KR101997330B1 - 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

(과제) 플라즈마에 관여하는 고주파 전력을 적어도 2개의 고주파 전원으로부터 각각 상부 전극 및/또는 하부 전극에 공급하는 방식의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 반사파의 변동을 확실하게 검출하고, 이상 방전의 발생을 미연에 방지한다.
(해결 수단) 임계치 설정부(123)는, 제 2 고주파 전원부(75)로부터의 고주파의 공급이 안정된 후, 시각 T3에 제 1 고주파 전원부(65) 및 제 2 고주파 전원부(75)에 있어서, 차단용 임계치의 레벨을, 함께 상대적으로 낮은 레벨로 전환한다. 이 차단용 임계치의 상대적으로 낮은 레벨은, 제 1 고주파 전원부(65) 및 제 2 고주파 전원부(75)에 있어서, 함께 같은 시간(시각 T3으로부터 T4까지) 계속된다. 시각 T4에 제 1 고주파 전원부(65)에서 1회째의 전력 공급의 증가가 개시되면, 임계치 설정부(123)는 차단용 임계치를 다시 설정하고, 각각, 상대적으로 높은 레벨로 끌어올린다. 이 상대적으로 높은 레벨은, 제 1 고주파 전원부(65) 및 제 2 고주파 전원부(75)에 있어서, 함께 같은 시간(시각 T4로부터 T6까지) 계속된다.

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 플라즈마화하고, 그 플라즈마에 의해 피처리체에 대하여 에칭 등의 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치 및 그 운전 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스나, 액정 표시 장치로 대표되는 플랫 패널 디스플레이(FPD) 등의 제조 공정에 있어서는, 반도체 웨이퍼나 유리 기판 등의 피처리체에 에칭 처리를 실시하는 플라즈마 에칭 장치나, 성막 처리를 실시하는 플라즈마 CVD 장치 등의 플라즈마 처리 장치 등이 이용되고 있다.
예컨대 평행 평판형 전극에 고주파 전력을 공급하여, 이 전극 사이에 형성되는 용량 결합 플라즈마에 의해 피처리체의 에칭을 행하는 에칭 장치로는, 상하로 대향하여 마련된 전극의 한쪽에 플라즈마 형성용(이하, 「소스용」이라고 한다)의 고주파 전원을 접속한 것이 알려져 있다. 이와 같은 에칭 장치의 기동에 있어서는, 고주파 전원으로부터 전극에 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, 평행 평판형 전극 사이에 플라즈마가 형성된다. 이때에 큰 전력이 단시간에 공급되면, 예컨대 고주파 전원과 전극의 사이에 마련한 정합 회로에 의한 매칭을 취할 수 없게 되고, 전극측으로부터 고주파 전원에 향하는 반사파가 발생한다. 이 반사파는 안정한 플라즈마를 형성할 때의 장해가 되고, 이상 방전의 전조가 되기도 한다. 그래서, 고주파 전원으로부터의 전력 공급을 복수 단계로 분할하여, 서서히 전력을 공급하는 것에 의해 기동시에 발생하는 반사파 전력을 작게 억제하는 소프트 스타트 제어가 제안되어 있다(예컨대, 특허 문헌 1 참조).
또한, 플라즈마 처리 장치에서는, 그 밖에도, 다양한 요인에 의해 이상 방전이 발생한다. 이상 방전이 발생하면, 부품의 손상이나 디바이스의 파괴 등의 악영향이 생긴다. 그래서, 상부 전극 또는 하부 전극의 어느 한쪽에 고주파 전력을 공급하는 1주파 방식의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 반사파 전력을 임계치와 비교하는 것에 의해 이상 방전을 검출하고, 이상 방전이 검출된 경우에, 소정의 시간폭으로 고주파 전원을 차단 제어하는 기술이 제안되어 있다(예컨대, 특허 문헌 2 참조).
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 2010-135422호 공보
(특허 문헌 2) 국제 공개 WO2009/118920호 공보
플라즈마 처리 장치에 있어서의 이상 방전의 발생은, 전극측으로부터 고주파 전원에 향하는 반사파의 변동을 감시하는 것에 의해 검지할 수 있다. 그러나, 예컨대 반사파의 변화율을 지표로 감시를 행하는 방법에서는, 반사파의 변동이 급격한 경우는 검지할 수 있지만, 반사파의 변동이 완만하게 일어나는 경우에는 검지할 수 없고, 이상 방전을 일으켜 버리는 경우가 있다.
또한, 상기 특허 문헌 2의 제안 내용은, 1주파 방식의 플라즈마 처리 장치를 전제로 하고 있기 때문에, 플라즈마에 관여하는 고주파 전력을 2개의 고주파 전원으로부터 각각 전극에 공급하는 2주파 방식의 플라즈마 처리 장치로의 적용은 고려되고 있지 않다.
따라서, 본 발명의 목적은, 플라즈마에 관여하는 고주파 전력을 적어도 2개의 고주파 전원으로부터 각각 상부 전극 및/또는 하부 전극에 공급하는 방식의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 반사파의 변동을 확실하게 검출하고, 이상 방전의 발생을 미연에 방지하는 것이다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 피처리체를 수용하는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 생성시키는 플라즈마에 관여하는 고주파를 출력하는 복수의 고주파 전원과, 상기 복수의 고주파 전원으로의 반사파를 각각 검출하는 복수의 반사파 검출부와, 상기 복수의 고주파 전원의 출력을 제어하는 전력 제어부와, 상기 복수의 고주파 전원의 어느 하나에 있어서의 반사파의 검출치가, 각 고주파 전원에 대하여 미리 설정된 차단용 임계치를 넘은 경우에, 상기 복수의 고주파 전원의 전부에 대하여 고주파의 공급을 차단하는 차단 제어부와, 상기 복수의 고주파 전원의 어느 하나에 있어서, 고주파의 공급을 개시하는 타이밍, 또는 출력을 변화시키는 타이밍에, 상기 차단용 임계치의 전부를 상대적으로 높은 레벨로 설정하고, 상기 복수의 고주파 전원의 전부에 대하여, 고주파의 공급이 안정된 후에 상기 차단용 임계치의 전부를 상대적으로 낮은 레벨로 전환하는 임계치 설정부를 구비하고 있다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 상기 복수의 고주파 전원으로서, 적어도, 제 1 고주파 전원과, 상기 제 1 고주파 전원과는 주파수가 다른 고주파를 출력하는 제 2 고주파 전원을 갖고, 상기 복수의 반사파 검출부로서, 상기 제 1 고주파 전원으로의 반사파를 검출하는 제 1 반사파 검출부와, 상기 제 2 고주파 전원으로의 반사파를 검출하는 제 2 반사파 검출부를 갖고, 상기 차단 제어부는, 상기 제 1 고주파 전원에 있어서의 반사파의 검출치 또는 상기 제 2 고주파 전원에 있어서의 반사파의 검출치의 어느 한쪽이, 각각에 대하여 미리 설정된 차단용 임계치를 넘은 경우에, 상기 제 1 고주파 전원 및 상기 제 2 고주파 전원의 양쪽의 고주파의 공급을 차단하고, 상기 임계치 설정부는, 상기 제 1 고주파 전원 또는 상기 제 2 고주파 전원의 어느 한쪽에 있어서, 고주파의 공급을 개시하는 타이밍, 또는 출력을 변화시키는 타이밍에, 상기 차단용 임계치를 함께 상대적으로 높은 레벨로 설정하고, 상기 제 1 고주파 전원 및 상기 제 2 고주파 전원으로부터의 고주파의 공급이 안정된 후에 상기 차단용 임계치의 레벨을 함께 상대적으로 낮은 레벨로 전환하는 것이더라도 좋다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 상기 플라즈마를 시동하는 과정에서, 상기 전력 제어부는, 상기 제 1 고주파 전원 및 상기 제 2 고주파 전원으로부터의 고주파의 출력을, 각각 단계적으로 증가시키는 소프트 스타트 제어를 행하더라도 좋다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 전력 제어부는, 상기 제 1 반사파 검출부에 의한 반사파의 검출치 및 상기 제 2 반사파 검출부에 의한 반사파의 검출치가, 각각, 미리 설정된 시동용 임계치 이하가 된 후에, 상기 제 1 고주파 전원으로부터의 고주파의 출력을 증가시키도록 제어하는 것이더라도 좋다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 임계치 설정부는, 상기 제 1 반사파 검출부에 의한 반사파의 검출치 및 상기 제 2 반사파 검출부에 의한 반사파의 검출치가, 각각, 미리 설정된 시동용 임계치 이하가 된 후, 상기 제 1 고주파 전원으로부터의 고주파의 출력을 증가시키기까지의 사이에, 상기 차단용 임계치를 상기 상대적으로 낮은 레벨로 설정하는 것이더라도 좋다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 전력 제어부는, 상기 제 1 반사파 검출부에 의한 반사파의 검출치 및 상기 제 2 반사파 검출부에 의한 반사파의 검출치가, 