KR101800649B1 - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

(과제) 수율을 향상시킨 플라즈마 처리 장치 또는 플라즈마 처리 방법을 제공한다.
(해결 수단) 진공 용기 내부의 처리실 내에 배치된 시료대면에 재치된 처리 대상의 웨이퍼를 당해 처리실 내에 형성된 플라즈마를 이용하여 처리하는 플라즈마 처리 장치 또는 처리 방법으로서, 상기 처리 중에, 상기 시료대의 내부에 배치된 제1 전극에 공급되는 제1 고주파 전력과 상기 시료대의 상기 웨이퍼가 재치되는 면의 외주측에 배치된 유전체제의 링 형상 부재의 내측에 배치된 제2 전극에 공진 회로를 통하여 공급되는 제2 고주파 전력을 조절하여 상기 웨이퍼를 처리한다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD}
본 발명은, 진공 용기 내부의 처리실 내에 배치된 시료대 상에 올려 놓여져 유지된 반도체 웨이퍼 등의 기판 형상의 시료를 처리실의 플라즈마를 이용하여 처리하는 플라즈마 처리 장치 또는 플라즈마 처리 방법에 따른 것으로, 특히, 처리 중에 시료대에 고주파 전력을 공급하여 시료 상면 상방에 바이어스 전위를 형성하여 시료를 처리하는 플라즈마 처리 장치 또는 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스를 제조하는 공정 중 당해 디바이스의 회로나 배선의 구조를 형성하는 것으로는, 반도체 웨이퍼 등의 시료 상면에 미리 형성된 마스크를 포함하는 복수의 막층을 갖는 막 구조의 처리 대상의 막층을 플라즈마를 이용하여 에칭하는 것이 일반적으로 행해지고 있다. 최근, 반도체 디바이스의 집적도의 향상에 수반하여, 이러한 플라즈마를 이용한 가공의 정밀도의 한층 더의 향상이 요구됨과 함께, 웨이퍼의 보다 외주측의 부분까지 처리에 의한 가공의 결과의 중앙측과의 것에 대한 편차를 저감하여 한 장의 웨이퍼당에서 제조할 수 있는 디바이스의 수를 보다 높게 하여 처리의 효율을 향상시킬 수 있도록, 웨이퍼의 외주측의 부분에서 처리의 편차가 허용 범위 외가 되는 영역을 저감하는 것이 요구되고 있다.
이러한 플라즈마 처리 장치는, 일반적으로, 진공 용기와 그 내부에 배치되어 시료가 배치됨과 함께 감압된 내측의 공간에서 플라즈마가 형성되는 처리실과, 처리실 내를 배기하여 처리에 적합한 소정의 진공도의 압력으로 하는 진공 배기 장치를 구비하고 있다. 또한, 진공 용기 또는 진공 처리실에 접속되어 처리실 내에 시료를 처리하기 위한 가스를 공급하는 가스 공급 장치, 피처리재인 웨이퍼가 그 상면에 올려 놓여져 유지되는 시료대, 처리실 내에 플라즈마를 발생시키기 위한 전계 또는 자계를 처리실 내에 공급하는 플라즈마 발생 장치 등을 구비하여 구성된다.
웨이퍼의 외주측의 부분과 중앙측의 부분에서 처리의 속도나 그 결과로서의 가공 후의 형상 등의 처리의 특성이 불균일해지거나, 예를 들면 에칭 처리의 속도(레이트)가 변화해버리는 영역을 작게 하기 위해, 웨이퍼의 중앙측 부분으로부터 외주측 부분까지 웨이퍼의 상면 상방에 형성되는 전계의 강도나 그 분포를 보다 균일에 가깝게 하고 있는 것이 생각되어 왔다. 즉, 상기 웨이퍼의 외주측의 부분에서의 에칭 레이트의 변화는 당해 웨이퍼의 외주측의 영역에서 전계의 집중이 발생하여 플라즈마의 전위나 하전 입자의 분포가 치우친 결과, 당해 레이트가 상승해버리는 점에서, 이러한 전계의 집중을 억제함으로써, 웨이퍼의 외주측 부분까지 보다 균일한 처리가 실현된다. 이것을 위해서는, 웨이퍼의 외주측 부분의 주위를 둘러싸는 영역에 형성되는 전계의 강도와 그 분포를 조절하여 웨이퍼 상면 상방에 형성되는 시스의 두께를 웨이퍼의 면 내의 방향에 대해서, 특히 반경의 방향에 대해서 그 외주측의 부분까지 보다 균일에 가깝게 하는 것이 유효하다.
이러한 플라즈마 처리 장치의 종래의 기술로서는, 일본국 공개특허 특개2007-258417호 공보(특허문헌 1)에 개시되는 바와 같이, 웨이퍼 외주측에서 이것을 감싸서 배치된 도전성을 갖는 부재인 포커스 링에 직류 전압을 인가하여, 에칭 중에 있어서의 웨이퍼의 외주연과 그 근방의 영역에서의 전계의 제어를 행하는 것이 알려져 있다. 본 종래의 기술에서는, 상면이 플라즈마에 면한 포커스 링이 플라즈마와의 상호 작용에 의해 깎여 소모되는 양에 따라서, 초기의 성능을 유지하도록 직류의 전압값을 변화시키고 있다.
또한, 일본국 공개특허 특개2012-227278호 공보(특허문헌 2)에 나타나는 바와 같이, 시료대의 웨이퍼 재치면의 외주측에 배치되어 웨이퍼를 감싸는 도체제의 링과 그 상방에서 링 상면을 덮는 유전체제의 링 커버를 구비하고, 도체제의 링에 처리실 내의 링 커버 상방에 형성된 플라즈마와 전기적으로 결합하지 않도록 하여 고주파 전력을 공급하는 구성이 개시되어 있다. 또한, 본 종래 기술은 도체제 링의 높이를 웨이퍼 또는 웨이퍼가 재치되는 시료대 상면보다도 높게 하여 웨이퍼 및 도체제 링의 상방에 형성되는 바이어스 등전위면의 높이와 이에 따른 플라즈마 중의 하전 입자가 웨이퍼에 입사하는 각도의 편차를 웨이퍼의 중앙측으로부터 외주측의 범위에서 저감하고, 가공의 결과인 처리 후의 형상의 편차를 저감하는 것이 개시되어 있다.
또한 일본국 공개특허 특개2011-9351호 공보(특허문헌 3)에서는, 시료대의 외주측에서 웨이퍼를 감싸서 배치되는 도체제의 포커스 링에 인가되는 바이어스 전위 형성용의 고주파 전력의 양을 포커스 링의 소모의 양에 따라서 조절하는 것이 개시되어 있다.
일본국 공개특허 특개2007-258417호 공보 일본국 공개특허 특개2012-227278호 공보 일본국 공개특허 특개2011-9351호 공보
상기의 종래 기술은 다음 점에 대해서 고려가 불충분했기 때문에 문제가 발생하고 있었다.
즉, 발명자들의 검토 결과, 이들은 모두 웨이퍼 외주부의 균일성 개선에 어느 정도의 효과가 발견되기는 하지만, 한정된 용도로밖에 사용할 수 없는 점이나 성능 개선에 한계가 있는 것을 알 수 있었다.
특허문헌 1은, 시료대의 웨이퍼가 재치되는 면의 외주측에 배치되어 직류 전력이 인가되는 도체제의 링은, 그 상면의 상방에 형성되는 플라즈마와 직류 전력을 결합시키기 위해 당해 상면이 상방의 처리실 내의 공간에 노출되어 있다. 이러한 구성에서는 도체의 상면으로 플라즈마 내부의 하전 입자가 충돌하는 등 플라즈마와의 사이의 상호 작용에 의해 도체제 링이 깎이는 등의 소모가 진행되거나 재료가 변질되어 버린다. 이것을 억제하기 위해 도체제 링의 상면을 특허문헌 2의 기재와 같이 유전체 또는 절연체제의 부재로 덮는 구성으로 한 경우에는, 직류 전력은 플라즈마와 결합이 곤란해지고 당해 링에 의한 웨이퍼의 외주측 부분이나 링의 상방에서의 전계의 강도와 그 분포의 조절이 곤란해진다.
또한, 특허문헌 2는, 시료대의 웨이퍼 재치면의 외주측에 배치된 도체제의 링은, 재치면 하방의 시료대 내부에 배치된 금속제의 전극인 기재(基材)의 상기 재치면의 외주측에 배치된 단차(오목부) 상에 올려 놓여지고, 기재에 공급되는 바이어스 전위 형성용의 고주파 전력이 분배되어 공급되는 구성을 구비하고 있다. 그러나, 이러한 구성에서는, 링의 상면 상방에 형성되는 전압의 값을 적절하게 변화시키는 구성을 구비하고 있지 않기 때문에, 재치면 하방의 전극에 의해 형성되는 바이어스 전위가 지나치게 큰 경우라도 웨이퍼의 외주측에 배치된 도체 링 상방의 바이어스의 전위를 적절한 범위로 조절할 수 없어 필요 이상으로 커져버려, 웨이퍼의 외주측 부분에서 전계의 집중의 정도가 증대하여 에칭 레이트가 국소적으로 증대되어 치우쳐 버리는 등 처리의 특성의 균일성이 손상되어 처리의 수율이 저하되어 버린다는 우려가 있었다.
또한, 특허문헌 3에는, 시료대 내부의 전극인 기재에 공급되는 바이어스 전위 형성용의 고주파 전력의 공급 경로 상에 분배기를 구비하고, 이 분배기에 의해 소정의 비율로 조절되어서 나누어진 고주파 전력이 기재의 웨이퍼 재치면 외주측에 배치되어 절연체제의 커버로 감싸진 도체 링에 공급되는 구성이다. 그러나, 이 구성에서는 도체제의 링을 감싸는 커버의 절연체에 의해 고주파 전력의 대부분의 전력이 차단되기 때문에, 그대로는 효율적으로 외주부의 제어를 할 수 없다는 것을 알았다.
