KR20230005109A - 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은, 이온과 라디칼의 밀도비를 제어할 수 있는 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법에 따른 기술을 제공하는 것에 있다. 시료가 플라스마 처리되는 처리실과, 처리실 내에 플라스마를 생성하기 위한 마이크로파의 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과, 처리실 내에 자장을 형성하는 자장 형성 기구와, 처리실 내에 설치되고, 시료가 재치되는 시료대와, 시료대에의 이온의 입사를 차폐하고 상기 시료대의 상방에 배치된 차폐판을 구비하고, 자장 형성 기구는, 처리실의 외주부에 설치된 코일과, 코일에 접속된 전원을 포함하고, 차폐판에 대해 플라스마를 생성시키는 위치를 자장 형성 기구의 전원 또는 고주파 전원에 의해 제어하고, 플라스마를 생성하는 위치를 차폐판의 상하로 주기적으로 바꾸면서 플라스마를 생성시키는 기술이 제공된다.

Description

플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법
본 발명은 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법에 관한 것이며, 특히, 반도체 기판 등의 표면 가공을 이온과 라디칼을 공급하는 이방성 에칭 가공과 라디칼만을 공급하는 등방성 에칭 가공의 양쪽을 사용해서 플라스마 처리하는 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법에 적용하여 유효한 기술에 관한 것이다.
반도체 디바이스는, 시장으로부터의 전력 절약·고속화의 요구에 따라, 디바이스 구조의 복잡화·고집적화가 이어지고 있다. 로직 디바이스에 있어서는 적층시킨 나노 와이어로 채널을 구성한 GAA(Gate All Around) 구조의 적용이 검토되고 있다. GAA 구조를 형성하기 위한 에칭 공정에는, 이방성 에칭에 의한 수직 가공(수직 방향 에칭)을 행하는 가공 공정과, 등방성 에칭에 의한 횡 방향 에칭을 행하는 가공 공정이 필요해진다. 이방성 에칭은 이온이 반도체 기판(웨이퍼)의 표면에 대해 수직 방향으로 편향되어 에너지를 갖는 것을 이용하고, 그 에너지에 의해 라디칼의 반응을 수직 방향으로만 촉진하는 이온 어시스트 반응을 이용한 에칭이다. 한편, 웨이퍼의 표면에 대해 평행한 방향(횡 방향)의 에칭을 행하고 싶은 경우, 라디칼만에 의한 표면 반응을 주체로 한 이방성이 없는 등방성의 에칭을 사용한다. 이온은 수직 방향의 에칭을 촉진하기 때문에, 등방성의 에칭 시에는 플라스마로부터(즉, 웨이퍼에 공급되는 입자종으로부터) 이온은 제거되어 있는 것이 바람직하다. GAA 구조의 에칭 가공을 행하는 플라스마 처리 장치에는, 이온과 라디칼의 양쪽을 웨이퍼에 공급하여 이방성 에칭을 행할 수 있는 장치와, 라디칼만을 공급해서 등방성 에칭을 행할 수 있는 장치의 양쪽이 필요해진다.
종래, 이온과 라디칼을 공급해서 수직 가공을 행하는 플라스마 처리 장치와, 라디칼만을 공급해서 등방성의 가공을 행하는 플라스마 처리 장치는 서로 다른 장치인 경우가 많았다. 하나의 장치에서 어느 쪽의 플라스마 처리도 가능하면, 장치의 설치 면적이나 장치 대수를 삭감할 수 있어 장치 비용을 낮출 수 있다. 이러한 요구에 대해, 특허문헌 1(일본국 특개2018-093226호 공보)에는, 「시료가 플라스마 처리되는 처리실과, 상기 처리실 내에 플라스마를 생성하기 위한 마이크로파의 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과, 상기 처리실 내에 자장을 형성하는 자장 형성 기구와, 상기 시료가 재치되는 시료대를 구비하는 플라스마 처리 장치에 있어서, 상기 시료대에의 이온의 입사를 차폐하고 상기 시료대의 상방에 배치된 차폐판과, 상기 차폐판의 상방에 플라스마를 생성시키는 한쪽의 제어 또는 상기 차폐판의 하방에 플라스마를 생성시키는 다른 쪽의 제어가 선택적으로 행해지는 제어 장치를 더 구비하고, 상기 한쪽의 제어는, 상기 마이크로파와 전자 사이클로트론 공명하기 위한 자속 밀도의 위치가 상기 차폐판의 상방으로 되도록 상기 자장 형성 기구를 제어함에 의해 상기 차폐판의 상방에 플라스마를 생성시키고, 상기 다른 쪽의 제어는, 상기 자속 밀도의 위치가 상기 차폐판의 하방으로 되도록 상기 자장 형성 기구를 제어함에 의해 상기 차폐판의 하방에 플라스마를 생성시키는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치」를 개시하고 있다. 이에 의해, 한 대의 장치에서 라디칼 조사의 스텝과 이온 조사의 스텝의 양쪽을 실현할 수 있고, 또한, 이온 조사의 에너지를 수10eV로부터 수KeV까지 제어할 수 있는 플라스마 처리 장치 및 그것을 사용한 플라스마 처리 방법을 제공한다.
또한, 라디칼과 이온을 공급하여 가공을 행하는 이방성 에칭에는 보다 고정밀도의 에칭 기술이 요구되고 있다. 에칭 처리는 웨이퍼 표면과 라디칼의 화학 반응에 의해 행해지기 때문에, 고정밀도의 플라스마 에칭을 실현하기 위해서는 웨이퍼에 공급되는 라디칼 밀도를 제어하는 것이 중요하다. 라디칼 밀도의 제어 기술의 하나로서, 펄스 방전을 사용한 플라스마 에칭 방법이 있다. 예를 들면, 특허문헌 2(일본국 특개평09-185999호 공보)에는, 「플라스마에 의한 반응성 가스의 분해에 의해 생성되는 라디칼의 밀도 및 조성을 측정하고, 플라스마 발생 장치의 전력을 일정한 주기로 펄스 변조하고, 펄스 변조의 듀티비를, 측정 결과에 의거하여 제어함에 의해 라디칼의 밀도 및 조성을 제어하는」 방법이 개시되어 있다.
일본국 특개2018-093226호 공보 일본국 특개평09-185999호 공보
한 대의 장치에서 이온과 라디칼을 공급하는 이방성 에칭 가공과 라디칼만을 공급하는 등방성 에칭 가공의 양쪽을 실현할 수 있고, 또한, 미세한 구조를 가공해 가기 위해 이온과 라디칼을 공급하는 이방성 에칭 가공에 있어서 보다 고정밀도의 에칭 가공을 행할 수 있는 것의 양쪽이 요구되고 있다.
또한 상술한 특허문헌 2에 개시된 펄스 방전을 사용한 에칭 처리에 있어서는 펄스 변조의 듀티비와 라디칼 밀도의 관계를 측정할 필요가 있고, 듀티비와 라디칼 밀도의 관계가 용이하게는 명확하지 않다.
그래서, 본 발명의 목적은, 이온과 라디칼을 공급하는 이방성 에칭 가공에 있어서 이온과 라디칼의 밀도의 비를 보다 직접적으로 제어할 수 있는 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법에 따른 기술을 제공하는 것에 있다.
