KR19990072649A - 고주파방전방법과그장치및고주파처리장치 - Google Patents

고주파방전방법과그장치및고주파처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고주파 방전방법과 그 장치 및 고주파 처리장치에 관한 것으로서, 안테나 구조를 직선형상으로 하고, 이 내부 직선 안테나(9)를 1개 또는 복수개 직렬 또는 병렬로 접속하여 플라즈마 생성 챔버(1)의 내부에 배치하는 것을 특징으로 한다.

Description

고주파 방전방법과 그 장치 및 고주파 처리장치{HIGH-FREQUENCY DISCHARGE METHOD AND DEVICE THEREOF AND HIGH-FREQUENCY PROCESSING DEVICE}
본 발명은 예를 들면 반도체 웨이퍼상의 박막소자의 제조, 또는 입자 빔원이나 분석장치, 가열 장치 등의 플라즈마원에 이용되는 고주파 방전방법과 그 장치 및 고주파처리장치에 관한 것이다.
종래의 금속, 반금속, 반도체, 산화물, 질화물, 비소 등을 구성 요소로 하는 박막이 형성된 소자(이하, 박막소자라고 함)는 LSI(Large Scale Integration), 자기기록장치, 광기록장치 등의 기억장치, 반도체 레이저, 광전변환소자 등의 통신기기, LCD(Liquid Crystal Device) 등의 평면 디스플레이, 고체 촬상소자 등의 표시장치, 태양전지 등의 에너지 기기 등, 여러가지 다양한 장치의 주요 부품으로 응용되고 있으며, 앞으로 기기의 소형화, 고성능화를 진전시키기위한 필수부품으로서 기술적 발전이 기대되고 있다. 이와같은 박막소자는 그 구조의 미세화, 고성능화가 진행되고 있으며, 예를 들면 에칭, CVD(Chemical Vapor Deposition) 등에서 플라즈마를 이용한 제조과정이 중요시 되고 있다. 그리고, 제조과정에서 이용하는 피처리체의 기판의 면적도 생산성향상의 관점에서 대면적화되고 있다.
이와같은 제조과정을 실현하기 위한 유도결합형 고주파 플라즈마 장치가 주목되고 있다. 이 유도 결합형 고주파 플라즈마 장치는 통상 진공용기의 외부에 루프형상의 안테나(이하, 루프 안테나고 함)를 배치하고, 이 안테나에 고주파 전류를 흐르게 하는 것에 의해 발생하는 유도전계를 진공용기내의 가스에 가해 플라즈마를 생성하는 것으로 되어 있다.
이 경우, 안테나에 의해 발생하는 유도 전계는 진공용기에 설치된 유전체창을 통하여 진공용기내의 가스에 가해지고, 또 그 고주파전력은 유도전계를 통하여 플라즈마와 결합된다. 이 중, 루프 안테나를 진공용기의 내부에 배치한 내부 안테나방식의 것은 안테나를 진공용기의 내부에 직접 배치하고, 이 안테나에 고주파 전류를 흐르게 하여 플라즈마를 생성하는 것이지만, 안테나와 플라즈마 사이의 거리가 짧기 때문에 안테나에서 플라즈마로의 고주파 전력이 효율적으로 전달되어 용이하게 고밀도인 플라즈마 생성이 가능해진다.
이와같은 내부 안테나 방식의 플라즈마 처리장치로서, 예를 들면 일본 특개평 7-18433호 공보에 스퍼터링에 이용한 기술의 예가, 또는 일본 특개평 8-81777호 공보에 CVD에 이용한 기술의 예가 기재되어 있다.
즉, 유도 결합형 고주파 방전에서는 안테나에 흐르는 고주파 전류에 의해 생기는 유도 전계 뿐만 아니라 안테나의 고주파 전압에 의해 위치에 따른 안테나와 플라즈마 사이에 정전계도 생긴다.
이 정전계의 발생에 의해 외부 안테나방식으로는 유전체창의 표면에 음의 직류 셀프바이어스전압이 발생하고, 내부 안테나방식으로는 안테나 자체에 플라즈마에 대해 직류 셀프바이어스 전압이 발생한다.
그리고, 이 직류 셀프바이어스 전압에 의해 플라즈마중의 이온이 가속되어 유전체창의 안테나 자체가 스퍼터링된다. 이 스퍼터링의 현상은 내부 안테나방식으로는 안테나와 플라즈마의 거리가 짧기 때문에 더욱 현저하게 나타난다.
이와같은 스퍼터링의 현상은, 예를 들면 상기 일본 특개평7-18433호 공보에 기재된 기술과 같이 진공용기의 내부에 배치된 안테나에 직류 바이어스 전압을 인가하지 않은 상태에서도 안테나에서 스퍼터링이 발생한다.
그러나, CVD나 에칭 등의 과정에 내부 안테나 방식을 이용하면 스퍼터링된 원자나 분자가 불순물로서 과정에 악영향을 준다.
즉, 안테나와 플라즈마의 정전적 결합의 결과, 안테나 또는 안테나 근방의 유전체에는 음의 직류 셀프바이어스 전압이 발생하고, 이 셀프바이어스 전압에 의해 방전에 의해 생긴 이온이 가속되어, 유전체나 안테나의 재료가 스퍼터된다. 예를 들면 안테나의 재료가 구리이면 이 구리 자체나 전리한 구리가 진공용기의 내벽이나 피처리체에 부착, 퇴적된다.
또한, 내부 안테나방식으로는 스퍼터링에 의해 안테나가 소모되기 때문에 이 안테나는 어느 정도 소모되면 신품의 안테나와 교환되는, 즉 교환부품으로서 취급된다.
따라서, 직경이 큰 진공용기내에 균일한 밀도의 플라즈마를 생성할 때, 외부 안테나방식에서는 안테나의 형상이나 그 배치에 적정화가 실시되고, 복잡하고 미묘한 안테나형상이 채택되고 있다.
