KR100700763B1

KR100700763B1 - 정합기 및 플라즈마처리장치

Info

Publication number: KR100700763B1
Application number: KR1020027004694A
Authority: KR
Inventors: 히모리신지; 유아사미쓰히로; 와타나베가즈요시; 시마다준이치
Original assignee: 동경 엘렉트론 주식회사
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 2000-10-12
Publication date: 2007-03-27
Also published as: US7112926B2; TW494490B; JP4286404B2; WO2001028300A1; EP1225794A4; EP1225794B1; KR20020047229A; DE60040005D1; EP1225794A1; JP2001118700A; US20020134508A1

Abstract

100㎒ 이상의 고주파전력을 공급하는 경우라도, 대형화를 초래하지 않고, 정합시간이 길어지지 않아, 고주파부하의 임피던스를 전송로 임피던스에 충분히 정합시킬 수 있는 정합기 및 그것을 사용한 플라즈마처리장치를 제공하는 것이다.

정합기(41)는, 고주파전원(40)으로부터의 고주파에너지를 플라즈마 생성전극 (21)으로 전송하는 공진막대(61)와, 공진막대(61) 및 전극(21)에 직렬로 접속되어 임피던스 복소수의 허수부를 조정하는 가변콘덴서(62)와, 공진막대(61)의 외부에 설치되어 접지된 하우징(63)과, 공진막대(61)로 고주파에너지를 여기시키고 또 임피던스 복소수의 실수부를 조정하는 링크코일(64)과, 고주파전원(40)으로부터 플라즈마를 통해 접지에 달할 때까지의 사이에 정합상태로 직렬공진회로를 구성하도록 가변콘덴서(62)및 링크코일(64)의 구동부를 제어하는 제어기(69)를 구비한다.

Description

정합기 및 플라즈마처리장치{MATCHING DEVICE AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}

본 발명은, 플라즈마 등의 고주파부하의 임피던스를 전송로 임피던스에 정합 (整合)시키는 정합기(matching device) 및 그것을 사용한 플라즈마처리장치에 관한 것이다.

예를 들면 반도체 디바이스의 제조공정에 있어서는, 피처리기판인 반도체웨이퍼에 대하여, 에칭(etching)이나 스퍼터링(sputtering), CVD(화학적 기상증착) 등의 플라즈마처리가 많이 사용되고 있다.

이러한 플라즈마 처리를 하기 위한 플라즈마 처리장치로서는, 여러 가지의 것이 사용되고 있는데, 그 중에서도 용량결합형 평행평판(capacitive coupled parallel plate) 플라즈마 처리장치가 주류이다.

용량결합형 평행평판 플라즈마 처리장치는, 챔버 내에 한 쌍의 평행평판전극 (상부 및 하부전극)을 배치하여, 처리가스를 챔버 내에 도입함과 동시에, 전극의 적어도 한쪽에 고주파전력을 공급하여 전극사이에 고주파 전계(high frequency field)를 형성하여, 이 고주파 전계에 의해 처리가스의 플라즈마를 형성하여 반도체웨이퍼에 대하여 플라즈마처리를 행한다.

이러한 용량결합형 평행평판 플라즈마처리장치에 의해 반도체웨이퍼상의 막, 예를 들면 산화막을 에칭하는 경우에는, 챔버 내를 중압(medium pressure)으로 하고, 중밀도 플라즈마를 형성하는 것에 의해 최적 라디컬제어(radical control)가 가능하고, 그에 따라 적절한 플라즈마상태를 얻을 수 있어, 높은 에칭 선택도 (selectivity)를 가지는, 안정성 및 재현성이 높은 에칭을 실현하고 있다.

그러나, 최근 ULSI에서의 디자인 룰(design rule)의 미세화가 점점 진행하여, 홀(hole) 형상의 종횡비(aspect ratio)도 보다 높은 것이 요구되고 있어, 종래의 조건으로는 반드시 충분하다고는 할 수 없게 되고 있다.

그러므로, 인가되는 고주파전력의 주파수를 60㎒ 정도로까지 상승시켜, 고밀도 플라즈마를 형성하여, 보다 저압의 조건 하에서 적절한 플라즈마를 형성하여 미세화에 대응하는 것이 시도되고 있다. 그러나, 60㎒ 정도의 주파수에서는 10 mTorr 이하의 진공도로 고밀도 플라즈마를 생성하는 것은 곤란하다. 이 때문에, 전압을 가하는 고주파전력의 주파수를 100㎒ 이상으로 더욱 상승시키는 것이 검토되고 있다.

그런데, 이와 같이 고주파를 전압을 가하여 플라즈마를 형성하는 용량결합형 평행평판 플라즈마 처리장치에서는, 고주파전원과 상부전극과의 사이에, 고주파전력의 부하인 플라즈마의 임피던스(impedance)를 전송로 임피던스(transmission path impedance)에 정합(整合)시키는 정합기를 사용하고 있다. 종래의 정합기는, 예를 들면 도 16에 도시하는 바와 같은 구조로 되어 있다. 즉, 정합기(101)는 고주파전원(100)과 상부전극(102)과의 사이에 설치되고, 접지된 직방체의 상자 (rectangular parallelopiped box)(101a)를 갖고 있고, 그 중에 고주파전원(100)으로부터 상부전극(102)으로 급전(給電)하기 위한 급전막대(feeding rod)(103)에 대하여 직렬로 상류측으로부터 코일(111) 및 가변콘덴서(114)가 설치되어 있다. 또한 코일(111)의 상류측에는 접지된 고정콘덴서(110)가 접속되고, 코일(111)의 하류측에는 접지된 가변콘덴서(112)와 고정콘덴서(113)가 접속되어 있다. 이들 부품은, 동판이나 선재(wires) 등으로 결선(結線)되어, 가변콘덴서(112, 114)의 값을 모터 등으로 변화시킴으로서 정합범위를 변화시키는 구조가 되어 있다. 가변콘덴서 대신에 가변 코일을 사용할 수도 있다.

그러나, 이러한 구조의 정합기를 100㎒를 넘는 주파수 대역으로 사용하는 경우에는, 부품을 접속하는 동판이나 정합기를 전극에 접속하는 급전막대 등의 유도성 리액턴스(inductive reactance) 성분의 영향이 커지고, 한편, 용량성 리액턴스 (capacitive reactance)는 주파수에 반비례하기 때문에, 공진(resonance) 및 정합 (matching)을 하기 위한 콘덴서용량은 상당히 작은 것으로 되어, 일반시판의 가변콘덴서의 이용이 곤란하게 된다.

이러한 좋지 않은 상황을 회피하기 위해서, VHF대 후반∼UHF대(300㎒ ∼3㎓)에서의 정합에 통상 사용되는 스터브 방식(stub system)의 정합기를 100㎒를 넘는 주파수대역에서의 플라즈마처리장치에 사용하는 것을 고려할 수 있다. 도 17에 도시하는 바와 같이, 스터브 방식의 정합기(121)는, 2개소 이상의 동축 케이블구조의 조정라인(132)상에서 단락소자(133)를 이동시켜 임피던스를 조정하는 것이며, 이 조정라인(132)은 고주파전원(120)과 상부전극(122)을 접속하는 동축구조의 급전라 인(feeding line)(131)에 수직으로 배치·접속되는 것이다.

그러나, 이러한 스터브 방식의 정합기(121)는, 단락소자(133)의 스트로크 (stroke)를 1/4파장 이상 확보할 필요가 있고, 150㎒ 이하의 경우에는, 조정라인 (132)의 길이가 500mm 이상 필요하게 되어, 정합기 자체가 상당히 큰 것으로 되어 버린다. 또한, 단락소자(133)의 이동시간이 커져, 고주파전력을 투입하고 나서 정합까지의 시간이 길어져 버린다. 또한, 단락소자(133)를 모터로 구동하는 것을 고려하면, 회전운동으로부터 직선운동으로의 변환 등 복잡함을 피할 수 없다.

