KR0141465B1 - 플라즈마 발생방법 및 그 장치 - Google Patents

플라즈마 발생방법 및 그 장치

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KR0141465B1
KR0141465B1 KR1019930005041A KR930005041A KR0141465B1 KR 0141465 B1 KR0141465 B1 KR 0141465B1 KR 1019930005041 A KR1019930005041 A KR 1019930005041A KR 930005041 A KR930005041 A KR 930005041A KR 0141465 B1 KR0141465 B1 KR 0141465B1
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phase
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노보루 노무라
켄지 하라후지
마사후미 쿠보타
토쿠히코 타마오키
미쯔히로 오오쿠니
이치로 나카야마
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다니이 아끼오
마쯔시다덴기산교 가부시기가이샤
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Abstract

본 발명은, 고진공하에서, 고밀도이고 또한 균일성에 뛰어난 플라즈마를 발생시킬 수 있게 하는 플라즈마 발생방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한 것으로서, 그 구성에 있어서, 플라즈마 발생장치로서의 에칭장치의 플라즈마 발생실의 옆쪽에는, 3개의 전극이 배설되어 있다. 플라즈마 발생실의 하부에는 시료대가 설치되고, 상부에는 대향전극이 설치되어 있다. 시료대 및 대향전극에는 제 1의 주파수의 고주파 전력이 공급된다. 3개의 전극 (4),(5),(6)에는, 3상 마그네트론에 의해서 발진한 위상이 대략 120°씩 다르고 상기 제 1의 주파수와 다른 제 2의 주파수의 고주파 교류전력이 각각 공급되고, 이에 의해, 플라즈마발생부의 회전전장이 형성되도록 한 것을 특징으로 한 것이다.

Description

플라즈마발생방법 및 그 장치
제 1도는 본 발명의 제 1실시예에 관한 플라즈마발생장치로서의 3개의 전극을 가진 드라이에칭장치의 구조를 표시한 모식도.
제 2도는 3상 마그네트론의 단면모식도.
제 3도는 상기 3상 마그네트론의 인출단자 a, b, c 로부터 인출된 전압의 파형을 표시한 도면.
제 4도는 상기 3상 마그네트론과 제 1실시예에 관한 드라이에칭장치를 결선하였을 때의 구조를 표시한 도면.
제 5도는 제 1실시예에 관한 드라이에칭장치의 챔버 속의 전자의 궤적을 수평면에 투영하였을 경우의 일예를 모식적으로 표시한 도면.
제 6도는 본 발명의 제 2실시예에 관한 플라즈마발생장치로서의 4개의 전극을 가진 드라이에칭장치의 구조를 표시한 모식도.
제 7도는 단상마그네트론의 단면모식도.
제 8도는 상기 단상마그네트론의 인출단자 h, i 로부터 인출된 전압의 파형을 표시한 도면.
제 9도는 상기 단상마그네트론과 제 2실시예에 관한 드라이에칭장치를 결선하였을 때의 구조를 표시한 도면.
제 10도는 상기 단상마그네트론과 제 2실시예에 관한 드라이에칭장치와의 사이에 앰플리트론을 접속하였을 때의 구성을 표시한 도면.
제 11도는 상기 앰플리트론의 구성을 표시한 도면.
제 12도는 상기 단상마그네트론과 제 2 실시예에 관한 드라이에칭장치를 결선하였을 때의 그 드라이에칭장치내의 피텐셜포켓을 표시한 도면.
제 13도(a)는 상기 단상마그네트론과 제 2실시예의 제 1변형예에 관한 6개의전극을 가진 드라이에칭장치를 결선하였을 때의 구조를 표시한 도면.
제13(b)는 상기 단상마그네트론과 상기 6개의 전극을 가진 드라이에칭장치를 결선하였을 때의 그 드라이에칭장치내의 퍼텐셜포켓을 표시한 도면.
제 14도(a)는 상기 단상마그네트론과 제 2실시예의 제 2변형예에 관한 8개의 전극을 가진 드라이에칭장치를 결선하였을 때의 구조를 표시한 도면.
제 14도(b)는 상기 단상마그네트론과 상기 8개의 전극을 가진 드라이에칭장치를 결선하였을 때의 그 드라이에칭장치내의 퍼텐셜포켓을 표시한 도면.
제 15도는 본 발명의 제 3실시예에 관한 플라즈마발생장치로서의 4개의 전극을 가진 CAD 장치의 구조를 표시한 모식도.
제 16도는 상기 제 3실시예에 관한 CAD 장치에 의해 작성한 반도체칩의 단면도.
제 17도는 종래의 마그네트론 반응성이온에칭장치를 표시한 모식도.
제 18도(a)는 종래의 단상마그네트론 반응성이온에칭장치나 ECR 에칭에 의해 붕소인유리를 에칭한 상태를 표시한 단면도.