이에 대해, 내부 안테나방식으로는 상기와 같이 안테나가 교환부품으로서 취급되기 때문에 부품 비용의 저감이나 관리의 향상을 도모하기 위해 안테나는 가능한한 단순한 구조인 것이 필요해지고 있다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는 용기내에 배치하는 안테나를 단순한 구조로 할 수 있는 고주파 방전 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 진공용기내에 배치하는 안테나의 구조를 단순하게 하여 고주파처리를 할 수 있는 고주파 처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 한 실시형태에 따른 고주파 방전방법을 적용한 고주파 처리장치의 제 1 실시형태를 나타내는 구성도,
도 2는 동일 고주파 처리장치에 이용하는 안테나의 구성도,
도 3은 본 발명의 고주파 처리장치의 안테나를 2개 직렬 접속한 변형예를 나타내는 구성도,
도 4는 본 발명의 고주파 처리장치의 안테나를 2개 병렬 접속한 변형예를 나타내는 구성도,
도 5는 직선형상의 안테나를 이용한 장치에서의 전력 전달 효율(Ps)이 투입되는 고주파전력의 의존성을 나타내는 도면,
도 6은 본 발명 장치의 비교대상으로 하는 외부 안테나방식의 고주파 처리장치의 구성도,
도 7은 2개의 직선형상의 안테나를 이용한 장치에서의 전력 전달 효율(Ps)이 투입되는 고주파 전력의 의존성을 나타내는 도면,
도 8은 내부 직선 안테나를 배치했을 때의 스퍼터링에 의해 생기는 불순물량의 실험 결과를 나타내는 도면,
도 9는 본 발명에 따른 고주파 방전 방법을 적용한 고주파 처리장치의 제 2 실시형태를 나타내는 구성도,
도 10은 플로팅 콘덴서가 없을 때의 안테나상의 고주파 전압 분포를 설명하기 위한 도면,
도 11은 플로팅 콘덴서가 접속했을 때의 안테나상의 고주파 전압 분포를 설명하기 위한 도면,
도 12는 본 발명의 고주파 처리장치의 안테나를 2개 직렬 접속한 변형예를 나타내는 구성도,
도 13은 본 발명의 고주파 처리장치의 안테나를 2개 병렬 접속한 변형예를 나타내는 구성도,
도 14는 플로팅 콘덴서의 실험에 사용하는 고주파 처리장치의 구성도,
도 15는 고주파 처리장치에 있어서 Ar 플라즈마를 생성했을 때의 고주파 전압, 전압, 전류 및 발광강도의 측정 결과를 나타내는 도면,
도 16은 고주파처리장치의 실험 결과를 얻기 위한 플로팅 콘덴서의 각 용량의 조합 종류를 나타내는 도면,
도 17은 고주파 출력에 대한 고주파 전압의 진폭을 나타내는 도면,
도 18은 플로팅 콘덴서의 각 용량에 대한 각 발광 강도를 나타내는 도면,
도 19는 외장(sheath) 두께의 측정 결과를 나타내는 도면,
도 20은 동일 외장 두께의 측정결과를 그래프화한 도면,
도 21은 외장 두께를 실시하는 측정 회로를 나타내는 개략 구성도,
도 22는 본 발명의 고주파 방전방법을 적용한 고주파 처리장치의 제 3 실시형태를 나타내는 구성도,
도 23은 동일 실시형태에 따른 석영 파이프에 내부 직선 안테나를 기울여 설치한 상태를 나타내는 도면,
도 24는 동일 실시형태에 따른 안테나 고정부재의 형상을 나타내는 도면,
도 25는 동일 실시형태에 따른 동심형상으로 설치된 내부 직선 안테나와 기울여 설치된 내부 직선 안테나의 애싱율의 상태를 나타내는 비교도,
도 26은 동일 실시형태의 변형예에 따른 중앙부가 오목해진 석영 파이프의 형상을 나타내는 도면,
도 27은 동일 실시형태의 변형예에 따른 내부 직선 안테나의 양 단측에 설치된 석영 파이프의 형상을 나타내는 도면,
도 28은 동일 실시형태의 변형예에 따른 내부 직선 안테나의 중앙에 위치하는 석영 파이프의 형상을 나타내는 도면,
도 29는 동일 실시형태의 변형예에 따른 중앙부의 직경이 크게 설치된 석영 파이프의 형상을 나타내는 도면, 및
도 30은 동일 실시형태의 변형예에 따른 석영 파이프와 이에 삽입 통과되는 내부 직선 안테나의 위치 관계를 나타내는 도면으로, A는 내부 직선 안테나가 꾸불꾸불해진 형상, B는 플라즈마 생성 챔버의 중앙 부분에 있어서 내부 직선 안테나를 피처리체측을 향해서 변형시킨 상태를 나타내는 도면이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 18, 40, 61 : 플라즈마 생성 챔버
2 : 가스
3a, 3b : 가스 도입관 4 , 20, 41: 배기관
5, 21, 42 : 기판 스테이지 6, 22, 43 : 피처리물(피처리체)
7, 12, 25 : 정합기 8 : 전원
9 , 45, 46: 내부 직선 안테나 10 : 안테나 도체
11, 27, 63, 70, 72, 73, 74 : 석영 파이프
13, 26, 48 : 고주파 전원
14, 15, 16, 17, 62 : 내부 직선 안테나
19a, 19b : 가스 도입관 23, 44 : 석영창
24 : 루프 안테나 30, 32 : 플로팅 콘덴서
31 : 중간 콘덴서 47 : 정합기
49, 50 : 콘덴서 51 : RF프로브
52 : 오실로스코프 53 : 발광분광측정기
54 : 프로브 55 : CCD카메라
56 : 텔레비젼 모니터 60 : 고주파 처리장치
64 : 중공부 65 : 안테나 고정부재
71 : 오목부
한가지 바람직한 실시예에 있어서, 본 발명의 고주파 방전방법은,
용기내에 적어도 한개의 직선 형상의 안테나를 배치하고, 상기 안테나에 고주파 전력을 공급하는 것에 의해 상기 진공용기내에 유도전계를 발생시켜 플라즈마를 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 고주파 방전 장치는,
고주파 방전장치에 있어서,
고주파 전력이 공급되는 적어도 하나의 직선형상의 안테나와,
상기 안테나를 수납하고, 상기 안테나에 의해 유도 전계를 발생시키는 것에 의해 플라즈마가 생성되는 용기를 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 고주파 처리 장치는,
고주파 처리장치에 있어서,
플라즈마 생성용 가스가 내부에 공급되고, 또 내부에 피처리체가 배치되는 진공용기와,
고주파 전력용 전원과,
상기 전원으로부터의 고주파 전력의 공급에 의해 상기 진공용기내에 유도전계를 발생시켜 플라즈마를 생성시키고, 상기 피처리체에 대해 처리를 실시시키는 상기 진공용기내에 배치된 적어도 하나의 직선형상의 안테나와,
하나의 상기 안테나의 접지측 또는 복수의 안테나 사이에 각각 접속된 적어도 하나의 콘덴서를 구비한 것을 특징으로 한다.
(1) 이하, 본 발명의 제 1 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 고주파 방전방법을 적용한 고주파 처리장치의 구성도이다. 진공용기로서의 플라즈마 생성 챔버(1)는 예를 들면 원통형상으로 형성되고, 그 상부에는 에칭용 반응성 가스나 CVD용 원료 가스 등의 프로세스 가스 및 Ar 등의 희가스 등의 가스(2)를 공급하기 위한 가스 도입관(3a, 3b)이 접속되고 , 또 그 하부에는 배기관(4)이 접속되어 있다. 이 플라즈마 생성 챔버(1)는 원통형상에 제한되지 않고, 사변형 등의 입방체 형상으로 형성되어 있어도 좋다.
또한, 배기관(4)에는 도시하지 않지만 압력 조정밸브를 통하여 배기 펌프가 접속되고, 이 배기펌프의 작동에 의해 플라즈마 생성 챔버(1)내가 원하는 압력으로 유지되어 있다.
또한, 플라즈마 생성 챔버(1)내에는 기판 스테이지(5)가 설치되고, 이 기판 스테이지(5)상에 에칭 또는 CVD 처리가 실시되는 피가공물(6)이 얹어 설치되어 있다. 또한, 이 기판 스테이지(5)에는 정합기(7)를 통하여 전원(8)이 접속되어 기판 스테이지(5)에 대해 소정 전압의 바이어스가 인가되도록 되어 있다.
또한, 플라즈마 생성 챔버(1)내에는 직선형상의 안테나(이하, 내부 직선안테나라고 함)(9)가 플라즈마 생성 챔버(1)를 가로지르도록 배치되어 있다. 또한, 여기서 직선이라고 칭하는 것은 내부 직선 안테나(9) 전체로서 직선형상이면 좋고, 이 직선형상 안테나(9)의 일부에 만곡된 부분이 있는 것을 허용하는 것으로 한다.
이 내부 직선 안테나(9)는 예를 들면 도전성 재료, 예를 들면 구리, 알루미늄에 의해 형성되고, 또 도 2에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 구리 파이프의 안테나 도체(10)의 외부둘레를 절연재료, 예를 들면 직경 15mm의 석영 파이프(11)로 절연피복을 실시한 것으로 되어 있다.
이 안테나 도체(10)는 예를 들면 직경 6mm로 형성되고, 또 그 내측에는 냉매가 흘러 내부 직선 안테나(9)의 온도 상승이 방지되어 있다.
또한, 내부 직선 안테나(9)는 안테나 도체(10)의 외부둘레에 절연 피복을 하지 않고 안테나 도체의 순금속으로 해도 좋다.
이 내부 직선 안테나(9)의 한 단에는 도 1에 나타내는 바와 같이 정합기(12)를 통하여 고주파 전원(13)이 접속되고, 또 타단측은 접지되어 있다.
이 중, 정합기(12)는 콘덴서 및 코일로 구성되고, 고주파 전원(13)으로의 반사 전력을 0으로 하는 작용을 갖고 있다.
다음으로, 상기 제 1 실시형태의 안테나의 배치의 변형예에 대해서 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다. 또한, 도 1과 동일 부분에는 동일 부호를 붙여 그 상세한 설명은 생략하고, 또 기판 스테이지(5) 및 이 기판 스테이지(5)상에 얹어 설치되는 피가공물(6)도 생략한다.
도 3은 내부 직선 안테나를 2개 직렬 접속한 고주파 처리장치의 한 예를 나타내는 구성도이다.
