KR100231221B1 - 고밀도 플라즈마 증착 및 에칭 장치 - Google Patents

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Abstract

고밀도 이온화된 플라즈마는 챔버의 폐쇄된 끝으로부터 떨어져 더 작은 각도로 또는 수직으로 소스(source) 챔버의 중앙축을 가로막는 평면상에 위치된 단일 루프(loop) 안테나(12')를 사용한 소스 챔버(10')안에서 발생된다. 세로 방향의 자장으로 불활성 또는 리액티브(reactive)가스를 소스 챔버내로 주입하여 5 내지 30MHz의 RF 에너지를 갖는 안테나의 여기는 M=0 여기 모드 또는 M=0 과 M=1 모드의 성분을 설정한다. 발생된 저주파 휘슬파는 일정한 고밀도 플라즈마와 높은 플라즈마 전류를 발생한다. 안정된 모양이거나 시간 조절된 자장이 에칭, 증착되거나 산란되도록 기판에서 플라즈마의 분배와 불균일성을 촉진하는 공정 챔버 구조와 조합되어 이렇게 정의된 플라즈마 소스가 사용된다.

Description

[발명의 명칭]
고밀도 플라즈마 증착 및 에칭 장치
[관련 출원]
본원은 1989년 6월 13일자로 출원된 미국 특허원 제07/365, 533호(1991년 2월 5일자로 제4, 990, 299호로 허여되었음)의 일부계속 출원이다.
[발명의 배경]
[발명의 분야 ]
본 발명은 기판상에 박막을 증착시키거나 기판으로부터 박막을 제거(에칭)시키기 위한 플라즈마 증착 또는 에칭 방법 및 장치에 관한 것이다.
[관련 기술의 설명]
[에칭]
기판으로부터 물질을 제거시키기 위해 화학적으로 활성인 원자 또는 이온을 이용하는 플라즈마 에칭 방법에 있다. 이러한 플라즈마 에칭은 반도체 집적 회로의 제조시에 중요한 기준이다. 그러나, 전자 사이클로트론 공진(ECR)을 이용하는 마이크로파 플라즈마가 출현하기 이전에는 종래의 플라즈마 에칭 기술에 의해 장치의 실장 밀도를 증가시키기 위한 요건을 만족하는 것은 곤란하였다. 상술하자면, 언더카팅(undercutting)없이 미세 패턴 에칭을 위한 요건 및 손상을 감소시키고 선택도를 높이기 위한 요건을 동시에 만족할 수는 없었다.
[증착]
대부분의 경우 기판상에 물질을 증착시키는데 가장 널리 이용되는 방법이 플라즈마 증강 화학 증착법이다. 통상의 CVD에서는 기판의 온도에 의해서 화학적 반응이 일어나는데, 대부분 800°이상의 고온에서 일어난다. 따라서 이러한 방법에서는 고온의 기판이 요구되므로, 여러 응용 분야 특히 마이크로 일렉트로닉스, 디스플레이 및 광 코팅등의 분야에서는 CVD방법을 사용할 수 없다. 플라즈마는 화학적 기체를 해리(dissocate) 및 활성화시켜 기판의 온도를 저감시키는 기능을 한다. 해리, 활성 및 이온화의 비는 플라즈마의 밀도에 비례한다. 그러므로 플라즈마의 밀도를 가능한한 높게 하는것이 중요하다.
[스퍼터링]
딱딱하거나 장식용 코팅 제조 및 유리 코팅과 같은 여러 응용분야에서 기판상에 물질을 증착시키는데 널리 사용되는 방법이 스퍼터링 방법이다. 일반적으로 스퍼터 목표물에서 플라즈마가 생성되며 스퍼터 목표물은 약 700V의 마이너스 전압으로 바이어스되어 있다. 일반적으로 아르곤인 플라즈마 이온이 표면에 충돌하고 상기 물질을 스퍼터시켜 중성원자로서 기판에 전달된다. 반응성 스퍼터 증착이라 불리는 과정중에 스퍼터된 원자와 화학적으로 반응시키기 위한 반응성 기체를 주(host) 기판에 도입시킬 수 있다. 비율이 종종 중요하므로 플라즈마의 밀도를 가능한한 높게 하는 것이 중요하다. 또한 반응성 기체의 이온화도 중요하며 기판 물질의 부근에서 플라즈마를 갖음으로써 이온화가 촉진된다. 스퍼터링은 또한 이온 또는 플라즈마 건(gun)으로 가속화되어 스퍼터 목표물에 충격을 가하는 이온에 의해 행해진다. 이러한 경우에, 목표물에 대한 바이어스 전압은 필요치 않다. 절연 물질을 스퍼터링하기 위해서는 스퍼터 목표물에 RF 바이어스 전압을 인가할 수 있다.
[종래 방법]
플라즈마 증착 및 에칭을 하기 위해 현재 널리 사용되는 두가지 방법이 있는데, 즉, 평행한 리액터(tractor) 및 ECR 플라즈마 증착 시스템이 있다.
[병렬 플레이트 리액터(다이오드)]
RF 다이오드는 디포지션 및 에칭 모두에 대하여 널리 이용되고 있으며, 챔맨에 의한 논문(1980 년 존 윌리 앤 선즈의 "글로우 방전 과정")에 자세히 설명되어 있다. 이는 한 전극이 용량성으로 연결되고 다른 전극이 접지되어 있으며13.56MHz에서의 RF를 이용한다. 시스템에서의 압력은 통상 1mtorr에서 1torr이며, 플라즈마 밀도는 통상 1010일렉트론/cc이다. 디포지션 또는 에칭 모두가 발생하는 비율은 디포짓하기 위한 CVD 프로세스에서나 또는 에칭하는데 이용되는 반응 가스의 밀도(압력)와 플라즈마의 밀도에 의존하게 된다.
에칭에 있어서, 방전을 지속하기 위해 필요한 높은 압력은 이온과 주변 가스간의 충돌이 발생하게 된다. 이것은 에칭 이온 또는 원자의 경로가 무작위로 되거나 또는 방향성이 없게 되어 마스크가 언더컷팅되게 한다. 이것은 동방성 에칭으로 불린다. 에칭 원자 또는 이온이 방향성이 되게 하여 직선의 이방성 에칭이 이루어질 수 있게 된다. RF 다이오드 방전에 사용되는 높은 압력에서, 이온은 이방성 에칭을 이루기 위해(수백 eV보다 큰)높은 에너지를 가질 필요가 있게 된다. 하지만. 이온의 높은 에너지는 기판, 박막(film) 물질 또는 포토레지스트에 손상을 일으킬 수 있다.
플라즈마는 캐소드를 충돌시키는 이온에 의해 방출된 2차 전자에 의해 지속된다. 이러한 전자는 통상 400∼1000V 인시스(sheath)양단의 전압 강하에 의해 가속된다 이러한 빠른 전자들은 고전압 시스 강하를 가지는 기판이 충돌할 수 있게 된다. 이 고전압은 기판 또는 박막 물질에 손상을 입히는 이온을 가속시킬 수 있다. 고전압 시스 강하를 일으키게 하는 고에너지 전자의 존재는 바람직하지 않다.