제 18도(b)는 마그네트론 반응성이온에칭이나 ECR 에칭에 있어서의 에칭의 불균일성을 설명하는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 21 : 챔버 2. 22 : 시료대
3. 23 : 어어드전극
4, 5, 6, 24, 26 : 케소우드전극
7 : 웨이퍼 8 : 앰프
9, 56 : 임피던스정합회로 11, 31, 41 : 양극통
12, 32, 42 : 양극 13, 33, 43 : 음극
14, 34, 44 : 전자극 15, 35 : 균압고리(均壓環)
22a : 히터 25, 27 : 대향전극
29a, 29b : 코일 36, 60 : Si 기판
37 : 열산화막 38 : 알루미늄
39 : Sin 막 46 : 냉각관
51 : 챔버(금속성) 52 : 가스제어기
53 : 배기계 54 : 에노우드
55 : 캐소우드 57 : RF 전원
58 : 교류전자석 61 : 붕소인유리
62 : 포토레지스트패턴
본 발명은, 플라즈마를 발생시키는 플라즈마발생방법 및 그 장치에 관한 것이다.
고주파방전을 사용한 플라즈마발생방법은, 미세가공을 위한 드라이에칭장치, 박막형성을 위한 스퍼터링장치나 플라즈마 CVD 장치, 및 이온주입장치 등의 분야에서 사용되고 있다. 이 플라즈마발생방법에 있어서는, 가공치수의 미세화 또는 막질의 고정밀도의 제어를 위해서, 고진공속에서의 플라즈마생성이 요구되고 있다.
이하, 플라즈마발생방법의 적용예로서, 미세가공을 행하는 드라이에칭방법에 대해서 설명한다.
현대의 고밀도반도체집적회로의 진보는 산업혁명에도 비교될 변혁을 가져오게 하고 있다. 반도체집적회로의 고밀도화는, 소자치수의 미세화, 장치의 개량, 칩사이즈의 대면적화 등에 의해 실현되어 왔다. 소자치수의 미세화는 광의 파장정도로 까지 진척되어 오고 있다. 석판인쇄에는 엑시머레이저나 연(軟) X 선의 사용이 검토되고 있다. 미세패턴의 실현에는, 석판인쇄와 아울러 드라이에칭이 중요한 역할을 다하고 있다.
드라이에칭이란, 플라즈마속에 존재하는 래디컬, 이온 등에 의한 시료(試料) 표면에 있어서의 화학적 또는 물리적 반응을 이용하여, 박막 또는 기판의 불필요한 부분을 제거하는 가공기술이다. 드라이에칭으로서 가장 널리 사용되고 있는 반응성이온에칭(RIE)은, 적당한 가스의 고주파방전 플라즈마속에 시료를 노출시킴으로서 에칭반응을 일으키게 하여, 시료표면의 불필요한 부분을 제거하는 것이다. 시료표면의 필요한 부분, 즉, 제거하지 않는 부분은, 통상, 마스크로서 사용되는 포토레지스트패턴에 의해 보호된다.
미세화를 위해서는 이온의 방향을 일치시키는 것이 필요하나, 이렇게 하기 위해서는 플라즈마속에 있어서의 이온의 산란을 감소시키는 일이 중요하다. 이온의 방향을 일치시키기 위해서는, 플라즈마발생장치의 진공도를 높혀서 이온의 평균자유행정을 크게하는 것이 효과적이나, 플라즈마실의 진공도를 높이면 고주파방전이 발생하기 어려워진다고 하는 문제가 있다.
그래서, 그 대책으로서 일반적으로, 플라즈마실에 자장을 인가해서 방전을 용이하게 하는 방법, 예를 들면 마그네트론 반응성이온에칭기술 및 전자사이클로트론 공명에칭기술(ECR) 등이 개발되어 왔다.
제 17도는, 종래의 마그네트론 방전을 사용한 반응성이온에칭장치를 표시한 모식도이다. 금속성의 챔버(51)속에는 가스제어기(52)를 개재해서 반응성가스가 도입된다. 챔버(51)속은 배기계(53)에 의해서 적절한 압력으로 제어되어 있다. 챔버(51)의 상부에는 에노우드(양극)(54)가 설치되고, 챔버(51)의 하부에는 캐소우드(음극)가 되는 시료대(55)가 설치되어 있다. 시료대(55)에는 임피던스정합회로(56)를 개재해서 RF 전원(57)이 접속되어 있고, 시료대(55)와 에노우드(54)와의 사이에서 고주파방전을 일으킬 수 있도록 되어 있다.
챔버(51)의 각 옆부분에는, 대향하는 1쌍의 교류전자석(58)이 서로 위상이 90° 다른상태로 2조 배설되어 있으며, 이 2조의 교류전자석(58)에 의해 챔버(51)속에 회전자계가 인가되고, 고진공속에서의 방전을 용이하게 하고 있다. 이와같이 하면, 전자가 회전자장에 의해 사이클로이드운동을 하기 때문에 전자의 운동경로가 길어지고, 이온화요율이 높아지는 것이다.
제 18도(a)는, 종래의 마그네트론 반응성이온에칭장치나 ECR(전자사이클로트론 공명) 에칭장치에 의해 붕소인유리를 에칭한 예를 표시하고 있다. 제 18도(a)에 있어서, (60)은 Si 기판, (61)은 붕소인유리, (62)는 포토레지스트패턴이다.
