KR101124811B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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치시오 고시미즈
신지 히모리
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

플라즈마 밀도 분포의 용이 또한 자유로운 제어를 가능하게 하고, 플라즈마 프로세스의 균일성이나 양품률을 향상시킨다. 이 플라즈마 처리 장치는 서셉터(12)를 서셉터 중심 전극(12A)과 서셉터 주변 전극(12B)으로 반경 방향에서 2분할하고, 고주파 방전 또는 플라즈마 생성을 위해 고주파 전원(16)으로부터 출력되는 고주파를 서셉터 주변 전극(12B)상에 하부 급전 도체(18)를 거쳐서 우선적으로 공급하는 동시에, 서셉터 중심 전극(12A)상에도 가변 용량 결합부(28)를 거쳐서 가변의 분배비로 해당 고주파를 공급하도록 구성하고 있다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 피처리 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 기술에 관한 것으로서, 특히 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다．
반도체 디바이스나 FPD(Flat Panel Display)의 제조 프로세스에 있어서의 에칭, 퇴적, 산화, 스퍼터링 등의 처리에서는 처리 가스에 비교적 저온에서 양호한 반응을 실행하게 하기 위해 플라즈마가 흔히 이용되고 있다. 종래부터, 낱장식의 플라즈마 처리 장치에서는 대구경 플라즈마를 용이하게 실현할 수 있는 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치가 주류로 되어 있다.
일반적으로, 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치는 진공 챔버로서 구성되는 처리용기내에 상부 전극과 하부 전극을 평행하게 배치하고, 하부 전극상에 피처리 기판(반도체 웨이퍼, 유리 기판 등)을 탑재하고, 양 전간극에 고주파를 인가한다. 그러면, 양 전극의 사이에서 고주파 전계에 의해서 가속된 전자, 전극으로부터 방출된 2차 전자, 혹은 가열된 전자가 처리 가스의 분자와 전리 충돌을 일으켜, 처리 가스의 플라즈마가 발생하고, 플라즈마중의 래디컬이나 이온에 의해서 기판 표면에 원하는 미세가공 예를 들면 에칭 가공이 실시된다.
플라즈마 에칭 장치에 있어서는 플라즈마 생성(고주파 방전)에 바람직한 비교적 높은 주파수(통상 40㎒이상)를 갖는 제 1 고주파와 기판에의 이온의 인입(바이어스)에 바람직한 비교적 낮은 주파수(통상 13.56㎒이하)를 갖는 제 2 고주파를 하부 전극에 동시에 인가하는 하부 2주파 인가 방식이 다용되어 오고 있다.
그런데, 반도체 프로세스 기술에 있어서의 디바이스의 미세화?고집적화에 수반하여, 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치에 있어서는 더욱 고효율?고밀도?저바이어스의 플라즈마 프로세스가 요구되고 있고, 그를 위해서는 플라즈마 생성에 이용하는 고주파의 주파수를 가능한 한 높게 한다고 하는 것이 오늘날의 트렌드이다. 한편, 칩 사이즈의 대면적화, 기판의 대구경화에 수반하여, 더욱 큰 구경의 플라즈마가 요구되고 있으며, 챔버(처리용기)가 점점 대형화되고 있다.
여기서 문제로 되는 것은 챔버의 처리공간내(특히 반경 방향)에서 플라즈마 밀도를 균일하게 하는 것이 곤란하게 되는 것이다. 즉, 방전용의 RF 주파수가 높아지면, 챔버내에 정재파가 형성되는 파장 효과나 전극 표면에서 고주파가 중심부에 집중하는 표피 효과 등에 의해서, 대략 기판상에서 중심부가 극대하게 되고 에지부가 가장 낮아지는 바와 같은 프로파일로 플라즈마의 밀도가 불균일하게 된다. 기판상에서 플라즈마 밀도가 불균일하면, 플라즈마 프로세스도 불균일하게 되고, 디바이스의 제조 양품률은 내려간다.
이러한 문제에 대해서는 지금까지도 전극 구조에 각종 연구가 시도되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에 개시되는 플라즈마 처리 장치는 처리공간과 대향하는 전극의 주면에 유전체를 매립하여, 전극 주면으로부터 처리공간에 방사되는 고주파에 관한 임피던스를 상대적으로 전극 중심부에서 크고 전극 에지부에서 작아지도록 하여, 플라즈마 밀도 분포의 균일성을 향상시키도록 하고 있다.
(특허문헌 1) 일본국 특허공개공보 제2004-363552호
상기와 같이 전극의 주면에 유전체를 매립하는 방법은 전극 주면상의 임피던스 분포 특성이 유전체의 재질 및 형상 프로파일에 의해서 고정되어 있고, 플라즈마 밀도 분포의 균일성 제어를 보증할 수 있는 프로세스 영역이 좁고, 다종 다양한 프로세스 혹은 프로세스 조건의 변경에 대해 유연하게 대응할 수는 없다. 최근의 플라즈마 프로세스에서는 사용하는 가스?압력의 종류?범위가 증가?확대 경향에 있기 때문에, 균일성을 만족시킬 수 없는 경우가 늘어나고 있으며, 플라즈마 분포를 자유롭게 변경할 수 있는 조정 노브가 요구되고 있다.
또한, 하부 2주파 인가 방식에 있어서는 주파수가 높은 제 1 고주파와 주파수의 낮은 제 2 고주파에서는 하부 전극의 주면상의 전계 강도 분포 특성이 다르다. 그런데, 종래는 제 1 고주파 및 제 2 고주파를 동일한 급전 부재를 거쳐서 단체(單體)의 하부 전극에 인가하므로, 하부 전극에 탑재되는 피처리 기판상에서 (제 1 고주파의 전계 강도 분포 특성에 의존하는) 플라즈마 밀도 분포 특성과 (제 2 고주파의 전계 강도 분포 특성에 의존하는) 자기 바이어스 전압 분포 특성을 동시에 최적화하는 것이 어렵고, 예를 들면, 플라즈마 밀도의 균일성을 개선하고자 하면 그와는 반대로 이방성 에칭의 균일성이 저하한다고 하는 트레이드 오프의 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하는 것이며, 플라즈마 밀도 분포의 용이 또한 자유로운 제어를 가능하게 하고, 플라즈마 프로세스의 균일성이나 양품률을 향상시키는 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 플라즈마 밀도 분포 특성과 자기 바이어스 전압 분포 특성을 동시에 최적화할 수 있도록 한 하부 2주파수 인가 방식의 용량 결합형 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 진공 배기 가능한 처리용기와, 상기 처리용기 내에서 피처리 기판을 탑재하는 하부 중심 전극과, 상기 하부 중심 전극으로부터 전기적으로 절연되어 상기 하부 중심 전극의 외주를 환상으로 둘러싸는 하부 주변 전극과, 상기 하부 중심 전극 및 상기 하부 주변 전극과 대향해서 그 위쪽에 배치되는 상부 전극과, 상기 하부 중심 전극 및 상기 하부 주변 전극과 상기 상부 전극의 사이의 처리공간에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와, 고주파 방전에 의해서 상기 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위한 제 1 고주파를 출력하는 제 1 고주파 전원과, 상기 제 1 고주파 전원으로부터 의 상기 제 1 고주파를 상기 하부 주변 전극 상에 우선적으로 공급하기 위해 상기 하부 주변 전극의 배면에 접속되는 제 1 하부 급전 도체와, 상기 제 1 고주파 전원으로부터의 상기 제 1 고주파의 일부를 상기 하부 중심 전극 상에 공급하기 위해, 상기 제 1 하부 급전 도체 및 상기 하부 주변 전극의 적어도 한쪽과 상기 하부 중심 전극을 임피던스 가변의 용량 결합으로 전기적으로 접속하는 제 1 가변 용량 결합부를 갖는다.
