KR102042588B1 - 기판 처리 방법 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

에칭에서의 가공 제어성을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다. 기판 처리 장치(10)는, 내부가 감압되는 챔버(11)와, 이 챔버(11) 내에 배치되어 웨이퍼(W)를 재치하는 서셉터(12)와, 플라즈마 생성용 고주파 전압을 서셉터(12)에 인가하는 HF 고주파 전원(18)과, 바이어스 전압 발생용 고주파 전압을 서셉터(12)에 인가하는 LF 고주파 전원(20)과, 직사각형파 형상의 직류 전압을 서셉터(12)에 인가하는 직류 전압 인가 유닛(23)을 구비한다.

Description

기판 처리 방법{SUBSTRATE PROCESSING METHOD}
본 발명은, 플라즈마를 이용하여 기판에 소정의 처리를 실시하는 기판 처리 방법에 관한 것이다.
플라즈마를 이용하여 기판으로서의 반도체 웨이퍼(이하, 단순히 ‘웨이퍼’라고 함)에 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 기판 처리 장치는, 감압된 처리실과, 이 처리실 내에 배치된 재치대(載置臺)와, 이 재치대에 접속되어 비교적 높은 주파수의 고주파 전압(이하, ‘HF(High Frequency) 고주파 전압’이라고 함)을 재치대로서의 서셉터에 인가하는 HF 고주파 전원과, 서셉터에 접속되어 비교적 낮은 주파수의 고주파 전압(이하, ‘LF(Low Frequency) 고주파 전압’이라고 함)을 서셉터에 인가하는 LF 고주파 전원을 구비한다.
HF 고주파 전압은 처리실 내로 도입된 처리 가스를 여기하여 플라즈마를 발생시킨다. 또한, LF 고주파 전압은 서셉터에서 바이어스 전압을 발생시킨다. 이 때 서셉터에는 셀프 바이어스가 발생하고, 이 서셉터의 전위는 시간 평균하면 음의 전위가 되기 때문에 이온은 이 전위차에 의해 서셉터에 인입된다.
그런데, LF 고주파 전압을 인가하여 바이어스 전압을 서셉터에 발생시킬 경우, 서셉터에 인입되는 이온의 에너지의 분포는 LF 고주파 전압이 정현파이기 때문에, 도 9에 나타낸 바와 같이, 비교적 낮은 에너지의 피크와 비교적 높은 에너지의 피크를 가지고, 또한 어느 정도의 범위로 확산되는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
일본특허공개공보 2009 - 187975 호(도 14)
그러나, 비교적 낮은 에너지의 이온에 의한 에칭은 등방성(等方性)이 강하고, 비교적 높은 에너지의 이온에 의한 에칭은 이방성(異方性)이 강하기 때문에, LF 고주파 전압을 인가하여 바이어스 전압을 서셉터에 발생시키면, 에칭에서 등방성을 우선하고자 할 경우에도 에칭의 이방성도 강해지고, 에칭에서 이방성을 우선하고자 할 경우에도 에칭의 등방성이 강해진다. 그 결과, 에칭에 의해 원하는 형상의 홀 또는 트렌치를 형성할 수 없다. 즉, LF 고주파 전압을 이용하여 서셉터에 바이어스 전압을 발생시키면, 에칭에서의 가공 제어성이 그다지 좋지 않다고 하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 에칭에서의 가공 제어성을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 청구항 1에 기재된 기판 처리 장치는, 내부가 감압되는 처리실과, 상기 처리실 내에 배치되어 기판을 재치하는 재치대와, 비교적 높은 주파수의 고주파 전압을 인가하는 제 1 고주파 전원과, 비교적 낮은 주파수의 고주파 전압을 상기 재치대에 인가하는 제 2 고주파 전원과, 직사각형파 형상의 직류 전압을 상기 재치대에 인가하는 직류 전압 인가 유닛을 구비하는 것을 특징으로 한다.
청구항 2에 기재된 기판 처리 장치는, 청구항 1에 기재된 기판 처리 장치에 있어서, 상기 제 2 고주파 전원 및 상기 재치대로부터 상기 직류 전압 인가 유닛을 접속 / 분리 가능한 접속 전환 스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
청구항 3에 기재된 기판 처리 장치는, 청구항 1 또는 2에 기재된 기판 처리 장치에 있어서, 상기 제 1 고주파 전원으로부터의 상기 비교적 높은 주파수의 고주파 전압을 차단하는 로우 패스 필터를 더 구비하고, 상기 제 1 고주파 전원은 상기 재치대에 접속되고, 상기 로우 패스 필터는, 상기 제 1 고주파 전원 및 상기 제 2 고주파 전원의 사이, 그리고 상기 제 1 고주파 전원 및 상기 직류 전압 인가 유닛의 사이에 개재되는 것을 특징으로 한다.
