KR20120032436A - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 Download PDF

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Abstract

유도 결합형의 플라즈마 처리 장치에서 고주파 급전부(특히 정합기) 내의 파워 손실을 줄여 플라즈마 생성 효율을 향상시키는 것이다. 이 유도 결합형 플라즈마 처리 장치는, 동축 안테나군(54)과 트랜스부(68)의 사이에서 복수의 독립된 폐 루프의 2 차 회로(96, 98)를 형성하고, 가변 콘덴서(64, 66)의 정전 용량을 가변함으로써 동축 안테나군(54)의 내측 안테나(58) 및 외측 안테나(60)에서 각각 흐르는 2 차 전류(I2A, I2B)를 각각 임의 또한 독립으로 제어하여, 반도체 웨이퍼(W) 상의 플라즈마 밀도 분포를 직경 방향으로 자유롭게 제어할 수 있도록 하고 있다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 {PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD}
본 발명은, 피처리 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 기술에 관한 것이며, 특히 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스 또는 FPD(Flat Panel Display)의 제조 프로세스에서의 에칭, 퇴적, 산화, 스퍼터링 등의 처리에서는, 처리 가스에 비교적 저온에서 양호한 반응을 행하게 하기 위하여 플라즈마가 자주 이용되고 있다. 종래부터, 이 종류의 플라즈마 처리에는 MHz 영역의 고주파 방전에 의한 플라즈마가 많이 이용되고 있다. 고주파 방전에 의한 플라즈마는 보다 구체적(장치적)인 플라즈마 생성법으로서, 용량 결합형 플라즈마와 유도 결합형 플라즈마로 대별된다.
일반적으로, 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치는 처리 용기의 벽부 중 적어도 일부(예를 들면 천장)를 유전체의 창으로 구성하고, 이 유전체창 밖에 설치된 코일 형상의 RF 안테나로 고주파 전력을 공급한다. 처리 용기는 감압 가능한 진공 챔버로 구성되어 있으며, 챔버 내의 중앙부에 피처리 기판(예를 들면 반도체 웨이퍼, 글라스 기판 등)이 배치되고, 유전체창과 기판의 사이에 설정되는 처리 공간으로 처리 가스가 도입된다. RF 안테나에 흐르는 RF 전류에 의해, 자력선이 유전체창을 관통하여 챔버 내의 처리 공간을 통과하는 RF 자계가 RF 안테나의 주위에 발생하고, 이 RF 자계의 시간적인 변화에 따라 처리 공간 내에서 방위각 방향으로 유도 전계가 발생한다. 그리고, 이 유도 전계에 의해 방위각 방향으로 가속된 전자가 처리 가스의 분자 또는 원자와 전리 충돌을 일으켜 도너츠 형상의 플라즈마가 생성된다.
챔버 내에 큰 처리 공간이 설치됨으로써 상기 도너츠 형상의 플라즈마는 효율적으로 사방(특히 반경 방향)으로 확산되고, 기판 상에서는 플라즈마의 밀도가 매우 균일해진다. 그러나, 통상의 RF 안테나를 이용하는 것만으로는, 기판 상에 얻어지는 플라즈마 밀도의 균일성은 대부분의 플라즈마 프로세스에서 불충분하다. 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치에서도 기판 상의 플라즈마 밀도의 균일성을 향상시키는 것은, 플라즈마 프로세스의 균일성 / 재현성 나아가서는 제조 수율을 좌우한다는 점에서 최대 중요 과제 중 하나가 되고 있고, 지금까지도 이 관계의 기술이 몇 가지 제안되었다.
유도 결합형의 플라즈마 처리 장치에서 피처리 기판 상의 플라즈마 밀도 분포를 직경 방향으로 제어하기(특히 균일화하기) 위한 대표적인 기술로서, RF 안테나를 복수의 코일 형상 안테나 세그먼트로 분할하고, 각각의 안테나 세그먼트의 임피던스를 임피던스 조정 회로에 의해 가변하여, 1 개의 고주파 전원으로부터 전부의 안테나 세그먼트로 각각 분배되는 RF 전력의 분할비를 제어하는 방식이 알려져 있다(예를 들면 특허 문헌 1, 2, 3).
이 종류의 임피던스 조정 회로는 대개 가변 콘덴서로 이루어지고, 복수의 안테나 세그먼트의 각각에 1 개씩 직렬로 접속되는 형태로, 정합기의 출력 단자와 그라운드 전위 단자의 사이에 복수 병렬로 접속된다.
유도 결합형 플라즈마 처리 장치에 이용되는 정합기는, 일반적으로 고주파 전원에서 본 부하측의 임피던스를 플라즈마 부하의 변동에 추종하여 가변 제어하는 자동 정합 장치로서 구성되어 있다. 이 종류의 자동 정합 장치는 플라즈마 처리 중에 압력 변동 등에 의해 플라즈마 부하의 임피던스가 변경되면, 정합 회로에 포함되는 가변 리액턴스 소자(일반적으로 가변 콘덴서)의 리액턴스를 가변하여 자동적으로 부하측 임피던스를 조정하여 정합 포인트(통상적으로 50 Ω)에 맞추도록 되어 있다. 이 오토 매칭 기능을 위하여, 자동 정합 장치는 반사파의 파워를 측정하는 회로 또는 부하측 임피던스의 측정치를 정합 포인트(50 Ω)에 일치시키도록 스테핑 모터를 통하여 각 가변 리액턴스 소자의 리액턴스를 가변 제어하는 콘트롤러 등을 구비하고 있다.
미국특허 제 6164241 호 미국특허 제 6288493 호 미국특허 제 7096819 호
그러나, 상기한 바와 같은 종래 기술에서의 RF 안테나 분할 방식은, RF 전류가 복수의 안테나 세그먼트로 나누어져 흐르기 때문에, 고주파 급전부에는 각 안테나 세그먼트를 흐르는 전류보다 현격히 큰 분할 전의 RF 전류가 흐른다. 이에 따라, 고주파 급전부(특히 정합기) 내에서 큰 RF 파워 손실이 발생하고, 그 만큼 플라즈마 부하로 공급되는 RF 파워가 감소하여 플라즈마 생성 효율이 저하된다고 하는 문제점이 있었다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하는 것으로서, 고주파 급전부(특히 정합기) 내의 RF 파워 손실을 줄여 플라즈마 생성 효율을 향상시키는 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 제공한다.
또한 본 발명은, 상기한 바와 같이 플라즈마 생성 효율의 향상을 도모하고, 또한 정합기의 간략화를 실현하는 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 유전체의 창을 가지는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 피처리 기판을 보지(保持)하는 기판 보지부와, 상기 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하기 위하여 상기 처리 용기 내로 원하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와, 상기 처리 용기 내에서 유도 결합에 의해 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위하여 상기 유전체창 밖에 설치되는 복수의 안테나와, 상기 처리 가스의 고주파 방전에 적합한 주파수의 고주파 전력을 상기 복수의 안테나로 공급하는 고주파 급전부와, 상기 고주파 급전부의 종단(終端)에 설치되는 1 차 코일과, 각각이 개별로 상기 1 차 코일과 전자 유도에 의해 결합 가능하며, 각각이 대응하는 상기 안테나에 전기적으로 접속되어 폐 루프의 2 차 회로를 형성하는 복수의 2 차 코일과, 모든 상기 2 차 회로에 설치되는 콘덴서를 가진다.
본 발명의 플라즈마 처리 방법은, 유전체의 창을 가지는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 피처리 기판을 보지하는 기판 보지부와, 상기 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하기 위하여 상기 처리 용기 내로 원하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와, 상기 처리 용기 내에서 유도 결합에 의해 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위하여 상기 유전체창 밖에 설치되는 복수의 안테나와, 상기 처리 가스의 고주파 방전에 적합한 주파수의 고주파 전력을 상기 복수의 안테나로 공급하는 고주파 급전부를 가지는 플라즈마 처리 장치에서 상기 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법으로서, 상기 고주파 급전부의 종단에 1 차 코일을 설치하고, 또한 각각이 개별로 상기 1 차 코일과 전자 유도에 의해 결합 가능하며, 각각이 대응하는 상기 안테나에 전기적으로 접속되어 폐 루프의 2 차 회로를 형성하는 복수의 2 차 코일을 설치하고, 또한 모든 상기 2 차 회로에 콘덴서를 설치하고, 상기 콘덴서의 정전 용량을 선정 또는 가변 제어하여 상기 기판 상의 플라즈마 밀도 분포를 제어한다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치 또는 플라즈마 처리 방법에 있어서는, 프로세스 중에 고주파 급전부로부터 고주파 전력이 안테나를 향해 공급된다. 여기서, 고주파 급전부의 1 차 코일에 고주파의 1 차 전류가 흐르고, 이 1 차 전류에 의해 1 차 코일의 주위에 발생하는 자력선(자속)이 각 2 차 코일과 쇄교하고, 이 자속의 시간적 변화에 따라 각 2 차 코일에 전자 유도에 기초하여 유도기전력이 발생하고, 각 2 차 회로 내에서 고주파의 2 차 전류(유도 전류)가 흐른다.
이와 같이, 각 2 차 회로 내에서 각 안테나를 2 차 전류가 흐름으로써 각 안테나로부터 유전체창을 개재하여 처리 용기 내의 처리 가스에 방사되는 전자 에너지에 의해 각 안테나와 대응하는 플라즈마 생성 공간 영역에서 유도 결합의 플라즈마가 생성된다. 이리 하여, 처리 용기 내의 플라즈마 생성 공간에서 생성된 플라즈마가 사방으로 확산됨으로써, 기판 보지부의 근방, 즉 기판에서는 플라즈마의 밀도가 매우 균일해진다. 여기서, 모든 2 차 회로에 설치되어 있는 콘덴서의 정전 용량을 적절한 값으로 선정하거나 또는 가변 제어함으로써, 복수의 안테나를 각각 흐르는 2 차 전류의 밸런스를 조절하는 것이 가능하고, 이에 따라 기판 상의 플라즈마 밀도 분포를 자유롭게 제어할 수 있다.
