KR102341913B1 - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 Download PDF

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Abstract

플라즈마 처리 장치는 처리 용기와, 반송파군 생성부와, 플라즈마 생성부를 갖는다. 반송파군 생성부는 주파수 영역에 있어서 주파수가 상이한 복수의 반송파로 이루어지는 반송파군을 생성하도록 구성되어 있다. 반송파군은 시간 영역에 있어서 제 1 피크 부분과 상기 제 1 피크 부분보다 절대치가 작은 제 2 피크 부분이 교대로 출현하는 진폭 파형에 의해 나타내어진다. 플라즈마 생성부는 상기 반송파군을 이용해서, 상기 처리 용기 내에 플라즈마를 생성하도록 구성된다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD}
본 발명의 다양한 측면 및 실시 형태는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
종래, 고주파 전원에 의해 생성되는 고주파 전력을 이용해서 처리 용기 내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 처리 장치가 알려져 있다. 또, 주파수가 상이한 복수의 고주파 전력을 복수의 고주파 전원에 의해 생성하는 기술도 있다.
일본 공개 특허 공보 제 2012-015534 호
그렇지만, 고주파 전원에 의해 생성되는 고주파 전력을 이용해서 처리 용기 내에 플라즈마를 생성하는 경우, 저압 또한 저플라즈마 밀도의 환경하에서 플라즈마를 안정적으로 유지하는 것이 곤란하다고 하는 문제가 있다. 예를 들면, 저압의 환경하에서 플라즈마를 유지하기 위해서는, 고주파 전원에 의해 생성되는 고주파 전력을 증가시키는 것이 생각된다. 고주파 전력이 증가되면, 처리 용기 내의 전계가 증대하므로, 플라즈마의 전리(電離)가 가속되고, 플라즈마 밀도가 과도하게 증가해 버릴 우려가 있다.
한편, 플라즈마 밀도의 과도한 증가를 억제하기 위해서, 플라즈마의 생성(착화) 후에, 고주파 전력을 플라즈마의 생성(착화) 시의 값보다 작은 값으로 감소시키는 것이 생각된다. 그렇지만, 고주파 전력을 감소시킨 경우, 처리 용기 내의 전계가 저하하므로, 플라즈마를 유지하기 위해서 충분한 전계가 확보되지 않아, 플라즈마가 소멸하게 될 우려가 있다. 이 점에서, 종래의 CCP(Capacitively Coupled Plasma)형 플라즈마 장치로 높은 이온 에너지를 얻기 위해서는, 주파수를 저주파로 할 필요가 있었지만, 반면, 이온 에너지 분포가 크게 넓어져서, 이온 에너지의 분포를 억제해 정확히 이온 에너지를 제어하는 것은 곤란했다.
개시하는 플라즈마 처리 장치는 1개의 실시 형태에 있어서, 처리 용기와, 주파수 영역에 있어 주파수가 상이한 복수의 반송파로부터 이루어지는 반송파군으로서, 시간 영역에 있어서 제 1 피크 부분과 상기 제 1 피크 부분보다 절대치가 작은 제 2 피크 부분이 교대로 출현하는 진폭 파형에 의해 나타내어지는 상기 반송파군을 생성하는 반송파군 생성부와, 상기 반송파군을 이용해서, 상기 처리 용기 내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부를 갖는다.
개시하는 플라즈마 처리 장치의 하나의 형태에 따르면, 파형을 제어함으로써, 이온 에너지의 절대치 및 이온 에너지의 분포를 좁게 제어할 수 있고, 저압 또한 저플라즈마 밀도의 환경하에서 플라즈마를 안정적으로 유지할 수 있다고 하는 효과를 갖는다.
도 1은 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 제 1 실시 형태에 있어서의 반송파군 생성부의 구성예를 나타내는 블럭도이다.
도 3은 주파수 영역에 있어서의 반송파군의 파형의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 시간 영역에 있어서의 반송파군의 파형의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 반송파군의 중심 주파수(fc)에 대응하는 반송파의 진폭치와, 반송파군의 중심 주파수(fc)에 따른 반송파 이외의 반송파의 진폭치의 비의 설명에 제공하는 도면이다.
도 6은 비(Ao/Ac)에 따른 제 1 피크 부분(P1)과 제 2 피크 부분(P2)의 차(ΔP)의 변동을 나타내는 도면이다.
도 7은 비(Ao/Ac)에 따른 제 1 피크 부분(P1)과 제 2 피크 부분(P2)의 차(ΔP)의 변동을 나타내는 도면이다.
도 8은 비(Ao/Ac)에 따른 제 1 피크 부분(P1)과 제 2 피크 부분(P2)의 차(ΔP)의 변동을 나타내는 도면이다.
도 9는 수(N)에 따른 제 1 피크 부분(P1)의 듀티비의 변동을 나타내는 도면이다.
도 10은 수(N)에 따른 제 1 피크 부분(P1)의 듀티비의 변동을 나타내는 도면이다.
도 11은 주파수 간격(Δf)에 따른, 서로 이웃하는 2개의 제 1 피크 부분(P1)의 시간 간격(ΔT)의 변동을 나타내는 도면이다.
도 12는 주파수 간격(Δf)에 따른, 서로 이웃하는 2개의 제 1 피크 부분(P1)의 시간 간격(ΔT)의 변동을 나타내는 도면이다.
도 13은 반송파군에 의한 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 흐름도이다.
도 15는 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치에 의한 효과(플라즈마의 유지)의 설명에 제공하는 도면이다.
도 16은 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치에 의한 효과(이온 에너지 분포)의 설명에 제공하는 도면이다.
도 17은 변형예 1의 설명에 제공하는 도면이다.
도 18은 변형예 1의 설명에 제공하는 도면이다.
도 19는 변형예 2의 설명에 제공하는 도면이다.
도 20은 변형예 2의 설명에 제공하는 도면이다.
도 21은 제 2 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 22는 제 2 실시 형태에 있어서의 반송파군 생성부를 나타내는 도면이다.
도 23은 각 생성 회로로 생성되는 반송파의 주파수의 일례를 나타내는 도면이다.
도 24는 반송파의 합성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 25는 반송파의 수(N)마다의 반송파군의 전기 신호의 파형의 일례를 나타내는 도면이다.
도 26은 주파수 간격(Δf)마다의 반송파군의 전기 신호의 파형의 일례를 나타내는 도면이다.
도 27은 반송파의 진폭을 변화시켰을 경우의 반송파군의 전기 신호의 파형의 일례를 나타내는 도면이다.
도 28a는 반송파의 지정의 일례를 나타내는 도면이다.
도 28b는 반송파의 지정의 일례를 나타내는 도면이다.
도 28c는 반송파의 지정의 일례를 나타내는 도면이다.
도 28d는 반송파의 지정의 일례를 나타내는 도면이다.
도 29는 하부 전극에 공급하는 전력의 일례를 나타내는 도면이다.
도 30은 고 어스펙트비의 플라즈마 에칭을 행하는 경우에 발생하는 문제의 일례를 나타내는 도면이다.
도 31은 하부 전극에 공급하는 전압의 일례를 나타내는 도면이다.
도 32는 플라즈마 에칭된 고 어스펙트비의 콘택트 홀의 일례를 나타내는 도면이다.
도 33a는 듀티비와 에칭 레이트의 관계를 설명하는 도면이다.
도 33b는 듀티비와 전원의 용량의 관계를 설명하는 도면이다.
도 34는 하부 전극에 공급하는 전압의 일례를 나타내는 도면이다.
도 35는 에칭 레이트의 비교 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조해서 본원이 개시하는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법의 실시 형태에 대해 상세히 설명한다. 또, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하는 것으로 한다. 또, 본 실시 형태에 의해 개시하는 발명이 한정되는 것은 아니다. 각 실시 형태는 처리 내용을 모순시키지 않는 범위에서 적절히 조합하는 것이 가능하다.
(제 1 실시 형태)
도 1은 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 도면이다. 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치(10)는 용량 결합 플라즈마(CCP : Capacitively Coupled Plasma)를 이용한 플라즈마 처리 장치로서 구성된다. 플라즈마 처리 장치(10)는 대략 원통형의 처리 용기(12)를 구비하고 있다. 처리 용기(12)의 내벽면은 예를 들면, 양극 산화 처리된 알루미늄으로 구성되어 있다. 이 처리 용기(12)는 보안 접지되어 있다.
처리 용기(12)의 바닥부 위에는 대략 원통형의 지지부(14)가 마련되어 있다. 지지부(14)는 예를 들면, 절연 재료로 구성되어 있다. 지지부(14)는 처리 용기(12) 내에 있어서, 처리 용기(12)의 바닥부로부터 연직 방향으로 연장하고 있다. 또, 처리 용기(12) 내에는 탑재대(PD)가 마련되어 있다. 탑재대(PD)는 지지부(14)에 의해 지지되어 있다.
탑재대(PD)는 그 상면에서 웨이퍼(W)를 유지한다. 탑재대(PD)는 하부 전극(LE) 및 정전 척(ESC)을 갖고 있다. 하부 전극(LE)은 제 1 플레이트(18a) 및 제 2 플레이트(18b)를 포함하고 있다. 제 1 플레이트(18a) 및 제 2 플레이트(18b)는 예를 들면 알루미늄이라고 하는 금속으로 구성되어 있고, 대략 원반 형상을 이루고 있다. 제 2 플레이트(18b)는 제 1 플레이트(18a) 상에 마련되어 있고, 제 1 플레이트(18a)에 전기적으로 접속되어 있다.
제 2 플레이트(18b) 상에는 정전 척(ESC)이 마련되어 있다. 정전 척(ESC)은 도전막인 전극을 한쌍의 절연층 또는 절연 시트 사이에 배치한 구조를 가지고 있다. 정전 척(ESC)의 전극에는 직류 전원(22)이 스위치(23)를 통해서 전기적으로 접속되어 있다. 이 정전 척(ESC)은 직류 전원(22)으로부터의 직류 전압에 의해 생긴 쿨롱 힘 등의 정전력에 의해 웨이퍼(W)를 흡착한다. 이것에 의해, 정전 척(ESC)은 웨이퍼(W)를 지지할 수 있다.
제 2 플레이트(18b)의 주연부 상에는 웨이퍼(W)의 에지 및 정전 척(ESC)을 둘러싸도록 포커스 링(FR)이 배치되어 있다. 포커스 링(FR)은 에칭의 균일성을 향상시키기 위해서 마련되어 있다. 포커스 링(FR)은 에칭 대상의 막의 재료에 따라서 적절히 선택되는 재료로 구성되어 있고, 예를 들면, 석영으로 구성될 수 있다.
