KR20050013187A - Method and apparatus for generating a gas plasma, gas compostion for generating a plasma and method for semiconductor processing using the same - Google Patents

Method and apparatus for generating a gas plasma, gas compostion for generating a plasma and method for semiconductor processing using the same

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KR20050013187A
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Abstract

PURPOSE: A method and an apparatus of generating gas plasma, a gas composition of generating plasma, and a method of fabricating a semiconductor device using the same are provided to enhance productivity by improving efficiency of generation and reducing a generating period in a plasma generating process using a remote method. CONSTITUTION: A first electric field(48a) is generated at a plasma generating member or a gas floating member(43) by an RF current supplied from a power supply unit(45). A second electric field(48b) is generated at the plasma generating member or the gas floating member by a main magnetic field forming part and an auxiliary magnetic field forming part. The first electric field and the second electric field cross at right angles within the plasma generating member or the gas floating member. The radical atmosphere is formed within the plasma generating member or the gas floating member by the first electric field and the second electric field.

Description

가스 플라즈마 생성 방법 및 장치, 플라즈마 생성용 가스 조성물 및 이를 이용한 반도체 장치의 제조 방법{Method and apparatus for generating a gas plasma, gas compostion for generating a plasma and method for semiconductor processing using the same}Gas plasma generating method and apparatus, gas composition for plasma generation and manufacturing method of semiconductor device using same {Method and apparatus for generating a gas plasma, gas compostion for generating a plasma and method for semiconductor processing using the same}

본 발명은 플라즈마 생성 방법, 상기 플라즈마를 생성하기 위한 장치, 플라즈마 형성용 신규한 가스 조성물 및 이를 이용한 반도체 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 리모트(remote) 방식으로 플라즈마를 생성하는 방법, 상기 플라즈마를 생성하기 위한 장치, 상기 플라즈마를 생성하여 실리콘 식각을 하기 위한 가스 조성물 및 상기 가스 조성물을 사용한 반도체 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma generation method, an apparatus for generating the plasma, a novel gas composition for plasma formation and a semiconductor manufacturing method using the same. In particular, the present invention relates to a method for generating a plasma in a remote manner, an apparatus for generating the plasma, a gas composition for generating silicon and etching the plasma, and a semiconductor manufacturing method using the gas composition.

최근, 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능 면에 있어서, 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 따라서, 상기 반도체 장치는 0.15㎛ 이하 디자인룰(design rule)의 고집적화를 요구한다. 때문에, 상기 반도체 장치의 제조 기술은 플라즈마를 사용하는 제조 기술 등과 같은 미세 가공 기술로 발전되고 있다.In recent years, with the rapid spread of information media such as computers, semiconductor devices are also rapidly developing. In terms of its function, the semiconductor device is required to operate at a high speed and to have a large storage capacity. Therefore, the semiconductor device requires high integration of a design rule of 0.15 µm or less. Therefore, the manufacturing technology of the semiconductor device has been developed into a fine processing technology such as a manufacturing technology using plasma.

상기 플라즈마는 생성하는 방식에 따라 인-시튜(in-situ) 방식 및 리모트 방식 등으로 구분된다. 상기 인-시튜 방식은 반도체 제조 공정을 수행하는 챔버 내부에서 상기 플라즈마를 생성하는 방식이다. 그리고, 상기 리모트 방식은 상기 챔버 외부에서 상기 플라즈마를 생성한 다음 상기 챔버 내부로 상기 플라즈마를 제공하는 방식이다. 상기 인-시튜 방식은 상기 플라즈마를 상기 챔버 내부에서 직접 생성하기 때문에 상기 챔버 내부에 위치하는 기판 및 상기 챔버 내벽 등에 손상을 끼칠 수 있다. 따라서, 최근의 반도체 제조 공정에서는 챔버의 외부에서 플라즈마를 생성하는 상기 리모트 방식을 주로 채택하고 있다.The plasma is classified into an in-situ method and a remote method according to a generation method. The in-situ method is a method of generating the plasma in a chamber for performing a semiconductor manufacturing process. The remote method is a method of generating the plasma outside the chamber and then providing the plasma to the chamber. Since the in-situ method directly generates the plasma inside the chamber, the plasma may damage the substrate and the inner wall of the chamber. Therefore, in the recent semiconductor manufacturing process, the remote method of generating plasma outside the chamber is mainly adopted.

상기 리모트 방식으로 플라즈마를 생성하는 방법 및 장치에 대한 예는 대한민국 공개 특허 공보 제1998-79855호, 대한민국 공개 특허 공보 제2001-49697호,미합중국 특허 제5,458,754호(issued to Sathrum et al.), 미합중국 특허 제6,263,830호(issued to Kamarehi et al.), 일본국 특허 공개 공보 평6-293980호 및 일본국 특허 공개 공보 평8-323873호 등에 개시되어 있다.Examples of the method and apparatus for generating the plasma by the remote method are disclosed in Korean Unexamined Patent Publication No. 1998-79855, Korean Unexamined Patent Publication No. 2001-49697, US Patent No. 5,458,754 (issued to Sathrum et al.), United States of America Patent No. 6,263,830 (issued to Kamarehi et al.), Japanese Patent Laid-Open No. Hei 6-293980, Japanese Patent Laid-Open No. Hei 8-323873, and the like.

상기 미합중국 특허 제5,458,754호에는, 자기장을 이용하여 플라즈마를 생성하는 방법이 개시되어 있다. 상기 미합중국 특허 제6,263,830호에는, 마이크로 웨이브(micro wave)를 이용하여 플라즈마를 생성하는 방법이 기재되어 있다. 상기 자기장 또는 마이크로 웨이브를 이용함으로써, 상기 플라즈마를 생성시킬 때 상기 플라즈마의 움직임을 제어하여 상기 플라즈마의 생성 효율을 향상시킬 수 있다.U. S. Patent No. 5,458, 754 discloses a method of generating a plasma using a magnetic field. U. S. Patent No. 6,263, 830 discloses a method of generating plasma using microwaves. By using the magnetic field or the microwave, it is possible to improve the generation efficiency of the plasma by controlling the movement of the plasma when generating the plasma.

도 1은 종래의 리모트 방식으로 플라즈마를 생성하는 장치를 나타내는 개략도이다.1 is a schematic diagram showing an apparatus for generating a plasma by a conventional remote method.

도 1을 참조하면, 상기 플라즈마 생성 장치(1)는 가스가 유동하는 튜브(11)를 포함한다. 튜브(11)는 소스 가스가 유입되는 부위에서 제1 분기 튜브(11a) 및 제2 분기 튜브(11b)로 분기되고, 상기 플라즈마 가스가 배출되는 부위에서 제1 분기 튜브(11a) 및 제2 분기 튜브(11b)가 결합한다. 소스 가스는 두 군데 경로(P1, P2)를 통과하여 플라즈마 상태의 가스로 전환된다.Referring to FIG. 1, the plasma generating apparatus 1 includes a tube 11 through which gas flows. The tube 11 branches to the first branch tube 11a and the second branch tube 11b at the site where the source gas flows in, and the first branch tube 11a and the second branch at the site where the plasma gas is discharged. The tube 11b joins. The source gas passes through two paths P 1 and P 2 and is converted into gas in a plasma state.

플라즈마 생성 장치(1)에는 상기 가스를 플라즈마로 형성할 때 자기장을 형성하는 자기장 형성부(13)가 구비되어 있다. 자기장 형성부(13)는 제1 분기 튜브(11a) 또는 제2 분기 튜브(11b)를 둘러싸도록 배치된다. 자기장 형성부(13)는 자기장을 형성하여 플라즈마를 형성한다.The plasma generating apparatus 1 is provided with a magnetic field forming unit 13 which forms a magnetic field when forming the gas into plasma. The magnetic field forming portion 13 is arranged to surround the first branch tube 11a or the second branch tube 11b. The magnetic field forming unit 13 forms a magnetic field to form a plasma.

전원부(15)는 상기 가스를 플라즈마로 형성할 때 구형파의 고주파 교류 전류를 발생시켜 전기장 및 자기장을 형성한다. 전원부(15)로부터 인출된 전선은 자기장 형성부(13)를 코일 형태로 감싸도록 배치된다.The power supply unit 15 generates a high frequency alternating current of a square wave when forming the gas into plasma to form an electric field and a magnetic field. The wire drawn out from the power supply unit 15 is arranged to surround the magnetic field forming unit 13 in the form of a coil.

전원부(15)에서 발생된 고주파 교류 전류가 자기장 형성부(13)를 코일 형태로 통과하도록 공급되면, 튜브(11) 내부에 존재하는 기체 입자등에 에너지가 가해져서 가스 플라즈마가 생성된다.When the high frequency alternating current generated by the power supply unit 15 passes through the magnetic field forming unit 13 in the form of a coil, energy is applied to gas particles and the like existing in the tube 11 to generate a gas plasma.

상술한 종래의 플라즈마 형성 장치(1)에서는 상기 튜브(11)의 제1 분기 튜브(11a)에는 상기 자기장 형성부(13)의 코어부(코일이 형성된 부위)에서 유도된 에너지가 전달된다. 상기 코어부에서 에너지를 전달받는 2차 권선 기능을 하는 반대측에는 유도된 전기장이 형성되어 제2 분기 튜브(11b)내의 가스에 에너지를 전달한다.In the above-described conventional plasma forming apparatus 1, energy induced in the core part (site where the coil is formed) of the magnetic field forming part 13 is transmitted to the first branch tube 11a of the tube 11. An induced electric field is formed on the opposite side that functions as a secondary winding to receive energy from the core, thereby transferring energy to the gas in the second branch tube 11b.

상기 가스는 두 경로(P1, P2)를 통하여 유동되고, 두 경로(P1, P2) 중에서 한 경로(P1)에서 상기 전원부(15)에 의해 직접 발생된 전기장을, 다른 경로(P2)에서는 코일에 의해 상기 전원부의 전기장에 의해 유도된 전기장을 사용한다. 유도된 전기장을 사용하는 경우에는 전력 손실이 존재하므로 전체적인 튜브(11)내의 가스입자에 에너지를 충분하게 가할 수 없다. 따라서, 플라즈마의 생성 효율이 저하된다.The gas two paths (P 1, P 2) is flowing through the two paths (P 1, P 2) the electric field is directly caused by the power supply section 15 from on a path (P 1), another path ( In P 2 ), an electric field induced by an electric field of the power supply unit by a coil is used. In the case of using an induced electric field, there is a power loss, and thus it is not possible to apply sufficient energy to the gas particles in the whole tube 11. Therefore, the plasma generation efficiency is lowered.

상기 가스 플라즈마 생성 장치의 플라즈마 생성 효율을 보완하기 위하여 플라즈마 형성용 가스를 대량으로 소모한다. 그러나, 이러한 가스의 대량 소모는 제조 비용을 상승시키는 원인으로 작용한다.In order to supplement the plasma generation efficiency of the gas plasma generating apparatus, a large amount of gas for plasma formation is consumed. However, the mass consumption of these gases causes a rise in manufacturing costs.