플라즈마 생성 챔버(1)에는 2개의 내부 직선 안테나(14, 15)가 플라즈마 생성 챔버(1)를 가로지르도록, 또 서로 상하 관계로 배치되어 있다.
이들 내부 직선 안테나(14, 15)는 직렬 접속되고, 또 이중 한쪽의 내부 직선 안테나(14)의 한 단이 정합기(12)를 통하여 고주파 전원(13)에 접속됨과 동시에 다른 쪽 내부 직선 안테나(15)의 타단이 접지되어 있다.
이들 내부 직선 안테나(14, 15)는 상기 내부 직선 안테나(9)와 마찬가지로, 예를 들면 도전성 재료, 즉 구리, 알루미늄에 의해 형성되고, 또 예를 들면 구리 파이프의 안테나 도체의 외부둘레를 절연재료, 즉 직경 15mm의 석영 파이프로 절연 피복을 실시한 것으로 되어 있다. 이 구리 파이프의 안테나 도체는 예를 들면 직경 6mm로 형성되고, 또 그 내측에는 냉매가 흘러 2개의 안테나(14, 15)의 온도 상승이 방지되어 있다.
또한, 이들 내부 직선 안테나(14, 15)는 안테나 도체의 외부둘레에 절연 피복을 실시하지 않고 안테나 도체의 순금속으로 해도 좋다.
도 4는 내부 직선 안테나를 2개 병렬 접속한 고주파 처리장치의 한 예를 나타내는 구성도이다.
플라즈마 생성 챔버(1)에는 2개의 내부 직선 안테나(16, 17)가 플라즈마 생성 챔버(1)를 가로지르도록, 또 서로 상하 관계로 배치되어 있다.
이들 내부 직선 안테나(16, 17)는 병렬 접속되고, 또 이들 내부 직선 안테나(16, 17)의 공통 접속된 한단이 정합기(12)를 통하여 고주파 전원(13)에 접속됨과 동시에 마찬가지로 공통 접속된 타단이 접지되어 있다.
이들 내부 직선 안테나(16, 17)는 상기 내부 직선 안테나(9)와 마찬가지로 예를 들면 도전성 재료, 즉 구리, 알루미늄에 의해 형성되고, 또 예를 들면 구리 파이프의 안테나 도체의 외부둘레를 절연재료, 즉 직경 15mm의 석영 파이프로 절연 피복을 실시한 것으로 되어 있다. 이 구리 파이프의 안테나 도체는 예를 들면 직경 6mm로 형성되고, 또 그 내측에는 냉매가 흘러 2개의 안테나(14, 15)의 온도 상승이 방지되고 있다.
또한, 이들 내부 직선 안테나(16, 17)는 안테나 도체의 외부둘레에 절연 피복을 실시하지 않고 안테나 도체의 순금속으로 해도 좋다.
다음으로 상기와 같이 구성된 장치의 작용에 대해서 설명한다.
도 1에 나타내는 장치에 있어서, 플라즈마 생성 챔버(1)의 내부에 배치된 직선형상의 내부 직선 안테나(9)에 대해 고주파 전원(13)으로부터 고주파 전류가 정합기(12)를 통해 흐르면 내부 직선 안테나(9)의 주위에 유도 전계가 발생하고, 이 유도전계가 플라즈마 생성 챔버(1)내의 에칭용 반응성 가스나 CVD용 원료 가스 등의 프로세스 가스에 가해진다.
이것에 의해 플라즈마(P)가 생성되고, 피처리체(6)에 대한 에칭 또는 박막 형성 등의 처리가 실시된다.
도 3에 나타내는 장치에 있어서, 플라즈마 생성 챔버(1) 내부의 직렬 접속된 2개의 내부 직선 안테나(14, 15)에 대해 고주파 전원(13)으로부터 고주파 전류가 정합기(12)를 통해 흐르면 이들 내부 직선 안테나(14, 15)의 주위에 유도 전계가 발생하고, 이 유도 전계가 플라즈마 생성 챔버(1)내의 에칭용 반응성 가스나 CVD용 원료 가스 등의 프로세스가스에 가해진다.
이것에 의해 플라즈마(P)가 생성되고, 피처리체(6)에 대한 에칭 또는 박막 형성 등의 처리가 실시된다.
도 4에 나타내는 장치에 있어서, 플라즈마 생성 챔버(1) 내부의 병렬 접속된 2개의 내부 직선 안테나(16, 17)에 대해 고주파 전원(13)으로부터 고주파 전류가 정합기(12)를 통해 흐르면 이들 내부 직선 안테나(16, 17)의 주위에 유도전계가 발생하고, 이 유도전계가 플라즈마 생성 챔버(1)내의 에칭용 반응성 가스나 CVD용 원료 가스 등의 프로세스 가스에 가해진다.
이것에 의해 플라즈마(P)가 생성되고, 피처리체(6)에 대한 에칭 또는 박막 형성 등의 처리가 실시된다.
여기서, 상기 내부 안테나방식에 의해 플라즈마(P)를 생성한 경우의 안테나로부터 플라즈마로의 전력 전달 효율(Ps)을 측정하였다.
이 전력 전달 효율(Ps)은 하기 수학식 1에 의해 구했다.
상기 수학식 1에서, “Prf”는 플라즈마(P)의 생성시의 고주파 전원(13)의 출력 전압, “Irf”는 내부 직선 안테나(9, 14, 15, 16, 17)에 흐르는 고주파 전류이다.
또한, “Ra”는 내부 직선 안테나(9, 14, 15, 16, 17)의 저항으로 플라즈마 생성 챔버(1)내에 가스(2)를 도입하지 않고 상기 각 내부 직선 안테나(9, 14, 15, 16, 17)에 고주파 전력을 공급하고, 플라즈마(P)를 생성시키고 싶을 때의 고주파 출력 전력을 그 때의 내부 직선 안테나(9, 14, 15, 16, 17)에 흐르는 전류의 2승으로 나눗셈한 값으로 되어 있다.
이 전력 전달 효율(Ps)을 구하는 것에 의해 플라즈마 생성시의 고주파 전력 출력중 몇할이 플라즈마 생성에 소비되어 있는 지를 예상할 수 있다.
이와같은 전력 전달 효율(Ps)을 측정하는 실험은 상기 도 1에 나타내는 1개의 내부 직선 안테나(9)를 배치한 상태를 이용하고 플라즈마 생성 조건은,
산소 가스 유량=100sccm
압력=10Pa
고주파전력=20∼800W
로 하였다.
도 5는 전력 전달 효율(Ps)이 투입하는 고주파 전력의 의존성을 나타내는 도면이다.
도 5는 1개의 내부 직선 안테나(9)를 배치한 장치의 비교로서, 외부 안테나방식의 유도 결합하여 고주파 처리 장치의 결과에 대해서도 나타내고 있다. 또한, 내부 직선 안테나(9)는 프로세스에 영향을 미치는 금속이 스퍼터링되는 것을 방지하기 위해 석영 파이프(11)로 피복되어 있다.
도 6은 이와같은 비교 대상으로 하는 외부 안테나방식의 고주파 처리장치의 구성도를 나타낸다.
플라즈마 생성 챔버(18)는 그 상부에 에칭용 반응성 가스나 CVD용 원료 가스 등의 프로세스가스나 Ar 등의 희가스 등의 가스(2)를 공급하기 위한 가스 도입관(19a, 19b)이 접속되고, 또 그 하부에는 배기관(20)이 접속되어 있다.
이 배기관(20)에는 도시하지 않지만 압력 조정 밸브를 통하여 배기 펌프가 접속되고, 이 배기 펌프의 작동에 의해 플라즈마 생성 챔버(18)내가 원하는 압력으로 유지되어 있다.
또한, 플라즈마 생성 챔버(18)내에는 기판 스테이지(21)가 설치되고, 이 기판 스테이지(21)상에 에칭 또는 CVD 처리가 실시되는 피가공물(22)이 얹어 설치되어 있다.
또한, 플라즈마 생성 챔버(18)의 상부에는 석영창(23)이 설치되고, 이 석영창(23)상에 루프 안테나(24)가 설치되어 있다.
이 루프 안테나(24)는 구리 파이프를 1번 감은 것으로, 그 한단에는 정합기(25)를 통하여 고주파 전원(26)이 접속되며 타단은 접지되어 있다.
