KR102346940B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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사토시 야마다
요시노부 하야카와
준지 이시바시
후미토시 구마가이
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

플라즈마 처리에 이용되는 고주파의 파워를 변조 펄스의 듀티비에 따라 하이 레벨과 로우 레벨의 사이에서 교호로 전환하는 펄스 변조 방식을 개선한다. 이 플라즈마 처리 장치에서는, 예를 들면 플라즈마 생성용의 고주파에 하이/로우의 펄스 변조를 거는 경우, 정합기 내에서 가중 평균의 가중치 변수(K)를 0.5 < K < 1로 설정한 경우는, 플라즈마 생성계의 고주파 급전 라인 상에서는, 펄스 온 기간(Ton) 중에도 반사파가 일정한 파워(PRH)로 발생하는 한편, 펄스 오프 기간(Toff) 중의 반사파의 파워(PRL)가 감소한다. K의 값을 조정함으로써, 펄스 온 기간(Ton)에 있어서의 반사파 파워와 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 반사파 파워의 밸런스를 임의로 제어할 수 있다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 피처리체에 플라즈마 처리를 실시하는 기술에 관한 것으로, 특히 플라즈마 처리에 이용되는 고주파의 파워를 일정 주파수의 펄스로 변조하는 펄스 변조 방식의 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 플라즈마 처리 장치는, 진공 배기 가능한 처리 용기 내에서 처리 가스의 플라즈마를 생성하고, 플라즈마에 포함되는 라디칼 또는 이온의 기상 반응 혹은 표면 반응에 따라, 처리 용기 내에 배치되는 피처리체 상에 박막을 퇴적시키거나, 혹은 피처리체 표면의 소재 또는 박막을 깎는 등의 미세 가공을 행하도록 하고 있다.
용량 결합형의 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 처리 용기 내에 상부 전극과 하부 전극을 평행하게 배치하고, 하부 전극의 상에 피처리체(반도체 웨이퍼, 유리 기판 등)를 재치하고, 상부 전극 혹은 하부 전극에 플라즈마의 생성에 적합한 주파수(통상 13.56 MHz 이상)의 고주파를 인가한다. 이 고주파의 인가에 의해 상부 및 하부 전극간에 생성된 전자가 고주파 전계에 의해 가속되고, 전자와 처리 가스의 충돌 전리에 의해 플라즈마가 발생하도록 되어 있다. 또한, 피처리체를 재치하는 하부 전극에 낮은 주파수(통상 13.56 MHz 이하)의 고주파를 인가하고, 하부 전극 상에 발생하는 음의 바이어스 전압 또는 시스 전압에 의해 플라즈마 중의 이온을 가속하여 기판에 인입하는 RF 바이어스법도 널리 이용되고 있다. RF 바이어스법에 의해, 플라즈마로부터 이온을 가속하여 피처리체의 표면에 충돌시켜, 표면 반응, 이방성 에칭 혹은 막의 개질 등을 촉진할 수 있다.
최근에는, 드라이 에칭의 수율 또는 가공 정밀도를 향상시키기 위하여, 예를 들면 차징 데미지(전하 축적에 의한 게이트 산화막의 파괴)를 방지하거나, 혹은 마이크로 로딩 효과(패턴의 기하학적 구조나 패턴 밀도의 국소적인 차이에 근거하는 에칭 속도의 불균일)를 억제하기 위하여, 플라즈마 생성용의 고주파 및 바이어스용의 고주파 중 적어도 하나를 일정 주파수의 펄스로 변조하는 기술이 보급되고 있다.
일반적으로, 이런 종류의 펄스 변조에서는, 변조 펄스의 듀티비에 따라, 펄스 온의 기간 중에는 변조를 받는 고주파의 파워를 소정 레벨의 온 상태로 하고, 펄스· 오프의 기간 중에는 당해 고주파의 파워를 영 레벨의 오프 상태로 한다. 따라서, 예를 들면 플라즈마 생성용의 고주파의 파워를 펄스 변조할 경우, 펄스 온 기간 중에는 플라즈마가 발생하여 에칭이 진행되고, 펄스 오프 기간 중에는 플라즈마가 소멸하여 에칭이 일시 정지한다. 이 경우, 플라즈마 생성용 고주파의 전송 라인 상에 마련되는 정합기는, 각 사이클의 펄스 온 기간 중에 부하 임피던스를 측정하고, 부하 임피던스 측정치가 정합 포인트(통상 50 Ω)에 일치 또는 근사하도록, 정합 회로에 마련되는 가변 리액턴스 소자의 리액턴스를 가변으로 제어한다.
일본특허공개공보 2012-009544호 일본특허공개공보 2013-033856호
상기와 같은 용량 결합형 플라즈마 처리 장치에 있어서의 펄스 변조의 일 형태로서, 변조 펄스의 듀티비에 따라, 펄스 온 기간 중에는 당해 고주파의 파워를 일정한 레벨 즉 하이 레벨로 제어하고, 펄스 오프 기간 중에는 당해 고주파의 파워를 하이 레벨보다 낮은 일정한 로우 레벨로 제어하는 방법이 있다. 여기서, 로우 레벨은, 플라즈마 생성 상태를 유지하는데 필요한 가장 낮은 레벨보다 높은 값으로 선택된다.
이러한 하이(High)/로우(Low)의 펄스 변조 방식에 있어서는, 펄스 오프 기간 중에도 처리 용기 내에는 플라즈마의 전자 및 이온 나아가서는 라디칼이 소멸하지 않고 각각 일정량 존재한다. 이것을 이용하여, 당해 고주파 파워의 로우 레벨 및 다른 프로세스 파라미터를 적합한 값으로 설정하여, 피처리체 표면에 대한 전자, 이온 및 라디칼 중 적어도 하나의 화학적 또는 물리적인 작용을 제어함으로써, 어떤 종류의 에칭 프로세스에 있어서 소정의 에칭 특성을 향상시키는 효과가 기대되고 있다.
그러나, 하이/로우 펄스 변조 방식에 있어서는, 변조 펄스의 주파수를 높은 값(통상 1 kHz 이상)으로 설정하면, 정합기에 있어서의 가변 리액턴스 소자의 가변 제어가 변조 펄스에 추종할 수 없게 된다. 이 때문에, 플라즈마 프로세스에 지배적으로 기여하는 펄스 하이 기간에서만 정합을 취하고, 부차적인 펄스 로우 기간을 정합의 대상으로부터 제외하게 된다. 그러면, 정합을 전혀 취할 수 없는 펄스 로우 기간 중에는, 고주파 급전 라인 상에 큰 반사파가 발생한다. 이에 의해, 고주파의 파워를 미리 설정한 로우 레벨로 안정적 또한 정확하게 유지하는 제어가 어려워지고, 나아가서는 하이/로우의 펄스 변조 방식에 있어서의 프로세스 상의 기대 효과가 약해지고, 또한 고주파 전원 등의 부담도 커진다.
본 발명은, 상기와 같은 종래 기술의 과제를 해결하는 것이며, 플라즈마 처리에 이용되는 고주파의 파워를 변조 펄스의 듀티비에 따라 하이 레벨과 로우 레벨의 사이에서 교호로(특히 고속으로) 전환하는 펄스 변조 방식을 효율적으로 기대한 바와 같이 활용할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 피처리체를 출입 가능하게 수용하는 진공 배기 가능한 처리 용기 내에서 처리 가스의 고주파 방전에 의한 플라즈마를 생성하고, 상기 플라즈마의 하에서 상기 처리 용기 내의 상기 피처리체에 원하는 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치로서, 제 1 고주파를 출력하는 제 1 고주파 전원과, 일정한 듀티비로 교호로 반복하는 제 1 및 제 2 기간에 있어서, 상기 제 1 기간에서는 상기 제 1 고주파의 파워가 하이 레벨이 되고, 상기 제 2 기간에서는 상기 제 1 고주파의 파워가 상기 하이 레벨보다 낮은 로우 레벨이 되도록, 상기 제 1 고주파 전원의 출력을 일정 주파수의 변조 펄스로 변조하는 제 1 고주파 파워 변조부와, 상기 제 1 고주파 전원으로부터 출력되는 상기 제 1 고주파를 상기 처리 용기의 안 또는 주위에 배치되는 제 1 전극까지 전송하기 위한 제 1 고주파 급전 라인과, 상기 제 1 고주파 급전 라인 상에서 상기 제 1 고주파 전원으로부터 보이는 부하의 임피던스를 측정하고, 상기 제 1 기간에 있어서의 부하 임피던스의 측정치와 상기 제 2 기간에 있어서의 부하 임피던스의 측정치를 원하는 가중치로 가중 평균하여 얻어지는 가중 평균 측정치를 상기 제 1 고주파 전원의 출력 임피던스에 정합시키는 제 1 정합기를 가진다.
