KR20180027310A - 플라스마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 유도 결합형 플라스마 처리 장치에 있어서, 플라스마의 편심(偏芯) 분포를 개선할 수 있는 플라스마 처리 장치를 제공한다.
본 발명은, 시료가 플라스마 처리되는 처리실과, 상기 처리실의 위쪽을 기밀하게 봉지(封止)하는 유도창과, 상기 유도창의 위쪽에 배치되고 유도 자장을 형성하는 유도 안테나와, 상기 유도 안테나에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과, 상기 고주파 전원으로부터 고주파 전력이 공급되고 상기 유도창과 상기 유도 안테나 사이에 배치된 패러데이 쉴드를 구비하는 플라스마 처리 장치에 있어서, 상기 패러데이 쉴드에 흐르는 전류를 모니터하는 모니터 수단과 상기 모니터된 전류를 제어하는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

플라스마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 유도 결합형 플라스마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스 제조 장치에서는, 유도 결합형 플라스마원을 이용한 에칭 장치나 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치가 널리 이용되고 있다. 이들 유도 결합형 플라스마 처리 장치는, 진공 용기의 외측에 수 턴의 유도 안테나를 배치하고, 당해 유도 안테나에 고주파 전류를 흘려보냄에 의해 진공 용기 내에 유도 전장을 형성해서 플라스마를 생성한다.
또한, 유도 결합 플라스마 처리 장치 중에는, 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이 안테나와 진공 용기 사이에 패러데이 쉴드를 설치하고, 이 패러데이 쉴드에 인가하는 전압을 조정함으로써 진공 용기 내의 내벽 상태를 제어하는 유도 결합형 플라스마 처리 장치가 있다.
그러나, 고밀도의 플라스마를 생성하기 위해서는, 유도 안테나에 수 암페어 이상의 전류를 흘려보낼 필요가 있어, 수 kV 이상의 고전압이 유도 안테나를 따라 불균일하게 발생한다. 또한, 이 유도 안테나와 플라스마 사이에는 부유 용량이 존재하기 때문에, 이 부유 용량을 통해 코일을 흐르는 전류가 플라스마에 유입, 유출함에 의해 안테나 내의 전류가 일정값이 아니게 되고, 플라스마의 둘레 방향의 균일성이 악화하는, 즉 플라스마가 편심(偏芯) 분포로 되는 것이 알려져 있다.
플라스마의 편심 분포의 개선법으로서는, 안테나와 진공 용기 사이에 패러데이 쉴드를 설치한 장치에 있어서는, 패러데이 쉴드에 전기적으로 링 형상 도체를 설치하고 링 형상 도체의 형상을 최적화함으로써, 플라스마의 편심 분포를 억제하는 방법이 특허문헌 2에 개시되어 있다.
일본 특개2000-323298호 공보 일본 특개2011-103346호 공보
그러나, 플라스마의 편심 분포는, 플라스마 밀도, 압력, 프로세스 가스종, 패러데이 쉴드에의 인가 전압 등의 프로세스 조건에 따라서 변화하는 것을 알 수 있었다. 그 때문에, 특허문헌 2에 개시된 패러데이 쉴드에 링 형상 도체를 설치하는 방법에서는, 프로세스 조건에 대응한 최적인 형상의 링 형상 도체에의 교체가 필요하여, 양산에의 적용이 곤란하다.
이로부터 본 발명은, 유도 결합형 플라스마 처리 장치에 있어서, 플라스마의 편심 분포를 개선할 수 있는 플라스마 처리 장치를 제공한다.
본 발명은, 시료가 플라스마 처리되는 처리실과, 상기 처리실의 위쪽을 기밀하게 봉지(封止)하는 유전체제 창과, 상기 유전체제 창의 위쪽에 배치되고 유도 자장을 형성하는 유도 안테나와, 상기 유도 안테나에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과, 상기 고주파 전원으로부터 고주파 전력이 공급되고 상기 유전체제 창과 상기 유도 안테나 사이에 배치된 패러데이 쉴드를 구비하는 플라스마 처리 장치에 있어서, 상기 패러데이 쉴드에 흐르는 전류를 모니터하는 모니터 수단과 상기 모니터된 전류를 소정값으로 되도록 제어하는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해 유도 결합형 플라스마 처리 장치에 있어서, 플라스마의 편심 분포를 개선할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 유도 결합형 플라스마 처리 장치의 개략 단면도.
