KR20020027604A - 마그네트론 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

마그네트론 플라즈마 처리 장치 Download PDF

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KR20020027604A
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고지 미야타
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히가시 데쓰로
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카나가와 치히로
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Abstract

기판(30)에 마그네트론 플라즈마 처리를 하는 데 있어서, 다수의 이방성 세그먼트 자석(22)을 챔버(1)의 둘레의 벽의 주위에 링 형상으로 배치하여 구성되는 쌍극자 링 자석(21)을 설치하고, 서로 이격된 한 쌍의 평행 전극 사이의 전계 방향에 직교하는 평면 내에서 자장 방향 B에 직교하는 방향을 따라서 E극측으로부터 W극측을 향해 자장 강도가 작아지는 자장 구배를 형성하며, 상기 복수의 이방성 세그먼트 자석은 피처리 기판의 E극측 단부의 외측에 위치하는 영역A의 근방에 이 영역에 N극을 향하게 하여 배치된 이방성 세그먼트 자석으로 구성되는 제 1 부분(a)과, 상기 영역에 S극을 향하게 하여 배치된 이방성 세그먼트 자석으로 구성되는 제 2 부분(b)을 포함하고, 이들 제 1 부분 및 제 2 부분에 의해 상기 제 1 및 제 2의 영역의 자장 강도를 국부적으로 높게 하고 있다.

Description

마그네트론 플라즈마 처리 장치{MAGNETRON PLASMA PROCESSING APPARATUS}
최근 비교적 저압 분위기에서 고밀도의 플라즈마를 생성하여 미세 가공의 에칭을 실행하는 마그네트론 플라즈마 에칭 장치가 실용화되어 있다. 이 장치는 영구 자석을 챔버의 상방에 배치하고, 영구 자석으로부터 누설된 자장을 반도체 웨이퍼에 대하여 수평으로 인가하는 동시에, 이것에 직교하는 고주파 전계를 인가하고, 이 때에 발생하는 전자의 드리프트(drift) 운동을 이용하여 극히 고효율로 에칭하는 것이다.
이와 같은 마그네트론 플라즈마에 있어서, 전자의 드리프트 운동에 기여하는 것은 전계에 수직한 자장, 즉 반도체 웨이퍼에 대하여 수평인 자장이지만, 상기 장치에서는 반드시 균일한 수평 자장이 형성되지 않기 때문에, 플라즈마의 균일성이 충분하지 않고, 에칭 속도의 불균일이나 차지 업(charge up) 손상 등이 발생하는 문제가 있다.
이러한 문제를 회피하기 위해 챔버 내의 처리 공간에서의 반도체 웨이퍼에 대하여 동일한 수평 자장을 형성하는 것이 요망되고 있고, 이와 같은 자장을 발생할 수 있는 자석으로서, 쌍극자(dipole) 링 자석이 공지되어 있다. 도 9에 도시하는 바와 같이, 이 쌍극자 링 자석(102)은 챔버(101)의 외측에 복수의 이방성 세그먼트 막대 자석(103)을 링 형상으로 배치한 것이며, 이들 복수의 이방성 세그먼트 막대 자석(103)의 자화의 방향을 조금씩 옮기어 전체적으로 동일한 수평 자장 B를 형성하는 것이다. 또한, 도 9는 장치를 위에서 본 도면(평면도)이며, 자장 방향의 기단측을 N, 선단측을 S, 이들로부터 90°의 위치를 E 및 W로 나타내고 있다. 또한, 도 9에 있어서 참조 부호(100)는 반도체 웨이퍼이다.
그러나, 이와 같이 쌍극자 링 자석에 의해 형성되는 수평 자장은 도 9에 있어서 N으로부터 S의 한 방향만을 향하고 있는 수평 자장이기 때문에, 이 상태에서는 전자는 드리프트 운동을 하고 한 방향으로 진행하여 플라즈마 밀도의 불균일을 발생한다. 즉, 전자는, 전계와 자계의 외적(外積) 방향, 즉 전계가 위로부터 아래를 향해 형성되어 있는 경우에는, E극측으로부터 W극측을 향해 드리프트 운동을 하여 진행하기 때문에, E극측에서는 플라즈마 밀도가 낮고 W극측에서 플라즈마 밀도가 높은 불균일이 발생한다.
이 때문에, 쌍극자 링 자석을 그 원주 방향을 따라서 회전시켜 회전 자계를 형성하고, 전자의 드리프트 운동의 방향을 변화시키는 것이 실행되고 있지만, 실제로는 그 정도로는 광범위하게 플라즈마 밀도를 균일하게 할 수 없다.