상기의 종래 기술에서는 웨이퍼의 외주측에 배치된 도체제의 링에 고주파 전력을 원하는 전계의 분포가 얻어지도록 조절하여 공급할 수 없고 웨이퍼의 외주측 부분에서의 처리의 특성의 중앙 부분에 대한 편차가 커져 처리의 수율이 손상되어 버린다는 문제에 대해서 고려되고 있지 않았다. 본 발명의 목적은, 수율을 향상시킨 플라즈마 처리 장치 또는 플라즈마 처리 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 목적은, 진공 용기 내부의 처리실 내에 배치된 시료대의 상면에 재치된 처리 대상의 웨이퍼를 당해 처리실 내에 형성된 플라즈마를 이용하여 처리하는 플라즈마 처리 장치로서, 상기 시료대의 내부에 배치되어 상기 처리 중에 제1 고주파 전력이 공급되는 제1 전극과, 상기 시료대의 상기 웨이퍼가 재치되는 상면의 외주측에 배치된 유전체제의 링 형상 부재의 내측에 배치되어 공진 회로를 통하여 제2 고주파 전력이 공급되는 제2 전극과, 상기 제1 고주파 전력의 공급을 조절함과 함께 상기 공진 회로에서 공진을 생기시켜 상기 제2 고주파 전력의 공급을 조절하는 제어부를 구비함으로써 달성된다.
또한, 진공 용기 내부의 처리실 내에 배치된 시료대의 상면에 재치된 처리 대상의 웨이퍼를 당해 처리실 내에 형성된 플라즈마를 이용하여 처리하는 플라즈마 처리 방법으로서, 상기 처리 중에, 상기 시료대의 내부에 배치된 제1 전극에 공급되는 제1 고주파 전력을 조절함과 함께 상기 시료대의 상기 웨이퍼가 재치되는 상면의 외주측에 배치된 유전체제의 링 형상 부재의 내측에 배치된 제2 전극에 공급되는 제2 고주파 전력을 당해 제2 전극과 전기적으로 접속된 공진 회로에서 공진을 생기시켜 조절하여 상기 웨이퍼를 처리하는 공정을 구비함으로써 달성된다.
본 발명에 의하면, 고주파가 인가되는 도전성 링의 전단에 코일을 설치함으로써 용량성의 콘덴서가 되는 절연성 서셉터와 직렬 공진 구조를 만드는 것이 가능해지고 임피던스를 격감시킴으로써 웨이퍼 에지에 고주파를 효율적으로 기여시키는 것이 가능해진다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 2는, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 변형예의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 3은, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 시료대 외주측 부분의 구성을 확대하여 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 4는, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 시료대 외주측 부분의 구성의 변형예를 확대하여 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 5는, 도 1에 나타내는 실시예의 서셉터의 상부의 구성을 확대하여 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 6은, 도 5에 나타내는 실시예의 작용을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 7은, 도 5에 나타낸 실시예의 서셉터 상부의 변형예의 구성을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 8은, 도 5에 나타내는 실시예와 종래 기술에 있어서의 웨이퍼 상면의 반경 방향에 대해서의 에칭 레이트의 분포예를 모식적으로 나타내는 그래프이다.
도 9는, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 시료대 외주측 부분의 다른 변형예의 구성을 확대하여 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 10은, 도 5 또는 도 6에 나타낸 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에 있어서 처리된 웨이퍼의 반경 방향에 대해서의 에칭 레이트의 분포를 검출한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11은, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 서셉터의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도 및 당해 플라즈마 처리 장치가 이용되는 데이터 테이블의 예를 모식적으로 나타내는 그래프이다.
도 12는, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치가 이용하는 데이터 테이블의 다른 예를 모식적으로 나타내는 그래프이다.
도 13은, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에 구비된 표시기가 표시하는 화면의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 14는, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 서셉터 근방의 다른 변형예의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 15는, 도 3에 나타내는 부하 임피던스 가변 박스(130) 내의 가변 저항의 저항값을 증감함으로써 얻어지는 결과를 모식적으로 나타내는 그래프이다.
도 16은, 도 5에 나타내는 실시예의 구성이 나타내는 작용을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다.
[실시예 1]
이하, 본 발명의 실시예를 도 1 내지 도 4를 이용하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다. 본 예에서는, 처리실 내에 플라즈마를 형성하기 위한 전계로서 마이크로파대의 특정한 주파수인 것을 이용하고, 또한 처리실 내에 당해 전계의 주파수에 대응한 강도를 갖는 자계를 공급하고 이들 상호 작용에 의해 ECR(Electron Cyclotron Resonance)을 생기하여 처리실 내에 공급된 가스의 원자 또는 분자를 여기하여 플라즈마를 형성하고 반도체 웨이퍼 상면의 처리 대상의 막을 에칭하는 마이크로파 ECR 플라즈마 에칭 장치를 나타내고 있다.
본 실시예의 플라즈마 처리 장치는, 내부에 원통 형상을 갖는 처리실(104)이 배치된 진공 용기(101)와, 그 상방 및 그 외주에 배치되어 당해 진공 용기(101) 내의 처리실(104)의 내부에 플라즈마를 형성하기 위한 전계 및 자계를 공급하는 플라즈마 형성 수단과, 진공 용기(101)의 하방에 연결되어 처리실(104) 내부를 배기하는 터보 분자 펌프 및 로터리 펌프 등 러프 펌핑용의 진공 펌프를 갖는 진공 배기 수단을 구비하고 있다. 처리실(104)의 상부는 원판 형상의 예를 들면 석영제의 유전체창(103)이 배치되어 처리실(104)의 내외를 기밀하게 구획하고 있으며, 처리실(104)의 상방을 덮어 그 천정면을 구성하고 있다.
유전체창(103)의 하방의 처리실(104) 내에는 에칭용의 가스를 도입하기 위한 복수의 관통공이 배치된 유전체제(예를 들면 석영제)의 샤워 플레이트(102)가 배치되어 있다. 샤워 플레이트(102)와 유전체창(103)의 사이에는, 공급되는 에칭용의 가스가 확산하여 충전되는 높이의 작은 대략 원통형의 공간이 배치되고, 이 공간은 에칭용의 가스를 공급하는 가스 공급 장치(117)와 가스 도입관로에 의해 연결되어 있다. 또한, 진공 용기(101) 하방에는 처리실(104)의 하부와 연통된 진공 배기구(110)가 배치되어, 진공 배기구(110)의 하방에는 도시하지 않는 터보 분자 펌프를 포함하는 진공 배기 수단인 진공 배기 장치가 접속되어 있다.
플라즈마 형성 수단으로서, 유전체창(103)의 상방에는 처리실(104) 내에 도입되는 전계를 전파하는 도파관(107)이 배치되어 있다. 본 실시예의 도파관(107)은 2개의 부분으로 크게 나누어져 있어, 처리실(104)의 상방에서 그 축이 연직 상방으로 연장하는 단면이 원형의 원통관 부분 및 이것의 상단부에 접속되어 그 축의 방향이 원통 부분으로부터 구부러져 수평 방향으로 연장하는 단면이 직사각형의 각주관(角柱管) 부분을 갖고 있다. 각주관 부분의 단부에는, 마이크로파의 전계를 발신하여 형성하는 마그네트론 등의 전계 발생용 전원(106)이 배치되고, 이 전계 발생용 전원(106)에서 발진되어 형성된 전계는, 도파관(105)을 전파하여 원통관 부분의 하단부의 하방에 접속된 공진용의 원통 형상의 공간에 진입하여 소정의 전계의 모드가된 후, 유전체창(103)을 투과하여 처리실(104) 내에 공급된다.
전자파의 주파수는 특별히 한정되지 않지만, 본 실시예에서는 2.45㎓의 마이크로파가 사용된다. 또한, 진공 용기(101)의 처리실(104)의 외주측에는, 처리실(104) 내에 공급하는 자장을 형성하기 위한 솔레노이드 코일인 자장 발생 코일(107)이 처리실(104)의 상방 및 측방을 감싸고 배치되어 있다. 처리실(104) 내에 전파하여 도입된 전계는, 자장 발생 코일(107)에 의해 형성되어 처리실(104) 내에 도입된 자장과 상호 작용을 생기하고, 동일하게 처리실(104) 내에 공급된 에칭용 가스의 입자를 여기하여 처리실(104) 내에 플라즈마가 생성된다.
또한, 처리실(104) 내의 하부에는 시료대(108)가 배치되어 있다. 시료대(108)의 상면은 용사에 의해 형성된 유전체를 포함하는 재료의 막인 유전체막에 의해 피복되어 있으며, 그 유전체막의 상면에 처리 대상의 기판 형상의 시료인 웨이퍼(109)가 올려 놓여져 유지된다. 웨이퍼(109)가 재치되는 재치면은 유전체창(103) 또는 샤워 플레이트(102)에 대향하고 있다.
유전체막의 내부에는 도전체 재료로 구성된 도전체막(111)이 배치되어 있으며 고주파 필터(125)를 통하여 직류 전원(126)이 접속되어, 막 형태의 전극으로서 구성되어 있다. 또한, 시료대(111)는 처리실(104)과 축을 합하여 배치된 대략 원통 형상을 갖고 있으며, 그 내부에는 정합기(129)를 통하여 제1 고주파 전원(124)이 전기적으로 접속된 전극인 원판 형상을 가진 금속제의 기재(131)가 배치되어 있다.
