KR102311566B1 - 플라즈마 처리 장치 및 제어 방법 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 피처리체의 에칭 형상의 정밀도를 향상시키는 것을 목적으로 한다.
처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 피처리체를 배치하는 전극과, 상기 처리 용기 내에 플라즈마를 공급하는 플라즈마 생성원과, 상기 전극에 바이어스 파워를 공급하는 바이어스 전원과, 상기 피처리체의 둘레부에 배치되는 에지링과, 상기 에지링에 직류 전압을 공급하는 직류 전원과, 상기 직류 전압이, 제1 전압치를 갖는 제1 상태와, 상기 제1 전압치보다 높은 제2 전압치를 갖는 제2 상태를 주기적으로 반복하고, 상기 전극의 전위의 각 주기 내의 부분 기간에 상기 제1 전압치를 인가하며, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태가 연속하도록 상기 제2 전압치를 인가하는 제1 제어 절차를 포함하는 프로그램을 갖는 기억 매체와, 상기 기억 매체의 프로그램을 실행하는 제어부를 갖는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 제어 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND CONTROL METHOD}
본 발명은, 플라즈마 처리 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
스테이지에 놓여진 웨이퍼의 둘레부의 에지링에 의해, 처리의 면내 균일성을 향상시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치가 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1을 참조). 플라즈마 처리 장치에서는, 고주파 전력에 의해 가스로부터 생성된 플라즈마에 의해 에칭 처리를 행하여, 웨이퍼에 미세한 홀 등을 형성한다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2005-277369호 공보
그러나, 진원의 홀을 에칭할 때에, 웨이퍼의 에지부에 있어서 에칭한 홀의 진원도가 무너져, 직경 방향으로 장변을 갖는 타원의 홀이 되는 경우가 있다. 특히 400kHz 정도의 저주파수의 바이어스용 고주파 전력을 인가했을 때에 이 현상이 발생하기 쉽다.
상기 과제에 대하여, 일 측면에서는, 본 발명은, 피처리체의 에칭 형상의 정밀도를 향상시키는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 일 양태에 따르면, 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 피처리체를 배치하는 전극과, 상기 처리 용기 내에 플라즈마를 공급하는 플라즈마 생성원과, 상기 전극에 바이어스 파워를 공급하는 바이어스 전원과, 상기 피처리체의 둘레부에 배치되는 에지링과, 상기 에지링에 직류 전압을 공급하는 직류 전원과, 상기 직류 전압이, 제1 전압치를 갖는 제1 상태와, 상기 제1 전압치보다 높은 제2 전압치를 갖는 제2 상태를 주기적으로 반복하고, 상기 전극의 전위의 각 주기 내의 부분 기간에 상기 제1 전압치를 인가하며, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태가 연속되도록 상기 제2 전압치를 인가하는 제1 제어 절차를 포함하는 프로그램을 갖는 기억 매체와, 상기 기억 매체의 프로그램을 실행하는 제어부를 갖는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
일 측면에 따르면, 피처리체의 에칭 형상의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 일례를 나타낸 도면.
도 2는 일 실시형태에 따른 제어부의 구성의 일례를 나타낸 도면.
도 3a는 일 실시형태의 변형례에 따른 제어 신호의 생성을 설명하기 위한 도면.
도 3b는 일 실시형태에 따른 급전계에 부착된 센서의 위상 신호로 제어하는 예를 나타낸 도면.
도 3c는 일 실시형태에 따른 바이어스 파워의 고주파 혹은 펄스파의 주기에 동기하는 신호로 제어하는 예를 나타낸 도면.
도 3d는 일 실시형태에 따른 바이어스 파워의 고주파 혹은 펄스파의 주기에 동기하는 신호로 제어하는 예를 나타낸 도면.
도 4는 플라즈마 전위와 웨이퍼 전위와 시스 두께의 관계를 설명한 도면.
도 5는 일 실시형태에 따른 음의 직류 전압의 인가 방법과 그 효과의 일례를 나타낸 도면.
도 6은 일 실시형태에 따른 음의 직류 전압의 인가 방법의 일례를 나타낸 도면.
도 7은 일 실시형태에 따른 음의 직류 전압의 인가 방법의 일례를 나타낸 도면.
도 8은 변형례에 따른 음의 직류 전압의 인가 방법(틸트 제어)의 일례를 나타낸 도면.
도 9는 변형례에 따른 음의 직류 전압의 인가 방법(틸트 제어)의 일례를 나타낸 도면.
도 10a는 일 실시형태의 변형례 1-1에 따른 제어 방법을 나타낸 타이밍 차트.
도 10b는 일 실시형태의 변형례 1-2에 따른 제어 방법을 나타낸 타이밍 차트.
도 10c는 일 실시형태의 변형례 1-3에 따른 제어 방법을 나타낸 타이밍 차트.
도 10d는 일 실시형태의 변형례 1-4에 따른 제어 방법을 나타낸 타이밍 차트.
도 11은 일 실시형태의 변형례 2에 따른 제어 방법을 나타낸 타이밍 차트.
도 12a는 일 실시형태의 변형례 3-1에 따른 제어 방법을 나타낸 타이밍 차트.
도 12b는 일 실시형태의 변형례 3-2에 따른 제어 방법을 나타낸 타이밍 차트.
도 12c는 일 실시형태의 변형례 3-3에 따른 제어 방법을 나타낸 타이밍 차트.
도 12d는 일 실시형태의 변형례 3-4에 따른 제어 방법을 나타낸 타이밍 차트.
도 13은 일 실시형태의 RF의 주파수와 웨이퍼 및 에지링의 전위차의 일례를 나타낸 도면.
도 14는 일 실시형태의 RF의 주파수와 웨이퍼 및 에지링의 전위차의 일례를 나타낸 도면.
도 15는 일 실시형태의 RF의 주파수와 웨이퍼 및 에지링의 전위차의 일례를 나타낸 도면.
도 16은 일 실시형태의 변형례 4에 따른 제어 방법을 나타낸 타이밍 차트.
도 17은 일 실시형태의 변형례 5에 따른 제어 방법을 나타낸 타이밍 차트.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 붙임으로써 중복된 설명을 생략한다.
이하, 소스 파워의 주파수(고주파)를 HF(High Frequency)라고도 하고, 소스 파워를 HF 전력이라고도 한다. 또한, 소스 파워의 주파수보다 낮은 주파수의 바이어스 파워의 주파수(고주파)를 LF(Low Frequency)라고도 하며, 바이어스 파워를 LF 전력이라고도 한다.
[시작하며]
최근, 플라즈마 처리 장치의 스테이지에 인가하는 LF의 주파수가, 3.2MHz 정도에서 400kHz 정도로 저주파수화하고 있다. 상기 프로세스 조건에서는, 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고도 함)의 에지 주변에 형성되는 홀의 에칭 형상의 진원도가 직경 방향으로 무너져, 직경 방향으로 장변을 갖는 타원 형상의 홀이 형성된다고 하는 과제가 있다. 또한, 웨이퍼의 둘레부에 배치된 에지링(포커스링이라고도 함)의 소모에 의해, 웨이퍼의 에지부에 있어서 에칭 형상이 내측으로 비스듬하게 형성되는 틸팅이 생긴다고 하는 과제가 있다.
그래서, 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치에서는, 웨이퍼(W)의 에지부의 홀의 형상을 진원으로 하고, 또한, 틸팅을 막아, 상기 과제를 해결한다. 이하, 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 일례에 대해서 설명하고, 상기 플라즈마 처리 장치(1)를 사용한 직류 전압(이하, 「DC 전압」이라고도 함)의 제어에 대해서 설명한다.
[플라즈마 처리 장치의 전체 구성]
도 1은 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 일례를 나타낸 도면이다. 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)는, 용량 결합형의 평행 평판 플라즈마 처리 장치로서, 예컨대 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄을 포함하는 원통형의 처리 용기(10)를 갖고 있다. 처리 용기(10)는 접지되어 있다.
처리 용기(10)의 바닥부에는, 세라믹스 등을 포함하는 절연판(12)을 통해 원주형(圓柱狀)의 지지대(14)가 배치되고, 이 지지대(14) 위에 예컨대 알루미늄을 포함하는 스테이지(16)가 설치되어 있다. 스테이지(16)는 하부 전극을 구성하며, 그 위에 정전척(20)을 통해 피처리체의 일례인 웨이퍼(W)가 놓여진다.
스테이지(16)의 상면에는, 웨이퍼(W)를 정전력으로 흡착 유지하는 정전척(20)이 설치되어 있다. 정전척(20)은, 도전막을 포함하는 전극(20a)을 절연층(20b) 사이에 둔 구조를 가지며, 전극(20a)에는 직류 전원(22)이 접속되어 있다. 그리고, 직류 전원(22)으로부터의 직류 전압에 의해 발생한 쿨롱력 등의 정전력에 의해 웨이퍼(W)가 정전척(20)에 흡착 유지된다.
스테이지(16) 위로서 웨이퍼(W)의 둘레부에는, 예컨대 실리콘을 포함하는 도전성의 에지링(24)이 배치되어 있다. 에지링(24)은 포커스링이라고도 한다. 스테이지(16) 및 지지대(14)의 측면에는, 예컨대 석영을 포함하는 원통형의 내벽 부재(26)가 설치되어 있다.
지지대(14)의 내부에는, 예컨대 원주(圓周) 위에 냉매실(28)이 마련되어 있다. 냉매실(28)에는, 외부에 설치된 칠러 유닛으로부터 배관(30a, 30b)을 통해 미리 정해진 온도의 냉매, 예컨대 냉각수가 순환 공급되고, 냉매의 온도에 의해 스테이지(16) 위의 웨이퍼(W)의 처리 온도가 제어된다. 또한, 냉매는, 배관(30a, 30b)에 순환 공급되는 온도 조정용 매체의 일례이며, 온도 조정용 매체는, 스테이지(16) 및 웨이퍼(W)를 냉각할 뿐만 아니라, 가열하는 경우도 있을 수 있다. 또한, 전열 가스 공급 기구로부터의 전열 가스, 예컨대 He 가스가 가스 공급 라인(32)을 통해 정전척(20)의 상면과 웨이퍼(W)의 이면 사이에 공급된다.
스테이지(16)의 위쪽에는, 스테이지(16)와 대향하도록 평행하게 상부 전극(34)이 설치되어 있다. 상부 전극(34)과 하부 전극 사이의 공간은 플라즈마 처리 공간이 된다. 상부 전극(34)은, 스테이지(16) 위의 웨이퍼(W)와 대향하여 플라즈마 처리 공간과 접하는 면, 즉 대향면을 형성한다.