[전자 사이클로트론 동조 플라즈마]
전자 사이클로트론 동조를 활용하기 위해 875 가우스의 자기장과 2.45GHz의 마이크로파를 사용하는 것은 저압력에서의 고밀도 플라즈마의 발생을 허용하게 한다. 플라즈마 에칭에 대한 이러한 기술의 잇점은 스즈끼에 의해 1084년 NO. 10/11 볼륨 34에서 공개된 "마이크로파 플라즈마 에칭" 제목의 논문에 설명되어 있다. 낮은 가스 압력(.04∼.4Pa) 및 높은 플라즈마 밀도(1.7-7×1011일렉트론/㎤)에 따라, 높은 에칭 비율을 가진 이방성 에칭이 이루어질 수 있게 된다.
미국 특허 4, 101, 411에서 스즈끼는 ECR을 사용하는 플라즈마 에칭 장치를 설명하고 있으며, 미국 특허 4, 401, 054에서는 ECR을 활용하는 플라즈마 디포지션 장치를 설명하고 있다.
이 기술은 많은 점에서 병렬 플레이트 리액터에 대해 바람직하지만, 몇가지 제한을 가지게 된다. 필요한 자기장이 매우 높은데(1-2KG), 이는 상당한 전력을 소비하는 전자석이 이용되어야 하는 것을 의미한다. 어떤 구성의 단점이나 또는 1×1012일렉트론/㎤ 값과 다른 구성의 굴절에 의해 최대 밀도가 제한된다. 전원 공급 및 마이크로파를 발생하여 보내기 위한 하드웨어의 비용은 상당히 높다. 균일성(또는 플라즈마 프로파일의 쪽)은 매주 좋지 않다.
[발명의 요약]
본 발명은 저주파수 FR 휘슬러를 활용하여, 플라즈마 에칭, 디포지션 및 스퍼터링 장비에 이용하기 위한 고밀도의 플라즈마를 발생한다. 가스가 주입되는 소스 튜브와 관련하여, 자기장이 형성되는 중앙축을 따라 단일 루프 안테나가 중앙측과 황단으로 평행하게 위치되어 있다. 만일 단지 m=0 모드만을 여기시키길 바란다면 안테나 평면의 각은 90°이며, M=0 및 M=1 모드 양쪽의 성분을 여기시키길 바란다면 90°보다 작게된다. 상기 가스는 0.1mtorr 내지 200mtorr 의 압력에서 부식하지 않는 (noble) 또는 반응성 가스이다. 자기장 세기는 10 내지 1000가우스의 범위 내에 있으며, 안테나는 2 내지 50MHz 의 주파수 범위에서 100W 내지 5KW의 RF에너지로 구동된다. 상기 안테나는 가스 주입 단부로부터 축을 따라 충분한 거리에서 튜브 소스를 따라 위치되고, 다른 단부가 프로세스 챔버로 이끄는 오픈 출구 영역(open egress zone)을 규정하며, 단일 루프 안테나가 고밀도 및 고전류 플라즈마를 형성하도록 연결된 대단히 높은 유효파를 제공한다.
본 발명의 다른 특징에 따라서, 이 플라즈마 소스에 의해 발생된 플라즈마는 프로세스 챔버 벽으로부터 떨어진 플라즈마를 포함하기 위한 자기 버킷 시스템을 포함하는 프로세스 챔버에 공급된다. 상기 장치는 큰 원형 영역에 균일한 플라즈마 밀도를 조합으로 제공하여 큰 기판이 에칭될 수 있거나 처리될 수 있게 된다. 또 다른 특징은 재료의 표면이 처리되는데서 자기 첨점 존(magnetic cusp zone)이 형성되어, 그 위치에서 플라즈마를 균질되게 하고 더욱 균일하게 한다. 이러한 관점은 기판과 관련하는 자기 첨점 위치가 조절될 수 있어, 균일성을 증가시키고 기판 위치의 민감도를 줄이게된다.
더욱이, 자기장은 넓혀질 수 있게 되어, 넓은 영역에 디포지션이나 에칭을 허용하게 하고, 전류의 흐름이 하나 이상의 안테나를 가지는 시스템에서 안테나의 직렬 구동에 의하여 균일화될 수 있게 된다. 다른 특징은 큰 기판을 코팅 또는 에칭하기 위한 선형 병렬 장치(linear juxtaposition) 또는 정사각 또는 직사각 기판의 코딩 또는 에칭을 위한 하나 이상의 다중 기하학 영역을 사용하는 구성이 존재하는 것이다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명에 따라 구성된 플라즈마 소스의 RF 전류 흐름 및 동작 원리를 나타내는 개략도.
제2도는 제1도에서의 플라즈마 소스와 결합하여 플라즈마 디포지션 또는 에칭 장치의 기본 구성을 나타내는 개략도.
제3a도는 균일성 요구 조건이 중요한 플라즈마 소스 영역이 자기 버킷 영역에 연결되는 본 발명에 따른 시스템의 제2실시예를 나타내는 개략도.
제3b도는 제3a도의 라인 3A-3A를 따라 취해진 제3a도 장치의 평면도.
제4a도는 균일성이 요구되는 큰 직사각 영역에 디포지션 또는 에칭하기 위한 본 발명인 시스템의 제3실시예를 나타내는 사시도.
제4b도는 제4a도 라인 4A-4A를 따라 취해진 제4a도 장치의 평면도.
제5a도는 자기 첨점 필드를 제공하도록 기판 홀더의 평면부 뒤에 바닥 자석이 부가되어지며, 첨점의 평면부가 기판 홀더의 평면부와 동일하게 되는 본 발명에 따른 시스템의 또 다른 실시예를 나타내는 개략도.
제5b도는 제5a도의 라인 5A-5A를 따라 취해진 제5a도 장치의 평면도.
제6도는 스퍼터 디포지션에 대한 본 발명에 따른 시스템의 실시예를 나타내는 개략도.
제7도는 제1도에 설명된 플라즈마 소스를 소스 영역에서의 자기장 함수로 사용하여 제3a도의 예에 따른 기판의 위치에서 플라즈마 전류 밀도를 나타내는 그래프.
제8도는 제7도와 동일한 데이터의 그래프이지만 자기장이 낮은 0에서 160 가우스로 변화하는 기판 위치에서의 플라즈마 전류 밀도를 나타내기 위하여 자기장에 대한 선형 스케일로된 그래프.
제9도는 제1도에 설명된 플라즈마 소스를 2mtorr 의 가스 압력에서 소스에 대한 RF 출력의 함수로 사용하여 제3도에 설명된 바와 본 발명에 따라 기판 위치에서 전체 플라즈마 전류(또는 전체 자속)를 나타내는 그래프.
제10도는 제1도에 설명된 안테나를 가스 압력의 함수로 사용하여 제3a도에 설명된 본 발명에 따라 기판 위치에서 플라즈마 전류 밀도를 나타내는 그래프.
제11도는 아주 균일한 실질적인 폭을 나타내도록 위치의 함수로서 제1도의 플라즈마 소스(plasma source)와 제3a도에 설명된 본 발명에 따른 기판 위치에서의 플라즈마 전류 밀도를 나타내는 그래프.
