KR20180134322A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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KR20180134322A
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

유도 결합형의 플라즈마 처리 장치에서 RF 안테나 내의 파장 효과를 만전에 억제하면서, 플라즈마 밀도 분포를 자유롭고 또한 세밀하게 제어하는 것이다. 챔버(10)의 천장 또는 유전체창(52) 상에는, 챔버(10) 내에 유도 결합의 플라즈마를 생성하기 위한 환상의 RF 안테나(54)가 설치되어 있다. 이 RF 안테나(54)는 공간적으로는 각각이 반원의 원호 형상으로 형성되어 있고, 전기적으로는 고주파 급전부(62)에 대하여 병렬로 접속되어 있는 2 개의 코일 세그먼트(84(1), 84(2))로 이루어진다. 또한 유전체창(52) 상에는, RF 안테나(54)와 전자 유도에 의해 결합 가능한 가변 콘덴서(58) 부착의 환상(環狀)의 플로팅 코일(60)도 설치되어 있다. 가변 콘덴서(58)는, 주제어부(80)의 제어 하에서 용량 가변부(82)에 의해 일정 범위 내에서 임의로 가변되도록 되어 있다.

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 대별된다.
일반적으로, 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치는 처리 용기의 벽부 중 적어도 일부(예를 들면, 천장)를 유전체창으로 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 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 형성됨으로써 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 제안되고 있다.
그 중에서, 단일의 RF 안테나를 사용하고, 이 RF 안테나의 근처에 수동 안테나를 배치하는 기법(특허 문헌 1)이 알려져 있다. 이 수동 안테나는 고주파 전원으로부터 고주파 전력의 공급을 받지 않는 독립된 코일로서 구성되고, RF 안테나(유도성 안테나)의 발생하는 자계에 대하여, 수동 안테나의 루프 내의 자계 강도를 감소시키고, 또한 수동 안테나의 루프 외 근방의 자계 강도를 증가시키도록 행한다. 이에 따라, 챔버 내의 플라즈마 발생 영역 중의 RF 전자계의 반경 방향 분포가 변경되도록 되어 있다.
또한, 직경 방향의 플라즈마 밀도 분포의 균일성을 향상시키기 위하여, RF 안테나를 직경 방향으로 복수의 원환(圓環) 형상 코일로 분할하고, 이들 원환 형상 코일을 전기적으로 병렬 접속시키는 방식이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 2).
일본특허공표공보 2005-534150 미국특허 제6164241호
상기 특허 문헌 1은 수동 안테나의 존재에 의해 RF 안테나(유도성 안테나)의 발생하는 자계에 영향을 주고, 이에 따라 챔버 내의 플라즈마 발생 영역 중의 RF 전자계의 반경 방향 분포를 변경할 수 있는 것을 교시하고 있지만, 수동 안테나의 작용에 관한 고찰/검증이 불충분하며, 수동 안테나를 이용하여 플라즈마 밀도 분포를 자유롭고 또한 고정밀도로 제어하기 위한 구체적인 장치 구성이 이미지되어 있지 않다.
최근의 플라즈마 프로세스는 기판의 대면적화와 디바이스의 미세화에 수반하여, 보다 저압으로 고밀도 또한 대구경의 플라즈마를 필요로 하고 있어, 기판 상의 프로세스의 균일성은 이전보다 더 곤란한 과제가 되고 있다. 이러한 점에서, 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치는 RF 안테나에 근접하는 유전체창의 내측에서 플라즈마를 도너츠 형상으로 생성하고, 이 도너츠 형상의 플라즈마를 기판을 향해 사방으로 확산시키도록 하고 있지만, 챔버 내의 압력에 의해 플라즈마의 확산하는 형태가 변화하고, 기판 상의 플라즈마 밀도 분포가 쉽게 변한다. 또한, RF 안테나로 공급되는 고주파의 파워 또는 챔버 내로 도입되는 처리 가스의 유량 등에 따라 도너츠 형상 플라즈마 내의 플라즈마 밀도 분포가 바뀌는 경우도 있다. 따라서, 프로세스 레시피에서 프로세스 조건이 변경되어도, 기판 상의 플라즈마 프로세스의 균일성을 유지할 수 있도록 RF 안테나(유도성 안테나)의 발생하는 자계에 보정을 할 수 없으면, 최근의 플라즈마 처리 장치에 요구되는 다양하고 또한 고도의 프로세스 성능을 충족시킬 수 없다.
또한, 상기한 바와 같은 종래의 RF 안테나 분할 방식에서는 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, RF 안테나 내의 각 코일에 임피던스 조정용의 콘덴서를 부가(접속)하여 각 코일로 분배하는 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 기인하여 유전체창이 플라즈마로부터의 이온 어택에 의해 손상 열화되는 현상(스퍼터 효과)을 억제할 수 있다. 그러나, RF 안테나의 코일이 콘덴서를 개재하여 종단됨으로써 단락 공진선의 길이가 등가적으로 짧아져, 코일 직경(코일 길이)이 큰 외측 코일에서 RF 입력단 근처에 전류의 파절부를 가지는 정재파가 형성되기 쉬워진다(이른바 파장 효과가 발생하기 쉬워진다). 이러한 파장 효과가 발생하면, 주회(周回) 방향 및 직경 방향 모두에서 플라즈마 밀도 분포의 균일성을 얻는 것이 어려워진다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술을 감안하여 이루어진 것으로, RF 안테나 내의 파장 효과를 만전에 억제하면서, 전기적으로 플로팅 상태에 놓여지는 코일을 이용하여 플라즈마 밀도 분포를 자유롭고 또한 세밀하게 제어할 수 있는 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 제 1 관점에서의 플라즈마 처리 장치는 유전체창을 가지는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 피처리 기판을 보지(保持)하는 기판 보지부와, 상기 기판에 플라즈마 처리를 실시하기 위하여 상기 처리 용기 내로 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와, 상기 처리 용기 내에서 유도 결합에 의해 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위하여 상기 유전체창 밖에 설치되고, 소정 형상 및 소정 사이즈의 루프를 따라 배치되고, 전기적으로는 병렬로 접속되어 있는 복수의 코일 세그먼트를 가지는 RF 안테나와, 상기 처리 가스의 고주파 방전용 주파수의 고주파 전력을 상기 RF 안테나로 공급하는 고주파 급전부와, 전기적으로 플로팅 상태에 놓여지고, 상기 RF 안테나와 전자 유도에 의해 결합 가능한 위치에서 상기 처리 용기의 밖에 배치되는 플로팅 코일과, 상기 플로팅 코일의 루프 내에 설치되는 콘덴서를 가지고, 상기 복수의 코일 세그먼트의 사이에서, 각각의 상기 코일 세그먼트의 고주파 입구단이 다른 상기 코일 세그먼트의 고주파 출구단과 간극을 개재하여 인접하고, 각각의 상기 코일 세그먼트의 고주파 출구단이 다른 상기 코일 세그먼트의 고주파 입구단과 간극을 개재하여 인접한다.
상기 제 1 관점에 따른 플라즈마 처리 장치에 있어서는 고주파 급전부로부터 RF 안테나로 고주파 전력을 공급하면, RF 안테나를 흐르는 고주파 전류에 의해 안테나 도체의 주위에 RF 자계가 발생하고, 처리 용기 내에 처리 가스의 고주파 방전에 제공하는 유도 전계가 생성된다. 여기서, RF 안테나는 전기적으로 병렬로 접속된 복수의 코일 세그먼트로 구성되어 있으므로, RF 안테나 내의 파장 효과 및 전압 강하는 코일 세그먼트의 길이에 의존한다. 따라서, 개개의 코일 세그먼트 내에서 파장 효과를 일으키지 않도록, 그리고 전압 강하가 너무 커지지 않도록, 각 코일 내의 분할수 또는 코일 세그먼트의 길이를 선정하면 된다. RF 안테나 내의 기자력에 관해서는 각 코일을 구성하는 코일 세그먼트의 자기 인덕턴스를 대략 동일하게 함으로써, 코일 주회 방향으로 고르거나 또는 균일한 고주파 전류가 흐르므로, 주회 방향에서는 항상 균일한 플라즈마 밀도 분포를 얻을 수 있다.
한편, RF 안테나의 각 코일 세그먼트와 플로팅 코일 간의 전자 유도에 의해 플로팅 코일 내에 유도 기전력이 발생하여 유도 전류가 흐른다. 이 플로팅 코일 내에서 흐르는 유도 전류도, 처리 용기 내의 플라즈마 생성 공간에 유도 전계를 형성하여, 처리 가스의 고주파 방전 또는 유도 결합 플라즈마의 생성에 소극(마이너스) 적 혹은 적극(플러스)적으로 관여한다.
처리 용기 내에서 유도 결합에 의해 생성되는 코어인 플라즈마(도너츠 형상 플라즈마)의 밀도 분포에 가하는 플로팅 코일의 작용은 RF 안테나와 플로팅 코일의 상대적인 위치 관계에 의존할 뿐 아니라, 플로팅 코일 내에 흐르는 전류의 크기 또는 방향에 의해서도 크게 변화한다.
플로팅 코일 내에서 흐르는 전류의 전류치 및 위상(방향)은 플로팅 코일의 루프 내에 발생하는 유도 기전력과 루프 내의 임피던스에 의존한다. 이 플라즈마 처리 장치에서는 플로팅 코일의 루프 내에 형성되는 콘덴서의 정전 용량에 의해, 루프 내의 임피던스 특히 리액턴스를 조정하여, 루프 내의 전류의 크기 및 방향을 제어한다.
이러한 콘덴서 부착의 플로팅 코일을 구비함으로써, 도너츠 형상 플라즈마 내의 플라즈마 밀도 분포를 직경 방향에서 임의 또는 다양하게 제어할 수 있다. 이에 의해, 기판 보지부 상의 기판의 근방에서 플라즈마 밀도 분포를 임의 또한 세밀하게 제어하는 것이 가능하며, 플라즈마 프로세스의 균일성의 향상도 용이하게 달성할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 관점에서의 플라즈마 처리 장치는 유전체창을 가지는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 피처리 기판을 보지하는 기판 보지부와, 상기 기판에 플라즈마 처리를 실시하기 위하여 상기 처리 용기 내로 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와, 상기 처리 용기 내에서 유도 결합에 의해 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위하여, 상기 유전체창 밖에서 직경 방향으로 간격을 두고 각각 내측 및 외측에 배치되는 내측 및 외측 안테나 코일과, 상기 처리 가스의 고주파 방전용 주파수의 고주파 전력을 상기 내측 및 외측 안테나 코일로 공급하는 고주파 급전부와, 전기적으로 플로팅 상태에 놓여지고, 상기 내측 및 외측 안테나 코일 중 적어도 일방과 전자 유도에 의해 결합 가능한 위치에서 상기 처리 용기의 밖에 배치되는 플로팅 코일과, 상기 플로팅 코일의 루프 내에 설치되는 콘덴서를 구비하고, 상기 내측 안테나 코일이 단일 또는 직렬 접속의 내측 코일 세그먼트를 가지고, 상기 외측 안테나 코일이 주회 방향으로 분할되어 있고, 전기적으로 병렬로 접속되어 있는 복수의 외측 코일 세그먼트를 가진다.
상기 제 2 관점에 따른 플라즈마 처리 장치에 있어서는 고주파 급전부로부터 RF 안테나로 고주파 전력을 공급하면, RF 안테나의 내측 안테나 코일 및 외측 안테나 코일로 분류하여 각각 흐르는 고주파의 안테나 전류에 의해 각각의 코일 도체의 주위에 RF 자계가 발생하고, 처리 용기 내에 처리 가스의 고주파 방전에 제공하는 유도 전계가 생성된다. 여기서, RF 안테나의 각 안테나 코일은 전기적으로 병렬로 접속된 1 개 또는 복수의 코일 세그먼트로 구성되어 있으므로, RF 안테나 내의 파장 효과 및 전압 강하는 코일 세그먼트의 길이에 의존한다. 따라서, 개개의 코일 세그먼트 내에서 파장 효과를 일으키지 않도록, 그리고 전압 강하가 너무 커지지 않도록, 각 코일 내의 분할수 또는 코일 세그먼트의 길이를 선정하면 된다. RF 안테나 내의 기자력에 관해서는 각 코일을 구성하는 코일 세그먼트의 자기 인덕턴스를 대략 동일하게 함으로써, 코일 주회 방향으로 고르거나 또는 균일한 고주파 전류가 흐르므로, 주회 방향에서는 항상 균일한 플라즈마 밀도 분포를 얻을 수 있다.
한편, RF 안테나의 각 코일 세그먼트와 플로팅 코일 간의 전자 유도에 의해 플로팅 코일 내에 유도 기전력이 발생하여 유도 전류가 흐른다. 이 플로팅 코일 내에서 흐르는 유도 전류도, 처리 용기 내의 플라즈마 생성 공간에 유도 전계를 형성하여, 처리 가스의 고주파 방전 또는 유도 결합 플라즈마의 생성에 소극(마이너스) 적 혹은 적극(플러스)적으로 관여한다.
처리 용기 내에서 유도 결합에 의해 생성되는 코어인 플라즈마(도너츠 형상 플라즈마)의 밀도 분포에 가하는 플로팅 코일의 작용은 RF 안테나와 플로팅 코일의 상대적인 위치 관계에 의존할 뿐 아니라, 플로팅 코일 내에 흐르는 전류의 크기 또는 방향에 의해서도 크게 변화한다.
플로팅 코일 내에서 흐르는 전류의 전류치 및 위상(방향)은 플로팅 코일의 루프 내에 발생하는 유도 기전력과 루프 내의 임피던스에 의존한다. 이 플라즈마 처리 장치에서는 플로팅 코일의 루프 내에 형성되는 콘덴서의 정전 용량에 의해, 루프 내의 임피던스 특히 리액턴스를 조정하여, 루프 내의 전류의 크기 및 방향을 제어한다.
