KR20060043213A - 플라스마 처리장치 및 그의 설계방법 - Google Patents

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Abstract

플라스마 발생부와, 해당 플라스마 발생부와 처리대상물 사이에 설치된 다공판을 구비한 플라스마 처리장치에 있어서, 상기 다공판은, 형상, 크기 및 배치의 적어도 하나에 대해서 불균일하게 된 복수의 구멍을 지니는 것을 특징으로 한다. 구체적으로는, 상기 구멍들의 형상, 크기 혹은 배치는, 처리대상물 부근의 플라스마 활성종이 소망의 농도와 분포를 지니도록, 플라스마 발생부의 활성종 분포와 확산계산에 의거해서 결정된다. 이것에 의해, 플라스마 밀도의 저감을 충분히 억제하면서 상기 처리대상물 부근의 플라스마 분포를 균일하게 확보할 수 있다.

Description

플라스마 처리장치 및 그의 설계방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND METHOD OF DESIGNING THE SAME}
도 1은 본 발명의 실시예 1에 의한 마이크로파 플라스마 처리장치의 개략도
도 2는 본 발명의 실시예 1에 의한 다공판의 개략도
도 3은 본 발명의 실시예 1에 의한 다공판의 기능과 효과를 설명하는 그래프
도 4는 본 발명의 실시예 2에 의한 다공판의 기능과 효과를 설명하는 그래프
도 5는 본 발명의 실시예 3에 의한 다공판의 개략도
도 6은 본 발명의 실시예 4에 있어서의 슬롯의 배치를 설명하는 개략도
도 7은 본 발명의 실시예 5에 의한 다공판의 단면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 원통 플라스마 처리실 2: 기판
3: 기판 유지대 4: 다공판
5: 처리용 가스도입수단 6: 배기구
7: 유전재 창
8: 슬롯을 지닌 무종단 원형 도파관
10: 냉각수 유통로 11: 슬롯
본 발명은, 일반적으로는, 예를 들면, 반도체 기판이나 액정 기판에 대한 반도체 제조프로세스에 이용되는, 예를 들면, 에칭장치, 질화 장치 또는 산화 장치 등의 플라스마 처리장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 기판(처리대상물) 부근의 플라스마 활성종 혹은 활성분자의 양을 소망의 밀도(또는 농도)와 분포로 만들 수 있는 플라스마 처리장치에 관한 것이다.
반도체 기판상에 형성될 칩들의 수율을 향상시키기 위해, 반도체 기판 표면전체에 대한 처리 균일성은, 플라스마 처리장치에 있어서 매우 중요하다. 반도체 기판 표면 전체에 대한 처리 균일성을 실현하기 위해, 플라스마 처리장치에는 여러 가지 시도가 행해지고 있다. 다공판의 이용이 그 하나의 예이다.
예를 들면, 일본국 공개특허 제 2000-58294호 공보에는, 반도체 기판상에 박막의 퇴적을 균일한 두께로 확실하게 하기 위해서, 다공판의 두께를 변화시킴으로써 반도체 기판 표면상의 각 점에 대해서 반응가스 공급량을 제어하는 CVD(화학적 증착)장치가 개시되어 있다. 이 종래예의 장치는, 비교적 높은 압력으로 반도체 기판을 처리하는 CVD장치이며, 그 구성은, 점성 흐름 압력 영역에서의 기류제어를 행하기 위해 배치된 것이다. 그리고, 다공판의 상하간에 큰 압력차를 제공해서 각 구멍을 통해 가스유량을 균일하게 하기 위해서, 다공판에 매우 작은 구경(즉, 구멍직경) Φ= 0.1 내지 1㎜를 지닌 구멍을 다수 형성하고 있다. 또, 구멍을 통과하는 가스유량이 깊이의 제곱에 비례하는 점성 흐름 관계식을 기초로, 실험결과 를 참조하면서, 다공판의 두께 분포를 결정하고 있다. 이 종래예는, 반도체 기판상에 박막을 균일하게 퇴적할 경우에는 적합하게 적용가능하지만, 에칭 등의 비교적 저압에서 반도체를 처리할 경우에는 부적합하다. 이것은, 에칭처리가 비교적 저압인 분자흐름 압력영역에서 수행되므로, 가스유량 제어를 다공판의 두께 분포에 의거해서 수행하기 위해 두께 차를 크게 하지 않으면 안된다고 하는 하나의 요구와, 효율적인 이온 이용을 가능하게 위해 다공판을 가능한 한 얇게 하지 않으면 안된다고 하는 또 다른 요구간의 이율배반 때문이다.