상기의 장치 구성에 있어서는 제 1 고주파 전원으로부터의 제 1 고주파가 제 1 하부 급전 도체를 거쳐서 하부 주변 전극 상에 우선적으로 공급되고, 그 나머지가 제 1 가변 용량 결합부를 거쳐서 하부 중심 전극 상에 공급된다. 제 1 가변 용량 결합부의 임피던스를 가변함으로써, 제 1 고주파의 하부 주변 전극 및 하부 중심 전극에 분배되는 비율을 가변할 수 있다. 이것에 의해서, 하부 주변 전극 바로 위의 고주파 전계 강도와 하부 중심 전극 바로 위의 고주파 전계 강도의 비 또는 밸런스를 가변하고, 피처리 기판상의 플라즈마 밀도 분포를 자유롭고 또한 용이하게 제어할 수 있다.
본 발명의 바람직한 1형태에 의하면, 제 1 하부 급전 도체는 하부 중심 전극의 중심부의 바로 아래에서 연직 위쪽으로 연장하고, 하부 중심 전극으로부터 이간된 위치에서 종단하는 제 1 급전봉과, 이 제 1 급전봉의 상단부로부터 반경 방향 외측 및 위쪽으로 연장하여 하부 주변 전극의 배면에 이르는 면형상의 접속부를 갖는다. 제 1 고주파 전원으로부터 출력된 제 1 고주파는 제 1 급전봉의 외주면 표층을 타고 그 상단에 이르면, 그곳으로부터 면형상 접속부의 외측면 표층을 타고 하 부 주변 전극의 외주면으로부터 상면에 돌아 들어가고, 하부 주변 전극의 상면으로부터 처리공간에 방출된다.
바람직한 1형태로서, 제 1 가변 용량 결합부는 제 1 급전봉 또는 면형상 접속부와 하부 중심 전극의 사이에 마련된다. 이 경우, 하부 주변 전극의 상면으로부터 처리공간에 방출되지 않은 나머지의 제 1 고주파가, 하부 주변 전극의 내주면 표층 및 면형상 접속부의 내측면 표층을 경유하여, 제 1 가변 용량 결합부를 통과하고, 하부 중심 전극의 배면에 들어간다. 그리고, 하부 중심 전극의 외주면으로부터 상면에 돌아 들어간 제 1 고주파는 그곳에서 처리 공간에 방출된다.
더욱 구체적인 1형태로서, 제 1 가변 용량 결합부는 면형상 접속부와 하부 중심 전극의 사이의 공간내에서 원주방향으로 일정한 간격을 두고 배치되고, 각각이 수평인 축을 회전 중심으로 해서 회전 방향으로 변위 가능하게 마련되는 다수의 도체판을 갖는다. 이 구성에 있어서는 도체판과 면형상 접속부의 사이에 가변의 간극을 거쳐서 하부 콘덴서가 형성되고, 도체판과 하부 중심 전극의 사이에 가변의 간극을 거쳐서 상부 콘덴서가 형성된다. 양 콘덴서의 간극의 크기를 가변함으로써, 제 1 가변 용량 결합부의 콘덴서 용량 내지 임피던스를 가변할 수 있다.
별도의 구체적인 1형태로서, 제 1 가변 용량 결합부는 동심원형상으로 복수 배치되고 하부 중심 전극에 전기적으로 접속된 환상의 상부 핀 도체와, 이 상부 핀 도체에 대해 반경 방향으로 오프셋해서 동심원형상으로 복수 배치되고, 제 1 급전봉 또는 면형상 접속부에 전기적으로 접속된 환상의 하부 핀 도체와, 상부 핀 도체와 하부 핀 도체를 반경 방향에서 대향시킨 상태에서 양자를 연직 방향에서 상대적 으로 변위시키기 위한 핀 도체 변위기구를 갖는다. 이 구성에 있어서는 상부 핀 도체와 하부 핀 도체의 사이에 가변의 대향 면적을 거쳐서 콘덴서가 형성된다. 핀 도체 변위기구에 의해 대향 면적을 가변하고, 제 1 가변 용량 결합부의 콘덴서 용량 내지 임피던스를 가변할 수 있다.
별도의 바람직한 1형태에 있어서, 제 1 가변 용량 결합부는 하부 중심 전극과 하부 주변 전극의 사이에 환상으로 마련되는 중공의 유전체를 갖고, 이 중공 유전체의 내부에, 유동성의 유전성 물질을 가변량으로 수용하거나, 혹은 도체판을 소정의 방향에서 변위 가능하게 수용한다. 이러한 구성에 있어서는 중공 유전체의 내부에 있어서 유동성의 유전성 물질의 양을 가변하거나, 혹은 도체판의 위치나 방향을 가변함으로써, 제 1 가변 용량 결합부의 콘덴서 용량 내지 임피던스를 가변할 수 있다. 이 경우, 하부 주변 전극의 상면으로부터 처리공간에 방출되지 않은 나머지의 제 1 고주파가, 제 1 가변 용량 결합부를 통해 하부 중심 전극의 외주면에 들어가고, 그곳으로부터 하부 중심 전극의 상면에 돌아 들어가 처리공간에 방출된다.
본 발명의 바람직한 1형태에 있어서는 주로 플라즈마중의 이온을 피처리 기판에 인입하기 위한 제 2 고주파를 출력하는 제 2 고주파 전원과, 이 제 2 고주파 전원으로부터의 제 2 고주파를 전적으로 또는 우선적으로 하부 중심 전극에 공급하기 위해 하부 중심 전극의 배면에 접속되는 제 2 하부 급전 도체가 마련된다. 이러한 제 2 하부 급전 도체는 바람직하게는 중공관에 형성된 제 1 급전봉의 내를 관통하여, 하부 중심 전극의 배면의 중심부에 접속하는 제 2 급전봉을 갖는다. 혹은 제 1 급전봉부의 곁을 그것과 평행하게 연장하여, 하부 중심 전극의 배면의 중심부보 다도 반경 방향 외측의 부위에 접속하는 제 2 급전봉을 가져도 좋다. 또한, 제 2 고주파 전원으로부터의 제 2 고주파의 일부를 하부 주변 전극에 공급하기 위해, 제 2 하부 급전 도체와 제 1 하부 급전 도체를 임피던스 가변의 용량 결합으로 전기적으로 접속하는 제 2 가변 용량 결합부를 갖는 구성도 가능하다.
이러한 제 2 하부 급전 도체를 구비하고, 제 1 고주파와는 독립해서, 제 2 고주파를 하부 중심 전극에만 한정하거나, 혹은 하부 중심 전극과 하부 주변 전극에 원하는 비율로 분배함으로써, 제 2 고주파에 의거하는 이온 인입용의 직류적 전계 강도 분포를 최적화할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치에 따르면, 상기와 같은 구성 및 작용에 의해, 플라즈마 밀도 분포의 용이 또한 자유로운 제어를 가능하게 하고, 플라즈마 프로세스의 균일성이나 양품률을 향상시킬 수 있다. 더 나아가서는 플라즈마 밀도 분포 특성과 자기 바이어스 전압 분포 특성을 동시에 최적화하는 것도 가능하다.
이하, 첨부 도면을 참조해서 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다.
