KR19980080686A - 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자장에 의하여 전자 공명을 제어하여 플라즈마 상태나 에칭가스의 해리 상태를 제어함으로써 대구경의 웨이퍼에 대해서도 처리속도나 미세가공성, 선택 비와 균일성을 동시에 양립하는 것이 가능한 자장 형성수단을 구비한 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법을 제공한다.

이를 위하여 진공처리실내의 한 쌍의 전극간에 20MHz내지 300MHz의 고주파 전력을 인가하고, 또 자장 형성수단에 의하여 전극간에 전극 면에 대하여 평행한 자장을 형성한다. 그리고 자장강도를 100가우스 이하의 범위로 제어함으로써 전극 시이스부에서의 전계와 자장의 상호작용에 의하여 전자 사이클로트론 공명, 전자 시이스 공명의 생성을 제어한다. 이로써 플라즈마 상태, 즉 플라즈마의 전자 밀도, 전자 에너지분포, 프로세스 가스의 해리 상태를 제어할 수 있다. 자장 형성수단은 복수개의 코일과 바깥 둘레 시일드, 수하형의 요크로 구성하고, 상하 전극의 간극에서 수평방향의 자장을 효율 좋게 형성한다.

Description

플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법

본 발명은 플라즈마 처리장치 및 처리방법에 관한 것으로, 특히 반도체 제조공정에서의 미세한 패턴을 형성하는 데 적합한 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법에 관한 것이다.

종래부터 반도체 제조공정에서의 미세가공 프로세스에서는 각종 플라즈마 처리장치가 이용되고 있다. 그중에서도 소위 평행평판형의 플라즈마 처리장치는 구조가 비교적 간단한 균일성이 우수하다는 장점이 있기 때문에 널리 사용되고 있다.

일반적인 평행 평판형의 플라즈마 처리장치는 처리실내의 상하에 대향하여 평행하게 설치된 평판형의 전극에 고주파 전력을 인가하여 발생하는 플라즈마에 의하여 웨이퍼를 처리한다. 예를 들어 웨이퍼를 에칭처리할 경우에는 소위 반응성 이온 에칭(RIE:Reactive Ion Etching)법이 이용되고 있다. 이 RIE법은 처리실내로 에칭가스를 도입하여 플라즈마에 의하여 에칭가스를 해리시켜 이온과 래디컬(여기 활성종)을 생성하고, 이들을 웨이퍼 표면에 작용시켜 에칭을 행하는 것이다.

또 평행 평판형의 플라즈마 처리장치에서 2주파 여기법(IEM:Ion Energy Modulation)이 이용되고 있다. IEM법이란 일본국 특개평 7-297175호 공보에 기재된 바와 같이 상하의 전극이 다른 주파수의 전력을 부여하는 방법이다. 주파수로서는 예를 들어 플라즈마를 발생시키는 측의 전극은 수십 MHz이상, 시료를 설치하는 바이어스측의 전극은 수 MHz이하로 한다. 이 결과, 플라즈마 밀도와 시료의 자기 바이어스 즉 이온의 에너지를 독립으로 제어할 수 있기 때문에 플라즈마나 에칭처리의 제어성이 향상한다.

한편, 평행 평판형의 플라즈마 처리장치에서 대략 30 ~ 90가우스의 자장을 상하 전극에 대하여 평행하게 더한 플라즈마 처리장치(MERIE;Magnetically Enhanced RIE)도 이용되고 있다. 이 MERIE법에서는 자장의 효과에 의하여 RIE보다도 높은 에칭레이트가 얻어진다. 또한 일본국 특개평 2-312231호 공보에 기재된 바와 같은 마그네트론방식의 RIE에 의한 플라즈마 처리장치(M-RIE:Magnetron RIE)도 이용되고 있다. 이 M-RIE법에서는 상하전극간에 전극면에 대하여 평행인 100가우스이상의 강한 자장을 형성한다. 그리고 이 자계와 상부·하부의 전극간에 발생하는 전계와의 상호작용에 의하여 전자는 자력선에 감기도록 사이클로이드 운동을 행한다. 그 결과, 전자와 가스와의 충돌빈도가 높아지기 때문에 높은 플라즈마 밀도가 얻어진다.

그런데 반도체 디바이스의 고집적화에 따라 플라즈마 처리장치에는 미세가공성과 처리속도, 또한 선택비의 향상이 요구되고 있다. 예를 들어 콘택트홀이나 비어홀을 에칭할 경우, 애스펙트비가 큰, 즉 가늘고 깊은 홀을 수직에 가까운 형상으로 고속으로 에칭할 것이 필요하다. 또한 이때 홀부분만을 선택적으로 에칭할 필요가 있다. 이렇한 에칭특성이 재현성이나 제어성이 우수하다는 것도 요구된다. 또한 웨이퍼지름의 대구경화(大口徑化) 에 따라 웨이퍼전면에 걸친 넓은 영역에서 에칭레이트나 선택비의 균일성을 확보할 필요가 있다.

이들 요구에 따르기 위하여 처리압력의 저압화와 플라즈마의 고밀도화가 진행되고 있다. 처리압력을 수 Pa정도의 저압력으로 하면, 플라즈마중에서의 이온이나 래디컬과 분자와의 충돌빈도가 감소하여 이온이나 래디컬의 방향성이 증가하기 때문에 미세가공성의 향상을 기대할 수 있다. 또 플라즈마를 고밀도화함으로써 에칭을 진행시키는 이온이나 래디컬의 밀도가 증가하기 때문에 에칭속도가 향상한다. 그러나 이러한 저압력으로 고밀도인 플라즈마에서는 에칭가스의 해리상태는 대부분의 경우, 선택비에 대해서는 불리하게 작용하기 때문에 선택비를 확보하는 것은 어렵다. 따라서 미세가공성과 처리속도 또한 선택비의 향상을 동시에 만족하기 위해서는 프로세스를 지배하는 에칭가스의 해리상태를 제어함으로써 프로세스 조건을 최적화하여 가는 것이 필요하다. 또 플라즈마의 밀도나 가스의 해리상태를 플라즈마 전체나 웨이퍼전면에 걸쳐 같은 모양으로 제어할 수 있는 것도 필요하다. 왜냐하면 리액터 내부에서 플라즈마 밀도가 국소적으로 높은 영역이 있으면, 이온이나 래디컬의 밀도나 에칭가스의 해리상태가 분포를 가져 균일성의 확보가 어려워지기 때문이다. 또한 여러 가지 에칭조건에 대응하기 위해서는 최적한 프로세스 조건의 범위 즉 프로세스 마진을 넓게 취하는 것이 필요하다. 또 프로세스를 단시간에 구축을 하기 위해서는 프로세스에 관련하는 파라미터가 되도록 독립으로 제어할 수 있는 바람직하다.

이와 같은 요구에 대하여 상기 종래기술에서는 다음과 같은 과제가 있었다.

먼저 상기 평행 평판형의 플라즈마 처리장치에서는 주파수를 올림으로써 수 Pa 정도의 낮은 압력에서도 플라즈마 밀도를 저하시키는 일 없이 플라즈마를 안정하게 발생시킬 수 있다. 그러나 단지 압력을 낮게 할 뿐으로는 고 에너지의 이온이 증가하기 때문에 웨이퍼에 대미지를 준다.

상기 2주파여기법(IEM)은 플라즈마밀도와 이온의 에너지를 독립으로 제어함으로써 이 문제를 해결하고자 하는 것이다. 그러나 IEM법은 에칭가스의 해리상태를 직접 제어하는 수단을 가지고 있지 않다. 따라서 가스의 해리상태를 처리실내의 압력이나 에칭가스의 유량, 고주파 전력·바이어스전력등의 조건을 적절히 조합시킴으로써 간접적으로 제어할 수 있다. 그런데 이들 프로세스에 관련한 파라미터는 상호 복잡하게 관련되어 있기 때문에 프로세스 구축은 용이하지 않다.

또 평행 평판형의 플라즈마 처리장치에서는 전계강도의 분포에 의하여 플라즈마 밀도가 분포를 가지는 문제가 있다. 평행 평판형의 플라즈마 처리장치에서는 플라즈마를 안정되게 발생하기 위하여 플라즈마 발생전극에 비하여 처리실 내부의 접지면적의 부분을 넓게 취할 필요가 있다. 그러나 이를 위하여 처리실 내부에서 전계의 분포가 균일하게 되지 않아 전극의 끝부나 웨이퍼 주변부에 전계강도가 높은 부분이 생겨 그 결과, 플라즈마 밀도에 분포가 생긴다. 특히 웨이퍼 지름의 대구경화에 따라 전극지름이 커지면 그 경향은 한층 현저하게 되어 균일성의 확보는 점점 곤란하게 된다.

한편, 상기 M-RIE법에서는 자장에 의한 드리프트의 문제가 과제가 된다. 마그네트론 효과에 의하여 플라즈마 밀도를 증가시키기 위해서는 적어도 100가우스 이상의 강한 자장이 필요하다. 그러나 이와 같은 강자장에서는 자계와 전극간에 생기는 전계와의 상호작용에 의하여 드리프트(E×B드리프트)가 생기기 때문에 플라즈마 밀도에 큰 치우침이 생긴다. 또 강한 자장에 의하여 웨이퍼상의 전위가 치우치기 때문에 웨이퍼에 대미지가 발생한다.

이들 문제를 해결하기 위하여 간편한 방법으로서 일본국 특개평 7-288195홍 공보에 기재된 바와 같이 자장을 발생시키는 자석을 회전하는 것이 행하여지고 있다. 그러나 이와 같은 방법에서는 외견상은 플라즈마 밀도가 균일화되어도 드리프트나 이것에 기인하는 대미지의 문제는 해결되지 않는다. 자석을 기계적으로 회전시키기 위한 기구도 대규모가 된다. 한편, 예를 들어 울트라크린테크노지, 제 8권, No.(1996년), 20페이지 ~ 24페이지에 기재되어 있는 바와 같이 자장에 구배를 부여하는 것도 행하여지고 있다. 이것은 영구자석을 이용하여 시료에 대하여 평행한 자장을 형성하고, 그 자장강도 분포를 시료에 평행인 면내에서 또한 자장의 방향과 수직인 방향으로 90 내지 180가우스의 범위로 경사시켜 자장에 구배를 부여하는 것이다. 이와 같은 구배자장에 의하여 플라즈마 밀도가 2×1010cm-3정도까지 향상하고, 또한 플라즈마 밀도가 시료면내에서 균일화되어 정전 대미지도 없어지는 것이 기재되어 있다. 그러나 웨이퍼의 대구경화에 따라 웨이퍼전면에 걸친 넓은 영역에서 균일한 플라즈마 밀도를 얻는 자장의 설계는 곤란함을 증가시킨다. 또 자장강도의 분포를 한번 고정하면, 플라즈마가 균일하게 되는 조건이 특정한 좁은 조건범위로 한정된다. 이 때문에 프로세스 마진이 좁고, 여러 가지 처리조건의 변화에 용이하게 대응할 수 없는 단점이 있다. 특히 영구자석을 이용하여 자장을 형성하는 경우, 한번 설정한 자장분포를 변경하는 것은 곤란하며, 특정한 프로세스에 대해서 밖에 자장분포를 최적화할 수 있다. 또 영구자석은 자기특성을 완전히 갖추는 것은 곤란하여 특성이 불비하게 된다. 이 때문에 동일 기종에서도 장치마다 플라즈마 처리의 특성이 불균일하다는 문제가 있다.

한편, 상기 MERIE법에서는 자장강도가 대략 30 ~ 90가우스이기 때문에 드리프트의 영향은 M-RIE법에 비하면 작다. 그러나 대략 50 ~ 60가우스를 초과하는 자장강도에서는 드리프트의 영향이 나타나기 시작한다. 이 때문에 자장에 구배를 부여하거나 자장을 회전시킬 필요가 있고, M-RIE법과 본질적으로 동일 과제를 안고 있다. 그런데 에칭가스의 해리상태나 에칭특성을 제어하기 위하여 프로세스 가스에 미량의 가스를 첨가하느 것이 일반적으로 행하여지고 있다. 예를 들어 산화막 에칭에 의하여 홀을 에칭할 경우, 산소가스를 첨가함으로써 수직가공성이 향상하고, 에칭속도도 증가하여 소위 트리밍성이 좋아진다. 그러나 산소가스의 첨가는 동시에 선택비를 저하시킨다. 이 문제는 특히 자기정합 콘택트(SAC:Self Aligned Contact)의 경우에 심각하다. SAC에칭에서는 질화막에 대하여 산화막을 높은 선택비로 에칭할 필요가 있으나, 산소가스를 첨가하면 질화막의 에칭이 진행되기 때문에 선택비를 높게 취하기 어려워지기 때문이다. 이와 같이 에칭가스의 해리상태를 첨가가스에 의하여 제어하고자 하면, 에칭속도와 선택비등의 상반하는 에칭특성을 양립시키는 것은 곤란한 경우가 있다. 이와 같은 상황은 산화막 에칭만에 한정되는 것은 아니다. 이 때문에 에칭가스의 해리상태를 산소등의 가스첨가에 의하지 않고 제어할 수 있는 수단이 필요하게 되기 시작하고 있다. 그러나 상기와 같은 IEM법 MERIE법, M-RIE법에서는 에칭가스의 해리상태를 독립으로 제어할 수는 없다.

지금까지 설명한 바와 같이 평행 평판형의 플라즈마 처리장치에서는 IEM법이나 MERIE법, M-RIE법에 의해서는 대구경의 웨이퍼 전면에 걸쳐 저압력으로 고밀도의 플라즈마를 균일하게 생성하는 것은 곤란함을 증가시키고 있다. 또 압력이나 가스유량, 전력, 또는 자장구배등의 조건을 최적화하여 겨우 프로세스를 구축하였다고 하여도 프로세스 마진이 좁고, 여러 가지로 변화하는 프로세스 조건에의 대응이 어렵다. 또한 가스 첨가에 의한 해리제어로서는 상반하는 에칭특성을 양립시키는 것은 곤란하다. 이 때문에 플라즈마의 상태나 에칭가스의 해리를 제어할 수 있는 새로운 적합한 수단이 강하게 요구되는 점이다.

본 발명은 이와 같은 상황에서 이루어진 것으로 본 발명의 목적은 자장을 이용하여 플라즈마중의 전자 공명 상태를 제어함으로써 플라즈마상태나 에칭 가스의 해리상태의 제어를 가능하게 하는 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법을 제공하는 데 있고, 또한 이와 같은 제어를 플라즈마전체나 웨이퍼 전면에 걸친 넓은 범위에 걸쳐 행함으로써 대구경의 웨이퍼에 대해서도 에칭 레이트나 선택비의 균일성을 확보하면서 처리속도와 미세가공성을 동시에 만족할 수 있는 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 전자의 드리프트나 웨이퍼상의 전위의 치우침에 기인하는 대미지나 이것을 피하기 위한 구배자장의 설계에 따르는 곤란함을 수반하지 않고 대구경의 웨이퍼상에 자장을 형성하는 수단을 가지는 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 처리방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예가 되는 플라즈마 에칭장치의 단면 모식도,

도 2는 도 1의 플라즈마 에칭장치의 자장 형성수단에 의한 자장의 형성상태와 전자 공명영역의 관계를 나타낸 도,

도 3은 시이스에서의 전자 사이클로트론 공명(ECR-S:Electron Cyclotron

Resonance)의 원리 설명도,

도 4는 시이스에서의 전자 사이클로트론 공명의 원리 설명도,

도 5는 시이스에서의 전자 시이스 공명(ESR:Electron Sheath Resonance)의 원리 설명도,

도 6은 시이스에서의 전자 시이스공명의 원리 설명도,

도 7은 자장이 플라즈마 밀도의 변화에 미치는 효과를 시뮬레이션에 의하여 계산한 결과도,

도 8은 자장이 플라즈마의 전자 에너지분포의 변화에 미치는 효과를 시뮬레이션에 의하여 계산한 결과도,

도 9는 자장이 Ar의 이온화 충돌의 빈도에 미치는 효과를 시뮬레이션에 의하여 계산한 결과도,

도 10은 자장이 Ar의 여기충돌의 빈도에 미치는 효과를 시뮬레이션에 의하여 계산한 결과도,

도 11은 본 발명의 다른 실시예가 되는 플라즈마 에칭장치의 단면 모식도 및 자장의 형성상태와 전자 공명영역의 관계를 나타낸 도,

도 12는 본 발명 실시예의 자장 형성수단을 위쪽에서 본 평면도,

도 13은 자장 형성수단에 의한 자장패턴의 일예로서 발산형의 자장패턴을 나타내는 도,

도 14는 자장 형성수단에 의한 자장패턴의 다른 예로서 미러형의 자장패턴을 나타내는 도,

도 15는 자장 형성수단에 의한 자장패턴의 다른 예로서 대략 평행인 자장패턴을 나타내는 도,

도 16은 자장에 의한 플라즈마 특성의 변화를 이온 전류밀도에 의하여 실험적으로 평가한 결과를 나타내는 도,

도 17은 자장에 의한 플라즈마 특성의 변화를 Ar플라즈마의 발광에 의하여 실험적으로 평가한 결과를 나타내는 도,

도 18은 자장에 의한 프로세스 가스의 해리상태의 변화를 CF, CF2 및 F의 발광강도에 의하여 계측한 결과를 나타내는 도,

도 19는 고주파 전력을 변화시켰을 때의 프로세스 가스의 해리상태의 변화를 CF, F의 발광강도에 의하여 계측한 결과를 나타내는 도,

도 20은 자장에 의한 에칭특성의 변화를 홀의 에칭형상의 개선효과에 의하여 나타내는 에칭단면 형상도,

도 21은 자장에 의한 에칭특성의 변화를 홀의 에칭형상의 개선효과에 의하여 나타낸 도,

도 22는 자장에 의한 에칭특성의 변화를 마이크로 로딩의 개선효과에 의하여 나타낸 도,

도 23은 자장에 의한 에칭특성의 변화를 에칭 레이트의 균일성 향상의 효과에 의하여 나타낸 도,

도 24는 자장에 의한 프로세스 가스의 해리상태의 변화를 미러형의 자장에 관하여 CF2 및 F의 발광강도에 의하여 계측한 결과를 나타내는 도,

도 25는 본 발명의 다른 실시예가 되는 애노드 커플링형의 플라즈마 에칭장치의 단면 모식도,

도 26은 본 발명의 다른 실시예가 되는 플라즈마 에칭장치의 단면 모식도,

도 27은 본 발명의 제 1실시예가 되는 플라즈마 에칭장치의 시스템 구성도,

도 28은 도 27의 코일의 조감도,

도 29는 도 27의 코일의 상면도,

도 30은 도 27의 수하형의 코어부착 자성체의 조감도,

도 31은 코일 단면방향의 자장 2차원 해석도,

도 32는 본 발명에 의한 세로 자장성분비의 저감효과를 나타내는 도,

도 33은 자장 형성수단의 자성체의 구성예의 설명도,

도 34는 도 35의 각 자성체 시일드의 형상과 재치면 부근에 있어서의 자장의 수평성분 B의 관계를 실험으로 구한 결과를 나타내는 도,

도 35는 수하형 코어부착 자성체 및 코일의 단면형상의 비교 설명도,

도 36은 본 발명의 다른 실시예가 되는 코일 형상을 나타내는 도,

도 37은 본 발명의 제 3실시예가 되는 에칭장치의 시스템 개략도,

도 38은 본 발명의 다른 실시예가 되는 코일 배치도,

도 39는 본 발명의 다른 실시예가 되는 코일 배치도,

도 40은 도 38 및 도 39의 실시예에서 자장을 회전시킬 때의 각 코일의 자장의 방향과 합성자장의 방향의 변화를 나타내는 도,

도 41은 도 40의 자장회전시의 각 코일에 흘리는 전류를 나타내는 도,

도 42는 다른 방법으로 자장을 회전시킬 때의 각 코일의 자장의 방향과 합성자장의 방향의 변화를 나타내는 도,

도 43은 도 42의 자장 회전시의 각 코일에 흘리는 전류를 나타내는 도,

도 44는 자장을 회전시키는 다른 방법을 나타내는 도,

도 45는 두 개의 자장의 반전을 교대로 반복하면서 자장을 회전시키는 방법의 설명도,

도 46은 경사진 자장분포를 가지게 하는 실시예의 설명도,

도 47은 본 발명에 의한 플라즈마 확산방지수단의 실시예를 나타내는 도,

도 48은 본 발명에 의한 플라즈마 확산방지수단의 다른 실시예를 나타내는 도,

도 49는 플라즈마 확산방지의 자장에 의한 효과를 플라즈마의 발광강도에 의하여 나타내는 도,

도 50은 본 발명에 의한 플라즈마 확산방지수단의 다른 실시예를 나타내는 도이다.

