KR100499763B1 - 플라즈마 에칭장치 - Google Patents

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KR100499763B1
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하루유키 타카노
유스케 히라야마
마사키 히라야마
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도쿄 엘렉트론 가부시키가이샤
오미 다다히로
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Abstract

본 발명은 기체표면에 대한 생성 플라즈마의 밀도 균일화를 꾀할 수 있는 보조전극을 구비하고, 압력에 의존하지 않으며, 자장의 인가수단을 회전시키지 않고, 기체에 대해 균일한 에칭이 가능한 플라즈마 에칭장치를 제공한다.
본 발명의 플라즈마 에칭장치는, 평행 평판형인 2개의 전극(I) 및 전극(Ⅱ)과 고주파 전력의 인가수단을 구비하고, 상기 전극(I) 위에는 기체를 얹으며, 상기 기체의 플라즈마 에칭이 이루어지는 면에 대해서 수평인, 동시에 한방향성을 가지는 자장의 인가수단을 설치한 플라즈마 에칭장치에 있어서, 상기 기체에 대하여 상기 자장의 인가수단에 의해 발생한 전자류 흐름의 적어도 상류쪽에 보조전극을 설치하고, 이 보조전극은 상기 전극(I)과 전기적으로 접합하는 부분에 설치된 임피던스를 조정하는 수단으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

플라즈마 에칭장치{PLASMA ETCHING DEVICE}
본 발명은 플라즈마 에칭에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 기체(基體) 표면에 대한 생성 플라즈마의 밀도, 또는 기체표면에 대한 자기 바이어스(self-bias) 전위를 자유롭게 제어가능한 플라즈마 에칭장치에 관한 것이다.
최근에 DRAM과 MPU등의 칩사이즈 대형화와 함께, 그 기체로 사용되는 실리콘 기판도 직경이 커지는 경향이다. 산화막과 폴리실리콘 에칭은 반도체 생성에 있어서 가장 중요한 공정의 하나이지만, 이전에 사용해온 통상적인 평행평판형 RIE장치에서는 1.0㎛이하의 미세한 패턴의 가공에 요구되는 플라즈마 성능(예를들면, 50mTorr 이하의 프로세스 압력, 1㎃/㎠ 이상의 이온 전류 밀도(1×1010㎝-3 이상의 전자밀도))에 부응하지 못했다. 이 문제를 해결하기 위해 자장을 도입한 플라즈마원(源)이 개발되어, 이 플라즈마원을 탑재한 장치의 실례로서 다이폴 링 마그넷(이하 DRM)을 이용한 마그네트론 플라즈마 에칭장치가 공개되었다(일본특개평 6-37054호 공보, 도 24, 도 25).
그러나, 상기 DRM을 이용한 마그네트론 플라즈마 에칭장치에서는, 저압, 고밀도 플라즈마 생성은 가능하지만, 기체 위에 생성되는 플라즈마의 정밀한 제어가 어려운 일면을 갖고 있다. 즉, 기체상에 수평자장을 도입함으로써 기체에 대한 플라즈마 밀도의 균일화 및 자기 바이어스 전압 균일화를 꾀하기 어려웠다. 현재의 상태로는, 자장에 구배(勾配)를 주는 연구(일본특개소 62-21062호 공보)와 프로세스 공간속에 도입된 자장을 회전시키는 것(일본특개소 61-208223호 공보)에 의해 이들의 균일화를 도모하는 해결법이 제안되었다. 그러나, 일본특개소 62-21062호 공보의 해결법에는, 프로세스 압력등을 바꾼 경우에 자장구배의 최적치가 변해버리는 문제점이 있다. 한편, 일본특개소 61-208223호 공보의 해결법에는, 프로세스 중에 있는 기체에 대해, 외관상 플라즈마 밀도의 균일화를 도모하고는 있지만, 자장을 회전시키는 기구등이 필수이고, 장치를 소형화하기 어려운 문제점이 존재한다.
본 발명은, 기체 표면에 대한 생성 플라즈마 밀도의 균일화 및/또는 자기 바이어스 전위의 균일화를 꾀하므로서, 압력에 의존하지 않고, 자장의 인가수단을 회전시키지 않으며 기체에 대해 균일하게, 동시에 전위의 치우침이 원인이 되어 발생하는 차지업(charge up)의 손상없이 에칭이 가능한 플라즈마 에칭장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
발명의 요약
본 발명의 제 1플라즈마 에칭장치는, 평행평판형인 2개의 전극(I) 및 전극(Ⅱ)과 이들에 접속된 고주파 전력의 인가수단을 구비하고, 상기 전극(I)의 전극(Ⅱ)와 대향하는 상기전극(I)의 면상에는 플라즈마를 이용하여 에칭처리가 이루어지는 기체를 얹어놓고, 상기 기체의 플라즈마 에칭이 이루어지는 면에 대해 수평인 동시에 한방향성을 가지는 자장의 인가수단을 설치한 플라즈마 에칭장치에 있어서, 상기 기체에 대해 상기 자장의 인가수단에 의해 발생한 전자류 흐름의 적어도 상류쪽에 보조전극을 설치하며, 이 보조전극은, 상기 전극(Ⅱ)와 대향하는 쪽에 배치되는 국소전극과, 이 국소전극의 상기 전극(I)과 전기적으로 접합하는 부분에 설치된 임피던스를 조정하는 수단으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 플라즈마 에칭장치는, 평행평판형인 2개의 전극(I) 및 전극(Ⅱ)와, 이 전극(I) 및 전극(Ⅱ)에 접속된 고주파 전력의 인가수단을 구비하고, 상기 전극(I)의 상기 전극(Ⅱ)와 대향하는 면위에는 플라즈마를 이용하여 에칭처리가 이루어지는 기체를 얹어놓고, 상기 기체의 플라즈마 에칭이 이루어지는 면에 대해 수평인 동시에 한 방향성을 가지는 자장의 인가수단을 설치한 플라즈마 에칭장치에 있어서, 상기 전극(Ⅱ)는, 전기적으로 접지된 중심부와 상기 전극(I)에 접속된 고주파 전원과 독립하여 제어할 수 있는 고주파 전원에 접속된 외주부로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3플라즈마 에칭장치는, 평행평판형인 2개의 전극(I) 및 전극(Ⅱ)와 이 전극(I) 및 전극(Ⅱ)에 접속된 고주파 전력의 인가수단을 구비하고, 상기 전극(I)의 상기 전극(Ⅱ)과 대향하는 면위에는 플라즈마를 이용하여 에칭처리가 이루어지는 기체를 얹어놓고, 상기 기체의 플라즈마 에칭이 이루어지는 면에 대해 수평인 동시에 한 방향성을 가지는 자장의 인가수단을 설치한 플라즈마 에칭장치에 있어서, 상기 기체에 대해 상기 자장의 인가수단에 의해 발생한 전자류 흐름의 적어도 상류쪽에 보조전극을 설치하며, 이 보조전극은 상기 전극(Ⅱ)와 대향하는 쪽에 배치되는 국소전극과 이 국소전극의 상기 전극(I)과 전기적으로 접합하는 부분에 설치된 임피던스를 조정하는 수단으로 구성되어, 상기 전극(Ⅱ)는, 전기적으로 접지된 중심부와 상기 전극(I)에 접속된 고주파 전원과는 독립하여 제어할 수 있는 고주파 전원에 접속된 외주부로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 4플라즈마 에칭장치는, 평행평판형인 2개의 전극(I) 및 전극(Ⅱ)와 이 전극(I) 및 전극(Ⅱ)에 접속된 고주파 전력의 인가수단을 구비하고, 상기 전극(I)의 상기 전극(Ⅱ)와 대향하는 면위에는 플라즈마를 이용하여 에칭처리가 이루어지는 기체를 얹어놓고, 상기 기체의 플라즈마 에칭이 이루어지는 면에 수평인 동시에 한방향성을 가지는 자장의 인가수단을 설치한 플라즈마 에칭장치에 있어서, 상기 기체의 주변부에 링(ring)체(體)의 보조전극을 설치하고, 이 보조전극은 상기 전극(Ⅱ)와 대향하는 쪽에 배치되는 국소전극과 이 국소전극의 상기 전극(I)과 전기적으로 접합하는 부분에 설치된 임피던스를 조정하는 수단으로 구성되고, 또한, 상기 링체의 임피던스는, 상기 자장의 인가수단에 의해 발생한 전자류 흐름의 상류쪽에 상당하는 부분이 다른 부분보다 낮은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 5플라즈마 에칭장치는, 평행평판형인 2개의 전극(I) 및 전극(Ⅱ)와 이 전극(I) 및 전극(Ⅱ)에 접속된 고주파 전력의 인가수단을 구비하고, 상기 전극(I)의 상기 전극(Ⅱ)과 대향하는 면위에는 플라즈마를 이용하여 에칭처리가 이루어지는 기체를 얹어놓고, 상기 기체의 플라즈마 에칭이 이루어지는 면에 대해 수평인 동시에 한방향성을 가지는 자장의 인가수단을 설치한 플라즈마 에칭장치에 있어서, 상기 전극(I)는, 전기적으로 접지된 중심부와, 상기 전극(I)에 접속된 고주파 전원과 독립하여 제어할 수 있는 고주파 전원에 접속된 링체의 외주부로 구성되어 있고, 또한, 상기 링체의 임피던스는, 상기 자장의 인가수단에 의해 발생한 전자류 흐름의 상류쪽에 상당하는 부분이 다른 부분보다 낮은 것을 특징으로 한다.
단, 위에서 서술한 본 발명의 제 1, 제 3 및 제 4의 플라즈마 에칭장치에 있어서의 임피던스란, 보조전극과 전극(I)의 접합 임피던스를 가리킨다.
도 1은 본 발명에 따른 보조전극을 구비한 플라즈마 에칭장치의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 2는 도 1에 있어서 전극(Ⅱ)쪽에서 본 전극(I)의 평면도이다.
도 3은 도 2의 전극(I)위에 보조전극을 구비한 상태를 도시한 평면도이다.
도 4는 도 1에 있어서 전극(I)쪽에서 본 전극(Ⅱ)의 평면도이다.
도 5는 도 1에 있어서 자장의 인가수단을 나타내는 평면도이다.
도 6은 전극(I), 보조전극 및 기체의 위치관계를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 전자 흐름의 모델로서, 전극(Ⅱ)를 구성하는 외측 전극에만 고주파를 인가한 경우를 도시한 것이다.
도 8은 종래의 예에 따른 전자 흐름의 모델도로서, 전극(Ⅱ)를 구성하는 내측 전극과 외측 전극 양쪽에 고주파를 인가한 경우를 도시한 것이다.