각각, 미리 설정된 시동용 임계치 이하가 된 후에, 상기 제 2 고주파 전원으로부터의 고주파의 출력을 증가시키도록 제어하는 것이더라도 좋다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 임계치 설정부는, 상기 제 1 반사파 검출부에 의한 반사파의 검출치 및 상기 제 2 반사파 검출부에 의한 반사파의 검출치가, 미리 설정된 시동용 임계치 이하가 된 후, 상기 제 2 고주파 전원으로부터의 고주파의 출력을 증가시키기까지의 사이에, 상기 차단용 임계치를 상기 상대적으로 낮은 레벨로 설정하는 것이더라도 좋다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 상기 상대적으로 높은 레벨의 차단용 임계치가, 상기 제 1 고주파 전원 또는 제 2 고주파 전원으로부터 각각 출력되는 정격 전력치의 25% 이상이더라도 좋다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 상기 상대적으로 낮은 레벨의 차단용 임계치가, 상기 제 1 고주파 전원 또는 제 2 고주파 전원으로부터 각각 출력되는 정격 전력치의 5% 이하이더라도 좋다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 상기 제 1 고주파 전원 또는 제 2 고주파 전원에 대하여 각각 설정되는 상기 차단용 임계치의 상기 상대적으로 낮은 레벨의 설정 기간이 같더라도 좋다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 상기 제 1 고주파 전원 또는 제 2 고주파 전원에 대하여 각각 설정되는 상기 차단용 임계치의 상기 상대적으로 높은 레벨의 설정 기간이 같더라도 좋다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치의 운전 방법은, 피처리체를 수용하는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 생성시키는 플라즈마에 관여하는 고주파를 출력하는 복수의 고주파 전원과, 상기 복수의 고주파 전원으로의 반사파를 각각 검출하는 복수의 반사파 검출부와, 상기 복수의 고주파 전원의 출력을 제어하는 전력 제어부와, 상기 복수의 고주파 전원의 어느 하나에 있어서의 반사파의 검출치가, 각 고주파 전원에 대하여 미리 설정된 차단용 임계치를 넘은 경우에, 상기 복수의 고주파 전원의 전부에 대하여 고주파의 공급을 차단하는 차단 제어부를 구비하고, 상기 처리 용기에서 플라즈마를 생성시켜 피처리체를 처리하는 플라즈마 처리 장치의 운전 방법이다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치의 운전 방법은, 상기 복수의 고주파 전원의 어느 하나에 있어서, 고주파의 공급을 개시하는 타이밍, 또는 출력을 변화시키는 타이밍에, 상기 차단용 임계치의 전부를 상대적으로 높은 레벨로 설정하는 단계와, 상기 복수의 고주파 전원의 전부에 대하여, 고주파의 공급이 안정된 후에 상기 차단용 임계치의 전부를 상대적으로 낮은 레벨로 전환하는 단계를 포함하고 있더라도 좋다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치의 운전 방법은, 상기 고주파의 출력을 변화시키는 경우에, 상기 복수의 고주파 전원으로의 반사파의 전력치를 계측하는 공정과, 고주파의 출력을 변화시키는 하나의 고주파 전원을 포함하는 모든 고주파 전원의 반사파의 검출치가 미리 설정된 임계치 이하인지 여부를 판단하는 공정과, 상기 모든 고주파 전원의 반사파의 검출치가 미리 설정된 임계치 이하가 된 후, 상기 하나의 고주파 전원의 출력을 변화시키는 공정을 포함하고 있더라도 좋다.
본 발명에 의하면, 복수의 고주파 전원의 어느 하나에 있어서 고주파의 공급을 개시하거나, 또는 변화시키는 타이밍에 차단용 임계치의 전부를 상대적으로 높은 레벨로 설정하고, 복수의 고주파 전원의 전부에 대하여 고주파의 공급이 안정된 후에 차단용 임계치의 전부를 상대적으로 낮은 레벨로 전환하는 것에 의해, 반사파의 변동을 확실하게 검출하고, 이상 방전의 발생을 미연에 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시의 형태에 따른 플라즈마 에칭 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시의 형태에 따른 플라즈마 에칭 장치의 제어부의 하드웨어 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2에 있어서의 모듈 컨트롤러의 하드웨어 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 2개의 고주파 전원부의 구성과, 모듈 컨트롤러의 기능 구성의 관계에 대하여 설명하는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시의 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 운전 방법의 일례를 나타내는 타이밍차트이다.
도 6은 본 발명의 실시의 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 운전 방법의 수순의 일례를 나타내는 플로차트이다.
이하, 본 발명의 실시의 형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
[제 1 실시의 형태]
도 1은 본 발명의 처리 장치의 제 1 실시의 형태로서의 플라즈마 에칭 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 플라즈마 에칭 장치(100)는, 피처리체로서, 예컨대 FPD용 유리 기판(이하, 간단히 「기판」이라고 적는다) S에 대하여 에칭을 행하는 용량 결합형 평행 평판 플라즈마 에칭 장치로서 구성되어 있다. 또, FPD로서는, 액정 디스플레이(LCD), 일렉트로 루미네선스(Electro Luminescence; EL) 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 등이 예시된다.
이 플라즈마 에칭 장치(100)는, 내측이 양극 산화 처리(알루마이트 처리)된 알루미늄으로 이루어지는 각기둥 형상으로 성형된 처리 용기(1)를 갖고 있다. 처리 용기(1)의 본체(용기 본체)는, 저벽(1a), 4개의 측벽(1b)(2개만 도시)에 의해 구성되어 있다. 또한, 처리 용기(1)의 본체의 상부에는, 덮개(1c)가 접합되어 있다. 도시는 생략하지만, 측벽(1b)에는 기판 반송용 개구와, 이것을 봉지하는 게이트 밸브가 마련되어 있다. 또, 처리 용기(1)는 접지되어 있다.
덮개(1c)는, 도시하지 않는 개폐 기구에 의해, 측벽(1b)에 대하여 개폐 가능하게 구성되어 있다. 덮개(1c)를 닫은 상태에서 덮개(1c)와 각 측벽(1b)의 접합 부분은, O링(3)에 의해 밀봉되어, 처리 용기(1) 내의 기밀성이 유지되고 있다.
처리 용기(1) 내의 저부에는, 프레임 형상의 절연 부재(10)가 배치되어 있다. 절연 부재(10)의 위에는, 기판 S를 탑재 가능한 탑재대인 서셉터(11)가 마련되어 있다. 하부 전극이기도 한 서셉터(11)는, 기재(12)를 구비하고 있다. 기재(12)는, 예컨대 알루미늄이나 스테인리스강(SUS) 등의 도전성 재료로 형성되어 있다. 기재(12)는, 절연 부재(10)의 위에 배치되고, 양 부재의 접합 부분에는 O링 등의 밀봉 부재(13)가 배치되어 기밀성이 유지되고 있다. 절연 부재(10)와 처리 용기(1)의 저벽(1a)의 사이도, O링 등의 밀봉 부재(14)에 의해 기밀성이 유지되고 있다. 기재(12)의 측부 외주는, 절연 부재(15)에 의해 둘러싸여 있다. 이것에 의해, 서셉터(11)의 측면의 절연성이 확보되어, 플라즈마 처리할 때의 이상 방전이 방지되고 있다.
서셉터(11)의 위쪽에는, 이 서셉터(11)와 평행하게, 또한 대향하여 상부 전극으로서 기능하는 샤워 헤드(31)가 마련되어 있다. 샤워 헤드(31)는 처리 용기(1)의 상부의 덮개(1c)에 지지되어 있다. 샤워 헤드(31)는 중공 형상을 이루고, 그 내부에는, 가스 확산 공간(33)이 마련되어 있다. 또한, 샤워 헤드(31)의 하면(서셉터(11)와의 대향면)에는, 처리 가스를 토출하는 복수의 가스 토출 구멍(35)이 형성되어 있다. 이 샤워헤드(31)는, 서셉터(11)와 함께 한 쌍의 평행 평판 전극을 구성하고 있다.
샤워 헤드(31)의 상부 중앙 부근에는, 가스 도입구(37)가 마련되어 있다. 이 가스 도입구(37)에는, 처리 가스 공급관(39)이 접속되어 있다. 이 처리 가스 공급관(39)에는, 2개의 밸브(41, 41) 및 매스플로 컨트롤러(MFC)(43)를 거쳐서, 에칭을 위한 처리 가스를 공급하는 가스 공급원(45)이 접속되어 있다. 처리 가스로서는, 예컨대 할로겐계 가스나 O2 가스 외에, Ar 가스 등의 희가스 등을 이용할 수 있다.
