KR101131694B1 - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 장치의 운전 방법 - Google Patents

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 장치의 운전 방법 Download PDF

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Abstract

안정하고 또한 단시간에 장치의 상태를 변경 가능한 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 장치의 운전 방법을 제공한다. 처리 용기 내의 플라즈마에 관여하는 고주파를 출력하는 복수의 고주파 전원을 갖고, 이들의 출력 전력을 순서대로 단계적으로 크게 하여, 얻어진 플라즈마에 의해 피처리체에 대하여 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치는, 각 고주파 전원마다 마련된 고주파 전원 유닛은, 고주파 전원과 그 출력을 제어하는 전력 제어부와, 반사파의 전력값을 계측하는 반사파 계측 수단을 포함하고, 각 반사파의 계측 전력값이 임계값 이하로 됐는지 여부를 판단하는 수단과, 출력 전력을 1단계 크게 하는 순서가 돌아온 하나의 고주파 전원에 대하여, 다른 고주파 전원의 반사파의 계측 전력값이 임계값 이하로 된 후, 미리 설정한 시간이 경과했을 때에 상기 하나의 고주파 전원의 출력 전력을 1단계 크게 하기 위한 타이밍 신호를 상기 전력 제어부에 인가하는 수단을 더 구비한다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 장치의 운전 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND OPERATION METHOD OF THE SAME}
본 발명은, 고주파 전력에 의해 처리 가스를 플라즈마화하여, 그 플라즈마에 의해 피처리체에 대하여 에칭 등의 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 특히 이 플라즈마 처리 장치의 장치의 상태를 변경하는 기술에 관한 것이다.
반도체 디바이스나 액정 표시 장치 등의 플랫패널 디스플레이(FPD:Flat Panel Display)의 제조 공정에 있어서는, 반도체 웨이퍼나 유리 기판과 같은 피처리체에 에칭 처리를 실시하는 플라즈마 에칭 장치나, 성막 처리를 실시하는 플라즈마 CVD 장치 등의 플라즈마 처리 장치 등이 이용되고 있다.
예컨대, 평행평판형의 전극에 고주파 전력을 인가하여, 이 전극 사이에 형성되는 용량 결합 플라즈마에 의해 피처리체의 에칭을 행하는 에칭 장치에는, 상하에 대향하여 마련된 전극의 한쪽, 예컨대, 피처리체의 탑재대를 겸용하는 하부측의 전극(하부 전극)에 플라즈마 형성용(이하, 소스용이라고 함)의 고주파 전원을 접속하여 캐소드 전극으로 하고, 또한, 이 하부 전극에 바이어스용의 고주파 전원을 접속 한 것이 알려져 있다. 바이어스용의 고주파 전원은 플라즈마 중의 이온을 피처리체측에 인입하여 에칭의 이방성을 확보하거나, 이상 방전의 발생을 방지하거나 하기 위한 전력을 공급하는 역할을 하고 있다.
이러한 에칭 처리 장치의 기동에 있어서는, 상술한 각 고주파 전원으로부터 하부 전극에 고주파 전력의 공급을 시작하는 것에 의해 평행평판형의 전극 사이에 플라즈마가 형성되지만, 이 때에 대전력이 단시간에 인가되면, 예컨대, 고주파 전원과 하부 전극과의 사이에 마련한 정합 회로에 의한 매칭이 취해지지 않아, 하부 전극측에서 각 고주파 전원을 향하는 반사파가 발생한다. 이 반사파는 안정한 플라즈마를 형성할 때의 장해로 되어 에칭 장치의 기동에 장시간을 소비하는 요인으로 되기 때문에, 예컨대, 소스측이나 바이어스측의 고주파 전원으로부터의 전력 공급을 복수 단계로 분할하여, 서서히 전력을 인가하는 것에 의해 기동시에 발생하는 반사파를 작게 억제하는 기술이 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
도 10은, 소스측, 바이어스측의 각 고주파 전원으로부터 하부 전극에 전력을 인가하는 종래의 시퀀스의 일례를 모식적으로 나타낸 것이며, 본 예에서는 반사파의 영향을 억제하기 위해 소스측, 바이어스측 각각의 고주파 전원으로부터의 전력 공급을 예컨대, 2단계로 나눠 행하고 있다. 도 10(a), 도 10(c)는 에칭 처리 장치 전체의 동작 제어를 통괄하는 상위 컴퓨터(제어부)로부터 송신되는 기동 신호(ON/OFF 신호)를 각 고주파 전원에서 수신하는 타이밍을 나타내고 있다. 또한 도 10(b), 도 10(d)은 각 고주파 전원으로부터 하부 전극에 공급되는 고주파 전력(각 도면 중, 실선으로 나타내어 놓음) 및, 하부 전극측으로부터 각 고주파 전원을 향 해 전파하는 반사파의 전력(각 도면 중, 점선으로 나타내어 놓음)의 각 전력값의 시간 경과에 따른 변화를 나타내고 있다. 도 10(a)~도 10(d)의 각 도면의 가로축은 시간을 나타내고 있다.
종래의 전력 공급 시퀀스에 의하면, 각 고주파 전원은 시각 T1에 제어부로부터 기동 신호를 수신하면, 소스측의 고주파 전원에 관해서는 하부 전극으로의 전력의 인가를 시작하지 않고 대기하는 한편, 바이어스측의 고주파 전원은 프로세스시의 전력값보다 낮은 미리 정한 전력값(이하, 제1단계째의 전력이라고 함)으로 될 때까지 서서히 인가 전력을 올려간다. 이 때, 바이어스측의 고주파 전원에는, 전극측에서 발생한 반사파가 전파하여 오지만, 고주파 전력의 인가를 단계적으로 행하고 있는 것에 의해 반사파가 가지는 전력도 비교적 작기 때문에, 반사파는 정합 회로의 작용에 의해 짧은 경우에는 예컨대, 1초~2초 정도로 감쇠한다.
그리고, 바이어스측의 고주파 전원으로부터의 인가 전력이 제1단계째의 전력에 달하고, 상술한 시각 T1로부터 미리 정한 시간이 경과하여 바이어스측의 반사파가 충분히 감쇠했다고 예상되는 시각 T2에서, 이번에는 소스측의 고주파 전원으로부터 제1단계째의 전력의 인가를 시작한다. 이 때에는, 이미 전력 공급을 시작하고 있는 바이어스측을 포함하여, 소스측, 바이어스측의 양쪽의 고주파 전원에 반사파가 전파하여 오지만, 이들의 반사파에 대해서도 정합 회로의 작용에 의해 곧 감쇠한다.
이렇게 하여 반사파가 충분히 감쇠하는 매칭 완료까지의 시간 간격을 미리 설정해 두고, 예컨대, 고주파 전력의 인가 개시 시각 T1로부터 각각의 설정 시간이 경과한 시각 T2~T4에서, 예컨대, 바이어스측에서 제1단계째의 전력의 인가(시각 T1)→소스측에서 제1단계째의 전력의 인가(시각 T2)→바이어스측에서 프로세스시의 전력의 인가(시각 T3)→소스측에서 프로세스시의 전력의 인가(시각 T4)로, 바이어스측과 소스측의 고주파 전력을 교대로 단계적으로 증대시키는 것에 의해, 반사파의 영향을 억제하고, 또한, 될 수 있는 한 단시간에 에칭 처리 장치를 기동하는 전력 공급 시퀀스가 채용되어 있었다.
그런데 FPD용의 유리 기판을 피처리체로 하는 에칭 처리 등에 있어서는, 최근의 유리 기판의 대형화로부터, 예컨대, 긴 변이 2m로도 되는 피처리체를 처리할 필요가 생기고 있고, 피처리체의 탑재대를 겸용하는 하부 전극에 관해서도 매우 대형화되어 오고 있다.
하부 전극이 대형화하면 플라즈마가 형성되는 공간도 커지기 때문에, 플라즈마 형성 등에 필요한 전력의 증대에 따라 반사파가 갖는 전력도 커져, 극단적인 경우에는 매칭의 완료까지 10초 이상의 시간을 필요로 하는 경우도 생기고 있다. 이것 때문에, 상술한 바과 같이, 예컨대, 수초마다 인가 전력을 올리는 전력 공급 시퀀스에서는, 예컨대, 도 10(b), 도 10(d)의 시각 T4에 나타낸 바와 같이, 앞의 단계에서 발생한 반사파가 감쇠하기 전에 다음 단계의 전력 공급이 시작되어, 반사파가 에칭 장치의 회로 내를 중첩적으로 전파하여 여간해서 감쇠하지 않아, 안정한 플라 즈마를 형성할 수 없다고 한 문제가 생기고 있다.
