KR20010096474A - 플라즈마 에칭 장치 - Google Patents

Abstract

제 1 스풀 단부(20,20')와 제 2 스풀 단부(21,21')를 가진 ICP 스풀(6)은, 반응기(2) 내에서 반응 가스에 작용하고 유도적으로 결합된 플라즈마 소스(18)로서 반응성 입자와 이온으로 된 고밀도 플라즈마(8)를 생성하는 고주파 교류 전자기 장을 발생하는, 반응기(2)에서 고밀도 플라즈마(8)에 의해 기판(9)을 에칭하기 위한 플라즈마 처리장치가 추천되어 있다. 양 스풀 단부(20,20' 21,21')는 각각 공급 전압점(31, 32)을 통해 고주파 급전부(23)에 연결되어 있고, 또한 그 급전부는 제 1 스풀 단부(20, 20')와 제 2 스풀 단부(21, 21')에 각각 동 주파수의 고주파 교류 전압을 인가한다. 양 스풀 단부(20,20' 21,21')에 인가된 양 고주파 교류 전압은 제 1 공급 전압점(32)과 제 2 공급 전압점(31)을 연결하는 λ/2 지연 도선(30)에 의해 적어도 거의 역상적으로 서로 대칭 용량성 회로망과 연결되어 있고 적어도 거의 같은 진폭을 갖고 있다.

Description

플라즈마 에칭 장치{Plasma etching installation}

유도적으로 결합된 플라즈마 소스(원천)를 이용하는 상기와 같은 플라즈마 처리 장치는 특히 DE 42 41 045에서 공개된 공정을 사용하여 대단히 높은 에칭 율로 규소를 깊게 에칭하는데 적합하며 또한 여러 모로 알려져 있다. 하나의 간단하고 신뢰성 있는 장치는, 플라즈마 체적부 주위로 감기어 있고 고주파 교류 전압이 공급되고 있는 ICP-코일(ICP = "inductively coupled plasma" 유도 결합 플라즈마)로 구성되어 있다. ICP-코일을 통해 흐르는 고주파 전류가 플라즈마 체적 내에 고주파 교류 자장을 유도하고, 이 자장의 와전기장이 유도 법칙(rotE = -)에 따라 다시 플라즈마 여자를 행한다. 사용되는 고주파 전류는 600 kHz 내지 27 MHz의 값을 갖고 보통 13.56 MHz의 주파수가 사용된다.

DE 42 41 045로부터 알려져 있는 방법에서는 플루오르를 방출하는 에칭 가스로부터 플루오르 래디칼 또한 테플론 형성 단량체를 공급하는 부동태화 가스로부터 (CF₂)_x래디칼을 방출시키기 위해 바람직하게는 유도성 고주파 여기부와 함께 플라즈마 소스가 이용되고, 또한 거기에서는 플라즈마 소스가 낮은 에너지를 가진 비교적 고밀도의 이온(10¹⁰-10¹²cm^-3)을 갖는 고밀도 플라즈마를 생성하며 에칭 가스와 부동태화 가스가 교대로 사용된다. 발생된 이온을 기판 표면으로 가속시키는 이온 에너지는 역시 비교적 낮고 1 - 50 eV, 바람직하게는 5 - 30 eV 범위의 것이다. 상세한 설명의 도 2는, 종래 기술로부터 알려진 통상적으로 사용되는 상기한 플라즈마 소스의 ICP 스풀(코일)의 비대칭 급전부를 보여주는데, 이 스풀은 가장 간단한 경우에는 예컨대 직경 40 cm를 가진 세라믹 재료의 통 형태의 반응기 주위의 단일 권선으로 구성되어 있다. 한 스풀 단부는 접지되고, 다른 스풀 단부에는 고주파 교류 전압이 공급되어 "뜨거운"으로 호칭되는데, 그 이유는 이 스풀 단부에는 공급되는 고주파 고전압의 진폭의 경우 전형적인 예컨대 1000 - 3000 볼트의 대단히 높은 전압이 가해지기 때문이다.

도 2에 역시 표시되어 있는 콘덴서 C₂와 C₃은 사용된 고주파 급전의 비대칭 50 Ω의 동축 케이블 시점의 임피던스를 비대칭적으로 조작되는 ICP 스풀(소위 "성냥갑" 또는 "일치용 콘덴서")의 임피던스에 정합시키는 역할을 한다. 콘덴서 C₄는 ICP 스풀에 병렬로 연결되고 일치용 콘덴서와 함께 공진 조건을 형성한다.

플라즈마 소스의 경우에 있어 공지의 비대칭적 및 유도성 급전은 결과적으로 그 비대칭성이 생성된 플라즈마 내로도 반영되는 것인데, 그 플라즈마는 평균적으로 발생된 용량성 결합의 강도에 따라 접지 전위 위로 수 볼트 내지 수십 볼트 범위이다. 그래서 ICP 스풀의 한 스풀 단부는 접지 전위(0 v)에 있고 한편 대향하는 "뜨거운" 스풀 단부는 수천 볼트까지의 높은 고주파 전압에 있게 된다. 그럼으로써특히 "뜨거운" 스풀 단부에서는 강한 전장이 반응기의 세라믹 통벽을 통해 플라즈마내에 유도되고, 그 결과 다시 세라믹 통벽을 통해 변위 전류가 플라즈마 내에 발생하게 된다. 이것이 앞에서 언급한 "용량성 결합"인 것이며 한편 원래의 플라즈마 발생은 유도성인, 즉 시간에 따라 변하는 자장에 기초하는 메카니즘이다.

