KR101142412B1 - 플라즈마처리장치 - Google Patents

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료지 니시오
겐 요시오카
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가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈
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Abstract

진공처리실 내벽 표면에 발생하는 자기 바이어스를 억제함으로써, 진공처리실 내벽 표면의 마모 또는 진공처리실 내 부품의 소모를 억제하는 것을 과제로 한다.
본 발명은 진공처리실과, 상기 진공처리실의 상부를 폐쇄하는 진공처리실 덮개와, 유도 안테나와, 상기 유도 안테나와 상기 진공처리실 덮개의 사이에 설치된 패러데이 실드와, 상기 유도 안테나에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원을 가지는 플라즈마처리장치에 있어서, 상기 유도 안테나는, 2개 이상으로 분할되고, 상기 패러데이 실드는, 상기 유도 안테나의 분할수에 따른 분할수로 분할되며, 또, 하나의 상기 고주파 전원으로부터 정합기를 거쳐, 고주파 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치이다.

Description

플라즈마처리장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 플라즈마처리장치에 관한 것으로, 특히 반응생성물에 의한 이물발생을 억제할 수 있는 플라즈마처리장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스 제조분야에서, 반도체 집적 회로 소자 등의 성능 향상이나 저비용화를 실현하기 위하여, 고정밀도하고 또한 고속의 미세 가공(드라이 에칭 등)의 요구가 높아지고 있는 가운데, 미세 가공을 실현하기 위한 방법으로서, 플라즈마를 사용한 플라즈마처리장치가 이용되고 있다. 그 중에서도, 처리 가스를 이용하여 시료의 막을 처리하고, 처리실에 잔류한 가스를 터보분자 펌프 등에 의해 외부로 가스를 배출하는, 드라이 에칭기술이 이용되는 경우가 많다. 처리 가스로는, 여러가지 종류의 가스(예를 들면 Ar, Cl2, HBr 등)를 사용하는 경우가 많으나, 처리하는 시료의 막 종류에 따라서는, 휘발하기 어려운 것이 있다. 이 때문에, 가스가 충분히 배기되지 않고, 반응생성물이 되어 진공처리실 내벽, 및 진공처리실 상부에 배치한 유전성의 진공처리실 덮개 내벽에 부착된다. 진공처리실 내벽 및 진공처리실 덮개 내벽에 반응생성물이 지나치게 퇴적하면, 내벽 표면으로부터 퇴적막이 벗겨져 떨어져, 시료 상에 이물이 되어 부착하는 경우가 있다.
그런데, 종래의 플라즈마처리장치의 하나로서, 진공처리실 덮개 바깥 둘레의 코일형상의 유도 안테나에 고주파 전원을 접속하고, 코일형상의 유도 안테나에 고주파 전력을 공급함으로써 플라즈마를 생성하는 유도방식의 플라즈마처리장치가 있다. 이와 같은 유도 안테나를 사용한 플라즈마처리장치에서는, 진공처리실 및 진공처리실 덮개 내벽에 부착된 반응생성물에 의해, 유도 안테나와 진공처리실 덮개 내 플라즈마와의 결합상태가 변화하여, 에칭속도나 그 균일성, 에칭형상의 수직성, 에칭 측벽에 대한 반응생성물의 부착상황 등이 경시적으로 변화한다는 문제가 있다.
다음에, 진공처리실 덮개 내벽에 반응생성물이 퇴적하는 것을 방지하는 방법으로서, 특허문헌 1에는 이하와 같은 방법이 개시되어 있다. 진공처리실 덮개 바깥 둘레에 설치한 유도 안테나와 플라즈마의 사이에 플라즈마와 용량결합을 한 패러데이 실드를 설치하고, 이것에 고주파 전력을 인가함으로써, 진공처리실 덮개 내벽에 자기 바이어스를 발생시켜, 이온 시스(sheath) 내의 전계(電界)에 의해 플라즈마 중의 이온을 인입하고, 진공처리실 덮개 내벽면 상에서 스퍼터를 일으킨다. 이 스퍼터를 이용하여 반응생성물의 진공처리실 덮개 내벽에 대한 퇴적을 억제, 또는 제거하여, 진공처리실 덮개 내벽의 클리닝을 가능하게 한다. 여기서의 진공처리실 덮개란, 진공처리실의 상부를 기밀하게 고정하는 것이다.
상술한 바와 같이 패러데이 실드에 인가하는 고주파 전압에 의해, 진공처리실 덮개 내벽 표면에 자기 바이어스가 발생하여, 이온 시스의 전계가 강해지고, 진공처리실 덮개 내벽에 도달하는 이온의 에너지가 높아진다. 이 때문에, 이온에 의한 이온 스퍼터가 현저해져, 반응생성물을 대부분 클리닝할 수 있다. 또한, 패러데이 실드에 공급하는 고주파 전압을 조절함으로써, 더욱 최적의 클리닝이 가능해진다.
