KR101758026B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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마사시 사이토
가즈키 덴포
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

유도 결합형의 플라즈마 프로세스에 있어서 간이한 보정 코일을 이용하여 플라즈마 밀도 분포를 자유롭고 또한 정밀하게 제어하는 것이다. 이 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 분산시켜, 서셉터(12) 근방(즉, 반도체 웨이퍼 Ｗ상)에서 플라즈마의 밀도를 평균화하도록 하고 있다. 그리고, 서셉터(12) 근방의 플라즈마 밀도 분포를 직경방향에서 균일화하고, 또한 RF 안테나(54)가 발생하는 RF 자계에 대해 보정 링(70)에 의해 전자계적인 보정을 거는 동시에, 프로세스 조건에 따라 스위칭 기구(110)에 의해 보정 코일(70)의 통전 듀티비를 가변하도록 하고 있다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
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 가스에 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 나뉜다.
일반적으로, 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치는 처리용기의 벽부의 적어도 일부(예를 들면, 천장)를 유전체의 창으로 구성하고, 그 유전체 창의 밖에 마련한 코일형상의 RF 안테나에 고주파 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 통과하는 바와 같은 RF 자계가 RF 안테나의 주위에 발생하고, 이 RF 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 일으키고, 도넛형상의 플라즈마가 생성된다.
챔버 내에 큰 처리공간이 마련되는 것에 의해서, 상기 도넛형상의 플라즈마는 효율적으로 사방(특히, 반경방향)으로 확산하고, 기판 상에서는 플라즈마의 밀도가 상당히 고르게 된다. 그러나, 통상의 RF 안테나를 이용한 것만으로는 기판 상에 얻어지는 플라즈마 밀도의 균일성은 대개의 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, 최중요 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(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 자계에 대해, 수동 안테나의 루프 내의 자계 강도를 감소시키는 동시에 수동 안테나의 루프외 근방의 자계강도를 증가시키도록 행동한다. 그것에 의해서, 챔버 내의 플라즈마 발생 영역 중의 RF 전자계의 반경방향 분포가 변경되도록 되어 있다.
(특허문헌 1) 미국 특허 제 5401350 호
(특허문헌 2) 미국 특허 제 5907221 호
(특허문헌 3) 일본 특허 공표 제 2005-534150 호
그러나, 상기와 같은 RF 안테나 분할 방식 중, 상기 제 1 방식은 복수의 고주파 전원 뿐만 아니라 동일 수의 정합기를 필요로 하고, 고주파 급전부의 번잡화와 현저한 비용 상승이 큰 애로로 되고 있다. 또한, 상기 제 2 방식은 각 안테나·세그먼트의 임피던스에는 다른 안테나·세그먼트 뿐만 아니라 플라즈마의 임피던스도 영향을 주기 때문에, 부가 회로만으로 분할비를 임의로 정할 수 없어, 제어성에 어려움이 있어, 많이 이용되고 있지 않다.
또한, 상기 특허문헌 3에 개시되는 바와 같은 수동 안테나를 이용하는 종래 방식은 수동 안테나의 존재에 의해서 RF 안테나(유도성 안테나)가 발생하는 자계에 영향을 주고, 그것에 의해서 챔버 내의 플라즈마 발생 영역 중의 RF 전자계의 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 플라즈마를 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 변화하고, 기판 상의 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 자계에 보정을 할 수 없으면, 오늘날의 플라즈마 처리 장치에 요구되는 다양하고 또한 고도의 프로세스 성능에 부합하지 못하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 감안해서 이루어진 것이며, 플라즈마 생성용의 RF 안테나나 고주파 급전(전원공급) 계통에 특별한 세공을 필요로 하지 않고, 간이한 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 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 처리용기내에 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 상기 기판상의 플라즈마 밀도 분포를 제어하기 위해, 상기 RF 안테나와 전자 유도에 의해 결합 가능한 위치에서 상기 처리용기의 밖에 배치되는 보정 코일과, 상기 보정 코일의 전류로에 마련되는 스위칭 소자와, 상기 스위칭 소자를 원하는 듀티비(duty ratio)로 펄스폭 변조에 의해 온/오프 제어하는 스위칭 제어부를 갖는다.
상기 제 1 관점에 의한 플라즈마 처리 장치에 있어서는 상기와 같은 구성에 의해, 특히 상기 보정 코일과 상기 스위칭 소자와 상기 스위칭 제어부를 구비하는 구성에 의해, 고주파 급전부에서 RF 안테나에 고주파 전력을 공급했을 때에, RF 안테나를 흐르는 고주파 전류에 의해 안테나 도체의 주위에 발생하는 RF 자계에 관한 보정 코일의 작용(코일 도체와 중첩되는 위치 부근에서 유도 결합에 의해 생성되는 핵심의 플라즈마의 밀도를 국소적으로 저감시키는 효과)을 정형적이고 또한 안정되게 얻는 것이 가능하다. 그 밖에, 그러한 보정 코일 효과(핵심의 플라즈마의 밀도를 국소적으로 저감시키는 효과)의 정도를 대략 리니어하게 제어할 수도 있다. 이것에 의해, 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 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 상기 기판상의 플라즈마 밀도 분포를 제어하기 위해, 상기 RF 안테나와 전자 유도에 의해 결합 가능한 위치에서 상기 처리용기의 밖에 배치되는 보정 코일과, 상기 보정 코일의 전류로에 마련되는 가변 저항과, 상기 가변 저항의 저항값을 원하는 값으로 제어하는 저항 제어부를 갖는다.
상기 제 2 관점에 의한 플라즈마 처리 장치에 있어서는 상기와 같은 구성에 의해, 특히 상기 보정 코일과 상기 가변 저항과 상기 저항 제어부를 구비하는 구성에 의해, 고주파 급전부에서 RF 안테나에 고주파 전력을 공급했을 때에, RF 안테나를 흐르는 고주파 전류에 의해 안테나 도체의 주위에 발생하는 RF 자계에 관한 보정 코일의 작용(코일 도체와 중첩되는 위치 부근에서 유도 결합에 의해 생성되는 핵심의 플라즈마의 밀도를 국소적으로 저감시키는 효과)을 정형적이고 또한 안정되게 발휘시키는 것이 가능하다. 또한, 그러한 보정 코일 효과(핵심의 플라즈마의 밀도를 국소적으로 저감시키는 효과)의 정도를 대략 리니어하게 제어할 수도 있다. 이것에 의해, 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 3 관점에 있어서의 플라즈마 처리 장치는 유전체의 창을 갖는 처리용기와, 상기 유전체 창의 밖에 배치되는 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 상기 기판상의 플라즈마 밀도 분포를 제어하기 위해, 상기 RF 안테나와 전자 유도로 결합 가능한 위치에서 상기 처리용기의 밖에 배치되는 보정 코일과, 상기 보정 코일의 루프 내에 마련되는 개폐기를 갖는다.
상기 제 3 관점에 의한 플라즈마 처리 장치에 있어서는 상기와 같은 구성에 의해, 특히 상기 보정 코일과 상기 개폐기를 구비하는 구성에 의해, 고주파 급전부에서 RF 안테나에 고주파 전력을 공급했을 때에, RF 안테나를 흐르는 고주파 전류에 의해 안테나 도체의 주위에 발생하는 RF 자계에 관한 보정 코일의 작용(코일 도체와 중첩되는 위치 근처에서 유도 결합에 의해 생성되는 핵심의 플라즈마의 밀도를 국소적으로 저감시키는 효과)을 선택적으로 얻는 것이 가능하다.
