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KR0156011B1 - 플라즈마 처리장치 및 방법 - Google Patents

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KR0156011B1
KR0156011B1 KR1019920014511A KR920014511A KR0156011B1 KR 0156011 B1 KR0156011 B1 KR 0156011B1 KR 1019920014511 A KR1019920014511 A KR 1019920014511A KR 920014511 A KR920014511 A KR 920014511A KR 0156011 B1 KR0156011 B1 KR 0156011B1
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KR
South Korea
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microwave
chamber
mounting surface
plasma processing
microwave plasma
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KR1019920014511A
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잇세이 이마하시
노부오 이시이
Original Assignee
이노우에 아키라
도오교오 에레구토론 가부시끼 가이샤
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Publication of KR930005132A publication Critical patent/KR930005132A/ko
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Abstract

플라즈마 발생 쳄버의 상부의 투과창의 위에 마이크로파 도입구가 배치된다. 마이크로파 도입구로부터 웨이퍼 지지대의 재치면까지의 거리는 마이크로파의 파장의 ½의 정수배로 설정된다. 쳄버(1)의 위편 및 아래편에는 각각 자극이 서로 대향하듯이 배설되고, 쳄버 내에 똑같은 강도의 자장이 형성된다. 자장의 강도는, 마이크로파의 주파수가 2.45GHz일때에 전자 사이클로트론 공명 이상조건을 만족시키는 875가우스보다도 약간 어긋난 값 예컨대 875 가우스로 설정된다. 이에 의하여 전자의 에너지가 억제되고, 플라즈마를 사용하여 웨이퍼의 표면처리를 함에 있어 웨이퍼 표면의 손상이 억제된다.

Description

플라즈마 처리장치 및 방법
제1도는 본 발명의 제1실시예에 관계되는 플라즈마 처리장치를 나타낸 단면도.
제2도는 웨이퍼 지지대의 재치면 위치와 마이크로파의 파장과의 관계를 나타낸 설명도.
제3도는 자속(磁束)밀도와 전자에너지와의 관계를 나타낸 특성도.
제4도는 본 발명의 제2실시예에 관계되는 플라즈마 처리장치를 나타낸 단면도.
제5도는 본 발명의 제3실시예에 관계되는 플라즈마 처리장치를 나타낸 단면도.
제6도는 제5도에 나타낸 장치의 개관을 나타낸 사시도.
제7도는 마이크로파 도입구를 구비한 금속판의 예를 나타낸 평면도.
제8도는 제3실시예 장치에서의 에칭프로세스의 개략을 나타낸 플로우챠아트이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 플라즈마 발생 쳄버 2 : 웨이퍼 지지대
3 : 마이크로파 투과창 4 : 도파관
5 : 마이크로파 도입구 6 : 요오크
7 : 고주파 전원 7a : 배선
8 : 레이디얼 도파관 9 : 로오드록 쳄버
11, 12 : 가스도입관 13 : 배기관
14 : 필터 15 : 배기수단
16 : 압력계 17 : 압력조정밸브
18 : 콘트롤러 19a, 19b : 소오스
21 : 냉매유로 21a : 냉매공급라인
22 : 승강기구 23 : 승강로드
24 : 정전척 24a : 배선
25 : 직류전선 31 : 0링
41 : 마이크로파 흡수체 60 : 자장형성수단
61 : 상부자극 62 : 하부자극
63 : 자장발생용 코일 64 : 전자석
80 : 동축케이블 81 : 금속판
82 : 슬리트부 83 : 세라믹판
84 : 동축라인 85 : 중심도체
86 : 마이크로파 발생기 87 : 금속판
88 : 동축변환기 89 : 도파관
89a : 튜너 91 : 0링
92 : 반송기구 93, 94 : 구동기구
W : 반도체 웨이퍼 M : 영구자석
A : 자력선 G1, G2 : 게이트
본 발명은 플라즈마 처리장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 마이크로파 및 자장에 의한 전자 사이클로트롤 공명(electron Cyclotron resonance)에 의해 플라즈마를 발생시켜, 이 발생 플라즈마를 사용하여 반도체 웨이퍼의 처리(Processing), 예를들면 에칭을 실시할 장치와 방법에 관한 것이다.
근년 반도체 디바이스의 미세화가 급속히 진전되고 있기 때문에, 드라이 에칭기술에 대한 미세 가공성, 저오염, 저 손상성, 선택성 등의 요구가 더욱 엄하게 되어 오고 있다.
그래서 최근에 있어, 자장중에서의 전자의 사이클로트론 운동과 마이크로파와의 공명현상을 이용하여 마이크로파 방전을 일으키는 방법이 채용되고 있다. 이와같은 마이크로파 방전에 따르면, 저압력하에서 고밀도의 플라즈마를 무전극 방전으로 생성할 수 있기 때문에, 고속의 표면처리를 실현할 수 있고, 또 웨이퍼의 오염 우려가 없는 등의 이점이 있다.
종래 이 종류의 플라즈마 처리장치의 1예는, 일본국 특공소 58-13626호 공보에 기재되어 있다.
