KR20110046349A - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유도 결합형의 플라즈마 프로세스에 있어서 전기적으로 플로팅 상태에 놓이는 코일을 이용하여 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 처리공간 내에서 분산시켜, 서셉터(12) 근방(즉, 반도체 웨이퍼 Ｗ상)에서 플라즈마의 밀도를 평균화하도록 하고 있다. 그리고, 서셉터(12) 근방의 플라즈마 밀도 분포를 직경방향으로 임의로 제어하기 때문에, 콘덴서를 갖는 플로팅 코일(70)이 RF 안테나(54)가 발생하는 RF 자기장 더 나아가서는 챔버(10)내에서 생성되는 도넛형상의 플라즈마의 플라즈마 밀도 분포에 대해 소극적인 작용 혹은 적극적인 작용을 얻는다.

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 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 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, 도넛형상으로 플라즈마가 생성된다.
챔버 내에 큰 처리공간이 마련되는 것에 의해서, 상기 도넛형상의 플라즈마는 효율적으로 사방(특히 반경방향)으로 확산하고, 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.
그 중에서, 단일의 RF 안테나를 사용하고, 이 RF 안테나의 가까이에 수동 안테나를 배치하는 기법(예를 들면, 특허문헌 1 참조)이 알려져 있다. 이 수동 안테나는 고주파 전원으로부터 고주파 전력의 공급을 받지 않는 독립된 코일로서 구성되고, RF 안테나(유도성 안테나)가 발생하는 자기장에 대해, 수동 안테나의 루프 내의 자기장 강도를 감소시키고 수동 안테나의 루프 밖 근방의 자기장 강도를 증가시키도록 행동한다. 그것에 의해서, 챔버 내의 플라즈마 발생 영역 중의 RF 전자기장의 반경방향 분포가 변경되도록 되어 있다.
[특허문헌 1] 일본국 특허공개 제2005-534150호 공보
그러나, 상기 특허문헌 1의 종래 기술은 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 불충분하고, 수동 안테나를 이용해서 플라즈마 밀도 분포를 자유롭고 또한 고정밀도로 제어하기 위한 구체적인 장치 구성을 실현하기 어렵다.
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 변화하고, 기판 상의 플라즈마 밀도 분포가 변하기 쉽다. 더 나아가서는 RF 안테나에 공급되는 고주파의 파워나 챔버 내에 도입되는 처리 가스의 유량 등에 따라 도넛형상 플라즈마 내의 플라즈마 밀도 분포가 변하는 경우도 있다. 따라서, 프로세스 레시피에서 프로세스 조건이 변경되어도, 기판 상의 플라즈마 프로세스의 균일성을 유지할 수 있도록, RF 안테나(유도성 안테나)가 발생하는 자기장에 보정을 할 수 없으면, 오늘날의 플라즈마 처리 장치에 요구되는 다양하고 또한 고도의 프로세스 성능을 당해낼 수는 없다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 감안해서 이루어진 것으로서, 고주파 전원으로부터의 플라즈마 생성용의 고주파 전류가 흐르는 RF 안테나나 고주파 급전 계통에 특별한 세공을 필요로 하지 않고, 전기적으로 플로팅 상태에 놓이는 코일을 이용하여 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 유도 결합형의 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 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 일정 주파수의 고주파 전력을 상기 RF 안테나에 공급하는 고주파 급전부와, 전기적으로 플로팅 상태에 놓이고, 상기 RF 안테나와 전자기 유도에 의해 결합 가능한 위치에서 상기 처리용기의 밖에 배치되는 플로팅 코일과, 상기 플로팅 코일의 루프 내에 마련되는 콘덴서를 갖는다.
본 발명의 제 1 관점에 있어서의 유도 결합형의 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, 전기적으로 플로팅 상태에 놓이고, 상기 RF 안테나와 전자기 유도에 의해 결합 가능하게 루프 내에 고정 또는 가변의 콘덴서를 마련한 플로팅 코일을 상기 처리용기의 밖에 배치하고, 상기 콘덴서의 정전 용량을 선택 또는 제어하거나 또는 가변 제어하여, 플라즈마 밀도 분포를 제어한다.
상기 제 1 관점에 의한 플라즈마 처리 장치 또는 플라즈마 처리 방법에 있어서는 고주파 급전부로부터 RF 안테나에 고주파 전력을 공급하면, RF 안테나를 흐르는 고주파 전류에 의해서 안테나 도체의 주위에 RF 자기장이 발생하고, 처리용기 내에 처리 가스의 고주파 방전에 기여하는 유도 전기장이 생성된다. 이와 동시에, RF 안테나와 플로팅 코일의 사이의 전자기 유도에 의해서 플로팅 코일 내에 유도 기전력이 발생하여 유도 전류가 흐른다. 이 플로팅 코일 내에서 흐르는 유도 전류도 처리용기 내의 플라즈마 생성 공간에 유도 전기장을 형성하여, 처리 가스의 고주파 방전 또는 유도 결합 플라즈마의 생성에 마이너스적 혹은 플러스적으로 관여한다.
처리용기 내에서 유도 결합에 의해 생성되는 코어(Core) 플라즈마(도넛형상 플라즈마)의 밀도 분포에 부여하는 플로팅 코일의 작용은 RF 안테나와 플로팅 코일의 상대적인 위치 관계에 의존할 뿐만 아니라, 플로팅 코일 내에 흐르는 전류의 크기나 방향에 따라서도 크게 변한다.
플로팅 코일 내에서 흐르는 전류의 전류값 및 위상(방향)은 플로팅 코일의 루프 내에 발생하는 유도 기전력과 루프 내의 임피던스에 의존한다. 이 플라즈마 처리 장치에서는 플로팅 코일의 루프 내에 마련되는 콘덴서의 정전 용량에 의해서, 루프 내의 임피던스, 특히 리액턴스를 조정하고, 루프 내의 전류의 크기나 방향을 제어한다.
이와 같은 콘덴서를 갖는 플로팅 코일을 구비하는 것에 의해, 도넛형상 플라즈마 내의 플라즈마 밀도 분포를 임의 또는 다양하게 제어할 수 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 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치는 천장에 유전체의 창을 갖는 처리용기와, 상기 유전체 창의 위에서 서로 직경방향으로 간격을 두고 내측 및 외측에 배치되고, 상기 고주파 급전부에 대해 전기적으로 병렬로 접속되는 내측 코일 및 외측 코일을 갖는 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 일정 주파수의 고주파 전력을 상기 RF 안테나에 공급하는 고주파 급전부와, 전기적으로 플로팅(float) 상태에 놓이고, 상기 RF 안테나의 상기 내측 코일 및 상기 외측 코일의 적어도 한쪽과 전자기 유도에 의해 결합 가능한 위치에서 상기 유전체 창의 위에 배치되는 플로팅 코일과, 상기 플로팅 코일의 루프 내에 마련되는 콘덴서를 갖는다.
본 발명의 제 2 관점에 있어서의 유도 결합형의 플라즈마 처리 방법은 천장에 유전체의 창을 갖는 처리용기와, 상기 유전체 창의 위에서 서로 직경방향으로 간격을 두고 내측 및 외측에 배치되고, 상기 고주파 급전부에 대해 전기적으로 병렬로 접속되는 내측 코일 및 외측 코일을 포함하는 RF 안테나와, 상기 처리용기 내에서 피처리 기판을 유지하는 기판 유지부와, 상기 기판에 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, 전기적으로 플로팅 상태에 놓이고, 상기 RF 안테나의 상기 내측 코일 및 상기 외측 코일의 적어도 한쪽과 전자기 유도에 의해 결합 가능하고, 루프 내에 고정 또는 가변의 콘덴서를 마련한 플로팅 코일을 상기 유전체 창의 위에 배치하고, 상기 콘덴서의 정전 용량을 선택 또는 가변 제어하여, 플라즈마 밀도 분포를 제어한다.
상기 제 2 관점에 의한 플라즈마 처리 장치 또는 플라즈마 처리 방법에 있어서는 고주파 급전부로부터 RF 안테나에 고주파 전력을 공급하면, RF 안테나의 내측 코일 및 외측 코일에 분류해서 각각 흐르는 고주파의 전류에 의해서 각각의 코일 도체의 주위에 RF 자기장이 발생하고, 처리용기 내에 처리 가스의 고주파 방전에 기여하는 유도 전기장이 생성된다. 한편, RF 안테나의 내측 코일 및/또는 외측 코일과 플로팅 코일의 사이의 전자기 유도에 의해서 플로팅 코일 내에는 유도 기전력이 발생해서 유도 전류가 흐른다. 이 플로팅 코일 내에서 흐르는 유도 전류도 처리용기 내의 플라즈마 생성 공간에 유도 전기장을 형성하여, 처리 가스의 고주파 방전 또는 유도 결합 플라즈마의 생성에 마이너스적 혹은 플러스적으로 관여한다.
처리용기 내에서 유도 결합에 의해 생성되는 코어 플라즈마(도넛형상 플라즈마)의 밀도 분포에 부여하는 플로팅 코일의 작용은 RF 안테나의 내측 코일 및/또는 외측 코일과 플로팅 코일의 상대적인 위치 관계에 의존할 뿐만 아니라, 플로팅 코일 내에 흐르는 전류의 크기나 방향에 따라서도 크게 변한다.
플로팅 코일 내에서 흐르는 전류의 전류값 및 위상(방향)은 플로팅 코일의 루프 내에 발생하는 유도 기전력과 루프 내의 임피던스에 의존한다. 이 플라즈마 처리 장치에서는 플로팅 코일의 루프 내에 마련되는 콘덴서의 정전 용량에 의해서, 루프 내의 임피던스, 특히 리액턴스를 조정하고, 루프 내의 전류의 크기나 방향을 제어한다.
이와 같은 콘덴서를 갖는 플로팅 코일을 구비하는 것에 의해, 도넛형상 플라즈마 내의 플라즈마 밀도 분포를 임의로 또는 다양하게 제어할 수 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, 고주파 전원으로부터의 플라즈마 생성용의 고주파 전류가 흐르는 RF 안테나나 고주파 급전 계통에 특별한 세공을 필요로 하지 않고, 전기적으로 플로팅 상태에 놓이는 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 2는 제 1 실시형태에 있어서의 플로팅 코일의 기본 구성 및 RF 안테나의 배치 관계를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 제 1 실시형태에 있어서 플로팅 코일의 용량에 의존해서 변화하는 전류 특성 및 Vpp 특성(전자기장 시뮬레이션의 결과)을 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 4d는 전자기장 시뮬레이션으로부터 구한 도 3의 대표적인 용량 포지션에 있어서의 반경방향의 유도 결합 플라즈마 중의 전류밀도 분포를 나타내는 도면이다.
도 5는 플로팅 코일 내의 가변 콘덴서의 정전 용량을 가변했을 때의 작용을 설명하기 위한 모델(기본 구성)을 나타내는 도면이다.
도 6은 플로팅 코일 내의 가변 콘덴서의 정전 용량을 가변했을 때에 안테나 전류와 유도 전류의 비가 변화하는 특성을 나타내는 도면이다.
도 7은 도 5의 모델의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 5 또는 도 7의 모델에 있어서 상호 인덕턴스와 각(角)주파수의 곱이 플로팅 코일의 반경에 의존하는 특성을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서의 유도 결합형 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 종단면도이다.
도 10은 도 9의 유도 결합형 플라즈마 처리 장치에 있어서의 RF 안테나 및 플로팅 코일의 레이아웃 구성을 나타내는 사시도이다.
도 11a는 제 2 실시형태에 있어서 바람직한 RF 안테나 및 플로팅 코일의 레이아웃 및 전기적 접속 구성을 나타내는 도면이다.
도 11b는 제 2 실시형태에 있어서 바람직한 RF 안테나 및 플로팅 코일의 레이아웃 및 전기적 접속 구성을 나타내는 도면이다.
도 12는 제 2 실시형태에 있어서 실험에서 얻어지는 각 코일 전류의 데이터를 나타내는 도면이다.
도 13은 제 2 실시형태에 있어서 실험에서 얻어지는 직경방향의 전자 밀도 분포(플라즈마 밀도 분포에 상당)의 데이터를 나타내는 도면이다.
도 14a는 플로팅 코일을 RF 안테나의 내측 코일의 직경방향 내측에 배치하는 구성예를 나타내는 도면이다.
도 14b는 플로팅 코일을 RF 안테나의 외측 코일의 직경방향 외측에 배치하는 구성예를 나타내는 도면이다.
도 15a는 내측 플로팅 코일 및 외측 플로팅 코일을 RF 안테나의 직경방향 양측에 배치하는 구성예를 나타내는 도면이다.
도 15b는 내측 플로팅 코일 및 외측 플로팅 코일의 쌍방을 RF 안테나의 직경방향 내측에 배치하는 구성예를 나타내는 도면이다.
도 15c는 내측 플로팅 코일 및 외측 플로팅 코일의 쌍방을 RF 안테나의 직경방향 외측에 배치하는 구성예를 나타내는 도면이다.
도 15d는 내측 플로팅 코일을 RF 안테나의 내측 코일과 외측 코일의 중간에 배치하고, 외측 플로팅 코일을 외측 코일의 외측에 배치하는 구성예를 나타내는 도면이다.
도 16은 플로팅 코일을 복권으로 하는 구성예를 나타내는 도면이다.
도 17은 플로팅 코일을 주회방향으로 복수의 코일 세그먼트로 분할하는 구성예를 나타내는 도면이다.
도 18은 RF 안테나의 각 코일 및 플로팅 코일이 공간적으로 또한 전기적으로 병렬인 관계에 있는 한 쌍의 나선 코일로 이루어지는 구성예를 나타내는 도면이다.
도 19는 플로팅 코일이 직경방향에 있어서 RF 안테나를 사이에 두도록 그 양측에 걸쳐 배치되는 구성예를 나타내는 도면이다.
도 20은 RF 안테나의 바로 위 및 동일 평면상에 각각 배치되고, 전기적으로 직렬로 접속되는 상부 코일 세그먼트 및 하부 코일 세그먼트에 의해 플로팅 코일이 구성되는 예를 나타내는 도면이다.
도 21은 RF 안테나 및 플로팅 코일을 각각 사각형의 형상으로 하는 구성예를 나타내는 도면이다.
도 22는 RF 안테나 및 플로팅 코일을 각각 부채형의 형상으로 하는 구성예를 나타내는 도면이다.
도 23a는 RF 안테나 및 플로팅 코일이 챔버의 종방향으로 오프셋 해서 챔버 측벽의 주위에 배치되는 구성예를 나타내는 도면이다.
도 23b는 RF 안테나가 챔버의 측벽의 주위에 배치되고, 플로팅 코일이 챔버의 천판의 위에 배치되는 구성을 나타내는 도면이다.
도 23c는 RF 안테나 및 플로팅 코일이 챔버의 돔형상 천판 위에 실려 배치되는 구성예를 나타내는 도면이다.
도 24는 플로팅 코일의 루프 내에 고정 콘덴서를 마련하는 실시예를 나타내는 도면이다.
도 25는 실시예에 의한 플로팅 코일의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 26a는 실시예에 의한 플로팅 코일의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 26b는 도 26a의 플로팅 코일에 있어서의 잘림부의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 26c는 도 26b의 잘림부 구조의 변형예를 나타내는 부분 확대 평면도이다.
도 27a는 실시예에 의한 플로팅 코일의 구성을 나타내는 도면이다.
도 27b는 플로팅 코일에 있어서의 코일 도체의 단면형상을 나타내는 단면도이다.
도 28은 실시예에 의한 플로팅 코일의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 29는 도 28의 플로팅 코일의 변형예를 나타내는 사시도이다.
도 30은 플로팅 코일에 고정 콘덴서를 일체 조립하는 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 31은 도 30의 실시예의 변형예를 나타내는 사시도이다.
도 32는 플로팅 코일에 고정 콘덴서를 일체로 조립하는 다른 실시예를 나타내는 일부 단면 정면도이다.
도 33은 플로팅 코일에 가변 콘덴서를 일체로 조립하는 실시예를 나타내는 일부 단면 정면도이다.
도 34는 콘덴서와 직렬 접속 및/또는 병렬 접속으로 스위치를 마련하는 구성을 나타내는 등가 회로도이다.
도 35a 내지 35d는 도 33의 실시예의 작용을 설명하기 위한 주요부의 단면도이다.
도 36a는 플로팅 코일에 가변 콘덴서를 일체로 조립하는 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 36b는 도 36a의 가변 콘덴서의 주요부를 나타내는 일부 단면 사시도이다.
도 37a는 플로팅 코일내의 가변 콘덴서의 정전 용량을 가변하기 위한 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 37b는 도 37a의 가변 콘덴서의 주요부를 나타내는 일부 단면 사시도이다.
도 37c는 도 37a의 가변 콘덴서에 이용하는 유전체의 온도-유전율 특성을 나타내는 도면이다.
도 38은 플로팅 코일 내의 가변 콘덴서의 정전 용량을 가변하기 위한 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 39는 실시예에 있어서의 플로팅 코일의 권선 구조를 나타내는 평면도이다.
도 40a는 다른 실시예에 있어서의 플로팅 코일의 권선 구조를 나타내는 평면도이다.
도 40b는 다른 실시예에 있어서의 플로팅 코일의 권선 구조를 나타내는 평면도이다.
