KR970010266B1 - 플라즈마 발생방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

플라즈마 발생방법 및 그 장치

제1도는 본 발명의 제1실시예에 관한 플라즈마 발생방법이 적용된 드라이에칭장치의 구조를 표시한 도식도.

제2a도 및 b도는, 상기 제1실시예와 적용된 드라이에칭장치의 요부의 개략구조를 표시하고 있으며, a도는 평면도이며, b도는 측면도.

제3a도 및 b도는, 상기 드라이에칭장치에 있어서, 측방전극의 폭과 측방전극끼리의 간격과의 대소관계를 표시한 도면.

제3c도 및 d도는, 상기 드라이에칭장치에 있어서, 측방전극의 폭과 측방전극끼리의 간격과의 대소관계와, 플라즈마 밀도와의 관계를 표시한 도면으로서, 제3c도는 제3a도의 A-A'선에 있어서의 플라즈마 밀도를 표시하고, 제3d도는 제3b도의 B-B'선에 있어서의 플라즈마 밀도를 표시.

제4a도 및 b도는, 상기 드라이에칭장치에 있어서, 플라즈마 발생부에 있어서의 상하방향의 위치와 플라즈마 밀도와의 관계로 표시하고 있으며, 제4b도는, 제4a도의 P-Q선에 있어서의 플라즈마 밀도를 표시.

제5도는 종래의 마그네트론 에칭장치에 있어서의 자속분포와 전자의 회전을 표시한 모식도.

제6도는 상기 드라이에칭장치에 있어서의 전자의 회전의 표시한 모식도.

제7a도 및 b도는, 본 발명의 제2실시예에 관한 플라즈마 발생방법이 적용된 드라이에칭장치의 요부의 개략 구조를 표시하고 있으며, a도는 평면도이며, b도는 측면도.

제8도는 본 발명의 제3실시예에 관한 플라즈마 발생방법이 적용된 CVD 장치의 구조를 표시한 모식도.

제9도는 상기 CVD 장치에 의해 작성한 반도체칩의 단면도.

제10도는 종래의 플라즈마 발생방법이 적용된 드라이에칭장치의 구조를 표시한 도식도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 챔버 2 : 시료대

3, 21 : 접지전극 4, 5, 6 : 측방전극

7, 8, 9, 14 : 증폭기 10 : 위상고정수단

11, 12, 13, 15 : 정합회로 17 : 실리콘웨이퍼

20 : 플라즈마 발생부 22 : 자속분포

30 : Si 기판 31 : 열산화막

32 : 알루미늄 33 : SiN막

81 : 챔버 82 : 가스제어기

83 : 배기계 84 : 애노드

85 : 시료대 86 : 임피던스정합회로

87 : RF전원 88 : 교류전자석

본 발명은, 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생방법 및 그 장치에 관한 것이다.

고주파방전을 사용한 플라즈마 발생방법은, 미세가공을 위한 드라이에칭장치, 박막형성을 위한 스퍼터링장치나 플라즈마 CVD장치, 및 이온주입 장치 등의 분야에서 사용되고 있다. 이 플라즈마 발생방법에 있어서는, 가공치수의 미세화 또는 막질의 고정밀도의 제어를 위하여, 고진공속에서의 플라즈마 생성을 요구되고 있다.

이하, 플라즈마 발생방법의 적용예로서, 미세가공을 행하는 드라이에칭장치에 대해서 설명한다.

현대의 고밀도반도체 집적회로의 진보는 산업혁명으로도 비교되는 번혁을 가져오게 하고 있다. 반도체집적회로의 고밀도화는, 소자치수의 미세화, 디바이스의 개량, 칩사이즈의 대면적화 등에 의해 실현되어 있다. 소자의 수의 미세화는 광의 파장정도로까지 진보해 오고 있다. 석판인쇄에는 엑사이머레이저나 연(軟) X선의 사용이 검토되고 있다. 미세패턴의 실현에는, 사진석판과 병행해서 드라이에칭이 중요한 역할을 다하고 있다.

드라이에칭이란, 플라즈마 속에 존재하는 라디칼, 이온 등에 의한 기상-고상표면에 있어서의 화학적 또는 물리적반응을 이용하여, 박막 또는 기판의 불필요한 부분을 제거하는 가공기술이다. 드라이에칭장치으로서 가장 널리 사용되고 있는 반응성이온에칭(RIE)은, 적당한 가스의 고주파 방전 플라즈마 속에 시료를 노출시키므로서 에칭반응을 일으켜서, 시료표면의 불필요한 부분을 제거하는 것이다. 시료표면의 필요한 부분 즉 제거하지 않는 부분은, 통상, 마스크로서 사용된 포토레지스트 패턴에 의해 보호된다.