시료가 플라스마 처리되는 처리실과, 처리실 내에 플라스마를 생성하기 위한 마이크로파의 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과, 처리실 내에 자장을 형성하는 자장 형성 기구와, 처리실 내에 설치되고, 시료가 재치되는 시료대와, 시료대에의 이온의 입사를 차폐하고 상기 시료대의 상방에 배치된 차폐판을 구비하고, 자장 형성 기구는, 처리실의 외주부에 설치된 코일과, 코일에 접속된 전원을 포함하고, 차폐판에 대해 플라스마를 생성시키는 위치를 자장 형성 기구의 전원 또는 고주파 전원에 의해 제어하고, 플라스마를 생성하는 위치를 차폐판의 상하로 주기적으로 바꾸면서 플라스마를 생성시키는 기술이 제공된다.
본 발명에 따르면, 이온과 라디칼을 공급하는 이방성 에칭 가공에 있어서 이온과 라디칼의 밀도의 비를 보다 직접적으로 제어할 수 있는 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법에 따른 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 플라스마 에칭 장치의 개략을 나타내는 종단면도.
도 2a는 본 발명의 실시예 1에 따른 직류 코일 전류 전원에 의해 중심으로 되는 ECR 영역을 설정하는 전류를 나타내는 도면.
도 2b는 본 발명의 실시예 1에 따른 직류 코일 전류 전원에 의해 중심으로 되는 ECR 영역을 설정하는 전류를 나타내는 도면.
도 3a는 도 2a의 ECR 영역을 초기 설정 위치로 해서 ECR 영역을 이온 차폐판에 대해 상하시키는 교류 코일 전류 전원의 전류를 나타내는 도면.
도 3b는 도 2b의 ECR 영역을 초기 설정 위치로 해서 ECR 영역을 이온 차폐판에 대해 상하시키는 교류 코일 전류 전원의 전류를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 플라스마 에칭 장치의 개략을 나타내는 종단면도.
도 5a는 본 발명의 실시예 2에 따른 직류 코일 전류 전원에 의해 가변 주파수 전자파 발생용 전원의 중심 주파수에 대응하는 ECR 영역을 설정하는 전류를 나타내는 도면.
도 5b는 본 발명의 실시예 2에 따른 직류 코일 전류 전원에 의해 가변 주파수 전자파 발생용 전원의 중심 주파수에 대응하는 ECR 영역을 설정하는 전류를 나타내는 도면.
도 6a는 도 5a에서 설정된 중심 주파수의 ECR 영역을 중심으로 해서 가변 주파수 전자파 발생용 전원의 주파수를 바꿈으로써 ECR 영역을 이온 차폐판에 대해 상하시키는 교류 코일 전류 전원의 전류를 나타내는 도면.
도 6b는 도 5b에서 설정된 중심 주파수의 ECR 영역을 중심으로 해서 가변 주파수 전자파 발생용 전원의 주파수를 바꿈으로써 ECR 영역을 이온 차폐판에 대해 상하시키는 교류 코일 전류 전원의 전류를 나타내는 도면.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해, 도면을 사용해서 설명한다.
[실시예 1]
도 1은 본 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 전체 구성의 개략을 나타내는 종단면도이다. 도 1에 나타내는 플라스마 처리 장치(10)는, 진공 용기(101)의 내부에 형성된 처리실(100)을 갖는다. 진공 용기(101)의 상부에는, 진공 용기(101) 내의 처리실(100)에 에칭 가스를 도입하기 위한 샤워 플레이트(102)와, 처리실(100)의 상부를 기밀하게 봉지하기 위한 유전체창(103)을 설치하여, 처리실(100)을 구성한다.
샤워 플레이트(102)와 유전체창(103) 사이의 영역에는, 가스 배관을 통해 가스 공급 장치(107)가 접속되고, 플라스마 에칭 처리를 행하기 위한 산소나 염소 등의 가스가 공급된다. 또한, 진공 용기(101)에는 압력 조정 밸브(117)를 사이에 두고 진공 배기 장치(118)가 접속되어, 처리실(100)의 압력을 제어하고 있다.
플라스마를 생성하기 위한 전력을 처리실(100)에 전송하기 위해, 유전체창(103)의 상방에는 전자파를 방사하는 도파관(108)(또는 안테나)이 설치된다. 도파관(108)(또는 안테나)에는 전자파 발생용 전원(고주파 전원이라고도 함)(110)으로부터 발진시킨 전자파가 전자파 정합기(111)를 통해서 전송된다. 전자파 발생용 전원(110)으로부터 출력되는 고주파 전류의 주파수는, 이 실시예 1에서는, 일정한 주파수로 되어 있다. 도파관(108)으로부터 전파해 온 전자파에 의해 처리실(100) 내에 특정의 모드의 정재파를 형성시키기 위해 공동 공진기(109)가 배치되어 있다. 전자파의 주파수는 특별히 한정되지 않지만, 본 실시예에서는 2.45G㎐의 마이크로파로 했다. 처리실(100)의 외주부에는, 자장 발생 코일(112)(112a, 112b 및 112c)이 마련되어 있고, 그 전류를 제어하기 위해 자장 발생 코일(112a 및 112b)에는 직류 코일 전류 전원(113)(113a 및 113b)이 접속되고, 자장 발생 코일(112c)에는 교류 코일 전류 전원(114)이 접속되어 있다. 자장 발생 코일(112a 및 112b)은 직류 코일 전류 전원(113)으로부터 출력되는 직류 전류에 의해 구동되고, 자장 발생 코일(112c)은 교류 코일 전류 전원(114)으로부터 출력되는 교류 전류에 의해 구동된다. 자장 발생 코일(112), 직류 코일 전류 전원(113) 및 교류 코일 전류 전원(114)은, 자장 형성 기구라 할 수 있다. 자장 발생 코일(112a 및 112b)은 제1 코일이고, 자장 발생 코일(112c)은 제2 코일이라 할 수 있다.
전자파 발생용 전원(110)으로부터 발진된 전력은, 자장 발생 코일(112)에 의해 형성된 자장과의 전자 사이클로트론 공명(ECR：Electron Cyclotron Resonance)에 의해, 처리실(100) 내에 플라스마를 생성한다.
또한 샤워 플레이트(102)에 대향한 처리실(100) 하부에는 시료로서의 반도체 처리 기판(반도체 기판이라고도 함)(116)의 재치대(시료대라고도 함)를 겸하는 전극 기판(115)이 설치되어 있다. 전극 기판(115)에는 고주파 정합기(119)를 사이에 두고, 고주파 전원(120)이 접속된다. 전극 기판(115)에 접속된 고주파 전원(120)으로부터 고주파 전력을 공급함에 의해, 일반적으로 셀프 바이어스라 불리는 음의 전압이 전극 기판(115) 상에 발생하고, 셀프 바이어스에 의해 플라스마 중의 이온이 가속되어 반도체 처리 기판(116)에 수직으로 입사됨에 의해, 반도체 처리 기판(116)이 에칭 처리된다.