본 발명의 특징은 처리실에 설치된 한쌍의 전극과, 상기 한쌍의 전극간에 고주파 전력을 인가하는 전원을 구비하고, 상기 처리실내에서 상기 전극의 한쪽에 탑재된 시료를 처리하는 플라즈마 처리장치에 있어서,

상기 한쌍의 전극이 적어도 한쪽의 주면에서 상기 전극간의 전계와 교차하는 방향으로 자장을 형성하는 자장 형성수단을 구비하고,

상기 전극의 주면에 형성되는 플라즈마 시이스부에 있어서의 전계와 상기 자장과의 상호작용에 의한 전자 공명영역을 형성하는 데 있고, 또

상기 자장 형성수단에 의하여 발생하는 자장강도를 임의로 제어가능하게 하여 상기 전자 공명영역에서의 전자 공명을 제어하여 플라즈마상태를 제어하는 데 있다.

본 발명의 다른 특징은 상기 고주파 전원은 상기 한쌍의 전극간에 주파수(f)가 20MHz 내지 300MHz, 바람직하게는 40MHz 내지 150MHz의 고주파 전력을 인가하는 것이며,

상기 자장 형성수단이 상기 고주파 전력의 주파수(f)에 대하여

Bc(가우스) = 0.357×f(MHz)

로 정의되는 전자 사이클로트론 공명(ECR-S)자장강도(Bc) 및

Bs(가우스) = Bc / 2 (가우스)

로 정의되는 전자 시이스공명(ESR)자장강도(Bs)의 적어도 한쪽을 포함하는 범위에서 임의로 자장강도를 제어가능하게 하고

상기 전극의 주면에 형성되는 플라즈마 시이스부에서의 전계와 상기 자장과의 상호작용에 의하여 전자 사이클로트론 공명영역 및 전자 시이스공명 영역을 형성하는 데 있다.

본 발명의 다른 특징은 상기 자장 형성수단은 2가우스 이상 100가우스 이하의 범위에서 임의로 강도가 제어가능한 자장을 형성하고, 자장강도를 제어하여 전자 사이클로트론공명, 전자 시이스공명을 제어하여 플라즈마 상태, 즉 플라즈마밀도·플라즈마의 전자 에너지분포·프로세스가스의 해리상태를 제어하는 데 있다.

본 발명의 다른 특징은 상기 전자 공명이 생기는 영역을 상기 상부 전극 또는 하부전극 주면의 대략 전면에 걸친 영역에 형성하는 데 있다.

본 발명의 다른 특징은 상기 상부 전극 또는 하부 전극 주면에서 상기 전자 공명이 생기는 영역의 크기를 자장 형성수단의 배치 및 자장강도에 의하여 제어하는 데 있다.

본 발명에 의하면, 시이스부에서의 자장과 전계의 상호작용에 의한 ECR-S와 ESR두개의 전자 공명 현상을 이용하여 이 전자 공명의 정도를 자장에 의하여 제어함으로써 플라즈마상태, 즉 플라즈마의 밀도, 전자에너지 분포, 프로세스 가스의 해리상태를 제어할 수 있다.

또 본 발명에 의하면, 20MHz 내지 300MHz, 바람직하게는 40MHz 내지 150MHz의 주파수에 대응하는 전자 공명 현상을 이용하고 있기 때문에 드리프트를 생기게 하는 100가우스 이상의 강한 자장을 이용하는 일 없이 플라즈마의 상태나 에칭가스의 해리상태의 제어가 가능하다. 따라서 웨이퍼상의 전위의 치우침에 기인하는 대미지나 이것을 피하기 위한 구배자장의 설계에 따르는 곤란함이 없다.

또 본 발명에 의하면, 전자 공명을 이용하고 있기 때문에 자장에 의하여 플라즈마의 상태를 효율적으로 제어할 수 있는 이점을 가진다. 동시에 전자 공명의 특성이 자장강도에 대하여 어느 정도의 폭을 가지고 있기 때문에 제어성에도 우수하다. 또한 전자 공명 현상은 전극면 근방의 시이스부의 넓은 영역에 걸쳐 생기기 때문에 플라즈마 상태를 국소적인 분포를 생기게 하는 일 없이 플라즈마 전체나 웨이퍼전면에 걸친 넓은 범위에서 같은 모양으로 제어할 수 있는 이점을 가진다.

본 발명에 의하면, 자장에 의하여 2종류의 전자 공명(ECR-S, ESR)이 생성하는 영역의 크기를 조정함으로써 플라즈마의 분포를 제어할 수 있다.

또 본 발명에 의하면, 플라즈마 상태나 에칭가스 해리상태의 제어를 가스 첨가에 의하지 않고 행할 수 있기 때문에 에칭 레이트와 선택비의 향상이라는 상반된 특성을 양립시킬 수 있다.

본 발명의 다른 특징은 처리실에 설치된 한쌍의 전극과, 상기 한쌍의 전극간에 고주파 전계를 인가하는 전원을 구비하고, 상기 처리실내에서 상기 전극의 한쪽에 탑재된 시료를 처리하는 플라즈마 처리장치에서 상기 한쌍의 전극의 바깥 쪽에 대향하여 배치되고, 중심선이 상기 시료를 탑재하는 전극의 주면에 대하여 대략 평행하게 되도록 배치된 복수개의 코일과, 상기 복수개의 코일 및 상기 처리실의 적어도 일부를 덮은 자성체로 이루어지는 시일드를 포함하고, 상기 한쌍의 전극의 간극에서 상기 전극의 주면에 대하여 평행한 성분이 지배적인 자장을 형성하는 자장 형성수단을 구비하고 있는 데 있다.

본 발명의 다른 특징은 상기 자장 형성수단을 구비한 플라즈마 처리장치에서 시료의 설치면 및 반송경로보다 위쪽으로 대향, 설치한 한쌍이상의 코일 및 상기 코일내의 적어도 아래쪽 영역을 포함한 영역을 관통한 구조를 가지는 요크, 또는 상기 코일의 안쪽에서 밑으로 내려뜨린 구조를 가지고 자성체로 이루어지는 요크를 가지며, 상기 시료의 설치면 근방에서 수평성분이 주가 되는 소망의 자장벡터를 형성하는 자장 형성수단을 구비하고 있는 데 있다.

본 발명의 플라즈마 처리장치에 의하면, 요크와 시일드에 의하여 코일로부터의 자속선을 효율좋게 이용할 수 있고, 또한 밑으로 내려뜨린 형의 요크에 의하여 자장의 가로방향 성분이 지배적이 되는 위치가 코일 중심선보다도 아래쪽이 되기 때문에 시료의 설치면 근방에서 수평성분이 주가되는 소망의 자장벡터를 형성할 수 있다.

본 발명의 다른 특징은 상기 자장 형성수단에서 대향한 한쌍이상의 코일에 흘리는 전류를 위상을 시프트 시키면서 제어함으로써 자장을 회전시키고, 또는 반전시키는 데 있으며, 또는 복수개의 코일에 흘리는 전류의 비율을 변화시켜 자장구배를 마련하는 데 있다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 전자코일을 이용하여 자장을 형성하고 있기 때문에 영구자석과 같은 개체차는 없고 동일 기종내의 기차가 생기지 않는다. 또 프로세스의 설정조건에 맞추어 자장강도나 그 분포를 변경할 수 있기 때문에 드리프트에 의한 플라즈마의 편재화를 완화하여 플라즈마 처리의 균일화를 도모할 수 있다.

본 발명의 다른 특징은 처리실에 설치된 한쌍의 전극과, 상기 한쌍의 전극간에 고주파 전력을 인가하는 전원을 구비하고, 상기 처리실내에서 상기 전극의 한쪽으로 탑재된 시료를 처리하는 플라즈마 처리장치에서 상기 한쌍의 전극간에 전극면에 대하여 대략 평행한 방향으로 자장을 형성하는 자장 형성수단과, 폭과 길이가 다른 가늘고 긴 직사각형의 슬릿모양 개구부를 가진 플라즈마의 확산방지수단을 설치하고 있는 데 있다.

본 발명의 다른 특징은 상기 플라즈마 확산방지수단을 하부 전극의 주위에 설치하여 슬릿모양의 개구부를 동심원상으로 형성하여 플라즈마 확산방지수단의 개구부와 상기 자장 형성수단에 의하여 형성되는 자력선이 교차하고 있는 데 있다.

본 발명의 다른 특징은 상기 자장 형성수단에 의하여 형성되는 자장강도를 40가우스 이상으로 한 데 있다.

본 발명의 플라즈마 처리장치에 의하면, 처리실내의 플라즈마의 확산을 방지할 수 있기 때문에 상하 전극간에서의 플라즈마밀도를 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또 처리실 내부의 아래쪽이나 진공배기계등, 처리실 이외로 플라즈마가 확산되는 것에 의한 퇴적성의 반응생성물의 퇴적·부착을 방지하는 것도 가능하게 되는 이 때문에 데포(퇴적물)의 부착·퇴적하는 영역을 한정할 수 있기 때문에 데포제거를 위한 수고와 비용을 절감할 수 있다. 또한 자장강도를 40가우스 이상으로 함으로써 플라즈마의 확산을 보다 효과적으로 방지할 수 있기 때문에 상기 플라즈마 밀도향상의 효과 및 데포 영역한정의 효과가 보다 강하게 얻어진다.

(실시예)

이하 본 발명의 실시예에 관하여 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명을 플라즈마 에칭장치에 적용한 실시예를 나타내는 것으로 해당 플라즈마 에칭장치의 단면 모식도이다. 도 1에서 처리실(10)은 예를 들어 10^-6Torr정도의 진공도를 달성가능한 진공용기이다. 처리실(10)의 내부에는 한쌍의 대향하는 전극, 즉 상부전극(20)과 하부전극(30)을 구비하고 있고, 양자로 평행 평판 전극을 구성하고 있다. 처리실(10)은 접지선(11)에 의하여 접지된다. 상부전극(20), 하부전극(30)은 예를 들어 세라믹등의 상부전극 절연체(21), 하부전극 절연체(31)에 의하여 각각 처리실(10)과 절연되어 있다.

상부전극(20)은 그 하측 표면에 상부전극판(22)을 구비하고 있고, 또 그 내부에 가스분산판(23)을 구비한 가스 도입실(24)이 설치되어 있다. 시료의 에칭등의 처리에 필요한 가스는 가스 공급수단(25)으로부터 가스 도입실(24)을 개재하여 처리실(10)에 공급된다. 가스 공급수단(25)은 가스 공급원·밸브·유량제어수단(모두 도시 생략)으로 구성되고, 소정의 유량과 혼합비를 가진 가스를 가스 도입실(24)에 공급한다. 가스 처리실(10)에의 도입에 있어서는 상부전극(20) 및 상부전극판(22)에 마련된 구멍과 가스 확산판(23)의 개구부에 의하여 소정의 가스 분포로 제어된다. 한편, 처리실(10)은 진공배기계(12)에 의하여 진공배기된다. 진공배기계(12)는 밸브·압력제어수단·진공펌프(모두 도시 생략)로 이루어지고, 처리실(10)의 내부를 소정의 처리압력으로 조정한다. 또한 처리실(10)에는 에칭처리의 종료를 검출하는 종점 검출장치(14)가 뷰포트(15)를 통하여 처리실(10)내부의 상태를 검출할 수 있게 설치되어 있다.

한편, 처리실(10)의 하부에는 상부전극(20)에 대향하여 하부전극(30)이 설치되어 있다. 하부전극(30)은 그 상면, 즉 시료 재치면(41)에 시료(42)를 얹어 놓는다. 하부전극(30)은 쌍극식 정전 흡착장치(40)이고, 바깥 쪽의 제 1하부전극(30A)과 그 안쪽 위쪽에 절연체(32)를 개재하여 배치된 제 2하부전극(30B)으로 구성되고, 또한 제 1하부 전극(30A)와 제 2하부 전극(30B)의 상면에는 정전흡착용 유전체층(이하 정전 흡착막이라 약칭함)(33)이 설치되어 있다. 제 1하부전극(30A)과 제 2하부전극(30B)은 각각 고주파 성분 커트용 필터(35A, 35B)를 개재하여 직류전원(36)이 접속되어 있고, 제 2하부전극(30B)쪽이 정이 되도록 수 100V 내지 수 kV의 직류전압을 인가한다. 이로써 정전흡착막(33)을 개재하여 시료(42)와 하부전극(30)간에 작용하는 클롬력에 의하여 시료(42)가 하부전극(30)상에 흡착, 유지된다. 정전 흡착막(33)으로서는 예를 들어 산화 알루미늄이나 산화알루미늄에 티탄산화물을 혼합한 유전체를 이용한다.

또한 본 실시예에서는 쌍극식 정전 흡착장치를 예로 이용하여 설명하였으나, 예를 들어 단극식이나 다극식등의 다른 방식의 정전흡착장치이어도 된다.

상하전극의 간격, 즉 상부전극(20)의 상부전극판(22)의 하면과 하부전극판(30)의 정전흡착장치(40)의 상면인 시료 재치면(41)간의 거리는 15mm이상 100mm이하, 바람직하게는 20mm이상 50mm이하로 한다. 하부전극(30)은 상하기구(도시 생략)에 의하여 상하로 가동함으로써 상부전극(20)과의 간격을 조정한다.

처리실(10)은 예를 들어 알루미늄등의 비자성체의 금속으로 이루어지는 진공용기이다. 처리실(10)은 도시 생략한 온도제어수단을 이용하여 그 내부표면의 온도를 예를 들어 20℃ 내지 150℃의 범위에서 변화시킬 수 있다. 이와 같이 온도를 제어함으로써 처리실(10)내부의 표면에서의 화학반응이나 반응생성물의 퇴적을 제어한다.

또 상부전극(20)과 하부전극(30)도 도시생략한 온도제어수단에 의하여 제어된다. 상부전극판(22)이나 시료(42)의 온도를 소정의 온도로 유지하여 그 표면에 있어서의 화학반응을 제어하기 위해서이다. 또한 하부전극(30)에는 정전흡착장치(40)와 시료(42)사이에 불활성 가스, 예를 들어 He가스가 소정의 유량과 압력으로 설정되어 공급되고 있고, 정전흡착장치(40)와 시료(42)사이의 열전달성을 높히고 있다.

처리실(10)의 내부표면은 처리실 내면 커버(13)로 피복되고, 처리실(10)의 내부표면의 금속부가 플라즈마에 대하여 노출하지 않는 구성으로 되어 있다. 또 상부전극(20), 상부전극 절연체(21) 및 하부전극(30), 하부전극 절연체(31)의 표면도 각각 상부전극 커버(26), 하부전극 커버(34)에 의하여 피복되어 플라즈마에 대하여 노출되지 않는다. 이들 처리실내면 커버(13), 상부전극 커버(26), 하부전극 커버(34)는 플라즈마에 대하여 내성이 높은 재료로 구성된다. 재료의 예로서는 예를 들어 SiC, AlN등의 세라믹이나 Si, 석영 또는 예를 들어 알루마이트처리나 알루미늄 용사막 형성을 실시한 알루미늄 또는 예를 들어 폴리이미드계의 수지 코팅을 실시한 알루미늄등을 들 수 있다. 이들 커버는 분할 가능한 구조로 하여도 좋다. 또 이들 커버는 용이하게 교환가능한 구조로서 장치 메인티넌스에 요하는 시간과 비용을 저감한다.

또 이들 커버는 상기 도시생략한 온도제어수단에 의하여 온도가 제어된다. 그리고 반응 생성물의 퇴적량 즉 퇴적막의 두께 또는 퇴적속도를 일정하게 제어하여 플라즈마에의 노출에 따르는 표면손상을 피하도록 유지한다. 이 결과, 커버부품등의 교환의 간격을 장기화하여 장치의 런닝코스트를 저감한다.

또 처리실(10)은 그 내부의 하부전극의 주위에 플라즈마의 확산방지수단(16)을 구비하고 있다. 이 플라즈마 확산방지수단(16)은 플라즈마의 확산을 방지하면서 진공배기에 대해서는 콘덕턴스를 충분히 작게 유지한 구조로 하고 있다. 이와같은 구조에 의하여 처리실(10)의 하부나 진공배기계(12)에 플라즈마가 확산하지 않기 때문에 처리실(10)의 전극간에서의 플라즈마 밀도를 높힐 수 있고, 에칭 레이트등의 에칭특성을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또 진공배기에 대한 콘덕턴스가 작기 때문에 처리실(10)에서의 처리압력을 낮게 유지할 수 있다. 또한 플라즈마가 처리실이나 진공배기계의 내벽과 접하는 영역을 한정함으로써 반응생성물이 퇴적하는 영역을 만들어 처리실 내면 커버의 교환주기를 길게 함과 함께 커버의 교환을 용이하게 한다.