그래서, 전자의 드리프트 방향, 즉 도 9의 E극측으로부터 W극측을 향하는 방향으로 자장 구배를 형성하여, 전자의 드리프트 운동에 따른 플라즈마의 불균일을 해소하는 기술이 제안되어 있다(일본 특허 공개 공보 제 97-27278 호). 이 기술에서는 도 10에 도시하는 바와 같이, W극측의 이방성 세그먼트 막대 자석을 E극측의 이방성 세그먼트 막대 자석에 비해 적게 하여 E극측으로부터 W극측을 향하는 방향으로 자장 강도가 강해지는 구배를 형성하는 것이다.
최근, 점점 장치의 미세화가 요구되고 있고, 플라즈마 에칭 처리에서는 보다 저압하에서의 처리가 요구되고 있다. 저압하에서 효율적인 플라즈마 처리를 실행하기 위해서는 플라즈마 밀도를 보다 상승시키는 것이 필요하게 되고, 이 때문에 마그네트론 플라즈마 처리에서는 자장 강도를 상승시키는 것이 고려된다.
그러나, 산화막 등의 절연막을 에칭하는 경우 등에는, 차지 업 손상을 회피하기 위해 웨이퍼가 존재하는 부분의 자장 강도는 200Gauss 정도가 한도이다. 이 때문에, 상술한 기술에 의해 자장 구배를 형성하여 플라즈마의 균일성을 달성할 수 있다고 해도, 플라즈마 밀도를 충분히 높일 수 없어, 에칭률이 불충분해질 우려가 있다. 웨이퍼의 E극측 단부 외측 부분에 국부적으로 자장이 강한 영역을 형성할 수 있으면, 웨이퍼에 손상을 주지 않고 플라즈마 밀도를 상승시킬 수 있는 것으로 생각되지만, 종래에는 국부적으로 강자장 부분을 형성하는 것이 곤란했다.
발명의 요약
본 발명의 목적은 피처리체의 처리 공간의 소망의 위치에 국부적으로 강자장 강도 부분을 형성하여, 처리 공간의 플라즈마 밀도를 높게 할 수 있는 마그네트론플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 특징에 따른 마그네트론 플라즈마 처리 장치에 따르면, 감압으로 유지 가능한 외주벽을 갖는 챔버와, 챔버 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 수단과, 이 챔버 내에 서로 대향하여 설치되고 그 사이에 처리 공간을 규정하는 한 쌍의 전극과, 이들 한 쌍의 전극에 전압을 인가하여 처리 공간에 전계를 형성시키는 전계 형성 수단과, 상기 처리 공간에 전계 방향과 직교하고 한 방향을 향하는 자장을 형성하는 자장 형성 수단을 구비하고, 상기 처리 공간에 전극에 대하여 평행하게 피처리 기판이 배치된 상태로 상기 기판에 마그네트론 플라즈마 처리를 실시하며, 상기 자장 형성 수단은, 상기 전계 방향에 직교하는 평면내에서 자장 방향으로 직교하는 방향을 따라 전자 드리프트 방향 상류측에서 자장 강도가 크고 하류측에서 자장 강도가 작아지는 자장 구배를 형성하도록 상기 챔버의 외주벽의 주위에 링 형상으로 설치된 복수의 제 1 이방성 세그먼트 자석을 구비한 쌍극자 링 자석과, 피처리 기판의 전자 드리프트 방향 상류측 단부의 외측에 위치하는 소정 영역 근방에 그 소정 영역에 N극을 향하게 하여 배치된 적어도 하나의 제 2 이방성 세그먼트 자석과, 상기 소정 영역의 근방에 그 소정 영역에 S극을 향하게 하여 배치된 적어도 하나의 제 3 이방성 세그먼트 자석을 갖고, 이들 제 2 및 제 3 이방성 세그먼트 자석은 상기 소정 영역의 자장을 상기 제 1 이방성 세그먼트에 의해 형성되는 자장보다도 국부적으로 높게 하고 있다.
