KR100554116B1

KR100554116B1 - 멀티슬롯 안테나를 이용한 표면파 플라즈마 처리장치

Info

Publication number: KR100554116B1
Application number: KR1020040052911A
Authority: KR
Inventors: 스즈키노부마사
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2003-07-08
Filing date: 2004-07-08
Publication date: 2006-02-21
Anticipated expiration: 2024-07-08
Also published as: TW200509247A; KR20050006080A; US20050005854A1; JP2005033055A; TWI242246B; CN1322793C; CN1576392A

Abstract

본 발명에 의한 표면파 플라즈마 처리장치는, 마이크로파가 투과가능한 유전체창으로서 일부가 형성된 플라즈마 처리실, 해당 플라즈마 처리실내에 설치된 피처리 기판의 지지체, 상기 플라즈마 처리실내에 플라즈마 처리가스를 도입하기 위한 플라즈마 처리가스 도입부, 상기 플라즈마 처리실의 내부를 진공배기하기 위한 배기부 및 상기 피처리 기판의 지지체에 대향해서 상기 유전체창의 바깥쪽에 배치된 멀티슬롯 안테나를 이용한 마이크로파 도입부를 구비한 표면파 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 슬롯으로서, 방사상으로 배치된 슬롯과 원호형상으로 배치된 슬롯을 조합시킨 것을 특징으로 한다.

Description

멀티슬롯 안테나를 이용한 표면파 플라즈마 처리장치{SURFACE WAVE PLASMA TREATMENT APPARATUS USING MULTI-SLOT ANTENNA}

도 1A 및 도 1B는, 본 발명의 일실시형태의 마이크로파 플라즈마 처리장치의 개략도

도 2A, 도 2B 및 도 2C는, 본 발명을 설명하기 위한, 전자파 시뮬레이션에 의해 얻어진 표면파 전계강도분포를 표시한 도면

도 3A 및 도 3B는 본 발명을 설명하기 위한, 프로브 계측에 의해 얻어진 플라즈마 밀도분포를 표시한 도면

도 4A 및 도 4B는 종래예의 마이크로파 플라즈마 처리장치의 개략도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

101: 플라즈마 처리실

102: 피처리 기판

104: 기판온도 조정수단

105: 플라즈마 처리가스 도입수단(혹은 처리가스 도입구)

106: 배기 가스

107: 평판형상 유전체창

111: E-분기

113a: 방사상으로 배열된 슬롯

113b: 원호형상으로 배열된 슬롯

본 발명은, 마이크로파 플라즈마 처리장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은, 특히 반경방향의 플라즈마 분포를 조정가능한 마이크로파 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.

마이크로파를 플라즈마생성용의 여기원으로서 사용하는 플라즈마 처리장치로서는, CVD(Chemical Vapor Deposition)장치, 에칭장치, 애싱(ashing)장치 등이 알려져 있다.

마이크로파 플라즈마 처리장치에 있어서는, 가스의 여기원으로서 마이크로파를 사용하므로, 전자를 높은 주파수를 지닌 전계에 의해 가속시킬 수 있어, 가스분자를 효율적으로 전리 · 여기시키는 것이 가능하다. 따라서, 마이크로파 플라즈마 처리장치에 대해서는, 가스의 전리효율, 여기효율 및 분해효율이 높아, 고밀도의 플라즈마를 비교적 용이하게 형성할 수 있고, 또한, 저온에서 고속으로 고품질 처리할 수 있다고 하는 이점을 지닌다. 또, 마이크로파가 유전체를 투과하는 성질을 지니므로, 플라즈마 처리장치를 무전극 방전타입의 것으로 되도록 구성할 수 있고, 이로 인해, 마이크로파 플라즈마 처리장치는, 고청정의 플라즈마 처리를 행할 수 있다고 하는 이점도 있다.

이러한 마이크로파 플라즈마 처리장치의 더욱 고속화를 위해, 전자 사이클로트론 공명(ECR)을 이용한 플라즈마 처리장치도 실용화되어 있다. ECR은, 자속밀도가 87.5mT인 때에, 자력선의 주위를 전자가 회전하는 주파수인 전자사이클로트론주파수가, 마이크로파의 일반적인 주파수 2.45㎓와 일치할 경우, 전자가 마이크로파를 공명적으로 흡수해서 가속되어, 고밀도 플라즈마가 발생하는 현상이다. 이러한 ECR플라즈마 처리장치에 있어서는, 마이크로파 도입수단과 자계발생수단과의 구성에 대해서, 대표적인 것으로서 다음의 4개의 구성이 알려져 있다.

즉, (1) 도파관을 개재해서 전파되는 마이크로파를 피처리 기판의 대향면으로부터 투과창을 개재해서 원통형상의 플라즈마 발생실에 도입하고, 해당 플라즈마 발생실의 중심축과 동축을 지닌 발산자계를 플라즈마 발생실의 주변에 설치된 전자코일을 개재해서 도입하는 구성(NTT방식)과, (2) 도파관을 개재해서 전송되는 마이크로파를 피처리 기판의 대향면으로부터 매달린 종모양의 플라즈마 발생실에 도입하고, 플라즈마 발생실의 중심축과 동축을 지닌 자계를 플라즈마 발생실의 주변에 설치된 전자코일을 개재해서 도입하는 구성(히다치 방식)과, (3) 원통형상으로 배열된 슬롯 안테나의 일종 또는 리지타노(Lisitano) 코일을 개재해서 마이크로파를 주변으로부터 플라즈마 발생실에 도입하고, 플라즈마 발생실의 중심축과 동축을 지닌 자계를 플라즈마 발생실의 주변에 설치된 자계코일을 개재해서 도입하는 구성(리지타노 방식)과, (4) 도파관을 개재해서 전송되는 마이크로파를 피처리 기판의 대향면으로부터 평판형상의 슬롯 안테나를 개재해서 원호형상의 플라즈마 발생실에 도입하고, 안테나 평면에 평행한 루프형상 자계를 평면 안테나의 배면에 설 치된 영구자석을 개재해서 도입하는 구성(평면슬롯 안테나방식)이다.

마이크로파 플라즈마 처리장치의 일례로서, 근년, 마이크로파의 균일하고 효율적인 도입장치로서 복수의 슬롯이 H면에 형성된 무종단(無終端) 고리형상 도파관을 이용하는 장치가 제안되어 있다(미국 특허 제 5,487,875호, 미국특허 제 5,538,699호 및 미국특허 제 6,497,783호). 이 마이크로파 플라즈마 처리장치를 도 4A, 그 플라즈마 발생기구를 도 4B에 표시한다. (501)은 플라즈마 처리실; (502)는 피처리 기판; (503)은 피처리 기판(502)의 지지체; (504)는 기판온도 조정수단; (505)는 플라즈마 처리실(501)의 주변에 설치된 플라즈마 처리가스 도입수단; (506)은 배기 가스; (507)은 플라즈마 처리실(501)을 대기쪽과 분리하는 평판형상 유전체창; (508)은 마이크로파를 평판형상 유전체창(507)을 투과해서 플라즈마 처리실(501)에 도입하기 위한 슬롯부착 무종단 고리형상 도파관; (511)은 마이크로파를 슬롯부착 무종단 고리형상 도파관(508)에 도입하는 공급구의 E-분기; (512)는 슬롯부착 무종단 고리형상 도파관(508)내에 생기는 정재파; (513)은 슬롯; (514)는 평판형상 유전체창(507)의 표면을 전파하는 표면파; (515)는 인접하는 슬롯(513)으로부터의 표면파(514)끼리가 간섭해서 생기는 표면 정재파; (516)은 표면 정재파(515)에 의해 생성된 발생부 플라즈마; (517)은 발생부 플라즈마(516)의 확산에 의해 생성한 플라즈마 벌크이다.