도 2는 제4 가변 콘덴서의 정전 용량과 플라스마 표면의 자장 강도의 편심률의 관계를 나타내는 도면.
도 3은 제4 가변 콘덴서의 정전 용량과 전류계(001)에 흐르는 전류값의 관계를 나타내는 도면.
도 4는 제2 실시예에 따른 유도 결합형 플라스마 처리 장치의 개략 단면도.
이하, 본 발명의 각 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 최초로 본 발명의 제1 실시예부터 설명한다.
(실시예 1)
도 1은, 본 실시예에 따른 유도 결합형 플라스마 처리 장치의 개략 단면도이다. 진공 용기(101)는, 알루미나 등의 절연 재료로 이루어지는 유도창(102)을 구비하고, 내부에 시료인 피처리 웨이퍼를 재치(載置)하기 위한 시료대인 전극(103)을 구비하고 있다. 또한, 진공 용기 내의 정자장(靜磁場) 분포를 제어하기 위하여, 진공 용기(101)의 외측에 제1 정자장 코일(104)과, 제2 정자장 코일(105)과, 요크(106)를 배치하고 있다. 진공 용기(101)의 위쪽을 기밀하게 봉지하는 유도창(102)의 외측에는, 2턴의 코일 형상의 유도 안테나(107)가 배치되고, 유도창(102)과 유도 안테나(107) 사이에는 패러데이 쉴드(108)가 배치되어 있다.
유도 안테나(107)와 패러데이 쉴드(108)는, 제1 가변 콘덴서(109)와, 제2 가변 콘덴서(110)와, 제3 가변 콘덴서(111)와, 제4 가변 콘덴서(112)와, 제1 인덕턴스(113)와, 제2 인덕턴스(114)를 통해 제1 고주파 전원(115)과 전기적으로 접속되어 있다. 여기에서, 제1 가변 콘덴서(109)와 제2 가변 콘덴서(110)와 제1 인덕턴스(113)는, 플라스마와의 임피던스 정합을 취하기 위한 정합 회로이며, 필요에 따라서 콘덴서나 인덕턴스의 수를 증감할 수 있다.
또한, 제3 가변 콘덴서(111)와 제2 인덕턴스(114)의 직렬 공진 회로는, 패러데이 쉴드(108)와 병렬로 접속되어 있고, 제3 가변 콘덴서(111)의 정전 용량을 변경함에 의해 패러데이 쉴드(108)의 인가 전압을 제어하는 것이 가능하다. 이에 더해서, 제4 가변 콘덴서(112)는, 유도 안테나(107)와 직렬로 접속되어 있고, 제4 가변 콘덴서(112)의 정전 용량을 변경함에 의해 유도 안테나 내에서의 전류 분포를 제어할 수 있고, 제4 가변 콘덴서의 정전 용량을 최적화함에 의해 플라스마의 편심 분포를 억제할 수 있다. 또, 도 1에 나타낸 유도 안테나(107)의 턴 수를 2턴으로 했지만, 특별히 그 턴 수는 제한하지 않는다.
진공 용기(101) 내에는, 가스 공급기(116)로부터 가스 밸브(117)를 통해서 소정의 유량의 프로세스 가스가 공급되고, 배기 기구(118)로 배기 속도를 조정함에 의해서, 진공 용기 내를 소정의 압력으로 유지할 수 있다. 가스 공급기(116)로부터 공급된 프로세스 가스는, 유도 안테나(107)와 패러데이 쉴드(108)에 인가된 고주파 전력에 의해서 플라스마화되고, 플라스마(002)가 생성, 유지된다. 이때, 제1 정자장 코일(104)과 제2 정자장 코일(105)을 이용해서 정자장의 분포를 변경할 수 있고, 플라스마(002)의 밀도 분포를 임의의 플라스마 밀도 분포 상태로 제어할 수 있다.