도 9는 도 4에 있어서 전극(Ⅱ)를 구성하는 외측 전극만을 전극(I)에 근접시켜서 설치한 경우를 도시한 개략 단면도이다.
도 10은 E극쪽의 국소전극(103e)만 음극화한 경우에 관측되는 플라즈마 밀도를 나타내는 그래프이다.
도 11은 W극쪽의 국소전극(103w)만 음극화한 경우에 관측되는 플라즈마 밀도를 나타내는 그래프이다.
도 12은 N극쪽의 국소전극(103n)만 음극화한 경우에 관측되는 플라즈마 밀도를 나타내는 그래프이다.
도 13은 S극쪽의 국소전극(103s)만 음극화한 경우에 관측되는 플라즈마 밀도를 나타내는 그래프이다.
도 14는 도 10~도 13의 각 조건에 있어서의 자기 바이어스 전위를 나타낸 그래프이다.
도 15는 도 10~도 13에 도시된 플라즈마 밀도의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 16은 E극쪽의 임피던스를 조정하는 수단으로써 각종 용량의 콘덴서를 이용한 경우에 관측되는 자기 바이어스 전위를 나타내는 그래프이다.
도 17은 E극쪽의 임피던스를 조정하는 수단으로써 각종 용량의 콘덴서를 이용하는 경우에 관측되는 플라즈마 밀도를 나타내는 그래프이다.
도 18은 전극(Ⅱ)의 전면(106, 107)에 고주파를 인가한 경우에 관측되는 Vdc의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 19는 전극(Ⅱ)의 중심부분(106)에만 고주파를 인가한 경우에 관측된 Vdc의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 20은 전극(Ⅱ)의 E극쪽의 외주전극(107e)에만 고주파를 인가한 경우에 관측되는 Vdc의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 21은 전극(Ⅱ)의 모든 외주전극(107)에 고주파를 인가한 경우에 관측되는 Vdc의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 22는 전극(Ⅱ)의 W극쪽 외주전극(107w)에만 고주파를 인가하지 않은 경우에 관측되는 Vdc의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 23은 전극(Ⅱ)의 E극쪽 외주전극(107e)에만 고주파를 인가한 경우에 관측되는 Vdc의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 24는 종래의 다이폴 링 마그넷(DRM)을 이용한 마그네트론 플라즈마 에칭장치를 나타내는 개략도이다.
도 25는 도 24의 장치에 있어서 다이폴 링 마그넷(DRM)에 의해 형성된 자계분포를 나타내는 개략도이다.
도 26은 도 1에 도시된 보조전극(102)의 각종 구성을 도시한 개략적인 단면도이다.
도 27은 도 1에 도시된 보조전극(102)을 구성하는 국소전극(103)과 기체(108)의 상대적인 위치관계를 도시한, 전극(Ⅱ)의 쪽에서 본 전극(I) 및 보조전극의 개략적인 평면도이다.
도 28은 자장의 인가수단에 의해 생성된 전자류의 흐름의 적어도 상류쪽에 설치된 보조전극을 구성하는 국소전극이, 기체의 모든 위치에서 보았을 때, 전자류의 흐름의 상류쪽을 커버하는 크기를 가지는 경우를 도시한, 국소 전극과 기체의 배치를 설명하는 개략적인 평면도이다.
도 29는 국소전극(103)과 기체 (108)의 상대적인 4가지의 배치를 도시한 개략적인 평면도이다.
도 30은 전극(Ⅱ)의 쪽에서 본 전극(I)의 개략적 평면도로서, 프로브의 배치를 설명하는 도면이다.
도 31은 실시예 4에 따른 플라즈마 밀도(Ji)의 측정결과를 나타내는 그래프이다.
도 32는 실시예 5에 따른 보조전극이 없는 평행평판형 플라즈마 에칭장치의 개략적 단면도이다.
도 33은 실시예 5에 따른 전극(Ⅱ)(105)와 전극(I)(101)의 상대적인 6가지 배치를 도시한 개략 단면도이다.
도 34는 전극(Ⅱ)의 쪽에서 본 전극(I)의 개략적인 평면도로서, 프로브의 배치를 설명하는 도면이다.
도 35는 실시예 5에 따른 자기 바이어스 전위(Vdc)의 측정결과를 나타내는 그래프이다.
도 36은 전극(I)쪽에서 본 전극(Ⅱ)의 개략적인 평면도로서, 전극(Ⅱ)을 구성하는 외주부(107)의 각종 구성을 설명하는 도면이다.
부호의 설명
100: 챔버,
101: 전극(I),
101a: 전극(I)의 기체를 얹는 부분(서셉터),
102: 보조전극, 102n N극쪽의 국소전극,
102s: S극쪽의 국소전극,
102e: 전자류 흐름의 적어도 상류쪽에 설치된 국소전극, 즉 E극쪽의 국소전극,
102w: W극쪽의 국소전극,
103: 국소전극,
104: 접합 임피던스를 조정하는 수단,
105: 전극(Ⅱ),
106: 전극(Ⅱ)를 구성하는 중심부(내측 전극),
107: 전극(Ⅱ)를 구성하는 외주부(외측 전극),
107', 107": 부재,
108: 기체,
109: 자장의 인가수단,
110: 고주파전원,
111: 보조전극접합용 나사구멍
112: 보조전극접합용 나사,
113: 프로브,
114: 샤워헤드,
116: 국소전극 및 이 전극(I)과는 다른 유전율의 재료로 이루어지는 단층막 혹은 적층막,
117a: 국소전극(103)의 내부에 설치한 공동,
117b: 국소전극(103)과 전극(I)(101)과의 계면 부근에 설치된 공동,
118: 국소전극(103)과 전극(I)(101)의 사이에 설치된, 절연성 재료로 이루어지는 박막,
119: 국소전극(103)과 전극(I)(101) 사이에 설치한 콘덴서,
509: DRM(다이폴 링 마그넷), 515: 자장,
2401: 진공용기, 2402: 제1 전극, 2403: 웨이퍼
2404: 가스도입구, 2405: 고주파전원, 2406: 배출구
2407: 제2 전극, 2411: 절연물, 2412: 게이트 밸브,
2413: 다이폴 링, 2414: 매칭회로,
2416: 보호링, 2417: 냉각관, 2423: 보조자석
2450: 석영창, 2451: 광검출기, 2452: 모니터장치,
2532: 웨이퍼 중앙, 2533 웨이퍼주변
도 1은 본 발명에 따른 보조전극을 갖춘 플라즈마 에칭 장치의 일례를 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 1은 챔버(100), 전극(I)(101), 전극(I)(101a)의 기체를 얹는 부분(서셉터), 보조전극(102), 국소전극(103), 접합 임피던스를 조정하는 수단(104), 전극(II)(105), 전기적으로 접지된 중심부(106), 도시하지 않은 고주파전원에 접속된 외주부(107), 기체(108), 자장의 인가수단(109), 고주파전원(110), 보조전극접합용 나사(112), 전극(II)에 내장된 샤워헤드(114)로 이루어진 프로세스가스를 도입하는 기구를 도시한다.
도 2는, 도 1에 있어서 전극(II)쪽에서 본 전극(I)의 평면도이다. 도 3은, 도 2의 전극(I)의 외주부근위에 보조전극을 구비한 상태를 나타내는 평면도이다. 도 4는 도 1에 있어서 전극(I)쪽에서 본 전극(II)의 평면도이다. 도 5는, 도 1에 있어서의 자장의 인가수단을 도시하는 평면도이다.
본 발명에 따른 보조전극(102)은, 도 1에서 도시된 바와 같은 평행평판형인 2개의 전극(I)(101) 및 전극(II)(105)을 구비하고, 상기 전극(I)(101)의 상기 전극(II)(105)과 대향하는 면 위에는 플라즈마를 이용하여 에칭등의 처리가 이루어지는 기체(108)를 얹고, 상기 기체 (108)의 플라즈마 에칭이 이루어지는 면에 대하여 수평인 동시에 한방향성을 가지는 자장의 인가수단(109)을 설치한 플라즈마 에칭장치에 부설하여 사용한다.
도 5는, 전극(II)쪽에서 본 기체(108) 및 자장의 인가수단(109)으로 기능하는 DRM(다이폴 링 마그넷)(509)의 평면도이다. 도 1의 플라즈마 에칭장치에서는, 자장의 인가수단(109)으로 도 5에서 도시된 바와 같이, 상기 기체(108)의 플라즈마 에칭이 이루어지는 면에 대해 수평인 동시에 한방향성을 가지는 자장(515)의 인가수단으로 여기에서는 DRM(다이폴 링 마그넷)(509)를 사용했다.
도 1에 도시된 보조전극(102)은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 기체에 대해 상기 자장의 인가수단에 의해 발생한 전자류의 흐름의 적어도 상류쪽에 설치된다. 이 보조전극(102)은, 전극(II)(105)과 대향하는 쪽에 배치되는 국소전극(103)과 이 국소전극의 상기 전극(I)과 전기적으로 접합하는 부분에 설치된 임피던스를 조정하는 수단(104)으로 구성된다. 다만, 도 2 및 도 3은, 임피던스를 조정하는 수단(도시하지 않음)을, 국소전극(103) 아래에 겹치도록 국소전극(103)과 전극(I)(101)사이에 설치한 일례를 도시하고 있다.
도 27은, 도 1에 도시된 보조전극(102)을 구성하는 국소전극(103)과 기체(108)와의 상대적인 위치관계를 나타내는, 전극(Ⅱ)의 쪽에서 본 개략적인 평면도이다. 도 27에서는, 임피던스를 조정하는 수단(도시하지 않음)이 국소전극 아래에 겹치도록 국소전극(103)과 전극(I)(101) 사이에 설치된 일례를 나타내고 있지만 그 설치방법은 도 26에 도시된 것 같이 다른 형태여도 상관없다.
이하에서는, 도 27을 이용하여, 본 발명에 따른 국소전극(103)과 기체(108)의 상대적인 위치관계에 관해 상세히 서술한다.
도 27(a)은, 보조전극을 구성하는 국소전극이 상기 자장의 인가수단에 의해 생성된 전자류 흐름의 상류쪽(E극쪽)에만 설치한 도전성 재료로 이루어지는 제1 국소전극 (103a)인 경우를 나타낸다.
도 27(b)은, 보조전극을 구성하는 국소전극이 자장의 인가수단에 의해 생성된 전자류 흐름의 적어도 상류쪽(E극쪽)에 설치한 도전성 재료로 이루어지는 제2 국소전극(103b)과 이 상류쪽 이외에 설치한 절연성 재료로 이루어지는 제 3 국소전극(103c)과의 조합으로 이루어지는 경우를 나타낸다.
