KR0162916B1 - 플라즈마처리장치 - Google Patents

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KR0162916B1
KR0162916B1 KR1019950029944A KR19950029944A KR0162916B1 KR 0162916 B1 KR0162916 B1 KR 0162916B1 KR 1019950029944 A KR1019950029944 A KR 1019950029944A KR 19950029944 A KR19950029944 A KR 19950029944A KR 0162916 B1 KR0162916 B1 KR 0162916B1
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토모히로 오쿠무라
이찌로 나카야마
요시히로 야나기
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모리시타 요이찌
마쯔시다덴기산교 가부시기가이샤
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Abstract

본 발명은, 반도체 및 박막회로의 제조과정에 있어서의 드라이에칭, 스퍼터링, 플라즈마CVD등에 이용할 수 있는 플라즈마처리장치에 관하여, 특히 고주파유도결합방식의 플라즈마처리장치에 관한 것으로서, 이 고주파유도결합방식플라즈마처리장치에 있어서, 방전코일용매칭회로의 매칭용 병렬코일에 의한 전력효율의 저하를 작게 해서, 온도상승을 작게 하는 것을 목적으로 한 것이며, 그 구성에 있어서, 진공용기(3)와, 기판전극(4)과, 방전코일과, 고주파전원과, 방전코일에 도선에 의해서 접속되고 고주파전원(9)에 접속케이블에 의해서 접속된 매칭회로(9)를 구비하고, 방전코일에 고주파전압을 인가하므로써 진공용기내(3)에 플라즈마를 발생시켜서 기판전극(4)위의 기판(5)을 처리하는 플라즈마처리장치에 있어서 방전코일을 그일부 또는 전부가 다중의 소용돌이형의 방전코일(1) 또는 다중나선형의 방전코일(2)에 의해서 구성한 것을 특징으로한 것이다.

Description

플라즈마처리장치
제1도는 본 발명의 제1실시예에 있어서의 플라즈마처리장치의 방전코일형상을 표시한 평면도.
제2도는 본 발명의 제2실시예에 있어서의 플라즈마처리장치의 방전코일형상을 표시한 사시도.
제3도는 본 발명의 다른 실시예의 방전코일형상을 표시한 평면도.
제4도는 본 발명의 또 다른 실시예의 방전코일형상을 표시한 평면도.
제5도는 본 발명의 또 다른 실시예의 방전코일형상을 표시한 사시도.
제6도는 본 발명의 또 다른 실시예의 방전코일형상을 표시한 사시도.
제7도는 종래예의 평행평판형의 플라즈마장치의 구성도.
제8도는 종래예의 평판형 고주파유도결합방식플라즈마처리장치의 구성도.
제9도는 종래예의 원통형 고주파유도결합방식플라즈마처리장치의 구성도.
제10도는 대표적인 방전코일용매칭회로의 구성도.
제11도는 매칭회로의 정합범위를 표시한 스미스선도.
제12도는 매칭용 방열코일을 사용한 방전코일용 매칭회로의 구성도.
제13도는 종래예의 방전코일의 상세를 표시한 평면도.
제14도는 다른 종래예의 방전코일의 상세를 표시한 평면도.
제15도는 또 다른 종래예의 방전코일의 상세를 표시한 평면도
제16도는 본 발명의 다른 실시예에 있어서의 플라즈마처리장치의 방전코일형상을 표시한 평면도.
제17도는 본 발명의 다른 실시예에 있어서의 플라즈마처리장치의 방전코일형상을 표시한 평면도.
제18도는 본 발명의 다른 실시예에 있어서의 플라즈마처리장치를 표시한 평면도.
제19도는 제18도의 플라즈마처리장치의 방전코일의 측면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 다중소용돌이형의 방전코일 2 : 다중나선형의 방전코일
3 : 진공용기 4 : 기판전극
5 : 기판 9 : 방전코일용 고주파전원
10 : 방전코일용 매칭회로 11 : 방전코일용 접속케이블
12 : 도선 20 : 매칭용 병렬코일
본 발명의 반도체 및 박막회로의 제조과정에 있어서의 드라이에칭, 스퍼터링, 플라즈마 CVD등에 이용할 수 있는 플라즈마처리장치에 관한 것으로서, 특히 고주파유도결합방식의 플라즈마처리장치에 관한 것이다.