이와 같은 마이크로파 플라즈마 처리장치를 이용함으로써, 마이크로파 파워 1㎾이상에서, 직경 300㎜정도의 대구경 공간에 ±3%이내의 균일성을 가지고, 전자 밀도 10¹²㎝^-3이상, 전자온도 2eV이하, 플라즈마 전위 10V이하의 고밀도 저전자온도 플라즈마가 발생할 수 있으므로, 가스를 충분히 반응시켜 활성 상태에서 기판에 공급할 수 있고, 또 입사이온에 의한 기판의 표면손상도 저감하므로, 저온에서도 고품질로 균일하고 고속의 처리가 가능하게 된다.

그러나, 상술한 바와 같은 마이크로파 플라즈마 처리장치를 이용한 경우, 표면파는 슬롯에 수직인 방향, 즉, 둘레방향으로 유전체창의 표면을 전파하므로, 슬롯의 위치로부터 안쪽의 위치에서 표면파의 전계강도가 약해져, 중앙부의 플라즈마 처리속도가 저하할 경우가 생긴다.

본 발명은, 안쪽의 표면파 전계강도를 강화하고, 반경방향의 분포를 조정하고, 특히 균일성이 개선된 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.

본 발명에 의한 표면파 플라즈마 처리장치는, 마이크로파가 투과가능한 유전체창으로서 일부가 형성된 플라즈마 처리실; 해당 플라즈마 처리실내에 설치된 피처리 기판의 지지체; 상기 플라즈마 처리실내에 플라즈마 처리가스를 도입하기 위한 플라즈마 처리가스 도입수단; 상기 플라즈마 처리실의 내부를 진공배기하기 위한 배기수단; 및 상기 피처리 기판의 지지체에 대향해서 상기 유전체창의 바깥쪽에 배치된 멀티슬롯 안테나를 이용한 마이크로파 도입수단을 구비한 표면파 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 슬롯으로서, 둘레방향으로 표면파가 전파하는 방사상으로 배치된 슬롯과, 직경방향으로 표면파가 전파하는 원호형상으로 배치된 슬롯을 조합 시킨 것을 특징으로 한다.

또, 상기 마이크로파 도입수단은, 무종단 고리형상 도파관의 H면에 상기 슬롯이 형성된 멀티슬롯 안테나이어도 된다.

또한, 상기 방사상으로 배열된 슬롯은, 중심끼리의 간격이, 표면파의 반파장의 홀수배이어도 된다.

또, 상기 원호형상으로 배열된 슬롯은, 원호를 서로 연결해서 형성되는 원의 직경이, 표면파의 반파장의 짝수배이어도 된다.

또한, 상기 방사상으로 배열된 슬롯과 상기 원호형상으로 배열된 슬롯의 양쪽의 마이크로파 방사율을 상대적으로 변화시킴으로써 반경방향의 플라즈마 분포를 조정해도 된다.

또, 상기 플라즈마 분포조정은, 상기 방사상으로 배열된 슬롯의 길이 및 상기 원호형상으로 배열된 슬롯의 중심각을 변화시킴으로써 행해도 된다.

또한, 상기 플라즈마 분포조정은, 상기 방사상으로 배열된 슬롯 및 상기 원호형상으로 배열된 슬롯의 폭을 변화시킴으로써 행해도 된다.

또, 상기 플라즈마 분포조정은, 상기 방사상으로 배열된 슬롯 및 상기 원호형상으로 배열된 슬롯의 두께를 변화시킴으로써 행해도 된다.

따라서, 본 발명에 의한 표면파 플라즈마 처리장치에 있어서, 슬롯은, 방사상으로 배열된 슬롯과 원호형상으로 배열된 슬롯을 조합하고 있으므로, 안쪽의 표면파 전계강도를 강화하고, 반경방향의 분포를 조정하여, 특히 균일성이 개선된 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이 가능하다.

본 발명의 기타 특징과 이점은 첨부도면과 관련하여 취한 이하의 설명으로부터 명백해질 것이며, 도면에 있어서 동일한 참조부호는 동일 혹은 유사한 부분을 가리킨다.

이하, 첨부도면에 따라 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세하게 설명한다.

본 발명의 일실시형태의 마이크로파 플라즈마 처리장치를, 도 1A 및 도 1B에 의해 설명한다. (101)은 플라즈마 처리실; (102)는 피처리 기판; (103)은 피처리 기판(102)의 지지체; (104)는 기판온도 조정수단; (105)는 플라즈마 처리실(101)의 주변에 설치된 플라즈마 처리가스 도입수단; (106)은 배기 가스; (107)은 플라즈마 처리실(101)을 대기쪽과 분리하는 유전체창; (108)은 마이크로파를 유전체창(107)을 투과해서 플라즈마 처리실(101)에 도입하기 위한 슬롯부착 무종단 고리형상 도파관; (111)은 마이크로파를 좌우쪽으로 분배하는 E-분기; (113a)는 방사상으로 배열된 슬롯; (113b)는 원호형상으로 배열된 슬롯이다.

플라즈마 처리는, 이하와 같이 행한다. 배기계(도시생략)를 통해서 플라즈마 처리실(101)의 내부를 진공배기한다. 이어서, 처리가스를 플라즈마 처리실(101)의 주변에 설치된 가스 도입수단(105)을 개재해서 소정의 유량으로 플라즈마 처리실(101)내에 도입한다. 다음에, 배기계(도시생략)에 설치된 콘덕턴스 밸브(도시생략)를 조정해서, 플라즈마 처리실(101)의 내부를 소정의 압력으로 유지한다. 마이크로파 전원(도시생략)으로부터 소망의 전력을 무종단 고리형상 도파관(108), 방사상으로 배열된 슬롯(113a) 및 원호형상으로 배열된 슬롯(113b)을 개재해서 플 라즈마 처리실(101)의 내부에 공급한다. 이 때, 무종단 고리형상 도파관(108)내에 도입된 마이크로파는, E-분기(111)에서 좌우쪽으로 2분배되고, 자유공간보다도 긴 도파관내 파장으로 전파한다. 분배된 마이크로파끼리가 간섭해서, 도파관내 파장의 1/2마다 "복(腹: antinode)"을 지닌 정재파를 발생한다. 표면전류를 횡절하도록 설치된 방사상으로 배열된 슬롯(113a) 및 원호형상으로 배열된 슬롯(113b)을 통해서 유전체창(107)을 투과해서 플라즈마 처리실(101)에 마이크로파가 도입된다. 플라즈마 처리실(101)에 도입된 마이크로파에 의해 방사상으로 배열된 슬롯(113a) 및 원호형상으로 배열된 슬롯(113b)의 근방에 초기 고밀도 플라즈마가 발생한다. 이 상태에서, 유전체창(107)과 초기 고밀도 플라즈마와의 계면에 입사한 마이크로파는, 초기 고밀도 플라즈마중에는 전파될 수 없고, 유전체창(107)과 초기 고밀도 플라즈마와의 계면을 표면파로서 전파한다. 인접하는 방사상으로 배열된 슬롯(113a) 및 원호형상으로 배열된 슬롯(113b)으로부터 도입된 표면파 끼리가 상호 간섭해서, 표면파의 파장의 1/2마다 "복"을 지니는 표면정재파를 발생한다. 이 표면정재파에 의해서 표면 플라즈마가 생성된다. 또, 표면 플라즈마의 확산에 의해 벌크 플라즈마가 생성된다. 처리가스는 발생한 표면파 간섭 플라즈마에 의해 여기되어, 지지체(103)상에 놓인 피처리 기판(102)의 표면을 처리한다.