도 27(C)는, 보조전극을 구성하는 국소전극이 상기의 자장의 인가수단에 의해 발생한 전자류 흐름의 적어도 상류쪽에서는 폭이 넓고, 이 상류쪽 이외에서는 폭이 좁은 도전성 재료로 이루어지는 제 4국소전극(103d)과, 상기 기체쪽에서 보았을 때, 이 제 4국소전극의 폭이 좁은 영역의 바깥쪽에 설치한 절연성 재료로 이루어지는 제 5국소전극(103e)의 조합으로 이루어지는 경우를 나타낸다.
도 27(d)은, 상기의 기체 주변부에 링체의 보조전극을 설치하고, 이 보조전극은, 상기의 전극(II)과 대향하는 쪽에 배치되는 국소전극과, 이 국소전극의 상기 전극(I)에 전기적으로 접합하는 부분에 설치된 임피던스를 조정하는 수단으로 구성되어 있으며, 또한, 링체의 임피던스는 상기 자장의 인가수단에 의해 생성된 전자류흐름의 상류쪽에 상당하는 부분(국소전극 (103f)의 부분)이 다른 부분(국소전극(103g)의 부분)보다 낮은 경우를 나타낸다.
또한, 도 28(a)∼(d)에 도시된 바와 같이, 상기 보조전극을 구성하는 국소전극이 상기 기체의 모든 위치에서 보았을 때, 이 전자류 흐름의 상류쪽(도 28의 E극쪽)을 덮을 수 있는 크기를 가지는 것이 보다 바람직하다. 도 28(a)는 기체의 반 바퀴분을 국소전극이 거의 둘러싸는 경우, 도 28(b)은 전자류의 상류쪽에서 보았을 때 기체의 폭과 같은 정도까지 기체를 국소전극이 둘러싸는 경우, 도 28(c)는 기체의 반바퀴분을 넘게 국소전극이 둘러싸는 경우, 도 28(d)는 기체의 전체 둘레를 국소전극이 둘러싸는 경우이다. 이러한 크기의 국소전극을 설치하는 것에 의해 기체의 모든 면을 흐르는 전자류를 한 방향으로 모은 평행한 흐름으로 할 수 있으므로, 기체에 대한 플라즈마 밀도의 면분포가 균일해지고, 기체에 대해 균일한 에칭처리가 가능해진다.
도 1의 챔버(100)는, 감압용기로 기능한다. 챔버(100)의 벽면재료로는, Al합금등을 이용하지만, 산화막 등을 에칭 할때에, 챔버 벽면에서 방출되는 수분이 레지스트의 에칭율을 크게하는 요인이 되는 것을 고려하여, 질화처리를 한 재료(AlN등)를 사용하는 것이 바람직하다. 이것은 챔버벽면만이 아니라, 전극과 다른 챔버내 재료등도, 재료적으로는 가능한 한 수분등을 방출하지 않는 구성으로 하는 것이 필요하다. 도전성 재료로는 글래시 카본과 SiC등을, 절연성 물질로는 AlN과 SiN등을 들 수 있다. 재료선정은 열전도율과 표면에서의 전계강도비등을 고려하여 결정한다.
전극(I)(101)에는, 고주파 전원(110)에서 플라즈마 생성을 위한 전력을 공급한다. 전극(I)(101)은 중심에 기체(예를들면 Si웨이퍼)(108)을 유지하는 서셉터 (101a)를 가지며, 서셉터의 지름은 웨이퍼 사이즈로 했다. 또한, 전극(I)(101)의 바깥부분에는, 기체(108)와 떨어진 위치에 보조전극(102)을 얹었다. 보조전극(102)은, 상기의 기체(108)에 대해, 상기의 자장의 인가수단(109)에 의해 생성된 전자류 흐름의 적어도 상류쪽에 설치한 국소전극(103)과, 상기 국소전극(103)의 전극(I)(101)과 전기적으로 접합하는 부분에 설치된 임피던스를 조정하는 수단(104)으로 구성되어 있다.
이하에서는, 본 발명에 대한 에칭장치를 구성하는 각 부재에 관해 상세히 설명한다.
(1)보조전극(102)
본 발명에 따른 보조전극(102)은, 전극(I)(101)과의 접합 임피던스의 크기, 국소전극(103)의 크기, 국소전극(103)을 설치하는 위치, 및 국소전극(103)의 기체(108)에 대한 높이차이가 매우 중요하다. 이하에서는 이러한 점들에 관해서 종래기술과 본 발명의 상이점을 설명한다.
(1-1) 전극 (I)(101)과의 접합 임피던스의 크기
종래의 에칭장치에서도, 본 발명의 전극(I)(101)에 해당하는 전극의 외주부에 즉, 본 발명의 보조전극(102)을 설치한 위치에 전극(I)(101)과는 다른 링체와 전극을 설치하는 경우가 있었다. 그러나, 종래의 에칭장치에 있어서는 전극(I) (101)과는 다른 물체를 이루는 전극이 ①모두가 도체 재료로 구성되어, 본 발명의 전극(I)(101)에 해당하는 전극과 전기적으로 통하게되어, 캐소드 면적을 넓히므로서 플라즈마의 균일성을 유지시키거나, ②모두가 고주파를 통하지 않는 재료(예를들면 석영 등)로 구성되어, 기체를 얹는 서셉터 주변을 절연하고, 서셉터로의 투입전력에 대한 실효 파워를 높이는 사용법 밖에 존재하지 않았다.
한편, 본 발명에 따른 보조전극(102)은 전극(I)(101)과 같은 도전성재료로 이루어지는 국소전극(103)과, 국소전극(103)의 전극(I)(101)과 전기적 접합을 하는 부분에 설치한 임피던스를 조정하는 수단(104)으로 구성되어 있으며, 국소전극(103)의 전극(I)(101)에 대한 접합 임피던스를 변화시키므로서 국소전극(103)의 표면(즉 보조전극(102)이 플라즈마에 노출되는 면)의 고주파 통과율을 제어할 수 있는 점에서 종래와 크게 다르다. 예를들면, 본 발명의 보조전극(102)은 도 26(e)에서 도시한 바와 같이, 국소전극(103)과 전극(I)(101) 사이에 콘덴서로써 박막(118)과 콘덴서(119)를 설치하여 이 박막(118)과 콘덴서(119)가 임피던스를 조정하는 수단(104)이 되는 구성에 의해 실현할 수 있다.
도전성 재료로 이루어지는 국소전극(103)으로는, 예를들어 표면처리 하지 않은 Al, Si, SiC, Cu 또는 스텐레스스틸(이하 SUS로 칭함) 및 이들 표면에 알마이트 처리, 불화부동체 처리 혹은 MgO 코팅등을 한 것이 사용하기에 가장 바람직하다. 또한, 절연성재료로 이루어지는 국소전극(103) 으로는, SiO2와 테프론등을 예로 들 수 있다.
임피던스를 조정하는 수단(104)으로는, 예를들어, 도 26에서 도시된 것을 들 수 있다. 도 26은, 도 1에 도시된 보조전극(102)의 각종 구성을 도시된 개략 단면도이다.
도 26(a)는, 국소전극(103)이, 전극(I)(101)과 접촉하는 좁은 면적의 영역을 가지고, 이 영역이 임피던스를 조정하는 수단(104)이 되어 있는 경우를 나타낸다. 도 26(a)에서는, 이 영역의 면적을 조정하는 것에 의해, 소정의 접합 임피던스를 얻을 수 있다.
도 26(f)는, 국소전극(103)이, 전극(I)(101)과 접촉하는 요철형태의 영역을 가지고, 이 영역이 임피던스를 조정하는 수단(104)이 되어 있는 경우를 나타낸다. 도 26(g)는, 전극(I)(101)이 국소전극(103)과 접촉하는 요철형태의 영역을 가지고, 이 영역이 임피던스를 조정하는 수단(104)으로 되어 있는 경우를 나타낸다. 도 26(h)는, 국소전극(103)이, 2개의 면에 있어서 전극(I)(101)과 접촉하는 요철형태의 영역을 가지고 이들 영역이 임피던스를 조정하는 수단(104)이 되어 있는 경우를 나타낸다. 도 26(i)는, 도 26(f)의 구성에 있어서, 기체(108)가 국소전극(103) 방향으로 돌출되어 전극(I)의 기체를 얹는 부분(서셉터)(101a) 에 배치되어 있는 경우를 도시한 것이다. 도 26(f)~(h)에서는, 이 요철형태와 그 요철을 설치하는 면적을 조정하는 것에 의해, 소정의 접합 임피던스를 얻을 수 있다. 특히, 도 26(i)에서는 국소전극(103)에 대향하는 전극(I)의 기체를 얹는 부분(서셉터)(101a)의 측면이 플라즈마에 의해 에칭되기 어려운 특징도 함께 가질 수 있다.
도 26(b)는, 국소전극(103)과 전극(I)(101) 사이에, 이 국소전극 및 이 전극 (I)과 다른 유전율 재료로 이루어지는 단층막 또는 적층막(116)을 가지며, 이 막(116)이 임피던스를 조정하는 수단(104)으로 되어 있는 경우를 도시한 것이다. 도 26(b)에서는 이 단층막의 유전율과 막두께 또는 적층막을 구성하는 각 막의 유전율, 막두께 또는 적층 순서 등을 조정하는 것에 의해 소정의 접합 임피던스를 얻을 수 있다.
도 26(c)는, 국소전극(103)의 내부에 공동(117a)을 설치하여, 이 공동(117a)이 임피던스를 조정하는 수단(104)으로 되어 있는 경우를 도시한 것이다. 도 26(d)는 국소전극(103)과 전극(I)(101)의 계면 부근에 공동(117b)을 설치하여, 이 공동(117b)이 임파던스를 조정하는 수단(104)으로 되는 경우를 도시한 것이다. 도 26(c)~(d)에서는, 이 공동(117)의 크기를 조정하는 것에 의해 소정의 접합 임피던스를 얻을 수 있다. 또, 이 공동(117)의 내부는 진공, 불활성 기체 또는 상기의 국소전극 및 상기의 전극(I)과는 다른 유전율의 재료이면 어떤 것이든 가능하고, 국소전극(103)과 전극(I)(101) 사이의 임피던스를 소정의 값으로 조정하는 기능을 충족시켜 준다.