또한, 반도체 제조에서는 퍼플루오르카본계 가스를 많이 사용하고 있다. 상기 퍼플루오르카본계 가스는 화학적으로 매우 안정하고, 독성이 거의 없는 물질이다. 하지만, 상기 퍼플루오르카본계 가스는 지구 온난화를 일으키는 온실 가스로 알려져 있다. 따라서, 상기 퍼플루오르카본계 가스를 사용할 경우 상기 퍼플루오르카본계 가스의 대기중 방출을 줄여야 한다. 상기 퍼플루오르카본계 가스를 사용하여도 대기중 방출을 줄일 수 있고, 이와 동시에 제조 효율에는 영향을 끼치지 않는 방법이 개발 중에 있다. 이러한 방법의 예로서 반도체 제조 공정 중에서 세정에는 불소 가스 라디칼을 생성하기 위하여는 NF3가스를 사용하여 플라즈마 생성을 하는 방법이 제시되어 있다. 그렇지만, 상기 NF3가스가 고가이기 때문에 제조 원가의 상승의 요인이 된다.In addition, many perfluorocarbon-based gases are used in semiconductor manufacturing. The perfluorocarbon-based gas is a chemically very stable and almost non-toxic material. However, the perfluorocarbon-based gas is known as a greenhouse gas causing global warming. Therefore, the use of the perfluorocarbon-based gas should reduce the emission of the perfluorocarbon-based gas into the atmosphere. The use of the perfluorocarbon-based gas can also reduce emissions to the atmosphere, and at the same time, a method that does not affect manufacturing efficiency is under development. As an example of such a method, a method of generating plasma using NF 3 gas is proposed to generate fluorine gas radicals in cleaning in a semiconductor manufacturing process. However, since the NF 3 gas is expensive, it causes a rise in manufacturing cost.

본 발명의 제1의 목적은, 리모트 방식에 의해 플라즈마를 생성할 때 플라즈마를 생성율을 향상시키기 위한 플라즈마 생성 방법을 제공하는 데 있다.It is a first object of the present invention to provide a plasma generation method for improving the plasma generation rate when generating plasma by a remote method.

본 발명의 제2의 목적은, 상기 상기 플라즈마 생성 방법에 적합한 리모트 플라즈마 생성 장치를 제공하는 것이다.A second object of the present invention is to provide a remote plasma generating apparatus suitable for the above plasma generating method.

본 발명의 제3의 목적은 상기 플라즈마를 생성하기 위한 특히 적합한 실리콘 식각용 가스 조성물을 제공하는 것이다.It is a third object of the present invention to provide a particularly suitable silicon etching gas composition for generating the plasma.

본 발명의 제4의 목적은 상기 가스 조성물을 이용한 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.A fourth object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device using the gas composition.

도 1은 종래의 리모트 방식으로 플라즈마를 생성하는 장치를 나타내는 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram showing an apparatus for generating a plasma by a conventional remote method.

도 2는 본 발명에서 사용되는 자기장 형성장치에서 형성된 주자기장과 보조자기장을 나타낸다.2 shows a main magnetic field and an auxiliary magnetic field formed in the magnetic field forming apparatus used in the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 형성 장치의 일 예를 나타내는 개략도이다.3 is a schematic view showing an example of a plasma forming apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명에서의 플라즈마 생성 부재에서 플라즈마가 발생되는 원리를 설명하기 위한 개념도이다.4 is a conceptual view illustrating a principle of generating plasma in the plasma generating member according to the present invention.

도 5는 본 발명에서의 플라즈마 생성 부재에서의 입자 운동을 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing particle motion in the plasma generating member according to the present invention.

도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 형성장치를 나타내는 개략 사시도이다.6 is a schematic perspective view showing a plasma forming apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 형성 장치를 나타내는 개략사시도이다.7 is a schematic perspective view showing a plasma forming apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 형성 장치를 나타내는 개략 사시도이다.8 is a schematic perspective view showing a plasma forming apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 9은 본 발명에 따른 반도체 제조 장치의 일 예를 나타내는 블록도이다.9 is a block diagram illustrating an example of a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 식각 장치를 나타낸다.10 illustrates an etching apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 11은 도 10에 도시한 샤워 헤드부를 보다 구체적으로 도시한 개략 사시도이다.FIG. 11 is a schematic perspective view illustrating in more detail the shower head shown in FIG. 10.

도 12은 비교예 1의 가스 플라즈마를 사용하여 생성된 반응 부산물을 측정하여 나타낸 그래프이다.12 is a graph illustrating measurement of reaction by-products generated by using the gas plasma of Comparative Example 1. FIG.

도 13는 실시예 2의 가스 플라즈마를 사용하여 생성된 반응 부산물을 측정하여 나타낸 그래프이다.FIG. 13 is a graph showing the measurement of reaction by-products generated using the gas plasma of Example 2.

도 14은 도 1에 도시한 플라즈마 생성 장치에서 가스 유량 변화에 따른 NF3가스의 분해 효율을 나타내는 그래프이다.FIG. 14 is a graph illustrating decomposition efficiency of NF 3 gas according to gas flow rate change in the plasma generating apparatus of FIG. 1.

도 15는 도 3에 플라즈마 생성장치에 NF3가스를 사용하는 경우에는 가스 유량의 변화에 따른 NF3가스의 분해 효율을 나타내는 그래프이다.FIG. 15 is a graph illustrating decomposition efficiency of NF 3 gas according to a change in gas flow rate when NF 3 gas is used in the plasma generating apparatus of FIG. 3.

상기 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 축 방향을 갖는 주-자기장과, 상기 축 방향과 평행한 방향을 갖는 보조-자기장을 형성하는 단계;In order to achieve the first object of the present invention, the present invention comprises the steps of: forming a main-magnetic field having an axial direction and an auxiliary-magnetic field having a direction parallel to the axial direction;

상기 주-자기장과 보조-자기장 사이의 영역 내의 경로로 교류 전류가 인가되도록 전력(electric power)을 제공하는 단계; 및Providing electric power such that an alternating current is applied to a path in the region between the main and sub-magnetic fields; And

상기 전력이 인가되는 경로와 동일한 경로로 가스를 플로우시켜 상기 가스를 가스 플라즈마로 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성 방법을 제공한다.It provides a plasma generating method comprising the step of generating a gas plasma by flowing a gas in the same path as the path to which the power is applied.

상술한 본 발명의 제1 목적은,The first object of the present invention described above,

축 방향을 갖는 자기장을 형성하는 단계;Forming a magnetic field having an axial direction;

상기 자기장의 영역내를 상기 자기장의 수직 방향인 제1 방향으로 가스를 플로우시키는 단계; 및 상기 가스에 상기 제1 방향과 서로 다른 제2 방향의 전계(electrical field)를 인가하여 상기 가스로부터 플라즈마를 생성하는 단계를 구비하는 플라즈마 생성 방법에 의해 달성될 수도 있다.Flowing gas in a region of the magnetic field in a first direction, the direction perpendicular to the magnetic field; And generating a plasma from the gas by applying an electric field in a second direction different from the first direction to the gas.

상술한 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은In order to achieve the second object of the present invention described above, the present invention

축 방향을 갖는 주자기장과, 상기 축 방향과 평행한 방향을 갖는 보조-자기장을 형성하는 자기장 형성 수단; 및Magnetic field forming means for forming a main magnetic field having an axial direction and an auxiliary magnetic field having a direction parallel to the axial direction; And

상기 주자기장과 보조 자기장 사이의 영역 내에 가스를 유동시키고, 상기 가스에 상기 가스의 유동 방향과 동일한 방향으로 교류 전류를 인가시켜서 상기 가스로부터 플라즈마를 생성시키기 위한 플라즈마 생성 수단을 포함하는 것을 특징으로하는 플라즈마 생성 장치를 제공한다.Plasma generating means for flowing a gas in an area between the main magnetic field and the auxiliary magnetic field, and generating a plasma from the gas by applying an alternating current to the gas in the same direction as the flow direction of the gas; Provided is a plasma generating device.

상술한 본 발명의 제3 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 C3F8가스, 산소 가스 및 아르곤 가스를 포함하는 플라즈마 생성용 가스 조성물을 제공한다.In order to achieve the third object of the present invention described above, the present invention provides a gas composition for plasma generation comprising a C 3 F 8 gas, oxygen gas and argon gas.

상술한 본 발명의 제4 목적을 달성하기 위하여 본 발명은In order to achieve the fourth object of the present invention described above,

C3F8가스, 산소 가스 및 아르곤 가스의 혼합 가스로부터 리모트 플라즈마 방식을 통하여 가스 플라즈마로 생성하는 단계; 및Generating a gas plasma from a mixed gas of C 3 F 8 gas, oxygen gas, and argon gas through a remote plasma method; And

상기 가스 플라즈마를 사용하여 목적물을 식각하는 단계를 포함하는 플라즈마 에칭 방법을 제공한다.It provides a plasma etching method comprising the step of etching the target object using the gas plasma.

본 발명에 의하면, 상기 주-자기장 및 보조-자기장을 통해 상기 가스 플라즈마의 거동을 효과적으로 제어할 수 있다. 또한, 상기 가스가 플로우되는 경로와 동일한 경로로 상기 고주파 교류 전력을 인가함으로서 상기 가스를 이온화시키기 위한 자유 전자 등을 효과적으로 가속시킬 수 있다. 따라서, 상기 플라즈마의 생성 효율의 상승을 기대할 수 있다.According to the present invention, it is possible to effectively control the behavior of the gas plasma through the main magnetic field and the auxiliary magnetic field. In addition, by applying the high frequency alternating current power in the same path as that in which the gas flows, free electrons for ionizing the gas may be effectively accelerated. Therefore, an increase in the generation efficiency of the plasma can be expected.

또한, 본 발명에 따른 플라즈마 생성용 가스 조성물은 가격이 저렴하고, 적은 양으로 높은 플라즈마 생성 효율을 나타내어 반도체 제조 공정의 원가를 크게 절감할 수 있다.In addition, the gas composition for plasma generation according to the present invention is inexpensive and exhibits high plasma generation efficiency in a small amount, thereby greatly reducing the cost of the semiconductor manufacturing process.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

플라즈마 형성 방법 및 장치Plasma Formation Method And Apparatus

도 2는 본 발명에서 사용되는 자기장 형성장치에서 형성된 주자기장과 보조자기장을 나타낸다.2 shows a main magnetic field and an auxiliary magnetic field formed in the magnetic field forming apparatus used in the present invention.

도 2를 참조하면, 주자기장 형성부재(20)는 주자기장 형성부재(20)의 축(21)방향(좌표에서 x 방향)을 갖는 주자기장(23)을 형성한다. 상기 주자기장 형성 부재(20)와 평행하게 대칭으로 한쌍의 제1 및 제2 보조 자기장 형성부재(20a, 20b)가 구비되어 있다. 상기 제1 및 제2 보조 자기장 형성 부재(20a, 20b)는 상기 축(21) 방향과 평행한 방향을 갖는 보조 자기장(25)을 형성한다.Referring to FIG. 2, the main magnetic field forming member 20 forms a main magnetic field 23 having an axis 21 direction (x direction in coordinates) of the main magnetic field forming member 20. A pair of first and second auxiliary magnetic field forming members 20a and 20b are provided symmetrically in parallel with the main magnetic field forming member 20. The first and second auxiliary magnetic field forming members 20a and 20b form an auxiliary magnetic field 25 having a direction parallel to the direction of the axis 21.

상기 주자기장(23)과 보조 자기장(25) 사이에는 척력이 작용하여, 상기 주자기장 형성 부재(20)와 상기 제1 및 제2 보조 자기장 형성 부재(20a, 20b)사이의 공간에는 상기 축(21) 방향으로 자속(magnetic flux) 밀도가 높아진다.A repulsive force acts between the main magnetic field 23 and the auxiliary magnetic field 25, and the axis () is formed in the space between the main magnetic field forming member 20 and the first and second auxiliary magnetic field forming members 20a and 20b. 21) magnetic flux density increases in the direction.

상기 보조 자기장(25)은 상기 주 자기장(23)을 중심으로 대칭적으로 형성하는 것이 바람직하다. 도시한 바와 같이, 한 쌍의 제1 및 제2 보조 자기장 형성 부재를(20a, 20b)을 사용하여 보조 자기장(25)을 형성할 수도 있지만, 두 쌍의 보조 자기장 형성부재를 사용할 수도 있고, 경우에 따라서는 그 보다 많은 쌍의 보조자기장 형성 부재를 사용하여 형성할 수도 있다. 바람직하게는, 한쌍 또는 두쌍의 보조 자기장 형성 부재를 사용하여 대칭적으로 보조 자기장을 형성한다.The auxiliary magnetic field 25 is preferably formed symmetrically about the main magnetic field (23). As shown, although the auxiliary magnetic field 25 may be formed using the pair of first and second auxiliary magnetic field forming members 20a and 20b, two pairs of the auxiliary magnetic field forming members may be used, or In some cases, it can also be formed using more pairs of auxiliary magnetic field forming member. Preferably, one or two pairs of auxiliary magnetic field forming members are used to form an auxiliary magnetic field symmetrically.