이러한 콘덴서 부착의 플로팅 코일을 구비함으로써, 도너츠 형상 플라즈마 내의 플라즈마 밀도 분포를 직경 방향에서 임의 또는 다양하게 제어할 수 있다. 이에 의해, 기판 보지부 상의 기판의 근방에서 플라즈마 밀도 분포를 임의 또한 세밀하게 제어하는 것이 가능하며, 플라즈마 프로세스의 균일성의 향상도 용이하게 달성할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치에 따르면, 상기한 바와 같은 구성 및 작용에 의해, 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치에서 RF 안테나 내의 파장 효과를 만전에 억제하면서, 전기적으로 플로팅 상태에 놓여지는 코일을 이용하여 플라즈마 밀도 분포를 자유롭고 또한 세밀하게 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에서의 유도 결합형 플라즈마 처리 장치의 구성을 도시한 종단면도이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 처리 장치에서의 RF 안테나 및 플로팅 코일의 배치 구성(레이아웃) 및 전기적 결선 구성을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 플라즈마 처리 장치에서의 RF 안테나 및 플로팅 코일의 배치 구성(레이아웃) 및 전기적 결선 도시한 대략 평면도이다.
도 4는 플로팅 코일 내의 가변 콘덴서의 정전 용량을 가변할 시의 작용을 설명하기 위한 모델(기본 구성)을 도시한 도이다.
도 5는 플로팅 코일 내의 가변 콘덴서의 정전 용량을 가변할 시에 안테나 전류와 유도 전류의 비가 변화하는 특성을 나타낸 도이다.
도 6은 도 4의 모델의 일변형예를 도시한 도이다.
도 7은 도 4 또는 도 6의 모델에서 상호 인덕턴스와 각(角)주파수의 곱이 플로팅 코일의 반경에 의존하는 특성을 나타낸 도이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에서의 유도 결합형 플라즈마 처리 장치의 구성을 도시한 종단면도이다.
도 9는 도 8의 플라즈마 처리 장치에서의 RF 안테나 및 플로팅 코일의 배치 구성(레이아웃) 및 전기적 결선 구성을 도시한 사시도이다.
도 10은 도 8의 플라즈마 처리 장치에서의 RF 안테나 및 플로팅 코일의 배치 구성(레이아웃) 및 전기적 결선 구성을 도시한 대략 평면도이다.
도 11은 일실시예에 따른 플로팅 코일의 구성을 도시한 사시도이다.
도 12a는 일실시예에 따른 플로팅 코일의 구성을 도시한 사시도이다.
도 12b는 도 12a의 플로팅 코일에서의 틈의 구성을 도시한 평면도이다.
도 12c는 도 12b의 틈 구조의 일변형예를 도시한 부분 확대 평면도이다.
도 13a는 일실시예에 따른 플로팅 코일의 구성을 도시한 도이다.
도 13b는 플로팅 코일에서의 코일 도체의 단면 형상을 도시한 단면도이다.
도 14는 일실시예에 따른 플로팅 코일의 구성을 도시한 사시도이다.
도 15는 도 14의 플로팅 코일의 일변형예를 도시한 사시도이다.
도 16은 플로팅 코일에 가변 콘덴서를 일체로 설치하는 일실시예를 도시한 일부 단면 정면도이다.
도 17은 콘덴서와 직렬 접속 및/또는 병렬 접속으로 스위치를 설치하는 구성을 도시한 등가 회로도이다.
도 18은 도 16의 실시예의 작용을 설명하기 위한 주요부의 단면도이다.
도 19는 RF 안테나 및 플로팅 코일의 레이아웃에 관한 다른 실시예를 도시한 도이다.
도 20은 RF 안테나 및 플로팅 코일의 레이아웃에 관한 다른 실시예를 도시한 도이다.
도 21은 RF 안테나 및 플로팅 코일의 레이아웃에 관한 다른 실시예를 도시한 도이다.
도 22는 RF 안테나 및 플로팅 코일의 레이아웃에 관한 다른 실시예를 도시한 도이다.
도 23은 RF 안테나 및 플로팅 코일의 레이아웃에 관한 다른 실시예를 도시한 도이다.
도 24는 RF 안테나 및 플로팅 코일의 레이아웃에 관한 다른 실시예를 도시한 도이다.
도 25는 RF 안테나 및 플로팅 코일의 레이아웃에 관한 다른 실시예를 도시한 도이다.
도 26은 RF 안테나 및 플로팅 코일의 레이아웃에 관한 다른 실시예를 도시한 도이다.
도 27은 RF 안테나 및 플로팅 코일의 레이아웃에 관한 다른 실시예를 도시한 도이다.
도 28은 RF 안테나 및 플로팅 코일의 레이아웃에 관한 다른 실시예를 도시한 도이다.
도 29는 RF 안테나 및 플로팅 코일의 레이아웃에 관한 다른 실시예를 도시한 도이다.
도 30은 3 계통의 안테나 코일에 관한 일실시예를 도시한 도이다.
도 31은 3 계통의 안테나 코일에 관한 다른 실시예를 도시한 도이다.
도 32는 3 계통의 안테나 코일에 관한 일실시예를 도시한 도이다.
도 33은 3 계통의 안테나 코일에 관한 다른 실시예를 도시한 도이다.
도 34는 3 계통의 안테나 코일에 관한 다른 실시예를 도시한 도이다.
도 35는 플로팅 코일의 루프 내에 고정 콘덴서를 설치하는 일실시예를 도시한 도이다.
도 36은 플로팅 코일의 루프 내에 고정 콘덴서를 설치하는 다른 실시예를 도시한 도이다.
도 37은 플로팅 코일의 루프 내에 고정 콘덴서를 설치하는 다른 실시예를 도시한 도이다.
도 38은 플로팅 코일의 루프 내에 고정 콘덴서를 설치하는 다른 실시예를 도시한 도이다.
도 39는 플로팅 코일의 루프 내에 고정 콘덴서를 설치하는 다른 실시예를 도시한 도이다.
도 40은 플로팅 코일의 루프 내에 고정 콘덴서를 설치하는 다른 실시예를 도시한 도이다.
도 41은 플로팅 코일의 루프 내에 고정 콘덴서를 설치하는 다른 실시예를 도시한 도이다.
도 42는 플로팅 코일의 루프 내에 고정 콘덴서를 설치하는 다른 실시예를 도시한 도이다.
도 43은 RF 안테나에 임피던스 조정부를 설치하지 않은 실시예를 도시한 도이다.
도 44는 RF 안테나에 임피던스 조정부를 설치하지 않은 다른 실시예를 도시한 도이다.
도 45는 RF 안테나에 임피던스 조정부를 설치하지 않은 다른 실시예를 도시한 도이다.
도 46은 RF 안테나에 임피던스 조정부를 설치하지 않은 다른 실시예를 도시한 도이다.
도 47은 RF 안테나와 고주파 급전부의 정합기와의 사이에 트랜스를 설치하는 구성예를 도시한 도이다.
이하에, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시예를 설명한다.
［실시예 1］
도 1에 본 발명의 제 1 실시예에서의 유도 결합형 플라즈마 처리 장치의 구성을 도시한다. 도 2 및 도 3에 이 플라즈마 처리 장치에서의 RF 안테나 및 플로팅 코일의 배치 구성(레이아웃) 및 전기적 결선 구성을 도시한다.
이 유도 결합형 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 냉매실 (44)이 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 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 환상의 RF 안테나(54)를 외부로부터 전자(電磁)적으로 차폐하여 수용하는 안테나실(56)이 챔버(10)와 일체로 설치되어 있다. 이 RF 안테나(54)의 구체적인 구성 및 작용은 후에 설명한다.
안테나실(56) 내에는 챔버(10) 내의 처리 공간에 생성되는 유도 결합 플라즈마의 밀도 분포를 직경 방향에서 가변 제어하기 위하여, RF 안테나(54)와 전자 유도에 의해 결합 가능한 가변 콘덴서(58)를 포함하는 환상의 플로팅 코일(60)도 설치되어 있다. 가변 콘덴서(58)는 주제어부(80)의 제어 하에서 용량 가변부(82)에 의해 일정 범위 내에서 임의로 가변되도록 되어 있다.
고주파 급전부(62)는 고주파 전원(64), 정합기(66), 고주파 급전 라인(68) 및 귀선 라인(70)을 가지고 있다. 고주파 급전 라인(68)은 정합기(66)의 출력 단자와 RF 안테나(54)의 RF 입구단을 전기적으로 접속시킨다. 귀선 라인(70)은 접지 전위의 어스 라인이며, RF 안테나(54)의 RF 출구단과 전기적으로 접지 전위로 유지되는 접지 전위 부재(예를 들면, 챔버(10) 또는 다른 부재)를 전기적으로 접속시킨다.
고주파 전원(64)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(66)는 고주파 전원(64)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(72)와, 원주 방향으로 등간격으로 버퍼부(72)로부터 플라즈마 생성 공간을 향하는 다수의 측벽 가스 토출홀(74)과, 처리 가스 공급원(76)으로부터 버퍼부(72)까지 연장되는 가스 공급관(78)을 가지고 있다. 처리 가스 공급원(76)은 유량 제어기 및 개폐 밸브(도시하지 않음)를 포함하고 있다.
주제어부(80)는, 예를 들면 마이크로 컴퓨터를 포함하고, 이 플라즈마 에칭 장치 내의 각 부, 예를 들면 배기 장치(26), 고주파 전원(30, 64), 정합기(32, 66), 정전 척용의 스위치(42), 처리 가스 공급원(76), 용량 가변부(82), 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. 이어서, 게이트 밸브(28)를 닫고 나서, 처리 가스 공급원(76)으로부터 가스 공급관(78), 버퍼부(72) 및 측벽 가스 토출홀(74)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(62)의 고주파 전원(64)을 온으로 하여 플라즈마 생성용의 고주파(RFH)를 소정의 RF 파워로 출력시키고, 정합기(66), RF 급전 라인(68) 및 귀선 라인(70)을 거쳐 RF 안테나(54)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(74)로부터 토출된 에칭 가스는 유전체창(52) 아래의 처리 공간으로 확산된다. RF 안테나(54)의 후술하는 각 코일 세그먼트를 흐르는 고주파(RFH)의 전류 및 플로팅 코일(60)을 흐르는 유도 전류에 의해 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)를 이하에 설명하는 바와 같은 특수한 공간적 레이아웃 및 전기적 접속 구성으로 하고, 또한 서셉터(12) 근방의 플라즈마 밀도 분포를 직경 방향에서 임의로 제어하기 위하여, 프로세스 레시피에서 설정되는 소정의 프로세스 파라미터(예를 들면, 압력, RF 파워, 가스 유량 등)에 따라 주제어부(80)가 용량 가변부(82)에 의해 플로팅 코일(60)의 루프 내에 형성되는 가변 콘덴서(58)의 정전 용량을 가변하도록 하고 있다.
［RF 안테나 및 플로팅 코일의 기본 구성 및 작용］
도 2 및 도 3에 이 플라즈마 처리 장치에서의 RF 안테나 및 플로팅 코일의 배치 구성(레이아웃) 및 전기적 결선 구성을 나타낸다.
RF 안테나(54)는, 바람직하게는 주회 방향으로 분할되어 있는 복수(예를 들면, 2 개)의 코일 세그먼트(84(1), 84(2))로 이루어진다. 이들 2 개의 코일 세그먼트(84(1), 84(2))는 공간적으로는 각각이 반원의 원호 형상으로 형성되어 있고, 주회 방향의 일주 또는 그 대부분을 매립하도록 직렬로 배치되어 있다. 보다 상세하게는, RF 안테나(54)의 일주의 루프 내에서, 제 1 코일 세그먼트(84(1))의 RF 입구단(84(1)(RF-In))과 제 2 코일 세그먼트(84(2))의 RF 출구단(84(2)(RF-Out))이 주회 방향에서 간극(G84)을 개재하여 서로 대향 또는 인접하고, 제 1 코일 세그먼트(84(1))의 RF 출구단(84(1)(RF-Out))과 제 2 코일 세그먼트(84(2))의 RF 입구단(84(2)(RF-In))이 주회 방향에서 다른 간극(G84)을 개재하여 서로 대향 또는 인접하고 있다.
그리고, 이들 코일 세그먼트(84(1), 84(2))는 전기적으로는 각각의 일방의 단(端), 즉 RF 입구단(84(1)(RF-In), 84(2)(RF-In)) 이 상방으로 연장되는 접속 도체(86(1), 86(2)) 및 고주파 입구측의 노드(NA)를 개재하여 고주파 급전부(62)로부터의 RF 급전 라인(68)에 접속되고, 각각의 타방의 단(端), 즉 RF 출구단(84(1)(RF-Out), 84(2)(RF-Out))이 상방으로 연장되는 접속 도체(88(1), 88(2)) 및 고주파 출구측의 노드(NB)를 개재하여 어스 라인(70)에 접속되어 있다. 안테나실(56) 내에서, 상기한 바와 같이, RF 안테나(54)의 상방으로 연장되는 접속 도체(86(1), 86(2), 88(1), 88(2))는 유전체창(52)으로부터 충분히 큰 거리를 두고(상당히 높은 위치에서) 횡방향의 분기선 또는 도선(渡線)을 형성하고 있어, 각 코일 세그먼트(84(1), 84(2))에 대한 전자(電磁)적인 영향을 줄이고 있다.
이와 같이, 고주파 급전부(62)로부터의 RF 급전 라인(68)과 접지 전위 부재에의 어스 라인(70)의 사이에서 또는 노드(NA)와 노드(NB)의 사이에서, RF 안테나(54)를 구성하는 2 개의 코일 세그먼트(84(1), 84(2))끼리가 서로 전기적으로 병렬로 접속되어 있다. 그리고, 이들 코일 세그먼트(84(1), 84(2))를 각각 흐르는 고주파의 안테나 전류의 방향이 주회 방향에서 동일하게 되도록, 노드(NA)와 노드(NB)의 사이에서 RF 안테나(54) 내의 각 부가 결선되어 있다.