제 2 플레이트(18b)의 내부에는 냉매 유로(24)가 마련되어 있다. 냉매 유로(24)는 온도 조정 기구를 구성하고 있다. 냉매 유로(24)에는 처리 용기(12)의 외부에 마련된 칠러 유닛으로부터 배관(26a)을 통해서 냉매가 공급된다. 냉매 유로(24)에 공급된 냉매는 배관(26b)을 통해서 칠러 유닛으로 되돌려진다. 이와 같이, 냉매 유로(24)에는 냉매가 순환하도록 공급된다. 이 냉매의 온도를 제어함으로써, 정전 척(ESC)에 의해 지지되는 웨이퍼(W)의 온도가 제어된다.
또, 플라즈마 처리 장치(10)에는 가스 공급 라인(28)이 마련되어 있다. 가스 공급 라인(28)은 전열 가스 공급 기구로부터의 전열 가스, 예를 들면 He 가스를 정전 척(ESC)의 상면과 웨이퍼(W)의 이면의 사이에 공급한다.
또, 플라즈마 처리 장치(10)는 상부 전극(30)을 구비하고 있다. 상부 전극(30)은 탑재대(PD)의 상방에 있어서, 해당 탑재대(PD)와 대향 배치되어 있다. 하부 전극(LE)과 상부 전극(30)은 서로 대략 평행하게 마련되어 있다. 이들 상부 전극(30)과 하부 전극(LE)의 사이에는 웨이퍼(W)에 플라즈마 처리를 행하기 위한 처리 공간(S)이 제공되어 있다.
상부 전극(30)은 절연성 차폐 부재(32)를 거쳐서 처리 용기(12)의 상부에 지지되어 있다. 또, 상부 전극(30)은 GND에 접속되어 있다. 일실시 형태에서는, 상부 전극(30)은 탑재대(PD)의 상면, 즉, 웨이퍼 탑재면으로부터의 연직 방향에 있어서의 거리가 가변이도록 구성될 수 있다. 상부 전극(30)은 전극판(34) 및 전극 지지체(36)를 포함할 수 있다. 전극판(34)은 처리 공간(S)에 노출되어 있고, 해당 전극판(34)에는 복수의 가스 토출 구멍(34a)이 마련되어 있다. 이 전극판(34)은 일실시 형태에서는 실리콘으로 구성되어 있다.
전극 지지체(36)는 전극판(34)을 자유롭게 착탈 가능하게 지지하는 것이며, 예를 들면 알루미늄이라고 하는 도전성 재료로 구성될 수 있다. 이 전극 지지체(36)는 수냉 구조를 가질 수 있다. 전극 지지체(36)의 내부에는 가스 확산실(36a)이 마련되어 있다. 이 가스 확산실(36a)로부터는 가스 토출 구멍(34a)으로 연통하는 복수의 가스 통류 구멍(36b)이 하방으로 연장하고 있다. 또, 전극 지지체(36)에는 가스 확산실(36a)에 처리 가스를 도입하는 가스 도입구(36c)가 형성되고 있고, 이 가스 도입구(36c)에는 가스 공급관(38)이 접속되어 있다.
가스 공급관(38)에는 밸브군(42) 및 유량 제어기군(44)을 거쳐서, 가스 소스군(40)이 접속되어 있다. 가스 소스군(40)은 플루오르 카본 가스의 소스, 희가스의 소스, 및, 산소(O2) 가스의 소스라고 하는 복수의 가스 소스를 포함하고 있다. 플루오르 카본 가스는 예를 들면, C4F6 가스 및 C4F8 가스 중 적어도 1종을 포함하는 가스이다. 또, 희가스는 Ar 가스, He 가스라고 하는 각종 희가스 중 적어도 1종을 포함하는 가스이다.
밸브군(42)은 복수의 밸브를 포함하고 있고, 유량 제어기군(44)은 매스플로우 콘트롤러라고 하는 복수의 유량 제어기를 포함하고 있다. 가스 소스군(40)의 복수의 가스 소스는 각각 밸브군(42)의 대응의 밸브 및 유량 제어기군(44)의 대응의 유량 제어기를 거쳐서, 가스 공급관(38)에 접속되어 있다.
또, 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 처리 용기(12)의 내벽을 따라 데포 실드(46)가 자유롭게 착탈 가능하게 마련되어 있다. 데포 실드(46)는 지지부(14)의 외주에도 마련되어 있다. 데포 실드(46)는 처리 용기(12)에 에칭 부생물(데포)이 부착되는 것을 방지하는 것이며, 알루미늄재에 Y2O3 등의 세라믹스를 피복함으로써 구성될 수 있다.
처리 용기(12)의 바닥부측, 또한, 지지부(14)와 처리 용기(12)의 측벽의 사이에는 배기 플레이트(48)가 마련되어 있다. 배기 플레이트(48)는 예를 들면, 알루미늄재에 Y2O3 등의 세라믹스를 피복함으로써 구성될 수 있다. 이 배기 플레이트(48)의 하방, 또한 처리 용기(12)에는 배기구(12e)가 마련되어 있다. 배기구(12e)에는 배기관(52)을 거쳐서 배기 장치(50)가 접속되어 있다. 배기 장치(50)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 가지고 있고, 처리 용기(12) 내의 공간을 소망의 진공도까지 감압할 수 있다. 또, 처리 용기(12)의 측벽에는 웨이퍼(W)의 반입출구(12g)가 마련되어 있고, 이 반입출구(12g)는 게이트 밸브(54)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다.
또, 플라즈마 처리 장치(10)는 도 1에 나타내는 바와 같이, 반송파군 생성부(62)와, 증폭기(64)와, 정합기(66)를 갖는다.
반송파군 생성부(62)는 반송파군을 생성한다. 반송파군 생성부(62)에 의해 생성되는 반송파군은 주파수 영역에 있어서 주파수가 상이한 복수의 반송파로 이루어진다. 또, 반송파군 생성부(62)에 의해 생성되는 반송파군은 시간 영역에 있어서 제 1 피크 부분과 제 1 피크 부분보다 절대치가 작은 제 2 피크 부분이 교대로 출현하는 진폭 파형에 의해 나타내어진다. 반송파군 생성부(62)에 의해 생성되는 반송파군의 상세한 것에 대해서는 후술된다.
도 2는 제 1 실시 형태에 있어서의 반송파군 생성부의 구성예를 나타내는 블럭도이다. 반송파군 생성부(62)는 도 2에 나타내는 바와 같이, 파형 데이터 생성부(71)와, 양자화부(72)와, 역푸리에 변환부(73)와, D(Digital)/A(Analog) 변환부(74, 75)와, LPF(Low Pass Filter)(76, 77)와, 변조부(78)를 갖는다.
파형 데이터 생성부(71)는 파형 데이터를 생성한다. 파형 데이터 생성부(71)는 예를 들면 도시하지 않는 입력 장치로부터, 파형 데이터를 생성하기 위한 파라미터(예를 들면, 주파수나 위상 등)를 취득하고, 취득한 파라미터를 이용해서 파형 데이터를 생성한다. 그리고, 파형 데이터 생성부(71)는 생성한 파형 데이터를 양자화부(72)로 출력한다.
양자화부(72)는 파형 데이터 생성부(71)로부터 입력되는 파형 데이터를 양자화한다. 역푸리에 변환부(73)는 양자화부(72)에 의해 양자화된 파형 데이터를 역푸리에 변환함으로써, 파형 데이터의 I 데이터(In-Phase component) 및 Q 데이터(Quadrature component)를 분리한다. 역푸리에 변환부(73)에 의해 분리된 파형 데이터의 I 데이터 및 Q 데이터는 D/A 변환부(74, 75)에 의해 D/A 변환되어, LPF(76, 77)를 거쳐, 변조부(78)에 입력된다.
변조부(78)는 서로 90°위상이 다른 기준 반송파를 파형 데이터의 I 데이터 및 Q 데이터를 이용해서 변조함으로써, 상기의 반송파군을 생성한다. 구체적으로는, 변조부(78)는 PLL(Phase Locked Loop) 발진기(81)와, 이상기(移相器)(82)와, 승산기(83, 84)와, 가산기(85)를 갖는다.
PLL 발진기(81)는 기준 반송파를 생성하고, 생성한 기준 반송파를 이상기(82) 및 승산기(83)로 출력한다. 이상기(82)는 PLL 발진기(81)로부터 입력되는 기준 반송파의 위상을 90°시프트하고, 위상이 90°시프트된 기준 반송파를 승산기(84)로 출력한다. 승산기(83)는 LPF(76)로부터 입력되는 I 데이터와, PLL 발진기(81)로부터 입력되는 기준 반송파를 승산한다. 승산기(84)는 LPF(77)로부터 입력되는 Q 데이터와, 이상기(82)로부터 입력되는 기준 반송파를 승산한다. 가산기(85)는 승산기(83)의 승산 결과와, 승산기(84)의 승산 결과를 가산함으로써, 반송파군을 생성한다.
여기서, 반송파군 생성부(62)에 있어서의 반송파군의 생성 처리의 일례를 수학식을 이용해서 설명한다. 파형 데이터 생성부(71)에 의해 생성되는 파형 데이터는 미리 디지털화된 부호의 열이다. 어느 시각 t에 있어서의 파형 데이터 X(t)는 이하의 식(1)에 의해 나타내어진다.
Figure 112017044353472-pat00001
다만, A(t) : 어느 시각 t에 있어서의 진폭,
ω : 각속도
θ0 : 초기 위상
상기 식(1)을 가법(加法) 정리를 이용해서 전개함으로써, 이하의 식(2)이 도출된다.
Figure 112017044353472-pat00002
파형 데이터 X(t)의 I 데이터 I(t)는 이하의 식(3)에 의해 나타내어진다. 또, 파형 데이터 X(t)의 Q 데이터 Q(t)는 이하의 식(4)에 의해 나타내어진다.
Figure 112017044353472-pat00003
상기 식(2)~(4)에 의해, 이하의 식(5)이 도출된다.
Figure 112017044353472-pat00004
상기의 식(5)은 모든 파형 데이터 X(t)가 I 데이터 I(t) 및 Q 데이터 Q(t)에 의해 나타내어지는 것을 의미한다.