또한, 본 발명의 제 2 특징의 마그네트론 플라즈마 처리 장치에 따르면, 외주벽을 갖고 갑압으로 유지 가능한 챔버와, 챔버 내에 처리 가스를 공급하는 처리가스 공급 수단과, 이 챔버 내에 서로 대향하여 설치되고 그 사이에 처리 공간을 규정한 한 쌍의 전극과, 이들 한 쌍의 전극에 전압을 인가하여 처리 공간에 전계를 형성시키는 전계 형성 수단과, 상기 한 쌍의 전극 사이의 처리 공간에 전계 방향과 직교하고 한 방향을 향하는 자장을 형성하는 자장 형성 수단을 구비하고, 상기 처리 공간에 전극에 대하여 평행하게 피처리 기판이 배치된 상태에서 상기 기판에 마그네트론 플라즈마 처리를 실시하며, 상기 자장 형성 수단은 상기 챔버의 외주벽의 주위에 링 형상으로 배치된 다수의 이방성 세그먼트 자석을 구비한 쌍극자 링 자석을 갖고, 상기 전극 사이의 전계 방향에 직교하는 평면 내에서 자장 방향으로 직교하는 방향을 따라서 전자 드리프트 방향 상류측에서 자장 강도가 크고 하류측에서 자장 강도가 작아지는 자장 구배를 형성하며, 상기 복수의 이방성 세그먼트 자석은 피처리 기판의 전자 드리프트 방향 상류측 단부의 외측에 위치하는 제 1 영역의 근방에 그 제 1 영역에 N극을 향하게 하여 배치된 적어도 하나의 이방성 세그먼트 자석으로 구성되는 제 1 부분과, 피처리 기판의 전자 드리프트 방향 상류측 단부의 외측에 상기 제 1 영역과는 이격되어 위치하는 제 2 영역의 근방에 그 제 2 영역에 S극을 향하게 하여 배치된 적어도 하나의 이방성 세그먼트 자석으로 구성되는 제 2 부분을 포함하고, 이들 제 1 부분 및 제 2 부분에 의해 상기 제 1 및 제 2 영역의 자장 강도를 국부적으로 높게 하고 있다.
상기 구성에 의하면, 피처리 기판의 전자 드리프트 방향 상류측 단부의 외측 부분에 위치하는 소정 영역에서 국부적으로 강자장 부분을 형성할 수 있어, 처리 공간의 플라즈마 밀도를 높게 할 수 있다.
바람직하게는, 이방성 세그먼트 자석은 전자 드리프트 방향 상류측의 것의 상호 간격이 하류측의 것의 상호 간격보다도 좁게되어 있다.
또한, 상기 이방성 세그먼트 자석은 피처리 기판에 대향하는 자계의 부분이 최대 200Gauss인 자장을, 바람직하게는 100 내지 200Gauss의 자장을 형성하고, 또한 상기 소정 영역에 200Gauss 이상, 바람직하게는 200 내지 400Gauss의 자장을 형성하고 있는 것이 바람직하다.
본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 피처리 기판에 대하여 마그네트론 플라즈마에 의한 처리를 실행하는 마그네트론 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론 플라즈마 에칭 장치를 도시하는 단면도,
도 2는 도 1의 장치의 챔버의 주위에 배치된 상태의 쌍극자 링 자석의 수평 단면도,
도 3은 도 1의 마그네트론 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 쌍극자 링 자석과 챔버 내부의 상태를 개략적으로 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 포커스 링으로 발생한 전자의 드리프트 상태를 도시하는 개략도,
도 5는 도 2의 쌍극자 링 자석으로 형성된 자장의 자장 강도 분포를 도시하는 도면,
도 6은 종래의 쌍극자 링 자석으로 형성된 자장의 자장 강도 분포를 도시하는 도면,
도 7은 본 발명 및 종래의 마그네트론 플라즈마 에칭 장치의 처리공간의 E-W 단면에 있어서의 자장 강도 구배를 도시하는 그래프,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마그네트론 플라즈마 에칭 장치의 챔버 주위에 배치된 쌍극자 링 자석의 수평 단면도,
도 9는 종래의 쌍극자 링 자석을 도시하는 개략도,
도 10은 종래의 쌍극자 링 자석을 도시하는 개략도.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론 플라즈마 에칭 장치를 도시하는 단면도이다. 이 에칭 장치는 기밀하게 구성되고, 소직경의 상부(1a)와 대직경의 하부(1b)로 구성되는 단차진 원통 형상을 이루며, 벽부가 예컨대 알루미늄과 같은 도체로 형성된 챔버(1)를 갖고 있다. 이 챔버(1)내에는 피처리체인 반도체 웨이퍼(30)를 상측에 수평으로 지지하는 지지 테이블(2)이 설치되어 있다. 이 지지 테이블(2)은 예컨대 알루미늄의 원형판에 의해 구성되어 있고, 절연판(3)을 거쳐 도체의 지지대(4)에 지지되어 있다. 지지 테이블(2)의 표면의 외주에는 도전성 재료, 예컨대 단결정 실리콘으로 형성된 도전성 포커스 링(5)이 설치되어 있다. 상기 지지 테이블(2)과 지지대(4)는 적어도 하나의(본 실시예에서는 2개의) 볼나사(ball screw)(7)와 이들 나사를 회전시키는 모터(도시하지 않음)를 갖는 공지된 볼나사 기구에 의해, 챔버(1)에 대하여 화살표로 도시하는 방향으로 승강 가능하게 되어 있다. 지지대(4)의 하방의 구동 부분은 지지대(4)와 챔버(1)의 바닥벽의 사이에 설치된 스테인리스 강(SUS)제의 벨로스(8)로 덮여 있다. 벨로스(8)의 외측에는 상호 미끄럼운동 가능한 한 쌍의 통체(筒體)로 구성되는 벨로스 커버(9)가 설치되어 있다.
