KR940008368B1 - 마이크로파로 생성한 플라즈마를 사용하는 플라즈마 처리장치 - Google Patents

마이크로파로 생성한 플라즈마를 사용하는 플라즈마 처리장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

마이크로파로 생성한 플라즈마를 사용하는 플라즈마 처리장치
제1도는 본 발명에 관한 마이크로파 플라즈마 처리장치의 제1의 실시예를 도시한 종단면도.
제2도 A 및 B는 제1도의 Ⅱ-Ⅱ선에 따라서 절단한 단면도.
제3도는 제1도의 Ⅲ-Ⅲ선에 따라서 절단한 단면도.
제4도는 제1도의 Ⅳ-Ⅳ선에 따라서 절단한 단면도.
제5도는 제1도의 Ⅴ-Ⅴ선에 따라서 절단한 단면도에 있어서의 자속 밀도의 실측값을 플롯트한 도면.
제6도 및 제7도를 제1의 실시예의 효과를 설명하기 위한 그래프.
제8도는 제1의 실시예의 효과를 설명하기 위한 것으로, 자장이 플라즈마 처리실의 전체영역에 존재하는 경우의 플라즈마 모델을 도시한 단면도.
제9도는 본 발명에 관한 마이크로파 플라즈마 처리장치의 제2의 실시에를 도시한 종단면도.
제10도는 제2의 실시예를 실현하기 위한 자석 위치관계를 도시한 부분 단면도.
제11도는 본 발명에 관한 마이크로파 플라즈마 처리장치의 제3의 실시예를 도시한 종단면도.
제12도는 본 발명에 관한 마이크로파 플라즈마 처리장치의 제4의 실시예를 도시한 종단면도.
제13도는 본 발명에 관한 마이크로파 플라즈마 처리장치의 제5의 실시예를 도시한 종단면도.
제14도는 제13도의 ⅩⅣ-ⅩⅣ선에 따라서 절단한 단면도.
제15도는 제13도의 ⅩⅤ-ⅩⅤ선에 따라서 절단한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 공동공진기 2 : 도파관
5 : 마이크로파 투과창 6 : 처리실
7,8,9 : 영구자석
본 발명은 반도체 기판의 드라이 에칭처리나 플라즈마 CVD처리 등을 실행하는 플라즈마 처리장치에 관한 것으로서, 특히 저압력이고 고밀도이며 균일한 플라즈마를 안정하게 생성하고 또한 큰 직경을 갖는 기판의 균일처리에 적합한 마이크로파 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스용 플라즈마 처리장치는 드라이 에칭처리에 있어서는 진공 분위기로 한 플라즈마 처리실(이하, 단지 처리실이라 한다)내로 처리가스를 도입해서 플라즈마를 생성하고, 처리가스의 전리 및 해리에 의해 화학적으로 반응성이 높은 이온이나 라디칼을 생성한다. 활성입자가 물리적 및 화학적으로 작용해서 반도체 기판상의 피처리막의 바라는 부분을 에칭제거하여 디바이스 패턴을 형성하는 것이다. 이와 같은 장치에서, 마스크 패턴에 충실한, 소위 사이드 에칭이 적은 에칭처리를 실현하기 위해서는 이온의 지향성을 증대하고 등방적으로 에칭을 진행시키는 라디칼의 효과를 저감하기 위해서 저압력의 플라즈마로 처리할 필요가 있다. 그러나, 저압력의 플라즈마에서는 이온이나 라디칼의 농도가 저하하므로, 처리속도를 확보하기 위해서는 저압력에서도 고밀도의 플라즈마를 생성할 필요가 있다.
저압력이고 또한 고밀도인 플라즈마를 생성할 수 있는 방법으로서는, 예를들면USP4,776,918 및 USP4,985,109(1987년 10월에 출원된 유럽특허출원 87115349.0 및 1990년에 1월에 출원된 90101864.8에 각각 대응)에 기재된 방법이 공지되어 있다. 이 방법에서는 마이크로파를 처리실내로 도입하기 직전에 공동공진기(cavity resonator)에 의해 마이크로파의 전자계 강도를 강하게 하고, 이것을 공동공진기의 처리실측의 끝면에 마련한 슬롯을 거쳐서 처리실로 도입하고, 강한 전계강도로 전자에 에너지를 공급해서 플라즈마를 생성한다.
