KR101757921B1 - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 말명은 유도 결합형의 플라즈마 프로세스에 있어서 간이한 보정 코일을 이용해서 플라즈마 밀도 분포를 자유롭고 또한 정밀하게 제어하기 위한 것이다. 본 발명의 유도 결합형 플라즈마 처리 장치는 RF 안테나(54)에 근접하는 유전체 창(52)의 아래에서 유도 결합의 플라즈마를 도넛형상으로 생성하고, 이 도넛형상의 플라즈마를 넓은 처리공간내에서 분산되도록 하여, 서셉터(12) 근방(즉, 반도체 웨이퍼Ｗ 상)에서 플라즈마의 밀도를 평균화하도록 하고 있다. 그리고, 서셉터(12) 근방의 플라즈마 밀도 분포를 직경방향으로 균일화하고, 또 RF 안테나(54)가 발생하는 RF 자기장에 대해 보정 링(70)에 의해 전자기장적인 보정을 거는 동시에, 챔버(10)내의 압력에 따라 안테나-코일 간격 제어부(72)에 의해 보정 링(70)의 높이 위치를 가변하도록 하고 있다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD}
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 제조에 있어서의 에칭, 퇴적, 산화, 스퍼터링 등의 프로세스에서는 처리 가스에 비교적 저온에서 양호한 반응을 실행시키기 위해 플라즈마가 흔히 이용되고 있다. 종래부터, 이러한 종류의 플라즈마 처리에는 메가헤르츠(㎒)영역의 고주파 방전에 의한 플라즈마가 많이 이용되고 있다. 고주파 방전에 의한 플라즈마는, 보다 구체적(장치적)으로 플라즈마 생성법으로서, 용량 결합형 플라즈마와 유도 결합형 플라즈마로 크게 나뉜다.
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(RF) 전력을 공급한다. 처리용기는 감압 가능한 진공 챔버로서 구성되어 있으며, 챔버 내의 중앙부에 피처리 기판(예를 들면, 반도체 웨이퍼, 유리 기판 등)이 배치되고, 유전체 창과 기판의 사이에 설정되는 처리공간에 처리 가스가 도입된다. RF 안테나에 흐르는 RF 전류에 의해서, 자력선이 유전체 창을 관통해서 챔버 내의 처리공간을 통과하도록 RF 자기장이 RF 안테나의 주위에 발생하고, 이 RF 자기장의 시간적인 변화에 의해서 처리공간 내에서 방위각 방향으로 유도 전기장이 발생한다. 그리고, 이 유도 전기장에 의해서 방위각 방향으로 가속된 전자가 처리 가스의 분자나 원자와 전리 충돌을 일으켜서, 도넛형상의 플라즈마가 생성된다.
챔버 내에 큰 처리공간이 마련되는 것에 의해서, 상기 도넛형상의 플라즈마는 효율적으로 사방(특히, 반경방향)으로 확산하여, 기판 상에서는 플라즈마의 밀도가 상당히 균일하게 된다. 그러나, 통상의 RF 안테나를 이용한 것만으로는 기판 상에 얻어지는 플라즈마 밀도의 균일성은 대체로 플라즈마 프로세스에 있어서 불충분하다. 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치에 있어서도, 기판 상의 플라즈마 밀도의 균일성을 향상시키는 것은 플라즈마 프로세스의 균일성·재현성 더 나아가서는 제조 양품률을 좌우하기 때문에, 가장 중요한 과제의 하나로 되어 있고, 지금까지도 이 관계의 기술이 몇 개 제안되어 있다.
종래의 대표적인 플라즈마 밀도 균일화의 기술은 RF 안테나를 복수의 세그먼트로 분할하는 것이다. 이 RF 안테나 분할 방식에는 각각의 안테나·세그먼트에 개별의 고주파 전력을 공급하는 제 1 방식(예를 들면, 특허문헌 1 참조)과, 각각의 안테나·세그먼트의 임피던스를 콘덴서 등의 부가 회로에 의해 가변해서 1개의 고주파 전원에서 전부의 안테나·세그먼트로 각각 분배되는 RF 전력의 분할비를 제어하는 제 2 방식(예를 들면, 특허문헌 2 참조)이 있다.
또한, 단일의 RF 안테나를 사용하고, 이 RF 안테나의 가까이에 수동 안테나를 배치하는 기법(예를 들면, 특허문헌 3 참조)도 알려져 있다. 이 수동 안테나는 고주파 전원으로부터 고주파 전력의 공급을 받지 않는 독립된 코일로서 구성되며, RF 안테나(유도성 안테나)가 발생하는 자기장에 대해, 수동 안테나의 루프 내의 자기장 강도를 감소시키고 수동 안테나의 루프외 근방의 자기장 강도를 증가시키도록 행동한다. 그것에 의해서, 챔버 내의 플라즈마 발생 영역 중의 RF 전자기장의 반경방향 분포가 변경되도록 되어 있다.
[특허문헌 1] 미국특허 제5401350호 공보
[특허문헌 2] 미국특허 제5907221호 공보
[특허문헌 3] 일본국 특허공개 제2005-534150호 공보
그러나, 상기와 같은 RF 안테나 분할 방식 중, 상기 제 1 방식은 복수의 고주파 전원뿐만 아니라 동일 수의 정합기를 필요로 하고, 고주파 급전부의 번잡화와 현저한 비용 상승이 큰 문제점이 되고 있다. 또한, 상기 제 2 방식은 각 안테나·세그먼트의 임피던스에는 다른 안테나·세그먼트뿐만 아니라 플라즈마의 임피던스도 영향을 주기 때문에, 부가 회로만으로 분할비를 임의로 정할 수 없어, 제어성에 어려움이 있어, 그다지 이용되고 있지 않다.
또한, 상기 특허문헌 3에 개시되는 수동 안테나를 이용하는 종래 방식은 수동 안테나의 존재에 의해서 RF 안테나(유도성 안테나)가 발생하는 자기장에 영향을 주고, 그것에 의해서 챔버 내의 플라즈마 발생 영역 중의 RF 전자기장의 반경방향 분포를 변경할 수 있는 것을 교시하고 있지만, 수동 안테나의 작용에 관한 고찰·검증이 불충분하여, 수동 안테나를 이용하여 플라즈마 밀도 분포를 자유롭고 또한 고정밀도로 제어하기 위한 구체적인 장치 구성을 이미지할 수 없다.
오늘날의 플라즈마 프로세스는 기판의 대면적화와 디바이스의 미세화에 수반해서, 더욱 저압에서 고밀도이고 또한 대구경의 플라즈마 소스를 필요로 하고 있으며, 기판 상의 프로세스의 균일성은 이전에도 증가하여 곤란한 과제로 되어 있다.
이 점에서, 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치는 RF 안테나에 근접하는 유전체 창의 내측에서 플라즈마를 도넛형상으로 생성하고, 이 도넛형상의 플라즈마를 기판을 향해 사방으로 확산시키도록 하고 있지만, 챔버 내의 압력에 의해서 플라즈마의 확산되는 형태가 변화하여, 기판상의 플라즈마 밀도 분포가 변하기 쉽다. 따라서, 프로세스 레시피에서 압력이 변경되어도, 거기에 추종해서 기판 상의 플라즈마 밀도의 균일성을 유지할 수 있도록, RF 안테나(유도성 안테나)가 발생하는 자기장에 대해 보정을 할 수 없으면, 오늘날의 플라즈마 처리 장치에 요구되는 다양하고 또한 고도의 프로세스 성능에 맞추기 어려워진다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 감안해서 이루어진 것이며, 플라즈마 생성용의 RF 안테나나 고주파 급전 계통에 특별한 세공을 필요로 하지 않고, 간단한 보정 코일을 이용해서 플라즈마 밀도 분포를 자유롭고 또한 정밀하게 제어할 수 있는 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 제 1 관점에 있어서의 플라즈마 처리 장치는 천장에 유전체의 창을 갖는 처리용기와, 상기 유전체 창의 밖에 배치되는 코일형상의 RF 안테나와, 상기 처리용기 내에서 피처리 기판을 유지하는 기판 유지부와, 상기 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하기 위해, 상기 처리용기 내에 원하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와, 상기 처리용기 내에서 유도 결합에 의해 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위해, 처리 가스의 고주파 방전에 적합한 주파수의 고주파 전력을 상기 RF 안테나에 공급하는 고주파 급전부와, 상기 처리용기 내의 플라즈마 밀도 분포를 제어하기 위해, 상기 RF 안테나와 전자기 유도에 의해 결합 가능한 위치에서 상기 처리용기의 밖에 배치되는 보정 코일과, 상기 RF 안테나에 대해 상기 보정 코일을 평행하게 유지하면서, 상기 RF 안테나와 상기 보정 코일의 사이의 거리 간격을 가변 제어하는 안테나-코일 간격 제어부를 갖는다.
상기 제 1 관점에 의한 플라즈마 처리 장치에 있어서는 상기와 같은 구성에 의해, 특히 상기 보정 코일과 상기 안테나-코일 간격 제어부를 구비하는 구성에 의해, 고주파 급전부로부터 RF 안테나에 고주파 전력을 공급했을 때에, RF 안테나를 흐르는 고주파 전류에 의해서 안테나 도체의 주위에 발생하는 RF 자기장에 대한 보정 코일의 작용(코일 도체와 중첩되는 위치 부근에서 유도 결합에 의해 생성되는 핵심인 플라즈마의 밀도를 국소적으로 저감시키는 작용 효과)을 정형적이고 또한 안정하게 얻는 것이 가능하고, 또한 그와 같은 보정 코일 효과(코어(core) 플라즈마의 밀도를 국소적으로 저감시키는 효과)의 정도를 대략 리니어(Linear)하게 제어할 수도 있다. 이것에 의해서, 기판 유지부 상의 기판의 근방에서 플라즈마 밀도 분포를 임의로 또한 정밀하게 제어하는 것이 가능하고, 플라즈마 프로세스의 균일성의 향상도 용이하게 달성할 수 있다.