기재(131)의 상면에 배치되어 웨이퍼(109)의 형상에 맞춰서 실질적으로 원형을 가진 유전체제의 피막(유전체막)의 외주측에는, 석영 등의 유전체제의 링 형상 부재인 서셉터(113)가 배치된다. 이 때문에, 시료대(108)의 재치면인 유전체막의 외주측의 개소는 기재(131)의 그 높이가 패여 낮아지고, 유전체막 상면과 단차를 구성하고 있으며, 이 단차를 구성하는 링 형상의 오목부에 서셉터(113)가 올려 놓여지고, 시료대(108)의 상면 및 측면은 플라즈마로부터 덮어져서 보호된다.
이러한 플라즈마 처리 장치(100)에서는, 진공 용기(101)는 그 측면에 있어서 도시하고 있지 않은 반송용의 진공 용기와, 게이트를 통하여 연결되고, 반송용의 진공 용기(진공 반송 용기) 내에 배치된 반송 로봇의 아암 상에 올려 놓여져 유지된 미처리의 웨이퍼(109)가 게이트를 통과하여 처리실(104) 내에 반입된다. 처리실(104) 내에 반송된 웨이퍼(109)는, 시료대(108)에 아암으로부터 전달되어 그 상면을 구성하는 유전체막 상에 올려놓여진다. 이 후, 직류 전원(126)으로부터 직류 전압에 도전체막(111)에 공급되어 웨이퍼(109)와의 사이에 형성된 정전기력에 의해 웨이퍼(109)가 유전체막 상에 흡착되어 유지된다.
또한, 처리실(104)은, 처리에 있어서 도시하고 있지 않은 게이트를 개폐하는 게이트 밸브에 의해 진공 반송 용기에 대하여 기밀하게 폐색되고, 내부가 밀봉된다. 이 후, 샤워 플레이트(102)로부터 에칭용의 가스가 처리실(104) 내에 도입됨과 함께 진공 배기 장치(108)가 구동되어 처리실(104)의 내부의 압력이 가스의 공급량 속도와 배기량 속도의 밸런스에 의해 소정의 압력으로 유지된다. 이 상태에서 플라즈마 형성 수단으로부터 공급된 전계 및 자계의 상호 작용에 의해 처리실(104) 내에 플라즈마(116)가 형성된다.
플라즈마(116)가 시료대(108)의 상방의 처리실(104) 내에 형성되면, 시료대(108) 내의 기재(131)에 접속된 고주파 전원(124)으로부터 고주파 전력이 기재(131)에 공급되어, 시료대(108) 상면의 유전체 막상 및 웨이퍼(108) 상에 바이어스 전위가 형성된다. 이 바이어스 전위와 플라즈마(116)의 전위의 사이의 전위차에 의해 플라즈마(116) 내의 이온 등의 하전 입자가 웨이퍼(109) 상면을 향하여 유인되어 웨이퍼(109) 상면에 미리 형성된 막 구조의 표면과 충돌함으로써 웨이퍼(109) 상면에 배치된 반도체 디바이스의 회로를 형성하기 위한 막 구조의 처리 대상의 막층이 에칭 처리된다.
또한, 도시하고 있지 않지만, 에칭 처리가 행해지고 있는 사이에는 웨이퍼(109)의 이면과 시료대(108)의 유전체막 상면의 사이에 헬륨 등의 열전달을 촉진하기 위한 가스가 도입되고, 시료대(108)의 기재(131)의 내부에 배치되어 냉각용의 냉매가 통류하는 냉매 유로와의 사이의 열교환을 촉진함으로써, 웨이퍼(109)의 온도를 처리에 적합한 범위의 값으로 조절하는 것이 행해지고 있다. 또한, 에칭 가스나 에칭에 의해 발생한 반응 생성물은 진공 용기(101)의 바닥부에 배치되어 처리실(104)의 하부 및 진공 배기 장치의 진공 펌프 입구와 연통된 진공 배기구(110)로부터 배기된다.
소정의 웨이퍼(109) 상면의 막 구조의 에칭 처리가 종료하면, 고주파 전원(124)으로부터의 고주파 전력의 공급이 정지되고, 직류 전원(126)으로부터의 흡착용의 전력의 공급이 정지되어 정전기가 제거된 후, 웨이퍼(109)가 시료대(108) 상방에 들어 올려지고, 게이트 밸브가 개방한 게이트를 통과하여 처리실(104) 내에 진입한 반송 로봇의 아암에 인수인도된 후, 미처리의 웨이퍼(109)가 재차 시료대(108) 상방까지 반입된다. 이 후, 미처리의 웨이퍼(109)가 시료대(108) 상방에 놓여지고 당해 웨이퍼(109)의 처리가 개시된다. 처리되어야 하는 미처리의 웨이퍼(109)가 없는 경우에는, 플라즈마 처리 장치(100)의 웨이퍼 처리를 위한 동작이 종료하여 휴정지(休停止) 또는 메인터넌스의 동작이 행해진다.
또한, 시료대(108)의 원통 형상을 갖는 기재(131) 또는 원판 또는 원형의 유전체막의 내측에는 히터(도시 생략)가 배치되어, 시료대(108) 또는 유전체막 상면 상방에 올려 놓여진 웨이퍼(109)를 처리에 적합한 온도로 가열 가능하게 구성되어 있어도 된다. 또한, 히터에 의해 또는 처리 중에 플라즈마(116)에 노출됨으로써 가열되는 웨이퍼(109)의 온도의 증대를 저감 또는 억제하기 위해, 기재(131)의 내부에는, 도시하지 않는 온도 조절 장치에 의해 그 온도가 소정의 값의 범위 내의 값이 된 열전달 매체(냉매)가 흘러 기재(131)의 중심 둘레에 동심 형상 또는 나선 형상으로 배치된 냉매 유로가 배치되어 있다.
이러한 시료대(108)의 기재(131) 내부에는, 상기 온도의 조절을 위해 기재(131) 또는 시료대의 온도를 검지하기 위한 도시하고 있지 않은 온도 센서나 웨이퍼(109)를 유전체막의 상방에 이간 또는 막 상면에 웨이퍼를 올려 놓기 위해 강하시키는 복수개의 핀과 그 위치 센서, 도전체막(111)이나 기재(131)로의 급전 경로 상의 커넥터 등이 배치되어, 이들은 전기적 노이즈가 많은 환경에 있으면 오동작할 우려가 있다. 또한, 냉매도 전기적 노이즈의 환경하에서는 정전기를 띨 우려가 있다. 본 실시예에서는, 도시하는 바와 같이 기재(131)는 전기적으로 접지(112)에 접속되어 있다.
본 실시예의 서셉터(113) 내부에는, 웨이퍼(109) 또는 기재(131) 상면의 유전체막의 웨이퍼 재치면을 감싸고 배치된 금속제의 도체 링(132)이 배치되고, 고주파 전원(127)과 정합기(128)와 부하 임피던스 가변 박스(130)를 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 고주파 전원(127)으로부터 발생한 소정의 주파수의 고주파 전력은 도체 링(132)에 도입되고, 그 상면 상방에 플라즈마(116)의 사이에서 전위가 형성된다.
또한, 도 1의 예에서는, 고주파 전원(127)과 도체 링(132)의 사이의 급전용의 경로는, 고주파 전원(124)과 유전체막 내의 도전체막(111)의 사이의 급전용의 경로와는 다른 개소에 배치되어 있다. 이러한 구성으로 바꾸어, 도 2에 나타내는 바와 같이, 정합기(129)를 통하여 도전체막(111)과 고주파 전원(124)의 사이를 전기적으로 접속하는 급전용의 경로 상에서 정합기(129)와 도전체막(111)의 사이에서 분기하여 부하 임피던스 가변 박스(130)를 통하여 도체 링(131)의 사이를 전기적으로 접속하는 급전용의 경로를 배치하여, 도체 링(132)에 고주파 전력(130)을 도입하는 구성을 구비해도 된다.
도 2는, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 변형예의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다. 본 도면의 변형예에서는, 도체 링(132)에 대한 고주파 전력의 급전 경로의 구성이 도 1의 실시예와의 구성 상의 차이이며, 다른 구성에 대해서는 이것을 동일하게 하고 있는 점에서, 이들의 설명은 생략한다.
도 1 및 도 2에 나타낸 예에 있어서, 부하 임피던스 가변 박스(130)와 유전체제의 서셉터(113) 상부에 배치되는 고임피던스 부분과의 조합에 의해, 고주파 전원(127)으로부터 웨이퍼(109)의 외주부까지의 임피던스의 크기를 저하시킴으로써, 웨이퍼(109)의 외주측의 영역에 고주파를 인가하여, 플라즈마(116) 중의 이온 등 하전 입자를 웨이퍼(109)의 외주측을 향하여 인입하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 웨이퍼(109) 외주연 부분에서의 전계의 집중이 억제된다. 고주파 전원(127)의 주파수는 고주파 전원(124)과 동일하거나 상수배가 바람직하다.
도 3을 이용하여 부하 임피던스 가변 박스(130)의 구성을 설명한다. 도 3은, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 시료대 외주측 부분의 구성을 확대하여 모식적으로 나타내는 종단면도이다. 본 도면에서는, 서셉터(113) 내에 배치된 도체 링(132)에 접속된 급전 경로 상에 배치된 부하 임피던스 가변 박스(130)의 구성이 나타나 있다.
플라즈마(116)가 형성되어 있는 상태에서, 서셉터(113) 내부의 도체 링(132)과 웨이퍼(108)의 사이에는 용량성의 시스부가 존재하고 있다. 도체 링(132)을 포함하는 고주파 전력의 회로를 고찰하는 데에, 도체 링(132)과 웨이퍼(108) 외주연의 사이의 당해 용량을 편의적으로 콘덴서(300)로 나타낸다.
