KR101974691B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 피처리 기판에 대해 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 플라즈마 밀도의 면내 분포를 조정할 수 있는 기술을 제공한다.
처리 용기(1) 내의 탑재대(21) 상에 탑재된 피처리 기판 W에 대해, 처리 가스를 플라즈마화하여 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치는 유도 결합에 의해서 처리 가스를 플라즈마화하는 플라즈마 발생부를 구비한다. 플라즈마 발생부의 제 1 고주파 안테나(541)는 유전체창(53)을 개재하여 처리 용기(10)에 인접하여 배치되는 소용돌이 코일로 이루어진다. 제 2 고주파 안테나(542)는 제 1 고주파 안테나(541)의 외주측 또는 내주측에 배치되는 소용돌이 코일로 이루어진다. 또한, 임피던스 조정부(62~64)는 고주파 전원(61)에서 보았을 때의 회로의 공진 주파수를 조정하고, 당해 회로는 고주파의 주파수를 바꾸어 갈 때에, 2개의 공진 주파수가 나타나도록 구성되어 있다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 처리 가스를 여기시켜 피처리 기판에 대해 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 프로세스의 하나로서 처리 가스를 플라즈마화하여 에칭, 성막 처리 등을 행하는 플라즈마 처리가 있다. 예를 들면 매엽식의 플라즈마 처리 장치에서는, 그 처리 종별에 따라, 기판의 면 방향에서의 플라즈마 밀도 분포를 적절한 것으로 조정할 수 있도록 하는 것이 요구되고 있다. 이 요구는 구체적으로는 처리 용기 내의 구조에 근거하는 경우나 후처리에 있어서의 기판면 내의 처리의 불균일에 대응하는 경우 등이 있어, 이 때문에, 플라즈마 밀도 분포를 기판의 면내 전체에서 균일하게 처리하는 것에 한정되지 않고, 기판의 중앙부와 주연부의 사이에서 플라즈마 밀도 분포에 차이를 두는 것 등도 들 수 있다.
플라즈마 처리 장치에 있어서의 플라즈마의 발생 수법의 하나로서는, 예를 들면 안테나에 고주파 전력을 공급하여, 처리 용기 내에 유도 전계를 발생시켜 처리 가스를 여기시키는 수법이 있다. 예를 들면 특허문헌 1에는, 고주파를 출력하는 고주파 안테나로서 코일 모양의 내측 안테나와, 내측 안테나와 동심으로 되는 코일 모양의 외측 안테나를 마련하고, 각 안테나를 각각 고주파의 1/2 파장의 주파수로 공진시키는 구성이 기재되어 있다. 이 플라즈마 처리 장치에 의하면, 각 안테나에 의해 각각 원형 전기장이 형성되기 때문에, 플라즈마의 밀도의 면내 분포를 치밀하게 조정할 수 있지만, 내측 안테나와 외측 안테나에 각각 고주파 전원을 마련할 필요가 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 제5227245호 공보: 단락 0055~0062, 도 3~6
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 고주파 안테나를 이용하여 플라즈마를 발생시켜, 피처리 기판에 대해 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 플라즈마 밀도의 면내 분포를 조정할 수 있는 기술을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는, 처리 용기 내에서 피처리 기판에 대해 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 처리 용기 내에 마련되고, 피처리 기판이 탑재되는 탑재대와, 상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와, 상기 처리 용기 내의 진공 배기를 행하는 배기부와, 상기 탑재대에 대향하여 배치되고, 처리 용기 내에 공급된 처리 가스를 유도 결합에 의해서 플라즈마화하는 플라즈마 발생부를 구비하며, 상기 플라즈마 발생부는, 유전체창을 개재하여 상기 처리 용기에 인접하여 배치되는 소용돌이 코일로 이루어지고, 일단이 고주파 전원에 접속되고, 타단이 접지되거나 또는 콘덴서를 거쳐서 접지된 제 1 고주파 안테나와, 상기 제 1 고주파 안테나를 상면측에서 보았을 때, 이 제 1 고주파 안테나의 외주측, 또는 내주측에 배치되는 소용돌이 코일로 이루어지고, 일단이 개방단이거나 접지되고, 타단이 개방단이고, 고유의 공진 주파수를 가지는 제 2 고주파 안테나와, 상기 제 1 고주파 안테나가 배치되는 공간을 둘러싸는 쉴드 부재와, 상기 고주파 전원에서 제 1 고주파 안테나측을 보았을 때의 회로의 공진 주파수를 조정하기 위한 가변 콘덴서를 포함한 임피던스 조정부를 구비하고, 상기 고주파 전원으로부터 제 1 고주파 안테나측을 보았을 때의 회로는, 고주파의 주파수를 바꾸어 갈 때에, 상기 임피던스 조정부의 조정에 따른 제 1 공진 주파수 및 제 2 공진 주파수가 나타나도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 플라즈마 처리 장치는 이하의 특징을 구비하고 있어도 좋다.
(a) 상기 임피던스 조정부는 가변 콘덴서군을 포함하는 것.
(b) 상기 제 2 고주파 안테나는, 그 일단 및 타단이 개방단이고, 접지된 상기 쉴드 부재와의 용량 결합에 의해, 상기 고주파 전원 및 제 1 고주파 안테나와의 사이에 급전 회로를 형성하는 것. 이 때, 상기 제 2 고주파 안테나의 일단을 개방단으로 하는 것 대신에, 당해 일단이 가변 콘덴서를 거쳐서 접지되어 있는 것. 또는, 상기 제 2 고주파 안테나는, 그 일단이 가변 콘덴서와 상기 쉴드 부재를 거쳐서 접지되는 것에 의해, 상기 고주파 전원 및 제 1 고주파 안테나와의 사이에 급전 회로를 형성하는 것.
(c) 상기 처리 용기는 쉴드 부재의 일부를 구성하고, 상기 제 2 고주파 안테나는 상기 처리 용기 내에 마련되어 있는 것. 이 경우에, 상기 제 2 고주파 안테나는 유전체 재료, 도전체 재료, 또는 수지 재료로 이루어지는 재료군으로부터 선택되는 재료제의 커버로 덮여 있는 것. 또 상기 커버 내에는, 제 2 고주파 안테나의 도선간의 간극을 매립하는 충전물이 충전되어 있는 것.
본 발명은, 제 1 고주파 안테나와 나열되어 배치된 제 2 고주파 안테나에 대해 급전을 행하고, 또 서로 다른 공진 주파수를 가지도록, 임피던스 조정부를 이용하여 조절하는 것에 의해, 제 1, 제 2 고주파 안테나에 공급되는 고주파 전력의 분배를 변화시킬 수 있다. 이 결과, 처리 용기 내에 형성되는 플라즈마 밀도 분포를 변화시켜, 피처리 기판의 처리의 진행을 면 내에서 조정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 종단 측면도이다.