지지 테이블(2)에는 매칭 박스, 즉 회로(11)를 거쳐 RF전원(10)이 접속되어 있다. RF전원(10)으로부터는 예컨대 13.56㎒의 고주파 전력이 지지 테이블(2)에 공급되도록 되어 있다. 지지 테이블(2)에 대향하여 그 상방에는 챔버(1)의 소직경부의 상부를 구성하는, 후술하는 샤워 헤드(16)가 지지 테이블에 대하여 평행하게 설치되어 있고, 이 샤워 헤드(16)는 접지되어 있다. 따라서, 이 샤워 헤드(16)와 지지 테이블(2)은 한 쌍의 평행 전극으로서 기능한다.
지지 테이블(2)의 표면상에는 상기 직경이 300㎜인 반도체 웨이퍼(30)를 정전 흡착하기 위한 정전 척(6)이 포커스 링(5)에 의해 둘러싸이도록 하여 설치되어 있다. 이 정전 척(6)은 한 쌍의 절연체(6b)의 사이에 전극(6a)이 개재되어 구성되어 있고, 전극(6a)에는 직류 전원(12)이 접속되어 있다. 전극(6a)에 전원(12)으로부터 전압이 인가됨으로써 쿨롱 힘에 의해 반도체 웨이퍼(30)가 정전 척상에 흡착될 수 있다.
지지 테이블(2)의 내부에는 도시하지 않은 냉매 유로가 형성되어 있고, 그 내부에 적절한 냉매를 순환시킴으로써 반도체 웨이퍼(30)를 소정의 온도로 제어 가능하게 되어 있다. 또한, 포커스 링(5)의 외측에는 배플판(13)이 설치되어 있다. 배플판(13)은 지지대(4)와 벨로스(8)를 통해 챔버(1)와 전기적으로 도통하고 있다.
상기 샤워 헤드(16)는 다수의 가스 토출 구멍(18)이 형성된 하판(16a)을 갖는다. 이 하판(16a)의 상방에 위치하는 챔버(1)의 상벽의 중앙에는 가스 도입부(16b)가 형성되어 있다. 샤워 헤드 내부, 즉 하판(16a)과 상벽의 사이에는 공간(17)이 형성되어 있다. 가스 도입부(16b)에는 가스 공급 배관(15a)의 일단이 접속되어 있고, 이 가스 공급 배관(15a)의 다른 단에는 에칭용 반응 가스 및 희석 가스로 구성되는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급계(15)가 접속되어 있다. 반응 가스로는 할로겐계의 가스, 희석 가스로는 Ar가스, He 가스 등, 통상 이 분야에서 이용되는 가스를 사용할 수 있다.
이와 같은 처리 가스가 처리 가스 공급계(15)로부터 가스 공급 배관(15a)과 가스 도입부(16b)를 거쳐 샤워 헤드(16)의 공간(17)에 이르고 가스 토출 구멍(18)으로부터 토출되어 반도체 웨이퍼(30)에 형성되어 있는 막이 에칭된다.
처리실(1)의 하부(1b)의 측벽에는 배기 포트(19)가 형성되어 있고, 이 배기 포트(19)에는 배기계(20)가 접속되어 있다. 배기계(20)에 설치된 진공 펌프를 작동시킴으로써 챔버(1)내를 소정의 진공도까지 감압할 수 있다. 처리실(1)의 하부(1b)의 측벽 상측에는 반도체 웨이퍼(30)의 반입 출구를 개폐하는 게이트 밸브(24)가 설치되어 있다.
챔버(1)의 상부(1a)의 주위에는 동심 형상으로 쌍극자 링 자석(21)이 설치되어 있고, 지지 테이블(2)과 샤워 헤드(16)의 사이의 처리 공간에 수평 자계를 발생시키도록 되어 있다. 이 쌍극자 링 자석(21)은 도시하지 않은 모터 등의 회전 수단에 의해 상부(1a)의 중심축을 중심으로 회전 가능하게 되어 있다.
이와 같이 구성되는 마그네트론 플라즈마 에칭 장치에 있어서는, 우선, 게이트 밸브(24)를 개방하여 반도체 웨이퍼(30)가 챔버(1) 내에 반입되고, 지지 테이블(2)에 탑재된다. 이 때, 직류 전원(11)으로부터 정전 척(6)의 전극(6a)에 소정의 전압이 인가되어, 반도체 웨이퍼(30)는 쿨롱 힘에 의해 정전 척상에 흡착된다. 그 후, 지지 테이블(2)이 도시한 위치까지 상승되고, 배기계(20)의 진공 펌프에 의해 배기 포트(19)를 통해 챔버(1) 내부가 배기된다.