최근, 반도체소자의 미세화에 대응해서, 드라이에칭기술에 있어서는, 고아스펙트비의 가공등을 실현하기 위하여, 또 플라즈마CVD기술에 있어서는 고아스펙트비의 매립등을 실현하기 위하여, 보다 고진공으로 플라즈마처리를 행하는 일이 요구되고 있다.
예를 들면, 드라이에칭의 경우에 있어서는, 고징공에 있어서 고밀도플라즈마를 발생시키면, 기판표면에 형성되는 이온시스(sheath)속에서 이온이 증성라디칼입자와 충돌하는 확률이 적어지기 때문에, 이온이 방향성이 기판을 향해서 일치되고, 또 전리도가 높기 때문에 기판에 도착하는 이온대중성라디칼의 입사입자다발의 비가 커진다. 이 때문에, 고진공에 있어서 고밀도 플라즈마를 발생하므로써 에칭이방성이 높아지고, 고아스펙트비의 가공이 가능하게 된다.
또, 플라즈마CVD의 경우에 있어서는, 고진공에 있어서 고밀도플라즈마를 발생시키면, 이온에 의한 스피터링효과에 의해서 미세패턴의 매립, 평탄화작용을 얻을 수 있고, 고아스펙트비의 매립이 가능하게 된다.
종래의 일반적인 평행평판형의 플라즈마처리장치의 구성을, 제7도를 참조해서 설명한다. 제7도에 있어서, 진공용기(3)내에 기판(5)을 얹어놓는 기판전극(4)과 대향전극(30)을 배설하고, 이들 전극(4), (30)사이에 전극용 고주파전원(6)에 의해서 고주파전압을 인가하므로써 진공용기(3)내에 플라즈마를 발생시키도록 구성되어 있다. 또한, 전극용매칭회로(7)는 부하임피던스를 전극용 접속케이블(8)의 특성임피던스에 매칭시키기 위한 회로이다.
이방식에서는, 진공도가 높아짐에 따라서 전자와 이온의 충돌확률이 감소하기 때문에, 고진공에 있어서 고밀도플라즈마를 발생하는 일이 어렵고, 충분한 처리속도를 얻을 수 없고, 또 고주파전압을 무리하게 높게해서 플라즈마밀도를 높게하려고하면, 이온에너지가 커지고, 에칭선택비가 저하하거나, 기판에 손상을 주게된다.
이 평행평판형의 플라즈마처리장치에 대해서, 고진공에 있어서 고밀도플라즈마를 발생시킬수 있는 플라즈마처리장치(1)의 하나로서, 방전코일에 고주파전압을 인가하므로써 고진공용기내에 플라즈마를 발생시키는 고주파유도결합방식의 플라즈마처리장치가 있다. 이 방식의 플라즈마처리장치는, 진공용기내에 고주파자계를 발생시키고, 그 고주파자계에 의해서 진공용기내에 유도전계를 발생시켜서 전자의 가속을 행하여, 플라즈마를 발생시키는 것으로써, 코일전류를 크게하면, 고진공에 있어서도 고밀도플라즈마를 발생시킬 수 있어, 충분한 처리속도를 얻을 수 있다.
고주파유도결합방식의 플라즈마처리장치로서는, 주로 제8도에 표시한 바와같은 평판형과, 제9도에 표시한 바와같은 원통형이 알려져 있다. 제8도, 제9도에 있어서, (31)은 평판형 방전코일, (32)는 원통형방전코일이고, (9)는 방진코일용 고주파전원, (10)은, 방전코일용 매칭회로, (11)은 방전코일용접속케이블이다. 방전코일용 매칭회로(10)와 방전코일(31), (32)은 도선(12)에 의해서 접속되어 있다. 또한, 진공용기(3), 기판전극(4), 기판(5), 전극용 고주파전원(6), 전극용매칭회로(7), 전극용접속케이블(8)은 제7도와 마찬가지이다.
제8도, 제9도에 있어서, 진공용기(3)내에 적당한 가스를 도입하면서 행하고, 진공용기(3)내를 적당한 압력으로 유지하면서, 방전코일용 고주파전원(9)에 의해 고주파전압을 방전코일(32)에 인가하면, 진공용기(3)내에 플라즈마가 발생하고, 기판전극(4)위에 얹어놓인 기판(5)에 대해서 에칭, 퇴적, 표면개질등의 플라즈마처리를 행할 수 있다. 이때, 제8도, 제9도에 표시한 바와 같이, 기판전극(4)에도 전극용 고주파전원(6)에 의해 고주파전압을 인가하므로서, 기판(5)에 도달하는 이온에너지를 제어할 수 있다.
