KR102195550B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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KR102195550B1
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Abstract

다단계 에칭에 있어서도 저오염, 고균일을 유지한 채, 사전의 공진점 조사를 불필요하게 하는 플라즈마 처리 장치의 제어 방법을 제공한다. 대향 안테나 전극으로 흐르는 고주파 바이어스 전류를 조정하는 공정을 구비한 플라즈마 처리 장치의 제어 방법에 있어서, 가변 소자의 리액턴스를 초기값으로 설정하는 공정(S2)과, 대향 안테나 전극으로 흐르는 바이어스 전류를 검지하는 공정(S4)과, 검지한 전류의 극대값을 찾는 공정(S5, S6)과, 극대값으로부터 설정된 값으로 가변 소자의 리액턴스 값을 이동한 후, 고정하는 공정(S7, S8)을 포함한다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 반도체 장치나 Micro-Electro-Mechanica1-System(MEMS)을 제조하는 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
실리콘과 산화 실리콘, 질화 실리콘 등의 적층막에 대한, 스페이스 폭 10nm, 애스펙트 15 이상인 홈의 미세 가공은, 상부 전극과 하부 전극으로 끼워진 영역에 플라즈마를 발생시키는 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치를 사용하여 주로 행하여지고 있다. 이 평행 평판형의 프라즈마원으로서, 용량 결합형 플라즈마(CCP) 장치와 함께 200MHz의 VHF파와 자장 발생 코일을 구비하는 유(有)자장 VHF 플라즈마 장치가 이용되고 있다.
이 유자장 VHF 플라즈마 장치의 상부 전극은, 플라즈마 생성용의 VHF파를 방사하는 기능을 가지고, 상부 전극 부재로서는, 오염, 이물의 관점에서, 플라즈마에 접하는 표면은 석영이나 이트리아, 사파이어 유리 등의 유전체 세라믹 재료나 알루미늄이나 스테인리스재에 유전체 세라믹 재료를 피복한 것이 사용되고 있다. 또, 자장 발생 코일로부터의 자장에 의해, 플라스마 생성 분포, 에칭 레이트의 면내 분포를 제어할 수 있다. 그리고, 웨이퍼를 재치(載置)하는 하부 전극에는 이방성 에칭을 행하기 위하여, 고주파 바이어스를 인가할 수 있는 구조로 되어 있다(특허문헌 1).
한편, CCP 에칭 장치에 있어서는, 균일성 향상을 위하여, 바이어스 주파수를 인가하는 대향의 전극 측에 전기 특성(임피던스)을 조정하여, 대향 전극 측으로 흘러들어 오는 전류가 최대가 되지 않도록 조정하는 회로를 구비하는 플라즈마 처리 장치가 개시되어 있다(특허문헌 2). 그 중에서, 바이어스 전류가 최대 전류의 1/2 이상으로 하는 제어 방법이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2007-59567호 공보 일본 특허 공개 제2011-82180호 공보
발명자 등은, 상부 전극에 유전체 세라믹을 구비한 유자장 VHF 플라즈마 에칭 장치를 사용하여, 더욱 저(低)오염, 고(高)균일한 에칭을 행하기 위하여, 그 상부 전극측에, 유전체 세라믹의 정전 용량에 의한 리액턴스를 상쇄하는 공진(共振) 코일과 가변 용량으로 이루어지는 대향 바이어스 제어 기구를 탑재하여, 특허문헌 2 기재의 제어를 실시하였다. 그 결과, 다단계로 다층막 에칭하는 경우에는, 에칭 조건이 단계 마다 변화하기 때문에, 공진하는 가변 용량의 크기와 대향 바이어스 전류의 절대값이 변화하는 것, 이 대책으로서 처리 전에 사전 조사를 행하면, 더미 웨이퍼 사용에 의한 CoO 증가, 처리 시간까지의 준비가 장기화되는 것 등의 과제가 있는 것을 알 수 있었다.
또, 종점 판정 단계에서 특허문헌 2 기재의 제어를 사용하는 경우, 대향 바이어스 전류나 공진하는 리액턴스 자체가 단계 중에 변화하기 때문에, 그 변화 도중에 바이어스 전류값이 공진점을 벗어나, 플라즈마 분포가 변화되어, 베이스 뺀 선택비의 면내 분포가 악화되는 것을 알 수 있었다.
본 발명의 제1 목적은, 다단계 에칭에 있어서도 저오염, 고균일을 유지한 채, 사전의 공진점 조사를 불필요하게 하는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것에 있다. 또, 본 발명의 제2 목적은, 착화(着火) 단계, 종점 판정 단계 등의 대향 바이어스 전류, 또는 플라즈마 임피던스가 단계 내에서 변화하는, 소위 과도적 상태에 있어서도, 공진점, 또는 설정한 공진점 근방의 변화에 추종하여, 고균일성의 다층막 에칭 가능한 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 예를 들면, 특허청구의 범위에 기재된 구성과 처리 순서를 채용한다.
본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 예를 들면, 피처리물이 플라즈마 처리되는 플라즈마 처리실과, 상기 플라즈마 처리실 내에 고주파를 방사하는 제1 전극과, 상기 제1 전극에 고주파 전력을 공급하는 제1 고주파 전원과, 상기 제1 전극과 대향하고 상기 피처리물이 재치되는 제2 전극과, 상기 제2 전극에 고주파 전력을 공급하는 제2 고주파 전원을 구비하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,
상기 제2 전극에 인가되는 바이어스가 상기 제1 전극에 투과함으로써 상기 제1 전극에 흐르는 고주파 전류 또는 상기 고주파 전류가 흐르는 경로 상의 고주파 전압을 검지하는 검지부를 구비하고, 상기 검지부에 의하여 검지된 고주파 전류 또는 상기 검지부에 의하여 검지된 고주파 전압을 제어하기 위한 리액턴스를 상기 검지부에 의하여 검지된 고주파 전류 또는 상기 검지부에 의하여 검지된 고주파 전압이 공진점의 값이 되도록 제어하는 제어부를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치로 한다.
또, 피처리물이 플라즈마 처리되는 플라즈마 처리실과, 상기 플라즈마 처리실 내에 고주파를 방사하는 평판형의 제1 전극과, 상기 제1 전극에 고주파 전력을 공급하는 제1 고주파 전원과, 상기 제1 전극과 대향하고 상기 피처리물이 재치되는 제2 전극과, 상기 제2 전극에 고주파 전력을 공급하는 제2 고주파 전원을 구비하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,
상기 제2 고주파 전원으로부터 상기 제2 전극을 향하여 흐르는 제1 고주파 전류의 위상과 상기 제2 전극에 인가되는 바이어스가 상기 제1 전극에 투과함으로써 상기 제1 전극에 흐르는 제2 고주파 전류의 위상과의 차인 제1 위상차 또는, 상기 제2 전극에 인가되는 제1 고주파 전압의 위상과 상기 제2 고주파 전류가 흐르는 경로 상의 제2 고주파 전압의 위상과의 차인 제2 위상차를 검지하는 검지부와, 상기 검지부에 의하여 검출된 제1 위상차 또는 상기 검지부에 의하여 검출된 제2 위상차가 상기 제2 고주파 전류의 극대값 또는 상기 제2 고주파 전압의 극대값에 대응하는 위상차의 값이 되도록 상기 제2 고주파 전류 또는 상기 제2 고주파 전압을 제어하기 위한 리액턴스를 제어하는 제어부를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치로 한다.
본 발명에 의하면, 다단계 에칭에 있어서도 저오염, 고균일을 유지한 채, 사전의 공진점 조사를 불필요하게 하는 플라즈마 처리 장치를 제공할 수 있다.