청구항 4에 기재된 기판 처리 장치는, 청구항 1 또는 2에 기재된 기판 처리 장치에 있어서, 상기 처리실 내에 배치되어 상기 재치대와 대향하는 대향 전극을 더 구비하고, 상기 제 1 고주파 전원은 상기 대향 전극에 접속되는 것을 특징으로 한다.
청구항 5에 기재된 기판 처리 장치는, 청구항 1 내지 4 항 중 어느 한 항에 기재된 기판 처리 장치에 있어서, 상기 비교적 높은 주파수는 40 MHz ~ 300 MHz이며, 상기 비교적 낮은 주파수는 380 KHz ~ 20 MHz이며, 상기 직류 전압의 직사각형파 형상의 주파수는 3 MHz 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 제 2 고주파 전원이 재치대에 비교적 낮은 주파수의 고주파 전압을 인가하고, 직류 전압 인가 유닛이 직사각형파 형상의 직류 전압을 재치대에 인가한다. 재치대에 비교적 낮은 주파수의 고주파 전압을 인가하여 바이어스 전압을 재치대에 발생시킬 경우, 어느 정도의 범위로 확산되어 분포하고 또한 비교적 낮은 에너지의 피크 및 비교적 높은 에너지의 피크를 가지는 이온의 에너지의 분포가 얻어지고, 재치대에 직사각형파 형상의 직류 전압을 인가하여 바이어스 전압을 재치대에 발생시킬 경우, 국소적으로 존재하고 또한 하나의 피크만을 가지는 이온의 에너지의 분포가 얻어진다. 또한, 이온의 에너지의 분포에서의 피크의 위치 또는 수에 의해 에칭에서의 이방성의 강도 및 등방성의 강도는 변화한다. 따라서, 제 2 고주파 전원으로부터의 출력치 및 직류 전압 인가 유닛으로부터의 출력치의 비율을 조정함으로써, 에칭에서의 이방성의 강도 및 등방성의 강도를 제어할 수 있고, 이로써 에칭에서의 가공 제어성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에서의 직류 전압 인가 유닛의 회로 구성을 개략적으로 도시한 도이다.
도 3은 도 1에서의 직류 전압 인가 유닛이 인가하는 직사각형파 형상의 직류 전압을 설명하기 위한 도이다.
도 4는 도 1에서의 서셉터에 인입되는 이온의 에너지의 분포를 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 1의 기판 처리 장치의 변형예의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 도 6에서의 접속 전환 스위치의 변형예를 나타낸 도이며, 도 7의 (A)은 제 1 변형예를 나타내고, 도 7의 (B)은 제 2 변형예를 나타낸다.
도 8은 도 6의 기판 처리 장치의 변형예의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 9는 종래의 기판 처리 장치에서의 서셉터에 인입되는 이온의 에너지의 분포를 나타낸 그래프이다.
이하에, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은, 본 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다. 본 기판 처리 장치는, 기판으로서의 반도체 디바이스용의 웨이퍼(이하, 단순히 ‘웨이퍼’라고 함)에 플라즈마 에칭 처리를 실시한다.
도 1에서 기판 처리 장치(10)는, 예를 들면 직경이 300 mm인 웨이퍼(W)를 수용하는 챔버(11)를 가지고, 이 챔버(11) 내에는 웨이퍼(W)를 상면에 재치하는 원기둥 형상의 서셉터(12)(재치대)가 배치되어 있다. 기판 처리 장치(10)에서는, 챔버(11)의 내측벽과 서셉터(12)의 측면에 의해 측방 배기로(13)가 형성된다. 이 측방 배기로(13)의 도중에는 배기 플레이트(14)가 배치된다.
배기 플레이트(14)는 다수의 관통홀을 가지는 판 형상 부재이며, 챔버(11) 내부를 상부와 하부로 구획하는 구획판으로서 기능한다. 배기 플레이트(14)에 의해 구획된 챔버(11) 내부의 상부(이하, ‘처리실’이라고 함)(15)의 내부 공간에는 후술하는 바와 같이 플라즈마가 발생한다. 또한, 챔버(11) 내부의 하부(이하, ‘배기실(매니폴드)’라고 함)(16)에는 챔버(11) 내의 가스를 배출하는 배기관(17)이 접속된다. 배기 플레이트(14)는 처리실(15)에 발생하는 플라즈마를 포착 또는 반사하여 매니폴드(16)에의 누설을 방지한다.
배기관(17)에는 TMP(Turbo Molecular Pump) 및 DP(Dry Pump)(모두 도시하지 않음)가 접속되고, 이들 펌프는 챔버(11) 내를 진공 배기하여 감압한다. 구체적으로, DP는 챔버(11) 내를 대기압으로부터 중진공 상태까지 감압하고, TMP는 DP와 협동하여 챔버(11) 내를 중진공 상태보다 낮은 압력인 고진공 상태까지 감압한다. 또한, 챔버(11) 내의 압력은 APC 밸브(도시하지 않음)에 의해 제어된다.