도 26(e)는, 국소전극(103)과 전극(I)(101) 사이에 콘덴서로서 박막(118)과 콘덴서(119)를 설치하여 이 박막(118)과 콘덴서(119)가 임피던스를 조정하는 수단(104)으로 되는 경우를 도시한 것이다. 도 26(e)에서는 콘덴서(119)의 용량 (capacitance)을 조정하므로서, 소정의 접합 임피던스를 얻을 수 있다. 또한, 도 26(e)에 있어서, 보조전극(102) 전체를 절연재료(테프론, SiO2등)로 구성하여, 거기에 콘덴서로 이루어지는 접합단자를 삽입한 것(도시하지 않음)도 또 다른 실례로 들 수 있다. 이 접합 임피던스를 조정하는 수단(104)을 이용하므로서, 전극(I)(101)과 보조전극(102) 사이에 소정의 캐패시턴스(capacitance)를 둘 수 있다. 또, 이 방법에 의해, 그 접합 임피던스를 적당히 변경하는 것도 가능해진다.
상기의 국소전극(103)을 구성하는 재료로는, 예를들면 Al, Cu, Si, SiC, 글래시 카본 모두가 바람직하다.
(1-2) 국소전극(103)의 크기
국소전극(103)의 폭(국소전극(103)과 임피던스를 조정하는 수단(104)이 같은 폭을 가지는 경우는, 보조전극(102)의 폭을 가리킨다)은, 종래의 장치에서 그 기능을 충족시키기 위해서 약 30~40mm가 필요한데 비하여, 본 발명의 장치에서 20mm 정도까지 작아질 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 국소전극(103)의 직경을 40mm 정도 작게할 수 있다.
또한, 도 1에 있어서, 웨이퍼로 이루어지는 기체(108)의 사이즈는 200mm로 되어있지만, 본 발명에 따른 국소전극의 필요 사이즈는 기체(108)의 사이즈가 300mm가 되어도, 프로세스 조건이 불변하면 크게 변하지 않는다. 따라서, 그 만큼 챔버내의 지름을 작게 할 수 있고, 앞으로 기체의 직경이 점점 커져도 챔버 사이즈를 극단적으로 크게 하지 않고 대응할 수 있다. 도 23에 국소전극(103)의 폭과 플라즈마 밀도의 기체면내 분포의 관계를 도시한다. 도 23에서, 예를들면 20m Torr의 압력에서는, 국소전극(103)은 20mm의 폭이 있으면, E극 쪽에서의 플라즈마 밀도감소를 줄일 수 있는 것을 알았다.
(1-3) 국소전극(103)을 설치하는 위치
도 1의 플라즈마 에칭장치에서는, 자장의 인가수단(109)으로써, 도 5에서 도시된 바와 같이, 상기 기체(108)의 플라즈마 에칭이 이루어지는 면에 대해 수평인 동시에 한 방향성을 가지는 자장(515)을 인가할 수 있는 DRM(다이폴 링 마그넷)을 이용한다. 이러한 DRM에서는, 기체 위의 플라즈마 시스내를 전자가 자력선에 감겨 붙으면서 운동하기때문에, 고밀도 플라즈마의 생성이 가능하다. 이 경우, 도 5에 있어서의 E극쪽이 전자류의 상류가 되기때문에, 다음에 서술하는 이유로 E극쪽에서의 보조전극(102)의 존재가 중요해진다.
우선, 주목하는 것이 전자의 운동방법이다. 전자는 자력선에 감겨 붙으면서 나선운동(사이클로이드운동)을 하는데, 이 때의 전자의 선회 반경은
로 나타낼 수 있다. Vdc는 자기 바이어스 전위, B는 자속밀도이다. 이 식에서, Vdc=200V, 자속밀도 200G의 경우, R은 약 2mm 정도인 것을 알 수 있다. 따라서, 전자는 산란되지 않는 한, 음극 근처공간에서 선회운동을 하고, 그것은 이온시스 중에 자리잡는다. 이온시스에서 전자가 날아나오면, 전계(자기 바이어스)가 없어지고, 사이클로이드 운동이 성립하지 않게 되기 때문이다.
도 6은, 전극(I)(101), 보조전극(102) 및 기체(108)의 위치관계를 나타낸 모식적인 단면도이다. 도 6의 보조전극(102)는, 국소전극(103)과 임피던스를 조정하는 수단(104)이 같은 폭을 가지는 경우를 나타내고 있다. 이 도면에 표시되지 않은 부분은, 기본적으로 도 1에 준하는 것으로 한다. 도 6(a)에서 알 수 있듯이, 상기한 전자의 운동을 안정시켜 실현하기 위해서는, 전자류의 상류가 되는 E극 쪽에, 전극(I)과의 사이에 적당한 접합 임피던스를 가지는 보조전극(102e)을 두는 것이 중요하다. 보조전극(102e)의 설치에 의해, 보조전극(102e)쪽 기체(108)의 외주 영역에 있어서도 유연한 전자의 운동(즉, 도 6에 점선 및 화살표로 나타낸 방향으로 진행하는 운동)이 가능해 진다. 그 결과, 보조전극(102e)쪽 기체(108)의 외주영역에 있어서의 에칭 속도를, 기체 중앙부와 동등하게 하는 것이 가능해 진다. 그때, 가변 콘덴서등을 이용하여 임피던스를 미세조정해도 상관없다.
도 3에 있어서, 보조전극(102)이 4분할 되어 있는 것은, 뒤에서 서술할 실험때문이며, 하나여도 괜찮다.
종래의 DRM을 이용한 에칭장치에서는 기체에 대한 에칭 속도의 균일화를 도모하기 위해, 인가하는 자장을 회전시키는 경우가 있다. 그러나, 자장을 회전시키지 않은 상태에서 기체를 처리할 수 있다면, 보조전극(102)을 전자류의 상류쪽에 배치하는 것에 의해, 투입전력 효율을 더욱 높여, 생성되는 플라즈마 밀도를 높일 수 있다. 도 3은, 전극(II) 쪽에서 본 보조전극(102)의 배치를 나타내는 평면도이다.
외부 자장의 E극 쪽 이외의 국소전극은 기체위의 플라즈마 밀도분포는 국소전극의 유무에 관계없으므로, E극 쪽에 고주파를 통과시켜, 다른 부분은 완전히 절연된 상태로도 상관없다. 따라서, 자석을 회전시키지 않고 기체를 처리할 때는, 국소전극이 E극 쪽만 독립된 형태의 것을 사용하는 것이 가능해진다. 또한, 국소전극(103)의 분할형태는 본 예에 한해서만이 아닌 것은 말할 것도 없다. 예컨대, 전자류 상류쪽에서의 밀도감소를 보정할 수 있는 형태인 것이 핵심이다. 또한, 자장을 회전시키지 않는 기체 처리는 본 발명에 의한 플라즈마 균일화로 인해 처음으로 가능해진다.
따라서, 본원 발명의 보조전극(102)은 상기한 구성을 가졌기 때문에, 생성되는 플라즈마 밀도를 감소시키지 않고, 플라즈마 밀도의 균일화를 도모할 수 있는 플라즈마 에칭장치를 얻을 수 있다.
(1-4) 플라즈마에 노출되는 보조전극(102)을 구성하는 국소전극(103)의 표면과, 기체(108)의 표면과의 높이 차
이하에서는, 국소전극(103)의 표면높이와 기체(108)의 표면높이에 차가 있는 경우에 관해 고찰한다. 국소전극의 표면 쪽이 기체의 표면보다 높은 경우(도 6(a))에는, 이온시스의 폭을 넘지 않는 한, 국소전극의 표면에서 일어난 전자운동은 기체의 표면까지 이르지만, 역으로 국소전극의 표면이 기체의 표면보다 낮은 경우(도 6(b))에는 0.5mm 정도 낮게 되는 것만으로 전자운동이 국소전극과 기체의 경계에서 차단되어 버린다. 즉 전자의 운동이 서셉터 단면에서 다시 출발하여, 국소전극의 의미가 없어져 버리는 것이다. 이것은, 전자가 서셉터에 충돌하여 운동이 일단 멈추는 것에 기인한다.
따라서, 플라즈마에 노출되는 상기 국소전극의 표면은, 상기 기체의 표면과 같은 높이든지, 또는 해당 기체 표면보다 이온시스의 폭 이내에서 높다(0.1~1mm 정도로 약간 높게) 설정되는 것이 바람직하다. 특히, 후자의 조건으로 설정한 국소전극은 (스패터) 되어 있어도 기체보다 낮아지는 것은 없으므로, 장시간 그 성능을 유지할 수 있는 잇점도 있다.
또, 국소전극과 전극(I)의 기체를 얹는 부분(서셉터) (101a)과의 간격은, 전기적으로 단락하는 거리보다는 길고, 해당 국소전극에서 생성된 전자의 운동이 해당 기체까지 이르지 못하는 거리보다는 짧아지는 것에 의해, 해당 국소전극 위에서 발생한 전자가 국소전극에서 기체로 순조롭게 흐를 수 있으므로 바람직하다.
본 발명 중에서, 상기한 보조전극(102)에 의한 효과로 균일 수평 자장 속에서의 기체상의 플라즈마 밀도의 균일화를 열거했지만, 기체 부근의 플라즈마가 균일해도 기판위에 걸리는 자기 바이어스 전압은 불균일한 실험결과가 나와있다. 이것은 DRM의 수평자장에 의해 전자가 E극 보다 W극쪽 방향으로 이동하는 현상에서 일어나는 문제로 생각되고 있지만, 뒤에서 서술하듯이, 이 문제는 전극 II의 중심부(106)를 접지 전위로 한 상태에서 전극(Ⅱ)의 외주부(107)에 고주파를 인가하는 것에 의해 해결가능해 진다.
(2) 전극 Ⅱ 105
도 4는, 도 1에 있어서, 전극(I)쪽에서 본 전극(Ⅱ)의 평면도이다. 본 발명에 관한 전극(Ⅱ)(105)은, 전기적으로 접지된 중심부(106)와 도시하지 않은 고주파전원에 접속된 외주부(107)로 구성되어 있어, 전극(I)(101)에 마주보는 위치에 배치되어 있다. 본 발명에 관한 전극(Ⅱ)의 특징은 종래의 일체형태로 구성되어 있던 전극을 동심원 형태로 분할하여 외주(바깥 둘레) 전극에 대해 전극(I)에 인가하는 고주파 전력과는 독립된 고주파 전력을 투입할 수 있는 구성으로 한 점이다.
특히, 동심원 형태로 분할한 전극(Ⅱ)을 이용한 경우는, 전극(Ⅱ)을 구성하는 중심부와 외주부의 간격을, 전기적으로 단락하는 거리보다는 길게 하는 것에 의해, 안정된 플라즈마를 생성. 유지할 수 있으므로 바람직하다.