도 41은 다른 실시예에 의한 플로팅 코일의 권선 구조를 나타내는 평면도이다.
도 42는 다른 실시예에 의한 플로팅 코일의 권선 구조를 나타내는 평면도이다.
도 43은 플로팅 코일의 루프 내에 콘덴서 및 스위치를 마련하는 구성예를 나타내는 도면이다.
도 44a는 플로팅 코일을 공랭 방식으로 냉각하는 실시예를 나타내는 도면이다.
도 44b는 플로팅 코일을 냉매를 거쳐서 냉각하는 실시예를 나타내는 도면이다.
도 45는 플로팅 코일의 2차적 기능에 관한 실시예의 장치 구성을 나타내는 사시도이다.
도 46a는 나선 코일형상의 RF 안테나의 일예를 나타내는 사시도이다.
도 46b는 동심원 코일형상의 RF 안테나의 일예를 나타내는 사시도이다.
이하, 첨부 도면을 참조해서 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다.
(실시형태 1)
도 1 내지 4d에 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 바닥을 갖는 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 통하여 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 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 가변 리액턴스 정합 회로(Variable-Reactance Matching circuit)를 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(44)이 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 온도를 제어할 수 있다. 이와 관련해서, 전열 가스 공급부(도시하지 않음)로부터의 전열 가스, 예를 들면, He 가스가, 가스 공급관(50)을 통하여 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 천장 또는 천판은 서셉터(12)로부터 비교적 큰 거리 간격을 두고 마련되어 있으며, 이 천판으로서, 예를 들면, 석영판으로 이루어지는 원형의 유전체 창(52)이 기밀하게 부착되어 있다. 이 유전체 창(52)의 위에는 안테나실(15)이 챔버(10)와 일체로 마련되어 있고, 이 안테나실(15)내에서 통상은 챔버(10) 또는 서셉터(12)와 동축으로 코일형상의 RF 안테나(m,54)가 수평으로 배치된다. 이 RF 안테나(54)는 바람직하게는, 예를 들면, 나선 코일(도 46a) 또는 각 주내에서 반경 일정의 동심원(원환형상) 코일(도 46b)의 형체를 갖고 있고, 절연체로 이루어지는 안테나 고정 부재(도시하지 않음)에 의해서 유전체 창(52)의 위에 고정되어 있다. 또, 도 46b에 나타내는 원환상 코일은 복권이지만, 단권(1턴)이라도 좋다.
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 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 원하는 크기로 출력할 수 있도록 되어 있다. 정합기(58)는 고주파 전원(56)측의 임피던스와 부하(주로, RF 안테나, 플라즈마, 플로팅 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, 원주방향으로 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 천정벽(천판)의 위에 마련된 대기압 공간의 안테나실(15)내에, RF 안테나(54)와 전자기 유도에 의해 결합 가능한 가변 콘덴서를 갖는 플로팅 코일(70)과, 이 플로팅 코일(70)의 정전 용량(더욱 정확하게는, 가변 콘덴서의 정전 용량)을 가변 제어하기 위한 용량 가변 기구(72)를 구비하고 있다. 플로팅 코일(70) 및 용량 가변 기구(72)의 상세한 구성 및 작용은 후에 설명한다.
주 제어부(75)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), 용량 가변 기구(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 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 조정한다. 또한, 고주파 전원(56)을 온으로 해서 플라즈마 생성용의 고주파 RFH를 원하는 RF 파워로 출력시키고, 정합기(58), 급전선(60)를 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)를 거쳐서 급전봉(34)을 통하여 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 가둔다.
측벽 가스 토출 구멍(64)으로부터 토출된 에칭 가스는 유전체 창(52)의 아래의 처리공간에 확산된다. RF 안테나(54)를 흐르는 고주파 RFH의 전류에 의해서, 자력선이 유전체 창(52)을 관통해서 챔버(10) 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, 도넛형상으로 플라즈마가 생성된다. 이 도넛형상 플라즈마의 래디컬이나 이온이 넓은 처리공간에서 사방으로 확산되어, 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 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 처리공간 내에서 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 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 플라즈마 에칭 장치에서는 서셉터(12) 근방의 플라즈마 밀도 분포를 직경방향으로 임의로 제어하기 위해, RF 안테나(54)가 발생하는 RF 자기장에 대해 가변 콘덴서를 갖는 프로팅 코일(70)에 의해 전자기장적으로 보정을 하고, 프로세스 레시피에서 설정되는 소정의 프로세스 파라미터(예를 들면, 압력, RF 파워, 가스 유량 등)에 따라 용량 가변 기구(72)에 의해 플로팅 코일(70)의 정전 용량을 가변하도록 하고 있다.
이하, 이 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 주요한 특징 부분인 플로팅 코일(70) 및 용량 가변 기구(72)의 구성 및 작용을 설명한다.
도 2에, 플로팅 코일(70)의 기본 구성 및 RF 안테나(54)의 배치 관계를 나타낸다. 도시한 바와 같이, 기본적인 배치 관계로서, 플로팅 코일(70)은 전기적으로 플로팅 상태에 놓인다. 여기서, 본 발명에 있어서의 전기적인 플로팅 상태는 전원 및 그라운드(접지 전위)의 어느 하나로부터도 전기적으로 부유 또는 분리되어 있는 상태이며, 주위의 도체는 전하 또는 전류의 수수가 전혀 또는 거의 없고, 오로지 전자기 유도에 의해 해당 물체에서 전류가 흐를 수 있는 상태를 말한다.
또한, 플로팅 코일(70)은 기본적인 구조로서, 양단이 잘림부 G를 사이에 두고 개방된 단권 코일 (또는 복권 코일)로 이루어지고, 그 잘림부 G에 가변 콘덴서(74)를 마련하고 있다.
가변 콘덴서(74)는, 후술하는 바와 같이, 예를 들면, 가변콘덴서 (Variable Condenser) 또는 가변캐패시터 (Variable Capacitor)과 같은 시판중인 범용 타입이라도 좋고, 혹은 플로팅 코일(70)에 일체로 조립되는 특별 주문품 또는 일반 제작품이라도 좋다.
플로팅 코일(70)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 플로팅 코일(70)의 배치의 방향은, 예를 들면, 도시한 바와 같이, 가변 콘덴서(74)의 위치(즉, 잘림부 G의 위치)가 RF 안테나(54)의 RF 입출력용의 잘림부 G의 위치와 중첩되어 있다. 플로팅 코일(70)의 코일 도체의 재질은 도전율이 높은 금속, 예를 들면, 은 도금을 실시한 구리가 바람직하다.
또, 본 발명에 있어서 「동축」은 축 대칭의 형상을 갖는 복수의 물체(예를 들면, 코일 또는 안테나) 사이에서 각각 중심축선이 서로 중첩되어 있는 위치 관계이며, 각각의 코일면 또는 안테나면에 있어서는 각각의 코일면 또는 안테나면이 축방향 또는 종방향으로 서로 오프셋되어 있는 경우뿐만 아니라 동일면 상에서 일치하고 있는 경우(동심형상의 위치 관계)도 포함한다.
용량 가변 기구(72)는 플로팅 코일(70)의 루프 내에 마련되어 있는 상기 가변 콘덴서(74)와, 이 가변 콘덴서(74)의 정전 용량을 전형적으로는 기계적인 구동 기구 또는 전기적인 구동 회로에 의해 가변 제어하는 용량 제어부(76)로 구성된다.
용량 제어부(76)는 가변 콘덴서(74)의 정전 용량에 관해, 주 제어부(75)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(78)(도 1)로부터는 RF 안테나(54)에 입력되기 직전의 고주파 전압의 파고값 VPP를 나타내는 신호 SＶPP를 수취하고, 코일 전류 측정기(80)로부터는 플로팅 코일(70)을 흐르는 유도 전류 IIND의 전류값(실효값)을 나타내는 신호 SIIND를 수취한다. VPP 검출기(78)는 정합기(58)의 출력 전압의 파고값 VPP를 측정하기 위해 정합기(58)에 상비되어 있는 것을 이용할 수 있다.
여기서, 플로팅 코일(70) 및 용량 가변 기구(72)의 작용을 설명한다. 본 발명자는 본 실시형태의 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치에 대해 다음과 같은 전자기장 시뮬레이션을 실시하였다.
즉, 플로팅 코일(70)의 정전 용량(구체적으로는, 가변 콘덴서(74)의 정전 용량)을 파라미터로 해서 100㎊∼1400㎊의 범위에서 가변하고, RF 안테나(54)에 소정의 파워로 고주파 RFH를 인가했을 때에 RF 안테나(54)를 흐르는 안테나 전류(RF 전류) IRF와 플로팅 코일(70)을 흐르는 코일 전류(유도 전류) IIND의 비 IIND/IRF를 산출하고, RF 안테나(54)에 입력되기 직전의 고주파 전압의 파고값 VPP를 산출하였다. 그리고, 플로팅 코일(70)의 정전 용량을 횡축에 취하고, 전류비(IIND/IRF) 및 전압 파고값 VPP를 종축에 취해서 산출값을 플롯한 결과, 도 3에 나타내는 특성이 얻어졌다.
이 전자기장 시뮬레이션에서는 RF 안테나(54)의 외경(반경)을 250㎜로 설정하고, 플로팅 코일(70)의 내경(반경) 및 외경(반경)을 각각 100㎜ 및 130㎜로 설정하고, RF 안테나(54)와 플로팅 코일(70)의 사이의 거리 간격을 5㎜로 설정하였다. 또한, RF 안테나(54)의 아래쪽의 챔버내 처리공간에서 유도 결합에 의해 생성되는 도넛형상의 플라즈마를 도 2에 나타내는 원반형상의 저항체(85)로 모의(Simulate)하고, 이 저항체(85)의 직경을 500㎜, 저항률을 100Ω㎝, 표피두께를 10㎜로 설정하였다. 플라즈마 생성용 고주파 RFH의 주파수는 13.56㎒로 하고, 입력부 부하 임피던스로부터 1000W 상당한 입력이 있던 경우를 상정해서 전압 파고값 VPP를 산출하였다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 코일 전류 IIND와 안테나 전류 IRF의 비 IIND/IRF는 횡축상(코일 용량의 가변범위 내)에서 중간부가 위쪽으로 돌출되는 프로파일을 나타내고, 코일 용량의 최소값(100㎊)에서 중간의 500㎊ 부근까지의 구간에서는 단조롭게 증가하여, 500㎊ 부근에서 극대값(약 800%)에 달하고, 그 앞의 구간에서는 단조롭게 감소하고, 약 10% 이하 ∼약 800%의 범위에서 변화한다.
또, 도시 생략하고 있지만, 코일 용량을 1400㎊보다도 더욱 크게 해 가면, 전류비 IIND/IRF는 약 60%에서 안착하여 그보다도 내려가지 않게 된다. 즉, 가변 콘덴서(74)를 단락했을 때는 플로팅 코일(70)에는 안테나 전류 IRF에 비해 약 60%의 코일 전류 IIND가 흐른다.
한편, RF 전압 파고값 VPP는 횡축상(코일 용량의 가변범위 내)에서 중간부가 유발형상으로 가라앉는 프로파일을 나타내고, 코일 용량의 최소값(100㎊)에서 중간의 730㎊ 부근까지의 구간에서는 단조롭게 감소하여, 730㎊ 부근에서 극소값(약 350볼트)에 달하고, 그 앞의 구간에서는 단조롭게 증가하고, 약 350볼트∼약 1800볼트의 범위에서 변화한다.
이 전자기장 시뮬레이션에 있어서, 또한 도 3의 Ａ(코일 용량 최소), b (코일 전류 극대), C(VPP 극소), D(코일 용량 최대)의 대표적인 각 용량 포지션에 대해, 도넛형상 플라즈마 내부(상면에서 5㎜의 위치)의 반경방향의 전류밀도 분포(플라즈마 밀도 분포에 상당)를 구한 결과, 도 4a 내지 4d에 나타내는 프로파일이 얻어졌다.
A(코일 용량 최소)의 용량 포지션에서는 플로팅 코일(70)에 코일 전류 IIND가 거의 흐르지 않는 상태, 즉 플로팅 코일(70)이 없을 때에 가까운 상태가 된다. 이 A의 용량 포지션에서 얻어지는 직경방향의 전류 밀도(플라즈마 밀도) 분포는 도 4a에 나타내는 바와 같이, 도넛형상 플라즈마의 중심위치(r=0㎜) 및 외주 에지 위치(r=250㎜)에서 각각 0이며, 중간부 (r=120∼160㎜)에서 약 100A/㎡의 높이까지 완만히 부풀어 오르는 프로파일을 나타낸다.
B(코일 전류 극대)의 용량 포지션에서는 플로팅 코일(70)에 대략 직렬 공진에 가까운 상태 하에서 코일 전류 IIND가 흐른다. 여기서, 플로팅 코일(70)의 등가적인 부하 또는 수동 회로는 코일(70)의 루프(전류로)에 포함되는 저항, 인덕턴스 및 용량의 직렬 회로에서 주어진다. 플로팅 코일(70)의 저항은 그 코일 도체의 재질(저항률), 단면적 및 길이에 의해 결정된다. 플로팅 코일(70)의 인덕턴스는 코일(70) 자체의 구조에서 정해지는 자기 인덕턴스 뿐만 아니라, 코일(70)과 RF 안테나(54)의 사이의 상호 인덕턴스 및 코일(70)과 플라즈마의 사이의 상호 인덕턴스도 포함한다. 플로팅 코일(70)의 임피던스는 이들 인덕턴스에 가해서 가변 콘덴서(74)의 정전 용량에 의해 규정된다.
이 Ｂ의 용량 포지션에서 얻어지는 직경방향의 전류 밀도(플라즈마 밀도) 분포는 도 4b에 나타내는 바와 같이, 플로팅 코일(70)의 코일 도체와 중첩되는 위치(r=100∼120㎜) 부근에서 200A/㎡을 넘는 높이까지 국소적으로 높게 부풀어 오르고, 그것보다 직경방향의 내측 및 외측의 위치에서는 A의 용량 포지션일 때보다도 오히려 다소 낮아지는 프로파일이 된다.
이와 같이, 플로팅 코일(70)내의 수동 회로가 직렬 공진 상태가 되면, 매우 큰 코일 전류 IIND가 플로팅 코일(70)을 흘러, 플로팅 코일(70)의 코일 도체와 중첩되는 위치에서 도넛형상 플라즈마내의 플라즈마 밀도가 국소적으로 현저하게 높게(플로팅 코일(70)이 없을 때의 2배 이상으로도) 된다.
C(VPP극소)의 용량 포지션에서는 RF 안테나(54)에 입력되기 직전의 RF 전압의 파고값 VPP이 극소로 된다. 이 Ｃ의 용량 포지션에 있어서의 직경방향의 전류밀도(플라즈마 밀도) 분포는 도 4c에 나타내는 프로파일을 나타내고, B의 용량 포지션을 선택한 경우의 프로파일에 비해, 플로팅 코일(70)의 코일 도체와 중첩되는 위치(r=100∼120㎜) 부근에서의 국소적인 부풀어 오름이 다소 약해지는 한편, 그것보다 직경방향의 내측 및 외측의 위치에서는 다소 높아진다.
D(코일 용량 최대)의 용량 포지션에서는 플로팅 코일(70)이 가변 콘덴서(74)를 빼고 단락하고 있는 상태에 가까운 상태가 된다. 이 D의 용량 포지션에서 얻어지는 직경방향의 전류 밀도(플라즈마 밀도) 분포는 도 4d에 나타내는 바와 같이 A의 용량 포지션을 선택한 경우의 프로파일에 비해, 플로팅 코일(70)의 코일 도체와 중첩되는 위치(r=100∼120㎜) 부근에서 국소적으로 뚝 떨어지고, 대신에 주변부(r=160∼230㎜)에서 100A/㎡을 넘는 높이까지 부풀어 오르는 프로파일을 나타낸다.
도시는 생략하지만, 도넛형상 플라즈마내의 반경방향의 전류밀도 분포는 플로팅 코일(70)에 마련되는 가변 콘덴서(74)의 정전 용량의 값에 따라 연속적으로 변화하는 것, 즉 A의 용량 포지션에서 B의 용량 포지션까지의 구간에서는 도 4a의 프로파일과 도 4b의 프로파일의 사이에서 연속적으로 변화하고, C의 용량 포지션에서 D의 용량 포지션까지의 구간에서는 도 4c의 프로파일과 도 4d의 프로파일의 사이에서 연속적으로 변화하는 것이 이해될 것이다.
따라서, A의 용량 포지션에서 B의 용량 포지션까지의 구간에서는 가변 콘덴서(74)의 정전 용량을 크게 할수록, 플로팅 코일(70)의 코일 도체와 중첩되는 위치(r=100∼120㎜) 부근, 즉 플로팅 코일(70)의 바로 아래위치 부근에서 도넛형상 플라즈마 내의 플라즈마 밀도가 높게 부풀어 오르는 것을 용이하게 추정할 수 있다. 또한, C의 용량 포지션에서 D의 용량 포지션까지의 구간에서는 가변 콘덴서(74)의 정전 용량을 크게 할수록, 플로팅 코일(70)의 바로 아래 위치 부근에서 도넛형상 플라즈마내의 플라즈마 밀도가 저하 내지 뚝 떨어지는 것을 용이하게 추정할 수 있다.