반송파군 생성부(62)에서는, 우선, 양자화부(72)에 의해 파형 데이터 X(t)가 양자화되고, 다음에, 역푸리에 변환부(73)에 의해 역푸리에 변환됨으로써, I 데이터 I(t)와 Q 데이터 Q(t)가 분리된다. 그리고, I 데이터 I(t) 및 Q 데이터 Q(t)의 각각이 D/A 변환부(74, 75)에 의해 D/A 변환되고, 저주파 성분만을 통과시키는 LPF(76, 77)에 입력된다. 한편, 변조부(78)의 PLL 발진기(81)로부터 발진되는 중심 주파수(fc)의 기준 반송파(예를 들면, 마이크로파)로부터 서로 90°위상이 다른 2개의 기준 반송파(cosωt, -sinωt)가 생성된다. 그리고, 변조부(78)에 있어서, LPF(76, 77)로부터 출력되는 I 데이터 I(t) 및 Q 데이터 Q(t)를 이용해서, 서로 90°위상이 다른 기준 반송파(cosωt, -sinωt)가 변조됨으로써, 반송파군이 생성된다. 즉, I 데이터 I(t)에 기준 반송파(cosωt)가 승산되고, Q 데이터 Q(t)에 기준 반송파(-sinωt)가 승산되고, 2개의 승산 결과가 가산됨으로써, 반송파군이 생성된다.
도 1의 설명으로 돌아간다. 증폭기(64)는 반송파군 생성부(62)에 의해 생성되는 반송파군을 증폭하고, 증폭한 반송파군을 정합기(66)를 거쳐서 하부 전극(LE)에 공급한다. 정합기(66)는 반송파군 생성부(62)의 출력 임피던스와 부하측(하부 전극(LE)측)의 입력 임피던스를 정합한다. 또, 증폭기(64)는 진폭이 변화하는 파형을 왜곡없이 증폭하기 위해서 직선성이 높은 증폭기일 필요가 있다. 또, 증폭기(64) 및 정합기(66)는 본 발명의 주파수 대역에 있어서 주파수 특성이 양호한 것과 위상 왜곡이 적은 것이 바람직하다.
이와 같이 구성된 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 상부 전극(30)의 전극판(34)의 가스 토출 구멍(34a)으로부터 처리 용기(12) 내에 가스가 도입된다. 또, 반송파군 생성부(62)에 의해 생성되는 반송파군이 증폭기(64) 및 정합기(66)를 거쳐서 하부 전극(LE)에 공급된다. 하부 전극(LE)에 반송파군이 공급되면, 하부 전극(LE)과 상부 전극(30)의 사이의 처리 공간(S)에 전계가 형성된다. 처리 용기(12) 내에 도입된 가스는 처리 공간(S)에 형성된 전계에 의해 플라즈마화되고, 처리 공간(S)에서 플라즈마가 생성된다. 이때, 하부 전극(LE)은 반송파군을 이용해서, 처리 용기(12) 내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부로서 기능한다.
또, 제 1 실시 형태에 있어서는, 플라즈마 처리 장치(10)는 제어부(Cnt)를 더 구비할 수 있다. 이 제어부(Cnt)는 프로세서, 기억부, 입력 장치, 표시 장치 등을 구비하는 컴퓨터이며, 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부분을 제어한다. 이 제어부(Cnt)에서는, 입력 장치를 이용해서, 오퍼레이터가 플라즈마 처리 장치(10)를 관리하기 위해서 커멘드의 입력 조작 등을 실시할 수 있고, 또, 표시 장치에 의해, 플라즈마 처리 장치(10)의 가동 상황을 가시화해서 표시할 수 있다. 또한, 제어부(Cnt)의 기억부에는, 플라즈마 처리 장치(10)에서 실행되는 각종 처리를 프로세서에 의해 제어하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건에 따라서 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부분에 처리를 실행시키기 위한 프로그램, 즉, 처리 레시피가 저장된다.
다음으로, 반송파군 생성부(62)에 의해 생성되는 반송파군의 상세한 것에 대하여, 도 3~도 12를 이용해서 설명한다. 도 3은 주파수 영역에 있어서의 반송파군의 파형의 일례를 나타내는 도면이다. 도 4는 시간 영역에 있어서의 반송파군의 파형의 일례를 나타내는 도면이다. 또, 도 3에 있어서, 가로축은 주파수를 나타내고, 세로축은 진폭을 나타낸다. 또, 도 4에 있어서, 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 진폭을 나타낸다. 또, 도 3 및 도 4에 있어서, 진폭은 정규화되어 있는 것으로 한다.
도 3에 나타내는 반송파군은 주파수 영역에 있어서 주파수가 상이한 복수의 반송파(f1~f7)로 이루어진다. 복수의 반송파(f1~f7)의 수(N)는 7이다. 또, 반송파군의 중심 주파수(fc)는 13.56MHz로 설정된다. 또, 복수의 반송파(f1~f7)의 진폭치는 동일하다. 또, 복수의 반송파(f1~f7)의 주파수 간격(Δf)은 10KHz이며, 반송파(f1~f7)의 초기 위상은 서로 이웃하는 반송파에서, 90°씩 어긋나게 설정되어 있다. 이 반송파군의 주파수 대역은 13.56MHz ± 30KHz(대역폭 60KHz)로 된다. 도 3에 나타내는 반송파군의 파형은 시간 영역에 있어서 도 4에 나타내는 파형으로 변환된다. 즉, 도 4에 나타내는 반송파군은 시간 영역에 있어서 제 1 피크 부분(P1)과 제 1 피크 부분(P1)보다 절대치가 작은 제 2 피크 부분(P2)이 교대로 출현하는 진폭 파형(이하 적절히 「진폭 파형」이라고 부른다)에 의해 나타내어진다. 이하에서는, 진폭 파형의 특성으로서, (1) 제 1 피크 부분(P1)과 제 2 피크 부분(P2)의 차(ΔP), (2) 제 1 피크 부분(P1)의 출현 시간(T1)과 제 2 피크 부분(P2)의 출현 시간(T2)의 총 합에 대한 제 1 피크 부분(P1)의 출현 시간(T1)의 비, 및 (3) 서로 이웃하는 2개의 제 1 피크 부분(P1)의 시간 간격(ΔT)을 차례로 설명한다.
진폭 파형에 있어서의, 제 1 피크 부분(P1)과 제 2 피크 부분(P2)의 차(ΔP)는 복수의 반송파(f1~f7) 중, 반송파군의 중심 주파수(fc)에 대응하는 반송파의 진폭치와, 반송파군의 중심 주파수(fc)에 응한 반송파 이외의 반송파의 진폭치의 비에 따라서 변동한다.
도 5는 반송파군의 중심 주파수(fc)에 대응하는 반송파의 진폭치와, 반송파군의 중심 주파수(fc)에 따른 반송파 이외의 반송파의 진폭치의 비의 설명에 제공하는 도면이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 반송파군의 중심 주파수(fc)에 대응하는 반송파(f4)의 진폭치(Ac)와, 반송파군의 중심 주파수(fc)에 따른 반송파(f4) 이외의 반송파의 진폭치(Ao)의 비(Ao/Ac)는 변경될 수 있다. 비(Ao/Ac)는 예를 들면, 파형 데이터 생성부(71)에 있어서의 파형 데이터의 생성에 이용되는 파라미터가 도시하지 않는 입력 장치에 의해 변경됨으로써 변경된다.
도 6~도 8은 비(Ao/Ac)에 따른 제 1 피크 부분(P1)과 제 2 피크 부분(P2)의 차(ΔP)의 변동을 나타내는 도면이다. 도 6에서는, 비(Ao/Ac)가 0.05인 경우의 제 1 피크 부분(P1)과 제 2 피크 부분(P2)의 차(ΔP)가 나타나 있다. 도 7에서는, 비(Ao/Ac)가 0.1인 경우의 제 1 피크 부분(P1)과 제 2 피크 부분(P2)의 차(ΔP)가 나타나 있다. 도 8에서는, 비(Ao/Ac)가 0.2인 경우의 제 1 피크 부분(P1)과 제 2 피크 부분(P2)의 차(ΔP)가 나타나 있다. 또, 도 4에서는, 비(Ao/Ac)가 1인 경우의 제 1 피크 부분(P1)과 제 2 피크 부분(P2)의 차(ΔP)가 나타나 있다. 도 4 및 도 6~도 8에 나타내는 바와 같이, 진폭 파형에 있어서의, 제 1 피크 부분(P1)과 제 2 피크 부분(P2)의 차(ΔP)는 비(Ao/Ac)가 증대할수록 증대한다.
또, 진폭 파형에 있어서의, 제 1 피크 부분(P1)의 출현 시간(T1)과 제 2 피크 부분(P2)의 출현 시간(T2)의 총 합에 대한 제 1 피크 부분(P1)의 출현 시간(T1)의 비는 복수의 반송파(f1~f7)의 수(N)에 따라 변동한다. 진폭 파형에 있어서의, 제 1 피크 부분(P1)의 출현 시간(T1)과 제 2 피크 부분(P2)의 출현 시간(T2)의 총 합에 대한 제 1 피크 부분(P1)의 출현 시간(T1)의 비를 이하에서는 「 제 1 피크 부분(P1)의 듀티비」라고 부른다. 복수의 반송파(f1~f7)의 수(N)는 예를 들면, 파형 데이터 생성부(71)에 있어서의 파형 데이터의 생성에 이용되는 파라미터가 도시하지 않는 입력 장치에 의해 변경됨으로써 변경된다.
도 9 및 도 10은 수(N)에 따른 제 1 피크 부분(P1)의 듀티비의 변동을 나타내는 도면이다. 도 9에서는, 수(N)가 3인 경우의 제 1 피크 부분(P1)의 출현 시간(T1) 및 제 2 피크 부분(P2)의 출현 시간(T2)이 나타나 있다. 도 10에서는, 수(N)가 13인 경우의 제 1 피크 부분(P1)의 출현 시간(T1) 및 제 2 피크 부분(P2)의 출현 시간(T2)이 나타나 있다. 또, 도 4에서는, 수(N)가 7인 경우의 제 1 피크 부분(P1)의 출현 시간(T1) 및 제 2 피크 부분(P2)의 출현 시간(T2)이 나타나 있다. 도 4, 도 9 및 도 10에 나타내는 바와 같이, 진폭 파형에 있어서의 제 1 피크 부분(P1)의 출현 시간(T1)은 수(N)가 증가할수록 감소하고, 진폭 파형에 있어서의 제 2 피크 부분(P2)의 출현 시간(T2)은 수(N)가 증가할수록 증가한다. 즉, 제 1 피크 부분(P1)의 듀티비는 수(N)가 증가할수록 감소한다.