본 실시예에서는, 부하 임피던스 가변 박스(130)의 내부에 배치된 가변 코일(133)의 인덕턴스를 적절한 것으로 조절함으로써, 용량 성분인 콘덴서(300)를 포함하는 등가 회로 상에서 직렬 공진을 발생시킴으로써 등가 회로 상의 임피던스를 저감한다. 이 구성에 의해, 웨이퍼(109)에 고주파 전원(127)으로부터의 고주파 전력을 효율적으로 공급하여 바이어스 전위를 형성시키는 것이 가능해진다.
또한, 부하 임피던스 가변 박스(130)에는, 추가로 가변 코일(133)과 고주파 전원(127)의 사이에 가변 저항(135)이 배치되고, 가변 저항(135)의 저항값을 조절함으로써, 상기 직렬 공진의 피크값을 완화시키는 Q값을 낮추는 것이 가능해지기 때문에, 제어성을 개선하는 것이 가능해진다. 즉, 도 19에 나타내는 바와 같이 제어 로버스트성(robustness)을 업시킬 수 있다.
도 15는, 도 3에 나타내는 부하 임피던스 가변 박스(130) 내의 가변 저항의 저항값을 증감함으로써 얻어지는 결과를 모식적으로 나타내는 그래프이다. 또한, 상기 콘덴서(300)는 경과적으로 플라즈마에 의한 서셉터의 소모로 용량이 변해 가기 때문에, 이것을 보정하기 위해 부하 임피던스 가변 박스(130) 내에 그 용량을 변화 가능한 가변 콘덴서(134)를 가변 저항(135)과 고주파 전원(127)의 사이에 배치해도 된다.
또한, 부하 임피던스 가변 박스(130) 내에서 급전 경로와 전기적으로 접속된 전압계 등의 전압을 검출하는 센서인 전압 모니터(136)를 배치하여 검지한 전압을 이용하여 고주파 전원(127)으로부터 플라즈마(116)를 통과한 고주파 전력의 회로 상의 부하의 변동을 검출할 수 있다. 또는, 정합기(128)의 내부의 정합 상수(예를 들면 가변 코일의 용량값)를 검지한 결과 또는 전압값을 전압 모니터(138)를 이용하여 검지한 결과로부터, 서셉터(113)를 사용 개시한 초기에서의 부하의 변화를 간접적으로 검출할 수 있다. 이에 따라, 초기에서의 서셉터(113)의 소모량을 추정할 수 있다.
또한, 도 3에 나타낸 부하 임피던스 가변 박스(130)를, 도 2에 나타낸 분기되어 도체 링(132)에 접속된 급전용의 경로 상에 배치해도 된다. 이 경우에는 도전체막(111)에 고주파 전력을 공급하는 급전 경로의 고주파 전원(124)으로부터 보이는 임피던스가 도체 링(132)으로의 급전 경로가 병렬로 접속됨으로써 도 3의 경우에서 상대적으로 낮아 보이기 때문에, 도전체막(111) 상에 형성되는 고주파전압이 저하하여 웨이퍼(109)의 처리의 속도(레이트)가 저하되어 버릴 우려가 있다.
이것을 방지하기 위해, 부하 정합기(129) 내부에 전압 모니터(137)를 배치하여 검출한 전압값을 소기의 처리의 레이트 등 특성을 실현시킬 수 있는 목표의 값 이 되도록 부하 정합기(129)의 임피던스 또는 정합 상수를 조절하도록 해도 된다. 또한, 도 4에 나타내는 바와 같이 고주파 전원(124, 127)이 발생하는 전력의 신호를 동기하여 발생시키기 위해 이들과 클록 제너레이터(220)를 전기적으로 접속하여, 클록 제너레이터(220)로부터 주기적으로 펄스 또는 방형파 등의 신호를 이들 전원에 출력시킴으로써, 각각에서 발진되는 전력의 주기를 이들 사이에서 동기시켜서 출력시켜 웨이퍼(106)를 통하여 간섭하고 발생하는 비트 신호가 억제된다.
상기의 실시예에서는, 유전체막 내의 도전체(111)에 고주파 전원(124)으로부터의 고주파 전력과 직류 전원(126)으로부터의 직류 전력이 공급되는 구성이 나타나 있지만, 기재(131) 상면에 배치된 유전체제의 막의 내부의 상이한 개소에 배치된 상이한 도전체제의 막 각각에 이들 각각의 전원으로부터 전력이 공급되는 구성을 구비하고 있어도 된다. 예를 들면, 유전체 재료의 입자를 용사하여 형성되는 유전체막 내의 상방에 정전 흡착용의 직류 전력이 공급되는 도전체제의 막이 배치되어, 유전체막 내의 하방에 고주파 전력이 공급되는 다른 도전체제의 막이 배치되는 구성이라도 된다. 이러한 구성에 있어서도, 도 4에 나타낸 클록 제너레이터(220)를 구비하여 2개의 고주파 전원(124, 127)에 출력을 동기시키기 위한 신호를 발신하는 구성을 구비하고 있어도 된다.
다음으로, 상기 실시예의 서셉터(113)의 구성을 도 5 내지 도 7을 이용하여 설명한다. 도 5는, 도 1에 나타내는 실시예의 서셉터의 상부의 구성을 확대하여 모식적으로 나타내는 종단면도이다. 도 6은, 도 5에 나타내는 실시예의 작용을 모식적으로 나타내는 종단면도이다. 도 7은, 도 5에 나타낸 실시예의 변형예의 서셉터 상부의 구성을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 5에 있어서, 본 실시예의 서셉터(113)는, 상하에 배치된 복수의 부재로부터 구성되고, 상방에 배치되는 상부 서셉터(151)는 유전체제의 링 형상의 부재이고, 기재(131)의 상부 외주측 부분에 링 형상으로 배치된 오목부 상방에 올려 놓여져 배치된 링 형상의 하부 서셉터(150)와 그 상면 상에 올려 놓여진 도체 링(132)의 상방에 이것을 덮어 배치된다. 본 실시예에서는, 이러한 구성에 의해 제2 고주파 전원(127)으로부터 도체 링(132)에 공급되는 고주파 전력에 의해 생기되는 고주파 바이어스 전위를 효율 좋게 상부 서셉터(151) 내부를 통과시켜 그 상면 상방에 형성하고 이온 시스(160)를 생성할 수 있다.
이러한 이온 시스(160)에 의해, 종래의 기술에서 발생하고 있었던 웨이퍼(106) 외주연에 생기하는 전계 집중에 의해 특이한 형상의 시스가 형성되는 것이 억제되고, 시스(160) 내에 형성되는 등전위면은 웨이퍼(106)의 외주측 부분에 있어서 웨이퍼(106)의 상면에 대하여 평행하지 않은 부분이 저감된다. 이에 따라 이온이 웨이퍼(106)에 대하여 입사하는 각도가 원하는 각도, 예를 들면 수직인 각도가 되는 범위가 보다 외주단까지 확대되어, 웨이퍼(106)의 처리의 특성, 예를 들면 에칭 레이트를 웨이퍼(106)의 면 내 방향에 대해서 편차를 저감할 수 있다.
또한, 상부 서셉터(151)는 하부 서셉터(150)의 옆에 고주파 전력이 인가되지지 않는 바와 같은 두께를 충분히 취할 필요가 있다. 본 실시예에서는, 상부 서셉터(151)의 도체 링 위의 두께는 1 내지 3㎜, 도체 링(132) 하방의 하부 서셉터(150)의 두께는 3 내지 10㎜의 범위 내의 값으로 되어 있다. 이러한 두께의 대소 관계는, 상부 서셉터(151)를 개재한 도체 링(132)과 플라즈마 시스(160)의 사이의 거리가 하부 서셉터(150)에 있어서의 도체 링(132)과 기재(131)의 사이의 거리보다 작아지도록 구성되는 것이 바람직하다.
도 16을 이용하여 도 5에 나타낸 구성의 동작의 원리를 설명한다. 도 16은, 도 5에 나타내는 실시예의 구성이 나타내는 작용을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 16(a)에는, 본 실시예의 서셉터(113)의 상부의 구성이 확대되어 모식적으로 종단면으로서 나타나 있다. 본 도면의 구성에 있어서의 등가 회로에서는, 제2 고주파 전원(127)으로부터 도체 링(132)에 공급되는 고주파 전력이 흐르는 경로로서는, 도 16(a)에 화살표로 나타낸 바와 같이 경로 1과 경로 2가 생각된다. 도 16(b)에는, 도 5에 나타내는 실시예에 있어서의 가변 코일(133)의 전압인 VLc와 전압 모니터(136)의 출력으로부터 검출되는 전압값(V1)의 관계가 그래프로서 모식적으로 나타나 있다. 본 도면에서는 당해 상관 관계가 경로 1과 경로 2의 각각에 대해서 나타나 있다.
경로 2에 전달되는 전력은 작은 쪽이 웨이퍼(106)에 플라즈마 중의 이온을 유인하기 위해 공급되는 전력의 효율을 향상시키는 데에 있어서 바람직하다. 이것을 위해서는, 본 실시예에서는, 경로 2에서의 공진점의 VLc의 값과 경로 1에서의 공진점의 값과의 차 VL12가 경로 1에서의 공진점의 VLc의 값 VL111보다 커진다.