도 1에, 본 발명의 1실시형태에 있어서의 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타낸다. 이 플라즈마 처리 장치는 캐소드 커플의 용량 결합형 플라즈마 에칭 장치로서 구성되어 있고, 예를 들면 알루미늄 또는 스테인리스강 등의 금속제의 원통형 챔버(처리용기)(10)를 갖고 있다. 챔버(10)는 보안 접지되어 있다.
챔버(10)내에는 서셉터 또는 하부 전극(12)이 고주파 전극으로서 수평으로 배치되어 있다. 이 서셉터(12)는 피처리 기판으로서 예를 들면 반도체 웨이퍼 W를 탑재하는 원판형상의 서셉터 중심 전극(하부 중심 전극)(12A)과, 이 서셉터 중심 전극(12A)의 외주를 둘러싸는 링 형상의 서셉터 주변 전극(하부 주변 전극)(12B)으로 반경 방향에서 2분할되어 있다. 양 전극(12A, 12B)의 사이에는 원통형상의 절연체(14)가 적당한 시일 부재(도시하지 않음)를 거쳐서 기밀하게 배치되어 있다. 양 전극(12A, 12B)은 예를 들면 알루미늄으로 이루어지고, 절연체(14)는 예를 들면 석영 또는 세라믹으로 이루어진다.
서셉터 주변 전극(12B)의 배면(하면)에는 고주파 전원(16)으로부터 원하는 파워로 출력되는 플라즈마 생성에 적합한 주파수(예를 들면 60㎒)의 고주파를 서셉터 주변 전극(12B)에 우선적으로 공급하기 위한 하부 급전 도체(18)가 접속되어 있다. 이 하부 급전 도체(18)는 서셉터 중심 전극(12A)의 바로 아래에 배치된 매칭 유닛(20)의 출력 단자로부터 연직 위쪽으로 연장하여, 서셉터 중심 전극(12A)으로부터 이간된 위치에서 종단하는 중공의 하부 급전봉(22)과, 이 하부 급전봉(22)의 상단부로부터 반경 방향 외측으로 확대되어 연장하는 원판형상의 수평 접속부(24)와, 이 수평 접속부(24)의 외주단으로부터 연직 위쪽으로 연장해서 서셉터 주변 전극(12B)의 배면에 접속하는 원통형상의 수직 접속부(26)를 갖고 있다. 수평 접속부(24)와 수직 접속부(26)는 일체로 되어 트레이형상의 면형상 접속부(25)를 형성하고 있다. 하부 급전 도체(18)의 각 부는 전기 전도도가 높은 동계 또는 알루미늄 계의 금속으로 구성되어도 좋다. 수직 접속부(26)는 서셉터 주변 전극(12B)의 하부 연장 부분으로서 일체로 형성되어도 좋다.
하부 급전 도체(18)와 서셉터 중심 전극(12A)의 사이의 공간에는 고주파 전원(16)으로부터의 고주파를 서셉터 중심 전극(12A)으로도 분배하기 위해, 하부 급전 도체(18)와 서셉터 중심 전극(12A)을 임피던스 가변의 용량 결합(예를 들면, 회로 또는 소자 또는 구조체)으로 전기적으로 접속하는 가변 용량 결합부(28)가 마련되어 있다. 이 가변 용량 결합부(28)의 구체적인 구성 및 작용에 대해서는 후에 설명한다.
상기한 서셉터 중심 전극(12A), 서셉터 주변 전극(12B), 절연체(14) 및 하부 급전 도체(18)(특히 면형상 접속부(25))로 이루어지는 원통형상 내지 원주형상의 조립체는 챔버(10)의 바닥으로부터 수직 위쪽으로 연장하는 예를 들면 세라믹제의 절연성 원통형상 지지부(30)에 의해 비접지로 지지되어 있다.
절연성 원통형상 지지부(30)의 외주를 따라 챔버(10)의 바닥으로부터 수직 위쪽으로 연장하는 도전성의 원통형상 지지부(32)와 챔버(10)의 내벽의 사이에 환상의 배기로(34)가 형성되고, 바닥부에 배기 포트(36)가 마련되어있다. 배기 포트(36)에는 배기관(38)을 거쳐서 배기 장치(40)가 접속되어 있다. 배기 장치(40)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 갖고 있으며, 챔버(10)내의 플라즈마 처리공간을 원하는 진공도까지 감압할 수 있다. 챔버(10)의 측벽 외측에는 반도체 웨이퍼 W의 반입출구를 개폐하는 게이트밸브(42)가 부착되어 있다.
서셉터 중심 전극(12A)의 상면에는 반도체 웨이퍼 W를 정전 흡착력으로 유지 하기 위한 원판형상의 정전척(44)이 마련되어 있다. 이 정전척(44)은 막형상 또는 판형상의 유전체의 내에 시트 형상 또는 메시 형상의 도전체를 넣은 것으로서, 서셉터 중심 전극(12A)의 상면에 일체 형성 또는 일체 고착되어 있고, 해당 도전체에는 챔버(10)의 외측에 배치되는 직류 전원(46)이 스위치(48) 및 급전선(예를 들면 피복선)(50)을 거쳐서 전기적으로 접속되어 있다. 직류 전원(46)으로부터 인가되는 직류 전압에 의해, 쿨롱력으로 반도체 웨이퍼 W를 정전척(44) 상에 흡착 유지할 수 있다.
정전척(44)의 주위에는 원통형상 절연체(14)의 상면에 포커스 링(52)이 착탈 가능하게 배치되는 동시에, 서셉터 주변 전극(12B)의 상면에 커버링(54)이 착탈 가능하게 배치되어 있다. 포커스 링(52) 및 커버 링(54)은 예를 들면 Si, SiC, C, SiO2 등의 재질로 이루어지고, 각각 개별의 부품이어도 좋고 혹은 일체 부품이어도 좋다.
서셉터 중심 전극(12A)의 내부에는 예를 들면 원주방향으로 연장하는 환상의 냉매실(56)이 마련되어 있다. 이 냉매실(56)에는 챔버(10)의 외측의 칠러 유닛(도시하지 않음)으로부터 배관(도시하지 않음)을 거쳐서 소정 온도의 냉매 예를 들면 냉각수가 순환 공급된다. 냉매의 온도에 의해서 정전척(44)상의 반도체 웨이퍼 W의 처리온도를 제어할 수 있다. 또한, 챔버(10)의 외측의 전열 가스 공급부(도시하지 않음)로부터의 전열 가스 예를 들면 He 가스가, 가스 공급관(도시하지 않음) 및 서셉터 중심 전극(12A)내에 형성되어 있는 가스 통로(58)를 거쳐서 정전척(44) 및 반도체 웨이퍼 W의 이면과의 사이에 공급된다.
챔버(10)의 천장에는 서셉터 중심 전극(12A) 및 서셉터 주변 전극(12B)과 평행하게 대향해서 샤워헤드를 겸하는 접지 전위의 상부 전극(60)이 마련되어 있다. 이 상부 전극(60)은 서셉터(12)와 대향하는 전극판(62)과,이 전극판(62)을 그 배후(위)로부터 착탈 가능하게 지지하는 전극 지지체(64)를 갖고, 전극 지지체(64)의 내부에 가스실(66)을 마련하며, 이 가스실(66)로부터 서셉터(12)측으로 관통할 수 있는 다수의 가스 토출 구멍(65)을 전극 지지체(64) 및 전극판(62)에 형성하고 있다. 전극판(62)과 서셉터 중심 전극(12A) 및 서셉터 주변 전극(12B)과 사이의 공간이 플라즈마 생성 공간 내지 처리공간 PS로 된다. 가스실(60)의 상부에 마련되는 가스 도입구(60a)에는 처리 가스 공급부(68)로부터의 가스 공급관(70)이 접속되어 있다. 또, 전극판(62)은 예를 들면 Si나 SiC로 이루어지고, 전극 지지체(64)는 예를 들면 알루마이트 처리된 알루미늄으로 이루어진다.