상기 주 자기장(23)과 보조 자기장(25)의 사이에는 z 축 방향으로 자기장에 의한 2차 전계가 형성된다. 가스는 주 자기장(23)과 보조 자기장(25)사이를 통과하도록 유동되고, 상기 2차 전계가 형성되는 z축 방향으로 가스가 흐르도록 제공된다.A secondary electric field is formed between the main magnetic field 23 and the auxiliary magnetic field 25 by a magnetic field in the z axis direction. The gas flows to pass between the main magnetic field 23 and the auxiliary magnetic field 25, and is provided to flow the gas in the z-axis direction in which the secondary electric field is formed.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 형성 장치의 일 예를 나타내는 개략도이다.3 is a schematic view showing an example of a plasma forming apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 상기 플라즈마 형성 장치(4)는 플라즈마를 형성할 때 자기장을 형성하는 자기장 형성부(41)를 포함한다. 자기장 형성부(41)는 주자기장 형성부(41a) 및 한 쌍의 보조 자기장 형성부(41b, 41c)로 이루어진다. 주자기장 형성부(41a)는 축 방향을 갖는 주자기장을 형성하고, 보조 자기장 형성부(41b, 41c)는 상기 축 방향과 평행한 방향을 갖는 보조 자기장을 형성한다.Referring to FIG. 3, the plasma forming apparatus 4 includes a magnetic field forming unit 41 that forms a magnetic field when forming a plasma. The magnetic field forming portion 41 is composed of a main magnetic field forming portion 41a and a pair of auxiliary magnetic field forming portions 41b and 41c. The main magnetic field forming portion 41a forms a main magnetic field having an axial direction, and the auxiliary magnetic field forming portions 41b and 41c form an auxiliary magnetic field having a direction parallel to the axial direction.

상기 자기장 형성부(41)는 페라이트와 같은 영구 자석 물질을 사용하여 형성할 수 있다. 그렇지만, 필요에 따라서는, 전자석을 사용할 수도 있다. 바람직하게는, 상기 주-자기장 및 보조-자기장은 페라이트와 같은 재질로 구성되는 영구 자석에 의해 형성된다. 상기 페라이트는 수십 내지 500 KHz 정도의 주파수 범위 내에서 고투자율(high magnetic permeability)을 갖는다. 상기 전원부(45)에서는 1,5 내지 10 KW, 바람직하게는 6 내지 8 KW의 고파워에서 350KHz 내지 13.56MHz, 바람직하게는 400KHz의 저주파수를 갖는 사인파형의 전류를 공급한다. 특히, 상기 조건은 C3F8등의 가스분해에 유리하다.The magnetic field forming unit 41 may be formed using a permanent magnet material such as ferrite. However, an electromagnet can also be used as needed. Preferably, the main magnetic field and the sub-magnetic field are formed by a permanent magnet composed of a material such as ferrite. The ferrite has high magnetic permeability in the frequency range of about tens to 500 KHz. The power supply unit 45 supplies a sinusoidal current having a low frequency of 350 KHz to 13.56 MHz, preferably 400 KHz at a high power of 1,5 to 10 KW, preferably 6 to 8 KW. In particular, the above conditions are advantageous for gas decomposition such as C 3 F 8 .

상기 플라즈마 형성 장치(4)는 상기 주자기장 형성부(41a)를 코일형상으로 감싸는 플라즈마 생성 및 가스 유동 부재(43) 및 전원부(45)를 구비한다. 상기 플라즈마 생성 및 가스 유동 부재(43)에는 전원부(45)로부터 고주파 전류가 공급된다. 상기 플라즈마 생성 및 가스 유동 부재(43)는 도시한 바와 같이, 상기 주자기장 형성부(41a)와 보조 자기장 형성부(41b, 41c)사이에 자속이 밀집된 영역을 통과하도록 파이프 형상을 갖는다. 여기서, 상기 플라즈마 생성 및 가스 유동 부재(43)에서의 압력은 500mTorr 내지 8Torr, 바람직하게는 1 내지 2Torr이다. 본 실시예에 의하면, 고전력 전원을 사용하고, 튜브의 형상에 기인하여 플라즈마 밀도가 높기 때문에, 상기 범위의 저압 상태에서도 분해율이 높아 유리하다.The plasma forming apparatus 4 includes a plasma generation and gas flow member 43 and a power supply unit 45 surrounding the main magnetic field forming portion 41a in a coil shape. The plasma generation and gas flow member 43 is supplied with a high frequency current from the power supply 45. As illustrated, the plasma generating and gas flow member 43 has a pipe shape so as to pass a region in which magnetic flux is concentrated between the main magnetic field forming portion 41a and the auxiliary magnetic field forming portions 41b and 41c. Here, the pressure in the plasma generation and gas flow member 43 is 500 mTorr to 8 Torr, preferably 1 to 2 Torr. According to this embodiment, since a high power power source is used and the plasma density is high due to the shape of the tube, the decomposition rate is high and advantageous even in a low pressure state in the above range.

도 3의 플라즈마 형성 장치(4)에서는 상기 플라즈마 생성 부재 또는 가스 유동 부재(43)에 고주파 교류 전원이 직접 인가되어 상기 플라즈마 생성 부재 또는 가스 유동 부재(43)에 전계가 직접 발생한다. 이러한 관점에서 튜브(11) 내에 자기장 형성부(13)를 통하여 유도된 전계가 발생하는 도 1의 종래의 플라즈마 발생 장치(1)와 다르다.In the plasma forming apparatus 4 of FIG. 3, a high frequency alternating current power is directly applied to the plasma generating member or the gas flow member 43 so that an electric field is generated directly on the plasma generating member or the gas flow member 43. This is different from the conventional plasma generating apparatus 1 of FIG. 1 in which an electric field induced through the magnetic field forming unit 13 in the tube 11 is generated.

본 발명은 기존의 복권 변압기의 원리 대신 단권 변압기의 원리를 적용한 것이다. 알려진 바에 의하면, 복권 변압기가 단권 변압기에 비하여 효율이 30~50% 정도 낮은 것을 알려져 있다. 따라서, 도 3과 같이 단권 변압기의 원리를 적용하면 효율을 개선할 수 있다.The present invention applies the principle of the single winding transformer instead of the principle of the existing lottery transformer. It is known that lottery transformers are 30 to 50% lower in efficiency than single winding transformers. Therefore, applying the principle of the single winding transformer as shown in Figure 3 can improve the efficiency.

도 4는 본 발명에서의 플라즈마 생성 부재에서 플라즈마가 발생되는 원리를 설명하기 위한 개념도이다.4 is a conceptual view illustrating a principle of generating plasma in the plasma generating member according to the present invention.

도 4를 참조하면, 전원부(45)로부터 공급된 고주파 전류에 의해 상기 플라즈마 생성 부재 또는 가스 유동 부재(43)에는 1차 전계(48a)가 발생한다. 또한, 주자기장 형성부(41a) 및 보조 자기장 형성부(41b, 41c)에 의해 상기 플라즈마 생성 부재 또는 가스 유동 부재(43)에는 2차 전계(48b)가 발생한다. 1차 전계(48a)와 2차전계(48b)는 상기 플라즈마 생성 부재 또는 가스 유동 부재(43)내에서 서로 거의 90°를 이루도록 형성된다.Referring to FIG. 4, the primary electric field 48a is generated in the plasma generating member or the gas flow member 43 by the high frequency current supplied from the power supply unit 45. In addition, a secondary electric field 48b is generated in the plasma generating member or the gas flow member 43 by the main magnetic field forming portion 41a and the auxiliary magnetic field forming portions 41b and 41c. The primary electric field 48a and the secondary electric field 48b are formed to be substantially 90 ° to each other in the plasma generating member or the gas flow member 43.

서로 수직을 이루는 1차 전계(48a)와 2차 전계(48b)에 의해 상기 플라즈마 생성 부재 또는 가스 유동 부재(43) 내에는 라디컬 분위기가 형성되고, 도 4에 도시된 바와 같이 입자들은 나선상으로 가속 운동을 한다. 도 5는 본 발명에서의 플라즈마 생성 부재에서의 입자 운동을 나타내는 그래프이다. 도 5에서 세로축은 입자의 속도(V)를 나타내고, 가로축은 시간(t)을 나타낸다. 도 5를 참조하면, 1차 전계(48a) 및 2차 전계(48b)에 의해 입자들은 가속운동을 하며, 가스 진행 방향으로 나선상으로 진행하게 된다.A radical atmosphere is formed in the plasma generating member or the gas flow member 43 by the primary electric field 48a and the secondary electric field 48b which are perpendicular to each other, and as shown in FIG. 4, the particles are spirally formed. Do an acceleration exercise. 5 is a graph showing particle motion in the plasma generating member according to the present invention. In FIG. 5, the vertical axis represents the velocity (V) of the particles, and the horizontal axis represents the time (t). Referring to FIG. 5, the particles are accelerated by the primary electric field 48a and the secondary electric field 48b and spirally move in the gas traveling direction.

다시 도 3을 참조하면, 상기 플라즈마 형성 및 가스 유동 부재(43)는 상기 주자기장 형성부(41a)와 보조 자기장 형성부(41b, 41c)사이의 영역에, 전계가 인가되어 그 내부를 통과하는 가스가 플라즈마 상태로 전이되도록 전도성 파이프(42)를 구비한다.Referring to FIG. 3 again, the plasma forming and gas flow member 43 may be provided with an electric field applied to a region between the main magnetic field forming portion 41a and the auxiliary magnetic field forming portions 41b and 41c. A conductive pipe 42 is provided to allow the gas to transition into the plasma state.

상기 전도성 파이프(42)는 예를 들면 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 전도성 금속으로 이루어져 있다. 상기 전도성 파이프(42)의 양단에 고주파 전류를 인가하면, 상기 고주파 교류 전류는 상기 주자기장 형성부(41a)와 보조 자기장 형성부(41b, 41c)사이의 영역을 통과하여 상기 주자기장 형성부(41a)와 보조 자기장 형성부(41b, 41c)사이의 자속이 밀집된 영역을 통과한다. 상기 자속이 밀집된 영역을 통과하는 고주파 교류 전류는 대체적으로 상기 주자기장 형성부(41a) 및 보조 자기장 형성부(41b, 41c)에 의해 형성된 정자기장의 방향에 대체적으로 수직적인방향으로 통과한다.The conductive pipe 42 is made of a conductive metal such as aluminum or an aluminum alloy, for example. When a high frequency current is applied to both ends of the conductive pipe 42, the high frequency alternating current passes through a region between the main magnetic field forming portion 41a and the auxiliary magnetic field forming portions 41b and 41c to form the main magnetic field forming portion ( The magnetic flux between 41a) and the auxiliary magnetic field forming portions 41b and 41c passes through the dense region. The high-frequency alternating current passing through the region where the magnetic flux is concentrated passes generally in a direction perpendicular to the direction of the static magnetic field formed by the main magnetic field forming portion 41a and the auxiliary magnetic field forming portions 41b and 41c.

