KR20030005241A

KR20030005241A - 플라즈마의 체적을 제어하기 위해 자계를 변화시키는 방법및 장치

Info

Publication number: KR20030005241A
Application number: KR1020027012749A
Authority: KR
Inventors: 앤드류 디. 베일리; 데이비드 제이. 헴커
Original assignee: 램 리서치 코포레이션
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2001-03-16
Publication date: 2003-01-17
Also published as: KR100691294B1; CN1432189A; WO2001073813A3; CN1257527C; TW492042B; WO2001073813A2; AU2001255184A1; EP1269515A2; US20030010454A1

Abstract

처리챔버의 내부에서 기판을 처리하는 동안 플라즈마의 체적을 제어하기 위한 플라즈마 가둠 설비는 처리를 위해 플라즈마가 점화 및 유지되는 챔버를 포함한다. 이 챔버는 적어도 일부가 벽에 의해 제공되고, 플라즈마 가둠설비를 추가로 구비한다. 이 플라즈마 가둠설비는 챔버벽 상에 첨점 패턴을 형성하는 자계를 생성하도록 배열된 처리챔버의 주변부 둘레에 배치된 자석배열을 포함한다. 챔버벽 상의 첨점 패턴(cusp pattern)은 플라즈마가 손상되거나 세정문제를 일으킬 수 있는 영역을 규정한다. 첨점 패턴은 기판 처리시스템의 동작을 향상시키고 벽과 플라즈마의 상호작용에 의해 야기되는 손상 및/또는 세정문제를 줄이도록 시프트된다. 첨점 패턴의 시프팅은 자석배열의 이동이나 챔버벽의 이동에 의해서 달성될 수 있다. 어떤 요소의 이동이든 연속적(즉, 하나 이상의 자석요소나 모든 또는 일부의 벽요소를 회전시키거나 이동시킴)이거나 점진적(즉, 하나 이상의 자석요소나 모든 또는 일부의 벽요소의 위치를 주기적으로 시프팅시킴)일 수 있다.

Description

플라즈마의 체적을 제어하기 위해 자계를 변화시키는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR VARYING A MAGNETIC FIELD TO CONTROL A VOLUME OF A PLASMA}

플라즈마 처리시스템은 오랜 기간동안 사용되어 왔다. 수년간, 유도성 플라즈마 소스(source), 전자 사이클로트론 리조넌스(electron cyclotron resonance; ECR)소스, 용량성 소스 등을 이용하는 플라즈마 처리시스템은 반도체 기판과 글래스 패널을 처리하는데 다양한 각도로 도입 및 사용되어 왔다.

처리과정 동안, 다수의 증착 및/또는 에칭단계가 전형적으로 사용된다. 증착과정 동안, 물질은 기판표면(글라스 패널이나 웨이퍼의 표면 등)상에 증착된다. 가령, SiO₂와 같은 증착층이 글라스 패널이나 웨이퍼의 표면 상에 형성될 수 있다. 역으로, 기판 표면 상의 소정 영역으로부터 물질을 선택적으로 제거하기 위해 에칭이사용될 수도 있다. 예를 들면, 바이어스(vias), 접점, 또는 트렌치(trench)와 같은 에칭된 특정부가 기판의 층에 형성될 수 있다.

하나의 특정한 플라즈마 처리방법에서는 유도성 소스를 사용하여 플라즈마를 생성한다. 도 1은 플라즈마 처리용으로 사용되는 종래의 유도성 플라즈마 처리 반응기(100)를 나타낸다. 통상적인 유도성 플라즈마 처리 반응기는 유전 윈도우(106) 상에 배치된 안테나 또는 유도코일(104)을 갖는 챔버(102)를 포함한다. 통상적으로, 안테나(104)는 제 1RF전원(108)에 작동적으로 결합된다. 또한, 가령, 에칭액 소스 가스와 같은 기상(氣相)의 소스물질을 유전 윈도우(106)와 기판(112)간의 RF 유도 플라즈마 영역으로 방출하기 위해 배치된 챔버(102)내에는 가스 포트(110)가 제공된다. 기판(112)은 챔버(102)내로 도입된 다음, 일반적으로 바닥전극으로 작용하며 제 2RF전원(116)에 작동적으로 결합되는 척(114)상에 놓여진다. 다음에 가스는 챔버(102)의 바닥에서 배기포트(112)를 통해 배출될 수 있다.

플라즈마를 생성하기 위해서, 처리가스는 가스 포트(110)를 통해서 챔버(102)내로 주입된다. 다음에, 전력은 제 1RF전원(108)을 이용하여 유도코일(104)로 공급된다. 공급된 RF전원은 유전 윈도우(106)를 통해 통과하며, 커다란 전계가 챔버(102)내부에 유도된다. 전계는 챔버 내부에 존재하는 소수의 전자를 가속시키는데, 이들 전자는 처리가스의 가스 분자와 충돌을 일으킨다. 이러한 충돌은 플라즈마(118)의 이온화 및 방전의 개시를 가져온다. 종래에 잘 알려져 있는 바와 같이, 이러한 강한 전계가 가해질 때 처리가스의 중성 가스분자는 전자를 잃게 되며, 양으로 대전된 이온을 뒤에 남긴다. 결과적으로, 양으로 대전된 이온,음으로 대전된 전자 및 중성 가스분자( 및/ 또는 원자)는 플라즈마(118)의 내부에 함유된다.

일단 플라즈마가 형성되었으면, 플라즈마 내부의 중성 가스분자는 기판의 표면쪽으로 보내지는 경향이 있다. 예를 들면, 기판에서 중성 가스분자의 존재에 기여하는 하나의 메카니즘이 확산(즉, 챔버 내부에 있어서의 분자의 랜덤한 운동)될 수 있다. 그러므로, 중성류(가령, 중성 가스분자)의 층은 대체로 기판(112)의 표면을 따라 발견될 수 있다. 마찬가지로, 바닥전극(114)에 전원이 인가되면, 이온은 기판쪽으로 가속됨으로써 중성류와의 결합을 통해 에칭 반응을 활성화시키는 경향이 있다.

플라즈마(118)는 주로 챔버의 상부영역(가령, 활성영역)에 잔류하지만, 플라즈마의 일부는 전체 챔버를 충진하려는 경향이 있다. 플라즈마는 일반적으로 이것이 지지될 수 있는 곳으로 이동하는데, 챔버 내의 거의 모든 지점이 여기에 해당된다. 예를 들면, 자계는 챔버벽(120)과 접촉하는 플라즈마를 감소시키기 위해서 채용할 수 있다. 플라즈마는 챔버벽(12)상의 영역 및 자계(들)내의 노드(node)가 플라즈마를 구속하는 어느 지점과도 접촉할 수 있다. 플라즈마는 또한, 이 플라즈마가 처리 대상물을 만날 필요가 없는 영역(가령, 기판(112) 및 가스 배출포트(122)의 하부 영역(123)-비활성 영역)과도 접촉할 수 있다.

만일 플라즈마가 챔버벽의 비활성 영역에 도달하면, 그 영역의 에칭, 증착 및/또는 침식이 일어날 것이며, 증착된 물질의 박편이나 그 영역의 에칭에 의해 처리챔버 내부에는 입자의 오염을 가져올 것이다. 따라서, 챔버는 증착의 (가령, 챔버벽 상의 중합체 증착에서 기인하는)과도한 축적 및 부산물에 의한 에칭을 막기 위해 처리과정 동안에 여러번 세정될 수 있다. 세정은 저급 기판의 처리량에 있어서 불리하며, 특히 제품의 손실로 인해 일반적으로 코스트를 증가시킨다. 또한, 챔버 부품의 수명이 일반적으로 단축된다.

또한, 챔버벽과 플라즈마의 상호작용은 플라즈마 내의 이온과 벽과의 재결합을 초래함으로써, 처리과정 동안 챔버 내의 플라즈마 밀도의 감소를 가져올 수 있다. 기판과 RF 소스 간의 보다 넓은 갭을 이용하는 시스템에서는 균일하고 보다 큰 플라즈마의 상호작용 및 그로 인한 벽에 대한 입자의 손실이 발생한다. 이들 증대된 손실을 보상하기 위해서, 플라즈마를 점화하고 유지하는데 보다 큰 전력밀도를 필요로 한다. 이러한 증대된 전력은 플라즈마 내에 높은 전자 온도를 초래하게 되며, 따라서 기판뿐만 아니라 챔버 벽에도 잠재적인 손상을 가져온다.