여기에 개시되는 장치에 있어서는, 주위에 자장형성수단이 배치된 플라즈마 발생 쳄버내에 윗편쪽으로부터 마이크로파를 도입하여 전자사이클로트론 공명에 의해 플라즈마를 발생시킨다.
그리고, 이 플라즈마중의 이온을 이온인출전극에 의해, 플라즈마 발생 쳄버의 저부로부터 처리 쳄버내에 인출하여, 처리쳄버내에 배치된 피처리체 표면에 이온을 조사한다.
또, 이 종류의 장치의 다른예는, 일본국 특개소 59-202636호 공보에 기재되어 있다. 여기에 개시되는 장치에 있어서는, 플라즈마 발생 쳄버를 구성하는 방전관을 마이크로파 도입방향으로부터 피처리체 방향으로 향해서 넓어진 구조로 하고, 또한 자장구배(句配)를 가지게 하고 있다. 이것에 의해, 이온을 피처리체에 수송함과 동시에 면적이 넓은 플라즈마 처리를 실시하도록 하고 있다.
그러나, 전자 즉 일본국 특개소 58-13626호에 기재된 장치는, 플라즈마 발생 쳄버와는 별개로 처리쳄버를 설치하지 않으면 안되므로 장치가 대형화된다. 또, 이온인출 전압으로서 1000V 전후의 고전압이 필요하게 되기 때문에 이온 에너지가 크고, 피처리체 표면의 손상이 크다고 하는 문제가 있다.
또, 후자 즉 일본국 특개소 59-202635호 공보에 기재된 장치는, 플라즈마 발생영역으로부터 피처리체 표명에 이르기까지 자장구배가 있으므로, 자력선이 피처리체 표면에 대하여 경사되어 있고, 이 때문에, 이온이, 피처리체 표면에 경사지게 입사한다. 따라서, 얘를들면 에칭의 수직성이 나빠져서, 양호한 미세 가공이 곤란하게 된다는 문제가 있다.
한편, 플라즈마 발생 쳄버내에 피처리체를 배치하여 이 안에다가 똑같은 강도의 자장을 형성하면, 상술한 바와같이 별도 처리쳄버를 설치하지 않아도 되며, 또한 이온을 피처리체 표면에 수직으로 입사할 수가 있다. 그러나, 그 반면에 이 경우에는 전자 사이클로트론 공명현상에 의해 전자의 에너지(온도)가 매우 높아진다. 더구나 저 압력하에 있어서는 전자와 이온과의 충돌확률이 적기 때문에, 전자가 높은 에너지를 가진채 피처리체 표면에 충돌하여 차지업을 일으켜, 플로팅 전위가 예를들면 100eV로 상당히 높아진다. 이 때문에, 이온은 이온시이스(ion sheath)를 통과했을 때에 에너지가 제법 높여져서 피처리체의 표면에 충돌한다. 또한 고에너지의 전자의 충돌에도 기인하여, 결국 피처리체의 표면에 대한 열적, 정전적 손상이 커진다. 더하여 마이크로파의 에너지가 피처리체에 흡수되어 고온에 가열된다고 하는 좋지 않는 일도 있다.
따라서, 본 발명은 마이크로파 및 자장에 의한 전자 사이클로트론 공명에 의해 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 처리장치에 있어서, 피처리체의 표면에 대한 손상을 억제하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 플라즈마 발생 쳄버내에 피처리체를 배치하여 이안에다 똑같은 강도의 자장을 형성하는 경우에, 피처리체의 손상의 근본원인인 전자의 고 에너지화 라는 점을 들어서 전자사이클로트론 공명 이상존건에서 약간 벗어난 조건으로 플라즈마를 발생시킴으로써 전자의 에너지를 낮게 억제한다는 착상에 의거한 것이다.
보다 구체적으로는, 본 발명에 있어서, 전자사이클로트론 공명에 의하여 플라즈마를 발생시키고, 이 발생플라즈마를 사용하여 피처리기판의 처리를 하는 방법으로서;
상기 기판을 재치하기 위한 재치면이 배설된 처리쳄버를 제공하는 공정과, 상기 쳄버내에서 상기 재치면 위편에 방전공간이 형성되는 것과,
상기 기판을 상기 재치면상에 재치하는 공정과,
상기 쳄버 내를 고감압분위기로 설정하는 공정과,
상기 쳄버 내에 플라즈마로 되는 처리가스를 공급하는 공정과,
상기 방전공간에 마이크로파를 공급하는 공정과,
상기 방전공간에 강도가 똑같은 자장을 형성하는 공정과
상기 자장의 강도를, 전자 사이클로트론 공명의 이상조건으로부터, 0.3%~ 1.8% 어긋난 값으로 설정하는 것과,를 구비하는 마이크로파 플라즈마 장치가 제공된다.
본 발명에 의하면, 전자사이클로트론 공명이상조건으로부터의 벗어난 부분이 작기 때문에 전자 사이클로트론 공명 현상은 일어나지만, 전자의 에너지는 전자 사이클로트론 공명이상 조건을 충족하는 경우보다도 낮게 억제된다. 이 결과 플로팅 전위가 작아지므로 피처리기판에 충돌하는 이온의 에너지도 적절한 크기로 되고, 피처리기판 표면의 손상이 억제된다.
