KR20120032439A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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KR20120032439A
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

RF 안테나 내의 파장 효과를 만전에 억제하고, 또한 주회 방향으로도 직경 방향으로도 균일한 플라즈마 프로세스를 용이하게 실현시킨다. 이 유도 결합형 플라즈마 처리 장치에서는, 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위하여 유전체창(52) 상에 설치되는 RF 안테나(54)가 직경 방향으로 내측 코일, 중간 코일 및 외측 코일(62)로 분할되어 있다. 내측 코일(58)은 단일 또는 직렬 접속의 내측 코일 세그먼트(59)를 가진다. 중간 코일(60)은 주회 방향으로 분할되어 있고, 전기적으로 병렬로 접속되어 있는 2 개의 중간 코일 세그먼트(61(1), 61(2))를 가진다. 외측 코일(62)은 주회 방향으로 분할되어 있고, 전기적으로 병렬로 접속되어 있는 3 개의 외측 코일 세그먼트(63(1), 63(2), 63(3))를 가진다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 피처리 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 기술에 관한 것이며, 특히 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치에 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 크게 구별된다.
일반적으로, 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치는 처리 용기의 벽부 중 적어도 일부(예를 들면, 천장)를 유전체의 창으로 구성하고, 그 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 고주파 전류에 의해, 자력선이 유전체창을 관통하여 챔버 내의 처리 공간을 통과하는 고주파수의 교류 자계가 RF 안테나의 주위에 발생하고, 이 교류 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. 플라즈마 프로세스에서 기판 상의 플라즈마 밀도의 균일성 또는 제어성을 향상시키는 것은 프로세스의 균일성 / 재현성 나아가서는 제조 수율을 좌우한다는 점에서 최대 중요 과제 중 하나이다.
유도 결합형의 플라즈마 처리 장치에서는 챔버 내의 유전체창 부근에서 생성되는 도너츠 형상 플라즈마 내의 플라즈마 밀도 분포 특성(프로파일)이 중요하며, 그 코어인 플라즈마 밀도 분포의 프로파일이 확산 후의 기판 상에 얻어지는 플라즈마 밀도 분포의 특성(특히, 균일성)을 좌우한다.
이 점에 관하여, 주회 방향의 플라즈마 밀도 분포의 균일성을 향상시키는 기법으로서, RF 안테나를 코일 직경이 상이한 복수의 원환(圓環) 형상 코일로 분할하는 방식이 몇 가지 제안되고 있다. 이 종류의 RF 안테나 분할 방식에는 복수의 원환 형상 코일을 직렬로 접속하는 제 1 방식(예를 들면, 특허 문헌 1)과 복수의 원환 형상 코일을 병렬로 접속하는 제 2 방식(예를 들면, 특허 문헌 2)이 있다.
미국특허 제5800619호 미국특허 제6288493호
상기한 바와 같은 종래의 RF 안테나 분할 방식 중 상기 제 1 방식은 RF 안테나의 전체 코일 길이가 전부의 코일을 합한 큰 길이가 되기 때문에, RF 안테나 내의 전압 강하가 무시할 수 없을 만큼 크고, 또한 파장 효과에 의해 RF 안테나의 RF 입력단 근처에 전류의 파절부(波節部)를 가지는 정재파(定在波)가 형성되기 쉽다. 이 때문에, 상기 제 1 방식은 직경 방향은 물론 주회 방향에서도 플라즈마 밀도 분포의 균일성을 얻는 것은 어려워, 대구경 플라즈마를 필요로 하는 플라즈마 프로세스에는 적합하지 않다.
한편, 상기 제 2 방식은 고주파 급전부로부터 RF 안테나로 공급되는 RF 전류가 RF 안테나 내에서는 코일 직경이 작은(즉, 임피던스가 작은) 내측의 코일에는 상대적으로 많이 흐르고, 코일 직경이 큰(즉, 임피던스가 큰) 외측의 코일에는 상대적으로 조금밖에 흐르지 않아, 챔버 내에 생성되는 플라즈마의 밀도가 직경 방향의 중심부에서 높고 주변부에서 낮아지기 쉽다. 따라서, 상기 제 2 방식은 RF 안테나 내의 각 코일에 임피던스 조정용의 콘덴서를 부가(접속)하여 각 코일로 분배되는 RF 전류의 분할비를 조절하도록 하고 있다.
이 경우, 고주파 급전부의 귀선 또는 어스 라인측에, 즉 RF 안테나의 종단(終端)측에 임피던스 조정용의 콘덴서를 설치하면, 코일의 전위가 접지 전위보다 높아짐에 따라 유전체창이 플라즈마로부터의 이온 어택에 의해 손상 열화되는 스퍼터 효과를 억제할 수 있다. 그러나, RF 안테나의 코일이 콘덴서를 개재하여 종단됨으로써 단락 공진선의 길이가 등가적으로 짧아져, 코일 직경(코일 길이)이 큰 외측 코일에서 파장 효과가 발생하기 쉬워져 상기 제 1 방식과 동일한 문제에 부딪친다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하는 것으로, RF 안테나 내의 파장 효과를 만전에 억제하고, 또한 주회 방향으로도 직경 방향으로도 균일한 플라즈마 프로세스를 용이하게 실현시킬 수 있는 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 RF 안테나와, 상기 처리 가스의 고주파 방전에 적합한 주파수의 고주파 전력을 상기 RF 안테나로 공급하는 고주파 급전부를 구비하고, 상기 RF 안테나가 직경 방향으로 간격을 두고 내측, 중간 및 외측에 각각 배치되는 내측 코일, 중간 코일 및 외측 코일을 가지고, 상기 내측 코일이 단일 또는 직렬 접속의 내측 코일 세그먼트를 가지고, 상기 중간 코일이 주회 방향으로 분할되어 있고, 전기적으로 병렬로 접속되어 있는 복수의 중간 코일 세그먼트를 가지고, 상기 외측 코일이 주회 방향으로 분할되어 있고, 전기적으로 병렬로 접속되어 있는 복수의 외측 코일 세그먼트를 가진다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치에서는, RF 안테나를 직경 방향으로 분할된 내측 코일, 중간 코일 및 외측 코일로 구성하고, 중간 코일 및 외측 코일을 각각 주회 방향으로 분할된 복수의 중간 코일 세그먼트 및 복수의 외측 코일 세그먼트로 구성하고 있다. 여기서, 복수의 중간 코일 세그먼트끼리는 전기적으로 병렬로 접속되고, 복수의 외측 코일 세그먼트끼리도 전기적으로 병렬로 접속되어 있다. 이에 따라, RF 안테나 내의 파장 효과 또는 전압 강하는 코일 세그먼트의 길이에 의존한다. 따라서, 개개의 코일 세그먼트 내에서 파장 효과를 일으키지 않도록, 그리고 전압 강하가 그다지 커지지 않도록 각 코일 내의 분할 수 또는 코일 세그먼트의 길이를 선정하면 된다.
본 발명의 적합한 일태양에 따르면, 고주파 급전부측의 제 1 노드와 접지 전위측의 제 2 노드의 사이에서 중간 코일과 전기적으로 직렬로 접속되는 중간 콘덴서가 설치된다. 이 중간 콘덴서는, 바람직하게는 가변 콘덴서로 이루어진다. 그리고, 제 1 노드로부터 제 2 노드까지 각각의 고주파 전송로를 한번에 연결시킬 경우에, 중간 코일을 통과할 때의 방향이 내측 코일 및 외측 코일을 통과할 때의 방향과 주회 방향에서 반대가 되는 결선 구조가 취해진다.
이러한 구성에서는, 중간 코일을 구성하는 복수의 중간 코일 세그먼트와 중간 콘덴서의 합성 리액턴스가 음의 값이 되는 영역에서 중간 콘덴서의 정전 용량을 가변함으로써, 중간 코일을 흐르는 중간 전류가 내측 코일 및 외측 코일을 각각 흐르는 내측 전류 및 외측 전류와 주회 방향에서 동일한 방향이 되고, 또한 중간 전류의 전류치를 대략 제로로부터 서서히 증대시키는 것도 가능하며, 내측 전류 및 외측 전류에 비해 상당히 적은 전류량으로 제어할 수도 있다. 이에 따라, 플라즈마 밀도 분포 제어의 자유도를 향상시킬 수 있다.