결국, 소스 가스의 비대칭 펌핑을 사용하는 챔버에 있어서, 자기 플라즈마 가둠(confinement)설비의 보다 우수한 제어는 플라즈마의 형상에 도움을 줄 수 있고 그같은 비대칭 펌핑을 보상할 수 있다.

상술한 관점에서 보면, 처리챔버 내부에서 플라즈마를 제어하기 위한 개선된 기술 및 장치가 요구된다.

본 발명은 IC 제조용 반도체 기판이나 평판 패널 디스플레이 장치용 글라스 패널과 같은 기판을 처리하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 플라즈마 처리챔버의 내부에서 플라즈마를 제어하는 것에 관한 것이다.

본 발명은 한정을 위해서가 아닌 예시를 위해서 설명되며, 첨부한 도면의 도들에서 동일 참조번호는 유사한 요소를 가리킨다.

도 1은 플라즈마 처리를 위해서 사용되는 종래의 유도성 플라즈마 처리 반응기를 나타낸다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따르는 이동 가능한 자석배열을 이용하는 유도성 플라즈마 처리 반응기를 나타낸다.

도 3a는 도 2의 부분 단면을 보인다.

도 3b는 자석요소가 회전된 후의 도 3a의 장치를 보인다.

도 3c는 자석요소가 회전된 후의 도 3a의 장치를 보인다.

도 3d는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 것으로, 분리된 내부 챔버벽을 이용한다.

도 5는 본 발명의 실시예에서 사용될 수 있는 전자석 시스템의 개략도이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에서 이용된 유도성 플라즈마 처리 반응기를 보인다.

본 발명은 일실시예에 있어서 기판을 처리하기 위한 플라즈마 처리장치에 관한 것이다. 이 장치는 처리를 위해 플라즈마가 점화 및 유지되는 실질적으로 원통형의 처리챔버를 포함한다. 이 챔버는 적어도 일부가 벽에 의해 제공된다. 이 장치는 플라즈마 가둠설비를 추가로 구비한다. 이 플라즈마 가둠설비는 처리챔버의 주변부 둘레에 배치된 자석배열을 포함한다. 이 자석배열은 처리챔버의 축에 대해 반경방향 및 대칭적으로 배치되는 다수의 자석요소를 구비한다. 이 다수의 자석요소는 제 1자계를 생성하도록 배열된다.

자계는 챔버벽 상에 첨점 패턴(cusp pattern)을 형성한다. 챔버벽 상의 첨점 패턴은 플라즈마가 손상되거나 세정문제를 일으킬 수 있는 영역을 규정한다. 챔버벽 상의 첨점 패턴은 시프트되어 기판 처리시스템의 동작을 향상시키고 벽과 플라즈마의 상호작용에 의해 야기되는 손상 및/또는 세정문제를 감소시킨다. 첨점 패턴의 시프팅은 자석배열의 이동이나 챔버벽의 이동에 의해서 달성될 수 있다. 어떤 콤포넌트의 이동이든 연속적(즉, 하나 이상의 자석요소나 모든 또는 일부의 벽요소를 회전시키거나 이동시킴)이거나 점진적(즉, 하나 이상의 자석요소나 모든 또는 일부의 벽요소의 위치를 주기적으로 시프팅시킴)일 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 본 발명은 플라즈마 강화공정을 이용하여 처리챔버 내에서 기판을 처리하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 제 1자계를 생성하고 자석배열로써 챔버벽 상에 첨점 패턴을 만드는 단계를 포함한다. 또한 이 방법은 챔버벽의 내부에 플라즈마를 생성하고 적어도 처리챔버의 일부 및 결과로서 얻어지는 자계에 의해서 규정된 체적 내에 플라즈마를 가두는 단계를 포함한다. 또한 이 방법은 기판 처리시스템의 동작을 향상시키고 벽과 플라즈마의 상호작용에 의해 야기되는 손상 및/또는 세정문제를 줄이도록 챔버벽에 대해 첨점 패턴을 이동시키는 단계를 포함한다.

이하, 본 발명은 첨부 도면에 도시된 바와 같은 그들의 몇 개의 바람직한 실시예에 관한 상세한 설명을 통해서 설명될 것이다. 이하의 설명에 있어서, 특정한 설명은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공한 것임을 밝힌다. 그러나, 이것은 일부 또는 모든 이들 특정한 설명없이도 본 발명을 실시할 수 있다는 것이 당업자에게는 명백할 것이다. 다른 실시예에 있어서, 잘 알려진 처리단계는 본 발명의 불명료함을 피하기 위해서 상세하게 설명하지 않았다.

일실시에에 있어서, 본 발명은 기판을 처리하기 위한 플라즈마 처리장치를 제공한다. 이 플라즈마 처리장치는 기판을 처리하기 위해 플라즈마가 점화 및 유지되며, 적어도 일부는 벽에 의해서 규정된 실질적으로 원통형인 처리챔버를 포함한다.

플라즈마 처리는 기판이 플라즈마 처리챔버 내의 척 상에 배치되는 동안 실행된다. 플라즈마 처리챔버로 유입되는 처리가스가 점화되어 플라즈마가 생성된다. 이 플라즈마는 처리챔버 전체를 충진하면서, 활성영역 및 비활성영역으로 이동하게 된다. 플라즈마와 접촉하는 활성영역(들)에 있어서, 플라즈마의 이온 및 전자는, 그들이 영역의 표면에서 중성 반응물과의 결합을 통해 표면에 증착된 물질과 반응하는 영역 쪽으로 가속된다. 이들 상호작용은 종종 기판의 처리를 위한 기판 서포트에 RF전원을 인가함으로써 기판 상에서 추가로 제어되고, 강화되거나 변형된다. 가능한 플라즈마 강화 반응의 최적화를 위해서 미소한 제어가 제공되거나 아무런 제어도 제공되지 않는 비활성영역에 있어서, 가역 처리상태(가령, 원하지 않는 물질의 증착이 발생될 수 있는 벽의 영역과 같은 챔버의 비보호 영역과의 반응)가 초래될 수 있다. 이온, 전자 및 중성류는 그들이 플라즈마와 접촉하는 반응기 내의 활성영역 및 비활성영역 모두와 충돌한다. 이들 플럭스는 표면에서, 이 표면에 대한 콤포넌트 플럭스의 구성, 온도, 에너지를 포함하는 많은 파라미터에 따라 에칭, 증착 또는 전형적으로 보다 복잡한 균형을 일으키는 표면과 상호작용한다. 기판을 처리하기 위해 사용한 많은 화학약품에 있어서, 증착되는 중성류는 조사된 플라즈마와 접촉하여 표면상의 증착률을 높여 왔다. 논의 및 명료함을 위해서, 우리는 이러한 경우를 본 발명의 대표적인 것, 즉 낮은 플라즈마 노출 또는 아무런 플라즈마 노출도 없는 비활성영역이 덜 증착되는 경향이 있는 반면, 플라즈마와 접촉하는 활성영역은 증착을 강화시키는 경향이 있는 것으로 생각할 수 있다. 플라즈마의 노출이 표면의 침식을 가져오고 보다 적은 플라즈마는 증착을 가져오며 그 반대로도 사실인 다른 화학약품이 존재하는 한 본 발명은 이것으로 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 하나의 측면에 따라서, 플라즈마 처리 반응기 내부에서의 플라즈마의 개선된 가둠은 처리챔버 내부에 자계를 유도함으로써 달성된다. 이 자계 및 결과로 얻어지는 챔버벽 상의 자기 첨점 패턴은 시프트되어 정적인 첨점 패턴으로부터 초래될 수 있는 처리챔버의 비활성영역으로의 플라즈마의 바람직하지 않은 이동을 감소시키고, 변화하거나 평균에 도달하게 된다. 보다 상세하게는, 자석배열, 자석배열의 요소, 챔버, 또는 챔버의 일부 중 어느 것이나 비활성영역 내로의 플라즈마의 이동을 제어하기 위해 (연속 또는 점진적으로) 이동할 수 있다. 이들 비활성영역 내에서의 플라즈마의 존재는 처리장치의 효율을 저하시키고 챔버에 대한 손상을 초래하며 및/또는 챔버벽과 관련된 세정문제를 야기할 수 있다. 결과적으로,처리장치는 보다 효율적으로 기능하며, 벽의 빈번한 청소 및 손상이 줄어들 수 있다.