또, 진공처리실 덮개 내벽 전면을 균일하게 클리닝하는 방법으로서, 특허문헌 2에는 이하와 같은 방법이 개시되어 있다. 상기 패러데이 실드를 분할시키고, 이 분할시킨 각 패러데이 실드에 대하여 각각에 독립된 고주파 전원을 설치하고 있고, 이것에 의하여 각 패러데이 실드에 인가되는 전압을 조정 가능하게 한 플라즈마 에칭장치가 있다.
이 플라즈마 에칭장치를 사용하여, 시료 표면과 가장 거리가 짧은 진공처리실 덮개(천정판)의 중앙부에 의해 두껍게 부착한 에칭처리에 의해 시료로부터 발생한 반응생성물을 제거하기 위하여, 분할한 패러데이 실드의 천정판 중앙부에 천정판 바깥 둘레부보다 높은 고주파 전력을 공급한다. 이에 의하여, 천정판의 중앙부및 가장 바깥 둘레부에서도 적절하게 반응생성물을 클리닝할 수 있다.
[특허문헌 1]
일본국 특개2004-235545호 공보
[특허문헌 2]
일본국 특개2005-259836호 공보
도 10에 플라즈마 에칭장치에서의 진공처리실 덮개 내벽에 부착하는 반응생성물의 퇴적의 모양을 나타낸다. 에칭처리를 실시하면, 피처리체인 시료로부터 많은 반응생성물이 발생하고, 발생한 반응생성물이 진공처리실 덮개[이하, 윈도우(12)라 한다] 내벽 및 진공처리실(2) 내벽면에 부착하고, 막이 되어 퇴적한다(18).
이것에 대하여, 윈도우(12) 내벽면의 가장 바깥 둘레부(B부)에서는, 진공처리실(2)이 접지되어 있기 때문에, 자기 바이어스가 작아지고, B부에 대한 이온의 에너지가 작아진다. B부에서는 이온 스퍼터가 생기기 어렵게 되어, 반응생성물이 잔류한다. 그 결과, 윈도우(12) 내벽면은 반응생성물이 완전히 제거되는 영역(A부)과 반응생성물이 잔류하기 쉬운 영역(B부)으로 나뉘어진다.
B부에서의 반응생성물의 잔류가 없어지도록, 패러데이 실드(17)에 인가하는 고주파 전압(Faraday Shield Voltage : 이하 FSV라 한다)을 가능한 한 높게 설정하여, 윈도우(12) 내벽에 퇴적한 반응생성물을 제거할 필요가 있다. 그러나, 이 방법에서는 A부의 윈도우(12) 내벽면이 과도하게 마모된다.
이와 같이, 윈도우(12)가 마모되어 윈도우(12) 자체의 소모가 빨라지면, 윈도우(12)의 교환주기가 짧아진다. 또, 마모된 윈도우(12)가 반응생성물이 되어 웨이퍼표면에 재퇴적함으로써, 프로세스 성능에서의 에칭 속도의 불안정 및, 에칭 레이트 등의 웨이퍼 면내 불균일성의 기인이 된다. 또, 마모된 윈도우(12) 표면이 이물이 되어 시료 표면에 부착된다는 문제가 발생한다. 이 때문에, 윈도우(12) 내벽 전면에 퇴적한 반응생성물을 적합하게 제거하여, 상술한 문제를 방지하는 것이 필요하다.
특허문헌 2와 같은 종래 기술에서도 윈도우(12) 내벽 전면에 퇴적한 반응생성물을 적합하게 제거하는 것은 가능하나, 분할된 패러데이 실드 및 안테나에 대하여 각각 하나씩 고주파 전원을 사용하고 있기 때문에, 산업용 플라즈마처리장치에서 비용이 비싸고, 넓은 실장 공간이 필요하게 된다는 문제가 생긴다.
또한, 상기 특허문헌 2의 종래 기술에서는 해결할 수 없는 과제가 있다. 이 과제에 대하여 도 5를 이용하여 설명한다. 또, 이 과제는 패러데이 실드의 분할수에 의존하지 않기 때문에, 분할되어 있지 않은 패러데이 실드를 장비한 플라즈마처리장치로 설명한다.
도 5의 화살표가 있는 점선은, 패러데이 실드(17)로부터 플라즈마처리 중의 진공처리실(2) 내로 흘러 드는 고주파 전류를 모식적으로 나타내고 있다. 패러데이 실드(17)는, 플라즈마와 용량 결합하고 있고, 패러데이 실드(17)로부터 나온 고주파 전류는, 이들 화살표와 같이 플라즈마를 거쳐, 접지된 진공처리실(2)로 흘러 든다.