또, 진폭 파형에 있어서의 서로 이웃하는 2개의 제 1 피크 부분(P1)의 시간 간격(ΔT)은 복수의 반송파(f1~f7)의 주파수 간격(Δf)에 따라서 변동한다. 복수의 반송파(f1~f7)의 주파수 간격(Δf)은 예를 들면, 파형 데이터 생성부(71)에 있어서의 파형 데이터의 생성에 이용되는 파라미터가 도시하지 않는 입력 장치에 의해 변경됨으로써 변경된다.
도 11 및 도 12는 주파수 간격(Δf)에 따른 서로 이웃하는 2개의 제 1 피크 부분(P1)의 시간 간격(ΔT)의 변동을 나타내는 도면이다. 도 11에서는 주파수 간격(Δf)이 50KHz인 경우의 서로 이웃하는 2개의 제 1 피크 부분(P1)의 시간 간격(ΔT)이 나타나 있다. 도 12에서는 주파수 간격(Δf)이 100KHz인 경우의 서로 이웃하는 2개의 제 1 피크 부분(P1)의 시간 간격(ΔT)이 나타나 있다. 또, 도 4에서는 주파수 간격(Δf)이 10KHz인 경우의 서로 이웃하는 2개의 제 1 피크 부분(P1)의 시간 간격(ΔT)이 나타나 있다. 도 4, 도 11 및 도 12에 나타내는 바와 같이, 진폭 파형에 있어서의 서로 이웃하는 2개의 제 1 피크 부분(P1)의 시간 간격(ΔT)은 복수의 반송파(f1~f7)의 주파수 간격(Δf)이 증가할수록 감소한다.
도 13은 반송파군에 의한 작용을 설명하기 위한 도면이다. 반송파군 생성부(62)에 의해 생성되는 반송파군의 진폭 파형에서는, 도 13에 나타내는 바와 같이, 제 1 피크 부분(P1)과 제 1 피크 부분(P1)보다 절대치가 작은 제 2 피크 부분(P2)이 교대로 출현한다. 그리고, 제 1 피크 부분(P1)의 출현에 의해, 처리 용기(12) 내에 「플라즈마 착화 피크 전계」가 형성된다. 「플라즈마 착화 피크 전계」는 플라즈마의 생성(착화)에 필요한 방전을 일으키는 전계이다. 처리 용기(12) 내에 「플라즈마 착화 피크 전계」가 형성되면, 방전에 의한 플라즈마의 전리가 가속되어, 플라즈마 밀도가 순간적으로 증가한다. 한편으로, 제 2 피크 부분(P2)의 출현에 의해, 처리 용기(12) 내에 「플라즈마 유지 전계」가 형성된다. 「플라즈마 유지 전계」는 플라즈마의 유지에 필요한 방전을 일으키는 전계를 나타내며, 「플라즈마 착화 피크 전계」보다 절대치가 작다. 처리 용기(12) 내에 「플라즈마 유지 전계」가 형성되면, 방전에 의한 플라즈마의 전리가 억제되어, 플라즈마 밀도의 증가가 억제된다. 반송파군 생성부(62)에 의해 생성되는 반송파군은 처리 용기(12) 내에 「플라즈마 착화 피크 전계」와 「플라즈마 유지 전계」를 교대로 형성시킨다. 이것에 의해, 플라즈마 밀도가 과도하게 증가하는 사태가 회피되고, 또한, 플라즈마의 유지를 위한 충분한 전계가 확보된다.
다음으로, 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)를 이용한 플라즈마 처리 방법에 대해, 도 14를 이용해서 설명한다. 도 14는 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 흐름도이다.
도 14에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(10)의 반송파군 생성부(62)는 반송파군을 생성한다(스텝 S101). 반송파군 생성부(62)에 의해 생성되는 반송파군은 주파수 영역에 있어서 주파수가 상이한 복수의 반송파로 이루어진다. 또, 반송파군 생성부(62)에 의해 생성되는 반송파군은 시간 영역에 있어서 제 1 피크 부분과 제 1 피크 부분보다 절대치가 작은 제 2 피크 부분이 교대로 출현하는 진폭 파형에 의해 나타내어진다.
하부 전극(LE)은 반송파군을 이용해서, 처리 용기(12) 내에 플라즈마를 생성한다(스텝 S102).
처리를 종료할 것인지 결정된다(스텝 S103). 플라즈마 처리 장치(10)는 처리를 계속하는 경우(스텝 S103 부정), 처리를 스텝 S101로 되돌리고, 처리를 종료하는 경우(스텝 S103 긍정), 처리를 종료한다.
제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)에 의하면, 시간 영역에 있어서 제 1 피크 부분과 제 2 피크 부분이 교대로 출현하는 진폭 파형에 의해 나타내어지는 반송파군을 생성하고, 해당 반송파군을 이용해서 처리 용기(12) 내에 플라즈마를 생성한다. 이 때문에, 처리 용기(12) 내에 「플라즈마 착화 피크 전계」와 「플라즈마 유지 전계」를 교대로 형성시킬 수 있고, 이것에 의해, 플라즈마 밀도가 과도하게 증가하는 사태가 회피되고, 또한, 플라즈마의 유지를 위한 충분한 전계가 확보된다. 결과적으로, 저압 또한 저플라즈마 밀도하에서 플라즈마를 안정적으로 유지할 수 있다. 또한, 이온 에너지의 분포의 제어성을 향상할 수도 있다.
다음으로, 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)에 의한 효과(플라즈마의 유지)에 대해, 도 15를 이용해서 설명한다. 도 15는 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치에 의한 효과(플라즈마의 유지)의 설명에 제공하는 도면이다. 도 15에 있어서, 가로축은 압력［Torr］를 나타내고, 세로축은 플라즈마 밀도［ions/cm3］를 나타낸다. 또, 도 15에 있어서, 영역(501)은 고주파 전원에 의해 생성되는 고주파 전력을 이용한 종래의 플라즈마 처리 장치를 이용한 경우에, 플라즈마가 유지되는 영역을 나타낸다. 또, 도 15에 있어서, 영역(502)은 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)를 이용한 경우에, 플라즈마가 유지되는 영역을 나타낸다.
도 15에 나타내는 바와 같이, 종래의 플라즈마 처리 장치에서는, 압력이 5［mTorr］이상이고, 또한, 플라즈마 밀도가 1E＋10［ions/cm3］이상인 환경하에서만 플라즈마가 유지되었다. 이것에 대해, 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 압력이 5［mTorr］미만이고, 또한, 플라즈마 밀도가 1E＋10［ions/cm3］미만인 환경하에서도 플라즈마가 유지되었다. 즉, 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 종래의 플라즈마 처리 장치와 비교해서, 저압 또한 저플라즈마 밀도하에서 플라즈마를 안정적으로 유지할 수 있었다.
다음으로, 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)에 의한 효과(이온 에너지의 분포)에 대해, 도 16을 이용해서 설명한다. 도 16은 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치에 의한 효과(이온 에너지 분포)의 설명에 제공하는 도면이다. 도 16에 있어서, 가로축은 웨이퍼(W)에 입사하는 이온의 에너지(이하 「이온 에너지」라고 부른다)를 나타내고, 세로축은 웨이퍼(W)에 입사하는 이온의 출현 확률을 나타내고 있다. 또, 도 16에 있어서, 그래프(511)는 고주파 전원에 의해 생성되는 고주파 전력을 이용한 종래의 플라즈마 처리 장치를 이용한 경우의 이온 에너지의 분포를 나타낸다. 또, 도 16에 있어서, 그래프(512)는 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)를 이용한 경우의 이온 에너지의 분포를 나타낸다.
도 16에 나타내는 바와 같이, 종래의 플라즈마 처리 장치에서는, 이온 에너지의 최소치 및 최대치 부근에서 이온의 출현 확률의 피크가 분산된다. 이것에 대해, 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)에서는 특정의 이온 에너지 부근에 이온의 출현 확률의 피크가 집중했다. 즉, 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 종래의 플라즈마 처리 장치와 비교해서, 이온 에너지의 분포의 제어성을 향상시킬 수 있었다.
이상, 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)에 의하면, 시간 영역에 있어서 제 1 피크 부분과 제 2 피크 부분이 교대로 출현하는 진폭 파형에 의해 나타내어지는 반송파군을 생성하고, 해당 반송파군을 이용해서 처리 용기(12) 내에 플라즈마를 생성한다. 이 때문에, 처리 용기(12) 내에 「플라즈마 착화 피크 전계」와 「플라즈마 유지 전계」를 교대로 형성시킬 수 있고, 이것에 의해, 플라즈마 밀도가 과도하게 증가하는 사태가 회피되고, 또한, 플라즈마의 유지를 위한 충분한 전계가 확보된다. 결과적으로, 저압 또한 저플라즈마 밀도하에서 플라즈마를 안정적으로 유지할 수 있다. 또한, 이온 에너지의 분포의 제어성을 향상할 수도 있다.
또, 개시 기술은 상기 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 그 요지의 범위 내에서 여러 변형이 가능하다.
상기 실시 형태에서는, 파형 데이터 생성부(71)가 1개의 파형 데이터를 생성하고, 변조부(78)가 1개의 파형 데이터에 따라서 반송파군을 생성하는 예를 나타냈지만, 개시 기술은 이것에는 한정되지 않는다. 도 17 및 도 18은 변형예 1의 설명에 제공되는 도면이다. 예를 들면, 파형 데이터 생성부(71)는 도 17에 나타내는 바와 같이, 제 1 시간에 제 1 파형 데이터를 생성하고, 제 1 시간의 다음의 제 2 시간에, 제 1 파형 데이터와는 상이한 제 2 파형 데이터를 생성해도 좋다. 이 경우, 변조부(78)는 도 18에 나타내는 바와 같이, 제 1 시간에 제 1 파형 데이터에 따라 반송파군을 생성하고, 제 2 시간에 제 2 파형 데이터에 따라 반송파군을 생성한다. 도 18의 예에서는, 제 1 파형 데이터에 따라 생성된 반송파군은 시간 영역에 있어서 제 1 피크 부분(P1)과 제 1 피크 부분(P1)보다 절대치가 작은 제 2 피크 부분(P2)이 교대로 출현하는 진폭 파형에 의해 나타내어진다. 이것에 의해, 제 1 시간에서는, 제 1 피크 부분(P1)의 출현에 의해, 처리 용기(12) 내에 「플라즈마 착화 피크 전계」가 형성되고, 제 2 피크 부분(P2)의 출현에 의해, 처리 용기(12) 내에 「플라즈마 유지 전계」가 형성된다. 이것에 대해, 제 2 파형 데이터에 따라 생성된 반송파군은 시간 영역에 있어서 제 3 피크 부분(P3)과 제 3 피크 부분(P3)보다 절대치가 작은 제 4 피크 부분(P4)이 교대로 출현하는 진폭 파형에 의해 나타내어진다. 제 3 피크 부분(P3)은 제 1 피크 부분(P1)보다 절대치가 크다. 이것에 의해, 제 2 시간에서는 제 3 피크 부분(P3)의 출현에 의해, 웨이퍼(W)에 입사하는 이온을 가속시키는 전력인 「이온 가속 전력」이 하부 전극(LE)에 인가된다.