본 발명의 제 4 관점에 있어서의 플라즈마 처리 장치는 유전체의 창을 갖는 처리용기와, 상기 유전체 창의 밖에 배치되는 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 상기 기판상의 플라즈마 밀도 분포를 제어하기 위해, 상기 RF 안테나와 전자 유도에 의해 결합 가능한 위치에서 상기 처리용기의 밖에 배치되는 제 1 및 제 2 보정 코일과, 상기 제 1 및 제 2 보정 코일의 루프 내에 각각 마련되는 제 1 및 제 2 개폐기를 갖는다.
상기 제 4 관점에 의한 플라즈마 처리 장치에 있어서는 상기와 같은 구성에 의해, 특히 상기 제 1 및 제 2 보정 코일과 상기 제 1 및 제 2 개폐기를 구비하는 구성에 의해, 고주파 급전부에서 RF 안테나에 고주파 전력을 공급했을 때에, RF 안테나를 흐르는 고주파 전류에 의해 안테나 도체의 주위에 발생하는 RF 자계에 관한 각 보정 코일의 작용(코일 도체와 중첩되는 위치 근처에서 유도 결합에 의해 생성되는 핵심의 플라즈마의 밀도를 국소적으로 저감시키는 효과)을 선택적으로 얻는 것이 가능하고, 그 위에 제 1 보정 코일과 제 2 보정 코일의 조합으로 보정 코일 전체의 작용 형태(프로파일)를 다종 다양하게 선택하는 것도 가능하다.
본 발명의 제 5 관점에 있어서의 플라즈마 처리 방법은 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 급전부를 갖는 플라즈마 처리 장치에 있어서 상기 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법으로서, 상기 처리용기의 밖에 상기 RF 안테나와 전자 유도에 의해 결합 가능한 보정 코일을 상기 RF 안테나와 평행하게 배치하고, 상기 보정 코일의 루프 내에 개폐기를 마련하고, 상기 개폐기의 개폐 상태를 제어하고 상기 기판 상의 플라즈마 밀도를 제어한다.
상기 제 5 관점에 의한 플라즈마 처리 방법에 있어서는 상기와 같은 기법에 의해, 특히 처리용기의 밖에 RF 안테나와 전자 유도에 의해 결합 가능한 보정 코일을 RF 안테나와 평행하게 배치하고, 보정 코일의 루프 내에 개폐기를 마련하고, 해당 개폐기의 개폐(온/오프) 상태를 제어함으로써, 고주파 급전부에서 RF 안테나에 고주파 전력을 공급했을 때에, RF 안테나를 흐르는 고주파 전류에 의해 안테나 도체의 주위에 발생하는 RF 자계에 관한 보정 코일의 작용(코일 도체와 중첩되는 위치 근처에서 유도 결합에 의해 생성되는 핵심의 플라즈마의 밀도를 국소적으로 저감시키는 작용 효과)을 정형적이고 또한 안정되게 얻는 것이 가능하다. 이것에 의해, 기판 유지부 상의 기판의 근방에서 플라즈마 밀도 분포를 임의로 제어하는 것이 가능하고, 플라즈마 프로세스의 균일성의 향상도 용이하게 달성할 수 있다.
본 발명의 제 6 관점에 있어서의 플라즈마 처리 방법은 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 급전부를 갖는 플라즈마 처리 장치에 있어서 상기 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법으로서, 상기 처리용기의 밖에 상기 RF 안테나와 전자 유도에 의해 결합 가능한 제 1 및 제 2 보정 코일을 상기 RF 안테나와 평행하게 배치하고, 상기 제 1 및 제 2 보정 코일의 루프 내에 제 1 및 제 2 개폐기를 각각 마련하고, 상기 제 1 및 제 2 개폐기의 각각의 개폐 상태를 제어하여, 상기 기판 상의 플라즈마 밀도를 제어한다.
상기 제 6 관점에 의한 플라즈마 처리 방법에 있어서는 상기와 같은 기법에 의해, 특히 처리용기의 밖에 RF 안테나와 전자 유도에 의해 결합 가능한 제 1 및 제 2 보정 코일을 RF 안테나와 평행하게 배치하고, 그들 제 1 및 제 2 보정 코일의 루프 내에 제 1 및 제 2 개폐기를 마련하고, 그들 제 1 및 제 2 개폐기의 각각의 개폐(온/오프) 상태를 제어함으로써, 고주파 급전부에서 RF 안테나에 고주파 전력을 공급했을 때에, RF 안테나를 흐르는 고주파 전류에 의해 안테나 도체의 주위에 발생하는 RF 자계에 관한 보정 코일의 작용(코일 도체와 중첩되는 위치 근처에서 유도 결합에 의해 생성되는 핵심의 플라즈마의 밀도를 국소적으로 저감시키는 작용 효과)을 정형적이고 또한 안정되게 얻는 것이 가능하다. 이것에 의해, 기판 유지부 상의 기판의 근방에서 플라즈마 밀도 분포를 임의로 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, 간이한 보정 코일을 이용하여 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 2의 (a)는 나선 코일형상의 RF 안테나의 일예를 나타내는 사시도이다.
도 2의 (b)는 동심원 코일형상의 RF 안테나의 일예를 나타내는 사시도이다.
도 3의 (a)는 완전 무단(無端)형의 보정 코일을 RF 안테나로부터 멀리 떨어뜨려 배치했을 때의 전자계적인 작용의 일예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 3의 (b)는 완전 무단형 보정 코일을 RF 안테나의 가까이에 배치했을 때의 전자계적인 작용의 일예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4의 (a)는 완전 무단형 보정 코일을 RF 안테나로부터 멀리 떨어뜨려 배치했을 때의 전자계적인 작용의 다른 예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4의 (b)는 완전 무단형 보정 코일을 RF 안테나의 가까이에 배치했을 때의 전자계적인 작용의 다른 예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 완전 무단형 보정 코일과 RF 안테나의 거리 간격을 바꾸었을 때의 유전체 창의 근처의 처리공간에 있어서의 전류 밀도 분포의 변화를 나타내는 도면이다.
도 6은 제 1 실시형태에 있어서의 보정 코일 및 스위칭 기구의 일구성예를 나타내는 도면이다.
도 7은 상기 스위칭 기구의 구체적 구성예를 나타내는 도면이다.
도 8은 상기 스위칭 기구에 의한 PWM 제어를 나타내는 도면이다.
도 9는 다층 레지스트법의 공정을 단계적으로 나타내는 도면이다.
도 10은 다층 레지스트법에 의한 멀티 스텝의 에칭 프로세스에 있어서 보정 코일의 통전 듀티비를 가변 제어하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 11은 제 2 실시형태에 있어서의 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치의 구성을 나타내는 종단면도이다.
도 12는 제 2 실시형태에 있어서의 보정 코일 및 저항 가변 기구의 일구성예를 나타내는 도면이다.
도 13은 상기 저항 가변 기구의 구체적 구성예를 나타내는 도면이다.
도 14의 (a)는 상기 저항 가변 기구에 있어서의 저항 포지션을 나타내는 도면이다.
도 14의 (b)는 상기 저항 가변 기구에 있어서의 별도의 저항 포지션을 나타내는 도면이다.
도 14의 (c)는 상기 저항 가변 기구에 있어서의 별도의 저항 포지션을 나타내는 도면이다.
도 15는 제 1 실시형태의 일변형예에 있어서의 보정 코일 및 스위칭 기구의 일구성예를 나타내는 도면이다.