또한, 다른 적합한 일태양에 따르면, 제 1 노드와 상기 제 2 노드의 사이에서 내측 코일 세그먼트 또는 복수의 외측 코일 세그먼트 중 적어도 일방과 전기적으로 직렬로 접속되는 내측 콘덴서 또는 외측 콘덴서가 설치된다. 이 내측 콘덴서 또는 외측 콘덴서는 바람직하게는 가변 콘덴서로 이루어지고, 그 정전 용량을 가변함으로써, 내측 코일 및 외측 코일을 각각 흐르는 내측 전류 및 외측 전류의 사이에서 전류량의 밸런스를 조절할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치에 따르면, 상기한 바와 같은 구성 및 작용에 의해 RF 안테나 내의 파장 효과를 만전에 억제하고, 또한 주회 방향으로도 직경 방향으로도 균일한 플라즈마 프로세스를 용이하게 실현시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에서의 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치의 구성을 도시한 종단면도이다.
도 2는 실시예에서의 RF 안테나의 기본적인 레이아웃 구성 및 전기적 접속 구성을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 구성에 대응하는 전기적 접속도이다.
도 4는 비교예의 RF 안테나의 레이아웃 및 전기적 접속 구성을 도시한 도이다.
도 5는 실시예의 RF 안테나 및 비교예의 안테나에서 각각 발생하는 전위차(전압 강하)를 대비하여 나타낸 그래프도이다.
도 6은 실시예의 RF 안테나에 가변 용량형의 중간 콘덴서, 가변 용량형의 외측 콘덴서 및 고정 용량형의 내측 콘덴서를 설치하는 구성예를 도시한 도이다.
도 7은 실시예의 RF 안테나에 출구측의 공통 콘덴서를 구비한 구성예를 도시한 도이다.
도 8은 실시예의 RF 안테나에서 중간 콘덴서 및 외측 콘덴서를 고주파 입구단측에 설치하는 구성예를 도시한 도이다.
도 9는 도 8의 RF 안테나에 고정 용량형의 내측 콘덴서를 추가한 일변형예를 도시한 도이다.
도 10은 RF 안테나 내에서, 내측 코일 내의 내측 간극, 중간 코일 내의 중간 간극 및 외측 코일 내의 외측 간극이 동일한 방위각으로 서로 중첩되지 않도록 한 구성예를 도시한 도이다.
도 11은 실시예의 RF 안테나에서 외측 코일을 4 개의 코일 세그먼트로 분할하는 구성예를 도시한다.
도 12는 실시예의 RF 안테나에서 중간 코일을 4 개의 중간 코일 세그먼트로 분할하고, 외측 코일을 2 개의 외측 코일 세그먼트로 분할하는 구성예를 도시한 도이다.
도 13은 실시예의 RF 안테나에서 내측 코일을 2 턴으로 형성하고, 중간 코일 및 외측 코일을 각각 1 턴으로 형성하는 구성예를 도시한 도이다.
도 14는 실시예의 RF 안테나에서 중간 코일을 1 턴으로 형성하고, 내측 코일 및 외측 코일을 각각 2 턴으로 형성하는 구성예를 도시한 도이다.
도 15a는 실시예의 RF 안테나를 구성하는 각 코일이 사각형의 루프 형상을 가지는 구성예를 도시한 도이다.
도 15b는 실시예의 RF 안테나를 구성하는 각 코일이 삼각형의 루프 형상을 가지는 구성예를 도시한 도이다.
도 16은 실시예의 RF 안테나에서 내측 코일과 외측 코일의 사이에 구경이 상이한 2 개의 중간 코일을 설치하는 구성예를 도시한 도이다.
도 17은 실시예의 RF 안테나에서 내측 코일 및 외측 코일에 대하여 중간 코일을 동일한 방향(순방향)으로 결선하는 구성예를 도시한 도이다.
도 18a는 실시예의 RF 안테나 내의 모든 코일을 전기적으로 직렬로 접속하는 구성예를 도시한 도이다.
도 18b는 도 18a의 구성예의 전기 회로를 도시한 도이다.
도 19는 고주파 급전부와 RF 안테나의 사이에 트랜스를 설치하는 구성예를 도시한 도이다.
도 20은 실시예의 RF 안테나에 콘덴서를 일절 설치하지 않은 구성예를 도시한 도이다.
이하에, 첨부도를 참조하여 본 발명의 적합한 실시예를 설명한다.
［장치 전체의 구성 및 작용］
도 1에 본 발명의 일 실시예에서의 유도 결합형 플라즈마 처리 장치의 구성을 도시한다.
이 플라즈마 처리 장치는 평면 코일형의 RF 안테나를 이용하는 유도 결합형의 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 재치(載置)하는 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 형성되어 있다. 챔버(10) 내의 가스의 흐름을 서셉터(12) 상의 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 축 대칭으로 균일하게 하기 위해서는 배기 포트(22)를 원주 방향으로 등간격으로 복수 형성하는 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(통상적으로, 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 냉매실또는 냉매 유로(44)가 형성되어 있다. 이 냉매실(44)에는 칠러 유닛(도시하지 않음)으로부터 배관(46, 48)을 통하여 소정 온도의 냉매, 예를 들면 냉각수(cw)가 순환 공급된다. 냉각수(cw)의 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 승강기구(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 RF 안테나(54)를 외부로부터 전자(電磁)적으로 차폐하여 수용하는 안테나실(56)이 챔버(10)와 일체로 설치되어 있다.
RF 안테나(54)는 유전체창(52)과 평행하고, 직경 방향으로 간격을 두고 내측, 중간 및 외측에 각각 배치되는 내측 코일(58), 중간 코일(60) 및 외측 코일(62)을 가지고 있다. 본 실시예에서의 내측 코일(58), 중간 코일(60) 및 외측 코일(62)은 각각 원환 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 코일 간에 관해서는 각각의 코일면이 축 방향으로 서로 오프셋되어 있는 경우뿐만 아니라, 동일면 상에서 일치되어 있는 경우(동심 형상의 위치 관계)도 포함한다.
내측 코일(58), 중간 코일(60) 및 외측 코일(62)은 전기적으로 플라즈마 생성용의 고주파 급전부(66)로부터의 고주파 급전 라인(68)과 접지 전위 부재에 이르는 귀선 라인(70)과의 사이(2 개의 노드(NA, NB)의 사이)에서 병렬로 접속되어 있다. 여기서, 귀선 라인(70)은 접지 전위의 어스 라인이며, 전기적으로 접지 전위로 유지되는 접지 전위 부재(예를 들면, 챔버(10) 또는 다른 부재)에 접속되어 있다.
어스 라인(70)측의 노드(NB)와 중간 코일(60) 및 외측 코일(62)과의 사이에는 가변의 콘덴서(92, 94)가 각각 접속(삽입)되어 있다. 이들 가변 콘덴서(92, 94)는 바람직하게는 주제어부(84)의 제어 하에서 용량 가변부(96)에 의해 일정 범위 내에서 각각 독립 또한 임의로 가변되도록 되어 있다. 이하에, 노드(NA, NB)의 사이에서 내측 코일(58)과 직렬로 접속되는 콘덴서를 ‘내측 콘덴서’라 칭하고, 중간 코일(60)과 직렬로 접속되는 콘덴서를 ‘중간 콘덴서’라 칭하고, 외측 코일(62)과 직렬로 접속되는 콘덴서를 ‘외측 콘덴서’라 칭한다.
고주파 급전부(66)는 고주파 전원(72) 및 정합기(74)를 가지고 있다. 고주파 전원(72)은 유도 결합의 고주파 방전에 의한 플라즈마의 생성에 적합한 일정 주파수(통상적으로 13.56 MHz 이상)의 고주파(RFH)를 가변의 파워로 출력할 수 있도록 되어 있다. 정합기(74)는 고주파 전원(72)측의 임피던스와 부하(주로 RF 안테나, 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(76)와, 원주 방향으로 등간격으로 버퍼부(76)로부터 플라즈마 생성 공간을 향하는 다수의 측벽 가스 토출홀(78)과, 처리 가스 공급원(80)으로부터 버퍼부(76)까지 연장되는 가스 공급관(82)을 가지고 있다. 처리 가스 공급원(80)은 유량 제어기 및 개폐 밸브(도시하지 않음)를 포함하고 있다.
주제어부(86)는, 예를 들면 마이크로 컴퓨터를 포함하고, 이 플라즈마 에칭 장치 내의 각 부, 예를 들면 배기 장치(26), 고주파 전원(30, 72), 정합기(32, 74), 정전 척용의 스위치(42), 가변 콘덴서(92, 94), 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(76) 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 급전부(66)의 고주파 전원(72)을 온으로 하여 플라즈마 생성용의 고주파(RFH)를 소정의 RF 파워로 출력시키고, 정합기(74), RF 급전 라인(68) 및 귀선 라인(70)을 통하여 RF 안테나(54)의 내측 코일(58), 중간 코일(60) 및 외측 코일(62)로 고주파(RFH)의 전류를 공급한다. 한편, 고주파 전원(30)을 온으로 하여 이온 인입 제어용의 고주파(RFL)를 소정의 RF 파워로 출력시키고, 이 고주파(RFL)를 정합기(32) 및 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.