본 실시예에서는 바람직한 일형태로서, RF 안테나(54)를 구성하는 2 개의 코일 세그먼트(84(1), 84(2))가 대략 동일한 자기 인덕턴스를 가지고 있다. 통상적으로는 이들 코일 세그먼트(84(1), 84(2))가 선재(線材), 선 직경 및 선 길이를 동일하게 함으로써 자기 인덕턴스 동일성 내지 근사성의 요건이 충족된다.
플로팅 코일(60)은 전기적으로 플로팅 상태에 놓여지고, RF 안테나(54)의 내측에 배치되어 있다. 여기서, 본 발명에서의 전기적인 플로팅 상태란 전원 및 그라운드(접지 전위) 모두로부터 전기적으로 부유 또는 분리되어 있는 상태이며, 주위의 도체와는 전하 또는 전류의 교환이 전혀 또는 거의 없고, 오로지 전자 유도에 의해 당해 물체에서 전류가 흐를 수 있는 상태를 말한다.
또한, 플로팅 코일(60)은 기본적인 구조로서 양 단(端)이 틈 또는 간극(G60)을 사이에 두고 개방된 1 회 감은 코일(또는 복수 회 감은 코일)로 이루어지고, 그 틈(G60)에 가변 콘덴서(58)를 설치하고 있다. 플로팅 코일(60)의 코일 도체의 재질은 도전율이 높은 금속, 예를 들면 은 도금을 실시한 구리가 바람직하다.
가변 콘덴서(58)는 후술하는 바와 같이, 예를 들면 바리콘(variable condenser) 또는 바리캡(variable capacitor)과 같은 시판의 범용 타입이어도 좋고, 혹은 플로팅 코일(60)에 일체로 설치되는 특별 주문품 또는 일품 제작품이어도 좋다. 용량 가변부(82)는 가변 콘덴서(58)의 정전 용량을 전형적으로는 메커니컬적인 구동 기구 또는 전기적인 구동 회로에 의해 가변 제어하도록 되어 있다.
본 실시예에서는 RF 안테나(54)와 플로팅 코일(60)의 양자가 서로 유사한 루프 형상(도시의 예는 원환 형상)을 가지는 것과, 모두 유전체창(52) 상에 배치되는 것과, 서로 동축에 배치되는 것이 바람직하다.
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.
본 실시예의 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치에서는 고주파 급전부(62)로부터 공급되는 고주파의 안테나 전류가 RF 안테나(54) 내의 각 부를 흐르고, 또한 플로팅 코일(60) 내에 유도 전류가 흐름으로써, RF 안테나(54)를 구성하는 코일 세그먼트(84(1), 84(2))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)(코일 세그먼트(84(1), 84(2))) 및 플로팅 코일(60) 내의 전류 분포에 거의 대응한다.
여기서, RF 안테나(54) 내에서는, 상기한 바와 같이, 코일 세그먼트(84(1), 84(2))는 대략 동일한 자기(自己) 인덕턴스(즉, 대략 동일한 임피던스)를 가지고, 또한 전기적으로 병렬로 접속되어 있다. 이에 의해, 플라즈마 여기 시에는 제 1 코일 세그먼트(84(1))의 반주(半周) 루프와, 제 2 코일 세그먼트(84(2))의 반주 루프에서 항상 동일한 크기의 안테나 전류(IRF)가 흐르고, RF 안테나(54)의 전체, 즉 일주의 루프 내에서 균일한 안테나 전류(IRF)가 흐른다. 또한, 플로팅 코일(60) 내에서는 그 일주의 루프 내에서 항상 동일한 크기의 유도 전류(IIND)가 흐른다.
따라서, 챔버(10)의 유전체창(52) 아래(내측)에 생성되는 도너츠 형상 플라즈마에서는 RF 안테나(54)(코일 세그먼트(84(1), 84(2))) 및 플로팅 코일(60)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 RF 안테나(54)(코일 세그먼트(84(1), 84(2))) 및 플로팅 코일(60)에서 고르거나 또는 균일한 안테나 전류(IRF) 및 유도 전류(IIND)가 각각의 루프 내를 흐르므로, 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 주제어부(80)의 제어 하에서 용량 가변부(82)에 의해 가변 콘덴서(58)의 정전 용량을 가변 조정함으로써, 플로팅 코일(60) 내에서 흐르는 유도 전류(IIND)의 방향 및 전류량을 임의로 제어할 수 있다. 이에 의해, 플로팅 코일(60)의 직하 부근에서 생성되는 플라즈마의 밀도를 임의로 제어하고, 나아가서는 도너츠 형상 플라즈마가 처리 공간에서 사방(특히, 직경 방향)으로 확산되는 결과로서 얻어지는 서셉터(12) 근방의 플라즈마 밀도 분포를 직경 방향에서 임의 또는 다양하게 제어할 수 있다. 플로팅 코일(60)의 작용에 대해서는 후에 상세히 설명한다.
본 실시예에서는 전기적으로 병렬 접속되는 복수의 코일 세그먼트(84(1), 84(2))에 의해 RF 안테나(54)가 구성되어 있으므로, RF 안테나(54) 내의 파장 효과및 전압 강하는 개개의 코일 세그먼트(84(1), 84(2))마다 그 길이에 의존한다. 따라서, 개개의 코일 세그먼트(84(1), 84(2)) 내에서 파장 효과를 일으키지 않도록, 그리고 전압 강하가 너무 커지지 않도록 각각의 코일 세그먼트(84(1), 84(2))의 길이를 선정함으로써, RF 안테나(54) 내의 파장 효과 또는 전압 강하의 문제를 모두 해결할 수 있다. 파장 효과의 방지에 관해서는 각 코일 세그먼트(84(1), 84(2))의 길이를 고주파(RFH)의 1 / 4 파장보다 짧게(보다 바람직하게는, 충분히 짧게) 하는 것이 바람직하다.
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 저감시킬 수 있다고 하는 효과도 얻어진다.
플라즈마 생성에 대한 플로팅 코일(60)의 작용, 특히 가변 콘덴서(58)의 정전 용량을 가변할 시의 작용은 도 4에 도시한 바와 같은 심플한 모델(기본 구성)에 대하여 고찰하면 쉽게 이해할 수 있다. 본 실시예에서 복수(2 개)의 코일 세그먼트(84(1), 84(2))로 이루어지는 RF 안테나(54)는 유도 결합의 플라즈마를 생성하는 작용에 관해서는 도시한 바와 같은 동일 구경의 원환 형상 1 회 감은 코일[54]과 등가이다.
도 4의 모델에서 고주파 전원(64)으로부터 RF 안테나(54)로 일정 주파수(f)의 고주파(RFH)를 공급하여, RF 안테나(54)에 안테나 전류(IRF)를 흘렸을 때, 전자 유도에 의해 플로팅 코일(60) 내에 발생하는 기전력, 즉 유도 기전력(VIND)은 패러데이의 법칙으로부터 다음의 식 (1)로 나타난다.
Figure pat00001
여기서, ω는 각주파수(ω = 2πf), M은 RF 안테나(54)와 플로팅 코일(60) 간의 상호 인덕턴스이다. 또한, 상기한 식 (1)에서는 플로팅 코일(60)과 플라즈마 간의 상호 인덕턴스는 상대적으로 작으므로 무시되고 있다.
이 유도 기전력(VIND)에 의해 플로팅 코일(60) 내에서 흐르는 전류(유도 전류)(IIND)는 다음의 식 (2)로 나타난다.
Figure pat00002
여기서, Z60은 플로팅 코일(60)의 임피던스, R60은 플로팅 코일(60)의 저항(플라즈마에 흡수되는 파워에 기인하는 저항 성분도 포함함), L60은 플로팅 코일(60)의 자기 인덕턴스, 그리고 C58은 가변 콘덴서(58)의 정전 용량이다.
플로팅 코일(60)의 일반적인 재질 및 구조 및 통상의 사용 형태에서는 ｜R60｜ ≤ ｜L60ω - 1 / C58ω｜이므로, 유도 전류(IIND)는 다음의 근사식 (3)으로 나타난다.
Figure pat00003
이 식 (3)은 가변 콘덴서(58)의 정전 용량(C58)에 따라 플로팅 코일(60) 내에서 흐르는 유도 전류(IIND)의 방향이 주회 방향에서 바뀌는 것을 의미한다. 즉, 플로팅 코일(60) 내에서 직렬 공진이 일어날 때의 가변 콘덴서(58)의 정전 용량(C58)의 값을 CR로 하면, C58이 CR보다 클 경우에는 L60ω > 1 / C58ω가 되어, 즉 플로팅 코일(60) 내의 리액턴스(L60ω - 1 / C58ω)가 양의 값이 되어, 플로팅 코일(60) 내에는 음극성(안테나 전류(IRF)와 주회 방향에서 반대 방향)의 유도 전류(IIND)가 흐른다. 그러나, C58이 CR보다 작을 경우에는 L60ω < 1 / C58ω가 되어, 즉 플로팅 코일(60) 내의 리액턴스(L60ω - 1 / C58ω)가 음의 값이 되어, 플로팅 코일(60) 내에는 양극성(RF 안테나(54)를 흐르는 전류(IRF)와 주회 방향에서 동일한 방향)의 유도 전류(IIND)가 흐른다. 이 특성을 도 5의 그래프(플롯도)에 나타낸다.
도 5의 그래프에서 횡축은 가변 콘덴서(58)의 정전 용량(C58)이며, 20 pF에서 1000 pF까지 연속적으로 변화시키고 있다. 종축은 유도 전류(IIND)와 안테나 전류(IRF)의 비(IIND / IRF)이며, RF 안테나(54)를 흐르는 안테나 전류(IRF)에 대하여 몇 배의 유도 전류(IIND)가 플로팅 코일(60) 내에 흐르는가를 나타내고 있다. 전류비(IIND / IRF)가 양의 값일 때에는 유도 전류(IRF)가 주회 방향에서 안테나 전류(IRF)와 동일한 방향으로 흐른다. 반대로, 전류비(IIND / IRF)가 음의 값일 때에는 유도 전류(IIND)가 주회 방향에서 안테나 전류(IRF)와 반대 방향으로 흐른다. 또한, 이 그래프의 계산예에서는 f(ω / 2π) = 13.56 MHz, M = 350 nH, L60 = 580 nH로 하고 있다. 이 경우, 플로팅 코일(60) 내에서 직렬 공진을 일으키는 정전 용량(C58)의 값(CR)은 L60ω = 1 / CRω의 공진 조건으로부터, CR ≒ 230 pF이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 가변 콘덴서(58)의 정전 용량(C58)이 20 pF일 때에는 유도 전류(IIND)는 0에 가까운 양의 값이 된다. C58의 값을 20 pF으로부터 증가시키면, 유도 전류(IIND)는 양의 방향(안테나 전류(IRF)와 동일한 방향)으로 점차적으로 증대하여, 곧 안테나 전류(IRF)를 능가하고, 그로부터는 지수 함수적으로 증대하여, 직렬 공진을 일으키는 정전 용량치(CR)의 직전에 최대가 된다. 그리고, C58의 값이 CR을 넘음과 동시에 유도 전류(IIND)가 음의 방향(안테나 전류(IRF)와 반대 방향)으로 큰 전류가 된다. 또한, C58의 값을 증가시키면, 유도 전류(IIND)는 음의 방향을 유지한 채 대수(對數) 함수적으로 작아져, 최종적으로는 안테나 전류(IRF)보다 절대치적으로 작은 값(IS)에 점차 근접한다. 여기서, 포화치(IS)는 IS ≒ MIRF / L60이며, 상기한 예(M = 350 nH, L60 = 580 nH)에서는 IS ≒ 0.6 IRF이다.
플로팅 코일(60)의 작용 중에서 특히 중요한 점은 가변 콘덴서(58)의 정전 용량(C58)의 값에 따라 유도 전류(IIND)가 흐르는 방향이 바뀌고, 이에 따라 챔버(10) 내에서 생성되는 도너츠 형상 플라즈마 내의 플라즈마 밀도 분포에 주는 영향(작용 효과)이 완전히 달라지는 것이다.
즉, 플로팅 코일(60) 내에서 유도 전류(IIND)가 주회 방향에서 안테나 전류(IRF)와 반대 방향으로 흐를 때에는 그 코일 도체의 직하 위치 부근에서 유도 자계의 강도 내지는 유도 결합 플라즈마의 밀도를 국소적으로 저감시키는 작용 효과가 얻어지고, 유도 전류(IIND)의 전류치가 클수록 그 플라즈마 밀도 저감 효과의 정도가 증가한다.
이에 대하여, 플로팅 코일(60) 내에서 유도 전류(IIND)가 주회 방향에서 안테나 전류(IRF)와 동일한 방향으로 흐를 때에는 그 코일 도체의 직하 위치 부근에서 유도 자계의 강도 내지는 유도 결합 플라즈마의 밀도를 국소적으로 증강시키는 작용 효과가 얻어지고, 유도 전류(IIND)의 전류치가 클수록 그 플라즈마 밀도 증강 효과의 정도가 증가한다.
