KR101089951B1

KR101089951B1 - 플라즈마 처리 장치

Info

Publication number: KR101089951B1
Application number: KR1020097026146A
Authority: KR
Inventors: 도루 이토; 스미에 나가세키
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2008-03-07
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2011-12-05
Also published as: CN101720503B; US20110061811A1; CN101720503A; JPWO2009110366A1; WO2009110366A1; KR20100012875A

Abstract

플라즈마 모니터링 장치(100)는, 측정부(101)와, 이 측정부(101)에 접속된 동축 케이블(102)을 구비하고 있다. 동축 케이블(102)의 일단은 처리 챔버(2) 내의 플라즈마 생성 영역 내에 삽입되어 있다. 동축 케이블(102)의 선단 부분은 프로브로 되어 있고, 이 부분은 코어선이 노출된 상태로 되어 있다. 측정부(101)는 동축 케이블(102)의 프로브 부분에서 검출된 플라즈마 내에 존재하는 전자파의 주파수 분포를 검출하여, 이 검출한 주파수 분포를 표시한다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}

본 발명은 기판의 플라즈마 처리에 사용하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.

종래부터 반도체 장치의 제조 공정에 있어서는, 처리 챔버 내에 처리 가스의 플라즈마를 발생시키고, 이 플라즈마에 의해 처리 챔버 내에 배치한 기판, 예컨대 반도체 웨이퍼나 액정 표시 장치용 유리 기판의 플라즈마 처리, 예컨대, 에칭 처리나 성막 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치가 사용되고 있다.

상기와 같은 플라즈마 처리 장치에서는, 플라즈마의 상태에 따라 기판에 실시되는 처리의 상태가 좌우된다. 이 때문에, 예컨대 플라즈마 내의 전자에 의해 흡수되는 전자파 주파수를 측정하여 플라즈마 내의 전자 밀도를 측정하는 기술이 알려져 있다(예컨대, 특허 문헌 1 참조).

특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 제2004-103264호 공보

발명의 개시

상기한 바와 같이 종래의 기술에서는, 플라즈마 내의 전자 밀도를 측정하는 것 등에 의해 플라즈마의 상태를 모니터링하고 있었다. 그러나, 플라즈마의 상태는 전자 밀도라는 단일 요인만으로 그 모두가 표시되는 것이 아니며, 다른 각도에서 다각적으로 상세히 플라즈마의 상태를 파악할 수 있는 플라즈마 모니터링 방법의 개발이 더 요구되고 있었다.

본 발명은, 상기 종래의 사정에 대처하여 이루어진 것으로서, 다각적으로 상세히 플라즈마의 상태를 파악할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

청구항 제1항에 기재한 플라즈마 처리 장치는, 내부에 피처리 기판이 배치되는 처리 챔버와, 상기 처리 챔버 내에 미리 정해진 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구와, 상기 처리 챔버 내로부터 배기하는 배기 기구와, 상기 처리 챔버 내에 상기 처리 가스의 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 기구와, 프로브가 상기 처리 챔버 내에 배치되는 동축 케이블과, 상기 동축 케이블과 접속되고, 상기 프로브에 의해 검출된 플라즈마 내에 존재하는 이주파 성분 및 사이드 밴드 성분 중 한쪽 이상을 포함하는 전자파의 주파수 분포를 검출하는 측정부를 구비한 플라즈마 모니터링 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

청구항 제3항에 기재한 플라즈마 처리 장치는, 청구항 제1항에 기재한 플라즈마 처리 장치로서, 상기 처리 챔버를 복수 구비하고, 상기 플라즈마 모니터링 장치의 검출 결과에 기초하여 복수의 상기 처리 챔버 내의 플라즈마의 상태가 일치하도록 플라즈마를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

청구항 제4항에 기재한 플라즈마 처리 장치는, 청구항 제3항에 기재한 플라즈마 처리 장치로서, 상기 제어부는, 상기 가스 공급 기구, 상기 배기 기구 및 상기 플라즈마 발생 기구 중 하나 이상을 제어하는 것을 특징으로 한다.