또, 일본국 공개특허 평 11-350143호 공보에는, 에칭장치에 적용가능한 다공판을 개시하고 있다. 이 종래예에서는, 반도체 기판에 대면하는 면상에 마이크로파 투과창을 설치하여, 마이크로파에 의해 플라스마를 발생하고 있다. 상기 마이크로파 투과창은 3매의 창으로 구성되어 있다. 그중 최상부 창은 대기와 진공을 서로 격리하는 역할을 하고, 중앙의 창과 하부의 창에는 컨덕턴스용의 작은 구멍을 형성하여, 반도체 기판 표면에 균일하게 반응가스를 공급하고 있다. 이 3매의 창을 지니고 다공판으로서도 기능하는 마이크로파 투과창은, 창 내부의 압력을 높게 하고, 또한, 이들 사이의 공간을 좁게 함으로써, 상기 3매의 창 구성의 창 내부로의 방전을 방지하도록 구성하고 있다. 이 종래예는, 반도체 기판표면상의 각 점에의 반응가스 공급량을 마이크로파 투과창(다공판)에 의해 균일하게 해서, 이 마이크로파 투과창(다공판)의 하부에 균일한 플라스마를 생성함으로써, 반도체 기판표면상의 각 점에의 플라스마 이온공급량을 균일하게 한다고 하는 사상에 의거하고 있다. 또, 마이크로파 투과창밑에 균일한 플라스마를 생성하도록 구멍을 지닌 슬 롯 안테나를 설치함으로써, 마이크로파 투과분포를 대략 균일하게 하고 있다.
그러나, 마이크로파 투과분포를 대략 균일하게 제공하도록 슬롯 안테나를 설계하면, 이것에 의해 특히 제한된 조건에 있어서 마이크로파 투과창밑에 균일한 마이크로파 플라스마가 생성되는 일이 가능하나, 그것 이외의 조건에 있어서는, 거기에서 균일한 마이크로파 플라스마가 생성되기 어렵다. 이것은, 플라스마 밀도에 의해 표면파 모드가 가변가능하므로, 플라스마를 안정적으로 여기시킬 수 없기 때문인 것으로 추측되고 있다.
또, 일본국 공개특허 평 5-345982호 공보에 개시된 바와 같이, 슬롯 사이에 마이크로파 표면간섭파를 생성시켜, 모드 점프를 일으키는 일없이 마이크로파 플라스마를 안정적으로 여기시키는 또 다른 예가 있다. 이 종래예에 있어서는, 반도체기판 부근의 플라스마 분포를 균일하게 하기 위해서 분자흐름 압력영역에서 확산을 이용하고 있으므로, 플라스마 처리실, 나아가서는 플라스마 처리장치의 크기가 커지는 경향이 있다. 그러므로, 다공판을 이용해서 기판 부근의 플라스마 분포를 균일하게 하면서 플라스마 처리장치의 소형화를 시도하였다. 그러나, 예를 들면, 구경 수㎜의 작은 구멍들을 불균일하게 분포시킨 다공판을 이용하면, 기판에 대한 플라스마 분포를 균일하게 조정할 수 있었으나, 플라스마와 다공판 사이의 접촉면적을 증대시켜서 플라스마 밀도를 상당히 감소시켜 버린다. 이것은, 기판 처리시간의 증대를 초래하였다. 한편, 플라스마와의 접촉면적을 감소시켜 플라스마의 감소를 억제하기 위해 비교적 큰 구멍들을 이용하였으나, 각 구멍의 기여도가 커져, 시행착오에 의해 막대한 시간과 노력이 낭비되므로, 실용화할 수 없었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 처리대상물 근방의 플라스마 활성종을 소망의 밀도(농도)와 분포로 하는 것이 가능한 플라스마 처리장치를 제공하는 데 있다.
또, 본 발명의 다른 목적은, 플라스마 밀도의 저감을 억제하면서, 처리대상물 부근의 플라스마 분포를 균일하게 하는 데 효과적인 동시에 다공판을 내장한 플라스마 처리장치를, 시행착오없이 매우 용이하게 제공하는 데 있다.
본 발명의 일측면에 의하면, 상기 목적의 적어도 하나를 실현하기 위해서, 플라스마 발생부와; 상기 플라스마 발생부와 처리대상물 사이에 설치된 다공판을 구비한 플라스마 처리장치에 있어서, 상기 다공판은, 형상, 크기 및 배치의 적어도 하나에 대해서 불균일하게 된 복수의 구멍을 지니는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리장치가 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 플라스마 발생부와; 상기 플라스마 발생부와 처리대상물 사이에 설치된 다공판을 구비한 플라스마 처리장치에 있어서, 상기 다공판이 지닌 복수의 구멍의 형상과 배치는, 상기 처리대상물 부근의 플라스마 활성종이 소망의 밀도와 분포를 지니도록, 상기 플라스마 발생부의 활성종 분포와 확산계산에 의거해서 결정된 것을 특징으로 하는 플라스마 처리장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 플라스마 발생부와, 해당 플라스마 발생부와 처리대상물 사이에 설치된 다공판을 구비한 플라스마 처리장치를 설계하는 방법에 있어서, 상기 처리대상물 부근의 플라스마 활성종이 소망의 밀도와 분포를 지니도록, 상기 다공판의 구멍들의 형상과 배치를, 상기 플라스마 발생부의 활성종 분포와 확산계산에 의거해서 결정하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리장치의 설계방법이 제공된다.