[발명의 상세한 설명]
본 발명에 따른 장치의 관계와 주요한 소자의 간략화된 도면이 제1도에 나타나 있으며, 여기에서 고밀도 플라즈마가 중앙(여기에서는 수직)축 주변에 통상 원통형의 소스 튜브(10) 내에 발생되어지게 된다. 한 단부에서(여기서는 상부), 주입기(11)가 소스 튜브의 내부 볼륨으로 이온화될 가스를 공급하며, 이 가스는 소스 튜브(10)의 중간 영역을 에워싸는 외부 루프안테나 (12)에 의해 여기된다. 상기 안타네 루프(12)는 이 예에서, 중앙 축과 연관된 양 방향에 대하여 90°이하인 평면에 놓여있는 전체가 원형이 아닌 요소를 구비하고 있다. 여기에서 플라즈마의 진행 방향은 출구 구멍(13) 쪽으로 내려가고 있다. 안테나 루프(12)는 외부 콘덕터(14)에 결합된 대향 단부(opposite ends)와 동축 구동기이 중심 콘덕터(15)를 포함하며 상기 중심 콘덕터는 RF 에너지원에 의해 매칭 박스(18)를 통하여 에너지가 주입된다. 매싱 박스(18)에 있는 진공 가변 캐패시터(20, 21)쌍은 회로에 동조되도록 조절 가능하므로서 상기 안테나 부하와 매칭 박스(18)의 반응 부하가 대략 50오옴이 되어 반사 출력을 최소화 시킨다.
안테나 동조와 파형 스펙트럼은 플라즈마 필드(plasma field) 조건에 일치하도록 조정되며, 또한 소스 튜브(20) 주위에 적어도 하나의 자계 코일(22)에 의해 발생되는 내부 축 자계와 관련하여 매치되도록 조정된다.
매칭 조건은 산포도 관계식에 따라 표현되는 이론에 의해 다음과 같이 알 수 있다.
파형 결합을 효과있게 하고 mA/㎠으로 측정되는 높은 플라즈마 전류 밀도를 설정하기 위하여, 상기 안테나 루프(12)는 13.56MHz에서 가동되며 RF 에너지원(19)에 의해(100W 내지 5KW의 범위에서) 2.0KW의 RF 에너지로 가동된다. 코일(22)에 의해 설정되는 자계는 다른 유용한 응용에서는 10 내지 1000 가우스의 범위에 있다. 가스는 아르곤이며 상기 예에서는 약 1mtorr의 압력으로 유지된다. 그렇지만 아르곤과 같은 0 족 기체에 부가하여, SF6, 염소, 산소, 산소 혼합물과 같은 반응 기체는 비교적 유용한 결과를 냈다. 다른 변수가 적절히 고려된다면 0.1 내지 200mtorr 범위의 압력이 사용될 수 있다. 최대 가용 전력보다 낮은 5KW의 파워서플라이로서 상기 응용에 따라, 수백 와트의 실질적으로 더 낮은 레벨에 이용될 수 있다. 13.56MHz의 주파수가 많은 산업적인 소스에 가용할 지라도, 2MHz 내지 50MHz 범위가 유용하게 채택된다.
제1도에서, 안테나 루프(12)는 소스 튜브(10)의 세로측에 대해 90°로 도시되어 있다. 이 방향은 M=0 모드를 발생하며, 반면에 양쪽의 관점에서 90°각의 감소는 M=1 모드의 성분뿐만 아니라 M=0 모드의 성분도 받아들인다. 세로측에 대해 90°미만의 각도는 상응하는 더 긴 안테나 루프가 필요로 하며, 그래서 사용될 수 있는 각도는 약 45°로 실제제한을 받는다. 대부분이 방향(orientations)은 60° 내지 90°범위에 있는 것이 바람직하다. 루프(12)는 세로축에 대해 수직이거나 기울어져 있는 평면판(flat plane)내에 노출되어 있다. 이중 루프가 있고 다른 배치가 이루어져 있는 종래의 구성에서는 루프 위치가 헬리칼 파형 성질을 이루기 위해 헬리칼 경로가 묘사되어야 하는 것이 일반적으로 가정되었지만 이것은 본 발명의 효과에 대해 다음에 주어진 결과로서 논박된다. 그렇지만, 안테나 루프(12)는 플라즈마와 RF 에너지 사이에 발생하는 필요한 상호 작용에 있어서, 그리고 만족할 만한 분산 관계에 있어서 소스 튜브(10)의 밀폐된(가스 주입) 단부로부터 충분하게 공간이 주어져야 하는 것이 중요하며, 그래서 적당한 자극이 구현될 수 있으며 높은 밀도가 이루어질 수 있다. 그렇지만, 길이가 너무 길다면, 적당한 파형 수가 확립되지 않을 수 있다. 실제로는 직경 1" 내지 4" 그리고 길이가 8" 내지 9"인 소스 튜브(10)가 사용되어 안테나 루프는 밀폐된 단부(closed end)로부터 약 1/3 또는 그 이상 떨어져 있다.
상기 장치는 저주파 휘슬러 파형을 확립할 수 있지만, 파형 에너지-플라즈마 상호 작용의 메카니즘은 완전히 이해될 수 없다. 분산 관계에 따라 간단한 분석이 용이하지 않다. RF 필드에서 플라즈마 로드의 출현은 가스 밀도와 유전체 특성이 존재하는 파형수를 결정하는 선택적 상호 작용에 대해 적절한 조건하에서 상승한다는 것을 나타낸다. 그러므로 어떤 점에서는, 플라즈마 자체가 상호 작용에 대한 파장을 미리 결정하도록 나타나서, 안테나로부터 방사의 스펙트럼에 바깥쪽에, K2의 값이 플라즈마를 자극한다.
플라즈마에서 휘슬러파 전파 물리학은 다른 분야에서 연구되어 왔다. 원주 모양의 기하에서 이들 파형은 헬리콘파(helicon wave)라고 칭한다. 이 고전적 헬리콘 파는 Lehame 와 Thonemann 이 최초로 연구하였고, 다음의 식으로 표현된다.
여기서 E는 전계, B는 자계, l는 전류 밀도, Bo는 진공 자계, e는 전자의 전하, n는 플라즈마의 밀도, n는 플라즈마의 저항률이다.
첸(chen)의 유도식에 따라 Bexp(i(mθ+ks-wt)) 형태의 동요(perturbations)를 쉽게 찾을 수 있으며, n=0의 제한에서 상기 식은 다음과 같이 나타난다.
단,
는 파의 각 주파수,는 유전율, k는 파수(wave number)로서 2π/λ이며 λ는 파장이다. 상기 식은 원통 좌표계에서 풀어질 수 있으며, 분산 관계는 다음과 같다.
여기서 Jm은 제1차의 Bessel 함수, Jm 은 독립 변수에 대한 Jm의 도함수, a는 플라즈마 변경, T는 T2=α2-k2으로 정의되는 횡파수(transverse wave number)이다, m은 모드수로서형태의 동요 종속 변수 θ를 기술한다는 것을 기억한다는 것이 중요하다. 두 개의 최저 모드가 다음을 만족한다.
이것은 다음의 간단한 관계를 끌어낸다.
