KR101755686B1 - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
플라즈마 처리 장치는 적어도 일부가 유전체 창으로 이루어지는 진공배기 가능한 처리용기와, 상기 처리용기내에서 피처리 기판을 유지하는 기판 유지부와, 상기 처리용기내에 원하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와, 병렬 연장하는 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 포함한다. 또한, 상기 플라즈마 처리 장치는 상기 유전체 창의 밖에 마련되는 RF 안테나와, 고주파 전력을 상기 RF 안테나에 공급하는 고주파 급전부와, 상기 RF 안테나내에서, 병렬 모드와, 체배형 직렬 모드와, 상쇄형 직렬 모드의 사이에서 전환 가능한 스위치 회로망을 포함한다.
Description
본 발명은 피처리 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 기술에 관한 것으로서, 특히 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다．
반도체 디바이스나 FPD(Flat Panel Display)의 제조 프로세스에 있어서의 에칭, 퇴적, 산화, 스퍼터링 등의 처리에서는 처리 가스로 비교적 저온에서 양호한 반응을 실행시키기 위해 플라즈마가 흔히 이용되고 있다. 종래부터, 이러한 종류의 플라즈마 처리에는 ㎒ 영역의 고주파 방전에 의한 플라즈마가 많이 이용되고 있다. 고주파 방전에 의한 플라즈마는 더욱 구체적(장치적)인 플라즈마 생성법으로서, 용량 결합형 플라즈마와 유도 결합형 플라즈마로 크게 나누어진다.
일반적으로, 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치는 처리용기의 벽부의 적어도 일부(예를 들면 천장)를 유전체 창으로 구성하고, 그 유전체 창의 밖에 마련한 코일형상의 RF 안테나에 고주파 전력을 공급한다. 처리용기는 감압 가능한 진공 챔버로서 구성되어 있으며, 챔버내의 중앙부에 피처리 기판(예를 들면, 반도체 웨이퍼, 유리 기판 등)이 배치되고, 유전체 창과 기판의 사이에 설정되는 처리공간에 처리 가스가 도입된다. RF 안테나에 흐르는 고주파 전류에 의해서, 자력선이 유전체 창을 관통하여 챔버내의 처리공간을 통과하는 고주파수의 교류 자계가 RF 안테나의 주위에 발생하고, 이 교류 자계의 시간적인 변화에 의해서 처리공간 내에서 방위각 방향으로 유도 전계가 발생한다. 그리고, 이 유도 전계에 의해서 방위각 방향으로 가속된 전자가 처리 가스의 분자나 원자와 전리 충돌을 일으켜서, 도넛형상의 플라즈마가 생성된다.
챔버내에 큰 처리공간이 마련되는 것에 의해서, 상기 도넛형상의 플라즈마는 효율적으로 사방(특히, 반경 방향)으로 확산되고, 기판 상에서는 플라즈마의 밀도가 상당히 고르게 된다. 그러나, 통상의 RF 안테나를 이용하는 것만으로는 기판상에 얻어지는 플라즈마 밀도의 균일성은 대개의 플라즈마 프로세스에 있어서 불충분하다. 플라즈마 프로세스에 있어서, 기판상의 플라즈마 밀도의 균일성을 향상시키는 것은 프로세스의 균일성 및 재현성 더 나아가서는 제조 양품률을 좌우하기 때문에 가장 중요한 과제 중의 하나이다.
유도 결합형의 플라즈마 처리 장치에 있어서는 챔버내의 유전체 창 부근에 생성되는 도넛형상 플라즈마내의 플라즈마 밀도 분포 특성(프로파일)이 중요하고, 그 중심인 플라즈마 밀도 분포의 프로파일이 확산 후의 기판상에 얻어지는 플라즈마 밀도 분포의 균일성을 좌우한다.
이와 관련해서, 직경방향의 플라즈마 밀도 분포의 균일성을 향상시키는 기법으로서, RF 안테나를 직경방향에서 중심부와 주변부의 2개의 소용돌이형 코일 세그먼트로 분할하는 방식이 몇 가지 제안되어 있다. 이 RF 안테나 분할 방식에는 각각의 소용돌이형 코일 세그먼트에 개별의 고주파 전력을 공급하는 제 1 방식(예를 들면 특허문헌 1), 각각의 소용돌이형 코일 세그먼트의 임피던스를 콘덴서 등의 부가 회로에서 가변하여 1개의 고주파 전원으로부터 전부의 안테나/세그먼트로 각각 분배되는 RF 전력의 분할비를 제어하는 제 2 방식(예를 들면 특허문헌 2), 1개의 고주파 전원에 대해 중심 및 주변의 소용돌이형 코일 세그먼트를 직렬로 접속하여, 중심의 소용돌이형 코일 세그먼트에 합선용의 스위치 또는 가변 콘덴서를 병렬로 접속하는 제 3 방식(예를 들면 특허문헌 3) 등이 있다.
상기와 같은 종래의 RF 안테나 분할 방식 중, 상기 제 1 방식은 복수의 고주파 전원 뿐만 아니라 동일 수의 정합기를 필요로 하고, 고주파 급전부의 번잡화와 현저한 비용상승이 큰 애로로 되고 있다.
상기 제 2 방식은 각 안테나/세그먼트의 임피던스에는 다른 안테나/세그먼트 뿐만 아니라 플라즈마의 임피던스도 영향을 미치기 때문에, 부가 회로만으로 분할비를 임의로 정할 수 없어, 제어성에 어려움이 있다.
상기 제 3 방식은 중심의 소용돌이형 코일 세그먼트와 병렬로 접속하는 바이패스 회로로서 합선용 스위치를 이용하는 경우에는 2단계(ON/OFF)의 대략적인 제어밖에 실행할 수 없다. 또한, 가변 콘덴서를 이용하는 경우에는 최적의 조정값이 플라즈마 상태에 강하게 의존한다. 예를 들면, 중심부의 소용돌이형 코일 세그먼트에 흐르는 전류를 주변부의 소용돌이형 코일 세그먼트에 흐르는 전류의 절반으로 하려고 해도, 그 조건을 성립시키는 조정값은 압력 혹은 RF 파워에 의존하여 변화하며, 조정이 용이하지 않다.
유도 결합형의 플라즈마 처리 장치에 있어서도, 챔버내에 생성되는 플라즈마의 분포는 압력, RF 파워, 가스계 등의 프로세스 조건에 따라 변화하기 쉽다. 이 때문에, 프로세스 조건을 어느 정도 넓게 변화시켜도 균일한 플라즈마를 생성할 수 있도록 하는 것이 지상 명제로 되어 있으며, 이 명제에 충분히 맞출 수 있는 기술이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하는 것이며, 고주파 급전 계통의 부담이 가벼운 동시에, RF 안테나 내의 전류 분포에 대해 프로세스 조건 혹은 플라즈마 상태에 의존하지 않는 다양하고 또한 임의의 제어를 가능하게 하며, 플라즈마 밀도 분포의 균일성 또는 제어성을 개선할 수 있는 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 제 1 관점에 있어서의 플라즈마 처리 장치는 적어도 일부가 유전체 창으로 이루어지는 진공배기 가능한 처리용기와, 상기 처리용기내에서 피처리 기판을 유지하는 기판 유지부와, 상기 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하기 위해, 상기 처리용기내에 원하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와, 병렬 연장하는 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 갖고, 상기 처리용기내에서 유도 결합에 의해 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위해 상기 유전체 창의 밖에 마련되는 RF 안테나와, 상기 처리 가스의 고주파 방전에 적합한 주파수의 고주파 전력을 상기 RF 안테나에 공급하는 고주파 급전부와, 상기 RF 안테나내에서, 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 병렬 접속하는 병렬 모드와, 상기 제 1 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 2 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 동일하게 되도록 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 직렬 접속하는 체배형 직렬 모드와, 상기 제 1 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 2 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 반대가 되도록 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 직렬 접속하는 상쇄형 직렬 모드의 사이에서 전환 가능한 스위치 회로망을 갖는다.
상기 제 1 관점에 있어서의 플라즈마 처리 장치에 있어서는 병렬 모드가 선택된 경우에는 제 1 및 제 2 코일 세그먼트에 그들 임피던스에 따른 분배비로 고주파 분기 전류가 코일 주회 방향에서 동일 방향으로 흐르고, 1조의 코일로서는 그들 분기 전류를 더한 기자력(起磁力)이 처리용기내의 플라즈마 생성에 작용한다. 체배형 직렬 모드가 선택된 경우에는 고주파 전류가 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 코일 주회 방향에서 동일 방향으로 흐르는 것에 의해, 1조의 코일로서는 처리용기내의 플라즈마 생성에 작용하는 기자력이 배증한다. 상쇄형 직렬 모드가 선택된 경우에는 고주파 전류가 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 코일 주회 방향에서 반대의 방향으로 흐르는 것에 의해, 각각의 기자력이 상쇄되고, 1조의 코일로서는 실제로는 전류가 흐르고 있음에도 불구하고, 처리용기내의 플라즈마에 대해서는 전류가 거의 흐르고 있지 않은 상태가 만들어진다. 스위치 회로망에 의해 병렬 모드, 체배형 직렬 모드 및 상쇄형 직렬 모드를 선택적으로 전환하는 것에 의해, 처리용기내에 생성되는 도넛형상 플라즈마내의 전류밀도 분포를 해당 1조의 코일(한 쌍의 코일 세그먼트)에 대응하는 위치 부근에서 다단계로 조정할 수 있다.
본 발명의 제 2 관점에 있어서의 플라즈마 처리 장치는 적어도 일부가 유전체 창으로 이루어지는 진공배기 가능한 처리용기와, 상기 처리용기내에서 피처리 기판을 유지하는 기판 유지부와, 상기 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하기 위해, 상기 처리용기내에 원하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와, 병렬 연장하는 제 1 및 제 2 코일 세그먼트와, 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트보다 큰 직경으로 병렬 연장하는 제 3 및 제 4 코일 세그먼트를 갖고, 상기 처리용기내에서 유도 결합에 의해 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위해 상기 유전체 창의 밖에 마련되는 RF 안테나와, 상기 처리 가스의 고주파 방전에 적합한 주파수의 고주파 전력을 상기 RF 안테나에 공급하는 고주파 급전부와, 상기 RF 안테나내에서, 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 병렬 접속하는 제 1 병렬 모드와, 상기 제 1 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 2 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 동일하게 되도록 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 직렬 접속하는 제 1 체배형 직렬 모드와, 상기 제 1 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 2 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 반대가 되도록 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 직렬 접속하는 제 1 상쇄형 직렬 모드의 사이에서 전환 가능한 제 1 스위치 회로망과, 상기 RF 안테나내에서, 상기 제 3 및 제 4 코일 세그먼트를 병렬 접속하는 제 2 병렬 모드와, 상기 제 3 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 4 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 동일하게 되도록 상기 제 3 및 제 4 코일 세그먼트를 직렬 접속하는 제 2 체배형 직렬 모드와, 상기 제 3 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 4 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 반대가 되도록 상기 제 3 및 제 4 코일 세그먼트를 직렬 접속하는 제 2 상쇄형 직렬 모드의 사이에서 전환 가능한 제 2 스위치 회로망을 갖는다.
상기 제 2 관점에 있어서의 플라즈마 처리 장치에 있어서는 제 1 및 제 2 코일 세그먼트에 대해, 제 1 병렬 모드가 선택된 경우에는 그들 임피던스에 따른 분배비로 고주파 분기 전류가 코일 주회 방향에서 동일 방향으로 흐르고, 1조의 코일로서는 그들 분기 전류를 더한 기자력이 해당 1조의 코일(제 1 및 제 2 코일 세그먼트)에 대응하는 위치 부근에서 처리용기내의 플라즈마 생성에 작용한다. 또한, 제 1 체배형 직렬 모드가 선택된 경우에는 고주파 전류가 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 코일 주회 방향에서 동일 방향으로 흐르는 것에 의해, 해당 1조의 코일에 대응하는 위치 부근에서 처리용기내의 플라즈마 생성에 작용하는 기자력이 배증한다. 또한, 제 1 상쇄형 직렬 모드가 선택된 경우에는 고주파 전류가 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 코일 주회 방향에서 반대의 방향으로 흐르는 것에 의해, 각각의 기자력이 상쇄되고, 실제로는 전류가 흐르고 있음에도 불구하고, 처리용기내의 플라즈마에 대해서는 해당 1조의 코일에 대응하는 위치 부근에서는 전류가 거의 흐르고 있지 않은 상태가 만들어진다. 제 1 스위치 회로망에 의해 제 1 병렬 모드, 제 1 체배형 직렬 모드 및 제 1 상쇄형 직렬 모드를 선택적으로 전환하는 것에 의해, 처리용기내에 생성되는 도넛형상 플라즈마내의 전류밀도 분포를 해당 1조의 코일(제 1 및 제 2 코일 세그먼트)에 대응하는 위치 부근에서 다단계로 조정할 수 있다.
한편, 제 3 및 제 4 코일 세그먼트에 대해, 제 2 병렬 모드가 선택된 경우에는 그들 임피던스에 따른 분배비로 고주파 분기 전류가 코일 주회 방향에서 동일한 방향으로 흐르고, 그들 분기 전류를 더한 기자력이 해당 1조의 코일(제 3 및 제 4 코일 세그먼트)에 대응하는 위치 부근에서 처리용기내의 플라즈마 생성에 작용한다. 또한, 제 2 체배형 직렬 모드가 선택된 경우에는 고주파 전류가 제 3 및 제 4 코일 세그먼트를 코일 주회 방향에서 동일한 방향으로 흐르는 것에 의해, 해당 1조의 코일에 대응하는 위치 부근에서 처리용기내의 플라즈마 생성에 작용하는 기자력이 배증한다. 또한, 제 2 상쇄형 직렬 모드가 선택된 경우에는 고주파 전류가 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 코일 주회방향에서 반대의 방향으로 흐르는 것에 의해, 각각의 기자력이 상쇄되고, 실제로는 전류가 흐르고 있음에도 불구하고, 처리용기내의 플라즈마에 대해서는 해당 1조의 코일에 대응하는 위치 부근에서는 전류가 거의 흐르고 있지 않은 상태가 만들어진다. 제 2 스위치 회로망에 의해 제 2 병렬 모드, 제 2 체배형 직렬 모드 및 제 2 상쇄형 직렬 모드를 선택적으로 전환하는 것에 의해, 처리용기내에 생성되는 도넛형상 플라즈마내의 전류밀도 분포를 해당 1조의 코일(제 3 및 제 4 코일 세그먼트)에 대응하는 위치 부근에서 다단계로 조정할 수 있다.
따라서, RF 안테나내의 전류 경로(전류 분포) 또는 합성 기자력으로서, 다수 종류(9가지)의 합성 모드가 선택 가능하다. 각각의 합성 모드에 있어서, RF 안테나내의 전류 분포 또는 기자력 분포는 각 조의 코일에서 선택된 모드(병렬 모드, 체배형 직렬 모드, 상쇄형 직렬 모드)에 따라 결정되며, 플라즈마의 상태에 의존하지 않고, 어떠한 프로세스 조건(압력/RF 파워/가스계)에 있어서도, 원하는 전류 분포 또는 합성 기자력을 얻을 수 있다.
본 발명의 제 3 관점에 있어서의 플라즈마 처리 장치는 적어도 일부가 유전체 창으로 이루어지는 진공배기 가능한 처리용기와, 상기 처리용기내에서 피처리 기판을 유지하는 기판 유지부와, 상기 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하기 위해, 상기 처리용기내에 원하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와, 병렬 연장하는 원호형상의 제 1 및 제 2 코일 세그먼트와, 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트와 각각 동일한 원주를 따라 병진하는 원호형상의 제 3 및 제 4 코일 세그먼트를 갖고, 상기 처리용기내에서 유도 결합에 의해 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위해 상기 유전체 창의 밖에 마련되는 RF 안테나와, 상기 처리 가스의 고주파 방전에 적합한 주파수의 고주파 전력을 상기 RF 안테나에 공급하는 고주파 급전부와, 상기 RF 안테나내에서, 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 병렬 접속하고, 또한 상기 제 3 및 제 4 코일 세그먼트를 병렬 접속하는 병렬 모드와, 상기 제 1 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 2 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 동일하게 되고, 또한 상기 제 3 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 4 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 동일하게 되도록, 상기 제 1 및 제 3 코일 세그먼트를 직렬 접속하고, 또한 상기 제 2 및 제 4 코일 세그먼트를 직렬 접속하는 체배형 직렬 모드와, 상기 제 1 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 2 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 반대가 되고, 또한 상기 제 3 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 4 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 반대가 되도록, 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 직렬 접속하고, 또한 상기 제 3 및 제 4 코일 세그먼트를 직렬 접속하는 상쇄형 직렬 모드의 사이에서 전환 가능한 스위치 회로망을 갖는다.
상기 제 3 관점에 있어서의 플라즈마 처리 장치는 상기 제 1 관점에 있어서의 플라즈마 처리 장치에 있어서 각 코일 세그먼트를 코일 주회 방향에서 분할하는 구성을 고유의 특징으로 하고, 그 이외의 기본적인 구성 및 작용은 상기 제 1 관점에 있어서의 플라즈마 처리 장치와 동일하다. 효과면에서는 스위치 회로망의 구성은 번잡화되지만, 각 코일 세그먼트의 길이가 짧기 때문에 파장 효과를 억제할 수 있는 것과, 코일 주회 방향에 있어서 코일 세그먼트 코일의 단락 또는 개방단의 수가 많아짐으로써 동일 방향의 전류밀도 분포의 편차를 저감할 수 있다고 하는 이점이 있다.