본 발명의 제 2 관점에 있어서의 플라즈마 처리 장치는 천장에 유전체의 창을 갖는 처리용기와, 상기 유전체 창의 위에 배치되는 코일형상의 RF 안테나와, 상기 처리용기 내에서 피처리 기판을 유지하는 기판 유지부와, 상기 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하기 위해, 상기 처리용기 내에 원하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와, 상기 처리용기 내에서 유도 결합에 의해 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위해, 처리 가스의 고주파 방전에 적합한 주파수의 고주파 전력을 상기 RF 안테나에 공급하는 고주파 급전부와, 상기 처리용기 내의 플라즈마 밀도 분포를 제어하기 위해, 상기 RF 안테나와 전자기 유도에 의해 결합 가능한 위치에서 상기 처리용기의 밖에 배치되는 보정 코일과, 상기 RF 안테나와 상기 보정 코일의 사이에서 상대적인 승강 이동, 평행 자세, 경사 자세 또는 주기적 기복 운동을 실행시키는 핸들링 기구를 갖는다.
상기 제 2 관점에 의한 플라즈마 처리 장치에 있어서는 상기와 같은 구성에 의해, 특히 RF 안테나와 보정 코일의 사이에서 상대적인 승강 이동, 평행 자세, 경사 자세 또는 주기적 기복 운동을 실행시키는 구성에 의해, 상기 제 1 관점에 의한 플라즈마 처리 장치와 마찬가지의 작용 효과가 얻어질 뿐만 아니라, 보정 코일 효과(코어 플라즈마의 밀도를 국소적으로 저감시키는 효과)의 정도 혹은 기판 근방의 플라즈마 밀도 분포를 방위각 방향에 있어서 한층 용이하고 또한 정밀하게 균일화하거나, 혹은 임의로 제어할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리 방법은 천장에 유전체의 창을 갖는 처리용기와, 상기 유전체 창의 위에 배치되는 코일형상의 RF 안테나와, 상기 처리용기 내에서 피처리 기판을 유지하는 기판 유지부와, 상기 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하기 위해, 상기 처리용기 내에 원하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와, 상기 처리용기 내에서 유도 결합에 의해 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위해, 처리 가스의 고주파 방전에 적합한 주파수의 고주파 전력을 상기 RF 안테나에 공급하는 고주파 급전부를 갖는 플라즈마 처리 장치에 있어서 상기 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법으로서, 상기 처리용기의 밖에 상기 RF 안테나와 전자기 유도에 의해 결합 가능한 보정 코일을 상기 RF 안테나와 평행하게 배치하고, 상기 RF 안테나에 대해 상기 보정 코일을 평행하게 유지하면서, 상기 RF 안테나와 상기 보정 코일의 사이의 거리 간격을 가변 제어하여, 플라즈마 밀도 분포를 제어한다.
본 발명의 플라즈마 처리 방법에 있어서는 상기와 같은 기법에 의해, 특히 처리용기의 밖에 RF 안테나와 전자기 유도에 의해 결합 가능한 보정 코일을 RF 안테나와 평행하게 배치하고, RF 안테나에 대해 보정 코일을 평행하게 유지하면서, RF 안테나와 보정 코일의 사이의 거리 간격을 가변 제어하는 것에 의해, 고주파 급전부로부터 RF 안테나에 고주파 전력을 공급했을 때에, RF 안테나를 흐르는 고주파 전류에 의해서 안테나 도체의 주위에 발생하는 RF 자기장에 대한 보정 코일의 작용(코일 도체와 중첩되는 위치 부근에서 유도 결합에 의해 생성되는 코어 플라즈마의 밀도를 국소적으로 저감시키는 작용 효과)을 정형적이고 또한 안정하게 얻는 것이 가능하고, 또한 그러한 보정 코일 효과(코어 플라즈마의 밀도를 국소적으로 저감시키는 효과)의 정도를 대략 리니어하게 제어할 수도 있다. 이것에 의해서, 기판 유지부 상의 기판의 근방에서 플라즈마 밀도 분포를 임의로 또한 정밀하게 제어하는 것이 가능하고, 플라즈마 프로세스의 균일성의 향상도 용이하게 달성할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치 또는 플라즈마 처리 방법에 따르면, 상기와 같은 구성 및 작용에 의해, 플라즈마 생성용의 RF 안테나나 고주파 급전부에 특별한 세공을 필요로 하지 않고, 간단한 보정 코일을 이용해서 플라즈마 밀도 분포를 자유롭고 또한 정밀하게 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 유도 결합형 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 종단면도이다.
도 2a는 나선 코일형상의 RF 안테나의 예를 나타내는 사시도이다.
도 2b는 동심원 코일형상의 RF 안테나의 예를 나타내는 사시도이다.
도 3a는 보정 코일을 RF 안테나로부터 멀리 떨어뜨려 배치했을 때의 전자기장적인 작용의 예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 3b는 보정 코일을 RF 안테나의 가까이에 배치했을 때의 전자기장적인 작용의 예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4a는 보정 코일을 RF 안테나로부터 멀리 떨어뜨려 배치했을 때의 전자기장적인 작용의 다른 예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4b는 보정 코일을 RF 안테나의 가까이에 배치했을 때의 전자기장적인 작용의 다른 예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 보정 코일과 RF 안테나의 거리 간격을 바꾸었을 때의 유전체 창의 가까이의 처리공간에 있어서의 전류 밀도 분포의 변화를 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 6d는 다층 레지스트법의 공정을 단계적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 다층 레지스트법에 의한 멀티 스텝의 에칭 프로세스에 있어서 보정 코일의 높이 위치를 가변 제어하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 8은 플라즈마 착화성을 고려해서 보정 코일의 높이 위치를 가변 제어하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 9는 제 2 실시형태에 있어서의 고정 콘덴서를 갖는 보정 코일의 구성 및 RF 안테나의 배치 관계를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 10a 내지 10d은 고정 콘덴서를 갖는 보정 코일의 높이 위치에 의존해서 유도 결합 플라즈마 내의 반경방향의 전류 밀도 분포가 변화하는 상태를 나타내는 도면이다.
도 11은 제 2 실시형태에 있어서의 가변 콘덴서를 갖는 보정 코일의 구성 및 RF 안테나의 배치 관계를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 12는 콘덴서를 갖는 보정 코일의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 13은 보정 코일에 콘덴서를 일체로 조립하는 구성예를 나타내는 사시도이다.
도 14는 1구성예에 있어서의 보정 코일의 권선 구조를 나타내는 평면도이다.
도 15는 보정 코일을 회전 이동 또는 회전 변위시키는 기구를 구비하는 실시예의 장치 구성을 나타내는 종단면도이다.
도 16a는 도 15의 코일 회전 기구에 의해 보정 코일이 회전 이동 또는 회전 변위하는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 16b는 도 15의 코일 회전 기구에 의해 보정 코일이 회전 이동 또는 회전 변위하는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 17a는 보정 코일을 공랭 방식으로 냉각하는 실시예를 나타내는 도면이다.
도 17b는 보정 코일을 냉매를 거쳐서 냉각하는 실시예를 나타내는 도면이다.
도 18은 보정 코일에 승강 이동, 수평 자세, 임의의 경사 자세 또는 주기적 기복 운동을 실행시키기 위한 코일 핸들링 기구의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 19는 상기 코일 핸들링 기구의 설치 구성을 나타내는 상면도이다.
도 20은 3상의 전도(電導) 액추에이터에 의해서 보정 코일에 주기적 기복 운동을 실행시키는 경우의 위상-진폭의 특성을 나타내는 도면이다.
도 21a는 주기적 기복 운동에 있어서의 각 위상에서의 보정 코일의 자세를 나타내는 사시도이다.
도 21b는 주기적 기복 운동에 있어서의 각 위상에서의 보정 코일의 자세를 나타내는 사시도이다.
이하, 첨부 도면을 참조해서 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다.
(제 1 실시형태)
도 1∼도 8에 대해, 본 발명의 제 1 실시형태를 설명한다.
도 1에, 제 1 실시형태에 있어서의 유도 결합형 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타낸다. 이 유도 결합형 플라즈마 처리 장치는 평면 코일형의 RF 안테나를 이용하는 플라즈마 에칭 장치로서 구성되어 있으며, 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 내벽 사이에 환상의 배기로(18)가 형성되고, 이 배기로(18)의 상부 또는 입구에 환상의 배플판(20)이 부착되고, 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)를 거쳐서 급전봉(34)을 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 이 고주파 전원(30)은 반도체 웨이퍼 W에 인입하는 이온의 에너지를 제어하는데 적합한 일정 주파수(13.56㎒ 이하)의 고주파 RFL을 알맞은 크기의 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)를 거쳐서 피복선(43)을 통하여 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 또는 냉매유로(44)가 마련되어 있다. 이 냉매실(44)에는 칠러 유닛(도시하지 않음)으로부터 배관(46, 48)을 통하여 소정 온도의 냉매, 예를 들면, 냉각수가 순환 공급된다. 냉매의 온도에 의해서 정전 척(36)상의 반도체 웨이퍼 W의 처리 중의 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/언로딩을 위해 서셉터(12)를 수직방향으로 관통해서 상하 이동 가능한 리프트 핀 및 그 승강 기구(도시하지 않음) 등도 마련되어 있다.
다음으로, 이 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치에 있어서 플라즈마 생성에 관계하는 각 부의 구성을 설명한다.
챔버(10)의 천장에는 서셉터(12)로부터 비교적 큰 거리 간격을 두고, 예를 들면, 석영판으로 이루어지는 원형의 유전체 창(52)이 기밀하게 부착되어 있다. 이 유전체 창(52)의 위에는 통상은 챔버(10) 또는 서셉터(12)와 동축에 코일형상의 RF 안테나(54)가 수평으로 배치되어 있다. 이 RF 안테나(54)는 바람직하게는, 예를 들면, 나선 코일(도 2a) 또는 각 주내에서 반경 일정의 동심원 코일(도 2b)의 형체를 갖고 있고, 절연체로 이루어지는 안테나 고정 부재(도시하지 않음)에 의해서 유전체 창(52)의 위에 고정되어 있다.