한편, 고주파 급전부에서는 복수의 안테나가 개별의 2 차 코일을 개재하여 1 차 코일에 전기적으로 결합됨으로써, 외관상의 1 차 코일의 부하 저항이 커져 1 차 전류가 작아지고, 고주파 급전부에서 RF 파워 손실이 저감된다. 그 만큼 플라즈마 부하로 공급되는 RF 파워가 증대하여 플라즈마 생성 효율이 향상된다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치 또는 플라즈마 처리 방법에 따르면, 상기한 바와 같은 구성 및 작용에 의해 고주파 급전부(특히 정합기) 내의 파워 손실을 줄여 플라즈마 생성 효율을 향상시키는 것이 가능하고, 또한 정합기의 간략화도 실현시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에서의 유도 결합형 플라즈마 처리 장치의 구성을 도시한 종단면도이다.
도 2는 상기 플라즈마 처리 장치에서의 동축 안테나군, 가변 콘덴서 및 트랜스부의 메커니컬 레이아웃 및 접속 구성을 도시한 도이다.
도 3은 상기 동축 안테나군, 가변 콘덴서 및 트랜스부의 전기적인 접속 구성을 도시한 도이다.
도 4는 원환(圓環) 형상 안테나에 흐르는 전류와 이 안테나 직하(直下)의 전자 밀도 간의 관계를 나타낸 실험 결과의 도이다.
도 5는 안테나의 코일 구조에 관한 일구성예를 도시한 도이다.
도 6은 안테나와 트랜스부 간의 루프 구조에 관한 일구성예를 도시한 도이다.
도 7은 트랜스부에서의 2 차 코일의 감긴 횟수에 관한 일구성예를 도시한 도이다.
도 8은 트랜스부에서의 1 차 코일의 분할 구성 및 배치에 관한 일구성예를 도시한 도이다.
도 9는 트랜스부에서의 1 차 코일 및 2 차 코일의 배치 구조에 관한 일구성예를 도시한 도이다.
도 10a는 2 차 회로에 고정 콘덴서를 설치하는 일구성예를 도시한 도이다.
도 10b는 2 차 회로에 고정 콘덴서를 설치하는 다른 구성예를 도시한 도이다.
도 11은 트랜스부에서 1 차 코일과 2 차 코일 간의 거리 간격을 가변 조정하는 구성예를 도시한 도이다.
도 12a는 트랜스부에 봉 형상의 코어를 설치하는 일구성예를 도시한 도이다.
도 12b는 트랜스부에서 봉 형상 코어를 축 방향으로 이동 또는 변위시키는 구성예를 도시한 도이다.
도 13은 트랜스부에 링(무단(無端)) 형상의 코어를 설치하는 일구성예를 도시한 도이다.
도 14는 동축 안테나군에서 내측 안테나와 외측 안테나의 사이에 중간 안테나를 설치하는 구성예를 도시한 도이다.
도 15a는 동축 안테나군에서 외측 안테나를 복수의 안테나 세그먼트로 분할하는 구성예를 도시한 도이다.
도 15b는 2 개의 안테나 세그먼트 및 2 개의 2 차 코일의 사이에서 1 개의 폐 루프의 2 차 회로가 형성되는 구성예를 도시한 도이다.
도 15c는 2 개의 안테나 세그먼트 및 2 개의 2 차 코일의 사이에서 독립된 2 개의 폐 루프의 2 차 회로가 형성되는 구성예를 도시한 도이다.
도 16은 상기 유도 결합형 플라즈마 처리 장치에 통상의 오토 매칭 기구를 탑재하는 구성예를 도시한 도이다.
도 17a는 본 발명의 일실험예에 따른 오토 매칭 기구를 도시한다.
도 17b는 다른 실험예에 따른 오토 매칭 기구를 도시한다.
도 17c는 다른 실험예에 따른 오토 매칭 기구를 도시한다.
이하에, 첨부도를 참조하여 본 발명의 적합한 실시예를 설명한다.
［장치 전체의 구성 및 작용］
도 1에, 제 1 실시예에서의 유도 결합형 플라즈마 처리 장치의 구성을 도시한다. 이 유도 결합형 플라즈마 처리 장치는, 평면 코일형의 RF 안테나를 이용하는 플라즈마 에칭 장치로서 구성되어 있고, 예를 들면 알루미늄 또는 스테인리스 스틸 등의 금속제의 원통 형상 진공 챔버(처리 용기)(10)를 가지고 있다. 챔버(10)는 보안 접지되어 있다.
우선, 이 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치에서 플라즈마 생성에 관계하지 않는 각 부의 구성을 설명한다.
챔버(10) 내의 하부 중앙에는, 피처리 기판으로서 예를 들면 반도체 웨이퍼(W)를 재치하는 원판 형상의 서셉터(12)가 고주파 전극을 겸하는 기판 보지대로서 수평하게 배치되어 있다. 이 서셉터(12)는, 예를 들면 알루미늄으로 이루어지고, 챔버(10)의 바닥으로부터 수직 상방으로 연장되는 절연성의 통 형상 지지부(14)에 지지되어 있다.
절연성 통 형상 지지부(14)의 외주를 따라 챔버(10)의 바닥으로부터 수직 상방으로 연장되는 도전성의 통 형상 지지부(16)와 챔버(10)의 내벽과의 사이에 환상(環狀)의 배기로(18)가 형성되고, 이 배기로(18)의 상부 또는 입구에 환상의 배플판(20)이 장착되고, 또한 저부(底部)에 배기 포트(22)가 설치되어 있다. 챔버(10) 내의 가스의 흐름을 서셉터(12) 상의 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 축 대상으로 균일하게 하기 위해서는, 배기 포트(22)를 원주 방향으로 등간격으로 복수 설치하는 구성이 바람직하다.
각 배기 포트(22)에는 배기관(24)을 개재하여 배기 장치(26)가 접속되어 있다. 배기 장치(26)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 가지고 있어, 챔버(10) 내의 플라즈마 처리 공간을 원하는 진공도까지 감압할 수 있다. 챔버(10)의 측벽의 밖에는 반도체 웨이퍼(W)의 반입출구(27)를 개폐하는 게이트 밸브(28)가 장착되어 있다.
서셉터(12)에는, RF 바이어스용의 고주파 전원(30)이 정합기(32) 및 급전봉(34)을 개재하여 전기적으로 접속되어 있다. 이 고주파 전원(30)은, 반도체 웨이퍼(W)로 인입되는 이온의 에너지를 제어하는데 적합한 일정 주파수(13.56 MHz 이하)의 고주파(RFL)를 가변의 파워로 출력할 수 있도록 되어 있다. 정합기(32)는, 고주파 전원(30)측의 임피던스와 부하(주로 서셉터, 플라즈마, 챔버)측의 임피던스의 사이에서 정합을 취하기 위한 리액턴스 가변의 정합 회로를 수용하고 있다. 이 정합 회로 내에 자기 바이어스 생성용의 블록킹 콘덴서가 포함되어 있다.
서셉터(12)의 상면에는, 반도체 웨이퍼(W)를 정전 흡착력으로 보지하기 위한 정전 척(36)이 설치되고, 정전 척(36)의 반경 방향 외측에 반도체 웨이퍼(W)의 주위를 환상으로 둘러싸는 포커스 링(38)이 설치된다. 정전 척(36)은, 도전막으로 이루어지는 전극(36a)을 한 쌍의 절연막(36b, 36c)의 사이에 끼운 것으로, 전극(36a)에는 고압의 직류 전원(40)이 스위치(42) 및 피복선(43)을 개재하여 전기적으로 접속되어 있다. 직류 전원(40)으로부터 인가되는 고압의 직류 전압에 의해, 정전력으로 반도체 웨이퍼(W)를 정전 척(36) 상에 흡착 보지할 수 있다.
서셉터(12)의 내부에는, 예를 들면 원주 방향으로 연장되는 환상의 냉매실 또는 냉매 유로(44)가 형성되어 있다. 이 냉매 유로(44)에는, 칠러 유닛(도시하지 않음)으로부터 배관(46, 48)을 통하여 소정 온도의 냉매, 예를 들면 냉각수(cw)가 순환 공급된다. 냉매의 온도에 의해 정전 척(36) 상의 반도체 웨이퍼(W)의 처리 중의 온도를 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 전열 가스 공급부(도시하지 않음)로부터의 전열 가스 예를 들면 He 가스가, 가스 공급관(50)을 통하여 정전 척(36)의 상면과 반도체 웨이퍼(W)의 이면과의 사이로 공급된다. 또한, 반도체 웨이퍼(W)의 로딩 / 언로딩을 위하여, 서셉터(12)를 수직 방향으로 관통하여 상하 이동 가능한 리프트 핀 및 그 승강 기구(도시하지 않음) 등도 설치되어 있다.
이어서, 이 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치에서 플라즈마 생성에 관계하는 각 부의 구성을 설명한다.
챔버(10)의 천장 또는 천판(天板)은, 서셉터(12)로부터 비교적 큰 거리 간격을 두고 설치되어 있으며, 이 천판으로서 예를 들면 석영판으로 이루어진 원형의 유전체창(52)이 기밀하게 장착되어 있다. 이 유전체창(52) 상에는, 챔버(10) 내에 유도 결합의 플라즈마를 생성하기 위한 복수 또는 일군(一群)의 안테나(54)를 외부로부터 전자(電磁)적으로 차폐하여 수용하는 안테나실(56)이 챔버(10)와 일체로 설치되어 있다.
본 실시예에서의 안테나군(54)은, 유전체창(52)과 평행하고, 직경 방향으로 간격을 두고 각각 내측 및 외측에 배치되는 평면형의 내측 안테나(58) 및 외측 안테나(60)로 이루어져 있다. 본 실시예에서의 내측 안테나(58) 및 외측 안테나(60)는, 원환(圓環) 형상의 코일 형체를 가지고 서로 동축에 배치되고, 또한 챔버(10) 또는 서셉터(12)에 대해서도 동축에 배치되어 있다.