본 발명의 상기 제 1 관점에 있어서의 플라즈마 처리 방법은 천장에 유전체 창을 갖는 진공배기 가능한 처리용기내에서 상기 유전체 창의 아래쪽에 설정된 소정 위치에 피처리 기판을 배치하는 공정과, 처리 가스 공급부로부터 상기 처리용기내에 원하는 처리 가스를 공급하는 공정과, 상기 처리용기내를 소정의 압력으로 감압 상태로 유지하는 공정과, 병렬 연장하는 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 갖고, 상기 유전체 창의 위쪽에 배치되어 있는 RF 안테나내에서, 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 병렬 접속하는 병렬 모드, 상기 제 1 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 2 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 동일하게 되도록 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 직렬 접속하는 체배형 직렬 모드, 또는 상기 제 1 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 2 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 반대가 되도록 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 직렬 접속하는 상쇄형 직렬 모드 중의 어느 하나를 선택하는 공정과, 상기 RF 안테나에 고주파 전원으로부터 소정 주파수의 고주파를 인가하여, 상기 선택된 모드에서 접속되어 있는 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트에 고주파 전류를 흘리는 공정과, 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트에서 흐르는 상기 고주파 전류에 따른 고주파의 자계 및 유도 전계에 의해서 상기 처리용기내의 상기 유전체 창의 부근에서 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 공정과, 생성된 상기 플라즈마를 상기 처리용기내에서 확산시키는 공정과, 상기 플라즈마 하에서 상기 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하는 공정을 갖는다.
본 발명의 상기 제 3 관점에 있어서의 플라즈마 처리 방법은 천장에 유전체 창을 갖는 진공배기 가능한 처리용기내에서 상기 유전체 창의 아래쪽에 설정된 소정 위치에 피처리 기판을 배치하는 공정과, 처리 가스 공급부로부터 상기 처리용기내에 원하는 처리 가스를 공급하는 공정과, 상기 처리용기내를 소정의 압력으로 감압 상태로 유지하는 공정과, 병렬 연장하는 원호형상의 제 1 및 제 2 코일 세그먼트와, 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트와 각각 동일한 원주를 따라 병렬 연장하는 원호형상의 제 3 및 제 4 코일 세그먼트를 갖고, 상기 유전체 창의 위쪽에 배치되어 있는 RF 안테나내에서, 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 병렬 접속하고, 또한 상기 제 3 및 제 4 코일 세그먼트를 병렬 접속하는 병렬 모드, 상기 제 1 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 2 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 동일하게 되고, 또한 상기 제 3 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 4 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 동일하게 되도록, 상기 제 1 및 제 3 코일 세그먼트를 직렬 접속하고, 또한 상기 제 2 및 제 4 코일 세그먼트를 직렬 접속하는 체배형 직렬 모드, 또는 상기 제 1 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 2 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 반대가 되고, 또한 상기 제 3 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 4 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 반대가 되도록, 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 직렬 접속하고, 또한 상기 제 3 및 제 4 코일 세그먼트를 직렬 접속하는 상쇄형 직렬 모드 중의 어느 하나를 선택하는 공정과, 상기 RF 안테나에 고주파 전원으로부터 소정 주파수의 고주파를 인가하여, 상기 선택된 모드에서 접속되어 있는 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 코일 세그먼트에 고주파 전류를 흘리는 공정과, 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 코일 세그먼트에서 흐르는 상기 고주파 전류에 따른 고주파의 자계 및 유도 전계에 의해서 상기 처리용기내의 상기 유전체 창의 부근에서 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 공정과, 생성된 상기 플라즈마를 상기 처리용기내에서 확산시키는 공정과, 상기 플라즈마 하에서 상기 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하는 공정을 갖는다.
본 발명에 따르면, 상기와 같은 구성 및 작용에 의해, RF 급전 계통의 부담이 가벼워 RF 안테나의 구조가 간이하고 또한 제작 용이하면서, 플라즈마 밀도 분포의 균일성 또는 제어성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 있어서의 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치의 구성을 나타내는 종단면도이고,
도 2는 제 1 실시예에 의한 RF 안테나 및 스위치 회로망의 배치 구성을 나타내는 사시도이고,
도 3(a)~도 3(d)는 상기 실시예의 RF 안테나에 있어서 중심 코일내의 전류 경로 또는 전류 분포를 복수의 모드로 전환하는 기능을 설명하기 위한 도면이고,
도 4(a)~도 4(d)는 도 3(a)~도 3(d)의 구성 및 기능의 일 변형예를 나타내는 도면이고,
도 5a는 도 3(a)~도 3(d)의 구성 및 기능의 일 변형예를 나타내는 도면이고,
도 5b는 도 4(a)~도 4(d)의 구성 및 기능의 일 변형예를 나타내는 도면이고,
도 6a는 상기 실시예에 있어서의 RF 안테나 및 스위치 회로망의 작용(제 1 합성 모드)을 나타내는 도면이고,
도 6b는 상기 실시예에 있어서의 RF 안테나 및 스위치 회로망의 작용(제 2 합성 모드)을 나타내는 도면이고,
도 6c는 상기 실시예에 있어서의 RF 안테나 및 스위치 회로망의 작용(제 3 합성 모드)을 나타내는 도면이고,
도 6d는 상기 제 1 실시예에 있어서의 RF 안테나 및 스위치 회로망의 작용(제 4 합성 모드)을 나타내는 도면이고,
도 6e는 상기 실시예에 있어서의 RF 안테나 및 스위치 회로망의 작용(제 5 합성 모드)을 나타내는 도면이고,
도 6f는 상기 실시예에 있어서의 RF 안테나 및 스위치 회로망의 작용(제 6 합성 모드)을 나타내는 도면이고,
도 6g는 상기 실시예에 있어서의 RF 안테나 및 스위치 회로망의 작용(제 7 합성 모드)을 나타내는 도면이고,
도 6h는 상기 실시예에 있어서의 RF 안테나 및 스위치 회로망의 작용(제 8 합성 모드)을 나타내는 도면이고,
도 7a는 상기 제 1 실시예에 있어서의 합성 모드의 몇 개에 대해 전자계 시뮬레이션에 의해 얻어진 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 7b는 상기 실시예에 있어서의 합성 모드의 몇 개에 대해 전자계 시뮬레이션에 의해 얻어진 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 8a는 [2AT/1AT]의 합성 모드에 있어서의 RF 안테나내의 접속 상태와 대표적인 포인트를 나타내는 도면이고,
도 8b는 [2AT/1AT]의 합성 모드에 있어서의 RF 안테나내의 전류 분포를 나타내는 플롯도면이고,
도 9a는 [2AT/2AT]의 합성 모드에 있어서의 RF 안테나내의 접속 상태와 대표적인 포인트를 나타내는 도면이고,
도 9b는 [2AT/2AT]의 합성 모드에 있어서의 RF 안테나내의 전류 분포를 나타내는 플롯도면이고,
도 10a는 RF 안테나내에 콘덴서를 마련하는 구성에 있어서 [1AT/2AT]의 합성 모드가 선택된 상태를 나타내는 도면이고,
도 10b는 RF 안테나내에 콘덴서를 마련하는 구성에 있어서 [1AT/1AT]의 합성 모드가 선택된 상태를 나타내는 도면이고,
도 10c는 RF 안테나내에 콘덴서를 마련하는 구성에 있어서 [2AT/2AT]의 합성 모드가 선택된 상태를 나타내는 도면이고,
도 10d는 상기 [2AT/2AT]의 합성 모드(도 10c)가 선택된 경우의 RF 안테나내의 전류 분포를 나타내는 플롯도면이고,
도 10e는 상기 [2AT/2AT]의 합성 모드(도 10c)가 선택된 경우의 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 11은 RF 안테나의 후단에 콘덴서를 마련하는 구성에 있어서 [2AT/2AT]의 합성 모드가 선택된 상태를 나타내는 도면이고,
도 12a는 콘덴서의 캐패시턴스가 10㎊이고, 상기 [2AT/2AT]의 합성 모드(도 11)가 선택된 경우의 RF 안테나내의 전류 분포를 나타내는 플롯도면이고,
도 12b는 콘덴서의 캐패시턴스가 10㎊이고, 상기 [2AT/2AT]의 합성 모드(도 11)가 선택된 경우의 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 13a는 콘덴서의 캐패시턴스가 100㎊이고, 상기 [2AT/2AT]의 합성 모드(도 11)가 선택된 경우의 RF 안테나내의 전류 분포를 나타내는 플롯도면이고,
도 13b는 콘덴서의 캐패시턴스가 100㎊이고, 상기 [2AT/2AT]의 합성 모드(도 11)가 선택된 경우의 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 14a는 제 2 실시예에 있어서 [0AT/2AT]의 합성 모드가 선택된 상태를 나타내는 도면이고,
도 14b는 상기 [0AT/2AT]의 합성 모드(도 14a)가 선택된 경우의 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 15a는 제 2 실시예에 있어서 [1AT/2AT]의 합성 모드가 선택된 상태를 나타내는 도면이고,
도 15b는 상기 [1AT/1AT]의 합성 모드(도 15a)가 선택된 경우의 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 16a는 제 2 실시예에 있어서 [2AT/1AT]의 합성 모드가 선택된 상태를 나타내는 도면이고,
도 16b는 상기 [2AT/1AT]의 합성 모드(도 16a)가 선택된 경우의 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 17a는 제 2 실시예에 있어서 [2AT/0AT]의 합성 모드가 선택된 상태를 나타내는 도면이고,
도 17b는 상기 [2AT/0AT]의 합성 모드(도 17a)가 선택된 경우의 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 18a는 제 2 실시예에 있어서 [2AT/2AT]의 합성 모드가 선택된 상태를 나타내는 도면이고,
도 18b는 상기 [2AT/2AT]의 합성 모드(도 18a)가 선택된 경우의 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 19a는 제 2 실시예에 있어서 [1AT/2AT]의 합성 모드가 선택된 상태를 나타내는 도면이고,
도 19b는 상기 [1AT/2AT]의 합성 모드(도 19a)가 선택된 경우의 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 20(a)~도 20(c)는 주변 코일(또는 중심 코일)을 단일의 코일 세그먼트로 구성하는 실시예를 나타내는 도면이고,
도 21(a)~도 21(c)는 1조의 코일을 구성하는 한 쌍의 코일 세그먼트간의 갭을 임의로 넓히는 실시예를 나타내는 도면이고,
도 22a는 중심 코일 및 주변 코일의 쌍방에서 한 쌍의 코일 세그먼트간의 갭을 넓히는 실시예에 있어서 [0AT/1AT]의 합성 모드가 선택된 경우의 각 부의 접속 상태 및 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 22b는 상기 실시예에 있어서 [1AT/1AT]의 합성 모드가 선택된 경우의 각 부의 접속 상태 및 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 22c는 상기 실시예에 있어서 [2AT/1AT]의 합성 모드가 선택된 경우의 각 부의 접속 상태 및 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 22d는 상기 실시예에 있어서 [1AT/0AT]의 합성 모드가 선택된 경우의 각 부의 접속 상태 및 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 22e는 상기 실시예에 있어서 [1AT/2AT]의 합성 모드가 선택된 경우의 각 부의 접속 상태 및 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 23은 1조의 코일을 구성하는 한 쌍의 코일 세그먼트의 사이에서 단락(개방 단부)의 갭을 코일 주회 방향에서 어긋나게 하는 실시예를 나타내는 도면이고,
도 24는 RF 안테나의 중심 코일과 주변 코일의 사이에 슬릿을 갖는 자기 실드 공동(空洞)도체를 배치하는 실시예를 나타내는 도면이고,
도 25(a)~도 25(c)는 상기 자기 실드 공동 도체의 슬릿 폭을 가변한 경우의 각 합성 모드에 있어서의 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 26은 RF 안테나의 위쪽에 보정 코일을 배치하는 실시예를 나타내는 도면이고,
도 27은 RF 안테나에 있어서 1조의 코일을 구성하는 한 쌍의 코일 세그먼트를 종방향에서 갭을 거쳐 중첩해서 배치하는 실시예를 나타내는 도면이고,
도 28a는 RF 안테나에 있어서 스위치 회로망을 간소화하는 실시에 있어서 [2AT/2AT]의 합성 모드가 선택된 경우의 각 부의 접속 상태를 나타내는 도면이고,
도 28b는 상기 실시예에 있어서 [2AT/2AT]의 합성 모드가 선택된 경우의 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 29a는 RF 안테나에 있어서 스위치 회로망을 간소화하는 실시예에 있어서 [0AT/0AT]의 합성 모드가 선택된 경우의 각 부의 접속 상태를 나타내는 도면이고,
도 29b는 상기 실시예에 있어서 [0AT/0AT]의 합성 모드가 선택된 경우의 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이다.
도 2는 제 1 실시예에 의한 RF 안테나 및 스위치 회로망의 배치 구성을 나타내는 사시도이고,
도 3(a)~도 3(d)는 상기 실시예의 RF 안테나에 있어서 중심 코일내의 전류 경로 또는 전류 분포를 복수의 모드로 전환하는 기능을 설명하기 위한 도면이고,
도 4(a)~도 4(d)는 도 3(a)~도 3(d)의 구성 및 기능의 일 변형예를 나타내는 도면이고,
도 5a는 도 3(a)~도 3(d)의 구성 및 기능의 일 변형예를 나타내는 도면이고,
도 5b는 도 4(a)~도 4(d)의 구성 및 기능의 일 변형예를 나타내는 도면이고,
도 6a는 상기 실시예에 있어서의 RF 안테나 및 스위치 회로망의 작용(제 1 합성 모드)을 나타내는 도면이고,
도 6b는 상기 실시예에 있어서의 RF 안테나 및 스위치 회로망의 작용(제 2 합성 모드)을 나타내는 도면이고,
도 6c는 상기 실시예에 있어서의 RF 안테나 및 스위치 회로망의 작용(제 3 합성 모드)을 나타내는 도면이고,
도 6d는 상기 제 1 실시예에 있어서의 RF 안테나 및 스위치 회로망의 작용(제 4 합성 모드)을 나타내는 도면이고,
도 6e는 상기 실시예에 있어서의 RF 안테나 및 스위치 회로망의 작용(제 5 합성 모드)을 나타내는 도면이고,
도 6f는 상기 실시예에 있어서의 RF 안테나 및 스위치 회로망의 작용(제 6 합성 모드)을 나타내는 도면이고,
도 6g는 상기 실시예에 있어서의 RF 안테나 및 스위치 회로망의 작용(제 7 합성 모드)을 나타내는 도면이고,
도 6h는 상기 실시예에 있어서의 RF 안테나 및 스위치 회로망의 작용(제 8 합성 모드)을 나타내는 도면이고,
도 7a는 상기 제 1 실시예에 있어서의 합성 모드의 몇 개에 대해 전자계 시뮬레이션에 의해 얻어진 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 7b는 상기 실시예에 있어서의 합성 모드의 몇 개에 대해 전자계 시뮬레이션에 의해 얻어진 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 8a는 [2AT/1AT]의 합성 모드에 있어서의 RF 안테나내의 접속 상태와 대표적인 포인트를 나타내는 도면이고,
도 8b는 [2AT/1AT]의 합성 모드에 있어서의 RF 안테나내의 전류 분포를 나타내는 플롯도면이고,
도 9a는 [2AT/2AT]의 합성 모드에 있어서의 RF 안테나내의 접속 상태와 대표적인 포인트를 나타내는 도면이고,
도 9b는 [2AT/2AT]의 합성 모드에 있어서의 RF 안테나내의 전류 분포를 나타내는 플롯도면이고,
도 10a는 RF 안테나내에 콘덴서를 마련하는 구성에 있어서 [1AT/2AT]의 합성 모드가 선택된 상태를 나타내는 도면이고,
도 10b는 RF 안테나내에 콘덴서를 마련하는 구성에 있어서 [1AT/1AT]의 합성 모드가 선택된 상태를 나타내는 도면이고,
도 10c는 RF 안테나내에 콘덴서를 마련하는 구성에 있어서 [2AT/2AT]의 합성 모드가 선택된 상태를 나타내는 도면이고,
도 10d는 상기 [2AT/2AT]의 합성 모드(도 10c)가 선택된 경우의 RF 안테나내의 전류 분포를 나타내는 플롯도면이고,
도 10e는 상기 [2AT/2AT]의 합성 모드(도 10c)가 선택된 경우의 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 11은 RF 안테나의 후단에 콘덴서를 마련하는 구성에 있어서 [2AT/2AT]의 합성 모드가 선택된 상태를 나타내는 도면이고,
도 12a는 콘덴서의 캐패시턴스가 10㎊이고, 상기 [2AT/2AT]의 합성 모드(도 11)가 선택된 경우의 RF 안테나내의 전류 분포를 나타내는 플롯도면이고,
도 12b는 콘덴서의 캐패시턴스가 10㎊이고, 상기 [2AT/2AT]의 합성 모드(도 11)가 선택된 경우의 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 13a는 콘덴서의 캐패시턴스가 100㎊이고, 상기 [2AT/2AT]의 합성 모드(도 11)가 선택된 경우의 RF 안테나내의 전류 분포를 나타내는 플롯도면이고,
도 13b는 콘덴서의 캐패시턴스가 100㎊이고, 상기 [2AT/2AT]의 합성 모드(도 11)가 선택된 경우의 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 14a는 제 2 실시예에 있어서 [0AT/2AT]의 합성 모드가 선택된 상태를 나타내는 도면이고,
도 14b는 상기 [0AT/2AT]의 합성 모드(도 14a)가 선택된 경우의 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 15a는 제 2 실시예에 있어서 [1AT/2AT]의 합성 모드가 선택된 상태를 나타내는 도면이고,
도 15b는 상기 [1AT/1AT]의 합성 모드(도 15a)가 선택된 경우의 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 16a는 제 2 실시예에 있어서 [2AT/1AT]의 합성 모드가 선택된 상태를 나타내는 도면이고,
도 16b는 상기 [2AT/1AT]의 합성 모드(도 16a)가 선택된 경우의 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 17a는 제 2 실시예에 있어서 [2AT/0AT]의 합성 모드가 선택된 상태를 나타내는 도면이고,
도 17b는 상기 [2AT/0AT]의 합성 모드(도 17a)가 선택된 경우의 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 18a는 제 2 실시예에 있어서 [2AT/2AT]의 합성 모드가 선택된 상태를 나타내는 도면이고,
도 18b는 상기 [2AT/2AT]의 합성 모드(도 18a)가 선택된 경우의 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 19a는 제 2 실시예에 있어서 [1AT/2AT]의 합성 모드가 선택된 상태를 나타내는 도면이고,
도 19b는 상기 [1AT/2AT]의 합성 모드(도 19a)가 선택된 경우의 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 20(a)~도 20(c)는 주변 코일(또는 중심 코일)을 단일의 코일 세그먼트로 구성하는 실시예를 나타내는 도면이고,
도 21(a)~도 21(c)는 1조의 코일을 구성하는 한 쌍의 코일 세그먼트간의 갭을 임의로 넓히는 실시예를 나타내는 도면이고,
도 22a는 중심 코일 및 주변 코일의 쌍방에서 한 쌍의 코일 세그먼트간의 갭을 넓히는 실시예에 있어서 [0AT/1AT]의 합성 모드가 선택된 경우의 각 부의 접속 상태 및 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 22b는 상기 실시예에 있어서 [1AT/1AT]의 합성 모드가 선택된 경우의 각 부의 접속 상태 및 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 22c는 상기 실시예에 있어서 [2AT/1AT]의 합성 모드가 선택된 경우의 각 부의 접속 상태 및 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 22d는 상기 실시예에 있어서 [1AT/0AT]의 합성 모드가 선택된 경우의 각 부의 접속 상태 및 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 22e는 상기 실시예에 있어서 [1AT/2AT]의 합성 모드가 선택된 경우의 각 부의 접속 상태 및 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 23은 1조의 코일을 구성하는 한 쌍의 코일 세그먼트의 사이에서 단락(개방 단부)의 갭을 코일 주회 방향에서 어긋나게 하는 실시예를 나타내는 도면이고,
도 24는 RF 안테나의 중심 코일과 주변 코일의 사이에 슬릿을 갖는 자기 실드 공동(空洞)도체를 배치하는 실시예를 나타내는 도면이고,
도 25(a)~도 25(c)는 상기 자기 실드 공동 도체의 슬릿 폭을 가변한 경우의 각 합성 모드에 있어서의 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 26은 RF 안테나의 위쪽에 보정 코일을 배치하는 실시예를 나타내는 도면이고,
도 27은 RF 안테나에 있어서 1조의 코일을 구성하는 한 쌍의 코일 세그먼트를 종방향에서 갭을 거쳐 중첩해서 배치하는 실시예를 나타내는 도면이고,
도 28a는 RF 안테나에 있어서 스위치 회로망을 간소화하는 실시에 있어서 [2AT/2AT]의 합성 모드가 선택된 경우의 각 부의 접속 상태를 나타내는 도면이고,
도 28b는 상기 실시예에 있어서 [2AT/2AT]의 합성 모드가 선택된 경우의 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이고,
도 29a는 RF 안테나에 있어서 스위치 회로망을 간소화하는 실시예에 있어서 [0AT/0AT]의 합성 모드가 선택된 경우의 각 부의 접속 상태를 나타내는 도면이고,
도 29b는 상기 실시예에 있어서 [0AT/0AT]의 합성 모드가 선택된 경우의 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다.