또, 착화 단계, 종점 판정 단계 등의 대향 바이어스 전류, 또는 플라즈마 임피던스가 단계 내에서 변화하는, 소위 과도적 상태에 있어서도, 공진점, 또는 설정한 공진점 근방의 변화에 추종하여, 고균일성의 다층막 에칭 가능한 플라즈마 처리 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관련된 플라즈마 처리 장치의 제어 방법을 실시하기 위하여 사용한 드라이 에칭 장치(유자장 VHF 드라이 에칭 장치)의 개략 전체 구성 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 드라이 에칭 장치에 있어서의 대향 바이어스 제어 기구의 회로 블록도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 관련된 플라즈마 처리 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 제어 플로우도이다.
도 4는 도 1에 나타내는 드라이 에칭 장치에 있어서의 대향 바이어스 전류의 가변 용량 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 1에 나타내는 드라이 에칭 장치에 있어서의 대향 바이어스 전류와 고주파 바이어스 전류의 위상차의 가변 용량 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 관련된 플라즈마 처리 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 제어 플로우도이다.
도 7은 본 발명의 제1, 제2 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 제어 방법을 실시하기 위한 그 외의 드라이 에칭 장치(CCP 에칭 장치)의 개략 전체 구성 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 처리 방법을 실시하기 위하여 사용한 드라이 에칭 장치(유자장 VHF 드라이 에칭 장치)의 개략 전체 구성 단면도이다.
도 9는 도 8에 나타내는 드라이 에칭 장치에 있어서의 대향 바이어스 제어 기구의 회로 블록도이다.
도 10은 도 8에 나타내는 드라이 에칭 장치에 있어서의 대향 바이어스 전류의 가변 용량 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 11은 도 8에 나타내는 드라이 에칭 장치에 있어서의, 대향 바이어스 제어 기구의 공진시, 비(非)공진시에 있어서의 샤워 플레이트 상에서의 산화막 에칭 레이트의 면내 분포를 나타내는 그래프이다.
도 12는 도 8에 나타내는 드라이 에칭 장치에 있어서의 클리닝 시의 각 모니터값의 변화와 가변 콘덴서의 제어를 나타내는 타임 시퀀스이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 관련된 플라즈마 처리를 실시하기 위한 종점판정 회로의 블록도이다.
도 14는 도 8에 나타내는 드라이 에칭 장치에 있어서의, 대향 바이어스 제어 기구의 공진시, 비공진시에 있어서의 샤워 플레이트 중심점 상에서의 산화막 에칭 레이트의 RF 바이어스 파워 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 제3 실시예에 관련된 그 외의 플라즈마 처리 방법을 실시하는 전자석이 없는 드라이 에칭 장치의 단면도이다.
[실시예 1]
본 발명에 관련된 제1 실시예에 대하여 도 1∼도 4를 사용하여 설명한다. 우선, 본 실시예에 관련된 플라즈마 처리 장치의 제어 방법에 있어서의 바이어스 전류 제어 방법을 구현화하는 대향 바이어스 제어 기구를 탑재한 플라즈마 처리 장치에 대하여 설명한다. 도 1은, 평행 평판형의 유자장 VHF 드라이 에칭 장치의 종단면도이다.
이 드라이 에칭 장치에 있어서의 진공 용기는, 플라즈마 처리실로서의 에칭 챔버(108)와, 어스 내통(107)과, 석영 천정판(111)과, VHF 방사 안테나(115)와 진공 펌프 및 압력 제어 밸브(모두 도 1에는 미기재)를 구비하고 있다.
에칭용의 가스는, 매스플로우 컨트롤러와 스톱 밸브(모두 도 1에는 미기재)를 통과 후, 가스 도입구 A(109)와 가스 도입구 B(112)를 통과시키고, 가스 분배 플레이트(114)에서 각각이 혼입하지 않도록 하면서 가스를 분산시킨 후, 샤워 플레이트(116)의 동심원 형상으로 2분할된 영역으로부터 각각 에칭 챔버(108) 내에 도입된다. 이처럼 도입된 가스는 플라즈마 발생 수단에 의해 조사(照射)된 전자파의 에너지에 의해 해리되어 플라즈마가 생성, 유지된다.
플라즈마의 발생 수단은, 200MHz의 VHF파의 소스용 전원(101)과, 소스 전자파용 정합기(102)와, 전자석 A(105), 전자석 B(106)로 이루어지는 자장 발생 수단을 가지고 있다. 이들 2개의 전자석을 사용하여, 플라스마 생성 분포를 균일화시킨다. 발생 자장은, 샤워 플레이트(116) 근방에서 10mT 이하이다. 소스용 전원(101)으로부터 발진된 VHF파는 소스 전자장용 정합기(102)를 거쳐, 웨이퍼 스테이지(120)와 대향 위치에 있는 VHF 방사 안테나(115)에 도입된다. VHF 방사 안테나(115)와 에칭 챔버(108)는, 석영 천정판(111)으로 전기적으로 절연되어 있다.
피(被)에칭 재료나 마스크 재료인, 실리콘 산화막, 질화 실리콘막, Poly-Si(폴리실리콘)막, 레지스트막, 반사 방지막, TiN막, 텅스텐막, Ta 화합물막이나 Hf 산화물막 등이 적층된 Si 웨이퍼(피처리물)(117)를 설치하는 웨이퍼 스테이지(120)는, Si 웨이퍼(117)가 실리는 재치면의 외주측 및 측벽을 덮으며 배치된 링형의 포커스 링(118)과 서셉터(119)를 구비하고, 복수의 온도 제어 수단 등(도 1 중에는 미기재)을 사용하여, 웨이퍼 스테이지(120)의 복수 부분을 다른 소정의 온도로 제어하는 것이 가능하다. 에칭 처리 중에는, 정전 척(ESC)용 직류 전원(122)에서 발생되는 -2000∼+2000V의 직류 전압을 인가하여 Si 웨이퍼(117)를 정전 흡착시키고, Si 웨이퍼(117)와 웨이퍼 스테이지(120)의 사이의 간극에 열전달 효율이 좋은 He를 충전하여, Si 웨이퍼(117)의 이면 압력의 제어를 행하고 있다. 샤워 플레이트(116)에는 가스에 내식성이 있어, 이물 발생원이 되지 않는 석영, 또는 이트리아를 사용하였다. 이 샤워 플레이트(116)는 가스 분배 플레이트(114)가 VHF 방사 안테나(115)와는 나사 등으로 밀착시키고 있기 때문에 VHF 방사 안테나(115)용으로의 냉매의 온도 조절에 의해 과도한 온도 상승을 억제할 수 있다.
웨이퍼 스테이지(120)에는, 플라즈마 중으로부터 Si 웨이퍼(117)에 이온을 인입하고, 그 이온 에너지를 제어하기 위한 4MHz의 RF 바이어스 전원(123)과, RF 바이어스 정합기(121)가 접속되어 있다.
RF 바이어스 전원(123)은, 12인치 직경의 피처리물에 대하여, 연속 정현파 시 상당하여 최저 1W 정도로부터 최대 전력 2kW 정도로 출력할 수 있고, 차지 업 데미지(전자 셰이딩) 저감, 수직 가공성의 효과를 얻기 위하여, 1Hz∼10kHz의 범위에서 on-off 변조를 행하는, 시간 변조(Time Modulate: 이하, TM으로 표기하는 경우가 있다) 기능을 갖추고 있는 것을 사용하였다.
이러한 웨이퍼 스테이지(120)에 인가된 고주파 바이어스의 전류는, Si 웨이퍼(117) 상의 플라즈마 시스를 개재하여, 에칭 챔버(108)의 내벽에 존재하는 어스로서 설치되어 있는 어스 내통(107)을 향하여 플라즈마 내를 전파한다. 어스 내통(107)에는, 장치 내 오염이나 이물을 저감시키기 위하여, 저오염 도전성 재료, 또는, 에칭 플라즈마와 반응성이 낮고 고주파가 통과하는 재료를 용사(溶射) 피막한 도전성 재료를 사용한다.