간단하게는, 본 발명에 의하면, 형상, 크기 및/또는 분포에 대해서 불균일한 구멍들을 지닌 다공판을 이용함으로써, 플라스마 활성종의 다양한 밀도와 분포를 제공하는 것이 가능하다. 특히, 구멍들의 형상, 치수 및 분포는 플라스마 발생부의 활성종 분포와 확산계산에 따라서 구하면 된다. 이것은, 시행착오에 의해 소요되던 막대한 시간과 노력의 필요성을 효과적으로 제거해서, 소망의 플라스마 활성종 밀도와 분포를 보증하는 다공판을 간편하게 달성할 수 있다.
본 발명의 이들 및 기타 목적과, 특징 및 이점들은, 첨부도면과 관련해서 취한 본 발명의 바람직한 실시형태의 이하의 상세한 설명을 고려하면 더욱 명백해질 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 설명한다.
본 발명의 바람직한 일형태에 의한 플라스마 처리장치는, 플라스마 발생부와, 상기 플라스마 발생부와 처리대상 기판 사이에 설치된 다공판을 구비한 플라스마 처리장치에 있어서, 상기 다공판의 구멍들의 형상과 배치는, 상기 기판 부근의 플라스마 활성종이 균일한 분포를 지니는 것을 확실하게 하도록, 상기 플라스마 발생부에서의 활성종 분포와 확산계산에 의거해서 결정되는 것을 특징으로 한다. 이 실시형태에 의하면, 플라스마 발생부에서의 활성종 밀도분포와 확산계산에 의거해서 다공판을 설계하므로, 대구경의 구멍들을, 시행착오없이 결정할 수 있어, 플 라스마 감소를 억제하면서, 기판 부근의 플라스마 활성종 분포를 균일성 양호하게 제공할 수 있는 플라스마 처리장치를 실현할 수 있다.
여기서, 플라스마 발생부의 활성종 밀도분포는, 예를 들면, 전자프로브를 이용해서 검출하는 것이 가능하다. 또, 확산계산은, 양극성 확산식으로서 알려져 있는 하기 식(1)에 따라 행할 수 있다. 확산에 의해 벽에 도달하는 플라스마는, 하기 식(2)로 표시될 수 있는 양만큼 벽에서 재결합 소멸에 의해 소멸되는 것이 알려져 있다. 이들 식의 수행에 필요한 확산계수 등은 전자프로브를 이용한 실험에 의거해서 구하는 것이 가능하다.
Q = D×△N/L×S ... (1)
식(1)에 있어서, Q는 확산량, D는 확산계수, △N은 밀도차, L은 길이, S는 면적이다.
Q' = N×C×S ...(2)
식(2)에 있어서, Q'는 재결합 소멸량, N은 플라스마 밀도, C는 계수, S는 면적이다.
이들 계산식과 플라스마 발생부에서의 밀도분포에 의거해서, 기판 부근의 플라스마 밀도를 균일하게 하도록, 구멍들의 면적과 배치를 결정한다.
설계 결과에 의하면, 플라스마 발생밀도가 높은 영역 또는 그에 가까운 구멍들이 작은 구경을 지니는 한편, 플라스마 발생밀도가 낮은 영역 또는 그에 가까운 구멍들이 보다 큰 구경을 지닌다.
또, 비교적 큰 단면적을 지닌 구멍들의 주위부분에만 다공판의 두께를 작게 해서, 구멍벽에서의 플라스마 재결합 소멸을 더욱 감소시키는 한편, 전체로서 밸런스를 유지하도록 비교적 작은 단면적을 지니는 구멍들을 증가시켜도 된다. 이것에 의하면, 기판 부근의 플라스마 분포의 균일성을 유지하면서 플라스마통과율을 확대시키는 플라스마 처리장치를 제공하는 것이 가능하다.
또한, 다공판은, 대략 1×10-5/℃보다도 작은 열팽창계수를 지닌 재료로 구성해도 되며, 이 경우, 플라스마 처리중에 그의 온도가 500℃까지 증가될 수 있는 다공판의 형상변화를 충분히 억제할 수 있다. 따라서, 이것에 의하면, 기판 부근의 플라스마 활성종 분포를 안정적으로 균일하게 할 수 있는 플라스마 처리장치를 제공하는 것이 가능하다. 다공판의 구경은, 일반적으로는 1㎜ 내지 50㎜범위이고, 대략 0.1㎜의 가공정밀도를 필요로 한다. 다공판은, 대략 500℃보다도 낮은 조건에서 사용된다. 따라서, 단순계산에 의해, 열팽창계수는, 대략 1×10-5/℃보다도 작은 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 규소 함유 세라믹인 석영과 같이 1×10-6/℃보다도 작은 열팽창계수를 지닌 재질로 이루어져 있어도 된다.