대체로 급전된, 즉 "뜨거운" 스풀 단부로부터, 용량적 결합을 통해 전류 흐름은 반응기의 세라믹 통벽을 통해 플라즈마 내로 일어난다. 평균 플라즈마 전위는 접지 전위 근방에서 변동하고 "차가운" 스풀 단부도 그 전위에 고정되며 또한 플라즈마와 "냉온" 스풀 단부 사이의 전압 차는 변위 전류를 세라믹 통벽을 통해 다시 스풀에 유출시키기에는 너무 작기 때문에, 상기 전류 흐름은 접지된 스풀 단부로 유출할 수 없다. 그렇기 때문에 변위 전류는 "뜨거운" 스풀 단부의 영역으로부터 플라즈마 내로 유입하여 그 플라즈마로부터 다시 이것과 직접 접촉해 있는 접지물을 통해서 흘러나가 버려야 한다. 이 접지물은 여태까지의 종래 기술에서는 실질적으로 기판 전극으로서, 이 전극은 예컨대 기판으로서는 웨이퍼를 싣고 또한 자체의 고주파 급전을 통해 플라즈마에 대해 낮은 부의 DC 기본 전위 1 - 50 v로 작동된다. 그래서 그것은 상기한 변위 전류를 직접 수용할 수 있는데, 그렇지만 기판 표면에 걸쳐 각 플라즈마 처리 공정의 불 균일성이 일어나고 그래서 부분적으로 개별 영역들의 에칭시 상당한 윤곽 편의가 야기된다.

더욱이, 비대칭 급전을 통해 한쪽에서 발생하는 강한 전장은 발생된 플라즈마의 위치 및 밀도 분포를 왜곡시켜, 그 플라즈마는 반응기의 중앙으로부터 외측으로 이동되어 있고 예컨대 "뜨거운" 스풀 단부의 방향으로 변위된다. 이것을 소위 "황소의 눈 이동"이라 부르는데, 그 이유는 플라즈마의 불 균일성(모양)이 눈 모양으로 기판으로 사용된 웨이퍼에 묘사 반영되어 이 "눈"이 웨이퍼의 중심부로부터 외측으로 웨이퍼 가장자리에 이동되어 있기 때문이다.

공정 균일도를 개선하기 위한 또한 "황소의 눈 이동"을 피하기 위한 첫 번째 조치는 DE 42 41 045로부터 공개된 공정에 관해 미공고된 출원 DE 197 34278.7에 기재되어 있는 것으로, 그것에 의하면 개구부에 장착된 금속통의 내벽 위에 있는 연장된 이온 재결합 구역을 통해 기판으로 향하는 이온 흐름을 각 기판 표면 위에서 균일화하는 개구부 구조물이 추천되어 있으며, 거기에서는 기판에 도달하는 플라즈마의 외부 영역에서 이온 손상 메카니즘이 일어나고 플라즈마가 다시 중심 집중하고 전장은 플라즈마의 소스 영역으로부터 기판에 이르는 도중 부분적으로 차폐된다.

부분적으로는 전기 교란장으로 인해 발생하는, 기판 또는 웨이퍼 위의 에칭된 구조물의 윤곽 편차를 감소시키는 추가 조치는, 미공고된 출원 DE 197 363 70.9에 추천되어 있는 것과 같이 소위 "패라미터 경사"를 사용하는 것이다.

"뜨거운" 스풀 단부에서와 같이 "차가운" 스풀 단부, 즉 종래 기술로 접지된 스풀 단부도 문제 영역에 포함되는 것인데, 그 이유는 이 단부는 최소의 변위 전류가 용량성 결합에 의해 발생된 플라즈마 내로 결합해 들어오고 결합해 나가는 지점이기 때문이다. 그 위에 종전에는 "차가운" 스풀 단부와 결합되어 있는 소속된 ICP 스풀의 "차가운" 공급 전압점의 접지는 아주 주의 깊게 행해져야 했는데, 그 이유는 특히 수직으로 흐르는 전류, 즉 플라즈마 반응기의 효과적 환경에서 ICP 스풀로부터 하향으로 접지된 하우징으로의 전류는 무조건 회피되어야 하기 때문이다. 그런 수직으로 흐르는, 즉 ICP 스풀에 의해 획정되는 스풀 평면에 대해 평행하지 않게 흐르는 전류는, 와전기장에 대해 90°만큼 기울어진 해당 전기 유도 작용을 가진 시간 가변 자장을 갖게 되며, 이것은 플라즈마의 심한 국부 교란을 일으키고 이 교란은 다시 윤곽 편차(포켓 형성, 네가티브 에칭 측면, 마스크 에지 후방 절단)로 표현된다.

"뜨거운" 스풀 단부에서의 고전압에 기인하는 종래 기술의 방법에서 알려진 추가의 교란 영향은, 반응기 내벽이 내측으로 이온 충격에 의해, 즉 강 전장에 의해 챔버 벽으로 가속된 양전하 이온에 의해 스퍼터링 충돌되는 점이다. 그때에 스퍼터링에 의해 탈락된 벽재료가 웨이퍼나 기판 위에 도달할 수 있어 거기서 미소 마스킹 재로 작용하여 그 결과 알려진 것처럼 규소 바늘, 미소 요철 또는 규소 입자를 형성하게 된다. 반응기 측벽의 스퍼터링 량은 인가되는 고주파 전압의 2 승 함수로 상승하기 때문에, ICP 스풀에 인가되는 플라즈마에 대한 고주파 전압을 가급적 낮게 유지하면 최소 스퍼터 율을 얻게 된다는 의미에서 소망스럽다.