챔버(11) 내의 서셉터(12)에는 HF 고주파 전원(18)(제 1 고주파 전원)이 HF 정합기(19)를 개재하여 접속되고, HF 고주파 전원(18)은 비교적 높은 주파수, 예를 들면 40 MHz ~ 300 MHz의 고주파 전압(이하, ‘플라즈마 생성용 고주파 전압’이라고 함)을 서셉터(12)에 인가한다. 또한, 서셉터(12)에는 LF 고주파 전원(20)(제 2 고주파 전원)이 LF 정합기(21) 및 로우 패스 필터(22)를 개재하여 접속되고, LF 고주파 전원(20)은 비교적 낮은 주파수, 예를 들면 380 KHz ~ 20 MHz의 고주파 전압(이하, ‘바이어스 전압 발생용 고주파 전압’이라고 함)을 서셉터(12)에 인가한다. 또한, 서셉터(12)에는 직류 전압 인가 유닛(23)이 로우 패스 필터(22)를 개재하여 접속되고, 직류 전압 인가 유닛(23)은 후술하는 직사각형파 형상의 직류 전압을 서셉터(12)에 인가한다. 고주파 전압 및 직류 전압이 인가되는 서셉터(12)는 하부 전극으로서 기능한다. 기판 처리 장치(10)에서는, HF 고주파 전원(18)으로부터 서셉터(12)까지의 배선과 로우 패스 필터(22)로부터 서셉터(12)까지의 배선이 교차하지 않기 때문에, 로우 패스 필터(22)는, 전기 회로적으로 HF 고주파 전원(18) 및 LF 고주파 전원(20)의 사이, 그리고 HF 고주파 전원(18) 및 직류 전압 인가 유닛(23)의 사이에 개재한다.
HF 정합기(19)는, 플라즈마 및 HF 고주파 전원(18) 간의 임피던스를 정합하여 플라즈마 생성용 고주파 전압의 서셉터(12)로의 인가 효율을 향상시키고, LF 정합기(21)는, 플라즈마 및 LF 고주파 전원(20) 간의 임피던스를 정합하여 바이어스 전압 발생용 고주파 전압의 서셉터(12)로의 인가 효율을 향상시킨다. 로우 패스 필터(22)는 플라즈마 생성용 고주파 전압을 차단하여 당해 플라즈마 생성용 고주파 전압이 LF 고주파 전원(20) 및 직류 전압 인가 유닛(23)으로 유입되는 것을 방지한다.
서셉터(12)에 인가된 플라즈마 생성용 고주파 전압은, 후술하는 처리 가스를 여기하여 처리실(15)에서 플라즈마를 발생시키고, 서셉터(12)에 인가된 바이어스 전압 발생용 고주파 전압 및 직사각형파 형상의 직류 전압은, 서셉터(12)에서 바이어스 전압을 발생시킨다. 상술한 바와 같이, 서셉터(12)에서 바이어스 전압은 음의 영역에서 변동하기 때문에, 플라즈마 중의 이온은 전위차에 의해 서셉터(12)에 인입된다.
서셉터(12)의 상부 주연부에는, 이 서셉터(12)의 중앙 부분이 도면 중 상방을 향해 돌출되도록 단차가 형성된다. 이 서셉터(12)의 중앙 부분의 선단에는 정전 전극판(24)을 내부에 가지는 유전체, 예를 들면 세라믹으로 이루어지는 원판 형상의 정전 척(25)이 배치되어 있다. 정전 전극판(24)에는 직류 전원(도시하지 않음)이 접속되어 있고, 정전 전극판(24)에 양의 직류 전압이 인가되면, 웨이퍼(W)에서의 정전 척(25)측의 면(이하, ‘이면’이라고 함)에는 음 전위가 발생하여 정전 전극판(24) 및 웨이퍼(W)의 이면 간에 전위차가 발생한다. 정전 전극판(24) 및 웨이퍼(W)의 이면 간의 전위차는 정전기력인 쿨롱력 또는 존슨 라벡력을 발생시키고, 정전기력에 의해 웨이퍼(W)는 정전 척(25)에 흡착 보지(保持)된다.
또한, 서셉터(12)는 내부에 냉매 유로로 이루어지는 냉각 기구(도시하지 않음)를 가지고, 이 냉각 기구는 플라즈마와 접촉하여 온도가 상승하는 웨이퍼(W)의 열을 흡수함으로써 웨이퍼(W)의 온도가 원하는 온도를 상회하는 것을 방지한다.
서셉터(12)는 전열 효율 및 전극 기능을 고려하여 도전체, 예를 들면 알루미늄으로 구성되지만, 도전체를 플라즈마가 발생하는 처리실(15) 내에 노출하는 것을 방지하기 위하여, 이 서셉터(12)는 측면을 유전체, 예를 들면 석영(SiO2)으로 이루어지는 측면 보호 부재(26)에 의해 덮인다.
