JP2020509531A - 基板をプラズマ処理する方法 - Google Patents

Abstract

本発明のＩＣＰアンテナはプラズマ処理装置に使用されるＩＣＰアンテナであって，一端がインピーダンスマッチング回路を介してＲＦ電源に接続され，他端が接地されたアンテナコイルと，前記アンテナコイルの一部に並列に接続された可変キャパシタと，を含む。

Description

本発明はＩＣＰアンテナ及びそれを含む基板処理装置に関し，より詳しくは，ＩＣＰアンテナの一部に可変キャパシタを接続することによって，基板処理表面上でプラズマの密度の均一性を改善する構造を有するＩＣＰアンテナ及びそれを含む基板処理装置に関する。

最近，半導体工程に使用される基板処理装置は，半導体回路の超微細化，半導体回路を製造するための基板の大型化，及び液晶ディスプレイの大面積化によって全体の処理面積は大型化するのに対し，内部回路は更に小型化する傾向にある。よって，限定された領域により多くの素子の集積が必要となっているだけでなく，大型化した全体面積に形成される素子の均一性を改善するよう，研究及び開発が進められている。

基板処理装置として利用されているプラズマ処理装置は，チェンバ内の反応ガスを活性化させてプラズマを形成した後，形成されたプラズマを利用して基板を処理する乾式処理装置であって，電極の形態に応じて容量結合型プラズマ（Capacitively Coupled Plasma；ＣＣＰ）と誘導結合型プラズマ（Inductively Coupled Plasma；ＩＣＰ）方式に区分される。

ＣＣＰ方式は，一般に平行する一対のプレート状電極に高周波を印加することで電極間の空間に形成される電場によってプラズマを発生することであり，正確な容量結合調節とイオン調節の能力が高く，ＩＣＰ方式に比べ工程生産性が高い長所がある。一方，無線周波数電源のエネルギーがほぼ排他的に容量結合を介してプラズマに伝達されるため，プラズマイオン密度は容量結合された無線周波数電力の増加または減少によってのみ調節される。よって，高密度のプラズマを生成するためには，高い無線周波数電力が必要となる。しかし，無線周波数電力を増加させることは，イオン衝撃エネルギーを増加させる。よって，イオン衝撃による損傷を防止するためには，供給される無線周波数電力を増加させるのに限界を有するようになる。

それに対し，ＩＣＰ方式は一般にらせん状のアンテナに高周波を印加し，アンテナに流入される高周波電流による磁場の変化によって誘導される電場でチェンバ内部の電子を加速させてプラズマを発生するものであり，無線周波数電力の増加によってイオン密度を容易に増加させることができる一方，それによるイオン衝撃は相対的に低いため，高密度のプラズマを発生させるのに適合していることが知られている。よって，プラズマを利用する基板処理装置において，高密度プラズマを発生するためにＩＣＰ方式を使用することは一般的な傾向である。図１は，従来の誘導結合型プラズマ処理装置の概略的な構成を示す図であり，図２は，従来の誘導結合型プラズマ処理装置におけるアンテナの関連構成を示す図である。

図１を参照すると，従来の誘導結合型プラズマ処理装置１００は，内部にプラズマＰによって処理される被処理基板Ｗが配置されるチェンバ１１０，チェンバ１１０の内部に基板を処理するためのソースガスを供給するガス噴射部１２０，及び基板処理後，残余ガス及び未反応ガスが排出されるガス排出口１３０，チェンバ１１０内に配置され，前記被処理基板が配置されるサセプタ１４０，チェンバ１１０の上部または側面に位置し，チェンバの内部にプラズマＰを発生させるための磁場及び電場を形成するアンテナ１５０，前記アンテナにソース電源を印加する高周波発振器（RF generator）１６０，及び前記高周波発振器１６０に接続される接続ケーブルの特性インピーダンスをロードインピーダンスに合わせるためのインピーダンスマッチング回路１７０を含む。

このようなプラズマ処理装置は，アンテナ及び誘電体ウィンドウの形状によってパンケーキ状アンテナ，シリンダ状アンテナ，及びドーム状アンテナに分類されるが，図２（ａ）は従来の誘導結合型プラズマ処理装置におけるパンケーキ状アンテナ（Pancake type antenna）の形状を示し，図２（ｂ）はシリンダ状アンテナ（Cylinderical type antenna）の形状を示す。

しかし，ＩＣＰ方式はアンテナコイルの形状と周波数によって不均一なプラズマが発生する問題があってアンテナコイルの設計に難しさがあるだけでなく，周波数を上げるのに限界がある。また，プラズマソースと基板との間の距離がＣＣＰ方式に比べ高いという問題があって拡散によってプラズマの挙動が決定され，被処理基板の上でプラズマの均一度を決定するようになる。

本発明は，上述した問題点を解決するためのものであって，アンテナの一部に可変キャパシタを並列に接続することによって，基板処理面上におけるプラズマの均一性を改善することができるＩＣＰアンテナ及びそれを含む基板処理装置を提供しようとする。