[장치 전체의 구성 및 작용]
도 1에, 본 발명의 일 실시형태에 있어서의 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치의 구성을 나타낸다. 이 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치는 평면 코일형의 RF 안테나를 이용하는 타입이며, 예를 들면, 알루미늄 또는 스테인리스강 등의 금속제의 원통형 진공 챔버(처리용기)(10)를 갖고 있다. 챔버(10)는 보안 접지되어 있다.
우선, 이 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치에 있어서 플라즈마 생성에 관계하지 않는 각 부의 구성을 설명한다.
챔버(10)내의 하부 중앙에는 피처리 기판으로서, 예를 들면, 반도체 웨이퍼 W를 탑재하는 원판형상의 서셉터(12)가 고주파 전극을 겸하는 기판 유지대로서 수평으로 배치되어 있다. 이 서셉터(12)는 예를 들면 알루미늄으로 이루어지고, 챔버(10)의 바닥에서 수직 위쪽으로 연장하는 절연성의 통형상 지지부(14)에 지지되어 있다.
절연성 통형상 지지부(14)의 외주를 따라 챔버(10)의 바닥에서 수직 위쪽으로 연장하는 도전성의 통형상 지지부(16)와 챔버(10)의 내벽의 사이에 환상의 배기로(18)가 형성되고, 이 배기로(18)의 상부 또는 입구에 환상의 배플판(20)이 부착되는 동시에, 바닥부에 배기 포트(22)가 마련되어 있다. 챔버(10)내의 가스의 흐름을 서셉터(12)상의 반도체 웨이퍼 W에 대해 축 대칭으로 균일하게 하기 위해서는 배기 포트(22)를 원주방향으로 등간격으로 복수 마련하는 구성이 바람직하다. 각 배기 포트(22)에는 배기관(24)을 거쳐서 배기 장치(26)가 접속되어 있다. 배기 장치(26)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 갖고 있으며, 챔버(10)내의 플라즈마 처리공간을 원하는 진공도까지 감압할 수 있다. 챔버(10)의 측벽의 밖에는 반도체 웨이퍼 W의 반입출구(27)를 개폐하는 게이트밸브(28)가 부착되어 있다.
서셉터(12)에는 RF 바이어스용의 고주파 전원(30)이 정합기(32) 및 급전봉(34)을 거쳐서 전기적으로 접속되어 있다. 이 고주파 전원(30)은 반도체 웨이퍼 W에 인입하는 이온의 에너지를 제어하는데 적합한 일정 주파수(13.56㎒ 이하)의 고주파 RFL을 가변의 파워로 출력할 수 있도록 되어 있다. 정합기(32)는 고주파 전원(30)측의 임피던스와 부하(주로 서셉터, 플라즈마, 챔버)측의 임피던스의 사이에서 정합을 취하기 위한 리액턴스 가변의 정합 회로를 수용하고 있다. 그 정합 회로 중에 자기 바이어스 생성용의 블로킹 콘덴서가 포함되어 있다.
서셉터(12)의 상면에는 반도체 웨이퍼 W를 정전 흡착력으로 유지하기 위한 정전 척(36)이 마련되고, 정전 척(36)의 반경방향 외측에 반도체 웨이퍼 W의 주위를 환상으로 둘러싸는 포커스 링(38)이 마련된다. 정전 척(36)은 도전막으로 이루어지는 전극(36a)을 한 쌍의 절연막(36b, 36c)의 사이에 배치한 것이며, 전극(36a)에는 고압의 직류 전원(40)이 스위치(42) 및 피복선(43)을 거쳐서 전기적으로 접속되어 있다. 직류 전원(40)으로부터 인가되는 고압의 직류 전압에 의해, 정전력으로 반도체 웨이퍼 W를 정전 척(36)상에 흡착 유지할 수 있다.
서셉터(12)의 내부에는, 예를 들면, 원주방향으로 연장하는 환상의 냉매실(44)이 마련되어 있다. 이 냉매실(44)에는 칠러 유닛(도시하지 않음)으로부터 배관(46, 48)을 거쳐서 소정 온도의 냉매, 예를 들면, 냉각수가 순환 공급된다. 냉매의 온도에 따라 정전 척(36)상의 반도체 웨이퍼 W의 처리중의 온도를 제어할 수 있다. 이와 관련해서, 전열 가스 공급부(도시하지 않음)로부터의 전열 가스 예를 들면 He 가스가, 가스 공급관(50)을 거쳐서 정전 척(36)의 상면과 반도체 웨이퍼 W의 이면의 사이에 공급된다. 또한, 반도체 웨이퍼 W의 로딩/언로딩으로 인해 서셉터(12)를 수직방향으로 관통하여 상하 이동 가능한 리프트 핀 및 그 승강 기구(도시하지 않음) 등도 마련되어 있다.
다음에, 이 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치에 있어서 플라즈마 생성에 관계된 각 부의 구성을 설명한다.
챔버(10)의 천장 또는 천판은 서셉터(12)로부터 비교적 큰 거리 간격을 두고 마련되어 있고, 이 천장에, 예를 들면, 석영판으로 이루어지는 원형의 유전체 창(52)이 기밀하게 부착되어 있다. 이 유전체 창(52)의 위에는 챔버(10)내에 유도 결합의 플라즈마를 생성하기 위한 RF 안테나(54)를 외부로부터 전자적으로 차폐해서 수용하는 안테나실(55)이 챔버(10)와 일체로 마련되어 있다.
이 실시형태에 있어서의 RF 안테나(54)는 유전체 창(52)과 평행한 하나의 수평면내에서 동심형상으로 배치되는 2조 또는 2쌍의 코일(54(1), 54(2))을 갖고 있다.
더욱 상세하게는 제 1 조의 코일(54(1))은 RF 안테나(54)의 중심부에 위치하고, 코일 선재 및 코일 굵기(단면적)가 동일하고 또한 구경 또는 직경이 근사한 한 쌍의 코일 세그먼트(56A, 56B)로 이루어진다. 이들 코일 세그먼트(56A, 56B)는 매우 작은 바람직하게는 스킨 깊이 δ보다 작은 일정한 갭 g1을 두고 평행도를 유지하면서 환상으로 병렬 일주하여, 각각이 원형의 단권(單卷) 코일을 형성하고 있다. 이와 같이, 한 쌍의 코일 세그먼트(56A, 56B)는 코일 선재 및 코일 단면적이 동일하고, 또한 구경(즉 코일길이)이 근사하고 있으므로, 각각의 임피던스는 근사되어 있다.
한편, 제 2 조의 코일(54(2))은 RF 안테나(54)의 주변부에 위치하고, 코일 선재 및 코일 굵기(단면적)가 동일하고, 또한 구경이 근사하는 한 쌍의 코일 세그먼트(58A, 58B)로 이루어진다. 이들 코일 세그먼트(58A, 58B)는 매우 작은 바람직하게는 스킨 깊이 δ보다 작은 일정한 갭 g2를 두고 평행도를 유지하면서 환상으로 병렬 일주하여, 각각이 단권 코일을 형성하고 있다. 이와 같이, 한 쌍의 코일 세그먼트(58A, 58B)는 코일 선재 및 코일 단면적이 동일하고, 또한 구경(즉, 코일길이)이 근사하고 있으므로, 각각의 임피던스는 근사되어 있다.
또, 스킨 깊이 δ은 RF 안테나(54)를 흐르는 고주파 전류의 주파수를 f, 코일(54(1), 54(2))의 도전율, 투자율을 각각 σ, μ로 하면, δ=(2/ωσμ)1/2로 나타난다(단, ω=2πf).
도 2에 나타내는 바와 같이, 중심 코일(54(1))의 코일 세그먼트(56A, 56B)는 코일 주회 방향의 동일 개소에 단락 또는 개방 단부를 각각 갖고 있다. 여기서, 코일 주회 방향에 있어서, 내측 코일 세그먼트(56A)의 양 단부가 갭을 거쳐서 서로 근접하고, 외측 코일 세그먼트(56B)의 양 단부가 갭을 거쳐서 서로 근접하고 있다. 또한, 코일 주회 방향과 직교하는 수평 방향(코일 반경 방향)에 있어서, 내측 및 외측 코일 세그먼트(56A, 56B)의 각각의 한쪽의 단부가 갭을 거쳐서 서로 근접하고, 또한 각각의 다른쪽의 단부가 갭을 거쳐서 서로 근접하고 있다.
후술하는 플라즈마 생성용의 고주파 급전부(60)로부터의 RF 급전 라인(62)의 종단이 중심 코일(54(1))의 코일 개방 단부의 근방 또는 위쪽에 위치하고, 고주파 급전 라인(62)의 종단부와 내측 및 외측 코일 세그먼트(56A, 56B)의 양 단부의 사이에 제 1 스위치 회로망(64)이 마련되어 있다.
주변 코일(54(2))도 마찬가지의 구성으로 되어 있다. 즉, 코일 세그먼트(58A, 58B)는 코일 주회 방향의 동일 개소에 단락 또는 개방 단부를 각각 갖고 있다. 여기서, 코일 주회 방향에 있어서, 내측 코일 세그먼트(58A)의 양 단부가 갭을 거쳐서 서로 근접하고, 외측 코일 세그먼트(58B)의 양 단부가 갭을 거쳐서 서로 근접하고 있다. 또한, 코일 주회 방향과 직교하는 수평 방향(코일 반경 방향)에 있어서, 내측 및 외측 코일 세그먼트(58A, 58B)의 각각의 한쪽의 단부가 갭을 거쳐서 서로 근접하고, 또한 각각의 다른쪽의 단부가 갭을 거쳐서 서로 근접하고 있다.
챔버(10) 또는 전기적으로 접지 전위로 유지되는 다른 접지 전위 부재(도시하지 않음)에 통하는 RF 귀선 또는 어스선(66)의 시단이 주변 코일(54(2))의 코일 개방 단부의 근방 또는 위쪽에 위치하고, RF 어스선(66)의 시단과 내측 및 외측 코일 세그먼트(58A, 58B)의 양 단부의 사이에 제 2 스위치 회로망(68)이 마련되어 있다. 제 1 스위치 회로망(64)과 제 2 스위치 회로망(68)의 사이에는 양자를 전기적으로 연결하기 위한 도체 또는 도선(70)이 마련되어 있다.
도 1에 있어서, 안테나실(55)은 수평인 칸막이판(65)에 의해서 상하로 2분할되어 있고, 하부 안테나실(55L)에 RF 안테나(54)를 구성하는 중심 및 주변 코일(54(1), 54(2))이 배치되고, 상부 안테나실(55U)에 제 1 및 제 2 스위치 회로망(64, 68)이 배치되어 있다. 하부 안테나실(55L)내의 코일(54(1), 54(2))과 상부 안테나실(55U)내의 스위치 회로망(64, 68)은 칸막이판(65)으로부터 전기적으로 절연된 도체 또는 도선(72(1), 72(8))을 거쳐서 전기적으로 접속되어 있다. 칸막이판(65)은 도체의 판으로 이루어지고, RF 안테나(54)와 스위치 회로망(64, 68)을 전자적으로 차폐하는 기능을 갖고 있다.
고주파 급전부(60)는 고주파 전원(74) 및 정합기(76)를 갖고 있다. 고주파 전원(74)은 고주파 방전에 의한 플라즈마의 생성에 적합한 일정 주파수(13.56㎒ 이상)의 고주파 RFH를 가변의 파워로 출력할 수 있도록 되어 있다. 정합기(76)는 고주파 전원(74)측의 임피던스와 부하(주로 RF 안테나, 플라즈마)측의 임피던스의 사이에서 정합을 취하기 위한 리액턴스 가변의 정합 회로를 수용하고 있다.
챔버(10)내의 처리공간에 처리 가스를 공급하기 위한 처리 가스 공급부는 유전체 창(52)보다 다소 낮은 위치에서 챔버(10)의 측벽 내(또는 밖)에 마련되는 환상의 매니폴드 또는 버퍼부(78)와, 원주방향으로 등간격으로 버퍼부(78)로부터 플라즈마 생성 공간을 향하는 다수의 측벽 가스 토출 구멍(80)과, 처리 가스 공급원(82)에서 버퍼부(78)까지 연장하는 가스 공급관(84)을 갖고 있다. 처리 가스 공급원(82)은 유량 제어기 및 개폐 밸브(도시하지 않음)를 포함하고 있다.
제어부(86)는 예를 들면 마이크로 컴퓨터를 포함하고, 이 플라즈마 에칭 장치내의 각 부 예를 들면, 배기 장치(26), 고주파 전원(30, 74), 정합기(32, 76), 정전 척용의 스위치(42), 처리 가스 공급원(82), 스위치 회로망(64, 68), 칠러 유닛(도시하지 않음), 전열 가스 공급부(도시하지 않음) 등의 개개의 동작 및 장치 전체의 동작(시퀀스)을 제어한다.
이 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치에 있어서, 에칭을 실행하기 위해서는 우선, 게이트밸브(28)를 열림 상태로 해서 가공 대상의 반도체 웨이퍼 W를 챔버(10)내에 반입하여, 정전 척(36)의 위에 탑재한다. 그리고, 게이트밸브(28)를 닫고 나서, 처리 가스 공급원(82)으로부터 가스 공급관(84), 버퍼부(78) 및 측벽 가스 토출 구멍(80)을 거쳐서 에칭 가스(일반적으로 혼합 가스)를 소정의 유량 및 유량비로 챔버(10)내에 도입하고, 배기 장치(26)에 의해 챔버(10)내의 압력을 설정값으로 한다. 또한, 고주파 급전부(60)의 고주파 전원(74)을 온으로 해서 플라즈마 생성용의 고주파 RFH를 소정의 RF 파워로 출력시키고, 정합기(76), RF 급전 라인(62), 스위치 회로망(64, 68)을 거쳐서 RF 안테나(54)의 중심 코일(54(1)) 및 주변 코일(54(2))에 고주파 RFH의 전류를 공급한다. 한편, 고주파 전원(30)을 온으로 해서 이온 인입 제어용의 고주파 RFL을 소정의 RF 파워로 출력시키고, 이 고주파 RFL을 정합기(32) 및 급전봉(34)을 거쳐서 서셉터(12)에 인가한다. 또한, 전열 가스 공급부로부터 정전 척(36)과 반도체 웨이퍼 W의 사이의 접촉 계면에 전열 가스(He 가스)를 공급하는 동시에, 스위치(42)를 온으로 해서 정전 척(36)의 정전 흡착력에 의해 전열 가스를 상기 접촉 계면에 감금한다.