상부전극(20)에는 매칭박스(자동 임피던스 정합장치)(27)를 개재하여 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원(28)이 접속되어 있다. 또 상부전극(20)은 필터(29)를 개재하여 접지되어 있다. 이 필터(29)는 상부전극(20)의 고주파 전원(28)의 주파수에 대해서는 고임피던스, 하부전극(30)의 바이어스전원(38)의 주파수에 대해서는 저임피던스가 되는 주파수 특성으로 설정되어 있다. 한편, 하부전극(30)(30A, 30B)에도 동일하게 매칭박스(자동 임피던스 정합장치)(37)를 개재하여 바이어스전력을 공급하는 바이어스 전원(38)이 접속되어 있다. 또 하부전극(30)는 필터(39)를 개재하여 접지되어 있다. 그리고 이 필터(39)는 그 주파수 특성이 하부전극(30)의 바이어스전원(38)의 주파수에 대해서는 고임피던스, 상부전극(20)의 고주파 전원(28)의 주파수에 대해서는 저임피던스가 되도록 설정되어 있다.

또한 본 실시예의 플라즈마 에칭장치에서는 상부전극(20)의 바깥 둘레부에 자장 형성수단(50)을 설치하고 있다. 자장 형성수단(50)은 코일(51)과 바깥 둘레 시일드(52), 요크(53)를 구비하고 있다. 또 코일(51)에는 코일 전원(54)이 접속되어 있다. 그리고 자장 형성수단(50)은 상하전극간에서 전극면에 대하여 평행인 자장을 형성하도록 구성되어 있다.

여기서 상부전극(20), 하부전극(30)의 주파수 및 자장 형성수단에 의하여 발생하는 자장강도의 관계는 다음과 같이 설정한다. 먼저 상부 전극(20)에 인가하는 플라즈마 발생용 고주파의 주파수는 20MHz ~ 300MHz, 바람직하게는 40MHz ~ 150MHz의 범위로 한다. 또 주파수는 공업용 주파수 13.56MHz의 정수배에서 선택하는 것이 바람직하다. 하부전극의 바이어스전원의 주파수는 300kHz이상이고 또한 상부전극 주파수의 1/4이하로 한다. 예를 들어 상부전극의 주파수 68MHz, 하부전극의 주파수 800kHz로 한다. 또 자장형성 수단에 의하여 발생하는 자장은 100가우스 이하의 범위이고, 바람직하게는 2가우스에서 60가우스까지의 범위이며, 임의로 자장강도를 제어할 수 있는 정자장(또는 1kHz이하의 저주파자장)으로 한다.

상기 실시예에 나타낸 바와 같은 장치구성에 의하여 자장을 이용하여 플라즈마의 시이스부에서의 전자 공명 현상을 제어하는 것이 가능하게 된다. 도 2는 이것을 설명하기 위하여 도 1의 플라즈마 에칭장치에서의 자장의 형성상태와 전자 공명 영역의 관계를 나타낸 도이다. 도 2에서는 자장 형성수단(50)에 의하여 상하 전극간 및 그 근방에 생기는 자력선(61)의 분포를 파선으로 나타내고 있다.

그런데 후기하는 바와 같이 본 발명에서 플라즈마제어에 이용하는 전자 공명 현상은 플라즈마 시이스부에서 전극면에 대하여 평행인 자장을 형성하는 것으로 가장 강하게 생긴다. 플라즈마 시이스는 전극면에서 벌크 플라즈마와의 경계에서 형성된다. 그래서 상하전극의 플라즈마에 접하는 주면, 즉 상부전극의 하면 또는 하부전극의 시료 재치면의 적어도 한쪽에서 전극면에 대하여 평행한 자장을 형성하는 것이 필요하게 된다. 이와 같은 평행자장은 상하전극간의 바깥 둘레부를 둘러싸도록 자장 형성수단(50)을 배치하면 간단하게 형성할 수 있다. 그러나 후기하는 바와 같이 실제의 장치에서는 시료의 반입기구(도 1에는 도시 생략)나 종점 검출장치(14)등과 간섭하지 않게 하기 위하여 자장 형성수단(50)의 배치에 제약이 생긴다. 그래서 이와 같은 간섭을 피하기 위하여 자장 형성수단(50)은 상하전극간보다도 위쪽으로 즉 상부전극(20)의 바깥 둘레부 부근에 설치할 필요가 있다. 그리고 이 경우, 전극에 대하여 평행한 자장이 형성되는 영역은 코일(51)본체의 중심보다도 낮은 위치로 할 필요가 있다.

이와 같은 자장형성을 가능하게 하는 것이 도 1, 도 2에서 코일(51)의 안쪽에서 아래쪽으로 매달아 내려뜨리도록 배치된 요크(53)이다. 도 2에서는 요크(53)를 이와 같이 수하형으로 배치하였을 때의 자력선(61)을 파선으로 나타내고 있으나, 이와 같이 요크의 높이로 즉 코일(51)본체의 중심보다도 낮은 위치에서 전극에 대하여 평행인 자장이 형성된다. 그리고 평행자장이 발생하는 위치나 그 영역의 크기는 자장 형성수단(50)의 설계나 높이방향의 위치에 의하여 조정할 수 있다. 따라서 예를 들어 도 2에 나타내는 바와 같이 평행자장의 발생위치를 상부전극판(22)의 하면과 하부전극(20)의 시료 재치면에 맞출수 있다. 이때 전자 공명이 생기는 영역은 상부전극판(22)의 하면 시이스부의 대략 전면에 걸친 영역(62) 및 하부전극(20)의 시료 재치면의 대략 전면에 걸친 영역(63)이 된다. 따라서 플라즈마의 시이스부에서의 전자 공명 현상을 전극면 및 시료면의 넓은 면적범위에서 효율좋게 또한 같은 모양으로 제어할 수 있게 된다.

이 자장 형성수단 그것에 관해서는 후기하기로 하고 여기서는 본 발명의 원리인 자장에 의한 전자 공명제어와 플라즈마 상태 제어에 관하여 상세하게 설명하기로 한다. 이하 설명에는 도 3 내지 도 6의 원리 설명도와, 이 원리의 시뮬레이션에 의한 검증결과인 도 7 내지 도 10을 이용한다.

일반적으로 평행 평판형의 플라즈마 처리장치에서는 상하의 전극간에 고주파를 인가함으로써 전극간에는 전극면에 대하여 수직방향으로 진동전계가 발생한다. 여기서 플라즈마중의 포텐셜의 변화가 시이스부에서 크기 때문이라고 생각하면, 전극간에 생기는 전계는 플라즈마의 벌크 부분에서는 작고, 시이스 부분에서 크다. 즉 진동전계는 평행 평판전극 근방의 플라즈마 시이스부에서 강하게 발생하게 된다. 한편, 진동전계와 직교하는 방향으로 전자 공명을 야기하는 강도의 자계가 인가되어 있으면, 자계와 전계와의 상호작용에 의하여 전자가 공명적으로 가속되어 전자 공명 현상이 생긴다.

그런데 자장에 의한 전자 공명 현상으로서 일반적으로 마이크로파의 전자사이클로트론공명(ECR:Electron Cyclotron Resonance)이 알려져 있다. 이것은 플라즈마를 생성하는 2.45GHz 의 마이크로파의 진행방향에 대하여 875가우스의 자장을 가한 것으로, 자장속을 자력선을 따라 운동하는 전자가 마이크로파를 공명적으로 흡수하여 가속되는 것이다. 이 ECR공명의 경우에는 마이크로파의 「회전전계」가 전자 공명을 일으킨다.

한편 본 실시예에서는 「진동전계」에 의하여 전자 공명이 생긴다. 이 상태를 도 3(a) ~ (c)에 나타낸다. 본 도는 플라즈마(회색부)와 시이스의 경계부분에서의 전장(이하 시이스 전장이라 함)에 의한 전자의 거동을 나타내는 것이다. 시이스 전장은 시이스 경계면에 대하여 수직방향으로 진동하고 있다. 한편, 자력선은 지면에 대하여 수직으로 안길이 방향을 향하고 있다. 이때 전자는 자력선을 따라 수송됨과 함께 자력선 주위를 다음과 같이 운동한다. 즉 (a)전자는 시이스 전장에 의하여 시이스로부터 밀려 나오는 방향으로 가속되어 벌크 플라즈마중에서 자력선의 주위를 회전하고, (b)시이스 전장이 가장 작아질 때 전자가 자력선의 주위를 반회전하여 벌크 플라즈마로부터 시이스로 돌입하고, (c)전자가 다시 자력선 주위를 반회전한 곳에서 다시 최대가 된 시이스전장에 의하여 시이스로부터 밀려 나오게 하여 전자가 가속된다.

이와 같이 하여 도 4에 나타내는 바와 같이 전자는 플라즈마와 시이스의 경계부에서 자력선을 따라 나선운동을 행하면서 공명적으로 가속되어 간다. 이 현상은 자장속을 궤도운동하는 전자가 그 궤도주파수와 같은 주파수의 전자파를 공명적으로 흡수하는 현상이며, 따라서 소위 전자 사이클로트론공명(ECR)이다. 그러나 일반적으로 이용되고 있는 마이크로파의 회전전계에 의한 ECR과 구별하여 시이스에서의 진동전계에 의한 ECR인 것을 명시하기 위하여 이하에서는 ECR-S(S는 시이스의 의미)라 부르기로 한다. 또 ECR의 공명자장강도 Bc(가우스)는 일반에게 알려져 있는 바와 같이

Bc = 0.357×f

f: 플라즈마 생성용 고주파 주파수(MHz)

이다. 그러나 이는 회전전계에 대응한 값이며, 진동전계에 의한 ECR-S의 경우에는 전자의 궤도주파수가 시프트하기 때문에 공명자장 강도는 상기의 값보다도 약간 높은 값을 취한다. 이것은 후에 실험적으로도 나타낸다. 그러나 여기서는 공명자장 강도의 값으로서 편의적으로 상기식의 정의를 이용하여 설명을 하기로 한다.

그런데 전자가 진동전계에 의하여 가속되는 경우, 전자의 회전속도가 ECR-S의 1/2 인 경우에도 공명적인 현상이 생긴다. 이 상태를 도 5(a) ~ (c)에 의하여 나타낸다. 본 도에서는 도 3과 마찬가지로 자력선은 지면에 대하여 수직으로 안길이 방향을 향하고 있다. 또 시이스 전장은 시이스 경계면에 대하여 수직방향으로 진동하고 있으나, 그 진동 주파수는 도 3 경우의 1/2이다. 이때 전자는 자력선을 따라 수송됨과 함께 자력선 주위를 다음과 같이 운동한다. 즉 (a)전자는 시이스 전장에 의하여 시이스로부터 밀려 나오는 방향으로 가속되어 벌크 플라즈마중에서 자력선 주위를 회전하나, (b)시이스 전장이 가장 작아질 때는 전자는 자력선의 주위를 1/4회전한 위치에 있고, 아직 플라즈마 중을 운동하고 있다. 그리고 (c)전자가 자력선 주위를 1/2 회전하여 시이스에 재입사할 때 최대가 된 시이스전장에 의하여 시이스 부분에서 벌크 플라즈마를 향하여 밀려 나와 반사하도록 하여 공명적으로 가속되어 간다.

이 결과, 도 6에 나타내는 바와 같이 전자는 플라즈마와 시이스의 경계부에서 사이클로이드상의 운동을 행하면서 공명적으로 가속되어 간다. 이 현상에 관해서는 동축 원통 챔버를 이용한 기초적인 원리 확인이 보고되어 있다 (Okuno etal, Appl.Phys.Lett 64(13)p1623-1625). 그래서 그 기술에 따라 이하에서는 이 현상을 전자 시이스공명(ESR:Electron Sheath Resonance) 이라 부르기로 한다. 또 ESR에서는 전자의 회전속도(즉 주파수)가 ECR-S의 1/2이기 때문에 ESR의 공명자장 강도Bs(가우스)는 ECR자장강도의 1/2 즉

Bs = Bc / 2 = 1 /2×0.357×f

f: 플라즈마 생성용 고주파 주파수(MHz)

가 된다.

따라서 평행 평판형의 플라즈마 처리장치에서 상하전극의 전극면에 대하여 수평방향으로(즉 플라즈마 시이스부에 생기는 진동전계와 직교하는 방향으로)전자 공명을 일으키게 하는 강도의 자장을 가함으로써 전자는 공명적으로 가속되게 된다. 그리고 자장강도(Bc, Bs)에 따라 ECR-S, ESR 두 개의 전자 공명 현상이 생기게 된다. 그리고 자장강도를 변화시킴으로써 전자 공명의 정도를 제어할 수 있고, 따라서 플라즈마 중의 전자의 상태, 즉 전자밀도와 전자 에너지 분포를 제어하는 것이 가능하게 된다. 또 프로세스 가스의 해리는 플라즈마중의 전자의 상태에 의하여 변화하기 때문에 자장강도의 변화에 의하여 프로세스 가스의 해리상태를 제어할 수 있다. 이와 같이 하여 자장을 이용하여 플라즈마 중의 전자 공명 현상을 제어함으로써 플라즈마 중의 전자의 상태와 프로세스 가스의 해리상태를 제어하는 것이 가능하게 된다.

그런데 평행 평판형의 용량 결합 플라즈마에서는 전자가 시이스부에서 가속되어 통계적으로 가열됨으로써 플라즈마중의 전자에 에너지가 수수되어 간다. 여기서 상기 ECR-S, ESR에서는 전자가 시이스부에서 공명적으로 가속되고 있다. 따라서 시이스부분에서의 전자의 가속, 즉 통계가열이 효율적으로 행하여지게 되어 플라즈마중의 전자상태를 효과적으로(즉 자장강도에 대하여 민감하게)제어하는 것이 가능하게 된다.

지금까지 본 실시예의 장치구성에서 전극면에 대하여 수평으로 인가한 자장에 의하여 전자 공명을 제어하여 플라즈마 특성이나 프로세스 가스 해리상태를 제어하는 것에 관하여 그 원리를 설명하여 왔다. 그래서 다음에 이 원리를 Ar가스를 이용한 시뮬레이션에 의하여 검증한 결과를 설명한다. 이하에서는 고주파 전원(28)의 주파수 68MHz을 예로 들어 설명한다. 이 경우, ECR-S자장 강도는 24가우스, ESR자장강도는 그 절반인 12가우스이다. 이와같은 자장강도에서는 전자의 드리프트는 거의 생기지 않는다. 또한 상부전극(20)의 고주파 전원(28)의 주파수에 관해서는 그 바람직한 범위 및 자장강도와의 관계에 관하여 등을 상세하게 후기한다.

도 7은 전극간에 인가한 자장의 강도에 의하여 플라즈마 밀도가 변화하는 모습을 나타낸다. 전극 간격은 20mm, 압력은 0.7Pa 이다. 이 경우, 도 7에서 알 수 있는 바와 같이 자장강도의 증가와 함께 플라즈마 밀도는 증가하고 15가우스에서 최대가 되나, 그후 30가우스 부근에서 견부를 가지면서 저하하고, 다시 40가우스 이상에서 또 증가로 전환한다. 이 거동은 도 7에서 파선으로 나타내는 두 개의 피크의 겹쳐맞춤에 의해 이해할 수 있다. 이들 두 개의 피크는 ESR자장강도인 12아우스 및 ECR-S자장강도인 24가우스를 중심으로 하고 있다. 이것은 자장강도의 증가에 따라 ECR-S, ESR에 의한 효과가 상호 보완적으로 작용하여 플라즈마 밀도가 변화하고 있다고 생각할 수 있다. 따라서 자장강도를 ESR 및 ECR자장강도를 포함하는 범위로 제어함으로써 플라즈마 밀도를 제어하는 것이 가능하게 될 것이다.

또 도 7에서 알 수 있는 바와 같이 플라즈마 밀도의 변화는 ECR-S, ESR자장강도로 뽀죡한 피크를 가지는 것이 아니라 완만한 분포를 가지고 있다. 이것은 ECR-S, ESR의 전자 공명이 공명자장강도 부근의 좁은 범위에서만 생기는 것이 아니라 어느 정도 자장강도의 폭을 가지고 생기는 것을 나타내고 있다. 이와 같이 폭을 가진 특성은 뽀죡한 공명적인 특성보다도 제어하기 쉽다. 즉 ECR-S, ESR은 제어성이 우수한 이점을 가지고 있다. 또 공명이 자장강도에 대하여 폭을 가지고 있기 때문에 전극면의 전면에 걸쳐 넓은 범위로 완전하게 균일한 자장을 형성하지 않아도 어느정도까지의 자장강도 분포이면 전자 공명이 국재화하는 일이 없다. 이와 같이 전자 공명이 넓은 영역에서 같은 모양으로 생기기 때문에 플라즈마 밀도분포가 국소적인 분포를 가지는 일 없이 균일성에 악영향을 미치기 어려운 것도 이점이다.

그런데 자장을 인가하는 효과는 단지 플라즈마밀도의 제어에 그치는 것이 아니다. 자장강도를 제어함으로서 전자 공명의 정도, 바꿔 말하면 전자를 가속하는 정도를 제어할 수 있기 때문에 플라즈마중의 전자 에너지 분포를 제어하는 것이 가능하게 된다.

도 8은 플라즈마의 전자 에너지분포의 자장에 의한 변화를 계산한 결과이다. 계산 조건은 도 7과 동일하다. 도중 실선은 자장을 인가하지 않을 때 파선은 ECR-S자장 강도에 대응하는 24가우스의 자장을 인가하였을 때의 각각의 전자 에너지 분포를 나타낸다. 이 도에서 알 수 있는 바와 같이 24가우스의 자장 인가에 의하여 5eV이하의 저에너지의 전자가 감소하고, 5 ~ 20eV의 전자가 사선으로 나타내는 바와 같이 증가하고 있다. 따라서 이 결과로부터 자장 인가에 의하여 플라즈마의 전자 에너지분포를 변화시키는 것을 알 수 있다. 여기서는 도시 생략하였으나, 본 발명자들은 상기 전자 에너지분포의 변화가 자장강도에 따라 연속적으로 생기는 것을 시뮬레이션에 의하여 확인하고 있다. 따라서 자장강도를 제어함으로써 플라즈마 상태, 즉 플라즈마의 전자 에너지 분포를 연속적으로 제어할 수 있게 된다. 또 도 7에서는 자장 인가에 의한 전자 에너지분포의 변화는 5 ~ 20eV로 현저함을 나타내었으나, 이 에너지 범위의 전자는 프로세스 가스의 해리에 기여한다. 따라서 ECR-S 나 ESR강도의 자장에 의하여 프로세스 가스의 해리상태가 제어될 수 있다고 예상된다.

그래서 다음에 자장 인가에 의한 플라즈마 상태의 제어가 프로세스 가스의 해리나 에칭특성의 변화에 어떻게 영향하는 지를 검토한다. 가스의 해리나 에칭은 이온과 래디컬의 생성량에 크게 지배된다. 따라서 이온과 래디컬의 생성효율을 평가하면, 가스의 해리나 에칭특성의 변화를 고찰할 수 있다. 그래서 Ar의 전자 에너지분포와 충돌 단면적으로부터 Ar가스의 이온화 충돌·여기충돌의 빈도를 계산하였다. 여기서 이온화 충돌이란 전자와 Ar가스가 충돌하여 Ar가스가 이온화되는 충돌과정이다. 또 여기충돌이란 전자와 Ar가스의 충돌에 의하여 Ar가스가 여기되는 충돌과정을 의미한다.