처리 용기(1) 내의 저벽(1a)에는, 복수의 부분(예컨대 8부분)으로 관통한 배기용 개구(51)가 형성되어 있다. 각 배기용 개구(51)에는, 배기관(53)이 접속되어 있다. 배기관(53)은, 그 단부에 플랜지부(53a)를 갖고 있고, 이 플랜지부(53a)와 저벽(1a)의 사이에 O링(도시 생략)을 개재시킨 상태로 고정되어 있다. 배기관(53)에는, APC 밸브(55)가 마련되어 있고, 또한 배기관(53)은 배기 장치(57)에 접속되어 있다. 배기 장치(57)는, 예컨대 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 구비하고 있고, 이것에 의해 처리 용기(1) 내를 소정의 감압 분위기까지 진공 흡인하는 것이 가능하게 구성되어 있다.
샤워 헤드(31)에는, 급전선(61)이 접속되어 있다. 이 급전선(61)에는, 매칭 박스(M. B.)(63)를 거쳐서 플라즈마 형성용(소스용) 제 1 고주파 전원부(65)가 접속되어 있다. 이것에 의해, 제 1 고주파 전원부(65)로부터 예컨대 13.56㎒의 고주파 전력이, 상부 전극으로서의 샤워 헤드(31)에 공급된다.
서셉터(11)의 기재(12)에는, 급전선(71)이 접속되어 있다. 이 급전선(71)에는, 매칭 박스(M. B.)(73)를 거쳐서 바이어스용 제 2 고주파 전원부(75)가 접속되어 있다. 이것에 의해, 제 2 고주파 전원부(75)로부터 예컨대 3.2㎒의 고주파 전력이, 하부 전극으로서의 서셉터(11)에 공급된다. 또, 급전선(71)은, 저벽(1a)에 형성된 관통 개구부로서의 급전용 개구(77)를 거쳐서 처리 용기(1) 내에 도입되고 있다.
매칭 박스(M. B.)(63) 내에는, 한쪽이 예컨대 동축 케이블을 거쳐서 제 1 고주파 전원부(65)에 접속된 정합 회로(도시 생략)가 마련되어 있고, 이 정합 회로의 다른 쪽은 상부 전극인 샤워 헤드(31)에 접속되어 있다. 정합 회로는 플라즈마의 임피던스에 맞추어 부하(플라즈마)와 제 1 고주파 전원부(65)의 사이에 있어서의 임피던스 조정(매칭)을 행하고, 플라즈마 에칭 장치(100)의 회로 내에 발생한 반사파를 감쇠시키는 역할을 한다.
매칭 박스(M. B.)(73) 내에는, 한쪽이 예컨대 동축 케이블을 거쳐서 제 2 고주파 전원부(75)에 접속된 정합 회로(도시 생략)가 마련되어 있고, 이 정합 회로의 다른 쪽은 하부 전극인 서셉터(11)에 접속되어 있다. 정합 회로는 플라즈마의 임피던스에 맞추어 부하(플라즈마)와 제 2 고주파 전원부(75)의 사이에 있어서의 임피던스 조정(매칭)을 행하고, 플라즈마 에칭 장치(100)의 회로 내에 발생한 반사파를 감쇠시키는 역할을 한다.
플라즈마 에칭 장치(100)의 각 구성부는, 제어부(80)에 접속되어 제어되는 구성으로 되어 있다. 도 2를 참조하여, 본 실시의 형태의 플라즈마 에칭 장치(100)를 그 일부분에 포함하는 기판 처리 시스템의 제어부(80)에 대하여 설명한다. 도 2는 제어부(80)의 하드웨어 구성을 나타내는 블록도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 제어부(80)는, 장치 컨트롤러(Equipment Controller; 이하, 「EC」라고 적는 경우가 있다)(81)와, 복수(도 2에서는 2개만 도시하고 있지만, 이것에 한하는 것은 아니다)의 모듈 컨트롤러(Module Controller; 이하, 「MC」라고 적는 경우가 있다)(83)와, EC(81)와 MC(83)를 접속하는 스위칭 허브(HUB)(85)를 구비하고 있다.
EC(81)는, 복수의 MC(83)를 통괄하여, 기판 처리 시스템의 전체의 동작을 제어하는 주 제어부(마스터 제어부)이다. 복수의 MC(83)는, 각각, EC(81)의 제어에 의해, 플라즈마 에칭 장치(100)를 비롯한 각 모듈의 동작을 제어하는 부 제어부(슬레이브 제어부)이다. 스위칭 허브(85)는, EC(81)로부터의 제어 신호에 따라, EC(81)에 접속되는 MC(83)를 전환한다.
EC(81)는, 기판 처리 시스템에서 실행되는 기판 S에 대한 각종 처리를 실현하기 위한 제어 프로그램과, 처리 조건 데이터 등이 기록된 레시피에 근거하여, 각 MC(83)에 제어 신호를 보내는 것에 의해, 기판 처리 시스템의 전체의 동작을 제어한다.
제어부(80)는, 또한, 서브네트워크(87)와, DIST(Distribution) 보드(88)와, 입출력(이하, I/O라고 적는다.) 모듈(89)을 구비하고 있다. 각 MC(83)는, 서브네트워크(87) 및 DIST 보드(88)를 거쳐서 I/O 모듈(89)에 접속되어 있다.
I/O 모듈(89)은, 복수의 I/O부(90)를 갖고 있다. I/O부(90)는, 플라즈마 에칭 장치(100)를 비롯한 각 모듈의 각 엔드 디바이스에 접속되어 있다. 도시하지 않지만, I/O부(90)에는, 디지털 신호, 아날로그 신호 및 시리얼 신호의 입출력을 제어하기 위한 I/O 보드가 마련되어 있다. 각 엔드 디바이스에 대한 제어 신호는, 각각 I/O부(90)로부터 출력된다. 또한, 각 엔드 디바이스로부터의 출력 신호는, 각각 I/O부(90)에 입력된다. 플라즈마 에칭 장치(100)에 있어서, I/O부(90)에 접속된 엔드 디바이스로서는, 예컨대, 매스플로 컨트롤러(MFC)(43), APC 밸브(55), 배기 장치(57), 2개의 매칭 박스(63, 73), 2개의 고주파 전원부(제 1 고주파 전원부(65), 제 2 고주파 전원부(75)) 등을 들 수 있다.
EC(81)는, LAN(Local Area Network)(91)을 거쳐서, 기판 처리 시스템이 설치되어 있는 공장 전체의 제조 공정을 관리하는 MES(Manufacturing Execution System)로서의 컴퓨터(93)에 접속되어 있다. 컴퓨터(93)는, 기판 처리 시스템의 제어부(80)와 연계하여 공장에 있어서의 공정에 관한 리얼타임 정보를 기간 업무 시스템에 피드백함과 아울러, 공장 전체의 부하 등을 고려하여 공정에 관한 판단을 행한다. 컴퓨터(93)는, 예컨대 다른 컴퓨터(95) 등의 정보 처리 기기에 접속되어 있더라도 좋다.
다음으로, 도 3을 참조하여, MC(83)의 하드웨어 구성의 일례에 대하여 설명한다. MC(83)는, 주 제어부(101)와, 키보드, 마우스 등의 입력 장치(102)와, 프린터 등의 출력 장치(103)와, 표시 장치(104)와, 기억 장치(105)와, 외부 인터페이스(106)와, 이들을 서로 접속하는 버스(107)를 구비하고 있다. 주 제어부(101)는, CPU(중앙 처리 장치)(111), RAM(랜덤 액세스 메모리)(112) 및 ROM(리드 온리 메모리)(113)을 갖고 있다. 기억 장치(105)는, 정보를 기억할 수 있는 것이면, 그 형태는 묻지 않지만, 예컨대 하드디스크 장치 또는 광디스크 장치이다. 또한, 기억 장치(105)는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체(115)에 대하여 정보를 기록하고, 또한 기록 매체(115)에서 정보를 판독하도록 되어 있다. 기록 매체(115)는, 정보를 기록할 수 있는 것이면, 그 형태는 묻지 않지만, 예컨대 하드디스크, 광디스크, 플래시메모리 등이다. 기록 매체(115)는, 본 실시의 형태에 따른 플라즈마 에칭 방법의 레시피를 기록한 기록 매체이더라도 좋다.
MC(83)에서는, CPU(111)가, RAM(112)을 작업 영역으로서 이용하여, ROM(113) 또는 기억 장치(105)에 저장된 프로그램을 실행하는 것에 의해, 본 실시의 형태의 플라즈마 에칭 장치(100)에 있어서 기판 S에 대한 플라즈마 에칭 처리를 실행할 수 있도록 되어 있다. 또, 도 2에 나타낸 EC(81)나, 컴퓨터(93, 95)의 하드웨어 구성도, 도 3에 나타낸 것과 거의 같은 구성으로 되어 있다.
다음으로, 도 4를 참조하여, 제 1 고주파 전원부(65) 및 제 2 고주파 전원부(75)의 구성과, MC(83)의 기능 구성의 관계에 대하여 설명한다. 도 4는 제 1 고주파 전원부(65) 및 제 2 고주파 전원부(75)의 구성과, MC(83)의 기능 구성의 일부분을 발췌하여 나타내는 기능 블록도이다. 또, 이하의 설명에서는, MC(83)의 하드웨어 구성이 도 3에 나타낸 구성으로 되어 있는 것으로 하여, 도 3 중의 부호도 참조한다.