또한 본 발명에서 ‘동축’이란, 축대칭의 형상을 가지는 복수의 물체 사이에서 각각의 중심축선이 서로 중첩되어 있는 위치 관계이며, 복수의 평면형 안테나의 사이에서는 각각의 안테나면이 축 방향으로 서로 오프셋되어 있는 경우뿐만 아니라, 동일면 상에서 일치되어 있는 경우(동심 형상의 위치 관계)도 포함한다.
내측 안테나(58) 및 외측 안테나 코일(60)은, 전기적으로 플라즈마 생성용의 고주파 급전부(62)에 대하여 가변 콘덴서(64, 66) 및 트랜스부(68)를 개재하여 병렬로 접속되어 있다. 가변 콘덴서(64, 66)의 정전 용량은, 바람직하게는 주제어부(84)의 제어 하에서 용량 가변부(70, 72)에 의해 일정 범위 내에서 임의로 가변되도록 되어 있다. 트랜스부(68)의 구성 및 작용은 후에 상세히 설명한다.
플라즈마 생성용의 고주파 급전부(62)는, 고주파 전원(74) 및 정합기(76)를 가지고 있다. 고주파 전원(74)은, 고주파 방전에 의한 플라즈마의 생성에 적합한 일정 주파수(13.56 MHz 이상)의 고주파(RFH)를 가변의 파워로 출력한다. 정합기(76)는, 오토 매칭 기능을 구비한 자동 정합 장치로서 구성되어 있고, 고주파 전원(74)측의 임피던스와 부하(주로 RF 안테나군, 플라즈마)측의 임피던스의 사이에서 정합을 취하기 위한 리액턴스 가변의 정합 회로를 수용하고 있다.
챔버(10) 내의 처리 공간으로 처리 가스를 공급하기 위한 처리 가스 공급부는, 유전체창(52)보다 약간 낮은 위치에서 챔버(10)의 측벽 내(또는 밖)에 설치되는 환상의 매니폴드 또는 버퍼부(77)와, 원주 방향으로 등간격으로 버퍼부(77)로부터 플라즈마 생성 공간을 향하는 다수의 측벽 가스 토출홀(78)과, 처리 가스 공급원(80)으로부터 버퍼부(77)까지 연장되는 가스 공급관(82)을 가지고 있다. 처리 가스 공급원(80)은, 유량 제어기 및 개폐 밸브(도시하지 않음)를 포함하고 있다.
주제어부(84)는, 예를 들면 마이크로 컴퓨터를 포함하고, 이 플라즈마 에칭 장치 내의 각 부, 예를 들면 배기 장치(26), 고주파 전원(30, 74), 정합기(32, 76), 정전 척용의 스위치(42), 용량 가변부(70, 72), 처리 가스 공급원(80), 칠러 유닛(도시하지 않음), 전열 가스 공급부(도시하지 않음) 등의 개개의 동작 및 장치 전체의 동작(시퀀스)을 제어한다.
이 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치에서 에칭을 행하기 위해서는, 우선 게이트 밸브(28)를 개방 상태로 하여 가공 대상인 반도체 웨이퍼(W)를 챔버(10) 내로 반입하여 정전 척(36) 상에 재치(載置)한다. 그리고 게이트 밸브(28)를 닫고 나서, 처리 가스 공급원(80)으로부터 가스 공급관(82), 버퍼부(77) 및 측벽 가스 토출홀(78)을 거쳐 에칭 가스(일반적으로 혼합 가스)를 소정의 유량 및 유량비로 챔버(10) 내로 도입하고, 배기 장치(26)에 의해 챔버(10) 내의 압력을 설정치로 한다. 또한, 고주파 전원(74)를 온으로 하여 플라즈마 생성용의 고주파(RFH)를 소정의 파워로 출력시키고, 이 RF 파워를 정합기(76) 및 트랜스부(68)를 통하여 동축 안테나군(54)(내측 안테나(58) / 외측 안테나(60))으로 공급한다. 여기서, 동축 안테나군(54)의 내측 안테나(58) 및 외측 안테나(60)에는, 가변 콘덴서(64, 66)를 통하여 개별로 제어되는 2 차 전류(I2A, I2B)가 각각 흐른다.
한편, 고주파 전원(30)을 온으로 하여 이온 인입 제어용의 고주파(RFL)를 소정의 RF 파워로 출력시키고, 이 고주파(RFL)를 정합기(32) 및 하부 급전봉(34)을 개재하여 서셉터(12)에 인가한다. 또한, 전열 가스 공급부로부터 정전 척(36)과 반도체 웨이퍼(W) 간의 접촉 계면으로 전열 가스(He 가스)를 공급하고, 또한 스위치(42)를 온으로 하여 정전 척(36)의 정전 흡착력에 의해 전열 가스를 상기 접촉 계면에 가둔다.
측벽 가스 토출홀(78)로부터 토출된 에칭 가스는, 유전체창(52) 아래의 처리 공간에 균일하게 확산된다. 동축 안테나군(54)(내측 안테나(58) / 외측 안테나(60))을 흐르는 고주파의 2 차 전류(I2A, I2B)에 의해, 자력선이 유전체창(52)을 관통하여 챔버 내의 플라즈마 생성 공간을 통과하는 고주파의 자계가 각 안테나(58, 60)의 주위에 발생하고, 이 고주파 자계의 시간적인 변화에 따라 처리 공간의 방위각 방향으로 고주파의 유도 전계가 발생한다. 그리고, 이 유도 전계에 의해 방위각 방향으로 가속된 전자가 에칭 가스의 분자 또는 원자와 전리 충돌을 일으켜, 도너츠 형상의 플라즈마가 생성된다.
이 도너츠 형상 플라즈마의 라디칼 또는 이온은 넓은 처리 공간에서 사방으로 확산되며, 라디칼은 등방적으로 입사되도록 하고, 이온은 직류 바이어스에 끌리도록 하여, 반도체 웨이퍼(W)의 상면(피처리면)으로 공급된다. 이리 하여, 반도체 웨이퍼(W)의 피처리면에 플라즈마의 활성종이 화학 반응과 물리 반응을 초래하여, 피가공막이 원하는 패턴으로 에칭된다.
여기서 ‘도너츠 형상의 플라즈마’란, 챔버(10)의 직경 방향 내측(중심부)에 플라즈마가 발생하지 않고 직경 방향 외측에만 플라즈마가 발생하는 엄밀하게 링 형상인 플라즈마에 한정되지 않고, 오히려 챔버(10)의 직경 방향 내측보다 직경 방향 외측의 플라즈마의 체적 또는 밀도가 큰 것을 의미한다. 또한, 처리 가스에 이용하는 가스의 종류 또는 챔버(10) 내의 압력의 값 등의 조건에 따라서는, 여기서 말하는 ‘도너츠 형상의 플라즈마’가 되지 않을 경우도 있다.
이 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치는, 이하에 상술하는 구성에 의해 고주파 급전부(62)(특히 정합기(76))로 생기는 RF 파워 손실을 저감하고, 또한 동축 안테나군(54)의 내측 안테나(58) 및 외측 안테나(코일(60)에서 각각 흐르는 2 차 전류(I2A, I2B)를 각각 임의 또한 독립으로 제어하고, 반도체 웨이퍼(W) 상의 플라즈마 밀도 분포를 직경 방향으로 자유롭게 제어할 수 있도록 하고 있다. 따라서, 플라즈마 프로세스 특성, 즉 에칭 특성(에칭 레이트, 선택비, 에칭 형상 등)을 직경 방향으로 균일화하는 것도 용이하게 행할 수 있다.
［안테나 및 트랜스부의 기본 구성］
본 실시예에서의 유도 결합형 플라즈마 처리 장치의 주된 특징은, 동축 안테나군(54)과 트랜스부(68)의 사이에서 복수의 독립된 폐 루프의 2 차 회로를 형성하고 있는 구성에 있다.
도 2에, 이 플라즈마 처리 장치에서의 동축 안테나군(54)(내측 안테나(58) / 외측 안테나(60)), 가변 콘덴서(64, 66) 및 트랜스부(68)의 메커니컬 배치 및 접속 구성을 도시한다.
도시한 바와 같이, 안테나실(56) 내에서 유전체창(52)의 상방에 설치된 트랜스부(68)에는, 1 개의 1 차 코일(86)과 2 개의 2 차 코일(88, 90)이 수직 방향으로 중첩되도록 동축에 수평 자세로 배치되어 있다.
가장 높은 위치에 배치되는 1 차 코일(86)은, 예를 들면 원환 형상의 1 회전 코일로 이루어지고, 그 일방의 단(端)(RF 입구단)(86m)은, 고주파 급전부(62)의 RF 전송선(85)을 개재하여 정합기(76)의 출력 단자에 전기적으로 접속되고, 타방의 단(RF 출구단)(86n)은, RF 귀선 또는 어스선(87)을 개재하여 챔버(10) 또는 다른 접지 전위 부재(도시하지 않음)에 전기적으로 접속되어 있다.
일방의 2 차 코일(88)은, 1 차 코일(86)과 대략 동일한 구경의 원환 형상 1 회전 코일로서 구성되어 있고, 1 차 코일(86)에 근접하여 그 아래 근방의 높이 위치에 배치된다. 이 2 차 코일(88)의 한 쌍의 개방단(88m, 88n)은, 수직 방향으로 연장되는 한 쌍의 접속 도체(92m, 92n)를 개재하여 내측 안테나(58)의 한 쌍의 개방단(58m, 58n)에 각각 접속되어 있다.
타방의 2 차 코일(90)은, 1 차 코일(86)과 대략 동일한 구경의 원환 형상 1 회전 코일로서 구성되어 있고, 상기 일방의 2 차 코일(88)을 사이에 두고 1 차 코일(86)과 근접하는 높이 위치에 배치된다. 이 2 차 코일(90)의 한 쌍의 개방단(90m, 90n)은, 수직 방향으로 연장되는 한 쌍의 접속 도체(94m, 94n)를 개재하여 외측 안테나(60)의 한 쌍의 개방단(60m, 60n)에 각각 접속되어 있다.