청구항 제5항에 기재한 플라즈마 처리 장치는, 내부에 피처리 기판이 배치되는 처리 챔버와, 상기 처리 챔버 내에 미리 정해진 유량의 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구와, 상기 처리 챔버 내를 미리 정해진 진공도로 설정하는 배기 기구와, 고주파 전원을 가지며, 상기 처리 챔버 내에 상기 처리 가스의 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 기구와, 상기 플라즈마에 프로브를 삽입하여 플라즈마 내에 존재하는 이주파 성분 및 사이드 밴드 성분 중 한쪽 이상을 검출하는 측정부와, 검출 결과에 기초하여 상기 가스 공급 기구, 상기 배기 기구 및 상기 플라즈마 발생 기구 중 하나 이상을 제어하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태의 플라즈마 에칭 장치의 구성을 나타낸 도면.

도 2는 동축 케이블의 구성을 확대하여 나타낸 도면.

도 3은 플라즈마 모니터링 결과의 예를 나타낸 그래프.

도 4는 플라즈마 모니터링 결과의 예를 나타낸 그래프.

도 5는 플라즈마 모니터링 결과의 예를 나타낸 그래프.

도 6은 플라즈마 모니터링 결과의 예를 나타낸 그래프.

도 7은 플라즈마 모니터링 결과의 예를 나타낸 그래프.

도 8은 본 발명의 다른 실시형태의 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타낸 도면.

발명을 실시하기 위한 형태

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치로서의 플라즈마 에칭 장치의 구성을 나타낸 것이다.

플라즈마 에칭 장치(1)는, 전극판이 상하 평행하게 대향하고, 플라즈마 형성용 전원이 접속된 용량 결합형 평행 평판 에칭 장치로서 구성되어 있다.

플라즈마 에칭 장치(1)는, 예컨대 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄 등으로 이루어져 원통 형상으로 성형된 처리 챔버(처리 용기)(2)를 갖고 있고, 이 처리 챔버(2)는 접지되어 있다. 처리 챔버(2) 내의 저부에는 세라믹 등의 절연판(3)을 통해 피처리물, 예컨대 반도체 웨이퍼(W)를 배치하기 위한 대략 원주형의 서셉터 지지대(4)가 설치되어 있다. 또한, 이 서셉터 지지대(4) 상에는 하부 전극을 구성하는 서셉터(5)가 설치되어 있다. 이 서셉터(5)에는 고역 필터(HPF)(6)가 접속되어 있다.

서셉터 지지대(4)의 내부에는 냉매실(7)이 설치되어 있고, 이 냉매실(7)에는 냉매가 냉매 도입관(8)을 통해 도입되어 순환하고 냉매 배출관(9)으로부터 배출된다. 그리고, 그 냉열이 서셉터(5)를 통해 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 전열되고, 이것에 의해 반도체 웨이퍼(W)가 원하는 온도로 제어된다.

서셉터(5)는, 그 상측 중앙부가 볼록형인 원판형으로 성형되고, 그 위에 반도체 웨이퍼(W)와 대략 동일한 형상의 정전 척(11)이 설치되어 있다. 정전 척(11)은 절연재 사이에 전극(12)을 배치하여 구성되어 있다. 그리고, 전극(12)에 접속된 직류 전원(13)으로부터, 예컨대 1.5 kV의 직류 전압이 인가됨으로써, 예컨대 쿨롱력에 의해 반도체 웨이퍼(W)를 정전 흡착한다.

절연판(3), 서셉터 지지대(4), 서셉터(5), 정전 척(11)에는, 반도체 웨이퍼(W)의 이면에 전열(傳熱) 매체(예컨대 He 가스 등)를 공급하기 위한 가스 통로(14)가 형성되어 있고, 이 전열 매체를 통해 서셉터(5)의 냉열이 반도체 웨이퍼(W)에 전달되어 반도체 웨이퍼(W)가 미리 정해진 온도로 유지되도록 되어 있다.

