KR100838750B1 - 플라즈마처리장치 및 플라즈마처리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고정밀도로 피처리 기판의 전압제어가 가능해지기 때문에 고정밀도의 플라즈마처리가 가능해지는 플라즈마처리장치 및 플라즈마처리방법을 제공하는 것이다.
이를 위하여 본 발명에서는 미리 준비한 전압 프로브부착 피처리 기판으로부터 피처리 기판의 전압(Vw)을 측정하여, 정전척기구(200)에 가한 바이어스전압(Vesc)과, 정전척기구(200)를 흐르는 바이어스전류(Iesc)로부터 정전척기구(200)의 전기특성으로서의 임피던스인 용량성분(Cesc)을 수치적으로 산출한다. 그리고 측정하고자 하는 피처리 기판(102)의 바이어스전압(Vesc)과, 정전척기구(200)를 흐르는 바이어스전류(Iesc)와, 미리 취득한 이 임피던스인 용량성분(Cesc)의 수치를 사용하여 소정의 식에 의거하여 피처리 기판(102)의 전압(Vw)을 추정한다.
Description
도 1은 본 발명을 사용한 플라즈마처리장치의 일 실시예를 나타내는 단면도,
도 2는 본 발명의 기판 전극의 주변 구조의 설명도,
도 3은 본 발명의 기판 전극 각 부의 전압 또는 전류의 측정값, 피처리 기판 전압의 추정값을 나타내는 도,
도 4는 본 발명의 기판 전극 주변의 등가회로 모델을 나타내는 도면이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
101 : 처리실 102 : 피처리 기판
103 : 기판 전극
107: 바이어스전원(바이어스전압 인가수단)
110 : 샤워플레이트 111 : 전자파 도입창
112 : 안테나 113 : 동축 선로
114, 116 : 자동정합기 115 : 고주파 전원
117 : 바이어스전원 118 : 전자석
200 : 정전척기구 201 : 서셉터
202 : 전극 커버 203 : 직류전원
204 : 유전체층 205 : 전극층
206 : 밑바탕층 207 : 전압 모니터(전압계)
208 : 전류 모니터(전류계) 300 : 피처리 기판 전압의 새그
301 : 측정기억 유닛(임피던스값 저장수단)
302 : 계산유닛(피처리 기판의 전압값을 추정하는 수단)
303 : 제어유닛
본 발명은 플라즈마처리장치에 관한 것으로, 특히 피처리 기판에 대한 플라즈마처리의 고정밀도화와 고성능화를 도모하는 데 적합한 플라즈마처리장치 및 플라즈마처리방법에 관한 것이다.
일반적으로 플라즈마처리장치, 특히 플라즈마 에칭장치는, 피처리 기판에 고주파 바이어스전위(바이어스전압)을 줌으로써 플라즈마 중의 이온의 에너지를 제어하여 플라즈마처리의 고성능화와 고정밀도화를 도모하는 것이 많다.
또, 피처리 기판의 온도도 플라즈마처리의 품질에는 큰 영향을 주기 때문에 피처리 기판의 온도제어성을 높이는 것이 중요하다. 이것에 대응하여 피처리 기판을 기판 전극에 정전적으로 흡착시키고, 피처리 기판과 기판 전극의 사이에 온도제어용의 가스를 개재시켜 피처리 기판의 온도제어를 고정밀도로 행하는 것을 겨냥한 구조를 채용하는 것이 많다.
이 종류의 종래기술을 사용한 플라즈마처리장치로서는, 플라즈마 에칭장치가 있다. 플라즈마 에칭장치의 처리실 내에 플라즈마를 발생시켜 플라즈마 중의 이온을 피처리 기판에 인입하기 위하여 상기한 정전적으로 피처리 기판을 흡착시킬 수 있는 구조체(이하, 정전척이라 부른다)를 거쳐 고주파 바이어스전위를 주는 것이 많다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
[특허문헌 1]
일본국 특개2004-193564호 공보
그러나 특허문헌 1에 기재된 기술에서는 피처리 기판에 인가된 전압파형을 모니터하기 위하여 피처리 기판의 전류나 전압, 전력, 또는 이들 연산량을 사용하는 것의 기재가 있으나, 이것들의 모니터량으로부터 피처리 기판의 전압파형을 연산하는 방법 등에 대한 개시가 충분하지 않아, 피처리 기판의 전압을 원하는 파형으로 제어하는 것이 사실상 곤란하였다.