本発明が解決しようとする他の課題は，以下の詳細な説明と図面からより明確になるはずである。

そのために，本発明のＩＣＰアンテナはプラズマ処理装置に使用されるＩＣＰアンテナであって，一端がインピーダンスマッチング回路を介してＲＦ電源に接続され，他端が接地されたアンテナコイルと，前記アンテナコイルの一部に並列に接続された可変キャパシタと，を含む。

前記ＩＣＰアンテナは，前記可変キャパシタに並列に接続された抵抗を更に含む。

前記アンテナコイルはシリンダ状アンテナコイルである。

前記アンテナコイルがシリンダ状アンテナコイルであれば，前記アンテナコイルの前記一端は上部に位置して前記他端は下部に位置し，前記可変キャパシタは，前記アンテナコイルの一端を含むコイルの上部または前記アンテナコイルの他端を含むコイルの下部のうちいずれか一つに接続される。

前記アンテナコイルはパンケーキ状アンテナコイルである。

前記アンテナコイルがパンケーキ状のアンテナコイルであれば，前記アンテナコイルの前記一端は外側に位置して前記他端は内側に位置し，前記可変キャパシタは，前記アンテナコイルの一端を含む外側コイル部または前記アンテナコイルの他端を含む内側コイル部に接続される。

本発明の基板処理装置は，内部にプラズマによって処理される被処理基板が配置されるチェンバと，前記チェンバの内部に前記被処理基板を処理するためのソースガスを供給するガス噴射部と，前記被処理基板を処理した後，前記チェンバ内の残余ガス及び未反応ガスが排出されるガス排出口と，前記被処理基板が配置されるサセプタと，請求項１乃至請求項６のうちいずれか一項に記載されたＩＣＰアンテナと，前記ＩＣＰアンテナにソース電源を印加する高周波発振器と，前記ＩＣＰアンテナと前記高周波発振器との間に接続されたインピーダンスマッチング回路と，を含む。

前記基板処理装置は，前記ＩＣＰアンテナの可変キャパシタを調節するための可変キャパシタ調節物を更に含む。

本発明の効果は，アンテナの一部に可変キャパシタを並列に接続することによって基板処理面の上におけるプラズマの均一性を改善することができることである。

従来技術による誘導結合型プラズマ処理装置の概略的な構成を示す図である。 従来技術による誘導結合型プラズマ処理装置におけるアンテナの関連構成を示す図である。 本発明によるＩＣＰアンテナの構成を示すための概念図である。 本発明の一実施例によるＩＣＰアンテナの構成を示す図である。 図４（ｂ）に示すＩＣＰアンテナの構成によるプラズマ分布の変化を示す図である。 図４（ｄ）に示すＩＣＰアンテナの構成によるプラズマ分布の変化を示す図である。 本発明の他の実施例によるＩＣＰアンテナの構成を示す図である。 本発明の一実施例によるＩＣＰアンテナの実際の具現様子を示す図である。 可変キャパシタの適用前後に被処理基板の表面で測定したプラズマの分布を示すグラフである。

以下，本発明の好ましい実施例を添付した図３及び図９を参照してより詳細に説明する。本発明の実施例は様々な形態に変形されてもよく，本発明の範囲が以下で説明する実施例に限ると解析されてはならない。本実施例は，該当発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に本発明をより詳細に説明するために提供されるものである。よって，図面に示す各要素の形状はより明確な説明を強調するために誇張されている可能性がある。

図３は，本発明によるＩＣＰアンテナの構成を示すための概念図である。図３に示すように，本発明によるＩＣＰアンテナは，実質的に一つのコイルを，特定地点を基準にインピーダンスを２つに分け，２つのインピーダンスが直列接続された回路を形成すると概念的に考えることができる。インピーダンスマッチング回路２７０を介してＲＦ電源１６０に接続された一端部を含むコイル部分のインピーダンスを第１インピーダンスＺ１，２５０ａとし，接地された他端部を含むコイル部分のインピーダンスを第２インピーダンスという。

ここで，第２インピーダンスＺ２が大きくなると全体のコイルのインピーダンスが増加し，ＩＣＰアンテナを流れる全体のコイルの電流は減少するようになる。コイル電流が減少されるにつれ第１インピーダンスＺ１に印加される電力は減少され，よって，第１インピーダンスＺ１に当たるコイル部分によって生成されるプラズマも減少されるようになる。しかし，インピーダンスが増加するとプラズマ電力は増加する。第２インピーダンスＺ２に当たるコイル部分は，ＬＣ並列接続と可変キャパシタの容量調節でＬＣ共振条件に近くなって共振条件によるインダクタ電流とキャパシタ電流が流れるようになり，インピーダンスは大きくなる。この場合，コイルの入力端で測定されるコイルの電流は減少するにもかかわらず，第２インピーダンスＺ２のインピーダンス増加によってプラズマが減少，維持，または増加する。

このように，本発明はＩＣＰアンテナを２つのインピーダンスが直列接続されたアンテナと仮定し，２つのうち一つのインピーダンスを調節することによって２つのインピーダンスをいずれも調節することができ，以下に説明するように部位別インピーダンスの調節によって被処理基板の表面におけるプラズマの均一性を制御することができる。