도 2는 상기 플라즈마 처리 장치에 마련되어 있는 플라즈마 발생부의 모식도이다.
도 3은 종래의 플라즈마 안테나의 작용에 관한 설명도이다.
도 4는 상기 플라즈마 발생부의 변형예를 나타내는 모식도이다.
도 5는 다른 예에 따른 플라즈마 발생부의 모식도이다.
도 6은 또 다른 예에 따른 플라즈마 발생부의 모식도이다.
도 7은 제 2 실시 형태에 따른 플라즈마 발생부를 구비한 플라즈마 처리 장치의 종단 측면도이다.
도 8은 제 2 실시 형태에 따른 플라즈마 발생부의 모식도이다.
도 9는 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 발생부의 주파수 특성도이다.
도 10은 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 발생부를 이용하여 발생시킨 플라즈마의 밀도 분포를 나타내는 설명도이다.
도 11은 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 발생부를 이용하여 발생시킨 플라즈마 상태를 나타내는 설명도이다.
도 12는 상기 다른 예에 따른 플라즈마 발생부의 주파수 특성도이다.
도 13은 상기 다른 예에 따른 플라즈마 발생부를 이용하여 발생시킨 플라즈마의 밀도 분포를 나타내는 설명도이다.
도 14는 상기 다른 예에 따른 플라즈마 발생부를 이용하여 발생시킨 플라즈마 상태를 나타내는 설명도이다.
도 15는 제 2 실시 형태에 따른 플라즈마 발생부의 주파수 특성도이다.
도 16은 제 2 실시 형태에 따른 플라즈마 발생부를 이용해 발생시킨 플라즈마 상태를 나타내는 설명도이다.
본 발명의 제 1 실시 형태에 있어서의 플라즈마 처리 장치에 대해 설명한다. 도 1에는, 피처리 기판인 웨이퍼 W의 에칭을 행하는 플라즈마 에칭 장치에, 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 적용한 예를 나타내고 있다.
플라즈마 에칭 장치는 접지된 알루미늄이나 스테인레스 등의 도전체제의 처리 용기(10)를 구비하고, 처리 용기(10)의 측면에는 게이트 밸브(102)에 의해서 개폐되고, 웨이퍼 W의 반입출이 행해지는 반입출구(101)가 마련되어 있다.
처리 용기(10)의 바닥면측의 중앙부에는, 처리 대상의 웨이퍼 W가 탑재되는 탑재대와, 플라즈마 중의 이온의 인입용(바이어스용)의 전극을 겸하는 원판 형상의 서셉터(21)가 마련되어 있다. 서셉터(21)는, 절연체로 이루어지는 원통 형상의 서셉터 지지부(22)에 의해서 지지됨과 아울러, 급전봉(32) 및 정합기(31)를 거쳐서 바이어스용의 고주파 전원(30)이 접속되어 있다. 고주파 전원(30)으로부터는, 예를 들면 13.56㎒의 고주파 전력이 공급된다.
서셉터(21)의 상면에는, 웨이퍼 W를 정전 흡착력으로 유지하기 위한 정전 척(23)이 마련되고, 정전 척(23)의 외주측에는, 웨이퍼 W의 주위를 둘러싸는 포커스 링(24)이 마련되어 있다.
또한, 서셉터(21)의 내부에는, 냉매, 예를 들면 냉각수(C.W.)를 통류시켜 웨이퍼 W의 온도 제어를 행하기 위한 냉매 유로(212)가 마련되어 있다. 냉매 유로(212)는 배관(213)을 거쳐서 도시하지 않은 칠러 유닛과 접속되고, 당해 칠러 유닛으로부터 온도 조절된 냉각수가 공급된다. 또, 서셉터(21)의 내부에는, 정전 척(23)과 웨이퍼 W의 사이에, 전열 가스로서 예를 들면 He 가스를 공급하기 위한 가스 공급로(214)가 마련되어 있다. 가스 공급로(214)는 정전 척(23)을 관통하고, 그 말단은 정전 척(23)의 상면에 개구되어 있다.
이들에 부가하여, 서셉터(21)에는, 서셉터(21)를 상하 방향으로 관통하고, 정전 척(23)의 상면으로부터 드나들어서 외부의 반송 암(도시하지 않음)과의 사이에서 웨이퍼 W의 수수를 행하기 위한 도시하지 않은 승강 핀이 마련되어 있다.
또한, 서셉터(21)의 주위와 처리 용기(10)의 내벽의 사이에는, 다수의 펀치 구멍이 형성된 펀칭 플레이트로 이루어지는 고리 모양의 배플판(11)이 마련되어 있다. 이 배플판(11)의 아래측에 위치하는 처리 용기(10)의 바닥면에는 배기구(12)가 형성되고, 배기구(12)는 배기관(13)을 거쳐서 진공 배기 기구(14)에 접속되어 있다. 이들 배기구(12)나 배기관(13), 진공 배기 기구(14)는 본 실시 형태의 배기부를 구성한다.
다음으로, 반입출구(101)의 위쪽측의 처리 용기(10)의 측벽 내에는, 당해 측벽의 둘레 방향을 따라 처리 가스 공급로(41)가 형성되어 있다. 처리 가스 공급로(41)가 형성되어 있는 영역의 처리 용기(10)의 내벽면에는, 당해 처리 가스 공급로(41)에 연통되는 복수의 처리 가스 공급 구멍(42)이, 서로 간격을 두고 형성되어 있다. 또, 상기 처리 가스 공급로(41)에는, 처리 가스 공급관(43)을 거쳐서, 예를 들면 CF4 가스나 C4F8 가스, 염소 가스 등의 에칭 가스인 처리 가스를 공급하기 위한 처리 가스 공급 기구(44)가 접속되어 있다. 처리 가스 공급로(41), 처리 가스 공급 구멍(42), 처리 가스 공급관(43)이나 처리 가스 공급 기구(44)는 본 실시 형태의 처리 가스 공급부에 상당한다.
처리 용기(10)의 천판 부분에는, 예를 들면 석영판 등의 유전체로 구성된 유전체창(53)이 기밀하게 마련되어 있다. 유전체창(53)의 위쪽측의 공간은 도전체제의 용기인 쉴드 박스(51)에 의해서 덮이고, 이들 유전체창(53)과 쉴드 박스(51)로 둘러싸인 공간은 플라즈마 발생용의 안테나(541, 542)를 수용하는 안테나실(52)로 된다. 처리 용기(10) 상에 배치된 쉴드 박스(51)는 당해 처리 용기(10)를 거쳐서 접지되어 있다.
이하, 도 2를 참조하면서, 처리 가스를 플라즈마화하는 안테나(541, 542)를 구비한 플라즈마 발생부의 구성에 대해 설명한다.