지지대의 재치면으로부터 마이크로파 도입구까지의 거리를 마이크로파 파장의 ½의 정수배에 설정함으로써, 마이크로파의 전력을 플라즈마에 효율좋게 흡수시킬 수가 있다. 상기 재치면에서 마이크로파가 반사되기 때문에 피처리기판의 가열이 억제된다.
마이크로파 입구를 형성한 도전성판에 유전체를 접합함으로써, 도입구(S)간의 간격을 작게 할 수 있으며, 마이크로파의 밀도를 높일 수가 있다. 따라서 상기 마이크로파 도입구에 대향하여 설치된 피처리체의 면내에 균일한 플라즈마처리를 실시할 수가 있다.
[실시예]
제1도는 본 발명의 제1실시예에 관계되는 플라즈마 처리장치를 나타낸 종단면도이다.
도면중, (1)은 전자 사이클로트론 공명에 의해 플라즈마를 발생시키기 위한 방전공간을 형성하는 플라즈마 발생쳄버이다. 이 플라즈마 발생쳄버(1)는, 예를들면 직경 500mm의 원통형상으로 형성되어 있으며, 그 벽부는 예를들면 알루미늄 합금 혹은 스테인레스 강등의 비자성체에 의해 구성된다. 쳄버(1)의 저부에는 피처리체인 반도체 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 지지수단으로서의 도전성의 웨이퍼 지지대(2)가 배열설치된다. 지지대(2)는 쳄버(1)에 대하여 전기적으로 플로팅의 상태로 되어 있다. 또 지지대(2)의 안에는 이 지지대(2)상으로 웨이퍼를 냉각하도록 냉매 예를들면 -50℃ 정도의 냉각에 있어서는 냉각수를, -150℃ 정도의 냉각에는 액체질소를 순환하는 냉매유로(21)가 형성된다.
쳄버(1)에는, 예를들면 Cl2, SF4, CF4등의 에칭가스의 소오스(19a),(19b)에 연결되는 가스도입관(11),(12)이 접속된다. 쳄버(1)에는 또, 배기수단(15)에 결합된 배기관(13)이 접속되어, 쳄버(1)내를 소정의 진공분위기에 유지될 수 있도록 되어 있다. 쳄버(1)에는 압력계(16)가 배열설치되는 한편, 배기관(13)에는 압력조정밸브(17)가 배열설치되어, 이들이 콘트롤러(18)를 개재하여 공지의 상태로 접속된다.
조정밸브(17)는, 압력계(16)에 의해 검지된 쳄버(1)내 압력에 따라 콘트롤러(18)를 개재하여 작동된다.
배기관(13)의 배기구에는 후술하는 마이크로파의 통과를 차단하기 위한 도전성 메시체로 되는 필터(14)가 설치된다. 상기 플라즈마 발생 쳄버(1)의 윗면은, 예를들면 석영 글라스로 되는 마이크로파 투과창(3)에 의해 구성된다. 이 창(3)은, 쳄버(1)의 벽부 상단에 0링(31)을 개재하여 장착된다.
쳄버(1)의 윗편에는, 편평 중공형상의 직 4각형 도파관(4)이 배열설치된다. 이 도파관(4)은, 마이크로파 공급원인 마그네트론 또는 마이크로파발생기(제7도의 부호(86)의 부분에 대응)에 접속된다. 그리고, 플라즈마 처리장치 본체의 측방으로부터 쳄버(1)의 윗편으로 예를들면 2.45GHz의 마이크로파를 유도하도록 되어 있다. 도파관(4)의 선단부 아래면에는 복수의 슬릿형상의 마이크로파 도입구(5)가 뚫어 설치되고, 이들은 마이크로파 투과창(3)의 윗면에 위치한다. 도입구(5)의 슬릿폭은, 도파관(4)내의 마이크로파의 파장을 λt로 하면, 예를들면 (λt/2) x 1cm)의 크기로 된다. 도파관(4)의 선단면에는 도파관(4)내에서 발생한 반사파를 흡수하기 위한 마이크로파 흡수체(41)가 설치된다. 흡수체(41)에 의하여 ks사파가 마그네트론으로 뒤돌아오는 것이 방지되다. 또, 흡수체(41)를냉각함으로써 도파관(4)의 가열이 억제된다.
마이크로파 도입구(5)로부터 웨이퍼 지지대(2)의 재치면까지의 영역은 마이크로파 공동 공진기 구조(cavity resonator structure)로 되어 있다.
이들간의 거리는, 제2도에 나타낸 바와같이 도입구(5)로부터 쳄버(1)쪽으로 도입된 마이크로파의 파장을 λg로 하면, (λg/2) x n(정수), 예를들면 (λg/) x 2의 크기로 설정된다. 이와같이 마이크로파 공동공진기 구조로 하면, 마이크로파 전력을 플라즈마에 더한층 효율좋게 흡수시킬 수가 있다.
또, 지지대(2)의 재치면이 마이크로파의 반사면에 위치하고 있으므로 지지대(2)가 마이크로파에 의하여 가열되지 않는다. 또, 웨이퍼내에 흡수되는 마이크로파의 전력은 0에 가까운 것 때문에, 마이크로파에 의한 웨이퍼의 온도상승을 억제할 수가 있다.