처리실(100)은, 샤워 플레이트(102)와 반도체 처리 기판(116)의 재치대 사이에 이온 차폐판(104)을 구비하고 있고, 이온 차폐판(104)은 처리실(100)의 내부 공간을 상하의 영역으로 분할하고 있다. 여기에서, 본 명세서에서는, 이온 차폐판(104)보다 위의 영역을 제1 영역 또는 라디칼 영역(105)이라 하고, 이온 차폐판(104)보다 아래의 영역을 제2 영역 또는 RIE(Reactive Ion Etching) 영역(106)이라 하기로 한다. 자장 발생 코일(112a 및 112b)은 이온 차폐판(104)보다 상측에 배치되어 있다. 자장 발생 코일(112c)은, 자장 발생 코일(112a 및 112b)의 하측에 배치되고, 또한, 이온 차폐판(104)의 근방에 배치되어 있다.
2.45G㎐의 전자파와 ECR를 일으켜 플라스마를 생성하기 위해서는, 0.0875T(테슬라)의 자속 밀도의 자장이 필요하다. 처리실(100) 내의 자속 밀도가 0.0875T로 되어 있는 영역을 ECR 영역의 위치라고 한다. 그 강한 자장을 발생시키기 위해, 자장 발생 코일(112)은 100~1000mH의 자기 인덕턴스를 가진 것이 사용되고, 직류 코일 전류 전원(113) 및 교류 코일 전류 전원(114)은 10~60A 정도의 전류를 공급할 수 있도록 되어 있다. 복수의 직류 코일 전류 전원(113) 및 교류 코일 전류 전원(114)으로부터 각각에 접속된 자장 발생 코일(112)에 공급하는 전류값을 제어함에 의해, 처리실(100) 내의 ECR 영역의 위치를 정밀하게 제어하고, 반도체 처리 기판(116)에 대한 플라스마 생성 위치를 이동시킬 수 있다. 또한 자장 발생 코일(112a 및 112b)은 이온 차폐판(104)보다 상측에 위치하기 때문에, 이들 코일(112a 및 112b)에 의해 만들어지는 자장 강도는, 코일(112a 및 112b)에 가까운 라디칼 영역(105) 쪽이 RIE 영역(106)보다 강해지도록 하고 있다. 이것은, 플라스마가 생성되어 있는 ECR 영역까지 전자파를 전파시키고 싶은 경우, 전자파의 입사 방향으로부터 ECR 영역을 향해 자장이 약해지도록 설정한 편이 좋기 때문이다. ECR 영역으로부터 볼 때 도파관(108)의 방향, 즉 RIE 영역(106)으로부터 볼 때 라디칼 영역(105)의 방향으로 자장이 강해지도록 하기 위함이다.
상술과 같이, 처리실(100)은, 샤워 플레이트(102)와 반도체 처리 기판(116)의 재치대 사이에 이온 차폐판(104)을 구비하고 있고, 이온 차폐판(104)보다 위의 라디칼 영역(105)과 이온 차폐판(104)보다 아래의 반응성 이온 에칭(RIE：Reactive Ion Etching) 영역(106)의 2개의 영역으로 나눠져 있다.
라디칼 영역(105) 내로 ECR 영역의 위치를 설정해서 플라스마를 생성했을 경우, 반도체 처리 기판(116)과 플라스마 사이에 이온 차폐판(104)이 있기 때문에, 이온 차폐판(104)의 효과에 의해, 반도체 처리 기판(116)에는 플라스마로부터의 이온은 도달하지 않고 라디칼만이 공급되어, 반도체 처리 기판(116)은 라디칼 에칭(등방성 에칭)에 의해 플라스마 처리된다.
RIE 영역(106) 내로 ECR 영역의 위치를 설정해서 플라스마를 생성했을 경우, 플라스마와 반도체 처리 기판(116) 사이에 차단하는 것은 없기 때문에, 플라스마로부터의 이온과 라디칼의 양쪽이 반도체 처리 기판(116)에 공급되어, 반도체 처리 기판(116)은 RIE(이방성 에칭)에 의해 플라스마 처리된다.
가스 공급 장치(107), 압력 제어 밸브(117), 전자파 발생용 전원(110), 직류 코일 전류 전원(113), 교류 코일 전류 전원(114) 및 고주파 전원(120)에는 제어 장치(130)가 접속되어 있고, 플라스마 처리 장치(10)를 프로세스 조건에 맞춰 제어하고 있다. 복수의 플라스마 처리 스텝으로 이루어지는 프로세스 조건의 경우, 각 처리 스텝에 맞춰 순서대로 각 장치 파라미터를 제어 장치(130)가 제어함으로써 반도체 처리 기판(116)의 에칭 처리를 행한다.
본 발명은 이온 차폐판(104)의 위에 ECR 영역의 위치를 가져 왔을 경우는 라디칼만이 반도체 처리 기판(116)에 공급되고, 이온 차폐판(104)의 아래에 ECR 영역의 위치를 가져 왔을 경우는 라디칼과 이온이 모두 반도체 처리 기판(116)에 공급되는 것을 이용하여, ECR 영역의 위치를 이 2개의 영역 사이에서 주기적으로 설정함으로써, 이온과 라디칼의 밀도비를 제어한 반응성 이온 에칭을 행한다. 통상의 RIE에서는, 100％의 시간을 RIE 영역(106)에서 플라스마를 생성하고 있다. 그에 대해, RIE 영역(106)에서의 플라스마 생성에 더해, 라디칼 영역(105)에서의 플라스마 생성을 행함으로써, 이온과 라디칼이 모두 공급되고 있는 시간에 더해 라디칼만이 공급되고 있는 시간을 만들 수 있다. 주기적으로 RIE 영역(106)과 라디칼 영역(105)으로 플라스마를 생성하는 영역을 전환함으로써, 전체적으로는 이온 밀도를 낮추고, 라디칼 밀도비를 높인 RIE를 행할 수 있다. 또한, RIE 영역(106)에서 플라스마를 생성하고 있는 시간만 이온이 공급되기 때문에, 반도체 처리 기판(116)에 공급되는 이온량은 ECR 영역의 위치를 주기적으로 전환하고 있는 1주기 중 RIE 영역(106)으로 설정하고 있는 시간의 비율에 비례하게 된다. ECR 영역의 위치를 RIE 영역(106)으로 설정하고 있는 시간을 증가시키면 이온의 비율이 상승하고, ECR 영역의 위치를 라디칼 영역(105)으로 설정하고 있는 시간을 증가시키면 라디칼의 비율이 상승하기 때문에, 1주기 중의 RIE 영역(106)으로 ECR 영역의 위치를 설정하고 있는 시간과 라디칼 영역(105)으로 ECR 영역의 위치를 설정하고 있는 시간의 비율에 의해 이온과 라디칼의 밀도의 비를 바꿀 수 있다.
주기적인 ECR 영역의 위치 제어 및 라디칼 영역(105)과 RIE 영역(106)으로 ECR 영역의 위치를 설정하고 있는 시간의 비를 변화시키기 위해서는, 직류 코일 전류 전원(직류 전원이라고도 함)(113)으로부터 출력되는 직류 전류에 의해, ECR 영역의 중심으로 되는 위치를 설정하고, 교류 코일 전류 전원(교류 전원이라고도 함)(114)으로부터 출력되는 교류 전류에 의해 ECR 영역의 위치를 상하시키는 것에 의해 행한다.
