온도상승이 방지되고 주위와의 온도차에 따르는 열응력의 발생을 방지할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 플라즈마처리 기판면상에 고밀도의 플라즈마를 효율적으로 생성할 수 있다.

Claims (9)

  1. 내부에 플라즈마가 생성되는 플라즈마생성실과, 상기 플라즈마생성실내에 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파를 도입하는 도파부와, 상기 도파부의 주위에 설치되어 상기 마이크로파와의 상호작용에 의하여 플라즈마를 생성하기 위한 전자사이크로트론공명 자장강도를 가지는 영구자석과, 상기 플라즈마생성실내에 생성된 플라즈마를 향하여 배치되어 상기 플라즈마에 의하여 처리되는 피처리물을 유지하는 유지수단을 구비하고,
    상기 도파부를 상기 플라즈마생성실의 측벽에 복수개 설치하는 동시에, 이 각 도파부의 주위에 적어도 1개의 상기 영구자석을 그 자화방향이 마이크로파 도입방향에 대하여 대략 수직이 되도록 배치한 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  2. 내부에 플라즈마가 생성되는 플라즈마생성실과, 상기 플라즈마생성실내에 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파를 도입하는 도파부와, 상기 도파부의 주위에 설치되어 상기 마이크로파와의 상호작용에 의하여 플라즈마를 생성하기 위한 전자사이크로트론공명 자장강도를 가지는 영구자석과, 상기 플라즈마생성실내에 생성된 플라즈마를 향하여 배치되고 상기 플라즈마에 의하여 처리되는 피처리물을 유지하는 유지수단을 구비하고,
    상기 도파부를 상기 플라즈마생성실의 측벽에 복수개 설치하고, 이 각 도파부의 주위에 적어도 1개의 제 1 영구자석을 그 자화방향이 마이크로파 도입방향에대략 수직이고, 또한 극성이 상기 도파부를 끼워 같아지는 쪽으로 배치하는 동시에 적어도 1개의 제 2 영구자석을 상기 도파부의 주위에 극성을 동일하게 하여 상기 플라즈마생성실측의 극성이 상기 제 1 영구자석의 도파부측의 극성과 일치하 도록 배치한 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 플라즈마생성실을 형성하는 천정판에 상기 플라즈마생성실측의 극성이 상기 제 2 영구자석의 상기 플라즈마생성실측의 극성과 동일하게 되도록 영구자석을 배치한 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 플라즈마생성실을 형성하는 측벽의 상기 각 도파부사이에 상기 플라즈마생성실측의 극성이 상기 제 2 영구자석의 상기 플라즈마생성실측의 극성과 반대가 되도록 영구자석을 배치한 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  5. 내부에 플라즈마가 생성되는 플라즈마생성실과, 상기 플라즈마생성실내에 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파를 도입하는 도파부와, 상기 도파부의 주위에 설치되고 상기 마이크로파와의 상호작용에 의하여 플라즈마를 생성하기 위한 전자사이크로트론공명 자장강도를 가지는 영구자석과, 상기 플라즈마생성실내에 생성된 플라즈마를 향하여 배치되어 상기 플라즈마에 의하여 처리되는 피처리물을 유지하는 유지수단을 구비하고,
    상기 영구자석은 상기 플라즈마생성실내로의 마이크로파 도출부에 있어서의 자력선의 방향이 상기 마이크로파의 전계방향과 대략 직교하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  6. 플라즈마처리장치에 설치된 도파부로부터의 마이크로파와, 상기 도파부의 주위에 설치된 영구자석의 자장과의 상호작용에 의하여 플라즈마생성실내에 플라즈마를 생성하고, 이 생성된 플라즈마에 의하여 플라즈마생성실내의 피처리물을 처리하는 플라즈마처리방법에 있어서,