종래의 장치에서는, 이하에 설명하는 바와같이, 장치에 손상이 도입되어 버린다고 하는 문제가 있었다.
종래의 마그네트론 반응성이온에칭장치에서는, 플라즈마의 국부적인 편재를 회전자장에 의해서 시간적으로 평균하므로서 플라즈마의 편재를 균등하게 하고 있으나, 순간에 있어서의 플라즈마밀도가 균일하지는 않기 때문에 국부적인 전위차를 발생한다.
이 때문에, 종래의 마그네트론 반응성이온에칭장치를 MOSLSI 프로세스에 적용하면, 게이트산화막에 파괴를 발생하는 일이 있다.
마찬가지로 종래의 ECR 에칭장치에 의하면, 제 18도(b)에 표시한 바와같이, 자장이 챔버의 직경방향으로 분포를 가지기 때문에, 플라즈마밀도의 국부적인 소멸에 의해, 에칭종(etching 種 ; 에칭반응에 기여하는 활성종의 불균일이 발생하거나, 국부적인 전위차가 발생하거나 한다.
본 발명은, 상기의 문제점에 비추어, 고진공하에서 고밀도이고 또한 균일성에 뛰어난 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 제 1의 플라즈마발생방법은, 진공실내의 플라즈마발생부의 주변에 복수의 전극을 배치하는 공정과, 고주파교류전력원으로부터 주파수가 동일하고 위상이 다른 고주파전력을 상기 복수의 전극의 각각에 공급하므로서 상기 진공실내의 전자에 리사아쥬(Lissajou) 도형을 묘사하는 운동을 시키는 공정을 포함하고, 이에 의해 상기 플라즈마발생부내에 고밀도이고 균일한 플라즈마를 발생시킨다.
본 발명에 관한 제 2의 플라즈마발생방법은, 진공실 속의 플라즈마발생부의 주면에 3개의 전극을 배치하는 공정과, 3상 고주파교류전력원으로부터 주파수가 동일하고 위상이 120°씩 다른 고주파전력을 상기 3개의 전극의 각각에 공급하므로서, 상기 진공실 속의 전자에 리사아쥬도형을 묘사하는 운동을 시키는 공정을 포함하고, 이에의해 상기 플라즈마발생부내에 고밀도이고 균일한 플라즈마를 발생시킨다.
본 발명에 관한 제 3의 플라즈마발생방법은, 진공실 속의 플라즈마발생부의 옆쪽에 4개 이상의 전극을 배치하는 공정과, 고주파교류공급원으로부터 주파수가 동일하고 위상이 순차적으로 다른 고주파전력을 상기 4개 이상의 전극의 각각에 공급해서 상기 플라즈마발생부에 퍼텐셜포켓이 회전하는 회전전장을 인가하므로서, 상기 플라즈마발생부의 전자를 상기 퍼텐셜포켓내에 가둔 상태로 회전시키는 공정을 포함하고, 이에 의해 상기 플라즈마발생부내에 고밀도이고 균일한 플라즈마를 발생시킨다.
이상의 플라즈마발생방법에 의하면, 복수의 전극에 주파수가 동일하고 위상이 다른 고주파전력이 공급되기 때문에, 플라즈마발생부내를 자체가 가진 운동에너지에 의해 병진하는 전자는 진폭운동 또는 회전운동을 하게 된다. 이에 의해, 플라즈마발생부내의 전자는 진폭운동 또는 회전운동의 중심이 병진하는 병진형사이클로이드운동(리사아쥬도형을 묘사하는 운동)을 한다. 특히 플라즈마발생부의 옆쪽에 3개이상의 전극을 배치하고, 이 3개이상의 전극에 주파수가 동일하고 위상이 순차적으로 다른 고주파전력을 공급하면, 플라즈마발생부의 전자는 이 플라즈마발생부에 형성되는 퍼텐셜의 포켓에 가두어진 상태로 회전한다.
이 때문에, 고진공속에도 불구하고 높은 이온화효율을 얻을 수 있고, 방전이 용이하므로, 종래의 자장에 의한 마그네트론 반응성에칭에 비해서, 전장이 균일하게 되고, 고밀도이고 균일성에 뛰어난 플라즈마를 얻을 수 있다.
따라서, 이들 플라즈마발생방법을 에칭장치에 적용하면, 에칭의 균일성이 양호하게 되는 동시에 플라즈마의 국부적인 편재가 거의 없어지므로, 게이트산화막의 파괴등과 같은 장치에의 손상이 극히 작아진다.
본 발명에 관한 제 1의 플라즈마발생장치는, 플라즈마발생부를 가진 진공실과, 상기 플라즈마발생부의 옆쪽에 배설된 복수의 전극과, 상기 복수의 전극에 주파수가 동일하고 위상이 다른 고주파전력을 공급해서 상기 플라즈마발생부의 전자에 리사아쥬도형을 묘사하는 운동을 시키는 고주파교류공급수단을 구비하고 있다.