즉

이온화 충돌 : e^­+ Ar → e^-+ e^-+ Ar⁺

여기충돌 : e^-+ Ar→e^-+ Ar^*

이다. 따라서 이온화 충돌(또는 여기충돌)의 빈도는 이온화(또는 여기)의 효율을 나타내는 지표라고 생각된다.

도 9는 자장을 변화시켰을 때의 Ar의 이온화 충돌 빈도의 전자 에너지에 대한 의존성을 나타낸 것이다. 동일하게 자장을 변화시켰을 때의 Ar의 여기충돌 빈도의 전자 에너지에 대한 의존성을 나타낸 것이 도 10이다. 양도 중에서 실선은 무자장, 일점쇄선은 ESR자장강도(12가우스), 파선은 ECR-S자장강도(24가우스)에서의 각각의 이온화 충돌(도 9) 또는 여기 충돌(도 10)의 빈도를 나타내고 있다. 도 9에 나타내는 바와 같이 자장을 가함으로써 이온화 충돌 빈도의 피크는 저전자 에너지측으로 시프트한다. 전체로서의 이온의 생성효율은 각 그래프의 적분에 의하여 비교할 수 있으나, 무자장에 비해 특히 ESR에서 이온화 효율이 증가하고 있음을 알 수 있다. 또 도 10에서 알 수 있는 바와 같이 여기충돌의 빈도가 ECR-S, ESR에 의하여 무자장에 비하여 약 2배 가까이까지 증가하고 있다. 이들 결과로부터 이온 및 래디컬의 생성량이 자장에 의하여 제어할 수 있음을 알 수 있다. 즉 프로세스 가스의 해리상태가 자장에 의하여 제어할 수 있는 것이 된다. 또 자장강도를 무자장에서 ESR 자장강도, 다시 ECR-S자장강도를 포함하는 범위로 변화시킴으로써 이온화 효율과 여기효율의 비율을 변화시킬 수 있다. 이것은 결국, 자장에 의하여 플라즈마중의 이온과 래디컬의 비를 제어하도록 플라즈마 상태를 제어하는 것도 가능함을 나타내고 있다.

이와 같이 본 발명의 특징은 시이스부에서의 자장과 전계의 상호작용에 의한 ECR-S와 ESR 두 개의 전자 공명 현상을 이용하는 데 있다. 그리고 이 전자 공명의 정도를 자장에 의하여 제어함으로써 플라즈마 상태, 즉 플라즈마의 밀도, 전자 에너지분포, 프로세스 가스의 해리상태를 제어할 수 있다. 또한 여기서 이용하는 자장은 고작 수 10가우스의 자장이기 때문에 전자의 드리프트가 생겨서 플라즈마의 드리프트가 생기는 일이 없다. 또 전자 공명을 이용하고 있기 때문에 자장에 의하여 플라즈마의 상태를 효율적으로 제어할 수 있는 이점을 가진다. 동시에 전자 공명의 특성이 자장강도에 대하여 어느정도의 폭을 가지고 있기 때문에 제어에도 우수하다. 또한 전자 공명 현상은 전극면 근방의 시이스부의 넓은 영역에 걸쳐 생기기 때문에 플라즈마 상태를 국소적인 분포를 생기게 하는 일 없이 플라즈마 전체나 웨이퍼전면에 걸친 넓은 범위에서 같은 모양으로 제어할 수 있는 것도 특징이다.

여기서 상기 실시예에 의한 플라즈마 에칭장치와 마그네트론형의 M-RIE와의 차이를 고찰한다. 이미 설명한 바와 같이 M-RIE에서는 전자가 자력선을 따라 감기도록 사이클로트론 운동을 함으로써 전자의 충돌확율이 증대하여 저압력에서도 고밀도의 플라즈마가 생성가능하게 된다. 그러나 M-RIE는 강자장에 의하여 전자를 구속하는 것이며, 전자의 공명현상을 이용하는 것이 아니기 때문에 전자의 가속이 효율적으로는 행하여지지 않는다. 전자를 구속하기 위해서는 적어도 100가우스 정도의 강한 자장이 필요하게 되나, 이것에 기인하여 플라즈마 밀도의 드리프트나 웨이퍼상의 전위의 치우침에 의한 대미지가 발생한다. 이 때문에 예를 들어 자장을 회전시키거나 또는 자장에 구배를 마련하는 일이 필요하게 된다. 또 자장의 누설에 대한 대책도 충분히 행할 필요가 있다.

한편, 상기 실시예에 의한 플라즈마 에칭장치에서는 ECR-S와 ESR 두 개의 전자 공명 현상을 이용하고 있고, 전자가 효율적으로 가속된다. 또 자장강도에 의하여 플라즈마 밀도등의 플라즈마 상태를 제어하는 것도 가능하다. 이때 필요한 자장강도는 드리프트의 영향이 나타나기 시작하는 60가우스 이하에서 좋다. 따라서 드리프트에 의한 플라즈마 밀도의 불균일이나 웨이퍼상의 전위의 치우침은 생기지 않기 때문에 자장강도는 균일하게 하면 된다. 또 자장강도가 작기 때문에 자장을 발생하는 코일도 소형으로 좋고, 자장의 누설에 대한 대책도 용이하게 된다. 이와 같이 상기 실시예에 의한 플라즈마 에칭장치에서는 전자 공명 현상을 이용하는 점이 M-RIE법과 다르며, 또한 이에 기인하여 다양한 이점을 가지고 있다.

그런데 ECR-S 나 ESR의 전자 공명은 저압력만큼 전자와 기상중의 분자의 충돌이 생기기 어렵고, 공명현상의 효과가 크게 나타나기 쉽다. 시뮬레이션의 결과에서도 자장에 의한 플라즈마 밀도의 증가의 효과는 2Pa 이하에서 특히 강하게 나타나 있다. 한편, 반도체 디바이스의 고집적화에 따라 미세가공성이 요구되어 있으나, 수 Pa이하의 저압력 영역에서는 플라즈마중에서의 분자 충돌빈도가 감소하여 이온이나 래디컬의 방향성이 증가하기 때문에 미세가공성이 향상한다. 또 본 발명자들의 계산에 의하면, 2Pa이하에서는 이온에너지가 단색화되는 효과도 있다. 따라서 전자 공명이 효과적으로 생기는 압력영역은 금후 필요로 하는 미세가공성을 위해서도 바람직한 방향이다.

또 웨이퍼 지름의 대구경화에 따라 균일성의 확보가 과제로 되어 있으나, 본 발명에 의하면, 균일성의 제어도 가능하다. 이것을 본 발명의 다른 실시예인 도 11에 의하여 설명하다.

지금까지 설명한 바와 같이 본 발명은 플라즈마의 시이스부에서의 전자 공명 현상을 이용하여 플라즈마 상태를 제어하는 것이다. 이 전자 공명 현상은 플라즈마 시이스부에서 시이스에 대하여 평행한 자장을 형성함으로써 더욱 강하게 생긴다. 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상하 전극간에서 평행한 자장을 형성하는 자장 형성수단(50)의 높이방향의 위치를 조정가능하게 함으로써 전자 공명이 생기는 영역의 크기를 변화시켜 플라즈마 밀도나 가스 해리상태의 면내 분포를 제어한다.

예를 들어 도 11에 나타내는 바와 같이 자장 형성수단(50)을 도 1보다도 위쪽에 배치할 경우를 생각한다. 이 경우, 상부전극판(22)의 하면에는 약간 하향의 만곡자장(61′)이 형성되기 때문에 상부전극판(22)의 시이스부에서의 평행자장의 영역은 중심부근에 한정된다. 따라서 전자 공명은 사선으로 나타내는 바와 같이 상부 전극판 하면의 주로 중심부분의 영역(62′) 및 하부전극(20)의 시료재치면의 중심부근의 영역(63′)에서 생긴다. 이와 같이 자장 형성수단(50)의 높이방향의 위치를 조정함으로써 전자 공명이 생기는 영역의 크기를 제어하여 플라즈마 상태의 변화의 정도를 조정할 수 있다.

그런데 일반적으로 평행 평판형의 플라즈마 처리장치는 균일성이 우수하나, 전극의 중심부와 바깥 가장자리부에서의 전계강도의 차에 의하여 플라즈마 밀도가 전극 중심과 바깥 둘레에서 분포를 가지는 일이 있다. 그래서 예를 들어 전극중심부에서의 플라즈마 밀도가 바깥 둘레부에 비하여 낮은 경우에는 상기와 같이 자장을 형성함으로써 전자 공명이 정확히 이 불균일성을 보충하도록 전극의 중심부근의 영역(62′) 및 하부전극(20)의 시료 재치면의 중심부근의 영역(63′)에서 생기게 된다. 또한 전자 공명이 생기는 영역의 크기는 자장에 의하여 제어할 수 있다. 따라서 자장 형성수단(50)의 높이방향의 위치를 조정하고, 또한 자장강도를 변화시킴으로써 플라즈마 상태뿐만 아니라 플라즈마 밀도의 균일성도 제어하는 것이 가능하게 된다.

다음에 자장 형성수단(50)의 구성과 이것에 의하여 발생하는 자장의 평면내에서의 자장패턴을 도 12 ~ 도 14를 이용하여 설명한다.

도 12는 코일(51)과 바깥 둘레 시일드(52), 요크(53)의 배치가 알기 쉽게 자장 형성수단(50)을 위쪽에서 본 것이다. 코일(51)은 안장형으로 만곡한 6개의 코일(51A ~ 51F)이 상부 전극(20)(여기서는 도시 생략)에 대하여 동심원상으로 또한 축대칭으로 배치되어 있다. 그리고 각각이 코일 전원(54A ~ 54F)에 접속된다. 또 바깥 둘레 시일드(52)는 6개의 코일 (51A ~ 51F)의 바깥 둘레를 둘러싸도록 설치된다. 한편, 요크(53)는 6개의 코일 각각에 대응하는 형으로 53A ~ 53F가 분할하여 배치된다. 그리고 6개의 코일(51)을 예를 들어 51A - 51D, 51B - 51E, 51C - 51F라는 선대칭으로 조합하여 51A에서 51D, 51B에서 51E, 51C에서 51F를 향하는 자장을 발생함으로써 전체로서 도 12의 위의 왼쪽에서 오른쪽을 향하는 자장이 발생한다.

또한 도 12에서는 안장형으로 만곡한 코일을 이용하고 있고, 이 경우, 자장 형성수단(50)의 바깥 지름을 작고, 안 지름을 크게 하여 소형화를 도모할 수 있다. 한편, 만곡된 코일 대신에 각형의 코일을 이용하여도 좋다. 이 경우, 제작이 용이하며, 자장 형성수단(50)을 저비용으로 제작하는 것이 가능하게 된다.

또 코일의 조합을 51D - 51E, 51A - 51F, 51B - 51C, 또한 51E - 51F, 51D - 51C, 51A - 51B라는 순으로 연속적으로 바꾸어 감으로써 자장을 회전시키는 것도 가능하다. 또 여기서는 알기 쉽게 6개의 코일이 6대의 코일전원에 접속되는 것으로서 설명하였으나, 물론 6개의 코일을 구동회로를 이용하여 1대의 코일전원에 의하여 구동하여도 좋다. 또 여기서는 코일(51)의 개수를 6개로 하여 설명하였으나, 코일은 두 개를 한조로 하여 조합하기 때문에 짝수개이면 좋다.

또한 6개의 코일에 흘리는 전류의 비를 바꿈으로써 자장의 패턴을 변화시키는 것도 가능하다. 도 13 ~ 도 15는 코일의 조합을 51A - 51D, 51B - 51E, 51C - 51F로 한 경우에 관하여 각각의 전류치(I1, I2, I3)의 비를 바꾼 경우의 자장패턴, 즉 자력선 분포를 나타내고 있다. 도면중 파선은 시료(42)영역의 크기를 나타내고 있다. 도 13은 I1 : I2 : I3 = 1:1:1, 즉 각조의 코일에 동일 전류를 흘린 경우이며, 이 경우 발산형 자장패턴이 얻어진다. 한편, 도 14는 I1 : I2 : I3 = 0 : 1 : 0, 즉 상하의 코일(51A - 51D, 51C - 51F)에는 전류를 흘리지 않는 경우이며, 이 경우 미러형의 자장패턴이 얻어진다. 또 도 15는 I1 : I2 : I3 = 1 : 2 : 1로 한 경우이며, 도 13과 도 14의 중간적인 대략 평행한 자장패턴이 얻어진다. 후에 나타내는 바와 같이 이와 같은 자장의 패턴 차이에 의하여 플라즈마 상태의 변화모양이 다른 것을 실험적으로 확인하고 있다.

본 실시예에 의한 플라즈마 에칭장치는 이상과 같이 구성되어 있고, 이 플라즈마 에칭장치를 이용하여 예를 들어 실리콘 산화막의 에칭을 행할 경우의 구체적인 프로세스를 다시 도 1을 이용하여 설명한다.

먼저 처리 대상물인 웨이퍼(41)는 도시 생략한 시료 반입기구로부터 처리실(10)로 반입된 후, 하부전극(30)상에 얹어 놓이고, 정전 흡착장치(40)에 의하여 흡착된다. 그리고 처리실(10)내는 진공 배기계(12)에 의하여 진공배기되어 간다. 한편 시료(42)의 에칭처리에 필요한 가스, 예를 들어 C4F8과 Ar이 가스 공급수단(25)으로부터 소정의 유량과 혼합비 예를 들어 Ar유량 200sccm, C4F8유량 10sccm을 가지고 가스 도입실(24)로 공급되고, 가스 분산판(23)과 상부전극(20) 및 상부 전극판(22)에 마련된 구멍을 통과하여 소정의 분포로 제어되어 처리실(10)에 공급된다. 동시에 처리실(10)은 진공배기계(12)에 구비된 진공펌프와 압력제어수단(도시 생략)에 의하여 처리실(10)의 내부가 소정의 처리압력, 예를 들어 0.4 ~ 4.0Pa(파스칼)이 되도록 압력이 조정된다. 다음에 고주파 전원(28)에서 68MHz의 고주파 전력을 출력시킨다. 그리고 처리실(10)의 처리가스를 플라즈마화하고, 해리시켜 이온·래디컬을 발생시킨다. 동시에 바이어스 전원(38)에 의하여 시료에 바이어스를 인가하여 에칭을 행한다. 한편, 자장제어수단(50)에 의하여 전극간에 소정 강도의 자장이 전극에 대하여 평행하게 형성된다. 이때의 자장강도 및 자장분포는 압력이나 유량등의 프로세스 조건에 따라 소정치로 설정되고, 플라즈마중의 전자 공명상태나 플라즈마 밀도 및 분포 또한 처리가스의 해리상태를 적절하게 제어한다. 또 에칭중은 자장형수단(50)에 의하여 예를 들어 5rpm ~ 30rpm의 속도로 자장을 회전시켜도 좋다. 또한 에칭의 진행에 따라 자장강도를 변화시켜도 좋다. 그리고 처리실(10)에 설치된 종점 검출장치(14)에 의하여 에칭종료를 검출하여 또는 에칭처리의 일정시간후에 고주파 전력·바이어스 전력·처리가스의 공급을 정지하여 에칭을 종료한다.

다음에 본 실시예에서 나타낸 플라즈마 에칭장치에 있어서, 자장에 의한 플라즈마 상태나 에칭특성의 제어의 효과를 실험적으로 평가한 결과를 나타낸다.

먼저 자장강도에 의한 플라즈마 상태의 변화를 이온 전류밀도 및 플라즈마 발광에 의하여 평가한 결과를 도 16, 도 17에 나타낸다. 프로세스 가스는 유량비 Ar/C4F8=200/6sccm의 혼합가스이며, 전극 간격은 30mm, 처리압력은 1Pa이다. 도 16은 이온 전류밀도의 변화를 나타내고 있다. 이로써 알 수 있는 바와 같이 이온 전류밀도는 자장강도의 증가에 따라 ESR자장강도인 12가우스 및 30 ~ 36가우스 부근에 피크를 가지며, 40가우스 이상에서는 점증하여 간다. 이 전체적인 경향은 도 6에 나타낸 자장강도에 의한 플라즈마 밀도의 변화의 시뮬레이션결과에 정성적으로 일치하고 있다. 다음에 자장강도를 변화시켰을 때의 플라즈마 특성의 변화를 Ar원자, Ar이온의 발광에 의하여 평가한 결과를 도 17에 나타내었다. 도 17에서는 실선은 Ar원자의 발광(파장 452.2nm)을 파선은 Ar이온의 발광(파장 461.0nm)을 나타낸다. 각각의 발광의 여기 에너지는 다음과 같다.

Ar원자선 14.46eV

Ar이온선 21.14eV

따라서 Ar원자선은 14.46eV이상의 Ar이온선은 21.14eV이상의 에너지를 가지는 전자의 상태를 정성적으로 나타내고 있다. 그리고 이들 발광강도의 변화는 플라즈마의 대략 15 내지 20eV이상의 에너지의 전자 상태의 변화를 정성적으로 반영하고 있다고 생각된다.

도 17에서 알 수 있는 바와 같이 Ar원자의 발광강도는 자장강도의 증가와 함께 점증하여 가나, 한편, Ar이온의 발광강도는 ESR에 상당하는 약 12가우스 까지 증가한 후에 저하로 전환, 이후 점감한다. 이 결과에서 플라즈마의 전자 에너지 분포는 자장강도의 증가와 함께 같은 모양으로 변화하는 것은 아니고 ESR, ECR-S자장강도로 공명적으로 변화하는 것을 알 수 있다. 또한 ECR자장강도 Bc는 계산상은 24가우스이나, 상기한 바와 같이 이 값은 회전 전계에 대응한 것이며, 진동전계에 의한 ECR-S의 경우에는 약간 높은 값을 취하기 때문에 공명자장강도가 약 30 ~ 36가우스로 되어 있는 것이라고 생각한다.

다음에 에칭용 프로세스 가스의 해리상태, 즉 래디컬의 생성상태의 자장에 의한 변화를 계측한 결과를 도 18에 나타낸다. 프로세스 가스는 유량비 Ar/C4F8/O2=500/12/10sccm의 혼합가스이고, 이 가스의 해리상태를 에칭에 기여하는 래디컬인 CF2, CF 및 F의 발광강도에 의하여 계측하였다. 전극 간격은 30mm, 처리압력은 1Pa이다. F의 발광강도는 자장강도의 증가와 함께 ESR자장강도인 약 12가우스로 급격하게 상승하며, 약 40가우스를 초과하기 까지 단조 증가분에 대하여 산을 가지는 형으로 추이한다. 이와 같은 거동은 도중에 나타내는 바와 같이 ESR과 ECR-S 두 개의 공명에 의한 효과가 상호 보완적으로 작용한 결과라고 생각된다. 한편, CF2나 CF는 자장강도가 증가하여도 발광강도는 거의 변화하지 않는다. 따라서 자장에 의하여 F래디컬과 CF2래디컬, CF래디컬의 성분비를 변화시키는 것, 말하자면 래디컬의 단색제어가 가능한 것을 알 수 있다.