챔버(10) 내에서 측벽 가스 토출홀(78)로부터 토출된 에칭 가스는 유전체창(52) 아래의 처리 공간으로 확산된다. RF 안테나(54)의 각 코일(58, 60, 62)을 흐르는 고주파(RFH)의 전류에 의해, 이들 코일의 주위에 발생하는 자력선(자속)이 유전체창(52)을 관통하여 챔버(10) 내의 처리 공간(플라즈마 생성 공간)을 횡단하고, 처리 공간 내에서 방위각 방향의 유도 전계가 발생한다. 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 RF 안테나(54)의 내측 코일(58), 중간 코일(60) 및 외측 코일(62)을 이하에 설명하는 바와 같은 특수한 공간적 레이아웃 및 전기적 접속 구성으로 하고, 또한 RF 안테나(54)에 콘덴서(도 1의 예에서는 가변 콘덴서(92, 94))를 부가하는 구성에 의해, RF 안테나(54) 내의 파장 효과 또는 전위차(전압 강하)를 효과적으로 억제 또는 저감하고, 반도체 웨이퍼(W) 상의 플라즈마 프로세스 특성, 즉 에칭 특성(에칭 레이트, 선택비, 에칭 형상 등)의 주회 방향 및 직경 방향의 균일성을 개선하고 있다.
［RF 안테나의 기본적인 구성 및 작용］
이 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치에서의 주된 특징은 RF 안테나(54)의 내부의 공간적 레이아웃 구성 및 전기적 접속 구성에 있다.
도 2 및 도 3에 본 실시예에서의 RF 안테나(54)의 레이아웃 및 전기적 접속(회로)의 기본 구성을 도시한다.
내측 코일(58)은, 바람직하게는 단일의 원환 형상 코일 세그먼트(59)로 이루어지고, 직경 방향에서 챔버(10)의 중심 부근에 위치하고 있다. 이하에, 내측 코일(58)을 구성하는 코일 세그먼트를 ‘내측 코일 세그먼트’라 칭한다. 이 내측 코일 세그먼트(59)는 단일체이고, 주회(周回) 방향의 일주(一周) 또는 그 대부분을 덮도록 환상으로 연장되어 있고, 그 양 단(59In, 59Out)이 주회 방향으로 내측 간극(Gi)을 개재하여 서로 대향 또는 인접하고 있다. 또한, 본 발명에서는 내측 코일(58)의 루프 상에 형성되는 간극 또는 틈을 ‘내측 간극’이라 칭한다.
내측 코일 세그먼트(59)의 일방의 단(端), 즉 RF 입구단부(59In)는 상방으로 연장되는 접속 도체(98) 및 제 1 노드(NA)를 개재하여 고주파 급전부(66)의 RF 급전 라인(68)에 접속되어 있다. 내측 코일 세그먼트(59)의 타방의 단, 즉 RF 출구단(59Out)은 상방으로 연장되는 접속 도체(100) 및 제 2 노드(NB)를 개재하여 어스 라인(70)에 접속되어 있다.
중간 코일(60)은, 바람직하게는 주회 방향으로 분할되어 있는 복수(예를 들면, 2 개)의 코일 세그먼트(61(1), 61(2))로 이루어지고, 직경 방향에서 챔버(10)의 중간부에 위치하고 있다. 이하에, 중간 코일(60)을 구성하는 개개의 코일 세그먼트를 ‘중간 코일 세그먼트’라 칭한다.
이들 2 개의 중간 코일 세그먼트(61(1), 61(2))는 공간적으로는 각각이 반원의 원호 형상으로 형성되어 있고, 주회 방향의 일주 또는 그 대부분을 덮도록 직렬로 배치되어 있다. 보다 상세하게는, 중간 코일(60)의 일주 루프 내에서 제 1 중간 코일 세그먼트(61(1))의 RF 입구단(61(1)In)과 제 2 중간 코일 세그먼트(61(2))의 RF 출구단(61(2)Out)이 주회 방향으로 중간 간극(Gm)을 개재하여 서로 대향 또는 인접하고, 제 1 중간 코일 세그먼트(61(1))의 RF 출구단(61(1)Out)과 제 2 중간 코일 세그먼트(61(2))의 RF 입구단(61(2)In)이 주회 방향으로 다른 중간 간극(Gm)을 개재하여 서로 대향 또는 인접하고 있다. 또한, 본 발명에서는 중간 코일(60)의 루프 상에 형성되는 간극 또는 틈을 ‘중간 간극’이라 칭한다.
이들 2 개의 중간 코일 세그먼트(61(1), 61(2))는 전기적으로는 각각의 일방의 단, 즉 RF 입구단(61(1)In, 61(2)In)이 상방으로 연장되는 접속 도체(102(1), 102(2)) 및 제 1 노드(NA)를 개재하여 고주파 급전부(66)의 RF 급전 라인(68)에 접속되고, 각각의 타방의 단, 즉 RF 출구단(61(1)Out, 61(2)Out)이 상방으로 연장되는 접속 도체(104(1), 104(2)) 및 제 2 노드(NB)를 개재하여 어스 라인(70)에 접속되어 있다.
외측 코일(62)은, 바람직하게는 주회 방향으로 분할되어 있는 복수(예를 들면, 3 개)의 코일 세그먼트(63(1), 63(2), 63(3))로 이루어지고, 직경 방향에서 챔버(10)의 측벽 근처에 위치하고 있다. 이하에, 외측 코일(62)을 구성하는 개개의 코일 세그먼트를 ‘외측 코일 세그먼트’라 칭한다.
이들 3 개의 외측 코일 세그먼트(63(1), 63(2), 63(3))는 공간적으로는 각각이 약 1 / 3 주의 원호 형상으로 형성되어 있고, 전체로 주회 방향의 일주 또는 그 대부분을 덮도록 직렬로 배치되어 있다. 보다 상세하게는, 외측 코일(62)의 일주 루프 내에서 제 1 외측 코일 세그먼트(63(1))의 RF 입구단(63(1)In)과 제 3 외측 코일 세그먼트(63(3))의 RF 출구단(63(3)Out)이 주회 방향으로 외측 간극(Go)을 개재하여 서로 대향 또는 인접하고, 제 1 외측 코일 세그먼트(63(1))의 RF 출구단(63(1)Out)과 제 2 외측 코일 세그먼트(63(2))의 RF 입구단(63(2)In)이 주회 방향으로 다른 외측 간극(Go)을 개재하여 서로 대향 또는 인접하고, 제 2 외측 코일 세그먼트(63(2))의 RF 출구단(63(2)Out)과 제 3 외측 코일 세그먼트(63(3))의 RF 입구단(63(3)In)이 주회 방향으로 다른 외측 간극(Go)을 개재하여 서로 대향 또는 인접하고 있다. 또한, 본 발명에서는 외측 코일(62)의 루프 상에 형성되는 간극 또는 틈을 ‘외측 간극’이라 칭한다.
이들 3 개의 외측 코일 세그먼트(63(1), 63(2), 63(3))는 전기적으로는 각각의 일방의 단, 즉 RF 입구단(63(1)In, 63(2)In, 63(3)In)이 상방으로 연장되는 접속 도체(106(1), 106(2), 106(3)) 및 제 1 노드(NA)를 개재하여 고주파 급전부(66)의 RF 급전 라인(68)에 접속되고, 각각의 타방의 단, 즉 RF 출구단(63(1)Out, 63(2)Out, 63(3)Out)이 상방으로 연장되는 접속 도체(108(1), 108(2), 108(3)) 및 제 2 노드(NB)를 개재하여 어스 라인(70)에 접속되어 있다.
이와 같이, 고주파 급전부(66)의 RF 급전 라인(68)과 어스 라인(70)과의 사이에서, 또는 제 1 노드(NA)와 제 2 노드(NB)의 사이에서, 중간 코일(60)을 구성하는 2 개의 중간 코일 세그먼트(61(1), 61(2))끼리가 서로 전기적으로 병렬로 접속되고, 또한 외측 코일(62)을 구성하는 3 개의 외측 코일 세그먼트(63(1), 63(2), 63(3))끼리가 서로 전기적으로 병렬로 접속되고, 또한 내측 코일(58)을 단일체로 구성하는 내측 코일 세그먼트(59)도 이들의 중간 코일 세그먼트(61(1), 61(2)) 및 외측 코일 세그먼트(63(1), 63(2), 63(3))와 전기적으로 병렬로 접속되어 있다. 그리고, 중간 코일 세그먼트(61(1), 61(2))를 각각 흐르는 고주파 전류의 방향이 주회 방향에서 동일하게 되고, 외측 코일 세그먼트(63(1), 63(2), 63(3))를 각각 흐르는 고주파 전류의 방향이 주회 방향에서 전부 동일하게 되도록, RF 안테나(54) 내의 각 부가 결선되어 있다.