가변 콘덴서(64, 66)는, 도 2의 구성예에서는 2 차 코일(88, 90)의 루프 내에 배치되어 있다. 그러나, 접속 도체((92m, 92n), (94m, 94n))의 도중에 혹은 안테나(58, 60)의 루프 내에 가변 콘덴서(64, 66)를 배치하는 구성도 가능하다.
도 3에, 동축 안테나군(54)(내측 안테나(58) / 외측 안테나(60)), 가변 콘덴서(64, 66) 및 트랜스부(68)의 전기적인 접속 구성을 도시한다. 도시한 바와 같이, 내측 안테나(58), 접속 도체(92m, 92n) 및 2 차 코일(88)에 의해 독립된 폐 루프의 2 차 회로(96)가 형성되고, 이 2 차 회로(96) 내에 가변 콘덴서(64)가 설치된다. 한편, 외측 안테나(60), 접속 도체(94m, 94n) 및 2 차 코일(90)에 의해 다른 독립된 폐 루프의 2 차 회로(98)가 형성되고, 이 2 차 회로(98)에 가변 콘덴서(66)가 설치된다.
이 유도 결합형 플라즈마 처리 장치에서 프로세스 중에 고주파 전원(74)으로부터 플라즈마 생성용의 고주파(RFH)가 출력되면, 정합기(76)의 출력 단자로부터 RF 전송선(85), 트랜스부(68)의 1 차 코일(86) 및 어스선(87)을 통하여 고주파의 1 차 전류(I1)가 흐른다. 이와 같이, 1 차 코일(86)을 흐르는 고주파의 1 차 전류(I1)에 의해 1 차 코일(86)의 주위에 발생하는 자력선(자속)이 양 2 차 코일(88, 90)과 쇄교하고, 이 자속의 시간적 변화에 따라 양 2 차 코일(88, 90)에 전자 유도에 기초하는 유도기전력(E2A, E2B)이 각각 발생하여, 양 2 차 회로(96, 98) 내에서 고주파의 2 차 전류(유도 전류)(I2A, I2B)가 각각 흐른다. 여기서, 양 2 차 회로(96, 98) 내의 합성 임피던스를 각각 ZA, ZB로 하면, 2 차 전류(I2A, I2B)는 다음의 식((1), (2))으로 각각 나타난다.
I2A = E2A / ZA … (1)
I2B = E2B / ZB … (2)
이리 하여 2 차 전류(I2A, I2B)가 내측 안테나(58) 및 외측 안테나(60)를 각각 흐름으로써, 내측 안테나(58) 및 외측 안테나(60)의 주위에는 루프 형상으로 분포하는 고주파의 교류 자계가 발생하고, 유전체창(52)의 아래에는 비교적 심부(하방)의 영역에서도 처리 공간을 반경 방향으로 횡단하는 자력선이 형성된다.
여기서, 처리 공간에서의 자속 밀도의 반경 방향(수평) 성분은, 챔버(10)의 중심과 주변부에서는 2 차 전류의 크기에 관계없이 항상 0이며, 그 중간의 어딘가에서 극대가 된다. 고주파의 교류 자계에 의해 생성되는 방위각 방향의 유도 전계의 강도 분포도, 직경 방향에서 자속 밀도와 동일한 분포를 나타낸다. 즉, 직경 방향에서 도너츠 형상 플라즈마 내의 전자 밀도 분포는, 매크로적으로는 동축 안테나군(54) 내의 전류 분포에 거의 대응한다. 그리고 도 4에 나타낸 바와 같이, 이 종류의 원환 형상 안테나에 흐르는 전류와 이 안테나 직하(直下)의 전자 밀도 간에는 대략 선형적인 관계가 있는 것이 실험으로 확인되어 있다.
본 실시예에서의 동축 안테나군(54)은, 그 중심 또는 내주단(內周端)으로부터 외주단까지 선회하는 통상의 소용돌이 코일과는 상이하여, 챔버(10)의 중심 쪽에 국재하는 원환 형상의 내측 안테나(58)와 챔버(10)의 측벽 근처에 국재하는 원환 형상의 외측 안테나(60)로 이루어지고, 직경 방향에서의 동축 안테나군(54) 내의 전류 분포는 양 안테나(58, 60)가 위치하는 부근에 이극화된다.
따라서, 챔버(10)의 유전체창(52) 아래(내측)에 생성되는 도너츠 형상 플라즈마에서는, 내측 안테나(58) 및 외측 안테나(60)의 각각의 직하 위치 부근에서 전류 밀도(즉, 플라즈마 밀도)가 돌출하여 높아진다(극대가 된다). 이와 같이, 도너츠 형상 플라즈마 내의 전류 밀도 분포는 직경 방향으로 균일하지 않아 요철의 프로파일이 된다. 그러나, 챔버(10) 내의 처리 공간에서 플라즈마가 사방으로 확산됨으로써, 서셉터(12)의 근방, 즉 반도체 웨이퍼(W) 상에서는 플라즈마의 밀도가 매우 균일해진다.
본 실시예에서는, 내측 안테나(58) 및 외측 안테나(60)를 각각 흐르는 2 차 전류(I2A, I2B)의 밸런스를 조절함으로써, 서셉터(12)의 근방, 즉 반도체 웨이퍼(W) 상의 플라즈마 밀도 분포를 자유롭게 제어하는 것이 가능하고, 플라즈마 프로세스 특성의 균일화도 용이하게 달성할 수 있다. 여기서, 2 차 전류(I2A, I2B)의 밸런스 조정은 이하와 같이 가변 콘덴서(64, 66)의 정전 용량을 가변함으로써 행해진다.
가변 콘덴서(64, 66)의 정전 용량을 C64, C66로 하고, 양 2 차 회로(96, 98) 내의 자기 인덕턴스 및 저항(플라즈마에 흡수되는 파워에 기인하는 저항 성분도 포함함)을 각각(L96, R96), (L98, R98)로 하면, 양 2 차 회로(96, 98) 내의 합성 임피던스(ZA, ZB)는 각각 하기의 식 (3), (4)로 나타난다.
ZA = R96 ＋ i(ωL96 － 1 / ωC64) … (3)
ZB = R98 ＋ i(ωL98 － 1 / ωC66) … (4)
단, ω는 각(角)주파수이며, 플라즈마 생성용의 고주파(RFH)의 주파수를 f로 하면, ω = 2πf이다.
따라서, 상기의 식 (1), (2)는 하기의 식 (5), (6)과 각각 등가이다.
I2A = E2A / {R96 ＋ i(ωL96 － 1 / ωC64)} … (5)
I2B = E2B / {R98 ＋ i(ωL98 － 1 / ωC66)} … (6)
트랜스부(68)에서 1 차 코일(86)과 각 2 차 코일(88, 90) 간의 상호 인덕턴스가 일정하면, 고주파 급전부(62)로부터 트랜스부(68)의 1 차 코일(86)로 1 차 전류(I1)가 흘렀을 때에, 2 차 코일(88, 90) 내에 각각 발생하는 유도기전력(E2A, E2B)은 일의적으로 정해진다. 또한, 양 2 차 회로(96, 98) 내의 자기 인덕턴스(L96, L98) 및 저항(R96, R98)도 일정하게 간주할 수 있다. 따라서, 가변 콘덴서(64, 66)의 정전 용량(C64, C66)을 가변함으로써, 내측 및 외측 안테나(58, 60)를 각각 흐르는 2 차 전류(I2A, I2B)의 전류치를 각각 독립 또한 임의로 제어할 수 있다.
한편 고주파 급전부(62)에서는, 상기한 바와 같은 2 차 코일(88, 90) 간의 상호 인덕턴스보다 1 차 코일(86)의 자기 인덕턴스가 현격히 크므로, 1 차측에서 본 부하 리액턴스의 변화는 작고, 2 차 전류(I2A, I2B)의 영향을 그다지 받지 않는다. 이 때문에, 정합기(76)의 출력 단자에서 보면, 부하 임피던스는 기본적으로 1 차 코일(86)의 임피던스로 밖에 보이지 않는다. 즉, 2 차측의 부하 회로에서 소비되는 파워는 마치 1 차 코일(86)에 외관상의 저항이 발생하고, 따라서 소비되는 파워로 보인다. 따라서, 본 실시예와 같이 복수의 2 차 코일(88, 90)이 설치될 경우는, 각각의 2 차 회로(96, 98) 내에서 소비되는 파워에 상당하는 1 차 코일(86)의 외관상의 저항도 커진다. 즉, 2 차 회로(96, 98) 내에서 소비되는 파워에 각각 상당하는 저항이 1 차 코일(86)에 직렬로 붙어, 합성 저항이 2 배가 된다.
일반적으로 정합기는, 부하 저항이 클수록 부하에서 소비되는 RF 파워에 비해 정합 회로 내의 저항 성분에서 소비되는 파워가 작아져 RF 파워 전송 효율이 좋아진다. 본 실시예에서는, 동축 안테나군(54)의 각각의 안테나(58, 60)가 각각 개별의 2 차 코일(88, 90)을 개재하여 1 차 코일(86)에 전기적으로 결합되므로, 1 차 코일(86)의 부하 저항이 커져 고주파 급전부(62)에서의 RF 파워 전송 효율이 향상된다. 따라서, 플라즈마 부하로 공급되는 RF 파워가 증대하여 플라즈마 생성 효율이 향상된다.
또한, 트랜스부(68)를 생략하고, 동축 안테나군(54)의 내측 안테나(58) 및 외측 안테나(60)를 정합기(76)의 출력 단자에 병렬 접속으로 직결할 경우는, 합성 부하 저항이 약 반이 되어 고주파 급전부(62)에서 흐르는 전류가 배증된다. 이에 따라, 고주파 급전부(62)(특히 정합기(76)) 내에서 소비되는 파워가 증가하여 RF 파워 전송 효율은 저하된다.