以下では，図４乃至図６を参照して本発明の一実施例によるＩＣＰアンテナの構成及び効果を説明する。図４は本発明の一実施例によるＩＣＰアンテナの構成を示す図であり，図４（ａ）は従来のシリンダ状ＩＣＰアンテナの構成を示し，（ｂ）は本発明の一実施例によって下部アンテナに可変キャパシタが並列に接続されたアンテナ構成を示し，（ｃ）は（ｂ）の可変キャパシタに並列に接続された抵抗を更に含むアンテナ構成を示し，（ｄ）は上部アンテナに可変キャパシタが並列に接続されたアンテナ構成を示し，（ｅ）は（ｄ）可変キャパシタに並列に接続された抵抗を更に含むアンテナ構成を示す。

図５は，図４（ｂ）に示すＩＣＰアンテナの構成によるプラズマ分布の変化を示す図であり，図５（ａ）は従来のシリンダ状ＩＣＰアンテナによって生成されたプラズマの被処理基板上における密度分布を概略的に示し，（ｂ）は図４（ｂ）に示すＩＣＰアンテナによって生成されたプラズマの被処理基板上における密度分布を概略的に示す。

一般に，シリンダ状ＩＣＰアンテナに誘導された電場は所定半径を有する環状のプラズマを生成し，生成されたプラズマはチェンバの下部に配置された被処理基板の中心とチェンバに向かって拡散する。よって，拡散距離が長いほど中心部分のプラズマの密度が高くなる。

図５（ａ）を参照すれば分かるように，従来のシリンダ状ＩＣＰアンテナの場合，上部コイルによって生成されたプラズマはチェンバの下部に配置された基板まで拡散することで，基板の中心で高い密度を示す山状の密度分布を示す。しかし，下部コイルによって生成されたプラズマは拡散距離が短く，誘導電場によって生成されたプラズマのように環状の密度分布で被処理基板の表面に至るようになる。よって，被処理基板の表面では上部コイルによって生成されたプラズマと下部コイルによって生成されたプラズマが重畳した形態のプラズマの密度分布をなす。図５（ａ）を参照すると，被処理基板の表面におけるプラズマの密度は，基板の中心の密度が高い分布を有することが分かる。

そこで，本発明の一実施例によるＩＣＰアンテナは，図４（ｂ）に示すように下部アンテナに可変キャパシタを並列に接続することによって全体のプラズマの密度を調節している。図３を参照して上述したように，下部アンテナに可変キャパシタを並列に接続すれば，下部アンテナに当たる第２インピーダンスＺ２が増加してアンテナの全体のインピーダンスが増加するようになり，よって，アンテナを介して流れる全体コイルの電流が減少する。よって，上部アンテナに印加されるプラズマ電力が減少するようになり，結果的に，上部アンテナによって生成されるプラズマの密度が減少する。一方，下部アンテナの場合，インピーダンスが増加することによってコイル電流が減少するにもかかわらずプラズマ電力が維持されるが，そのため生成されるプラズマの密度が減少されない。

このように，本発明の一実施例によるＩＣＰアンテナを採用すれば，図５（ｂ）に示すように上部アンテナによって生成されて拡散したプラズマの密度が減少し，被処理基板の表面におけるプラズマの密度は従来のＩＣＰアンテナに比べ半径方向に均一な分布をなしていることが分かる。

図６は，図４（ｄ）に示すＩＣＰアンテナの構成によるプラズマ分布の変化を示す図である。図６（ａ）は従来のシリンダ状ＩＣＰアンテナによって生成されたプラズマの被処理基板上における密度分布を概略的に示し，（ｂ）は図４（ｄ）に示すＩＣＰアンテナによって生成されたプラズマの被処理基板上における密度分布を概略的に示す。

図６（ａ）を参照すれば分かるように，図５（ａ）と同じく従来のシリンダ状ＩＣＰアンテナの場合，上部コイルによって生成されたプラズマは被処理基板の表面で山状のプラズマ分布を，下部コイルによって生成された被処理基板の表面で環状のプラズマ分布を形成する。但し，図６（ａ）の場合，上部アンテナによって形成されたプラズマの密度が図５（ａ）に比べ相対的に低く，被処理基板の表面における全体のプラズマの密度は，基板の中心の密度が低い分布を有することが分かる。

そこで，本発明の一実施例によるＩＣＰアンテナは，図４（ｄ）に示すように上部アンテナに可変キャパシタを並列に接続することによって全体のプラズマの密度を調節することができる。図３を参照して上述したように，上部アンテナに可変キャパシタを並列に接続すれば，上部アンテナに当たる第１インピーダンスＺ１が増加してアンテナの全体のインピーダンスが増加するようになるが，これは全体のアンテナを介して流れる全体のコイルの電流を減少させる。よって，上部アンテナに印加されるプラズマ電力が減少するようになり，結果的に，下部アンテナによって生成されるプラズマの密度が減少する。一方，上部アンテナの場合，インピーダンスが増加することによってコイル電流が減少するにもかかわらずプラズマ電力が維持されるが，そのため生成されるプラズマの密度が減少しない。