따라서, 가변 콘덴서(58)의 정전 용량(C58)을 가변함으로써, 플로팅 코일(60)을 소정 위치에 고정한 상태 하에서, 챔버(10) 내에서 생성되는 도너츠 형상 플라즈마 내의 플라즈마 밀도 분포를 자유롭게 제어하고, 나아가서는 도너츠 형상 플라즈마가 처리 공간에서 사방(특히, 직경 방향)으로 확산되는 결과로서 얻어지는 서셉터(12) 근방의 플라즈마 밀도 분포를 직경 방향에서 임의 또는 다양하게 제어할 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이 안테나 전류(IRF)와 주회 방향에서 동일한 방향의 유도 전류(IIND)를 플로팅 코일(60) 내에서 흘림으로써, RF 안테나(54)뿐 아니라 플로팅 코일(60)에도 유도 결합 플라즈마의 생성에 적극적 또는 플러스로 작용시키는 경우의 효과로서, RF 파워 공급 효율을 향상시키는 면도 있다. 즉, 유도 결합 플라즈마의 생성을 증강시키는 방향으로 플로팅 코일(60)을 작용시킬 경우에는 RF 안테나(54)측의 부담이 가벼워져, RF 안테나(54)로 공급하는 고주파 전류(IRF)의 전류량을 저감시킬 수 있다. 이에 따라, 고주파 급전 계통의 각 부(특히, 정합기(66), 고주파 급전 라인(68) 등)에서 발생하는 고주파(RFH)의 파워 손실을 저감시킬 수 있다.
상술한 도 4의 모델은 RF 안테나(54)의 직경 방향 내측에 플로팅 코일(60)을 배치하고 있지만, 도 6에 도시한 바와 같이, RF 안테나(54)의 직경 방향 외측에 플로팅 코일(60)을 배치하는 구성에서도 작용은 동일하다. 즉, 상호 인덕턴스(M)가 동일하면, 플로팅 코일(60)이 RF 안테나(54)의 내측이어도 외측이어도, 플로팅 코일(60)에는 동일한 방향 및 동일한 크기의 유도 전류(IIND)가 흐른다.
단, 플로팅 코일(60)이 RF 안테나(54)로부터 멀리 떨어져 있으면, 상호 인덕턴스(M)는 작아지고, 플로팅 코일(60) 내에 여기되는 유도 기전력(VIND)이 약해(낮아)진다. 그러나, 이러한 경우에도, 가변 콘덴서(58)의 정전 용량(C58)을 조정하여 플로팅 코일(60) 내에서 직렬 공진 상태 내지는 이에 가까운 상태를 만듦으로써, 실용상 충분한 크기의 유도 전류(IIND)를 얻는 것은 가능하다.
단, 플로팅 코일(60) 내에서 직렬 공진 상태 또는 이에 가까운 상태가 발생할 시에는 상기한 근사식 (3)은 적합하지 않고, 다음의 근사식 (4)가 적합하다.
Figure pat00004
이 식 (4)로부터 알 수 있는 바와 같이, 플로팅 코일(60) 내에서 직렬 공진 상태 또는 이에 가까운 상태가 발생할 경우에는 유도 전류(IIND)가 안테나 전류(IRF)에 대하여 90° 전후의 위상차를 가진다. 이러한 경우, 상호 인덕턴스(M)가 너무 작으면, 즉 식 (4)의 계수(Mω / R60)가 너무 작으면 실용에 적합하지 않다. 따라서, 이 계수(Mω / R60)가 1 보다 큰 것, 즉 다음의 조건식 (5)가 충족되는 것이 필요하다.
Figure pat00005
여기서, 우변의 R60은 상기한 바와 같이 플로팅 코일(60)의 저항이며, 이 코일 도체의 저항(R60C)과 플라즈마측의 파워 흡수에 상당하는 저항(R60P)의 합(R60C ＋ R60P)인데, 대체로 전자(前者)(R60C)가 지배적이며, 설계 상은 후자(後者)(R60P)를 무시할 수 있다.
이론적으로는, RF 안테나(54) 및 플로팅 코일(60)이 도 4 또는 도 6과 같은 원환 형상 1 회 감은 코일로서, 양자의 반경이 각각 a, b, 양자 간의 거리가 d라고 하면, 상호 인덕턴스(M)는 다음의 식 (6)으로 나타난다.
Figure pat00006
일례로서, 동일 평면 상에 반경 50 mm인 RF 안테나(54)와, 반경 r의 플로팅 코일(60)을 동축에 배치할 경우, 상기한 식 (6)으로부터 구해지는 상호 인덕턴스(M)와 각주파수(ω)의 곱(Mω)은 도 7에 나타낸 바와 같은 특성으로 플로팅 코일(60)의 반경(r)에 의존한다. 단, f(ω / 2π) = 13.56 MHz로 하고 있다.
플로팅 코일(60)의 저항(R)의 전형적인 값으로서 R = 1(Ω)으로 계산하면, 도 7로부터 r < 약 150 mm, 즉 플로팅 코일(60)의 반경(r)이 RF 안테나(54)의 반경(50 mm)의 약 3 배 이내이면, Mω > 1, 즉 상기한 조건식 (5)가 충족된다.
또한, 도 7의 특성은 플로팅 코일(60)이 직경 방향에서 RF 안테나(54)의 외측에 있는 것을 가정하고 있다. 플로팅 코일(60)이 직경 방향에서 RF 안테나(54)의 내측에 있을 경우에는 양자의 관계가 반대가 되고, 안테나(54)의 반경(50 mm)이 플로팅 코일(60)의 반경(r)의 약 3 배 이하이면, Mω > 1, 즉 상기한 조건식 (5)이 성립한다. 관점을 바꾸면, 플로팅 코일(60)의 반경(r)이 RF 안테나(54)의 반경의 약 1 / 3 배 이상이면, Mω > 1, 즉 상기한 조건식 (5)가 충족된다.
［실시예 2］
이어서, 도 8 ~ 도 10에 따라 본 발명의 제 2 실시예를 설명한다.
도 8에 이 제 2 실시예에서의 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치의 구성을 도시하고, 도 9 및 도 10에 이 제 2 실시예에서의 RF 안테나(54) 및 플로팅 코일(60)의 배치 구성(레이아웃) 및 전기적 결선 구성을 도시한다. 도면 중, 상술한 제 1 실시예의 장치(도 1)와 동일한 구성 또는 기능을 가지는 부분에는 동일한 부호를 부여하고 있다.
이 제 2 실시예에서는 RF 안테나(54)가 반경이 상이한 원환 형상의 내측 안테나 코일(54i) 및 외측 안테나 코일(54o)을 가지고 있다. 여기서, 외측 안테나 코일(54o)은 상술한 제 1 실시예에서의 RF 안테나(54)에 상당하는 구성, 즉 공간적으로는 원환 형상의 일주 루프를 따라 직렬로 배치되고, 전기적으로는 병렬로 접속되어 있는 복수, 예를 들면 2 개의 코일 세그먼트(84(1), 84(2))를 가지고, 직경 방향에서 챔버(10)의 측벽쪽에 위치하고 있다.
내측 안테나 코일(54i)은 플로팅 코일(60)보다 작은 구경을 가지는 단일의 원형 코일 세그먼트(90)로 이루어지고, 플로팅 코일(60) 및 외측 안테나 코일(54o)과 동일 평면 상(유전체창(52) 상)에서 동축에 배치되어 있다. 이 내측 코일 세그먼트(90)는 단체(單體)로 주회 방향의 일주 또는 그 대부분을 매립하도록 환상으로 연장되어 있고, 그 양 단(端)(90(RF-In), 90(RF-out))이 주회 방향에서 내측 간극(G90)을 개재하여 서로 대향 또는 인접하고 있다. 내측 코일 세그먼트(90)의 일방의 단(端), 즉 RF 입구단부(90(RF-In))는 상방으로 연장되는 접속 도체(92) 및 고주파 입구측의 노드(NA)를 개재하여 고주파 급전부(62)로부터의 RF 급전 라인(68)에 접속되어 있다. 내측 코일 세그먼트(90)의 타방의 단(端), 즉 RF 출구단(90(RF-Out))은 상방으로 연장되는 접속 도체(94) 및 고주파 출구측의 노드(NC)를 개재하여 어스 라인(70)에 접속되어 있다. 그리고, 노드(NB)와 노드(NC)의 사이에는 임피던스 조정부로서의 가변 콘덴서(96)가 접속(삽입)되어 있다.
일례로서, 피처리 기판인 반도체 웨이퍼(W)의 구경이 300 mm일 경우, 내측 안테나 코일(54i), 플로팅 코일(60) 및 외측 안테나 코일(54o)의 구경은 각각 100 mm, 200 mm 및 300 mm로 선정된다.
이와 같이 내측 안테나 코일(54i)(코일 세그먼트(90)), 외측 안테나 코일(54o)(코일 세그먼트(84(1), 84(2))) 및 플로팅 코일(60)의 삼자가 서로 유사한 코일 형상을 가지고, 플로팅 코일(60)이 내측 안테나 코일(54i)과 외측 안테나 코일(54o)의 정중앙에 동축에 배치되는 구성에 의하면, 후술하는 바와 같이 RF 안테나(54)(내측 안테나 코일(54i) / 외측 안테나 코일(54o))에서의 안테나 내 분배 전류의 밸런스의 제어와 플로팅 코일(60) 내에서 흐르는 유도 전류(IIND)의 방향 및 크기(전류량)의 제어를 각각 독립적으로 행할 수 있다.
이러한 독립 제어를 행할 수 있는 주된 이유는 플로팅 코일(60)과 내측 안테나 코일(54i) 간의 상호 인덕턴스를 Mi로 하고, 플로팅 코일(60)과 외측 안테나 코일(54o) 간의 상호 인덕턴스를 Mo로 하면, Mi = Mo의 관계가 있기 때문이다.
내측 안테나 코일(54i) 및 외측 안테나 코일(54o)에 안테나 내 분배 전류(IRFi, IRFo)가 각각 흐를 시, 플로팅 코일(60) 내에 발생하는 유도 기전력(VIND)은 중첩의 원리에 의해 내측 안테나 코일(54i)을 내측의 안테나 내 분배 전류(IRFi)가 흐를 시에 플로팅 코일(60) 내에 발생하는 유도 기전력과, 외측 안테나 코일(54o)을 외측의 안테나 내 분배 전류(IRFo)가 흐를 시에 플로팅 코일(60) 내에 발생하는 유도 기전력을 합한 것이 된다. 여기서, 각각의 상호 인덕턴스(Mi, Mo)가 동일하다고 하면, 상기한 식 (1), (2), (3)으로부터, 플로팅 코일(60)에 발생하는 유도 기전력 나아가서는 유도 전류(IIND)는 안테나 내 분배 전류(IRFi, IRFo)의 비(IRFi / IRFo)에는 관계없이 그들의 합(IRFi ＋ IRFo)에 의존하는 것을 알 수 있다.
또한, 플로팅 코일(60)은 내측 안테나 코일(54i)과 외측 안테나 코일(54o)의 중간(바람직하게는, 정중앙)에, 즉 양 안테나 코일(54i, 54o) 모두에 근접하여 배치되므로, 상호 인덕턴스(Mi, Mo)의 쌍방을 크게 할 수 있다.
이 제 2 실시예에서는 RF 안테나(54) 내에서 내측 및 외측 안테나 코일(54i, 54o)을 각각 흐르는 안테나 전류(IRFi, IRFo)의 밸런스(비)를 임의로 조정하기 위하여, 노드(NA)와 노드(NC)의 사이에서 내측 안테나 코일(54i)과는 병렬로 접속되고, 외측 안테나 코일(54o)과는 직렬로 접속되는 가변 콘덴서(96)를 설치하고, 주제어부(80)의 제어 하에서 용량 제어부(82)에 의해 가변 콘덴서(96)의 정전 용량(C96)을 가변할 수 있도록 하고 있다.
즉, 내측 안테나 코일(54i)의 임피던스를 Zi, 외측 안테나 코일(54o)과 가변 콘덴서(96)의 합성 임피던스를 Zo로 하면, 안테나 내 분배 전류(IRFi, IRFo)의 밸런스(비)는 다음의 식 (7)과 같이 그들의 임피던스의 비로 정해져, 플로팅 코일(60) 내에서 흐르는 유도 전류(IIND)에는 영향을 주지 않는다.
Figure pat00007
본 실시예에서는 고주파 급전부(62)로부터 RF 안테나(54)로 공급되는 고주파 전류가 내측 안테나 코일(54i)과 외측 안테나 코일(54o)로 나뉘어 흐른다. 여기서, 가변 콘덴서(96)의 정전 용량(C96)을 가변함으로써, 외측 안테나 코일(54o) 및 가변 콘덴서(96)의 합성 임피던스(Zo)를 가변하고, 나아가서는 내측 안테나 전류(IRFi)와 외측 안테나 전류(IRFo) 간의 분배비를 조절할 수 있다.
보다 상세하게는, 내측 안테나 코일(54i)을 흐르는 내측 안테나 전류(IRFi)와 외측 안테나 코일(54o)을 흐르는 외측 안테나 전류(IRFo)는 통상은 주회 방향에서 동일한 방향으로 설정된다. 그러기 위해서는 합성 임피던스(Zo)의 허수 성분, 즉 합성 리액턴스(Xo)가 양의 값이 되는 영역에서 가변 콘덴서(96)의 정전 용량(C96)을 가변하면 된다. 이 경우, Xo > 0의 영역 내에서 C96의 값을 작게 할수록, 합성 리액턴스(Xo)의 값이 작아져, 외측 안테나 전류(IRFo)의 전류량이 상대적으로 커지고, 그 만큼 내측 안테나 전류(IRFi)의 전류량이 상대적으로 작아진다. 반대로, Xo > 0의 영역 내에서 C96의 값을 크게 할수록, 합성 리액턴스(Xo)의 값이 커져, 외측 안테나 전류(IRFo)의 전류량이 상대적으로 작아지고, 그 만큼 내측 안테나 전류(IRFi)의 전류량이 상대적으로 커진다.