종래 기술로부터 이미 알려진 ICP 스풀에 대한 대칭 급전을 위한 추천 해법에 의하면, 일차측에는 고주파 급전부를 통해 고주파 교류 전압을 공급하고 중앙 탭이 접지된 이차 스풀을 가진 변압기를 사용하고 그렇게 함에 의해 변압기가 플라즈마 처리 장치의 ICP 스풀의 양단에 적어도 거의 같은 진폭의 고주파 역상 고전압을 공급할 수 있게 하는 것이다. 그런 변압기는 보통 페라이트 코어 재료 위에 감은 꼰 와이어로 된 이차 권선에 의해 구성되고, 페라이트 코어로서는 냄비형 코어또는 링형 코어가 사용된다. 그러나 그런 변압기는 예컨대 13.56 MHz의 주파수의 경우 10-20 %의 범위의 높은 세라믹 재료의 자기 손실이 발생한다는 심각한 결점을 갖는다. 이것은, ICP 플라즈마 처리 장치의 경우 통상 500 내지 3000 와트가 되는 높은 고주파 전력을 사용하는 경우에는 현저한 열 문제가 된다. 그 위에 변압기의 코어 재료에 의한 주파수 의존적 에너지 흡수로 인해 위상 오차도 생기는데, 이 오차는 비대칭 출구에 있어 내결합시키려는 두 고전압에 관한 역상 내결합에 필요한 180°위상을 부분적으로 상당히 틀리게 한다. 그 외에도 그런 변압기는 소망스럽지 않게 방식으로 플라즈마 내에 내결합되는 것으로 인해 사용 가능한 고주파 전력을 제한한다.

본 발명은 주 청구항의 유개념에 의한 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.

도 1은 플라즈마 처리장치의 개략적 기본 단면도를 나타내고,

도 2는 종래 기술로부터 알려져 있는 ICP 스풀 급전을 위한 비대칭 회로를 보여주고,

도 3은 제 1 대칭 회로도를 나타내고,

도 4는 제 2 대칭 회로도를 나타내고,

도 5는 ICP 스풀 급전을 위한 제 3 대칭 회로도를 나타낸다.

본 발명에 의한 청구범위 주항의 특징을 가진 플라즈마 처리장치는 상기 종래 기술에 비해, 양 스풀 단부에는 대칭 스풀 급전부를 통해 같은 주파수의 고주파 전압이 공급되고, 제 1 스풀 단부와 제 2 스풀 단부에 있어 서로 역상인 두 고주파 교류 전압에 의해 ICP 스풀에 대칭적으로 급전되는 것은, 제 1 공급 전압점과 제 2 공급 전압점 사이에 배치되어 그들을 연결시키는 λ/2 지연 도선(소위 "케이블 발룬")에 의해 행해지는 이점을 갖는다. λ/2 지연 도선은, 전압 의존적 및 전력 의존적으로 제 1 공급 전압점에 내결합된 전압(U(t))을 180°위상 이동을 일으켜 제 2 공급 전압점에 -U(t)의 내결합(가해져 들어가게 함)을 일으킨다. 그래서 큰 기술적 비용 없이 또한 추가의 비용 집중적 부재의 사용 없이 고주파 급전부에 의해 마련된 한 전압으로부터 주파수가 같고 진폭이 적어도 거의 같은 두 개의 고주파 역상 교류 전압이 생성된다. 그것에 의해 특히 유도성 플라즈마 소스의 경우 특히 간단하고 손실 적은 또한 높은 고주파 출력(큰 킬로와트)의 경우 유용한 플라즈마 처리 공정 내지 플라즈마 에칭 공정이 가능해진다.

또한 본 발명에 의한 ICP 스풀의 대칭적 급전에서는 이제 두 스풀 단부가 "뜨거운"이 되어, 즉 양 스풀 단부가, 이제는 뚜렷한, 이상적인 경우에는 동일한 진폭을 가진, 양 스풀 단부에서 정확히 역상이 되는 교류 전압을 운반한다. 따라서 제 1 스풀 단부에 전압 U(t)가 인가되면, 제 2 스풀 단부에는 대응적으로 전압 -U(t)가 걸리며, 이 전압의 진폭은 종래 기술의 비대칭적 급전에 비해 단지 절반의 크기가 되는데, 그 이유는 접지에 대한 원래의 교류 전압 2*U(t)가 이제 접지에 대해 U(t) 및 -U(t)로 분할되기 때문이다. 양 스풀 단부에서의 이 전압 진폭의 절반화에 의해 대단히 유리하게도 우선 반응기 벽에서의 벽 스퍼터링 율이 현격하게 감소한다.

그 외에도 소망스럽지 않은 고 에너지 이온의 비율도 대단히 유리하게 감소하는데, 이들 고 에너지 이온은 그렇지 않으면 고 전장에 의해 반응기 벽으로 가속되어 거기서 반사되고 그럼으로써 다시 생성된 플라즈마 내로 되돌아와 거기서 예컨대 에칭된 웨이퍼 위의 산화층에 대한 윤곽(형상) 교란 또는 손상과 같은 처리되는 기판에 대한 다수의 방해 작용의 원인이 되는 것이다. 그와 동시에 생성된 플라즈마 중의 고 에너지 전자의 비율도 또한 감소하는데, 그 이유는 대칭적 스풀 급전에 의한 생성된 플라즈마 내로의 용량적 전류 내결합이 크게(적어도 2 배) 감소하고 그리하여 전자 가스는 더 이상 해당 방식으로 가열되지 않기 때문이다. 따라서생성된 플라즈마는 대단히 유리하게도 보다 차갑다. 그 외에도 고 에너지 전자는 불필요하게 고주파 전력을 흡수하기 때문에 플라즈마 공정을 위해서는 일반적으로 소망스럽지 않다.

또한 대칭적 스풀 급전의 경우에는 스풀 영역으로부터의 와전류장 들이 서로 반대 방향으로 같기 때문에, 이들은 대단히 유리하게도 균등화하고 그럼으로써 소위 "황소의 눈 이동"은 더 이상 일어나지 않는다.

