KR101654868B1 - 플라즈마 처리 장치, 플라즈마 처리 방법, 프로그램을 기록한 기록매체 - Google Patents

플라즈마 처리 장치, 플라즈마 처리 방법, 프로그램을 기록한 기록매체 Download PDF

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Abstract

포커스 링의 높이를 바꾸지 않고 기판 주연부에서의 부착물 저감과 처리 결과의 양방을 균형 있게 개선할 수 있는 최적인 인가 전압을 효율적으로 구하고, 그 최적 인가 전압을 정확하고 간단하게 조정한다. 재치대(103)의 기판 재치부를 둘러싸도록 배치된 유전성 링(210)과, 유전성 링 상에 설치된 도전성 링(220)을 구비하고, 도전성 링의 플로팅 전압을 검출하는 전압 센서(234)와, 도전성 링에 직류 전압을 인가하는 직류 전원(230)을 구비하고, 도전성 링으로부터 실제로 검출된 플로팅 전압에 기초하여 도전성 링에 인가하는 최적인 전압을 구하고, 플라즈마 처리마다 실제로 검출된 플로팅 전압으로부터 구해진 변동량에 따라 그 최적 인가 전압을 조정한다.

Description

플라즈마 처리 장치, 플라즈마 처리 방법, 프로그램을 기록한 기록매체{PLASMA PROCESSING APPARATUS, PLASMA PROCESSING METHOD AND STORAGE MEDIUM STORING PROGRAM}
본 발명은 기판을 재치하는 재치대와 그 기판의 주위를 둘러싸도록 재치대에 설치된 포커스 링을 구비한 플라즈마 처리 장치, 플라즈마 처리 방법, 프로그램에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 과정에서는, 예를 들면 반도체 웨이퍼, FPD 기판, 태양전지용 기판 등의 기판에 미세한 회로 패턴을 형성할 목적으로 플라즈마 에칭 처리가 반복 실시된다. 플라즈마 에칭 처리에서는, 예를 들면 감압 가능하게 구성된 플라즈마 처리 장치의 처리실 내에 대향 배치된 전극 간에 고주파 전압을 인가하여 플라즈마를 발생시켜 재치대 상에 재치한 기판에 대하여 플라즈마를 작용시켜 에칭을 행한다.
이러한 플라즈마 에칭 처리 시에 기판의 중앙부와 마찬가지로 주연부에서도 균일하고 양호한 처리를 행하기 위하여, 재치대 상의 기판의 주위를 둘러싸도록 포커스 링을 재치대 상에 배치하여 에칭이 행해진다(특허 문헌 1 참조).
이러한 플라즈마 처리 장치에서는 일반적으로, 기판의 주연부가 재치대 보다 돌출되도록 재치되어 재치대와 포커스 링의 사이에는 간극이 있으므로, 그 간극에 유입된 CF계 폴리머 등의 플라즈마 생성물이 기판 주연부의 하면(이면)에 부착되어 퇴적물 발생의 요인이 된다고 하는 문제가 있었다.
이러한 기판 주연부의 이면의 부착물을 저감시키기 위하여, 재치대와 포커스 링의 사이에 유전체를 넣어 절연시킴으로써, 플라즈마 처리 중에 기판(재치대)과 포커스 링의 사이에 발생하는 전위차로부터 생기는 전계의 작용에 의해 플라즈마 중의 이온을 인입하여 기판 주연부에 유입시키도록 하는 것이 있다(특허 문헌 2 참조).
일본특허공개공보 2007-258417호 일본특허공개공보 2007-250967호
그러나, 예를 들면 특허 문헌 2와 같이 재치대와 포커스 링의 사이에 유전체를 넣어 절연시키는 것에서는 플라즈마 처리 중에 기판(재치대)과 포커스 링의 사이에 전위차가 발생하므로, 기판 상과 포커스 링 상에서 플라즈마 시스의 두께가 상이하다. 이 때문에 플라즈마 시스에 변형이 발생하고, 특히 기판 주연부 근방으로 인입되는 플라즈마 중의 이온의 입사각이 기울어지기 때문에, 그 부분에 형성되는 홀 또는 트렌치가 기울어지는 등 처리 결과에 영향을 준다고 하는 문제가 있다.
이 경우, 포커스 링 상면의 높이를 조정함으로써 포커스 링 상의 플라즈마 시스의 높이를 조정할 수 있으므로, 이에 따라 플라즈마 시스의 변형을 완화할 수 있다. 이 때문에, 종래에는 상면의 높이가 상이한 포커스 링을 복수 준비하고, 이들을 이용하여 플라즈마 처리를 시험하여 최적인 것을 찾아낸다고 하는 작업을 행하고 있었다.
그러나, 모처럼 최적인 포커스 링을 찾아내도 플라즈마 에칭 처리를 반복하는 동안에 포커스 링이 소모되어 그 높이가 바뀌면, 재차 플라즈마 시스에 변형이 발생한다. 이 경우, 포커스 링의 높이의 미세 조정을 할 수 없기 때문에, 처리 결과 예를 들면 홀 또는 트렌치의 기울기가 허용치를 넘을 때마다 포커스 링을 교환해야 했다. 또한, 플라즈마 에칭의 처리 조건이 바뀌면 기판에 가해지는 전위 또는 플라즈마 시스 상태도 바뀌기 때문에, 처리 조건마다 최적인 높이의 포커스 링을 다시 설계해야 했다.
또한, 포커스 링의 상면의 높이를 높게 하면 기판 주연부 근방의 상방의 플라즈마 시스의 기울기가 개선되므로, 기판 주연부 근방의 이온 입사각도 수직에 근접할 수 있어, 기판 주연부에 형성되는 홀 또는 트렌치의 기울기도 개선할 수 있다. 그러나, 한편으로는 기판과 포커스 링의 간극에 유입되는 플라즈마 중의 이온의 입사각도 수직에 가까워지므로, 기판 주연부로 유입되기 어려워져, 기판 주연부의 부착물 저감 효과는 약해진다. 이와 같이, 기판 주연부에 형성되는 홀 또는 트렌치의 기울기와 기판 주연부의 이면의 부착물 저감 효과는 트레이드 오프의 관계에 있으므로, 포커스 링의 상면의 높이만으로 이들 양방을 균형 있게 개선하는 것은 곤란했다.
또한, 특허 문헌 1에는 포커스 링의 소모 정도에 기초하여 소정의 직류 전압을 인가하여 포커스 링 상의 플라즈마 시스의 두께를 두껍게 함으로써 플라즈마 시스에 변형을 억제한다고 하는 기재가 있다. 그러나, 최적인 전압을 구하려면 플라즈마 검출, 포커스 링의 소모 정도의 예측 또는 검출 등이 필요해져, 최적 전압 또는 그 조정 전압을 구하는 처리나 구성이 복잡해진다. 또한, 애초에 특허 문헌 1의 포커스 링은 재치대에 직접 설치되어 있으므로 재치대와 전기적으로 도통(導通)하고 있어 플로팅시키지 않기 때문에, 기판 주연부의 부착물 저감 효과를 높일 수는 없다.
또한, 특허 문헌 2에는 재치대와의 사이가 절연된 포커스 링에 가변 직류 전원으로부터 직류 전압을 인가하여 기판(재치대)과 포커스 링 간의 전위차를 변화시킨다고 하는 기재가 있다. 그러나, 최적인 인가 전압을 구하는 방법까지는 기재되어 있지 않아, 특허 문헌 1과 같이 종래의 방법으로 최적 전압을 구하면 처리 또는 구성이 복잡화되어 시간과 수고가 든다. 또한, 애초에 특허 문헌 2에서는 기판 주연부에서의 처리 결과의 향상(예를 들면 홀 또는 트렌치의 기울기의 개선)까지는 고려되어 있지 않다.
그래서, 본 발명은 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 것은 포커스 링의 형상(상면의 높이 등)을 바꾸지 않고 기판의 주연부에서의 부착물 저감과 처리 결과의 양방을 균형 있게 개선할 수 있는 도전성 링에 인가되는 최적인 전압을 효율적으로 구할 수 있고, 그 최적 인가 전압의 조정도 정확하고 간단하게 할 수 있는 플라즈마 처리 장치 등을 제공하는 것에 있다.
본 발명자는, 포커스 링의 형상(상면의 높이 등)을 바꾸지 않고 기판의 주연부에서의 부착물의 저감과 처리 결과의 향상(예를 들면 에칭 형상의 기울기를 개선)의 양방의 효과를 높일 수 있는 최적인 인가 전압을 효율적으로 구하는 방법을 검토했다. 그 결과, 재치대에 유전성 링을 개재하여 도전성 링을 설치하고 플로팅시키는 구성의 포커스 링에서는, 플라즈마를 발생시키면 도전성 링에 플로팅 전압이 발생하여 그 플로팅 전압에 의한 도전성 링 전위로부터 플라즈마 전위까지의 사이에서 인가 전압을 결정함으로써, 기판의 주연부에서의 부착물 저감과 처리 결과의 양방을 균형 있게 개선할 수 있는 최적인 인가 전압이 효율적으로 구해지는 것을 알 수 있었다.