RF 안테나(54)의 일단에는 플라즈마 생성용의 고주파 전원(56)의 출력 단자가 정합기(58)를 거쳐서 급전선(60)을 통하여 전기적으로 접속되어 있다. RF 안테나(54)의 타단은 도시 생략하겠지만, 어스선(Ground line)을 통하여 전기적으로 그라운드 전위에 접속되어 있다.
고주파 전원(56)은 고주파 방전에 의한 플라즈마의 생성에 적합한 일정 주파수(13.56㎒ 이상)의 고주파 RFH를 알맞은 크기의 파워로 출력할 수 있도록 되어 있다. 정합기(58)는 고주파 전원(56)측의 임피던스와 부하(주로, RF 안테나, 플라즈마, 보정 코일)측의 임피던스의 사이에서 정합을 취하기 위한 가변 리액턴스 정합 회로(Variable-Reactance Matching Circuit)를 수용하고 있다.
챔버(10)내의 처리공간에 처리 가스를 공급하기 위한 처리 가스 공급부는 유전체 창(52)보다 다소 낮은 위치에서 챔버(10)의 측벽의 내부(또는 밖)에 마련되는 환상의 매니폴드 또는 버퍼부(62)와, 원주방향에 등간격으로 버퍼부(62)로부터 플라즈마 생성 공간을 향하는 복수의 측벽 가스 토출 구멍(64)과, 처리 가스 공급원(66)에서 버퍼부(62)까지 연장하는 가스 공급관(68)을 갖고 있다. 처리 가스 공급원(66)은 유량 제어기 및 개폐 밸브(도시하지 않음)를 포함하고 있다.
이 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치는 챔버(10)내의 처리공간에 생성되는 유도 결합 플라즈마의 밀도 분포를 직경방향으로 가변 제어하기 위해, 챔버(10)의 천판, 즉 유전체 창(54)의 위에 마련된 대기압 공간의 안테나실 내에, RF 안테나(54)와 전자기 유도에 의해 결합 가능한 보정 코일(70)과, 이 보정 코일(70)을 RF 안테나(54)에 대해 평행하게(즉, 수평으로) 유지하면서, RF 안테나(54)와 보정 코일(70)의 사이의 거리 간격을 가변 제어하기 위한 안테나-코일 간격 제어부(72)를 구비하고 있다. 보정 코일(70) 및 안테나-코일 간격 제어부(72)의 상세한 구성 및 작용은 후에 설명한다.
주 제어부(74)는, 예를 들면, 마이크로 컴퓨터를 포함하고, 이 플라즈마 에칭 장치내의 각 부, 예를 들면, 배기 장치(26), 고주파 전원(30, 56), 정합기(32, 58), 정전 척용의 스위치(42), 처리 가스 공급원(66), 안테나-코일 간격 제어부(72), 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 반입하고, 정전 척(36)의 위에 탑재한다. 그리고, 게이트밸브(28)를 닫고 나서, 처리 가스 공급원(66)으로부터 가스 공급관(68), 버퍼부(62) 및 측벽 가스 토출 구멍(64)을 통해 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 전원(56)을 온으로 해서 플라즈마 생성용의 고주파 RFH를 소정의 RF 파워로 출력시키고, 정합기(58)를 거쳐서, 급전선(60)을 통하여 RF 안테나(54)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)를 거쳐서 급전봉(34)을 통과하여 서셉터(12)에 인가한다. 또한, 전열 가스 공급부로부터 정전 척(36)과 반도체 웨이퍼 W의 사이의 접촉 계면에 전열 가스(He 가스)를 공급하고, 스위치(42)를 온으로 해서 정전 척(36)의 정전 흡착력에 의해 전열 가스를 상기 접촉 계면에 감금한다.
측벽 가스 토출 구멍(64)으로부터 토출된 에칭 가스는 유전체 창(52)의 아래의 처리공간에 균일하게 확산된다. RF 안테나(54)를 흐르는 고주파 RFH의 전류에 의해서, 자력선이 유전체 창(52)을 관통해서 챔버 내의 플라즈마 생성 공간을 통과하도록 RF 자기장이 RF 안테나(54)의 주위에 발생하고, 이 RF 자기장의 시간적인 변화에 의해서 처리공간의 방위각 방향으로 RF 유도 전기장이 발생한다. 그리고, 이 유도 전기장에 의해서 방위각 방향으로 가속된 전자가 에칭 가스의 분자나 원자와 전리 충돌을 일으켜서 도넛형상의 플라즈마가 생성된다. 이 도넛형상 플라즈마의 래디컬이나 이온이 넓은 처리공간에서 사방으로 확산되고, 즉 래디컬은 등방적으로 쏟아지도록 하고 이온은 직류 바이어스에 끌어당겨지도록 해서, 반도체 웨이퍼 W의 상면(피처리면)에 공급된다. 이와 같이 해서 웨이퍼 W의 피처리면에 플라즈마의 활성종이 화학반응과 물리반응을 일으켜서, 피가공막이 원하는 패턴으로 에칭된다.
이 플라즈마 에칭 장치는 상기와 같이 RF 안테나(54)에 근접하는 유전체 창(52)의 아래에서 유도 결합의 플라즈마를 도넛형상으로 생성하고, 이 도넛형상의 플라즈마를 넓은 처리공간내에서 분산시켜, 서셉터(12) 근방(즉, 반도체 웨이퍼Ｗ 상)에서 플라즈마의 밀도를 평균화하도록 하고 있다. 여기서, 도넛형상 플라즈마의 밀도는 유도 전기장의 강도에 의존하고, 더 나아가서는 RF 안테나(54)에 공급되는 고주파 RFH의 파워(더욱 정확하게는, RF 안테나(54)를 흐르는 전류)의 크기에 의존한다. 즉, 고주파 RFH의 파워를 높게 할수록, 도넛형상 플라즈마의 밀도가 높아지고, 플라즈마의 확산을 통해 서셉터(12) 근방에서의 플라즈마의 밀도는 전체적으로 높아진다. 한편, 도넛형상 플라즈마가 사방(특히, 직경방향)으로 확산하는 형태는 주로 챔버(10)내의 압력에 의존하고, 압력을 낮게 할수록, 챔버(10)의 중심부에 플라즈마가 많이 모여, 서셉터(12) 근방의 플라즈마 밀도 분포가 중심부에서 부풀어 오르는 경향이 있다. 또한, RF 안테나(54)에 공급되는 고주파 RFH의 파워나 챔버(10)내에 도입되는 처리 가스의 유량 등에 따라 도넛형상 플라즈마 내의 플라즈마 밀도 분포가 변하는 경우도 있다.
여기서, 「도넛형상의 플라즈마」는 챔버(10)의 직경방향 내측(중심부)에 플라즈마가 존재하지 않고 직경방향 외측에만 플라즈마가 존재하는 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 장치에서는 서셉터(12) 근방의 플라즈마 밀도 분포를 직경방향으로 균일화하고, 또한 RF 안테나(54)가 발생하는 RF 자기장에 대해 보정 코일(70)에 의해 전자기장적인 보정을 하고, 프로세스 조건(챔버(10)내의 압력 등)에 따라 안테나-코일 간격 제어부(72)에 의해 보정 코일(70)의 높이 위치를 가변하도록 하고 있다.
이하, 이 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 주요한 특징 부분인 보정 코일(70) 및 안테나-코일 간격 제어부(72)의 구성 및 작용을 설명한다.
보정 코일(70)은 양단이 닫힌 원환상의 단권 코일 또는 복권 코일로 이루어지고, RF 안테나(54)에 대해 동축으로 배치되며, 직경방향에 있어서 코일 도체가 RF 안테나(54)의 내주와 외주의 사이(바람직하게는, 정가운데 부근)에 위치하는 코일 직경을 갖는다. 보정 코일(70)의 재질은 도전율이 높은, 예를 들면, 구리계의 금속이 바람직하다.
또, 본 발명에 있어서 「동축」은 복수의 코일 또는 안테나의 각각의 중심축선이 서로 중첩되어 있는 위치 관계이며, 각각의 코일면 또는 안테나면이 축방향 또는 종방향으로 서로 오프셋되어 있는 경우뿐만 아니라 동일면 상에서 일치하고 있는 경우(동심형상의 위치 관계)도 포함한다.
안테나-코일 간격 제어부(72)는 보정 코일(70)을 유지하는 절연성의 수평 지지판(75)과, 이 수평 지지판(75)에 볼 나사(76)를 통하여 작동 결합되고, 볼 나사(76)의 이송 나사(76a)를 회전시켜 보정 코일(70)의 높이 위치를 가변하는 스테핑 모터(78)와, 이 스테핑 모터(78) 및 볼 나사(76)를 통해 보정 코일(70)의 높이 위치를 가변 제어하는 코일 높이 제어부(80)와, 수평 지지판(75)을 수평으로 유지한 채 상하(연직)방향으로 안내하기 위한 가이드봉(82)을 갖고 있다.
더욱 상세하게는, 보정 코일(70)은 절연성의 코일 고정 부재(도시하지 않음)에 의해서 수평 지지판(75)에 수평으로 부착되어 있다. 수평 지지판(75)에는 이송 나사(76a)와 나사식 결합하는 너트부(76b)가 부착되어 있고, 가이드봉(82)을 슬라이딩 가능하게 통과시키는 관통 구멍(84)도 형성되어 있다. 볼 나사(76)의 이송 나사(76a)는 연직방향으로 연장하여, 스테핑 모터(78)의 회전축에 직접 또는 감속 기구(도시하지 않음)를 통하여 결합되어 있다.
