KR20220111192A - 필터 회로 및 플라스마 처리 장치 - Google Patents

필터 회로 및 플라스마 처리 장치 Download PDF

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KR20220111192A
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고지 야마기시
유지 아오타
고이치 나가미
고타 이시하라다
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

플라스마 밀도 분포의 치우침을 없애고, 에칭 특성을 개선한다.
전극과, 상기 전극의 배면의 중심부에 접속되는 급전체를 갖고, 고주파 전력을 인가함으로써 플라스마를 생성하는 플라스마 처리 장치에 사용되는 고주파 전력의 필터 회로이며, 상기 필터 회로는, 상기 플라스마 처리 장치에 마련된 도전성 부재와, 상기 도전성 부재에 직류의 전력 또는 400kHz 미만의 주파수의 전력을 공급하는 전원의 사이의 배선에 마련되고, 상기 배선에 직렬로 접속된 코일과, 상기 배선과 그랜드의 사이에 접속된 콘덴서를 갖는 직렬 공진 회로를 갖고, 상기 코일의 중심축과 상기 급전체의 중심축이 일치하는 필터 회로가 제공된다.

Description

필터 회로 및 플라스마 처리 장치{FILTER CIRCUIT AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 개시는, 필터 회로 및 플라스마 처리 장치에 관한 것이다.
예를 들어, 특허문헌 1은, 상부 전극에 플라스마 생성용 고주파(RF)의 전력을 인가할 때, 필터를 통해서 직류(DC) 전압을 중첩하는 플라스마 처리 장치를 제안한다.
일본 특허 공개 제2006-270017호 공보
전극에 인가하는 전력의 주파수가, 100MHz 정도 또는 그 이상이 되면, 필터 내의 코일로부터 생기는 자장의 영향으로 플라스마 밀도 분포에 치우침이 생기는 경우가 있다.
본 개시는, 플라스마 밀도 분포의 치우침을 없애고, 에칭 특성을 개선할 수 있는 필터 회로 및 플라스마 처리 장치를 제공한다.
본 개시의 일 양태에 의하면, 전극과, 상기 전극의 배면의 중심부에 접속되는 급전체를 갖고, 고주파 전력을 인가함으로써 플라스마를 생성하는 플라스마 처리 장치에 사용되는 고주파 전력의 필터 회로이며, 상기 필터 회로는, 상기 플라스마 처리 장치에 마련된 도전성 부재와, 상기 도전성 부재에 직류의 전력 또는 400kHz 미만의 주파수의 전력을 공급하는 전원의 사이의 배선에 마련되고, 상기 배선에 직렬로 접속된 코일과, 상기 배선과 그랜드의 사이에 접속된 콘덴서를 갖는 직렬 공진 회로를 갖고, 상기 코일의 중심축과 상기 급전체의 중심축이 일치하는 필터 회로가 제공된다.
일 측면에 의하면, 플라스마 밀도 분포의 치우침을 없애고, 에칭 특성을 개선할 수 있다.
도 1은 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치를 포함하는 플라스마 처리 시스템의 일례를 도시하는 도면.
도 2는 실시 형태의 필터 회로의 구성과 플라스마 밀도의 특이점의 예를 도시하는 도면.
도 3은 실시 형태의 코일의 배치에 의한 에칭 레이트의 제어를 설명하기 위한 도면.
도 4는 실시 형태에 따른 필터 회로의 변형예 1, 2를 도시하는 도면.
도 5는 실시 형태에 따른 차폐판의 변형예 3을 도시하는 도면.
도 6은 실시 형태에 따른 필터 회로의 변형예 4를 도시하는 도면.
도 7은 실시 형태에 따른 필터 회로의 코일 구동 방법 1을 도시하는 도면.
도 8은 실시 형태에 따른 필터 회로의 코일 구동 방법 2를 도시하는 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 개시를 실시하기 위한 형태에 대해서 설명한다. 각 도면에 있어서, 동일 구성 부분에는 동일 부호를 붙이고, 중복된 설명을 생략하는 경우가 있다.
이하에, 플라스마 처리 시스템의 구성예에 대해서 설명한다.
[플라스마 처리 시스템]
플라스마 처리 시스템은, 용량 결합의 플라스마 처리 장치(1) 및 제어부(2)를 포함한다. 용량 결합의 플라스마 처리 장치(1)는, 플라스마 처리 챔버(10), 가스 공급부(20), 전원(30) 및 배기 시스템(40)을 포함한다. 또한, 플라스마 처리 장치(1)는, 기판 지지부(11) 및 가스 도입부를 포함한다. 가스 도입부는, 적어도 하나의 처리 가스를 플라스마 처리 챔버(10) 내에 도입하도록 구성된다. 가스 도입부는 샤워 헤드(13)를 포함한다. 기판 지지부(11)는 플라스마 처리 챔버(10) 내에 배치된다. 샤워 헤드(13)는 기판 지지부(11)의 상방에 배치된다. 일 실시 형태에 있어서, 샤워 헤드(13)는, 플라스마 처리 챔버(10)의 천장부(ceiling)의 적어도 일부를 구성한다. 플라스마 처리 챔버(10)는, 샤워 헤드(13), 플라스마 처리 챔버(10)의 측벽(10a) 및 기판 지지부(11)에 의해 규정된 플라스마 처리 공간(10s)을 갖는다. 플라스마 처리 챔버(10)는, 적어도 하나의 처리 가스를 플라스마 처리 공간(10s)에 공급하기 위한 적어도 하나의 가스 공급구와, 플라스마 처리 공간으로부터 가스를 배출하기 위한 적어도 하나의 가스 배출구를 갖는다. 측벽(10a)은 접지된다. 샤워 헤드(13)와 플라스마 처리 챔버(10)의 사이는, 절연 부재(16)에 의해 절연되어 있다. 샤워 헤드(13) 및 기판 지지부(11)는, 플라스마 처리 챔버(10) 하우징과는 전기적으로 절연된다.