또한, 이 플로팅 전압은 포커스 링의 소모 또는 플라즈마 상태의 변동 등에 따라 변동된다. 이 때문에, 이 플로팅 전압의 변동량에 따라 플라즈마 처리마다 상기 최적 인가 전압을 조정할 뿐이라고 하는 정확하고 간단한 방법으로, 포커스 링의 소모 등이 발생해도 변동 전의 최적인 상태를 유지할 수 있는 것을 발견했다. 이하의 발명은 이러한 지견에 기초하여 이루어진 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 어느 한 관점에 따르면, 기판을 재치하는 재치대와 상기 기판의 주위를 둘러싸도록 상기 재치대에 설치된 포커스 링을 구비한 플라즈마 처리 장치에서 상기 재치대에 재치된 기판에 대하여 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법으로서, 상기 포커스 링은 상기 재치대의 기판 재치부를 둘러싸도록 배치된 유전성 링과, 상기 유전성 링 상에 설치된 도전성 링을 구비하고, 상기 도전성 링은, 상기 도전성 링의 플로팅 전압을 검출하는 전압 센서와 직류 전압을 인가하는 직류 전원이 접속되고, 상기 기판의 주연부의 주위를 둘러싸도록 배치되며, 상기 기판 재치부에 재치된 기판보다 높은 상면을 가지는 외측 링과, 상기 외측 링으로부터 내측으로 연장되어 상기 기판의 주연부의 하방으로 들어가도록 배치되고 상기 기판보다 낮은 상면을 가지는 내측 링을 일체로 구성하여 이루어지고, 상기 전압 센서로 검출된 상기 도전성 링의 플로팅 전압에 기초하여 상기 도전성 링에 인가하는 최적인 인가 전압(예를 들면 상기 기판의 주연부에서의 부착물 저감과 처리 결과의 양방을 균형 있게 개선하는데 최적인 인가 전압)을 구하여 기억부에 기억해 두고, 플라즈마 처리를 실행할 때에는 플라즈마 처리마다 상기 전압 센서로 상기 도전성 링의 플로팅 전압을 검출하여 플로팅 전압의 변동량을 구하고, 상기 플로팅 전압의 변동량에 따라 상기 기억부에 기억된 최적 인가 전압을 조정하고, 조정 후의 상기 최적 인가 전압을 상기 직류 전원으로부터 상기 도전성 링에 인가하여 상기 기판에 대한 플라즈마 처리를 실행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법이 제공된다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 관점에 따르면, 재치대에 재치된 기판에 대하여 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치로서, 상기 재치대의 기판 재치부를 둘러싸도록 배치된 유전성 링과, 상기 유전성 링 상에 설치된 도전성 링을 구비하고, 상기 도전성 링은 상기 기판의 주연부의 주위를 둘러싸도록 배치되고 상기 기판 재치부에 재치된 기판보다 높은 상면을 가지는 외측 링과, 상기 외측 링으로부터 내측으로 연장되어 상기 기판의 주연부의 하방으로 들어가도록 배치되고 상기 기판보다 낮은 상면을 가지는 내측 링을 일체로 구성하여 이루어지는 포커스 링과, 상기 도전성 링의 플로팅 전압을 검출하는 전압 센서과, 상기 도전성 링에 직류 전압을 인가하는 직류 전원과, 상기 전압 센서로 검출된 상기 도전성 링의 플로팅 전압에 기초하여 구해진 상기 도전성 링에 인가하는 최적인 인가 전압(예를 들면 상기 기판의 주연부에서의 부착물 저감과 처리 결과의 양방을 균형 있게 개선하는데 최적인 인가 전압)을 기억한 기억부와, 플라즈마 처리를 실행할 때에는, 플라즈마 처리마다 상기 전압 센서로 상기 도전성 링의 플로팅 전압을 검출하여 플로팅 전압의 변동량을 구하고, 상기 플로팅 전압의 변동량에 따라 상기 기억부에 기억된 최적 인가 전압을 조정하고, 조정 후의 상기 최적 인가 전압을 상기 직류 전원으로부터 상기 도전성 링에 인가하여 상기 기판에 대한 플라즈마 처리를 실행하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 관점에 따르면, 재치대에 재치된 기판에 대하여 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치의 플라즈마 처리 방법을 실행하기 위한 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체로서, 상기 플라즈마 처리 장치는, 상기 재치대의 기판 재치부를 둘러싸도록 배치된 유전성 링과, 상기 유전성 링 상에 설치된 도전성 링을 구비하고, 상기 도전성 링은 상기 기판의 주연부의 주위를 둘러싸도록 배치되고 상기 기판 재치부에 재치된 기판보다 높은 상면을 가지는 외측 링과, 상기 외측 링으로부터 내측으로 연장되어 상기 기판의 주연부의 하방으로 들어가도록 배치되고 상기 기판보다 낮은 상면을 가지는 내측 링을 일체로 구성하여 이루어지는 포커스 링과, 상기 도전성 링의 플로팅 전압을 검출하는 전압 센서와, 상기 도전성 링에 직류 전압을 인가하는 직류 전원과, 상기 전압 센서로 검출된 상기 도전성 링의 플로팅 전압에 기초하여 구해진 상기 도전성 링에 인가하는 최적인 인가 전압(예를 들면 상기 기판의 주연부에서의 부착물 저감과 처리 결과의 양방을 균형 있게 개선하는데 최적인 인가 전압)을 기억한 기억부를 구비하고, 상기 플라즈마 처리 방법은, 플라즈마 처리를 실행할 때에는, 플라즈마 처리마다 상기 전압 센서로 상기 도전성 링의 플로팅 전압을 검출하여 플로팅 전압의 변동량을 구하고, 상기 플로팅 전압의 변동량에 따라 상기 기억부에 기억된 최적 인가 전압을 조정하는 단계와, 조정 후의 상기 최적 인가 전압을 상기 직류 전원으로부터 상기 도전성 링에 인가하여 상기 기판에 대한 플라즈마 처리를 실행하는 단계를 가지는 것을 특징으로 하는 프로그램을 기록한 기록매체가 제공된다.
이러한 본 발명에 따른 장치, 방법, 프로그램에 의하면, 도전성 링에 인가하는 최적인 전압은 도전성 링으로부터 실제로 검출한 플로팅 전압에 기초하여 구해지고, 또한 플라즈마 처리마다 실제로 검출된 플로팅 전압으로부터 구해진 변동량에 따라 그 최적 인가 전압을 조정한다. 이에 따라, 포커스 링의 높이(상면의 높이)를 바꾸지 않고 기판의 주연부에서의 부착물 저감과 처리 결과의 양방을 균형 있게 개선할 수 있는 최적인 인가 전압을 효율적으로 구할 수 있고, 그 최적 인가 전압을 정확하고 간단하게 조정할 수 있다. 이에 따르면, 포커스 링의 교환 빈도를 종래 이상으로 저감할 수 있어 교환에 수반되는 다운 타임 또는 부품 코스트도 종래 이상으로 삭감할 수 있다.
또한, 복수의 플라즈마 처리 조건을 선택하여 실행할 때에는, 상기 전압 센서로 검출된 상기 도전성 링의 플로팅 전압에 기초하여 상기 도전성 링에 인가하는 최적인 인가 전압을 상기 각 플라즈마 처리 조건마다 구하여 기억부에 기억해 두고, 선택된 플라즈마 처리 조건으로 플라즈마 처리를 실행할 때에는, 플라즈마 처리마다 상기 전압 센서로 상기 도전성 링의 플로팅 전압을 검출하여 플로팅 전압의 변동량을 구하고, 상기 플로팅 전압의 변동량에 따라 선택된 플라즈마 처리 조건과 관련하여 상기 기억부에 기억된 상기 최적 인가 전압을 조정하고, 조정 후의 상기 최적 인가 전압을 상기 직류 전원으로부터 상기 도전성 링에 인가하여 상기 플라즈마 처리 조건으로 상기 기판에 대한 플라즈마 처리를 실행하도록 해도 좋다. 플라즈마 처리 조건마다 최적인 인가 전압을 효율적으로 구할 수 있어 플라즈마 처리 조건마다 최적 인가 전압을 정확하고 간단하게 조정할 수 있다.
또한, 상기 외측 링은 외주부와 상기 외주부 내측의 내주부로 분할되고, 상기 내주부는 상기 내측 링과 전기적으로 도통되고, 상기 외주부는 상기 내주부 및 상기 내측 링과 전기적으로 절연되도록 구성하고, 상기 직류 전원과 상기 전압 센서는 상기 내주부 또는 상기 내측 링에 접속되어도 좋다. 이에 따르면, 외측 링에 인가하는 면적을 줄일 수 있으므로 직류 전원을 소형화할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 관점에 따르면, 기판을 재치하는 재치대와 상기 기판의 주위를 둘러싸도록 상기 재치대에 설치된 포커스 링을 구비한 플라즈마 처리 장치에서 상기 재치대에 재치된 기판에 대하여 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법으로서, 상기 포커스 링은 상기 재치대의 기판 재치부를 둘러싸도록 배치된 유전성 링과, 상기 유전성 링 상에 설치된 도전성 링을 구비하고, 상기 도전성 링은 상기 기판의 주연부의 주위를 둘러싸도록 배치되고 상기 기판 재치부에 재치된 기판보다 높은 상면을 가지는 외측 링과, 상기 외측 링으로부터 내측으로 이간되어 상기 기판의 주연부의 하방으로 들어가도록 배치되고 상기 기판보다 낮은 상면을 가지는 내측 링을 별체로 구성하여 이루어지고, 상기 외측 링과 상기 내측 링은 각각 외측 링 용 직류 전원 및 내측 링 용 직류 전원이 접속되고, 상기 외측 링은 상기 외측 링의 플로팅 전압을 검출하는 전압 센서가 접속되고, 상기 전압 센서로 검출된 상기 외측 링의 플로팅 전압에 기초하여 상기 외측 링에 인가하는 최적인 인가 전압(예를 들면 상기 기판의 주연부에서의 부착물 저감과 처리 결과의 양방을 균형 있게 개선하는데 최적인 외측 링의 인가 전압)을 구하고, 상기 내측 링에 인가하는 최적인 인가 전압(예를 들면 상기 기판의 주연부에서의 부착물 저감과 처리 결과의 양방을 균형 있게 개선하는데 최적인 내측 링의 인가 전압)을 구하여 기억부에 기억해 두고, 플라즈마 처리를 실행할 때에는 플라즈마 처리마다 상기 전압 센서로 상기 외측 링의 플로팅 전압을 검출하여 플로팅 전압의 변동량을 구하고, 상기 플로팅 전압의 변동량에 따라 상기 기억부에 기억된 상기 외측 링의 최적 인가 전압을 조정하고, 조정 후의 상기 외측 링의 최적 인가 전압을 상기 외측 링 용 직류 전원으로부터 상기 외측 링에 인가하고 또한, 상기 기억부에 기억된 상기 내측 링의 최적 인가 전압을 상기 내측 링 용 직류 전원으로부터 상기 내측 링에 인가하여 상기 기판에 대한 플라즈마 처리를 실행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법이 제공된다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 관점에 따르면, 재치대에 재치된 기판에 대하여 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치로서, 상기 재치대의 기판 재치부를 둘러싸도록 배치된 유전성 링과, 상기 유전성 링 상에 설치된 도전성 링을 구비하고, 상기 도전성 링은 상기 기판의 주연부의 주위를 둘러싸도록 배치되고 상기 기판 재치부에 재치된 기판보다 높은 상면을 가지는 외측 링과, 상기 외측 링으로부터 내측으로 이간되어 상기 기판의 주연부의 하방으로 들어가도록 배치되고 상기 기판보다 낮은 상면을 가지는 내측 링을 별체로 구성하여 이루어지는 포커스 링과, 상기 외측 링의 플로팅 전압을 검출하는 전압 센서와, 상기 외측 링에 직류 전압을 인가하는 외측 링 용 직류 전원과, 상기 내측 링에 직류 전압을 인가하는 내측 링 용 직류 전원과, 상기 전압 센서로 검출된 상기 외측 링의 플로팅 전압에 기초하여 구해진 상기 외측 링에 인가하는 최적인 인가 전압(예를 들면 상기 기판의 주연부에서의 부착물 저감과 처리 결과의 양방을 균형 있게 개선하는데 최적인 외측 링의 인가 전압)과 상기 내측 링에 인가하는 최적인 인가 전압(예를 들면 상기 기판의 주연부에서의 부착물 저감과 처리 결과의 양방을 균형 있게 개선하는데 최적인 내측 링의 인가 전압)을 기억하는 기억부와, 플라즈마 처리를 실행할 때에는, 플라즈마 처리마다 상기 전압 센서로 상기 외측 링의 플로팅 전압을 검출하여 플로팅 전압의 변동량을 구하고, 상기 플로팅 전압의 변동량에 따라 상기 기억부에 기억된 상기 외측 링의 최적 인가 전압을 조정하고, 조정 후의 상기 외측 링의 최적 인가 전압을 상기 외측 링 용 직류 전원으로부터 상기 외측 링에 인가하고 또한, 상기 기억부에 기억된 상기 내측 링의 최적 인가 전압을 상기 내측 링 용 직류 전원으로부터 상기 내측 링에 인가하여 상기 기판에 대한 플라즈마 처리를 실행하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 관점에 따르면, 재치대에 재치된 기판에 대하여 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치의 플라즈마 처리 방법을 실행하기 위한 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체로서, 상기 플라즈마 처리 장치는, 상기 재치대의 기판 재치부를 둘러싸도록 배치된 유전성 링과, 상기 유전성 링 상에 설치된 도전성 링을 구비하고, 상기 도전성 링은 상기 기판의 주연부의 주위를 둘러싸도록 배치되고 상기 기판 재치부에 재치된 기판보다 높은 상면을 가지는 외측 링과, 상기 외측 링으로부터 내측으로 이간되어 상기 기판의 주연부의 하방으로 들어가도록 배치되고 상기 기판보다 낮은 상면을 가지는 내측 링을 별체로 구성하여 이루어지는 포커스 링과, 상기 외측 링의 플로팅 전압을 검출하는 전압 센서와, 상기 외측 링에 직류 전압을 인가하는 외측 링 용 직류 전원과, 상기 내측 링에 직류 전압을 인가하는 내측 링 용 직류 전원과, 상기 전압 센서로 검출된 상기 외측 링의 플로팅 전압에 기초하여 구해진 상기 외측 링에 인가하는 최적인 인가 전압(예를 들면 상기 기판의 주연부에서의 부착물 저감과 처리 결과의 양방을 균형 있게 개선하는데 최적인 외측 링의 인가 전압)과 상기 내측 링에 인가하는 최적인 인가 전압(예를 들면 상기 기판의 주연부에서의 부착물 저감과 처리 결과의 양방을 균형 있게 개선하는데 최적인 내측 링의 인가 전압)을 기억하는 기억부를 구비하고, 상기 플라즈마 처리 방법은, 플라즈마 처리를 실행할 때에는, 플라즈마 처리마다 상기 전압 센서로 상기 외측 링의 플로팅 전압을 검출하여 플로팅 전압의 변동량을 구하고, 상기 플로팅 전압의 변동량에 따라 상기 기억부에 기억된 상기 외측 링의 최적 인가 전압을 조정하는 단계와, 조정 후의 상기 외측 링의 최적 인가 전압을 상기 외측 링 용 직류 전원으로부터 상기 외측 링에 인가하고 또한, 상기 기억부에 기억된 상기 내측 링의 최적 인가 전압을 상기 내측 링 용 직류 전원으로부터 상기 내측 링에 인가하여 상기 기판에 대한 플라즈마 처리를 실행하는 단계를 가지는 것을 특징으로 하는 프로그램을 기록한 기록매체가 제공된다.