한편, 종래의 정합기는 수 십∼1OOmm 정도 길이의 급전막대에 의해 전극에 접속되어 있고, 정합기 내의 부품은 동판 등에 의해 접속되어 있다. 이와 같이 기계적인 접속부분의 수가 크면, 전기 특성이나 불연속으로 되는 개소가 증가하기 때문에 정재파(standing wave)도 불연속으로 되어 플라즈마가 불균일하게 되고, 또한 R성분에 의한 손실도 큰 것으로 되어 버린다. 또한, 고주파화에 의해 급전막대의 유도성 리액턴스도 상당히 커지기 때문에, 정합기 출구에서의 전압이 상당히 높아져서, 절연(insulation)의 강화를 위해 절연물, 공간 등의 크기확대가 필요하게 된다.

본 발명은 이러한 사정에 비추어 이루어진 것이다. 본 발명의 목적은, 100㎒ 이상의 고주파전력을 공급하는 경우라도, 그 크기와 정합시간이 증가됨이 없이, 고주파부하의 임피던스를 전송로 임피던스(transmission path impedance)에 충분히 정합(整合)시킬 수 있는 정합기 및 그것을 사용한 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 전기 특성의 불연속에 의한 불균일과 에너지손실을 적게 할 수 있고, 또한 소형화가 가능한 정합기 및 그것을 사용한 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제1의 관점에 따르면, 고주파전원과 고주파부하 도입부와의 사이에 설치되고, 고주파부하의 임피던스를 전송로 임피던스에 정합시키는 정합기로서,

고주파전원으로부터의 고주파에너지를 고주파부하 도입부에 전송하는 공진막대(resonance rod)와,

상기 공진막대 및 상기 고주파부하 도입부에 직렬로 접속되고, 임피던스 복소수(complex number)의 허수부(imaginary part)의 조정을 하는 가변콘덴서와,

상기 공진막대의 바깥둘레에 설치되어 접지된 하우징(housing)과,

상기 공진막대로 고주파에너지를 여기시키고, 임피던스 복소수의 실수부 (real part)의 조정을 하는 가변결합 급전부(variable coupling feeding part)를 구비하며,

고주파부하의 임피던스와 전송로 임피던스가 정합된 상태에서 상기 고주파전원과 고주파부하 사이에 직렬공진회로(series resonance circuit)가 형성되도록, 상기 가변콘덴서 및 상기 가변결합급전부가 조정되는 것을 특징으로 하는 정합기가 제공된다.

본 발명의 제2의 관점에 따르면, 고주파전원과 플라즈마 생성전극과의 사이 에 설치되고, 고주파부하의 임피던스를 전송로 임피던스에 정합시키는 정합기로서, 상기 정합기는 상기 플라즈마생성전극에 직접 부착되는 것을 특징으로 하는 정합기가 제공된다.

본 발명의 제3의 관점에 따르면, 피처리기판을 그 안에 수용하는 챔버와,

상기 챔버 내에서 서로 대향하도록 설치된 제1 및 제2의 전극과,

상기 제1의 전극에 고주파전력을 공급하는 고주파전원과,

상기 고주파전원과 상기 제1의 전극과의 사이에 설치되고, 플라즈마 임피던스를 전송로 임피던스에 정합시키는 정합기와,

상기 챔버 내부를 소정의 감압상태로 유지하는 배기수단과,

상기 챔버 내로 처리가스를 도입하는 처리가스 도입수단을 구비하며,

상기 고주파전력에 의해 상기 제1의 전극과 제2의 전극과의 사이에 고주파 전계(electric field)를 형성하고, 그것에 의하여 처리가스의 플라즈마를 생성하여 플라즈마처리를 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치로서,

상기 정합기는,

고주파전원부터의 고주파에너지를 상기 제1의 전극으로 전송하는 공진막대와,

상기 공진막대 및 상기 제1의 전극에 직렬로 접속되어, 임피던스 복소수의 허수부를 조정하는 가변콘덴서와,

상기 공진막대의 바깥둘레에 설치되고 접지된 하우징과,

상기 공진막대로 고주파에너지를 여기시키고, 임피던스 복소수의 실수부를 조정하는 가변결합 급전부를 구비하며,

고주파부하의 임피던스와 전송로 임피던스가 정합된 상태에서, 상기 고주파전원으로부터 플라즈마를 통해 접지에 달할 때까지의 사이에 직렬공진회로가 형성되도록, 상기 가변콘덴서 및 상기 가변결합 급전부가 조정되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치가 제공된다.

본 발명의 제4의 관점에 따르면, 피처리기판이 수용되는 챔버와,

상기 챔버 내에 서로 대향하도록 설치된 제1 및 제2의 전극과,

상기 제1의 전극에 고주파전력을 공급하는 고주파전원과,

상기 고주파전원과 상기 제1의 전극과의 사이에 설치되어, 플라즈마 임피던스를 전송로 임피던스에 정합시키는 정합기와,

상기 챔버 내부를 소정의 감압상태로 유지하는 배기수단과,

상기 고주파전력에 의해 상기 제1의 전극과 제2의 전극과의 사이에 고주파 전계를 형성하여, 그것에 의하여 처리가스의 플라즈마를 생성하여 플라즈마처리를 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치로서,

상기 정합기는, 상기 제1의 전극에 직접 부착되는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치가 제공된다.

상기 본 발명의 제1의 관점에 따르면, 바깥둘레에 하우징이 배치된 공진막대와 가변콘덴서를 포함하는 직렬공진회로가 구성되기 때문에, 100 ㎒ 이상의 고주파전력을 공급하는 경우라도, 스터브 방식과는 달리 정합기의 대형화를 초래하지 않 고도, 일반시판의 가변콘덴서를 이용하여 고주파부하의 임피던스를 전송로 임피던스에 충분히 정합시킬 수 있다. 즉, 정합기, 공진막대 및 가변콘덴서를 직렬로 배치한 간단한 구조로서 고주파전원으로부터 고주파부하에 달할 때까지의 사이에 정합상태로 직렬공진회로가 형성되기 때문에, 본질적으로 소형화가 가능하다. 또한, 접지된 하우징을 설치함으로써, 공진막대의 인덕턴스 성분(inductance component) 자체를 작게 할 수 있고, 공진막대와 하우징 사이의 거리를 조절하면 공진회로의 유도성 리액턴스(inductive reactance) 성분을 용이하게 관리할 수가 있다. 그러므로, 가변콘덴서로서 일반시판의 것을 사용하더라도, 고주파부하의 임피던스를 전송로 임피던스에 충분히 정합시킬 수가 있다. 또한, 공진막대를 코일로서 동작시키는 경우에는, 공진막대의 길이를 고주파 주파수의 1/4파장보다 작게 할 수 있어, 더욱 소형화하는 것이 가능하게 된다. 게다가, 공진회로에 접합점이 적기 때문에, 내부손실이 적은 저손실·고성능의 공진회로를 구성할 수 있다. 또한, 종래의 정합기와 같이 기본적으로 가변콘덴서를 사용하여 정합을 하기 때문에, 스터브 방식과는 달리 정합시간이 길어지지 않는다. 또한, 하우징의 존재에 의해 차폐효과 (shielding effect)를 높일 수 있다.

상기 본 발명의 제2의 관점에 따르면, 정합기가 플라즈마생성전극에 직접 장착되기 때문에, 급전막대가 불필요하게 되어, 임피던스 불연속장소의 수를 적게 할 수 있다. 따라서, 전기특성의 불연속으로 인한 불균일성과 에너지손실을 적게 할 수 있다. 또, 급전막대의 유도성 리액턴스 성분의 영향이 없기 때문에, 정합기 출구에서 전압이 높아지지 않는다. 따라서, 절연의 강화를 위해 절연물이나 공간 등 의 크기를 확대할 필요가 없어 정합기의 소형화가 가능하게 된다.