제 1 고주파 안테나인 ICP(Inductively Coupled Plasma) 안테나(541)는 동일 평면 내에서 도선을 소용돌이 모양(도 2의 예에서는 상면측이 보아 시계 방향)으로 권회되어 이루어지는 면 모양의 소용돌이 코일로 구성된다.
진공 배기된 처리 용기(10) 내에 처리 가스를 공급하고, 고주파 전원(61)으로부터 ICP 안테나(541)로 고주파 전력을 인가하면, 유전체창(53)을 거쳐서 처리 용기(10) 내에 고주파 자계가 형성된다. 처리 가스는 이 자계의 형성에 따라 야기되는 고주파 전계에 의해서 플라즈마화된다.
ICP 안테나(541)의 일단(예를 들면 내주측의 단부)에는, 0.1~100㎒의 범위에서 주파수를 변화시키는 것이 가능한 고주파 전원(61)이 접속되어 있다. 또, 고주파 전원(61)측에는, 반사 조정용의 정합 회로로서, 고주파 전원(61)과 ICP 안테나(541)의 사이에 직렬로 접속된 제 1 가변 콘덴서(62), 및 고주파 전원(61)의 접지단과 제 1 가변 콘덴서(62)의 사이에, 고주파 전원(61)과 병렬로 접속된 제 2 가변 콘덴서(63)가 마련되어 있다.
또한, ICP 안테나(541)의 타단(예를 들면 외주측의 단부)은 가변 용량으로 이루어지고, 후술하는 공진 주파수를 조정하기 위한 제 3 가변 콘덴서(64)를 거쳐서 접지되어 있다.
이들 제 1~제 3 가변 콘덴서(62~64)(가변 콘덴서군)는 본 실시 형태의 임피던스 조정부에 상당한다.
여기서 ICP 안테나(541)를 구성하는 소용돌이 코일의 권회 방향이나 고주파 전원을 설치하는 단부, 및 제 3 가변 콘덴서(64)를 거쳐서 접지하는 단부의 위치는 상술한 예에 한정되지 않는다. ICP 안테나(541)는, 상면측에서 보아 반시계 방향으로 권회된 면 모양의 소용돌이 코일로 구성해도 좋고, 고주파 전원(61)을 ICP 안테나(541)의 외주측의 단부에 접속하고, 내주측의 단부에 대해 제 3 가변 콘덴서(64)를 거쳐서 접지해도 좋다.
상술한 ICP 안테나(541)의 예를 들면 외주측에는, 당해 ICP 안테나(541)를 둘러싸도록 하여 제 2 고주파 안테나인 수전(受電) 안테나(542)가 배치되어 있다.
종래, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 접지된 쉴드 박스(51) 내에 면 모양의 소용돌이 코일로 이루어지는 플라즈마 안테나(542a)를 배치하고, 도시하지 않은 고주파 전원으로부터 플라즈마 안테나(542a)로 고주파 전력을 공급하면, 플라즈마 안테나(542a)와 쉴드 박스(51)의 사이에 용량 결합 C가 형성되는 것이 알려져 있다(도 3(b)의 등가 회로 참조) .
플라즈마 안테나(542a) 및 용량 결합 C를 포함하는 회로는 플라즈마 안테나(542a)의 안테나 길이(λ/2)나 인덕턴스, 용량 결합 C의 정전 용량에 대응한 주파수 T로 공진하고, 플라즈마 발생용의 안테나로서 이용할 수 있다. 또한, 당해 회로의 공진 주파수는 플라즈마 안테나(542a)와 쉴드 박스(51)의 거리를 변경하는 것에 의해 조절할 수 있다. 즉, 플라즈마 안테나(542a)는 안테나 길이나 쉴드 박스(51)와의 거리가 고정된 조건 하에서, 고유의 공진 주파수를 가지고 있다.
본 실시 형태의 플라즈마 에칭 장치는 이 플라즈마 안테나(542a)를 이용하여, 쉴드 박스(51) 내에 배치된 ICP 안테나(541)의 예를 들면 외주측에, 동일 평면 내에서 도선을 소용돌이 모양(도 2의 예에서는, ICP 안테나(541)와 동일한 상면측에서 보아 시계 방향)으로 권회되어 이루어지는 면 모양의 소용돌이 코일로 이루어지는 수전 안테나(542)를 배치하고 있다. 당해 수전 안테나(542)는 그 일단 및 타단(내주단 및 외주단)이 개방단으로 되어 있고, 직접적으로는 고주파 전원(61)에 접속되어 있지 않다.
이 때, 내외에 나열되어 배치된 ICP 안테나(541), 수전 안테나(542) 중, 고주파 전원(61)에 접속된 ICP 안테나(541)에 고주파 전력을 공급하면, 수전 안테나(542)측에도 고주파 전력이 분배되고, 수전 안테나(542)에 대응하는 ICP 플라즈마를 처리 용기(10) 내에 형성할 수 있는 것을 발명자 등은 발견하였다.
상술한 구성을 구비한 플라즈마 발생부에 있어서, 임피던스 조정부를 이루는 제 1~제 3 가변 콘덴서(62~64)의 각 용량을 적절히 조절하여, 공통의 고주파 전원(61)으로부터 공급되는 고주파 전력의 주파수를 변화시켜 가면, 서로 다른 2개의 공진 주파수(제 1 공진 주파수 및 제 2 공진 주파수)가 나타나는 것을 알았다(후술하는 실시예 참조). 이들 공진 주파수가 나타나는 위치는 임피던스 조정부의 각 용량의 설정에 의해서 조절할 수 있다. 또, 이들 2개의 공진 주파수 중, 그 한쪽이, 도 3을 이용하여 설명한 플라즈마 안테나(542a) 단독의 고유의 공진 주파수와 동일한 값으로 된다고 하는 제약이 생기는 것은 아니다.
또한 여기서, 2개의 공진 주파수가 나타나는 위치를 조정하는 것이 가능하면, 임피던스 조정부의 구성은 상술한 예에 한정되지 않는다. 예를 들면 제 3 가변 콘덴서(64)를 마련하지 않고, ICP 안테나(541)의 타단을 직접 접지해도 좋다. 이 경우에는, 예를 들면 고주파 전원(61)측의 2개의 가변 콘덴서(62, 63)를 이용하여 공진 주파수의 조절, 및 반사율의 조절을 행할 수 있다.
또 다른 임피던스 조정부의 구성예로서, 수전 안테나(542)와 쉴드 박스(51)의 거리를 바꿈으로써 양자간의 용량이 바뀌기 때문에, 이러한 거리를 변화시키는 것에 의해 2개의 공진 주파수를 조정해도 좋다. 그 경우에는, 승강 기구를 포함하는 수전 안테나(542)의 높이 조정 기구를 마련하여 이들의 거리를 변화시켜도 좋다. 또한, 쉴드 박스(51)에 전기적으로 접속된 승강 기구에 부착되는 플레이트를 부설하고, 당해 플레이트와 수전 안테나(542)의 거리를 변화시켜도 좋다.