이와 같이, 본 실시예의 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치에서는 콘덴서(96)의 정전 용량(C96)을 가변함으로써, 내측 안테나 코일(54i)(코일 세그먼트(90))을 흐르는 내측 안테나 전류(IRFi)와 외측 안테나 코일(54o)(코일 세그먼트(84(1), 84(2)))을 흐르는 외측 안테나 전류(IRFo)와의 밸런스를 임의로 제어하고, 나아가서는 내측 안테나 코일(54i) 및 외측 안테나 코일(54o)의 각각의 직하 위치 부근에서의 유도 결합 플라즈마 밀도의 밸런스를 임의로 제어할 수 있다. 또한, 양 안테나 전류(IRFi, IRFo)의 밸런스에 영향을 받지 않고 콘덴서(58)의 정전 용량(C58)을 가변함으로써, 중간의 플로팅 코일(60)을 흐르는 유도 전류(IIND)의 전류량을 임의로 조절하고, 나아가서는 플로팅 코일(60)의 직하 위치 부근에서의 유도 결합 플라즈마 밀도의 밸런스를 임의로 제어할 수 있다. 이에 의해, 서셉터(12) 근방의 플라즈마 밀도를 직경 방향에서 한층 다양하고 또한 세밀하게 제어하는 것이 가능하며, 서셉터(12) 근방의 플라즈마 밀도 분포를 직경 방향에서 균일화하는 것도 한층 고정밀도로 행할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 고주파 급전부(62)의 정합기(66)에 직접 접속되어 있는 것은 내측 안테나 코일(54i)(코일 세그먼트(90)) 및 외측 안테나 코일(54o)(코일 세그먼트(84(1), 84(2)))뿐이며, 정합기(66)로부터 직접 보이는 부하 저항은 이들 안테나 코일(54i(90), 54o(84(1), 84(2)))의 저항 성분뿐이다. 플로팅 코일(60)에서 소비되는 파워(플라즈마에 흡수되는 파워도 포함함)에 상당하는 저항 성분은 결과적으로 안테나 코일(54i(90), 54o(84(1), 84(2)))의 저항 성분에 직렬 접속으로 더해지게 된다. 이와 같이, 플로팅 코일(60)을 이용함으로써, RF 코일(54)의 외관 상의 부하 저항 성분이 증대하므로, 고주파 급전부(62)에서의 고주파 전력의 손실을 저감시키고, 플라즈마 생성 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 플로팅 코일(60)의 배치에 관하여, 상술한 실시예에서는 플로팅 코일(60)의 효과(플라즈마 밀도 증강 작용 또는 플라즈마 밀도 저감 작용)를 최대화하도록, 플로팅 코일(60)을 RF 안테나(54)와 동일 평면 상(전형적으로는 유전체창(52) 상)에 배치했다. 그러나, 플로팅 코일(60)의 효과를 약하게 하는 것이 바람직할 경우도 있다.
예를 들면, 도 5로부터 보아 알 수 있는 바와 같이, 플로팅 코일(60)에 반대 방향의 유도 전류(IIND)를 흘릴 경우에는 그 전류치가 0은 되지 않고, 플로팅 코일(60)의 효과(플라즈마 밀도 저감 작용)가 너무 강한 경우가 있을 수 있다. 이러한 경우에는 플로팅 코일(60)을 천판의 유전체창(52)으로부터(즉, 플라즈마 영역으로부터) 상방으로, 예를 들면 10 mm ~ 20 mm 정도 떨어뜨려 배치함으로써, 플로팅 코일(60)의 너무 강한 효과를 적당히 약하게 할 수 있다. 이에 의해, 가변 콘덴서(58)에 의해 유도 전류(IIND)의 전류량을 조정하여 플라즈마 밀도 분포를 조정할 시, 정확히 평탄한 프로파일이 되는 영역을 콘덴서(58)의 정전 용량(C58)의 가변 범위에 포함할 수 있다.
또한, 플로팅 코일(60)에 정방향의 유도 전류(IIND)를 흘릴 경우라도, 가변 콘덴서(58)의 정전 용량(C58)의 가변 범위의 하한이 비교적 큰 값일 경우에는 정방향이라도 유도 전류(IIND)의 전류치를 0에 가까운 값까지 조정할 수 없게 된다. 이러한 경우에도, 플로팅 코일(60)을 유전체창(52)으로부터 상방으로 떨어뜨려, 플로팅 코일(60)의 효과를 적당히 약하게 하는 기법을 적합하게 취할 수 있다.
이와 같이, 플로팅 코일(60)의 높이 위치 또는 유전체창과의 거리 간격을 변경함으로써, 플로팅 코일(60)의 효과 가감을 조절할 수 있다. 따라서 적합한 일실시예로서, 플로팅 코일(60)의 높이 위치를 임의로 가변하는 기구를 구비할 수도 있다.
［플로팅 코일의 구조에 관한 실시예 1］
이어서, 도 11 ~ 도 15를 참조하여, 본 발명의 유도 결합형 플라즈마 처리 장치에서 플로팅 코일(60) 내의 가변 콘덴서(58)에 시판품인 콘덴서 소자를 이용할 경우의 실시예를 설명한다.
도 11에 도시한 실시예는 플로팅 코일(60)에 하나의 틈(G60)을 형성하고, 이 곳에 시판품인 2 단자형 콘덴서(58)를 장착한다. 이 실시예에서의 특징은 플로팅 코일(60)의 코일 도체와 콘덴서(58)의 패키지 본체의 단자를 연결하는 콘덴서 접속 도체(100a, 100b)를 코일 도체보다 상방(바람직하게는, 수직 상방)에 세워 놓은 구성에 있다.
상기한 바와 같이 플로팅 코일(60)에 큰 유도 전류(IIND)를 흘릴 경우에는 대전류를 흘릴 수 있는 큰 사이즈의 가변 콘덴서(58)가 이용된다. 그러나, 콘덴서(58)의 사이즈가 크면 틈(G60)의 사이즈도 커져, 플로팅 코일(60)의 루프 상에서 틈(G60)의 개소가 플로팅 코일(60)의 전자계적인 작용상 무시할 수 없는 특이점이 될 수 있다.
이 실시예에서는 상기한 바와 같이 콘덴서 접속 도체(100a, 100b)를 수직 상방으로 연장하여 콘덴서 본체를 코일 도체보다 일단 상방에(플라즈마측으로부터 일단 멀리 떨어뜨려) 배치하므로, 콘덴서 본체가 플라즈마측으로부터 보기 어려운 구조, 즉 마스킹되는 구조로 되어 있다.
도 12a 및 도 12b에 도시한 다른 실시예에서는 플로팅 코일(60)의 틈(G60)을 코일 주회 방향에 대하여(또는 코일 반경 방향에 대하여) 일정한 각도(예를 들면 45°)로 비스듬히 형성하고 있다. 그리고, 틈(G60)을 개재하여 서로 대향하는 코일 도체의 양 개방 단부(端部)에 각각 설치되는 한 쌍의 콘덴서 급전 포인트(콘덴서 접속 도체(100a, 100b)의 기단의 위치)(102a, 102b)가 코일 중심(O)을 통과하는 반경 방향의 직선(F) 상에 위치하도록 구성되어 있다. 이러한 구성에 의해, 플라즈마측으로부터는 틈(G60)의 개소가 보기 어려워져, 플로팅 코일(60)의 코일 도체가 주회 방향에서 흡사 연속하고 있는 것처럼 보인다.
일변형예로서. 플로팅 코일(60)의 틈(G60)을 비스듬한 일직선이 아닌, 도 12c에 도시한 바와 같은 중첩 구조체를 가능하게 하는 비스듬한 형상으로 하는 것도 가능하다.
도 13a에 도시한 다른 실시예에서는 플로팅 코일(60)의 틈(G60)이 코일 도체를 코일 반경 방향에 대하여 비스듬히 절단하여 연장되어 있을 뿐 아니라, 종방향(코일축 방향)에 대해서도 비스듬히 절단하여 연장되어 있는 구성이 특징적이다. 이러한 구성에 의해, 플라즈마측으로부터는 틈(G60)의 개소가 한층 보기 어려워지고, 주회 방향에서의 플로팅 코일(60)의 코일 도체의 의사적(擬似的) 연속성이 더 향상된다.
또한, 플로팅 코일(60)의 코일 도체의 단면 형상은 임의이며, 예를 들면 도 13b에 도시한 바와 같이 삼각, 사각 또는 원 중 어느 것이어도 좋다.
도 14에 플로팅 코일(60)의 틈(G60)에 기인하는 특이점의 존재를 해소 또는 억제하는데 유효한 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예에서는 플로팅 코일(60)에 주회 방향으로 일정한 간격을 두고 복수 개, 예를 들면 3 개의 가변 콘덴서(58)를 설치하고 있다.
원래, 유도 결합형 플라즈마 처리 장치는 RF 안테나의 직하에서는 직경 방향으로 불균일하게(도너츠 형상으로) 플라즈마를 생성하고, 이를 확산시켜 서셉터측의 기판 상에 균일한 플라즈마가 얻어지도록 설계되는 것이다. 주회 방향에서 도너츠 형상 플라즈마 내의 플라즈마 밀도에 불균일한 개소가 있을 경우에도, 당연히 확산에 의한 평활화가 발생하지만, 직경 방향에 비하면 주회 방향에서는 평활화에 필요한 확산 거리가 길기 때문에, 평활화 또는 균일화하기 어려운 경향이 있다.
이 점에 관해서는, 도 14에 도시한 바와 같이, 불연속점을 주회 방향으로 일정 간격으로 복수 형성하면, 평활화에 필요한 확산 거리가 짧아진다. 예를 들면, 도시한 바와 같이 플로팅 코일(60)에 120° 간격으로 3 개의 틈(G60)을 형성하면, 주회 방향에서 플라즈마의 확산에 필요한 거리는 원주의 1 / 3이 되어, 평활화 및 균일화를 쉽게 할 수 있다.
도 15의 실시예는 도 14의 실시예의 일변형예이며, 플로팅 코일(60)에 더미의 틈(G60’)을 형성하고, 이 더미의 틈(G60’)에 더미의 콘덴서 전극(104) 및 더미의 콘덴서 접속 도체(106)를 설치하는 구성을 특징으로 한다. 더미의 틈(G60’)은 가변 콘덴서(58)을 장착하기 위한 본래의 틈(G60)과 완전히 동일한 구조로 좋고, 전부의 틈(G60, G60’)가 주회 방향으로 등간격으로 배치되도록, 본래의 틈(G60)과 혼재하여 소정 위치에 1 개 또는 복수 형성된다. 더미의 콘덴서 전극(104)은 1 매의 도체판(예를 들면, 구리판)으로 구성되어도 된다. 더미의 콘덴서 접속 도체(106)도, 실제의 콘덴서 접속 도체(100a, 100b)와 동일한 재질 및 형상으로 제작되어도 된다.
도 14의 실시예에서는 플로팅 코일(60)에 전기적으로 직렬 접속으로 복수의 가변 콘덴서(58)를 설치하는데 반해, 도 15의 실시예는 1 개의 콘덴서(58)로 충분하다는 특징이 있다.
［플로팅 코일의 구조에 관한 실시예 2］
이어서 도 16 ~ 도 18을 참조하여, 가변 콘덴서(58)를 구조체로서 플로팅 코일(60)에 일체로 설치하는 일실시예를 도시한다.
도 16에 도시한 바와 같이 이 실시예에서는 틈(G60)에 인접하는 일방의 코일 도체 단부(60a) 상에는 동일한 두께를 가지는 판상(板狀) 또는 시트 형상의 유전체(108) 및 고정 접점 도체(110)가 고착된다. 여기서 고정 접점 도체(110)는 유전체(108)보다 틈(G60)으로부터 먼 위치에 배치된다. 또한, 반대측에서 틈(G60)에 인접하는 타방의 코일 도체 단부(60b) 상에는 유전체(108) 및 고정 접점 도체(110)와 동일한 두께를 가지는 판상 또는 시트 형상의 고정 접점 도체(112)가 고착된다. 가동 전극(114)은 면일(面一)에 배열된 고정 접점 도체(110), 유전체(108) 및 고정 접점 도체(112)의 상면을 슬라이드 이동하여 코일 주회 방향으로 이동할 수 있도록 되어 있다. 또한, 플로팅 코일(60)의 주회 방향은 엄밀하게는 원호이지만, 국소적으로 틈(G60)의 장소 부근에 한해 보면 직선 방향으로 간주해도 된다. 따라서, 가동 전극(114)이 직선적으로 이동해도, 플로팅 코일(60) 상으로부터 옆으로 벗어나지는 않는다.
용량 가변부(82)에서, 가동 전극(114)을 슬라이드 이동시키기 위한 슬라이드 기구(116)는, 예를 들면 볼 나사 기구로 이루어지고, 일정한 위치에서 수평으로 연장되는 이송 나사(118)를 회전 구동하기 위한 스테핑 모터(120)와, 이송 나사(118)와 나합하는 너트부(도시하지 않음)를 가지고, 이송 나사(118)의 회전에 의해 그 축 방향으로 수평 이동하는 슬라이더 본체(122)와, 이 슬라이더 본체(122)와 가동 전극(114)을 결합하는 압축 코일 스프링(124) 및 수직 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 감합하는 한 쌍의 원통체(126, 128)로 구성되어 있다. 여기서, 외측의 원통체(126)는 슬라이더 본체(122)에 고정되고, 내측의 원통체(128)는 가동 전극(114)에 고정되어 있다. 압축 코일 스프링(124)은 탄성력에 의해 가동 전극(114)을 고정 접점 도체(110), 유전체(108) 및 고정 접점 도체(112)에 누른다. 용량 제어부(130)는 스테핑 모터(120)의 회전 방향 및 회전량을 통하여 가동 전극(114)의 슬라이드 위치를 제어한다.
이 실시예에서는 틈(G60)을 사이에 두는 한 쌍의 코일 도체 단부(60e, 60f)의 사이에 도 17과 같은 등가 회로로 나타나는 가변 콘덴서(58), 제 1 스위치(S1) 및 제 2 스위치(S2)가 설치되어 있다. 여기서, 제 1 스위치(S1)는 가변 콘덴서(58)와 전기적으로 직렬로 접속되는 개폐기이며, 제 2 스위치(S2)는 가변 콘덴서(58)와 전기적으로 병렬로 접속되는 개폐기이다.
