KR0127663B1 - 플라즈마발생장치 및 플라즈마발생방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 플라즈마의 치우침을 작게 하고, 이로서 피처리재의 대전을 억제하는 플라즈마발생장치 및 플라즈마발생방법을 제공하는 것을 목적으로 한 것으로서, 그 구성에 있어서, 처리챔버(1) 내에 있어서 음극(16)위에 설치된 피처리재(반도체웨이퍼)(18)의 주면에 대해서 수직으로 고주파전계를 감압하에서 인가하고, 동시에 자게인가장치(8)에 의해 자계(12)를 인가해서, 마그네트론방전에 의해 플라즈마를 발생시킨다. 이때, 피처리재(18)의 주면위에 있어서 인접하는 자력선이 서로 평행하게 되지 않도록 자계(12)를 형성한다. 플라즈마속의 하전입자는, 피처리재(18)의 대전을 억제하도록, 각각 로오렌쯔힘을 받아서 발산방향(13)으로 드리프트하는 것을 특징으로 한다.

Description

플라즈마발생장치 및 플라즈마발생방법

제 1 도는 플라즈마에칭장치의 단면모식도를 표시하며, (a)는 종래의 에칭장치, (b)는 본 발명에 의한 에칭장치를 표시한 도면.

제 2 도는 웨이퍼상의 자계의 상태를 설명하기 위한 평면도.

제 3 도는 발산각에 의한 자계의 분포상태를 표시한 도면으로서, (a)는 발산각의 값이 정의 경우, (b)는 발산각의 값이 부의 경우를 표시한 도면.

제 4 도는 본 발명의 제 1 의 실시예에 관한 플라즈마처리장치의 정면단면구조도.

제 5 도는 제 1 도의 플라즈마처리장치의 평면단면구조도.

제 6 도는 본 발명의 제 2 실시에에 관한 플라즈마처리장치의 평면단면구조도.

제 7 도는 본 발명의 제 3의 실시예에 관한 마그네트론에칭장치의 정면단면구조도.

제 8 도는 본 발명에 있어서의 자장구배를 형성하기 위한 자석의 제 1 구성예를 표시한 개략사시도 및 그 개략평면도.

제 9 도는 동자석의 제 2 구성예를 표시한 개략평면도 및 그 개략사시도.

제 10 도는 동자석의 제 3 구성예를 표시한 개략사시도.

제 11 도는 동자석의 제 4 구성예를 표시한 개략사시도.

제 12 도는 동자석의 제 5 구성예를 표시한 개략사시도.

제 13 도는 동자석의 제 6 구성에를 표시한 개략사시도.

제 14 도는 동자석의 제 7 구성예를 표시한 개략평면도 및 그 자장구배의 설명도.

제 15 도는 동자석의 제 8 구성예를 표시한 개략평면도.

제 16 도는 피처리기판과 자계와의 관계를 표시한 개략평면도.

제 17 도는 종래의 마그네트론 플라즈마에칭방법에 있어서의 플라즈마밀도, 에칭레이트, 전위의 관계를 표시한 그래프.

제 18 도는 본 발명의 실시에에 관한 마그네트론 플라즈마에칭방법에 있어서의 플라즈마밀도, 에칭레이트, 전위의 관계를 표시한 그래프.

제 19 도는 종래의 플라즈마장치의 정면단면구조도.

제 20 도는 제 19 도의 플라즈마처리장치의 평면단면구조도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 처리챔버 2 : 웨이퍼

3 : 자석 4 : 자계

5 : 전원 8 : 자계인가장치

9 : 전계 10,12,14 : 자계

11,13,15 : 로오렌쯔힘에 의한 하전입자의 드리프트방향

16 : 음극 17 : 양극

18 : 피처리재 21 : 처리챔버

22 : 상부전극 23 : 하부전극

26 : 정전처크 29 : 자석

29a : 자석본체 29b : 막대자석

29c : 전자석 29d : 서브전자석

38 : 자계 A : 피처리기판(반도체웨이퍼)

D : 로오렌쯔힘에 의한 하전입자의 드리프트방향

본 발명은, 박막형성이나 에칭 등에 응용되는 플라즈마발생장치 및 플라즈마발생방법에 관한 것이다.

최근, 플라즈마처리는, 반도체제조공정중에서도 미세가공이 필요하게 되는 제조공정에서 널리 이용되고 있다. 일반적으로, 플라즈마처리로 행하기 위한 장치로서, 예를 들면 원통형 플라즈마에칭장치, 평행평판형 플라즈마에칭장치, 마이크로파 플라즈마에칭장치 등이 알려져 있다. 또, 고주파전계와 자계에 의한 마그네트론방전(유자계플라즈마)에 의해서 처리가스를 플라즈마화하는 마그네트론에칭장치로 개발되어 있다. 마그네트론에칭장치에서는, 플라즈마에 자계를 인가하므로서 플라즈마의 발생효율을 높게 하고 있다.

이하, 도면을 참조하면서, 종래의 플라즈마처리장치 및 플라즈마처리방법의 일예에 대해서 설명한다.