이러한 본 발명에 따른 장치, 방법, 프로그램에 의하면, 외측 링에 인가하는 최적인 전압은 실제로 검출한 플로팅 전압에 기초하여 구하고 또한, 이와는 별도로 내측 링의 최적인 인가 전압을 구할 수 있다. 또한, 플라즈마 처리마다 실제로 검출된 플로팅 전압으로부터 구해진 변동량에 따라 외측 링의 상기 최적 인가 전압을 조정한다. 이에 의해, 포커스 링의 높이(상면의 높이)를 바꾸지 않고 기판의 주연부에서의 부착물 저감과 처리 결과의 양방을 균형 있게 개선할 수 있는 최적인 인가 전압을 효율적으로 구할 수 있어, 그 최적 인가 전압을 정확하고 간단하게 조정할 수 있다. 또한, 외측 링과 내측 링에는 다른 직류 전압을 인가할 수 있으므로, 내측 링과 기판 간의 전위차를 확보하면서 외측 링에 인가하는 전압을 조정할 수 있다. 이에 따라, 외측 링의 최적 인가 전압을 보다 크게 조정해도 기판의 주연부에서의 부착물 저감과 처리 결과의 양방을 균형 있게 개선할 수 있다. 이에 따르면, 포커스 링의 교환 빈도를 더욱 저감할 수 있어, 교환에 수반되는 다운 타임 또는 부품 코스트도 종래 이상으로 삭감할 수 있다.
또한, 복수의 플라즈마 처리 조건을 선택하여 실행할 때에는, 상기 전압 센서로 검출된 상기 외측 링의 플로팅 전압에 기초하여 상기 외측 링에 인가하는 최적인 인가 전압을 상기 각 플라즈마 처리 조건마다 구하고, 상기 내측 링에 인가하는 최적인 인가 전압을 상기 각 플라즈마 처리 조건마다 구하여 기억부에 기억해 두고, 플라즈마 처리를 실행할 때에는, 선택된 플라즈마 처리 조건에서 상기 전압 센서로 상기 외측 링의 플로팅 전압을 검출하여 플로팅 전압의 변동량을 구하고, 상기 플로팅 전압의 변동량에 따라 선택된 플라즈마 처리 조건과 관련하여 상기 기억부에 기억된 상기 외측 링의 최적 인가 전압을 조정하고, 조정 후의 상기 외측 링의 최적 인가 전압을 상기 외측 링 용 직류 전원으로부터 상기 외측 링에 인가하고, 선택된 플라즈마 처리 조건과 관련하여 상기 기억부에 기억된 상기 내측 링의 최적 인가 전압을 상기 내측 링 용 직류 전원으로부터 상기 내측 링에 인가하여 상기 기판에 대한 플라즈마 처리를 실행하도록 해도 좋다. 플라즈마 처리 조건마다 외측 링과 내측 링의 최적인 인가 전압을 효율적으로 구할 수 있어, 플라즈마 처리 조건마다 외측 링의 최적 인가 전압을 정확하고 간단하게 조정할 수 있다.
또한, 상기 외측 링은 외주부와 상기 외주부의 내측의 내주부로 분할되고, 상기 내주부는 상기 내측 링과 전기적으로 절연되고, 상기 외주부는 상기 내주부 및 상기 내측 링과 전기적으로 절연되도록 구성하고, 상기 외측 링 용 직류 전원과 상기 전압 센서는 상기 내주부에 접속되도록 해도 좋다. 이에 따르면, 외측 링에 인가하는 면적을 줄일 수 있으므로 외측 링 용 직류 전원을 소형화할 수 있다.
본 발명에 따르면, 재치대에 유전성 링을 개재하여 도전성 링을 설치하고 포커스 링을 구성하여, 실제로 검출된 플로팅 전압에 기초하여 도전성 링에 인가하는 최적인 인가 전압을 구함으로써, 기판의 주연부에서의 부착물의 저감과 처리 결과의 향상의 양방의 효과를 높이는데 최적인 인가 전압을 효율적으로 구할 수 있다. 또한, 그 플로팅 전압의 변동량에 따라 플라즈마 처리마다 최적 인가 전압을 조정하므로, 조정을 정확하고 간단하게 행할 수 있어 포커스 링의 소모 등이 발생해도 변동 전의 최적인 상태를 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는 이 실시예에서의 포커스 링의 구성을 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도 3은 비교예에 따른 서셉터에 대하여 플로팅 상태로 하고 있지 않은 포커스 링의 작용 설명도이다.
도 4는 본 실시예와 마찬가지로 서셉터에 대하여 플로팅 상태로 하고 있는 포커스 링의 작용 설명도이다.
도 5는 도 4에 도시한 포커스 링에 직류 전압을 인가했을 때의 작용 설명도이다.
도 6은 이온 입사각 및 부착물 저감 효과와 포커스 링의 높이와의 관계를 그래프에 나타낸 도이다.
도 7은 본 실시예에 따른 포커스 링 장치의 구성예를 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도 8은 본 실시예에 따른 포커스 링에의 전압 인가 제어의 메인 루틴의 플로우 차트이다.
도 9는 도 7에 도시한 포커스 링 장치를 이용했을 경우의 최적 인가 전압의 설정의 서브 루틴의 플로우 차트이다.
도 10은 도 7에 도시한 포커스 링 장치를 이용했을 경우의 인가 전압 데이터의 구체예를 나타낸 도이다.
도 11은 본 실시예에 따른 포커스 링 장치의 변형예를 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도 12는 도 11에 도시한 포커스 링 장치를 이용했을 경우의 최적 인가 전압의 설정의 서브 루틴의 플로우 차트이다.
도 13은 도 11에 도시한 포커스 링 장치를 이용했을 경우의 인가 전압 데이터의 구체예를 나타낸 도이다.
도 14는 도 7에 도시한 포커스 링의 변형예를 도시한 도이다.
도 15는 도 11에 도시한 포커스 링의 변형예를 도시한 도이다.
이하에 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에서 실질적으로 동일한 기능 구성을 가지는 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 중복 설명을 생략한다.
(플라즈마 처리 장치의 구성예)
우선, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략 구성을 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략 구성을 도시한 단면도이다. 여기서는, 플라즈마 처리 장치의 일례로서 평행 평판형의 플라즈마 에칭 장치를 예로 들어 설명한다.
플라즈마 처리 장치(100)는 예를 들면 표면이 양극 산화 처리(알루마이트 처리)된 알루미늄으로 이루어지는 원통 형상으로 성형된 처리 용기를 가지는 처리실(102)을 구비한다. 처리실(102)은 접지되어 있다. 처리실(102) 내의 저부(底部)에는 웨이퍼(W)를 재치하기 위한 대략 원기둥 형상의 재치대(103)가 설치되어 있다. 재치대(103)는 세라믹 등의 절연판(104)과 절연판(104) 상에 설치된 하부 전극을 구성하는 서셉터(105)를 구비한다.
서셉터(105) 내에는 온도 조절 매체실(107)이 설치되어 있다. 그리고, 도입관(108)을 거쳐 온도 조절 매체실(107)에 온도 조절 매체가 도입되어 순환되고 배출관(109)으로부터 배출된다. 이러한 온도 조절 매체의 순환에 의해 서셉터(105)를 원하는 온도로 제어할 수 있도록 되어 있다.
서셉터(105)는 그 상측 중앙부에 볼록 형상의 기판 재치부가 형성되어 있다. 기판 재치부의 상부에는 정전 척(111)이 설치되어 있다. 정전 척(111)은 절연재의 사이에 전극(112)이 개재된 구성으로 되어 있다. 정전 척(111)에는 전극(112)에 접속된 도시하지 않은 직류 전원으로부터 예를 들면 1.5 kV의 직류 전압이 인가된다. 이에 의해 웨이퍼(W)가 정전 척(111)에 정전 흡착된다. 기판 재치부는 웨이퍼(W)의 직경보다 작은 직경으로 형성되어 있어 웨이퍼(W)를 재치했을 때에 웨이퍼(W)의 주연부가 돌출되도록 되어 있다.
서셉터(105)의 상단(上端) 주연부에는 기판 재치부의 정전 척(111) 상에 재치된 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 포커스 링(200)이 배치되어 있다. 포커스 링(200)은 서셉터(105) 상에 배치된 링 형상의 유전성 링(210)과 이 유전성 링(210) 상에 배치된 링 형상의 도전성 링(220)으로 구성된다. 포커스 링(200)의 구체적 구성예는 후술한다.
그리고, 절연판(104), 서셉터(105), 정전 척(111)에는 웨이퍼(W)의 이면에 전열 매체(예를 들면 He 가스 등의 백 사이드 가스)를 공급하기 위한 가스 통로(114)가 형성되어 있다. 이 전열 매체를 통하여 서셉터(105)와 웨이퍼(W)의 사이의 열 전달이 이루어져 웨이퍼(W)가 소정의 온도로 유지된다.
또한, 서셉터(105)의 상방에는 이 서셉터(105)와 평행하게 대향하여 상부 전극(121)이 설치되어 있다. 이 상부 전극(121)은 절연재(122)를 개재하여 처리실(102)의 내부에 지지되어 있다. 상부 전극(121)은 서셉터(105)와의 대향면을 구성하고 다수의 토출홀(123)을 가지는 전극판(124)과, 이 전극판(124)을 지지하는 전극 지지체(125)에 의해 구성되어 있다. 전극판(124)은 예를 들면 석영으로 이루어지고, 전극 지지체(125)는 예를 들면 상면이 알루마이트 처리된 알루미늄 등의 도전성 재료로 이루어진다. 또한, 서셉터(105)와 상부 전극(121)의 간격은 조절 가능하게 되어 있다.
상부 전극(121)에서의 전극 지지체(125)의 중앙에는 가스 도입구(126)가 설치되어 있다. 이 가스 도입구(126)에는 가스 공급관(127)이 접속되어 있다. 또한, 이 가스 공급관(127)에는 밸브(128) 및 매스플로우 콘트롤러(129)를 개재하여 처리 가스 공급원(130)이 접속되어 있다.