도 2a, 도 2b에 직류 코일 전류 전원(113)에 의해 ECR 영역의 위치를 설정하는 예를 나타낸다. 또한, 여기에서, ECR 영역의 위치는, ECR 영역의 중심으로 되는 위치로 간주하는 것도 가능하다. 자장 발생 코일(112a 및 112b)에 의해 만들어지는 자장은 라디칼 영역(105)으로부터 RIE 영역(106)을 향해 약해지고, 또한 ECR 영역의 자장 강도보다 강한 자장을 진공 용기(101)(또는, 처리실(100))의 상부에 만들기 때문에, 전류가 클수록 ECR 영역은 진공 용기(101)(또는, 처리실(100))의 하방으로 이동한다. 그 때문에 도 2a와 같이, 직류 코일 전류 전원(113a 및 113b)의 전류가 작은 경우(IaL, IbL)에 만들어지는 ECR 영역의 위치(200)는 이온 차폐판(104)보다 위의 라디칼 영역(105)에 있다. 한편, 도 2b와 같이, 직류 코일 전류 전원(113a 및 113b)의 전류가 큰 경우(IaH＞IaL, IbH＞IbL)에 만들어지는 ECR 영역의 위치(200)는 이온 차폐판(104)보다 아래의 RIE 영역(106)에 있다.
도 1의 플라스마 처리 장치(10)에서는, 직류 코일 전류 전원(113)과 교류 코일 전류 전원(114)의 2종류의 코일 전류 전원에 대해, 가장 이온 차폐판(104)에 가까운 자장 발생 코일(112c)만 교류 코일 전류 전원(114)과 접속하고, 자장 발생 코일(112c)보다 이온 차폐판(104)으로부터 먼 자장 발생 코일(112a 및 112b)을 직류 코일 전류 전원(113)과 접속하고 있다. 이것은, 코일에 의해 발생하는 자장은 그 코일에 가까울수록 그것이 강해지기 때문에 이온 차폐판(104) 부근의 자장 강도에는 가장 가까운 자장 발생 코일(112c)의 전류의 효과가 크다. 그 때문에 이온 차폐판(104)에 대해 ECR 영역을 상하시키고 싶은 경우, 이온 차폐판(104) 부근의 자장 강도를 변화시킬 필요가 있기 때문에, 가장 가까운 자장 발생 코일(112c)의 전류를 변화시키면 된다.
도 3a, 도 3b에 자장 발생 코일(112a 및 112b)에서 초기 설정한 ECR 영역의 위치(200)에 대해 자장 발생 코일(112c)의 교류 전류에 의해 ECR 영역을 상하시킨 예를 나타낸다. ECR 영역의 위치(200)의 상한(U)과 하한(L) 및 이온 차폐판(104)의 위치와 그들 위치에 대응하는 각 전류값(IU, IL, IP)을 나타낸다. 교류 코일 전류 전원(114)에 의해 자장 발생 코일(112c)에 흐르는 교류 전류(Icac)가 양일 때에 ECR 영역의 위치는 진공 용기(101)(또는, 처리실(100))의 하방으로 이동하고, 음일 때에 진공 용기(101)(또는, 처리실(100))의 상방으로 이동한다. 도 3a의 직류 코일 전류 전원(113)에 의해 ECR 영역의 위치(200)가 라디칼 영역(105)으로 초기 설정되어 있을 경우는, ECR 영역의 위치가 라디칼 영역(105)에 있는 시간이 RIE 영역(106)에 있는 시간보다 길어진다. 도 3b의 직류 코일 전류 전원(113)에 의해 ECR 영역의 위치(200)가 RIE 영역(106)으로 초기 설정되어 있을 경우는 RIE 영역(106)에 있는 시간이 라디칼 영역(105)에 있는 시간보다 길어진다. 또한 자장 발생 코일(112c)에 흐르는 전류(Icac)가 교류인 것에 의해, ECR 영역의 위치가 주기적으로 라디칼 영역(105)과 RIE 영역(106)을 이동한다. 즉, 제어 장치(130)는, 마이크로파와 자장의 상호작용에 의해 생긴 전자 사이클로트론 공명(ECR)의 영역의 위치(200)를 주기적으로 변화시키도록 직류 코일 전류 전원(113), 교류 코일 전류 전원(114)을 제어한다. 이에 의해, 한 주기 동안, 전자 사이클로트론 공명(ECR)의 영역의 위치(200)는, 차폐판(104)의 상방으로부터 차폐판(104)의 하방 또는 차폐판(104)의 하방으로부터 차폐판(104)의 상방으로 이동한다.
다음으로, 플라스마 처리 장치(10)를 사용한 플라스마 처리 방법에 대해 설명한다.
스텝 1) 반도체 기판의 표면에 GAA 구조를 형성하기 위해, 시료로서의 반도체 기판(116)을 처리실(100) 내의 재치대(115)에 재치하는 공정을 실시한다.
스텝 2) 압력 조정 밸브(117) 및 진공 배기 장치(118)에 의해, 처리실(100)의 압력을 제어하는 공정을 실시한다.
스텝 3) 처리실(100)의 샤워 플레이트(102)와 유전체창(103) 사이의 영역에, 플라스마 에칭 처리를 행하기 위한 산소나 염소 등의 에칭 가스를, 가스 공급 장치(107)로부터 공급하는 공정을 실시한다.
스텝 4) 전자파 발생용 전원(110), 직류 코일 전류 전원(113), 교류 코일 전류 전원(114)을 동작시켜서, 처리실(100) 내에 플라스마를 생성하여 반도체 기판(116)의 표면을 플라스마 에칭에 의해 플라스마 처리하는 공정을 실시한다.
여기에서, 스텝 4)는, 이하의 제1 상태, 제2 상태 또는 제3 상태를 취할 수 있다.
제1 상태는, 도 2a에 나타나는 바와 같이, ECR 영역의 위치를 이온 차폐판(104)에 대해 위로 설정해서 등방성 에칭을 행하는 상태이다.
제2 상태는, 도 2b에 나타나는 바와 같이, ECR 영역의 위치를 이온 차폐판(104)에 대해 아래로 설정해서 이방성 에칭을 행하는 상태이다.
제3 상태는, 도 3a 또는 도 3b에 나타나는 바와 같이, ECR 영역의 위치를 이온 차폐판(104)에 대해 주기적으로 상하시켜서, 이온과 라디칼의 밀도의 비를 제어하여, 고정밀도의 이방성 에칭을 행하는 상태이다.
실시예 1에 따르면, 이하의 하나 또는 복수의 효과를 얻을 수 있다.
1) 한 대의 플라스마 처리 장치(10)에서, 이온과 라디칼을 공급하는 이방성 에칭 가공과 라디칼만을 공급하는 등방성 에칭 가공의 양쪽을 실현할 수 있다.
2) 이온과 라디칼을 공급하는 이방성 에칭 가공에 있어서, 이온과 라디칼의 밀도의 비를 보다 직접적으로 제어할 수 있는 기술을 제공할 수 있다.
3) 라디칼과 이온을 공급하여 가공을 행하는 이방성 에칭에 있어서, 반도체 처리 기판(웨이퍼)의 표면에 공급되는 라디칼 밀도를 고정밀도로 제어할 수 있으므로, 고정밀도의 플라스마 에칭 기술을 제공할 수 있다.