미세화를 위해서는 이온의 방향을 일치시키는 것이 필요하나, 이를 위해서는 플라즈마 속에 있어서의 이온의 산란을 감소시키는 것이 중요하다. 이온의 방향을 일치시키기 위해서는, 플라즈마 발생장치의 진공도를 높혀서 이온의 평균자유행성을 크게 하는 것이 효과적이나, 플라즈마실의 진공도를 높이면 고주파방전이 발생하기 어렵게 된다고 하는 문제가 있다.

그래서, 그 대책으로서 일반적으로, 플라즈마실에 자장을 인가해서 방전을 용이하게 하는 방법, 예를 들면 마그네트론 반응성 이온에칭기술 및 전자시이클로트론 공명에칭기술(ECR) 등이 개발되어 왔다.

제10도는, 종래의 마그네트론 방전을 사용한 반응성 이온에칭장치를 표시한 모식도이다. 금속제의 챔버(81) 내부에는 가스제어기(82)를 개재해서 반응성가스가 도입된다. 챔버(81) 내부는 배기계(83)에 의해서 적절한 압력으로 제어되어 있다. 챔버(81)의 상부에는 애노드(양극)(83)가 설치되고, 챔버(81)의 하부에는 캐소드(음주)가 되는 시료대(85)가 설치되어 있다. 시료대(85)에는 임피던스정합회로(86)을 개재해서 RF 전원(87)이 접속되어 있으며, 시료대(85)와 애노드(84) 사이에서 고주파방전을 일으킬 수 있도록 되어 있다.

챔버(81)의 각 옆부분에는, 대향하는 1쌍의 교류전자석(88)이 서로 위상이 90°달라진 상태로 2조 배설되어 있으며, 이 2조의 교류전자석(88)에 의해 챔버(81)내부에 회전자계가 인가되어, 고진공속에의 방전을 용이하게 하고 있다. 이와 같이 하면, 전자가 회전자장에 의해 사이클로이드 운동을 하기 때문에 전자의 운동경로가 길게 되어, 이온화 효율이 높아지는 것이다.

그러나, 상기와 같은 마그네트론 기술이나 ECR 기술에 의하면, 플라즈마 밀도가 불균일하기 때문에, 미세한 에칭가공이 곤란한 동시에 가공의 대상이 되는 시료에 손상이 발생한다고 하는 문제가 있다.

종래의 마그네트론 반응성 이온에칭장치에 있어서는, 플라즈마의 국부적인 편재의 회전자장에 의해서 시간적으로 평균하므로서 균등하게 하고 있으나, 순간에 있어서의 플라즈마 밀도는 균일하지는 않기 때문에 국부적인 전위치가 발생한다. 이 때문에, 종래의 마그네트론 반응성 이온에칭장치는 MOSLSI 프로세서에 적용하면, 게이트 산화막에 파괴가 발생하는 일이 있다.

마찬가지로 ECR 에칭장치에 있어서는, 자장이 챔버의 직경방향으로 분포하기 때문에, 플라즈마 밀도의 국부적인 조밀(粗密)이 발생하고, 이에 의해, 에칭종(種)의 불균일이 발생하거나, 국부적인 전위차가 발생하거나 한다. 이 플라즈마의 불균일에 기인해서 에칭의 균일성이 악화되어, LSI를 수율좋게 작성하는 일이 곤란하게 된다. 이 플라즈마의 불균일성은, 보다 얇은 게이트 산화막이 사용되는 초미세패턴 LSI나 대구경웨이퍼에 대해서 드라이에칭을 행할 때의 정확한 에칭이 곤란하다는 것을 의미한다.

또, 종래의 13,58MHZ여기의 평행유평판형 마그네트론 에칭장치에 100∼200MHZ의 고주파전력을 중첩시키므로서 플라즈마를 고밀도화시키고, 이에 의해 셀프바이어스 전압을 저감하고, 고에너지 이온에 의한 시료에의 손상저감시키는 방법도 시도되고 있다.

그러나, 이 방법에 의하면, 플라즈마의 고밀도화는 달성할 수 있으나, 플라즈마의 균일성의 향상은 곤란하므로, 플라즈마의 불균일성에 기인하는 상기한 문제의 해결에는 충분하다고는 말할 수 없다.

본 발명은, 상기의 문제점에 비추어, 고진공하에서 고밀도이고 또한 균일성에 뛰어난 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 제1의 플라즈마 발생방법은, 진공실내의 플라즈마 발생부의 측방에 서로 동등한 높이를 가진 3개 이상의 측방전극을 동일한 높이의 위치가 되도록 배치하는 동시에 상기 플라즈마 발생부의 하부에 시료대를 그 상부면이 상기 3개 이상의 측방전극의 하단부와 대체로 동일한 높이의 위치가 되도록 배치하는 공정과, 상기 3개 이상의 측방전극에 주파수가 동일하고 위상이 순차적으로 다른 고주파전력을 인가하므로서 상기 플라즈마 발생부에 이 플라즈마 발생부의 전자에 회전운동을 시키는 회전자장을 여기하고, 이에 의해 상기 플라즈마 발생부에 고밀도이고 또한 균일한 플라즈마를 발생시키는 공정을 포함한다.

