KR970006209B1 - 유도 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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노벨러스 시스템즈, 인코오포레이티드
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Abstract

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Description

유도 플라즈마 처리 장치
제1도는 반구형 유도 플라즈마 처리 장치와 플라즈마 에칭 시스템의 관련 구성요소를 도시한 단면도.
제2도는 제1도의 반구형 유도 플라즈마 처리 장치의 절개 사시도.
제3도는 제1도의 무선주파 정합 네트윅과 반구형 언더터 사이의 접속부의 평면도.
제4도는 제1도의 플라즈마 진공 처리실과 반구형 언덕터 사이의 접속부의 평면도.
제5도는 제1도의 반구형 유도 플라즈마 처리 장치의 등가회로도.
제6도는 제1도의 반구형 유도 이온 소스용 이온 전원에 대한 에칭속도의 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 하우징 18 : 유도 코일
20 : 용기 30 : (진공)처리실
32 : 기판 또는 반도체 웨이퍼 40 : 플래튼
42 : 웨이퍼 지지대
본 발명은 플라즈마 처리장치, 보다 구체적으로는 집적회로 제조용의 유도 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
종래부터 많은 분야, 특히 마이크로 전자장치의 제조분야에 플라즈마 에칭법이 유용하게 사용되어 왔다. 집적회로의 마이크로 전자적 제조에서는 민감한 구조에 손상을 입히지 않고 남아 있는 재료가 없도록 재료를 선택적으로 제거해야 할 뿐만 아니라 각종 재료의 서브미크론 크기의 형상과 엄격하게 제어된 대량 복제를 필요로 한다. 집적회로의 마이크로 전자적 제조를 위한 플라즈마 에칭법의 응용으로는 화학적 증기 증착법(CVD)과 에칭을 동시에 포함하는 유전체 간격 충진, 이온 스퍼터 클리닝 및 레지스트에 의한 화학적 패턴 에칭등이 있다.
플라즈마 증착 및 에칭의 사용을 위한 리액터용의 각종 플라즈마 소스방법과 기하학적 설계가 알려져 있다. 예컨대, 전자 사이클로트론 공명(ECR) 소스를 매사츄세츠주 오번 소재의 어플라이드 사이언스 앤드 테크놀로지사(Applied Science and Technology, Inc.) 및 매사츄세츠주 폴리머스 소재의 웨이브 매트사(Wavemat Cor.)로부터 구입할 수 있다. 또, 웨이퍼 클리닝 및 에칭 공정은 통상 유전체실 상판상부에 설치된 평편한 나선형 유도권선 뿐만 아니라 상수 또는 변수의 각종 피치를 갖는 유도권선을 구비하는 여러 직경의 다양한 실린더형 수정 용기를 사용하는 장비에 의해 수행된다. 무선주파수(rf)다이오드와 트리오드의 구성은 웨이퍼 전극과 다른 전극이 플라즈마를 생성하도록 13.56MHz 주파수에서 전력이 공급되는 것으로 알려져 있다.
수개의 플라즈마 에칭 메카니즘의 하나인 물리적 스퍼터링은 외장(sheath)을 가로질러 에칭되는 재료에 에너지와 모멘트를 전달하는 강력한 에너지로 재료를 제거하는 것을 포함한다. 동공 및 또는 다이오드, 트리오와 유도성 결합된 많은 종래의 기술에서는 물리적 스퍼터링을 실행하면 이온 전류의 불충분한 균일성에 기인한 불충분한 에칭 균일성, 낮은 재료 제거속도 및 높은 이온에너지로 인한 주입과 이온 충격에 의한 기판에 대한 전기적 손상을 포함하는 여러 가지 불리한 점이 있다. ECR장치는 유도형 장치보다 성능은 개선되었지만 훨씬 복잡하다.
그러므로 간단한 기기의 실현으로 고속에칭을 달성하도록 양호한 이온밀도를 제공하고, 큰 직경의 기판위에 있는 재료를 균일하게 제거하도록 이온 전류 균일성을 제공하며, 플라즈마의 보다 균일한 이온 분포와 높은 애스퍽트비(aspect ratio)의 구조로 이온의 보다 양호한 방향성을 달성하도록 저압에서 동작 안정성을 제공할 수 있는 플라즈마 소스 시스템이 계속 요구되었다.