도 4에 나타낸 바와 같이 MC(83)는, 전력 제어부(121)와, 차단 제어부(122)와, 임계치 설정부(123)를 구비하고 있다. 이들은, CPU(111)가, RAM(112)을 작업 영역으로서 이용하여, ROM(113) 또는 기억 장치(105)에 저장된 소프트웨어(프로그램)를 실행하는 것에 의해 실현된다.
제 1 고주파 전원부(65)는, 발진부(131), 연산 증폭부(132), 전력 증폭부(133) 및 센서부(134)를 구비하고 있다. 여기서, 발진부(131), 연산 증폭부(132) 및 전력 증폭부(133)는, 고주파 전원(135)을 구성하고 있다.
제 2 고주파 전원부(75)는, 발진부(141), 연산 증폭부(142), 전력 증폭부(143) 및 센서부(144)를 구비하고 있다. 여기서, 발진부(141), 연산 증폭부(142) 및 전력 증폭부(143)는, 고주파 전원(145)을 구성하고 있다.
발진부(131, 141)는, 고주파 신호를 생성한다. 이 고주파 신호의 주파수는, 플라즈마 부하에 공급하는 고주파에 따라 정할 수 있다.
연산 증폭부(132, 142)는, 전력 제어부(121)의 지령 신호에 근거하여 고주파 신호의 진폭을 제어한다.
전력 증폭부(133, 143)는, 연산 증폭부(132, 142)로부터의 출력 신호를 받아, 전력을 증폭시킨다.
센서부(134, 144)는, 각각, 제 1 고주파 전원부(65) 또는 제 2 고주파 전원부(75)로부터 부하(플라즈마)에 보내지는 진행파 전력 PF 및 부하(플라즈마)로부터 제 1 고주파 전원부(65) 또는 제 2 고주파 전원부(75)에 향하는 반사파 전력 REF를 검출한다. 센서부(134, 144)는, 진행파 전력 PF 및 반사파 전력 REF를 검출하고, 진행파 전력 PF의 검출 신호 및 반사파 전력 REF의 검출 신호를 전력 제어부(121), 차단 제어부(122) 및 임계치 설정부(123)에 보낸다.
전력 제어부(121)는, 미리 기억 장치(105)에 보존되어 있는 레시피나 파라미터 등에 근거하여, 제 1 고주파 전원부(65) 또는 제 2 고주파 전원부(75)의 발진부(131, 141)나 연산 증폭부(132, 142)에 제어 신호를 송신하는 것에 의해, 플라즈마 에칭 장치(100)에 있어서 소망하는 플라즈마 에칭 처리가 행해지도록 전력 공급을 제어한다. 예컨대, 전력 제어부(121)는, 센서부(134, 144)로부터 진행파 전력 PF를 피드백 신호로서 수신하고, 이 피드백 신호와 전력 지령치의 편차에 근거하여 피드백 제어를 행하고, 제 1 고주파 전원부(65) 또는 제 2 고주파 전원부(75)의 출력 전력이 각각 전력 지령치가 되도록 제어한다. 전력 제어부(121)에 의한 피드백 제어에 있어서는, 전력 지령치와 진행파 전력 PF의 차분 신호를, 출력 전력을 제어하는 지령 신호로서 생성하고, 연산 증폭부(132, 142)에 입력한다. 한편, 연산 증폭부(132, 142)에는, 발진부(131, 141)로부터, 기준이 되는 고주파 신호도 입력된다. 이것에 의해, 연산 증폭부(132, 142)는, 부하(플라즈마)에 공급하는 전력이 전력 지령치가 되도록 제어된다. 연산 증폭부(132, 142)의 출력 신호는, 전력 증폭부(133, 143)에 의해 소정 전력으로 한 후, 각각, 매칭 박스(63, 73)를 통하여, 샤워 헤드(31), 서셉터(11)에 보내진다.
또한, 전력 제어부(121)는, 센서부(134, 144)로부터의 반사파 전력 REF의 검출 신호를 받아 필요에 따라 수하(垂下) 제어를 행하고, 반사파 전력 REF의 증가에 따른 과전류나 과전압을 억제하여 전원을 보호한다. 또, 전력 제어부(121)에 의한 제어는, 전력 지령치에 대하여 출력 전력을 제어하는 것 외에, 전압 지령치에 대하여 출력 전압을 제어하는 것에 의해 행할 수도 있다.
차단 제어부(122)는, 센서부(134, 144)로부터의 반사파 전력 REF의 검출 신호를 받아 제 1 고주파 전원부(65) 또는 제 2 고주파 전원부(75)에 의한 고주파 전력 공급의 차단 처리를 행한다. 구체적으로는, 차단 제어부(122)는, 센서부(134) 또는 센서부(144)에서 검출한 반사파 전력 REF의 검출 신호와 차단용 임계치를 비교하고, 어느 하나의 반사파 전력 REF의 크기가 차단용 임계치를 넘었을 때, 발진부(131) 및 발진부(141)의 양쪽의 동작을 정지시키는 차단 지령 신호를 송출한다. 발진부(131) 및 발진부(141)의 동작을 정지시키는 것에 의해, 제 1 고주파 전원부(65) 및 제 2 고주파 전원부(75)로부터 부하(플라즈마)로의 전력 공급이 일시적으로 정지된다. 또, 차단 제어부(122)에 의한 차단 제어로서, 전력 공급을 정지하는 대신, 공급하는 전력량을 저감시키는 제어를 행할 수도 있다. 예컨대, 발진부(131, 141)의 동작 정지 대신 전력 제어부(121)에 의해 출력을 억제하도록 하더라도 좋다.
임계치 설정부(123)는, 차단 제어부(122)가 차단 처리를 행하는 경우에 참조하는 반사파 전력 REF의 임계치를 설정한다. 임계치는, 제 1 고주파 전원부(65)와 제 2 고주파 전원부(75)에 있어서, 각각 독립하여 설정할 수 있다. 제 1 고주파 전원부(65)의 차단 제어에 이용하는 차단용 임계치는, 상대적으로 높은 레벨의 임계치와, 상대적으로 낮은 레벨의 임계치의 적어도 2종류를 설정할 수 있다. 마찬가지로, 제 2 고주파 전원부(75)의 차단 제어에 이용하는 차단용 임계치도, 상대적으로 높은 레벨의 임계치와, 상대적으로 낮은 레벨의 임계치의 적어도 2종류를 설정할 수 있다.
또한, 임계치 설정부(123)는, 제 1 고주파 전원부(65) 또는 제 2 고주파 전원부(75)로부터, 고주파의 공급을 개시하는 타이밍, 또는, 출력을 변화시키는 타이밍에, 차단용 임계치를, 각각, 상대적으로 높은 레벨로 설정한다. 그리고, 임계치 설정부(123)는, 제 1 고주파 전원부(65) 또는 제 2 고주파 전원부(75)로부터의 고주파 전력의 공급이 안정된 후, 차단용 임계치의 레벨을 상대적으로 낮은 레벨로 전환한다. 여기서, 고주파 전력의 공급이 안정된 상태란, 매칭 박스(63, 73)에 의한 임피던스의 매칭이 완료되고, 예컨대, 센서부(134, 144)에 의해 검출되는 반사파 전력 REF가 소정의 임계치 이하(제로를 포함한다)가 된 경우를 의미한다. 또한, 상대적으로 높은 레벨의 차단용 임계치는, 플라즈마의 시동시에 불가피적으로 발생하는 반사파에 의해 차단 제어가 행해지지 않도록 하기 위해, 예컨대, 제 1 고주파 전원부(65) 또는 제 2 고주파 전원부(75)로부터 각각 출력되는 정격 전력치의 25% 이상이고, 바람직하게는 25% 이상 100% 이하의 범위 내로 할 수 있다. 또한, 상대적으로 낮은 레벨의 차단용 임계치는, 이상 방전으로 이어질 가능성이 있는 반사파로의 대응을 빠르게 행하기 위해, 제 1 고주파 전원부(65) 또는 제 2 고주파 전원부(75)로부터 각각 출력되는 정격 전력치의 5% 이하, 바람직하게는 2% 이상 5% 이하의 범위 내로 할 수 있다.
다음으로, 이상과 같이 구성되는 플라즈마 에칭 장치(100)에 있어서의 처리 동작에 대하여 설명한다. 우선, 도시하지 않는 게이트 밸브가 개방된 상태에서 기판 반송용 개구를 거쳐서, 피처리체인 기판 S가, 도시하지 않는 반송 장치의 포크에 의해 처리 용기(1) 내에 반입되어, 서셉터(11)에 건네어진다. 그 후, 게이트 밸브가 닫혀지고, 배기 장치(57)에 의해, 처리 용기(1) 내가 소정의 진공도까지 진공 흡인된다.