또한 발생된 플라즈마 내로 용량적으로 결합해 들어오는 상기와 같이 이미 분명히 작아진 전류는 이제는 역시 서로 반대방향으로 같고, 즉 그들 전류는 스풀 단부들 사이에서 균등화되어, 아주 유리하게도 더 이상은 예컨대 기판 전극 및 처리된 기판과 같이 플라즈마와 직접 접촉되어 있는 접지물을 통과해 유출하지 않는다.

본 발명에 의한 플라즈마 처리장치에서는 매 시점마다 다른 스풀 단부의 부의 전압치가 ICP 스풀의 각 스풀 단부에 인가되기 때문에, 한 스풀 단부로부터 유전체로서의 세라믹 반응기벽을 통해 발생되어 있는 플라즈마 내로 유도된 변위 전류는 다른 스풀 단부에 의해 역시 유전체로서의 세라믹 반응기벽을 통해 수납될 수 있고, 그렇기 때문에 접지 전위를 통한, 예컨대 기판 표면을 통한 전하 동등화가 일어날 필요가 없다. 그래서, 기판 표면 위에서의 에칭 율 균일화 및 윤곽 균일화는 현저히 개선되고 윤곽 편차는 별로 일어나지 않는다.

또한 플라즈마 전위는 유리하게도 거의 접지 전위로 접근하는데, 그 이유는 플라즈마 내로의 전기적 내결합은 분명히 감소하고 남는 내결합은 그 대칭성으로인해 균등화하기 때문이다. 또한 플라즈마 대칭성도 유리하게 증가하는데, 그 이유는 플라즈마를 왜곡시키는 용량성 내결합의 감소 및 그 내결합의 평형화에 의해 플라즈마 내 각 점에 있어 현저한 전위 차이를 일으킴 없이 차가운, 이상적 경우에는 회전 대칭적 플라즈마를 얻게 되기 때문이다.

본 발명의 유리한 추가 양태는 종속 청구항들에 기재된 조치에 의해 얻어질 수 있다.

그래서 더욱이 ICP 스풀의 비대칭 급전의 경우에도 반응기 또는 ICP 스풀의 효과적 환경에서 모든 전류 통과 도체를 ICP 스풀에 의해 정해지는 스풀 평면에 평행하게 안내하는 것이 유리하다. 그런데 환경이라는 의미는, 도체 내에서 흐르는 전류와 발생된 플라즈마 사이의 전자기적 교환작용을 통해 해당하는 교란적 영향이 발생하는 반응기와 ICP 스풀 주위 영역으로 이해하면 될 것이다. 그래서 유리하게도 플라즈마 내에 아무 손상적인 자기 교란장을 유도하지 않는, 발생 플라즈마 부근에서 평행하게 이동하는 동심 흐름들만이 흐르게 되는 것으로, 그래서 그 플라즈마는 보다 작은 교란을 받고 보다 차갑기 때문에 고 에너지 이온 또는 전자에 의한 가능한 기판 손상도 현저히 감소한다. 동시에 플라즈마 전위도 감소하여 접지 전위에 접근한다.

λ/2 지연 관을, 발생된 유도 플라즈마에 임피던스 정합시키기 위한, 양 공급 전압점과 양 스풀 단부 사이에 설치된, 바람직하게는 대칭적인 망회로와 결합함에 의해, 대단히 유리하게 거의 손실 없이 ICP 스풀에의 거의 대칭적인 급전이 달성될 수 있다. 그래서 본 발명에 의한 ICP 스풀의 대칭적 급전은, 양 스풀 단부에서의 공급 전압 진폭의 감소와 더불어, 수 킬로와트의 범위에까지 이르는 대단히 높은 전력이 유도 플라즈마 소스로서의 발생 플라즈마 내로 공급될 수 있게 하고, 또한 플라즈마 처리장치의 전력 패라미터의 대규모화를 가능하게 하여, 결국 에칭 율이 더 상승되게 한다.

본 발명에 의한 대칭적 스풀 급전에서는 그 수준이 낮은 때에도 양 스풀 단부는 "뜨겁기" 때문에, 두 "뜨거운" 스풀 단부를, 발생된 고밀도 플라즈마를 반응기 형태로 둘러싸는 세라믹 통으로부터 크게 격리하여 배치하는 것이 더욱 대단히 유리하다. 이것을 달성하는 가장 간단한 방법으로서는, 외부에서 반응기통을 영역적으로 적어도 거의 둘러싸는, 플라즈마를 발생시키는 발생된 ICP 스풀이, 반응기 외경보다 약간 더 큰 직경을 갖게 하고, 양 스풀 단부의 반대 쪽 ICP 스풀 측면이 반응기통의 세라믹과 직접 접촉하도록 반응기 주위에 배치되게 하는 것이다. 그래서 반응기통 회로는, 이 회로를 둘러싸는 보다 큰 스풀 회로와, 스풀 단부 반대쪽의 스풀 측면에서 접선적으로 접한다. 이 방법으로, 유리하게도 반응기 내부에서 발생된 플라즈마에 대한 ICP 스풀의 거리는 전기 전위의 상승과 함께 증가하는데, 최고의 전기 전위의 지점인 양 스풀 단부는 반응기에 대해 최대 거리를 갖게 된다. 이것을 위해서는 약 1 - 2 cm로서 벌써 충분하다. 이 경우에도, 방해적 고주파 자장을 플라즈마로부터 원격 유지시키기 위해, 모든 전류 운반 도체가 반응기 주위에서 ICP 스풀에 의해 정해지는 스풀 평면에 평행하게 뻗게 하는 것은 대단히 중요하다.

또한 이제는, 상기한 대칭 스풀 급전을, 기판의 지점에 있어 ICP 스풀의 고주파 자장을 더욱 축소시키고 플라즈마 밀도 분포를 균일화시키는, 미공고 출원 DE 197 34 278.7에 추천되어 있는 개구부 구조와 결합하는 것이 대단히 유리한 방식으로 가능하다.