RF 안테나(54)의 상기 코일 결선 구조에서의 중요한 특징은 고주파 급전부(66)의 고주파 급전 라인(68)으로부터 어스 라인(70)까지 각각의 고주파 전송로를 한번에 연결시킬 경우에, 중간 코일(60)을 통과할 때의 방향(도 2에서는 시계 방향, 도 3에서는 반시계 방향)이 내측 코일(58) 및 외측 코일(62)을 통과할 때의 방향(도 2에서는 반시계 방향, 도 3에서는 시계 방향)과 주회 방향에서 반대가 된다고 하는 구성이다. 그리고, 이러한 반대 방향 결선 하에서, 중간 코일(60)을 흐르는 전류가 내측 코일(58) 및 외측 코일(62)을 각각 흐르는 전류와 주회 방향에서 동일한 방향이 되도록, 중간 콘덴서(92)의 정전 용량(C92)이 소정의 범위 내에서 가변 및 선정되도록 되어 있다.
또한, 안테나실(56)(도 1) 내에서는, 도 2에 도시한 바와 같이, RF 안테나(54)의 상방으로 연장되는 접속 도체(98, 100, 102(1), 102(2), 104(1), 104(2), 106(1), 106(2), 106(3), 108(1), 108(2), 108(3))는 유전체창(52)으로부터 충분히 큰 거리를 두고(상당히 높은 위치에서) 횡방향의 분기선 또는 연결선을 형성하고 있어, 각 코일(58, 60, 62)에 대한 전자(電磁)적인 영향을 줄이고 있다.
본 실시예에서는 바람직한 일형태로서, 중간 코일(60)을 구성하는 2 개의 중간 코일 세그먼트(61(1), 61(2))가 대략 동일한 자기 인덕턴스를 가지고, 또한 외측 코일(62)을 구성하는 3 개의 외측 코일 세그먼트(63(1), 63(2), 63(3))도 대략 동일한 자기 인덕턴스를 가지고, 또한 내측 코일(58)을 구성하는 내측 코일 세그먼트(59)가 이들 중간 코일 세그먼트(61(1), 61(2)) 및 외측 코일 세그먼트(63(1), 63(2), 63(3))와 대략 동일한 자기 인덕턴스를 가지고 있다. 통상적으로는, 이들 코일 세그먼트(59, 61(1), 61(2), 63(1), 63(2), 63(3))가 선재, 선 직경 및 선 길이를 동일하게 함으로써 자기 인덕턴스 동일성 내지 근사성의 요건이 충족된다.
또한, 내측 코일 세그먼트(59), 각각의 중간 코일 세그먼트(61(1), 61(2)) 및 각각의 외측 코일 세그먼트(63(1), 63(2), 63(3))의 길이가 동일할 경우, 내측 코일(58)과 중간 코일(60)과 외측 코일(62)의 구경(직경)비는 1 : 2 : 3이 된다. 일례로서, 피처리체인 반도체 웨이퍼(W)의 구경이 300 mm일 경우, 내측 코일(58), 중간 코일(60) 및 외측 코일(62)의 구경은 각각 100 mm, 200 mm 및 300 mm로 선정된다.
본 실시예의 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치에서는 고주파 급전부(66)로부터 공급되는 고주파의 전류가 RF 안테나(54) 내의 각 부를 흐름으로써, RF 안테나(54)를 구성하는 내측 코일(58), 중간 코일(60) 및 외측 코일(62)의 주위에는 암페어의 법칙에 따라 루프 형상으로 분포하는 고주파수의 교류 자계가 발생하고, 유전체창(52) 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 고주파 전류의 크기에 관계없이 항상 0이며, 그 중간의 어딘가에서 극대가 된다. 고주파수의 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 RF 안테나(54) 내의 전류 분포에 거의 대응한다.
본 실시예에서의 RF 안테나(54)는 그 중심 또는 내주단(內周端)으로부터 외주단까지 선회하는 통상의 소용돌이 코일과는 상이하며, 안테나의 중심부에 국재하는 원환 형상의 내측 코일(58)과 안테나의 중간부에 국재하는 원환 형상의 중간 코일(60)과 안테나의 주변부에 국재하는 원환 형상의 외측 코일(62)로 이루어지고, RF 안테나(54) 내의 전류 분포는 각 코일(58, 60, 62)의 위치에 대응한 동심원 형상의 분포가 된다.
여기서, RF 안테나(54) 내에서는 상기한 바와 같이, 내측 코일(58)은 단일의 원환 형상 코일 세그먼트(59)로 이루어진다. 이에 따라, 플라즈마 여기 시에는 내측 코일(58)의 일주 내에서 고르거나 또는 균일한 고주파의 전류(Ii)가 흐른다. 또한, 중간 코일(60)을 구성하는 2 개의 중간 코일 세그먼트(61(1), 61(2))는 대략 동일한 자기 인덕턴스(즉, 대략 동일한 임피던스)를 가지고, 또한 전기적으로 병렬로 접속되어 있다. 이에 따라, 플라즈마 여기 시에는 중간 코일(60)의 일주 내에서 고르거나 또는 균일한 고주파의 전류(Im)가 흐른다. 또한, 외측 코일(62)을 구성하는 3 개의 외측 코일 세그먼트(63(1), 63(2), 63(3))는 대략 동일한 자기 인덕턴스(즉, 대략 동일한 임피던스)를 가지고, 또한 전기적으로 병렬로 접속되어 있다. 이에 따라, 플라즈마 여기 시에는 외측 코일(62)의 일주 내에서 고르거나 또는 균일한 고주파의 전류(Io)가 흐른다.
따라서, 챔버(10)의 유전체창(52) 아래(내측)에 생성되는 도너츠 형상 플라즈마에서는 내측 코일(58), 중간 코일(60) 및 외측 코일(62)의 각각의 직하(直下)의 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 기판(W) 상에서는 플라즈마의 밀도가 매우 균일해진다.
본 실시예에서는 내측 코일(58), 중간 코일(60) 및 외측 코일(62) 모두 원환 형상 코일이며, 코일 주회 방향으로 고르거나 또는 균일한 고주파 전류가 흐르므로, 코일 주회 방향에서는 항상 도너츠 형상 플라즈마 내는 물론 서셉터(12)의 근방, 즉 기판(W) 상에서도 대략 균일한 플라즈마 밀도 분포가 얻어진다.
또한, 직경 방향에서는 후술하는 바와 같이 중간 콘덴서(92) 및 외측 콘덴서(94)의 정전 용량(C92, C94)을 소정의 범위 내에서 적절한 값으로 가변 및 선정함으로써, 내측 코일(58), 중간 코일(60) 및 외측 코일(62)을 각각 흐르는 전류(Ii, Im, Io)의 밸런스를 조절하여, 도너츠 형상 플라즈마 내의 플라즈마 밀도 분포를 자유롭게 제어할 수 있다. 이에 따라, 서셉터(12)의 근방, 즉 기판(W) 상의 플라즈마 밀도 분포를 자유롭게 제어하는 것이 가능하며, 플라즈마 밀도 분포의 균일화도 높은 정밀도로 용이하게 달성할 수 있다. 또한, 내측 코일(58), 중간 코일(60) 및 외측 코일(62)을 각각 흐르는 전류를 ‘내측 전류’, ‘중간 전류’ 및 ‘외측 전류’라 칭한다.
본 실시예에서는 RF 안테나(54) 내의 각 코일(58, 60, 62)을 1 개 또는 복수의 코일 세그먼트에 의해 구성하고, 각 코일(58, 60, 62)을 구성하는 코일 세그먼트의 수에 관계없이, RF 안테나(54)에 포함되는 모든 코일 세그먼트(59, 61(1), 61(2), 63(1), 63(2), 63(3))를 전기적으로 병렬로 접속하고 있다. 이러한 코일 세그먼트 결선 구조에서는 RF 안테나(54) 내의 파장 효과 또는 전압 강하는 개개의 코일 세그먼트(59, 61(1), 61(2), 63(1), 63(2), 63(3))마다 그 길이에 의존한다.