본 발명에 의한 제2의 플라즈마 발생방법은, 진공실 내부의 플라즈마 발생부의 측방에 동등한 폭을 가진 3개 이상의 측방전극을 서로 동등한 간격으로 되고 또한 이 간격이 상기 측방전극의 폭보다 작게 되도록 배치하는 공정과, 상기 3개 이상의 측방전극에 주파수가 동일하고 위상이 순차적으로 다른 고주파전력을 인가하므로서 상기 플라즈마 발생부에 이 플라즈마 발생부의 전자에 회전운동을 시키는 회전전장을 여기하고, 이에 의해 상기 플라즈마 발생부에 고밀도이고 또한 균일한 플라즈마를 발생시키는 공정을 포함한다.

본 발명에 관한 제1의 플라즈마 발생장치는, 플라즈마 발생부를 가진 진공실과, 상기 플라즈마 발생부의 측방에 배설된 동일한 높이를 가진 3개 이상의 측방전극과, 상기 플라즈마 발생부의 하부에 설치된 시료대와, 상기 3개 이상의 측방전극에 주파수가 동일하고 위상이 순차적으로 다른 고주파전력을 인가하므로서 상기 플라즈마 발생부에 이 플라즈마 발생부의 전자에 회전운동을 시키는 회전전장을 여기하는 전장여기수단을 구비하고 있으며, 상기 3개 이상의 측방의 전극을 서로 동일한 높이의 위치가 되도록 배치되고, 상기 시료대는 그 상부면이 상기 3개 이상의 측방전극의 하단부와 동일한 높이의 위치가 되도록 배치되어 있다.

본 발명에 관한 제2의 플라즈마 발생장치는, 플라즈마 발생부를 가진 진공실과, 상기 진공실 내부의 플라즈마 발생부의 측방에 배설된 동등한 폭을 가진 3개 이상의 측방전극과, 상기 플라즈마 발생부의 하부에 설치된 시료대와, 상기 3개 이상의 측방전극에 주파수가 동일하고 위상이 순차적으로 다른 고주파전력을 인가하므로서 상기 플라즈마 발생부에 이 플라즈마 발생부의 전자에 회전운동을 시키는 회전전장을 여기하는 전장여기수단을 구비하고 있으며, 상기 3개 이상의 측방전극은, 서로 동등한 간격으로 되고 또한 이 간격이 상기 측방전극의 폭보다도 작게 되도록 배치되어 있다.

상기의 플라즈마 발생방법 또는 장치에 의하면, 플라즈마 발생부의 전자는, 상기 플라즈마 발생부에 여기되는 회전전장에 의한 회전운동을 하면서, 자신이 가진 운동에너지의 방향으로 나란히 진행한다. 이와 같은 전자의 운동은, 전자의 가스분자와의 충돌단면적을 실효적으로 크게 하므로, 종래의 평행평판형 플라즈마 발생장치와 비교하면, 고진공속에 있어서도 높은 이온화효율을 얻게 된다. 또, 종래의 플라즈마 발생방법에 비해서, 플라즈마 발생부에 여기되는 회전장이 균일하기 때문에, 균일성이 뛰어난 플라즈마를 얻을 수 있다.

상기의 제1의 플라즈마 발생방법 또는 장치에 의하면, 시료대는, 그 상부면이 2개 이상의 측방전극의 하단부와 대체로 동일한 높이의 위치가 되도록 배치되어 있기 때문에, 시료대의 상부면은 플라즈마 발생부에 있어서의 플라즈마 밀도가 큰 부위에 임하고 있으므로, 시료대의 위의 시료에는 고밀도인 플라즈마가 조사된다.

상기의 제2의 플라즈마 발생방법 또는 장치에 의하면, 3개 이상의 측방전극은, 서로 동등한 간격으로 되고 또한 이 간격이 당해 측방전극의 폭보다도 작게 되도록 배치되어 있기 때문에, 플라즈마 발생부에 있어서는 플라즈마는 균일하게 발생하고 또한 발생한 플라즈마는 측방전극에 차단되어서 플라즈마 발생부로부터도 피하기 어려우므로, 시료대의 위의 시료에는 고밀도이고 또한 균일한 플라즈마가 조사된다.

따라서, 본 발명에 관한 플라즈마 발생방법 또는 장치를 에칭기술에 적용하면, 미세가공성이 뛰어나고, 균일성이 양호하고, 게이트산화막의 파괴 등의 장치에의 손상도 극히 적은 에칭을 실현할 수 있다. 본 발명에 관한 플라즈마 발생방법 또는 장치를 CVD 기술에 적용하면, 퇴적막을 웨이퍼 전체에 걸쳐서 균일하게 형성할 수 있다.