상기의 장치 구성에 있어서는, 가중 평균의 가중치 변수의 값을 조정함으로써, 펄스 하이 기간에 있어서의 반사파 파워와 펄스 로우 기간에 있어서의 반사파 파워의 밸런스를 임의로 제어할 수 있다. 이에 의해, 하이/로우 기간에 있어서의 반사파의 파워를 임의로 줄이고, 그 만큼 로드 파워를 높은 임의에 값으로 설정하여 프로세스 상의 요구에 따를 수 있다. 또한, 반사파로부터 고주파 전원을 보호하기 위한 서큘레이터 등의 부담 또는 고주파 전원 자체의 반사파 내량(耐量)을 경감하고, 고주파 전원 주위에서 하드웨어의 소형 간이화 또는 소비 전력의 효율화 등을 도모할 수도 있다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치에 의하면, 상기와 같은 구성 및 작용에 의해, 플라즈마 처리에 이용되는 고주파의 파워를 변조 펄스의 듀티비에 따라 하이 레벨과 로우 레벨의 사이에서 교호로(특히 고속으로) 전환하는 펄스 변조 방식을 효율적으로 기대한 바와 같이 실현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 있어서의 2 주파 중첩 방식의 용량 결합형 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2는 플라즈마 생성용의 고주파에 대하여 하이/로우의 펄스 변조를 거는 경우의 각 부의 파형의 전형적인 조합을 나타낸 파형도이다.
도 3 은 플라즈마 생성용의 고주파 전원 및 정합기의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 4a는 도 3의 정합기에 구비되는 임피던스 센서의 일 구성예를 나타낸 블럭도이다.
도 4b는 상기 임피던스 센서의 다른 구성예를 나타낸 블럭도이다.
도 5a는 실시형태에 있어서 가중 평균 연산의 가중치 변수(K)를 K = 1로 선택하였을 때의 정합 작용을 나타낸 스미스 차트도이다.
도 5b는 가중 평균 연산의 가중치 변수(K)를 0.5 < K < 1로 선택하였을 때의 정합 작용을 나타낸 스미스 차트도이다.
도 6a는 K = 1로 선택하였을 때의 각 부의 파형을 나타낸 파형도이다.
도 6b는 0.5 < K < 1로 선택하였을 때의 각 부의 파형을 나타낸 파형도이다.
도 7은 도 3의 고주파 출력 제어부 내의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 8은 도 7의 RF 파워 모니터 및 전원 제어부의 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 9a 및 도 9b는 실시예에 있어서의 HARC 프로세스를 설명하기 위한 단면도이다.
도 10a는 실시예의 제 1 실험으로 얻어진 일 프로세스 특성(에칭량)의 펄스 오프 기간 의존성을 나타낸 그래프도이다.
도 10b는 제 1 실험으로 얻어진 일 프로세스 특성(네킹 CD)의 펄스 오프 기간 의존성을 나타낸 그래프도이다.
도 10c는 제 1 실험으로 얻어진 일 프로세스 특성(중간 Ox 보잉 CD)의 펄스 오프 기간 의존성을 나타낸 그래프도이다.
도 10d는 제 1 실험으로 얻어진 일 프로세스 특성(선택비)의 펄스 오프 기간 의존성을 나타낸 그래프도이다.
도 10e는 제 1 실험으로 얻어진 일 프로세스 특성(애스펙트비 변화량)의 펄스 오프 기간 의존성을 나타낸 그래프도이다.
도 11a는 실시예의 제 2 실험으로 얻어진 일 프로세스 특성(에칭량)의 상부 DC 전압 의존성을 나타낸 그래프도이다.
도 11b는 제 2 실험으로 얻어진 일 프로세스 특성(네킹 CD)의 상부 DC 전압 의존성을 나타낸 그래프도이다.
도 11c는 제 2 실험으로 얻어진 일 프로세스 특성(중간 Ox 보잉 CD)의 상부 DC 전압 의존성을 나타낸 그래프도이다.
도 11d는 제 2 실험으로 얻어진 일 프로세스 특성(선택비)의 상부 DC 전압 의존성을 나타낸 그래프도이다.
도 11e는 제 2 실험으로 얻어진 일 프로세스 특성(애스펙트비 변화량)의 상부 DC 전압 의존성을 나타낸 그래프도이다.
도 12는 고주파 전원에 있어서 설정 가능한 로드 파워와 반사파 파워의 관계를 나타낸 그래프도이다.
도 13은 플라즈마 생성용의 고주파 및 이온 인입용의 고주파의 쌍방에 대하여 온/오프의 펄스 변조를 거는 경우에 상부 전극 내부의 이상 방전이 발생하는 구조를 설명하기 위한 도이다.
도 14는 플라즈마 생성용의 고주파에 대하여 하이/로우의 펄스 변조를 걸고, 이온 인입용의 고주파에 대하여 온/오프의 펄스 변조를 거는 경우에 상부 전극 내부의 이상 방전이 발생하지 않는 구조를 설명하기 위한 도이다.
도 15는 도 1의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상부 전극 내부의 이상 방전이 발생할 때에 얻어지는 모니터 정보의 일례를 나타낸 도이다.
도 16은 도 1의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상부 전극 내부의 이상 방전이 발생하지 않을 때에 얻어지는 모니터 정보의 일례를 나타낸 도이다.
도 17a 및 도 17b는 도 1의 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상부 전극 내부의 이상 방전의 발생의 유무에 대하여 행한 실험의 결과를 나타낸 도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시형태를 설명한다.
[플라즈마 처리 장치의 구성]
도 1에, 본 발명의 일 실시형태에 있어서의 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타낸다. 이 플라즈마 처리 장치는, 하부 2 고주파 중첩 인가 방식의 용량 결합형(평행 평판형) 플라즈마 에칭 장치로서 구성되어 있고, 예를 들면 표면이 알루마이트 처리(양극 산화 처리)된 알루미늄으로 이루어지는 원통형의 진공 챔버(처리 용기)(10)를 가지고 있다. 챔버(10)는 접지되어 있다.
챔버(10)의 바닥부에는, 세라믹 등의 절연판(12)을 개재하여 원기둥 형상의 서셉터 지지대(14)가 배치되고, 이 서셉터 지지대(14) 상에 예를 들면 알루미늄으로 이루어지는 서셉터(16)가 마련되어 있다. 서셉터(16)는 하부 전극을 구성하고, 이 위에 피처리체로서 예를 들면 반도체 웨이퍼(W)가 재치된다.
서셉터(16)의 상면에는 반도체 웨이퍼(W)를 보지하기 위한 정전 척(18)이 마련되어 있다. 이 정전 척(18)은 도전막으로 이루어지는 전극(20)을 한 쌍의 절연층 또는 절연 시트의 사이에 개재한 것이며, 전극(20)에는 스위치(22)를 개재하여 직류 전원(24)이 전기적으로 접속되어 있다. 직류 전원(24)으로부터의 직류 전압에 의해, 반도체 웨이퍼(W)를 정전 흡착력으로 정전 척(18)에 유지될 수 있도록 되어 있다. 정전 척(18)의 주위로 서셉터(16)의 상면에는, 에칭의 균일성을 향상시키기 위한 예를 들면 실리콘으로 이루어지는 포커스 링(26)이 배치되어 있다. 서셉터(16) 및 서셉터 지지대(14)의 측면에는 예를 들면 석영으로 이루어지는 원통 형상의 내벽 부재(28)가 부착되어 있다.
서셉터 지지대(14)의 내부에는, 예를 들면 원주 방향으로 연장되는 냉매실(30)이 마련되어 있다. 이 냉매실(30)에는, 외부 장착의 칠러 유닛(도시하지 않음)으로부터 배관(32a, 32b)을 통하여 소정 온도의 냉매 예를 들면 냉각수(cw)가 순환 공급된다. 냉매의 온도에 따라 서셉터(16) 상의 반도체 웨이퍼(W)의 처리 온도를 제어할 수 있도록 되어 있다. 또한, 전열 가스 공급 기구(도시하지 않음)로부터의 전열가스 예를 들면 He 가스가, 가스 공급 라인(34)을 통하여 정전 척(18)의 상면과 반도체 웨이퍼(W)의 이면의 사이로 공급된다.
서셉터(16)에는, 고주파 전원(36, 38)이 각각 정합기(40, 42) 및 공통의 급전 도체(예를 들면 급전 봉)(44)를 개재하여 전기적으로 접속되어 있다. 일방의 고주파 전원(36)은, 플라즈마의 생성에 적합한 일정한 주파수(fHF)(예를 들면 40 MHz)의 고주파(HF)를 출력한다. 타방의 고주파 전원(38)은, 플라즈마로부터 서셉터(16) 상의 반도체 웨이퍼(W)로의 이온의 인입에 적합한 일정한 주파수 (fLF)(예를 들면 12.88 MHz)의 고주파(LF)를 출력한다.
이와 같이, 정합기(40) 및 급전 봉(44)은, 고주파 전원(36)으로부터 플라즈마 생성용의 고주파(HF)를 서셉터(16)까지 전송하는 고주파 급전 라인(고주파 전송로)(43)의 일부를 구성한다. 한편, 정합기(42) 및 급전 봉(44)은, 고주파 전원(38)으로부터 이온 인입용의 고주파(LF)를 서셉터(16)까지 전송하는 고주파 급전 라인(고주파 전송로)(45)의 일부를 구성하고 있다.