본 실시예에서는 3개의 자장 발생 코일(112)(112a, 112b 및 112c)로 했지만, 이 수에 한정되는 것은 아니다. 복수의 자장 발생 코일이 있을 경우에, 이온 차폐판(104)에 가까운 것으로부터 순서대로 교류의 코일 전류 전원을 접속하고, 나머지의 자장 발생 코일에는 직류의 코일 전류 전원을 접속하면 된다.
일반적으로, 플라스마 처리실 내의 자장을 고주파의 전원을 사용해서 변경했을 경우, 플라스마 중에 고주파의 유도 전류가 흐르고, 그 유도 전류에 의해 플라스마의 생성이 유지된 유도 결합 플라스마가 생성될 우려가 있다. 그 경우, ECR에 의한 플라스마의 생성과는 다른 플라스마가 생성되기 때문에, ECR 영역 위치의 제어를 통한 플라스마 생성 위치의 제어는 할 수 없게 된다. 그 때문에, 교류 코일 전류 전원의 주파수는 유도 결합 플라스마가 생성되지 않도록, 1㎑ 이하의 주파수를 사용하는 것이 좋다.
또한, 도 3a, 도 3b에 있어서 교류 코일 전류 전원(114)의 출력은 정현파를 도시하고 있지만, 정현파로 한정되는 것은 아니다. 정현파 이외에도 방형파 등 주기적으로 변화하는 파형을 출력할 수 있는 교류 전원이면 된다.
[실시예 2]
도 4는 본 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 전체 구성의 개략을 나타내는 종단면도이다. 플라스마 처리 장치(11)는 진공 용기(101)의 내부에 형성된 처리실(100)을 갖는다. 진공 용기(101)의 상부에, 진공 용기(101) 내에 에칭 가스를 도입하기 위한 샤워 플레이트(102), 처리실(100) 상부를 기밀하게 봉지하기 위한 유전체창(103)을 설치하여, 처리실(100)을 구성한다.
샤워 플레이트(102)에는 가스 배관을 통해 가스 공급 장치(107)가 접속되어 플라스마 에칭 처리를 행하기 위한 산소나 염소 등의 가스가 공급된다. 또한, 진공 용기(101)에는 압력 조정 밸브(117)를 사이에 두고 진공 배기 장치(118)가 접속되어, 처리실(100)의 압력을 제어하고 있다. 처리실(100)에는, 실시예 1과 마찬가지로, 이온 차폐판(104)이 설치되어 있다.
플라스마를 생성하기 위한 전력을 처리실(100)에 전송하기 위해, 유전체창(103)의 상방에는 전자파를 방사하는 도파관(108)(또는 안테나)이 설치된다. 도파관(108)(또는 안테나)에는 가변 주파수 전자파 발생용 전원(가변 주파수 고주파 전원이라고도 함)(301)으로부터 발진시킨 전자파가 전자파 정합기(111)를 통해서 전송된다. 도파관(108)으로부터 전파해 온 전자파에 의해 처리실(100) 내에 특정의 모드의 정재파를 형성시키기 위해 공동 공진기(109)가 배치되어 있다. 가변 주파수의 전자파의 주파수 범위는 특별히 한정되지 않지만, 본 실시예에서는 1.80G㎐ 내지 2.45G㎐의 마이크로파로 했다. 처리실(100)의 외주부에는, 자장 발생 코일(112)(112a, 112b 및 112c)이 마련되어 있고, 그 전류를 제어하기 위해 자장 발생 코일(112a, 112b 및 112c)에는 직류 코일 전류 전원(113)(113a, 113b 및 113c)이 각각 접속되어 있다. 자장 발생 코일(112) 및 직류 코일 전류 전원(113)은, 자장 형성 기구라 할 수 있다. 전자파 발생용 전원(301)으로부터 발진된 전력은, 자장 발생 코일(112)에 의해 형성된 자장과의 전자 사이클로트론 공명(ECR：Electron Cyclotron Resonance)에 의해, 처리실(100) 내에 플라스마를 생성한다.
또한 샤워 플레이트(102)에 대향한 처리실(100) 하부에는 반도체 처리 기판(116)의 재치대(시료대라고도 함)를 겸하는 전극 기판(115)이 설치되어 있다. 전극 기판(115)에는 고주파 정합기(119)를 사이에 두고, 고주파 전원(120)이 접속된다. 전극 기판(115)에 접속된 고주파 전원(120)으로부터 고주파 전력을 공급함에 의해, 일반적으로 셀프 바이어스라 하는 음의 전압이 전극 기판(115) 상에 발생하고, 셀프 바이어스에 의해 플라스마 중의 이온이 가속되어 반도체 처리 기판(116)에 수직으로 입사됨에 의해, 반도체 처리 기판(116)이 에칭 처리된다.
처리실(100)은, 샤워 플레이트(102)와 반도체 처리 기판(116)의 재치대 사이에 이온 차폐판(104)을 구비하고 있고, 처리실(100)의 공간을 상하의 영역으로 분할하고 있다. 여기에서, 본 명세서에서는, 이온 차폐판(104)보다 위의 영역을 제1 영역 또는 라디칼 영역(105)이라 하고, 이온 차폐판(104)보다 아래의 영역을 제2 영역 또는 RIE(Reactive Ion Etching) 영역(106)이라 하기로 한다.
1.80G㎐ 내지 2.45G㎐의 전자파와 ECR를 일으켜 플라스마를 생성하기 위해서는, 0.0643T 내지 0.0875T의 자장이 필요하다. 처리실(100) 내의 각 주파수에 대응한 공명을 일으키는 자장 강도로 되어 있는 영역을 ECR 영역으로 한다. 그 강한 자장을 발생시키기 위해, 자장 발생 코일(112)은 100~1000mH의 자기 인덕턴스를 가진 것이 사용되고, 직류 코일 전류 전원(113)(113a, 113b 및 113c)은 10~60A 정도의 전류를 공급할 수 있도록 되어 있다. 복수의 직류 코일 전류 제어 전원(113)으로부터 각각에 접속된 자장 발생 코일(112)에 공급하는 전류값을 제어함에 의해, 처리실(100) 내의 ECR 영역의 위치를 정밀하게 제어하여, 반도체 처리 기판(116)에 대한 플라스마 생성 위치를 이동시킬 수 있다. 또한 자장 발생 코일(112a 및 112b)은 이온 차폐판(104)보다 위에 위치하기 때문에, 이들 코일(112a 및 112b)에 의해 만들어지는 자장 강도는, 코일(112a 및 112b)에 가까운 라디칼 영역(105)의 쪽이 RIE 영역(106)보다 강해지도록 하고 있다. 이것은, 플라스마가 생성되어 있는 ECR 영역까지 전자파를 전파시키고 싶은 경우, 전자파의 입사 방향으로부터 ECR 영역을 향해 자장이 약해지도록 설정한 편이 좋기 때문이다. ECR 영역으로부터 볼 때 도파관(108)의 방향, 즉 RIE 영역(106)으로부터 볼 때 라디칼 영역(105)의 방향으로 자장이 강해지도록 하기 위함이다.