그러나, 제8도, 제9도에 표시한 종래의 방식에서는, 방전코일용에칭회로(10)내에서의 전력손실이 크고, 전력효율이 저하할 뿐만아니라, 방전코일용 매칭회로(10)의 온도상승이 발생하는 일이 있다고 하는 문제가 있다.
이하에 상세히 설명하면, 제10도는 대표적인 방전코일용 매칭회로(10)의 회로도이다. (13)은 입력단자, (14), (15)는 가변콘덴서, (16)은 매칭용 직렬코일이다. 가변콘덴서(14), (15)의 용량을 피드백제어하므로써, 부하임피던스의 미소변동에 대응할 수 있다. 부하임피던스의 크기에 따라서는, 매칭용직렬코일(16)의 감는수를 바꾸거나, 또는 매칭용직렬코일(16)을 떼내거나, 고정콘덴서(17)또는 (18)을 삽입하거나 할 필요가 있다. 또한, (19)는 출력단자이다.
제11도는 스미스선도로서, 사선부분은 제10도에 표시한 방전코일용 매칭회로(10)의 정합범위를 표시한다. 당연한 일이지만, 방전코일용 매칭회로(10)내의 각소자의 정수에 의해서 제11도에 표시한 정합범위도 변화하나, 여기에서는 대표적인 경우를 예시하고 있다. 방전코일(31) 또는 (32)의 임피던스의 복소표현에 있어서, 그허수부분이 방전코일용접속케이블(11)의 특성임피던스의 특성임피던스의 5배의 경우의 방전코일(31) 또는 (32)의 임피던스를 곡선A에 표시한다. 제11도로부터 곡선A의 대부분이 정합범위로부터 벗어나 있는 것을 알 수 있다.
그래서, 방전코일용 매칭회로(10)에 있어서, 제12도에 표시한 바와같이, 방전코일(31) 또는 (32)의 임피던스의 복소표현에 있어서의 허수부분과 동일임피던스를 가진 매칭용 병렬코일(20)을 접속한 것이 있으며, 그 경우 가변콘덴서(15)의 부하쪽단자로부터 부하쪽을 본 임피던스는, 그 허수성분이 곡선A의 절반, 즉 방전코일용 접속케이블(11)의 특성임피던스의 2.5배로 되므로, 제11도의 곡선B으로 표시 할 수 있다. 통상, 방전코일(31)또는 (32)의 임피던스의 실수성분은 지극히 작으므로, 곡선B의 일부(실성분이 방전코일용접속케이블(11)의 특성임피던스의 1,3배이하의 대부분의 범위)가 정합범위내에 있기 때문에 매칭용 병렬코일(20)을 사용하므로써, 매칭을 취할 수 있게되는 것을 알 수 있다.
이상의 설명에서는, 매칭용 병렬코일(20)의 임피던스가 방전코일(31) 또는 (32)의 임피던스와 동일인 경우에 대해서 설명하였으나, 방전코일(31) 또는 (32)의 임피던스가 큰 경우에는 매칭용 병렬코일(20)의 임피던스를 꽤 작게하지 않으면 매칭을 취할 수 없다. 또, 방전코일(31) 또는 (32)의 임피던스가 그다지 크지않아도, 가변콘덴서(15)의 부하쪽단자로부터 부하쪽을 본 임피던스의 허수성분은 작으면 작을수록 매칭에 대한 마진이 넓어지므로, 될 수 있는대로 매칭용 병렬코일(20)의 임피던스는 작게하고 싶다. 이와 같은 케이스에서는, 회로적으로 매칭용 병렬코일(20)과 방전코일(31)또는 (32)는 병렬로 접속되어 있으므로, 방전코일(31) 또는(32)보다도 매칭용 병렬코일(20)에 의해 큰 전류가 흐르게 된다. 따라서, 매칭용 병렬코일(20)의 임피던스의 실수성분이 가령 작은값이어도, 거기에서의 전력손실은 무시할 수 없게 되는 동시에 전력효율은 저하한다. 그리고, 이 전력손실은 매칭용 병렬코일(20)의 발영량과 등가이므로, 방전코일용 매칭회로(10)내의 온도상승을 초래하게 된다.