또한, 가변 콘덴서(64, 66)의 정전 용량(C64, C66)은 2 차 회로(96, 98) 내의 리액턴스가 음의 값이 되는 영역, 즉 2 차 회로(96, 98) 내에서 직렬 공진이 일어날 때의 정전 용량보다 작은 영역을 가변 범위로 가지도록 구성 및 선정되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 직렬 공진이 일어날 때의 정전 용량보다 작은 영역에서 C64, C66를 가변할 경우는, C64, C66의 값(용량 포지션)을 최소치로부터 올림으로써 2 차 전류(I2A, I2B)의 전류치를 대략 제로에서부터 서서히 증대시키는 것이 가능하고, 또한 트랜스부(68)에서 2 차 코일(88, 90)을 각각 흐르는 2 차 전류(I2A, I2B)의 방향이 1 차 코일(86)을 흐르는 1 차 전류(I1)의 방향과 둘레 회전 방향에서 동일하게 되고, 이에 따라 트랜스부(68)의 RF 전송 효율을 향상시킬 수 있다.
이 점, 트랜스부(68)에서 2 차 코일(88, 90)을 각각 흐르는 2 차 전류(I2A, I2B)의 방향이 1 차 코일(86)을 흐르는 1 차 전류(I1)의 방향과 둘레 회전 방향에서 반대일 경우는, 서로 자계를 없애 트랜스부(68)의 RF 전송 효율이 저하된다.
단, 이러한 이점은 없어지지만, 직렬 공진이 일어나는 정전 용량보다 큰 영역에서 가변 콘덴서(64, 66)의 정전 용량(C64, C66)의 값을 선정하는 것도 가능하다. 어느 일방이 직렬 공진보다 큰 값일 경우는, 내측 안테나(58) 및 외측 안테나(60)에 반대 방향의 전류가 흘러 플라즈마의 분포를 크게 변화시킬 수 있다. 한편, 모두가 직렬 공진보다 큰 용량이면, 내측 안테나(58), 외측 안테나(60)의 쌍방에는 동일한 방향의 전류가 흘러 비교적 균일성이 좋아져, 효율적인 플라즈마를 생성할 수 있다.
［안테나 및 트랜스부에 관한 실험예］
이어서, 본 실시예에서의 유도 결합형 플라즈마 처리 장치에 적용 가능한 안테나 및 트랜스부의 적합한 실험예를 설명한다.
도 5에, 동축 안테나군(54)에서 내측 안테나(58) 및 / 또는 외측 안테나(60)를 소용돌이 형상 코일(스파이럴 코일)에 의해 구성하는 예를 도시한다. 도시는 생략하지만, 내측 안테나(58) 및 / 또는 외측 안테나(60)를 복수 턴의 원환 형상 코일(각 일주(一周)에서 반경이 일정한 동심원 코일)에 의해 구성하는 것도 가능하다.
이와 같이, 동축 안테나군(54)의 각 안테나(58, 60)의 턴 수를 많게 할수록, 동일한 전류가 흐를 때의 기자력을 증대시킬 수 있다. 한편, 각 안테나(58, 60)를 흐르는 2 차 전류(I2A, I2B)의 전류치는, 가변 콘덴서(64, 66)를 통하여 독립으로 가변 제어할 수 있다.
도 6에, 2 차 회로(96, 98)의 폐 루프 결선을 각각 반대로 하는 구성예를 도시한다. 예를 들면, 도 2에 도시한 접속 도체((92m, 92n), (94m, 94n))의 상단과 2 차 코일(88, 90)의 개방단과의 대등한 접속 관계, 혹은 접속 도체((92m, 92n), (94m, 94n))의 하단과 안테나(58, 60)의 개방단과의 대등한 접속 관계를 서로 교환하면, 도 6의 전기적 구성이 얻어진다.
예를 들면, 후술하는 바와 같은 트랜스부(68)의 2 차 코일(88, 90)의 사이에서 나선의 방향이 반대일 경우는, 2 차 회로(96, 98) 중 어느 일방에서 이러한 폐 루프의 역결선 구조를 취함으로써, 내측 및 외측 안테나(58, 60)를 각각 흐르는 2 차 전류(I2A, I2B)의 방향을 둘레 회전 방향에서 일치시킬 수 있다.
도 7에, 2 차 코일(88, 90) 중 적어도 1 개(도시의 예는 2 차 코일(88))를 복수 회전 코일로 하는 구성예를 도시한다.
도 8에, 1 차 코일(86)을 복수(도시의 예는 2 개)의 코일 세그먼트로 분할하는 구성예를 도시한다. 도시의 구성예에서는 1 차 코일(86)이 전기적으로 직렬로 접속되고, 공간적으로는 코일축 방향으로 간격을 두고 배치된 제 1 및 제 2의 1 차 코일 세그먼트(86a, 86b)로 분할되어 있다. 양 2 차 코일(88, 90)은, 이들 2 개의 1 차 코일 세그먼트(86a, 86b)의 사이에 배치된다. 이러한 트랜스 구조에 의하면, 1 차 코일(86)을 흐르는 1 차 전류(I1)에 의해 생성되는 자속이 보다 효율적 또한 보다 균등하게 양 2 차 코일(88, 90)과 쇄교하게 된다.
도 9는, 코일축 방향에서 1 차 코일(86)을 사이에 두고 그 양측에 2 차 코일(88, 90)을 배치하는 구성예를 도시한다. 이 구성에서도, 1 차 코일(86)과 양 2 차 코일(88, 90) 간의 전자 유도 결합의 효율 및 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 10a는, 2 차 회로(98)에 가변 콘덴서(66)를 설치하고, 2 차 회로(96)에는 고정 콘덴서(100)를 설치하는 구성예를 도시한다. 이 경우는, 내측 안테나(58)를 흐르는 2 차 전류(I2A)의 전류치를 일정하게 유지한 채로, 외측 안테나(60)를 흐르는 2 차 전류(I2B)의 전류치를 가변 콘덴서(66)의 용량 가변에 의해 임의로 제어하고, 내측 안테나(58)와 외측 안테나(60)의 사이에서 기자력의 밸런스를 제어할 수 있다.
도 10b에 도시한 바와 같이, 2 차 회로(96)에 가변 콘덴서(64)를 설치하고, 2 차 회로(98)에 고정 콘덴서(102)를 설치하는 구성도 가능하다. 이 경우는, 외측 안테나(60)를 흐르는 2 차 전류(I2B)의 전류치를 일정하게 유지한 채로, 내측 안테나(58)를 흐르는 2 차 전류(I2A)의 전류치를 가변 콘덴서(64)의 용량 가변에 의해 임의로 제어하고, 내측 안테나(58)와 외측 안테나(60)의 사이에서 기자력의 밸런스를 제어할 수 있다.
도 11은, 1 차 코일(86)과 2 차 코일(88, 90) 중 적어도 1 개와의 거리 간격을 코일축 방향에서 가변 조정 가능하게 하는 구성예를 도시한다. 이러한 코일 간격의 가변 조정을 행하기 위한 수단으로서, 예를 들면 볼 나사 기구 혹은 랙 ＆ 피니언 기구(도시하지 않음) 등을 이용할 수 있다.
코어를 사용하지 않고 1 차 코일(86)과 2 차 코일(88, 90)을 병치할 경우는, 그 거리 간격이 1 차 코일(86)과 각 2 차 코일(88, 90) 간의 상호 인덕턴스, 나아가서는 각 2 차 코일(88, 90)에서 발생하는 유도기전력을 크게 좌우한다. 즉, 거리 간격을 작게 할수록 상호 인덕턴스(유도기전력)는 커지고, 거리 간격을 크게 할수록 상호 인덕턴스(유도기전력)는 작아진다.
따라서, 예를 들면 도 10a의 구성예와 같이 2 차 회로(96)에 고정 콘덴서(100)를 설치할 경우는, 트랜스부(68)에서 1 차 코일(86)과 2 차 코일(88) 간의 거리 간격을 가변함으로써, 2 차 코일(88)에서 발생하는 유도기전력(E2A)을 가변하고, 나아가서는 내측 안테나(58)를 흐르는 2 차 전류(I2A)의 전류치를 가변할 수 있다.
도 12a에, 1 차 코일(86) 및 2 차 코일(88, 90) 중 적어도 1 개와 쇄교하는, 예를 들면 봉 형상의 코어를 구비하는 구성예를 도시한다. 도시의 구성예에서는 1 차 코일(86) 및 2 차 코일(88)과 쇄교하는 봉 형상의 코어(104)와, 1 차 코일(86) 및 2 차 코일(90)과 쇄교하는 봉 형상의 코어(106)를 맞대어 일체화하고 있다. 이와 같이, 트랜스부(68)에 코어(104, 106)를 구비함으로써 트랜스부(68)의 자기 저항을 줄여, 트랜스(68)의 RF 전송 효율을 높일 수 있다.
또한 트랜스부(68)에서 사용되는 코어는, 1 차 코일 및 2 차 코일 간의 상호 인덕턴스를 증배 내지 증대시키기 위하여 양 코일과 쇄교하는 부재(철심)이며, 바람직하게는 비투자율이 1보다 큰 재질(예를 들면 페라이트)로 이루어진다.
이 경우, 도 12b에 도시한 바와 같이, 코일축 방향에서 코어(104, 106)를 이동 또는 변위 가능하게 구성하고, 이들 코어(104, 106)의 사이에 형성되는 갭(108)의 사이즈를 가변함으로써, 트랜스부(68) 내의 자기 저항 내지 상호 인덕턴스를 조정할 수 있다.
도 13에는, 1 차 코일(86) 및 2 차 코일(88, 90)의 전부와 쇄교하는 링 형상 또는 무단(無端) 형상의 코어(110)를 구비하는 구성예를 도시한다.