또, 다공판의 전체의 구멍의 단면적은 대략 동일한 비율로 확대 혹은 축소시켜도 된다. 이것에 의하면, 처리대상 기판 부근의 플라스마 활성종 분포를 변화시키지 않고, 간편하게 기판 부근의 플라스마 활성종 밀도를 변화시킬 수 있는 플라스마 처리장치를 제공하는 것이 가능하다. 이것은, 다공판의 구멍들을 통해 확산에 의해 통과하는 플라스마의 양이 다공판의 전체 구멍의 단면적 합계에 거의 비례하기 때문에 달성될 수 있다.
또한, 다공판은, 그들의 구멍 중심이 대략 동축동심원상에 분포되고, 또, 이들 구멍이 대략 동일한 단면적을 지닌 동일한 원을 따라 배치되도록 형성되어 있어도 된다. 이것에 의하면, 유사한 중심 대칭성을 지닌 반도체 기판과 같은 원형 기판을 정밀도 좋게 균일하게 플라스마 처리할 수 있는 플라스마 처리장치를 제공하는 것이 가능하다.
또한, 다공판은, 각 구멍의 중심을 서로 대략 등간격으로 배치해서 형성하고 있어도 된다. 이것에 의하면, 기판 전체면을 평활하게 플라스마 처리할 수 있는 플라스마 처리장치를 제공하는 것이 가능하다.
또, 기판 부근의 활성종이 이온을 포함할 수 있는 것을 보증하도록 다공판의 구멍 단면적을 다소 크게 해도 된다. 이것에 의하면, 에칭처리나 질화처리와 같이 이온이 주요한 반응인자인 플라스마 처리장치를 제공하는 것이 가능하다.
또, 기판 부근의 활성종이 중성 라디칼로 이루어지는 것을 보증하도록 다공판의 구멍 단면적을 다소 작게 해도 된다. 이것에 의하면, 산소 라디칼을 주성분으로 이용하는 산화처리와 같이 반도체장치의 특성의 큰 열화를 일으키지 않는 플라스마 처리를 수행할 수 있는 플라스마 처리장치를 제공하는 것이 가능하다.
또한, 플라스마 처리장치는, 마이크로파를 실질적으로 투과하는 유전부재를 구비한 플라스마 처리실과, 마이크로파를 플라스마 처리실에 도입하는 마이크로파도입수단과, 기판과, 해당 기판과 상기 유전부재와의 사이에 설치된 다공판을 구비하고, 상기 장치는, 표면파 플라스마를 마이크로파에 의거해서 여기시키도록 구성되어 있다. 이것에 의하면, 플라스마 발생부를 유전부재 부근에 국재화시킬 수 있고 다공판을 정밀도 좋게 용이하게 설계할 수 있는 플라스마 처리장치를 제공할 수 있다. 이러한 마이크로파 플라스마 처리장치에서는, 마이크로파에 의해 발생된 플라스마에 의해 마이크로파를 유전부재 부근에 국한시킨다. 그러므로, 유전부재 부근에만 플라스마를 발생시켜 기판(2)을 향해 확산에 의해 반송한다고 하는 특징을 지닌다. 따라서, 플라스마 발생부 분포와 확산에 의거해서, 다공판의 구멍들과 이들의 배치를 정밀도 좋게 설계할 수 있다.
또, 슬롯을 지닌 무종단(endless) 원형 도파관을 이용해서 마이크로파를 플라스마 처리실에 도입해도 된다. 이것에 의해, 플라스마 발생부 밀도분포가 예를 들면, 가스압력이나 사용된 가스의 종류 등의 플라스마 처리조건에 의해 영향받기 어렵게 하고, 또한, 1개의 다공판을 광범위한 플라스마 처리조건하에 적용할 수 있도록 한 플라스마 처리장치를 제공하는 것이 가능하다.
본 발명에 있어서, 다공판은 동축동심원을 따라 배치된 구멍들을 지닐 필요는 없고, 이들은 소망에 따라 적당히 배치되어 있어도 된다. 또, 구멍의 형상은, 원으로 한정되지 않고, 예를 들면, 직사각형, 삼각형, 별모양(별표) 등의 어떠한 모양을 이용해도 된다. 또, 본 발명의 다공판은, 플라스마 발생부를 국재화하는 한 어떠한 플라스마 처리장치에도 적용가능하다. 예를 들면, 마이크로파 플라스마 또는 유도결합형 플라스마(ICP)여도 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조해서 설명한다.