챔버(10)내에서, 측벽 가스 토출 구멍(80)으로부터 토출된 에칭 가스는 유전체 창(52)의 아래의 처리공간으로 확산된다. RF 안테나(54)의 중심 코일(54(1)) 및 주변 코일(54(2))을 흐르는 고주파 RFH의 전류에 의해서 그들 코일의 주위에 발생하는 자력선(자속)이 유전체 창(52)을 관통해서 처리공간(플라즈마 생성 공간)을 횡단하고, 처리공간내에서 방위각 방향의 유도 전계가 발생한다. 이 유도 전계에 의해서 방위각 방향으로 가속된 전자가 에칭 가스의 분자나 원자와 전리 충돌을 일으키고, 도넛형상의 플라즈마가 생성된다.
이 도넛형상 플라즈마의 래디컬이나 이온은 넓은 처리공간에서 사방으로 확산되고, 래디컬은 등방적으로 쏟아지도록 하고, 이온은 직류 바이어스에 잡아당겨지도록 하여, 반도체 웨이퍼 W의 상면(피처리면)에 공급된다. 이렇게 해서 반도체 웨이퍼 W의 피처리면에 플라즈마의 활성종이 화학반응과 물리반응을 초래하고, 피가공막이 원하는 패턴으로 에칭된다.
여기서 「도넛형상의 플라즈마」는 챔버(10)의 직경방향 내측(중심부)에 플라즈마가 서지 않고 직경방향 외측에만 플라즈마가 서는 바와 같은 엄밀하게 링형상의 플라즈마에 한정되지 않고, 오히려 챔버(10)의 직경방향 내측보다 직경방향 외측의 플라즈마의 부피 또는 밀도가 큰 것을 의미한다. 또한, 처리 가스에 이용하는 가스의 종류나 챔버(10)내의 압력의 값 등의 조건에 따라서는 여기서 말하는 「도넛형상의 플라즈마」가 되지 않는 경우도 있다.
이 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치에 있어서는 반도체 웨이퍼 Ｗ상의 플라즈마 프로세스 특성 즉 에칭 특성(에칭 레이트, 선택비, 에칭 형상 등)의 직경 방향의 균일성을 향상시키기 위해, 상기와 같이 RF 안테나(54)를 직경방향에서 중심부와 주변부의 2조의 코일(54(1), 54(2))로 분할하고, 제 1 조의 중심 코일(54(1))을 서로 근접해서 각각의 반경을 바꾸지 않고 병진(일주)하는 한 쌍의 코일 세그먼트(56A, 56B)로 구성하는 동시에, 제 2 조의 주변 코일(54(2))을 서로 근접해서 각각의 반경을 바꾸지 않고 병진(일주)하는 한 쌍의 코일 세그먼트(58A, 58B)로 구성하고 있다. 그리고, 후술하는 바와 같이, 제 1 및 제 2 스위치 회로망(64, 68)에 의해, RF 안테나(54)내의 전류 경로 또는 전류 분포를 다양하고 또한 임의로 선택하고, 유전체 창(52)을 거쳐서 처리공간내의 플라즈마에 전자 유도로 결합되는 RF 안테나(54)의 합성 기자력(특히, 직경방향의 기자력 분포)을 다단계로 조정할 수 있도록 하고 있다.
[RF 안테나 및 스위치 회로망에 관한 실시예 1의 기본적 기능]
여기서, 도 3(a)~도 3(d)에 대해, 중심 코일(54(1))내의 전류 경로 또는 전류 분포를 복수의 모드로 전환하는 기능을 설명한다. 또, 도 3(a)~도 3(d)에서는 이해의 용이성과 설명의 편의성을 도모하기 위해, 주변 코일(54(2))을 생략하고 있다.
제 1 스위치 회로망(64)은 중심 코일(54(1))내의 전류 경로를 전환하기 위해, 3개의 스위치(90(1), 92(1), 94(1))를 갖고 있다.
제 1 스위치(90(1))는 고주파 급전부(60)로부터의 RF 급전 라인(62)의 종단에 위치하는 제 1 단자(88(1))를, 내측 코일 세그먼트(56A)의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 3의 (b)(c)에 나타내는 위치)와, 내측 코일 세그먼트(56A)의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 3의 (d)에 나타내는 위치)와, 내측 코일 세그먼트(56A)의 한쪽의 단부 또는 다른쪽의 단부의 어디에도 접속시키지 않는 위치(도 3의 (a)에 나타내는 위치)의 사이에서 전환 가능하게 되어 있다.
제 2 스위치(92(1))는 내측 코일 세그먼트(56A)의 다른쪽의 단부를, 외측 코일 세그먼트(56B)의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 3의 (c)에 나타내는 위치)와, 외측 코일 세그먼트(56B)의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 3의 (b)에 나타내는 위치)와, 외측 코일 세그먼트(56B)의 한쪽의 단부 또는 다른쪽의 단부의 어디에도 접속시키지 않는 위치(도 3의 (d)에 나타내는 위치)의 사이에서 전환 가능하게 되어 있다.
제 3 스위치(94(1))는 외측 코일 세그먼트(56B)의 한쪽의 단부를, 내측 코일 세그먼트(56A)의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 3의 (b)에 나타내는 위치)와, 내측 코일 세그먼트(56A)의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 3의 (c)에 나타내는 위치)의 사이에서 전환 가능하게 되어 있다.
각각의 스위치(90(1), 92(1), 94(1))는 바람직하게는 진공 스위치 또는 진공 릴레이로 이루어지고, 제어부(86)의 제어 하에 각각 독립된 스위치 구동 회로(도시하지 않음)에 의해 전환된다. 이들 3개의 스위치(90(1), 92(1), 94(1))의 전환 위치의 조합 형태에 의해, 내측 코일 세그먼트(56A)와 외측 코일 세그먼트(56B)의 사이의 접속 형태, 즉 중심 코일(54(1))내의 전류 경로 또는 전류 분포에 관해, 도 3의 (a), (b), (c), (d)에 나타내는 바와 같은 4가지의 모드를 취할 수 있다.
도 3의 (a)는 비통전 모드이며, 제 1 스위치(90(1))가, 제 1 단자(88(1))를 내측 코일 세그먼트(56A)의 한쪽의 단부 또는 다른쪽의 단부의 어디에도 접속시키지 않는 위치로 전환된다. 제 2 및 제 3 스위치(92(1), 94(1))는 어느 위치라도 좋다. 이 비통전 모드에서는 고주파의 전류 경로가 제 1 스위치(90(1))에 의해 차단되기 때문에, 중심 코일(54(1))내에서 고주파 전류는 전혀 흐르지 않는다. 따라서, 중심 코일(54(1))의 기자력은 0암페어 턴(0AT)이다.
도 3의 (b)는 병렬 모드이며, 제 1 단자(88(1))가 제 1 스위치(90(1))를 거쳐서 내측 코일 세그먼트(56A)의 한쪽의 단부에 접속되고, 내측 코일 세그먼트(56A)의 다른쪽의 단부가 제 2 스위치(92(1))를 거쳐서 외측 코일 세그먼트(56B)의 다른쪽의 단부에 접속되며, 외측 코일 세그먼트(56B)의 한쪽의 단부가 제 3 스위치(94(1))를 거쳐서 내측 코일 세그먼트(56A)의 한쪽의 단부에 접속된다.
이 병렬 모드에 있어서, 고주파 급전 라인(62)을 전파해 온 고주파 전류 I는 제 1 단자(88(1))로부터 제 1 및 제 3 스위치(90(1), 94(1))를 거쳐서 내측 코일 세그먼트(56A) 및 외측 코일 세그먼트(56B)로 분기한다. 여기서, 양 코일 세그먼트(56A, 56B)의 임피던스는 대략 동일하기 때문에, 양 코일 세그먼트(56A, 56B)에 I/2, I/2씩 분기한다. 이들 고주파 분기 전류 I/2, I/2는 양 코일 세그먼트(56A, 56B)를 정방향(도면의 시계반대방향)으로 각각 일주한 후, 제 2 스위치(92(1))를 거쳐서 합류하고, 고주파 전류 I를 복원해서 RF 귀선 또는 어스선(66)에 흐른다.
이와 같이, 병렬 모드에서는 중심 코일(54(1))내에서 내측 및 외측 코일 세그먼트(56A, 56B)를 각각 I/2, 1/2의 고주파 분기 전류가 정방향으로 흐르고, 코일 전체에서 1암페어 턴(1AT)의 합성 기자력이 얻어진다. 양 코일 세그먼트(56A, 56B)는 근접하고 있으므로, 유전체 창(52)의 맞은편의 처리공간 내지 플라즈마에 대해서는 1개의 단권 코일을 고주파 전류 I가 흐르는 경우와 동등한 전자적 효과(유도 결합 작용)가 얻어진다.
도 3의 (c)는 체배형 직렬 모드이며, 제 1 단자(88(1))가 제 1 스위치(90(1))를 거쳐서 내측 코일 세그먼트(56A)의 한쪽의 단부에 접속되고, 내측 코일 세그먼트(56A)의 다른쪽의 단부가 제 2 및 제 3 스위치(92(1), 94(1))를 거쳐서 외측 코일 세그먼트(56B)의 한쪽의 단부에 접속된다.
이 체배형 직렬 모드에 있어서, 고주파 급전 라인(62)을 전파해 온 고주파 전류 I는 제 1 단자(88(1)) 및 제 1 스위치(90(1))를 통해 내측 코일 세그먼트(56A)를 정방향으로 일주하고, 다음에 제 2 및 제 3 스위치(92(1), 94(1))를 통해 외측 코일 세그먼트(56B)를 정방향으로 일주한 후, RF 어스선(66)에 흐른다.
이와 같이, 체배형 직렬 모드에서는 중심 코일(54(1))내에서 내측 및 외측 코일 세그먼트(56A, 56B)를 고주파 전류 I가 동일한 방향(정방향)으로 흐르고, 코일 전체에서 2 암페어턴(2AT)의 합성 기자력이 얻어진다. 양 코일 세그먼트(56A, 56B)는 근접하고 있으므로, 유전체 창(52)의 맞은편의 처리공간 내지 플라즈마에 대해서는 고주파 급전 라인(62)을 전파해 온 고주파 전류 I의 2배의 고주파 전류 2I가 1개의 단권 코일을 흐르는 경우와 동등한 전자적 효과(유도 결합 작용)가 얻어진다.
도 3의 (d)는 상쇄형 직렬 모드이며, 제 1 단자(88(1))가 제 1 스위치(90(1))를 거쳐서 내측 코일 세그먼트(56A)의 다른쪽의 단부에 접속되고, 내측 코일 세그먼트(56A)의 한쪽의 단부가 제 3 스위치(94(1))를 거쳐서 외측 코일 세그먼트(56B)의 한쪽의 단부에 접속된다. 내측 코일 세그먼트(56A)의 다른쪽의 단부와 외측 코일 세그먼트(56B)의 다른쪽의 단부는 제 2 스위치(92(1))에 의해 전기적으로 차단된다.
이 상쇄형 직렬 모드에 있어서, 고주파 급전 라인(62)을 전파해 온 고주파 전류 I는 제 1 단자(88(1)) 및 제 1 스위치(90(1))를 통해 내측 코일 세그먼트(56A)를 역방향(도면의 시계방향)으로 일주하고, 다음에 제 3 스위치(94(1))를 통해 외측 코일 세그먼트(56B)를 정방향으로 일주한 후, RF 어스선(66)으로 빠진다.
이와 같이, 상쇄형 직렬 모드에서는 중심 코일(54(1))내에서 내측 및 외측 코일 세그먼트(56A, 56B)를 고주파 전류 I가 각각 정방향 및 역방향으로 흐르고, 코일 전체의 합성 기자력은 0암페어 턴(0AT)이 된다. 따라서, 중심 코일(54(1))내에서 실제는 고주파 전류 I가 흐르고 있음에도 불구하고, 유전체 창(52)의 맞은편의 처리공간 내지 플라즈마에 대해서는 전혀 또는 거의 흐르고 있지 않은 경우와 동등한 전자적 효과가 얻어진다.
도 4(a)~도 4(d)에, 제 1 스위치 회로망(64)의 일 변형예를 나타낸다. 이 변형예에서는 고주파 급전 라인(62)을 내측 코일 세그먼트(56A)의 한쪽의 단부에서 종단시키고 있다.
제 1 스위치(90(1))는 RF 어스선(66)에 접속되거나, 또는 접속 가능한 제 2 단자(96(1))를, 외측 코일 세그먼트(56B)의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 4의 (b)(c)에 나타내는 위치)와, 외측 코일 세그먼트(56B)의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 4의 (d)에 나타내는 위치)와, 외측 코일 세그먼트(56B)의 한쪽의 단부 또는 다른쪽의 단부의 어디에도 접속시키지 않는 위치(도 4의 (a)에 나타내는 위치)의 사이에서 전환 가능하게 되어 있다.
제 2 스위치(92(1))는 외측 코일 세그먼트(56B)의 한쪽의 단부를, 내측 코일 세그먼트(56A)의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 4의 (c)에 나타내는 위치)와, 내측 코일 세그먼트(56A)의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 4의 (b)에 나타내는 위치)와, 내측 코일 세그먼트(56A)의 한쪽의 단부 또는 다른쪽의 단부의 어디에도 접속시키지 않는 위치(도 4의 (d)에 나타내는 위치)의 사이에서 전환 가능하게 되어 있다.
제 3 스위치(94(1))는 내측 코일 세그먼트(56A)의 다른쪽의 단부를, 외측 코일 세그먼트(56B)의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 4의 (b)에 나타내는 위치)와, 외측 코일 세그먼트(56B)의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 4의 (c)에 나타내는 위치)의 사이에서 전환 가능하게 되어 있다.
이 변형예에 있어서도, 3개의 스위치(90(1), 92(1), 94(1))의 전환 위치의 조합 형태에 의해, 내측 코일 세그먼트(56A)와 외측 코일 세그먼트(56B)의 사이의 접속 형태, 즉 중심 코일(54(1))내의 전류 경로에 관해, 도 4의 (a), (b), (c), (d)에 나타내는 바와 같은 4가지의 모드를 취하는 것이 가능하고, 코일 전체의 기자력을 원하는 3단계(0AT, 1AT, 2AT)로 조정할 수 있다. 이와 같이, 중심 코일(54(1))내의 전류 경로 또는 전류 분포를 전환해서 코일 전체의 기자력을 다단으로 조정하는 기능에 관해, 도 3(a)~도 3(d)의 실시예와 마찬가지의 작용 효과가 얻어진다.
또한, 별도의 변형예로서, 도 5a 및 도 5b에 나타내는 바와 같이, 내측 코일 세그먼트(56A)의 한쪽의 단부와 외측 코일 세그먼트(56B)의 다른쪽의 단부의 사이에 스위치(98)를 마련하는 구성도 가능하다. 이 스위치(98)는 상쇄형 직렬 모드시에 온 상태로 전환되고, 병렬 접속 모드 또는 체배형 직렬 모드일 때에는 오프 상태로 전환된다.
이 실시예의 RF 안테나(54)에 있어서는 주변 코일(54(2))도 코일 직경이 다를 뿐, 상술한 중심 코일(54(1))과 마찬가지의 구성 및 기능을 갖는다. 또한, 제 2 스위치 회로망(68)도 상술한 제 1 스위치 회로망(64)과 마찬가지의 구성 및 기능을 갖는다.
더욱 상세하게는 제 2 스위치 회로망(68)은 도 6a~도 6b에 나타내는 바와 같이, 주변 코일(54(2))내의 전류 경로를 전환하기 위해, 제 4, 제 5 및 제 6 스위치(90(2), 92(2), 94(2))를 갖고 있다.
제 4 스위치(90(2))는 중심 코일(54(1))을 거쳐서 RF 급전 라인(62)에 접속되거나, 또는 접속 가능한 도체의 단자(제 1 단자)(88(2))를, 내측 코일 세그먼트(58A)의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 6b, 도 6e도 6h에 나타내는 위치)와, 내측 코일 세그먼트(58A)의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 6d, 도 6f, 도 6g, 도 6h에 나타내는 위치)와, 내측 코일 세그먼트(58A)의 한쪽의 단부 또는 다른쪽의 단부의 어디에도 접속시키지 않는 위치(도시하지 않음)의 사이에서 전환 가능하게 되어 있다.
제 5 스위치(92(2))는 내측 코일 세그먼트(58A)의 한쪽의 단부를, 외측 코일 세그먼트(58B)의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 6a, 도 6c, 도 6g에 나타내는 위치)와, 외측 코일 세그먼트(58B)의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 6d, 도 6f, 도 6h에 나타내는 위치)와, 외측 코일 세그먼트(56B)의 한쪽의 단부 또는 다른쪽의 단부의 어디에도 접속시키지 않는 위치(도 6b, 도 6e에 나타내는 위치)의 사이에서 전환 가능하게 구성되어 있다.