상부 전극(34)은, 절연성의 차폐 부재(42)를 통해, 처리 용기(10)의 상부에 지지되어 있다. 상부 전극(34)은, 스테이지(16)와의 대향면을 구성하고 또한 다수의 가스 토출 구멍(37)을 갖는 전극판(36)과, 이 전극판(36)을 착탈 가능하게 지지하고, 도전성 재료, 예컨대 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄을 포함하는 전극 지지체(38)를 갖는다. 전극판(36)은, 실리콘이나 SiC로 구성되는 것이 바람직하다. 전극 지지체(38)의 내부에는, 가스 확산실(40)이 마련되고, 이 가스 확산실(40)로부터는 가스 토출 구멍(37)에 연통하는 다수의 가스 통류 구멍(41)이 아래쪽으로 연장되어 있다.
전극 지지체(38)에는, 가스 확산실(40)로 처리 가스를 유도하는 가스 도입구(62)가 형성되어 있고, 이 가스 도입구(62)에는 가스 공급관(64)이 접속되며, 가스 공급관(64)에는 처리 가스 공급원(66)이 접속되어 있다. 가스 공급관(64)에는, 상류측에서부터 차례로 매스플로우 컨트롤러(MFC)(68) 및 개폐 밸브(70)가 설치되어 있다. 그리고, 처리 가스 공급원(66)으로부터, 에칭을 위한 처리 가스가 가스 공급관(64)으로부터 가스 확산실(40)에 도달하고, 가스 통류 구멍(41)을 통해 가스 토출 구멍(37)으로부터 샤워형으로 플라즈마 처리 공간에 토출된다. 이와 같이 하여 상부 전극(34)은 처리 가스를 공급하기 위한 샤워 헤드로서 기능한다.
에지링(24)에는, 가변 직류 전원(50)이 전기적으로 접속되고, 가변 직류 전원(50)으로부터 직류 전압이 인가된다. 가변 직류 전원(50)으로부터 공급되는 직류 전압 및 직류 전류의 극성 및 전류·전압과, 이들을 온·오프하는 전자 스위치의 제어는, 제어부(200)에 의해 행해진다.
스테이지(16)에는, 급전봉(47) 및 정합기(46)를 통해 제1 고주파 전원(48)이 접속되어 있다. 제1 고주파 전원(48)은, 스테이지(16)에 LF 전력을 인가한다. 이것에 의해, 스테이지(16) 위의 웨이퍼(W)에 이온이 인입된다. 제1 고주파 전원(48)은, 200kHz∼13.56MHz의 범위 내의 주파수의 고주파 전력을 출력한다. 정합기(46)는 제1 고주파 전원(48)의 내부 임피던스와 부하 임피던스를 정합시킨다.
스테이지(16)에는, 급전봉(89) 및 정합기(88)를 통해 제2 고주파 전원(90)이 접속되어 있다. 제2 고주파 전원(90)은, 스테이지(16)에 HF 전력을 인가한다. HF의 주파수는, 13.56MHz 이상, 예컨대 100MHz여도 좋다. LF의 주파수는 HF의 주파수보다 낮고, 예컨대 400 kHz여도 좋다. 정합기(88)는, 제2 고주파 전원(90)의 내부 임피던스와 부하 임피던스를 정합시킨다. 스테이지(16)에는, 미리 정해진 고주파를 그라운드에 통과시키기 위한 필터(94)가 접속되어도 좋다. 또한, 제2 고주파 전원(90)으로부터 공급되는 HF 전력을, 상부 전극(34)에 인가하여도 좋다.
처리 용기(10)의 바닥부에는 배기구(80)가 설치되고, 이 배기구(80)에 배기관(82)을 통해 배기 장치(84)가 접속되어 있다. 배기 장치(84)는, 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 갖고 있고, 처리 용기(10) 내를 원하는 진공도까지 감압 가능해진다. 또한, 처리 용기(10)의 측벽에는 웨이퍼(W)의 반입출구(85)가 설치되어 있고, 이 반입출구(85)는 게이트 밸브(86)에 의해 개폐 가능하다. 또한, 처리 용기(10)의 내벽을 따라 처리 용기(10)에 에칭 부생물(디포지션)이 부착되는 것을 방지하기 위한 디포지션 실드(11)가 착탈 가능하게 설치되어 있다. 즉, 디포지션 실드(11)가 처리 용기벽을 구성하고 있다. 또한, 디포지션 실드(11)는, 내벽 부재(26)의 외주에도 설치되어 있다. 처리 용기(10)의 바닥부의 처리 용기벽측의 디포지션 실드(11)와 내벽 부재(26)측의 디포지션 실드(11) 사이에는 배기 플레이트(83)가 설치되어 있다. 디포지션 실드(11) 및 배기 플레이트(83)로는, 알루미늄재에 Y2O3 등의 세라믹스를 피복한 것을 이용할 수 있다.
이러한 구성의 플라즈마 처리 장치에 있어서 에칭 처리를 행할 때에는, 우선, 게이트 밸브(86)를 개방 상태로 하여, 반입출구(85)를 통해 에칭 대상인 웨이퍼(W)를 처리 용기(10) 내로 반입하고, 스테이지(16) 위에 배치한다. 그리고, 처리 가스 공급원(66)으로부터 에칭을 위한 처리 가스를 미리 정해진 유량으로 가스 확산실(40)로 공급하고, 가스 통류 구멍(41) 및 가스 토출 구멍(37)을 통해 처리 용기(10) 내로 공급한다. 또한, 배기 장치(84)에 의해 처리 용기(10) 내를 배기하고, 그 안의 압력을 예컨대 0.1∼150 Pa의 범위 내의 설정치로 한다. 여기서, 처리 가스로는, 종래 이용되고 있는 여러 가지의 것을 채용할 수 있고, 예컨대 C4F8 가스와 같은 플루오로카본 가스(CxFy)로 대표되는 할로겐 원소를 함유하는 가스를 적합하게 이용할 수 있다. 또한, Ar 가스나 O2 가스 등의 다른 가스가 포함되어 있어도 좋다.
이와 같이 처리 용기(10) 내에 에칭 가스를 도입한 상태에서, 제2 고주파 전원(90)으로부터 HF 전력을 스테이지(16)에 인가한다. 또한, 제1 고주파 전원(48)으로부터 LF 전력을 스테이지(16)에 인가한다. 또한, 직류 전원(22)으로부터 직류 전압을 전극(20a)에 인가하고, 웨이퍼(W)를 스테이지(16)에 유지한다. 또한, 가변 직류 전원(50)으로부터 음의 직류 전압을 에지링(24)에 인가한다.
상부 전극(34)의 가스 토출 구멍(37)으로부터 토출된 처리 가스는, 주로 HF 전력에 의해 해리 및 전리되어 플라즈마가 생성된다. 플라즈마 내의 라디칼이나 이온에 의해 웨이퍼(W)의 피처리면이 에칭된다. 또한, 스테이지(16)에 LF 전력을 인가함으로써, 플라즈마 내의 이온을 제어하고, 고어스펙트비의 홀의 에칭을 가능하게 하는 등, 플라즈마의 제어 마진을 넓힐 수 있다.
플라즈마 처리 장치(1)에는, 장치 전체의 동작을 제어하는 제어부(200)가 설치되어 있다. 제어부(200)는, ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory) 등의 메모리에 저장된 레시피에 따라, 에칭 등의 원하는 플라즈마 처리를 실행한다. 레시피에는, 프로세스 조건에 대한 장치의 제어 정보인 프로세스 시간, 압력(가스의 배기), 고주파 전력이나 전압, 각종 가스 유량, 처리 용기 내 온도(상부 전극 온도, 처리 용기의 측벽 온도, 웨이퍼(W) 온도, 정전척 온도 등), 칠러로부터 출력되는 냉매의 온도 등이 설정되어 있다. 또한, 이들 프로그램이나 처리 조건을 나타내는 레시피는, 하드 디스크나 반도체 메모리에 기억되어도 좋다. 또한, 레시피는, CD-ROM, DVD 등의 가반성(可搬性) 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체에 수용된 상태로 미리 정해진 위치에 세트되어, 독출되도록 하여도 좋다.
예컨대, 제어부(200)는, 가변 직류 전원(50)으로부터 출력되는 음의 직류 전압을, 바이어스 파워의 전달 경로로 측정되는, 전압, 전류, 전자계, 발생한 플라즈마의 발광 주기 또는 웨이퍼(W)(하부 전극) 위의 플라즈마의 시스 두께의 변화(이하, 「주기적으로 변동하는 파라미터」라고도 함)의 각 주기 내의 부분 기간에 인가하고, 음의 직류 전압의 온과 오프를 교대로 반복하도록 제어하여도 좋다. 제2 고주파 전원(90)으로부터 출력되는 HF의 전압을, 주기적으로 변동하는 파라미터의 각 주기 내의 부분 기간에 인가하고, HF의 전압의 온과 오프를 교대로 반복하도록 제어하여도 좋다. 이것에 의해, 웨이퍼(W)의 에지부의 홀의 형상을 진원으로 하고, 또한, 틸팅을 막을 수 있다.
바이어스 파워의 전달 경로란, 제1 고주파 전원(48)→정합기(46)→급전봉(47)→스테이지(16)→플라즈마→상부 전극(34)→(그라운드)를 말한다. 바이어스 파워의 전달 경로로 측정되는 전압, 전류, 전자계란, 제1 고주파 전원(48)으로부터 정합기(46)의 내부 및 급전봉(47)을 통해 스테이지(16)에 이르기까지의 파트와 상부 전극(34)으로 측정되는 전압, 전류, 전자계, 또는, 플라즈마로 측정되는 전자계를 말한다.
음의 직류 전압은, 후술하는 제1 상태와 제2 상태를 주기적으로 반복하고, 제1 상태는, 주기적으로 변동하는 파라미터의 각 주기 내의 부분 기간에 인가되며, 제2 상태를 제1 상태와 연속하여 인가하도록 제어된다.
주기적으로 변동하는 파라미터는, 스테이지(16)로부터 급전봉(47)을 통해 접속되는 정합기의 내부까지의 어느 하나의 부재에 있어서 측정되는 전압, 전류 또는 전자계 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
직류 전압의 온·오프 또는 절대치의 High·Low를, 바이어스 파워의 고주파 혹은 펄스파의 주기에 동기하는 신호, 또는 바이어스 파워의 전달 경로(급전계)로 측정된 전압, 전류 또는 전자계 중 어느 하나의 1주기 내의 위상에 동기시키도록 제어하여도 좋다. 예컨대, 제어부(200)는, DC 전압의 온·오프 또는 High·Low를 LF의 전압 또는 전류의 1주기 내의 위상에 동기시키도록 제어하여도 좋다.
또한, 바이어스 파워의 고주파 혹은 펄스파의 주기에 동기하는 신호의 상태, 또는 바이어스 파워의 급전계로 측정된 전압, 전류 또는 전자계 중 어느 하나를 「기준 전기 상태」라고도 한다. DC 전압은, 기준 전기 상태의 1주기 내의 위상과 동기하여 후술하는 제1 상태와 제2 상태로 교대로 인가하도록 제어되게 하여도 좋다.
