KR102033180B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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나오유키 우메하라
히로키 엔도
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 RF 바이어스 기능의 제어성을 향상시키고, 대향 전극과 접지 전위 사이의 고주파 전송로 상에서 원하지 않는 공진이 발생하는 것을 확실하게 방지하여 플라즈마 프로세스의 신뢰성을 향상시키는 것을 과제로 한다.
이 용량 결합형 플라즈마 처리 장치는, 제1, 제2 및 제3 고주파 전원(35, 36, 38)으로부터 3 종류의 고주파(RF1, RF2, RF3)를 중첩하여 서셉터(하부 전극)(16)에 인가한다. 이러한 3주파 중첩 인가 방식에 있어서, 플라즈마 프로세스에 관계하거나 또는 영향을 주는 주요한 주파수를 전부 고려하여, 상부 전극(48) 둘레의 고주파 전송로 상의 주파수-임피던스 특성을 강구함으로써, 상기 고주파 전송로 상에서 직렬 공진이 일어나는 것을 방지하고 있다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 피처리 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 기술에 관한 것으로, 특히 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스나 FPD(Flat Panel Display)의 제조 프로세스에 있어서의 에칭, 퇴적, 산화, 스퍼터링 등의 처리에서는, 비교적 저온에서 양호한 반응을 하게 하기 위해서 처리 가스로 플라즈마가 많이 이용되고 있다. 이런 유형의 플라즈마 프로세스에서는 진공의 처리 용기 내에서 처리 가스를 방전 또는 전리시키기 위해서 고주파(RF)나 마이크로파가 사용되고 있다.
용량 결합형의 플라즈마 처리 장치에서는, 처리 용기 내에 상부 전극과 하부 전극을 평행하게 배치하고, 하부 전극 위에 피처리 기판(반도체 웨이퍼, 유리 기판 등)을 얹어 놓고서, 상부 전극 혹은 하부 전극에 플라즈마 생성에 알맞은 주파수(통상 13.56 MHz 이상)의 고주파를 인가한다. 이 고주파의 인가에 의해서 서로 대향하는 전극 사이에 생성된 고주파 전계에 의해 전자가 가속되어, 전자와 처리 가스의 충돌 전리에 의해서 플라즈마가 발생한다. 그리고, 이 플라즈마에 포함되는 라디칼이나 이온의 기상 반응 혹은 표면 반응에 의해서 기판 상에 박막이 퇴적되거나 혹은 기판 표면의 소재 또는 박막이 깎인다.
이와 같이, 플라즈마 프로세스에서는 기판에 입사하는 라디칼과 이온이 중요한 역할을 한다. 특히, 이온은 기판에 입사할 때의 충격에 의해서 물리적인 작용을 발휘하는 점이 중요하다.
종래부터, 플라즈마 프로세스에서는, 기판을 얹어 놓는 하부 전극에 낮은 주파수(통상 13.56 MHz 이하)의 고주파를 인가하여, 하부 전극 상에 발생하는 마이너스의 바이어스 전압 또는 시스 전압에 의해 플라즈마 속의 이온을 가속하여 기판에 인입하는 RF 바이어스법이 많이 이용되고 있다. 이와 같이 플라즈마로부터 이온을 가속하여 기판 표면에 충돌시킴으로써, 표면 반응, 이방성 에칭 혹은 막의 개질 등을 촉진할 수 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허공개 평7-302786
상기와 같은 RF 바이어스의 기능을 탑재하는 종래의 용량 결합형 플라즈마 처리 장치는, 하부 전극에 인가하는 이온 인입용의 고주파를 1 종류(단일 주파수)로 한정하고, 그 고주파의 파워, 하부 전극 상의 자기 바이어스 전압 혹은 시스 전압을 제어 파라미터로 하고 있다.
그러나, 본 발명자가 플라즈마 프로세스의 기술 개발 중에서 RF 바이어스의 작용에 관해서 연구를 거듭한 바, 이온 인입용으로 단일의 고주파를 이용하는 종래의 방식은 복합적인 프로세스 특성이 요구되는 최첨단 플라즈마 프로세스에 있어서는 이온 에너지 분포의 제어성에 어려움이 있음을 알 수 있게 되었다.
보다 상세하게는, 이온 인입용으로 단일의 고주파를 이용했을 때에 기판에 입사하는 이온의 에너지 분포(IED : Ion Energy Distribution)를 해석하면, 도 15a∼도 15c 및 도 16a∼도 16c에 도시하는 것과 같이, 정형적으로 연속된 에너지 밴드 안에 모든 입사 이온의 에너지가 수습되고ㅎ, 최대 에너지 부근 및 최소 에너지 부근에 이온이 많이 집중한다(피크가 나타남). 따라서, 이온 에너지의 평균치뿐만 아니라, 이온이 많이 집중하는 최대 에너지 및 최소 에너지를 자유롭게 가변할 수 있다면, 플라즈마 프로세스에 있어서 요구되는 RF 바이어스 기능의 제어성 향상이 예견되지만, 단일의 고주파를 이용한 경우에는 상술한 것과 같이 이온이 많이 집중하는 최대 에너지 및 최소 에너지를 자유롭게 가변할 수 있는 경우는 없다.
종래의 방식에 따르면, 이온 인입용으로 낮은 주파수 예컨대 0.8 MHz의 고주파를 이용한 경우, 그 RF 파워를 가변하면, 이온 에너지 분포 특성은 도 15a(저파워), 도 15b(중파워), 도 15c(고파워)에 도시하는 것과 같이 변화된다. 즉, 최소 에너지가 대략 0 eV에 고정된 채로, 최대 에너지가 RF 파워에 비례하여 1000 eV(도 15a), 2000 eV(도 15b), 3000 eV(도 15c)로 변화된다.
그러나, 이온 인입용으로 높은 주파수, 예컨대 13 MHz의 고주파를 이용한 경우는, 그 RF 파워를 가변하면, 이온 에너지 분포 특성은 도 16a(저파워), 도 16b(중파워), 도 16c(고파워)에 도시하는 것과 같이 변화된다. 즉, 최대 에너지가 RF 파워에 비례하여 650 eV, 1300 eV, 1950 eV로 변화되는 한편, 최소 에너지도 RF 파워에 비례하여 350 eV, 700 eV, 1050 eV로 변화된다.
도 15a∼도 15c 및 도 16a∼도 16c의 이온 에너지 분포 특성은 Ar+ 이온에 관한 것이지만, 다른 이온이라도 같은 특성(패턴)을 보인다.
이와 같이, 종래 방식에 있어서는, 이온 에너지 분포의 최대 에너지 또는 평균 에너지를 임의로 가변할 수는 있더라도, 최대 에너지와 독립적으로 최소 에너지를 임의로 가변할 수는 없다. 따라서, 예컨대 도 16c의 가상선(1점쇄선) K로 나타내는 것과 같은 이온 에너지 분포 특성을 실현할 수는 없다. 이에 따라, 예컨대 HARC(High Aspect Ratio Contact)의 플라즈마 에칭에 있어서 에칭 속도 및 선택비와 에칭 형상의 사이의 트레이드오프를 능숙하게 피할 수 없는 것이 문제가 되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하는 것으로, RF 바이어스 기능의 제어성을 향상시키고, 대향 전극과 접지 전위 사이의 고주파 전송로 상에서 원하지 않는 공진이 발생하는 것을 확실하게 방지하여 플라즈마 프로세스의 신뢰성을 향상시키는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 피처리 기판을 출입 가능하게 수용하는 진공 배기 가능한 처리 용기 내에 서로 대향하여 설치된 제1 및 제2 전극 사이의 처리 공간에서 처리 가스의 고주파 방전에 의한 플라즈마를 생성하여, 상기 플라즈마 하에서 상기 제1 전극 상에 유지되는 상기 기판에 원하는 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치로서, 제1 주파수(f1)를 갖는 제1 고주파를 상기 제1 전극에 인가하는 제1 고주파 급전부와, 제2 주파수(f2)를 갖는 제2 고주파를 상기 제1 전극에 인가하는 제2 고주파 급전부와, 제3 주파수(f3)를 갖는 제3 고주파를 상기 제1 전극에 인가하는 제3 고주파 급전부와, 상기 제2 전극과 접지 전위의 부재의 사이에 접속되는 필터 회로를 구비하고, f1은 100 kHz∼6 MHz, f2는 6 MHz∼40 MHz 및 f3은 40 MHz∼300 MHz이며, 2f1＜f2 또한 2f2＜f3의 관계가 성립하고, 3f2＜f3인 경우는 (f1+f2)를 A, 2f2와 (f3-f2) 중 낮은 쪽을 B라고 하면, 상기 처리 공간과 상기 제2 전극의 경계면으로부터 상기 제2 전극을 통해 접지 전위에 이르기까지의 고주파 전송로를 예상했을 때의 주파수-임피던스 특성에 있어서, f1＜f≤A 및 B≤f＜f3의 주파수 범위에서는 어떠한 공진 주파수도 존재하지 않고, A＜f＜B의 주파수 범위에서는 fs＜fp의 관계로 하나의 직렬 공진 주파수(fs)와 하나의 병렬 공진 주파수(fp)가 존재하도록 상기 필터 회로가 구성되고, 3f2＞f3인 경우는 (f3-f2)와 (f1+f2) 중 높은 쪽을 A, 2f2와 (f3-f1) 중 낮은 쪽을 B라고 하면, 상기 처리 공간과 상기 제2 전극의 경계면으로부터 상기 제2 전극을 통해 접지 전위에 이르기까지의 고주파 전송로를 예상했을 때의 주파수-임피던스 특성에 있어서, f1＜f≤A 및 B≤f＜3f2(또는 f3)의 주파수 범위에서는 어떠한 공진 주파수도 존재하지 않고, A＜f＜B의 주파수 범위에서는 fs＜fp의 관계로 하나의 직렬 공진 주파수(fs)와 하나의 병렬 공진 주파수(fp)가 존재하도록 상기 필터 회로가 구성된다.