제 6 스위치(94(2))는 외측 코일 세그먼트(58B)의 다른쪽의 단부를, 내측 코일 세그먼트(58A)의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 6e, 도 6g에 나타내는 위치)와, 내측 코일 세그먼트(58A)의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 6d, 도 6f, 도 6h에 나타내는 위치)의 사이에서 전환 가능하게 되어 있다.
각각의 스위치(90(2), 92(2), 94(2))는 바람직하게는 진공 스위치 또는 진공 릴레이로 이루어지고, 제어부(86)의 제어 하에 각 전용의 구동 회로(도시하지 않음)에 의해 개별적으로 전환된다. 이들 3개의 스위치(90(2), 92(2), 94(2))의 전환 위치의 조합 형태에 의해, 주변 코일(54(2))내의 전류 경로(내측 코일 세그먼트(58A)와 외측 코일 세그먼트(58B)의 사이의 접속 형태)에 관해 상술한 중심 코일(54(1))과 마찬가지로 4가지의 모드(비통전 모드, 병렬 모드, 체배형 직렬 모드, 상쇄형 직렬 모드)를 취하는 것이 가능하고, 플라즈마의 상태에 의존하지 않고, 즉 프로세스 조건(압력/RF 파워/가스계)이 어떠해도 코일 전체의 합성 기자력을 원하는 3단계(0AT, 1AT, 2AT)로 조정할 수 있다.
또, 중심 코일(54(1)) 또는 주변 코일(54(2))의 어느 한쪽에서 비통전 모드가 선택되면, 다른쪽의 코일에서도 비통전 모드와 동일한 상태가 된다. 또한, 고주파 전원(74)으로 고주파 RFH의 출력을 멈추어도, 중심 코일(54(1)) 및 주변 코일(54(2))이 모두 비통전 모드와 동일한 상태가 된다. 따라서, 각 코일(54(1), 54(2))에 있어서 비통전 모드는 필수인 것은 아니다.
[RF 안테나 및 스위치 회로망에 관한 실시예 1의 작용]
이 실시형태의 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치에 있어서는 고주파 급전부(60)로부터 공급되는 고주파 전류가 RF 안테나(54)내를 흐르는 것에 의해서, RF 안테나(54)를 구성하는 코일의 주위에는 앙페르-맥스웰의 법칙에 따라 루프형상으로 분포하는 고주파수의 교류 자계가 발생하고, 유전체 창(52)의 아래에는 비교적 안쪽(아래쪽)의 영역에서도 처리공간을 반경방향으로 횡단하는 자력선이 형성된다.
여기서, 처리공간에 있어서의 자속밀도의 반경 방향(수평) 성분은 챔버(10)의 중심과 주변부에서는 고주파 전류의 크기에 관계없이 항상 0이며, 그 중간의 어디에서인가 극대가 된다. 고주파수의 교류 자계에 의해서 생성되는 방위각 방향의 유도 전계의 강도 분포도 직경 방향에 있어서 자속밀도와 마찬가지의 분포를 나타낸다. 즉, 직경방향에 있어서, 도넛형상 플라즈마내의 전자밀도 분포는 매크로적으로는 RF 안테나(54)내의 전류 분포에 대략 대응한다.
이 실시형태의 RF 안테나(54)는 그 중심 또는 내주단에서 외주단까지 선회하는 통상의 소용돌이 코일과는 달리, 안테나의 중심부에 국부적으로 존재하는 중심 코일(54(1))과 안테나의 주변부에 국부적으로 존재하는 주변 코일(54(2))로 이루어지고, 직경방향에 있어서의 RF 안테나(54)내의 전류 분포는 양 코일(54(1), 54(2))의 위치하는 부근에 2극화된다.
이 실시형태의 RF 안테나(54)에 있어서는 상기와 같이 제 1 및 제 2 스위치 회로망(64, 68)에 의해 중심 코일(54(1)) 및 주변 코일(54(2))내의 전류 경로(전류 분포)를 각각 독립적으로 3개의 모드(병렬 모드, 체배형 직렬 모드, 상쇄형 직렬 모드)의 사이에서 전환 가능하게 하고, 양 코일(54(1), 54(2))의 합성 기자력을 각각 독립적으로 3단계(0AT, 1AT, 2AT)로 조정 가능하게 하고 있다. 따라서, RF 안테나(54)내의 전류 경로(전류 분포) 또는 합성 기자력으로서, 3×3(=9)가지의 합성 모드가 선택 가능하다. 각각의 합성 모드에 있어서, RF 안테나(54)내의 전류 분포 또는 기자력 분포는 이론적으로는 중심 코일(54(1)) 및 주변 코일(54(2))의 각각 선택된 모드(병렬 모드, 체배형 직렬 모드, 상쇄형 직렬 모드)에 따라 결정되고, 플라즈마의 상태에 의존하지 않는다. 즉, 어떠한 프로세스 조건(압력, RF 파워, 가스계 등)에 있어서도 항상 소기의 전류 분포 또는 합성 기자력이 얻어진다.
도 6a에 나타내는 제 1 합성 모드는 중심 코일(54(1))을 상쇄형 직렬 모드(0AT)로 전환하고, 주변 코일(54(2))을 병렬 모드(1AT)로 전환한 경우이다. 이 경우, 챔버(10)내의 처리공간에서 생성되는 도넛형상 플라즈마에 있어서는 이론적으로는 중심 코일(54(1))의 바로 아래의 위치 부근에서는 전류밀도가 0부근까지 낮아지고, 주변 코일(54(2))의 바로 아래의 위치 부근에서는 전자밀도가 1AT의 기자력에 따른 높이(극대값)까지 돌출해서 높아진다.
도 6b에 나타내는 제 2 합성 모드는 중심 코일(54(1))을 병렬 모드(1AT)로 전환하고, 또한 주변 코일(54(2))을 상쇄형 직렬 모드(0AT)로 전환한 경우이다. 이 경우, 처리공간에서 생성되는 도넛형상 플라즈마에 있어서는 이론적으로는 중심 코일(54(1))의 바로 아래의 위치 부근에서는 전류밀도가 1AT의 기자력에 따른 높이(극대값)까지 돌출해서 높아지고, 주변 코일(54(2))의 바로 아래의 위치 부근에서는 전류밀도가 0부근까지 낮아진다.
도 6c에 나타내는 제 3 합성 모드는 중심 코일(54(1))을 병렬 모드(1AT)로 전환하고, 주변 코일(54(2))도 병렬 모드(1AT)로 전환한 경우이다. 이 경우, 처리공간에서 생성되는 도넛형상 플라즈마에 있어서는 이론적으로는 중심 코일(54(1))의 바로 아래의 위치 부근에서는 전류밀도가 1AT의 기자력에 따른 높이(극대값)까지 돌출해서 높아지고, 주변 코일(54(2))의 바로 아래의 위치 부근에서도 전류밀도가 1AT의 기자력에 따른 높이(극대값)까지 돌출해서 높아진다.
도 6d에 나타내는 제 4 합성 모드는 중심 코일(54(1))을 체배형 직렬 모드(2AT)로 전환하고, 주변 코일(54(2))도 체배형 직렬 모드(2AT)로 전환한 경우이다. 이 경우, 처리공간에서 생성되는 도넛형상 플라즈마에 있어서는 이론적으로는 중심 코일(54(1))의 바로 아래의 위치 부근에서는 전류밀도가 2AT의 기자력에 따른 높이(극대값)까지 돌출해서 높아지고, 주변 코일(54(2))의 바로 아래의 위치 부근에서도 전류밀도가 2AT의 기자력에 따른 높이(극대값)까지 돌출해서 높아진다.
도 6e에 나타내는 제 5 합성 모드는 중심 코일(54(1))을 체배형 직렬 모드(2AT)로 전환하고, 주변 코일(54(2))을 상쇄형 직렬 모드(0AT)로 전환한 경우이다. 이 경우, 처리공간에서 생성되는 도넛형상 플라즈마에 있어서는 이론적으로는 중심 코일(54(1))의 바로 아래의 위치 부근에서는 전류밀도가 2AT의 기자력에 따른 높이(극대값)까지 돌출해서 높아지고, 주변 코일(54(2))의 바로 아래의 위치 부근에서는 전류밀도가 0부근까지 낮아진다.
도 6f에 나타내는 제 6 합성 모드는 중심 코일(54(1))을 상쇄형 직렬 모드(0AT)로 전환하고, 주변 코일(54(2))을 체배형 직렬 모드(2AT)로 전환한 경우이다. 이 경우, 챔버(10)내의 처리공간에서 생성되는 도넛형상 플라즈마에 있어서는 이론적으로는 중심 코일(54(1))의 바로 아래의 위치 부근에서는 전류밀도가 0부근까지 낮아지고, 주변 코일(54(2))의 바로 아래의 위치 부근에서는 전류밀도가 2AT의 기자력에 따른 높이(극대값)까지 돌출해서 높아진다.
도 6g에 나타내는 제 7 합성 모드는 중심 코일(54(1))을 체배형 직렬 모드(2AT)로 전환하고, 주변 코일(54(2))을 병렬 모드(1AT)로 전환한 경우이다. 이 경우, 처리공간에서 생성되는 도넛형상 플라즈마에 있어서는 이론적으로는 중심 코일(54(1))의 바로 아래의 위치 부근에서는 전류밀도가 2AT의 기자력에 따른 높이(극대값)까지 돌출해서 높아지고, 주변 코일(54(2))의 바로 아래의 위치 부근에서는 전류밀도가 1AT의 기자력에 따른 높이(극대값)까지 돌출해서 높아진다.
도 6h에 나타내는 제 8 합성 모드는 중심 코일(54(1))을 병렬 모드(1AT)로 전환하고, 주변 코일(54(2))을 체배형 직렬 모드(2AT)로 전환한 경우이다. 이 경우, 처리공간에서 생성되는 도넛형상 플라즈마에 있어서는 이론적으로는 중심 코일(54(1))의 바로 아래의 위치 부근에서는 전류밀도가 1AT의 기자력에 따른 높이(극대값)까지 돌출해서 높아지고, 주변 코일(54(2))의 바로 아래의 위치 부근에서는 전류밀도가 2AT의 기자력에 따른 높이(극대값)까지 돌출해서 높아진다.
또한, 도시하지 않은 제 9 합성 모드로서, 중심 코일(54(1))을 상쇄형 직렬 모드(0AT)로 전환하고, 또한 주변 코일(54(2))을 상쇄형 직렬 모드(0AT)로 전환하는 것도 가능하다. 이 경우, 처리공간에서 생성되는 도넛형상 플라즈마에 있어서는 이론적으로는 중심 코일(54(1))의 바로 아래의 위치 부근에서는 전류밀도가 0부근까지 낮아지고, 주변 코일(54(2))의 바로 아래의 위치 부근에서도 전류밀도가 0부근까지 낮아진다.
또, 상기 제 1~제 8 합성 모드에 있어서는 도넛형상 플라즈마내의 전류밀도 분포는 직경 방향에서 균일하지 않고 요철의 프로파일로 되어 있지만, 챔버(10)내의 처리공간에서 플라즈마가 사방으로 확산하는 것에 의해서, 서셉터(12)의 근방 즉 기판 Ｗ상에서는 플라즈마의 밀도가 상당히 고르게 된다. 즉, 직경방향에 있어서, 기판 Ｗ상에서 플라즈마 밀도 분포의 균일성을 도모하기 위해서는 그 위쪽의 도넛형상 플라즈마내의 전류밀도 분포에 있어서 중심부와 주변부의 밸런스가 중요하다. 그러나, 그 최적 밸런스는 프로세스 조건(압력/RF 파워/가스계)이나 플라즈마의 상태에 따라 변동한다. 따라서, 도넛형상 플라즈마내의 전류밀도 분포에 있어서 중심부와 주변부의 밸런스를 다양하고 또한 임의로 가변할 수 있는 것은 기판 Ｗ상에서 플라즈마 밀도 분포의 균일성을 향상시킴에 있어서 매우 유용한 조정 수단으로 된다.
본 발명자는 이 실시형태의 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치에 대해 다음과 같은 전자계 시뮬레이션을 실시하였다.
즉, RF 안테나(54)에 있어서 선택 가능한 합성 모드의 몇 개에 대해, 도넛형상 플라즈마 내부(상면으로부터 5㎜의 위치)의 반경방향의 전류밀도 분포(플라즈마 밀도 분포에 상당)를 계산으로 구한 결과, 도 7a의 (a),(b),(c) 및 도 7b의 (d),(e)에 나타내는 바와 같은 프로파일이 얻어졌다.
이 전자계 시뮬레이션에서는 RF 안테나(54)를 구성하는 각 코일 세그먼트(56A, 56B, 58A, 58B)의 단면 사이즈를 5㎜×5㎜로 하고, 중심 코일(54(1))의 내측 및 외측 코일 세그먼트(56A, 56B)의 각각의 내경(반경)을 100㎜, 110㎜로 하고, 주변 코일(54(2))의 내측 및 외측 코일 세그먼트(58A,58B)의 각각의 내경(반경)을 200㎜, 210㎜로 하고, 고주파 급전부(60)로부터 RF 급전 라인(62)을 거쳐서 RF 안테나(54)에 공급하는 고주파 전류의 전류값을 1암페어로 하였다. 또한, RF 안테나(54) 바로 아래의 챔버(10)내 처리공간에서 유도 결합에 의해 생성되는 도넛형상의 플라즈마는 도 2에 나타내는 바와 같은 원반형상의 저항체(100)로 모의하고, 이 저항체(100)의 직경을 500㎜, 저항률을 100Ω㎝, 표피두께를 10㎜로 설정하였다. 플라즈마 생성용의 고주파 RFH의 주파수는 13.56㎒로 하였다.
도 7a의 (a),(b),(c) 및 도 7b의 (d)에 나타내는 바와 같이, 제 3 합성 모드(1AT/1AT), 제 7 합성 모드(2AT/1AT), 제 5 합성 모드(2AT/0AT) 및 제 6 합성 모드(0AT/2AT)에 있어서는 직경방향에 있어서의 도넛형상 플라즈마내의 전류밀도 분포에 대해 대략 이론대로의 시뮬레이션 결과가 얻어졌다.
또한, 제 8 합성 모드(1AT/2AT)에서는 시뮬레이션 결과가 이론대로 되지 않았다. 즉, 시뮬레이션에 의하면, 도 7b의 (e)에 나타내는 바와 같이, 중심 코일(54(1))의 바로 아래의 위치(100㎜) 부근에서는 본래는 1AT에 대응하는 극대값까지 돌출할 것인데도 그보다도 현저히 낮은 값에 멈추는 한편, 주변 코일(54(2))의 바로 아래의 위치(200㎜) 부근에 나타나는 2AT에 대응하는 극대값은 다른 합성 모드보다도 높아진다.
이것은 주변 코일(54(2))의 구경이 큰 경우(반경 150㎜ 이상)에 있어서, 주변 코일(54(2))에서 체배형 직렬 모드(2AT)가 선택되면, 더 나아가서는 중심 코일(54(1))에서도 병렬형 모드(1AT) 혹은 체배형 직렬 모드(2AT)가 선택되면, RF 안테나(54)내의 전체의 전류 경로(유효길이)가 상당히 길어지고, 소위 파장 효과에 의해서 RF 안테나(54)의 RF 입력단 부근 즉 중심 코일(54(1))내에 전류의 파절부를 갖는 정재파가 형성되기 때문으로 고려된다.
본 발명자가, RF 안테나(54)내의 대표적인 포인트 a, b, c, d, e에 있어서의 고주파 전류의 전류값을 구해서 플롯한 결과, 제 7 합성 모드(도 8a)에서는 도 8b에 나타내는 바와 같이 포인트간에서 전류의 차이는 그다지 없는 것에 반해, RF 안테나(54)내의 전체의 전류 경로(유효길이)가 최대가 되는 제 4 합성 모드(도 9a)에서는 도 9b에 나타내는 바와 같이 중심 코일(54(1))내의 전반(前半) 구간에서 전류가 크게 떨어지는 것을 알 수 있었다.
또, 이 시뮬레이션에 있어서, 기점(0㎜)의 포인트 a는 RF 안테나(54)의 RF 입구점인 단자(88)의 위치에 선택되고, 포인트 b는 중심 코일(54(1))의 내측 코일 세그먼트(56A)의 다른쪽의 단부의 위치에 선택되고, 포인트 c는 중심 코일(54(1))의 외측 코일 세그먼트(56B)의 다른쪽의 단부의 위치에 선택되고, 포인트 d는 주변 코일(54(2))의 내측 코일 세그먼트(58A)의 다른쪽의 단부의 위치에 선택되고, 포인트 e는 주변 코일(54(2))의 외측 코일 세그먼트(58B)의 다른쪽의 단부(종단)의 위치에 선택되고 있다. 또한, 도 8b 및 도 9b의 전류 분포 플롯은 각 포인트 a의 위치를 기점(0㎜)으로부터의 전류로의 거리로서 나타내고, 각 포인트의 전류를 종단 포인트 e의 전류(1A: 기준값)에 대한 상대값(비)으로서 나타내고 있다.
상기와 같은 파장 효과를 억제하기 위한 한 방법으로서, RF 안테나(54)내의 적당한 개소에 콘덴서를 삽입하는 구성을 바람직하게 취할 수 있다.
도 10a~도 10c에 나타내는 구성예는 주변 코일(54(2))에 있어서 내측 코일 세그먼트(58A)의 다른쪽의 단부와 외측 코일 세그먼트(58B)의 한쪽의 단부의 사이에 콘덴서(102)를 접속 가능하게 마련하고 있다.