이와같은 구성이면, 루프 안테나(24)에 대해 고주파 전원(26)으로부터 고주파 전류가 정합기(25)를 통해 흐르면 이 루프 안테나(24)의 주위에 유도전계가 발생하고, 이 유도전계가 석영창(23)을 통하여 플라즈마 생성 챔버(18)내의 에칭용 반응성 가스나 CVD용 원료 가스 등의 프로세스 가스에 가해진다. 이것에 의해 플라즈마(P)가 생성되고, 피처리체(22)에 대한 에칭 또는 박막 형성 등의 처리가 실시된다.
그런데, 상기 도 5에 나타내는 1개의 내부 직선 안테나(9)의 장치와 내부 안테나 방식의 장치의 전력 전달 효율(Ps)의 측정 결과로 내부 직선 안테나(9)를 이용한 장치는 외부 안테나 방식의 장치에 비해 전력 전달 효율(Ps)이 높고, 플라즈마 생성에 관해 문제가 없는 것을 알 수 있다.
이 결과는 내부 직선 안테나(9)에서는 유도 전계를 발생시키는 부분에서의 자속 밀도가 루프 안테나(24)에 비해 작아진다고 생각되지만, 내부 직선 안테나(9)가 플라즈마(P)와 접근해 있기 때문에 비교적 강한 전계가 플라즈마중에 유도되기 때문에 고주파 전류에 의해 발생하는 자속의 대부분이 유도 전계의 발생에 유효하게 기여하기 때문이라고 생각된다.
다음으로, 2개의 내부 직선 안테나를 이용했을 때의 전력 전달 효율(Ps)의 측정 결과에 대해서 설명한다.
도 7은 내부 직선 안테나를 프로세스 생성 챔버(1)내에 배치한 상기 도 1, 도 3 및 도 4에 나타내는 각 장치, 또 상기 도 6에 나타내는 외부 안테나 방식의 장치의 합계 4종류의 장치의 전력 전달 효율(Ps)의 측정결과에 대해서 나타내고 있다. 또한, 내부 직선 및 외부의 각 안테나는 석영 파이프(11)로 피복되어 있는 것으로 한다.
도 7에 나타내는 바와 같이 투입되는 고주파 전력이 500W를 초과하는 영역에서는 각 안테나의 접속 방법에 상관없이 전력 전달 효율(Ps)이 높고 유도 결합형 방전으로 되어 있다고 생각된다.
이 영역에 있어서 전력 전달 효율(Ps)은 프로세스 생성 챔버(1)내에 내부 직선 안테나를 1개 직렬 접속한 경우와 2개 직렬 접속한 경우가 거의 동일해지고, 또 내부 직선 안테나를 2개 병렬 접속한 경우와 외부 안테나를 이용하는 경우가 거의 동일하게 되어 있다.
이와같이 내부 직선 안테나의 갯수나 접속방법에 상관없이 내부 안테나방식으로는 외부 안테나 방식에 비해 전력 전달 효율(Ps)이 동일 정도 또는 크기 때문에 플라즈마 밀도도 동일 정도 또는 그 이상이 된다고 생각된다.
이것에 의해 복수의 내부 직선 안테나를 플라즈마 생성 챔버(1)내에 배치하고, 이들 내부 직선 안테나의 배치를 적정화하는 것에 의해 직경이 큰 균일한 밀도의 플라즈마 생성을 할 수 있다.
다음으로, 내부 직선 안테나가 도 2에 나타내는 바와 같이, 석영 파이프(11)로 피복된 경우의 측정 결과에 대해서 설명한다.
상기 도 1에 나타내는 1개의 내부 직선 안테나(9)를 이용한 장치에 있어서, Ar 플라즈마의 전자밀도를 측정한 결과, 그 전자밀도는 2×10E+11㎝-3이 되어 충분히 고밀도인 플라즈마 생성이 가능한 것이 확인되었다.
또한, 내부 직선 안테나(9)를 도 2에 나타내는 바와 같이 안테나 도체(10)의 주위를 석연 파이프(11)로 피복한 경우와 안테나 도체(10)의 순금속의 경우에 대해서 내부 직선 안테나(9)의 스퍼터링법에 의해 생기는 불순물을 실험에 의해 조사하였다.
이 실험방법은 상기 도 1에 나타내는 장치에 의해 예를 들면 Ar 플라즈마를 생성하고, 기판 스테이지(5)상에 피처리체(6)로서 poly-Si나 Cu로 막을 형성한 반도체 웨이퍼를 얹어 설치하고, 이 반도체 웨이퍼상에 스퍼터링된 원자, 분자의 존재를 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy) (X선 유기광전자 분광)에 의해 원소 분석하는 방법을 취했다.
도 8은 내부 직선 안테나(9)의 스퍼터링에 의해 생기는 불순물의 실험 결과를 나타내는 도면이다. 석영 파이프(11)로 덮지 않은 경우, 반도체웨이퍼상에 Al이 검출되고, poly-Si상에 내부 직선 안테나(9)의 Al이 스태터링되어 퇴적되어 있는 것을 알 수 있다. poly-Si가 검출되지 않기 때문에 XPS의 검출 깊이를 고려하면 적어도 50옹스트롬 이상 퇴적되어 있다고 생각된다.
한편, 석영파이프(11)로 덮은 경우, Si는 검출되지 않고, 또 미처리의 반도체 웨이퍼와 동일 원소 조성이기 때문에 석영 파이프(11)의 스퍼터링은 프로세스에 영향을 주지 않을 정도로 억제되어 있다고 생각된다.
이와같이 석영 파이프(11)로 안테나 도체(10)를 덮는 것에 의해 플라즈마(P)를 외부 안테나방식과 동등한 높은 플라즈마 밀도로 유지한 채, 프로세스에 악영향을 주는 스퍼터링에 의해 발생하는 불순물의 발생을 방지할 수 있다.
이와같이 상기 제 1 실시형태에 있어서는 안테나 구조를 직선 형상으로 하고, 이 안테나를 1개 또는 복수개 직렬 또는 병렬로 서로 접속하고, 플라즈마 생성 챔버(1)의 내부에 배치했기 때문에 플라즈마 생성 챔버(1)내에 배치하는 안테나를 제작이 용이하고 교환 등의 관리성이 우수한 단순한 구조로 할 수 있고, 또 이 안테나로 고밀도인 플라즈마(P)를 플라즈마 생성 챔버(1)내에 생성할 수 있다.
또한, 직경이 크고 밀도가 균일한 플라즈마를 생성하는 경우에는 플라즈마 밀도가 균일해지도록 복수의 내부 직선 안테나를 서로 직렬 또는 병렬 접속하는 조합을 적정화하는 것에 의해 실현할 수 있다.
또한, 안테나 도체(10)를 석영파이프(11) 등의 절연물로 덮기 때문에 안테나의 스퍼터링에 의해 발생하는 금속 불순물을 억제할 수 있다.
(2) 이하, 본 발명의 제 2 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 상기 도 1, 도 3 및 도 4와 동일 부분에는 동일 부호를 붙여 그 상세한 설명은 생략한다.
도 9는 본 발명의 고주파 방전방법을 적용한 고주파 처리장치의 구성도이다.
내부 직선 안테나(9)의 한 단에는 정합기(12)를 통하여 고주파 전원(13)이 접속되고, 타단은 플로팅 콘덴서(30)를 통하여 접지되어 있다.
이 플로팅 콘덴서(30)는 가변용량이며, 그 용량(Cf)을 변화시켜 내부 직선 안테나(9)상에서의 고주파 전압 분포를 변화시키고, 이 내부 직선 안테나(9)와 플라즈마(P)의 정전적 결합을 제어하는 작용을 갖고 있다.
즉, 도 10a에 나타내는 바와 같이 내부 직선 안테나(9)에 플로팅 콘덴서(30)가 접속되어 있지 않으면 접지에 대한 A점의 전압은 도 10b에 나타내는 바와 같이 0V가 되고, A점과 B점 사이에는 도 10c에 나타내는 바와 같이 고주파 전원(13)의 전압에 대응한 전압파형이 나타난다. 이 파형은 도 10d에 나타내는 바와 같이 접지에 대한 B점에 대해서도 동일하다.