본 발명에 관한 제 2 의 플라즈마발생장치는, 플라즈마발생부를 가진 진공실과, 상기 플라즈마발생부의 옆쪽에 배설된 3개의 전극과, 상기 3개의 전극에 주파수가 동일하고 위상이 120°씩 다른 고주파전력을 각각 공급하므로서 상기 플라즈마발생부의 전자에 리사아쥬도형을 묘사하는 운동을 시키는 3상고주파교류공급수단을 구비하고 있다.
본 발명에 관한 제 3의 플라즈마발생장치는, 플라즈마발생부를 가진 진공실과, 상기 플라즈마발생부의 옆쪽에 배설된 4개이상의 전극과, 상기 4개이상의 전극에 주파수가 동일하고 위상이 순차적으로 다른 고주파전력을 공급하고, 상기 플라즈마발생부에, 이 플라즈마발생부의 전자를 내부에 가둔 상태로 회전하는 퍼텐셜포켓을 형성하는 회전전장을 인가하는 전장인가수단을 구비하고 있다.
상기의 플라즈마발생장치가, 플라즈마발생부의 하부에 설치된 시료대와, 플라즈마발생부의 상부에 설치된 대향전극을 또 구비하고 있으면, 에칭에 적합한 플라즈마발생장치가 된다.
상기의 플라즈마발생장치에 있어서, 고주파교류공급수단을, 각 출력단자가 상기 전극의 각각에 접속되고 있는 마그네트론으로 구성하면, 상기 전극에 주파수가 동일하고 위상이 다른 고주파전력을 간편하고 또한 확실하게 공급할 수 있다.
상기의 플라즈마발생장치에 있어서, 고주파 교류공급수단이, 주파수가 동일하고 위상이 다른 고주파전력을 출력하는 고주파교류전력원과, 이 고주파교류전력원으로부터 출력된 고주파전력을 증폭해서 상기 전극에 공급하는 고주파교류증폭장치를 가지고 있는 구성으로하면, 상기 전극에 주파수가 동일하고 위상이 다른 고주파전력을 간편하고 또한 확실하게 공급할 수 있다. 이 경우, 전극의 수가 짝수인때에는, 고주파교류전력원을 단상마그네트론으로 하고, 고주파교류증폭장치를, 각 입력단자가 상기 단상마그네트론의 각 입력단자에 접속되고 각 출력단자가 각 전극의 각각에 접속되어 있는 단상 앰플리트론(Amplitron) 으로 할 수 있다.
상기의 플라즈마발생장치에 있어서, 고주파교류전력원을 교류를 발생하는 마그네트론으로 구성하고, 고주파교류증폭장치를, 각 입력단자가 상기 마그네트론의 각 출력단자에 접속되고 각 출력단자가 상기 전극의 각각에 접속되어 있는 앰플리트론으로 구성하면, 상기 전극에 주파수가 동일하고 위상이 다른 고주파전력을 간편하게 또한 확실하게 공급할 수 있다. 이 경우, 전극의 수가 짝수인때에는, 고주파교류증폭장치를 각 출력단자가 각 전극에 접속된 단상마그네트론으로 할 수 있다.
이하, 본 발명의 제 1 실시예인 플라즈마발생장치에 대해서 설명한다. 이 플라즈마발생장치는 드라이에칭을 행하는 장치이다.
제 1도는, 상기 플라즈마발생장치 P1 의 구조를 표시한 모식도이다. 제 1도에 있어서, (1) 은 원통형상의 챔버, (2)는 챔버(1)의 하부에 형성되어 있고, 드라이에칭을 행하기 위한 이온을 가속하는 13.56MHz의 고주파전력이 인가되는 시료대, (3)은 챔버(1)의 상부에 설치되어 있고, 대향전극이 되는 어어드전극, (4),(5),(6)은 챔버(1)의 옆부분에 배설되어 있고, 이온을 공급하기 위한 플라즈마발생에 사용하는 300MHz 의 고주파전력이 인가되는 캐소우드전극, (7)은 시료대(2)의 위에 재치된 드라이에칭의 대상이 되는 웨이퍼이다.
캐소우드전극(4),(5),(6)에 인가되는 고주파전력의 위상은 서로 대략 120°씩의 위상차를 가진다. 캐소우드전극(4),(5),(6)에 인가되는 고주파전력은 단자 a, b, c를 경유해서 공급되고, 단자 a, b, c에는 후기하는 3상 마그네트론 M1(제 2도를 참조)이 접속되어 잇다. 또한, 제 1도에 있어서, (8)은 시료대(2)에 정합회로(9)를 개재해서 고주파전력을 공급하는 앰프이다. 또, 챔버(1) 속의 압력은 터어보펌프(도시생략)에 의해 0.1Pa ~ 10Pa 정도로 제어되어 있다.