따라서, 개개의 코일 세그먼트(59, 61(1), 61(2), 63(1), 63(2), 63(3)) 내에서 파장 효과를 일으키지 않도록, 그리고 전압 강하가 그다지 커지지 않도록 내측 코일(58)을 구성하는 내측 코일 세그먼트(59), 중간 코일(60)을 구성하는 각각의 중간 코일 세그먼트(61(1), 61(2)) 및 외측 코일(62)을 구성하는 각각의 외측 코일 세그먼트(63(1), 63(2), 63(3))의 길이를 선정함으로써, RF 안테나(54) 내의 파장 효과 또는 전압 강하의 문제를 모두 해결할 수 있다. 파장 효과의 방지에 관해서는 각각의 코일 세그먼트(59, 61(1), 61(2), 63(1), 63(2), 63(3))의 길이를 고주파(RFH)의 1 / 4 파장보다 짧게(보다 바람직하게는 충분히 짧게) 하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서의 RF 안테나 내의 전압 강하 저감 효과에 대해서는 도 4에 도시한 바와 같은 비교예와 대비하면 쉽게 알 수 있다. 이 비교예의 RF 안테나는 직경 방향의 내측, 중간측 및 외측에 각각 위치하여 동축에 배치되는 원환 형상의 내측 코일(58’), 중간 코일(60’) 및 외측 코일(62’)을 가지고 있다. 여기서, 내측 코일(58’)은 실시예에서의 내측 코일(58)과 완전히 동일한 것이며, 단일체의 코일 세그먼트(59)로 이루어진다. 그러나, 중간 코일(60’) 및 외측 코일(62’)은 실시예에서의 중간 코일(60) 및 외측 코일(62)과는 상이하며, 코일 세그먼트(59)의 각각 2 배 및 3 배의 길이를 가지는 단일체의 코일 세그먼트(61’, 63’)로 이루어진다. 그리고, 비교예의 RF 안테나는 내측 코일(58’), 중간 코일(60’) 및 외측 코일(62’)에 동일한 크기의 전류를 흘리기 위하여, 이들 3 개의 코일을 직렬로 접속하고 있다.
또한, 본 실시예에서의 RF 안테나 내의 전압 강하 저감 효과의 이해를 용이하게 하기 위하여, 콘덴서(92, 94)를 생략하고, 본 실시예의 RF 안테나(54)와 비교예(도 4)를 대비한다.
비교예의 RF 안테나에서는, 예를 들면 플라즈마 여기 시의 내측 코일(58’)(코일 세그먼트(59))의 인덕턴스가 400 nH라고 하면, 중간 코일(60’)(코일 세그먼트(61’)) 및 외측 코일(62’)(코일 세그먼트(63’))의 인덕턴스는 각각 800 nH, 1200 nH이며, RF 안테나 전체의 인덕턴스는 2400 nH가 된다. 따라서, RF 안테나의 각 코일에 20 A의 고주파 전류(주파수 13.56 MHz)를 흘리면, RF 안테나 내에서 약 4 kV의 전위차(전압 강하)가 생긴다.
이에 대하여, 본 실시예의 RF 안테나(54)에서는 플라즈마 여기 시의 내측 코일(58)(내측 코일 세그먼트(59))의 인덕턴스가 400 nH라고 하면, 중간 코일(60)의 중간 코일 세그먼트(61(1), 61(2))의 인덕턴스 및 외측 코일(62)의 외측 코일 세그먼트(63(1), 63(2), 63(3))의 인덕턴스도 각각 400 nH이며, RF 안테나 전체의 인덕턴스는 67 nH이다. 따라서, RF 안테나(54)의 각 코일에 20 A의 고주파 전류(주파수 13.56 MHz)를 흘렸을 때에 RF 안테나(54) 내(즉, 각 코일 세그먼트 내)에 생기는 전위차(전압 강하)는 약 680 V이며, 도 5에 나타낸 바와 같이 약 1 / 6까지 저감된다. 또한, 상기한 비교 계산에서는 설명의 편의와 이해의 용이화를 도모하기 위하여 RF 안테나 내의 저항분의 임피던스를 무시하고 있다.
이와 같이, 본 실시예의 RF 안테나(54)는 파장 효과가 일어나기 어려울 뿐만 아니라 안테나 내에 생기는 전위차(전압 강하)가 작으므로, RF 안테나(54)와 플라즈마의 용량 결합에 의해 유전체창(52)의 각 부에 입사하는 이온 충격의 격차를 줄일 수 있다. 이에 따라, 유전체창(52)의 일부가 국소적 또는 집중적으로 깎인다고 하는 바람직하지 않은 현상을 저감할 수 있다고 하는 효과도 얻어진다.
［RF 안테나에 부가되는 콘덴서의 기능］
본 실시예의 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치에서의 또 하나의 중요한 특징은 RF 안테나(54)에 부가되는 콘덴서(특히 중간 콘덴서(92))의 기능에 있다.
본 실시예의 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치에서는 중간 콘덴서(92)의 정전 용량(C92)을 가변함으로써 중간 코일(60)과 중간 콘덴서(92)의 합성 리액턴스(이하, ‘중간 합성 리액턴스’라 칭함)(Xm)를 가변하고, 중간 코일(60)을 흐르는 중간 전류(Im)의 전류치를 가변할 수 있다.
여기서, 중간 콘덴서(92)의 정전 용량(C92)에는 바람직한 범위가 있다. 즉, 상기한 바와 같이 고주파 급전부(66)에 대한 중간 코일(60)의 결선이 내측 코일(58) 및 외측 코일(62)의 결선과는 반대 방향으로 되어 있는 것과 관련하여, 중간 합성 리액턴스(Xm)가 음의 값이 되(중간 코일(60)의 유도성 리액턴스보다 중간 콘덴서(92)의 용량성 리액턴스가 커지)도록, 중간 콘덴서(92)의 정전 용량(C92)을 가변 및 선정하는 것이 바람직하다. 다른 관점에서 보면, 중간 코일(60)과 중간 콘덴서(92)로 이루어지는 직렬 회로가 직렬 공진을 일으킬 때의 정전 용량보다 작은 영역 내에서, 중간 콘덴서(92)의 정전 용량(C92)을 가변 및 선정하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이, 내측 코일(58) 및 외측 코일(62)에 대하여 중간 코일(60)이 반대 방향으로 결선되어 있는 RF 안테나(54)에서는 중간 합성 리액턴스(Xm)가 음의 값이 되는 영역에서 중간 콘덴서(92)의 정전 용량(C92)을 가변함으로써, 중간 코일(60)을 흐르는 중간 전류(Im)가 내측 코일(58) 및 외측 코일(62)을 각각 흐르는 내측 전류(Ii) 및 외측 전류(Io)와 주회 방향에서 동일한 방향이 된다. 또한, 중간 전류(Im)의 전류치를 대략 제로로부터 서서히 증대시키는 것도 가능하며, 예를 들면, 내측 전류(Ii) 및 외측 전류(Io)의 1 / 10 이하로 선정할 수 있다.
그리고, 이와 같이 중간 전류(Im)를 내측 전류(Ii) 및 외측 전류(Io)의 1 / 10 이하로 제어하면, 챔버(10) 내의 직하에 생성되는 도너츠 형상 플라즈마 내의 플라즈마 밀도를 양호하게 균일화할 수 있는 것이 실험으로 확인되어 있다.
이는, 중간 코일(60)이 없을 경우에도 내측 코일(58) 및 외측 코일(62)의 각각의 직하 위치 부근에서 생성된 플라즈마가 직경 방향으로 확산되므로, 도 3의 점선으로 나타낸 양 코일(58, 62)의 중간의 영역에서도 상당한 밀도로 플라즈마가 존재하기 때문이다. 따라서, 양 코일(58, 62)과는 별도로 그 중간에 위치하는 중간 코일(60)에 소량의 전류(Im)를 양 코일(58, 62)에서 각각 흐르는 전류(Ii, Io)와 주회 방향에서 동일한 방향으로 흘리면, 중간 코일(60)의 직하 위치 부근에서 유도 결합 플라즈마의 생성이 적당하게 증강되어, 플라즈마 밀도가 직경 방향으로 균일해진다.
