KR101479143B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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모토조 구리타
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Abstract

본 발명은 플라즈마 밀도 분포의 불균일성을 보정함으로써 균일한 기판 처리가 가능한 플라즈마 처리 장치를 제공한다. 이 장치는 기판이 플라즈마로 처리되고, 용기의 외주에 배열되는 환형 안테나를 갖는 진공 용기가 제공되며, 이 진공 용기는 전력 공급 용기와 기판이 배치되고 전력 공급 용기의 내부 공간과 통하는 처리 용기로 이루어진다. 플라즈마는 안테나로 공급되는 무선 주파수 전력에 의해 전력 공급 용기에서 생성된다. 플라즈마는 안테나의 외주에 배열되는 솔레노이드 코일의 자기장에 의해 처리 용기로 확산된다. 자기장의 경사는 처리 기판에 대한 솔레노이드 코일의 기울어짐을 조정하는 경사 조정 수단에 의해 조정된다.

Description

플라즈마 처리 장치{Plasma Treatment Apparatus}
본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것이며, 더 상세하게는 드라이 에칭(dry etching) 장치, 플라즈마 CVD 장치, 스퍼터링(sputtering) 장치 또는 표면 개질(surface modification) 장치에 적합한 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
지금까지는 저압, 고밀도 플라즈마를 발생시킬 수 있는 유도 결합 플라즈마(Inductive coupled plasma)(이하, "ICP"라 한다) 및 헬리콘파(helicon waves)의 여기 및 전파를 야기시켜 플라즈마를 발생시키는 헬리콘파 플라즈마(이하, "헬리콘"이라 한다)가 기판 처리를 위한 플라즈마 처리 장치의 플라즈마 소스로서 알려져 왔다. 일반적으로, ICP는 무선 주파수 전력이 인가되는 안테나를 이용하여 플라즈마를 발생시킨다. 일반적으로, 헬리콘은 ICP와 동일한 안테나를 포함하며, 게다가 헬리콘파가 플라즈마를 통해 전파할 수 있도록 자기 회로와 결합하여 구성된다.
종래의 플라즈마 처리 장치의 구성의 예가 도 15를 참조하여 기술될 것이다(특허문헌 1 참조). 플라즈마 처리 장치는 ICP 장치로 구성된다. 이 장치는 내부를 감압 상태로 유지할 수 있는 기판 처리 챔버(101), 기판 처리 챔버(101)에서 기판(103)을 지지하는 기판 지지 기구(102), 가스를 기판 처리 챔버(101)로 도입하는 가스 도입 기구(104), 기판 처리 챔버(101)에 플라즈마를 발생시키기 위한 환형 안테나(105), 무선 주파수 전력을 안테나(105)에 공급하는 무선 주파수 전원(106) 및 무선 주파수 전원(106)이 무선 주파수 전력을 안테나(105)에 공급할 때 정합(matching)을 제공하는 정합 회로(107)를 포함한다. 기판 처리 챔버(101)는 석영과 같은 비금속부(101a)와 알루미늄 또는 스테인리스강 등으로 구성된 금속부(101b)로 형성된다. 자기장을 확산시키는 솔레노이드 코일(108, 109)은 안테나(105) 주위에 배치된다. 또한, 필요한 경우 영구 자석(110)이 기판 처리 챔버(101) 주위에 배치된다. 영구 자석(110)은 기판 처리 챔버(101)의 벽면에서 플라즈마의 손실을 억제하기 위해 제공된다. 상기 구성으로, 직류 전원(111, 112)은 직류 전력을 솔레노이드 코일(108, 109)에 각각 공급함으로써, 기판 처리 챔버(101)에 자기장이 생성되므로, 기판 처리 챔버(101)의 비금속부(101a)에 발생한 플라즈마는 기판 처리 챔버의 금속부(101b)에 확산될 수 있다. 부수적으로, 기판 처리 챔버(101)의 내부를 감압 상태로 유지하는 진공 기구, 기판(103)을 운송하는 기판 운송 기구, 기판 온도 제어 기구, 기판 처리 챔버(101)에 대한 벽면 온도 제어 기구 및 가스 도입 기구(104)에 가스를 공급하는 가스 공급 기구 등의 도시는 설명의 편의상 도 15에서 생략된다.
다음으로, 상기 기술된 플라즈마 처리 장치를 사용하는 기판 처리 절차에 관한 설명이 제시될 것이다. 기판(103)은 기판 운송 기구(미도시)에 의해 기판 처리 챔버(101)로 운송되며, 기판(103)은 기판 지지 기구(102)에 고정된다. 기판 처리 챔버(101)의 압력은 진공 기구(미도시)에 의해 기결정된 압력으로 감소되며, 또한 가스 공급 기구(미도시)로부터 공급된 가스는 가스 도입 기구(104)를 통해 기판 처리 챔버(101)로 도입된 후, 기판 처리 챔버는 기결정된 압력하에 유지된다. 무선 주파수 전원(106)은 정합 회로(107)를 통해 무선 주파수를 안테나(105)로 인가함으로써 기판 처리 챔버(101)에 플라즈마를 발생시키며, 플라즈마는 기판(103)을 처리하는데 사용된다. 부수적으로, 헬리콘파의 여기(excitation)의 경우, 무선 주파수의 인가 중에 직류 전원(111, 112)은 직류를 솔레노이드 코일(108, 109)로 공급함으로써 기판 처리 챔버(101)에 자기장을 형성한다. 이때에, 통상적으로 역방향에서 전류가 솔레노이드 코일(108, 109)을 통해 흐른다.
한편, 특허문헌 2는 ECR(전자 사이클로트론 공명, electron cyclotron resonance)을 이용하는 에칭 장치를 개시한다. 도 16은 특허문헌 2에 개시된 ECR(전자 사이클로트론 공명) 에칭 장치를 도시한다. 장치(310)는 석영 윈도우(313)을 통해 2.45GHz의 마이크로파(314)를 장치 본체(311)의 상단부에 제공되는 이온화 챔버(311a)로 제공하고 외부 자기 코일(312)을 사용하는 방전을 유발하도록 구성된다. 전자는 마이크로파(314)와 외부 자기 코일(312)에 의해 유발되는 자기장의 영향하에 사이클로트론 공명 상태에 도달한다. 여기된 전자는 에칭 가스(315)의 해리(dissociation)를 유발하여, 고밀도 플라즈마를 발생시킨다. 전리(electrolytic dissociation)에 의해 생성된 이온은 발산하는 자기장을 따라 리드 전극(316)을 통해 장치 본체(311)의 하단부에 제공되는 처리 챔버(311b)로 들어가, 양호한 지향성(이방성)의 에칭을 가능하게 한다. 한편, 지지 기판(301)은 임의로 설정가능한 경사각을 갖는 경사단(317)에 의해 빗각으로 유지된 기판 홀더(318)에 설치되며, 또한 지지 기판(301)은 모터(미도시)에 의해 회전축(319)을 중심으로 회전한다. 도 16에 도시된 ECR(전자 사이클로트론 공명) 에칭 장치는 에칭시 이온빔(316a)에 대해 90°-α로 경사진 지지 기판(301)으로 회전축(319)을 더 회전시킴으로써 역 테이퍼상(reverse tapered shape)의 박막을 형성한다.
[특허문헌]
특허문헌 1: 일본특허출원공개공보 No.10-172790
특허문헌 2: 일본특허출원공개공보 No.2002-18798
특허문헌 1에 개시된 상술한 종래의 플라즈마 처리 장치는 하기에 제시되는 문제를 제기한다. 기판(103)의 처리에 대한 플라즈마 밀도 분포는 솔레노이드 코일(108, 109)의 전류값을 변화시켜 생성된 자기장의 분포를 변화시킴으로써 제어될 수 있다. 그러나, 솔레노이드 코일(108, 109)의 전류값의 변화는 자기장 분포의 동심의(concentric) 변화를 야기시켜 플라즈마 밀도 분포의 동심의 변화도 가져오므로, 플라즈마 밀도 분포의 중심이 처리되는 기판의 중심에서 벗어나는 경우, 편차의 보정이 솔레노이드 코일(108, 109)의 전류값의 변화만으로는 가능하지 않다. 예컨대, 에칭 장치에서 플라즈마 밀도 분포의 불균일성의 발생은 에칭 속도 분포의 불균일성을 초래한다.