이론에 속박되기를 원하지 않는 한, 자계는 가령 플라즈마 내에서 음으로 대전된 전자나 이온 및 양으로 대전된 이온과 같은 하전입자의 방향에 영향을 주도록 배열될 수 있다고 믿어진다. 자계의 영역은, 자력선이 하전입자의 이동선 성분과 실질적으로 평행하고 자계의 선밀도 및 자계의 세기가 증가되며 플라즈마 내에서 (자력선 둘레를 나선형으로 승강하는)하전입자를 일시적으로 포착하고 궁극적으로는 그들을 강한 자계로부터 멀어지는 방향으로 전향시키는 미러 자장으로서 작용하도록 배열될 수 있다. 또한, 하전입자가 자계를 가로지르려고 시도한다면, 교차 자력은 입자의 운동을 전향시켜서 하전입자를 회전시키거나 자장을 가로지르는 확산을 저지하는 경향이 있다. 이 방법으로 자계는 자계에 의해 규정된 영역을 가로지르는 플라즈마의 이동을 저지한다. 일반적으로 교차 자장의 저지는 미러 자장보다 함유하는 플라즈마에서 보다 효과적이다.

본 발명의 이러한 측면의 논의를 용이하게 하기 위해서, 도 2는 상술한 이동 가능한 자석배열의 하나를 사용하는 예시적인 플라즈마 처리시스템(300)을 나타낸다. 이 예시적인 플라즈마 처리시스템(300)은 유도적으로 결합된 플라즈마 반응기로 도시되어 있다. 그러나, 본 발명은 유도적으로 결합되거나 ECR 반응기와 같이, 플라즈마를 형성하는데 적합한 어떤 플라즈마 반응기에서도 실시될 수 있음을 이해하여야 한다.

플라즈마 처리시스템(300)은 챔버벽(303)에 의해 일부가 제공되는 플라즈마처리챔버(302)를 포함한다. 제조의 용이성 및 동작의 편리성을 위해서, 처리챔버(302)는 실질적으로 수직인 챔버벽(303)과 함께 실질적으로 원통형의 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명은 그같은 형상으로 한정되는 것은 아니며 다양한 형상의 처리챔버가 사용될 수 있음을 이해하여야 한다.

챔버(302)의 외부에는 정합 네트워크(307)를 경유하여 제 1RF 전원(306)에 결합되는 (코일로 나타낸)안테나 설비(304)가 배치된다. 제 1RF전원(306)은 약 0.4㎒ 내지 약 50㎒ 범위의 주파수를 갖는 RF에너지를 안테나 설비(304)로 공급하도록 배열된다. 또한, 결합 윈도우(308)는 안테나(304)와 기판(312)사이에 배치된다. 기판(312)은 처리될 소재일 수 있는데, 이것은 가령 에칭, 증착 또는 다른 처리가 행해질 반도체 기판이나 평판 패널 디스플레이로 가공될 글라스 패널일 수 있다. 예를 들면, 예시적인 플라즈마 처리시스템에서 사용될 수 있는 안테나/결합 윈도우 설비는 참고로 여기에서 인용하는 "균일 처리속도 생성방법 및 장치"란 명칭의 공동 계류중인 특허출원 제 09/440,418(대리인 문서번호 LAM1P125/P0560)호에 보다 상세하게 설명되어 있다.

가스 인젝터(310)는 전형적으로 챔버(302)내에 제공된다. 가스 인젝터(310)는 챔버(302)의 내측 가장자리 둘레에 배치되는 것이 바람직하며 가령, 에칭액 소스 가스와 같은 기상(氣相)의 소스물질을 결합 윈도우(106)와 기판(112)간의 RF 유도 플라즈마 영역으로 방출하도록 배열된다. 또한 기상의 소스 물질은 챔버 자체의 벽에 설치된 포트로부터, 또는 결합 윈도우에 배열된 샤워 헤드를 통해서 방출될 수 있다. 예를 들면, 예시적인 플라즈마 처리시스템에서 사용될 수 있는 가스 분배시스템은 여기에 참조로 인용하는 "다이나믹 가스 분배제어를 갖는 플라즈마 처리시스템"이란 명칭의 공동 계류중인 특허출원 제09/470,236호(대리인 문서번호 LAM1P123/P0557)에 보다 상세하게 설명되어 있다.

대부분의 경우에, 기판(312)은 챔버(302)내로 도입되어 척(314)상에 놓여지는데, 이 척은 챔버(302)내에서 처리되는 동안 기판을 유지하도록 배열된다. 척(314)은 가령, ESC(전자기)척일 수 있는데, 이것은 전자기력에 의해 척의 표면에 기판(312)을 고정시킨다. 특히, 척(314)은 바닥전극으로서 역할을 하며, 제 2RF전원(316)에 의해 바이어스되는 것이 바람직하다. 제 2RF전원(316)은 약 0.4㎒ 내지 약 50㎒ 범위의 주파수를 갖는 RF에너지를 공급하도록 배열된다.

또한, 척(314)은 처리챔버와 척이 원통형으로 대칭이되도록 실질적으로 그 형상이 원통형이며 처리챔버(302)와 축방향으로 정렬되도록 배열되는 것이 바람직하다. 그러나, 이것으로 한정되는 것은 아니며 척의 배치는 각 플라즈마 처리시스템의 특수한 설계에 따라서 달라질 수도 있음을 이해하여야 한다. 또한 척(314)은 기판(312)을 로딩 및 언로딩하기 위한 제 1위치(도시생략)과 기판을 처리하기 위한 제 2위치(도시생략)사이를 이동하도록 배열될 수 있다. 배기포트(322)는 챔버벽(303)과 척(314)사이에 배치되고, 전형적으로 챔버(302)의 외부에 위치하는 터보분자 펌프(도시 생략)에 결합된다. 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 터보분자 펌프는 챔버(302)내부의 압력을 적절하게 유지한다.

또한, 반도체 제조의 경우, 그러한 에칭 처리에 있어서 처리 챔버 내의 다수의 파라미터는 높은 내구성의 결과를 유지하기 위해 정밀하게 제어될 필요가 있다.처리 챔버의 온도는 그같은 파라미터 중의 하나이다. 에칭 내구성( 및 결과로 얻어지는 반도체 기반 장비성능)은 시스템 내의 콤포넌트의 온도 변동에 매우 민감할 수 있으며, 그로 인해 정밀한 제어가 요구된다. 예를 들면, 온도 제어를 달성하기 위한 예시적인 플라즈마 처리시스템에서 사용할 수 있는 온도 유지장치는 참고로 여기에 인용하는 "플라즈마 처리장치용 온도제어 시스템"이란 명칭의 공동 계류중인 특허출원 제 09/439,675호(대리인 문서번호:LAM1P124/P0558)에 보다 상세히 설명되어 있다.

또한, 플라즈마 처리에 있어서 정밀한 제어를 달성하기 위한 다른 중요한 조건은 플라즈마 처리 챔버, 가령 챔버벽과 같은 내부면에서 이용하는 물질에 있다. 다른 중요한 조건은 기판을 처리하는데 사용한 가스의 성분에 있다. 예를 들면, 물질 및 가스의 성분 모두는 예시적인 플라즈마 처리시스템에서 사용할 수 있으며, 참고로 여기에 인용하는 "플라즈마 처리시스템용 물질 및 가스성분"이란 명칭의 공동 계류중인 특허출원 제 09/440,794호(대리인 문서번호:LAM1P128/P0561-1)에 보다 상세히 설명되어 있다.

플라즈마를 생성하기 위해서, 처리 가스는 가스 인젝터(310)를 통해서 챔버(302)내로 주입된다. 다음에 전력은 RF 전원(306)를 이용하여 안테나(304)로 공급되며, 챔버(302)내부에 큰 전계가 도입된다. 전계는 챔버 내부에 존재하는 적은 수의 전자를 가속시킴으로써 그들이 처리 가스의 가스 분자와 충돌되도록 한다. 이들의 충돌은 플라즈마(320)의 이온화 및 방전의 개시를 가져온다. 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 처리 가스의 중성 가스 분자는 이들이 강한 전계를 받을 때 양전기로 대전된 이온으로 남는다. 결과적으로, 양전기로 대전된 이온, 음전기로 대전된 전자 및 중성 가스 분자는 플라즈마(320)내부에 함유된다.