또, 평판형고주파유도결합방식플라즈마처리장치의 경우, 진공용기(3)내에 기판면내균일성좋게 플라즈마를 발생시킬려고 하면, 적어도 기판(5)의 크기와 동일크기의 방전코일(31)이 필요하다. 방전코일(31)의 형상으로서는, 제13도에 표시한 바와같은 한번감은 코일을 생각할 수 있다. 일반적으로 코일의 인덕턴스는 코일의 직경이 클수록 커지기 때문에, 결국, 기판(5)이 클때에는 방전코일(31)의 인더턴스도 크지 않을 수 없다. 또, 더욱 기판면내균일성을 개선하려고 하면, 방전코일(31)의 형상은, 제14도에 표시한 바와같은 소용돌이형코일로 하는 것이 바람직하다. 소용돌이형 코일과 한번 감은 코일을 비교하면, 방전코일(31)의 최외경이 동일정도면, 소용돌이형 코일의 쪽이 당연 인덕턴스는 크다. 우리들의 측정에서는, 직경 150mm내에 있어서의 플라즈마밀도의 균일성이 3%이내가 되는 소용돌이형의 방전코일(31)의 인더턴스는, 어떤 방전조건에 있어서, 1.1μH였다. 방전코일용 고주파전원(9)의 주파수가 13.56MHZ일때, 방전코일(31)의 임피던스의 허수성분은 94Ω이므로, 방전코일용 접속케이블(11)의 특성임피던스의 일반적인 값인 50Ω의 2배 약으로 된다. 이정도의 값이면, 매칭용 병렬코일(20)없이도 매칭을 취하는 것은 가능하나, 앞서 설명한 바와같이, 매칭에 대한 마진을 생각하면, 매칭용 병렬코일(20)로서 0.5∼1μH정도의 코일을 삽입한쪽이, 매칭에 대한 마진이라는 관점에서는 바람직하다.
그런데 방전코일(31)의 임피던스는 주파수에 비례하므로, 예를 들면 방전코일용 고주파전원(9)의 주파수가 40MHZ일때는, 상기 1.1μH의 방전코일(31)의 임피던스는 276Ω(=50Ω×5.5)로 되고, 매칭을 취하기 위해서는 매칭용 병렬코일(20)이 불가결하게 된다.
또, 기판(5)이 큰 경우나, 배치처리하고 싶은 경우에, 대면적에 균일한 플라즈마를 발생시키기 위해서는, 당연히 방전코일(31)을 크게 할 필요가 있으며, 코일용 고주파전원(9)의 주파수가 13.56MHZ이어도, 방전코일(31)의 임피던스가 수백Ω로 되는 일도 있다. 이 경우도, 매칭을 취하기 위해서는 매칭용 병렬코일(20)이 불가결해진다.
그래서, 대면적에 균일한 플라즈마를 발생시킬수 있고, 또한 방전코일(31)의 임피던스를 작게 할 수 있는 방전코일의 구성으로서, 제15도에 표시한 바와 같이, 복수의 소용돌이형 코일을 병렬접속하는 방법을 생각할 수 있다. 그러나, 이와 같은 방전코일구성으로하면, 인접하는 코일끼리가 만드는 고주파자계가 일부상쇄하기 때문에, 충분한 플라즈마밀도를 얻을 수 없다고 하는 문제가 발생한다. 우리들의 측정에 의하면, 1.3μH의 소용돌이코일의 1개를 사용한 경우에 비교해서, 동일 소용돌이형 코일 4개를 병렬접속으로 사용하였을 경우에는, 방전코일의 총인덕턴스는 0.51μH로 되어, 59%로 저감할 수 있었으나, 플라즈마밀도는 11%저하해버리고 말았다.