[실시예 1]
본 발명의 실시예 1을, 도면중 도 1에 표시한 마이크로파 플라스마 처리장치 의 예를 참조해서 상세하게 설명한다. 도 1에 있어서, (1)은 원통형상의 플라스마 처리실, (2)는 처리대상 기판, (3)은 상부에 기판(2)을 유지하는 기판유지대, (4)는 다공판, (5)는 처리용 가스도입수단, (6)은 배기구, (8)은 마이크로파를 플라스마 처리실(1)에 도입하기 위한 슬롯을 지닌 무종단 원형 도파관, (11)은 원형 도파관(8)에 관내부의 마이크로파의 파장의 1/2 또는 1/4에 대응하는 피치로 형성된 슬롯, (7)은 플라스마 처리실내에 마이크로파를 도입하는 유전재 창, (10)은 도파관(8)에 형성된 냉각수 유통로이다. 플라스마 처리실(1)의 내벽 및 유전재 창(7)은, 기판(2)의 금속오염을 일으키지 않는 석영으로 이루어져 있다. 기판유지대(3)는, 질화 알루미늄을 주성분으로서 함유하는 세라믹으로 이루어져 있다.
다공판(4)은, 열팽창계수 5×10-7/℃(거의 열팽창되지 않음)를 지니고 금속오염을 일으키지 않는 석영으로 이루어져 있다. 또, 각 구멍의 단면적 및 배치는, 유전재 창(7) 부근에 발생하는 플라스마 발생부 밀도분포와 확산에 의거해서 설계되어 있다. 다공판의 구멍에 대해서는, 도 2에 표시한 바와 같이, 원통 플라스마 처리실(1)과 도파관(8)의 중심대칭성을 고려해서, 해당 구멍을 원통형상으로 만들어, 중심과 몇개의 동심원을 따라, 서로 대략 등간격으로 배치하고 있다. 또, 마찬가지로 중심대칭성을 고려하면서, 하나의 동일한 원을 따라 배치된 이들 구멍의 단면적은 대략 동등하게 하고 있다. 인접하는 구멍간 거리는 대략 20㎜와 동등하다. 구멍의 구경은, 대략 10 내지 20㎜의 범위내이고, 전체 구멍의 단면적 합계와 플라스마 처리실(1)의 단면적의 비(이하, "개구율"이라 칭함)는 대략 0.2와 동등하다.
본 실시예의 플라스마 처리장치를 이용해서, 기판(2)의 표면에 질화 처리를 수행한 예를 설명한다. 먼저, 표면상에 2㎚두께의 산화막을 지닌 실리콘기판을 기판 유지대(3)를 향해 반송수단(도시생략)에 의해 반송해서 그 위에 올려놓았다. 다음에, 배기계(도시생략)를 통해서 처리실(1)을 0.1㎩이하의 레벨까지 배기하였다. 이어서, 처리용 가스도입수단(5)을 통해서 500sccm의 질소를 플라스마 처리실(1)에 도입하였다. 그 후, 배기계에 설치된 컨덕턴스 밸브(도시생략)를 조정해서, 처리실(1)을 130㎩로 유지하였다. 이어서, 마이크로파 전원을 작동시켜, 1.5㎾의 마이크로파를, 무종단 원형 도파관(8) 및 유전재 창(7)을 통해서, 플라스마 처리실(1)에 공급함으로써, 플라스마 처리실(1) 내부에 플라스마를 발생시켰다. 마이크로파에 의해 여기된 플라스마의 밀도가 대략 1×1011㎤를 초과하게 되면, 마이크로파는 플라스마에 더이상 진입할 수 없게 되고, 그 결과, 플라스마는 유전재 창(7)의 극표면에만 발생된다. 그리고, 플라스마중의 질소이온은, 확산하면서 진행해서 다공판(4)에 도달한다. 이들중 일부는 다공판(4)의 표면에서 재결합 소멸에 의해 소멸되는 한편, 또 다른 일부는 다공판(4)의 구멍을 통과해서, 기판(2)의 표면상에 균일한 질소이온분포를 제공하도록 조정됨으로써, 이들 이온이 기판(2)에 도달한다. 기판(2)부근에 도달하는 질소이온들은, 처리대상 기판(2)의 표면에 발생한 이온 시스(sheath)에 의해 가속되어, 기판(2)에 입사해서, 산화 규소막을 질화시킨다. 마이크로파의 공급을 개시한 이래로 3분경과후, 마이크로파 전원을 정지하고, 질소가스 공급을 중단하였다. 플라스마 처리실(1)을 0.1㎩이하의 레벨로 배기한 후, 기판(2)을 플라스마 처리실(1)밖으로 반출하였다.
질소처리 종료후, 기판(2) 표면에서의 산화 규소막으로 환산한 산질화 규소막의 두께 증가분을 엘립소메터(KLA-텐코르사 제품)를 이용해서 측정한 결과, 2.1㎚±2%였다. 이것은, 도 3으로부터 알수 있는 바와 같이, 다공판을 이용하지 않고 얻어질 수 있는 것보다도 약 6배의 균일성이다.