쳄버(1)의 윗편쪽에는, 도파관(4)을 개재하여 상부자극(61)이, 또 쳄버(1)의 아래편쪽에는 하부자극(62)이 각각 서로 대향하도록 배치된다. 자극(61),(62)은 영구자석(M)을 개재하여 서로 예를들면 연철로 되는 요오크(6)에 의해 결합된다. 자극(61),(62)의 주위에는 각각 자장 발생용 코일(63)이 권장된다. 이 실시예에서는, 자극(61),(62), 코일(63), 요오크(6) 및 영구자석(M)에 의해 자장 형성수단(60)이 구성된다. 이 장장형성수단(60)은, 플라즈마 발생쳄버(1)내에, 자속밀도의 크기가 똑같고, 또한 자력선(A)의 웨이퍼(W)에 대하여 수직상태에서 위에서 아래로 향하는 자장을 형성한다. 플라즈마 발생 쳄버(1)내의 자속밀도의 크기는, 예를들면 마이크로파의 주파수가 2.45GHz일때의 전자 사이클로트론 공명 이상조건을 충족시키는 875 가우스보다도 낮은 865가수스에 설정된다.
다음에, 상술한 제1실시예의 조작에 대해서 설명한다.
마그네트론으로부터 예를들면 전력 800W, 주파수 2.45GHz의 마이크로파가 도파관(4)내에 전파되고, 그리고, 도입구(5)로부터 창(3)을 개재하여 예를들면 TE 모우드로 쳄버(1)내로 도입된다. 자장형성수단(60)의 영구자석(M) 및 자장발생용 코일(63)의 여자에 의해, 예를들면 자속밀도의 크기가 865가우스, 자력선(A)의 방향이 하향이고 동시에 지지대(2)상의 웨이퍼(W)에 대하여 수직인 자장이 쳄버(1)에 형성된다.
한편, 가스도입구(11),(12)로부터 에칭가스 예를들면 염소가스가 쳄버(1)내에 유량 10 SCCM로 도입된다. 배기수단(15)에 의해 쳄버(1)내가 예를들면 1X10-4Torr정도의 압력으로 유지된다.
마이크로파의 주파수에 대응하는 전자 사이클로트론 공명 이상조건을 만족할 자속밀도의 크기는 875가우스이므로, 지로 플라즈마 발생쳄버(1)내에 형성되는 자속밀도는 이값보다도 약간 낮은 값(865가우스)이다.
그러나, 그의 벗어난 부분은 작기 때문에 쳄버(1)내에 전자 사이클로트론 공명 현상이 일어난다. 또 이 예에서는 마이크로파 도입구(5)로부터 웨이퍼 지지대(2)의 재치면간의 영역을 공동공진기 구조로 하고 있으므로 전자에 마이크로파의 전력이 효율좋게 흡수된다. 따라서, 전자의 에너지(전자의 온도)가 높아진다. 전자와의 충돌에 의해 에너지가 높아진 이온의 웨이퍼(W)의 플로팅 전위에 의해 가속되어 웨이퍼(W) 표면에 충돌하고, 이것에 의해 표면처리 예를들면 에칭이 실시된다.
그런데 상술한 바와같이, 자속밀도를 전자 사이클로트론 공명 이상조건을 만족하는 875가우스로 설정한 경우에는 전자가 100eV 부근의 매우 높은 온도로 되어, 웨이퍼 표면의 열적, 정전적 손상이 커진다. 이것에 대하여, 본 발명과 같이 나속밀도의 크기를 875가우스의 값에서 약간 벗어난 값으로 함으로써, 웨이퍼 표면의 대미작 억제할 수가 있다. 그 이유는 다음과 같은 것으로 추측된다.
본 발명에 있어서는, 전자의 온도 또는 에너지는 전자 사이클로트론 공명 현상에 의해 상승하지만, 자속밀도와 마이크로파의 주파수와의 관계가 전자 사이클로트론 공명의 이상조건에서 벗어나 있으므로 계산상으로는 십수 eV 정도까지 상승한 후 감소되고, 그후 재차 상승한 후 감소된다고 하는 사이클을 되풀이한다.
이 때문에, 전자의 온도는 폭주적으로 상승하는 일이 없어서 낮은 값으로 억제된다. 이 결과, 전자에 의해 웨이퍼 표면이 차아지 업 되더라도 플로팅 전위가 작기 때문에 웨이퍼 표면에 충돌하는 이온의 에너지가 표면처리에는 충분하면서도 작은 값으로 된다.
또 이 실시예에서는, 지지대(2)로부터 윗편쪽으로 (1/4 X λg) 및 (3/4 X λg)만 각각 떨어진 2개소의 위치에서 플라즈마의 강도가 최대로 된다. 그러나, 창(3)을 예를들면 지지대(2)의 윗편(½ X λg)위치에 설정하면, 플라즈마의 최대강도 위치는 지지대(2)의 윗편 1개소만으로 된다. 이것에 의해, 플라즈마가 웨이퍼(W)의 표면상에서 면혀상으로 형성되어, 양호한 표면처리를 할 수가 있다. 이 경우 플라즈마의 최대강도 위치는 웨이퍼의 근방이지만, 상술한 바와같이 전자의 온도가 작게 억제되고 있으므로, 전자에 의한 웨이퍼의 열적인, 혹은 정전기적인 손상의 염려도 없다.