이에 따라 경로 1의 제어부에 있어서 경로 2로 공급되는 전력의 비율을 실질적으로 무시 가능한 정도로 작은 것으로 하는 것이 가능해진다. 본 실시예에서는, 이 VL12>VL11의 조건을 실현하기 위해, 등가 회로 상에서 경로 1에 있어서의 상부 서셉터(151)가 갖는 정전 용량(C1)을 충분히 크게 하는 한편으로, 경로 2에 있어서의 하부 서셉터(150)가 갖는 정전 용량(C2)을 충분히 작게 하도록 이들을 구성하는 재질이나 그 형상의 두께나 폭 등의 치수가 선택된다. 이 상태에서, 도 16(b)의 경로 1의 V1이 VLc의 변화에 대하여 단조롭게 증대하고 있는 영역에서 소기의 시스(160) 두께와 영역이 얻어지는 소정의 허용 범위 내의 값이 되도록, 후술하는 제어 장치(180)가 검출된 C1의 값에 따라서 VLc를 조절한다.
또한, 하부 서셉터(150)와 상부 서셉터(151)의 사이에 간극(155)이 배치되어, 시스(160)와 금속제의 도체 링(132)의 사이에서 에너지의 전달이 행해지는 구성을 구비하고 있다. 그러나, 이러한 간극(155)의 단부가 처리실(104)에 면하여 연통되어 있으면, 처리실(104) 내에 형성되는 플라즈마(116) 중의 하전 입자나 활성종 등의 반응성이 높아진 입자가 당해 간극(155) 내에 진입하여 간극(115)을 구성하는 부재의 벽면과 상호 작용을 생기할 우려가 있다.
이러한 과제에 대하여, 도 6(a)에 나타내는 변형예와 같이, 도 5에 나타내는 금속제의 도체 링(132)으로 바꾸어 석영이나 알루미나 또는 이트리아 등의 세라믹스로 구성된 절연체 링(153)의 내부에 금속제의 도전체막(153')을 배치해도 된다. 이 구성에 의하면, 금속제의 도체 링(132)이 플라즈마(116)에 접하는 것을 저감하여 양자의 상호 작용에 의해 발생한 생성물에 의해 웨이퍼(106)가 오염되어 버리는 것이 억제된다. 하부 서셉터(150)측으로의 임피던스를 상대적으로 높게 할 수 있고 상부 서셉터(151)의 측으로의 에너지 전달을 효율적으로 행하는 것이 가능해짐과 함께, 절연체 또는 유전체에 의한 부재에서 간극(155)이 감싸져 구성되기 때문에, 상기 도체제 링(132)과 플라즈마(116)의 상호 작용에 의해 웨이퍼(106)의 금속의 오염이 생기하는 일이 억제된다.
추가로 또한, 공급하는 전력에 대한 시스(160)의 두께나 분포 또는 얻어지는 처리의 특성의 제어성을 높이기 위해, 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 상부 서셉터(150)의 하면과 도체막이 내부에 배치된 절연체 링(153) 상면의 사이에 간극 (210)을 배치해도 된다. 이 예는, 상부 서셉터(151)가 하부 서셉터(150)의 위에 올려 놓여진 상태에서 절연체 링(153)의 내주측 측벽면, 외주측 측벽면 및 상면이 덮어지는 구성을 갖고, 절연체 링(153)이 플라즈마와 면하는 것이 억제되어 금속막을 플라즈마로부터 차폐하는 것이 가능해진다. 본 예에서는 공간(210)의 간극은 0.01∼1㎜의 범위 내로부터 선택되어 설정된다.
다음으로, 본 실시예의 플라즈마 처리 장치의 도체 링(132)에 공급하는 전력의 제어의 태양과 그 작용·효과에 대해서, 도 7 내지 도 12를 이용하여 설명한다. 도 7은, 도 6에 나타낸 변형예의 서셉터를 포함하는 웨이퍼 외주연의 근방에서 나타내는 작용을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 7(a)는, 도체 링(132)이 내측에 배치되어 있지 않은 상부 서셉터(153)와 하부 서셉터(150)를 갖는 종래 기술의 서셉터(113)를 포함하는 웨이퍼(106)의 외주연 근방의 구성을 확대하여 모식적으로 나타내는 종단면도이다. 본 도면에 나타나 는 바와 같이, 이 종래 기술에서는, 웨이퍼(106) 외주부의 상부 서셉터(151) 상면 상방의 시스(160)가 웨이퍼(116) 상면과 상부 서셉터(151)의 링 형상의 내주측 부분을 구성하는 경사면의 상방 및 웨이퍼(106)가 기재(131)의 상중앙부의 볼록부 상면의 유전체막으로부터 외주측에 돌출한 오버행 부분의 하면을 포함하는 외주연 주위에 한정된 것이 되고, 플라즈마(116) 중에 형성되는 이온이 웨이퍼(106) 외주연부에 있어서 외주측으로부터 중앙측을 향하여 경사진 궤도(161)를 따라 웨이퍼(106)에 충돌하여 당해 개소에 집중해버리는 구성으로 되어 있는 것을 알 수 있다.
도 7(b)는, 도 6(b)에 나타낸 절연 링(153)에 내포된 도체막에 제2 고주파 바이어스 전원(127)으로부터 부하 임피던스 가변 박스(130) 내에 배치된 공진 회로를 통하여 소정의 주파수의 고주파 전력이 공급되는 변형예에 있어서 생기되는 시스(160)의 구성을 모식적으로 나타내는 종단면도이다. 본 도면에 있어서 나타내는 바와 같이, 본 예에서는 상부 서셉터(151) 상면의 도체막 상방에는 마이너스 전위로 가라앉은 교류의 전압이 발생하고, 플러스 전위의 플라즈마의 전위차가 커져 소정 이상의 두께를 가진 시스(160)가 형성된다. 이에 따라, 도 7(a)의 예에서 웨이퍼(106)의 외주연에서 생기한 전계의 집중 또는 시스(160)의 등전위면의 외주측을 향하는 것에 따른 하강이 완화되어, 웨이퍼(106)의 외주연 상방에서 이온 등 하전 입자는 상방으로부터 웨이퍼(106) 외측의 상부 서셉터(151) 상면을 향하는 방향의 궤도(161)를 따라 외주측에 인입되어, 에칭 레이트 등의 처리의 특성은 웨이퍼(106)의 중앙부로부터 외주연부의 사이에서 변동이 억제된다.
도 7(c)는, 도 7(b)와 비교하여, 절연체 링(153) 내부의 도체막에 고주파 전력을 공급하는 제2 고주파 전원(127)을 갖지 않고 가변 코일(200)을 포함하는 공진 회로를 통하여 접지되는 것에 있어서 생기되는 시스(160)의 구성을 모식적으로 나타내는 종단면도이다. 이 구성에서는, 상부 서셉터(151) 상면의 전위는 접지 전위가 되어 플라즈마(116)의 전위와의 전위차가 작아지기 때문에 도 7(a)에 나타낸 것보다도 상부 서셉터(113) 상면의 시스(160)는 더욱 형성되기 어렵고, 웨이퍼(106)의 상면과 오버행 부분을 포함하는 외주연부의 주위에 한정적으로 시스(160)가 성장하게 된다. 이 때문에, 본 예의 구성에서는, 웨이퍼(106)의 외주연부분에 플라즈마(116) 중의 이온 등 하전 입자가 더욱 집중되기 쉬운 것이 되고, 외주연 부분 근방의 웨이퍼(106)의 처리의 특성은 중앙부의 것으로부터 더욱 어긋남이 커져버린다.
도 7에 나타낸 구성 각각에 있어서, 이러한 처리의 특성, 특히 에칭 레이트의 예를 도 8에 나타낸다. 도 8은, 도 5에 나타내는 실시예와 종래 기술에 있어서의 웨이퍼(106) 상면의 반경 방향에 대해서의 에칭 레이트의 분포예를 모식적으로 나타내는 그래프이다.
도 7(a)나 도 7(c)의 예에 있어서의 에칭 레이트는 도 8(a)에 나타내는 바와 같이, 대략 일정하게 되는 중앙측의 부분에 대하여 외주측 부분으로 증대하는 것이 된다. 한편으로, 도 7(b)의 예에서는, 가변 코일(133)의 전압값 VLc나 제2 고주파 전원(127)으로부터의 출력의 크기나 주파수의 값에 의해, 상부 서셉터(151) 상면 상방에 형성되는 시스(160)의 두께나 등전위면의 높이를 조절 가능하다. 이러한 조절이 행해지는 본 실시예에서는, 웨이퍼(106)의 외주측 부분에 있어서의 에칭 레이트는, 도 8(a)과 같이 외주측의 영역에서 증대하는 분포와 도 8(b)에 나타나 있는 바와 같이 감소하는 것과의 사이에서 원하는 것으로 형성된다.
또한, 상기 실시예에 있어서, 도 9에 나타내는 바와 같이, 부하 임피던스 가변 박스(130)의 내부에 배치된 스위치(201)에 의해 도 7(b)에 나타낸 도체막이 가변 코일(133)을 포함하는 가변 RLC의 회로를 통하여 제2 고주파 전원(127)에 접속되는 급전 경로와 도 7(c)에 나타낸 도체막이 가변 코일(200)을 통하여 접지되는 경로의 사이에서 전환되어, 각각에 의해 기능하는 웨이퍼 에지 가변 릴리즈 모드와 웨이퍼 에지 엑세스 모드의 사이에서 전환 가능한 구성을 구비해도 된다.
도 10에, 도 5 또는 도 6에 나타낸 구성을 구비한 실시예를 이용하여 웨이퍼(106)를 처리한 결과를 설명한다. 도 10은, 도 5 또는 도 6에 나타낸 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에 있어서 처리된 웨이퍼의 반경 방향에 대해서의 에칭 레이트의 분포를 검출한 결과를 나타내는 그래프이다.