이와 같은 단색적인 해리상태의 변화는 예를 들어 전력이나 압력·유량등의 프로세스 파라미터를 변화시켜도 얻어지지 않는다. 예를 들어 도 19는 고주파 전력을 변화시켰을 때의 CF2, F의 발광강도의 변화를 나타내고 있으나, CF2, F모두 발광강도는 동일한 경향을 가지고 증가하고 있으며, 자장과 같은 래디컬의 단색제어의 효과는 얻어지지 않는다.

이와 같은 래디컬 성분비의 변화에 의하여 에칭특성도 변화하는 것이 예상된다. 그래서 이것을 실험에 의하여 확인한 결과를 도 20 내지 도 23에 의하여 나타낸다. 시료는 Si웨이퍼상에 산화막(두께 약 2.4㎛)·레지스트막(두께 약 0.7㎛)을 형성하고, 0.28㎛ ~ 0.40㎛지름의 홀을 가공한 웨이퍼이며, 에칭조건은 도 18과 동일하다.

도 20은 홀의 에칭형상의 자장에 의한 개선의 효과를 나타낸 것이다. 홀 지름 0.3㎛의 홀 단면의 SEM사진을 모식적으로 나타낸 것을 (a)자장을 인가하지 않은 경우, (b) 30가우스의 자장을 인가한 경우(ECR-S에 상당)를 비교하고 있다. 이 결과에서 명확한 바와 같이 자장의 인가에 의하여 홀 내벽의 수직도와 바닥부의 개구성이 향상하여 홀의 트리밍성·가공성이 개선되어 있다. 이것은 자장 인가에 의하여 래디컬 성분비 F/CF2가 커진 효과라고 생각된다.

도 21은 동일하게 30 가우스의 자장은 인가한 경우(실선)와 자장은 인가하지 않은 경우(파선)에 관하여 0.28㎛ ~ 0.40㎛의 각 홀 사이즈(홀 지름)에 대한 홀 바닥부의 개구지름을 플롯한 도이다. 자장을 인가함으로써 바닥부 개구지름이 홀 지름과 일치하는 점선의 방향에 근접하고 있고, 홀 바닥부에서의 형상이 0.28㎛ ~ 0.40㎛의 어느 것에 관해서도 개선되어 있다.

또 도 22는 마이크로 로딩(작은 지름의 홀에서 에칭 레이트가 저하하는 현상)의 자장에 의한 개선효과를 나타낸 것이다. 여기서는 홀에 있어서의 에칭 레이트를 플랫 샘플에서의 에칭 레이트를 기준으로 하여 상대화한 값을 플롯하고 있다. 따라서 점선(=1.0)에 가까울수록 마이크로 로딩이 작음을 의미하고 있다. 이 도에서 30 가우스의 ECR-S강도의 자장은 인가한 경우(실선)에는 자장을 인가하지 않은 경우(파선)에 비하여 마이크로 로딩이 작아져 있다. 즉 마이크로 로딩이 자장에 의하여 억제되어 있음을 알 수 있다.

또한 도 23은 자장에 의한 에칭 레이트의 균일성의 향상의 효과를 나타내고 있다. 중심과 바깥 둘레에 있어서의 에칭 레이트의 비(바깥 둘레/중심)를 자장 인가(30 가우스)(실선)와 자장 인가 없음(파선)에 관해서 비교하고 있다. 어느 홀 지름에서도 자장을 인가한 쪽이 중심과 바깥 둘레에서의 에칭 레이트의 차이가 작아져 있고, 자장 인가에 의하여 에칭 레이트의 균일성이 향상하고 있음을 알 수 있다. 이것은 무자장에서는 전극 바깥 가장자리부의 에지효과에 의하여 바깥 둘레부에서 이온 전류 밀도가 저하하기 때문에 바깥 둘레부에서의 트리밍성이 중심부에 비하여 저하하고 있던 것이 자장을 가함으로써 웨이퍼면 전체에 걸쳐 이온 전류밀도가 증가하고, 트리밍성이 향상한 결과라고 생각된다.

그런데 위에 나타내는 결과는 도 13에 나타내는 발산형 자장패턴에 관하여 얻어진 결과였다. 한편, 도 15에 나타내는 미러형의 자장에 관해서는 F, CF2 래디컬의 발광강도의 자장에 의한 변화는 CF2에 관해서는 발산형과 마찬가지로 대략 일정하나, F에 관해서는 도 18에 나타낸 파선과 같이 대략 리니어하게 증가하여 간다. 따라서 자장패턴을 변화시킴으로써 래디컬 성분비를 제어하는 것이 가능하게 된다.

이와 같이 본 실시예에서 나타낸 플라즈마 에칭장치에 있어서는 시이스부에 있어서의 자장과 전계의 상호작용에 의한 전자 공명 현상을 이용함으로써 드리프트를 생기게 하지 않는 100가우스 이하, 바람직하게는 2 가우스에서 60 가우스까지의 범위에서 자장강도나 자장패턴을 제어함으로써 플라즈마의 해리 상태나 래디컬 성분비 또는 플라즈마의 밀도나 분포를 제어할 수 있다. 그리고 자장의 효과에 의하여 홀의 에칭 형상, 마이크로 로딩, 에칭 레이트의 균일성을 개선하는 것이 가능하게 된다. 또한 본 발명에서는 전자 공명 현상이 전극면의 시이스부의 넓은 영역에 걸쳐 생기기 때문에 플라즈마의 밀도나 해리 상태를 국소적인 분포를 생기게 하는 일 없이 플라즈마 전체나 웨이퍼 전면에 걸친 넓은 범위에서 같은 모양으로 제어할 수 있다.

또 종래 기술의 항에서 설명한 바와 같이 RIE법이나 M-RIE법을 산화막 에칭에 적용한 경우, 프로세스 가스에 미량의 산소가스를 첨가하여 래디컬 성분비를 변화시킴으로써 에칭특성을 변화시키는 것, 예를 들어 트리밍성을 개선시키는 것이 행하여지고 있다. 이것은 예를 들어 압력이나 가스 유량이라는 프로세스 조건을 변화시키면, 프로세스 윈도우에서 벗어나게 되고 예를 들어 레이트가 저하하거나 균일성이 악화하기 때문이다. 그러나 예를 들어 산화막의 SAC에칭의 경우, 트리밍성을 향상시키기 위하여 산소가스를 첨가하면, 질화막이 에칭되기 때문에 산화막/질화막 선택비를 높게 취하기 어렵다.

그런데 지금까지 설명한 바와 같이 자장 인가에 의한 전자 공명의 제어는 에칭 가스의 해리 상태를 제어할 수 있는 새로운 수단으로서 유효하다. 따라서 예를 들어 산화막의 SAC에칭의 경우에는 산소가스의 첨가에 의하지 않고 래디컬 성분비를 제어하여 에칭특성을 변화시키는 것, 다시 말하면, 높은 선택비를 가진채 트리밍성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.

다음에 상부전극(20)에 인가하는 고주파의 주파수와 자장 형성수단(50)에 의하여 형성되는 자장강도의 관계를 고찰한다. 상기 실시예에서 나타낸 플라즈마 에칭장치를 평행 평판형의 용량결합 플라즈마로서 본 경우, 상부전극(20)에 인가하는 고주파의 주파수는 공업용 주파수인 13.56MHz의 정배수가 바람직하나, RF대역에서 VHF대역의 예를 들어 20MHz ~ 300MHz의 범위에서 선택하면 좋다. 한편, 상기한 바와 같이 ECR-S, ESR자장강도 Bc, Bs(가우스)는 다음식으로 나타내어진다.

Bc = 0.357 × f

Bs = Bc / 2 = 1 / 2 × 0.357 × f

f : 플라즈마 생성용 고주파 주파수(MHz)

여기서 몇 개인가의 주파수(f)에 관해서 Bs, Bc를 표로 나타내면, 다음과 같다.

f(MHz) Bs(G) Bc(G)

13.6 2.4 4.8

20 3.5 7

27 5 10

40 7 14

68 12 24

100 18 36

150 27 54

200 36 72

300 54 108

상기한 바와 같이 자장강도를 무자장에서 ESR자장강도, 또는 ECR-S자장강도를 포함하는 범위에서 변화시킴으로써 플라즈마 상태를 제어할 수 있다. 그러나 f = 10MHz이하에서는 ESR자장강도, ECR-S자장강도는 1 ~ 수 가우스이하로 되고, 자장이 너무 약하여 외란의 영향을 받기 쉬운등의 이유에서 플라즈마 상태의 제어가 어렵다. 또 ESR, ECR-S의 원리에서 알 수 있는 바와 같이 전자는 주파수(f)에 동기하여 운동한다. 그러나 ESR, ECR-S의 효과가 나타나는 것은 f = 68MHz에서 대략 1Pa정도인 것이 실험적으로도 계산에서도 알 수 있다. f = 10MHz이하에서는 전자 운동의 주파수가 지나치게 저하하기 때문에 ESR, ECR-S의 효과가 나타나는 것은 대략 0.1Pa 이하의 낮은 압력범위에 한정된다. 따라서 플라즈마 생성용 고주파의 주파수(f)는 대략 20MHz이상이 필요하다. 또 주파수(f)를 40MHz이상으로 하면, 자장의 제어범위는 수 가우스 ~ 10 가우스 이상으로 되고, 자장의 제어성이 좋아진다. 또 ESR, ECR-S의 효과가 나타나는 압력도 대략 0.5Pa이상의 범위가 된다. 따라서 플라즈마 생성용 고주파의 주파수(f)는 40MHz이상으로 하는 것이 바람직하다.

한편, 예를 들어 f = 300MHz의 경우, ESR 자장강도는 54 가우스, ECR-S 자장강도는 108 가우스가 된다. 그런데 앞에 M-RIE법 및 MERIE법의 과제에서 설명한 바와 같이 자장강도가 대략 50 ~ 60 가우스를 초과하면, 드리프트(E×B드리프트)가 나타나기 시작, 100 가우스 이상에서는 드리프트의 영향이 현저해져 플라즈마 밀도에 치우침이 생기거나 웨이퍼상의 전위가 치우쳐 웨이퍼에 대미지가 발생하는 일이 있다. 따라서 자장 형성수단에 의하여 발생하는 자장의 강도는 100 가우스 이하, 보다 바람직하게는 60 가우스 이하의 범위에서 임의로 제어하는 것이 바람직하다. 이 경우, 플라즈마 생성용 고주파의 주파수(f)를 300MHz이하로 하면, 60 가우스 이하의 범위에서는 ESR을, 100 가우스 이하의 범위에서는 ESR, ECR-S의 양쪽을 포함한 형으로 플라즈마 상태의 제어가 가능하게 된다. 또한 주파수(f)를 150MHz이하로 하면, 드리프트의 영향이 별로 크지 않은 60 가우스 이하의 범위에서 ESR, ECR-S의 양쪽에 의하여 플라즈마 상태의 제어가 가능하게 된다. 따라서 플라즈마 생성용 고주파의 주파수(f)는 150MHz이하로 하는 것이 바람직하다.

또 ESR의 효과는 ESR자장 강도의 대략 1/3 이하에서는 작아진다. ESR의 크기의 정도에 따라 플라즈마 상태를 제어하려면 예를 들어 주파수 40MHz의 경우, ESR자장강도 7가우스에서 생각하여 자장 강도를 대략 2 가우스 이상의 범위에서 제어하면 좋다. 따라서 자장 형성수단은 적어도 2 가우스 이상의 자장을 발생시키는 것으로 한다. 물론 자장 형성수단의 코일에 흘리는 전류를 0A라 하면 자장은 발생하지 않기 때문에 무자장까지 포함하여 자장범위를 제어하여도 좋다.

상기 자장에 의한 플라즈마 상태의 변화 주파수에 의한 차이를 개념적으로 정리한 것이 도 24이다. 여기서는 예로서 도 18에 나타낸 CF2 및 F의 발광 강도에 의한 가스의 해리 상태의 변화를 기초로 하여 자장 강도 0 ~ 100 가우스의 범위에서의 발광 속도의 비 F/CF2의 변화를 주파수 68MHz, 150MHz, 300MHz에 관하여 나타내고 있다.

주파수 68MHz(실선)에서는 ESR 자장 강도는 12 가우스, ECR-S자장 강도는 24가우스 이다. 이 경우, F/CF2의 값은 도 18에 나타낸 바와 같이 자장 강도의 증가와 함께 약 12가우스로 급격하게 상승하고, 약 40가우스를 초과하기 까지 단조 증가분에 대하여 산을 가지는 형으로 추이한다. 주파수 150MHz(파선)에서는 ESR, ECR-S 자장 강도에 상당하는 27 가우스 및 대략 54 ~ 60 가우스부근에 두 개의 피크를 가진다. 또 피크의 높이는 68MHz보다도 높다. 주파수 300MHz(일점 쇄선)에서는 ECR-S 자장 강도는 100 가우스를 초과하기 때문에 ESR자장 강도의 54 가우스 부근에 150MHz 보다도 더 높은 피크가 나타나 있다. 이와 같이 주파수가 높을수록 ESR, ECR-S자장 강도는 커진다. 또 ESR, ECR-S의 효과에 의하여 해리가 진행되기 때문에 F / CF2의 비가 큰 값을 취하게 된다.

이상을 정리하면, 플라즈마 생성용 고주파의 주파수(f)는 20MHz이상 300MHz이하로 하고, 40MHz ~ 150MHz의 범위가 바람직하다. 또 자장 강도는 100 가우스 이하, 바람직하게는 60 가우스 이하의 범위에서 임의로 제어한다. 주파수가 높을수록 ESR, ECR-S의 효과, 즉 ESR, ECR-S에 의한 플라즈마 밀도나 해리 상태 또는 이온화 효율·여기 효율의 변화는 강하게 나타난다. 단, 이와 같은 효과는 프로세스에 의하여 크게 변하는 것은 물론이다. 또 주파수가 높을수록 ESR, ECR-S 자장 강도도 커진다. 또한 플라즈마의 분포는 전극 간격이나 전극 지름에 의하여 변하나, 주파수에 의해서도 분포는 변화한다. 따라서 플라즈마 생성용 고주파의 주파수는 이들을 총합적으로 고려하여 최적인 값을 선택하면 좋다.

다음에 도 25에 의하여 본 발명의 다른 실시예가 되는 캐소드 커플리형의 플라즈마 에칭장치를 설명한다. 도 25에서는 도 1에 나타내는 실시예 장치와 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙혀 설명을 생략한다. 도 25에 나타내는 실시예에서는 캐소드 커플링형으로서 상부 전극(20)이 접지되고, 시료(42)를 얹어 놓는 하부 전극에서 플라즈마 생성과 바이어스 인가를 동시에 행함과 함께 단극식의 정전 흡착장치(40′)를 이용하고 있는 것이 도 1에 나타내는 실시예 장치와 다르다. 하부 전극(30′)에는 고주파 전원(28), 바이어스 전원(38)이 각각 매칭박스(자동임피던스 정합장치)(27, 37), 필터(29, 39)를 개재하여 접속되어 있다. 필터(29)는 고주파 전원(28)의 주파수에 대해서는 저임피던스, 바이어스 전원(38)의 주파수에 대해서는 고임피던스가 되도록 또한 필터(39)는 바이어스 전원(38)의 주파수에 대해서는 저임피던스, 고주파 전원(28)의 주파수에 대해서는 고임피던스가 되도록 설정되어 있다. 이 때문에 고주파 전원(28), 바이어스 전원(38)은 서로 간섭하지 않고 동작하여 고주파 전력을 공급하여 플라즈마를 생성함과 함께 시료(42)에 바이어스를 인가한다. 또 하부전극(30′)에는 고주파 전원(28), 바이어스 전원(38)의 주파수 성분을 커트하는 필터(35)를 개재하여 직류전원(36)이 접속되어 있고, 하부전극(30′)에 수 100V ~ 수 kV의 직류 전압을 인가한다. 하부전극(30′)에는 그 상면에 정전 흡착용 유전체층(이하, 정전 흡착막이라 약칭함)(33′)이 설치되어 있고, 정전 흡착막(33′)을 개재하여 시료(42)와 하부 전극(30′)간에 작용하는 클롬력에 의해 시료(42)가 하부 전극(30′)상에 흡착·유지된다.

본 실시예에서는 하부 전극(30′)에 인가하는 전원의 주파수는 도 1의 실시예와 동일하며, 플라즈마 발생용 고주파의 주파수는 20MHz 이상 300MHz이하, 바람직하게는 40MHz ~ 150MHz의 범위로서 공업용 주파수 13.56MHz의 정배수에서 선택하는 것이 바람직하며, 바이어스 전원의 주파수는 300kHz이상에서 또한 플라즈마 발생용 고주파의 주파수의 1/4 이하로 한다. 예를 들어 플라즈마 발생용 고주파의 주파수 68MHz, 바이어스 전원의 주파수 800kHz로 한다. 또 자장 형성수단에 의하여 발생하는 자장은 100 가우스 이하, 바람직하게는 2 가우스에서 60 가우스까지의 범위이고, 임의로 자장 강도를 제어할 수 있는 정자장(또는 1kHz이하의 저주파 자장)으로 한다.

본 실시예의 구성에 의하면, 도 1의 실시예와 마찬가지로 시이스부에 있어서의 자장과 전계의 상호작용에 의한 전자 공명 현상을 이용할 수 있고, 드리프트를 일으키지 않는 고작 수 10가우스의 자장에 의하여 플라즈마의 상태를 제어할 수 있다. 또 전자 공명 현상은 전극면의 시이스부가 넓은 영역에 걸쳐 생기기 때문에 플라즈마의 밀도나 해리 상태를 국소적인 분포를 일으키지 않고 플라즈마 전체나 웨이퍼 전면에 걸친 넓은 범위에서 같은 모양으로 제어할 수 있는 이점도 잃지 않는다. 또한 상부 전극에서는 플라즈마 발생용 고주파 전력을 인가하지 않기 때문에 상부전극의 구조를 간단하게 할 수 있기 때문에 예를 들어 장치내부의 퇴적막의 청소나 메인티넌스가 용이해지는 이점이 있다.

다음에 도 26에 의하여 본 발명의 다른 실시예가 되는 플라즈마 에칭장치를 설명한다. 도 26에서는 도 1에 나타내는 실시예 장치와 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙혀 설명을 생략한다. 도 26에 나타내는 실시예는 도 25와 동일하게 캐소드 커플링형의 장치이나, 상부전극(20)의 바깥 쪽에 제 2 상부전극(20′)을 설치하고 있는 점이 도 25의 실시예와 다르다.

시료(42)를 얹어 놓는 하부전극(30′)은 전원(38′), 매칭박스(자동 임피던스 정합장치)(37′), 필터(39′)에 의하여 플라즈마 생성과 바이어스 인가를 동시에 행한다.