도 16은 제 2 실시형태의 일변형예에 있어서의 보정 코일 및 저항 가변 기구의 1구성예를 나타내는 도면이다.
도 17의 (a)는 도 15 또는 도 16의 구성예에 있어서의 작용의 일예를 나타내는 도면이다.
도 17의 (b)는 도 15 또는 도 16의 구성예에 있어서의 작용의 일예를 나타내는 도면이다.
도 17의 (c)는 도 15 또는 도 16의 구성예에 있어서의 작용의 일예를 나타내는 도면이다.
도 18은 제 3 실시형태에 있어서의 보정 코일 및 개폐 기구의 일구성예를 나타내는 도면이다.
도 19는 일변형예에 있어서의 보정 코일 및 개폐 기구의 일구성예를 나타내는 도면이다.
도 20은 다층 레지스트법에 의한 멀티 스텝의 에칭 프로세스에 있어서 단일형 보정 코일에 마련되는 개폐기의 개폐 상태를 제어하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 21은 다층 레지스트법에 의한 멀티 스텝의 에칭 프로세스에 있어서 트윈형(twin type) 보정 코일에 마련되는 2개의 개폐기의 개폐 상태를 제어하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 22는 다른 실시형태에 있어서의 보정 코일 및 전환 스위치 회로망을 나타내는 도면이다.
도 23은 다른 실시형태에 있어서의 보정 코일 및 전환 스위치 회로망을 나타내는 도면이다.
도 24의 (a)는 보정 코일을 공랭 방식으로 냉각하는 실시예를 나타내는 도면이다.
도 24의 (b)는 보정 코일을 냉매를 거쳐서 냉각하는 하나의 실시예를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조해서 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다.
(제 1 실시형태)
도 1∼도 10에 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 있고, 예를 들면, 알루미늄 또는 스테인리스강 등의 금속제의 원통형 진공 챔버(처리 용기)(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 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 있고, 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 회로의 내에 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 또는 냉매유로(44)가 마련되어 있다. 이 냉매실(44)에는 칠러 유닛(도시하지 않음)으로부터 배관(46, 48)을 거쳐서 소정 온도의 냉매, 예를 들면, 냉각수 cw가 순환 공급된다. 냉매의 온도에 따라 정전 척(36)상의 반도체 웨이퍼 W의 처리중의 온도를 제어할 수 있다. 이것과 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.
다음에, 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, 스파이럴 코일(도 2의 (a)) 또는 각 1주내에서 반경 일정한 동심원 코일(도 2의 (b))의 형체를 갖고 있으며, 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) 및 급전선(60)을 거쳐서 전기적으로 접속되어 있다. RF 안테나(54)의 타단은 도시하지 않았지만, 어스선을 거쳐서 전기적으로 그라운드 전위에 접속되어 있다. 고주파 전원(56)은 고주파 방전에 의한 플라즈마의 생성에 적합한 일정 주파수(13.56㎒ 이상)의 고주파 RFH를 가변의 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 리액턴스 가변의 정합 회로를 수용하고 있다.
챔버(10)내의 처리공간에 처리 가스를 공급하기 위한 처리 가스 공급부는 유전체 창(52)으로부터 다소 낮은 위치에서 챔버(10)의 측벽의 내(또는 밖)에 마련되는 환상의 매니폴드 또는 버퍼부(62)와, 원주방향으로 등간격으로서 버퍼부(62)로부터 플라즈마 생성 공간에 임하는 다수의 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 직경방향에서 가변 제어하기 위해, 챔버(10)의 천판의 위에 마련되는 대기압공간의 안테나실 내에서 RF 안테나(54)와 전자 유도에 의해 결합 가능한 보정 코일(70)과, 이 보정 코일(70)에 유도 전류가 흐르는 통전의 듀티비를 가변 제어하기 위한 스위칭 기구(110)를 구비하고 있다. 보정 코일(70) 및 스위칭 기구(110)의 구성 및 작용은 후에 상세하게 설명한다.
주 제어부(74)는 예를 들면 마이크로 컴퓨터를 포함하고, 이 플라즈마 에칭 장치 내의 각 부 예를 들면 배기 장치(26), 고주파 전원(30, 56), 정합기(32, 58), 정전 척용의 스위치(42), 처리 가스 공급원(66), 스위칭 기구(110), 칠러 유닛(도시하지 않음), 전열 가스 공급부(도시하지 않음) 등의 각각의 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(66)으로부터 가스 공급관(68), 버퍼부(62) 및 측벽 가스 토출 구멍(64)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 전원(56)을 온으로 해서 플라즈마 생성용의 고주파 RFH를 소정의 RF 파워로 출력시키고, 정합기(58), 급전선(60)을 거쳐서 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) 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.
측벽 가스 토출 구멍(64)으로부터 토출된 에칭 가스는 유전체 창(52)의 아래의 처리공간에 균일하게 확산한다. RF 안테나(54)를 흐르는 고주파 RFH의 전류에 의해서, 자력선이 유전체 창(52)을 관통해서 챔버 내의 플라즈마 생성 공간을 통과하는 바와 같은 RF 자계가 RF 안테나(54)의 주위에 발생하고, 이 RF 자계의 시간적인 변화에 의해서 처리공간의 방위각 방향으로 RF 유도 전계가 발생한다. 그리고, 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 확산하고, 래디컬은 등방적으로 쏟아지도록 하고, 이온은 직류 바이어스에 잡아당겨지도록 해서, 반도체 웨이퍼 W의 상면(피처리면)에 공급된다. 이와 같이 해서 웨이퍼 W의 피처리면에 플라즈마의 활성종이 화학 반응과 물리 반응을 가져오고, 피가공막이 원하는 패턴으로 에칭된다.
이 유도 결합형 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 전계의 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 플라즈마내의 플라즈마 밀도 분포가 변하는 경우도 있다.
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 플라즈마 에칭 장치에서는 서셉터(12) 근방의 플라즈마 밀도 분포를 직경방향에서 균일화하고, 또한 RF 안테나(54)가 발생하는 RF 자계에 대해 보정 링(70)에 의해 전자계적인 보정을 거는 동시에, 프로세스 조건(챔버(10)내의 압력 등)에 따라 스위칭 기구(110)에 의해 보정 코일(70)의 통전 듀티비를 가변하도록 하고 있다.
이하, 이 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 주요한 특징 부분인 보정 링(70) 및 스위칭 기구(110)의 구성 및 작용을 설명한다.
더욱 상세하게는 보정 코일(70)은 도 6에 도시하는 바와 같이 양단이 적절한 갭 g를 사이에 두고 개방된 원환형상의 단권 코일 또는 복권 코일로 이루어지고, 직경방향에 있어서 코일 도체가 RF 안테나(54)의 내주와 외주의 사이(바람직하게는 정가운데 부근)에 위치하는 바와 같이 RF 안테나(54)에 대해 동축에 배치되고, RF 안테나(54)에 근접한 일정한 높이 위치에서 절연성의 코일 유지 부재(도시하지 않음)에 의해 수평으로 유지되어 있다. 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 종방향에서 서로 오프셋되어 있는 경우 뿐만 아니라 동일면 상에서 일치하고 있는 경우(동심형상의 위치 관계)도 포함한다.