상기 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 플라스마 처리장치는, 큰 구경의 구멍을 지닌 다공판을 이용해도, 기판 표면 전체에 대한 처리 균일성을 얻는 것이 가능하다. 또, 플라스마 발생부의 밀도분포와 확산계산에 의거해서 다공판을 설계함으로써, 시행착오에 의한 소요되던 막대한 시간과 노력을 피할 수 있으므로, 간편하게 다공판을 제공할 수 있다.
[실시예 2]
본 실시예에 있어서는, 실시예 1에 의한 마이크로파 플라스마 처리장치의 다공판(4)을, 개구율 약 0.1인 다공판으로 교환해서, 실시예 1과 마찬가지 방법으로 기판(2)에 대해서 질화처리를 수행하였다. 실시예 2에서 이용한 다공판(4)의 각 구멍의 단면적을 실시예 1에서 이용한 다공판의 단면적의 1/2로 하였다. 따라서, 구멍의 구경은 1/
Figure 112005010461214-PAT00001
2(2의 제곱근)로 되어, 약 7 내지 15㎜의 범위내로 된다. 다공판(4)의 구멍의 배치는, 실시예 1과 마찬가지이다.
질화처리 종료후, 기판(2) 표면에서의 산화규소막으로 환산한 산질화 규소막의 두께 증가분을 엘립소메터(KLA-텐코르사 제품)를 이용해서 측정한 결과, 1㎚± 2%였다. 또, 실시예 2에 의거한 질화처리후의 기판(2)상의 막두께분포를 실시예 1에 따라 얻어진 것과 비교해보면, 도 4에 표시한 바와 같이, 그들 분포의 형상은 유사하지만, 실시예 2에 있어서, 막두께가 약 1/2인 것을 알 수 있다.
상기 설명한 바와 같이, 다공판의 전체 구멍의 단면적을 대략 일정 비율로 확대 혹은 축소할 수 있고, 이렇게 함으로써, 질화처리균일성을 충분히 유지하면서 질화막두께를 편리하게 증감시킬 수 있는 플라스마 처리장치가 실현된다.
[실시예 3]
본 실시예에 있어서는, 실시예 1에 의한 마이크로파 플라스마 처리장치의 다공판(4)을 도 5에 표시한 다공판(4)으로 교환해서, 실시예 1과 마찬가지 방법으로 기판(2)에 대해서 질화처리를 수행하였다. 실시예 3에서 이용하는 다공판(4)의 구멍에 대해서는, 실시예 1에서 이용한 다공판의 중앙으로부터 첫번째의 동심원을 따라 배치된 이들 구멍을 제거시킨 한편, 중앙의 구멍의 크기를 크게 하고 있다. 또한, 개구율을 대략 0.22와 동등하게 하고 있다. 중앙으로부터 첫번째의 동심원에서의 구멍을 제거했기 때문에, 개구율을 대략 0.22로 확대한 경우에도 인접한 구멍사이에 충분한 간격을 확보할 수 있다. 따라서, 다공판의 충분한 기계적 강도를 얻을 수 있다.
질화처리 종료후, 기판(2) 표면에서의 산화규소막으로 환산한 산질화 규소막의 두께 증가분을 엘립소메터(KLA-텐코르사 제품)를 이용해서 측정한 결과, 2.2㎚±2%였다. 실시예 1과 비교해서, 막두께가 약 10% 증가하였다.
상기 설명한 바와 같이, 다공판의 인접하는 동축동심원간의 간격을 적절하게 변경해도 되며, 이것에 의해, 구멍들간에 충분한 간격을 유지함으로써 다공판의 강도를 유지하면서 개구율을 크게 할 수 있고, 또한, 처리속도가 높은 플라스마 처리장치를 제공하는 것이 가능하다.
[실시예 4]
본 실시예에 있어서는, 실시예 1에 의한 마이크로파 플라스마 처리장치의 슬롯을 도 6에 표시한 바와 같이 원호형상으로 변경하고, 또, 다공판(4)을 이들 슬롯에 의해 발생하는 플라스마 발생부 밀도분포에 대응하는 대략 0.3의 개구율을 지닌 것으로 교체하고, 실시예 1과 마찬가지로 질화처리를 수행하였다. 실시예 4에서 이용하는 다공판(4)에 의하면, 실시예 1과 비교해서 개구율을 대략 50% 확대시킬 수 있다. 이것은, 실시예 1에 의한 슬롯배치에 있어서, 플라스마 발생부 밀도분포가 고리형상이므로, 다공판(4)의 중앙구멍과 그 인접하는 구멍간의 간섭을 회피하도록 개구율을 결정하고 있는 반면; 실시예 4에 의하면, 플라스마 발생부 밀도분포가 유전재료 창(7)의 전체 면을 통해서 균일하게 확대되므로, 구멍의 구경이 균일해져서, 인접하는 구멍들간의 간섭이 거의 일어나지 않게 된다. 따라서, 개구율을 크게 할 수 있다.