일단 플라즈마가 형성되면, 플라즈마 내부의 중성 가스분자는 기판의 표면쪽으로 보내지는 경향이 있다. 예를 들면, 기판에서 중성 가스분자의 존재에 기여하는 하나의 메카니즘은 확산(즉, 챔버 내부에서의 분자의 랜덤한 운동)일 수 있다. 그러므로, 중성류(가령, 중성 가스분자)의 층은 대체로 기판(312)의 표면을 따라 발견된다. 마찬가지로, 바닥전극(314)에 전원이 인가되면, 이온은 그들이 중성자와 결합되어 기판 처리, 즉 에칭, 증착 및/또는 등을 활성화시키는 기판쪽으로 가속되는 경향이 있다.

도 2는 본 발명에 따르는 자석배열(700)을 갖는 플라즈마 처리시스템(300)을 나타낸다. 도 3a는 본 발명의 일실시예에서 도 2의 선3-3을 따라 취한 부분 단면도이다.자석배열(700)은 다수의 수직 자석배열(702)를 구비하는데, 이것는 처리챔버(302)의 상부로부터 처리챔버(302)의 바닥까지 실질적으로 연결된다. 자석배열(700)은 처리챔버(302)의 수직 챔버축(302A)에 대해 반경방향으로 및 대칭으로 배치되는 다수의 자석요소(702)를 구비한다. 바람직한 실시예에 있어서, 각 자석요소(702)는 단면이 대략적으로 직사각형이며 다수의 종방향 물리축(physical axis)을 갖는 연장바이다. 하나의 중요한 축이 도면에서 702p로 도시된다. 각 자석요소는 자기축(702m)에 의해 연결된 북극(N)과 남극(S)에 의해 규정된 자기배향을 갖는다. 바람직한 실시예에 있어서, 자기축(702m)은 사각형 단면의 장축을 따라 존재한다. 바람직한 실시예에 있어서, 연장바(702p)를 따르는 물리축 및 자기축(702m)은각 자석요소(702)에서 수직이다. 보다 바람직하게는, 자석요소(702)는 처리챔버의 주변부에 대해서 축방향으로 배향됨으로써 그들의 극(가령, N 또는 S)중 어느 하나는 도 3a에 도시한 바와 같이 처리챔버(302)의 챔버축(302A)쪽을 가리키고 있는데, 다시 말해서 자기축(702m)은 실질적으로 챔버의 반경방향에 존재한다. 보다 바람직하게는, 각 자석요소(702)의 물리축(702p)은 처리챔버(302)의 챔버축(302A)과 실질적으로 평행하다. 첨점(708A)은 자력선 그룹이 합쳐지는 인접 자석요소, 즉 자석요소의 북극단이나 남극단을 형성한다. 또한, 자석요소(702)는 처리챔버의 주변부를 따라서 공간적으로 옵셋됨으로써, 직사각형 단면의 길이와 대략 동일한 공간이 각각의 자석요소(702)사이에 제공된다. 공간의 크기는 각 플라즈마 처리시스템의 특수한 설계에 따라서 달라질 수 있음을 이해하여야 한다.

제 1자석요소(702)의 전체 수량은 300㎜기판을 처리하기에 충분히 많게 챔버에 대해 32개와 동일한 것이 바람직하다. 그러나, 챔버당 자석요소의 실제 수량은 각 플라즈마 처리시스템의 특수한 설계에 따라서 달라질 수 있다. 일반적으로, 자석요소의 수량은 플라즈마를 효과적으로 가두기에 충분히 강한 플라즈마 저지 자계가 존재하는 것을 보증하도록 상당히 많아야 한다. 너무 적은 자석요소는 플라즈마 가둠 자계에 저점을 생성할 수 있으며, 이것은 플라즈마가 더욱 원하지 않는 영역으로 접근하는 것을 허용하는 결과를 초래할 수 있다. 그러나, 자력선을 따라 첨점에서 전형적으로 손실이 가장 높아지게 되므로, 너무 많은 자석요소는 밀도 향상을 저하시킬 것이다.

필수적이지는 않지만 바람직하게는, 자석요소(702)는 각각 동일 크기에 대해동일 자속을 생성하는 영구자석으로 구성된다. 그러나, 동일 크기 및 동일 자속을 갖는 것으로 한정되는 것은 아니며, 어떤 배열에 있어서는 자석요소가 다른 자속 및 크기를 갖는 것이 바람직할 수도 있다. 예를 들면, 약 50 내지 약 1500가우스의 자속은 플라즈마의 이동을 저지하기에 충분히 강한 자계를 가두는 플라즈마를 생성하기에 적합할 수 있다. 필요한 자석의 자속량 및 크기에 영향을 줄 수 있는 것으로는 가스의 화학적 성질, 전력, 플라즈마 밀도 등이 있다. 영구자석은 가령, 자기물질의 NdFeB(Neodymium Iron Boron)이나 SmCo(Samarium Cobaly)계 중 하나로 형성된, 충분히 강력한 영구자석 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 일부의 소형 챔버에 있어서, AlNiCo(알루미늄, 니켈, 코발트 및 철)이나 세라믹 역시 매우 적합할 수 있다.

다시, 대부분의 경우에, 자석요소(702)의 자속의 세기는 자속으로부터 멀어지는 큰 자계의 세기를 갖기 위해서 높아야 한다. 만일 너무 낮은 자속이 선택되면, 플라즈마 내에서 자계를 가두는 낮은 자장영역은 보다 많아질 것이며, 그로 인해 자계를 가두는 플라즈마는 플라즈마의 확산을 지지하는 면에서 효과적이지 않을 수도 있다. 그러므로, 자장을 최대로 하는 것이 바람직하다. 플라즈마 가둠 자장은, 플라즈마가 플라즈마 가둠 자장을 통과하는 것을 방지하기에 유효한 자장의 세기를 갖는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 플라즈마 가둠 자장은 약 15 내지 약 1500 가우스, 바람직하게는 약 50 내지 약 1250, 보다 바람직하게는 약 750 내지 약 1000가우스 범위의 자속을 가져야 한다.

또한, 자석요소와 처리챔버 간의 거리는 자석요소에 의해서 생성된 자기 에너지를 보다 잘 이용하기 위해서 최소화되어야 한다. 즉, 자석요소가 처리챔버에 가까울수록, 처리챔버 내에 생성된 자계의 밀도는 보다 커진다. 거리가 크면, 원하는 자계를 얻는데 보다 많은 자석을 필요로 할 수도 있다. 약 1/16"와 약 1인치 사이의 거리가 바람직하다. 거리는 자석요소와 처리챔버 사이에서 사용한 특수 물질에 따라서 달라질 수 있음을 이해하여야 한다. 자석요소의 이동을 허용하기 위해 간극을 필요로 할 수도 있다.

채용한 자계에 관해서는, 일반적으로 기판에 근접한 제로 또는 제로에 가까운 자계를 갖는 것이 바람직하다. 기판의 표면에 인접한 자속은 처리 균일성에 악영향을 주는 경향이 있다. 그러므로, 플라즈마 가둠 설비에 의해서 생성된 자계는 기판 상에 실질적으로 제로의 자계를 생성하도록 배열되는 것이 바람직하다. 또한, 챔버(302)내에서 플라즈마의 가둠을 더욱 향상시키기 위해서 하나 이상의 부가적인 자기 가둠배열이 배기포트(322)의 근처에서 사용될 수도 있다. 배기포트 가둠 배열설비의 일예는 여기에 참조로 인용하는 "플라즈마의 체적을 제어하기 위한 방법 및 장치"란 명칭의 공동 계류중인 특허출원 제09/439,759호(대리인 문서번호 LAM1P129/P0561)에 보다 상세히 설명되어 있다.

본 발명의 다른 측면에 따라서, 플라즈마 가둠 설비의 자석요소에 의해서 생성된 어떤 표류 자장을 제어하기 위해 다수의 자속 플레이트가 제공될 수 있다. 자속 플레이트는 가령, 주로 자기 요소의 비사용면 상에 부풀어오른 자장과 같은 자장을 원하지 않는 영역에서 자장을 짧게 순환시키도록 배열된다. 또한, 자속 플레이트는 자장의 일부를 전향시킴으로써 보다 강한 자장을 원하는 영역으로 보낼 수있다. 자속 플레이트는 기판의 영역에서 자장의 세기를 최소화하며, 결과적으로 자석요소는 기판에 보다 가깝게 위치될 수 있다. 따라서, 기판의 표면에 근접한 제로 또는 거의 제로 자장이 얻어질 수 있다.