또한, 도 3에 나타내는 바와 같이, 코일 용량에 의존해서 변화하는 코일 전류/안테나 전류의 비 IIND/IRF의 특성과 RF 전압 파고값 VPP의 특성은 서로 상하 대칭적이며, B(코일 전류 극대)의 용량 포지션과 C(VPP 극소)의 용량 포지션은 도 4a 내지 4d의 전류 밀도(플라즈마 밀도) 분포의 유사성으로부터도 용량 포지션적으로는 가깝다고 보는 것도 가능하다. 따라서, B, C의 양 용량 포지션을 단일화해서 1개의 모드로 하고, 이것에 A의 용량 포지션의 모드와 D의 용량 포지션의 모드를 더한 3개를 대표적 선택 모드로 하는 것도 가능하다.
이와 같이, 본 실시형태에 있어서는 플로팅 코일(70)의 정전 용량 (구체적으로는 가변 콘덴서(74)의 정전 용량)을 가변하는 것에 의해, 챔버(10)내의 처리공간에 생성되는 도넛형상 플라즈마내의 플라즈마 밀도 분포를 직경방향으로 다양하고 또한 자유롭게 제어하는 것이 가능하고, 더 나아가서는 도넛형상 플라즈마가 처리공간에서 사방(특히 직경방향)으로 확산하는 결과로서 얻어지는 서셉터(12) 근방의 플라즈마 밀도 분포를 직경방향으로 다양하고 또한 자유롭게 제어하는 것이 가능하다. 따라서, 서셉터(12) 근방의 플라즈마 밀도 분포를 직경방향으로 균일화하는 것도 용이하다.
본 실시형태에서는 상기와 같은 전자기장 시뮬레이션에서 얻어진 검증 결과에 의거하여, 도 1에 나타내는 바와 같이, 플로팅 코일(70)을 흐르는 코일 전류(유도 전류) IIND의 전류값을 코일 전류 측정기(80)에서 측정하고, 혹은 RF 안테나(54)에 입력되기 직전의 고주파 전압의 파고값 VPP을 VPP 검출기(78)에서 측정하고, 그들의 측정 값 SIIND, SVPP를 용량 제어부(76)에 부여하도록 하고 있다. 더 나아가서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, RF 안테나(54)를 흐르는 안테나 전류(RF 전류) IRF의 전류값(실효값)을 RF 전류계(86)에서 측정하고, 그 측정 값 SIRF를 용량 제어부(76)에 부여해도 좋다. 코일 전류 측정기(80)는 일예로서, 전류 센서(82)와, 이 전류 센서(82)의 출력 신호에 의거하여 코일 전류 IIND의 전류값(실효값)을 연산하는 코일 전류측정 회로(84)로 구성된다.
플로팅 코일(70)의 인덕턴스에는 RF 안테나(54)와의 상호 인덕턴스뿐만 아니라 플라즈마와의 상호 인덕턴스도 포함되기 때문에, 프로세스 파라미터(압력, RF 파워 등)의 값이 변하면, 플라즈마로부터의 영향으로 플로팅 코일(70)의 임피던스가 변하고, 도 3에 나타내는 특성에 있어서 B(코일 전류 극대)의 용량 포지션 혹은 C(VPP 극소)의 용량 포지션이 부정하게 변동하는 경우가 있다. 그러나, 상기와 같은 코일 전류 모니터부, RF 안테나 전류 모니터부 및/또는 VPP 모니터부를 구비함으로써, 프로세스 파라미터의 설정값이 변경되어도, B의 용량 포지션 혹은 C의 용량 포지션을 수시로 확인할 수도 있다.
용량 제어부(76)는, 바람직하게는, 마이크로 컴퓨터를 포함하고, 예를 들면, 도 3에 나타내는 것 같은 전류비 IIND/IRF 또는 VPP의 코일 용량 의존 특성을 테이블 메모리에 맵핑해 두는 것도 가능하고, 주 제어부(75)로부터 보내져오는 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(74)의 용량 포지션을 선택하거나 혹은 동적으로 가변할 수 있다.
상술한 전자기장 시뮬레이션에서 나타난 바와 같이, 플로팅 코일(70)에 가변 콘덴서(74)가 구비되어 있지 않은 경우(잘림부 G가 코일 도체에서 단락되어 있는 경우), 플로팅 코일(70)내에는 RF 안테나(54)를 흐르는 안테나 전류 IRF보다도 작은 일정한 비율(상기의 예에서는 약 60%)로 유도 전류 IIND가 흐른다. 그러나, 플로팅 코일(70)에 가변 콘덴서(74)가 구비되어 있는 경우에는, 가변 콘덴서(74)의 정전 용량에 따라, 플로팅 코일(70)내에 흐르는 유도 전류 IIND의 전류값이 광범위하게 변화하고, 그것에 의해서 플로팅 코일(70)의 바로 아래 부근에서 도넛형상 플라즈마 내의 플라즈마 밀도가 광범위에 변화한다.
특히, 상기 A의 용량 포지션(100㎊)에서 상기 B의 용량 포지션(500㎊)까지의 구간에서는 가변 콘덴서(74)의 정전 용량이 커짐에 따라 유도 전류 IIND가 안테나 전류 IRF의 약 10%에서 약 800%까지 단조롭게 증대하고, 그것에 의해서 도넛형상 플라즈마 내의 플라즈마 밀도가 플로팅 코일(70)의 바로아래 위치 부근에서 대략 평탄한 상태에서 국소적으로 높게 융기된 상태까지 현저하게 변화한다.
또한, 상기 C의 용량 포지션(730㎊)에서 상기 D의 용량 포지션(1400㎊)까지의 구간에서는 가변 콘덴서(74)의 정전 용량이 커짐에 따라 유도 전류 IIND가 안테나 전류 IRF의 약 320%에서 약 120%까지 단조롭게 감소하고, 그것에 의해서 도넛형상 플라즈마 내의 플라즈마 밀도가 플로팅 코일(70)의 바로아래 위치 부근에서 국소적으로 융기된 상태에서 국소적으로 함몰된 상태까지 현저하게 변화한다.
또한, 주목해야 할 것은 플로팅 코일(70)내에서 흐르는 유도 전류 IIND는 A의 용량 포지션보다도 D의 용량 포지션 쪽이 10배 이상 큰 것임에도 불구하고, 도 4a와 4d의 양 프로파일을 대비하면 알 수 있는 바와 같이, 플로팅 코일(70)의 바로아래 위치 부근에 있어서의 도넛형상 플라즈마 내의 플라즈마 밀도는 A의 용량 포지션일 때에는 대략 평탄한 반면, D의 용량 포지션일 때에는 국소적으로 크게 떨어진다.
상기와 같은 플로팅 코일(70)의 작용, 특히 가변 콘덴서(74)의 정전 용량을 가변했을 때의 작용은 도 5에 나타내는 심플한 모델(기본 구성)에 대해 고찰하면 이해하기 쉽다. 도 5에 있어서, RF 안테나(54) 및 플로팅 코일(70)은 반경이 다른 원환상 단권 코일이며, 인접해서 동축으로 배치되어 있는 것으로 한다.
도 5의 모델에 있어서, 고주파 전원(56)보다 RF 안테나(54)에 일정 주파수 f의 고주파 RFH를 공급해서, RF 안테나(54)에 안테나 전류 IRF를 흘렸을 때, 전자기 유도에 의해 플로팅 코일(70)내에 생기는 기전력, 즉, 유도 기전력 VIND는 패러데이(Faraday)의 법칙으로부터 다음 식(1)로 나타난다.
VIND=-dΦ/dt=-iωMIRF …(1)
여기서, ω은 각주파수(ω=2πf), M은 RF 안테나(54)와 플로팅 코일(70)의 사이의 상호 인덕턴스이다. 또, 상기의 식 (1)에서는 플로팅 코일(70)과 플라즈마의 사이의 상호 인덕턴스는 상대적으로 작으므로 무시하고 있다.
이 유도 기전력 VIND에 의해 플로팅 코일(70)내에서 흐르는 전류(유도 전류) IIND는 다음의 식 (2)로 나타난다.
IIND=VIND/Z70=-iMωIRF/{R70+i(L70ω-1/C74ω)}…(2)
여기서, Z70은 플로팅 코일(70)의 임피던스, R70은 플로팅 코일(70)의 저항(플라즈마에 흡수되는 파워에 기인하는 저항 성분도 포함), L70은 플로팅 코일(70)의 자기 인덕턴스, 그리고 C74는 가변 콘덴서(74)의 정전 용량이다.
플로팅 코일(70)의 일반적인 재질 및 구조와 통상의 사용 형태에서는 |R70｜≤｜L70ω-1/C74ω|이기 때문에, 유도 전류 IIND는 다음의 근사식 (3)으로 나타난다.
IIND≒-MωIRF/(L70ω-1/C74ω)…(3)
이 식 (3)은 가변 콘덴서(74)의 정전 용량 C74에 따라 플로팅 코일(70)내에서 흐르는 유도 전류 IIND의 방향이 주회방향으로 변하는 것을 의미한다.
즉, 플로팅 코일(70)내에서 직렬 공진이 일어날 때의 가변 콘덴서(74)의 정전 용량 C74의 값을 CR로 하면, C74가 CR보다도 큰 경우에는 L70ω>1/C74ω로 되고, 즉 플로팅 코일(70)내의 리액턴스(L70ω-1/C74ω)가 양의 값으로 되어, 플로팅 코일(70)내에는 부극성(안테나 전류 IRF와 주회방향으로 역방향)의 유도 전류 IIND가 흐른다. 그러나, C74가 CR보다도 작은 경우에는 L70ω<1/C74ω로 되고, 즉, 플로팅 코일(70)내의 리액턴스(L70ω-1/C74ω)가 음의 값으로 되어, 플로팅 코일(70)내에는 정극성(RF 안테나(54)를 흐르는 전류 IRF와 주회방향으로 동일한 방향)의 유도 전류 IIND가 흐른다. 이 특성을 도 6의 그래프(플롯도)에 나타낸다.
도 6의 그래프에 있어서, 횡축은 가변 콘덴서(74)의 정전 용량 C74이며, 20㎊에서 1000)㎊까지 연속적으로 변화시키고 있다. 종축은 유도 전류 IIND와 안테나 전류 IRF의 비(IIND/IRF)이며, RF 안테나(54)를 흐르는 안테나 전류 IRF에 대해 몇 배의 유도 전류 IIND가 플로팅 코일(70)내에 흐르는 것인지를 나타내고 있다. 전류비(IIND/IRF)가 양의 값일 때에는 유도 전류 IIND가 주회방향으로 안테나 전류 IRF와 동일한 방향으로 흐른다. 반대로, 전류비(IIND/IRF)가 음의 값일 때에는 유도 전류 IIND가 주회방향으로 안테나 전류 IRF와 역방향으로 흐른다. 또, 이 그래프의 계산예에서는 f(ω/2π)=13.56㎒, M=350nH, L70=580nH로 하고 있다. 이 경우, 플로팅 코일(70)내에서 직렬 공진을 일으키는 정전 용량 C74의 값 CR은 L70ω=1/CRω의 공진 조건으로부터 CR≒230㎊이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 가변 콘덴서(74)의 정전 용량 C74가 20㎊일 때에는 유도 전류 IIND는 0에 가까운 양의 값이 된다. C74의 값을 20㎊부터 늘려 가면, 유도 전류 IIND는 양의 방향(안테나 전류 IRF와 동일한 방향)에서 점차적으로 증대하고, 이윽고 안테나 전류 IRF를 능가하고, 그곳으로부터는 지수 함수적으로 증대하고, 직렬 공진을 일으키는 정전 용량값 CR의 직전에서 최대가 된다. 그리고, C74의 값이 CR을 넘으면, 그 순간 유도 전류 IIND가 음의 방향(안테나 전류 IRF와 역방향)에서 큰 전류가 된다. 또한, C74의 값을 늘려 가면, 유도 전류 IIND는 음의 방향을 유지한 채 대수 함수적으로 작아지고, 최종적으로는 안테나 전류 IRF보다도 절대값적으로 작은 값 IS에 점근(漸近)한다. 여기서, 포화값 IS는 IS≒MIRF/L70이며, 상기의 예(M=350nH, L70=580nH)에서는 IS≒0.6IRF이다.
도 3 및 도 4a 내지 4d의 시뮬레이션 결과는 도 6의 특성을 적용하면, 이해하기 쉽다. 즉, 상기 A의 용량 포지션(100㎊)에서 상기 B의 용량 포지션(500㎊)까지의 구간은, 도 6에 있어서, 전류비(IIND/IRF)가 양의 값을 취하는 구간에 대응하고 있고, 유도 전류 IIND는 주회방향으로 안테나 전류 IRF와 동일 방향에 흐른다. 또한, 상기 C의 용량 포지션(730㎊)에서 상기 D의 용량 포지션(1400㎊)까지의 구간은, 도 6에 있어서, 전류비(IIND/IRF)가 음의 값을 취하는 구간에 대응하고 있고, 유도 전류 IIND는 주회방향으로 안테나 전류 IRF와 역방향으로 흐른다.
플로팅 코일(70)의 작용 중에서 특히 중요한 점은 가변 콘덴서(74)의 정전 용량에 따라 유도 전류 IIND가 흐르는 방향이 변하고, 그것에 의해서 챔버(10)내에서 생성되는 도넛형상 플라즈마 내의 플라즈마 밀도 분포에 주는 영향(작용 효과)이 전혀 다르다는 것이다.
즉, 플로팅 코일(70)내에서 유도 전류 IIND가 주회방향으로 안테나 전류 IRF와 역방향으로 흐를 때에는 그 코일 도체의 바로아래 위치 부근에서 유도 자기장의 강도 내지는 유도 결합 플라즈마의 밀도를 국소적으로 저감하는 작용 효과가 얻어지고, 유도 전류 IIND의 전류값이 클수록 그 플라즈마 밀도 저감 효과의 정도가 증가한다.
이에 대해, 플로팅 코일(70)내에서 유도 전류 IIND가 주회방향으로 안테나 전류 IRF와 동일 방향에 흐를 때에는 그 코일 도체의 바로아래 위치 부근에서 유도 자기장의 강도 내지는 유도 결합 플라즈마의 밀도를 국소적으로 증강하는 작용 효과가 얻어지고, 유도 전류 IIND의 전류값이 클수록 그 플라즈마 밀도 증강 효과의 정도가 증가한다.
따라서, 가변 콘덴서(74)의 정전 용량을 가변하는 것에 의해, 플로팅 코일(70)을 소정 위치에 고정시킨 상태 하에서, 챔버(10)내에서 생성되는 도넛형상 플라즈마 내의 플라즈마 밀도 분포를 자유롭게 제어하고, 더 나아가서는 도넛형상 플라즈마가 처리공간에서 사방(특히 직경방향)으로 확산하는 결과로서 얻어지는 서셉터(12) 근방의 플라즈마 밀도 분포를 직경방향으로 임의로 또는 다양하게 제어할 수 있다.
또, 상기와 같이 안테나 전류 IRF와 주회방향으로 동일 방향의 유도 전류 IIND를 플로팅 코일(70)내에서 흘리는 것에 의해, RF 안테나(54) 뿐만 아니라 플로팅 코일(70)에도 유도 결합 플라즈마의 생성에 적극적 또는 플러스에 작용시키는 경우의 효과로서, RF파워 공급 효율을 향상시키는 면도 있다. 즉, 유도 결합 플라즈마의 생성에 플로팅 코일(70)을 플러스로 작용시키는 경우에는 RF 안테나(54)측의 부담이 가벼워지고, RF 안테나(54)에 공급하는 고주파 전류 IRF를 저감할 수 있다. 그것에 의해서, 고주파 급전 계통의 각 부(특히, 정합기(58), 고주파 급전선(60) 등)에서 발생하는 고주파 RFH의 파워 손실을 저감할 수 있다.
상술한 도 5의 모델은 RF 안테나(54)의 직경방향 내측에 플로팅 코일(70)을 배치하고 있지만, 도 7에 나타내는 바와 같이, RF 안테나(54)의 직경방향 외측에 플로팅 코일(70)을 배치하는 구성에서도 작용은 완전히 동일한다. 즉, 상호 인덕턴스 M이 동일하면, 플로팅 코일(70)이 RF 안테나(54)의 내측이어도 외측이어도, 플로팅 코일(70)내에는 동일한 방향 및 동일한 크기의 유도 전류 IIND가 흐른다.
무엇보다도, 플로팅 코일(70)이 RF 안테나(54)로부터 멀리 떨어져 있으면, 상호 인덕턴스 M은 작아지고, 플로팅 코일(70)내에 여기되는 유도 기 전력 VIND가 약해진다(낮아진다). 그러나, 그와 같은 경우에도, 가변 콘덴서(74)의 정전 용량 C74를 조정해서 플로팅 코일(70)내에서 직렬 공진의 상태 내지는 그것에 가까운 상태를 만드는 것에 의해, 실용상 충분한 크기의 유도 전류 IIND를 얻는 것은 가능하다.
단, 플로팅 코일(70)내에서 직렬 공진 상태 또는 그것에 가까운 상태가 일어날 때는 상기의 근사식 (3)은 적용되지 않으며, 다음의 근사식 (4)가 적용된다.