기판 지지부(11)는, 본체부(111) 및 링 어셈블리(112)를 포함한다. 본체부(111)는, 기판(웨이퍼)(W)을 지지하기 위한 중앙 영역(기판 지지면)(111a)과, 링 어셈블리(112)를 지지하기 위한 환상 영역(링 지지면)(111b)을 갖는다. 본체부(111)의 환상 영역(111b)은, 평면에서 보아 본체부(111)의 중앙 영역(111a)을 둘러싸고 있다. 기판(W)은, 본체부(111)의 중앙 영역(111a) 상에 배치되고, 링 어셈블리(112)는, 본체부(111)의 중앙 영역(111a) 상의 기판(W)을 둘러싸도록 본체부(111)의 환상 영역(111b) 상에 배치된다. 일 실시 형태에 있어서, 본체부(111)는 베이스 및 정전 척을 포함한다. 베이스는 도전성 부재(111e)를 포함한다. 베이스의 도전성 부재(111e)는, 하부 전극으로서 기능한다. 정전 척은, 베이스 상에 배치된다. 정전 척의 상면은 기판 지지면(111a)을 갖는다. 링 어셈블리(112)는, 1개 또는 복수의 환상 부재를 포함한다. 1개 또는 복수의 환상 부재 중 적어도 하나는 에지 링이다. 또한, 도시는 생략하지만, 기판 지지부(11)는, 정전 척, 링 어셈블리(112) 및 기판 중 적어도 하나를 타깃 온도로 조절하도록 구성되는 온도 조절 모듈을 포함해도 된다. 온도 조절 모듈은, 히터, 전열 매체, 유로, 또는 이들의 조합을 포함해도 된다. 유로에는, 브라인이나 가스와 같은 전열 유체가 흐른다. 또한, 기판 지지부(11)는, 기판(W)의 이면과 기판 지지면(111a)의 사이에 전열 가스를 공급하도록 구성된 전열 가스 공급부를 포함해도 된다.
샤워 헤드(13)는, 가스 공급부(20)로부터의 적어도 하나의 처리 가스를 플라스마 처리 공간(10s) 내에 도입하도록 구성된다. 샤워 헤드(13)는, 적어도 하나의 가스 공급구(13a), 적어도 하나의 가스 확산실(13b) 및 복수의 가스 도입구(13c)를 갖는다. 가스 공급구(13a)에 공급된 처리 가스는, 가스 확산실(13b)을 통과해서 복수의 가스 도입구(13c)로부터 플라스마 처리 공간(10s) 내에 도입된다. 또한, 샤워 헤드(13)는 도전성 부재(13e)를 포함한다. 샤워 헤드(13)의 도전성 부재(13e)는, 상부 전극으로서 기능한다. 또한, 가스 도입부는, 샤워 헤드(13)에 더하여, 측벽(10a)에 형성된 1개 또는 복수의 개구부에 설치되는 1개 또는 복수의 사이드 가스 주입부(SGI: Side Gas Injector)를 포함해도 된다.
가스 공급부(20)는, 적어도 하나의 가스 소스(21) 및 적어도 하나의 유량 제어기(22)를 포함해도 된다. 일 실시 형태에 있어서, 가스 공급부(20)는, 적어도 하나의 처리 가스를, 각각에 대응하는 가스 소스(21)로부터 각각에 대응하는 유량 제어기(22)를 통해서 샤워 헤드(13)에 공급하도록 구성된다. 각 유량 제어기(22)는, 예를 들어 매스 플로 컨트롤러 또는 압력 제어식 유량 제어기를 포함해도 된다. 또한, 가스 공급부(20)는, 적어도 하나의 처리 가스의 유량을 변조 또는 펄스화하는 하나 또는 그 이상의 유량 변조 디바이스를 포함해도 된다.
전원(30)은, 적어도 하나의 임피던스 정합 회로를 통해서 플라스마 처리 챔버(10)에 결합되는 RF 전원(31)을 포함한다. RF 전원(31)은, 소스 RF 신호 및 바이어스 RF 신호와 같은 적어도 하나의 RF 신호(RF 전력)를, 기판 지지부(11)의 도전성 부재(111e) 및/또는 샤워 헤드(13)의 도전성 부재(13e)에 공급하도록 구성된다. 이에 의해, 플라스마 처리 공간(10s)에 공급된 적어도 하나의 처리 가스로부터 플라스마가 형성된다. 따라서, RF 전원(31)은, 플라스마 처리 챔버(10)에 있어서 하나 또는 그 이상의 처리 가스로부터 플라스마를 생성하도록 구성되는 플라스마 생성부의 적어도 일부로서 기능할 수 있다. 또한, 바이어스 RF 신호를 기판 지지부(11)의 도전성 부재(111e)에 공급함으로써, 기판(W)에 바이어스 전위가 발생하여, 형성된 플라스마 중의 이온 성분을 기판(W)에 인입할 수 있다.