이에 대해, 도 11a에 나타내는 바와 같이 내부 직선 안테나(9)에 플로팅 콘덴서(30)를 접속하면 A점에는 이 플로팅 콘덴서(30)의 전압 강하에 의해 도 11b에 나타내는 바와 같이 A점과 B점 사이의 전압 위상{도 4c}과 역위상으로 2분의 1배의 진폭을 가진 전압이 나타난다.
따라서, 접지에서 B점의 전압은 도 11b에 나타내는 바와 같이 플로팅 콘덴서(30)에 의한 역위상의 전압과 도 11c에 나타내는 A점과 B점 사이의 전압이 서로 겹친 파형이 되고, 도 11d에 나타내는 바와 같이 최대값이 작아진 전압이 된다.
따라서, 플로팅 콘덴서(30)의 용량 (Cf)를 변화시키는 것에 의해 내부 안테나(9)상의 전압 분포를 변화시켜 내부 직선 안테나(9)상의 임의의 점, 예를 들면 A점과 B점의 중간점의 전압을 0V로 제어할 수 있게 된다. 그리고, 이 때에는 플로팅 콘덴서가 없는 경우에 비해 고주파 전압에 대해서 접지에서 B점까지가 절반이 되어 대폭 정전적 결합을 억제할 수 있다.
다음으로, 상기 제 2 실시형태의 안테나의 배치의 변형예에 대해서 도 12 및 도 13을 참조하여 설명한다. 또한, 도 9와 동일 부분에는 동일 부호를 붙여 그 상세한 설명은 생략하고, 또 기판 스테이지(5) 및 이 기판 스테이지(5)상에 얹어 설치된 피가공물(6)도 생략한다.
도 12는 내부 직선 안테나(14, 15)를 2개 직렬 접속한 고주파 처리 장치의 구성도이다.
2개의 내부 직선 안테나(14, 15)의 사이에는 중간 콘덴서(31)가 접속되고, 또 내부 직선 안테나(15)와 접지 사이에는 플로팅 콘덴서(30)가 접속되어 있다. 이 중간 콘덴서(31)도 플로팅 콘덴서(30)와 마찬가지로 각 내부 직선 안테나(14, 15)와 플라즈마(P)의 정전적 결합을 제어하는 것이다.
즉, 이들 플로팅 콘덴서(30), 중간 콘덴서(31)는 각각 가변용량이며, 그 각 용량(Ci, Cf)을 각각 변화시켜 각 내부 직선 안테나(14, 15)상에서의 고주파 전압 분포를 변화시키고, 이들 내부 직선 안테나(14, 15)와 플라즈마(P)의 정전적 결합을 제어하는 작용을 갖고 있다.
도 13은 내부 직선 안테나(16, 17)를 2개 병렬 접속한 고주파 처리장치의 구성도이다.
이들 내부 직선 안테나(16, 17)의 한 단에는 정합기(12)를 통하여 고주파 전원(13)이 접속되고, 타단은 플로팅 콘덴서(32)를 통하여 접지되어 있다.
이 플로팅 콘덴서(32)는 가변용량이며, 그 각 용량(Cg)을 변화시켜 각 내부 직선 안테나(16, 17)상에서의 고주파 전압 분포를 변화시키고, 이들 내부 직선 안테나(16, 17)와 플라즈마(P)의 정전적 결합을 제어하는 작용을 갖고 있다.
다음으로, 상기와 같이 구성된 장치의 작용에 대해서 설명한다.
도 9에 나타내는 장치에 있어서, 플라즈마 생성 챔버(1)의 내부에 배치된 내부 직선 안테나(9)에 고주파 전원(13)에서 고주파 전류가 흐르면 내부 직선 안테나(9)의 주위에 유도 전계가 발생하고, 이 유도 전계가 플라즈마 생성 챔버(1)내의 에칭용 반응성 가스나 CVD용 원료 가스 등의 프로세스 가스에 가해진다.
이것에 의해 플라즈마(P)가 생성되고, 피처리체(6)에 대한 에칭 또는 박막 형성 등의 처리가 실시된다.
이 때, 플로팅 콘덴서(30)는 그 용량(Cf)이 조정되어 내부 직선 안테나(9)상에서의 고주파 전압 분포를 변화시키고, 이 내부 직선 안테나(9)와 플라즈마(P)의 정전적 결합을 제어한다.
도 12에 나타내는 장치에 있어서, 2개의 내부 직선 안테나(14, 15)에 고주파 전원(13)에서 고주파 전류가 직렬로 흐르면 이들 내부 직선 안테나(14, 15)의 주위에 유도 전계가 발생하고, 이 유도 전계가 플라즈마 생성 챔버(1)내의 에칭용 반응성 가스나 CVD용 원료 가스 등의 프로세스 가스에 가해진다.
이것에 의해 플라즈마(P)가 생성되고, 피처리체(6)에 대한 에칭 또는 박막 형성 등의 처리가 실시된다.
이 때 플로팅 콘덴서(30), 중간 콘덴서(31)는 그 용량(Cf, Ci)이 조정되어 내부 직선 안테나(14, 15)상에서의 고주파 전압 분포를 변화시키고, 이들 내부 직선 안테나(14, 15)와 플라즈마(P)의 정전적 결합을 제어한다.
도 13에 나타내는 장치에 있어서, 플라즈마 생성 챔버(1)의 내부에 배치된 2개의 내부 직선 안테나(16, 17)에 고주파 전원(13)으로부터 고주파 전류가 병렬로 흐르면 이들 내부 직선 안테나(16, 17)의 주위에 유도전계가 발생하고, 이 유도전계가 플라즈마 생성 챔버(1)내의 에칭용 반응성 가스나 CVD용 원료 가스 등의 프로세스 가스에 가해진다.
이것에 의해 플라즈마(P)가 생성되고, 피처리체(6)에 대한 에칭 또는 박막 형성 등의 처리가 실시된다.
이 때 플로팅 콘덴서(32)는 그 용량(Cg)이 조정되어 내부 직선 안테나(16, 17)상에서의 고주파 전압 분포를 변화시키고, 이들 내부 직선 안테나(16, 17)와 플라즈마(P)의 정전적 결합을 제어한다.
다음으로, 플로팅 콘덴서 및 중간 콘덴서의 효과에 관한 실험 결과에 대해서 설명한다.
이 실험은 2개의 내부 직선 안테나를 직렬 접속하고, 직렬로 접속하는 플로팅 콘덴서의 수와 위치에 따른 안테나 전압 분포 등의 변화를 측정한다.
도 14는 이와같은 실험에 사용하는 고주파 처리 장치의 구성도이다.
플라즈마 생성 챔버(40)는 예를 들면 원형형상으로 형성되고, 그 상부에서 에칭용 반응성 가스나 CVD용 원료 가스 등의 프로세스가스나 Ar 등의 희가스 등의 가스(2)가 내부에 공급되는 것으로 되어 있다.
또한, 플라즈마 생성 챔버(40)의 하부에는 배기관(41)이 접속되어 있다. 이 배기관(41)에는 도시하지 않지만 압력 조정밸브를 통하여 배기 펌프가 접속되고, 이 배기 펌프의 작동에 의해 플라즈마 생성 챔버(1)내가 원하는 압력으로 유지되어 있다.
또한, 플라즈마 생성 챔버(40)내에는 기판 스테이지(42)가 설치되고, 이 기판 스테이지(42)상에 에칭 또는 CVD 처리가 실시되는 피가공물(43)이 얹어 설치되어 있다.
또한, 플라즈마 생성 챔버(40)의 상부에는 석영창(44)이 설치되어 있다.
또한, 플라즈마 생성 챔버(40)내에는 2개의 내부 직선 안테나(45, 46)가 플라즈마 생성 챔버(40)를 가로 지르고, 또 직렬 접속되어 서로 상하 방향으로 배치되어 있다.
이들 내부 직선 안테나(45, 46)는, 예를 들면 직경 6mm의 구리 파이프로 형성되는 안테나 도체를 직경 15mm의 석영 파이프로 덮은 구성이며, 안테나 도체(10)의 내측에는 냉매가 흘러 내부 직선 안테나(45, 46)의 온도 상승을 방지하고 있다.