비록 바람직한 실시예는 챔버내로의 플라즈마 스크린의 도입없이 플라즈마를 가두기에 충분히 강하게 자장이 생성되는 것으로 고려하였으나, 본 발명에 따라서 플라즈마의 가둠을 증대시키기 위해 플라즈마 스크린을 채용하는 것도 가능하다. 예를 들면, 자장은 플라즈마 및 플라즈마 스크린을 가두기 위한 제 1수단으로서 사용될 수 있으며, 특히 펌프 포트(322)내의 관통 그리드는 플라즈마를 가두기 위한 제 2수단으로서 사용될 수 있다.

챔버벽(303)은 플라즈마 환경에 대해서 실질적으로 저항력이 있는 비자성 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 챔버벽(303)은 SiC, SiN, 석영, 양극산화 Al, 질화 붕소, 탄화 붕소 등으로 형성될 수 있다.

자석배열(700)과 자석요소(702)는 챔버벽(303)에 인접한 챔버벽 자장(704)을 생성하는 것에 의해서 기판으로부터 이격되어 챔버벽 근처로 집중시키기 위해 플라즈마의 밀도 기울기의 상당수를 억제하도록 배열된다. 이 방법에 있어서, 기판(312)을 가로지르는 플라즈마 밀도 기울기의 변화가 최소화됨에 따라 불균일성은 더욱 증대된다. 처리 불균일성은 많은 플라즈마 처리시스템에서 가능한 것보다도 개선된 플라즈마 처리시스템에서 보다 큰 정도로 향상된다. 결합 윈도우 및 안테나와 근접한 자석배열 설비의 일예가 여기에 참고로 인용하는 "개선된 플라즈마 처리시스템 및 그 방법"이란 명칭의 공동 계류중인 특허출원 제 09/439,661호(대리인 문서번호 LAM1PO122/P0527)에 상세히 설명되어 있다.

도 3a에 도시한 바와 같이, 자장(704A)을 규정하는 자력선(706A)의 수렴 및 결과로 생기는 집중은 챔버벽(303)에 대해 첨점 패턴을 형성하는 다수의 노드 또는 첨점(708A)을 생성한다.

자장은 일반적으로 하전입자의 교차 자장확산을 저지하기 위해 자장의 성향으로 인해 벽(303)을 이동하는 플라즈마의 이동선과 실질적으로 수직인 필드(704)의 일부(710A)를 통한 하전입자의 이온 침투를 저지한다. 교차 자장확산의 저지는 챔버벽(303)쪽으로 이동하는 그러한 점(710A)에서 플라즈마를 함유하는데 도움을 준다. 벽(303)으로 이동하는 플라즈마의 이동선과 실질적으로 평행한 자계의 점에 첨점(708A)이 존재하며, 이점에서 자력선은 조밀해진다. 이것은 자기 미러효과를 일으키는 자력선 밀도를 증가시키며, 플라즈마를 반사시키지만, 플라즈마 교차 자장저지에는 효과적이지 않다. 자계는 전자와 이온의 유효 평균 자유경로를 증가시켜 플라즈마의 점화를 향상시키고 전력소비의 효율성을 향상시킬 수 있다. 플라즈마의 점화를 위해서는 낮은 전력밀도가 필요하다. 비록 자석배열(700)에 의해서 자계(704A)가 챔버(302)내의 특정 영역과 깊이를 덮는 것으로 도시되어 있으나, 자장을 가두는 플라즈마의 배치는 달라질 수 있음을 이해하여야 한다. 가령, 자계의 세기는 기판의 처리에 관련되는 다른 성능 기준을 충족시키기 위해서 당업자에 의해 선택될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 자석요소(702)는 자석배열(700)에 의해 생성된 자계를 변화시키도록 요소대 요소를 기반으로 중첩된다. 이하에서 잘 알 수 있는 바와 같이, 챔버(302)내에 생성된 자계를 시프팅시키기 위한 다른 방법도 있다.

상술한 바와 같이, 자석요소(702)의 자기축(702m)은 챔버(302)에 대해서 반경방향으로 연장된다. 도 3a에서 알 수 있는 바와 같이, 바람직한 실시예에서 자석요소는 또한 다른 극배향으로 존재한다. 즉, 각각의 연속 자석요소(702)의 내부 유도극은 N-S-N-S-N-S를 교대로 하여 자계(704A)를 생성한다.

자석요소(702)는 (자석요소(702)의 자계의 존재에 대해 만들어지는 적절한 조정을 통해서)수동 회전이나 벨트나 체인 시스템과 같은 기계적인 수단에 의한 회전을 포함하는 어떤 적절한 장치(709)에 의해서 물리적으로 회전될 수 있다. 이하에 설명하는 바와 같은 전자석의 사용은 당업자에게 명백한 바와 같이, 자계가 시프트되는 방식을 변화시킬 수 있다.

개개의 자석요소가 회전되면, 자계(704)는 시프트되어 변화된다. 자석요소의 원래 배향과 그들이 회전되는 방향에 따라서, 자계(704)에 다른 파동이 도입될 수 있다. 따라서, 첨점 패턴에 다른 시프트가 얻어질 수 있다. 도 3a-3c에는 자석요소(702)의 물리축(702p)에 대한 그들의 회전 효과가 다양한 회전 패턴으로 도시되어 있다.

도 3a의 배열로 시작하는 제 1실시예에 있어서, 자석요소(702)는 챔버의 원주 둘레에 교대로 형성되는 반경방향 자기축 배향으로 있다. 화살표(712A)로 나타낸 바와 같이, 모든 다른 자석요소(702)는 그의 물리축(702p)에 대해서 시계방향으로 회전된다. 나머지 자석요소(702)는 반시계방향으로 회전된다. 도 3b는 자석요소(702)가 90°회전된 후에 변화된 자계(704B)를 나타낸다. 자석요소가 도3a의 위치로부터 도 3b의 위치까지 회전함에 따라, 자계의 첨점은 자석요소(702)의 중심 부근으로부터 자석요소(702)의 측면 부근의 위치까지 시프트된다. 이것은 챔버벽(303)상의 대부분의 플라즈마 증착물이 자석요소(702)의 중심 부근의 위치로부터 자석요소(702)의 측면 부근 위치까지의 시프트를 초래한다. 다시 90°회전한 후에, 자석요소는 도 3a에 도시한 위치와 유사한 위치에 다시 있게 되는데, 이곳에서는 비록 각 자석요소(702)가 180°회전되었어도 자석요소(702)는 그의 시작 배열과 실제로 동등한 위치에 자계(704A)를 형성한다. 자계의 첨점은 자석요소(702)의 측면 부근의 위치로부터 자석요소(702)의 중심까지 시프트되는데, 이것은 챔버벽(303)상의 대부분의 플라즈마 증착물이 자석요소(702)의 측면 부근인 챔버벽(303)의 위치로부터 자석요소(702)의 중심 부근 위치까지의 시프트를 초래한다. 자석요소(702)는 그들이 도 3a에 도시한 그들의 원래 위치로 되돌아올 때까지 회전을 계속하여 1사이클을 완성한다. 자석요소(702)는 플라즈마가 꺼질 때까지 다른 사이클을 계속한다.

제 2실시예에 있어서, 도 3a의 배열로 다시 시작하면, 자석요소(702)는 처음과 다른 반경방향 극배향으로 위치해 있다. 그러나, 화살표(712B)로 나타낸 바와 같이, 모든 자석요소(702)는 그의 물리축(702p)에 대해 시계방향으로 회전된다. 도 3c는 자석요소(702)가 90°회전된 후에 변화된 자계(704C)를 나타낸다. 인접한 자석요소(702)는 방위각상으로 배향된 자기축(702m)으로써 이 지점에서 다른 하나와 대면하는 그들의 N극 및 S극을 갖는다. 도 3a의 위치로부터 도 3c의 위치까지 자석요소가 회전함에 따라, 자계의 첨점은 자석요소(702)의 중심 부근으로부터 인접한자석요소(702)사이의 위치까지 시프트된다. 이것은 챔버벽(303)상의 대부분의 플라즈마 증착물이 자석요소(702)의 중심 부근의 위치로부터 인접한 자석요소(702)사이의 위치까지의 시프트를 초래한다. 다시 90°회전한 후에, 자석요소는 도 3a에 도시한 위치와 유사한 위치에 다시 있게 되는데, 이곳에서는 비록 각 자석요소(702)가 180°회전되었어도 자석요소(702)는 그의 시작 배열과 실제로 동등한 위치에 자계(704A)를 형성한다. 자계의 첨점은 인접한 자석요소(702)사이의 위치로부터 자석요소(702)의 중심까지 시프트되는데, 이것은 챔버벽(303)상의 대부분의 플라즈마 증착물이 인접한 자석요소(702)사이로부터 자석요소(702)의 중심 부근의 위치까지 챔버벽(303)의 위치의 시프트를 초래한다. 자석요소(702)는 그들이 도 3a에 도시한 그들의 원래 위치로 되돌아올 때까지 회전을 계속하여 1사이클을 완성한다. 자석요소(702)는 플라즈마가 꺼질 때까지 다른 사이클을 계속한다.