이러한 문제를 회피하기 위해서는, 시각 T2~T4의 간격을 지금까지보다 길게 잡아 매칭의 시간을 충분히 확보하는 것도 생각된다. 그런데 매칭에 필요한 시간은 일정하지 않고, 하부 전극이 대형화한 경우에도 예컨대, 1초~2초 정도로 매칭이 완료하는 경우도 있어, 공급 전력을 올리는 단계의 간격을 일률적으로 길게 하면 매칭이 완료하고 있음에도 불구하고, 다음 단계로 진행하지 않는 대기 시간(도 10(d)에 Δt1, Δt2로 표시하여 놓음)이 증가하여 에칭 처리 장치의 기동 시간이 불필요하게 장시간화하여 버릴 우려가 높다.
그래서 예컨대, 특허문헌 2, 특허문헌 3에는, 반사파의 전력을 전력계 등으로 감시하여, 그 값이 미리 정한 임계값보다 작게 된 것을 확인하고 나서 다음 단계의 전력을 인가하는 기술이 기재되어 있다.
이와 같이 특허문헌 1~특허문헌 3에는, 고주파 전력을 단계적으로 인가하는 기술이나 고주파 전력의 인가에 의해 발생한 반사파를 감시하면서 다음 단계의 고주파 전력을 인가하는 기술이 개별적으로 기재되어 있다. 그러나 예컨대, 도 10에 나타낸 바와 같이 소스측, 바이어스측의 고주파 전력을 단계적으로 인가해가는 경우에 있어서의 알맞은 전력 공급 시퀀스나 이 시퀀스에 적합한 장치 구성에 관해서는 전혀 개시되어 있지 않다.
[특허문헌 1] 재공표 WO99/11103호 공보: 제11쪽 제4행째~제 16행째, 도 2
[특허문헌 2] 일본 특허 공개 제2007-214589호 공보: 제0059단락~제0061단 락, 도 15, 도 16
[특허문헌 3] 일본 특허 공개 제2007-12555호 공보: 제0028단락~제0029단락, 도 2
본 발명은 이러한 사정에 비추어 이루어진 것이며, 그 목적은, 안정하고 또한 단시간에 장치의 상태를 변경 가능한 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 장치의 운전 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는, 처리 용기 내의 플라즈마에 관여하는 고주파를 출력하는 복수의 고주파 전원을 갖고, 플라즈마에 의해 상기 처리 용기 내의 피처리체에 대하여 처리를 행하고, 장치의 상태를 변경하기 위해서 이들 복수의 고주파 전원의 출력 전력을 단계적으로 변화시키는 플라즈마 처리 장치에 있어서,
각 고주파 전원마다 마련되고, 고주파 전원과 상기 고주파 전원의 출력을 제어하는 전력 제어부와 상기 고주파 전원에 반사되는 반사파의 전력값을 계측하는 반사파 계측 수단을 포함하는 고주파 전원 유닛과,
각 고주파 전원의 반사파의 계측 전력값이 임계값 이하로 됐는지 여부를 판 단하는 수단과,
출력 전력을 변화시키는 하나의 고주파 전원에 대하여, 다른 고주파 전원의 반사파의 계측 전력값이 임계값 이하로 된 후, 미리 설정한 시간이 경과했을 때에 상기 하나의 고주파 전원의 출력 전력을 변화시키기 위한 타이밍 신호를 상기 전력 제어부에 인가하는 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 장치의 상태 변경은 플라즈마의 시동이며, 또한 상기 출력 전력을 변화시키는 것은 출력 전력을 1단계 크게 하는 것인 것이 적합하다.
또 상기 타이밍 신호는, 다른 고주파 전원의 반사파의 계측 전력값이 임계값 이하로 된 것의 조건과 상기 하나의 고주파 전원의 반사파의 계측 전력값이 임계값 이하인 조건의 양 조건이 성립한 후, 미리 설정한 시간이 경과했을 때에 생성되는 것이 바람직하다.
또한, 각 고주파 전원 유닛의 사이에 접속되고, 각 고주파 전원 유닛끼리의 사이에서 반사파의 계측 전력값 또는 그 계측 전력값이 임계값 이하인 것의 판단 신호로 이루어지는 반사파 정보의 전송을 직접 행하기 위한 신호 전송로가 마련되고, 상기 타이밍 신호를 상기 전력 제어부에 인가하는 수단은, 각 고주파 전원 유닛에 마련되고, 상기 신호 전송로로부터 보내진 다른 고주파 전원의 반사파 정보에 근거하여 상기 타이밍 신호를 생성하는 수단을 포함하고 있으면 좋다. 또한 상기 타이밍 신호를 상기 전력 제어부에 인가하는 수단은, 자신의 고주파 전원의 반사파의 계측 전력값이 임계값 이하로 됐는지 여부를 판단하는 수단과, 이 수단에 있어서의 판단 결과와 상기 신호 전송로로부터 보내진 다른 고주파 전원의 반사파 정보 에 근거하여 상기 타이밍 신호를 생성하는 수단을 포함하고 있는 것이 바람직하다.
그리고, 고주파 전원의 반사파의 계측 전력값이 임계값 이하로 됐는지 여부를 판단하는 수단과, 상기 타이밍 신호를 생성하는 수단은 논리 회로에 의해 구성하는 것이 적합하다.
또 다른 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 운전 방법은, 처리 용기 내의 플라즈마에 관여하는 고주파를 출력하는 복수의 고주파 전원을 갖고, 플라즈마에 의해 상기 처리 용기 내의 피처리체에 대하여 처리를 행하여, 장치의 상태를 변경하기 위해서 이들 복수의 고주파 전원의 출력 전력을 단계적으로 변화시키는 플라즈마 처리 장치의 운전 방법에 있어서,
각 고주파 전원의 반사파의 전력값을 계측하는 공정과,
출력 전력을 변화시키는 하나의 고주파 전원 이외의 다른 고주파 전원의 반사파의 계측 전력값이 임계값 이하인지 여부를 판단하는 공정과,
상기 다른 고주파 전원의 반사파의 계측 전력값이 임계값 이하로 됐다고 판단된 후, 미리 설정한 시간이 경과했을 때에 상기 하나의 고주파 전원의 출력 전력을 변화시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 장치의 상태 변경은 플라즈마의 시동이며, 또한 상기 출력 전력을 변화시키는 것은 출력 전력을 1단계 크게 하는 것이 적합하다.
또 이 때, 상기 하나의 고주파 전원의 반사파의 계측 전력값이 임계값 이하인지 여부를 판단하는 공정을 구비하고,
상기 하나의 고주파 전원의 출력 전력을 변화시키는 공정은, 상기 다른 고주 파 전원의 반사파의 계측 전력값이 임계값 이하로 된 것의 조건과 상기 하나의 고주파 전원의 반사파의 계측 전력값이 임계값 이하인 조건의 양 조건이 성립한 후, 미리 설정한 시간이 경과했을 때에 실시되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 장치의 상태의 변경시에 복수의 고주파 전원의 출력 전력을 단계적으로 변화시키는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 출력 전력을 변화시키는 하나의 고주파 전원에 대하여, 다른 고주파 전원의 반사파의 계측 전력값이 임계값 이하로 된 후, 미리 설정한 시간이 경과했을 때에 상기 하나의 고주파 전원의 출력 전력을 변화시키도록 하고 있기 때문에, 예컨대, 미리 설정한 시간의 경과를 기다려 다음 단계의 고주파 전력을 인가하는 방법과 비교하여, 반사파가 충분히 감쇠하지 않는 중에 다음 단계가 실행되고 반사파가 에칭 장치의 회로 내를 중첩적으로 전파하여 장치의 상태를 변경할 수 없다고 하는 사태의 발생을 방지하여 플라즈마 처리 장치의 상태를 안정적으로 변경할 수 있는 한편, 반사파가 일찍 감쇠한 경우에는 불필요한 대기 시간을 발생시키지 않고 신속히 다음 단계를 실행하여 신속한 장치의 상태의 변경을 실현할 수 있다.
또 상기 하나의 고주파 전원에 대하여, 다른 고주파 전원의 반사파의 계측 전력값이 임계값 이하로 된 것을 판단하는 수법은, 고주파 전원 유닛 사이에 마련된 신호 전송로로부터 직접 보내진 다른 고주파 전원의 반사파 정보에 근거하여 행하도록 함으로써 고주파 전원의 출력 전력을 변경하는 타이밍의 지연을 억제할 수 있고, 이 경우 논리 회로에 의해 각 판단을 행하는 것에 의해, 반사파의 전력이 임계값보다 작게 된 후, 보다 신속히 출력 전력의 제어 동작을 개시할 수 있다.
액정 디스플레이용의 기판 S를 에칭하는 에칭 처리 장치(1)의 장치의 상태의 변경의 일례인 에칭 처리 장치(1)의 기동에 본 발명을 적용한 실시예에 대하여 이하에 설명한다. 도 1은 본 실시예에 따른 에칭 처리 장치(1)의 전체 구성을 나타내고 있다. 에칭 처리 장치(1)는 예컨대, 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 이루어지는 처리 용기(10)를 구비하고 있다. 처리 용기(10)는, 예컨대, 긴 변이 2m 이상인 대형의 각형(角形) 기판 S를 처리하는 것이 가능하도록, 예컨대, 수평 단면의 한 변이 3.5m, 다른 변이 3.0m 정도의 크기의 각통 형상으로 형성되어 있다.