상기한 구성에 있어서는, 피처리 기판을 얹어 놓는 제1 전극에 이온 인입에 알맞은 제1 및 제2 주파수를 각각 갖는 제1 및 제2 고주파를 중첩하여 인가함으로써, 플라즈마로부터 기판에 입사되는 이온의 에너지 분포에 있어서 최소 에너지 및 최대 에너지를 독립적으로 제어하는 것이 가능하고, 나아가서는 이온 에너지 분포 특성의 형상을 오목형이나 플랫형으로 하는 것도 가능하고, 다종다양한 프로세스 특성 혹은 복합적인 프로세스 특성에 대하여 이온 에너지 분포 특성을 최적화하며, 나아가서는 프로세스 특성을 최적화할 수 있다.
한편, 플라즈마는 대체로 비선형인 부하이기 때문에, 용량 결합형 플라즈마 처리 장치의 챔버 내에서는, 각 기본파의 정수배의 주파수를 갖는 고조파나, 기본파끼리 혹은 기본파와 고조파의 합 또는 차의 주파수를 갖는 IMD(혼변조 왜곡)가 불가피하게 발생한다. 이들 고조파나 IMD는 그 파워가 클수록 기본파의 파워를 빼앗고, 나아가서는 큰 전류로 필터 회로를 흐르면 회로 소자를 소손시키는 경우도 있다. 용량 결합형 플라즈마 처리 장치에 있어서, 이들 바람직하지 않은 현상은 챔버 내의 플라즈마에서부터 대향 전극(제2 전극)을 통해 접지 전위에 이르기까지의 고주파 전송로 상에서 어느 하나의 고조파 또는 IMD에 대하여 직렬 공진이 일어날 때에 현저하게 나타난다. 물론, 상기 고주파 전송로 상에서 어느 하나의 기본파에 대하여 직렬 공진이 일어날 때에도 필터 회로 내의 임피던스 소자를 소손시킬 우려가 있어, 바람직하지 않다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 필터 회로를 통하여 제2 전극 둘레의 고주파 전송로 상에 상기와 같은 주파수-임피던스 특성을 구축함으로써, 프로세스 조건을 어떻게 설정하더라도 제2 전극 둘레의 고주파 전송로 상에서 직렬 공진이 발생할 가능성을 전무로 할 수 있다. 따라서, 기본파의 파워가 고조파 또는 IMD로 변환되어 손실을 초래하는 일이 없으면, 필터 회로 내의 회로 소자가 대전류에 의해서 소손되는 일도 없다.
본 발명의 플라즈마 처리 방법 또는 플라즈마 처리 장치에 따르면, 상기와 같은 구성 및 작용에 의해, RF 바이어스 기능의 제어성을 향상시키고, 대향 전극과 접지 전위 사이의 고주파 전송로 상에서 원하지 않는 공진이 발생하는 것을 확실하게 방지하여 플라즈마 프로세스의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 있어서의 플라즈마 처리 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 2는 실시형태의 2주파 RF 바이어스법에 있어서의 시스 전압 및 이온 응답 전압의 파형을 도시하는 도면이다.
도 3은 실시형태에서 이용하는 변환 함수를 도시하는 도면이다.
도 4는 단주파 RF 바이어스법에 있어서의 이온 에너지 분포 및 이온 응답 전압을 도시하는 도면이다.
도 5는 2주파 RF 바이어스법에 있어서의 이온 에너지 분포 및 이온 응답 전압을 도시하는 도면이다.
도 6a는 실시형태에 있어서, 이온 에너지 분포의 최대 에너지를 고정한 채로 최소 에너지를 일정 범위 내에서 임의로 조절할 수 있는 기능을 도시하는 도면이다.
도 6b는 이온 에너지 분포의 최대 에너지를 고정한 채로 최소 에너지를 일정 범위 내에서 임의로 조절할 수 있는 기능을 도시하는 도면이다.
도 6c는 이온 에너지 분포의 최대 에너지를 고정한 채로 최소 에너지를 일정 범위 내에서 임의로 조절할 수 있는 기능을 도시하는 도면이다.
도 7a는 실시형태에 있어서, 이온 에너지 분포의 최소 에너지를 고정한 채로 최대 에너지를 일정 범위 내에서 임의로 조절할 수 있는 기능을 도시하는 도면이다.
도 7b는 이온 에너지 분포의 최소 에너지를 고정한 채로 최대 에너지를 일정 범위 내에서 임의로 조절할 수 있는 기능을 도시하는 도면이다.
도 7c는 이온 에너지 분포의 최소 에너지를 고정한 채로 최대 에너지를 일정 범위 내에서 임의로 조절할 수 있는 기능을 도시하는 도면이다.
도 8a는 실시형태에 있어서, 에너지 중심치를 고정한 채로 에너지 밴드의 폭을 일정 범위 내에서 임의로 가변할 수 있는 기능을 도시하는 도면이다.
도 8b는 에너지 평균치(중심치)를 고정한 채로 에너지 밴드의 폭을 일정 범위 내에서 임의로 가변할 수 있는 기능을 도시하는 도면이다.
도 8c는 에너지 평균치를 고정한 채로 에너지 밴드의 폭을 일정 범위 내에서 임의로 가변할 수 있는 기능을 도시하는 도면이다.
도 8d는 에너지 평균치를 고정한 채로 에너지 밴드의 폭을 일정 범위 내에서 임의로 가변할 수 있는 기능을 도시하는 도면이다.
도 8e는 에너지 평균치를 고정한 채로 에너지 밴드의 폭을 일정 범위 내에서 임의로 가변할 수 있는 기능을 도시하는 도면이다.
도 9는 실시형태의 2주파 바이어스법에 있어서의 주파수의 조합 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 있어서 플라즈마 프로세스에 관계되거나 또는 영향을 주는 주된 주파수의 분포를 도시하는 도면이다.
도 11은 실시형태에 있어서의 필터 회로 단일체의 회로 구성을 도시하는 회로도이다.
도 12는 상부 전극 둘레의 고주파 전송로의 회로 구성을 도시하는 회로도이다.
도 13은 상기 고주파 전송로의 주파수-임피던스 특성을 도시하는 도면이다.
도 14는 다른 실시예에 있어서 프로세스에 관계되거나 또는 영향을 주는 주된 주파수의 분포를 도시하는 도면이다.
도 15a는 낮은 주파수를 이용하는 종래의 단주파 바이어스법에 있어서 RF 파워를 낮게 했을 때에 얻어지는 이온 에너지 분포를 도시하는 도면이다.
도 15b는 낮은 주파수를 이용하는 종래의 단주파 바이어스법에 있어서 RF 파워를 중위(中位)의 값으로 선택했을 때에 얻어지는 이온 에너지 분포를 도시하는 도면이다.
도 15c는 낮은 주파수를 이용하는 종래의 단주파 바이어스법에 있어서 RF 파워를 높게 했을 때에 얻어지는 이온 에너지 분포를 도시하는 도면이다.
도 16a는 높은 주파수를 이용하는 종래의 단주파 바이어스법에 있어서 RF 파워를 낮게 했을 때에 얻어지는 이온 에너지 분포를 도시하는 도면이다.
도 16b는 높은 주파수를 이용하는 종래의 단주파 바이어스법에 있어서 RF 파워를 중위의 값으로 선택했을 때에 얻어지는 이온 에너지 분포를 도시하는 도면이다.
도 16c는 높은 주파수를 이용하는 종래의 단주파 바이어스법에 있어서 RF 파워를 높게 했을 때에 얻어지는 이온 에너지 분포를 도시하는 도면이다.
이하, 도 1∼도 14를 참조하여 본 발명의 적합한 실시형태를 설명한다.
[장치 전체의 구성]
도 1에 본 발명의 일 실시형태에 있어서의 플라즈마 처리 장치의 구성을 도시한다. 이 플라즈마 처리 장치는, 하부 3주파 인가 방식의 용량 결합형 플라즈마 에칭 장치로서 구성되어 있으며, 예컨대 표면이 알루마이트 처리(양극 산화 처리)된 알루미늄으로 이루어지는 원통형의 진공 챔버(처리 용기)(10)를 갖고 있다. 챔버(10)는 접지되어 있다.
챔버(10)의 바닥부에는 세라믹 등의 절연판(12)을 통해 원주형의 서셉터 지지대(14)가 배치되고, 이 서셉터 지지대(14) 위에 예컨대 알루미늄으로 이루어지는 서셉터(16)가 설치되어 있다. 서셉터(16)는 하부 전극을 구성하며, 이 위에 피처리 기판으로서 예컨대 반도체 웨이퍼(W)가 배치된다.
서셉터(16)의 상면에는 반도체 웨이퍼(W)를 정전 흡착력으로 유지하기 위한 정전 척(18)이 설치되어 있다. 이 정전 척(18)은 도전막으로 이루어지는 전극(20)을 한 쌍의 절연층 또는 절연 시트 사이에 끼워넣은 것으로, 전극(20)에는 직류 전원(22)이 스위치(24)를 통해 전기적으로 접속되어 있다. 직류 전원(22)으로부터의 직류 전압에 의해 반도체 웨이퍼(W)를 정전기력으로 정전 척(18)에 흡착 유지할 수 있게 되어 있다. 정전 척(18) 주위에서 서셉터(16)의 상면에는 에칭의 면내 균일성을 향상시키기 위한 예컨대 실리콘으로 이루어지는 포커스 링(26)이 배치되어 있다. 서셉터(16) 및 서셉터 지지대(14)의 측면에는 예컨대 석영으로 이루어지는 원통형의 내벽 부재(28)가 부착되어 있다.