앞서 기술한 바와 같이, 처리실(100)은, 샤워 플레이트(102)와 반도체 처리 기판(116) 사이에 이온 차폐판(104)을 구비하고 있고, 이온 차폐판(104)보다 위의 라디칼 영역(105)과 이온 차폐판(104)보다 아래의 반응성 이온 에칭(RIE：Reactive Ion Etching) 영역(106)의 2개로 나눠져 있다. 라디칼 영역(105) 내로 ECR 영역의 위치(200)를 설정해서 플라스마를 생성했을 경우, 반도체 처리 기판(116)과 플라스마 사이에 이온 차폐판(104)이 있기 때문에, 이온 차폐판(104)의 효과에 의해 반도체 처리 기판(116)에는 플라스마로부터의 이온은 도달하지 않고 라디칼만이 공급되어, 반도체 처리 기판(116)은 라디칼 에칭에 의해 플라스마 처리된다. RIE 영역(106) 내로 ECR 영역의 위치(200)를 설정해서 플라스마를 생성했을 경우, 플라스마와 반도체 처리 기판(116) 사이에 차단하는 것은 없기 때문에 플라스마로부터의 이온과 라디칼의 양쪽이 모두 반도체 처리 기판(116)에 공급되고, 반도체 처리 기판(116)은 RIE에 의해 플라스마 처리된다.
가스 공급 장치(107), 압력 제어 밸브(117), 가변 주파수 전자파 발생용 전원(301), 직류 코일 전류 전원(113) 및 고주파 전원(120)에는 제어 장치(130)가 접속되어 있고, 플라스마 처리 장치를 프로세스 조건에 맞춰 제어하고 있다. 복수의 플라스마 처리 스텝으로 이루어지는 프로세스 조건의 경우, 각 처리 스텝에 맞춰 순서대로 각 장치 파라미터를 제어 장치(130)가 제어함으로써 반도체 처리 기판(116)의 에칭 처리를 행한다.
본 발명은 이온 차폐판(104)의 위에 ECR 영역의 위치를 가져 왔을 경우는 라디칼만이 반도체 처리 기판(116)에 공급되고, 이온 차폐판(104)의 아래에 ECR 영역의 위치를 가져 왔을 경우는 라디칼과 이온의 양쪽이 모두 반도체 처리 기판(116)에 공급되는 것을 이용하여, ECR 영역의 위치를 이 2개의 영역(105, 106) 사이에서 주기적으로 설정함으로써, 이온과 라디칼의 밀도비를 제어한 반응성 이온 에칭을 행한다. 통상의 RIE에서는, 100％의 시간을 RIE 영역(106)에서 플라스마를 생성하고 있다. 그에 대해, RIE 영역(106)에서의 플라스마 생성에 더하여, 라디칼 영역(105)에서의 플라스마 생성을 행함으로써, 이온과 라디칼이 모두 반도체 처리 기판(116)에 공급되고 있는 시간에 더해 라디칼만이 반도체 처리 기판(116)에 공급되고 있는 시간을 만들 수 있다. 주기적으로 RIE 영역(106)과 라디칼 영역(105)으로 플라스마를 생성하는 영역을 전환함으로써, 전체적으로는 이온 밀도를 낮추고, 라디칼 밀도비를 높인 RIE를 행할 수 있다. 또한, RIE 영역(106)에서 플라스마를 생성하고 있는 시간만 이온이 반도체 처리 기판(116)에 공급되기 때문에, 반도체 처리 기판(116)에 공급되는 이온량은 ECR 영역의 위치를 주기적으로 전환하고 있는 1주기 중 RIE 영역(106)으로 설정하고 있는 시간의 비율에 비례하게 된다. ECR 영역의 위치를 RIE 영역(106)으로 설정하고 있는 시간을 증가시키면 이온의 비율이 상승하고, ECR 영역의 위치를 라디칼 영역(105)으로 설정하고 있는 시간을 증가시키면 라디칼의 비율이 상승하기 때문에, 1주기 중의 RIE 영역(106)으로 ECR 영역의 위치를 설정하고 있는 시간과 라디칼 영역으로 ECR 영역의 위치를 설정하고 있는 시간의 비율에 의해 이온과 라디칼의 밀도의 비를 바꿀 수 있다.
주기적인 ECR 영역의 위치의 제어 및 라디칼 영역(105)과 RIE 영역(106)으로 ECR 영역의 위치를 설정하고 있는 시간의 비를 변화시키기 위해서는, 직류 코일 전류 전원(113)으로부터 출력되는 전류에 의해, 가변 주파수 전자파 발생용 전원(301)의 주파수 범위의 중심의 주파수, 예를 들면 1.80G㎐ 내지 2.45G㎐의 경우는 중심 주파수 2.13G㎐에 대응하는 ECR 영역의 위치를 설정하고, 그 자장에 대해 가변 주파수 전원(301)의 출력 주파수를 바꾸는 것에 의해 ECR 영역의 위치를 상하시키는 것에 의해 행한다.
도 5a, 도 5b에 직류 코일 전류 전원(113)에 의해 중심 주파수에 대응하는 ECR 영역의 위치(200)를 설정하는 예를 나타낸다. 또한, 여기에서, ECR 영역의 위치는, ECR 영역의 중심으로 되는 위치로 간주하는 것도 가능하다. 자장 발생 코일(112)에 의해 만들어지는 자장은 라디칼 영역(105)으로부터 RIE 영역(106)을 향해 약해지고, 또한 ECR 영역의 자장 강도보다 강한 자장을 진공 용기(101)의 상부에 만들기 때문에, 전류가 클수록 ECR 영역은 진공 용기(101)의 하방으로 이동한다. 그 때문에 도 5a의 직류 코일 전류 전원(113a, 113b 및 113c)의 각 전류가 작은 경우(IaL, IbL, IcL)에 만들어지는 ECR 영역의 위치(200)는 이온 차폐판(104)보다 위의 라디칼 영역(105)에 있고, 도 5b의 직류 코일 전류 전원(113a, 113b 및 113c)의 전류가 큰 경우(IaH＞IaL, IbH＞IbL, IcH＞IcL)에 만들어지는 ECR 영역의 위치(200)는 이온 차폐판(104)보다 아래의 RIE 영역(106)에 있다.
도 6a, 도 6b에 자장 발생 코일(112)에서 설정한 중심 주파수의 ECR 영역의 위치(200)에 대해 가변 주파수 전자파 발생 전원(301)의 주파수에 의해 ECR 영역의 위치를 상하시킨 예를 나타낸다. 도 6a에는, ECR 영역의 위치(200)의 상한(U)과 하한(L) 및 이온 차폐판(104)의 위치와 그것에 대응하는 각 주파수(fU, fL, fP)를 나타낸다. 주파수가 중심 주파수(fc)보다 낮은 경우에 공명에 필요한 자장 강도도 약해지기 때문에, 주파수가 낮게 된 경우에 ECR 영역의 위치는 진공 용기(101)의 하방으로 이동하고, 중심 주파수보다 높아진 경우에 상방으로 이동한다. 도 6a에 나타내는 바와 같이 직류 코일 전류 전원(113)에 의해 중심 주파수(fc)에 대응하는 ECR 영역의 위치(200)가 라디칼 영역(105)으로 설정되어 있을 경우는, ECR 영역의 위치가 라디칼 영역(105)에 있는 시간이 RIE 영역(106)에 있는 시간보다 길어진다. 도 6b에 나타내는 바와 같이 직류 코일 전류 전원(113)에 의해 중심 주파수(fc)에 대응하는 ECR 영역의 위치가 RIE 영역(106)으로 설정되어 있을 경우는 RIE 영역(106)에 있는 시간이 라디칼 영역(105)에 있는 시간보다 길어진다. 가변 주파수 전자파 발생 전원(301)의 주파수를 주기적으로 변화시킴으로써, 자장 강도는 변화하지 않고 주기적으로 ECR 영역의 위치가 라디칼 영역(105)과 RIE 영역(106)을 이동한다. 즉, 제어 장치(130)는, 마이크로파와 자장의 상호작용에 의해 생긴 전자 사이클로트론 공명(ECR)의 영역의 위치(200)를 주기적으로 변화시키도록 고주파 전원(301)을 제어한다. 이에 의해, 한 주기 동안, 전자 사이클로트론 공명(ECR)의 영역의 위치(200)는, 차폐판(104)의 상방으로부터 차폐판(104)의 하방 또는 차폐판(104)의 하방으로부터 차폐판(104)의 상방으로 이동한다.