또한, 마이크로파의 전력을 크게 하면, 전자와 이온과의 충돌확률이 높아지는 경향이 있다. 따라서, 실시해야할 표면처리의 종류 등에 따라서, 전자의 온도와 충돌확률과를 적절한 값으로 하기 위하여, 전자 사이클로트론 공명 이상조건으로부터의 벗어난 정도와 마이크로파의 전력치와를 적의 선정하면 된다.
또 제1도의 제1실시예에 있어서, 쇄선으로 나타낸 바와같이 지지대(2)와 고주파 전원(7)을 접속하여 바이어스전위를 부여하도록 해도 되며, 이와같이 하면 이온의 인출을 한층 더 효율성있게 실시할 수가 있다.
자속밀도와 마이크로파의 주파수와의 관계에 대해서, 전자 사이클로트론 공명 이상조건에서 어느 정도 벗어나는 것이 적절한 가를 조사하기 위하여, 마이크로파의 주파수가 2.45GHz의 경우에 있어서, 자속밀도의 크기에 따라서 플라즈마 중의 전자 에너지(온도)가 어떠한 값으로 될 것인가를 전자의 사이클로트론 운동 방정식을 사용하여 수치계산에 의해 연산하였다. 그 결과를 제3도에 나타낸다.
이 결과로부터 검토하건대, 자속밀도를 어긋나게 하는 적절한 범위는전자 사이클로트론 공명 이상조건을 만족하는 875가우스를 중심으로 하여 ±0.3%~±1.8%로 생각된다. 그리고 더 한층 바람직한 전자의 온도범위가 대략 10eV 정도 내지 대략 60eV 정도인 것으로 하면, 자속밀도의 어긋나게하는 보다 적절한 범위는 875가우스를 중심으로 하여 ±0.5~±1.5%로 생각된다. 상기 범위는, 다음의 3점을 고려함으로써 도출된다. 먼저 제3도에서 알 수 있듯이, 계산상으로는, 자속밀도가 전자 사이클로트론 공명 이상조건을 만족하는 875가우스일때에 전자에너지는 무한대이다.
그러나, 자속밀도가 875가우스일때에, 실제적으로는 전자가 가스분자나 원자 등과 충돌하여, 운동에너지가 감소되기 때문에, 에너지는 무한대로는 되지 않고, 100eV 정도로 된다. 그리고 웨이퍼를 다치게 하지 않고 양호한 표면처리를 행할 수 있는 전자의 온도는 대개 8eV 정도 내지 대개 80eV 정도이다.
또한, 본 발명은, 전자 사이클로트론 공명 이상조건으로부터의 벗어남의 정도는, 장치의 구조 등에 따라서 변경 설정되는 것이지만, 전자 사이클로트론 공명 현상이 완전히 일어나지 않는 경우를 포함하는 것은 아니다.
제4도는 본 발명의 제2실시예에 관계되는 플라즈마 처리장치를 나타낸 종단면도이다. 동 도면에서, 제1도에 나타낸 제1실시예의 부분에 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙여서 설명을 생략한다.
제2실시예가 제1실시예와 다른점은, 마이크로파가, 장치 본체의 옆으로부터가 아니고, 위편으로부터 도입되는 것에 있다. 보다 구체적으로는, 레이디얼 도파관(8)이 쳄버(1)위에 배설된다. 도파관(8)의 바닥면에는, 제1실시예와 같이, 복수의 슬리트 형상의 마이크로파 도입구(5)가 형성되고, 이것들이 마이크로파 투과창(3)의 윗면에 대향한다. 도파관(8)의 윗면 중앙개구부에는, 동축케이블(80)이 도입된다. 동축케이블(80)은, 마이크로파 공급원인 마그네트론 또는 마이크로파 발생기(제7도의 부호(86)의 부분에 대응)에 접속된다. 이 실시예에서는, 상하로 대향하는 자극(61),(62)을 연결하는 요오크(76)는, 장치의 역직방향의 중심선에 대하여 대칭으로 예컨대 4분할된다.
제5도는 본 발명의 제3실시예에 관계된 플라즈마 처리장치를 나타내는 종단면도이고, 제6도는 그 사시도이다. 이들 도면에 있어서, 제1도 도시의 제1실시예의 부분에 대응하는 부분에는 동일부호를 붙이고 설명을 생략한다.
이 실시예에서는, 요오크(6)는, 연직방향의 중심선에 대하여 대칭으로 4분할됨과 동시에, 4분할 된 부분의 각부의 평면형상이 직 4각형상으로 형성되어 있고, 따라서, 요오크(6)를 너무 바깥편을 향해서 펼치지 않아도 요오크(6)의 단면적이 커지기 때문에 큰 자속밀도를 얻을 수 있다.
이 실시예에서는, 요오크(6)의 상부쪽, 하부쪽에는 영구자석은 사용되어 있지 않고, 각각 상부자극(61) 및 하부자극(62)이 설치되고, 이것들에 코일(63)이 감겨져서 전자석(64)이 구성된다. 이와같인 전자석(64)만에 의하여 자계를 발생시키도록 하면, 자장강도의 강약을 전류에 의하여 제어할 수 있으므로 조건 설정이 용이하고, 또 조립도 간단하다.