스테핑 모터(78)가 작동하여 이송 나사(76a)를 회전시키면, 볼 나사(76)의 너트부(76b)측의 수평 지지판(75)이 보냄 나사(76a)를 따라 승강 이동하고, 보정 코일(70)은 수평 지지판(75)과 일체로 수평자세를 유지한 채 연직방향으로 이동한다. 코일 높이 제어부(80)는 주 제어부(74)로부터 보정 코일(70)의 높이 위치(목표값 또는 설정값)를 지시하는 신호를 수취하고, 스테핑 모터(78)의 회전 방향 및 회전량을 제어하여, 수평 지지판(75)의 승강량을 제어하고, 보정 코일(70)의 높이 위치를 목표값에 맞춘다.
도시한 구성예에서는 수평 지지판(75)에 복수 개소에서 작동 결합되는 복수의 볼 나사(76)를 복수의 스테핑(Stepping) 모터(78)에 의해 각각 개별적으로 구동하고 있다. 다른 구성예로서, 1개의 스테핑 모터(78)에 의해 풀리(Pulley)나 벨트 기구에 의해 복수의 볼 나사(76)를 동시에 구동하는 구성도 가능하다.
본 실시형태에서는 보정 코일(70)의 높이 위치를 실측하여, 그 실측값 Sh70을 코일 높이 제어부(80)로 피드백하는 리니어 스케일(Linear Scale)(85)도 구비하고 있다. 이 리니어 스케일(85)은 수평 지지판(75)에 부착된 연직방향으로 연장하는 눈금부(86)와, 이 눈금부(86)의 눈금을 광학적으로 판독하기 위해 챔버(10)의 본체 또는 연장부에 부착된 눈금 판독부(88)로 구성되어 있다. 코일 높이 제어부(80)는 보정 코일(70)의 목표 높이 위치를 리니어 스케일(85)에서 얻어지는 실측값 Sh70에 일치시킬 수도 있도록 되어 있다.
안테나-코일 간격 제어부(72)는 상기와 같은 구성에 의해, 수평으로 배치된 RF 안테나(54)에 대해 보정 코일(70)을 평행(수평)하게 유지하면서, RF 안테나(54)에 관한 보정 코일(70)의 상대적인 높이 위치를 일정한 범위 (예를 들면, 1㎜∼50㎜)내에서 임의로 또한 정밀하게 가변할 수 있도록 되어 있다. 바람직하게는, 보정 코일(70)의 높이 위치의 상한값은 RF 안테나(54)가 발생하는 RF 자기장에 대해 실질적인 영향을 주지 않을 만큼, 즉 보정 코일(70)이 없는 경우와 동등한 먼 위치로 설정되어도 좋다. 또한, 보정 코일(70)의 높이 위치의 하한값은 RF 안테나(54)에 접촉하지 않는 한 RF 안테나(54)가 발생하는 RF 자기장에 대한 영향도가 최대가 되도록 접근 위치에서 설정되어도 좋다.
여기서, 보정 코일(70)의 기본적인 작용을 설명한다.
우선, 도 3a에 나타내는 바와 같이, 보정 코일(70)의 높이 위치를 상한값 부근에 설정했을 때는 RF 안테나(54)를 흐르는 고주파 RFH의 전류에 의해서 안테나 도체의 주위에 발생하는 RF 자기장 H는 보정 코일(70)로부터 어떠한 영향도 받지 않고 유전체 창(52)의 아래의 처리공간을 반경방향으로 통과하는 루프형상의 자력선을 형성한다.
처리공간에 있어서의 자속밀도의 반경방향(수평) 성분 Br은 챔버(10)의 중심(O)과 주변부에서는 고주파 RFH의 전류의 크기에 관계없이 항상 0이며, 반경방향에 있어서 RF 안테나(54)의 내주와 외주의 정확히 중간 부근(이하, "안테나 미들부"로 함)과 중첩되는 위치에서 극대로 되고, 고주파 RFH의 전류가 클수록 그 극대값이 높아진다. RF 자기장 H에 의해서 생성되는 방위각 방향의 유도 전기장의 강도분포도 반경 방향에 있어서 자속밀도 Br과 마찬가지의 프로파일로 된다. 이와 같이 해서, 유전체 창(52)의 가까이에서 RF 안테나(54)와 동축에 도넛형상 플라즈마가 형성된다.
그리고, 이 도넛형상 플라즈마가 처리공간에서 사방(특히, 반경방향)으로 확산된다. 상술한 바와 같이, 그 확산 형태는 챔버(10)내의 압력에 의존하지만, 일예로서 도 3a에 나타내는 바와 같이, 서셉터(12) 근방의 직경방향으로 전자 밀도(플라즈마 밀도)가 상대적으로 안테나 미들부와 대응하는 위치에서 높고(극대인 채) 중심부와 주변부에서 뚝 떨어지는 프로파일을 나타내는 경우가 있다.
이와 같은 경우에, 도 3b에 나타내는 바와 같이, 보정 코일(70)의 높이 위치를, 예를 들면, 하한값 부근까지 내리면, RF 안테나(54)를 흐르는 고주파 RFH의 전류에 의해서 안테나 도체의 주위에 발생하는 RF 자기장 H는 보정 코일(70)에 의해 전자기 유도의 반작용의 영향을 받는다. 이 전자기 유도의 반작용은 보정 코일(70)의 루프 내를 관통하는 자력선(자속)의 변화에 거역하려고 하는 작용이며, 보정 코일(70)의 루프 내에 유도 기전력이 발생해서 전류가 흐른다.
이와 같이 해서, 보정 코일(70)로부터의 전자기 유도의 반작용에 의해, 보정 코일(70)의 코일 도체(특히, 안테나 미들부)의 대략 바로 아래의 위치에서, 유전체 창(52) 가까이의 처리공간에 있어서의 자속밀도의 반경 방향(수평) 성분 Br이 국소적으로 약해지고, 그것에 의해서 방위각 방향의 유도 전기장의 강도도 자속밀도 Br와 마찬가지로 안테나 미들부와 대응하는 위치에서 국소적으로 약해진다. 결과적으로, 서셉터(12) 근방에서 전자 밀도(플라즈마 밀도)가 직경방향으로 알맞게 균일화된다.
도 3a에 나타내는 플라즈마의 확산 형태는 일예이며, 예를 들면, 압력이 낮을 때는 챔버(10)의 중심부에 플라즈마가 지나치게 모여, 도 4a에 나타내는 바와 같이 서셉터(12) 근방의 전자 밀도(플라즈마 밀도)가 상대적으로 중심부에서 극대로 되는 산형의 프로파일을 나타내는 경우가 있다.
이와 같은 경우에도, 도 4b에 나타내는 바와 같이, 보정 코일(70)을 예를 들면 하한값 부근까지 내리면, 도시한 바와 같이, 보정 코일(70)의 코일 도체와 중첩되는 미들부의 위치에서, 유전체 창(52) 가까이의 처리공간에 있어서의 자속 밀도의 반경방향(수평) 성분 Br이 국소적으로 약해지고, 그것에 의해서 챔버 중심부에의 플라즈마의 집중이 약해지고, 서셉터(12) 근방의 플라즈마 밀도가 직경방향으로 알맞게 균일화된다.
본 발명자는 상기와 같은 보정 코일(70)의 작용을 전자기장 시뮬레이션에 의해 검증하였다. 즉, RF 안테나(54)에 대한 보정 코일(70)의 상대적 높이 위치(거리 간격)를 파라미터로 하고, 파라미터의 값을 5㎜, 10㎜, 20㎜, 무한대(보정 코일 없음)의 4가지로 선택하고, 도넛형상 플라즈마 내부(상면으로부터 5㎜의 위치)의 반경방향의 전류 밀도 분포(플라즈마 밀도 분포에 상당)를 구한 결과, 도 5에 나타내는 검증 결과가 얻어졌다.
이 전자기장 시뮬레이션에서는 RF 안테나(54)의 외경(반경)을 250㎜로 설정하고, 보정 코일(70)의 내주 반경 및 외주 반경을 각각 100㎜ 및 130㎜로 설정하였다. RF 안테나(54)의 아래쪽의 챔버내 처리공간에서 유도 결합에 의해 생성되는 도넛형상의 플라즈마는 원반형상의 저항체로 모의(Simulate)하고, 이 저항체의 직경을 500㎜, 저항률을 100Ω㎝, 표피 두께를 10㎜로 설정하였다. 플라즈마 생성용의 고주파 RFH의 주파수는 13.56㎒로 하였다.
도 5로부터, RF 안테나(54)와 전자기 유도로 결합하는 높이 위치에 보정 코일(70)을 배치하면, 도넛형상 플라즈마 내의 플라즈마 밀도는 보정 코일(70)의 코일 도체와 중첩되는 위치(도시한 예에서는 안테나 미들부와 중첩되는 위치) 부근에서 국소적으로 낮아지고, RF 안테나(54)에 보정 코일(70)을 근접시킬수록 그렇게 국소적으로 낮아지는 정도가 대략 리니어(Linear)하게 커지는 것을 알 수 있다.
본 실시형태에서는 상기와 같이, 보정 코일(70)을 RF 안테나(54)에 대해 동축에 배치하고, 직경방향에 있어서 RF 안테나(54)의 내주와 외주의 사이에(바람직하게는 안테나 미들부와 대향해서) 보정 코일(70)의 코일 도체가 위치하도록 구성하고 있다. 그리고, 안테나-코일 간격 제어부(72)에 의해, 수평의 RF 안테나(54)에 대해 보정 코일(70)을 평행(수평)하게 유지하면서, RF 안테나(54)에 대한 보정 코일(70)의 상대적 높이 위치를 일정한 범위(예를 들면, 1㎜∼50㎜)내에서 임의로 또한 정밀하게 가변할 수 있도록 구성하고 있으므로, 전자기장 시뮬레이션에서 검증한 도 5의 특성을 장치적으로 실현하고, 플라즈마 밀도 분포 제어의 자유도 및 정밀도를 크게 향상시킬 수 있다.
