特許 7502256 基板処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-10

(45)【発行日】2024-06-18

(54)【発明の名称】基板処理装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20240611BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20240611BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 L

H01L21/302 101C

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021214025

(22)【出願日】2021-12-28

(65)【公開番号】P2022104624

(43)【公開日】2022-07-08

【審査請求日】2021-12-28

(31)【優先権主張番号】10-2020-0184821

(32)【優先日】2020-12-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】518162784

【氏名又は名称】セメス カンパニー，リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡 亮一

(74)【代理人】

【識別番号】100121511

【弁理士】

【氏名又は名称】小田 直

(74)【代理人】

【識別番号】100202751

【弁理士】

【氏名又は名称】岩堀 明代

(74)【代理人】

【識別番号】100208580

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 玲奈

(74)【代理人】

【識別番号】100191086

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 香元

(72)【発明者】

【氏名】オグセン ガルスチャン

(72)【発明者】

【氏名】リー，ヒュク ジン

(72)【発明者】

【氏名】キム，ヤン－ビン

(72)【発明者】

【氏名】ボン，ヨン グン

(72)【発明者】

【氏名】アン，ジョン－ファン

【審査官】中尾 太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開平０７－２２６３７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２２６３８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１５４５９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３４３７７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００４－５０９４２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】登録実用新案第３２２２７８３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】国際公開第２００８／０６５７４４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】Anurag Mishra et al.，Synergetic effects in a discharge produced by a dual frequency-dual antenna large-area ICP source，Plasma Sources Science and Technology，英国，IOP Science，2012年06月，Vol. 21, 035018，pp. 1-5

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｈ １／４６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を処理する装置において、
内部に処理空間を有するチャンバーと、
前記処理空間で基板を支持する基板支持ユニットと、
前記処理空間の中央領域にガスを供給するガス供給ユニットと、
前記処理空間内で前記ガスをプラズマ状態に励起させるプラズマ発生ユニットと、を含み、
前記ガス供給ユニットは、
前記チャンバーの上部壁の中心に設置され、前記処理空間の中央領域にガスを供給するように構成されるガス流入ポートと、
前記ガス流入ポートにガスを供給するように構成されるガス貯蔵部と、を含み、
前記チャンバーは、前記処理空間の上面を密閉する誘導体ウインドーを含み、
前記プラズマ発生ユニットは、
ＲＦ信号を供給するＲＦ電源と、
前記ＲＦ信号が供給されて前記処理空間内に供給されたガスからプラズマを発生させる第１アンテナと第２アンテナと、を含み、
前記第１アンテナは、巻線が垂直方向に積層されたコイルを含み、前記第２アンテナの内側に配置され、
前記第２アンテナは、巻線が垂直方向に積層されたコイルを含み、
前記第２アンテナが含むコイルの総高さは、前記第１アンテナが含むコイルの総高さより高く、
前記第１アンテナおよび前記第２アンテナは、コイルの中心軸が前記誘導体ウインドーの中心に位置するように配置され、
前記第１アンテナと前記第２アンテナは、前記第１アンテナが含むコイルと前記第２アンテナが含むコイル間の相互結合（ｍｕｔｕａｌ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を減少させるように離隔して配置され、
前記第１アンテナは、２つのコイルが半径方向に二重に提供され、
前記第２アンテナは、複数のコイルが層ごとに重なり合うように提供され、前記第２アンテナが含むコイルは、上部から見た時、全て重なり合う位置に提供され、
前記第１アンテナは、前記第２アンテナよりも前記ガス流入ポートの近くに配置され、
前記第１アンテナと前記第２アンテナの下面は、正面断面から見たときに同一の高さで提供され、
前記第１アンテナは、正面断面から見たときに巻線が２×２であるコイル構造を有し、
前記第２アンテナは、正面断面から見たときに巻線が１×４であるコイル構造を有する
基板処理装置。

【請求項2】

前記第１アンテナと前記第２アンテナは、並列に連結される請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項3】