제1 고주파 전원(115)으로부터 공급되는 고주파 전력의 주파수는, 예를 들면, 13.56MHz나 27.12MHz나 2MHz 등의 주파수를 이용하고, 제1 가변 콘덴서(109)와 제2 가변 콘덴서(110)의 정전 용량을 조정함에 의해 고주파 전력의 반사를 억제하여, 임피던스 정합을 취할 수 있다. 또한, 플라스마(002) 중에 존재하는 이온을 피처리 웨이퍼에 인입하기 위하여, 전극(103)에는, 바이어스 전원(119)으로부터, 100kHz 내지 13.56MHz의 고주파 전력을 인가하는 것도 가능하다. 도 1에는 기재하고 있지 않지만, 이때, 전극(103)과 바이어스 전원(119) 사이에 배치된 정합 회로에 의해, 임피던스 정합을 취할 수 있다.
패러데이 쉴드(108)는, 버티컬 스트라이프 형상의 슬릿을 갖는 금속 도체로 구성되어 있고, 유전창(102)을 덮도록 배치되어 있다. 패러데이 쉴드에 인가되는 고주파 전압은, 제3 가변 콘덴서(111)에 의해 제어될 수 있고, 이것에 의해 유전창(102)의 내벽을 최적인 상태로 유지할 수 있다.
이상, 상술한 유도 결합형 플라스마 처리 장치를 이용한 플라스마 처리에 따른 제어는, 제어부(120)에서 행해진다.
본 실시예에 따른 플라스마 처리 장치에서는, 패러데이 쉴드에 흐르는 전류를 측정하기 위한 전류계(001)가 패러데이 쉴드(108) 상부에 배치된 샤프트 상에 배치되어 있고, 유도 안테나(107)의 종단(終端)과 직렬 공진 회로 사이에 배치된 제4 가변 콘덴서(112)에 의해 패러데이 쉴드(108)에 흐르는 전류값을 제어할 수 있다. 여기에서 전류계(001)는 클램프 미터 등의 회로에 직접 접속하지 않고 전류를 모니터할 수 있는 것이 바람직하지만, 전류를 계측할 수 있으면 그 수단은 특별히 제한하지 않는다.
또한, 제4 가변 콘덴서(112)로부터 패러데이 쉴드(108)에 유입되는 전류값이 최소로 되도록 제어부(120)에 의해 제4 가변 콘덴서를 제어함에 의해서, 유도 안테나에 흐르는 전류의 둘레 방향의 불균일성을 억제할 수 있다. 이것에 의해서, 플라스마의 편심 분포를 억제한 최적인 플라스마 분포에 의해 웨이퍼를 처리하는 것을 가능하게 한다.
한편, 본 실시예와 같이 패러데이 쉴드(108)에 유입되는 전류를 최소로 하지 않을 경우, 프로세스 조건을 변경할 때마다 가변 콘덴서의 정전 용량의 최적화가 필요하고, 플라스마의 편심 분포를 억제할 수 있는 최적인 정전 용량을 결정하기 위하여, 별도로, 가변 콘덴서의 서로 다른 정전 용량에서 웨이퍼를 몇 매나 처리하는 등의 사전 평가가 필요했다. 그러나, 본 실시예와 같이 패러데이 쉴드(108)에 유입되는 전류를 최소로 함에 의해, 프로세스 조건을 변경했다고 해도 사전 평가가 필요 없이, 플라스마의 편심 분포를 억제한 최적인 플라스마 분포에 의해 웨이퍼를 처리할 수 있다.
다음으로 패러데이 쉴드(108)에 흐르는 전류값이 최소로 되도록 제4 가변 콘덴서(112)의 정전 용량을 제어함에 의해 안테나에 흐르는 고주파 전류의 둘레 방향의 불균일성을 억제할 수 있다. 패러데이 쉴드(108)에 흐르는 전류값이 최소로 되도록 제4 가변 콘덴서(112)의 정전 용량을 제어하는 기술적 의의에 대하여 이하에 설명한다.