또한, 저압력이고 또한 고밀도인 플라즈마를 발생시키기 위해 플라즈마 발생실의 주위에 자장 발생용의 코일을 마련하고, 플라즈마 발생실내에 있어서 ECR(Electron Cyclotron Resonance)이 생기도록 한 방법이 JP-A-2-017636에 개시되어 있다.
플라즈마 처리의 대상물인 반도체 기판은 생산성 향상을 위해서, 150mm~200mm의 큰 직경을 갖도록 추진되고 있다. 이와 같이 큰 직경을 갖는 반도체 기판을 플라즈마 처리하기 위해서는 큰 직겅을 갖는 플라즈마를 균일하게 생성할 필요가 있다. 그러나, 상술한 종래의 기술에 있어서는 큰 직경을 갖는 플라즈마를 균일하게 생성한다는 점에 대한 배려가 충분히 되어 있지 않아200mm 이상의 큰 직경을 갖는 반도체 기판을 ±5% 이하의 균일성으로 플라즈마 처리하는 것이 곤란하였다. 특히, 상술한 종래 기술에서는 플라즈마중의 전자나 이온의 처리실 내벽으로의 손실이 존재하기 때문에, 처리실 반경방향으로 플라즈마 밀도의 구배가 생긴다. 이 때문에, 슬롯의 배치를 조정하는 것만으로는 반도체 기판 근방의 플라즈마 밀도의 분포를 Ø200mm 이상의 넓은 영역에 걸쳐 균일성좋게 얻는 것이 곤란하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제를 감안해서 이루어진 것으로서, 큰 직경을 갖는 플라즈마를 균일하게 생성해서 큰 직경을 갖는 반도체 기판을 균일하게 처리할 수 있는 마이크로파 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 상기의 목적은 마이크로파를 처리실로 도입하기 직전에 공동공진기로 도입해서 공진시키고, 또한 공동공진기의 처리실측의 끝면에 마련한 슬롯을 통해서 전자계 강도를 강하게 한 마이크로파를 처리실로 도입해서 플라즈마를 생성하는 마이크로파 플라즈마 처리장치에 있어서, 실질적으로 처리실의 내벽근방에만 플라즈마의 확산을 억제하여 손실을 저감하는 영역(이하, 손실억제 영역 또는 저감영역이라 한다)을 마련하는 것에 의해서 달성된다.
이 플라즈마의 손실억제 영역은 여러개의 영구자석 또는 코일자석을 처리실의 외측 또는 내측에 서로 인접하는 극성이 역극성으로 되도록 배치해서 얻어지는 다극 커스프(multi-pole cusp) 자장에 의해서 형성할 수 있다.
처리실과 마이크로파 투과창을 거쳐서 결합하는 공동공진기의 처리실측의 끝면에 마련된 슬롯을 통해 마이크로파를 처리실내로 도입해서 플라즈마 생성하는 마이크로파 플라즈마 처리장치에서는 처리실로 도입하는 마이크로파의 전자계 강도가 강해서 저압력에서도 고밀도 플라즈마를 생성할 수가 있다. 처리실내의 슬롯 하부 근방에서 생선한 플라즈마는 확산에 의해서 처리실 전체로 퍼지고, 플라즈마중의 전자나 이온은 처리실 벽면에 도달해서 재결합에 의해 소멸한다. 그리고, 처리실내의 플라즈마 밀도는 슬롯 아래에서의 플라즈마의 발생량과 처리실 내벽에서의 손실량의 균형에 의해서 결정된다.