일 실시 형태에 있어서, RF 전원(31)은, 제1 RF 생성부(31a) 및 제2 RF 생성부(31b)를 포함한다. 제1 RF 생성부(31a)는, 적어도 하나의 임피던스 정합 회로를 통해서 기판 지지부(11)의 도전성 부재(111e) 및/또는 샤워 헤드(13)의 도전성 부재(13e)에 결합되어, 플라스마 생성용 소스 RF 신호(소스 RF 전력)를 생성하도록 구성된다. 일 실시 형태에 있어서, 소스 RF 신호는, 13MHz 내지 150MHz의 범위 내의 주파수를 갖는다. 일 실시 형태에 있어서, 제1 RF 생성부(31a)는, 다른 주파수를 갖는 복수의 소스 RF 신호를 생성하도록 구성되어도 된다. 생성된 1개 또는 복수의 소스 RF 신호는, 기판 지지부(11)의 도전성 부재(111e) 및/또는 샤워 헤드(13)의 도전성 부재(13e)에 공급된다. 제2 RF 생성부(31b)는, 적어도 하나의 임피던스 정합 회로를 통해서 기판 지지부(11)의 도전성 부재(111e)에 결합되어, 바이어스 RF 신호(바이어스 RF 전력)를 생성하도록 구성된다. 일 실시 형태에 있어서, 바이어스 RF 신호는, 소스 RF 신호보다도 낮은 주파수를 갖는다. 일 실시 형태에 있어서, 바이어스 RF 신호는, 400kHz 내지 13.56MHz의 범위 내의 주파수를 갖는다. 일 실시 형태에 있어서, 제2 RF 생성부(31b)는, 다른 주파수를 갖는 복수의 바이어스 RF 신호를 생성하도록 구성되어도 된다. 생성된 1개 또는 복수의 바이어스 RF 신호는, 기판 지지부(11)의 도전성 부재(111e)에 공급된다. 또한, 다양한 실시 형태에 있어서, 소스 RF 신호 및 바이어스 RF 신호 중 적어도 하나가 펄스화되어도 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 소스 RF 신호는, 100MHz의 주파수의 전력을, 플라스마 처리 장치(1) 내의 샤워 헤드(13)의 도전성 부재(13e)에 인가한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 바이어스 RF 신호는, 13MHz의 주파수의 전력을, 플라스마 처리 장치(1) 내의 기판 지지부(11)의 도전성 부재(111e)에 인가한다. 단, 이에 한정되지는 않는다.
또한, 전원(30)은, 플라스마 처리 챔버(10)에 결합되는 DC 전원(32)을 포함해도 된다. DC 전원(32)은, 제1 DC 생성부(32a) 및 제2 DC 생성부(32b)를 포함한다. 일 실시 형태에 있어서, 제1 DC 생성부(32a)는, 기판 지지부(11)의 도전성 부재(111e)에 접속되어, 제1 DC 신호를 생성하도록 구성된다. 생성된 제1 바이어스 DC 신호는, 기판 지지부(11)의 도전성 부재(111e)에 인가된다. 일 실시 형태에 있어서, 제1 DC 신호가, 정전 척 내의 전극과 같은 다른 전극에 인가되어도 된다. 일 실시 형태에 있어서, 제2 DC 생성부(32b)는, 샤워 헤드(13)의 도전성 부재(13e)에 접속되어, 제2 DC 신호를 생성하도록 구성된다. 생성된 제2 DC 신호는, 샤워 헤드(13)의 도전성 부재(13e)에 인가된다. 다양한 실시 형태에 있어서, 제1 및 제2 DC 신호 중 적어도 하나가 펄스화되어도 된다. 또한, 제1 및 제2 DC 생성부(32a, 32b)는, RF 전원(31)에 더하여 마련되어도 되고, 제1 DC 생성부(32a)가 제2 RF 생성부(31b) 대신에 마련되어도 된다. 또한, 샤워 헤드(13)에 DC 성분의 전압을 인가하기 위해서, 제2 DC 생성부(32b) 대신에 400kHz 미만의 주파수의 전력을 인가해도 된다.
배기 시스템(40)은, 예를 들어 플라스마 처리 챔버(10)의 저부에 마련된 가스 배출구(10e)에 접속될 수 있다. 배기 시스템(40)은, 압력 조정 밸브 및 진공 펌프를 포함해도 된다. 압력 조정 밸브에 의해 플라스마 처리 공간(10s) 내의 압력이 조정된다. 진공 펌프는, 터보 분자 펌프, 드라이 펌프 또는 이들의 조합을 포함해도 된다.
도전성 부재(13e)와, 도전성 부재(13e)에 직류의 전력(제2 DC 신호)을 공급하는 전원(30)의 사이의 배선(12)에는, 필터 회로(50)가 마련되어 있다. 또한, 필터 회로(50)는, 샤워 헤드(13)의 배면의 중심부에 접속되는 급전체(14)에 접속되어 있다. 필터 회로(50)는, 후술하는 바와 같이, 제1 RF 생성부(31a)로부터의 소스 RF 신호로서의 고주파를 포획하는 필터 기능을 갖는다.
제어부(2)는, 본 개시에서 설명되는 다양한 공정을 플라스마 처리 장치(1)에 실행시키는 컴퓨터 실행 가능한 명령을 처리한다. 제어부(2)는, 여기에서 설명되는 다양한 공정을 실행하도록 플라스마 처리 장치(1)의 각 요소를 제어하도록 구성될 수 있다. 일 실시 형태에 있어서, 제어부(2)의 일부 또는 모두가 플라스마 처리 장치(1)에 포함되어도 된다. 제어부(2)는, 예를 들어 컴퓨터(2a)를 포함해도 된다. 컴퓨터(2a)는, 예를 들어 처리부(CPU: Central Processing Unit)(2a1), 기억부(2a2) 및 통신 인터페이스(2a3)를 포함해도 된다. 처리부(2a1)는, 기억부(2a2)에 저장된 프로그램에 기초하여 다양한 제어 동작을 행하도록 구성될 수 있다. 기억부(2a2)는, RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Drive), 또는 이들의 조합을 포함해도 된다. 통신 인터페이스(2a3)는, LAN(Local Area Network) 등의 통신 회선을 통해서 플라스마 처리 장치(1)와의 사이에서 통신해도 된다.
[필터 회로]
이어서, 도 2의 (a) 및 (b)를 참조하여 필터 회로(50, 150)에 대해서 설명한다. 도 2의 (c)는 필터 회로(150)를 배선(12)의 도 2의 (a)의 위치에 마련한 경우의 플라스마 처리 공간(10s)에서의 플라스마 밀도의 특이점의 예를 나타낸다. 도 2의 (d)는 필터 회로(50)를 배선(12)의 도 2의 (b)의 위치에 마련한 경우의 플라스마 처리 공간(10s)에서의 플라스마 밀도의 특이점의 예를 나타낸다.