챔버(1) 내부가 소정의 진공도로 된 후, 챔버(1)내에는 처리 가스 공급계(15)로부터 소정의 처리 가스가 도입되어 챔버(1) 내부가 소정의 압력, 예컨대 50mTorr로 유지되며, 이 상태에서 RF전원(10)으로부터 지지 테이블(2)에 주파수가 예컨대 13.56㎒, 파워가 예컨대 1000 내지 5000W인 고주파 전력이 공급된다.
이 경우에, 상술한 바와 같이 하여 하부 전극인 지지 테이블(2)에 고주파 전력이 인가됨으로써, 상부 전극인 샤워 헤드(16)와 하부 전극인 지지 테이블(2)과의 사이의 처리 공간에는 수직 전계가 형성된다. 처리실(1)의 상부(1a)에는 쌍극자 링 자석(21)에 의해 수평 자계가 형성되어 있기 때문에, 처리 공간에는 전자의 드리프트에 의해 마그네트론 방전이 발생하고, 그에 의해 형성된 처리 가스의 플라즈마에 의해 반도체 웨이퍼(30)상에 형성된 소정의 막이 에칭 처리된다.
다음으로, 쌍극자 링 자석에 관하여 설명한다.
도 2는 챔버(1)의 주위에 배치된 상태의 쌍극자 링 자석의 횡단면도이다.
이 도면에 도시하는 바와 같이, 쌍극자 링 자석(21)은 직경 방향이 착자(着磁) 방향인 원주 자석으로 형성된 다수의 이방성 세그먼트 자석(22)이 링 형상의자성체의 케이싱(23)에 장착되어 구성되어 있다. 이 예에서는, 30개의 이방성 세그먼트 자석(22)이 링 형상으로 배치되어 있다. 그러나, 이방성 세그먼트 자석의 수는 이 예에 한정되는 것이 아니고, 그 단면 형상도 이 예와 같이 원에 한정되지 않으며, 정방형, 직사각형, 사다리꼴 등, 임의의 형상을 채용할 수 있다. 이방성 세그먼트 자석(22)을 구성하는 자석 재료도 특별히 한정되는 것이 아니라, 예컨대 희토류계 자석, 페라이트계 자석, 알니코 자석 등, 공지한 자석 재료를 적용할 수 있다. 이와 같은 쌍극자 링 자석의 구성 및 이 회전 기구는 본 명세서에 참조로서 기재되어 있는 미국 특허 제 6,014,943 호에 일례가 개시되어 있다.
쌍극자 링 자석(21)은 종래와 같이 복수의 이방성 세그먼트 자석(22)의 자화의 방향을 조금씩 어긋나게 하여, 도 2에 도시하는 바와 같이 전체로서 한 방향을 향하는 수평 자장 B를 형성하는 제 1 그룹의 제 1 이방성 세그먼트 자석을 갖는다. 도 2에 있어서, 자장 방향의 기단측을 N극측, 선단측을 S극측, 여기서 90° 벗어난 방향의 위치를 E극 및 W극으로 도시하고 있다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 처리 공간에는 수직 전계 EL과 거의 N극측으로부터 S극측을 향하는 수평 자장 B가 형성되어 있기 때문에, 플라즈마에 의해 발생한 전자는 E극측으로부터 W극측을 향하여 드리프트 운동을 실행하며 진행한다. 이 때문에, 이 상태에서는 W측의 전자 밀도가 높아져 플라즈마 밀도의 불균일을 발생시킨다. 플라즈마 밀도는 자장 강도가 높아질수록 상승하기 때문에, E극측의 자장 강도가 높고, W극측의 자장 강도가 낮아지는 자장 강도의 구배를 형성함으로써 상기 문제를 해결할 수 있다.
종래에는, 그 때문에 W극측 부분의 이방성 세그먼트 자석을 E극측보다도 적어지도록 줄이는 동시에, E극측의 이방성 세그먼트 자석의 자기 강도를 높게 하여, 처리 공간의 E극측 단부의 자장 강도가 가장 강하고, 또한 드리프트 전자가 W극측에서 확산하는 자력선이 형성되도록 자석을 설계하고 있다.