또한 서셉터(12)의 상부에는, 정전 척(25)에 흡착 보지된 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 환상(環狀)의 포커스 링(27)이 서셉터(12)의 단차 및 측면 보호 부재(26)에 재치되고, 또한 포커스 링(27)을 둘러싸도록 실드 링(28)이 측면 보호 부재(26)에 재치되어 있다. 포커스 링(27)은 실리콘(Si) 또는 탄화규소(SiC)로 이루어지고, 플라즈마의 분포역을 웨이퍼(W) 상뿐 아니라 이 포커스 링(27) 상까지 확대한다.
챔버(11)의 천장부에는 서셉터(12)와 대향하도록 샤워 헤드(29)가 배치된다. 샤워 헤드(29)는 표면이 절연막으로 덮인 도전체, 또는 단체(單體)의 반도체, 예를 들면 실리콘으로 이루어지는 원판 형상의 상부 전극판(30)(대향 전극)과, 이 상부 전극판(30)을 착탈 가능하게 지지(釣支)하는 쿨링 플레이트(31)와, 이 쿨링 플레이트(31)를 덮는 덮개체(32)를 가진다. 상부 전극판(30)은 두께 방향으로 관통하는 다수의 가스홀(33)을 가지는 원판 형상 부재로 이루어지고, 전기적으로 접지되어 있기 때문에, 상부 전극판(30)의 전위는 접지 전위이다. 쿨링 플레이트(31)의 내부에는 버퍼실(34)이 설치되고, 이 버퍼실(34)에는 처리 가스 도입관(35)이 접속되어 있다.
기판 처리 장치(10)는 제어부(36)를 더 구비하고, 이 제어부(36)는 내장하는 메모리 등에 기억된 프로그램에 따라 각 구성 요소의 동작을 제어하고, 플라즈마 에칭 처리를 실행한다. 구체적으로, 제어부(36)는 각 구성 요소의 동작을 제어하여 처리 가스 도입관(35)으로부터 버퍼실(34)로 공급된 처리 가스를 처리실(15)의 내부 공간으로 도입하고, 이 도입한 처리 가스를 HF 고주파 전원(18)에 인가된 플라즈마 생성용의 고주파 전압에 의해 여기하여 플라즈마를 생성하고, 플라즈마 중의 이온을 LF 고주파 전원(20) 및 직류 전압 인가 유닛(23)이 서셉터(12)에 발생시키는 바이어스 전압에 의해 웨이퍼(W)를 향해 인입하고, 또는 플라즈마 중의 라디칼을 웨이퍼(W)에 도달시켜 이 웨이퍼(W)에 플라즈마 에칭 처리를 실시한다.
도 2는, 도 1에서의 직류 전압 인가 유닛의 회로 구성을 개략적으로 도시한 도이다.
도 2에서, 직류 전압 인가 유닛(23)은 로우 패스 필터(22)에 접속되는 배선(37)으로부터 분기하는 2 개의 접지 배선(38, 39)을 가진다. 접지 배선(38)은, 배선(37)과의 분기점(37a)으로부터 접지(40)까지의 사이에 차례로, 예를 들면 FET(Field Effect Transistor)로 이루어지는 스위칭 소자(41) 및 직류 전원(42)을 가지고, 접지 배선(39)은, 분기점(37a)으로부터 접지(43)까지의 사이에, 예를 들면 FET로 이루어지는 스위칭 소자(44)를 가진다.
직류 전압 인가 유닛(23)에서는, 스위칭 소자(41, 44)가 동기하여 온 / 오프를 반복하는, 구체적으로, 스위칭 소자(41)가 온일 동안에는 스위칭 소자(44)가 오프가 되고, 스위칭 소자(44)가 온일 동안에는 스위칭 소자(41)가 오프가 된다. 그 결과, 직류 전압 인가 유닛(23)으로부터 인가되는 직류 전압은, 도 3에 나타낸 바와 같이 직사각형파를 나타낸다. 여기서, 직류 전원(42)은 음극이 분기점(37a)측의 접지 배선(38)에 접속되어 있기 때문에, 직류 전압 인가 유닛(23)으로부터 인가되는 직류 전압의 직사각형파는 소정의 음의 전위, 예를 들면 -500 V 및 접지 전위를 반복하는 직사각형파를 나타낸다. 기판 처리 장치(10)에서는, 직류 전압 인가 유닛(23)은, 스위칭 소자(41, 44)의 온 / 오프의 타이밍을 제어하여 주파수가 3 MHz 이하인 직사각형파 형상의 직류 전압을 서셉터(12)에 인가한다.