제4 가변 콘덴서(112)와 플라스마 표면에 있어서의 자장 강도의 둘레 방향의 편심률(불균일성)에 대하여 도 2를 참조하면서 설명한다. 도 2는, 도 1에 나타낸 플라스마 처리 장치 체계에 있어서의 삼차원 전자기계 계산 결과를 기초로 제4 가변 콘덴서(112)의 정전 용량의 값에 따른 플라스마 표면에 있어서의 자장 강도의 둘레 방향의 편심률(불균일성)을 산출한 결과이다. 도 2의 계산에서는 플라스마(002)를 저항률 1.0×10- 6Ω·㎝의 균일한 도체로 근사해서 플라스마 표면의 자장 강도 분포를 계산하고, 그 자장 강도로부터 둘레 방향의 편심률을 산출했다. 또한, 도 3에 등가 회로 계산을 기초로 패러데이 쉴드에 흐르는 전류, 즉 전류계(001)에 흐르는 전류를 계산한 결과를 나타낸다.
또, 도 2에 있어서의 편심률은, 2턴의 유도 안테나의 중심부(반경 R) 바로 아래의 플라스마 표면의 자장 강도 분포로부터, 식(1)을 이용해서 산출하고 있고, 이 편심률이 작은 쪽이 유도 안테나 내에 흐르는 전류의 분포의 변화가 작아, 편심 분포가 적은 플라스마를 생성할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 식(1)에 있어서, H(Max)는, 반경 R의 플라스마 표면의 자장 강도의 최대값을 나타내고, H(Min)는, 반경 R의 플라스마 표면의 자장 강도의 최소값을 나타내고 있다.
[식 1]
Figure pat00001
또한, 도 2 및 도 3에 있어서의 계산은, 제3 가변 콘덴서(111)와 제2 인덕턴스(114)가 직렬 공진 조건을 충족시키는 조건, 즉 패러데이 쉴드에 인가되는 전압을 0V로 하는 조건을 이용하고, 제1 고주파 전원(115)으로부터 주파수 13.56MHZ의 1000W로 출력한 경우로 해서 계산했다.
도 3의 결과로부터, 제4 가변 콘덴서(112)의 정전 용량이 100pF일 경우, 전류계(101)에 흐르는 전류값이 최소로 된다. 이것은 유도 안테나와 직렬로 접속된 콘덴서의 정전 용량을 최적값으로 함으로써, 유도 안테나로부터 패러데이 쉴드에 유입, 유출되는 전류가 최소로 되기 때문이다. 또한, 도 2 및 도 3의 비교로부터, 제4 가변 콘덴서(112)의 정전 용량이 100pF일 경우, 플라스마 표면의 자장 강도의 편심률과 전류계(001)에 흐르는 전류값의 양자(兩者)가 최소로 되고, 플라스마 표면의 자장 강도의 편심률과 전류계(001)에 흐르는 전류값의 값에 상관이 있는 것을 알 수 있다. 이 상관으로부터 전류계(001)에 흐르는 전류값을 최소로 하면 플라스마 표면의 자장 강도의 편심률이 최소로 된다고 할 수 있다. 환언하면 패러데이 쉴드(108)에 흐르는 전류값을 최소로 함에 의해 플라스마 표면의 자장 강도의 편심률을 최소로 할 수 있다.
이로부터 패러데이 쉴드에 흐르는 전류값을 전류계(001)에 의해 계측하고, 전류계(001)의 값이 최소로 되도록 제4 가변 콘덴서(112)의 정전 용량을 제어함에 의해서 유도 안테나(107)에 흐르는 고주파 전류의 둘레 방향의 불균일성을 억제할 수 있다.
또, 도 2의 플라스마 표면에 있어서의 자장 강도의 편심 분포는, 제1 고주파 전원(115)으로부터 출력되는 전력, 진공 용기(101) 내의 압력, 가스 공급기(116)로부터 공급되는 가스종, 제1 정자장 코일(104) 및 제2 정자장 코일(105)로부터 발생하는 자장, 제3 가변 콘덴서(111)의 설정값에 따라서도 변화하고, 제4 가변 콘덴서(112)의 최적값도 프로세스 조건에 따라서 변화하는 것이 실험적으로 확인되어 있다. 이것은, 도 2 및 도 3에 나타내는 계산은, 플라스마를 저항률 1.0×10-6Ω·㎝의 균일한 도체라 가정했지만, 프로세스 조건에 따라서 이 저항률이 변화하기 때문이다. 그러나, 전술한 바와 같이 패러데이 쉴드에 흐르는 전류값을 전류계(001)로 계측하고, 계측된 전류값이 최소로 되도록 제4 가변 콘덴서(112)의 정전 용량을 제어함에 의해서 유도 안테나에 흐르는 고주파 전류의 둘레 방향의 불균일성을 억제할 수 있다.