정전척에서는 직류적인 고전압을 정전척 내의 전극에 가하지 않으면 안되기 때문에 직접 피처리 기판에 인가되는 바이어스전위를 계측할 수 없고, 정전척기구의 전압이나 바이어스전원의 출력전력과 반사전력을 계측하는 것에 그치고 있었다. 상기 종래기술에서는 이와 같이 피처리 기판에 주는 바이어스전위를 계측하는 수단이 충분하지 않기 때문에 바이어스전위의 제어성이 나쁘다는 과제가 있었다. 이에 의하여 피처리 기판의 플라즈마 에칭처리의 고정밀도화와 고품질화가 충분히 도모되지 않는 경우가 있었다.
본 발명의 목적은 고정밀도로 피처리 기판의 전압제어를 가능하게 하여 고정밀도의 플라즈마처리가 가능해지는 플라즈마처리장치 및 플라즈마처리방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 플라즈마처리장치는 피처리 기판을 플라즈마처리하기 위한 플라즈마처리장치에 있어서, 상기 피처리 기판을 수용하는 처리실과, 상기 피처리 기판을 정전적으로 흡착하여 유지하는 정전척기구를 가지는 기판 전극과, 상기 피처리 기판에 대하여 플라즈마를 공급하는 플라즈마생성수단과, 상기 기판 전극의 상기 피처리 기판에 바이어스전압을 공급하는 바이어스전압 인가수단과, 상기 기판 전극에 얹은 측정용 피처리 기판을 사용하여 상기 측정용 피처리 기판으로부터 전압을 측정하고, 상기 정전척기구의 용량성분과, 상기 정전척기구에 가한 바이어스전압과, 상기 정전척기구를 흐르는 바이어스전류를 사용하여 취득한 상기 정전척기구의 임피던스값을 저장하는 임피던스값 저장수단을 구비하고, 실제로 플라즈마처리하고자 하는 상기 피처리 기판에 주는 바이어스전압값과 바이어스전류값과, 상기 정전척기구의 상기 취득한 임피던스값을 사용하여 플라즈마처리하고자 하는 상기 피처리 기판의 전압을 추정한다.
본 발명은 상기 플라즈마처리장치에서 추정된 상기 피처리 기판의 전위를 사용하여 상기 바이어스전압 인가수단의 전원출력을 제어한다.
본 발명은 상기 플라즈마처리장치에서 상기 임피던스값 저장수단은 정전척기구에 인가하는 바이어스전압, 바이어스전류를 도입하여 저장하고, 상기 정전척기구 의 전기 특성인 임피던스값을 저장하며, 상기 피처리 기판의 전압값을 추정하는 수단은, 상기 임피던스값 저장수단에 저장된 상기 정전척기구에 인가하는 전압과 전류와, 상기 정전척기구의 전기 특성인 임피던스값으로부터 상기 피처리 기판의 전압값을 추정하고, 제어유닛은 상기 피처리 기판의 전압값을 추정하는 수단으로 추정된 상기 피처리 기판의 전압값의 추정값에 의거하여 상기 바이어스전압 인가수단의 제어신호를 작성하여 상기 바이어스전압 인가수단에 준다.
본 발명은 상기 플라즈마처리장치에서 상기 피처리 기판의 전압의 새그를 평탄화하도록 상기 피처리 기판의 상기 바이어스전압값의 파형을 제어한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 피처리 기판을 플라즈마처리하기 위한 플라즈마처리방법에 있어서, 상기 피처리 기판을 처리실에 수용하여 상기 피처리 기판을 기판 전극의 정전척기구에 정전적으로 흡착하여 유지하고, 상기 피처리 기판에 대하여 플라즈마생성수단으로부터 플라즈마를 공급하고, 상기 기판 전극의 상기 피처리 기판에 바이어스전압 인가수단으로부터 바이어스전압을 공급할 때에, 상기 기판 전극에 얹은 측정용 피처리 기판을 사용하여 상기 측정용 피처리 기판으로부터 전압을 측정하고, 상기 정전척기구의 용량성분과, 상기 정전척기구에 가한 바이어스전압과, 상기 정전척기구를 흐르는 바이어스전류를 사용하여 상기 정전척기구의 임피던스값을 취득하고, 상기 취득한 상기 정전척기구의 임피던스값을 임피던스값 저장수단에 저장하여 실제로 플라즈마처리하고자 하는 상기 피처리 기판에 주는 바이어스전압값과 바이어스전류값과, 상기 정전척기구의 상기 취득한 임피던스값을 사용하여 플라즈마처리하고자 하는 상기 피처리 기판의 전압을 추정한다.