본 실시형태에 있어서의 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치는, 예를 들면, 기판 표면의 다층막을 복수의 스텝에서 연속적으로 에칭 가공하는 어플리케이션에 바람직하게 적용할 수 있다. 이하, 도 6a 내지 6d에 나타내는 다층 레지스트법에 관한 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
도 6a 내지 6d에 있어서, 가공 대상의 반도체 웨이퍼 W의 주면에는 본래의 피가공막(예를 들면 게이트용의 Ｓi막)(130)의 위에 최하층(최종 마스크)으로서 SiN층(132)이 형성되고, 그 위에 중간층으로서 유기막(예를 들면, 카본)(134)이 형성되며, 그 위에 Si함유의 반사 방지막(BARC)(136)을 거쳐서 최상층의 포토 레지스트(108)가 형성된다. SiＮ층(132), 유기막(134) 및 반사 방지막(136)의 성막에는 CVD(화학적 진공 증착법) 혹은 스핀 온(Spin-on)에 의한 도포막이 이용되고, 포토 레지스트(138)의 패터닝에는 포토리소그래피가 이용된다.
처음에, 제 1 스텝의 에칭 프로세스로서, 도 6a에 나타내는 바와 같이 패터닝된 포토 레지스트(138)를 마스크로 해서 Si함유 반사 방지막(136)을 에칭한다. 이 경우, 에칭 가스에는 CF4/O2의 혼합 가스가 이용되고, 챔버(10)내의 압력은 비교적 낮게, 예를 들면, 10mTorr로 설정된다.
다음에, 제 2 스텝의 에칭 프로세스로서, 도 6b에 나타내는 바와 같이 포토 레지스트(138) 및 반사 방지막(136)을 마스크로 해서 유기막(134)을 에칭 가공한다. 이 경우, 에칭 가스에는 O2의 단(單)가스가 이용되며, 챔버(10)내의 압력은 더욱 낮게, 예를 들면, 5mTorr로 설정된다.
마지막으로, 제 3 스텝의 에칭 프로세스로서, 도 6c와 6d에 나타내는 바와 같이, 패터닝된 반사 방지막(136) 및 유기막(134)을 마스크로 해서 SiN막(132)을 에칭 가공한다. 이 경우, 에칭 가스에는 CHF3/CF4/Ar/O2의 혼합 가스가 이용되고, 챔버(10)내의 압력은 비교적 높게, 예를 들면, 50mTorr로 설정된다.
상기와 같은 멀티 스텝의 에칭 프로세스에 있어서는 스텝마다 프로세스 조건의 전부 또는 일부(특히, 챔버(10)내의 압력)가 전환되고, 그것에 의해서 처리공간 내에서 도넛형상 플라즈마의 확산하는 형태가 변화한다. 여기서, 보정 코일(70)을 전혀 기능(통전)시키지 않는 경우에는 제 1 및 제 2 스텝의 프로세스(압력 10mTorr 이하)에서는 도 4a와 같이 서셉터(12) 근방의 전자 밀도(플라즈마 밀도)가 상대적으로 중심부에서 현저하게 부풀어 오르는 급준한 산형의 프로파일이 나타나고, 제 3 스텝의 프로세스(압력 50mTorr)에서는 중심부가 약간 부풀어 오르는 완만한 산형의 프로파일이 나타나는 것으로 한다.
본 실시형태에 의하면, 예를 들면, 프로세스 레시피에 있어서, 통상의 프로세스 조건(고주파의 파워, 압력, 가스종, 가스 유량 등)에 추가하는 사양으로, 또는 그들과 연관시키는 사양으로, 보정 코일(70)의 높이 위치를 레시피 정보 또는 프로세스 파라미터의 1개로서 설정한다. 그리고, 상기와 같은 멀티 스텝 방식의 에칭 프로세스를 실행할 때에, 주 제어부(74)가 보정 코일(70)의 높이 위치 설정값을 나타내는 데이터를 메모리로부터 판독하고, 각 스텝마다 코일 높이 제어부(80)를 통해 보정 코일(70)의 높이 위치를 설정값(목표값)에 맞춘다.
따라서, 상기와 같은 다층 레지스트법의 에칭 프로세스(도 6a 내지 6d)에 있어서는 도 7에 나타내는 바와 같이, 제 1 스텝(10mTorr)에서는 비교적 낮은 설정 위치 h1로, 제 2 스텝(5mTorr)에서는 더욱 낮은 위치 h2로, 제 3 스텝(50mTorr)에서는 비교적 높은 위치 h3으로 보정 코일(70)의 높이 위치를 스텝마다 전환한다.
이와 같이, 1개의 반도체 웨이퍼 W에 대한 단일 또는 일련의 플라즈마 처리를 실행하는 중에, 프로세스 조건의 변경, 전환 또는 변화에 따라 보정 코일(70)의 높이 위치를 가변 조정하는 것이 가능하다. 이것에 의해, 낱장 플라즈마 프로세스의 전체 처리 시간 또는 전체 스텝을 통해, RF 안테나(54)를 흐르는 고주파 RFH의 전류에 의해서 안테나 도체의 주위에 발생하는 RF 자기장 H에 대한 보정 코일(70)의 작용(전자기장적인 반작용), 즉 보정 코일(70)의 코일 도체와 중첩되는 위치 부근에서 도넛형상 플라즈마 내의 플라즈마 밀도를 국소적으로 저감시키는 효과의 정도(강약)를 임의로 정밀하고 리니어하게 조절하는 것이 가능하고, 이것에 의해서, 서셉터(12) 근방의 플라즈마 밀도를 직경방향으로 균일하게 유지하는 것도 가능하다. 따라서, 플라즈마 프로세스의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또, 멀티 스텝 방식에 있어서, 에칭 프로세스를 실행하지 않는 동안에는 도 7에 나타내는 바와 같이 보정 코일(70)의 높이 위치를 실질적으로 보정 코일(70)이 없는 경우와 동등한 상한값 부근의 홈 포지션 hP로 되돌려 두어도 좋다.
또한, 각 스텝의 프로세스를 개시할 때에는 즉 RF 안테나(54)에 고주파 RFH의 전류가 흐르기 시작할 때에는 보정 코일(70)에 큰 유도 전류가 흘러, 플라즈마측에 파워가 들어가기 어려워지고, 플라즈마의 착화가 곤란하게 되는 경우도 있다. 그와 같은 경우에는 도 8에 나타내는 바와 같이, 각 스텝의 프로세스 개시시에는 보정 코일(70)을 홈 포지션 HP에 일단 퇴피시켜 두고 플라즈마를 안정 확실하게 착화시키고, 플라즈마의 착화 후(예를 들면, 프로세스 개시로부터 일정 시간 TS의 경과 후)에 미리 설정된 높이 위치 hn(n=1, 2, 3)까지 승강 이동시키도록 해도 좋다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 플라즈마 처리의 개시전에는 RF 안테나(54)에 대해 보정 코일(70)을 충분히 떨어뜨려 두고, 챔버(10)내에서 플라즈마가 착화하고 나서 소정 시간의 경과 후에, 양자가 근접하도록 보정 코일(70)(및/또는 RF 안테나(54))을 승강 이동시켜 그 거리 간격을 미리 설정된 값으로 조절하는 방법을 적절히 취할 수 있다.
본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이, RF 안테나(54)에 대한 보정 코일(70)의 이간 거리 또는 높이 위치를 가변 조정하기 위한 안테나-코일 간격 제어부(72)를 볼 나사 기구로 구성하였다. 그러나, 볼 나사 기구 대신에, 예를 들면, 회전체 캠 혹은 엔드캠 등의 입체 캠 기구를 이용하는 것도 가능하다. 즉, 상세한 구성은 도시 생략하겠지만, 안테나-코일 간격 제어부(72)의 다른 실시예로서, 보정 코일(70)을 RF 안테나(54)와 평행하게 유지하는 절연성의 코일 유지체와, 이 코일 유지체에 회전체를 갖는 입체 캠 기구를 거쳐서 결합되고, 이 입체 캠 기구의 회전체를 회전시켜 보정 코일(70)의 높이 위치를 가변하는 모터와, 이 모터의 회전방향 및 회전량을 제어해서 보정 코일(70)의 높이 위치를 제어하는 코일 높이 제어부를 갖는 구성도 가능하다.
혹은 안테나-코일 간격 제어부(72)에 있어서 보정 코일(70)의 높이 위치를 가변 조절하기 위한 다른 실시예로서, 승강 기구에 랙 & 피니온(Rack & Pinion)이나 피스톤 등의 비회전형 승강축을 이용하는 것도 가능하다. 또한, 승강 기구의 구동원으로서는 모터 이외에도, 예를 들면, 에어 실린더를 사용해도 좋다. 구동원에 모터를 이용하는 경우에는 스테핑 모터에 한정되지 않고, AC 모터, DC 모터, 리니어 모터 등이라도 좋다.
보정 코일(70)의 임의인 높이 위치를 측정 내지 피드백하는 수단으로서는 상기 실시형태에 있어서의 리니어 스케일(85) 이외에도, 예를 들면, 인코더를 이용할 수 있다. 또한, 보정 코일(70)을 이동시켜 소정의 높이 위치에 위치 결정하는 경우에는 포토 센서나 리미트 스위치(Limit Switch) 등의 위치 센서를 바람직하게 사용할 수 있다.
(제 2 실시형태)
다음에, 도 9∼도 14에 대해, 본 발명의 제 2 실시형태를 설명한다.
이 제 2 실시형태의 플라즈마 에칭 장치에서는 서셉터(12) 근방의 플라즈마 밀도 분포를 직경방향으로 균일화하고, 또한 RF 안테나(54)가 발생하는 RF 자기장에 대해 콘덴서를 갖는 보정 코일(90)에 의해 전자기장적인 보정을 하고, 안테나-코일 간격 제어부(72)에 의해 콘덴서를 갖는 보정 코일(90)의 높이 위치를 가변 제어할 수 있도록 하고 있다.
이하, 이 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 주요한 특징 부분인 콘덴서를 갖는 보정 코일(90)의 구성 및 작용을 설명한다.