상기 본 발명의 제3의 관점에 따르면, 플라즈마 처리장치를 구성하는 데에 상기 본 발명의 제1의 관점에 의한 정합기를 사용하기 때문에, 100㎒ 이상의 고주파전력을 공급하여 플라즈마를 생성하는 경우라도, 스터브 방식과는 달리 대형화를 초래하지 않고, 일반시판의 가변콘덴서를 이용하여 플라즈마의 임피던스를 전송로 임피던스에 충분히 정합시킬 수가 있다.

상기 본 발명의 제4의 관점에 따르면, 플라즈마 처리장치를 구성하는 데에 상기 본 발명의 제2의 관점에 의한 정합기를 사용하기 때문에, 전기 특성의 불연속성으로 인한 플라즈마의 불균일성과 에너지손실을 적게 할 수 있다.

상기 본 발명의 제1의 관점에 의한 정합기에 있어서, 상기 고주파부하 도입부로서 플라즈마생성전극을 사용할 수 있다. 이 경우에, 상기 고주파부하는 플라즈마이다.

또한, 상기 본 발명의 제1의 관점에 의한 정합기는, 상기 가변콘덴서 및 상기 가변결합 급전부를 제어하는 제어수단을 더욱 구비할 수 있다. 그리하여, 고주파전원과 고주파부하 사이에 정합상태로 직렬공진회로를 구성하도록 자동적으로 조정하는 것이 가능하게 된다.

또한, 상기 공진막대와 상기 하우징은 상호 동축(coaxial)으로 설치되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 공진막대와 하우징 사이의 거리는 그 위치에 상관없이 일정하게 되어, 전자계 분포를 균일하게 할 수 있으며, 따라서, 공진막대의 인덕턴스(inductance)의 견적(estimation) 관리가 용이하게 된다.

또한, 상기 가변결합 급전부는, 유도결합(inductive coupling)에 의해 상기 공진막대에 고주파전력을 공급하는 링크코일(link coil)을 갖도록 할 수 있다. 그리하여, 공진막대로의 고주파전력의 입력부분을 비접촉으로 할 수 있어, 전력의 소비를 적게 할 수 있다. 이 경우에, 상기 링크코일과 상기 공진막대와의 사이의 거리를 조정함으로써 임피던스 복소수의 실수부를 조정할 수도 있다. 또한, 상기 링크코일에 접속되는 가변콘덴서를 더 마련하고, 이 가변콘덴서를 조정함으로써 임피던스 복소수의 실수부를 조정할 수도 있다. 또한, 원통형 링크코일을 공진막대 주위에 설치하고, 가변콘덴서를 조정함으로써 임피던스 복소수의 실수부를 조정하도록 구성하면, 큰 전력의 경우더라도, 용이하게 유도결합(inductive coupling)시킬 수 있다.

또한, 상기 가변결합 급전부는, 상기 공진막대에 이동가능하게 접속되어 상기 공진막대에 고주파전력을 공급하는 접속부재와, 접속부재를 상기 공진막대의 길이 방향을 따라 이동시키는 이동기구를 가지며, 상기 이동기구에 의해 상기 접합부재의 위치를 조정함으로써 임피던스 복소수의 실수부를 조정하도록 구성할 수도 있다.

또한, 상기 가변결합 급전부는, 상기 공진막대에 이동가능하게 접속되어 상기 공진막대에 고주파전력을 입력하는 접속부재와, 접속부재와 직렬로 배치된 가변콘덴서를 갖고, 이 가변콘덴서를 조정함으로써 임피던스 복소수의 실수부를 조정하도록 구성할 수도 있다.

또한, 상기 공진막대 및 상기 플라즈마생성전극에 직렬로 접속된 가변콘덴서 의 모터를 공진막대의 속에 설치된 회전축을 통해 다른 끝단측에 설치하도록 하면, 그 부분은 접지전위(ground potential)이기 때문에, 절연을 용이하게 할 수 있다.

또한, 상기 고주파전원의 주파수가 100㎒ 이상인 것이 바람직하다. 이 범위의 주파수에 있어서, 본 발명의 효과를 효율적으로 발휘하는 것이 가능하게 된다.

또한, 상기 공진막대 및 상기 플라즈마생성전극에 직렬로 접속된 가변콘덴서는, 상기 플라즈마생성전극에 직접 부착되어 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 본 발명의 제2의 관점의 경우와 같이, 상기 전기특성의 불연속으로 인한 불균일성과 에너지손실을 적게 할 수 있고, 또 소형화가 가능하게 된다.

상기 본 발명의 제2의 관점에서, 정합기가 플라즈마생성전극에 직접장착될 때, 가변콘덴서를 플라즈마 전극에 직접 장착되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 본 발명의 제1의 관점 및 제2의 관점에 있어서, 이와 같이 가변콘덴서를 플라즈마생성전극에 직접 장착시킬 경우에, 다수의 접촉자를 갖는 다면접촉부재에 의해 착탈가능하게 장착하는 것이 바람직하다. 이에 따라 취급 및 관리를 용이하게 할 수 있다. 또한, 이 경우에, 가변콘덴서의 한쪽의 전극이 상기 플라즈마생성전극의 일부를 이루고, 절연층으로서의 공기를 통해 다른 쪽의 전극이 설치된 구조로 함으로써, 구조를 간략화 할 수 있고, 더구나 콘덴서의 용량을 작게 하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명이 적용되는 플라즈마처리장치를 개략적으로 도시하는 단면도이다.

도 2(a)는 도 1의 플라즈마 처리장치에 사용된 정합기를 도시하는 단면도이고, 도 2(b)는 링크코일의 결합도를 조정하는 방법을 도시하는 개략도이다.

도 3은 도 2의 정합기의 등가회로를 도시하는 도면이다.

도 4는 동축구조의 공진막대를 사용한 경우에 있어서의 길이와 임피던스와의 관계를 도시하는 도면이다.

도 5는 정합기의 제 1 변형예를 도시하는 단면도이다.

도 6은 도 5의 정합기의 등가회로를 도시하는 도면이다.

도 7은 정합기의 제 2 변형예를 도시하는 단면도이다.

도 8은 정합기의 제 3 변형예를 도시하는 단면도이다.

도 9는 도 8의 정합기의 등가회로를 도시한 도면이다.

도 10은 정합기의 제 4 변형예를 도시하는 단면도이다.

도 11은 도 10의 정합기의 등가회로를 도시한 도면이다.

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 관한 정합기를 도시하는 단면도이다.

도 13은 도 12의 정합기의 접속에 사용된 다면접촉부재를 도시하는 평면도이다.

도 14는 한 쪽의 전극이 상부전극의 일부로서 기능하고, 다른 쪽의 전극이 절연층으로서의 공기를 통해 설치되는 구조의 가변콘덴서를 사용한 예를 도시하는 개략도이다.

도 15는 한쪽의 전극이 상부전극의 일부로서 기능하고, 다른 쪽의 전극이 절연층으로서의 공기를 통해 설치되는 구조의 가변콘덴서를 사용한 다른 예를 도시하 는 개략도이다.

도 16은 종래의 플라즈마처리장치에 사용되고 있던 정합기를 도시한 도면이다.

도 17은 스터브 방식의 정합기를 도시한 도면이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 플라즈마 처리장치를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 이 플라즈마 처리장치(1)는, 상하 전극판(eletrode plates)이 평행하게 대향하고, 한 쪽 전극에 플라즈마 생성용 전원이 접속되고, 다른 쪽 전극에 이온인입(ion extracting)용 전원이 접속된 용량결합형 평행평판 에칭장치로서 구성되어 있다.