이 처리 가스 공급원(130)으로부터 플라즈마 에칭을 위한 에칭 가스가 공급되도록 되어 있다. 또한, 도 1에는 가스 공급관(127), 밸브(128), 매스플로우 콘트롤러(129) 및 처리 가스 공급원(130) 등으로 이루어지는 처리 가스 공급계를 1 개만 도시하고 있지만, 플라즈마 처리 장치(100)는 복수의 처리 가스 공급계를 구비하고 있다. 예를 들면 CF4, O2, N2, CHF3 등의 에칭 가스가 각각 독립하여 유량 제어되어 처리실(102) 내로 공급된다.
처리실(102)의 저부(底部)에는 배기관(134)이 접속되어 있고, 이 배기관(134)에는 배기부(135)가 접속되어 있다. 배기부(135)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 구비하고 있어, 처리실(102) 내를 소정의 감압 분위기로 조정한다. 또한, 처리실(102)의 측벽에는 웨이퍼(W)의 반출입구(131)가 설치되고, 반출입구(131)에는 게이트 밸브(132)가 설치되어 있다. 웨이퍼(W)의 반출입을 행할 때에는 게이트 밸브(132)를 연다. 그리고, 도시하지 않은 반송 암 등에 의해 반출입구(131)를 통하여 웨이퍼(W)의 반출입을 행한다.
상부 전극(121)에는 제 1 고주파 전원(140)이 접속되어 있고 그 급전선에는 제 1 정합기(141)가 개재 삽입되어 있다. 제 1 고주파 전원(140)은 50 ~ 150 MHz의 범위의 주파수를 가지는 플라즈마 생성용의 고주파 전력이 출력 가능하다. 이와 같이 높은 주파수의 전력을 상부 전극(121)에 인가함으로써, 처리실(102) 내에 바람직한 해리(解離) 상태이며 또한 고밀도의 플라즈마를 형성할 수 있어, 보다 저압 조건 하의 플라즈마 처리가 가능해진다. 제 1 고주파 전원(140)의 출력 전력의 주파수는 50 ~ 80 MHz가 바람직하고, 전형적으로는 60 MHz 또는 그 근방의 주파수로 조정된다.
하부 전극으로서의 서셉터(105)에는 제 2 고주파 전원(150)이 접속되어 있고, 그 급전선에는 제 2 정합기(151)가 개재 삽입되어 있다. 이 제 2 고주파 전원(150)은 수백 kHz ~ 수십 MHz의 범위의 주파수를 가지는 바이어스용의 고주파 전력이 가능하다. 제 2 고주파 전원(150)의 출력 전력의 주파수는 전형적으로는 2 MHz 또는 13.56 MHz 등으로 조정된다.
또한, 서셉터(105)에는 제 2 고주파 전원(150)으로부터 서셉터(105)로 유입되는 고주파 전류를 여과하는 하이패스 필터(HPF)(106)가 접속되어 있고, 상부 전극(121)에는 제 1 고주파 전원(140)으로부터 상부 전극(121)으로 유입되는 고주파 전류를 여과하는 로우패스 필터(LPF)(142)가 접속되어 있다.
플라즈마 처리 장치(100)에는 제어부(전체 제어 장치)(300)가 접속되어 있고, 이 제어부(300)에 의해 플라즈마 처리 장치(100)의 각 부가 제어되도록 되어 있다. 또한, 제어부(300)에는 오퍼레이터가 플라즈마 처리 장치(100)를 관리하기 위하여 커멘드의 입력 조작 등을 행하는 키보드 및 플라즈마 처리 장치(100)의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 조작부(310)가 접속되어 있다.
또한, 제어부(300)에는 플라즈마 처리 장치(100)로 실행되는 각종 처리를 제어부(300)의 제어로 실현시키기 위한 프로그램 및 프로그램을 실행하기 위하여 필요한 처리 조건(레시피) 등이 기억된 기억부(320)가 접속되어 있다.
기억부(320)에는 예를 들면 복수의 플라즈마 처리 조건(레시피)이 기억되어 있다. 이들 플라즈마 처리 조건은 플라즈마 처리 장치(100)의 각 부를 제어하는 제어 파라미터, 설정 파라미터 등의 복수의 파라미터치를 정리한 것이다. 각 플라즈마 처리 조건은 예를 들면 처리 가스의 유량비, 처리실 내 압력, 고주파 전력 등의 파라미터치를 가진다. 또한, 본 실시예에서는 플라즈마 처리 조건마다 포커스 링(200)에 인가되는 인가 전압 데이터가 연계되어 기억되어 있다(예를 들면 도 10, 도 13). 이들 인가 전압 데이터의 상세한 사항은 후술한다.
또한, 이들 프로그램 또는 플라즈마 처리 조건은 하드 디스크 또는 반도체 메모리에 기억되어 있어도 좋고, 또한 CD-ROM, DVD 등의 휴대 가능한 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체에 수용된 상태로 기억부(320)의 소정 위치에 설정되도록 되어 있어도 좋다.
제어부(300)는 조작부(310)로부터의 지시 등에 기초하여 원하는 프로그램, 처리 조건을 기억부(320)으로부터 독출하여 각 부를 제어함으로써, 플라즈마 처리 장치(100)에서의 원하는 처리를 실행한다. 또한, 조작부(310)로부터의 조작에 의해 처리 조건을 편집할 수 있도록 되어 있다.
이러한 구성의 플라즈마 처리 장치(100)에서는, 예를 들면 웨이퍼(W)에 대하여 플라즈마 에칭 처리를 실행하는 경우, 도시하지 않은 반송 암 등에 의해 웨이퍼(W)를 처리실(102) 내로 반입하여 재치대(103) 상에 재치시키고, 정전 척(111)에 의해 웨이퍼(W)를 정전 흡착한다. 그리고, 처리 가스 공급원(130)으로부터 처리실(102) 내로 소정의 처리 가스를 도입하고 배기부(135)에 의해 처리실(102) 내를 배기함으로써, 처리실(102) 내를 소정의 진공 압력으로 감압한다.
이와 같이 소정의 진공 압력을 유지한 상태로, 제 1 고주파 전원(140)으로부터 상부 전극(121)에 예를 들면 60 MHz의 플라즈마 생성용 고주파 전력을 인가하고 또한, 제 2 고주파 전원(150)으로부터 서셉터(105)에 예를 들면 2 MHz의 바이어스용 고주파 전력을 인가함으로써, 플라즈마 생성용 고주파 전력의 작용으로 웨이퍼(W)에 처리 가스의 플라즈마가 발생하고 또한, 바이어스용 고주파 전력의 작용으로 웨이퍼(W)(서셉터(105))에 셀프 바이어스 전위가 발생한다. 이 때문에, 웨이퍼(W) 상에는 플라즈마 전위와 웨이퍼 전위(서셉터 전위)에 따른 플라즈마 시스의 전계가 형성되어 플라즈마 중의 이온을 인입할 수 있다. 이에 의해 에칭이 진행된다.
(포커스 링의 구성)
이어서, 도 1에 도시한 포커스 링(200)의 구체적 구성예에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 2는 포커스 링의 구성을 설명하기 위한 부분 단면도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 포커스 링(200)은 서셉터(105) 상에 배치된 유전성 링(210)과 그 위에 배치된 도전성 링(220)으로 구성된다. 유전성 링(210)은 예를 들면 쿼츠, 알루미나 등의 세라믹, 베스펠(등록상표) 등의 수지 등의 유전성 재료로 이루어진다. 도전성 링(220)은 예를 들면 Si(도전성을 나타내기 위하여 B(붕소) 등을 도핑 완료한 Si), C, SiC 등의 도전성 재료로 이루어진다.
도전성 링(220)은 상면의 높이가 상이한 외측 링(224)과 그 내측으로 연장되는 내측 링(222)을 일체로 구성하여 이루어진다. 외측 링(224)의 상면(225)은 웨이퍼(W)의 상면보다 높도록 형성되고, 내측 링(222)의 상면(223)은 웨이퍼(W)의 하면보다 낮도록 형성된다. 외측 링(224)은 웨이퍼(W)의 주연부의 외측에 그 주위를 둘러싸도록 이간하여 배치되고, 내측 링(222)은 웨이퍼(W)의 주연부의 하측에 이간하여 배치된다.
도 2에서는, 내측 링(222)과 외측 링(224)이 일체로 구성되므로, 이들은 서로 전기적으로 도통되어 있다. 또한, 내측 링(222)과 외측 링(224)은 모두 유전성 링(210)에 의해 서셉터(105)에 대하여 전기적으로 절연되어 있다. 또한, 도전성 링(220)(외측 링(224)과 내측 링(222))은 유전성 링(210) 이외에는 전기적으로 접촉되어 있지 않기 때문에, 그라운드에 대해서도 전기적으로 뜬 플로팅 상태(절연 상태)로 되어 있다. 이와 같이 플로팅 상태로 하여 서셉터(105)(웨이퍼(W))와의 사이에 전위차를 발생시킴으로써, 웨이퍼(W)의 주연부에 부착되는 부착물을 경감시킬 수 있다.
여기서, 이와 같이 서셉터(105)에 대하여 플로팅 상태로 한 포커스 링(200)의 작용을, 플로팅 상태로 하지 않은 비교예에 따른 포커스 링(200’)과 비교하여 설명한다. 도 3은 플로팅 상태로 하지 않은 포커스 링(200’)의 플라즈마 처리 중의 작용 설명도이다. 도 4는 플로팅 상태로 한 포커스 링(200)의 플라즈마 처리 중의 작용 설명도이다.
도 3에 도시한 포커스 링(200’)은 서셉터(105)에 전기적으로 접촉시켜 상면의 높이를 웨이퍼(W)의 상면과 동일하게 하고 있다. 이에 반해, 도 4에 도시한 포커스 링(200)은 본 실시예와 마찬가지로 서셉터(105)에 전기적으로 접촉시키지 않고, 또한 상면의 높이를 웨이퍼(W)의 상면보다 높게 하고 있다.
도 3에 도시한 포커스 링(200’)에서는 서셉터(105)에 전기적으로 도통되어 있으므로, 플라즈마 처리 중의 서셉터(105)의 전압(웨이퍼(W)의 전압)이 예를 들어 -1000 V라고 하면 포커스 링(200’)의 상면도 동일 전압인 -1000 V가 된다.
이 때, 플라즈마(P)와 웨이퍼(W)의 상면과의 사이 및 플라즈마(P)와 포커스 링(200’)의 상면과의 사이에는 플라즈마 시스의 전계(E)가 생긴다. 포커스 링(200’)의 상면은 웨이퍼(W)의 상면과 거의 동일한 높이이므로, 웨이퍼(W) 상으로부터 포커스 링(200’) 상에 걸쳐 플라즈마 시스의 두께가 거의 동일해져 전계(E)의 등전위면도 거의 평행하게 된다.
이러한 전계(E)의 작용에 의해 플라즈마(P)로부터의 이온(I)은 거의 수직으로 웨이퍼(W)의 상면과 포커스 링(200’)의 상면으로 인입된다. 따라서, 웨이퍼(W)의 주연부 근방으로 향하는 이온(I)도 거의 수직이 된다. 또한, 웨이퍼(W)와 포커스 링(200’)의 사이에는 전위차가 발생하지 않으므로, 웨이퍼 주연부와 포커스 링(200’)의 간극에 이온(I)이 입사해도 웨이퍼 주연부의 측면 또는 뒤쪽까지는 도달하기 어렵다. 이 때문에, 웨이퍼 주연부의 측면 또는 하면(이면)에 폴리머 등의 부착물(디포지션)(D)이 쉽게 부착된다.