서셉터(5)의 상단 주연부(周緣部)에는, 정전 척(11) 상에 배치된 반도체 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 환상의 포커스 링(15)이 배치되어 있다. 이 포커스 링(15)은, 예컨대 실리콘 등의 도전성 재료로 구성되어 있고, 에칭의 균일성을 향상시키는 작용을 갖는다.

서셉터(5)의 상측에는, 이 서셉터(5)와 평행하게 대향하여 상부 전극(21)이 설치되어 있다. 이 상부 전극(21)은 절연재(22)를 통해 처리 챔버(2)의 상부에 지지되어 있다. 상부 전극(21)은 전극판(24)과, 이 전극판(24)을 지지하는 도전성 재료로 이루어진 전극 지지체(25)에 의해 구성되어 있다. 전극판(24)은, 예컨대 Si나 SiC 등의 도전체 또는 반도체로 구성되며, 다수의 토출 구멍(23)을 갖는다. 이 전극판(24)은 서셉터(5)와의 대향면을 형성한다.

상부 전극(21)에 있어서의 전극 지지체(25)의 중앙에는 가스 도입구(26)가 설치되고, 이 가스 도입구(26)에는 가스 공급관(27)이 접속되어 있다. 또한, 이 가스 공급관(27)에는, 밸브(28) 및 매스 플로우 컨트롤러(29)를 통해 처리 가스 공급원(30)이 접속되어 있다. 처리 가스 공급원(30)으로부터 플라즈마 에칭 처리를 위한 에칭 가스가 공급된다.

처리 챔버(2)의 저부에는 배기관(31)이 접속되어 있고, 이 배기관(31)에는 배기 장치(35)가 접속되어 있다. 배기 장치(35)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 구비하고 있고, 처리 챔버(2) 내를 미리 정해진 감압 분위기, 예컨대 1 Pa 이하의 미리 정해진 압력까지 탈기 가능하도록 구성되어 있다. 또한, 처리 챔버(2)의 측벽에는 게이트 밸브(32)가 설치되어 있고, 이 게이트 밸브(32)를 개방한 상태에서 반도체 웨이퍼(W)를 인접한 로드록실(도시하지 않음)과의 사이에서 반송한다.

상부 전극(21)에는 제1 고주파 전원(40)이 접속되어 있고, 그 급전선에는 정합기(41)가 개삽(介揷)되어 있다. 또한, 상부 전극(21)에는 저역 필터(LPF)(42)가 접속되어 있다. 이 제1 고주파 전원(40)은 50 MHz∼150 MHz 범위의 주파수를 갖고 있다. 이와 같이 높은 주파수를 인가함으로써 처리 챔버(2) 내에 바람직한 해리 상태로 또한 고밀도의 플라즈마를 형성할 수 있다.

하부 전극으로서의 서셉터(5)에는 제2 고주파 전원(50)이 접속되어 있고, 그 급전선에는 정합기(51)가 개삽되어 있다. 이 제2 고주파 전원(50)은 제1 고주파 전원(40)보다 낮은 주파수의 범위를 갖고 있고, 이러한 범위의 주파수를 인가함으로써, 피처리 기판인 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 손상을 부여하지 않고 적절한 이온 작용을 부여할 수 있다. 제2 고주파 전원(50)의 주파수는, 예컨대 1 MHz∼20 MHz의 범위가 바람직하다.