본 발명에 따르면 간단한 기기의 실현으로 높은 이온 밀도, 양호한 이온 전류 균일성 및 안정한 저압 동작을 달성할 수 있다.
본 발명의 1실시예에서 유도 플라즈마 소스, 즉 유도 코일은 반구형상이다. 기판이 도입될 수 있는 처리실은 유도코일의 내측의 배치된다. 다른 실시예에서 유도 코일은 처리실을 포함하는 반구형 용기의 윤곽을 따라 형성된다. 또 다른 실시예에서 전원은 주파수가 약 450KHz이고, 전력의 범위가 200-2000와트이며 압력은 약 0.1-100mTorr의 저압이다.
반구형 유도 플라즈마 처리장치(1)의 단면도를 제1도에 단순화한 사시도를 제2도에 도시한다. 반구형 유도 플라즈마 처리장치(1)는 높이 26.62cm, 폭 43.82cm의 스테인레스 스틸 하우징(10)내에 있으며, 4권선형의 확장 나선 패턴(도면의 명료화를 위해 단지 권선형태(12), (14)만을 도시)으로 제공되는 반구형 유도 코일(18)을 포함한다. 비록 사용되는 제조기술에 다라 단권선형과 같은 다른 형태가 적합할 수도 있지만 유도코일(18)의 조립을 단순화하기 위해 4권선형을 사용한다. 권선형, 예컨대 (12), (14)는 나일론과 같은 유전체 재료를 포함하는 다른 적합한 재료로 제조된다. 유도코일(18)은 임의의 적합한 유전체 스트래핑(strapping), 접착제 또는 접합제에 의해 권선형, 예를들면 권선형태 (12), (14)의 채널 내측에 적절히 유지된다. 권선형태(12), (14)를 포함하는 권선형은 볼트 또는 접착제와 같은 편리한 방식으로 하우징(10)에 고착된다.
유도코일(18)은 내경이 3.0mm, 외경이 4.75mm인 구리 튜브이다. 반구형 유도 코일(18)은 중심선에 대한 반경이 7.775cm이다. 유도코일(18)의 확장나선형 패턴은 36권선으로 만들어린다. 제1권선은 기판(32)과 거의 고유면을 이루며 각각의 후손 권선 나선은 총 36코일에 대하여 각 변위 2.432°만큼 상향한다.
처리 동작 동안 유도코일(18)은 임의의 적합한 두께, 예시적으로는 1.91cm의 두께를 갖는 스트인레스 스틸로 된 처리실의 상판(24)와 연관되어 수정 용기 또는 벨형 용기(20)내에 포함된 진공 처리실(30) 둘레에 배치된다. 상기 용기(20)는 바람직하게는 진공 공동(cavity)으로 rt(균일한 유전체 간격)의 균형을 이룬 결합이 있게 되도록 반구형으로 형성된다. 일반적으로 상기 용기의 재료는 진공을 견딜 수 있도록 충분한 구조적 무결성을 구비하는 절연유전체이다. 적합한 재료로는 수정, 파이렉스, 산화 알루미늄(Al2O3사파이어로도 알려짐), 폴리아미드 및 다른 산화물 또는 절화물 합성물이 있다. 예시적으로 용기(20)의 반경은 17.78cm이며, 용기의 재료는 두께 0.51cm인 수정이다. 유도코일(18)은 진공을 유지하고 기판(32), 예시적으로는 제조시 첩을 포함하는 반도체 웨이퍼(32)를 내포할 수 있는 용기(20)의 반구형 윤곽을 따라 형성된다.
하우징(10)은 임의의 편리한 방식으로 방의 상판(24)위에 장착된다. 제1도는 유도 플라즈마 처리장치(1)로부터의 스퓨리어스 무선 주파수 발사(spurious radio frequency emission)를 방지하기 위해 구리박편을 포함하는 무선 주파수 시일(seal)(22)에 의해 결합되는 하우징(10)을 도시하고 있다.