이에 반해, 도 4에 도시한 포커스 링(200)에서는 서셉터(105)에 전기적으로 도통되어 있지 않고 유전성 링(210)을 개재하고 있으므로, 서셉터(105)로부터의 고주파 파워가 들어가기 어렵다. 이 때문에, 플라즈마 처리 중인 서셉터(105)의 전압(웨이퍼(W)의 전압)이 도 3의 경우와 마찬가지로 예를 들면 -1000 V여도, 포커스 링(200)의 전압(플로팅 전압)은 동일해지지 않고 절대치가 보다 낮은 전위가 된다. 예를 들면 이 때의 포커스 링(200)의 플로팅 전압이 -500 V라고 하면, 내측 링(222)의 상면(223)과 외측 링(224)의 상면(225)의 전위는 모두 -500 V가 된다.
이 때문에, 도 4에 도시한 포커스 링(200)에서는 도전성 링(220)(내측 링(222)과 외측 링(224))과 웨이퍼(W)(서셉터(105))의 사이에도 전위차(여기서의 전위차는 500 V)가 생기므로, 이에 의해 전계(E’)가 발생한다. 전계(E’)의 등전위면은 도 4에 점선으로 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 외주면과 외측 링(224)의 내주면의 사이에서는 거의 수직 방향, 즉 이온(I)이 외측 링(224)의 내주면으로부터 웨이퍼 주연부의 외주면을 향하도록 형성된다. 또한, 웨이퍼 주연부의 하면과 내측 링(222)의 상면(223)의 사이에서는 거의 수평 방향, 즉 이온(I)이 내측 링(222)의 상면(223)으로부터 웨이퍼(W)의 주연부의 이면을 향하도록 형성된다.
이러한 전계(E’)의 작용에 의해 플라즈마(P)로부터 웨이퍼(W)의 주연부를 향하는 이온(I)의 일부는 웨이퍼 주연부의 외주면에 충돌하고, 다른 일부는 웨이퍼 주연부의 외주면과 외측 링(224)의 내주면의 사이로 유입되어 웨이퍼 주연부의 하면(이면)에 충돌하는 방향으로 가속된다. 따라서, 플라즈마로부터의 이온(I)을 웨이퍼 주연부의 상면뿐만 아니라 측면 또는 하면(이면)에도 충돌시킬 수 있다. 이에 의해 웨이퍼 주연부의 측면과 하면(이면)에서의 부착물(D)의 발생을 저감시킬 수 있다.
그런데, 도 4에 도시한 포커스 링(200)과 같이 재치대와 포커스 링의 사이에 유전체를 넣어 절연하는 것만으로 플라즈마 처리 중에 웨이퍼(W)(서셉터(105))와 도전성 링(220) 사이에 전위차를 발생시키는 경우에는, 웨이퍼(W) 상과 포커스 링 상에서는 플라즈마 시스의 두께가 상이하다. 이 때문에, 플라즈마 시스에 변형이 생겨 특히 전계(E)의 웨이퍼 주연부 근처에 기울기가 생긴다.
이 기울기가 크면 웨이퍼 주연부의 하면으로 유입되는 이온(I)을 증가시킬 수 있으므로, 웨이퍼 주연부의 부착물 저감 효과를 높일 수 있지만, 그 한편으로 웨이퍼 주연부를 향하는 이온(I)의 입사각이 더욱 기울어지므로 그 부분에 형성되는 홀 또는 트렌치의 기울기(에칭 형상의 기울기)는 더욱 커진다.
이 경우, 포커스 링(200)의 높이(외측 링(224)의 상면(225)의 높이)를 더욱 높이면, 포커스 링(200) 상의 플라즈마(P)를 밀어 올릴 수 있다. 이에 따르면 웨이퍼 주연부 근방의 플라즈마 시스의 변형을 완화시킬 수 있어 웨이퍼 주연부를 향하는 이온(I)의 입사각의 기울기를 개선할 수 있다(예를 들면 도 6의 그래프(YD)). 그러나, 포커스 링(200)을 높이면 이번에는 웨이퍼(W)의 주연부로 유입되는 이온(I)이 감소되기 때문에, 웨이퍼 주연부에서의 부착물 저감 효과가 감소된다(도 6의 그래프(YI)).
이와 같이, 웨이퍼 주연부에서 부착물 저감 효과와 이온(I)의 입사각은 도 6에 나타낸 바와 같이 트레이드 오프의 관계에 있다. 이 때문에, 포커스 링(200)의 높이(외측 링(224)의 상면(225)의 높이)를 조정하여 웨이퍼 주연부 근방에서의 부착물 저감 효과와 이온 입사각의 개선 효과 중 어느 하나를 낮추지 않으면 양방의 균형 있는 높이(도 6의 그래프(YI)와 그래프(YD)의 교점)를 찾을 수 없다. 이와 같이, 외측 링(224)의 상면의 높이(포커스 링(200)의 높이)를 조정하는 것만으로는 웨이퍼 주연부 근방에서의 부착물 저감과 이온 입사각의 양방을 균형 있게 개선시키는데 한계가 있다.
또한, 포커스 링(200)의 높이를 조정하기 위해서는, 다양한 높이의 포커스 링(200)을 준비하고 이들을 이용하여 플라즈마 처리를 실행해 보고 최적인 것을 선택해야 하므로, 상당한 수고와 시간이 든다. 또한, 이리하여 수고와 시간을 들여 포커스 링(200)의 높이를 최적으로 해도 플라즈마 처리의 반복에 의해 포커스 링(200)이 소모되어 그 높이가 바뀌면, 재차 플라즈마 시스에 변형이 발생된다. 이 경우, 포커스 링(200)의 높이의 미세 조정을 할 수 없기 때문에 처리 결과, 예를 들면 홀 또는 트렌치의 기울기가 허용치를 넘을 때마다 포커스 링(200)을 교환해야 했다. 또한, 플라즈마 에칭의 처리 조건이 바뀌면 웨이퍼(W)에 걸리는 전위 또는 플라즈마 시스 상태도 바뀌기 때문에, 플라즈마 처리 조건마다 최적인 높이의 포커스 링을 다시 설계해야 했다.
이 경우, 포커스 링(200)의 높이(외측 링(224)의 상면의 높이)를 바꾸지 않아도, 예를 들면 도 5에 도시한 바와 같이 도전성 링(220)에 최적인 직류 전압(여기서는 -600 V)을 인가함으로써 외측 링(224) 상의 플라즈마(P)를 밀어 올릴 수 있다. 이에 따라 웨이퍼 주연부 근방의 플라즈마 시스의 변형을 완화시킬 수 있으므로, 웨이퍼(W)의 주연부에서 부착물(D)(특히 이면의 부착물)을 저감시키는 효과와 이온(I)의 입사각을 개선하는 효과를 높일 수 있다. 그러나, 최적인 인가 전압을 구하거나 조정함에 있어서, 종래의 방법에 따르면 플라즈마 주연부의 검출, 포커스 링의 소모도의 예측 또는 검출 등이 필요해져 최적 인가 전압 또는 그 조정 전압을 구하는 처리 또는 구성이 복잡해진다.
그래서, 본 발명자는 포커스 링의 형상(상면의 높이 등)을 바꾸지 않고 기판의 주연부에서의 부착물의 저감과 처리 결과의 향상(예를 들면 에칭 형상의 기울기를 개선)의 양방의 효과를 높일 수 있는 최적인 인가 전압을 효율적으로 구하는 방법을 검토했다.
예를 들면 도 4에 도시한 바와 같이, 도전성 링(220)에 전압을 인가하지 않고 플라즈마(P)를 생성했을 때의 플로팅 전압이 -500 V일 때, 이온(I)이 충돌없이 웨이퍼(W)에 입사한다고 가정하면, 웨이퍼 주연부의 하면까지 도달하는 이온(I)의 가속 개시 위치는 내측 링(222)의 상면(223)과 동일 전위인 위치, 즉 외측 링(224)의 상면(225)의 전위(-500 V)의 위치라고 생각된다.
이 때문에, 도 4에도 도시한 바와 같이 플라즈마(P) 중의 이온(I)이 웨이퍼 주연부의 외주면과 외측 링(224)의 내주면의 사이로 유입되었다고 해도, 이들 중 외측 링(224)의 상면(225)의 전위(-500 V)보다 하측(-500 V의 등전위면보다 웨이퍼(W)측)으로부터 가속된 이온(I)만이 웨이퍼(W)의 주연부 하면에 도달하고, 그보다 상측(-500 V의 등전위면보다 플라즈마(P)측)으로부터 가속된 이온(I)은 내측 링(222)의 상면에 충돌하여 소멸된다.
이에 따르면, 플로팅 전압, 즉 도전성 링(220)의 상면(225)의 전위(-500 V)부터 웨이퍼(W)의 전위(-1000 V)까지로 도전성 링(220)에 인가하는 인가 전압을 설정한다면, 웨이퍼 주연부의 부착물 저감 효과를 높일 수 없는 것을 알 수 있다. 환언하면, 실제의 도전성 링(220)의 플로팅 전압을 검출할 수 있으면 그 전위(-500 V)부터 플라즈마 전위(0 V)까지의 사이에서 도전성 링(220)에 인가 전압을 설정하여 더미 프로세스에 의한 플라즈마 처리 또는 시뮬레이션에 의한 실험 등을 실행하면 충분하므로, 그 이외의 인가 전압에 의해 불필요한 플라즈마 처리 또는 시뮬레이션의 실험을 실행하지 않아도 되기 때문에 매우 효율적이다.
이와 같이, 서셉터(105)에 유전성 링(210)을 개재하여 도전성 링(220)을 설치하여 플로팅시키는 구성의 포커스 링에서는, 플라즈마를 발생시켰 때에 도전성 링(220)에 발생하는 플로팅 전압을 검출해 두면, 도전성 링(220)의 전위로부터 플라즈마 전위까지의 사이에서 인가 전압을 결정함으로써 웨이퍼 주연부에서의 부착물 저감과 이온 입사각의 양방을 균형 있게 개선할 수 있는 최적인 인가 전압이 효율적으로 구해지는 것을 알 수 있었다.
예를 들면 도 6에 나타낸 바와 같이, 도전성 링(220)에 플로팅 전압만이 인가되고 있을 때의 포커스 링(200)의 높이와 이온 입사각의 관계(그래프(YD))로부터, 거기에 전압량을 서서히 바꾸어 인가 전압을 인가하면 웨이퍼 주연부에서의 부착물 저감 효과를 저하시키지 않고 그래프(YD1’, YD2’, YD3’, YD4’)로 변해간다. 그리고, 이온 입사각을 가장 개선할 수 있는 점(도 6에서는 YD4’와 YI의 교점)을 찾아 그 때의 전압을 최적인 인가 전압으로 하면 된다.
또한, 플로팅 전압은 포커스 링(200)의 소모 또는 플라즈마 상태의 변동 등에 따라 변동된다. 이 때문에, 이 플로팅 전압의 변동량에 따라 플라즈마 처리마다 상기 최적 인가 전압을 조정만 하는 정확하고 간단한 방법으로, 포커스 링의 소모 등이 발생해도 변동 전의 최적인 상태를 유지할 수 있다.
그래서 본 실시예에서는, 재치대(103)에 대하여 플로팅 상태로 한 포커스 링(200)을 이용하여 도전성 링(220)에 직류 전압이 인가 가능한 포커스 링 장치를 구성하고, 또한 도전성 링(220)의 플로팅 전압에 기초하여 최적인 인가 전압을 구하고 또한, 그 플로팅 전압의 변동량에 따라 상기 최적 인가 전압을 조정한다.