또한, 이 플라즈마 에칭 장치(1)에는 플라즈마 모니터링 장치(100)가 설치되어 있다. 이 플라즈마 모니터링 장치(100)는, 측정부(101)와, 이 측정부(101)에 접속된 동축 케이블(102)을 구비하고 있다. 동축 케이블(102)의 일단은 처리 챔버(2) 내의 플라즈마 생성 영역 내에 삽입되어 있고, 동축 케이블(102)의 처리 챔버(2) 내에 배치되어 있는 부분은 석영관(103)에 의해 덮여 있다. 또한, 이 석영관(103)은 처리 챔버(2) 내에서 반도체 웨이퍼(W)의 플라즈마 에칭을 행할 때에, 동축 케이블(102)을 구성하는 금속 등이 반도체 웨이퍼(W)에 불순물로서 혼입되는 것을 방지하기 위한 것이다. 따라서, 반도체 웨이퍼(W)의 처리를 행하지 않고서 실험적으로 플라즈마의 모니터링을 행하는 경우는, 석영관(103)이 없는 상태, 즉 동축 케이블(102)이 노출된 상태로 플라즈마의 모니터링을 행하여도 좋다.

도 2에 도시된 바와 같이, 동축 케이블(102)의 처리 챔버(2) 내에 배치되어 있는 측의 선단 부분은 프로브(102a)로 되어 있고, 이 부분은 알루미늄 등의 도체로 이루어진 코어선(내부 도체)(102b)이 노출된 상태로 되어 있다. 동축 케이블(102)의 외주부에는 구리 파이프 등으로 이루어진 외부 도체(102c)가 설치되어 있고, 코어선(내부 도체)(102b)과 외부 도체(102c) 사이에는 수지 등으로 이루어진 절연재(102d)가 설치되어 있다.

상기 동축 케이블(102)이 접속된 측정부(101)는, FFT(Fast Fourier Transform) 해석 기능을 갖는 오실로스코프 또는 스펙트럼 애널라이저 등으로 구성되어 있다. 그리고, 동축 케이블(102)의 프로브(102a) 부분에서 검출된 플라즈마 내에 존재하는 전자파의 주파수 분포를 검출하여, 이 검출한 주파수 분포를 표시할 수 있도록 되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 구성의 플라즈마 에칭 장치(1)는 제어부(60)에 의해 그 동작이 통괄적으로 제어된다. 이 제어부(60)에는, CPU를 구비하여 플라즈마 에칭 장치(1)의 각 부를 제어하는 프로세스 컨트롤러(61)와, 사용자 인터페이스부(62)와, 기억부(63)가 설치되어 있다.

사용자 인터페이스부(62)는, 공정 관리자가 플라즈마 에칭 장치(1)를 관리하기 위해서 커맨드의 입력 조작을 행하는 키보드나, 플라즈마 에칭 장치(1)의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등으로 구성되어 있다.

기억부(63)에는, 플라즈마 에칭 장치(1)에서 실행되는 각종 처리를 프로세스 컨트롤러(61)의 제어로써 실현하기 위한 제어 프로그램(소프트웨어)이나 처리 조건 데이터 등이 기억된 레시피가 저장되어 있다. 그리고, 필요에 따라, 사용자 인터페이스부(62)로부터의 지시 등으로 임의의 레시피를 기억부(63)로부터 호출하여 프로세스 컨트롤러(61)에 실행시킴으로써, 프로세스 컨트롤러(61)의 제어 하에서, 플라즈마 에칭 장치(1)에서의 원하는 처리가 행해진다. 또한, 제어 프로그램이나 처리 조건 데이터 등의 레시피는, 컴퓨터로 판독 가능한 컴퓨터 기억 매체(예컨대, 하드디스크, CD, 플렉서블 디스크, 반도체 메모리 등) 등에 저장된 상태의 것을 이용하거나, 혹은, 다른 장치로부터, 예컨대 전용 회선을 통해 수시 전송시켜 온라인으로 이용하거나 하는 것도 가능하다.

상기 구성의 플라즈마 에칭 장치(1)에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 플라즈마 에 칭을 행하는 경우, 우선, 반도체 웨이퍼(W)는, 게이트 밸브(32)가 개방된 후, 도시하지 않은 로드록실로부터 처리 챔버(2) 내로 반입되어 정전 척(11) 상에 배치된다. 그리고, 직류 전원(13)으로부터 직류 전압이 인가됨으로써, 반도체 웨이퍼(W)가 정전 척(11) 상에 정전 흡착된다. 이어서, 게이트 밸브(32)가 폐쇄되고, 배기 장치(35)에 의해 처리 챔버(2) 내는 미리 정해진 진공도까지 탈기된다.