상기 플라즈마 발생방법 및 장치의 어느 하나에 있어서, 상기 시료대에 바이어스전류를 인가해서 상기 시료대에 얹어 놓은 시료에 플라즈마를 조사하면, 시료대 위의 시료에 고밀도인 플라즈마를 확실하게 조사할 수 있다.

상기 플라즈마 발생방법 및 장치의 어느 하나에 있어서, 상기 플라즈마 발생부에 있어서의 상기 3개 이상의 측방전극에서부터 등거리의 위치에 접지전극을 배치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 3개 이상의 측방전극으로부터의 방전이 균일하게 되므로, 플라즈마 발생부에 발생하는 플라즈마는 한층 더 균일하게 된다.

상기 플라즈마 발생방법 또는 장치의 어느 하나에 있어서, 상기 회전장치의 작용면에 대해서 대략 수직인 방향의 자장을 인가하므로서 상기 플라즈마 발생부의 전자를 상기 플라즈마 발생부에 가두어두는 공정 또는 수단을 더 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 플라즈마 발생부의 전자는, 상기의 회전전장에 의해서 회전운동의 중심이 병행하여 진행하는 병진형 사이클로이드운동을 하게 되고, 상기한 자장에 의해서 병진형사이클로이드운동을 하는 전자의 병진운동성분은 플라즈마 발생부를 선회하는 선회운동성분으로 변환시키게 된다. 이 때문에, 플라즈마 발생부의 전자는, 회전전장에 의해서 초래하게 되는 회전운동의 중심이 자장에 의해서 초래하게 되는 선회운동의 궤적의 위를 진행하게 되는 운동을 하므로, 이 전자는, 플라즈마 발생부로부터 탈출하는 일없이, 회전운동을 수반한 사이클로이드운동을 한다. 따라서, 한층더 고밀도의 플라즈마를 발생시킬 수 있다.

상기 플라즈마 발생장치의 어느 하나에 있어서, 상기 3개 이상의 측방의 전극을 수평방향의 단면이 원호형상이 되도록 형성하고, 상기 3개 이상의 측방전극을 원둘레형상으로 배치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 한층더 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 제1실시예에 관한 플라즈마 발생방법이 적용된 드라이에칭장치에 대해서 설명한다.

제1도는 이 드라이에칭장치의 구조를 표시한 모식도이다. 제1도에 있어서, (1)은 접지된 챔버, (2)는 챔버(1)의 하부에 설치된 13.56MHZ의 고주파전력이 인가되는 시료대, (3)은 챔버(1)의 상부에 설치된 대향전극으로서의 접지전극(4), (5), (6)은 챔버(1)의 옆부분에 각각 배설되어 100MHZ의 고주파전력이 인가되는 원호형상단면의 측방전극이다.

측방전극(4), (5), (6)은, 시료대(2)의 접지전극(3) 사이의 공간인 플라즈마 발생부(20)를 둘러싸도록 원둘레형상이 설치되어 있으며, 각 측량의 전극(4), (5), (6)에 인가되는 고주파전력은, 동일한 방전전력이나, 위상이 대략 120°씩 다르게 설정되어 있다. 측방전극(4), (5), (6)에 정합회로(11), (12), (13)을 개재해서 고주파전력을 공급하는 증폭기(7), (8), (9)는, 위상고정수단(10)에 의해서 일정한 위상차(120°)를 유지하도록 제어되어 있다. 또, 각 측방전극(4), (5), (6)에 공급되는 고주파전력의 주파수를 동등하게 하기 위해, 1개의 신호원으로부터 생성된 신호를 증폭하고, 상기의 증폭기(7), (8), (9)에 의해서 위상이 다른 동일주파수의 교류전력이 공급되도록 구성되어 있다.

제2도는, 시료대(2) 및 시료대(2) 위에 얹어 놓은 피처리물인 실리콘웨이퍼(17)와, 측방전극(4), (5), (6) 사이의 위치관계를 설명하는 도면이며, a도는 평면도, b도는 측면도이다.

상기한 바와 같이 각 측방의 전극(4), (5), (6)은, 시료대(2)의 접지전극(3) 사이의 플라즈마 발생부(20)를 둘러싸도록 원둘레형상으로 설치되어 있는 동시에, 각 측방의 전극(4), (5), (6)의 하단부의 시료대(2)의 상부면은, 대략 동일한 수평면 위에 위치하고 있다. 시료대(2)에는, 13,56MHZ의 고주파전력이 증폭기(14)에 의해 증폭된 후, 정합회로(15)를 개재해서 공급되어 있다.