또, 상기의 전극(I) 및 전극(Ⅱ)의 외주부 간격, 또는 상기 국소전극 및 상기의 전극(I) 및 전극(Ⅱ)의 간격은, 해당 전극(I) 및 전극(Ⅱ)으로 쌓인 공간내에서 발생하는 국소적인 플라즈마 밀도의 최소치를 최대치로 나눈 비율이 0.1이상이 되는 거리로 하므로써, 안정된 플라즈마를 얻을 수 있으므로 바람직하다.
더우기, 전극(I)의 위에 얹혀진 기체의 외주단(바깥 둘레의 끝) 범위 내에 배치하는 것에 의해, 기체에 대한 자기 바이어스 전위가 높은 균일성이 확보될 수 있으므로 적당하다.
도 4 및 도 7(a)에 있어서, 전극(Ⅱ)(105)를 구성하는 외주부(107)가 4분할 되어 있는 것은, 뒤에서 서술할 실험때문이고, 하나여도 관계없다. 즉, 도 36(a)에서 도시하듯이, 전극(Ⅱ)(105)을 구성하는 외주부(107)가 동일한 임피던스로 이루어지는 일체물(107a)로도 좋다.
또, 도 36(b)에서 도시하듯이, 전극(Ⅱ)(105)을 구성하는 외주부(107)가 링체이고, 해당 링체의 임피던스는 자장의 인가수단에 의해 생성된 전자류 흐름의 상류쪽(E극쪽)에 상당하는 부분(107b)이 다른 부분(107c)보다 낮아 지도록, 다른 임피던스의 영역을 두어도 상관없다.
상기한대로, 본 발명에 관한 보조전극(102)(즉 국소전극(103))은, 균일수평자장 안에서의 기체 위 플라즈마 밀도의 균일화하는데 유효하지만, 기체 부근의 플라즈마가 균일해도 기체위에 걸리는 자기 바이어스 전압은 불균일한 문제점이 있었다. 고주파를 인가하고 고주파를 인가한 전극(I)보다도 높은 고주파로 하는 것에 의해 기체 근처의 플라즈마 밀도가 균일해도 기체상에 걸리는 자기 바이어스 전위(Vdc)가 불균일한 문제를 해결할 수 있다.
그러나, 본 발명에 관한 전극(Ⅱ)(105)에서는, 도 4에서 나타내는 안쪽 전극(106)은 접지 전위로 하여 도 7 및 도 8은 각각의 인가방식으로 플라즈마를 생성할때의 전자 흐름의 모델도이다. 도 7이 바깥쪽 전극(107)에만 고주파를 인가한 본 발명의 경우, 도 8이 안쪽 전극(106)과 바깥쪽 전극(107)의 양쪽으로 고주파를 인가한 종래의 경우를 나타낸다. 안쪽 전극(106)과 바깥쪽 전극(107) 양쪽에 고주파를 인가하지 않고, 바깥쪽 전극(107)에만 인가하는가를 설명하겠다.
도 8의 종래방식에서는, 전자류 방향은 전극(Ⅱ)(105) 전체에 전극(Ⅰ)(101)과는 역방향의 운동이 일어난다. 그러나, 도 7의 본 발명 방식(외주부분만 고주파를 인가)에서는 전극(Ⅱ)의 외주부분(107)에서 전극(I)(101)과 역방향의 흐름이 일어나지만, E쪽 끝까지 가면 전자는 전극(I)쪽 흐름을 타고, 다시 W쪽으로 이동한다고 생각된다. 이렇게 전극 Ⅱ표면에 있어서의 전자의 흐름과 전극(I) 표면에 있어서의 전자의 흐름이 하나의 흐름이 되는 것이 중요하고, 본 발명의 특징 중 하나이다.
도 7의 본 발명 방식을 이용하는 것에 의해, 120가우스의 균일수평자장을 이용한 플라즈마로, 종래 기술로는 통상 20~30V의 범위였던 자기 바이어스 전위 Vdc의 분포(max-min)를 본 발명에서는 수 V수준으로 감소시키는 것이 가능해진다. 이에따라 에칭할 때에 문제가 되는 웨이퍼의 차지업 손상을 거의 완전히 없애는 것이 가능해진다. 이것은 종래기술에서는 자장에 경사를 주는 것으로 해소했던 것을, 균일한 수평자장으로 해결할 수 있는 점에 본 발명의 의의가 있다.
결국, 종래의 장치에 있어서는 경사자장의 경사상황 결정은 하나의 프로세스에 대해 최적의 자장분포를 계산하여, 자장의 구성을 실시한다.
이것은 프로세스 조건(압력, 원료가스 종류, RF전력 등)에 의해 최적치가 바뀌어 버리기 때문에, 매우 비용이 많이 들고, 범용성이 부족한 결점이 있었다. 이에 대해, 본 발명에 관한 플라즈마 에칭 장치에서는, 수평한 균일자장에서 상기한 것 같은 프로세스 조건에 영향받지 않고 안정된 에칭프로세스를 구축할 수 있다.
여기서, 안쪽 전극(106)의 직경 및 바깥쪽 전극(107)의 바깥 지름은 처리하는 기체 사이즈가 200mm일때 각각 160mm, 260mm가 되지만, 당연히 안쪽 전극(106)의 직경 사이즈를 다소 변경하더라도 본 발명의 효과가 없어지지 않는다.
또한, 본 발명에서는 전극(I)(101)에 투입하는 고주파를 13.56MHz, 전극(Ⅱ)의 외주부(107)에 투입하는 고주파를 100MHz로 했지만, 전극(Ⅱ)의 외주부(107)에 투입하는 고주파는 전극(I)(101)보다 높은 주파수이면 어떤 주파수여도 상관없다.
또한, 본 발명에서는, 전극(Ⅱ)의 외주부(107)에 인가하는 고주파전력을, 전극(I)의 주파수(주로 13.56 혹은 27.12MHz가 사용된다. 물론 이 2종류로 한정되지는 않는다)에 대해 높은 주파수로 설정했기 때문에, 전극(I)의 전력에 대해 비교적 저전력으로 효과를 얻을 수 있다. 즉, 전극(I)에 13.56MHz, 400W로 인가 했을때, Vdc 보정 효과가 나오는 전극(Ⅱ)의 외주부(107)로의 100MHz의 인가전력은, 75~100W란 결과가 나온다. 이 전력은 플라즈마의 조건에 의해 다소 변화하지만, 전극(Ⅱ)의 외주부(107)에의 인가 필요전력은 전극(I) 전력의 약 0.25배 정도라 할 수 있다.
(3) 프로세스 가스를 도입하는 기구
챔버 100안으로 프로세스가스를 도입하는 기구로는, 도 4에서 도시되는 샤워헤드(114)를 사용했다. 샤워헤드(114)는, 전극(Ⅱ)(105)이 전기적으로 접지된 중심부(106)에 복수개 배치된 프로세스 가스 도입관이며, 프로세스가스를 플라즈마 장치(100)의 외부에서 전극(I)의 위에 얹힌 기체(108)에 대해 연내가 균일해지도록 분사시킴으로써, 기체부근에서의 가스 흐름 및 반응생성물과 원료 가스의 비를 균일하게 유지할 수 있다. 이 샤워헤드는 산화막 에칭에 있어서 중요한 작용을 하는 것이다.
(4) 두개의 전극(I) 및 (Ⅱ)에서 전력을 공급하는 방식 (2주파 여기방식)에의 대응
2주파 여기 방식에서는, 전극 (I) 및 전극(Ⅱ)의 간격이 중요하다. 본 발명에서는 이 간격을 10~20mm로 설정하고, 이 조건하에서는 본 발명의 전극 (Ⅱ)(전극 (Ⅱ)의 외주부)에 대한 전력인가 효과가 현저히 나타난다. 그러나, 앞으로 300mm이상의 기체 직경의 대형화를 목표로 할 때에 프로세스 가스의 유량확대가 진행되고, 가스의 고속배기가 불가결해져 전극간격을 30mm 이상으로 할 필요성이 생길 것이라 생각된다. 그때에는, 도 4에 있어서의 안쪽 전극(106)과 바깥쪽 전극(107)의 구조를 도 9와 같이 변경하고, 바깥쪽 전극(107)만을 전극 (I)(101)에 근접시킨 구조가 되도록 부재(107',107")를 두는 것으로, 요구되는 가스의 배기 속도를 만족시키면서 플라즈마 보정을 할 수 있는 것을 알았다.
상기한 2개의 전극 (I 및 Ⅱ)을 갖는 플라즈마 에칭장치에 있어서, 균일 수평 자장을 사용하여 자장의 회전없이 기체 처리를 할 수 있는 수준의 균일한 플라즈마 생성이 가능하게되고, 장치 전체의 소형화, 저 비용화 및 범용화가 가능해진다. 또한, 보조전극의 소형화도 장치 소형화와 같은 효과가 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 관한, 보조전극 및 플라즈마 에칭장치를 설명함에 있어서, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 I)
본 실시예에서는, 도 1에서 도시한 보조전극을 갖춘 평행평판형인 플라즈마 에칭장치를 이용하여, 보조전극의 설치방법을 바꾸어, 전극(I)에 고주파 전력(13.56[MHz])을 인가할 때에 생성된 플라즈마 밀도의 분포를 조사했다.
보조전력(102)은, 자장의 인가수단(109)에 의해 생성된 4극(N극, S극, E극, W극)의 방향을 중심으로 4분할한 것을 사용했다. 그리고, 한 방향의 보조전극(예를들면(102e))을 단독으로 음극화(즉, 전극(I)(101)과 단락시킨 상태)하고, 남은 3방향의 보조전극(예를들면, 102w,102n,102s)을 플로팅 상태로 함으로써, 본 발명의 보조전극 효과를 검토했다.
보조전극(102)은, 도전성 재질(Al)으로 이루어지는 국소전극(103)과, 접합 임피던스를 조정하는 수단(104)으로 이루어진다. 접합 임피던스를 조정하는 수단(104)에 있어서, 국소전극(103)과 전극(I)(101)을 단락시킬 경우에는 동(銅)스페이서를, 국소전극(103)과 전극(I)(101)을 절연시킬 경우에는 테프론 스페이서를 사용했다. 국소전극(103)은 이들 스페이서를 사이에 두고 나사(112)로 전극(I)(101)과 접합하는 구조로 했다.