원통형고주파유도결합방식플라즈마처리장치의 경우, 진공용기(3)의 바깥쪽에 나선형방전코일(32)을 배치하고 있으므로, 적어도 진공용기(3)의 외형과 동일크기의 나선형방전코일(32)을 사용하게 된다. 따라서, 일반적으로 평판형 고주파유도결합방식플라즈마처리장치에 비해서 방전코일(32)의 인덕턴스는 커진다. 따라서, 매칭을 취하기 위하여, 또는 매칭에 대한 마진확보를 위하여, 매칭용 병렬코일(20)이 필요하게 되는 케이스는 많다. 우리들의 측정에서는, 원통의 직경이 300mm의 경우, 나선형방전코일(2)의 인덕턴스는 1.8μH(=150Ω, 13.56MHZ)였다. 이상의 설명에서 명백한 바와같이, 처리면적의 대형화, 인가주파수의 고주파수화를 위한 방전코일(31)또는 (32)의 인덕턴스중대, 또는 매칭에 대한 마진의 확대화를 위하여 매칭용병렬코일(20)이 필요하게 되나, 매칭용병렬코일(20)을 사용하면, 특히 그 임피던스의 허수성분이 작을 경우에, 거기에서는 필연적으로 전력손실이 발생하는 동시에, 전력효율이 저하한다. 그리고 이 전력손실은 매칭용 병렬코일(20)의 발열량과 등가이므로, 방전코일용 매칭회로(10)내의 온도상승을 초래하게 된다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기 종래의 문제점에 비추어, 매칭용 병렬코일로서 특히 임피던스의 허수성분이 작은 코일을 사용할 필요가 없거나, 또는 매칭용 병렬코일을 필요로 하지 않으며, 따라서 전력효율의 저하가 작고, 방전코일용 매칭회로의 온도상승이 작은 유도결합방식플라즈마처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원의 제1발명의 플라즈마처리방법은, 진공용기와, 기판전극과, 방전코일과, 고주파전원과, 방전코일에 도선에 의해서 접속되고 고주파전원에 접속케이블에 의해서 접속된 매칭회로를 구비하고 방전코일에 고주파전압을 인가하므로써 진공용기내에 플라즈마를 발생시켜서 기판전극위의 기판을 처리하는 플라즈마처리장치에있어서, 방전코일을 그 일부 또는 전부를 다중의 소용돌이형으로한 것을 특징으로 한다.
본원의 제 2발명의 플라즈마처리장치는, 진공용기와, 기판전극과, 방전코일과, 고주파전원과, 방전코일에 도선에 의해서 접속되어 고주파전원에 접속케이블에 의하여 접속된 매칭회로를 구비하고, 방전코일에 고주파전압을 인가하므로써 진공용기내에 플라즈마를 발생시켜서 기판전극위의 기판을 처리하는 플라즈마처리장치에 있어서, 방전코일을 그일부 또는 전부를 다중의 나선형으로 한것을 특징으로 한다.
호적하게는, 방전코일은, 그 임피던스의 복소표현에 있어서의 허수성분이 접속케이블의 특성임피던스의 5배이하로 하게 된다.
본원의 제 1 및 제 2발명의 플라즈마처리장치에 의하면, 방전코일의 일부 또는 전부가 다중의 소용돌이형 또는 나선형이기 때문에, 방전코일의 임피던스를 작게 할 수 있어, 그결과 특히 임피던스의 허수성분이 작은 매칭용병렬코일을 사용하지 않아도 매칭을 취할 수 있다. 따라서, 전력효율의 저하가 작고, 방전코일용 매칭회로의 온도상승이 작은 유도결합방식플라즈마처리장치를 제공할 수 있다.
또, 방전코일의 임피던스의 복소표현에 있어서 그 허수성분이, 접속케이블의 특성 임피던스의 5배이하이도록하면, 매칭용 병렬코일을 사용하지 않아도 매칭을 취할 수 있기 때문에, 전력효율의 저하, 방전코일용 매칭회로의 온도상승이 발생하는 일이 없는 유도결합방식플라즈마처리장치를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 제1실시예의 플라즈마처리장치에 대해서 제1도와 제8도를 참조해서 설명한다. 또한, 플라즈마처리장치의 전체구성은, 종래예에 대해서 제8도를 참조해서 설명한 것과 동일하며, 그 설명을 원용해서 여기에서의 설명을 생략한다.
본 실시예에서는, 제8도의 방전코일(31)대신에 제1도에 표시한 바와 같이, 다중소용돌이형의 방전코일(1)을 사용하고 있다. 이 방전코일(1)은 4개의 소용돌이형의 방전코일(1a)을 중심부에서 1개로 결합해서 둘레방향으로 등간격으로 배열한 것이며, 중심부가 고주파전원(9)에 접속되고, 바깥둘레끝이 각각 접지되어 있다.