제 2 도는, 3상마그네트론 M1의 단면모식도이다. 동도면에 표시한 바와 같이, 원통형상의 양극통(11)에는 등간격으로 양극(12)이 배설되어 있는 동시에, 양극통(11)의 중심부에는 음극(13)이 설치되어 있다. 음극(13)으로부터 사출된 전자군은, 음극(13)과 양극(12)과의 사이의 공간을 회전한다. 또한, 제 2도에 있어서, B는 전자를 가두는 자장이며, 이 자장을 인가하는 이유에 대해서는 제 12도에 의거하여 후기한다.
양극(12)과 양극통(11) 속의 공동(空洞)과는, 마치 필터형 지연회로와 동일한 작용을 행하고, 지연회로내에서 발생하는 전자파에 의해서 전자군은 집군(集群)된다. 제 2도에 표시한 바와 같이, 음극(13)으로부터 방출된 전자군에 의해서, 음극(13)으로부터 양극(12)을 향해서 뻗는 전자극(14)이 형성된다. 전자극(14)을 구성하는 전자군은 무한으로 회전하는 동시에, 전자극(14)은 음극(13)의 둘레를 회전하고, 이에 의해 3상 마그네트론 M1은 전력을 발진한다. 발진한 전력은 균압고리(15)에 의해 전압이 평균화된 후, 인출단자 a, b, c 로부터 인출된다.
제 3도 (a)(b)(c)는, 인출단자 a, b, c 로부터 인출된 전압의 파형이며, 인출단자 a로부터 인출된 전압의 파형(a)과, 인출단자 b로부터 인출된 전압의 파형(b)과, 인출단자 c로부터 인출된 전압의 파형(c)은, 위상이 120°씩 어긋나 있다. 양극(12)의 분할수를 N으로 하고, 각 공동의 여진(勵振) 위상이 θ씩 어긋나있다고 하면, Nθ = 2nπ가 아니면 안된다. 이와 같은 3상 발진에서는, N=2n의 경우, θ=2π/3 모우드가 되고, 공동은 2 걸러서 여진된다.
제 4도는, 3상마그네트론 M1과 3개의 전극을 가진 플라즈마발생장치 P1과의 결선도이다. 3상마그네트론 M1에 의해서 발진한 3상 교류전력은 단자 a, b, c 에 의해서 중계되고, 3개의 전극을 가진 플라즈마발생장치 P1에 도입된다.
이와같이, 3상마그네트론 M1에 의해서 발생한 고주파교류를 직접 플라즈마 발생장치 P1에 입력하면, 주파수가 동일하고, 위상이 순차적으로 다른 고주파전력을 용이하게 얻을 수 있다.
이하, 상기와 같이 구성된 플라즈마발생장치의 동작을 제 1 도 및 제 5도에 의거하여 설명한다.
제 5도는, 플라즈마발생장치의 챔버(1) 속의 전지의 궤적을 수평면에 투영하였을 경우의 이례를 모식적으로 표시한 것이며, 오실로스코프의 X, Y 에 동일 주파수이고, 위상이 90°씩 다른 신호를 입력하였을 경우에 볼 수 있는, 소위 리사아쥬도형이라고 호칭되는 것과 마찬가지의 것이다. 즉, 제 1도에 있어서의 캐소우드 전극(4),(5),(6)에 인가된 3상 교류전력에 의해 전자e가 회전운동하여, 고진공속임에도 불구하고 높은 이온화효율을 얻을 수 있고, 높은 플라즈마밀도를 얻을 수 있다. 이온화에 기여하는 에너지를 가진 전자 e를 챔버(1)의 치수보다도 충분히 작은 회전반경으로 회전시키려면, 적어도 50MHz 이상의 고주파를 인가할 필요가 있다.
실험에서는 SF6에 미량의 산소를 혼합한 가스를 사용하고, 피에칭재료로서는 인(隣)을 도우프한 다결정 Si를 사용하였다. 에칭가스로서는, SF6가스 또는 산소, 염소, 요드 등의 일렉트로네가티브(負性 ; electronegative)가스를 사용하였을 경우에 본 발명의 효과가 크다는 것을 실험결과로부터 얻고 있다. 이것은, 일렉트로네가티브(부성)가스의 고주파플라즈마속에서는 전자밀도가 적고 저항이 높으므로, 플라즈마 속의 전위 기울기가 일렉트로포지티브(正性 : electropositive)가스에 비해서 크기 때문이라고 생각된다.
전극속에 형성되는 전장은 균일하므로 균일성에 뛰어난 플라즈마를 얻게되고, 에칭의 균일성도 양호하다. 또 플라즈마의 국부적인 편재가 거의 없으므로 게이트산화막의 파괴 등과 같은 장치에의 손상도 극히 적어졌다. 에칭레이트로서는 200~400 mm/min 의 값을 얻고 있다.
이상과 같이, 3개의 캐소우드 전극(4),(5),(6)에 위상이 대략 120°씩 다른 제 1의 주파수의 고주파전력을 인가하는 동시에, 피에칭시료를 얹는 시료대(2)가 한쪽의 전극을 구성하고 있는 1쌍의 전극, 즉 시료대(2) 및 어어드 전극 (3)에 제 2의 주파수의 고주파전력을 인가하는 기구를 설치하면, 균일성에 뛰어난 플라즈마를 얻을 수 있고, 에칭의 균일성도 양호하게 된다. 또 플라즈마의 국부적인 편재가 거의 없으므로, 게이트산화막의 파괴 등의 장치에의 손상도 극히 적게할 수 있다.