본 발명은 상기 플라즈마처리방법에서, 추정된 상기 피처리 기판의 전위를 사용하여 상기 바이어스전압 인가수단의 전원출력을 제어한다. 또한 본 발명은 상기 플라즈마처리방법에서 상기 피처리 기판의 전압의 새그를 평탄화하도록 상기 피처리 기판의 상기 바이어스전압값의 파형을 제어한다.
본 발명은 상기 플라즈마처리방법에서 상기 임피던스값 저장수단은 정전척기구에 인가하는 바이어스전압, 바이어스전류를 도입하여 저장하고, 상기 정전척기구의 전기 특성인 임피던스값을 저장하며, 상기 피처리 기판의 전압값을 추정하는 수단은 상기 임피던스값 저장수단에 저장된 상기 정전척기구에 인가하는 전압과 전류와, 상기 정전척기구의 전기 특성인 임피던스값으로부터 상기 피처리 기판의 전압값을 추정하고, 제어유닛은 상기 피처리 기판의 전압값을 추정하는 수단으로 추정된 상기 피처리 기판의 전압값의 추정값에 의거하여 상기 바이어스전압 인가수단의 제어신호를 작성하여 상기 바이어스전압 인가수단에 준다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 사용하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 플라즈마처리장치를 사용한 제 1 실시예로서, 플라즈마 에칭장치를 설명한다. 도 1에는 본 실시예에서 사용되고 있는 플라즈마 에칭장치의 개략도를 나타낸다. 도 1의 플라즈마처리장치는, 고주파 전원(115)에 의하여 발생한 고주파 전력은, 자동정합기(114) 및 동축 선로(113)를 거쳐 안테나(112)에 도입된다. 고주파 전원(115)의 발진주파수로서는, 450 MHz를 사용하였다.
도 1의 안테나(112)로부터 방사된 고주파는 전자파 도입창(111)과 샤워플레이트(110)를 거쳐 처리실(101) 내에 도입된다. 처리실(101)에는 도시 생략한 처리 가스의 공급계 및 진공 배기계가 접속되어 있다. 처리실(101)에는 처리에 적합한 가스를 소정의 유량분 공급하여 배기함으로써 처리실(101) 내를 플라즈마 에칭처리에 적합한 압력과 가스분위기로 조정할 수 있다. 처리가스는 샤워플레이트(110)에 의하여 처리실(101) 내에 샤워형상으로 공급되고, 처리실(101) 내의 가스흐름을 처리에 적합한 소정의 분포로 제어할 수 있다.
도 1의 처리실(101)의 주위에는 정자계의 발생수단으로서의 전자석(118)이 설치되어 있고, 전자석(118)은 처리실(101) 내에 정자계를 가할 수 있다. 주파수 450 MHz의 고주파 전력에 대하여 0.016 테슬라의 정자계를 가하면, 처리실(101) 내의 플라즈마 중의 전자의 사이클로트론 주파수가 450 MHz가 되어 전자파가 공명적으로 강하게 흡수되는 전자사이크로트론 공명현상이 일어나는 것이 알려져 있다. 이 전자사이크로트론 공명현상에 의하여 통상에서는 플라즈마를 발생할 수 없는 극저 압력영역 등에서도 플라즈마의 발생이 가능해지고, 이 때문에 피처리 기판(102)에 대하여 플라즈마 에칭을 행할 수 있는 조건이 널리 취해지는 이점이 있다.
또 전자사이크로트론 공명을 일으키는 0.016 테슬라가 되는 위치에서 강하게 플라즈마가 발생하는 경향에 있기 때문에, 0.016 테슬라가 되는 위치를 제어하여 플라즈마발생위치를 제어할 수 있다.
또한 도 1의 전자석(118)을 사용하여 처리실(101) 내에 정자계를 형성하는 다른 효과로서 플라즈마 중의 전자가 정자계에 구속되는 효과가 있기 때문에, 처리실(101) 내에서의 플라즈마의 확산을 제어할 수 있고, 처리실(101) 내에서의 플라 즈마확산제어에 의해서도 플라즈마 밀도분포를 제어하는 것이 가능해진다. 본 실시예에서는 동축 선로(113)를 중심으로 하여 3개의 전자석(118)을 동축에 설치함으로써 정자계의 제어성을 높여 플라즈마 밀도분포의 제어성을 높이고 있다.