또한 본 발명에 의한 플라즈마 처리장치에 있어서는, 상기한 개구 구조에 추가하여 또는 그 구조 대신에, 플라즈마 소스와 기판 전극 사이에 반응기 벽 내에 삽입된 위요하는 금속 스페이서 부재에 의해, 고주파 자장의 영향이 발생된 고밀도 플라즈마 또는 ICP 스풀의 영역으로부터 기판에 또는 예컨대 거기에 배치된 규소 웨이퍼 위에 미치는 것을 감소시키는 것이 유리하게도 가능하다. 이를 위해 스페이서 부재는 바람직하게는 약 10 cm - 30 cm의 높이를 가졌고 바람직하게는 알루미늄 또는 기타 플라즈마 공정에 견딜 수 있는 금속으로 구성되어 있다. 그것을 사용함으로써, 플라즈마 소스, 즉 유도성 결합에 의한 고밀도 플라즈마의 발생 지점과, 기판을 탑재하는 기판 전극 사이의 거리가 확대되고, 그래서 거리(r)의 함수로서 적어도 1/r에 따라 감소하는 자장 및 전기장의 영향이 감소하게 된다.

본 발명에 의한 플라즈마 처리장치의 부품들은 원칙적으로 전력 제한을 받지 않기 때문에, 대단히 유리하게도 킬로와트 범위의 대단히 높은 소스 전력이 거의 손실 없이 사용될 수 있다. 에너지를 흡수하는 부재들이 없기 때문에 스풀(코일) 접속 단자 사이의 요구되는 위상 관계가 공급된 전력의 크기와 상관없이 완전히 그대로 유지되고 부재들의 냉각을 위한 특별한 조치가 필요 없다. 따라서 본 발명에 의한 플라즈마 처리장치에는 탁월한 재현성과 신뢰성이 부여된다. 특히 양 스풀 단부에서의 고전압 진폭의 절반화는 전력 패라미터의 대규모화에 의해 더욱 높은 플라즈마 전력을 허용할 수 있는 더 이상의 여유도 제공하고 그래서 극히 높은 규소 에칭 속도가 달성될 수 있다.

그와 동시에 본 발명에 의한 플라즈마 처리장치에 의해, 벽에 대한 스퍼터링, 스퍼터 탈락된 입자에 의한 미소 마스킹화, 플라즈마 내에 있어 고에너지 이온 또는 대단히 뜨거운 전자의 생성, 소망스럽지 않은 에너지 소산, 변위 전류의 용량성 내결합, 전장에 의한 플라즈마의 왜곡, 플라즈마 분포의 이동, 플라즈마 전위의 상승과 왜곡, 생성된 플라즈마 내의 불균일성 및 기판과 기판 전극을 통해 유출하는 평형화 전류와 같은 다수의 교란 효과가 감소될 수 있다.

본 발명의 실시예를 도면에 따라 또한 이하의 설명으로 상세히 설명한다.

도 1은 대체로 독일 출원 DE 197 34 278.7로부터 이미 알려진 플라즈마 처리 장치(1)의 기본 약시도로서, 장치는 반응기(2), 예컨대 반응 가스 또는 에칭 가스를 공급하기 위한 공급관(3), 반응기(2) 내에 소망하는 처리 압력이 조절 유지될수 있게 하는 조절 밸브(5)를 구비한 흡인관(4), 및 권선을 가진 코일로 구성되어 있고 반응기(1)의 상부를 구역적으로 적어도 광범하게 둘러싸는 ICP 스풀(6)을 구비하고 있다. 반응기(2)는 ICP 스풀(6)의 영역에서는 대체로 전형적인 직경 40 cm 및 높이 20 cm를 가진 세라믹 통 형태의 세라믹 재료로 형성되어 있고 반응기 측벽(7)을 갖고 있는데, 세라믹 통 하부에서는 위요하는 링 형태의 금속 스페이서 부재(11)가 그 측벽 내로 설치되어 있다. 스페이서 부재(11)는 약 10 cm 내지 30 cm의 높이를 갖고 특히 알루미늄으로 구성되어 있다. 반응기(2) 내부에 있어서는 상부에 ICP 스풀(6)에 의해 그 자체 공지의 방법으로 유도적으로 결합된 고밀도 플라즈마(8)가 생성되는 것으로, 반응기(2)에서는 IPC 스풀(6)을 통해 고주파 교류 전자장이 발생되고, 그 전자장은 반응 가스에 작용하여, 반응기(2) 내에 유도적으로 결합된 플라즈마 소스(18)로서 반응성 입자와 이온으로 된 고밀도 플라즈마(8)를 생성한다.

반응기(2)의 하부 영역에는, 예컨대 플라즈마 에칭에 의해 처리하려는 해당하는 마크를 가진 규소 웨이퍼인 기판(9)이 있다. 기판(9)은 기판 전극(10) 위에 배치되어 있고 측방향으로 그 자체 공지의 흡착기(17)에 의해 둘러싸여 있으며 그 흡착기는 열적으로 양호하게 기판 전극에 결합되어 있고 플라즈마(8)로부터 발생하는 과잉의 반응 입자들을 소모한다. 에칭 소스인 플루오르 입자에 대한 흡착 물질로서는 예컨대 규소 또는 흑연이 적합하다. 그러나 흡착기(17)는 대 용적 실시예에서는 생략되거나 또는 석영 또는 세라믹 덮개로 대치될 수 있다. 기판 전극(10)은 더욱이 그 자체 공지의 방법으로 고주파 전압 소스(12)와 연결되어 있다. 플라즈마밀도 분포와 이온류 밀도를 균질화 하기 위해 고밀도 플라즈마(8)와 기판(9) 사이에는 개구부(13)가 설치되어 있고, 그 개구부는 개구 조리개(14)를 갖고 있고 예컨대 15 mm 두께의 알루미늄으로 제조되어 있다. 개구 조리개(14)의 개구(15)의 직경은 기판 전극(10) 위에 있는 처리하려는 웨이퍼의 직경 보다 크다. 더욱이 개구 조리개(14)의 위에는 개구 조리개(14)의 가장자리에 부착되어 있는 원통형 차폐판(16)이 있다. 차폐판은 알루미늄으로 구성되어 있고 10 mm의 벽두께 및 25 내지 49 mm의 높이를 갖는다.