챔버(100)의 내부는 감압 가능한 구조로 되어 있고, 도시하지 않은 터보분자 펌프에서 도달진공도 10-5Pa 수준까지 감압했다. 플라즈마를 발생시키는 원료가스는 전극(Ⅱ)의 중심부에 설치한 샤워헤드에서 2개의 전극간에 도입했다. 본 발명에서는, 원료가스로는 아르곤 가스를 이용하여 이온 전류 밀도 (J ion [mA/cm2])와 자기 바이어스 전위 : (Vdc[volt])를 조사했다. 이온 전류 밀도는 플라즈마 밀도로 생각되므로, 이후 플라즈마 밀도로 표기한다. 가스압은 가스의 유량으로 10~200m Torr의 범위로 조정했다.
전극(Ⅱ)(105)은, 도 4와 동일한 구성으로 되어 있다. 즉 종래의 장치에서는 1장의 판으로 구성되는데 반해, 본 예의 장치에서는 중심부 전극(106)과 외주 4군데의 전극(107)으로 분리되어 있다. 본 실시예에서는, 보조전극을 평가하는 것이 목적이기때문에, 종래의 장치와 같이 전극(Ⅱ)을 모두 접지시켰다.
도 3에서 도시되듯이, 도전성 재질(SVS)로 이루어진 전극(I)(101)에는 플라즈마를 관측하기 위한 프로브(113)가 심어져 있고, 지름이 200mm인 전극 지름이(8인치인 기체에 해당하는 직경)면 내에, 17포인트로 설치했다. 이 심어진 각 프로브(113)의 플라즈마 속에서의 부동 전위를 측정하는 것으로 Vdc를, 또 얻어진 Vdc보다 충분히 음으로 인가할 했을 때 얻어지는 전류치에서 플라즈마 밀도 : (J ion)를 얻었다.
도 10 내지 도 13은, 플라즈마 밀도 : (J ion [mA/cm2])를 조사한 결과이다. 도 10은 E극 쪽의 국소전극(103e)만 음극화한 경우, 도 11은 W극쪽 국소전극(103w)만 음극화한 경우, 도 12는 N극쪽 국소전극(103s)만 음극화한 경우, 도 13은 S극쪽 국소전극(103S)만 음각화한 경우를 각각 나타내고 있다. 여기에서, 국소 전극의 음극화란, 소정의 극쪽 국소전극을 다른 극쪽의 국소전극보다 임피던스가 낮은 상태로하는 것을 가리킨다. 도 10 내지 도 13에 있어서, 횡축은 기체의 중심으로부터의 거리, 종축은 플라즈마 밀도(J ion)이다.
또한, 표 1에는 도 10 내지 도 13에 있어서, 사용한 각 기호의 의미를 나타내었다.
도번 음극화한 국소전극 기호 음극화 유무 플라즈마 밀도의 측정 방향
도 10 E극쪽(302e)만 ▲△●○ E극쪽만 음극화E극쪽만 음극화국소전극을 모두 비음극화국소전극을 모두 비음극화 N극쪽-S극쪽E극쪽-W극쪽N극쪽-S극쪽E극쪽-W극쪽
도 11 W극쪽(302w)만 ▲△●○ W극쪽만 음극화W극쪽만 음극화국소전극을 모두 비음극화국소전극을 모두 비음극화 N극쪽-S극쪽E극쪽-W극쪽N극쪽-S극쪽E극쪽-W극쪽
도 12 N극쪽(302n)만 ▲△●○ N극쪽만 음극화N극쪽만 음극화국소전극을 모두 비음극화국소전극을 모두 비음극화 N극쪽-S극쪽E극쪽-W극쪽N극쪽-S극쪽E극쪽-W극쪽
도13 S극쪽(302s)만 ▲△●○ S극쪽만 음극화S극쪽만 음극화국소전극을 모두 비음극화국소전극을 모두 비음극화 N극쪽-S극쪽E극쪽-W극쪽N극쪽-S극쪽E극쪽-W극쪽
이 4개의 그래프에서, E극쪽을 단락시킨 때(도 10)만, 종래 E극쪽에서 플라즈마 밀도가 내려가 있던 상태를 보정할 수 있는 것을 알았다.
도 14는, 웨이퍼에 있어서의 자기 바이어스 전위(Vdc[volt])를 조사한 결과이다. 또 도 15는, 도 10~도 13에서 나타낸 플라즈마 밀도(Jion[mA/㎠])의 결과를 총괄하여 나타낸 그래프이다.
도 14에서, 모든 국소전극을 단락시킨 경우(종래의 장치에 상당하는 조건)에는 Vdc가 작아지고, 에칭률(레이트)가 낮지 않은 것을 알았다.
한편, 도 14 및 도 15에서, E극쪽 국소전극(302e)만 음극화한 경우에는 어느정도 큰 Vdc를 얻을 수 있음과 동시에, 종래 E극쪽으로 내려가 있었던 플라즈마 밀도도 보정할 수 있는 효과를 얻을 수 있는 것이 명백해졌다. 즉, 기체에 대해, 자장의 인가수단에 의해 생성된 전자류 흐름의 적어도 상류쪽(E극쪽)에, 국소전극과 임피던스를 조정하는 수단으로 구성되는 보조전극을 설치하는 것에 의해, 상기 효과가 달성되는 것을 알았다.
[실시예 2]
본 예에서는, E극쪽 접합 임피던스를 조정하는 수단 104e로써 각종 용량의 콘덴서를 이용하여, 플라즈마 밀도: J ion[㎃/㎠]와 자기 바이어스 전위(Vdc[volt])를 조사한 점이 실시예 1과 다르다. 콘덴서 용량을 1,7,11,21[pF]로 한 경우와, 단락시킨 경우(실시예 1의 경우)를 비교했다.
이 때, 다른 3개의 접합 임피던스를 조정하는 수단(104w, 104n, 104s)은 전기적으로 부동시켰다.
다른 점은 실시예 1과 동일하다.
도 16은 웨이퍼에 있어서 자기 바이어스 전위(Vdc[volt])를 도 17은 플라즈마 밀도(J ion[㎃/㎠])을 조사한 결과이다.
이 2개의 그래프에서 E극쪽 접합 임피던스를 최적치(21[pF])로 하는 것에 의해, 단락시킨 경우보다 높은 Vdc를 취하면서, 종래 E극쪽으로 내려가 있던 플라즈마 밀도도 보정할 수 있는 것을 알았다.
[실시예 3]
본 예에서는, 전극(Ⅱ)에 있어서 고주파 전력(100[㎒])을 인가하는 부분을 바꿨을 때, 관측되는 Vdc를 조사했다.
다른 점은, 실시예 1의 도 10의 조건(E극쪽만 음극화)과 같다.
도 18은 전극(Ⅱ)의 전면(106과 107)에 인가했을 경우, 도 19는 전극(Ⅱ)의 중심부분(106)에만 인가했을 경우, 도 20은 E극쪽 외주전극(107e)에만 인가한 경우, 도 21은 모든 외주전극(107)에 인가한 경우의 결과를 나타낸 그래프이다. 각 도면의 오른쪽 윗부분에 나타낸 전극(Ⅱ)의 개략도에 있어서 검은 부분이 고주파를 인가한 전극을 나타낸다.
도 18 및 도 19에서는, 인가전력의 수치에 의론하지 않고, Vdc의 분포가 크고, 고주파 전력을 인가한 효과를 볼 수 없었다. 도 20에서는 도 18 및 도 19에 비교해서 Vdc의 분포가 작아지는 경향이 있었다. 도 21의 경우,도 18~도 20에 비교해서 Vdc의 분포가 현저하게 감소할 수 있는 것을 알았다. 즉, 모든 외주전극(107)에 고주파 전력을 인가하는 것으로, Vdc의 분포를 억제할 수 있는 것이 판명되었다.
또, 도 21에서, 전극(Ⅱ)에 고주파를 인가하지 않는 경우(도 21, W)의 Vdc는 20V이상의 분포가 있고, 기체의 도면에 차지업 손상의 우려가 있는데 대해, 전극(Ⅱ)의 모든 외주전극(107)에 고주파를 인가한 경우(도 21, 75W)에는 Vdc의 분포를 3V정도로 억제할 수 있으므로, 차지업 손상을 현저히 낮출 수 있다.
도 22는, W극쪽 외주전극(107W)에만 인가하지 않는 경우를 나타내는 결과이다. 이 결과는 도 20에서 나타낸 E극쪽 외주전극(107e)에만 인가한 경우와 같은 수준인 것에서 Vdc의 분포를 억제하기 위해서는 모든 외주전극(107)에 인가하는 것이 필수라고 생각했다.
본 예에서는, 전극(I)에 13.56[㎒] 고주파 전력을 전극(Ⅱ)의 외주부에는 100[㎒]의 고주파 전력을 각각 인가했지만, 전극(Ⅱ)는 생성한 플라즈마의 조정적 역할(웨이퍼에 있어서의 자기 바이어스 전위 Vdc의 조정 수단으로서의 역할)을 가지고 있으므로, 전극(Ⅱ)에 인가하는 고주파의 주파수(f2)로서는, 전극(I)에 인가하는 고주파의 주파수(f1)보다 높은 주파수를 사용했다. 그 결과, 투입전력을 작게해도 Vdc 보정효과가 얻어졌다.
f2를 f1보다 높은 주파수로 한 경우, 전극(Ⅱ)에 걸리는 Vdc가 작아지기 때문에, 전극(Ⅱ)가 스퍼터되기 어려운 효과도 있다. 또, 같은 주파수(f2=f2)로 한 경우에는 전극(I)과 전극(Ⅱ)가 간섭을 하므로, 플라즈마가 불안정해져서 바람직하지 않다. 그러나, f1과 f2의 위상을 다르게 하는 궁리에 의해, f2=f2으로한 경우에도, 플라즈마를 안정시키는 것이 가능하다.
[실시예 4]
본 예에서는, 도 1의 장치에 있어서, 자장의 인가수단에 의해 발생한 전자류 흐름의 적어도 상류쪽에 설치한 보조전극(102)을 구성하는 도전성 재료로 이루어진 국소전극(103)의 형상과 원반형 기체(108)의 상대적인 배치를 바꾸어, 전극(I)(101)에 얹은 기체상의 플라즈마 밀도(Ji)의 분포를 조사하여, 그 균일성에 관해 검토했다. 그 때, 국소전극(103)의 형상은 해당 기체에 대해 원호상으로 했다. 여기에서 보조전극(102)을 구성하는 국소전극(103)의 해당기체(108)쪽 양단부의 직선거리를 L, 해당기체(108)의 직경 D로 정의한다. 다만, 본 예에서는, 기체로서 직경 D가 200㎜의 웨이퍼를 사용했다.