이 플라즈마 처리장치(1)는, 예를 들면 그 표면이 알루마이트 처리(양극산화 처리)된 알루미늄으로 이루어지는 원통형상으로 성형된 챔버(2)를 갖고 있고, 이 챔버(2)는 보안접지(safety-grounded) 되어 있다. 상기 챔버(2)내의 바닥부에는 세라믹 등의 절연판(3)을 통해 피처리체, 예를 들면 반도체웨이퍼(이하「웨이퍼」라 칭한다) W를 얹어놓기 위한 대략 원주형상의 서셉터 지지대(susceptor supporting table)(4)가 설치되어 있다. 이 서셉터 지지대(4) 위에는, 하부전극을 구성하는 서셉터(susceptor)(5)가 설치되어 있다. 이 서셉터(5)에는 고역필터 (HPF: high-pass filter)(6)가 접속되어 있다.

상기 서셉터 지지대(4)의 내부에는, 냉매실(refrigerant chamber)(7)이 설치 되어 있고, 냉매는 냉매 도입관(8)을 통해 냉매실(7)로 도입되어 냉매 배출관(9)으로부터 배출되어 순환된다. 그 냉열(冷熱)이 상기 서셉터(5)를 통해 상기 웨이퍼 (W)에 대하여 전달되어, 이에 따라 웨이퍼(W)의 처리면의 온도는 원하는 온도로 제어된다.

상기 서셉터(5)에는, 또한, 웨이퍼(W)와 대략 동일한 형상의 정전척 (electrostatic chuck)(11)이 설치된다. 정전척(11)은 절연재의 사이에 마련된 전극(12)을 가지며, 전극(12)에 접속된 직류전원(13)으로부터 직류전압이 인가될 때, 쿨롱력(Coulomb force) 등에 의해서 웨이퍼(W)를 정전기적으로 흡착한다.

그리고, 상기 절연판(3), 서셉터 지지대(4), 서셉터(5), 및 상기 정전척(11)에는 전열매체, 예를 들면 He가스 등을 피처리체인 웨이퍼(W)의 이면에 공급하기 위한 가스통로(14)가 형성되어 있다. 이 전열매체를 통해 서셉터(5)의 냉열(冷熱)이 웨이퍼(W)에 전달되어, 웨이퍼(W)가 소정의 온도로 유지되도록 되어 있다.

상기 서셉터(5)의 상단 테두리 끝단에는, 정전척(11) 위에 얹어 놓여진 웨이퍼(W)를 둘러싸도록, 고리형상의 초점 링(focus ring)(15)이 배치되어 있다. 이 초점 링(15)은 실리콘 등의 도전성 재료(conductive material)로 이루어져 있고, 이에 따라 에칭의 균일성이 향상된다.

상기 서셉터(5)의 위쪽에는, 이 서셉터(5)와 평행하게 대향하여 상부전극 (21)이 설치된다. 이 상부전극(21)은 절연재(25)를 통해 챔버(2)의 상부에 지지되어 있고, 서셉터(5)와의 대향면을 구성한다. 상부전극(21)은, 다수의 토출구멍 (discharge hole)(24)을 가지며, 예를 들면 실리콘, SiC, 또는 비정질탄소로 이루 어지는 전극판(23)과, 이 전극판(23)을 지지하고, 도전성재료, 예를 들면 표면이 알루마이트처리된 알루미늄으로 이루어지는 수냉구조의 전극지지체(22)를 구비하고 있다. 또한, 서셉터(5)와 상부전극(21)은, 예를 들면 약 10∼60 mm 정도 이격되어 있다.

상기 상부전극(21)에 있어서의 전극지지체(22)에는 가스도입구(26)가 설치되고, 또한 이 가스도입구(26)에는 가스공급관(27)이 접속되어 있고, 이 가스공급관 (27)에는 밸브(28) 및 질량흐름 제어기(mass flow controller)(29)를 통해 처리가스공급원(30)이 접속되어 있다. 처리가스공급원(30)으로부터 플라즈마 에칭처리를 위한 처리가스가 공급된다.

처리가스로서는, 종래 사용되고 있는 여러 가지의 것을 채용할 수가 있다. 예를 들면, 플로로카본가스(fluorocarbon gas)(C_xF_y)나 하이드로플로로카본가스 (hydrofluorocarbon gas)(C_pH_qF_r) 같은 할로겐원소를 함유하는 가스를 적절하게 사용할 수 있다. 그밖에, Ar, He 등의 희가스(rare gas)나 N₂를 첨가하더라도 좋다.

상기 챔버(2)의 바닥부에는 배기관(31)이 접속되어 있고, 이 배기관(31)에는 배기장치(35)가 접속되어 있다. 배기장치(35)는 터보분자펌프(turbo-molecular pump) 등의 진공펌프를 구비하고 있고, 이에 따라 챔버(2) 내부를 소정의 감압 분위기, 예를 들면 0.1 mTorr 이하의 소정의 압력까지 진공흡인 할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 챔버(2)의 측벽에는 게이트밸브(gate valve)(32)가 설치되어 있고, 이 게이트밸브(32)를 연 상태에서 웨이퍼(W)가 인접하는 로드록실(load-lock chamber)(도시하지 않음)과의 사이에서 반송되도록 되어 있다.

상부전극(21)에는 제1의 고주파전원(40)이 접속되어 있고, 제1의 고주파전원 (40)과 상부전극(21)과의 사이에는 정합기(41)가 설치되어 있다. 정합기(41)는, 챔버(2)내에 플라즈마가 형성될 때에, 플라즈마의 임피던스를 고주파전원(40)으로부터 연장된 동축구조를 가지는 전송로(40a)의 임피던스에 정합시키는 기능을 갖고 있다. 고주파전원(40)으로부터 관측된 전송로(40a)의 임피던스는 통상 50 Ω이다. 또한, 상부전극(21)으로의 급전(給電)은, 그 상면 중앙부에서부터 행하여진다. 또한, 상부전극(21)에는 저역필터(LPF:low-pass filter)(42)가 접속되어 있다. 이 제1의 고주파전원(40)은 100 ㎒이상의 주파수를 갖고 있다. 이와 같이 높은 주파수를 인가함으로써, 고밀도의 플라즈마를 형성할 수 있고, 1O mTorr 이하라는 저압조건 하에서 플라즈마처리가 가능해져서, 디자인 룰(design rule)의 미세화에 대응하는 것이 가능하게 된다.

하부전극으로서의 서셉터(5)에는, 제2의 고주파전원(50)이 접속되어 있고, 그 급전선(feeder line)에는 정합기(51)가 설치되어 있다. 이 제2의 고주파전원 (50)은, 웨이퍼(W) 내로 이온을 끌어들이고 웨이퍼(W)를 손상시키지 않고도 웨이퍼 (W)에 적절한 이온작용을 주는 것이고, 주파수는 2㎒이다.

다음에, 상기 정합기(41)에 관해서 설명한다.

상술한 바와 같이, 정합기(41)는, 챔버(2)내에 플라즈마를 형성하였을 때에, 플라즈마의 임피던스를 전송로(40a)의 임피던스에 정합시키는 것이다. 도 2의(a)에 도시하는 바와 같이, 정합기(41)는, 고주파전원(40)으로부터의 고주파에너지를 상부전극(21)으로 전송하는 공진막대(61)와, 공진막대(61) 및 상기 상부전극(21)에 직렬로 접속된 가변콘덴서(62)와, 공진막대(61)의 바깥둘레에 설치된 접지된 하우징(63)과, 공진막대(61)와 유도결합하여 결합도가 가변인 가변결합 급전부로서 기능하는 링크코일(64)과, 하우징(63)의 위쪽에 설치된 제어유니트(65)를 구비하고 있다. 그리고, 플라즈마를 생성하였을 때에, 고주파전원(40)으로부터 플라즈마를 통해 접지에 달할 때까지의 부분이 정합상태로 직렬공진회로를 구성하도록, 가변콘덴서(62) 및 링크코일(64)이 조정된다.