이 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 주된 특징은 상기와 같이 서셉터(12)를 서셉터 중심 전극(12A)과 서셉터 주변 전극(12B)으로 반경 방향에서 2분할하고 있는 것과, 고주파 방전 또는 플라즈마 생성을 위해 고주파 전원(16)으로부터 출력되는 고주파를 서셉터 주변 전극(12B)에 하부 급전 도체(18)를 거쳐서 우선적으로 공급하는 동시에, 서셉터 중심 전극(12A)에도 가변 용량 결합부(28)를 거쳐서 가변의 분배비로 고주파를 공급하도록 구성하고 있는 점에 있다.
도 2A 및 도 2B에, 일 실시예에 의한 가변 용량 결합부(28)의 구체적인 구성을 나타낸다. 이 가변 용량 결합부(28)는 하부 급전봉(22)의 상단 부근에서 수평 접속부(24)와 서셉터 중심 전극(12A)의 사이에 배치된 원통형상(또는 원주형상)의 중심 절연체(72)와, 이 중심 원통형상 절연체(72)의 외주면과 주변측의 원통형상 절연체(14)의 내주면의 사이에 원주방향으로 일정한 간격을 두고 방사상으로 배치된 다수의 직사각형 도체판(74)과, 이들 직사각형 도체판(74)을 회전 변위 가능하게 양 원통형상 절연체(72, 14)에 부착하기 위한 수평 지지축(76)을 갖고 있다.
직사각형 도체판(74)과 수평 접속부(24)의 사이, 및 직사각형 도체판(74)과 서셉터 중심 전극(12A)의 사이에는 각각 가변의 간극 d를 사이에 두고 콘덴서가 형성된다. 하부 급전 도체(18)와 서셉터 중심 전극(12A)은 가변 용량 결합부(28)의 상기 콘덴서를 거쳐서 임피던스 가변의 용량 결합으로 전기적으로 접속된다.
도 2A에 나타내는 바와 같이, 직사각형 도체판(74)을 판면이 연직이 되는 자세로 하면, 간극이 최소 간극 dmin이 되어, 콘덴서의 용량이 최대가 되며, 가변 용량 결합부(28)의 임피던스는 최소가 된다. 또한, 도 2B에 나타내는 바와 같이, 직사각형 도체판(74)을 수평자세로 하면, 간극이 최대 간극 dmax가 되어, 콘덴서의 용량이 최소가 되고, 가변 용량 결합부(28)의 임피던스는 최대가 된다. 도시의 예의 경우, 수직자세(도 2A)보다도 수평자세(도 2B)쪽이 직사각형 도체판(74)의 하부 급전 도체(18) 및 서셉터 중심 전극(12A)과 대향하는 면적(콘덴서 전극 면적)은 수배 커지지만, 콘덴서 전극 간격비 dmax/dmin을 예를 들면 수십배로 하는 것에 의해서, 콘덴서 전극 면적비를 무시할 수 있다.
도 3에 대해, 이 실시형태에 있어서의 하부 급전 도체(18) 및 가변 용량 결합부(28)의 작용(특히 고주파 급전에 관한 작용)을 설명한다. 고주파 전원(16)(도 1)으로부터 출력된 고주파 RF는 매칭 유닛(20)을 빠져 나오면, 하부 급전봉(22)의 외주면 표층을 타고 위쪽으로 전파하고, 하부 급전봉(22)의 종단(상단)에 이르면 그곳으로부터 수평 접속부(24)의 하면 표층을 타고 방사상으로 반경 방향 외측으로 전파하고, 수평 접속부(24)의 종단(외주단)으로부터 수직 접속부(26)의 외주면 표층 및 서셉터 주변 전극(12B)의 외주면 표층을 돌아 서셉터 주변 전극(12B)의 상면에 이른다. 여기서, 커버 링(54)을 거쳐서 처리공간 PS에 면하고, 서셉터 주변 전극(12B)의 상면으로부터 상당한 파워로 고주파 RF가 처리공간 PS에 방출된다.
그리고, 나머지 고주파 RF는 서셉터 주변 전극(12B)의 내주면 표층 및 수직 접속부(26)의 내주면 표층을 타고 수평 접속부(24)의 상면에 돌아 들어가고, 그곳으로부터 가변 용량 결합부(28)의 콘덴서(직사각형 도체판(74), 간극 d)를 통과하여 서셉터 중심 전극(12A)의 배면(하면)에 들어가고, 그곳으로부터 서셉터 중심 전극(12A)의 외주면을 우회해서 상면에 이른다. 여기서, 고주파 RF는 처리공간 PS에 면하고, 서셉터 중심 전극(12A)의 중심부를 향해 전극 상면 표층을 전파하면서 각 위치에서 처리 공간 PS를 향해 RF파워를 방출한다.
또, 고주파 RF의 내에는 서셉터 주변 전극(12B)으로부터 절연체(14)를 빠져 나가 서셉터 중심 전극(12A)에 들어가는 경우도 있지만, 절연체(14)는 정전 용량이 작게 구성되어 있는 경우가 많으므로, 절연체(14)의 정전 용량이 작은 경우는 약간이며, 무시해도 좋다.
이와 같이, 이 실시형태의 플라즈마 에칭 장치에서는 고주파 전원(16)으로부터의 고주파 RF가 하부 급전 도체(18)를 통해 서셉터 주변 전극(12B)에 선행적 또 한 우선적으로 공급되는 것에 의해, 서셉터 주변 전극(12B)으로부터 고주파 RF가 적지 않은 파워로 처리 공간 PS에 방출된다. 그리고, 서셉터 주변 전극(12B)에서 처리 공간 PS에 방출되지 않은 나머지 고주파 RF가, 가변 용량 결합부(28)를 거쳐서 서셉터 중심 전극(12A)에 공급되고, 서셉터 중심 전극(12A)으로부터 처리공간 PS에 방출된다. 가변 용량 결합부(28)의 임피던스를 가변하는 것에 의해, 서셉터 주변 전극(12B)의 바로 위와 서셉터 중심 전극(12A)의 바로 위의 고주파 전계 강도의 비, 더 나아가서는 플라즈마 밀도의 비를 임의로 조정할 수 있다. 예를 들면, 가변 용량 결합부(28)의 임피던스를 약간 높게 조정함으로써, 서셉터 주변 전극(12B) 바로 위의 플라즈마의 밀도를 서셉터 중심 전극(12A) 바로 위의 플라즈마의 밀도보다도 높게 하여, 서셉터 주변 전극(12Ｂ)측으로부터 챔버 중심측으로 플라즈마를 확산시키는 것에 의해, 서셉터 중심 전극(12A)에 탑재되어 있는 웨이퍼 Ｗ상의 플라즈마 밀도를 직경 방향에서 균일화할 수 있다.