본 예에서는, VLc＝53μH로서 바이어스 형성용의 고주파 전력의 크기를 상이하게 한 복수의 경우에 대해서 검출한 결과를 나타내고 있다. 도 10(a)∼도 10(c)에 나타나는 그래프 각각의 좌측의 것은 직경 300㎜의 웨이퍼(106)의 중심에서 외주연까지의 에칭 레이트의 크기의 분포를 나타내는 그래프이고, 우측의 것은 도면우측 상단의 외주연 근방의 에칭 레이트의 크기의 분포를 확대하여 나타내는 그래프이다.
도 10(a)는, 기재(131)의 볼록부 상면에 배치된 유전체막 내의 도전체막(111)에 제1 고주파 전원(124)으로부터 200W의 고주파 전력이 공급되고, 또한 도전체막(111) 외주측에 배치된 서셉터(113) 내의 도체 링(132) 또는 절연체 링(153) 내의 도체막에 0W의 고주파 전력이 공급된 경우를 나타내고 있다. 도 10(b)는, 도전체막(111)에 200W의 고주파 전력 및 서셉터(113) 내의 도체 링(132) 또는 도체막에 20W의 고주파 전력이 공급된 경우, 도 10(c)는 각각 200W, 50W가 공급된 경우의 처리 중의 특성을 검출한 결과를 나타내고 있다.
이들 도면에 나타나는 바와 같이, 본 실시예의 가변 코일(133)을 포함하는 부하 임피던스 가변 박스(130)를 통하여 도체 링(132) 또는 절연체 링(153) 내부의 도체막에 공급되는 고주파 전력의 크기를 조절함으로써, 웨이퍼(106)의 외주연으로부터 10㎜ 정도의 영역에 있어서의 에칭 레이트가 중앙측 부분의 레이트에 미치는 영향을 억제하면서 증감된다.
또한, 발명자들은, 바이어스 형성용의 고주파 전력의 크기를 일정하게 하여 가변 코일(133)의 전압값 VLc를 상이하게 한 복수의 경우에 대해서 에칭 레이트의 분포를 검출했다. 이들 경우도, 도 10에 나타낸 바와 동일하게, 웨이퍼(106)의 외주측 부분의 에칭 레이트의 분포를 중앙부측의 것과 독립적으로 조절할 수 있는 것이 나타났다. 또한, 처리의 특성으로서, 에칭 레이트 이외에도 에칭 형상, 특히 가공 후의 막 구조의 형상에 있어서의 각도도, 상기 실시예에 있어서의 고주파 전력 또는 부하 임피던스의 조절을 함으로써 원하는 것으로 실현할 수 있는 것을 알았다.
다음으로, 상기 실시예에 있어서 웨이퍼(106)를 처리한 시간 또는 매수가 증대하는 것에 따라 서셉터(113)가 소모하는 양에 대하여 제2 고주파 전원(127)으로부터 서셉터(113)에 공급되는 고주파 전원을 조절하는 구성에 대해서 도 11 및 12를 이용하여 설명한다.
상부 서셉터(151)의 상면 및 외주측의 측면은 플라즈마(116)에 면하고 있으며, 이것과의 사이의 상호 작용에 의해 깎이거나 변질되거나 하여 소모되는 부재이다. 이 때문에, 이러한 소모에 의한 시스(160)의 형상이 변화되어버려 처리의 특성의 분포가 변화되어 버리게 된다.
예를 들면, 유전체인 상부 서셉터(151)의 도체 링(132) 또는 절연체 링(153) 상방의 부분이 소모되어 두께가 저감되면, 이 부분의 고주파 전력에 대한 정전 용량(170)의 값 Cv가 커지고, 상부 서셉터(151) 상면의 전위가 증대한다. 이 때문에, 소모가 발생한 상태에서 이전과 동일한 값의 고주파 전력이 도체 링(132) 또는 절연체 링(153) 내의 도체막에 공급된 경우에는, 동일한 처리의 특성이 실현되지 않는다는 문제가 발생한다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 실시예에서는, 반도체 디바이스를 제조하기 위해 처리되는 제품용의 웨이퍼(106)의 처리 개시 전에 미리 Cv의 값의 변화에 대한 기준이 되는 웨이퍼(106)의 소정의 개소에 있어서의 또는 면 내 방향에서 평균된 처리의 특성, 예를 들면 에칭 레이트의 값과의 상관을 나타내는 정보를 검출하고, 이 데이터를 목표 또는 표준의 데이터로 하여 테이블 또는 데이터 베이스로서 도시하고 있지 않은 제어 장치 내에 배치된 하드 디스크, RAM 또는 리무버블 디스크 등의 기억 장치 내에 기억한다. 도 11은, 이러한 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 서셉터의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도 및 당해 플라즈마 처리 장치가 이용하는 데이터 테이블의 예를 모식적으로 나타내는 그래프이다.
기준이 되는 데이터를 얻기 위한 웨이퍼(106)는, 제품용의 것과 동일 또는 동등하다고 간주할 수 있는 정도로 근사한 구성을 갖는 막 구조가 상면에 배치된 것으로서, 상이한 두께의 상부 서셉터(151)를 이용한 복수의 장치의 사양에 있어서 가변 코일(133)의 전압 VLc의 값을 변화시켜 제품용의 웨이퍼(106)의 처리의 개시 전에 미리 실시된다. 이들 각각의 조건에서의 처리 중 또는 처리 후에 얻어지는 에칭 레이트 등 처리의 특성의 값과 그 분포나 가공 형상의 분포와 VLc의 값과의 상대의 관계로부터, 목표의 처리의 특성의 값이나 그 분포나 가공 형상의 분포를 얻을 수 있는 상부 서셉터(153)의 정전 용량 Cv와 VLc의 값과의 대응을 나타내는 데이터가 테이블로서 추출된다. 이러한 목표의 데이터를 추출하기 위해 처리되는 기준이 되는 웨이퍼(106)는 복수매가 이용되고 있어도 된다.
본 실시예에서는, 데이터 베이스로서 기억된 이 데이터 테이블의 정보에 의거하여, 제어 장치(180)가 VLc 또는 제2 고주파 전원으로부터의 출력의 값 Pf를 산출하고, 이들로 설정해야 하는 값으로서 지령 신호를 송신한다. 제어 장치(180)는, 부하 임피던스 가변 박스(130) 또는 그 내부에 배치된 가변 코일(133), 가변 콘덴서(134), 가변 저항(135) 등의 소자나 디바이스와 통신 가능에 접속되고, 또한 제2 고주파 전원(127), 정합기(128), 전압 모니터(136, 138)와 통신 가능하게 접속되어, 통신되는 신호의 인터페이스와 RAM, 하드 디스크 등의 기억 장치 및 반도체제의 마이크로프로세서 등의 연산기 그리고 이들과 전기적으로 접속되어 신호가 통신되는 통신 경로를 갖고 있다. 또한, 기억 장치는 제어 장치(180)의 유닛 내부에 수납되어 있을 필요는 없고, 원격된 개소에 배치되어 통신 가능하게 접속되어 있어도 된다.
제어 장치(180)는, 구체적으로는, 본 실시예의 플라즈마 처리 장치가 운전되는 소정의 기간에 대해서, 그 개시 전에 있어서의 제2 고주파 전원(127)으로부터 상부 서셉터(151) 상면까지의 바이어스 전위 형성용의 고주파 전력이 공급되는 급전 경로의 초기의 부하, 임피던스의 값 Zs를 검출하고, 이것을 제어 장치(180)를 구성하는 기억 장치 내에 기억한다. 또한, 임의의 매수째의 웨이퍼(106)의 처리 전 또는 처리 중에 검출된 당해 급전 경로의 부하 Zp를 검출하고, 이것을 기억 장치에 기억된 Zs와 비교함으로써, 급전 경로 상의 도체 링(132) 또는 도체막과 상부 서셉터(151) 상면의 사이 또는 상부 서셉터(151)를 통한 플라즈마(116)의 사이의 정전 용량 Cv를 검출한다.
구체적으로는, 제어 장치의 연산기는, 기억 장치 내에 미리 기억되어 저장된 소프트웨어의 알고리즘에 따라 Zs-Zp로부터 상부 서셉터(151)가 소모되어 두께가 저감된 양을 검출하고, 이것을 이용하여 현재의 Cv를 산출한다. 이 Cv와 기억 장치에 기억된 데이터 테이블을 이용하여 목표로 하는 VLc의 값을 산출한다. 또한, 당해 산출한 목표의 값이 되도록 VLc에 대하여 그 인덕턴스를 설정하는 지령을 가변 코일(133) 또는 부하 임피던스 가변 박스(130) 내의 소자에 발신한다.
도 11의 예에서는, 상부 서셉터(153)를 통한 급전 경로의 등가 회로 상의 정전 용량의 값 Cv와 부하 임피던스 가변 박스(130)의 가변 코일(133)의 전압값 VLc와의 대응하는 관계를 나타내는 데이터 테이블을 이용했지만, 도 12에 나타내는 바와 같이, 부하 임피던스 가변 박스(130)와 도체 링(132) 또는 절연체 링(153) 내의 도체막의 사이의 급전 경로에 접속되어 배치된 전압 모니터(136)로부터의 출력값 V1과 정전 용량 Cv의 관계를 나타내는 데이터를 이용해도 된다. 도 12는, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치가 이용하는 데이터 테이블의 다른 예를 모식적으로 나타내는 그래프이다.