이러한 평행 평판형의 유자장 VHF 에칭 장치에 있어서, 본 실시예에서는 웨이퍼 스테이지(120)에 대향하는 VHF 방사 안테나(115) 측으로 바이어스를 투과시켜 바이어스 전계의 갇힌 정도를 제어하여 에칭의 균일성을 향상시키기 위하여, 필터 유닛(103)을 개재하여, 대향 바이어스 제어 기구(104)를 탑재하고 있다. 필터 유닛(103)은, 소스용 전원 측에는, RF 바이어스의 4MHz와 그 3차 고조파가 통과하지 않도록 하는 하이 패스 필터(HPF)와, RF 바이어스의 주파수만이 어스 측에 흐르도록 하는 로우 패스 필터(LPF)로 구성된다. 또한, 부호 110은 냉매 입구, 부호 113은 냉매 출구, 부호 124는 고주파 바이어스 전류 검출부, 부호 125는 웨이퍼 스테이지 승강 기구, 부호 126은 석영 링, 부호 127은 공진 제어 회로, 부호 128은 요크, 부호 131은 EPD(End Point Detector)창, 부호 133은 차폐판을 나타낸다.
도 2는, 대향 바이어스 제어 기구(104)의 구성을 나타내는 도면이다. 4MHz의 RF 바이어스의 최대 전류에서도 발열하기 어려운 저(低)저항인 공진용 코일(201)과 적당한 내압을 가지는 가변 콘덴서(202)로 이루어지는 직렬 공진 부분과, 대향 바이어스 전류 검지 회로(203), 공진 제어 회로(127)로 구성된다. 석영제의 샤워 플레이트(116)의 정전 용량(Csp)과 샤워 플레이트 상에 형성되는 시스의 정전 용량(Csh)을 고려하여, 공진용 코일(201)의 인덕턴스(L)와 가변 콘덴서(202)의 정전용량(CV)을 식 (1)-(3)의 관계를 사용하여 선정한다.
[수학식 1]
Figure 112020013000572-pat00001
여기서, ω은 RF 바이어스 주파수의 각(角) 속도이다. XV는, 가변 리액턴스 소자가 콘덴서인 경우에는, 그 용량 CV로 하면 식 (2), 코일의 경우는 그 인덕턴스 LV로 하면 식 (3)의 관계가 된다.
[수학식 2]
Figure 112020013000572-pat00002
[수학식 3]
Figure 112020013000572-pat00003
또, 공진용 코일(201), 가변 콘덴서(202)로 이루어지는 회로에 병렬로 고조파 차수에 따른 고조파 단락용 코일(204)과 고조파 단락용 미세 조정 콘덴서(205)의 세트를 복수 삽입함으로써, VHF 방사 안테나(115) 상의 플라즈마 시스를 통과할 때 발생하는 고조파 성분에 대해서도 저임피던스화할 수 있기 때문에, 더 넓은 플라즈마 조건에 대하여, 에칭을 균일화하는 것이 가능해진다. 또한 고조파 전류 검출 회로(207)에 의해 복수의 고조파 성분의 전류값을 모니터함으로써 플라즈마의 밀도나 전자 온도의 정보도 함께 얻을 수 있고, 더욱 정밀도가 높은 장치 상태 변화의 검지가 가능해진다. 또한, 부호 206은 자동 정합 수단, 부호 209는 고조파용 자동 정합 수단을 나타낸다.
본 실시 형태는, 이상의 구성으로 이루어지는 평행 평판형의 플라즈마에 설치된 상기 대향 바이어스 제어 기구(104)를 사용한 바이어스 전류 제어 방법에 관한 것이다. 본 실시예에 관련된 플라즈마 처리 장치의 제어 방법에 있어서의 바이어스 전류 제어 방법을 설명하기 위한 제어 플로우를 도 3에 나타낸다. 또, 대향 바이어스 전류의 가변 콘덴서 용량 의존성을 도 4에 나타낸다. 에칭 시퀀스가 개시(S1)되면, 장치 제어 PC로부터 가변 콘덴서(가변 소자)(202)의 프리 셋팅 위치(403)와 목표 Δ값(406)의 신호가 공진 제어 회로(127)로 송신되어, 가변 콘덴서(202)를 프리 셋팅 위치로 이동시킨다(S2). 그때, 장치 PC로부터 자동 제어 모드의 지시가 없는 경우에는, 이 프리 셋팅 위치(403)에서 에칭 중 고정시킨다. 한편, 자동 제어 모드의 지시가 있는 경우에는, RF 바이어스 전원(123)이 출력된다(S3). 그리고, 대향 바이어스 전류 검지 회로(203)에서 안테나 바이어스 전류가 문턱값을 초과한 시점(S4)으로부터 자동 제어가 개시되어 가변 소자(202)가 공진점(405)을 향하여 동작을 개시(S5)한다.
도 4는, 대향 바이어스 전류와 가변 용량의 모습을 나타내는 대향 바이어스 전류의 대표적인 경향을 나타내는 실측 데이터이다. 바이어스 전류가 최대가 되는 점이 공진점이므로 가변 콘덴서(202)의 용량에 대하여, 대향 바이어스 전류값은 극대값을 가지는 것을 알 수 있다. 또, 이 극대값이 되는 가변 콘덴서의 용량, 대향 바이어스 전류의 극대값은 샤워 플레이트 상에 형성되는 시스의 전기 용량(Csh)의 변화, 즉, 플라즈마 조건[소스용 전원(101)의 출력 파워, 처리 압력, RF 바이어스 전원(123)의 파워 등]이 변하면 50pF 정도의 범위에서 변화한다. 또, 공진점보다 정전 용량이 커지면 급격하게 바이어스 전류가 감소하여, 에칭 레이트 분포도 마찬가지로 급격하게 악화되므로, 공진점(405)보다 정전 용량을 낮은 쪽으로 프리 셋팅 위치(403)를 설정하여, 자동 제어를 개시하는 것이 바람직하다. 또한, 부호 401은 대향 바이어스의 피크간 전류, 부호 404는 자동 제어 종료시의 대향 바이어스 전류값을 나타낸다.
따라서, 본 실시예에서는, 프리 셋팅 위치(403)를 공진점(405)의 정전 용량에 대하여 작고(리액턴스로서는 크고), 또한 초동시에 문턱값 전류 이상이 되는 것을 선택하였다. 바이어스 전류가 설정된 문턱값을 초과(S4)하면 공진 제어 회로(127)는, 바이어스 전류가 증가하는 방향으로 가변 콘덴서의 용량을 변화시킨다. 바이어스 전류가 감소로 바뀐 정전 용량 포지션을 공진 용량으로 기억(S6)하고, 그 위치로부터 설정된 목표 Δ값(406)만큼의 용량으로 이동시킨(S7) 후, 에칭 처리 중, 그 위치에서 고정시킨다(S8).
그 후, 그 고주파 바이어스를 OFF로 하고, 대향 바이어스 전류가 설정 문턱값보다 저하하면 가변 콘덴서(202)의 용량을 리셋하고(S10), 일련의 동작은 종료(S11)가 된다.
이상은, 단계마다 플라즈마 방전을 중단한 1단계째의 동작이지만, 플라즈마 방전을 계속한 채, 에칭 조건을 변화시키는 경우에는, 가변 콘덴서(202)를 고정하여 자동 정합 종료한 후(S8), 다음 단계로 이행시키는 타이밍에 출력되는 장치 제어 PC로부터 트리거 신호를 수취하고(S9), 방전 계속의 경우에는 다음 단계의 설정한 프리 세팅값으로 이동(S2)하고, 다시 자동 제어의 플로우를 도중으로부터 개시한다. 이때, 방전 계속되는 단계의 설정 프리 셋팅값이 공진점의 가변 콘덴서의 용량보다, 작아지는 값을 설정함으로써, 계속 후의 균일성의 악화나 안정성을 향상시킬 수 있다.
또, TM 바이어스 적용시에 있어서는, ON/OFF의 반복 주파수와 대향 바이어스 전류를 검지하는 타이밍을 대향 바이어스 전류 검지 회로(203) 내에서 동기시켜, ON 시의 값만으로 제어함으로써 자동 제어가 가능해진다.