또, 마이크로파 도입창(3)의 윗면에는, 도전성인 금속판(81)이 접합하여 배치된다. 이 금속판(81)에는, 예컨대 제7도에 도시한 바와같이 마이크로파 도입구를 이루는 T자형에 가까운 형상의 슬리트부(82)가 소용돌이 형상의 라인을 따라서 배열하여 형성된다. 이 금속판(81)의 윗면에는 세라믹판(83)이 접합하여 설치된다. 세라믹판(83)은, 금속판(87)에 의하여 피복된다. 금속판(81)과 (87)고나느, 세라믹판(83)에 의하여 절연된 상태로 되어 있다.
동축케이블 또는 라인(84)의 한끝단쪽이, 요오크(6) 및 전자석(64)의 중심부에 형성된 구멍을 통과하여, 유전체인 세라믹판(83)의 윗면의 중심부에 인도된다. 라인(84)의 도전성 외관은, 세라믹판(83)을 덮는 바깥쪽 금속판(87)에 접속된다.
라인(84)의 중심도체(85)는 세라믹판(83)을 관통하여 금속판(81)의 표면에 접촉한다. 동출라인(84)의 상단부에는, 동출변환기(88)가 배설되고, 여기에 도파관(89)이 배설된다. 도파관(89)은, 요오크(6)의 위편에 설치된 마이크로파 발생기(86)에 접속된다. 도파관(89)에는, 임피던스 매칭을 조정하기 위한 튜너(89a)가 배설된다.
세라믹의 유전률은 9정도이고, 세라믹 속을 전파하는 마이크로파의 파장은 공기중의 경우의 대략 1/3이 된다. 따라서, 이와같이 금속판(81)에 세라믹판(83)을 접합하면, 금속판(81)의 슬리트부(82)의 이간간격을 작게할 수 있다. 즉, 슬리트부(82)의 배설밀도를 높게할 수 있기 때문에 웨이퍼(W)에 대하여 균일한 플라즈마처리를 할 수 있다. 내부도체(85)의 하단이 금속판(81)에 접하고 있으므로 이 사이에서 방전할 염려는 없다.
동축케이블(84)의 중심도체의 끝단부는 반드시 금속판(81)에 접속하고 있지 않아도 좋으나, 적어도 세라믹판(83)에 접속되는 것이 필요하다. 예컨대, 세라믹판(83)내에 돌입하든가 또는 세라믹판(83)의 표면에 접촉하고 있는 것이 필요하다.
요오크(6)의 아래편쪽에는 웨이퍼 지지대(2)를 승강시키기 위한 예컨대 피니온, 래크기구 및 모우터(M)를 조합하여서 이루어진 승강기구(22)가 설치된다. 이곳으로부터 요오크(6) 및 전자석(64)의 중심부의 구멍을 통과하여 승강로드(23)가 뻗어 있고, 이 승강로드(23)의 상단이 지지대(2)에 부착된다. 지지대(2)는 예컨대 웨이퍼(W)의 반입, 반출시에, 혹은, 금속판(81)과 지지대(2)와의 사이의 간격을 조정할 때에, 승강기구(22)에 의하여 승강된다. 웨이퍼 지지대(2)의 윗면에는, 피처리체를 재치하고 유지하는 정전척(24)이 설치된다. 정전척(24)은, 지지대(2)의 하부의 급선배선을 개재하여, 쳄버(1)의 외부에 설치된 직류전원(25)에 접속된다.
승강로드(23)는 중공구조를 이루고 있다. 정전척(24)용 배선(24a), 지지대(2)에 바이어스전위를 부여하는 고주파전위(7)의 배선(7a), 및 냉매유로(21)에 냉매를 공급하기 위한 라인(21a)의 모든 것은, 승강로드(23)내를 통과하여 지지대(2) 속에 도입된다. 이 구조에 의하여 지지대(2)의 승강조작을 스무즈하게 행할 수 있게 된다.
플라즈마 발생 쳄버(1)에는, 로오드록 쳄버(9)가 0링(91)을 개재하여 기밀하게 연결된다. 로도드록 쳄버(9)내에는, 예컨대 다관절아암으로 이루어진 웨이퍼(W)의 반송기구(92)가 마련된다. 로오드록 쳄버(9)에는, 플라즈마 발생 쳄버(1)와의 사이 및 대기분위기와의 사이를 각각 개폐하기 위한 게이트(G1),(G2)가 배설된다. 93,94는 게이트(G1),(G2)의 구동기구이다.
다음에, 제5도에 도시한 제3실시에 장치를 사용한, 반도체 웨이퍼의 에칭프로세스를, 제8도의 플로우챠트에 따라서 설명한다.
공정(S1) : 먼저, 로오드록 쳄버(9)내에 웨이퍼가 거두어 들여진후, 쳄버(9)가 플라즈마 발생 쳄버(1)와 같은 레벨의 진공상태로 된다. 그리고 게이트(G1)가 개방되고, 지지대(2)위에 웨이퍼(W)가 재치된다.