IIND≒-iMωIRF/R70…(4)
이 식 (4)로부터 알 수 있는 바와 같이, 플로팅 코일(70)내에서 직렬 공진 상태 또는 그것에 가까운 상태가 일어나는 경우에는 유도 전류 IIND가 안테나 전류 IRF에 대해 90° 전후의 위상차를 갖는다. 이와 같은 경우, 상호 인덕턴스 M이 너무 작으면, 즉 식 (4)의 계수(Mω/R70)가 너무 작으면, 실용에 적합하지 않다. 따라서, 이 계수(Mω/R70)가 1보다 큰 것, 즉 다음의 조건식 (5)가 만족되는 것이 필요하다．
Mω>R70 또는 2πfM＞R70…(5)
여기서, 우변의 R70은 상기와 같이 플로팅 코일(70)의 저항이며, 그 코일 도체의 저항 R70C와 플라즈마측의 파워 흡수에 상당하는 저항 R70P의 합(R70C+R70P)이지만, 대략 전자(R70C)가 지배적이며, 설계상은 후자(R70P)를 무시할 수 있다.
이론적으로는 RF 안테나(54) 및 플로팅 코일(70)이 도 5 또는 도 7과 같은 원환상 단권 코일이며, 양자의 반경이 각각 a, b, 양자간의 거리가 d로 하면, 상호 인덕턴스 M은 다음 식(6)으로 나타난다.
Figure pat00001
일예로서, 동일 평면 상에 반경 50㎜의 RF 안테나(54)와 반경 r의 플로팅 코일(70)을 동축으로 배치한 경우, 상기의 식 (6)으로부터 구해지는 상호 인덕턴스 M과 각 주파수ω의 곱 Mω은 도 8에 나타내는 특성에서 플로팅 코일(70)의 반경 r에 의존한다. 단, f(ω/2π)=13.56㎒로 하고 있다.
일예로서, 동일 평면 상에 반경 50㎜의 RF 안테나(54)와 반경 r의 플로팅 코일(70)을 동축으로 배치한 경우, 상기의 식 (6)으로부터 구해지는 상호 인덕턴스 M과 각 주파수ω의 곱 Mω은 도 8에 나타내는 특성에서 플로팅 코일(70)의 반경 r에 의존한다. 단, f(ω/2π)=13.56㎒로 하고 있다.
플로팅 코일(70)의 저항 R의 전형적인 값으로서 R=1(Ω)로 어림하면, 도 8로부터 r<약 150㎜, 즉 플로팅 코일(70)의 반경 r이 RF 안테나(54)의 반경(50㎜)의 약 3배 이내에 있으면, Mω>1 즉 상기의 조건식 (5)가 만족된다.
또, 도 8의 특성은 플로팅 코일(70)이 직경방향에 있어서 RF 안테나(54)의 외측에 있는 것을 가정하고 있다. 플로팅 코일(70)이 직경방향에 있어서 RF 안테나(54)의 내측에 있는 경우에는 양자의 관계가 반대로 되고, 안테나(54)의 반경(50㎜)이 플로팅 코일(70)의 반경 r의 약 3배 미만이면, Mω>1 즉 상기의 조건식 (5)가 성립된다. 다른 견지에서 보면, 플로팅 코일(70)의 반경 r이 RF 안테나(54)의 반경의 약 1/3배 이상이면, Mω>1 즉 상기의 조건식 (5)가 만족된다.
(실시형태 2)
다음에, 도 9∼도 13에 대해, 본 발명의 제 2 실시형태를 설명한다.
도 9에 이 제 2 실시형태에 있어서의 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치의 구성을 나타내고, 도 10에 이 제 2 실시형태에 있어서의 RF 안테나(54) 및 플로팅 코일(70)의 배치 구성(레이아웃)을 나타낸다. 도면 중, 상술한 제 1 실시형태의 장치(도 1)와 마찬가지의 구성 또는 기능을 갖는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있다.
이 제 2 실시형태에 있어서는 RF 안테나(54)가 반경이 다른 원환상의 내측 코일(54i) 및 외측 코일(54o)을 갖고 있다. 이들 내측 코일(54i) 및 외측 코일(54o)은 고주파 급전부에 대해, 즉 고주파 전원(56)으로부터의 급전선(60)측의 노드 NA와 접지 전위 부재에 이르는 어스선(55)측의 노드 NB의 사이에서, 접속 도체(90i, 90o), (92i, 92o)를 거쳐서 전기적으로 병렬로 접속되고, 유전체 창(52)의 위에서 서로 직경방향으로 간격을 두고 각각 내측 및 외측에 배치되어 있다. 플로팅 코일(70)은 직경방향에 있어서 내측 코일(54i) 및 외측 코일(54o)의 중간에 배치된다.
이 제 2 실시형태에 있어서는 내측 코일(54i), 외측 코일(54o) 및 플로팅 코일(70)의 3자가 서로 유사한 코일형상을 갖는 것과, 모두 유전체 창(52)의 위에 실려 배치되는 것과, 서로 동축으로 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 플로팅 코일(70)이 내측 코일(54i) 및 외측 코일(54o)로부터 등거리에 배치되는 것이 바람직하다.
내측 코일(54i), 외측 코일(54o) 및 플로팅 코일(70)의 3자가 서로 유사한 코일형상을 갖고, 플로팅 코일(70)이 내측 코일(54i)과 외측 코일(54o)의 한가운데에 동축으로 배치되는 구성에 의하면, 후술하는 바와 같이, RF 안테나(54)(내측 코일(54i)/외측 코일(54o))에 있어서의 안테나내 분배 전류의 밸런스 제어와 플로팅 코일(70)내에서 흐르는 유도 전류 IIND의 방향 및 크기(전류값)의 제어를 각각 독립적으로 실행할 수 있다.
또한, RF 안테나(54)의 내측 코일(54i) 및 외측 코일(54o) 뿐만 아니라, 플로팅 코일(70)도 유전체 창(52)의 위에 실려 배치되는 구성에 의하면, 플로팅 코일(70)도 내측 코일(54i) 및 외측 코일(54o)과 마찬가지로 챔버(10)내의 플라즈마 생성 공간에 가장 가까운 위치부터 최대의 효율로 유도 플라즈마의 생성에 적극적으로 기여할 수 있다.
이 제 2 실시형태에 있어서는 RF 안테나(54)내에서 내측 코일(54i) 및 외측 코일(54o)을 각각 흐르는 안테나내 분배 전류 IRFi, IRFo의 밸런스 (비)를 임의로 조정하기 위해, 내측 코일(54i)과는 병렬로 접속되고, 외측 코일(54o)과는 직렬로 접속되는 가변 콘덴서(94)를 마련하고, 주 제어부(75)의 제어 하에서 용량 제어부(96)에 의해 가변 콘덴서(94)의 정전 용량을 가변 할 수 있도록 하고 있다. 또, 가변 콘덴서(94)를 내측 코일(54i)측에 (내측 코일(54i)과 직렬로 접속해서) 마련하는 구성도 가능하다.
안테나실(15)(도 9)내에서는 도 10에 나타내는 바와 같이, RF 안테나(54)의 위쪽으로 연장하는 접속 도체(90i, 90o), (92i, 92o)는 유전체 창(52)으로부터 충분히 큰 거리를 두고(상당히 높은 위치에서) 횡방향의 분기선 또는 점퍼선(90m, 92m)을 형성하고 있다. 이것에 의해서, RF 안테나(54) 및 플로팅 코일(70)에 대한 전자적인 영향을 적게 하고 있다.
도 11a에, 이 제 2 실시형태에 있어서 RF 안테나(54) 및 플로팅 코일(70)의 바람직한 레이아웃 및 전기적 접속 구성을 나타낸다. 또, RF 안테나(54)의 내측 코일(54i) 및 외측 코일(54o)의 모두, 더 나아가서는 플로팅 코일(70)도, 단권의 코일 구조에 한정되지 않고, 복권 형태를 취할 수도 있다. 예를 들면, 도 11b에 나타내는 바와 같이, 외측 코일(54o) 및 플로팅 코일(70)을 각각 단권(1턴)으로 형성하고, 내측 코일(54i)을 2회 감기(2턴)로 형성해도 좋다.
본 발명자는 본 실시형태의 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치에 대해 다음과 같은 실험을 실시하였다.
즉, 플로팅 코일(70)내의 가변 콘덴서(74) 및 RF 안테나(54)내의 가변 콘덴서(94)의 각각 정전 용량 C74, C94를 파라미터로 해서 C74=24㎊∼1495㎊, C94=126㎊∼1321㎊의 범위에서 단계적으로 가변하고, RF 안테나(54)에 소정의 파워로 고주파 RFH를 인가했을 때에 RF 안테나(54)의 내측 코일(54i) 및 외측 코일(54o)을 각각 흐르는 안테나내 분배 전류 IRFi, IRFo와 플로팅 코일(70)내에서 흐르는 유도 전류 IIND의 전류값을 계측하는 동시에, 챔버(10)내에서 전자기 유도에 의해 생성되는 도넛형상 플라즈마의 내부(상면으로부터 5㎜의 위치)의 반경 방향의 전자 밀도 분포(플라즈마 밀도 분포에 상당)를 실측하였다.
이 실험에서는 주된 프로세스 조건으로서, 고주파 RFH의 주파수는 13.56㎒, RF 파워는 1500W, 챔버(10)내의 압력은 100mTorr, 처리 가스는 Ar과 O2의 혼합 가스, 가스의 유량은 Ar/O2=300/30sccm이었다. 또한, RF 안테나(54)(내측 코일(54i)/외측 코일(54o)) 및 플로팅 코일(70)의 사양으로서, 도 11b의 레이아웃을 채용하고, 내측 코일(54i)(2턴)의 반경은 50㎜, 외측 코일(54o)(1턴)의 반경은 150㎜, 플로팅 코일(70)(1턴)의 반경은 100㎜이었다.
도 12 및 도 13에, 이 실험에서 얻어진 결과(데이터)를 나타낸다.
도 12는 양 가변 콘덴서(74, 94)의 정전 용량(C74, C94)의 각 조합에 대해, 안테나내 분배 전류 IRFi, IRFo 및 유도 전류 IIND의 값을 3개의 막대그래프로 나타내고 있다. 각 유닛의 막대그래프에 있어서, 우측의 막대그래프는 내측 코일(54i)을 흐르는 안테나내 분배 전류 IRFi의 전류값을 나타내고, 좌측의 막대그래프는 외측 코일(54o)을 흐르는 안테나내 분배 전류 IRFo의 전류값을 나타내며, 한가운데의 막대그래프는 플로팅 코일(70)내에서 흐르는 유도 전류 IIND의 전류값을 나타내고 있다. 안테나내 분배 전류 IRFi, IRFo의 막대그래프는 주회방향으로 안테나내 분배 전류 IRFi, IRFo의 흐르는 방향을 기준으로 하고 있으므로, 항상 양의 값으로서 나타나고 있다. 유도 전류 IIND의 막대그래프는 유도 전류 IIND가 안테나내 분배 전류 IRFi, IRFo와 주회방향으로 동일한 방향에 흐를 때에는 양의 값으로서 나타나고, 유도 전류 IIND가 안테나내 분배 전류 IRFi, IRFo와 주회방향으로 역방향으로 흐를 때에는 음의 값으로서 나타나고 있다.
도 13은 양 가변 콘덴서(74, 94)의 정전 용량(C74, C94)의 각 조합에 대해, 챔버(10)내에서 생성되는 도넛형상 플라즈마 내부(상면에서 5㎜의 위치)의 반경방향의 전자 밀도 분포(플라즈마 밀도 분포에 상당)를 나타내고 있다. 각 전자 밀도 분포 그래프에 있어서 횡축의 우단의 위치가 챔버(10)의 중심축상의 위치(r=0㎜)에 대응하고 있다.
이 실험에 있어서, 가변 콘덴서(94)의 정전 용량 C94의 값을 173㎊로 고정시켜, 가변 콘덴서(74)의 정전 용량 C74의 값을 24㎊→27㎊→58㎊→165㎊로 단계적으로 올린 경우에 얻어진 막대그래프 데이터(도 12) 및 도넛형상 플라즈마내의 전자 밀도(플라즈마 밀도) 분포 데이터(도 13)에 대해서는 다음과 같이 해석할 수 있다.
즉, 이 경우에는 도 12에 나타내는 바와 같이, 내측 코일(54i) 및 외측 코일(54o)을 각각 흐르는 안테나내 분배 전류 IRFi, IRFo의 전류값은 각각14.1A∼16.4A, 16.0A∼18.3A로 그다지 변하지 않고, 플로팅 코일(70)내에서 흐르는 유도 전류 IIND는 양의 값(IRFi, IRFo와 동일 방향)에서 0.4A→0.5A→1.5A→12A로 급격히 증대한다. 그리고, C74의 값이 202㎊일 때에는 거의 직렬 공진의 상태 또는 그 직전의 상태가 되고, 유도 전류 IIND는 39. 3A로 증대한다. 이 때, 안테나내 분배 전류 IRFi, IRFo는 오히려 감소하며, 각각4.6A, 5.8A이다.
이 경우, 도넛형상 플라즈마내의 전자 밀도(플라즈마 밀도) 분포는 도 13에 나타내는 바와 같이, 유도 전류 IIND가 0.4A∼1.5A일 때에는 RF 안테나(54)의 내측의 영역(r=50㎜∼100㎜)에서 대략 평탄한 프로파일을 나타내고, 유도 전류 IIND가 12A가 되면 플로팅 코일(70)의 바로아래 위치(r=100㎜) 부근이 국소적으로 융기하고, 유도 전류 IIND가 39.3A가 되면 그 융기의 정도가 현저히 커진다.
이와 같이, RF 안테나(54)의 내측 코일(54i) 및 외측 코일(54o)에 각각 약 14∼16A, 약 16∼18A의 안테나내 분배 전류 IRFi, IRFo가 흐르는 경우에는 플로팅 코일(70)내에 주회방향으로 동일 방향에 0.4∼1.5A라는 작은 (1/10 이하의) 유도 전류 IIND가 흐를 때에, 도넛형상 플라즈마 중의 전자 밀도(플라즈마 밀도) 분포가 대략 평평하게 되는 것은 매우 흥미롭고 또한 중요하다.
이것은 가령 플로팅 코일(70)이 없는 경우에도, RF 안테나(54)의 내측 코일(54i) 및 외측 코일(54o)의 바로아래 위치 부근에서 생성된 플라즈마가 직경방향에 있어서 확산하기 때문에, 양 코일의 중간 영역에서도 상당한 밀도로 플라즈마가 존재하기 때문이다. 그래서, 양 코일(54i, 54o)과는 다른 중간의 코일(플로팅 코일(70))내에 소량(상기의 예에서는 0.4∼1.5A 정도)의 전류를 주회방향으로 안테나내 분배 전류 IRFi, IRFo와 동일 방향으로 흘리면, 그 중간 코일의 바로아래 위치 부근에서 유도 결합 플라즈마의 생성이 알맞게 증강되어, 플라즈마 밀도가 직경방향으로 균일하게 된다.
다른 견해에서 보면, 유도 결합 플라즈마의 생성에 플로팅 코일(70)을 적극적으로 참가 또는 기여시켜, 도넛형상 플라즈마내의 전자 밀도(플라즈마 밀도) 분포를 대략 평탄하게 하기 위해서는 즉, 안테나내 분배 전류 IRFi, IRFo와 동일한 방향으로 그 1/10 이하의 유도 전류 IIND를 얻기 위해서는 직렬공진을 일으키는 값(202㎊ 부근)보다도 충분히 작은 영역(약 10㎊∼80㎊)의 정전 용량을 선정할 수 있도록 가변 콘덴서(74)를 구성할 필요가 있다.
다음에, 이 실험에 있어서, 가변 콘덴서(94)의 정전 용량 C94의 값을 173㎊로 고정시켜, 가변 콘덴서(74)의 정전 용량 C74의 값을 367㎊→1495㎊로 단계적으로 올린 경우에 얻어진 막대그래프 데이터(도 12) 및 도넛형상 플라즈마내의 전자 밀도(플라즈마 밀도) 분포 데이터(도 13)에 대해서는 다음과 같이 해석할 수 있다.
이 경우에는 가변 콘덴서(74)의 정전 용량 C74가 직렬공진을 일으키는 값(202㎊ 부근)을 넘은 영역내에서 변화하기 때문에, 도 12에 나타내는 바와 같이, 유도 전류 IIND의 그래프는 음의 값을 나타낸다. 즉, 플로팅 코일(70)내의 유도 전류 IIND는 주회방향으로 RF 안테나(54)내의 코일 전류 IRFi, IRFo와 역방향으로 흐른다. 그리고, C74의 값이 367㎊일 때에는 직렬공진을 일으키는 값(202㎊ 부근)에 가깝기 때문에, 유도 전류 IIND의 전류값(절대값)은 11.2A로 비교적 크다. 반면, C74의 값이 1495㎊일 때에는 직렬 공진을 일으키는 값(202㎊ 부근)에서 상당히 멀기 때문에, 유도 전류 IIND의 전류값(절대값)은 5.0A로 비교적 작다. 한편, 내측 코일(54i) 및 외측 코일(54o)을 각각 흐르는 안테나내 분배 전류 IRFi, IRFo의 전류값은 각각 17.4A∼19.0A, 19.4A∼20.1A이며, 그다지 변하지 않는다.