또, 고주파의 주파수를 높게 하면(파장이 짧아지면), 서셉터 중심 전극(12A)의 상면에 있어서는 표피 효과에 의해서 고주파가 전극 중심부에 집중하고, 전극 중심부측의 고주파 전계 강도(플라즈마 밀도)가 전극 에지부측의 고주파 전계 강도(플라즈마 밀도)보다도 상대적으로 높아지기 쉽고, 서셉터 주변 전극(12B) 바로 위의 고주파 전계 강도(플라즈마 밀도)를 충분히 높게 해도 완전히는 다 보충할 수 없는 경우도 있다. 그러한 경우에는 예를 들면 상기 특허문헌 1에 기재된 기술을 조합해도 좋고, 도 2A, 도 2B 및 도 3에 나타내는 바와 같이 서셉터 중심 전극(12A)의 상면에 중심이 가장 깊고 에지부를 향해 점차 얇아지는 바와 같은 프로 파일로 유전체(78)를 매립함으로써, 전극 중심부의 고주파 전계 강도를 완화하고, 가일층 이상에 가까운 플라즈마 밀도 균일성을 실현할 수 있다.
도 4A 및 도 4B에, 별도의 실시예에 의한 가변 용량 결합부(28)의 구체적 구성을 나타낸다. 이 실시예에 있어서는 서셉터 중심 전극(12A)의 하면에 상부 핀 지지판(80)을 거쳐서 환상의 상부 핀(82)이 동심원형상으로 다수 마련된다. 그리고, 이들 상부 핀(82)에 대해 반경 방향으로 오프셋해서 동심원형상으로 환상의 하부 핀(84)이 가동(可動)의 하부 핀 지지판(86)의 위에 다수 마련되고, 상부 핀(82)과 하부 핀(84)을 반경 방향에서 대향시킨 상태에서 핀 변위기구(88)에 의해 하부 핀(84)을 연직 방향에서 상하로 변위시키도록 하고 있다.
핀 변위기구(88)는 하부 급전봉(22)의 외주면에 접동(슬라이딩) 가능하게 부착되는 조작부(90)와, 수평 접속부(24)에 형성된 관통구멍(92)을 통과하여 하부 핀 지지판(86)과 조작부(90)를 결합하는 접속봉(94)을 갖고 있다. 관통구멍(92) 및 접속봉(94)은 서셉터 중심 전극(12A)의 중심을 통과하는 선 위에 중심이 위치하도록, 원주 방향에 일정한 간격을 두고 다수 마련된다. 조작부(90)는 수동 또는 액츄에이터 등에 의해 상하로 이동하고, 일정 범위내의 임의의 높이 위치에서 고정 또는 유지되도록 되어 있다.
이 가변 용량 결합부(28)에 있어서, 상기의 구성부품 또는 부재(80～94)의 어느 것도 도체 예를 들면 알루미늄으로 이루어지고, 상부 핀(82)과 하부 핀(84)의 사이에 콘덴서(96)가 형성된다. 그리고, 조작부(90), 접속봉(94) 및 하부 핀 지지판(86)을 통해 하부 핀(84)의 높이 위치를 변경함으로써, 상부 핀(82)과 하부 핀(84)이 평행하게 대향하는 면적(콘덴서 전극 면적)을 가변하고, 이것에 의해서 콘덴서(96)의 용량 또는 임피던스를 가변할 수 있도록 하고 있다.
도 4A는 가변 용량 결합부(28)의 콘덴서 용량을 최대로 하기 위해, 하부 핀(84)의 높이 위치를 상한위치에 맞춘 경우를 나타낸다. 도 4B는 가변 용량 결합부(28)의 콘덴서 용량을 최소로 하기 위해, 하부 핀(84)의 높이 위치를 하한위치에 맞춘 경우를 나타내고 있다.
도 5에 대해, 이 실시예에 있어서의 하부 급전 도체(18) 및 가변 용량 결합부(28)의 작용(특히 고주파 급전에 관한 작용)을 설명한다. 고주파 전원(16)(도 1)으로부터 출력된 고주파 RF는 매칭 유닛(20)을 빠져 나오면, 하부 급전봉(22)의 외주면 표층을 타고 위쪽으로 전파하고, 그 도중에서 고주파 RF의 일부가 조작부(90), 접속봉(94)을 타고 콘덴서(96)를 통과하며, 서셉터 중심 전극(12A)에 들어간다. 한편, 조작부(90)에서 바이패스하지 않고 하부 급전봉(22)을 빠져 나간 고주파 RF는 면형상 접속부(25)(수평 접속부(24), 수직 접속부(26))의 외측면 표층을 타고 서셉터 주변 전극(12B)에 들어간다. 서셉터 중심 전극(12A) 및 서셉터 주변 전극(12B)의 어디에 있어서도, 고주파 RF는 전극 외주면을 경유해서 전극 상면에 이르고, 거기에서 처리 공간 PS에 방출된다.
이 실시예에서는 가변 용량 결합부(28)의 지지봉(94)의 임피던스가 절대적으로 크므로, 가변 용량 결합부(28)에 있어서 콘덴서(96)의 용량 또는 임피던스를 가변해도, 서셉터 중심 전극(12A)에 바이패스되는 고주파 RF의 비율은 결코 많지는 않고, 고주파 RF의 대부분이 서셉터 주변 전극(12B)에 공급되는 고주파 급전 구조 로 되어 있다. 도시는 생략하지만, 가변 용량 결합부(28)에 있어서, 가동의 하부 핀(84)을 면형상 접속부(25)의 내측면에 플레시블의 접속 도체를 거쳐서 전기적으로 접속하고, 서셉터 주변 전극(12B)으로부터 방출된 고주파 RF의 나머지를 서셉터 주변 전극(12B)의 내주면, 면형상 접속부(25)의 내측면 및 해당 플레시블 접속 도체(200)를 경유해서 콘덴서(96)를 통과시키도록 구성하는 것도 가능하다. 그 경우에는 조작부(90) 및 지지봉(94)으로 이루어지는 바이패스로(路)는 그것의 큰 임피던스로 인하여 무시 될 수 있다.
재차 도 1에 있어서, 이 플라즈마 에칭 장치내의 각 부 예를 들면 고주파 전원(16), 배기 장치(40), 스위치(48), 처리 가스 공급부(68) 등의 개개의 동작 및 장치 전체의 동작(시퀸스)은 예를 들면 마이크로 컴퓨터로 이루어지는 제어부(도시하지 않음)에 의해 제어된다.
이 플라즈마 에칭 장치에 있어서, 에칭을 실행하기 위해서는 우선 게이트밸브(42)를 열림 상태로 해서 가공 대상의 반도체 웨이퍼 W를 챔버(10)내에 반입하여, 정전척(44)의 위에 탑재한다. 그리고, 처리 가스 공급부(68)로부터 에칭 가스(일반적으로 혼합 가스)를 소정의 유량으로 밀폐 상태의 챔버(10)내에 도입하고, 배기 장치(40)에 의해 챔버(10)내의 압력을 설정값으로 한다. 또한, 고주파 전원(16)을 온(ON)으로 해서 고주파(60㎒)를 소정의 파워로 출력시키고, 이 고주파를 매칭 유닛(20) 및 하부 급전 도체(18)를 거쳐서 서셉터(12)(12A, 12B)에 인가한다. 또한, 스위치(48)를 온으로 하고, 정전 흡착력에 의해서, 정전척(44)과 반도체 웨이퍼 W의 사이의 접촉 계면에 전열 가스(He 가스)를 감금한다. 상부 전극(샤워헤 드)(60)의 가스 토출 구멍(65)으로부터 토출된 에칭 가스는 양 전극(12, 60)간에서 고주파 방전에 의해서 플라즈마화되고, 이 플라즈마에 의해 생성되는 래디컬이나 이온에 의해서 반도체 웨이퍼 W의 주면이 소정의 패턴으로 에칭 된다.
