KR101749766B1 - 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 프로세스에 따라 벽 전위를 제어하는 기구에 관한 발명으로서,
처리용기내의 플라즈마 처리공간에 플라즈마를 생성하고, 웨이퍼를 플라즈마 처리하는 에칭 장치는 플라즈마 여기용의 고주파 전력을 인가하는 플라즈마 여기용 고주파 전원과, 전위 조정용의 고주파 전력을 인가하는 전위 조정용 고주파 전원 또는 직류 전압을 인가하는 직류 전원의 적어도 어느 하나와, 웨이퍼를 탑재하는 탑재대와, 탑재대에 탑재된 웨이퍼보다 외측이며 탑재대에 대향해서 배치되고, 전위 조정용 고주파 전원 또는 직류 전원의 적어도 어느 하나에 접속된 보조 전극을 구비한다.
처리용기내의 플라즈마 처리공간에 플라즈마를 생성하고, 웨이퍼를 플라즈마 처리하는 에칭 장치는 플라즈마 여기용의 고주파 전력을 인가하는 플라즈마 여기용 고주파 전원과, 전위 조정용의 고주파 전력을 인가하는 전위 조정용 고주파 전원 또는 직류 전압을 인가하는 직류 전원의 적어도 어느 하나와, 웨이퍼를 탑재하는 탑재대와, 탑재대에 탑재된 웨이퍼보다 외측이며 탑재대에 대향해서 배치되고, 전위 조정용 고주파 전원 또는 직류 전원의 적어도 어느 하나에 접속된 보조 전극을 구비한다.
Description
본 발명은 피처리체에 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로서, 특히, 벽 전위를 제어하는 기구에 관한 것이다.
플라즈마 전위는 주위의 전위보다 높은 전위를 갖고 있다. 이것을 도 8에 나타낸 평행 평판형 플라즈마 처리 장치(99)를 예로 이용해서 설명한다. 처리용기(900)내의 플라즈마 처리 공간에 있어서, 바이어스 전위가 부의 타이밍(웨이퍼 전위가 부)인 경우, 즉, 웨이퍼 전위 Vwafer가 벽 전위 Vwall(즉, 그라운드)보다 낮아지는 경우, 플라즈마 전위 Vplasma는 벽 전위 Vwall보다 높은 전위로 된다. 한편, 바이어스 전위가 정의 타이밍(웨이퍼 전위가 정)인 경우, 즉, 웨이퍼 전위 Vwafer가 벽 전위 Vwall보다 높아지는 경우, 플라즈마 전위 Vplasma는 웨이퍼 전위 Vwafer보다 높은 전위로 된다.
처리용기(900)의 벽과 플라즈마간의 전위차(Vwall-Vplasma)는 에칭 프로세스의 생산성에 크게 관계한다. 즉, 전위차(Vwall-Vplasma)가 너무 크면, 플라즈마 중의 이온에 의한 벽면에의 스퍼터력이 강하게 되고, 또 플라즈마 중의 래디컬이 벽면에 퇴적하기 어려워져, 처리용기의 벽이 깎이고, 파티클, 챔버내 오염, 부품의 소모 등의 원인이 된다.
한편, 전위차(Vwall-Vplasma)가 너무 작으면, 플라즈마 중의 이온에 의한 벽면에의 스퍼터력이 약해지고, 플라즈마 중의 래디컬이 벽면에 부착되기 쉬워져, 벽에 반응 생성물이 퇴적되어 막을 형성한다. 예를 들면, 전 공정에서 CF계 가스를 사용한 프로세스를 실행한 경우, 프로세스 중에 처리용기의 벽면에 CF막(폴리머)이 형성된다. 이 상태에서 다음 공정에서 동일 처리용기내에서 O2 가스를 사용한 프로세스를 실행하면, O2에 CF가 혼재된 형태로 플라즈마가 생성되게 되고, 벽면에 부착된 CF막의 성분이 플라즈마 중에 들어가 다른 물질과 화학반응을 일으키고, 원하는 플라즈마 처리에 악영향을 미치게 된다. 소위 메모리 이펙트(Memory Effect)의 문제이다. 이 메모리 이펙트의 문제에 더하여, 벽에의 막의 부착이 많을수록 처리용기내를 빈번하게 클리닝할 필요가 발생하고, 생산성의 저하, 제조 비용의 증대를 야기한다.
또한, 최근, 에칭 레이트 등을 상승시켜 가공 시간을 단축하는 것에 의해 스루풋을 향상시키고자 하는 사용자의 요구가 높아지고 있다. 이 요구에 따라, 더욱 고전력의 고주파 전력을 처리용기내에 공급할 필요가 생기고 있다. 고주파 전원으로부터 고전력의 고주파 전력이 출력되면, 벽면에의 스퍼터력이 강하게 되는 한편, 래디컬이 벽면에 퇴적하기 어려워져 벽의 깎임이 커진다.
특허문헌 1에서는 플라즈마 처리 중, 하부 전극에 바이어스용의 고주파 전력을 인가하고, 하부 전극에 이온을 인입한다. 플라즈마 처리 중에 상부 전극이나 처리용기의 내벽에 부착물이 퇴적되는 것에 의해 클리닝이 필요하게 된 경우에는 상부 전극을 부로 바이어스하도록 스위치를 전환하여, 상부 전극에 고주파 전력을 인가하고, 상부 전극에 이온을 인입한다. 이에 의하면, 이온의 인입에 의해서 상부 전극에 퇴적된 부착물을 제거할 수 있다.
그러나, 특허문헌 1은 바이어스용의 고주파 전력의 인가처를 플라즈마 처리와 클리닝 처리로 전환하는 기술이기 때문에, 플라즈마 처리 중에 있어서의 벽의 깎임 또는 벽에의 막의 형성이라는 문제를 해결할 수는 없다.
이에 대해, 벽이 지나치게 깎이지 않고, 또한 벽에 막이 지나치게 퇴적하지 않도록 고주파의 전력을 제어하는 것도 고려된다. 일반적으로, 처리용기의 벽 및 플라즈마간의 전위차(Vwall-Vplasma)는 전극으로부터 공급하는 고주파의 전력에 의존하기 때문이다.
그러나, 고주파의 전력은 플라즈마를 생성하기 위해 최적의 값으로 설정할 필요가 있다. 이 때문에, 벽에 인가되는 전위는 적극적으로 제어하는 대상으로는 되지 않고, 고주파의 전력이나 처리용기의 형태에 따라 결정되어 버린다.
또한, 동일 처리용기내에서 다른 프로세스가 연속적으로 실행되는 경우, 프로세스마다 최적의 고주파의 전력은 다르기 때문에, 모든 프로세스 조건에서 처리 용기의 벽과 플라즈마간의 전위차를 원하는 범위내에 넣는 것은 극히 곤란하다. 따라서, 사용하는 대표적인 고주파의 전력에 대해 최적의, 벽 및 플라즈마간의 전위차가 되도록 처리용기의 구조를 설계하고 있다. 그러나, 최근, 다층막 구조의 다른 복수의 에칭 프로세스를 동일 처리용기내에서 연속해서 실행한다고 하는 다층막 구조의 일괄 에칭이 주류로 되고 있다. 이 때문에, 동일 처리용기내에서 고주파의 전력이 매우 낮은 조건과 매우 높은 조건의 연속 프로세스가 요구된다. 이에 따라, 또한 벽과 플라즈마간의 전위차(Vwall-Vplasma)가 매우 커지거나 매우 작아져 상기 벽의 깎임이나 벽에의 막의 퇴적의 문제가 커지고 있다.