본 발명의 제 3실시예는 도 3d에 도시한 바와 같은 자석요소(702)로 시작하며, 여기에서 자석요소(702)는 자계(704D)를 형성하는 일치된 반경방향 극배향으로 있다. 도 3d에 도시한 바와 같이, 일치된 극정렬(N-N-N-N-N-N 또는 S-S-S-S-S-S)역시 초기의 다른 정적 자계(704D)를 생성하는데 사용될 수 있다. 화살표(712C)로 나타낸 바와 같이, 모든 다른 자석요소(702)는 시계방향으로 회전된다. 나머지 자석요소(702)는 반시계방향으로 회전된다. 도 3c는 자석요소(702)가 90°회전된 후에 변화된 자계(704C)를 나타낸다. 자석요소가 도 3d의 위치로부터 도 3c의 위치까지 회전함에 따라, 자계의 첨점은 자석요소(702)의 중심 부근 및 자석요소(702)사이로부터 인접한 자석요소(702)사이만의 위치까지 시프트된다. 이것은 챔버벽(303)상의대부분의 플라즈마 증착물이 자석요소(702)의 중심 부근 및 자석요소(702)사이의 위치로부터 인접한 자석요소(702)사이만의 위치까지의 시프트를 초래한다. 다시 90°회전한 후에, 자석요소(702)는 도 3d에 도시한 위치와 유사한 위치에 다시 있게 되는데, 이곳에서는 비록 각 자석요소(702)가 180°회전되었어도 자석요소(702)는 그의 시작 배열과 실제로 동등한 위치에 자계(704B)를 재형성한다. 자계의 첨점은 인접한 자석요소(702)사이만의 위치로부터 자석요소(702)의 중심 및 인접한 자석요소(702)사이까지 시프트되는데, 이것은 챔버벽(303)상의 대부분의 플라즈마 증착물이 인접한 자석요소(702)사이만으로부터 자석요소(702)의 중심 부근 및 인접한 자석요소(702)사이의 위치까지 챔버벽(303)의 위치의 시프트를 초래한다. 자석요소(702)는 그들이 도 3d에 도시한 그들의 원래 위치로 되돌아올 때까지 회전을 계속하여 1사이클을 완성한다. 자석요소(702)는 플라즈마가 꺼질 때까지 다른 사이클을 계속한다.

도 3d에 도시한 배열로 시작하는 제 4실시예에서, 자석요소(702)는 다시 일치된 반경방향 극배향으로 있다. 그러나, 화살표(712D)로 나타낸 바와 같이, 모든 자석요소(702)는 그의 물리축(702p)에 대해 시계방향으로 회전된다. 도 3b는 자석요소(702)가 90°회전된 후에 변화된 자석요소(704D)를 나타낸다. 인접한 자석요소(702)는 이 지점에서 다른 하나와 대면하는 그들의 N극 및 S극을 갖는다. 도 3d의 위치로부터 도 3b의 위치까지 자석요소가 회전함에 따라, 자계의 첨점은 자석요소(702)의 중심 부근 및 인접한 자석요소(702)사이로부터 자석요소(702)의 측면 부근의 위치까지 시프트된다. 이것은 챔버벽(303)상의 대부분의 플라즈마 증착물이 자석요소(702)의 중심 부근 및 자석요소(702)사이의 위치로부터 자석요소(702)의 측면 부근의 위치까지의 시프트를 초래한다. 다시 90°회전한 후에, 자석요소는 도 3d에 도시한 위치와 유사한 위치에 다시 있게 되는데, 이곳에서는 비록 각 자석요소(702)가 180°회전되었어도 자석요소(702)는 그의 시작 배열과 실제로 동등한 위치에 자계(704B)를 재형성한다. 자계의 첨점은 자석요소(702)의 측면 부근의 위치로부터 자석요소(702)의 중심 및 인접한 자석요소(702)사이까지 시프트되는데, 이것은 챔버벽(303)상의 대부분의 플라즈마 증착물이 자석요소(702)의 측면 부근인 챔버벽(303)의 위치로부터 자석요소(702)의 중심 부근 및 자석요소(702)사이의 위치까지의 시프트를 초래한다. 자석요소(702)는 그들이 도 3d에 도시한 그들의 원래 위치로 되돌아올 때까지 회전을 계속하여 1사이클을 완성한다. 자석요소(702)는 플라즈마가 꺼질 때까지 다른 사이클을 계속한다.

상술한 실시예 중 하나와 사용될 수 있는 공정의 바람직한 실시예에 있어서, 단일 플라즈마 처리단계 동안에 변화가 주기적으로 일어남으로써, 하나의 플라즈마 처리단계 동안에 자계의 첨점패턴에 1사이클 이상의 시프트가 있게 된다. 보다 바람직하게는, 이 실시예에 있어서, 자계 첨점 패턴은 단일 플라즈마 처리단계 동안에 1사이클만을 통해 진행한다. 상술한 실시예 중 하나와 사용될 수 있는 공정의 다른 바람직한 실시예에 있어서, 자석요소의 첨점 패턴의 시프트는 처리단계 동안 사이클의 일부만을 통해 진행한다. 다른 공정의 이들 실시예에 있어서, 첨점 패턴 내의 시프트는 연속적이거나 점진적이므로 첨점 패턴은 어느 시간 동안 정적이된다. 변화의 정확한 선택은 처리단계에 의해 좌우된다. 이를테면, 상술한 바와 같이, 벽을 따라 증착의 깊이나 구성은 후속의 세정단계에서 자계가 변화함에 따라 변화할 것이며, 이것은 자계를 변화시켜 제 1배열의 결과로부터 얻어지는 증착패턴의 세정을 향상시키는 이점을 갖는다.

도 3a-d에 도시한 배열과는 다른, 자석요소의 다른 배향 역시, 결과로 얻어지는 자계가 챔버벽(303)상에 다수의 첨점 패턴을 생성하는 모든 자석요소에 대한 N-S자기축(702m)이 챔버벽 부근에 높은 자계 및 기판에 낮은 자계를 초래하는 방위삭상으로 대칭인 반경방향 기울기를 갖는 한, 본 발명의 실시예에 이용될 수 있다. 바람직한 실시예에 도시한 바와 같이, 기판 상에는 미약한 자장이, 그리고 기판의 자장 세기에서 주(主)반경방향 기울기를 갖는 벽 부근에는 강한 자장이 존재한다. 또한, 자장내의 주기울기는 기판의 상부와 하부까지도 챔버를 통해서 반경방향으로 있게 된다.

플라즈마와 중성 화학성분을 가져오는 자계의 적절한 설계로, 대칭적인 처리결과에 대해 기판 상에 충분한 대칭성이 만들어질 수 있다. 그러나, 처리 요구의 증가는 정적 자계의 주기성이 최종 처리되는 기판에서 보여질 수 있기 때문에 예민한 영향을 미치기에 충분할 정도로 언젠가는 민감해질 것이다. 따라서, 회전하는 동안 첨점 패턴에 대한 변화로, 플라즈마 내의 하전입자가 자계의 자력선 구조를 변화시키는 시간의 결과로서 집중을 쉽게 허용하지 않을 것이므로, 자계(704)는 그의 가둠 기능에서 평균적으로 보다 동등해질 것임을 생각할 수 있다. 교대로 생기는 첨점과 접촉하는 벽의 각 부분은 평균적으로 동일한 이온 플럭스를 가질 것이며, 전자와 중성자는 따라서 보다 균일한 기판의 결과물을 생산한다. 마찬가지로벽에서의 어떤 침식이나 변화의 특성은 전체 표면에 걸쳐서 완만하게 될 것이다.