이 용량 결합형 플라즈마 에칭 장치는 상기와 같이 서셉터 주변 전극(12B)에의 공급을 우선시키는 방법으로 고주파 방전용의 고주파를 원하는 분배비로 서셉터 중심 전극(12A)과 서셉터 주변 전극(12B)에 공급하고, 서셉터 주변 전극(12B) 바로 위의 고주파 전계 강도와 서셉터 중심 전극(12A) 바로 위의 고주파 전계 강도의 비 또는 밸런스를 자유롭게 조정할 수 있도록 하고 있으므로, 반도체 웨이퍼 Ｗ상의 플라즈마 밀도를 직경 방향에서 균일화하는 것도 가능 또한 용이하여, 에칭 프로세스의 균일성이나 양품률을 향상시킬 수 있다.
도 6에 제 2 실시형태에 있어서의 플라즈마 에칭 장치의 구성을 나타낸다. 도면 중, 상기 제 1 실시형태(도 1)와 마찬가지의 구성 또는 기능을 갖는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있다.
이 플라즈마 에칭 장치는 캐소드 커플의 하부 2주파 인가 방식을 취하고 있고, 플라즈마 생성용의 제 1 고주파 전원(16)에 부가하여, 이온 인입용의 제 2 고주파 전원(100)을 구비한다. 여기서, 제 2 고주파 전원(100)은 서셉터 중심 전극(12A)상의 반도체 웨이퍼 W에 플라즈마로부터 이온을 인입하기 위한 직류 전계 또는 자기 바이어스 전압을 생성하는데 적합한 비교적 낮은 주파수(예를 들면 2㎒)의 제 2 고주파를 원하는 파워로 출력한다.
매칭 유닛(20)에는 제 1 및 제 2 고주파 전원(16, 100)용의 각각의 정합기가 함께 수용되어 있다. 그 중, 제 1 고주파 전원(16)용의 정합기의 출력 단자는 상기 제 1 실시형태와 마찬가지로, 제 1 하부 급전 도체(18)의 하부 급전봉(22)에 접속되어 있다. 한편, 제 2 고주파 전원(100)용의 정합기의 출력 단자는 하부 급전봉(22)의 내경보다도 가느다란 하부 급전봉(102)에 접속되어 있다. 이 하부 급전봉(102)은 하부 급전봉(22) 내를 곧바로 연직 위쪽으로 연장하여, 서셉터 중심 전극(12A)의 배면 중심부에 종단(결합)한다. 하부 급전봉(102)은 이온 인입용의 제 2 고주파를 오로지 서셉터 중심 전극(12A)에 공급하기 위한 제 2 하부 급전 도체(104)를 구성하고 있다.
이 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 가변 용량 결합부(105)는 서셉터 중심 전극(12A)과 서셉터 주변 전극(12B)의 사이의 간극에 예를 들면 석영으로 이루어지는 중공의 원통형상 유전체(106)를 기밀하게 시일해서 끼워 넣고, 이 중공 유전체(106)의 내부에 유전율이 높은 유동성의 유전성 물질 예를 들면 갈덴(Galden)(108)을 가변량으로 수용하는 구성을 취하고 있으며, 유전율이 약 3인 가루덴(108)을 거쳐서 서셉터 중심 전극(12A)과 서셉터 주변 전극(12B)을 용량 결합으로 전기적으로 접속하고 있다.
도시한 구성 예에서는 챔버(10)의 측벽의 외측에 가루덴 저장용의 실린더(110)를 상하 이동 가능하게 배치하고, 중공 유전체(106)의 하부 포트와 실린더(110)의 하부 포트를 플렉시블의 하부배관(112)을 거쳐서 접속하고 있다. 파스칼의 원리를 이용하고, 실린더(110)의 높이 위치를 변경함으로써, 중공 유전체(106)내의 가루덴(108)의 액면 높이를 가변하고, 더 나아가서는 가변 용량 결합부(105) 의 콘덴서 용량 내지 임피던스를 가변할 수 있도록 하고 있다. 즉, 실린더(110)의 위치를 높게 하면, 중공 유전체(106)내의 가루덴(108)의 액면이 상승하고, 가변 용량 결합부(105)의 콘덴서 용량이 커지며, 임피던스는 낮아진다. 반대로, 실린더(110)의 위치를 낮게 하면, 중공 유전체(106)내의 가루덴(108)의 액면이 내려가고, 가변 용량 결합부(105)의 콘덴서 용량이 작아지며, 임피던스는 높아진다. 또, 중공 유전체(106)의 상부 포트와 실린더(110)의 상부 포트를 접속하고 있는 상부 배관(114)은 중공 유전체(106)를 넘친 가루덴(108)을 실린더(110)측에 회수하기 위한 것이다. 이러한 가변 용량 결합부(105)는 구성이 간이하고, 콘덴서 용량의 가변 조정을 용이하게 실행할 수 있다고 하는 이점이 있다.
도 7에 대해, 이 실시형태에 있어서의 작용, 특히 제 2 하부 급전 도체(104) 및 가변 용량 결합부(105)의 작용을 설명한다. 제 1 고주파 전원(16)(도 6)으로부터 출력된 제 1 고주파 RF1은 매칭 유닛(20)의 출력 단자로부터 제 1 하부 급전 도체(18), 즉, 하부 급전봉(22)의 외주면 표층 및 면형상 접속부(25)의 외측면 표층을 타고 서셉터 주변 전극(12B)의 외주면으로부터 상면에 돌아 들어간다. 여기서, 즉 서셉터 주변 전극(12B)의 상면으로부터 제 1 고주파 RF1의 대부분이 처리공간 PS에 방출된다. 그리고, 나머지 제 1 고주파 RF1은 서셉터 주변 전극(12B)의 내주면 표층으로부터 가변 용량 결합부(105)의 콘덴서(가루덴(108))를 통해 서셉터 중심 전극(12A)의 외주면에 들어가고, 그곳으로부터 서셉터 중심 전극(12A)의 상면에 돌아 들어가고, 전극 중심부를 향해 전극 상면 표층을 전파하면서 각 위치에서 처리 공간 PS에 RF파워를 방출한다.
제 1 고주파 RF1에 의해서 서셉터 주변 전극(12B) 및 서셉터 중심 전극(12A)의 바로 위에서 생성되는 플라즈마의 밀도는 가변 용량 결합부(105)의 조정 노브에 의해서 가변 조정할 수 있다. 즉, 서셉터 주변 전극(12B) 바로 위의 플라즈마 밀도를 높게 하여 서셉터 중심 전극(12A) 바로 위의 플라즈마 밀도를 낮게 하기 위해서는 가변 용량 결합부(105)의 콘덴서 용량을 작게 하여 임피던스를 높게 하는 방향으로 조정하면 좋다. 반대로, 서셉터 주변 전극(12B) 바로 위의 플라즈마 밀도를 낮게 하여 서셉터 중심 전극(12A) 바로 위의 플라즈마 밀도를 높게 하기 위해서는 가변 용량 결합부(105)의 콘덴서 용량을 크게 하여 임피던스를 낮게 하는 방향으로 조정하면 좋다.