여기에서, 플라즈마중에 자장이 존재하면, 플라즈마중의 전자나 이온등의 하전입자는 그 운동방향과 자장의 방향에 수직인 방향으로 로렌쯔력을 받으므로, 자력선의 주위에 사이클로트론 운동을 실행한다. 따라서, 처리실 내벽과 평행한 자장을 형성하는 것에 의해서, 플라즈마에서 처리실 내벽을 향해 운동하는 하전입자는 자속밀도의 크기에 반비례한 반경으로 사이클로트론 운동을 실행하므로, 처리실 내벽으로의 하전입자의 확산이 억제되어 손실을 저감할 수 있다.
이 자장에 의한 플라즈마의 손실억제 영역을 처리실 내벽 근방에만 형성하는 것에 의해서, 처리실내의 중앙부 영역에 있어서는 플라즈마중의 하전입자의 확산억제 효과가 없으므로, 슬롯 근방의 슬롯 개구영역과 비개구 영역의 플라즈마 밀도조밀분포는 반도체 기판 근방에 이를때까지 확산에 의해서 균등화된다. 또, 처리실 내벽 근방에서는 처리실 내벽에서의 하전입자의 손실이 억제되므로, 처리실 반경방향의 플라즈마 밀도분포의 구배가 완화된다. 이것에 의해, ψ200mm 이상의 큰 직경을 갖는 플라즈마를 균일하게 생성할 수가 있다.
처리실 내벽 근방에만 형성하는 플라즈마의 손실억제 영역은 바람직하게는 여러개의 영구자석 또는 코일자석을 처리실에 가까운 측에서의 자극을 서로 인접하는 자극이 역자극으로 되도록 배치해서 얻어지는 다극 커스프 자장에 의해서 실현한다. 이것은 다음에 기술하는 이유에 의해서 실현할 수 있다. 즉, 인접자극의 극성이 역극성으로 되도록 자석을 배치하므로, 처리실내 중앙영역에서는 각 자극으로부터의 자장이 서로 상쇄하는 것에 의해, 중앙영역의 자장은 발생하더라도 매우 작다. 또한, 하나의 자장에서 나온 자력선은 처리실 내부로 깊게 침입하는 일없이 처리실 내벽을 따라 인접하는 자극으로 유입한다. 이 때문에, 처리실 내벽 근방에는 처리실 내벽과 평행한 강한 자장이 형성되고, 이 자장에 의해 플라즈마중의 하전입자의 처리실 내벽으로의 확산을 억제하여 손실을 저감하는 영역을 처리실 내벽 근방에만 형성할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 따라 설명한다. 모든 도면을 통해 동일한 부재에는 동일한 참조부호를 붙이고, 그 반복적인 설명은 생략한다.
먼저, 제1도~제8도에 따라서 제1의 실시예를 설명한다.
제1도는 본 발명에 의한 마이크로파 플라즈마 처리장치의 제1의 실시예를 도시한 종단면도이다. 제2도 a 및 b, 제3도, 제4도는 각각 제1도의 Ⅱ-Ⅱ선에 따라 절단한 공동공진기의 단면도, 제1도의 Ⅲ-Ⅲ선에 따라 절단한 단면도 및 Ⅳ-Ⅳ선에 따라 절단한 처리실의 단면도이다. 제1도에 있어서, 공동공진기(1)에는 도파관(2)를 거쳐서 2.45GHz의 마이크로파 발생기인 마그네트론(3)이 부착되어 있다. 공동공진기(1)은 어떤 특정의 공진모드로 되도록 설계되어 있다. 원형 공동공진기가 T-M1모드인 경우, 슬롯(4)는 제2도에 도시한 바와 같이 자계를 횡단하는 방향으로 동심원호 형상으로 구성한다. 제2도 b의 (4) 및 (4')로 나타낸 바와 같이, 슬롯을 다중으로 마련하여도 좋다.
제1도의 공동공진기(1)은 석영 또는 알루미나 등의 유전체로 이루어지는 마이크로파 투과창(5)를 거쳐서 슬롯(4)를 마련한 면에서 처리실(6)에 접속되고, 대기압하의 공동공진기(1)과 진공 분위기하의 처리실(6)이 마이크로파 투과창(5)를 사이에 두고 분리된다.