또한, 도 2 및 도 3의 계산에서는, 제3 가변 콘덴서(111)와 제2 인덕턴스(114)가 직렬 공진 조건을 충족시키는 조건, 즉 패러데이 쉴드에 인가되는 고주파 전압을 0V로 하는 조건을 이용해서 계산을 행했지만, 제3 가변 콘덴서(111)의 정전 용량을 바꿨을 경우, 패러데이 쉴드에 전압이 인가되고 플라스마(002)로부터도 유도창(102)를 경유해서 패러데이 쉴드(108)에 전류가 흐른다. 이 때문에, 제4 가변 콘덴서를 최적값으로 해도 전류계(001)에 흐르는 전류는 0A보다 커진다. 그러나, 전류계(001)의 전류값을 최소값으로 함에 의해서 유도 안테나(107)로부터 패러데이 쉴드(108)에 흐르는 전류를 최소로 할 수 있고, 유도 안테나(107)에 흐르는 고주파 전류의 둘레 방향의 불균일성을 억제할 수 있다. 다음으로 본 발명의 제2 실시예에 대하여 도 5를 참조하면서 설명한다.
(실시예 2)
도 4는, 본 실시예에 따른 유도 결합형 플라스마 처리 장치의 개략 단면도를 나타낸다. 또, 도 4에 나타낸 구성 중에서 도 1의 부호와 동일한 부호의 구성은, 도 1의 동일한 부호의 구성과 동일한 기능을 갖는다. 진공 용기(101)는, 알루미나 등의 절연 재료로 이루어지는 유도창(102)에 의해 위쪽이 기밀하게 봉지되어 있고, 내부에 피처리 웨이퍼를 재치하기 위한 전극(103)을 구비한다. 또한, 진공 용기 내의 자장 분포를 제어하기 위하여, 진공 용기(101)의 외측에 제1 정자장 코일(104)과 제2 정자장 코일(105)과 요크(106)가 배치되어 있다.
유도창(102)의 외측에는, 2턴의 코일 형상의 제1 유도 안테나(201)와 제2 유도 안테나(202)가 배치되어 있다. 또한, 유도창(102)과, 제1 유도 안테나(201)와 제2 유도 안테나(202) 사이에는 패러데이 쉴드(108)가 배치되어 있다. 또한 제1 유도 안테나(201)와 패러데이 쉴드(108)는, 제1 가변 콘덴서(109)와 제2 가변 콘덴서(110)와 제3 가변 콘덴서(111)와 제4 가변 콘덴서(112)와 제1 인덕턴스(113)와 제2 인덕턴스(114)를 통해 제1 고주파 전원(203)과 전기적으로 접속되어 있다. 여기에서, 제1 가변 콘덴서(109)와 제2 가변 콘덴서(110)와 제1 인덕턴스(113)는, 플라스마와의 임피던스 정합을 취하기 위한 정합 회로이고, 필요에 따라서 콘덴서나 인덕턴스의 수를 증감할 수 있다.
또한, 제3 가변 콘덴서(111)와 제2 인덕턴스(114)로 이루어지는 직렬 공진 회로는, 패러데이 쉴드(108)와 병렬로 접속되어 있고, 제3 가변 콘덴서(111)의 정전 용량을 변경함에 의해 패러데이 쉴드(108)에 인가되는 고주파 전압을 제어하는 것이 가능하다. 이에 더해서 제4 가변 콘덴서(112)는, 제1 유도 안테나(201)와 직렬로 접속되어 있고, 제4 가변 콘덴서(112)의 정전 용량을 변경함에 의해 제1 유도 안테나(201) 내에서의 전류 분포를 제어할 수 있고, 제4 가변 콘덴서의 정전 용량을 최적화함에 의해서 제1 유도 안테나(201)에 의해서 생성되는 플라스마의 편심 분포를 개선할 수 있다.