도 1의 처리실(101) 내에는 피처리 기판(102)을 탑재하기 위한 기판 전극(103)이 설치되어 있다. 기판 전극(103)에는 피처리 기판(102)에 바이어스전위를 주기 위한 바이어스전원(117)이 자동정합기(116)를 거쳐 접속되어 있다. 바이어스전원(117)의 발진주파수로서는 400 KHz를 사용하였다.
도 2에 이 기판 전극(103) 부근의 구조를 더욱 상세하게 나타낸다. 피처리 기판(102)을 기판 전극(103) 위에서 유지하기 이하여 정전척기구(200)가 사용된다. 이 정전척기구(200)는 주로 유전체층(204)과, 이 유전체층(204) 내에 매립된 전극층(205)과, 밑바탕층(206)으로 구성된다. 전극층(205)에는 직류전압을 인가하기 위한 직류전원(203)이 대역 저지 필터(209)를 거쳐 접속되어 있다.
도 2의 기판 전극(103)은 서셉터(201)와 전극 커버(202)를 가지고 있다. 피처리 기판(102)의 주위에는 서셉터(201)가 설치되어 있고, 또한 서셉터(201)의 하부에는 전극 커버(202)가 배치되어 있음으로써 전체를 덮고 있다. 서셉터(201)는 피처리 기판(102)의 주변부의 표면상태를 제어하기 위하여 설치되어 있고, 본 실시예에서는 서셉터(201)의 재질로서는 석영을 사용하였다. 전극 커버(202)의 재질로서는 양극 산화된 알루미늄을 사용하였다.
도 2의 기판 전극(103)에는 피처리 기판(102)을 정전기력에 의하여 흡착하기위하여 직류전원(203)에 의하여 플러스 또는 마이너스측에 수백 볼트정도의 전압을 가한다. 직류전원(203)에 의한 전압은 전극층(205)에 인가된다. 유전체층(204)은 비교적 절연성이 높은 재료로서 예를 들면 알루미나 세라믹을 주성분으로 하고, 이산화규소나 산화티탄 등의 재료의 혼합물로 형성되어 있다.
도 2의 직류전원(203)으로부터의 전압에 의하여 피처리 기판(102)에는 전하가 유기되어 정전기력에 의하여 피처리 기판(102)을 정전흡착할 수 있다. 직류전원(203)에는 바이어스전원(117)으로부터의 바이어스전류가 흘러 드는 것을 방지하기 위하여 바이어스전원(117)으로부터의 전류를 저지하기 위한 대역 저지 필터(209)를 사용하고 있다.
도 2의 바이어스전원(117)으로부터 공급되는 전압과 전류는, 전압모니터(전압계)(207)와 전류모니터(전류계)(208)에 의하여 각각 모니터할 수 있다.
바이어스전원(117)으로부터의 바이어스전력은 정전척기구(200)의 밑바탕층(206)에 가해지고, 정전척기구(200)를 거쳐 피처리 기판(102)에 인가된다. 통상 정전척기구(200)는 고주파에 대한 임피던스의 크기가 작아지도록 만들어져 있고, 본질적으로 얇은 절연막층으로 구성되어 있기 때문에, 전기적으로는 개략 용량이 큰 콘덴서로서 작용하게 된다.
본래적으로는 피처리 기판(102)의 표면의 전위를 모니터하여 모니터한 피처리 기판(102)의 표면의 전위의 값(전압값)에 의거하여 바이어스전원(117)의 바이어스전압출력 등을 제어해야 하나, 상기한 바와 같이 정전척기구(200)를 거쳐 바이어스전력을 피처리 기판(102)에 공급하는 구성을 취하고 있어, 피처리 기판(102) 표면의 전위를 직접 측정하는 것은 사실상 곤란하다.
따라서 정전척기구(200)에서의 전압강하나 전력손실을 무시하고 정전척기구(200)에 인가하는 전압이나 전력만을 측정하는 것이 많다.
단, 정전척기구(200)를 거쳐 흐르는 바이어스전류가 큰 경우나, 정전척기구(200)의 임피던스의 크기가 큰 경우에는 정전척기구(200)에서 생기는 전압 강하를 무시할 수 없게 되는 경우를 생각할 수 있다.