보정 코일(90)은 도 9에 나타내는 바와 같이, 양단이 잘림부 G를 사이에 두고 개방된 단권 코일 또는 복권 코일로 이루어지고, 그 잘림부 G에 고정 콘덴서(94)를 마련하고 있다. 이 고정 콘덴서(94)는 후술하는 바와 같이, 예를 들면, 필름 콘덴서 혹은 세라믹 콘덴서와 같은 시판 중인 범용 타입이라도 좋고, 혹은 보정 코일(90)에 일체로 조립되는 특별 주문품 또는 일반 제작품이라도 좋다.
보정 코일(90)은, 바람직하게는, RF 안테나(54)에 대해 동축으로 배치되고, 직경방향에 있어서 코일 도체가 RF 안테나(54)의 내주와 외주 사이(예를 들면, 정확히 중간 부근)에 위치하는 코일 직경을 갖는다. 방위각 방향에 있어서의 보정 코일(90)의 배치의 방향은, 예를 들면, 도시한 바와 같이, 고정 콘덴서(94)의 위치(즉, 잘림부 G의 위치)가 RF 안테나(54)의 RF 입출력부의 위치와 중첩되어 있다. 보정 코일(90)의 코일 도체의 재질은 도전율이 높은 금속, 예를 들면, 은 도금의 구리가 바람직하다.
여기서, 고정 콘덴서(94)를 갖는 보정 코일(90)의 작용을 설명한다. 본 발명자는 본 실시형태의 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치에 대해 다음과 같은 전자기장 시뮬레이션을 실시하였다.
즉, RF 안테나(54)에 대한 보정 코일(90)의 상대적 높이 위치(거리 간격) h를 파라미터로 하고, 파라미터 h의 값을 5㎜, 10㎜, 20㎜, 무한대(보정 코일 없음)의 4가지로 선택하여, 챔버(10)내의 도넛형상 플라즈마 내부(상면으로부터 5㎜의 위치)의 반경방향의 전류 밀도 분포(플라즈마 밀도 분포에 상당)를 구한 결과, 각 코일 높이 위치에서 도 10a 내지 10d에 나타내는 프로파일이 얻어졌다.
이 전자기장 시뮬레이션에서는 RF 안테나(54)의 외경(반경)을 250㎜로 설정하고, 보정 코일(90)의 내경(반경) 및 외경(반경)을 각각 100㎜ 및 130㎜로 설정하고, 보정 코일(90)의 용량(고정 콘덴서(94)의 캐패시턴스)을 600㎊로 설정하였다. RF 안테나(54)의 아래쪽의 챔버내 처리공간에서 유도 결합에 의해 생성되는 도넛형상의 플라즈마는 도 9에 나타내는 원반형상의 저항체(95)로 모의(Simulate)하고, 이 저항체(95)의 직경을 500㎜, 저항률을 100Ω㎝, 표피 두께를 10㎜로 설정하였다. 플라즈마 생성용의 고주파 RFH의 주파수는 13.56㎒로 하였다.
또, 보정 코일(90)의 용량을 무한대로 설정하고(고정 콘덴서(94)를 빼고 보정 코일(90)의 양단을 단락시킨 경우에 상당함), 그 밖은 전부 상기와 동일한 조건하에서 마찬가지의 전자기장 시뮬레이션을 실행하면, 각 코일 높이 위치에서 도 10a 내지 10d에 나타내는 프로파일이 얻어졌다.
도 10a에 나타내는 바와 같이, RF 안테나(54)에 보정 코일(90)을 근접시킬수록, 도넛형상 플라즈마의 플라즈마 밀도 분포는 보정 코일(90)의 코일 도체와 중첩되는 위치(r=110∼130㎜) 부근만이 국소적으로 높아져, 그보다도 직경방향의 내측 및 외측의 위치에서는 보정 코일(90)이 없을 때보다도 낮아지는 경향을 나타낸다. 그리고, 도 10b에 나타내는 바와 같이, 이 경향은 RF 안테나(54)로부터 보정 코일(90)을 떨어뜨려 놓을수록 약해지는 것을 알 수 있다. 또한, 도 10c에 나타내는 바와 같이, RF 안테나(54)에 대해 보정 코일(90)을 적절하게(h=20㎜) 멀리하게 하면, 보정 코일(90)의 코일 도체와 중첩되는 위치(r=110∼130㎜)를 경계로 직경방향의 내측의 영역(r=0∼110㎜)보다도 외측의 영역(r=130∼250㎜) 쪽이 플라즈마 밀도는 몇 단(段) 높아지는 것을 알 수 있다.
본 실시형태에서는 안테나-코일 간격 제어부(72)에 의해, 수평의 RF 안테나(54)에 대해 보정 코일(90)을 평행(수평)하게 유지하면서, RF 안테나(54)에 대한 보정 코일(90)의 상대적 높이 위치를 일정한 범위(예를 들면, 1㎜∼50㎜)내에서 임의로 또한 정밀하게 가변할 수 있도록 하고 있으므로, 전자기장 시뮬레이션에 의해 검증한 도 10a 내지 10d의 특성을 장치적으로 실현하고, 플라즈마 밀도 분포 제어의 자유도 및 정밀도를 크게 향상시킬 수 있다.
이 제 2 실시형태에 있어서, 고정 콘덴서(94)를 가변 콘덴서(96)로 치환하는 구성도 가능하다. 그 경우에는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 가변 콘덴서(96)의 캐패시턴스를 가변 제어하기 위한 용량 가변 기구(98)도 구비된다. 가변 콘덴서(96)는, 예를 들면, 바리콘(Variable Condenser) 또는 바리 캡(Variable Capaci색)과 같은 시판중인 범용 타입이라도 좋고, 혹은 보정 코일(90)에 일체로 조립되는 특별 주문품 또는 일반 제작품이라도 좋다.
용량 가변 기구(98)는 보정 코일(90)의 루프 내에 마련되어 있는 상기 가변 콘덴서(96)와, 이 가변 콘덴서(96)의 캐패시턴스를 전형적으로는 메커니컬적인(Mechanical) 구동 기구 또는 전기적인 구동 회로에 의해 가변 제어하는 용량 제어부(100)로 구성된다.
용량 제어부(100)는 가변 콘덴서(96)의 캐패시턴스에 관해, 주 제어부(74)로부터 용량 설정값 또는 용량 설정값의 기본으로 되는 레시피 정보 혹은 프로세스 파라미터 등을 제어 신호 SC를 통해 수취한다. 또한, 용량 제어부(100)는 코일 용량 가변 제어용의 모니터 신호 또는 피드백 신호로서, VPP 검출기(102)(도 1)로부터는 RF 안테나(54)에 입력되기 직전의 고주파 전압의 파고값 VPP를 나타내는 신호 SＶPP를 수취하고, 코일 전류 측정기(104)로부터는 보정 코일(90)을 흐르는 유도 전류 IIND의 전류값(실효값)을 나타내는 신호 SIIND를 수취한다. 더 나아가서는 RF 안테나(54)를 흐르는 안테나 전류(RF 전류) IRF의 전류값(실효값)을 RF 전류계(105)에서 측정하고, 그 측정값 SIRF를 용량 제어부(100)에 부여해도 좋다. VPP 검출기(102)는 정합기(58)의 출력 전압의 파고값 VPP를 측정하기 위해 정합기(58)에 상비되어 있는 것을 이용할 수 있다. 코일 전류 측정기(104)는 일예로서, 전류 센서(106)와, 이 전류 센서(106)의 출력 신호에 의거하여 코일 전류 IIND의 전류값(실효값)을 연산하는 코일 전류 측정 회로(108)로 구성된다.
용량 제어부(100)는, 바람직하게는, 마이크로 컴퓨터를 포함하고, 예를 들면, 전류비 IIND/IRF 또는 VPP의 코일 용량 의존 특성을 테이블 메모리에 맵핑(Mapping)해 두는 것도 가능하고, 주 제어부(74)로부터 보내져 오는 용량 설정값(목표값) 혹은 프로세스 레시피 또는 프로세스 파라미터 등의 정보에 의거하여, 더 나아가서는 상기 전류 모니터부 또는 VPP 모니터부를 이용한 피드백 제어 등에 의해, 해당 프로세스에 가장 적합한 가변 콘덴서(96)의 캐패시턴스를 선택하거나 혹은 동적으로 가변할 수 있다.
이와 같이, 가변 콘덴서(96)를 갖는 보정 코일(90)의 높이 위치 및 용량을 각각 독립적으로 가변 제어하는 것에 의해, 플라즈마 밀도 분포 제어의 자유도 및 정밀도를 한층 크게 향상시킬 수 있다.
도 12 및 도 13에, 콘덴서를 갖는 보정 코일(90)의 구성예를 나타낸다. 도 12에 나타내는 구성예는 보정 코일(90)에 1개의 잘림부 G를 형성하고, 이 장소에 시판품인 2단자형 콘덴서(94, 96)를 부착한다. 도 13에 나타내는 구성예는 보정 코일(90)의 잘림부 G를 그대로 고정 콘덴서(94)의 전극간 갭으로서 이용하는 예이다. 이 잘림부 G에 유전체의 필름(도시하지 않음)을 삽입해도 좋다. 이 구성예에 있어서, 잘림부 G를 거쳐서 대향하는 코일 도체의 한 쌍의 개방 단부는 콘덴서 전극을 구성한다. 이 콘덴서 전극은 도 16b에 나타내는 바와 같이 위쪽(또는 옆)으로 연장하는 확장부(120)를 일체로 붙임으로써, 전극 면적을 임의의 크기로 조정할 수도 있다.
또한, 보정 코일(90)을 복수 마련하는 것도 가능하다. 예를 들면, 도 14에 나타내는 바와 같이, 코일 직경이 다른 독립된 2개의 보정 코일(90A, 90B)을 동심형상으로 배열해서 배치해도 좋다.
다른 구성예로서, 도시 생략하겠지만, 높이 위치가 다른 독립된 복수의 보정 코일(90A, 90B, …)을 동축형상으로 배열해서 배치하는 것도 가능하다.