질화처리 종료후, 기판(2) 표면에서의 산화규소막으로 환산한 산질화 규소막의 두께 증가분을 엘립소메터(KLA-텐코르사 제품)를 이용해서 측정한 결과, 실시예 1과 비교해서, 막두께가 약 50% 증가하였다.
상기 설명한 바와 같이, 플라스마 발생부 밀도분포를 더욱 균일하게 제공할 수 있는 슬롯배치를 이용할 수 있고, 이것에 의하면, 개구율을 크게 해서, 처리속 도를 높게 할 수 있는 플라스마 처리장치를 제공하는 것이 가능하다.
[실시예 5]
본 실시예에 있어서는, 실시예 1에 의한 마이크로파 플라스마 처리장치의 다공판(4)을 개구율 대략 0.21인 다공판으로 교환해서, 실시예 1과 마찬가지 방식으로 기판(2)에 대해 질화처리를 수행하였다. 실시예 5에 있어서는, 비교적 큰 구경을 지닌 구멍 주위의 다공판의 영역의 두께를 도 7에 표시한 바와 같이 얇게 하였다. 그 결과, 구멍벽에서의 플라스마 재결합 억압이 감소된다. 전체로서 밸런스를 유지하도록 비교적 소구경을 지닌 구멍의 구경을 크게 하므로, 다공판(4)의 개구율을 크게 할 수 있다.
질화처리 종료후, 기판(2) 표면에서의 산화규소막으로 환산한 산질화 규소막의 두께 증가분을 엘립소메터(KLA-텐코르사 제품)를 이용해서 측정한 결과, 2.2㎚±2%였다. 실시예 1과 비교해서, 막두께가 약 10% 증가하였다.
상기 설명한 바와 같이, 다공판의 비교적 대구경을 지닌 구멍 주위의 영역의 두께를 얇게 할 수 있어, 비교적 소구경의 구멍의 구경을 확대할 수 있는 동시에 처리속도를 높게 할 수 있는 플라스마 처리장치를 제공할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 각 실시예에 의하면, 큰 구멍 구경을 지닌 다공판을 이용해서, 플라스마와 구멍벽 간의 접촉면적을 감소시키고 플라스마의 재결합 소멸을 억제함으로써, 기판처리시간을 단축할 수 있는 한편, 기판표면 전체에 대한 처리균일성이 확보된다. 또, 플라스마 발생부의 밀도분포와, 또한 확산 계산에 따라 다공판을 설계함으로써, 시행착오에 소요되는 막대한 시간과 노력을 제거할 수 있어, 간편하게 다공판을 제공할 수 있다.
본 발명을 여기에 개시된 구성을 참조해서 설명하였으나, 이상의 상세에 한정됨이 없이, 본 출원은, 이하의 청구범위의 범위나 개량의 목적내에 들어오는 그러한 변형이나 변경도 망라하고자 한다.

Claims (14)

  1. 플라스마 발생부와;
    상기 플라스마 발생부와 처리대상물 사이에 설치된 다공판을 구비한 플라스마 처리장치에 있어서,
    상기 다공판은, 형상, 크기 및 배치의 적어도 하나에 대해서 불균일하게 된 복수의 구멍을 지니는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 구멍들의 형상, 크기 혹은 배치는, 상기 처리대상물 부근의 플라스마 활성종이 소망의 농도와 분포를 지니도록, 상기 플라스마 발생부의 활성종 분포와 확산계산에 의거해서 결정되는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리장치.
  3. 플라스마 발생부와;
    상기 플라스마 발생부와 처리대상물 사이에 설치된 다공판을 구비한 플라스마 처리장치에 있어서,
    상기 다공판이 지닌 복수의 구멍의 형상과 배치는, 상기 처리대상물 부근의 플라스마 활성종이 소망의 농도와 분포를 지니도록, 상기 플라스마 발생부의 활성종 분포와 확산계산에 의거해서 결정된 것을 특징으로 하는 플라스마 처리장치.
  4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 비교적 큰 단면적을 지닌 구멍 주위의 부분은, 다른 영역에 비해서 두께가 작은 것을 특징으로 하는 플라스마 처리장치.
  5. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 다공판의 열팽창계수는 1×10-5보다도 작은 것을 특징으로 하는 플라스마 처리장치.
  6. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 다공판은 적어도 규소를 함유하는 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라스마 처리장치.
  7. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 다공판의 각 구멍의 중심이 대략 동심원상에 배치되고, 또, 대략 동일한 원을 따라 배치된 이들 구멍의 단면적이 대략 동일한 것을 특징으로 하는 플라스마 처리장치.