서셉터 지지대(14)의 내부에는 예컨대 원주 방향으로 뻗는 냉매실 또는 냉매 통로(30)가 설치되어 있다. 이 냉매 통로(30)에는 외부 부착의 칠러 유닛(도시하지 않음)으로부터 배관(32a, 32b)을 통해 소정 온도의 냉매, 예컨대 냉각수(cw)가 순환 공급된다. 냉매(cw)의 온도에 의해서 서셉터(16) 상의 반도체 웨이퍼(W)의 처리 온도를 제어할 수 있게 되어 있다. 또한, 전열 가스 공급 기구(도시하지 않음)로부터의 전열 가스, 예컨대 He 가스가 가스 공급 라인(34)을 통해 정전 척(18)의 상면과 반도체 웨이퍼(W)의 이면의 사이에 공급된다.
서셉터(16)에는 제1, 제2 및 제3 고주파 전원(35, 36, 38)이 각각 정합기(40, 42, 43) 및 하부 급전 도체(44, 45, 46)를 통해 전기적으로 접속되어 있다. 하부 급전 도체(44, 45, 46)는 공통의 도체, 예컨대 급전 막대라도 좋다.
제1 고주파 전원(35)은 서셉터(16) 상의 반도체 웨이퍼(W)에 플라즈마의 이온을 인입하는 데 알맞은 낮은 주파수 f1(100 kHz∼6 MHz)을 갖는 제1 고주파(RF1)을 가변의 파워로 출력하도록 구성되어 있다. 제2 고주파 전원(36)은 서셉터(16) 상의 반도체 웨이퍼(W)에 플라즈마의 이온을 인입하는 데 알맞은 높은 주파수 f2(6 MHz∼40 MHz)를 갖는 제2 고주파(RF2)를 가변의 파워로 출력하도록 구성되어 있다. 제3 고주파 전원(38)은 처리 가스의 용량 결합에 의한 고주파 방전, 즉 플라즈마 생성에 알맞은 주파수 f3(40 MHz∼300 MHz)을 갖는 제3 고주파(RF3)를 가변의 파워로 출력하도록 구성되어 있다. 한편, 제1 고주파(RF1)와 제2 고주파(RF2)를 동시에 인가하는 경우는 f1＜f2의 관계로 RF1, RF2가 중첩되고, 제2 고주파(RF2)와 제3 고주파(RF3)를 동시에 인가하는 경우는 f2＜f3의 관계로 RF2, RF3이 중첩되도록 되어 있다.
서셉터(16)의 위쪽에는 이 서셉터와 평행하게 대향하여 상부 전극(48)이 설치되어 있다. 이 상부 전극(48)은 다수의 가스 분출 구멍(50a)을 갖는 예컨대 Si, SiC 등의 반도체 재료로 이루어지는 전극판(50)와, 이 전극판(50)을 착탈 가능하게 지지하는 도전 재료 예컨대 표면이 알루마이트 처리된 알루미늄으로 이루어지는 전극 지지체(52)로 구성되어 있고, 챔버(10)의 상부에 링형의 절연체(54)를 통해 부착되어 있다. 이 상부 전극(48)과 서셉터(16) 사이에 플라즈마 생성 공간 또는 처리 공간(PS)이 설정되어 있다. 링형 절연체(54)는, 예컨대 알루미나(Al2O3)로 이루어지고, 상부 전극(48)의 외주면과 챔버(10)의 측벽의 사이의 간극을 기밀하게 막고 있으며, 상부 전극(48)을 비접지로 물리적으로 지지한다. 전기적으로는 링형 절연체(54)를 사이에 두고 상부 전극(48)과 챔버(10)의 사이에 고정치의 정전 용량(이하 「전극 부유 용량」이라고 부름)(EC)이 형성되어 있다.
전극 지지체(52)는 그 내부에 가스 버퍼실(56)을 갖고, 그 하면에 가스 버퍼실(56)로부터 전극판(50)의 가스 분출 구멍(50a)에 연통되는 다수의 가스 통기 구멍(52a)을 갖고 있다. 가스 버퍼실(56)에는 가스 공급관(58)을 통해 처리 가스 공급원(60)이 접속되어 있고, 가스 공급관(58)에 매스플로우 컨트롤러(MFC)(62) 및 개폐 밸브(64)가 설치되어 있다. 처리 가스 공급원(60)으로부터 소정의 처리 가스가 가스 버퍼실(56)에 도입되면, 전극판(50)의 가스 분출 구멍(50a)으로부터 서셉터(16) 상의 반도체 웨이퍼(W)를 향해 처리 공간(PS)에 처리 가스가 샤워 형태로 분출되도록 되어 있다. 이와 같이, 상부 전극(48)은 처리 공간(PS)에 처리 가스를 공급하기 위한 샤워 헤드를 겸하고 있다.
서셉터(16) 및 서셉터 지지대(14)와 챔버(10)의 측벽의 사이에 형성되는 환상의 공간은 배기 공간으로 되어 있고, 이 배기 공간의 바닥에는 챔버(10)의 배기구(72)가 형성되어 있다. 이 배기구(72)에 배기관(74)을 통해 배기 장치(76)가 접속되어 있다. 배기 장치(76)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 구비하며, 챔버(10)의 실내, 특히 처리 공간(PS)을 원하는 진공도까지 감압할 수 있게 되어 있다. 또한, 챔버(10)의 측벽에는 반도체 웨이퍼(W)의 반입출구(78)를 개폐하는 게이트 밸브(80)가 부착되어 있다.
챔버(10) 밖에 설치되는 직류 전원 유닛(82)의 출력 단자는 스위치(84) 및 필터 회로(86)를 통해 상부 전극(48)에 전기적으로 접속되어 있다. 직류 전원 유닛(82)은, 예컨대 제어 가능한 직류 전원으로 이루어지며, -2000∼+1000 V의 직류 전압 VDC을 출력할 수 있도록 구성되어 있다. 대안으로, 직류 전원 유닛(82)은 다른 형태로서, 다른 직류 전압을 출력하는 복수의 직류 전원을 구비하고, 이들 복수의 직류 전압 중의 하나를 선택적으로 출력하는 것도 가능하다. 직류 전원 유닛(82)의 출력(전압, 전류)의 극성 및 절대치 및 스위치(84)의 온·오프 전환은 후술하는 제어부(88)로부터의 지시 하에서 직류 전원 컨트롤러(83)에 의해 제어되도록 되어 있다.
필터 회로(86)는 직류 전원 유닛(82)으로부터의 직류 전압 VDC을 상부 전극(48)에 인가하는 한편, 서셉터(12)로부터 처리 공간(PS) 및 상부 전극(48)을 통해 들어온 고주파 전류를 접지 라인으로 흘리고 직류 전원 유닛(82) 측으로는 흘리지 않도록 구성되어 있다. 이 실시형태에 있어서 필터 회로(86)의 구성 및 회로 상수는 특히 중요하며, 후에 자세히 설명한다.
챔버(10) 내에서 처리 공간(PS)에 면하는 적당한 부위에, 예컨대 Si, SiC 등의 도전성 재료로 이루어지는 DC 접지 부품(도시하지 않음)이 부착되어 있다. 이 DC 접지 부품은 접지 라인(도시하지 않음)을 통해 상시 접지되어 있다.
제어부(88)는 마이크로 컴퓨터를 포함하며, 이 플라즈마 에칭 장치 내의 각 부, 예컨대 정전척용의 스위치(24), 제1, 제2 및 제3 고주파 전원(35, 36, 38), 정합기(40, 42, 43), 처리 가스 공급부(60, 62, 64), 배기 장치(76), DC 바이어스용의 직류 전원 유닛(82) 및 스위치(84), 칠러 유닛, 전열 가스 공급부 등의 동작을 개별적 및 통괄적으로 제어한다. 또한, 제어부(88)는 맨 머신 인터페이스(man machine interface)용의 터치 패널(도시하지 않음) 및 각종 프로그램이나 설정치 등의 데이터를 저장하는 기억 장치(도시하지 않음) 등과도 접속되어 있다. 이 실시형태에서는 제어부(88)가 하나의 제어 유닛으로서 나타내어져 있지만, 복수의 제어 유닛이 제어부(88)의 기능을 병렬적 또는 계층적으로 분담하는 형태를 취하더라도 좋다.
이 플라즈마 에칭 장치에 있어서, 에칭 가공을 행하기 위해서는, 우선 게이트 밸브(80)를 열림 상태로 하여, 가공 대상인 반도체 웨이퍼(W)를 챔버(10) 내에 반입하고, 정전 척(18) 위에 얹어 놓는다. 그리고, 처리 가스 공급원(60)으로부터 소정의 처리 가스, 즉 에칭 가스(일반적으로 혼합 가스)를 소정의 유량 및 유량비로 챔버(10) 내에 도입하고, 배기 장치(76)에 의한 진공 배기로 챔버(10) 내의 압력을 설정치로 한다. 또한, 제3 고주파 전원(38)으로부터 소정의 파워로 플라즈마 생성용의 제3 고주파(RF3)(40 MHz∼300 MHz)를 상부 전극(48)에 인가한다. 다른 한편, 제1 및 제2 고주파 전원(35, 36)으로부터 각각 소정의 파워로 이온 인입용의 제1 고주파(RF1)(100 kHz∼6 MHz) 및 제2 고주파(RF2)(6 MHz∼40 MHz)를 서셉터(하부 전극)(16)에 인가한다. 또한, 스위치(24)를 온으로 하여, 정전 흡착력에 의해서 정전 척(18)과 반도체 웨이퍼(W) 사이의 접촉 계면에 전열 가스(He 가스)를 가둔다. 또한, 필요에 따라서 스위치(84)를 온으로 하여, 직류 전원 유닛(82)으로부터의 소정의 직류 전압 VDC을 상부 전극(48)에 인가한다. 샤워 헤드(상부 전극)(48)로부터 토출된 에칭 가스는 양 전극(16, 48) 사이에서 고주파의 방전에 의해서 플라즈마화하고, 이 플라즈마에 포함되는 라디칼이나 이온에 의해서 반도체 웨이퍼(W)의 주면(主面)의 막이 에칭된다.