한편, 상부전극(20)은 설치되고, 그 바깥 쪽에 설치된 제 2 상부전극(20′)에는 고주파 전원(28′)이 매칭 박스(자동 임피던스 정합장치)(27′), 필터(29′)를 개재하여 접속되어 있다. 필터(29′, 39′, 35)는 서로 간섭하지 않고 동작하도록 설정되어 있다. 또 하부전극(30′)은 단극식의 정전 흡착장치(40′)로서 동작한다.

제 2 상부전극(20′)에 인가하는 전원의 주파수는 20MHz ~ 300MHz, 바람직하게는 40MHz ~ 150MHz의 범위로 한다. 한편, 하부전극(30′)에 인가하는 전원의 주파수는 300kHz이상이고, 또한 제 2 상부전극에 인가하는 전원 주파수의 1/4이하로 한다. 예를 들어 제 2 상부전극(20′)의 고주파의 주파수를 100MHz, 하부전극(30′)의 주파수를 13.56MHz로 한다. 또 자장 형성수단에 의하여 발생하는 자장은 100 가우스이하, 바람직하게는 60 가우스 이하로 하여 임의로 자장 강도를 제어할 수 있는 정자장(또는 1kHz이하의 저주파 자장)으로 한다.

본 실시예에서는 하부전극(30′)은 플라즈마 생성과 바이어스 인가를 주로 행하고, 제 2 상부전극은 그 하면 시이스부에 있어서의 자장과 전계의 상호 작용에 의한 전자 공명 현상을 이용하여 플라즈마의 상태를 제어한다. 이와 같이 하부전극(30′)과 제 2 상부전극(20′)에 다른 주파수의 전원을 인가함으로써 플라즈마 생성·바이어스 인가와 플라즈마 상태 제어를 독립하여 행할 수 있는 것이 본 실시예의 특징이다. 또 전자 공명 현상은 제 2 상부 전극면의 시이스부의 넓은 영역에 걸쳐 생기기 때문에 플라즈마의 국소적인 분포는 생기지 않는다. 단, 전자 공명이 생기는 영역이 웨이퍼 바깥 둘레부에 해당하기 때문에 웨이퍼의 안 둘레와 바깥 둘레에서 에칭 특성에 차가 생기지 않도록 상하의 전극 간격은 예를 들어 30mm이상으로 하는 것이 바람직하다.

또한 상기 각 실시예는 한쌍의 상부전극과 하부전극을 가지는 평행 평판형의 플라즈마 처리장치에 관한 것이나, 본 발명은 자장과 전극 시이스부에 있어서의 전계와의 상호작용을 이용하는 것이기 때문에 전극 시이스부에서 전계를 발생시키는 다른 방식의 플라즈마 처리장치, 예를 들어 마이크로파나 UHF대의 전자파에 의한 전계방사를 이용한 플라즈마 처리장치 또는 유도 결합방식의 플라즈마 처리장치에 상기 자장 형성수단을 부가하는 것으로도 실현할 수 있다.

또 상기 각 실시예는 모두 처리대상이 반도체 웨이퍼로서 이에 대한 에칭처리의 경우이었으나, 본 발명은 이에 한정하지 않고 예를 들어 처리대상이 액정시료인 경우에도 적용할 수 있고, 또 처리자체도 에칭에 한정하지 않고 예를 들어 스패터링이나 CVD처리에 대해서도 적용가능하다.

그런데 이미 도 1, 도 2의 실시예에서 설명한 바와 같이 본 발명에서는 상하 전극간에서 전극면에 평행한 자장을 시료의 반입기구와 간섭시키지 않고 형성할 필요가 있다. 이와 같은 자장은 이미 도 1, 도 2에 나타내는 바와 같이 요크(53)를 코일(51)에 대하여 아래쪽으로 늘어뜨리도록 배치함으로써 형성할 수 있다. 이하에서는 이와 같은 자장을 형성하기 위한 수단과 방법에 관하여 상세하게 기술하기로 한다.

또한 이하에서는 자장 형성수단에 관하여 상세하게 설명하여 가면, 이 자장 형성수단 및 자장 형성의 방법은 상기 전자 공명을 이용한 실시예에 한정되는 것이 아니다. 즉 여기에서 설명하는 자장 형성은 예를 들어 M-RIE나 MERIE라는 평행 평판에 대하여 가로방향으로 자장을 형성하는 타입의 플라즈마 처리장치에도 적용할 수 있는 것이다.

먼저 본 발명의 플라즈마 처리장치를 자장 형성수단의 관점에서 다시 살펴 본다. 도 27은 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 에칭장치의 시스템 구성을 나타내는 것이다. 여기서는 실제 장치에 있어서의 자장 형성수단과 전극 상하기구나 시료 반송계와의 배치의 관계를 명확하게 하기 위하여 상기까지의 실시예에서는 생략하고 있던 전극 상하 기구나 시료 반송계도 포함하여 시스템 전체로서의 구성을 나타내고 있다. 또한 도면중 부호는 지금까지 설명하여 온 실시예와 공통으로 하면 오히려 번잡하게 되기 때문에 새로운 부호를 다시 붙히고 있다. 그래서 지금까지의 실시예와 중복되는 부분은 있으나, 먼저 도 27을 이용하여 본 실시예에 의한 플라즈마 에칭장치 시스템을 설명한다.

본 실시예에 의한 에칭장치는 소위 로드록식의 장치이다. 즉 버퍼실(100)에 도입된 시료(101)는 시료 반송기구(102)에 의하여 게이트 밸브(103)를 개재하여 처리실(104)에 투입된다. 처리실(104)에는 시료(101)를 탑재하는 탑재면(주면)(105A)을 구비한 하부전극(105)이 구비된다. 또 하부전극(105)과 대향하여 상부전극(108)이 설치되어 있다. 하부전극(105)에는 하부전극을 상하이동시키는 전극 상하기구(128)가 설치되어 있고, 하부전극(105)과 상부전극(108)의 간극을 조정하여 프로세스 성능을 최적화한다.

하부전극(105)에는 바이어스 인가용 전원(106)이 접속되어 있다. 한편, 상부전극(108)에는 플라즈마 형성용 고주파 전원(109)이 접속되어 있다. 이들 전원으로부터의 고주파 전력을 효율 좋게 투입하기 위하여 자동 정합기(107, 109A)를 이용하여 입사·반사 전력을 제어한다. 에칭가스는 가스 라인(123), 유량 콘트롤러(124)(A, B)를 개재하여 소망의 재료 가스 공급원(125)(A, B)에 의해 공급된다. 또 하부 전극(105) 및 상부전극(108)의 온도제어를 행하기 위하여 온도 콘트롤러(126, 127)를 이용하고 있다.

또 하부전극(105)에는 어스 기구(105B)를 설치하고 있다. 어스 기구(105B)는 플라즈마 발생시 처리실 내면의 어스부와 접촉함으로써 고주파 전원(109)으로부터 하부전극(105)으로 빠져나가는 고주파 전류를 되도록 짧은 경로로 어스로 도피하는 역할을 가지며, 플라즈마의 안정화에 기여한다. 이 기구는 특히 고주파 전원(109)의 주파수가 수십 MHz이상으로 높은 경우에 유효하다.

또한 본 실시예에서는 하부전극(105)과 상부전극(108)의 간극에 수평방향 성분이 지배적인 자장을 형성하기 위하여 자장 형성수단(110)이 설치되어 있다. 이 자장 형성수단(110)은 제 1코일(111), 제 2코일(112), 요크(113), 바깥 둘레 시일드(118) 및 양 코일의 전원(119)(A, B)으로 구성된다.

제 1코일(111), 제 2코일(112)은 도 28의 조감도에서 나타내는 바와 같이 직사각형 코일로 되어 있다. 그리고 도 29의 상면도에 나타내는 바와 같이 하부전극(105)을 끼워 그 양쪽에 대칭위치로 대향하여 설치된다. 각 코일은 직사각형의 프레임에 코일선을 감는 형상을 하고 있다. 그리고 각 코일을 흐르는 전류의 방향을 직사각형의 상변부에서 동일방향으로 흐르도록 설정하면, 한쪽의 코일에서 다른쪽 코일로 향하는 자장이 형성된다.

요크(113)는 코일(111, 112)내를 관통하여 밑으로 내려뜨린 구조를 갖는다. 그 재질은 비투자율이 100 ~ 10000의 범위에 있는 자성체가 유효하며, 그중에서도 철을 주재료로 한 것이 간편하다. 요크(113)의 형상은 도 30의 조감도에 나타내는 바와 같이 관통부(115) 및 밑으로 내려뜨린 부(114) 모두 직사각형 단면으로 되어 있다. 또한 관통부(115)는 코일(111, 112)의 안쪽 전체를 관통하고 있을 필요는 없다. 단면적은 자속이 포화하지 않는 범위이면 충분하며, 단면적을 작게 함으로써 요크(113)의 경량화를 도모할 수 있다. 또 요크의 관통부(115)가 코일내를 관통하는 위치를 코일내의 아래쪽 영역으로 함으로써 코일(111, 112)의 아래쪽 영역에서의 수평 자장을 유효하게 형성할 수 있다.

여기서 요크(113)의 형상을 수하형으로 하였을 때의 수평 자장 형성에 대한 효과를 해석한 결과를 도 31을 이용하여 설명한다. 도 31은 코일 아래쪽 영역에서의 자장의 2차원 해석결과이다. 도 31(a)는 서로 대향하는 코일(111, 112), 바깥 둘레 시일드(118)와, 수하형 요크(113)를 구비한 시스템에 있어서의 자력선(205)의 분포를 나타낸다. 또 도 31(b)에는 이것과 비교하기 위하여 바깥 둘레 시일드(118)만으로 요크를 설치하지 않을 때의 결과를 나타내고 있다. 도 31(a)에 나타내는 바와 같이 수하형 요크(113)를 구비한 시스템에 있어서는 자력선(205)이 수평으로 가로 자장 성분이 지배적이 되는 위치(206)는 코일 중심선 (O-O)보다도 L만큼 아래쪽으로 되어 있다. 다시 말하면, 시료의 탑재면(105A)을 따라 그 근방에 가로 자장 성분이 지배적이 되는 위치(206)가 형성되어 있다. 한편, 도 31(b)에 나타내는 바와 같이 요크를 가지지 않은 시스템에서는 가로 자장 성분이 지배적이 되는 위치(206)는 코일 중심선(O-O)보다도 1만큼 아래쪽에 있으나, 이 위치는 코일 중심선(O-O)과 대략 일치하고 있다.

따라서 요크(113)의 형상을 관통부(115)와 수하부(114)를 구비한 구조로 함으로써 자력선(205)이 아래쪽으로 유도되는 효과가 있음을 알 수 있다. 이 효과를 정량적으로 나타낸 것이 도 32이다. 도 32에서는 가로축은 코일 아래쪽 끝에서 부터의 거리(높이 Z방향), 세로축은 자속 밀도(B)에 있어서의 세로 성분의 비율을 나타내고 있다. 즉 이 도는 코일의 높이 방향의 위치에 있어서의 자장의 세로방향 성분의 비율을 나타내고 있고, 세로축의 ｜Bz/B｜ 의 값이 작을수록 자장의 수평방향 성분이 지배적임을 의미하고 있다. 코일의 중심선은 Z = 100mm에 있다. 시료의 탑재면에 해당하는 코일의 아래쪽 영역(Z O)에서는 이 도에 나타내는 바와 같이 밑으로 내려뜨린 부가 있는 (수하형 요크(113)를 구비한 경우)쪽이 밑으로 내려뜨린 부가 없음(수하형 요크(113)가 없는 경우)에 비하여 자속밀도(B)에 있어서의 세로 성분의 비율이 작음을 알 수 있다. 또 코일 대향 영역(Z O)에 있어서도 코일 중심선보다 아래쪽 영역(0 Z 60mm)에서 수하형 요크(113)에 의한 세로 성분의 저감효과가 있음을 알 수 있다.

다음에 요크(113)와 바깥 둘레 시일드(118)의 자속 밀도에 미치는 효과에 관하여 실험적으로 검토한 결과를 도 33, 도 34에 의하여 설명한다. 바깥 둘레 시일드는 코일(111, 112)과 요크(113)의 바깥 쪽을 시일드하고 있다. 여기서는 도 33에 나타내는 바와 같은 네 개의 경우에 관하여 바깥 둘레 시일드(118) 및 요크(113)의 유무 및 요크(113)의 구조가 자속밀도에 미치는 효과를 비교하였다. 대향하는 한쌍의 코일(111)에서 코일(112)방향으로 자장이 형성되도록 각 코일에 2kA·턴의 전류를 흘리고, 도 33중의 평가점 105A, 즉 시료 탑재면의 중심에 있어서의 자속밀도를 측정하였다. k의 측정결과를 도 34에 나타낸다.

도 34의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 (a)와 같은 요크·바깥 둘레 시일드가 없는 경우에 비하여 (b)와 같이 코일의 바깥쪽을 바깥 둘레 시일드로 덮을 뿐으로도 자속 밀도는 배로 증가한다. 또한 (c)와 같이 자성체로 이루어지는 요크(113)가 상기 코일내를 관통하고 있는 경우에는 자속 밀도는 (a)에 비하여 4배로 증가한다. 또한 (d)와 같이 요크(113)가 상기 코일내를 관통하고 또한 밑으로 내려뜨린 구조(114)를 가짐으로써 자속밀도는 (a)의 6 ~ 7배로 증가한다. 이것은 반대로 수하형의 구조의 자성체를 채용함으로써 동일 자속밀도를 얻기 위한 전류가 1/6 ~ 1/7로 될 수 있음을 의미하고 있고, 저소비 전력화, 코일의 소형화, 발열량의 저감에 유효하다고 할 수 있다.

이와 같이 도 27에 나타내는 실시예에 의하면, 자장 형성수단(110)에서 요크(113)의 형상을 수하형으로 하고, 또한 바깥 둘레 시일드(118)를 설치한 간단한 구성에 의하여 자력선(205)이 대략 수평이 되는 위치, 즉 가로 자장 성분이 지배적이 되는 위치(206)가 코일 중심선보다도 아래쪽이 된다는 효과가 있다. 이 결과, 하부 전극(105)과 상부 전극(108)의 간극에서 수평 방향 성분이 지배적이 되는 자장을 형성할 수 있다. 또 자장의 균일성에 관해서도 각각의 코일에 근접함에 따라 자속밀도가 커지는 경향은 있으나, 시료 탑재면(105A)의 영역으로 한정하면, ±10% 정도의 균일성으로 억제할 수 있다. 그 결과, 전극간에 있어서 균일한 수평 자장을 형성하여 자장에 의한 전자 공명이나 플라즈마 상태의 제어, 또는 마그네트론 효과에의한 플라즈마 밀도의 증가를 도모하여 에칭 특성의 제어나 에칭속도의 증가를 도모할 수 있다.

또 하부전극(105)은 전극 상하기구(128)에 의하여 상하로 가동하나, 수하형 요크(113)를 설치함으로써 수평인 자장을 코일 중심축보다 아래쪽 영역에서 형성되기 때문에 하부전극(105)의 상하 가동 스트로크를 작게 되고 전극 상하 기구(128)의 기계적인 구성이 용이하게 되는 이점이 있다. 또 코일(111, 112)을 시료의 설치면(105A) 및 반송경로보다도 위쪽에 설치할 수 있기 때문에 인접한 버퍼실(100)로부터의 시료의 반송도 용이하게 할 수 있다. 또 본 실시예에서는 코일(111, 112)에 전자 코일을 이용하여 자장을 형성하고 있다. 이 때문에 영구자석과 달리 개체차가 없고, 동일 기종내에서의 기종차가 생기기 어렵다. 또 바깥 둘레 시일드(118)와 밑으로 내려뜨린 형 요크(113)는 자속밀도를 증가시키는 효과를 가지며, 코일 전류를 작게 하여 저소비 전력화, 코일의 소형화와 발열량의 저감을 도모할 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같이 자장 형성수단에 밑으로 내려뜨린 형 요크(113)를 구비함으로써 가로 자장성분이 지배적이 되는 위치가 코일 중심선보다도 아래쪽이 된다는 효과가 있다. 여기서 요크의 수하부(114)의 길이 및 형상 또는 바깥 둘레 시일드가 자력선(205)의 분포에 영향을 미치기 때문에 이점에 관하여 도 35를 이용하여 설명한다.

먼저 도 35(a)에 나타내는 바와 같이 요크(113)의 수하부(114)를 길게 함으로써 가로 자장 성분이 지배적이 되는 위치를 아래쪽으로 시프트할 수 있고, 또한 그 위치는 수하부(114)의 길이에 의하여 조정할 수 있다. 이것은 실험에 의해서도 확인하였다. 또 그 실험결과에 의하면, 시료 근방에서 가장 효율좋게 수평성분이 주가 되는 자장을 형성하려면 상기 수하부(114)를 에칭처리실 내의 시료 설치 개소의 근방까지 신장하는 것이 유효하다.

이 경우, 수하형 요크의 수하부(114)가 처리실내에서 에칭 플라즈마에 접한다. 이 때문에 프로세스나 장치 메인티넌스상의 지장이 없는 대책이 필요하게 된다. 예를 들어 수하형 코어(113)는 반드시 일체물일 필요는 없으며, 처리실(104) 내외에서 분할할 수 있는 구조이어도 자기적으로 접속되어 있으면 좋다. 또 처리실(104)내의 수하형 코어를 내 플라즈마 보호막(세라믹재:예를 들어 SiC)으로 피복하여도 좋다. 또 버퍼실(100)로부터 처리실(104)에 시료를 반입함에 있어서, 수하형 요크의 수하부(114)가 위치적으로 간섭하는 경우에는 수하부(114)의 버퍼실(100)측에 시료를 반송하기 위한 개구부를 마련하여도 좋다.

이와 같은 구성으로 하면, 수하형 코어의 선단이 처리실 내의 전극 간극의 가로 근방에 이르기까지 밑으로 내려뜨려져 있기 때문에 전극 간에서 수직 성분이 거의 없는 이상적인 수평 자장을 형성할 수 있다. 또 자장의 균일성도 각각의 코일에 근접함에 따라 자속밀도가 커지는 경향은 있으나, 하부전극(105)의 시료 탑재면의 영역에 한정하면 ±5% 정도의 균일성으로 억제할 수 있다.

또 수하부(114)의 형상을 도 35(b)에 나타내는 바와 같이 코일(111, 112)의 대향방향으로 비스듬히 밑으로 내려뜨림으로써 관통부로부터의 자속을 효율좋게 대향측의 코일로 유도할 수 있다. 한편, 수하부를 도 35(c)에 나타내는 바와 같이 바깥 둘레 시일드(118)를 향하여 밑으로 내려뜨린 형상으로 하면, 자력선은 수하부(114)로부터 가장 가까운 바깥 둘레 시일드(118)의 자락부로 유도되기 때문에 상기 코일간의 자속밀도가 현저하게 저감한다. 또한 도 35(d)에 나타내는 바와 같이 수하부(114)를 코일(111, 112)의 아래쪽을 둘러싸는 형상으로 하면, 자력선은 수하부(114)로부터 가장 가까운 시일드(118)의 자락부로 유도되기 때문에 코일간의 자속밀도가 현저하게 저감한다.