다음으로, 밸브(41)를 개방하여, 처리 가스를 가스 공급원(45)으로부터 처리 가스 공급관(39), 가스 도입구(37)를 거쳐서 샤워 헤드(31)의 가스 확산 공간(33)에 도입한다. 이때, 매스플로 컨트롤러(43)에 의해 처리 가스의 유량 제어가 행해진다. 가스 확산 공간(33)에 도입된 처리 가스는, 또한 복수의 가스 토출 구멍(35)을 거쳐서 서셉터(11) 위에 탑재된 기판 S에 대하여 균일하게 토출되고, 처리 용기(1) 내의 압력이 소정의 값으로 유지된다.
이 상태에서 제 1 고주파 전원부(65)로부터 고주파 전력이 매칭 박스(63)를 거쳐서 샤워 헤드(31)에 공급된다. 이것에 의해, 상부 전극으로서의 샤워 헤드(31)와 하부 전극으로서의 서셉터(11)의 사이에 고주파 전계가 생기고, 처리 가스가 해리하여 플라즈마화한다. 이 플라즈마에 의해, 기판 S에 에칭 처리가 실시된다. 또한, 플라즈마 처리 동안, 제 2 고주파 전원부(75)로부터 바이어스용 고주파 전력이 매칭 박스(73)를 거쳐서 서셉터(11)에 공급된다. 이것에 의해, 플라즈마 중의 이온이 기판 S에 끌어들여진다. 제 1 고주파 전원부(65) 및 제 2 고주파 전원부(75)로부터의 고주파 전력 공급의 제어 방법의 상세에 대해서는 후술한다.
에칭 처리를 실시한 후, 제 1 고주파 전원부(65) 및 제 2 고주파 전원부(75)로부터의 고주파 전력의 공급을 정지하고, 가스 도입을 정지한 후, 처리 용기(1) 내를 소정의 압력까지 감압한다. 다음으로, 게이트 밸브를 개방하고, 서셉터(11)로부터 도시하지 않는 반송 장치의 포크에 기판 S를 건네고, 처리 용기(1)의 기판 반송용 개구로부터 기판 S를 반출한다. 이상의 조작에 의해, 기판 S에 대한 플라즈마 에칭 처리가 종료된다.
다음으로, 도 5를 참조하면서, 플라즈마 에칭 장치(100)에 있어서 플라즈마 착화(시동)를 행할 때의 제 1 고주파 전원부(65) 및 제 2 고주파 전원부(75)로부터의 고주파 전력 공급의 제어 방법에 대하여 설명한다. 도 5는 제 1 고주파 전원부(65)로부터 상부 전극(샤워 헤드(31))으로, 및 제 2 고주파 전원부(75)로부터 하부 전극(서셉터(11))으로, 각각 고주파 전력을 공급하여 플라즈마를 시동할 때의 소프트 스타트 제어의 시퀀스의 일례를 나타내고 있다. 도 5(a)~도 5(d)까지는, 제 1 고주파 전원부(65)로부터의 전력 공급에 관한 것이고, 도 5(e)~도 5(h)까지는, 제 2 고주파 전원부(75)로부터의 전력 공급에 관한 것이다.
본 실시의 형태에서는, 반사파의 영향을 억제하기 위해, 제 1 고주파 전원부(65) 및 제 2 고주파 전원부(75)로부터의 전력 공급의 증가를 예컨대 2단계로 나누어 행하고 있다. 도 5(a)는 플라즈마 에칭 장치(100)의 동작을 제어하는 MC(83)로부터 송신되는 기동 신호(ON/OFF 신호)를 제 1 고주파 전원부(65)에서 수신하는 타이밍을 나타내고 있다. 또한, 도 5(e)는 같은 기동 신호를 제 2 고주파 전원부(75)에서 수신하는 타이밍을 나타내고 있다.
또한, 도 5(b)는 제 1 고주파 전원부(65)의 차단 제어에 이용하는 임계치의 변화를 나타내고, 도 5(f)는 제 2 고주파 전원부(75)의 차단 제어에 이용하는 임계치의 변화를 나타내고 있다.
또한, 도 5(c)는 제 1 고주파 전원부(65)로부터 상부 전극에 공급되는 고주파 전력의 출력 변화를 나타내고, 도 5(g)는 제 2 고주파 전원부(75)로부터 하부 전극에 공급되는 고주파 전력의 출력 변화를 나타내고 있다.
또한, 도 5(d)는 상부 전극측의 센서부(134)에서 검출되는 반사파의 전력치의 시간에 따른 변화를 나타내고, 도 5(h)는 하부 전극측의 센서부(144)에서 검출되는 반사파의 전력치의 시간에 따른 변화를 나타내고 있다.
또한, 도 5(a)~도 5(h)의 가로축은 시간을 나타내고 있다.
본 실시의 형태의 전력 공급 시퀀스에 의하면, 우선, 제 1 고주파 전원부(65) 및 제 2 고주파 전원부(75)는 시각 T1에 MC(83)로부터 기동 신호를 수신한다. 제 1 고주파 전원부(65)에 대해서는 상부 전극으로의 전력의 공급을 개시하지 않고 대기한다. 한편, 제 2 고주파 전원부(75)는, 시각 T1로부터 시각 T2까지의 시간에 걸쳐, 프로세스시의 전력치보다 낮은 미리 정한 전력치(이하, 「제 1 단계」의 전력치라고 한다)가 되기까지 서서히 공급 전력을 올려 간다. 이때, 제 2 고주파 전원부(75)에는, 도 5(h)에 나타내는 바와 같이, 하부 전극측에서 발생한 반사파가 전파하여 온다. 이 경우, 고주파 전력의 공급을 단계적으로 행하고 있는 것에 의해, 반사파가 갖는 전력은 비교적 작게 억제되고, 예컨대 1초~2초간 정도로 감쇠한다.
그리고, 제 2 고주파 전원부(75)로부터의 공급 전력은 시각 T2에 제 1 단계의 전력치에 도달한다. 또한, 시각 T2로부터 시간이 경과하여 제 2 고주파 전원부(75)로의 반사파가 충분하게 감쇠한 후, 시각 T4로부터 제 1 고주파 전원부(65)에서 1회째의 전력의 공급을 개시하고, 시각 T5까지의 시간에 걸쳐, 제 1 단계의 전력치까지 상승시킨다. 이때, 제 1 고주파 전원부(65)뿐만 아니라, 이미 전력 공급을 개시하고 있는 제 2 고주파 전원부(75)를 포함시켜, 제 1 고주파 전원부(65) 및 제 2 고주파 전원부(75)의 양쪽에 반사파가 전파하여 온다. 이들의 반사파에 대해서도 정합 회로의 작용에 의해 곧 감쇠한다.
다음으로, 반사파가 충분하게 감쇠하는 매칭 완료까지의 시간 간격을 고려하여, 시각 T7로부터 제 2 고주파 전원부(75)에 의한 2회째의 공급 전력의 상승을 개시하고, 시각 T8까지의 시간에 걸쳐 제 2 단계의 전력치까지 상승시킨다. 도 5에서는, 이 제 2 단계의 전력치가 제 2 고주파 전원부(75)에 의한 프로세스시의 설정 전력치로 되어 있다. 또, 제 2 고주파 전원부(75)에 의한 공급 전력을 프로세스시의 설정 전력치까지 상승시키는 단계는 2단계에 한하지 않고, 3단계 이상으로 하더라도 좋다.
다음으로, 제 2 고주파 전원부(75)의 공급 전력의 상승에 따른 반사파가 감쇠한 후, 시각 T10으로부터 제 1 고주파 전원부(65)에 의한 2회째의 공급 전력의 상승을 개시하고, 시각 T11까지의 시간에 걸쳐 제 2 단계의 전력치까지 상승시킨다. 도 5에서는, 이 제 2 단계의 전력치가, 제 1 고주파 전원부(65)에 의한 프로세스시의 설정 전력치로 되어 있다. 또, 제 1 고주파 전원부(65)에 의한 공급 전력을 프로세스시의 설정 전력치까지 상승시키는 단계는 2단계에 한하지 않고, 3단계 이상으로 하더라도 좋다.
이와 같이, 본 실시의 형태에서는, 제 2 고주파 전원부(75)와 제 1 고주파 전원부(65)에서의 고주파 전력을 번갈아 단계적으로 증가시키는 전력 공급 시퀀스(소프트 스타트 제어)를 행한다. 이것에 의해, 플라즈마 에칭 장치(100)에 있어서, 반사파의 영향을 억제하고, 또한, 가능한 한 단시간에 플라즈마를 시동할 수 있다.
다음으로, 도 5를 참조하면서, 차단 제어부(122)가 차단 처리를 행하는 경우에 참조하는 차단용 임계치의 설정에 대하여 설명한다. 상기와 같이, 차단용 임계치는, 임계치 설정부(123)에 의해 설정된다. 차단용 임계치의 크기는, 제 1 고주파 전원부(65), 제 2 고주파 전원부(75)의 각각에 대하여 독립하여 설정할 수 있지만, 상대적으로 높은 레벨과 상대적으로 낮은 레벨의 전환은, 제 1 고주파 전원부(65), 제 2 고주파 전원부(75)에 있어서 서로 관련시켜 같은 타이밍에 행해진다.