이 경우의 도넛형상 플라즈마내의 전자 밀도(플라즈마 밀도) 분포는 도 13에 나타내는 바와 같이, C74의 값이 367㎊일 때(유도 전류 IIND의 전류값이 -11.2A일 때)에는 플로팅 코일(70)의 바로아래 위치(r=100㎜) 부근에서 국소적으로 떨어지고, C74의 값이 1495㎊일 때(유도 전류 IIND의 전류값이 -5.0A일 때)에는 그 하강이 한층 현저하게 된다. 이것은 플로팅 코일(70)내에서 흐르는 유도 전류 IIND의 방향이 주회방향으로 내측 코일(54i) 및 외측 코일(54o)을 각각 흐르는 안테나내 분배 전류 IRFi, IRFo와는 역방향이기 때문에, 플로팅 코일(70)의 바로아래 위치 부근에서 유도 자기장을 부정해서 유도 결합 플라즈마의 생성을 방해하는 방향에 작용하기 때문이다.
다음에, 이 실험에 있어서, 플로팅 코일(70)내의 가변 콘덴서(74)의 정전 용량 C74의 값을 24㎊로 고정시켜, RF 안테나(54)내의 가변 콘덴서(94)의 정전 용량 C94의 값을 126㎊→171㎊→173㎊→186㎊→1321㎊로 단계적으로 올린 경우에 얻어진 막대그래프 데이터(도 12) 및 도넛형상 플라즈마내의 전자 밀도(플라즈마 밀도) 분포 데이터(도 13)에 대해서는 다음과 같이 해석할 수 있다.
이런 경우는 도 12에 나타내는 바와 같이, RF 안테나(54)내에서 내측 코일(54i) 및 외측 코일(54o)을 각각 흐르는 안테나내 분배 전류 IRFi, IRFo의 밸런스(비)가 크게 변화한다.
즉, C94=126㎊일 때에는 IRFi=1.2A, IRFo=30.0A이며, IRFi≤IRFo의 밸런스가 된다. 그러나, C94=171㎊일 때에는 IRFi=15.7A, IRFo=18.2A이며, 엄밀하게는 IRFi<IRFo이기는 하지만, IRFi≒IRFo의 밸런스에 가깝게 된다. 또한, C94=173㎊일 때에는 IRFi=16.4A, IRFo=18.3A로 되고, IRFi≒IRFo의 밸런스에 한층 가깝게 된다.
그리고, C94=186㎊일 때에는 IRFi=18.1A, IRFo=16.6A이며, 양자의 대소관계가 IRFi>IRFo로 역전해서, IRFi≒IR Fo의 밸런스에 가까운 상태를 유지한다. 또한, C94=1321㎊일 때에는 IRFi=27.1A, IRFo=7.4A이며, 확실하게 IRFi≥IRFo의 밸런스가 된다.
한편, C94=126㎊∼1321㎊의 변화에 대해, 플로팅 코일(70)내에 흐르는 유도 전류 IIND는 0.2A∼0.6A의 범위내에 멈추어 있으며, 전류의 방향을 바꾸지 않는 것은 물론, 전류값도 거의 변하지 않는다.
이와 같이, 본 실시형태에 있어서는 플로팅 코일(70)내에 흐르는 유도 전류 IIND의 방향 및 크기의 제어와, RF 안테나(54)내의 안테나내 분배 전류 IRFi, IRFo의 밸런스(비)의 제어를 독립적으로 실행할 수 있다.
이와 같은 독립 제어를 실행할 수 있는 주된 이유는 플로팅 코일(70)과 내측 코일(54i)의 사이의 상호 인덕턴스를 Mi로 하고, 플로팅 코일(70)과 내측 코일(54i)의 사이의 상호 인덕턴스를 Mo로 하면, Mi=Mo의 관계가 있기 때문이다.
내측 코일(54i) 및 외측 코일(54o)에 안테나내 분배 전류 IRFi, IRFo가 각각 흐를 때에, 플로팅 코일(70)내에 생기는 유도 기전력 VIND는 중첩의 이유에 의해, 내측 코일(54i)을 내측의 안테나내 분배 전류 IRFi가 흐를 때에 플로팅 코일(70)내에 생기는 유도 기전력과, 외측 코일(54o)을 외측의 안테나내 분배 전류 IRFo가 흐를 때에 플로팅 코일(70)내에 생기는 유도 기전력을 더한 것이 된다. 여기서, 각각의 상호 인덕턴스 Mi, Mo가 동등하다고 하면, 상기의 식 (1), (2), (3)으로부터, 플로팅 코일(70)에 생기는 유도 기전력 더 나아가서는 유도 전류는 안테나내 분배 전류 IRFi, IRFo의 비(IRF/IRFo)에는 관계없이, 그들의 합(IRFi+IRFo)에 의존하는 것을 알 수 있다.
이 경우의 도넛형상 플라즈마중의 전자 밀도(플라즈마 밀도) 분포는 도 13에 나타내는 바와 같이, C94의 값이 126㎊일 때(IRFi≤IRFo일 때)에는 외측 코일(54o)의 바로아래 위치(r=150㎜) 부근에서 국소적으로 부풀어 오른다. 또한, C94의 값이 171㎊, 173㎊일 때(엄밀하게는 IRFi<IRFo의 관계에서 IRFi≒IRFo일 때)에는 RF 안테나(54)의 바로 아래 영역(r=50㎜∼150㎜)에서 대략 평평하게 된다. C94의 값이 186㎊일 때(엄밀하게는 IRFi>IRFo의 관계에서 IRFi≒IRFo일 때)에는 상대적으로 외측 코일(54o)의 바로아래 위치 부근보다도 내측 코일(54i)의 바로아래 위치 부근 쪽이 높아진다. 그리고, C94의 값이 1321㎊일 때(IRFi≥IRFo의 때)에는 내측 코일(54i)의 바로아래 위치(r=50㎜) 부근에서 국소적으로 크게 부풀어 오른다.
이와 같이, RF 안테나(54)내의 가변 콘덴서(94)의 정전 용량 C94를 가변하는 것에 의해, 안테나내 분배 전류 IRFi, IRFo의 밸런스를 임의로 제어하고, 더 나아가서는 내측 코일(54i) 및 외측 코일(54o)의 각각의 바로아래 위치 부근에 있어서의 유도 결합 플라즈마 밀도의 밸런스를 임의로 제어할 수 있다.
상술한 실시형태에 있어서의 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치에 있어서는 1개의 반도체 웨이퍼 W에 대한 단일 또는 일련의 플라즈마 처리를 실행하는 중에서, 프로세스 조건의 변경, 전환 또는 변화에 따라, 주 제어부(75)의 제어 하에서 플로팅 코일(70)의 가변 콘덴서(74)의 정전 용량을 가변조정하는 것이 가능하다.
이것에 의해, 낱장 플라즈마 프로세스의 전체 처리 시간 또는 전체 단계을 통해, RF 안테나(54)를 흐르는 고주파의 안테나 전류 IRF에 의해서 안테나 도체의 주위(특히, 챔버(10)내의 플라즈마 생성 공간)에 형성되는 RF 자기장 또는 RF 전기장의 강도 더 나아가서는 유도 결합 플라즈마의 생성에 대한 플로팅 코일(70)의 관여의 형태(증강 작용/저감 작용) 또는 정도(강약)를 임의의 타이밍에서 자유롭고 또한 정밀하게 조절할 수 있다. 이것에 의해서, 서셉터(12) 근방의 플라즈마 밀도를 직경방향으로 임의 또는 다양하게 제어하는 것이 가능하고, 서셉터(12) 근방의 플라즈마 밀도 분포를 직경방향으로 균일하게 하는 것도 용이하다. 따라서, 플라즈마 프로세스의 균일성을 용이하게 향상시킬 수 있다.
(RF 안테나/플로팅 코일의 레이아웃 변형예)
도 14a∼도 22에, 상기 제 2 실시형태에 있어서의 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치(도 9)에 적용 가능한 RF 안테나(54)/플로팅 코일(70)의 레이아웃의 변형예를 몇 개 나타낸다.
도 14a 및 도 14b는 RF 안테나(54)이 내측 코일(54i) 및 외측 코일(54o)을 갖는 경우에 있어서, 플로팅 코일(70)을 내측 코일(54i)의 직경방향내측에 배치하는 구성예(도 14a) 및 외측 코일(54o)의 직경방향 외측에 배치하는 구성예(도 14b)를 각각 나타낸다.
도 14a의 구성예에서는 플로팅 코일(70)과 외측 코일(54i)의 사이의 상호 인덕턴스보다도 플로팅 코일(70)과 내측 코일(54i)의 사이의 상호 인덕턴스 쪽이 현격히 크다. 이 때문에, 플로팅 코일(70)내에 흐르는 유도 전류 IIND는 외측 코일(54o)을 흐르는 전류ＩRFo보다도 내측 코일(54i)을 흐르는 전류 IRFi에 많이 의존한다.
반대로, 도 14b의 구성예에서는 플로팅 코일(70)과 내측 코일(54i)의 사이의 상호 인덕턴스보다도 플로팅 코일(70)과 외측 코일(54i)의 사이의 상호 인덕턴스 쪽이 현격히 크다. 이 때문에, 플로팅 코일(70)내에 흐르는 유도 전류 IIND는 내측 코일(54i)을 흐르는 전류 IRFi보다도 외측 코일(54o)을 흐르는 전류 IRFo에 많이 의존한다.
도 15a∼도 15d에, 코일직경이 다른 복수(예를 들면, 2개)의 플로팅 코일(70i, 70o)을 병설하는 구성예를 나타낸다.
도 15a에 나타내는 바와 같이, 전형적으로는 직경방향에 있어서 RF 안테나(54)를 양측으로부터 사이에 두도록, 코일 직경이 작은 쪽의 내측 플로팅 코일(70i)을 RF 안테나(54)의 직경방향 내측에 배치하고, 코일 직경이 큰 쪽의 외측 플로팅 코일(70o)을 RF 안테나(54)의 직경방향 외측에 배치하는 구성이 취해진다.
무엇보다도, 도 15b에 나타내는 바와 같이, 내측 플로팅 코일(70i) 및 외측 플로팅 코일(70o)의 쌍방을 RF 안테나(54)의 내측에 배치하는 것도 가능하다. 또는, 도 15c에 나타내는 바와 같이, 내측 플로팅 코일(70i) 및 외측 플로팅 코일(70o)의 쌍방을 RF 안테나(54)의 외측에 배치하는 것도 가능하다.
또한 도 15d에 나타내는 바와 같이, RF 안테나(54)가 내측 코일(54i) 및 외측 코일(54o)로 이루어지는 경우에 있어서, 내측 플로팅 코일(70i)을 내측 코일(54i)과 외측 코일(54o)의 사이에 배치하고, 외측 플로팅 코일(70o)을 외측 코일(54o)의 직경방향 외측에 배치하는 것도 가능하다. 이 변형예로서, 도시 생략하지만, 내측 플로팅 코일(70i)을 내측 코일(54o)의 직경방향 내측에 배치하고, 외측 플로팅 코일(70o)을 내측 코일(54i)과 외측 코일(54o)의 사이에 배치하는 것도 가능하다.
이와 같이 독립된 복수의 플로팅 코일(70i, 70o)을 병설하는 구성에 있어서는 각각의 플로팅 코일(70i, 70o)과 RF 안테나(54)의 사이의 상호 인덕턴스는 거의 동등한 경우도 있으면 상당히 다른 경우도 있다. 어느 경우에도, 각각의 플로팅 코일(70i, 70o)에 가변 콘덴서(74i, 74o)가 개별적으로 마련되어 있으므로, 각각의 가변 콘덴서(74i, 74o)의 정전 용량을 가변 제어하는 것에 의해서, 플로팅 코일(70i, 70o)내에 각각 흐르는 유전 전류 IINDi, IINDo의 방향 및 크기(전류값)를 독립적으로 제어할 수 있다.
도 16에 나타내는 바와 같이, 플로팅 코일(70)을 복권(예를 들면, 2턴)로 구성하는 것도 가능하다. 복권 코일의 경우는 코일 전체(전체 둘레)의 저항 R70 및 자기 인덕턴스 L70은 증배하기 때문에, 그만큼 유도 전류 IIND가 작아진다. 무엇보다도, 코일의 길이가 증배하고 있으므로, 코일 전체에서는 단권과 동등한 기자력(起磁力)(단위: Ampere Turn)이 얻어진다. 따라서, 이러한 복권의 플로팅 코일(70)은, 예를 들면, 가변 콘덴서(74)의 내성면에서, 플로팅 코일(70)내에서 큰 유도 전류 IIND가 흐르는 것을 피하고자 하는 경우에 유리하다.
또한, 도 17에 나타내는 바와 같이, 플로팅 코일(70)을 주회방향으로 분할(도시의 예는 2분할)하는 구성도 가능하다. 이 경우에는 각각 원호형상의 분할 코일(70L, 70R)에 가변 콘덴서(74L, 74R)가 개별적으로 마련된다. 통상은 코일 1주에서 동일한 방향에 동일 크기의 전류가 흐르도록, 즉 양 분할 코일(70L, 70R)내에서 각각 흐르는 유도 전류 IINDL, IINDR이 동일 방향으로 동일 크기가 되도록, 각각 가변 콘덴서(74L, 74R)의 정전 용량이 조정된다. 무엇보다도, 이러한 분할 방식의 플로팅 코일(70)에 있어서는 필요에 따라, 예를 들면, 방위각 방향에 있어서의 장치 구조의 비대칭성을 보상하기 위해, 각 분할 코일(70L, 70R)내에서 흐르는 유도 전류 IINDL, IINDR의 방향 또는 크기를 의도적으로 다르게 하는 것도 가능하다.
도 18에는 RF 안테나(54)를 구성하는 코일(내측 코일(54i)/외측 코일(54o)) 및 플로팅 코일(70)의 각각이 공간적 또한 전기적으로 병렬의 관계에 있는 한 쌍의 나선 코일로 이루어지는 예를 나타낸다.
더욱 상세하게는 내측 코일(54i)은 주회방향으로 180° 어긋나게 해서 병진하는 한 쌍의 나선 코일(54ia, 54ib)로 이루어진다. 이들 나선 코일(54ia, 54ib)은 고주파 전원(56)측의 노드 NA보다도 하류측에 마련된 노드 NC와 어스선(55)측의 노드 NB보다도 상류측에 마련된 노드 ND와의 사이에서 전기적으로 병렬로 접속되어 있다.
외측 코일(54o)은 주회방향으로 180° 어긋나게 해서 병진하는 한 쌍의 나선 코일(54oa, 54ob)로 이루어진다. 이들 나선 코일(54oa, 54ob)은 고주파 전원(56)측의 노드 NA보다도 하류측에 마련된 노드 NE와 어스선(55)측의 노드 NB보다도(더 나아가서는 가변 콘덴서(74)보다도) 상류측에 마련된 노드 NF의 사이에서 전기적으로 병렬로 접속되어 있다.
또한, 플로팅 코일(70)은 주회방향으로 180° 어긋나게 해서 병진하는 한 쌍의 나선 코일(70a, 70b)로 이루어진다. 이들 나선 코일(70a, 70b)이 닫힌 루프 내에는 가변 콘덴서(74a, 74b)가 각각 마련되고 있다.
또, 플로팅 코일(70)을 구성하는 각 나선 코일과 RF 안테나(54)를 구성하는 각 나선 코일의 사이의 상호 인덕턴스에 관계하는 거리 간격은 양 나선 코일의 평균직경의 사이의 거리 간격으로 근사되어도 좋다.
도 19는 플로팅 코일(70)이 직경방향에 있어서 RF 안테나(54)를 사이에 두도록 그 양측(RF 안테나(54)의 내측 및 외측)에 걸쳐 배치되는 구성예를 나타낸다. 이 구성예에 의하면, RF 안테나(54)와 플로팅 코일(70)의 사이의 상호 인덕턴스를 크게 할 수 있을 뿐만 아니라, 플로팅 코일(70)의 바로 아래 위치 부근에 있어서의 유도 결합 플라즈마 생성 영역을 직경방향으로 분산 내지 확장할 수 있다.
도 20은 플로팅 코일(70)이 RF 안테나(54)의 바로위에 상부 코일 세그먼트(70p)를 동축으로 배치하는 동시에, RF 안테나(54)와 동일 평면상(예를 들면 직경방향 외측)에 하부 코일 세그먼트(70q)를 동축으로 배치하고, 양 코일 세그먼트(70p, 70q)를 전기적으로 직렬 접속하는 구성예를 나타낸다.
이 구성예에 있어서, 상부 코일 세그먼트(70p)는 RF 안테나(54)와의 상호 인덕턴스를 가급적 크게 하도록, RF 안테나(54)와 동일한 코일 직경을 갖고, RF 안테나(54)에 한 없이 접근해서 배치되는 것이 바람직하다. 한편, 하부 코일 세그먼트(70q)는 RF 안테나(54)와의 상호 인덕턴스보다도 바로 아래의 챔버(10)내에서 생성되는 유도 결합 플라즈마의 직경방향 분포 특성을 우선해도 좋고, 임의의 구경을 선정할 수 있다. 이와 같이 해서, 상부 코일 세그먼트(70p)는 주로 유도 기전력의 발생에 기여하고, 하부 코일 세그먼트(70q)는 주로 플라즈마 밀도 분포의 제어에 기여한다. 이와 같이, 양 코일 세그먼트(70p, 70q)에 역할 분담시킬 수 있다.