이 경우, 제 2 스위치 회로망(68)에 있어서, 제 2 스위치(92(2))는 내측 코일 세그먼트(58A)의 다른쪽의 단부를, 콘덴서(102)의 한쪽의 단자에 접속시키는 위치(예를 들면 도 10a에 나타내는 위치)와, 외측 코일 세그먼트(58B)의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치(예를 들면 도 10b에 나타내는 위치)와, 콘덴서(102)의 한쪽의 단자 또는 외측 코일 세그먼트(58B)의 다른쪽의 단자의 어디에도 접속시키지 않는 위치(도시하지 않음)의 사이에서 전환 가능하게 되어 있다. 또한, 제 3 스위치(94(2))는 외측 코일 세그먼트(58B)의 한쪽의 단부를, 콘덴서(102)의 다른쪽의 단자에 접속시키는 위치(예를 들면 도 10a에 나타내는 위치)와, 내측 코일 세그먼트(58A)의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치(예를 들면 도 10b에 나타내는 위치)의 사이에서 전환 가능하게 되어 있다.
본 발명자가 RF 안테나(54)내의 전류 경로(유효길이)가 최대가 되는 제 4 합성 모드(도 10c)에 대해, 이 모델을 시뮬레이션에 가한 결과, 도 10d에 나타내는 바와 같이 안테나내 전류 분포의 불균일(편차)은 현저하게 개선되는 동시에, 도 10e에 나타내는 바와 같이 직경방향에 있어서의 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포도 크게 개선되는 것이 확인되었다.
다른 실시예로서, 도 11에 나타내는 바와 같이, RF 안테나(54)의 출구 e와 RF 어스선(66) 사이에, 혹은 RF 어스선(66)의 도중에, 콘덴서(104)를 직렬로 접속하는 구성도 바람직하게 취할 수 있다.
본 발명자가, RF 안테나(54)내의 전류 경로(유효길이)가 최대가 되는 제 4 합성 모드(도 11)에 대해, 이 모델을 시뮬레이션에 가한 결과, 도 12a~13b에 나타내는 바와 같은 결과가 얻어졌다.
즉, 콘덴서(104)의 캐패시턴스 C104를 10㎊로 선택한 경우에는 도 12a에 나타내는 바와 같이, RF 안테나(54)내의 전류는 중심 코일(54(1))내에서는 기준값(1A)보다도 6~7배 큰 값에서 대략 균일하게 분포하고, 주변 코일(54(2))의 후반부에서 종단 포인트 e의 기준값(1A)을 향해 급격히 저하한다. 그러나, 직경방향에 있어서의 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포는 도 12b에 나타내는 바와 같이 이론(이상)에 가까운 프로파일이 된다.
또한, 콘덴서(104)의 캐패시턴스 C104를 100㎊로 선택한 경우에는 도 13a에 나타내는 바와 같이, RF 안테나(54)내의 전류 분포는 중심 코일(54(1))내에서는 기준값(1A)보다도 작아 시단 포인트 a에 근접할수록 작아지고, 주변 코일(54(2))내에서는 기준값(1A)보다도 산형으로 커진다. 그리고, 직경방향에 있어서의 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포는 도 13b에 나타내는 바와 같이 이론(이상)으로는 좀 멀지만, 콘덴서(104)를 마련하지 않은 경우(도 7b의 (ｅ))에 비해 상당히 개선되어 있다. 또, 콘덴서(104)에 가변 콘덴서를 사용할 수 있는 것은 물론이다.
이와 같이, RF 안테나(54)내에, 또는 그 후단에 콘덴서(104)를 직렬로 삽입(접속)하는 구성에 있어서는 그 캐패시턴스 C104를 조정함으로써, RF 안테나(54)내의 전류 경로를 어느 모드로 전환해도, 직경방향에 있어서의 도넛형상 플라즈마내의 전류밀도 분포를 각 모드에 따른 대략 이론대로의 프로파일로 하는 것이 가능하고, 혹은 이론대로의 프로파일로 원하는 보정을 가하는 것도 가능하다.
[RF 안테나 및 스위치 회로망에 관한 실시예 2]
도 14~도 19에, 제 2 실시예에 있어서의 RF 안테나 및 스위치 회로망의 구성을 나타낸다.
이 실시예의 RF 안테나(54)는 직경방향에 있어서 중심부와 주변부의 2조의 코일(54(1), 54(2))로 분할되는 동시에, 각 조의 코일(54(1), 54(2))이 좌우로 2분할되어 있다.
더욱 상세하게는 제 1 조의 코일(54(1))은 RF 안테나(54)의 중심부에 위치하고, 병렬 연장하는 원호형상(바람직하게는 반원)의 제 1 내측 및 외측 코일 세그먼트(110A, 110B)와, 그들 제 1 및 제 2 코일 세그먼트(110A, 110B)와 각각 동일 구경의 원주를 따라 병렬 연장하는 원호형상(바람직하게는 반원)의 제 3 및 제 4 코일 세그먼트(110C, 110D)로 이루어진다. 여기서, 제 1 및 제 3 코일 세그먼트(110A, 110C)가 직경방향 내측의 코일 세그먼트이며, 제 2 및 제 4 코일 세그먼트(110B, 110D)가 직경방향 외측의 코일 세그먼트이다.
제 1 및 제 2 코일 세그먼트(110A, 110B)는 안테나의 한쪽 절반(도면의 좌측 절반)의 영역내에서, 매우 작은 바람직하게는 스킨 깊이 δ보다 작은 일정한 갭 g1을 두고 평행도를 유지하면서 각각의 반경을 바꾸지 않고 원호형상으로 병렬 반주하여, 각각이 반원의 코일을 형성하고 있다. 제 3 및 제 4 코일 세그먼트(110C, 110D)는 안테나의 다른 한쪽측의 절반(도면의 우측 절반)의 영역내에서, 매우 작은 바람직하게는 스킨 깊이 δ보다 작은 일정한 갭 g1을 두고 평행도를 유지하면서 각각의 반경을 바꾸지 않고 원호형상으로 병렬 반주하여, 각각이 반원의 코일을 형성하고 있다. 바람직하게는 코일 세그먼트(110A, 110B, 110C, 110D)의 코일 선재 및 코일 굵기(단면적)는 동일해도 좋고, 그들 임피던스는 근사하고 있다.
한편, 제 2 조의 코일(54(2))은 RF 안테나(54)의 주변부에 위치하고, 병렬 연장하는 원호형상(바람직하게는 반원)의 제 5 및 제 6 코일 세그먼트(112A, 112B)와, 그들 제 5 및 제 6 코일 세그먼트(112A, 112B)와 각각 동일 구경의 원주를 따라 서로 병렬 연장하는 원호형상(바람직하게는 반원)의 제 7 및 제 8 코일 세그먼트(112C, 112D)로 이루어진다. 여기서, 제 5 및 제 7 코일 세그먼트(112A, 112C)가 직경방향 내측의 코일 세그먼트이며, 제 6 및 제 8 코일 세그먼트(112B, 112D)가 직경방향 외측의 코일 세그먼트이다.
제 5 및 제 6 코일 세그먼트(112A, 112B)는 안테나의 한쪽측 절반(도면의 좌측 절반)의 영역내에서, 매우 작은 바람직하게는 스킨 깊이 δ보다 작은 일정한 갭 g2를 두고 평행도를 유지하면서 각각의 반경을 바꾸지 않고 원호형상으로 병렬 반주하여, 각각이 반원의 코일을 형성하고 있다. 제 7 및 제 8 코일 세그먼트(112C, 112D)는 안테나의 다른 한쪽측 절반(도면의 우측절반)의 영역내에서, 매우 작은 바람직하게는 스킨 깊이 δ보다 작은 일정한 갭 g2를 두고 평행도를 유지하면서 각각의 반경을 바꾸지 않고 원호형상으로 병렬 반주하여, 각각이 반원의 코일을 형성하고 있다. 바람직하게는, 코일 세그먼트(112A, 112B, 112C, 112D)의 코일 선재 및 코일 굵기(단면적)는 동일해도 좋고, 그들 임피던스는 근사하고 있다.
중심 코일(54(1))에 있어서는 코일 주회 방향에 있어서, 제 1 코일 세그먼트(110A)의 한쪽의 단부와 제 3 코일 세그먼트(110C)의 한쪽의 단부가 갭을 거쳐서 서로 근접하고, 제 1 코일 세그먼트(110A)의 다른쪽의 단부와 제 3 코일 세그먼트(110C)의 다른쪽의 단부가 갭을 거쳐서 서로 근접하고, 제 2 코일 세그먼트(110B)의 한쪽의 단부와 제 4 코일 세그먼트(110D)의 한쪽의 단부가 갭을 거쳐서 서로 근접하며, 제 2 코일 세그먼트(110B)의 다른쪽의 단부와 제 4 코일 세그먼트(110D)의 다른쪽의 단부가 갭을 거쳐서 서로 근접한다.
또한, 코일 주회 방향과 직교하는 수평 방향(코일 반경 방향)에 있어서, 제 1 및 제 2 코일 세그먼트(110A, 110B)의 각각의 한쪽의 단부가 갭을 거쳐서 서로 근접하고, 제 1 및 제 2 코일 세그먼트(110A, 110B)의 각각의 다른쪽의 단부가 갭을 거쳐서 서로 근접하고, 제 3 및 제 4 코일 세그먼트(110C, 110D)의 각각의 한쪽의 단부가 갭을 거쳐서 서로 근접하고, 제 3 및 제 4 코일 세그먼트(110C, 110D)의 각각의 다른쪽의 단부가 갭을 거쳐서 서로 근접한다.
주변 코일(54(2))에 있어서는 코일 주회 방향에 있어서, 제 5 코일 세그먼트(112A)의 한쪽의 단부와 제 7 코일 세그먼트(112C)의 한쪽의 단부가 갭을 거쳐서 서로 근접하고, 제 5 코일 세그먼트(112A)의 다른쪽의 단부와 제 7 코일 세그먼트(112C)의 다른쪽의 단부가 갭을 거쳐서 서로 근접하고, 제 6 코일 세그먼트(112B)의 한쪽의 단부와 제 8 코일 세그먼트(112D)의 한쪽의 단부가 갭을 거쳐서 서로 근접하고, 제 6 코일 세그먼트(112B)의 다른쪽의 단부와 제 8 코일 세그먼트(112D)의 다른쪽의 단부가 갭을 거쳐서 서로 근접한다.
또한, 코일 주회 방향과 직교하는 수평 방향(코일 반경 방향)에 있어서, 제 5 및 제 6 코일 세그먼트(112A, 112B)의 각각의 한쪽의 단부가 갭을 거쳐서 서로 근접하고, 제 5 및 제 6 코일 세그먼트(112A, 112B)의 각각의 다른쪽의 단부가 갭을 거쳐서 서로 근접하고, 제 7 및 제 8 코일 세그먼트(112C, 112D)의 각각의 한쪽의 단부가 갭을 거쳐서 서로 근접하고, 제 7 및 제 8 코일 세그먼트(112C, 112D)의 각각의 다른쪽의 단부가 갭을 거쳐서 서로 근접한다.
이 실시예에서는 중심 코일(54(1))에 부수해서 제 1 스위치 회로망(114)이 마련되고, 주변 코일(54(2))에 부수해서 제 2 스위치 회로망(115)이 마련된다.
이하, 제 1 스위치 회로망(114)의 구성 및 작용을 설명한다. 제 1 스위치 회로망(114)은 제 1~제 6 스위치(116(1), 118(1), 120(1), 122(1), 124(1), 126(1))를 갖고 있다.
제 1 스위치(116(1))는 고주파 급전부(60)로부터의 RF급전 라인(62)의 종단에 위치하는 제 1 단자(88(1))를, 제 1 코일 세그먼트(110A)의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 15a, 도 19a에 나타내는 위치)와, 제 3 코일 세그먼트(110C)의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 14a에 나타내는 위치)의 사이에서 전환 가능하게 되어 있다.
제 2 스위치(118(1))는 제 3 코일 세그먼트(110C)의 한쪽의 단부를, 제 4 코일 세그먼트(110D)의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 15a, 도 19a에 나타내는 위치)와, 제 2 코일 세그먼트(110B)의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 16a~도 18a에 나타내는 위치)와, 제 4 코일 세그먼트(110D)의 한쪽의 단부 또는 제 2 코일 세그먼트(110B의 한쪽의 단부의 어디에도 접속시키지 않는 위치(도 14a에 나타내는 위치)의 사이에서 전환 가능하게 되어 있다.
제 3 스위치(120(1))는 제 2 코일 세그먼트(110B)의 한쪽의 단부를, 제 1 코일 세그먼트(110A)의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 14a, 도 15a, 도 19a에 나타내는 위치)와, 제 3 코일 세그먼트(110C)의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 16a, 도 18a에 나타내는 위치)의 사이에서 전환 가능하게 되어 있다.
제 4 스위치(122(1))는 제 1 단자(88(1))를, 제 1 코일 세그먼트(110A)의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 14a에 나타내는 위치)와, 제 3 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 15a, 도 19a에 나타내는 위치)의 사이에서 전환 가능하게 되어 있다.
제 5 스위치(124(1))는 제 1 코일 세그먼트(110A)의 다른쪽의 단부를, 제 4 코일 세그먼트(110D)의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 16a~도 18a에 나타내는 위치)와, 제 2 코일 세그먼트(110B)의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 15a, 도 19a에 나타내는 위치)와, 제 4 코일 세그먼트(110D)의 다른쪽의 단부 또는 제 2 코일 세그먼트(110B)의 다른쪽의 단부의 어디에도 접속시키지 않는 위치(도 14a에 나타내는 위치)의 사이에서 전환 가능하게 되어 있다.
제 6 스위치(126(1))는 제 4 코일 세그먼트(110D)의 다른쪽의 단부를, 제 1 코일 세그먼트(110A)의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 16a~도 18a에 나타내는 위치)와, 제 3 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 14a, 도 15a, 도 19a에 나타내는 위치)의 사이에서 전환 가능하게 되어 있다.
상기 제 1~제 6 스위치(116(1)~126(1))는 바람직하게는 진공 스위치 또는 진공 릴레이로 이루어지고, 제어부(86)의 제어 하에 각각 독립된 스위치 구동 회로(도시하지 않음)에 의해 전환된다. 이들 6개의 스위치(116(1)~126(1))의 전환 위치의 조합 형태에 의해, 제 1~제 4 코일 세그먼트(110A~110D)간의 접속 형태(즉, 중심 코일(54(1))내의 전류 경로)에 관해, 도 15a, 도 19a에 나타내는 바와 같은 병렬 모드, 도 16a~도 18a에 나타내는 바와 같은 체배형 직렬 모드, 및 도 14a에 나타내는 바와 같은 상쇄형 직렬 모드의 3가지의 모드를 취할 수 있다.
여기서, 병렬 모드(도 15a, 도 19a)에서는 안테나 좌측 절반의 영역에서 제 1 및 제 2 코일 세그먼트(110A, 110B)를 각각 I/2, 1/2의 고주파 분기 전류가 정방향(도면의 시계반대방향)으로 흐르는 것과 동시에, 안테나 우측 절반의 영역에서 제 3 및 제 4 코일 세그먼트(110C, 110D)를 각각 I/2, 1/2의 고주파 분기 전류가 정방향으로 흐르고, 중심 코일(54(1)) 전체에서 합성 기자력은 1 암페어턴(1AT)이 된다.
체배형 직렬 모드(도 16a~도 18a)에서는 안테나 좌측 절반의 영역에서 제 1 및 제 2 코일 세그먼트(110A, 110B)를 고주파 전류 I가 정방향으로 흐르는 것과 동시에, 안테나 우측 절반의 영역에서 제 3 및 제 4 코일 세그먼트(110C, 110D)를 고주파 전류 I가 정방향으로 흐르고, 중심 코일(54(1)) 전체의 합성 기자력은 2암페어 턴(2AT)이 된다.
상쇄형 직렬 모드(도 14a)에서는 안테나 좌측 절반의 영역에서 고주파 전류 I가 제 1 코일 세그먼트(110A)를 역방향(시계방향)으로 흐르고, 또한 제 2 코일 세그먼트(110B)를 정방향(시계반대방향)으로 흐르는 것과 동시에, 안테나 우측 절반의 영역에서 고주파 전류 I가 제 3 코일 세그먼트(110C)를 역방향(시계방향)으로 흐르고, 또한 제 4 코일 세그먼트(110D)를 정방향(시계반대방향)으로 흐른다. 따라서, 제 1 코일 세그먼트(110A)와 제 2 코일 세그먼트(110B)의 사이에서 기자력이 상쇄되는 동시에, 제 3 코일 세그먼트(110C)와 제 4 코일 세그먼트(110D)의 사이에서도 기자력이 상쇄되고, 중심 코일(54(1)) 전체에서 합성 기자력은 0암페어 턴(0AT)이 된다.
제 2 스위치 회로망(115)도, 상술한 제 1 스위치 회로망(114)과 마찬가지의 구성 및 기능을 갖는다. 즉, 제 2 스위치 회로망(115)은 제 7 제 12 스위치(116(2), 118(2), 120(2), 122(2), 124(2), 126(2))를 갖고 있다.
제 7 스위치(116(2))는 중심 코일(54(1))을 거쳐서 RF 급전 라인(62)에 접속되거나, 또는 접속 가능한 도체의 단자(제 1 단자)(88(2))를, 제 5 코일 세그먼트(112A)의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 15a, 도 19a, 도 14a~도 16a, 도 18a, 도 19a에 나타내는 위치)와, 제 7 코일 세그먼트(112C)의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 17a에 나타내는 위치)의 사이에서 전환 가능하게 되어 있다.