前記第２アンテナが含むコイルの数は、４つで提供される請求項２に記載の基板処理装置。

【請求項4】

基板を処理する装置において、
内部に処理空間を有するチャンバーと、
前記処理空間で基板を支持する基板支持ユニットと、
前記処理空間の中央領域にガスを供給するガス供給ユニットと、
前記処理空間内で前記ガスをプラズマ状態に励起させるプラズマ発生ユニットと、を含み、
前記チャンバーは、前記処理空間の上面を密閉する誘導体ウインドーを含み、
前記ガス供給ユニットは、
前記チャンバーの上部壁の中心に設置され、前記処理空間の中央領域にガスを供給するように構成されるガス流入ポートと、
前記ガス流入ポートにガスを供給するように構成されるガス貯蔵部と、を含み、
前記プラズマ発生ユニットは、
ＲＦ信号を供給するＲＦ電源と、
前記ＲＦ信号が供給されて前記処理空間内に供給されたガスからプラズマを発生させる第１アンテナと第２アンテナと、を含み、
前記第１アンテナは、巻線が垂直方向に積層されたコイルを含み、前記第２アンテナの内側に配置され、
前記第２アンテナは、巻線が垂直方向に積層された複数のコイルを含み、
前記第２アンテナの総高さは、前記第１アンテナの総高さより高く、
前記第２アンテナが含む複数のコイルは、前記第２アンテナと誘導体ウインドーとの接触面積が最小化されることができる構造に提供され、
前記第１アンテナおよび前記第２アンテナは、コイルの中心軸が前記誘導体ウインドーの中心に位置するように配置され、
前記第１アンテナと前記第２アンテナは、前記第１アンテナが含むコイルと前記第２アンテナが含むコイル間の相互結合を減少させるように離隔して配置され、
前記第１アンテナは、２つのコイルが半径方向に二重に提供され、
前記第２アンテナは、複数のコイルが層ごとに重なり合うように提供され、前記第２アンテナが含むコイルは、上部から見た時、全て重なり合う位置に提供され、
前記第１アンテナは、前記第２アンテナよりも前記ガス流入ポートの近くに配置され、
前記第１アンテナと前記第２アンテナの下面は、正面断面から見たときに同一の高さで提供され、
前記第１アンテナは、正面断面から見たときに巻線が２×２であるコイル構造を有し、
前記第２アンテナは、正面断面から見たときに巻線が１×４であるコイル構造を有する
基板処理装置。

【請求項5】

前記第２アンテナが含むコイルの数は、４つで提供される請求項４に記載の基板処理装置。

【請求項6】

基板を処理する装置において、
内部に処理空間を有するチャンバーと、
前記処理空間で基板を支持する基板支持ユニットと、
前記処理空間の中央領域にガスを供給するガス供給ユニットと、
前記処理空間内で前記ガスをプラズマ状態に励起させるプラズマ発生ユニットと、を含み、
前記ガス供給ユニットは、
前記チャンバーの上部壁の中心に設置され、前記処理空間の中央領域にガスを供給するように構成されるガス流入ポートと、
前記ガス流入ポートにガスを供給するように構成されるガス貯蔵部と、を含み、
前記チャンバーは、前記処理空間の上面を密閉する誘導体ウインドーを含み、
前記プラズマ発生ユニットは、
ＲＦ信号を供給するＲＦ電源と、
前記ＲＦ信号が供給されて前記処理空間内に供給されたガスからプラズマを発生させる第１アンテナと第２アンテナと、を含み、
前記第１アンテナは、巻線が垂直方向に積層されたコイルを含み、前記第２アンテナの内側に配置され、
前記第２アンテナは、巻線が垂直方向に積層された複数のコイルを含み、
前記第２アンテナは、前記複数のコイルが垂直方向に積層されて提供され、
前記第２アンテナの総高さは、前記第１アンテナの総高さより高く、
前記第１アンテナおよび前記第２アンテナは、コイルの中心軸が前記誘導体ウインドーの中心に位置するように配置され、
前記第１アンテナと前記第２アンテナは、前記第１アンテナが含むコイルと前記第２アンテナが含むコイル間の相互結合を減少させるように離隔して配置され、
前記第１アンテナは、２つのコイルが半径方向に二重に提供され、
前記第２アンテナは、複数のコイルが層ごとに重なり合うように提供され、前記第２アンテナが含むコイルは、上部から見た時、全て重なり合う位置に提供され、
前記第１アンテナは、前記第２アンテナよりも前記ガス流入ポートの近くに配置され、
前記第１アンテナと前記第２アンテナの下面は、正面断面から見たときに同一の高さで提供され、
前記第１アンテナは、正面断面から見たときに巻線が２×２であるコイル構造を有し、
前記第２アンテナは、正面断面から見たときに巻線が１×４であるコイル構造を有する
基板処理装置。

【請求項7】

前記第２アンテナが含むコイルの数は、４つで提供される請求項６に記載の基板処理装置。

【請求項8】

前記第１アンテナと前記第２アンテナは、並列に連結される請求項６に記載の基板処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は基板処理装置に関する。より具体的に、プラズマを利用して蝕刻処理をする基板処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体、ディスプレー、ソーラーセル等を製造する工程にはプラズマを利用して基板を処理する工程が含まれている。例えば、半導体製造工程の中で乾式蝕刻に使用される蝕刻装置又はアッシング（ａｓｈｉｎｇ）に使用されるアッシング装置はプラズマを生成するためのチャンバーを含み、基板は前記プラズマを利用して蝕刻又はアッシング処理されることができる。

【0003】

プラズマ装置はＲＦ電力の印加方式に応じて容量結合型（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ、ＣＣＰ）装置と誘導結合型（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ、ＩＣＰ）装置に区分される。容量結合型装置は互いに対向される平行板と電極にＲＦ電力を印加して電極間に垂直に形成されるＲＦ電気場を利用してプラズマを発生させる方式である。誘導結合型装置はアンテナによって誘導される誘導電気場を利用してソース物質をプラズマに変換させる方式である。