이중 내부 직선 안테나(45)의 한 단에는 도전체의 케이스에 수납된 정합기(47)를 통하여 고주파 전원(48)이 접속되어 있다.
정합기(47)는 정합이 취해지도록 용량을 정하는 가변용량의 각 콘덴서(49, 50)로 구성되어 있다.
또한, 2개의 내부 직선 안테나(45, 46)사이에는 중간 콘덴서(Ci)가 접속되고, 또 내부 직선 안테나(46)의 타단에는 플로팅 콘덴서(Cf)가 접속되어 있다.
이와같은 장치에 대해 이하의 각 측정장치가 구비되어 있다.
내부 직선 안테나(45)와 정합기(47) 사이에는 RF프로브(51)가 설치되고, 이 RF프로브(51)에 의해 전류(I), 전압(V)이 측정되도록 되어 있다.
또한, 내부 직선 안테나(45)와 중간 콘덴서(Ci)의 사이에는 입력:출력이 10000:1의 고전압 프로브를 통하여 오실로스코프(52)가 접속되고, 이 오실로스코프(52)에 의해 고주파 전압(Vi)이 측정되도록 되어 있다.
한편, 발광 분강 측정기(53)의 프로브(수광부)(54)가 석영창(44)의 윗쪽에 배치되고, 이 발광분광측정기(53)에 의해 Ar이나 O의 발광 강도가 측정되도록 되어 있다.
또한, CCD 카메라(55)가 플라즈마 생성 챔버(40)내에 배치되고, 이 CCD 카메라(55)에서 출력되는 화상신호가 텔레비젼 모니터(56)에 보내지도록 되어 있다.
이 CCD 카메라(55)는 2개의 내부 직선 안테나(45, 46)의 각 외부둘레 부근에 생기는 외장을 촬상하고, 그 화상신호를 출력하도록 되어 있다.
이 외장은 각 내부 직선 안테나(45, 46)의 외부둘레 부군에서 전자 충돌 반응이 적기 때문에 발광 강도가 매우 작아져 있다.
이 외장의 영역에서는 외장의 두께가 크면 전계가 강해지고, 각 내부 직선 안테나(45, 46)에 높은 에너지를 가진 이온이 입사하여 스퍼터링이 발생하며, 반대로 외장의 두께가 작으면 전계가 강해지고, 각 내부 직선 안테나(45, 46)로의 낮은 에너지를 가진 이온이 입사된다.
따라서, 외장의 두께가 작아지면 저에너지의 이온이 각 내부 직선 안테나(45, 46)에 입사되기 때문에 피처리체(43)에 대해 각 내부 직선 안테나(45, 46)로부터의 불순물이 부착되기 쉽다.
다음으로, 이상의 각 측정장치를 이용한 플로팅 콘덴서와 중간 콘덴서에 대한 측정 결과에 대해서 설명한다.
도 15는 플라즈마 생성 챔버(40)내에 Ar 플라즈마를 생성하고, 또 Ar 플라즈마의 전력을 40W, 100W, 200W 및 400W에 대해 변하게 했을 때의 고주파전압(Vi), 전압(V), 전류(I) 및 발광강도의 측정결과를 나타낸다.
여기서, 이 측정결과는 도 16에 나타내는 바와 같이 플로팅 콘덴서(Cf), 중간 콘덴서(Ci)의 각 용량의 조합을 변하게 한 각 종류(a, b, c)로 나눠 측정하였다.
또한, 종류c는 플로팅 콘덴서(Cf)와 중간 콘덴서(Ci)의 각 용량이 모두 0이고, 종래장치에 있어서 본 발명 장치와의 비교를 위해 나타내고 있다.
또한, 도 17은 각 종류 a, b, c의 고주파 전압(Vi) 및 전압(V)에 대한 고주파 출력에 대한 고주파 전압의 진폭을 나타내고 있다.
또한, 도 18은 종류 a, b, c에 대한 각 발광 강도를 나타내고 있다. 도 18에서 알 수 있는 바와 같이 종류 b, 즉 플로팅 콘덴서(Cf)를 350pF, 중간 콘덴서(Ci)를 0, 추가 콘덴서(Ca)를 150pF로 한 경우에 발광강도가 가장 높아지고 있다.
이 발광 강도는 플라즈마 전자 밀도와 거의 대응하는 것이며, 그 강도가 높으면 플라즈마 전자밀도가 높은 것을 나타내고 있다.
따라서, 상기 실험결과이면, 종류 b가 종래 장치(종류 c)와 비교해도 가장 플라즈마 전자밀도가 높은 것을 나타내고 있다.
한편, 도 19는 플라즈마 생성 챔버(40)내에 O2플라즈마를 생성하고, 또 O2플라즈마의 전력을 40W, 100W, 200W, 400W 및 600W에 대해서 변하게 했을 때 CCD 카메라(55)의 촬상에 의해 얻어진 외장 두께의 측정 결과를 나타내고, 도 20은 그 그래프화한 도면을 나타낸다.
이들 도면에서 알 수 있는 바와 같이 고주파 출력이 커짐에 따라서 외장 두께가 얇아지는 것을 알 수 있고, 이 중에서도 종류 a, b의 외장 두께가 얇아져 있기 때문에 내부 직선 안테나로부터의 스퍼터량이 억제되어 에칭이나 CVD에서의 불순물이 억제된다.
또한, 외장 두께의 측정으로서 2개의 내부 직선 안테나에 대해 플로팅 콘덴서(Cf) 및 중간 콘덴서(Ci)를 접속한 경우와 접속하지 않은 경우에 대해서도 실시하였다.
도 21은 이와같은 외장 두께 측정에 이용한 회로의 개략 구성도로서, 도 21a는 플로팅 콘덴서(Cf) 및 중간 콘덴서(Ci)를 모두 접속하지 않은 경우, 도 21b는 플로팅 콘덴서(Cf)(예를 들면 350pF)만을 접속하지 않은 경우, 도 21c는 플로팅 콘덴서(Cf)(예를 들면 700pF) 및 중간 콘덴서(Ci)(예를 들면 350pF)를 모두 접속한 경우이다.
이와같은 외장 두께의 측정 회로에 있어서, 도 21a는 나타내는 회로에서는 외장두께가 9.5mm가 되고, 도 21b에 나타낸 회로에서는 외장 두께가 4.1mm이 되고, 도 21c에 나타낸 회로에서는 외장 두께가 1.2mm가 된다.
따라서, 플로팅 콘덴서(Cf) 및 중간 콘덴서(Ci)를 접속하면 외장 두께가 얇아지고, 상기와 마찬가지로 에칭이나 CVD에서의 불순물이 억제된다.
이와같이 상기 제 2 실시형태에서는 내부 직선 안테나(9)와 접지 사이나 복수의 내부 직선 안테나(14, 15) 등의 각 사이에 플로팅 콘덴서(30)나 중간 콘덴서(31)를 접속하고, 이들 플로팅 콘덴서(30)나 중간 콘덴서(31)의 용량(Cf, Ci)을 변화시켜 내부 직선 안테나(9) 등의 위에서의 고주파 전압 분포를 변화시키고, 이 내부 직선 안테나(9) 등과 플라즈마(P)의 정전적 결합을 제어하도록 했기 때문에 플라즈마(P) 방전의 안정화와 내부 직선 안테나(9) 등에 의한 스퍼터의 억제를 양립시키기 위해 내부 직선 안테나(9) 등과 플라즈마(P)의 정전적 결합을 바람직하게 제어할 수 있다.
이것에 의해 음의 직류 셀프바이어스 전압에 의해 이온이 가속되어, 예를 들면 안테나의 재료가 플라즈마 생성 챔버(1)의 내벽이나 피처리체(6)에 스퍼터되는 것이 억제되고, 고주파 플라즈마 장치를 장수명화할 수 있고, 에칭이나 CVD 등의 과정에 악영향을 주는 일이 없어진다.
또한, 상기 제 1 실시형태와 동일한 결과, 즉 플라즈마 생성 챔버(1)내에 배치하는 안테나를 제작이 용이하고 교환 등의 관리성이 우수한 단순한 구조로 할 수 있고, 또 이 안테나로 고밀도인 플라즈마(P)를 플라즈마 생성 챔버(1)내에 생성할 수 있다.