このように，本発明の一実施例によるＩＣＰアンテナを採用すれば，図６（ｂ）に示すように下部アンテナによって生成されて拡散したプラズマの密度が減少し，被処理基板の表面における全体のプラズマの密度は従来のＩＣＰアンテナに比べ半径方向に均一な分布をなすようになる。

本発明の他の実施例によるＩＣＰアンテナは，図４（ｃ）及び（ｅ）に示すように，可変キャパシタに並列に接続された抵抗を更に含む。抵抗を更に含むことで，インピーダンス調節の可変性を更に拡張することができる。この実施例では所定値を有する抵抗を可変キャパシタに並列に接続するものとしているが，これに限らず，他の例として可変抵抗が可変キャパシタに並列に接続されてもよい。

図７は，本発明の他の実施例によるＩＣＰアンテナの構成を示す図である。図７のＩＣＰアンテナは，パンケーキ状アンテナに適用したことを除いては図４に示すものと類似している。図７（ａ）は従来のパンケーキ状ＩＣＰアンテナの構成を示し，（ｂ）は本発明の一実施例によって外部アンテナに可変キャパシタが並列に接続されたアンテナの構成を示し，（ｃ）は内部アンテナに可変キャパシタが並列に接続されたアンテナ構成を示す。図７には図示していないが，図４（ｃ）及び（ｅ）のように，抵抗または可変抵抗が可変キャパシタに並列に接続されてもよい。

シリンダ状アンテナと同じく，図７（ｂ）のように，外部のアンテナに可変キャパシタを接続することによって全体のアンテナのインピーダンスを大きくすることができ，よって，内部のアンテナによって形成されて拡散する山状のプラズマの密度を減少させることができる。また，図７（ｃ）のように，内部のアンテナにキャパシタを接続することによって，外部のアンテナによって形成されて拡散するドーナツ状のプラズマの密度を減少させることができる。

このように，本発明はＩＣＰアンテナの一部に可変キャパシタを並列に接続して調節することによって，被処理基板の表面におけるプラズマの密度を半径方向に均一にすることができる効果がある。

図８は，本発明の一実施例によるＩＣＰアンテナの実際の態様を示す図である。この実施例では３００ｍｍ用のＩＣＰコイルを使用し，円周方向へのプラズマの密度の均一性のために偶数に巻きつけたコイル（４回巻きのコイル）を使用しており，４回巻きのコイルの中間部である２回巻きが終わる地点Ｎにタップ（tap）を設けて可変キャパシタを接続している。また，図示していないが，可変キャパシタにコントロールノブ（control knob）を接続して可変キャパシタのキャパシタンスを調節してもよい。

上述したように，本発明のＩＣＰアンテナは可変キャパシタに並列に接続された抵抗を更に含み，この抵抗が可変抵抗であれば，キャパシタと同じくコントロールノブによって可変抵抗の抵抗を調節することができる。

図９は，可変キャパシタの適用前後に被処理基板の表面で測定したプラズマの分布を示すグラフである。図９の横軸は被処理基板の中心から半径方向の距離を示し，縦軸はプラズマの密度を示す。グラフにおいて，内部が塗られた円は可変キャパシタを備えていない従来のＩＣＰアンテナ（比較例）によるプラズマの密度を示し，内部が空白の円は可変キャパシタを備えたＩＣＰアンテナ（実施例）によるプラズマの密度を示す。

図９に示すように，本発明は従来のＩＣＰアンテナと同じ条件でアンテナコイルの一部に可変キャパシタを並列に接続してその値を調節するだけで，被処理基板の表面におけるプラズマの密度の均一性を改善することができる。

本発明を好ましい実施例を介して詳細に説明したが，これとは異なる形態の実施例も可能である。よって，以下に記載する特許請求の範囲の技術的思想と範囲は好ましい実施例に限ることはない。

本発明は，多様な形態の半導体の製造設備及び製造方法に応用されることができる。

本発明は，プラズマを発生させるＩＣＰアンテナを利用して基板をプラズマ処理する方法に関する。

最近，半導体工程に使用される基板処理については，半導体回路の超微細化，半導体回路を製造するための基板の大型化，及び液晶ディスプレイの大面積化によって全体の処理面積は大型化するのに対し，内部回路は更に小型化する傾向にある。よって，限定された領域により多くの素子の集積が必要となっているだけでなく，大型化した全体面積に形成される素子の均一性を改善するよう，研究及び開発が進められている。

基板処理に利用されているプラズマ処理装置は，チェンバ内の反応ガスを活性化させてプラズマを形成した後，形成されたプラズマを利用して基板を処理する乾式処理装置であって，電極の形態に応じて容量結合型プラズマ（Capacitively Coupled Plasma；ＣＣＰ）と誘導結合型プラズマ（Inductively Coupled Plasma；ＩＣＰ）方式に区分される。