여기서 m=0모드에 대해
ωc= 싸이클로트론 각 주파수
ωp= 플라즈마 주파수
상기 유도식은 안테나에 의한 바람직한 모드의 자극인 것을 이해하는 것이 중요하다.
이해해야 하는 다른 중요한 메카니즘이 플라즈마에 의한 파의 감폭(damping)이다. Boswell 이 쓴 논문에서는 전자 충돌에 의한 파 댐핑은 실험적으로 관찰된 결과를 설명할 수 없었다. 그렇지만, 첸(chen)은 Landau 댐핑이 실험적으로 관찰되는 큰 댐핑에 책임이 있음을 결정했다. Landau 댐핑은 플라즈마에서 파의 충돌없는 댐핑인데 왜냐하면 파의 위상 속도와 비슷한 속도를 가지는 플라즈마에서 실행되기 때문이다. 이들 파로서의 입자 이동은 빠르게 변동하는 전계를 볼 수 없기 때문에 효과적으로 파의 에너지를 변화시킬 수 없다.
플라즈마에는 파보다 더 빠르거나 더 느린 전자들이 존재한다. 그렇지만, 맥스웰 분산에는, 빠른 전자들 보다는 느린 전자들이 존재하며 파에서 나오는 에너지를 취하는 입자들이 역으로 하는 것보다 더 많이 존재한다.
Landau 댐핑이 헬리콘 파에서 첸에 의해 계산되었기 때문에 댐핑 비율은 다음과 같이 표현될 수 있다.
댐핑 비율
단,
Vth는 플라즈마 전자의 역 속도이다. 댐핑 비율이 K의 값에 어떻게 민감하게 나타나게 되는가가 관심있는 바인데 왜냐하면의 스팁 함수(steep function)이기 때문이다. 1012의 electron/㎠의 밀도와 3eV의 전자 온도 및 8MHz의 구동 주파수를 가진 플라즈마를 예를 들어본다. 충돌 댐핑 비율은 0.065가 될 것이며, Landau 댐핑 비율은 ks=0.25cm-1일 때 0.6ks=0.125cm-10.0005가 된다.
Landau 댐핑이 중요한 댐핑 메카니즘인 것은 분명하며 파의 수(wave number) ks에 매우 의존한다.
플라즈마 세대에서 휘슬러 파를 자극하는 안테나 구조를 고안하는데 있어서 몇 가지 중요한 인자가 있는데 그것은 a) 자극의 주파수, b) 파 모드, c) RF 전원을 플라즈마에 결합시키는 효율이다. 파의 주파수는 Ωc＜ω＜ωc를 만족해야만 하며 여기서 Ωc는 이온 싸이클로트론 주파수, e Bo/Mi 및 ωc는 전자 싸이클론 주파수 e Bo/M이다. 파의 전계 및 파의 자계의 모드 구조는 안테나 장치가 RF 전원과 파 자극을 효율적으로 결합시킬 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 상기한 바와 같이 두 개의 최저 모드는 m=0 와 m=1 이다. m=0 모드의 경우 파 전계의 모드 구조는 방사 및 주위의 전계 벡터를 가지고 있으며, 파의 이동 방향, 즉 Z 방향을 따라 다른 횡단면에 공간적으로 노출되어 있다. 파의 이동의 파장내에서, 전계는 순수 방사와 순수 방위 사이에서 변한다. 방위 전계는 시계 방향으로 1/2파장이 되는 것과 반시계 방향으로 한 평면에서 되는 사이에서 변한다. 이것을 이해하므로서, 파는 상기 모드에서 파 수(wave number)의 스펙트럼을 발생하는 자계에 수직인 평면에 위치한 단일 루프를 가지는 안테나로 효과적으로 자극을 받을 수 있다는 것이 알려졌으며 발생된 스펙트럼의 일부분은 2π/ks을 포함하며, ks는 상기 산포도 관계식에 의해 주어진다. m=1 모드에서 파 전계의 모드 구조는 파가 그 방향으로 전파됨에 따라 전계 및 작 벡터에 일반적인 헬리컬 피치를 전한다. 전계 벡터는 오른쪽으로 순환하며, 즉 Z 방향에 있는 Bo를 따라 이동하는 대로 그것은 시계 방향으로 순환한다. 발생된 파 스펙트럼이 2π/ks 주위의 중요한 부분을 포함할 정도로 단일 루프가 전계에 대해 한 각도로 기울어진다면 본 발명에 따라 상기 모드는 자극 받을 수 있다.
플라즈마 생성의 효율성은 RF 에너지와 플라즈마의 결합에 의존한다. 상기한 바와 같이 RF 에너지의 댐핑의 경우 중요한 메카니즘은 Landau 댐핑으로 여겨진다. 휘슬러파의 위상 속도는 ω/ks에 의해 주어지며, ks는 산포도 관계식에 의해 주어지고, 상기 속도는 플라즈마 밀도와 플라즈마가 없는 자계 강도에 의존한다. 이상적으로 파의 위상 속도는 이온화되기를 바라는 가스의 최대 이온화 위치 근처에 있어야 한다. m=0 모드의 경우 상기 산포도 관계식으로부터, n = α Bo kz(T2+ kz2)½여기에서 T ＜kz에 대해 α = Bo kz2이 된다.
바꿔말하면, ks의 값이 높을수록 밀도는 높아진다. 그렇지만, 파의 위상 속도는 W/ks 이고 그래서 ks 증가 하므로서 파에 의해 가속화된 전자의 에너지는 감소한다. ks가 너무 높으면 전자의 에너지는 이온화 위치 아래로 떨어질 수도 있다. 그러므로 밀도를 증가시킬 수 있도록 ks를 제어하고 전자 온도를 제어하는 것이 중요하다.
본 발명은 ㎤당 1013을 초과하는 고밀도로서 플라즈마를 발생시키기 위하여 저주파 휘슬러 파를 사용한다. 밀집한 플라즈마를 발생하기 위한 휘슬러 파의 최초의 사용은 보스웰(Boswell)에 의해 기술되었고 보스웰은 실린더 축을 따라 흐르는 전류가 있는 안테나 장치를 사용하였다. 전에 ovchinnikov 에 의해 기술된 이런 안테나 구조가 사용되었고 자계 Bo의 방향에 대해 평행하게 콘덕터의 전류 흐름 때문에 m=1모드를 여기시킨다. 여기(excitation)의 주파수는 8MHz 이었고, 밀도 프로파일은 10cm 플라즈마에서 절정에 이르고, 특히 더 높은 자계 강도에서 높은 밀도를 필요로 하였다. 상기 문헌에서, RF 에너지를 플라즈마와 효율적으로 결합시키는 메카니즘은 설명되지 않았다. 첸은 오스트레일리아 국립 대학교 보고서에서 상기 메카니즘을 Landau 댐핑으로 설명하였다.
첸은 1988년 8월에 발표한 논문에서, 휘슬러 파를 사용하여 시스템을 기술하였으며 이것은 진보된 입자 가속기에서 사용하는 경우 밀집한 플라즈마를 발생한다. 상기 장치에서 사용된 안테나 형태는 보스웰이 사용한 것과 유사하며 m=1모드에서 여기되고 나고야형 III 안테나에서 알려진 형태로 되어 있으며, 반대의 위상 신호로 자극받는 공간상에 떨어진 조건들에 원형 단부 루프를 가진다.