예를들어 직경이 200mm인 반도체 웨이퍼(32)는 도전성(예컨대, 스테인레스스틸) 웨이퍼 지지대(42)에 의해 진공 처리실(30)내부에 지지되는데, 사이 웨이퍼 지지대(42)는 웨이퍼(32) 하부에 배치되는 스테인레스 스틸의 평탄부(44)를 구비하는 플래튼(40)과, 상기 평탄부(44)의 평면을 넘어 연장된 세라믹 암흑부링(46)을 포함한다. 평탄부(44)의 직경은 18.35cm이며, 암흑부링(46)의 외경은 28.62cm이다. 플래튼(40) 하부에는 외경이 20.32cm인 암흑부 실드(50)가 배치된다.
웨이퍼 지지대(42)는 도시되지 않은 임의의 적합한 기구에 의해 승하강 운동을 할 수 있다. 웨이퍼 지지대의 위치는 플라즈마 에칭 시스템이 처리모드에서 동작하느냐 또는 웨이퍼 전달 모드에서 동작하느냐에 따라 좌우된다. 처리모드에서 플래튼(40)은 제1도에 도시된 바와같이 진공 처리실(30)내에 위치된다. 진공실(30, 60)의 진공으로부터 대기압력에 있는 웨이퍼 지지대 구동 시스템의 기계적 구성요소를 격리시키기 위해 구비되는 벨로우즈(5)가 또한 이용된다. 웨이퍼(32)는 처리실, 즉 진공 처리실(30)내에 웨이퍼 지지대에 의해 지지된다.
웨이퍼의 로딩 및 언로등을 위해 웨이퍼 지지대(40)는 일단부에 높이 4.60cm의 밀봉 가능한 웨이퍼 전달 개구부(26)를 포함하고 높이가 7.54cm인 웨이퍼 전달 영역(60)으로 그 위치가 하강된다. 이때 벨로우즈(52)가 압축되며, 3개의 승강핀(도면에는 핀(54), (56)만 도시)이 플래튼(40)내의 관통공(도시 생략)을 통해 돌출되어 웨이퍼 지지대(42)가 하강되었을 때 웨이퍼 전달 영역(60)내의 장치 위치에 웨이퍼(32)를 지지한다. 밀봉 가능한 웨이퍼 전달 개구부(26)가 웨이퍼 전달 모드 동안 웨이퍼 이송 아암(도시생략)이 웨이퍼 전달 플랜지(28)를 넘어 영역(60)으로 액세스되도록 구비된다. 적합한 웨이퍼 이송 아암과 관련 기구는 종래부터 알려져 있다. 웨이퍼 전송 동작시 웨이퍼 이송 아암 단부상의 가지는 웨이퍼가 승강핀(예를들면, 핀(54), (56))에 의해 지지될 때 웨이퍼 아래에 삽입된다. 웨이퍼 이송 아암이 상승되어 승강핀으로 부터 벗어나도록 웨이퍼(32)를 들어올리면 웨이퍼 이송 아암이 철회되어 웨이퍼(32)가 전달 영역(60)으로부터 제거된다. 가지 위에는 새로운 웨이퍼가 대체되고 웨이퍼 이송 아암은 승강핀(54, 56)위의 위치로 이동된다. 웨이퍼 이송 아암은 웨이퍼(32)를 승강핀 위에 웨이퍼를 올려 놓을 수 있도록 하강된 다음 철회된다. 웨이퍼 지지대(42)는 웨이퍼(32)가 플래튼(40)위에 위치도록 상승된다.