이에 따라, 포커스 링(200)의 높이(상면(225)의 높이)를 바꾸지 않고 웨이퍼 주연부에서의 부착물 저감과 이온 입사각의 양방을 균형 있게 개선할 수 있는 최적인 인가 전압을 효율적으로 구할 수 있고 그 최적 인가 전압을 정확하고 간단하게 조정할 수 있다. 이에 따르면, 포커스 링(200)의 교환 빈도를 종래 이상으로 저감시킬 수 있어 교환에 수반되는 다운 타임 또는 부품 코스트도 종래 이상으로 삭감할 수 있다.
또한, 웨이퍼 주연부에서의 부착물을 저감하면서 웨이퍼 주연부를 향하는 이온(I)의 입사각을 수직(90 도)까지 근접시킬 수 있으므로, 그 부분에 형성되는 홀 또는 트렌치의 기울기(에칭 형상의 기울기) 등의 처리 결과를 종래 이상으로 개선시킬 수 있어 웨이퍼면 내의 처리의 균일성을 높일 수 있다.
(포커스 링 장치의 구성예)
이하, 이러한 포커스 링 장치의 구성예에 대하여 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7에 도시한 포커스 링 장치(250)는 도전성 링(220)에 직류 전압을 인가하는 직류 전원(230)을 접속한다. 직류 전원(230)은 제어부(300)에 의해 제어되어 도전성 링(220)에 원하는 직류 전압을 인가시킬 수 있다. 또한, 직류 전원(230)과 도전성 링(220)의 사이에는 서셉터(105)로부터 유입되는 고주파 전류를 여과하는 로우패스 필터(LPF)(232)를 개재시키고 있다.
또한, 도전성 링(220)과 직류 전원(230)의 사이에 도전성 링(220)의 플로팅 전압을 검출하는 전압 센서(234)를 접속한다. 전압 센서(234)의 출력은 제어부(300)에 전달되도록 되어 있다.
이어서, 본 실시예에 따른 포커스 링 장치(250)를 이용한 포커스 링(200)에의 전압 인가 제어에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 8은 제어부(300)에 의해 실행되는 전압 인가 제어의 개략을 나타낸 메인 루틴의 플로우 차트이다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 우선 단계(S110)에서 도전성 링(220)의 플로팅 전압을 검출한다. 구체적으로는 직류 전원(230)을 오프한 상태로 플라즈마를 생성하고 그 때의 도전성 링(220)의 전압을 플로팅 전압으로 하여 전압 센서(234)로 검출한다.
이어서, 단계(S120)에서 도전성 링(220)에 인가하는 최적 인가 전압의 설정을 행한다. 이 설정은 예를 들면 도 9에 나타낸 서브 루틴의 플로우 차트에 기초하여 실행된다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 우선 단계(S210)에서 앞으로 실행하기 위하여 선택된 플라즈마 처리 조건에 연계된 최적 인가 전압을 예를 들면 도 10에 나타낸 바와 같은 데이터 테이블에 기초하여 취득한다. 도 10에 나타낸 바와 같은 데이터 테이블은, 플라즈마 처리 조건마다 초기 플로팅 전압에 따른 초기 최적 인가 전압을 구하여 기억부(320)에 미리 기억되어 있다.
예를 들면 플라즈마 처리 조건(X)이 선택되었을 경우에는 그에 연계된 인가 전압 데이터에서 초기 플로팅 전압은 Fo(X)이며, 그 때의 초기 최적 인가 전압은 Ro(X)이다. 초기 플로팅 전압은 예를 들면 포커스 링(200)이 교환되었을 때나 새롭게 설치되었을 때에, 최초로 플라즈마를 생성했을 때의 플로팅 전압이다.
초기 최적 인가 전압은 초기 플로팅 전압에 따라 그에 최적인 전압량을 더함으로써 얻어지는 것이다. 예를 들면 초기 플로팅 전압에 더해지는 전압량을 가변시킨 인가 전압을 도전성 링(220)에 인가하여 더미 프로세스에 의한 플라즈마 처리 또는 시뮬레이션에 의한 실험을 실행한다. 예를 들면 시뮬레이션에 의한 실험은 웨이퍼 주연부 상 또는 도전성 링(220) 상의 플라즈마 시스나 전해 구조, 이온의 궤적 등을 계산으로 구한다.
그리고, 선택한 처리 조건으로 플라즈마 처리를 실행했을 때에 웨이퍼 주연부의 부착물 저감과 이온 입사각의 양방을 균형 있게 개선할 수 있는 전압(예를 들면 도 6에 나타낸 그래프(YI와 YD4’)의 교점에서의 전압)을 구하여 이를 초기 최적 인가 전압으로 한다. 초기 플로팅 전압(예를 들면 Fo(X))에 더해지는 최적인 전압량(예를 들면 Ro(X) - Fo(X))은 플라즈마 처리의 처리 조건마다 상이한 것이다.
이어서, 단계(S220)에서 검출된 플로팅 전압으로부터 그 변동량을 산출하고, 단계(S230)에서 그 변동량에 따라 최적 인가 전압을 조정한다. 예를 들면 초기 플로팅 전압이 Fo(X)인 경우에 단계(S110)에서 검출된 플로팅 전압을 F(X)로 하면, 그 변동량은 Fo(X) - F(X)가 된다. 따라서, 단계(S210)에서 취득한 초기 최적 인가 전압을 Ro(X)로 하면, 상기 변동량에 따라 산출되는 조정 후의 최적 인가 전압(R(X))은 예를 들면 하기 (1) 식에서 얻어진다.
R(X) = (Fo(X) - F(X)) + Ro(X)…(1)
이와 같이, 초기 플로팅 전압의 변동량에 따라 최적 인가 전압을 조정함으로써, 포커스 링(200)의 소모 등에 의해 플로팅 전압이 변동되어도 그 변동량에 따라 최적 인가 전압을 조정함으로써 변동 전 상태를 유지할 수 있다.
이어서, 단계(S240)에서 조정된 최적 인가 전압을 도전성 링(220)에 인가하는 직류 전압으로서 설정하고, 도 8의 메인 루틴으로 돌아가 단계(S130)의 처리로 이동한다.
그리고, 단계(S130)에서 직류 전원(230)을 제어하여 도전성 링(220)에 대한 직류 전압의 인가를 개시한다. 이어서 단계(S140)에서 플라즈마 처리의 종료 여부를 판단하여 플라즈마 처리가 종료라고 판단된 경우에는 단계(S150)에서 직류 전원(230)을 오프하여 직류 전압의 인가를 정지하고 일련의 전압 인가 제어를 종료시킨다.
이와 같이, 플라즈마 처리의 처리 조건마다 도전성 링(220)의 초기 플로팅 전압에 따른 초기 최적 인가 전압을 취득하여 플라즈마 처리를 행할 때마다 플로팅 전압의 변동량에 따라 조정한 최적 인가 전압을 설정하고, 도전성 링(220)에 인가하면서 웨이퍼(W)에 대한 플라즈마 처리를 실행한다. 이에 따라, 처리 조건의 변경 또는 포커스 링(200)의 소모 등에 의해 플라즈마 시스 상태 또는 웨이퍼(W)의 전위 등이 바뀌어도 변동 전 상태를 유지할 수 있다.
또한, 상기 실시예에 따른 포커스 링 장치에서는 내측 링(222)과 외측 링(224)을 일체로 구성한 포커스 링(200)을 이용한 경우를 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 내측 링(222)과 외측 링(224)을 별체로 구성한 포커스 링(200)을 이용해도 좋다. 이 경우, 내측 링(222)과 외측 링(224) 중 어느 일방에 직류 전압을 인가해도 좋고, 또한 양방에 각각 독립하여 직류 전압을 인가해도 좋다.
여기서, 이러한 포커스 링 장치(250)의 변형예를 도면을 참조하여 설명한다. 여기서는 내측 링(222)과 외측 링(224)을 별체로 구성한 포커스 링(200)을 이용한 포커스 링 장치(250)를 예로 든다. 도 11은 포커스 링 장치의 변형예를 설명하기 위한 도이며 도 7에 대응하는 것이다. 도 11에서 도 7에 도시한 부분과 동일한 기능을 가지는 부분에는 동일 부호를 부여하고 그 상세한 설명을 생략한다.
도 11에 도시한 포커스 링(200)은 내측 링(222)과 외측 링(224)의 사이에 간극을 형성하여 전기적으로 절연하고 있다. 또한, 도 7에 도시한 경우와 마찬가지로 내측 링(222)과 외측 링(224)은 모두 유전성 링(210)에 의해 서셉터(105)에 대하여 전기적으로 절연되어 있다. 또한, 도전성 링(220)(외측 링(224)과 내측 링(222))은 유전성 링(210) 이외에는 전기적으로 접촉되어 있지 않기 때문에, 그라운드에 대해서도 전기적으로 부유한 플로팅 상태(절연 상태)로 되어 있다.
외측 링(224)과 내측 링(222)에는 각각 외측 링 용 직류 전원(230A)과 내측 링 용 직류 전원(230B)이 따로 접속되어 있다. 또한, 외측 링 용 직류 전원(230A)과 외측 링(224)의 사이에는 서셉터(105)로부터 유입되는 고주파 전류를 여과하는 로우패스 필터(LPF)(232A)를 개재시키고 있다. 또한, 내측 링 용 직류 전원(230B)과 내측 링(222)의 사이에는 서셉터(105)로부터 유입되는 고주파 전류를 여과하는 로우패스 필터(LPF)(232B)를 개재시키고 있다.
또한, 여기서의 전압 센서(234)는 외측 링(224)과 외측 링 용 직류 전원(230A)의 사이에서 접속함으로써 외측 링(224)만의 플로팅 전압을 검출한다. 내측 링(222)은 외측 링(224)만큼 소모되지 않으므로 플로팅 전압의 변동도 적기 때문이다.
이러한 구성의 포커스 링 장치(250)에 따르면, 외측 링(224)과 내측 링(222)에는 상이한 직류 전압을 따로 인가할 수 있다. 예를 들면 포커스 링의 소모 등에 의해 외측 링(224)의 상면(225)이 크게 깎여 플로팅 전압의 변동도 크면 조정되는 인가 전압도 커진다. 이 때, 도 7에 도시한 포커스 링(200)과 같이 외측 링(224)과 내측 링(222)이 일체인 경우에는, 소모된 외측 링(224)뿐만 아니라 내측 링(222)도 동일 전위가 되므로, 인가 전압이 클수록 웨이퍼 주연부의 하면과 내측 링(222)의 상면(223)의 전위차도 작아지므로, 플라즈마 중의 이온(I)이 웨이퍼(W)와 외측 링(224)의 내주면과의 사이로 혼입되어도 웨이퍼 주연부의 하면(이면)까지 유입되기 어려워진다.
이 점, 도 11에 도시한 포커스 링(200)은 외측 링(224)과 내측 링(222)이 별체로 내측 링(222)에 외측 링(224)과는 상이한 직류 전압을 인가할 수 있다. 이 때문에, 외측 링(224)에는 소모에 따른 직류 전압을 인가하고 또한, 내측 링(222)에는 웨이퍼 주연부의 하면과 내측 링(222)의 상면(223)과의 전위차를 확보하는 직류 전압을 인가할 수 있다.
예를 들면 외측 링(224)에는 도 5의 경우와 마찬가지로 -600 V를 인가하고 또한, 내측 링(222)에는 예를 들면 -400 V를 인가할 수 있다. 이에 따르면, 내측 링(222)에는 웨이퍼 주연부의 하면과 내측 링(222)의 상면(223)과의 전위차는 도 5의 경우(400 V)보다 큰 600 V를 확보할 수 있다. 이에 의해, 플라즈마 중의 이온(I)이 웨이퍼 주연부의 하면(이면)까지 쉽게 유입되게 되어 웨이퍼 주연부의 부착물 저감 효과를 높일 수 있다.