그리고, 2개의 공진 주파수간의 주파수차가 작을 때, ICP 안테나(541)의 공진 주파수의 근방의 고주파 전력을 공급하면, 수전 안테나(542)로의 전력의 분배가 증대하는 한편, 전기 주파수차가 커지면, 수전 안테나(542)로의 분배되는 전력이 작아진다고 하는 지견도 얻어졌다.
이상에 설명한 ICP 안테나(541), 수전 안테나(542)의 특성을 이용하면, 공통의 고주파 전원(61)을 이용하여 다른 고주파 안테나(541, 542)에 고주파 전력을 분배하고, 처리 용기(10) 내에 ICP 플라즈마를 형성하는 것이 가능해진다. 그리고, 고주파 전력의 분배를 변화시키는 것에 의해, 웨이퍼 W의 면 내에서 플라즈마 밀도의 분포를 조절하는 것도 가능해진다.
여기서, 고주파 전원(61)에 접속된 ICP 안테나(541)로부터, 수전 안테나(542)로 고주파 전력이 공급되는 원리의 상세는 명확하지 않지만, 도 2에 가상적으로 나타내는 바와 같이, ICP 안테나(541)와 수전 안테나(542)의 사이나, 수전 안테나(542)와 쉴드 박스(51)의 사이에 용량 결합 C', C"가 형성되고, 와이어리스 급전에 있어서의 전자계 공명의 원리에 의해서 급전이 행해지고 있는 것이라 생각된다. 본 실시 형태에서 「전자계 공명」에는, 자계 공명과 전계 공명의 조합, 또는 이들의 적어도 한쪽에 의해 ICP 안테나(541)로부터 수전 안테나(542)로의 급전이 행해지는 경우가 포함된다.
그리고, 고주파 전원(61)→ICP 안테나(541)→접지단에 이르는 급전 회로에 부가하여, 고주파 전원(61)→ICP 안테나(541)→수전 안테나(542)→쉴드 박스(51)→접지단에 이르는 급전 회로가 형성되는 것에 의해, 2개의 공진 주파수가 나타나는 것이라고 생각된다.
또 실험 결과에서도 설명하는 바와 같이, 2개의 공진 주파수 중, 어느 공진 주파수가 2개의 고주파 안테나(541, 542)의 어느 쪽에 대응하는 것인지를 특정할 수 없다.
여기서 수전 안테나(542)의 설계 변수를 들면, ICP 안테나(541)의 안테나 길이나 쉴드 박스(51)와 수전 안테나(542)의 거리나 ICP 안테나(541)와 수전 안테나(542)의 거리를 들 수 있다. 그리고, ICP 안테나(541)에 공급되는 고주파 전력의 설계 주파수(예를 들면 후술하는 중심 주파수)에 대해, 이들 변수를 조절하는 것에 의해, 예를 들면 설계 주파수에 가까운 고유의 공진 주파수를 가지는 수전 안테나(542)를 마련할 수 있다.
예를 들면 ICP 안테나(541) 및 수전 안테나(542)를 포함하는 회로가 12.56~14.56(중심 주파수 13.56)㎒의 범위의 공진 주파수를 가지도록 설계하는 경우에는, ICP 안테나(541)와 수전 안테나(542)의 최단 거리는 3~20㎜, 수전 안테나(542)와 쉴드 박스(51)의 최단 거리는 3~50㎜로 하는 예를 들 수 있다. 또한, 상기 중심 주파수(13.56㎒)에 있어서의 고주파 전력의 파장을 λ라고 할 때, 수전 안테나(542)의 안테나 길이는 λ/2에, 주변 환경에 따른 단축율을 곱한 값으로 되고, 권수 등에 의해도 좌우되지만, 예를 들면 2~4m 정도가 된다.
그 후, 제 1~제 3 가변 콘덴서(62~64)(임피던스 조정부)의 각 용량을 조정하는 것에 의해, 2개의 공진 주파수가 나타나는 위치를 조절하는 것이 가능해진다. 이러한 가변 콘덴서(62~64)의 조절법으로서는, 제 3 가변 콘덴서(64)의 용량을 변화시켜 공진 주파수를 변화시키면서, 제 1, 제 2 가변 콘덴서(62, 63)에서 반사를 조절하는 예를 들 수 있다.
플라즈마 에칭 장치의 설명으로 되돌아가면, 도 1에 나타내는 바와 같이 플라즈마 에칭 장치는 전체의 동작을 통괄 제어하는 제어부(7)와 접속되어 있다. 제어부(7)는 도시하지 않은 CPU와 기억부를 구비한 컴퓨터로 이루어지고, 기억부에는 플라즈마 에칭 장치의 작용, 즉 처리 용기(10) 내로의 웨이퍼 W의 반입출이나 진공 배기, 처리 가스의 공급량 조절이나, 고주파 전원(61)으로부터의 고주파 전력의 공급, 임피던스 조정부의 용량 설정 등의 동작에 대한 스텝(명령)군이 내장된 프로그램이 기록되어 있다. 이 프로그램은, 예를 들면 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 마그넷 옵티컬 디스크, 메모리 카드 등의 기억 매체에 저장되고, 그곳으로부터 컴퓨터에 인스톨된다.
이상의 구성을 구비한 플라즈마 에칭 장치의 작용에 대해 설명한다.
예를 들면 처리 용기(10)에 인접해서 마련된 진공 반송실 내의 반송 암에 의해, 반입출구(101)를 거쳐서 처리 대상의 웨이퍼 W가 처리 용기(10) 내에 반입되면, 도시하지 않은 승강 핀을 상승시키고, 반송 암으로부터 승강 핀으로 웨이퍼 W를 수취한다. 처리 용기(10) 내로부터 반송 암이 퇴피하면, 게이트 밸브(102)가 닫혀지고, 또한 승강 핀을 강하시켜 정전 척(23)에 웨이퍼 W가 탑재된다.
정전 척(23)에 직류 전력을 공급하면, 웨이퍼 W가 흡착 유지된다. 이 때, 냉매 유로(212)에는 온도 조절된 냉각수가 통류하고 있고, 가스 공급로(214)로부터 웨이퍼 W의 이면에 공급된 전열 가스를 거쳐서 웨이퍼 W의 온도 조정이 실행된다. 또한, 처리 용기(10) 내는 진공 배기 기구(14)에 의해서 배기구(12)를 거쳐서 진공 배기가 행해진다.
처리 용기(10) 내가 소정의 압력으로 되면, 진공 배기 기구(14)에 의한 진공 배기를 계속하면서, 처리 가스 공급 기구(44)로부터 처리 용기(10) 내로 처리 가스를 공급한다. 또한, 고주파 전원(61)으로부터 ICP 안테나(541)로 고주파 전력을 공급한다. 또, 서셉터(21)에 대해서는, 고주파 전원(30)으로부터 바이어스용의 고주파 전력을 공급한다.