상기 과제를 감안하여, 본 발명은 플라즈마의 상태를 안정적으로 유지하면서, 프로세스에 따라 적정하게 벽의 전위를 조정하는 것이 가능한 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 임의의 형태에 의하면, 처리용기내의 플라즈마 처리공간에 플라즈마를 생성하고, 피처리체를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 장치로서, 플라즈마 여기용의 고주파 전력을 인가하는 플라즈마 여기용 고주파 전원과, 플라즈마 여기용의 고주파보다 낮은 주파수의 전위 조정용의 고주파 전력을 인가하는 전위 조정용 고주파 전원 또는 직류 전압을 인가하는 직류 전원의 적어도 어느 하나와, 피처리체를 탑재하는 탑재대와, 상기 탑재대에 탑재된 피처리체보다 외측이고 상기 탑재대에 대향해서 배치되고, 상기 전위 조정용 고주파 전원 또는 상기 직류 전원의 적어도 어느 하나에 접속된 보조 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
이러한 구성에 의하면, 탑재대에 탑재된 피처리체보다 외측이고 탑재대에 대향해서 배치되고, 고주파 전원 또는 직류 전원의 적어도 어느 하나에 접속되는 보조 전극이 마련된다. 이에 따라, 보조 전극에는 고주파 전원으로부터 출력된 고주파 전력이거나, 또는 직류 전원으로부터 출력된 직류 전압의 적어도 어느 하나가 인가된다.
지금까지의 지견으로부터, 발명자는 보조 전극에 직류 전원으로부터 출력된 직류 전압을 인가하면, 처리용기의 벽과 플라즈마간의 전위차(Vwall-Vplasma)는 작아지고, 보조 전극에 고주파 전원으로부터 출력된 고주파 전력을 인가하면, 그 전위차(Vwall-Vplasma)는 커지는 것을 발견하였다.
따라서, 벽에 반응물이 퇴적되기 쉬운 프로세스의 경우에는 보조 전극에 고주파 전원으로부터 출력된 고주파 전력을 인가하도록 제어한다. 이에 따라, 처리용기의 벽과 플라즈마의 전위차(Vwall-Vplasma)는 커지고, 벽면측의 시스 전압이 높아진다. 이것에 의하면, 벽면측의 시스 영역에서 이온의 가속을 강하게 하고, 벽에의 이온의 충돌력을 크게 하여, 벽에 반응물이 퇴적되는 것을 억제할 수 있다. 한편, 벽이 깎이기 쉬운 프로세스의 경우에는 보조 전극에 직류 전원으로부터 출력된 직류 전압을 인가하도록 제어한다. 이에 따라, 처리용기의 벽과 플라즈마의 전위차(Vwall-Vplasma)는 작아지고, 벽면측의 시스 전압이 낮아진다. 이에 따라, 벽면측의 시스 영역에서 이온의 가속을 약하게 하고, 벽에의 이온의 충돌력을 작게 하여, 벽이 깎이는 것을 억제할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 이와 같이 하여 처리용기내에서 벽이 지나치게 깎이지 않고, 또한 벽에 퇴적물이 지나치게 부착되지 않도록 제어할 수 있다.
또한, 이러한 구성에서는 플라즈마 여기용의 고주파보다 낮은 주파수의 전위 조정의 고주파 전력을 이용하고, 플라즈마 생성용의 고주파 전원을 벽 전위의 제어에 이용하지 않는다. 따라서, 플라즈마 생성용의 고주파 전력은 프로세스에 따라 적정한 파워로 설정할 수 있다. 이 때문에, 플라즈마의 상태를 안정적으로 유지할 수 있다. 또한, 이러한 구성에 의하면, 보조 전극은 피처리체보다 외측이며 탑재대에 대향해서 배치되어 있다. 따라서, 상기 벽 전위의 제어는 플라즈마 생성을 위한 제어와 독립되어, 영향을 서로 미치지 않는다. 그 결과, 피처리체의 가공에 이용되는 플라즈마의 상태를 안정적으로 유지하면서, 적정하게 벽의 전위를 조정할 수 있다.
보조 전극은 상부 전극의 바깥둘레에서 해당 상부 전극과 이격되어 배치되어 있어도 좋다.
상기 전위 조정용 고주파 전원 및 상기 직류 전원을 구비하고, 상기 전위 조정용 고주파 전원으로부터 상기 보조 전극에의 고주파 전력의 인가와 상기 직류 전원으로부터 상기 보조 전극에의 직류 전압의 인가를 전환해도 좋다.
하부 전극으로서의 상기 탑재대에 바이어스용의 고주파 전력을 인가하는 바이어스용 고주파 전원을 구비하고, 상기 바이어스용 고주파 전원으로부터 인가되는 고주파 전력이 500W 이하인 경우, 상기 전위 조정용 고주파 전원으로부터 상기 보조 전극에 고주파 전력을 인가하고, 상기 바이어스용 고주파 전원으로부터 인가되는 고주파 전력이 1500W 이상인 경우, 상기 직류 전원으로부터 상기 보조 전극에 직류 전압을 인가해도 좋다.
상기 플라즈마 여기용 고주파 전원으로부터 인가되는 고주파 전력은 200W 이상으로 설정되어도 좋다.
다층막 구조의 다른 복수의 에칭 프로세스를 상기 처리용기내에서 연속해서 실행하는 경우, 각 에칭 프로세스의 조건에 따라 상기 전위 조정용 고주파 전원으로부터 상기 보조 전극에의 고주파 전력의 인가와 상기 직류 전원으로부터 상기 보조 전극에의 직류 전압의 인가를 전환해도 좋다.
다층막 구조의 다른 복수의 에칭 프로세스를 상기 처리용기내에서 연속해서 실행하는 경우, 각 에칭 프로세스의 조건에 따라 상기 전위 조정용 고주파 전원 또는 상기 직류 전원으로부터의 고주파 전력 또는 직류 전압의 인가처를, 상기 보조 전극과 상기 상부 전극의 사이에서 전환하는 제 1 전환기구를 가져도 좋다.
상기 전위 조정용 고주파 전원 및 상기 바이어스용 고주파 전원은 상기 보조 전극 및 상기 하부 전극에 접속되는 1개의 고주파 전원으로 구성되고, 상기 고주파 전원으로부터 상기 보조 전극에의 고주파 전력의 인가와 동일한 해당 고주파 전원으로부터 상기 하부 전극에의 고주파 전력의 인가를 전환하는 제 2 전환기구를 가져도 좋다.
상기 전위 조정용 고주파 전원 및 상기 바이어스용 고주파 전원은 상기 보조 전극 및 상기 하부 전극에 접속되는 1개의 고주파 전원으로 구성되고, 상기 고주파 전원으로부터 상기 보조 전극에 인가되는 고주파 전력과 동일한 해당 고주파 전원으로부터 상기 하부 전극에 인가되는 고주파 전력의 파워비를 배분하는 파워 스플리터를 가져도 좋다.
상기 보조 전극은 실리콘을 함유한 재료 또는 금속으로 형성되어도 좋다.