그 후, 밸브(28)가 개방되어 처리 가스 공급원(30)으로부터 미리 정해진 에칭 가스가 매스 플로우 컨트롤러(29)에 의해 그 유량이 조정되면서 처리 가스 공급관(27), 가스 도입구(26)를 통해 상부 전극(21)의 중공부(中空部)로 도입되고, 전극판(24)의 토출 구멍(23)을 통해 도 1의 화살표로 나타낸 바와 같이, 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 균일하게 토출된다.

그리고, 처리 챔버(2) 내의 압력이 미리 정해진 압력으로 유지된다. 그 후, 제1 고주파 전원(40)으로부터 미리 정해진 주파수의 고주파 전력이 상부 전극(21)에 인가된다. 이것에 의해, 상부 전극(21)과 하부 전극으로서의 서셉터(5) 사이에 고주파 전계가 발생하고, 에칭 가스가 해리되어 플라즈마화된다.

한편, 제2 고주파 전원(50)으로부터, 상기한 제1 고주파 전원(40)보다 낮은 주파수의 고주파 전력이 하부 전극인 서셉터(5)에 인가된다. 이것에 의해, 플라즈마 내의 이온이 서셉터(5)측으로 인입되고, 이온 어시스트에 의해 에칭의 이방성을 높일 수 있다.

그리고, 미리 정해진 플라즈마 에칭 처리가 종료되면, 고주파 전력의 공급 및 처리 가스의 공급이 정지되고, 상기한 순서와는 반대의 순서로 반도체 웨이 퍼(W)가 처리 챔버(2) 내에서 반출된다.

상기한 플라즈마 에칭 공정 등에 있어서, 처리 챔버(2) 내에 플라즈마를 발생시켰을 때에, 플라즈마 모니터링 장치(100)에 의한 플라즈마의 모니터링을 행한다. 이 때, 측정부(101)에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 처리 챔버(2) 내에 삽입된 프로브(102a)에 의해 검출된 전자파의 주파수 분포(스펙트럼)가, 종축을 강도(intensity), 횡축을 주파수로 한 그래프 등으로 표시된다.

도 3은 처리 가스: Ar=350 sccm, 압력: 13.3 Pa(100 mTorr), 고주파: 60 MHz/2 MHz=1500/1000 W의 조건으로 플라즈마를 발생시켰을 때의 플라즈마 모니터링 장치(100)에 의한 플라즈마의 모니터링 상태를 나타내고 있다. 이 때, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 주파수가 높은 60 MHz의 고주파에 기인해서는, 60 MHz의 피크(1) 이외에, 이 60 MHz의 정수배의 고조파의 피크가 2∼19번째까지 18개 나타나고 있다. 또한, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 주파수가 낮은 2 MHz의 고주파에 기인해서는, 2 MHz의 피크(1) 이외에, 이 2 MHz의 정수배의 고조파의 피크가 2∼4번째까지 3개 나타나고 있다.

또한, 도 3의 (c)는 도 3의 (a)의 일부를 확대하여 도시한 것으로서, 피크(1), 피크(2)의 주위에는 높은 주파수의 60 MHz에서, 낮은 주파수의 2 MHz의 정수배를 더하고 뺀 사이드 밴드라고 불리는 복수의 피크가 나타나고 있다. 또한, 피크(1)(60 MHz)와 피크(2)(120 MHz) 사이의 80 MHz 부근이나 20 MHz 부근에는 원인 불명의 이주파의 피크가 나타나고 있다.