임피던스 복소수에서 플라즈마(고주파부하)의 임피던스를 Z로 하면, Z는,

Z = R + jX

로서, 복소수로서 표현할 수 있다. 이 식에서 R은 순저항성분(pure resistance component)인 임피던스의 실수부이고, X는 리액턴스 성분인 임피던스 허수부이다. 이들 중 임피던스실수부인 R은 결합도에 의해 조정할 수 있고, 임피던스허수부인 X는 직렬가변콘덴서(62)로 조정할 수 있다. 공진상태에 있어서는, 임피던스허수부 jx와 직렬가변콘덴서(62)의 용량의 값이 같은 값의 다른 부호가 되도록 직렬가변콘덴서(62)의 용량이 조정된다. 또한, 결합도는 링크코일(64)에 의해 조정될 수 있기 때문에, 플라즈마 임피던스실수부 R을 포함해서, 고주파전원으로부터 관측된 전체의 임피던스실수부는 링크코일(64)에 의해 조정할 수 있다. 따라서, 가변콘덴서 (62) 및 링크코일(64)에 의해서 임피던스의 조정을 함으로써, 플라즈마의 임피던스를 전송로 임피던스에 정합시킬 수 있다.

제어유니트(65)는, 가변콘덴서(62)의 용량을 조정하기 위한 모터(66)와, 링 크코일(64)을 회전시키는 모터(67)와, 이들을 제어하는 제어기(69)를 갖고 있다. 그리고, 이 제어기(69)에 의해, 가변콘덴서(62)의 용량 및 링크코일(64)의 결합도의 값이 플라즈마의 임피던스에 따라서 제어된다. 또한, 도 2 (b)에 도시하는 바와 같이, 링크코일(64)은 모터(67)에 의해 기어기구(gear mechanism)(68)를 통해 회전되고, 그에 따라 공진막대(61)와 링크코일(64)의 거리가 변화하여 결합도가 가변으로 된다.

상기 링크코일(64)에는, 전송선(40a)을 통해 고주파전원(40)이 접속되어 있고, 유도결합에 의해 고주파전력을 공진막대(61)에 공급한다. 그리고, 구동부로서 기능하는 모터(67) 및 기어기구(68)에 의해 링크코일(64)을 이동시켜 공진막대(61)와의 거리를 조절함으로써, 결합도가 가변으로 되어 있고, 이에 따라 임피던스조정을 할 수 있도록 되어 있다. 이 정합기(41)의 등가회로를 도 3에 도시한다.

공진막대(61)는, 전기특성 및 다른 특성의 관점에서 동(copper)에 은도금 (silver plating)을 입힌 것을 사용하는 것이 바람직하다. 공진막대(61)와 하우징 (63)은 상호 동축으로 배치된다. 이에 따라, 공진막대(61)와 하우징(63) 사이의 거리는 그 위치에 상관없이 일정하게 되어 전자계분포를 균일하게 할 수 있기 때문에, 공진막대(61)의 인덕턴스 견적의 관리가 용이하게 된다. 특히, 공진막대(61)를 외부 하우징(63)과 동축이 되도록 중공의 원통형상으로서 배치함으로써, 전자계의 분포를 한층 더 균일화할 수 있다. 물론, 하우징(63)의 형상은 원통에 한정하지 않고 각이 진 상자형상이더라도 좋고, 반드시 공진막대(61)의 전부를 덮고 있지 않더라도 좋다. 또한, 공진막대(61)는 원통형이 아니더라도 좋다. 또, 공진막대 (61)의 등가 리액턴스(equivalent reactance)는 그 길이 및 외부 하우징(63)과의 지름비로 어림할 수 있다.

이상과 같이 구성되는 플라즈마처리장치(1)에 있어서의 처리동작에 관해서 설명한다.

우선, 게이트밸브(32)가 개방된 후, 피처리체인 웨이퍼(W)는 로드록실(도시하지 않음)로부터 챔버(2)내로 반입되어, 정전척(11) 상에 장착된다. 그리고, 고압 직류전원(13)으로부터 직류전압(dc voltage)이 인가됨에 따라, 웨이퍼(W)가 정전척(11) 상에 정전기적으로 흡착된다. 이어서, 게이트밸브(32)가 잠겨지고, 챔버 (2)는 배기기구(35)에 의해서 소정의 진공도까지 진공·흡인된다.

그 후, 밸브(28)가 개방되어, 처리가스가 질량흐름 제어기(29)에 의해서 그 유량이 조정되고 있고, 처리가스공급원(30)으로부터 처리가스 공급관(27), 가스도입구(26)를 통하여 상부전극(21)의 내부로 도입된다. 이어서, 도 1의 화살표에 도시하는 바와 같이, 전극판(23)의 토출구멍(24)을 통하여, 웨이퍼(W)에 대하여 균일하게 방출되어, 챔버(2)내의 압력이 소정의 값으로 유지된다.

그 후, 제1의 고주파전원(40)으로부터 정합기(41)를 통해 100㎒ 이상, 예를 들면 150㎒의 고주파가 상부전극(21)에 인가된다. 이에 따라, 상부전극(21)과 하부전극으로서의 서셉터(5)와의 사이에 고주파 전계가 발생하여, 처리가스가 해리되어 플라즈마가 되고, 이 플라즈마에 의해, 웨이퍼(W)는 에칭처리가 된다.

다른 한편, 제2의 고주파전원(50)으로부터는, 2㎒의 고주파가 하부전극인 서셉터(5)에 인가된다. 이에 따라, 플라즈마 중의 이온이 서셉터(5)측으로 끌어당겨 지고, 이온어시스트(ion assist)에 의해 에칭의 이방성(anisotropy)을 높일 수 있다.

이와 같이, 상부전극(21)에 인가하는 고주파의 주파수를 100㎒ 이상으로 함으로써, 플라즈마밀도를 증가시킬 수 있어, 보다 저압에서의 플라즈마처리가 가능해져, 디자인룰의 미세화에 대응할 수 있게 된다.

이와 같이 고주파의 주파수가 100㎒ 이상으로 되면, 종래의 정합기로는 가변콘덴서의 값을 현저히 낮출 필요가 있으므로, 일반시판의 것으로는 적용이 곤란하게 되고, 또한, 스터브 방식의 정합기의 경우에는 대형화를 초래함과 동시에 정합에 시간이 걸린다.

반면에, 상기 정합기(41)에서는, 외부 하우징(63)이 그와 동축으로 배치된 공진막대(61)와 가변콘덴서(62)를 포함하는 직렬공진회로를 구성한다. 구체적으로는, 고주파전원(40)과 플라즈마 사이에 정합상태로 직렬공진회로를 구성하도록, 제어기(69)에 의해 가변콘덴서(62) 및 링크코일(64)을 제어한다. 이와 같이, 정합기 (41), 공진막대(61) 및 가변콘덴서(62)를 직렬로 배치한 심플한 구조로서 고주파전원(40)과 플라즈마 사이에 정합상태로 직렬공진회로를 구성하기 때문에, 본질적으로 소형화가 가능하다. 또한, 하우징(63)을 설치함으로써, 공진막대(61)의 인덕턴스 성분 자체를 작게 할 수 있어, 공진막대(61)와 하우징(63)과의 거리를 조절하면 공진회로의 유도성 리액턴스 성분을 용이하게 관리할 수 있다. 따라서, 가변콘덴서(62)로서 일반시판의 것을 사용하더라도, 플라즈마의 임피던스를 전송로(4Oa)의 임피던스에 충분히 정합시킬 수가 있다.

임피던스 복소수에서, 동축구조의 공진막대(61)의 특성 임피던스를 Z₀으로 하면, 길이 x일 때의 임피던스 Z는, 이하의 식(1)로 나타내어진다.