【0004】

誘導結合型装置ではＲＦ電源に連結されたマッチング器及び電流分配器を通じてプラズマアンテナに電流を分配し、内部コイルと外部コイルとの間の結合を制御することができる。また、これを通じて内部コイルと外部コイルとの間の電流比率を制御することができ、これを通じてプラズマエッチングの放射型均一性を制御することができる。しかし、既存の誘導結合型装置では相変わらずチャンバーのエッジ領域とセンター領域との間のエッチングレートが異なるという問題点が存在した。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】国際特許公開第ＷＯ２０１４０３４６７４Ａ１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の目的はチャンバーのエッジ領域でのプラズマ密度を高めることができるアンテナ構造を提供することにある。

【0007】

本発明が解決しようとする課題は以上で言及された課題に制限されない。言及されない他の技術的課題は以下の記載から本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に明確に理解されるべきである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一実施形態による基板処理装置は、内部に処理空間を有するチャンバーと、前記処理空間で基板を支持する基板支持ユニットと、前記処理空間内にガスを供給するガス供給ユニットと、前記処理空間内で前記ガスをプラズマ状態に励起させるプラズマ発生ユニットと、を含み、前記プラズマ発生ユニットは、ＲＦ信号を供給するＲＦ電源と、前記ＲＦ信号が供給されて前記処理空間内に供給されたガスからプラズマを発生させる第１アンテナと第２アンテナと、を含み、前記第１アンテナは前記第２アンテナの内側に配置され、前記第２アンテナが含むコイルの総高さは前記第１アンテナが含むコイルの総高さより高い。

【0009】

一例示によれば、前記第２アンテナが含むコイルは１つの層で積層されて提供されることができる。

【0010】

一例示によれば、前記第２アンテナは複数のコイルが層ごとに重なり合うように提供されることができる。

【0011】

一例示によれば、前記第２アンテナが含むコイルは上部から見た時、全て重なり合う位置に提供されることができる。

【0012】

一例示によれば、前記第１アンテナと前記第２アンテナは並列に連結されることができる。

【0013】

一例示によれば、前記第２アンテナが含むコイルの数は４つで提供されることができる。

【0014】

一例示によれば、前記第１アンテナが含むコイルの数は４つ或いはその以下で提供されることができる。

【0015】

本発明の他の一実施形態による基板処理装置において、内部に処理空間を有するチャンバーと、前記処理空間で基板を支持する基板支持ユニットと、前記処理空間内にガスを供給するガス供給ユニットと、前記処理空間内で前記ガスをプラズマ状態に励起させるプラズマ発生ユニットと、を含み、前記プラズマ発生ユニットは、ＲＦ信号を供給するＲＦ電源と、前記ＲＦ信号が供給されて前記処理空間内に供給されたガスからプラズマを発生させる第１アンテナと第２アンテナと、を含み、前記第１アンテナは前記第２アンテナの内側に配置され、前記第２アンテナは複数のコイルを含み、前記第２アンテナが含む複数のコイルは前記第２アンテナの接触面積が最小化されることができる構造に提供されることができる。

【0016】

本発明のその他の一実施形態による基板処理装置において、内部に処理空間を有するチャンバーと、前記処理空間で基板を支持する基板支持ユニットと、前記処理空間内にガスを供給するガス供給ユニットと、前記処理空間内で前記ガスをプラズマ状態に励起させるプラズマ発生ユニットと、を含み、前記プラズマ発生ユニットは、ＲＦ信号を供給するＲＦ電源と、前記ＲＦ信号が供給されて前記処理空間内に供給されたガスからプラズマを発生させる第１アンテナと第２アンテナと、を含み、前記第１アンテナは前記第２アンテナの内側に配置され、前記第２アンテナは複数のコイルを含み、前記第２アンテナは前記複数のコイルが積層されて提供されることができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明では、チャンバーのエッジ領域でのプラズマ密度を高めることができる。

【0018】

本発明の効果は上述した効果によって制限されない。上述されない効果は本明細書及び添付された図面から本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に明確に理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1A】本発明の一実施形態に係る基板処理装置を示す図面である。

【図1B】本発明の一実施形態に係る基板処理装置を示す図面である。

【図1C】本発明の一実施形態に係る基板処理装置を示す図面である。

【図2】本発明の一実施形態に係るアンテナの形状をより詳細に示す斜視図である。

【図3】本発明の一実施形態に係るアンテナの形状を側面から見た図面である。

【図4a】既存のアンテナの形状を示す図面であり、

【図4b】本発明の一実施形態に係るアンテナの形状を示す図面である。

【図5a】本発明に係る基板処理装置を回路の形態に示した図面である。

【図5b】本発明に係る基板処理装置を回路の形態に示した図面である。

【図6a】既存の基板処理装置での磁気場の分布を示す図面である。

【図6b】本発明に係る基板処理装置での磁気場の分布を示す図面である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下では添付した図面を参考として本発明の実施形態に対して本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は様々な異なる形態に具現されることができ、ここで説明する実施形態に限定されない。また、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明することにおいて、関連された公知機能又は構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不必要に曖昧にすることができていると判断される場合にはその詳細な説明を省略する。また、類似な機能及び作用をする部分に対しては図面の全体に亘って同一な符号を使用する。