이 처리 용기(10) 내의 저면측 중앙부에는 하부 전극(41)이 마련되어 있고, 하부 전극(41)은 도시하지 않는 반송 수단에 의해 외부로부터 반송되는 기판 S를 탑재하는 탑재대로서의 기능을 겸비하고 있다. 하부 전극(41)의 하부에는 절연체(42)가 마련되어 있고, 이 절연체(42)에 의해 하부 전극(41)은, 처리 용기(10)로부터 전기적으로 충분히 뜬 상태로 되어 있다. 도면 중 참조부호 43은 하부 전극(41)의 지지부이다. 또한 처리 용기(10)의 하부에는 개구부(44)가 마련되고, 이 개구부(44)의 외측에 접지 하우징을 이루는 매칭박스(16)가 마련되어 있다.
매칭박스(16) 내에는, 각각 일단측이, 예컨대, 동축 케이블을 통해 플라즈마 형성용(소스용)의 고주파 전원 유닛(2) 및 바이어스 인가용의 고주파 전원 유닛(3) 에 접속된 정합 회로(161, 162)가 마련되어 있고, 이들 정합 회로(161, 162)의 타단측은 하부 전극(41)에 접속되어 있다. 정합 회로(161, 162)는 플라즈마의 임피던스에 맞춰 하부 전극(41)과 각 고주파 전원(2, 3) 사이에서의 임피던스 조정(매칭)을 행하여, 에칭 처리 장치(1)의 회로 내에 발생한 반사파를 감쇠시키는 역할을 한다.
또 처리 용기(10)의 측벽에는 배기로(14)가 접속되어 있고, 이 배기로(14)에는 진공펌프(15)가 접속되어 있다. 처리 용기(10)의 측벽에는, 외부와 처리 용기(10)와의 사이에서 기판 S를 반입출하기 위한 반송구(11) 및 이 반송구(11)를 개폐하기 위한 게이트 벨브(12)가 더 마련되어 있다.
하부 전극(41)의 위쪽에는, 상기 하부 전극(41)과 대향하도록 상부 전극(51)이 마련되어 있고, 이 상부 전극(51)은 처리 용기(10) 내의 처리 공간(13)에 에칭 처리용의 처리 가스를 공급하는 가스 샤워 헤드로서의 기능을 겸비하고 있다. 상부 전극(51)은 처리 용기(10) 천장부의 개구부(56)의 가장자리부를 따라 마련된 절연체(52)를 통해 상기 처리 용기(10)의 천장면에 고정되고, 도전로(57) 및 도전성 커버(58)를 통해 처리 용기(10)와 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 처리 용기(10)는 접지되어 있다.
상부 전극(51) 내에는, 하부 전극(41) 상의 기판 S의 탑재면을 향해 개구하는 가스 구멍(55)을 구비한 가스 공급로(59)가 형성되어 있고, 이 가스 공급로(59)는 가스 공급로(53)를 통해 처리 가스 공급부(54)에 접속되어, 상기 처리 가스 공급부(54)로부터의 처리 가스를 처리 공간(13) 내에 공급할 수 있다.
이상에 설명한 구성을 구비한 에칭 처리 장치(1)의 각 고주파 전원 유닛(2, 3)은, 기동시의 반사파의 영향에 의해서 플라즈마의 형성에 장해가 발생하는 것을 방지하기 위해, 고주파 전원 유닛(2, 3) 내에 마련된 고주파 전원(21, 31)의 출력측(부하측)으로부터 상기 고주파 전원(21, 31)에 반사하여 되돌아오는 반사파의 발생 상황을 감시하면서 고주파 전력의 출력을 단계적으로 증대시키는 기능을 구비하고 있다. 이하, 도 2~도 4를 참조하면서 그 상세를 설명한다.
도 2는 소스용 고주파 전원 유닛(2) 및 바이어스용 고주파 전원 유닛(3)의 구성을 나타내는 블록도이다. 소스용 고주파 전원 유닛(2)은 예컨대, 13.56MHz, 10kW의 고주파를 출력하는 고주파 전원(21)과, 처리 용기(10)측(하부 전극(41))으로의 고주파 전력의 공급을 제어하는 전력 제어부(211)와, 고주파 전원(21)의 부하측에서 발생하는 반사파를 감시하면서 기동시의 단계적인 출력 증대를 위한 타이밍 신호를 전력 제어부(211)에 인가하는 타이밍 신호 생성부(22)와, 통신 보드(23)를 구비하고 있다. 한편, 바이어스용 고주파 전원 유닛(3)은 예컨대, 3.2MHz, 5kW의 고주파를 출력하는 고주파 전원(31)과, 처리 용기(10)측(하부 전극(41))으로의 고주파 전력의 공급을 제어하는 전력 제어부(311)와, 고주파 전원(31)의 부하측에서 발생하는 반사파를 감시하면서 기동시의 단계적인 출력 증대를 위한 타이밍 신호를 전력 제어부(311)에 주는 타이밍 신호 생성부(32)와, 통신 보드(33)를 구비하고 있다.
통신 보드(23, 33)의 제 1 포트(231, 331)는, 각각 후술하는 제어부(100)의 제어 보드(101)에 접속되어 있고, 제어부(100)로부터의 기동 신호(ON/OFF 신호)를 수신하거나, 처리 용기(10)를 향해 공급되는 전력(이하, 진행파라고 함)의 전력값, 및 반사파의 전력값의 계측 결과를 각 고주파 전원(21, 31)으로부터 제어부(100)를 향해 송신하거나 할 수 있게 되어 있다.
또 소스용 고주파 전원 유닛(2)의 제 2 포트(232)는 바이어스용 고주파 전원 유닛(3)의 제 2 포트(332)와 신호 전송로를 통해 접속되어 있고, 소스용 고주파 전원 유닛(2)의 고주파 전원(21) 내에서 계측된 반사파의 전력값을 바이어스용 고주파 전원 유닛(3)의 타이밍 신호 생성부(32)로 송신할 수 있게 되어 있다. 한편, 바이어스용 고주파 전원 유닛(3)의 제 3 포트(333)는 소스용 고주파 전원 유닛(2)의 제 3 포트(233)와 신호 전송로를 통해 접속되어 있고 바이어스용 고주파 전원 유닛(3)의 고주파 전원(31) 내에서 계측된 반사파의 전력값을 소스용 고주파 전원 유닛(2)의 타이밍 신호 생성부(22)로 송신할 수 있게 되어 있다. 이와 같이 각 전원 유닛(2, 3)은 상대측의 전원 유닛(3, 2)에서 계측된 반사파를 서로 감시할 수 있게 되어 있다.
또 각 고주파 전원 유닛(2, 3) 내에서는, 소스용 고주파 전원 유닛(2)측의 고주파 전원(21)과 타이밍 신호 생성부(22), 바이어스용 고주파 전원 유닛(3)측의 고주파 전원(31)과 타이밍 신호 생성부(32)가 서로 접속되어 있고, 자신의 전원 유닛(2, 3)을 향해 전파하여 온 반사파를 각각 타이밍 신호 생성부(22, 32)에서 감시할 수 있게 되어 있다. 각 타이밍 신호 생성부(22, 32)는, 자신 및 상대측의 양쪽의 전원 유닛(2, 3)을 향해 전파하여 온 반사파의 감시 결과에 근거하여 후술하는 타이밍 신호를 생성하여 각 전력 제어부(211, 311)를 향해 출력하는 한편, 전력 제 어부(211, 311)는 이 타이밍 신호에 근거하여 고주파 전원(21, 31)을 향해 제어 신호를 출력하여, 상기 고주파 전원(21, 31)의 출력을 단계적으로 증대시킬 수 있다.
도 3 및 도 4는 각 고주파 전원 유닛(2, 3) 내의 내부 구성을 나타내는 구성도이다. 우선 도 3의 소스용 고주파 전원 유닛(2)에 대하여 설명하면, 타이밍 신호 생성부(22)는 자신의 고주파 전력의 반사파 및 바이어스측 전력의 반사파에 근거하여 고주파 전력의 출력을 단계적으로 크게 하기 위한 타이밍 신호를 생성하기 위한 것이다. 참조부호 224는 비교기이며, 자신의 반사파 전력계(214)에 의해 계측된 반사파의 전력값이 미리 설정한 임계값(제 1 임계값, 예컨대, 본 예에서는 후술하는 반사파 전력계(214)의 검출 하한계)을 초과했을 때에 논리 「1」을 출력한다. 참조부호 225는 부정 회로이며, 비교기(224)의 출력을 반전시킨 신호 A2를 후단의 원샷 멀티바이브레이터(one-shot multivibrator)(이하, OMV라고 함)(223)에 인가한다.