도 2A, 도 2B 및 도 2C에, 각각 방사상으로 배열된 슬롯(113a)만을 이용한 경우, 원호형상으로 배열된 슬롯(113b)만을 이용한 경우 및 방사상으로 배열된 슬롯(113a) 및 원호형상으로 배열된 슬롯(113b)의 양쪽을 이용한 경우의, 각각의 전자파 시뮬레이션에 의해 얻어진 표면파 전계강도분포를 표시한다. 방사상으로 배 열된 슬롯(113a)만을 이용한 경우에서는, 표면파는 둘레방향으로 전파해서 바깥쪽에 가까운 쪽에 표면정재파가 분포하고, 중앙부의 표면파 강도가 약하지만, 반경방향으로 표면파가 전파해서 중앙부에도 표면 정재파를 발생가능한 원호형상으로 배열된 슬롯(113b)을 조합함으로써, 표면파 전계를 거의 전체 면에 분포시키는 것이 가능하다.

도 3A 및 도 3B에, 방사상으로 배열된 슬롯(113a)의 길이 및 원호형상으로 배열된 슬롯의 중심각을 각각 변화시킨 경우의 플라즈마 밀도분포를 표시한다. 방사상으로 배열된 슬롯(113a)이 충분히 짧은 경우, 원호형상으로 배열된 슬롯(113b)만을 이용한 경우의 분포에 가까운 위로 볼록한 분포를 나타낸다. 한편, 원호형상으로 배열된 슬롯(113b)의 중심각이 충분히 작은 경우에는, 방사상으로 배열된 슬롯(113a)만을 이용한 경우의 분포에 가까운 아래로 볼록한 분포를 표시한다. 방사상으로 배열된 슬롯(113a)의 길이가 증가함에 따라 바깥쪽의 플라즈마 밀도가 증가하고, 위쪽으로 볼록한 형상에서부터 평탄한 형상으로, 또한 아래쪽으로 다소 볼록한 형상으로 변화한다. 한편, 원호형상으로 배열된 슬롯(113b)의 중심각이 증가함에 따라서, 안쪽의 플라즈마 밀도가 증가하고, 아래쪽으로 볼록한 형상으로부터 평탄한 형상으로, 또한, 위쪽으로 다소 볼록한 형상으로 변화한다.

이와 같이 해서, 방사상으로 배열된 슬롯(113a)의 길이 및 원호형상으로 배열된 슬롯(113b)의 중심각을 변화시킴으로써, 반경방향의 플라즈마 밀도분포가 조정가능하여, 균일한 분포를 얻는 것이 가능해진다. 이것은, 길이뿐만 아니라, 폭이나 두께를 변화시켜 도입률을 변화시키는 것에 의해서도 가능하다.

본 발명의 마이크로파 플라즈마 처리장치에 이용되는 방사상으로 배열된 슬롯은, 고리형상 도파관내 정재파의 마디(node)의 위치에 (도파관 - 주변길이/관내 반파장)의 수만큼 등각도 간격으로, 길이를 도파관의 파장의 1/8 내지 1/2의 범위, 보다 상세하게는 3/16에서 3/8의 범위에서 형성한다.

본 발명의 마이크로파 플라즈마 처리장치에 이용되는 원호형상으로 배열된 슬롯은, 고리형상 도파관내 정재파의 복의 위치에 (도파관-주변길이/관내 반파장)의 수만큼 등간격으로, 중심각을 360°×(관내 반파장)/도파관-1/2×주변길이 내지 360°×(관내 반파장)/도파관-9/10×주변길이의 범위, 보다 상세하게는, 360°×(관내 반파장)/도파관-4/5×주변길이 내지 360°×(관내 반파장)/도파관-4/5×주변길이의 범위에서 형성한다.

본 발명의 마이크로파 플라즈마 처리장치에 이용되는 마이크로파의 주파수는, 300㎒에서 3㎔까지가 적용가능하나, 파장이 유전체창(107)의 치수와 동일한 정도로 되는, 1㎓ 내지 10㎓가 특히 유효하다.

본 발명의 마이크로파 플라즈마 처리장치에 이용되는 유전체창(107)의 재질은, 기계적 강도가 충분하고 마이크로파의 투과율이 충분히 높게 되도록 유전결함이 적은 재료이면 어떠한 것이라도 적용가능하며, 예를 들면, 석영이나 알루미나(사파이어), 질화알루미늄, 불화탄소 폴리머(테플론) 등이 최적이다.

본 발명의 마이크로파 플라즈마 처리장치에 이용되는 슬롯부착 무종단 고리형상 도파관(108)의 재질은, 도전체이면 어느 것이라도 사용가능하나, 마이크로파의 전파손실을 가능한 한 억제하기 위해, 도전율이 높은 Al, Cu, Ag/Cu도금한 SUS 등이 최적이다. 본 발명에 이용되는 슬롯부착 무종단 고리형상 도파관(108)의 도입구의 방향은, 슬롯부착 무종단 고리형상 도파관(108)내의 마이크로파 전파공간에 효율좋게 마이크로파를 도입할 수 있는 것이면, 그 방향이 H면에 평행한 동시에 전파공간의 접선방향이어도, 혹은, 그 방향이 H면에 수직이고 도입부에서 전파공간의 좌우방향의 2방향으로 분배하는 것이어도 된다.

본 발명의 마이크로파 플라즈마 처리장치 및 처리방법에 있어서, 보다 저압에서 처리하기 위해, 자계 발생수단을 이용해도 된다. 본 발명의 플라즈마 처리장치 및 처리방법에 있어서 이용되는 자계로서는, 슬롯의 폭방향으로 발생하는 전계에 수직인 자계이면 어느 것이라도 적용가능하다. 자계발생수단으로서는, 코일이외에도, 영구자석이어도 사용가능하다. 코일을 이용할 경우에는 과열방지를 위해 수냉기구나 공냉기구 등의 다른 냉각수단을 이용해도 된다.