플라즈마 밀도 분포의 중심의 편차는 안테나(105)의 형태, 무선 주파수 전력을 인가하는 방법, 용기로의 안테나(105)의 설치의 정확성, 가스 도입 및 진공 시스템의 위치에 따른 가스 흐름 등에 의해 야기된 플라즈마 발생의 불균일성 문제 또는 솔레노이드 코일(108, 109) 또는 영구 자석(110)의 부품 또는 설치의 정확성에 의해 야기되는 플라즈마 확산의 불균일성의 문제 때문일 수 있다.
한편, 특허문헌 2에 개시된 상술한 종래의 ECR(전자 사이클로트론 공명) 에칭 장치는 기판(301)을 기울어지게 하여 비대칭 에칭 분포를 개선할 수 있다; 그러나, 플라즈마 그 자체는 불균일성을 유지하고 있으므로, 플라즈마의 불균일성이 기판(301)의 차지업(charge-up) 손상 등을 야기시킬 수 있음이 예상된다.
본 발명의 목적은 상기 문제를 해결하기 위함이며, 플라즈마 그 자체의 불균일 분포를 제어하고 플라즈마 밀도 분포의 불균일성을 보정함으로써 균일한 기판 처리를 달성할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하기 위함이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치가 하기에 제시된 대로 구성된다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 1 태양에 따라, 내부에 기판을 배치할 수 있는 용기; 상기 용기 내에 플라즈마를 발생시키기 위해, 상기 용기의 주변에 제공되는 안테나; 상기 용기 내에 자기장을 발생시켜 플라즈마를 확산시키기 위해, 상기 안테나의 주변에 제공되는 자기장 발생 수단; 및 상기 안테나와 상기 자기장 발생 수단 중 적어도 임의의 하나를 기울어지게 하는 경사 조정 수단을 포함하는 플라즈마로 기판을 처리하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
제 1 태양에 따라, 자기장 발생 수단과 안테나 중 적어도 임의의 하나는 경사 조정 수단에 의해 기울어질 수 있다. 이로써, 플라즈마 처리 분포의 불균일성이 기판 처리를 수행함에 의해 미리 발견되는 경우, 플라즈마의 중심이 처리가 느린 속도로 작동되는 방향으로 지향되도록 자기장 발생 수단 또는 안테나의 경사가 변경되며, 이로써 자기장 발생 수단에 의해 생성된 자기장의 경사 또는 안테나에 의해 발생된 플라즈마의 분포의 변화를 가져온다. 이는 플라즈마 밀도 분포의 불균일성을 보정함으로써 균일한 기판 처리를 달성할 수 있도록 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 2 태양에 따라, 제 1 태양에 따른 플라즈마 처리 장치로서, 상기 안테나는 제 1 축에 대해 실질적으로 축대칭이고, 상기 제 1 축을 둘러싸도록 구성된 환형 안테나이며, 상기 자기장 발생 수단은 제 2 축에 대해 실질적으로 축대칭이고, 상기 제 2 축을 둘러싸도록 구성된 솔레노이드 코일이며, 상기 제 1 축 및 제 2 축이 서로 기결정된 각을 형성하도록 상기 환형 안테나와 상기 솔레노이드 코일 중 적어도 임의의 하나가 상기 경사 조정 수단에 의해 기울어지는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 3 태양에 따라, 제 1 태양에 따른 플라즈마 처리 장치로서, 상기 자기장 발생 수단을 지지하는 베이스판을 더 포함하며, 상기 경사 조정 수단은 상기 자기장 발생 수단과 상기 베이스판 사이에 제공되는 판 형태의 부재인 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
제 3 태양에 따라, 자기장 발생 수단의 일측에서 자기장 발생 수단의 높이는 자기장 발생 수단과 베이스판 사이에 제공되는 판 형태의 부재의 두께를 조정하여 타측에서 자기장 발생 수단의 높이와 다를 수 있다. 이로써, 자기장 발생 수단은 안테나의 중심선에 대해 기결정된 각으로 기울어질 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 4 태양에 따라, 제 1 태양에 따른 플라즈마 처리 장치로서, 상기 자기장 발생 수단을 지지하는 베이스판을 더 포함하며, 상기 경사 조정 수단은 상기 베이스판에 연결되고 상하 이동가능한 구동 유닛이며, 상기 자기장 발생 수단은 상기 구동 유닛의 상하 이동에 의해 상기 베이스판을 기울어지게 함으로써 기울어지는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
제 4 태양에 따라, 구동 유닛은 상하 이동하여 일측 및 타측의 자기장 발생 수단의 높이를 연속적으로 변화시킬 수 있다. 이로써, 자기장 발생 수단은 안테나의 중심선에 대해 기결정된 각으로 기울어질 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 5 태양에 따라, 제 4 태양에 따른 플라즈마 처리 장치로서, 상기 베이스판은 상기 용기를 둘러싸는 실질적으로 환형이며, 상기 구동 유닛은 상기 베이스판의 일단측에 제공되는 제 1 구동 유닛과 상기 베이스판의 타단측에 제공되는 제 2 구동 유닛을 포함하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
제 5 태양에 따라, 구동 유닛은 안테나의 중심선에 대해 기결정된 각으로 베이스판의 일단측 및 타단측 각각에서 베이스판을 기울어지게 할 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 6 태양에 따라, 제 4 태양에 따른 플라즈마 처리 장치로서, 상기 베이스판은 상기 용기를 둘러싸는 실질적으로 환형이며,상기 구동 유닛은 상기 베이스판의 외주 방향에서 등각으로 배열되는 제 1 구동 유닛, 제 2 구동 유닛 및 제 3 구동 유닛을 포함하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
제 6 태양에 따라, 제 1 구동 유닛, 제 2 구동 유닛 및 제 3 구동 유닛은 각각 주기적으로 상하로 이동하여, 임의의 주기로 제 1 구동 유닛에 상응하는 자기장 발생 수단의 높이 위치, 제 2 구동 유닛에 상응하는 자기장 발생 수단의 높이 위치 및 제 3 구동 유닛에 상응하는 자기장 발생 수단의 높이 위치를 가변적으로 만들 수 있다. 이로써, 기판 처리 동안, 자기장 발생 수단의 경사는 임의의 주기로 변화된다. 이로써, 자기장 발생 수단의 중심선은 경사의 임의의 각을 유지하면서 안테나의 중심선 주위로 선회 운동을 하며, 이에 따라 자기장 발생 수단에 의해 생성된 자기장도 마찬가지로 기판의 중심에 대해 오프셋 위치에서 선회 운동을 한다. 자기장 발생 수단의 중심, 즉 자기장의 중심은 안테나의 중심으로부터 오프셋 위치에서 선회 운동을 하여, 자기장 발생 수단의 중심, 즉 자기장의 중심이 안테나의 중심과 일치하는 경우에 비해, 큰 면적을 갖는 기판에 대한 더 균일한 처리를 가능하게 한다. 또한, 이동 속도는 플라즈마 밀도 분포, 즉 기판 처리 속도 분포에 맞추어 변화됨으로써, 처리 속도가 느린 영역에서는 느리게 또는 처리 속도가 빠른 영역에서는 빠르게 이동하도록 하여, 불균일성의 보정을 가능하게 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 7 태양에 따라, 제 2 태양에 따른 플라즈마 처리 장치로서, 상기 제 1 축과 상기 제 2 축에 의해 형성된 각이 0°내지 5°의 범위에 있는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
제 7 태양에 따라, 안테나에 대한 자기장 발생 수단의 경사도는 자기장 발생 수단의 대칭축으로서 자기장 발생 수단의 중심선과 안테나의 대칭축으로서 안테나 중심선에 의해 형성된 각으로 나타낸다. 자기장 발생 수단에 의해 생성된 자기장의 확산이 용기 형상의 영향 또는 생성된 자기장의 강도에 영향을 받더라도, 0°내지 5°의 각은 효율적인 기판 처리를 위한 자기장 발생 수단의 경사로 적합하다. 자기장 발생 수단이 더 큰 각으로 기울어지는 경우, 안테나와 같은 다른 부품과의 간섭을 야기시키는 문제가 생긴다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 8 태양에 따라, 제 1 태양에 따른 플라즈마 처리 장치로서, 상기 자기장 발생 수단은 동심으로 배열된 제 1 솔레노이드 코일 및 제 2 솔레노이드 코일을 포함하며, 상기 경사 조정 수단은 상기 제 1 솔레노이드 코일 및 상기 제 2 솔레노이드 코일 각각에 대해 제공되는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
제 8 태양에 따라, 경사 조정 수단은 제 1 솔레노이드 코일 및 제 2 솔레노이드 코일 각각을 구비함으로써, 솔레노이드 코일들 각각의 경사를 개별적으로 조정할 수 있어, 더 세밀한 플라즈마 밀도 분포의 보정을 가능하게 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 9 태양에 따라, 제 1 태양에 따른 플라즈마 처리 장치로서, 상기 용기는 내부에 플라즈마를 발생시키는 전력 공급 용기와, 상기 전력 공급 용기의 내부 공간이 처리 용기의 내부 공간과 통하도록 전력 공급 용기에 연결되고 내부에 상기 기판을 배치가능한 처리 용기를 포함하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
상기 설명에서 명백히 알 수 있듯이, 본 발명에 따라 솔레노이드 코일의 대칭축으로서 코일 중심선과 환형 안테나의 대칭축으로서 안테나 중심선 중 임의의 하나가 다른 중심선에 대해 기결정된 각으로 기울어져 있도록 경사 조정 수단이 솔레노이드 코일에 설치됨으로써, 기판 처리를 위해 솔레노이드 코일에 의해 생성된 자기장의 경사가 조정되어, 플라즈마 밀도 분포의 불균일성이 보정되므로, 균일한 기판 처리가 가능해진다.