유도 플라즈마 처리장치(1)는 이온 스퍼터 클린(ion sputter cleam), 화학적 블랭킷 에치백, 화학적 패턴 에칭 및 플라즈마 향상 화학 증착(plasma-enhanced chemical vapor deposition; PECVD)을 포함하는 각종 응용에 사용하는 것이 적합하다. 이온 스퍼터 클린은 운동량 전달에 의해 기판의 표면으로부터 물질을 제거하기 위해 저온의 아르곤과 같은 적합한 불활성 가스로부터 획득되는 플라즈마의 사용을 포함한다. 제1도에 예시된 에칭 클린용 유도플라즈마 처리장치(1)에서는 아르곤 가스가 플래튼(40)바로 하부의 진공실 측벽에 배치딘 단일 포트(58)을 통해 진공 처리실(30)로 도입된다. 화학적 에칭은 통상적으로 이온 스퍼터 클린보다 높은 압력하에서 불활성 가스 대신에 반응선 가스를 사용하며, 포토레지스터 또는 다른 마스킹 재료가 존재하는 장소를 에치백하거나 패턴 에칭하기에 적합하다. 보다 높은 압력 또는 보다 큰 반응성을 갖는 종류이기 때문에 화학적 에칭(도시생략)을 위한 유도 플라즈마 시스템의 장치는 반응성 가스를 도입하기 위하여 기판 둘레의 대칭적 다증 포트장치를 이용하는 것이 바람직하다. 기판 바이어스 제어가 조심스럽게 사용되면 PECVD용 유도 플라즈마 시스템은 유전체 갭층진에 적합하다.
진공 처리실(30)을 진공으로 하기 위해 적합한 진공 시스템(도시생략)이 웨이퍼 전달영역(60)에 접속된다. 적합한 진공 시스템은 종래부터 알려져 있다. 진공실(30)이 진공으로 된 후 이온 스퍼터 클린용의 처리가스, 바람직하게는 아르곤이 포트(58)을 통해 진공 처리실(30)로 공급되어 원하는 처리 가스의 압력을 얻을 수 있게 된다. 이온 스퍼터 클린을 위해서는 예를들면 약 0.1-100mTorr, 바람직하게는 0.1-10mTorr 범위의 저압을 확정하도록 충분한 아르곤이 도입된다.
유도 플라즈마 소스(1)의 무선주파수(rf)서브시스템은 스테인레스 스틸 rf정합 봉입부(2)내에 봉입되는 정합 커패시터(6, 8)를 포함한다. 캐패시터(6, 8)는 버스바(버스바(4)만 도시)에 접속되며, 그 조립체는 하우징(10)에 장착되는 유전체 블록(5)상에 장착된다.
유도코일(18)은 제3도에 도시된 바와같이 커패시터(6, 8)에 결합된다. 커패시터(6, 8)는 각가 구리 버스바(4)와 구리 버스바(204)에 나사로 결합되는 두 개의 단자를 구비한다. 버스바(4)는 저주파 소스(410)(제5도)에 접속된다. 버스바(204)는 피팅(208)에 의해 유도코일(18)이 형성되는 구리 튜브의 단부(306)에 접속된다. 피팅(208)은 버스바(204)를 통해 채널에 나사로 결합된다. 다른 피팅(210)은 채널의 타단부에 나사로 결합된다. 테프론 튜브(212)는 냉각 유체를 분배화는 피팅(210)에 접속된다. 유도 코일(18)은 접지된 상판(24)에 결합된다. 버스바(302)는 볼트(304)에 의해 하우징(10)에 고정되고 피팅(308)을 통해 유도 코일(18)이 형성되는 구리 튜브의 단부(306)에 접속된다. 피팅(308)은 버스바(302)를 통해 채널에 나사로 연결되며, 다른 피팅은 채널의 타단부에 나사로 연결된다. 테프론 튜브(312)는 냉각 유체를 빼내기 위하여 피팅(310)에 접속된다.