상기 처리용기의 벽은 알루미늄의 모재에 절연물을 용사한 부재, 혹은 실리콘 또는 알루미늄의 모재에 탄화 규소를 피복한 부재로 형성되어도 좋다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 임의의 형태에 의하면, 플라즈마 여기용의 고주파 전력을 인가해서 처리용기내의 플라즈마 처리공간에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 처리 장치를 이용한 플라즈마 처리 방법으로서, 상기 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 여기용의 고주파보다 낮은 주파수의 전위 조정용의 고주파 전력을 인가하는 전위 조정용 고주파 전원 또는 직류 전압을 인가하는 직류 전원의 적어도 어느 하나와, 탑재대에 탑재된 피처리체보다 외측이며 상기 탑재대에 대향해서 배치되고, 상기 전위 조정용 고주파 전원 또는 상기 직류 전원의 적어도 어느 하나에 접속된 보조 전극을 구비하고, 상기 프로세스 조건에 따라, 상기 전위 조정용 고주파 전원 또는 상기 직류 전원으로부터 상기 보조 전극에 고주파 전력 또는 직류 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법이 제공된다.
상기 플라즈마 처리 장치는 상기 전위 조정용 고주파 전원 및 상기 직류 전원에 가하여, 하부 전극으로서의 상기 탑재대에 바이어스용의 고주파 전력을 인가하는 바이어스용 고주파 전원을 구비하고, 상기 바이어스용 고주파 전원으로부터 인가되는 고주파 전력이 500W 이하인 경우, 상기 전위 조정용 고주파 전원으로부터 상기 보조 전극에 고주파 전력을 인가하고, 상기 바이어스용 고주파 전원으로부터 인가되는 고주파 전력이 1500W 이상인 경우, 상기 직류 전원으로부터 상기 보조 전극에 직류 전압을 인가해도 좋다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 플라즈마의 상태를 안정적으로 유지하면서, 프로세스에 따라 적정하게 벽의 전위를 조정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 에칭 장치의 전체 구성을 나타낸 종단면도이고,
도 2는 LF 전력와 이온 에너지의 관계를 나타낸 그래프이고,
도 3은 직류 전압과 벽의 전위의 관계를 나타낸 그래프이고,
도 4는 제 1 실시형태에 따른 에칭 장치를 이용한 다층막 구조의 연속 에칭을 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 에칭 장치의 전체 구성을 나타낸 종단면도이고,
도 6은 스위치에 의한 전력 공급의 전환을 설명하기 위한 도면이고,
도 7은 파워 스플리터에 의한 전력 공급의 분배를 설명하기 위한 도면이고,
도 8은 플라즈마 처리공간에서의 전위의 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 LF 전력와 이온 에너지의 관계를 나타낸 그래프이고,
도 3은 직류 전압과 벽의 전위의 관계를 나타낸 그래프이고,
도 4는 제 1 실시형태에 따른 에칭 장치를 이용한 다층막 구조의 연속 에칭을 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 에칭 장치의 전체 구성을 나타낸 종단면도이고,
도 6은 스위치에 의한 전력 공급의 전환을 설명하기 위한 도면이고,
도 7은 파워 스플리터에 의한 전력 공급의 분배를 설명하기 위한 도면이고,
도 8은 플라즈마 처리공간에서의 전위의 상태를 설명하기 위한 도면이다.
이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 상세하게 설명한다. 또, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이는 것에 의해 중복 설명을 생략한다.
<제 1 실시형태>
(플라즈마 처리 장치의 전체 구성)
우선, 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 전체 구성에 대해, 도 1을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 관한 용량 결합형(평행 평판형)의 에칭 장치를 모식적으로 나타낸 종단면도이다. 에칭 장치(10)는 처리용기 내부에서 피처리체를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 장치의 일예이다.
에칭 장치(10)는 웨이퍼 W를 플라즈마 처리하는 처리용기(100)를 갖는다. 처리용기(100)는 원통형상이고 접지되어 있다. 처리용기(100)는 예를 들면 알루미늄의 모재(母材)에 절연물을 용사한 부재, 실리콘 또는 알루미늄의 모재에 탄화 규소를 피복한 부재로 형성되어 있다.
처리용기(100)의 내부에는 상부 전극(105) 및 하부 전극(110)이 대향해서 배치되고, 이에 따라, 한 쌍의 평행 평판 전극이 구성되어 있다. 상부 전극(105)은 알루미늄이나 실리콘으로 형성되어 있으며, 알루미늄의 표면에는 알루미나 또는 산화이트륨이 용사되어 있다. 상부 전극(105)에는 복수의 가스 구멍(105a)이 관통되어 있으며, 가스 공급원(115)으로부터 공급된 가스를 복수의 가스 구멍(105a)으로부터 처리용기내에 도입하도록 되어 있다.
하부 전극(110)에는 웨이퍼 W를 탑재하는 탑재대(120)가 마련되어 있다. 탑재대(120)는 알루미늄 등의 금속으로 형성되어 있으며, 도시하지 않은 절연체를 거쳐서 지지 부재(123)에 의해 지지되어 있다. 이에 따라, 하부 전극(110)은 전기적으로 뜬 상태로 되어 있다. 탑재대(120)의 외주 근방에는 가느다란 구멍을 갖는 배플판(125)이 마련되어 있어 가스의 흐름을 제어한다. 배플판(125)은 접지되어 있다.
상부 전극(105)의 외주 근방에는 링형상의 보조 전극(165)이 배치되어 있다. 보조 전극(165)은 실리콘을 함유한 재료 또는 금속으로 형성되어 있다. 보조 전극(165)이 금속인 경우에는 그 표면에 알루미나 또는 산화이트륨이 용사되어 있다. 보조 전극(165)은 절연 부재(170, 175)에 의해 상부 전극(105) 및 처리용기(100)와 절연되어 있다. 이와 같이 하여, 보조 전극(165)은 절연 부재(170)를 사이에 두고 상부 전극(105)의 바깥가장자리에서 해당 상부 전극(105)과 이격되어 배치된다. 또한, 보조 전극(165)은 웨이퍼 W보다 외측이며 탑재대(120)에 대향한 위치에 배치되고, 이에 따라 생성된 플라즈마(벌크 플라즈마)에 영향을 미치지 않도록 되어 있다.
보조 전극(165)에는 가변 직류 전원(이하, 직류 전원(130)이라고도 함)가 접속되어 있어, 직류 전원(130)으로부터 공급된 직류 전류를 보조 전극(165)에 인가하도록 되어 있다. 또한, 보조 전극(165)에는 정합기(135)를 거쳐서 전위 조정용 고주파 전원(LF)(140)이 접속되어 있어, 플라즈마 여기용의 고주파보다도 낮은 300㎑∼13.56㎒ 이하의 전위 조정용의 고주파(LF 전원)를 보조 전극(165)에 인가하도록 되어 있다.
13.56㎒ 이하의 고주파 및 직류 전압은 플라즈마의 생성에 기여하지 않는다. 따라서, 전위 조정용 고주파 전원(140) 및 직류 전원(130)으로부터 보조 전극(165)에 인가되는 고주파 전력 및 직류 전압은 이온의 인입이나 벽의 전위의 제어에만 기여한다. 이에 따라, 직류 전원(130) 및 전위 조정용 고주파 전원(140)에 의해서, 처리용기내에서 생성되는 플라즈마를 변동시키는 일 없이, 처리용기의 벽과 플라즈마의 전위차(Vwall-Vplasma)를 제어할 수 있다. 그 결과, 상부 전극(105)이나 처리용기(100)의 벽에 막이 지나치게 부착되지 않고, 또한 상부 전극(105)이나 처리용기(100)의 표면을 지나치게 깎지 않도록 제어할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는 보조 전극(165)은 직류 전원(130) 및 전위 조정용 고주파 전원(140)의 양쪽에 접속되어 있지만, 직류 전원(130) 및 전위 조정용 고주파 전원(140)의 적어도 어느 하나에 접속되어 있으면 좋다.