챔버(1)에는 에칭가스가 질량제어기(도시생략)를 개재해서 도입구(도시생략)로부터 인도되고, 챔버(1) 내부의 압력은 터어보펌프(도시생략)에 의해 0.1Pa에서부터 10Pa정도로 제어되고 있다.

제1실시예에 관한 플라즈마 발생장치에 의하면, 플라즈마 발생부(20)에 이 플라즈마 발생부(20) 내부의 전자에 회전운동을 시키게 하는 회전전장이 여기되므로, 플라즈마 발생부(20)에 발생하는 플라즈마의 밀도는 대략 균일하게 된다.

제3a, b도는 측방전극(4), (5), (6)의 폭과, 측방전극(4), (5), (6)까지의 간격의 폭과 대소를 표시한 도면이다. a도는 측방전극(4), (5), (6)의 폭이 측방전극(4), (5), (6)끼리의 간격보다도 협소한 경우를 표기하고, b도는 측방전극(4), (5), (6)의 폭이 측방전극(4), (5), (6)끼리의 간격보다도 넓은 경우를 표시하고 있다.

플라즈마는 밀도의 높은 부분으로부터 낮은 부분으로 흐르는 성질을 가지고 있다. 따라서, 측방전극(4), (5), (6)에 공급된 고주파전력에 의해 플라즈마 발생부(20)에 인가된 회전전장에 의해서 생성되는 플라즈마는, 측방전극(4), (5), (6)끼리의 사이로부터 챔버(1)(제1도 참조)의 백으로 향해서 이동하며, 챔버(1)의 벽에 충돌하면 소멸한다. 측방전극(4), (5), (6)끼리의 간격은, 제3a도의 경우의 쪽이 제3b도의 경우보다도 크므로, 플라즈마 발생부(2)로부터 챔버(1)의 벽으로 향하는 플라즈마의 흐름은 제3b도의 경우의 쪽이 제3a도의 경우보다도 적다. 이 때문에, 제3b도의 경우는, 제3a의 경우에 비해서, 플라즈마 발생부(20)에 있어서의 플라즈마의 밀도가 큰 동시에, 플라즈마의 균일성이 뛰어나고 있다. 또한, 제3a, b도에 있어서는, 플라즈마의 흐름을 화살표시로 표시하고 있다.

제3c도는 제3a도는 A-A'선에 있어서의 플라즈마 밀도를 표시하고, 제3d도는, 제3b도의 B-B'선에 있어서의 플라즈마 밀도를 표시하고 있다. 제3c도의 제3d도와의 비교로부터 명백한 바와 같이, 제3b도의 경우는 제3a도의 경우에 비해서, 플라즈마 발생부(20)에 있어서의 플라즈마의 밀도가 크다.

이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 플라즈마 밀도를 크게 하고 또한 플라즈마의 균일성을 높일려면, 측방전극(4), (5), (6)끼리의 간격을 측방전극(4), (5), (6)의 쪽보다 작게 하는 것이 유효하다.

제4a, b도는 플라즈마 발생부(20)에 있어서의 상하방향의 위치의 플라즈마 밀도와의 관계를 표시한 도면이다. 제4b도는, 제4a도의 P-Q선에 있어서의 플라즈마 밀도를 표시하고 있다. 제4b도로부터 명백한 바와 같이, 측방전극(4), (5), (6)에 의해서 둘러싸이는 영역에 있어서 플라즈마 밀도가 크게 되고, 측방전극(4), (5), (6)으로부터 상하방향으로 벌어짐에 따라서 플라즈마 밀도는 작게 되어 있다. 이 이유는, 플라즈마는, 측방전극(4), (5), (6)에 공급되는 고주파전력에 의해서 인가되는 회전전장에 의해 가속된 전자에 의해서 생성되기 때문에, 플라즈마의 생성이 측방전극(4), (5), (6)에 의해서 둘러싸이는 영역으로 한정되기 때문이다.

따라서, 고밀도의 플라즈마를 이용하한고 하는 관점에서 보면, 상기한 바와 같이 각 측방전극(4), (5), (6)의 하단부가 시료대(2)의 상부면과 대체로 동일한 높이가 되도록 설치하는 것이 바람직하다.

도면표시는 생략되어 있으나, 시료대(2)의 아래쪽 및 접지전극(3)의 위쪽에는, 각각 1쌍의 원형코일이 배치되고, 이 1쌍의 원형코일에는 직류전류가 공급되어 있다. 이에 의해, 플라즈마 발생부(20)에는, 시료대(2)에 대해서 대체로 수직인 방향의 자장이 인가되어 있다. 이 원형코일짝에 의해서 형성되는 캡스자장에 의해서, 플라즈마 발생부(20) 내부의 전지는 이 플라즈마 발생부(20) 내부에 거두어져 있는 동시에, 측방전극(4), (5), (6)에 인가되는 고주파전력에 의해 발생하는 전자의 리시아쥬운동에 의해서 발생하는 자계는 상쇄되어 있다. 따라서, 플라즈마 발생부(20)에 발생하는 플라즈마의 균일성은 한층더 향상되어 있다.