또, 처리의 보다 고품질화를 위해, 자외광을 기판 표면에 조사해도 된다. 광원으로서는, 피처리 기판 혹은 기판상에 부착한 가스에 의해 흡수되는 광을 방사하는 광원이면 어느 것이라도 적용가능하므로, 엑시머레이저, 엑시머램프, 희가스 공명선램프, 저압수은램프 등이 적당하다.

본 발명의 마이크로파 플라즈마 처리방법에 있어서의 플라즈마 처리실내의 압력은 0.1mTorr 내지 10Torr의 범위, 보다 바람직하게는, 10mTorr에서 5Torr의 범위가 적당하다.

본 발명의 마이크로파 플라즈마 처리방법에 의한 퇴적막의 형성으로서는, Si₃N₄, SiO₂, SiOF, Ta₂O₅, TiO₂, TiN, Al₂O₃, AlN, MgF₂ 등의 절연막, a-Si, poly-Si, SiC, GaAs로 이루어진 막 등의 반도체막, Al, W, Mo, Ti, Ta 등의 금속막 등, 각종 퇴적막을 효율좋게 형성하는 것이 가능하다.

본 발명의 플라즈마 처리방법에 의해 처리하는 피처리 기판(102)은, 반도체의 것이어도, 도전성의 것이어도, 혹은 전기절연성의 것이어도 된다.

도전성 기판으로서는, Fe, Ni, Cr, Al, Mo, Au, Nb, Ta, V, Ti, Pt, Pb 등의 금속, 또는 황동, 스테인레스 강 등의 이들의 합금을 들 수 있다.

절연성 기판으로서, SiO₂계의 석영 유리 등의 각종 유리, Si₃N₄, NaCl, KCl, LiF, CaF₂, BaF₂, Al₂O₃, AlN, MgO 등의 무기물, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리이미드 등의 유기물로 이루어진 필름 혹은 시트를 들 수 있다.

본 발명의 플라즈마 처리장치에 이용되는 가스 도입수단(105)의 방향은, 가스가 유전체창(108)근방에 발생하는 플라즈마 영역을 경유한 후 중앙부근에 충분히 공급된 후 기판 표면을 중앙으로부터 주변을 향해서 흐르도록, 유전체창(108)을 향해서 가스를 불어 넣는 구조를 지니는 것이 최적이다.

CVD법에 의해 기판상에 박막을 형성하는 경우에 이용되는 가스로서는, 일반적으로 공지의 가스가 사용될 수 있다.

a-Si, poly-Si, SiC 등의 Si계 반도체박막을 형성할 경우의 처리가스 도입수 단(105)을 개재해서 플라즈마 처리실(101)에 도입하는 Si원자를 함유하는 원료가스로서는, SiH₄가스, Si₂H₆가스 등의 무기실란가스류, 테트라에틸실란(TES)가스, 테트라메틸실란(TMS)가스, 디메틸실란(DMS)가스, 디메틸디플루오로실란(DMDFS)가스, 디메틸디클로르실란(DMDCS)가스 등의 유기실란가스류, SiF₄가스, Si₂F₆가스, Si₃F₈가스, SiHF₃가스, SiH₂F₂가스, SiCl₄가스, Si₂Cl ₆가스, SiHCl₃가스, SiH₂Cl₂가스, SiH₃Cl가스, SiCl₂F₂가스 등의 할로겐화 실란가스류 등, 상온상압에서 가스상태인 것 또는 용이하게 가스화할 수 있는 것을 들 수 있다. 또, Si원료가스와 혼합해서 플라즈마 처리실(101)에 도입해도 좋은 첨가가스 또는 캐리어가스로서는, H₂가스, He가스, Ne가스, Ar가스, Kr가스, Xe가스, Rn가스 등을 들 수 있다.

Si₃N₄, SiO₂ 등의 Si화합물계 박막을 형성할 경우의 처리가스 도입수단(105)을 개재해서 도입하는 Si원자를 함유하는 원료로서는, SiH₄, Si₂H₆ 등의 무기실란류, 테트라에톡시실란(TEOS), 테트라메톡시실란(TMOS), 옥타메틸시클로테트라실란(OMCTS), 디메틸디플루오로실란(DMDFS), 디메틸디클로르실란(DMDCS) 등의 유기실란류, SiF₄, Si₂F₆, Si₃F₈, SiHF₃, SiH ₂F₂, SiCl₄, Si₂Cl₆, SiHCl₃, SiH₂Cl₂, SiH₃Cl, SiCl₂F₂ 등의 할로겐화 실란류 등, 상온상압에서 가스상태인 것 또는 용이하게 가스화할 수 있는 것을 들 수 있다. 또, 이 경우에 동시에 도입하는 질소원료가스 또는 산소원료가스로서는, N₂가스, NH₃가스, N₂H₄가스, 헥사메틸디실라잔(HMDS)가스, O₂가스, O₃가스, H₂O가스, NO가스, N₂O가스, NO₂가스 등을 들 수 있다.

Al, W, Mo, Ti, Ta 등의 금속박막을 형성할 경우의 처리가스 도입수단(105)을 개재해서 도입하는 금속원자를 함유하는 원료로서는, 트리메틸알루미늄(TMAI), 트리에틸알루미늄(TEAl), 트리이소부틸알루미늄(TIBAl), 디메틸알루미늄하이드라이드(DMAlH), 텅스텐카르보닐(W(CO)₆), 몰리브덴카르보닐(Mo(CO)₆), 트리메틸갈륨(TMGa), 트리에틸칼륨(TEGa), 테트라이소프로폭시티탄(TIPOTi), 펜타에톡시탄탈(PEOTa) 등의 유기금속, AlCl₃, WF₆, TiCl₃, TaCl₅ 등의 할로겐화 금속 등을 들 수 있다. 또, 이 경우에 Si원료 가스와 혼합해서 도입해도 되는 첨가가스 또는 캐리어가스로서는, H₂가스, He가스, Ne가스, Ar가스, Kr가스, Xe가스, Rn가스 등을 들 수 있다.

Al₂O₃, AlN, Ta₂O₅, TiO₂, TiN, WO₃ 등의 금속화합물박막을 형성할 경우의 처리가스 도입수단(105)을 개재해서 도입하는 금속원자를 함유하는 원료로서는, 트리메틸알루미늄(TMAI), 트리에틸알루미늄(TEAl), 트리이소부틸알루미늄(TIBAl), 디메틸알루미늄하이드라이드(DMAlH), 텅스텐카르보닐(W(CO)₆), 몰리브덴카르보닐(Mo(CO)₆), 트리메틸갈륨(TMGa), 트리에틸칼륨(TEGa), 테트라이소프로폭시티탄(TIPOTi), 펜타에톡시탄탈(PEOTa) 등의 유기금속, AlCl₃, WF₆, TiCl₃, TaCl ₅ 등의 할로겐화 금속 등을 들 수 있다. 또, 이 경우에 동시에 도입하는 질소원료가스 또 는 산소원료가스로서는, O₂가스, O₃가스, H₂O가스, NO가스, N₂O가스, NO₂가스, N₂가스, NH₃가스, N₂H₄가스, 헥사메틸디실라잔(HMDS)가스 등을 들 수 있다.