반도체 웨이퍼(30)상의 절연막(산화막, 질화막 등)을 에칭하는 경우는 차지 업 손상이 우려되므로, 반도체 웨이퍼(30)상에는 가장 자장 강도가 강한 E극측 단부에서도 200Gauss 이하로 할 필요가 있고, 종래의 자장 구배로는 웨이퍼의 E극측 단부 외측의 자장 강도가 충분하다고는 말할 수 없으며, 플라즈마의 생성량이 적어져 에칭률이 불충분해질 우려가 있다. 즉, 최근의 장치의 미세화에 따라, 플라즈마 에칭 처리로는 보다 저압 하에서의 처리가 요구되고 있고, 저압 하에 있어서 효율적인 플라즈마 처리를 실행하기 위해서는 플라즈마 밀도를 보다 상승시킬 필요가 있지만, 종래의 자장 구배로는 충분한 플라즈마의 생성량을 얻을 수 없다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해, 상기 쌍극자 링 자석(21)에서는, 도 2에 도시하는 바와 같이, W극측 부분의 이방성 세그먼트 자석을 줄여 W극측의 자장 강도를 저하시키는 동시에, 도 2의 참조부호(a,b)로 도시한 영역A의 근방 부분의 이방성 세그먼트 자석(도 2 및 도 3의 이방성 세그먼트 자석)의 자극을 영역A에 대향시킨다. 구체적으로 참조부호(a) 부분의 이방성 세그먼트 자석으로는 N극을, 참조부호 (b) 부분의 이방성 세그먼트 자석으로는 S극을 영역A에 대향시킨다. 이와 같이 하여 이방성 세그먼트 자석의 N극 및 S극을 영역A에 대향시킴으로써, 영역A의 자장을 국부적으로 강하게 할 수 있다. 그리고, 이와 같이 반도체웨이퍼(30)의 E극측 단부의 외측 영역의 자장 강도가 높아짐으로써, 그 영역에서의 플라즈마 생성량을 상승시킬 수 있어 플라즈마 밀도를 높일 수 있다.
즉, 반도체 웨이퍼(30)의 E극측의 외측 영역의 자장 강도를 상승시킴으로써, 바람직하게는 200Gauss 이상으로 함으로써, 도 4에 도시하는 바와 같이, 반도체 웨이퍼(30)의 E측 외측의 포커스 링(5)의 표면에서의 전자의 생성량이 증가하기 때문에, 드리프트에 의해 W측으로 공급되는 전자의 양도 증가하여, 결과적으로 플라즈마 밀도가 상승한다.
본 발명에 따라 도 2에 도시하는 바와 같이, 참조부호(a,b)로 도시한 부분의 이방성 세그먼트 자석의 자극을 영역 A에 대향시킨 경우의 자장 강도 분포와 자극의 방향을 변화시키지 않은 종래의 경우의 자장 강도를 각각 도 5 및 도 6에 도시한다. 또한, 이들 도면의 등자장 강도선은 10Gauss 간격이다. 이들 도면을 비교하면, 도 5에서는, 영역 A에 상당하는 부분(중심 상부)의 등자장 강도선의 간격이 조밀하고, 자장 강도의 구배가 급격하여 그 부분의 자장 강도가 높아지는 것에 비해, 도 6에서는 영역 A에 상당하는 부분의 등자장 강도선의 간격이 그다지 조밀하지 않고, 자장 강도의 구배가 완만하여 그 부분의 자장 강도는 그다지 높지 않다는 것을 알 수 있다. 실제로 E-W 단면에서의 자장 강도 구배는 도 7에 도시하는 바와 같이 되어 있고, 본 발명에서는 반도체 웨이퍼(30)의 E측 단부의 외측 영역에 있어서 자장 강도의 구배가 급격하며, 종래보다도 현저하게 높은 자장 강도를 얻을 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
이상과 같은 자장 강도가 강한 부분을 반도체 웨이퍼(30)의 E극측 외측의 넓은 영역에 걸쳐 형성하고, 반도체 웨이퍼(30)의 E극측 단부 및 그 외측 부분을 따라 넓은 영역에 걸쳐 등자장 강도로 되도록 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 반도체 웨이퍼(30)의 단부 영역 근방의 넓은 범위에서 전자가 일제히 드리프트를 시작하기 때문에, 플라즈마 밀도를 상승시키기 쉽다.