그러면, 상기 플라즈마 형성 및 가스 유동 부재(43)내에 전계가 형성되고, 상기 플라즈마 형성 및 가스 유동 부재(43)내에 유동하는 가스를 이온화시켜 플라즈마를 형성시킨다. 도시한 바와 같이, 전도성 파이프(42)는 상기 주자기장 형성부(41a)를 코일 형상으로 감싸도록 형성된다. 따라서, 전도성 파이프(42)의 내부를 유동하는 가스도 상기 주자기장 형성부(41a)를 코일형상의 유로(flow path)를 갖게 된다. 전류는 상기 전도성 파이프(42)를 통하여 흐르게 되고, 가스는 상기 전도성 파이프(42)내부를 따라서 흐르게 되어, 상기 전력이 인가되는 경로와 동일한 경로로 가스가 플로된다. 전력은 사인파형의 고주파 교류 전류로 인가되기 때문에, 상기 전류는 상기 가스의 유동 방향에 대하여 순방향 또는 역방향으로 인가된다.Then, an electric field is formed in the plasma forming and gas flow member 43, and the gas flowing in the plasma forming and gas flow member 43 is ionized to form a plasma. As shown, the conductive pipe 42 is formed to surround the main magnetic field forming portion 41a in a coil shape. Therefore, the gas flowing inside the conductive pipe 42 also has a coil-shaped flow path in the main magnetic field forming portion 41a. The current flows through the conductive pipe 42, and the gas flows along the inside of the conductive pipe 42, so that the gas flows in the same path as that of the electric power. Since power is applied as a sinusoidal high frequency alternating current, the current is applied in the forward or reverse direction with respect to the flow direction of the gas.

상기 전도성 파이프(42)의 가스 공급측에는 상기 자기장이 형성되어 있는 영역의 외부에 존재하는 가스 공급원으로부터 상기 전도성 파이프(42)에 가스를 공급하기 위한 가스 공급관(42a)이 구비되어 있다. 또한, 상기 자기장이 형성되어 있는 영역의 외부에 존재하는 반도체 제조 장치에 상기 전도성 파이프(42)로부터 생성된 플라즈마를 인출하여 제공하기 위한 플라즈마 인출관(42b)이 상기 전도성 파이프(42)의 출구측에 구비되어 있다.The gas supply side of the conductive pipe 42 is provided with a gas supply pipe 42a for supplying gas to the conductive pipe 42 from a gas supply source existing outside the region where the magnetic field is formed. In addition, a plasma drawing tube 42b for extracting and providing the plasma generated from the conductive pipe 42 to the semiconductor manufacturing apparatus existing outside the region where the magnetic field is formed is the outlet side of the conductive pipe 42. Is provided.

상기 가스 공급관(42a) 및 상기 플라즈마 인출관(42b)와 상기 전도성 파이프(42)간의 접속은 관 연결 부재(44a, 44b)에 의해 연결된다. 상기 관 연결부재(44a, 44b)는 플라스틱이나, 절연 세라믹재와 같은 절연체로 이루어져 있다. 따라서, 상기 전도성 파이프(42)에 흐르는 전류가 상기 가스 공급관(42a)이나 상기 플라즈마인출관(42b)으로 누설되는 것이 방지된다.The connection between the gas supply pipe 42a and the plasma outlet pipe 42b and the conductive pipe 42 is connected by pipe connection members 44a and 44b. The pipe connecting members 44a and 44b are made of an insulator such as plastic or an insulating ceramic material. Accordingly, the current flowing through the conductive pipe 42 is prevented from leaking into the gas supply pipe 42a or the plasma drawing pipe 42b.

도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 형성장치(50)를 나타내는 개략 사시도이다.6 is a schematic perspective view showing a plasma forming apparatus 50 according to an embodiment of the present invention.

도 6를 참조하면, 중심 부위에 축 방향을 갖는 주-자기장 형성부(50a)가 위치한다. 주-자기장 형성부(50a)의 양측 부위에 서로 대칭적으로 한 쌍의 보조-자기장 형성부(50b, 50c)가 배치된다. 보조-자기장 형성부(50b, 50c)는 주-자기장 형성부(50a)의 축 방향으로 평행하게 배치된다. 이와 같이 보조-자기장 형성부(50b, 50c)를 배치함으로써, 주자기장 형성부(50a) 인근의 자기장의 자속 밀도를 증가시킨다.Referring to FIG. 6, a main-magnetic field forming portion 50a having an axial direction is located at the center portion. A pair of sub-magnetic field forming portions 50b and 50c are disposed symmetrically with respect to both sides of the main-magnetic field forming portion 50a. The sub-magnetic field forming portions 50b and 50c are arranged in parallel in the axial direction of the main-magnetic field forming portion 50a. By arranging the sub-magnetic field forming portions 50b and 50c in this way, the magnetic flux density of the magnetic field near the main magnetic field forming portion 50a is increased.

주-자기장 형성부(50a)를 감싸는 나선 경로로 플라즈마 형성 및 가스 유동 부재(51)가 배치된다. 이때, 플라즈마 형성 및 가스 유동 부재(51)는 주-자기장 형성부(50a)와 보조-자기장 형성부(50b, 50c)의 자기장 영역 내에 위치한다.Plasma forming and gas flow members 51 are disposed in a spiral path surrounding the main-magnetic field forming portion 50a. At this time, the plasma forming and gas flow member 51 is located in the magnetic field regions of the main-magnetic field forming portion 50a and the sub-magnetic field forming portions 50b and 50c.

주-자기장 형성부(50a)과 보조-자기장 형성부(50b, 50c)는 정자기장(static magnetic field)을 형성한다. 즉, 주-자기장 형성부(50a)는 축 방향을 갖는 주-자기장을 형성하고, 보조-자기장 형성부(50b, 50c)는 상기 축 방향과 평행한 방향을 갖는 한쌍의 보조-자기장을 형성한다.The main-magnetic field forming portion 50a and the sub-magnetic field forming portions 50b and 50c form a static magnetic field. That is, the main-magnetic field forming portion 50a forms a main-magnetic field having an axial direction, and the sub-magnetic field forming portions 50b and 50c form a pair of sub-magnetic fields having a direction parallel to the axial direction. .

플라즈마 형성 및 가스 유동 부재(51)의 일단에는 도시한 바와 같이, 고주파 전류를 공급하기 위한 전원부(55)가 연결되어 있다. 상기 플라즈마 생성 및 가스 유동 부재(51)에 고주파 교류 전원이 직접 인가되어 상기 플라즈마 생성 부재 또는 가스 유동 부재(43)에 전계가 직접 발생한다.One end of the plasma forming and gas flow member 51 is connected to a power supply unit 55 for supplying a high frequency current. High-frequency alternating current power is directly applied to the plasma generating and gas flow member 51 so that an electric field is generated directly on the plasma generating member or the gas flow member 43.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 형성 장치(60)를 나타내는 개략 사시도이다.7 is a schematic perspective view showing a plasma forming apparatus 60 according to another embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 중심 부위에 축 방향을 갖는 주-자기장 형성부(60a)가 배치된다. 주-자기장 형성부(60a)의 양측 부위에 서로 대칭적으로 보조-자기장 형성부(60b, 60c, 60d, 60e)가 배치된다. 즉, 상기 보조-자기장 형성부(60b, 60c, 60d, 60e)는 주-자기장 형성부(60a)의 사방에 90의 각도로 두 쌍이 배치된다. 또한, 보조-자기장 형성부(60b, 60c, 60d, 60e)는 주-자기장 형성부(60a)의 축 방향과 평행하게 배치된다.Referring to FIG. 7, a main-magnetic field forming part 60a having an axial direction is disposed at the center portion. The sub-magnetic field forming portions 60b, 60c, 60d, and 60e are disposed symmetrically with respect to both sides of the main-magnetic field forming portion 60a. That is, the sub-magnetic field forming portions 60b, 60c, 60d, and 60e are arranged in two pairs at an angle of 90 on all sides of the main-magnetic field forming portion 60a. In addition, the sub-magnetic field forming portions 60b, 60c, 60d, 60e are disposed in parallel with the axial direction of the main-magnetic field forming portion 60a.

플라즈마 형성 및 가스 유동 부재(61)는 주-자기장 형성부(60a)를 감싸는 나선 경로로 배치된다. 상기 플라즈마 형성 및 가스 유동 부재(61)는 주-자기장 형성부(60a)와 보조-자기장형성부(60b, 60c, 60d, 60e)의 사이의 자속 밀집 영역을 통과하도록 위치한다. 가스 플라즈마를 형성할 때 주-자기장 형성부(60a)는 축 방향을 갖는 주-자기장을 형성하고, 보조-자기장 형성부(60b, 60c, 60d, 60e)는 상기 축 방향과 평행한 방향을 갖는 보조-자기장을 형성한다.The plasma forming and gas flow member 61 is arranged in a spiral path surrounding the main-magnetic field forming portion 60a. The plasma forming and gas flow member 61 is positioned to pass through a magnetic flux density region between the main-magnetic field forming portion 60a and the sub-magnetic field forming portions 60b, 60c, 60d, 60e. When forming the gas plasma, the main-magnetic field forming portion 60a forms a main-magnetic field having an axial direction, and the sub-magnetic field forming portions 60b, 60c, 60d and 60e have a direction parallel to the axial direction. Forms an auxiliary-magnetic field.

상기 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 보조-자기장 형성부재는 상기 주-자기장 형성부재와 평행하게 대칭적으로 위치하도록 배치한다. 보조 자기장 형성 부재 개수는 자속 밀도를 고려하여 정하지만 특별하게 한정되지는 않는다.6 and 7, the sub-magnetic field forming member is disposed to be symmetrically positioned in parallel with the main-magnetic field forming member. The number of auxiliary magnetic field forming members is determined in consideration of the magnetic flux density, but is not particularly limited.

도시한 플라즈마 형성 장치에서는 상기 고주파 전류가 인가되는 경로와 동일한 경로로 가스를 플로우시킨다. 구체적으로는, 고주파 전류가 인가되는 파이프의 내부를 통하여 가스를 플로우시켜서, 상기 가스는 상기 고주파 전류의 인가 경로에상응하는 경로를 따라서 플로우된다.In the illustrated plasma forming apparatus, the gas flows in the same path as the path through which the high frequency current is applied. Specifically, the gas flows through the inside of the pipe to which the high frequency current is applied, so that the gas flows along a path corresponding to the application path of the high frequency current.

이 때, 상기 가스가 이온화됨로서 가스 플라즈마가 생성된다.상기 가스는 상기 고주파 전류에 의해 형성되는 전계를 통해 가속된 자유 전자 등과 충돌함으로서 이온화된다.At this time, the gas is ionized to generate a gas plasma. The gas is ionized by colliding with free electrons accelerated through an electric field formed by the high frequency current.

상기 주-자기장 및 보조-자기장에 의해 자속 밀도가 상기 축 방향으로 조밀하다. 따라서, 상기 축 방향으로 상기 가스 플라즈마의 거동이 집중된다. 또한, 단권 변압기의 원리를 이용하여 고주파 전류로부터 발생된 직접적인 전계를 사용하므로 플라즈마 발생 효율이 증가한다.The magnetic flux density is dense in the axial direction by the main and sub-magnetic fields. Thus, the behavior of the gas plasma is concentrated in the axial direction. In addition, since the direct electric field generated from the high frequency current is used by using the principle of the single winding transformer, the plasma generation efficiency is increased.