또한, 상하로 이동가능한 구동 유닛이 경사 조정 수단으로서 사용됨으로써, 환형 안테나에 대해 솔레노이드 코일의 경사를 변화시킬 수 있다. 따라서, 기판 처리 동안 솔레노이드 코일의 경사를 변화시켜 솔레노이드 코일에 의해 생성된 자기장의 경사를 연속적으로 변화시키면서 기판 처리가 행해진다. 이는 플라즈마 밀도 분포의 불균일성을 보정할 수 있도록 하여, 균일한 기판 처리를 달성하게 한다.
또한, 경사 조정 수단은 제 1 솔레노이드 코일 및 제 2 솔레노이드 코일 각각을 구비함으로써, 솔레노이드 코일 각각의 경사를 별도로 조정하게 하여, 플라즈마 밀도 분포의 더 세밀한 보정을 가능하게 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리를 위한 플라즈마 처리 장치의 진공 용기의 내부 구조 및 관련 부분의 구성을 나타내는 다이어그램이다.
도 2a는 베이스판에 설치된 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 코일을 나타내는 도면이다.
도 2b는 솔레노이드 코일과 베이스판 사이에 삽입된 판 형태의 부재로 기울어진 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 코일을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 코일의 경사진 상태를 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 4a는 솔레노이드 코일의 경사를 조정하기 전 에칭 분포 특성을 나타내는 도면이다.
도 4b는 솔레노이드 코일의 경사를 조정하기 전 솔레노이드 코일의 상태를 나타내는 도면이다.
도 4c는 솔레노이드 코일의 경사를 조정한 후 에칭 분포 특성을 나타내는 도면이다.
도 4d는 솔레노이드 코일의 경사를 조정한 후 솔레노이드 코일의 상태를 나타내는 도면이다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 단일-샤프트 구동 유닛의 배치를 나타내는 다이어그램이다.
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 단일-샤프트 구동 유닛을 나타내는 도면이다.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 단일-샤프트 구동 유닛에 의해 경사진 솔레노이드 코일을 나타내는 도면이다.
도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 단일-샤프트 구동 유닛에 의해 경사진 솔레노이드 코일을 나타내는 도면이다.
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 단일-샤프트 구동 유닛을 구동하여 기울어지는 솔레노이드 코일을 나타내는 다이어그램이다.
도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 단일-샤프트 구동 유닛을 구동하여 기울어지는 솔레노이드 코일을 나타내는 도면이다.
도 8a는 솔레노이드 코일의 경사를 조정하기 전 자력선 분포 특성을 나타내는 도면이다.
도 8b는 솔레노이드 코일의 경사를 조정한 후 자력선 분포 특성을 나타내는 도면이다.
도 9는 솔레노이드 코일의 경사를 조정하기 전 및 조정한 후 자력선 분포 특성을 나타내는 그래프이다.
도 10은 솔레노이드 코일의 경사를 조정하기 전 및 조정한 후 에칭 속도 특성을 나타내는 그래프이다.
도 11a는 솔레노이드 코일의 경사를 조정하기 전 및 조정한 후 전류 경로 특성을 나타내는 도면이다.
도 11b는 솔레노이드 코일의 경사를 조정하기 전 및 조정한 후 전류 경로 특성을 나타내는 도면이다.
도 11c는 솔레노이드 코일의 경사를 조정하기 전 등자력면을 나타내는 도면이다.
도 11d는 솔레노이드 코일의 경사를 조정한 후 등자력면을 나타내는 도면이다.
도 12는 솔레노이드 코일과 베이스판 사이에 삽입된 판 형태의 부재로 기울어진 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 코일을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 코일의 경사 상태를 설명하기 위한 다이어그램이다.
도 14a는 본 발명의 솔레노이드 코일의 X-Y 이동을 실행하는 수단을 나타내는 도면이다.
도 14b는 본 발명의 솔레노이드 코일의 X-Y 이동을 실행하는 수단을 나타내는 도면이다.
도 15는 (특허문헌 1에 개시된) 종래의 플라즈마 처리 장치의 구성의 예를 나타내는 다이어그램이다.
도 16은 (특허문헌 2에 개시된) 종래의 ECR(전자 사이클로트론 공명) 에칭 장치를 나타낸다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 정합 회로를 경사지게 하여 기울어진 환형 안테나를 나타내는 다이어그램이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 환형 안테나의 경사 상태를 설명하기 위한 다이어그램이다.
본 발명의 바람직한 실시예는 첨부도면을 참조하여 하기에 기술될 것이다.
제 1 실시예는 도 1 내지 4d를 참조하여 기술될 것이다. 도 1은 기판 처리를 위한 플라즈마 처리 장치의 진공 용기의 내부 구조 및 관련 부분의 구성을 나타내는 다이어그램이다. 도 2a는 베이스판에 설치된 솔레노이드 코일을 나타내는 도면이다. 도 2b는 솔레노이드 코일과 베이스판 사이에 삽입된 판 형태의 부재로 기울어지게 된 솔레노이드 코일을 나타내는 도면이다. 도 3은 솔레노이드 코일의 경사 상태를 설명하기 위한 다이어그램이다. 도 4a, 4b, 4c 및 4d는 에칭 분포 특성을 나타내는 도면이다.
도 1에서, 플라즈마 처리 장치는 ICP 관련 장치 구성 및 헬리콘 관련 장치 구성으로서 도시된다. 용기(11)는 진공 기구(미도시)에 의해 내부 공간이 기결정된 감압하로 유지된다. 이하에서, 용기(11)는 "진공 용기"라고 한다. 실시예에 따른 진공 용기(11)에서, 내부 공간은 2개의 공간으로 형성된다. 그 중 한 공간은 기판 지지 기구(12)가 배치되는 공간이며, 알루미늄 또는 스테인리스강과 같은 금속으로 구성된 처리 용기(13)로 형성된다. 처리 용기(13)의 측벽은, 예컨대 실린더형으로 형성된다. 또한, 처리되는 기판(14)은 기판 지지 기구(12)상에 위치된다. 기판(14)은 예컨대 300mm의 직경(φ)을 갖는 대형 기판이다. 다른 공간은 플라즈마가 발생하는 공간이며, 석영과 같은 주로 절연 물질로 구성된 전력 공급 용기(15)로 형성되어 무선 주파수가 도입될 수 있다. 또한, 전력 공급 용기(15)는 상단벽(15a)이 금속으로 구성되며, 다른 측벽부가 절연 물질로 구성되도록 구성될 수 있다. 상부측에 위치한 전력 공급 용기(15)의 측벽(15b)은 실질적으로, 예컨대 실린더형으로 형성된다. 전력 공급 용기(15)는 처리 용기(13)의 상부벽(13a)에 설치 및 고정된다. 전력 공급 용기(15)의 측벽(15b)의 직경은 처리 용기(13)의 측벽(13b)의 직경에 비해 더 작게 설정된다. 처리 용기(13)의 내부 공간은 전력 공급 용기(15)의 내부 공간과 통한다. 따라서, 전력 공급 용기(15)의 내부 공간에 발생한 플라즈마는 확산하며, 처리 용기(13)의 내부 공간으로 하향하여 이동한다. 처리 용기(13)의 내부 공간에 위치한 기판(14)은 전력 공급 용기(15)의 내부 공간을 대면하여 위치한다. 전력 공급 용기(15)의 실린더형 측벽의 중심축과 기판(14)의 중심을 통과하고 기판에 수직인 기판 중심선은 동심으로 위치한다. 전력 공급 용기(15)에서 처리 용기(13)로 확산하는 플라즈마는 기판(14)의 전면의 공간으로 이동한다. 부수적으로, 본 명세서에서는, 전력 공급 용기(15)가 사각형인 경우, 대각선의 교차점이 중심축으로 취해진다.