제 19 도는 종래의 플라즈마처리장치의 정면단면구조를 표시한 것이고, 제 20 도는 그 평면단면구조를 표시한 것이다.

양도면에 있어서, (1)은 처리챔버, (16)은 양극, (18)은 피처리재, (5)는 전원, (6)은 가스도입구, (7)은 배기구, (8)은 자계인가장치이다.

이상의 구성의 플라즈마처리장치에 대해서, 이하 그 동작을 설명한다.

제 19 도에 표시된 바와 같이, 피처리재(18)은 음극(16) 위에 설치되어 있다. 음극(17)에 전원(5)이 접속되고, 양극(18)은 접지되어 있다. 처리챔버(1)에는 가스도입구(6)로부터 가스가 도입된다. 처리챔버(1)내의 압력은 배기구(7)를 통해서 배기하므로서 소망의 압력으로 제어된다. 이후, 음극(16)과 양극(17)와의 사이에 고주파전압을 전원(5)으로부터 인가하므로서 플라즈마를 발생시킨다. 이때, 자계인가장치(8)로부터 적어도 피처리재(18) 위에서 평행한 자계가 인가되어 있다. 한편, 음극(16)과 양극(17)과의 사이에는 전계(9)가 화살표방향으로 발생하고 있다.

이 모양을 제20도에서 보면, 자계인가장치(8)로부터, 적어도 피처리재(18) 위에 있어서 자력선이 서로 평행한 자계(10)가 인가되고 있다. 또, 음극(16)과 양극(17)과의 사이에 발생한 전계(9)는 제20도에 표시되지 않았으나, 동도면의 지면의 표면쪽에서 뒷면쪽을 향해서 발생하고 있다.

이 전계(9)와 자계(10)가 존재하면, 플라즈마속의 하전입자는 로오렌쯔힘을 받는다. 이 때문에 하전입자는 사이클로이드운동을 하면서 화살표(11)의 방향으로 드리프트한다. 이 드리프트에 의해, 하전입자의 충돌회수가 증가한다. 또, 가스의 전리도가 높아지고, 고효율의 플라즈마를 얻게 된다. 이 플라즈마에 피처리재(18)를 노출시키고, 플라즈마처리를 행한다.

그러나, 상기 종래의 구성에서는, 자계(10)가 피처리재(18) 위에 평행으로 인가되어 있기 때문에, 드리프트한 하전입자에 의해서 플라즈마밀도가 크게 치우친다. 즉, 제20도에 있어서 화살표(11)로 표시되는 방향, 즉 지면의 상부를 향해서 하전입자는 이동한다. 이 때문에 피처리재(18)의 양단부(지면상부와 하부)에, 각각 정,부로 분극한 대전영역이 발생한다. 이와 같은 대전영역은 피처리재(4)에 정전기에 의한 손상을 부여한다고 하는 문제점을 가지고 있었다. 예를 들면, 반도체장치의 제조공정에서는, 대전에 의해 반도체장치가 파괴되거나, 열화된다. 따라서, 고집직화가 진척된 반도체장치를 제조할 때 그 수율을 저하시킨다고 하는 문제점이 있었다.

상기 문제점을 해결하기 위하여, 자석을 회전시켜서 플라즈마밀도의 균일화를 도모하는 방법이 채용되고 있다. 그러나 이 방법에서도 자석의 순간의 정지 상태에서, 로오렌쯔힘에 의한 드리프트가 작용한다. 이 결과, 드리프트방향으로 하전입자가 이동하고, 플라즈마의 밀도가 불균일해진다. 플라즈마의 밀도가 불균일해지면, 피처리재의 면 내에서의 전위분포가 불균일해진다. 이와 같이 이 방법에서는 플라즈마의 밀도를 균일하게 할 수 없고, 상기의 문제점을 해결하는데는 미치지 못한다. 또, 다른 수단으로서, 손상을 주지 않는 정도까지 플라즈마밀도를 저하시키는 방법이 있으나, 이 방법에 있어서는 처리영역전체의 플라즈마밀도가 저하하기 때문에, 예를 들면 에칭장치에서는 에칭레이트(E/R)가 저하함과 동시에, 시스템효율이 저하한다.

본 발명의 목적은, 상기 문제점에 비추어, 플라즈마의 치우침을 작게 하고, 이로서 피처리재의 대전을 억제할 수 있는 플라즈마발생장치 및 플라즈마발생방법을 제공하는데 있다. 상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는, 플라즈마 속의 하전입자의 드리프트방향을 발산시키도록, 전계와 자계를 플라즈마공간에 인가하도록 하였다.

구체적으로 설명하면, 본 발명의 제 1 의 발명에 관한 플라즈마발생장치는, 감압을 유지하는 처리챔버내에 설치되고 또한 상호간의 공간에 플라즈마를 생성하도록 전계를 인가하기 위한 적어도 2개의 전극과, 상기 플라즈마 속의 하전입자가 각각 로오렌쯔힘을 받음으로서, 이 하전입자가 서로 평행하지 않는 방향으로 드리프트하도록 자계를 인가하기 위한 자계인가장치를 구비한 구성을 채용한 것이다.