보다 상세하게, 가변 콘덴서(58)는 일방의 코일 도체 단부(60a)와 유전체(108)와 가동 전극(114)과 슬라이드 기구(116)에 의해 구성되어 있다. 제 1 및 제 2 스위치(S1, S2)는 고정 접점 도체(110, 112)와 가동 전극(114)과 슬라이드 기구(116)에 의해 구성되어 있다.
여기서, 도 18에 따라 이 실시예에서의 작용을 설명한다.
우선 도 18의 (a)에 도시한 바와 같이, 가동 전극(114)을, 편측의 코일 도체 단부(60b) 상의 고정 접점 도체(112)에만 접촉하고, 반대측의 코일 단부(60a) 상의 고정 접점 도체(110) 및 유전체(108) 모두와 접촉하지 않는 위치로 이동시킨다. 이 위치에서는 스위치(S1, S2) 모두 개방(OFF) 상태이며, 플로팅 코일(60)의 틈(G60)은 전기적으로 완전히 오픈(차단) 상태가 된다. 따라서, 플로팅 코일(60)에는 유도 전류에 IIND가 일절 흐르지 않고, 실질적으로 플로팅 코일(60)이 없는 경우와 동일하게 된다.
이어서, 도 18의 (b)에 도시한 바와 같이, 가동 전극(114)을, 편측의 코일 도체 단부(60b) 상의 고정 접점 도체(112)에 접촉하고, 반대측의 코일 도체 단부(60a) 상에서는 유전체(108)에는 접촉하고, 고정 접점 도체(110)에는 접촉하지 않는 위치로 이동시킨다. 이 위치에서 스위치(S2)는 개방(OFF) 상태인 채로, 스위치(S1)가 폐쇄(ON) 상태가 되고, 가변 콘덴서(58)가 유의의 커패시턴스를 가지고 기능(통전)한다.
이 가변 콘덴서(58)의 정전 용량은 가동 전극(114)을 고정 접점 도체(112)를 향해 이동시킬수록 커지고, 도 18의 (c)에 도시한 바와 같은 가동 전극(114)이 유전체(108)의 상면 전체를 덮는 위치까지 이동시킬 때에 최대가 된다.
그리고, 가동 전극(114)을 더 전진 이동시켜, 도 18의 (d)에 도시한 바와 같은 고정 접점 도체(110) 상까지 이동시키면, 양측의 고정 접점 도체(110, 112)끼리가 가동 전극(114)를 개재하여 단락하고, 스위치(S1)도 폐쇄(ON) 상태가 된다. 즉, 틈(G60)이 단락 상태가 되고, 플로팅 코일(60)은 코일 도체의 양 단이 닫힌 링이 된다.
또한, 도 17과 같이 가변 콘덴서(58)와 직렬 및/또는 병렬로 스위치(S1, S2)를 접속하는 구성은 시판품의 콘덴서 소자를 이용하는 실시예(도 11 ~ 도 15)에서도 실현할 수 있다. 또한, 직렬 접속의 스위치(S1)는 플로팅 코일(60)의 루프 내에서 가변 콘덴서(58)와는 다른 틈에 설치되어도 된다.
［RF 안테나 및 플로팅 코일의 레이아웃에 관한 다른 실시예 또는 변형예］
도 19 ~ 도 29에 RF 안테나(54) 및 플로팅 코일(60)의 레이아웃에 관한 다른 실시예 또는 변형예를 도시한다.
상기 제 2 실시예에서는, 플로팅 코일(60)을 직경 방향에서 내측 안테나 코일(54i)과 외측 안테나 코일(54o)의 사이(바람직하게는, 정중앙)에 배치했다. 다른 실시예로서, 도 19에 도시한 바와 같이 플로팅 코일(60)을 내측 안테나 코일(54i)의 직경 방향 내측에 배치하는 구성, 혹은 도 20에 도시한 바와 같이 플로팅 코일(60)을 외측 안테나 코일(54o)의 직경 방향 외측에 배치하는 구성도 가능하다.
또한, 구경이 상이한 복수의 플로팅 코일을 동축에 배치하는 것도 가능하다. 예를 들면, 도 21에 도시한 바와 같이, 내측 안테나 코일(54i)의 직경 방향 내측에 소 사이즈의 구경을 가지는 플로팅 코일(60i)을 배치하고, 내측 안테나 코일(54i)과 외측 안테나 코일(54o)의 사이에 중 사이즈의 구경을 가지는 플로팅 코일(60m)을 배치하고, 외측 안테나 코일(54o)의 직경 방향 외측에 대 사이즈의 구경을 가지는 플로팅 코일(60o)을 배치해도 된다. 이 경우에도, 플로팅 코일(60i, 60m, 60o)의 루프 내에 개별의 가변 콘덴서(58i, 58m, 58o)가 각각 설치된다. 혹은 도 22에 도시한 바와 같이, 2 개(내측 및 외측)의 안테나 코일(54i, 54o)의 사이에 구경이 상이한 복수(예를 들면, 2 개)의 플로팅 코일(60i, 60o)을 배치하는 구성도 가능하다.
RF 안테나(54)에 부가하는 임피던스 조정부에 대해서는, 도 23에 도시한 바와 같이, 고주파 입구측의 노드(NA)와 고주파 출구측의 노드(NC)의 사이에 외측 안테나 코일(54o)과 직렬로 접속되는 가변 콘덴서(96)를 설치할 뿐 아니라, 내측 안테나 코일(54i)과 직렬로 접속되는 고정 콘덴서(132)를 설치함으로써, 내측 및 외측 안테나 전류(IRFi, IRFo) 간의 밸런스 조정의 가변 범위를 크게 할 수 있다. 도 24에 도시한 바와 같이, 고정 콘덴서(132)를 가변 콘덴서(134)로 치환해도 된다.
반대로 도 25에 도시한 바와 같이, 노드(NA)와 노드(NC)의 사이에 내측 안테나 코일(54i)과 직렬로 접속되는 가변 콘덴서(134)를 설치하고, 외측 안테나 코일(54o)과 직렬로 접속되는 임피던스 조정부를 일절 설치하지 않는 구성도 가능하다. 혹은 내측 및 외측 안테나 코일(54i, 54o)을 각각 흐르는 내측 및 외측 안테나 전류(IRFi, IRFo) 간의 밸런스 조정의 가변 범위를 크게 하기 위하여, 도 26에 도시한 바와 같이, 노드(NA)와 노드(NC)의 사이에 내측 안테나 코일(54i)과 직렬로 접속되는 가변 콘덴서(134)를 설치하고, 또한 외측 안테나 코일(54o)과 직렬로 접속되는 고정 콘덴서(136)를 설치할 수도 있다.
도 27에 도시한 바와 같이, RF 안테나(54)의 종단측에서, 즉 노드(NC)와 어스 라인(70)의 사이(혹은 어스 라인(70) 상)에 RF 안테나(54) 내의 모든 코일 세그먼트(90, 84(1), 84(2))와 전기적으로 직렬로 접속되는 출구측의 공통 임피던스 조정부(예를 들면, 콘덴서)(138)를 적절히 구비할 수 있다. 이 출구측(종단)의 공통 임피던스 조정부(138)는 통상은 고정 콘덴서여도 좋지만, 가변 콘덴서여도 된다.
이 출구측(종단) 공통 임피던스 조정부(138)는 RF 안테나(54)의 전체의 임피던스를 조정하는 기능을 가질 뿐만 아니라, 콘덴서를 이용할 경우에는 RF 안테나(54)의 전체의 전위를 접지 전위로부터 직류적으로 인상하여, 천판 또는 유전체창(52)이 받는 이온 스퍼터를 억제하는 기능을 가진다. 이러한 공통 임피던스 조정부(138)는 상술한 다른 실시예 또는 변형예(도 19 ~ 도 26)에도 적용 가능하다.
도 28에 도시한 바와 같이, 내측 및 외측 안테나 코일(54i, 54o)을 각각 흐르는 내측 및 외측 안테나 전류(IRFi, IRFo) 간의 밸런스를 조정하기 위한 임피던스 조정부(가변 콘덴서(96))를 고주파 입구측의 노드(NA)와 노드(ND)의 사이에 설치하는 것도 가능하다. 여기서, 노드(NA)는 내측 및 외측 안테나 코일(54i, 54o) 간의 노드이며, 노드(ND)는 코일 세그먼트(84(1), 84(2)) 간의 노드이다.
또한, 도 29에 도시한 바와 같이, 주회 방향에서의 플라즈마 밀도 분포의 편향을 방지하기 위하여, 내측 및 외측 안테나 코일(54i, 54o) 내의 틈(G90, G84) 및 플로팅 코일(60) 내의 틈(G60)의 각각의 위치를 주회 방향에서 서로 어긋나게 하는 구성을 적합하게 취할 수 있다.
［3 계통의 안테나 코일에 관한 실시예］
도 30에 RF 안테나(54)를 구경이 상이한 3 계통의 안테나 코일(55i, 55m, 55o)에 의해 구성하는 일실시예를 도시한다. 이 RF 안테나(54)에서, 가장 작은 구경을 가지는 내측 안테나 코일(55i) 및 중간의 구경을 가지는 중간 안테나 코일(55m)은 상기 제 2 실시예에서의 내측 안테나 코일(54i) 및 외측 안테나 코일(54o)에 대응하는 구성을 각각 가지고 있다. 이 실시예에서 가장 큰 구경을 가지는 외측의 안테나 코일(55o)은 주회 방향으로 분할되어 있는 3 개의 외측 코일 세그먼트(140(1), 140(2), 140(3))로 이루어진다. 이들 3 계통의 안테나 코일(55i, 55m, 55o)은 바람직하게는 유사한 루프 형상(도시의 예는 원환 형상)을 가지고, 동일 평면 상(유전체창(52) 상)에서 동축(동심 형상)에 배치된다.
일례로서, 피처리 기판인 반도체 웨이퍼(W)의 구경이 300 mm일 경우, 내측, 중간 및 외측 안테나 코일(55i, 55m, 55o)의 구경은 각각 100 mm, 300 mm 및 500 mm로 선정된다.
외측 안테나 코일(55o)을 구성하는 3 개의 외측 코일 세그먼트(140(1), 140(2), 140(3))는 공간적으로는 각각이 약 1 / 3 주의 원호 형상으로 형성되어 있고, 전체로 주회 방향의 일주 또는 그 대부분을 매립하도록 직렬로 배치되어 있다. 보다 상세하게는, 외측 안테나 코일(55o)의 일주 루프 내에서 제 1 외측 코일 세그먼트(140(1))의 RF 입구단(140(1)(RF-In))과 제 3 외측 코일 세그먼트(140(3))의 RF 출구단(140(3)(RF-Out))이 주회 방향으로 외측 간극(G140)을 개재하여 서로 대향 또는 인접하고, 제 1 외측 코일 세그먼트(140(1))의 RF 출구단(140(1)(RF-Out))과 제 2 외측 코일 세그먼트(140(2))의 RF 입구단(140(2)(RF-In))이 주회 방향으로 다른 외측 간극(G140)을 개재하여 서로 대향 또는 인접하고, 제 2 외측 코일 세그먼트(140(2))의 RF 출구단(140(2)(RF-Out))과 제 3 외측 코일 세그먼트(140(3))의 RF 입구단(140(3)(RF-In))이 주회 방향으로 다른 외측 간극(G140)을 개재하여 서로 대향 또는 인접하고 있다.
이와 같이, 고주파 급전부(62)의 RF 급전 라인(68)과 어스 라인(70)의 사이에서, 또는 고주파 입구측의 노드(NA)와 고주파 출구측의 노드(NC)의 사이에서, 중간 안테나 코일(55m)을 구성하는 2 개의 중간 코일 세그먼트(84(1), 84(2))끼리가 서로 전기적으로 병렬로 접속되고, 또한 외측 안테나 코일(55o)을 구성하는 3 개의 외측 코일 세그먼트(140(1), 140(2), 140(3))끼리가 서로 전기적으로 병렬로 접속되고, 또한 내측 안테나 코일(55i)을 단체로 구성하는 내측 코일 세그먼트(90)도 이들의 중간 코일 세그먼트(84(1), 84(2)) 및 외측 코일 세그먼트(140(1), 140(2), 140(3))와 전기적으로 병렬로 접속되어 있다. 그리고, 중간 코일 세그먼트(84(1), 84(2))를 각각 흐르는 중간 안테나 전류(IRFm)의 방향이 주회 방향에서 동일하게 되고, 외측 코일 세그먼트(140(1), 140(2), 140(3))를 각각 흐르는 외측 안테나 전류(IRFo)의 방향이 주회 방향에서 전부 동일하게 되도록, RF 안테나(54) 내의 각 부가 결선되어 있다.
이 실시예에서는 바람직한 일형태로서, 중간 안테나 코일(55m)을 구성하는 2 개의 중간 코일 세그먼트(84(1), 84(2))가 대략 동일한 자기 인덕턴스를 가지고, 외측 안테나 코일(55o)을 구성하는 3 개의 외측 코일 세그먼트(140(1), 140(2), 140(3))가 대략 동일한 자기 인덕턴스를 가지고 있다. 이에 의해, 중간 안테나 코일(55m)의 일주 루프 내, 즉 중간 코일 세그먼트(84(1), 84(2))에 고르거나 또는 균일한 중간 안테나 전류(IRFm)가 흐르고, 외측 안테나 코일(55o)의 일주 루프 내, 즉 외측 코일 세그먼트(140(1), 140(2), 140(3))에 고르거나 또는 균일한 외측 안테나 전류(IRFo)가 흐르도록 되어 있다.