일실시예의 구성에서, 전력 공급 용기(15)의 저면부의 에지 부분은 처리 용기(13)의 상부벽(13a)과 동일한 높이이다. 또한, 전력 공급 용기(15)의 실린더형 측벽(15b)에서 처리 용기(13)로의 방향으로 트럼펫의 형태로 직경이 점점 증가하는 부분이 처리 용기(13)와 전력 공급 용기(15) 사이 경계 부분의 전력 공급 용기(15)의 부분에 연결 관계로 형성될 수 있다.
안테나(16)는 전력 공급 용기(15)의 외주에 배치된다. 안테나(16)는 일부가 개방된 환형이며, 일측에서 무선 주파수 전력의 공급시 정합을 제공하는 정합 회로(18)와 연결되고 타측에서 접지 전위와 연결되며, 환형부는 전력 공급 용기(15)와 그 사이의 임의의 공간을 가진 채로 떨어져 있고, 처리 용기(13)의 상부벽에 평행하게 배치된다. 도면에 도시되지 않았지만, 주지된 기구가 안테나(16)용 지지 기구로 사용된다.
상술된 구성은 무선 주파수 전력을 안테나(16)에 공급하는 무선 주파수 전원(17), 무선 주파수 전원(17)이 무선 주파수 전력을 안테나(16)로 공급할 때 정합을 제공하는 정합 회로(18), 가스를 처리 용기(13)의 내부 공간으로 도입하는 가스 도입 기구(19), 안테나(16) 주위에 배치되는 동심 솔레노이드 코일(20, 21)(자기장 발생 수단) 및 처리 용기(13) 주위에 배치되는 영구 자석(22)을 구비한다. 솔레노이드 코일(20, 21)은 자기장을 확산시키는 역할을 하며, 직류 전원(23, 24)으로 직류 전력을 각각 공급받는다. 영구 자석(22)은 처리 용기(13)의 벽면의 플라즈마 손실을 억제하기 위해 제공된다. 부수적으로, 감압하로 내부를 유지하는 진공 기구, 기판 운송 기구, 기판 온도 제어 기구, 처리 용기용 벽면 온도 제어 기구 및 가스를 가스 도입 기구에 공급하는 가스 공급 기구 등의 도시가 설명의 편의 및 발명의 주제와의 직접적 관련성의 부재로 인해 도 1에서 생략된다. 안테나(16)의 중심선(26)은 전력 공급 용기(15)의 실린더형 측벽의 축 및 기판(14)의 중심을 통과하고 기판에 수직인 기판 중심선과 동축으로 위치한다. 부수적으로, 솔레노이드 코일(20, 21)은 실질적으로 중심선(27)(때때로, 코일 중심선(27)이라 함)에 대한 축대칭이며, 안테나(16)는 실질적으로 중심선(26)(때때로, 안테나 중심선(26)이라 함)에 대한 축대칭이다.
다음으로, 본 발명의 특징적 구성으로서 경사 조정 기구에 대해 기술된다. 도 2a는 베이스판(30)에 고정되는 제 1 솔레노이드 코일(20) 및 제 2 솔레노이드 코일(21)을 도시한다. 도 2a에서는, 도 1에 도시된 제 1 및 제 2 솔레노이드 코일(20, 21)의 중심선 및 안테나(16)의 중심선이 서로 기계적으로 일치한다. 도 2b에 도시된 대로, 본 발명의 제 1 특징은 경사 조정 수단(예컨대, 판 형태의 부재)이 제 1 및 제 2 솔레노이드 코일(20, 21)의 일단측(예컨대, 도 1의 우변)과 베이스판(30) 사이에 제공되어서, 솔레노이드 코일의 중심선(27)이 안테나(16)의 중심선(26)에 대해 기결정된 각으로 기울어진다는 것이다. 도 2b는 심(shim)이 경사 조정 수단(예컨대, 판 형태의 부재)(25)으로서 삽입되는 예를 도시한다. 도 2b에 도시된 대로, 심(25)은 제 1 및 제 2 솔레노이드 코일(20, 21)의 일단측(예컨대, 도 2b의 우변)과 베이스판(30) 사이에 삽입되며, 이로써, 도 1에 도시된 대로, 솔레노이드 코일(20, 21)의 중심선(27)이 안테나(16)의 중심선(26)에 대해 기결정된 각으로 기울어진다. 바람직하게는, 경사각이 0°내지 5°의 범위에 있다. 부수적으로, 본 명세서에서 이용되는 "안테나에 대한 솔레노이드 코일의 경사각"은 솔레노이드 코일(20, 21)의 대칭축으로서 코일 중심선(27)과 환형 안테나(16)의 대칭축으로서 안테나 중심선(26)에 의해 형성된 각으로 한다.
상술된 플라즈마 처리 장치에서, 기판(14)은 기판 운송 기구에 의해 처리 용기(13)로 운송되며, 기판(14)은 기판 지지 기구(12)상에 배치 및 고정된다. 도 1은 고정되어 있는 기판(14)을 도시한다. 그 다음, 처리 용기(13)와 전력 공급 용기(15)는 진공 기구에 의해 필요 압력으로 진공화되며, 가스 공급 시스템으로부터 공급된 가스는 가스 도입 기구(19)를 통해 처리 용기(13)로 도입된 후, 내부를 필요 압력하로 유지한다. 무선 주파수 전원(17)은 무선 주파수를 정합 회로(18)를 통해 안테나(16)로 인가하여, 전력 공급 용기(15)와 전력 공급 용기(15)의 주변인 처리 용기(13)의 영역에 플라즈마를 발생시킨다. 전원 공급 용기(15) 등에서 발생한 플라즈마는 솔레노이드 코일(20, 21)에 의해 생성된 자기장을 따라 처리 용기(13)의 내부 공간으로 확산한다. 따라서, 확산된 플라즈마는 기판(14)을 처리하는데 사용된다.
다음으로, 도 3을 참조하여 솔레노이드 코일(20, 21)의 경사 조정에 대해 기술된다. 솔레노이드 코일(20, 21)은 도 2a에 도시된 베이스판(30) 뿐만 아니라 처리 용기(13)에도 고정된다. 도 3은 경사 조정 후 솔레노이드 코일의 상태를 도시한다. 솔레노이드 코일(20, 21)은 3가지 가능한 방법 중 임의의 하나로 기울어질 수 있다; 즉, 내부 솔레노이드 코일(20)과 외부 솔레노이드 코일(21)이 독립적으로 기울어지거나, 내부 솔레노이드 코일(20)과 외부 솔레노이드 코일(21) 모두 동시에 기울어지거나, 내부 솔레노이드 코일(20)과 외부 솔레노이드 코일(21) 중 임의의 하나가 기울어진다. 내부 솔레노이드 코일(20)과 외부 솔레노이드 코일(21)이 실제로 기울어지는 방식은 경사 조정 전 기판의 에칭 속도 분포의 결과를 기초로 결정된다. 도 3은 내부 솔레노이드 코일(20)과 외부 솔레노이드 코일(21) 모두가 동시에 기울어지는 경우의 예를 도시한다. 또한, 이 예에서 심이 삽입되어 경사를 조정한다; 그러나, 경사 조정 수단은 심으로 제한되지 않는다.
도 3에서, 안테나 중심선(26)과 코일 중심선(27)에 의해 형성된 각이 경사각으로 취해진다. 솔레노이드 코일의 경사 조정이 초기에 이루어지지 않는 경우, 안테나 중심선(26)과 코일 중심선(27)은 일치하는 위치에 있다. 즉, 도 2a에 도시된 대로 솔레노이드 코일(20, 21)이 베이스판에 고정된 상태에서는 안테나 중심선(26)과 코일 중심선(27)이 서로 일치한다. 그러나, 도 2b에 도시된 대로, 소기의 경사각에 상응하는 두께를 갖는 심(25)이 솔레노이드 코일(20, 21)과 베이스판(30) 사이에 소기의 경사 방향으로 삽입되며, 안테나 중심선(26)과 코일 중심선(27)은 경사각이 더 커질수록 서로 더 멀리 떨어져 움직인다. 솔레노이드 코일(20, 21)에 의해 생성된 자기장과 자기장에 의해 확산된 플라즈마도 또한 상술한 대로 동일한 방향으로 움직인다.