도 21 및 도 22는 RF 안테나(54) 및 플로팅 코일(70)의 형상에 관한 변형예를 나타낸다. 본 발명에 있어서, RF 안테나(54) 및 플로팅 코일(70)의 루프형상은 원형에 한정되는 것은 아니고, 피처리체의 형상 등에 맞추어 임의의 형태를 취하는 것이 가능하고, 예를 들면, 도 21에 나타내는 직사각형 또는 사각형, 혹은 도 22에 나타내는 부채형이어도 좋다.
또한, 도시 생략하지만, RF 안테나(54)와 플로팅 코일(70)은 반드시 서로 유사할 필요는 없다.
(RF 안테나/플로팅 코일의 배치 구조에 관한 다른 실시예)
상술한 제 1 및 제 2 실시형태에 있어서의 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치에서는 챔버(10)의 천장에 유전체 창(52)을 수평으로 부착하고, 이 유전체 창(52)의 위 또는 위쪽에 RF 안테나(54) 및 플로팅 코일(70)을 배치하였다. 그러나, 본 발명에 있어서의 RF 안테나 및 플로팅 코일의 배치 구조는 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 도 23a에 나타내는 바와 같이, RF 안테나(54) 및 플로팅 코일(70)이 챔버(10)의 종방향으로 오프셋해서(위치를 어긋나게 해서) 챔버 측벽의 주위에 배치되는 구성도 가능하다. 도시한 구성예에서는 플로팅 코일(70)이 RF 안테나(54)의 아래쪽에 배치된다. 챔버(10)의 측벽은 적어도 RF 안테나(54) 및 플로팅 코일(70)이 위치하는 부근의 부위가 유전체로 된다. RF 안테나(54) 또는 플로팅 코일(70)은 복권의 경우에는 헤리컬(나선)형상이 된다.
도 23a의 구성예에서는 챔버(10)의 주위에서 RF 안테나(54)를 고주파의 안테나 전류 IRF가 흐르면, 그 안테나 전류 IRF에 의해서 생성되는 자기장이 챔버(10)의 측벽(유전체 창)을 관통해서 챔버(10)내의 플라즈마 생성 공간을 통과하고, 이 자기장의 시간적인 변화에 의해서 플라즈마 생성 공간의 방위각 방향으로 유도 전기장이 발생한다. 이 유도 전기장에 의해 방위각 방향으로 가속된 전자가 에칭 가스의 분자나 원자와 전리 충돌을 일으키고, 도넛형상의 플라즈마가 생성된다. 한편, RF 안테나(54)를 안테나 전류 IRF가 흐르는 것에 의해서, 플로팅 코일(70)내에는 유도 전류 IIND가 흐른다. 이 안테나 전류 IRF에 의해서 생성되는 자기장은 챔버(10)의 측벽(유전체 창)을 관통해서 챔버(10)내의 플라즈마 생성 공간을 통과한다. 유도 전류 IIND가 흐르는 방향이 안테나 전류 IRF의 방향과 반대이면 유도 결합 플라즈마의 생성은 저감되고, 유도 전류 IIND가 흐르는 방향이 안테나 전류 IRF의 방향과 동일하면 유도 결합 플라즈마의 생성은 증강된다.
본 실시예에 있어서도, 플로팅 코일(70)의 루프 내에 가변 콘덴서(74)를 마련하고 있으므로, 이 가변 콘덴서(74)의 정전 용량을 제어하는 것에 의해, 유도 전류 IIND를 안테나 전류 IRF와 역방향으로 하는 것도 동일 방향으로 하는 것도 가능하고, 더 나아가서는 유도 전류 IIND의 크기(전류값)를 조절할 수도 있다.
도 23a의 구성예는 챔버(10)의 측벽의 주위에서 플로팅 코일(70)을 RF 안테나(54)보다도 아래쪽에, 즉 서셉터(12)에 근접시켜 배치하고 있으므로, 플로팅 코일(70) 내지 가변 콘덴서(74)의 작용의 효력을 강하게 할 수 있다. 그러나, 플로팅 코일(70)을 RF 안테나(54)보다도 위쪽에, 즉 서셉터(12)로부터 멀리해서 배치하는 구성도 가능하며, 예를 들면, 도 23b에 나타내는 바와 같이, 플로팅 코일(70)을 챔버(10)의 천판(유전체 창)(52)의 위에 배치하는 것도 가능하다. 이 경우, 플로팅 코일(70)은 원환상 또는 나선형상의 코일 형태를 취할 수 있다.
다른 실시예로서, 도 23c에 나타내는 바와 같이, 챔버(10)에 돔형상의 천판(유전체 창)(52)이 부착되는 경우에는 이 돔형상 유전체 창(52)의 위에(바람직하게는 탑재한 상태에서) RF 안테나(54) 및 플로팅 코일(70)을 배치하는 구성도 가능하다.
(플로팅 코일내에 고정 콘덴서를 마련하는 실시예)
도 24에, 플로팅 코일(70)의 루프 내에 고정 콘덴서(95)를 마련하는 실시예를 나타낸다. 본 실시예에 있어서의 플로팅 코일(70)은 바람직하게는 원환상의 단권 코일이며, RF 안테나(54)에 가급적으로 근접해서 배치된다. 또한, 도시한 예에서는 플로팅 코일(70)이 RF 안테나(54)의 직경방향 내측에 배치되어 있지만, RF 안테나(54)의 직경방향 외측에 배치되어도 좋다.
본 실시예에 있어서, 플로팅 코일(70)을 유도 결합 플라즈마의 생성에 적극적으로 작용시키는 경우에는 RF 안테나(54)를 흐르는 안테나 전류 IRF와 주회방향으로 동일 방향에 적절한 크기(예를 들면, IRF의 수 배)의 유도 전류 IIND가 플로팅 코일(70)내에서 흐르도록, 고정 콘덴서(95)의 정전 용량을 선정한다. 즉, 고정 콘덴서(95)의 정전 용량은 플로팅 코일(70)내에서 직렬 공진을 일으키는 정전 용량보다는 작아 그 부근의 값으로 선정된다. 이것에 의해서, 플로팅 코일(70)은 단권(1턴)의 원환상 코일이어도, 유도 결합 플라즈마 생성의 어시스트 효과에 관해 복권(복수 턴)의 원환상 코일 혹은 나선 코일과 외관상 동등한 작용(기능)을 할 수 있다.
이와 같은 고정 콘덴서(95)를 갖는 단권 원환상의 플로팅 코일(70)은 제작(특히, 콘덴서의 조립)이 용이하고, RF 안테나(54) 주위의 조립이나 메인터넌스<유지 보수>에도 유리하다. 또한, 플로팅 코일(70)의 루프 내에 결선 개소나 접속용 도체도 없으므로, 파워 로스가 적은 것이나, 전자기적인 작용면에 있어서 주회방향의 균일성이 좋은 것 등의 이점이 있다.
또, 상술한 제 1 또는 제 2 실시형태에 있어서, 플로팅 코일(70)내에 마련된 가변 콘덴서(74)를 고정 콘덴서(95)로 치환하는 것은 물론 가능하다.
(플로팅 코일의 구조에 관한 실시예 1)
다음에, 도 25∼도 29을 참조하여, 본 발명의 유도 결합형 플라즈마 처리 장치에서 이용하는 플로팅 코일(70)의 구조에 관한 실시예를 설명한다.
우선, 도 25∼도 29에 대해, 플로팅 코일(70)의 콘덴서(74, 94)에 시판품인 콘덴서 소자를 이용하는 경우의 실시예를 설명한다.
도 25에 나타내는 실시예는 플로팅 코일(70)에 1개의 잘림부 G를 형성하고, 이 장소에 시판품인 2단자형 콘덴서(74, 94)를 부착한다. 본 실시예에 있어서의 특징은 플로팅 코일(70)의 코일 도체와 콘덴서(74, 94)의 패키지 본체의 단자를 연결하는 접속 단자(112a, 112b)를 코일 도체보다 위쪽(바람직하게는 수직 위쪽)에 세우고 있는 구성에 있다.
상기와 같이 플로팅 코일(70)에 큰 유도 전류 IIND를 흘리는 경우에는 대전류를 흘릴 수 있는 큰 사이즈의 콘덴서(74, 94)가 이용된다. 그런데, 콘덴서(74, 94)의 사이즈가 크면, 잘림부 G의 사이즈도 커지고, 플로팅 코일(70)의 루프상에서 잘림부 G의 부분이 플로팅 코일(70)의 전자기장적인 작용상 무시할 수 없는 특이점으로 될 수 있다.
본 실시예에서는 상기와 같이 콘덴서 접속 도체(112a, 112b)를 수직위쪽으로 연장해서 콘덴서 본체를 코일 도체보다도 한층 위쪽에(플라즈마측에서 한층 멀리 떨어뜨려) 배치하므로, 콘덴서 본체가 플라즈마측에서 잘 보이지 않는 구조, 즉 마스킹되는 구조로 되어 있다.
도 26a 및 도 26b에 나타내는 다른 실시예에서는 플로팅 코일(70)의 잘림부 G를 코일 주회방향에 대해(또는 코일 반경 방향에 대해) 일정한 각도(예를 들면 45°）로 비스듬히 형성하고 있다. 그리고, 잘림부 G를 거쳐서 서로 대향하는 코일 도체의 양 개방 단부에 각각 마련되는 한 쌍의 콘덴서 급전 포인트(콘덴서 접속 도체(112a, 112b)의 기단의 위치)(114a, 114b)가 코일 중심 O를 통과하는 반경방향의 직선 F상에 위치하도록 구성하고 있다. 이러한 구성에 의해, 플라즈마측으로부터는 잘림부 G의 개소가 잘 보이지 않게 되어, 플로팅 코일(70)의 코일 도체가 주회방향으로 마치 연속되어 있는 것과 같이 보인다.
변형예로서, 플로팅 코일(70)의 잘림부 G를 비스듬한 일직선이 아닌, 도 26c에 나타내는 상자 구조를 가능하게 하는 비스듬한 형상으로 하는 것도 가능하다.
도 27a에 나타내는 다른 실시예에서는 플로팅 코일(70)의 잘림부 G가 코일 도체를 코일 반경 방향에 대해 비스듬히 자르면서 연장하고 있는 것뿐만 아니라, 종방향(코일축 방향)에 대해서도 비스듬히 자르면서 연장되어 있는 구성이 특징적이다. 이러한 구성에 의해, 플라즈마측으로부터는 잘림부 G의 개소가 한층 잘 보이지 않게 되고, 주회방향에 있어서의 플로팅 코일(70)의 코일 도체의 유사적 연속성이 더욱 향상한다.
또, 플로팅 코일(70)의 코일 도체의 단면형상은 임의이며, 예를 들면, 도 27B에 나타내는 바와 같이 삼각, 사각 또는 원의 어느 것이어도 좋다.
도 28에, 플로팅 코일(70)의 잘림부 G에 기인하는 특이점의 존재를 해소 또는 억제하는데 유효한 다른 실시예를 나타낸다. 본 실시예에서는 플로팅 코일(70)상에 주회방향으로 일정한 간격을 두고 복수개, 예를 들면, 3개의 콘덴서(74, 94)를 마련하고 있다.
원래, 유도 결합형 플라즈마 처리 장치는 RF 안테나 바로 아래에서는 직경방향으로 불균일하게(도넛형상) 플라즈마를 생성하고, 그것을 확산시켜 서셉터측의 기판 상에 균일한 플라즈마가 얻어지는 바와 같이 설계되는 것이다. 주회방향으로 도넛형상 플라즈마내의 플라즈마 밀도에 불균일한 개소가 있는 경우에도 당연히 확산에 의한 평활화가 일어나지만, 직경방향에 비하면 주회방향으로는 평활화에 필요한 확산 거리가 길기 때문에, 평활화 또는 균일화하기 어려운 경향이 있다.
이 점에 관해서는 도 28에 나타내는 바와 같이, 불연속점을 주회방향에 일정 간격으로 복수 마련하면, 평활화에 필요한 확산 거리가 짧아진다. 예를 들면, 도시한 바와 같이 플로팅 코일(70)에 120° 간격으로 3개의 잘림부 G를 마련하면, 주회방향으로 플라즈마의 확산에 필요한 거리는 원주의 1/3이 되고, 평활화 내지 균일화하기 쉬워진다.
도 29의 실시예는 도 28의 실시예의 변형예이며, 플로팅 코일(70)에 더미의 잘림부 G′를 형성하고, 이 더미의 잘림부 G′에 더미의 콘덴서 전극(116) 및 더미의 콘덴서 접속 도체(118)를 마련하는 구성을 특징으로 한다. 더미의 잘림부 G′는 콘덴서(74, 94)을 부착하기 위한 본래의 잘림부 G와 완전히 동일한 구조라도 좋고, 전부의 잘림부(G, G')가 주회방향으로 등 간격으로 배치되도록, 본래의 잘림부 G와 혼재해서 소정 위치에 1개 또는 복수 마련된다. 더미의 콘덴서 전극(116)은 1개의 도체판(예를 들면 구리판)으로 구성되어도 좋다. 더미의 콘덴서 접속 도체(118)도 진짜의 콘덴서 접속 도체(112a, 112b)와 마찬가지의 재질 및 형상으로 만들어져도 좋다.
도 28의 실시예에서는 플로팅 코일(70, 90)에 전기적으로 직렬 접속에 의해 복수의 콘덴서(74, 94)를 마련하는 것에 대해, 도 29의 실시예는 1개의 콘덴서(74, 94)로 좋다고 하는 특징이 있다.
(플로팅 코일의 구조에 관한 실시예 2)
다음에, 도 30∼도 36b에, 고정 콘덴서(95)와 가변 콘덴서(74)을 구조체로 해서 플로팅 코일(70)에 일체로 조립하는 실시예를 나타낸다.
도 30에 나타내는 실시예는 플로팅 코일(70)의 잘림부 G를 그대로 고정 콘덴서(95)의 전극간 갭으로서 이용하는 예이다. 이 잘림부 G에 유전체의 필름(도시하지 않음)을 삽입해도 좋다.
본 실시예에 있어서, 잘림부 G를 거쳐서 대향하는 코일 도체의 한 쌍의 개방 단부는 콘덴서 전극을 구성한다. 이 콘덴서 전극은 도 31에 나타내는 바와 같이 위쪽(또는 옆)으로 연장하는 확장부(120)를 일체로 붙임으로써, 전극면적을 임의의 크기로 조정할 수도 있다.
또한, 상기와 같은 맞댐형(Attaching Type)의 콘덴서 구조 이외에도, 예를 들면, 도 32에 나타내는 바와 같이, 플로팅 코일(70)에 있어서, 잘림부 G에 인접하는 한쪽의 코일 도체 단부(70e)를 한쪽의 콘덴서 전극으로 해서 그 위에 유전체(122)를 고착하고, 다른 쪽의 코일 도체 단부(70f)에도 접속하는 가교 도체판(124)을 유전체(122)의 상면에 대고 다른 쪽의 콘덴서 전극으로 한다. 이것에 의해, 중첩형의 고정 콘덴서(95)가 구성된다.
도 33 내지 35d에, 가변 콘덴서(74)를 구조체로 해서 플로팅 코일(70)에 일체로 조립하는 실시예를 나타낸다. 본 실시예는 대략 도 32의 고정 콘덴서(95)에 있어서 가교 도체판(124)을 슬라이드 가능한 가동 전극으로 치환하는 것이다.
도 33에 나타내는 바와 같이. 본 실시예에서는 잘림부 G에 인접하는 한쪽의 코일 도체 단부(70a)의 위에는 동일한 두께를 갖는 판형상 또는 시트형상의 유전체(128) 및 고정 접점 도체(130)가 고착된다. 여기서, 고정 접점 도체(130)는 유전체(128)보다도 잘림부 G에서 먼 위치에 배치된다. 또한, 반대측에서 잘림부 G에 인접하는 다른 쪽의 코일 도체 단부(70b)의 위에는 유전체(128) 및 고정 접점 도체(130)와 동일한 두께를 갖는 판형상 또는 시트형상의 고정 접점 도체(132)가 고착된다. 가동 전극(126)은 면일치로 배열된 고정 접점 도체(130), 유전체(128) 및 고정 접점 도체(132)의 상면을 슬라이딩해서 코일 주회방향으로 이동할 수 있도록 되어 있다. 또, 플로팅 코일(70)의 주회방향은 엄밀하게는 원호이지만, 국소적으로 잘림부 G의 장소 부근에 한정해서 보면, 직선방향으로 간주해도 좋다. 따라서, 가동 전극(126)이 직선적으로 이동해도, 플로팅 코일(70)의 위로부터 옆으로 어긋나는 일은 없다.