일련의 변수가 한번 활용 될 수 있으며 본 발명에 따른 단일 루프 안테나가 고 밀도 플라즈마를 효과적으로 확립하는 것으로 인식되었다. Z축 파의 수 ks는 n/B 비율에 따라 변하고 파장 λ에 반대이며, 더 긴 소스 관을 필요로 한다. 역으로 B가 감소한다면, 플라즈마 밀도는 상대적으로 더 높은데 왜냐하면 만들어져야 하는 더 짧은 파장 함수가 튜브 크기에 관계없이 파수를 필요로 하기 때문이다.
본 접근의 결과는 아래에 기술된 바와 같이 다른 처리 유닛의 연구로부터 가장 분명하게 된다. 본 발명에 따른 플라즈마 침전이나 에칭 기구의 기본적 배치는 제2도에 도시되어 있다. 플라즈마 발생 챔버(10')는 모양이 원통형이고 석영(quartz) 또는 파이렉스(pyrex)와 같은 비전도 물질로 되어있다. 안테나(12')는 제1도와 결합하여 도시된 바와 같이 챔버(10')의 세로축에 대해 경사를 이루며 설치되어 있다. 제2도에 도시된 바와 같이 자계 코일(24 및 25)에 의해 축의 자계가 제공되어 있으며, 플라즈마는 또한 상기 코일들중 하나만 사용하여 작동한다.
플라즈마는 분리된 처리 챔버(27)로 자계에 의해 전송된다. 처리 챔버(27)로 나타나는 플라즈마 형태는 전류의 양과 방향을 변화시킴으로써 제어될 수 있으며 상기 전류는 챔버(27)의 비상구에 대해 코일(28)에서 흐르게 된다. 싸여있고 에칭되어 있는 기판(30)은 전기적으로 절연된 기판 홀더(31)위에 장착되어있다. 기판(30)에 충격을 가하는 플라즈마에는 기판(30)으로 하여금 0과 10V 사이에 네거티브 자기 바이어스(negative self bias)에 도달시킨다. 형성된 몇몇 필름에 있어서, 자기 바이어스로서 얻을 수 있는 것보다 더 큰 에너지로서 이온에 의하여 충격이 가해지는 필름에 이득이 된다. 이 경우에, 제2매칭 회로(34)를 통하여 제2 RF소스(33)로부터 RF 전원을 인가하는 것이 바람직하다. 가판 홀더(31)는 가열/냉각 회로(35)에 의해 냉각 또는 가열되는 구리 블록이다. 가스는 플라즈마 발생 챔버(10')용 소스에 접속된 스테인레스 스틸 분사 튜브(11')를 통하여 분사된다. 스테인레스 스틸 링(36)은 구멍(37)의 크기와 비교해 큰 지름을 가지며, 링(36) 주위에 동일하게 배치되어 있다. 상기 장치에서는 균일한 가스의 흐름이 기판(30)을 향하고 있다. RF 전압은 제1도를 참고로 기술된 바와 같이 매칭 회로(18) 및 RF 소스(19)에 의해 안테나(12')에 인가된다. 매칭 회로(18)내에서의 동조를 플라즈마로 결합된 출력을 최대로 하고, RF 전원(19)에 대하여 50 오옴 케이블(38)을 따라 뒤에서 반사되는 출력을 최소화하는데 사용된다.
제3a도는 광역에 걸쳐 고균질성을 필요로 하는 장치를 도시하고 있다. 플라즈마 발생 챔버(10')는 원통형이며, 석영 또는 파이렉스와 같은 비전도 물질로 이루어져 있다. 안테나(12)는 수직과 비슷한 각도로 마운트되지만 다른 점에서는 제1도에 기술된 구성과 일치한다. 축방향 자기장은 자기장 코일(24, 25)에 의해 제공된다. 플라즈마는 일부의 자기 버킷(bucket) 챔버(40)를 구비한 처리 체적에 대해 자기장에 의해 운송된다.
Limpaecher 와 Mackenzie(R. Limpaecher 와 K. R. Mackenzie, Rev. Sci. Instrum. 44, 726(1973))이 쓴 논문에서는 외부 여러 돌출 장치내의 자석을 사용하는 것은 자석으로 둘러쌓인 체적의 중심 영역내에서 매우 균일한 플라즈마 매개 변수를 제공한다. 원통의 원주 둘레에 자석을 장치하는 것은 이온 소스를 사용하는 통상적인 장치이며, 자기 버킷과 관련되어 있다. 보다 낮은 자기장 코일(25)에 의해 제공된 축방향 필드와 자기 버킷(40)내의 필드사이에 양호한 결합이 존재하는 방식으로 자기장을 설계하는 것이 중요하다. 발생기(10')로부터 플라즈마는 자기장 라인을 따라 확산되어서 버킷(40)을 채우도록 팽창한다. 자기 버킷(40)에 대한 벽(41)은 스테인레스 스틸로 이루어져 있으며, 실례로, 순환 또는 직각 단면이 된다. 두 경우에 있어서, 자기 버킷(40)의 내부 크기는 플라즈마 발생기(10')의 내부 지름 보다 크다. 버킷내의 자기장은 버킷 챔버의 벽(41)에 수직한 극으로 배치되고, 북극 N과 남극 S를 번갈아서 배치된 다수의 영구자석(43)에 의해 제공된다.
상기 장치에 있어서, 자기장 라인(44)은 여러 돌출(multicusp) 패턴을 따르며, 자석에 의해 제공된 자기장 패턴은 제3b도에 도시된 바와 같다. 또한 제3a도를 참고로 하면, 코팅 또는 엣치된 기판(45)은 자기 버킷내의 보다 낮은 플라즈마 필드 영역에서 기판 홀더상에 마운트 된다. 기판 홀더는 가열/냉각 회로에 의해 냉각 또는 가열되는 구리 블록이다. 제2도의 시스템에 있어서, 가스는 플라즈마 발생 챔버(10')용 가스 소스에 접속된 스테인레스 스틸 튜브(11')를 통하여 분사되며, 스테인레스 스틸링(36) 주위에 동일하게 분포된 작은 지름 구멍(37)을 포함한 가스 피드에 접속된 상기 링(36)을 통하여 자기 버킷(40)으로 분사된다. 플라즈마의 균일한 흐름은 전원(19)으로부터 RF 전압이 제1도에 도시된 바와 같이 두 개의 진공 커패시터로 구성된 매칭 회로(18)에의해 안테나(12')에 인가되는 것과 같이 기판(45)을 향한다.