도 19 및 도 20은 변형예 2의 설명에 제공하는 도면이다. 예를 들면, 파형 데이터 생성부(71)는 도 19에 나타내는 바와 같이, 제 1 파형 데이터와 제 1 파형 데이터와는 상이한 제 2 파형 데이터가 합성되어 얻어지는 합성 파형 데이터를 파형 데이터로서 생성해도 좋다. 이 경우, 변조부(78)는 도 20에 나타내는 바와 같이, 제 1 피크 부분(P1)과 제 1 피크 부분(P1)보다 절대치가 작은 제 2 피크 부분(P2)이 교대로 출현하고, 또한, 제 3 피크 부분(P3)이 임의의 시간에 출현하는 반송파군을 합성 파형 데이터에 따라 생성한다. 제 3 피크 부분(P3)은 제 1 피크 부분(P1)보다 절대치가 크다. 도 20의 예에서는, 제 1 피크 부분(P1)의 출현에 의해, 처리 용기(12) 내에 「플라즈마 착화 피크 전계」가 형성되고, 제 2 피크 부분(P2)의 출현에 의해, 처리 용기(12) 내에 「플라즈마 유지 전계」가 형성된다. 또, 제 3 피크 부분(P3)의 출현에 의해, 웨이퍼(W)에 입사하는 이온을 가속시키는 전력인 「이온 가속 전력」이 하부 전극(LE)에 인가된다.
또, 상기 실시 형태에서는, 반송파군 생성부(62)에 의해 생성되는 반송파군이 하부 전극(LE)에 공급되는 예를 나타냈지만, 개시 기술은 이것에는 한정되지 않는다. 예를 들면, 반송파군은 상부 전극(30)에 공급되어도 좋다. 상부 전극(30)에 반송파군이 공급되면, 하부 전극(LE)과 상부 전극(30)의 사이의 처리 공간(S)에 전계가 형성된다. 처리 용기(12) 내에 도입된 가스는 처리 공간(S)에 형성된 전계에 의해 플라즈마화되어, 처리 공간(S)에서 플라즈마가 생성된다. 이때, 상부 전극(30)은 반송파군을 이용해서, 처리 용기(12) 내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부로서 기능한다.
(제 2 실시 형태)
다음으로, 제 2 실시 형태에 대해 설명한다. 도 21은 제 2 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 도면이다. 제 2 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)는 도 1에 나타내는 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)와 대략 동일한 구성이기 때문에, 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여해 설명을 생략하고, 주로 상이한 부분에 대해서 설명한다.
제 2 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)는 반송파군 생성부(62), 증폭기(64) 및 정합기(66)를 대신해서, 반송파군 생성부(100)와, 방향성 결합기(102)와, 정합기(104)를 갖는다.
반송파군 생성부(100)는 반송파군을 생성한다. 예를 들면, 반송파군 생성부(100)는 주파수가 상이한 복수의 전기 신호를 합성한 반송파군을 생성한다. 반송파군 생성부(100)에 의해 생성되는 반송파군은 주파수 영역에 있어 주파수가 상이한 복수의 반송파로 이루어진다. 또, 반송파군 생성부(100)에 의해 생성되는 반송파군은 시간 영역에 있어 제 1 피크 부분과, 제 1 피크 부분보다 절대치가 작은 제 2 피크 부분이 교대로 출현하는 진폭 파형에 의해 나타내어진다. 반송파군 생성부(100)에 의해 생성되는 반송파군의 상세한 것에 대해서는, 후술된다.
도 22는 제 2 실시 형태에 있어서의 반송파군 생성부를 나타내는 도면이다. 반송파군 생성부(100)는 도 22에 나타내는 바와 같이, 각각 반송파의 전기 신호를 생성하는 복수의 생성 회로(110)가 마련되어 있다. 예를 들면, 도 22의 예에서는, 반송파군 생성부(100)는 7개의 생성 회로(110)가 병렬로 마련되어 있다. 또, 생성 회로(110)의 수는 7개로 한정되는 것은 아니다. 반송파군 생성부(100)는 제어부(Cnt)로부터의 제어에 근거해서, 반송파군을 생성한다. 예를 들면, 반송파군 생성부(100)는 제어부(Cnt)로부터 각 생성 회로(110)에서 생성하는 반송파를 지정하는 파라미터(예를 들면, 주파수, 위상, 진폭의 증폭율 등)를 취득하고, 취득한 파라미터를 이용해 반송파군을 생성한다.
생성 회로(110)는 신호 발생기(111)와, 위상 시프터(112)와, 파워 앰프(113)를 각각 갖는다. 신호 발생기(111)는 위상 시프터(112)와 접속되어 있다. 또, 신호 발생기(111)는 접지되어 있다. 신호 발생기(111)는 각각 반송파의 전기 신호를 생성한다. 예를 들면, 신호 발생기(111)는 각각 파라미터로 지정된 주파수의 신호를 생성한다. 신호 발생기(111)는 생성한 전기 신호를 위상 시프터(112)에 출력한다. 위상 시프터(112)는 파워 앰프(113)와 접속되어 있다. 위상 시프터(112)는 입력된 반송파의 전기 신호의 위상을 시프트한다. 예를 들면, 위상 시프터(112)는 입력된 반송파의 전기 신호를, 파라미터로 지정된 것만큼만 위상을 시프트해서 파워 앰프(113)에 출력한다. 파워 앰프(113)는 입력된 반송파의 전기 신호를, 파라미터로 지정된 증폭율로 증폭해서 출력한다.
반송파군 생성부(100)는 출력 합성기(115)를 가지고 있다. 각 생성 회로(110)의 파워 앰프(113)는 출력 합성기(115)에 접속되어 있다. 출력 합성기(115)에는 각 파워 앰프(113)에서 증폭된 반송파의 전기 신호가 입력된다. 출력 합성기(115)는 각 파워 앰프(113)에서 증폭된 반송파의 전기 신호를 합성해서 반송파군을 생성한다. 출력 합성기(115)는 생성한 반송파군의 전기 신호를 방향성 결합기(102)에 출력한다.
방향성 결합기(102)는 입력된 반송파군의 전기 신호를 정합기(104)에 출력한다. 또, 방향성 결합기(102)는 도시하지 않는 검출부를 접속해서, 방향성 결합기(102)로부터 정합기(104)에 흐르는 전기 신호의 레벨이나 파형을 검출부에 의해 검출하고, 검출 결과를 제어부(Cnt)에 통지해도 좋다. 제어부(Cnt)는 통지된 검출 결과에 근거해서, 반송파군이 소망의 상태로 되도록, 각 생성 회로(110)에서 생성하는 반송파를 지정하는 파라미터를 제어해도 좋다.
정합기(104)는 입력된 반송파군의 전기 신호를 하부 전극(LE)에 공급한다. 정합기(104)는 반송파군 생성부(100)측의 출력 임피던스와 부하측(하부 전극(LE)측)의 입력 임피던스를 정합한다. 정합기(104)는 통과하는 반송파군의 주파수 대역에 대응한 광대역 타입의 것으로 하는 것이 바람직하다. 또, 파워 앰프(113)는 진폭이 변화하는 파형을 왜곡하지 않고 증폭하기 위해서 직선성이 높은 증폭기일 필요가 있다. 또, 위상 시프터(112), 방향성 결합기(102) 및 정합기(104)는 본 발명의 주파수 대역에 있어 주파수 특성이 양호한 것과, 위상 왜곡이 적은 것이 바람직하다.
여기서, 반송파군 생성부(100)에 있어서의 반송파군의 생성 처리의 일례를 설명한다. 반송파군 생성부(100)에서는, 각 생성 회로(110)에서, 소정의 주파수 간격(Δf)으로 주파수가 상이한 반송파를 생성한다. 도 23은 각 생성 회로에서 생성되는 반송파의 주파수의 일례를 나타내는 도면이다. 도 23에서, 가로축은 주파수를 나타내고, 세로축은 진폭을 나타낸다. 진폭은 반송파에 의해 공급되는 전력의 파워를 나타낸다. 도 23에는 중심 주파수(fc)를 13.56MHz로 해서, 주파수 간격(Δf)의 7개의 반송파(f1~f7)의 주파수가 나타내어져 있다. 각 생성 회로(110)는 도 23에 나타내는 각 주파수의 반송파(f1~f7)를 생성한다. 또, 생성하는 반송파의 수(N)는 7로 한정되는 것이 아니고, 생성 회로(110)의 수 이하이고 복수이면 어느 것이어도 좋다. 반송파의 수(N) 및 주파수 간격(Δf)을 변화시킨 것에 의한 반송파군의 변화에 대해서는, 후술한다.
각 위상 시프터(112)는 입력된 반송파의 전기 신호의 위상을 시프트한다. 예를 들면, 각 위상 시프터(112)는 입력된 반송파의 전기 신호를, 인접하는 주파수의 반송파의 전기 신호에 대해서, 소정의 주기만큼 차례로 시프트해서 파워 앰프(113)에 출력한다. 소정의 주기는 1 주기분의 위상을 정수로 나눈 주기에 상당하는 위상으로 하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는, 시프트시키는 주기를, 예를 들면, 90°로 한다. 각 위상 시프터(112)는 입력된 반송파의 전기 신호를, 주파수가 작은 쪽에 인접하는 반송파에 대해서 90°위상을 시프트시켜 파워 앰프(113)에 출력한다. 예를 들면, 반송파(f1)의 위상을 0°로 한 경우, 반송파(f2)는 위상을 90°로 시프트시킨다. 반송파(f3)는 위상을 180°로 시프트시킨다. 반송파(f4)는 위상을 270°로 시프트시킨다. 반송파(f5)는 위상을 0°로 시프트시킨다. 반송파(f6)는 위상을 90°로 시프트시킨다. 반송파(f7)는 위상을 0°로 시프트시킨다. 또, 파워 앰프(113)에 의한 증폭에 의해 전기 신호의 위상이 시프트하는 경우, 각 위상 시프터(112)는 파워 앰프(113)에서의 위상의 시프트분을 고려해서, 파워 앰프(113)에서의 증폭 후에, 시프트량이 소정의 주기로 되도록 시프트시켜도 좋다. 예를 들면, 파워 앰프(113)에서의 위상의 시프트량을 보정 정보로서, 미리 제어부(Cnt)의 기억부에 기억해 두고, 제어부(Cnt)가 보정 정보를 이용해서, 파워 앰프(113)에서의 위상의 시프트량을 뺀 것만큼만 위상의 시프트를 각 위상 시프터(112)에 대해서 지정해서, 각 위상 시프터(112)로 파워 앰프(113)에서의 시프트량을 뺀 것만큼만 위상을 시프트시켜도 좋다.