제2 유도 안테나(202)는, 제5 가변 콘덴서(204)와 제6 가변 콘덴서(205)와 제3 인덕턴스(206)를 통해 제2 고주파 전원(207)과 전기적으로 접속되어 있다. 여기에서 제5 가변 콘덴서(204)와 제6 가변 콘덴서(205)와 제3 인덕턴스(206)는, 플라스마와의 임피던스 정합을 취하기 위한 정합 회로이고, 필요에 따라서 콘덴서나 인덕턴스의 수를 증감할 수 있다. 또한, 제7 가변 콘덴서(208)는, 제2 유도 안테나(202)와 직렬로 접속되어 있고, 제7 가변 콘덴서(208)의 정전 용량을 변경함에 의해 제2 유도 안테나(202) 내에서의 전류 분포를 제어할 수 있다.
또한, 제7 가변 콘덴서의 정전 용량을 최적값으로 함에 의해 제2 유도 안테나(202)에 의해서 생성되는 플라스마의 편심 분포를 억제할 수 있다. 또, 본 실시예에서는, 제1 유도 안테나(201)와 제2 유도 안테나(202)의 턴 수를 2턴으로 했지만, 특히 그 턴 수는 몇 번이어도 된다.
진공 용기(101) 내에는, 가스 공급기(116)로부터 가스 밸브(117)를 통해서 소정의 유량의 프로세스 가스가 공급되고, 배기 기구(118)에 의해 배기 속도를 조정함에 의해서 진공 용기 내를 소정의 압력으로 유지할 수 있다. 가스 공급기(116)로부터 공급된 프로세스 가스는, 제1 유도 안테나(201)와 제2 유도 안테나(202)와 패러데이 쉴드(108)에 인가된 고주파 전력에 의해서 플라스마(002)가 생성되고 유지된다.
제1 유도 안테나(201)와 제2 유도 안테나(202)는, 위상 제어 회로(209)를 통해 접속되어 있고, 위상 제어 회로(209)에 의해서 제1 고주파 전원(203)과 제2 고주파 전원(207)으로부터 출력되는 고주파 전력의 위상을 조정할 수 있다. 특히 제1 유도 안테나(201)와 제2 유도 안테나(202)의 각각의 코일의 감긴 방향이 동일한 방향일 때는 역위상(逆位相)으로 하고, 제1 유도 안테나(201)와 제2 유도 안테나(202)의 각각의 코일의 감긴 방향이 역방향일 때는 동위상(同位相)으로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 제1 고주파 전원(203)의 출력 전력과 제2 고주파 전원(207)의 출력 전력을 제어함에 의해 플라스마(002)의 밀도 분포를 제어할 수 있다. 이에 더해서, 본 실시예에서는 제1 정자장 코일(104)과 제2 정자장 코일(105)을 이용해서 정자장의 분포를 제어할 수 있고, 정자장 분포에 의해서도 플라스마(002)의 밀도 분포를 임의의 밀도 분포 상태로 제어할 수 있다. 제1 고주파 전원(203) 및 제2 고주파 전원(207)으로부터 공급되는 고주파 전력의 주파수는, 예를 들면 13.56MHz, 27.12MHz, 2MHz 등의 고주파를 이용하고, 제1 가변 콘덴서(109)와 제2 가변 콘덴서(110)의 용량을 조정함에 의해 고주파 전력의 반사를 억제하여, 임피던스 정합을 취할 수 있다.
또한, 플라스마(002) 중에 존재하는 이온을 피처리 웨이퍼에 인입하기 위하여, 전극(103)에는, 바이어스 전원(119)으로부터 100kHz 내지 13.56MHz의 범위 내의 주파수의 고주파 전력을 공급하는 것도 가능하다. 이때, 전극(103)과 바이어스 전원(119) 사이에 배치된 정합기(도시하지 않음)에 의해 임피던스 정합을 취할 수 있다.