본 예에 있어서, Cv가 변화하면 에칭 레이트 등의 처리의 특성에 간접적으로 영향을 미치는 전압값 V1이 변화한다. 그래서, 도 11에 설명한 예와 동일하게, 반도체 디바이스를 제조하기 위해 처리되는 제품용의 웨이퍼(106)의 처리 개시 전에 미리 Cv의 값의 변화에 대한 기준이 되는 웨이퍼(106)의 소정의 개소에 있어서 또는 면 내 방향에서 평균된 처리의 특성, 예를 들면 에칭 레이트의 목표값에 대응하는 V1의 값과의 상관을 나타내는 데이터를 검출하고, 이 데이터를 목표 또는 표준의 데이터로 하여 테이블 또는 데이터 베이스로서 도시하지 않는 제어 장치 내에 배치된 하드 디스크, RAM 또는 리무버블 디스크 등의 기억 장치 내에 기억한다.
이러한 데이터의 검출은, 제품용의 웨이퍼(106)의 처리를 개시하기 전에 상이한 두께의 상부 서셉터(151)를 이용한 복수의 장치의 사양에 있어서 제품용의 웨이퍼(106)의 처리의 개시 전에 미리 실시된다. 이들 각각의 조건에서의 처리 중 또는 처리 후에 얻어지는 에칭 레이트 등 처리의 특성의 값과 그 분포나 가공 형상의 분포와 검출되는 V1의 값의 상대의 관계로부터, 목표의 처리의 특성의 값이나 그 분포나 가공 형상의 분포를 얻을 수 있는 상부 서셉터(153)의 정전 용량 Cv와 V1의 값의 대응을 나타내는 데이터가 테이블로서 추출되고, 데이터 베이스의 데이터로서 기억된다.
제어 장치(180)는, 전압 모니터(136)로부터의 출력을 수신하여 소기의 처리의 특성이나 가공 형상을 실현할 수 있는 소정의 V1의 값이 되도록, 부하 임피던스 가변 박스(130) 내의 가변 코일(133)의 전압값 VLc를 변화시키도록 지령 신호를 부하 임피던스 가변 박스(130)에 발신한다. 제어 장치(180)는, 제품용의 웨이퍼(106)의 처리에 있어서 V1의 값을 일정해지도록 조절하는 것이라도 되고, 또한 도 11의 예와 동일하게, 처리의 개시 전 또는 개시 직후의 초기의 부하, 임피던스의 값 Zs와 임의인 매수째의 웨이퍼(106)의 처리 전 또는 처리 중에 검출된 당해 급전 경로의 부하 Zp를 비교하여, 얻어진 Zs-Zp의 값으로부터 급전 경로 상의 도체 링(132) 또는 도체막과 상부 서셉터(151) 상면의 사이 또는 상부 서셉터(151)를 통한 플라즈마(116)의 사이의 정전 용량 Cv를 검출하여, 상기 데이터 테이블을 이용하고 이 Cv의 값에 대응하는 V1의 값을 산출하여 이 값이 되도록 부하 임피던스 가변 박스(130)를 피드백 제어를 실시하는 것이라도 된다.
나아가서는, 제2 고주파 전원으로부터의 고주파 전력의 크기의 값 Pf가 변화하면 V1도 변동하게 되지만, 이러한 V1의 증감이 발생하는 경우라도, 부하 임피던스 가변 박스(130)와 정합기(128)의 사이의 급전 경로에 접속되어 배치된 전압 모니터(136)의 출력으로부터 검출된 전압값 V2와 V1의 비 V1/V2가 소정의 값의 허용 범위 내가 되도록 VLc의 값이 조절됨으로써, 소기의 처리의 특성이나 가공 형상이 실현된다. 또한, 도체막(111)과 제1 고주파 전원(124)의 사이의 급전 경로에 접속되어 배치된 전압 모니터(137)의 출력으로부터 검출되는 전압값 V3과 V1의 비 V1/V3의 값을, 웨이퍼(106) 상면의 중앙측 부분에 있어서의 에칭 레이트와 외주측 부분에 있어서의 에칭 레이트의 비가 소정의 허용 범위 내의 값이 되도록 조절하도록 구성되어 있어도 된다.
추가로 또한, 부하 임피던스 가변 박스(130)와 도체 링(132) 또는 절연체 링(153) 내의 도체막의 사이의 급전 경로를 흐르는 고주파 전력의 전류의 값 A를 검출하고, 정합기(129)에 있어서 그 내부의 전압을 검출하고, 이들의 곱이 일정 또는 소정의 허용 범위 내의 값이 되도록 부하 임피던스 가변 박스(130)의 가변 코일(133)의 전압값 VLc를 조절할 수도 있다. 단, 본 실시예에서는 제2 고주파 전원(127)으로부터의 출력값 Pf는 소정의 허용 범위 내의 값으로 조절되어, 정합기(129)에 있어서 부하의 변화에 대응하여 임피던스가 정합된다. 전류값 A와 정합기(129)의 전압값의 곱이 일정해지도록 조절함으로써, 상부 서셉터(151)를 통한 도체 링(132) 또는 도체막과 플라즈마의 사이의 정전 용량값 Cv를 갖는 부분에 인가되는 국소적이고 에칭 레이트 등 처리의 특성이나 가공 형상에 크게 영향을 주는 부분의 파워이다.
또한, V3과 V1의 상승 효과에 의해 웨이퍼(106)의 외주연부의 시스(160)의 두께가 증감하는 점에서, 이것을 이용하여 웨이퍼(106)의 외주연부의 에칭 레이트를 조절할 수 있다. 즉, 에칭 레이트를 보정해야 하는 양(검출된 처리 중의 임의의 시각에서의 에칭 레이트와 목표가 되는 에칭 레이트의 차이)과 전압값 V1의 변화량의 관계는, 이하의 식 (1)에 나타내는 바와 같은 관계가 되는 것이, 발명자들의 검토에 의해 판명되었다.
ΔER＝K×(V3×ΔV1)×Ks+B （1)
여기에서, ΔER＝처리 중의 임의의 시각에서의 에칭 레이트와 목표가 되는 에칭 레이트와의 차, K＝비례 상수, KS＝V3의 시스(160)의 두께로의 영향의 크기를 나타내는 비례 상수, B＝상수, ΔV1＝소기의 에칭 레이트를 실현하기 위한 제어량이다. 일반적으로 전압의 상수곱이 시스(160)의 두께에 기여하는 것이 알려져 있으며, 이 상수곱을 Ks로 하여 나타냈다.
발명자들에 의하면, 검토의 결과, 웨이퍼(106)의 외주연측 부분의 에칭 레이트의 보정에 (V3×V1)의 상수곱이 에칭 레이트의 보정량에 비례하는 것을 알았다. 이 점에서, 원하는 에칭 레이트의 보정량을 얻기 위해, 제어 장치(180)가 필요한 V1의 변화량을 식 (1)을 이용하여 구하고, 당해 V1의 변화량을 실현할 수 있는 VLc 또는 고주파 전원(127)의 Pf가 되도록 이들을 제어함으로써, 에칭 레이트의 값과 그 분포를 목표의 것에 가깝게 하는, 또는 앞으로의 어긋남을 저감할 수 있다.
다음으로, 유저가 본 실시예의 플라즈마 처리 장치를 사용할 때에 표시되는 사용자 인터페이스에 대해서 도 13을 이용하여 설명한다. 도 13은, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에 구비된 표시기가 표시하는 화면의 일 예를 나타내는 도면이다.
이러한 표시에 의한 유저 인터페이스를 이용하여, 상기 실시예의 사용자는, 외주측 부분의 레이트 모드를 자동 제어이거나 메뉴얼 제어로 전환하여, 오토 모드에서는 웨이퍼(106)의 외주측 부분의 레이트를 중심측 부분의 레이트에 비해 내릴지, 올릴지, 또는 동일하게 할지를 선택한다. 또한, 그 레이트 비율을 설정하여, 서셉터(113)의 소모 한계를 설정함으로써, 그 소모 한계가 되면 서셉터 교환 알람이 자동으로 표시되는 시스템이다.
또한, 메뉴얼 모드에서는, 웨이퍼 외주측의 영역에서의 레이트를 중심측의 영역에서의 레이트에 비해 올릴지 내릴지 동일하게 할지를 선택한 후에, 가변 코일(133)의 인덕턴스 값(전압값) VLc를 직접적으로 설정하고, 직접 VLc를 일정하게 조절된다. 또한, 본 실시예에 있어서 모니터 상에는, 오토 모드에서도 메뉴얼 모드에서도, 소모량을 나타내는 Cv의 값, 및 서셉터(113) 내부의 도체 링(132)의 전위 Vpp를 표시할 수 있다.
다음으로, 상기 실시예의 다른 변형예에 대해서 도 14를 이용하여 설명한다. 도 14는, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 서셉터 근방의 다른 변형예의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
본 예에서는, 제2 고주파 전원과 도체 링(132) 또는 절연체 링(153) 내의 도체막의 사이의 급전 경로 상의 도체 링(132) 또는 도체막과 부하 임피던스 가변 박스(130)의 사이의 개소에, 정합기(332)를 통하여 제3 고주파 전원(333)으로부터의 고주파 전력이 공급되는 급전 경로와 접속하는 부분을 갖고 있다. 이 접속부는 전압 모니터(136)가 접속된 개소와 부하 임피던스 가변 박스(130)의 사이에 배치되어 있다.
본 변형예에서는, 제3 고주파 전원(333)의 고주파 전력은 제1 또는 제2 고주파 전원이기는 하지만 10배 이상 큰 주파수가 이용되고 있으며, 당해 전력에 의해 처리실(104) 내에 플라즈마를 생성 가능한 구성을 구비하고 있다. 즉, 이러한 구성에 의하면, 정전 용량(170)의 값 Cv에 의한 임피던스는 상대적으로는 작아지기 때문에, 처리실(104)의 상방으로부터 공급된 전계 또는 자계를 이용하여 형성된 플라즈마(116)와는 별도로, 웨이퍼(106)의 외주측의 부분 및 상부 서셉터(151) 상방에 제2 플라즈마(331)가 생성된다.