출력 합성기(115)는 각 파워 앰프(113)에서 증폭된 반송파의 전기 신호를 합성한다. 도 24는 반송파의 합성의 일례를 나타내는 도면이다. 또, 도 24에서는, 설명의 간략화를 위해, 3개의 반송파(120, 121, 122)를 합성하는 경우를 나타내고 있다. 도 24에서 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 진폭을 나타낸다. 도 24에는, 주파수 간격(Δf)으로 주파수가 상이한 반송파(120, 121, 122)와, 반송파(120, 121, 122)를 합성한 합성파(130)이 나타내어져 있다. 합성파(130)는 반송파(120, 121, 122)의 공진에 의해, 반송파(120, 121, 122)의 진폭의 동일 방향 피크가 겹치는 부분에서 진폭이 커진다. 예를 들면, 합성파(130)는 피크 부분(131)에서 반송파(120, 121, 122)의 진폭보다 진폭이 커진다. 또, 합성파(130)는 반송파(120, 121, 122)의 진폭이 작은 부분이 겹치는 부분이나, 진폭이 상이한 방향으로 겹치는 부분에서, 진폭이 작아진다. 예를 들면, 합성파(130)는 피크 부분(132)에서 반송파(120, 121, 122)의 진폭보다 진폭이 작아진다.
합성파(130)는 합성하는 반송파의 수(N)가 많아질수록, 최대의 피크가 커진다. 또, 합성파(130)는 주파수 간격(Δf)을 변화시킴으로써, 최대의 피크가 출현하는 주기가 변화한다.
여기서, 합성하는 반송파에 의한 반송파군의 전기 신호의 파형의 변화를 설명한다. 먼저, 반송파의 수(N)의 변화에 의한 반송파군의 전기 신호의 파형의 변화를 설명한다. 도 25는 반송파의 수(N)마다의 반송파군의 전기 신호의 파형의 일례를 나타내는 도면이다. 도 25의 예는, 중심 주파수(fc)를 13.56MHz로 하고, 주파수 간격(Δf)을 100KHz로 해서, 반송파의 수(N)를 변경한 경우를 나타내고 있다. 도 25의 하부에는, 수(N)를 1(CW), 3, 5, 7, 13으로 하는 경우의 각 반송파(f)의 주파수, 진폭을 나타낸 그래프로 되어 있다. 도 25의 하부의 그래프는, 가로축이 주파수를 나타내고, 세로축이 진폭을 나타낸다. 또, 각 그래프의 하부에는, 각 반송파(f)의 주파수, 위상이 나타내어져 있다. 또, 도 25의 상부에는, 하부에 나타낸 반송파(f)를 합성한 반송파군의 전기 신호의 파형이 나타내어져 있다. 도 25의 상부의 그래프는, 가로축이 시간을 나타내고, 세로축이 진폭을 나타낸다.
수(N)가 1(CW)인 파형은 주파수(fc)의 반송파뿐이기 때문에, 공진이 발생하고 있지 않다. 한편, 수(N)가 3, 5, 7, 13인 파형은, 반송파의 공진에 의해, 시간 영역에 있어 진폭이 큰 피크 부분과, 진폭이 작은 피크 부분이 출현한다. 또, 진폭이 큰 피크가 발생하는 주기는 주파수 간격(Δf)과 동일한 100KHz의 주기로 된다.
다음으로, 주파수 간격(Δf)의 변화에 의한 반송파군의 전기 신호의 파형의 변화를 설명한다. 도 26은 주파수 간격(Δf)마다의 반송파군의 전기 신호의 파형의 일례를 나타내는 도면이다. 도 26의 예는 중심 주파수(fc)를 13.56MHz로 하고, 반송파(f)를 7개(f1~f7)로 해서, 반송파(f1~f7)의 주파수 간격(Δf)을 변경한 경우를 나타내고 있다. 도 26의 하부에는, 반송파(f1~f7)의 주파수 간격(Δf)을 50KHz, 100KHz, 500KHz로 하는 경우의 반송파(f1~f7)의 주파수, 진폭을 나타낸 그래프로 되어 있다. 도 26의 하부의 그래프는, 가로축이 주파수를 나타내고, 세로축이 진폭을 나타낸다. 또, 각 그래프의 하부에는, 각 반송파(f)의 주파수, 위상이 나타내어져 있다. 또, CW에는, 중심 주파수(fc)를 13.56MHz로 하는 반송파의 진폭이 나타내어져 있다. 또, 도 26의 상부에는, 하부에 나타낸 반송파(f1~f7)를 합성한 반송파군의 전기 신호의 파형이 나타내어져 있다. 도 26의 상부의 그래프는, 가로축이 시간을 나타내고, 세로축이 진폭을 나타낸다.
CW의 파형은 주파수(fc)의 반송파뿐이기 때문에, 공진이 발생하고 있지 않다. 한편, 주파수 간격(Δf)을 50KHz, 100KHz, 500KHz으로 하는 파형은, 반송파의 공진에 의해, 시간 영역에 있어 진폭이 큰 피크 부분과, 진폭이 작은 피크 부분이 출현한다. 또, 진폭이 큰 피크가 발생하는 주기는 주파수 간격(Δf)과 동일한 주기로 된다.
다음으로, 반송파의 진폭의 변화에 의한 반송파군의 전기 신호의 파형의 변화를 설명한다. 도 27은 반송파의 진폭을 변화시켰을 경우의 반송파군의 전기 신호의 파형의 일례를 나타내는 도면이다. 도 27의 예는, 중심 주파수(fc)를 13.56MHz로 하고, 주파수 간격(Δf)을 100KHz로 하고, 반송파를 7개의 f1~f7로 하고, 중심 주파수(fc)로 되는 반송파(f4)의 진폭에 대해서, 반송파(f1~f3, f5~f7)의 진폭을 변화시킨 경우를 나타내고 있다. 도 27의 상부의 그래프는, 가로축이 주파수를 나타내고, 세로축이 진폭을 나타낸다. 도 27의 하부에는, 반송파(f4)의 진폭에 대한 반송파(f1~f3, f5~f7)의 진폭을 X=0, 0.2(20%), 0.5(50%), 0.8(80%), 1(100%)로 해서, 반송파(f1~f7)를 합성한 반송파군의 전기 신호의 파형이 나타내어져 있다. 도 27의 하부의 그래프는, 가로축이 시간을 나타내고, 세로축이 진폭을 나타낸다.
X=0(CW)의 파형은 주파수(fc)의 반송파뿐이기 때문에, 공진이 발생하고 있지 않다. 한편, X=0.2, 0.5, 0.8의 파형은, 반송파의 공진에 의해, 시간 영역에 있어 진폭이 큰 피크 부분과, 진폭이 작은 피크 부분이 출현한다. 또, X가 클수록, 진폭이 큰 피크 부분과, 진폭이 작은 피크 부분의 진폭의 차가 커진다. 또, X=1의 파형은, 반송파(f1~f7)가 동일한 진폭으로 되기 때문에, 도 26의 N=7과 동일한 파형으로 되어 있다.
이와 같이, 반송파군의 전기 신호의 파형은 합성하는 반송파에 따라서 변화한다. 제어부(Cnt)는 반송파군 생성부(100)에 설정하는 반송파를 지정하는 파라미터를 제어해서, 반송파군 생성부(100)에서 반송파를 생성하는 생성 회로(110)의 수(N)나, 각 생성 회로(110)에서 생성하는 반송파의 주파수, 위상 시프터(112)에서의 위상의 시프트량, 파워 앰프(113)에서의 반송파의 증폭율을 변경함으로써, 반송파군의 파형을 변경할 수 있다. 도 28a~도 28d는 반송파의 지정의 일례를 나타내는 도면이다. 또, 도 28a~도 28d에는, 반송파군 생성부(100)에 13개의 생성 회로(110)가 병렬로 있는 경우의 각 생성 회로(110)에서 생성하는 반송파(f1~f13)의 조건이 나타내어져 있다. 도 28a는 중심 주파수(fc)를 13.56MHz로 하고, 수(N)를 13으로 하고, 주파수 간격(Δf)을 100KHz로 하는 경우의 반송파(f1~f13)의 조건을 나타내고 있다. 도 28b는 중심 주파수(fc)를 13.56MHz로 하고, 수(N)를 7로 하고, 주파수 간격(Δf)을 10KHz로 하는 경우의 반송파(f1~f13)의 조건을 나타내고 있다. 도 28c는 중심 주파수(fc)를 13.56MHz로 하고, 수(N)를 13으로 하고, 주파수 간격(Δf)을 10KHz로 하는 경우의 반송파(f1~f13)의 조건을 나타내고 있다. 도 28d는 중심 주파수(fc)를 13.56MHz로 하고, 수(N)를 10으로 하고, 주파수 간격(Δf)을 10KHz로 하는 경우의 반송파(f1~f13)의 조건을 나타내고 있다. 「ON/OFF」는 반송파를 생성하는 생성 회로(110)를, 반송파를 생성하는 온 상태로 하는지, 반송파를 생성하지 않는 오프 상태로 하는지를 나타내고 있다. 「주파수［MHz］」는 생성하는 반송파의 주파수를 나타내고 있다. 「초기 위상［°］」은 반송파를 시프트시키는 위상을 나타내고 있다. 「상대 전력」은 반송파의 상대 전력을 나타내고 있다. 반송파는 상대 전력이 클수록 증폭되어, 진폭이 커진다.
반송파군 생성부(100)는 제어부(Cnt)로부터 설정된 파라미터에 따라서 생성한 복수의 반송파의 전기 신호를 합성해서 공진시킴으로써, 시간 영역에 있어 제 1 피크 부분과 제 1 피크 부분보다 절대치가 작은 제 2 피크 부분이 교대로 출현하는 진폭 파형에 의해 나타내어지는 반송파군을 생성한다.