도 2의 (a) 및 도 2의 (b)에 도시하는 바와 같이, 샤워 헤드(13)의 배면의 중심부에 접속되는 급전체(14)를 통해서 제1 RF 생성부(31a)로부터 샤워 헤드(13)에 소스 RF 신호로서의 고주파의 전력이 인가된다.
도 2의 (a)에 도시하는 필터 회로(150)는, 플라스마 처리 장치(1)에 마련된 도전성 부재(13e)와, 도전성 부재(13e)에 직류의 전력을 공급하는 제2 DC 생성부(32b)의 사이의 배선(12)에 배치되어 있다. 이에 의해, 제2 DC 생성부(32b)로부터의 직류의 전력이 필터 회로(150)를 통해서 급전체(14)에 공급된다.
필터 회로(150)는, 배선(12)에 직렬로 접속된 코일(151)과, 코일(151)과 제2 DC 생성부(32b) 사이의 배선(12)과 그랜드의 사이에 접속된 콘덴서(152)를 갖는 직렬 공진 회로이다. 필터 회로(150)의 이러한 구성에 의해, 제1 RF 생성부(31a)로부터의 소스 RF 신호로서의 고주파가 포획된다.
마찬가지로, 도 2의 (b)에 도시하는 필터 회로(50)는, 플라스마 처리 장치(1)에 마련된 도전성 부재(13e)와, 도전성 부재(13e)에 직류의 전력을 공급하는 제2 DC 생성부(32b)의 사이의 배선(12)에 배치되어 있다. 이에 의해, 제2 DC 생성부(32b)로부터의 직류의 전력이 필터 회로(50)를 통해서 급전체(14)에 공급된다.
필터 회로(50)는, 배선(12)에 직렬로 접속된 코일(51)과, 코일(51)과 제2 DC 생성부(32b) 사이의 배선(12)과 그랜드의 사이에 접속된 콘덴서(52)를 갖는 직렬 공진 회로이다. 필터 회로(50)의 이러한 구성에 의해, 제1 RF 생성부(31a)로부터의 소스 RF 신호로서의 고주파가 포획된다. 필터 회로(50)는, 정합기의 내부에 마련되어도 되고, 정합기의 외부에 마련되어도 된다.
제1 RF 생성부(31a)는, 급전체(14)를 통해서 샤워 헤드(13)에 100MHz 정도 또는 그 이상의 주파수의 전력을 인가하는 경우가 있다. 이와 같이, 급전체(14)에 100MHz 이상의 주파수의 고주파가 인가되는 경우, 도 2의 (a)의 구성에서는, 급전체(14)로부터 필터 회로(150)까지의 배선(12)이 길기 때문에, 배선(12)의 인덕턴스(L 성분)나 부유 용량(C 성분)이 커진다. 그 결과, 인덕턴스나 부유 용량의 영향을 받아서 플라스마 밀도 분포에 치우침이 생길 우려가 있다.
또한, 도 2의 (c)에 도시하는 바와 같이, 플라스마 처리 챔버(10)의 천장부의 중심부에 배치된 급전체(14)로부터 직경 방향으로 어긋난 위치에 필터 회로(150)가 배치되어 있다. 이 때문에, 필터 회로(150)에 포함되는 코일(151)의 영향을 받아서 필터 회로(150)가 배치된 위치의 하방에서 플라스마 밀도 분포의 특이점(C)이 생겨, 플라스마 밀도 분포를 균일하게 할 수 없다.
이에 반해, 필터 회로(50)에서는, 코일(51)의 중심축은, 급전체(14)의 중심축(CL)과 일치한다. 「코일(51)의 중심축은, 급전체(14)의 중심축(CL)과 일치한다」란, 코일(51)의 중심축과 급전체(14)의 중심축(CL)이 완전히 일치하는 경우뿐만 아니라 대략 일치하는 경우를 포함한다. 코일(51)은, 급전체(14)의 외주에 위치하여, 급전체(14)의 외주에 감겨 있다. 코일(51)의 일단은 샤워 헤드(13)측에 있어, 코일(51)과 샤워 헤드(13) 사이의 급전체(14) 부분 또는 샤워 헤드(13)에 접속되고, 코일(51)의 타단은 배선(12)에 접속되어 있다. 또한, 급전체(14)로부터 콘덴서(52)까지의 거리를 최대한 짧게 하도록 필터 회로(50)를 급전체(14)의 근처에 배치한다.
이에 의해, 도 2의 (b)의 구성에서는, 급전체(14)로부터 코일(51)까지의 배선(12)을 없애서, 콘덴서(52)까지의 배선(12)을 도 2의 (a)의 구성보다도 짧게 할 수 있다. 그 결과, 인덕턴스나 부유 용량의 영향이 작아져서, 플라스마 밀도 분포의 치우침이 생기기 어려워진다.
또한, 도 2의 (b)의 구성에서는, 플라스마 처리 챔버(10)의 중앙에 접속된 급전체(14)에 코일(51)이 감겨 있다. 이 때문에, 도 2의 (d)에 도시하는 바와 같이, 필터 회로(50)의 코일(51)이 배치된 위치의 하방에서 플라스마 밀도 분포의 특이점(C)이 생긴다. 이 때문에, 플라스마 처리 챔버(10)의 중심부에 특이점(C)을 마련함으로써, 도 2의 (c)에 도시하는 바와 같은 둘레 방향의 플라스마의 치우침을 회피하여, 둘레 방향의 플라스마 밀도 분포를 균일하게 할 수 있다. 직경 방향의 플라스마 밀도의 균일성을 위한 제어는, 둘레 방향의 플라스마 밀도의 균일성을 위한 제어보다도 용이하다. 예를 들어 이하에 설명하는 보정 방법 및 그 밖의 보정 방법을 사용해서 직경 방향의 플라스마 밀도를 균일하게 할 수 있다. 이에 의해, 플라스마 밀도 분포를 제어할 수 있다.