다음으로, 처리 기판의 에칭 속도 분포를 개선하기 위한 절차에 관해 에칭 장치를 예로 설명될 것이다. 먼저, 솔레노이드 코일의 경사 조정 전의 상태에서, 기판은 에칭되며, 에칭 속도 분포의 상태를 확인받는다. 한편, 광학식 막 두께 측정 기구가 에칭 속도 분포의 측정에 사용된다. 이후에, 처리 기판(14)의 에칭 속도 분포의 측정 결과를 기초로, 소기의 솔레노이드 코일의 경사 방향과 소기의 경사각의 크기에 적합하도록 베이스판(30)과 솔레노이드 코일(20, 21) 사이에 삽입되는 심(25)의 위치, 두께, 크기 및 형태가 결정된다. 이후에, 심(25)이 솔레노이드 코일이 실제 경사 조정을 수행하도록 삽입된다. 이런 상태에서, 기판은 다시 에칭되며, 에칭 속도 분포의 상태를 확인받는다. 보정된 결과가 충분한 경우, 작업은 종료되며, 결과가 불충분한 경우, 상기 작업이 다시 반복된다.
도 4a는 솔레노이드 코일의 경사 조정 전 300mm 직경의 처리 기판의 에칭 처리 속도 분포를 나타낸다. 도 4b는 도 4a에 대응하는 솔레노이드 코일의 상태를 나타낸다. 도 4c는 솔레노이드 코일의 경사 조정 후 300mm 직경의 처리 기판의 에칭 처리 속도 분포를 나타낸다. 도 4d는 도 4c에 대응하는 솔레노이드 코일의 상태를 나타낸다. 처리 기판은 기판에 형성된 산화막을 갖는 300mm 직경의 실리콘 웨이퍼이다. 도 4a 및 4c는 기판 표면의 121개 기결정된 포인트에서의 측정으로 처리 전후의 막 두께를 결정하고, 막 두께의 차이(에칭된 양)로부터 에칭 처리 속도를 계산하여 얻어진 결과인 등고선도를 나타낸다. 에칭 처리 속도는 (초기 막 두께 - 처리 후 막 두께)/에칭 시간으로 얻어지며, 또한 에칭 속도 분포의 값은 각 포인트에서 에칭 처리 속도의 표준 편차 및 평균값을 기반으로 한, 식(1)에 나타낸 3σ%로 표현된다.
식(1) : 3σ% = (3×표준편차/평균값)×100
도 4a 내지 4d에 도시된 예에서, 전류는 내부 솔레노이드 코일(20) 또는 솔레노이드 코일들(20, 21) 중 제 1 솔레노이드 코일(20)을 통해서만 공급된다. 도 4a 및 4b에서, 심(25)은 솔레노이드 코일(20, 21)에 삽입되지 않는다. 이 경우, 기판 처리는 일반적으로 우상에서는 빠른 속도로, 좌하에서는 느린 속도로 작동하는 경향이 있으며, 이 분포의 중심은 좌하로 약간 편향되는 경향을 보인다. 그 결과, 처리 기판의 전체 표면에서 에칭 처리 속도의 분포값은 11%이다. 즉, 우상에서 기판의 외주부는 처리 속도가 극히 느린 부분을 가지며, 그에 따라 전체적으로 열악한 분포를 초래한다는 것을 도 4a를 통해 알 수 있다.
도 4c 및 4d는 솔레노이드 코일의 조정 후 분포를 나타낸다. 이 분포의 중심은 도 4a의 결과를 기초로, 약간 우상으로 이동한다. 도 4c 및 4d는 코일 중심선(27)이 상술한 방향으로 이동하도록 도 4b의 우상에 대응하는 방향으로 내부 솔레노이드 코일(20)에 심(25)을 삽입함으로써 경사 조정을 수행하여 얻어진 결과를 나타낸다. 도 4d는 솔레노이드 코일(20)에 삽입되는 심(25)을 도시한 도면이다. 이 예에서, 내부 솔레노이드 코일(20)은 3.3mm 두께의 심을 내부 솔레노이드 코일(20)에 삽입하여 조정된다; 그러나, 외부 솔레노이드 코일 또는 내부 및 외부 솔레노이드 코일 모두가 조정될 수 있다. 한편, 3.3mm 두께의 심의 삽입은 코일의 5°의 경사에 해당한다. 조정의 결과, 처리 기판의 전체 표면에 대한 에칭 처리 속도의 분포값은 7%이다. 이 분포의 결과로 명백히 알 수 있듯이, 에칭 처리 속도의 분포는 솔레노이드 코일의 경사를 조정하여 자기장의 분포를 조정함으로써 더 균등하게 개선될 수 있다.
도 5a 및 5b는 제 2 실시예를 나타낸다. 기본 구성은 제 1 실시예의 구성과 동일하므로, 기본 구성에 관한 설명은 생략될 것이며, 솔레노이드 코일용 가변 기구에 관해 설명될 것이다. 제 2 실시예는 상하 이동가능한 구동 유닛(31)이 경사 조정 수단(25)으로 사용된다는 점에서 크게 다르다. 도 5a에 도시된 대로, 제 2 실시예에서, 솔레노이드 코일(20, 21)은 베이스판(30)을 통해 일단측(예컨대, 도 5a의 우변측) 및 타단측(예컨대, 도 5a의 좌변측)에서 상하 이동가능한 단일 샤프트 구동 유닛(31)과 연결된다. 도 5b에 도시된 대로, 회전 샤프트(312)는 베이스판(30)의 일단 및 구동 유닛(31)의 구동 로드(311)의 일단에 회전하도록 제공되며, 이로써 연결 구조를 형성한다. 바람직하기로, 일반적으로 주지된 기구가 가령 볼 스크류(ball screw)의 결합으로 위치 제어를 수행하며, 서보모터(servomoter)가 단일 샤프트 구동 유닛으로 사용된다. 도 5a에 도시된 제 2 실시예에서, 구동 유닛(31)은 일단측(예컨대, 도 5a의 우변측) 및 타단측(예컨대, 도 5a의 좌변측)에서 솔레노이드 코일(20, 21)의 높이 위치의 상하 운동을 실행하며, 이로써, 코일 중심선(27)이 기판(14)의 중심선(26)에 대해 자유롭게 기울어질 수 있다. 따라서, 심지어 솔레노이드 코일(20, 21)의 실제 경사가 에칭 분포에서 불충분한 개선을 가져오는 경우에도, 구동 유닛(31)이 상하로 이동되어 경사각의 추가적 변화를 가능하게 함으로써, 상술한 제 1 실시예와 다르게, 작업의 효율성의 개선을 달성한다. 또한, 처리 조건에 따라 플라즈마의 불균일성이 변화하는 경우, 구동 유닛은 처리 조건에 적합하도록 제어될 수 있어서, 기결정된 각으로 솔레노이드 코일을 기울어지게 한다.
도 6a는 단일 샤프트 구동 유닛(31)의 배치를 나타내는 도면이다. 도 6a에 도시된 대로, 구동 유닛(31)은 디스크 형태의 베이스판(30)의 외주 방향으로 등각으로(예컨대, 120°간격으로) 배열되는 제 1 구동 유닛(31-a), 제 2 구동 유닛(31-b) 및 제 3 구동 유닛(31-c)으로 구성된다. 3개의 단일 샤프트 유닛(31-a, 31-b 및 31-c) 각각은 베이스판(30)의 수평면에서 회전가능한 연결 구조를 가진다. 각 연결부의 연결 구조는 도 5b에 도시된 것과 동일하다. 바람직하기로, 3개의 유닛은 솔레노이드 코일의 경사를 효율적으로 제어하도록 동일한 간격을 둔 채로 배열된다. 단일 샤프트 유닛(31-a, 31-b 및 31-c)은 제어기(미도시)에 의해 서로 동기화되어 움직이도록 프로그램화된다. 도 6b는 제 3 구동 유닛(31-c)의 상향 이동 및 제 1 구동 유닛(31-a)과 제 2 구동 유닛(31-b)의 하향 이동에 의해 오른쪽으로 5°기울어진 솔레노이드 코일(20, 21)을 도시한다. 도 6b에 도시된 대로, 3개의 단일 샤프트 유닛(31-a, 31-b 및 31-c)은 서로 동기화되어 제 1 구동 유닛(31-a)에 대응하는 솔레노이드 코일의 높이 위치, 제 2 구동 유닛(31-b)에 대응하는 솔레노이드 코일의 높이 위치 및 제 3 구동 유닛(31-c)에 대응하는 솔레노이드 코일의 높이 위치를 일정한 주기로 가변가능하도록 할 수 있다. 이로써, 기판 처리 동안, 솔레노이드 코일의 경사는 일정한 주기로 변화될 수 있다. 이로써, 코일 중심선(27)은 일정한 경사각을 유지하면서 기판 중심선(26) 주위를 회전 이동하며, 따라서 솔레노이드 코일에 의해 생성된 자기장도 마찬가지로 기판의 중심에 대해 오프셋 위치에서 회전 이동한다. 솔레노이드의 중심, 즉 자기장의 중심은 기판의 중심으로부터 오프셋 위치에서 회전 이동함으로써, 솔레노이드 코일의 중심, 즉 자기장의 중심이 기판의 중심과 일치하는 경우에 비해 큰 면적을 갖는 기판에 대한 더 균일한 처리가 가능하다. 또한, 이동 속도는 이러한 분포에 맞추어 변화됨으로써, 처리 속도가 느린 영역에서는 느리게 또는 처리 속도가 빠른 영역에서는 빠르게 이동하도록 하여, 불균일성의 보정을 가능하게 한다.