또한, 도 4는 처리 가스: Ar/O₂=500/500 sccm, 압력: 26.6 Pa(200 mTorr), 고주파: 60 MHz/2 MHz=2000/1000 W의 조건으로 플라즈마를 발생시켰을 때의 플라즈마 모니터링 장치(100)에 의한 플라즈마의 모니터링 상태를 나타내고 있다. 이 경우, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 주파수가 높은 60 MHz의 고주파에 기인해서는, 60 MHz의 피크(1) 이외에, 피크(2)(120 MHz), 피크(3)(180 MHz), 피크(5)(300 MHz)의 3개의 고조파의 피크가 나타나고 있다. 또한, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 주파수가 낮은 2 MHz의 고주파에 기인해서는, 2 MHz의 피크(1) 이외에, 피크(2)(4 MHz)의 하나의 고조파의 피크만이 나타나고 있다.

또한, 도 5는, 처리 가스: CF₄=200 sccm, 압력: 26.6 Pa(200 mTorr), 고주파: 60 MHz/2 MHz=500/100 W의 조건으로 플라즈마를 발생시켰을 때의 플라즈마 모니터링 장치(100)에 의한 플라즈마의 모니터링 상태를 나타내고 있다. 이 경우, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 주파수가 높은 60 MHz의 고주파에 기인해서는, 60 MHz의 피크(1) 이외에, 피크(2)(120 MHz), 피크(3)(180 MHz), 피크(5)(300 MHz), 피크(6)(360 MHz), 피크(7)(420 MHz)의 5개의 고조파의 피크가 나타나고 있다. 또한, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 주파수가 낮은 2 MHz의 고주파에 기인해서는, 2 MHz의 피크(1) 이외에, 피크(2)(4 MHz)의 하나의 고조파의 피크만이 나타나고 있다.

상기한 바와 같이, 사용하는 처리 가스의 종류, 유량, 압력, 고주파 전력 등의 차이가 있으면, 플라즈마 모니터링 장치(100)에 의한 플라즈마의 모니터링 결과 는 피크가 출현하는 위치, 높이 등이 차이가 난다.

도 6은 처리 가스: Ar=350 sccm, 압력: 13.3 Pa(100 mTorr), 고주파: 60 MHz/2 MHz=1000/500, 1000, 2000 W의 조건으로 플라즈마를 발생시켰을 때의 플라즈마 모니터링 장치(100)에 의한 플라즈마의 모니터링 상태를 나타내고 있다. 이 때, 도 6의 상단은 2 MHz의 고주파의 인가 전력이 500 W, 도 6의 중단은 2 MHz의 고주파의 인가 전력이 1000 W, 도 6의 하단은 2 MHz의 고주파의 인가 전력이 2000 W인 경우이다. 또한, 도 7은 처리 가스: Ar=350 sccm, 압력: 13.3 Pa(100 mTorr), 고주파: 60 MHz/2 MHz=500, 1000, 2000/0 W의 조건으로 플라즈마를 발생시켰을 때의 플라즈마 모니터링 장치(100)에 의한 플라즈마의 모니터링 상태를 나타내고 있다. 이 때, 도 7의 상단은 60 MHz의 고주파의 인가 전력이 500 W, 도 7의 중단은 60 MHz의 고주파의 인가 전력이 1000 W, 도 7의 하단은 60 MHz의 고주파의 인가 전력이 2000 W인 경우이다.

도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 2 MHz, 4 MHz, 6 MHz, 8 MHz에 고조파의 피크가 나타나고, 2 MHz의 스펙트럼 강도에 착안하면, 전력값 500 W시에 약 0.2(Arb. Units.), 전력값 1000 W시에 약 0.4(Arb. Units.), 전력값 1500 W시에 약 0.6(Arb. Units.)과 같이, 고조파의 강도는 전력값에 비례하도록 증가한다. 마찬가지로, 60 MHz의 고조파는, 도 7에 도시된 바와 같이, 60 MHz, 120 MHz, 180 MHz에서 고조파의 피크가 나타나고, 전력값의 증가에 따라 강도도 증가한다. 이들 도 6, 도 7에 도시된 바와 같이, 가스종, 가스 유량, 압력의 조건이 일정하고, 인가하는 고주파의 전력만을 변경한 경우는, 피크가 출현하는 위치에 대해서는 거의 동일하 며, 전력값에 거의 비례하도록 피크의 높이가 높게 되어 있다. 따라서, 피크의 높이로 고주파 전력의 인가 상태를 검출할 수 있다.