또한, 도 2 및 후술하는 도 3, 도 4에서, 제1 RF 생성부(31a)는, 급전체(14)를 통해서 샤워 헤드(13)의 도전성 부재(13e)에 결합되었을 경우를 도시하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 제1 RF 생성부(31a)가 기판 지지부(11)의 도전성 부재(111e)에 결합되어 있는 경우도, 마찬가지의 효과를 나타내는 것으로 생각된다.
[코일의 배치에 의한 에칭 레이트의 제어]
이어서, 필터 회로(50)의 코일(51)의 배치에 의한 에칭 레이트의 제어와 그 효과에 대해서, 도 3을 참조하면서 설명한다. 도 3은, 실시 형태의 코일(51)의 배치에 의한 에칭 레이트의 제어를 설명하기 위한 도면이다.
코일(51)의 중심축은, 급전체(14)의 중심축(CL)과 일치하고, 코일(51)은 급전체(14)의 주위를 둘러싸도록 감겨 있다. 따라서, 제1 RF 생성부(31a)로부터 급전체(14)에 예를 들어 100MHz의 주파수의 고주파 전력이 인가되면, 코일(51)에 유입되는 고주파 전류에 의해 전자기 유도가 생겨서, 코일(51)을 관통하는 자장이 생성된다. 발생한 자장의 자력 강도에 의해 플라스마 처리 공간(10s)에 중앙으로부터 외주측을 향해서 자계가 넓어진다. 이 때문에, 플라스마 처리 공간(10s)에서의 전자가 자계를 따라 사이클로트론 운동을 행한다. 이 전자의 사이클로트론 운동에 의해 플라스마 밀도가 플라스마 처리 공간(10s)의 외주 영역에서 보다 강해져, 플라스마 처리 공간(10s)의 외주 영역에서의 에칭 레이트를 높이고, 플라스마 처리 공간(10s)의 중앙 영역에서의 에칭 레이트를 낮출 수 있다.
상부 전극에 플라스마 생성용 고주파의 전력을 인가하는 경우, 하부 전극에 플라스마 생성용 고주파의 전력을 인가하는 경우보다도 플라스마 처리 공간(10s)의 중앙 영역의 에칭 레이트가 외주 영역의 에칭 레이트보다도 높아지기 쉽다. 특히 상부 전극에 100MHz 또는 그 이상의 주파수의 전력을 인가하는 경우에, 플라스마 처리 공간(10s)의 중앙 영역에서 에칭 레이트가 높아지는 경향이 현저해진다.
그래서, 실시 형태에 따른 필터 회로(50)에서는, 코일(51)을 급전체(14)의 외주에 권회하여, 코일(51)에 흐르는 고주파 전류에 따라서 발생하는 전자기 유도를 제어하여, 플라스마의 생성을 제어한다. 즉, 상기 전자기 유도의 작용에 의해 플라스마 처리 공간(10s)의 외주 영역에서의 에칭 레이트를 높이고, 플라스마 처리 공간(10s)의 중앙 영역에서의 에칭 레이트를 낮추도록 제어한다. 이에 의해, 급전체(14)에 100MHz 이상의 주파수의 전력을 인가한 경우에도, 둘레 방향뿐만 아니라, 직경 방향에서도 플라스마 밀도 분포를 균일화할 수 있어, 플라스마 처리 공간(10s)에서의 에칭 레이트의 균일성을 제어할 수 있다.
또한, 플라스마 처리 공간(10s)의 중앙 영역에서 외주 영역보다도 보다 플라스마 밀도가 높아지는 경우, 도 7 및 도 8에서 후술하는 코일(51)을 가동시키는 등의 다른 보정 방법을 사용해서 직경 방향의 플라스마 밀도를 균일하게 할 수 있다. 이렇게 직경 방향의 플라스마 밀도를 균일하게 하는 제어는, 둘레 방향의 플라스마 밀도를 균일하게 하는 제어보다도 용이하다. 따라서, 실시 형태에 따른 필터 회로(50)에 의하면, 플라스마 밀도 분포의 치우침을 없애고, 에칭 레이트 등의 에칭 특성을 개선할 수 있다. 또한, 직경 방향의 플라스마 밀도를 균일하게 하는 방법으로서는, 압력의 조정이나 자석의 설치 등의 보정 방법을 사용해도 되고, 조합해도 된다. 또한, 플라스마 밀도 분포의 치우침에 맞추어, 가스 도입 방법으로서, 플라스마 처리 공간(10s)의 외주 영역에 도입하는 가스의 양보다 중앙 영역에 도입하는 가스의 양을 증감하는 조정을 행함으로써, 에칭 레이트 등을 균일하게 해도 된다.
[변형예]
이어서, 실시 형태에 따른 필터 회로(50)의 변형예에 대해서, 도 4 내지 도 6을 참조하면서 설명한다. 도 4 내지 도 6은, 실시 형태에 따른 필터 회로(50)의 변형예 1 내지 4를 도시하는 도면이다.
(변형예 1)
도 4의 (a)는 실시 형태에 따른 필터 회로(50)의 변형예 1을 도시하는 도면이다. 변형예 1에서는, 필터 회로(50)의 코일(51)이 급전체(14)의 내부에 배치되어 있는 점에서, 도 2의 (b) 및 도 3의 실시 형태에 따른 코일(51)이 급전체(14)의 주위에 감겨 있는 구성과 다르다. 다른 구성에 대해서는, 변형예 1과 실시 형태는 동일하다.