처리실(6)의 측면에는 대기측에 영구자석(7), (8) 및 (9)가 배치되고, 이들 영구자석의 바깥둘레측에는 투과율이 높은 재료로 이루어지는 요크(10),(11)이 배치된다. 여기에서, 영구자석(7),(8),(9)의 자극은 처리실 내벽측에서 각각 N,S,N으로 서로 인접하는 극성이 역극성으로 되도록 배치된다. 따라서, 자계는 자력선(12)로 나타낸 바와 같이 형성된다.
또한, 영구자석(7),(8),(9)의 처리실 횡단면에 있어서의 배치는 각각 제3도 및 제4도에 도시한 바와 같이, 짝수개로 배치되어 있으며, 서로 인접하는 자석은 극성이 역극성으로 되어 있다. 따라서, 처리실(6)의 횡단면도에 있어서는 자력선(13) 및 (14)로 나타낸 바와 같은 자장이 형성된다. 즉, 처리실(6)의 내벽측에는 다극 커스프 자장이 형성된다. 여기에서, 영구자석(7),(8),(9)는 처리실내의 각 자극위치에서 자속밀도가 0.0875T의 ECR 조건으로 되는 잔류 자속밀도가 높은 자석으로 구성된다.
제5도는 제1도에 있어서의 처리실(6)의 Ⅴ-Ⅴ선에 따라서 절단한 처리실 내벽과 평행한 위치에서의 자속밀도의 실측값을 처리실 중심으로부터의 거리에 대해서 플롯트한 것이다. 제5도에 도시한 바와 같이, 처리실 중심으로부터 80mm 아내의 영역에 있어서의 자속밀도는 1×10-3T 이하, 즉 실질적으로 0으로 되고, 이 영역에서의 플라즈마중의 하전입자는 확산이 억제되지 않아 등방적으로 확산된다. 한편, 처리실 내벽 근방 약 40mm 이내의 영역에는 플라즈마중의 하전입자의 확산을 억제하기에 충분한 자장이 형성된다. 따라서, 제1도에 도시한 자석(7),(8),(9)로 다극 커스프 자장을 형성하는 것에 의해서, 처리실 내벽 근방에만 플라즈마의 손실억제 또는 저감영역(30)(제5도)을 형성할 수 있다.
제1도의 처리실(6)의 내부에는 알루미늄제의 스테이지(15)가 절연체(16)에 의해 접지전위에 대해서 전기적으로 절연되어 배치되고, 절연체(16)은 접지전위에 접속된 금속성 커버(17)로 피복되어 있다. 이 스테이지(15)에는 고주파 전원(18)이 접속되고, 플라즈마 처리될 반도체 기판(19)는 스테이지(15)상에 탑재된다. 또한, 처리실(6)에는 도시하지 않은 가스 공급장치가 접속되어 있고, 가스 공급노즐(20)으로부터 처리가스가 공급된다. 공급된 처리가스는 반응한 후 배기구(21)로부터 도시하지 않은 배기장치에 의해 배기된다. 이 경우, 처리실(6)의 압력은 도시하지 않은 압력조정장치에 의해서 소정의 압력으로 제어된다.
상기 구성에 의해, 반도체 기판(19)를 드라이에칭 처리하는 경우의 동작에 대해서 설명한다.
Al 합금막을 드라이에칭 처리하는 경우는 처리가스로서 예를들면 Cl2+BCl3이 이용되고, 가스공급노즐(20)으로부터 처리실(6)내로 공급함과 동시에 상기 처리실(6)내를 소정의 압력 100~10-2Pa로 제어한다. 계속해서, 마그네트론(3)으로부터 2.45GHz의 마이크로파를 발생시키고, 도파관(2)를 거쳐서 공동공진기(1)로 도입한다.공동공진기(1)로 도입된 마이크로파는, 예를 들면 TM1모드에서 공진해서 그 전자계가 강하게 되고, 슬롯(4)에서 처리실(6)으로 방사되며, 이것에 의해 처리실(6)내에 플라즈마가 생성된다.