상기 국소전극(103)과 기체(108)의 상대적인 배치의 변경은 국소전극의 기체에 대한 원호상의 길이 L을 변경하므로써 다음의 4가지의 배치(도 29(a)~(d))를 검증했다.
배치 4-1: 국소전극의 기체에 대한 원호상 길이 L이 기체의 직경 D보다 짧은 경우(도 29(a))
배치 4-2: 국소전극의 기체에 대한 원호상 길이 L이, 기체의 직경 D와 n의 같은 경우(도 29(b))
배치 4-3: 국소전극의 기체에 대한 원호상의 길이 L이, 기체의 직경 D보다 긴 경우(도 29(c))
배치 4-4: 종래의 장치와 같이, 보조전극을 설치하지 않는 경우(도 29(d))
상기 Ji의 측정에는, 도 30(전극(Ⅱ)쪽에서 본 전극(I)의 모식적 평면도)에서 도시하듯이, 전극(I)의 기체를 얹는 부분(서셉터:101a)에 설치한 프로브(도면의 표시의 위치)를 이용했다. 즉, 프로브는 자장의 인가수단(109)에 의해 생성된 전자류 흐름의 적어도 상류쪽(E극쪽)에서 하류쪽(W극쪽) 직선모양으로, 20㎜간격으로 3단 배치했다. 3단의 간격은 60㎜이고 중간단의 측정라인이 기체의 중심을 통과하도록 배치했다. 배치한 프로브수는, 중간 단에 9개, 상단(N극쪽) 및 하단(S극쪽)에 각각 5개이다.
그 때, 국소전극(103)과 전극(I)의 기체를 얹은 부분(101a)의 간격은 전기적으로 단락하는 거리보다는 길고, 해당 국소전극에서 생성된 전자운동이 해당 기체까지 이르지 못하는 거리보다는 짧게 할 필요가 있고, 본 예에서는 1㎜로 했다.
또, 전극(I)(10)과 상기의 전극(Ⅱ)(105)와의 간격은, 해당 전극(I)과 해당 전극(Ⅱ)로 싸여있는 공간내에서 발생하는 국소적인 플라즈마 밀도 최소치를 최대치로 나눈 비율이 0.1 이상이 되는 거리가 바람직하지만 본 예에서는 30㎜로 했다. 이에 의해, 극단적으로 플라즈마 밀도가 낮은 공간이 생기지 않게 했다.
다른 점은, 실시예 1의 도 10의 조건(E극쪽만 음극화)과 같게 했다.
도 31(a)~(d)는 상기 4개의 배치에 있어서의 플라즈마 밀도(Ji)의 측정결과를 나타내는 그래프이다. 도 31(a)~(d)는, 배치 4-1~4-4의 결과를 나타낸다. 도 31에 있어서 횡축은 프로브를 배치한 위치이고, 종축은 자기 바이어스 전위(Vdc)이다. 또, 그래프에 나타낸 3개의 표시는 △표시가 상단의 측정라인 결과를, □표시가 중간단의 측정라인의 결과를, ▽표시가 상단의 측정라인 결과를 나타낸다.
도 31(a)~(d)로 아래의 점이 명백해졌다.
①배치 4-4(국소전극을 설치하지 않는 경우(도 29(d))에 비교해서 적어도 상류쪽에 국소전극(103)을 설치한 배치 4-1~4-3(도 29(a)~(c)은 중간단의 측정라인에 있어서 플라즈마 밀도의 균일화를 도모할 수 있다. 다만, 국소전극의 기체에 대한 원호상의 길이 L을 기체의 직경 D보다 짧게 한 배치 4-1(도 29(a))의 경우에는, ☆표시의 위치에 있어서 플라즈마 밀도의 저하가 확인되었다.
②국소전극의 기체에 대한 원호상의 길이 L을 기체의 직경 D와 동일하게 혹은 그 이상으로 한 배치 4-2 또는 4-3(도 29(b),(c))에서는, 상하단의 측정라인에 있어서도 플라즈마 밀도가 균일해지므로, 기체 전면에 대해 균일하고 안정된 플라즈마 형성이 가능해지는 것을 알 수 있다.
[실시예 5]
본 예에서는, 도 1의 장치에 대신하여 도 32에서 도시한 보조전극이 없는 평행평판형 플라즈마 에칭장치를 이용하여, 중심부(106)과 외주부(107)로 분리된 전극(Ⅱ)(105)와, 전극(I)(101)의 상대적인 배치를 바꾸어, 전극(I)(101)에 얹힌 기체상의 자기 바이어스 전위(Vdc)의 분포를 조사하여, 그 균일성에 대해 검토했다. 도 32에 있어서 100은 챔버, 101은 전극(I), 101a는 전극(I)의 기체를 얹는 부분(서셉터), 105는 전극(Ⅱ), 106은 중심전극, 107은 외주전극, 108은 기체, 109는 자장의 인가수단, 110은 전극(I)에 고주파를 인가하는 전원, 115는 전극(Ⅱ)을 구성하는 외주전극에 고주파를 인가하는 전원이다.
여기에서, 전극(Ⅱ)을 구성하는 외주전극으로서는, 도 36(a)에서 도시하듯이, 전극(Ⅱ)105를 구성하는 외주부 107이, 동일한 임피던스로 이루어지는 일체물 107a를 이용했다.
그 때, 전극(I)(101)에는 13.56㎒의 고주파를, 전극(Ⅱ)의 외주전극(107)에는 100㎒의 고주파를 각각 인가하여 전극(Ⅱ)의 중심전극(106)은 어스전위로 했을 때 생성된 플라즈마의 기체상 Vdc의 분포를 조사했다.
상기 전극(105)와 전극(I)(101)의 상대적인 배치 변경은, 중심전극(106)의 직경과 외주전극(107)의 폭을 변경하므로써 다음의 6가지의 배치(도 33(a)~(e))를 검증했다.
배치 5-1: 전극(I)(101)의 외주단이 전극(Ⅱ)(105)를 구성하는 외주전극(107)의 중간부근에 있는 경우(도 33(a)).
배치 5-2: 전극(I)(101)의 외주단이 전극(Ⅱ)(105)를 구성하는 외주전극(107)의 내주단 부근에 있는 경우(도 33(b)).
배치 5-3: 전극(I)(101)의 외주단이 전극(Ⅱ)(105)를 구성하는 외주전극(107)의 외주단 부근에 있는 경우(도 33(c)).
배치 5-4: 전극(I)(101)의 외주단이 전극(Ⅱ)(105)를 구성하는 중심전극(106)의 외주단 보다 안쪽에 있는 경우(도 33(d)).
배치 5-5: 전극(I)(101)의 외주단이 전극(Ⅱ)(105)를 구성하는 외주전극(107)의 외주단 보다 바깥쪽에 있는 경우(도 33(e)).
배치 5-6: 종래의 장치와 같이, 전극(Ⅱ)(105)는 중심전극(106)만으로 구성되어 있고, 전극(I)(101)의 외주단이 전극(Ⅱ)(105)를 구성하는 중심전극(107)의 외주단 부근에 있는 경우(도 33(f)).
상기 Vdc의 측정에는, 도 34(전극(Ⅱ)쪽에서 본 전극(I)의 모식적 평면도)에서 도시하듯이, 전극(I)의 기체를 얹는 부분(서셉터: 101a)에 설치한 프로브(도면 중에 0표시한 위치)를 사용했다. 즉, 프로브는 자장의 인가수단(109)에 의해 발생한 전자류 흐름의 적어도 상류쪽(E극쪽)에서 하류쪽(W극쪽)으로 직선 형태로, 20㎜ 간격의 9개를 배치했다.
그때, 전극(Ⅱ)(105)를 구성하는 중심전극(106)과 외주전극(107)의 간격은, 전기적으로 단락하는 거리보다는 길어질 필요가 있고, 본 예에서는 1㎜로 했다.
또, 전극(I)(101)과 상기의 전극(Ⅱ)의 외주부(107)의 간격은, 해당 전극(I)과 해당 전극(Ⅱ)로 싸인 공간안에서 발생하는 국소적인 플라즈마 밀도의 최소치를 최대치로 나눈 비율이 0.1 이상이 되는 거리가 바람직하고, 본 예에서는 30㎜로 했다. 이에 의해, 극단적으로 플라즈마 밀도가 낮은 공간이 발생하지 않도록 했다.
도 35는 상기 6개의 배치에 있어서의 자기 바이어스 전위(Vdc)의 측정결과를 나타내는 그래프이다.
도 35에 있어서의 기호는 △표시가 배치 5-1을, 표시가 배치 5-2를, ○표시가 배치 5-3을, ▽표시가 배치 5-4를, ◇표시가 배치 5-5를, ×표시가 배치 5-6을, 각각 나타낸다.
도 35에서, 아래의 점이 명확해졌다.
①배치 5-6(외주전극을 두지않고, 전극(Ⅱ)가 중심전극으로만 구성되는 경우:(×표시)의 Vdc분포(최대치와 최소치의 간격)는 약 20Volt가 되는데 대해서, 고주파를 인가하는 외주전극을 설치한 배치 5-1~5-5로 하는 것에 의해, E극쪽에서 W극쪽으로 향해 Vdc의 균일화를 도모하여, 그 Vdc분포는 약 10Volt이내가 된다.
②전극(I)(101)의 외주단을, 전극(Ⅱ)(105)을 구성하는 외주전극(107)의 폭 범위내에 설치한 배치 5-1~5-3에서는, E극쪽에서 W극쪽으로의 Vdc의 분포를 약 5Volt이내로 억제할 수 있는 것을 알았다. 그 결과, 기체에 대한 차지업 손상이 현저히 감소될 수 있다.
또, 본 예에서는 전극(Ⅱ)의 중심전극(106)을 어스전위로 한 경우를 예시했지만, 전극(Ⅱ)의 중심전극(106)을 부동한 경우로 본 예와 같은 결과를 얻을 수 있는 것을 확인되었다. 따라서 전극(Ⅱ)의 중심전극(106)은, 어스전위 또는 부동 모두 상관없다.
더우기, 본 예에서는 전극(Ⅱ)을 구성하는 외주전극으로서, 도 36(a)에서 도시하듯이, 전극(Ⅱ)(105)을 구성하는 외주부(107)의 동일한 임피던수로 이루어지는 일체물 107A를 이용했지만, 도 36(a)에서 도시하듯이, 전극(Ⅱ)(105)를 구성하는 외주부(107)가 링체이고, 해당 링체의 임피던스는 자장의 인가수단에 의해 발생한 전자류 흐름의 상류쪽(E극쪽)에 상당하는 부분 107b가 다른 부분 107c보다 낮아지도록, 다른 임피던스 영역을 두어도, 위에서 서술한 도 35와 거의 같은 결과를 얻을 수 있는 것이 확인되었다.