본 실시예에 의해, 샤워 플레이트에 석영 등의 유전체 재료를 사용한 평행 평판 플라즈마 장치에 있어서, 플라즈마 조건이 서로 다른 다단계로 구성되는 에칭 처리나 그 조건 셋팅을 처음으로 행하는 경우에 있어서도, 공진점과 바이어스 전류의 최대값을 사전에 조사할 필요가 없어지고, 처리 조건 변경에 의한 오동작 저감, 단(短)TAT화를 도모할 수 있고, 균일성의 재현성을 향상시킬 수 있다. 이때, 가변 콘덴서(202)의 초기값을 공진하는 용량보다 작은 용량 측으로 설정하면, 공진점 탐색 중에 균일성을 악화시키지 않고, 자동 제어하는 것이 가능해진다.
이상은, 대향 바이어스 전류 검지 회로(203)에서 대향 바이어스 전류를 검지하여 자동 제어하는 실시예를 설명하였지만, 대향 바이어스 전류가 흐르는 경로 상의 지점(예를 들면 도 2 중의 부호 208)과 어스 사이의 전압이나 공진용 코일(201) 양단의 전압을 모니터해도, 도 4에 나타내는 바와 같이 대향 바이어스의 피크간 전압(402)과 가변 콘덴서(202)는 대향 바이어스 전류의 거동과 동일해진다. 따라서, 모니터 신호로서, 대향 바이어스 전압값을 사용해도 마찬가지로 제어할 수 있다.
또, 도 2 중 부호 208 지점과 공진용 코일(201)의 사이에 임피던스 모니터를 삽입하고, 검지한 임피던스 정보에 기초하여 가변 콘덴서(202)를 제어해도 된다. 그 경우, 바이어스 전류의 극대값을 찾는 것으로부터, 임피던스의 허수 성분인 리액턴스가 0이 되는 점을 발견하는 것으로 변경하면 된다. TM 바이어스 적용시에는, 임피던스 모니터를 바이어스 전류 ON 시의 타이밍에 동기시켜, ON 시의 임피던스로 제어함으로써 제어할 수 있다.
도 3 기재의 제어 플로우도에 있어서 자동 정합 개시의 트리거를 바이어스 전류가 문턱값을 초과한 경우로서 설명하였으나, 에칭 장치 측으로부터 출력된 트리거 신호로 하면, 전원 등의 상승을 고소(高所) 과도 현상이 종료한 후에 자동 제어를 시작할 수 있으므로, 착화시의 과도 현상에 의한 오동작을 억제할 수 있다. 마찬가지로, 대향 바이어스 제어 회로 내에서도 장치 측으로부터의 트리거 신호가 입력된 후, 또는 바이어스 전류가 문턱값을 초과한 후부터, 미리 동작 개시까지의 대기 시간을 별도 설정할 수 있도록 하면 더욱 모든 프로세스 조건에 대응하는 것이 가능해진다.
고조파 단락용 가변 콘덴서(205)의 제어 방법에 대해서도, 고조파 전류 검출 회로(207)의 모니터 결과와 고조파용 자동 정합 수단(209)을 사용하여, 주성분의 바이어스와 마찬가지로 제어함으로써, 더욱 균일성을 향상시키는 것이 가능해진다.
[실시예 2]
본 발명의 제2 실시예에 대하여 도 5∼도 7을 사용하여 설명한다. 또한, 실시예 1에 기재되며 본 실시예에 미기재된 사항은 특별한 사정이 없는 한 본 실시예에도 적용할 수 있다.
본 실시예에서는, 종점 판정 단계 등 바이어스 전류와 공진하는 정전 용량이 단계 중에 변화하는 경우에도 그 변화에 추종할 수 있는 실시예를 이하에 설명한다. 본 실시예를 실현하기 위하여, 대향 바이어스 전류의 모니터에 더하여, 고주파 바이어스 전류 검출부(124)로 고주파 바이어스 전류의 위상 정보를 검지하여, 공진 제어 회로(127)로 입력한다.
이때, 대향 바이어스 전류 검지 회로(203)에서는 대향 바이어스 전류의 위상정보도 취득하여, 공진 제어 회로(127)로 입력한다. 공진 제어 회로(127)에서는, 플라즈마 중에 발진된 고주파 바이어스 전류의 위상에 대한 대향 바이어스 전류의 위상차를 연산하고, 그 결과를 바탕으로 가변 용량을 제어한다.
도 5는, 대향 바이어스 전류와 고주파 바이어스 전류의 위상차의 가변 용량의존성을 나타내는 그래프이다. 바이어스 전류가 극대가 되는 위치는, 위상차가 -90°가 되는 것을 이번에 발견하였다. 이 위상차는 플라즈마 조건에 따르지 않고 일정한 것을 실험에 의해 알고 있으므로, 이 위상차의 모니터 값을 목적값과 맞추도록 제어함으로써, 과도 변동시에도 추종시키는 것이 가능해진다. 또한, 부호 501은 대향 바이어스 전류와 고주파 바이어스 전류의 위상차, 부호 503은 공진시의 위상차를 나타낸다.
도 6은 이 원리에 기초한 본 실시예의 위상차 검지의 경우의 플로우도이다. 자동 제어를 개시할 때까지는, 상기 서술한 실시예 1기재와 같다(S12∼S14가 S1∼S3에 대응).
바이어스 전류를 검지하여 제어 개시(S15)되면 에칭 장치 측에서 설정된 위상차를 목표로 하여, 도 5의 관계에 기초하여 가변 콘덴서(202)를 가동시킨다(S16). 그때, 프리 셋팅 위치(403)는, 공진점으로부터 -80pF 이내일 필요가 있다. 이는, 프리 셋팅 위치가 80pF 이내의 영역에서 반드시 가변 콘덴서의 용량이 증가함에 따라, 위상차가 감소하기 때문이다.
도 5에 나타내는 관계에 의하면, 모니터 된 위상차가 설정값의 허용값 범위보다 작은 경우에는 가변 콘덴서(202)를 감소시키고, 모니터된 위상차가 설정값(502)보다 큰 경우에는, 가변 콘덴서(202)를 증가시킨다. 그리고, 모니터값이 설정값의 허용값 내에 들어가도록 가변 콘덴서(202)의 용량을 변화시킨다(S17).
이 제어시에, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 위상차의 설정값(502)은 공진점(405)보다 작은 용량 쪽이 균일성의 변화량이 작으므로, 위상차는 -90°보다 큰 것으로 하는 것이, 더욱 시간 경과적 변화 등에 대해서도 안정한 성능을 얻을 수 있다. 다음으로 단계 18(S18)에서 다음 단계로 방전 계속의 필요와 불필요를 확인하고, 필요한 경우에는 단계 13(S13)으로 되돌아간다. 불필요한 경우에는 단계19(S19)에서 바이어스 전류가 설정 문턱값보다 작은지의 여부를 확인하고, 큰 경우에는 단계 14(S14)로 되돌아간다. 작은 경우에는 처리가 종료된다(S20).
이상, 위상차 검지를 사용한 본 실시예에 의해, 플라즈마 조건에 의해 변화하는 대향 바이어스 전류의 절대값이나 공진의 가변 용량을 초과하지 않고, 직접적으로 목표값에 도달할 수 있고, 종점 판정시 등 바이어스 공진점이나 공진 위치(플라즈마 임피던스)의 변화에 자동 추종하는 것이 가능해진다. 또한, 본 방법을 다단계 에칭에 적용할 수도 있다.
또한, 실시예 1과 마찬가지로, 바이어스 전류의 위상차 뿐만 아니라 바이어스 전압끼리의 위상차로 제어해도 제어 방법은 동일하다. 단, 공진점이 되는 위상차는, 측정하는 전압의 장소에 따라 변화하기 때문에, 반드시 -90°는 아니므로 사용하는 장치의 구성에 따라 사전에 조사해 놓아야 한다.