한편, 제 2 고주파 전원(100)(도 6)으로부터 출력된 제 2 고주파 RF2는 매칭 유닛(20)의 출력 단자로부터 제 2 하부 급전 도체(104)로 향해지고, 하부 급전봉(102)의 외주면 표층을 타고 서셉터 중심 전극(12A)의 배면 중심부에 들어가고, 그곳으로부터 서셉터 중심 전극(12A)의 외주면을 경유하여 상면에 이른다. 서셉터 중심 전극(12A)의 상면에서, 제 2 고주파 RF2는 전극 에지부로부터 전극 중심부를 향해 상면 표층을 전파하면서 각 위치에서 처리 공간 PS에 RF파워를 방출한다. 이 경우, 제 2 고주파 RF2는 주파수가 비교적 낮으므로, 표피 효과에 의해서 서셉터 중심 전극(12A)의 중심부에 많이 집중하는 일이 없고, 전극 상면의 각 위치에서 대략 균일하게 RF파워를 방출한다.
이와 같이, 이 제 2 실시형태의 하부 2주파 인가 방식에 있어서는 플라즈마 생성용의 제 1 고주파 RF1이 제 1 하부 급전 도체(18) 및 가변 용량 결합부(105)를 거쳐서 서셉터 중심 전극(12A)과 서셉터 주변 전극(12B)에 원하는 분배비로 급전되는 동시에, 이온 인입용의 제 2 고주파 RF2가 제 2 하부 급전 도체(104)의 하부 급전봉(102)을 거쳐서 오로지 서셉터 중심 전극(12A)에 급전된다. 이것에 의해, 상기 하부 1주파 인가 방식(도 1)과 마찬가지로 제 1 고주파 RF1에 의거하는 서셉터 주변 전극(12B) 바로 위의 고주파 전계 강도와 서셉터 중심 전극(12A) 바로 위의 고주파 전계 강도의 밸런스를 임의로 조정해서 플라즈마 밀도 분포를 자유롭게 제어할 수 있는 동시에, 반도체 웨이퍼 W를 탑재하는 서셉터 중심 전극(12A)상의 제 2 고주파 RF2에 의거하는 직류적 전계 강도(셀프 바이어스 전압)를 최적화하는 것도 용이하게 실행할 수 있다. 이와 같이 하는 것에 의해, 에칭 프로세스의 균일성이나 양품률을 크게 향상시킬 수 있다.
도 8에, 상기한 제 2 실시형태의 플라즈마 에칭 장치(도 6)에 있어서, 제 2 하부 급전 도체(104)에 관한 1변형예의 구성을 나타낸다. 이 변형 예와 같이, 제 2 하부 급전 도체(104)의 하부 급전봉(102)을 하부급전봉(22)의 곁(외측)에서 그것과 평행하게 마련하는 것도 가능하다. 이 경우, 하부 급전봉(102)은 서셉터 중심 전극(12A)의 중심을 통과하는 선의 위에 중심이 위치하도록, 원주방향에 일정한 간격을 두고 복수 마련되어도 좋다.
도 9에, 제 3 실시형태에 있어서의 플라즈마 에칭 장치의 구성을 나타낸다. 이 플라즈마 에칭 장치도 하부 2주파 인가 방식을 취하고 있고, 특징 부분은 2개 있다. 하나는 가변 용량 결합부(105)의 구성을 변형하고 있는 점이다. 도시한 바와 같이, 중공 유전체(106)의 환상 공동(空洞)내에 가루덴 대신에 링형상의 도체판(120)을 상하 이동 가능하게 수용하고, 챔버(10)의 아래에 배치한 액츄에이터(122)에 의해서 링형상 도체판(120)의 높이 위치를 가변하고, 가변 용량 결합부(105)의 콘덴서 용량을 가변할 수 있도록 하고 있다. 즉, 링형상 도체판(120)의 위치를 높게 하면 가변 용량 결합부(105)의 콘덴서 용량이 커지고, 임피던스는 낮아진다. 반대로, 링형 도체판(120)의 위치를 낮게 하면 가변 용량 결합부(105)의 콘덴서 용량이 작아지고, 임피던스는 높아진다. 별도의 변형예로서, 링형상 도체판(120)을 원주 방향으로 일정한 간격을 두고 배치되는 다수의 직사각형 도체판으로 치환해서, 그들 직사각형 도체판을 연직축을 회전 중심으로 하는 회전 방향에서 변위 시키는 구성도 가능하다.
다른 특징 부분은 제 2 고주파 전원(100)으로부터 출력되는 이온 인입용의 제 2 고주파를 서셉터 중심 전극(12A)에 우선적으로 공급하면서도 서셉터 주변 전극(12B)에도 일부 분배해서 공급하도록, 제 2 하부 급전 도체(104)를 구성하고 있는 점이다. 도시한 구성예는 제 1 하부 급전 도체(18)와 서셉터 중심 전극(12A)의 사이에 형성되는 공간 중에서 제 2 하부 급전봉(102)의 외주를 환상으로 둘러싸고, 또한 제 1 하부 급전 도체(18)의 면형상 접속부(25)(특히 수평 접속부(24))와 용량 결합으로 전기적으로 접속 가능한 위치까지 반경방향 외측으로 연장하는 면형상 도체판(124)을 마련하고 있다. 예를 들면 챔버(10)의 바닥면에 부착된 승강 액츄에이 터(126)에 의해 면형상 도체판(124)을 상하 방향으로 이동시킬 수 있다. 면형상 도체판(124)을 수평 접속부(24)에 근접시키면, 양자간에 콘덴서가 형성된다. 제 2 하부 급전봉(102)을 타고 전파해 온 제 2 고주파의 일부가 이 콘덴서(124, 24)를 통해 제 1 하부 급전 도체(18)로 분류(分流)하고, 서셉터 주변 전극(12B)의 내주면을 타고 상면에 돌아 들어가고, 처리공간 PS에 방출된다. 콘덴서의 용량 내지 임피던스를 가변함으로써, 제 1 하부 급전 도체(18)에 분배되는 제 2 고주파의 비율을 가변할 수 있다.
이와 같이, 이온 인입용의 제 2 고주파를 서셉터 중심 전극(12A) 뿐만 아니라 서셉터 주변 전극(12B)에도 가변의 분배비로 공급하는 방식도 가능하다. 예를 들면, 서셉터 중심 전극(12A) 위에 탑재되는 반도체 웨이퍼 W의 에지가 서셉터 주변 전극(12B)의 바로 위 또는 근방에 위치하고 있는 경우에는 이 방식을 바람직하게 이용할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 1실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 결코 아니고, 각종 변형이 가능하다. 특히, 하부 급전 도체(18, 104) 및 가변 용량 결합부(28, 105)의 구성에 대해서는 장치내의 다른 기구와 최적으로 조합하도록 각종의 선택?변형을 실행할 수 있다.
예를 들면, 상기 제 2, 제 3 실시형태에 있어서 설명한 하부 급전 도체(104)의 구성을 제 1 실시형태에 적용해도 좋다. 반대의 견해에서 보면, 제 1 실시형태의 가변 용량 결합부(28)의 구성을 제 2, 제 3 실시형태의 가변 용량 결합부(105)의 구성 대신에, 제 2, 제 3 실시형태에 적용해도 좋다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태와 같은 하부 1주파 인가 방식이나 하부 2주파 인가 방식에의 적용에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 서셉터(하부 전극)에 또한 다른 제 3 주파수를 인가하는 하부 3주파 인가 방식에도 바람직하게 적용 가능하다.
본 발명은 플라즈마 에칭 장치에 한정되지 않고, 플라즈마 CVD, 플라즈마 산화, 플라즈마 질화, 스퍼터링 등의 다른 플라즈마 처리 장치에도 적용 가능하다. 또한, 본 발명에 있어서의 피처리 기판은 반도체 웨이퍼에 한정되는 것은 아니고, 플랫 패널 디스플레이용의 각종 기판이나, 포토 마스크, CD 기판, 프린트 기판 등도 가능하다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 플라즈마 에칭 장치의 구성을 나타내는 종단면도.