【0021】

ある構成要素を‘含む’ということは、特別に反対になる記載がない限り、他の構成要素を除外することではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。具体的に、“含む”又は“有する”等の用語は明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、又はこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとすることであり、１つ又はそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品、又はこれらを組み合わせたものの存在又は付加可能性を予め排除しないことと理解されなければならない。

【0022】

第１、第２等の用語は多様な構成要素を説明するために使用されることができるが、前記構成要素は前記用語によって限定されてはならない。前記用語は１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみに使用される。例えば、本発明の権利範囲を逸脱しないながら、第１構成要素は第２構成要素と称されることができ、類似に第２構成要素も第１構成要素として称されることができる。

【0023】

単数の表現は文脈の上に明確に異なりに表現しない限り、複数の表現を含む。また、図面で要素の形状及びサイズ等はより明確な説明のために誇張されることができる。

【0024】

図１Ａ乃至図１Ｃは本発明の一実施形態に係る基板処理装置を示す図面である。

【0025】

図１Ａを参照すれば、基板処理装置１００はボディー１１０、誘電体ウインドー１２０、ガス供給部１３０、プラズマソース１４０、バッフル１５０、そして基板支持ユニット２００を含むことができる。

【0026】

ボディー１１０は上面が開放され、内部に空間が形成される。ボディー１１０の内部空間は基板処理が遂行される空間を提供する。ボディー１１０の底面には排気ホール１１１が形成されることができる。排気ホール１１１は排気ライン１６１と連結され、工程過程で発生した反応副産物とボディー１１０の内部に留まるガスが外部に排出される通路を提供する。誘電体ウインドー１２０はボディー１１０の開放された上面を密閉する。誘電体ウインドー１２０はボディー１１０の周囲に相応する半径を有する。誘電体ウインドー１２０は誘電体材質で提供されることができる。誘電体ウインドー１２０はアルミニウム材質で提供されることができる。本発明に係るチャンバーはボディー１１０と誘電体ウインドー１２０を含むように構成されることができる。

【0027】

ガス供給ユニット１３０は基板支持ユニット２００に支持された基板Ｗ上に工程ガスを供給する。ガス供給ユニット１３０はガス貯蔵部１３５、ガス供給ライン１３３、そしてガス流入ポート１３１を含む。ガス供給ライン１３３はガス貯蔵部１３５及びガス流入ポート１３１を連結する。ガス貯蔵部１３５に貯蔵された工程ガスはガス供給ライン１３３を通じてガス流入ポート１３１に供給する。ガス流入ポート１３１はチャンバーの上部壁に設置される。ガス流入ポート１３１は基板支持ユニット２００と対向されるように位置される。一例によれば、ガス流入ポート１３１はチャンバー上部壁の中心に設置されることができる。ガス供給ライン１３３にはバルブが設置されてその内部通路を開閉するか、或いはその内部通路に流れるガスの流量を調節することができる。例えば、工程ガスは蝕刻ガスであり得る。

【0028】

バッフル１５０はチャンバー１１０内で工程ガスの流れを制御する。バッフル１５０はリング形状に提供され、チャンバー１１０と基板支持ユニット２００との間に位置する。バッフル１５０には貫通ホール１５１が形成される。チャンバー１１０内に留まる工程ガスは貫通ホール１５１を通過して排気ホール１１１に流入される。貫通ホール１５１の形状及び配列に応じて排気ホール１１１に流入される工程ガスの流れが制御されることができる。

【0029】

基板支持ユニット２００は工程チャンバー１１０の内部に位置し、基板Ｗを支持する。基板支持ユニット２００は静電気力を利用して基板Ｗを支持する静電チャック（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｓｔａｔｉｃ ｃｈｕｃｋ）が提供されることができる。これと異なりに、基板支持ユニット２００は機械的クランピングのような様々な方式に基板Ｗを支持することができる。以下、静電チャックを説明する。

【0030】

静電チャック２００は第１プレート２１０、電極２２０、ヒーター２３０、フォーカスリング２４０を含むことができる。第１プレート２１０は円板形状に提供され、上面に基板Ｗが置かれる。第１プレート２１０の上面は縁領域より中央領域が高く位置するように段差付けることができる。第１プレート２１０の上面中央領域は基板Ｗより小さい半径を有することができる。このため、基板Ｗの縁領域は第１プレート２１０の上面中央領域の外側に位置する。第１プレート２１０は誘電体（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｕｂｓｔａｎｃｅ）材質の誘電板で提供されることができる。