ICP 안테나(541)에 고주파 전력을 공급하면, 당해 전력의 일부가 수전 안테나(542)에도 분배되고, 유전체창(53)을 거쳐서 이들 ICP 안테나(541), 수전 안테나(542)의 아래쪽측에 ICP 플라즈마가 형성된다.
이 때, 고주파 전원(61)으로부터 ICP 안테나(541)로 공급되는 고주파 전력의 주파수, 제 1~제 3 가변 콘덴서(62~64)의 용량은 처리 레시피 등에 의해서 미리 설정되어 있다. 이 결과, ICP 안테나(541), 수전 안테나(542)의 아래쪽측에는, 이들의 설정값에 대응한 소망하는 플라즈마 밀도 분포가 형성되고, 당해 플라즈마 밀도 분포에 대응하여, 처리 가스의 이온 등의 활성종의 농도 분포가 형성된다.
이렇게 해서 얻어진 활성종이, 바이어스 전력의 작용에 의해, 서셉터(21) 상의 웨이퍼 W로 인입되고, 웨이퍼 W의 표면에 도달하여 에칭 처리가 실행된다. 이 때, 상술한 플라즈마 밀도 분포에 대응하는 활성종의 공급 농도 분포가 형성되어 있는 것에 의해, 웨이퍼 W의 면 내에서 에칭 처리의 진행 정도를 변화시킬 수 있다.
또, ICP 안테나(541), 수전 안테나(542)에 의해 형성되는 플라즈마 밀도 분포는 웨이퍼 W의 면 내에서 불균일하게 되도록 조절하는 경우에 한정되지 않는다. 예를 들면, 단독의 ICP 안테나(541)를 이용하여 형성한 ICP 플라즈마의 플라즈마 밀도가 웨이퍼 W의 중앙부측과 외주측의 사이에서 불균일하게 되는 경우에, ICP 안테나(541), 수전 안테나(542)의 고주파 전력의 분배를 조절하는 것에 의해, ICP 안테나(541) 단독으로의 플라즈마 밀도 분포의 불균일을 해소해서, 웨이퍼 W의 면 내에서 균일한 처리를 행하여도 좋은 것은 물론이다.
소정의 시간만큼 웨이퍼 W의 에칭 처리를 실행하면, 처리 가스 공급 구멍(42)으로부터의 처리 가스의 공급, 및 고주파 전원(61, 30)으로부터의 고주파 전력의 공급을 정지한다. 그 후, 처리 용기(10) 내의 압력 조정을 행하고, 다음에 게이트 밸브(102)를 열어 반입시와는 반대의 순서로 반송 암에 웨이퍼 W를 주고받고, 처리 후의 웨이퍼 W를 처리 용기(10)로부터 반출한다.
본 실시 형태에 따른 플라즈마 에칭 장치(플라즈마 처리 장치)에 의하면 이하의 효과가 있다. ICP 안테나(제 1 고주파 안테나)(541)와 나열되어 배치된 수전 안테나(제 2 고주파 안테나)(542)에 대해 급전을 행하고, 또한 서로 다른 공진 주파수를 가지도록, 임피던스 조정부를 이용하여 조절하는 것에 의해, 이들 고주파 안테나(541, 542)에 공급되는 고주파 전력의 분배를 변화시킬 수 있다. 이 결과, 처리 용기(10) 내에 형성되는 플라즈마 밀도 분포를 변화시켜, 웨이퍼 W의 처리의 진행을 면 내에서 조정할 수 있다.
여기서 ICP 안테나(541) 및 수전 안테나(542)의 배치 위치의 관계는 ICP 안테나(541)의 외주측에 수전 안테나(542)를 배치하는 경우에 한정되지 않는다. 예를 들면 도 4에 나타내는 바와 같이, 외주측에 배치된 소용돌이 코일의 일단(예를 들면 내주단)을 고주파 전원(61)에 접속하는 한편, 타단을 접지하여 ICP 안테나(541)를 구성하고, 내주측에 배치된 소용돌이 코일의 양단을 개방단으로 하여 수전 안테나(542)를 구성해도 좋다.
이 경우에도 ICP 안테나(541)와 수전 안테나(542)의 사이, 및 수전 안테나(542)와 ICP 안테나(541)의 사이에 용량 결합 C', C"를 형성하고, ICP 안테나(541)로부터 수전 안테나(542)로 고주파 전력을 분배할 수 있다.
도 5는 ICP 안테나(541)의 외주측에 수전 안테나(542)를 배치한 플라즈마 발생부의 예에 있어서, 수전 안테나(542)의 일단(예를 들면 외주단)과 쉴드 박스(51)의 사이에 제 4 가변 콘덴서(55)를 마련하여 ICP 안테나(541)를 포함하는 수전 회로의 공진 주파수를 조절하는 예를 나타내고 있다. 이 경우에는, 예를 들면 제 3 가변 콘덴서(64), 제 4 가변 콘덴서(55)의 용량을 변화시켜 공진 주파수를 변화시키면서, 제 1, 제 2 가변 콘덴서(62, 63)에서 반사를 조절할 수 있다.
또한, 제 4 가변 콘덴서(55)의 용량을 고정하고, 제 3 가변 콘덴서(64)에 의한 ICP 안테나(541)측의 공진 주파수의 조절 외에, 제 1 가변 콘덴서(62)를 변화시키고, 고주파 전력 공급측의 회로 정수를 변화시키고, ICP 안테나(541), 수전 안테나(542)를 포함하는 계 전체의 공진 주파수 등을 변화시켜, ICP 안테나(541)-수전 안테나(542)간의 전력의 분배를 조절해도 좋다. 이 경우, 반사율의 조정은 제 2 가변 콘덴서(63)에 의해 행한다.
또, 도 6은 ICP 안테나(541)의 외주측에 수전 안테나(542)를 배치한 플라즈마 발생부의 예에 있어서, 제 5 가변 콘덴서(65)를 거쳐서 수전 안테나(542)의 일단(예를 들면 내주단)을 접지한 예를 나타내고 있다. 이 경우에는, 제 5 가변 콘덴서(65)를 거쳐서 접지측에 단락시킨 일단측에는 전류가 흐르지 않으므로, ICP 안테나(541)로부터 수전 안테나(542)로 도달하는 중앙부측의 영역에서 플라즈마 밀도를 작게 할 수 있다.
다음에, 도 7, 도 8을 참조하면서, 제 2 실시 형태에 따른 플라즈마 에칭 장치의 구성에 대해 설명한다. 도 7, 도 8에 있어서, 도 1~도 6을 이용하여 설명한 것과 공통의 구성요소에는, 이들 도면에 나타낸 것과 공통의 부호를 부여하고 있다.