그리고, 상기 플라즈마 생성 장치를 사용하는 경우에는 플라즈마를 전류 인가후 3초 이내에 생성할 수 있다. 때문에, 상기 플라즈마를 생성하는데 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다.In the case of using the plasma generating apparatus, the plasma may be generated within 3 seconds after applying the current. Therefore, the time required to generate the plasma can be shortened.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 형성 장치(70)를 나타내는 개략 사시도이다.8 is a schematic perspective view showing a plasma forming apparatus 70 according to another embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 중심 부위에 축 방향을 갖는 주-자기장 형성부(70a)가 배치된다. 주-자기장 형성부(70a)의 일측 부위에 보조-자기장 형성부(70b)가 배치된다. 본 실시예에서는 하나의 보조 자기장 형성부(70b)가 주 자기장 형성부(70a)의 축방향에 평행하게 배치된다. 본 실시예에서는 다른 실시예에서와 달리, 영구 자석주위에 코일을 감아서 형성한 전자석을 사용한다. 즉, 주자기장 형성부(70a)와 보조 자기장 형성부(70b)는 자기력선의 통로로 사용되는 자성체의 일종인 철심(iron core)를 사용하여 형성하고, 상기 주자기장 형성부(70a)의 주위를 감싸도록 코일(76)을 형성한다. 상기 코일(76)에 고주파 교류 생성장치(RF generator, 75)를 연결하여 고주파 교류 전류를 공급한다. 그러면, 주 자기장 형성부(70a)에 평행한 방향의 전자기장이 형성되고, 보조 자기장형성부(70b)에 의해 유도 자기장이 형성된다.Referring to FIG. 8, a main-magnetic field forming portion 70a having an axial direction is disposed at the center portion. The sub-magnetic field forming unit 70b is disposed at one side of the main-magnetic field forming unit 70a. In this embodiment, one auxiliary magnetic field forming portion 70b is disposed parallel to the axial direction of the main magnetic field forming portion 70a. In this embodiment, unlike in the other embodiments, an electromagnet formed by winding a coil around a permanent magnet is used. That is, the main magnetic field forming unit 70a and the auxiliary magnetic field forming unit 70b are formed using an iron core, which is a kind of magnetic material used as a path of the magnetic field lines, and surrounds the main magnetic field forming unit 70a. The coil 76 is formed to wrap. A high frequency alternator 75 is connected to the coil 76 to supply a high frequency alternating current. Then, an electromagnetic field in a direction parallel to the main magnetic field forming portion 70a is formed, and an induction magnetic field is formed by the auxiliary magnetic field forming portion 70b.

본 실시예에 따른 플라즈마 형성 및 가스 유동 부재(71)는 전도성 파이프로 이루어지고, 주-자기장 형성부(70a)를 감싸며, 상기 주자기장 형성부(70a)와 보조 자기장 형성부(70b)를 통과하는 고리 형상을 갖는다. 상기 플라즈마 형성 및 가스 유동 부재(71)는 주-자기장 형성부(70a)와 보조-자기장형성부(70b)의 사이의 자속 밀집 영역을 통과하도록 위치한다.The plasma forming and gas flow member 71 according to the present embodiment is made of a conductive pipe, surrounds the main-magnetic field forming part 70a, and passes through the main magnetic field forming part 70a and the auxiliary magnetic field forming part 70b. It has a ring shape. The plasma forming and gas flow member 71 is positioned to pass through a magnetic flux density region between the main-magnetic field forming portion 70a and the sub-magnetic field forming portion 70b.

도시한 바와 같이 플라즈마 형성 및 가스 유동 부재(71)은 고리 형상을 갖고, 일부는 절연되어 있다. 양단은 도 3에 도시한 관 연결 부재와 유사한 관 연결 부재(72)에 의해 연결된다. 상기 관 연결부재(72)는 플라스틱이나, 절연 세라믹재와 같은 절연체로 이루어져 있다. 따라서, 전류는 플라즈마 형성 및 가스 유동 부재(71)의 고리를 따라서 시계 방향 또는 반시계 방향으로 방향으로 흐르게 된다. 즉, 가스의 유동 방향과 평행하게 전류는 공급되고, 상기 가스의 유동 방향에 순방향 또는 역방향으로 전류가 인가되어, 그 내부를 전계를 형성하여 유동하는 가스를 플라즈마로 전환시킨다.As shown, the plasma formation and gas flow member 71 has an annular shape, and part of it is insulated. Both ends are connected by a pipe connecting member 72 similar to the pipe connecting member shown in FIG. The pipe connecting member 72 is made of an insulator such as plastic or an insulating ceramic material. Thus, the current flows in the clockwise or counterclockwise direction along the ring of the plasma formation and gas flow member 71. That is, a current is supplied in parallel with the flow direction of the gas, and a current is applied in the forward or reverse direction to the flow direction of the gas, thereby forming an electric field therein to convert the flowing gas into plasma.

플라즈마 형성 및 가스 유동 부재(71)의 일단은 상기 주자기장 형성부(70a)를 감싸는 코일(76)에 제1 전선(77)을 통하여 연결되어 있고, 타단은 제2 전선(78)을 통하여 접지되어 있다. 상기 플라즈마 형성 및 가스 유동 부재(71)는 상부에 가스 주입구(71a)가 형성되어 있고, 측면에서 연장되어 가스 출구(71b)가 형성되어 있다.One end of the plasma forming and gas flow member 71 is connected to the coil 76 surrounding the main magnetic field forming part 70a through the first wire 77, and the other end is grounded through the second wire 78. It is. The plasma forming and gas flow member 71 has a gas injection port 71a formed at an upper portion thereof, and extends from a side thereof to form a gas outlet 71b.

본 실시예에 따른 플라즈마 형성 장치(70)에서는 전원 장치(75)에서 생성된 고전류는 우선 주자기장 형성부(70a)에 인가되어 주자기장과 보조 자기장을 형성한 후, 다시 상기 플라즈마 생성 부재 또는 가스 유동 부재(71)에 고주파 교류 전원이 인가되어 상기 플라즈마 생성 부재 또는 가스 유동 부재(71)에 전계가 직접 발생한다.In the plasma forming apparatus 70 according to the present embodiment, the high current generated by the power supply unit 75 is first applied to the main magnetic field forming unit 70a to form the main magnetic field and the auxiliary magnetic field, and then the plasma generating member or the gas. A high frequency AC power is applied to the flow member 71 so that an electric field is directly generated in the plasma generating member or the gas flow member 71.

플라즈마 생성 가스는 가스 주입구(71a)를 통하여 주입되고, 상기 주자기장 형성부(70a) 및 보조 자기장 형성부(70b)에 의해 형성된 자기장과 2차 전계와 상기 플라즈마 생성 부재 또는 가스 유동 부재(71)에 의한 1차 전계의 영향을 받아서 플라즈마 가스로 전환된다.The plasma generating gas is injected through the gas injection port 71a, and the magnetic field and the secondary electric field formed by the main magnetic field forming unit 70a and the auxiliary magnetic field forming unit 70b, and the plasma generating member or the gas flow member 71 are formed. It is converted into plasma gas under the influence of the primary electric field.

본 실시예에서도, 상기 고주파 전류가 인가되는 경로와 평행한 방향으로 가스를 플로우시키고, 상기 가스가 이온화됨로서 가스 플라즈마가 생성된다. 상기 가스는 상기 고주파 전류에 의해 형성되는 전계를 통해 가속된 자유 전자 등과 충돌함으로서 이온화된다.Also in this embodiment, gas flows in a direction parallel to the path through which the high frequency current is applied, and gas is generated by ionizing the gas. The gas is ionized by colliding with free electrons accelerated through an electric field formed by the high frequency current.

반도체 제조 공정 및 장치Semiconductor manufacturing process and apparatus

이하, 상기 리모트 방식으로 생성된 플라즈마를 사용하는 반도체 제조 공정의 수행 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of performing a semiconductor manufacturing process using the plasma generated by the remote method will be described.

도 3, 6 및 7을 참조하면, 축방향을 갖는 주자기장과 축 방향에 평행한 방향을 갖는 보조 자기장을 형성한다. 축방향을 나선 형상으로 감싸도록 전도성 파이프를 제공한다. 상기 전도성 파이프에 고주파 전류를 인가하면, 고주파 전류는 상기 주자기장과 보조 자기장의 영역내의 경로로 인가된다. 상기 고주파 전류에 의해 유도 자기장 및 유도 전계가 형성된다.3, 6 and 7, a main magnetic field having an axial direction and an auxiliary magnetic field having a direction parallel to the axial direction are formed. A conductive pipe is provided to wrap the axial direction in a spiral shape. When a high frequency current is applied to the conductive pipe, the high frequency current is applied through a path in the regions of the main magnetic field and the auxiliary magnetic field. An induction magnetic field and an induction electric field are formed by the high frequency current.

다음에, 상기 전도성 파이프를 통과하도록 가스를 유동시킨다. 상기 주자기장과 보조 자기장의 정자기장 영역내를 통과하는 상기 가스는 상기 유도 자기장 및 유도 전계에 의해 가스 플라즈마를 생성한다. 여기서, 사용되는 가스는 불소원자를 포함한다. 예를 들면, NF3가스 또는 CxFy(x>0, y>0) 가스이다. CxFy의 가스의 예로서는, CF4, C2F6, C3F8등을 들 수 있다. 바람직하게는 C3F8를 들 수 있다.Next, gas is flowed through the conductive pipe. The gas passing through the static magnetic field region of the main magnetic field and the auxiliary magnetic field generates a gas plasma by the induced magnetic field and the induced electric field. Here, the gas used contains a fluorine atom. For example, NF 3 gas or CxFy (x> 0, y> 0) gas. Examples of the gas of CxFy include CF 4 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , and the like. Preferably C 3 F 8 is mentioned.

그리고, 상기 가스 플라즈마를 반도체 제조 공정을 수행하기 위한 챔버로 공급한다. 이때, 상기 챔버는 상기 가스 플라즈마를 생성한 장소와 이격된 장소에 위치한다. 따라서, 상기 가스 플라즈마는 도 3에서 도시한 바와 같이, 전도성 파이프의 출구측에 구비된 플라즈마 인출관을 통하여 상기 챔버에 공급된다.The gas plasma is supplied to a chamber for performing a semiconductor manufacturing process. In this case, the chamber is located at a place spaced from the place where the gas plasma is generated. Accordingly, the gas plasma is supplied to the chamber through a plasma drawing tube provided at the outlet side of the conductive pipe, as shown in FIG.

그리고, 상기 챔버에 상기 가스 플라즈마가 공급됨으로서, 상기 가스 플라즈마를 사용한 각종의 반도체 제조 공정을 수행한다. 여기서 수행할 수 있는 제조 공정은 특별한 한정은 없지만, 식각 공정, 적층 공정 또는 세정 공정인 것이 바람직하다.The gas plasma is supplied to the chamber to perform various semiconductor manufacturing processes using the gas plasma. Although the manufacturing process which can be performed here is not specifically limited, It is preferable that it is an etching process, a lamination process, or a washing process.

이와 같이, 상기 방법으로 가스 플라즈마를 생성시켜 반도체 제조 공정에 사용할 경우, 생산성의 향상을 기대할 수 있다. 특히, 가격이 저렴한 C3F8등과 같은CxFy 가스를 사용할 수 있기 때문에 원가를 상당하게 절감할 수 있다.As described above, when the gas plasma is generated by the above method and used in the semiconductor manufacturing process, an improvement in productivity can be expected. In particular, CxFy gas such as C 3 F 8 , which is inexpensive, can be used, which can significantly reduce the cost.

또한, NF3가스를 사용하는 경우에는 일반적으로 낮은 파워에서 작동하게 하기 위하여는 동일한 양의 아르곤 가스를 캐리어 가스로 사용하여야 한다. 그렇지만, 본 발명에 의하면, 아르곤 가스의 양을 NF3가스에 비하여 약 1/3정도로 줄여서 사용하더라도 높은 플라즈마 생성 효율을 나타낸다. 따라서, 공정의 효율을 향상시킬 수 있고, 플라즈마 점화(Iginition)시간을 단축시킬 수 있다.In addition, when using NF 3 gas, the same amount of argon gas should generally be used as a carrier gas to operate at low power. However, according to the present invention, even when the amount of argon gas is reduced to about 1/3 compared to NF 3 gas, high plasma generation efficiency is exhibited. Therefore, the efficiency of the process can be improved and the plasma ignition time can be shortened.

상기 반도체 제조 장치의 일 예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.An example of the semiconductor manufacturing apparatus will be described in detail with reference to the drawings.

도 9은 반도체 제조 장치의 일 예를 나타낸다.9 shows an example of a semiconductor manufacturing apparatus.