이 실시형태의 플라즈마 에칭 장치는, 프로세스 중에 플라즈마로부터 반도체 웨이퍼(W)에 입사되는 이온의 에너지를 제어하기 위해서, 2개의 고주파 전원(35, 36)으로부터 이온 인입에 알맞은 2 종류의 고주파 RF1(100 kHz∼6 MHz), RF2(6 MHz∼40 MHz)를 서셉터(12)에 중첩하여 인가하는 하드웨어 구성(32∼46)을 지니고, 에칭 가공의 사양, 조건 또는 레시피에 따라서 제어부(88)가 양 고주파(RF1, RF2)의 토탈 파워 및 파워비를 제어하도록 되어 있다.
[실시형태에 있어서의 RF 바이어스 기능]
이 실시형태의 플라즈마 에칭 장치에 있어서는, 상기한 것과 같이, 프로세스 중에는, 제1 고주파 전원(35) 및 제2 고주파 전원(36)으로부터 이온 인입용의 제1 고주파(RF1)(예컨대 0.8 MHz) 및 제2 고주파(RF2)(예컨대 13 MHz)가 서셉터(하부 전극)(16)에 중첩 인가된다. 그러면, 플라즈마 생성 공간(PS)에 면하는 서셉터(16) 또는 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 생기는 이온 시스에는, 도 2에 도시하는 것과 같은 양 고주파(RF1, RF2)가 중첩된 부극성(負極性)의 시스 전압 VS(t)이 발생한다. 한편, 도 2에서는, 이온 시스 중에서 양 고주파(RF1, RF2)가 중첩되어 있는 상태를 알기 쉽게 하기 위해서, 제1 고주파(RF1)의 전압(파워)에 비하여 제2 고주파(RF2)의 전압(파워)이 현저하게 작은 경우를 나타내고 있다.
플라즈마로부터의 이온은 이러한 시스 전압 VS(t)에 의해 가속되어 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 입사된다. 그때, 입사 이온의 가속도 또는 에너지는 그때의 시스 전압 VS(t)의 순간치(절대치)에 의존한다. 즉, 시스 전압 VS(t)의 순간치(절대치)가 클 때에 이온 시스 안으로 들어간 이온은 큰 가속도 또는 운동 에너지로 웨이퍼 표면에 입사되고, 시스 전압 VS(t)의 순간치(절대치)가 작을 때에 이온 시스 안으로 들어간 이온은 작은 가속도 또는 운동 에너지로 웨이퍼 표면에 입사된다.
그렇지만, 이온 시스 내에서 이온은 시스 전압 VS(t)에 대하여 100%(계수 1) 이하의 어떤 감도로 응답(가속 운동)한다. 이 응답 감도 또는 변환 함수 α(f)는 도 3에 도시하는 것과 같이 RF 바이어스에 이용되는 고주파의 주파수 f에 의존하여(역비례하여) 변하며, 다음의 식 (1)로 나타내어진다.
α(f)=1/{(cfτi)p+1}1/p (1)
단, c=0.3×2π, p=5,τi=3s(M/2 eVs), M은 이온의 질량수, s는 이온의 시스 통과 시간, Vs는 시스 전압이다.
따라서, 이온 시스 내의 이온의 가속에 기여하는 실질적인 시스 전압, 즉 이온 응답 전압 Vi(t)은 다음의 식 (2)로 나타내어진다.
Vi(t)=α(f)VS(t) (2)
도 2에 도시하는 이온 응답 전압 Vi(t) 및 도 3에 도시하는 변환 함수 α(f)는 Ar+ 이온에 관한 것이지만, 다른 이온도 시스 전압 VS(t) 및 RF 바이어스의 주파수에 대하여 같은 특성을 보인다.
도 2의 전압 파형으로부터도 알 수 있는 것과 같이, 이온 시스 내의 이온은 주파수가 낮은 제1 고주파(RF1)(0.8 MHz)에 대해서는 대략 100%의 감도(α(f)≒1)로 응답(가속 운동)하고, 주파수가 높은 제2 고주파(RF2)(13 MHz)에 대해서는 대략 50%의 감도(α(f)≒0.5)로 응답(가속 운동)한다.
상기와 같은 이온 응답 전압 Vi(t)에 기초하여 하기의 식 (3)으로부터 도 4 및 도 5에 도시하는 것과 같은 사고방식으로 이온 에너지 분포 IED를 계산으로 구할 수 있다.
IED(Ei)∝Σi(dVi/dti) (3)
도 4는 RF 바이어스에 낮은 주파수를 갖는 단일의 고주파를 이용한 경우의 IED 및 이온 응답 전압 Vi(t)을 나타내고 있다. 한편, 도 5는 RF 바이어스에 낮은 주파수 및 높은 주파수를 각각 갖는 2개의 고주파를 이용한 경우의 IED 및 이온 응답 전압 Vi(t)을 나타내고 있다.
RF 바이어스에 단일의 고주파를 이용하는 단주파 바이어스법에 따르면, 도 15a∼도 15c 및 도 16a∼도 16c에 관하여 상술한 것과 같이, 이온 에너지 분포(IED)가 정형적으로 최대 에너지 부근 및 최소 에너지 부근에 이온이 많이 집중하는(피크가 나타나는) 프로파일로 되어, RF 파워를 어떻게 가변하더라도 최소 에너지를 임의로 가변할 수 없다고 하는 제약이 붙는다.
이에 대하여, 이 실시형태에 있어서와 같이 RF 바이어스에 2개의 고주파 RF1(0.8 MHz), RF2(13 MHz)를 이용하는 2주파 바이어스법에 따르면, 양 고주파(RF1, RF2)의 토탈 파워 및/또는 파워비를 조정함으로써, 이온 에너지 분포(IED)의 최대 에너지 및 최소 에너지의 각각을 독립적으로 제어할 수 있다.
즉, 이 실시형태에 있어서는, 도 6a∼도 6c에 도시하는 것과 같이, 최대 에너지를 예컨대 약 2000 eV로 고정한 채로 최소 에너지를 예컨대 약 0 eV∼1000 eV의 범위 내에서 임의로 조절할 수 있다.
또한, 도 7a∼도 7c에 도시하는 것과 같이, 최소 에너지를 예컨대 약 350 eV에 고정한 채로 최대 에너지를 예컨대 약 650 eV∼2650 eV의 범위 내에서 임의로 조절할 수 있다.
한편, 도 6a∼도 6c 및 도 7a∼도 7c에 있어서의 IED 특성은 Ar+ 이온에 관해서 계산한 것이다. 다른 이온이라도 패턴적으로는 같은 특성을 얻을 수 있다. 또한, 양 고주파 RF1(0.8 MHz), RF2(13 MHz)의 전압치는 각각의 주파수의 바이어스 전압의 진폭치이며, RF 파워로도 환산할 수 있다.
또한, 이 실시형태에서는, 도 6b[RF1(0.8 MHz)=340 V, RF2(13 MHz)=1000 V], 도 7b[RF1(0.8 MHz)=500 V, RF2(13 MHz)=500 V]에 도시하는 것과 같이, 2주파의 RF 바이어스에 의해서 에너지 밴드의 전체 영역에 걸쳐 이온을 대략 균일하게 분포시키는 것도 가능하다. 나아가서는, 도 7c[RF1(0.8 MHz)=1000 V, RF2(13 MHz)=500 V]에 도시하는 것과 같이, 최소 에너지 및 최대 에너지의 이온 입사수보다도 중간 에너지의 이온 입사수를 많게 하는 것도 가능하다.
더욱이, 이 실시형태에서는, 도 8a[RF1(0.8 MHz)=1500 V, RF2(13 MHz)=0 V],도 8b[RF1(0.8 MHz)=1125 V, RF2(13 MHz)=375 V], 도 8c[RF1(0.8 MHz)=750 V, RF2(13 MHz)=750 V], 도 8d[RF1(0.8 MHz)=375 V, RF2(13 MHz)=1125 V], 도 8e[RF1(0.8 MHz)=0 V, RF2(13 MHz)=1500 V]에 도시하는 것과 같이, 2주파의 RF 바이어스에 의해서 에너지 평균치 또는 중심치를, 예컨대 1500 V로 고정한 채로, 에너지 밴드의 폭 EW을, 예컨대 약 1000 eV으로부터 약 3000 V의 범위 내에서 임의로 조절하는 것도 가능하다.
이와 같이, 이 실시형태에서는, RF 바이어스에 제1 고주파(RF1)(0.8 MHz)만을 이용한 경우의 IED 특성(도 8a)과, RF 바이어스에 제2 고주파(RF2)(13 MHz)만을 이용한 경우의 IED 특성(도 8e)의 사이에서 에너지 밴드의 폭 EW을 임의로 조절하여 중간의 IED 특성을 얻을 수 있다.
또한, 중간 IED 특성 중에서도, 제1 고주파(RF1)에 대한 제2 고주파(RF2)의 파워비가 1125 V:375 V=3:1일 때에 얻어지는 도 8b의 IED 특성은 특징적인 오목형의 분포 형상을 보이고 있다. 즉, 최소 에너지 및 그 근변의 에너지 영역(약 250 eV∼약 750 eV)과 최대 에너지 및 그 근변의 에너지 영역(약 2250 eV∼약 2750 eV)에 이온이 띠 형상으로 집중하고, 중간의 에너지 영역(약 750 eV∼약 2250 eV)에서는 한결같이 이온 분포수가 적다. 이 오목형의 IED 특성은 양 고주파(RF1, RF2) 중 어느 한쪽을 이용한 경우와 같이 최소 에너지 및 최대 에너지에 이온이 첨예하게 집중하는 U형의 IED 특성(도 8a, 도 8e)과도 다르다.
한편, 도시하지는 않지만, 도 8d[RF1(0.8 MHz)=375 V, RF2(13 MHz)=1125 V]와 도 8e[RF1(0.8 MHz)=0 V, RF2(13 MHz)=1500 V]의 중간에서도, 즉 제1 고주파(RF1)에 대한 제2 고주파(RF2)의 파워비가 약 1:30일 때에도 도 8b와 같은 오목형의 중간 IED 특성을 얻을 수 있다.