챔버(10)의 천장에는, 서셉터(16)와 평행하게 마주하여 상부 전극(46)이 마련되어 있다. 이 상부 전극(46)은, 다수의 가스 분출 홀(48a)을 가지는 예를 들면 Si, SiC 등의 실리콘 함유 재질로 이루어지는 전극판(48)과, 이 전극판(48)을 착탈 가능하게 지지하는 도전 재료 예를 들면 표면이 알루마이트 처리된 알루미늄으로 이루어지는 전극 지지체(50)로 구성되어 있다. 이 상부 전극(46)과 서셉터(16)의 사이에 처리 공간 또는 플라즈마 생성 공간(PA)이 형성되어 있다.
전극 지지체(50)는, 그 내부에 가스 버퍼실(52)을 가지고, 또한 그 하면에 가스 버퍼실(52)로부터 전극판(48)의 가스 분출 홀(48a)에 연통하는 다수의 가스 통기 홀(50a)을 가지고 있다. 가스 버퍼실(52)에는 가스 공급관(54)을 개재하여 처리 가스 공급원(56)이 접속되어 있다. 처리 가스 공급원(56)에는, 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(58) 및 개폐 밸브(60)가 마련되어 있다. 처리 가스 공급원(56)으로부터 소정의 처리 가스(에칭 가스)가 가스 버퍼실(52)로 도입되면, 전극판(48)의 가스 분출 홀(48a)로부터 서셉터(16) 상의 반도체 웨이퍼(W)를 향해 플라즈마 생성 공간(PA)으로 처리 가스가 샤워 형상으로 분출되도록 되어 있다. 이와 같이, 상부 전극(46)은, 플라즈마 생성 공간(PA)으로 처리 가스를 공급하기 위한 샤워 헤드를 겸하고 있다.
또한, 전극 지지체(50)의 내부에는 냉매 예를 들면 냉각수를 흘리는 통로(도시하지 않음)도 마련되어 있고, 외부의 칠러 유닛에 의해 냉매를 개재하여 상부 전극(46)의 전체, 특히 전극판(48)을 소정 온도로 온도 조절하도록 되어 있다. 또한, 상부 전극(46)에 대한 온도 제어를 보다 안정화시키기 위하여, 전극 지지체(50)의 내부 또는 상면에 예를 들면 저항 발열 소자로 이루어지는 히터(도시하지 않음)를 장착하는 구성도 가능하다.
이 실시형태에서는, 상부 전극(46)에 부극성의 직류 전압(Vdc)을 인가하기 위한 직류 전원부(62)를 구비한다. 이 때문에, 상부 전극(46)은 챔버(10)의 상부에 링 형상의 절연체(64)를 개재하여 전기적으로 플로팅 상태로 장착되어 있다. 링 형상 절연체(64)는, 예를 들면 알루미나(Al2O3)로 이루어지고, 상부 전극(46)의 외주면과 챔버(10)의 측벽의 사이의 간극을 기밀하게 막고 있고, 상부 전극(46)을 비접지로 물리적으로 지지하고 있다.
직류 전원부(62)는, 출력 전압(절대치)이 상이한 2 개의 직류 전원(66, 68)과, 상부 전극(46)에 대하여 직류 전원(66, 68)을 선택적으로 접속하는 스위치(70)을 가지고 있다. 직류 전원(66)은 상대적으로 절대치가 큰 부극성의 직류 전압(Vdc1)(예를 들면 -2000 ~ -1000 V)를 출력하고, 직류 전원(68)은 상대적으로 절대치가 작은 부극성의 직류 전압(Vdc2)(예를 들면 -300 ~ 0 V)을 출력한다. 스위치(70)는, 주제어부(72)로부터의 전환 제어 신호(SW)를 받아 동작하고, 직류 전원(66)을 상부 전극(46)에 접속하는 제 1 스위치 위치와, 직류 전원(68)을 상부 전극(46)에 접속하는 제 2 스위치 위치의 사이에서 전환되도록 되어 있다. 또한, 스위치(70)는, 상부 전극(46)을 직류 전원(66, 68) 모두로부터 차단하는 제 3 스위치 위치를 가지고 있어도 된다.
스위치(70)와 상부 전극(46)의 사이에서 직류 급전 라인(74)의 도중에 마련되는 필터 회로(76)는, 직류 전원부(62)로부터의 직류 전압(Vdc1)(Vdc2)을 그대로 통과시켜 상부 전극(46)에 인가하는 한편, 서셉터(16)로부터 처리 공간(PA) 및 상부 전극(46)을 통과하여 직류 급전 라인(74)으로 들어 온 고주파를 접지 라인으로 흘려 직류 전원부(62)측으로는 흘리지 않도록 구성되어 있다.
또한, 챔버(10) 내에서 플라즈마 생성 공간(PA)에 면하는 적당한 개소에, 예를 들면 Si, SiC 등의 도전성 재료로 이루어지는 DC 그라운드 파츠(도시하지 않음)가 장착되어 있다. 이 DC 그라운드 파츠는, 접지 라인(도시하지 않음)을 개재하여 상시 접지 되어 있다.
서셉터(16) 및 서셉터 지지대(14)와 챔버(10)의 측벽의 사이에 형성되는 환 형상의 공간은 배기 공간으로 되어 있고, 이 배기 공간의 바닥에는 챔버(10)의 배기구(78)가 마련되어 있다. 이 배기구(78)에 배기관(80)을 개재하여 배기 장치(82)가 접속되어 있다. 배기 장치(82)는, 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 가지고 있고, 챔버(10)의 실내, 특히 플라즈마 생성 공간(PA)을 원하는 진공도까지 감압할 수 있도록 되어 있다. 또한, 챔버(10)의 측벽에는 반도체 웨이퍼(W)의 반입출구(84)를 개폐하는 게이트 밸브(86)가 장착되어 있다.
주제어부(72)는, 1 개 또는 복수의 마이크로 컴퓨터를 포함하고, 외부 메모리 또는 내부 메모리에 저장되는 소프트웨어(프로그램) 및 레시피 정보에 따라, 장치 내의 각 부, 특히 고주파 전원(36, 38), 정합기(40, 42), MFC(58), 개폐 밸브(60), 직류 전원부(62), 배기 장치(82) 등의 개개의 동작 및 장치 전체의 동작(시퀀스)을 제어한다.
또한, 주제어부(72)는 키보드 등의 입력 장치 또는 액정 디스플레이 등의 표시장치를 포함하는 맨·머신·인터페이스용의 조작 패널(도시하지 않음) 및 각종 프로그램또는 레시피, 설정치 등의 각종 데이터를 저장 또는 축적하는 외부 기억 장치(도시하지 않음) 등과도 접속되어 있다. 이 실시형태에서는, 주제어부(72)가 1 개의 제어 유닛으로서 나타나 있지만, 복수의 제어 유닛이 주제어부(72)의 기능을 병렬적 또는 계층적으로 분담하는 형태를 채용해도 된다.
이 용량 결합형 플라즈마 에칭 장치에서의 매엽식 드라이 에칭의 기본 동작은 다음과 같이 하여 행해진다. 먼저, 게이트 밸브(86)를 개방 상태로 하여 가공 대상의 반도체 웨이퍼(W)를 챔버(10) 내로 반입하여, 정전 척(18)상에 재치한다. 그리고, 처리 가스 공급원(56)으로부터 처리 가스 즉 에칭 가스(일반적으로 혼합 가스)를 소정의 유량 및 유량비로 챔버(10) 내로 도입하고, 배기 장치(82)에 의한 진공 배기로 챔버(10) 내의 압력을 설정치로 한다. 또한, 고주파 전원(36, 38)으로부터 각각 소정의 파워로 플라즈마 생성용의 고주파(HF)(40 MHz) 및 이온 인입용의 고주파(LF)(12.88 MHz)를 중첩하여 서셉터(16)에 인가한다. 또한, 직류 전원(24)으로부터 직류 전압을 정전 척(18)의 전극(20)에 인가하여, 반도체 웨이퍼(W)를 정전 척(18) 상에 고정한다. 상부 전극(46)의 샤워 헤드로부터 토출된 에칭 가스는 양 전극(46, 16)간의 고주파 전계하에서 방전하고, 처리 공간(PA) 내에 플라즈마가 생성된다. 이 플라즈마에 포함되는 라디칼 또는 이온에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 주면(主面)의 피가공막이 에칭된다.
이 플라즈마 에칭 장치에 있어서는, 고주파 전원(36)으로부터 출력되는 플라즈마 생성용의 고주파(HF)의 파워를, 예를 들면 1 kHz ~ 50 kHz의 범위 내에서 선택되는 일정한 주파수(fS) 및 가변의 듀티비(DS)를 가지는 변조 펄스(MS)로 변조하는 제 1(플라즈마 생성계) 파워 변조 방식을 주어진 에칭 프로세스에 이용할 수 있다.