Z = jZ₀tanβx ······(1)

여기서, β는 위상상수이고, 파장을 λ로 하면 β= 2π/λ이다. 따라서, 길이와 임피던스{즉 공진막대(61)의 리액턴스}와의 관계는 도 4와 같이 된다. 또, 특성 임피던스 Z₀은, 공진막대(61)와 외부 하우징(63)과의 단면 치수비(지름비)의 대수함수(logarithmic function)가 된다. 도 4에 있어서, x가 1/4파장 미만의 경우, 공진막대(61)는 코일(인덕턴스)로서 기능하고, 직렬가변콘덴서(62)와의 조합되어 직렬공진회로를 형성한다. 이 경우에, 공진막대(61)는 접지된 하우징(63)에 둘러싸여 있기 때문에, 파장단축율(속도계수)을 고려하여, 길이를 설정해야 한다. 이와 같이, 공진막대(61)의 길이를 고주파의 1/4파장 미만으로 하면, 파장 100㎒ 이상의 주파수에 있어서도 공진막대(61)의 실제의 길이를 100mm 정도로 극히 짧은 것으로 할 수가 있어, 정합기(41)를 충분히 소형화할 수 있다. 또, 플라즈마의 부하의 리액턴스가 유도성으로 큰 경우에, 공진막대(61)의 길이를 1/4파장보다도 길게 하여 공진막대(61)를 콘덴서로서 기능시켜서 직렬공진회로를 구성하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 공진막대(61)의 길이는 상술한 1/4파장 미만의 경우보다도 길어지지만, 정합기(41)는 스터브 방식과는 달리 대형화하지 않는다.

또한, 공진회로를 구성함으로써 플라즈마의 부하의 리액턴스를 취소할 수 있기 때문에, 고주파전원으로부터 본 피상전류(apparent High current)를 없앨 수 있 어, 플라즈마 형성에 기여하지 않은 무효전력을 거의 0으로 할 수 있다. 따라서, 에너지효율이 높다. 또한, 공진회로에서 접합점이 적기 때문에, 내부손실이 적은 저손실·고성능의 공진회로를 구성할 수 있다. 또한, 종래와 같이 기본적으로 가변콘덴서를 사용하여 정합을 하기 때문에, 스터브 방식과는 달리 정합시간이 길어지지 않는다. 또한, 하우징(63)의 존재에 의해 차폐효과를 높일 수 있다. 또한, 정합기(41)는 제어유니트를 포함하지 않은 부분에서는 지름 약 160mm, 높이 약 200mm의 원통형상으로 할 수 있어, 종래의 정합기보다 작게 할 수 있다.

또한, 링크코일(64)을 사용하여 유도결합에 의해 비접촉으로 공진막대(61)에 고주파전력을 공급하기 때문에, 접촉에 의한 손실을 회피할 수 있어, 정합기 내부에서의 소비전력을 작게 할 수 있다.

또한, 가변콘덴서(62)의 용량조정용 모터(66)는 접지전위, 즉 0 볼트(V)인 공진막대(61)의 상단측에 배치되어 있기 때문에, 모터(66)의 절연이 용이하다.

상술한 바와 같이, 정합기(41)는 고주파전원(40)의 주파수가 100㎒ 이상인 경우에 뛰어난 효과를 발휘하는 것이고, 치수적 제약이 없는 한(공진막대가 극단적으로 짧으면 설치상의 문제가 생긴다), 그 상한은 특히 규정되어 있지 않지만, 충분히 정합을 하는 관점에서는 400㎒ 정도 이하인 것이 바람직하다. 고주파전원 (40)의 주파수가 300㎒ 이상의 경우에는, 파장이 짧기 때문에, 공진막대(61)를 1/4파장 미만의 길이 뿐만 아니라, 2n/4파장 이상∼(1+ 2n) / 4미만(단, n=1, 2, ···)의 범위 중 실용적인 길이로 같은 효과를 얻을 수 있다.

다음에, 정합기(41)의 제 1 변형예에 관해서 설명한다.

도 5에 도시하는 바와 같이, 정합기(41)는 고정적으로 설치된 링크코일(71)을 갖고, 이것에 가변콘덴서(72)가 장착되어 있다. 가변콘덴서(72)의 용량조정용 모터(73)는 모터(66)와 마찬가지로 제어기(69)에 의해 제어된다. 고주파전력은 급전선(40a) 및 링크코일(71)을 통해 가변콘덴서(72)에 도달하고, 유도결합에 의해 공진막대(61)에 공급된다. 그 밖의 구성은 도 2와 같으므로, 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 이러한 구성의 경우에는, 가변콘덴서(72)에 의해 임피던스를 조정하기 때문에, 링크코일(71)을 이동시키지 않고도 보다 단시간에 임피던스조정을 할 수 있다. 이 경우의 등가회로를 도 6에 나타낸다.

다음에, 정합기(41)의 제 2 변형예에 관해서 설명한다.

도 7에 도시하는 바와 같이, 원통형 링크코일(74)을 공진막대(61)의 바깥쪽에 동축으로 배치하고, 이 링크코일(74)에 가변콘덴서(72)가 접속되어 있다. 그 밖의 구성은 도 5와 같으므로, 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 이러한 구성의 경우에는, 원통형상의 링크코일(74)을 공진막대(61)의 바깥쪽에 동심으로 배치하였기 때문에, 큰 전력의 경우라도, 용이하게 유도결합시킬 수 있다. 또, 이 예의 경우에는, 등가회로는 도 6과 같다.

이상의 도 2, 도 5, 및 도 7의 정합기는 구조가 약간 다르지만, 회로로서는 원리적으로 같다.

다음에, 정합기(41)의 제 3 변형예에 관해서 설명한다.

도 8에 도시하는 바와 같이, 슬라이드부재(접속부재)(75)를 공진막대(61)의 바깥면에 활주가능하게 걸어맞춤하고, 볼나사 기구 등의 구동기구(76)와 모터(77) 에 의해 상하 이동가능하게 하고 있다. 급전선(40a)은 슬라이드부재(75)에 접속되어 있다. 그리고, 슬라이드부재(75)를 통해 공진막대(61)에 급전된다. 모터(77)는 제어기(69)에 의해 제어된다. 그 밖의 구성은 도 2와 같으므로, 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 이러한 구성의 경우에는, 고주파전원 (40)으로부터의 고주파전력이 슬라이드부재(75)를 통해 공진막대(61)에 공급되어, 슬라이드부재(75)의 급전위치를 구동기구(76)와 모터(77)에 의해 조정함으로써, 임피던스를 조정할 수 있다. 이와 같이 접촉한 상태에서 급전을 하기 때문에, 손실이 생길수 있지만, 확실히 급전할 수 있다. 이 경우의 등가회로를 도 9에 도시한다.

다음에, 정합기(41)의 제 4 변형예에 관해서 설명한다.

도 10에 도시하는 바와 같이, 공진막대(61)의 하부의 바깥면에 접속부재(78)가 고정되어 있고, 이 접속부재(78)에 가변콘덴서(79)가 접속되어 있다. 용량조정용 모터(80)는 모터(66)와 마찬가지로 제어기(69)에 의해 제어된다. 고주파전력은 급전선(40a) 및 가변콘덴서(79)를 통해 접속부재(78)에 이르고, 공진막대(61)에 공급된다. 그 밖의 구성은 도 2와 같으므로, 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 이러한 구성의 경우에는, 접속부재(78)를 활주시키지 않고 가변콘덴서(79)에 의해 임피던스조정을 하기 때문에, 보다 단시간으로 임피던스 조정을 할 수 있다. 또한, 접속부재(79)를 공진막대(61)에 접촉시킨 상태로 급전하기 때문에, 확실히 급전할 수 있다. 이 경우의 등가회로를 도 11에 나타낸다.

다음에, 본 발명의 다른 실시형태에 관해서 설명한다.