또 이들 도에 나타낸 바깥 둘레 시일드(118)는 수평 성분이 주가 되는 자장을 형성하는 역할은 작으나, 코일로부터의 자력선을 효율적으로 관통부(115), 수하부(114)로 유도하는 역할이 있다. 관통부(115)의 단면은 자속이 포화하지 않을 정도의 면적이 있으면 충분하며, 단면적이 작을수록 관통부(115)를 경량화할 수 있다. 또 관통부(115)는 코일내에서의 위치가 아래쪽에 있을수록 코일 아래쪽 영역에 있어서의 자장의 수평성분의 비율을 크게 할 수 있다.

지금까지 설명한 각 실시예에서는 코일(111, 112)은 도 28에 나타내는 바와같은 직사각형의 코일을 이용하고 있다. 이 코일의 형상을 도 36(a), (b)에 나타내는 바와 같이 코일의 안쪽이 오목면상으로 만곡한 만곡형 코일(111, 112)의 오목면을 대향시켜 하부전극(105)을 끼우도록 하여도 동일한 효과가 얻어진다. 그 경우, 수하형 요크(113)의 형상은 상기의 만곡부를 가지는 만곡형 코일에 적합한 형상이 된다. 이와같은 만곡형 코일을 이용하면, 코일이 차지하는 스페이스를 작게 할 수 있는 장점이 있다. 여기서는 한쌍의 만곡형 코일을 이용한 예를 나타내었으나, 2쌍, 또는 3쌍 이상의 만곡형 코일을 이용하여도 좋다. 물론 만곡형 코일이 아니어도 직사각형의 코일을 복수조 이용하여도 좋다. 또 도 35(a)에 나타낸 바와 같이 수하부(114)를 길게 한 구조에 있어서는 하부전극(105) 및 상부전극(108)의 바깥 둘레를 둘러싸는 구조로 설치함으로써 상하전극간에서 형성되는 플라즈마를 가두어 두는 효과도 있다.

상기한 실시예에서 이용한 코일 형상은 도 28 및 도 36에 나타내는 바와 같이 코일을 감는 프레임이나, 수하형 요크(113)의 관통부(115)의 높이는 모두 일정하다. 이와 같은 형상은 코일의 대향영역에 균일한 자장을 형성하는 데 적합하다. 그러나 자장조건이나 에칭조건에 따라서는 예를 들어 전장과 자장의 상호작용에 의한 드리프트 효과에 의하여 플라즈마중의 전자가 편재하게 되어 균일한 자장이 반드시 양호한 에칭특성을 초래하지 않는 경우가 있다. 이것은 특히 강자장을 이용한 경우에 현저하게 된다. 이 경우, 코일을 감는 프레임의 높이나 수하형 요크의 관통부의 높이를 가로 방향에 대하여 변화시키면, 자속밀도 분포를 드리프트의 방향에 대하여 바꾸어지기 때문에 드리프트의 영향을 회피하여 플라즈마의 균일화를 도모할 수 있다. 또 자속밀도 분포에 변화를 주는 다른 방법으로서 도 37에 있어서의 코일 111과 112 의 배치를 하부전극(105)에 대하여 대칭이 아닌 코일의 옆쪽 끝면이 10 ~ 60°의 범위에서 각도를 이루어 (즉 코일(111과 112)의 끝부에서의 간격을 다르게 하여)하부전극(105)를 끼우도록 설치함으로써 자속밀도 분포를 바꾸는 것도 가능하다.

지금까지의 실시예에서는 자장 형성수단에 수하형 요크(113)를 구비하고 있었다. 그러나 요크가 수하부를 가지지 않아도 처리실과 자장 형성수단과의 위치 관계를 일정한 관계로 유지함으로써 수하형 요크와 동일한 효과가 있을 정도까지 얻어진다. 이와 같은 본 발명의 다른 실시예를 도 37에서 설명한다. 도 37은 도 27에 나타내는 실시예와 거의 동일 구성이나, 요크(113)에 수하부(114)가 마련되어 있지 않은 것, 및 하부전극(105)과 상부전극(108)의 간극이 코일(111)과 코일(112)의 대향하는 영역에 있는 것이 도 27에 나타내는 실시예와 다르다. 본 실시예에서는 상하전극의 간극과 코일의 중심축이 가깝기 때문에 도 27에서 설명한 바와 같은 수하형 요크를 이용하지 않아도 상하 전극간에서 수평방향 성분이 지배적인 자장이 형성될 수 있다. 이 경우, 전극을 상하이동시키는 상하기구의 스트로크가 커지나, 요크에 수하부가 없는 만큼 요크부재의 경량화를 도모할 수 있다. 또 요크의 관통부의 효과에 의하여 도 33(c), 34(c)에서 나타낸 바와 같이 전극간에 생기는 자장 강도는 요크가 없는 경우에 비하여 크다. 이 때문에 자장 형성의 효율이 좋고, 필요한 코일전류를 요크가 없는 경우의 1/3이하로 억제할 수 있다.

물론, 자장 형성수단을 바깥 둘레 시일드(118)만으로 하고 요크를 설치하지 않는 구성으로 하여 자장 형성수단의 대폭적인 경량화를 도모하는 것도 가능하다. 이 경우, 바깥 둘레 시일드의 효과에 의하여 자장은 외부로 누설하지 않는다. 이 때문에 전극간에 생기는 자장 강도는 바깥 둘레 시일드가 없는 경우에 비하여 크고, 필요한 코일전류는 바깥 둘레 시일드가 없는 경우의 1/2이하 정도로 억제할 수 있다.

다음에 자장 형성수단의 다른 실시예로서 회전 자장, 경사 자장의 특징을 구비한 실시예를 도 38 및 도 39에 나타내는 코일 배치도를 이용하여 설명한다. 지금까지 설명한 각 실시예와는 코일 및 요크의 개수와 배치, 또한 코일에 흘리는 전류의 제어방법이 다르다. 각 코일 및 요크의 형상은 지금까지 설명한 각 실시예와 기본적으로는 동일하다. 이하에서는 만곡형 코일과 수하형 요크를 이용하여 설명하나, 각형의 코일이나 관통부만을 가지는 요크를 이용하여도 좋다. 또 바깥 둘레 시일드만으로서도 좋다.

본 실시예에서는 도 38의 코일 배치도에 나타낸 바와 같이 6개의 코일(111-A1~A6)을 하부전극(105)을 둘러싸도록 배치하고 있다. 또 본 실시예와 같이 6개의 코일을 설치하면, 코일 설치간격의 영향에 의하여 코일의 기자력이 약간이지만 저하하여 균일성도 바뀐다. 이 영향을 억제하기 위해서는 도 39에 나타내는 바와 같이 코일(111-B1 ~ 111-B6)내를 관통, 밑으로 내려뜨리는 수하형요크(113B)의 폭(W)을 넓히는 것이 유효하다. 이 경우, 인접하는 수하형 요크(113B)와 접촉하기 까지 폭(W)을 넓히어도 상관없다.

이와 같은 코일의 배치에서 각 코일을 흐르는 전류를 시간적으로 변조시켜 하부전극(105)상의 자장의 방향을 회전시키는 것이 가능하다. 예를 들어 코일전류의 방향을 제 1시간대에서는 111-A1, -A2, -A3에 대하여 111-A4, -A5, -A6이 역방향이 되도록 설정하고, 제 2시간대에서는 111A2, -A3, -A4에 대하여 111-A5, -A6, -A1이 역방향이 되도록 설정한다. 이와 같은 설정에 의거하여 순차 코일전류를 변화시키면 자장의 방향을 회전시키게 된다.

또 상기 코일배치에 있어서 각 코일에 흐르는 전류비를 적당하게 설정함으로써 자속밀도의 구배를 가지게 하는 것이 가능하다. 예를 들어 제 1시간대에서 111-A1 ~ -A3에 대하여 111- A4 ~ -A6이 역방향이 되도록 설정할 경우, 각 코일에 흐르는 전류비, 111-A3:-A2:-A1(111-A4:-A5:-A6)을 1:5:5 정도로 설정함으로써 111-A2에서 111-A5를 향하는 주자력선 방향에 대하여 수직방향으로 자속 밀도의 구배를 가지게 하는 것이 가능하다. 이 전류비는 필요하게 되는 자장의 경사에 따라 변경할 수 있다. 또 이와 같은 코일 전류비를 가지면서 자장을 회전시키는 것도 가능하다. 이로써 각 시간에 있어서의 전자의 드리프트의 영향을 경감할 수 있다.

또한 자장 회전의 주파수는 0.3 ~ 100Hz정도가 적합하다. 회전 주파수를 0.3Hz정도 이하로 하면, 전장과 자장의 상호작용에 의한 드리프트 효과에 의하여 플라즈마중에서 전자가 편재하는 경향이 나온다. 한편, 100Hz정도 이상으로 하면, 코일이 큰 인덕턴스를 가지기 때문에 코일 전류가 저하하거나 회로 전압을 대폭 높게 할 필요가 생기거나 코어에 의한 자기 손실이 커지는 등의 단점이 나온다. 통상은 회전 주파수는 1Hz ~ 30Hz정도가 적합하다.

또 상기한 전류의 시간변조는 전류 공급의 위상을 바꿈으로써 또는 스위칭 소자를 이용한 디지털 제어등에 의하여 실현할 수 있다. 도 38, 도 39에 나타내는 실시예에서는 하부 전극(105)상의 자장의 방향을 회전시키는 것이 가능하기 때문에 자장 형성수단에 관하여 설명한 각 실시예에 비하여 평균적인 자장의 균일성이 향상한다. 이것은 특히 마그네트론과 같은 강자장을 이용할 경우에 유효하며, 전장과 자장의 상호 작용에 의한 드리프트 효과를 없애어 플라즈마중의 전자의 편재를 완화할 효과가 있다.

또한 본 실시예에서는 6개의 코일을 이용하여 회전 자장을 형성하고 있으나, 이와 같은 회전 자장은 4개 이상의 코일을 이용하여 실현 가능하다. 비용이나 장치면에서 생각하면, 4 ~ 12개 정도의 코일을 이용하는 것이 적당하다.

다음에 도 38 및 도 39의 실시예에서 코일전류를 변화시켜 자장을 회전시키는 방법 및 이때 코일에 흘리는 전류에 관하여 도 40 및 도 41을 이용하여 설명한다. 도 40은 코일 전원(119)에서 각 코일에 흘리는 전류의 방향을 바꾸어 자장을 회전시킬 때의 각 코일의 자장의 방향과 합성 자장의 방향의 변화를 나타낸다. 또 그때 각 코일에 흘리는 전류를 도 41에 나타낸다. 각 코일에 흘리는 전류는 도 41에 나타내는 바와 같이 0 ~ 2π의 1주기중에 방향을 2회 바꾼다. 도 40에 굵은 선 화살표로 나타내는 바와 같이 전류의 크기는 동일로 하고 전류의 방향을 바꾸는 타밍을 π/3의 위상을 가지고 순차 시프트하여 감으로써 도 40에 가늘은 선으로 나타낸 바와 같이 전체로서 회전하는 합성 자장이 얻어진다. 이 결과, 전장과 자장의 상호 작용에 의한 드리프트 효과를 없애고 플라즈마중의 전자의 편재를 완화하는 효과가 있다. 자장 회전의 주파수는 0.3 ~ 100Hz 정도가 적합하다.

또한 도 40, 도 41에 나타내는 바와 같은 자장을 회전하는 수법은 드리프트의 영향에 의한 플라즈마중의 전자의 편재경향을 없애려면 반드시 충분하지 않은 경우가 있다. 특히 산소, 염소, 플로로 카본 가스, 6불화황 등과 같이 부 이온을 다량으로 생성하는 가스를 주로 이용한 플라즈마에서는 드리프트에 의한 전자의 편재의 영향이 강하게 나온다. 이 경우, 상기 자장 회전 주파수를 올리는 것 뿐으로는 전자의 편재를 없애지 못하는 경우가 있다. 이 경우는 다음의 두가지 방법을 채용하게 되나 드리프트의 영향을 해소하는 데 유효하다.

먼저 제 1방법은 합성 자장을 1Hz ~ 100Hz의 짧은 주기로 반전시키는 것이다. 이 예를 도 42, 도 43에 나타낸다. 도 42에서는 (1)-(2)에서 나타내는 바와 같이 자장을 먼저 반전시켜 그후 (2)-(3)에서 나타내는 바와 같이 자장을 조금 회전시키고, 또한 (3)-(4)에 나타내는 바와 같이 자장을 반전시킨다. 이하 동일하게 자장의 반전과 회전을 교대로 행하고 있다. 자장의 반전 회수는 1회에 한정되는 것은 아니고, 복수회 행하여도 좋다.

도 41에 나타낸 자장의 회전만의 전류파형과, 도 43에 나타내는 자장의 반전과 회전을 겸용한 경우의 전류 파형에서는 1주기중의 전류의 반전회수가 각각 2회와 4회와 같이 다르다. 일반적으로 1주기중의 전류의 반전 회수가 3회 이상의 부분이 있으면, 전류 반전에 의한 드리프트의 저감효과가 나온다.

또한 도 42중에서 나타낸 자장의 회전은 반드시 필수는 아니다. 요컨데 자장을 반전시키면서 1주기중에서 자장을 평균화하면 좋다. 예를 들어 도 44에 나타내는 바와 같이 자장의 회전과 반전을 변경한 순번에서도 도 42와 동등한 효과가 얻어진다.

도 45는 다시 자장의 평균화를 진행하기 위하여 도 42의 방법에 더하여 반전을 교대로 반복하면서 자장을 회전시키는 것으로 드리프트 효과의 더 한층의 저감이나 균일성의 개선이 도모된다.

드리프트 효과를 해소하는 제 2방법은 도 46에 나타내는 바와 같이 코일 전원(119)에서 각 코일에 흘리는 전류를 코일마다 다르게 하여 경사진 자장 분포를 가지게 하는 것이다. 도 46에 있어서 (1)로 나타낸 최초의 타이밍에서는 코일 A 및 코일 F, 코일 B 및 코일 E, 코일 C 및 코일 D에 흘리는 전류의 크기, I0, I1, I2를 I0≥I1≥I2로 한다. 이로써 도중에 가늘은 화살표로 나타낸 바와 같이 시료에 평행한 면내에서 자장의 주방향((1)의 경우는 지면에서 좌로부터 우로 향하는 방향)과 직교하는 방향((1)의 경우는 지면에서 위로부터 아래로 향하는 방향)으로 자장 분포를 경사시킬 수 있다. 이와 같이 하여 자장 분포를 경사시킴으로써 전계와 자계의 상호 작용에 의한 드리프트의 영향을 대폭 저감시킬 수 있다. 또 도 46의 최초의 타이밍(1)의 상태에 대하여 자장의 회전이나 자장의 반전과 평균화등을 행함으로써 드리프트나 불균일성을 없앨 수 있다.

또한 도 41, 도 43, 도 45에서는 코일에 흘리는 전류를 직사각형상으로 변화시킨 도를 나타내었다. 그러나 코일 전류를 급격하게 변화시키면 플라즈마가 불안정하게 되거나 하기 때문에 코일 전류의 방향을 바꿀 때에는 도중에서 전류를 0으로 유지하는 타이밍을 마련하거나 전류를 서서히 변화시키는(단, 1주기에 비하여 1/10이하로 충분히 작고)쪽이 좋다.

또한 상기한 바와 같이 상기 자장 형성수단과 자장 형성방법에 관해서는 전자 공명을 이용하는 플라즈마 처리장치만에 적용이 한정되는 것은 아니고, 또 자장 강도는 100 가우스 이하에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 마그네트론 방전을 이용할 경우, 자장의 강도를 100 가우스 이상으로 함으로써 플라즈마 밀도의 향상을 도모할 수 있으나 상기 자장 형성수단과 자장 형성방법은 이와 같은 강자장을 형성하는 데도 유효하다.

다음에 플라즈마의 확산 방지수단에 관하여 다시 도 1의 실시예로 되돌아가 상세하게 설명한다. 도 1의 실시예에는 처리실(10) 내부의 하부 전극의 둘레에 플라즈마의 확산 방지수단(26)을 설치하고 있다. 이것은 처리실 내의 플라즈마의 처리실 아래쪽으로의 확산을 방지하는 것으로 상하 전극간에서의 플라즈마의 밀도를 향상시키는 것을 목적으로 한다. 또 처리실(10)내부의 아래쪽이나 진공 배기계등 처리실 이외로 플라즈마가 확산하면, 이와 같은 영역에 퇴적성의 반응 생성물이 널리 부착·퇴적한다. 플라즈마의 확산 방지수단은 이것을 방지하여 데포(퇴적물)의 부착·퇴적하는 영역을 한정함으로써 데포를 제거하기 위한 수고와 비용을 절감하는 것도 목적이다.

도 47에 플라즈마 확산 방지수단(26)의 구조를 나타낸다. 이 플라즈마 확산 방지수단은 링모양의 박판에 슬릿 모양의 개구부(27)를 동심원상으로 마련하고 있다. 개구부의 형상은 가공의 용이성에서 생각하면, 드릴등으로 가공할 수 있는 원형으로 하는 것이 좋다. 그러나 원형의 개구부의 경우에는 이하에 설명하는 바와 같이 배기 특성, 플라즈마의 안정성 및 플라즈마 확산 방지특성의 효과가 상반하여 지고 이들을 모두 만족하는 것은 어렵다. 먼저 배기 특성의 관점에서는 프로세스 가스의 배기에 대한 콘덕턴스를 작게 억제할 필요가 있고, 개구 지름은 예를 들어 5mm이상으로 큰 쪽이 바람직하다. 그러나 원형의 개구부에서는 개구부의 직경을 어느 정도 이상으로 크게 하면, 플라즈마가 개구부를 빠져나와 확산된다. 그 뿐만 아니라 홀로 캐소드 효과에 의하여 개구부에서 국소적으로 방전하게 되고 플라즈마의 불안정한 요인으로 된다. 한편, 이들 문제를 피하기 위하여 개구부를 작게 하여 가면, 시간과 함께 개구부에 퇴적성의 반응 생성물이 퇴적하게 되어 개구면적이 바꾸어지기 때문에 배기 특성이 경시적으로 변화할 가능성이 있다.

그래서 본 실시예에서는 개구부의 형상을 원형이 아니라 폭과 길이가 다른 가늘고 긴 직사각형의 슬릿으로 하고 이 슬릿을 동심원상으로 마련한 구조로 하고 있다. 개구부의 폭은 확산 방지 효과에 의하여 결정하나, 최대 6mm이하가 바람직하다. 개구부의 폭의 하나의 기준은 플라즈마의 시이스 두께의 대략 2배 이하로 하는 것이다. 이와 같이 설정함으로써 개구부에 벌크 플라즈마가 진입하지 않고 플라즈마의 확산을 방지할 수 있다. 개구부의 길이(동심원상 슬릿의 경우는 원주방향의 길이)는 폭의 대략 2배 이상이면 좋다. 또 개구부를 마련한 박판의 두께는 개구부에 벌크 플라즈마를 진입하지 않게 하기 위하여 3mm이상으로 설정하는 것이 바람직하다.