제4a도는 큰 직사각형에 걸친 고 균질성이 큰 평판 디스플레이의 코팅에 필요한 장치를 도시하고 있다. 플라즈마 발생기 유니트는 상기 장치에 있어서 다중 발생기가 필요한 플라즈마의 크기 및 형태에 따라 사용되지 않고 앞에서 기술된 형태가 된다. 제4a도에서는 3개의 플라즈마 발생기(49, 50, 51)가 도시되어 있는데, 이것은 프로세스 챔버의 꼭대기에서의 중심축을 따라 증착된다. 각 플라즈마 발생 챔버는 원통형이며, 석영 또는 파이렉스와 같은 비전도 물질로 이루어지며, 각각은 제1도에 도시된 형태의 분리된 단일 루프 안테나(52, 53) 또는 (54)를 포함한다. 그러나, 확실하게 균일한 플라즈마가 발생되기 위해서는 안테나(52, 53, 54)가 매칭 박스(18) 및 RF 공급 전원에 전기적 직렬로 결합되며, 그 결과 동일한 RF 전류 흐름이 보장된다. 각 발생기에 대한 축방향 자기장은 자기장 코일(55, 56, 57, 58, 59, 60)에 의해 제공된다. 그러므로, 분리되어 발생된 플라즈마는 통상적인 직사각형 자기 버킷 챔버(61)로 자기장에 의해 운송된다. 플라즈마는 자기장 라인을 따라 확산되며 상기 버킷(61)을 채우기 위해 팽창된다. 상기 버킷 챔버(61)내의 자기장은 버킷 챔버의 표면에 수직한 극으로 배치되고, N극과 S극을 번갈아서 배치되는 영구자석(62)에 의해 제공된다. 자석에 의해 제공된 자기장 형태는 제4b도에 도시되어 있다. 코팅 또는 엣치된 기판(63)은 전기적으로 절연된 기판 홀더(64)상에 마운트된다. 플라즈마는 충격을 가해서 기판이 0과 10V 사이의 옴 자기 바이어스에 도달하도록 기판을 야기시킨다. 어떤 파일에 있어서, 형성되거나 어떤 엣칭에 응용되기 위해서는 강력한 이온으로 충격이 가해지는 기판(63)에 있어서 유리하다. 이 경우에, 기판 홀더(64)에 결합 회로를 통하여 제2RF파워 서플라이(도시되지 않음)로부터 RF전력을 적용하는 것이 바람직하며, 이것은 또한 가열/냉각 회로(65)에 의해 냉각 또는 가열된 구리 블록이 된다.
제5a도는 본 발명에 따른 장치의 또 다른 실시예이며, 광역에 걸쳐 플라즈마 균질성에 대한 부가적 제어를 갖추고 있다. 플라즈마 발생 챔버(10')는 석영 또는 파이렉스와 같은 비전도 물질로 이루어진 원통형이며, 90°보다 적은 각도로 안테나(12')에 의해 둘러 쌓여 있다. 축방향 자기장은 자기장 코일(69, 70)들 또는 그와 같은 하나만의 코일에 의해 소스 영역내에 제공된다. 플라즈마는 제3a도에 기술된 것과 거의 동일한 설계로 자기 버킷 챔버(71)에 대해 소스(67)로부터 자기장에 의해 운송된다. 버킷 챔버(71)내에 플라즈마의 전이를 용이하게 하고 균질성을 증강시키기 위해 플라즈마 발생 챔버(10')의 중심축에 동심인 부가적 자기장 코일(72)은 가열/냉각 회로(75)에 의해 냉각 또는 가열된 기판 홀더(74)아래에 위치한다. 버킷 챔버(71) 주위에 영구자석(76)은 이전에 제2도에서 기술된 것과 같이 배치되며, 제5b도에 도시된 바와 같이 자기 돌출 필드(77)를 생성한다. 부가적 자기장 코일(72)내의 전류를 코일(69, 70)내에서 흐름으로써 이루어지는 전류의 방향과 반대 방향으로 전류를 운반함으로써 이루어진다. 그 결과 현재의 링 첨점(cusp) 인 다른 자기 첨점을 생성하게 되며, 평면이 N-S 영구자석(76)에 의해 생성된 라인 첨점에 거의 수직한 기판(78)의 평면에 근사적으로 위치한다.
개스는 앞서와 같이 플라즈마 발생기(10')로 분사 배출구(11)에 의해 분사되며, 스테인레스 스틸 링(36) 및 버킷 챔버(71)로 다른 피드(feed) 튜브(11')에 의해 분사된다. 링(36)은 기판(78)에 대해 균일한 개스의 흐름을 지시하도록 홀(37)의 크기와 비교해서 지름이 크다. 링(36)은 또한 주요 피드가 사용되지 않을 때 소스에 대해 개스 피드가 된다. 코일(72)에서의 전류 흐름에 대한 시간에 따른 작은 진폭 변화는 기판에 걸친 플라즈마 프로필 비율을 시간 평균하고, 또한 균질성을 증가시킴으로써 기판(78) 평면에 의해 요동 업 입 다운으로 링 첨점 평면을 야기시키는 변조 드라이버(73)에 의해 발생된다. bottom 코일의 시간 변화를 사용함에 따른 상기 접근은 자기 버킷이 제2도에 도시된 장치를 사용하고, 플라즈마 발생 챔버(10')에서 코일(24, 25)내의 영역과 반대인 출구 영역에서 코일(28)내에 전류를 흘림으로써 적용되지 않을 때 균일성을 증가시키기 위해 또한 적용되며 그에 따라서 기술된 바와 같이 기판의 평면에 링 첨점을 생성한다.
제6도는 스퍼터 타게트(sputter target)와 관련된 RF 발생기 시스템을 사용하기에 적절한 본 발명에 따른 다른 실시예이다. 플라즈마 발생기 챔버(10'')는 제1도의 예에서처럼 세로축에 수직한 평면에 마운트된 안테나(12')에 의해 둘러쌓이고, 비전도 물질로 구성된 원통형이다. 축방향 자기장은 챔버(10'') 주위의 자기장 코일(80, 81)과 프로세스 챔버(91) 주위의 자기장 코일(82, 83)에 의해 제공된다. 플라즈마(90)는 프로세스 챔버(91)로 플라즈마 발생기(10'')로부터 운송되어 파워서플라이 (94)에 의해 큰 음 전압(약-700V)으로 바이어스된 최저 스퍼터 타게트(93)에서 자기장을 따라 흐른다. DC 파워 서플라이는 기판 홀더가 전도성인 경우에 전하를 유지하는데 사용되며, 기판 홀더가 교류에 대해 비전도성이면 파워 서플라이는 대신에 적용된다. 플라즈마 지금은 자기장을 제어함으로써 타게트의 지름에 따르도록 이루어져 있다. 타게트 (93)위의 평면의 수평 배플(baffle)(97)은 기판 근처의 개스 압력을 제어하는데 사용되며, 다른 개스는 출구(98)를 통하여 기판 근처에 삽입된다. 기판(96)은 기판 홀더(101)상에 마운트되며 스퍼터 타게트 위에 위치된다. 기판 홀더(101)는 서퍼터된 물질에 균일한 증착을 증가시키기 위해 수직축을 중심으로 회전한다. 기판 홀더(101)는 플라즈마 발생기(10'')에서 스퍼터 타게트(93)까지 자기장을 따라 통과하는 플라즈마를 인가하기 위해 중심 구경을 갖고 있다.