본 실시예에서는 중간 코일(60)을 흐르는 중간 전류(Im)의 전류치를 상당히 작은 값으로 제어할 수 있도록, 상기한 바와 같이 중간 코일(60)을 반대 방향으로 결선하고, 중간 콘덴서(92)의 정전 용량(C92)을 중간 합성 리액턴스(Xm)가 음의 값이 되는 영역에서 가변하도록 하고 있다. 이 경우, Xm < 0의 영역 내에서 C92의 값을 작게 할수록 중간 합성 리액턴스(Xm)의 절대치가 커져, 중간 전류(Im)의 전류치는 작아진다(제로에 가까워진다). 반대로, Xm < 0의 영역 내에서 C92의 값을 크게 할수록 중간 합성 리액턴스(Xm)의 절대치가 작아져, 중간 전류(Im)의 전류치는 커진다.
또한, 필요에 따라 중간 콘덴서(92)의 정전 용량(C92)을 중간 합성 리액턴스(Xm)가 양의 값이 되는 영역에서 가변하는 것도 가능하다. 이 경우, 중간 코일(60) 내에서 흐르는 중간 전류(Im)는 내측 코일(58) 및 외측 코일(62) 내에서 각각 흐르는 내측 전류(Ii) 및 외측 전류(Io)와 주회 방향에서 반대의 방향이 된다. 이는, 중간 코일(60)의 직하 부근에서 플라즈마 밀도를 의도적으로 저감하고자 할 경우에 유용하다.
RF 안테나(54)에 부가되는 외측 콘덴서(94)는 내측 코일(58)을 흐르는 내측 전류(Ii)와 외측 코일(62)을 흐르는 외측 전류(Io)와의 밸런스를 조정하기 위하여 기능한다. 상기한 바와 같이, 중간 코일(60)을 흐르는 중간 전류(Im)는 소량이며, 고주파 급전부(66)로부터 RF 안테나(54)로 공급되는 고주파 전류의 대부분이 내측 코일(58)과 외측 코일(62)로 나뉘어 흐른다. 여기서, 외측 콘덴서(94)의 정전 용량(C94)을 가변함으로써, 외측 코일(62)과 외측 콘덴서(94)의 합성 리액턴스(이하 ‘외측 합성 리액턴스’라 칭함)(Xo)를 가변하고, 나아가서는 내측 전류(Ii)와 외측 전류(Io) 간의 분배비를 조절할 수 있다.
또한, 내측 코일(58) 및 외측 코일(62) 모두 순방향으로 결선되어 있으므로, 주회 방향에서 내측 전류(Ii)와 외측 전류(Io)를 동일한 방향으로 하기 위해서는 외측 합성 리액턴스(Xo)가 양의 값이 되는 영역에서 외측 콘덴서(94)의 정전 용량(C94)을 가변하면 된다. 이 경우, Xo > 0의 영역 내에서 C94의 값을 작게 할수록 외측 합성 리액턴스(Xo)의 값이 작아져, 외측 전류(Io)의 전류치가 상대적으로 커지고, 그 만큼 내측 전류(li)의 전류치가 상대적으로 작아진다. 반대로, Xo > 0의 영역 내에서 C94의 값을 크게 할수록 외측 합성 리액턴스(Xo)의 값이 커져, 외측 전류(Io)의 전류치가 상대적으로 작아지고, 그 만큼 내측 전류(li)의 전류치가 상대적으로 커진다.
이와 같이, 본 실시예의 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치에서는 외측 콘덴서(94)의 정전 용량(C94)을 가변함으로써, 내측 코일(58)을 흐르는 내측 전류(Ii)와 외측 코일(62)을 흐르는 외측 전류(Io)와의 밸런스를 임의로 조절할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 중간 콘덴서(92)의 정전 용량(C92)을 가변함으로써, 중간 코일(60)을 흐르는 중간 전류(Im)와 내측 전류(Ii) 및 외측 전류(Io)와의 밸런스를 임의로 조절할 수 있다.
［콘덴서 부착 RF 안테나에 관한 다른 실험예 또는 변형예］
도 6에 도시한 바와 같이, 상기한 바와 같은 가변 용량형의 중간 콘덴서(92) 및 가변 용량형의 외측 콘덴서(94)에 더하여, 고정 용량형의 내측 콘덴서(90)를 설치할 수도 있다. 이 구성예에 따르면, 내측 코일(58)과 내측 콘덴서(90)의 합성 리액턴스(이하 ‘내측 합성 리액턴스’라 칭함)(Xi)의 값을 내려, 외측 콘덴서(94)에 의한 조정 범위를 크게 취할 수 있다.
다른 변형예로서, 도시는 생략하지만 중간 콘덴서(92) 및 내측 콘덴서(90)를 가변 콘덴서로 하여, 외측 콘덴서(94)를 고정 콘덴서로 하는 구성도 가능하다. 가변 용량형의 중간 콘덴서(92) 및 가변 용량형의 내측 콘덴서(90)를 설치하여, 외측 콘덴서(94)를 생략하는 구성도 물론 가능하다.
도 7에, RF 안테나(54)의 종단측에서, 즉 제 2 노드(NB)와 어스 라인(70)의 사이(혹은 어스 라인(70) 상)에 RF 안테나(54) 내의 모든 코일 세그먼트(59, 61(1), 61(2), 63(1), 63(2), 63(3))와 전기적으로 직렬로 접속되는 출구측의 공통 콘덴서(110)를 구비하는 구성을 도시한다. 이 출구측(종단)의 공통 콘덴서(110)는 통상은 고정 콘덴서여도 좋지만, 가변 콘덴서여도 좋다.
이 출구측(종단)의 공통 콘덴서(110)는 RF 안테나(54)의 전체의 임피던스를 조정하는 기능을 가질 뿐만 아니라, RF 안테나(54)의 전체의 전위를 접지 전위로부터 직류적으로 상승시켜, 천판 또는 유전체창(52)이 받는 이온 스퍼터를 억제하는 기능을 가진다.
출구측 공통 콘덴서(110) 이외의 콘덴서는 RF 안테나(54)의 입구측(제 1 노드(NA)측)에 설치해도 좋다. 예를 들면, 도 8에 도시한 구성예는 중간 콘덴서(92)를 제 1 노드(NA)와 중간 코일(60)의 사이에 접속하고, 외측 콘덴서(94)를 제 1 노드(NA)와 외측 코일(62)의 사이에 접속하고 있다. 이와 같이, 중간 콘덴서(92) 및 외측 콘덴서(94)를 중간 코일(60) 및 외측 코일(62)의 입구측에 각각 설치하는 구성에서는 양 코일(60, 62)에서의 단락 공진선의 길이가 짧아지는 것을 회피하여, 파장 효과의 발생을 보다 확실히 방지 및 억제할 수 있다.
도 9에, 도 8의 구성예에 고정 용량형의 내측 콘덴서(90)를 추가한 일변형예를 도시한다. 도시한 바와 같이, 제 1 노드(NA)와 내측 코일(58)의 사이에 내측 콘덴서(90)가 접속된다. 이 구성예에서도, 내측 합성 리액턴스(Xi)의 값을 내려 외측 콘덴서(94)에 의한 조정 범위를 크게 취할 수 있다.
도 10에 도시한 구성예는 RF 안테나(54) 내에서 내측 코일(58) 내의 내측 간극(Gi)(입구단(59In) / 출구단(59Out))과, 중간 코일(60) 내의 중간 간극(Gm)(입구단(61(1)In) / 출구단(61(2)Out), 입구단(61(2)In) / 출구단(61(1)Out))과, 외측 코일(62) 내의 외측 간극(Go)(입구단(63(1)In) / 출구단(63(3)Out), 입구단(63(2)In) / 출구단(63(1)Out), 입구단(63(3)In) / 출구단(63(2)Out))이 동일한 방위각으로 중첩되지 않도록 한 것이다.
각 코일(58, 60, 62)의 일주 루프 내에 간극(Gi, Gm, Go)이 있으면, 각 간극 부분의 직하에서는 플라즈마에 유도 기전력을 부여할 수 없기 때문에, 전자 밀도가 낮아져, 주회 방향의 특이점이 되기 쉽다. 따라서, 이 구성예와 같이 간극(Gi, Gm, Go)의 위치를 방위각 방향으로 어긋나게 함으로써, 방위각 방향에서 플라즈마 밀도 분포의 편향을 저감할 수 있다.
도 11에, 외측 코일(62)을 4 개의 코일 세그먼트(63(1), 63(2), 63(3), 63(4))로 분할하는 구성예를 도시한다. 이들 4 개의 외측 코일 세그먼트(63(1), 63(2), 63(3), 63(4))는 공간적으로는 각각이 약 1 / 4 주의 원호 형상으로 형성되어 있고, 전체로 주회 방향의 일주 또는 그 대부분을 덮도록 직렬로 배치되어 있으며, 전기적으로는 제 1 노드(NA)와 제 2 노드(NB)의 사이에서 서로 병렬로 접속되어 있다.