또 참조부호 221은 비교기이며, 바이어스용 고주파 전원 유닛(3)측에서 계측되고, 송신된 반사파의 전력값이 미리 설정한 임계값(제 2 임계값, 예컨대, 본 예에서는 후술하는 반사파 전력계(314)의 검출 하한계)을 초과하고 있을 때에 논리 「1」을 출력한다. 참조부호 222는 펄스 출력 회로이며, 비교기(221)의 출력이 「1」에서 「0」으로 하강했을 때에 미리 설정한 길이의 펄스 신호 A1을 출력한다. 이 펄스 출력 회로(222)는, 예컨대, 미분 회로와 OMV를 조합하여 구성된다.
참조부호 223는 OMV이며, 양 입력단의 논리가 모두 「1」로 되었을 때, 즉 펄스 출력 회로(222)의 출력 신호 A1 및 부정 회로(225)의 출력 신호 A2가 「1」로 되었을 때에, 타이밍 신호인 펄스 신호 A3을 전력 제어부(211)에 공급하기 위한 것 이다. 따라서, 타이밍 신호 생성부(22)는 자신의 고주파 전력의 반사파의 전력값이 제 1 임계값 이하이며, 또한, 바이어스측의 고주파 전력의 전력값이 일단 증대하여 그 후, 제 2 임계값보다 작게 되었을 때에 전력 제어부(211)에 타이밍 신호를 출력하게 되어 있다.
전력 제어부(211)는, 제어부(100)로부터의 기동 신호(ON/OFF 신호) 및 타이밍 신호 생성부(22)측으로부터의 타이밍 신호에 근거하여 고주파 전원(21)의 출력을 제어하는 역할을 한다. 고주파 전원(21)은, 하부 전극(41)과 상부 전극(51)과의 사이에 고주파 전력을 공급하여 처리 가스를 플라즈마화(활성화)하기 위한 고주파 전력을 출력하는 고주파 전원 본체(212)와, 고주파 전원 본체(212)로부터 처리 용기(10)측(하부 전극(41))으로 공급되는 진행파 및 처리 용기(10)측으로부터 소스용 고주파 전원 유닛(2)을 향해 전파하여 온 반사파를 각각 반사파 전력계(214), 진행파 전력계(215)를 향해서 취출하는 방향성 결합기(213)를 구비하고 있다.
전력 제어부(211)는 제어부(100)측으로부터의 ON/OFF 신호가 ON으로 되어 있고, 또한, 타이밍 신호 생성부(22)로부터 타이밍 신호인 펄스 신호 A3을 수신한 시점으로부터 미리 설정한 대기 시간 Δt0이 경과한 시각에서, 고주파 전력의 출력을 미리 설정한 전력값까지 증대시키도록 고주파 전원(21)을 제어한다. 전력 제어부(211)는, 예컨대, OMV(223)로부터의 펄스 신호 A3을 수신한 회수를 증가시켜 기억하는 기능을 구비하고 있고, 펄스 신호 A3의 수신 회수에 따라 고주파 전원 본체(212)의 출력이 결정된다. 또한 고주파 전원 본체(212)의 출력 증대의 속도는 미 리 설정되어 있다.
이들 기능에 의해, 예컨대, 본 예에 있어서의 소스용 고주파 전원 유닛(2)의 고주파 전원(21)은, 2단계의 단계로 나눠 고주파 전력을 증대시킬 수 있고, 펄스 신호 A3을 1회째에 수신한 시점으로부터 상술한 대기 시간이 경과한 후, 예컨대, 1초~2초 걸려 0kW→5kW(제1단계째의 전력)까지 소스측으로부터 인가하는 고주파 전력의 출력을 증대시키고, 펄스 신호 A3을 2회째에 수신한 시점으로부터 대기 시간의 경과 후, 마찬가지의 시간 내에서 5kW→10kW(프로세스시의 전력)까지 출력을 증대시키도록 구성되어 있다.
반사파 전력계(214), 진행파 전력계(215)는 각각 방향성 결합기(213)에 의해 취출된 진행파 및 반사파의 전력값을 계측하는 역할을 하고, 반사파 전력계(214)에 의해 계측된 반사파의 전력값(반사파 정보에 상당함)은, 자신의 타이밍 신호 생성부(22), 바이어스용 고주파 전원 유닛(3)측의 타이밍 신호 생성부(32), 및 제어부(100)의 3개소를 향해 실시간으로 출력된다. 한편, 진행파 전력계(215)에 의해 계측된 진행파의 전력값은 제어부(100)를 향해 실시간으로 출력된다.
여기서 실시예에 따른 에칭 처리 장치(1)의 전체의 작용에 대하여 설명하기 전에, 타이밍 신호 생성부(22)의 동작과 전력 제어부(211)의 동작에 대해, 소스측, 바이어스측의 각 고주파 전원 유닛(2, 3)으로부터 하부 전극(41)에 고주파 전력을 인가하는 시퀀스의 일례를 모식적으로 나타내는 도 7(a)~도 7(d)를 이용하여 간단히 설명한다. 각 도면의 지시 내용은 배경기술에서 설명한 도 10(a)~도 10(d)와 마찬가지다.
지금, 각 고주파 전원 유닛(2, 3)에 의해 계측된 진행파, 반사파의 전력값이 도 7에 나타낸 시각 T2’의 바로 앞이고, 바이어스측의 반사파의 전력값이 상술한 제 2 임계값보다 큰 값이라고 한다. 이 때, 도 7(b)에 나타낸 바와 같이 소스측에는 고주파 전력은 인가되어 있지 않기 때문에, 소스용 고주파 전원 유닛(2)측의 고주파 전원(21)에 의해 계측되는 진행파, 반사파 모두 전력값은 0이다. 이것 때문에, 비교기(224)의 출력은 「0」이므로 OMV(223)의 다른 쪽의 입력 신호 A2는 「1」이다. 이 때 비교기(221)에 입력되어 반사파의 전력값은 상술한 바와 같이 제 2 임계값을 초과하고 있기 때문에 펄스 출력 회로(222)로부터는 펄스가 출력되지 않고, 따라서 OMV(223)의 한쪽의 입력 신호 A1은 「0」이다.
그리고 도 7(d)에 나타낸 바와 같이 바이어스용 고주파 전원 유닛(3)측에서 발생한 반사파가 감쇠하고, 타이밍 신호 생성부(22)의 비교기(221)에 입력되는 전력값이 제 2 임계값을 하회하면, 비교기(221)의 출력이 「1」로부터 「0」으로 변화되고, 펄스 출력 회로(222) 내의 미분 회로에서 이 변화가 검지되고, 펄스 출력 회로(222)로부터 OMV(223)로 펄스 신호가 출력된다.
이것 때문에 OMV(223)의 한쪽의 입력 신호 A1가 「1」로 되고, OMV(223)의 입력 조건(앤드(AND) 조건)이 성립하여 OMV(223)로부터 제1회째의 타이밍 신호인 펄스 신호 A3이 출력된다. 이 결과, 전력 제어부(211)는 미리 설정된 대기 시간 t0의 경과 후의 시각 T2’부터 고주파 전원(21)의 출력을 0kW→5kW(제1단계째의 전력)까지 증대시키는 동작을 행한다.
다음으로 도 7에 나타낸 시각 T4’의 바로 앞의 타이밍에서, 소스측, 바이어스측의 각각에서 발생한 반사파가 제 1, 제 2 임계값을 하회하는 타이밍을 검지하여, 고주파 전원(21)의 출력을 증대시키는 동작에 대하여 설명한다. 이 경우에는, 이미 고주파 전원(21)으로부터 소스측에 프로세스시의 전력보다 작은 제1단계째의 전력이 인가되어 있기 때문에, 시각 T3’에 있어서 바이어스측의 고주파 전원(31)의 출력이 증대한 것에 의해 반사파가 소스측에도 발생하고, 이 반사파의 전력값이 반사파 전력계(214)에 의해 계측되어 비교기(224)로 입력되고 있다.
이 반사파의 전력값이 제 1 임계값을 초과하고 있는 동안에는, OMV(223)의 다른 쪽의 입력 신호 A2는 「0」의 상태로 되어 있고, 상기 전력값이 제 1 임계값을 하회하면 상기 입력 신호 A2가 「1」로 된다. 한편, 바이어스측의 반사파의 전력값이 제 2 임계값을 하회한 타이밍에서 상술한 바와 같이 OMV(223)의 입력 조건이 성립하여 OMV(223)로부터 제2회째의 타이밍 신호인 펄스 신호 A3이 전력 제어부(211)에 출력된다.
이 결과, 전력 제어부(211)는 대기 시간 Δt0의 경과 후, 시각 T4’보다 고주파 전원(21)의 출력을 5kW→10kW(프로세스시의 전력)까지 증대시키는 동작을 행한다.