다음으로, 도 7a 및 7b를 참조하여 단일 샤프트 구동 유닛(31)을 구동하여 기울어진 솔레노이드 코일에 대해 설명될 것이다. 도 7a에서는, 도면의 좌변측의 단일 샤프트 유닛(31-a)이 수축 상태(하락 상태)에 있는 반면, 우변측의 단일 샤프트 유닛(31-b)은 확장 상태(상승 상태)에 있다. 그 결과, 솔레노이드 코일은 왼쪽으로 기울어진 상태에 있다. 한편, 도 7b에서는, 도면의 좌변측의 단일 샤프트 유닛(31-a)이 확장 상태(상승 상태)에 있는 반면, 우변측의 단일 샤프트 유닛(31-b)은 수축 상태(하락 상태)에 있다. 그 결과, 솔레노이드 코일은 오른쪽으로 기울어진 상태에 있다. 좌우 단일 샤프트 유닛은 서로 동기화되어 확장 및 수축됨으로써, 좌에서 우로 솔레노이드 코일의 경사의 점진적 변화가 일어난다.
실제로, 3개의 단일 샤프트 유닛은 서로 동기화되어 확장 및 수축된다. 단일 샤프트 유닛들 각각은 일정한 주기적 간격으로 동작되며, 이로써, 솔레노이드 코일의 중심이 기판의 중심축 주위를 일정한 원추형 궤도로 이동한다. 기판 처리 동안, 이런 주기적 동작은 계속되며, 이로써, 기판의 중심으로부터 솔레노이드 코일의 중심의 경사의 양에 의해 플라즈마 오프셋으로 기판의 연속적 조사(irradiation)를 가능하게 한다.
플라즈마 밀도 분포는 기판의 외주에서 가파른 감소를 나타내는 경향이 있다. 제 2 실시예의 경우처럼, 솔레노이드 코일의 중심축, 즉 자기장의 중심은 원추형으로 이동함으로써 큰 면적을 갖는 기판에 대한 균일한 플라즈마 처리를 가능하게 하는 이점적 효과를 달성한다. 또한, 이동 속도는 이러한 분포에 맞추어 변화됨으로써, 처리 속도가 느린 영역에서는 느리게 또는 처리 속도가 빠른 영역에서는 빠르게 이동하도록 하여, 불균일성의 보정을 가능하게 한다.
다음으로, 독립된 경사 조정이 내부 솔레노이드 코일(20) 및 외부 솔레노이드 코일(21)에서 수행되는 제 3 실시예에 대해 설명될 것이다.
도 12 및 13은 독립적으로 기울어지는 내부 솔레노이드 코일(20) 및 외부 솔레노이드 코일(21)을 나타내는 도면이다. 내부 솔레노이드 코일(20) 및 외부 솔레노이드 코일(21)을 독립하여 경사지도록 하기 위해, 소기의 경사각에 대응하는 두께를 갖는 심(25a, 25b)이 솔레노이드 코일(20, 21)과 베이스판(30) 사이에 소기의 경사 방향으로 삽입된다. 도 12에 도시된 예는 개념상의 도면을 나타내며, 솔레노이드 코일에 실제로 삽입되는 심의 두께는 코일의 외부 직경에 따라 최대 3mm 정도이며, 경사각은 최대 5°정도이다. 도 12에 도시된 대로, 심(25a, 25b)은 각각 독립된 경사 조정을 위해 내부 솔레노이드 코일(20)과 외부 솔레노이드 코일(21)에 삽입되며, 이로써 솔레노이드 코일 각각의 경사의 독립된 조정이 가능하므로, 내부 솔레노이드 코일(20)과 외부 솔레노이드 코일(21) 모두가 동시에 기울어지는 경우에 비해 더 세밀한 분포의 보정이 가능해진다.
다음으로, 내부 솔레노이드 코일(20) 및 외부 솔레노이드 코일(21)의 X-Y 이동을 실행하는 수단에 대해 설명될 것이다.
한편, 본 명세서에 있어서, X축 및 Y축은 수평면에서 서로 직각인 축으로 정의되며, 또한 Z축은 수평면에 직각, 즉 수직 방향인 축으로 정의된다. 도 14a 및 14b에 도시된 대로, 제 1 베이스판(32)과 제 2 베이스판(33)은 내부 솔레노이드 코일(20) 및 외부 솔레노이드 코일(21)의 X-Y 이동을 실행하는 수단으로서 베이스판(20)에 축대칭으로 배열되며, 내부 솔레노이드 코일(20) 및 외부 솔레노이드 코일(21)은 각각 베이스판(32, 33)에 배치된다. 한편, 내부 솔레노이드 코일(20) 및 외부 솔레노이드 코일(21)을 기울어지게 하기 위해, 스페이서(spacer)가 베이스판(32, 33)과 솔레노이드 코일 사이에 삽입된다. 한편, 도 14b는 도 14a의 횡단면도이다.
제 1 베이스판(32)과 제 2 베이스판(33)에 대해 설명될 것이다. 제 1 베이스판(32)은 링 형태의 제 1 플랜지부(32a) 및 제 1 플랜지부(32a)에서 외부로 반경 방향으로 뻗어있는 4개의 제 1 돌출부(32b)를 포함하며, 제 2 베이스판(33)은 링 형태의 제 2 플랜지부(33a) 및 제 2 플랜지부(33a)에서 외부로 반경 방향으로 뻗어있는 4개의 제 2 돌출부(33b)를 포함한다. 4개의 제 1 돌출부(32b)는 동일한 간격을 두고 배열되며, 4개의 제 2 돌출부(33b)는 동일한 간격을 두고 배열된다. 제 1 베이스판(32)과 제 2 베이스판(33)이 축대칭적으로 배열되지만, 제 1 돌출부(32b)와 제 2 돌출부(33b)는 서로 일치하지 않도록 대칭축에 대해 45°회전된 위치에 배열된다. 또한, 제 1 베이스판(32)의 제 1 돌출부(32b)는 제 2 플랜지부(33a)의 제 2 노치(notches)(33c)를 통해 제 2 베이스판(33)의 외부로 뻗어있다.
한편, 베이스판(30)의 외주부는 각각의 베이스판의 제 1 돌출부(32b)와 제 2 돌출부(33b)를 횡방향으로 가압하는 수단, 예컨대 제 1 캡스크류(cap screw)(34) 및 제 2 캡스크류(35)를 구비한다. 실제로, X축 방향으로 내부 솔레노이드 코일(20)의 이동을 위해, 내부 솔레노이드 코일(20)은 4개의 제 1 돌출부(32b)의 대칭적으로 배열된 제 1 돌출부(32b)의 제 1 캡스크류(34a) 중 하나를 풀고, 다른 제 1 캡스크류(34a)를 조임으로써, 풀린 스크류를 향해 이동된다. 마찬가지로, Y축 방향으로 내부 솔레노이드 코일(20)의 이동을 위해, 내부 솔레노이드 코일(20)은 서로 직각 방향으로 배열된 제 1 돌출부(32b)의 제 1 캡스크류(34a) 중 하나를 풀고, 다른 제 1 캡스크류(34a)를 조임으로써, 풀린 스크류를 향해 이동된다. 이로써, 임의의 위치로의 내부 솔레노이드 코일(20)의 X-Y 이동이 달성될 수 있다. 마찬가지로, 외부 솔레노이드 코일(21)의 이동을 위해, 외부 솔레노이드 코일(21)은 4개의 제 2 돌출부(33b)의 대칭적으로 배열된 제 2 돌출부(33b)의 제 2 캡스크류(35a) 중 하나를 풀고, 다른 제 2 캡스크류(35a)를 조임으로써, 풀린 스크류를 향해 이동된다. 마찬가지로, 외부 솔레노이드 코일(21)은 서로 직각 방향으로 배열된 제 2 돌출부(33b)의 제 2 캡스크류(35b) 중 하나를 풀고, 다른 제 2 캡스크류(35b)를 조임으로써, 풀린 스크류를 향해 이동된다.