이와 같이 구성된 플라즈마처리장치에 있어서, 아르곤유량 30SCCM, 압력 10mTorr, 방전코일용 고주파전원(9) 및 기판전극용 고주파전원(6)의 주파수는 다같이 13.56MHZ, 투입전력이 각각 1000W, 300W일때의 방전코일(1)의 임피던스를 측정하면, 1.5Ω+j51Ω였다. 또한, 방전코일용 접속케이블(11)은, 특성임피던스50Ω의 것을 사용하였으므로, 방전코일(1)의 임피던스의 허수성분은 방전코일용 접속케이블(11)의 특성임피던스에 거의 동등하다. 따라서, 제11도의 스미스선도로부터 명백한 바와 같이, 매칭용병렬코일(20)을 사용하지 않아도 매칭을 취할 수 있고, 또한 충분한 매칭에 대한 마진을 확보할 수 있다. 또, 플라즈마밀도의 면내균일성도, 직경 150mm내에 있어서, 3%이하이고, 플라즈마밀도로서도 종래예에서 표시한 평판형방전코일(31)(제14도)의 경우와 대차 없었다. 종래예에서 표시한 평판형 방전코일(31)의 경우에서는, 방전코일의 임피던스의 허수성분은 94Ω였으므로, 이 실시예에서는 종래예와 비교해서 동등한 플라즈마를 얻고 있는 한편에서, 방전코일의 임피던스의 허수성분을 54%로 억제할 수 있게 된다.
또, 방전코일용 고주파전원(9)의 주파수를 40MHZ로 바꾸어서 실험을 행하였던바, 종래의 소용돌이형 방전코일(31)의 경우에는 매칭용 병렬코일(20)없이는 매칭을 취할 수 없었으나, 다중소용돌이형 방전코일(1)에서는 그 임피던스의 허수성분은 150Ω(=50Ω×3)이므로, 매칭용 병렬코일(20)을 사용하지 않고 매칭을 취할 수 있었다. 보다 넓은 매칭에 대한 마진을 확보하기 위하여, 매칭용 병렬코일(20)을 사용해도 되나, 동일정도의 마진확보에 필요하게되는 매칭용병렬코일(20)의 임피던스는 다중소용돌이형 방전코일(1)을 사용한 쪽이 훨씬 커서도 되기 때문에, 매칭용 병렬코일(20)에서의 전력손실도 훨씬 작아서 된다. 또한, 다중소용돌이형 방전코일(1)의 임피던스의 허수성분이 250Ω(=50Ω×5)로 되는 것은 전원 주파수가 67MHZ의 경우이므로, 마진을 무시하면, 60MHZ정도이하의 주파수에 대해서는 제1도의 다중소용돌이형방전코일(1)에 의해 매칭용병렬코일(20)없이에서의 매칭이 가능하다. 제1도에서는 방전코일의 중심A0을 통과하는 직선이, 방전코일(1)을 구성하는 도선(방전코일(1a))과 교차점 A1,A2,A3,…An에서 교차하고, 중심A0와 교차점 A1과의 사이의 간격이 다른 교차점 A1,A2,A3,…An사이의 간격의 어느것 보다도 크게 되어있다. 이와 같이 구성하면, 그렇지 않는 경우에 비해서, 플라즈마밀도의 기판면내의 분석을 현저히 향상시킬 수 있다. 즉 이와 같은 효과를 달성하기 위하여, 방전코일의 중심쪽의 상기 방전코일을 구성하는 도선의 서로 인접하는 도선과의 간격이, 방전코일 주변쪽의 방전코일을 구성하는 도선의 서로 인접하는 간격보다 크도록 하는 것이 바람직하다.
다음에, 본 발명의 제2실시예의 플라즈마처리장치에 대해서 제2도와 제9도를 참조해서 설명한다. 또한, 플라즈마처리장치의 전체구성은, 종래예에 대해서 제9도를 참조해서 설명한 것과 동일하며, 그 설명을 원용해서 여기에서의 설명을 생략한다.