그런데 예컨대, 도 7(b) 및 도 7(d)의 시각 T3’의 후에 발생한 반사파의 전력값의 시간 경과에 따른 변화를 보더라도 알 수 있듯이, 일반적으로는 출력을 증대시킨 고주파 전원측(본 예에서는 바이어스측의 고주파 전원(31))에 발생하는 반 사파쪽이 감쇠할 때까지 긴 시간이 필요하고, 출력을 증대시키고 있지 않은 상대측(본 예에서는 소스측의 고주파 전원(21))에 발생하는 반사파쪽이 비교적 짧은 시간에 감쇠한다. 이 경우에는 도 3에 나타내는 타이밍 신호 생성부(22)는, 우선 소스측의 반사파의 전력값이 제 1 임계값을 하회하여 부정 회로(225)로부터의 출력 신호가 「1」로 되어 있고, 이것에 이어서 바이어스측의 반사파의 전력값이 제 2 임계값을 하회하여 펄스 출력 회로(222)로부터 펄스 신호가 출력되고, 이 결과, OMV(223)의 양 입력 신호 A1, A2가 「1」로 되어 전력 제어부(211)로 펄스 신호 A3이 출력된다.
이와 같이, 신호 A2→펄스 신호 A1의 순서로 OMV(223)에 신호가 입력되는 경우에는, 각 반사파가 감쇠하는 타이밍이 서로 크게 어긋났다고 해도, OMV(223)는 뒤에서 감쇠한 바이어스측의 반사파가 임계값을 하회한 타이밍을 파악하여 전력 제어부(211)를 작동시킬 수 있다.
이것에 대하여 도 7(b) 및 도 7(d)에 나타낸 예와는 반대로, 출력을 증대시킨 고주파 전원측(본 예에서는 바이어스측의 고주파 전원(31))에 발생하는 반사파의 감쇠보다, 출력을 증대시키고 있지 않은 상대측(본 예에서는 소스측의 고주파 전원(21))에 발생하는 반사파의 감쇠의 타이밍이 지연된다고 하는 사태가 일어난 경우에 대하여 생각한다. 이 경우에는, 펄스 출력 회로(222)로부터 출력되는 펄스 신호 A1의 시간폭이 짧게 설정되어 있으면, 예컨대, 바이어스측의 반사파의 감쇠를 검지하여 펄스 출력 회로(222)로부터 펄스 신호 A1가 출력되고 이 펄스 신호의 레벨이 하강한(펄스 신호가 소실한) 후에, 소스측의 반사파의 감쇠가 검지되어 부정 회로(225)측의 신호 A2가 「1」로 되면, OMV(223)의 입력 조건이 성립하지 않게 된다.
그래서 실시예에 따른 펄스 출력 회로(222)는, 상술한 바와 같이 소정의 시간폭, 예컨대, 수초 정도의 시간폭을 갖는 펄스 신호 A1을 출력하도록 구성되어 있고, 예를 들어 출력을 증대시키고 있지 않는 고주파 전원(예컨대, 시각 T3’의 후의 타이밍에 있어서는 소스측의 고주파 전원(21))에 발생하는 반사파가, 출력을 증대시킨 고주파 전원(본 예에서는 바이어스측의 고주파 전원(31))보다 뒤에 감쇠한 경우에도, 한쪽의 입력 신호 A1가 「1」의 상태를 일정 시간 계속하고 있는 것에 의해, 뒤에서 감쇠한 소스측의 반사파가 임계값을 하회한 타이밍을 파악하여 전력 제어부(211)를 작동시키는 것이 가능해지고 있다.
또, 2개의 반사파가 감쇠하는 타이밍이 크게 달라서, 펄스 출력 회로(222)로부터 출력되는 펄스 신호 A1이 가지는 시간폭보다 느린 타이밍에서 부정 회로(225)의 출력이 「1」로 되는 것 같은 경우에는, 예컨대, 상위측의 제어부(100)에 의해 미리 설정한 시간이 경과하더라도 하부 전극(41)에 인가되는 전력이 증대하지 않는 것을 검지하여 이것을 오퍼레이터에 통보하거나, 소스용 고주파 전원 유닛(2), 바이어스용 고주파 전원 유닛(3)으로부터의 전력의 인가 동작을 다시 하거나 하도록 하면 좋다.
또한, 펄스 출력 회로(222)로부터 출력되는 신호 A1은, 바이어스측의 반사파의 전력값이 제 2 임계값을 하회한 것을 검지하여 「1」로 되는 단계 신호를 출력 하도록 구성할 수도 있지만, 이 경우에는 예컨대, 각 고주파 전원(21, 31)의 출력을 올리는 타이밍(시각 T1’~시각 T4’의 각 시각)에서 펄스 출력 회로(222)로부터의 출력을 리셋하는 동작이 필요하게 된다.
이상, 각 고주파 전원(21, 31)에 의해 발생하는 반사파를 소스용 고주파 전원 유닛(2)측에서 감시하고, 그 전력값이 미리 설정한 임계값(제 1 임계값, 제 2 임계값)을 하회한 시점에서 상기 소스용 고주파 전원 유닛(2)측의 고주파 전원(21)으로부터 인가되는 고주파 전력의 출력을 증대시키는 회로의 구성 및 그 동작에 대한 설명을 했지만, 도 4에 나타낸 바이어스용 고주파 전원 유닛(3)측의 타이밍 신호 생성부(32) 및 고주파 전원(31)의 구성 및 동작에 관해서도 상술한 소스용 고주파 전원 유닛(2)측의 타이밍 신호 생성부(32)와 거의 같아지고 있다.
즉, 자신의 반사파 전력계(314)에 의해 계측된 반사파는, 비교기(324)에서 미리 설정된 임계값(제 3 임계값)을 초과했는지 여부가 검출되고, 부정 회로(325)에서 반전되어 신호 B2가 OMV(323)에 인가된다. 또한 소스용 고주파 전원 유닛(2)측에서 계측되고, 송신된 반사파의 전력값이 미리 설정된 임계값(제 4 임계값) 이하의 값으로 감쇠하면, 펄스 출력 회로(322)로부터 미리 설정한 길이의 펄스 신호 B1이 OMV(323)에 출력된다. OMV(323)는 양 입력단의 논리가 모두 「1」로 되었을 때에, 타이밍 신호인 펄스 신호 B3을 전력 제어부(311)에 공급한다. 따라서, 타이밍 신호 생성부(32)는 자신의 고주파 전력의 반사파의 전력값이 제 3 임계값 이하이며, 또한, 소스측의 고주파 전력의 반사파가 일단 증대하여 그 후, 제 4 임계값 보다 작게 되었을 때에 전력 제어부(311)에 타이밍 신호가 출력되게 되어 있다.
또 전력 제어부(311)도 상술한 바와 마찬가지로, 제어부(100)측으로부터의 ON/OFF 신호가 ON이며, 또한, 타이밍 신호 생성부(32)로부터 타이밍 신호인 펄스 신호 B3을 수신한 시점에서 미리 설정한 대기 시간 Δt0이 경과한 시각에서, 고주파 전원(31)의 출력을 미리 설정한 전력값까지 증대시킨다. 전력 제어부(311)가 OMV(323)로부터의 펄스 신호 B3을 수신한 회수를 증가시켜 기억하는 기능이나, 펄스 신호 B3의 수신 회수에 따라 고주파 전원(31)의 출력을 예컨대, 0kW→2.5kW(제1단계째의 전력), 2.5kW→5kW(프로세스시의 전력)로 증대시키도록 구성되어 있는 점도 상술한 바와 같다.
여기서 바이어스용 고주파 전원 유닛(3)의 기동 개시 직후에는, 고주파 전원(31, 21)의 어느 것으로부터도 고주파 전력이 출력되고 있지 않으므로, 반사파는 발생하지 않고 있기 때문에 OMV(323)은 타이밍 신호를 생성할 수 없다. 그래서 OMV(323)와 전력 제어부(311) 사이에는 OR 회로(327)를 통해 OMV(326)가 접속되어 있고, 이 OMV(326)가 제어부(100)로부터의 기동 신호가 ON으로 된 타이밍에서 상기 신호를 펄스 신호 B4로 변환하고, 이 펄스 신호 B4를 1회째의 타이밍 신호로서 전력 제어부(311)로 출력하고, 고주파 전원(31)의 출력 증대를 시작하는 구성으로 되어 있다. 이 점에서 바이어스측 고주파 전원 유닛(3)은, 이미 고주파 전력이 인가되어 있고, OMV(223)로부터 타이밍 신호(펄스 신호 A3)를 출력 가능한 상태로 기동하는 소스용 고주파 전원 유닛(2)과는 구성이 다르다.