다음으로, 플라스마 처리 장치(11)를 사용한 플라스마 처리 방법에 대해 설명한다.
스텝 1) 반도체 기판의 표면에 GAA 구조를 형성하기 위해, 시료로서의 반도체 기판(116)을 처리실(100) 내의 재치대(115)에 재치하는 공정을 실시한다.
스텝 2) 압력 조정 밸브(117) 및 진공 배기 장치(118)에 의해, 처리실(100)의 압력을 제어하는 공정을 실시한다.
스텝 3) 처리실(100)의 샤워 플레이트(102)와 유전체창(103) 사이의 영역에, 플라스마 에칭 처리를 행하기 위한 산소나 염소 등의 에칭 가스를, 가스 공급 장치(107)로부터 공급하는 공정을 실시한다.
스텝 4) 가변 주파수 전자파 발생 전원(301), 직류 코일 전류 전원(113)을 동작시켜서, 처리실(100) 내에 플라스마를 생성하여 반도체 기판(116)의 표면을 플라스마 에칭에 의해 플라스마 처리하는 공정을 실시한다. 스텝 4)에서는, 도 5a, 도 5b, 도 6a 및 도 6b에 나타나는 바와 같이, ECR 영역의 위치를 이온 차폐판(104)에 대해 주기적으로 상하시켜서, 이온과 라디칼의 밀도의 비를 제어하여, 고정밀도의 이방성 에칭을 실시한다.
실시예 2에 따르면, 이온과 라디칼을 공급하는 이방성 에칭 가공에 있어서, 이온과 라디칼의 밀도비를 보다 직접적으로 제어할 수 있는 기술을 제공할 수 있다.
(변형예)
다음으로 변형예에 따른 플라스마 처리 장치를 설명한다.
1) 실시예 2의 플라스마 처리 장치(11)에 있어서, 직류 코일 전류 전원(113c)을 실시예 1에서 설명한 교류 코일 전류 전원(114)으로 변경할 수 있다. 이 경우, 이방성 에칭 가공에 있어서, 이온과 라디칼의 밀도비가 소망으로 되도록, 가변 주파수 전자파 발생 전원(301)의 주파수와 교류 코일 전류 전원(114)의 주파수를 설치할 필요가 있다.
2) 실시예 2의 플라스마 처리 장치(11)에 있어서, 가변 주파수 전자파 발생 전원(301)과 실시예 1의 전자파 발생용 전원(110)의 양쪽을 마련해도 된다. 등방성 에칭을 행할 경우, 도 5a에 나타내는 상태에서, 전자파 발생용 전원(110)을 동작시킨다. 또한, 이방성 에칭을 행할 경우, 도 5b에 나타내는 상태에서, 전자파 발생용 전원(110)을 동작시킨다. 이온과 라디칼의 밀도비를 고정밀도로 제어한 이방성 에칭을 행할 경우는, 도 6a, 도 6b에 나타내는 바와 같이, 가변 주파수 전자파 발생 전원(301)을 동작시킨다. 이에 의해, 한 대의 플라스마 처리 장치에서, 이온과 라디칼을 공급하는 이방성 에칭 가공과 라디칼만을 공급하는 등방성 에칭 가공의 양쪽을 실현할 수 있다.
실시예 1 및 실시예 2에 기재된 플라스마 처리 장치(10, 11)는, 이하와 같이 정리할 수 있다.
1) 시료가 플라스마 처리되는 처리실(100)과,
플라스마를 생성하기 위한 마이크로파의 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원(110, 301)과,
자장을 발생시키는 코일(112)과,
상기 코일에 전류를 흘리는 전원(113, 114)과,
상기 시료가 재치되는 시료대(116)와,
상기 시료대에의 이온의 입사를 차폐하고 상기 시료대의 상방에 배치된 차폐판(104)과,
상기 마이크로파와 상기 자장의 상호작용에 의해 생긴 전자 사이클로트론 공명의 영역의 위치(200)를 주기적으로 변화시키도록 상기 전원을 제어하는 제어 장치(130)를 구비하고,
한 주기 동안, 상기 전자 사이클로트론 공명의 영역의 위치는, 상기 차폐판의 상방으로부터 상기 차폐판의 하방 또는 상기 차폐판의 하방으로부터 상기 차폐판의 상방으로 이동하는(도 3a, 도 3b；도 6a, 도 6b) 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
2) 시료가 플라스마 처리되는 처리실(100)과,
플라스마를 생성하기 위한 마이크로파의 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원(301)과,
자장을 발생시키는 코일(112)과,
상기 코일에 전류를 흘리는 전원(113)과,
상기 시료가 재치되는 시료대(116)와,
상기 시료대에의 이온의 입사를 차폐하고 상기 시료대의 상방에 배치된 차폐판(104)과,
상기 마이크로파와 상기 자장의 상호작용에 의해 생긴 전자 사이클로트론 공명의 영역의 위치(200)를 주기적으로 변화시키도록 상기 고주파 전원을 제어하는 제어 장치(130)를 구비하고,
한 주기 동안, 상기 전자 사이클로트론 공명의 영역의 위치는, 상기 차폐판의 상방으로부터 상기 차폐판의 하방 또는 상기 차폐판의 하방으로부터 상기 차폐판의 상방으로 이동하는(도 6a, 도 6b) 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
3) 상기 1)에 기재된 플라스마 처리 장치에 있어서,
상기 전원은, 직류 전원(113)과 교류 전원(114)을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
4) 상기 3)에 기재된 플라스마 처리 장치에 있어서,
상기 코일(112)은, 상기 직류 전원(113)에 접속된 제1 코일(112a, 112b)과 상기 교류 전원(114)에 접속된 제2 코일(112c)을 포함함과 함께 상기 처리실(100)의 외측에 배치되고,
상기 제1 코일(112a, 112b)의 높이는, 상기 차폐판(104)의 상방으로 되는 높이이고,
상기 제2 코일(112c)은, 상기 제1 코일(112a, 112b) 보다 상기 차폐판(104)의 근처에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
5) 상기 4)에 기재된 플라스마 처리 장치에 있어서,
상기 고주파 전원(301)의 주파수는, 가변인 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
6) 상기 2)에 기재된 플라스마 처리 장치에 있어서,
상기 제어 장치(130)는, 상기 전자 사이클로트론 공명의 영역의 위치(200)를 주기적으로 변화시키도록 상기 고주파 전원(301)의 주파수를 제어하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
7) 상기 6)에 기재된 플라스마 처리 장치에 있어서,
상기 전원(113)은, 직류 전원인 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
8) 상기 3)에 기재된 플라스마 처리 장치에 있어서,
상기 코일(112)은, 상기 직류 전원(113)에 접속된 제1 코일(112a, 112b)과 상기 교류 전원(114)에 접속된 제2 코일(112c)을 포함함과 함께 상기 처리실(100)의 외측에 배치되고,
상기 제어 장치(130)는, 상기 제1 코일(112a, 112b)에 의해 형성된 자장과 상기 마이크로파의 상호작용에 의해 생긴 전자 사이클로트론 공명의 영역의 위치(200)를 주기적으로 변화시키도록 상기 교류 전원(114)을 제어하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
또한, 실시예 1 및 실시예 2에 기재된 플라스마 처리 방법은, 이하와 같이 정리할 수 있다.