(다른 실시형태)
본 발명의 보정 코일 주위의 구성 또는 기능에 관한 다른다른태로서, 도 15에 나타내는 바와 같이, 콘덴서를 갖는 보정 코일(90)을 RF 안테나(54)와 동축상의 위치에서 회전운동 또는 회전 변위시키기 위한 코일 회전 기구(180)를 바람직하게 구비할 수 있다. 이 코일 회전 기구(180)는 예를 들면, 보정 코일(90)을 RF 안테나(54)와 동축으로 수평으로 유지하는 절연성의 기판 유지판(182)과, 이 기판 유지판(182)의 중심부에 연직의 회전축(184)을 거쳐서 결합된 스테핑(Stepping) 모터(186)와, 이 스테핑 모터(186)를 통해 보정 코일(90)의 회전 방향, 회전 속도 혹은 회전각을 제어하는 회전 제어부(188)를 갖는다. 스테핑 모터(186)와 회전축(184)의 사이에 감속 기구(도시하지 않음)를 마련해도 좋다. 또, 어스선(55)은 RF 안테나(54)의 일단(고주파 출구단)을 전기적으로 그라운드 전위에 접속하고 있다.
본 실시예에 의하면, 상기와 같은 구성의 코일 회전 기구(180)를 구비하는 것에 의해, 예를 들면 도 16a 및 도 16b에 나타내는 바와 같이, 보정 코일(90)을 그 중심축선 N의 주위에서 회전시키고, 회전 방향, 회전 속도, 회전각, 왕복 운동 등을 임의로 제어 또는 선택할 수 있다.
예를 들면, RF 안테나(54) 내지 챔버(10)내의 플라즈마에 대한 보정 코일(90)의 전자기장적인 작용면에서 잘림부 G 부근이 공간적인 특이점을 형성하는 경우에는 코일 회전 기구(180)에 의해 보정 코일(90)을 일정 속도로 연속 회전시키는 것에 의해, 주회방향으로 특이점의 위치를 고르게 하고, 잘림부가 없는 양단이 닫힌 보정 코일과 같이 할 수 있다.
또한, 본 발명의 보정 코일에는 큰 유도 전류(때때로, RF 안테나에 흐르는 전류 이상의 전류)가 흐르는 경우도 있으며, 보정 코일의 발열에 유의하는 것도 중요하다.
이 관점으로부터, 도 17a에 나타내는 바와 같이, 보정 코일(90)의 근방에 공랭 팬(Air-cooling fan)을 설치해서 공랭식으로 냉각하는 코일 냉각부를 바람직하게 마련할 수 있다. 혹은 도 17b에 나타내는 바와 같이, 보정 코일(90)을 중공의 구리제 튜브로 구성하고, 그 내에 냉매를 공급해서 보정 코일(90)의 과열을 방지하는 코일 냉각부도 바람직하다.
도 14∼도 17b에 나타낸 실시예는 콘덴서를 갖는 보정 코일(90)에 관한 것이었지만, 콘덴서 없음의 보정 코일(70)에도 마찬가지의 구성을 적용할 수 있다.
본 발명의 보정 코일 주위의 구성 또는 기능에 관한 그 밖의 실시형태로서, 도 18에 나타내는 바와 같이, 챔버(10)의 천판(유전체 창)(52)의 위의 안테나실 내에, 보정 코일(70)((90))의 승강 이동뿐만 아니라 수평 자세 및 임의의 경사 자세와 주기적 기복(waving)) 운동을 가능하게 하는 코일 핸들링 기구(200)를 바람직하게 구비할 수 있다.
이 코일 핸들링 기구(200)는 주회방향으로 일정한 간격을 두고 보정 코일(70)((90))에 절연체의 이음매(202A, 202B, 202C)를 거쳐서 결합되는 봉형상의 코일 지지축(204A, 204B, 204C)과, 이들 코일 지지축(204A, 204B, 204C)을 연직방향으로 신축 또는 진퇴 이동시키는 직동식의 전동 액추에이터(206A, 206B, 206C)를 갖고 있다.
전동 액추에이터(206A, 206B, 206C)는 천판(유전체 창)(52)의 위쪽에서 수평으로 가설된 환상의 지지판(208)에 120° 간격으로 원주상에 부착되어 있다. 여기서, 지지판(208)은, 예를 들면, 챔버(10)에 결합된 환상의 플랜지부(210)와, 이 플랜지부(210)에, 예를 들면, 90° 간격으로 원주상에 부착된 4개의 기둥부재(212)와, 이들 기둥부재(212)와 지지판(208)을 연결하는 수평의 빔부(214)에 의해서, 챔버(10)에 고정되어 있다.
전동 액추에이터(206A, 206B, 206C)는 주 제어부(74)의 제어 하에 코일 지지축(202A, 202B, 202C)의 진퇴 이동을 각각 임의의 타이밍, 속도 및 스트로크로 독립적으로 실행할 수 있도록 되어 있다. 이음매(202A, 202B, 202C)는 보정 코일(70)((90))의 경사 자세에 추종할 수 있는 관절기능을 갖고 있으며, 보정 코일(70)((90))이 자세를 바꿀 때에 걸리는 응력을 적게 하고 있다.
이 코일 핸들링 기구(200)에 있어서는 코일 지지축(204A, 204B, 204C)의 스트로크량(승강량)을 조절하는 것에 의해, RF 안테나(54)에 대해 보정 코일(70)((90))을 평행 자세로 하는 것도, 또 임의의 각도 및 임의의 방향으로 경사 자세로 하는 것도 가능하다.
또한, 예를 들면, 도 20에 나타내는 바와 같이, 전동 액추에이터(206A, 206B, 206C) 및 코일 지지축(204A, 204B, 204C)이 일정한 위상 간격 및 동일한 진폭으로 주기적인 진퇴 이동을 실행하는 것에 의해, 보정 코일(70)((90))에 도 21a 및 도 21b에 나타내는 주기적 기복 운동을 실행시킬 수도 있다. 도면 21a 및 21b는 코일 지지축(202A, 202B, 202C)을 [A], [B], [C]로 각각 모식적으로 나타내고 있다. 도시한 예에서는 코일 지지축(204A, 204B, 204C)의 위상 간격을 120°로 하고, 진폭을 ±15㎜로 하고 있다. 또, 통상은 이 예와 같이 3상 구동이어도 좋지만, 예를 들면, 4상 구동으로 하는 경우에는 위상 간격이 90°가 된다.
이 주기적 기복 운동에서는 보정 코일(70)((90))의 중심 O가 높이 기준값(0)의 동일 위치에 고정 또는 정지한 채, 보정 코일(70)((90))의 가장 높은 +15㎜의 탑 위치 HP와 가장 낮은 -15㎜의 보틈 위치 LP가 점대칭의 위치에서 대향한 채 주회방향으로 일정한 속도로 연속적으로 이동하고, 마치 일정한 경사 자세를 유지하고 물결형상으로 회전하고 있는 것과 같이 보인다. 도 21a 및 도 21b에 있어서의 직선 BL은 보정 코일(70)((90))의 보틈 위치 LP를 지나는 수평선을 나타내고, 동일한 평면 내에서 주기적으로 회전 이동한다. 도면 중, [A], [B], [C]에 붙어 있는 수치는 해당 지지축(202A, 202B, 202C)의 그 때의 진폭값을 나타내고 있다. 예를 들면, "+7.5"는 +7.5㎜이며, "-15"는 -15㎜이다.
상기와 같은 주기적 기복 운동에 있어서는 코일 지지축(202A, 202B, 202C)의 스트로크량(승강량)에 차이를 갖게 하는 것에 의해서, 보정 코일(70)((90))의 중심 O, 탑 위치 HP 및 보틈 위치 HP의 높이를 바꾸는 것도 가능하다.
보정 코일(70)((90))에 상기와 같은 주기적 기복 운동을 실행시키는 것에 의해, 보정 코일 효과(코어(Core) 플라즈마의 밀도를 국소적으로 저감시키는 효과)의 정도 혹은 기판 근방의 플라즈마 밀도 분포를 방위각 방향에 있어서 한층 용이하고 또한 정밀하게 균일화하거나, 혹은 임의로 제어할 수 있다.
도 18의 구성예에서는 RF 안테나(54)를 고정시키고 있지만, RF 안테나(54)에 대해서도 상기 코일 핸들링 기구(200)와 마찬가지의 구성의 안테나 핸들링 기구(도시하지 않음)를 마련하는 것에 의해, RF 안테나(54)에 승강 이동, 수평 자세, 임의의 경사 자세 또는 주기적 기복 운동을 실행시킬 수도 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 안테나(54) 및 보정 안테나(70)의 기본 형태로서, 평면형 이외의 타입, 예를 들면, 돔형 등도 가능하다. 또한, 챔버(10)의 천장 이외의 부분에 설치되는 타입도 가능하며, 예를 들면, 챔버(10)의 측벽의 밖에 설치되는 헤리컬 타입도 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. 한편, 복수의 RF 안테나 또는 안테나·세그먼트를 사용하고, 복수의 고주파 전원 또는 고주파 급전 계통에 의해 그들 복수의 RF 안테나(또는 안테나·세그먼트)에 플라즈마 생성용의 고주파 전력을 각각 개별적으로 공급하는 방식의 플라즈마 장치에도 본 발명이 적용 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.