구체적으로는, 변형예 1에서는, 급전체(14)의 내부는 공동으로 되어 있다. 제1 RF 생성부(31a)로부터 공급되는 고주파 전류는 급전체(14)의 표층을 흘러, 샤워 헤드(13)에 공급된다. 이 때문에, 급전체(14)의 내부를 공동으로 할 수 있다. 변형예 1에서는, 코일(51)은 급전체(14)의 내부의 공동에 위치한다. 단, 이에 한정하지 않고, 급전체(14)의 내부가 공동이어도 코일(51)을 급전체(14)의 외주에 권회해도 된다.
(변형예 2)
도 4의 (b)는 실시 형태에 따른 필터 회로(50)의 변형예 2를 도시하는 도면이다. 변형예 2에서는, 샤워 헤드(13) 내에 차폐판(56)이 매설되어 있는 점에서, 도 2의 (b) 및 도 3에 도시하는 바와 같이 차폐판(56)이 없는 실시 형태의 구성과 다르다. 다른 구성에 대해서는, 변형예 2와 실시 형태는 동일하다.
변형예 2에서는, 급전체(14)가 접속되는 샤워 헤드(13)의 배면 근방의 샤워 헤드(13)의 내부에 자장을 차폐하기 위한 차폐판(56)이 매설되어 있다. 변형예 2에서도 필터 회로(50)의 코일(51)을 급전체(14)의 외주에 권회하여, 코일(51)에 흐르는 고주파 전류에 의해 발생하는 전자기 유도에 의해 코일(51)을 관통하는 자장이 생성된다.
발생한 자장의 자력 강도에 의해 플라스마 처리 공간(10s)에 중앙으로부터 외주측을 향해서 자계가 넓어진다. 샤워 헤드(13) 내에 전자적인 차폐를 행하는 차폐판(56)을 매설함으로써, 차폐판(56)을 개재시켜 급전체(14)의 반대측의 샤워 헤드(13) 및 플라스마 처리 공간(10s)에 자력이 도달하지 않도록 차폐할 수 있다. 이에 의해, 플라스마 처리 공간(10s)의 중앙 영역에서의 플라스마 밀도를 낮추어, 중앙으로부터 외주측을 향해서 플라스마 밀도가 균일해지도록 제어할 수 있다.
또한, 차폐판(56)은, 샤워 헤드(13)의 내부에 매립하는 것이 바람직하다. 고주파 전류는 샤워 헤드(13)의 표면을 흐른다. 이 때문에, 샤워 헤드(13)의 표면에 차폐판(56)을 배치하면, 차폐판(56)이 저항으로 되어서 고주파 전류가 흐르기 어려워져, 플라스마 생성에 기여하는 에너지 효율을 저하시키게 된다. 이에 반해, 샤워 헤드(13) 내에 차폐판(56)을 매립하면, 차폐판(56)에 의해 샤워 헤드(13)의 고주파 전류의 흐름을 저해하지 않고, 자속을 흡수하는 자기 실드 효과를 얻을 수 있다.
차폐판(56)은, 투자율이 높은 재료이며 또한 발열하지 않도록 저항값이 낮은 재료가 바람직하다. 예를 들어 차폐판(56)은, 퍼멀로이, 방향성 규소강, 센더스트 등의 연자성 금속 재료, 또는 페라이트 등의 연자성 전자 세라믹 재료로 형성할 수 있다.
또한, 급전체(14)에 대해서는, 투자율이 낮고 또한 저항값이 낮은 알루미늄 등의 재료가 바람직하다. 이에 의해, 코일(51)에서 전자기 유도에 의해 형성되는 자력을 급전체(14)측에 집중시키지 않고, 급전체(14)의 외주측으로 확산되도록 할 수 있다.
(변형예 3)
또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 도 2의 (a)에 도시하는 구성에 대하여, 차폐판(56)을 샤워 헤드(13)의 내부에 매립해도 된다. 필터 회로(150)에 포함되는 코일(151)에 의해 발생한 자장의 자력 강도에 의해 플라스마 처리 공간(10s)을 향해서 자계가 발생하는데, 샤워 헤드(13) 내에 전자적인 차폐를 행하는 차폐판(56)을 매설함으로써, 차폐판(56)을 개재시켜 급전체(14)의 반대측의 샤워 헤드(13) 및 플라스마 처리 공간(10s)에 자력이 도달하지 않도록 차폐할 수 있다. 이에 의해, 필터 회로(150)가 배치된 위치의 하방에서 플라스마 밀도 분포의 특이점(C)을 억제하여, 플라스마 밀도가 균일해지도록 제어할 수 있다.
(변형예 4)
도 6의 (a)는 실시 형태에 따른 필터 회로(50)의 코일(51)을 도시하는 도면이다. 이에 반해, 도 6의 (b) 및 (c)는 실시 형태에 따른 필터 회로(50)의 변형예 4를 도시하는 도면이다. 변형예 4에서는, 도 6의 (a)에 도시하는 실시 형태에 따른 코일(51)보다도, 급전체(14)의 중심축(CL)에 대하여 하측을 향해서 넓어지도록 구성되는 점이 다르다. 즉, 변형예 4에서는, 코일(51)이 샤워 헤드(13)를 향해서 넓어지도록 구성된다. 다른 구성에 대해서는 변형예 4와 실시 형태와는 동일하다.
변형예 4에서는, 도 6의 (b) 및 (c)에 도시하는 바와 같이, 급전체(14)에 감겨 있는 코일(51)의 직경이, 하부를 향할수록 급전체(14)의 중심축(CL)에 대하여 커져서, 코일(51)이 나팔형으로 넓어진다. 도 6의 (c)는 코일(51)의 상부에서는 코일(51)의 직경이 도 6의 (b)와 동일한 직경이지만, 하부에서는 도 6의 (b)보다도 더 코일(51)의 직경이 크게 되어 있다.