플라즈마중의 하전입자, 특히 이온에 비해서 2자리수 높은 열속도로 운동하는 전자는 제1도, 제3도 및 제4도에 도시한 자력선(12),(13) 및 (14)에 포착되어 사이클로트론 운동을 실행하므로, 전자의 처리실(6) 내벽으로의 손실이 억게된다.
따라서, 큰 직경을 갖는 플라즈마를 얻기 위해 마이크로파 투과창(5)에서 스테이지(15)까지의 거리 H를 넓게 취하더라도, 반도체 기판 근방의 플라즈마 밀도는 고밀도로 유지할 수 있을 뿐만 아니라 하전입자의 처리실 내벽으로의 손실이 억제되고, 처리실 반경방향으로의 플라즈마 밀도의 저하가 완화되므로 반도체 기판 근방의 플라즈마 밀도의 분포가 균일하게 된다.
또, 처리실내의 각 자극 위치에서 전자 사이클로트론 공명현상을 이용하는 것에 의해서, 플라즈마를 안정한 상태로 형성할 수 있다.
제6도는 거리 H(제1도 참조)와 전극유입 이온전류 밀도와의 관계를 도시한 도표이다.
검은 동그라미를 실선으로 이은 곡선은 본 실시예에 있어서의 실측값을 나타낸다.
본 실시예의 장치로부터 영구자석(7),(8),(9)를 떼어내어 종래예와 동일한 상태로 한 경우의 실측값은 흰 동그라미를 1점 쇄선으로 이은 곡선으로 된다.
본 실시예에 의하면, 반도체 기판 근방의 플라즈마 밀도를 높게 유지할 수 있으므로, 이온전류 밀도가 높고, 특히 거리 H가 100~150mm으로 넓을 때에 종래장치보다 2배~3배 되는 고밀도 플라즈마의 유지에 효과적이다.
제7도는 전극중심으로부터의 거리와 전극유입 이온전류 밀도와의 관계를 도시한 도표이다. 검은 동그라미를 이은 실선은 본 실시예, 흰 동그라미를 이은 1점 쇄선은 상기 영구자석(7),(8),(9)를 떼어낸 종래장치의 실측값을 나타낸다. 본 실시예에 있어서의 이온전류 밀도 분포는 이온전류 밀도의 절대량이 많을 뿐만 아니라, 전극 주변부에 있어서의 이온전류 밀도의 저하가 억제되므로, ψ200mm 의큰 직경을 갖는 전극에 있어서도 높은 균일성을 달성할 수 있다.
본 실시예에 의하면, ψ200mm 이상의 큰 직경을 갖는 반도체 기판의 근방의 플라즈마 밀도를 고밀도이며 균일하게 또한 안정한 상태로 유지할 수 있으므로, 큰 직경을 갖는 반도체 기판을 고속이며 또한 균일하게 처리할 수 있다는 효과가 있다. 또, 플라즈마의 처리실 내벽으로의 손실이 억제되므로, 플라즈마중의 이온 입사에 의한 내벽재료의 스퍼터링 손상이 경감된다. 이것에 의해, 내벽 재료중의 중금속에 의한 반도체 기판의 오염이 경감되어 저손상으로 반도체 기판을 처리할 수 있다.
제8도는 본 실시예에 있어서의 다른 효과를 설명하기 위한 자장이 존재하는 경우의 플라즈마의 모델도이다. 드라이 에칭에서는 플라즈마에서 반도체 기판으로 입사하는 이온의 에너지를 제어하기 위해서, 스테이지(15)에 고주파 전원(18)로부터 고주파 바이어스를 인가한다. 고주파 바이어스 전류는 플라즈마를 통해서 접지된 처리실 내벽으로 흐르지만, 이 경우 플라즈마는 등가적으로 용량 C(시스<sheath>)와 저항 RP,RO로 표시할 수 있다. 플라즈마중에 자장이 존재하면, 전자(27)의 운동은 자력선(26)에 의해서 제한된다. 이것에 의해, 플라즈마중의 고주파 바이어스 전류에 대해서, 자력선에 평행인 방향의 저항 RP와 수직인 방향의 저항 RO에 차가 생겨서 1×10-2T 정도의 자장중에서 RO/RP는 대략 102으로 된다.