우선, 임계치 설정부(123)는, 도 5(b), 도 5(f)에 나타내는 바와 같이, 초기 상태(시각 T3까지)는, 제 1 고주파 전원부(65) 및 제 2 고주파 전원부(75)에 있어서, 차단용 임계치를, 각각, 상대적으로 높은 레벨로 설정하여 둔다. 플라즈마의 시동의 초기에는, 비교적 큰 반사파가 발생하기 쉽기 때문이다.
다음으로, 임계치 설정부(123)는, 제 2 고주파 전원부(75)로부터의 고주파의 공급이 안정된 후, 시각 T3에 제 1 고주파 전원부(65) 및 제 2 고주파 전원부(75)에 있어서 차단용 임계치의 레벨을, 함께 상대적으로 낮은 레벨로 전환한다. 이 차단용 임계치의 상대적으로 낮은 레벨은, 제 1 고주파 전원부(65) 및 제 2 고주파 전원부(75)에 있어서, 함께 같은 시간(시각 T3으로부터 T4까지) 계속된다. 고주파 전력을 변화시키지 않는 시각 T3으로부터 T4까지의 기간에는, 차단용 임계치의 레벨을 저하시켜 두는 것에 의해, 이상 방전으로 이어지는 반사파로의 응답성을 빠르게 하는 것이 가능하게 되고, 이상 방전을 미연에 방지할 수 있다.
다음으로, 시각 T4에 제 1 고주파 전원부(65)에서 1회째의 전력 공급의 증가가 개시되면, 임계치 설정부(123)는, 도 5(b), 도 5(f)에 나타내는 바와 같이, 차단용 임계치를 다시 설정하고, 각각, 상대적으로 높은 레벨로 끌어올린다. 이 상대적으로 높은 레벨은, 제 1 고주파 전원부(65) 및 제 2 고주파 전원부(75)에 있어서, 함께 같은 시간(시각 T4로부터 T6까지) 계속된다. 상기와 같이, 제 1 고주파 전원부(65)에 의한 1회째의 전력 공급의 증가는, 시각 T4로부터 시각 T5까지에 걸쳐 행해지기 때문에, 이 기간에 제 1 고주파 전원부(65) 및 제 2 고주파 전원부(75)에 있어서 각각 반사파 전력이 검출된다. 센서부(134, 144)에 있어서 검출되는 반사파는, 제 2 고주파 전원부(75)에 비하여, 직전에 전력을 변화시킨 제 1 고주파 전원부(65)에 있어서 보다 길게 검출되고, 시각 T5를 조금 지난 부분에서 종식된다. 다시 말해, 정합 회로에 의한 매칭이 완료된다. 제 1 고주파 전원부(65)에 의해 전력 공급의 증가를 개시한 시각 T4로부터 매칭이 완료되는 시각 T6까지의 기간은, 전력 변화시에 불가피한 반사파가 생성되기 때문에, 차단용 임계치를 상대적으로 높은 레벨로 설정하여 두는 것에 의해, 부드러운 플라즈마의 시동이 가능하게 된다.
정합 회로에 의한 매칭이 완료되고, 제 1 고주파 전원부(65)에 의한 전력 공급이 안정화된 단계에서, 임계치 설정부(123)는, 시각 T6에 제 1 고주파 전원부(65) 및 제 2 고주파 전원부(75)에 있어서 차단용 임계치의 레벨을 상대적으로 낮은 레벨로 전환한다. 이 차단용 임계치의 상대적으로 낮은 레벨은, 제 1 고주파 전원부(65) 및 제 2 고주파 전원부(75)에 있어서, 함께 같은 시간(시각 T6으로부터 T7까지) 계속된다. 고주파 전력을 변화시키지 않는 시각 T6으로부터 T7까지의 기간에는, 차단용 임계치의 레벨을 저하시켜 두는 것에 의해, 이상 방전으로 이어지는 반사파로의 응답성을 빠르게 하는 것이 가능하게 되고, 이상 방전을 미연에 방지할 수 있다.
다음으로, 시각 T7에 제 2 고주파 전원부(75)에서 2회째의 전력 공급의 증가가 개시되면, 임계치 설정부(123)는, 도 5(b), 도 5(f)에 나타내는 바와 같이, 차단용 임계치를 다시 설정하고, 각각, 상대적으로 높은 레벨로 끌어올린다. 이 상대적으로 높은 레벨은, 제 1 고주파 전원부(65) 및 제 2 고주파 전원부(75)에 있어서, 함께 같은 시간(시각 T7로부터 T9까지) 계속된다. 상기와 같이, 제 2 고주파 전원부(75)에 의한 2회째의 전력 공급의 증가는, 시각 T7로부터 시각 T8까지에 걸쳐 행해지고, 제 1 고주파 전원부(65) 및 제 2 고주파 전원부(75)에 있어서 각각 반사파가 검출된다. 센서부(134, 144)에 있어서 검출되는 반사파는, 제 1 고주파 전원부(65)에 비하여, 직전에 전력을 변화시킨 제 2 고주파 전원부(75)에 있어서 보다 길게 검출되고, 시각 T8을 조금 지난 부분에서 종식된다. 다시 말해, 정합 회로에 의한 매칭이 완료된다. 제 2 고주파 전원부(75)에 의해 전력 공급의 증가를 개시한 시각 T7로부터 매칭이 완료되는 시각 T9까지의 기간은, 전력 변화시에 불가피한 반사파가 생성되기 때문에, 차단용 임계치를 상대적으로 높은 레벨로 설정하여 두는 것에 의해, 부드러운 플라즈마의 시동이 가능하게 된다.
정합 회로에 의한 매칭이 완료되고, 제 2 고주파 전원부(75)에 의한 전력 공급이 안정화된 단계에서, 임계치 설정부(123)는, 시각 T9에 제 1 고주파 전원부(65) 및 제 2 고주파 전원부(75)에 있어서 차단용 임계치의 레벨을 상대적으로 낮은 레벨로 전환한다. 이 차단용 임계치의 상대적으로 낮은 레벨은, 제 1 고주파 전원부(65) 및 제 2 고주파 전원부(75)에 있어서, 함께 같은 시간(시각 T9로부터 T10까지) 계속된다. 시각 T9로부터 T10까지의 기간에는, 고주파 전력을 변화시키지 않기 때문에, 차단용 임계치의 레벨을 저하시켜 두는 것에 의해, 이상 방전으로 이어지는 반사파로의 응답성을 빠르게 하는 것이 가능하게 되고, 이상 방전을 미연에 방지할 수 있다.
다음으로, 시각 T10에 제 1 고주파 전원부(65)에서 2회째의 전력 공급의 증가가 개시되면, 임계치 설정부(123)는, 도 5(b), 도 5(f)에 나타내는 바와 같이, 차단용 임계치를 다시 설정하고, 각각, 상대적으로 높은 레벨로 끌어올린다. 이 상대적으로 높은 레벨은, 제 1 고주파 전원부(65) 및 제 2 고주파 전원부(75)에 있어서, 함께 같은 시간(시각 T10으로부터 T12까지) 계속된다. 상기와 같이, 제 1 고주파 전원부(65)에 의한 2회째의 전력 공급의 증가는, 시각 T10으로부터 시각 T11까지에 걸쳐 행해지고, 제 1 고주파 전원부(65) 및 제 2 고주파 전원부(75)에 있어서 각각 반사파가 검출된다. 센서부(134, 144)에 있어서 검출되는 반사파는, 제 2 고주파 전원부(75)에 비하여, 직전에 전력을 변화시킨 제 1 고주파 전원부(65)에 있어서 보다 길게 검출되고, 시각 T11을 조금 지난 부분에서 종식된다. 다시 말해, 정합 회로에 의한 매칭이 완료된다. 제 1 고주파 전원부(65)에 의해 전력 공급의 증가를 개시한 시각 T10으로부터 매칭이 완료되는 시각 T12까지의 기간은, 전력 변화시에 불가피한 반사파가 생성되기 때문에, 차단용 임계치를 상대적으로 높은 레벨로 설정하여 두는 것에 의해, 부드러운 플라즈마의 시동이 가능하게 된다.
정합 회로에 의한 매칭이 완료되고, 제 1 고주파 전원부(65)에 의한 제 2 단계의 전력 공급이 안정화된 단계에서, 임계치 설정부(123)는, 시각 T12에 제 1 고주파 전원부(65) 및 제 2 고주파 전원부(75)에 있어서 차단용 임계치의 레벨을 상대적으로 낮은 레벨로 전환한다. 도 5에서는, 제 2 단계의 전력치가 제 2 고주파 전원부(75)에 의한 프로세스시의 설정 전력치로 되어 있다. 도시는 생략하지만, 이 차단용 임계치의 상대적으로 낮은 레벨은, 제 1 고주파 전원부(65) 또는 제 2 고주파 전원부(75)의 어느 하나에 있어서, 함께 다음의 공급 전력 변화(예컨대, 플라즈마의 정지)가 생기기까지 계속된다.