제 2 실시 형태는, 플라즈마 발생부를 구성하는 ICP 안테나(541)와 수전 안테나(542b)의 배치 높이가 다르고, 유전체창(53)의 아래쪽의 처리 용기(10) 내에 수전 안테나(542)가 배치되어 있는 점이, ICP 안테나(541)와 수전 안테나(542)가 공통의 안테나실(52) 내의 거의 동일한 높이 위치에 배치되어 있는 제 1 실시 형태와 상이하다.
이 경우에 있어서, ICP 안테나(541)를 상면측에서 보았을 때, 수전 안테나(542b)는 ICP 안테나(541)의 외주측 또는 내주측에 배치된다(도 7, 도 8에는 ICP 안테나(541)의 외주측에 수전 안테나(542b)를 배치한 예를 나타내고 있음). 이와 같이, ICP 안테나(541)와 수전 안테나(542b)의 높이 위치를 상하로 어긋나게 하여 배치하는 경우에는, 상면측에서 보았을 때, ICP 안테나(541)와 수전 안테나(542b)의 일부가 겹쳐 있어도 좋다.
수전 안테나(542b)의 구성에 대해서는, 도 2를 이용하여 설명한 수전 안테나(542)와 공통의 것을 이용할 수 있다. 단, 수전 안테나(542b)는 알루미늄이나 구리, 카본 블랙 등의 도전체제, 또는 석영이나 알루미나 등의 유전체제, 불소 수지나 방향족 폴리에테르케톤 수지(예를 들면 PEEK(polyetheretherketone)) 등의 수지제의 커버(56) 내에 수용하는 것이 바람직하다.
예를 들면 유전체제나 수지제의 커버(56)를 이용하는 경우에는, 수전 안테나(542b)를 수용 가능한 원환판(圓環板) 형상의 커버(56)에, 수전 안테나(542b)의 형상에 대응하는 홈을 파고, 이 홈 내에 수전 안테나(542b)를 수용한 후, 수전 안테나(542)의 상면을 수지 등으로 막는 구성을 들 수 있다. 또한, 도전체제의 커버(56)를 이용하는 경우에는 내부가 공동의 원환판 형상의 커버(56) 내에 수지를 충전하여 당해 수지 내에 수전 안테나(542b)를 배치하는 구성을 들 수 있다. 또, 도전체제의 커버(56)에 대해서는, 접지할 필요도 있다.
처리 용기(10) 내에 배치한 수전 안테나(542b)의 도선 간에 간극이 있으면, 전위가 높은 개소에서 이상 방전이 발생할 우려가 있기 때문에, 이들 간극을 매립하는 것에 의해, 이상 방전의 발생을 억제할 수 있다.
처리 용기(10) 내에 수전 안테나(542b)를 배치하는 경우에 있어서도, 도 8에 나타내는 바와 같이, ICP 안테나(541)와 수전 안테나(542b)의 사이에서 용량 결합 C'가 형성되고, 수전 안테나(542b)와 처리 용기(10)의 사이에서 용량 결합 C"가 형성되고, 2개의 공진 주파수가 나타남과 아울러, ICP 안테나(541)로부터 수전 안테나(542b)로의 고주파 전력의 분배를 행할 수 있다(후술하는 실시예 참조).
도 8에 나타내는 예에 있어서, 접지됨과 아울러, 수전 안테나(542b)와 용량 결합하는 금속제의 처리 용기(10)는 수전 안테나(542b)로부터 방사되는 전자파를 쉴드할 수 있으므로, 쉴드 박스(51)의 일부를 구성하고 있을 수 있다. 또, 도 8에서는 커버(56)의 기재를 생략하고 있다.
여기서, 도 1~2, 도 4~8을 이용하여 설명한 각 실시 형태에서는, 면 모양의 소용돌이 코일에 의해, ICP 안테나(541)나 수전 안테나(542, 542b)를 구성한 실시 형태에 대해 설명했지만, 이러한 안테나(541, 542, 542b)를 구성하는 소용돌이 코일은 면 모양에 한정되지 않는다. 예를 들면, 축선 방향으로 연장되는, 나선(helix) 모양의 소용돌이 코일을 ICP 안테나(541)나 수전 안테나(542, 542b)로서 이용해도 좋다.
이상, 도 1, 도 7에 있어서, 본 발명의 플라즈마 발생부를 플라즈마 에칭 장치에 적용한 실시 형태에 대해 설명했지만, 당해 플라즈마 발생부를 이용 가능한 플라즈마 처리 장치는, 에칭 처리를 행하는 것에 한정되지 않는 것은 물론이다. 예를 들면, 산소 가스 등의 처리 가스를 플라즈마에 의해서 활성화시키고, 웨이퍼 W에 형성된 레지스터막을 제거하는 플라즈마 애싱 장치나, 플라즈마에 의해 활성화시킨 성막 가스(처리 가스)를 웨이퍼 W의 표면에서 반응시켜 CVD(Chemical Vapor Deposition)나 ALD(Atomic Layer Deposition) 등의 성막을 행하는 플라즈마 성막 장치 등에도, 본 발명의 플라즈마 발생부는 적용될 수 있다.
(실시예)
(실험 1)
도 1, 도 2를 이용하여 설명한 플라즈마 발생부를 이용해서 고주파 전원(61)으로부터 공급하는 고주파 전력의 주파수를 변화시켜 공진 주파수를 조사하였다.
A. 실험 조건
권수 2의 ICP 안테나(541)와, 권수 5, 공진 주파수 27㎒의 수전 안테나(542)를 이용하여 쉴드 박스(51) 내의 동일한 높이 위치에 ICP 안테나(541)와 수전 안테나(542)를 배치하였다. 제 1 가변 콘덴서(62), 제 2 가변 콘덴서(63), 제 3 가변 콘덴서(64)의 용량을 고정한 조건 하에서, 고주파 전원(61)으로부터 공급되는 고주파 전력의 주파수를 10~60㎒의 범위에서 변화시키고, 고주파 전원(61)측으로부터 반사율을 관측하였다.
B. 실험 결과
실험 결과를 도 9에 나타낸다. 도 9의 가로축은 고주파 전력의 주파수, 세로축은 고주파 전원(61)측에서 본 고주파 전력의 반사율을 나타내고 있다. 도 9에 의하면, 수전 안테나(542)의 공진 주파수인 27㎒의 근방의 2개소에, 반사율이 급격하게 작아지는 주파수가 관찰되었다. 이들은 ICP 안테나(541), 수전 안테나(542)를 포함하는 회로의 공진 주파수이다. 이들 공진 주파수가 발생하는 위치는, 각 가변 콘덴서(62~64)의 용량에 의해서 다양하게 변화되고, 어느 하나의 공진 주파수가 2개의 고주파 안테나(541, 542)의 어느 쪽에 대응하는 것인지 특정할 수 없다. 또, 30㎒보다 고주파 영역에 나타나고 있는 반사율의 작은 저하는 주변 회로의 고정 파라미터 사이에서의 공진의 영향이라고 생각되고, ICP 안테나(541), 수전 안테나(542)를 이용한 ICP 플라즈마 형성의 관점에서는 무시할 수 있다.