따라서, 처리실 전체 영역에 걸쳐 자장을 형성하는 경우에는 반도체 기판 중앙과 주변을 비교하면, R1(중앙의 저항값)은 R2(주변부의 저항값)보다 크게 되어 고주파 바이어스 전류가 반도체 기판 전면에 걸쳐서 균등하게 흐르지 않는다.
그러나, 본 발명에 의하면, 반도체 기판이 존재하는 처리실 중앙영역에서는 자장이 무시할 수 있을 정도로 작고 실질적으로 처리실 내벽 근방에만 형성되므로, 자장에 의해 전기저항을 증대하더라도 고주파 바이어스 전류는 반도체 기판 중앙으로도 주변으로도 균등하게 흐른다. 또, 자장의 형성이 처리실 내벽 근방의 좁은 영역에 한정되므로, 처리실 전체 영역에 걸쳐서 강한 자계를 형성하는 경우에 비해 플라즈마와 자장과의 상호작용에 의한 이온의 가열이 작다. 따라서, 플라즈마와 기판 사이에 형성되는 시스 사이 전압으로 가속되어 기판에 입사하였을 때의 이온의 속도 각도 분포가 작다. 상술한 바와 같이, 자장을 형성하더라도 이온 에너지를 균일하게 제어할 수 있고 또한 이온의 지향성의 교란도 작으므로, 큰 단차를 갖는 미세패턴을 양호한 이방성으로 가공할 수 있다.
본 실시예에서는 공동공진기내의 마이크로파의 정재파 모드를 원형 TM1모드에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 이 모드에 한정되지 않고 공동공진기는 원형, 직사각형, 동축중의 어떠한 형태, TM, TE, TEM 중의 어떠한 모드라도 좋다. 또, 요크는 본 발명의 필수구성 요건은 아니며, 요크가 없어도 제1의 실시예와 동일한 효과를 얻을 수가 있다. 또, 영구자석은 처리실(6)의 측면의 대기측에 설치되는 것에 한정되지 않고, 처리실(6)의 측면의 진공측에 설치되어도 좋다.
제9도는 본 발명에 따른 마이크로파 플라즈마 처리장치의 제2의 실시예를 도시한 종단면도이다. 제10도는 제9도에 있어서의 마이크로파 투과창(5)와 영구자석(7)과의 위치관계를 도시한 부분 종단면도이다. 본 실시예의 경우에는 마이크로파 투과창(5)의 내면 근방에도 평행한 자장을 형성하는 것에 의해, 마이크로파 투과창(5)로의 플라즈마 손실을 억제하였다. 이 평행한 자장은 제10도에 도시한 바와 같이 마이크로파 투과창(5)의 하면위치와 영구자석(7)의 높이방향의 중심을 대략 동일하게 설정하는 것에 의해 형성할 수 있다. 제10도의 구성에 의해 마이크로파 투과창(5)의 하면 근방에 형성되는 자속밀도의 계산값을 벡터표시(22)로 나타낸다.
본 실시예에 의하면, 상기 제1의 실시예에 있어서와 동일한 동작에 의해 동일한 효과가 얻어질 뿐만 아니라, 다음과 같은 효과도 얻을 수가 있다. 즉, 마이크로파를 방사하는 슬롯(4) 아래의 플라즈마 발생영역의 전자수명을 연장할 수 있으므로, 낮은 전력으로 플라즈마를 안정하게 생성할 수 있다. 또, 마이크로파 투과창(5)의 플라즈마에 의한 스퍼터링 작용이 경감되므로, 마이크로파 투과창(5)의 소모도 경감할 수 있다. 따라서, 마이크로파의 방사상황의 경시변화가 작아 플라즈마를 장기간에 걸쳐 안정하게 생성할 수가 있다.
또한, 제9도의 실시예에 있어서는 처리실(6)의 축방향에 3군의 영구자석을 배치하였지만, 마이크로파 투과창과 스테이지(15)의 상면 사이에 대략 등간격으로 4군의 영구자석을 배치하여도 좋다.