그런데, LF 고주파 전원(20)으로부터 바이어스 전압 발생용 고주파 전압을 서셉터(12)에 인가할 경우, 서셉터(12)에서 바이어스 전압이 발생하지만, 상술한 바와 같이 서셉터(12)가 음으로 대전하기 때문에, 바이어스 전압은 음의 영역에서 변동하고, 플라즈마 중의 이온은 음의 바이어스 전압과의 전위차에 의해 서셉터(12)에 인입된다. 이 때, 이온의 가속도는 전위차에 따라 변화하기 때문에, 서셉터(12)에 인입되는 이온의 에너지도 바이어스 전압과의 전위차에 따라 변화한다.
여기서, LF 고주파 전원(20)으로부터 인가되는 바이어스 전압 발생용 고주파 전압은 정현파를 나타내기 때문에, 바이어스 전압도 정현파를 나타낸다. 정현파를 나타내는 전압 변동에서는, 전압이 최소 전압 근방 및 최대 전압 근방에 머무는 시간이 길기 때문에, 이온 및 바이어스 전압의 전위차가 최대가 되는 시간 및 이 전위차가 최소가 되는 시간이 길어진다. 그 결과, 서셉터(12)에 인입되는 이온의 에너지가 최대가 되는 시간 및 최소가 되는 시간이 길어지고, 도 4의 그래프에서 파선으로 나타낸 바와 같이, 당해 이온의 에너지의 분포에서 최대치 근방의 피크와 최소치 근방의 피크가 발생한다. 또한, 바이어스 전압은 정현파의 최대치 및 최소치의 사이에서 서서히 변화하기 때문에, 이온 및 바이어스 전압의 전위차도 서서히 변화한다. 그 결과, 이온의 에너지도 최대치 및 최소치의 사이에서 서서히 변화하기 때문에, 이온의 에너지는, 도 4의 그래프에서 파선으로 나타낸 바와 같이, 최대치 및 최소치로 규정되는 범위에 걸쳐 분포한다.
한편, 직류 전압 인가 유닛(23)으로부터 직류 전압을 서셉터(12)에 인가할 경우도, 서셉터(12)에서 음의 영역에서 변동하는 바이어스 전압이 발생하지만, 당해 직류 전압이 직사각형파를 나타내기 때문에, 당해 바이어스 전압도 직사각형파를 나타낸다. 이 때, 바이어스 전압은 직사각형파를 나타내기 때문에, 바이어스 전압에는 최대치와 최소치밖에 존재하지 않지만, 여기서 바이어스 전압에서의 최대치의 전위를 이온의 전위와 동일하게 하면, 이온에는 바이어스 전압의 최소치와의 전위차만이 작용하게 된다. 그 결과, 서셉터(12)에 인입되는 이온의 에너지의 분포에서는, 도 4의 그래프에서 실선으로 나타낸 바와 같이, 바이어스 전압의 최소치와의 전위차에 대응하는 피크만이 존재한다. 즉, 직류 전압 인가 유닛(23)으로부터 직류 전압을 서셉터(12)에 인가하면, 서셉터(12)에 인입되는 이온의 에너지의 분포는 하나의 피크만을 가지고, 또한 확산되지 않고 국소적으로 존재한다.
본 실시예에서는, 플라즈마 에칭 처리의 내용에 따라 LF 고주파 전원(20)으로부터의 바이어스 전압 발생용 고주파 전압의 인가와, 직류 전압 인가 유닛(23)으로부터의 직류 전압의 인가를 나누어 사용한다. 구체적으로, 플라즈마 에칭 처리의 내용에 따라 LF 고주파 전원(20)으로부터의 출력치 및 직류 전압 인가 유닛(23)으로부터의 출력치의 비율을 조정한다. 예를 들면, 고주파 전압은 직류 전압에 비해 높은 전압치를 용이하게 실현할 수 있고, 이로써 바이어스 전압 및 이온의 전위차를 크게 하여 높은 에너지의 이온에 의한 에칭을 행할 수 있으므로, LF 고주파 전원(20)으로부터의 출력치의 비율을 크게 할 경우, 높은 에너지의 이온에 의한 에칭에 의해 난(難) 에칭재를 에칭할 수 있다.
한편, 직류 전압 인가 유닛(23)으로부터의 출력치의 비율을 크게 할 경우, 이온의 에너지의 분포는 하나의 피크만을 가지고 또한 확산되지 않도록 되므로, 등방성의 에칭 및 이방성의 에칭이 혼재하는 것을 방지할 수 있고, 또한 바이어스 전압의 최소치를 변경함으로써 이온의 에너지의 분포에서의 피크의 위치를 변경할 수 있으므로, 플라즈마 에칭 처리에서의 이방성 또는 등방성 중 어느 일방만을 강하게 할 수 있다.