여기서, 보정 코일(70)에 갭 g가 없는 구성을 완전 무단형의 보정 코일(70′)로 하고, 이 완전 무단형 보정 코일(70′)의 높이 위치를 바꾼 경우의 작용을 설명한다. 우선, 도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이, 완전 무단형 보정 코일(70′)의 높이 위치를 상한값 부근으로 설정했을 때에는 RF 안테나(54)를 흐르는 고주파 RFH의 전류에 의해서 안테나 도체의 주위에 발생하는 RF 자계 H는 완전 무단형 보정 코일(70′)로부터 어떠한 영향도 받지 않고 유전체 창(52)의 아래의 처리공간을 반경방향으로 통과하는 루프형상의 자력선을 형성한다.
처리공간에 있어서의 자속 밀도의 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 중간부」라 함)과 중첩되는 위치에서 극대로 되고, 고주파 RFH의 전류가 클수록 그 극대값이 높아진다. RF 자계 H에 의해서 생성되는 방위각 방향의 유도 전계의 강도 분포도 반경방향에 있어서 자속밀도 Br과 마찬가지의 프로파일이 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 확산한다. 상술한 바와 같이, 그 확산 형태는 챔버(10)내의 압력에 의존하지만, 일예로서 도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이 서셉터(12) 근방의 직경방향에서 전자 밀도(플라즈마 밀도)가 상대적으로 안테나 중간부와 대응하는 위치에서 높고(극대인 채) 중심부와 주변부에서 뚝 떨어지는 바와 같은 프로파일을 나타내는 경우가 있다.
이와 같은 경우에, 도 3의 (b)에 도시하는 바와 같이, 완전 무단형 보정 코일(70′)의 높이 위치를 예를 들면 하한값 부근까지 내리면, 도시한 바와 같이, RF 안테나(54)를 흐르는 고주파 RFH의 전류에 따라 안테나 도체의 주위에 발생하는 RF 자계 H는 완전 무단형 보정 코일(70′)에 의해 전자 유도의 반작용의 영향을 받는다. 이 전자 유도의 반작용은 완전 무단형 보정 코일(70′)의 루프 내를 관통하는 자력선(자속)의 변화에 거역하려고 하는 작용이며, 완전 무단형 보정 코일(70′)의 루프에 유도 기전력이 발생해서 전류가 흐른다.
이와 같이 해서, 완전 무단형 보정 코일(70′)로부터의 전자 유도의 반작용에 의해, 완전 무단형 보정 코일(70′)의 코일 도체(특히, 안테나 미들부)의 대략 바로 아래의 위치에서, 유전체 창(52) 가까이의 처리공간에 있어서의 자속밀도의 반경방향(수평) 성분 Br이 국소적으로 약해지고, 그것에 의해서 방위각 방향의 유도 전계의 강도도 자속밀도 Br과 마찬가지로 안테나 미들부와 대응하는 위치에서 국소적으로 약해진다. 결과적으로, 서셉터(12) 근방에서 전자 밀도(플라즈마 밀도)가 직경방향에서 알맞게 균일화된다.
도 3의 (a)에 나타내는 바와 같은 플라즈마의 확산 형태는 일예이며, 예를 들면 압력이 낮을 때는 챔버(10)의 중심부에 플라즈마가 지나치게 모여, 도 4의 (a)에 도시하는 바와 같이 서셉터(12) 근방의 전자 밀도(플라즈마 밀도)가 상대적으로 중심부에서 극대로 되는 바와 같은 산형의 프로파일을 나타내는 경우가 있다.
이와 같은 경우에도, 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이, 완전 무단형 보정 코일(70′)을 예를 들면 하한값 부근까지 내리면, 도시한 바와 같이, 완전 무단형 보정 코일(70′)의 코일 도체와 중첩되는 미들부의 위치에서, 유전체 창(52) 가까이의 처리공간에 있어서의 자속밀도의 반경방향(수평) 성분 Br이 국소적으로 약해지고, 그것에 의해서 챔버 중심부로의 플라즈마의 집중이 약해지고, 서셉터(12) 근방의 플라즈마 밀도가 직경방향에서 알맞게 균일화된다.
본 발명자는 상기와 같은 완전 무단형 보정 코일(70′)의 작용을 전자계 시뮬레이션에 의해 검증하였다. 즉, RF 안테나(54)에 대한 완전 무단형 보정 코일(70′)의 상대적 높이 위치(거리 간격)를 파라미터로 하고, 파라미터의 값을 5㎜, 10㎜, 20㎜, 무한대(보정 코일 없음)의 4가지로 선택하여, 도넛형상 플라즈마 내부(상면으로부터 5㎜의 위치)의 반경방향의 전류 밀도 분포(플라즈마 밀도 분포에 상당)를 구한 결과, 도 5에 나타내는 바와 같은 검증 결과가 얻어졌다.
이 전자계 시뮬레이션에서는 RF 안테나(54)의 외경(반경)을 250㎜로 설정하고, 완전 무단형 보정 코일(70′)의 내주반경 및 외주반경을 각각 100㎜ 및 130㎜로 설정하였다. RF 안테나(54)의 아래쪽의 챔버내 처리공간에서 유도 결합에 의해 생성되는 도넛형상의 플라즈마는 원반형상의 저항체로 모의하고, 이 저항체의 직경을 500㎜, 저항율을 100Ω㎝, 표피두께를 10㎜로 설정하였다. 플라즈마 생성용의 고주파 RFH의 주파수는 13.56㎒로 하였다.
도 5로부터, RF 안테나(54)와 전자 유도로 결합하는 높이 위치에 완전 무단형 보정 코일(70′)을 배치하면, 도넛형상 플라즈마내의 플라즈마 밀도는 보정 코일(70)의 코일 도체와 중첩되는 위치(도시한 예에서는 안테나 미들부와 중첩되는 위치) 부근에서 국소적으로 저감하는 것과, RF 안테나(54)에 완전 무단형 보정 코일(70′)을 근접시킬수록 그 국소적 저감의 정도가 대략 리니어하게 커지는 것을 알 수 있다. 이 실시형태의 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치(도 1)는 상기와 같은 완전 무단형 보정 코일(70′)을 이용하는 대신에, 도 6에 도시하는 바와 같이, 양단이 적절한 갭 g를 사이에 두고 개방된 단권 코일(또는 복권 코일)로 이루어지는 보정 코일(70)을 사용하고, 이 보정 코일(70)의 양 개방단의 사이에 스위칭 소자(112)를 접속하고 있다.
스위칭 기구(110)는 이 스위칭 소자(112)를 펄스폭 변조(PWM)에 의해 일정 주파수(예를 들면 1∼100㎑)로 온/오프 제어 또는 스위칭 제어하는 스위칭 제어 회로(114)를 갖고 있다.
도 7에, 스위칭 기구(110)의 구체적인 1구성예를 나타낸다. 이 구성 예에서는 스위칭 소자(112)로서, 한 쌍의 트랜지스터(예를 들면 IGBT 또는 MOS 트랜지스터)(112A, 112B)를 서로 역방향에서 병렬로 접속하고, 각각의 트랜지스터(112A, 112B)와 직렬로 역 바이어스 보호용의 다이오드(116A, 116B)를 접속하고 있다.
양 트랜지스터(112A, 112B)는 스위칭 제어 회로(114)로부터의 PWM 제어 신호 SW에 의해서 동시에 온/오프한다. 온 기간 동안, 고주파의 전반의 반주기에서 보정 코일(70)을 정방향으로 흐르는 정극성의 유도 전류 i+는 제 1 트랜지스터(112A) 및 제 1 다이오드(116A)를 흐르고, 고주파의 후반의 반주기에서 보정 코일(70)을 역방향에 흐르는 부극성의 유도 전류 i-는 제 2 트랜지스터(112B) 및 제 2 다이오드(116B)를 흐르도록 되어 있다.