도 2는 종래 기술로부터 알려져 있는 고주파 교류 전압에 의해 ICP 스풀(6)에 전기를 공급하기 위한 전기 회로 및 도 1에서 ICP 스풀(6)을 통한 절단선(Ⅱ)을 따른 단면도 및 반응기 측벽(7)을 없앤 고주파 플라즈마(8)를 보여준다. 그런데 고주파 급전부(23)를 통해서는 고주파 공급 고전압이 50 Ω의 임피던스를 가진 그 자체 공지인 시판 동축 케이블을 통해 ICP 스풀(6)의 "뜨거운" 스풀 단부(20)에 공급되고 그래서 거기에는 예컨대 접지에 대해 3000 볼트의 고주파 고전압(V(t))이 인가된다. 두 번째의 "차가운" 스풀 단부(21)는 접지(22)와 연결되어 있다. ICP 스풀(6)이 스풀 평면(41)을 획정한다. 고주파 전압을 "뜨거운" 스풀 단부(20)에 공급하거나 거기서 인출하고 또한 "차가운" 스풀 단부(21)를 접지시키는 것은 전기 도선(40)을 통해 행해진다. 임피던스 정합을 위해 추가로 두 개의 조절형 콘덴서 C₃(25) 및 C₂(24)가 제공되어 있다. 추가의 콘덴서C₄(26)가 ICP 스풀(6)과 더불어 형성되는 진동 회로의 공진 조건을 형성한다.

도 3은 도 2에 의한 공지의 구체예의 발전형으로서의 본 발명의 제 1 실시예로서, 이제는 모두 "뜨거운" 스풀 단부로서의 역할을 하는 제 1 스풀 단부(20')와 제 2 단부(21')를 통한 ICP 스풀(6)에의 대칭적인 공급을 보여준다. 고주파 교류 전압의 공급은 고주파 급전부(23)를 통해 제 1 공급 전압점(32) 및 이것과 연결되어 있는 제 2 공급 전압점(31)에 행해진다. 교류 전압은 50Ω의 임피던스를 가진 통상적 동축 케이블을 통해 고주파 급전부(23)에 공급된다.

그래서 고주파 급전부(23)는 먼저 제 1 스풀 단부(20')에 전기 도체(40)를 통해 고주파 교류 고전압을 공급한다. 선택된 주파수에 따라 13.56 MHz에서는 7.2 미터를 갖고 바람직하게는 역시 50Ω의 임피던스를 갖는 통상적 동축 케이블로 구성되어 있는 λ/2 지연 도선(30)이, 제 1 공급 전압점(32)과 제 2 공급 전압점(31)을 서로 연결시킨다. 이 경우 케이블에 최소 손실이 일어나고 λ/2 지연 도선(30) 상에 있어 정상파에 의한 (전파) 발사가 일어나지 않게 된다. 이 경우 λ/2 지연 도선(30)의 길이는 λ/2 * V로 치수 정해지는데, 여기서 V는 대부분의 동축 케이블의 경우 0.65의 값을 갖는 케이블에 따른 단축 인자이고 λ는 진공 중에서 전파할 때의 고주파 전압의 파장이다. 그래서 λ/2 지연 도선(30)에 의해 양 공급 전압점(31, 32)에는 주파수는 같고 크기에 있어서는 적어도 비슷하게는 진폭이 같은 고주파 교류 전압이 인가되는데, 그들 고주파 교류 전압은 서로 180°만큼 위상차가 있고 따라서 반대 위상이 된다. 집합적으로 고려하면, λ/2 지연 도선(30)은 제 1 공급 전압점(32)에 인가되는 고주파 고전압의 경면상을 형성하여 그것을 제 2 공급 전압점(31)에 공급한다. 그와 동시에 그 도선은 공급된 고주파 전력을 대칭화시킨다. 고주파 급전부(23) 및 공급 전압점(31 및 32)을 통해 ICP 스풀(6)의 양 단부(20' 및 21')에 공급된 고주파 역상 고압와는 예컨대 크기로 각각 접지에 대해 1500 볼트의 진폭을 갖고 이것은 앞서 도 2에 따른 ICP 스풀의 "뜨거운" 단부에 인가되는 전압 V(t)의 단지 절반 크기이다.

종합적으로는 두 케이블 심선에 접지 대칭의 공급 전압이 얻어지는 것으로, 즉 제 1 공급 전압점(32)에서는 고주파 공급 케이블에 경과 전압이 또한 제 2 공급 전압점(31)에서는 지연 도선의 개시 위치에 경과 전압이 얻어지는데, 전압점들(31, 32)은 서로 200Ω(비대칭시 50Ω입력치에 대해 4 배의 임피던스)의 임피던스를 갖는다. 그럼으로써 제 1 스풀 단부(20')에는 전압이 또한 제 2 스풀 단부(21')에는 전압이 공급된다.