이와 같이, 이 실시형태에서는, RF 바이어스에 주파수가 다른 제1 고주파(RF1) 및 제2 고주파(RF2)를 조합시켜 사용하여, 이들의 토탈 파워 및/또는 파워비를 제어함으로써, 서셉터(12) 상의 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 입사하는 이온의 에너지 분포(IED)에 관해서, 에너지 밴드 폭 및 분포 형상, 나아가서는 입사 에너지의 총량을 다종 다양하게 제어할 수 있다.
여기서, 제1 고주파(RF1) 및 제2 고주파(RF2)의 주파수 f1, f2는 상기한 값(0.8 MHz, 13 MHz)에 한정되는 것이 아니라, 일정한 범위 내에서 임의로 선정하여도 좋다. 도 8a의 IED 특성과 도 8e의 IED 특성의 대비로부터 알 수 있는 것과 같이, 단주파 바이어스에 있어서의 이온 에너지 분포의 폭(에너지 밴드) EW는 주파수가 낮을수록 넓게, 주파수가 높을수록 좁게 된다.
이것은, 도 9에 도시하는 것과 같이, 주파수와 변환 함수 α(f)의 관계에 대응하고 있다. 따라서, 에너지 밴드 EW의 가변 범위를 크게 하기 위해서는, 에칭 프로세스에서 지배적인 작용을 발휘하는 이온의 종류(F+, Ar+, C4F6 + 등)에 의존하기도 하지만, 기본적으로는 제1 고주파 RF1의 주파수를 낮은 값(바람직하게는 100 kHz∼6 MHz)으로 선정하고, 제2 고주파(RF2)의 주파수를 높은 값(바람직하게는 6 MHz∼40 MHz)으로 선정하는 것이 좋다. 특히, 제2 고주파(RF2)의 주파수가 지나치게 높아지면, 즉 40 MHz 이상으로 되면, 플라즈마 생성 효과가 강하게 되어, RF 바이어스로서는 적합하지 않게 되기 때문에, 40 MHz 이하의 주파수가 바람직하다. 한편, 플라즈마 생성용의 제3 고주파(RF3)의 주파수는 통상 40 MHz∼300 MHz 범위 내에서 선택된다.
[상부 전극 둘레의 직렬 공진과 그 대책]
그런데, 플라즈마는 대체로 비선형인 부하이기 때문에, 용량 결합형 플라즈마 처리 장치의 챔버 내에서는, 각 기본파의 정수배의 주파수를 갖는 고조파나, 기본파끼리 혹은 기본파와 고조파의 합 또는 차의 주파수를 갖는 IMD(혼변조 왜곡)이 불가피하게 발생한다. 이들 고조파나 IMD는 그 파워가 클수록 기본파의 파워와 간섭하고, 나아가서는 큰 전류로 필터 회로(86)를 흐르면 회로 소자를 소손(燒損)시키는 경우도 있다. 특히, 본 실시형태와 같은 캐소드 커플링 방식의 용량 결합형 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 챔버 내의 플라즈마에서부터 상부 전극을 통해 접지 전위에 이르기까지의 고주파 전송로(이하, 「상부 전극 둘레의 고주파 전송로」라고 부름) 상에서 어느 하나의 고조파 또는 IMD에 대하여 직렬 공진이 일어날 때에 현저히 나타난다. 물론, 상부 전극 둘레의 고주파 전송로 상에서 어느 하나의 기본파에 대하여 직렬 공진이 일어날 때에도 필터 회로(86) 내의 임피던스 소자를 소손시킬 우려가 있어, 바람직하지 않다.
따라서, 기본파, 고조파 및 IMD 중 어느 것에 대해서도 상부 전극 둘레의 고주파 전송로 상에서 직렬 공진이 일어나지 않도록 강구할 필요가 있다. 그런데, 이 실시형태와 같이 3 종류의 고주파(RF1, RF2, RF3)를 중첩하여 서셉터(하부 전극)(16)에 인가하는 경우는, 기본파, 고조파 및 IMD의 종류·수가 다수 존재하기 때문에, 직렬 공진 대책은 매우 어렵다. 또한, 플라즈마와 상부 전극의 사이에 형성되는 이온 시스(이하, 「상부 전극 시스」라고 부름)가 대책을 더한층 어렵게 한다. 이 상부 전극 시스는 전자 전류에 대하여 콘덴서로서 작용하여, 프로세스 조건(압력, RF 파워, 가스종 등)이나 직류 전압 VDC에 따라서 그 두께가(나아가서는 그 정전 용량)이 변화된다. 이 때문에, 상부 전극 둘레의 고주파 전송로 상에서 직렬 공진이 일어날 때의 주파수(직렬 공진 주파수)가 상부 전극 시스의 두께에 따라서 변한다. 이 점도 충분히 고려할 필요가 있다.
이 실시형태에서는, 이하에 설명하는 것과 같이, 3주파 중첩 인가 방식에 있어서 플라즈마 프로세스에 관계되거나 또는 영향을 주는 IMD의 차수가 낮은 주파수를 전부 고려하여 상부 전극(48) 둘레의 주파수-임피던스 특성을 강구함으로써, 상기와 같은 직렬 공진의 문제를 해결하고 있다.
도 10에 일 실시예로서 제1, 제2 및 제3 고주파(RF1, RF2, RF3)의 주파수(f1, f2, f3)를 각각 f1=3.2 MHz, f2=12.88 MHz, f3=40.68 MHz으로 선택한 경우의 플라즈마 프로세스에 관계되거나 또는 영향을 주는 주된 주파수의 분포를 도시한다. 도시되어 있는 것 이외의 고조파 및 IMD는 발생하더라도 파워 레벨이 매우 낮아 프로세스에 영향을 줄 우려는 거의 없어, 무시할 수 있다.
이 경우, 2f1(6.4 MHz)＜f2(12.88 MHz) 또한 2f2(25.76 MHz)＜f3(40.68 MHz)의 관계가 성립하고, 또한 3f2(38.64 MHz)＜f3(40.68 MHz)의 관계가 성립한다. 따라서, f1+f2(16.08 MHz)를 제1 주파수 A로 한다. 또한, 2f2(25.76 MHz)와 f3-f2(27.8 MHz) 중 낮은 쪽의 2f2(25.76 MHz)를 제2 주파수 B로 한다.
이와 같이 하면, f1＜f≤A의 주파수 범위[1]에는 낮은 쪽에서부터 순차적으로 제1 고주파(RF1)의 제2 고조파의 주파수 2f1(6.4 MHz)과, 제1 고주파(RF1)의 제3 고조파의 주파수 3f1(9.6 MHz)와, 제2 고주파(RF2)의 주파수와 제1 고주파(RF1)의 주파수의 차의 주파수 f2-f1 (9.68 MHz)와, 제1 고주파(RF1)의 제4 고조파의 주파수 4f1(12.8 MHz)과, 제2 고주파(RF2)의 주파수 f2(12.88 MHz)와, 제1 고주파(RF1)의 주파수와 제2 고주파(RF2)의 주파수의 합의 주파수 f1+f2 (16.08 MHz)가 존재한다.
또한, B≤f＜f3의 주파수 범위[3]에는, 낮은 쪽에서부터 순차적으로 제2 고주파(RF2)의 제2 고조파의 주파수 2f2(25.76 MHz)와, 제3 고주파(RF3)의 주파수와 제2 고주파(RF2)의 주파수의 차의 주파수 f3-f2 (27.8 MHz)와, 제3 고주파(RF3)의 주파수와 제1 고주파(RF1)의 주파수의 차의 주파수 f3-f1 (37.48 MHz)과, 제2 고주파(RF2)의 제3 고조파의 주파수 3f2(38.6 MHz)가 존재한다.
여기서 주목해야 할 것은, A(16.08 MHz)＜f＜B(25.76 MHz)의 주파수 범위[2]에는, 기본파(RF1, RF2, RF3)의 주파수(f1, f2, f3) 중 어느 것도 속하지 않는 것은 물론, 차수가 낮은 고조파 또는 차수가 낮은 IMD의 주파수가 하나도 존재하지 않는 것이다.
이 실시형태에서는, 상기와 같은 주파수 분포의 특성을 고려하여, f1＜f≤A의 주파수 범위[1] 및 B≤f＜f3의 주파수 범위[3]에서는 어떠한 공진 주파수도 존재하지 않고, 중간의 A＜f＜B의 주파수 범위[2]에서는 fs＜fp의 관계로 하나의 직렬 공진 주파수(fs)와 하나의 병렬 공진 주파수(fp)가 존재하도록 필터 회로(86)를 구성하고 있다.
도 11에 필터 회로(86)의 회로 구성을 도시한다. 이 필터 회로(86)는 LC 사다리형 회로로서 구성되어 있고, 한 쌍의 입출력 단자(90, 92) 사이에서 직렬로 접속된 복수 개, 예컨대 3개의 코일(94, 96, 98)과, 코일(94, 96) 사이의 노드 N1, 코일(96, 98) 사이의 노드 N2, 코일(98), 단자(92) 사이의 노드 N3과 접지 전위의 부재(도시하지 않음)의 사이에 각각 접속된 3개의 콘덴서(100, 102, 104)를 갖는다. 여기서, 한쪽의 단자(90)는 상부 전극(48)에 접속되는 측의 단자이며, 상부 전극(48)으로부터 필터 회로(86)에 들어오는 고주파에 대해서는 입력 단자가 되고, 직류 전원 유닛(82)으로부터 필터 회로(86)에 들어오는 직류 전압 VDC에 대해서는 출력 단자가 된다. 다른 쪽의 단자(92)는 스위치(84)를 통해 직류 전원 유닛(82)의 출력 단자에 접속되는 측의 단자이며, 직류 전원 유닛(82)으로부터 필터 회로(86)에 들어오는 직류 전압 VDC에 대해서는 입력 단자가 되고, 상부 전극(48)으로부터 필터 회로(86)에 들어오는 고주파에 대해서는 출력 단자가 된다.