이어서, 도 11에 도시한 포커스 링 장치를 이용한 포커스 링에의 전압 인가 제어에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 11에 도시한 포커스 링 장치의 전압 인가 제어도 도 8에 나타낸 플로우 차트에 기초하여 실행된다. 우선 단계(S110)에서 플로팅 전압을 검출한다. 여기서는 외측 링(224)만의 플로팅 전압을 검출한다. 구체적으로는 각 직류 전원(230A, 230B)을 오프한 상태로 플라즈마를 생성하고, 그 때의 외측 링(224)만의 전압을 플로팅 전압으로 하여 전압 센서(234)로 검출한다.
이어서, 단계(S120)에서 도전성 링(220)에 인가하는 최적 인가 전압의 설정을 행한다. 이 설정은 예를 들면 도 12에 나타낸 서브 루틴의 플로우 차트에 기초하여 실행된다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 우선 단계(S310)에서 앞으로 실행하기 위하여 선택된 플라즈마 처리 조건에 관련된 외측 링(224)의 초기 최적 인가 전압을, 예를 들면 도 13에 나타낸 바와 같은 데이터 테이블에 기초하여 취득한다. 도 13에 나타낸 데이터 테이블은 플라즈마 처리 조건마다 내측 링(222)의 최적 인가 전압과 외측 링(224)의 초기 플로팅 전압에 따른 최적 인가 전압을 구하여 기억부(320)에 미리 기억되어 있다.
예를 들면 플라즈마 처리 조건(X)이 선택되었을 경우에는 그에 관련된 인가 전압 데이터에서 내측 링(222)의 초기 최적 인가 전압은 ro(X)이며, 초기 플로팅 전압 Fo(X)일 때의 외측 링(224)의 초기 최적 인가 전압은 Ro(X)이다. 이들 내측 링(222)과 외측 링(224)의 최적 인가 전압은, 상술한 도 10에 나타낸 경우와 마찬가지로, 더미 프로세스에 의한 플라즈마 처리 또는 시뮬레이션에 의한 실험 등에 의해 이 처리 조건으로 플라즈마 처리를 실행했을 때에 웨이퍼 주연부의 부착물 저감과 이온 입사각의 양방을 균형 있게 개선할 수 있는 전압을 구하여 이를 각각의 최적 인가 전압으로 한다.
단계(S320 ~ S340)는 외측 링(224)에만 대하여 단계(S220 ~ S240)와 동일한 처리를 행한다. 즉, 단계(S320)에서 검출된 플로팅 전압으로부터 플로팅 전압의 변동량을 산출하고, 단계(S330)에서 그 변동량에 따라 외측 링(224)의 최적 인가 전압을 조정한다. 이어서, 단계(S340)에서 조정된 최적 인가 전압을 도전성 링(220)에 인가하는 직류 전압으로서 설정한다.
이어서, 단계(S350)에서 상기 플라즈마 처리 조건에 관련된 내측 링(222)의 최적 인가 전압을 예를 들면 도 13에 나타낸 데이터 테이블에 기초하여 취득한다. 이 내측 링(222)의 최적 인가 전압은 플라즈마 처리 조건마다 상이하지만, 동일한 플라즈마 처리 조건에서는 플로팅 전압이 거의 변동되지 않기 때문에, 플로팅 전압에 따라 바꾸지 않아도 된다고 생각된다.
이어서, 단계(S360)에서 취득한 내측 링(222)의 최적 인가 전압을 내측 링(222)에 인가하는 직류 전압으로서 설정하고, 도 8의 메인 루틴으로 돌아가 단계(S130)의 처리로 이동한다.
즉, 단계(S130)에서 각 직류 전원(230A, 230B)을 제어하여 내측 링(222) 및 외측 링(224)에 대한 각 직류 전압의 인가를 개시한다. 이어서 단계(S140)에서 플라즈마 처리의 종료 여부를 판단하여 플라즈마 처리가 종료되었다고 판단했을 경우에는 단계(S150)에서 각 직류 전원(230A, 230B)을 오프하여 각 직류 전압의 인가를 정지하고 일련의 전압 인가 제어를 종료시킨다.
이와 같이, 내측 링(222)에는 처리 조건마다 최적 인가 전압을 설정하고, 외측 링(224)에는 플라즈마 처리를 행할 때마다 검출한 플로팅 전압에 따른 최적 인가 전압을 설정한다. 이에 따라, 플라즈마 처리의 처리 조건마다 포커스 링(200)의 소모에 따라 외측 링(224)의 인가 전압을 용이하게 최적화할 수 있고 또한, 이와는 별도로 웨이퍼(W)와 내측 링(222)의 전위차를 최적으로 유지할 수 있다. 이 때문에, 웨이퍼 주연부에서의 부착물 저감 효과를 보다 높일 수 있다.
또한, 도 7과 도 11에 도시한 포커스 링(200)의 구성은 상기 실시예에 한정되지 않는다. 예를 들면 이들 외측 링(224)을 도 14, 도 15에 도시한 바와 같이 추가로 내주부(224a)와 외주부(224b)를 분할하여 외주부(224b)에는 직류 전압을 인가하지 않고, 내주부(224a)에 직류 전압을 인가하도록 해도 좋다. 이에 따르면, 웨이퍼 주단부에서의 부착물 저감 또는 이온 입사각에 영향을 주는 내주부(224a) 상의 플라즈마 시스만을 조정할 수 있다. 이에 의해, 직류 전압을 인가하는 부분의 면적을 줄일 수 있으므로, 도 14에 도시한 직류 전원(230) 및 도 15에 도시한 외측 링 용 직류 전원(230A)을 보다 소형화할 수 있다.
또한, 외측 링(224)의 형상은 도 2, 도 7, 도 11에 도시한 것에 한정되지 않는다. 예를 들면 외측 링(224)의 상면(225)의 내주연부에 내측(웨이퍼(W)측)을 향하여 점차 낮아지는 경사면을 형성해도 좋다. 이에 따르면, 외측 링(224)의 상면(225)은 외측의 수평면과 내측의 경사면으로 구성되므로, 외측 링(224) 상과 웨이퍼(W) 상의 경계에서의 시스 두께의 변동을 완화할 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는 도전성 링(220)은 그 하면이 유전성 링(210)의 상면에 정확히 겹치는 것과 같은 형상으로 했을 경우에 대하여 설명했지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면 도전성 링(220)이 유전성 링(210)보다 직경 방향으로 커지도록 해도 좋다.
이상, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다. 당업자라면 특허 청구의 범위에 기재된 범주 내에서 각종의 변경예 또는 수정예를 도출해 낼 수 있는 것은 자명하며, 이들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.
본 발명은 기판을 재치하는 재치대와 그 기판의 주위를 둘러싸도록 재치대에 설치된 포커스 링을 구비한 플라즈마 처리 장치, 플라즈마 처리 방법, 프로그램에 적용 가능하다.
10 : 플라즈마 처리 장치
102 : 처리실
103 : 재치대
104 : 절연판
105 : 서셉터
106 : 하이패스 필터(HPF)
107 : 온도 조절 매체실
108 : 도입관
109 : 배출관
111 : 정전 척
112 : 전극
114 : 가스 통로
121 : 상부 전극
122 : 절연재
123 : 토출홀
124 : 전극판
125 : 전극 지지체
126 : 가스 도입구
127 : 가스 공급관
128 : 밸브
129 : 매스플로우 콘트롤러
130 : 처리 가스 공급원
131 : 반출입구
132 : 게이트 밸브
134 : 배기관
135 : 배기부
140 : 제 1 고주파 전원
141 : 제 1 정합기
142 : 로우패스 필터(LPF)
150 : 제 2 고주파 전원
151 : 제 2 정합기
200 : 포커스 링
210 : 유전성 링
220 : 도전성 링
222 : 내측 링
223 : 내측 링의 상면
224 : 외측 링
224a : 내주부
224b : 외주부
225 : 외측 링의 상면
225a : 내주부의 상면
225b : 외주부의 상면
230 : 직류 전원
230A : 외측 링 용 직류 전원
230B : 내측 링 용 직류 전원
232, 232A, 232B : 로우패스 필터(LPF)
234 : 전압 센서
250 : 포커스 링 장치
300 : 제어부
310 : 조작부
320 : 기억부
P : 플라즈마
W : 웨이퍼

Claims (14)

  1. 기판을 재치하는 재치대와 상기 기판의 주위를 둘러싸도록 상기 재치대에 설치된 포커스 링을 구비한 플라즈마 처리 장치에서 상기 재치대에 재치된 기판에 대하여 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법으로서,
    상기 포커스 링은 상기 재치대의 기판 재치부를 둘러싸도록 배치된 유전성 링과, 상기 유전성 링 상에 설치된 도전성 링을 구비하고, 상기 도전성 링은, 상기 도전성 링의 플로팅 전압을 검출하는 전압 센서와 직류 전압을 인가하는 직류 전원이 접속되고, 상기 기판의 주연부의 주위를 둘러싸도록 배치되며, 상기 기판 재치부에 재치된 기판보다 높은 상면을 가지는 외측 링과, 상기 외측 링으로부터 내측으로 연장되어 상기 기판의 주연부의 하방으로 들어가도록 배치되고 상기 기판보다 낮은 상면을 가지는 내측 링을 일체로 구성하여 이루어지고,
    상기 전압 센서로 검출된 상기 도전성 링의 플로팅 전압에 대응하여 상기 도전성 링에 인가할 인가 전압을 기억부에 기억해 두고,
    플라즈마 처리를 실행할 때에는 플라즈마 처리마다 상기 전압 센서로 상기 도전성 링의 플로팅 전압을 검출하여 플로팅 전압의 변동량을 구하고, 상기 플로팅 전압의 변동량에 따라 상기 기억부에 기억된 인가 전압을 조정하고,
    조정 후의 인가 전압을 상기 직류 전원으로부터 상기 도전성 링에 인가하여 상기 기판에 대한 플라즈마 처리를 실행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 센서로 검출된 상기 도전성 링의 플로팅 전압에 대응하여 상기 도전성 링에 인가할 인가 전압을 플라즈마 처리 조건마다 구하여 기억부에 기억해 두고,
    선택된 플라즈마 처리 조건으로 플라즈마 처리를 실행할 때에는, 플라즈마 처리마다 상기 전압 센서로 상기 도전성 링의 플로팅 전압을 검출하여 플로팅 전압의 변동량을 구하고, 상기 플로팅 전압의 변동량에 따라 선택된 플라즈마 처리 조건과 관련하여 상기 기억부에 기억된 인가 전압을 조정하고,
    조정 후의 인가 전압을 상기 직류 전원으로부터 상기 도전성 링에 인가하여 상기 플라즈마 처리 조건으로 상기 기판에 대한 플라즈마 처리를 실행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기억부에 기억된 인가 전압은, 상기 기판의 주연부에서의 부착물의 저감과 처리 결과의 향상의 양방을 높이는 인가 전압인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 외측 링은 외주부와 상기 외주부 내측의 내주부로 분할되고,
    상기 내주부는 상기 내측 링과 전기적으로 도통되고, 상기 외주부는 상기 내주부 및 상기 내측 링과 전기적으로 절연되도록 구성하고,
    상기 직류 전원과 상기 전압 센서는 상기 내주부 또는 상기 내측 링에 접속되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 외측 링은 외주부와 상기 외주부 내측의 내주부로 분할되고,
    상기 내주부는 상기 내측 링과 전기적으로 도통되고, 상기 외주부는 상기 내주부 및 상기 내측 링과 전기적으로 절연되도록 구성하고,