하부 전극(110)에는 정합기(145)를 거쳐서 플라즈마 여기용 고주파 전원(150)이 접속되어 있다. 플라즈마 여기용 고주파 전원(150)은 플라즈마 생성에 기여하는 13.56㎒ 이상의 고주파 전력(HF 전력)을 출력한다. 여기서는 플라즈마 여기용 고주파 전원(150)으로부터 60㎒의 고주파가 출력된다. 가스 공급원(115)으로부터 공급된 가스는 플라즈마 여기용 고주파 전원(150)으로부터 출력된 고주파의 전계에너지에 의해 여기되고, 이에 따라, 플라즈마 처리공간 U에 플라즈마가 생성된다. 플라즈마 처리공간 U에서는 생성된 플라즈마에 의해 웨이퍼 W에 에칭 처리가 실시된다. 또, 플라즈마 처리공간 U는 처리용기(100)의 내벽, 배플판(125) 및 탑재대(120)로 둘러싸인 공간이다.
하부 전극(110)에는 정합기(155)를 거쳐서 바이어스용 고주파 전원(160)이 접속되어 있다. 바이어스용 고주파 전원(160)은 플라즈마 여기용의 고주파보다도 낮은 300㎑∼13.56㎒ 이하의 바이어스용의 고주파 전력(LF 전력)을 출력한다. 이와 같이 하여 탑재대(120)에 바이어스 전압을 인가하는 것에 의해, 탑재대(120)를 향해 플라즈마 중의 이온을 인입하도록 되어 있다.
또, 플라즈마 여기용 고주파 전원(150)으로부터 출력되는 고주파 전력은 13.56㎒ 이상이면 좋고, 예를 들면 40㎒, 60㎒, 100㎒이어도 좋다. 또한, 바이어스용 고주파 전원(160)으로부터 출력되는 고주파 전력은 13.56㎒ 이하이면 좋고, 예를 들면 800㎑, 2㎒, 3㎒이어도 좋다.
처리용기(100)의 저면에는 배기구(180)가 마련되고, 배기구(180)에 접속된 도시하지 않은 배기 장치에 의해 처리용기(100)의 내부를 배기하고, 처리용기내를 원하는 진공 상태로 유지한다.
(보조 전극에의 DC 전력, LF 전력 공급)
여기서, 상기 구성의 에칭 장치(10)에 대한 보조 전극(165)에의 DC 전력, LF 전력의 공급에 대해 상세하게 설명한다.
최근, 다층막 구조의 다른 복수의 에칭 프로세스를 동일 처리용기내에서 연속해서 실행하는 일괄 에칭이 주류로 되고 있다. 이 때문에, 하나의 처리용기내에서 고주파의 파워가 매우 낮은 조건과 매우 높은 조건의 연속 스텝이 요구된다. 이에 따라, 처리용기(100)의 벽면 및 플라즈마간의 전위차(Vwall-Vplasma)가 매우 커지거나 매우 작아져 벽의 깎임이나 벽에의 퇴적의 문제가 커지고 있다.
이 문제에 대해, 발명자는 직류 전원(130)으로부터 출력된 직류 전압을 보조 전극(165)에 인가하면, 처리용기(100)의 벽과 플라즈마간의 전위차(Vwall-Vplasma)는 작아지고, 전위 조정용 고주파 전원(140)으로부터 출력된 고주파 전력을 보조 전극(165)에 인가하면, 그 전위차(Vwall-Vplasma)는 커지는 것을 발견하였다.
또한, 벽에 반응물이 퇴적되기 쉬운 프로세스의 경우에는 보조 전극(165)에 전위 조정용 고주파 전원(140)으로부터 출력된 고주파 전력을 인가하도록 제어한다. 이에 따라, 처리용기의 벽과 플라즈마의 전위차(Vwall-Vplasma)는 커지고, 벽면측의 시스 전압이 높아진다. 이것에 의하면, 벽면측의 시스 영역에서 이온의 가속을 강화하고, 벽에의 이온의 충돌력을 크게 하여, 벽에 반응물이 퇴적되는 것을 억제할 수 있다.
한편, 벽이 깎이기 쉬운 프로세스의 경우에는 보조 전극(165)에 직류 전원(130)으로부터 출력된 직류 전압을 인가하도록 제어한다. 이에 따라, 처리용기의 벽과 플라즈마의 전위차(Vwall-Vplasma)는 작아지고, 벽면측의 시스 전압이 낮아진다. 이에 따라, 벽면측의 시스 영역에서 이온의 가속을 약하게 하고, 벽에의 이온의 충돌력을 작게 하여, 벽이 깎이는 것을 억제할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 이렇게 하여 처리용기내에서 벽이 지나치게 깎이지 않고, 또한 벽에 퇴적물이 지나치게 부착되지 않도록 제어할 수 있다. 이상의 이론에 대해, 도 2 및 도 3을 참조하면서 설명한다.
도 2에는 하부 전극에 인가되는 플라즈마 여기용의 고주파 전력(HF 전력)을 1500W로 고정시키고, 하부 전극에 인가되는 바이어스용의 고주파 전력(LF 전력)을 가변으로 해서 횡축에 나타내고, 플라즈마 중의 아르곤의 이온 Ar+의 최대에너지를 종축에 나타내었을 때의 파티클 발생 및 폴리머 부착의 상태를 나타내고 있다. 바이어스용 고주파 전원으로부터는 플라즈마의 생성에 기여하지 않는 13.56㎒ 이하의 주파수의 바이어스용의 고주파 전력이 출력되고 있다. 그래프상의 직선은 위로부터 바이어스용의 고주파 전력의 주파수가 2㎒이고 A/Ｃ비가 6인 경우, 바이어스용의 고주파 전력의 주파수가 13㎒이고 A/C비가 4인 경우, 바이어스용의 고주파 전력의 주파수가 13㎒이고 A/Ｃ비가 6인 경우가 나타나 있다. 여기에서, A/C비는 애노드 전극과 캐소드 전극간의 비대칭성을 나타낸다. 예를 들면, A/C비는 웨이퍼측(캐소드)의 면적에 대한 벽측(애노드)의 면적의 비를 나타낸다.
이 그래프는 이온의 최대에너지가 150[eV] 이상에서는 벽의 깎임에 의해 파티클이 발생할 염려가 있고, 75[eV] 이하에서는 벽에 폴리머가 부착될 염려가 있는 것을 나타내고 있다. 그러나, 어느 조건의 경우에도, 이온의 최대 에너지를 75[eV]∼150[eV]로 제어하는 것은 상기 연속 스텝의 프로세스에서는 거의 불가능하다.
여기서, 그래프내의 3개의 직선을 비교해 보면, 모든 경우에 있어서 LF 전력가 높은 쪽이 스퍼터력이 커지고, 벽이 깎이기 쉬운 것을 알 수 있다. 따라서, 바이어스용의 고주파 전원의 LF 전력를 인가하지 않은 경우보다 고주파 전원의 LF 전력를 인가한 쪽이 벽의 전위가 높아져 스퍼터력이 증가하고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 벽에의 막의 부착을 막기 위해서는 고주파 전원의 LF 전력를 인가하면 좋은 것을 알 수 있다.