여기서, 패러데이 실드(17)에 인가하는 고주파 전압을 Va, 패러데이 실드(17)의 면적을 Sa, 또한, 진공처리실(2) 내벽 표면의 이온 시스에 발생하는 고주파 전압을 Vb, 이 이온 시스의 표면적을 Sb라 하면, 참고 문헌(저자「Michael A.Lieberman, Allan J.Lichetenberg」 ED 리서치사「플라즈마/프로세스의 원리」제 11장)에 나타나 있는 바와 같이 다음식이 성립한다.
Figure 112010046236972-pat00001
수학식 1은, 패러데이 실드(17)에 인가한 고주파 전압에 의해 윈도우(12)의 내벽면에 자기 바이어스가 생길 뿐만 아니라, 고주파 전류가 흘러 드는 진공처리실(2)의 내벽 표면에도 자기 바이어스가 발생하는 것을 의미한다.
따라서, 진공처리실(2)의 내벽은, 이 Vb에 의해 가속된 이온에 의해 스퍼터된다. 이와 같이 진공처리실(2)의 내벽이 마모됨으로써, 진공처리실(2) 내를 구성하는 각 부품의 수명은 짧아지고, 부품의 교환 빈도가 높아진다. 이로써, 부품 교환에 의한 플라즈마처리장치의 런닝 비용이 높아진다. 또, 마모된 진공처리실(2)의 내벽이 이물원이 되어, 플라즈마처리장치의 양산성능이 저하된다.
본 발명은, 진공처리실 내벽 표면에 발생하는 자기 바이어스를 억제함으로써, 진공처리실 내벽 또는 진공처리실 내 부품의 마모를 억제하고, 또한 진공처리실 내벽과 진공처리실 내 부품의 마모 억제에 의해 이물발생을 억제하는 플라즈마처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 진공처리실과, 상기 진공처리실의 상부를 폐쇄하는 진공처리실 덮개와, 유도 안테나와, 상기 유도 안테나와 상기 진공처리실 덮개의 사이에 설치된 패러데이 실드와, 상기 유도 안테나에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원을 가지는 플라즈마처리장치에 있어서, 상기 유도 안테나는, 2개 이상으로 분할되고, 상기 패러데이 실드는, 상기 유도 안테나의 분할수에 따른 분할수로 분할되며, 또, 하나의 상기 고주파 전원으로부터 정합기를 거쳐, 고주파 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치이다.
본 발명은 이상의 구성을 구비하기 때문에, 분할된 패러데이 실드에 인가되는 각각의 고주파 전압을 독립으로 제어할 수 있다. 이 때문에, 진공처리실 덮개 내벽에 퇴적한 반응생성물을 균일하게 제거할 수 있음으로써, 이물발생을 억제할 수 있고, 또한 분할된 패러데이 실드에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원이 하나이기 때문에, 플라즈마처리장치를 소형화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 관한 플라즈마처리장치의 구성을 나타내는 단면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 관한 패러데이 실드에 인가하는 전압의 제어범위를 나타내는 그래프,
도 3은 본 발명의 실시예에 관한 하측 패러데이 실드 위상 반전 시의 플라즈마 전류의 움직임을 나타내는 도,
도 4는 본 발명의 실시예에 관한 상측 패러데이 실드 위상 반전 시의 플라즈마 전류의 움직임을 나타내는 도,
도 5는 플라즈마처리 중의 진공처리실 내에 발생하는 전류의 흐름을 나타내는 도,
도 6은 본 발명의 실시예에 관한 플라즈마처리 중의 진공처리실 내에 발생하는 전류의 흐름을 나타내는 도,
도 7은 본 발명의 실시예에 관한 분할 패러데이 실드의 구성도,
도 8은 본 발명의 실시예에 관한 분할 패러데이 실드를 배치한 사다리꼴 형상 진공용기 주변의 단면도,
도 9는 본 발명의 실시예에 관한 분할 패러데이 실드를 배치한 평행 평판 형상 진공용기 주변의 단면도,
도 10은 진공용기 내벽에 부착하는 반응생성물의 퇴적 모양을 나타낸 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서 본원 발명의 여러가지 실시형태에 대하여 설명한다.
[실시예 1]
도 1은, 본 발명의 플라즈마처리장치의 단면도이다.