10: 챔버
12: 서셉터
26: 배기 장치
56: 고주파 전원
66: 처리 가스 공급원
70: 보정 코일
72: 안테나-코일 간격 제어부
90: 콘덴서를 갖는 보정 코일
200: 코일 핸들링 기구

Claims (12)

  1. 천장에 유전체의 창을 갖는 처리용기와,
    상기 유전체 창의 위에 배치되는 코일형상의 RF 안테나와,
    상기 처리용기 내에서 피처리 기판을 유지하는 기판 유지부와,
    상기 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하기 위해, 상기 처리용기 내에 원하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와,
    상기 처리용기 내에서 유도 결합에 의해 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위해, 처리 가스의 고주파 방전에 적합한 주파수의 고주파 전력을 상기 RF 안테나에 공급하는 고주파 급전부와,
    상기 처리용기 내의 플라즈마 밀도 분포를 국소적으로 제어하고, 상기 RF 안테나와 전자기 유도에 의해 결합 가능한 위치에서 상기 처리용기의 외부이고 상기 RF 안테나보다 윗쪽에 배치되는 보정 코일과,
    상기 RF 안테나에 대해 상기 보정 코일을 평행하게 유지하면서, 또한 상기 보정 코일을 상기 전자기 유도에 의해 상기 RF 안테나와 결합되도록 유지하면서, 상기 RF 안테나와 상기 보정 코일의 사이의 거리 간격을 가변 제어하는 안테나-코일 간격 제어부
    를 갖고,
    상기 보정 코일은 상기 고주파 급전부에 접속되어 있지 않으며,
    상기 보정 코일은 양단이 닫힌 단권 코일 또는 복권 코일로 이루어지고, 상기 RF 안테나에 대해 동축으로 배치되며, 직경방향에 있어서 코일 도체가 상기 RF 안테나의 내주와 외주의 사이에 위치하는 코일 직경을 갖는
    플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 RF 안테나가 상기 유전체 창의 위에 배치되고,
    상기 안테나-코일 간격 제어부가 상기 RF 안테나 또는 상기 보정 코일의 적어도 한쪽을 승강 이동시켜 그 높이 위치를 가변하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 안테나-코일 간격 제어부가,
    상기 보정 코일을 상기 RF 안테나와 평행하게 유지하는 절연성의 코일 유지체와,
    상기 코일 유지체에 볼 나사 기구를 거쳐서 결합되고, 상기 볼 나사 기구의 이송 나사를 회전시켜 상기 보정 코일의 높이 위치를 가변하는 모터와,
    상기 모터의 회전방향 및 회전량을 제어해서 상기 보정 코일의 높이 위치를 제어하는 코일 높이 제어부를 갖는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 안테나-코일 간격 제어부가,
    상기 보정 코일을 상기 RF 안테나와 평행하게 유지하는 절연성의 코일 유지체와,
    상기 코일 유지체에 회전체를 갖는 입체 캠 기구를 거쳐서 결합되고, 상기 입체 캠 기구의 회전체를 회전시켜 상기 보정 코일의 높이 위치를 가변하는 모터와,
    상기 모터의 회전 방향 및 회전량을 제어해서 상기 보정 코일의 높이 위치를 제어하는 코일 높이 제어부를 갖는 플라즈마 처리 장치.
  5. 천장에 유전체의 창을 갖는 처리용기와,
    상기 유전체 창의 위에 배치되는 코일형상의 RF 안테나와,
    상기 처리용기 내에서 피처리 기판을 유지하는 기판 유지부와,
    상기 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하기 위해, 상기 처리용기 내에 원하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와,
    상기 처리용기 내에서 유도 결합에 의해 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위해, 처리 가스의 고주파 방전에 적합한 주파수의 고주파 전력을 상기 RF 안테나에 공급하는 고주파 급전부와,
    상기 처리용기 내의 플라즈마 밀도 분포를 국소적으로 제어하고, 상기 RF 안테나와 전자기 유도에 의해 결합 가능한 위치에서 상기 처리용기의 외부이고 상기 RF 안테나보다 윗쪽에 배치되는 보정 코일과,
    상기 보정 코일을 상기 전자기 유도에 의해 상기 RF 안테나와 결합되도록 유지하면서, 상기 RF 안테나와 상기 보정 코일의 사이에서 상대적인 승강 이동, 평행 자세, 경사 자세 또는 주기적 기복 운동을 행하게 하는 핸들링 기구
    를 갖고,
    상기 보정 코일은 상기 고주파 급전부에 접속되어 있지 않으며,
    상기 보정 코일은 양단이 닫힌 단권 코일 또는 복권 코일로 이루어지고, 상기 RF 안테나에 대해 동축으로 배치되며, 직경방향에 있어서 코일 도체가 상기 RF 안테나의 내주와 외주의 사이에 위치하는 코일 직경을 갖는
    플라즈마 처리 장치.
  6. 삭제
  7. 천장에 유전체의 창을 갖는 처리용기와,
    상기 유전체 창의 위에 배치되는 코일형상의 RF 안테나와,
    상기 처리용기 내에서 피처리 기판을 유지하는 기판 유지부와,
    상기 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하기 위해, 상기 처리용기 내에 원하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와,
    상기 처리용기 내에서 유도 결합에 의해 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위해, 처리 가스의 고주파 방전에 적합한 주파수의 고주파 전력을 상기 RF 안테나에 공급하는 고주파 급전부와,
    상기 처리용기 내의 플라즈마 밀도 분포를 국소적으로 제어하고, 상기 RF 안테나와 전자기 유도에 의해 결합 가능한 위치에서 상기 처리용기의 외부이고 상기 RF 안테나보다 윗쪽에 배치되는 보정 코일과,
    상기 RF 안테나에 대해 상기 보정 코일을 평행하게 유지하면서, 또한 상기 보정 코일을 상기 전자기 유도에 의해 상기 RF 안테나와 결합되도록 유지하면서, 상기 RF 안테나와 상기 보정 코일의 사이의 거리 간격을 가변 제어하는 안테나-코일 간격 제어부
    를 갖고,
    상기 보정 코일은 상기 고주파 급전부에 접속되어 있지 않으며,
    상기 보정 코일은 양단이 개방된 단권 코일 또는 복권 코일로 이루어지고,
    상기 보정 코일의 양 개방단의 사이에 콘덴서가 마련되어 있고,
    상기 보정 코일은 상기 RF 안테나에 대해 동축으로 배치되고, 직경방향에 있어서 코일 도체가 상기 RF 안테나의 내주와 외주의 사이에 위치하는 코일 직경을 갖는
    플라즈마 처리 장치.
  8. 천장에 유전체의 창을 갖는 처리용기와,
    상기 유전체 창의 위에 배치되는 코일형상의 RF 안테나와,
    상기 처리용기 내에서 피처리 기판을 유지하는 기판 유지부와,
    상기 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하기 위해, 상기 처리용기 내에 원하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와,
    상기 처리용기 내에서 유도 결합에 의해 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위해, 처리 가스의 고주파 방전에 적합한 주파수의 고주파 전력을 상기 RF 안테나에 공급하는 고주파 급전부와,
    상기 처리용기 내의 플라즈마 밀도 분포를 국소적으로 제어하고, 상기 RF 안테나와 전자기 유도에 의해 결합 가능한 위치에서 상기 처리용기의 외부이고 상기 RF 안테나보다 윗쪽에 배치되는 보정 코일과,
    상기 보정 코일을 상기 전자기 유도에 의해 상기 RF 안테나와 결합되도록 유지하면서, 상기 RF 안테나와 상기 보정 코일의 사이에서 상대적인 승강 이동, 평행 자세, 경사 자세 또는 주기적 기복 운동을 행하게 하는 핸들링 기구
    를 갖고,
    상기 보정 코일은 상기 고주파 급전부에 접속되어 있지 않으며,
    상기 보정 코일은 양단이 개방된 단권 코일 또는 복권 코일로 이루어지고,
    상기 보정 코일의 양 개방단의 사이에 콘덴서가 마련되어 있고,
    상기 보정 코일은 상기 RF 안테나에 대해 동축으로 배치되고, 직경방향에 있어서 코일 도체가 상기 RF 안테나의 내주와 외주의 사이에 위치하는 코일 직경을 갖는
    플라즈마 처리 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보정 코일을 냉각하기 위한 코일 냉각부를 갖는 플라즈마 처리 장치.
  10. 천장에 유전체의 창을 갖는 처리용기와, 상기 유전체 창의 위에 배치되는 코일형상의 RF 안테나와, 상기 처리용기 내에서 피처리 기판을 유지하는 기판 유지부와, 상기 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하기 위해, 상기 처리용기 내에 원하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와, 상기 처리용기 내에서 유도 결합에 의해 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위해, 처리 가스의 고주파 방전에 적합한 주파수의 고주파 전력을 상기 RF 안테나에 공급하는 고주파 급전부를 갖는 플라즈마 처리 장치에서 상기 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법으로서,
    상기 처리용기의 외부에 상기 RF 안테나와 전자기 유도에 의해 결합 가능한 보정 코일을 상기 RF 안테나와 평행하게 배치하고, 상기 보정 코일은 상기 고주파 급전부에 접속되지 않고,
    상기 RF 안테나에 대해 상기 보정 코일을 평행하게 유지하면서, 상기 RF 안테나와 상기 보정 코일의 사이의 거리 간격을 가변 제어해서 상기 기판 상의 플라즈마 밀도 분포를 제어하며,
    상기 보정 코일은 양단이 닫힌 단권 코일 또는 복권 코일로 이루어지고, 상기 RF 안테나에 대해 동축으로 배치되며, 직경방향에 있어서 코일 도체가 상기 RF 안테나의 내주와 외주의 사이에 위치하는 코일 직경을 갖는
    플라즈마 처리 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    1개의 피처리 기판에 대한 플라즈마 처리 중에서, 프로세스 조건의 변경, 변화 또는 전환에 따라, 상기 RF 안테나와 상기 보정 코일의 사이의 거리 간격을 가변 제어하는 플라즈마 처리 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    플라즈마 처리의 개시 전에는 상기 RF 안테나에 대해 상기 보정 코일을 충분히 떨어뜨려 두고, 상기 처리용기 내에서 플라즈마가 착화하고 나서 소정 시간의 경과 후에, 상기 RF 안테나에 대해 상기 보정 코일을 상대적으로 접근시키도록 양자의 적어도 한쪽을 이동시켜, 상기 거리 간격을 미리 설정된 값으로 조정하는 플라즈마 처리 방법.
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