본 발명의 제 2 의 발명에서는, 전계와 자계에 의한 마그네트론방전에 의해서 가스를 플라즈마화해서 플라즈마를 발생하는 장치에 있어서, 상기 전계와 교차하는 방향으로 자계를 형성하고, 이 자계에 자속밀도가 약해지는 구배의 공간을 형성하도록 하였다.

본 발명의 제 3 의 발명에 관한 플라즈마발생방법은, 감압공간에 플라즈마를 생성하도록 전계를 인가하고, 동시에 상기 플라즈마 속의 하전입자가 각각 로오렌쯔힘을 받게 되므로서 이 하전입자가 서로 평행하지 않는 방향으로 드리프트하도록 자계를 인가하도록 한 것이다.

본 발명의 제 4 의 발명에 관한 플라즈마발생방법에서는, 전계와 교차하는 방향으로 자계를 형성하고, 이 자계에 자속밀도가 약해지는 구배의 공간을 형성하도록 하였다.

본 발명에 의하면, 플라즈마속의 하전입자의 드리프트의 방향을 종래와 같이 일방향이 아니게, 발산시키는 것이 가능해지고, 플라즈마의 치우침을 적게 할 수 있다. 즉, 플라즈마밀도가 균일화되므로서, 피처리재로의 대전이 적어지고, 정전기에 의한 손상이 저감된다.

이하, 본 발명의 실시에에 관한 플라즈마처리장치 및 플라즈마처리방법에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.

제 1 도에 플라즈마에칭장치의 단면모식도를 표시한다. 제 1 도(a)는 종래의 에칭장치이고, 제 1 도(b)는 본 발명에 의한 에칭장치이다. (1)은 챔버, (2)는 피처리기판인 웨이퍼, (3)은 자석, (4)는 자석(3)에 의해서 발생되는 챔버(1) 내에서의 자계의 방향과 자계의 분포상태를 표시한다. 도면속의 화살표는 자계(4)의 방향이고 그 길이가 자속밀도의 강도를 표시하고 있다. 제 1 도(b)에서는 모든 자계(4)가 웨이퍼(2) 평면에 병행하고, 거의 동일 자속밀도에서 분포하고 있다. 이에 대해서 제 1 도(a)에서는 웨이퍼(2)의 중심부근의 자계(4)는 거의 웨이퍼(2)와 병행하고, 그 자속밀도는 작지만, 웨이퍼(2)의 좌측에서는 자계(4)의 자속밀도는 강하나 웨이퍼(2) 표면으로부터 떨어지는데 따라서 비스듬한 방향(발산방향)으로 자계(4)가 만곡되어 있다. 마찬가지로 웨이퍼(2)의 우측에서는, 자계(4)의 자속밀도가 강하고, 비스듬한 방향(수속방향)으로 만곡되어 있다.

여기서 웨이퍼(2)에 대해서 수평으로 작용하는 자계(4)에서, 웨이퍼(2)의 중심부의 자속밀도에 대한 주변부의 자속밀도의 비를 미러비로 정의하면, 제 1 도(a)의 미러비는 제 1 도(b)의 그것보다 크다. 제 1 도(b)의 상태는 미러비가 1이다. 이 미러비는 웨이퍼(2)에 작용하는 자계(4)의 2개의 자석(3)방향(N-S)에의 에칭시에 있어서의 웨이퍼(2)의 차아지업에 영향한다. 에칭시의 차아지업은 웨이퍼(2) 위에 형성된 절연막을 대전시킨다.

이 때문에 예를 들면 EEPROM 소자를 형성한 웨이퍼에서는, 그 소자의 플랫밴드 특성이 시프트해 버린다. 그래서 미러비를 변화시키므로서, 이 플랫밴드특성이 -0.5V~+0.5V의 범위밖에까지 시프트하는 비율(차아지업량)을 조사하였다. 이때의 에칭조건은, 압력 400mTorr, RF 전력 1000W, 가스 CHF₃, 가스유량 50sccm에서 행하였다. 이때, 웨이퍼(2)의 중심부에서의 자속밀도는 120~240 가우스이다. 미러비가 2.4일 때, 약 70%의 차아지업량이고, 또 미러비가 1.85일 때에는 약 23%의 차아지업량이 발생하였다. 금회의 실험에서 미러비를 약 1.0~1.5의 범위로 설정하면 웨이퍼(2)의 2개의 자석(3) 방향의 차아지업을 없게 할 수 있는 것을 발견하였다. 이것은 미러비를 1에 가깝게 하면, 웨이퍼(2) 면위의 자계(4)뿐 아니라 플라즈마방전공간 위의 자계(4)의 형상이 수평에 가까워지고 균일한 플라즈마가 형성되기 때문이다.

다음에, 웨이퍼(2)의 2개의 자석(3) 방향과 수직의 방향에 있어서의 차아지업은 자계(4)의 발산각에 기인하고 있다. 이것에 대해서 이하에 상세히 설명한다.