이런 유형의 필터 회로에서는, RF 입력 단자가 되는 단자(90) 부근에 매우 작은 고정치의 부유 용량(이하, 「입력 포트 부유 용량」이라고 부름)(PC)이 존재한다. 이 입력 포트 부유 용량(PC)은 필터 회로(86)가 상부 전극(48)에 접속된 상태에서는, 도 12에 도시하는 것과 같이, 상부 전극(48)과 챔버(10) 사이에 링형 절연체(54)를 사이에 두고 형성되는 전극 부유 용량(EC)과 전기적으로 병렬로 되어 합성된다. 전극 부유 용량(EC)의 값 CEC는 통상 100 pF 이상인 데 대하여, 입력 포트 부유 용량(PC)의 값 CPC는 통상 10 pF 이하로, 합성 부유 용량(CEC+CPC) 중에서 차지하는 CPC의 비율은 매우 작다. 따라서, 입력 포트 부유 용량(PC)은 실제상 무시할 수 있다. 다만, 입력 포트 부유 용량(PC)은 필터 회로(86) 단독에서는 병렬 공진 주파수를 부여하는 요인이 되기 때문에, 이 실시예에서는 일단 고려하고 있다.
도 12에 필터 회로(86)를 상부 전극(48)에 접속한 상태에서 챔버(10) 내의 플라즈마(PR)에서 본 고주파 전송로의 회로 구성을 도시한다. 이 고주파 전송로의 회로는 플라즈마(PR)와 상부 전극(48)의 사이에 형성되는 상부 전극 시스를 가변 콘덴서(SH)로서 포함하고 있다. 이 가변 콘덴서(SH)의 정전 용량 CSH는 상부 전극 시스의 두께에 따라서 변화된다. 즉, 상부 전극 시스의 두께가 클수록 CSH는 작아지고, 상부 전극 시스의 두께가 작을수록 CSH는 커진다. 그렇지만, 챔버(10) 내에서 플라즈마(PR)가 발생하지 않을 때, 즉 상부 전극 시스가 존재하지 않을 때에는, 이 고주파 전송로 회로로부터 플라즈마(PR)의 단자와 가변 콘덴서(SH)가 제외된다. 한편, 상부 전극(48)의 인덕턴스는 상대적으로 매우 낮기 때문에 무시하고 있다.
이 상부 전극(48) 둘레의 고주파 전송로 회로(도 12)는 다단의 LC 직병렬 회로로 구성되어 있기 때문에, 그 주파수-임피던스 특성에는 직렬 공진 주파수 및 병렬 공진 주파수가 각각 복수 존재한다.
직렬 공진 주파수 중에서 가장 높은 주파수 fs는, 챔버(10) 내에서 플라즈마(PR)가 발생하지 않을 때(상부 전극 시스가 없을 때)는 초단(初段) 코일(94)과 초단 콘덴서(100)로 이루어지는 LC 직렬 회로의 공진 주파수이며, 챔버(10) 내에서 플라즈마(PR)가 발생하고 있을 때(상부 전극 시스가 존재하고 있을 때)는 가변 콘덴서(SH)와 초단 코일(94)과 초단 콘덴서(100)로 이루어지는 LC 직렬 회로의 공진 주파수이다.
병렬 공진 주파수 중에서 가장 높은 주파수 fp는 플라즈마(PR) 또는 상부 전극 시스의 유무에 관계없이, 입력 포트(90)와 접지 전위 사이에서 형성되는, 전극 부유 용량(EC)과 입력 포트 부유 용량(PC)과 초단 코일(94)과 초단 콘덴서(100)로 이루어지는 LC 직병렬 회로의 병렬 공진 주파수이다. 여기서, 이 LC 직병렬 회로에 있어서의 콘덴서(EC, PC, 100)의 합성 용량은 상기 LC 직렬 회로의 콘덴서(100)의 용량보다 크기 때문에, fs＜fp의 관계가 성립한다.
또한, 병렬 공진 주파수 중에서 2번째로 높은 주파수 fq도 플라즈마(PR) 또는 상부 전극 시스의 유무에 관계없이, 입력 포트(90)와 접지 전위의 사이에서 형성되는, 전극 부유 용량(EC)과 입력 포트 부유 용량(PC)과 초단 코일(94)과 차단(次段) 코일(96)과 차단 콘덴서(102)로 이루어지는 LC 직병렬 회로의 병렬 공진 주파수이다.
필터 회로(86)에 있어서 제3단 이후의 코일(98) 및 콘덴서(104)는 2번째 이후의 직렬 공진 주파수 및/또는 3번째 이후의 병렬 공진 주파수와 관계되며, 상기 가장 높은 직렬 공진 주파수(fs), 가장 높은 병렬 공진 주파수(fp), 2번째로 높은 병렬 공진 주파수(fq)에는 관계되지 않는다.
이 실시형태에서는, 상기와 같은 주파수 분포(도 10)를 감안하여, 가장 높은 직렬 공진 주파수(fs)와 가장 높은 병렬 공진 주파수(fp)가 A＜f＜B의 주파수 범위[2]에 속하고, 2번째로 높은 병렬 공진 주파수(fq)가 f＜f1의 주파수 영역에 속하도록 필터 회로(86)의 회로 상수를 선정한다.
구체적으로, 예컨대 전극 부유 용량(EC)의 값 CEC가 300 pF이고, 입력 포트 부유 용량(PC)의 값 CPC가 7 pF인 경우, 초단 코일(94)의 인덕턴스 L94는 400 nH, 초단 콘덴서(100)의 정전 용량 C100은 200 pF, 차단 코일(96)의 인덕턴스 L96은 15 μH, 차단 콘덴서(102)의 정전 용량 C102는 2500 pF로 각각 선택된다. 이에 따라, 챔버(10) 내에서 플라즈마(PR)가 발생하지 않을 때(상부 전극 시스가 없을 때)의 주파수-임피던스 특성, 즉 처리 공간(PS)과 상부 전극(48)의 경계면으로부터 상부 전극(48)을 통해 접지 전위에 이르기까지의 고주파 전송로를 예상했을 때의 주파수-임피던스 특성에 있어서, 가장 높은 직렬 공진 주파수(fs)는 18 MHz, 가장 높은 병렬 공진 주파수(fp)는 23 MHz, 2번째로 높은 병렬 공진 주파수(fq)는 2 MHz가 된다.
도 13에 이 실시예에 있어서의 상부 전극 둘레의 고주파 전송로 상의 주파수-임피던스 특성을 도시한다. 이 특성에서 주목해야 할 것은, 챔버(10) 내에서 플라즈마(PR)가 발생하고 있을 때(상부 전극 시스가 존재하고 있을 때)는 상부 전극 시스의 두께가 늘어날수록 각 직렬 공진 주파수(특히 fs)가 높아지는 방향으로 시프트하는 한편, 각 병렬 공진 주파수(특히 fp, fq)는 거의 시프트하지 않는다는 점이다.
즉, 상부 전극 시스의 두께가 증대될수록, 가변 콘덴서(SH)의 정전 용량 CEC이 작아지고, 나아가서는 LC 직렬 회로(EC, PC, 100)의 전체 정전 용량(CEC+CPC+C100)이 감소하고, 이에 따라 직렬 공진 주파수(fs)의 값이 높아진다. fs 이외의 직렬 공진 주파수도 마찬가지이다. 한편, 상기한 것과 같이 가변 콘덴서(SH)의 정전 용량 CEC는 병렬 공진에는 관계되지 않기 때문에, 상부 전극 시스의 두께가 늘어나더라도 각 병렬 공진 주파수(특히 fp, fq)의 값은 변하지 않는다.
이와 같이, 챔버(10) 내에서 플라즈마(PR)가 발생하여 상부 전극 시스가 형성되면 직렬 공진 주파수(fs)가 시스가 없을 때의 기준치(18 MHz)로부터 높은 쪽으로 시프트한다. 그러나, 상부 전극 시스의 두께가 늘어날수록 직렬 공진 주파수(fs)의 시프트량이 커진다고 하더라도, 직렬 공진 주파수(fs)가 고정치의 병렬 공진 주파수(fp)(23 MHz)에 닿는 일은 없다. 더구나, 직렬 공진 주파수(fs)의 값이 시프트하는 영역, 즉 A＜f＜B의 주파수 범위[2]에는, 기본파(RF1, RF2, RF3)의 주파수(f1, f2, f3) 중 어느 것도 속하지 않는 것은 물론, 주요한 고조파 또는 IMD의 주파수도 전혀 존재하지 않는다.
따라서, 이 실시형태의 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 프로세스 조건을 어떻게 설정하더라도 혹은 직류 전원 유닛(82)에서 상부 전극(48)에 인가하는 직류 전압 VDC의 값을 어떻게 선택하더라도, 상부 전극(48) 둘레의 고주파 전송로 상에서 직렬 공진이 발생할 가능성은 전무하다. 따라서, 기본파(RF1, RF2, RF3)의 파워가 고조파 또는 IMD로 변환되어 손실을 초래하게 되지는 않는다. 또한, 필터 회로(86) 내의 회로 소자가 대전류에 의해서 소손될 우려도 없다.
또한, 도 13에 도시하는 것과 같이, 상부 전극 시스의 두께가 커질수록 플라즈마 생성용의 제3 고주파(RF3)(40.68 MHz)에 대한 임피던스가 높아진다. 여기서, 직류 전원 유닛(82)에서 상부 전극(48)에 부극성의 직류 전압 VDC을 인가하여, 그 전압의 절대치를 충분히 크게 할수록 상부 전극 시스의 두께가 증대된다고 하는 관계도 있다. 그리고, 플라즈마 생성용의 제3 고주파(RF3)(40.68 MHz)에 대한 상부 전극(48) 둘레의 임피던스가 높아질수록 서셉터(16) 측에서(상부 전극(48)이 아니라) 챔버(10)의 측벽으로 흐르는 전자 전류의 비율이 높아져, 플라즈마의 밀도가 반경 방향 외측으로 넓어진다. 따라서, 상부 전극(48)에 부극성으로 인가하는 직류 전압 VDC의 절대치를 조정함으로써, 플라즈마 밀도의 공간 분포를 직경 방향에서 균일화하는 것을 임의로 제어할 수도 있다.