도 14에, 동축 안테나군(54)에서 내측 안테나(58)와 외측 안테나(60)의 사이에 중간 안테나(59)를 배치하는 구성예를 도시한다. 이 경우, 중간 안테나(59)에 전기적으로 접속되어 폐 루프의 2 차 회로(97)를 형성하는 2 차 코일(89)은, 트랜스부(68)에서 다른 2 차 코일(88, 90)과 나란히 1 차 코일(86)에 근접하여 배치된다. 2 차 회로(97) 내에는 콘덴서, 예를 들면 가변 콘덴서(65)가 설치된다.
이와 같이, 내측 안테나(58)와 외측 안테나(60)의 사이에 중간 안테나(59)를 배치할 경우는, 중간 안테나(59)에 흐르는 2 차 전류(I2C)를 내측 안테나(58) 및 외측 안테나(60)를 각각 흐르는 2 차 전류(I2A, I2B)의 1 / 10 이하로 선정함으로써, 챔버(10) 내의 직하에 생성되는 도너츠 형상 플라즈마 내의 플라즈마 밀도를 양호하게 균일화할 수 있는 것이 실험으로 확인되었다.
이는, 중간 안테나(59)가 없을 경우에도 내측 안테나(58) 및 외측 안테나(60)의 각각의 직하 위치 부근에서 생성된 플라즈마가 직경 방향으로 확산되므로, 도 3에 도시한 바와 같이, 양 안테나(58, 60)의 중간 영역에서도 상당한 밀도로 플라즈마가 존재하기 때문이다. 따라서, 양 안테나(58, 60)와는 별도로 중간 안테나(59)에 소량(예를 들면 0.4 ~ 1.5 A 정도)의 2 차 전류(I2C)를 둘레 회전 방향에서 다른 안테나(58, 60)를 흐르는 2 차 전류(I2A, I2B)와 동일한 방향으로 흘리면, 중간 안테나(59)의 직하 위치 부근에서 유도 결합 플라즈마의 생성이 적당하게 증강되어, 플라즈마 밀도가 직경 방향으로 균일해진다.
이와 같이, 중간 안테나(59)에 흐르는 2 차 전류(I2C)의 전류치를 상당히 작은 값으로 제어하는 것은, 2 차 회로(97) 내의 리액턴스가 음의 큰 값을 가지도록, 가변 콘덴서(65)의 정전 용량(C65)을 2 차 회로(97) 내에서 직렬 공진이 일어날 때의 정전 용량보다 작은 영역 내의 최소치 부근으로 조절하면 된다.
도 15a에, 동축 안테나군(54)에서 외측 안테나(60)를 둘레 회전 방향에서 복수(본 예에서는 2 개)의 안테나 세그먼트(60L, 60R)로 분할하고, 트랜스부(68)에 서 외측 안테나(60)에 대응하는 복수(2 개)의 2 차 코일(90L, 90R)을 설치하는 구성예를 도시한다. 도시한 바와 같이, 이들 안테나 세그먼트(60L, 60R)는, 각각 반원의 원호 형상으로 형성되어 있고, 공간적으로는 방위각 방향으로 1 개의 원을 형성하도록 직렬로 배치되어 있다.
이 경우는, 도 15b에 도시한 바와 같이, 2 개의 안테나 세그먼트(60L, 60R) 및 2 개의 2 차 코일(90L, 90R)의 사이에서 1 개의 폐 루프의 2 차 회로(112)가 형성되도록, 안테나 세그먼트(60L, 60R)와 2 차 코일(90L, 90R)을 전기적으로 접속하는 구성을 취할 수 있다. 이 2 차 회로(112)에는, 그 폐 루프 내의 임의의 위치에 1 개 또는 복수(도시의 예는 2 개)의 콘덴서(66L, 66R)가 설치되고, 적어도 이 중 1 개(도시의 예는 콘덴서(66L))가 가변 콘덴서인 것이 바람직하다.
혹은, 도 15c에 도시한 바와 같이, 일방의 안테나 세그먼트(60L)와 일방의 2 차 코일(90L)의 사이에서 독립된 폐 루프의 2 차 회로(112L)가 형성되도록 양자를 전기적으로 접속하고, 타방의 안테나 세그먼트(60R)와 타방의 2 차 코일(90R)의 사이에서 독립된 폐 루프의 2 차 회로(112R)가 형성되도록 양자를 전기적으로 접속하는 구성을 취할 수도 있다.
이와 같이, 전체 길이가 가장 큰 외측 안테나(60)를 복수의 안테나 세그먼트(60L, 60R)로 분할하는 구성에서는, 외측 안테나(60) 내의 파장 효과 또는 전압 강하는 개개의 안테나 세그먼트(60L, 60R)마다 그 길이에 의존한다. 따라서, 개개의 안테나 세그먼트(60L, 60R) 내에서 파장 효과를 일으키지 않도록, 그리고 전압 강하가 그다지 커지지 않도록 개개의 안테나 세그먼트(60L, 60R의 길이를 선정함으로써, 외측 안테나(60) 내의 파장 효과 또는 전압 강하의 문제를 해결할 수 있다. 또한, 내측 안테나(58)를 복수의 안테나 세그먼트로 분할하는 구성도 가능하다.
［오토 매칭 기구에 관한 실험예］
이어서, 본 실시예에서의 유도 결합형 플라즈마 처리 장치에 적용 가능한 오토 매칭 기구에 관한 실험예를 설명한다.
도 16에, 상기 유도 결합형 플라즈마 처리 장치(도 1)에 통상의 오토 매칭 기구를 탑재하는 예를 도시한다. 이 구성예에서 정합기(76) 내의 정합 회로에는, 가변 리액턴스 소자로서, 고주파 전원(74)에 대하여 부하와 병렬 및 직렬로 각각 접속되는 2 개의 가변 콘덴서(120, 122)가 설치된다. 여기서, 부하와 병렬로 접속되는 가변 콘덴서(120)의 정전 용량(C120)은, 부하측 임피던스의 절대치를 가변 조정하는데 지배적으로 작용한다. 한편, 부하와 직렬로 접속되는 가변 콘덴서(122)의 정전 용량(C122)은, 부하측 임피던스의 위상(RF 전압과 RF 전류의 위상 차)을 가변 조정하는데 지배적으로 작용한다.
고주파 전원(74)과 정합기(76)의 사이에는 플라즈마 부하로부터의 반사파의 파워를 측정하기 위한 반사파 센서(124)가 설치되어 있다. 이 반사파 센서(124)의 출력은 오토 매칭용의 콘트롤러(126)에 부여된다. 콘트롤러(126)는 가변 콘덴서(64, 66)의 정전 용량(C64, C66)의 조정에 의해, 혹은 플라즈마 처리 중의 압력 변동 등에 의해 2 차 회로(96, 98) 내의 임피던스가 변경되어도, 항상 반사파 센서(124)의 출력(반사파 파워 측정치)이 최소가 되도록, 즉 정합을 취할 수 있도록 양 가변 콘덴서(120, 122)의 정전 용량(용량 포지션)(C120, C122)을 스테핑 모터(도시하지 않음) 등을 개재하여 가변하도록 되어 있다.
도 17a, 도 17b 및 도 17c에, 본 발명의 실험예에 따른 오토 매칭 기구를 도시한다. 본 실험예에 따른 오토 매칭 기구의 특징은, 오토 매칭용의 콘트롤러(126)에 2 차 전류 조정용의 용량 가변부(70, 72)의 기능을 겸무 또는 대체시키는 구성에 있다. 다른 관점에 따르면, 2 차 전류 조정용의 가변 콘덴서(64, 66)에 정합기(76) 내의 매칭 기능의 일부 또는 전부를 겸무 또는 대체시키는 구성에 있다.
상기한 바와 같이, 본 실시예의 유도 결합형 플라즈마 처리 장치(도 1)에서는, 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위한 복수의 안테나(58, 60)가 각각 개별의 2 차 코일(88, 90)을 개재하여 고주파 급전부(62)측의 1 차 코일(86)에 전기적으로 결합되므로, 이들 안테나(58, 60)에서 생기는 부하 저항이 1 차측에서 보면 각각 개별로 1 차 코일(86)의 부하 저항으로서 가산된다. 따라서, 플라즈마 부하 저항을 큰 값으로 판단하여 오토 매칭의 조정을 행하는 것이 가능하고, 정합기(76) 내의 리액턴스 가변 능력 또는 정밀도를 경감할 수 있다.
이 점에서, 본 실험예에서는 오토 매칭용의 콘트롤러(126)에 상기 용량 가변부(70, 72)(도 1)의 기능을 겸무 또는 대체시킨다.
구체적으로, 도 17a에 도시한 바와 같이, 주로 부하측 임피던스의 절대치를 가변 조정하기 위한 가변 콘덴서(120)를 고정 콘덴서(128)로 치환한다. 그리고, 2 차 회로(96, 98) 내의 가변 콘덴서(64, 66)의 정전 용량(C64, C66) 및 정합기(76) 내의 가변 콘덴서(122)의 정전 용량(C122)을 콘트롤러(126)에 의해 가변 제어하여, 2 차 전류(I2A, I2B)의 조정과 오토 매칭의 조정을 동시에 행한다.
혹은, 도 17b에 도시한 바와 같이, 주로 부하측 임피던스의 위상을 가변 조정하기 위한 가변 콘덴서(122)를 고정 콘덴서(130)로 치환한다. 그리고, 2 차 회로(96, 98) 내의 가변 콘덴서(64, 66)의 정전 용량(C64, C66) 및 정합기(76) 내의 가변 콘덴서(120)의 정전 용량(C120)을 콘트롤러(126)에 의해 가변 제어하여, 2 차 전류(I2A, I2B)의 조정과 오토 매칭의 조정을 동시에 행하도록 할 수도 있다.
또한, 도 17c에 도시한 바와 같이, 정합기(76) 내에서 양 가변 콘덴서(120, 122)를 각각 고정 콘덴서(128, 130)로 치환한다. 그리고, 2 차 회로(96, 98) 내의 가변 콘덴서(64, 66)의 정전 용량(C64, C66)을 콘트롤러(126)에 의해 가변 제어하여, 2 차 전류(I2A, I2B)의 조정과 오토 매칭의 조정을 동시에 행하는 것도 가능하다.