또 바이어스전원 출력파형이 정현파가 아니라, 복수의 주파수성분을 포함하는 경우에는 각 주파수성분에 대한 정전척기구의 임피던스가 다르기 때문에, 파형 왜곡이 생기게 된다. 시간적으로 반복하여 변화되는 전압의 대소를 표현하는 데 피크 투 피크 전압(peak-to-peak 전압)이라 불리우는 표현방법이 사용되는 것이 많다. 이 피크 투 피크 전압이란, 전압의 최대값으로부터 최소값을 뺀 값을 가리킨다. 피크 투 피크 전압만으로는 파형 왜곡이 생긴 경우에는 전압의 대소를 정확하게 표현할 수 있다고는 하기 어렵고, 피처리 기판(102)의 플라즈마처리특성을 안정되게 제어하는 것은 곤란해진다.
따라서 본 발명의 실시예에서는 피처리 기판(102) 위에 인가되는 바이어스전압을 정확하게 모니터하기 위하여 전압측정용 프로브를 부가한 측정용 피처리 기판을 사용하여 이 측정용 피처리 기판의 표면의 바이어스전압을 측정하고, 사전에 정전척기구(200)의 전기 특성인 임피던스를 취득하여 두고, 또한 전압모니터(207) 및 전류모니터(208)에 의하여 각각 실제로 처리하려고 하고 있는 피처리 기판(102)의 모니터된 바이어스전원(117)의 바이어스전압 및 바이어스전류를 사용하여 실제로 처리하려고 하고 있는 피처리 기판(102) 위의 바이어스전압을 산출하여 추정할 수 있다.
도 3(a)와 도 3(b)에는 정전척기구(200)의 전기특성을 측정하기 위하여 행한 바이어스전압과 바이어스전류의 측정결과를 나타낸다. 도 3(a)의 가로축은 시간이고, 세로축은 전압과 전류를 나타내고 있다. 도 3(b)의 가로축은 시간이고, 세로축은 전압을 나타내고 있다. 도 2에 나타내는 전압모니터(207), 전류모니터(208)에 더하여 전압 측정용 프로브를 부가한 측정용 피처리 기판을, 도 2의 기판 전극(103) 위에 설치하여 정전척기구(200)의 각 부의 바이어스전압과 바이어스전류를 측정하였다.
도 2에 나타내는 전압모니터(전압계)(207), 전류모니터(208)(전류계)에 의하여 측정된 바이어스전압(Vesc)과 바이어스전류(Iesc)의 경시변화를 도 3a에 나타낸다. 또 동시에 측정용 피처리 기판 위의 전압도 계측한 결과를, 도 3b에 나타낸다.
도 2의 정전척기구(200)에 인가한 전압(Vesc)의 파형은, 도 3a에 나타내는 바와 같이 정현파가 아니라 전압의 마이너스측을 클립한 파형으로 하였다. 이 경우에 상기한 바와 같이 정전척기구(200)가 용량성 임피던스를 가지기 때문에 저주파성분이 투과하기 어렵고, 피처리 기판 위의 전압(Vw)의 파형은, 도 3b에 나타내는 바와 같이 클립한 부분에 상당하고, 새그(300)라 불리우는 기울기가 생겨 있다. 이 새그(300)를 평탄화하도록 바이어스전압(Vesc)의 파형을 제어함으로써 모인 이온 에너지를 얻을 수 있어 플라즈마 에칭의 효율과 정밀도를 올릴 수 있다.
도 3a, 도 3b에 나타내는 전압파형과 전류파형으로부터 정전척기구(200)의 용량(Cesc)을 이하의 순서로 수치적으로 산출할 수 있다.
도 2의 바이어스전원(117)에 의한 전류가 흐르는 경로를 도 4에 나타내는 등가회로로 모델화한다. 도 4에서는 측정기억 유닛(301)은 정전척기구(200)에 인가하는 전압값, 전류값를 도입하여 저장하고, 정전척기구(200)의 전기 특성인 임피던스값 인 용량(Cesc)을 저장하는 수단이다.
도 4의 계산 유닛(302)은 측정기억 유닛(301)에 저장된 정전척기구(200)에 인가하는 전압값, 전류값과 정전척기구(200)의 전기 특성인 임피던스값으로부터 수학식 (1) 또는 수학식 (2)에 의하여 피처리 기판의 전압값을 추정하는 수단이다.
또한 도 4의 제어유닛(303)은 계산유닛(302)으로 추정된 피처리 기판의 전압값의 추정값에 의거하여 바이어스전원(117)의 제어신호를 작성하여 바이어스전원(117)에 주는 수단이다.