종래의 회전자장을 사용한 마그네트론에칭장치에 의하면, 어느 순간에 있어서의 시료대(2) 바로 위의 자속분포(22)는 제5a도와 같이 불균일하다. 이 때문에 챔버(1)속의 전자 e(제5b도에 있어서의 경은 동그라미)는, 자장강도에 역비례하는 궤도반경에서 회전하기 때문에, 자장강도가 약한 챔버(1) 내부의 상부 및 하부 및 플라즈마 발생영역의 외주부에 있어서는, 전자 e의 궤도반경은 커지므로, 전자 e는 챔버(1)의 벽부분에 충돌해서 소멸해 버린다.

또, 플라즈마 발생부(20)의 중앙부에 있어서의 좌측에서부터 우측으로 횡단하는 방향을 생각했을 때, 자장강도가 약한 중심부에 있어서는 전자 e의 밀도가 감소하므로 플라즈마 밀도도 낮아지고, 자장강도가 강한 외주부에 있어서는 전자 e의 밀도가 증가하므로 플라즈마 밀도도 높아진다. 종래의 드라이에칭장치에 있어서는, 이와 같이 해서 플라즈마 밀도에 불균일이 발생하여, 에칭의 불균일이나 가공물에의 손상이 발생하고 있었던 것이다.

이에 대해서, 본 발명의 플라즈마 발생방법이 적용된 드라이에칭장치에 의하면, 측방전극(4), (5), (6)에 의해 둘러싸인 플라즈마 발생부(20)에 있어서의 전장 및 저장은 대략 코일하기 때문에, 제6도에 표시한 바와 같이, 전자 e의 회전운동을 수반하는 사이클로이드운동의 궤적의 형상이 각소에서 대체로 동등하게 되므로, 플라즈마 발생부(21)의 전체 영역에 있어서 플라즈마 밀도가 대략 균일하게 된다. 이 때문에, 이 드라이에칭장치에 의하면 플라즈마 발생부(20)에 있어서 에칭용 반응성가스에서 발생하는 반응생성물은 시료대(2)의 위의 피에칭시료의 전체면에 대해서 대략 균일하게 조사된다. 따라서, 플라즈마 발생부(20)에 면하고 있는 피에칭시료의 전체영역에 있어서 에칭이 균일하게 행하여지는 동시에 차아지업에 의한 손상도 극히 적게 되는 위에, 플라즈마 밀도가 높기 때문에 에칭레이트는 커지게 된다.

이하, 본 발명의 제2실시예에 관한 플라즈마 발생방법이 적용된 드라이에칭장치에 대해서 설명한다.

제7도는, 제2실시예가 적용된 드라이에칭장치의 구조를 표시하고 있다. 이 에칭장치에 있어서도, 상기 제1실시예가 적용된 드라이에칭장치와 마찬가지로, 접지된 체임버의 하부에 설치되어, 13.56MHZ의 고주파전력이 인가되는 시료대(2), 상기 체임버의 옆부분에 플라즈마 발생부(20)을 둘러싸도록 원둘레형상으로 배설되어 100MHZ의 고주파전력이 인가되는 원호형상 단면의 측방전극(4), (5), (6)이 배설되어 있다. 각 측방전극(4), (5), (6)에 인가되는 고주파전력은, 동일한 방전전력이나 전력의 위상이 대략 120°씩 다르게 설정되어 있다.

도면표시는 생략되어 있으나, 각 측방전극(4), (5), (6)에 각 정합회로를 개재해서 고주파전력을 공급하는 증폭기는, 위상고정수단에 의해서 일정한 위상차(120°)가 유지되도록 제어되어 있다. 각 측방전극(4), (5), (6)에 공급되는 고주파전력의 주파수를 동등하게 하기 위하여, 1개의 신호원으로부터 생성된 신호를 증폭하고, 상기의 증폭기에 의해서 위상이 다른 동일주파수의 교류전력이 공급되도록 구성되어 있다. 시료대(2)에는, 13.56MHZ의 고주파전력이 증폭기(14)에 의해 증폭된 후, 정합회로(15)를 개재해서 공급되어 있다.

챔버(1)에는 에칭가스가 질량제어기(도시생략)를 개재해서 도입구(도시생략)로부터 인도되고, 챔버(1) 내부의 압력은 터어보펌프(도시생략)에 의해 0.1Pa에서부터 10Pa 정도로 제어되어 있다.