이 제 1 파워 변조 방식에는, 온/오프의 펄스 변조와 하이/로우의 펄스 변조의 2 종류의 모드가 있다. 여기서, 온/오프의 펄스 변조는, 변조 펄스(MS)의 듀티비에 따라, 펄스 온의 기간 중에는 플라즈마 생성용의 고주파(HF)의 파워를 소정 레벨의 온 상태로 하고, 펄스 오프의 기간 중에는 고주파(HF)의 파워를 영 레벨의 오프 상태로 한다. 한편, 하이/로우의 펄스 변조는, 변조 펄스(MS)의 듀티비에 따라, 펄스 온 기간 중에는 고주파(HF)의 파워를 하이 레벨로 제어하고, 펄스 오프 기간 중에는 고주파(HF)의 파워를 하이 레벨보다 낮은 로우 레벨로 제어한다. 단, 로우 레벨은, 플라즈마 생성 상태를 유지하는데 필요한 가장 낮은 레벨보다 높은 값으로 선택된다. 또한, 로우 레벨은, 통상은 하이 레벨보다 명백하게 낮은 값(1/2 이하)으로 선택된다.
또한, 이 플라즈마 에칭 장치에 있어서는, 고주파 전원(38)으로부터 출력되는 이온 인입용의 고주파(LF)의 파워를 변조 펄스(MS)로 변조하는 제 2(이온 인입계) 파워 변조 방식을 주어진 에칭 프로세스에 이용하는 것도 가능하게 되어 있다. 제 1 파워 변조 방식과 마찬가지로, 제 2 파워 변조 방식도 온/오프의 펄스 변조와 하이/로우의 펄스 변조의 2 종류의 모드가 있다.
도 2에, 플라즈마 생성계 및 이온 인입계의 쌍방에서 펄스 변조가 동기하여 동시에 행해지는 경우의 각 부의 파형의 일례를 나타낸다. 도시한 바와 같이, 변조 펄스(MS)의 주기(TC), 펄스 온 기간(제 1 기간)(Ton) 및 펄스 오프 기간(제 2 기간)(Toff)의 사이에는, TC = Ton + Toff의 관계가 있다. 변조 펄스(MS)의 주파수를 fS로 하면, TC = 1/fS이며, 듀티비(DS)는 DS = Ton / (Ton + Toff)이다.
도시의 예는, 플라즈마 생성용의 고주파(HF)에 대해서는 하이/로우의 펄스 변조를 걸고, 이온 인입용의 고주파(LF)에 대해서는 온/오프의 펄스 변조를 거는 경우이다. 또한, 직류 전원부(62)로부터 상부 전극(46)에 인가되는 직류 전압(Vdc)을 변조 펄스(MS)에 동기시킬 수도 있다. 도시의 예에서는, 상부 전극(46)에 대하여, 펄스 온 기간(Ton) 중에는 절대치가 작은 직류 전압(Vdc2)을 인가하고, 펄스 오프 기간(Toff) 중에는 절대치가 큰 직류 전압(Vdc1)을 인가한다.
[고주파 전원 및 정합기의 구성]
도 3에, 이 실시형태에 있어서의 플라즈마 생성계의 고주파 전원(36) 및 정합기(40)의 구성을 나타낸다.
고주파 전원(36)은, 일반적으로는 정현파의 파형을 가지는 플라즈마 생성에 적합한 일정 주파수(예를 들면 40 MHz)의 기본 고주파를 발생하는 RF 발진기(90A)와, 이 RF 발진기(90A)로부터 출력되는 기본 고주파의 파워를 제어 가능한 이득 또는 증폭율로 증폭하는 파워 앰프(92A)와, 주제어부(72)로부터의 제어 신호에 따라 RF 발진기(90A) 및 파워 앰프(92A)를 직접 제어하는 전원 제어부(94A)를 구비하고 있다. 주제어부(72)로부터 전원 제어부(94A)에는, RF의 출력 모드를 지시하는 제어 신호 또는 변조 펄스(MS)뿐만 아니라, 통상의 전원 온/오프 또는 파워 인터락 관계 등의 제어 신호 및 파워 설정치 등의 데이터도 부여된다. 플라즈마 생성용의 고주파(HF)에 대하여 펄스 변조(특히 하이/로우의 펄스 변조)가 행해질 때는, 주제어부(72)의 제어하에서 전원 제어부(94A)가 펄스 변조부를 구성한다.
고주파 전원(36)의 유닛 내에는, RF 파워 모니터(96A)도 구비되어 있다. 이 RF 파워 모니터(96A)는, 도시하지 않지만, 방향성 결합기, 진행파 파워 모니터부 및 반사파 파워 모니터부를 가지고 있다. 여기서, 방향성 결합기는, 고주파 급전 라인(43) 상을 순방향으로 전반하는 진행파의 파워와 역방향으로 전반하는 반사파의 파워의 각각에 대응하는 신호를 취출한다. 진행파 파워 모니터부는, 방향성 결합기에 의해 취출된 진행파 파워 검출 신호를 기초로, 고주파 급전 라인(43) 상의 진행파에 포함되는 진행파의 파워를 나타내는 진행파 파워 측정치 신호를 생성한다. 이 진행파 파워 측정치 신호는, 파워 피드백 제어용으로 고주파 전원(36) 내의 전원 제어부(94A)에 부여되고, 또한, 모니터 표시용으로 주제어부(72)에도 부여된다. 반사파 파워 모니터부는, 챔버(10) 내의 플라즈마로부터 고주파 전원(36)으로 되돌아 오는 반사파의 파워를 측정한다. 반사파 파워 모니터부로부터 얻어지는 반사파 파워 측정치는, 모니터 표시용으로 주제어부(72)에 부여되고, 또한 파워 앰프 보호용의 모니터 값으로서 고주파 전원(36) 내의 전원 제어부(94A)에 부여된다.
정합기(40)는, 고주파 급전 라인(43)에 접속되어 있는 복수 예를 들면 2 개의 제어 가능한 리액턴스 소자(예를 들면 가변 콘덴서 혹은 가변 인덕터)(XH1, XH2)를 포함하는 정합 회로(98A)와, 리액턴스 소자(XH1, XH2)의 리액턴스를 액츄에이터 예를 들면 모터(M)(100A, 102A)를 개재하여 제어하는 매칭 컨트롤러(104A)와, 고주파 급전 라인(43) 상에서 정합 회로(98A)의 임피던스를 포함하는 부하의 임피던스를 측정하는 임피던스 센서(106A)와, 정합 회로(98A)의 출력 단자측에서 고주파 급전 라인(43) 상의 고주파(HF)의 피크·피크치(Vpp)를 측정하는 Vpp 검출기(107A)를 가지고 있다. 임피던스 센서(106A)의 내부의 구성 및 작용, 및 Vpp 검출기(107A)의 역할에 대해서는, 이후에 상세하게 설명한다.
이온 인입계의 고주파 전원(38)(도 1)도, 고주파(LF)의 주파수가 고주파(HF)의 주파수와 상이할 뿐, 상술한 플라즈마 생성계의 고주파 전원(36)과 마찬가지로 RF 발진기(90B), 파워 앰프(92B), 전원 제어부(94B)(도시하지 않음) 및 RF 파워 모니터(96B)를 구비하고 있다. 또한, 정합기(42)도, 플라즈마 생성계의 정합기(40)와 마찬가지로, 정합 회로(98B), 모터(M)(100B, 102B), 매칭 컨트롤러(104B), 임피던스 센서(106B) 및 Vpp 검출기(107B)(도시하지 않음)를 가지고 있다.
[임피던스 센서의 구성]
도 4a에, 플라즈마 생성계의 정합기(40)에 구비되는 임피던스 센서(106A)의 일구성예를 나타낸다. 이 임피던스 센서(106A)는, RF 전압 검출기(110A), RF 전류 검출기(112A), 부하 임피던스 순간치 연산 회로(114A), 산술 평균치 연산 회로(116A), 가중 평균치 연산 회로(118A) 및 이동 평균치 연산 회로(120A)를 가진다.
RF 전압 검출기(110A) 및 RF 전류 검출기(112A)는, 고주파 급전 라인(43)에서 고주파(HF)의 전압 및 전류를 각각 검출한다. 부하 임피던스 순간치 연산 회로(114A)는, RF 전압 검출기(110A) 및 RF 전류 검출기(112A)로부터 각각 얻어지는 전압 검지 신호(JV) 및 전류 검지 신호(JI)에 기초하여 고주파 급전 라인(43) 상의 부하 임피던스(Z)의 순간치(JZ)를 연산한다. 부하 임피던스 순간치 연산 회로(114A)는, 아날로그 회로여도 가능하지만, 디지털 회로로 구성하는 것이 바람직하다.