제11도는 본 발명에 따른 마이크로파 플라즈마 처리장치의 제3의 실시예를 도시한 종단면도이다.
제11도의 처리실(6)의 Ⅳ-Ⅳ선에 따라서 절단한 단면도는 제1의 실시예에 있어서의 제1도의 Ⅳ-Ⅳ선에 따라서 절단한 단면도인 제4의 실시예와 동일하므로, 생략하였다. 본 실시예에서는 다극 커스프 자장을 처리실(6)의 바깥둘레에 짝수개 설치한 세로로 긴 영구자석(7')로 구성하고, 또한 영구자석(7')의 위쪽끝이 마이크로파 투과창(5)의 하면 위치보다도 공동공진기(1)측에 존재하도록 구성하였다.
본 실시예에 의하면, 제2의 실시예와 마찬가지로 마이크로파 투과창(5)의 근방에도 하면과 대략 평행한 자장을 형성할 수 있으므로, 제1의 실시예에 있어서와 동일한 동작에 의해 동일한 효과가 얻어질 뿐만 아니라, 제2의 실시예와 동일한 효과도 얻을 수가 있다.
제12도는 본 발명에 따른 마이크로파 플라즈마 처리장치의 제4의 실시예를 도시한 종단면도이다. 본 실시예에서는 제1의 실시예에 있어서의 영구자석(7),(8)(9) 대신에 코일자석 (23), (24), (25),를 사용해서 처리실 내벽 플라즈마 손실억제 영역을 형성하였다. 코일자석(23),(24)의 처리실 횡단면도에 있어서의 배치도 제1의 실시예의 제3도 및 제4도에 상당해서 서로 인접하는 극성이 역극성으로 되도록 구성되어 있다.
본 실시예에 있어서도, 상기 제1의 실시예에 있어서와 동일한 동작에 의해 동일한 효과가 얻어진다. 또, 본 실시예에 있어서는 코일자석에 흐르는 전류값을 변경시키는 것에 의해 자장의 강도나 형상을 임의로 제어할 수 있으므로, 피처리 대상물의 재료나 처리실의 높이에 따라서 최적한 자장을 형성할 수 있고, 이것에 의해 큰 직경을 갖는 기판을 균일하게 처리할 수 있다.
제13도는 본 발명에 관한 마이크로파 플라즈마 처리장치의 제5의 실시예를 도시한 종단면도이다. 제14도 및 제15도는 각각 제12도의 ⅩⅣ-ⅩⅣ에 따라서 절단한 단면도 및 ⅩⅤ-ⅩⅤ에 따라서 절단한 단면도이다. 본 실시예의 경우에는 제13도에 도시한 영구자석(7),(8)의 처리실 내벽측에 있어서의 극성은 서로 역극성이지만, 제14도 및 제15도에 도시되어 있는 처리실의 횡단면에서 본 극성배치는 영구자석(7) 및 (8)의 극성은 모두 처리실 내벽측에 있어서 동일한 극성의 자극이 인접하고 있다.
본 실시예에 있어서는 제13도에 도시된 바와 같이 자력선(12')가 형성된다. 이와 같은 구성의 제5의 실시예에 있어서도 제1의 실시예에 있어서와 동일한 동작에 의해 동일한 효과가 얻어진다.
본 실시예에서는 드라이에칭 처리를 예로 해서 설명하였지만, 본 발명은 플라즈마를 이용하는 플라즈마 CVD장치나 에싱(ashing)장치의 처리실에도 적용해서 큰 직경을 갖는 기판을 균일하게 처리할 수 있다.
본 발명에 의하면, 처리실 내벽 근방에만 자력선이 처리실 내벽과 평행한 자장을 이용해서 플라즈마의 손실억제 영역을 형성하므로, 처리실 중앙영역에서는 등방확산에 의해 플라즈마의 균등화를 도모함과 동시에, 처리실 내벽 근방에서는 플라즈마의 순실이 작게 억제된다. 따라서, 큰 직경을 갖는 반도체 기판 근방의 플라즈마를 고밀도이며 또한 균일하게 유지할 수 있다. 또, 처리실 내벽 근방의 각 자극 위치에는 전자 사이클로트론 공명조건의 자장을 형성하면, 마이크로파중의 에너지가 플라즈마중의 전자에 효율좋게 흡수되므로 큰 직경을 갖는 플라즈마를 안정하게 유지할 수 있다.