바이어스 파워의 전달 경로에 의해 주기적으로 변동하는 파라미터를 측정하는 방법으로는, 바이어스 파워의 전달 경로 중 어느 하나의 파트 근방에 전압 센서, 전류 센서 또는 BZ 센서(유도 자장을 측정하는 센서)를 설치함으로써 각 파트의 전압, 전류 또는 유도 자장을 계측하는 방법을 일례로서 들 수 있다. 또한, 도 2에는, 전압 센서(300)를 도시하였지만, 이것에 한정되지 않고, 전류 센서 또는 BZ 센서여도 좋다. 또한, 상기 각 센서의 배치는, 급전봉(47)에 접속되는 것이 바람직하지만, 이것에 한정되지 않는다. 전압 센서(300) 등의 센서로부터의 신호는, 예컨대 제어부(200)의 신호 발생 회로(102)에 입력된다.
또한, 플라즈마의 발광 주기, 웨이퍼(W) 위의 플라즈마의 시스 두께의 변화의 주기를 지표로 하여도 좋다. 플라즈마의 발광 주기는, 포토다이오드, 포토마이크로 센서 등으로 검출할 수 있다. 시스 두께에 대해서는, ICCD 카메라 등을 이용하여 나노 sec의 간격(예컨대 10∼250 nsec)으로 셔터를 누르고, 이것에 의해, 시스 두께의 변화를 측정할 수 있다.
또한, 스테이지(16)는, 웨이퍼(W)를 배치하는 전극(하부 전극)의 일례이다. 상부 전극은, 하부 전극과 대향하는 전극의 일례이다. 제1 고주파 전원(48)은, 하부 전극에 바이어스 파워를 공급하는 바이어스 전원의 일례이다. 제2 고주파 전원(90)은, 하부 전극 또는 상부 전극에 바이어스 파워보다 높은 주파수의 소스 파워를 공급하는 소스 전원의 일례이다. 가변 직류 전원(50)은, 에지링(24)에 직류 전압을 공급하는 직류 전원의 일례이다. 소스 전원은, 처리 용기(10) 내에 플라즈마를 공급하는 플라즈마 생성원에 상당한다.
제어부(200)는, 바이어스 전원, 소스 전원 및 직류 전원을 제어하는 제어부의 일례이다. 바이어스 파워를 인가하는 하부 전극(스테이지(16))의 전위를, 전극 전위라고도 한다.
[제어부의 구성]
제어부(200)의 구체적 구성에 대해서, 도 2를 참조하여 설명한다. 제어부(200)는, 프로세서(100), 신호 발생 회로(102), 방향성 결합기(105, 108), 전력 미터(111), 오실로스코프(112)를 갖는다. 단, 전력 미터(111), 오실로스코프(112), 방향성 결합기(108)는 설치하지 않아도 좋다.
제1 고주파 전원(48)의 급전 라인에는, 제1 고주파 전원(48)과 정합기(46) 사이에 방향성 결합기(105)가 접속되어 있다. 제2 고주파 전원(90)의 급전 라인에는, 제2 고주파 전원(90)과 정합기(88) 사이에 방향성 결합기(108)가 접속되어 있다.
방향성 결합기(105)는, LF의 진행파 파워의 일부를 오실로스코프(112)에 부여한다. 방향성 결합기(108)는, HF의 진행파 파워의 일부를 오실로스코프(112)에 부여한다. 일 실시형태에 있어서, 오실로스코프(112)에 표시되는 LF의 주파수는, 예컨대 400kHz이며, HF의 주파수는, 예컨대 100MHz이다. 이것에 의해, 오실로스코프(112)에서는, LF의 진행파의 파형과 HF의 진행파의 파형을 관찰할 수 있다.
방향성 결합기(108)는, HF의 진행파의 일부를 전력 미터(111)에 부여한다. 전력 미터(111)는, HF의 진행파의 전력량을 계량한다.
방향성 결합기(105)는, LF의 진행파의 일부를 프로세서(100)에 부여한다. 프로세서(100)는, LF의 진행파에 동기시키는 DC용의 동기 신호를 작성한다. 예컨대, 프로세서(100)는, LF의 진행파의 양의 타이밍에 동기시켜 DC용의 동기 신호를 작성하여도 좋다. 또한, 방향성 결합기(105) 대신에, 상기 센서를 이용하여 검출한 LF의 파형을 프로세서(100)에 부여하여도 좋다.
프로세서(100)는, 작성한 동기 신호를 신호 발생 회로(102)에 부여한다. 신호 발생 회로(102)는, 부여된 동기 신호로부터 LF의 진행파에 동기하는 제어 신호를 발생하여, 가변 직류 전원(50) 및 제1 고주파 전원(48)에 부여한다.
제어 신호의 생성 방법에는, 이하의 2가지가 있다. 제1 고주파 전원(48)이 일반적인 전원인 경우, 방향성 결합기(105)가 제1 고주파 전원(48)으로부터 출력되는 LF 전력의 일부를 파형으로서 취출하여, 프로세서(100)에 입력한다. 단, 이것에 한정되지 않고, 프로세서(100)가, 제1 고주파 전원(48)으로부터 직접, LF 전력의 일부를 입력하여도 좋다. 프로세서(100)는, 입력한 파형의 신호에 동기시켜 또는 상기 신호로부터 임의의 지연과 임의의 폭을 갖는 온 신호를 작성하여, 신호 발생 회로(102)에 송신한다. 프로세서(100)는, 제1 고주파 전원(48)으로부터 LF 전력의 일부를 입력하지 않고, 제1 고주파 전원(48)을 제어하기 위한 LF의 신호를 스스로 생성하고, 그 LF의 신호에 동기시켜 또는 상기 신호로부터 임의의 지연과 임의의 폭을 갖는 온 신호를 작성하여도 좋다. 온 신호는, 동기 신호의 일례이다.
신호 발생 회로(102)는, 온 신호인 동안, 직류 전압을 발생시키기 위해 가변 직류 전원(50)에 지령 신호를 보낸다. 지령 신호에는, 가변 직류 전원(50)의 입력 형태에 따라, 온 신호인 동안, 직류 전압을 발생시키는 제어 신호 또는 온 신호 그 자체가 사용된다. 마찬가지로, 신호 발생 회로(102)는, 온 신호인 동안, HF 전력을 발생시키기 위해서 제2 고주파 전원(90)에 지령 신호를 보내도록 하여도 좋다.
제1 고주파 전원(48)이 LF 전력, 전압 또는 전류를 증폭하는 앰프인 경우, 방향성 결합기(105)로부터의 신호는 사용하지 않고, 신호 발생 회로(102)가 제1 고주파 전원(48)으로부터 출력되는 LF의 일부를 파형으로서 취출하여, 상기 파형의 신호로부터 임의의 지연과 임의의 폭을 갖는 온 신호를 작성하여도 좋다. 신호 발생 회로(102)는, 상기 파형의 신호 및 온 신호를 가변 직류 전원(50)에 송신한다.
예컨대, 가변 직류 전원(50) 대신에 도시하지 않은 교류 전원을 구비하고, 교류 전원을 에지링(24)에 전기적으로 접속하며, 제어(온) 신호에 기초하여 교류 전원으로부터 고주파 전압을 에지링(24)에 인가하여도 좋다. 가변 직류 전원(50) 및 교류 전원은, 에지링(24)에 음의 직류 전압 및 고주파 전압 중 적어도 어느 하나를 공급하는 전원의 일례이다.
또한, 도 3a에 도시된 바와 같이, 제1 고주파 전원(48)으로부터 출력되는 LF의 일부를 제어부(200)에 설치된 위상 시프트 회로(210)에 입력하고, 위상 시프트 회로(210)에 의해 LF의 위상을 소정량 시프트시킨 고주파 전압을 에지링(24)에 인가하여도 좋다.
위상 시프트 회로(210)에 의해 LF의 위상을 소정량 시프트하는 대신에, 제1 고주파 전원(48)으로부터 출력되는 LF의 파형으로부터 임의의 지연과 임의의 폭을 갖는 고주파 전압을 생성하고, 생성된 고주파 전압을 에지링(24)에 인가하여도 좋다.
단, 이상의 제어 신호의 생성 방법은 일례이며, 이것에 한정되지 않는다. 부여된 주기적으로 변동하는 파라미터의 각 주기 내의 부분 기간에 음의 직류 전압과 고주파 전압 중 적어도 어느 하나를 인가하도록 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있으면, 도 2에 도시된 제어부(200)의 회로에 한정되지 않고, 다른 하드웨어 또는 소프트웨어를 사용할 수 있다. 직류 전압의 경우, 예컨대, 온과 오프가 교대로 반복되도록 제어하는 제어 신호를 생성하여도 좋다.
제1 고주파 전원(48)의 앰프는, 400kHz의 LF의 변조 신호의 진폭(AM: amplitude modulation)을 증폭하여, 하부 전극에 공급한다. 제2 고주파 전원(90)의 앰프는, 100MHz의 HF의 변조 신호의 진폭을 증폭하여, 하부 전극에 공급한다.
신호 발생 회로(102)는, 부여된 동기 신호로부터 바이어스 파워의 전달 경로로 측정되는, 주기적으로 변동하는 파라미터의 각 주기 내의 부분 기간에 음의 직류 전압을 인가하고, 음의 직류 전압의 절대치가 High와 Low가 교대로 반복되도록 제어하는 제어 신호를 발생하여, 가변 직류 전원(50)에 부여하여도 좋다. 신호 발생 회로(102)는, 부여된 동기 신호로부터 바이어스 파워의 전달 경로로 측정되는, 주기적으로 변동하는 파라미터의 각 주기 내의 부분 기간에 고주파 전압을 인가하고, 고주파 전압이 High와 Low가 교대로 반복되도록 제어하는 제어 신호를 발생하여, 제2 고주파 전원(90)에 부여하여도 좋다.
예컨대, 도 3b 및 도 3c는 바이어스 파워의 전송 경로(급전계)로 측정된 전압, 전류 또는 전자계 중 어느 하나를 「기준 전기 상태」로 하는 경우의 일례이다. 예컨대 도 3b에서는, 프로세서(100)가 전송 경로에 부착된 VI 프로브 등의 센서로부터 HF의 전압 또는 전류, LF의 전압 또는 전류, HF의 위상 신호 또는 LF의 위상 신호 중 어느 하나를 입력한다. 프로세서(100)는, 입력한 HF의 전압 또는 전류, LF의 전압 또는 전류, HF의 위상 신호 또는 LF의 위상 신호 중 어느 하나를 나타내는 기준 전기 상태의 1주기 내의 위상과 동기하여 DC 전압을 제1 상태와 제2 상태로 교대로 인가한다.