공정(S2) : 다음에, 마이크로파 발생기(86)로부터, 예컨대 전력 800W, 주파수 245GHz의 마이크로파가 쳄버(1)내에 도입된다. 또 자장형성수단(60)으로부터, 자속밀도 875가우스 ±0.1%~±1.5%, 예컨대 865가우스이고, 자력선이 하향이고 수직인 자장이 쳄버(1)에 형성된다. 한편, 가스도입구(11),(12)로부터 에칭가스 예컨대 염소가스가 쳄버(1)내에 유량 10 SCCM으로 도입되다. 또, 배기수단(15)에 의하여 쳄버(1)내가 예컨대 1X10-4Torr 정도의 압력으로 유지된다. 또, 전원(7)으로부터 RF 바이어스전위를 지지대(2)에 부여함과 동시에, 정전척(24)을 ON으로 한다.
마이크로파의 주파수에 대응하는 전자 사이클로트론 공명 이상조건을 만족하는 자속밀도의 크기는 875가우스이기 때문에, 지금 플라즈마 발생 쳄버(1)내에 형성되는 자속밀도는 이 값보다도 약간 낮은 값(865가우스)이다.
그러나, 이 어긋난 분은 작기 때문에 쳄버(1)내에 전자 사이클로트론 공명 현상이 일어난다. 또, 이 예에서는 마이크로파 도입구(5)로부터 웨이퍼 지지대(2)의 재치면의 사이의 영역을 공동공진기구조로 하고 있으므로 전자에 마이크로파의 전력이 효율좋게 흡수된다. 따라서, 전자의 에너지(전자의 온도)가 높아진다. 전자와의 충돌에 의하여 에너지가 높여진 이온은 웨이퍼(W)의 플로팅전위에 의하여 가속되어서 웨이퍼(W) 표면에 충돌하고, 이에 의하여 표면처리 예컨대 에칭이 행하여진다.
공정(S3) : 에칭처리의 개시시, 또는 처리중, 마이크로파의 반사가 최소로 되도록, 튜너(89a)를 작동시키고, 임피던스 매칭을 한다. 또, 필요에 따라, 승각기구(22)를 작동시켜서 지지대(2)의 높이를 조정하고, 마이크로파의 반사의 정도를 변경한다. 이 조정은, 에칭처리의 소망의 태양에 따라서 할 수 있고, 예컨대 반사가 최소로 되도록 하여도 좋고, 또는 반대로 반사가 어느 정도 커지도록 하여도 좋다.
공정(S4) : 소정시간 에칭후, 마이크로파, 자장, 바이어스전위, 및 에칭가스의 공급을 모두 끊음과 동시에, 정전척을 해방한다.
그리고, 쳄버(1)내를 충분히 배기한후, 처리가 끝난 웨이퍼(W)를 로오드록 쳄버(9)를 통하여 반출하고, 다음의 새로운 웨이퍼의 처리를 개시한다.
또한, 본 발명에서는, 마이크로파를 지지대의 재치면에서 반사시키는 것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 피처리체의 표면에서 반시시키기 위하여 피처리체의 표면으로부터 마이크로파 도입구까지의 거리를 마이크로파의 파장의 ½의 정수배로 설정하여도 좋다.
이와같이 하면, 피처리체가 두꺼운 경우에도 피처리체의 마이크로파의 전력의 흡수를 피할 수 있는 잇점이 있다.
또, 본 발명에서는, 마이크로파의 파장에 대하여 충분히 큰 도체 예컨대 직경 500mm, 두께 0.3mm의 원반형상의 금속판으로 이루어지는 도전성판에, 상기 마이크로파의 도입구가 될 슬로트(가늘고 긴구멍)를 형성하고, 그 슬로트의 길이를 상기 마이크로파의 관내파장이 반파장으로 한 구조의 마이크로파 안테나를 플라즈마 발생 쳄버(1)에 설치하고, 즉, 슬리트의 길이 약 2cm 폭 1mm~5mm로 하여 상기 도전성판에 유전체 예컨대 세라믹판을 접합하도록 하여도 좋다.
또 본 발명은, 마이크로파를 지지대나 피처리체로 반사시키지 않는 구조의 ECR 플라즈마 처리장치에 적용할 수 있다.
또, 에칭, 애싱 또는 CVD 등의 각종 플라즈마 표면처리를 하는 경우에 적용할 수 있고, 이 경우 예컨대 지지대를 가열이나 냉각하는 구조를 부가하는 등의 대처를 하는 것이 바람직하다.