제2실시예의 특징으로서, 플라즈마 발생부(20)의 상부의 중앙 즉 각 측방전극(4), (5), (6)의 상단부로부터 등거리의 위치에는, 상하방향으로 뻗는 막대모양의 접지전극(21)이 설치되어 있다.

이 때문에, 각 측방전극(4), (5), (6)으로부터의 방전이 균일하게 되므로, 플라즈마 발생부(20)에 발생하는 플라즈마의 밀도는 한층 더 균일하게 된다.

도면표시는 생략되어 있으나, 시료대(2)의 아래쪽 및 접지전극(21)의 바깥쪽에는, 각각 1쌍의 원형코일이 배치되고, 이 1쌍의 원형코일에는 직류전류가 공급되어 있다. 이에 의해, 플라즈마 발생부(20)에는, 시료대(2)에 대해서 대체로 수직인 방향의 자장이 인가되어 있다. 상기 원형코일짝에 의해서 형성되는 캡스자장에 의해서, 플라즈마 발생부(20) 내부의 전자는 이 플라즈마 발생부(20) 내부에 가두어지는 동시에, 측방전극(4), (5), (6)에 인가되는 고주파전력에 의해 발생하는 전자의 리사아쥬운동에 의해서 발생하는 자계는 상쇄되어 있다. 따라서, 플라즈마 발생부(20) 내부에 발생하는 플라즈마의 균일성은 한층 더 향상하고 있다.

이하, 본 발명의 제3실시예인 플라즈마 발생방법이 적용된 CVD 장치를 제8도에 의거해서 설명한다.

제3실시예가 적용된 CVD 장치가, 제1실시예가 적용된 제1도에서 표시한 드라이에칭장치와 다른 것은, 시료대(2)에 고주파전력을 공급하는 수단, 예를 들면 제1도에 표시한 증폭기(14), 정합회로(15) 및 접지전극(3)이 설치되어 있지 않는 점과, 퇴적막의 막두께를 제어하기 위한 히이터(2a)가 시료대(2)에 설치되어 있는 점이다. 그 외의 점에 대해서는, 제1도에 표시한 드라이에칭장치와 마찬가지이므로, 동일한 부호를 부여하므로서 상세한 설명은 생략한다.

이 CVD 장치에 있어서는, 챔버(1)에 N₂가스 15sccm의 SiH₂가스 15sccm을 도입하고, 이들 가스의 압력은 0.07Pa에 설정하고, 시료대(12)의 온도는 400℃에 설정하는 것이 바람직하다.

제9도는, 상기 CVD 장치에 의해 작성한 반도체칩의 단면을 표시하고 있다.

기판(30) 위에는 열산화막(31)이 형성되어 있다. 스퍼터링법에 의해 0.8μm의 막두께로 퇴적된 알루미늄(32)는, 사진식판인쇄 및 드라이에칭에 의해서 0.8μm의 폭의 배선에 가공되어 있다. 알루미늄(32) 위에는, 상기의 CVD 장치에 의해서 SiN막(33)이 퇴적되어 있다.

이 CVD 장치는, 6인치 또는 8인치 등의 대구경반도체 웨이퍼에 대한 CVD 방법에 호적하다. 그 이유는, 드라이에칭장치의 경우에 설명할 바와 같이, 이 CVD 장치는 플라즈마의 공간적인 균일성을 높일 수 있기 때문에, 퇴적막을 웨이퍼 전체에 거쳐서 균일하게 실현할 수 있기 때문이다.

또한, 상기 각 실시예에 있어서는, 측방전극(4), (5), (6)은 원호형상으로 만곡하고 있으나, 본 발명에 있어서는, 측방전극의 형상은 특별하게 한정되지 않고 예를 들면 평판형상이라도 된다. 또 상기 각 실시예에 있어서는, 측방전극(4), (5), (6)은 각각 3개씩 배치된 경우를 표시하였으나, 측방의 전극의 수는 3개 이상으로 특별하게 한정되는 것은 아니다.

Claims (18)