프로세서(100)는, 센서로부터의 신호에 기초하지 않고 제1 고주파 전원(48)으로부터 출력되는 바이어스 파워의 고주파 혹은 펄스파의 주기에 동기하는 신호를 생성하여도 좋다. 이 경우, 상기 신호의 상태를 기준 전기 상태로 할 수 있다. 또한, 바이어스 파워의 급전계로 기준 전기 상태를 측정하는 공정을 생략할 수 있다. 예컨대 도 3c에서는, 프로세서(100)가, 제1 고주파 전원(48)으로부터 LF의 위상 신호(소전력 파형) 또는 바이어스 파워의 정보에 관한 신호를 입력하고, 이 입력 신호에 기초하여 바이어스 파워의 고주파 혹은 펄스파의 주기에 동기하는 신호를 생성한다. 프로세서(100)는, 생성된 신호를 가변 직류 전원(50)에 출력한다. 가변 직류 전원(50)은, 이 신호에 기초하여 소스 파워를 제1 상태와 제2 상태로 교대로 인가한다.
또한, 도 3d에 도시된 바와 같이, 프로세서(100)는, 제1 고주파 전원(48)으로부터의 신호를 이용하지 않고, 제1 고주파 전원(48)을 제어하기 위한 신호를 생성하고, 그 생성된 신호에 동기하는 신호를 생성함으로써, 제1 고주파 전원(48)으로부터 출력된 바이어스 파워의 고주파 혹은 펄스파의 주기에 동기하는 신호를 생성하여도 좋다. 이 경우, 프로세서(100)는, 제1 고주파 전원(48)을 제어하는 LF의 신호(예컨대 도 5 등 참조)를 생성함과 더불어, 이 생성된 신호에 동기하는, 예컨대 도 5의 DC 전압의 신호를 생성한다. 프로세서(100)는, 생성된 LF의 신호를 제1 고주파 전원(48)에 송신하고, 생성된 DC 전압의 신호를 가변 직류 전원(50)에 송신한다. 제1 고주파 전원(48)은, LF의 신호에 기초하여 바이어스 파워를 출력한다. 가변 직류 전원(50)은, DC 전압의 신호에 기초하여 DC 전압을 제1 상태와 제2 상태로 교대로 인가한다. 생성된 LF의 신호 및 DC 전압의 신호에는, 파워 정보가 포함된다.
[플라즈마 전위와 웨이퍼 전위와 시스 두께]
도 4는 플라즈마 전위(Plasma potential)와 웨이퍼 전위(Wafer potential)와 시스 두께의 관계를 설명한 도면이다. 웨이퍼 전위는, 전극 전위와 거의 동일하다. 도 4의 (a)의 횡축은 시간, 종축은 웨이퍼(W)의 전위를 나타낸다. 도 4는 100MHz의 주파수의 HF 전력과 400kHz의 주파수의 LF의 전력을 스테이지(16)에 인가하고, 그 때의 웨이퍼(W)의 전위를 실측한 결과를 나타낸다. 웨이퍼(W)의 전위는, 기본적으로 선 a에 나타내는 400kHz의 저주파수의 LF Vpp의 진폭으로 표시되고, 선 b에 나타내는 100MHz의 고주파수의 HF 전력이 LF의 전력에 중첩됨으로써 HF Vpp의 폭으로 진동한다.
플라즈마 전위는, 처리 용기(10) 내의 가장 높은 전위보다 약간 높은 전위로 되어 있다. 중첩하여 스테이지(16)에 인가되는 LF와 HF 중, 주로 저주파수의 LF에 의해 웨이퍼의 전위가 정해지고, 플라즈마 전위와 웨이퍼(W) 전위의 전위차는, 웨이퍼(W) 전위가 양의 위상, 즉 영역 A로 나타내는 웨이퍼(W)의 전위가 양의 영역 또는 그 근방에서 작아지고, 웨이퍼(W) 전위가 음으로 큰 위상, 즉 영역 B로 나타내는 웨이퍼(W)의 전위가 음으로 깊은 영역에서는 매우 커지는 것을 알 수 있다.
시스의 두께는 식 (1)에 의해 구해지고, 플라즈마 전위와 웨이퍼(W) 전위의 전위차에 거의 비례한다.
Figure 112019103340498-pat00001
여기서, Vdc는 자기 바이어스, Te는 플라즈마 온도, Ne는 플라즈마 밀도, ε0는 진공의 유전율, e는 전기소량(電氣素量)이다.
이것에 따르면, 웨이퍼(W) 전위가 양의 위상의 경우, 플라즈마 전위와 웨이퍼(W) 전위의 전위차 및 플라즈마 전위와 에지링(24) 전위의 전위차는 작아지고, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 웨이퍼(W) 및 에지링(24) 위의 시스의 두께는 얇아진다.
이 결과, 웨이퍼(W)의 에지부의, 에지링(24) 사이에 형성된 간극(S)에 플라즈마가 들어가, 시스에 왜곡이 생긴다. 이 때문에, 간극(S)에서는, 이 시스의 왜곡에 의해 웨이퍼(W)의 외주측의 이온은, 웨이퍼(W)의 에지부에서는 웨이퍼(W)의 내측을 향해 비스듬하게 입사된다.
한편, 웨이퍼(W) 전위가 음으로 큰 위상일 때, 즉 영역 B에서는, 플라즈마 전위와 웨이퍼(W) 전위의 전위차 및 플라즈마 전위와 에지링(24) 전위의 전위차는 커지고, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이 웨이퍼(W) 및 에지링(24) 위의 시스 두께는 두꺼워진다.
따라서, 웨이퍼(W) 전위가 음으로 큰 위상일 때, 간극(S)에 있어서의 시스의 왜곡은 없고, 이온은, 시스 중에서 충분히 가속하여, 웨이퍼(W)의 에지부에 있어서도 웨이퍼(W)에 수직으로 입사된다.
이와 같이 하여 웨이퍼(W)의 에지부에서는, 간극(S)에 있어서의 시스의 왜곡의 유무가 주기적으로 반복됨으로써, 웨이퍼(W) 전위에 의해 이온이 웨이퍼(W)에 비스듬하게 입사되거나, 수직으로 입사되거나 하는 것이 주기적으로 연속적으로 반복된 결과, 웨이퍼(W)의 에지부에서 홀이 타원 형상이 된다고 생각된다.
한편, 간극(S)이 없으면 상기 시스의 왜곡은 발생하지 않는다. 그러나, 웨이퍼(W)는 1장씩 반송되고, 스테이지(16)에 놓여질 때마다 약간 위치가 어긋난다. 따라서, 웨이퍼(W)로부터 에지링(24)까지의 사이에는, 웨이퍼(W)에 위치 어긋남이 생겨도 웨이퍼(W)가 에지링(24)에 접촉하지 않도록 간극(S)을 마련할 필요가 있다.
또한, 최근, LF가 수MHz에서 수100kHz까지 저주파수화하고 있고, 웨이퍼(W)의 에지부에서 홀의 진원도가 무너지거나, 틸팅이 발생하거나 하는 것이 현재화하고 있다. 즉, LF가 수MHz 정도일 때에는, 시스의 두께가 LF의 주기로 변화되어도 이온은 무겁기 때문에, 이온의 가속 방향이 명확히 구별되지 않고, LF의 자기 바이어스 Vdc에 의해 거의 일정한 에너지로 입사되며, 이온의 입사각의 변화는 적었다.
한편, 예컨대, LF가 수100kHz로 낮으면, 시스가 두꺼운 타이밍과 얇은 타이밍에서, 이온의 가속 방향이 명확히 구별되게 되고, 웨이퍼 전위 또는 전극 전위가 양일 때와 음일 때로 이온의 입사각이 변화되는 것이 주기적으로 연속적으로 반복되고, 웨이퍼(W)의 에지부에서 홀이 타원 형상으로 형성되기 쉽게 된다.
그래서, 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 웨이퍼 전위 또는 전극 전위에 대응하여 에지링(24)에 음의 직류 전압을 인가하고, 에지링(24)에 있어서의 시스의 두께를 제어한다. 이것에 의해, 웨이퍼(W)에 진원도가 높은 홀을 형성하고, 또한, 틸팅의 발생을 방지하여 에칭 형상을 수직으로 할 수 있다.
[음의 직류 전압의 인가 방법과 그 효과]
본 실시형태에 따른 음의 직류 전압의 인가 방법과 그 효과에 대해서, 도 5를 참조하면서 설명한다. 도 5는 일 실시형태에 따른 음의 직류 전압의 인가 방법의 일례와, 그 효과의 일례를 나타낸 도면이다. 도 5의 (a)의 횡축은 시간, 종축은 웨이퍼(W)의 전위를 나타낸다. 도 5, 도 6, 도 8에서는, Vdc가 깊고, 큰 Vpp으로 진동하는 LF에 HF가 중첩되고, HF는 작은 Vpp에 의해 진동하고 있는 것이 도시되어 있다.
제어부(200)는, 전극 전위가 양의 타이밍에 따라 에지링(24)에 인가하는 음의 직류 전압을 제어한다. 이하에서는, 에지링(24)에 인가하는 직류 전압의 제어를 설명한다.
에지링(24)에 인가하는 직류 전압을 제어하는 방법의 일례로서, 제어부(200)는, 전극 전위가 양의 타이밍에 동기하여 에지링(24)에 음의 직류 전압을 인가하여도 좋다. 또한, 제어부(200)는, 전극 전위가 0의 근방의 타이밍에, 에지링(24)에 음의 직류 전압을 인가하여도 좋다. 또한, 제어부(200)는, 전극 전위가 자기 바이어스 Vdc보다 0에 가까운 타이밍에, 에지링(24)에 음의 직류 전압을 인가하여도 좋다. 또한, 제어부(200)는, 전극 전위가 음으로 가장 깊은 시간대 이외일 때에, 에지링(24)에 음의 직류 전압을 인가하여도 좋다. 또한, 제어부(200)는, 웨이퍼(W)의 둘레부부와 에지링(24)과의 간극(S)에 플라즈마가 들어가지 않도록 또는 경험칙에 의해 홀이 진원으로 형성되도록 음의 직류 전압을 제어하여도 좋다.
전극 전위가 양일 때, 시스는 얇아진다. 따라서, 이 때에 음의 직류 전압(예컨대, 도 5의 영역 A에 나타내는 DC 전압(d1))을 에지링(24)에 인가함으로써, 에지링(24)의 전위는, 도 5의 (a)의 선 c에 나타내는 전위로 제어된다. 이것에 의해, 웨이퍼(W) 전위와 플라즈마 전위의 전위차가 작은 영역 A의 타이밍에 있어서 상기 전위차를 크게 함으로써, 에지링(24) 위의 시스를 두껍게 할 수 있다. 즉, 전극 전위가 양 또는 양의 근방일 때에 음의 직류 전압을 인가함으로써, 시스를 도 5의 (b)에서 도 5의 (c)의 상태로 두껍게 할 수 있다. 이것에 의해, 웨이퍼(W)의 둘레부의 간극(S)에 플라즈마가 들어가는 것을 회피할 수 있다. 이것에 의해, 웨이퍼(W)의 에지부에서 간극(S)에 있어서의 시스의 왜곡에 의해 이온이 웨이퍼(W)에 비스듬하게 입사되는 것을 회피할 수 있고, 홀이 타원 형상으로 형성되는 것이나, 틸팅을 방지할 수 있다.