가동 전극(126)을 슬라이딩시키기 위한 슬라이드 기구(134)는, 예를 들면, 볼 나사 기구로 이루어지고, 일정한 위치에서 수평으로 연장하는 이송 나사<feed screw>(136)를 회전 구동하기 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 가동 전극(126)을 결합하는 압축 코일 스프링(142) 및 연직방향으로 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 가동 전극(126)에 고정되어 있다. 압축 코일 스프링(142)은 탄성력에 의해서 가동 전극(126)을 고정 접점 도체(130), 유전체(128) 및 고정 접점 도체(132)에 꽉 누른다. 용량 제어부(76)는 스테핑 모터(138)의 회전 방향 및 회전량을 통해 가동 전극(126)의 슬라이드 위치를 제어한다.
본 실시예에서는 잘림부 G를 사이에 두는 한 쌍의 코일 도체 단부(70e, 70f)의 사이에, 도 34와 같은 등가 회로에서 나타나는 가변 콘덴서(74), 제 1 스위치 S1 및 제 2 스위치 S2가 조립되어 있다. 여기서, 제 1 스위치 S1은 가변 콘덴서(74)와 전기적으로 직렬로 접속되는 개폐기이며, 제 2 스위치 S2는 가변 콘덴서(74)와 전기적으로 병렬로 접속되는 개폐기이다.
더욱 상세하게는 가변 콘덴서(74)는 한쪽의 코일 도체 단부(70a)와 유전체(128)와 가동 전극(126)과 슬라이드 기구(134)에 의해서 구성되어 있다. 제 1 및 제 2 스위치 S1, S2는 고정 접점 도체(130, 132)와 가동 전극(126)과 슬라이드 기구(134)에 의해서 구성되어 있다.
여기서, 도 35a 내지 35d에 대해, 본 실시예에 있어서의 작용을 설명한다.
우선, 도 35a에 나타내는 바와 같이 가동 전극(126)을, 한쪽측의 코일 도체 단부(70f)상의 고정 접점 도체(132)에만 접촉하고, 반대측의 코일 단부(70e)상의 고정 접점 도체(130) 및 유전체(128)의 어느 것과도 접촉하지 않는 위치로 이동시킨다. 이 위치에서는 스위치 S1, S2의 어느 것도 열림(OFF) 상태이며, 플로팅 코일(70)의 잘림부 G는 전기적으로 완전히 오픈(차단) 상태가 된다. 따라서, 플로팅 코일(70)에는 유도 전류에 IIND가 일체 흐르지 않고, 실질적으로 플로팅 코일(70)이 없는 경우와 동일하게 된다.
다음에, 도 35b에 나타내는 바와 같이, 가동 전극(126)을 한쪽측의 코일 도체 단부(70f)상의 고정 접점 도체(132)에 접촉하고, 반대측의 코일 도체 단부(70e)상에서는 유전체(128)에는 접촉하고, 고정 접점 도체(130)에는 접촉하지 않는 위치로 이동시킨다. 이 위치에서는 스위치 S2는 열림(OFF) 상태인 채, 스위치 S1이 닫힘(ON) 상태가 되고, 가변 콘덴서(74)가 유효한 캐패시턴스를 갖고 기능(통전)한다.
이 가변 콘덴서(74)의 정전 용량은 가동 전극(126)을 고정 접점 도체(132)를 향해 이동시킬수록 커지고, 도 35c에 나타내는 바와 같이 가동 전극(126)이 유전체(128)의 상면 전체를 덮는 위치까지 이동시켰을 때에 최대가 된다.
그리고, 가동 전극(126)을 또한 전진 이동시켜, 도 35d에 나타내는 바와 같이 고정 접점 도체(130)의 위까지 이동시키면, 양측의 고정 접점 도체(130, 132)끼리가 가동 전극(126)을 거쳐서 단락하고, 스위치 S1도 닫힘(ON) 상태가 된다. 즉, 잘림부 G가 단락 상태가 되고, 플로팅 코일(70)은 코일 도체의 양단이 닫힌 링이 된다.
또, 도 34와 같이 가변 콘덴서(74)(고정 콘덴서(95)라도 가능)와 직렬 및/또는 병렬로 스위치 S1, S2를 접속하는 구성은 시판품인 콘덴서 소자를 이용하는 실시예(도 25∼도 29)에 있어서도 실현할 수 있다. 또한, 직렬 접속의 스위치 S1은 플로팅 코일(70)의 루프 내에서 콘덴서(74)((94))와는 다른 잘림부에 마련되어도 좋다.
도 36a 및 도 36b에, 가변 콘덴서(74)를 구조체로 해서 플로팅 코일(70)에 일체로 조립하는 다른 실시예를 나타낸다.
본 실시예에서는 도 36a에 나타내는 바와 같이, 플로팅 코일(70)의 코일 도체가, 서로 동심원형상(단면 빗살형상)으로 배치되고, 또한 바닥부에서 일체 접속 또는 분리된 구경이 다른 복수(예를 들면 3개)의 원통형상(정확하게는 원호형상) 판체(150(1), 150(2), 150(3))로 구성된다. 그리고, 코일 도체(150(1), 150(2), 150(3))에는 주회방향으로 1개소 또는 등간격의 복수 개소에서 잘림부 G가 형성되는 동시에, 각 잘림부 G의 부근에서 주회방향으로 이동 또는 변위 가능한 가동 전극(152)이 마련된다.
각각의 가동 전극(152)은 단면 빗살형상의 원통체(150(1), 150(2), 150(3))과 비접촉으로 대향하는 단면 빗살형상의 정상부에서 일체로 접속된 복수(예를 들면, 4개)의 원호형상 판체(152(1), 152(2), 152(3), 152(4))로 구성되어 있다. 가동 전극판(152)끼리는 수평 지지봉(154)을 거쳐서 일체적으로 결합되고, 중심점 O를 통과하는 수직 지지봉(도시하지 않음)을 거쳐서 모터 등의 회전 기구(도시하지 않음)에 접속되어 있다.
가동 전극(152)을 도 36a에 나타내는 위치로 이동시키면, 플로팅 코일(70)의 코일 도체(150(1), 150(2), 150(3))는 잘림부 G의 부분에서 주회방향으로 전기적으로 분단된 상태로 되고, 완전 차단상태(코일이 없는 것과 동일한 상태)가 된다.
가동 전극판(152)을 도 36a의 위치로부터 도면의 반시계방향으로 조금 이동시키면, 가동 전극(152)은 주회방향으로 잘림부 G를 횡단해서 그 양측의 코일 도체 단부의 쌍방과 콘덴서를 형성한다. 이와 같이 잘림부 G를 주회방향으로 타고 넘는 가동 전극(152)의 회전 위치를 조절함으로써, 합성적인 콘덴서의 캐패시턴스를 가변할 수 있다.
(가변 콘덴서의 정전 용량의 제어에 관한 실시예)
도 37a ~ 37c에 나타내는 실시예는 플로팅 코일(70)내에 마련되는 가변 콘덴서(74)의 정전 용량을 온도에 의해 가변 제어하는 방식에 관한 것이다.
본 실시예에서는 도 37a 및 도 37b에 나타내는 바와 같이, 플로팅 코일(70)의 1개(또는 복수)의 잘림부 G에, 온도에 따라 유전율이 변화하는 감온성의 재질, 예를 들면, 폴리아미드 수지로 이루어지는 유전체(156)를 삽입한다. 도 37c에, 이러한 종류의 감온성 유전체에 있어서 그 유전율이 온도에 의존해서 변화하는 특성의 예를 나타낸다.
이와 같은 감온성의 유전체(156)에 대해, 예를 들면, 레이저 또는 램프(158)로부터 가열용의 광 빔을 조사하거나, 혹은 가스 노즐(160)로부터 냉각용의 가스를 분사하는 것에 의해, 일정한 온도-유전율 특성(도 37C)에 의거하여 유전체(156)의 유전율을 가변하고, 더 나아가서는 가변 콘덴서(74)의 정전 용량을 가변 제어한다.
변형예로서, 도 38에 나타내는 바와 같이, 가변 콘덴서(74)의 정전 용량을 습도로 가변 제어하는 방식도 가능하다. 이 구성예에서는 플로팅 코일(70)의 1개(또는 복수)의 잘림부 G에, 습도에 의해 유전율이 변화하는 감습성의 재질, 예를 들면, 가교 폴리이미드, 셀룰로오스·아세테이트, 폴리비닐·알코올, 폴리 아크릴·아미드 또는 폴리비닐·피롤리돈으로 이루어지는 유전체(162)를 삽입한다. 이러한 감습성의 유전체(162)에 대해, 예를 들면, 레이저 또는 램프(164)로부터 가열 또는 건조용의 광 빔을 조사하거나, 혹은 가스 노즐(166)로부터 증기를 분사하는 것에 의해, 일정한 습도-유전율 특성(도시하지 않음)에 의거하여 유전체(162)의 유전율을 가변하고, 더 나아가서는 가변 콘덴서(74)의 정전 용량을 가변 제어한다. 건조 수단으로서, 광 빔 대신에 건조 가스를 사용하는 것도 가능하다.
(플로팅 코일의 레이아웃 구조에 관한 다른 실시예)
도 39∼도 43에 대해, 플로팅 코일의 권선 또는 레이아웃 구조에 관한 다른 실시예를 설명한다.
플로팅 코일(70)의 코일 직경이 나선형상 RF 안테나(54)의 내경과 외경의 중간에 있는 경우에는 도 39에 나타내는 바와 같이, 플로팅 코일(70)의 코일 도체의 위를 타고 넘어 RF 안테나(54)의 내측 부분과 외측 부분을 접속하는 고가 접속 도체(170)를 마련해도 좋다. 또, RF 안테나(54)에, 예를 들면, 콘덴서(172)로 이루어지는 종단 회로를 접속해도 좋다.
또한, 도 40a 및 도 40b에 나타내는 바와 같이 나선형상의 RF 안테나(54)에 대해 플로팅 코일(70)이 직경방향으로 엇갈리는 나선 형상을 갖는 구성도 가능하다.
또한, 도 41에 나타내는 바와 같이, 코일직경이 다른 독립된 2개의 나선형상 플로팅 코일(70A, 70B)을 동심형상으로 배열해서 배치해도 좋다.
다른 실시예로서, 도시 생략하지만, 높이 위치가 다른 독립된 복수의 플로팅 코일을 동축형상으로 배열해서 배치하는 것도 가능하다.
또한, 도 42에 나타내는 바와 같이, 코일 직경이 다른 복수(예를 들면 2개)의 나선 플로팅 코일(70C, 70D)을 가변 또는 고정 콘덴서(74C (90C), 74D(90D))를 거쳐서 직렬로 접속하고, 전체로서 1개의 복권 플로팅 코일로 하는 것도 가능하다. 더 나아가서는, 도시 생략하지만, 콘덴서(74C (90C), 74D(90D))의 어느 한쪽을 생략해서 그 부분을 단락하는 구성도 가능하다.
또한, 도 43에 나타내는 바와 같이, 1개 또는 복수(도시의 예는 3개)의 플로팅 코일(70(1), 70(2), 70(3))의 각각의 루프 내에, 고정 콘덴서(94(1), 94(2), 94(3)) 또는 가변 콘덴서(74(1), 74(2), 74(3))와 개폐 스위치 S(1), S(2), S(3)를 직렬 접속(또는 병렬 접속)으로 마련하는 구성도 가능하다.
(다른 실시형태 또는 변형예)
본 발명에 있어서의 플로팅 코일에는 큰 유도 전류(때로는 RF 안테나에 흐르는 전류보다도 큰 전류)가 흐르는 경우도 있고, 플로팅 코일의 발열에 유의하는 것도 중요하다.
이 관점으로부터, 도 44a에 나타내는 바와 같이, 플로팅 코일(70)의 근방에 공랭 팬을 설치해서 공랭식으로 냉각하는 코일 냉각부를 바람직하게 마련할 수 있다. 또는, 도 44b에 나타내는 바와 같이, 플로팅 코일(70)을 중공의 구리제 튜브로 구성하고, 그 중에 냉매를 공급해서 플로팅 코일(70)의 과열을 방지하는 코일 냉각부도 바람직하다.
도 45에 대해, 본 발명에 있어서의 플로팅 코일의 2차적 기능에 관한 실시예를 설명한다.
본 실시예는 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치로부터 배출되는 가스 중에 포함되는 온실 효과 가스를 플라즈마로 분해 처리하기 위한 유도 결합형 플라즈마 배기 가스 분해 처리 장치(190)를 병설하고 있다. 이 유도 결합형 플라즈마 배기 가스 처리 장치(190)는, 예를 들면, 석영 또는 알루미나로 이루어지는 원통형상의 반응 용기 또는 반응관(192)의 주위에 헤리컬형의 RF 안테나(194)를 구비하고 있다.
본 실시예에서는 이 RF 안테나(194)를 플로팅 코일(70)의 잘림부 G의 사이에 마련되는 콘덴서(74, 94)와 전기적으로 직렬 접속으로 접속하고 있다. 플로팅 코일(70)에 흐르는 코일 전류(유도 전류) IIND는 동시에 RF 안테나(194)에도 흐르고, 반응관(192)내에 유도 결합의 플라즈마를 생성한다. 반응관(192)에는 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치의 배기 포트(22)로부터 배기관(24)을 거쳐서 배기 가스가 도입된다. 이러한 종류의 배기 가스중의 대표적인 온실 효과 가스는 불소와 탄소의 화합물인 퍼플루오로카본, 불소와 탄소와 수소의 화합물인 하이드로 플루오로카본, NF3, SF6 등이며, 유도 결합에 의한 고주파 방전의 플라즈마로 분해하고, 환경 부하가 낮은 가스로 변환되며, 배기 장치(26)로 보내진다.
반응관(192)에는 배기 가스의 분해 효율을 향상시키기 위한 첨가 가스, 예를 들면, O2 가스도 소정의 유량 또는 혼합비로 도입된다. 도시 생략하지만, 반응 용기(192)의 외주에, 예를 들면, 냉각수를 통과시키는 수냉 파이프를 감아 반응관(192)을 온도 조절해도 좋다. 또한, 배기 가스 분해 처리를 더욱 촉진하기 위해, 반응관(192)의 주위에 다른 헤리컬형 RF 안테나(도시하지 않음)를 병설하고, 이것에 별개의 독립된 고주파 전류를 공급하는 구성도 가능하다.
본 실시예에 있어서는 상기와 같이, 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치의 플로팅 코일(70)과 유도 결합형 플라즈마 배기 가스 분해 처리 장치(190)의 RF 안테나(194)를 전기적으로 직렬로 접속하고 있다. 그리고, 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치에 있어서 유도 결합형 플라즈마의 플라즈마 밀도 분포의 제어를 위해 플로팅 코일(70)에 흐르는 유도 전류 IIND를 RF 안테나(194)에도 흘려, 유도 결합형 플라즈마 배기 가스 분해 처리 장치(190)의 플라즈마 생성에 재이용하고 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.
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.
10: 챔버 12: 서셉터
26: 배기 장치 52: 유전체 창
54: RF 안테나 54i: 내측 코일
54o: 외측 코일 55: 어스선
56: 고주파 전원 66: 처리 가스 공급원
70: 플로팅 코일 72: 용량 가변 기구
74: 가변 콘덴서 75: 주 제어부
94; 가변 콘덴서 96: 용량 제어부

Claims (79)

  1. 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 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와,
    상기 처리용기 내에서 유도 결합에 의해 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위해, 처리 가스의 고주파 방전에 적합한 일정 주파수의 고주파 전력을 상기 RF 안테나에 공급하는 고주파 급전부와,
    전기적으로 플로팅 상태에 놓이고, 상기 RF 안테나와 전자기 유도에 의해 결합 가능한 위치에서 상기 처리용기의 밖에 배치되는 플로팅 코일과,
    상기 플로팅 코일의 루프 내에 마련되는 콘덴서
    를 갖는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일이 상기 RF 안테나와 동축으로 배치되는 플라즈마 처리 장치.

  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일이 상기 RF 안테나와 동일한 평면 상에 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일이 직경방향에 있어서 상기 RF 안테나의 내측 또는 외측의 어느 하나에 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일이 상기 RF 안테나의 1/3∼3배의 반경을 갖는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일의 저항을 R, 상기 플로팅 코일과 상기 RF 안테나의 사이의 상호 인덕턴스를 M, 상기 고주파의 주파수를 f로 하면, 2πｆＭ>R인 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일은 상기 RF 안테나와 서로 유사한 형상을 갖는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일이 직경방향에 있어서 상기 RF 안테나를 사이에 두고 그 내측과 외측에 걸쳐 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일이 상기 처리용기 내의 상기 기판 유지부에 대해 상기 RF 안테나와 등거리의 위치에 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일이 주회방향에 있어서 복수의 코일 세그먼트로 분할되어 있는 플라즈마 처리 장치.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유전체 창이 상기 처리용기의 천장을 형성하고,
    상기 RF 안테나 및 상기 플로팅 코일이 모두 상기 유전체 창의 위에 실려 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유전체 창이 상기 처리용기의 천장을 형성하고,
    상기 RF 안테나가 상기 유전체 창의 위에 실려 배치되고,
    상기 플로팅 코일이 상기 유전체 창으로부터 떨어져 상기 RF 안테나보다도 높은 위치에 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유전체 창이 상기 처리용기의 측벽을 형성하고,
    상기 RF 안테나가 상기 처리용기의 측벽의 주위에 배치되고,
    상기 플로팅 코일이 상기 RF 안테나로부터 상기 처리용기의 종방향으로 오프셋해서 상기 처리용기의 측벽의 주위에 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유전체 창이 상기 처리용기의 측벽 및 천장을 형성하고,
    상기 RF 안테나가 상기 처리용기의 측벽의 주위에 배치되고,
    상기 플로팅 코일이 상기 유전체 창의 위에 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유전체 창이 상기 처리용기의 측벽 및 천장을 형성하고,
    상기 RF 안테나가 상기 유전체 창의 위에 배치되고,
    상기 플로팅 코일이 상기 처리용기의 측벽의 주위에 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일에는 상기 RF 안테나를 흐르는 전류와 주회방향으로 동일 방향의 전류가 흐르는 플라즈마 처리 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일내의 콘덴서는 상기 플로팅 코일 내에서 직렬 공진을 일으키는 정전 용량보다도 작은 값의 정전 용량을 갖는 플라즈마 처리 장치.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일은 음의 값의 리액턴스를 갖는 청구항 16 또는 청구항 17에 기재된 플라즈마 처리 장치.