이 실시예에서는, RF 안테나(54)의 코일 결선 구조에 중요한 특징이 있다. 즉, 고주파 급전부(62)의 고주파 급전 라인(68)으로부터 어스 라인(70)까지 각각의 고주파 전송로를 한번에 돌 경우에 중간 안테나 코일(55m)을 통과할 때의 방향(도 30에서는 반시계 방향)이 내측 안테나 코일(55i) 및 외측 안테나 코일(55o)을 통과할 때의 방향(도 30에서는 시계 방향)과 주회 방향에서 반대가 된다고 하는 구성으로 되어 있다. 그리고, 이러한 반대 방향 결선 하에서, 중간 안테나 코일(55m)을 흐르는 중간 안테나 전류(IRFm)가 내측 및 외측 안테나 코일(55i, 55o)을 각각 흐르는 내측 및 외측 안테나 전류(IRFi, IRFo)와 주회 방향에서 동일한 방향이 되도록, 가변 콘덴서(96)의 정전 용량(C96)이 소정의 범위 내에서 가변 및 선정되도록 되어 있다.
즉, 중간 안테나 코일(55m)과 가변 콘덴서(96)로 이루어지는 직렬 회로가 직렬 공진을 일으킬 때의 정전 용량도 작은 영역(이들의 합성 리액턴스, 즉 중간 합성 리액턴스(Xm)가 음의 값이 되는 영역)에서, 가변 콘덴서(96)의 정전 용량(C96)이 가변 및 선정된다. 이에 의해, 중간 안테나 코일(55m)을 흐르는 중간 안테나 전류(IRFm)가 내측 안테나 코일(55i) 및 외측 안테나 코일(55o)을 각각 흐르는 내측 안테나 전류(IRFi) 및 외측 안테나 전류(IRFo)와 주회 방향에서 동일한 방향이 된다. 또한, 중간 안테나 전류(IRFm)의 전류량을 대략 제로로부터 서서히 증대시키는 것도 가능하며, 예를 들면 내측 및 외측 안테나 전류(IRFi, IRFo)의 1 / 10 이하로 선정할 수 있다.
그리고, 이와 같이 중간 안테나 전류(IRFm)를 내측 및 외측 안테나 전류(IRFi, IRFo)에 비교하여 충분히 작은(예를 들면, 1 / 10 이하의) 전류량으로 제어함으로써, 챔버(10) 내의 직하에 생성되는 도너츠 형상 플라즈마 내의 플라즈마 밀도를 양호하게 균일화할 수 있는 것이 실험으로 확인되어 있다.
이는, 중간 안테나 코일(55m)이 없을 경우에도, 내측 및 외측 안테나 코일(55i, 55o)의 각각의 직하 위치 부근에서 생성된 플라즈마가 직경 방향에서 확산되므로, 양 안테나 코일(55i, 55o)의 중간의 영역에서도 상당한 밀도로 플라즈마가 존재하기 때문이다. 따라서, 양 안테나 코일(55i, 55o)과는 별도로 그 중간에 위치하는 중간 안테나 코일(55m)에 소량의 전류(IRFm)를 양 안테나 코일(55i, 55o)에서 각각 흐르는 전류(IRFi, IRFo)와 주회 방향에서 동일한 방향으로 흘리면, 중간 안테나 코일(55m)의 직하 위치 부근에서 유도 결합 플라즈마의 생성이 적당하게 증강되어, 직경 방향에서의 플라즈마 밀도의 균일성이 향상된다.
이 실시예에서는, 중간 안테나 코일(55m)을 흐르는 중간 안테나 전류(IRFm)의 전류량을 상당히 작은 값으로 제어할 수 있도록, 상기한 바와 같이 중간 안테나 코일(55m)을 반대 방향으로 결선하고, 가변 콘덴서(96)의 정전 용량(C96)을 중간 합성 리액턴스(Xm)가 음의 값이 되는 영역에서 가변하도록 하고 있다. 이 경우, Xm < 0의 영역 내에서 C96의 값을 작게 할수록 중간 합성 리액턴스(Xm)의 절대치가 커져, 중간 안테나 전류(IRFm)의 전류량은 작아진다(제로에 가까워진다). 반대로, Xm < 0의 영역 내에서 C96의 값을 크게 할수록 중간 합성 리액턴스(Xm)의 절대치가 작아져, 중간 안테나 전류(IRFm)의 전류량은 커진다.
또한, 필요에 따라 가변 콘덴서(96)의 정전 용량(C96)을 중간 합성 리액턴스(Xm)가 양의 값이 되는 영역에서 가변하는 것도 가능하다. 이 경우, 중간 안테나 코일(55m) 내에서 흐르는 중간 안테나 전류(IRFm)는 내측 및 외측 안테나 코일(55i, 55o) 내에서 각각 흐르는 내측 및 외측 안테나 전류(IRFi, IRFo)와 주회 방향에서 반대의 방향이 된다. 이는, 중간 안테나 코일(55m)의 직하 부근에서 플라즈마 밀도를 의도적으로 저감시키고자 할 경우에 유용하다.
또한, 이 실시예에서는 내측 안테나 코일(55i)과 중간 안테나 코일(55m)의 사이(바람직하게는, 정중앙)에 비교적 작은 구경을 가지는 내측 플로팅 코일(60i)을 배치하고, 중간 안테나 코일(55m)과 외측 안테나 코일(55o)의 사이(바람직하게는, 정중앙)에 비교적 큰 구경을 가지는 외측 플로팅 코일(60o)을 배치하고 있다. 이들 내측 및 외측 플로팅 코일(60i, 60o)은 바람직하게는 안테나 코일(55i, 55m, 55o)과 유사한 루프 형상(도시의 예는 원환 형상)을 가지고, 동축 또는 동심 형상으로 배치된다. 상기한 바와 같이 내측, 중간 및 외측 안테나 코일(55i, 55m, 55o)의 구경이 각각 100 mm, 300 mm 및 500 mm일 경우, 플로팅 코일(60i, 60o)의 구경은 200 mm, 400 mm로 각각 선정된다.
내측 및 외측 플로팅 코일(60i, 60o)의 루프 내에는 가변 콘덴서(58i, 58o)가 설치된다. 각 가변 콘덴서(58i, 58o)의 정전 용량(C58i, C58o)을 조절함으로써, 각 플로팅 코일(60i, 60o)에 각각 흐르는 유도 전류(IINDi, IINDo)의 전류량을 적당(통상적으로 적음)히 제어하여, 각 플로팅 코일(60i, 60o)의 직하 부근에서의 플라즈마 밀도를 미조정(微調整)할 수 있다. 이에 의해, 직경 방향에서의 플라즈마 밀도 분포 제어의 정밀도를 한층 향상시킬 수 있다.
또한, 내측 플로팅 코일(60i)에서는, 주로 내측 및 중간 안테나 코일(55i, 55m)로부터의 자장의 변화에 따른 유도 기전력이 발생하기 때문에, 그 루프 내에 흐르는 유도 전류(IINDi)는 내측 및 중간 안테나 전류(IRFi, IRFm)에 많이 의존한다. 마찬가지로, 외측 플로팅 코일(60o)의 루프 내에 흐르는 유도 전류(IINDo)는 중간 및 외측 안테나 전류(IRFm, IRFo)에 많이 의존한다. 이러한 플로팅 코일의 양 이웃의 안테나 코일에 대한 의존성 또는 연동성은 이들 양 이웃의 안테나 코일 간의 영역에서의 플라즈마 밀도의 감소를 보완하는 플로팅 코일의 작용으로부터 보면, 부적절한 것은 아니며 오히려 바람직한 특성이라고 할 수 있다.
도 31 ~ 도 34에 이 실시예의 변형예를 몇 가지 도시한다. 도 31에 도시한 구성예는, 상기 실시예(도 30)에서 외측 플로팅 코일(60o)을 삭제한 구성에 상당하고, 1 개의 플로팅 코일(60)을 내측 안테나 코일(55i)과 중간 안테나 코일(55m)의 사이에 배치한다. 도시는 생략하지만, 1 개의 플로팅 코일(60)을 중간 안테나 코일(55m)과 외측 안테나 코일(55o)의 사이에 배치하는 구성도 가능하다.
도 32에 도시한 구성예는, 상기 실시예(도 30)에서 외측 안테나 코일(55o)의 외측에 또한 제 4(최외주)의 플로팅 코일(60p)을 배치한다. 도 33의 구성예는, 도 32의 구성예(도 31)에서 구경이 큰 외측 및 최외주 플로팅 코일(60o, 60p)의 루프 내에 가변 콘덴서(58o, 58p)와 더불어 고정 콘덴서(142, 144)를 각각 설치한다.
도 34의 구성예는, RF 안테나(54)에서, 내측 안테나 코일(55i) 및 외측 안테나 코일(55o)에 대하여 중간 안테나 코일(55m)을 동일한 방향(순방향)으로 결선한다. 즉, 고주파 입구측의 노드(NA)로부터 고주파 출구측의 노드(NC)까지 각각의 고주파 전송로를 한번에 돌 경우에, 중간 안테나 코일(55m)을 통과할 때의 방향이 내측 안테나 코일(55i) 및 외측 안테나 코일(55o)을 통과할 때의 방향과 주회 방향에서 동일(도 34에서는 모두 시계 방향)하게 되는 결선 구조로 하고 있다.
이 경우, 가변 콘덴서(96)의 정전 용량(C96)을 중간 합성 리액턴스(Xm)가 양이 되는 영역에서 가변할 때는, 중간 안테나 전류(IRFm)를 내측 안테나 전류(IRFi) 및 외측 안테나 전류(IRFo)와 주회 방향에서 동일한 방향으로 가변할 수 있다. 즉, Xm > 0의 영역 내에서 C96의 값을 작게 할수록 중간 합성 리액턴스(Xm)의 값이 작아져, 중간 안테나 전류(IRFm)가 증대한다. 반대로, Xm > 0의 영역 내에서 C96의 값을 크게 할수록 중간 합성 리액턴스(Xm)의 값이 커져, 중간 안테나 전류(IRFm)가 감소한다. 단, C96의 값을 한없이 크게 해도, 중간 합성 리액턴스(Xm)의 값은 중간 안테나 코일(55m)의 유도성 리액턴스 이하로는 내려가지 않으므로, 중간 안테나 전류(IRFm)의 전류량을 가급적으로 작게 할(제로에 가깝게 할) 수는 없다. 따라서, 통상적인 사용법으로는, 중간 안테나 전류(IRFm)를 내측 및 외측 안테나 전류(IRFi, IRFo)의 1 / 10 이하의 전류치로 제어하는 것은 곤란하다.
한편, 이 구성예에서는, 가변 콘덴서(96)의 정전 용량(C96)을 중간 합성 리액턴스(Xm)가 음이 되는 영역에서 가변하는 것도 가능하다. 이 경우, 중간 안테나 전류(IRFm)가 흐르는 방향은 내측 및 외측 안테나 전류(IRFi, IRFo)가 흐르는 방향과 주회 방향에서 반대가 된다. 이는, 중간 안테나 코일(55m) 중의 직하 부근에서 플라즈마 밀도를 의도적으로 저감시키고자 할 경우에 유용하다.
모든 경우에서, 내측 및 외측 플로팅 코일(60i, 60o)도 구비하고 있으므로, 가변 콘덴서(58i, 58o, 96, 134)의 정전 용량(C58i, C58o, C96, C134)을 적절히 조정함으로써, 전체적으로 직경 방향에서의 플라즈마 밀도 분포를 임의로 제어할 수 있다.
또한, 도시는 생략하지만, 상기 2 계통의 안테나 코일의 실시예(도 19 ~ 도 29)에서의 임피던스 조정용 가변 콘덴서(96, 132, 134, 136)의 접속 형태 및 사용 형태는 이 3 계통의 안테나 코일의 실시예에도 모두 적용할 수 있다.
［플로팅 코일 내에 고정 콘덴서를 설치하는 실시예］
도 35에 내측 및 외측 플로팅 코일(60i, 60o)의 루프 내에 고정 콘덴서(150i, 150o)를 각각 설치하는 실시예를 도시한다. 이 실시예에서의 내측 및 외측 플로팅 코일(60i, 60o)은 바람직하게는 원환 형상의 1 회 감은 코일이며, RF 안테나(54)의 내측 및 외측 안테나 코일(54i, 54o)에 각각 가급적으로 근접하여 배치된다. 예를 들면, 내측 및 외측 안테나 코일(54i, 54o)의 구경이 각각 100 mm, 300 mm일 경우, 플로팅 코일(60i, 60o)의 구경은 각각 80 mm, 320 mm로 선정된다.
이 실시예에서, 플로팅 코일(60i, 60o)을 유도 결합 플라즈마의 생성에 적극적으로 작용시킬 경우에는, 내측 및 외측 안테나 코일(54i, 54o)을 각각 흐르는 내측 및 외측 안테나 전류(IRFi, IRFo)와 주회 방향에서 동일한 방향으로 적절한 크기(예를 들면, IRFi, IRFo의 수 배)의 내측 및 외측 유도 전류(IINDi, IINDo)가 플로팅 코일(60i, 60o) 내에서 각각 흐르도록, 고정 콘덴서(150i, 150o)의 정전 용량(C150i, C150o)을 선정한다. 즉, 고정 콘덴서(150i, 150o)의 정전 용량(C150i, C150o)은 플로팅 코일(60i, 60o) 내에서 각각 직렬 공진을 일으키는 정전 용량보다는 작아 그 부근의 값으로 선정된다. 이에 의해, 각 플로팅 코일(60i, 60o)은 1 회 감은(1 턴) 원환 형상 코일이어도, 유도 결합 플라즈마 생성의 어시스트 효과에 관하여 복수 회 감은(복수 턴) 원환 형상 코일 혹은 스파이럴 코일과 외관상 동등한 기능을 할 수 있다.