(실험 2)
실험 1과 동일한 플라즈마 발생부를 이용하여, 제 3 가변 콘덴서(64)의 용량을 변화시켰을 때에 ICP 안테나(541), 수전 안테나(542)에 의해서 형성되는 ICP 플라즈마 상태를 관찰하였다.
A. 실험 조건
제 3 가변 콘덴서(64)의 Ce의 용량을 점차적으로 크게 하는 한편, 고주파 전원(61)에서 본 반사율이 작아지도록, 고주파 전원(61)으로부터 공급되는 고주파 전력의 주파수, 제 1 가변 콘덴서(62), 제 2 가변 콘덴서(63)의 C2, C1의 값을 조절하여 플라즈마 상태를 관찰하였다. 플라즈마 상태의 관찰은 플라즈마 밀도 분포의 계측, 및 사진 촬영(눈으로 봄)에 의해 행하였다.
B. 실험 결과
도 10에 웨이퍼 W의 직경 방향에서 본 플라즈마 밀도의 분포를 나타낸다. 도 10의 가로축은 웨이퍼 W의 중심에 대응하는 위치로부터의 직경 방향의 거리를 나타내고, 세로축은 전자 밀도 Ne를 전자 밀도의 최대값 NeMax로 규격화한 값을 나타내고 있다. 도 10에 있어서, 검게 칠한 삼각의 플롯에서의 Ce의 용량이 가장 작고, 흰 원의 플롯의 Ce의 용량은 중간 정도, 엑스표의 플롯에서 Ce의 용량이 최대로 되어 있다. 또한, 도 11(a)~(c)에 나타낸 사진에서는, 도 11(a)은 Ce의 용량이 가장 작고, 도 11(b)이 중간 정도, 도 11(c)가 최대로 되어 있다. 또, 도 10과 도 11의 사이에서, 제 3 가변 콘덴서(64)의 Ce의 용량 등, 실험 조건은 동일하지 않다.
도 10에 나타낸 결과에 의하면, 제 3 가변 콘덴서(64)의 Ce의 값을 크게 함에 따라, 규격화 전자 밀도가 높은 영역이 웨이퍼 W의 주연부측으로 이동하는 한편, 중앙부측에서는 규격화 전자 밀도가 점차적으로 작아지고 있다. 이 경향은, 사진 촬영의 결과에서도 관찰되고, 제 3 가변 콘덴서(64)의 Ce의 값을 크게 함에 따라, 플라즈마의 발광 영역이 주연부측으로 이동하는 한편, 중앙부측의 플라즈마는 작아지고(어두워지고) 있는 것을 알 수 있다.
이와 같이, ICP 안테나(541)와 수전 안테나(542)를 구비하고, 2개의 공진 주파수를 가지는 회로를 구성하는 플라즈마 발생부를 이용하는 것에 의해, 고주파 전원(61)이 1개밖에 없는 경우이더라도 플라즈마 밀도 분포를 조정하는 것이 가능한 것을 확인할 수 있었다.
(실험 3)
도 5를 이용하여 설명한 플라즈마 발생부를 이용해서, 고주파 전원(61)으로부터 공급하는 고주파 전력의 주파수를 변화시켜 공진 주파수를 조사하였다.
A. 실험 조건
실험 1과 동일한 구성의 ICP 안테나(541), 수전 안테나(542)를 이용하여 제 1 가변 콘덴서(62), 제 2 가변 콘덴서(63)의 용량을 각각 C2: 66㎊, C1: 77㎊으로 하고, 제 3 가변 콘덴서(64), 제 4 가변 콘덴서(55)의 용량 Ce, Ch에 대해서는 소정의 고정값으로 하였다. 그리고, 고주파 전원(61)으로부터 공급되는 고주파 전력의 주파수를 10~70㎒의 범위에서 변화시키고, 고주파 전원(61)측으로부터 반사율을 관측하였다.
B. 실험 결과
실험 결과를 도 12에 나타낸다. 도 12의 가로축 및 세로축은 도 9와 같다. 수전 안테나(542)와 쉴드 박스(51)의 사이에 제 4 가변 콘덴서(55)를 마련한 경우에 있어서도, 수전 안테나(542)의 공진 주파수인 27㎒의 근방에 2개의 공진 주파수가 관찰되었다.
(실험 4)
실험 3과 동일한 플라즈마 발생부를 이용하여 제 1 가변 콘덴서(62)의 용량을 변화시켰을 때에 ICP 안테나(541), 수전 안테나(542)에 의해서 형성되는 ICP 플라즈마 상태를 관찰하였다.
A. 실험 조건
제 3 가변 콘덴서(64)의 Ce는 고정하고, 제 1 가변 콘덴서(62)의 C2의 용량을 점차 작게 하고, 고주파 전원(61)에서 본 반사율이 작아지도록, 고주파 전원(61)으로부터 공급되는 고주파 전력의 주파수, 제 2 가변 콘덴서(63)의 C1의 값을 조절해서 플라즈마 상태를 관찰하였다. 플라즈마 상태의 관찰의 수법은 실험 2와 동일하다.
B. 실험 결과
도 13에 웨이퍼 W의 직경 방향에서 본 플라즈마 밀도의 분포를 나타낸다. 도 13의 가로축 및 세로축은 도 10과 같다. 도 13에 있어서, 흰원의 해시형의 플롯은 C2의 용량이 크고(C2: 67㎊), 흰원의 사각 플롯은 C2의 용량이 작다(C2: 56㎊). 또한, 도 14(a), (b)에 나타낸 사진에서는, 도 14(a)는 C2의 용량이 작고, 도 14(b)는 C2의 용량이 크다. 또, 도 13과 도 14의 사이에서도, 제 1 가변 콘덴서(62), 제 2 가변 콘덴서(63)의 C2, C1 등의 실험 조건은 동일하지 않다.
도 13에 나타낸 결과에 의하면, 제 3 가변 콘덴서(64)의 Ce의 용량을 고정했을 때, 제 1 가변 콘덴서(62)의 C2를 크게 하면, 규격화 전자 밀도가 높은 영역이 웨이퍼 W의 주연부측으로 이동하는 한편, 중앙부측에서는 규격화 전자 밀도가 점차 작아지고 있다. 이 경향은, 사진 촬영의 결과에서도 관찰되고, 제 1 가변 콘덴서(62)의 C2를 크게 하면, 플라즈마의 발광 영역이 주연부측으로 이동하는 한편, 중앙부측의 플라즈마는 약해져 어두워져 있는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 수전 안테나(542)와 쉴드 박스(51)의 사이에 제 4 가변 콘덴서(55)를 마련한 예에서도, ICP 안테나(541)와 수전 안테나(542)를 구비하고, 2개의 공진 주파수를 가지는 회로를 구성하는 플라즈마 발생부를 이용하는 것에 의해, 고주파 전원(61)이 하나밖에 없는 경우이더라도 플라즈마 밀도 분포를 조정하는 것이 가능한 것을 확인할 수 있었다.