도 5는 전자석 시스템(904)을 나타내는데, 이것은 도 2-3d의 자석요소(702)로서 이용될 수 있다. 전자석 시스템(904)은 제 1전자석(908), 제 2전자석(912), 및 전기제어(916)를 포함한다. 제 1 및 제 2전자석(908, 912)은 각각, 하나의 전류 루프만이 명확하게 보이지만, 적어도 하나의 전류 루프를 포함한다. 작동상, 전기제어(916)는 제 1자계(806)를 생성하도록 제 1전자석(908)에 제 1전류(800) 및 제 2자계(804)를 생성하도록 제 2전자석(912)에 제 2전류(802)를 공급한다. 시간이 지남에 따라 제 1 및 제 2전류(800, 802)의 크기와 방향을 변화시키는 전기제어(916)를 가짐으로써, 결과로 얻어지는 제 1 및 제 2자계(806, 804)의 합은 도 2-3d의 자석요소(702)에 의해 제공된 회전하는 자계와 동일한 결과를 가져온다. 이 실시예는 전자석인 자석요소(702)의 사용에 의해서 자계의 제어운동이 가능하다는 것을 나타낸다. 전자석은 자속의 양을 제어하는 이점을 제공함으로써, 보다 우수한 공정의 제어가 얻어질 수 있다. 그러나, 전자석은 시스템의 제조상 보다 복잡해지는 경향이 있다. 본 발명의 이 실시예에 있어서, 자석배열(700)에 공급된 전류는 자계의 세기 및 배향을 제어할 수 있다. 물론, 전자석 자석요소(702) 역시 자계에서 원하는 변조를 달성하기 위해 영구자석과 동일한 방법으로 물리적으로 중첩될 수도 있다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 개개의 자석요소(702)는 서로에 대한 그들의 물성 및 자기 배향을 유지하지만, 대신에 챔버(302)와 벽(303)에 대해 일체적으로 시프트된다. 자석배열(700)을 이동하기 위해 사용한 장치(709)는 다시 적절한수동 또는 기계적인 장치일 수 있다. 자석요소(702)의 시작위치는 교대로 일어나는 반경방향 극배향이나 일관된 반경방향 극배향이든 간에 상술한 도 3a 내지 3d(보다 바람직하게는 3a나 3b)에 도시한 바와 동일할 수 있다. 각 자석요소(702)를 독립적으로 회전시키기보다, 자석배열(700)은 챔버(302)의 축(302A)에 대해 회전된다. 이러한 형태의 회전은 자석배열(700)이 벽(303)에 대해 같이 회전함으로써, 벽(303)위에 부여된 첨점 패턴을 초래할 것이다. 이 자계(704A 또는 704B)의 자력선은 서로에 대해 변하지 않으며, 이는 자석요소(702)가 개별적으로 회전될 때의 경우이다. 대신에, 자계는 온전히 그대로 이동한다. 챔버(302)의 축(302A)에 대한 완전한 회전이 실행되거나 자계 주파수와 동일한 적절한 비율을 갖는 회전비를 가질 수 있다.

다시, 일체로서의 전체 자석배열(700)의 회전은 정적 자계배열로 달성될 수 있는 것보다도, 처리용 챔버(302)내에 보다 균일한 자계를 제공한다. 챔버벽(303)상의 어떤 하나의 영역이나 위치도 실질적으로 영향을 많이 주거나 다른 곳보다 실질적으로 적게 주는 곳은 없다. 게다가, 자계의 반사 및 확산 저지특성은 플라즈마 내의 하전입자에 보다 균일하게 적용될 것이다. 챔버벽(303)과 관련된 손상의 감소 및 세정문제에 부가하여, (벽에 대한 손실을 줄이는) 챔버(302)내의 강화된 플라즈마의 가둠은, 처리 동안에 플라즈마를 유지하도록 낮은 전력레벨의 사용 및 이전의 처리시스템용으로 사용되는 것보다도 동일한 전력 레벨에서 더욱 큰 평균 자유경로와 보다 우수한 기판 스트라이크를 제공하도록 챔버(302)의 종방향 크기의 연신을 허용한다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 자석요소(702)는 도 3a의 화살표(750)로 나타낸 바와 같이 반경방향으로 개별적으로 이동될 수 있다. 자석요소(702)는 반경방향으로 동축적으로 이동되는데, 이것은 자기버킷을 약하게 만든 다음 강화시킨다. 자계 내의 이러한 변화는 보다 균일한 자계를 형성하며 챔버벽 상에 보다 균일한 증착을 가져온다. 또한, 자석의 반경방향 운동은 자기 가둠의 효율을 증가 또는 감소시킴으로써, 플라즈마의 반경방향 확산 모양을 변화시킨다.

다른 실시예에 있어서, 자석배열(700)은 정적위치에 유지될 수 있으며, 챔버벽(303)의 일부 또는 전체는 시프트 또는 회전될 수 있다. 전체 챔버(303)를 회전시키기 위한 시도로 일어날 수 있는 문제에 비추어 보면, 내부 챔버벽(305)이 사용될 수 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 외부 챔버벽(303)보다 내부 챔버벽(305)은 플라즈마가 접촉하는 처리챔버 성분일 것이다. 다시, 필요에 따라서 내부 챔버벽(305)을 이동하기 위해서 적절한 수단(309)이 사용된다. 또한, 내부 챔버벽(305)으로서의 역할을 하는 라이너를 형성하는 (아마도 일회용의) 적절한 물질이 선택될 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다. 도 6에서, 처리챔버(502)의 챔버벽(503)은 링 형상으로 다수의 자석요소(550)에 의해 둘러쌓여 있으며, 여기에서 각 링형상 자석요소(550)는 챔버벽(503)의 주변부를 둘러싼다. 링형상 자석요소(550)가 교대로 배치됨으로써, 어떤 링형상 자석요소(551)는 링의 내부에 자석의 북극 및 링의 외부에 자석의 남극을 갖고, 다른 링형상 자석요소(552)는 링의 외부에 자석의 북극 및 링의 내부에 자석의 남극을 갖는다. 플럭스플레이트(556)는 다수의 링형상 자석요소(550)의 주변부 둘레에 배치된 섹션을 형성한다. 기판(512)은 척(514)위에 배치된다. RF전원(506)은 에칭액 가스를 여기시켜 플라즈마(520)를 형성시키는 안테나 설비(504)로 전원을 공급한다. 자석요소(550)는 도시한 바와 같은 첨점 패턴을 갖는 자계(560)를 생성한다. 이 실시에에서 첨점 패턴은 주로 챔버의 축과 평행하지 않지만, 대신에 챔버의 축과 실질적으로 수직이다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 링형상 요소의 극은 (도 3c와 유사하게) 거의 축방향을 향해 교대하거나, (도 3b와 유사하게) 거의 축방향을 향해 교대하지 않거나, (도 3d와 유사하게) 반경방향을 향해 교대하지 않을 수 있다. 본 발명의 이 실시예에 있어서, 플럭스 플레이트(556)는 화살표(580)로 나타낸 바와 같이 반경방향으로 이동된다. 플럭스 플레이트(556)의 이동은 자계(560)에 시프트를 초래한다. 이 실시예에서, 플럭스 플레이트(556)는 플라즈마 처리단계 동안 자석요소(550)에 가깝게 이동되어 플라즈마 처리동안에 챔버벽(503)부근의 자계를 증가시킬 수 있고, 다음에 자석요소(550)로부터 더욱 이동되어 세정단계 동안에 챔버벽(503)부근의 자계를 감소시킬 수 있다.