단, 음의 직류 전압을 인가하는 타이밍은, 전극 전위가 양의 타이밍에 한정되지 않는다. 그 이외의 타이밍, 예컨대, 전극 전위가 양의 피크를 포함하는 타이밍, 전극 전위가 양의 타이밍에 그 전후의 음의 타이밍을 포함하는 타이밍, 전극 전위가 0의 근방 이외의 타이밍 또는 전극 전위가 자기 바이어스 Vdc보다 깊은 타이밍, 전극 전위가 양의 타이밍 또는 음의 타이밍에 임의의 지연과 임의의 폭을 갖는 시간 등에 음의 직류 전압을 인가하여도 좋다.
또한, 시스를 두껍게 하는 수단으로는, 음의 직류 전압을 연속적으로 인가하는 대신에, LF의 전압의 피크에 대응하는 펄스형의 전력(이하, 「LF 펄스」라고도 함)에 따라 음의 직류 전압 등의 공급 타이밍을 제어하여도 좋다. 덧붙여, HF 전력을 크게 하도록 제어하여도 좋다.
도 7에는, LF 펄스 i에 따라 에지링(24)에 인가하는 음의 직류 전압을 제어하는 방법이 도시되어 있다. 예컨대, 도 7에 도시된 바와 같이, Duty가 30%∼50%의 LF 펄스 i에 따라 에지링(24)에 인가하는 음의 직류 전압을 제어하여도 좋다. 예컨대, LF 펄스 i가 0인 경우, 에지링(24)에 음의 직류 전압을 인가하고, LF 펄스 i가 0 이외인 경우, 음의 직류 전압의 인가를 정지하거나, 그대로 연속하여 음의 직류 전압을 인가하거나, 도 7에 도시된 곡선 c의 LF Vpp의 전압이 되도록 음의 직류 전압을 인가하여도 좋다.
이것에 의해, 웨이퍼(W) 위의 시스가 얇은 영역 A에 있어서도 시스를 두껍게 제어할 수 있어, 웨이퍼(W)의 에지부에 있어서도 진원도가 높은 홀을 형성하고, 또한, 틸팅의 발생을 방지하여 에칭 형상을 수직으로 할 수 있다. 또한, Duty가 30%∼50%인 음의 LF 펄스 i란, 1주기에 있어서 전압이 0인 시간의 비율이 30%∼50%인 파형을 말한다.
에지링(24)에 음의 직류 전압을 연속하여 인가하여도 좋지만, 에지링(24)으로의 음의 직류 전압의 인가를 온·오프하는 경우, 그 조건의 일례로는, 1상한에서 1방향밖에 전류를 흘릴 수 없는 DC 전원이나, DC 전원의 출력에 다이오드 등을 부착하여, 1방향으로밖에 전류가 흐르지 않도록 한 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 플라즈마 전위보다 음으로 크게 하고 싶은 타이밍에 있어서 음의 직류 전압 e1을 인가하고, 그 이외의 타이밍에서는 직류 전압 e2를 0으로 제어하여도 좋다. 이와 같이, 인가하는 음의 직류 전압은, 제1 상태의 제1 전압치 e1이 제2 상태의 제2 전압치 e2보다도 작다.
또한, 1방향밖에 전류를 흘릴 수 없는 전원의 경우, 플라즈마 전위보다 얕은 전위의 음의 직류 전압을 인가하여도, 전류는 흐르지 않고, 시스를 두껍게 하는 효과는 생기지 않는다. 4상한의 전원의 경우, 전압과 전류의 방향이 양 방향이기 때문에, 전원을 보호하기 위해 직류 전압은 절단하지 않고, 웨이퍼(W) 전위에 따라 직류 전압을 인가하는 것이 바람직하다. 도 5에 도시된 바와 같이, 플라즈마 전위보다 음으로 크게 하고 싶은 타이밍에 있어서 음의 직류 전압 d1을 인가하고, 그 이외의 타이밍에서는 도 5에 도시된 곡선 a의 LF Vpp의 전압이 되도록 음의 직류 전압 d2를 인가하여도 좋다. 이 경우에도, 인가하는 음의 직류 전압은, 제1 상태의 제1 전압치 d2가 제2 상태의 제2 전압치 d1보다 작다.
(직류 전압의 인가 방법의 그 밖의 예)
웨이퍼(W) 위의 시스의 두께를 측정하고, 측정한 시스의 두께에 따라 에지링(24)에 인가하는 음의 직류 전압의 값을 제어하여도 좋다. 예컨대, 웨이퍼(W)의 시스의 두께가 미리 정해진 임계치 이하일 때에, 에지링(24)에 인가하는 음의 직류 전압을 인가하여도 좋다. 웨이퍼(W)의 시스의 두께가 임계치를 상회할 때에, 에지링(24)에 인가하는 음의 직류 전압의 공급을 정지하여도 좋다.
또한, 웨이퍼(W)의 시스의 두께가 임계치 이하일 때에, 에지링(24)에 인가하는 음의 직류 전압을 단계적으로 또는 원활하게 변화시키도록 제어하여도 좋다.
전극 전위가 양의 타이밍으로부터 임의의 지연과 임의의 폭을 갖는 시간대에, 에지링(24)에 인가하는 음의 직류 전압을 인가하여도 좋다. 예컨대, 전극 전위가 양의 타이밍으로부터 전후로 미리 정해진 시간만큼 긴 시간대, 전후로 미리 정해진 시간만큼 짧은 시간대, 임의의 시간만큼 전후로 어긋난 시간대에, 에지링(24)에 인가하는 음의 직류 전압을 인가하여도 좋다.
직류 전압은, 제1 전압치를 갖는 제1 상태와, 상기 제1 전압치보다 높은 제2 전압치를 갖는 제2 상태를 주기적으로 반복하고, 상기 전극의 전위의 각 주기 내의 부분 기간에 상기 제1 전압치를 인가하며, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태가 연속하도록 상기 제2 전압치를 제어하는 프로그램을 갖는 기억 매체를 이용하여, 제어부(200)에 의해 제어된다.
[변형례: DC 전압의 인가 방법(틸트 제어)]
다음에, 에지링(24)의 소모에 따른 변형례에 관한 음의 직류 전압의 인가 방법에 대해서, 도 8 및 도 9를 참조하면서 설명한다.
에지링(24)의 소모에 의해 웨이퍼(W)의 시스의 높이와 에지링(24)의 시스의 높이에 단차가 생기면, 웨이퍼(W)의 에지부에 있어서의 에칭 형상이 수직 형상이 되지 않고, 비스듬해지는 틸팅이 생긴다. 이것에 대하여, 에지링(24)의 소모에 따라 에지링(24)에 인가하는 음의 직류 전압의 절대치를 크게 함으로써 시스를 두껍게 할 수 있다.
즉, 변형례에 따른 에지링(24)에 인가하는 직류 전압의 인가 방법에서는, 상기 실시형태에 따른 직류 전압의 인가 방법에 의해 제어되는 음의 직류 전압에 대하여, 에지링(24)의 소모 정도에 따라 음의 직류 전압의 절대치가 커지도록 보정을 행하고, 보정 후의 음의 직류 전압을 에지링(24)에 인가한다. 이것에 의해, 도 8에 도시된 바와 같이, 직류 전압을 인가한 후의 에지링(24)의 전위를, 보정 전의 음의 직류 전압을 인가했을 때의 전위 c에서, 에지링(24)의 소모 정도에 따른 보정 후의 음의 직류 전압을 인가했을 때의 전위 f로 바꿀 수 있다.
이것에 의해, 에지링(24)의 시스의 두께를 에지링(24)의 소모에 따라 두껍게 함으로써, 웨이퍼(W)의 시스와 에지링(24)의 시스의 두께를 가지런히 할 수 있다. 이것에 의해, 웨이퍼(W)의 에지부에 있어서 틸팅의 발생을 억제하고, 또한 진원의 홀을 형성할 수 있다.
제어부(200)는, 전극 전위가 양일 때 및 음일 때의 각각에 있어서, 독립적으로 직류 전압을 보정하는 것이 바람직하다. 예컨대, 제어부(200)는, 전극 전위가 양일 때와 음일 때로 각각 상이한 음의 값에 인가하는 직류 전압을 보정하여도 좋고, 전극 전위가 음일 때에는 음의 직류 전압을 오프하여도 좋다.
제어부(200)는, 에지링(24)의 사용 시간, HF 전력의 인가 시간, HF 전력과 LF 전력의 합계 인가 시간 중 적어도 어느 하나에 기초하여, 에지링(24)의 소모 정도를 예측하여 제어하는 음의 직류 전압을 보정하여도 좋다.
보정 방법으로는, 예컨대, 에지링(24)의 사용 시간, HF 전력의 인가 시간 또는 HF 전력과 LF 전력의 합계 인가 시간에 대한 직류 전압의 보정치를 미리 제어부(200)의 메모리에 기억하여도 좋다. 제어부(200)는, 메모리에 기억한 정보로부터, 에지링(24)의 사용 시간, HF 전력의 인가 시간 또는 HF 전력과 LF 전력의 합계 인가 시간에 의해 에지링(24)의 소모량에 따른 직류 전압의 보정량을 추출하고, 에지링(24)에 인가하는 보정 후의 직류 전압의 값을 결정하여도 좋다.
혹은, 에지링(24)의 소모량에 대한 직류 전압의 보정치를 미리 제어부(200)의 메모리에 기억해 둔다. 제어부(200)는, 에지링(24)의 두께를 실측하여, 에지링(24)의 소모량의 실측치에 따라 메모리에 기억한 정보로부터, 에지링(24)의 소모량에 따른 직류 전압의 보정량을 추출하고, 에지링(24)에 인가하는 보정 후의 직류 전압의 값을 결정하여도 좋다.
전극 전위에 따라 음의 직류 전압을 복수의 단계로 나누어 제어하여도 좋다. 각각의 단계의 전극 전위에 따라 고정 또는 가변의 음의 직류 전압을 인가하는 예를 도 9에 나타낸다. 도 9에서는, 전극 전위(웨이퍼 전위)에 따라 3단계 고정의 상이한 음의 직류 전압이 인가된다. g는 3단계의 음의 직류 전압을 단계적으로 에지링(24)에 인가한 경우의 일례를 나타낸다. 전극 전위에 따라 음의 직류 전위를 에지링(24)에 원활하게 인가하여도 좋다.
이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1) 및 DC의 인가 방법에 따르면, 전극 전위에 따라 직류 전압 등의 인가 타이밍을 제어함으로써, 웨이퍼(W)에 있어서 홀의 타원 형상이나 틸팅의 발생을 억제할 수 있다.