원통 형상의 진공처리실(2)의 상부를 폐쇄하는 절연재료제(예를 들면 Al2O3)의 사다리꼴 형상의 회전체의 형상인 윈도우(12)를 구비하여 진공처리실(2)을 형성한다. 진공처리실(2)의 내부에는, 피처리체인 시료(13)를 탑재하기 위한 시료대(5)를 구비하고, 진공처리실(2) 내부에는 플라즈마(6)를 생성하여 시료(13)를 처리한다. 또, 상기 시료대(5)는 시료대(5)를 포함하는 시료 유지부(9) 위에 형성한다.
진공처리실(2) 내부에는 가스공급장치(4)로부터 처리 가스가 공급되고, 진공처리실(2) 내부의 가스는 배기장치(7)에 의하여, 소정의 압력으로 감압 배기된다. 공급된 처리 가스는, 제 1 유도 안테나(1a), 제 2 유도 안테나(1b)와 제 1 패러데이 실드(8a), 제 2 패러데이 실드(8b)에서 발생하는 전자장의 작용에 의해, 플라즈마(6)를 생성한다. 플라즈마(6) 중에 존재하는 이온을 시료(13)에 인입하기 위하여, 시료대(5)에 제 2 고주파 전원(11)을 접속하고, 고주파 전력을 시료대(5)에 인가한다.
윈도우(12)의 바깥 둘레에는 코일형상의 제 1 유도 안테나(1a), 제 2 유도 안테나(1b)를 배치한다. 윈도우(12)의 중심축에 대하여 상측에 설치된 제 1 유도 안테나(1a)와 하측에 설치된 제 2 유도 안테나(1b)는, 각각의 코일의 감김수가 2턴이다. 또, 제 1 유도 안테나(1a)와 제 2 유도 안테나(1b)의 각각의 중심축은 일치시킨 쪽이 바람직하다. 제 1 유도 안테나(1a)와 제 2 유도 안테나(1b)에는, 제 1 고주파 전원(10)에 의해 발생하는 고주파 전력(예를 들면, 13.56 MHz, 27.12 MHz, 2 MHz 등)이 각각 공급되고, 플라즈마(6) 생성용 전자장을 방사한다. 이 때, 정합기인 매칭박스(3)에 탑재된 가변 콘덴서 VC1, VC2에 의한 정합회로를 사용하여, 제 1 유도 안테나(1a), 제 2 유도 안테나(1b)의 임피던스를 제 1 고주파 전원(10)의 출력 임피던스에 일치시킨다. 또한, 매칭 박스(3) 탑재의 가변 콘덴서 VC4에 의하여, 유도 안테나(1)에 공급하는 고주파 전류를 제 1 유도 안테나(1a)와 제 2 유도 안테나(1b)의 각각의 계통마다 제어할 수 있다. 이로써, 플라즈마(6)의 분포를 제어할 수 있다.
윈도우(12)의 중심축에 대하여 상측에 설치된 제 1 패러데이 실드(8a) 및 하측에 설치된 제 2 패러데이 실드(8b)는, 제 1 유도 안테나(1a)와 플라즈마(6)의 사이, 제 2 유도 안테나(1b)와 플라즈마(6)의 사이에 각각 용량적으로 결합하는 사다리꼴 형상의 회전체의 형상이며, 각각 윈도우(12)와 제 1 유도 안테나(1a), 윈도우(12)와 제 2 유도 안테나(1b)의 사이에 설치된다. 또, 제 1 패러데이 실드(8a)와 제 2 패러데이 실드(8b)는, 도 1에서는, 윈도우(12)의 바깥쪽에 설치되어 있으나, 안쪽에 설치되어도 된다.
또, 제 1 패러데이 실드(8a)와 제 2 패러데이 실드(8b)의 각각의 중심축은 윈도우(12)의 중심축과 일치시키고 있는 것이 바람직하다.