제 2 도에 웨이퍼(2) 위의 자계(4)의 상태를 설명하기 위한 평면도를 표시한다. 도면속의 화살표는 자계(4)의 방향이고 그 길이가 자속밀도의 강도를 표시하고 있다. 자계(4)는 전계와 교차하는 방향으로 형성되어 있다. 웨이퍼(2)의 우측에 작용하고 있는 자계(4)의 화살표에 있어서, 2개의 자석(3)을 연결하는 방향(N-S)을 X축으로 하고, 그것에 수직인 방향(E-W)의 그것을 Y축으로 하면, 그 화살표의 X축에로의 투영(投影)길이를 B_X, Y축에로의 그것을 B_Y로 하면, 그들에 의해서 형성되는 각도 θ를 발산각이라 정의한다.

즉 발산각 θ=tan^-1(B_Y/B_X)로 표시된다. 환언하면 자계(4)에 그 자속밀도가 작아지는 구배를 부여한 공간을 웨이퍼(2) 위에 실현하고, 그것에 의해 발산각 θ의 자계(4)가 발생한다.

제 3 도는 발산각이 정 혹은 부의 값의 경우에서의 자계의 분포상태를 표시한다. 제 3 도(a)는 발산각이 정의 경우도, 자계(4)는 N-S방향으로 발생하고, 도면상 오목형상으로 분포되어 있다. 한편 제 3 도(b)는 부의 경우로, 자계(4)는 N-S방향으로 발생하고, 도면상 볼록형상으로 분포하고 있다. 발산각이 부의 경우에 전계로 교차하는 방향으로 자계(4)는 형성되어 있으므로 자속밀도가 강하게 되는 구배가 되는 공간을 형성하게 되어, E-W방향에 있어서 차아지업량이 증대한다. 차아지업량을 감소시키기 위해 발산각을 정으로 할 필요가 있다. 상기의 미러비 의존성을 조사하는 조건에서, 발산각을 변화시킬 경우, 발산각이 0°의 경우, 차아지업량은 58%이었다. 또 발산각을 3.8°로 하므로서 차아지업량을 5%로 할 수 있었다. 이 결과, 발산각을 약 1°~89°의 범위로 설정하므로서 웨이퍼(2)의 E-W방향에 발생하는 차아지업을 없게 할 수 있는 것을 발견하였다.

[제 1 의 실시예]

제 4 도는 본 발명의 제 1 의 실시예에 관한 플라즈마처리장치의 정면단면구조를 표시한 것이고, 제 5 도는 그 평면단면구조를 표시한 것이다.

제 4 도 및 제 5 도에 있어서, (2)은 처리챔버, (16)은 음극, (17)은 양극, (18)는 피처리재, (5)는 전원, (6)은 가스도입구, (7)은 배기구, (8)은 자계인가 장치, (9)는 전계, (12)는 자계, (13)은 하전입자의 드리프트 방향을 표시한 화살표이다.

본 실시예의 플라즈마처리장치에 대해서, 이하 그 동작을 설명한다.

제 4 도에 표시한 바와 같이, 피처리재(18)는 음극(2) 위에 설치되어 있다. 가스도입구(6)로부터 처리챔버(1)에 도입하는 처리가스는, 예를 들면 CHF₃가스를 50sccm으로 한다. 처리챔버(1)의 압력은, 배기구(7)로부터 처리챔버(1)내를 배기하므로서 예를 들면 5Pa의 압력으로 감압제어되어 있다. 음극(16)과 양극(17)과의 사이에, 전원(5)으로부터 예를 들면 13.56MHz, 800W의 고주파전력을 공급한다. 이에 의해서 처리챔버(1)내에 플라즈마가 발생한다.

또, 제 5 도에 표시한 바와 같이 자계인가장치(8)로부터, 피처리재(18)의 주면위에 있어서 인접하는 자력선의 방향이 서로 평행하게 되지 않도록 자계(12)가 인가되어 있다. 즉, 피처리재(18)의 일단부(제5도에 있어서 지면의 하부)로부터 자계(12)의 자력선이 방사상으로 발생되어 있다. 지면하부에 자석이 놓인 경우에, 이와 같은 자력선형상이 된다. 그 자석은 지면하부의 중앙으로부터 좌에 N극이 있고, 우에 S극이 있다. 이 때문에 피처리재(18) 위에서는 자력선은 결코 평행으로는 되지 않는다. 이때, 전계(9)는, 제 4 도에서는 양극(17)으로부터 음극(16)을 향해서 발생하고 있다. 제 5 도에서는, 지면표면쪽으로부터 지면뒷쪽을 향해서 전계(9)가 인가되어 있다.

이 전계(9)와 자계(12)에 의해, 플라즈마속의 하전입자는 로오렌쯔힘을 받는다. 로오렌쯔힘을 받은 하전입자는, 사이클로이드운동을 하면서 화살표(13)의 방향으로 드리프트한다.

본 실시예에서는, 피처리재(18)의 한쪽 끝으로부터 대향끝을 향해서 하전입자의 드리프트의 방향이 발산되도록 자계(12)가 인가되어 있다. 이 드리프트에 의해, 하전입자의 충돌회수가 증가하고, 전리도가 높아지며, 고효율의 플라즈마를 얻게 된다. 이 플라즈마에 피처리재(4)를 노출하고, 플라즈마처리를 실시한다.