[제어 방법]
이상으로 설명한 바와 같이, 일 실시형태에 따른 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치(1)의 제어 방법은, 바이어스 파워를, 웨이퍼(W)를 배치하는 스테이지(16)에 공급하는 공정과, 음의 직류 전압을 에지링(24)에 공급하는 공정과, 소스 파워를 플라즈마 처리 공간에 공급하는 공정을 포함한다.
본 제어 방법에서는, 음의 직류 전압과 고주파 전압은, 제1 상태와 제2 상태를 주기적으로 반복한다. 상기 음의 직류 전압은, 상기 제1 상태의 제1 전압치가 상기 제2 상태의 제2 전압치보다 작다. 상기 고주파 전압은, 상기 제1 상태의 제1 전압치가 상기 제2 상태의 제2 전압치보다 크다.
또한, 본 제어 방법은, 제1 상태를 바이어스 파워의 전달 경로로 측정되는, 주기적으로 변동하는 파라미터의 각 주기 내의 부분 기간에 인가하고, 제2 상태를 제1 상태와 연속하여 인가하는 제1 제어 공정을 포함한다.
제1 상태 및 제2 상태는, 에지링으로 인가하는 직류 전압이 온 및 오프로 제어되는 상태에 한정되지 않고, 전압치의 절대치가 High 및 Low로 제어되는 상태를 포함한다.
[변형례 1-1∼1-4]
다음에, 일 실시형태의 변형례 1-1∼1-4에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 제어 방법에 대해서 설명한다. 변형례 1-1∼1-4에서는, 바이어스 파워와 DC 전압 중 어느 하나 또는 양쪽을 간헐적으로 정지하는 제어를 행한다. 도 10a∼도 10d는 일 실시형태의 변형례 1-1∼1-4에 따른 제어 방법을 나타낸 타이밍 차트이다.
도 10a의 변형례 1-1에서는, 제1 제어 공정 이외에, DC 전압을, LF 전압에 의해 일례를 나타내는 주기적으로 변동하는 파라미터의 주기와 독립된 주기로 간헐적으로 정지하는 제2 제어 공정을 포함한다. 제1 제어 공정과 제2 제어 공정은 반복하여 실행된다.
변형례 1-1에서는, LF 전압은, 제1 제어 공정 및 제2 제어 공정에 있어서 동일한 주기로 인가된다. 한편, DC의 전압은, 제1 제어 공정에 있어서 제1 상태와 제2 상태를 교대로 1회 이상 반복하고, 제2 제어 공정에 있어서 제1 제어 공정 사이에서 간헐적으로 정지된다.
제1 제어 공정 및 제2 제어 공정에서는, LF의 주파수는, 예컨대 0.1Hz∼100kHz여도 좋다. 도 10a의 변형례 1-1∼도 10d의 변형례 1-4에서는, 에지링의 전위가 제1 상태가 되도록, 전극 전위를 일례로 하는 주기적으로 변동하는 파라미터가 양의 값을 포함하는 부분 기간에 DC 전압 또는 고주파 전압을 인가하고, 제2 상태를 제1 상태와 연속하여 인가한다. DC 전압의 경우, 음의 값이며, 제1 상태의 제1 전압치가 제2 상태의 제2 전압치보다 작다.
도 10a의 변형례 1-1∼도 10d의 변형례 1-4에서는, DC의 전압의 제1 상태가 음의 전압치를 가지며, 제2 상태가 0이다. 또한, DC 전압의 Duty비(=제4 상태/(제3 상태+제4 상태))는, 1%∼99%의 범위 내이면 좋다.
미리 정해진 고주파 전압(이하, 「RF 전압」이라고도 함)을 에지링(24)에 공급하여도 좋다. 이 경우, 제2 고주파 전원(90)으로부터, RF 전압을 에지링(24)에 공급하여도 좋고, 스테이지(16)에 RF 전압을 인가하는 RF 전원을 별도 설치하여도 좋다. RF 전압은, 제1 상태의 제1 전압치가 제2 상태의 제2 전압치보다 크다.
도 10a의 변형례 1-1에 있어서, 제1 제어 공정에 있어서의 LF 전압이 양의 타이밍에 동기한 DC의 전압이 제1 상태를 취하는 것이, 제3 상태의 일례이다. 제2 제어 공정에 있어서의 LF 전압의 주기와 독립된 DC의 전압의 상태는, 제3 상태와 다른 제4 상태의 일례이다.
도 10b의 변형례 1-2에 따른 제어 방법은, 변형례 1-1과 동일한 제1 제어 공정 이외에, 바이어스 파워(LF 전압)를 DC의 전압의 주기와는 독립된 주기로 간헐적으로 정지하는 제3 제어 공정을 포함한다. 제3 제어 공정에 있어서의 바이어스 파워의 상태는, 제4 상태의 일례이다.
변형례 1-2에서는, 제1 제어 공정과 제3 제어 공정이 반복하여 실행된다. 변형례 1-2에서는, 제3 제어 공정에 있어서의 DC의 전압은, 제1 제어 공정과 동일한 주기로 제1 상태와 제2 상태가 반복된다.
또한, 제1 제어 공정에 있어서 LF의 주파수는, 예컨대 0.1Hz∼100Hz여도 좋고, LF의 전압의 Duty비(=제4 상태/(제3 상태+제4 상태))는, 1%∼90%의 범위 내이면 좋다.
도 10c의 변형례 1-3에 따른 제어 방법은, 변형례 1-1과 동일한 제1 제어 공정 이외에, 변형례 1-1의 제2 제어 공정의 DC의 제어와 변형례 1-2의 제3 제어 공정의 LF의 제어가 행해진다. 즉, 변형례 1-3에 있어서의 DC의 전압 및 바이어스 파워의 양쪽을 간헐적으로 정지한 상태는, 제4 상태의 일례이다.
바이어스 파워를 간헐적으로 정지하는 주기와 DC의 전압을 간헐적으로 정지하는 주기는 동기시켜도 좋다. 이 경우, DC 및 바이어스 파워를 간헐적으로 정지하는 주기는, 도 10c에 도시된 바와 같이 일치하여도 좋고, 도 10d에 도시된 바와 같이, DC가 바이어스 파워보다 뒤로 어긋나 있어도 좋으며, DC가 바이어스 파워보다 앞으로 어긋나 있어도 좋다.
또한, 도 10a∼도 10d에서는, 제3 상태에 있어서, 바이어스 파워가 양의 일부의 타이밍에, DC의 전압을 온하고 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 또한, DC의 전압을 주기적으로 온·오프하는 대신에, DC의 전압을 음의 값으로서 주기적으로 절대치가 High·Low가 되도록 제어하여도 좋다.
[변형례 2]
다음에, 일 실시형태의 변형례 2에 따른 제어 방법에 대해서, 도 11을 참조하여 설명한다. 도 11은 일 실시형태의 변형례 2에 따른 제어 방법을 나타낸 타이밍 차트이다.
예컨대, 변형례 2에 따른 제어 방법에서는, 도 11에 도시된 바와 같이 LF 펄스가 스테이지(16)에 인가된다. LF 펄스의 양의 값은, LF의 전압의 양의 피크에 일치하고, LF 펄스의 음의 값은, LF의 전압의 음의 피크에 일치한다.
이 경우, 변형례 2에 따른 제어 방법에서는, 음의 직류 전압 또는 고주파 전압은 제1 상태와 제2 상태를 주기적으로 반복하고, 제1 상태를, LF 펄스의 각 주기 내의 부분 기간에 인가하며, 제2 상태를 제1 상태와 연속하여 인가한다. 이것에 의해서도, 웨이퍼(W)의 에지부의 홀의 타원 형상이나 틸팅의 발생을 막을 수 있다.
예컨대, LF 펄스가 0 또는 양 사이의 일부 또는 전부에 있어서 DC 전압은, 제1 상태의 제1 전압치로 제어되고, LF 펄스가 음 사이의 일부 또는 전부에 있어서 제2 상태의 제2 전압치는, 제1 상태의 제1 전압치보다 커지도록 제어하여도 좋다. 이것에 따르면, LF 펄스가 2치화되어 있고, 이것에 따라 DC의 전압을 2치화하여 제어하기 때문에, 제어가 용이해진다.
[변형례 3-1, 3-2, 3-3, 3-4]
도 12a는 일 실시형태의 변형례 3-1에 따른 제어 방법을 나타낸 타이밍 차트이다. 도 12b는 일 실시형태의 변형례 3-2에 따른 제어 방법을 나타낸 타이밍 차트이다. 도 12c는 일 실시형태의 변형례 3-3에 따른 제어 방법을 나타낸 타이밍 차트이다. 도 12d는 일 실시형태의 변형례 3-4에 따른 제어 방법을 나타낸 타이밍 차트이다. 예컨대, 도 12a 및 도 12b에 도시된 변형례 3-1, 3-2에 따른 제어 방법에서는, 에지링의 전위가 제1 상태가 되도록, 전극 전위를 일례로 하는 주기적으로 변동하는 파라미터가 양의 값을 포함하는 부분 기간에 DC의 전압 또는 고주파 전압을 인가하고, 제2 상태를 제1 상태와 연속하여 인가한다. 도 12c 및 도 12d에 도시된 변형례 3-3, 3-4에 따른 제어 방법에서는, 에지링의 전위가 제1 상태가 되도록, 전극 전위를 일례로 하는 주기적으로 변동하는 파라미터가 음의 값을 포함하는 부분기간에 DC 전압 또는 고주파 전압을 인가하고, 제2 상태를 제1 상태와 연속하여 인가한다. 도 12a에 도시된 변형례 3-1 및 도 12c에 도시된 변형례 3-3에서는, DC의 전압의 제1 상태가, 음의 값으로서 단계적으로 2개 이상의 제1 전압치를 갖는다. 이 경우에도 음의 직류 전압은, 제1 상태의 제1 전압치가 제2 상태의 제2 전압치보다 작다.
고주파 전압을 인가하는 경우에는, 제1 상태의 제1 전압치의 절대치가 제2 상태의 제2 전압치의 절대치보다 크다. 고주파 전압은, 제2 고주파 전원(90)으로부터 에지링(24)에 공급하여도 좋고, 고주파 전압을 인가하는 RF 전원을 별도 설치하여도 좋다.
도 12b에 도시된 변형례 3-2 및 도 12d에 도시된 변형례 3-4에서는, 고주파 전압의 제1 상태가, 원활하게 2개 이상의 제1 전압치를 갖는다. 도 12a 및 도 12b의 어느 경우에도, 제1 상태와 제2 상태는 주기적으로 반복된다.