또한, 반사파 센서(124) 대신에 임피던스 측정기를 사용하고, 이 임피던스 측정기에 의해 측정되는 부하측 임피던스가 정합점(50 Ω)에 일치 또는 근사하도록, 콘트롤러(126)에 의해 정합기(76) 내의 가변 콘덴서(120, 122)의 정전 용량(C120, C122) 및 / 또는 가변 콘덴서(64, 66)의 정전 용량(C64, C66)을 가변 제어하는 형태를 취하는 것도 가능하다.
［다른 실시예 또는 변형예］
상술한 실시예에서의 유도 결합형 플라즈마 처리 장치(도 1, 도 2)는, 트랜스부(68)를 안테나실(56) 내에 설치했다. 그러나, 트랜스부(68)를 안테나실(56)의 밖에 설치하는 것도 가능하다. 또한, 1 차 코일(86) 및 / 또는 2 차 코일(88, 90)을 배치하는 자세 또는 방향도 임의로 선택할 수 있다.
상기 실시예에서의 유도 결합형 플라즈마 처리 장치는, 동축 안테나군(54)과 트랜스부(68)의 사이에 형성되는 모든 2 차 회로(96, 98)에 콘덴서(64(100), 66(102))를 설치했다. 그러나, 예를 들면 트랜스부(68)의 1 차 코일(86) 및 2 차 코일(88, 90)을 각각 복수회 감아 2 차 코일(88, 90)에 탭 전환기를 부착하는 구성(탭 전환으로 2 차 전류(I2A, I2B)를 조절하는 구성)에 의해, 2 차 회로(96, 98) 중 적어도 1 개 또는 전부에서 콘덴서를 생략하는 구성도 가능하다.
본 발명에서의 안테나의 루프 형상은 원형에 한정되지 않고, 예를 들면 사각형 혹은 삼각형 등이어도 좋다. 복수의 안테나가 비동축에 배치되어도 좋다. 안테나 또는 안테나 세그먼트의 단면 형상은 직사각형, 원형, 타원형 등 임의여도 좋고, 단선(單線)에 한정되지 않고 연선(撚線)이어도 좋다.
또한, 안테나 전체의 배치 형태로서 평면형 이외의 타입, 예를 들면 돔 형상 등도 가능하고, 또한 유전체로 이루어진 측벽을 가지는 챔버에서는 그 측벽의 주위에 배치하는 구성도 가능하다.
처리 가스 공급부에서는, 챔버(10) 내로 천장으로부터 처리 가스를 도입하는 구성도 가능하다. 또한, 서셉터(12)에 직류 바이어스 제어용의 고주파(RFL)를 인가하지 않는 형태도 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치 또는 플라즈마 처리 방법은, 플라즈마 에칭의 기술 분야에 한정되지 않고, 플라즈마 CVD, 플라즈마 산화, 플라즈마 질화, 스퍼터링 등의 다른 플라즈마 프로세스에도 적용 가능하다. 또한, 본 발명에서의 피처리 기판은 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, 플랫 패널 디스플레이용의 각종 기판 또는 포토마스크, CD 기판, 프린트 기판 등도 가능하다.
10 : 챔버
12 : 서셉터
24 : 배기 장치
52 : 유전체창
54 : 동축 안테나군
58 : 내측 안테나
59 : 중간 안테나
60 : 외측 안테나
60L, 60R : 안테나 세그먼트
62 : 고주파 급전부
64, 66 : 가변 콘덴서
68 : 트랜스부
70, 72 : 용량 가변부
74 : (플라즈마 생성용) 고주파 전원
76 : 정합기
86 : 1 차 코일
88, 90 : 2 차 코일
96, 97, 98 : 2 차 회로
100, 102 : 고정 콘덴서
104, 106, 110 : 코어
120, 122 : 가변 콘덴서
124 : 반사파 센서
126 : 콘트롤러
128, 130 : 고정 콘덴서

Claims (27)

  1. 유전체의 창을 가지는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에서 피처리 기판을 보지(保持)하는 기판 보지부와,
    상기 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하기 위하여 상기 처리 용기 내로 원하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와,
    상기 처리 용기 내에서 유도 결합에 의해 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위하여 상기 유전체창 밖에 설치되는 복수의 안테나와,
    상기 처리 가스의 고주파 방전에 적합한 주파수의 고주파 전력을 상기 복수의 안테나로 공급하는 고주파 급전부와,
    상기 고주파 급전부의 종단(終端)에 설치되는 1 차 코일과,
    각각이 개별로 상기 1 차 코일과 전자 유도에 의해 결합 가능하며, 각각이 대응하는 상기 안테나에 전기적으로 접속되어 폐 루프의 2 차 회로를 형성하는 복수의 2 차 코일과,
    모든 상기 2 차 회로에 설치되는 콘덴서
    를 가지는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    적어도 1 개의 상기 2 차 회로에 설치되는 콘덴서는 가변 콘덴서인 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    모든 상기 2 차 회로에 있어서, 상기 콘덴서가 가변 콘덴서인 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 1 개의 상기 2 차 회로에 있어서, 상기 콘덴서가 상기 2 차 회로 내에서 직렬 공진을 일으키는 정전 용량보다 작은 값의 정전 용량을 가지는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    모든 상기 2 차 회로에 있어서, 상기 콘덴서가 상기 2 차 회로 내에서 직렬 공진을 일으키는 정전 용량보다 작은 값의 정전 용량을 가지는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 1 개의 상기 2 차 회로에 있어서, 상기 콘덴서가 상기 2 차 회로 내에서 직렬 공진을 일으키는 정전 용량보다 큰 값의 정전 용량을 가지는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    모든 상기 2 차 회로에 있어서, 상기 콘덴서가 상기 2 차 회로 내에서 직렬 공진을 일으키는 정전 용량보다 큰 값의 정전 용량을 가지는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 안테나가 상이한 직경을 가지고 동축에 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 안테나가 동일한 평면 상에 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 안테나가 직경 방향으로 간격을 두고 각각 내측 및 외측에 각각 배치되는 내측 안테나 및 외측 안테나를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 외측 안테나가 공간적으로는 방위각 방향으로 직렬로 배치되고, 전기적으로는 개별의 폐 루프를 형성하도록 복수의 상기 2 차 코일에 각각 접속되는 복수의 안테나 세그먼트를 가지는 플라즈마 처리 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 외측 안테나가 공간적으로는 방위각 방향으로 직렬로 배치되고, 전기적으로는 공통의 폐 루프를 형성하도록 복수의 상기 2 차 코일에 각각 접속되는 복수의 안테나 세그먼트를 가지는 플라즈마 처리 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 2 차 코일이 코일축 방향에서 상기 1 차 코일의 편측(片側)에 나란히 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 2 차 코일이 코일축 방향에서 상기 1 차 코일을 사이에 두고 그 양측에 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1 차 코일이 전기적으로 직렬로 접속되고, 공간적으로는 코일축 방향으로 간격을 두고 배치된 제 1 및 제 2의 1 차 코일 세그먼트를 가지고,
    상기 복수의 2 차 코일이 코일축 방향에서 상기 제 1 및 제 2의 1 차 코일 세그먼트의 사이에 배치되는
    플라즈마 처리 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    코일축 방향에서 상기 1 차 코일과 적어도 1 개의 상기 2 차 코일과의 거리 간격을 가변 조정 가능하게 구성하는 플라즈마 처리 장치.
  17. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    비투자율이 1보다 큰 재질로 형성되고, 상기 1 차 코일 및 적어도 1 개의 상기 2 차 코일과 쇄교(鎖交)하는 코어를 가지는 플라즈마 처리 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    코일축 방향에서 상기 코어를 상기 1 차 코일 또는 상기 2 차 코일에 대하여 상대적으로 변위 가능하게 구성하는 플라즈마 처리 장치.
  19. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    비투자율이 1보다 큰 재질로 형성되고, 상기 1 차 코일 및 상기 복수의 2 차 코일의 전부와 쇄교하는 무단(無端) 형상의 코어를 가지는 플라즈마 처리 장치.
  20. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 2 차 코일을 각각 흐르는 전류 및 상기 1 차 코일을 흐르는 전류의 모두가 둘레 회전 방향에서 동일한 방향인 플라즈마 처리 장치.
  21. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고주파 급전부가,
    상기 고주파 전력을 출력하는 고주파 전원과,
    상기 고주파 전원과 상기 1 차 코일의 사이에 접속되는 정합기
    를 가지는
    플라즈마 처리 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 고주파 급전부가,
    상기 정합기 내에 설치되는 적어도 1 개의 가변 콘덴서와,
    상기 고주파 전원측의 임피던스와 부하측의 임피던스의 사이에서 정합을 취할 수 있도록, 상기 정합기 내의 가변 콘덴서의 정전 용량을 가변하는 정합 제어부
    를 가지는
    플라즈마 처리 장치.
  23. 제 21 항에 있어서,
    모든 상기 2 차 회로에 가변 콘덴서가 설치되고,
    상기 고주파 급전부가 상기 고주파 전원측의 임피던스와 부하측의 임피던스의 사이에서 정합을 취할 수 있도록, 상기 정합기 내의 가변 콘덴서 및 상기 2 차 회로 내의 가변 콘덴서의 각각의 정전 용량을 가변하는 정합 제어부
    를 가지는
    플라즈마 처리 장치.
  24. 제 21 항에 있어서,
    모든 상기 2 차 회로에 가변 콘덴서가 설치되고,
    상기 정합기 내에 설치되는 콘덴서는 모두 고정 콘덴서이며,
    상기 고주파 급전부가 상기 고주파 전원측의 임피던스와 부하측의 임피던스의 사이에서 정합을 취할 수 있도록, 상기 2 차 회로 내의 가변 콘덴서의 정전 용량을 가변하는 정합 제어부
    를 가지는
    플라즈마 처리 장치.