또한, 제 1실시예에서는 에칭되는 시료는, 캐소우드전극에 놓는 경우를 표시하였으나, 애노우드 전극에 놓아도 본 발명의 효과를 얻을 수 있는 것은 용이하게 고찰된다. 또, 3개의 캐소우드전극(4),(5),(6)에 인가되는 고주파전력의 위상차는 일정치로 한 경우를 표시하였으나, 시간의 함수와 같이 변화시켜도 된다.
이하, 본 발명의 제 2실시예인 플라즈마발생장치에 대해서 설명한다. 이 플라즈마발생장치는 드라이에칭을 행하는 장치이다.
제 6도는 제 2실시예에 관한 플라즈마발생장치(P2)의 구조를 표시한 모식도이다.
제 6도에 있어서, (21)은 원통형상의 챔버, (22)는 챔버(21)의 하부에 설치되어 있고, 13.56MHz의 고주파전력이 인가되는 시료대, (23)은 시료대(22)의 대향전극이 되는 어어드 전극, (24),(26)은 각각 주파수가 50MHz이며 동일 위상의 고주파전력이 인가되는 캐소우드전극, (25),(27)은 캐소우드전극(24),(26)의 대향전극이다.
캐소우드전극 (24),(26) 및 대향전극 (25),(27)에 인가되는 고주파전력은 각각 입력단자 d, e, f, g를 경유해서 공급되고, 이들 입력단자 d, e, f, g는 후기하는 단상 마그네트론 M2(제 7도 참조)의 출력단자 h, i 에 접속된다. 또한, 시료대(22)의 위에는 드라이에칭해야할 웨이퍼(28)가 얹어놓여져 있다.
챔버(21)는, 상하 1쌍의 코일(29A),(29B)에 의해 인가되는 캡스 자장에 의해서 플라즈마의 가두기를 행하고 있다. 챔버(1) 속의 압력은 터어보펌프(도시생략)에 의해 0.1Pa ~ 10Pa 정도로 제어되고 있다.
제 2실시예가, 제 1도에 표시한 제 1실시예와 다른 것은, 전극 (24),(26)에 각각 동상의 50MHz 의 고주파전력이 인가되고 있는 점과, 상하 1쌍의 코일(29A)(29B)에 의해 캡스자장을 형성하여 플라즈마 가두기를 행하고 있는 점이다.
제 7도는 단상마그네트론 M2의 단면모식도이다. 제 7도에 표시한 바와 같이, 원통형상의 양극통(31)에는 등간격으로 양극(32)이 배설되어 있는 동시에, 양극통(31)의 중심부에는 음극(23)이 설치되어 있으며, 음극(33)으로부터 시출된 전자군은, 음극(33)과 양극(32)과의 사이의 공간을 회전한다. 또한, 제 2도에 있어서, B는 전지를 가두는 자장이며, 이 자장을 인가하는 이유에 대해서는 제 12도에 의거하여 후기한다.
양극(32)과 양극통(31) 속의 공동은, 마치 필터형 지연회로와 동일한 작용을 행한다. 지연회로내에서 발생하는 전자파에 의해서 전자군은 집군(集群)되고, 제 7도에 표시한 바와 같이, 음극(33)으로부터 양극(32)을 향해서 뻗는 전자극(34)이 발생한다. 전자극(34)을 구성하는 전자군은 무한으로 회전하는 동시에, 전자극(34)은 음극(33)의 둘레를 회전하고, 이에 의해 마그네트론은 전력을 발진한다.
발진된 전력은 균압고리(35)에 의해 전압이 평균화된 후, 출력단자 h, i 로부터 인출된다.
제 8도는, 출력단자 h, i 로부터 인출된 전압파형이다. 출력단자 h로부터 인출된 전압과 출력단자 i 로부터 인출된 파형 h와 i 는 위상이 180°어긋나 있다. 양극분할수를 N으로 하고, 각 공동의 여진위상이 θ씩 어긋나있다고 하면, Nθ=2nπ가 아니면 안된다. 단상 발진에서는, N=2n 의 경우, θ=π모우드가 되고, 공동은 1개 걸러서 여진된다.
제 9도는, 단상 마그네트론 M2개와 4개의 전극을 가진 4상전극구조의 플라즈마발생장치(P2)를 결선하였을 때의 도면이다. 단상마그네트론(M2)에 의해서 발진한 교류는, 그 출력단자 h, i 및 플라즈마발생장치 P2의 d, e, f, g 를 개재해서 4상전극구조의 플라즈마발생장치(P2)에 도입된다.
제 10도는, 단상마그네트론(M2)과 4상전극구조의 플라즈마발생장치(P2)와의 사이에 엠플리트론 A를 접속하였을 때의 도면이다.