예컨대, 도 12a에 도시된 변형례 3-1 및 도 12c에 도시된 변형례 3-3에서는, DC의 전압의 제1 상태가, 음의 값으로서 단계적으로 2개 이상의 제1 전압치를 갖는다. 이 경우에도 음의 직류 전압은, 제1 상태의 제1 전압치가 제2 상태의 제2 전압치보다 작다.
고주파 전압을 인가하는 경우에는, 제1 상태의 제1 전압치가 제2 상태의 제2 전압치보다 크다. 고주파 전압은, 제2 고주파 전원(90)으로부터 에지링(24)에 공급하여도 좋고, 고주파 전압을 인가하는 RF 전원을 별도 설치하여도 좋다.
도 12b에 도시된 변형례 3-2 및 도 12d에 도시된 변형례 3-4에서는, 고주파 전압의 제1 상태가, 원활하게 2개 이상의 제1 전압치를 갖는다. 도 12a∼도 12d 중 어느 경우에도, 제1 상태와 제2 상태는 주기적으로 반복된다.
이상으로 설명한 바와 같이, 음의 직류 전압과 고주파 전압은, 제1 상태와 제2 상태를 주기적으로 반복한다. 음의 직류 전압은, 제1 상태의 제1 전압치가 제2 상태의 제2 전압치보다 작고, 고주파 전압은, 제1 상태의 제1 전압치가 제2 상태의 제2 전압치보다 크다.
DC의 전압 및 고주파 전압의 제1 상태는, 전극 전위가 음의 값을 포함하는 부분 기간에 인가하여도 좋다. 변형례 3-1, 3-2에서는, 제1 상태에 있어서의 DC의 전압 또는 RF 전압을 복수의 값으로 제어함으로써, 웨이퍼(W)의 에지부의 홀의 타원 형상이나 틸팅의 발생을 막을 수 있다. 또한, 각 변형례에 따른 제1 상태의 직류 전압 및 RF 전압은, 에지링(24)의 소모 정도에 따라 보정한 값이어도 좋다.
에지링(24)으로 공급하는 RF 전압의 주파수는, 바이어스 파워의 주파수보다 높은 것이 바람직하다. 에지링(24)에 RF 전압을 인가할 때의 RF의 주파수의 적정치에 대해서 도 13∼도 15를 참조하여 설명한다. 도 13∼도 15는 일 실시형태의 RF의 주파수와 웨이퍼(W) 및 에지링(24)의 전위차의 일례를 나타낸 도면이다.
도 13에 일례를 나타낸 바와 같이, 바이어스 파워의 주파수(400kHz)보다 낮은 주파수(200kHz)의 RF 전압을 에지링(24)에 인가하면, 웨이퍼(W)의 전위와 에지링(24)의 전위 사이에 각종 전위차가 생기고, 이것에 따라 웨이퍼(W)와 에지링(24)의 시스의 두께가 직경 방향에서 크게 변한다. 따라서, 바이어스 파워의 주파수보다 낮은 주파수의 RF 전압을 에지링(24)에 인가하면, 웨이퍼(W)의 에지 주변에 있어서의 에칭 형상이 악화될 우려가 있다.
다음에, 도 14의 (a) 및 (b)에 일례를 나타낸 바와 같이, 바이어스 파워의 주파수(400kHz)와 동일 주파수의 RF 전압을 에지링(24)에 인가하는 경우에 대해서 설명한다. 도 14의 (a)는, RF 전압의 위상을 바이어스 파워의 위상과 동일하게 하여, RF 전압을 바꾼 경우의 웨이퍼(W)의 전위와 에지링(24)의 전위를 나타낸다. 이 경우, 웨이퍼(W)와 에지링(24)의 시스의 두께의 대소 관계를 바꿀 수는 없다. 예컨대, 에지링(24)의 전위를 깊게 할 수 있지만, 에지링(24)의 시스를 얇게 할 수는 없다.
도 14의 (b)는, 또한 바이어스 파워의 위상에 대하여 RF 전압의 위상을 바꾼 경우의 웨이퍼(W)의 전위와 에지링(24)의 전위를 나타낸다. 이 경우, 도 14의 (b)의 T 영역에서는 웨이퍼(W)의 전위가 에지링(24)의 전위보다 깊어지고, 에지링(24)의 시스는 웨이퍼(W)의 시스보다 얇아진다. 한편, 도 14의 (b)의 U 영역에서는 에지링(24)의 전위가 웨이퍼(W)의 전위보다 깊어지고, 에지링(24)의 시스는 웨이퍼(W)의 시스보다 두꺼워진다. 이 때문에, 웨이퍼(W)의 전위와 에지링(24)의 전위의 전위차에 따라, 웨이퍼(W)의 에지 주변에 있어서 이온의 입사각이, 내측을 향하거나 외측을 향하거나 한다. 이 때문에, 웨이퍼(W)의 에지 주변에 있어서의 홀의 진원도가 무너져 버릴 우려가 있다. 따라서, 바이어스 파워의 주파수와 동일 주파수의 RF 전압을 에지링(24)에 인가하는 경우에는, LF와 RF의 위상을 가지런히 하는 것이 바람직하다.
도 15는 바이어스 파워의 주파수보다 높은 주파수의 RF 전압을 에지링(24)에 인가한 경우에, RF 전압의 인가 시간을 조정한 도면이다. 도 15의 (a)는, LF의 Vdc가 깊고, Vpp가 큰 웨이퍼 전위(웨이퍼 전위는 전극 전위와 거의 같음)가 음일 때에, RF 전압을 인가한 경우의 바이어스 파워의 진폭과 RF 전압의 진폭을 나타낸다.
도 15의 (b)는 RF 전압을 연속적으로 인가한 경우의 바이어스 파워의 진폭과 RF의 진폭을 나타낸다. 도 15의 (c)는 웨이퍼 전위가 양일 때에, RF 전압을 인가한 경우의 바이어스 파워의 진폭과 RF의 진폭을 나타낸다.
도 15의 (a)에서는, LF의 Vdc가 깊고, Vpp가 큰 타이밍에 에지링(24)에 RF 전압을 인가한다. 전극 전위가 음일 때에는 플라즈마 밀도가 낮아지고 에지링(24)의 시스는 두꺼워진다. 이것에 의해, 웨이퍼(W)의 에지 주변에 있어서 이온의 입사각을 수직 또는 직경 방향의 외측으로 보정할 수 있다.
이것에 대하여, 도 15의 (c)에서는, 전극 전위가 양일 때에는 플라즈마 밀도가 높아지고 에지링(24)의 시스는 얇아진다. 이것에 의해, 웨이퍼(W)의 에지 주변에 있어서 이온의 입사각을 수직 또는 직경 방향의 내측으로 보정할 수 있다.
이상으로부터, 도 15의 (b)에 도시된 바와 같이 RF 전압을 연속적으로 인가하는 것이나, 도 15의 (a) 및 (c)에 도시된 바와 같이 RF 전압을 전극 전위의 값에 따라 단속적으로 인가함으로써, 에지링(24)의 시스의 두께를 제어할 수 있다. 이것에 의해, 웨이퍼(W)의 에지 주변에 있어서의 에칭 형상을 양호하게 할 수 있다.
이상에서는, 가변 직류 전원(50)으로부터 에지링(24)에 인가하는 직류 전압에 대한 제어 방법을 설명하였지만, 이것에 한정되지 않고, 예컨대, 도시하지 않는 교류 전원으로부터 에지링(24)에 인가하는 고주파 전압에 대해서도 직류 전압에 대한 제어 방법과 동일하게 제어할 수 있다.
즉, 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치는, 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 피처리체를 배치하는 전극과, 상기 처리 용기 내에 플라즈마를 공급하는 플라즈마 생성원과, 상기 전극에 바이어스 파워를 공급하는 바이어스 전원과, 상기 피처리체의 둘레부에 배치되는 에지링과, 상기 바이어스 파워의 주파수와 동일한 주파수를 갖는 고주파 전압을 상기 에지링에 공급하는 고주파 전원과, 상기 전극의 전위의 위상에 대하여 미리 정해진 위상차를 발생시키도록 상기 고주파 전압을 인가하는 제1 제어 절차를 포함하는 프로그램을 갖는 기억 매체와, 상기 기억 매체의 프로그램을 실행하는 제어부를 가져도 좋다. 미리 정해진 위상차는, 90°∼270°여도 좋다.
또한, 예컨대, 직류 전압에 삼각파로 출력되는 전압을 합성하는 등, 직류 전압에 다른 전압을 합성한 전압을 가하여도 좋다.
상기 프로그램은, CD-ROM, DVD 등의 가반성 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체에 수용된 상태에서 미리 정해진 위치에 세트되고, 제어부에 의해 독출되도록 하여도 좋다.
[변형례 4]
변형례 4에 대해서, 도 16을 참조하여 설명한다. 도 16은 일 실시형태의 변형례 4에 따른 제어 방법을 나타낸 타이밍 차트이다. 변형례 4에서는, DC 전압의 제1 상태가, 2개 이상의 전압치를 반복하는 펄스형의 전압치를 취한다. 도 16의 예에서는, DC 전압의 제1 상태는, 음의 전압치와 0의 전압치를 반복한다. 단, 이것에 한정되지 않고, 3개의 전압치를 반복하는 등, 2개 이상의 전압치를 반복하여도 좋다.
[변형례 5]
변형례 5에 대해서, 도 17을 참조하여 설명한다. 도 17은 일 실시형태의 변형례 5에 따른 제어 방법을 나타낸 타이밍 차트이다. 바이어스 파워는, 사인 파형 또는 펄스 파형의 파워여도 좋고, 테일러드 파형의 파워여도 좋다. 즉, 바이어스의 전압 또는 전류는, 사인 파형이어도 좋고, LF 펄스의 파형이어도 좋다. LF 펄스는, 도 11에 도시된 파형 외에, 도 17에 도시된 테일러드 파형 등의 임의의 파형을 포함한다. 테일러드 파형에서는, 도 17에 도시된 DC 전압이 제2 상태일 때에 바이어스의 파워를 변조하여도 좋고, 제1 상태일 때에 바이어스의 파워를 변조하여도 좋다.
또한, 동일하게 하여, DC 전압의 제1 상태가 2개 이상의 전압치를 취하는 경우, DC 전압의 파형은, 도 12a∼도 12d에 도시된 바와 같이, 제1 상태가 2개 이상의 전압치를 취하여도 좋고, 제2 상태가 2개 이상의 전압치를 취하여도 좋다. 제2 상태의 전압치는 0이어도 좋다. 또한, 도 16에 도시된 바와 같이, 제1 상태가 2개 이상의 전압치를 반복하여도 좋다. DC 전압의 제1 상태 또는 제2 상태의 파형은, LF 펄스와 마찬가지로, 도 17에 도시된 테일러드 파형이라도 좋다.