이와 같이 구성된 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 상부 전극(30)의 전극판(34)의 가스 토출 구멍(34a)으로부터 처리 용기(12) 내로 가스가 도입된다. 또, 반송파군 생성부(100)에 의해 생성되는 반송파군이 방향성 결합기(102) 및 정합기(104)를 통해서 하부 전극(LE)에 공급된다. 하부 전극(LE)에 반송파군이 공급되면, 하부 전극(LE)과 상부 전극(30)의 사이의 처리 공간(S)에 전계가 형성된다. 처리 용기(12) 내에 도입된 가스는 처리 공간(S)에 형성된 전계에 의해 플라즈마화되고, 처리 공간(S)에서 플라즈마가 생성된다. 이때, 하부 전극(LE)은 반송파군을 이용해서, 처리 용기(12) 내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부로서 기능한다.
이와 같이, 제 2 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)는 시간 영역에 있어 제 1 피크 부분과 제 2 피크 부분이 교대로 출현하는 진폭 파형에 의해 나타내어지는 반송파군을 생성하고, 상기 반송파군을 이용해서 처리 용기(12) 내에 플라즈마를 생성한다. 이 때문에, 처리 용기(12) 내에 「플라즈마 착화 피크 전계」와 「플라즈마 유지 전계」를 교대로 형성시킬 수 있고, 이것에 의해, 플라즈마 밀도가 과도하게 증가하는 사태가 회피되고, 또한, 플라즈마의 유지를 위한 충분한 전계가 확보된다. 결과적으로, 저압이고 저플라즈마 밀도 하에서 플라즈마를 안정적으로 유지할 수 있다. 또한, 이온 에너지의 분포의 제어성을 향상시킬 수도 있다.
또, 제 2 실시 형태에 따른 반송파군 생성부(100)는 소정의 주파수 간격으로 주파수가 상이한 반송파를 생성하고, 생성된 주파수가 상이한 반송파의 위상을 각각 소정의 주기만큼 차례로 시프트하고, 위상이 시프트된 주파수가 상이한 반송파를 합성하여, 반송파군을 생성한다. 이것에 의해, 반송파군 생성부(100)는 제 1 피크 부분 및 제 2 피크 부분의 진폭이나, 제 1 피크 부분과 제 2 피크 부분의 간격, 제 1 피크 부분과 그 다음의 제 1 피크 부분의 간격을 변화시킨 다양한 파형을 생성할 수 있다.
그런데, 최근, 웨이퍼(W) 등의 기판의 플라즈마 에칭에서는, 미세화에 따라, 개구의 폭에 대해서 에칭을 행하는 깊이가 깊은 고 어스펙트비의 가공이 요구되고 있다. 이러한 고 어스펙트비의 플라즈마 에칭을 행하는 경우, 플라즈마 처리 장치에서는, 고 어스펙트비의 콘택트 홀의 바닥에 이온을 도달시킬 필요가 있다. 플라즈마 처리 장치에서는, 예를 들면, 전원으로부터 하부 전극(LE)에, 도 29에 나타내는 바와 같은 진폭이 일정한 고주파의 전력을 연속으로 공급해서 플라즈마 에칭을 행하는 경우, 콘택트 홀의 바닥에 이온을 도달시키기 위해서, 하부 전극(LE)에 공급하는 전력 P0를 높게 하면, 다음과 같은 문제가 발생하는 경우가 있다. 또, 도 29는 하부 전극에 공급하는 전력의 일례를 나타내는 도면이다.
도 30은 고 어스펙트비의 플라즈마 에칭을 행하는 경우에 발생하는 문제의 일례를 나타내는 도면이다. 고 어스펙트비의 플라즈마 에칭에서는, 하부 전극(LE)에 공급하는 전압을 높게 하면, 이온이 보다 가속되기 때문에, 마스크의 후퇴가 발생하는 경우가 있다. 또, 고 어스펙트비의 콘택트 홀은 배기 특성이 악화된다. 이 때문에, 콘택트 홀의 하부에서 생긴 반응 생성물이 재부착하거나, 반응 생성물이 배기되었다고 해도 플라즈마에 의해 분해되어 재부착하는 것 등에 의해, 콘택트 홀에 클로깅(clogging), 넥킹(necking)이 발생하는 경우가 있다. 또, 콘택트 홀의 바닥에는, 방향성을 가진 이온밖에 도달하지 않기 때문에, 이온의 전하에 의해 대전하는 경우가 있다. 이 때문에, 대전에 의해 이온이 만곡해서, 콘택트 홀에서 트위스팅(twisting)이 발생하는 경우가 있다.
이러한 문제는 전원으로부터 하부 전극(LE)에 전력을 펄스 형상으로 공급함으로써 개선된다. 예를 들면, 도 31에 나타내는 바와 같이, 하부 전극(LE)에 진폭이 일정한 고주파의 전력 PA를 펄스 형상으로 공급해서 플라즈마 에칭을 행하는 것으로 한다. 또, 도 31은 하부 전극에 공급하는 전압의 일례를 나타내는 도면이다. 이 개선된 메카니즘은 다음과 같이 생각된다. 전력 PA가 공급되는 기간 ton에는 고속의 이온이 콘택트 홀의 바닥에 도달한다. 한편, 전력 PA가 공급되지 않는 기간 tOFF에는 플라즈마가 얇게 되고, 반응 생성물의 플라즈마에 의한 분해가 일어날 가능성이 낮고, 반응 생성물에 의해 콘택트 홀의 측벽에 퇴적물이 퇴적하거나 콘택트 홀을 막을 가능성이 낮아진다. 또, 기간 tOFF에는 이온의 전하에 의해 대전이 완화되기 때문에, 이온이 만곡하기 어려워진다. 이것에 의해, 도 32에 나타내는 바와 같이, 고 어스펙트비의 콘택트 홀의 플라즈마 에칭을 행할 수 있다. 또, 도 32는 플라즈마 에칭된 고 어스펙트비의 콘택트 홀의 일례를 나타내는 도면이다.
그런데, 기간 tOFF에는 하부 전극(LE)에 전력이 공급되지 않기 때문에, 에칭이 행해지지 않는다. 이 때문에, 플라즈마 처리 장치에서는, 하부 전극(LE)에 전력을 펄스 형상으로 공급하는 경우, 듀티비를 내리면, 에칭 레이트가 저하한다. 예를 들면, 하부 전극(LE)에 공급하는 전력의 듀티비를 10%로 하면, 90%의 시간은 하부 전극(LE)에의 전력을 OFF로 하고 있는 것과 같게 된다. 따라서, 듀티비를 10%로 하면, 플라즈마 에칭에 작용하는 실효적인 전력은 1/10로 되어 버린다. 이 때문에, 에칭 레이트가 저하한다. 하부 전극(LE)에 전력을 연속으로 공급했을 경우와 동일한 정도의 에칭 레이트를 얻으려면, 실효적인 전력을 동일하게 할 필요가 있다. 예를 들면, 듀티비를 10%로 하는 경우, 실효적인 전력을 동일하게 하려면, 10배의 전력을 공급할 수 있는 전원이 필요하다. 도 33a는 듀티비와 에칭 레이트의 관계를 설명하는 도면이다. 도 33a에서 가로축은 듀티비를 나타내고, 세로축은 에칭 레이트를 나타낸다. 도 33b는 듀티비와 전원의 용량의 관계를 설명하는 도면이다. 도 33b에 있어서, 가로축은 듀티비를 나타내고, 세로축은 전원의 용량을 나타낸다. 도 33a 및 도 33b에 나타내는 가로축의 듀티비는 우측으로 갈수록 듀티비가 작아지는 것으로 한다. 도 33a의 파선(140)으로 나타내는 바와 같이, 듀티비를 내리면, 에칭 레이트가 저하한다. 그래서, 도 33b의 실선(141)으로 나타내는 바와 같이, 듀티비의 저하에 대응시켜 전원의 용량을 증가시켜 실효적인 전력을 일정하게 유지하는 경우, 도 33a의 실선(142)으로 나타내는 바와 같이, 에칭 레이트를 유지할 수 있다.
플라즈마 처리 장치는 전원으로부터 하부 전극(LE)에 전력을 펄스 형상으로 공급함으로써, 고 어스펙트비의 콘택트 홀을 에칭할 때의 문제를 개선할 수 있다. 그러나, 플라즈마 처리 장치는 전원으로부터 하부 전극(LE)에 전력을 펄스 형상으로 공급하는 경우, 용량이 큰 전원이 필요하다. 예를 들면, 플라즈마 처리 장치는 1KW의 용량의 전원으로부터 하부 전극(LE)에 전력을 연속으로 공급하는 경우와 동일한 실효적인 전력을, 듀티비를 10%로 한 펄스 형상의 전력으로 실현되게 하는 경우, 10KW의 용량의 전원이 필요하다. 또, 플라즈마 처리 장치는 예를 들면, 10KW의 용량의 전원을 사용한 경우에서도, 듀티비를 5%로 하는 경우, 실효적인 전력이 500 W로 되어 버린다. 전원은 용량이 클수록 비용이 비약적으로 높아지고, 사이즈도 커진다.
한편, 상술한 제 1 실시 형태의 반송파군 생성부(62) 및 제 2 실시 형태의 반송파군 생성부(100)는 시간 영역에 있어 제 1 피크 부분과 제 1 피크 부분보다 절대치가 작은 제 2 피크 부분이 교대로 출현하는 진폭 파형에 의해 나타내어지는 반송파군을 생성할 수 있기 때문에, 상술한 바와 같은 펄스 형상의 파형과 마찬가지로 기능하는 파형을 생성할 수 있다. 특히, 제 2 실시 형태의 반송파군 생성부(100)는 반송파를 생성하는 생성 회로(110)의 수(N)나, 각 생성 회로(110)에서 생성하는 반송파의 주파수, 위상 시프터(112)에서의 위상의 시프트량, 파워 앰프(113)에서의 반송파의 증폭율을 변경함으로써, 펄스 형상의 파형에 가까운 파형을 생성할 수 있다. 또, 상술한 제 1 실시 형태의 반송파군 생성부(62) 및 제 2 실시 형태의 반송파군 생성부(100)는 복수의 반송파를 합성함으로써, 각각의 반송파를 생성하는 각 생성 회로(110)의 전원의 용량을 크게 하지 않아도, 진폭이 큰 반송파군을 생성할 수 있다.