Claims (19)

  1. 전자사이클로트론 공명에 의하여 플라즈마를 발생시키고, 이 발생플라즈마를 사용하여 피처리기판의 처리를 하는 방법으로서; 상기 기판을 재치하기 위한 재치면이 배설된 처리쳄버를 제공하며, 상기 쳄버내에서 상기 재치면 위편에 방전공간을 형성하는 공정과, 상기 기판을 상기 재치면상에 재치하는 공정과, 상기 쳄버 내를 고감압분위기로 설정하는 공정과, 상기 쳄버 내에 플라즈마로 되는 처리가스를 공급하는 공정과, 상기 방전공간에 마이크로파를 공급하는 공정과, 상기 방전공간에 자장의 강도를 전자 사이클로트론 공명의 이상조건으로부터 0.3%~1.8% 어긋난 값으로 설정하여 똑같은 자장을 형성하는 공정과,로 이루어지는 마이크로파 플라즈마 처리방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 자장의 강도를, 전자 사이클로트론 공명의 이상조건으로부터, 0.5%~1.5% 어긋난 값으로 설정하는 마이크로파 플라즈마 처리방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 마이크로파를 상기 재치면에 대향하는 도입구로부터 공급하고, 또한 상기 재치면 또는 기판의 표면으로부터 상기 도입구까지의 거리를, 마이크로파의 파장의 ½의 정수배로 설정하는 마이크로파 플라즈마 처리방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 처리가스를 공급하는 공정이, 에칭가스를 공급하는 공정을 포함하는 마이크로파 플라즈마 처리방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 기판을 재치하는 공정이, 반도체 웨이퍼를 재치하는 공정을 포함하는 마이크로파 플라즈마 처리방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 재치면에 RF 바이어스전위를 부여하는 공정을 또한 포함하고, 여기서 상기 재치면이 도전체로 이루어지는 마이크로파 플라즈마 처리방법.
  7. 전자 사이클로트론 공명에 의하여 플라즈마를 발생시키고, 이 발생 플라즈마를 사용하여 기판의 처리를 하는 장치로서; 처리쳄버와, 상기 쳄버를 고감압분위기로 설정하는 수단과, 상기 기판을 재치하기 위한 재치면을 가지고 상기 쳄버 내에서 상기 재치면 위편에 방전공간이 형성되며, 상기 쳄버 내에 배설된 지지대와, 상기 쳄버에 플라즈마로 되는 처리가스를 공급하는 공급수단과, 상기 방전공간의 양쪽에서 또한 상기 쳄버의 외부에 각각 배설되며, 상기 방전공간에 강도가 똑같은 자장을 형성하는 제1 및 제2 자극과, 상기 자장의 강도를 조정하는 수단과, 상기 방전공간에 대면하여 상기 쳄버에 형성된 마이크로파 투과창과, 상기 쳄버의 바깥쪽에서 상기 투과창 위에 겹쳐진 제1 도전성판과, 상기 제1 도전성판에 형성되어 마이크로파 도입구로서 기능하는 복수의 슬리트와, 상기 제1 도전성판 위에 겹쳐진 유전성판과, 상기 유전성판을 피복하며, 상기 제1 도전성판과 서로 절연되는 제2 도전성판과, 상기 제1 도전성판에 마이크로파를 공급하는 마이크로파 공급수단과,를 구비하는 마이크로파 플라즈마 처리장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 마이크로파 공급수단이, 중심도체 및 도전성으로 외관으로 이루어지는 동축라인을 구비하고, 상기 중심도체가 상기 제1 도전성판에 접속되고, 상기 외관이 상기 제2 도전성판에 접속되는 마이크로파 플라즈마 처리방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 마이크로파 도입구가 상기 재치면에 대향하여 배치되고, 상기 재치면 또는 기판의 표면으로부터 상기 도입구까지의 거리가, 마이크로파의 파장의 ½의 정수배로 설정되는 마이크로파 플라즈마 처리장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 유전성판이 세라믹으로 이루어지는 마이크로파 플라즈마 처리장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 동축라인이 동축변화기 및 도파관을 개재하여 마이크로파 발생기에 접속되는 마이크로파 플라즈마 처리장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 도파관에, 임피던스 매칭을 조정하기 위한 튜너가 배설되는 마이크로파 플라즈마 처리장치.
  13. 제9항에 있어서, 상기 재치면이 반도체 웨이퍼를 지지하도록 형성되는 마이크로파 플라즈마 처리장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 가스공급수단이, 에칭가스 공급수단을 구비하는 마이크로파 플라즈마 처리장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 재치면에 RF 바이어스전위를 부여하는 수단을 또한 구비하고, 여기서 상기 재치면이 도전체로 이루어지는 마이크로파 플라즈마 처리장치.
  16. 제4항에 있어서, 상기 재치면을 냉각하기 위한 냉매통로가 상기 지지대내에 배설되는 마이크로파 플라즈마 처리장치.
  17. 제15항에 있어서, 상기 웨이퍼을 상기 재치면에 고정하기 위한 정전척수단이 상기 지지대 내에 배설되는 마이크로파 플라즈마 처리장치.
  18. 제13항에 있어서, 상기 지지대를 승강시키는 승강수단을 구비하는 마이크로파 플라즈마 처리장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 도전체로 이루어지는 재치면에 RF 바이어스전위를 부여하는 수단과, 상기 지지대 내에 배설되어 상기 재치면을 냉각하기 위한 냉매통로 및 상기 웨이퍼를 상기 재치면에 고정하기 위한 정전척수단을 구비하며, 상기 승강수단이 상기 쳄버를 관통하는 중공 승강로드를 구비하고, 상기 방이어스전위 부여수단, 냉매통로, 및 정전척수단이, 상기 로드 내를 통과하여 상기 쳄버 밖의 관련하는 부재와 연이어 제휴하는 마이크로파 플라즈마 처리장치.
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