(실험 5)
도 7, 도 8을 이용하여 설명한 플라즈마 발생부를 이용해서, 고주파 전원(61)으로부터 공급하는 고주파 전력의 주파수를 변화시켜 공진 주파수를 조사하였다.
A. 실험 조건
실험 1과 동일한 구성의 ICP 안테나(541), 수전 안테나(542b)를 이용하여 제 1 가변 콘덴서(62), 제 2 가변 콘덴서(63), 제 3 가변 콘덴서(64)의 용량을 소정의 값으로 고정하였다. 그리고, 고주파 전원(61)으로부터 공급되는 고주파 전력의 주파수를 10~60㎒의 범위에서 변화시키고, 고주파 전원(61)측으로부터 반사율을 관측하였다. 여기서 유전체창(53)은 석영판이고, 수전 안테나(542b)는 석영제의 커버(56) 내에 수용되어 있다.
B. 실험 결과
실험 결과를 도 15에 나타낸다. 도 15의 가로축 및 세로축은 도 9와 같다. ICP 안테나(541)와 수전 안테나(542b)의 사이에 유전체창(53)이 개재되어 있는 경우이더라도, 수전 안테나(542b)의 공진 주파수인 27㎒의 근방에 2개의 공진 주파수가 관찰되었다.
(실험 6)
실험 5와 동일한 플라즈마 발생부를 이용하여, ICP 안테나(541), 수전 안테나(542b)에 의해서 형성되는 ICP 플라즈마 상태를 관찰하였다.
A. 실험 조건
제 3 가변 콘덴서(64)의 Ce를 소정의 값으로 조정하고, 고주파 전원(61)에서 본 반사율이 작아지도록, 고주파 전원(61)으로부터 공급되는 고주파 전력의 주파수, 제 1 가변 콘덴서(62), 제 2 가변 콘덴서(63)의 C2, C1의 값을 조절해서 플라즈마 상태를 관찰하였다. 플라즈마 상태의 관찰은 사진 촬영(눈으로 봄)에 의해 행하였다.
B. 실험 결과
도 16에 사진 촬영의 결과를 나타낸다. 도 16에 의하면, ICP 안테나(541)와 수전 안테나(542b)의 사이에 유전체창(53)이 개재되어 있는 경우이더라도, 2개의 공진 주파수를 가지는 회로를 구성하는 플라즈마 발생부를 이용하는 것에 의해, 하나의 고주파 전원(61)으로 ICP 안테나(541)와 수전 안테나(542b)가 배치되어 있는 위치에 대응시켜 플라즈마를 발생시키는 것이 가능한 것을 확인할 수 있었다.
W: 웨이퍼
10: 처리 용기
12: 배기구
14: 진공 배기 기구
21: 서셉터
44: 처리 가스 공급 기구
51: 쉴드 박스
53: 유전체창
541: ICP 안테나
542: 수전 안테나
55: 제 4 가변 콘덴서
56: 커버
61: 고주파 전원
62: 제 1 가변 콘덴서
63: 제 2 가변 콘덴서
64: 제 3 가변 콘덴서
65: 제 5 가변 콘덴서
7: 제어부

Claims (8)

  1. 처리 용기 내에서 피처리 기판에 대해 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    상기 처리 용기 내에 마련되고, 피처리 기판이 탑재되는 탑재대와,
    상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와,
    상기 처리 용기 내의 진공 배기를 행하는 배기부와,
    상기 탑재대에 대향하여 배치되고, 처리 용기 내에 공급된 처리 가스를 유도 결합에 의해서 플라즈마화하는 플라즈마 발생부
    를 구비하되,
    상기 플라즈마 발생부는,
    유전체창을 개재하여 상기 처리 용기에 인접하여 배치되는 소용돌이 코일로 이루어지고, 일단이 고주파 전원에 접속되고, 타단이 접지되거나 또는 콘덴서를 거쳐서 접지된 제 1 고주파 안테나와,
    상기 제 1 고주파 안테나를 상면측에서 보았을 때, 이 제 1 고주파 안테나의 외주측 또는 내주측에 배치되는 소용돌이 코일로 이루어지고, 일단이 개방단이거나 접지되고, 타단이 개방단이되, 상기 일단과 상기 타단은 서로 접속되어 있지 않으며, 고유의 공진 주파수를 가지는 제 2 고주파 안테나와,
    상기 제 1 고주파 안테나가 배치되는 공간을 둘러싸는 쉴드 부재와,
    상기 고주파 전원으로부터 제 1 고주파 안테나측을 보았을 때의 회로의 공진 주파수를 조정하기 위한 가변 콘덴서를 포함하는 임피던스 조정부를 구비하고,
    상기 고주파 전원으로부터 제 1 고주파 안테나측을 보았을 때의 회로는, 고주파의 주파수를 바꾸어 갈 때에, 상기 임피던스 조정부의 조정에 따른 제 1 공진 주파수 및 제 2 공진 주파수가 나타나도록 구성되어 있고,
    상기 제 2 고주파 안테나는 상기 고주파 전원에 접속되어 있지 않고, 상기 제 1 고주파 안테나로부터 상기 제 2 고주파 안테나로 급전이 행해지는 것
    을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 임피던스 조정부는 가변 콘덴서군을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 고주파 안테나는, 그 일단 및 타단이 개방단이고, 접지된 상기 쉴드 부재와의 용량 결합에 의해, 상기 고주파 전원 및 제 1 고주파 안테나와의 사이에 급전 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 고주파 안테나는 그 일단이 가변 콘덴서를 거쳐서 접지되는 것에 의해, 상기 고주파 전원 및 제 1 고주파 안테나와의 사이에 급전 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 고주파 안테나는, 그 일단이 가변 콘덴서와 상기 쉴드 부재를 거쳐서 접지되는 것에 의해, 상기 고주파 전원 및 제 1 고주파 안테나와의 사이에 급전 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 처리 용기는 쉴드 부재의 일부를 구성하고,
    상기 제 2 고주파 안테나는 상기 처리 용기 내에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 고주파 안테나는 유전체 재료, 도전체 재료, 및 수지 재료로 이루어지는 재료군으로부터 선택되는 재료제의 커버로 덮여 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 커버 내에는, 제 2 고주파 안테나의 도선간의 간극을 매립하는 충전물이 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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