또한, 직경이 크고 밀도가 균일한 플라즈마를 생성하는 경우에는 플라즈마 밀도가 균일해지도록 복수의 내부 직선 안테나를 직렬 또는 병렬 접속한 조합을 적정화하는 것에 의해 실현할 수 있다.
또한, 안테나 도체(10)를 석영 파이프(11) 등의 절연물로 덮기 때문에 안테나의 스퍼터링에 의해 발생하는 불순물을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 제 1 및 제 2 실시형태에 한정되는 것이 아니라 여러가지로 변형해도 좋다.
예를 들면, 내부 직선 안테나의 갯수나 접속 방법은 상기 제 1 및 제 2 실시형태에 한정되지 않고, 프로세스에 따라서 예를 들면 복수개의 내부 직선 안테나를 서로 직렬 또는/및 병렬로 하거나, 또 그 배치의 위치를 서로 상하방향으로 하거나 적절하게 변경해도 좋다.
(3) 이하, 본 발명의 제 3 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 실시형태에 있어서도 동일 부분에는 동일 부호를 붙여 그 상세한 설명은 생략한다.
본 실시형태에서는 도 22에 나타내는 고주파 처리 장치(60)의 플라즈마 생성 챔버(61)에 내부 직선 안테나(62)를 삽입 통과시키도록 설치한 점에서는 상기한 제 1 실시형태, 또는 제 2 실시형태에서 설명한 고주파 처리장치의 구성과 동일하게 되어 있다.
또한, 내부 직선 안테나(62)를 석영 등의 유전체를 재질로 하는 석영 파이프(63)로 덮은 구성도 상기한 실시형태에서 설명한 구성과 동일하다. 또한, 이 석영 파이프(63)의 형상도 상기한 실시형태와 동일하게 원통형상으로 형성되어 있다.
그러나, 본 실시형태에서는 이 석영 파이프(63)의 내부에 존재하는 중공부(64)에 내부 직선 안테나(62)를 기울여 배치하고 있다. 구체적으로는 도 23에 나타내는 바와 같이 내부 직선 안테나(62)에 비교하여 충분히 큰 직경으로 형성된 중공부(64)의 내부에 내부 직선 안테나(62)를 둔 상태로 하고, 석영 파이프(63)의 내벽면에 그 내부 직선 안테나(62)가 접촉하도록 되어 있다.
그것에 의해 내부 직선 안테나(62)가 피처리체(6)측에 기울여 배치되는 구성이 된다.
이와같은 편심 배치를 실현하기 위해 상기 고주파 처리장치(60)의 챔버(61)의 상부측에 삽입 통과된 석영 파이프(63)에는 그 단부측에 도 24에 나타내는 안테나 고정부재(65)가 부착되어 있다. 이 안테나 고정부재(65)는 도 24에 나타내는 바와 같이 그 외부직경이 상기 석영파이프(63)의 중공부(64)에 부착 고정 가능한 크기로 형성되어 있다.
여기서, 이 안테나 고정부재(65)는 그 재질이, 예를 들면 고무로 구성되어 있으며, 또 안테나 고정부재(65)의 외부직경은 상기 석영 파이프(63)의 개구 단부에 이것을 탄성 변형시켜 끼워 넣는 것이 가능한 크기로 형성되어 있다.
또한, 내부 직선 안테나(62)는 안테나 고정부재(65)를 설치하지 않고 중공부(64)의 내벽면에 접촉하도록 둔 상태로 배치되는 것 이외에도 중공부(64)의 피처리체(6)측의 내벽면과 접촉하지 않고 떨어지도록 배치해도 상관없다. 그러나, 이 경우에도 피처리체(6)측에 내부 직선 안테나(62)가 중심이 다르게 배치되는 것이 필요해진다.
이상과 같은 구성을 가진 고주파 처리장치(60)의 작용 효과에 대해서 이하에 설명한다.
고주파 전원(13)이 작동하고, 여기에서 고주파 전류가 정합기(12)를 통하여 흐르면 내부 직선 안테나(62)의 주위에 유도 전계가 발생하고, 이 유도 전계가 플라즈마 생성 챔버(61)내분의 에칭용 반응성 가스나 CVD용 원료 가스 등의 프로세스 가스에 가해진다.
그것에 의해 플라즈마(P)가 생성되고, 피처리체(6)에 대한 에칭이나 박막 형성 등의 처리가 실시된다.
이 경우, 상기 내부 직선 안테나(62)는 석영 파이프(63) 내부에 있어서 상기한 제 1 실시형태에서 설명한 구성 보다도 피처리체(6)측에 가까워지도록 기울여 배치되어 있다. 이때문에 석영유리(63)의 하측 표면(피처리체(6)측)에는 기울여 배치하지 않은 경우와 비교하여 강한 전계를 발생시킬 수 있다.
또한, 이것과는 반대로 석영유리(63)의 상측 표면(피처리체(6)가 설치되어 있는 부위와 반대측)은 내부 직선 안테나(62)로부터의 거리가 멀어지도록 설치되어 있으며, 이 부위에서는 전계의 발생이 약해진다.
이때문에, 피처리체(6)의 플라즈마 처리 등에 관계없는 부위에서 쓸데없는 플라즈마(P)의 발생 등을 억제하는 것이 가능해진다. 즉, 플라즈마(P)의 밀도 분포를 피처리체(6)의 처리를 실시하는 부분에서만 고밀도로 하도록 제어하는 것이 가능해진다. 그것에 의해 고주파 전류의 효율적인 이용을 도모하는 것이 가능해진다.
또한, 이와같은 고주파 전류의 효율적인 이용에 더해 플라즈마 처리 등에 관계없는 부분에서의 플라즈마(P)의 발생을 억제하는 것에 의해 이와같은 부위의 내벽면에서 생기는 스퍼터의 억제가 가능해진다. 그것에 의해 고주파 처리장치(60)의 장수명화에도 공헌한다.
여기서, 상기한 구성을 채택한 경우의 구체적인 실험결과를 도 25에 기초하여 이하에 나타낸다. 이 실험에서는 직경 40cm의 플라즈마 생성 챔버(61)에 내부 직선 안테나(62)를 4개 평행하게 배열하고 있다. 이 내부 직선 안테나(62)는 직경 6mm의 동 파이프이며, 이것이 석영 파이프(27)에 삽입 통과된 구성이다.
석영 파이프(27)의 직경은 25mm로 설치되어 있고, 이 석영 파이프(27)의 하측에 접촉하도록 내부 직선 안테나(62)를 설치하고 있다. 그것에 의해 내부 직선 안테나(62)는 석영 파이프(27)의 내부에서 기울어진 상태로 설치되어 있다.
또한, 석영 파이프(27)의 아래측 100mm의 위치에는 8인치 웨이퍼용 기판 스테이지(5)가 설치되어 있으며, 박막의 플라즈마에 의한 처리를 가능하게 하고 있다.
이와같은 고주파 처리장치(60)를 이용하여 레지스트의 애싱율의 비교 실험을 실시했을 때의 그래프를 이하에 나타낸다. 이 경우의 방전 조건은 O2/CF4=680/120sccm, 100mtorr, 1kW로 되어 있다.
이와같은 조건하에서 실험을 실시한 경우, 내부 직선 안테나(62)와 석영 파이프(27)가 동심으로 되었을 때는 애싱율은 평균 1.04㎛/min으로 되어 있다. 그러나, 기울이는 것에 의해 애싱율은 평균 1.04㎛/min까지 상승하였다. 즉, 약 10%나 상승하고 있다.
이 결과는 내부 직선 안테나(62)의 아래쪽에서 플라즈마(P)의 온도 분포를 상승시키도록 기울이는 것에 의해 축방향의 밀도 분포가 변화한 것에 의해 생긴 것이다.
이상의 결과로도 애싱율의 향상을 도모할 수 있는 결과가 얻어지고, 본 실시형태에 따른 발명의 유용성이 실증되고 있다.
이상, 본 발명의 제 3 실시형태에 대해서 설명했지만 본 발명은 이 이외에도 여러가지 변형 가능하게 되어 있다. 이하, 이들 변형예에 대해서 설명한다.