기판 표면을 에칭할 경우의 처리가스 도입구(105)를 통해서 도입하는 에칭용 가스로서는, F₂가스, CF₄가스, CH₂F₂가스, C₂F ₆가스, C₃F₈가스, C₄F₈가스, CF₂Cl ₂가스, SF₆가스, NF₃가스, Cl₂가스, CCl₄가스, CH₂Cl₂가스, C₂Cl₆가스 등을 들 수 있다.

포토레지스트 등의 기판 표면상의 유기성분을 애싱제거할 경우의 처리가스 도입구(105)를 통해서 도입하는 애싱용 가스로서는, O₂가스, O₃가스, H₂O가스, NO가스, N₂O가스, NO₂가스, H₂가스 등을 들 수 있다.

또, 본 발명의 마이크로파 플라즈마 처리장치 및 처리방법을 표면개질에도 적용할 경우, 사용하는 가스를 적절하게 선택함으로써, 예를 들면, 기판 재료 혹은 표면층 재료로서 Si, Al, Ti, Zn, Ta 등을 사용해서 이들 기판 또는 표면층의 산화처리 혹은 산화처리, 나아가서는 B, As, P 등을 이용해서 이 표면층의 기판의 도핑처리 등이 가능하다. 또, 본 발명에 있어서 채용하는 막형성기술은 클리닝방법에도 적용될 수 있다. 그 경우, 본 발명은, 산화물 혹은 유기물이나 중금속 등의 클리닝에 사용하는 것도 가능하다.

기판을 산화표면처리할 경우의 처리가스 도입구(105)를 개재해서 도입하는 산화성 가스로서는, O₂가스, O₃가스, H₂O가스, NO가스, N₂O가스, NO₂가스 등을 들 수 있다. 또, 기판을 질화표면처리할 경우의 처리가스 도입구(105)를 개재해서 도입 하는 질화성 가스로서는, N₂가스, NH₃가스, N₂H₄가스, 헥사메틸디실라잔(HMDS)가스 등을 들 수 있다.

기판표면의 유기물을 클리닝할 경우, 또는 포토레지스트 등 기판 표면상의 유기물성분을 애싱제거할 경우의 가스 도입구(105)로부터 도입하는 클리닝 또는 애싱용 가스로서는, O₂가스, O₃가스, H₂O가스, NO가스, N₂O가스, H₂가스 등을 들 수 있다. 또, 기판 표면의 무기물을 클리닝할 경우의 플라즈마 발생용 가스 도입구(105)로부터 도입하는 클리닝용 가스로서는, F₂가스, CF₄가스, CH₂F₂가스, C₂F₆가스, C₄F₈가스, CF₂Cl₂가스, SF₆가스, NF₃가스 등을 들 수 있다.

(실시예)

이하, 실시예를 들어, 본 발명의 마이크로파 플라즈마 처리장치 및 처리방법을 보다 구체적으로 설명하나, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

도 1A 및 도 1B에 표시한 마이크로파 플라즈마 처리장치를 사용해서, 포토레지스트의 애싱을 행하였다.

기판(102)으로서는, 층간 SiO₂막을 에칭한 후, 비어홀(via holes)을 형성한 직후의 실리콘(Si)기판(φ: 300㎜)을 사용하였다. 먼저, Si기판(102)을 기판 지지체(103)상에 설치한 후, 히터(104)를 이용해서 250℃의 온도까지 가열하고, 배기계(도시생략)를 개재해서 플라즈마 처리실(101)의 내부를 진공배기하고, 그 내부의 압력을 10^-4Torr까지 감압시켰다. 플라즈마 처리가스 도입구(105)를 개재해서 산소가스를 2slm의 유량으로 플라즈마 처리실(101)내에 도입하였다. 이어서, 배기계(도시생략)에 설치된 컨덕턴스 밸브(도시생략)를 조정하여, 처리실(101)의 내부를 1.5Torr의 압력으로 유지하였다. 플라즈마 처리실(101)내에, 2.45㎓의 마이크로파 전원으로부터 2.5㎾의 전력을 슬롯부착 무종단 고리형상 도파관(108)을 개재해서 공급하였다. 이와 같이 해서, 플라즈마 처리실(101)내에 플라즈마를 발생시켰다. 이 때, 플라즈마 처리가스 도입구(105)를 개재해서 도입된 산소가스는 플라즈마 처리실(101)내에서 여기, 분해, 반응해서, 산소원자로 되고, 이 산소원자가, 실리콘기판(102)의 방향으로 전송되어, 기판(102)상의 포토레지스트를 산화한 후, 해당 산소원자가 기화·제거되었다. 애싱후, 게이트유전 파괴, 애싱속도 및 기판표면 전하밀도에 대해서 평가하였다.

얻어진 애싱속도의 균일성은, ±3.4%(6.2㎛/min)로 매우 양호하였고, 표면전하밀도도 0.5×10¹¹㎝^-2로 충분히 낮은 값을 표시하였으며, 게이트 유전파괴도 관측될 수 없었다.

(실시예 2)

기판(102)으로서는, 층간 SiO₂막을 에칭한 후, 비어홀을 형성한 직후의 실리콘(Si)기판(φ: 12인치)을 사용하였다. 먼저, Si기판(102)을 기판 지지체(103)상 에 설치한 후, 히터(104)를 이용해서 250℃의 온도까지 가열하고, 배기계(도시생략)를 개재해서 플라즈마 처리실(101)의 내부를 진공배기하여, 그 내부의 압력을 10^-5Torr까지 감압시켰다. 플라즈마 처리가스 도입구(105)를 개재해서 산소가스를 2slm의 유량으로 플라즈마 처리실(101)내에 도입하였다. 이어서, 배기계(도시생략)에 설치된 컨덕턴스 밸브(도시생략)를 조정하여, 처리실(101)의 내부를 2Torr의 압력으로 유지하였다. 플라즈마 처리실(101)내에, 2.45㎓의 마이크로파 전원으로부터 2.5㎾의 전력을 슬롯부착 무종단 고리형상 도파관(108)을 개재해서 공급하였다. 이와 같이 해서, 플라즈마 처리실(101)내에 플라즈마를 발생시켰다. 이 때, 플라즈마 처리가스 도입구(105)를 개재해서 도입된 산소가스는 플라즈마 처리실(101)내에서 여기, 분해, 반응해서, 산소원자로 되고, 이들 산소원자가 실리콘기판(102)의 방향으로 전송되어, 기판(102)상의 포토레지스트를 산화하고 나서, 해당 산소원자는 기화·제거되었다. 애싱후, 게이트절연, 애싱속도 및 기판표면 전하밀도에 대해서 평가하였다.

얻어진 애싱속도의 균일성은, ±4.4%(8.2㎛/min)로 매우 컸고, 표면전하밀도도 1.1×10¹¹㎝^-2로 충분히 낮은 값을 표시하였으며, 게이트 유전파괴도 관측될 수 없었다.