유도 플라즈마 처리장치(1)의 rf서브 시스템을 제5도에 도시한다. 전원은 저주파 소스(410)와 고주파 소스(420)를 포함한다. 저주파 소스(410)는 약 450KHz, 200-2000 와트의 동작 범위를 갖는다. 저주파 소스(410)는 병렬 접속된 캐패시터(6, 8)를 포함하는 저주파 정합 네트윅을 통해 유도코일(18)에 접속된다. 저주파 정합 네트윅은 공지의 방식으로 동공 형태, 압력 및 플라즈마 화학 작용에 따라 플라즈마 공동으로 저주파 rf에너지가 결합되도록 동조된다. 이 실시예에서는 캐패시터(6, 8)가 6000V의 정격 전압에서 1200pf의 값을 가지는 전송형 마이카 커패시터이다. 고주파 소스(420)는 약 13.56MHz, 25-500 와트의 동작 범위를 갖는다. 고주파 소스(410)는 예를 들면, 뉴저어지 크레손 소재의 RF Flasma Prooducts, Inc.로 부터 입수가능한 모델 AM-5와 같은 자동동조 고주파 정합 네트웍(422)을 통해 플래튼(40)에 접속된다. 자동 동조 정합 네트웍(422)은 덜성될 웨이퍼(32)에서 조정된 바이어스 전압을 허용하는 내부 직류 바이어스 제어부를 구비한다.
유도코일(18)은 임의의 적합한 액체, 예를들면 냉각수에 의해 냉각된다. 냉각수는 밸브(442)를 통해 소스(440)로부터 유도코일(18)로 도입되며, 플로우스위치(444)를 통해 싱크(446)로 복귀된다. 예를들면 냉긱수는 3-5barr의 압력으로 공급된다.
비록 유도 플라즈마 처리장치(1)를 기계적으로 복잡하지 않게 비교적 간단히 제조할 수 있으나, 이 유도 플라즈마 처리장치는 높은 이온 밀도, 양호한 이온 전류 균일성 및 안정한 저압 동작을 달성할 수 있다. 아르곤 이온 스퍼티 클리닝을 위해 사용되면 유도 플라즈마 소스(1)에 의해 발생된 균일한 고밀도의 이온 플럭스는 웨이퍼(32)에 인가된 적합한 고주파 바이어스와 관련되어 얇은 금속 필림의 증착에 앞서 얇은 산화물과 오염물질의 제거에 특히 적합한 저전압 아르곤 스퍼터를 공급한다. 이 저전압 아르곤 스퍼터 클린은 접촉 클리닝 동안 보다 높은 에너지를 발생할 수 있는 게이트 손상을 피하게 해준다. 아르곤 이온 스퍼터 클린은 또한 실리콘 표면의 무정형화(amorphization) 감축뿐 아니라 본래의 산화물의 제거로 인해 제1레벨의 층으로 감소된 접촉 저항을 제공하는 실리콘 기판까지 하강하는 것들을 포함하는 바이어(via)와 접촉부의 얇은 본래의 산화물을 제거하기 위해 유익하게 사용된다.
예시적인 특성화 데이터가 제6도 및 제7도에 도시되어 있다. 제6도는 반구형 유도 플라즈마 처리장치(1)가 아르곤 압력 0.6mTorr에서 열산화물 웨이퍼에 대해 동작할 때 각각의 웨이퍼 바이어스 전압(Vdc=-50V, -75V, -100V)에 대한 소스전력(Watt) 대 에칭속도(Å/분)의 그래프이다. 실제의 외장전위(웨이퍼 표면에서의 총전압)는 웨이퍼 바이어스 전압보다 약 30V크다. 제6도는 높은 에치속도가 매우 낮은 전압 레벨에서 달성되고 있음을 도시하고 있다. 200와트의 이온 전원(소스 410)에서 약 250Å/분의 에치속도는 -100볼트의 웨이퍼 바이어스 전압에서 달성되면, -50볼트(50% 감소)의 웨이퍼 바이어스 전압에서 약 450Å/분(약 25% 감소)으로 감소한다. 600와트의 이온 전원에서 약 950Å/분의 에칭속도는 -100볼트의 웨이퍼 바이어스 전압에서 달성되며 -50볼트(50% 감소)의 웨이퍼 바이어스 전압에서는 약 700Å/분(약 26％ 감소)으로 감소한다. 800와트의 이온 전원에서 약 1200Å/분의 에칭속도는 -100볼트의 웨이퍼 바이어스 전압에서 달성되며 -50볼트(50％ 감소)의 웨이퍼 바이어스 전압에서는 약 900Å/분으로 감소한다.