제 1 패러데이 실드(8a)와 제 2 패러데이 실드(8b)의 각각에 인가하는 고주파 전압(Faraday Shield Voltage : 이하 FSV라 한다)은, 매칭 박스(3) 탑재의 가변 콘덴서 VC3(VC5) 및 코일 L2(L3)에 의하여, 독립으로 제어할 수 있다. 예를 들면, 윈도우(12) 내벽에 퇴적한 반응생성물(18)의 분포가 도 10에 나타내는 바와 같이, A부보다 B부에 퇴적하고 있는 반응생성물(18)의 두께가 두꺼운 경우는, 제 2 패러데이 실드(8b)의 FSV를 제 1 패러데이 실드(8a)의 FSV보다 높게 함으로써, 윈도우(12) 내벽의 마모를 억제하여, 윈도우(12) 내벽 전체에 퇴적한 반응생성물(18)을 제거할 수 있다. 또, 제 1 패러데이 실드(8a)와 제 2 패러데이 실드(8b)의 각각의 FSV는 플라즈마처리장치의 처리조건의 파라미터로서 VC3, VC5의 정전용량을 설정함으로써, 독립으로 제어할 수 있다. 또는, VC3 및 VC5의 정전용량 제어수단(도시 생략)을 사용함으로써, 제 1 패러데이 실드(8a)와 제 2 패러데이 실드(8b)의 각각의 FSV를 독립으로 제어할 수 있다. 이와 같이, 제 1 패러데이 실드(8a)의 FSV와 제 2 패러데이 실드(8b)의 FSV를 독립으로 제어할 수 있음으로써, 반응생성물의 두께가 얇은 부분에 높은 고주파 전압이 인가되는 일이 없어져, 윈도우(12) 내벽에 부착한 반응생성물을 윈도우(12) 내벽 전체를 균일하게 제거할 수 있다. 이로써, 윈도우(12)의 교환 주기의 개선이 가능해진다. 또, 에칭 레이트의 시료 면내의 분포에 대한 반응생성물의 영향을 없앨 수 있다.
또 본 발명에서는, 제 1 유도 안테나(1a), 제 2 유도 안테나(1b) 및 제 1 패러데이 실드(8a), 제 2 패러데이 실드(8b) 각각에 공급하는 고주파 전력은, 제 1 고주파 전원(10)뿐이기 때문에 매칭 박스(3)를 사용하여 공급된다. 이 때문에, 특허문헌 2에 개시된 종래 기술과 같이 제 1 패러데이 실드(8a), 제 2 패러데이 실드(8b)에 각각 하나씩 고주파 전원을 설치할 필요는 없다. 그 때문에, 고주파 전원을 감소시킴으로써, 플라즈마처리장치의 제작 비용을 내릴 수 있고, 또, 넓은 실장 공간이 필요없기 때문에, 플라즈마처리장치의 소형화에 기여할 수 있다.
또, 본 실시예에서는, 제 1 패러데이 실드(8a)와 제 2 패러데이 실드(8b)의 각각에 인가하는 FSV를 독립으로 제어하는 방법으로서, 가변 콘덴서 VC3, VC5를 사용한 예를 설명하였으나, 예를 들면, 제 1 패러데이 실드(8a)의 표면적보다, 제 2 패러데이 실드(8b)의 표면적을 작아지도록 각각의 패러데이 실드를 제작함으로써, 제 2 패러데이 실드(8b)에 인가되는 FSV가 제 1 패러데이 실드(8a)에 인가되는 FSV보다 높게 하는 것이 가능해진다.
이로써, 가변 콘덴서 VC5로서, 약간 정전용량이 작은 가변 콘덴서를 사용하는 것도 가능해진다. 반대로, 제 1 패러데이 실드(8a)에 인가되는 FSV를 높게 하는 경우는, 가변 콘덴서 VC3에 약간 정전용량이 작은 가변 콘덴서를 사용할 수 있다.
또, 본 실시예는, 시료(13)의 처리 중, 또는 진공처리실(2)의 플라즈마 클리닝에 적용 가능하다.
[실시예 2]
본 실시예에서는, 제 1 패러데이 실드(8a), 제 2 패러데이 실드(8b)의 각각에 인가하는 FSV의 위상에 위상차를 마련할 수 있는 본 발명에 대하여 설명한다. 또한, 본 발명의 플라즈마처리장치의 구성은 실시예 1과 동일하고, 도 1에 나타내는 바와 같다. 그러나, 제 1 유도 안테나(1a)와 제 2 유도 안테나(1b)에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원은 1개에 한정하지 않고, 복수이어도 된다. 또, 상기 고주파 전원의 정합기도 1개에 한정하지 않고, 복수이어도 된다.
이하에 제 1 패러데이 실드(8a)와 제 2 패러데이 실드(8b)의 각각의 FSV의 위상에 위상차를 마련하기 위한 동작원리에 대하여 설명한다. 제 1 패러데이 실드(8a)와 제 2 패러데이 실드(8b)의 각각의 FSV는 도 1에 나타내는 바와 같이, 가변 콘덴서 VC3와 인덕턴스 L2 및 가변 콘덴서 VC5와 인덕턴스 L3의 LC 직렬공진 회로에서 제어된다. 이 때의 가변 콘덴서 VC3(VC5)의 정전용량(pF)과 FSV(V)의 관계를 도 2에 나타낸다. 가변 콘덴서 VC3(VC5)와 인덕턴스 L2(L3)의 합성 임피던스는 수학식 2로 나타낸다. 또, 공진점의 정전용량은, 수학식 3에 의하여 구해진다.