도 9을 참조하면, 도시한 반도체 제조 장치(80)는 가스를 제공하는 가스 소스(81)를 포함한다. 여기서, 상기 가스는 불소 원자를 포함하는 가스로서, NF3또는 CxFy(x>0, y>0) 가스를 사용한다. 상기 가스는 상기 수행하고자 하는 반도체 제조 공정에 따라 적절하게 선택된다.Referring to FIG. 9, the semiconductor manufacturing apparatus 80 illustrated includes a gas source 81 for providing a gas. Here, the gas is a gas containing a fluorine atom, NF 3 or CxFy (x> 0, y> 0) gas is used. The gas is appropriately selected depending on the semiconductor manufacturing process to be performed.

상기 가스 소오스(81)에는 도 3, 6 또는 7에 도시한 플라즈마 생성부(83)가 연결되어 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 가스 소오스(81)는 가스 공급관을 통하여 플라즈마 생성부(83)에 연결되어 있다.The plasma generator 83 shown in FIGS. 3, 6 or 7 is connected to the gas source 81. As shown in FIG. 3, the gas source 81 is connected to the plasma generating unit 83 through a gas supply pipe.

플라즈마 생성부(83)는 1차로 축방향을 갖는 주자기장을 형성하기 위한 주자기장 형성부가 구비되어 있다. 또한, 바람직하게는 상기 축방향과 평행한 방향으로 보조 자기장을 갖는 보조 자기장을 더 구비하여 축방향의 주자기장의 자속 밀도를 증가시킬 수도 있다. 상기 플라즈마 생성부는 상기 축방향의 자기장을 통과하는 전도성 재질로 이루어진 전도성 파이프를 구비한다.The plasma generating unit 83 is provided with a main magnetic field forming unit for primarily forming a main magnetic field having an axial direction. In addition, the magnetic flux density of the main magnetic field in the axial direction may be further increased by further comprising an auxiliary magnetic field having an auxiliary magnetic field in a direction parallel to the axial direction. The plasma generating unit includes a conductive pipe made of a conductive material passing through the axial magnetic field.

상기 가스 공급관을 통하여 공급된 가스는 상기 전도성 파이프를 통과하게 된다. 상기 전도성 파이프에 저주파 고전력의 교류전류가 인가되면, 상기 가스는 플라즈마 상태로 전환된다.The gas supplied through the gas supply pipe passes through the conductive pipe. When a low frequency high power AC current is applied to the conductive pipe, the gas is converted into a plasma state.

상기 플라즈마로 전환된 가스(이하, 종종 가스 플라즈마라 한다)(85)는 반도체 제조 공정을 수행하는 공정 챔버(87)에 제공된다. 공정 챔버(87)는 기판 상에 형성되어 있는 막들을 식각하는 식각 챔버 또는 기판 상에 막들을 적층하기 위한 적층 챔버이다.The gas (hereinafter sometimes referred to as gas plasma) 85 converted to the plasma is provided to a process chamber 87 which performs a semiconductor manufacturing process. The process chamber 87 is an etching chamber for etching films formed on a substrate or a deposition chamber for stacking films on a substrate.

또한, 상기 반도체 제조 공정을 수행할 때 공정 챔버(87)를 진공으로 형성하는 진공 펌프(89)가 상기 공정 챔버(87)에 구비될 수도 있다. 진공 펌프(89)는 공정 챔버(87)의 진공 형성 뿐만 아니라 공정 챔버(87) 내에 잔류하는 반응 부산물을 배기시킨다.In addition, a vacuum pump 89 may be provided in the process chamber 87 to form the process chamber 87 in a vacuum when the semiconductor manufacturing process is performed. The vacuum pump 89 evacuates not only the vacuum formation of the process chamber 87 but also reaction byproducts remaining in the process chamber 87.

플라즈마 생성부(83)와 공정 챔버(87)는 도 3에 도시한 바와 같이, 플라즈마 인출관을 통하여 연결된다. 이와 같이, 상기 가스 플라즈마(85)는 리모트 방식으로 공정 챔버(87)로 공급된다.The plasma generating unit 83 and the process chamber 87 are connected through a plasma drawing tube as shown in FIG. 3. As such, the gas plasma 85 is supplied to the process chamber 87 in a remote manner.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 식각 장치(100)를 나타낸다. 도 9을 참조하면, 상기 식각 장치(100)는 리모트 방식의 플라즈마 생성부(101)를 포함한다. 상기 플라즈마 생성부(101)는 도 3, 6 또는 7에 도시한 플라즈마 생성부와 동일하다. 상기 식각 장치(100)는 식각 챔버(103) 및 식각 챔버(103)를 진공으로 형성하는 진공 펌프(105)를 포함한다.10 illustrates an etching apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 9, the etching apparatus 100 may include a remote plasma generator 101. The plasma generating unit 101 is the same as the plasma generating unit shown in FIGS. 3, 6 or 7. The etching apparatus 100 includes an etching chamber 103 and a vacuum pump 105 for forming the etching chamber 103 in a vacuum.

먼저, 플라즈마 생성부(101)로 불소기를 포함하는 가스인 NF3또는 CxFy(x>0, y>0)(바람직하게는, C3F8)가스를 플로우시킨다. 이때, 압력은 500mTorr 내지 8Torr, 바람직하게는 1 내지 2 Torr로 비교적 저압까지 포함한다. 이에 따라, 플라즈마 생성부(101)는 상기 가스를 이온화시켜 F 라디칼을 갖는 플라즈마를 생성한다. 구체적으로, 350KHz 내지 13.56MHz, 바람직하게는 400 kHz 정도의 주파수를 갖고, 1.5 내지 10KW, 바람직하게는 6 내지 8KW의 파워에서 저주파 고전력의 사인파 교류 전류가 플라즈마 생성부(101)에 인가된다. 이에 따라, 상기 가스 플로우부 내부에 존재하는 자유 전자 등을 효과적으로 가속시킨다. 그리고, 상기 자유 전자 등이 상기 가스 플로우부로 플로우되는 가스와 충돌하여 상기 가스를 플라즈마화시킨다. 따라서, 상기 가스가 F 라디칼을 갖는 플라즈마로 생성된다. 그리고, 플라즈마 생성부(101)의 자기장 형성부에 의해 상기 플라즈마의 거동을 효과적으로 제어한다.First, NF 3 or CxFy (x> 0, y> 0) (preferably C 3 F 8 ) gas, which is a gas containing a fluorine group, is flowed into the plasma generating unit 101. At this time, the pressure is 500mTorr to 8Torr, preferably 1 to 2 Torr to include a relatively low pressure. Accordingly, the plasma generating unit 101 ionizes the gas to generate a plasma having F radicals. Specifically, a sinusoidal alternating current having a low frequency and high power is applied to the plasma generating unit 101 at a frequency of 350 KHz to 13.56 MHz, preferably 400 kHz, and at a power of 1.5 to 10 KW, preferably 6 to 8 KW. Accordingly, the free electrons and the like present in the gas flow portion are effectively accelerated. The free electrons and the like collide with the gas flowing into the gas flow part to cause the gas to be plasma. Thus, the gas is produced as a plasma having F radicals. The magnetic field forming portion of the plasma generating unit 101 effectively controls the plasma behavior.

이어서, 상기 F 라디칼을 갖는 플라즈마를 식각 챔버(103)로 공급한다. 상기 식각 챔버(103)내에는 상기 플라즈마 가스를 분사하기 위한 샤워 헤드부(102)가 구비되어 있다. 상기 사워 헤드부(102)에는 다수의 분사 구멍(102a, 102b)이 형성되어 있다. 균일한 분사를 위하여, 샤워 헤드부(102)의 분사 구멍(102a, 102b)는 식각 챔버(103)의 입구측과 상기 입구측의 반대측에 형성하는 것이 바람직하다.Subsequently, the plasma having the F radical is supplied to the etching chamber 103. The etching chamber 103 is provided with a shower head 102 for injecting the plasma gas. The sour head portion 102 is provided with a plurality of injection holes 102a and 102b. For uniform spraying, the spray holes 102a and 102b of the shower head portion 102 are preferably formed on the opposite side of the inlet side and the inlet side of the etching chamber 103.

도 11은 상기 샤워 헤드부(102)를 보다 구체적으로 도시한 개략 사시도이다. 도시한 샤워 헤드부(102)는 일정한 간격으로 4개의 분사 구멍(102a, 102b, 102c,102d)이 형성되어 있다. 이와 같이 분사 구멍(102a, 102b, 102c, 102d)을 형성함으로써, 피식각 대상물인 웨이퍼의 주변부를 향하여 균일하게 가스 플라즈마가 인가되도록 하는 측면 플로우 방식(side flow)에 의해 플라즈마 에칭 효율을 향상시킬 수 있다.11 is a schematic perspective view of the shower head 102 in more detail. In the illustrated shower head portion 102, four injection holes 102a, 102b, 102c, and 102d are formed at regular intervals. By forming the injection holes 102a, 102b, 102c, and 102d as described above, the plasma etching efficiency can be improved by a side flow method in which gas plasma is uniformly applied toward the periphery of the wafer to be etched. have.

도면에서는 4개의 분사 구멍(102a, 102b, 102c, 102d)을 갖는 샤워 헤드부(102)를 도시하였지만, 필요에 따라서는 식각 챔버(103)의 입구측과 상기 입구측의 반대측에 2개를 형성할 수도 있고, 4개 보다 더 많은 분사 구멍을 형성할 수도 있다.In the figure, the shower head portion 102 having four injection holes 102a, 102b, 102c, and 102d is shown. However, if necessary, two shower heads 102 are formed on the inlet side of the etching chamber 103 and on the opposite side of the inlet side. Or more than four injection holes.

다시 도 10를 참조하면, 플라즈마 가스가 챔버내로 도입되면, F 라디칼이 척(107)에 놓여 있는 기판(W)상에 형성된 물질들과 반응한다. 이때, 기판(W) 상에는 막들이 형성되어 있고, 패턴 마스크에 의해 소정 부위가 노출되어 있다. 따라서, 상기 노출 부위의 막과 반응하여 상기 노출 부위의 막을 식각한다.Referring again to FIG. 10, when plasma gas is introduced into the chamber, F radicals react with materials formed on the substrate W, which is placed on the chuck 107. At this time, films are formed on the substrate W, and predetermined portions are exposed by the pattern mask. Thus, the membrane at the exposed site is etched in response to the membrane at the exposed site.

식각 공정을 수행한 다음 상기 식각 챔버(103)를 세정하기 위한 방법에 대하여 설명한다.A method for cleaning the etching chamber 103 after performing an etching process will be described.

식각이 이루어진 기판(W)을 식각 챔버(103) 외부로 언로딩시킨다. 다음에, 플라즈마 생성부(101)로 예를 들면, C3F8가스를 플로우시킨다. 플라즈마 생성부(101)는 상기 C3F8가스를 이온화시켜 F 라디칼을 갖는 플라즈마를 생성한다. 구체적으로, 400 kHz 정도의 주파수를 갖는 2,000 Watt 정도의 파워가 플라즈마 생성부(101)에 인가되어, 상기 가스 플라즈마 생성부 내부에 존재하는 자유 전자 등을 효과적으로 가속시킨다. 그러면, 상기 자유 전자 등이 상기 가스 플라즈마 생성부에 플로우되는 C3F8가스와 충돌하여 상기 가스를 플라즈마화시킨다. 따라서, 상기 가스가 F 라디칼을 갖는 플라즈마로 전환된다.The etched substrate W is unloaded to the outside of the etching chamber 103. Next, for example, C 3 F 8 gas is flowed into the plasma generating unit 101. The plasma generating unit 101 ionizes the C 3 F 8 gas to generate a plasma having F radicals. Specifically, power of about 2,000 Watt having a frequency of about 400 kHz is applied to the plasma generating unit 101 to effectively accelerate free electrons and the like present in the gas plasma generating unit. Then, the free electrons and the like collide with the C 3 F 8 gas flowing in the gas plasma generating unit to plasma the gas. Thus, the gas is converted into a plasma having F radicals.