제7도는 반경위치(cm)대 이온 전류(mA)의 함수로서 이온전류 균일성을 나타내는 그래프이다. 곡선(602)은 아르콘 0.6mTorr의 압력과 -100볼트이 웨이퍼 바이어스 전압에서 제1도의 반구형 유도 플라즈마 처리장치를 사용하는 스퍼터 클린 공정에서 웨이퍼를 횡단하는 이온전류를 나타낸다. 이온전류는 약 ±1%만 변화한다. 웨이퍼 지지대(40)위의 이온전류는 균일할 뿐만 아니라 비록 0.6mTorr에서 저압 동작함에도 불구하고 약 6mA로 상당히 높다. 곡선(604)은 20mTorr의 압력과 -700볼트의 웨이퍼 바이어스 전압에서 종래의 다이오드 에칭을 이용하는 스퍼터 클린 공정에서 횡단하는 이온전류를 나타낸다. 이온전류는 약 ±-12.9%로 변화한다.
그러므로 웨이퍼 표면에서 이온전류와 이온 에너지를 독립적으로 제어하도록 2중 전원이 사용되면 반구형 유도 플라즈마 소스(1)는 웨이퍼(32)에 나타나는 총전압을 최소화하지만 높은 에칭 속도를 달성할 수 있게 된다. 1×10(이온/cm3) 이상의 이온 밀도는 150볼트 이하의 총 웨이퍼 전압에서 열 산화물에 대하여 300Å/분 이상의 탁월한 에칭속도를 얻게해 준다. 비교적 간단한 반구형 유도 플라즈마소스(1)에 의해 달성되는 상당히 개선된 결과에 대한 이유를 이해하기 위해 먼저 가스압과 주파수가 외장 전위에 미치는 영향에 대한 일반적인 원리를 고려하기로 한다. 압력이 약 50mTorr 또는 10mTorr이하로 낮아짐에 따라 외장 두께와 외장 양단의 전압이 제7도의 곡선(604)에 도시된 다이오드 에칭 특성곡선에 나타난 바와같이 많은 플라즈마 시스템에서는 수십 볼트에서 수백볼트 이상까지 증가하기 시작한다. 플라즈마 전위는 상당히 상승하고 이온-기판 충격 에너지는 감소하는 압력에 따라 급격히 상승한다. 이들은 보다 긴 평균 자유 행정과 전자와 분자 사이의 감축된 충돌 속도의 결과로부터 영향을 받는다. 낮은 충돌 속도에도 불구하고 이온화의 확률을 높이고 플라즈마를 유지하기 위해 전자 에너지와 전위가 증가한다. 보다 낮은 rf여자수 주파수는 다이오드 시스템에 유사한 영향을 미친다. 가스압이 약 100-1000mTorr의 범위에 있고, 주파수가 약 10MHz에서 약 1MHz 이하로 저하되면 일단 외장 전위가 다시 급격하게 상승하여 에너지에 의해 작용하는 이온 원조 에칭이 가해진다. 전위 증가는 플라즈마 유지기구의 변경에 공헌한다.
그리고 다이오드 시스템에 대한 일반적인 용어에 있어서 주파수 및 압력은 상호 변경가능한 변수이며, 자주파 또는 저압은 플라즈마 유지에 도움을 주나 기판을 손상시키고 MOSFET 디바이스에 게이트 손상을 야기시키는 외장 전위를 증가시킨다. 이러한 이유 때문에 이온화에 대한 보다 효과적인 방법이 실행되어야만 한다.
반구형 유도 플라즈마 처리장치(1)는 퉁상적으로 다른 플라즈마 처리 장치에서 관찰되는 보다 높은 에너지에서의 접촉 클리닝동안 발생할 수 있는 게이트 손상을 피하게 하는 낮은 압력에서 저전압, 고속 아르곤 이온 스퍼터 클린을 달성할 수 있다. 반구형 유도 플라즈마 처리장치(1)의 유익한 성능특성은 다음과 같이 설명할 수 있다. 유도 방전은 용기(20)의 벽 부근의 유도 방위 전계(induced azimuthal electric field)에 의해 전압 동작(예를들면, 0.6mTorr 이하)동안 유도 플라즈마 처리장치(1)내에 유지된다. 여자 코일의 발전전류는 발진 방위 전계를 유도하는 축방향의 시변 자계를 발생시킨다.