이상으로 설명한 바와 같이, 전극의 전위는, 바이어스 파워의 전달 경로로 측정된, 주기적으로 변동하는 파라미터에 의해 정해져도 좋다. 주기적으로 변동하는 파라미터는, 전압, 전류, 전자계, 발생한 플라즈마의 발광의 변화 또는 피처리체 상의 플라즈마의 시스 두께의 변화여도 좋다. 전극의 전위는, 바이어스 파워의 고주파 혹은 펄스파의 주기에 동기하는 신호에 의해 정해져도 좋다.
본 발명에 따른 제어 방법 및 플라즈마 처리 장치는 상기 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 범위 내에서 여러 가지 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시형태에 기재된 사항은, 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.
본 개시에 따른 플라즈마 처리 장치는, Capacitively Coupled Plasma(CCP), Inductively Coupled Plasma(ICP), Radial Line Slot Antenna(RLSA), Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR), Helicon Wave Plasma(HWP)의 어느 타입에도 적용 가능하다.
본 명세서에서는, 피처리체의 일례로서 반도체 웨이퍼(W)를 들어 설명하였다. 그러나, 피처리체는, 이것에 한정되지 않고, LCD(Liquid Crystal Display), FPD(Flat Panel Display)에 이용되는 각종 기판, CD 기판, 프린트 기판 등이어도 좋다.
1 : 플라즈마 처리 장치 10 : 처리 용기
16 : 스테이지(하부 전극) 34 : 상부 전극
47 : 급전봉 46 : 정합기
48 : 제1 고주파 전원 50 : 가변 직류 전원
66 : 처리 가스 공급원 84 : 배기 장치
88 : 정합기 89 : 급전봉
90 : 제2 고주파 전원 100 : 프로세서
102 : 신호 발생 회로 200 : 제어부

Claims (22)

  1. 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에서 피처리체를 배치하도록 구성된 전극과,
    상기 처리 용기 내에 플라즈마를 공급하도록 구성된 플라즈마 생성원과,
    상기 전극에 바이어스 파워를 공급하도록 구성된 바이어스 전원과,
    상기 피처리체의 둘레부에 배치되는 에지링과,
    상기 에지링에 DC 전압을 공급하도록 구성된 DC 전원과,
    상기 DC 전압이, 제1 전압치를 갖는 제1 상태와, 상기 제1 전압치보다 높은 제2 전압치를 갖는 제2 상태를 주기적으로 반복하고, 상기 전극의 전위의 각 주기 내의 부분 기간에 상기 제1 전압치가 공급되며, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태가 연속하도록 상기 제2 전압치가 공급되는 제1 제어 절차를 실행하도록 구성된 제어부
    를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극의 전위는, 상기 바이어스 파워의 전달 경로로 측정된, 주기적으로 변동하는 파라미터, 또는 상기 바이어스 파워의 고주파 혹은 펄스파의 주기에 동기하는 신호에 의해 결정되고,
    상기 주기적으로 변동하는 파라미터는, 전압, 전류, 전자계, 생성된 플라즈마의 발광의 변화 또는 상기 피처리체 상의 플라즈마의 시스(sheath) 두께의 변화인 것인 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 부분 기간은, 상기 전극의 전위가 양의 피크가 되는 타이밍을 포함하는 것인 플라즈마 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 DC 전압을 상기 전극의 전위와는 독립된 주기로 간헐적으로 정지시키는 제2 제어 절차를 실행하는 것인 플라즈마 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 바이어스 파워를 상기 DC 전압의 주기와는 독립된 주기로 간헐적으로 정지시키는 제3 제어 절차를 실행하는 것인 플라즈마 처리 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 DC 전압을 상기 주기적으로 변동하는 파라미터의 주기와는 독립된 주기로 간헐적으로 정지시키는 제2 제어 절차와, 상기 제2 제어 절차에 동기하여, 상기 바이어스 파워를 상기 DC 전압의 주기와는 독립된 주기로 간헐적으로 정지시키는 제3 제어 절차를 실행하는 것인 플라즈마 처리 장치.
  7. 제1항에 이어서,
    상기 제1 상태는 2개 이상의 전압치들을 취하는 것인 플라즈마 처리 장치.
  8. 제7항에 이어서,
    상기 제1 상태는 상기 2개 이상의 전압치들을 반복하는 것인 플라즈마 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 상태는 2개 이상의 전압치들을 취하는 것인 플라즈마 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 상태의 전압치는 0인 것인 플라즈마 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전압치는, 상기 에지링의 소모 정도에 따라 보정되는 것인 플라즈마 처리 장치.
  12. 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에서 피처리체를 배치하도록 구성된 전극과,
    상기 처리 용기 내에 플라즈마를 공급하도록 구성된 플라즈마 생성원과,
    상기 전극에 바이어스 파워를 공급하도록 구성된 바이어스 전원과,
    상기 피처리체의 둘레부에 배치되는 에지링과,
    상기 바이어스 파워의 전압의 주파수와 동일한 주파수를 갖는 고주파 전압을 상기 에지링에 공급하도록 구성된 고주파 전원과,
    상기 전극의 전위의 위상에 대하여 미리결정된 위상차를 발생시키도록 상기 고주파 전압을 인가하는 제1 제어 절차를 실행하도록 구성된 제어부
    를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 고주파 전압을 상기 전극의 전위와는 독립된 주기로 간헐적으로 정지시키는 제2 제어 절차를 실행하는 것인 플라즈마 처리 장치.
  13. 삭제
  14. 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에서 피처리체를 배치하도록 구성된 전극과,
    상기 처리 용기 내에 플라즈마를 공급하도록 구성된 플라즈마 생성원과,
    상기 전극에 바이어스 파워를 공급하도록 구성된 바이어스 전원과,
    상기 피처리체의 둘레부에 배치되는 에지링과,
    상기 바이어스 파워의 전압의 주파수와 동일한 주파수를 갖는 고주파 전압을 상기 에지링에 공급하도록 구성된 고주파 전원과,
    상기 전극의 전위의 위상에 대하여 미리결정된 위상차를 발생시키도록 상기 고주파 전압을 인가하는 제1 제어 절차를 실행하도록 구성된 제어부
    를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 바이어스 파워를 상기 고주파 전압의 주기와는 독립된 주기로 간헐적으로 정지시키는 제3 제어 절차를 실행하는 것인 플라즈마 처리 장치.
  15. 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에서 피처리체를 배치하도록 구성된 전극과,
    상기 처리 용기 내에 플라즈마를 공급하도록 구성된 플라즈마 생성원과,
    상기 전극에 바이어스 파워를 공급하도록 구성된 바이어스 전원과,
    상기 피처리체의 둘레부에 배치되는 에지링과,
    상기 바이어스 파워의 전압의 주파수와 동일한 주파수를 갖는 고주파 전압을 상기 에지링에 공급하도록 구성된 고주파 전원과,
    상기 전극의 전위의 위상에 대하여 미리결정된 위상차를 발생시키도록 상기 고주파 전압을 인가하는 제1 제어 절차를 실행하도록 구성된 제어부
    를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 고주파 전압을 상기 전극의 전위와는 독립된 주기로 간헐적으로 정지시키는 제2 제어 절차와, 상기 제2 제어 절차에 동기하여, 상기 바이어스 파워를 상기 고주파 전압의 주기와는 독립된 주기로 간헐적으로 정지시키는 제3 제어 절차를 실행하는 것인 플라즈마 처리 장치.
  16. 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에서 피처리체를 배치하도록 구성된 전극과,
    상기 처리 용기 내에 플라즈마를 공급하도록 구성된 플라즈마 생성원과,
    상기 전극에 바이어스 파워를 공급하도록 구성된 바이어스 전원과,
    상기 피처리체의 둘레부에 배치되는 에지링과,
    상기 바이어스 파워의 전압의 주파수와 동일한 주파수를 갖는 고주파 전압을 상기 에지링에 공급하도록 구성된 고주파 전원과,
    상기 전극의 전위의 위상에 대하여 미리결정된 위상차를 발생시키도록 상기 고주파 전압을 인가하는 제1 제어 절차를 실행하도록 구성된 제어부
    를 포함하고,
    상기 미리결정된 위상차는, 90°내지 270°인 것인 플라즈마 처리 장치.
  17. 플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 장치는,
    처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에서 피처리체를 배치하도록 구성된 전극과,
    상기 처리 용기 내에 플라즈마를 공급하도록 구성된 플라즈마 생성원과,
    상기 전극에 바이어스 파워를 공급하도록 구성된 바이어스 전원과,
    상기 피처리체의 둘레부에 배치되는 에지링과,
    상기 에지링에 DC 전압을 공급하거나, 또는 상기 에지링에 상기 바이어스 파워의 전압의 주파수와 동일한 주파수를 갖는 고주파 전압을 공급하도록 구성된 전원
    을 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 전원이 상기 DC 전압을 공급할 때, 제1 전압치를 갖는 제1 상태와, 상기 제1 전압치보다 높은 제2 전압치를 갖는 제2 상태가 주기적으로 반복되도록 상기 DC 전압을 제어하고, 상기 전극의 전위의 각 주기 내의 부분 기간에 상기 제1 전압치를 인가하며, 상기 제1 상태와 상기 제2 상태가 연속하도록 상기 제2 전압치를 인가하는 단계와,
    상기 전원이 상기 고주파 전압을 공급할 때, 상기 전극의 전위의 위상에 대하여 미리결정된 위상차가 발생되도록 상기 고주파 전압을 인가하는 단계
    를 포함하는 것인 플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 전극의 전위에 동기되는 동기 신호를 생성하고, 상기 동기 신호로부터 출력되는 DC 전원용의 제어 신호를 생성하며, 상기 생성된 제어 신호를 상기 DC 전원과 위상 시프트 회로 중 적어도 어느 하나에 송신하는 단계와,
    상기 DC 전원과 상기 위상 시프트 회로 중 적어도 어느 하나로부터 상기 에지링에 DC 전압을 공급하는 단계
    를 더 포함하는 플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 바이어스 전원으로부터 출력되는 고주파 전압용의 제어 신호를 생성하고, 상기 생성된 상기 제어 신호를 위상 시프트 회로에 송신하는 단계와,
    상기 위상 시프트 회로로부터 상기 에지링에 상기 고주파 전압을 공급하는 단계
    를 더 포함하는 플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 고주파 전압을 상기 전극의 전위와는 독립된 주기로 간헐적으로 정지시키는 제2 제어 절차를 실행하는 것인 플라즈마 처리 장치.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 바이어스 파워를 상기 고주파 전압의 주기와는 독립된 주기로 간헐적으로 정지시키는 제3 제어 절차를 실행하는 것인 플라즈마 처리 장치.
  22. 제16항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 고주파 전압을 상기 전극의 전위와는 독립된 주기로 간헐적으로 정지시키는 제2 제어 절차와, 상기 제2 제어 절차에 동기하여, 상기 바이어스 파워를 상기 고주파 전압의 주기와는 독립된 주기로 간헐적으로 정지시키는 제3 제어 절차를 실행하는 것인 플라즈마 처리 장치.
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