산술 평균치 연산 회로(116A)는, 플라즈마 생성용의 고주파(HF)에 하이/로우의 펄스 변조가 걸리는 경우는, 변조 펄스(MS)의 각 사이클에 있어서, 펄스 온 기간(Ton) 중에 부하 임피던스 순간치 연산 회로(114A)로부터 얻어지는 부하 임피던스(Z)의 순간치(JZ)를 소정의 샘플링 주파수(fC)로 샘플링하여, 펄스 온 기간(Ton)에 있어서의 부하 임피던스(Z)의 산술 평균치(aZon)를 연산하고, 또한 펄스 오프 기간(Toff) 중에 부하 임피던스 순간치 연산 회로(114A)로부터 얻어지는 부하 임피던스(Z)의 순간치(JZ)를 상기 샘플링 주파수(fC)로 샘플링하여, 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 부하 임피던스(Z)의 산술 평균치(aZoff)를 연산한다.
그러나, 플라즈마 생성용의 고주파(HF)에 온/오프의 펄스 변조가 걸리는 경우, 산술 평균치 연산 회로(116A)는, 변조 펄스(MS)의 각 사이클에 있어서, 펄스 온 기간(Ton) 중에만 부하 임피던스 순간치 연산 회로(114A)로부터 얻어지는 부하 임피던스(Z)의 순간치(JZ)를 상기 소정의 샘플링 주파수(fC)로 샘플링하여, 펄스 온 기간(Ton)에 있어서의 부하 임피던스(Z)의 산술 평균치(aZon)를 연산한다.
주제어부(72)(도 1)는, 변조 펄스(MS)에 동기하여 샘플링 시간 또는 모니터 시간을 지정하는 모니터 신호(JS)와, 샘플링용의 클락(CK1)을 산술 평균치 연산 회로(116A)에 부여한다. 여기서, 모니터 신호(JS)는, 플라즈마 생성용의 고주파(HF)에 하이/로우의 펄스 변조가 걸리는 경우는 펄스 온 기간(Ton) 및 펄스 오프 기간(Toff)의 양방에서 후술하는 모니터 시간(T1, T2)을 각각 지정하고, 고주파(HF)에 온/오프의 펄스 변조가 걸리는 경우는 펄스 온 기간(Ton)용의 모니터 시간(T1)만을 지정한다. 산술 평균치 연산 회로(116A)는, 수 10 MHz의 샘플링 클락(CK1)에 동기하여 고속이고 또한 다량의 신호 처리가 요구되기 때문에, FPGA(필드 프로그래머블 게이트 어레이)를 적합하게 이용할 수 있다.
가중 평균치 연산 회로(118A)는, 적합하게는 CPU로 구성되고, 플라즈마 생성용의 고주파(HF)에 하이/로우의 펄스 변조가 걸리는 경우는, 산술 평균치 연산 회로(116A)로부터 얻어진 펄스 온 기간(Ton)에 있어서의 부하 임피던스(Z)의 산술 평균치(aZon)와 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 부하 임피던스(Z)의 산술 평균치(aZoff)를 원하는 가중(가중치 변수(K))으로 가중 평균하여, 부하 임피던스의 1 사이클분의 가중 평균치(bZ)를 구한다. 주제어부(72)는, 가중 평균 연산을 위한 가중치 변수(K) 및 클락(CK2)을 가중 평균치 연산 회로(118A)에 부여한다.
그러나, 고주파(HF)에 온/오프의 변조가 걸리는 경우는, 가중 평균치 연산 회로(118A)는 기능하지 않고, 산술 평균치 연산 회로(116A)로부터 출력되는 펄스 온 기간(Ton)에 있어서의 부하 임피던스(Z)의 산술 평균치(aZon)가 가중 평균치 연산 회로(118A)를 거치지 않고 후단의 이동 평균치 연산 회로(120A)로 보내진다.
이동 평균치 연산 회로(120A)는, 적합하게는 CPU로 구성되고, 플라즈마 생성용의 고주파(HF)에 하이/로우의 펄스 변조가 걸리는 경우는, 가중 평균치 연산 회로(118A)로부터 얻어진 연속하는 복수의 부하 임피던스(Z)의 1 사이클분의 가중 평균치(bZ)에 기초하여 부하 임피던스(Z)의 이동 가중 평균치(cZ)를 연산하고, 이 이동 가중 평균치(cZ)를 부하 임피던스(Z)의 측정치(MZ)로서 출력한다.
또한, 이동 평균치 연산 회로(120A)는, 고주파(HF)에 온/오프의 변조가 걸리는 경우는, 산술 평균치 연산 회로(116A)로부터 출력된 연속하는 복수 개의 펄스 온 기간(Ton)에 있어서의 부하 임피던스(Z)의 산술 평균치(aZon)에 기초하여 이동 평균치(dZ)를 연산하고, 이 이동 평균치(dZ)를 부하 임피던스(Z)의 측정치(MZ)로서 출력한다.
주제어부(72)는, 이동 구간(L) 및 이동 피치(P)의 설정치와 클락(CK3)을 이동 평균치 연산 회로(120A)에 부여한다.
이동 평균치 연산 회로(120A)로부터 출력되는 부하 임피던스의 측정치(MZ)는, 클락(CK3)에 동기하여 갱신된다. 통상, 부하 임피던스 측정치(MZ)에는, 부하 임피던스(Z)의 절대치 및 위상의 측정치가 포함된다.
도 4b에, 임피던스 센서(106A)의 다른 구성예를 나타낸다. 도시한 바와 같이, 가중 평균치 연산 회로(118A)를 이동 평균치 연산 회로(120A)의 후단에 마련하는 것도 가능하다. 이 구성예에 있어서는, 플라즈마 생성용의 고주파(HF)에 하이/로우의 펄스 변조가 걸리는 경우, 이동 평균치 연산 회로(120A)는, 산술 평균치 연산 회로(116A)로부터 얻어진 연속하는 복수 개(n 개)의 펄스 온 기간(Ton)에 있어서의 부하 임피던스(Z)의 산술 평균치(aZon) 및 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 부하 임피던스(Z)의 산술 평균치(aZoff)에 기초하여, 펄스 온 기간(Ton)에 있어서의 부하 임피던스(Z)의 이동 평균치(eZon) 및 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 부하 임피던스(Z)의 이동 평균치(eZoff)를 연산한다.
가중 평균치 연산 회로(118A)는, 이동 평균치 연산 회로(120A)로부터 얻어진 펄스 온 기간(Ton)에 있어서의 부하 임피던스(Z)의 이동 평균치(eZon)와 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 부하 임피던스(Z)의 이동 평균치(eZoff)를 상기 원하는 가중(가중치 변수(K))으로 가중 평균하여, 부하 임피던스(Z)의 가중 이동 평균치(fZ)를 구하고, 이 가중 이동 평균치(fZ)를 부하 임피던스 측정치(MZ)로서 출력한다.
그러나, 플라즈마 생성용의 고주파(HF)에 온/오프의 변조가 걸리는 경우는, 가중 평균치 연산 회로(118A)는 기능하지 않고, 이동 평균치 연산 회로(120A)로부터 출력되는 펄스 온 기간(Ton)에 있어서의 부하 임피던스(Z)의 이동 평균치(eZon)가 그대로 부하 임피던스 측정치(MZ)로서 출력된다.
이온 인입계의 정합기(42)(도 1)도, 상술한 플라즈마 생성계의 정합기(40) 내의 임피던스 센서(106A)와 마찬가지로, RF 전압 검출기(110B), RF 전류 검출기(112B), 부하 임피던스 순간치 연산 회로(114B), 산술 평균치 연산 회로(116B), 가중 평균치 연산 회로(118B) 및 이동 평균치 연산 회로(120B)를 가지는 임피던스 센서(106B)(도시하지 않음)를 구비하고 있다. 이 임피던스 센서(106B)에 있어서도, 이온 인입용의 고주파(LF)에 걸리는 펄스 변조의 모드(하이/로우 또는 온/오프)에 따라, 상기와 마찬가지로 가중 평균치 연산 회로(118B) 및 이동 평균치 연산 회로(120B) 내의 신호 처리가 전환되도록 되어 있다.
[정합기의 작용]
여기서, 플라즈마 생성용의 고주파(HF)의 파워에 하이/로우의 펄스 변조가 걸리는 경우의 플라즈마 생성계의 정합기(40)의 작용을 설명한다. 또한, 이온 인입용의 고주파(LF)의 파워에는 동일한 변조 펄스(MS)하에서 온/오프의 펄스 변조가 걸리도록 한다.