스위칭 제어 회로(114)는 도시 생략하지만, 예를 들면 상기 일정 주파수의 삼각파 신호를 발생하는 삼각파 발생 회로와, 원하는 듀티비(1주기의 펄스의 온 기간의 비율)에 대응하는 가변의 전압 레벨로 전압 신호를 발생하는 가변 전압 신호 발생 회로와, 상기 삼각파 신호와 상기 가변 전압 신호의 각각의 전압 레벨을 비교해서 그 대소관계에 따른 2진의 PWM 제어 신호 SW를 생성하는 비교기와, 양 트랜지스터(112A, 112B)를 PWM 제어 신호 SW로 구동하는 구동 회로를 갖고 있다. 여기서, 원하는 듀티비는 주 제어부(74)로부터 소정의 제어 신호 SD를 통해 스위칭 제어 회로(114)에 인가된다.
이 실시형태에 의하면, 상기와 같은 구성의 스위칭 기구(110)에 의해, 플라즈마 프로세스 중에 보정 코일(70)의 통전 듀티비를 PWM 제어에 의해 제어하고, 도 8에 도시하는 바와 같이, 그 통전 듀티비를 0%∼100%의 범위내에서 임의로 가변 제어할 수 있다.
여기서 중요한 것은 상기와 같은 PWM 제어에 의해 보정 코일(70)에 유도 전류 i를 흘리는 통전의 듀티비를 0%∼100%의 범위에서 임의로 가변하는 것은 상술한 바와 같은 완전 무단형 보정 코일(70′)의 높이 위치를 상한 위치 부근의 홈 포지션 HP와 RF 안테나(54)에 근접한 하한 위치의 사이에서 임의로 가변하는 것과 기능적으로 등가라는 것이다. 별도의 견해에서 보면, 스위칭 기구(110)에 의해, 보정 코일(70)을 RF 안테나(54) 근방의 높이 위치에 고정시킨 채, 도 5의 특성을 장치적으로 실현하는 것이 가능하다. 이것에 의해, 플라즈마 밀도 분포 제어의 자유도 및 정밀도의 향상을 간편하게 달성할 수 있다.
따라서, 프로세스 레시피에서 프로세스 조건의 전부 또는 일부가 바뀔 때마다, 스위칭 기구(110)를 통해 보정 코일(70)의 통전 듀티비를 가변 제어함으로써, RF 안테나(54)를 흐르는 고주파 RFH의 전류에 의해서 안테나 도체의 주위에 발생하는 RF 자계 H에 대한 보정 코일(70)의 작용, 즉 보정 코일(70)의 코일 도체와 중첩되는 위치 부근에서 도넛형상 플라즈마내의 플라즈마 밀도를 국소적으로 저감시키는 효과의 정도(강약)를 임의로 또한 정밀하게 조절할 수 있다.
이 실시형태에 있어서의 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치는 예를 들면, 기판 표면의 다층막을 복수의 스텝에서 연속적으로 에칭 가공하는 어플리케이션에 바람직하게 적용할 수 있다. 이하, 도 9에 나타내는 바와 같은 다층 레지스트법에 따른 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
도 9에 있어서, 가공 대상의 반도체 웨이퍼 W의 주면에는 본래의 피가공막(예를 들면 게이트용의 Ｓi막)(100)의 위에 최하층(최종 마스크)으로서 SiＮ층(102)이 형성되고, 그 위에 중간층으로서 유기막(예를 들면 카본)(104)이 형성되고, 그 위에 Si함유의 반사 방지막(BARC)(106)을 거쳐서 최상층의 포토 레지스트(108)가 형성된다. SiＮ층(102), 유기막(104) 및 반사 방지막(106)의 성막에는 CVD(화학적 진공 증착법) 혹은 스핀 온에 의한 도포막이 이용되고, 포토 레지스트(108)의 패터닝에는 포토리소그래피가 이용된다.
처음에, 제 1 스텝의 에칭 프로세스로서, 도 9의 (a)에 도시하는 바와 같이 패터닝된 포토 레지스트(108)를 마스크로 해서 Si함유 반사 방지막(106)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 9의 (b)에 도시하는 바와 같이 포토 레지스트(108) 및 반사 방지막(106)을 마스크로 해서 유기막(104)을 에칭 가공한다. 이런 경우, 에칭 가스에는 O2의 단가스가 이용되고, 챔버(10)내의 압력은 더욱 낮게, 예를 들면, 5mTorr로 설정된다.
마지막으로, 제 3 스텝의 에칭 프로세스로서, 도 9의 (c), (d)에 도시하는 바와 같이, 패터닝된 반사 방지막(106) 및 유기막(104)을 마스크로 해서 SiN막(102)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 처리공간내에서 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 4의 (a)와 같이 서셉터(12) 근방의 전자 밀도(플라즈마 밀도)가 상대적으로 중심부에서 현저하게 부풀어 오르는 바와 같은 급준한 산형의 프로파일이 나타나고, 제 3 스텝의 프로세스(압력 50mTorr)에서는 중심부가 약간 부풀어 오르는 바와 같은 완만한 산형의 프로파일이 나타나는 것으로 한다.
이 실시형태에 의하면, 예를 들면, 프로세스 레시피에 있어서, 통상의 프로세스 조건(고주파의 파워, 압력, 가스종, 가스유량 등)에 추가하는 사양으로 또는 그들과 연관시키는 사양으로, 보정 코일(70)의 통전 듀티비를 레시피 정보 또는 프로세스 파라미터의 1개로서 설정한다. 그리고, 상기와 같은 멀티 스텝 방식의 에칭 프로세스를 실행할 때에, 주 제어부(74)가 통전 듀티비를 나타내는 데이터를 메모리로부터 읽어내고, 각 스텝마다 스위칭 기구(110)를 통해 보정 코일(70)의 통전 듀티비를 설정값에 맞춘다.
예를 들면, 도 9와 같은 다층 레지스트법에 의한 멀티 스텝의 에칭 프로세스를 실시하는 경우에는 도 10에 도시하는 바와 같이, 제 1 스텝(10mTorr)에서는 비교적 큰 듀티비 D1로, 제 2 스텝(5mTorr)에서는 더욱 큰 듀티비 D2로, 제 3 스텝(50mTorr)에서는 비교적 작은 듀티비 D3으로 보정 코일(70)의 통전 듀티비를 스텝마다 전환한다.
또한, 플라즈마 착화성의 관점에서, 각 스텝의 프로세스 개시 직후는 보정 코일(70)의 통전을 강제적으로 오프상태로 유지해서 플라즈마를 안정 확실하게 착화시키고, 플라즈마의 착화 후에 설정값의 통전 듀티비에 맞추는 방법도 효과적이다.
(제 2 실시형태)
다음에, 도 11∼도 14에 대해, 본 발명의 제 2 실시형태를 설명한다.
도 11에, 제 2 실시형태에 있어서의 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치의 구성을 나타낸다. 도면 중, 상술한 제 1 실시형태의 장치(도 1)와 마찬가지의 구성 또는 기능을 갖는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있다.
이 제 2 실시형태의 특징은 상술한 제 1 실시형태와 대비하면, 스위칭 기구(110) 대신에 저항 가변 기구(120)를 구비하는 구성에 있다.