Figure 112010046236972-pat00002
Figure 112010046236972-pat00003
수학식 2로부터, 가변 콘덴서 VC3(VC5)와 인덕턴스 L2(L3)의 공진점에서는, FSV = 0(V)가 된다. 가변 콘덴서 VC3(VC5)의 정전용량이 공진점의 정전용량보다 작은 경우에서는, 합성 임피던스는 용량성의 임피던스가 되고, 한편, 가변 콘덴서 VC3(VC5)의 정전용량이 공진점의 정전용량보다 큰 경우에서는, 합성 임피던스는 유도성의 임피던스가 된다. 용량성 임피던스와 유도성 임피던스의 위상차는 180°가 되기 때문에, 제 1 패러데이 실드(8a), 제 2 패러데이 실드(8b)에 인가하는 각각의 FSV를, 한쪽의 FSV를 용량성 영역의 고주파 전압, 다른쪽의 FSV가 유도성 영역의 고주파 전압이 되도록 제어함으로써, 제 1 패러데이 실드(8a), 제 2 패러데이 실드(8b)에 인가하는 각각의 FSV의 위상을 180°반전시킬 수 있다. 또, 제1 패러데이 실드(8a), 제 2 패러데이 실드(8b)의 각각의 FSV의 위상차를 180°로 하기 위해서는, 플라즈마처리장치의 처리조건의 파라미터로서, VC3, VC5의 각각의 정전용량을 한쪽이 용량성 영역의 고주파 전압, 다른쪽이 유도성 영역의 고주파 전압이 되도록 설정한다. 또는, VC3 및 VC5의 정전용량 제어수단(도시 생략)을 사용함으로써, 제 1 패러데이 실드(8a)와 제 2 패러데이 실드(8b)의 각각의 FSV의 위상을 180°반전시킬 수 있다.
도 3은, 제 1 패러데이 실드(8a), 제 2 패러데이 실드(8b)에 인가하는 FSV의 위상을 180°반전하였을 때의 고주파 전류의 움직임이다. 제 1 패러데이 실드(8a)에 인가하는 FSV의 위상에 대하여, 제 2 패러데이 실드(8b)에 인가하는 FSV의 위상은 180°반전한다. 이 때, 제 1 패러데이 실드(8a)로부터 진공처리실(2) 내로 흘러 나오는 고주파 전류와 진공처리실(2) 내로부터 제 2 패러데이 실드(8b)로 흘러 드는 고주파 전류가 동일한 경우, 이들 고주파 전류는 도 3의 화살표 방향으로 흘러, 실질적으로 윈도우(12) 내벽면에서 고주파 전류를 클로즈할 수 있다[패러데이 실드(8)로부터 진공처리실(2) 내벽으로 고주파 전류가 흐르지 않는다.].
도 4는, 제 1 패러데이 실드(8a)와 제 2 패러데이 실드(8b)의 각각의 FSV의 위상이 다시 180°반전한 경우이며, 고주파 전류의 방향이 역전하는 것만으로, 도 3과 마찬가지로, 실질적으로 윈도우(12) 내벽면에서 고주파 전류를 클로즈할 수 있다[패러데이 실드(8)로부터 진공처리실(2) 내벽으로 고주파 전류가 흐르지 않는다.].
도 3, 도 4와는 달리, 제 1 패러데이 실드(8a), 제 2 패러데이 실드(8b)의 각각의 고주파 전류의 위상이 동일한 경우, 제 1 패러데이 실드(8a)[제 2 패러데이 실드(8b)]로 흐른 고주파 전류는, 제 2 패러데이 실드(8b)[제 1 패러데이 실드(8a)]의 고주파 전류와 상쇄할 수 없다. 이 때문에, 제 1 패러데이 실드(8a)로 흐르는 고주파 전류는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 모두 진공처리실(2) 내벽으로 흘러 든다. 한편, 제 1 패러데이 실드(8a), 제 2 패러데이 실드(8b)의 각각의 고주파 전류의 위상이 180°반전하여, 전류값의 절대값이 다른 경우에는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 상쇄할 수 없었던 나머지 고주파 전류가 진공처리실(2) 내벽으로 흘러 든다. 이 경우, 진공처리실(2) 내벽 표면으로 흘러 드는 고주파 전류의 전류값의 절대값이 작아지기 때문에, 진공처리실(2) 내벽 표면에 발생하는 자기 바이어스는 저하한다. 따라서, 진공처리실(2) 내벽에 대한 스퍼터를 억제할 수 있다. 이로써, 진공처리실(2) 내를 구성하는 부품의 소모 또는 진공처리실(2) 내벽 표면의 마모를 억제할 수 있다. 또, 본 실시예에서는, 제 1 패러데이 실드(8a)와 제 2 패러데이 실드(8b)의 각각의 FSV의 위상차가 180°인 경우를 설명하였으나, 180°에 한정되는 것은 아니다. 제 1 패러데이 실드(8a)와 제 2 패러데이 실드(8b)의 각각의 FSV에 위상 제어수단(도시 생략)을 사용하여, 위상차를 마련함으로써, 동일 위상의 경우와 비교하여, 진공처리실(2) 내벽으로 흘러 드는 고주파 전류를 저감할 수 있기 때문에, 진공처리실(2) 내벽 표면에 발생하는 자기 바이어스를 저하시키는 것이 가능해진다. 따라서, 진공처리실(2) 내벽에 대한 스퍼터를 억제할 수 있다. 이로써, 진공처리실(2) 내를 구성하는 부품의 소모 또는 진공처리실(2) 내벽 표면의 마모를 억제할 수 있다.