본 실시예에 따른 기판 처리 장치(10)에 의하면, LF 고주파 전원(20)이 서셉터(12)에 정현파 형상의 바이어스 전압 발생용 고주파 전압을 인가하고, 직류 전압 인가 유닛(23)이 직사각형파 형상의 직류 전압을 서셉터(12)에 인가한다. 서셉터(12)에 바이어스 전압 발생용 고주파 전압을 인가하여 바이어스 전압을 서셉터(12)에 발생시킬 경우, 도 4의 그래프에서 파선으로 나타낸 바와 같이, 최대치 및 최소치로 규정되는 범위에 걸쳐 분포하고 또한 최소치 근방의 피크 및 최대치 근방의 피크를 가지는 이온의 에너지의 분포가 얻어지고, 서셉터(12)에 직사각형파 형상의 직류 전압을 인가하여 바이어스 전압을 서셉터(12)에 발생시킬 경우, 국소적으로 존재하고 또한 하나의 피크만을 가지는 이온의 에너지의 분포가 얻어진다. 또한, 이온의 에너지의 분포에서의 피크의 위치 또는 수에 의해 에칭에서의 이방성의 강도 및 등방성의 강도는 변화한다. 따라서, LF 고주파 전원(20)으로부터의 출력치 및 직류 전압 인가 유닛(23)으로부터의 출력치의 비율을 조정함으로써, 에칭에서의 이방성의 강도 및 등방성의 강도를 제어할 수 있고, 이로써 에칭에서의 가공 제어성을 향상시킬 수 있다.
또한 상술한 기판 처리 장치(10)에서는, 로우 패스 필터(22)는, HF 고주파 전원(18) 및 LF 고주파 전원(20)의 사이, 그리고 HF 고주파 전원(18) 및 직류 전압 인가 유닛(23)의 사이에 개재되므로, HF 고주파 전원(18)으로부터 플라즈마 생성용 고주파 전압이 LF 고주파 전원(20) 및 직류 전압 인가 유닛(23)으로 유입되는 것을 방지하여 LF 고주파 전원(20) 및 직류 전압 인가 유닛(23)이 플라즈마 생성용 고주파 전압에 의해 파괴되는 것을 방지할 수 있다. 또한, LF 고주파 전원(20) 및 직류 전압 인가 유닛(23)이 로우 패스 필터(22)를 공용할 수 있고, 이로써 기판 처리 장치(10)에서의 회로 구성을 간소화할 수 있다.
도 5는, 도 1의 기판 처리 장치의 변형예의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5의 기판 처리 장치(45)에서는, HF 고주파 전원(18)이 HF 정합기(19)를 개재하여 서셉터(12)가 아닌 상부 전극판(30)에 접속된다. 또한, 서셉터(12)에는 LF 고주파 전원(20)이 LF 정합기(21)만을 개재하여 접속되고, 또한 직류 전압 인가 유닛(23)이 직접 접속된다. 이 외의 구성은 기판 처리 장치(10)와 동일하며, 도 5에서, 기판 처리 장치(10)와 대응하는 요소 및 부분에는 동일 부호를 부여하고 있다.
기판 처리 장치(45)에서는, HF 고주파 전원(18)이 서셉터(12)에 접속되지 않으므로, HF 고주파 전원(18)으로부터의 플라즈마 생성용 고주파 전압이 서셉터(12)를 개재하여 LF 고주파 전원(20) 및 직류 전압 인가 유닛(23)으로 유입되지 않는다. 따라서 기판 처리 장치(45)에서는, 서셉터(12) 및 LF 고주파 전원(20)의 사이, 그리고 서셉터(12) 및 직류 전압 인가 유닛(23)의 사이에 로우 패스 필터(22)를 설치할 필요가 없고, 이로써 기판 처리 장치(45)에서의 회로 구성을 간소화할 수 있다.
이어서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판 처리 장치에 대하여 설명한다.
도 6은, 본 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
본 실시예에 따른 기판 처리 장치(46)는, 하기에 설명하는 접속 전환 스위치(47) 이외의 구성이 도 1의 기판 처리 장치(10)와 동일하며, 도 6에서, 기판 처리 장치(10)와 대응하는 요소 및 부분에는 동일 부호를 부여하고 있다.
상술한 도 1의 기판 처리 장치(10)에서는, 직류 전압 인가 유닛(23)이 서셉터(12)에 접속되어 있지만, 직류 전압 인가 유닛(23)에서는, 로우 패스 필터(22)에 접속되는 배선(37)이 2 개의 접지 배선(38, 39)에 의해 접지되기 때문에, 직류 전압 인가 유닛(23)이 서셉터(12)에 상시 접속되어 있을 경우, 서셉터(12)의 전위가 접지 전위에 가까워지고, 전기적으로 부유하고 있는 웨이퍼(W) 및 서셉터(12)의 전위차가 커져 웨이퍼(W) 및 서셉터(12) 간에 이상 방전이 발생할 우려가 있다.