여기서 정전척기구(200)의 임피던스값인 용량성분을 Cesc, 도 3a 에 나타내는 정전척기구(200)에 가한 바이어스전압을 Vesc, 도 3a에 나타내는 정전척기구(200)를 흐르는 바이어스전류를 Iesc, 도 3b에 나타내는 피처리 기판(102)의 전압을 Vw, 피처리 기판(102)으로부터 어스 전위에 이르는 경로의 임피던스를 Zp라 하면, 피처리 기판(102)의 전압(Vw)을 시간영역으로 표현하면, 하기 수학식 (1)로 나타낸다. 또한 수학식 (1)에서 A는 적분정수이다.
상기 수학식 (1)을 주파수영역에서 나타내면, 하기 수학식 (2)로 나타낸다.
상기 수학식 (1)에서 추정한 피처리 기판의 전압(Vw)과, 실측한 피처리 기판의 전압을 비교하여 양자가 최소 2승법적으로 오차가 최소가 되는 것을 근거로, 정전척기구(200)의 임피던스인 용량성분(Cesc)을 산출하고, 다시 이 정전척기구(200)의 용량성분(Cesc)의 값을 사용하여 수학식 (1)에서 계산한 피처리 기판의 전압(피처리 기판 전압 추정값)을 구하였다. 주파수영역의 수학식 (2)에 대해서는 프리에급수 전개에 의하여 각 주파수성분으로 분해한 후, 수학식 (2)를 각 주파수성분에 적용하여 겹치게 함으로써 피처리 기판(102)의 전압(Vw)을 추정할 수 있다.
도 3b에 수학식 (1)에서 계산한 피처리 기판의 전압(피처리 기판 전압 추정값)을 피처리 기판의 전압의 실측값과 함께 나타낸다. 실측값은 실선으로 나타내고 추측값은 ■로 나타내고 있다.
도 3b에 나타내는 바와 같이 피처리 기판의 전압의 실측값과 수학식 (1)에 의한 피처리 기판 전압 추정값의 파형은 잘 일치하는 것을 확인할 수 있었다. 오차의 평가방법으로서는 2승 오차 이외에, 피처리 기판 전압 추정값과, 피처리 기판의 전압의 실측값과의 차의 절대값의 총합 등, 다른 기준을 사용하여도 좋다.
실험적으로는 측정용 피처리 기판에 전압 프로브를 설치하여 구성한 전압 프로브부착 피처리 기판을 준비하여 피처리 기판의 전압을 직접적으로 측정하는 것은 가능하다. 그러나 통상의 플라즈마 에칭처리의 운용시에는 피처리 기판마다 전압 프로브를 설치하는 것은 사실상 불가능한 것이 많다.
따라서 상기한 바와 같이 미리 전압 프로브부착 피처리 기판으로부터 직접적으로 피처리 기판의 전압(Vw)을 측정하여 도 3(a)에 나타내는 정전척기구(200)에 가한 바이어스전압을 Vesc, 도 3(a)에 나타내는 정전척기구(200)를 흐르는 바이어스전류를 Iesc로부터 도 2의 정전척기구(200)의 전기 특성으로서의 임피던스인 용량성분(Cesc)을 수치적으로 산출한다.
그리고 실제로 측정하고자 하는 피처리 기판(102)의 바이어스전압(Vesc)과, 정전척기구(200)를 흐르는 바이어스전류(Iesc)와, 미리 취득한 정전척기구(200)의 임피던스인 용량성분(Cesc)의 수치를 사용하여 수학식 (1)에 의거하여 피처리 기판(102)의 전압(Vw)을 추정하는 것이 유효하게 된다. 단, 바이어스전류(Iesc)는 플라즈마생성조건에 의하여 변화된다.
도 2의 바이어스전원(117)에 의한 피처리 기판(102)의 전압에 의하여 플라즈마 중의 이온을 피처리 기판(102)에 인입하여 플라즈마 에칭형상의 제어나, 플라즈마에칭속도의 제어가 행하여진다. 그 때문에 피처리 기판(102)의 전압은 플라즈마 에칭특성을 좌우하는 중요한 파라미터의 하나이다. 피처리 기판의 전압파형을 모니터 함으로써, 플라즈마 에칭특성을 고정밀도로 제어할 수 있다.