또한, 하전입자의 드리프트의 방향은 제 2 도의 화살표(13)에 표시한 바와 같이 발산하고 있으므로, 평행한 자계를 인가하는 종래의 경우와 비교해서 플라즈마의 치우침이 적어진다. 이 때문에, 반도체장치 등의 대전에 의한 파괴를 방지할 수 있다.

[제 2 의 실시예]

제 6 도는 본 발명의 제 2 실시예에 관한 플라즈마처리장치의 평면단면구조를 표시한 것이다. 정면단면구조는, 제 1 의 실시예에서 설명한 제 4 도와 동일하다.

제 1의 실시예와 다른 것은, 자계인가장치(8)에 의해서 생성되는 자계(14)의 방향이다. 즉, 자계(14)는, 피처리재(18)의 대략 중심을 통하는 직선으로부터 이 피처리재(18)의 바깥쪽을 향하는데 따라서 서서히 만곡된 자력선형상을 하고 있다. 제 6 도에서는, 피처리재(18)의 대략 중심을 통하는 직선은 지면의 좌우 방향이다. 지면우측에 자석의 S극, 좌측의 N극이 놓인 경우에, 이와 같은 자력선 형상이 된다. 이 때문에 하전입자의 드리프트의 방향은, 화살표(15)에서 표시한 바와 같이, 피처리재(18)의 중심보다 하부에 있는 하전입자가 피처리재(18)의 끝(지면상부)을 향해서 발산해 가는 방향이 된다. 단 본 실시예의 경우의 자계(14)는, 처리챔버(1) 내에서의 분포가 제 3도의 평면위에서 상하좌우로 대칭이 되도록 인가되어 있다.

본 실시예에 의하면, 하전입자의 드리프트의 방향은 제 6 도의 화살표(15)에 표시한 바와 같이 발산되고 있으므로, 평행한 자계를 인가하는 종래의 경우와 비교해서 플라즈마의 치우침이 적어지고, 반도체장치 등의 대전에 의한 파괴를 방지할 수 있다. 또한, 자계(14)의 분포가 제 6 도에 표시한 평면의 상하좌우로 대칭이기 때문에, 피처리재(18)가 원판형상인 경우는, 자계(14)의 인가방향을 회전시키므로서 플라즈마처리의 균일성을 향상할 수 있다.

[제 3 의 실시예]

제 7 도는, 본 발명을 플라즈마에칭에 적용한 제 3 의 실시예에 관한 마그네트론에칭장치의 정면단면구조를 표시한 것이다.

이 마그네트론에칭장치(30)는, 밀폐의 처리챔버(21)와, 이 처리챔버(21) 내의 예를 들면 상하방향으로 떨어져서 대향배치되는 1쌍의 상부전극(22) 및 하부전극(23)과, 예를 들면 상부전극(22)의 위쪽에 있어서 처리챔버(21)의 밖에 회전가능하게 배설된 자계인가장치로서의 자석(29)(영구자석이거나, 전자석이라도 좋다)과, 상부전극(22)과 하부전극(23)과의 사이에 고주파전력을 공급하도록 예를 들면 하부전극(23)에 고주파전류를 부여하기 위한 고주파전원(32)으로 주요부가 구성되어 있다.

처리챔버(21)는, 그 속에서 물체 예를 들면, 피처리기판인 반도체웨이퍼A(이하, 단지 웨이퍼라고 함)를 에칭처리하기 위한 것으로, 그 측방하부에 형성된 배기구(31)에 접속하는 배기수단(진공펌프)(25)에 의해 배기하므로서, 그 속이 진공으로 유지되어 있다. 이 처리챔버(21)에 배설되는 하부전극(23)과 처리챔버(21)의 측벽과의 사이는, 절연부재(34)에 의해 절연되어 있다. 하부전극(23)은 그 상부중앙에 원판형상의 서셉터(24)를 가지고, 이 서셉터(24) 위에 웨이퍼A가 지지된다. 또한, 이 웨이퍼A를 확실하게 서셉터(24)위에 지지하기 위해, 처크기구, 예를 들면 정전처크(26)을 서셉터(24) 위에 설치해서 웨이퍼A를 흡착유지하고 있다.

상부전극(22)의 내부에는 서셉터(24)에 대향하도록 원판형상의 공간(27)이 형성되어 있고, 이 공간(27)에 연통해서 처리챔버(21)내를 향하는 다수의 가스확산구멍(28)이 형성되어 있다. 그리고, 공간(27)으로 연통하는 가스공급로(39)에 접속하는 가스도입관(35)에 매소플로제어기(36)를 개재해서 처리가스공급원(37)이 접속되어, 처리가스공급원(37)으로부터 공급되는 처리가스(예를 들면 100sccm의 CHF₃등)가 공간(27) 및 확산구멍(28)을 개재해서 처리챔버(21) 내로 도입되도록 되어 있다. 또한 필요에 따라서 처리가스를 상온이상으로 가열하는 수단을 형성, 이 가열수단을 통해서 처리가스를 공급해도 된다.