더욱 상세하게는 보정 코일(70)은 양단이 적절한 갭 g를 사이에 두고 개방된 원환 형상의 단권 코일 또는 복권 코일로 이루어지고, 직경방향에 있어서 코일 도체가 RF 안테나(54)의 내주와 외주의 사이(바람직하게는 정가운데 부근)에 위치하도록 RF 안테나(54)에 대해 동축에 배치되고, RF 안테나(54)에 근접한 높이 위치에서 절연성의 코일 유지 부재(도시하지 않음)에 의해 수평으로 유지되어 있다.
저항 가변 기구(120)는 도 12에 도시하는 바와 같이, 보정 코일(70)의 양 개방단에 접속되는 가변 저항(122)과, 이 가변 저항(122)의 저항값을 원하는 값으로 제어하는 저항 제어부(124)를 갖고 있다.
도 13에, 저항 가변 기구(120)의 구체적 구성예를 나타낸다. 이 구성예에 있어서의 가변 저항(122)은 보정 코일(70)의 양 개방단의 사이의 갭 g를 막도록 절연체(126)를 거쳐서 삽입된 저항율이 높은 금속계 또는 탄소계의 저항체(128)와, 보정 코일(70)상에서 일정한 거리 간격을 둔 2점 사이를 단락하는 가교형 단락 도체(130)를 갖고 있다. 가교형 단락 도체(130)의 재질은 도전율이 높은, 예를 들면, 구리계의 금속이 바람직하다.
저항 제어부(124)는 가교형 단락 도체(130)를 지지하면서 보정 코일(70)상에서 슬라이드 이동시키기 위한 슬라이드 기구(132)와, 이 슬라이드 기구(132)를 통해 가교형 단락 도체(130)의 위치를 원하는 저항 포지션에 맞추는 저항 포지션 제어부(134)를 갖고 있다.
더욱 상세하게는 슬라이드 기구(132)는 볼 나사 기구로 이루어지고, 일정한 위치에서 수평으로 연장하는 이송 나사(136)를 회전하기 위한 스테핑 모터(138)와, 이송 나사(136)와 나사식 결합하는 너트부(도시하지 않음)를 갖고, 이송 나사(136)의 회전에 의해서 그 축방향으로 수평 이동하는 슬라이더 본체(140)와, 이 슬라이더 본체(140)와 가교형 단락 도체(130)와 결합하는 압축 코일 스프링(142) 및 연직방향에서 슬라이딩 가능하게 끼워 맞추는 한 쌍의 원통체(144, 146)로 구성되어 있다. 여기서, 외측의 원통체(144)는 슬라이더 본체(140)에 고정되고, 내측의 원통체(146)는 가교형 단락 도체(130)에 고정되어 있다. 압축 코일 스프링(142)은 탄성력에 의해서 가교형 단락 도체(130)를 보정 코일(70)에 꽉 누른다.
저항 포지션 제어부(134)는 스테핑 모터(138)의 회전방향 및 회전량을 통해 가교형 단락 도체(130)의 위치를 제어한다. 가교형 단락 도체(130)의 목표위치는 주 제어부(74)(도 11)로부터 소정의 제어 신호 SR을 통해 저항 포지션 제어부(134)에 인가된다.
여기서, 도 13 및 도 14의 (a)∼14(c)에 대해 저항 가변 기구(120)의 작용을 설명한다.
우선, 가교형 단락 도체(130)를 도 13에 나타내는 위치에 세트했을 때에는 보정 코일(70)의 코일 도체의 양단이, 저항체(128)를 거치지 않고 가교형 단락 도체(130)에 의해 바이패스해서 단락된다. 이것에 의해, 가변 저항(122)의 저항값이 가장 낮은 값(실질적으로 0)이 되고, 그것에 의해서 보정 코일(70) 전체의 코일 저항값이 가장 낮은 값이 된다.
도 13의 상태로부터, 가교형 단락 도체(130)를 도면의 우측으로 슬라이드 이동시켜 도 14의 (a)에 나타내는 위치에 위치 결정했다고 한다. 이 위치에서는 가교형 단락 도체(130)의 일단(우단)의 콘택트부(130R)는 코일 도체의 일단(우단)부에 접속한 채이지만, 타단(좌단)의 콘택트부(130L)는 코일 도체의 타단(좌단)을 넘어서 저항체(128)의 구간 내에 들어가 있다. 이것에 의해서, 가변 저항(122)의 저항값이 0이 아닌 유의의 값이 되고, 보정 코일(70) 전체의 코일 저항값이 도 13일 때보다도 높아진다.
도 14의 (a)의 상태로부터, 가교형 단락 도체(130)를 더욱 도면의 우측으로 슬라이드 이동시키면, 보정 코일(70)의 전류로에 차지하는 저항체(128)의 구간길이가 증대하여, 가변 저항(122)의 저항값이 그 분만큼 더욱 높아지고, 보정 코일(70) 전체의 코일 저항값이 도 14의 (a)일 때보다도 더욱 높아진다.
그리고, 도 14의 (b)에 도시하는 바와 같이, 가교형 단락 도체(130)의 좌단의 콘택트부(130L)를 저항체(128)의 절연체(126)측의 타단까지 이동시켰을 때에는 보정 코일(70)의 전류로에 차지하는 저항체(128)의 구간길이가 최대가 된다. 이것에 의해서, 가변 저항(122)의 저항값이 최대가 되고, 보정 코일(70) 전체의 코일 저항값이 최대가 된다.
또한, 도 14의 (b)의 상태에서, 가교형 단락 도체(130)를 또한 도면의 우측으로 슬라이드 이동시켜, 도 14의 (c)에 도시하는 바와 같이, 가교형 단락 도체(130)의 좌단의 콘택트부(130L)를 절연체(126)를 넘어 우측의 코일 도체까지 이동시키면, 보정 코일(70)은 절연체(126)에 의해서 전기적으로 절단되고, 실질적으로 양단 개방 상태로 된다. 별도의 견해에서 보면, 가변 저항(122)의 저항값이 무한대가 된다.
이와 같이, 본 실시형태에 있어서는 저항 가변 기구(120)에 의해 가변 저항(122)의 저항값을 가변 제어하고, 상기와 같이, 보정 코일(70) 전체의 코일 저항을 양단이 닫힌 코일과 동등한 최소의 저항값(도 13)에서 저항체(128)의 전체 구간을 포함하는 최대의 저항값(도 14의 (a), 도 14의 (b))까지 연속적으로 가변하는 것이 가능하고, 더 나아가서는 보정 코일(70)이 없는 것과 등가의 코일 절단 상태(도 14의 (c))도 선택할 수 있도록 되어 있다.
이것에 의해서, RF 안테나(54)에 고주파 RFH의 전류를 흘렸을 때에, 전자 유도에 의해 보정 코일(70)에 흐르는 전류의 전류값(진폭값 또는 피크값)을 0%∼100%의 범위내에서 임의로 가변 제어할 수 있다. 여기서, 전류값 100%는 코일 단락 상태의 위치(도 13)에서 흐를 때의 전류값에 상당하고, 전류값 0%는 코일 절단 상태의 위치(도 14의 (c))에서 흐를 때의 전류값에 상당한다.
여기서 중요한 것은 상기와 같은 보정 코일(70)의 저항 가변 제어에 의해 보정 코일(70)에 흘리는 전류의 전류값을 0%∼100%의 범위에서 임의로 가변하는 것은 상술한 바와 같은 완전 무단형 보정 코일(70′)의 높이 위치를 상한 위치 부근의 홈 포지션 HP와 RF 안테나(54)에 근접한 하한 위치의 사이에서 임의로 가변하는 것과 기능적으로 등가라는 것이다. 별도의 견해에서 보면, 저항 가변 기구(120)에 의해, 보정 코일(70)을 RF 안테나(54) 근방의 높이 위치에 고정시킨 채, 도 5의 특성을 장치적으로 실현하는 것이 가능하고, 상기 제 1 실시형태와 마찬가지로 더욱 간편하게 플라즈마 밀도 분포 제어의 자유도 및 정밀도의 향상을 달성할 수 있다.