도 34는 하부 전극에 공급하는 전압의 일례를 나타내는 도면이다. 도 34의 상부에는, 하부 전극(LE)에 고주파의 전력을 연속으로 공급하는 경우(듀티비=100%)와, 듀티비를 50%, 30%, 10%로 해서 펄스 형상으로 고주파의 전력을 공급하는 경우에 하부 전극(LE)에 공급되는 전기 신호의 파형이 나타내어져 있다. 또, 듀티비 50%, 30%, 10%에서는, 각각 전력의 용량을 크게 하고 있어, 진폭이 커지고 있다. 또, 도 34의 하부에는, 중심 주파수(fc)를 13.56MHz로 하고, 주파수 간격(Δf)을 100KHz로 하고, 반송파의 수(N)를 1(CW), 3, 5, 7, 13으로 한 경우에, 하부 전극(LE)에 공급되는 반송파군의 전기 신호의 파형이 나타내어져 있다. 도 34의 각 그래프는, 가로축이 시간을 나타내고, 세로축이 진폭을 나타낸다. 수(N)=3의 파형은 듀티비가 50%인 펄스 형상의 파형과 마찬가지로 기능한다. 수(N)=5의 파형은 듀티비가 30%인 펄스 형상의 파형과 마찬가지로 기능한다. 수(N)=13의 파형은 듀티비가 10%인 펄스 형상의 파형과 마찬가지로 기능한다.
다음으로, 제 2 실시 형태의 반송파군 생성부(100)의 반송파군을 이용해서 플라즈마 에칭을 실시한 경우의 결과의 일례를 설명한다. 도 35는 에칭 레이트의 비교 결과의 일례를 나타내는 도면이다. 도 35의 예는, SiO2의 웨이퍼(W)에 대해서 플라즈마 에칭을 실시한 경우의 에칭 레이트를 나타내고 있다. 도 35에 있어서, 가로축은 주파수 간격(Δf)을 나타내고, 세로축은 에칭 레이트를 나타낸다. 도 35에는, 중심 주파수(fc)를 13.56MHz로 하고, 반송파의 수(N)를 7로 하고, 주파수 간격(Δf)을 변화시켜, 각각 플라즈마 에칭을 행한 경우의 에칭 레이트가 선(150)에 의해 나타내어져 있다. 또, 도 35에는, 듀티비가 30%인 펄스 형상의 파형에 있어서 기간 ton의 출현 주기를 주파수 간격(Δf)에 대응하는 주기로 해서, 각각 플라즈마 에칭을 실시한 경우의 에칭 레이트가 파선(151)에 의해 나타내어져 있다. 도 35에 나타내는 바와 같이, 제 2 실시 형태의 반송파군 생성부(100)는 펄스 형상의 파형과 동일한 에칭 레이트를 얻을 수 있다.
이와 같이, 제 2 실시 형태에 따른 반송파군 생성부(100)는 소정의 주파수 간격으로 주파수가 상이한 반송파를 생성하고, 생성된 주파수가 상이한 반송파의 위상을 각각 소정의 주기만큼 차례로 시프트하고, 위상이 시프트된 주파수가 상이한 반송파를 합성하여, 반송파군을 생성한다. 이것에 의해, 반송파군 생성부(100)는 용량이 큰 전원을 사용하지 않아도, 반송파를 합성함으로써, 용량이 큰 전원을 이용한 펄스 형상의 파형과 마찬가지로 기능하는 반송파군의 전기 신호를 생성할 수 있다. 또, 반송파군 생성부(100)는 용량이 큰 전원을 사용하지 않아도 되기 때문에, 전원의 비용을 절약할 수 있고, 전원의 사이즈도 소형화할 수 있다.
또, 상기 실시 형태에서는, 제어부(Cnt)로부터 파라미터의 제어에 따라서, 각 신호 발생기(111)가 생성하는 반송파의 주파수와, 각 위상 시프터(112)에 의한 위상의 시프트량과, 각 파워 앰프(113)에 의한 반송파의 증폭율을 변경할 수 있는 경우를 예로 설명했지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 각 신호 발생기(111)가 생성하는 반송파의 주파수, 각 위상 시프터(112)에 의한 위상의 시프트량 및 각 파워 앰프(113)에 의한 반송파의 증폭율은 각각 고정으로 정해져 있어도 좋다. 예를 들면, 각 신호 발생기(111)는 중심 주파수(fc)를 13.56MHz로 하고, 각각 소정의 주파수 간격(Δf)(예를 들면, 주파수 간격(Δf))으로 반송파(f)의 전기 신호를 고정으로 생성하는 것으로 해도 좋다. 또, 각 위상 시프터(112)는 각각 주파수가 작은 쪽에 인접하는 반송파에 대해서 고정으로 90°위상을 시프트하는 것으로 해도 좋다. 또, 각 파워 앰프(113)는 각각 소정의 증폭율로 반송파를 증폭하는 것으로 해도 좋다.
또, 상기 실시 형태에서는, 반송파군 생성부(100)에서 생성하는 반송파(f)의 수를 홀수로 한 경우를 예로 설명했지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 반송파(f)의 수는 짝수이어도 좋다. 이 경우, 예를 들면, 중심 주파수에 대해서 주파수가 대칭으로 되도록 반송파(f)를 생성한다. 예를 들면, 중심 주파수(fc)를 13.56MHz로 하고, 주파수 간격(Δf)을 100KHz로 해서 4개의 반송파(f1~f4)를 생성하는 경우, 반송파(f1)의 주파수는 13.41MHz로 한다. 반송파(f2)의 주파수는 13.51MHz로 한다. 반송파(f3)의 주파수는 13.61MHz로 한다. 반송파(f4)의 주파수는 13.71MHz로 한다.
10 : 플라즈마 처리 장치 12 : 처리 용기
30 : 상부 전극 62 : 반송파군 생성부
71 : 파형 데이터 생성부 72 : 양자화부
73 : 역푸리에 변환부 78 : 변조부
100 : 반송파군 생성부 102 : 방향성 결합기
104 : 정합기 110 : 생성 회로
111 : 신호 발생기 112 : 위상 시프터
113 : 파워 앰프 115 : 출력 합성기
LE : 하부 전극 Cnt : 제어부

Claims (11)

  1. 처리 용기와,
    주파수 영역에 있어서 주파수가 상이한 복수의 반송파로 이루어지는 반송파군으로서, 시간 영역에 있어서 제 1 피크 부분과 상기 제 1 피크 부분보다 절대치가 작은 제 2 피크 부분이 교대로 출현하는 진폭 파형에 의해 나타내어지고, 상기 진폭 파형에 있어서의 상기 제 1 피크 부분과 상기 제 2 피크 부분의 진폭 차는, 상기 복수의 반송파 중, 상기 반송파군의 중심 주파수에 따른 반송파의 진폭치와, 상기 반송파군의 중심 주파수에 따른 반송파 이외의 반송파의 진폭치의 비에 따라서 변동하는 상기 반송파군을 생성하는 반송파군 생성부와,
    상기 반송파군을 이용해서, 상기 처리 용기 내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부
    를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 진폭 파형에 있어서의 상기 제 1 피크 부분의 출현 시간과 상기 제 2 피크 부분의 출현 시간의 총 합에 대한 상기 제 1 피크 부분의 출현 시간의 비는 상기 복수의 반송파의 수에 따라서 변동하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 진폭 파형에 있어서의 서로 이웃하는 2개의 상기 제 1 피크 부분의 시간 간격은 상기 복수의 반송파의 주파수 간격에 따라서 변동하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 반송파군 생성부는
    파형 데이터를 생성하는 파형 데이터 생성부와,
    상기 파형 데이터를 양자화하는 양자화부와,
    양자화된 상기 파형 데이터를 역푸리에 변환함으로써, 상기 파형 데이터의 I 데이터 및 Q 데이터를 분리하는 역푸리에 변환부와,
    서로 90°위상이 다른 기준 반송파를 상기 파형 데이터의 I 데이터 및 Q 데이터를 이용해서 각기 변조함으로써, 상기 반송파군을 생성하는 변조부
    를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 파형 데이터 생성부는 제 1 시간에 제 1 파형 데이터를 상기 파형 데이터로서 생성하고, 상기 제 1 시간의 다음의 제 2 시간에 상기 제 1 파형 데이터와는 상이한 제 2 파형 데이터를 상기 파형 데이터로서 생성하고,
    상기 변조부는 상기 제 1 시간에 상기 제 1 파형 데이터에 따라 상기 반송파군을 생성하고, 상기 제 2 시간에 상기 제 2 파형 데이터에 따라 상기 반송파군을 생성하는
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 파형 데이터 생성부는 제 1 파형 데이터와, 상기 제 1 파형 데이터와는 상이한 제 2 파형 데이터가 합성되어 얻어지는 합성 파형 데이터를 상기 파형 데이터로서 생성하고,
    상기 변조부는 시간 영역에 있어서 상기 제 1 피크 부분과 상기 제 2 피크 부분이 교대로 출현하고, 또한, 제 3 피크 부분이 임의의 시간에 출현하는 진폭 파형에 의해 나타내어지는 상기 반송파군을, 상기 합성 파형 데이터에 따라 생성하는
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 반송파군 생성부는,
    각각 소정의 주파수 간격으로 주파수가 상이한 반송파를 생성하는 반송파 생성부와,
    상기 반송파 생성부에 의해 생성된 주파수가 상이한 반송파의 위상을 각각 소정의 주기만큼 차례로 시프트하는 시프트부와,
    상기 시프트부에 의해 위상이 시프트된 주파수가 상이한 반송파를 합성함으로써, 상기 반송파군을 생성하는 합성부
    를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 시프트부는, 상기 주파수가 상이한 반송파를 각각 주파수가 작은 쪽에 인접하는 반송파에 대해서 90°위상을 시프트하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.

  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 반송파군 생성부는 상기 시프트부에 의해 위상이 시프트된 주파수가 상이한 반송파를 증폭하는 증폭부를 더 가지며,
    상기 시프트부는, 상기 증폭부에 의한 위상의 변화를 환산하여, 증폭후의 위상이 소망의 주기가 되도록, 주파수가 상이한 반송파의 위상을 시프트하고,
    상기 합성부는 상기 증폭부에 의해 증폭된 주파수가 상이한 반송파를 합성함으로써, 상기 반송파군을 생성하는
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  11. 주파수 영역에 있어서 주파수가 상이한 복수의 반송파로 이루어지는 반송파군으로서, 시간 영역에 있어서 제 1 피크 부분과 상기 제 1 피크 부분보다 절대치가 작은 제 2 피크 부분이 교대로 출현하는 진폭 파형에 의해 나타내어지고, 상기 진폭 파형에 있어서의 상기 제 1 피크 부분과 상기 제 2 피크 부분의 진폭 차는, 상기 복수의 반송파 중, 상기 반송파군의 중심 주파수에 따른 반송파의 진폭치와, 상기 반송파군의 중심 주파수에 따른 반송파 이외의 반송파의 진폭치의 비에 따라서 변동하는 상기 반송파군을 생성하고,
    상기 반송파군을 이용해서 처리 용기 내에 플라즈마를 생성하는
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
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