【0031】

第１プレート２１０の内部には電極２２０が提供される。電極２２０は外部電源２６０と連結され、電源から電力が印加される。電極２２０は基板Ｗとの間に静電気力を形成して基板Ｗを第１プレート２１０の上面に吸着させる。

【0032】

第１プレート２１０の内部にはヒーター２３０が提供される。ヒーター２３０は電極２２０の下部に提供されることができる。ヒーター２３０は外部電源２６０と電気的に連結され、印加された電流に抵抗することによって熱を発生させる。発生された熱は第１プレート２１０を経て基板Ｗに伝達される。ヒーター２３０で発生された熱によって基板Ｗは所定の温度に加熱される。ヒーター２３０は螺旋形状のコイルで提供されることができる。ヒーター２３０は均一な間隔に第１プレート２１０に埋設されることができる。

【0033】

第１プレート２１０の下部に配置された本体は金属板を含むことができる。一例によれば、本体の全体が金属板で提供されることができる。本体は追加電源３００と電気的に連結されることができる。追加電源３００は高周波電力を発生させる高周波電源で提供されることができる。高周波電源はＲＦ電源を含むことができる。本体は追加電源３００から高周波電力が印加されることができる。したがって、本体は電極、即ち下部電極として機能することができる。本体と追加電源３００との間には追加マッチャー３１０が配置されて、インピーダンス整合を遂行することができる。

【0034】

フォーカスリング２４０はリング形状に提供され、第１プレート２１０の周辺に沿って配置される。フォーカスリング２４０の上面は第１プレート２１０に隣接する内側部が外側部より低いように段差付けて提供されることができる。フォーカスリング２４０の上面内側部は第１プレート２１０の上面中央領域と同一高さに位置することができる。フォーカスリング２４０の上面内側部は第１プレート２１０の外側に位置する基板Ｗの縁領域を支持する。フォーカスリング２４０はプラズマが形成される領域の中心に基板が位置するように電気場形成領域を拡張させる。

【0035】

プラズマ発生ユニット１４０はチャンバーの内部に供給された工程ガスをプラズマ状態に励起させる。プラズマ発生ユニット１４０はアンテナ１４１１、１４１２とＲＦ電源１４２、マッチャー１４４を含むことができる。アンテナ１４１１、１４１２は誘電体ウインドー１２０の上部に位置し、螺旋形状のコイルで提供されることができる。ＲＦ電源１４２はアンテナ１４１１、１４１２と連結され、高周波電力をアンテナ１４１に印加することができる。マッチャー１４４はＲＦ電源１４２の出力端に連結されて電源側の出力インピーダンスと負荷側の入力インピーダンスを整合させることができる。マッチャー１４４は電流分配器１４３を含むことができる。電流分配器１４３はマッチャー１４４内に統合されて具現されることがができる。しかし、これと異なりにマッチャー１４４及び電流分配器１４３は別の構成要素で提供されて具現されてもよい。電流分配器１４３はＲＦ電源１４２から供給される電流をアンテナ１４１１、１４１２に分配することができる。アンテナ１４１１、１４１２に印加された高周波電力によって、チャンバーの内部には誘導電気場が形成される。工程ガスは誘導電気場からイオン化に必要であるエネルギーを得てプラズマ状態に励起される。プラズマ状態の工程ガスは基板Ｗに提供され、基板Ｗを処理する。プラズマ状態の工程ガスはエッチング工程を遂行することができる。

【0036】

図１で基板処理装置１００が含むアンテナ１４１は第１アンテナ１４１１と第２アンテナ１４１２を含むように構成されることができる。図１のＩＣＰ工程チャンバーでプラズマは誘電体ウインドー１２０によってチャンバーから分離される誘導コイルを通じて方位角電気場によって形成される。

【0037】

第１アンテナ１４１１と第２アンテナ１４１２はＲＦ信号が供給されて前記チャンバー内の処理空間内に供給されたガスからプラズマを発生させることができる。第１アンテナ１４１１は第２アンテナ１４１２の内側に配置されることができる。第１アンテナ１４１１は内部アンテナであり得る。第２アンテナ１４１２は外部アンテナであり得る。第１アンテナ１４１１と第２アンテナ１４１２は並列に連結されることができる。第１アンテナ１４１１と第２アンテナ１４１２の各々はコイルを含むことができる。第１アンテナ１４１１と第２アンテナ１４１２の具体的な構造に対しては図２乃至図３を参照して後述する。