ＣＣＰ方式は，一般に平行する一対のプレート状電極に高周波を印加することで電極間の空間に形成される電場によってプラズマを発生することであり，正確な容量結合調節とイオン調節の能力が高く，ＩＣＰ方式に比べ工程生産性が高い長所がある。一方，無線周波数電源のエネルギーがほぼ排他的に容量結合を介してプラズマに伝達されるため，プラズマイオン密度は容量結合された無線周波数電力の増加または減少によってのみ調節される。よって，高密度のプラズマを生成するためには，高い無線周波数電力が必要となる。しかし，無線周波数電力を増加させることは，イオン衝撃エネルギーを増加させる。よって，イオン衝撃による損傷を防止するためには，供給される無線周波数電力を増加させるのに限界を有するようになる。

それに対し，ＩＣＰ方式は一般にらせん状のアンテナに高周波を印加し，アンテナに流入される高周波電流による磁場の変化によって誘導される電場でチェンバ内部の電子を加速させてプラズマを発生するものであり，無線周波数電力の増加によってイオン密度を容易に増加させることができる一方，それによるイオン衝撃は相対的に低いため，高密度のプラズマを発生させるのに適合していることが知られている。よって，プラズマを利用する基板処理装置において，高密度プラズマを発生するためにＩＣＰ方式を使用することは一般的な傾向である。図１は，従来の誘導結合型プラズマ処理装置の概略的な構成を示す図であり，図２は，従来の誘導結合型プラズマ処理装置におけるアンテナの関連構成を示す図である。

図１を参照すると，従来の誘導結合型プラズマ処理装置１００は，内部にプラズマＰによって処理される被処理基板Ｗが配置されるチェンバ１１０，チェンバ１１０の内部に基板を処理するためのソースガスを供給するガス噴射部１２０，及び基板処理後，残余ガス及び未反応ガスが排出されるガス排出口１３０，チェンバ１１０内に配置され，前記被処理基板が配置されるサセプタ１４０，チェンバ１１０の上部または側面に位置し，チェンバの内部にプラズマＰを発生させるための磁場及び電場を形成するアンテナ１５０，前記アンテナにソース電源を印加する高周波発振器（RF generator）１６０，及び前記高周波発振器１６０に接続される接続ケーブルの特性インピーダンスをロードインピーダンスに合わせるためのインピーダンスマッチング回路１７０を含む。

このようなプラズマ処理装置は，アンテナ及び誘電体ウィンドウの形状によってパンケーキ状アンテナ，シリンダ状アンテナ，及びドーム状アンテナに分類されるが，図２（ａ）は従来の誘導結合型プラズマ処理装置におけるパンケーキ状アンテナ（Pancake type antenna）の形状を示し，図２（ｂ）はシリンダ状アンテナ（Cylinderical type antenna）の形状を示す。

しかし，ＩＣＰ方式はアンテナコイルの形状と周波数によって不均一なプラズマが発生する問題があってアンテナコイルの設計に難しさがあるだけでなく，周波数を上げるのに限界がある。また，プラズマソースと基板との間の距離がＣＣＰ方式に比べ高いという問題があって拡散によってプラズマの挙動が決定され，被処理基板の上でプラズマの均一度を決定するようになる。

本発明は，上述した問題点を解決するためのものであって，アンテナの一部に可変キャパシタを並列に接続することによって，基板処理面上におけるプラズマの均一性を改善することができる基板をプラズマ処理することが出来る方法を提供しようとする。

本発明が解決しようとする他の課題は，以下の詳細な説明と図面からより明確になるはずである。

本発明の，プラズマを発生させるＩＣＰアンテナを利用して基板をプラズマ処理する方法は，
前記ＩＣＰアンテナは，第１アンテナコイルを備える第１インピーダンスと，並列連結されてＬＣ並列回路をなす第２アンテナコイルと，可変キャパシタを備える第２インピーダンスと，を含み，前記第１インピーダンスと前記第２インピーダンスは直列連結された状態で，前記ＩＣＰアンテナの一端は一つのインピーダンスマッチング回路を介して一つのＲＦ電源に直接連結されて他端は接地され，
前記ＬＣ並列回路をＬＣ共振条件に近接するように前記可変キャパシタのキャパシタンスを調節し，前記第２インピーダンスのインピーダンス値を増加させて前記ＩＣＰアンテナの全体のインピーダンスの値を増加させ，前記ＩＣＰアンテナを流れる電流を減少させて，前記第１アンテナコイルによって生成される第１プラズマの密度を減少させる，プラズマ処理方法である（請求項１）。

また，前記第２アンテナコイルによって生成される第２プラズマの密度を維持するようにすることができる（請求項２）。

さらに，前記プラズマ処理方法は，前記可変キャパシタに並列に連結された可変抵抗の抵抗を調節するステップを更に含むことができる（請求項３）。

前記第１及び第２アンテナコイルはシリンダ状アンテナコイルとすることができる（請求項４）。

また，前記第１及び第２アンテナコイルはパンケーキ状アンテナコイルとすることができる（請求項５）。

本発明の効果は，ＩＣＰアンテナの全体のインピーダンスの値を増加させ，前記ＩＣＰアンテナを流れる電流を減少させて，前記第１アンテナコイルによって生成される第１プラズマの密度を減少させることができることである。