도 3의 (a), 도 3의 (b)에 도시된 60 MHz의 고조파와, 2 MHz의 고조파가 다수 나타나는 상태나, 도 3의 (c)에 도시된 사이드 밴드와 20 MHz와 80 MHz의 이주파가 나타나는 상태에서는, 인가된 고주파 전력이 효율적으로 이용되고 있지 않아 고주파 전력의 손실이 많은 상태라고 추측된다. 즉, 도 3의 (a)와 도 4의 (a)를 비교하면, 도 3의 (a)는 60 MHz의 고조파 피크가 19개로 많고, 고주파 전력이 분산되어 있는 데 반하여, 도 4의 (a)는 고조파 피크가 4개로 적으며, 고주파 전력의 손실이 매우 적다고 할 수 있다. 또한, 도 3의 (b)와 도 4의 (b)를 비교하면, 도 3의 (b)는 2 MHz의 고조파 피크가 4개인 데 반하여, 도 4의 (b)는 고조파 피크가 2개이고, 또한, 각각의 강도를 비교하면, 하부 전극(5)에 인가하는 고주파 전력값은 1000 W로 같음에도 불구하고, 도 4의 (b)는 도 3의 (b)의 약 10배이며, 도 3에 도시된 프로세스 조건에서는, 하부 전극(5)에 인가하는 고주파 전력의 손실이 크다. 상기한 바와 같이, 도 3에 도시된 바와 같이, 다수의 고조파가 나타나는 상태나, 이주파나 사이드 밴드의 피크가 나타나고 있는 상태에서는, 인가된 고주파 전력이 효율적으로 이용되고 있지 않아 고주파 전력의 손실이 크다. 따라서, 도 4, 도 5에 도시된 바와 같은 모니터링 상태가 되도록 플라즈마를 발생시키는 조건(예컨대, 처리 가스의 공급 상태, 배기의 상태, 고주파 전력의 인가 상태 중 적어도 하나)을 조정함으로써, 효율적이고, 처리 속도가 빠른 플라즈마 처리를 행하는 것이 가능해진다.

또한, 플라즈마 모니터링 장치(100)에 의한 플라즈마의 모니터링을 계속적으로 행하면, 얼마간의 장치의 트러블 발생, 소모 부품의 소모에 따른 플라즈마 발생 상태의 변화 등을 검지할 수 있다. 이 경우, 예컨대, 주파수가 낮은 측의 고주파 성분의 피크가 저하되도록 한 경우는, 에칭 레이트의 저하가 발생할 것으로 예측되기 때문에, 주파수가 낮은 측의 고주파의 인가 전력을 상승시키는 등의 대처를 행함으로써, 에칭 레이트가 저하되어 버리는 것을 회피할 수 있다.

또한, 플라즈마 모니터링 장치(100)에 의한 플라즈마의 모니터링 결과로부터, 복수대의 장치의 기기 차이(機差) 평가도 행할 수 있다. 이 경우, 예컨대, 실제로 프로세스를 실행하고, 그 결과를 SEM 등을 이용하여 계측하는 경우에 비하여 플라즈마 발생 중의 플라즈마를 모니터링함으로써, 단시간에 용이하게 평가를 행할 수 있다.

또한, 예컨대, 도 8에 도시된 바와 같이, 대기 중에서 반도체 웨이퍼를 반송하는 하나의 반송 기구(210)에 대하여, 각각 로드록 챔버(211)를 통해 복수(도 8의 예에서는 3개)의 처리 챔버(2)가 접속된 플라즈마 처리 장치(200)의 각 처리 챔버(2)에 있어서의 기기 차이의 평가 및 기기 차이의 억제를 행할 수 있다.