본 실시예에 있어서는, 정합기와 상부전극과 접속상태가 종래와는 다르며, 도 12에 도시하는 바와 같이, 정합기(41')는 직접 상부전극(21)에 접속되어 있다. 구체적으로는, 정합기(41')의 하단부에 존재하는 가변콘덴서(91)의 하부의 전극 (91a)이 상부전극(21)에 접속되어 있다. 이 경우에, 가변콘덴서(91)의 하부의 전극에는 어댑터(92)가 걸어맞춤되고, 그 상태에서, 상부전극(21)에 정합기(41')를 접속하기 위해서 장착된 다면접촉부재(93)에 끼워맞춤되어 있다. 다면접촉부재 (93)는 상부전극(21)에 고정되어 있고, 도 13에 도시하는 바와 같이, 링 형상을 이루며, 안쪽 표면에 구형상의 다수의 접촉자(93a)가 설치되어 있다. 이들 접촉자 (93a)는 스프링에 의해 안쪽으로 바이어스(biased)되어 있고, 어댑터(adapter)(92)가 끼워맞춤될 때에, 그것을 용수철 힘(spring force)에 의해 확실히 유지할 수 있음과 동시에, 확실한 전기적 접속이 실현된다. 또한, 위쪽으로 끌어올림으로써, 쉽게 뗄 수 있다.

또한, 어댑터(92)의 존재에 의해 전기적 접속을 보다 확실하게 할 수도 있다. 또한, 어댑터(92)를 다면접촉부재로서 콘덴서(91)의 전극(91a)과 접속할 수 있다. 또한, 이러한 다면접촉부재(93)를 사용하지 않고, 나사 등 다른 부착수단을 사용하더라도 좋다.

종래에는, 정합기는, 수 십∼1OO mm 정도 길이의 급전막대에 의해 전극에 접속되어 있고, 전기특성의 불연속에 의한 플라즈마 불균일성의 문제나, R성분에 의한 손실의 문제, 고주파화에 의한 급전막대의 L성분 증대에 따른 정합기의 대형화의 문제가 생기고 있었지만, 이와 같이 정합기(41')의 일부를 직접 상부전극(21)에 접속함으로써, 급전막대가 불필요하게 되고, 임피던스 불연속 개소를 적게 할 수 있기 때문에, 정재파(standing waves)에 의한 플라즈마의 불균일성과 에너지손실을 적게 할 수 있다. 또한, 급전막대의 L성분의 영향이 없기 때문에, 정합기(41') 출구에서 전압이 높아지지 않고, 절연의 강화를 위해 절연물, 공간 등의 크기를 확대할 필요가 없어, 소형화가 가능하게 된다.

한편, 가변콘덴서는 통상, 유전체(dielectric) 세라믹 실린더의 양단에 전극이 형성되어, 진공에 유지된 세라믹 실린더의 내부에 있어서 전극사이의 거리를 변화시키도록 되어 있다. 그러나, 도 14에 도시한 바와 같이, 링 형상 요철이 형성된 한쪽의 전극(94a)이 상부전극(21)의 일부를 이루고, 링 형상 요철이 형성된 다른 쪽의 전극(94b)이 절연층으로서의 공기를 통해 전극(94a)의 링 형상 요철에 맞물리도록 설치된 구조를 갖고, 전극(94b)을 수직으로 이동시키는 것에 의해 용량을 변화시킬 수 있는 가변콘덴서(94)를 구성하더라도 좋다. 이에 따라, 소자로서의 콘덴서를 사용할 필요가 없고, 구조를 간략화 할 수가 있으며, 더구나 유전체 세라믹 실린더를 사용할 필요가 없기 때문에, 콘덴서의 용량을 작게 할 수 있다. 또한, 필요한 용량이 작은 경우에는, 도 15에 나타낸 바와 같이 전극(95a, 95b)을 평탄하게 한 콘덴서(95)를 사용할 수 있어, 보다 한층 구조를 간략화 할 수 있다.

또, 본 발명은 상기 실시의 형태에 한정되지 않고, 여러 가지 변형이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시예에서는, 상부 전극에 인가하는 고주파전력의 주파수를 10OMHz 이상으로 했지만, 100㎒ 이하일 수도 있다. 또한, 상부전극에 플라즈마 형성용 고주파전력을 인가한 경우에 대해서 나타냈지만, 하부전극에 플라즈마 형성용 의 고주파전력을 인가하더라도 좋다. 또한, 하우징(63)을 공진막대(61)에 대하여 동축으로 설치하였지만, 반드시 동축이 아니더라도 좋다. 또한, 정합기를 직접 상부전극에 장착하는 구성은, 상술한 공진막대를 사용하는 타입의 정합기에 한하지 않고, 종래 형태의 정합기에 적용하는 것도 가능하다. 또한, 피처리기판으로서 반도체웨이퍼를 사용하고, 이것에 에칭을 행하는 경우에 관해서 설명하였지만, 이것에 한하지 않고, 피처리대상으로서 액정표시장치(LCD)기판 등 다른 기판이 사용되어도 좋다. 또한 플라즈마처리도 에칭(etching)에 한하지 않고, 스퍼터링, CVD 등의 다른 처리일 수도 있다. 또한, 본 발명에 따른 정합기는 플라즈마처리에 사용하는 경우에 한하지 않고, 온열치료장치(hyperthermia device) 등의 의료설비, 핵융합의 출력부분, 또는 가속장치 등, 고주파를 전송하는 경우라면 적용될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 하우징에 둘러싸이는 공진막대와 가변콘덴서를 포함하는 직렬공진회로를 구성하기 때문에, 100㎒ 이상의 고주파전력을 공급하는 경우라도, 스터브 방식과는 달리 대형화를 초래하지 않고, 일반시판의 가변콘덴서를 이용하여 고주파부하의 임피던스를 전송로 임피던스에 충분히 정합시킬 수가 있다. 즉, 정합기를 공진막대와 가변콘덴서를 직렬에 배치한 심플한 구조로서 고주파전원으로부터 고주파부하에 달할 때까지의 사이에 정합상태로 직렬공진회로를 구성하기 때문에, 본질적으로 소형화가 가능하다. 또한, 하우징을 설치함으로써, 공진막대의 인덕턴스 성분 자체를 작게 할 수 있고, 공진막대와 하우징과의 거리를 조절하면 공진회로의 유도성 리액턴스 성분을 용이하게 관리할 수 있기 때문에, 가변콘덴서로서 일반시판의 것을 사용하더라도 고주파부하의 임피던 스를 전송로 임피던스에 충분히 정합시킬 수가 있다. 또한, 공진막대를 코일로서 동작시키는 경우에는, 공진막대의 길이를 고주파주파수의 1/4파장보다 작게 할 수 있어, 보다 더 소형화가 가능하게 된다. 또한, 공진회로에 접합점이 적기 때문에, 내부손실이 적은 저손실·고성능의 공진회로를 구성할 수 있다. 또한, 종래와 같이 기본적으로 가변콘덴서를 사용하여 정합을 하기 때문에, 스터브 방식과는 달리 정합시간이 길어지지 않는다. 또한, 하우징의 존재에 의해 차폐효과를 높일 수 있다. 이러한 정합기를 사용하여 플라즈마 처리장치를 구성함으로써, 100㎒ 이상의 고주파전력을 공급하여 플라즈마를 생성하는 경우라도, 스터브 방식과는 달리 대형화를 초래하지 않고, 일반시판의 가변콘덴서를 이용하여 플라즈마의 임피던스를 전송로 임피던스에 충분히 정합시킬 수 있다.

본 발명의 다른 관점에 따르면, 정합기가 플라즈마생성전극에 직접 장착되기 때문에, 급전막대가 불필요하게 되고, 임피던스 불연속 개소를 적게 할 수 있다. 따라서, 전기특성의 불연속으로 인한 불균일성과 에너지손실을 적게 할 수 있다. 또한, 급전막대의 유도성 리액턴스 성분의 영향이 없기 때문에, 정합기 출구에서 전압이 높아지지 않는다. 따라서, 절연의 강화를 위해 절연물이나 공간 등의 크기를 확대할 필요가 없어, 소형화가 가능하게 된다. 이러한 정합기를 사용하여 플라즈마 처리장치를 구성함으로써, 전기 특성의 불연속으로 인한 플라즈마의 불균일성과 에너지손실을 적게 할 수 있다.