유도코일(18) 부근의 플라즈마 영역에 들어오는 전자는 유도코일(18)내에 반대하는 전류를 발생시킨다. 그 결과 축방향의 자계가 플라즈마 방전의 내부에서 거의 상쇄된다. 결국 전계의 크기는 진공실(30)의 내부에서 대단히 낮아진다.
유도코일(18) 부근의 플라즈마의 바깥쪽 부분은 에너지가 플라즈마 전자에 전달되는 주영역이다. 이들 전자는 가스의 원자와 탄성 스캐터링 충돌하기 때문에 플라즈마 공간을 통해 급속히 확산된다. 약 20eV의 에너지를 갖는 전자는 진공처리실(30)을 통과하여 원자와 이온화 충돌을 한다. 유도 플라즈마 소스(1)의 mTorr(예를 들면, 0.6mTorr) 이하의 가스압에서 본질적으로는 벽에 자유 낙하하는 약 10cm의 평균 길이를 갖는 평균 자유 행정후에 이온이 벽에 충돌할 때 이온 당 1회의 충돌이 이온의 생성으로부터 발생될 가능성이 있다. 저압의 경우를 수 mTorr의 고압의 경우에 대비하여 보며 상기 행정 길이에 비해 10회의 충돌이 발생한다. 이 경우 이온이 벽으로 확산된다.
이온화 속도의 공간 종속성은 전자가 유도코일(18) 부근의 외벽에서 활성화되기 때문에 스캐터링을 위한 전자 평균 자유 행정과 압력에 상당히 의존한다. 압력이 대단히 낮으면(0.6mTorr), 전자에 대한 평균 자유 행정은 전자가 충돌없이 용기를 정상적으로 통과하도록 되어 있다. 그러나 유도코일의 전자의 행정길이는 비교가능한 크기의 다이오드(평행판) 시스템의 전계에서 이동하는 전자의 행정길이의 100배 이상으로 증가된다. 또 유도 플라즈마 처리장치는 이온화가 대단히 큰 체적(주변에서)에서 발생하게 해주며, 이 이온화는 웨이브 라이딩(wave riding) 및 제2주입을 통해 외장 영역에서 발생하는 다이오드 이온화와 대조적이다. 전극위의 균일한 이온전류를 다음과 같이 설명할 수 있다. 전자 이온화 충돌은 충돌이 중앙을 통과할 필요가 없기 때문에 벽 부근 보다도 중앙에서 보다 적어질 가능성이 있다. 그럼에도 불구하고, 중앙 상부의 플라즈마 컬럼의 높이가 최대이기 때문에 전극의 중앙에 흐르는 전류는 플라즈마 컬럼이 그렇게 크지 않으나 이온화 속도가 보다 큰 경우에 모퉁이에 흐르는 전류와 거의 같다.
스퍼터 속도는 고주파 바이어스 전압에 의존한다. 예를들면, SiO2에 대해 관찰된 스퍼터 속도는 외장전위가 웨이퍼(32)의 표면에 대하여 완전히 일정하며, 그 스퍼터 속도는 이온 에너지의 함수인 스퍼터 효율과 같은 이온 전류 밀도의 단순한 곱이다. 외장 전위는 웨이퍼 지지대(40)의 전극 표면 바로 상부(약 1.9cm)의 플라즈마의 시평균 전위가 웨이퍼 지지대 전극의 영역에 걸쳐 일정하지만 웨이퍼 지지대 전극 표면 전위는 위치에 무관하기 때문에 균일한 것으로 나타나 있다. 그러므로 플라즈마 전위 전극 표면 전위의 차인 외장 전위 또한 본질적으로 균일하다.