이러한 고정 콘덴서(150i, 150o) 부착의 1 회 감은 원환 형상의 플로팅 코일(60i, 60o)은 제작(특히, 콘덴서의 설치)이 용이하며, RF 안테나(54) 주위의 조립 및 메인터넌스에도 유리하다. 또한, 플로팅 코일(60i, 60o)의 루프 내에 결선 개소 및 접속용 도체도 없으므로, 파워 로스가 적고, 또한 전자기적인 작용면에서 주회 방향의 균일성이 좋은 것 등의 이점이 있다.
또한, 상술한 제 1 실시예의 플라즈마 처리 장치(도 1)에서도, 플로팅 코일(60) 내에 설치된 가변 콘덴서(58)를 고정 콘덴서(150)로 치환하는 것은 물론 가능하다.
도 36 ~ 도 43에 이 실시예의 변형예를 몇 가지 도시한다. 도 36에 도시한 바와 같이, 고주파 입구측의 노드(NA)와 고주파 출구측의 노드(NC)의 사이에서, 내측 안테나 코일(54i)과 직렬로 접속되는 가변 콘덴서(134)를 임피던스 조정부로서 적합하게 설치할 수 있다. 이 점에 관하여 도 35의 구성예에서는, 노드(NA)와 노드(NC)의 사이에서, 외측 안테나 코일(54o)과 직렬로 접속되는 가변 콘덴서(96)를 임피던스 조정부로서 설치하고 있다.
또한, 도 37에 도시한 바와 같이, 고주파 출구측의 노드(NC)와 어스 라인(70)의 사이(혹은 어스 라인(70) 상)에 출구측의 공통 임피던스 조정부(예를 들면, 콘덴서)(138)를 적합하게 설치할 수 있다.
또한, 도 38에 도시한 바와 같이, 내측 및 외측 안테나 코일(54i, 54o)을 각각 흐르는 내측 및 외측 안테나 전류(IRFi, IRFo) 간의 밸런스 조정의 가변 범위를 크게 하기 위하여, 노드(NA)와 노드(NC)의 사이에 외측 안테나 코일(54o)과 직렬로 접속되는 가변 콘덴서(96)를 설치하고, 또한 내측 안테나 코일(54i)과 직렬로 접속되는 고정 콘덴서(132)를 설치할 수도 있다.
도 39에 도시한 바와 같이, 방위각 방향에서의 플라즈마 밀도 분포의 편향을 저감시키기 위하여 플로팅 코일(60i, 60o)의 루프 내에 각각 설치되는 고정 콘덴서(150i, 150o)의 위치(즉 틈의 위치)를 주회 방향에서 어긋나게 하는 구성을 적합하게 취할 수 있다. 이 경우 도 40에 도시한 바와 같이, 외측 플로팅 코일(60o)의 루프 내에 복수(예를 들면, 2 개)의 고정 콘덴서(150o)를 등간격 또는 점대칭으로 설치함으로써, 편향을 한층 효과적으로 저감시킬 수 있다.
또한, 도 41에 도시한 바와 같이, 직경 방향 중간부에서의 플라즈마 밀도의 제어성을 높이기 위하여, 내측 및 외측 안테나 코일(54i, 54o)의 사이(바람직하게는, 정중앙)에 가변 콘덴서(58m) 부착의 중간 플로팅 코일(60m)을 설치할 수도 있다.
혹은, 중간 플로팅 코일(60m)을 설치하는 대신에 도 42에 도시한 바와 같이 내측 플로팅 코일(60i)의 루프 내에 가변 콘덴서(58)를 설치하고, 외측 플로팅 코일(60o)의 루프 내에 고정 콘덴서(150o)를 설치할 수도 있다.
또한, 플로팅 코일(60)의 루프 내에 설치되는 고정 콘덴서(150)는, 시판의 콘덴서여도 좋고, 혹은 플로팅 코일(60)의 틈(G60)을 그대로 고정 콘덴서(150)의 전극 간 갭으로서 이용해도 된다. 이 경우, 틈(G60)에 유전체의 필름을 삽입해도 된다.
[RF 안테나에 임피던스 조정부를 설치하지 않는 실시예］
도 43에 RF 안테나(54)의 내측 및 외측 안테나 코일(54i, 54o)에 각각 가급적으로 근접하여 가변 콘덴서(58i, 58o) 부착의 내측 및 외측 플로팅 코일(60i, 60o)을 배치하는 구성을 도시한다. 이는, 도 35의 구성예에서 고정 콘덴서(150i, 150o)를 가변 콘덴서(58i, 58o)로 각각 치환하는 구성에 상당한다. 이러한 구성에서는, 가변 콘덴서(58i, 58o)의 정전 용량(C58i, C58o)을 조정하여, 플로팅 코일(60i, 60o) 내에서 각각 흐르는 내측 및 외측 유도 전류(IINDi, IINDo)의 밸런스를 제어할 수 있다. 이에 의해, 내측 및 외측 안테나 코일(54i, 54o) 내에서 각각 흐르는 내측 및 외측 안테나 전류(IRFi, IRFo)의 밸런스를 제어하기 위한 임피던스 조정부(가변 콘덴서(96, 134))가 불필요해진다.
또한, 이 실시예에서는, 도 44에 도시한 바와 같이, 내측 및 외측 안테나 코일(54i, 54o)의 사이(바람직하게는, 정중앙)에 가변 콘덴서(58m) 부착의 중간 플로팅 코일(60m)을 설치할 수도 있다.
상기 실시예에서는, RF 안테나(54) 내에서 복수(예를 들면, 내측 및 외측)의 안테나 코일(54i, 54o)을 전기적으로 병렬로 접속시켰다. 그러나 도 45에 도시한 바와 같이, 이들 복수(내측 및 외측)의 안테나 코일(54i, 54o)을 전기적으로 직렬로 접속시키는 구성도 가능하다. 이 경우, 직경 방향에서의 플라즈마 밀도 분포의 제어는, 주로 가변 콘덴서(58i, 58o) 부착의 내측 및 외측 플로팅 코일(60i, 60o)이 담당하게 된다. 즉, 가변 콘덴서(58i, 58o)의 정전 용량(C58i, C58o)을 조정함으로써, 직경 방향에서의 플라즈마 밀도 분포를 임의로 제어할 수 있다. 또한, 이 구성예에서는, RF 안테나(54)의 전체 길이가 길어지지만, 내측 안테나 코일(54i)과 외측 안테나 코일(54o)의 사이에서 코일 세그먼트의 수(분할수)가 변화하므로, 파장 효과는 억제된다.
또한, 이 실시예에서는, 도 46에 도시한 바와 같이, 내측 및 외측 안테나 코일(54i, 54o)의 사이(바람직하게는, 정중앙)에 가변 콘덴서(58m) 부착의 중간 플로팅 코일(60m)을 추가함으로써, 직경 방향의 중간부에서도 플라즈마 밀도를 임의 또한 세밀하게 제어할 수 있다.
［다른 실시예 또는 변형예］
본 발명에서의 RF 안테나를 구성하는 코일의 루프 형상은 원형에 한정되지 않고, 도시는 생략하지만 사각형 혹은 삼각형 등이어도 된다. 또한, 각 안테나 코일(루프)을 구성하는 복수의 코일 세그먼트 간에서 형상 및 자기 임피던스가 다소 상이해도 된다.
본 발명에서, RF 안테나에 부가 가능한 임피던스 조정부는, 상술한 바와 같은 고정 콘덴서 또는 가변 콘덴서에 한정되지 않고, 예를 들면 코일 또는 인덕터여도 좋고, 혹은 콘덴서와 인덕터를 포함하는 것이어도 좋고, 또한 저항 소자를 포함해도 된다.
도 47에 고주파 급전부(62)의 정합기(66)와 RF 안테나(54)의 사이에 트랜스(160)를 설치하는 구성예를 도시한다. 이 트랜스(160)의 1 차 권선은 정합기(66)의 출력 단자에 전기적으로 접속되고, 2 차 권선은 RF 안테나(54)의 입구측의 제 1 노드(NA)에 전기적으로 접속되어 있다. 트랜스(160)의 바람직한 일형태로서, 1 차 권선의 감긴 횟수를 2 차 권선의 감긴 횟수보다 많게 함으로써, 정합기(66)로부터 트랜스(160)에 흐르는 전류(1 차 전류)(I1)를 트랜스(160)로부터 RF 안테나(54)에 흐르는 전류(2 차 전류)(I2)보다 적게 할 수 있다. 다른 관점에서 보면, 1 차 전류(I1)의 전류량을 늘리지 않고, RF 안테나(54)로 공급하는 2 차 전류(I2)의 전류량을 늘릴 수 있다. 또한, 트랜스(160)의 2 차측에서 탭 전환을 행함으로써, 2 차 전류(I2)를 가변하는 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 가능하며, 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
54i, 55i : 내측 안테나 코일
54o, 55o : 외측 안테나 코일
55m : 중간 안테나 코일
58, 58i, 58m, 58o : 가변 콘덴서
62 : 고주파 급전부
64 : (플라즈마 생성용)고주파 전원
76 : 처리 가스 공급원
80 : 주제어부
82 : 용량 가변부
96, 134 : 임피던스 가변부(가변 콘덴서)
150, 150i, 150o : 고정 콘덴서

Claims (28)

  1. 유전체창을 가지는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에서 피처리 기판을 보지(保持)하는 기판 보지부와,
    상기 기판에 플라즈마 처리를 실시하기 위하여 상기 처리 용기 내로 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와,
    상기 처리 용기 내에서 유도 결합에 의해 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위하여, 상기 유전체창의 바깥에 소정 형상 및 소정 사이즈의 루프를 따라 배치되고, 전기적으로는 병렬로 접속되어 있는 복수의 코일 세그먼트를 가지는 RF 안테나와,
    상기 처리 가스의 고주파 방전용 주파수의 고주파 전력을 상기 RF 안테나로 공급하는 고주파 급전부와,
    전기적으로 플로팅 상태에 놓여지고, 상기 RF 안테나와 전자 유도에 의해 결합 가능한 위치에서 상기 처리 용기의 밖에 배치되는 플로팅 코일과,
    상기 플로팅 코일의 루프 내에 설치되는 콘덴서
    를 가지고,
    상기 복수의 코일 세그먼트의 사이에서, 각각의 상기 코일 세그먼트의 고주파 입구단이 다른 상기 코일 세그먼트의 고주파 출구단과 간극을 개재하여 인접하고, 각각의 상기 코일 세그먼트의 고주파 출구단이 다른 상기 코일 세그먼트의 고주파 입구단과 간극을 개재하여 인접하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 코일 세그먼트는, 전체로 상기 RF 안테나의 루프의 적어도 일주(一周)를 매립하도록 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 간극은 모두 상기 RF 안테나의 루프의 주회 방향으로 형성되는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 간극 중 적어도 하나가 상기 RF 안테나의 루프의 주회 방향과 직교하는 방향으로 형성되는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 코일 세그먼트는, 전체로 상기 RF 안테나의 루프 상을 적어도 일주하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 코일 세그먼트 모두 상기 고주파의 1 / 4 파장보다 짧은 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 코일 세그먼트는 동일한 자기 인덕턴스를 가지는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 코일 세그먼트를 각각 흐르는 전류의 방향이 상기 RF 안테나의 루프를 따라 전부 동일한 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 코일 세그먼트를 각각 흐르는 전류의 전류치가 동일한 플라즈마 처리 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 RF 안테나의 루프는 상기 유전체창과 평행인 플라즈마 처리 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 RF 안테나의 루프는 상기 기판 보지부에 보지되는 상기 기판과 동축인 플라즈마 처리 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일은 상기 RF 안테나와 동축에 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일은 동일한 상호 인덕턴스로 각각의 상기 코일 세그먼트와 전자적(電磁的)으로 결합되는 플라즈마 처리 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일이 상기 RF 안테나와 동일한 평면 상에 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일이 상기 유전체창에 대하여 상기 RF 안테나보다 거리를 멀리하여 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일이 직경 방향에서 상기 RF 안테나의 내측 또는 외측 중 어느 일방에 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  17. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일의 루프 형상은 상기 RF 안테나의 루프 형상과 동일한 플라즈마 처리 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일의 루프가 상기 RF 안테나의 루프의 1 / 3 ~ 3 배의 구경을 가지는 플라즈마 처리 장치.
  19. 제 8 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일에는, 상기 RF 안테나를 흐르는 전류와 주회 방향에서 동일한 방향의 전류가 흐르는 플라즈마 처리 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일 내의 콘덴서는, 상기 플로팅 코일 내에서 직렬 공진을 일으킬 때의 값보다 작은 값의 정전 용량을 가지는 플라즈마 처리 장치.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일은 음의 값의 리액턴스를 가지는 플라즈마 처리 장치.
  22. 제 8 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일에는, 상기 RF 안테나를 흐르는 전류와 주회 방향에서 반대 방향의 전류가 흐르는 플라즈마 처리 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일 내의 콘덴서는, 상기 플로팅 코일 내에서 직렬 공진을 일으킬 때의 값보다 큰 값의 정전 용량을 가지는 플라즈마 처리 장치.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일은 양의 값의 리액턴스를 가지는 플라즈마 처리 장치.
  25. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일 내의 콘덴서는 가변 콘덴서이며, 그 정전 용량의 가변 범위에는 상기 플로팅 코일 내에서 직렬 공진을 일으킬 때의 값보다 작은 값이 포함되는 플라즈마 처리 장치.
  26. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일 내의 콘덴서는 가변 콘덴서이며, 그 정전 용량의 가변 범위에는 상기 플로팅 코일 내에서 직렬 공진을 일으킬 때의 값보다 작은 값과 큰 값이 포함되는 플라즈마 처리 장치.
  27. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일 내의 콘덴서는 가변 콘덴서이며, 그 정전 용량의 가변 범위에는 상기 플로팅 코일 내에서 직렬 공진을 일으킬 때의 값보다 큰 값이 포함되는 플라즈마 처리 장치.
  28. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로팅 코일을 동축에 복수 설치하는 플라즈마 처리 장치.
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