또한, 상부 전극 시스의 두께가 클수록 플라즈마로부터 상부 전극(48)에 입사되는 이온의 에너지가 증대되어, 상부 전극(48)의 표면에 부착되어 있는 폴리머 등의 퇴적물(증착)을 이온 충격에 의해서 물리적으로 제거하는 스퍼터 효과가 높아진다고 하는 일면도 있다. 따라서, 상부 전극(48)에 인가하는 부극성의 직류 전압 VDC의 절대치를 조정함으로써, 상부 전극(48)에 대한 스퍼터(전극 표면의 청정화)의 효력을 제어하는 것도 가능하다.
[다른 실시형태 또는 변형예]
상술한 실시예는 제1, 제2 및 제3 고주파(RF1, RF2, RF3)의 주파수(f1, f2, f3)가 각각 f1=3.2 MHz, f2=12.88 MHz, f3=40.88 MHz이며, 3f2＜f3의 관계가 성립하는 경우였다. 다른 실시예로서, 제1, 제2 및 제3 고주파(RF1, RF2, RF3)의 주파수(f1, f2, f3)가 각각 f1=3.2 MHz, f2=16.0 MHz, f3=40.88 MHz인 경우를 생각한다. 이 경우, 2f1(6.4 MHz)＜f2(16.0 MHz) 또한 2f2(32.0 MHz)＜f3(40.68 MHz)의 관계가 성립하고, 더욱이 f3(40.68 MHz)＜3f2(48.0 MHz)의 관계가 성립한다.
이와 같이 f3＜3f2의 관계가 성립하는 경우는 f3-f2(24.68 MHz)와 f1+f2(19.2 MHz) 중 높은 쪽을 제1 주파수 A로 하고, 2f2(32.0 MHz)와 f3-f1(37.48 MHz) 중 낮은 쪽의 2f2(32.0 MHz)를 제2 주파수 B로 한다.
이와 같이 하면, 도 14에 도시하는 것과 같이, f1(3.2 MHz)＜f≤A의 주파수 범위[1]에는, 낮은 쪽에서부터 순차적으로 제1 고주파(RF1)의 제2 고조파의 주파수 2f1(6.4 MHz)와, 제1 고주파(RF1)의 제3 고조파의 주파수 3f1(9.6 MHz)과, 제2 고주파(RF2)의 주파수와 제1 고주파(RF1)의 주파수의 차의 주파수 f2-f1 (12.8 MHz)과, 제1 고주파(RF1)의 제4 고조파의 주파수 4f1(12.8 MHz)과, 제2 고주파(RF2)의 주파수 f2(16.0 MHz) 와, 제1 고주파(RF1)의 주파수와 제2 고주파(RF2)의 주파수의 합의 주파수 f1+f2 (19.2 MHz)와, 제3 고주파(RF3)의 주파수와 제2 고주파(RF2)의 주파수의 차의 주파수 f3-f2 (24.68 MHz)가 존재한다.
또한, B≤f＜3f2(48.0 MHz)의 주파수 범위[3]에는, 낮은 쪽에서부터 순차적으로 제2 고주파(RF2)의 제2 고조파의 주파수 2f2(32.0 MHz)와, 제3 고주파(RF3)의 주파수와 제1 고주파(RF1)의 주파수의 차의 주파수 f3-f1 (37.48 MHz)과, 제3 고주파(RF3)의 주파수 f3(48.0 MHz)이 존재한다.
여기서도 주목해야 할 것은 A(24.68 MHz)＜f＜B(32.0 MHz)의 주파수 범위[2]에는 기본파(RF1, RF2, RF3)의 주파수(f1, f2, f3) 중 어느 것도 속하지 않는 것은 물론, 차수가 낮은 고조파 또는 차수가 낮은 IMD의 주파수가 하나도 존재하지 않는 것이다.
그래서, 이러한 주파수 분포(도 14)를 감안하여, 가장 높은 직렬 공진 주파수(fs)와 가장 높은 병렬 공진 주파수(fp)가 A＜f＜B의 주파수 범위[2]에 속하고, 2번째로 높은 병렬 공진 주파수(fq)가 f＜f1의 주파수 영역에 속하도록 필터 회로(86)의 회로 상수를 선정한다.
구체적으로, 예컨대 전극 부유 용량(EC)의 값 CEC가 300 pF이고, 입력 포트 부유 용량(PC)의 값 CPC가 7 pF인 경우, 초단 코일(94)의 인덕턴스 L94는 307 nH, 초단 콘덴서(100)의 정전 용량 C100은 130 pF, 차단 코일(96)의 인덕턴스 L96은 15μH, 차단 콘덴서(102)의 정전 용량 C102는 2500 pF로 각각 선택된다. 이에 따라, 챔버(10) 내에서 플라즈마(PR)가 발생하지 않을 때(상부 전극 시스가 없을 때)의 주파수-임피던스 특성, 즉 처리 공간(PS)과 상부 전극(48)의 경계면으로부터 상부 전극(48)을 통해 접지 전위에 이르기까지의 고주파 전송로를 예상했을 때의 주파수-임피던스 특성에 있어서, 가장 높은 직렬 공진 주파수(fs)는 26 MHz, 가장 높은 병렬 공진 주파수(fp)는 31 MHz, 2번째로 높은 병렬 공진 주파수(fq)는 2 MHz가 된다.
따라서, 이 경우라도, 프로세스 조건을 어떻게 설정하더라도 혹은 직류 전원 유닛(82)에서 상부 전극(48)에 인가하는 직류 전압 VDC의 값을 어떻게 선택하더라도, 상부 전극 둘레의 고주파 전송로 상에서 직렬 공진이 발생할 가능성은 전무하다. 따라서, 기본파(RF1, RF2, RF3)의 파워가 고조파 또는 IMD로 변환되어 손실을 초래하는 일이 없다면, 필터 회로(86) 내의 회로 소자가 대전류에 의해서 소손되는 일도 없다. 한편, 상부 전극(48)에 인가하는 부극성 직류 전압 VDC의 절대치를 조정함으로써, 플라즈마 밀도의 공간 분포를 직경 방향에서 임의로 제어하는 것이나 상부 전극(48)에 대한 스퍼터(전극 표면의 청정화)의 효력을 임의로 제어하는 것도 가능하다.
필터 회로(86)는 상기와 같은 LC 사다리형 회로에 한정되지 않고, 예컨대 1개의 코일(94)과 1개의 콘덴서(100)로 이루어지는 L형 회로라도 좋다. 이 경우, 플라즈마(PR)에서부터 상부 전극(48)을 통해 접지 전위에 이르기까지의 고주파 전송로를 예상했을 때의 주파수-임피던스 특성에 있어서는 직렬 공진 주파수와 병렬 공진 주파수가 각각 하나씩 존재한다.
즉, 유일한 직렬 공진 주파수(fs)는 챔버(10) 내에서 플라즈마(PR)가 발생하지 않을 때(상부 전극 시스가 없을 때)는 코일(94)과 콘덴서(100)로 이루어지는 LC 직렬 회로의 공진 주파수이며, 챔버(10) 내에서 플라즈마(PR)가 발생하고 있을 때(상부 전극 시스가 존재하고 있을 때)는 가변 콘덴서(SH)와 코일(94)과 콘덴서(100)로 이루어지는 LC 직렬 회로의 공진 주파수이다. 또한, 유일한 병렬 공진 주파수(fp)는 플라즈마(PR)(상부 전극 시스)의 유무에 관계없이, 입력 포트(90)와 접지 전위의 사이에서 형성되는, 전극 부유 용량(EC)과 입력 포트 부유 용량(PC)과 코일(94)과 콘덴서(100)로 이루어지는 LC 직병렬 회로의 병렬 공진 주파수이다. 이 경우도, 이 LC 직병렬 회로에 있어서의 콘덴서(EC, PC, 100)의 합성 정전 용량(CEC+CPC+C100)은 상기 LC 직렬 회로의 콘덴서(100)의 정전 용량 C100보다도 크기 때문에, fs＜fp의 관계가 성립한다.
이와 같이, f＜fs의 주파수 영역이 단조 감소의 주파수 영역으로 되기 때문에, f1＜f≤A의 주파수 범위에서는 어떠한 공진 주파수도 존재하지 않는 것으로 된다. 또한, fp＜f의 주파수 영역이 단조 증가의 주파수 영역으로 되기 때문에, B≤f＜f3 또는 B≤f＜3f2의 주파수 범위에서는 어떠한 공진 주파수도 존재하지 않는 것으로 된다. 따라서, 필터 회로(86)를 LC 사다리형 회로로 구성하는 경우와 같은 작용 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 용량 결합형 플라즈마 에칭 장치에 한정되지 않고, 플라즈마 CVD, 플라즈마 ALD, 플라즈마 산화, 플라즈마 질화, 스퍼터링 등 임의의 플라즈마 프로세스를 행하는 용량 결합형 플라즈마 처리 장치에 적용할 수 있다. 본 발명에 있어서의 피처리 기판은 반도체 웨이퍼에 한하는 것이 아니라, 플랫 패널 디스플레이, 유기 EL, 태양전지용 각종 기판이나, 포토마스크, CD 기판, 프린트 기판 등도 가능하다.