또, 제 1 패러데이 실드(8a), 제 2 패러데이 실드(8b)의 표면적을 각각 S1, S2, 제 1 패러데이 실드(8a), 제 2 패러데이 실드(8b)의 FSV를 각각 FSV1, FSV2라고 하면, 제 1 패러데이 실드(8a), 제 2 패러데이 실드(8b) 각각에, 윈도우(12) 내벽에 부착하고 있는 반응생성물의 분포에 따른 최적의 고주파 전압을 인가하여, FSV1과 FSV2에 위상차를 마련하고, 제 1 패러데이 실드(8a)와 제 2 패러데이 실드(8b)의 표면적비(S1/S2)를 수학식 4를 충족시키도록 조정함으로써, 윈도우(12) 내벽에 퇴적한 반응생성물 분포에 따라, 제 1 패러데이 실드(8a)와 제 2 패러데이 실드(8b)의 각각의 FSV를 적정한 고주파 전압으로 유지한 다음에, 제 1 패러데이 실드(8a)와 제 2 패러데이 실드(8b)에 각각 전류값의 절대값이 같은 고주파 전류를 흘릴 수 있다. 이로써, 제 1 패러데이 실드(8a)와 제 2 패러데이 실드(8b) 각각에 흐르는 전류값의 절대값이 다르고, FSV1와 FSV2에 위상차가 마련된 경우와 비교하여, 진공처리실(2) 내벽으로 흘러 드는 고주파 전류를 더욱 저감할 수 있기 때문에, 진공처리실(2) 내벽 표면에 발생하는 자기 바이어스를 더욱 저하시키는 것이 가능해진다. 따라서, 제 1 패러데이 실드(8a)와 제 2 패러데이 실드(8b)의 각각에 흐르는 전류값의 절대값이 다르고, FSV1와 FSV2에 위상차가 마련된 경우와 비교하여, 진공처리실(2) 내벽에 대한 스퍼터를 더욱 억제할 수 있어, 진공처리실(2) 내를 구성하는 부품의 소모 또는 진공처리실(2) 내벽 표면의 마모를 억제할 수 있다. 또, 상술한 위상차가 180°인 경우, 진공처리실(2) 내를 구성하는 부품의 소모 또는 진공처리실(2) 내벽 표면의 마모를 가장 억제할 수 있다.
또, 본 실시예는, 시료(13)의 처리 중, 또는 진공처리실(2)의 플라즈마 클리닝에 적용 가능하다.
Figure 112010046236972-pat00004
다음에 본 발명의 실시예 1, 2에 관한 제 1 패러데이 실드(8a) 및 제 2 패러데이 실드(8b)의 구성을 도 7, 도 8을 이용하여 설명한다.
도 7, 도 8에서 제 1 패러데이 실드(8a), 제 2 패러데이 실드(8b)는 제 1 유도 안테나(1a), 제 2 유도 안테나(1b)와 직교하는 세로 줄무늬 형상의 슬릿을 가지는 금속 도체로 제작되고, 윈도우(12)의 바깥쪽에 겹쳐서 배치한다. 또, 제 1 패러데이 실드(8a), 제 2 패러데이 실드(8b)를 윈도우(12)의 바깥쪽 표면에 용사(溶射)함으로써, 제작하여도 된다. 패러데이 실드(8)를 용사로 제작한 경우, 패러데이 실드(8)와 윈도우(12)의 간극을 일정 또는, 최소한으로 할 수 있기 때문에, 유도 안테나(1)와 패러데이 실드(8)의 이상방전을 억제하고, 저전력으로 플라즈마를 착화시키는 것이 가능해진다.