상술한 제 1, 제 2 또는 제 3 실시예에서는, 심(25)이 내부 솔레노이드 코일(20)과 외부 솔레노이드 코일(21)에 삽입되거나 구동 유닛이 내부 솔레노이드 코일(20)과 외부 솔레노이드 코일(21)을 기울어지게 하고 코일 중심선(27)에 대해 안테나 중심선(26)의 경사각을 조정하는데 사용되며, 이로써 에칭 분포의 개선이 달성된다. 그러나, 에칭 분포의 개선은 코일 중심선(27)에 대한 안테나 중심선(26)의 경사각의 조정만으로는 가능할 수 없다. 구체적으로, 에칭 분포는 자기장의 경사보다는 자기장의 평행 이동에 기인하여 편향될 수 있다. 상기의 경우에, 내부 솔레노이드 코일(20)과 외부 솔레노이드 코일(21)의 X-Y 이동을 실행하는 수단이 제공됨으로써, 솔레노이드 코일을 X-Y 이동하게 하여, 코일 중심선이 안테나 중심선에 일치하도록 함으로써, 분포의 보정을 가능하게 한다.
다음으로, 도 8a 내지 11d를 참조하여, 가우스 미터(gauss meter)로 자기장을 측정하고 측정된 결과를 기초로 솔레노이드 코일의 경사를 조정하는 단계를 포함하는 처리 기판의 에칭 속도 분포를 개선하는 절차에 관해 설명될 것이다. 가우스 미터는 자속 밀도를 측정하는 기구이다. 가우스 미터는 페라이트(ferrites) 및 희토류 자석(rare earth magnet)의 측정뿐만 아니라 전자석, 펄스 발생 자기장 및 초전도 자기장의 측정이 가능하다. 홀 소자 프로브(Hall element probe)가 정전류 공급(constant-current supply)으로 구동되며, 자기장에 의해 생성된 홀 전압이 오실레이터(oscillator) 및 아날로그 스위치에 의해 검출되는 것이 가우스 미터의 원리이다.
도 8a 및 8b는 솔레노이드 코일의 경사를 조정하기 전 및 조정한 후 자력선의 분포를 나타낸다. 그런데, 설명의 편의상, 도 8a 및 8b는 전류가 내부 솔레노이드 코일(20)을 통해서만 공급되어 내부 솔레노이드 코일(20)의 경사를 조정하는 경우를 나타낸다. 도 8a 및 8b에서, 참조번호 15c는 전력 공급 용기(15)의 전력 공급 용기 중심선을; 참조번호 20a는 내부 솔레노이드 코일(20)에 의해 생성된 자력선을; 참조번호 25는 스페이서를; 그리고 참조번호 36은 가우스 미터로 측정된 자기장 측정면을 나타낸다. 도 8a 및 8b에서는 전력 공급 용기 중심선(15c)이 안테나 중심선(26)과 일치한다고 가정한다. 도 8a에 도시된 대로, 내부 솔레노이드 코일(20)의 경사 조정 전, 자력선(20a)은 안테나 중심선(26)과 전력 공급 용기 중심선(15c)에 대해 왼쪽으로 기울어지며, 대칭적 분포를 가지지 않는다. 전류 경로가 X축과 Z축에 대해 대칭이 아닌 점에 기인하기보다는 코일을 형성하는 배선 그 자체가 제한된 크기를 가지기 때문에 완전한 원형 코일이 형성될 수 없다는 점에 기인하여, 자력선(20a)이 대칭 분포를 가지지 않는다고 할 수 있다. 그런데, 본 명세서에 있어서 "전류 경로"는 자기장을 생성하는 전류가 흐르는 경로를 말한다. 도 11a는 내부 솔레노이드 코일(20)의 경사 조정(보정)의 전후에 가우스 미터로 측정된 전류 경로 분포를 나타낸다. 도 11a의 수평축, 즉 X축 및 수직축, 즉 Z축은 도 12 및 13에 도시된 X축 및 Z축에 각각 대응한다. 도 11에 도시된 대로, 내부 솔레노이드 코일(20)의 경사 조정(보정) 전의 전류 경로는, 점선으로 도시된 X축과 Y축에 대칭인 타원 형태라기보다는, 실선으로 도시된 X축과 Y축에 대해 기울어진 타원 형태를 가진다. 도 11b에 도시된 대로, 내부 솔레노이드 코일(20)의 경사 조정(보정) 전의 전류 경로는 X축과 Y축에 대해 3°경사진 직선의 형태이다.
도 8b는 코일 중심선(27)이 내부 솔레노이드 코일(20)에 3mm 두께의 심(25)을 삽입하여 안테나 중심선(26)과 전력 공급 용기 중심선(15c)에 대해 오른쪽으로 1°기울어져 있는 경우를 나타낸다. 도 8b에 도시된 대로, 내부 솔레노이드 코일(20)의 경사 조정 후 자력선의 분포는 안테나 중심선(26)과 전력 공급 용기 중심선(15c)에 대해 대칭이다. 도 11a에 도시된 대로, 내부 솔레노이드 코일(20)의 경사 조정(보정) 후 전류 경로 분포는 중심축으로서 X축과 Z축에 대해 대칭인 타원 형태를 가진다.
도 11c 및 11d는 내부 솔레노이드 코일(20)의 경사 조정(보정) 전후 등자력면의 분포를 나타낸다. 도 11d에 도시된 내부 솔레노이드 코일(20)의 경사 조정(보정) 후 등자력면에 비하여, 도 11c에 도시된 대로 내부 솔레노이드 코일(20)의 경사 조정(보정) 전 등자력면은 경사 방향으로 뻗어있는 타원형(oval)이라는 점을 알 수 있다.
도 9는 내부 솔레노이드 코일(20)의 경사 조정(보정) 전후 자기장 분포를 나타낸다. 도 9의 수평축 또는 X축 및 수직축 또는 Y축은 도 12 및 13의 X축 및 Y축에 각각 대응한다. 그런데, 도 9에서, (x, y) = (0, 0) (X축: 0mm, Y축: 0mm)은 안테나 중심선(26)과 전력 공급 용기 중심선(15c)의 위치를 나타낸다. 또한, 도 9에서, 참조번호 25a는 스페이서가 삽입되는 방향을 나타내는 가상 스페이서 위치를, 참조번호 37은 도 10에 도시된 에칭 속도가 모니터되는 방향을 뜻한다. 도 9에서, 내부 솔레노이드 코일(20)의 경사 조정(보정) 전 가우스 미터의 자기장 측정면(36)에 의해 측정된 자기장 분포는 (x, y) = (0, 0) (X축: 0mm, Y축: 0mm)이 중심점인 비대칭 원형이다. 상세하게는, X축으로 -50 내지 0mm의 영역 및 Y축으로 -50 내지 0mm의 영역이 왜곡된 원호(circular arc)의 형태임을 알 수 있다. 반면에, 내부 솔레노이드 코일(20)의 경사 조정(보정) 후 가우스 미터의 자기장 측정면(36)에 의해 측정된 자기장 분포는 (x, y) = (0, 0) (X축: 0mm, Y축: 0mm)이 중심점인 대칭 원형이다.
도 10은 내부 솔레노이드 코일(20)의 경사 조정(보정) 전후 에칭 분포를 나타낸다. 도 10에서, 수평축은 기판 중심(0mm)에서 좌우로의 거리(mm)를 나타내며, 수직축은 에칭 속도를 나타낸다. 또한, 도 10에서 사각형(□)은 보정 후 각 포인트에서의 에칭 속도를 나타내며, 마름모(◇)는 보정 전 각 포인트에서 에칭 속도를 나타낸다. 또한, 여기에 도시된 에칭 속도의 값은 에칭 속도의 평균값을 정규화하여 얻어진다. 도 10에 도시된 대로, 내부 솔레노이드 코일(20)의 경사 조정(보정) 전 에칭 속도 분포는 왼쪽으로 기울어진 직선의 형태이다. 즉, 내부 솔레노이드 코일(20)의 경사 조정(보정) 전, 기판(14)(0mm)의 중심에서 좌측으로 100mm의 거리의 포인트에 에칭 속도: 103은 기판(14)(0mm)의 중심에서 우측으로 100mm의 거리의 포인트에 에칭 속도: 97과 상당히 다르다. 반면에, 도 10에 도시된 대로, 내부 솔레노이드 코일(20)의 경사 조정(보정) 후 에칭 속도 분포는 거의 수평한 직선의 형태 내에 있다. 즉, 내부 솔레노이드 코일(20)의 경사 조정(보정) 후, 기판(14)(0mm)의 중심에서 좌측으로 100mm의 거리의 포인트에 에칭 속도: 100은 기판(14)(0mm)의 중심에서 우측으로 100mm의 거리의 포인트에 에칭 속도: 100과 실질적으로 동일하다. 즉, 보정 전 각 포인트의 에칭 속도("◇"로 도시)와 보정 후 각 포인트의 에칭 속도("□"로 도시)의 직선 근사(approximation)는 보정 전 분포가 기울기가 큰, y = -0.0221x + 100.09인 식으로 나타나는 직선의 형태인 반면, 보정 후 분포는 기울기가 작은 거의 수평인, y = -0.0019x + 99.944인 식으로 나타나는 직선의 형태이다.