1. 진공실 내의 플라즈마 발생부의 측방에 서로 동등한 높이를 가진 3개 이상의 측방전극 동일한 높이의 위치가 되도록 배치하는 동시에 상기 플라즈마 발생부의 하부에 시료대를 그 상부면이 상기 3개 이상의 측방전극의 하단부와 동일한 높이의 위치가 되도록 배치하는 공정과, 상기 3개 이상의 측방전극에 주파수가 동일하고 위상이 순차적으로 다른 고주파전력을 인가하므로서 상기 플라즈마 발생부에 이 플라즈마 발생부의 전자에 회전운동을 시키는 회전자장을 여기하고, 이에 의해 상기 플라즈마 발생부에 고밀도이고 또한 균일한 플라즈마를 발생시키는 공정을 포함한 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 시료대에 바이어스전류를 인가해서 상기 시료대 위에 얹어 넣은 시료에 상기 플라즈마 발생부에 발생한 플라즈마를 조사하는 공정을 포함한 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 발생부에 있어서의 상기 3개 이상의 측방전극에서부터 등거리의 위치에 접지전극을 배치하는 공정을 또 포함한 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 회전전장의 작용면에 대해서 수직인 방향의 자장을 인가하므로서, 상기 플라즈마 발생부의 전자를 상기 플라즈마 발생부에 가두어두는 공정을 또 포함한 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생방법.
5. 진공실 내부의 플라즈마 발생부의 측방에 동등한 폭을 가진 3개 이상의 측방전극을 서로 동등한 간격으로 되고 또한 이 간격이 상기 측방전극의 폭보다 작게 되도록 배치하는 공정과, 상기 3개 이상의 측방전극에 주파수가 동일하고 그 위상이 순차적으로 다른 고주파전력을 인가하므로서 상기 플라즈마 발생부에 이 플라즈마 발생부의 전자에 회전운동을 시키는 회전전장을 여기하고, 이에 의해 상기 플라즈마 발생부에 고밀도이고 또한 균일한 플라즈마를 발생시키는 공정을 포함한 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 시료대에 바이어스전류를 인가해서 상기 시료대 위에 얹어 놓은 시료에 상기 플라즈마 발생부에 발생한 플라즈마를 조사하는 공정을 또 포함한 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 플라즈마 발생부에 있어서의 상기 3개 이상의 측방전극에서부터 등거리의 위치에 접지전극을 배치하는 공정을 또 포함한 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생방법.
8. 제5항에 있어서, 상기 회전전장의 작용면에 대해서 수직인 방향의 자장을 인가하므로서, 상기 플라즈마 발생부의 전자를 상기 플라즈마 발생부에 가두어두는 공정을 또 포함한 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생방법.
9. 플라즈마 발생부를 가진 진공실과, 상기 플라즈마 발생부의 측방에 배설된 동일한 높이를 가진 3개 이상의 측방전극과, 상기 플라즈마 발생부의 하부에 설치된 시료대와, 상기 3개 이상의 측방전극에 주파수가 동일하고 위상이 순차적으로 다른 고주파전력을 인가하므로서 상기 플라즈마 발생부에 이 플라즈마 발생부의 전자에 회전운동을 시키는 회전전장을 여기하는 전장여기수단을 구비하고 있으며 상기 3개 이상의 측방전극은 서로 동일한 높이의 위치가 되도록 배치되고, 상기 시료대는 그 상부면이 상기 3개 이상의 측방전극의 하단부와 동일한 높이의 위치가 되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 3개 이상의 측방전극은 수평방향의 단면이 원호형상이 되도록 형성되어 있으며, 상기 3개 이상의 측방전극을 원둘레형상으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
11. 제9항에 있어서, 상기 시료대에는, 이 시료대 위에 얹어 놓은 시료에 상기 플라즈마 발생부에서 발생하는 플라즈마를 조사하기 위한 바이어스전류가 인가되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
12. 제9항에 있어서, 상기 플라즈마 발생부에 있어서의 상기 3개 이상의 측방전극에서부터 등거리의 위치에 설치된 접지전극을 또 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
13. 제9항에 있어서, 상기 회전전장의 작용면에 대해서 수직인 방향의 자장을 인가하는 자장인가수단을 또 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
14. 플라즈마 발생부를 가진 진공실과, 상기 진공실 내부의 플라즈마 발생부의 측방에 배설된 동등한 폭을 가진 3개 이상의 측방전극과, 상기 플라즈마 발생부의 하부에 설치된 시료대와, 상기 3개 이상의 측방전극에 주파수가 동일하고 위상이 순차적으로 다른 고주파전력을 인가하므로서 상기 플라즈마 발생부에 이 플라즈마 발생부의 전자에 회전운동을 시키는 회전전장을 여기하는 전장여기수단을 구비하고 있으며, 상기 3개 이상의 측방전극은, 서로 동등한 간격으로 되고, 또한 이 간격이 상기 측방전극의 폭보다도 작게 되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 3개 이상의 측방전극은 수평방향의 단면이 원호형상이 되도록 형성되어 있으며, 상기 3개 이상의 측방전극은 원둘레형상으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
16. 제14항에 있어서, 상기 시료대에는, 이 시료대 위에 얹어 놓은 시료에 상기 플라즈마 발생부에서 발생하는 플라즈마를 조사하기 위한 바이어스전류가 인가되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
17. 제14항에 있어서, 상기 플라즈마 발생부에 있어서의 상기 3개 이상의 측방전극에서부터 등거리의 위치에 설치된 접지전극을 또 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
18. 제14항에 있어서, 상기 회전전장의 작용면에 대해서 수직인 방향의 자장을 인가하는 자장인가수단을 또 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.