이 경우, 각 처리 챔버(2)에는 전술한 플라즈마 모니터링 장치(100)의 프로브(102a)가 설치되어 있고, 이들 프로브(102a) 및 측정부(101)에 의해 측정되는 플라즈마의 모니터링 결과로부터, 제어부(60)가 각 처리 챔버(2) 내의 플라즈마의 상태가 동일해지도록 제어한다. 이것에 의해, 각 처리 챔버(2)의 기기 차이에 의한 처리 상태의 차가 억제된다. 또한, 도 8에 있어서, 도면 부호 212는 반도체 웨이퍼 가 수용된 카세트 또는 푸프(FOUP)가 배치되는 배치대이다.

상기한 바와 같이 복수의 처리 챔버(2)가 설치되어 있는 경우의 구체적인 제어는, 예컨대, 이하와 같이 행한다. 즉, 각 처리 챔버(2)에 있어서의 실제 프로세스 중의 주파수 분포를 처리 챔버(2)마다 구하고, 예컨대 주파수가 60 MHz인 스펙트럼 강도를 비교한다. 그리고, 이 60 MHz의 스펙트럼 강도를 일치시키도록 고주파 전력의 파워, 압력, 처리 가스의 유량 등을 제어함으로써, 각 처리 챔버(2)에 있어서의 플라즈마의 상태를 동일하게 하여 기기 차이를 저감한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 따르면, 다각적으로 상세히 플라즈마의 상태를 파악할 수 있다. 또한, 본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되지 않고, 각종 변형이 가능하다. 예컨대, 플라즈마 처리 장치는, 도 1에 도시된 평행 평판형의 상하부 고주파 인가형에 한정되지 않고, 각종 플라즈마 처리 장치에 적용할 수 있다.

본 발명의 플라즈마 처리 장치는 반도체 장치의 제조 분야 등에서 이용할 수 있다. 따라서, 산업상의 이용 가능성을 갖는다.

Claims

내부에 피처리 기판이 배치되는 처리 챔버와,

상기 처리 챔버 내에 미리 정해진 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구와,

상기 처리 챔버 내로부터 배기하는 배기 기구와,

상기 처리 챔버 내에 상기 처리 가스의 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 기구와,

프로브가 상기 처리 챔버 내에 배치되는 동축 케이블과, 상기 동축 케이블과 접속되고, 상기 프로브에 의해 검출된 플라즈마 내에 존재하는 이주파 성분 및 사이드 밴드 성분 중 한쪽 이상을 포함하는 전자파의 주파수 분포를 검출하는 측정부를 구비한 플라즈마 모니터링 장치

를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
삭제
제1항에 있어서,

상기 처리 챔버를 복수 구비하고, 상기 플라즈마 모니터링 장치의 검출 결과에 기초하여, 복수의 상기 처리 챔버 내의 플라즈마의 상태가 일치하도록 플라즈마를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제3항에 있어서,

상기 제어부는, 상기 가스 공급 기구, 상기 배기 기구 및 상기 플라즈마 발생 기구 중 하나 이상을 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
내부에 피처리 기판이 배치되는 처리 챔버와,

상기 처리 챔버 내에 미리 정해진 유량의 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구와,

상기 처리 챔버 내를 미리 정해진 진공도로 설정하는 배기 기구와,

고주파 전원을 가지며, 상기 처리 챔버 내에 상기 처리 가스의 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 기구와,

상기 플라즈마에 프로브를 삽입하여, 플라즈마 내에 존재하는 이주파 성분 및 사이드 밴드 성분 중 한쪽 이상을 검출하는 측정부와,

검출 결과에 기초하여, 상기 가스 공급 기구, 상기 배기 기구 및 상기 플라즈마 발생 기구 중 하나 이상을 제어하는 제어 수단

을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.