  19. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일에는 상기 RF 안테나를 흐르는 전류와 주회방향으로 역방향의 전류가 흐르는 플라즈마 처리 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일 내의 콘덴서는 상기 플로팅 코일 내에서 직렬공진을 일으키는 정전 용량보다도 큰 값의 정전 용량을 갖는 플라즈마 처리 장치.
  21. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일은 양의 값의 리액턴스를 갖는 플라즈마 처리 장치.
  22. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일 내의 콘덴서는 가변 콘덴서이고, 그 정전 용량의 가변 범위에는 상기 플로팅 코일 내에서 직렬 공진을 일으키는 정전 용량보다도 작은 값이 포함되는 플라즈마 처리 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일은 상기 플로팅 코일 내에서 흐르는 전류를, 상기 RF 안테나를 흐르는 전류와 주회방향으로 동일 방향이고, 상기 RF 안테나를 흐르는 전류의 1/10 이하 내지 2배 이상까지 연속적 또는 단계적으로 가변할 수 있는 가변의 정전 용량을 갖는 플라즈마 처리 장치.
  24. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일 내의 콘덴서는 가변 콘덴서이고, 그 정전 용량의 가변 범위에는 상기 플로팅 코일 내에서 직렬공진을 일으키는 정전 용량보다도 작은 값과 큰 값이 포함되는 플라즈마 처리 장치.
  25. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일내의 콘덴서는 가변 콘덴서이고, 그 정전 용량의 가변 범위에는 상기 플로팅 코일 내에서 직렬 공진을 일으키는 정전 용량보다도 큰 값이 포함되는 플라즈마 처리 장치.
  26. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일을 동축으로 복수 마련하는 플라즈마 처리 장치.
  27. 천장에 유전체의 창을 갖는 처리용기와,
    상기 유전체 창의 밖에서 서로 직경방향으로 간격을 두고 내측 및 외측에 배치되고, 상기 고주파 급전부에 대해 전기적으로 병렬로 접속되는 내측 코일 및 외측 코일을 갖는 RF 안테나와,
    상기 처리용기 내에서 피처리 기판을 유지하는 기판 유지부와,
    상기 기판에 플라즈마 처리를 실시하기 위해, 상기 처리용기 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와,
    상기 처리용기 내에서 유도 결합에 의해 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위해, 처리 가스의 고주파 방전에 적합한 일정 주파수의 고주파 전력을 상기 RF 안테나에 공급하는 고주파 급전부와,
    전기적으로 플로팅 상태에 놓이고, 상기 RF 안테나의 상기 내측 코일 및 상기 외측 코일의 적어도 한쪽과 전자기 유도에 의해 결합 가능한 위치에서 상기 유전체 창의 밖에 배치되는 플로팅 코일과,
    상기 플로팅 코일의 루프 내에 마련되는 콘덴서
    를 구비하는 플라즈마 처리 장치.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 내측 코일, 상기 외측 코일 및 상기 플로팅 코일이 동축으로 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  29. 제 27 항 또는 제 28 항에 있어서,
    상기 내측 코일, 상기 외측 코일 및 상기 플로팅 코일이 동일한 평면상에 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  30. 제 27 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내측 코일, 상기 외측 코일 및 상기 플로팅 코일이 모두 상기 유전체 창의 위에 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  31. 제 27 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일이 직경방향에 있어서 상기 내측 코일과 상기 외측 코일의 사이에 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일이 상기 내측 코일 및 상기 외측 코일로부터 등거리의 위치에 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  33. 제 31 항 또는 제 32 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일 내에는 상기 내측 코일 및 상기 외측 코일을 각각 흐르는 전류와 주회방향으로 동일 방향의 전류가 흐르는 플라즈마 처리 장치.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일 내에는 상기 내측 코일 및 상기 외측 코일을 각각 흐르는 전류보다도 작은 전류가 흐르는 플라즈마 처리 장치.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일 내에서 흐르는 전류는 상기 내측 코일 및 상기 외측 코일을 각각 흐르는 전류의 1/10 이하의 전류값을 갖는 플라즈마 처리 장치.
  36. 제 33 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일 내의 콘덴서는 상기 플로팅 코일 내에서 직렬 공진을 일으키는 정전 용량보다도 작은 값의 정전 용량을 갖는 플라즈마 처리 장치.
  37. 제 33 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일은 음의 값의 리액턴스를 갖는 플라즈마 처리 장치.
  38. 제 33 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일 내의 콘덴서는 가변 콘덴서이고, 그 정전 용량의 가변 범위에는 상기 플로팅 코일 내에서 직렬 공진을 일으키는 정전 용량보다도 작은 값이 포함되는 플라즈마 처리 장치.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일은 상기 플로팅 코일 내에서 흐르는 전류를, 상기 내측 코일 및 상기 외측 코일을 각각 흐르는 전류와 주회방향으로 동일 방향이고, 상기 내측 코일 및 상기 외측 코일을 각각 흐르는 전류의 1/10 이하 내지 2배 이상까지 연속적 또는 단계적으로 가변할 수 있는 가변의 정전 용량을 갖는 플라즈마 처리 장치.
  40. 제 27 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일이 직경방향에 있어서 상기 내측 코일의 내측에 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  41. 제 27 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일이 직경방향에 있어서 상기 외측 코일의 외측에 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  42. 제 40 항 또는 제 41 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일이 동축으로 복수 마련되는 플라즈마 처리 장치.
  43. 제 40 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일 내에는 상기 내측 코일 및 상기 외측 코일을 각각 흐르는 전류와 주회방향으로 동일 방향의 전류가 흐르는 플라즈마 처리 장치.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일 내의 콘덴서는 상기 플로팅 코일 내에서 직렬 공진을 일으키는 정전 용량보다도 작은 값의 정전 용량을 갖는 청구항 43에 기재된 플라즈마 처리 장치.
  45. 제 43 항 또는 제 44 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일은 음의 값의 리액턴스를 갖는 플라즈마 처리 장치.
  46. 제 40 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일 내의 콘덴서는 가변 콘덴서이고, 그 정전 용량의 가변 범위에는 상기 플로팅 코일 내에서 직렬 공진을 일으키는 정전 용량보다도 작은 값이 포함되는 플라즈마 처리 장치.
  47. 제 40 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일에는 상기 내측 코일 및 상기 외측 코일을 각각 흐르는 전류와 주회방향으로 역방향의 전류가 흐르는 플라즈마 처리 장치.
  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일 내의 콘덴서는 상기 플로팅 코일 내에서 직렬 공진을 일으키는 정전 용량보다도 큰 값의 정전 용량을 갖는 청구항 47에 기재된 플라즈마 처리 장치.
  49. 제 27 항 내지 제 48 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일이 상기 내측 코일 및 상기 외측 코일의 적어도 한쪽과 서로 유사한 형상을 갖는 플라즈마 처리 장치.

  50. 제 49 항에 있어서,
    상기 내측 코일, 상기 외측 코일 및 상기 플로팅 코일이 서로 유사한 형상을 갖는 플라즈마 처리 장치.
  51. 제 27 항 내지 제 50 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내측 코일 및 상기 외측 코일을 각각 흐르는 전류의 밸런스를 조절하기 위해, 상기 내측 코일 또는 상기 외측 코일의 어느 하나와 전기적으로 직렬로 접속되는 안테나 내의 콘덴서를 갖는 플라즈마 처리 장치.
  52. 제 51 항에 있어서,
    상기 안테나 내의 콘덴서는 가변 콘덴서인 플라즈마 처리 장치.
  53. 제 1 항 내지 제 52 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일은 양단이 잘림부를 사이에 두고 개방된 단권 또는 복권의 코일 도체를 갖고,
    상기 플로팅 코일 내의 콘덴서는 상기 코일 도체의 잘림부에 마련되는 플라즈마 처리 장치.
  54. 제 53 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일 내의 콘덴서는 상기 RF 안테나에 대해 상기 코일 도체보다도 멀리 떨어져 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  55. 제 53 항 또는 제 54 항에 있어서,
    상기 코일 도체의 잘림부가 코일 주회방향 또는 코일 직경방향에 대해 소정의 각도로 비스듬히 형성되어 있는 플라즈마 처리 장치.
  56. 제 53 항 내지 제 55 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코일 도체의 잘림부가 코일 주회방향으로 등간격으로 복수 마련되고, 각각의 상기 잘림부에 상기 플로팅 코일 내의 콘덴서가 마련되어 있는 플라즈마 처리 장치.
  57. 제 53 항 내지 제 55 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코일 도체의 잘림부가 코일 주회방향으로 등간격으로 복수 마련되고, 상기 복수의 잘림부 중의 적어도 1개는 더미이고, 상기 더미의 잘림부에는 도체가 마련되는 플라즈마 처리 장치.
  58. 제 53 항에 있어서,
    상기 코일 도체의 상기 잘림부를 거쳐서 서로 대향하는 한 쌍의 해방단부가 상기 콘덴서의 전극을 구성하는 플라즈마 처리 장치.
  59. 제 58 항에 있어서,
    상기 코일 도체의 잘림부에 유전체가 마련되는 플라즈마 처리 장치.
  60. 제 1 항 내지 제 59 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일의 루프 내에서 상기 콘덴서와 전기적으로 직렬 접속되는 제 1 스위치를 갖는 플라즈마 처리 장치.
  61. 제 1 항 내지 제 59 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일의 루프 내에서 상기 콘덴서와 전기적으로 병렬 접속되는 제 2 스위치를 갖는 플라즈마 처리 장치.
  62. 제 1 항 내지 제 61 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일을 냉각하기 위한 코일 냉각부를 갖는 플라즈마 처리 장치.
  63. 유전체의 창을 갖는 처리용기와, 상기 유전체 창의 밖에 배치되는 코일형상의 RF 안테나와, 상기 처리용기 내에서 피처리 기판을 유지하는 기판 유지부와, 상기 기판에 플라즈마 처리를 실시하기 위해, 상기 처리용기 내에 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 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법으로서,
    전기적으로 플로팅 상태에 놓이고, 상기 RF 안테나와 전자기 유도에 의해 결합 가능하고 루프 내에 고정 또는 가변의 콘덴서를 마련한 플로팅 코일을 상기 처리용기의 밖에 배치하고,
    상기 콘덴서의 정전 용량을 선택 또는 가변 제어하여, 플라즈마 밀도 분포를 제어하는 플라즈마 처리 방법.
  64. 제 63 항에 있어서,
    상기 RF 안테나를 흐르는 전류와 주회방향으로 동일 방향의 전류가 상기 플로팅 코일 내에서 흐르도록, 상기 콘덴서의 정전 용량을 선택 또는 가변 제어하는 플라즈마 처리 방법.
  65. 제 64 항에 있어서,
    상기 RF 안테나를 흐르는 전류보다도 작은 전류가 상기 플로팅 코일내에서 흐르도록, 상기 콘덴서의 정전 용량을 선택 또는 가변 제어하는 플라즈마 처리 방법.
  66. 제 65 항에 있어서,
    상기 RF 안테나를 흐르는 전류의 1/10 이하의 전류가 상기 플로팅 코일내에 흐르도록, 상기 콘덴서의 정전 용량을 선택 또는 가변 제어하는 플라즈마 처리 방법.
  67. 제 64 항에 있어서,
    상기 RF 안테나를 흐르는 전류보다도 큰 전류가 상기 플로팅 코일 내에서 흐르도록, 상기 콘덴서의 정전 용량을 선택 또는 가변 제어하는 플라즈마 처리 방법.
  68. 제 67 항에 있어서,
    상기 RF 안테나를 흐르는 전류의 2배 이상의 전류가 상기 플로팅 코일 내에서 흐르도록, 상기 콘덴서의 정전 용량을 선택 또는 가변 제어하는 플라즈마 처리 방법.
  69. 제 64 항 내지 제 68 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일 내에서 직렬 공진을 일으키는 정전 용량보다도 작은 영역에서 상기 콘덴서의 정전 용량을 선택 또는 가변 제어하는 플라즈마 처리 방법.
  70. 제 69 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일 내에서 흐르는 전류를 감소시키기 위해 상기 콘덴서의 정전 용량을 작게 하고, 상기 플로팅 코일 내에 흐르는 전류를 증대시키기 위해 상기 콘덴서의 정전 용량을 크게 하는 플라즈마 처리 방법.
  71. 제 63 항에 있어서,
    상기 RF 안테나를 흐르는 전류와 주회방향으로 역방향의 전류가 상기 플로팅 코일 내에서 흐르도록, 상기 콘덴서의 정전 용량을 선택 또는 가변 제어 제어하는 플라즈마 처리 방법.
  72. 제 71 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일 내에서 직렬공진을 일으키는 정전 용량보다도 큰 영역에서 상기 콘덴서의 정전 용량을 선택 또는 가변 제어하는 플라즈마 처리 방법.
  73. 제 72 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일 내에서 흐르는 전류를 감소시키기 위해 상기 콘덴서의 정전 용량을 크게 하고, 상기 플로팅 코일 내에서 흐르는 전류를 증대시키기 위해 상기 콘덴서의 정전 용량을 작게 하는 플라즈마 처리 방법.
  74. 제 63 항에 있어서,
    상기 콘덴서의 정전 용량을 가변 제어하여, 상기 플로팅 코일 내에서 흐르는 전류가 상기 RF 안테나를 흐르는 전류와 주회방향으로 동일 방향이 되는 제 1 모드와, 상기 플로팅 코일 내에서 흐르는 전류가 상기 RF 안테나를 흐르는 전류와 주회방향으로 역방향이 되는 제 2 모드의 사이에서 전환을 실행하는 플라즈마 처리 방법.
  75. 천장에 유전체의 창을 갖는 처리용기와, 상기 유전체 창의 밖에서 서로 직경방향으로 간격을 두고 내측 및 외측에 배치되고, 상기 고주파 급전부에 대해 전기적으로 병렬로 접속되는 내측 코일 및 외측 코일을 포함하는 RF 안테나와, 상기 처리용기 내에서 피처리 기판을 유지하는 기판 유지부와, 상기 기판에 플라즈마 처리를 실시하기 위해, 상기 처리용기 내에 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 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법으로서,
    전기적으로 플로팅 상태에 놓이고, 상기 RF 안테나의 상기 내측 코일 및 상기 외측 코일의 적어도 한쪽과 전자기 유도에 의해 결합 가능하고, 루프 내에 고정 또는 가변의 콘덴서를 마련한 플로팅 코일을 상기 유전체 창의 밖에 배치하고,
    상기 콘덴서의 정전 용량을 선택 또는 가변 제어하여, 플라즈마 밀도 분포를 제어하는 플라즈마 처리 방법.
  76. 제 75 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일을 직경방향에 있어서 상기 내측 코일과 상기 외측 코일의 중간에 배치하고,
    상기 내측 코일 및 상기 외측 코일을 각각 흐르는 전류와 주회방향으로 동일 방향의 전류가 상기 플로팅 코일 내에서 흐르도록, 상기 콘덴서의 정전 용량을 선택 또는 가변 제어하는 플라즈마 처리 방법.
  77. 제 76 항에 있어서,
    상기 내측 코일 및 상기 외측 코일을 각각 흐르는 전류보다도 작은 전류가 상기 플로팅 코일 내에서 흐르도록, 상기 콘덴서의 정전 용량을 선택 또는 가변 제어하는 플라즈마 처리 방법.
  78. 제 75 항 내지 제 77 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내측 코일 또는 상기 외측 코일의 어느 하나와 전기적으로 직렬로 접속되는 고정 또는 가변의 안테나측 콘덴서를 마련하고,
    상기 내측 코일 및 상기 외측 코일을 각각 흐르는 전류의 밸런스를 조절하기 위해, 상기 안테나측 콘덴서의 정전 용량을 선택 또는 가변 제어하는 플라즈마 처리 방법.
  79. 제 63 항 내지 제 75 항 중 어느 한 항에 있어서,
    1개의 피처리 기판에 대한 플라즈마 처리 중에, 프로세스 조건의 변경, 변화 또는 전환에 따라, 상기 콘덴서의 정전 용량을 가변 제어하는 플라즈마 처리 방법.
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