상술한 바와 같이, 솔레노이드 코일의 경사 조정이 가우스 미터에 의한 자기장 측정의 결과를 기초로 수행되는 경우, 균일성의 논의가 자기장 측정에 의해 단지 달성될 수 있으므로, 에칭 속도 분포가 광학식 막 두께 측정 기구를 사용하여 측정되고 솔레노이드 코일의 경사 조정이 측정된 결과를 기초로 수행되는 경우와 비교하여, 요구되는 에칭 속도 확인의 수는 기본적으로 1회이다. 그러므로, 장치의 조정에 사용하는 기판의 요구되는 수는 적다. 게다가, 자기장의 균일성의 개선은 플라즈마의 균일성의 개선을 가져오며, 이어서 에칭 속도 분포의 개선을 가져온다. 또한, 플라즈마의 불균일성에 기인한 손상은 억제될 수 있다.
상술한 제 1, 제 2 및 제 3 실시예에서는, 솔레노이드 코일의 대칭축으로써 코일 중심선(27)이 환형 안테나의 대칭축으로써 안테나 중심선(26)에 대해 기결정된 각으로 기울어지도록 경사 조정 수단이 솔레노이드 코일(20, 21)에 설치되는 예에 대해 설명될 것이다. 그러나, 단지 코일 중심선(27)과 안테나 중심선(26) 중 임의의 하나가 다른 중심선에 대해 기결정된 각으로 기울어지도록 제공되는 임의의 수단이 사용될 수 있다. 즉, 환형 안테나(16)의 대칭축으로써 안테나 중심선(26)이 솔레노이드 코일의 대칭축으로써 코일 중심선(27)에 대해 기결정된 각으로 기울어지도록, 경사 조정 수단은 환형 안테나(16)의 대칭축으로써 안테나 중심선(26)이 솔레노이드 코일의 대칭축으로써 코일 중심선(27)에 대해 기결정된 각으로 기울어지도록 환형 안테나(16)에 설치될 수 있다. 이는 플라즈마 밀도 분포의 불균일성을 보정하게 하여, 균일한 기판 처리를 달성할 수 있도록 한다.
도 17 및 18은 안테나 중심선(26)이 기울어진 구성을 나타낸다. 기본 구성은 제 1 실시예의 구성과 동일하므로, 기본 구성의 설명은 생략될 것이며, 차이점에 관하여만 설명될 것이다. 도 17 및 18의 구성에서, 경사 조정 수단(25)(예, 심)이 베이스판(30)과 정합 회로(18) 사이에 삽입되며, 그 결과, 정합 회로에 연결된 환형 안테나(16)는 제 1 실시예와 다르게 기울어진다. 따라서, 안테나 중심선(26)은 코일 중심선(27)에 대해 기결정된 각으로 기울어진다. 그런데, 이런 구성에서는 정합 회로(18)가 기울어져, 환형 안테나(16)를 간접적으로 기울어지게 한다; 그러나, 환형 안테나(16)의 경사는 직접적으로 조정될 수 있다. 또한, 안테나 중심선(26)과 코일 중심선(27) 모두가 기울어질 수 있다.

Claims (9)

  1. 내부에 기판을 배치할 수 있는 용기;
    상기 용기 내에 플라즈마를 발생시키기 위해, 상기 용기의 주변에 제공되는 안테나;
    동심으로 배열된 제 1 솔레노이드 코일 및 제 2 솔레노이드 코일을 포함하며, 상기 용기 내에 자기장을 발생시켜 플라즈마를 확산시키기 위해 상기 안테나의 주변에 제공되는 자기장 발생 수단;
    상기 자기장 발생 수단을 지지하며 상기 용기를 둘러싸는 환형의 베이스판; 및
    상기 제 1 솔레노이드 코일 및 상기 제 2 솔레노이드 코일 각각에 대해 제공되며, 상기 자기장 발생 수단을 기울어지게 하는 경사 조정 수단을 포함하며,
    상기 경사 조정 수단은, 상기 제 1 및 제 2 솔레노이드 코일에 의해 형성된 자기장의 등자력면의 중심이 상기 안테나의 중심선 상에 위치하고 상기 등자력면이 상기 안테나의 중심선에 수직인 면 내에서 원형을 가지도록, 상기 제 1 솔레노이드의 중심선 및 상기 제 2 솔레노이드의 중심선을 상기 안테나의 중심선에 대하여 기결정된 각으로 기울이며,
    상기 경사 조정 수단은 상기 베이스판에 연결되고 상하 이동가능한 구동 유닛이며, 상기 자기장 발생 수단은 상기 구동 유닛의 상하 이동에 의해 상기 베이스판을 기울어지게 함으로써 기울어지고,
    상기 구동 유닛은 상기 베이스판의 일단측에 제공되는 제 1 구동 유닛과 상기 베이스판의 타단측에 제공되는 제 2 구동 유닛을 포함하는, 플라즈마로 기판을 처리하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 내부에 기판을 배치할 수 있는 용기;
    상기 용기 내에 플라즈마를 발생시키기 위해, 상기 용기의 주변에 제공되는 안테나;
    동심으로 배열된 제 1 솔레노이드 코일 및 제 2 솔레노이드 코일을 포함하며, 상기 용기 내에 자기장을 발생시켜 플라즈마를 확산시키기 위해 상기 안테나의 주변에 제공되는 자기장 발생 수단;
    상기 자기장 발생 수단을 지지하며 상기 용기를 둘러싸는 환형의 베이스판; 및
    상기 제 1 솔레노이드 코일 및 상기 제 2 솔레노이드 코일 각각에 대해 제공되며, 상기 자기장 발생 수단을 기울어지게 하는 경사 조정 수단을 포함하며,
    상기 경사 조정 수단은, 상기 제 1 및 제 2 솔레노이드 코일에 의해 형성된 자기장의 등자력면의 중심이 상기 안테나의 중심선 상에 위치하고 상기 등자력면이 상기 안테나의 중심선에 수직인 면 내에서 원형을 가지도록, 상기 제 1 솔레노이드의 중심선 및 상기 제 2 솔레노이드의 중심선을 상기 안테나의 중심선에 대하여 기결정된 각으로 기울이며,
    상기 경사 조정 수단은 상기 베이스판에 연결되고 상하 이동가능한 구동 유닛이며, 상기 자기장 발생 수단은 상기 구동 유닛의 상하 이동에 의해 상기 베이스판을 기울어지게 함으로써 기울어지고,
    상기 구동 유닛은 상기 베이스판의 외주 방향에서 등각으로 배열되는 제 1 구동 유닛, 제 2 구동 유닛 및 제 3 구동 유닛을 포함하는, 플라즈마로 기판을 처리하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 안테나는 제 1 축에 대해 축대칭이고, 상기 제 1 축을 둘러싸도록 구성된 환형 안테나이며,
    상기 제 1 솔레노이드 코일 및 제 2 솔레노이드 코일 각각은 제 2 축에 대해 축대칭이고, 상기 제 2 축을 둘러싸도록 구성된 솔레노이드 코일이며,
    상기 제 1 축 및 제 2 축이 서로 기결정된 각을 형성하도록 상기 제 1 솔레노이드 코일 및 제 2 솔레노이드 코일 각각이 상기 경사 조정 수단에 의해 기울어지는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 축과 상기 제 2 축에 의해 형성된 각이 0°내지 5°의 범위에 있는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 용기는 내부에 플라즈마를 발생시키는 전력 공급 용기와, 상기 전력 공급 용기의 내부 공간이 처리 용기의 내부 공간과 통하도록 전력 공급 용기에 연결되고 내부에 상기 기판을 배치가능한 처리 용기를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
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  7. 삭제
  8. 삭제
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