제 8 스위치(118(2))는 제 7 코일 세그먼트(112C)의 한쪽의 단부를, 제 8 코일 세그먼트(112D)의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 15a, 도 16a에 나타내는 위치)와, 제 6 코일 세그먼트(112B)의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 14a, 도 18a, 도 19a에 나타내는 위치)와, 제 8 코일 세그먼트(112D)의 한쪽의 단부 또는 제 6 코일 세그먼트(112B)의 한쪽의 단부의 어디에도 접속시키지 않는 위치(도 17a에 나타내는 위치)의 사이에서 전환 가능하게 되어 있다.
제 9 스위치(120(2))는 제 6 코일 세그먼트(112B)의 한쪽의 단부를, 제 5 코일 세그먼트(112A)의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 15a, 도 17a에 나타내는 위치)와, 제 7 코일 세그먼트(112C)의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 14a, 도 18a, 도 19에 나타내는 위치)의 사이에서 전환 가능하게 되어 있다.
제 10 스위치(122(2))는 제 1 단자(88(2))를, 제 5 코일 세그먼트(112A)의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 14a, 도 17a에 나타내는 위치)와, 제 7 코일 세그먼트(112C)의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 15a, 도 19a, 도 14a~도 16a, 도 18a, 도 19a에 나타내는 위치)의 사이에서 전환 가능하게 되어 있다.
제 11 스위치(124(2))는 제 5 코일 세그먼트(112A)의 다른쪽의 단부를, 제 6 코일 세그먼트(112B)의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 15a, 도 16a에 나타내는 위치)와, 제 8 코일 세그먼트(112D)의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 14a, 도 18a, 도 19a에 나타내는 위치)와, 제 6 코일 세그먼트(112B)의 다른쪽의 단부 또는 제 4 코일 세그먼트(112B)의 다른쪽의 단부의 어디에도 접속시키지 않는 위치(도 17a에 나타내는 위치)의 사이에서 전환 가능하게 되어 있다.
제 12 스위치(126(2))는 제 8 코일 세그먼트(112D)의 다른쪽의 단부를, 제 7 코일 세그먼트(112C)의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 15a~도 17a에 나타내는 위치)와, 제 5 코일 세그먼트(112A)의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치(도 14a, 도 18a, 도 19에 나타내는 위치)의 사이에서 전환 가능하게 되어 있다.
상기 제 7~제 12 스위치(116(2)~126(2))는 바람직하게는 진공 스위치 또는 진공 릴레이로 이루어지고, 제어부(86)의 제어 하에 각각 독립된 스위치 구동 회로(도시하지 않음)에 의해 전환된다. 이들 6개의 스위치(116(2)~126(2))의 전환 위치의 조합 형태에 의해, 제 5~제 8 코일 세그먼트(112A~112D)간의 접속 형태(즉, 주변 코일(54(2))내의 전류 경로)에 관해, 도 15a, 도 16a에 나타내는 바와 같은 병렬 모드, 도 14a, 도 18a, 도 19에 나타내는 바와 같은 체배형의 직렬 모드, 및 도 17a에 나타내는 바와 같은 상쇄형의 직렬 모드의 3가지의 모드를 취할 수 있다.
이와 같이, 이 실시예에 있어서도, 제 1 및 제 2 스위치 회로망(114, 115)에 의해 중심 코일(54(1)) 및 주변 코일(54(2))내의 전류 경로(전류 분포)를 각각 독립적으로 3개의 모드(병렬 모드, 체배형 직렬 모드, 상쇄형 직렬 모드)의 사이에서 전환 가능하게 하고, 양 코일(54(1), 54(2))의 합성 기자력을 각각 독립적으로 3단계(0AT, 1AT, 2AT)로 조정 가능하게 하고 있다. 따라서, RF 안테나(54)내의 전류 경로(전류 분포) 또는 합성 기자력은 3×3(=9)가지의 합성 모드가 선택 가능하다.
본 발명자가 이 실시예의 모델을 상기와 마찬가지의 전자계 시뮬레이션에 가해 도넛형상 플라즈마 내부의 전류밀도 분포를 계산한 결과, 도 14a, 도 19a의 합성 모드에 대해 각각 도 14b~도 19b에 나타내는 바와 같은 프로파일이 얻어졌다. 도시한 바와 같이, 어느 모드에서도, 특히 RF 안테나(54)내의 전류 경로(유효길이)가 상당히 길어지거나[1AT/2AT], [2AT/2AT]의 합성 모드라도 이론에 가까운 시뮬레이션 결과가 얻어졌다.
이와 같이, 이 실시예에 있어서는 RF 안테나(54)를 구성하는 개개의 코일 세그먼트(110A~112D)의 길이가 실질적으로 절반이 되므로, 파장 효과가 억제되는 이점이 있다. 또한, 중심 코일(54(1)) 및 주변 코일(54(2))의 어디에 있어서도, 플라즈마와의 전자 유도 결합에 관해 특이점으로 되는 개방단이 2개소(대칭 위치) 존재하므로, 코일 주회 방향에 있어서의 전자밀도 분포의 편차가 억제되는 이점도 있다.
[RF 안테나 및 스위치 회로망에 관한 다른 실시예]
이상, 이 실시형태의 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치에 조립 가능한 RF 안테나 및 스위치 회로망에 대해 바람직한 실시예를 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 그 기술적 사상의 범위내에서 다른 실시예 또는 각종 변형이 가능하다.
예를 들면, 상술한 제 1 실시예에 의한 RF 안테나(54)에 있어서, 중심 코일(54(1))을 구성하는 한 쌍의 코일 세그먼트(56A, 56B) 또는 주변 코일(54(2))을 구성하는 한 쌍의 코일 세그먼트(58A, 58B)는 일주의 단권 코일에 한정되지 않고, 2주 이상의 복권 코일이어도 좋다.
각 한 쌍의 코일 세그먼트(56A, 56B), (58A, 58B)는 상기 실시예와 같이 일정한 갭 g1, g2를 두고 평행하게 근접하는 것이 바람직하지만, 평행도를 다소 잃어도 좋다.
도시는 생략하겠지만, 고주파 급전 라인(62)과 중심 코일(54(1))의 사이, 중심 코일(54(1))과 주변 코일(54(2))의 사이, 혹은 주변 코일(54(2))과 RF 어스선(66)의 사이에 임의의 코일을 직렬로 마련하는 구성도 가능하다.
또한, 도 20(a)~도 20(c)에 나타내는 바와 같이, 중심 코일(54(1)) 및 주변 코일(54(2))의 한쪽, 예를 들면 주변 코일(54(2))을 단일(예를 들면 단권)의 코일 세그먼트(130)로 구성하는 것도 가능하다. 이 경우는 제 1 스위치 회로망(64)에 의해 중심 코일(54(1))내의 전류 경로(전류 분포)가 3개의 모드(병렬 모드, 체배형 직렬 모드, 상쇄형 직렬 모드)의 사이에서 전환 가능한 것에 대해, 주변 코일(54(2))내의 전류 경로(전류 분포)는 항상 기자력[1AT]의 단일 모드로 고정된다. 도시는 생략하겠지만, 중심 코일(54(1))쪽을 단일(예를 들면 단권)의 코일 세그먼트로 구성하는 것도 가능하다.
또한, 도 21(a)~도 21(c)에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 중심 코일(54(1))에 있어서, 한 쌍의 코일 세그먼트(56A, 56B)간의 갭 g1을 임의로 넓히는 것도 가능하다. 무엇보다도, 이 경우는 도시한 바와 같이, 도넛형상 플라즈마내의 전류밀도 분포에 있어서, 중심 코일(54(1))과 주변 코일54(2)의 2극화 제어를 고저를 붙여 실행하는 것이 곤란하게 된다.
또한, 도 22a~도 22e에, RF 안테나(54)의 중심 코일(54(1)) 및 주변 코일(54(2))의 쌍방에서 한 쌍의 코일 세그먼트(56A, 56B), (58A, 58Ｂ)의 사이의 갭 g1, g2를 확대하는 것도 가능하다.
여기서, 도 22a는 [0AT/1AT]의 합성 모드, 도 22b는 [1AT/1AT]의 합성 모드, 도 22c는 [2AT/1AT]의 합성 모드, 도 22d는 [1AT/0AT]의 합성 모드, 도 22e는 [1AT/2AT]의 합성 모드이다. 도시한 바와 같이, 모드 전환에 의한 합성 기자력(즉, 직경방향의 전류밀도 분포)의 가변 제어는 충분히 가능하다. 단, 각 합성 모드에서 얻어지는 도넛형상 플라즈마내의 전류밀도 분포에 있어서, 중심 코일(54(1))과 주변 코일54(2)의 2극화 제어의 고저는 저하한다.
요컨대, 1조의 코일을 구성하는 한 쌍의 코일 세그먼트(56A, 56B)끼리가 떨어져 있으면, 그들 임피던스의 차가 현저하게 되고, 임피던스가 작은 쪽의 내측 코일 세그먼트(56A)에 흐르는 전류가 임피던스가 큰 쪽의 외측 코일 세그먼트(56B)에 흐르는 전류보다도 한층 커질 뿐만 아니라, 그 분배비가 플라즈마의 상태에 의존하게 되고, 각 모드의 합성 기자력이 변동한다.
따라서, 본 발명의 RF 안테나에 있어서, 1조의 코일을 구성하는 한 쌍의 코일 세그먼트는 각각의 임피던스가 가급적 근사하도록 가능한 한 근접해 있는 것이 바람직하다. 그 점에서, 상기와 같이 한 쌍의 코일 세그먼트간의 갭을 스킨 깊이 이하로 하는 것이 가장 바람직하지만, 외측의 코일 세그먼트의 구경(예를 들면, 내경)에 대한 내측의 코일 세그먼트의 구경(내경)의 비율이 80% 이상이면 실용적으로는 충분히 바람직하다.
도 23에, 1조의 코일을 구성하는 한 쌍의 코일 세그먼트(56A, 56B)의 사이에서, 스위치 회로망(64)과 접속하기 위한 개방 단부(단락)의 갭 ga, gb를 코일 주회 방향에서 중첩되지 않도록 적당히 어긋나게 하는 구성을 나타낸다. 이 구성에서는 도시한 바와 같이, 내측 코일 세그먼트(56A)의 다른쪽(우측)의 단부와 외측 코일 세그먼트(56B)의 한쪽(좌측)의 단부가 코일 주회 방향에서 중첩되고(코일 중심을 지나는 동일 직선 N상에 위치하고), 내측 코일 세그먼트(56A)의 갭 ga는 직선N의 좌측에 위치하고, 외측 코일 세그먼트(56B)의 갭 gb는 직선 N의 우측에 위치하고 있다.
이와 같이, 한 쌍의 코일 세그먼트(56A, 56B)의 사이에서 개방 단부(단락)의 갭 ga, gb를 코일 주회 방향에서 어긋나게 하는 구성에 의하면, 플라즈마측으로부터는 1조의 코일(54(1))로서는 단락의 개소가 보이기 어려워지고, 방위각 방향에 있어서의 전류밀도의 편차를 저감할 수 있다.
도 24에 나타내는 실시예는 중심 코일(54(1))과 주변 코일(54(2))의 사이에 도체판 예를 들면, 동판으로 이루어지는 통형상의 자기 실드 도체(132)를 배치한다. 이 자기 실드 도체(132)에는 종방향으로 연장하는 슬릿(134)이 방위각 방향으로 일정한 간격을 두고 다수 마련된다. 여기서, 슬릿(134)의 슬릿 폭을 방위각 방향에서 가변으로 하는 구성이 바람직하다.
이 모델의 시뮬레이션 결과를 도 25(a)~도 25(c)에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 슬릿(134)의 슬릿 폭을 예를 들면, 0㎜에서 5㎜까지 1㎜씩 가변하면, 도넛형상 플라즈마내의 전류밀도 분포에 있어서 중심 코일(54(1))의 바로 아래의 전류밀도를 단계적으로 섬세하게 가변(미세 조정)할 수 있다.
도 26에 나타내는 실시예는 RF 안테나(54)의 위쪽에 전기적으로 플로팅 상태에서 보정 코일(136)을 배치하는 실시예를 나타낸다. 이 보정 코일(136)은 바람직하게는 RF 안테나(54)에 대해 동축에 배치되고, 직경방향에 있어서 원하는 코일 직경(구경)을 갖는다. 보정 코일(136)의 코일 도체의 재질은 도전율이 높은 금속, 예를 들면 은 도금을 실시한 동이 바람직하다.
RF 안테나(54)를 흐르는 고주파 RFH의 전류에 의해서 안테나 도체의 주위에 발생하는 고주파의 교류 자계는 보정 코일(136)에 의해 전자 유도의 반작용의 영향을 받는다. 이 전자 유도의 반작용은 보정 코일(136)의 루프내를 관통하는 자력선(자속)의 변화에 거역하려고 하는 작용이며, 보정 코일(136)의 루프에 유도 기전력이 발생하여 전류가 흐른다.
이렇게 해서, 보정 코일(136)로부터의 전자 유도의 반작용에 의해, 보정 코일(136)의 코일 도체(특히, 안테나의 내주와 외주의 중간 부근)의 대략 바로 아래의 위치에서, 유전체 창(52) 부근의 처리공간에 있어서의 자속밀도의 반경 방향(수평) 성분이 국소적으로 약해지고, 그것에 의해서 방위각 방향의 유도 전계의 강도도 자속밀도와 마찬가지로 안테나 중간부와 대응하는 위치에서 국소적으로 약해진다. 따라서, 예를 들면, 보정 코일(136)의 구경을 중심 코일(54(1))의 구경에 근사하는 크기로 선택한 경우에는 중심 코일(54(1))의 바로 아래 부근에 있어서의 도넛형상 플라즈마내의 전류밀도를 내리는 방향에서 가변 조정하는 것이 가능하다.
이 실시예에 있어서, 바람직하게는 보정 코일(136)의 루프내에 콘덴서(바람직하게는 가변 콘덴서)(138)가 마련된다. 콘덴서(138)의 용량을 가변함으로써, 보정 코일(136)의 바로 아래 부근에 있어서의 도넛형상 플라즈마내의 전류밀도를 감소시키는 것도 증대시킬 수도 있다. 프로세스 레시피에서 설정되는 소정의 프로세스 파라미터(예를 들면, 압력, RF 파워, 가스 유량 등)에 따라 용량 가변 기구(도시하지 않음)에 의해 보정 코일(136)의 용량을 가변함으로써, 서셉터(12) 근방의 플라즈마 밀도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 27에 나타내는 실시예는 1조의 코일을 구성하는 한 쌍의 코일 세그먼트(56U, 56L)를 종방향으로 갭을 거쳐서 중첩하는 구성에 관한 것이다. 이 경우, 하부 코일 세그먼트(56L)의 단락의 갭 S1을 상부 코일 세그먼트(56U)의 단락의 갭 S2보다도 좁게 함으로써, 하부 코일 세그먼트(56L)의 양 단부와 스위치 회로망(64)의 전기적 접속(배선)을 용이하게 실행할 수 있다.
도 28a, 도 28B 및 도 29a, 도 29b에 나타내는 실시예는 중심 코일(54(1)) 및 주변 코일(54(2))의 각각에 있어서, 병렬 모드[1AT]는 불가하지만, 체배형 직렬 모드[2AT] 또는 상쇄형 직렬 모드[0AT]를 선택할 수 있도록 한 것이다. 단계조정의 자유도는 저하하지만, 스위치 회로망(64, 68)에서 사용하는 스위치의 수를 줄일 수 있다.
상술한 실시형태에 있어서의 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치의 구성은 일예이며, 플라즈마 생성 기구의 각 부는 물론, 플라즈마 생성에 직접 관계하지 않는 각 부의 구성도 각종 변형이 가능하다.
예를 들면, RF 안테나의 기본형태로서, 평면형 이외의 타입 예를 들면 돔형 등도 가능하다. 또한, 직사각형의 피처리 기판에 대한 챔버 구조, 직사각형의 RF 안테나 구조, 직사각형의 보정 코일 구조도 가능하다.
또한, 처리 가스 공급부에 있어서 챔버(10)내에 천장으로부터 처리 가스를 도입하는 구성도 가능하며, 서셉터(12)에 직류 바이어스 제어용의 고주파 RFL을 인가하지 않는 형태도 가능하다.
또한, 본 발명에 의한 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치 또는 플라즈마 처리 방법은 플라즈마 에칭의 기술분야에 한정되지 않고, 플라즈마 CVD, 플라즈마 산화, 플라즈마 질화, 스퍼터링 등의 다른 플라즈마 프로세스에도 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.