상술한 모든 실시예는 챔버벽 상에 다수의 첨점 패턴을 생성하기 위해 다수의 자석을 이용하고 챔버벽에 대해 다수의 첨점 패턴을 변화시키는 방법 및 장치를 개시한다. 이 패턴은 시간이 지남에 따라 자기 첨점 패턴을 원래의 위치로 복귀시킨다. 이 변화는 그룹으로서 다수의 자석을 독립적으로 이동시키거나, 전자석, 이동 플럭스 플레이트 상의 전류를 변화시키거나, 자석에 대해 챔버벽을 이동시킴으로써 생성될 수 있다. 이동 챔버벽은 챔버의 전체벽 또는 내부 챔버벽의 이동을 가져올 수 있으며, 이것은 외부 챔버벽에 라이너를 형성한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 종래기술에 비해 다수의 이익을 제공한다. 예를 들면, 본 발명은 플라즈마를 가두기 위해 배열되는 자계의 보다 균일한 효과를 제공한다. 따라서, 자계가 플라즈마를 처리챔버의 비활성영역으로 이동하는 것을 방지하는데 있어서 실질적으로 보다 효과적이다. 더욱 중요하게는, 플라즈마는 챔버 내부의 특수한 체적 및 특수한 위치에 대해 보다 잘 제어될 수 있다. 이 방법으로 보다 균일한 플라즈마 밀도가 얻어지는데, 이것은 결과적으로 기판의 중앙과 가장자리가 에칭 동안에 동일한 에칭속도를 가짐으로써 보다 균일한 처리를 생성하는 경향이 얻어진다. 또한, 자계의 이동은 챔버벽에 대한 첨점의 위치를 변화시킨다. 이것은 챔버벽을 따라 확산될 첨점을 통해서 플라즈마가 빠져나오는 것을 가능케 하며, 보다 균일한 챔버벽의 세정을 가능케한다. 또한, 첨점 영역에서 이격되는 챔버벽의 부분들은 중성자 입자들을 수용한다. 자계의 시프팅에 의해서, 하전입자의 코팅은 중성자 입자의 코팅에 추가될 것이며, 챔버벽의 보다 용이한 세정을 가능케 한다. 또한 플라즈마의 균일도는 다른 자석들의 이동을 이용하여 다른 처리조건에 대해 조절될 수 있다. 챔버 내의 이온 및 전자의 평균 자유경로는 자계의 변형을 통해서 조절될 수 있다. 이것은 플라즈마 화학성분의 변형을 가져올 수 있으며, 챔버벽을 세정하거나 기판을 처리하는 처리 성능에 강한 영향을 주는 파라미터로 사용될 수 있다.

본 발명을 몇몇의 바람직한 실시예와 관련하여 설명하였지만, 본 발명의 범주내에 존재하는 변경, 치환 및 등가물이 존재한다. 예를 들면, 비록, 설명의 단순화를 위해 바람직한 실시예 전반에 걸쳐 에칭을 사용하고 있지만, 가령, 증착 같은 소정의 반도체 처리 공정에도 균일성 제어를 적용할 수 있다는 것을 이해하여야만 한다. 따라서, 하기에 첨부된 청구범위는 본 발명의 진정한 개념 및 범주에 포함되는 모든 이런 변경, 치환 및 등가물을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

기판을 처리하기 위한 플라즈마 처리장치에 있어서,

적어도 일부가 벽에 의해서 제공되고, 상기 처리를 위해 플라즈마가 점화 및 유지되는 처리챔버와;

상기 처리챔버의 주변부 둘레에 배치되는 다수의 자석요소를 구비하고, 상기 다수의 자기 요소는 상기 벽 상에 다수의 첨점 패턴(cusp pattern)을 형성하는 자계를 생성하도록 배열되는 자석배열과;

다수의 자석요소와 처리챔버 사이에 연결된 상기 벽에 대해서 상기 첨점 패턴을 변화시키기 위한 장치를 포함하는 플라즈마 처리장치.
제 1항에 있어서, 처리챔버 내에서 기판을 지지하기 위한 척을 처리챔버 내에 추가로 포함하는 장치.
제 1항 또는 2항에 있어서, 자계는 방위각상으로 대칭인 반경방향 기울기를 갖는 장치.
제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자석요소는 영구자석인 장치.
제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자석요소는 전자석인 장치.
제 1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 첨점 패턴을 변화시키기 위한 상기 장치는 상기 벽 상의 첨점 패턴을 연속으로 변화시키는 장치.
제 1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 첨점 패턴을 변화시키기 위한 상기 장치는 상기 벽 상의 첨점 패턴을 점진적으로 변화시키는 장치.
제 1항 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 첨점 패턴을 변화시키기 위한 상기 장치는 적어도 하나의 상기 자석요소를 이동시키기 위한 장치를 포함하는 장치.
제 8항에 있어서, 적어도 하나의 상기 자석요소를 이동시키기 위한 상기 장치는 상기 다수의 자석요소를 개별적으로 이동시키기 위한 장치를 포함하는 장치.
제 9항에 있어서, 상기 다수의 자석요소를 이동시키기 위한 상기 장치는 상기 다수의 자석요소를 교대하는 패턴으로 회전시키기 위한 장치를 포함하는 장치.
제 9항에 있어서, 상기 다수의 자석요소를 이동시키기 위한 상기 장치는 상기 자석요소를 동일방향으로 회전시키기 위한 장치를 포함하는 장치.
제 8항에 있어서, 적어도 하나의 상기 자석요소를 이동시키기 위한 상기 장치는 상기 처리챔버에 대해서 일체로 상기 배열을 이동시키기 위한 장치를 포함하는 장치.
제 12항에 있어서, 상기 자석배열을 이동시키기 위한 상기 장치는 상기 챔버 둘레로 상기 배열을 회전시키기 위한 장치를 포함하는 장치.
제 12항에 있어서, 상기 자석배열을 이동시키기 위한 상기 장치는 상기 챔버에 보다 근접 및 보다 이격되게 상기 배열을 이동시키기 위한 창치를 포함하는 장치.
제 1항 내지 14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 첨점 패턴을 변화시키기 위한 상기 장치는 상기 자계 내에서 상기 챔버벽의 적어도 일부를 이동시키기 위한 장치를 포함하는 장치.
제 15항에 있어서, 상기 적어도 일부의 챔버벽을 이동시키기 위한 상기 장치는 상기 자계 내에서 상기 챔버벽을 회전시키기 위한 장치를 포함하는 장치.
제 15항에 있어서, 적어도 일부의 상기 챔버벽을 이동시키기 위한 상기 장치는 라이너를 형성하는 내부 챔버벽인 챔버벽의 일부를 이동시키기 위한 장치를 포함하는 장치.
제 1항 내지 17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 첨점 패턴을 변화시키기 위한 상기 장치는 상기 자계 내에서 적어도 일부의 플럭스 플레이트를 이동시키기 위한 장치를 포함하는 장치.
플라즈마 강화공정을 이용하여, 적어도 일부가 벽에 의해서 제공된 처리챔버 내에서 기판을 처리하는 동안 플라즈마의 체적을 제어하기 위한 방법에 있어서,

자석배열로써 상기 처리챔버 내부에 자계를 생성하고, 상기 자계는 상기 벽 상에 자기 첨점 패턴을 형성하는 단계와;

상기 벽 상의 상기 첨점 패턴을 시프팅하는 단계와;

상기 처리챔버 내부의 플라즈마 영역에 플라즈마를 생성 및 유지하는 단계와;

적어도 일부가 상기 벽의 일부 및 상기 자계에 의해서 제공된 체적 내에 상기 플라즈마를 가두는 단계를 포함하는 방법.
제 19항에 있어서, 상기 기판을 척에 장착하는 단계를 추가로 포함함으로써, 상기 플라즈마 영역 내에 상기 기판이 있는 방법.
제 19항 내지 20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자계는 방위각상으로 대칭인 반경방향 기울기를 갖는 방법.
제 19항 내지 21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자계를 생성하는 단계는 상기 벽 둘레에 배치되는 다수의 자석요소를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 첨점 패턴을 시프팅하는 단계는 적어도 하나의 상기 자석요소를 이동시키는 단계를 포함하는 방법.
제 22항에 있어서, 적어도 하나의 상기 자석요소를 이동시키는 단계는 다수의 자석요소를 교대하는 방향으로 개별적으로 회전시키는 단계를 포함하는 방법.
제 22항에 있어서, 적어도 하나의 상기 자석요소를 이동시키는 단계는 다수의 자석요소를 동일방향으로 개별적으로 회전시키는 단계를 포함하는 방법.
제 22항에 있어서, 적어도 하나의 상기 자석요소를 이동시키는 단계는 상기챔버 둘레를 회전하는 하나의 배열로서 다수의 자석요소를 이동시키는 단계를 포함하는 방법.
제 19항 내지 25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 첨점 패턴을 시프팅하는 상기 단계는 적어도 일부의 상기 챔버벽을 이동시키는 단계를 포함하는 방법.
제 19항 내지 26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상기 첨점 패턴을 시프팅하는 상기 단계는 적어도 일부의 상기 플럭스 플레이트 조립체를 이동시키는 단계를 포함하는 방법.