이 경우, 플라즈마 생성계의 고주파 급전 라인(43) 상에서는, 고주파 전원(36)으로부터 챔버(10) 내의 플라즈마 부하를 향해 고주파(HF)가 펄스 온 기간(Ton) 중뿐만 아니라 펄스 오프 기간(Toff) 중에도 지속적으로 전송된다. 그러나, 이온 인입계에서는 변조 펄스(MS)의 듀티비에 동기하여 고주파(LF)의 파워를 온/오프하므로, 플라즈마 생성계의 정합기(40)로부터 보이는 플라즈마 부하는 펄스 온 기간(Ton)과 펄스 오프 기간(Toff)에서 크게 변화한다. 이 때문에, 변조 펄스(MS)의 주파수를 높은 값(통상 1 kHz 이상)으로 설정하면, 플라즈마 생성계의 정합기(40)에 있어서는 매칭 컨트롤러(104A)의 제어에 의해 모터(100A, 102A)를 통하여 리액턴스 소자(XH1, XH2)의 리액턴스를 가변하는 오토 매칭 동작이 변조 펄스(MS)에 추종할 수 없게 된다.
이 실시형태에서는, 정합기(40)의 오토 매칭 동작이 추종할 수 없을 정도로 변조 펄스(MS)의 주파수를 높게 해도, 후술하는 바와 같은 임피던스 센서(106A) 내의 특수한 신호 처리에 의해, 펄스 온 기간(Ton)과 펄스 오프 기간(Toff)의 사이에서 정합 또는 비정합의 정도의 밸런스를 조정하여, 하이/로우의 펄스 변조를 유효하고 또한 안정되게 운용할 수 있도록 되어 있다.
이 경우, 주제어부(72)는, 플라즈마 생성계의 고주파 전원(36)에 대해서는, 변조 펄스(MS)의 듀티비에 따라 미리 설정된 하이 레벨의 파워와 미리 설정된 로우 레벨의 파워를 교호로 반복하는 것 같은 고주파(HF)를 출력하도록, 전원 제어부(94A)에 소정의 제어 신호, 설정치, 타이밍 신호를 부여한다. 그리고, 주제어부(72)는, 정합기(40) 내의 임피던스 센서(106A)에 대해서는, 하이/로우의 펄스 변조에 필요한 모니터 신호(JS), 가중치 변수(K), 이동 평균치 연산용의 설정치(L, P) 및 클락(CK1, CK2, CK3)을 부여한다.
한편, 주제어부(72)는, 이온 인입계의 고주파 전원(38)에 대해서는, 고주파(LF)의 파워가 변조 펄스(MS)의 듀티비에 따라 미리 설정된 온 레벨(온 상태)과 영 레벨(오프 상태)을 교호로 반복하도록, 전원 제어부(94B)에 소정의 제어 신호, 설정치, 타이밍 신호를 부여한다. 그리고, 주제어부(72)는, 정합기(42) 내의 임피던스 센서(106B)에 대해서는, 온/오프의 펄스 변조에 필요한 모니터 신호(JS), 이동 평균치 연산용의 설정치(L, P) 및 클락(CK1, CK2, CK3)을 부여한다. 단, 가중치 변수(K)는 부여되지 않는다.
플라즈마 생성계의 정합기(40)에 있어서는, 도 6a 또는 도 6b에 나타낸 바와 같이, 변조 펄스(MS)의 각 사이클에 있어서 펄스 온 기간(Ton) 내 및 펄스 오프 기간(Toff) 내에 모니터 시간(T1, T2)이 각각 설정된다. 바람직하게는, 펄스 온 기간(Ton) 내에서는, 고주파 급전 라인(43) 상에서 반사파의 파워가 급격하게 변화하는 개시 직후 및 종료 직전의 과도 시간을 제외한 구간에 모니터 시간(T1)이 설정된다. 마찬가지로, 펄스 오프 기간(Toff) 내에서도, 개시 직후 및 종료 직전의 과도 시간을 제외한 구간에 모니터 시간(T2)이 설정된다.
임피던스 센서(106A) 내의 산술 평균치 연산 회로(116A)는, 변조 펄스(MS)의 각 사이클에 있어서, 펄스 온 기간(Ton) 중에 부하 임피던스 순간치 연산 회로(114A)로부터 얻어지는 부하 임피던스(Z)의 순간치(JZ)를 샘플링 클락(CK1)으로 샘플링하여, 펄스 온 기간(Ton)에 있어서의 부하 임피던스(Z)의 산술 평균치(aZon)를 연산하고, 펄스 오프 기간(Toff) 중에 부하 임피던스 순간치 연산 회로(114A)로부터 얻어지는 부하 임피던스(Z)의 순간치(JZ)를 샘플링 클락(CK1)으로 샘플링하여, 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 부하 임피던스(Z)의 산술 평균치(aZoff)를 연산한다.
가중 평균치 연산 회로(118A)는, 산술 평균치 연산 회로(116A)로부터 얻어진 펄스 온 기간(Ton)에 있어서의 부하 임피던스(Z)의 산술 평균치(aZon)와 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 부하 임피던스(Z)의 산술 평균치(aZoff)를 원하는 가중(가중치 변수(K))으로 가중 평균하여, 부하 임피던스의 1 사이클분의 가중 평균치(bZ)를 구한다. 여기서, 가중치 변수(K)는 0≤K≤1의 범위에서 임의의 값으로 선택되고, 가중 평균치(bZ)는 다음의 식 (1)로 표현된다.
bZ = K*aZon + (1 - K) * aZoff ···· (1)
이동 평균치 연산 회로(120A)는, 플라즈마 생성용의 고주파(HF)에 하이/로우의 변조가 걸리는 경우는, 가중 평균치 연산 회로(118A)로부터 얻어진 연속하는 복수 개(n 개)의 부하 임피던스(Z)의 1 사이클분의 가중 평균치(bZ)에 기초하여, 미리 설정된 소정의 이동 구간(L) 및 이동 피치(P)로 가중 평균치(bZ)의 이동 가중 평균치(cZ)를 연산한다. 예를 들면, 변조 펄스(MS)의 주파수(fS)가 1000 Hz인 경우에, 이동 구간(L)을 10 msec로 설정하고, 이동 피치(P)를 2 msec로 설정하였을 때는, 2 msec마다 연속하는 10 개의 1 사이클분의 가중 평균치(bZ)에 대하여 1 개의 이동 가중 평균치(cZ)를 연산한다.
이동 평균치 연산 회로(120A)는, 이동 가중 평균치(cZ)를 부하 임피던스 측정치(MZ)로서 출력한다. 이 부하 임피던스 측정치(MZ)는, 주제어부(72)로부터 가중 평균치 연산 회로(118A)에 부여되는 가중치 변수(K)의 값에 의존하고, 변조 펄스(MS)의 듀티비(DS)에는 의존하지 않는다.
정합기(40)의 매칭 컨트롤러(104A)는, 임피던스 센서(106A)의 이동 평균치 연산 회로(120A)로부터 클락(CK3)의 주기로 출력되는 부하 임피던스 측정치(MZ)에 추종 가능하게 응답하고, 부하 임피던스 측정치(MZ)의 위상이 영(0), 절대치가 50 Ω이 되도록, 즉 정합 포인트(ZS)에 일치 또는 근사하도록, 모터(100A, 102A)를 구동 제어하여 정합 회로(98A) 내의 리액턴스 소자(XH1, XH2)의 리액턴스를 가변으로 제어한다.
이와 같이, 정합기(40)에 있어서는, 임피던스 센서(106A)로부터 출력되는 부하 임피던스 측정치(MZ)를 정합 포인트(ZS)에 일치 또는 근사시키도록 정합 동작이 행해진다. 즉, 부하 임피던스 측정치(MZ)가 정합 목표점이 된다. 따라서, 펄스 온 기간(Ton)에 있어서의 부하 임피던스(Z)의 산술 평균치(aZon) 및 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 부하 임피던스(Z)의 산술 평균치(aZoff)는, 가중 평균의 가중치 변수(K)의 값에 따라 정합 포인트(ZS)로부터 (1-K) : K의 비로 오프셋된다.
여기서, 주제어부(72)로부터 정합기(40)의 임피던스 센서(106A)에 부여하는 가중치 변수(K)를 K = 1로 설정하면, 상기 가중 평균의 연산식(1)의 우변에 있어서, 제 1 항의 aZon에 대한 가중(K)이 최대치 “1”이 되고, 제 2 항의 aZoff에 대한 가중(1 - K)이 최소치 즉 영 “0”이 된다. 이 경우는, 도 5a의 스미스 차트에 나타낸 바와 같이, 펄스 온 기간(Ton)에 있어서의 부하 임피던스(Z)의 산술 평균치(aZon)가 정합 포인트(ZS)에 일치 또는 근사한다. 한편, 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 부하 임피던스(Z)의 산술 평균치(aZoff)는, 정합 포인트(ZS)로부터 가장 멀리 오프셋된다.
이와 같이 K = 1로 설정한 경우, 플라즈마 생성계의 고주파 급전 라인(43) 상에서는, 도 6a의 파형도로 모식적으로 나타낸 바와 같이, 펄스 온 기간(Ton) 중에는, 정합이 대략 완전하게 취해져 있기 때문에, 반사파의 파워(PRH)는 대부분 나타나지 않고, 진행파의 파워(PFH)가 그대로 로드 파워(PLH)가 된다. 한편, 펄스 오프 기간(Toff) 중에는, 정합이 가장 크게 어긋나기 때문에, 반사파의 파워(PRL)가 매우 높아지고, 그 만큼 진행파의 파워(PFL)가 로드 파워(PLL)보다 큰 폭으로 높아진다.