【0038】

図１Ｂは本発明の他の一実施形態に係る基板処理装置の一例示を示す図面である。

【0039】

図１Ａで重複された部分に対する説明は省略する。図１Ｂの一実施形態によれば、ＲＦ電源は複数１４２ａ、１４２ｂに提供されて、第１アンテナ１４１１及び第２アンテナ１４１２に各々連結されることができる。これを通じて第１アンテナ１４１１及び第２アンテナ１４１２には別のＲＦ電源を通じて高周波電力が印加されることができる。この時、第１マッチャー１４４ａ及び第２マッチャー１４４ｂを含むことができる。第１マッチャー１４４ａは第１ＲＦ電源１４２ａと負荷側のインピーダンスを整合させることができる。第２マッチャー１４４ｂは第２ＲＦ電源１４４ａと負荷側のインピーダンスを整合させることができる。図１Ｂでの実施形態の場合、第１マッチャー１４４ａ及び第２マッチャー１４４ｂは電流分配器を含まなくともよい。

【0040】

図１Ｃは本発明のその他の一実施形態に係る基板処理装置の一例示を示す図面である。

【0041】

同様に、図１Ａで重複された部分に対する説明は省略する。図１Ｃの一実施形態によれば、下部電源はＤＷＧ１７０及び下部マッチャー１７１を含むことができる。

【0042】

一例示によれば、本発明に係る基板処理装置は設定波形発生器（Ｄｅｓｉｇｎｅｄ Ｗａｖｅｆｏｒｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ、以下ではＤＷＧ又は設定波形発生器と称する）１７０を含むことができる。設定波形発生器１７０はユーザが設定した任意の波形（以下、‘設定波形’と称する）を有する出力電圧Ｖｏｕｔを生成することができ、生成された出力電圧Ｖｏｕｔをボディー１１０に提供することができる。例えば、設定波形は数ｋＨｚ乃至数ＭＨｚの周波数に出力されることができ、数十Ｖ乃至数十ｋＶの任意の可変電圧レベルに出力されることができる。ボディー１１０内には工程が遂行される半導体ウエハＷが配置されることができ、これに提供された出力電圧を利用して半導体ウエハＷに対して半導体工程を遂行することができる。

【0043】

設定波形発生器１７０は方形波を生成する少なくとも１つのパルスモジュール及び可変波形を生成する少なくとも１つのスロープモジュールを含むことができる。少なくとも１つのパルスモジュールは複数のパルスモジュールで具現されることができ、少なくとも１つのスロープモジュールは複数のスロープモジュールで具現されることができる。パルスモジュールの数及びスロープモジュールの数は実施形態に応じて多様に選択されることができる。

【0044】

設定波形発生器１７０の最大出力電圧はパルスモジュールの数及びスロープモジュールの数に応じて決定されることができる。設定波形発生器１７０の出力電圧は少なくとも１つのパルスモジュールに供給されるＤＣ電圧と少なくとも１つのスロープモジュールに供給されるＤＣ電圧の和に対応することができる。具体的に、少なくとも１つのパルスモジュール及び少なくとも１つのスロープモジュールは互いに連結されることができ、したがって、設定波形発生器１７０は少なくとも１つのパルスモジュールに供給されるＤＣ電圧と少なくとも１つのスロープモジュールに供給されるＤＣ電圧の和に対応する電圧レベルを提供することができる。

【0045】

複数のパルスモジュールはポジティブ電圧を生成する少なくとも１つのポジティブパルスモジュール及び／又はネガティブ電圧を生成する少なくとも１つのネガティブパルスモジュールを含むことができる。複数のスロープモジュールはポジティブ電圧を生成する少なくとも１つのポジティブスロープモジュール及び／又はネガティブ電圧を生成する少なくとも１つのネガティブスロープモジュールを含むことができる。

【0046】

本実施形態で、少なくとも１つのパルスモジュール及び少なくとも１つのスロープモジュールはカスケード（ｃａｓｃａｄｅ）方式に連結されることができる。ここで、カスケード方式は複数のモジュールを連結する場合、１つのモジュールの出力を他のモジュールの入力に直列連結する方式を示し、カスケード連結であると称してもよい。一実施形態で、少なくとも１つのパルスモジュールの出力は少なくとも１つのスロープモジュールの入力に連結されることができる。しかし、本発明はこれに限定されなく、少なくとも１つのスロープモジュールの出力が少なくとも１つのパルスモジュールの入力に連結されてもよい。

【0047】

以下ではより詳細な図面を通じて本発明に係るアンテナ１４１の構造を説明する。

【0048】

図２は本発明の一実施形態に係るアンテナ１４１の構造をより詳細に示す斜視図である。

【0049】

図２を参照すれば、本発明ではコイル間の相互結合を減少させる同時にプラズマチャンバーのエッジ領域での磁気場を増加させるために、エッジ部分に配置される第２アンテナ１４１２を垂直に積層された複数のコイルを使用することができる。第２アンテナ１４１２は複数のコイルを含むことができる。一例示によれば、第２アンテナ１４１２が含むコイルは１つの層で積層されて提供されることができる。一例示によれば、第２アンテナ１４１２は複数のコイルが層ごとに重なり合うように提供されることができる。