도 5는 플라즈마 에칭 장치(100)에 있어서 플라즈마를 시동하는 경우를 예로 들고 있지만, 제 1 고주파 전원부(65) 또는 제 2 고주파 전원부(75)에서 검출되는 반사파가 차단용 임계치를 넘어, 고주파 전력의 공급을 정지한 후에, 다시, 플라즈마를 시동하는 경우에도, 도 5와 동일한 소프트 스타트 제어와 임계치의 전환을 행할 수 있다.
다음으로, 도 5 및 도 6을 참조하면서, 플라즈마 에칭 장치(100)에 있어서 실시되는 운전 방법의 한 형태로서 MC(83)에서 행해지는 임계치 설정에 관한 수순을 설명한다. 도 6에 나타내는 플로차트는, 제 2 고주파 전원부(75)로부터 서셉터(11)에 공급하는 고주파 전력치를 증가시키는 경우의 임계치의 설정 수순을 나타내고 있다. 이 임계치의 설정 수순은, 도 6의 단계 S1~단계 S6을 포함할 수 있다.
우선, 전제로서, MC(83)의 전력 제어부(121)는, 제 2 고주파 전원부(75)로부터 서셉터(11)에 공급하는 고주파 전력을 증가시키도록 발진부(141) 및 연산 증폭부(142)에 대하여 지령 신호를 송출한다. 이것에 의해, 예컨대 도 5의 시각 T7로부터 바이어스용 고주파 전력의 증가가 개시된다.
상기 고주파 전력을 증가시키기 위한 전력 제어부(121)에 의한 지령 신호는, 임계치 설정부(123)에도 동시에 송신된다. 도 6에 있어서, 단계 S1에서는, 임계치 설정부(123)가 상기 지령 신호를 수신한다. 이 지령 신호를 받고, 다음으로, 단계 S2에서는, 임계치 설정부(123)가, 반사파에 관한 차단용 임계치를 상대적으로 높은 레벨로 설정한다. 이 차단용 임계치는, 제 1 고주파 전원부(65)의 센서부(134)에서 검출되는 반사파에 관한 임계치와, 제 2 고주파 전원부(75)의 센서부(144)에서 검출되는 반사파에 관한 임계치의 양쪽을 포함한다. 제 2 고주파 전원부(75)에 의해 전력 공급의 증가를 개시한 시점으로부터 매칭이 완료되기까지의 기간은, 전력 변화시에 불가피한 반사파가 생성되기 때문에, 차단용 임계치를 상대적으로 높은 레벨로 설정하여 두는 것에 의해, 부드러운 플라즈마의 시동이 가능하게 된다.
바이어스용 고주파 전력치가 소정의 값에 도달한 경우(예컨대 도 5의 시각 T8), MC(83)의 전력 제어부(121)가 제 2 고주파 전원부(75)로부터 서셉터(11)에 공급하는 고주파 전력의 증가를 정지시키도록(다시 말해, 일정 전력량을 공급하도록) 발진부(141) 및 연산 증폭부(142)에 대하여 지령 신호를 송출한다. 상기 고주파 전력의 증가를 정지시키기 위한 전력 제어부(121)에 의한 지령 신호는, 임계치 설정부(123)에도 동시에 송신된다. 도 6의 단계 S3에서는, 임계치 설정부(123)가 상기 지령 신호를 수신한다.
다음으로, 단계 S4에서는, 임계치 설정부(123)가, 소스용 고주파 전력이 안정되어 있는지 여부를 판단한다. 구체적으로는, 임계치 설정부(123)가, 전력 제어부(121)를 거쳐서 센서부(134)에 있어서의 반사파의 검출치의 정보를 참조하고, 반사파의 검출치가 예컨대 소정의 임계치 이하로 감쇠하고 있는지 여부를 판단한다. 예컨대, 반사파의 검출치가 소정의 임계치 이하로 감쇠하고 있는 경우에는, 소스용 고주파 전력이 안정되어 있다(예)고 판단되고, 반사파의 검출치가 소정의 임계치를 넘고 있는 경우에는, 소스용 고주파 전력이 안정되어 있지 않다(아니오)고 판단된다.
단계 S4에서, 소스용 고주파 전력이 안정되어 있다(예)고 판단된 경우는, 다음으로, 단계 S5에서, 임계치 설정부(123)가, 바이어스용 고주파 전력이 안정되어 있는지 여부를 판단한다. 구체적으로는, 임계치 설정부(123)가, 전력 제어부(121)를 거쳐서 센서부(144)에 있어서의 반사파의 검출치의 정보를 참조하고, 반사파의 검출치가 예컨대 소정의 임계치 이하로 감쇠하고 있는지 여부를 판단한다. 예컨대, 반사파의 검출치가 소정의 임계치 이하로 감쇠하고 있는 경우에는, 바이어스용 고주파 전력이 안정되어 있다(예)고 판단되고, 반사파의 검출치가 소정의 임계치를 넘고 있는 경우에는, 바이어스용 고주파 전력이 안정되어 있지 않다(아니오)고 판단된다.
또, 단계 S4와 단계 S5는, 순서가 반대이더라도 좋고, 실질적으로 동시에 행하더라도 좋다.
단계 S5에서, 바이어스용 고주파 전력이 안정되어 있다(예)고 판단된 경우는, 다음으로 단계 S6에서, 임계치 설정부(123)가, 차단용 임계치를 상대적으로 낮은 레벨로 설정한다(예컨대, 도 5의 시각 T9로부터 시각 T10). 이 차단용 임계치는, 제 2 고주파 전원부(75)의 센서부(134)에서 검출되는 반사파에 관한 임계치와, 제 2 고주파 전원부(75)의 센서부(144)에서 검출되는 반사파에 관한 임계치의 양쪽을 포함한다. 고주파 전력을 변화시키지 않고, 일정 전력량을 공급하는 기간에는, 차단용 임계치의 레벨을 저하시켜 두는 것에 의해, 이상 방전으로 이어지는 반사파로의 응답성을 빠르게 하는 것이 가능하게 되고, 이상 방전을 미연에 방지할 수 있다.
이상의 단계 S1~단계 S6의 수순을 실행하는 것에 의해, 임계치 설정부(123)는, 차단용 임계치를 상대적으로 높은 레벨과 낮은 레벨로 전환하여 설정할 수 있다. 이와 같이, 차단용 임계치를 상대적으로 높은 레벨과 낮은 레벨로 전환하여 설정하는 것에 의해, 이하와 같은 이점을 얻을 수 있다. 즉, 고주파 전력의 출력을 변화시킬 때에는, 높은 레벨의 임계치에 의해 이상 방전으로 이어지지 않을 정도의 반사파에 의한 전력 차단을 회피하는 것이 가능하게 되고, 플라즈마의 부드러운 시동이 실현된다. 또한, 고주파 전력의 출력을 변화시키지 않고, 일정 전력량을 공급하는 기간에는, 낮은 레벨의 임계치에 의해, 이상 방전의 발생으로 이어지는 반사파를 신속하게 검출하고, 이상 방전을 미연에 방지할 수 있다.
또, 도 6에서는, 제 2 고주파 전원부(75)로부터 서셉터(11)에 공급하는 고주파 전력치를 증가시키는 경우의 임계치의 설정 수순을 나타냈지만, 제 1 고주파 전원부(65)로부터 샤워 헤드(31)에 공급하는 고주파 전력치를 증가시키는 경우의 임계치의 설정도 동일하게 행할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시의 형태를 예시의 목적으로 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상기 실시의 형태에 제약되는 일은 없고, 다양한 변형이 가능하다. 예컨대, 상기 실시의 형태에서는, 고주파 전력의 공급량을 단계적으로 증가시켜 플라즈마를 시동하는 경우에 대하여 예를 들어 설명했지만, 고주파 전력의 공급량을 단계적으로 감소시켜 플라즈마를 정지하는 경우에 대해서도, 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시의 형태에서는, 차단용 임계치를 상대적으로 높은 레벨과 상대적으로 낮은 레벨의 2단계로 설정했지만, 차단용 임계치를 3단계 이상 설정할 수도 있다.
또한, 상기 실시의 형태에서는, 상부 전극과 하부 전극의 각각에 고주파 전력을 공급하는 플라즈마 처리 장치를 대상으로 하고 있지만, 본 발명은, 하부 전극에 2계통 이상의 고주파 전력을 공급하는 경우나, 상부 전극에 2계통 이상의 고주파 전력을 공급하는 경우에도 동일하게 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시의 형태에서는, 평행 평판형 플라즈마 에칭 장치를 예로 들었지만, 본 발명은, 상부 전극 및/또는 하부 전극에 2계통 이상의 고주파 전력을 공급하는 플라즈마 처리 장치이면, 특별히 제한 없이 적용할 수 있다. 예컨대, 유도 결합 플라즈마 장치 등 다른 방식의 플라즈마 에칭 장치에도 적용 가능하다. 또한, 드라이 에칭 장치에 한하지 않고, 성막 장치나 애싱 장치 등에도 동등하게 적용 가능하다.