도 2a는 제 1 실시예에 의한 가변 용량 결합부의 구체적인 구성예를 나타내는 단면도로서, 콘덴서 용량을 최대로 조정한 경우를 나타내는 도면.
도 2b는 제 1 실시예에 의한 가변 용량 결합부의 구체적인 구성예를 나타내는 단면도로서, 콘덴서 용량을 최소로 조정한 경우를 나타내는 도면.
도 3은 도 1의 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 하부 급전 도체 및 제 1 실시예의 가변 용량 결합부의 작용을 모식적으로 설명하기 위한 도면.
도 4a는 제 2 실시예에 의한 가변 용량 결합부의 구체적인 구성예를 나타내는 단면도로서, 콘덴서 용량을 최대로 조정한 경우를 나타내는 도면.
도 4b는 제 2 실시예에 의한 가변 용량 결합부의 구체적인 구성예를 나타내는 단면도로서, 콘덴서 용량을 최소로 조정한 경우를 나타내는 도면.
도 5는 도 1의 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 하부 급전 도체 및 제 2 실시예의 가변 용량 결합부의 작용을 모식적으로 설명하기 위한 도면.
도 6은 제 2 실시형태에 있어서의 플라즈마 에칭 장치의 구성을 나타내는 종단면도.
도 7은 도 6의 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 하부 급전 도체 및 가변 용량 결합부의 작용을 모식적으로 설명하기 위한 도면.
도 8은 도 6의 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 제 2 하부 급전 도체의 일 변 형 예를 나타내는 종단면도.
도 9는 제 3 실시형태에 있어서의 플라즈마 에칭 장치의 구성을 나타내는 종단면도.
부호의 설명
10 챔버(처리용기)
12 서셉터(하부 전극)
12A 서셉터 중심 전극(하부 중심 전극)
12B 서셉터 주변 전극(하부 주변 전극)
14 절연체
16 (제 1) 고주파 전원
18 (제 1) 하부 급전 도체
22 (제 1) 하부 급전봉
24 수평 접속부
25 면형상 접속부
26 수직 접속부
28 가변 용량 결합부
40 배기 장치
74 직사각형 도체판
82 상부 핀
84 하부 핀
90 조작부
100 제 2 고주파 전원
102 제 2 하부 급전봉
104 제 2 하부 급전 도체
106 중공 유전체
108 가루덴
120 링형상 도체판

Claims (11)

  1. 진공 배기 가능한 처리용기와,
    상기 처리용기 내에서 피처리 기판을 탑재하는 하부 중심 전극과,
    상기 하부 중심 전극으로부터 전기적으로 절연되어 상기 하부 중심 전극의 외주를 환상으로 둘러싸는 하부 주변 전극과,
    상기 하부 중심 전극 및 상기 하부 주변 전극과 대향해서 그 위쪽에 배치되는 상부 전극과,
    상기 하부 중심 전극 및 상기 하부 주변 전극과 상기 상부 전극의 사이의 처리공간에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와,
    고주파 방전에 의해서 상기 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위한 제 1 고주파를 출력하는 제 1 고주파 전원과,
    상기 제 1 고주파 전원으로부터의 상기 제 1 고주파를 상기 하부 주변 전극 상에 우선적으로 공급하기 위하여 상기 하부 주변 전극의 배면에 접속되는 제 1 하부 급전 도체와,
    상기 제 1 고주파 전원으로부터의 상기 제 1 고주파의 일부를 상기 하부 중심 전극 상에 공급하기 위하여, 상기 제 1 하부 급전 도체 및 상기 하부 주변 전극의 적어도 한쪽과 상기 하부 중심 전극을 임피던스 가변의 용량 결합으로 전기적으로 접속하는 제 1 가변 용량 결합부를 갖고,
    상기 제 1 가변 용량 결합부는, 상기 제 1 고주파 전원, 상기 하부 급전 도체 및 상기 하부 주변 전극을 연결하는 라인 상에는 존재하지 않는
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 하부 급전 도체는
    상기 하부 중심 전극의 중심부의 바로 아래에서 연직 위쪽으로 연장하여, 상기 하부 중심 전극으로부터 이간된 위치에서 종단하는 제 1 급전봉과,
    상기 제 1 급전봉의 상단부로부터 반경 방향 외측 및 위쪽으로 연장하여 상기 하부 주변 전극의 배면에 이르는 면형상의 접속부를 갖는
    플라즈마 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 가변 용량 결합부는 상기 제 1 급전봉 또는 상기 면형상 접속부와 상기 하부 중심 전극의 사이에 마련되는
    플라즈마 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 가변 용량 결합부는 상기 면형상 접속부와 상기 하부 중심 전극의 사이의 공간 내에서 원주방향으로 일정한 간격을 두고 배치되고, 각각이 수평인 축 을 회전 중심으로 해서 회전 방향으로 변위 가능하게 마련되는 다수의 도체판을 갖는
    플라즈마 처리 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 가변 용량 결합부는
    동심원형상으로 복수 배치되고, 상기 하부 중심 전극에 전기적으로 접속된 환상의 상부 핀 도체와,
    상기 상부 핀 도체에 대해 반경 방향으로 오프셋해서 동심원형상으로 복수 배치되고, 상기 제 1 급전봉 또는 상기 면형상 접속부에 전기적으로 접속된 환상의 하부 핀 도체와,
    상기 상부 핀 도체와 상기 하부 핀 도체를 반경 방향에서 대향시킨 상태에서 양자를 연직 방향에서 상대적으로 변위시키기 위한 핀 도체 변위 기구를 갖는
    플라즈마 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 가변 용량 결합부는 상기 하부 중심 전극과 상기 하부 주변 전극 사이에 환상으로 마련되는 중공의 유전체를 갖고, 상기 중공 유전체의 내부에 유동 성의 유전성 물질을 가변량으로 수용하는
    플라즈마 처리 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 가변 용량 결합부는 상기 하부 중심 전극과 상기 하부 주변 전극 사이에 환상으로 마련되는 중공의 유전체를 갖고, 상기 중공 유전체의 내부에 도체판을 소정의 방향에서 변위 가능하게 수용하는
    플라즈마 처리 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마중의 이온을 상기 피처리 기판에 인입하기 위한 제 2 고주파를 출력하는 제 2 고주파 전원과,
    상기 제 2 고주파 전원으로부터의 상기 제 2 고주파를 전적으로 또는 우선적으로 상기 하부 중심 전극에 공급하기 위하여 상기 하부 중심 전극의 배면에 접속되는 제 2 하부 급전 도체를 갖는
    플라즈마 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 하부 급전 도체가 중공관에 형성된 상기 제 1 급전봉 내를 관통하여, 상기 하부 중심 전극의 배면의 중심부에 접속하는 제 2 급전봉을 갖는
    플라즈마 처리 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 하부 급전 도체가 상기 제 1 급전봉의 측을 그것과 평행하게 연장하여, 상기 하부 중심 전극의 배면의 중심부보다도 반경 방향 외측의 부위에 접속하는 제 2 급전봉을 갖는
    플라즈마 처리 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 고주파 전원으로부터의 상기 제 2 고주파의 일부를 상기 하부 주변 전극에 공급하기 위해, 상기 제 2 하부 급전 도체와 상기 제 1 하부 급전 도체를 임피던스 가변의 용량 결합으로 전기적으로 접속하는 제 2 가변 용량 결합부를 갖는
    플라즈마 처리 장치.
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