도 26은 석영 파이프(70)의 형상을 변형한 것이며, 석영 파이프(70)의 길이 방향의 중앙 부분이 오목한 오목부(71)로 되어 있다. 그것에 의해 석영 파이프(70)의 중앙 부분에서는 내부 직선 안테나(62)와 석영 파이프(70)의 사이의 간격이 좁아지고, 이것에 의해 석영 파이프(70)의 표면의 중앙 부분에서 강한 전계를 생기게 하여 이 중앙 부분에서의 플라즈마 밀도를 높게 하는 제어를 실시할 수 있다.
또한 도 27에 나타내는 구성에서는 내부 직선 안테나(62)의 양 단 부분에만 석영 파이프(72)를 설치하고 있다. 이 석영 파이프(72)는 예를 들면 추 형상으로 형성되어 있고, 각각 별개 독립적으로 내부 직선 안테나(62)에 부착되는 구성으로 되어 있다.
이와같은 구성의 석영 파이프(72)에 의해서도 플라즈마 생성 챔버(61) 부근에서의 플라즈마(P)의 발생을 억제하고, 이 플라즈마 생성 챔버(61)의 내벽면이 스퍼터 등 되는 것을 방지 가능하게 하고 있다. 즉, 플라즈마 생성 챔버(61)의 내벽 부근에서의 플라즈마 밀도가 낮아지는 제어를 실시할 수 있는 구성이다.
또한, 도 28에 나타내는 구성에서는 내부 직선 안테나(62)의 플라즈마 생성 챔버(61)의 중앙 부분을 석영 파이프(73)로 덮는 구성으로 되어 있다. 이와같은 구성으로 하는 것에 의해 플라즈마 생성 챔버(61)의 중앙 부분에서의 플라즈마 밀도를 억제하는 것이 가능해지고, 그것에 의해 플라즈마 생성 챔버(61) 내부에 있어서 플라즈마 밀도를 균일화하는 제어를 실시하는 것이 가능해진다.
또한, 도 29에 나타내는 구성에서는 석영 파이프(74)의 직경을 부분적으로 변화시키고 있다. 예를 들면 이 도면에 나타내는 바와 같이, 내부 직선 안테나(62)의 중앙 부분의 석영 파이프(74)의 직경을 넓게 하는 것에 의해 이 직경의 변화에 의한 석영 파이프(74) 아래쪽에서의 플라즈마의 밀도를 변화시키는 것이 가능해진다. 따라서, 원하는 위치에서 석영 파이프(74)의 직경을 변화시키면, 그에 따라서 플라즈마 생성 챔버(61) 내부에서의 플라즈마 밀도를 적절하게 제어 가능해진다.
또한, 도 30a, 도 30b에 나타내는 구성에서는 일정한 굵기를 가진 석영 파이프(27) 내부의 내부 직선 안테나(62)를 구부린 구성이다. 이 석영 파이프(27) 내부에서 내부 직선 안테나(62)의 구부림 형상을 조정하는 것에 의해 플라즈마 생성 챔버(61) 내부의 플라즈마 밀도를 제어하는 것이 가능해진다. 또한, 도 30a, 도 30b에 나타내는 내부 직선 안테나(62)의 형상은 대표적인 것이며, 이 외 플라즈마 밀도를 어떻게 형성하는지에 따라서 여러가지의 형상이 상정된다.
예를 들면 도 30b에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 생성 챔버(61) 내부의 중앙 부분에 있어서 내부 직선 안테나(62)를 피처리체(6)측을 향해서 변형시키면 내부 직선 안테나(62)를 향해서 변형시킨 부분의 피처리체(6)측에서의 플라즈마 밀도를 높게 하는 것이 가능해진다.
이상, 본 발명에 대해서 제 1 내지 제 3 실시형태에 대해서 설명했지만 본 발명은 이 이외에도 여러가지 변형 가능하며, 예를 들면 내부 직선 안테나(62)를 우물 형상으로 배치하는 것에 의해 더욱 효율적이고 균일한 플라즈마의 생성을 실시하는 것을 가능하게 하고 있다.
또한, 상기 설명에서는 고주파를 이용한 에칭(애싱)이나 CVD 등의 고주파 처리 장치에 대해서 설명했지만, 용기안 등에서 플라즈마 상태를 만들어내는 원이 되는 고주파 방전 장치도 제공할 수 있다.
그 외에 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서 여러가지 변형 가능하게 되어 있다.

Claims (20)

  1. 용기내에 적어도 하나의 직선형상의 안테나를 배치하고, 상기 안테나에 고주파 전력을 공급하는 것에 의해 상기 진공용기내에 유도 전계를 발생시켜 플라즈마를 생성하는 것을 특징으로 하는 고주파 방전방법.
  2. 용기내에 적어도 하나의 직선형상의 안테나를 배치하고, 또 하나의 상기 안테나의 접지측 또는 복수의 상기 안테나 사이에 콘덴서를 접속하고, 상기 콘덴서의 용량의 변화에 의해 상기 안테나상에서의 고주파 전압 분포를 변화시키고, 상기 안테나와 상기 플라즈마의 정전적 결합을 제어하는 것을 특징으로 하는 고주파 방전방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나 도체의 외부둘레측에 절연 피복을 실시하고 있는 상기 안테나로 하는 것을 특징으로 하는 고주파 방전 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 절연 피복내부에는 안테나 도체가 중심이 다르게 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 방전 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 안테나 도체는 처리 대상인 피처리체측을 향하여 기울여 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 방전 방법.
  6. 고주파 전력이 공급되는 적어도 하나의 직선 형상 안테나; 및
    상기 안테나를 수납하고, 상기 안테나에 의해 유도전계를 발생시키는 것에 의해 플라즈마가 생성되는 용기를 구비한 것을 특징으로 하는 고주파 방전 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수의 안테나는 서로 직렬 접속 또는 병렬 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 방전 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 하나의 안테나의 접지측 또는 복수의 안테나 사이에 각각 접속되고, 용량의 변화에 의해 상기 안테나상에서의 고주파 전압 분포를 변화시키기 위해 적어도 하나의 콘덴서를 부가한 것을 특징으로 하는 고주파 방전 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 안테나는 안테나 도체의 외부둘레측에 절연 피복이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 방전 장치.
  10. 플라즈마 생성용 가스가 내부에 공급되고, 또 내부에 피처리체가 배치되는 진공용기;
    상기 고주파전력용 전원;
    상기 전원으로부터의 고주파 전력의 공급에 의해 상기 진공용기내에 유도전계를 발생시켜 플라즈마를 생성시키고, 상기 피처리체에 대해 처리를 실시하는 상기 진공용기내에 배치된 적어도 하나의 직선형상의 안테나; 및
    상기 하나의 상기 안테나의 접지측 또는 복수의 상기 안테나 사이에 각각 접속된 적어도 하나의 콘덴서를 구비한 것을 특징으로 하는 고주파 처리장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 상기 안테나는 서로 직렬 접속 또는 병렬 접속된 것을 특징으로 하는 고주파 처리장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 안테나는 안테나 도체의 외부둘레측에 절연 피복이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 처리장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 콘덴서는 용량이 가변이고, 이 용량을 변화시켜 상기 안테나상에서의 고주파 전압 분포를 변화시키는 것을 특징으로 하는 고주파 처리장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 절연피복에 의해 안테나 도체의 외부둘레측이 피복되어 있고, 또 이 절연 피복 내부에는 안테나 도체가 상기 절연 파괴에 대해 기울여 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 처리장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 안테나 도체는 상기 피처리체측에 기울여 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 처리장치.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 절연 피복은 그 직경이 상기 안테나 도체를 따르는 방향을 향해서 변화하도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 처리장치.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 절연 피복은 상기 안테나 도체의 일부분을 덮도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 처리장치.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 절연 피복은 상기 진공용기 중앙 부분에 대응하는 상기 안테나 도체의 부위를 피복하도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 처리장치.
  19. 제 10 항에 있어서,
    상기 절연 피복은 상기 진공용기의 내벽측을 향하는 상기 안테나 도체를 덮도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 처리장치.
  20. 제 10 항에 있어서,
    상기 안테나 도체는 적어도 하나의 만곡부를 갖는 것을 특징으로 하는 고주파 처리장치.
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