그 밖에, 고주파 전원(31)이 고주파 전원 본체(312), 방향성 결합기(313), 및 반사파 전력계(314), 진행파 전력계(315)를 구비하는 점은, 상술한 소스용 고주파 전원 유닛(2)측의 고주파 전원(21)과 마찬가지다.
또 이상에 설명한 예에 있어서는, 타이밍 신호 A3(B3)이 전력 제어부(211)(311)에 출력되고, 계속해서 전력 제어부(211)(311)에서 미리 설정한 시간 경과 후에 전력 증대를 위한 제어 동작이 행하여지지만, 예컨대, OMV(223)(323)의 후단에 펄스 신호의 출력을 상기 미리 설정한 시간만큼 지연시키는 지연 회로를 마련하고, 이 지연 회로로부터 출력된 펄스 신호를 타이밍 신호 A3(B3)으로 해도 좋다. 이 경우에는, 타이밍 신호 A3(B3)이 전력 제어부(211)(311)에 입력된 후, 즉시 전력 증대를 위한 제어 동작이 행하여지게 된다.
다음으로 에칭 처리 장치(1)의 전체 구성의 설명으로 되돌아가면, 상술한 제어부(100)는, 예컨대, 도시하지 않는 CPU와 메모리를 구비한 컴퓨터로서 구성되어 있고, 메모리에는, 각 고주파 전원 유닛(2, 3)에 기동 신호(ON/OFF 신호)를 출력하거나, 이들 고주파 전원 유닛(2, 3)으로부터의 진행파, 반사파의 전력값을 감시하거나 하는 상술한 동작에 부가하여, 상기 에칭 처리 장치(1)의 전체의 동작의 통괄 제어, 즉, 처리 용기(10) 내에 기판 S를 반입하고, 하부 전극(41) 상에 탑재된 기판 S에 에칭 처리를 실시하고 나서 반출하기까지의 동작에 관계되는 제어 등에 대한 단계(명령) 그룹이 짜여진 프로그램이 기억되어 있다. 이 프로그램은, 예컨대, 하드디스크, 컴팩트 디스크, 마그네틱 광디스크, 메모리 카드 등의 기억 매체에 저장되고, 거기에서 컴퓨터에 설치된다.
계속해서 이 에칭 처리 장치(1)의 작용에 대하여 도 5, 도 6의 흐름도 및 도 7(a)~도 7(d)를 참조하면서 설명한다. 우선 오퍼레이터가 가스종(種), 처리 용기(10) 내의 압력, 각 고주파 전력 유닛(2, 3)으로부터 공급되는 프로세스시의 전력 등의 처리 조건을 도시하지 않는 입력 화면으로부터 입력한다. 그리고 게이트 벨브(12)를 열고, 예컨대, 표면에 레지스트가 패터닝되고, 그 하층에 금속막이 형성된 기판 S를, 도시하지 않는 외부의 반송아암에 의해 처리 용기(10) 내에 반입하고, 상기 반송아암과 도시하지 않는 승강핀과의 협동 작용에 의해, 이 기판 S를 하부 전극(41)에 탑재한다. 계속해서 게이트 벨브(12)를 닫고, 가스 샤워 헤드를 겸용하는 상부 전극(51)으로부터 처리 용기(10) 내에 처리 가스를 공급하면서 처리 용기(10) 내를 진공 흡인하여, 처리 공간(13) 내를 설정한 압력으로 한다.
그런 후, 도 5의 흐름도에 나타낸 바와 같이, 제어부(100), 바이어스용 고주파 전원 유닛(3) 및 소스용 고주파 전원 유닛(2)에 의해 전력의 공급 동작을 개시한다. 우선 제어부(100)는, 도 7(a), 도 7(c)에 나타낸 바와 같이, 시각 T1’에서 소스용 고주파 전원 유닛(2)과 바이어스용 고주파 전원 유닛(3)을 ON으로 하는 기동 신호를 송신하고(단계 S101), 전력 공급에 따른 동작을 종료한다(종료). 이하, 하부 전극(41)에 소스 전력 및 바이어스 전력을 인가하는 동작은, 소스용 고주파 전원 유닛(2) 및 바이어스용 고주파 전원 유닛(3)에 의해 제어부(100)의 제어로부터 독립적으로 실행된다.
각 고주파 전원 유닛(2, 3)에 의해, 「ON」의 상태의 기동 신호를 수신하면 (단계 S201, S301), 상기 ON 신호 및 도 4에 나타낸 OMV(326)의 작용에 의해 전력 제어부(311)가 작동하여, 우선 바이어스측의 고주파 전원(31)으로부터 하부 전극(41)에, 프로세스시의 전력보다 낮은 제1단계째의 전력을 인가하는 동작이 즉시 시작된다(단계 S302). 부하측에 고주파 전력이 인가된 것에 의해, 상기 고주파 전원(31)에는 반사파가 발생하고, 도 7(d)에 나타낸 바와 같이 반사파의 전력은 인가하는 전력의 증대에 맞춰 증가해간다. 그리고 고주파 전원(31)으로부터 인가되는 전력은 제1단계째의 전력의 설정값으로 된 단계에서 일정해지는 한편, 반사파의 전력은 정합 회로(162)에 의한 매칭에 의해 서서히 하강해간다.
그 동안, 바이어스용 고주파 전원 유닛(3)측에서 계측된 반사파의 전력값은, 소스용 고주파 전원 유닛(2)으로 실시간으로 송신되고 있고(단계 S303), 소스용 고주파 전원 유닛(2)에 있어서는, 이 전력값을 수신하여(단계 S202), 상기 전력값이 제 2 임계값 이하로 될 때까지 바이어스용 고주파 전원 유닛(3)측의 반사파를 감시한다(단계 S203; "아니오").
그리고, 이 반사파의 전력값이 일단 증대하여 그 후, 제 2 임계값보다 작게 된 것이 상술한 펄스 출력 회로(222)의 작용에 의해 검지되면(단계 S203; "예"), 타이밍 신호가 생성되고, 대기 시간 Δt0이 경과한 후의 시각 T2’에 있어서 전력 제어부(211)가 작동하여, 소스측의 고주파 전원(21)으로부터 프로세스시의 전력보다 낮은 제1단계째의 전력이 하부 전극(41)에 인가된다(단계 S204).
이 결과, 도 7(b), 도 7(d)에 나타낸 바와 같이 소스측, 바이어스측의 양쪽 의 고주파 전원(21, 31)을 향해서 부하측으로부터 반사파가 전파한다. 이 때 바이어스측에서는 자신쪽으로 전파하여 온 반사파의 전력값이 계측되고(단계 S304), 또한 소스측에서는, 상기 소스측에서 계측된 반사파의 전력값이 바이어스측을 향해 출력된다(단계 S205).
바이어스측에서는 자신의 반사파에 대한 전력값의 계측 결과(도 6, 단계 S304), 및 소스측으로부터의 수신한 반사파의 전력값(단계 S305)이 각각 제 3 임계값, 제 4 임계값 이하의 값으로 될 때까지 이들의 값을 감시한다(단계 S306; "아니오"). 그리고, 바이어스측의 반사파의 전력값이 제 3 임계값 이하로 되고, 소스측으로부터 수신한 반사파의 전력값이 일단 증대하여 그 후, 제 4 임계값 이하로 되면(단계 S306; "예"), 타이밍 신호가 생성되고, 대기 시간 Δt0이 경과한 후의 시각 T3’에 있어서 전력 제어부(311)가 작동하여, 바이어스측의 고주파 전원(31)으로부터 프로세스시의 전력이 하부 전극(41)에 인가된다(단계 S307).
이하, 이 전력의 인가 동작으로 소스측, 바이어스측 양쪽에 발생한 반사파의 전력값을 실시간으로 계측(단계 S206), 송수신하여(단계 S308, S207) 감시하고(단계 S208; "아니오"), 각각의 전력값이 제 1, 제 2 임계값 이하로 되면(단계 S208; "예"), 타이밍 신호가 생성되고, 대기 시간 Δt0이 경과한 후의 시각 T4’에서 이번에는 소스측의 고주파 전원(21)으로부터 프로세스시의 전력이 하부 전극(41)에 인가되어(단계 S209), 전력 공급에 관한 기동 동작을 종료한다(종료). 이 결과, 처리 공간(13) 내에 안정한 플라즈마가 형성되어 기판 S의 에칭 처리가 시작되는 것으로 된다.