  8. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 다공판의 각 구멍의 중심이 대략 등간격으로 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리장치.
  9. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 피처리대상물 부근의 활성종이 이온인 것을 특징으로 하는 플라스마 처리장치.
  10. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 피처리대상물 부근의 활성종이 주로 중성 라디칼인 것을 특징으로 하는 플라스마 처리장치.
  11. 제 1항에 있어서, 마이크로파를 실질적으로 투과시키는 유전부재를 지닌 플라스마 처리실과, 마이크로파를 상기 플라스마 처리실에 도입하는 도입수단과, 상기 플라스마 처리실내에 설치된 스테이지를 또 구비하고, 상기 다공판은, 상기 스테이지상에 놓여 있는 처리대상물과 상기 유전부재와의 사이에 설치되고, 도입된 마이크로파에 의거해서 표면파 플라스마를 발생하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리장치.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 마이크로파를 상기 플라스마 처리실에 도입하는 상기 도입수단이, 슬롯을 지닌 무종단 원형 도파관인 것을 특징으로 하는 플라스마 처리장치.
  13. 플라스마 발생부와, 해당 플라스마 발생부와 처리대상물 사이에 설치된 다공판을 구비한 플라스마 처리장치를 설계하는 방법에 있어서,
    상기 처리대상물 부근의 플라스마 활성종이 소망의 농도와 분포를 지니도록, 상기 다공판의 구멍들의 형상과 배치를, 상기 플라스마 발생부의 활성종 분포와 확산계산에 의거해서 결정하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리장치의 설계방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 다공판의 전체 구멍의 단면적을 대략 동일한 비율로 확대 혹은 축소함으로써, 상기 처리대상물 부근의 활성종의 분포를 변화시키는 일없이 해당 활성종의 농도를 변화시키는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리장치의 설계방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016171451A1 (ko) * 2015-04-20 2016-10-27 주식회사 유진테크 기판 처리 장치

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007088199A (ja) * 2005-09-22 2007-04-05 Canon Inc 処理装置
CN100405537C (zh) * 2005-12-07 2008-07-23 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 等离子体反应装置
JP2009545101A (ja) * 2006-07-20 2009-12-17 アビザ テクノロジー リミティド プラズマ源
CN101490792B (zh) * 2006-07-20 2012-02-01 阿维扎技术有限公司 离子沉积设备
CN101490789B (zh) 2006-07-20 2011-04-13 阿维扎技术有限公司 离子源
GB0616131D0 (en) * 2006-08-14 2006-09-20 Oxford Instr Plasma Technology Surface processing apparatus
JP7097809B2 (ja) * 2018-12-28 2022-07-08 東京エレクトロン株式会社 ガス導入構造、処理装置及び処理方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01149964A (ja) * 1987-12-04 1989-06-13 Furukawa Electric Co Ltd:The プラズマｃｖｄ装置用シャワー電極
JPH07101685B2 (ja) * 1989-01-26 1995-11-01 富士通株式会社 マイクロ波プラズマ処理装置
WO2004089046A1 (ja) * 1991-11-05 2004-10-14 Nobumasa Suzuki 無端環状導波管を有するマイクロ波導入装置及び該装置を備えたプラズマ処理装置
JP2886752B2 (ja) * 1991-11-05 1999-04-26 キヤノン株式会社 無端環状導波管を有するマイクロ波導入装置及び該装置を備えたプラズマ処理装置
JPH06204181A (ja) * 1992-12-29 1994-07-22 Ibiden Co Ltd プラズマエッチング用電極板
JPH0845910A (ja) * 1994-07-29 1996-02-16 Nippon Steel Corp プラズマ処理装置
US5891350A (en) * 1994-12-15 1999-04-06 Applied Materials, Inc. Adjusting DC bias voltage in plasma chambers
US5976261A (en) * 1996-07-11 1999-11-02 Cvc Products, Inc. Multi-zone gas injection apparatus and method for microelectronics manufacturing equipment
JPH11350143A (ja) * 1998-06-02 1999-12-21 Toshiba Corp 成膜装置
JP2000058294A (ja) * 1998-08-07 2000-02-25 Furontekku:Kk プラズマ処理装置
US6331754B1 (en) * 1999-05-13 2001-12-18 Tokyo Electron Limited Inductively-coupled-plasma-processing apparatus
JP2001023955A (ja) * 1999-07-07 2001-01-26 Mitsubishi Electric Corp プラズマ処理装置
JP3889280B2 (ja) 2002-01-07 2007-03-07 忠弘 大見 プラズマ処理装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016171451A1 (ko) * 2015-04-20 2016-10-27 주식회사 유진테크 기판 처리 장치

Also Published As

Publication number Publication date
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US20050194097A1 (en) 2005-09-08

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