이상, 실시예 1, 2에 기재된 방법은 소스용 전원(101)에 200MHz, RF 바이스 전원에 4MHz의 유자장 VHF 플라즈마에 탑재한 예를 설명했지만, 도 7에 나타낸 바와 같은 자장을 가지지 않는 평행 평판형(이른바 CCP 장치) 장치에도 적용 가능하다. 도 7의 장치는 웨이퍼 스테이지 측에 소스용 전원(101)이 접속되고, 대향 어스 전극(701)의 표면이 되는 샤워 플레이트(116)가 유전체 재료로 구성되어 있다. 그 대향 어스 전극(701) 측에 소스용 전원에 대한 대향 바이어스 제어 기구(104)를 접속함으로서 마찬가지로 적용 가능하다.
[실시예 3]
본 발명에 관련된 제3 실시예에 대해서 도 8∼도 15를 사용하여 설명한다. 또한, 실시예 1 또는 실시예 2에 기재되며 본 실시예에 미기재된 사항은 특별한 사정이 없는 한 본 실시예에도 적용할 수 있다. 우선, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리 방법에 있어서의 클리닝 방법을 구체화하는 대향 바이어스 제어 기구를 탑재한 플라즈마 처리 장치에 대해서 설명한다. 도 8은, 평행 평판형의 유자장 VHF 드라이 에칭 장치의 종단면도이다.
이 드라이 에칭 장치에 있어서의 진공 용기는, 플라즈마 처리실로서의 에칭 챔버(108)와, 어스 내통(107)과, 석영 천정판(111)과, VHF 방사 안테나(115)와 진공 펌프 및 압력 제어 밸브(모두 도 8에는 미기재)를 구비하고 있다.
에칭용의 가스는, 매스플로우 컨트롤러와 스톱 밸브(모두 도 8에는 미기재)를 통과 후, 가스 도입구 A(109)와 가스 도입구 B(112)를 통하여, 가스 분배 플레이트(114)에서 각각이 혼입되지 않도록 하면서 가스를 분산시킨 후, 샤워 플레이트(116)의 동심원 형상으로 2분할된 영역으로부터 각각 에칭 챔버(108) 내로 도입된다. 이처럼 도입된 가스는 플라즈마 발생 수단에 의해 조사된 전자파의 에너지에 의해 해리되어 플라즈마가 생성, 유지된다.
플라즈마의 발생 수단은, 200MHz의 VHF파의 소스용 전원(101)과, 소스 전자파용 정합기(102)와, 전자석 A(105), 전자석 B(106)로 이루어지는 자장 발생 수단을 가지고 있다. 이들 2개의 전자석을 사용하여, 플라스마 생성 분포를 균일화시킨다. 발생 자장은, 샤워 플레이트(116) 근방이며 10mT 이하이다. 소스용 전원(101)으로부터 발진된 VHF파는 소스 전자장용 정합기(102)를 거쳐, 웨이퍼 스테이지(120)와 대향 위치에 있는 VHF 방사 안테나(115)에 도입된다. VHF 방사 안테나(115)와 에칭 챔버(108)는, 석영 천정판(111)으로 전기적으로 절연되어 있다.
피에칭 재료나 마스크 재료인, 실리콘 산화막, 질화실리콘막, Poly-Si(폴리실리콘)막, 레지스트막, 반사 방지막, TiN막, 텅스텐막, Ta 화합물막이나 Hf 산화물막 등이 적층된 Si 웨이퍼(117)를 설치하는 웨이퍼 스테이지(120)는, Si 웨이퍼(117)가 실리는 재치면의 외주측 및 측벽을 덮으며 배치된 링 형상의 포커스 링(118)과 서셉터(119)를 구비하고, 복수의 온도 제어 수단 등(도 8 중에는 미기재)을 사용하여, 웨이퍼 스테이지(120)의 복수 부분을 다른 소정의 온도로 제어하는 것이 가능하다. 에칭 처리중에는, 정전 척(ESC)용 직류 전원(122)에서 발생되는 -2000∼+2000V의 직류 전압을 인가하여 Si 웨이퍼(117)를 정전 흡착시키고, Si 웨이퍼(117)와 웨이퍼 스테이지(120)의 사이의 간극에 열전달 효율이 좋은 He를 충전하여, Si 웨이퍼(117)의 이면 압력의 제어를 행하고 있다. 샤워 플레이트(116)에는 가스에 내식성이 있어, 이물 발생원이 되지 않는 석영, 사파이어, 또는 이트리아의 유전체 재료를 사용하였다. 이 샤워 플레이트(116)는 가스 분배 플레이트(114)나 VHF 방사 안테나(115)와는 나사 등으로 밀착시키고 있기 때문에 VHF 방사 안테나(115)용에 대한 냉매의 온도 조절에 의해 과도한 온도 상승을 억제할 수 있다.
웨이퍼 스테이지(120)에는, 플라즈마 중으로부터 Si 웨이퍼(117)에 이온을 인입하고, 그 이온 에너지를 제어하기 위한 4MHz의 RF 바이어스 전원(123)과, RF 바이어스 정합기(121)가 접속되어 있다.
RF 바이어스 전원(123)은, 12인치 직경의 피처리물에 대하여, 연속 정현파 시에 상당하여 최저 1W 정도로부터 최대 전력 4kW 정도로 출력할 수 있고, 차지 업 데미지(전자 셰이딩) 저감, 수직 가공성의 효과를 얻기 위하여, 1Hz∼10kHz의 범위에서 on-off 변조를 행하는, 시간 변조(Time Modulate: 이하, TM으로 표기하는 경우가 있다) 기능을 갖추고 있는 것을 사용하였다.
이러한 웨이퍼 스테이지(120)에 인가된 고주파 바이어스의 전류는, Si 웨이퍼(117) 상의 플라즈마 시스를 개재하여, 에칭 챔버(108)의 내벽에 존재하는 어스로서 설치되어 있는 어스 내통(107)을 향하여 플라즈마 내를 전파한다. 어스 내통(107)에는, 장치 내 오염이나 이물을 저감시키기 위하여, 저오염 도전성 재료, 또는, 에칭 플라즈마와 반응성이 낮고 고주파가 통과하는 재료를 용사 피막한 도전성 재료를 사용한다.
이러한 평행 평판형의 유자장 VHF 에칭 장치에 있어서, 본 실시예에서는 웨이퍼 스테이지(120)에 대향하는 VHF 방사 안테나(115) 측으로 바이어스를 투과시켜 바이어스 전계의 갇힌 정도를 제어하고 에칭의 균일성을 향상시키기 위하여, 필터 유닛(103)을 개재하여, 대향 바이어스 제어 기구(104)를 탑재하고 있다. 필터 유닛(103)은, 소스용 전원측에는, RF 바이어스의 4MHz와 그 3차 고조파가 통과하지 않도록 하는 하이 패스 필터(HPF)를, 대향 바이어스 제어 기구 측에는, RF 바이어스의 주파수만이 어스 측으로 흐르도록 하는 로우 패스 필터(LPF)로 구성된다. 또한, 부호 110은 냉매 입구, 부호 113은 냉매 출구, 부호 124는 고주파 바이어스 전류 검출부, 부호 125는 웨이퍼 스테이지 승강 기구, 부호 126은 석영 링, 부호 127은 공진 제어 회로, 부호 128은 요크, 부호 131은 EPD(End Point Detector) 창, 부호 133은 차폐판을 나타낸다.
고주파 바이어스 전류 검출부(124)는 RF 바이어스 정합기(121) 내에 설치되어 있어도 된다.
도 9는, 대향 바이어스 제어 기구(104)의 구성을 나타내는 도면이다. 공진용 코일(201)과 적당한 내압을 가지는 가변 콘덴서(202)로 이루어지는 직렬 공진 부분과, 대향 바이어스 전류 검지 회로(203), 공진 제어 회로(127)로 구성된다. 석영제의 샤워 플레이트(116)의 정전 용량(Csp)과 샤워 플레이트 상에 형성되는 시스의 정전 용량(Csh)을 고려하여, 공진용 코일(201)의 인덕턴스(L)와 가변 콘덴서(202)의 정전 용량(CV)을 실시예 1에서 설명한 식 (1)-(3)의 관계를 이용하여 선정한다.