Claims (26)
- 적어도 일부가 유전체 창으로 이루어지는 진공배기 가능한 처리용기와,
상기 처리용기내에서 기판을 유지하는 기판 유지부와,
상기 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하기 위해, 상기 처리용기내에 원하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와,
병렬 연장하는 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 갖고, 상기 처리용기내에서 유도 결합에 의해 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위해 상기 유전체 창의 밖에 마련되는 RF 안테나와,
상기 처리 가스의 고주파 방전을 위한 주파수의 고주파 전력을 상기 RF 안테나에 공급하는 고주파 급전부와,
상기 RF 안테나내에서, 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 병렬 접속하는 병렬 모드와, 상기 제 1 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 2 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 동일하게 되도록 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 직렬 접속하는 체배형 직렬 모드와, 상기 제 1 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 2 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 반대가 되도록 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 직렬 접속하는 상쇄형 직렬 모드의 사이에서 전환 가능한 스위치 회로망을 갖고,
상기 스위치 회로망은,
상기 고주파 급전부로부터의 고주파 급전 라인에 접속되거나, 또는 접속 가능한 단자를, 상기 제 1 코일 세그먼트의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치와, 상기 제 1 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치의 사이에서 전환 가능한 제 1 스위치와,
상기 제 1 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부를, 상기 제 2 코일 세그먼트의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치와, 상기 제 2 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치와, 상기 제 2 코일 세그먼트의 한쪽의 단부 또는 다른쪽의 단부의 어디에도 접속시키지 않는 위치의 사이에서 전환 가능한 제 2 스위치와,
상기 제 2 코일 세그먼트의 한쪽의 단부를, 상기 제 1 코일 세그먼트의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치와, 상기 제 1 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치의 사이에서 전환 가능한 제 3 스위치를 갖는
플라즈마 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트는 일정한 갭을 두고 평행하게 연장하는
플라즈마 처리 장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 고주파 급전부로부터의 고주파 급전 라인과 상기 단자의 사이에 제 3 코일 세그먼트가 접속되는
플라즈마 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부와, 전기적으로 접지 전위로 유지되는 접지 전위 부재에 접속되거나, 또는 접속 가능한 추가 단자와의 사이에 제 4 코일 세그먼트가 접속되는
플라즈마 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부와, 전기적으로 접지 전위로 유지되는 접지 전위 부재에 접속되거나, 또는 접속 가능한 추가 단자와의 사이에 콘덴서가 접속되는
플라즈마 처리 장치. - 적어도 일부가 유전체 창으로 이루어지는 진공배기 가능한 처리용기와,
상기 처리용기내에서 기판을 유지하는 기판 유지부와,
상기 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하기 위해, 상기 처리용기내에 원하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와,
병렬 연장하는 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 갖고, 상기 처리용기내에서 유도 결합에 의해 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위해 상기 유전체 창의 밖에 마련되는 RF 안테나와,
상기 처리 가스의 고주파 방전을 위한 주파수의 고주파 전력을 상기 RF 안테나에 공급하는 고주파 급전부와,
상기 RF 안테나내에서, 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 병렬 접속하는 병렬 모드와, 상기 제 1 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 2 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 동일하게 되도록 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 직렬 접속하는 체배형 직렬 모드와, 상기 제 1 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 2 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 반대가 되도록 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 직렬 접속하는 상쇄형 직렬 모드의 사이에서 전환 가능한 스위치 회로망을 갖고,
상기 스위치 회로망은,
전기적으로 접지 전위로 유지되는 접지 전위 부재에 접속되거나, 또는 접속 가능한 단자를, 상기 제 2 코일 세그먼트의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치와, 상기 제 2 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치의 사이에서 전환 가능한 제 1 스위치와,
상기 제 2 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부를, 상기 제 1 코일 세그먼트의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치와, 상기 제 1 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치와, 상기 제 1 코일 세그먼트의 한쪽의 단부 또는 다른쪽의 단부의 어디에도 접속시키지 않는 위치의 사이에서 전환 가능한 제 2 스위치와,
상기 제 1 코일 세그먼트의 한쪽의 단부를, 상기 제 2 코일 세그먼트의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치와, 상기 제 2 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치의 사이에서 전환 가능한 제 3 스위치를 갖는
플라즈마 처리 장치. - 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부와 상기 제 2 코일 세그먼트의 한쪽의 단부의 사이에서, 상기 제 2 및 제 3 스위치를 거쳐서 콘덴서가 접속되는
플라즈마 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
코일 주회 방향에 있어서,
상기 제 1 코일 세그먼트의 한쪽의 단부와 다른쪽의 단부가 서로 근접하고,
상기 제 2 코일 세그먼트의 한쪽의 단부와 다른쪽의 단부가 서로 근접하는
플라즈마 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
코일 주회 방향과 직교하는 소정의 방향에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트의 각각의 한쪽의 단부가 서로 근접하고,
상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트의 각각의 다른쪽의 단부가 서로 근접하는
플라즈마 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트는 상기 유전체 창과 평행하게 동심형상으로 배치되고, 외측의 코일 세그먼트의 구경에 대한 내측의 코일 세그먼트의 구경의 비율이 80% 이상인
플라즈마 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트는 상기 유전체 창과 평행하고 서로 일정한 갭을 두고 동심형상으로 배치되는
플라즈마 처리 장치. - 적어도 일부가 유전체 창으로 이루어지는 진공배기 가능한 처리용기와,
상기 처리용기내에서 기판을 유지하는 기판 유지부와,
상기 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하기 위해, 상기 처리용기내에 원하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와,
병렬 연장하는 제 1 및 제 2 코일 세그먼트와, 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트보다도 큰 직경으로 병렬 연장하는 제 3 및 제 4 코일 세그먼트를 갖고, 상기 처리용기내에서 유도 결합에 의해 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위해 상기 유전체 창의 밖에 마련되는 RF 안테나와,
상기 처리 가스의 고주파 방전을 위한 주파수의 고주파 전력을 상기 RF 안테나에 공급하는 고주파 급전부와,
상기 RF 안테나내에서, 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 병렬 접속하는 제 1 병렬 모드와, 상기 제 1 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 2 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 동일하게 되도록 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 직렬 접속하는 제 1 체배형 직렬 모드와, 상기 제 1 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 2 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 반대가 되도록 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 직렬 접속하는 제 1 상쇄형 직렬 모드의 사이에서 전환 가능한 제 1 스위치 회로망과,
상기 RF 안테나내에서, 상기 제 3 및 제 4 코일 세그먼트를 병렬 접속하는 제 2 병렬 모드와, 상기 제 3 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 4 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 동일하게 되도록 상기 제 3 및 제 4 코일 세그먼트를 직렬 접속하는 제 2 체배형 직렬 모드와, 상기 제 3 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 4 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 반대가 되도록 상기 제 3 및 제 4 코일 세그먼트를 직렬 접속하는 제 2 상쇄형 직렬 모드의 사이에서 전환 가능한 제 2 스위치 회로망을 갖는
플라즈마 처리 장치. - 제 13 항에 있어서,
코일 주회 방향에 있어서,
상기 제 1 코일 세그먼트의 한쪽의 단부와 다른쪽의 단부가 서로 근접하고,
상기 제 2 코일 세그먼트의 한쪽의 단부와 다른쪽의 단부가 서로 근접하고,
상기 제 3 코일 세그먼트의 한쪽의 단부와 다른쪽의 단부가 서로 근접하고,
상기 제 4 코일 세그먼트의 한쪽의 단부와 다른쪽의 단부가 서로 근접하는
플라즈마 처리 장치. - 제 13 항에 있어서,
코일 주회 방향과 직교하는 소정의 방향에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트의 각각의 한쪽의 단부가 서로 근접하고,
상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트의 각각의 다른쪽의 단부가 서로 근접하고,
상기 제 3 및 제 4 코일 세그먼트의 각각의 한쪽의 단부가 서로 근접하고,
상기 제 3 및 제 4 코일 세그먼트의 각각의 다른쪽의 단부가 서로 근접하는
플라즈마 처리 장치. - 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트는 상기 유전체 창과 평행하게 동심형상으로 배치되고, 외측의 코일 세그먼트의 구경에 대한 내측의 코일 세그먼트의 구경의 비율이 80% 이상이며,
상기 제 3 및 제 4 코일 세그먼트는 상기 유전체 창과 평행하게 동심형상으로 배치되고, 외측의 코일 세그먼트의 구경에 대한 내측의 코일 세그먼트의 구경의 비율이 80% 이상인
플라즈마 처리 장치. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트는 상기 유전체 창과 평행하고 서로 일정한 갭을 두고 동심형상으로 배치되고,
상기 제 3 및 제 4 코일 세그먼트는 상기 유전체 창과 평행하고 서로 일정한 갭을 두고 동심형상으로 배치되는
플라즈마 처리 장치. - 적어도 일부가 유전체 창으로 이루어지는 진공배기 가능한 처리용기와,
상기 처리용기내에서 기판을 유지하는 기판 유지부와,
상기 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하기 위해, 상기 처리용기내에 원하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와,
병렬 연장하는 원호형상의 제 1 및 제 2 코일 세그먼트와, 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트와 각각 동일한 원주를 따라 병진하는 원호형상의 제 3 및 제 4 코일 세그먼트를 갖고, 상기 처리용기내에서 유도 결합에 의해 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위해 상기 유전체 창의 밖에 마련되는 RF 안테나와,
상기 처리 가스의 고주파 방전을 위한 주파수의 고주파 전력을 상기 RF 안테나에 공급하는 고주파 급전부와,
상기 RF 안테나내에서, 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 병렬 접속하고, 또한 상기 제 3 및 제 4 코일 세그먼트를 병렬 접속하는 병렬 모드와, 상기 제 1 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 2 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 동일하게 되고, 또한 상기 제 3 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 4 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 동일하게 되도록, 상기 제 1 및 제 3 코일 세그먼트를 직렬 접속하고, 또한 상기 제 2 및 제 4 코일 세그먼트를 직렬 접속하는 체배형 직렬 모드와, 상기 제 1 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 2 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 반대가 되고, 또한 상기 제 3 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 4 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 반대가 되도록, 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 직렬 접속하고, 또한 상기 제 3 및 제 4 코일 세그먼트를 직렬 접속하는 상쇄형 직렬 모드의 사이에서 전환 가능한 스위치 회로망을 갖는
플라즈마 처리 장치. - 제 18 항에 있어서,
상기 스위치 회로망은,
상기 고주파 급전부로부터의 고주파 급전 라인에 접속되거나, 또는 접속 가능한 단자를, 상기 제 1 코일 세그먼트의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치와, 상기 제 3 코일 세그먼트의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치의 사이에서 전환 가능한 제 1 스위치와,
상기 제 3 코일 세그먼트의 한쪽의 단부를, 상기 제 4 코일 세그먼트의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치와, 상기 제 2 코일 세그먼트의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치와, 상기 제 4 코일 세그먼트의 한쪽의 단부 또는 상기 제 2 코일 세그먼트의 한쪽의 단부의 어디에도 접속시키지 않는 위치의 사이에서 전환 가능한 제 2 스위치와,
상기 제 2 코일 세그먼트의 한쪽의 단부를, 상기 제 1 코일 세그먼트의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치와, 상기 제 3 코일 세그먼트의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치의 사이에서 전환 가능한 제 3 스위치와,
상기 단자를, 상기 제 1 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치와, 상기 제 3 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치의 사이에서 전환 가능한 제 4 스위치와,
상기 제 1 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부를, 상기 제 4 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치와, 상기 제 2 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치와, 상기 제 4 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부 또는 상기 제 2 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부의 어디에도 접속시키지 않는 위치의 사이에서 전환 가능한 제 5 스위치와,
상기 제 4 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부를, 상기 제 3 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치와, 상기 제 1 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치의 사이에서 전환 가능한 제 6 스위치를 갖는
플라즈마 처리 장치. - 제 18 항에 있어서,
상기 스위치 회로망은,
전기적으로 접지 전위로 유지되는 접지 전위 부재에 접속되거나, 또는 접속 가능한 단자를, 상기 제 2 코일 세그먼트의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치와, 상기 제 4 코일 세그먼트의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치의 사이에서 전환 가능한 제 1 스위치와,
상기 제 1 코일 세그먼트의 한쪽의 단부를, 상기 제 2 코일 세그먼트의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치와, 상기 제 4 코일 세그먼트의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치와, 상기 제 2 코일 세그먼트의 한쪽의 단부 또는 상기 제 4 코일 세그먼트의 한쪽의 단부의 어디에도 접속시키지 않는 위치의 사이에서 전환 가능한 제 2 스위치와,
상기 제 3 코일 세그먼트의 한쪽의 단부를, 상기 제 2 코일 세그먼트의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치와, 상기 제 4 코일 세그먼트의 한쪽의 단부에 접속시키는 위치의 사이에서 전환 가능한 제 3 스위치와,
상기 단자를, 상기 제 2 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치와, 상기 제 4 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치의 사이에서 전환 가능한 제 4 스위치와,
상기 제 3 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부를, 상기 제 4 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치와, 상기 제 2 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치와, 상기 제 4 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부 또는 상기 제 2 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부의 어디에도 접속시키지 않는 위치의 사이에서 전환 가능한 제 5 스위치와,
상기 제 1 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부를, 상기 제 2 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치와, 상기 제 4 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부에 접속시키는 위치의 사이에서 전환 가능한 제 6 스위치를 갖는
플라즈마 처리 장치. - 제 18 항에 있어서,
코일 주회 방향에 있어서,
상기 제 1 코일 세그먼트의 한쪽의 단부와 상기 제 3 코일 세그먼트의 한쪽의 단부가 서로 근접하고,
상기 제 1 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부와 상기 제 3 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부가 서로 근접하고,
상기 제 2 코일 세그먼트의 한쪽의 단부와 상기 제 4 코일 세그먼트의 한쪽의 단부가 서로 근접하고,
상기 제 2 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부와 상기 제 4 코일 세그먼트의 다른쪽의 단부가 서로 근접하는
플라즈마 처리 장치. - 제 18 항에 있어서,
코일 주회 방향과 직교하는 소정의 방향에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트의 각각의 한쪽의 단부가 서로 근접하고,
상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트의 각각의 다른쪽의 단부가 서로 근접하고,
상기 제 3 및 제 4 코일 세그먼트의 각각의 한쪽의 단부가 서로 근접하고,
상기 제 3 및 제 4 코일 세그먼트의 각각의 다른쪽의 단부가 서로 근접하는
플라즈마 처리 장치. - 제 18 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트는 상기 유전체 창과 평행하게 동심형상으로 배치되고, 외측의 코일 세그먼트의 반경에 대한 내측의 코일 세그먼트의 반경의 비율이 80% 이상이고,
상기 제 3 및 제 4 코일 세그먼트는 상기 유전체 창과 평행하게 동심형상으로 배치되며, 외측의 코일 세그먼트의 반경에 대한 내측의 코일 세그먼트의 반경의 비율이 80% 이상인
플라즈마 처리 장치. - 제 18 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트는 상기 유전체 창과 평행하고 서로 일정한 갭을 두고 동심형상으로 배치되고,
상기 제 3 및 제 4 코일 세그먼트는 상기 유전체 창과 평행하고 서로 일정한 갭을 두고 동심형상으로 배치되는
플라즈마 처리 장치. - 제 1 항 또는 제 7 항에 기재된 플라즈마 처리 장치를 이용하여 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법에 있어서,
천장에 유전체 창을 갖는 진공배기 가능한 처리용기내에서 상기 유전체 창의 아래쪽에 설정된 소정 위치에 기판을 배치하는 공정과,
처리 가스 공급부로부터 상기 처리용기내에 원하는 처리 가스를 공급하는 공정과,
상기 처리용기내를 소정의 압력으로 감압 상태로 유지하는 공정과,
병렬 연장하는 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 갖고, 상기 유전체 창의 위쪽에 배치되어 있는 RF 안테나내에서, 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 병렬 접속하는 병렬 모드, 상기 제 1 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 2 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 동일하게 되도록 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 직렬 접속하는 체배형 직렬 모드, 또는 상기 제 1 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 2 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 반대가 되도록 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 직렬 접속하는 상쇄형 직렬 모드 중의 어느 하나를 선택하는 공정과,
상기 RF 안테나에 고주파 전원으로부터 소정 주파수의 고주파를 인가하여, 상기 선택된 모드에서 접속되어 있는 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트에 고주파 전류를 흘리는 공정과,
상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트에서 흐르는 상기 고주파 전류에 따른 고주파의 자계 및 유도 전계에 의해서 상기 처리용기내의 상기 유전체 창의 부근에서 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 공정과,
생성된 상기 플라즈마를 상기 처리용기내에서 확산시키는 공정과,
상기 플라즈마 하에서 상기 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하는 공정을 갖는
플라즈마 처리 방법. - 천장에 유전체 창을 갖는 진공배기 가능한 처리용기내에서 상기 유전체 창의 아래쪽에 설정된 소정 위치에 기판을 배치하는 공정과,
처리 가스 공급부로부터 상기 처리용기내에 원하는 처리 가스를 공급하는 공정과,
상기 처리용기내를 소정의 압력으로 감압 상태로 유지하는 공정과,
병렬 연장하는 원호형상의 제 1 및 제 2 코일 세그먼트와, 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트와 각각 동일한 원주를 따라 병렬 연장하는 원호형상의 제 3 및 제 4 코일 세그먼트를 갖고, 상기 유전체 창의 위쪽에 배치되어 있는 RF 안테나내에서, 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 병렬 접속하고, 또한 상기 제 3 및 제 4 코일 세그먼트를 병렬 접속하는 병렬 모드, 상기 제 1 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 2 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 동일하게 되고, 또한 상기 제 3 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 4 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 동일하게 되도록, 상기 제 1 및 제 3 코일 세그먼트를 직렬 접속하고, 또한 상기 제 2 및 제 4 코일 세그먼트를 직렬 접속하는 체배형 직렬 모드, 또는 상기 제 1 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 2 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 반대가 되고, 또한 상기 제 3 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향과 상기 제 4 코일 세그먼트를 흐르는 전류의 방향이 코일 주회 방향에서 반대가 되도록, 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 직렬 접속하고, 또한 상기 제 3 및 제 4 코일 세그먼트를 직렬 접속하는 상쇄형 직렬 모드 중의 어느 하나를 선택하는 공정과,
상기 RF 안테나에 고주파 전원으로부터 소정 주파수의 고주파를 인가하여, 상기 선택된 모드에서 접속되어 있는 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 코일 세그먼트에 고주파 전류를 흘리는 공정과,
상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 코일 세그먼트에서 흐르는 상기 고주파 전류에 따른 고주파의 자계 및 유도 전계에 의해서 상기 처리용기내의 상기 유전체 창의 부근에서 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 공정과,
생성된 상기 플라즈마를 상기 처리용기내에서 확산시키는 공정과,
상기 플라즈마 하에서 상기 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하는 공정을 갖는
플라즈마 처리 방법.
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