이상의 설명 및 도 2에서는 하부 전극에 인가되는 바이어스용 고주파 전력과 스퍼터력의 관계에 대해 설명했지만, 다른 부재에 동일 정도의 주파수의 고주파 전력을 인가해도, 마찬가지의 원리에 의해 고주파 전력과 스퍼터력의 관계를 이끌 수 있다.
도 3에서는 상부 전극(105)에 0V, -150V, -300V의 직류 전압을 인가한 경우의 직류 전압과 벽의 전위의 관계를 나타내고 있다. 도 3에는 하부 전극(110)에 인가하는 바이어스용의 고주파 전력(LF 전력)을 가변으로 해서 횡축에 나타내고, LF 전력를 변화시킨 경우의 벽의 전위를 나타내고 있다. 또, 이 때의 프로세스 조건은 압력 30mT, 가스 C4F6 가스/O2 가스/Ar 가스=70/70/200sccm, 40㎒의 RF파워 1500W이다.
도 3의 3개의 직선을 보면, 직류 전압을 인가하지 않은 경우(0V)보다, 직류 전압을 인가한 경우(-150V, -300V)쪽이 벽의 전위가 낮게 되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 벽의 마모를 막기 위해서는 직류 전압 DCS를 상부 전극에 인가하면 좋은 것을 알 수 있다.
이상의 설명 및 도 3에서는 상부 전극(105)에 인가되는 직류 전압과 벽의 전위의 관계에 대해 설명했지만, 다른 부재에 직류 전압 DCS를 인가해도, 마찬가지의 원리에 의해 직류 전압 DCS와 벽의 전위의 관계를 이끌 수 있다.
플라즈마는 하부 전극(110)에 인가된 고주파 전력(HF 전력)에 의해, 주로 웨이퍼 W의 위쪽에 생성된다. 따라서, 본 실시형태에서는 상술한 바와 같이, 보조 전극(165)을 상부 전극(105)의 외주 근방이며, 웨이퍼 W보다 외측에 배치한다. 이에 따라, 하부 전극(110)에 인가된 HF 전력에 의한 플라즈마 생성에 영향을 주는 일 없이, 보조 전극(165)에 인가된 LF 전력 또는 직류 전압에 의해서 벽의 전위만을 제어할 수 있다.
이상으로부터, 직류 전원(130) 또는 전위 조정용 고주파 전원(140)으로부터 보조 전극(165)에 직류 전압 또는 LF 전력를 인가하는 것에 의해, 처리용기내에서 생성되는 플라즈마를 변동시키는 일 없이, 처리용기(100)의 벽과 플라즈마의 전위차(Vwall-Vplasma)를 제어하고, 처리용기(100)의 벽이 지나치게 깎이지 않고, 또한 막이 지나치게 부착되지 않는 상태로 할 수 있다.
(다층막의 연속 에칭의 구체예)
다음에, 본 실시형태에 관한 에칭 장치(10)를 이용하여, 다층막 구조의 다른 복수의 에칭 프로세스를 동일 처리용기내에서 연속해서 실행하는 경우의 구체예에 대해, 도 4를 참조하면서 설명한다. 여기서는 도 4(a)에 나타낸 바와 같이, 실리콘 기판 Si에는 아래부터 차례로 SiO2막(40), 아몰퍼스 카본막(50), SiON막(60), 반사 방지막(BARC)(70), 레지스트막(80)이 적층되어 있다.
(반사 방지막 BARC+SiON막의 에칭)
본 예의 다층막의 연속 에칭에서는 우선, 레지스트막(80)을 마스크로 해서, 반사 방지막(70) 및 SiON막(60)을 에칭한다. 이 때의 프로세스 조건은 압력/100mT, 가스종/CF4 가스, 가스 유량/200sccm, 하부 전극(110)에 인가되는 고주파 전력(플라즈마 여기용 고주파 전원(150))/주파수 40㎒/파워1000W, 하부 전극(110)에 인가되는 고주파 전력(바이어스용 고주파 전원(160))/주파수 3㎒/파워 0W이다. 이 프로세스에서는 하부 전극(110)에 LF 전력는 인가되지 않는다. 따라서, 프로세스 중, 벽은 두드려지지 않는다. 이 때문에, 벽에 막이 부착되기 쉽다. 따라서, 보조 전극(165)에 전위 조정용 고주파 전원(140)의 LF 전력를 인가하는 것에 의해, 벽의 전위를 높게 한다. 이에 따라, 벽에의 스퍼터력을 강화해서 벽에의 막의 부착을 막을 수 있다.
(아몰퍼스 카본막 a-Carbon의 에칭)
다음에, 도 4(b)에 나타낸 아몰퍼스 카본(α-카본)막(50)을 에칭한다. 이 때의 프로세스 조건은 압력/10mT, 가스종/O2 가스/COS 가스의 혼합 가스, 가스 유량/400/20sccm, 하부 전극(110)에 인가되는 고주파 전력(플라즈마 여기용 고주파 전원(150))/주파수 40㎒/파워 1000W, 하부 전극(110)에 인가되는 고주파 전력(바이어스용 고주파 전원(160))/주파수 3㎒/파워 0W이다. 이 프로세스에서도 하부 전극(110)에 LF 전력는 인가되지 않기 때문에, 벽은 두드려지지 않는다. 그러나, 본 프로세스에서는 가스종에 의해 벽에 막은 부착되지 않는다. 이상으로부터, 본 에칭의 실행시에는 보조 전극(165)에 어떠한 파워도 인가하지 않아도 좋다.
(SiO2막의 에칭)
다음에, 도 4(c)에 나타낸 SiO2막(40)을 에칭한다. 이 때의 프로세스 조건은 압력/30mT, 가스종/C4F6/O2/Ar의 혼합 가스, 가스 유량/70/70/200sccm, 하부 전극(110)에 인가되는 고주파 전력(플라즈마 여기용 고주파 전원(150))/주파수 40㎒/파워 1500W, 하부 전극(110)에 인가되는 고주파 전력(바이어스용 고주파 전원(160))/주파수 3㎒/파워 4500W이다. 이 프로세스에서는 바이어스용 고주파 전원(160)으로부터 출력되는 LF 전력는 4500W이기 때문에, 벽이 두드려진다. 이 때문에, 벽이 깎여 버린다. 따라서, 보조 전극(165)에 직류 전압을 인가해서 벽의 전위를 낮게 한다. 이에 따라, 벽의 전위를 내려 스퍼터력을 약하게 하고, 벽의 깎임을 막을 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태에서는 동일 처리용기내에서의 다층막의 연속 에칭 프로세스에 따라 각 프로세스 개시 전에 직류 전원(130) 및 전위 조정용 고주파 전원(140)과 보조 전극(165)의 접속을 전환한다. 이에 따라, 벽의 전위를 조정해서 파티클의 발생이나 벽에의 막의 부착을 억제하고, 벽이 지나치게 깎이지 않고, 또한 벽에 퇴적물이 지나치게 부착되지 않도록 제어한다.
특히, HARC(High Aspect Ratio Contact)에서는 일반적으로 2㎒ 정도의 낮은 주파수를 바이어스용의 고주파 전력으로서 사용한다. 따라서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 하부 전극(110)에 인가되는 고주파 전력이 500W 이하인 경우, 폴리머의 부착의 염려가 있고, 하부 전극(110)에 인가되는 고주파 전력이 1500W 이상인 경우, 파티클 발생의 염려가 있다. 이 때문에, 직류 전원(130) 및 전위 조정용 고주파 전원(140)을, 상기 파워를 기준으로 해서 전환하는 것이 바람직하다.