이때, 가변 코일(133)의 전압값 VLc(133)이 제3 고주파 전원(333)으로부터 공급된 고주파 전력을 차단하여 정합기(129) 및 제2 고주파 전원(127)의 측에 흐르지 않게 할 수 있는 인덕턴스 값을 갖고 있다.
제2 플라즈마(331)는, 웨이퍼(106)의 상방이며 그 중앙부 상방으로부터 외주연의 근방 및 그 외주측의 상부 서셉터(151)의 상방까지의 처리실(104) 내에 생성되는 플라즈마이고, 그 강도나 밀도의 값과 그 분포는 상기 실시예의 구성의 어느 것 또는 이들 조합의 구성에 의해 조절된다. 이 구성에 의해, 본 예의 플라즈마 처리 장치는, 웨이퍼(106) 상면의 중앙부에서 외주측 부분까지의 넓은 범위에서, 에칭 레이트 등의 처리의 특성의 값과 그 분포나 처리 후에 얻어지는 가공 형상의 치수와 그 편차를 소기의 범위 내인 것으로 하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 실시예에 있어서 제1 고주파 전원(124)으로부터의 전력이 공급되는 도전체막(111)을 대신하여, 그 면내 방향에 대해서 복수개 영역으로 나누어진 도전체막을 구비하고, 중심측의 영역에 배치된 도전체막에 급전 경로를 전기적으로 접속하여 이것을 통과하여 제1 고주파 전원(124)으로부터의 고주파 전력을 공급하고, 중심측의 영역의 외주측에서 이것을 감싼 링 형상의 외주측의 영역 내에 배치된 외주측의 링 형상 도전체막에 이것과 전기적으로 접속된 급전 경로를 통과하여 제3 고주파 전원(333)으로부터의 상기 플라즈마 형성용의 고주파 전력을 공급하는 구성을 구비해도 된다. 이러한 구성에 의해서도, 제2 플라즈마(331)가 웨이퍼(106) 상면의 외주측의 부분의 상방에 형성되고, 링 형상의 도전체막에 공급되는 고주파 전력을 조절함으로써, 제2 플라즈마의 강도나 밀도의 값과 그 분포를 소기의 것으로 조절할 수 있고, 웨이퍼(106)의 가공 형상의 치수나 처리의 특성의 값 또는 그 분포를 편차를 저감하여, 처리의 수율을 향상시킬 수 있다.
본 실시예에서는, 피에칭 재료를 실리콘 산화막으로 하고, 에칭 가스 및 클리닝 가스로서 예를 들면 전술한 4불화 메탄 가스, 산소 가스, 트리플루오로메탄 가스를 이용했지만, 피에칭 재료로서는, 실리콘 산화막뿐만아니라, 폴리실리콘막, 포토레지스트막, 반사 방지 유기막, 반사 방지 무기막, 유기계 재료, 무기계 재료, 실리콘 산화막, 질화 실리콘 산화막, 질화 실리콘막, Low-k 재료, High-k 재료, 어모퍼스카본막, Si 기판, 메탈 재료 등에 있어서도 동등한 효과가 얻어진다.
또한 에칭을 실시하는 가스로서는, 예를 들면, 염소 가스, 브롬화 수소 가스, 4불화 메탄가스, 3불화 메탄, 2불화 메탄, 아르곤 가스, 헬륨 가스, 산소 가스, 질소 가스, 이산화탄소, 일산화탄소, 수소, 암모니아, 8불화 프로판, 3불화 질소, 6불화 황 가스, 메탄 가스, 4불화 실리콘 가스, 4염화 실리콘 가스, 네온 가스, 크립톤 가스, 제논 가스, 라돈 가스 등을 이용할 수 있다.
상기 예에서는, 마이크로파 ECR 방전을 이용하여 에칭 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치의 예를 설명했지만, 다른 방전(유자장 UHF 방전, 용량 결합형 방전, 유도 결합형 방전, 마그네트론 방전, 표면파 여기 방전, 트랜스퍼·커플드 방전)을 이용한 플라즈마 처리 장치, 예를 들면 플라즈마 CVD 장치, 애싱 장치, 표면 개질 장치 등에 있어서도, 상기의 구성을 적용함으로써 동일한 작용 효과가 나타난다.
101 : 진공 용기
102 : 샤워 플레이트
103 : 유전체창
104 : 처리실
105 : 도파관
106 : 전계 발생용 전원
107 : 자장 발생 코일
108 : 시료대
109 : 웨이퍼
110 : 진공 배기구
111 : 도전체막
112 : 접지
113 : 서셉터
116 : 플라즈마
124 : 고주파 전원
125 : 고주파 필터
126 : 직류 전원
127 : 고주파 전원
128 : 정합기
129 : 정합기
130 : 부하 임피던스 가변 박스
131 : 기재
132 : 도체 링
133 : 가변 코일
134 : 가변 콘덴서
135 : 가변 저항
136 : 전압 모니터
137 : 전압 모니터
150 : 절연체
151 : 상부 서셉터
152 : 웨이퍼
153 : 절연체 링
155 : 시스 액세스 공간
160 : 이온 시스
161 : 궤도
170 : 정전 용량
200 : 가변 코일
210 : 간극
220 : 클록 제너레이터
331 : 제2 플라즈마
332 : 정합기
333 : 고주파 전원

Claims (10)

  1. 진공 용기 내부의 처리실 내에 배치된 시료대의 상면에 재치된 처리 대상의 웨이퍼를 당해 처리실 내에 형성된 플라즈마를 이용하여 처리하는 플라즈마 처리 장치로서,
    상기 시료대의 내부에 배치되어 상기 처리 중에 제1 고주파 전력이 공급되는 제1 전극과, 상기 시료대의 상기 웨이퍼가 재치되는 상면의 외주측에 배치된 유전체제의 링 형상 부재의 내측에 배치되어 공진 회로를 통하여 제2 고주파 전력이 공급되는 제2 전극과, 상기 제1 고주파 전력의 공급을 조절함과 함께 상기 공진 회로에서 공진을 생기시켜 상기 제2 고주파 전력의 공급을 조절하는 제어부를 구비한 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    코일 및 콘덴서가 직렬로 배치된 상기 공진 회로를 통하여 상기 제2 고주파 전력이 공급되는 상기 제2 전극을 구비한 플라즈마 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 코일의 인덕턴스를 조절하여 상기 제2 고주파 전력의 공급을 조절하는 상기 제어부를 구비한 플라즈마 처리 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 전극에 상기 제2 고주파 전력을 공급하는 급전 경로 상에 있어서 상기 코일과 상기 제2 전극의 사이의 개소에서의 전압을 검출한 결과를 이용하여 상기 코일의 인덕턴스를 조절하여 상기 제2 고주파 전력의 공급을 조절하는 상기 제어부를 구비한 플라즈마 처리 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 전극에 상기 제2 고주파 전력을 공급하는 급전 경로 상에 있어서 상기 코일과 상기 제2 전극의 사이의 개소의 전압 및 상기 코일과 당해 급전 경로 상에 배치된 정합기의 사이의 개소의 전압을 검출하여 이들 비를 소정의 허용 범위 내의 값이 되도록 상기 코일의 인덕턴스를 조절하여 상기 제2 고주파 전력의 공급을 조절하는 상기 제어부를 구비한 플라즈마 처리 장치.
  6. 진공 용기 내부의 처리실 내에 배치된 시료대의 상면에 재치된 처리 대상의 웨이퍼를 당해 처리실 내에 형성된 플라즈마를 이용하여 처리하는 플라즈마 처리 방법으로서,
    상기 처리 중에, 상기 시료대의 내부에 배치된 제1 전극에 공급되는 제1 고주파 전력을 조절함과 함께 상기 시료대의 상기 웨이퍼가 재치되는 상면의 외주측에 배치된 유전체제의 링 형상 부재의 내측에 배치된 제2 전극에 공급되는 제2 고주파 전력을 당해 제2 전극과 전기적으로 접속된 공진 회로에서 공진을 생기시켜 조절하여 상기 웨이퍼를 처리하는 공정을 구비한 플라즈마 처리 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 공정에 있어서, 코일 및 콘덴서가 직렬로 배치된 상기 공진 회로를 통하여 상기 제2 전극에 공급되는 상기 제2 고주파 전력이 조절되는 플라즈마 처리 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 공정에 있어서, 상기 코일의 인덕턴스가 조절되어 상기 제2 전극으로 공급되는 상기 제2 고주파 전력이 조절되는 플라즈마 처리 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 공정에 있어서, 상기 제2 전극에 상기 제2 고주파 전력을 공급하는 급전 경로 상의 상기 코일과 상기 제2 전극의 사이의 개소에서의 전압을 검출한 결과를 이용하여 상기 코일의 인덕턴스가 조절되어 상기 제2 전극으로 공급되는 상기 제2 고주파 전력이 조절되는 플라즈마 처리 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 공정에 있어서, 상기 제2 전극에 상기 제2 고주파 전력을 공급하는 급전 경로 상의 상기 코일과 상기 제2 전극의 사이의 개소의 전압 및 상기 코일과 당해 급전 경로 상에 배치된 정합기의 사이의 개소의 전압을 검출하여 이들 비를 소정의 허용 범위 내의 값이 되도록 상기 코일의 인덕턴스가 조절되어 상기 제2 전극으로 공급되는 상기 제2 고주파 전력이 조절되는 플라즈마 처리 방법.
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