이에 의하면, 도 6의 (a) 내지 (c)의 하측의 그래프에 나타내는 바와 같이, 도 6의 (a) 내지 (c)의 어느 형상의 코일(51)을 급전체(14)에 배치한 경우도, 급전체(14)의 중심축(CL)에서 자장(H)이 가장 강하고, 외주측을 향해서 확산한다. 도 6의 (b)의 코일(51)의 형상에서는, 도 6의 (a)의 코일(51)의 형상보다도, 급전체(14)의 중심축(CL)에서의 자장(H)의 강도는 약하고, 외주측에의 자장(H)의 확대가 크다. 또한, 도 6의 (c)의 코일(51)의 형상에서는, 도 6의 (b)의 코일(51)의 형상보다도, 급전체(14)의 중심축(CL)에서의 자장(H)의 강도는 더욱 약하고, 외주측에의 자장(H)의 확대가 더욱 크다. 즉, 코일(51)의 형상을 샤워 헤드(13)측의 하부가 상부보다도 커지도록 나팔형으로 함으로써, 플라스마 처리 공간(10s)의 중앙 영역의 자계를 약하게 할 수 있다. 이에 의해, 플라스마 처리 공간(10s)의 중앙 영역에서 국소적으로 에칭 레이트가 높아지는 것을 완화할 수 있다.
[코일의 구동 방법]
이하에서는, 코일(51)을 가동시킴으로써 플라스마 밀도 분포를 제어하여, 플라스마 밀도를 균일하게 하기 위한 코일(51)의 구동 방법에 대해서, 도 7 및 도 8을 참조하면서 설명한다. 도 7 및 도 8에 도시하는 코일의 구동 방법은, 실시 형태 및 각 변형예에 관한 필터 회로(50)의 코일(51) 모두 사용할 수 있다. 이 경우, 코일(51)은, 급전체(14)의 중심축(CL)을 따라 가동이다.
(코일의 구동 방법 1)
도 7은, 코일(51)의 구동 방법 1을 도시하는 도면이다. 구동 방법 1에서는, 코일(51)은 상하 구동 기구(58)에 접속되어, 상하 구동 기구(58)에 의해 코일(51)의 높이 방향으로 상하 이동 가능하다.
제어부(2)는, 상하 구동 기구(58)를 사용해서 코일(51)의 위치(높이)를 제어한다. 예를 들어, 도 7에 도시하는 바와 같이, 제어부(2)는, 상하 구동 기구(58)를 사용해서 코일(51)의 위치를 코일(51)의 초기 위치(H0)로부터 위치(H1)(H1>H0)까지 상승시키도록 제어해도 된다. 이에 의해, 코일(51) 아래의 플라스마 처리 공간(10s)에 도달하는 자계를 약화시켜, 코일(51) 아래의 플라스마 처리 공간(10s)에서의 전계를 약화시킬 수 있다.
한편, 제어부(2)는, 상하 구동 기구(58)를 사용해서 코일(51)의 위치를 코일(51)의 초기 위치(H0)로부터 위치(H2)(H2<H0)까지 하강시키도록 제어해도 된다. 이에 의해, 코일(51) 아래의 플라스마 처리 공간(10s)에 도달하는 자계를 강화하여, 코일(51) 아래의 플라스마 처리 공간(10s)에서의 전계를 강화할 수 있다. 이에 의해, 코일(51) 아래의 플라스마 처리 공간(10s)에서의 플라스마 밀도 분포를 제어하여, 플라스마 처리 공간(10s)의 중앙 영역에서의 에칭 레이트의 제어성을 높일 수 있다.
(코일의 구동 방법 2)
도 8은, 코일(51)의 구동 방법 2를 도시하는 도면이다. 구동 방법 2에서는, 코일(51)은 신축 조절 기구(59)에 접속되어, 신축 조절 기구(59)에 의해 급전체(14)의 중심축(CL)을 따라 신축 가능하다.
제어부(2)는, 신축 조절 기구(59)를 사용해서 코일(51)의 길이를 제어한다. 예를 들어, 코일(51)은 기저 위치에 고정되어도 된다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 제어부(2)는, 신축 조절 기구(59)를 사용해서 코일(51)의 길이를 초기 길이(T0)보다도 신장시킨 길이(T1)(T1>T0)로 제어해도 된다. 이와 같이, 코일(51)의 길이를 코일(51)의 초기 길이(T0)로부터 신축시키도록 제어함으로써, 코일(51) 아래의 플라스마 처리 공간(10s)에서의 자계의 강도를 바꿀 수 있다. 이에 의해, 코일(51) 아래의 플라스마 처리 공간(10s)에서의 전계의 분포를 바꾸고, 플라스마 밀도를 제어하여, 플라스마 처리 공간(10s)의 중앙 영역에서의 에칭 레이트의 제어성을 높일 수 있다.
단, 코일(51)을 신축시킴으로써 필터 회로(50)의 인덕턴스가 바뀐다. 따라서, 코일(51)을 신축시킬 경우, 인덕턴스의 변화에 따라 필터 회로(50)의 콘덴서(52)를 조작하여, 컨덕턴스를 변화시킴으로써 필터 회로(50)로서의 기능을 유지할 수 있다.
도 3에서는, 코일(51)을 급전체(14)의 주위에 권회하여, 코일(51)에 흐르는 고주파 전류에 의해 발생하는 전자기 유도에 의해 플라스마의 생성을 제어하여, 플라스마 처리 공간(10s)의 중앙 영역과 외주 영역에서의 플라스마 밀도 분포를 제어할 수 있는 메커니즘에 대해서 설명하였다. 이에 반해, 코일(51)의 구동 방법 1, 2에 의하면, 코일(51)을 가동함으로써, 또한 플라스마 밀도 분포를 제어할 수 있다. 또한, 상하 구동 기구(58) 및 신축 조절 기구(59)를 조합해서 코일(51)을 구동해도 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 실시 형태 및 각 변형예의 필터 회로(50) 및 필터 회로(50)를 갖는 플라스마 처리 장치(1)에 의하면, 플라스마 밀도 분포의 치우침을 없애고, 에칭 특성을 개선할 수 있다.