이어서, 상기 F 라디칼을 갖는 플라즈마를 식각 챔버(103)로 공급한다. 그러면, 상기 F 라디칼이 식각 챔버(103) 내부 측벽 등에 흡착되어 있는 폴리머와 같은 반응 부산물과 반응한다. 따라서, 식각 챔버(103) 내부 측벽으로부터 상기 반응 부산물이 떨어진다. 이때, 진공 펌프(105)를 통하여 상기 반응 부산물의 배기시키면, 식각 챔버(103)의 세정이 이루어진다.Subsequently, the plasma having the F radical is supplied to the etching chamber 103. Then, the F radical reacts with a reaction by-product such as a polymer adsorbed on the side wall of the etching chamber 103 or the like. Thus, the reaction by-products fall from the inner sidewall of the etching chamber 103. At this time, when the reaction by-products are exhausted through the vacuum pump 105, the etching chamber 103 is cleaned.

상기 플라즈마 생성부를 포함하는 반도체 제조 장치는 상기 가스의 종류와 상기 공정 챔버의 구성에 따라 다양하게 응용할 수 있다.The semiconductor manufacturing apparatus including the plasma generation unit may be variously applied according to the type of the gas and the configuration of the process chamber.

본 발명에서 따른 신규한 플라즈마 생성용 가스 조성물에 대하여 설명한다.The novel gas composition for plasma generation according to the present invention will be described.

본 발명에 따른 신규한 플라즈마 생성용 가스 조성물은 주성분으로 C3F8가스를 포함한다. C3F8가스는 상술한 리모트 플라즈마 생성 장치에 의해 이온화 및 여기화되어 불소 자유 라디칼(Flourine Free Radical)과 여기 라디칼(excited radical), 음이온 및 양이온등을 생성한다. 이들은 공정 챔버로 이동되어 챔버의 벽에 증착되어 있는 잔류물(대체적으로는 산화실리콘, 산질화 실리콘 등과 같은 실리콘 잔류물)들과 화학적으로 반응하여 가스성 부산물(by-product)로 배출된다.The novel plasma generation gas composition according to the present invention contains C 3 F 8 gas as a main component. The C 3 F 8 gas is ionized and excited by the above-described remote plasma generating device to generate fluorine free radicals, excited radicals, anions and cations. They are transferred to the process chamber and chemically react with the residues (usually silicon oxides such as silicon oxide, silicon oxynitride, etc.) deposited on the walls of the chamber and are discharged as gaseous by-products.

또한 본 발명에 따른 신규한 플라즈마 생성용 가스 조성물은 산소 가스를 포함한다. C3F8가스를 반도체 제조 공정에 단독으로 사용할 경우, 공정 부산물로서탄소 화합물이 생성된다. 상기 탄소 화합물은 장치나 관내에 증착되기 쉬우므로 이러한 탄소화합물은 산소와 반응시켜 이산화탄소와 같은 가스로 제거하는 것이 필요하다.In addition, the novel plasma generation gas composition according to the present invention contains oxygen gas. When C 3 F 8 gas is used alone in a semiconductor manufacturing process, carbon compounds are produced as process by-products. Since the carbon compound is easily deposited in a device or a tube, it is necessary to react with oxygen and remove it with a gas such as carbon dioxide.

C3F8가스와 산소가스를 이용하여 예를 들어 산질화 실리콘을 제거하기 위한 화학 반응식은 다음과 같다.The chemical reaction for removing silicon oxynitride using, for example, C 3 F 8 gas and oxygen gas is as follows.

C3F8+ 3O2+ 2SiON = 2SiF4+ 3CO2+ N2 C 3 F 8 + 3O 2 + 2SiON = 2SiF 4 + 3CO 2 + N 2

식각하거나 제거하고자 하는 물질에 따라서 상기 반응식은 변경될 수 있지만, 대체적으로 상술한 화학 반응식을 고려하여 적절한 산소 가스의 유량을 결정할 수 있다.The reaction scheme may be changed depending on the material to be etched or removed, but in general, the appropriate flow rate of oxygen gas may be determined in consideration of the above-described chemical reaction scheme.

이때, 상기 산소 가스의 유량이 상기 C3F8가스의 유량의 2배 미만인 경우에는 탄소가 충분하게 이산화탄소로 전환되어 제거되지 않아 챔버에 탄소 화합물의 잔류물이 생길수가 있어서 바람직하지 않다. 또한 상기 산소 가스의 유량이 상기 C3F8가스의 유량의 5배를 초과할 경우에는 플라즈마 생성 장치에서의 불소 라디칼의 생성이 떨어져서 바람직하지 않다. 따라서, 상기 산소 가스는 상기 C3F8가스의 유량의 약 2 내지 5배, 바람직하게는 약 2.5배 내지 4배, 가장 바람직하게는 약3배이다.In this case, when the flow rate of the oxygen gas is less than twice the flow rate of the C 3 F 8 gas, carbon is not sufficiently converted to carbon dioxide and removed, which may cause residue of a carbon compound in the chamber. In addition, when the flow rate of the oxygen gas exceeds 5 times the flow rate of the C 3 F 8 gas, the generation of fluorine radicals in the plasma generating device is not preferable, which is undesirable. Thus, the oxygen gas is about 2 to 5 times, preferably about 2.5 to 4 times and most preferably about 3 times the flow rate of the C 3 F 8 gas.

본 발명에 따른 플라즈마 생성용 가스 조성물은 상기 C3F8가스와 산소가스를 원활하게 공급하기 위하여 캐리어 가스로서 아르곤 가스와 같은 불활성 가스를포함한다. 이때, 상기 아르곤 가스는 원활한 운반을 위하여 상기 C3F8가스 유량의 3 내지 15배인 것이 바람직하다.The gas composition for plasma generation according to the present invention includes an inert gas such as argon gas as a carrier gas in order to smoothly supply the C 3 F 8 gas and the oxygen gas. At this time, the argon gas is preferably 3 to 15 times the flow rate of the C 3 F 8 gas for smooth transportation.

예를 들면, C3F8가스의 유량은 400 내지 800 sccm, 바람직하게는 600 내지 700 sccm이고, 아르곤 가스의 유량은 1000 내지 6000sccm, 바람직하게는 2000 내지 4000sccm이고, 산소 가스의 유량은 1000 내지 3600sccm, 바람직하게는 1400 내지 2100sccm이다. 다른 가스도 상기 조건에서 가능하다.For example, the flow rate of C 3 F 8 gas is 400 to 800 sccm, preferably 600 to 700 sccm, the flow rate of argon gas is 1000 to 6000 sccm, preferably 2000 to 4000 sccm, the flow rate of oxygen gas is 1000 to 3600 sccm, preferably 1400 to 2100 sccm. Other gases are also possible at these conditions.

플라스마 생성 가스 조성물을 이용한 플라즈마의 형성Formation of Plasma Using Plasma Generating Gas Composition

실시예 1Example 1

도 6에 도시한 바와 같은 리모트 플라즈마 생성 장치에 400 sccm 유량의 C3F8가스, 1,000 sccm 유량의 산소 가스 및 2,000 sccm 유량의 아르곤 가스를 포함하는 공정 가스를 유입시키고, 0.7 Torr 정도의 압력하에서 5,600 Watt 정도의 파워를 인가하여 플라즈마를 생성하였다.Into the remote plasma generating device as shown in FIG. 6, a process gas including a 400 sccm flow rate C 3 F 8 gas, a 1,000 sccm flow rate oxygen gas, and a 2,000 sccm flow rate argon gas was introduced therein, and the pressure was about 0.7 Torr. The plasma was generated by applying a power of about 5,600 Watt.

실시예 2Example 2

도 6에 도시한 바와 같은 리모트 플라즈마 생성 장치에 600 sccm 유량의 C3F8가스, 1,800 sccm 유량의 산소 가스 및 4,000 sccm 유량의 아르곤 가스를 포함하는 공정 가스를 유입시키고, 1.1 Torr 정도의 압력하에서 6,400 Watt 정도의 파워를 인가하여 플라즈마를 생성하였다.Into the remote plasma generating device as shown in FIG. 6, a process gas including a C 3 F 8 gas at a flow rate of 600 sccm, an oxygen gas at a flow rate of 1,800 sccm, and an argon gas at a flow rate of 4,000 sccm is introduced therein, and the pressure is about 1.1 Torr. Plasma was generated by applying power of about 6,400 Watts.

실시예 3Example 3

압력을 1.5로 변화시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 2에서와 동일한 방법으로 플라즈마를 생성하였다.The plasma was generated in the same manner as in Example 2 except that the pressure was changed to 1.5.

실시예 4Example 4

상기 아르곤 가스의 유량을 6,000 sccm로 변화시키고, 상기 압력을 3.5 Torr로 변화시키고, 상기 파워를 6,100 Watt로 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 2에서와 동일한 방법으로 플라즈마를 생성하였다.The plasma was generated in the same manner as in Example 2 except that the flow rate of the argon gas was changed to 6,000 sccm, the pressure was changed to 3.5 Torr, and the power was changed to 6,100 Watts.

실시예 5Example 5

상기 아르곤 가스의 유량을 6,000 sccm로 변화시키고, 상기 압력을 6.5 Torr로 변화시키고, 상기 파워를 6,700 Watt로 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 2에서와 동일한 방법으로 플라즈마를 생성하였다.The plasma was generated in the same manner as in Example 2 except that the flow rate of the argon gas was changed to 6,000 sccm, the pressure was changed to 6.5 Torr, and the power was changed to 6,700 Watt.

비교예Comparative example

도 1에 도시한 장치의 예인 아스텍스사(ASTEX company)에서 제조한 리모트 플라즈마 생성 장치에 1,100 sccm 유량의 NF3가스 및 2,000 sccm 유량의 아르곤 가스를 포함하는 공정 가스를 유입시키고, 0.8 Torr 정도의 압력하에서 3,000 Watt 정도의 파워를 인가하여 플라즈마를 생성하였다.A process plasma containing 1,100 sccm of NF 3 gas and 2,000 sccm of argon gas was introduced into a remote plasma generating apparatus manufactured by ASTEX company, which is an example of the apparatus shown in FIG. 1, and the pressure was about 0.8 Torr. The plasma was generated by applying a power of about 3,000 Watts.

식각율 측정Etch Rate Measurement

플라즈마 증대 화학기상증착으로 기판(베어 웨이퍼) 상에 6,000Å 정도의 두께를 갖는 SiON막을 적층하였다. 실시예 1 내지 5 및 비교예 1에서 생성된 가스 플라즈마를 사용하여 도 9에서 도시한 바와 같은 식각 장치를 사용하여 식각 공정을 실시한 후, 식각율을 측정하였다. 측정된 식각율을 하기 표 1에 나타낸다.A SiON film having a thickness of about 6,000 Pa was deposited on the substrate (bare wafer) by plasma enhanced chemical vapor deposition. After the etching process was performed using the etching apparatus as shown in FIG. 9 using the gas plasma generated in Examples 1 to 5 and Comparative Example 1, the etching rate was measured. The measured etch rates are shown in Table 1 below.

표 1Table 1

에칭 속도(Å/분)Etch Rate (ms / min) 평가evaluation 실시예 1Example 1 4,4084,408 실시예 2Example 2 5,0775,077 실시예 3Example 3 4,8014,801 실시예 4Example 4 4,4404,440 실시예 5Example 5 4,2294,229 비교예Comparative example 4,0944,094

범례: ◎: 매우 우수Legend: ◎: Very good

○: 우수○: excellent

△ : 보통△: normal

상기한 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 5에서 리모트 플라즈마를 이용하여 웨이퍼의 에칭 효율과 종래의 비교예의 에칭 효율을 비교한 결과 실시예 1 내지 5의 경우가 비교예에 비하여 우수한 에칭 효율을 나타냈다. 특히 압력이 1 Torr 정도이고, 산소가스 유량이 C3F8가스 유량의 약 3배인 경우에 가장 우수한 효율을 나타냈다.As can be seen from Table 1 above, in Examples 1 to 5, the etching efficiency of the wafer and the etching efficiency of the conventional comparative example were compared using the remote plasma, and the examples 1 to 5 were superior to the comparative example. Etching efficiency was shown. In particular, when the pressure was about 1 Torr and the oxygen gas flow rate was about three times the C 3 F 8 gas flow rate, the best efficiency was shown.