패러데이 쉴드(108)는, 버티컬 스트라이프 형상의 슬릿을 갖는 금속 도체로 구성되어 있고, 유전창(102)을 덮도록 배치되어 있다. 패러데이 쉴드에 인가되는 고주파 전압은, 제3 가변 콘덴서(111)에 의해 제어할 수 있고, 이것에 의해 유전창(102)의 내벽을 최적인 상태로 유지할 수 있다.
이상, 상술한 유도 결합형 플라스마 처리 장치를 이용한 플라스마 처리에 따른 제어는, 제어부(210)에서 행해진다.
또한, 본 실시예의 유도 결합형 플라스마 처리 장치에서는, 패러데이 쉴드에 흐르는 전류를 측정하기 위한 전류계(001)가 패러데이 쉴드(108)의 상부에 배치된 샤프트 상에 배치되어 있다. 제어부(210)는, 패러데이 쉴드에 흐르는 전류값이 최소로 되도록 제1 유도 안테나(201)의 종단에 배치된 제4 가변 콘덴서(112)의 정전 용량과 제2 유도 안테나(202)의 종단에 배치된 제7 가변 콘덴서(208)의 정전 용량을 제어한다.
또, 제4 가변 콘덴서(112) 및 제7 가변 콘덴서(208)의 정전 용량을 제어함에 의해 패러데이 쉴드에 흐르는 전류를 최소로 할 수 있는 이유는, 실시예 1의 도 3에 나타내는 바와 같이 유도 안테나와 직렬로 접속된 콘덴서의 정전 용량을 최적값으로 함으로써, 유도 안테나로부터 패러데이 쉴드에 유입, 유출하는 전류가 최소로 되기 때문이다.
또한, 실시예 1에서 도 3과 도 2의 비교에서 설명한 바와 같이, 패러데이 쉴드에 흐르는 전류가 최소값으로 되었을 때에, 플라스마 표면 자장 강도의 편심률도 최소로 된다. 그 때문에, 패러데이 쉴드에 흐르는 전류를 전류계(101)로 계측하고, 전류계(101)의 값이 최소로 되도록 제4 가변 콘덴서(112) 및 제7 가변 콘덴서(208)를 제어함으로써, 제1 유도 안테나(201) 및 제2 유도 안테나(202)에 흐르는 전류의 둘레 방향의 불균일성을 억제할 수 있다. 또한, 이것에 의해 플라스마의 편심 분포를 억제한 최적인 플라스마 분포에 의해서 웨이퍼를 처리할 수 있다.
한편, 본 실시예와 같이 패러데이 쉴드(108)에 유입되는 전류를 최소로 하지 않을 경우, 프로세스 조건을 변경할 때마다 가변 콘덴서의 정전 용량의 최적화가 필요하고, 플라스마의 편심 분포를 억제할 수 있는 최적인 정전 용량을 결정하기 위해서는, 별도로, 서로 다른 정전 용량에서 웨이퍼를 몇 매나 처리하는 등의 사전 평가가 필요했다. 그러나, 본 실시예의 경우, 프로세스 조건을 변경한 경우여도 사전의 평가가 필요없이, 플라스마의 편심 분포를 억제한 최적인 플라스마 분포에서 웨이퍼를 처리할 수 있다.
이상, 실시예 1 및 2에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따라 패러데이 쉴드에 흐르는 전류를 전류계로 계측하고, 그 계측된 전류의 값이 최소로 되도록 유도 안테나의 종단에 배치된 가변 콘덴서의 정전 용량을 제어함에 의해서 플라스마의 편심 분포를 억제한 최적인 플라스마 분포에서 웨이퍼를 처리할 수 있다. 또, 패러데이 쉴드에 흐르는 전류를 최소로 함에 있어서의 「최소」란, 최소값과 같은 한 점의 값뿐만 아니라, 최소값으로부터 소정의 범위 내에 포함되는 값을 가리킨다.
또한, 실시예 1 및 2에서 설명한 예에서는, 모니터된 패러데이 쉴드에 흐르는 전류를 최소로 되도록 가변 콘덴서를 제어하는 예였지만, 패러데이 쉴드에 흐르는 전류를 모니터하는 수단을 갖고, 이 모니터된 전류를 제어하는 것을 본 발명으로 해도 된다. 또한, 이 발명의 효과는, 이하와 같다.