(실시예 3)

도 1A 및 도 1B에 표시한 마이크로파 플라즈마 처리장치를 사용해서, 극히 얇은 산화막의 표면질화를 행하였다.

기판(102)으로서는, 16Å두께의 표면산화막이 부착된 실리콘(Si)기판(φ: 8인치)을 사용하였다. 먼저, Si기판(102)을 기판 지지체(103)상에 설치한 후, 히터(104)를 이용해서 150℃의 온도까지 가열하고, 배기계(도시생략)를 개재해서 플라즈마 처리실(101)의 내부를 진공배기하여, 그 내부의 압력을 10^-3Torr까지 감압시켰다. 플라즈마 처리가스 도입구(105)를 개재해서 질소가스를 500sccm, 헬륨가스를 450sccm의 유량으로 각각 플라즈마 처리실(101)내에 도입하였다. 이어서, 배기계(도시생략)에 설치된 컨덕턴스 밸브(도시생략)를 조정하여, 처리실(101)의 내부를 0.2Torr의 압력으로 유지하였다. 플라즈마 처리실(101)내에, 2.45㎓의 마이크로파 전원으로부터 1.5㎾의 전력을 슬롯부착 무종단 고리형상 도파관(108)을 개재해서 공급하였다. 이와 같이 해서, 플라즈마 처리실(101)내에 플라즈마를 발생시켰다. 이 때, 플라즈마 처리가스 도입구(105)를 개재해서 도입된 질소가스는 플라즈마 처리실(101)내에서 여기, 분해, 반응해서, 질소이온 및 원자로 되고, 이들 질소이온 및 원자가 실리콘기판(102)의 방향으로 전송되어, 기판(102)상의 산화막 표면을 질화하였다. 질화후, 게이트절연, 질화속도 및 기판표면의 전하밀도에 대해서 평가하였다.

얻어진 질화속도의 균일성은, ±2.2%(6.2Å/min)로 매우 양호하였고, 표면전하밀도도 0.9×10¹¹㎝^-2로 충분히 낮은 값을 표시하였으며, 게이트 유전파괴도 관측될 수 없었다.

(실시예 4)

도 1A 및 도 1B에 표시한 마이크로파 플라즈마 처리장치를 사용해서, 실리콘기판의 직접 질화를 행하였다.

기판(102)으로서는, 배어(bare) 실리콘(Si)기판(φ: 8인치)을 사용하였다. 먼저, Si기판(102)을 기판 지지체(103)상에 설치한 후, 히터(104)를 이용해서 150℃의 온도까지 가열하고, 배기계(도시생략)를 개재해서 플라즈마 처리실(101)의 내부를 진공배기하여, 그 내부의 압력을 10^-3Torr까지 감압시켰다. 플라즈마 처리가스 도입구(105)를 개재해서 질소가스를 500sccm의 유량으로 플라즈마 처리실(101)내에 도입하였다. 이어서, 배기계(도시생략)에 설치된 컨덕턴스 밸브(도시생략)를 조정하여, 처리실(101)의 내부를 0.1Torr의 압력으로 유지하였다. 플라즈마 처리실(101)내에, 2.45㎓의 마이크로파 전원으로부터 1.5㎾의 전력을 슬롯부착 무종단 고리형상 도파관(108)을 개재해서 공급하였다. 이와 같이 해서, 플라즈마 처리실(101)내에 플라즈마를 발생시켰다. 이 때, 플라즈마 처리가스 도입구(105)를 개재해서 도입된 질소가스는 플라즈마 처리실(101)내에서 여기, 분해, 반응해서, 질소이온 및 원자로 되고, 이들 질소이온 및 원자가 실리콘기판(102)의 방향으로 전송되어, 실리콘기판(102)의 표면을 질화하였다. 질화후, 게이트절연, 질화속도 및 기판표면의 전하밀도에 대해서 평가하였다.

얻어진 질화속도의 균일성은, ±1.6%(22Å/min)로 매우 양호하였고, 표면전하밀도도 1.7×10¹¹㎝^-2로 충분히 낮은 값을 표시하였으며, 게이트 유전파괴도 관측될 수 없었다.

(실시예 5)

도 1A 및 도 1B에 표시한 마이크로파 플라즈마 처리장치를 사용해서, 반도체소자 보호용 질화실리콘막의 형성을 행하였다.

기판(102)으로서는, Al배선패턴(라인 앤드 스페이스: 0.5㎛)가 형성된 층간 SiO₂막을 지닌 P형 단결정 실리콘(Si)기판(φ: 300㎜)(면방위: (100), 저항률: 100Ω㎝)을 사용하였다. 먼저, Si기판(102)을 기판 지지체(103)상에 설치한 후, 배기계(도시생략)를 개재해서 플라즈마 처리실(101)의 내부를 진공배기하여, 그 내부의 압력을 10^-7Torr까지 감압시켰다. 이어서, 히터(104)에 통전해서, 실리콘기판(102)을 300℃까지 가열하고, 해당 기판을 이 온도로 유지하였다. 플라즈마 처리가스 도입구(105)를 개재해서 질소가스를 600sccm의 유량으로, 또, 모노실란가스를 200sccm의 유량으로 각각 처리실(101)내에 도입하였다. 이어서, 배기계(도시생략)에 설치된 컨덕턴스 밸브(도시생략)를 조정하여, 처리실(101)의 내부를 20mTorr의 압력으로 유지하였다. 다음에, 2.45㎓의 마이크로파 전원(도시생략)으로부터 3.0㎾의 전력을 슬롯부착 무종단 고리형상 도파관(108)을 개재해서 공급하였다. 이와 같이 해서, 플라즈마 처리실(101)내에 플라즈마를 발생시켰다. 이 때, 플라즈마 처리가스 도입구(105)를 개재해서 도입된 질소가스는 플라즈마 처리실(101)내에서 여기, 분해, 반응해서, 질소원자로 되고, 이들 질소원자가 실리콘기판(102)의 방향으로 전송되어서, 모노실란가스와 반응해서, 질화실리콘막이 기판(102)상에 1.0㎛의 두께로 형성되었다. 막형성후, 게이트절연 파괴, 막형성 속도, 응력 등의 막의 품질에 대해서 평가하였다. 응력은, 막형성전후의 기판의 위로 볼록하게 된 것의 변화를 레이저 간섭계 Zygo(상표명)로 측정해서 구하였다.

얻어진 질화실리콘막의 막형성 속도의 균일성은, ±2.8%(530nm/min)로 매우 컸고, 막의 품질도 응력 0.9×10⁹dyne·㎝^-2(압축), 누설전류 1.1×10^-10Å·㎝ ^-2, 절연내압 10.7MV/㎝의 매우 양질의 막인 것이 확인되었고, 게이트 유전파괴도 관측될 수 없었다.

(실시예 6)

도 1A 및 도 1B에 표시한 마이크로파 플라즈마 처리장치를 사용해서, 플라스틱렌즈반사방지용 산화실리콘막 및 질화실리콘막의 형성을 행하였다.