従来技術による誘導結合型プラズマ処理装置の概略的な構成を示す図である。 従来技術による誘導結合型プラズマ処理装置におけるアンテナの関連構成を示す図である。 本発明におけるＩＣＰアンテナの構成を示すための概念図である。 本発明の一実施例におけるＩＣＰアンテナの構成を示す図である。 図４（ｂ）に示すＩＣＰアンテナの構成によるプラズマ分布の変化を示す図である。 図４（ｄ）に示すＩＣＰアンテナの構成によるプラズマ分布の変化を示す図である。 本発明における他の実施例によるＩＣＰアンテナの構成を示す図である。 本発明における一実施例によるＩＣＰアンテナの実施態様を示す図である。 可変キャパシタの適用前後に被処理基板の表面で測定したプラズマの分布を示すグラフである。

以下，本発明の好ましい実施例を添付した図３及び図９を参照してより詳細に説明する。本発明の実施例は様々な形態に変形されてもよく，本発明の範囲が以下で説明する実施例に限ると解析されてはならない。本実施例は，該当発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に本発明をより詳細に説明するために提供されるものである。よって，図面に示す各要素の形状はより明確な説明を強調する表現が採用された可能性がある。

図３は，本発明におけるＩＣＰアンテナの構成を示すための概念図である。図３に示すように，本発明におけるＩＣＰアンテナは，実質的に一つのコイルを，特定地点を基準にインピーダンスを２つに分け，２つのインピーダンスが直列接続された回路を形成すると概念的に考えることができる。インピーダンスマッチング回路２７０を介してＲＦ電源１６０に接続された一端部を含むコイル部分のインピーダンスを第１インピーダンスＺ１，２５０ａとし，接地された他端部を含むコイル部分のインピーダンスを第２インピーダンスという。

ここで，第２インピーダンスＺ２が大きくなると全体のコイルのインピーダンスが増加し，ＩＣＰアンテナを流れる全体のコイルの電流は減少するようになる。コイル電流が減少されるにつれ第１インピーダンスＺ１に印加される電力は減少され，よって，第１インピーダンスＺ１に当たるコイル部分によって生成されるプラズマも減少されるようになる。しかし，インピーダンスが増加するとプラズマ電力は増加する。第２インピーダンスＺ２に当たるコイル部分は，ＬＣ並列接続と可変キャパシタの容量調節でＬＣ共振条件に近くなって共振条件によるインダクタ電流とキャパシタ電流が流れるようになり，インピーダンスは大きくなる。この場合，コイルの入力端で測定されるコイルの電流は減少するにもかかわらず，第２インピーダンスＺ２のインピーダンス増加によってプラズマが減少，維持，または増加する。

このように，本発明プラズマ処理方法はＩＣＰアンテナを２つのインピーダンスが直列接続されたアンテナと仮定し，２つのうち一つのインピーダンスを調節することによって２つのインピーダンスをいずれも調節することができ，以下に説明するように部位別インピーダンスの調節によって被処理基板の表面におけるプラズマの均一性を制御することができる。

以下では，図４乃至図６を参照して本発明の一実施例におけるＩＣＰアンテナの構成及び効果を説明する。図４は本発明の一実施例におけるＩＣＰアンテナの構成を示す図であり，図４（ａ）は従来のシリンダ状ＩＣＰアンテナの構成を示し，（ｂ）は本発明における一実施例によって下部アンテナに可変キャパシタが並列に接続されたアンテナ構成を示し，（ｃ）は（ｂ）の可変キャパシタに並列に接続された抵抗を更に含むアンテナ構成を示し，（ｄ）は上部アンテナに可変キャパシタが並列に接続されたアンテナ構成を示し，（ｅ）は（ｄ）可変キャパシタに並列に接続された抵抗を更に含むアンテナ構成を示す。

図５は，図４（ｂ）に示すＩＣＰアンテナの構成によるプラズマ分布の変化を示す図であり，図５（ａ）は従来のシリンダ状ＩＣＰアンテナによって生成されたプラズマの被処理基板の上における密度分布を概略的に示し，（ｂ）は図４（ｂ）に示すＩＣＰアンテナによって生成されたプラズマの被処理基板上における密度分布を概略的に示す。

一般に，シリンダ状ＩＣＰアンテナに誘導された電場は所定半径を有する環状のプラズマを生成し，生成されたプラズマはチェンバの下部に配置された被処理基板の中心とチェンバに向かって拡散する。よって，拡散距離が長いほど中心部分のプラズマの密度が高くなる。

図５（ａ）を参照すれば分かるように，従来のシリンダ状ＩＣＰアンテナの場合，上部コイルによって生成されたプラズマはチェンバの下部に配置された基板まで拡散することで，基板の中心で高い密度を示す山状の密度分布を示す。しかし，下部コイルによって生成されたプラズマは拡散距離が短く，誘導電場によって生成されたプラズマのように環状の密度分布で被処理基板の表面に至るようになる。よって，被処理基板の表面では上部コイルによって生成されたプラズマと下部コイルによって生成されたプラズマが重畳した形態のプラズマの密度分布をなす。図５（ａ）を参照すると，被処理基板の表面におけるプラズマの密度は，基板の中心の密度が高い分布を有することが分かる。