또한, 처리실 내벽 근방에 플라즈마 손실억제 영역을 형성하는 것에 의해, 플라즈마에 의한 내벽재료의 스퍼터링 손상이 경감되므로, 반도체기판의 처리실 내벽으로부터의 중금속 오염이 경감되어 저손상으로 처리할 수 있다. 또한, 고주파 바이어스의 효과가 반도체 기판 전면에 걸쳐서 균등하게 얻어지므로, 이언 에너지를 기판전면에 걸쳐서 균일하게 제어할 수가 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 큰 직경을 갖는 반도체 기판을 고속이며 균일하게 또한 저손상으로 플라즈마를 처리할 수 있으므로, 반도체 디바이스 제조의 생산성 및 효율을 향상할 수가 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라서 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 여러가지로 변경가능한 것은 물론이다.

Claims (9)

  1. 마이크로파 발생원, 상기 마이크로파 발생원으로부터의 마이크로파를 공급하는 도파관, 상기 도파관에 결합되고, 상기 도파관에서 공급되는 마이크로파를 공진시켜서 그 진폭을 증가시키고, 그의 벽에 마련된 슬롯을 구비한 공동공진기, 마이크로파 투과창을 거쳐서 상기 공동공진기에 결합되고, 상기 마이크로파 투과창을 거쳐서 상기 공동공진기의 상기 슬롯에서 공급되는 마이크로파와 처리가스를 내부로 도입해서 플라즈마를 생성하고, 생성된 플라즈마에 의해 대상물의 처리를 실행하는 플라즈마 처리실, 상기 플라즈마 처리실 주위에 마련되고, 적어도 플라즈마가 마련된 상기 마이크로파 투과창에 가까운 측의 상기 플라즈마 처리실 내벽부를 따라서 상기 플라즈마 처리실 내벽부 근방에 다극 커스프 자장을 형성해서 상기 플라즈마 처리실의 벽부분으로의 상기 플라즈마의 확산을 감소시키고, 상기 대상물의 근방에서 상기 플라즈마의 확산의 영향을 받지 않는 상기 대상물의 근방에서 자장 진폭을 마련하는 여러개의 자석을 구비한 마이크로파 플라즈마 처리장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 여러개의 자석은 상기 플라즈마 처리실 주위에 마련되어 상기 플라즈마 처리실의 벽부분의 세로로 긴 방향으로 연장하는 다극 커스프 자장을 형성하는 마이크로파 플라즈마 처리장치.
  3. 제2항에 있어서, 인접하는 극성이 상기 플라즈마 처리실의 원주방향 및 상기 처리실의 세로로 긴 방향에서 역극성으로 되도록, 상기 여러개의 자석이 상기 플라즈마 처리실 주위에 마련되는 마이크로파 플라즈마 처리장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 자석은 영구자석을 포함하는 마이크로파 플라즈마 처리장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 자석은 코일자석을 포함하는 마이크로파 플라즈마 처리장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 다극 커스프 자장의 자극 위치에 있어서의 자속밀도는 전자 사이클로트론 공명으로 되도록 설정되어 있는 마이크로파 플라즈마 처리장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 마이크로파 투과창의 상기 플라즈마 처리실에 접하는 측의 면과 평행하게 형성되고, 상기 마이크로파 투과창에 있어서의 플라즈마의 손실을 억제하는 자장을 또 포함하는 마이크로파 플라즈마 처리장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 처리실내에 배치되고, 그 위에 상기 대상물을 탑재하는 스테이지를 또 포함하는 마이크로파 플라즈마 처리장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 여러개의 자석의 각각은 상기 처리실내의 각 자극위치에 있어서 자속밀도가 0.0875T로 되도록 충분히 높은 전류자속밀도를 갖는 마이크로파 플라즈마 처리장치.
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