이러한 관점에서는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 반도체 웨이퍼(30)의 E측 단부 외측에서 E-W 라인의 양측 영역C,D의 자장을 강하게 하는 것도 유효하다. 이 경우에는, 이 도면에 도시하는 바와 같이, 영역C,D근방의 부호c,d의 부분 각각의 적어도 하나(본 예에서는 각 3개)의 이방성 세그먼트 자석의 자극을 각각 영역C,D에 대향시킴으로써, 소망의 자장 강도 분포를 얻을 수 있다. 구체적으로는 부호A의 부분의 3개의 이방성 세그먼트 자석의 N극을 영역C에 대향시키고, 부호d의 부분의 3개의 이방성 세그먼트 자석의 S극을 각각 영역D에 대향시킨다. 이와 같이 하여 이방성 세그먼트 자석의 N극 및 S극을 각각 영역C및D에 대향시킴으로써, 이들 영역에 있어서 쌍극자 링 자석에 의해 형성된 자장 중 영역 C, D의 자장을 국부적으로 강하게 할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니고 각종 변경이 가능하다. 예컨대, 상기 실시예에서는 피처리 기판으로서 산화막이 형성된 반도체 웨이퍼의 경우에 관해서 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 예컨대 LCD용 절연막이 형성된 유리 기판 등 다른 피처리 기판이어도 무방하다. 또한, 상기 실시예에서는 본 발명을 마그네트론 플라즈마 에칭 장치에 적용한 예에 관하여 설명했지만, 이에 한정되지 않고 다른 플라즈마 처리에도 적용할 수 있다. W극측의 자장 강도를 E극측에 비해저하시키는 기술은 상술한 바와 같이 양극측의 이방성 세그먼트 자석의 수를 변경하는 것에 한정되지 않고, 예컨대 이방성 세그먼트 자석의 수를 동일하게 하고 그 자석 강도를 상이하게 하는 등, 다른 수단도 사용될 수 있는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 소정 영역의 자장을 국부적으로 높게 하기 위해 배치되는 이방성 세그먼트 자석의 수는 적어도 하나이면 무방하며 임의로 선정할 수 있다. 또한, 이 이방성 세그먼트 자석은 반드시 다른 이방성 세그먼트 자석과 동일한 형상과 특성일 필요는 없고, 또한 동일 원상에 위치되어 있지 않아도 무방하다.
상부 전극은 샤워 헤드에 의해 구성했지만, 단순한 판상의 전극으로 하여 처리 가스를 도입하는 포트를 별도의 장소, 예컨대 챔버 둘레의 벽에 설치하고 처리 가스를 직접 처리 공간에 공급하도록 해도 무방하다. 이와 같은 경우에는 피처리 기판은 상부 전극에 지지되도록 배치될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 자장 형성 수단은 피처리 기판의 전자 드리프트 방향 상류측 단부의 외측 부분에 위치하는 소정 영역에 국부적으로 강자장 부분을 형성할 수 있어, 처리 공간의 플라즈마 밀도를 높게 할 수 있다. 그 결과, 본 발명의 장치가, 예컨대 에칭 장치로서 사용된 경우에는 저압력을 기초로 균일한 에칭이 가능해져, 미세화가 요구되는 장치에서의 에칭 처리에 적합하다.

Claims (12)

  1. 감압으로 유지 가능한 외주벽을 갖는 챔버와, 이 챔버 내에 서로 대향하여 설치되고 그 사이에 처리 공간을 규정하는 한 쌍의 전극과, 챔버 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 수단과, 이들 한 쌍의 전극에 전압을 인가하여 처리 공간에 전계를 형성시키는 전계 형성 수단과, 상기 처리 공간에 전계 방향과 직교하고 한 방향을 향하는 자장을 형성하는 자장 형성 수단을 구비하며, 상기 처리 공간에 전극에 대하여 평행하게 피처리 기판이 배치된 상태로 상기 기판에 마그네트론 플라즈마 처리를 실시하는 마그네트론 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    상기 자장 형성 수단은, 상기 전계 방향에 직교하는 평면내에서 자장 방향에 직교하는 방향을 따라서 전자 드리프트 방향 상류측에서 자장 강도가 크고 하류측에서 자장 강도가 작아지는 자장 구배를 형성하도록 상기 챔버의 외주벽의 주위에 링 형상으로 배치된 복수의 제 1 이방성 세그먼트 자석을 구비한 쌍극자 자석과,
    피처리 기판의 전자 드리프트 방향 상류측 단부의 외측에 위치하는 소정 영역의 근방에 그 소정 영역에 N극을 향하게 하여 배치된 적어도 하나의 제 2 이방성 세그먼트 자석과,
    상기 소정 영역의 근방에 그 소정 영역에 S극을 향하게 하여 배치된 적어도 하나의 제 3 이방성 세그먼트 자석을 갖고, 이들 제 2 및 제 3 이방성 세그먼트 자석은 상기 소정 영역의 자장을 상기 제 1 이방성 세그먼트 자석에 의해 형성되는 자장보다도 국부적으로 높게 하고 있는
    마그네트론 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 이방성 세그먼트 자석과 제 3 이방성 세그먼트 자석은 상기 제 1 이방성 세그먼트 자석과 함께 링 형상으로 배치되어 있는
    마그네트론 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 이방성 세그먼트 자석과 제 3 이방성 세그먼트 자석은 연속하여 배치되어 있는
    마그네트론 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 이방성 세그먼트 자석은 한 방향으로 착자(着磁)된 동일 강도의 원주 자석이고, 제 1 이방성 세그먼트 자석은 조금씩 착자 방향이 어긋나도록 배치되어 있는
    마그네트론 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 이방성 세그먼트 자석은 전자 드리프트 방향 상류측의 것의 상호 간격이 하류측의 것의 상호 간격보다도 좁게 되어 있는
    마그네트론 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 이방성 세그먼트 자석은 피처리 기판에 대향하는 자계의 부분이 최대 200Gauss의 자장을 형성하고, 상기 제 1 내지 제 3 이방성 세그먼트 자석은 상기 소정 영역에 200Gauss 이상의 자장을 형성하고 있는
    마그네트론 플라즈마 처리 장치.