제 11도에 표시한 바와 같이, 앰플리트론 A는, 마그네트론의 원리를 사용한 증폭기이며, 원통형상의 양극통(41)에 등간격을 두고서 양극(42)이 형성되어 있는 동시에, 양극통(41)의 중심부에는 음극(43)이 설치되어 있으며, 음극(43)으로부터 사출된 전자군은, 음극(43)과 양극(42) 사이의 공간을 회전한다. 또한, 동도면에 있어서 (46)은 냉각관이다.
양극(42)과 양극통 (41) 속의 공동은, 마치 필터형지연회로와 동일한 작용을 행하고, 지연회로내에서 발생하는 전자파에 의해서 전자군은 집군(集群)되고, 제 11도에 표시한 바돠 같이, 음극(43)으로부터 양극(42)을 향해서 뻗는 전자극(44)이 발생한다. 전자극(44)을 구성하는 전자군은 무한으로 회전하는 동시에, 전자극(44)은 음극(43)의 둘레를 회전한다. 발진하는 전력은 입력신호에 의해서 제어되고 있다. 앰플리트론 A는 입력신호와 동상으로 전력을 발진하고, 발진된 전력은 출력으로서 인출된다. 이 경우에는 단상마그네트론(M2)에 의해서 발생한 고주파전력은 앰플리트론 A에 입력되고, 앰플리트론 A에 의해 증폭된 동상의 고주파전력이 출력된다. 이와같은 구성으로 하면, 고주파전력을 용이하게 증폭할 수 있고, 또한 고주파전력의 위상을 유지할 수 있다. 앰플리트론 A는, 제 1실시예와 같은 3상의 다상교류에 사용하면 더욱더 효과가 크다.
제 12도는, 단상마그네트론(M2)과 4개의 전극을 가진 4상전극 구조의 플라즈마 발생장치(P2)를 결선하였을 때의 상기 플라즈마발생장치(P2)내의 퍼텐셜포켓을 표시하는 도면이다. 퍼텐셜포켓 PP는 전장(電場)과 함께 회전하므로, 퍼텐셜 포켓 PP에 있는 전자는 이 퍼텐셜포켓 PP와 함께 회전하고, 고밀도의 플라즈마를 발생시킨다. 이 경우, 전자는 퍼텐셜의 골(谷)을 따라서 외주방향으로 이동하여, 플라즈마 손실의 원인이 되므로, 전자를 가두기 위해서 지장을 인가해도 된다. 그러나, 실용상으로는 자장의 인가가 없어도, 반도체프로세스에 사용가능한 정도의 고밀도의 플라즈마를 발생할 수 있다.
제 13도(a)는, 단상마그네트론(M2)과 6상전극구조의 플라즈마발생장치(P3)를 결선하였을 때의 상기 플라즈마발생장치(P3)내의 퍼텐셜포켓을 표시한 도면이다.
상기 플라즈마발생장치(P3)내에는 3개의 퍼텐셜포켓 PP1, PP2, PP3가 형성되어 있다. 제 13도(b)는 플라즈마발생장치(P3)내의 순간의 퍼텐셜분포를 표시하고 있다.
제 14도 (a)는 단상마그네트론(M2)과 8상전극구조를 가진 플라즈마발생장치(P4)를 결선하였을 때의 상기 플라즈마발생장치(P4)내의 퍼텐셜포켓을 표시한 도면이다. 상기 플라즈마발생장치(P4)내에는 4개의 퍼텐셜포켓 PP1, PP2, PP3, PP4가 형성되어 있다. 제 14도(b)는 플라즈마발생장치(P4)내의 순간의 퍼텐셜분포를 표시하고 있다.
이와 같이, 퍼텐셜포켓의 수를 증가시키므로서 회전자장의 에너지를 효율좋게 플라즈마에 이전하는 일이 가능해지고, 플라즈마의 균일성이 한층더 향상한다.
이하, 본 발명의 제 3실시예인 플라즈마발생장치에 대해서 설명한다. 이 플라즈마발생장치는 CVD를 행하는 장치이다.
제 15도는, 제 3실시예에 관한 플라즈마발생장치(P5)의 구조를 표시한 모식도이다.
제 3실시예에 관한 플라즈마발생장치(P5)가 제 2실시예에 관한 제 6도에 표시한 플라즈마발생장치(P2)와 다른 것은, 시료대(2)에 고주파전력을 공급하는 수단 및 대향전극(23)이 형성되어 있지 않은 점과, 퇴적막의 막두께를 제어하기 위한 히터 (22a)가 시료대(22)에 설치되어 있는 점이다. 그 밖의 점에 대해서는, 제 6도에 표시한 드라이에칭장치와 마찬가지이므로, 동일한 부호를 붙이므로서 상세한 설명은 생략한다.
이 CVD장치에 있어서는, 챔버(1)에 N2 가스 15sccm 과 SiH4 가스 15sccm 을 도입하고, 이들 가스의 압력은 0.07Pa로 설정하며, 시료대(2)의 온도는 400℃로 설정하는 것이 바람직하다.