이상에서 설명한 것 같이, 본 발명의 의하면, 기체 표면에 대한 생성 플라즈마의 밀도 균일화를 도모하는 것이 가능한 보조전극을 얻을 수 있다.
또, 본 발명의 보조전극을 기체가 얹힌 전극(I)의 외주에 두는 것에 의해 기체 전면에 대해 균일한 에칭 혹은 스퍼터링이 가능한 플라즈마 에칭장치가 구축될 수 있다.
더우기, 전극(I)과 마주보는 위치에 있는 전극(Ⅱ)의 외주부에만 고주파 전력을 인가하는 것으로, 기체에 대한 자기 바이어스 전위의 균일화를 꾀하는 플라즈마 에칭장치의 제공이 가능해진다.

Claims (26)

  1. 평행평판형인 2개의 전극(I) 및 전극(Ⅱ)와, 이 전극(I) 또는 전극(Ⅱ)에 접속된 고주파 전력의 인가수단을 구비하고,
    상기 전극(I)의 상기 전극(Ⅱ)와 마주보는 면 위에는 플라즈마를 이용하여 에칭처리가 이루어지는 기체를 얹으며,
    상기 기체의 플라즈마 에칭이 이루어지는 면에 대해서 수평인 동시에 한 방향성을 가지는 자장의 인가수단을 설치한 플라즈마 에칭장치에 있어서,
    상기 기체에 대해, 상기 자장의 인가수단에 의해 발생한 전자류 흐름의 적어도 상류쪽에 보조전극을 설치하고,
    이 보조 전극은, 상기의 전극(Ⅱ)와 대향하는 쪽에 배치되는 국소전극과, 이 국소전극의 상기 전극(I)과 전기적으로 접합하는 부분에 설치된 임피던스를 조정하는 수단을 구비하며, 상기 임피던스를 조정하는 수단은 상기 국소전극과 상기 전극(Ⅰ) 사이의 임피던스를 조정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치.
  2. 평행평판형인 2개의 전극(I) 및 전극(II)와, 이 전극(I) 및 전극(II)에 접속된 고주파 전력에 인가수단을 구비하고,
    상기 전극(I)의 상기 전극(II)와 대향하는 면 위에는 플라즈마를 이용하여 에칭 처리가 이루어지는 기체를 얹으며,
    상기 기체의 플라즈마 에칭이 이루어지는 면에 대해 수평인 동시에 한 방향성을 갖는 자장의 인가수단을 설치한 플라즈마 에칭장치에 있어서,
    상기 전극(II)는, 전기적으로 접지된 중심부와, 상기 전극(I)에 접속된 고주파 전원과 독립하여 제어할 수 있는 고주파전원에 접속된 외주부로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치.
  3. 평행평판형인 2개의 전극(I) 및 전극(II)와, 이 전극(I) 및 전극(II)에 접속된 고주파 전력의 인가수단을 구비하고,
    상기 전극(I)의 상기 전극(II)와 대향하는 면 위에는 플라즈마를 이용하여 에칭 처리가 이루어지는 기체를 얹으며,
    상기 기체의 플라즈마 에칭이 이루어지는 면에 대해 수평인 동시에 한 방향성을 가지는 자장의 인가수단을 설치한 플라즈마 에칭 장치에 있어서,
    상기의 기체에 대해, 상기 자장의 인가수단에 의해 발생한 전자류흐름의 적어도 상류쪽으로 보조전극을 설치하고,
    이 보조전극은 상기 전극(II)와 대향하는 쪽에 배치되는 국소전극과 이 국소전극의 상기 전극(I)과 전기적으로 접합하는 부분에 설치된 임피던스를 조정하는 수단을 구비하며, 상기 임피던스를 조정하는 수단은 상기 국소전극과 상기 전극(Ⅰ)사이의 임피던스를 조정하며,
    상기 전극(II)은, 전기적으로 접지된 중심부와, 상기의 전극(I)에 접속된 고주파 전원과는 독립하여 제어할 수 있는 고주파 전원에 접속된 외주부로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자장의 인가수단이 다이폴 링 마그넷(DRM)인 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 보조전극을 구성하는 국소전극이, 상기 자장 인가수단에 의해 발생한 전자류 흐름의 상류쪽에만 설치된 도전성 재료로 이루어지는 제 1국소전극인 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치.
  6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 보조전극을 구성하는 국소전극이, 상기 자장 인가수단에 의해 발생한 전자류 흐름의 적어도 상류쪽에 설치한 도전성 재료로 이루어지는 제 2국소전극과, 이 상류쪽 이외에 설치한 절연성 재료로 이루어지는 제 3국소전극의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치.
  7. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 보조전극을 구성하는 국소전극이, 상기 자장 인가수단에 의해 발생한 전자류 흐름의 적어도 상류쪽에서는 폭이 넓고, 이 상류 이외에서는 폭이 좁은 도전성 재료로 이루어지는 제 4국소전극과 상기의 기체쪽에서 보았을 때 이 제 4국소전극의 폭이 좁은 영역의 바깥쪽에 설치한 절연성 재료로 이루어지는 제 5국소전극의 조합으로 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치.
  8. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 자장 인가수단에 의해 발생한 전자류 흐름의 적어도 상류쪽에 설치한 보조전극을 구성하는 국소전극이 상기 기체의 모든 위치에서 보았을 때 해당 전자류 흐름의 상류쪽을 커버하는 크기를 가진 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치.
  9. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 접합 임피던스를 조정하는 수단이 상기 국소 전극의 상기전극(I)와 전기적 접합을 하는 부분에 설치한 요철형상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치.
  10. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 접합 임피던스를 조정하는 수단이 상기 전극(I)의 상기 국소전극과 전기적 접합하는 부분에 설치한 요철형상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치.
  11. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 접합 임피던스를 조정하는 수단이 상기 국소전극과 상기 전극(I)사이에 설치되고, 이 국소전극 및 전극(I)과는 다른 유전율 재료로 이루어지는 단층막 혹은 적층막인 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치.
  12. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 접합 임피던스를 조정하는 수단이 상기 국소전극의 내부에 설치한 공동인 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치.
  13. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 접합 임피던스를 조정하는 수단이 상기 국소전극과 상기 전극(I)의 계면 부근에 설치한 공동인 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 공동의 내부는, 진공, 불활성 기체 또는 상기 국소전극 및 상기 전극(I)과는 다른 유전율 재료 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치.
  15. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 접합 임피던스를 조정하는 수단이, 상기 국소전극과 상기 전극(I)의 사이에 설치한 콘덴서인 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치.
  16. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 국소전극을 구성하는 재료가 Al, Cu, Si, SiC, 글래시 카본 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치.
  17. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    플라즈마에 조사된 상기 국소전극의 표면은 상기 기체 표면과 같은 높이이거나 또는 이 기체의 표면보다 이온시스의 폭 이내에서 높은 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치.
  18. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 국소전극과 상기 전극(I)의 기체를 얹는 부분과의 간격은, 전기적으로 단락하는 거리보다는 길고, 동시에 이 국소 전극에서 발생하는 전자운동이 이르는 거리보다는 짧은 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극(I)의 위에 얹힌 기체의 외주단은, 상기 전극(II)의 외주단과 같거나, 또는 내측에 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치.
  20. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 전극(I)과 상기 전극(II)의 외주부 간격은, 이 전극(I)과 전극(II)의 각 표면에서 발생하는 전자의 이동이 서로에게 영향을 미치는 거리로 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치.
  21. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 전극(II)를 구성하는 중심부와 외주부의 간격은, 전기적으로 단락하는 거리보다는 길어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치.
  22. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 전극(I)위에 얹힌 기체의 외주단은, 상기 전극(II)을 구성하는 외주부의 외주단에서 내주단의 범위내에 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치.
  23. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 전극(I)과 상기 전극(II)로 싸인 공간내에 프로세스 가스를 도입하는 기구로서, 이 전극(Ⅱ)의 전기적으로 접지된 영역에 복수개 배치된 도입관으로 이루어진 샤워헤드를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치.
  24. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 전극(I)와 상기 전극(II)에 개별적으로 고주파를 인가하여 이 전극(I)에 얹은 기체를 플라즈마 에칭하는 경우, 이 전극(I)에 인가하는 고주파의 주파수(f1)과, 이 전극(II)에 인가하는 고주파의 주파수(f2)의 관계가, f1f2인 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치.
  25. 평행 평판형인 2개의 전극(I) 및 전극(II)과, 이 전극(I) 및 또는 전극(II)에 접속된 고주파 전력의 인가수단을 구비하고,
    상기 전극(I)의 상기 전극(II)과 대향하는 면위에는 플라즈마를 이용하여 에칭처리가 이루어지는 기체를 얹으며,
    상기 기체의 플라즈마 에칭이 이루어지는 면에 대해 수평인 동시에, 혹은 한 방향성을 갖는 자장의 인가수단을 설치한 플라즈마 에칭장치에 있어서,
    상기 기체의 주변부에 링체의 보조전극을 설치하고,
    이 보조전극은, 상기 전극(II)과 대향하는 쪽에 배치되는 국소전극과, 이 국소전극의 상기 전극(I)과 전기적으로 접합하는 부분에 설치된 임피던스를 조정하는 수단으로 구성되어 있고,
    상기 링체의 임피던스는, 상기 자장의 인가수단에 의해 발생한 전자류 흐름의 상류쪽에 상당하는 부분이 다른 부분보다 낮은 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치.
  26. 평행평판형인 2개의 전극(I) 및 전극(II)와, 이 전극(I) 및 전극(II)에 접속된 고주파 전력의 인가수단을 구비하고,
    상기 전극(I)의 상기 전극(II)과 대향하는 면 위에는 플라즈마를 이용하여 에칭처리가 이루어지는 기체를 얹으며,
    상기 기체의 플라즈마 에칭이 이루어지는 면에 대해 수평인 동시에 한 방향성을 가지는 자장의 인가수단을 설치한 플라즈마 에칭장치에 있어서,
    상기 전극(II)은, 전기적으로 접지된 중심부와 상기 전극(I)에 접속된 고주파 전원과는 독립하여 제어할 수 있는 고주파 전원에 접속된 링체의 외주부로 구성되고,
    상기 링체의 임피던스는, 상기 자장의 인가수단에 의해 발생한 전자류 흐름의 상류쪽에 상당하는 부분이 다른 부분보다 낮은 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭장치.
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