세정 시험Cleaning test

실시예 2 및 비교예에서 생성된 가스 플라즈마를 사용하여 식각 장치의 세정을 실시하였다. 세정시간은 플라즈마 증대 화학 기상 방법으로 증착한 두께가 600Å인 산질화막을 기준으로 세정이 되는가 여부를 판단하였다. 측정은 RGA-QMS(Quardrupole mass spectrometer)(생성된 SiF4를 이온화시켜서 정량측정하는 방법)에 의하여 반응 부산물들을 시간대별로 측정하였다.The etching apparatus was cleaned using the gas plasma generated in Example 2 and Comparative Example. The cleaning time was determined whether or not cleaning was performed based on the oxynitride film having a thickness of 600 kPa deposited by a plasma enhanced chemical vapor deposition method. The reaction was measured by time zone by the RGA-QMS (Quardrupole mass spectrometer) (method of ionizing the generated SiF 4 by quantification).

도 12은 비교예의 가스 플라즈마를 사용하여 생성된 반응 부산물을 측정하여 나타낸 그래프이고, 도 13는 실시예 2의 가스 플라즈마를 사용하여 생성된 반응 부산물을 측정하여 나타낸 그래프이다.12 is a graph illustrating measurement of reaction by-products generated using the gas plasma of Comparative Example, and FIG. 13 is a graph illustrating measurement of reaction by-products generated using the gas plasma of Example 2. FIG.

도 12 및 도 13에서, 세로축은 이온 농도를 나타내고, 가로축은 시간(단위 초)를 나타낸다.12 and 13, the vertical axis represents ion concentration and the horizontal axis represents time (unit second).

각 도에서, SiF4의 피크 레벨은 일정 시간 후, 현저하게 감소되고, 감소된 양이 일정하게 유지될 때, 세정 종말점(End Point Detection Time)이 된다. 도 13에서 보는 바와 같이, NF3를 사용한 종래의 플라즈마 가스의 경우에는 챔버의 세정 부산물인 SiF4의 피크 레벨이 일정시간 유지하여 감소되지 않는다. 이와 같이 일정 시긴 SiF4피크가 유지되는 것은 지속적으로 세정이 수행되고 있는 것으로 판단된다. 따라서, 총 세정 시간은 약 1,410초 정도 소요되었다.In each figure, the peak level of SiF 4 is significantly reduced after a certain time, and becomes the end point detection time when the reduced amount is kept constant. As shown in FIG. 13, in the case of the conventional plasma gas using NF 3, the peak level of SiF 4, which is a by-product of cleaning of the chamber, is maintained for a certain time and is not reduced. It is judged that cleaning is performed continuously such that the fixed SiF 4 peak is maintained. Thus, the total cleaning time took about 1,410 seconds.

반면에, 도 13에서 보는 바와 같이, 실시예 2의 가스 플라즈마를 사용하여 세정을 하는 경우에는, SiF4피크 레벨은 일정 시간 후 점차적으로 감소하여 일정한 감소된 값을 유지한다. 따라서, 더 이상의 세정에 의한 부산물의 발생이 없으므로 SiF4레벨의 일정한 지점을 세정의 종말점으로 간주할 수 있다. 세정시간은 848초로 측정되었다.On the other hand, as shown in FIG. 13, when cleaning using the gas plasma of Example 2, the SiF 4 peak level gradually decreases after a certain time to maintain a constant reduced value. Therefore, since no further by-products are generated by the cleaning, a certain point of the SiF 4 level can be regarded as the end point of the cleaning. The washing time was measured at 848 seconds.

상기 결과를 하기 표 2에 요약하여 나타낸다.The results are summarized in Table 2 below.

표 2TABLE 2

비교예Comparative example 실시예 2Example 2 총 세정 시간(초)Total cleaning time in seconds 1,4101,410 848848 사용 가스Used gas NF3가스NF 3 gas C3F8가스C 3 F 8 gas 유량(sccm)Flow rate (sccm) 11001100 600600

상기 표로부터, 동일한 조건에서 비교예에서 NF3가스를 사용할 때에 비하여 세정시간을 562초나 단축시킬 수가 있었고, 또한 가스의 양도 약 45%정도 절감되었다. 또한, NF3가스에 비하여 훨씬 저렴한 C3F8가스를 사용하여 공정을 수행할 수 있기 때문에 원가가 상당하게 절감된다.From the above table, the cleaning time was shortened by 562 seconds compared to the case of using NF 3 gas in the comparative example under the same conditions, and the amount of gas was also reduced by about 45%. In addition, the process can be performed using C 3 F 8 gas, which is much cheaper than NF 3 gas, resulting in significant cost savings.

동일 가스에 대한 가스 분해 효율Gas decomposition efficiency for the same gas

도 1에 도시한 플라즈마 생성 장치에서 NF3가스를 사용하는 경우에는 낮은 파워에서 작동하게 하기 위하여는 동일한 양의 아르곤 가스를 캐리어 가스로 사용하여야 한다. 따라서, 일정한 양 이상의 NF3가스를 사용하여 플라즈마의 세정 효율을 상승시킬 수 없다. 도 14은 도 1에 도시한 플라즈마 생성 장치에서 가스 유량 변화에 따른 NF3가스의 분해 효율을 나타내는 그래프이다. 도 14에서 알 수 있는 바와 같이, NF3가스의 사용량을 증가시키면 챔버 압력 자체가 높아져서 적절한 압력을 조졀할 수가 없고, 또한 NF3가스의 분해 효율이 초기에 낮아져서 플라즈마 점화(Iginition)시간이 길어진다.In the case of using the NF 3 gas in the plasma generating apparatus shown in FIG. 1, the same amount of argon gas should be used as the carrier gas in order to operate at low power. Therefore, it is not possible to increase the cleaning efficiency of the plasma by using a certain amount of NF 3 gas or more. FIG. 14 is a graph illustrating decomposition efficiency of NF 3 gas according to gas flow rate change in the plasma generating apparatus of FIG. 1. As can be seen in FIG. 14, when the amount of NF 3 gas is increased, the chamber pressure itself is increased so that an appropriate pressure cannot be adjusted, and the decomposition efficiency of the NF 3 gas is initially lowered, thereby increasing the plasma ignition time. .

도 15는 도 3에 도시한 본 발명에 따른 플라즈마 생성장치에 NF3가스를 사용하는 경우에는 가스 유량의 변화에 따른 NF3가스의 분해 효율을 나타내는 그래프이다. 도 15에서 알 수 있는 바와 같이, 넓은 압력 대역에서 95%이상의 높은 분해율을 나타냈고, NF3가스의 유량을 3000sccm정도로 증가시켜도 충분하게 높은 분해 효율을 나타냈다. 또한, NF3가스와 아르곤 가스의 비를 3:1 정도로 유지하여도 아무런 문제 없이 플라즈마를 사용할 수 있었다.FIG. 15 is a graph showing the decomposition efficiency of NF 3 gas according to the change in gas flow rate when the NF 3 gas is used in the plasma generating apparatus shown in FIG. 3 . As can be seen in Figure 15, a high decomposition rate of more than 95% was shown in a wide pressure range, and even if the flow rate of the NF 3 gas to about 3000sccm showed a sufficiently high decomposition efficiency. In addition, even if the ratio of NF 3 gas and argon gas was maintained at about 3: 1, plasma could be used without any problem.

일반적으로 NF3가스량이 많으면 플라즈마 분해율이 낮고 플라즈마 형성에 장시간 소요된다. 또한 시간 경과에 따라서 효율이 저하된다. 그렇지만, 본 발명에 따른 플라즈마 생성 장치에서는 적정량의 가스량이 필요하기 때문에 가스량이 절감되어 비용 측면에서 유리하다. 또한 NF3가스를 사용하더라도 분해율이 초기에 낮은 압력에서도 99%정도를 유지할 수 있기 때문에, NF3가스의 사용량을 절감할 수 있다.Generally, when the amount of NF 3 gas is large, plasma decomposition rate is low and plasma formation takes a long time. In addition, the efficiency decreases with time. However, in the plasma generating apparatus according to the present invention, since an appropriate amount of gas is required, the amount of gas is reduced, which is advantageous in terms of cost. In addition, even when using NF 3 gas, since the decomposition rate can be maintained at about 99% even at low pressure, the amount of NF 3 gas used can be reduced.

또한, 본 발명에 따른 플라즈마 생성 장치에서는 저압상태에서 점화가스인 아르곤에 의해 자연적인 점화가 이루어지기 때문에 별도의 점화장치가 필요하지 않다.In addition, in the plasma generating apparatus according to the present invention, since a natural ignition is performed by argon which is an ignition gas in a low pressure state, a separate ignition device is not necessary.

본 발명에 의하면, 리모트 방식의 플라즈마를 형성할 때 플라즈마의 생성 효율을 향상시킬 수 있다. 그리고, 상기 플라즈마의 생성에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 플라즈마를 반도체 제조에 응용할 경우 생산성이 향상되는 효과를 기대할 수 있다.According to the present invention, the plasma generation efficiency can be improved when the plasma of the remote system is formed. In addition, the time required for generating the plasma can be shortened. Accordingly, when the plasma is applied to semiconductor manufacturing, an effect of improving productivity can be expected.

특히, C3F8가스 등과 같은 저가의 가스를 반도체 제조 공정에 사용할 수 있기 때문에 상기 반도체 제조에 따른 비용 절감의 효과를 기대할 수 있다.In particular, since a low-cost gas such as C 3 F 8 gas can be used in the semiconductor manufacturing process, it can be expected to reduce the cost of the semiconductor manufacturing.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand that you can.

Claims (5)

축 방향을 갖는 자기장을 형성하는 단계;Forming a magnetic field having an axial direction; 상기 자기장의 영역내를 상기 자기장의 수직 방향인 제1 방향으로 가스를 플로우시키는 단계; 및Flowing gas in a region of the magnetic field in a first direction, the direction perpendicular to the magnetic field; And 상기 가스에 상기 제1 방향과 서로 다른 제2 방향의 전계(electrical field)를 인가하여 상기 가스로부터 플라즈마를 생성하는 단계를 구비하는 플라즈마 생성 방법.And generating a plasma from the gas by applying an electric field in a second direction different from the first direction to the gas. 제1항에 있어서, 상기 자기장과 평행하게 상기 자기장을 기준으로 적어도 한쌍의 보조 자기장을 대칭적으로 형성하여 상기 가스가 통과하는 영역의 자속 밀도를 증가시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성 방법.The plasma generation method of claim 1, further comprising: forming at least one pair of auxiliary magnetic fields symmetrically with respect to the magnetic field in parallel with the magnetic field to increase the magnetic flux density in the region through which the gas passes. Way. 제1항에 있어서, 상기 전계는 저주파 고전력의 교류 전류를 인가하여 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성 방법.The plasma generating method of claim 1, wherein the electric field is formed by applying an alternating current having a low frequency and high power. 제3항에 있어서, 상기 교류 전류는 상기 가스의 유동 방향과 동일하게 순방향 또는 역방향으로 인가하는 것을 특징으로 플라즈마 생성 방법.The method of claim 3, wherein the alternating current is applied in the forward or reverse direction in the same direction as the flow direction of the gas. 제1항에 있어서, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 수직인 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성 방법.The method of claim 1, wherein the first direction and the second direction are perpendicular to each other.
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