본 실시예에서는, 제9도의 방전코일(32)대신에 제2도에 표시한 바와 같이, 다중나선형의 방전코일(2)을 사용하고 있다. 이 방전코일(2)은 4개의 나선형의 방전코일(2a)을 둘레방향으로 등간격으로 배열하고, 이들의 양끝이 환형상코일(2b), (2c)에 접속되고, 한쪽의 환형상코일(2b)이 고주파전원(9)에 접속되고, 다른 쪽의 환형상코일(2c)이 접지되어 있다.
이와 같이 구성된 플라즈마처리장치에 있어서, 아르곤유량 30SCCM, 압력 10mTorr, 방전코일용 고주파전원(9) 및 기판전극용 고주파전원(6)의 고주파수는 다같이 13.56MHZ, 투입전력이 각각 1000W, 300W일때의 방전코일(2)의 임피던스를 측정하면, 1.8Ω+j79Ω였다. 또한, 방전코일용 접속케이블(11)은, 특성 임피던스 50Ω의 것을 사용하였으므로, 방전코일(2)의 임피던스의 허수성분은 방전코일용 접속케이블(11)의 특성임피던스의 1.6배이다. 따라서, 제11도의 스미스 선도로부터 명백한 바와같이, 매칭용 병렬코일(20)을 사용하지 않아도 매칭을 취할 수 있고, 또한 충분한 매칭에 대한 마진을 확보할 수 있다. 플라즈마밀도로서도 종래예에서 표시한 원통형방전코일(32)의 경우와 대차 없었다. 종래예에서 표시한 원통형방전코일(32)의 경우에서는, 방전코일의 임피던스의 허수성분은 150Ω였으므로, 이 실시예에서는 종래예와 비교해서 동등한 플라즈마를 얻고있는 한편에서, 방전코일의 임피던스의 허수성분을 53%로 억제할수 있었는 것으로 된다.
또, 방전코일용 고주파전원(9)의 주파수를 27MHZ로 바꾸어서 실험을 행하였던바, 종래의 원통형방전코일(32)의 경우에는, 매칭용병렬코일(20)없이는 매칭을 취할 수 없었으나, 다중나선형방전코일(2)에서는 그 임피던스의 허수성분은 158Ω(=50Ω×3.2)이므로, 매칭용 병렬코일(20)을 사용하지 않고 매칭을 취할 수 있었다. 보다 넓은 매칭에 대한 마진을 확보하기 위하여, 매칭용 병렬코일(20)을 사용해도 되나, 동일정도의 마진확보에 필요하게 되는 매칭용병렬코일(20)의 임피던스는 다중나선형방전코일(2)을 사용한 쪽이 훨씬커서도 되기 때문에, 매칭용병렬코일(20)에서의 전력손실도 훨씬 작아서 된다. 또한, 다중나선형 방전코일(2)의 임피던스의 허수성분이 250Ω(=50Ω×5)로 되는 것은 전원주파수가 43MHZ의 경우이므로, 마진을 무시하면, 40MHZ정도이하의 주파수에 대해서는, 제2도의 다중나선형방전코일(2)에 의해 매칭용병렬코일(20)없이에서의 매칭이 가능하다.
상기 각 실시예에 있어서, 방전코일의 형상은 이들에 한정되는 것은 아니다. 예를들면, 소용돌이형코일, 나선형코일의 다중도는 4아니라도 되며, 몇 겹이어도 상관없다. 다중도가 높을수록 방전코일의 임피던스는 작게 할 수 있기 때문에, 보다 큰 처리면적에의 대응, 보다 높은 전원주파수에의 대응이 가능해진다. 또, 방전코일이 다중의 소용돌이형, 혹은 다중의 나선형인 것은, 반드시 방전코일 전부일 필요는 없다. 제3도, 제4도, 제5도, 제6도에 표시한 바와 같은 방전코일의 일부가 다중의 소용돌이형, 또는 다중의 나선형이어도 된다.
제3도의 예에서는, 중심부가 다중소용돌이형 코일(1)에 의해서 구성되고, 각 소용돌이형코일(1a)의 바깥끝이 환형상코일(1b)에 접속되고, 그 바깥쪽에 통상의 소용돌이코일(1c)이 접속되어 있다. 제4도의 예에서는 바깥둘레부가 다중소용돌이형코일(1)에 의해서 구성되고, 각소용돌이형코일(1a)의 안둘레끝이 환형상코일(1d)에 접속되고, 그 바깥쪽에 통상의 소용돌이형코일(1e)이 접속되어 있다.