즉, 바이어스용 고주파 전원(160)으로부터 인가되는 고주파 전력이 500W 이하인 경우, 전위 조정용 고주파 전원(140)으로부터 보조 전극(165)에 고주파 전력을 인가하고, 바이어스용 고주파 전원(160)으로부터 인가되는 고주파 전력이 1500W 이상인 경우, 직류 전원(130)으로부터 보조 전극(165)에 직류 전압을 인가한다. 이에 따라, HARC 등의 프로세스에 있어서, 2㎒ 정도의 낮은 주파수를 바이어스용의 고주파 전력으로서 사용하는 경우에도, 벽이 지나치게 깎이지 않고, 또한 벽에 퇴적물이 지나치게 부착되지 않도록 제어할 수 있다.
또, 바이어스용 고주파 전원(160)으로부터 인가되는 고주파 전력이 500W보다 크고 1500W보다 작은 경우에는 파티클 발생 및 폴리머 부착의 염려는 없다. 따라서, 이 범위에서는 직류 전원(130) 및 전위 조정용 고주파 전원(140)으로부터 보조 전극(165)에의 전력의 인가는 불필요하다.
또한, 이러한 직류 전원(130) 및 전위 조정용 고주파 전원(140)의 전력의 인가의 제어는 플라즈마 여기용 고주파 전원(150)으로부터 출력되는 고주파의 파워가 200W 이상으로 설정되어 있는 것이 기준으로 된다.
<제 2 실시형태>
다음에, 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 에칭 장치의 전체 구성에 대해, 도 5를 참조하면서 설명한다. 제 2 실시형태에 관한 에칭 장치(10)에서는 직류 전원(130) 및 전위 조정용 고주파 전원(140)과 상부 전극(105) 전극 및 보조 전극(165)의 접속이 제 1 실시형태와 다르다. 따라서, 그 차이점을 중심으로 설명하고, 제 1 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
본 실시형태에 관한 직류 전원(130) 및 전위 조정용 고주파 전원(140)은 보조 전극(165) 뿐만 아니라 상부 전극(105)에도 접속된다. 직류 전원(130) 및 전위 조정용 고주파 전원(140)과 상부 전극(105)의 사이에는 스위치(200)가 마련되어 있다. 직류 전원(130) 및 전위 조정용 고주파 전원(140)과 보조 전극(165)의 사이에는 스위치(205)가 마련되어 있다.
스위치(200) 및 스위치(205)는 각 에칭 프로세스의 조건에 따라 전위 조정용 고주파 전원(140) 또는 직류 전원(130)으로부터의 고주파 전력 또는 직류 전압의 인가처를, 보조 전극(165)과 상부 전극(105)의 사이에서 전환하는 제 1 전환기구의 일예이다.
본 실시형태에서는 다층막 구조의 다른 복수의 에칭 프로세스를 처리용기내에서 연속해서 실행하는 경우, 각 에칭 프로세스의 조건에 따라 전위 조정용 고주파 전원(140) 또는 직류 전원(130)로부터 보조 전극(165)에의 전력의 인가와, 전위 조정용 고주파 전원(140) 또는 직류 전원(130)로부터 상부 전극(105)에의 전력의 인가를 전환한다.
스위치(200)를 오프로 하고 스위치(205)를 온으로 하면, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 직류 전원(130) 및 전위 조정용 고주파 전원(140)과 보조 전극(165)이 접속된다. 이에 따라, 직류 전원(130) 및 전위 조정용 고주파 전원(140)을 이용해서 프로세스에 따른 벽 전위의 제어를 실행할 수 있다.
한편, 스위치(200)를 온으로 하고 스위치(205)를 오프로 하면, 직류 전원(130) 및 전위 조정용 고주파 전원(140)과 상부 전극(105)이 접속된다. 이에 따라, 직류 전원(130) 및 전위 조정용 고주파 전원(140)을 이용하여 플라즈마의 특성이나 상부 전극(105)의 표면 상태를 제어할 수 있다.
예를 들면, 전위 조정용 고주파 전원(140)으로부터 상부 전극(105)에 13.56㎒ 이하의 고주파 전력을 인가하면, 생성된 플라즈마에 영향을 주지 않고 상부 전극(105)에 이온을 인입할 수 있다. 이와 같이 하여, 상부 전극(105)의 표면에 실리콘으로 형성된 부분을 포함하는 상부 전극(105)에 이온을 충돌시키는 것에 의해, 상부 전극(105)에 막이 퇴적되는 것을 억제할 수 있다.
직류 전원(130)으로부터 상부 전극(105)에 직류 전압을 인가하면, 상부 전극(105)에의 이온의 어택이 촉진되고, 상부 전극(105)에의 폴리머 막의 퇴적을 억제할 수 있다.
또한, 직류 전원(130)으로부터 상부 전극(105)에 직류 전압을 인가하면, 상부 전극(105)의 표면 근방에는 이온밖에 들어가지 않는다. 따라서, 전자는 상부 전극(105)에 닿으면 통상은 소멸되어 버리지만, 직류 전압을 인가하면, 전자가 상부 전극(105)의 표면 근방에 접근하지 않기 때문에, 상부 전극(105)의 표면에서의 전자의 소비를 억제할 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 밀도를 높일 수 있다. 또한, 이온이 상부 전극(105)의 금속재료에 닿으면, 2차 전자가 방출된다. 이에 따라, 웨이퍼 W를 향해 전자의 빔을 조사할 수 있어, 웨이퍼 W의 가공에 기여시킬 수 있다.
이상, 본 실시형태에 의하면, 직류 전원(130) 및 전위 조정용 고주파 전원(140)으로부터의 급전처를 상부 전극(105)과 보조 전극(165)의 사이에서 전환한다. 이에 따라, 직류 전원(130) 및 전위 조정용 고주파 전원(140)으로부터의 급전처가 보조 전극(165)인 경우에는 제 1 실시형태와 마찬가지로, 벽 전위를 제어하여, 벽의 깎임 및 벽에의 부착물의 퇴적을 막을 수 있다. 한편, 직류 전원(130) 및 전위 조정용 고주파 전원(140)으로부터의 급전처를 상부 전극(105)으로 전환한 경우에는 직류 전원(130) 및 전위 조정용 고주파 전원(140)을 이용하여 플라즈마의 특성이나 상부 전극(105)의 표면 상태를 제어할 수 있다.
또, 상부 전극(105) 및 벽의 양쪽에 부착된 막을 제거하고자 하는 경우에는 스위치(200) 및 스위치(205) 양쪽 모두를 온으로 해서, 상부 전극(105) 및 보조 전극(165)의 양쪽에 직류 전압 또는 고주파 전력을 인가한다.