제7도에 도시된 데이터는 제1도에 도시된 안테나를 사용함으로써 제3a도에 도시된 장치에서 본 발명에 따라 생성된 mA/㎠ 당 측정되고, 기판 평면 바로 위에 위치한 빠른-분사 Langmuir 탐침을 사용하므로서 측정되는 플라즈마 전류 밀도에 관한 것이다. RF 주파수는 13.56MHz이며, 제1도에 도시된 바와 같은 매칭 박스를 통하여 흘러서 2.0KW를 발생하는 통상적인 RF 파워 서플라이를 사용함으로써 공급된다. 0 내지 1000 gauss 인 데이터는 소스챔버 (10') 내의 자기장 함수로써 플라즈마 전류 밀도에 대해서 얻게 된다. 0 내지 160 gauss로 변화함에 따른 필드에 대한 데이터는 제8도에 도시되어 있다. 개스 압력은 약 1mtorr이다. 약 40mA/㎠인 실질적 전류 밀도는 20 gauss 인 저필드 값에서 발견된다. 100 gauss 이상의 자기장의 증가는 140m A/㎠ 레벨에서 얻게되는 높은 플라즈마 전류 밀도 값을 또한 생성한다. 이들 데이터는 매우 높고 새로운 플라즈마 전류 밀도를 제공하기 위해 저필드 값에서 존재하는 공진을 설정한다. 공진은 또한 필드 강도와 관련해서 단조롭게 증가함으로써 발생하며, 중간 범위 밖에서 전류 밀도는 보다 낮다.
제9도에 있어서, 데이터는 2 mtorr의 개스 압력에 대한 RF 전력의 함수로써, 250 garss 의 소스 챔버내의 자기장으로써 기판 평면에 도달하는 암페어로 측정된 전체 플라즈마 플럭스에 대해 도시하고 있다. 획득된 전체 플럭스는 지름이 8인지(20cm) 이상이다. 기판상의 전체 플럭스 비율은 지름 약 4''(10cm)인 챔버를 갖춘 소스로부터 15암페어 이상 높게 된다.
제10도는 플라즈마 소스가 보다 높은 압력까지 저압(1 mtorr 이하)에서 효과적으로 동작하는 것을 증명함으로써, 챔버내의 개스 압력에 대한 함수로써 제1도에 기술된 바와 같은 안테나를 갖춘 제3도에 기술된 장치내의 플라즈마 소스의 동작을 나타낸다. 상기 소스는 100 mtorr 보다 큰 압력에서 잘 움직인다.
플라즈마의 균일성은 제11도에 도시되어 있는데, 상기 균일성은 제3a도에 도시된 장치와 제1도에 도시된 안테나를 적절히 사용한 기판(45)을 갖춘 버킷 챔버(40)내의 소스 챔버(10')의 출구 아래의거리 6"에서 측정된다. 소스 챔버(10')내의 자기장은 150 gauss이며, 압력은 약 2 mtorr이다. 플라즈마는 확장된 폭 8"(20cm)에 걸쳐서 상당히 균일하다. 유사한 정도의 균일성은 제5도에 도시된 첨점 자기 장치를 사용하고, 자기장 코일(69, 70)내에 흐르는 전류와 반대 방향에 있는 전류를 운반하는 자기 코일(72)을 사용함으로써 이루어진다.
따라서, 본 발명에 따른 시스템 및 장치가 소스 챔버를 갖춘 단일 루프 안테나를 사용함으로써 저주파수 휘슬러(whistler)파 여기를 활용하여 균일한 플라즈마를 제공한다. 적절한 자기장 조건하에서의 플라즈마 로드 및 연장된 플라즈마를 선택된 RF 전력으로 상호 작용시킴으로써 프로세스 챔버내에서는 소위, 고 플라즈마 전류 밀도 및 고전체 플라즈마 플럭스로 영역 특성에 따라 광역으로 덮여있다. 두 개의 저 및 고 자기장 강도 모드는 유지 가능하며, 에칭, 증착 및 스퍼터링 과정이 사용된다.
본 발명은 다수의 형태 및 변형과 관련되어 기술되어 있지만, 본 발명은 거기에 제한되지 않고 첨부된 청구범위의 범주에 따라 모든 변형을 포함한다.

Claims (35)

  1. 고밀도 플라즈마를 발생하는 시스템에 있어서, 원통형의 플라즈마 격리 챔버와, 이온화될 가스를 챔버로 주입하는 수단과, 원통형 챔버를 둘러싸고 챔버의 길이를 따라 중간 지역에 위치하여 챔버의 중앙축에 대해 45°이상의 각도로 평면에 배치된 단일 루프 전극으로 이루어지는 안테나 수단과, 챔버에서 세로 방향으로 자장을 발생하는 안테나 수단과 챔버에 인접한 수단과, 무선 주파수 에너지로 루프 전극을 여기시키는 안테나에 연결된 수단으로 이루어지는 고밀도 플라즈마 발생 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 저장은 1000 가우스(gauss)보다 적고, 플라즈마 밀도는 1013/㎤ 이상이고 루프 전극은 자장에 대해 약 90°의 각도인 고밀도 플라즈마 발생 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 시스템은 약 50 가우스의 범위에서 제1플라즈마 전류와 피크 밀도를 갖고 약 400 가우스의 범위에서 제2플라즈마와 피크 밀도를 갖는 고밀도 플라즈마 발생 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 무선 주파수 에너지는 13.56MHz의 범위에 있고 더욱이 여기하는 수단은 임피던스 매칭 수단을 포함하는 고밀도 플라즈마 발생 시스템.
  5. 제1항에 있어서 루프 전극으로 알려진 전자파의 모드 구조는 m=0 모드로서 2π/kz의 피치(pitch)를 갖고 여기서 kz는 산포도 관계식과 w/kz의 위상 속도로 결정되고 여기서 w는 여기 주파수, wc는 전자 이온 가속기 각도 주파수, wp는 플라즈마 주파수, kz는 플라즈마에서 축의 파 숫자, a는 플라즈마 반경인 고밀도 플라즈마 발생 시스템.
  6. 제5항에 있어서, Qc ＜W＜ Wc 관계를 갖는 저주파수 휘슬러파로 여기되고 여기서 Qc는 이온 가속기 주파수인 고밀도 플라즈마 발생 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 플라즈마 밀도는 1013/㎤ 이상이고 챔버는 비자기(non-magnetic) 절연 챔버인 고밀도 플라즈마 발생 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 원통형 챔버는 세로 축을 따라 출구 구멍을 포함하고 더욱이 시스템은 출구 구멍을 통해 원통형 챔버와 연락되어 원통형 챔버에 인접한 공정 챔버와 처리될 전극을 지지하는 수단을 포함하고 공정 챔버가 원통형 챔버보다 더 큰 횡단면 영역을 갖는 고밀도 플라즈마 발생 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 공정 챔버는 그 속에 플라즈마를 유지하는 수단을 포함하는 고밀도 플라즈마 발생 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 플라즈마를 유지하는 수단은 자기 버켓 챔버를 만드는 공정 챔버에 대한 자기 수단으로 이루어지는 고밀도 플라즈마 발생 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 자기 버켓 챔버는 평면에서 직사각형이고 시스템은 자기 버켓 챔버를 따라 배치되고 연관된 단일 루프 안테나 전극을 갖는 적어도 두 개의 플라즈마 격리 챔버로 이루어지는 고밀도 플라즈마 발생 시스템.