기판(102)으로서는, 직경 50㎜의 플라스틱 볼록렌즈를 사용하였다. 렌즈(102)를 기판 지지체(103)상에 설치한 후, 배기계(도시생략)를 개재해서 플라즈마 처리실(101)의 내부를 진공배기하여, 그 내부의 압력을 10^-7Torr까지 감압시켰다. 플라즈마 처리가스 도입구(105)를 개재해서 질소가스를 150sccm의 유량으로, 또 모노실란가스를 70sccm의 유량으로 각각 플라즈마 처리실(101)내에 도입하였다. 이어서, 배기계(도시생략)에 설치된 컨덕턴스 밸브(도시생략)를 조정하여, 처리실(101)의 내부를 5mTorr의 압력으로 유지하였다. 다음에, 2.45㎓의 마이크로파 전원(도시생략)으로부터 3.0㎾의 전력을 슬롯부착 무종단 고리형상 도파관(108)을 개재해서 공급하였다. 이와 같이 해서, 플라즈마 처리실(101)내에 플라즈마를 발생시켰다. 이 때, 플라즈마 처리가스 도입구(105)를 개재해서 도입된 질소가스는, 플라즈마 처리실(101)내에서 여기, 분해되어, 질소원자 등의 활성종으로 되고, 이들 활성종이 렌즈(102)의 방향으로 전송되어, 모노실란가스와 반응해서, 질화실리콘막이 렌즈(102)상에 20nm의 두께로 형성되었다.

다음에, 플라즈마 처리가스 도입구(105)를 개재해서 산소가스를 200sccm의 유량으로, 또 모노실란가스를 100sccm의 유량으로 각각 플라즈마 처리실(101)내에 도입하였다. 이어서, 배기계(도시생략)에 설치된 컨덕턴스 밸브(도시생략)를 조정하여, 처리실(101)의 내부를 2mTorr의 압력으로 유지하였다. 다음에, 2.45㎓의 마이크로파 전원(도시생략)으로부터 2.0㎾의 전력을 슬롯부착 무종단 고리형상 도파관(108)을 개재해서 공급하였다. 이와 같이 해서, 플라즈마 처리실(101)내에 플라즈마를 발생시켰다. 이 때, 플라즈마 처리가스 도입구(105)를 개재해서 도입된 산소가스는, 플라즈마 처리실(101)내에서 여기, 분해되어, 산소원자 등의 활성종으로 되고, 이들 활성종이 렌즈(102)의 방향으로 전송되어, 모노실란가스와 반응해서, 산화실리콘막이 렌즈(102)상에 85nm의 두께로 형성되었다. 막형성후, 게이트절연, 막형성속도 및 반사특성에 대해서 평가하였다.

얻어진 질화실리콘막 및 산화실리콘막의 막형성속도의 균일성은, 각각 ±2.6%(390nm/min), ±2.8%(420nm/min)로 양호하였고, 막의 품질도, 예를 들면, 파장 500nm 부근에서의 막의 반사율이 0.14%로 양호한 광학특성을 지닌 것으로 확인되었다.

(실시예 7)

도 1A 및 도 1B에 표시한 마이크로파 플라즈마 처리장치를 사용해서, 반도체 소자의 층간 절연용 산화실리콘막의 형성을 행하였다.

기판(102)으로서는, 기판의 최상부에 Al패턴(라인 앤드 스페이스: 0.5㎛)이 형성된 P형 단결정 실리콘기판(φ: 300㎜)(면방위: (100), 저항률: 10Ω㎝)을 사용하였다. 먼저, Si기판(102)을 기판 지지체(103)상에 설치한 후, 배기계(도시생략)를 개재해서 플라즈마 처리실(101)을 진공배기하여, 그 내부의 압력을 10^-7Torr까지 감압시켰다. 이어서, 히터(104)에 통전해서, 실리콘기판(102)을 300℃로 가열하고, 해당 기판을 이 온도에서 유지하였다. 플라즈마 처리가스 도입구(105)를 개재해서 산소가스를 400sccm의 유량으로, 또 모노실란가스를 200sccm의 유량으로 각각 처리실(101)내에 도입하였다. 이어서, 배기계(도시생략)에 설치된 컨덕턴스 밸브(도시생략)를 조정하여, 플라즈마 처리실(101)의 내부를 20mTorr의 압력으로 유지하였다. 다음에, 2㎒의 고주파 인가수단을 개재해서 300W의 전력을 기판지지체(103)에 인가하는 동시에, 2.45㎓의 마이크로파 전원으로부터 2.5㎾의 전력을 슬롯부착 무종단 고리형상 도파관(108)을 개재해서 플라즈마 처리실(101)내에 공급하였다. 이와 같이 해서, 플라즈마 처리실(101)내에 플라즈마를 발생시켰다. 이 때, 플라즈마 처리가스 도입구(105)를 개재해서 도입된 산소가스는, 플라즈마 처리실(101)내에서 여기, 분해되어서 활성종으로 되고, 이들 활성종이 실리콘기판(102)의 방향으로 전송되어, 모노실란가스와 반응해서, 산화실리콘막이 실리콘기판(102)상에 0.8㎛의 두께로 형성되었다. 이 때, 이온종은, RF(Radio Frequency)바이어스에 의해 가속되어 기판에 입사해서 패턴상의 막을 깎아내어 평탄성을 향상시켰 다. 처리후, 막형성 속도, 균일성, 유전내압 및 단차피복성에 대해서 평가하였다. 단차피복성은, Al배선패턴상에 형성한 산화실리콘막의 단면을 주사형 전자현미경(SEM)으로 관측하여, 공극을 관측함으로써 평가하였다.

얻어진 산화실리콘막의 막형성속도의 균일성은, ±2.6%(320nm/min)로 양호하였고, 막의 품질도, 예를 들면, 유전 내압 9.8MV/㎝이고, 공극도 없어서 양질의 막인 것으로 확인되었다. 게이트 유전 파괴도 관측될 수 없었다.

(실시예 8)

도 1A 및 도 1B에 표시한 마이크로파 플라즈마 처리장치를 사용해서, 반도체소자의 층간 SiO₂막의 에칭을 행하였다.

기판(102)으로서는, Al패턴(라인 앤드 스페이스: 0.35㎛)상에 1㎛두께의 층간 SiO₂막이 형성된 P형 단결정 실리콘기판(φ: 300㎜)(면방위: (100), 저항률: 10Ω㎝)을 사용하였다. 먼저, Si기판(102)을 기판 지지체(103)상에 설치한 후, 배기계(도시생략)를 개재해서 플라즈마 처리실(101)의 내부를 진공배기하여, 그 내부의 압력을 10^-7Torr까지 감압시켰다. 플라즈마 처리가스 도입구(105)를 개재해서 C₄F₈가스를 80sccm, Ar가스를 120sccm, O₂가스를 40sccm의 유량으로 각각 플라즈마 처리실(101)내에 도입하였다. 이어서, 배기계(도시생략)에 설치된 컨덕턴스 밸브(도시생략)를 조정하여, 플라즈마 처리실(101)의 내부를 5mTorr의 압력으로 유지하였다. 다음에, 2㎒의 고주파 인가수단을 개재해서 280W의 전력을 기판지지체(103)에 인가하는 동시에, 2.45㎓의 마이크로파 전원으로부터 3.0㎾의 전력을 슬롯 부착 무종단 고리형상 도파관(108)을 개재해서 플라즈마 처리실(101)내에 공급하였다. 이와 같이 해서, 플라즈마 처리실(101)내에 플라즈마를 발생시켰다. 이 때, 플라즈마 처리가스 도입구(105)를 개재해서 도입된 C₄F₈가스는, 플라즈마 처리실(101)내에서 여기, 분해되어서 활성종으로 되고, 이들 활성종이 실리콘기판(102)의 방향으로 전송되어, 자기(自己) 바이어스에 의해서 가속된 이온에 의해서 층간 SiO₂막이 에칭되었다. 정전척(104)이 부착된 쿨러에 의해 기판온도는 30℃까지 밖에 상승하지 않았다. 에칭후, 게이트 유전 파괴, 에칭 속도, 선택비 및 에칭형상에 대해서 평가하였다. 에칭형상은, 에칭된 산화실리콘막의 단면을 주사형 전자현미경(SEM)으로 관측해서, 평가하였다.