<제 3 실시형태>
다음에, 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 에칭 장치의 전체 구성에 대해, 도 6을 참조하면서 설명한다. 제 3 실시형태에 관한 에칭 장치(10)에서는 보조 전극(165)에 인가하는 고주파 전력의 공급원을, 하부 전극(110)에 바이어스용의 전압을 인가하는 바이어스용 고주파 전원(160)으로 겸용하는 점에서, 보조 전극(165)에 인가하는 고주파 전력의 공급원(전위 조정용 고주파 전원(140))을 바이어스용 고주파 전원(160)과는 별도로 갖게 한 제 1 실시형태와 다르다. 따라서, 그 차이점을 중심으로 설명하고, 제 1 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
본 실시형태에서는 제 1 실시형태에 관한 전위 조정용 고주파 전원(140)은 존재하지 않고, 보조 전극(165) 및 하부 전극(110)에 접속될 수 있는 바이어스용 고주파 전원(160)만으로 구성되어 있다. 바이어스용 고주파 전원(160)과 보조 전극(165)의 사이에는 스위치(300)가 마련되어 있다. 스위치(300)는 바이어스용 고주파 전원(160)으로부터 보조 전극(165)에의 고주파 전력의 인가와, 동일한 해당 고주파 전원(160)으로부터 하부 전극(110)에의 고주파 전력의 인가를 전환하는 제 2 전환기구의 일예이다.
본 실시형태에서는 다층막 구조의 다른 복수의 에칭 프로세스를 처리용기내에서 연속해서 실행하는 경우, 각 에칭 프로세스의 조건에 따라 바이어스용 고주파 전원(160)으로부터 보조 전극(165)에의 전력의 인가와, 바이어스용 고주파 전원(160)으로부터 하부 전극(110)에의 전력의 인가를 전환한다.
이것에 의하면, 스위치(300)를 보조 전극(165)측에 접속하면, 바이어스용 고주파 전원(160)과 보조 전극(165)이 접속된다. 이에 따라, 직류 전원(130) 및 바이어스용 고주파 전원(160)을 이용해서 프로세스에 따른 벽 전위의 제어를 실행할 수 있다.
한편, 스위치(300)를 하부 전극(110)측에 접속하면, 바이어스용 고주파 전원(160)과 하부 전극(110)이 접속된다. 이에 따라, 바이어스용 고주파 전원(160)을 이용해서 웨이퍼 W를 향한 이온의 인입을 제어할 수 있다. 이 경우, 직류 전원(130)은 보조 전극(165)에 접속되어 있으므로, 직류 전원(130)을 이용해서 프로세스에 따른 벽 전위의 제어를 실행할 수도 있다.
이상, 본 실시형태에 의하면, 바이어스용 고주파 전원(160)으로부터의 급전처를 하부 전극(110)과 보조 전극(165)의 사이에서 전환하는 전환기구를 마련한 것에 의해, 프로세스에 따른 벽 전위의 제어와, 웨이퍼 W를 향한 이온의 인입의 제어를 기존의 바이어스용 고주파 전원(160)만을 이용하여 실행할 수 있다.
<제 4 실시형태>
다음에, 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 에칭 장치의 전체 구성에 대해, 도 7을 참조하면서 설명한다. 제 4 실시형태에 관한 에칭 장치(10)에서는 보조 전극(165)에 인가하는 고주파 전력의 공급원을, 하부 전극(110)에 바이어스용의 전압을 인가하는 바이어스용 고주파 전원(160)과 겸용하는 점에서, 제 3 실시형태와 공통된다. 그러나, 제 4 실시형태에서는 전력 공급시의 파워 배분에 파워 스플리터(400)를 이용하는 점에서, 스위치(300)를 이용하여 공급처를 전환한 제 3 실시형태와 다르다. 따라서, 그 차이점을 중심으로 설명하고, 제 3 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
본 실시형태에서는 전위 조정용 고주파 전원(140)은 존재하지 않고, 보조 전극(165) 및 하부 전극(110)에 접속되는 바이어스용 고주파 전원(160)만으로 구성되어 있다. 바이어스용 고주파 전원(160)과 보조 전극(165)과 하부 전극(110)을 접속하는 전원 라인에, 파워 스플리터(400)가 마련되어 있다.
파워 스플리터(400)는 바이어스용 고주파 전원(160)으로부터 보조 전극(165)에 인가되는 전력과 바이어스용 고주파 전원(160)으로부터 하부 전극(110)에 인가되는 전력을 다른 파워로 분배한다. 예를 들면, 여기서는 파워 스플리터(400)는 하부 전극(110)에 300W의 LF 전력를 공급하고, 보조 전극(165)에 400W의 LF 전력를 공급한다.
이상, 본 실시형태에 의하면, 바이어스용 고주파 전원(160)으로부터 하부 전극(110) 및 보조 전극(165)에 파워 배분해서 전력을 공급할 수 있다. 이것에 의하면, 프로세스에 따른 벽 전위의 제어와, 웨이퍼 W를 향한 이온의 인입 제어를 기존의 바이어스용 고주파 전원(160)만을 이용하여 동시에 실행할 수 있다.
이상에 설명한 바와 같이, 상기 각 실시형태에 관한 에칭 장치(10)를 이용해서 본 실시형태에 관한 플라즈마 처리 방법을 실행할 수 있다. 이에 따라, 다층막 구조의 일괄 에칭에 있어서, 동일 처리용기내에서 고주파의 파워가 매우 낮은 조건과 매우 높은 조건의 연속 스텝을 실행해도, 조정 기구의 위치 조절에 의해 벽이 지나치게 깎이지 않고, 또한 벽에 퇴적물이 지나치게 부착되지 않는 상태로 제어할 수 있다. 그 결과, 파티클이나 처리용기내의 오염의 문제, 부품의 소모의 문제, 메모리 이펙트의 문제를 저감할 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는 것은 물론이다. 본 발명이 속하는 기술의 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 자라면, 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명백하며, 이들에 대해서도 당연 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 양해된다.
예를 들면, 이 발명에 관한 플라즈마 처리 장치는 직류 전원(130)으로부터 보조 전극(165)에의 직류 전압의 인가와 전위 조정용 고주파 전원(140)으로부터 보조 전극(165)에의 고주파 전력의 인가를 전환하는 도시하지 않은 제 3 전환기구를 갖고 있어도 좋다. 또한, 제 3 전환기구 대신에, 직류 전원(130)의 하류측 및 정합기(135)의 하류측에 도시하지 않은 필터를 마련해도 좋다.
또한, 본 발명에 관한 플라즈마 처리 장치에서는 직류 전원(130)이나 전위 조정용 고주파 전원(140)에는 도시하지 않는 제어부가 접속되어 있다. 직류 전원(130)이나 전위 조정용 고주파 전원(140)의 어느 쪽으로부터 보조 전극(165)에 전력을 인가할지는 제어부에 의해 제어된다. 또한, 제어부는 도 5의 스위치(200, 205)(제 1 전환기구)나 도 6의 스위치(300)(제 2 전환기구)나 도시하지 않은 제 3 전환기구나 도 7에 나타낸 파워 스플리터(400)에도 접속되어 있으며, 각 전환기구의 전환이나 파워 분배의 비율을 제어한다.
일반적으로, 평행 평판형 플라즈마 처리 장치에서는 압력이 100mT 이하의 프로세스인 경우에는 전체에 플라즈마가 생성된다. 한편, 압력이 100mT 이상의 프로세스인 경우, 인가한 측에 플라즈마가 생성된다. 따라서, 상부 전극 또는 하부 전극의 어느 하나에 플라즈마 여기용의 고주파 전력을 인가한 경우, 특히 압력이 100mT 이상인 프로세스에서는 인가된 전극측 근방에 플라즈마가 생성되게 된다. 따라서, 상부 전극에 플라즈마 여기용의 고주파 전력이 인가된 쪽이, 각 실시형태에 관한 보조 전극에 전력을 인가하는 것에 의해서, 벽의 깎임 및 벽에의 퇴적물의 부착을 더욱 효과적으로 제어할 수 있는 경우가 있다.