  12. 제8항에 있어서, 시스템은 적어도 두 개의 플라즈마 격리 챔버로 이루어지고 각각은 연관된 단일 루프 안테나를 갖고 직렬로 안테나에 연결된 회로 수단은 무선 주파수 에너지로 안테나를 여기하는 고밀도 플라즈마 발생 시스템.
  13. 제8항에 있어서, 시스템은 더욱이 공정 챔버에서 플라즈마의 통로에서 처리될 기판을 유지하는 수단으로 이루어지는 고밀도 플라즈마 발생 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 시스템은 더욱이 기판의 영역에서 자기 돌출 필드(cusp field)를 유지하는 수단을 포함하고 상기 자기 돌출 필드는 챔버의 세로 방향 자기 필드에 반대되는 고밀도 플라즈마 발생 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 자기 돌출 필드를 유지하는 수단은 자기 돌출 필드의 강도는 기판에서 플라즈마 유선(flux)강도의 시간 평균으로 변경하는 수단을 포함하는 고밀도 플라즈마 발생 시스템.
  16. 제8항에 있어서, 시스템은 산란된 물질의 통로에서 원통형 챔버와 스파터(sputter) 목적물 사이의 플라즈마 통로 주위의 기판 수단과, 스파터 목적물 홀더에 바이어스 하는 수단, 플라즈마의 통로에서 공정 챔버의 스파터 목적물 홀더와, 스파터 목적물로 이루어지는 고밀도 플라즈마 발생 시스템.
  17. 기판을 처리하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, (a) 통상 RF 범위의 주파수로 외부에 위치되지만 플라즈마 발생 챔버에 가깝게 둘러싸는 단일 전류 루프로 이루어지는 전자파를 방사하는 안테나와, (b) 원통형 플라즈마 발생 챔버의 세로측과 전류 루프의 평면이 수직이거나 90°보다 작은 각도인 안테나를 근접하고 전자파로 통신하는 플라즈마 발생 챔버와, (c) 유체(fluid)를 플라즈마 발생 챔버로 주입하여서 플라즈마 발생 챔버내에 플라즈마가 발생되도록 하는 제1유체 주입기와, (d) 저장을 발생시키는 자장 발생기와, (e) 플라즈마가 자장에 의해 공정 챔버로 운반되는 공정 챔버와, (f) 유체를 공정 챔버로 주입시키는 제2 유체 주입기와, (g) 자장 발생기내에서 전류를 제어하여 플라즈마 형상을 제어하는 전류 제어기와, (h) 공정 챔버내에 있는 기판 홀더(holder)와, (i) 기판 홀더에 장착되어 플라즈마에 종속되는 가판으로 이루어지는 플라즈마 처리 장치.
  18. 제17항에 있어서, (j) 무선 주파수 출력을 기판 홀더상의 기판에 인가하는 보조 무선 주파수 발생기와, (k) 무선 주파수 전압과 전류를 발생하는 무선 주파수 여자기(exciter)와, (l) 무선 주파수 여자기와 안테나를 연결하여 무선 주파수 여자기로부터 안테나까지 무선 주파수 에너지를 효과적으로 전송하는 에칭 네트워크로 이루어지는 플라즈마 처리 장치.
  19. 제17항에 있어서, 발생된 자장은 플라즈마 발생 챔버의 세로축에 실질적으로 평행한 플라즈마 처리 장치.
  20. 제19항에 있어서, 기판 홀더는 실질적인 전기 절연 상태에서 공정 챔버내에 지지되는 플라즈마 처리 장치.
  21. 제20항에 있어서, 기판 홀더는 (a) 구리 블록과 구리 블록의 온도 제어를 가능케 하는 (b) 열 제어 수단으로 이루어지는 플라즈마 처리 장치.
  22. 제21항에 있어서, 제2유체 주입기는 구멍많은 소자로 이루어져서 가스가 소자내로 침투되도록 하고 가스가 소자에서 공정 챔버로 날라가도록 하는 플라즈마 처리 장치.
  23. 제22항에 있어서, 구멍많은 소자는 고리로 형성되고 고리는 관조직으로 이루어지고 관조직은 가스가 고리로부터 공정 챔버속으로 날라가도록 구멍 뚫린 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  24. 제23항에 있어서, 플라즈마 발생 챔버는 석영 원통인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  25. 제17항에 있어서, 원주 모양의 배치된 자석은 공정 챔버상에 가까이 붙어있고 연속되는 자석은 남과 북극의 반대 방향을 갖는 다수의 자석으로 이루어지는 플라즈마 처리 장치.
  26. 제25항에 있어서, 공정 챔버는 플라즈마 발생 챔버의 횡단면보다 더 큰 횡단영역을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  27. 제26항에 있어서, 공정 챔버는 실질적으로 강철로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  28. 제27항에 있어서, 공정 챔버의 횡단면은 규정된 형상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  29. 제25항에 있어서, 부가적인 자장(magnetic field) 발생기는 플라즈마 발생챔버의 반대편에 있는 기판의 면상의 기판 홀더 뒤에 위치하고 다른 자장 발생기와 실제로 평행한 평면에 위치하여 자장 발생기의 반대편의 자장을 발생하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  30. 제29항에 있어서, 기판 홀더 뒤에 위치한 자장 발생기는 시간적으로 변하는 자장을 발생하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  31. 제17항에 있어서, 부가적인 자장 발생기는 플라즈마 발생 챔버 반대편에 있는 기판의 면상의 기판 홀더 뒤에 위치하고 다른 자장 발생기의 것에 실제로 평행한 평면에 위치하여 다른 자장 발생기의 것에 반대편의 자장을 발생하는 플라즈마 처리 장치.
  32. 제31항에 있어서, 기판 홀더 뒤에 위치한 자장 발생기는 시간적으로 변하는 자장을 발생하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  33. 제17항에 있어서, (a) 적어도 하나의 목적물과 (b) 바이어스 수단이 목적물에 전압을 인가하여 플라즈마의 이온이 목표에 쏘아지도록 하고 목표로부터의 물질이 기판상에 증착되도록 하는 스파터 증착용 플라즈마 처리 장치.
  34. 제17항에 있어서, (a) 다스위 플라즈마 발생 챔버로 각 플라즈마 발생 챔버는 처리 챔버에 연결되고, (b) 다수의 안테나로 각 안테나는 각 플라즈마 발생 챔버에 전자적으로 연결되고, (c) 다수의 자장 발생기로 각 자장 발생기는 각 플라즈마 발생 챔버에 자기적으로 연결되는 플라즈마 처리 장치.
  35. 제17항에 있어서, (a) 다수의 플라즈마 발생 챔버로 각 플라즈마 발생 챔버는 처리 챔버에 연결되고, 각 플라즈마 발생은 플라즈마 발생기 챔버의 세로축에 같은 축이고, (b) 다수의 안테나로 각 안테나는 플라즈마 발생 챔버에 전자적으로 연결되고, (c) 다수의 자장 코일로 자장 코일은 처리 챔버에 가깝고, (d) 다수의 자장 발생기로 각 자장 발생기는 각 플라즈마 발생기에 자기적으로 연결되고, (e) 처리 챔버내에 장착된 다수의 기판 홀더로 이루어지는 플라즈마 처리 장치.
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