そこで，本発明の一実施例におけるＩＣＰアンテナは，図４（ｂ）に示すように下部アンテナに可変キャパシタを並列に接続することによって全体のプラズマの密度を調節している。図３を参照して上述したように，下部アンテナに可変キャパシタを並列に接続すれば，下部アンテナに当たる第２インピーダンスＺ２が増加してアンテナの全体のインピーダンスが増加するようになり，よって，アンテナを介して流れる全体コイルの電流が減少する。よって，上部アンテナに印加されるプラズマ電力が減少するようになり，結果的に，上部アンテナによって生成されるプラズマの密度が減少する。一方，下部アンテナの場合，インピーダンスが増加することによってコイル電流が減少するにもかかわらずプラズマ電力が維持されるが，そのため生成されるプラズマの密度が減少されない。

このように，本発明の一実施例におけるＩＣＰアンテナを採用すれば，図５（ｂ）に示すように上部アンテナによって生成されて拡散したプラズマの密度が減少し，被処理基板の表面におけるプラズマの密度は従来のＩＣＰアンテナに比べ半径方向に均一な分布をなしていることが分かる。

図６は，図４（ｄ）に示すＩＣＰアンテナの構成によるプラズマ分布の変化を示す図である。図６（ａ）は従来のシリンダ状ＩＣＰアンテナによって生成されたプラズマの被処理基板上における密度分布を概略的に示し，（ｂ）は図４（ｄ）に示すＩＣＰアンテナによって生成されたプラズマの被処理基板上における密度分布を概略的に示す。

図６（ａ）を参照すれば分かるように，図５（ａ）と同じく従来のシリンダ状ＩＣＰアンテナの場合，上部コイルによって生成されたプラズマは被処理基板の表面で山状のプラズマ分布を，下部コイルによって生成された被処理基板の表面で環状のプラズマ分布を形成する。但し，図６（ａ）の場合，上部アンテナによって形成されたプラズマの密度が図５（ａ）に比べ相対的に低く，被処理基板の表面における全体のプラズマの密度は，基板の中心の密度が低い分布を有することが分かる。

そこで，本発明の一実施例におけるＩＣＰアンテナは，図４（ｄ）に示すように上部アンテナに可変キャパシタを並列に接続することによって全体のプラズマの密度を調節することができる。図３を参照して上述したように，上部アンテナに可変キャパシタを並列に接続すれば，上部アンテナに当たる第１インピーダンスＺ１が増加してアンテナの全体のインピーダンスが増加するようになるが，これは全体のアンテナを介して流れる全体のコイルの電流を減少させる。よって，上部アンテナに印加されるプラズマ電力が減少するようになり，結果的に，下部アンテナによって生成されるプラズマの密度が減少する。一方，上部アンテナの場合，インピーダンスが増加することによってコイル電流が減少するにもかかわらずプラズマ電力が維持されるが，そのため生成されるプラズマの密度が減少しない。

このように，本発明の一実施例におけるＩＣＰアンテナを採用すれば，図６（ｂ）に示すように下部アンテナによって生成されて拡散したプラズマの密度が減少し，被処理基板の表面における全体のプラズマの密度は従来のＩＣＰアンテナに比べ半径方向に均一な分布をなすようになる。

本発明の他の実施例におけるＩＣＰアンテナは，図４（ｃ）及び（ｅ）に示すように，可変キャパシタに並列に接続された抵抗を更に含む。抵抗を更に含むことで，インピーダンス調節の可変性を更に拡張することができる。この実施例では所定値を有する抵抗を可変キャパシタに並列に接続するものとしているが，これに限らず，他の例として可変抵抗が可変キャパシタに並列に接続されてもよい。

図７は，本発明の他の実施例におけるＩＣＰアンテナの構成を示す図である。図７のＩＣＰアンテナは，パンケーキ状アンテナに適用したことを除いては図４に示すものと類似している。図７（ａ）は従来のパンケーキ状ＩＣＰアンテナの構成を示し，（ｂ）は本発明における一実施例によって外部アンテナに可変キャパシタが並列に接続されたアンテナの構成を示し，（ｃ）は内部アンテナに可変キャパシタが並列に接続されたアンテナ構成を示す。図７には図示していないが，図４（ｃ）及び（ｅ）のように，抵抗または可変抵抗が可変キャパシタに並列に接続されてもよい。

シリンダ状アンテナと同じく，図７（ｂ）のように，外部のアンテナに可変キャパシタを接続することによって全体のアンテナのインピーダンスを大きくすることができ，よって，内部のアンテナによって形成されて拡散する山状のプラズマの密度を減少させることができる。また，図７（ｃ）のように，内部のアンテナにキャパシタを接続することによって，外部のアンテナによって形成されて拡散するドーナツ状のプラズマの密度を減少させることができる。