또, 공진용 코일(201), 가변 콘덴서(202)로 이루어지는 회로에 병렬로 고조파 차수에 따른 고조파 단락용 코일(204)과 고조파 단락용 미세 조정 콘덴서(205)의 세트를 복수 삽입함으로써, VHF 방사 안테나(115) 상의 플라즈마 시스를 통과할 때 발생하는 고조파 성분에 대해서도 저임피던스화할 수 있기 때문에, 더 넓은 플라즈마 조건에 대하여, 에칭을 균일화하는 것이 가능해진다. 또한 고조파 전류 검출 회로(207)에 의해 복수의 고조파 성분의 전류값을 모니터함으로써 플라즈마의 밀도나 전자 온도의 정보도 함께 얻을 수 있어, 더 정밀도가 높은 장치 상태 변화의 검지가 가능해진다. 또한, 부호 206은 자동 정합 수단, 부호 208은 전압 측정 포인트, 부호 209는 고조파용 자동 정합 수단을 나타낸다.
본 실시예는, 이상의 구성으로 이루어지는 평행 평판형의 플라즈마에 설치된 대향 바이어스 제어 기구(104)를 사용한 플라즈마 클리닝 방법에 관한 것이다. 플라즈마 클리닝이란, 에칭 처리 중에 에칭 챔버 내에 부착된 에칭 반응 생성물을 제거하는 공정에서 에칭 처리의 양산 안정화를 도모하기 위하여 필요한 것이다. 에칭 처리 후의 웨이퍼마다, 또는, 로트마다 적절히 삽입된다.
예를 들면, Cl2나 HBr를 사용한 Si 에칭 시의 클리닝 가스로서는, SF6, NF3, CF4 등의 불소를 공급하는 가스에 산소, 질소 등을 혼합한 가스를 사용하고, 플로로카본 가스에 의한 SiO2, SiN 에칭 시의 클리닝 가스로서는 02, N2, 경우에 의해 H를 혼합한 가스를 사용하고, Al, Ti, Hf 등을 에칭했을 때에는 C12, HCl, HBr 등의 가스를 사용한다.
도 10은, 대향 바이어스 제어 기구(104) 내의 가변 콘덴서(202)의 정전 용량을 변화시켰을 때의, 대향 바이어스 전류 Ipp(302)의 변화를 대향 바이어스 전류 검지 회로(203)로 측정한 실측 데이터이다. 바이어스 전류가 최대가 되는 점이 공진점이므로 가변 콘덴서(202)의 용량에 대하여, 대향 바이어스 전류값은 극대값을 가지는 것을 알 수 있다. 또, 이 극대값이 되는 가변 콘덴서의 용량이나 대향 바이어스 전류의 극대값은, 샤워 플레이트 상에 형성되는 시스의 전기 용량(Csh)의 변화, 즉, 플라즈마 조건[소스용 전원(101)의 출력 파워, 처리 압력, RF 바이어스 전원(123)의 파워 등]이 바뀌면 50pF 정도의 범위에서 변화된다. 부호 301은 비공진점, 부호 303은 공진점을 나타낸다. 또, 도 10의 그래프에는, 대향 바이어스 제어 기구 내의 전압 측정 포인트(208)에서의 대향 바이어스 전압 Vpp(304)도 플롯 되어 있지만, 대향 바이어스 전류 Ipp(302)와의 거동은 일치하므로, 이하, 대향 바이어스 전압 Vpp(304)를 검지하는 경우로 치환하여 설명한다.
도 11은, SF6/02 가스, 8Pa, RF 바이어스 파워 100W 시의 대향 바이어스 제어 기구(104)의 공진시(도 11 중의 부호 410)와 비공진시(도 4 중의 부호 420)에 있어서의, 샤워 플레이트(116)에 붙인 산화막 레이트의 면내 분포이다. 석영제의 샤워 플레이트의 소모를 모의하는 산화막의 에칭 레이트가, 비공진시에 면내 평균20nm/min 정도인 것에 대하여, 공진점에 있어서는, 산화막 레이트 45nm/min 정도로 2배 이상이나 증가하는 것을 발견하였다.
이것은, 대향 바이어스 제어 기구(104)를 공진시킴으로써, VHF 방사 안테나(115) 측의 리액턴스가 감소하기 때문에, 플라즈마로부터 이온 전류와 전자 전류가 시스에서 가속되어 유입하게 되기 때문이다. 이 원리를 이용하면, 클리닝 중에 대향 바이어스 제어 기구(104)를 공진시켜, 석영제의 샤워 플레이트(116) 상에서 이온 어시스트 반응을 일으킬 수 있어, 클리닝 레이트를 비약적으로 향상시킬 수 있다.
본 발명을 적용한 도 8에 나타내는 드라이 에칭 장치에 있어서의 클리닝 방법의 타이밍 차트를 도 12에서 설명한다. 도 12는, 플로로카본 가스로 에칭 종료 후의 클리닝 처리 중의, EPD 창(131)으로부터 측정한 파장 440nm의 발광 강도(511), 압력 제어 밸브(도면에는 미기재)의 개도(開度)(512), RF 바이어스 정합기(121)로 검지한 RF 바이어스 전압 Vpp(513), 대향 바이어스 제어 기구 내의 전압 측정 포인트(208)로 검지한 대향 바이어스 전압 Vpp(514)의 각각의 시간 변화의 계측 결과와 대향 바이어스 제어 기구 내의 가변 콘덴서(202)의 제어의 모습을 나타낸 시퀀스 차트이다. 클리닝 조건은 02 800ccm, 압력 4Pa, 소스용 전원(101) 출력 800W, RF 바이어스 전원(123) 출력 1000W이다.
종래의 클리닝의 종점을 검지하는 수단인, 플라즈마 발광 강도(511), 압력 제어 밸브 위치(512), 또는 제어 밸브 개도를 고정했을 때에는 압력의 변화, RF 바이어스 전압 Vpp(513), 또는 RF 바이어스 측에서 검지된 플라즈마 임피던스의 시간변화의 시정수(時定數)가 비교적 긴 것에 비하여, 본 발명에서 사용하는 대향 바이어스 전압 Vpp(514)는 시정수가 짧다. 이는, 종래의 검지 방법이 플라즈마에 접하는 전체 경계의 클리닝 종점을 검지하는 것에 대하여, 대향 바이어스 전압 Vpp(514)의 시간 변화는, 전체 경계 중의 샤워 플레이트(116) 측의 경계면의 클리닝 종점을 검지하기 때문이다.
따라서, 시각 A와 시각 B에서의 대향 바이어스 전압 Vpp값의 변화량 Vpp(A)-Vpp(B)의 절대값이, 규정 횟수 이상으로 설정값보다 작아진 시각, 또는, 대향 바이어스 전압 Vpp값의 변극점(Vpp의 2차 차분이 0이 되는 점)을 샤워 플레이트 부착물제거의 종점(515)으로 하고, 그 타이밍으로부터, 사전에 설정한 오버 클리닝 시간(519)을 경과 후, 대향 바이어스 제어 기구(104)의 가변 콘덴서(202)의 용량을, 공진시의 가변 콘덴서 위치(517)로부터, 비공진시의 가변 콘덴서의 위치(518)로 이동시킨다.
그 제어의 결과, 대향 바이어스 전압 Vpp의 모니터 값은 점선과 같이 변화한다(도 12 중의 점선 520). 이러한 조작을 행함으로써, 이온 어시스트 반응에 의한 샤워 플레이트의 클리닝 효과를 최대화시킨 조건을 최초로 사용한 후, 이온 충격을 경감시킨 샤워 플레이트의 소모도가 작은 조건으로 변경할 수 있기 때문에, 샤워 플레이트의 교환 빈도를 경감시켜, CoC 저감, MTBM을 연장시키는 것이 가능해진다. 또한, 부호 516은 챔버 클리닝의 종점을 나타낸다.