【0050】

エッチングチャンバーの外部領域、即ちエッジ領域でプラズマの密度を高めるためには誘電体ウインドーを通じたＩＣＰコイルの容量結合（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を減少させることが重要である。このために、本発明ではＩＣＰソースが含む第２アンテナ１４１２をコイルが積層された構造で適用する。これを通じて、誘電体ウインドーに対する第２アンテナ１４１２コイルの容量性カップリング（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を減少させることができる効果がある。また、第１アンテナ１４１１コイルと第２アンテナ１４１２コイルとの間の結合を減少させて第１アンテナ１４１１対第２アンテナ１４１２の電流比率制御を向上させることができる。

【0051】

本発明の一例示によるアンテナの場合、二重にスタック（ｓｔａｃｋ）された第１アンテナ１４１１と、垂直にスタック（ｓｔａｃｋ）された第２アンテナ１４１２を含むアンテナ構造が開示されることができる。このような設計構造を通じて、エッジ領域のプラズマに対する第２アンテナ１４１２の誘導結合を増加させることができる効果がある。

【0052】

図３は本発明の一実施形態に係るアンテナ１４１の形状を側面から見た図面である。

【0053】

図３の一例示によれば、第２アンテナ１４１２の総高さは第１アンテナ１４１１の総高さより高く提供されることができる。一例示によれば、第２アンテナ１４１２が含むコイルが形成する総高さは第１アンテナ１４１１が含むコイルが形成する総高さより高く提供されることができる。一例示によれば、第２アンテナ１４１２が含むコイルの数は第１アンテナ１４１１が含むコイルの数より多く形成されることができる。

【0054】

一例示によれば、第１アンテナ１４１１は２つのコイルがツイストされて提供されることができる。一例示によれば、第２アンテナ１４１２は４つのコイルが層ごとに積層されて提供されることができる。

【0055】

本発明は、空間の制約によってコイルの平面方向回転数を増やすことが困難な問題を克服するために、軸方向に回転数を増加させるアンテナ構造を採択することができる。

【0056】

一例示によれば、第２アンテナ１４１２が含むコイルは上部から見た時、全て重ねる位置に提供されることができる。これを通じて第２アンテナ１４１２が複数のコイルを含んでいても１つの層に積層されて提供されることを確認することができる。また、これを通じて第２アンテナ１４１２が含む複数のコイルは第２アンテナ１４１２と誘電体ウィンドウとの接触面積が最小化されることができる構造で提供されることができる。

【0057】

図４（ａ）は既存のアンテナの形状を示す図面であり、図４（ｂ）は本発明の一実施形態に係るアンテナの形状を示す図面である。

【0058】

図４（ａ）の場合、既存のアンテナの形状のように同一平面上で拡張されるコイルで提供される一例示が開示される。図４（ａ）を参照すれば、第１アンテナ１４１１と第２アンテナ１４１２との間の距離が近いので、第１アンテナ１４１１が含むコイルと第２アンテナ１４１２が含むコイルとの間の相互結合（ｍｕｔｕａｌ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）が高く現れる問題があった。また、図４（ａ）のような平面コイルは誘電体ウインドー１２０と接触する表面積が広いので、誘電体ウインドーを通じたプラズマＣｄを通じた容量性カップリング（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）が大きく現れる問題があった。

【0059】

これを克服するために、第２アンテナ１４１２を第１アンテナ１４１１とさらに遠く配置する場合には、チャンバーの内壁と第２アンテナ１４１２が含むコイル間の距離が近づいて外部に出る磁気場の量が多くなる問題点が発生した。

【0060】

図４（ｂ）の場合、本発明の一実施形態に係るアンテナの形状を示す。本発明の一実施形態のようにアンテナを形成する場合、第１アンテナ１４１１が含むコイルと第２アンテナ１４１２が含むコイル間の距離が増加して相互結合（ｍｕｔｕａｌ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を減少させることができる効果がある。

【0061】

図４（ｂ）を参照すれば、既存のアンテナ構造に比べて本発明によるアンテナ構造は第２アンテナ１４１２が誘電体ウインドー１２０と接触する面積が小さくなくなることを確認することができる。

【0062】

アンテナの接触表面が大きくなるほど、誘電体ウインドー１２０を通じた容量結合が高くなる問題点がある。本発明による第２アンテナ１４１２が含むコイルの垂直積層構造は誘電体ウインドー１２０に接触するコイルの接触表面を最小化することができる効果があるので、誘電体ウインドー１２０を通じた容量結合を減少させることができるだけでなく、磁気場をプラズマチャンバーの最も外側領域に向けるようにすることができる効果がある。また、誘電体ウインドー１２０との接触面積が小さいので、発生する副産物やパーティクルの影響も最小化することができる効果が存在する。このような構造を通じてエッチングチャンバーのエクストリームエッジ（ｅｘｔｒｅｍｅ ｅｄｇｅ）部分での最大効果を得ることができる。