10: 챔버 16: 서셉터(하부 전극)
35, 36, 38: 고주파 전원 40, 42, 43: 정합기
48: 상부 전극(샤워 헤드) 54: 링형 절연체
60: 처리 가스 공급원 86: 필터 회로
88: 제어부 94, 96: 코일
100, 102: 콘덴서

Claims (7)

  1. 피처리 기판을 출입 가능하게 수용하는 진공 배기 가능한 처리 용기 내에 서로 대향하여 설치된 제1 및 제2 전극 사이의 처리 공간에서 처리 가스의 고주파 방전에 의한 플라즈마를 생성하여, 상기 플라즈마 하에서 상기 제1 전극 상에 유지되는 상기 기판에 원하는 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치로서,
    제1 주파수(f1)를 갖는 제1 고주파를 상기 제1 전극에 인가하는 제1 고주파 급전부와,
    제2 주파수(f2)를 갖는 제2 고주파를 상기 제1 전극에 인가하는 제2 고주파 급전부와,
    제3 주파수(f3)를 갖는 제3 고주파를 상기 제1 전극에 인가하는 제3 고주파 급전부와,
    상기 제2 전극과 접지 전위의 부재의 사이에 접속되는 필터 회로를 구비하고,
    f1은 100 kHz∼6 MHz, f2는 6 MHz∼40 MHz, f3은 40 MHz∼300 MHz이며, 2f1＜f2 또한 2f2＜f3의 관계가 성립하고,
    3f2＜f3인 경우는, (f1+f2)를 A, 2f2와 (f3-f2) 중 낮은 쪽을 B라고 하면,
    상기 처리 공간과 상기 제2 전극의 경계면으로부터 상기 제2 전극을 통해 접지 전위에 이르기까지의 고주파 전송로를 예상했을 때의 주파수-임피던스 특성에 있어서, f1＜f≤A 및 B≤f＜f3의 주파수 범위에서는 어떠한 공진 주파수도 존재하지 않고, A＜f＜B의 주파수 범위에서는 fs＜fp의 관계로 하나의 직렬 공진 주파수(fs)와 하나의 병렬 공진 주파수(fp)가 존재하도록 상기 필터 회로가 구성되고,
    f3＜3f2인 경우는, (f3-f2)와 (f1+f2) 중 높은 쪽을 A, 2f2와 (f3-f1) 중 낮은 쪽을 B라고 하면,
    상기 처리 공간과 상기 제2 전극의 경계면으로부터 상기 제2 전극을 통해 접지 전위에 이르기까지의 고주파 전송로를 예상했을 때의 주파수-임피던스 특성에 있어서, f1＜f≤A 및 B≤f＜3f2에 해당하거나 f1＜f≤A 및 B≤f＜f3에 해당하는 주파수 범위에서는 어떠한 공진 주파수도 존재하지 않고, A＜f＜B의 주파수 범위에서는 fs＜fp의 관계로 하나의 직렬 공진 주파수(fs)와 하나의 병렬 공진 주파수(fp)가 존재하도록 상기 필터 회로가 구성되는 것인 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 직렬 공진 주파수(fs)는 상기 주파수-임피던스 특성에 존재하는 유일한 직렬 공진 주파수이며,
    상기 병렬 공진 주파수(fp)는 상기 주파수-임피던스 특성에 존재하는 유일한 병렬 공진 주파수이고,
    3f2＜f3인 경우는,
    상기 주파수-임피던스 특성에 있어서 상기 직렬 공진 주파수(fs)보다 낮은 주파수 영역에, 상기 제1 및 제2 주파수(f1, f2)와, 상기 제1 고주파의 제2 고조파, 제3 고조파 및 제4 고조파의 주파수(2f1, 3f1, 4f1)와, 상기 제2 주파수(f2)와 상기 제1 주파수(f1)의 차의 주파수(f2-f1) 및 합의 주파수(f1+f2)가 존재하고,
    상기 병렬 공진 주파수(fp)보다 높은 주파수 영역에, 상기 제3 주파수(f3)과, 상기 제2 고주파의 제2 고조파 및 제3 고조파의 주파수(2f2, 3f2)와, 상기 제3 주파수(f3)과 상기 제2 주파수(f2)와의 차의 주파수(f3-f2)와, 상기 제3 주파수(f3)과 상기 제1 주파수(f1)과의 차의 주파수(f3-f1)가 존재하고,
    f3＜3f2인 경우는,
    상기 주파수-임피던스 특성에 있어서 상기 직렬 공진 주파수(fs)보다 낮은 주파수 영역에, 상기 제1 주파수(f1)와, 상기 제1 고주파의 제2 고조파, 제3 고조파 및 제4 고조파의 주파수(2f1, 3f1, 4f1)와, 상기 제2 주파수(f2)와 상기 제1 주파수(f1)의 차의 주파수(f2-f1) 및 합의 주파수(f1+f2)와, 상기 제3 주파수(f3)와 상기 제2 주파수(f2)의 차의 주파수(f3-f2)가 존재하고,
    상기 병렬 공진 주파수(fp)보다 높은 주파수 영역에, 상기 제3 주파수(f3)와, 상기 제2 고주파의 제2 고조파 및 제3 고조파의 주파수(2f2, 3f2)와, 상기 제3 주파수(f3)와 상기 제1 주파수(f1)의 차의 주파수(f3-f1)가 존재하는 것인 플라즈마 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 필터 회로는, 한쪽의 단자가 상기 제2 전극에 접속되는 제1 코일과, 상기 제1 코일의 다른 쪽의 단자와 접지 전위의 부재의 사이에 접속되는 제1 콘덴서를 포함하고,
    상기 제2 전극이 유전체를 통해 접지 전위의 상기 처리 용기에 결합되어, 상기 제2 전극, 상기 유전체 및 상기 처리 용기에 의해서 제2 콘덴서가 형성되고,
    상기 제1 코일의 인덕턴스와 상기 제1 콘덴서의 캐패시턴스에 의해서 상기 직렬 공진 주파수(fs)가 규정되고,
    상기 제1 코일의 인덕턴스와 상기 제1 및 제2 콘덴서의 캐패시턴스에 의해서 상기 병렬 공진 주파수(fp)가 규정되는 것인 플라즈마 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 주파수-임피던스 특성에 적어도 하나의 직렬 공진 주파수와 적어도 2개의 병렬 공진 주파수가 존재하고,
    상기 직렬 공진 주파수(fs)는 상기 주파수-임피던스 특성에 존재하는 직렬 공진 주파수 중에서 가장 높은 주파수이며,
    상기 병렬 공진 주파수(fp)는 상기 주파수-임피던스 특성에 존재하는 병렬 공진 주파수 중에서 가장 높은 주파수이고,
    3f2＜f3인 경우는,
    상기 주파수-임피던스 특성에 있어서 2번째로 높은 병렬 공진 주파수(fq)와 상기 직렬 공진 주파수(fs)의 사이의 주파수 영역에, 상기 제1 및 제2 주파수(f1, f2)와, 상기 제1 고주파의 제2 고조파, 제3 고조파 및 제4 고조파의 주파수(2f1, 3f1, 4f1)와, 상기 제2 주파수(f2)와 상기 제1 주파수(f1)의 차의 주파수(f2-f1) 및 합의 주파수(f1+f2)가 존재하고,
    상기 병렬 공진 주파수(fp)보다 높은 주파수 영역에, 상기 제3 주파수(f3)와, 상기 제2 고주파의 제2 고조파 및 제3 고조파의 주파수(2f2, 3f2)와, 상기 제3 주파수(f3)와 상기 제2 주파수(f2)의 차의 주파수(f3-f2)와, 상기 제3 주파수(f3)와 상기 제1 주파수(f1)의 차의 주파수(f3-f1)가 존재하고,
    f3＜3f2인 경우는,
    상기 주파수-임피던스 특성에 있어서 2번째로 높은 병렬 공진 주파수(fq)와 상기 직렬 공진 주파수(fs)의 사이의 주파수 영역에, 상기 제1 주파수(f1)와, 상기 제1 고주파의 제2 고조파, 제3 고조파 및 제4 고조파의 주파수(2f1, 3f1, 4f1)와, 상기 제2 주파수(f2)와 상기 제1 주파수(f1)의 차의 주파수(f2-f1) 및 합의 주파수(f1+f2)와, 상기 제3 주파수(f3)와 상기 제2 주파수(f2)의 차의 주파수(f3-f2)가 존재하고,
    상기 병렬 공진 주파수(fp)보다 높은 주파수 영역에, 상기 제3 주파수(f3)와, 상기 제2 고주파의 제2 고조파 및 제3 고조파의 주파수(2f2, 3f2)와, 상기 제3 주파수(f3)와 상기 제1 주파수(f1)의 차의 주파수(f3-f1)가 존재하는 것인 플라즈마 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 필터 회로는, 한쪽의 단자가 상기 제2 전극에 접속되는 제1 코일과, 상기 제1 코일의 다른 쪽의 단자와 접지 전위의 부재의 사이에 접속되는 제1 콘덴서와, 한쪽의 단자가 상기 제1 코일의 다른 쪽의 단자에 접속되는 제2 코일과, 상기 제2 코일의 다른 쪽의 단자와 접지 전위의 부재의 사이에 접속되는 제2 콘덴서를 포함하고,
    상기 제2 전극이 유전체를 통해 접지 전위의 상기 처리 용기에 결합되어, 상기 제2 전극, 상기 유전체 및 상기 처리 용기에 의해서 제3 콘덴서가 형성되고,
    상기 제1 코일의 인덕턴스와 상기 제1 콘덴서의 캐패시턴스에 의해서 상기 직렬 공진 주파수(fs)가 규정되고,
    상기 제1 코일의 인덕턴스와 상기 제1 콘덴서의 캐패시턴스와 상기 제3 콘덴서의 캐패시턴스에 의해서 상기 병렬 공진 주파수(fp)가 규정되고,
    상기 제1 및 제2 코일의 인덕턴스와 상기 제2 및 제3 콘덴서의 캐패시턴스에 의해서 상기 병렬 공진 주파수(fq)가 규정되는 것인 플라즈마 처리 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 전극에 상기 필터 회로를 통해 직류 전압을 인가하는 직류 전원을 구비하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 플라즈마로부터 상기 기판에 인입되는 이온의 에너지에 의존하는 적어도 하나의 프로세스 특성을 최적화하 도록 상기 제1 및 제2 고주파의 토탈 파워 및 파워비를 제어하는 제어부를 구비하는 플라즈마 처리 장치.
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