공진점으로부터 비공진점으로의 변화량은, 차이가 클수록 바람직하지만, 샤워 플레이트(116)의 유전율이나 두께, VHF 방사 안테나(115)로부터 대향 바이어스 제어 기구(104)까지의 전기적인 경로에 따라 다르다. 본 실시예에서는, 50pF 이상 변화시키면 충분하였다.
이러한 클리닝 종점 판정 제어는, 도 13에 나타내는 종점 판정 회로(191)에 의해 실행 가능해진다. 즉, 에칭 중 또는, 클리닝 중에 모니터하고 있는 제어 파라미터 중, 클리닝의 시간 변화에 민감한 파라미터를 추출(예를 들면, 도 12에 기재한 각 모니터)한 신호를 바탕으로, 대향 바이어스 전압 Vpp의 모니터 신호를 상기한 바와 같이 연산하여, 샤워 플레이트 부착물 제거의 종점을 판정한다. 종점 판정 회로(191)는 종래 장치에 외장형이어도 되고, 모니터 신호가 존재하고 있으면 종래 장치의 제어용 소프트의 변경이어도 실시 가능해진다.
도 14는, 공진시(도 14 중의 부호 710)와 비공진시(도 14 중의 부호 720)의 RF 바이어스 파워를 변화시켰을 때의 샤워 플레이트 중심부의 산화막 에칭 레이트의 그래프이다. 공진시에는, RF 바이어스 파워의 증가에 따른 샤워 플레이트 상의 산화막 레이트도 대략 리니어로 증가시켜 가는 것을 알 수 있다. 따라서, 샤워 플레이트 상으로의 이온 에너지를 제어하는 방법으로서, 대향 바이어스 제어 기구(104)를 공진시켜, RF 바이어스 파워를 조정함으로써 실현할 수 있다.
RF 바이어스 파워만을 조정함으로써, 대향 바이어스 제어 기구(104)의 가변 콘덴서(202)를 가동시키지 않고, 샤워 플레이트 상의 이온 에너지를 변화시킬 수 있으므로, 가변 콘덴서를 장수명화 할 수 있는 이점이 있다.
또, 샤워 플레이트 상의 클리닝 레이트의 면내 분포는 플라즈마 분포와 대응하고 있기 때문에, 대향 바이어스 제어 기구(104)를 공진시켜, 전자석 A(105), 전자석 B(106)의 전류를 조절함으로써 제어 가능하다. 이들의 특징을 이용하여, 샤워 플레이트 클리닝 종점 판정 후에, 코일 전류나 RF 바이어스 파워를 변화시키고 일정 시간 오버 클리닝시켜 면내 부착물을 효율화하는 것도 가능하다.
도 12의 예에서는, 플루오로 카본의 부착물을 산소로 제거한다는 자발 에칭으로 제거되기 쉬운 예를 나타냈지만, AlF3, HfF4, TiO2 등을 제거하는 경우에는, 이온 어시스트 반응이 필요해진다. 이들의 화합물을 클리닝하는 경우에는, C12, HBr, SiC14 등의 A1, Hf, Ti와의 반응 생성물의 휘발성이 높아지는 가스에, Al-F, Ti-O 등의 강한 결합을 풀기 쉬운 환원성이 있는 H나 B를 포함하는 가스(HCl, BCl3 등)를 혼합하여 사용한다. 그리고, 대향 바이어스 제어 회로(104)를 공진시켜 Si 웨이퍼에 RF 바이어스를 100W 이상 인가함으로써, 샤워 플레이트 상의 부착물을 효율적으로 제거하는 것이 가능해진다.
본 실시예에서는, 도 8에 나타낸 바와 같은, 상부 전극에 유전체를 가지는 유자장의 평행 평판형의 에칭 장치에 대하여 설명했지만, 도 15에 나타낸 바와 같은 자장이 존재하지 않는 평행 평판형의 에칭 장치의 클리닝에 있어서도, 사용하는 소스용 전원(101)이나 RF 바이어스 전원(123)의 주파수에 따라, 대향 바이어스 제어 기구(104)의 회로 정수를 식 (1)-(3)을 따라 변경하여 사용함으로써 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이 경우의 클리닝 분포의 제어는, 소스용 전원(101)의 파워나 처리 압력, RF 바이어스 전원(123)의 파워로 실시한다.
또한, 도 15에 나타내는 바와 같이 절연링 A(801), 절연링 B(803)로 에칭 챔버(108)를 베이스 플랜지로부터 전기적으로 절연하고, 석영 내통(804)을 통하여 소스 주파수 접지 회로(802)를 통과한 RF 바이어스 전류를, 에칭 챔버(108)에 접속한 RF 바이어스 전류를 대향 바이어스 제어 기구(104)로 제어함으로써, 석영 내통(804)의 부착물을 마찬가지로 클리닝하는 것이 가능해진다.
이상 본 실시예에 의하면, 대향 바이어스 제어 기구를 탑재한 CCP 에칭 장치 등의 상부 안테나 측의 유전체 세라믹의 소모를 저감시키고, 장치의 MTBM, CoC를 향상시키는 플라즈마 처리 방법을 제공할 수 있다.
이상, 본원 발명을 상세하게 설명하였지만, 이하에 주된 발명의 형태를 열거한다.
(1) 피처리물을 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리실과, 상기 플라즈마 처리실 내에 고주파를 방사하는 평판 형상의 제1 전극과, 상기 제1 전극에 고주파 전력을 공급하는 제1 고주파 전원과, 상기 제1 전극과 대향하고 상기 피처리물을 재치하는 제2 전극과, 상기 제2 전극에 고주파 전력을 공급하는 제2 고주파 전원과, 상기 제1 전극에 흐르는 고주파 전류 또는 상기 제1 전극에 인가되는 고주파 전압을 제어하는 제어 기구를 구비하는 플라즈마 처리 장치를 사용한 플라즈마 처리 방법에 있어서,
상기 제어 기구가 가지는 가변 소자의 리액턴스를 초기값으로 설정하는 제1 공정과,
상기 고주파 전류 또는 상기 고주파 전압을 검지하는 제2 공정과,
상기 고주파 전류가 극대값 또는 상기 고주파 전압이 극대값이 되는 리액턴스의 값으로 상기 가변 소자의 리액턴스를 설정하고, 상기 가변 소자의 리액턴스를 상기 설정된 리액턴스의 값으로 고정하는 제3 공정과,
상기 피처리물을 플라즈마 처리하는 제4 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
(2) 피처리물을 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리실과, 상기 플라즈마 처리실 내에 고주파를 방사하는 평판형의 제1 전극과, 상기 제1 전극에 고주파 전력을 공급하는 제1 고주파 전원과, 상기 제1 전극과 대향하고 상기 피처리물을 재치하는 제2 전극과, 상기 제2 전극에 고주파 전력을 공급하는 제2 고주파 전원과, 상기 제1 전극에 흐르는 고주파 전류 또는 상기 제1 전극에 인가되는 고주파 전압을 제어하는 제어 기구를 구비하는 플라즈마 처리 장치를 사용한 플라즈마 처리 방법에 있어서,
상기 제2 전극에 흐르는 고주파 전류와 상기 제1 전극에 흐르는 고주파 전류의 위상차 또는, 상기 제2 전극에 인가되는 고주파 전압과 상기 제1 전극에 인가되는 고주파 전압의 위상차를 검출하는 제1 공정과,
상기 검출된 위상차가 상기 제1 전극에 흐르는 고주파 전류의 극대값 또는 상기 제1 전극에 인가되는 고주파 전압의 극대값에 대응하는 위상차의 값이 되도록 상기 제어 기구가 가지는 가변 소자의 리액턴스를 제어하는 제2 공정과,
상기 피처리물을 플라즈마 처리하는 제3 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
(3) 피처리물을 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리실과, 상기 플라즈마 처리실 내에 고주파를 방사하는 평판형의 제1 전극과, 상기 제1 전극에 고주파 전력을 공급하는 제1 고주파 전원과, 상기 제1 전극과 대향하고 상기 피처리물을 재치하는 제2 전극과, 상기 제2 전극에 고주파 전력을 공급하는 제2 고주파 전원과, 상기 제1 전극에 흐르는 고주파 전류 또는 상기 제1 전극에 인가되는 고주파 전압을 제어하는 제어 기구를 구비하는 플라즈마 처리 장치를 사용한 플라즈마 처리 방법에 있어서,
상기 제어 기구가 가지는 가변 소자의 리액턴스를 초기값으로 설정하는 제1 공정과,