하부전극(23)에는, 웨이퍼A의 온도를 소망온도(예를 들면 -100℃~+200℃)로 설정할 수 있는 온도조절기구(도시 생략)가 설치되어 있다. 또, 하부전극(23)에는 콘덴서(33)를 개재해서 고주파전원(32)이 접속되어 있고, 이 고주파전원(32)의 일단부는 접지되어 있다. 그리고, 이 고주파전원(32)으로부터 상부전극(22)과 하부전극(23)과의 사이에, 고주파전력, 예를 들면 13.56MHz의 전력이 공급된다.

처리챔버(21)밖에 있어서 상부전극(22)의 위쪽에 설치되는 상기 자석(29)은, 웨이퍼A의 표면방향의 자계를 형성하기 위한 자석이다. 이 자석(29)은 모터 등의 구동기구(도시 않음)에 의해 소망의 회전속도에서 회전되고, 이에 의해 웨이퍼A에 인가되는 전계와 교차되는 방향의 자계가 형성된다.

이상과 같이 구성된 장치에 의해서 웨이퍼A의 에칭처리를 행하기 위해서는, 먼저 처리챔버(21) 내에 도시하지 않은 예비실로부터 로우드록챔버를 개재해서 웨이퍼A를 반입하고 이 웨이퍼A를 정전처크(26)위에 위치결정해서 흡착시킨다. 그후, 처리챔버(21)내를 배기구(31)로부터 진공펌프(25)에 의해 배기하고, 진공도를 예로 들면 5Pa로 한다.

다음에, 공간(27)으로부터 확산구멍(28)을 개재해서 처리가스를 공급한다. 상부전극(22)과 하부전극(23)과의 사이에 고주파전원(32)에 의해 고주파전력을 공급하면, 웨이퍼A의 표면에 대해서 수직의 전계가 발생한다. 이때 동시에, 자석(29)에 의해서 상부전극(22)과 하부전극(23)과의 사이의 공간에 자계가 인가되므로, 웨이퍼A의 표면에는 수평한 자계(38)와, 이 자계(38)에 교차하는 전계가 형성되고, 마그네트론방전에 의해 유자계플라즈마가 발생하고, 이 플라즈마에 의해 웨이퍼A의 에칭이 행하여진다.

또한, 상기 자석(29)에 의해 형성되는 자계(38)의 자속밀도, 즉 자정분포에 구배(이하, 자장구배라고 함)를 가지게 하고, 이 자장구배를 가진 공간에 웨이퍼A를 설치하고 있다. 이에 의해, 뒤에 상술하는 바와 같이 웨이퍼A 표면의 차아지업을 방지 또는 억제할 수 있다.

이하, 자장구배를 형성하기 위한 8개의 구체적수단에 대해서 설명한다.

제 8 도(a),(b)에는, 자장구배를 형성하기 위한 자석(29)의 제 1 구성예의 개략평면도 및 그 개략사시도가 표시되어 있다. 이 제 1 구성예는, 웨이퍼A의 축방에 자석(29)을 배설해서 자장구배를 형성하도록 한 것이다. 즉, 처리챔버(21)의 측방에 자석(29)을 배설하므로서, 제 8 도(b)에 표시한 바와 같이, 로오렌쯔힘에 의한 드리프트의 방향 D로 순차 약해지는 자장구배를 형성해서, 플라즈마밀도의 균일화를 도모하도록 한 것이다.

제 9 도(a),(b)에는, 자장구배를 형성하기 위한 자석(29)의 제 2구성예의 개략사시도 및 그 개략평면도가 표시되어 있다. 이 제 2 구성예는, 처리챔버(21)내에 있어서의 웨이퍼A의 좌우측쪽에 있어서 경사된쪽 위치에 N극과 S극을 대향배치한 내자형자석(29)의 구성을 채용한 것이다. 즉, 웨이퍼A의 외주원과 거의 상사형의 곡면을 가진 처리챔버(21)의 측벽내면에, 마찬가지로 상사형의 곡면을 가진 자석(29)의 N극과 S극을 배설함과 동시에, 이 N극과 S극을 로오렌쯔힘에 의한 드리프트의 방향 D와는 반대쪽에 배설하므로서, 플라즈마밀도의 균일화를 도모하도록 한 것이다.

제10도에는, 자장구배를 형성하기 위한 자석(29)의 제 3 구성예의 개략사시도가 표시되어 있다. 이 제 3 구성예는, 자석(29)을 웨이퍼A의 위쪽에 있어서, 로오렌쯔힘에 의한 드리프트의 방향 D와는 반대쪽에 웨이퍼A의 중심으로부터 머리해서 배설하므로서, 자장구배를 형성하는 것이다. 이와 같이 자석(29)을 웨이퍼A의 바로 위로부터 떨어져서 배설함으로서, 플라즈마밀도가 진한 부분에 약한자계(38a)가 인가되고, 반대로 플라즈마밀도가 적은 부분에 강한 자계(38b)가 인가되므로, 웨이퍼A표면의 플라즈마밀도가 균일하게 된다.