또한 기판 처리 장치(10)에서는, 직류 전압 인가 유닛(23)이 LF 정합기(21)를 개재하여 LF 고주파 전원(20)에 접속되어 있기 때문에, LF 고주파 전원(20)으로부터의 바이어스 전압 발생용 고주파 전압이 직류 전압 인가 유닛(23)으로 유입되고, 직류 전압 인가 유닛(23) 내의 스위칭 소자(41, 44)가 바이어스 전압 발생용 고주파 전압에 의한 고부하에 의해 파괴될 우려가 있다.
이에 대응하여, 도 6의 기판 처리 장치(46)는, 로우 패스 필터(22) 및 LF 정합기(21)를 접속하는 배선(48)과, 직류 전압 인가 유닛(23)과의 사이에 개재되는 접속 전환 스위치(47)를 구비한다. 접속 전환 스위치(47)는 개폐 가능한 스위칭 소자를 가지는 스위치이며, LF 고주파 전원(20) 및 서셉터(12)로부터 직류 전압 인가 유닛(23)을 접속 / 분리 가능하며, 직류 전압 인가 유닛(23)으로부터의 직류 전압의 인가가 불필요한 플라즈마 에칭 처리, 예를 들면 높은 에너지의 이온에 의한 에칭 처리 동안, LF 고주파 전원(20) 및 서셉터(12)로부터 직류 전압 인가 유닛(23)을 분리한다. 또한, 이방성 또는 등방성 중 어느 일방만을 강하게 하는 플라즈마 에칭 처리 동안, LF 고주파 전원(20) 및 서셉터(12)를 직류 전압 인가 유닛(23)에 접속한다.
즉 기판 처리 장치(46)에서는, 필요에 따라 서셉터(12)로부터 직류 전압 인가 유닛(23)을 분리함으로써, 서셉터(12)가 직류 전압 인가 유닛(23)을 개재하여 접지 전위에 가까워지는 것을 방지하여 서셉터(12) 및 웨이퍼(W)의 전위차의 확대에 의한 이상 방전의 발생을 방지할 수 있고, 또한 필요에 따라 LF 고주파 전원(20)으로부터 직류 전압 인가 유닛(23)을 분리함으로써, LF 고주파 전원(20)으로부터 바이어스 전압 발생용 고주파 전압이 직류 전압 인가 유닛(23)으로 유입되는 것을 방지하여 이 직류 전압 인가 유닛(23) 내의 스위칭 소자(41, 44)가 파괴되는 것을 방지할 수 있다.
도 6의 기판 처리 장치(46)에서는, 접속 전환 스위치(47)가 배선(48) 및 직류 전압 인가 유닛(23)의 사이에 개재되었지만, 접속 전환 스위치의 형태는 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 기판 처리 장치(46)는 도 7의 (A)에 도시한 바와 같이, 로우 패스 필터(22)와, LF 정합기(21) 및 직류 전압 인가 유닛(23)과의 사이에 배치되어 로우 패스 필터(22)와 LF 정합기(21)를 개재한 LF 고주파 전원(20)과의 접속, 및 로우 패스 필터(22)와 직류 전압 인가 유닛(23)과의 접속 중 어느 일방만을 선택 가능한 접속 전환 스위치(49)를 구비해도 되고, 혹은 도 7의 (B)에 도시한 바와 같이, 로우 패스 필터(22) 및 LF 정합기(21)의 사이에 배치되어 로우 패스 필터(22)와 LF 정합기(21)를 개재한 LF 고주파 전원(20)과의 접속 / 분리를 제어 가능한 접속 전환 스위치(50a), 그리고 로우 패스 필터(22) 및 직류 전압 인가 유닛(23)의 사이에 배치되어 로우 패스 필터(22)와 직류 전압 인가 유닛(23)과의 접속 / 분리를 제어 가능한 접속 전환 스위치(50b)를 구비해도 된다.
또한 도 8에 도시한 바와 같이, HF 고주파 전원(18)이 HF 정합기(19)를 개재하여 서셉터(12)가 아닌 상부 전극판(30)에 접속되고, 서셉터(12)에는 LF 고주파 전원(20)이 LF 정합기(21)만을 개재하여 접속되고, 또한 직류 전압 인가 유닛(23)이 접속 전환 스위치(47)만을 개재하여 접속되어도 된다. 이에 의해, 도 5의 기판 처리 장치(45)와 마찬가지로, 로우 패스 필터(22)를 설치할 필요를 없앨 수 있고, 이로써 기판 처리 장치(46)에서의 회로 구성을 간소화할 수 있다.
이상, 본 발명에 대하여 상기 각 실시예를 이용하여 설명했지만, 본 발명은 상기 각 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명의 목적은, 상술한 실시예의 기능을 실현하는 소프트웨어의 프로그램을 기록한 기억 매체를 컴퓨터 등에 공급하고, 컴퓨터의 CPU가 기억 매체에 저장된 프로그램을 독출하여 실행함으로써도 달성된다.