상기 고주파 전류 또는 상기 고주파 전압을 검지하는 제2 공정과,
상기 고주파 전류가 극대값 또는 상기 고주파 전압이 극대값이 되는 리액턴스의 값으로 상기 가변 소자의 리액턴스를 제어하는 제3 공정과,
상기 제3 공정 후, 상기 플라즈마 처리실 내를 플라즈마 클리닝 하는 제4 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
(4) 피처리물을 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리실과, 상기 플라즈마 처리실 내에 고주파를 방사하는 평판형의 제1 전극과, 상기 제1 전극에 고주파 전력을 공급하는 제1 고주파 전원과, 상기 제1 전극과 대향하고 상기 피처리물을 재치하는 제2 전극과, 상기 제2 전극에 고주파 전력을 공급하는 제2 고주파 전원과, 상기 제1 전극에 흐르는 고주파 전류 또는 상기 제1 전극에 인가되는 고주파 전압을 제어하는 제어 기구를 구비하는 플라즈마 처리 장치를 사용한 플라즈마 처리 방법에 있어서,
상기 제2 전극에 흐르는 고주파 전류와 상기 제1 전극에 흐르는 고주파 전류의 위상차 또는, 상기 제2 전극에 인가되는 고주파 전압과 상기 제1 전극에 인가되는 고주파 전압의 위상차를 검출하는 제1 공정과,
상기 검출된 위상차가 상기 제1 전극에 흐르는 고주파 전류의 극대값 또는 상기 제1 전극에 인가되는 고주파 전압의 극대값에 대응하는 위상차의 값이 되도록 상기 제어 기구가 가지는 가변 소자의 리액턴스를 제어하는 제2 공정과,
상기 제2 공정 후, 상기 플라즈마 처리실 내를 플라즈마 클리닝하는 제3 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
또한, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 여러가지 변형예가 포함된다. 예를 들면, 상기한 실시예는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위하여 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 또, 어느 실시예의 구성의 일부를 다른 실시예의 구성으로 치환하는 것도 가능하고, 또한, 어느 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성을 더하는 것도 가능하다. 또, 각 실시예의 구성의 일부에 대해서, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다.
101: 소스용 전원 102: 소스 전자파용 정합기
103: 필터 유닛 104: 대향 바이어스 제어 기구
105: 전자석 A 106: 전자석 B
107: 어스 내통 108: 에칭 챔버
109: 가스 도입구 A 110: 냉매 입구
111: 석영 천정판 112: 가스 도입구 B
113: 냉매 출구 114: 가스 분배 플레이트
115: VHF 방사 안테나 116: 샤워 플레이트
117: Si 웨이퍼 118: 포커스 링
119: 서셉터 120: 웨이퍼 스테이지
121: RF 바이어스 정합기 122: ESC용 직류 전원
123: RF 바이어스 전원 124: 고주파 바이어스 전류 검출부
125: 웨이퍼 스테이지 승강 기구 126: 석영 링
127: 공진 제어 회로 131: EPD 창
133: 차폐판 128: 요크
191: 종점 판정 회로 201: 공진용 코일
202: 가변 콘덴서 203: 대향 바이어스 전류 검지 회로
204: 고조파 단락용 코일 205: 고조파 단락용 가변 콘덴서
206: 자동 정합 수단 207: 고조파 전류 검출 회로
2Q8: 전압 측정 포인트 209: 고조파용 자동 정합 수단
301: 비공진점 302: 대향 바이어스 전류 Ipp
303: 공진점 304: 대향 바이어스 전압 Vpp
401: 대향 바이어스의 피크간 전류 402: 대향 바이어스의 피크간 전압
403: 프리 셋팅 위치
404: 자동 제어 종료시의 대향 바이어스 전류값
405: 공진점 406: 목표 Δ값
410: 공진시의 샤워 플레이트에 붙인 산화막 에칭 레이트의 면내 분포
420: 비공진시의 샤워 플레이트에 붙인 산화막 에칭 레이트의 면내 분포
501: 대향 바이어스 전류와 고주파 바이어스 전류의 위상차
502: 설정 위상차
503: 공진시의 위상차 511: 플라즈마 중의 440nm 발광 강도
512: 압력 조정 밸브 위치 513: RF 바이어스 전압 Vpp
514: 대향 바이어스 전압 Vpp
515: 샤워 플레이트 부착물 제거의 종점
516: 챔버 클리닝의 종점 517: 공진시의 가변 콘덴서 위치
518: 비공진시의 가변 콘덴서의 위치
519: 오버코트 클리닝 시간
520: 실시예에 있어서의 대향 바이어스 전압값
701: 대향 어스 전극
710: 공진시의 샤워 플레이트 중심부의 산화막 에칭 레이트의 RF 바이어스 파워 의존성
720: 비공진시의 샤워 플레이트 중심부의 산화막 에칭 레이트의 RF 바이어스 파워 의존성
801: 절연 링 A 802: 소스 주파수 접지 회로
803: 절연 링 B 804: 석영 내통

Claims (3)

  1. 피처리물이 플라즈마 처리되는 플라즈마 처리실과, 상기 플라즈마 처리실 내에 고주파를 방사하는 평판형의 제1 전극과, 상기 제1 전극에 고주파 전력을 공급하는 제1 고주파 전원과, 상기 제1 전극과 대향하고 상기 피처리물이 재치되는 제2 전극과, 상기 제2 전극에 고주파 전력을 공급하는 제2 고주파 전원을 구비하는 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    상기 제2 고주파 전원으로부터 상기 제2 전극을 향하여 흐르는 제1 고주파 전류의 위상과 상기 제2 전극에 인가되는 바이어스가 상기 제1 전극에 투과함으로써 상기 제1 전극에 흐르는 제2 고주파 전류의 위상과의 차인 제1 위상차 또는, 상기 제2 전극에 인가되는 제1 고주파 전압의 위상과 상기 제2 고주파 전류가 흐르는 경로 상의 제2 고주파 전압의 위상과의 차인 제2 위상차를 검지하는 검지부와, 상기 제2 고주파 전류 또는 상기 제2 고주파 전압을 제어하기 위한 리액턴스를 구비하는 공진 회로와, 상기 검지부에 의하여 검지된 제1 위상차 또는 상기 검지부에 의하여 검지된 제2 위상차가 상기 제2 고주파 전류의 극대값 또는 상기 제2 고주파 전압의 극대값에 대응하는 위상차의 값인 제1 값을 구하고, 상기 구해진 제1 값으로부터 제1 소정의 값만큼 변화시킨 값인 제2 값을 구하고, 제3 값으로부터 제4 값까지의 범위 내의 값을 상기 리액턴스의 값으로 한 후, 상기 피처리물에 플라즈마 처리를 행하는 제어가 실행되는 제어부를 추가로 구비하고,
    상기 제3 값은, 상기 제2 값으로부터 제2 소정의 값을 뺀 값이고,
    상기 제4 값은, 상기 제2 값에 상기 제2 소정의 값을 더한 값인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리실 내에 자장을 형성하는 자장 형성 수단을 더 구비하고,
    상기 제1 위상차의 값은, -90°보다 큰 미리 설정된 설정값의 허용 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리실 내에 자장을 형성하는 자장 형성 수단을 더 구비하고,
    상기 리액턴스는, 가변 콘덴서인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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