제11도에는, 자장구배를 형성하기 위한 자석(29)의 제 4 구성예의 개략사시도가 표시되어 있다. 이 제 4 구성에는, 자석(29) 자체의 자력에 변화를 가지게 해서 자장구배를 형성하도록 한 것이다. 즉, 웨이퍼A의 위쪽에 배설되는 자석본체(29a)의 상부면에, 그 자석본체(29a)의 자화방향과 동일 및 반대의 자화방향을 가진 복수의 자계제어용 막대자석(29b)을 재치하므로서, 자석(29) 전체의 자속밀도에 구배를 가지도록 한 것이다. 예를 들면, 제11도에 표시한 바와 같이, 자속본체(29a)의 상부면에 있어서, 로오렌쯔힘에 의한 드리프트의 방향 D쪽의 끝부분에 자석본체(29a)의 자화방향과는 반대의 자화방향을 가진 3개의 막대자석(29b)을 배설하고, 그 3개의 막대자석의 이웃에 마찬가지의 자화방향을 가진 2개의 막대자석(29b)을 배설하고, 그 2개의 막대자석의 이웃에 반대의 자화방향을 가진 2개의 막대자석(296)를 배설하고, 그리고 그 2개의 막대자석의 이웃에 마찬가지의 자화방향을 가진 3개의 막대자석(29b)을 배설한다. 이에 의해, 로오렌즈힘에 의한 드리프트의 방향 D쪽으로 약한 자계(38a)가 인가하고, 반대쪽에 강한 자계(38b)를 인가해서, 플라즈마의, 균일화를 도모할 수 있다. 또한 자속본체(29a)의 중심을 경계로 해서 자화방향이 서로 빈대의 막대자석(29b)을 배열하는 것이라면, 이 막대자석(29b)의 수는 임의로 선정할 수 있다.

제12도에는, 자장구배를 형성하기 위한 자석(29)의 제 5 구성예의 개략사시도가 표시되어 있다. 이 제 5 구성예는, 자석(29)을 웨이퍼A 표면의 평행면에 대해서 소정의 각도 θ만큼 경사시켜, 즉 로오렌쯔힘에 의한 드리프트의 방향 D쪽을 위쪽으로 들어올리듯이 경사시켜서 배설하므로서, 자장구배를 형성한 것이다. 이와 같이 자석(29)을 웨이퍼A 표면의 평행면에 대해서 경사시키므로서, 웨이퍼A 표면위에는 D 방향으로 볼록하게 만곡한 자력선분포를 얻게 된다. 이 때문에 웨이퍼A 표면에서, 하전입자의 드리프트 방향 D가 발산한다. 즉, 플라즈마밀도가 진한 부분에 약한 자계(38a)를 인가되고, 반대로 플라즈마밀도가 적은 부분에 강한자계(38b)가 인가되므로서 웨이퍼A 표면의 플라즈마밀도가 균일하게 된다.

제13도에는, 자장구배를 형성하기 위한 자석(29)의 제 6 구성예의 개략사시도가 표시되어 있다. 이 제 6 구성예는 자석(29) 자체의 볼륨에 변화를 가지게 해서 자장구배를 형성하도록 한 것이다. 즉, 로오렌쯔힘에 의한 드리프트의 방향 D쪽을 향해서 점차 속두께를 얇게한 자석(29)을 웨이퍼A의 위쪽에 배설하므로서, 드리프트 방향 D쪽으로 약한 자계(38a)를 인가하고, 반대쪽에 강한 자계(38b)를 인가해서 플라즈마의 균일화를 도모하도록 한 것이다.

제 14도(a),(b)에는, 자장구배를 형성하기 위한 자석(29)의 제 7 구성예의 개략평면도 및 그 자장구배의 설명도가 표시되어 있다. 이 제 7 구성예는, 전자석을 사용해서 자장구배를 형성하도록 한 것이다. 즉, 웨이퍼A의 바깥쪽의 4주 방향으로 각각 짝을 이루는 2조의 전자석(29c)을 배설하고, 각 조의 전자석(29c)의 끝부분 배면쪽에 각각 서브전자석(29d)을 배설하므로서, 서브전자석(29d)을 배설한 쪽의 자계를 강하게 해서, 자장구배를 가지도록 한 것이다(제14도(b) 참조). 이 경우, 전자석(29c), 서브전자석(29d)은 고정해도 좋으나, 이들을 회전시키므로서, 보다 한층 플라즈마밀도의 균일화를 도모할 수가 있다.

제15도(a),(b)에는, 자장구배를 형성하기 위한 자석(29)의 제 8 구성예의 개략평면도가 표시되어 있다. 제 8 구성예는, 제 7구성예와 마찬가지로 전자석을 사용해서 자장구배를 형성하도록 한 것으로, 웨이퍼A의 바깥쪽의 4주방향으로 전자석(29c)을 배설하고, 인접하는 2개의 전자석(29c)에 반대방향의 전류를 흐르게 해서 자장구배를 형성함과 동시에, 순차 전자석(29c)을 전기적으로 절환(제15도(b) 참조). 즉 인접하는 2개의 전자석(29c)을 ON으로 한 경우는 나머지 2개의 전자석(29c)를 OFF로 해서 플라즈마밀도를 균일하게 하도록 한 것이다.