  25. 유전체의 창을 가지는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에서 피처리 기판을 보지하는 기판 보지부와,
    상기 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하기 위하여 상기 처리 용기 내로 원하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와,
    상기 처리 용기 내에서 유도 결합에 의해 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위하여 상기 유전체창 밖에 설치되는 복수의 안테나와,
    상기 처리 가스의 고주파 방전에 적합한 주파수의 고주파 전력을 상기 복수의 안테나로 공급하는 고주파 급전부와,
    상기 고주파 급전부의 종단에 설치되는 1 차 코일과,
    각각이 개별로 상기 1 차 코일과 전자 유도에 의해 결합 가능하며, 각각이 대응하는 상기 안테나에 전기적으로 접속되어 폐 루프의 2 차 회로를 형성하는 복수의 2 차 코일과,
    적어도 1 개의 상기 2 차 회로에 설치되는 콘덴서
    를 가지는 플라즈마 처리 장치.
  26. 유전체의 창을 가지는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에서 피처리 기판을 보지하는 기판 보지부와,
    상기 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하기 위하여 상기 처리 용기 내로 원하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와,
    상기 처리 용기 내에서 유도 결합에 의해 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위하여 상기 유전체창 밖에 설치되는 복수의 안테나와,
    상기 처리 가스의 고주파 방전에 적합한 주파수의 고주파 전력을 상기 복수의 안테나로 공급하는 고주파 급전부와,
    상기 고주파 급전부의 종단에 설치되는 1 차 코일과,
    각각이 개별로 상기 1 차 코일과 전자 유도에 의해 결합 가능하며, 각각이 대응하는 상기 안테나에 전기적으로 접속되어 폐 루프의 2 차 회로를 형성하는 복수의 2 차 코일
    을 가지는 플라즈마 처리 장치.
  27. 유전체의 창을 가지는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 피처리 기판을 보지하는 기판 보지부와, 상기 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하기 위하여 상기 처리 용기 내로 원하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와, 상기 처리 용기 내에서 유도 결합에 의해 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위하여 상기 유전체창 밖에 설치되는 복수의 안테나와, 상기 처리 가스의 고주파 방전에 적합한 주파수의 고주파 전력을 상기 복수의 안테나로 공급하는 고주파 급전부를 가지는 플라즈마 처리 장치에서 상기 기판에 원하는 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법으로서,
    상기 고주파 급전부의 종단에 1 차 코일을 설치하고, 또한 각각이 개별로 상기 1 차 코일과 전자 유도에 의해 결합 가능하며, 각각이 대응하는 상기 안테나에 전기적으로 접속되어 폐 루프의 2 차 회로를 형성하는 복수의 2 차 코일을 설치하고, 또한 모든 상기 2 차 회로에 콘덴서를 설치하고,
    상기 콘덴서의 정전 용량을 선정 또는 가변 제어하여 상기 기판 상의 플라즈마 밀도 분포를 제어하는 플라즈마 처리 방법.

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190015657A (ko) * 2017-08-03 2019-02-14 삼성전자주식회사 플라즈마 처리 장치 및 그를 이용한 반도체 소자의 제조방법
US10971333B2 (en) 2016-10-24 2021-04-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Antennas, circuits for generating plasma, plasma processing apparatus, and methods of manufacturing semiconductor devices using the same

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013182966A (ja) * 2012-03-01 2013-09-12 Hitachi High-Technologies Corp プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP5934030B2 (ja) * 2012-06-13 2016-06-15 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置、プラズマ生成装置、アンテナ構造体、及びプラズマ生成方法
JP6084784B2 (ja) * 2012-06-14 2017-02-22 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置、プラズマ生成装置、アンテナ構造体、及びプラズマ生成方法
JP2014089876A (ja) * 2012-10-30 2014-05-15 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置
KR101468656B1 (ko) * 2012-12-28 2014-12-04 엘아이지에이디피 주식회사 유도 결합 플라즈마 처리 장치
KR101468657B1 (ko) * 2012-12-28 2014-12-03 엘아이지에이디피 주식회사 유도 결합 플라즈마 처리 장치
CN106686875B (zh) * 2015-11-06 2019-05-17 中微半导体设备(上海)股份有限公司 一种电感耦合等离子处理装置
CN107333378B (zh) * 2016-04-29 2019-05-03 中微半导体设备(上海)股份有限公司 一种电感耦合等离子处理装置及其控制方法
WO2019003345A1 (ja) * 2017-06-28 2019-01-03 株式会社日立国際電気 高周波電源装置及びそれを用いたプラズマ処理装置
US11551909B2 (en) * 2017-10-02 2023-01-10 Tokyo Electron Limited Ultra-localized and plasma uniformity control in a plasma processing system
JP6999368B2 (ja) * 2017-11-01 2022-01-18 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
US10892142B2 (en) 2018-03-16 2021-01-12 Samsung Electronics Co., Ltd. System for fabricating a semiconductor device
JP7061264B2 (ja) * 2018-03-20 2022-04-28 日新電機株式会社 プラズマ制御システム及びプラズマ制御システム用プログラム
JP2022530803A (ja) * 2019-04-30 2022-07-01 ラム リサーチ コーポレーション 二重周波数、直接駆動誘導結合プラズマ源
JP7352068B2 (ja) * 2019-07-12 2023-09-28 日新電機株式会社 プラズマ制御システム
US10910196B1 (en) * 2019-07-24 2021-02-02 Tokyo Electron Limited Mode-switching plasma systems and methods of operating thereof
EP4064324A4 (en) * 2020-02-19 2023-12-06 En2Core Technology, Inc ANTENNA STRUCTURE AND PLASMA GENERATING DEVICE THEREFROM
JP7446190B2 (ja) * 2020-09-23 2024-03-08 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ生成方法
WO2022107407A1 (ja) * 2020-11-20 2022-05-27 株式会社アルバック 高周波電力回路、プラズマ処理装置、およびプラズマ処理方法
US11665809B2 (en) 2020-11-20 2023-05-30 Ulvac, Inc. High-frequency power circuit, plasma treatment apparatus, and plasma treatment method
CN113301702B (zh) * 2021-05-20 2022-07-15 中国科学技术大学 一种行波天线等离子体源
CN113612006A (zh) * 2021-07-28 2021-11-05 中国科学院合肥物质科学研究院 一种分布式t型行波离子回旋天线结构
CN113921367B (zh) * 2021-11-08 2023-07-14 长鑫存储技术有限公司 腔体设备

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3172759B2 (ja) * 1993-12-02 2001-06-04 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置
US5521351A (en) * 1994-08-30 1996-05-28 Wisconsin Alumni Research Foundation Method and apparatus for plasma surface treatment of the interior of hollow forms
US5683539A (en) * 1995-06-07 1997-11-04 Applied Materials, Inc. Inductively coupled RF plasma reactor with floating coil antenna for reduced capacitive coupling
US6252354B1 (en) * 1996-11-04 2001-06-26 Applied Materials, Inc. RF tuning method for an RF plasma reactor using frequency servoing and power, voltage, current or DI/DT control
US5846883A (en) 1996-07-10 1998-12-08 Cvc, Inc. Method for multi-zone high-density inductively-coupled plasma generation
JPH1064697A (ja) * 1996-08-12 1998-03-06 Anelva Corp プラズマ処理装置
JPH10172792A (ja) * 1996-12-05 1998-06-26 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置
GB9714142D0 (en) 1997-07-05 1997-09-10 Surface Tech Sys Ltd An arrangement for the feeding of RF power to one or more antennae
US6273022B1 (en) * 1998-03-14 2001-08-14 Applied Materials, Inc. Distributed inductively-coupled plasma source
US6164241A (en) * 1998-06-30 2000-12-26 Lam Research Corporation Multiple coil antenna for inductively-coupled plasma generation systems
KR100338057B1 (ko) 1999-08-26 2002-05-24 황 철 주 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나 장치
US6744213B2 (en) 1999-11-15 2004-06-01 Lam Research Corporation Antenna for producing uniform process rates
US7096819B2 (en) 2001-03-30 2006-08-29 Lam Research Corporation Inductive plasma processor having coil with plural windings and method of controlling plasma density
JP4080793B2 (ja) * 2002-06-25 2008-04-23 ワイエイシイ株式会社 プラズマ処理装置
US6842147B2 (en) * 2002-07-22 2005-01-11 Lam Research Corporation Method and apparatus for producing uniform processing rates
US6876155B2 (en) * 2002-12-31 2005-04-05 Lam Research Corporation Plasma processor apparatus and method, and antenna
US7190119B2 (en) 2003-11-07 2007-03-13 Lam Research Corporation Methods and apparatus for optimizing a substrate in a plasma processing system
CN1998272A (zh) * 2004-06-25 2007-07-11 东京毅力科创株式会社 等离子体处理装置
JP4701691B2 (ja) * 2004-11-29 2011-06-15 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法
JP2006318725A (ja) * 2005-05-12 2006-11-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 誘導結合型プラズマ生成装置及びプラズマ生成方法
EP1917842B1 (en) * 2005-08-26 2015-03-11 FUJIFILM Manufacturing Europe B.V. Method and arrangement for generating and controlling a discharge plasma
US20080156264A1 (en) * 2006-12-27 2008-07-03 Novellus Systems, Inc. Plasma Generator Apparatus
JP5008509B2 (ja) * 2007-09-25 2012-08-22 パナソニック株式会社 プラズマ処理方法
JP5399151B2 (ja) * 2008-10-27 2014-01-29 東京エレクトロン株式会社 誘導結合プラズマ処理装置、プラズマ処理方法及び記憶媒体
US8319436B2 (en) * 2009-02-02 2012-11-27 Advanced Energy Industries, Inc. Passive power distribution for multiple electrode inductive plasma source

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10971333B2 (en) 2016-10-24 2021-04-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Antennas, circuits for generating plasma, plasma processing apparatus, and methods of manufacturing semiconductor devices using the same
KR20190015657A (ko) * 2017-08-03 2019-02-14 삼성전자주식회사 플라즈마 처리 장치 및 그를 이용한 반도체 소자의 제조방법

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