또한, 본 발명은, FPD용 기판을 피처리체로 하는 것에 한하지 않고, 예컨대 반도체 웨이퍼나 태양 전지용 기판을 피처리체로 하는 경우에도 적용할 수 있다.
1 : 처리 용기 1a : 저벽
1b : 측벽 1c : 덮개
11 : 서셉터 12 : 기재
13, 14 : 밀봉 부재 15 : 절연 부재
31 : 샤워 헤드 33 : 가스 확산 공간
35 : 가스 토출 구멍 37 : 가스 도입구
39 : 처리 가스 공급관 41 : 밸브
43 : 매스플로 컨트롤러 45 : 가스 공급원
51 : 배기용 개구 53 : 배기관
53a : 플랜지부 55 : APC 밸브
57 : 배기 장치 61 : 급전선
63 : 매칭 박스(M. B.) 65 : 제 1 고주파 전원부
71 : 급전선 73 : 매칭 박스(M. B.)
75 : 제 2 고주파 전원부 100 : 플라즈마 에칭 장치

Claims (13)

  1. 피처리체를 수용하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에서 생성시키는 플라즈마에 관여하는 고주파를 출력하는 복수의 고주파 전원과,
    상기 복수의 고주파 전원으로의 반사파를 각각 검출하는 복수의 반사파 검출부와,
    상기 복수의 고주파 전원의 출력을 제어하는 전력 제어부와,
    상기 복수의 고주파 전원의 어느 하나에 있어서의 반사파의 검출치가, 각 고주파 전원에 대하여 미리 설정된 차단용 임계치를 넘은 경우에, 상기 복수의 고주파 전원의 전부에 대하여 고주파의 공급을 차단하는 차단 제어부와,
    상기 복수의 고주파 전원의 어느 하나에 있어서, 고주파의 공급을 개시하는 타이밍, 또는 출력을 변화시키는 타이밍에, 상기 차단용 임계치의 전부를 상대적으로 높은 레벨로 설정하고, 상기 복수의 고주파 전원의 전부에 대하여, 상기 복수의 반사파 검출부에 의한 반사파의 검출치가, 각각, 미리 설정된 시동용 임계치 이하가 된 후, 상기 복수의 고주파 전원 중 어느 하나의 고주파 전원으로부터의 고주파의 출력을 증가시키기까지의 동안에, 상기 차단용 임계치의 전부를 상대적으로 낮은 레벨로 전환하는 임계치 설정부
    를 구비한 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 고주파 전원으로서, 적어도, 제 1 고주파 전원과, 상기 제 1 고주파 전원과는 주파수가 다른 고주파를 출력하는 제 2 고주파 전원을 갖고,
    상기 복수의 반사파 검출부로서, 상기 제 1 고주파 전원으로의 반사파를 검출하는 제 1 반사파 검출부와, 상기 제 2 고주파 전원으로의 반사파를 검출하는 제 2 반사파 검출부를 갖고,
    상기 차단 제어부는, 상기 제 1 고주파 전원에 있어서의 반사파의 검출치 또는 상기 제 2 고주파 전원에 있어서의 반사파의 검출치의 어느 한쪽이, 각각에 대하여 미리 설정된 차단용 임계치를 넘은 경우에, 상기 제 1 고주파 전원 및 상기 제 2 고주파 전원의 양쪽의 고주파의 공급을 차단하고,
    상기 임계치 설정부는, 상기 제 1 고주파 전원 또는 상기 제 2 고주파 전원의 어느 한쪽에 있어서, 고주파의 공급을 개시하는 타이밍, 또는 출력을 변화시키는 타이밍에, 상기 차단용 임계치를 함께 상대적으로 높은 레벨로 설정하고, 상기 제 1 고주파 전원 및 상기 제 2 고주파 전원으로부터의 고주파의 공급이 안정된 후에 상기 차단용 임계치의 레벨을 함께 상대적으로 낮은 레벨로 전환하는
    플라즈마 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 플라즈마를 시동하는 과정에서, 상기 전력 제어부는, 상기 제 1 고주파 전원 및 상기 제 2 고주파 전원으로부터의 고주파의 출력을, 각각 단계적으로 증가시키는 소프트 스타트 제어를 행하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전력 제어부는, 상기 제 1 반사파 검출부에 의한 반사파의 검출치 및 상기 제 2 반사파 검출부에 의한 반사파의 검출치가, 각각, 미리 설정된 시동용 임계치 이하가 된 후에, 상기 제 1 고주파 전원으로부터의 고주파의 출력을 증가시키도록 제어하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 임계치 설정부는, 상기 제 1 반사파 검출부에 의한 반사파의 검출치 및 상기 제 2 반사파 검출부에 의한 반사파의 검출치가, 각각, 미리 설정된 시동용 임계치 이하가 된 후, 상기 제 1 고주파 전원으로부터의 고주파의 출력을 증가시키기까지의 동안에, 상기 차단용 임계치를 상기 상대적으로 낮은 레벨로 설정하는 플라즈마 처리 장치.

  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전력 제어부는, 상기 제 1 반사파 검출부에 의한 반사파의 검출치 및 상기 제 2 반사파 검출부에 의한 반사파의 검출치가, 각각, 미리 설정된 시동용 임계치 이하가 된 후에, 상기 제 2 고주파 전원으로부터의 고주파의 출력을 증가시키도록 제어하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 임계치 설정부는, 상기 제 1 반사파 검출부에 의한 반사파의 검출치 및 상기 제 2 반사파 검출부에 의한 반사파의 검출치가, 미리 설정된 시동용 임계치 이하가 된 후, 상기 제 2 고주파 전원으로부터의 고주파의 출력을 증가시키기까지의 동안에, 상기 차단용 임계치를 상기 상대적으로 낮은 레벨로 설정하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상대적으로 높은 레벨의 차단용 임계치가, 상기 제 1 고주파 전원 또는 제 2 고주파 전원으로부터 각각 출력되는 정격 전력치의 25% 이상인 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상대적으로 낮은 레벨의 차단용 임계치가, 상기 제 1 고주파 전원 또는 제 2 고주파 전원으로부터 각각 출력되는 정격 전력치의 5% 이하인 플라즈마 처리 장치.
  10. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 고주파 전원 또는 제 2 고주파 전원에 대하여 각각 설정되는 상기 차단용 임계치의 상기 상대적으로 낮은 레벨의 설정 기간이 동일한 플라즈마 처리 장치.
  11. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 고주파 전원 또는 제 2 고주파 전원에 대하여 각각 설정되는 상기 차단용 임계치의 상기 상대적으로 높은 레벨의 설정 기간이 동일한 플라즈마 처리 장치.
  12. 피처리체를 수용하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에서 생성시키는 플라즈마에 관여하는 고주파를 출력하는 복수의 고주파 전원과,
    상기 복수의 고주파 전원으로의 반사파를 각각 검출하는 복수의 반사파 검출부와,
    상기 복수의 고주파 전원의 출력을 제어하는 전력 제어부와,
    상기 복수의 고주파 전원의 어느 하나에 있어서의 반사파의 검출치가, 각 고주파 전원에 대하여 미리 설정된 차단용 임계치를 넘은 경우에, 상기 복수의 고주파 전원의 전부에 대하여 고주파의 공급을 차단하는 차단 제어부
    를 구비하고, 상기 처리 용기에서 플라즈마를 생성시켜 피처리체를 처리하는 플라즈마 처리 장치의 운전 방법으로서,
    상기 복수의 고주파 전원의 어느 하나에 있어서, 고주파의 공급을 개시하는 타이밍, 또는 출력을 변화시키는 타이밍에, 상기 차단용 임계치의 전부를 상대적으로 높은 레벨로 설정하는 단계와,
    상기 복수의 고주파 전원의 전부에 대하여, 상기 복수의 반사파 검출부에 의한 반사파의 검출치가, 각각, 미리 설정된 시동용 임계치 이하가 된 후, 상기 복수의 고주파 전원 중 어느 하나의 고주파 전원으로부터의 고주파의 출력을 증가시키기까지의 동안에, 상기 차단용 임계치의 전부를 상대적으로 낮은 레벨로 전환하는 단계
    를 포함하는 플라즈마 처리 장치의 운전 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 고주파의 출력을 변화시키는 경우에,
    상기 복수의 고주파 전원으로의 반사파의 전력치를 계측하는 공정과,
    고주파의 출력을 변화시키는 하나의 고주파 전원을 포함하는 모든 고주파 전원의 반사파의 검출치가 미리 설정된 임계치 이하인지 여부를 판단하는 공정과,
    상기 모든 고주파 전원의 반사파의 검출치가 미리 설정된 임계치 이하가 된 후, 상기 하나의 고주파 전원의 출력을 변화시키는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치의 운전 방법.
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