9) 시료가 플라스마 처리되는 처리실(100)과, 플라스마를 생성하기 위한 마이크로파의 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원(110, 301)과, 자장을 발생시키는 코일(112)과, 상기 코일에 전류를 흘리는 전원(113, 114)과, 상기 시료가 재치되는 시료대(116)와, 상기 시료대에의 이온의 입사를 차폐하고 상기 시료대의 상방에 배치된 차폐판(104)을 구비하는 플라스마 처리 장치(10, 11)를 사용한 플라스마 처리 방법에 있어서,
상기 마이크로파와 상기 자장의 상호작용에 의해 생긴 전자 사이클로트론 공명의 영역의 위치(200)를 주기적으로 변화시키는 공정을 갖고,
한 주기 동안, 상기 전자 사이클로트론 공명의 영역의 위치(200)는, 상기 차폐판(104)의 상방으로부터 상기 차폐판의 하방 또는 상기 차폐판의 하방으로부터 상기 차폐판의 상방으로 이동하는(도 3a, 도 3b；도 6a, 도 6b) 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
10) 상기 9에 기재된 플라스마 처리 방법에 있어서,
상기 코일(112)에 흐르는 전류를 제어함에 의해 상기 전자 사이클로트론 공명의 영역의 위치(200)를 주기적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
11) 상기 9)에 기재된 플라스마 처리 방법에 있어서,
상기 고주파 전원(301)의 주파수를 제어함에 의해 상기 전자 사이클로트론 공명의 영역의 위치(200)를 주기적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
이상, 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 실시예에 의거하여 구체적으로 설명했지만, 본 발명은, 상기 실시형태 및 실시예에 한정되는 것은 아니며, 여러가지 변경 가능한 것은 물론이다.
10, 11：플라스마 처리 장치 100：처리실
101：진공 용기 102：샤워 플레이트
103：유전체창 104：이온 차폐판
105：라디칼 영역 106：RIE 영역
107：가스 공급 장치 108：도파관
109：공동 공진기 110：전자파 발생용 전원
111：전자파 정합기 112：자장 발생 코일
113：직류 코일 전류 전원 114：교류 코일 전류 전원
115：전극 기판 116：반도체 처리 기판
117：압력 조절 밸브 118：진공 배기 장치
119：고주파 정합기 120：고주파 전원
200：ECR 영역의 위치
301：가변 주파수 전자파 발생용 전원

Claims (11)

  1. 시료가 플라스마 처리되는 처리실과,
    플라스마를 생성하기 위한 마이크로파의 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과,
    자장을 발생시키는 코일과,
    상기 코일에 전류를 흘리는 전원과,
    상기 시료가 재치되는 시료대와,
    상기 시료대에의 이온의 입사를 차폐하고 상기 시료대의 상방에 배치된 차폐판과,
    상기 마이크로파와 상기 자장의 상호작용에 의해 생긴 전자 사이클로트론 공명의 영역의 위치를 주기적으로 변화시키도록 상기 전원을 제어하는 제어 장치를 구비하고,
    한 주기 동안, 상기 전자 사이클로트론 공명의 영역의 위치는, 상기 차폐판의 상방으로부터 상기 차폐판의 하방 또는 상기 차폐판의 하방으로부터 상기 차폐판의 상방으로 이동하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  2. 시료가 플라스마 처리되는 처리실과,
    플라스마를 생성하기 위한 마이크로파의 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과,
    자장을 발생시키는 코일과,
    상기 코일에 전류를 흘리는 전원과,
    상기 시료가 재치되는 시료대와,
    상기 시료대에의 이온의 입사를 차폐하고 상기 시료대의 상방에 배치된 차폐판과,
    상기 마이크로파와 상기 자장의 상호작용에 의해 생긴 전자 사이클로트론 공명의 영역의 위치를 주기적으로 변화시키도록 상기 고주파 전원을 제어하는 제어 장치를 구비하고,
    한 주기 동안, 상기 전자 사이클로트론 공명의 영역의 위치는, 상기 차폐판의 상방으로부터 상기 차폐판의 하방 또는 상기 차폐판의 하방으로부터 상기 차폐판의 상방으로 이동하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전원은, 직류 전원과 교류 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 코일은, 상기 직류 전원에 접속된 제1 코일과 상기 교류 전원에 접속된 제2 코일을 포함함과 함께 상기 처리실의 외측에 배치되고,
    상기 제1 코일의 높이는, 상기 차폐판의 상방으로 되는 높이이고,
    상기 제2 코일은, 상기 제1 코일보다 상기 차폐판의 근처에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고주파 전원의 주파수는, 가변인 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 전자 사이클로트론 공명의 영역의 위치를 주기적으로 변화시키도록 상기 고주파 전원의 주파수를 제어하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전원은, 직류 전원인 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 코일은, 상기 직류 전원에 접속된 제1 코일과 상기 교류 전원에 접속된 제2 코일을 포함함과 함께 상기 처리실의 외측에 배치되고,
    상기 제어 장치는, 상기 제1 코일에 의해 형성된 자장과 상기 마이크로파의 상호작용에 의해 생긴 전자 사이클로트론 공명의 영역의 위치를 주기적으로 변화시키도록 상기 교류 전원을 제어하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  9. 시료가 플라스마 처리되는 처리실과, 플라스마를 생성하기 위한 마이크로파의 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과, 자장을 발생시키는 코일과, 상기 코일에 전류를 흘리는 전원과, 상기 시료가 재치되는 시료대와, 상기 시료대에의 이온의 입사를 차폐하고 상기 시료대의 상방에 배치된 차폐판을 구비하는 플라스마 처리 장치를 사용한 플라스마 처리 방법에 있어서,
    상기 마이크로파와 상기 자장의 상호작용에 의해 생긴 전자 사이클로트론 공명의 영역의 위치를 주기적으로 변화시키는 공정을 갖고,
    한 주기 동안, 상기 전자 사이클로트론 공명의 영역의 위치는, 상기 차폐판의 상방으로부터 상기 차폐판의 하방 또는 상기 차폐판의 하방으로부터 상기 차폐판의 상방으로 이동하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 코일에 흐르는 전류를 제어함에 의해 상기 전자 사이클로트론 공명의 영역의 위치를 주기적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 고주파 전원의 주파수를 제어함에 의해 상기 전자 사이클로트론 공명의 영역의 위치를 주기적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
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