제5도의 예에서는, 다중나선형 코일(2)의 하부에 통상의 나선형코일(2d)이 접속되어 있다. 제6도의 예에서는 다중나선형코일(2)의 상부와 하부의 양쪽에 통상의 나선형코일(2d),(2e)이 접속되어 있다. 제1도의 방전코일에서는, 동일형상의 4개의 소용돌이형의 도선(방전코일(1a),…,(1a))의 중심쪽의 끝부분을 서로 90°의 각도를 이루도록 중심A0에서 접속하고, 방전코일(1)은 중심에 대해서 대칭으로 되어있으나, 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 즉, 예를 들면, 제16도에 표시한 바와 같이, 다른 형상을 가진 소용돌이형의 방전코일(102a), (102b), (102c), (102d)을 방전코일(101)의 중심에서 접속하도록 해도된다. 또, 제17도에 표시한 바와 같이, 방전코일(101a), (101b), (101c), (101d)의 중심쪽의 끝부분을 서로 방전코일(102)의 중심에서 임의의 각도로 접속하도록 해도된다. 이들 방전코일(101), (102)은 중심에 대해서 비대칭으로 되어있다. 또, 제18도, 제19도에 표시한 바와 같이 방전코일(103)을 매단종모양으로 입체으로 구성하도록 해도된다.
또, 상기 실시예에서는, 방전코일의 수는 4개에 한정되는 것은 아니며, 2개로 해도 된다. 또, 방전코일의 외주단부를 접지하는 것에 한정되지 않으며, 중심단부를 접지해도 된다.
본원의 제1 및 제2발명의 플라즈마처리장치에 의하면, 이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 방전코일의 일부 또는 전부가 다중의 소용돌이형 또는 나선형으로 하므로써, 방전코일의 임피던스를 작게 할 수 있어, 그 결과 특히 임피던스의 허수성분이 작은 매칭용 병렬코일을 사용하지 않아도 매칭을 취할 수 있다. 따라서, 전력효율의 저하가 작고, 방전코일용 매칭회로의 온도상승이 작은 유도결합방식플라즈마처리장치를 제공할 수 있다.
또, 방전코일의 임피던스의 복소표현에 있어서 그 허수성분이, 접속케이블의 특성임피던스의 5배이하이도록하면, 매칭용병렬코일을 사용하지 않아도 매칭을 취할 수 있기 때문에, 전력효율의 저하, 방전코일용 매칭회로의 온도상승이 발생하는 일이 없는 유도결합방식플라즈마처리장치를 제공할 수 있다.

Claims (7)

  1. 진공용기와, 기판전극과, 방전코일과, 고주파전원과, 방전코일에 도선에 의해서 접속되고 고주파전원에 접속케이블에 의해서 접속된 매칭회로를 구비하고, 방전코일에 고주파전압을 인가하므로써 진공용기내에 플라즈마를 발생시켜서 기판전극위의 기판을 처리하는 플라즈마처리장치에 있어서 방전코일을 그 일부 또는 전부를 다중의 소용돌이형으로 한 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방전코일은 다중소용돌이형이 그 중심에 대해서 대칭으로 되어있는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 방전코일은 다중소용돌이형이 그 중심에 대해서 비대칭으로 되어있는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  4. 제1항∼제3항의 어느 한 항에 있어서, 방전코일의 중심쪽의 상기 방전코일을 구성하는 도선의 서로 인접하는 도선과의 간격이, 방전코일의 주변쪽의 방전코일을 구성하는 도선의 서로 인접하는 간격보다 크도록 한 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 방전코일은 매단종모양으로 입체적으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  6. 진공용기와, 기판전극과, 방전코일과, 고주파전원과, 방전코일에 도선에 의해서 접속되고 고주파전원에 접속케이블에 의해서 접속된 매칭회로를 구비하고, 방전코일에 고주파전압을 인가하므로써 진공용기내에 플라즈마를 발생시켜서 기판전극위의 기판을 처리하는 플라즈마처리장치에 있어서, 방전코일을 그 일부 또는 전부를 다중의 나선형으로 한 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  7. 제1항 ∼제6항의 어느 한 항에 있어서, 방전코일은, 그 임피던스의 복소표현에 있어서의 허수성분이 접속케이블의 특성임피던스의 5배이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
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