다음에, 상술한 구체적 수단을 사용해서 자장구배를 가지게 한 본 발명의 실시예에 관한 플라즈마에칭방법과, 종래의 플라즈마에칭방법과의 비교를 제16도~제18도를 참조해서 설명한다. 제16도는 피처리기판인 웨이퍼A와 자계(38)와의 관계를 표시한 개략평면도로서, 이 제16도에 있어서의 자계(38)와 직교하는 단면(X-X 단면, P-Q면)에 있어서의 플라즈마밀도, 에칭레이트(E/R), 전위(V_DC)의 관계를 표시한 그래프는 종래의 방법에서는 제17도에 표시한 바와 같이 되고, 본 발명의 방법에서는 제18도에 표시한 바와 같이 된다.

제17도에 표시한 바와 같이, 종래의 방법에 의하면, 제16도 속에 표시한 로오렌쯔힘 F에 기인해서, 웨이퍼 A의 P-Q면위의 플라즈마밀도와 에칭레이트(E/R)는 P에서 Q를 향해서 감소하고, 전위(V_DC)는 반대로 증대하므로, 플라즈마밀도가 불균일해짐과 동시에 전위(V_DC)가 불균일하게 되어, 웨이퍼A의 게이트산화막의 절연파괴를 초래한다고 하는 문제가 있다. 또, 전위(V_DC)가 웨이퍼A 면내에서 구배를 가지기 때문에 웨이퍼A 면내에서 이온시스도 경사를 가진다고 생각되어, 이온은 시스에 대해서 직교방향으로 진행되는 관계상, 에칭형상이 굽어진다고 하는 문제도 있다.

이에 대해서, 본 발명의 실시예에 관한 방법에 의하면, 제18도에 표시한 바와 같이, 웨이퍼 A의 P-Q면위의 플라즈마밀도, 에칭레이트(E/R) 및 전위(V_DC)가 어느 것이나 거의 균일해지기 때문에, 웨이퍼A의 게이트산화막의 절연파괴를 방지할 수가 있다. 또, 이온시스가 균일화되므로, 에칭형상이 한쪽으로 굽어진다고 하는 문제도 해소할 수가 있다. 이에 의해, 8인치 웨이퍼뿐만 아니라, 금후의 대구경화에 대해서도 가공형상을 웨이퍼A 면내에서 갖추는 것이 용이해진다.

이상과 같이, 제 3 의 실시예에 의하면, 고주파전계와 자계에 의한 마그네트론방전에 의해서 처리가스를 플라즈마화하고, 웨이퍼A의 에칭을 행할 때, 고주파전계와 교차하는 방향으로 인가되는 자석(29)의 자계(38)에 대해서 로오렌쯔힘에 의한 드리프트 방향 D의 자속밀도가 약해지는 구배를 부여한다. 이에 의해 플라즈마밀도가 균일하게 되므로, 에칭레이트를 저하시키는 일없이 에칭처리의 균일화를 도모할 수가 있다. 또한, 자석(29)은, 웨이퍼A의 뒷면쪽에 형성해도, 또 표면쪽과 뒷면쪽의 쌍방에 형성해도 좋고, 플라즈마공간에 자장구배를 형성하면 된다. 따라서, 자석(29)의 위치에 한정되지 않고 웨이퍼A를 비스듬히 설치해도, 또 웨이퍼A의 위치를 바꾸어도 된다. 즉 웨이퍼A와 자석(29)의 위치관계를 상대적으로 설정하면 된다.

또, 상기 제 3 의 실시예에서는 본 발명을 플라즈마에칭에 적용한 경우에 대해서 구체적으로 설명하였으나, 본 발명은 마그네트론플라즈마를 발생하는 모든 경우에 적용가능하다. 예를 들면 스퍼터링장치, 플라즈마 CVD장치, 이온원, 전자비임원,

Claims (4)

1. 감압을 유지하는 처리챔버 내에 설치되고 또한 상호간의 공간에 플라즈마를 생성하도록 전계를 인가하기 위한 적어도 2개의 전극과, 상기 플라즈마속의 하전입자가 각각 로오렌쯔힘을 받으므로서 상기 하전입자가 서로 평행하지 않는 방향으로 드리프트하도록 자계를 인가하기 위한 자계인가장치를 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마발생장치.
2. 전계와 자계에 의한 마그네트론방전에 의해서 가스를 플라즈마화해서 플라즈마를 발생하는 장치에 있어서, 상기 전계와 교차하는 방향으로 자계를 형성하고, 이 자계에 자속밀도가 약해지는 구배의 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마발생장치.
3. 감압공간에 플라즈마를 생성하도록 전계를 인가하고, 동시에 상기 플라즈마 속의 하전입자가 각각 로오렌쯔힘을 받으므로서 이 하전입자가 서로 평행하지 않는 방향으로 드리프트하도록 자계를 인가하는 것을 특징으로 하는 플라즈마발생방법.
4. 전계와 교차하는 방향으로 자계를 형성하고, 이 자계에 자속밀도가 약해지는 구배의 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마발생방법.