Claims

고주파전원과 고주파부하 도입부 사이에 설치되어, 고주파부하의 임피던스를 전송로 임피던스에 정합시키는 정합기로서,

고주파전원으로부터의 고주파에너지를 고주파부하 도입부에 전송하는 공진막대와,

상기 공진막대 및 상기 고주파부하 도입부에 직렬로 접속되어, 임피던스 복소수의 허수부의 조정을 하는 가변콘덴서와,

상기 공진막대의 외부에 설치되며 접지된 하우징과,

상기 공진막대로 고주파에너지를 여기시키며, 임피던스 복소수의 실수부의 조정을 하는 가변결합 급전부를 포함하여 구성되며,

상기 고주파전원으로부터 고주파부하에 달할 때까지의 사이에 고주파부하의 임피던스가 전송로 임피던스와 정합한 상태에서 직렬공진회로를 구성하도록, 상기 가변콘덴서 및 상기 가변결합급전부가 조정되는 것을 특징으로 하는 정합기.
제 1 항에 있어서, 상기 고주파부하 도입부는 플라즈마생성전극이고, 상기 고주파부하는 플라즈마인 것을 특징으로 하는 정합기.
제 1 항에 있어서, 상기 가변콘덴서 및 상기 가변결합 급전부를 제어하는 제어수단을 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 정합기.
제 1 항에 있어서, 상기 공진막대와 상기 하우징은 상호 동축으로 설치되는 것을 특징으로 하는 정합기.
제 1 항에 있어서, 상기 가변결합 급전부는 유도결합에 의해 상기 공진막대에 고주파전력을 공급하는 링크코일을 갖는 것을 특징으로 하는 정합기.
제 5 항에 있어서, 상기 가변결합 급전부는 상기 링크코일과 상기 공진막대 사이의 거리를 조정함으로써 임피던스를 조정하는 것을 특징으로 하는 정합기.
제 5 항에 있어서, 상기 가변결합 급전부는 상기 링크코일에 접속된 가변콘덴서를 더욱 가지며, 상기 가변콘덴서를 조정함으로써 임피던스를 조정하는 것을 특징으로 하는 정합기.
제 7 항에 있어서, 상기 링크코일은 원통형상이며, 상기 공진막대를 둘러싸도록 설치되는 것을 특징으로 하는 정합기.
제 1 항에 있어서, 상기 가변결합 급전부는, 상기 공진막대에 이동가능하게 접속되고 상기 공진막대에 고주파전력을 공급하는 접속부재와, 접속부재를 상기 공진막대의 길이 방향에 따라 이동시키는 이동기구를 가지며, 상기 가변결합 급전부 는 상기 이동기구에 의해 상기 접속부재의 위치를 조정함으로써 임피던스 복소수의 실수부를 조정하는 것을 특징으로 하는 정합기.
제 1 항에 있어서, 상기 가변결합 급전부는, 상기 공진막대에 이동가능하게 접속되고 상기 공진막대에 고주파전력을 공급하는 접속부재와, 상기 접속부재에 직렬로 배치된 가변콘덴서를 가지며, 상기 가변결합 급전부는 상기 가변콘덴서를 조정함으로써 임피던스 복소수의 실수부를 조정하는 것을 특징으로 하는 정합기.
제 1 항에 있어서, 상기 공진막대 및 상기 고주파부하 도입부에 직렬로 접속된 가변콘덴서는 그 커패시턴스를 변화시키는 모터를 가지며, 상기 모터는 상기 공진막대에 설치된 회전축을 통해 다른 끝단측에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 정합기.
제 1 항에 있어서, 상기 고주파전원의 주파수는 100㎒ 이상인 것을 특징으로 하는 정합기.
제 1 항에 있어서, 상기 공진막대 및 상기 고주파부하 도입부에 직렬로 접속된 상기 가변콘덴서는 상기 플라즈마생성전극에 직접 장착되는 것을 특징으로 하는 정합기.
제 13 항에 있어서, 상기 가변콘덴서는 다수의 접촉자를 갖는 다면접촉부재에 의해 착탈가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 정합기.
제 13 항에 있어서, 상기 가변콘덴서는, 상기 가변콘덴서의 한 쪽 전극이 상기 플라즈마생성전극의 일부를 이루고, 다른 쪽 전극이 절연층으로서의 공기를 통해 설치된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 정합기.
고주파전원과 플라즈마생성전극과의 사이에 설치되어, 고주파부하의 임피던스를 전송로 임피던스에 정합시키는 정합기로서,

상기 고주파부하의 임피던스 복소수의 허수부를 조정하는 가변콘덴서를 구비하며,

상기 가변콘덴서의 전극이 상기 플라즈마생성전극에 직접 장착되는 것에 의해 상기 정합기가 상기 플라즈마생성전극에 직접 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 정합기.
삭제
제 16 항에 있어서, 상기 가변콘덴서는 다수의 접촉자를 갖는 다면접촉부재에 의해 착탈가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 정합기.
제 16 항에 있어서, 상기 가변콘덴서는, 상기 가변콘덴서의 한 쪽 전극이 상기 플라즈마생성전극의 일부를 이루고, 다른 쪽 전극이 절연층으로서의 공기를 통해 설치되는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 정합기.
피처리기판이 수용되는 챔버와,

챔버내에 서로 대향하도록 설치된 제 1 및 제 2 전극과,

상기 제 1 전극에 고주파전력을 공급하는 고주파전원과,

상기 고주파전원과 상기 제 1 전극 사이에 설치되어, 플라즈마 임피던스를 전송로 임피던스에 정합시키는 정합기와,

상기 챔버 내부를 소정의 감압상태로 유지하는 배기수단과,

상기 챔버 내로 처리가스를 도입하는 처리가스 도입수단을 구비하며,

상기 고주파전력에 의해 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 고주파 전계를 형성하여, 처리가스의 플라즈마를 생성하여 플라즈마처리를 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치로서,

상기 정합기는,

고주파전원부터의 고주파에너지를 제 1 전극에 전송하는 공진막대와,

상기 공진막대 및 상기 제 1 전극에 직렬로 접속되어, 임피던스 복소수의 허수부의 조정을 하는 가변콘덴서와,

상기 공진막대의 외부에 설치되고 접지된 하우징과,

상기 공진막대로 고주파에너지를 여기시키고, 임피던스 복소수의 실수부의 조정을 하는 가변결합 급전부를 구비하며,

상기 고주파전원으로부터 플라즈마를 통해 접지에 달할 때까지의 사이에 고 주파부하의 임피던스를 전송로 임피던스에 정합시킨 상태로 직렬공진회로를 구성하도록, 상기 가변콘덴서 및 상기 가변결합 급전부가 조정되는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
제 20 항에 있어서, 상기 고주파전원의 주파수는 100㎒ 이상인 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
피처리기판이 수용되는 챔버와,

챔버 내에 서로 대향하도록 설치된 제 1 및 제 2 전극과,

상기 제 1 전극에 고주파전력을 공급하는 고주파전원과,

상기 고주파전원과 상기 제 1 전극 사이에 설치되어, 플라즈마 임피던스를 전송로 임피던스에 정합시키는 정합기와,

상기 챔버 내부를 소정의 감압상태로 유지하는 배기수단과,

상기 챔버 내로 처리가스를 도입하는 처리가스 도입수단을 구비하며,

상기 고주파전력에 의해 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 고주파 전계를 형성하고, 이에 의해 처리가스를 플라즈마화하여 플라즈마 처리를 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치로서,

상기 정합기는 고주파부하의 임피던스 복소수의 허수부를 조정하는 가변콘덴서를 가지며,

상기 가변콘덴서의 전극이 상기 제1 전극에 직접 장착되는 것에 의해 상기 정합기가 상기 제 1 전극에 직접 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
제 16 항에 있어서,

상기 가변 콘덴서의 전극에는, 어댑터가 걸어맞춤되어 있는 것을 특징으로 하는 정합기.
제 22 항에 있어서,

상기 가변 콘덴서의 전극에는, 어댑터가 걸어맞춤되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.