이와 같이, 중간 코일(60) 및 외측 코일(62)을 각각 복수의 코일 세그먼트로 분할하는 RF 안테나(54)에서는 각 코일(60, 62)의 분할 수를 반드시 코일 길이의 비에 비례시킬 필요는 없다. 특히, 전류 조정용의 콘덴서(92, 94)를 구비할 경우에는 중간 코일(60) 및 외측 코일(62)의 분할 수(코일 세그먼트의 개수)를 각각 독립으로 선정할 수 있다. 따라서, 도 12에 도시한 바와 같이, 예를 들면 중간 코일(60)을 4 개의 중간 코일 세그먼트(61(1), 61(2), 61(3), 61(4))로 분할하고, 외측 코일(62)을 2 개의 외측 코일 세그먼트(63(1), 63(2))로 분할하는 구성도 가능하다.
본 실시예의 RF 안테나(54)에서, 각 코일(58, 60, 62)은 1 회(싱글턴) 감은 코일에 한정되지 않고, 복수 권선의 코일이어도 좋다. 예를 들면, 도 13에 도시한 바와 같이 내측 코일(58)을 2 턴으로 형성하고, 중간 코일(60) 및 외측 코일(62)을 각각 1 턴으로 형성해도 좋다. 도시는 생략 하지만, 내측 코일(58) 및 중간 코일(60)을 각각 1 턴으로 형성하고, 외측 코일(62)을 2 턴으로 형성하는 것도 가능하다. 혹은, 도 14에 도시한 바와 같이 중간 코일(60)을 1 턴으로 형성하고, 내측 코일(58) 및 외측 코일(62)을 각각 2 턴으로 형성해도 좋다.
이와 같이, 내측 코일(58) 및 / 또는 외측 코일(62)의 턴 수를 증가시킴으로써, 이들 직하 부근에서 생성되는 플라즈마의 밀도를 좌우하는 코일 기자력(암페어 턴)을 증대시키고, 그 만큼 내측 전류(Ii) 및 / 또는 외측 전류(Io)의 값을 내려 파워 손실을 감소시킬(즉, 플라즈마 생성 효율을 향상시킬) 수 있다.
본 실시예의 RF 안테나(54)를 구성하는 각 코일(58, 60, 62)의 루프 형상은 원형에 한정되지 않고, 피처리체의 형상 등에 따라, 예를 들면 도 15a에 도시한 바와 같은 사각형, 혹은 도 15b에 도시한 바와 같은 삼각형이어도 좋다. 이와 같이, 코일(58, 60, 62)의 루프 형상이 다각형일 경우에도, 도시한 바와 같이 내측 코일(58) 및 외측 코일(62)에 대하여 중간 코일(60)을 반대 방향으로 결선하고, 중간 콘덴서(도시 생략)를 구비하는 구성이 바람직하다. 또한, 각 코일(루프)을 구성하는 복수의 코일 세그먼트 간에 형상 또는 자기 임피던스가 다소 상이해도 좋다. 코일 또는 코일 세그먼트의 단면 형상은 직사각형에 한정되지 않고, 원형, 타원형 등이어도 좋고, 단선(單線)에 한정되지 않고 연선(撚線)이어도 좋다.
도 16에 도시한 구성예는 내측 코일(58)과 외측 코일(62)의 사이에 구경이 상이한 2 개의 중간 코일(60A, 60B)을 설치한다. 보다 상세하게는, 구경이 작은 쪽인 제 1 중간 코일(60A)은 2 개의 중간 코일 세그먼트(61A(1), 61A(2))로 분할되고, 구경이 큰 쪽인 제 2 중간 코일(60B)은 3 개의 중간 코일 세그먼트(61B(1), 61B(2), 61B(3))로 분할되어 있다. 외측 코일(62)은 4 개의 외측 코일 세그먼트(63(1), 63(2), 63(3), 63(4))로 분할되어 있다. 일례로서, 내측 코일(58), 제 1 중간 코일(60A), 제 2 중간 코일(60B) 및 외측 코일(62)의 구경은 각각 100 mm, 200 mm, 300 mm 및 400 mm로 선정된다.
이와 같이, 본 실시예의 RF 안테나(54)에서는 구경의 가장 작은 내측 코일(58)과 구경의 가장 큰 외측 코일(62)의 사이에 임의의 개수의 중간 코일(60(60A, 60B, …))을 배치할 수 있다. 또한, 도시한 바와 같이, 복수 예를 들면 2 개의 중간 코일(60A, 60B)을 설치할 경우에는 제 1 노드(NA)와 제 2 노드(NB)의 사이에서 제 1 및 제 2 중간 코일(60A, 60B)과 직렬로 제 1 및 제 2 중간 콘덴서(92A, 92B)를 각각 접속하는 구성이 바람직하다.
도 17에 도시한 구성예는 내측 코일(58) 및 외측 코일(62)에 대하여 중간 코일(60)을 동일한 방향(순방향)으로 결선한다. 즉, 제 1 노드(NA)로부터 제 2 노드(NB)까지 각각의 고주파 전송로를 한번에 연결시킬 경우에, 중간 코일(60)을 통과할 때의 방향이 내측 코일(58) 및 외측 코일(62)을 통과할 때의 방향과 주회 방향에서 동일(도 17에서는 모두 시계 방향)하게 되는 결선 구조로 하고 있다.
이 경우, 중간 콘덴서(92)의 정전 용량(C92)을 중간 합성 리액턴스(Xm)가 양이 되는 영역에서 가변할 때는 중간 전류(Im)를 내측 전류(Ii) 및 외측 전류(Io)와 주회 방향에서 동일한 방향으로 가변할 수 있다. 즉, Xm > 0의 영역 내에서 C92의 값을 작게 할수록 중간 합성 리액턴스(Xm)의 값이 작아져, 중간 전류(Im)가 증대한다. 반대로, Xm > 0의 영역 내에서 C92의 값을 크게 할수록 중간 합성 리액턴스(Xm)의 값이 커져, 중간 전류(Im)가 감소한다. 또한, C92의 값을 한없이 크게 해도, 중간 합성 리액턴스(Xm)의 값은 중간 코일(60)의 유도성 리액턴스 이하로는 내려가지 않으므로, 중간 전류(Im)의 전류치를 가급적으로 작게 할(제로에 가깝게 할) 수는 없다. 따라서, 통상적인 방법으로는 중간 전류(Im)를 내측 전류(Ii) 및 외측 전류(Io)의 1 / 10 이하의 전류치로 제어하는 것은 곤란하다.
도 17에 도시한 구성예에서는 중간 콘덴서(92)의 정전 용량(C92)을 중간 합성 리액턴스(Xm)가 음이 되는 영역에서 가변하는 것도 가능하다. 이 경우, 중간 전류(Im)가 흐르는 방향은 내측 전류(Ii) 및 외측 전류(Io)가 흐르는 방향과 주회 방향에서 반대가 된다. 이는, 중간 코일(60)의 직하 부근에서 플라즈마 밀도를 의도적으로 저감하고자 할 경우에 유용하다.
도 18a 및 도 18b에 도시한 구성예는 RF 안테나(54)에서 내측 코일(58), 중간 코일(60) 및 외측 코일(62)을 전기적으로 직렬로 접속한다. 중간 코일(60) 및 외측 코일(62) 내에서는 중간 코일 세그먼트(61(1), 61(2)) 및 외측 코일 세그먼트(63(1), 63(2), 63(3))가 각각 전기적으로 병렬로 접속되어 있으므로, RF 안테나(54)의 전체 유효 길이는 코일 세그먼트 3 개분이면 된다. 이와 같이, RF 안테나(54) 내의 모든 코일(58, 60, 62)을 전기적으로 직렬로 접속하는 구성은 RF 안테나(54) 내에서 분기하는 전류를 줄여 RF 안테나(54)로 공급되는 고주파의 전류를 저감하고, 나아가서는 고주파 급전부(66)(특히 정합기(74)) 내의 RF 파워 손실을 저감 하는데 유리하다.
［다른 실험예 또는 변형예］
도 19에 도시한 구성예는 고주파 급전부(66)와 RF 안테나(54)의 사이에 트랜스(114)를 설치한다. 이 트랜스(114)의 1 차 코일은 정합기(74)의 출력 단자에 전기적으로 접속되고, 2 차 코일은 RF 안테나(54)의 입구측의 제 1 노드(NA)에 전기적으로 접속되어 있다. 트랜스(114)의 통상적인 형태로서, 1 차 코일의 감긴 횟수를 2 차 코일의 감긴 횟수보다 많게 함으로써, 정합기(74)로부터 트랜스(114)로 흐르는 전류(1 차 전류)(I1)를 트랜스(114)로부터 RF 안테나(54)로 흐르는 2 차 전류(I2)보다 적게 할 수 있다. 다른 관점에서 보면, 1 차 전류(I1)의 전류치를 늘리지 않고 RF 안테나(54)로 공급하는 2 차 전류(I2)의 전류치를 늘릴 수 있다.