이 경우, 기억 매체로부터 독출된 프로그램 자체가 상술한 실시예의 기능을 실현하게 되어, 프로그램 및 그 프로그램을 기억한 기억 매체는 본 발명을 구성하게 된다.
또한, 프로그램을 공급하기 위한 기억 매체로서는, 예를 들면 RAM, NV-RAM, 플로피(등록 상표) 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크, CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD(DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-RW, DVD＋RW) 등의 광디스크, 자기 테이프, 불휘발성의 메모리 카드, 다른 ROM 등의 상기 프로그램을 기억할 수 있는 것이면 된다. 혹은, 상기 프로그램은 인터넷, 상용 네트워크, 혹은 로컬 에어리어 네트워크 등에 접속되는 미도시의 다른 컴퓨터 또는 데이터 베이스 등으로부터 다운로드함으로써 컴퓨터에 공급되어도 된다.
또한, 컴퓨터의 CPU가 독출한 프로그램을 실행함으로써 상기 각 실시예의 기능이 실현될 뿐 아니라, 그 프로그램의 지시에 기초하여, CPU 상에서 가동하고 있는 OS(오퍼레이팅 시스템) 등이 실제의 처리의 일부 또는 전부를 행하고, 이 처리에 의해 상술한 실시예의 기능이 실현되는 경우도 포함된다.
또한, 기억 매체로부터 독출된 프로그램이, 컴퓨터에 삽입된 기능 확장 보드 또는 컴퓨터에 접속된 기능 확장 유닛에 구비되는 메모리에 기입된 후, 이 프로그램의 지시에 기초하여, 그 기능 확장 보드 또는 기능 확장 유닛에 구비되는 CPU 등이 실제의 처리의 일부 또는 전부를 행하고, 이 처리에 의해 상술한 실시예의 기능이 실현되는 경우도 포함된다.
상기 프로그램의 형태는 오브젝트 코드, 인터프리터에 의해 실행되는 프로그램, OS에 공급되는 스크립트 데이터 등의 형태로 이루어져도 된다.
W : 웨이퍼
10, 45, 46 : 기판 처리 장치
11 : 챔버
12 : 서셉터
18 : HF 고주파 전원
20 : LF 고주파 전원
22 : 로우 패스 필터
23 : 직류 전압 인가 유닛
30 : 상부 전극판
47, 49, 50a, 50b : 접속 전환 스위치

Claims (5)

  1. 내부가 감압되는 처리실과,
    상기 처리실 내에 배치되어 기판을 재치(載置)하는 재치대와,
    제 1 고주파 전압을 인가하는 제 1 고주파 전원과,
    제 2 고주파 전압을 상기 재치대에 인가하는 제 2 고주파 전원과,
    직사각형파 형상의 직류 전압을 상기 재치대에 인가하는 직류 전압 인가 유닛 및
    상기 제 2 고주파 전원 및 상기 직류 전압 인가 유닛을 제어하는 제어부
    을 구비하고,
    상기 제어부는 그라운드와 연결되지 않고 상기 제 2 고주파 전원과 연결된 제 1 스위치에 의해 상기 재치대 및 상기 제 2 고주파 전원 간의 접속 또는 분리를 제어하고, 상기 재치대에 인입되는 이온의 에너지 분포를 변화시키기 위해 상기 직류 전압 인가 유닛을 상기 재치대에 인가시키는 제 2 스위치에 의해 상기 재치대 및 상기 직류 전압 인가 유닛 간의 접속 또는 분리를 제어하고,
    상기 제어부는 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치를 제어함으로써 플라즈마 에칭 처리의 내용에 따라 상기 제 2 고주파 전원으로부터의 출력치 및 상기 직류 전압 인가 유닛으로부터의 출력치의 비율을 조절하되, 상기 제 2 고주파 전원으로부터의 출력치의 비율을 크게 하거나 상기 직류 전압 인가 유닛으로부터의 출력치의 비율을 크게 함으로써 에칭에서의 이방성의 강도 또는 등방성의 강도를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 고주파 전원으로부터의 상기 제 1 고주파 전압을 차단하는 로우 패스 필터를 더 구비하고,
    상기 제 1 고주파 전원은 상기 재치대에 접속되고,
    상기 로우 패스 필터는, 상기 제 1 고주파 전원 및 상기 제 2 고주파 전원의 사이, 그리고 상기 제 1 고주파 전원 및 상기 직류 전압 인가 유닛의 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리실 내에 배치되어 상기 재치대와 대향하는 대향 전극을 더 구비하고,
    상기 제 1 고주파 전원은 상기 대향 전극에 접속되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 고주파 전압의 주파수는 40 MHz ~ 300 MHz이며, 상기 제 2 고주파 전압의 주파수는 380 KHz ~ 20 MHz이며, 상기 직류 전압의 직사각형파 형상의 주파수는 0 MHz 초과 3 MHz 이하인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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