또한, 이 실시형태에 있어서의 고주파 전원(36)은, 고주파(HF)의 파워에 대한 제어에 관해서는, 진행파의 파워(PF)를 일정하게 유지하는 PF 제어 및 진행파(PF)의 파워로부터 반사파의 파워(PR)를 뺀 순 투입 파워(로드 파워)를 일정하게 유지하는 PL 제어의 어느 것도 선택적으로 행할 수 있도록 되어 있다. 단, 고주파(HF)의 파워에 하이/로우의 펄스 변조를 거는 경우는, 적어도 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서는 낮은 값으로 설정되는 로우 레벨의 파워를 안정되고 확실하게 부하에 공급할 수 있는 PL 제어를 이용하는 것이 바람직하다. 그러나, K = 1의 조건하에서 PL 제어를 이용하면, 종래 기술과 마찬가지로, 펄스 오프 기간(Toff) 중에는 전혀 정합이 취해지지 않기 때문에, 도 6a에 나타낸 바와 같이 반사파의 파워(PRL)가 현저하게 커진다.
이 실시형태에서는, 가중치 변수(K)를 0.5 < K < 1로 설정함으로써, 상기의 문제에 대처할 수 있다. 즉, 0.5 < K < 1의 경우는, 상기 가중 평균의 연산식 (1)의 우변에 있어서, 제 1 항의 aZon에 대한 가중(K)이 최대치 “1”보다 작아지고, 그 만큼 제 2 항의 aZoff에 대한 가중(1 - K)이 최소치 “0”보다 커진다. 이에 의해, 도 5b의 스미스 차트에 나타낸 바와 같이, 펄스 온 기간(Ton)에 있어서의 부하 임피던스(Z)의 산술 평균치(aZon)가 정합 포인트(ZS)로부터 오프셋되고, 그 오프셋 분만큼 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 부하 임피던스(Z)의 산술 평균치(aZoff)가 정합 포인트(ZS)에 근접한다.
여기서, 정합 포인트(ZS)는, 스미스 차트상에서 양 기간(Ton, Toff)에 있어서의 부하 임피던스 측정치(산술 평균치)(aZon, aZoff)를 잇는 직선 상(중간 점)에 위치한다. 그리고, K의 값을 1로부터 멀게 할수록(또는 0.5에 근접하게 할수록), 펄스 온 기간(Ton)의 부하 임피던스 측정치(aZon)가 정합 포인트(ZS)로부터 멀어지고, 펄스 오프 기간(Toff)의 부하 임피던스 측정치(aZoff)가 정합 포인트(ZS)에 근접한다.
이와 같이 가중치 변수(K)를 0.5 < K < 1로 설정한 경우는, 도 6b의 파형도로 모식적으로 나타낸 바와 같이, 플라즈마 생성계의 고주파 급전 라인(43) 상에서는, 펄스 온 기간(Ton) 중에도 반사파가 일정한 파워(PRH)로 발생하는 한편, 펄스 오프 기간(Toff) 중의 반사파의 파워(PRL)가 K = 1인 경우보다 감소한다. K의 값을 조정함으로써, 펄스 온 기간(Ton)에 있어서의 반사파 파워(PRH)와 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 반사파 파워(PRL)의 밸런스를 임의로 제어할 수 있다.
이에 의해, 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 반사파의 파워(PRL)를 임의로 줄이고, 그 만큼 로드 파워(PLL)를 높은 임의에 값으로 설정하여 프로세스상의 요구에 응할 수 있다. 또한, 반사파로부터 고주파 전원(36)을 보호하기 위한 서큘레이터 등의 부담 또는 고주파 전원(36) 자체의 반사파 내량이 경감되고, 고주파 전원(36) 주위에서 하드웨어의 소형 간이화 또는 소비 전력의 효율화 등을 도모할 수도 있다. 또한, 반사파의 파워(PRL)를 줄임으로써, 후술하는 바와 같이 플라즈마 부하에 투입되는 순 고주파 파워(로드 파워)(PL)를 설정치로 유지하기 위한 PL 제어를 보다 정확하고 또한 효율적으로 행할 수 있다.
또한, 가중치 변수(K)는 0.5 < K ≤1의 범위로 한정되지 않고, 0 ≤ K ≤ 0.5의 범위 내로 설정되어도 된다. K = 0.5인 경우는, 상기 가중 평균의 연산식 (1)의 우변에 있어서, 제 1 항의 aZon에 대한 가중(K)과 제 2 항의 aZoff에 대한 가중(1 - K)이 모두 0.5로 동일해지고, 도시하지 않지만, 스미스 차트 상에서는 펄스 온 기간(Ton)의 부하 임피던스 측정치(aZon)와 펄스 오프 기간(Toff)의 부하 임피던스 측정치(aZoff)의 중앙점에 정합 포인트(ZS)가 위치한다.
또한, 0 ≤ K <0.5일 때는, 상기 가중 평균의 연산식 (1)의 우변에 있어서, 제 1 항의 aZon에 대한 가중(K)이 제 2 항의 aZoff에 대한 가중(1 - K)보다 작기 때문에, 펄스 온 기간(Ton)에 있어서의 부하 임피던스 측정치(aZon)는 정합 포인트(ZS)로부터 상대적으로 멀어지고, 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 부하 임피던스 측정치(aZoff)가 정합 포인트(ZS)에 상대적으로 근접된다. 이 경우는, 펄스 오프 기간(Toff) 중의 반사파의 파워(PRL)가 상대적으로 작아지고, 펄스 온 기간(Ton) 중의 반사파 파워(PRH)가 상대적으로 커진다.
이와 같이, 이 실시형태에 있어서는, 변조 펄스(MS)의 듀티비(DS)로부터 독립하여, 펄스 온 기간(Ton) 중의 반사파 파워(PRH)와 펄스 오프 기간(Toff) 중의 반사파 파워(PRL)의 밸런스(또는 정합 또는 비정합의 정도의 밸런스)를 임의로 제어할 수 있다. 주제어부(72)는, 프로세스 레시피 중에서 가중치 변수(K)를 0≤K≤1의 범위 내에서 임의로 설정하고, 프로세스마다 가중치 변수(K)를 전환, 혹은 1 회의 프로세스 중에서 가중치 변수(K)를 단계적 또는 연속적으로 전환할 수 있다.
또한, 이온 인입계의 정합기(42)에 있어서는, 고주파(LF)에 온/오프의 펄스 변조가 걸리므로, 상기와 같이 주제어부(72)로부터 임피던스 센서(106B)에 가중치 변수(K)는 부여되지 않고, 가중 평균치 연산 회로(118B)는 기능하지 않는다. 이동 평균치 연산 회로(120B)는, 클락(CK1)의 사이클마다 산술 평균치 연산 회로(116B)로부터 출력되는 연속하는 복수 개의 펄스 온 기간(Ton)에 있어서의 부하 임피던스(Z)의 산술 평균치(aZon)에 기초하여 이동 평균치(dZ)를 연산하고, 이 이동 평균치(dZ)를 부하 임피던스(Z)의 측정치(MZ)로서 출력한다.
정합기(42)의 매칭 컨트롤러(104B)는, 임피던스 센서(106B)의 이동 평균치 연산 회로(120B)로부터 클락(CK3)의 주기로 출력되는 부하 임피던스 측정치(MZ)에 추종 가능하게 응답하고, 부하 임피던스 측정치(MZ)의 위상이 영(0), 절대치가 50 Ω이 되도록, 즉 정합 포인트(ZS)에 일치 또는 근사하도록, 모터(100B, 102B)를 구동 제어하여 정합 회로(98B) 내의 리액턴스 소자(XL1, XL2)의 리액턴스를 가변으로 제어한다. 이 경우, 펄스 온 기간(Ton)에 있어서의 부하 임피던스(Z)의 산술 평균치(aZon) 내지 그 이동 평균치(cZon)가 항상 정합 목표점이 된다.
[전원 제어부 내의 주요부의 구성]
도 7 및 도 8에, 플라즈마 생성계의 고주파 전원(36)에 있어서의 전원 제어부(94A) 내의 주요부의 구성을 나타낸다.
전원 제어부(94A)는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 로드 파워 측정부(122A)와 고주파 출력 제어부(124A)를 가지고 있다. 로드 파워 측정부(122A)는, RF 파워 모니터(96A)로부터 얻어지는 진행파 파워 검지 신호(SPF)와 반사파 파워 검지 신호(SPR)로부터, 부하(주로 플라즈마)에 투입되는 로드 파워(PL)의 측정치(MPL)(MPL = SPF - SPR)를 연산에 의해 구한다.