본 실시예의 경우에는 정전척기구(200)가 용량성의 임피던스를 가지고 있었기 때문에 수학식 (1)에서 모델화할 수 있었다. 정전척기구(200)의 임피던스가, 저항분 (Resc), 용량분(Cesc), 유도분(Lesc)을 직렬로 접속된 회로에 의하여 표현 할 수 있는 경우에는 수학식 (1) 상당의 식으로서, 다음의 수학식 (3)을 사용할 수 있다.
마찬가지로 전압 프로브부착 피처리 기판의 전압(Vw)을 실측하여, 수학식 (3)에 의한 추정값과의 비교로부터 저항분(Resc), 용량분(Cesc), 유도분(Lesc)을 산출하여 통상의 피처리 기판의 전압(Vw)의 추정값을 산출할 수 있다. 또 저항분(Resc), 용량분(Cesc), 유도분(Lesc) 등을 측정하는 다른 방법으로서 임피던스 애너자이저에 의하여 측정하는 방법을 취할 수도 있다.
이상 설명한 바와 같이 종래기술을 사용한 플라즈마 에칭장치에서는 정전척기구(200)에 인가하는 바이어스전력을 소정의 값으로 제어하여 정전척기구에 인가하는 전압의 피크 투 피크 전압을 모니터하는 것이 행하여져 왔다. 상기한 바와 같이 바이어스전압의 파형이 정현파가 아니고, 복수의 주파수성분을 포함하는 경우에는 정전척기구가 주파수 특성을 가지기 때문에, 피처리 기판에 인가되는 전압파형이 왜곡되게 된다. 또 플라즈마의 밀도가 높은 등의 원인에 의하여 바이어스전류가 큰 경우에는 정전척기구에서의 전압 강하를 무시하게 되어 플라즈마 에칭 특성에 직접 영향을 미친다고 생각되는 피처리 기판의 전압을 고정밀도로 모니터하는 것이 곤란한 문제가 있었다. 플라즈마 에칭 특성을 제어하는 입장으로부터는 피처리 기판에 인가되는 전압이 직접 제어되는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명에서는 정전척기구의 전기적 특성을 미리 측정하여 두고, 실제의 피처리 기판의 처리시의 정전척기구의 전압, 전류 등을 계측하여 피처리 기판의 전압이나, 전류를 산출할 수 있다. 산출한 피처리 기판의 전압 또는 전류를 바이어스전원에 의하여 제어함으로써 상기 과제는 해결할 수 있다. 즉, 피처리 기판의 바이어스전위의 제어성이 양호해지기 때문에, 피처리 기판에 대한 플라즈마 에칭처리의 고정밀도화와 고품질화가 충분히 도모된다.
본 발명의 실시예에서는 상기한 모니터방법에 의하여 모니터링된 피처리 기판의 전압의 크기를 지정할 수 있는 제어방식으로 하였다. 수학식 (1)이나 수학식 (3)을 사용한 모니터방식을 사용함으로써, 플라즈마의 밀도나 상태에 의하지 않고 피처리 기판의 전압을 안정되게 모니터할 수 있기 때문에, 플라즈마 에칭특성의 고성능화를 도모할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 범위 내에서 상기 실시형태에 많은 수정 및 변경을 가할 수 있는 것은 물론이다.
또, 본 발명의 플라즈마처리장치로서 플라즈마 에칭장치를 예로 들고 있으나, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니다.
본 발명에서는 기판 전극에 얹은 측정용 피처리 기판을 사용하여 측정용 피처리 기판으로부터 전압을 측정하고, 정전척기구의 용량성분과, 정전척기구에 가한 바이어스전압과 정전척기구를 흐르는 바이어스전류를 사용하여 취득한 정전척기구의 임피던스값을 저장하고, 실제로 플라즈마처리하고자 하는 피처리 기판에 주는 바이어스전압값과 바이어스전류값과, 정전척기구의 취득한 임피던스값을 사용하여 플라즈마처리하고자 하는 피처리 기판의 전압을 추정한다. 이에 의하여 본 발명은 플라즈마처리장치에서 고정밀도로 피처리 기판의 전압제어가 가능해지기 때문에, 고정밀도의 플라즈마처리가 가능해지는 효과가 있다. 산출한 피처리 기판의 전압 또는 전류를 바이어스전원에 의하여 제어함으로써, 피처리 기판의 플라즈마 에칭처리의 고정밀도화와 고품질화가 충분히 도모된다.