이상의 설명에서는, 실시 형태 및 각 변형예에 관한 필터 회로(50)를 구성하는 코일(51)을 급전체(14)에 감아, 당해 필터 회로(50)를 구성하는 콘덴서(52)를 제2 DC 생성부(32b)와 급전체(14)를 접속하는 배선(12)에 마련하였다. 그러나, 필터 회로(50)의 코일(51) 및 콘덴서(52)의 설치는 이에 한정되지는 않는다.
필터 회로(50)의 코일(51)은, 기판 지지부(11)의 도전성 부재(111e)의 배면의 급전체에 감기는 구성으로 해도 된다. 구체적으로는, 기판 지지부(11)의 도전성 부재(111e)의 배면의 중심부에 접속한 급전체에 필터 회로(50)의 코일(51)을 감아, 제1 RF 생성부(31a)로부터 기판 지지부(11)에 소스 RF 신호로서의 고주파의 전력을 인가해도 된다. 이 경우, 도전성 부재(111e)의 배면의 중심부에 접속한 급전체와 제1 DC 생성부(32a)를 접속하는 배선과 그랜드의 사이에 필터 회로(50)의 콘덴서(52)를 접속하여, 직렬 공진 회로를 형성해도 된다. 혹은, 도전성 부재(111e)의 배면의 중심부에 접속한 급전체와 제2 RF 생성부(31b)를 접속하는 배선과 그랜드의 사이에 필터 회로(50)의 콘덴서(52)를 접속하여, 직렬 공진 회로를 형성해도 된다. 제2 RF 생성부(31b)로부터는, 400kHz 미만의 주파수의 전력을 공급한다.
금회 개시된 실시 형태에 따른 필터 회로 및 플라스마 처리 장치는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 실시 형태는, 첨부의 청구범위 및 그 주지를 일탈하지 않고, 다양한 형태에서 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시 형태에 기재된 사항은, 모순되지 않는 범위에서 다른 구성도 취할 수 있으며, 또한 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.
본 개시의 플라스마 처리 장치는, Atomic Layer Deposition(ALD) 장치, Capacitively Coupled Plasma(CCP), Inductively Coupled Plasma(ICP), Radial Line Slot Antenna(RLSA), Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR), Helicon Wave Plasma(HWP)의 어느 타입의 장치에서든 적용 가능하다.
또한, 플라스마 처리 장치는, 기판에 소정의 플라스마 처리를 실시하는 장치라면, 에칭 장치에 한정되지는 않고, 성막 장치, 애싱 장치 등의 장치에 적용할 수 있다.

Claims (12)

  1. 전극과, 상기 전극의 배면의 중심부에 접속되는 급전체를 갖고, 고주파 전력을 인가함으로써 플라스마를 생성하는 플라스마 처리 장치에 사용되는 고주파 전력의 필터 회로이며,
    상기 필터 회로는,
    상기 플라스마 처리 장치에 마련된 도전성 부재와, 상기 도전성 부재에 직류의 전력 또는 400kHz 미만의 주파수의 전력을 공급하는 전원의 사이의 배선에 마련되고,
    상기 배선에 직렬로 접속된 코일과,
    상기 배선과 그랜드의 사이에 접속된 콘덴서를 갖는 직렬 공진 회로를 포함하고,
    상기 코일의 중심축과 상기 급전체의 중심축이 일치하는, 필터 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 코일의 일단은, 상기 코일과 상기 전극 사이의 급전체 부분 또는 상기 전극에 접속되어 있는, 필터 회로.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 코일은, 상기 급전체의 외주에 위치하는, 필터 회로.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 급전체의 내부는 공동이며, 상기 코일은 상기 공동의 내부에 위치하는, 필터 회로.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 급전체를 통해서 전극에 400kHz 이상의 주파수의 고주파 전력을 인가하는, 필터 회로.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코일은, 상기 급전체의 중심축에 대하여 상기 전극측을 향해서 넓어지도록 구성되는, 필터 회로.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 급전체가 접속되는 상기 전극의 배면의 하방이며 상기 전극의 내부에, 자장을 차폐하는 차폐판이 매설되어 있는, 필터 회로.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코일은, 상기 급전체의 중심축을 따라 가동하는, 필터 회로.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코일은, 상하 구동 기구에 접속되어, 상기 상하 구동 기구에 의해 코일의 높이 방향으로 상하 이동 가능한, 필터 회로.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코일은, 신축 조절 기구에 접속되어, 상기 신축 조절 기구에 의해 신축 가능한, 필터 회로.
  11. 전극과, 상기 전극의 배면의 중심부에 접속되는 급전체와, 고주파 전력의 필터 회로를 포함하고, 고주파 전력을 인가함으로써 플라스마를 생성하는 플라스마 처리 장치이며,
    상기 필터 회로는,
    상기 플라스마 처리 장치에 마련된 도전성 부재와, 상기 도전성 부재에 직류의 전력 또는 400kHz 미만의 주파수의 전력을 공급하는 전원의 사이의 배선에 마련되고,
    상기 배선에 직렬로 접속된 코일과,
    상기 배선과 그랜드의 사이에 접속된 콘덴서를 갖는 직렬 공진 회로를 포함하고,
    상기 코일의 중심축과 상기 급전체의 중심축이 일치하는, 플라스마 처리 장치.
  12. 전극과, 상기 전극의 배면의 중심부에 접속되는 급전체와, 고주파 전력의 필터 회로를 포함하고, 상기 급전체를 통해서 상기 전극에 고주파 전력을 인가하는 플라스마 처리 장치이며,
    상기 급전체가 접속되는 상기 전극의 배면의 하방이며 상기 전극의 내부에, 자장을 차폐하는 차폐판이 매설되어 있는, 플라스마 처리 장치.
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