또한, 트랜스(114)를 설치할 경우에는 2 차측에서 탭 전환을 행함으로써 2 차 전류(I2)를 가변하는 것도 가능하다. 이 경우, 도 20에 도시한 바와 같이 RF 안테나(54)로부터 콘덴서를 모두 생략하는 것도 가능하다.
상술한 실시예에서의 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치의 구성은 일례이며, 플라즈마 생성 기구의 각 부는 물론, 플라즈마 생성에 직접 관계하지 않는 각 부의 구성도 다양한 변형이 가능하다.
예를 들면, RF 안테나의 기본 형태로서, 평면형 이외의 타입 예를 들면 돔 형상 등도 가능하다. 처리 가스 공급부에서 챔버(10) 내로 천장으로부터 처리 가스를 도입하는 구성도 가능하고, 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 포토 마스크, CD 기판, 프린트 기판 등도 가능하다.
10 : 챔버
12 : 서셉터
26 : 배기 장치
52 : 유전체창
54 : RF 안테나
58 : 내측 코일
59 : 내측 코일 세그먼트
60 : 중간 코일
61(1), 61(2), 61(3) : 중간 코일 세그먼트
62 : 외측 코일
63(1), 63(2), 63(3) : 외측 코일 세그먼트
66 : 고주파 급전부
70 : 어스 라인
72 : 플라즈마 생성용의 고주파 전원
74 : 정합기
80 : 처리 가스 공급원
84 : 주제어부
90 : 내측 콘덴서
92 : 중간 콘덴서
94 : 외측 콘덴서
96 : 용량 가변부
110 : 출구측 공통 콘덴서
114 : 트랜스

Claims (35)

  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 RF 안테나와,
    상기 처리 가스의 고주파 방전에 적합한 주파수의 고주파 전력을 상기 RF 안테나로 공급하는 고주파 급전부
    를 구비하고,
    상기 RF 안테나가 직경 방향으로 간격을 두고 내측, 중간 및 외측에 각각 배치되는 내측 코일, 중간 코일 및 외측 코일을 가지고,
    상기 내측 코일이 단일 또는 직렬 접속의 내측 코일 세그먼트를 가지고,
    상기 중간 코일이 주회 방향으로 분할되어 있고, 전기적으로 병렬로 접속되어 있는 복수의 중간 코일 세그먼트를 가지고,
    상기 외측 코일이 주회 방향으로 분할되어 있고, 전기적으로 병렬로 접속되어 있는 복수의 외측 코일 세그먼트를 가지는
    플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측 코일 세그먼트가 주회 방향으로 적어도 일주하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측 코일 세그먼트는 상기 고주파의 1 / 4 파장보다 짧은 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 외측 코일 세그먼트는 상기 복수의 중간 코일 세그먼트보다 수가 많은 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 외측 코일 세그먼트는 전체로 주회 방향으로 적어도 일주 또는 그 대부분을 덮도록 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 외측 코일 세그먼트 모두 상기 고주파의 1 / 4 파장보다 짧은 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 외측 코일 세그먼트는 대략 동일한 자기 인덕턴스를 가지는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 외측 코일 세그먼트를 각각 흐르는 전류의 방향이 주회 방향에서 전부 동일한 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 외측 코일 세그먼트를 각각 흐르는 전류의 전류치가 거의 동일한 플라즈마 처리 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 중간 코일 세그먼트는 전체로 주회 방향으로 적어도 일주 또는 그 대부분을 덮도록 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 중간 코일 세그먼트 모두 상기 고주파의 1 / 4 파장보다 짧은 플라즈마 처리 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 중간 코일 세그먼트는 대략 동일한 자기 인덕턴스를 가지는 플라즈마 처리 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 중간 코일 세그먼트를 각각 흐르는 전류의 방향이 주회 방향에서 전부 동일한 플라즈마 처리 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 중간 코일 세그먼트를 각각 흐르는 전류의 전류치가 거의 동일한 플라즈마 처리 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내측 코일을 흐르는 전류의 방향과, 상기 중간 코일을 흐르는 전류의 방향과, 상기 외측 코일을 흐르는 전류의 방향이 주회 방향에서 동일한 플라즈마 처리 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내측, 중간 및 외측의 모든 코일 세그먼트의 자기 인덕턴스가 대략 동일한 플라즈마 처리 장치.
  17. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내측 코일, 상기 중간 코일 및 상기 외측 코일은, 상기 고주파 급전부측의 제 1 노드와 접지 전위측의 제 2 노드의 사이에서 전기적으로 병렬로 접속되어 있는 플라즈마 처리 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 노드와 상기 제 2 노드의 사이에서 상기 복수의 중간 코일 세그먼트와 전기적으로 직렬로 접속되어 있는 중간 콘덴서를 가지는 플라즈마 처리 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 중간 콘덴서는 가변 콘덴서인 플라즈마 처리 장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 노드로부터 상기 제 2 노드까지 각각의 고주파 전송로를 한번에 연결시킬 경우에, 상기 중간 코일을 통과할 때의 방향이 상기 내측 코일 및 상기 외측 코일을 통과할 때의 방향과 주회 방향에서 반대가 되는 플라즈마 처리 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 중간 콘덴서는, 상기 복수의 중간 코일 세그먼트와 상기 중간 콘덴서의 합성 리액턴스가 음의 값이 되는 영역의 정전 용량을 가지는 플라즈마 처리 장치.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 중간 코일 세그먼트를 흐르는 전류는 상기 내측 코일 세그먼트 및 상기 외측 코일 세그먼트를 각각 흐르는 전류보다 작은 플라즈마 처리 장치.
  23. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 노드와 상기 제 2 노드의 사이에서 상기 내측 코일 세그먼트와 전기적으로 직렬로 접속되어 있는 내측 콘덴서를 가지는 플라즈마 처리 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 내측 콘덴서는 가변 콘덴서인 플라즈마 처리 장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 내측 콘덴서는, 상기 내측 코일 세그먼트와 상기 내측 콘덴서의 합성 리액턴스가 양의 값이 되는 영역의 정전 용량을 가지는 플라즈마 처리 장치.
  26. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 노드와 상기 제 2 노드의 사이에서 상기 복수의 외측 코일 세그먼트와 전기적으로 직렬로 접속되어 있는 외측 콘덴서를 가지는 플라즈마 처리 장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 외측 콘덴서는 가변 콘덴서인 플라즈마 처리 장치.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 외측 콘덴서는, 상기 복수의 외측 코일 세그먼트와 상기 외측 콘덴서의 합성 리액턴스가 양의 값이 되는 영역의 정전 용량을 가지는 플라즈마 처리 장치.
  29. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 2 노드와 접지 전위의 부재와의 사이에 접속되어 있는 출구측 공통 콘덴서를 가지는 플라즈마 처리 장치.
  30. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내측 코일, 상기 중간 코일 및 상기 외측 코일은 전기적으로 직렬로 접속되어 있는 플라즈마 처리 장치.
  31. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중간 코일이 상기 내측 코일과 상기 외측 코일의 사이에 공간적이고, 전기적으로 병렬로 복수 설치되는 플라즈마 처리 장치.
  32. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중간 코일은 1 회(싱글턴) 감은 것이고, 상기 내측 코일 및 상기 외측 코일 중 적어도 일방이 복수 권선인 플라즈마 처리 장치.
  33. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고주파 급전부가,
    상기 고주파 전력을 출력하는 고주파 전원과,
    상기 고주파 전원측의 임피던스와 부하측의 임피던스의 사이에서 정합을 취하기 위한 정합기와,
    상기 정합기의 출력 단자에 전기적으로 접속되는 1 차 코일과 상기 RF 안테나에 전기적으로 접속되는 2 차 코일을 가지는 트랜스
    를 포함하는
    플라즈마 처리 장치.
  34. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체창이 상기 처리 용기의 천판의 일부 또는 전부를 구성하고,
    상기 내측 코일, 상기 중간 코일 및 상기 외측 코일은 상기 유전체창 상에 설치되는
    플라즈마 처리 장치.
  35. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내측 코일, 상기 중간 코일 및 상기 외측 코일은 서로 동축인 플라즈마 처리 장치.
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