따라서, 프로세스 레시피에서 소정의 프로세스 파라미터의 값이 변할 때마다, 저항 가변 기구(120)를 통해 보정 코일(70)에 흐르는 전류의 진폭값을 가변 제어함으로써, RF 안테나(54)를 흐르는 고주파 RFH의 전류에 의해서 안테나 도체의 주위에 발생하는 RF 자계 H에 대한 보정 코일(70)의 작용, 즉 보정 코일(70)의 코일 도체와 중첩되는 위치 부근에서 도넛형상 플라즈마내의 플라즈마 밀도를 국소적으로 저감시키는 효과의 정도(강약)를 임의로 또한 정밀하게 조절할 수 있다. 이것에 의해, 전체 스텝을 통해 서셉터(12) 근방의 플라즈마 밀도를 직경방향에서 균일하게 유지하고, 다층 레지스트법에 있어서의 에칭 프로세스의 균일성을 향상시킬 수 있다.
예를 들면, 도 9와 같은 다층 레지스트법에 의한 멀티 스텝의 에칭 프로세스를 실시할 경우에는 도시 생략하겠지만, 제 1 스텝(10mTorr)에서는 비교적 낮은 저항값(저항 포지션) R1로, 제 2 스텝(5mTorr)에서는 더욱 낮은 저항값(저항 포지션) R2로, 제 3 스텝(50mTorr)에서는 비교적 높은 저항값(저항 포지션) R3으로 가변 저항(122)의 저항값(저항 포지션)을 스텝마다 전환하면 좋다.
또한, 플라즈마 착화성의 관점에서, 각 스텝의 프로세스 개시 직후는 보정 코일(70)을 전기적 절단상태(도 14의 (c))로 유지해 두고 플라즈마를 안정 확실하게 착화시키고, 플라즈마의 착화 후에 가변 저항(122)을 미리 설정된 저항값(저항 포지션)에 맞추는 방법도 효과적이다.
(변형예)
도 15에, 상기 제 1 실시형태에 있어서의 보정 코일(70) 및 스위칭 기구(110)의 1변형예를 나타낸다. 이 실시형태는 코일직경이 다른 복수(예를 들면, 2개)의 보정 코일(70A, 70B)을 동심원형상(또는 동축형상)으로 배치하여, 그들 보정 코일(70A, 70B)의 루프내에 스위칭 소자(112A', 112B')를 각각 마련한다. 그리고, 개별의 스위칭 제어 회로(114A, 114B)에 의해 스위칭 소자(112A', 112B')를 각각 독립적으로 임의의 통전 듀티비로 PWM 제어에 의해 온/오프 제어하는 구성으로 하고 있다.
도 16에, 상기 제 2 실시형태에 있어서의 보정 코일(70) 및 저항 가변 기구(120)의 1변형예를 나타낸다. 이 실시형태는 코일직경이 다른 복수 (예를 들면 2개)의 보정 코일(70A, 70B)을 동심원형상(또는 동축형상)으로 배치하여, 그들 보정 코일(70A, 70B)의 루프 내에 가변 저항(122A, 122B)을 각각 마련한다. 그리고, 개별의 저항 제어부(124A, 124B)에 의해 가변 저항(122A, 122B)의 저항값을 각각 독립적이고 또한 임의로 가변 제어하는 구성으로 하고 있다.
도 15의 스위칭 기구(110)에 있어서도, 또 도 16의 저항 가변 기구(120)에 있어서도, 2개의 보정 코일(70A, 70B)에 흘리는 유도 전류의 값(통전 듀티비 또는 피크값)의 조합은 임의로 또한 다종다양하게 선택 가능하고, 플라즈마 밀도 분포 제어의 자유도를 한층 크게 확장할 수 있다.
또한, 도 17의 (a)에 도시하는 바와 같이, 보정 코일(70B)을 비작동(비통전) 상태로 유지해서 보정 코일(70A)만을 작동(통전)시키는 것도 가능하다. 혹은 도 17의 (b)에 도시하는 바와 같이, 보정 코일(70A)을 비작동(비통전) 상태로 유지해서 보정 코일(70B)만을 작동(통전)시키는 것도 가능하다. 또한, 도 17의 (c)에 도시하는 바와 같이, 양 보정 코일(70A, 70B)을 동시에 작동(통전)시키는 것도 가능하다.
(제 3 실시형태)
별도의 실시형태로서, 상기 제 1 실시형태에 있어서, 스위칭 기구(110)를 도 18에 나타내는 바와 같은 개폐 기구(150)로 치환하는 구성도 가능하다. 이 개폐 기구(150)는 보정 코일(70)의 양 개방단에 도체를 거쳐서 접속되는 개폐기(152)와, 주 제어부(74)로부터의 지시에 의거하여 개폐기(152)의 개폐(온/오프) 상태를 전환 제어하는 개폐 제어 회로(154)를 갖고 있다.
이 개폐 기구(150)에 있어서, 개폐기(152)를 열림(오프) 상태로 전환하고 있을 때에는 보정 코일(70)에 유도 전류는 흐르지 않기 때문에, 보정 코일(70)이 없는 경우와 등가가 된다. 개폐기(152)를 닫힘(온) 상태로 전환하고 있을 때에는 보정 코일(70)은 양단이 닫힌 코일과 등가가 되고, RF 안테나(54)에 고주파 RFH의 전류를 흘리면 보정 코일(70)에 유도 전류가 흐른다.
도 19에 도시하는 바와 같이, 이와 같은 개폐 기구(150)를 복수의 보정 코일(70A, 70B)을 동심원형상으로 배치하는 구성에도 적용할 수 있다. 즉, 코일직경이 다른 복수(예를 들면, 2개)의 보정 코일(70A, 70B)을 동심원형상으로 배치하여, 그들의 보정 코일(70A, 70B)에 개폐기(152A, 152B)를 각각 삽입 접속한다. 그리고, 개별의 개폐 제어 회로(154A, 154B)에 의해 개폐기(152A, 152B)를 각각 독립적으로 개폐 제어할 수 있다. 이와 같은 개폐기방식에 있어서도, 제어의 자유도는 어느 정도 제한되지만, 도 17의 (a)∼(c)와 같은 전류 밀도(도넛형상 플라즈마의 밀도) 분포의 가변 제어를 실행할 수 있다.
또한, 상기와 같은 개폐 기구(150)를 마련하는 경우에는 1개의 피처리 기판에 대한 플라즈마 처리 중에서, 프로세스 조건의 변경, 변화 또는 전환에 따라, 개폐기(150)(152A, 152B)의 개폐 상태를 제어하는 방법을 적절하게 취할 수 있다.
예를 들면, 상기와 같은 다층 레지스트법에 의한 멀티 스텝의 에칭 프로세스(도 9)에 있어서, 도 18과 같은 단일형의 보정 코일(70)(개폐기(152))을 이용하는 경우에는 도 20에 도시하는 바와 같이, 제 1 스텝에서는 개폐기(152)를 열림(오프) 상태로 전환하고, 제 2 스텝에서는 개폐기(152)를 닫힘(온) 상태로 전환하고, 제 3 스텝에서는 개폐기(152)를 열림(오프) 상태로 전환한다.