    상기 직류 전원과 상기 전압 센서는 상기 내주부 또는 상기 내측 링에 접속되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  6. 기판을 재치하는 재치대와 상기 기판의 주위를 둘러싸도록 상기 재치대에 설치된 포커스 링을 구비한 플라즈마 처리 장치에서 상기 재치대에 재치된 기판에 대하여 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법으로서,
    상기 포커스 링은 상기 재치대의 기판 재치부를 둘러싸도록 배치된 유전성 링과, 상기 유전성 링 상에 설치된 도전성 링을 구비하고, 상기 도전성 링은 상기 기판의 주연부의 주위를 둘러싸도록 배치되고 상기 기판 재치부에 재치된 기판보다 높은 상면을 가지는 외측 링과, 상기 외측 링으로부터 내측으로 이간되어 상기 기판의 주연부의 하방으로 들어가도록 배치되고 상기 기판보다 낮은 상면을 가지는 내측 링을 별체로 구성하여 이루어지고, 상기 외측 링과 상기 내측 링은 각각 외측 링 용 직류 전원 및 내측 링 용 직류 전원이 접속되고, 상기 외측 링은 상기 외측 링의 플로팅 전압을 검출하는 전압 센서가 접속되고,
    상기 전압 센서로 검출된 상기 외측 링의 플로팅 전압에 대응하여 상기 외측 링에 인가할 인가 전압을 기억부에 기억해 두고 상기 내측 링에 인가할 인가 전압을 기억부에 기억해 두고,
    플라즈마 처리를 실행할 때에는 플라즈마 처리마다 상기 전압 센서로 상기 외측 링의 플로팅 전압을 검출하여 플로팅 전압의 변동량을 구하고, 상기 플로팅 전압의 변동량에 따라 상기 기억부에 기억된 상기 외측 링의 인가 전압을 조정하고,
    조정 후의 상기 외측 링의 인가 전압을 상기 외측 링 용 직류 전원으로부터 상기 외측 링에 인가하고, 상기 기억부에 기억된 상기 내측 링의 인가 전압을 상기 내측 링 용 직류 전원으로부터 상기 내측 링에 인가하여 상기 기판에 대한 플라즈마 처리를 실행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전압 센서로 검출된 상기 외측 링의 플로팅 전압에 대응하여 상기 외측 링에 인가할 인가 전압을 플라즈마 처리 조건마다 기억부에 기억해 두고, 상기 내측 링에 인가할 인가 전압을 상기 플라즈마 처리 조건마다 기억부에 기억해 두고,
    플라즈마 처리를 실행할 때에는, 선택된 플라즈마 처리 조건에서 상기 전압 센서로 상기 외측 링의 플로팅 전압을 검출하여 플로팅 전압의 변동량을 구하고, 상기 플로팅 전압의 변동량에 따라 선택된 플라즈마 처리 조건과 관련하여 상기 기억부에 기억된 상기 외측 링의 인가 전압을 조정하고,
    조정 후의 상기 외측 링의 인가 전압을 상기 외측 링 용 직류 전원으로부터 상기 외측 링에 인가하고, 선택된 플라즈마 처리 조건과 관련하여 상기 기억부에 기억된 상기 내측 링의 인가 전압을 상기 내측 링 용 직류 전원으로부터 상기 내측 링에 인가하여 상기 기판에 대한 플라즈마 처리를 실행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 기억부에 기억된 외측 링의 인가 전압과 상기 내측 링의 인가 전압은, 상기 기판의 주연부에서의 부착물의 저감과 처리 결과의 향상의 양방을 높이는 인가 전압인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  9. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 외측 링은 외주부와 상기 외주부의 내측의 내주부로 분할되고,
    상기 내주부는 상기 내측 링과 전기적으로 절연되고, 상기 외주부는 상기 내주부 및 상기 내측 링과 전기적으로 절연되도록 구성하고,
    상기 외측 링 용 직류 전원과 상기 전압 센서는 상기 내주부에 접속되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 외측 링은 외주부와 상기 외주부의 내측의 내주부로 분할되고,
    상기 내주부는 상기 내측 링과 전기적으로 절연되고, 상기 외주부는 상기 내주부 및 상기 내측 링과 전기적으로 절연되도록 구성하고,
    상기 외측 링 용 직류 전원과 상기 전압 센서는 상기 내주부에 접속되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  11. 재치대에 재치된 기판에 대하여 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치로서,
    상기 재치대의 기판 재치부를 둘러싸도록 배치된 유전성 링과, 상기 유전성 링 상에 설치된 도전성 링을 구비하고, 상기 도전성 링은 상기 기판의 주연부의 주위를 둘러싸도록 배치되고 상기 기판 재치부에 재치된 기판보다 높은 상면을 가지는 외측 링과, 상기 외측 링으로부터 내측으로 연장되어 상기 기판의 주연부의 하방으로 들어가도록 배치되고 상기 기판보다 낮은 상면을 가지는 내측 링을 일체로 구성하여 이루어지는 포커스 링과,
    상기 도전성 링의 플로팅 전압을 검출하는 전압 센서와,
    상기 도전성 링에 직류 전압을 인가하는 직류 전원과,
    상기 전압 센서로 검출된 상기 도전성 링의 플로팅 전압에 대응하여 상기 도전성 링에 인가할 인가 전압을 기억한 기억부와,
    플라즈마 처리를 실행할 때에는, 플라즈마 처리마다 상기 전압 센서로 상기 도전성 링의 플로팅 전압을 검출하여 플로팅 전압의 변동량을 구하고, 상기 플로팅 전압의 변동량에 따라 상기 기억부에 기억된 인가 전압을 조정하고, 조정 후의 인가 전압을 상기 직류 전원으로부터 상기 도전성 링에 인가하여 상기 기판에 대한 플라즈마 처리를 실행하는 제어부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  12. 재치대에 재치된 기판에 대하여 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치로서,
    상기 재치대의 기판 재치부를 둘러싸도록 배치된 유전성 링과, 상기 유전성 링 상에 설치된 도전성 링을 구비하고, 상기 도전성 링은 상기 기판의 주연부의 주위를 둘러싸도록 배치되고 상기 기판 재치부에 재치된 기판보다 높은 상면을 가지는 외측 링과, 상기 외측 링으로부터 내측으로 이간되어 상기 기판의 주연부의 하방으로 들어가도록 배치되고 상기 기판보다 낮은 상면을 가지는 내측 링을 별체로 구성하여 이루어지는 포커스 링과,
    상기 외측 링의 플로팅 전압을 검출하는 전압 센서와,
    상기 외측 링에 직류 전압을 인가하는 외측 링 용 직류 전원과,
    상기 내측 링에 직류 전압을 인가하는 내측 링 용 직류 전원과,
    상기 전압 센서로 검출된 상기 외측 링의 플로팅 전압에 대응하여 상기 외측 링에 인가할 인가 전압과 상기 내측 링에 인가할 인가 전압을 기억하는 기억부와,
    플라즈마 처리를 실행할 때에는, 플라즈마 처리마다 상기 전압 센서로 상기 외측 링의 플로팅 전압을 검출하여 플로팅 전압의 변동량을 구하고, 상기 플로팅 전압의 변동량에 따라 상기 기억부에 기억된 상기 외측 링의 인가 전압을 조정하고,
    조정 후의 상기 외측 링의 인가 전압을 상기 외측 링 용 직류 전원으로부터 상기 외측 링에 인가하고, 상기 기억부에 기억된 상기 내측 링의 인가 전압을 상기 내측 링 용 직류 전원으로부터 상기 내측 링에 인가하여 상기 기판에 대한 플라즈마 처리를 실행하는 제어부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  13. 재치대에 재치된 기판에 대하여 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치의 플라즈마 처리 방법을 실행하기 위한 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체로서,
    상기 플라즈마 처리 장치는,
    상기 재치대의 기판 재치부를 둘러싸도록 배치된 유전성 링과, 상기 유전성 링 상에 설치된 도전성 링을 구비하고, 상기 도전성 링은 상기 기판의 주연부의 주위를 둘러싸도록 배치되고 상기 기판 재치부에 재치된 기판보다 높은 상면을 가지는 외측 링과, 상기 외측 링으로부터 내측으로 연장되어 상기 기판의 주연부의 하방으로 들어가도록 배치되고 상기 기판보다 낮은 상면을 가지는 내측 링을 일체로 구성하여 이루어지는 포커스 링과, 상기 도전성 링의 플로팅 전압을 검출하는 전압 센서와, 상기 도전성 링에 직류 전압을 인가하는 직류 전원과, 상기 전압 센서로 검출된 상기 도전성 링의 플로팅 전압에 대응하여 상기 도전성 링에 인가할 인가 전압을 기억한 기억부를 구비하고,
    상기 플라즈마 처리 방법은,
    플라즈마 처리를 실행할 때에는, 플라즈마 처리마다 상기 전압 센서로 상기 도전성 링의 플로팅 전압을 검출하여 플로팅 전압의 변동량을 구하고, 상기 플로팅 전압의 변동량에 따라 상기 기억부에 기억된 인가 전압을 조정하는 단계와,
    조정 후의 인가 전압을 상기 직류 전원으로부터 상기 도전성 링에 인가하여 상기 기판에 대한 플라즈마 처리를 실행하는 단계
    를 가지는 것을 특징으로 하는 프로그램을 기록한 기록매체.
  14. 재치대에 재치된 기판에 대하여 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치의 플라즈마 처리 방법을 실행하기 위한 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체로서,
    상기 플라즈마 처리 장치는,
    상기 재치대의 기판 재치부를 둘러싸도록 배치된 유전성 링과, 상기 유전성 링 상에 설치된 도전성 링을 구비하고, 상기 도전성 링은 상기 기판의 주연부의 주위를 둘러싸도록 배치되고 상기 기판 재치부에 재치된 기판보다 높은 상면을 가지는 외측 링과, 상기 외측 링으로부터 내측으로 이간되어 상기 기판의 주연부의 하방으로 들어가도록 배치되고 상기 기판보다 낮은 상면을 가지는 내측 링을 별체로 구성하여 이루어지는 포커스 링과, 상기 외측 링의 플로팅 전압을 검출하는 전압 센서와, 상기 외측 링에 직류 전압을 인가하는 외측 링 용 직류 전원과, 상기 내측 링에 직류 전압을 인가하는 내측 링 용 직류 전원과, 상기 전압 센서로 검출된 상기 외측 링의 플로팅 전압에 대응하여 상기 외측 링에 인가할 인가 전압과 상기 내측 링에 인가할 인가 전압을 기억하는 기억부를 구비하고,
    상기 플라즈마 처리 방법은,
    플라즈마 처리를 실행할 때에는, 플라즈마 처리마다 상기 전압 센서로 상기 외측 링의 플로팅 전압을 검출하여 플로팅 전압의 변동량을 구하고, 상기 플로팅 전압의 변동량에 따라 상기 기억부에 기억된 상기 외측 링의 인가 전압을 조정하는 단계와,
    조정 후의 상기 외측 링의 인가 전압을 상기 외측 링 용 직류 전원으로부터 상기 외측 링에 인가하고, 상기 기억부에 기억된 상기 내측 링의 인가 전압을 상기 내측 링 용 직류 전원으로부터 상기 내측 링에 인가하여 상기 기판에 대한 플라즈마 처리를 실행하는 단계
    를 가지는 것을 특징으로 하는 프로그램을 기록한 기록매체.
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