한편으로 공급 전압점들(31, 32)과 다른 한편으로 ICP 스풀(6)과 진동회로 콘덴서C₄(26)를 통해 발생된 유도형 플라즈마(8) 사이의 임피던스 정합을 위해, 추가로 세 개의 콘덴서(C₂, C₃및 C₁)가 제공되어 있는데 이들의 용량은 C₂(24)와 C₁(27)의 경우 동조 가능하고 이들은 소위 "성냥갑"을 구성한다. 그리고 ICP 스풀(6)의 정확한 대칭 공급을 위해서는 콘덴서 C₁(27)의 용량이 콘덴서 C₃(25)의 용량과 같을 때에 유리하다. 그러나 이 대칭으로부터의 약간의 편의는 공정에 손상적 영향을 주는 일 없이 용납 가능하다. 특히, 양 콘덴서 중의 하나 예컨대 C₁(27)을 소위 "부하 콘덴서"(C₂)와 같이 바리콘(가변 회전식 콘덴서)으로 구성하여 임피던스 정합을 위해 가변 조절하고, 한편 다른 콘덴서, 예컨대 C1(25)은, 대략 정합된 위치에서의 첫째 콘덴서의 용량을 나타내는 고정된 값에 유지시킬 수 있다.

표 1에는 예로서 콘덴서들 C₂(24), C₃(25), C₄(26) 및 C₁(27)의 유리한 값 조합 그리고 그것에 의해 달성되는 용량 C₁대 C₃의 비에 의해 주어지는 대칭성 또는 비대칭성이 표시되어 있다. 필요한 최적 용량을 구하기 위해서 유리하게도 반복과정을 수행하는데 우선 예컨대 콘덴서 C₃(25)의 용량에 대해 그럴법한 고정치를 선택한다. 그런 후 "성냥갑" 내에서 콘덴서 C₁(27)과 C₂(24)를 이용하여 임피던스 정합 과정을 수행하고, 그렇게 하여 공급 전압점(32)과 (31)사이에서의 200 Ω의 입력 임피던스가 생성된 유도성 플라즈마(8)에 최적하게 정합하게 한다.

C₃(25)의 용량 고정치 및 조절된 C₁(27)의 값으로부터 임피던스 정합을 위한 두 직렬 콘덴서로부터의 결정적 합성 총용량 C' =(C₁ ^-1+ C₃ ^-1)^-1이 얻어진다. 이제 C₃' = (2 * C') = 2 * (C₁ ^-1+ C₃ ^-1)^-1에 의한 용량 C₃'을 가진 고정치 콘덴서 C₃(25)의 새로운 고정 용량을 채택하면, 콘덴서 C₃(25)의 용량으로 이 새 값을 가진 "성냥갑"은 (정합을 위해) 바리콘 C₁(27)을 정확히 그와 같은 값, 즉 C₁= C₃= C'(주; 2C'가 옳을 것임)에 조절시킬 것이고, 이에 의해 앞에서와 같은 직렬 회로의 총 용량(C')이, 따라서 같은 임피던스 변환이 될 것으로, 당연히 이제는 두 용량(C₁과 C₂)이 대칭으로 배치된 상태, 따라서 두 스풀 단부(21' 와 20')에서의 스풀 전압이 대칭인 상태로 될 것이다. 따라서 단일회의 반복에 의해, 유도형 소스 장치의 대칭 정합된 작동을 위한 콘덴서 C₃(25)의 최적한 고정 용량치를 구할 수 있게된다. 이 고려에서는 콘덴서 C₂(24)와 C₄(26)는 중요성이 없는데 그 이유는 이들은 대칭성에 영향을 주지 않기 때문이다.

도 4는, 다른 것은 도 1 및 3에서 설명한 것과 같게 실시하면서, 양 콘덴서 값이 동시에 변하도록 양 콘덴서 C₁(27) 및 C₃(25)으로 중계 바리콘를 사용한 것을 보여준다. 이 중계 장치는 예컨대, 양 바리콘 C₁(27) 및 C₃(25)을 전기 절연성 기계 결합에 의해 직렬 설치하여 동시에 변하게 가거나, 또는 병렬 배치하여 체인 작동 또는 로프 작동에 의해 동시에 동작하게 함으로써 실현될 수 있다.

바리콘을 병렬 배치하는 다른 실시예에서는 양 바리콘 축을 기계적으로 서로 결합하기 위해 전기 절연된 치차를 사용할 수도 있다. 또한 서보 모터에 의해 동기적으로 제어되는 두 개의 자주적 C₁(27)과 C₃(25)을 사용하는 것도 가능하다. 또한 필요할 경우에는 완전한 대칭 동일화를 달성하기 위해 고정치 콘덴서로서 바리콘 C₁(27)과 C₃(25)에 병렬 배치되도록 추가의 소형 트림 콘덴서가 사용될 수 있다. 그것에 의해 어느 경우에나, 항상 ICP 스풀(6) 내에는 대칭적으로 스풀에의 급전이 행해져, 대단히 높은 빈도 공정의 경우 ICP 스풀(6)과 발생된 고밀도 플라즈마(8)에 있어서의 최적 대칭 관계가 존재하게 되기 때문에, 동일한 한 구조의 장치에 의해 광범 다양한 제조공정을 최적하게 커버할 수 있다.

표 2에는 추가적으로 도 4에 의한 상기한 실시예에 또한 도 5에 따른 다음의 실시예에도 적합한 최적 용량 세트가 표시되어 있다.

도 2로 설명한 실시예의 정확히 대칭인 스풀 급전은, 스풀 중심(42)이 이제는 언제나 0 볼트의 전압에 놓인다는 큰 이점을 갖는다. 그래서 도 4의 발전된 구성인 추가 실시예로서의 도 5에 의해 설명될 수 있는 것처럼 스풀 중심(42)은 이제는 확실히 스풀 접지(33)를 사용하여 접지될 수 있다. 스풀 중심(42)의 확실한 접지는, 접지 전위와 단단하게 연결되지 않은 ICP 스풀(6)의 경우 발생하는 문제점인, ICP 스풀(6) 위에 소위 고주파 등 펄스 전압이 발생하는 문제를 해결해 준다. ICP 스풀(6) 내에서 전류를 구동시키는 고주파 역 펄스(푸시풀) 전압에 중첩되어 있는 상기 고주파 등 펄스 전압은, ICP 스풀(6)의 모든 점에서 같아 스풀 회로 자체 내에는 어떤 전류 흐름도 일으키지 않는다.