플라스마 에칭을 이용해서 웨이퍼 표면에 소정의 패턴을 형성하는 실제 프로세스에 있어서, 프로세스 가스의 배기 방향이나 웨이퍼 표면의 온도 분포 등에 의해서도, 웨이퍼 표면에 형성된 패턴의 가공 깊이나 가공 치수가 웨이퍼의 둘레 방향에서 불균일하게 되는 경우가 있다. 이 경우는, 프로세스 가스의 배기 방향이나 웨이퍼 표면의 온도 분포 등에 의해서 발생한 편심 분포를 보정하도록 전류계(001)의 전류값을 기초로 플라스마 분포를 고의로 편심시킴에 의해 웨이퍼 전면(全面)에 균일한 패턴을 형성할 수 있다.
또한 실시예 1 및 2에 있어서, 정자장 코일을 구비하는 플라스마 처리 장치를 이용해서 설명했지만, 본 발명으로서는 정자장 코일이 없어도 실시예 1 및 2에 있어서 설명한 효과와 동등한 효과를 나타낼 수 있다.
001 : 전류계 101 : 진공 용기
102 : 유도창 103 : 전극
104 : 제1 정자장 코일 105 : 제2 정자장 코일
106 : 요크 107 : 유도 안테나
108 : 패러데이 쉴드 109 : 제1 가변 콘덴서
110 : 제2 가변 콘덴서 111 : 제3 가변 콘덴서
112 : 제4 가변 콘덴서 113 : 제1 인덕턴스
114 : 제2 인덕턴스 115 : 제1 고주파 전원
116 : 가스 공급기 117 : 가스 밸브
118 : 배기 기구 119 : 바이어스 전원
120 : 제어부 201 : 제1 유도 안테나
202 : 제2 유도 안테나 203 : 제1 고주파 전원
204 : 제5 가변 콘덴서 205 : 제6 가변 콘덴서
206 : 제3 인덕턴스 207 : 제2 고주파 전원
208 : 제7 가변 콘덴서 209 : 위상 제어 회로
210 : 제어부

Claims (5)

  1. 시료가 플라스마 처리되는 처리실과, 상기 처리실의 위쪽을 기밀하게 봉지(封止)하는 유전체제 창과, 상기 유전체제 창의 위쪽에 배치되고 유도 자장을 형성하는 유도 안테나와, 상기 유도 안테나에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과, 상기 고주파 전원으로부터 고주파 전력이 공급되고 상기 유전체제 창과 상기 유도 안테나 사이에 배치된 패러데이 쉴드를 구비하는 플라스마 처리 장치에 있어서,
    상기 패러데이 쉴드에 흐르는 전류를 모니터하는 모니터 수단과 상기 모니터된 전류를 소정값으로 되도록 제어하는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전류의 값을 제어하는 제1 가변 콘덴서가 상기 안테나에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전류의 값이 최소로 되도록 상기 제1 가변 콘덴서를 제어하는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 가변 콘덴서가 상기 유도 안테나의 종단(終端)과 상기 패러데이 쉴드에 인가되는 고주파 전압을 제어하고 인덕턴스를 통해 접지되는 제2 가변 콘덴서와의 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  5. 시료가 플라스마 처리되는 처리실과, 상기 처리실의 위쪽을 기밀하게 봉지하는 유전체제 창과, 상기 유전체제 창의 위쪽에 배치되고 유도 자장을 형성하는 유도 안테나와, 상기 유도 안테나에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과, 상기 고주파 전원으로부터 고주파 전력이 공급되고 상기 유전체제 창과 상기 유도 안테나 사이에 배치된 패러데이 쉴드를 구비하는 플라스마 처리 장치에 있어서,
    상기 전류의 값을 제어하는 복수의 가변 콘덴서를 더 구비하고,
    상기 유도 안테나는, 상기 복수의 가변 콘덴서의 한쪽이 접속된 제1 유도 안테나와 상기 복수의 가변 콘덴서의 다른 쪽이 접속된 제2 유도 안테나를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
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