【0063】

図５（ａ）乃至図５（ｂ）は本発明に係る基板処理装置を回路の形態に示した図面である。

【0064】

図５（ａ）は本発明に係る基板処理装置のインダクティブカップリング（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を回路化したことである。

【0065】

図５（ａ）に図示された各々の符号の意味は次の通りである。Ｌ_ａｎｔはアンテナのインダクタンス（Ａｎｔｅｎｎａ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ）、Ｒ_ａｎｔはアンテナの抵抗（Ａｎｔｅｎｎａ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）、Ｌ_ｐはコイルに結合されたプラズマジオメトリ領域のインダクタンス（Ｐｌａｓｍａ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ ｒｅｇｉｏｎ ｃｏｕｐｌｅｄ ｔｏ ｃｏｉｌ（ｄｏｎｕｔ ｓｈａｐｅ））、Ｌ_ｅは電子慣性インダクタンス（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｉｎｅｒｔｉａ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ）、Ｒ_ｐはプラズマ抵抗（Ｐｌａｓｍａ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を示す。

【0066】

図５（ａ）によれば、アンテナのインダクタンスとプラズマ間のインダクタンスとの間の相互カップリングが発生するので、誘導性結合（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を高めるために第２アンテナ１４１２に含まれるコイルをより多い数に形成することができる。

【0067】

図５（ｂ）は本発明に係る基板処理装置のキャパシティブカップリング（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｃｏｕｐｌｉｎｇ）を回路化したことである。

【0068】

図５（ｂ）に図示された各々の符号の意味は次の通りである。

【0069】

Ｌ_ａｎｔはアンテナのインダクタンス（Ａｎｔｅｎｎａ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ）、Ｒ_ａｎｔはアンテナの抵抗（Ａｎｔｅｎｎａ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）、Ｃ_ｄは誘電体ウィンドウのキャパシタンス（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｗｉｎｄｏｗ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）、Ｃ_ｓはプラズマシースのキャパシタンス（ｓｈｅａｔｈ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）、Ｒ_ｓはプラズマシースの抵抗（ｓｈｅａｔｈ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を示す。

【0070】

図５（ｂ）によれば、誘電体ウィンドウとプラズマシースでのキャパシタによって発生する容量性結合を低減するために第２アンテナ１４１２コイルを１つの層で積層して提供することができる。

【0071】

本発明によれば、容量性結合（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を低減し、誘導性結合（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を高めることを通じてプラズマ処理をより効率的に遂行することができる効果がある。また、高いインダクタンス（ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ）を有するように制御することを通じて高い磁気場（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ）を確保することができる。

【0072】

本発明ではエッジ領域でのプラズマ密度を高めるために誘導性電力結合を増やし、容量性電力結合を減らすことができる。

【0073】

一例示によれば、第２アンテナ１４１２が含むコイルの数を増やして複数の巻線を形成することによって、チャンバーのエッジ部分での高い磁気場を確保することが可能な効果がある。

【0074】

即ち、本発明によれば、第２アンテナ１４１２に含まれたコイルのスタック構造を通じて誘電体ウィンドウとの接触面積を減らすことによって、容量性結合（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を低減し、第２アンテナ１４１２に複数の巻線を含む構造を通じてインダクタンスを高めることができる効果が存在する。また、これを通じて縁に磁気場を集中させることによってプラズマ密度の均一化を満足させることができる効果も存在する。

【0075】

図６（ａ）乃至図６（ｂ）は既存基板処理装置と本発明に係る基板処理装置での磁気場の分布を示す図面である。

【0076】

図６（ａ）は従来技術の基板処理装置で誘電体ウィンドウの下で測定された軸方向磁気場とＣＲ＝１である時、磁気ＰＣＢコイルセンサーを使用して測定した結果を示し、図６（ｂ）は本発明に係る基板処理装置で誘電体ウィンドウの下で測定された軸方向磁気場とＣＲ＝１である時、磁気ＰＣＢコイルセンサーを使用して測定した結果を示す。

【0077】

本発明に係る基板処理装置を利用する場合、第２アンテナ１４１２のコイル下で磁気場が増加した結果を確認することができる。これを通じて、エッジ部分でのプラズマ密度もやはり均一になることを確認することができる。

【0078】

以上の説明は本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎなく、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性で逸脱しない範囲で多様な修正及び変形が可能である。したがって、本発明に開示された実施形態は本発明の技術思想を限定するためのことではなく、説明するためのことであり、このような実施形態によって本発明の技術思想の範囲が限定されることではない。本発明の保護範囲は下の請求の範囲によって解釈されなければならなく、それと同等な範囲内にいるすべての技術思想は本発明の権利範囲に含まれることと解釈されるべきである。

【符号の説明】

【0079】

１００ 基板処理装置
１２０ 誘電体ウインドー
１３０ ガス供給ユニット
１４０ プラズマ発生ユニット
１４２ ＲＦ電源
１４１１ 第１アンテナ
１４１２ 第２アンテナ
１４３ 電流分配器
１４４ マッチャー

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】