한편, 생성된 플라즈마가 흐트러지지 않도록 하부 전극에 플라즈마 여기용의 고주파 전력이 인가된 쪽이 상기 각 실시형태의 효과가 발휘되기 쉬운 경우도 있다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치에 의해 플라즈마 처리되는 피처리체는 실리콘 웨이퍼에 한정되지 않고, FPD(Flat Panel Display)용 기판 또는 태양전지용 기판 등이어도 좋다.
10: 플라즈마 처리 장치 40: SiO2막
50: 아몰퍼스 카본막 60: SiON막
70: 반사 방지막(BARC) 80: 레지스트막
100: 처리용기 105: 상부 전극
110: 하부 전극 120: 탑재대
130: 직류 전원 140: 전위 조정용 고주파 전원
150: 플라즈마 여기용 고주파 전원 160: 바이어스용 고주파 전원
165: 보조 전극 200, 205, 300: 스위치
400: 파워 스플리터 U: 플라즈마 처리공간
50: 아몰퍼스 카본막 60: SiON막
70: 반사 방지막(BARC) 80: 레지스트막
100: 처리용기 105: 상부 전극
110: 하부 전극 120: 탑재대
130: 직류 전원 140: 전위 조정용 고주파 전원
150: 플라즈마 여기용 고주파 전원 160: 바이어스용 고주파 전원
165: 보조 전극 200, 205, 300: 스위치
400: 파워 스플리터 U: 플라즈마 처리공간
Claims (13)
- 처리용기내의 플라즈마 처리공간에 플라즈마를 생성하고, 피처리체를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 장치로서,
플라즈마 여기용의 고주파 전력을 인가하는 플라즈마 여기용 고주파 전원과,
플라즈마 여기용의 고주파보다 낮은 주파수의 전위 조정용의 고주파 전력을 인가하는 전위 조정용 고주파 전원과,
직류 전압을 인가하는 직류 전원과,
피처리체를 탑재하는 탑재대와,
상기 탑재대에 탑재된 피처리체보다 외측이며 상기 탑재대에 대향해서 배치되고, 상기 전위 조정용 고주파 전원 및 상기 직류 전원에 접속된 보조 전극
을 구비하되,
상기 보조 전극은 상부 전극의 바깥가장자리에서 상기 상부 전극과 이격되어 배치되고,
상기 전위 조정용 고주파 전원으로부터 상기 보조 전극에의 고주파 전력의 인가와 상기 직류 전원으로부터 상기 보조 전극에의 직류 전압의 인가가 전환되고,
상기 전위 조정용 고주파 전원으로부터의 고주파 전력과 상기 직류 전원으로부터의 직류 전압이 전환되어 인가되는 인가처를, 상기 보조 전극과 상기 상부 전극 중 어느 한쪽의 전극 또는 양쪽의 전극으로 전환하는 제 1 전환기구를 더 갖는 것
을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
하부 전극으로서의 상기 탑재대에 바이어스용의 고주파 전력을 인가하는 바이어스용 고주파 전원을 구비하고,
상기 바이어스용 고주파 전원으로부터 인가되는 고주파 전력이 500W 이하인 경우, 상기 전위 조정용 고주파 전원으로부터 상기 보조 전극에 고주파 전력을 인가하고,
상기 바이어스용 고주파 전원으로부터 인가되는 고주파 전력이 1500W 이상인 경우, 상기 직류 전원으로부터 상기 보조 전극에 직류 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는
플라즈마 처리 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마 여기용 고주파 전원으로부터 인가되는 고주파 전력은 200W 이상으로 설정되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제 1 항에 있어서,
다층막 구조의 다른 복수의 에칭 프로세스를 상기 처리용기 내에서 연속해서 실행하는 경우, 각 에칭 프로세스의 조건에 따라 상기 전위 조정용 고주파 전원으로부터 상기 보조 전극에의 고주파 전력의 인가와 상기 직류 전원으로부터 상기 보조 전극에의 직류 전압의 인가를 전환하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 삭제
- 제 4 항에 있어서,
상기 전위 조정용 고주파 전원 및 상기 바이어스용 고주파 전원은 상기 보조 전극 및 상기 하부 전극에 접속되는 1개의 고주파 전원으로 구성되고,
상기 고주파 전원으로부터 상기 보조 전극에의 고주파 전력의 인가와 동일한 해당 고주파 전원으로부터 상기 하부 전극에의 고주파 전력의 인가를 전환하는 제 2 전환기구를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제 4 항에 있어서,
상기 전위 조정용 고주파 전원 및 상기 바이어스용 고주파 전원은 상기 보조 전극 및 상기 하부 전극에 접속되는 1개의 고주파 전원으로 구성되고,
상기 고주파 전원으로부터 상기 보조 전극에 인가되는 고주파 전력과 동일한 해당 고주파 전원으로부터 상기 하부 전극에 인가되는 고주파 전력의 파워비를 배분하는 파워 스플리터를 갖는 것
을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제 1 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 6 항, 제 8 항, 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보조 전극은 실리콘을 함유한 재료 또는 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 제 1 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 6 항, 제 8 항, 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 처리용기의 벽은 알루미늄의 모재에 절연물을 용사한 부재, 혹은 실리콘 또는 알루미늄의 모재에 탄화 규소를 피복한 부재로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
- 플라즈마 여기용의 고주파 전력을 인가해서 처리용기내의 플라즈마 처리공간에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 처리 장치를 이용한 플라즈마 처리 방법으로서,
상기 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 여기용의 고주파보다 낮은 주파수의 전위 조정용의 고주파 전력을 인가하는 전위 조정용 고주파 전원 및 직류 전압을 인가하는 직류 전원과,
탑재대에 탑재된 피처리체보다 외측이며 상기 탑재대에 대향해서 배치되고, 상기 전위 조정용 고주파 전원 및 상기 직류 전원에 접속된 보조 전극을 구비하고,
상기 보조 전극은 상부 전극의 바깥가장자리에서 상기 상부 전극과 이격되어 배치되고,
상기 전위 조정용 고주파 전원으로부터 상기 보조 전극에의 고주파 전력의 인가와 상기 직류 전원으로부터 상기 보조 전극에의 직류 전압의 인가를 전환하고,
상기 전위 조정용 고주파 전원으로부터의 고주파 전력과 상기 직류 전원으로부터의 직류 전압이 전환되어 인가되는 인가처를, 상기 보조 전극과 상기 상부 전극 중 어느 한쪽의 전극 또는 양쪽의 전극으로 전환하는 것
을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
- 제 12 항에 있어서,
상기 플라즈마 처리 장치는 상기 전위 조정용 고주파 전원 및 상기 직류 전원에 부가하여, 하부 전극으로서의 상기 탑재대에 바이어스용의 고주파 전력을 인가하는 바이어스용 고주파 전원을 구비하고,
상기 바이어스용 고주파 전원으로부터 인가되는 고주파 전력이 500W 이하인 경우, 상기 전위 조정용 고주파 전원으로부터 상기 보조 전극에 고주파 전력을 인가하고,
상기 바이어스용 고주파 전원으로부터 인가되는 고주파 전력이 1500W 이상의 경우, 상기 직류 전원으로부터 상기 보조 전극에 직류 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는
플라즈마 처리 방법.
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