제 16도는, 상기 CVD장치에 의해 작성한 반도체칩의 단면을 표시하고 있다. Si기판(36)의 위에는 열산화막(37)이 형성되어 있다. 스퍼터링법(Sputtering 法) 에 의해 0.8㎛의 막두께로 퇴적된 알루미늄(38)은, 사진평판법 및 드라이에칭에 의해서 0.8㎛의 폭의 배선으로 가공되어 있다. 알루미늄(38)의 위에는, 상기한 CVD 장치에 의해서 SiN막(39)이 퇴적되어 있다.
이 CVD장치는, 6인치 또는 8인치 등의 대구경반도체웨이퍼에 대한 CVD방법에 적합하다. 그 이유는, 드라이에칭장치때 설명한 바와 같이, 이 CVD장치는 플라즈마의 공간적인 균일성을 높게할 수 있고, 따라서, 퇴적막을 웨이퍼전체에 걸쳐서 균일하게 실현할 수 있기 때문이다.

Claims (12)

  1. 진공실내의 플라즈마발생부의 옆쪽에 3개의 전극을 배치하는 공정과, 3상고주파 교류전력원으로부터 주파수가 동일하고 위상이 120℃ 씩 다른 고주파전력을 상기 3개의 전극의 각각에 공급하므로서, 상기 플라즈마발생부의 전자에 리사아쥬도형을 묘사하는 운동을 시키는 공정을 포함하고, 이에 의해 상기 플라즈마발생부내에 고밀도이고 균일한 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마발생방법.
  2. 진공실내의 플라즈마발생부의 옆쪽에 4개 이상의 전극을 배치하는 공정과, 고주파 교류공급원으로부터 주파수가 동일하고 위상이 순차적으로 다른 고주파전력을 상기 4개이상의 전극의 각각에 공급해서 상기 플라즈마발생부에 퍼텐셜포켓이 회전하는 회전전장을 인가하므로서, 상기 플라즈마발생부의 전자를 상기 퍼텐셜포켓내에 가둔 상태로 회전시키는 공정을 포함하고, 이에 의해 상기 플라즈마발생부내에 고밀도이고 균일한 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마발생방법.
  3. 플라즈마발생부를 가진 진공실과, 상기 플라즈마발생부의 옆쪽에 배설된 3개의 전극과, 상기 3개의 전극에 주파수가 동일하고 위상이 120°씩 다른 고주파전력을 각각 공급하므로서 상기 플라즈마발생부의 전자에 리사아쥬도형을 묘사하는 운동을 시키는 3상고주파 교류공급수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마발생장치
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 플라즈마발생부의 하부에 설치된 시료대와, 상기 플라즈마발생부의 상부에 설치된 대향전극을 또 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마발생장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 고주파 교류공급수단은, 각 출력단자가 상기 3개의 전극의 각각에 접속되어 있는 3상마그네트론인 것을 특징으로 하는 플라즈마발생장치.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 고주파 교류공급수단은, 주파수가 동일하고 위상이 120°씩 다른 고주파전력을 출력하는 고주파 교류전력원과, 상기 고주파 교류전력원으로부터 출력된 고주파전력을 증폭해서 상기 3개의 전극에 각각 공급하는 고주파 교류증폭장치를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마발생장치
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 고주파 교류전력원은 3상마그네트론이며, 상기 고주파 교류증폭 장치는, 각 입력단자가 상기 3상마그네트론의 각 출력단자에 접속되고 각 출력단자가 상기 3개의 전극의 각각에 접속되어 있는 3상앰플리트론인 것을 특징으로 하는 플라즈마발생장치.
  8. 플라즈마발생부를 가진 진공실과, 상기 플라즈마발생부의 옆쪽에 배설된 4개 이상의 전극과, 상기 4개 이상의 전극에 주파수가 동일하고 위상이 순차적으로 다른 고주파전력을 공급하고, 상기 플라즈마발생부에, 이 플라즈마의 전자를 내부에 가둔 상태로 회전하는 퍼텐셜포켓을 형성하는 회전전장을 인가하는 전장인가수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마발생장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 플라즈마발생부의 하부에 설치된 사료대와, 상기 플라즈마발생부의 상부에 설치된 대향전극을 또 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마발생장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 4개이상의 전극의 수는 짝수이며, 상기 고주파 교류공급수단은, 각 출력단자가 상기 4개이상의 전극의 각각에 접속되고 있는 단상마그네트론인 것을 특징으로 하는 플라즈마발생장치.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 고주파 교류공급수단은, 주파수가 동일하고 위상이 순차적으로 다른 고주파전력을 출력하는 고주파 교류전력원과, 상기 고주파 교류전력원으로부터 출력된 고주파전력을 증폭해서 상기 4개이상의 전극에 각각 공급하는 고주파 교류증폭장치를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마발생장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 4개이상의 전극의 수는 짝수이며, 상기 고주파 교류전력원은 단상 마그네트론이며, 상기 고주파 교류증폭장치는, 각 입력단자가 상기 단상마그네트론의 각 출력단자에 접속되고, 각 출력단자가 상기 4개이상의 전극의 각각에 접속되어 있는 단상앰플리트론인 것을 특징으로 하는 플라즈마발생장치.
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