또, 제 1 패러데이 실드(8a), 제 2 패러데이 실드(8b)의 형상은, 윈도우(12)의 형상에 맞추어 변경할 수 있다. 예를 들면, 도 9와 같은 평행 평판 윈도우(15)에 맞춘 형상의 패러데이 실드로 변경할 수 있고, 도 7의 패러데이 실드(8)보다 실장 공간을 저감할 수 있다. 또, 패러데이 실드의 분할수도 필요에 따라 변경할 수 있다. 예를 들면, 패러데이 실드를 3개로 분할할 수 있다. 이 때 필요한 조건은, 각 패러데이 실드의 FSV를 적정화하는 것과, 3개의 패러데이 실드에 흐르는 고주파 전류의 합이 제로가 되도록, 패러데이 실드의 면적을 정하는 것이다. 고주파 전류의 합을 제로로 하는 방법으로서, 예를 들면 2개의 패러데이 실드의 고주파 전류가 동일 위상이고, 나머지 하나의 패러데이 실드의 고주파 전류의 위상을 역위상으로 하고, 각각의 고주파 전류의 합을 제로로 한다. 또, 고주파 전류의 위상과 전류값의 조합은 이것에 한정하지 않는다. 이로써, 패러데이 실드를 2개로 분할한 경우보다, 윈도우(12) 내벽면에 퇴적한 반응생성물의 분포에 따른 고정밀도한 FSV의 제어가 가능해진다.
도 8에서, 제 1 패러데이 실드(8a), 제 2 패러데이 실드(8b)는, 특수한 형상이기 때문에, 제작·조립 중에 과도한 힘이 가해지면 형상이 변형되는 경우가 있다. 이것을 방지하기 위하여, 제 1 패러데이 실드(8a), 제 2 패러데이 실드(8b)의 각각의 가장 바깥 둘레부에 절연재료(예를 들면, 베이클라이트) 또는 금속재료(예를 들면, SUS)의 제 1 패러데이 실드링(14a), 제 2 패러데이 실드링(14b)을 설치하여, 각각을 고정할 수 있다.
금속제의 패러데이 실드링(14)은, 절연제의 패러데이 실드링(14)보다, 차폐효과가 높기 때문에, 금속제의 쪽이 바람직하다.
1a : 제 1 유도 안테나 1b : 제 2 유도 안테나
2 : 진공처리실 3 : 매칭 박스
4 : 가스공급장치 5 : 시료대
6 : 플라즈마 7 : 배기장치
8a : 제 1 패러데이 실드 8b : 제 2 패러데이 실드
9 : 시료 유지부 10 : 제 1 고주파 전원
11 : 제 2 고주파 전원 12 : 윈도우
13 : 시료 14a : 제 1 패러데이 실드링
14b : 제 2 패러데이 실드링 15 : 평행 평판 윈도우
16 : 패러데이 실드의 정전계 17 : 패러데이 실드
18 : 반응생성물

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 진공처리실과, 상기 진공처리실의 상부를 폐쇄하는 진공처리실 덮개와, 유도 안테나와, 상기 유도 안테나와 상기 진공처리실 덮개의 사이에 설치된 패러데이 실드와, 상기 유도 안테나에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원을 가지는 플라즈마처리장치에 있어서,
    상기 유도 안테나는, 2개 이상으로 분할되고,
    상기 패러데이 실드는, 상기 유도 안테나의 분할수에 따른 분할수로 분할됨과 함께 상기 고주파 전원으로부터 정합기를 거쳐, 고주파 전압이 인가되고,
    상기 분할된 패러데이 실드의 각각에 인가된 고주파 전압의 각각의 위상에 대한 위상차를 제어하는 위상차 제어수단을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 위상차 제어수단이 상기 위상차를 180°로 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 정합기는, 상기 분할된 패러데이 실드의 각각에 인가된 고주파 전압을 독립으로 제어하는 LC 회로부를 가지고,
    상기 LC 회로부는, 상기 패러데이 실드의 분할수에 따른 가변 콘덴서와 인덕턴스로 이루어지는 LC 회로를 구비하고,
    상기 위상차 제어수단은, 상기 LC 회로부를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 유도 안테나와 상기 패러데이 실드는, 각각 2개로 분할되고,
    상기 패러데이 실드는, 하나의 상기 고주파 전원으로부터 정합기를 거쳐, 고주파 전압이 인가되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 분할된 제 1 패러데이 실드, 상기 분할된 제 2 패러데이 실드의 표면적을 각각 S1, S2, 상기 제 1 패러데이 실드, 제 2 패러데이 실드에 인가되는 고주파 전압을 각각 FSV1, FSV2라 하고, 제 1 패러데이 실드, 제 2 패러데이 실드의 각각의 표면적이 하기 수학식을 충족시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
    Figure 112011076213971-pat00005

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