このように，本発明はＩＣＰアンテナの一部に可変キャパシタを並列に接続して調節することによって，被処理基板の表面におけるプラズマの密度を半径方向に均一にすることができる効果がある。

図８は，本発明の一実施例におけるＩＣＰアンテナの実際の態様を示す図である。この実施例では３００ｍｍ用のＩＣＰコイルを使用し，円周方向へのプラズマの密度の均一性のために偶数に巻きつけたコイル（４回巻きのコイル）を使用しており，４回巻きのコイルの中間部である２回巻きが終わる地点Ｎにタップ（tap）を設けて可変キャパシタを接続している。また，図示していないが，可変キャパシタにコントロールノブ（control knob）を接続して可変キャパシタのキャパシタンスを調節してもよい。

上述したように，本発明におけるＩＣＰアンテナは可変キャパシタに並列に接続された抵抗を更に含み，この抵抗が可変抵抗であれば，キャパシタと同じくコントロールノブによって可変抵抗の抵抗を調節することができる。

図９は，可変キャパシタの適用前後に被処理基板の表面で測定したプラズマの分布を示すグラフである。図９の横軸は被処理基板の中心から半径方向の距離を示し，縦軸はプラズマの密度を示す。グラフにおいて，内部が塗られた円は可変キャパシタを備えていない従来のＩＣＰアンテナ（比較例）によるプラズマの密度を示し，内部が空白の円は可変キャパシタを備えたＩＣＰアンテナ（実施例）によるプラズマの密度を示す。

図９に示すように，本発明プラズマ処理方法は従来のＩＣＰアンテナと同じ条件でアンテナコイルの一部に可変キャパシタを並列に接続してその値を調節するだけで，被処理基板の表面におけるプラズマの密度の均一性を改善することができる。

本発明を好ましい実施例を介して詳細に説明したが，これとは異なる形態の実施例も可能である。よって，以下に記載する特許請求の範囲の技術的思想と範囲は好ましい実施例に限ることはない。

本発明は，多様な形態の半導体の製造設備及び製造方法に応用されることができる。

Claims (6)

1. 基板をエピタキシャルチェンバに移送するステップと，
   前記基板に対するエピタキシャル工程を行って前記基板にエピタキシャル層を形成するステップと，を含むが，
   前記エピタキシャル工程は，
   前記基板を７００℃以下に加熱し，前記エピタキシャルチェンバの内部を３００Ｔｏｒｒ以下に調節した状態で，前記エピタキシャルチェンバの内部にシリコンガスを注入して第１エピタキシャル層を形成するステップと，
   前記シリコンガスの注入を中断し，前記エピタキシャルチェンバの内部にパージガスを注入して，前記エピタキシャルチェンバの内部を１次パージするステップと，
   前記基板を７００℃以下に加熱し，前記エピタキシャルチェンバの内部を３００Ｔｏｒｒ以下に調節した状態で，前記エピタキシャルチェンバの内部にシリコンガスを注入して第２エピタキシャル層を形成するステップと，
   前記シリコンガスの注入を中断し，前記エピタキシャルチェンバの内部にパージガスを注入して，前記エピタキシャルチェンバの内部を２次パージするステップと，を含む低温エピタキシャル層の形成方法。
2. 前記シリコンガスは，ＳｉＣｌ４，ＳｉＨＣｌ３，ＳｉＨ２Ｃｌ２，ＳｉＨ３Ｃｌ，Ｓｉ２Ｈ６，またはＳｉＨ４のうちいずれか一つ以上である請求項１記載の低温エピタキシャル層の形成方法。
3. 前記エピタキシャル工程は，
   前記基板を７００℃以下に加熱し，前記エピタキシャルチェンバの内部を３００Ｔｏｒｒ以下に調節した状態で，前記エピタキシャルチェンバの内部にシリコンガスを注入して第ｎエピタキシャル層を形成するステップと，
   前記シリコンガスの注入を中断し，前記エピタキシャルチェンバの内部にパージガスを注入して，前記エピタキシャルチェンバの内部をｎ次パージするステップと，を更に含む請求項１記載の低温エピタキシャル層の形成方法（ｎ＝３，４・・・ｋ，ｋは整数）。
4. 前記第１及び第２エピタキシャル層を形成するステップは，前記基板を４８０℃に加熱し，
   前記エピタキシャル工程は，前記基板に６０Å超過７４Å以下のエピタキシャル層を形成する請求項１記載の低温エピタキシャル層の形成方法。
5. 前記第１及び第２エピタキシャル層を形成するステップは，前記基板を５００℃に加熱し，
   前記エピタキシャル工程は，前記基板に６２Å超過１１５Å以下のエピタキシャル層を形成する請求項１記載の低温エピタキシャル層の形成方法。
6. 前記第１及び第２エピタキシャル層を形成するステップは，前記基板を５２０℃に加熱し，
   前記エピタキシャル工程は，前記基板に７１Å超過１１０Å以下のエピタキシャル層を形成する請求項１記載の低温エピタキシャル層の形成方法。

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