본 실시예에 의하면 이하의 효과가 있다. 플라즈마의 시동시에 복수의 고주파 전원(21, 31)의 출력 전력을 순서대로 단계적으로 크게 하는 에칭 처리 장치(1)에 있어서, 출력 전력을 1단계 크게 하는 순서가 돌아온 하나의 고주파 전원(21, 31)에 대하여, 적어도 다른 고주파 전원(31, 21)의 반사파의 전력값이 임계값 이하로 된 후, 대기 시간이 경과했을 때에 상기 하나의 고주파 전원(21, 31)의 출력 전력을 1단계 크게 하도록 하고 있기 때문에, 예컨대, 미리 설정한 시간의 경과를 기다려 다음 단계의 고주파 전력을 인가하는 방법과 비교하여, 반사파가 충분히 감쇠하지 않는 중에 다음 단계가 실행되어 반사파가 에칭 장치의 회로 내를 중첩적으로 전파하여 플라즈마를 형성할 수 없다고 하는 사태의 발생을 방지하여 에칭 처리 장치(1)를 안정적으로 기동할 수 있는 한편, 반사파가 일찍 감쇠한 경우에는 불필요한 대기 시간을 발생시키지 않고 신속히 다음 단계를 실행하여 신속한 기동을 실현된다.
그리고 본 예에서는 다른 고주파 전원(31, 21)의 반사파가 임계값 이하로 된 것과, 상기 하나의 고주파 전원(21, 31)인 자신측에서 계측된 고주파 전력의 반사파가 임계값 이하로 된 것의 양 조건이 성립하고 나서 출력 전력을 1단계 크게 하도록 하고 있기 때문에, 반사파가 감쇠하는 타이밍이 교체하는 경우에 있어서도 안정되게 에칭 처리 장치(1)를 기동할 수 있다.
또 각 고주파 전원 유닛(2, 3)에는, 반사파의 전력값의 송수신(전송)을 직접 행하기 위한 신호 전송로가 마련되어 있고, 타이밍 신호 생성부(22, 32)가 각 고주 파 전원 유닛(2, 3)에 마련되어 있기 때문에, 이들의 고주파 전원 유닛(2, 3)은 제어부(100)를 거치지 않고 고주파 전원(21, 31)을 직접 제어하여 그 출력을 증대시킬 수 있다. 보통, 에칭 처리 장치(1)의 기동시에는, 제어부(100)는 처리 용기(10) 내의 압력 제어나 에칭 가스의 공급량 제어 등을 병행하여 실행하고 있어, 부하가 높은 상태로 되어 있다. 이것 때문에, 반사파의 전력값이 임계값 이하로 됐는지 여부의 판단이나, 이 판단 결과에 근거하여 고주파 전원(21, 31)의 출력을 증대시키는 제어를 제어부(100)측에서 행하면, 이들의 동작에 지연을 발생시킬 우려가 있다. 이 점에서, 각 고주파 전원 유닛(2, 3)은 전력의 공급 동작에 특화하여 이들의 판단이나 제어를 실행하는 것이 가능하고, 제어부(100)에 이러한 부담을 경감하여 신속한 기동 동작을 실현할 수 있다.
여기서 도 1에 나타낸 에칭 처리 장치(1)에 있어서는, 소스측, 바이어스측 양쪽의 고주파 전력 유닛(2, 3)을 하부 전극(41)에 접속하는, 이른바 하부 2주파 타입의 에칭 처리 장치(1)를 나타내었지만, 고주파 전력 유닛(2, 3)의 접속 방식은 이것에 한정되는 것이 아니라, 예컨대, 소스용 고주파 전원 유닛(2)을 상부 전극(51)측에 접속하고, 바이어스용 고주파 전원 유닛(3)을 하부 전극(41)에 접속하는 이른바 상하 2주파 타입의 에칭 처리 장치(1)에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또 에칭 처리 장치(1)에 마련하는 고주파 전원의 수도 2개에 한정되는 것이 아니라, 3개 이상이더라도 좋다. 예컨대, 플라즈마 형성용의 전력을 대용량으로 인가하기 위해, 예컨대, 소스측으로서 2개의 고주파 전원 S1, S2를 하부 전극(41)에 접속하고, 바이어스측의 고주파 전원 B를 하부 전극(41)에 더 접속하여 하부 2주파 형의 에칭 처리 장치(1)를 구성하는 경우 등이 생각된다.
이 경우에는, 각 고주파 전원 S1, S2, B의 출력을 증대시키는 시퀀스는, 예컨대, 고주파 전원 B→고주파 전원 S1→고주파 전원 S2→고주파 전원 B→…, 와 같이, 3개의 고주파 전원 S1, S2, B의 출력을 순서대로 증대시키더라도 좋고, 고주파 전원 B→고주파 전원 S1와 S2→고주파 전원 B→… 와 같이 바이어스측, 소스측의 출력을 교대로 증대시키도록 하여도 좋다. 어느 쪽의 시퀀스에 있어서도, 출력 전력을 1단계 크게 하는 순서가 돌아온 하나의 고주파 전원에 대하여, 다른 고주파 전원의 반사파의 계측 전력값이 임계값 이하로 된 후, 상기 하나의 고주파 전원의 출력 전력을 1단계 크게 하도록 구성하는 것이 가능하다.
또 도 3, 도 4에 나타낸 각 고주파 전원 유닛(2, 3)에 있어서는, 자신의 반사파의 전력값과 상대측의 반사파의 전력값과의 양쪽이 미리 설정한 임계값 이하로 된 경우에만 각 고주파 전원(21, 31)의 출력 전력을 증대시키는 구성으로 되어 있지만, 예컨대, 상대측의 반사파만이 미리 설정한 임계값 이하로 된 것을 검지하여 출력을 증대시키는 구성으로 해도 좋다.
이것은, 예컨대, 도 7(b) 및 도 7(d)을 이용하여 이미 설명한 바와 같이, 출력을 증대시킨 고주파 전원측에 발생하는 반사파쪽이 감쇠할 때까지 긴 시간이 필요하고, 출력을 증대시키고 있지 않는 다른 쪽에 발생하는 반사파쪽이 비교적 짧은 시간에 감쇠하는 것이 일반적이고, 상기 다른 쪽의 출력을 증대시키는 데 있어서는, 상대측, 즉 출력을 증대시킨 고주파 전원측에 발생하는 반사파의 값을 감시해 두면 충분한 경우도 많기 때문이다.
또 반사파의 전력값이 미리 설정한 임계값 이하로 됐는지 여부를 판단하는 수법은, 도 3, 도 4에 나타낸 하드웨어적인 수법에 의해 논리 회로를 이용하여 행하는 경우에 한정되지 않고, 예컨대, 각 고주파 전원 유닛(2, 3)에 CPU를 마련하여, 상기 CPU에서 소프트웨어적으로 판단을 행하도록 할 수도 있다. 또한, 각 고주파 전원 유닛(2, 3)에 의해 이들의 판단을 행하는 경우에 한정되지 않고, 에칭 처리 장치(1) 전체의 동작 제어를 행하는 제어부(100)에 의해 반사파의 전력값의 계측 결과를 취득하고, 임계값 이하로 됐는지 여부의 판단을 행하여 각 고주파 전원(21, 31)의 출력을 증대시키더라도 좋은 것은 물론이다.
그리고 이 판단은, 도 3, 도 4의 실시예 중에 나타낸 바와 같이, 반사파의 전력값의 계측 결과를 반사파 정보로서 상대측에 송신하여, 이것을 수신한 상대측에서, 임계값 이하로 됐는지 여부를 판단하는 방식에 한정되는 것이 아니라, 반사파의 전력값을 계측한 고주파 전원(21, 31)측에서 상기 전력값이 상대측의 출력을 증대 가능한 임계값 이하로 됐는지 여부를 판단하고, 상대측에는 그 전력값이 임계값 이하로 된 것을 나타내는 판단 신호를 반사파 정보로서 송신하도록 할 수도 있다.
이밖에, 복수의 고주파 전원을 설치하는 플라즈마 처리 장치는, 도 1에 나타낸 평행평판형인 것에 한정되는 것이 아니라, 예컨대, 유도결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma)형의 에칭 장치의 예컨대, 나사 형상 코일과 하부 전극에 각기 고주파 전원을 마련한 경우 등에 있어서도 본 발명을 적용할 수 있다.
또 상술한 실시예에 있어서는, 플라즈마의 시동시에 하나의 고주파 전원(21, 31)에 대하여, 적어도 다른 고주파 전원(31, 21)의 반사파의 전력값이 임계값 이하로 되고 나서 상기 하나의 고주파 전원(21, 31)의 출력 전력을 1단계 크게 하는 예에 대하여 설명했지만, 본 발명의 적용 가능한 케이스는 플라즈마의 시동시에 한정되지 않는다. 예컨대, 처리 용기(10) 내에서의 플라즈마 형성 영역이나, 플라즈마의 전자 온도, 전자 밀도의 조정 등, 에칭 처리 장치(1)의 상태를 변경할 목적으로, 예컨대, 도 8(a), 도 8(b)에 나타낸 바와 같이, 소스측, 바이어스측의 각 고주파 전원 유닛(2, 3)의 인가 전력을 제 1 프로세스시의 전력으로부터, 제 2 프로세스시의 전력까지, 예컨대, 중간 전력을 사이에 두고 단계적으로 상승시켜가는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또 도 8에 나타낸 예와는 반대로, 예컨대, 도 9(a), 도 9(b)에 나타낸 바와 같이, 에칭 처리 장치(1)의 상태를 변경할 목적으로, 소스측, 바이어스측의 각 고주파 전원 유닛(2, 3)의 인가 전력을 제 1 프로세스시의 전력으로부터, 제 2 프로세스시의 전력까지 단계적으로 하강시켜가는 경우, 또는, 한쪽은 단계적으로 상승시키고, 다른 쪽은 단계적으로 하강시키는 경우 등, 복수의 고주파 전원의 출력 전력을 변화시키는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다. 그리고, 이 경우의 운전 상태의 변경에는, 예컨대, 에칭 처리 장치(1)를 정지하는 경우도 포함하고 있고, 이 경우는 도 9에 나타낸 제 2 프로세스시의 전력은 0으로 된다.