이와 같은 슬릿 모양의 개구부에서는 원형의 개구부에 비하여 개구 비율, 즉 전체에 대한 개구부의 비율을 높게 취할 수 있다. 예를 들어 폭 3mm, 길이 20mm의 슬릿 모양의 개구부가 4mm피치로 동심원상으로 형성되어 있는 경우, 개구비율은 약 75%에 달한다. 한편, 원형의 개구부의 경우는 직경 3mm의 원형의 개구부가 4mm 피치로 나열하고 있는 경우, 개구 비율은 50%에 머문다. 이와 같이 개구 비율이 크게 취해지기 때문에 배기에 대한 콘덕턴스를 작게 할 수 있는 것이 슬릿 모양의 개구부의 이점이다. 또 개구부의 폭에 비하여 길이 방향이 충분히 크기 때문에 홀로 캐소드 효과에 의한 국소 방전이 생기기 어려워 플라즈마 불안정의 요인이 되지 않는다. 플라즈마의 확산 방지효과는 슬릿의 경우는 폭이며, 원형 개구부의 경우는 직경으로 결정된다. 따라서 슬릿 개구부의 길이를 크게 하여도 플라즈마 확산 방지의 효과는 변하지 않는다.

이와 같은 플라즈마 확산 방지수단의 효과는 다음과 같다. 예로서 개구부의 형상을 폭을 3mm, 원주 방향의 길이를 30mm, 또한 박판의 두께를 5mm로 한 경우를 생각한다. 이때 플라즈마 확산 방지수단을 설치함으로써 플라즈마의 전극간에서의 발광 강도는 대략 1.6배로 증가하고, 플라즈마의 처리실 아래쪽으로 확산하는 플라즈마의 발광 강도는 대략 1/4로 저하한다. 또 방전 전압에서 보면, 플라즈마 생성용 고주파 전력이 실효적으로 약 10% ~ 20%증가하는 효과가 있다. 이에 따라 에칭 특성도 예를 들어 에칭 레이트의 증가나 선택비의 상승이라는 효과가 얻어진다. 또한 처리실 내의 동작 압력은 상기 플라즈마 확산 방지수단을 마련함으로써 0.2 ~ 0.5Pa정도 상승한다. 그러나 동작 압력은 수 Pa이하이며, 이 정도의 압력 상승이면 설정압력을 조정함으로써 동작 압력을 소정의 값으로 설정할 수 있다.

또한 본 실시예에서는 슬릿 모양 개구부를 동심원상으로 형성하였으나, 예를 들어 슬릿모양 개구부를 방사상으로 형성하여도 좋다. 또는 슬릿 모양 개구부를 원주방향에 대하여 적당한 각도를 가지고 형성하여도 좋다. 또 본 실시예에서는 플라즈마의 처리실 아래쪽으로의 확산을 방지하기 위하여 플라즈마 확산 방지수단으로서 처리실 아래쪽의 하부 전극 둘레에 링모양의 박판을 설치하였다. 그러나 플라즈마 확산 방지수단은 플라즈마의 확산을 방지하고 싶은 임의의 위치에 설치하면 좋고, 또 그 형상도 설치 위치에 따라 변경하면 된다. 예를 들어 진공 배기계의 터보 분자 펌프에의 플라즈마 확산을 방지하고 싶은 경우에는 배기구 입구나 터보분자 펌프의 흡입구 앞에 그 형상에 맞추에 예를 들어 사각형 또는 원형의 박판, 슬릿 모양 개구부를 마련하여 설치하면 좋다. 그 일예를 도 48의 실시예에 나타낸다. 여기서는 플라즈마 확산 방지수단(26′)으로서 사각형의 박판에 슬릿 모양 개구부(27′)를 마련하고 있다.

그런데 상기한 플라즈마 확산방지의 효과는 전극간에 자장을 가하고 있지 않는 경우의 결과였다. 그러나 플라즈마 확산 방지의 효과는 자장과 조합시킴으로써 더욱 커진다. 이것을 플라즈마의 발광 강도에 의하여 나타낸 것이 도 49이다. 도 49는 도 1의 실시예에서 자장 형성수단(50)에 의하여 형성되는 자장 강도를 0 가우스에서 60 가우스까지 변화시켰을 때의 처리실 내의 플라즈마 및 처리실 아래쪽의 하부 전극 둘레에의 확산 플라즈마에 관하여 플라즈마의 발광 강도의 변화를 나타낸 것이다. 플라즈마 확산 방지수단(26)은 도 47에 나타내는 구조의 것을 이용하고 있다. 개구부의 형상은 상기와 동일하게 폭 3mm, 원주 방향의 길이 30mm, 박판 두께 5mm이다. 측정의 조건은 가스 유량 Ar 500 sccm C₄F₈4sccm, 압력 2Pa, 전극 간격 20mm이다. 플라즈마 발광 강도는 Ar 419nm으로 평가하고 있으며, 자장 강도 0가우스일 때의 값으로 발광 강도를 규격화하고 있다. 이 도에서 명확한 바와 같이 자장을 가함으로써 처리실 내의 플라즈마의 발광 강도(실선)는 크고, 아래쪽으로의 확산 플라즈마의 발광 강도(파선)는 작아져 있다. 예를 들어 40 가우스의 자장을 가한 경우, 확산 플라즈마의 발광 강도는 자장을 가하지 않은 경우의 1/10이하가 된다.

상기와 같이 플라즈마의 확산 방지효과는 수십 가우스 정도의 자장에 의하여 매우 강해진다. 이 이유는 다음과 같다. 자장 형성수단에 의하여 형성되는 자장은 전극과 평행방향인 데 대하여 플라즈마 확산 방지수단의 개구부는 수직방향, 즉 자력선과 교차하는 방향으로 개방되어 있다. 플라즈마중의 전자는 자력선을 따라 운동하기 때문에 플라즈마의 확산은 자장 방향을 따라 속박을 받는다. 이 때문에 자력선과 개구부가 교차하고 있으면 개구부의 벽면에서 플라즈마가 소실하기 때문에 플라즈마의 확산을 효과적으로 방지될 수 있다.

여기서 또 플라즈마의 확산을 효과적으로 방지하는 메카니즘은 상기와 같다. 따라서 자장을 인가할 경우에는 자력선과 플라즈마 확산 방지수단의 개구부의 내벽면이 교차하고 있으면, 플라즈마의 확산을 효과적으로 방지할 수 있다고 예상된다. 이 일예가 도 50에 나타내는 실시예이다. 도 50은 도 1에 있어서의 실시예와 동일하나, 플라즈마 확산 방지 수단으로서 평행인 박판의 링(26A, 26B)을 단을 다르게 설치한 구조로 하고 있다. 도중에 파선으로 나타내는 바와 같이 자력선이 링 표면과 교차하고 있기 때문에 플라즈마의 확산을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한 박판에 개구부의 가공을 할 필요가 없는 이점도 있다. 단, 자력선과 링 표면과의 교차각이 얇기 때문에 플라즈마의 확산을 반드시 충분하게는 억제할 수 없는 경우도 있다. 이와 같은 경우는 예를 들어 영구자석을 이용하여 링 표면부와 교차각이 커지게 국소적인 자력선을 형성하여도 좋다.

또 앞에 진공 배기계에의 플라즈마 확산방지를 위하여 원형 또는 사각형의 박판에 슬릿 모양 개구부를 마련하는 실시예를 설명하였다. 상기한 국소적인 자력선은 이 실시예에 있어서도 유효하다. 즉 박판에 마련한 슬릿 모양 개구부에 교차하도록 예를 들어 영구자석을 이용하여 국소적인 자장을 형성함으로써 진공 배기계에의 플라즈마 확산을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.

본 발명에 의하면, 전극의 플라즈마 시이스부에 있어서의 전계와 전극에 대하여 평행하게 인가된 자장과의 상호작용에 의한 ECR-S, ESR의 전자 공명 영역을 형성하고, 다시 전자 공명을 자장에 의하여 제어함으로써 플라즈마의 밀도나 전자 에너지 분포, 또는 프로세스 가스의 해리 상태를 제어할 수 있다. 또 전자 공명 영역이 전극면의 넓은 영역에 걸치기 때문에 플라즈마 밀도나 가스 해리의 제어를 플라즈마중의 국소적인 영역이 아닌 플라즈마 전체나 웨이퍼 전면에 걸치는 넓은 범위에 걸쳐 같은 모양으로 제어할 수 있다. 이 때문에 대구경의 웨이퍼에 대해서도 에칭 레이트나 선택비의 균일성을 확보하기 쉬운 이점이 있다. 또한 전자 공명 영역의 크기를 조정함으로써 플라즈마의 분포를 아울러 제어하는 것이 가능하다.

또 본 발명에 의하면, 전자 공명 자장 강도는 플라즈마를 발생시키는 고주파 전력의 주파수가 예를 들어 68MHz인 경우는 ECR-S자장 강도는 24가우스, ESR자장 강도는 12 가우스이기 때문에 자장의 제어범위는 고작 10 가우스까지의 범위이다. 따라서 드리프트를 생기게 하는 강한 자장을 이용할 필요가 없기 때문에 웨이퍼상의 전위의 치우침에 기인하는 대미지나 이것을 피하기 위한 구배 자장의 설계에 따르는 곤란함이 없다.

또한 프로세스 가스의 해리 상태를 가스 첨가에 의하지 않고 제어할 수 있기 때문에 에칭 속도나 선택비 등의 상반하는 특성을 양립하는 것이 가능하게 된다.

또 본 발명에 의하면 복수개의 코일의 바깥쪽을 자성체에 의하여 시일드 하고, 다시 코일에 관통부와 또는 다시 수하부를 가지는 요크를 설치한 자장 형성수단을 채용함으로써 처리실 내의 상하 전극간에서 전극에 대하여 수평방향 성분이 지배적인 자장을 코일 중심선보다도 아래쪽에서 형성할 수 있다. 또 코일 전류의 증대를 초래하지 않고 대구경 시료용 전극 근방에서 소망 강도의 자장을 형성할 수 있다. 그 결과, 대구경 시료에 대한 플라즈마 처리의 효율, 균일성의 향상을 도모함과 함께 코일의 소형화, 발열량의 저감 효과가 있다.

또한 본 발명에 의하면, 복수개의 코일에 흘리는 전류를 위상을 시프트시키면서 제어함으로써 자장을 회전시키거나 반전시킬 수 있고, 또는 복수개의 코일에 흘리는 전류의 비율을 변화시킴으로써 전자의 드리프트의 영향에 의한 플라즈마의 편재를 완화할 수 있다.

또 본 발명에 의하면, 처리실 내의 플라즈마의 확산을 방지할 수 있다. 이 결과, 상하 전극간에서의 플라즈마 밀도를 향상시켜 에칭 특성을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또 처리실 내부의 아래쪽이나 진공 배기계 등, 처리실 이외로의 플라즈마의 확산에 의한 데포의 퇴적·부착을 방지하는 것도 가능하게 된다. 이로써 데포의 퇴적·부착하는 영역을 한정하여 데포 제거를 위한 수고와 비용을 저감할 수 있다. 또한 자장 강도를 예를 들어 40 가우스 이상으로 함으로써 플라즈마의 확산을 보다 효과적으로 방지할 수 있기 때문에 상기 플라즈마 밀도 향상의 효과 및 데포 영역 한정의 효과가 보다 강하게 얻어진다.

Claims (19)

1. 처리실에 설치된 한쌍의 전극과, 상기 한쌍의 전극간에 고주파 전계를 인가하는 고주파 전원과, 상기 처리실내에의 시료 반송기구를 구비하고, 상기 처리실 내에서 상기 전극의 한쪽에 탑재된 시료를 처리하는 플라즈마 처리장치에 있어서,

   상기 한쌍의 전극의 간극에서 상기 전극의 주면에 대하여 평행인 자장을 형성하는 자장 형성수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
2. 처리실에 설치된 한쌍의 전극과, 상기 한쌍의 전극간에 고주파 전계를 인가하는 고주파 전원과, 상기 한쌍의 전극의 간극에서 상기 전극의 주면에 대하여 평행인 성분이 지배적인 자장을 형성하는 자장 형성수단을 구비하고, 상기 처리실 내에서 상기 전극의 한쪽에 탑재된 시료를 처리하는 플라즈마 처리장치에 있어서,

   상기 전극의 주면 근방의 대략 전면에 대응하는 위치에 플라즈마 시이스부에 있어서의 전계와 상기 자장과의 상호작용에 의한 전자 공명 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 전자 공명을 상기 고주파 전력의 주파수(f)에 대하여,

   Bc(가우스)= 0.357×f(MHz)

   로 정의되는 자장 강도(Bc)에서 생기는 전자 사이클로트론 공명 및

   Bs(가우스)= 1/2×0.357×f(MHz)

   로 정의되는 자장 강도에서 생기는 전자 시이스 공명의 적어도 한쪽으로 한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 고주파 전원은 한쌍의 전극간에 20MHz 내지 300MHz의 고주파 전력을 인가하고,

   상기 자장 형성수단에 의하여 형성되는 자장 강도를 2 가우스 이상 100 가우스 이하의 범위에서 임의로 제어 가능하게 하여

   상기 전자 공명 영역에 있어서의 전자 공명을 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 전자 공명 영역에 있어서의 전자 공명을 제어함으로써

   플라즈마 밀도·플라즈마의 전자 에너지 분포·프로세스 가스의 해리 상태·플라즈마의 균일성을 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,

   상기 고주파 전원은 상기 한쌍의 전극간에 40MHz 내지 150MHz의 고주파 전력을 인가하는 것임을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
7. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,

   상기 자장 형성수단은 상기 한쌍의 전극의 적어도 한쪽의 플라즈마에 접하는 면에서 상기 고주파 전원에 의하여 생기는 전계와 교차하는 방향으로 60 가우스 이하의 범위에서 임의로 제어 가능한 강도의 자장을 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
8. 처리실에 설치된 한쌍의 전극과, 상기 한쌍의 전극간에 고주파 전계를 인가하는 고주파 전원과, 상기 한쌍의 전극의 간극에서 상기 전극의 주면에 대하여 평행인 성분이 지배적인 자장을 형성하는 자장 형성수단을 구비하고, 상기 처리실 내에서 상기 전극의 한쪽에 탑재된 시료를 처리하는 플라즈마 처리장치에 의한 플라즈마 처리방법에 있어서,

   상기 고주파 전원에 의하여 한쌍의 전극간에 20MHz 내지 300MHz의 고주파 전력을 인가하고,

   상기 자장 형성수단에 의하여 자장강도를 2 가우스 이상 100 가우스 이하의 범위에서 임의로 제어 가능한 자장을 형성하고,

   상기 한쌍의 전극의 적어도 한쪽 주면 근방의 대략 전면에 대응하는 위치에 전자 공명 자장 강도에서 상기 자장과 플라즈마 시이스부에 있어서의 전계와의 상호작용에 의하여 전자 공명을 생성하고,

   상기 전자 공명을 상기 자장 형성수단에 의하여 제어함으로써 플라즈마 밀도·플라즈마의 전자 에너지분포·프로세스 가스의 해리 상태·플라즈마의 균일성을 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리방법.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 자장 형성수단은 상기 한쌍의 전극의 바깥 쪽에 대향하여 배치되고 중심선이 상기 시료를 탑재하는 전극의 주면에 대하여 대략 평행하게 되도록 배치된 복수개의 코일과, 상기 복수개의 코일 및 상기 처리실의 적어도 일부를 덮은 자성체를 포함하고,

   상기 한쌍의 전극의 간극에 있어서 상기 전극의 주면에 대하여 평행인 성분이 지배적인 자장을 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
10. 제 1항에 있어서,

    상기 자장 형성수단은,

    상기 시료 설치면 및 시료 반송기구보다 위쪽으로 대향, 설치한 한쌍 또는 4 ~ 12개의 코일과 상기 코일내의 적어도 아래쪽 영역을 포함한 영역을 관통하고 또는 수하구조를 가지는 자성체와, 상기 복수개의 코일 및 상기 처리실의 적어도 일부를 덮은 자성체를 가지고,

    상기 시료 설치면 근방에서 수평성분이 주가 되는 자장 벡터를 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,

    상기 자성체의 비투자율이 100 ~ 10000의 범위에 있고,

    상기 자성체의 코일 내 관통부가 코일내의 아래쪽에 위치하고, 관통부 단면적이 자속이 포화하지 않는 범위에서 작은 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
12. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,

    상기 각 코일에 시간 변조한 전류를 흘림으로써 상기 한쌍의 대향하는 전극의 간극에서 자장을 일정주기로 변화시키는 코일 전원을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
13. 제 12항에 있어서,

    상기 한쌍의 대향하는 전극의 간극에 있어서의 자장을 5 ~ 15Hz정도의 주기로 변화시키도록 상기 코일 전원의 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
14. 제 12항 또는 제 13항에 있어서,

    각 시간에 있어서의 자장이 주 방향에 대하여 수직 또한 주 전극면에 대하여 수평방향으로 자장 구배를 일으키도록 각 코일을 흘리는 전류치를 설정하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
15. 처리실 내에서 전극에 얹어 놓은 시료를 처리하는 플라즈마 처리방법에 있어서,

    상기 시료 설치면 및 시료 반송기구보다 위쪽으로 대향, 설치한 한쌍 또는 4 ~ 12개의 코일과,

    상기 코일내의 적어도 아래쪽 영역을 포함한 영역을 관통 또는 수하구조를 가지는 자성체와,

    상기 복수개의 코일 및 상기 처리실의 적어도 일부를 덮은 자성체를 가지는 자장 형성수단에 의하여

    상기 한쌍의 전극의 간극에서 상기 전극의 주면에 대하여 평행인 성분이 지배적인 자장을 형성하고,

    또한 상기 전극도 고주파 전계를 인가함으로써 상기 전극상에 탑재된 시료에 대하여 플라즈마 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리방법.
16. 제 15항에 있어서,

    상기 코일이 4개 내지 12개로 구성되고, 코일 전원에서 상기 각 코일에 시간 변조한 전류를 흘림으로써 상기 전극 간극에서 전장을 일정주기로 변화시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리방법.
17. 제 15항에 있어서,

    상기 전극 간극에 있어서의 자장을 1 ~ 50Hz정도의 주기로 변화시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리방법.
18. 제 1항에 있어서,

    폭과 길이가 다른 가늘고 긴 직사각형의 슬릿 모양의 개구부를 가진 플라즈마의 확산 방지수단을 설치하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
19. 제 18항에 있어서,

    상기 플라즈마 확산 방지수단의 슬릿 모양 개구부를 동심원상으로 형성하여 상기 개구부의 개구 방향이 상기 자장 형성수단에 의하여 형성되는 자력선과 교차하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.