에칭속도 균일성과, 폴리실리콘에 대한 선택비는, 각각 ±2.8%(620nm/min), 23으로 양호하였고, 에칭형상도 거의 수직으로, 마이크로 로딩효과도 적은 것이 확인되었으며, 게이트 유전파괴도 관측될 수 없었다.

(실시예 9)

도 1A 및 도 1B에 표시한 마이크로파 플라즈마 처리장치를 사용해서, 반도체소자의 게이트전극간 폴리실리콘막의 에칭을 행하였다.

기판(102)으로서는, 기판의 최상부에 폴리실리콘막이 형성된 P형 단결정 실리콘기판(φ: 300㎜)(면방위: (100), 저항률: 10Ω㎝)을 사용하였다. 먼저, Si기판(102)을 기판 지지체(103)상에 설치한 후, 배기계(도시생략)를 개재해서 플라즈마 처리실(101)의 내부를 진공배기하여, 그 내부의 압력을 10^-7Torr까지 감압시켰 다. 플라즈마 처리가스 도입구(105)를 개재해서 CF₄가스를 300sccm, 산소가스를 20sccm의 유량으로 각각 플라즈마 처리실(101)내에 도입하였다. 이어서, 배기계(도시생략)에 설치된 컨덕턴스 밸브(도시생략)를 조정하여, 플라즈마 처리실(101)의 내부를 2mTorr의 압력으로 유지하였다. 다음에, 2㎒의 고주파 인가수단(도시생략)으로부터의 고주파 전력 300W를 기판지지체(103)에 인가하는 동시에, 2.45㎓의 마이크로파 전원으로부터 2.0㎾의 전력을 슬롯부착 무종단 고리형상 도파관(108)을 개재해서 플라즈마 처리실(101)내에 공급하였다. 이와 같이 해서, 플라즈마 처리실(101)내에 플라즈마를 발생시켰다. 플라즈마 처리가스 도입구(105)를 개재해서 도입된 CF₄가스 및 산소가스는, 플라즈마 처리실(101)내에서 여기, 분해되어서 활성종으로 되고, 이들 활성종이 실리콘기판(102)의 방향으로 전송되어, 자기 바이어스에 의해서 가속된 이온에 의해서 폴리실리콘막이 에칭되었다. 정전척(104)이 부착된 쿨러에 의해, 기판온도는 30℃까지밖에 상승하지 않았다. 에칭후, 게이트절연 파괴, 에칭 속도, 선택비 및 에칭형상에 대해서 평가하였다. 에칭형상은, 에칭된 폴리실리콘막의 단면을 주사형 전자현미경(SEM)으로 관측해서, 평가하였다.

에칭속도 균일성과, SiO₂에 대한 선택비는, 각각 ±2.8%(780nm/min), 25로 양호하였고, 에칭형상도 거의 수직으로, 마이크로 로딩효과도 적은 것이 확인되었고, 또한, 게이트 유전파괴도 관측될 수 없었다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 표면파 플라즈마 처리장치에 있어서, 슬 롯은, 방사상으로 배열된 슬롯과 원호형상으로 배열된 슬롯을 조합함으로써, 안쪽의 표면파 전계강도를 강화하고, 반경방향의 분포를 조정하여, 특히 균일성이 개선된 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이 가능하다.

Claims

마이크로파가 투과가능한 유전체창으로서 일부가 형성된 플라즈마 처리실;

해당 플라즈마 처리실내에 설치된 피처리 기판의 지지체;

상기 플라즈마 처리실내에 플라즈마 처리가스를 도입하기 위한 플라즈마 처리가스 도입수단;

상기 플라즈마 처리실의 내부를 진공배기하기 위한 배기수단; 및

상기 피처리 기판의 지지체에 대향해서 상기 유전체창의 바깥쪽에 배치된 멀티슬롯 안테나를 이용한 마이크로파 도입수단을 구비한 표면파 플라즈마 처리장치에 있어서,

상기 슬롯으로서, 둘레방향으로 표면파가 전파하는 방사상으로 배치된 슬롯과, 반경방향으로 표면파가 전파하는 원호형상으로 배치된 슬롯을 조합시킨 것을 특징으로 하는 표면파 플라즈마 처리장치.
제 1항에 있어서, 상기 마이크로파 도입수단은, 무종단(無終端) 고리형상 도파관의 H면에 상기 슬롯이 형성된 멀티슬롯 안테나인 것을 특징으로 하는 표면파 플라즈마 처리장치.
제 1항에 있어서, 상기 방사상으로 배열된 슬롯은, 중심끼리의 간격이, 표면파의 반파장의 홀수배인 것을 특징으로 하는 표면파 플라즈마 처리장치.
제 1항에 있어서, 상기 원호형상으로 배열된 슬롯은, 원호를 서로 연결해서 형성되는 원의 직경이, 표면파의 반파장의 짝수배인 것을 특징으로 하는 표면파 플라즈마 처리장치.
제 1항에 있어서, 상기 방사상으로 배열된 슬롯과 상기 원호형상으로 배열된 슬롯의 양쪽의 마이크로파 방사율을 상대적으로 변화시킴으로써 반경방향의 플라즈마 분포를 조정하는 것을 특징으로 하는 표면파 플라즈마 처리장치.
제 5항에 있어서, 상기 플라즈마 분포조정은, 상기 방사상으로 배열된 슬롯의 길이 및 상기 원호형상으로 배열된 슬롯의 중심각을 변화시킴으로써 행하는 것을 특징으로 하는 표면파 플라즈마 처리장치.
제 5항에 있어서, 상기 플라즈마 분포조정은, 상기 방사상으로 배열된 슬롯 및 상기 원호형상으로 배열된 슬롯의 폭을 변화시킴으로써 행하는 것을 특징으로 하는 표면파 플라즈마 처리장치.
제 5항에 있어서, 상기 플라즈마 분포조정은, 상기 방사상으로 배열된 슬롯 및 상기 원호형상으로 배열된 슬롯의 두께를 변화시킴으로써 행하는 것을 특징으로 하는 표면파 플라즈마 처리장치.