본 발명은 상술한 바와 같이 실시예를 중심으로 설명하고 있으나, 본 발명이 이들 실시예에만 제한되는 것은 아니다. 다음의 청구범위에 의해 한정되는 본 발명의 사상으로부터 벗어남이 없이 본 명세서에 기재되어 있지 않은 다른 실시예, 변형 및 개선이 이루어질 수 있다.

Claims (13)

  1. 하나의 처리실과 상기 처리실 내의 기판을 자신의 표면상에 지지하는 하나의 플래튼을 구비하는 집적회로 제조용 플라즈마 처리장치에 있어서, 다중 나선형 권선, 상기 플래튼의 지지 표면에 대해 평행이고 공동 평면인 베이스 권선 및 각각 플래튼의 지지 표면에 평행인 다른 권선들을 구비하며, 상기 처리실이 내측에 배치되는 반구형 유도 코일; 상기 유도 코일에 결합되어 상기 기판을 바이어스하는 바이어스 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 직접회로 제조용 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 처리실은 반구형 용기내에 포함되며, 상기 유도 코일은 상기 용기의 반구형 표면을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 용기는 수정 벨형 용기인 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 용기는 산화 알루미늄의 벨형 용기인 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 유도코일의 권선은 구리 튜브이며, 상기 구리 튜브의 일단부를 통해서는 냉각 유체를 공급하고 상기 구리 튜브의 타단부를 통해서는 냉각유체를 배출하는 냉각 시스템을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 바이어스 전원은 고주파 무선주파 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 플래튼 상부의 처리실내에 플라즈마가 0.6mTorr 정도의 낮은 압력으로 작용가능하게 유지되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 하나의 처리실과 상기 처리실내의 기판을 자신의 표면상에 지지하는 하나의 플래튼을 구비하는 집적회로 제조용 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 처리실을 포함하는 반구형 수정벽을 구비하는 용기; 플라즈마 경제 범위내의 영역에 들어오는 전자가 가속되어 플라즈마 방전내의 축방향 자계를 상쇄하도록 상기 수정벽 부근의 영역에 저주파 발진방위 전계를 유도하기 위한 수단; 및 상기 유도 수단과는 독립적으로 웨이퍼상에 바이어스 전압을 부과하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로 제조용 플라즈마 처리 장치.
  9. 상판을 구비하는 하우징; 반구형 수정벽을 구비하며 상기 상판상에 설치되어 처리실을 포함하는 벨형 용기; 상기 처리실내에 반도체 웨이퍼를 지지하기 위한 상면을 구비하는 플래튼; 상기 벨형 용기의 수정벽과 일치되도록 형성되고 상기 플래튼과 평행인 다수의 권선을 구비하는 반구형 유도 코일로서, 상기 권선중의 하나는 상기 유도 코일의 베이스에 존재하며 상기 플래튼의 상면과 공통 평면을 이루는 반구형 유도코일; 상기 처리실에 가스를 공급하기 위한 가스 시스템; 정합 네트웍을 통해 일단부가 상기 하우징에 접속되는 상기 유도 코일의 타단부에 접속되어 벨형 용기 벽 부근의 처리실 내부에 발진 방위 전계를 유도하는 저주파 무선 주파 전원 및 정합 네트웍을 통해 상기 플래튼에 접속되어 상기 웨이퍼를 바이어스하는 고주파 무선 주파 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로 웨이퍼 제조용 플라즈마 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 유도 코일의 권선은 벨형 용기를 포함하는 충분히 큰 내부 체적을 구비하는 단일층의 반규형 확장 나선형태를 형선하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 유도코일의 권선은 구리 튜브이며, 상기 유도코일이 냉각되도록 상기 구리 튜브를 통해 냉각 유체를 순환시키는 냉각 시스템을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 처리실내에 플라즈마 0.6mTorr정도의 낮은 가스압에서 작용가능하게 유지되는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제9항 있어서, 상기 진공실 내에 플라즈마가 0.1mTorr 정도의 낮은 가스압에서 적용가능하게 유지되는 것을 특징으로 하는 장치.
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