이 등 펄스 전압의 발생 원인으로서는, 양 스풀 단부(20', 21')에 인가되는 고주파 고전압 사이의 작은 위상 오차, 고밀도 플라즈마(8)로부터 ICP 스풀(6)에 대한 반작용 및 그 외의 약간의 대칭성 오차가 언급될 수 있다. 등 펄스 전압의 감쇠는 오직 고밀도 플라즈마(8) 내로의 용량적 결합에 의해 또한 반응기(6)의 유전성 반응기 측벽(7)을 통한 유도형 변위 전류에 의해서만 행해질 수 있다. 그래서 ICP 스풀(6)은, 용량적으로 결합된 부차적 플라즈마를 구동시키는 - 양극과 플라즈마 사이에 유전체를 가진 공지의 삼극관 장치와 비슷하게 - 전극과 부분적으로는 비슷하게 작용한다. 플라즈마(8) 내에 있어서의 상기한 유도된 변위 전류는 유도형 고밀도 플라즈마(8)를 구동하는 스풀 전류에 비해 비교적 적다. 따라서 그렇게 하여 추가적으로 플라즈마(8) 내에 결합된 에너지 량은 처음에는 적다. 그러나 이 등 펄스 전압은 특히 ICP 스풀(6)에 있어 600 와트 이상의 대단히 큰 고주파 전력의 경우 플라즈마 특성을 심하게 악화시킬 수 있다. 스풀 중심(42)에 스풀 접지(33)를 형성함에 의해 상기한 ICP 스풀(6)에서의 등 펄스 전압은 효과적으로 억제되고 그래서 예컨대 플라즈마 에칭 공정시, 특히 대단히 높은 고주파 전력의 경우, 윤곽 충실성 및 에칭율 균일성이 현저하게 개선될 수 있다.

Claims (15)

1. 제 1 및 제 2 스풀 단부는 각각 소속된 제 1 공급 전압점(32)과 제 2 공급 전압점(31)을 통해 고주파 급전부(23)에 연결되어 있고 또한 그들 단부에는 공급 전압점들(31, 32)을 통해 각각 같은 주파수의 고주파 교류 전압이 인가되어 있는, 제 1 스풀 단부(20, 20')와 제 2 스풀 단부(21, 21')를 가진 ICP 스풀(6)을 사용하여 반응기(2)에서 고밀도 플라즈마(8)에 의해 기판(9)을 에칭하기 위한 플라즈마 처리장치에 있어서,

   제 1 공급 전압점(32)과 제 2 공급 전압점(31)은, 양 스풀 단부(20,20' 21,21')에 인가되는 교류 전압들이 적어도 거의 서로 역상이 되도록, λ/2 지연 도선(30)에 의해 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
2. 제 1 항에 있어서, 양 스풀 단부(20,20' 21,21')에 인가되는 두 교류 전압이 적어도 거의 같은 진폭을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
3. 제 1 항에 있어서, ICP 스풀(6)이 단지 한 권선을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
4. 제 1 항에 있어서, ICP 스풀(6)이 반응기(2)를 영역적으로 적어도 대체적으로는 둘러싸는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
5. 제 1 항에 있어서, 반응기(2) 내에 있어서 고밀도 플라즈마(8)를 여기시키기 위한 장소로서의 플라즈마 소스(18)와 기판(9) 사이에 개구부(13)가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
6. 제 1 항에 있어서, 기판(9)은, 고주파 전압 소스(12)와 연결되어 있는 기판 전극(10) 위에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
7. 제 1 항에 있어서, 고주파 교류 전압은, ICP 스풀(6)에 의해 구성되는 스풀 평면(41)에 평행하게 뻗는 전기 도선(40)을 통해, 제 1 스풀 단부(20, 20')와 제 2 스풀 단부(21, 21')에 인가되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
8. 제 1 항에 있어서, ICP 스풀(6) 및/또는 반응기(2) 주위에서 발생하는 전류는 ICP 스풀(6)에 의해 구성되는 스풀 평면(41)에 평행하게 뻗도록 안내되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
9. 제 1 항에 있어서, 양 공급 전압점(30, 31) 및 그들 점과 연결되어 있는 양 스풀 단부(20', 21') 사이에는 임피던스 정합을 위한 전기 회로가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 전기 회로는 콘덴서(24, 25, 26, 27)를 가진 용량성 회로망인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
11. 제 10 항에 있어서, 용량성 회로망은 적어도 대략은 대칭적이고 특히 동일 일치할 수 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
12. 제 1 항에 있어서, ICP 스풀(6)의 중심점(42)이 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
13. 제 1 항 또는 4 항에 있어서, ICP 스풀(6)은, 특히 원형 세라믹 통으로 구성되어 있는 반응기(2)를, 스풀 단부들(20,20', 21,21')이 반응기(2)로부터 최대 거리를 갖도록, 둘러싸는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
14. 제 1 항에 있어서, 기판(9)과 ICP 스풀(6) 사이의 거리는 스풀 평면(41)에 대해 수직으로 최대가 되도록, 기판(9) 및/또는 ICP 스풀(6)이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
15. 제 1 항에 있어서, 반응기(2)에서 발생된 플라즈마 소스(18)로서의 고밀도 플라즈마(8)와 기판(9) 사이의 반응기 측벽(7)에는 위요하는 금속 스페이서 부재(11)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.