    상기 마이크로파는 상기 플라즈마생성실의 측벽으로부터 피처리물의 면과 대략 평행한 방향으로 도입되어 이 마이크로파와 상기 영구자석과의 상호작용에 의하여 생성된 플라즈마는 상기 도파부의 주위에 배치된 영구자석과 각 도파부의 사이에 배치된 복수의 영구자석으로 형성된 자력선에 의하여 상기 플라즈마생성실의 중앙부근으로 밀어넣어 가두어져 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
  7. 플라즈마처리장치를 사용하여 피처리물을 처리하는 반도체제조방법으로서, 상기 플라즈마처리장치는 플라즈마생성실과, 상기 플라즈마생성실의 측벽에 복수개 설치되어 상기 플라즈마생성실내에 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파를 도입하는 도파부와, 상기 도파부의 주위에 설치되어 상기 마이크로파와의 상호작용에 의하여 플라즈마를 생성하기 위한 전자사이크로트론공명 자장강도를 가지는 영구자석과, 상기 플라즈마생성실내에 생성된 플라즈마를 향하여 배치되어 상기 피처리물을 유지하는 유지수단을 구비하고,
    적어도 1개의 상기 영구자석을 상기 각 도파부의 주위에 그 자화방향이 마이크로파 도입방향에 대하여 대략의 수직이 되도록 배치하고,
    상기 플라즈마생성실내에 실리콘웨이퍼를 유지하여 상기 플라즈마생성실내에 SiH4, O2, SiF4, CF4, CH4또는 염소를 함유하는 가스를 도입하는 동시에, 상기 마이크로파와 상기 영구자석에 의하여 형성된 플라즈마생성영역에서 생성된 플라즈마를 상기 실리콘웨이퍼에 작용시켜 반도체를 제조하는 것을 특징으로 하는 반도체제조방법.
  8. 플라즈마처리장치를 사용하여 피처리물을 처리하는 반도체제조방법으로서, 상기 플라즈마처리장치는 플라즈마생성실과, 상기 플라즈마생성실의 측벽에 복수개 설치되어 상기 플라즈마생성실내에 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파를 도입하는 도파부와, 상기 도파부의 주위에 설치되어 상기 마이크로파와의 상호작용에 의하여 플라즈마를 생성하기 위한 전자사이크로트론공명 자장강도를 가지는 영구자석과, 상기 플라즈마생성실내에 생성된 플라즈마를 향하여 배치되어 상기 피처리물을 유지하는 유지수단을 구비하고,
    적어도 1개의 상기 영구자석을 상기 각 도파부의 주위에 그 자화방향이 마이크로파 도입방향에 대하여 대략 수직하고, 또한 극성이 상기 도파부를 끼워 같아지되는 방향으로 배치하며,
    적어도 1개의 제 2 영구자석을 상기 도파부의 주위에 극성을 동일하게 하여 상기 플라즈마생성실측의 극성이 상기 제 1 영구자석의 도파부측의 극성과 일치하 도록 배치하고,
    상기 플라즈마생성실내에 실리콘웨이퍼를 유지하여 상기 플라즈마생성실내에 SiH4, O2, SiF4, CF4, CH4또는 염소를 함유하는 가스를 도입하는 동시에, 상기 마이크로파와 상기 영구자석에 의하여 형성된 플라즈마생성영역에서 생성된 플라즈마를 상기 실리콘웨이퍼에 작용시켜 반도체를 제조하는 것을 특징으로 하는 반도체제조방법.
  9. 플라즈마처리장치를 사용하여 피처리물을 처리하는 반도체제조방법으로서, 상기 플라즈마처리장치는 플라즈마생성실과, 상기 플라즈마생성실내에 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파를 도입하는 도파부와, 상기 도파부의 주위에 설치되어 상기 마이크로파와의 상호작용에 의하여 플라즈마를 생성하기 위한 전자사이크로트론공명 자장강도를 가지는 영구자석과, 상기 플라즈마생성실내에 생성된 플라즈마를 향하여 배치되어 상기 피처리물을 유지하는 유지수단을 구비하고,
    상기 영구자석을 상기 플라즈마생성실내로의 마이크로파 도출부에 있어서의 자력선의 방향이 상기 마이크로파의 전계방향과 대략 직교하도록 배치하며,
    상기 플라즈마생성실내에 실리콘웨이퍼를 유지하여 상기 플라즈마생성실내에 SiH4, O2, SiF4, CF4, CH4또는 염소를 함유하는 가스를 도입하는 동시에, 상기 마이크로파와 상기 영구자석에 의하여 형성된 플라즈마생성영역에서 생성된 플라즈마를 상기 실리콘웨이퍼에 작용시켜 반도체를 제조하는 것을 특징으로 하는 반도체제조방법.
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