또, 단계적인 출력 전력의 변경(상승이나 하강)은, 각 고주파 전원(31, 21)의 출력의 변경을 순서대로 변경하는 경우에 한정되는 것이 아니라, 예컨대, 한쪽을 연속하여 2단계 이상으로 나눠 상승시키고, 그런 후, 다른 쪽을 연속하여 2단계 이상으로 나눠 상승시키는 경우 등에도, 양쪽의 고주파 전원(31, 21)의 반사파의 전력값이 임계값 이하로 되고 나서 각 단계의 출력 변경을 실행하면 좋다.
또한 본 발명의 처리 장치는, 에칭 처리 이외의, 예컨대, 애싱이나 CVD(Chemical Vapor Deposition) 등, 다른 처리 가스를 이용하여 피처리체에 대하여 처리를 행하는 처리에 적용할 수 있다. 또한 피처리체로서는 각형의 기판에는 한정되지 않고, FPD 기판이나 태양 전지용의 기판 외에, 예컨대, 원형의 반도체 웨이퍼 등이더라도 좋다.
도 1은 본 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 전체 구성을 나타내는 종단측면도,
도 2는 상기 플라즈마 처리 장치에 마련된 고주파 전원 유닛의 구성예를 나타내는 블록도,
도 3은 소스측의 고주파 전원 유닛의 내부 구성을 나타내는 설명도,
도 4는 바이어스측의 고주파 전원 유닛의 내부 구성을 나타내는 설명도,
도 5는 상기 플라즈마 처리 장치의 기동시에서의 고주파 전력의 공급 동작을 나타내는 제 1 흐름도,
도 6은 상기 고주파 전력의 공급 동작을 나타내는 제 2 흐름도,
도 7은 상기 공급 동작에 의해, 플라즈마 처리 장치에 고주파 전력이 단계적으로 공급되는 모양을 나타내는 설명도,
도 8은 플라즈마 상태를 조정할 때에, 플라즈마 처리 장치에 고주파 전력이 단계적으로 공급되는 모양을 나타내는 설명도,
도 9는 플라즈마 상태를 조정할 때에, 플라즈마 처리 장치에 고주파 전력이 단계적으로 공급되는 모양을 나타내는 다른 설명도,
도 10은 종래형의 플라즈마 처리 장치에 있어서 고주파 전력이 단계적으로 공급되는 모양을 나타내는 설명도.
부호의 설명
S : FPD 기판(기판) 1 : 에칭 처리 장치
10 : 처리 용기 16 : 매칭박스
100 : 제어부 101 : 제어 보드
161, 162 : 정합 회로 2 : 소스용 고주파 전원 유닛
21 : 고주파 전원 22 : 타이밍 신호 생성부
23 : 통신 보드 211 : 전력 제어부
212 : 고주파 전원 본체 213 : 방향성 결합기
214 : 반사파 전력계 215 : 진행파 전력계
221, 224 : 비교기 222 : 펄스 출력 회로
223 : 원샷 멀티바이브레이터(OMV) 225 : 부정 회로
3 : 바이어스용 고주파 전원 유닛 31 : 고주파 전원
32 : 타이밍 신호 생성부 33 : 통신 보드
311 : 전력 제어부 312 : 고주파 전원 본체
313 : 방향성 결합기 314 : 반사파 전력계
315 : 진행파 전력계 321, 324 : 비교기
322 : 펄스 출력 회로 323, 326 : OMV
325 : 부정 회로 327 : OR 회로
41 : 하부 전극 51 : 상부 전극
54 : 처리 가스 공급부

Claims (9)

  1. 처리 용기 내의 플라즈마에 관여하는 고주파를 출력하는 복수의 고주파 전원을 갖고, 플라즈마에 의해 상기 처리 용기 내의 피처리체에 대하여 처리를 행하고, 장치의 상태를 변경하기 위해 이들 복수의 고주파 전원의 출력 전력을 단계적으로 변화시키는 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    각 고주파 전원마다 마련되고, 고주파 전원과 상기 고주파 전원의 출력을 제어하는 전력 제어부와 상기 고주파 전원에 반사되는 반사파의 전력값을 계측하는 반사파 계측 수단을 포함하는 고주파 전원 유닛과,
    각 고주파 전원의 반사파의 계측 전력값이 임계값 이하로 됐는지 여부를 판단하는 수단과,
    출력 전력을 변화시키는 하나의 고주파 전원에 대하여, 다른 고주파 전원의 반사파의 계측 전력값이 임계값 이하로 된 후, 미리 설정한 시간이 경과했을 때에 상기 하나의 고주파 전원의 출력 전력을 변화시키기 위한 타이밍 신호를 상기 전력 제어부에 인가하는 수단
    을 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치의 상태 변경은 플라즈마의 시동이며, 또한 상기 출력 전력을 변화 시키는 것은 출력 전력을 1단계 크게 하는 것인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 타이밍 신호는, 다른 고주파 전원의 반사파의 계측 전력값이 임계값 이하로 된 것의 조건과 상기 하나의 고주파 전원의 반사파의 계측 전력값이 임계값 이하인 조건의 양 조건이 성립한 후, 미리 설정한 시간이 경과했을 때에 생성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    각 고주파 전원 유닛의 사이에 접속되고, 각 고주파 전원 유닛끼리의 사이에서 반사파의 계측 전력값 또는 그 계측 전력값이 임계값 이하인 것의 판단 신호로 이루어지는 반사파 정보의 전송을 직접 행하기 위한 신호 전송로가 마련되고,
    상기 타이밍 신호를 상기 전력 제어부에 인가하는 수단은, 각 고주파 전원 유닛에 마련되고, 상기 신호 전송로로부터 보내진 다른 고주파 전원의 반사파 정보에 근거하여 상기 타이밍 신호를 생성하는 수단을 포함하는
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 타이밍 신호를 상기 전력 제어부에 인가하는 수단은,
    자신의 고주파 전원의 반사파의 계측 전력값이 임계값 이하로 됐는지 여부를 판단하는 수단과,
    이 수단에서의 판단 결과와 상기 신호 전송로로부터 보내진 다른 고주파 전원의 반사파 정보에 근거하여 상기 타이밍 신호를 생성하는 수단을 포함하는
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    고주파 전원의 반사파의 계측 전력값이 임계값 이하로 됐는지 여부를 판단하는 수단과, 상기 타이밍 신호를 생성하는 수단은 논리 회로에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 처리 용기 내의 플라즈마에 관여하는 고주파를 출력하는 복수의 고주파 전원을 갖고, 플라즈마에 의해 상기 처리 용기 내의 피처리체에 대하여 처리를 행하고, 장치의 상태를 변경하기 위해 이들 복수의 고주파 전원의 출력 전력을 단계적으로 변화시키는 플라즈마 처리 장치의 운전 방법에 있어서,
    각 고주파 전원의 반사파의 전력값을 계측하는 공정과,
    출력 전력을 변화시키는 하나의 고주파 전원 이외의 다른 고주파 전원의 반사파의 계측 전력값이 임계값 이하인지 여부를 판단하는 공정과,
    상기 다른 고주파 전원의 반사파의 계측 전력값이 임계값 이하로 됐다고 판단된 후, 미리 설정한 시간이 경과했을 때에 상기 하나의 고주파 전원의 출력 전력을 변화시키는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치의 운전 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 장치의 상태 변경은 플라즈마의 시동이며, 또한 상기 출력 전력을 변화시키는 것은 출력 전력을 1단계 크게 하는 것인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치의 운전 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 하나의 고주파 전원의 반사파의 계측 전력값이 임계값 이하인지 여부를 판단하는 공정을 포함하고,
    상기 하나의 고주파 전원의 출력 전력을 변화시키는 공정은, 상기 다른 고주파 전원의 반사파의 계측 전력값이 임계값 이하로 된 것의 조건과 상기 하나의 고 주파 전원의 반사파의 계측 전력값이 임계값 이하인 조건의 양 조건이 성립한 후, 미리 설정한 시간이 경과했을 때에 행해지는
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치의 운전 방법.
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