Claims (8)
- 피처리 기판을 플라즈마처리하기 위한 플라즈마처리장치에 있어서,상기 피처리 기판을 수용하는 처리실과,상기 피처리 기판을 정전적으로 흡착하여 유지하는 정전척기구를 가지는 기판 전극과,상기 피처리 기판에 대하여 플라즈마를 공급하는 플라즈마생성수단과,상기 기판 전극의 상기 피처리 기판에 바이어스전압을 공급하는 바이어스전압인가수단과,상기 기판 전극에 얹은 측정용 피처리 기판을 사용하여 상기 측정용 피처리 기판으로부터 전압을 측정하고, 상기 정전척기구의 용량성분과, 상기 정전척기구에 가한 바이어스전압과, 상기 정전척기구를 흐르는 바이어스전류를 사용하여 취득한 상기정전척기구의 임피던스값을 저장하는 임피던스값 저장수단을 구비하고,실제로 플라즈마처리하고자 하는 상기 피처리 기판에 주는 바이어스전압값과 바이어스전류값과, 상기 정전척기구의 상기 취득한 임피던스값을 사용하여 플라즈마처리하고자 하는 상기 피처리 기판의 전압을 추정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
- 제 1항에 있어서,추정된 상기 피처리 기판의 전압을 사용하여 상기 바이어스전압 인가수단의 전원출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
- 제 1항에 있어서,상기 임피던스값 저장수단은, 정전척기구에 인가하는 바이어스전압, 바이어스전류를 도입하여 저장하고, 상기 정전척기구의 전기 특성인 임피던스값을 저장하며,상기 피처리 기판의 전압값 추정시, 상기 임피던스값 저장수단에 저장된 상기 정전척기구에 인가하는 전압과 전류와, 상기 정전척기구의 전기 특성인 임피던스값으로부터 상기 피처리 기판의 전압값을 추정하고,제어유닛은 추정된 상기 피처리 기판의 전압값의 추정값에 의거하여 상기 바이어스전압 인가수단의 제어신호를 작성하여 상기 바이어스전압 인가수단에 주는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
- 제 1항에 있어서,상기 피처리 기판의 전압의 새그를 평탄화하도록 상기 피처리 기판의 상기 바이어스전압값의 파형을 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
- 피처리 기판을 플라즈마처리하기 위한 플라즈마처리방법에 있어서,상기 피처리 기판을 처리실에 수용하여 상기 피처리 기판을 기판 전극의 정 전척기구에 정전적으로 흡착하여 유지하고, 상기 피처리 기판에 대하여 플라즈마생성수단으로부터 플라즈마를 공급하며, 상기 기판 전극의 상기 피처리 기판에 바이어스전압인가수단으로부터 바이어스전압을 공급할 때에,상기 기판 전극에 얹은 측정용 피처리 기판을 사용하여 상기 측정용 피처리 기판으로부터 전압을 측정하여 상기 정전척기구의 용량성분과, 상기 정전척기구에 가한 바이어스전압과, 상기 정전척기구를 흐르는 바이어스전류를 사용하여 상기 정전척기구의 임피던스값을 취득하고, 상기 취득한 상기 정전척기구의 임피던스값을 임피던스값저장수단에 저장하여,실제로 플라즈마처리하고자 하는 상기 피처리 기판에 주는 바이어스전압값과 바이어스전류값과, 상기 정전척기구의 상기 취득한 임피던스값을 사용하여, 플라즈마처리하고자 하는 상기 피처리 기판의 전압을 추정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
- 제 5항에 있어서,추정된 상기 피처리 기판의 전압을 사용하여 상기 바이어스전압 인가수단의 전원출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
- 제 5항에 있어서,상기 피처리 기판의 전압의 새그를 평탄화하도록 상기 피처리 기판의 상기 바이어스전압값의 파형을 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
- 제 5항에 있어서,상기 임피던스값 저장수단은, 정전척기구에 인가하는 바이어스전압, 바이어스전류를 도입하여 저장하고, 상기 정전척기구의 전기 특성인 임피던스값을 저장하며,상기 피처리 기판의 전압값 추정시, 상기 임피던스값 저장수단에 저장된 상기 정전척기구에 인가하는 전압과 전류와, 상기 정전척기구의 전기 특성인 임피던스값으로부터 상기 피처리 기판의 전압값을 추정하고,제어유닛은 추정된 상기 피처리 기판의 전압값의 추정값에 의거하여 상기 바이어스전압 인가수단의 제어신호를 작성하여 상기 바이어스전압 인가수단에 주는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리방법.
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