  7. 외주벽을 갖고 감압으로 유지 가능한 챔버와, 챔버 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 수단과, 이 챔버 내에 서로 대향하여 설치되고 그 사이에 처리 공간을 규정하는 한 쌍의 전극과, 이들 한 쌍의 전극에 전압을 인가하여 처리 공간에 전계를 형성시키는 전계 형성 수단과, 상기 한 쌍의 전극 사이의 처리 공간에 전계 방향과 직교하고 한 방향을 향하는 자장을 형성하는 자장 형성 수단을 구비하고, 상기 처리 공간에 전극에 대하여 평행하게 피처리 기판이 배치된 상태로 상기 기판에 마그네트론 플라즈마 처리를 실시하는 마그네트론 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    상기 자장 형성 수단은, 상기 챔버의 외주벽의 주위에 링 형상으로 배치된 다수의 이방성 세그먼트 자석을 구비한 쌍극자 링 자석을 갖고, 상기 전극 사이의 전계 방향에 직교하는 평면내에서 자장 방향에 직교하는 방향을 따라서 전자 드리프트 방향 상류측에서 자장 강도가 크고 하류측에서 자장 강도가 작아지는 자장 구배를 형성하며,
    상기 복수의 이방성 세그먼트 자석은, 피처리 기판의 전자 드리프트 방향 상류측 단부의 외측에 위치하는 제 1 영역의 근방에 그 제 1 영역에 N극을 향하게 하여 배치된 적어도 하나의 이방성 세그먼트 자석으로 구성되는 제 1 부분과, 피처리 기판의 전자 드리프트 방향 상류측 단부의 외측에 상기 제 1 영역과는 이격되어 위치하는 제 2 영역의 근방에 그 제 2 영역에 S극을 향하게 하여 배치된 적어도 하나의 이방성 세그먼트 자석으로 구성되는 제 2 부분을 포함하며, 이들 제 1 부분 및 제 2 부분에 의해 상기 제 1 및 제 2 영역의 자장 강도를 국부적으로 높게 하고 있는
    마그네트론 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분의 사이에는 다른 적어도 하나의 이방성 세그먼트 자석이 배치되어 있는
    마그네트론 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 이방성 세그먼트 자석은 한 방향으로 착자된 동일 강도의 원주 자석이고, 제 1 및 제 2 부분 이외의 이방성 세그먼트 자석은 조금씩 착자 방향이 어긋나도록 배치되어 있는
    마그네트론 플라즈마 처리 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 이방성 세그먼트 자석은 전자 드리프트 방향 상류측의 것의 상호 간격이 하류측의 것의 상호 간격보다도 좁게 되어 있는
    마그네트론 플라즈마 처리 장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 이방성 세그먼트 자석은 피처리 기판에 대향하는 자계의 부분이 최대200Gauss의 자장을 형성하고 상기 소정 영역에 200Gauss 이상의 자장을 형성하고 있는
    마그네트론 플라즈마 처리 장치.
  12. 마그네트론 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    처리 가스가 공급되는 챔버와,
    이 챔버 내에 서로 대향하여 설치되고 그 사이에 처리 공간을 규정하는 한 쌍의 전극과,
    이들 한 쌍의 전극에 전압을 인가하여 처리 공간에 전계를 형성시키는 전계 형성 수단과,
    상기 한 쌍의 전극 사이의 처리 공간에 전계 방향과 직교하고 한 방향을 향하는 자장을 형성하는 자장 형성 수단으로서, 이 자장은 상기 전극 사이의 전계 방향에 직교하는 평면내에서 자장 방향에 직교하는 방향을 따라서 전자 드리프트 방향 상류측에서 자장 강도가 크고 하류측에서 자장 강도가 작아지는 자장 구배를 피처리 기판의 전자 드리프트 방향 상류측 단부 이외에서 갖고, 이 상류측 단부에서는 자장 강도가 국부적으로 높아지게 되어 있는, 상기 자장 형성 수단을 구비하며,
    상기 처리 공간에 전극에 대하여 평행하게 피처리 기판이 배치된 상태로 상기 기판에 마그네트론 플라즈마 처리를 실시하는
    마그네트론 플라즈마 처리 장치.
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