또한, 도 19와 같은 트윈형의 보정 코일(70A, 70B)(개폐기(152A, 152B))을 이용하는 경우에는 도 21에 도시하는 바와 같이, 제 1 스텝에서는 개폐기(152A, 152B)를 모두 열림(오프) 상태로 전환하고, 제 2 스텝에서는 개폐기(152A, 152B)를 모두 닫힘(온) 상태로 전환하고, 제 3 스텝에서는 개폐기(152A)를 열림(오프) 상태, 개폐기(152B)를 닫힘(온) 상태로 각각 전환한다.
또한, 도 22에 도시하는 바와 같이, 복수(가령 3개)의 보정 코일(70A, 70B, 70c)을 종방향으로 배열해서 동축형상으로 배치하는 구성에도, 상기와 마찬가지의 개폐기(152A, 152B, 152C) 및 개폐 제어 회로(154A, 154B, 154C)(도시 생략)를 적용할 수 있다.
보정 코일(70)에 관한 별도의 실시예로서, 도 23에 도시하는 바와 같이, 복수(예를 들면 3개)의 코일 도체(70(1), 70(2), 70(3))를 각각 개별의 보정 코일로서 기능시키는 단독 모드와, 전기적으로 직렬로 접속된 1개의 보정 코일로서 기능시키는 연결 모드를 선택적으로 전환되는 구성도 가능하다.
도 23에 있어서, 각각의 코일 도체(70(1), 70(2), 70(3))는 양단이 적절한 갭을 사이에 두고 개방된 원환 형상의 단권 코일(또는 복권 코일)로 이루어지고, 그들 갭이 3개의 전환 스위치(160, 162, 164)와 1개의 개폐 스위치(166)를 거쳐서 전기적으로 복수 종류의 모드로 접속 가능하게 되어 있다.
제 1 전환 스위치(160)는 가장 내측의 코일 도체(70(1))의 일단에 접속되는 제 1 고정 접점(160a)과, 이 코일 도체(70(1))의 타단에 접속되는 가동 접점(160b)과, 인접하는 중간의 코일 도체(70(2))의 일단에 접속되는 제 2 고정 접점(160c)을 갖고 있다.
제 2 전환 스위치(162)는 중간 코일 도체(70(2))의 일단에 접속되는 제 1 고정 접점(162a)과, 이 코일 도체(70(2))의 타단에 접속되는 가동 접점(162b)과, 외측 인접의 코일 도체(70(3))의 일단에 접속되는 제 2 고정 접점(162c)을 갖고 있다.
제 3 전환 스위치(164)는 외측 코일 도체(70(3))의 일단에 접속되는 제 1 고정 접점(164a)과, 이 코일 도체(70(3))의 타단에 접속되는 가동 접점(164b)과, 개폐 스위치(166)의 가동 접점(166d)에 제 3 고정 접점(164c)을 갖고 있다.
개폐 스위치(166)의 고정 접점(166e)은 내측 코일 도체(70(1))의 일단에 접속되어 있다.
이러한 구성에 있어서, 상기 단독 모드를 선택할 때에는 제 1 전환 스위치(160)의 가동 접점(160b)을 제 1 고정 접점(160a)으로 전환하고, 제 2 전환 스위치(162)의 가동 접점(162b)을 제 1 고정 접점(162a)으로 전환하고, 제 3 전환 스위치(164)의 가동 접점(164b)을 제 1 고정 접점(164a)으로 전환하고, 개폐 스위치(166)를 열림상태로 전환한다.
상기 연결 모드를 선택할 때에는 제 1 전환 스위치(160)의 가동 접점(160b)을 제 2 고정 접점(160c)으로 전환하고, 제 2 전환 스위치(162)의 가동 접점(162b)을 제 2 고정 접점(162c)으로 전환하고, 제 3 전환 스위치(164)의 가동 접점(164b)을 제 3 고정 접점(164c)으로 전환하고, 개폐 스위치(166)를 닫힘상태로 전환한다.
이 실시형태의 1변형예로서, 예를 들면 3개의 코일 도체(70(1), 70(2), 70(3)) 중, 임의의 2개의 코일 도체를 연결 모드로 선택해서 나머지의 1개를 단독 모드로 선택할 수 있는 바와 같은 스위치 회로망의 구성도 가능하다.
또한, 본 발명의 보정 코일에는 큰 유도 전류(때로는 RF 안테나에 흐르는 전류 이상의 전류)가 흐르는 경우도 있고, 보정 코일의 발열에 유의하는 것도 중요하다.
이 관점에서, 도 24의 (a)에 도시하는 바와 같이, 보정 코일(70)의 근방에 공랭 팬을 설치해서 공랭식으로 냉각하는 코일 냉각부를 마련할 수 있다. 또는 도 24의 (b)에 도시하는 바와 같이, 보정 코일(70)을 중공의 구리제 튜브로 구성하고, 그 안에 냉매를 공급해서 보정 코일(70)의 과열을 방지하는 코일 냉각부를 마련할 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, 상술한 실시형태에서는 보정 코일(70)을 1개소에 고정 배치했지만, 보정 코일(70)의 위치를 가변하는 구성, 특히 그 높이위치를 임의로 가변하는 구성을 취하는 것도 가능하다.
또한, 보정 코일(70)의 전류로 또는 루프 내에, 상술한 스위칭 소자(112), 저항(122) 또는 개폐기(152)((152A, 152B, 152C))에 가해서, 예를 들면 콘덴서(도시하지 않음)를 마련하는 구성도 가능하다.
또한, RF 안테나(54) 및 보정 안테나(70)의 기본 형태로서, 평면형 이외의 타입 예를 들면 돔형 등도 가능하다. 더 나아가서는 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, 직사각형 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 복수 RF 안테나(또는 안테나·세그먼트)에 플라즈마 생성용의 고주파 전력을 각각 개별적으로 공급하는 방식의 플라즈마 장치에도 본 발명은 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.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
10 : 챔버 12 : 서셉터
56 : 고주파 전원 66 : 처리 가스 공급원
70 : 보정 코일 110 : 스위칭 기구
112 : 스위칭 소자 120 : 저항 가변 기구
122 : 가변 저항 124 : 저항 가변 기구
150 : 개폐 기구 152, 152A, 152B, 152C : 개폐기

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 천장에 유전체 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 처리용기내에 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 상기 기판 상의 플라즈마 밀도 분포를 제어하기 위해, 상기 RF 안테나에 대해 동축에 배치되고, 직경 방향에서 상기 RF 안테나의 내주와 외주 사이에 위치하고, 양단이 갭을 두고 개방되어 있는 환상의 코일 도체를 갖고, 상기 RF 안테나와 전자 유도에 의해 결합 가능한 높이 위치에서 상기 RF 안테나의 위에 배치되는 보정 코일과,
    상기 보정 코일의 갭 내에 마련되는 가변 저항과,
    상기 가변 저항의 저항값을 원하는 값으로 제어하는 저항 제어부
    를 구비하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 보정 코일을 냉각하기 위한 코일 냉각부를 갖는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 가변 저항은 상기 보정 코일의 갭에 상기 코일 도체와 직렬 접속으로 마련되는 저항체와, 상기 코일 도체와 상기 저항체 사이에 걸쳐 상기 보정 코일의 주회 방향으로 이동가능한 가교형의 단락 도체를 갖고, 상기 단락 도체의 위치에 의해 원하는 저항값을 선택할 수 있는
    플라즈마 처리 장치.
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