로드 파워 측정부(122A)는, 아날로그 연산 회로 또는 디지털 연산 회로 중 어느 형태를 가져도 된다. 즉, 아날로그의 진행파 파워 검지 신호(SPF)와 아날로그의 반사파 파워 검지 신호(SPR)의 차분을 취하여 아날로그 신호의 로드 파워 측정치(MPL)를 생성해도 되고, 혹은 진행파 파워 검지 신호(SPF) 및 반사파 파워 검지 신호(SPR)를 각각 디지털 신호로 변환한 후에 양자의 차분을 취하여, 디지털 신호의 로드 파워 측정치(MPL)를 생성해도 된다.
고주파 출력 제어부(124A)는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 펄스 온 기간(제 1 기간)용의 제 1 제어 지령치 생성부(126A)와, 펄스 오프 기간(제 2 기간)용의 제 2 제어 지령치 생성부(128A)와, RF 파워 모니터(96A)로부터의 진행파 파워 검지 신호(SPF)를 제 1 제어 지령치 생성부(126A)로부터의 제 1 제어 지령치(Con) 혹은 제 2 제어 지령치 생성부(128A)로부터의 제 2 제어 지령치(Coff)와 비교하여, 비교 오차(ERon 혹은 ERoff)를 생성하는 비교기(130A)와, 이 비교기(130A)로부터의 비교 오차(ERon 혹은 ERoff)에 따라 파워 앰프(92)의 이득 또는 증폭율을 가변으로 제어하는 앰프 제어부(132A)와, 고주파 출력 제어부(124A) 내의 각 부를 제어하는 컨트롤러(134A)를 가지고 있다.
여기서, 제 1 제어 지령치 생성부(126A)는, 로드 파워 측정부(122A)로부터 부여되는 로드 파워 측정치(MPL)와 컨트롤러(134A)를 거쳐 주제어부(72)로부터 부여되는 로드 파워 설정치(PLH)(또는 PLon)를 입력받고, 변조 펄스(MS)의 각 사이클에 있어서 펄스 온 기간(Ton) 중에 진행파의 파워(PF)에 거는 피드백 제어를 위한 제 1 제어 지령치(Con)를 생성한다.
한편, 제 2 제어 지령치 생성부(128A)는, 로드 파워 측정부(122A)로부터의 로드 파워 측정치(MPL)와 컨트롤러(134A)로부터의 로드 파워 설정치(PLL)를 입력받고, 변조 펄스(MS)의 각 사이클에 있어서 펄스 오프 기간(Toff) 중에 진행파 파워(PF)에 거는 피드백 제어를 위한 제 2 제어 지령치(Coff)를 생성한다.
또한, 제 1 및 제 2 제어 지령치 생성부(126A, 128A)는, 바람직하게는 디지털 회로로 구성되어도 된다. 그 경우, 각각의 출력단에 디지털-아날로그(D/A) 변환기를 마련함으로써, 제 1 및 제 2 제어 지령치(Con, Coff)를 아날로그 신호의 형태로 출력할 수 있다.
제 1 제어 지령치 생성부(126A)로부터 출력되는 제 1 제어 지령치(Con)와, 제 2 제어 지령치 생성부(128A)로부터 출력되는 제 2 제어 지령치(Coff)는, 전환 회로(136A)를 거쳐 교호로 비교기(130A)에 부여된다. 전환 회로(136A)는, 컨트롤러(134A)의 제어하에서 동작하고, 변조 펄스(MS)의 각 사이클에 있어서, 펄스 온 기간(Ton) 중에는 제 1 제어 지령치 생성부(126A)로부터의 제 1 제어 지령치(Con)를 선택하여 비교기(130A)로 전송하고, 펄스 오프 기간(Toff) 중에는 제 2 제어 지령치 생성부(128A)로부터의 제 2 제어 지령치(Coff)를 선택하여 비교기(130A)에 전송하도록 되어 있다.
따라서, 비교기(130A)는, 변조 펄스(MS)의 각 사이클에 있어서, 펄스 온 기간(Ton) 중에는 진행파 파워 검지 신호(SPF)를 제 1 제어 지령치(Con)와 비교하여 그 비교 오차 즉 제 1 비교 오차(ERon(ERon = Con - SPF))를 생성하고, 펄스 오프 기간(Toff) 중에는 진행파 파워 검지 신호(SPF)를 제 2 제어 지령치(Coff)와 비교하여 그 비교 오차 즉 제 2 비교 오차(ERoff(ERoff = Coff - SPF)를 생성하도록 되어 있다.
앰프 제어부(132A)는, 컨트롤러(134A)의 제어하에서 동작하고, 변조 펄스(MS)의 각 사이클에 있어서, 펄스 온 기간(Ton) 중에는 제 1 비교 오차(ERon)를 영에 근접하도록 파워 앰프(92A)의 이득 또는 증폭율을 가변 제어하여 고주파 전원(36)의 출력을 제어하고, 펄스 오프 기간(Toff) 중에는 제 2 비교 오차(ERoff)를 영에 근접하도록 파워 앰프(92A)의 이득 또는 증폭율을 가변 제어하여 고주파 전원(36)의 출력을 제어하도록 되어 있다.
또한, 파워 앰프(92A)로, 선형 증폭기(리니어 앰프)가 적합하게 이용된다. 또한, 비교기(130A)에는 예를 들면 차동 증폭기가 이용된다. 비교기(130A)에 있어서는, 입력 신호의 차분(Con-SPF 혹은 Coff-SPF)과, 출력 신호의 비교 오차(ERon 혹은 ERoff)의 사이에, 일정한 비례 관계가 성립하고 있으면 된다.
이온 인입계의 고주파 전원(38)도, 고주파(LF)의 주파수가 플라즈마 생성계의 고주파(HF)의 주파수와 상이한 점을 제외하고, 상술한 플라즈마 생성계의 고주파 전원(36)에 있어서의 전원 제어부(94A)와 각각 동일한 구성 및 기능을 가지는 로드 파워 측정부(122B) 및 고주파 출력 제어부(124B)(도시하지 않음)를 구비하고 있다.
[실시형태에 있어서의 PL 제어의 작용]
이 실시형태의 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 고주파 전원(36, 38) 모두, 플라즈마 생성용의 고주파(HF) 또는 이온 인입용의 고주파(LF)를 챔버(10) 내로 각각 공급하고 있을 때는, 부하(주로 플라즈마)에 투입되는 순 고주파 파워 즉 로드 파워(PL)를 펄스 온 기간(Ton)과 펄스 오프 기간(Toff)에서 개별 설정치로 유지하기 위한 PL 제어를 행할 수 있도록 되어 있다.
이하에, 플라즈마 생성용의 고주파(HF)의 파워에 하이/로우의 펄스 변조가 걸리는 경우에 대하여, 이 실시형태에 있어서의 PL 제어의 작용을 설명한다. 또한, 이온 인입용의 고주파(LF)의 파워에는 동일한 변조 펄스(MS)하에서 온/오프의 펄스 변조가 걸린다고 한다.
이 경우, 주제어부(72)는, 플라즈마 생성계의 고주파 전원(36)의 전원 제어부(94A)에 대해서는, 하이/로우의 펄스 변조에 필요한 제어 신호 및 로드 파워 설정치(PLH, PLL)의 데이터를 부여하고, 또한 펄스 변조용의 타이밍 신호로서 변조 펄스(MS)를 부여한다. 또한, PLH는, 펄스 온 기간(Ton)에 있어서의 고주파(HF)의 파워의 레벨(하이 레벨)을 지정하는 제 1 로드 파워 설정치이다. 한편, PLL은, 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 고주파(HF)의 파워의 레벨(로우 레벨)을 지정하는 제 2 로드 파워 설정치이다. 고주파 전원(36)은, 이 전원(36)으로부터 하이/로우의 펄스 변조에 의해 출력되는 고주파(HF)에 대하여 다음과 같은 PL 제어를 행한다.
먼저, 주제어부(72)로부터의 로드 파워 설정치(PLH, PLL)는, 고주파 출력 제어부(124A) 내에서 컨트롤러(134A)에 세팅된다. 컨트롤러(134A)는, 제 1 및 제 2 제어 지령치 생성부(126A, 128A)에 대하여, 로드 파워 설정치(PLH, PLL) 및 소요의 제어 신호, 클락 신호를 부여한다.
제 1 제어 지령치 생성부(126A)는, 변조 펄스(MS)의 각 사이클에 있어서, 로드 파워 측정부(122A)로부터의 로드 파워 측정치(MPL)를 펄스 온 기간(Ton)의 동안만큼 도입하여 피드백 신호에 이용한다. 여기서, 로드 파워 측정치(MPL)의 순간치 또는 대표치를 피드백 신호에 이용하는 것도 가능하지만, 통상은 로드 파워 측정치(MPL)의 평균치(바람직하게는 이동 평균치)를 피드백 신호에 이용한다.
구체적으로는, 펄스 온 기간(Ton)의 사이에 로드 파워 측정부(122A)로부터 부여되는 로드 파워 측정치(MPL)에 대하여 변조 펄스(MS)의 복수 사이클분의 이동 평균치(AMPL)를 취득하고, 이 이동 평균치(AMPL)를 로드 파워 설정치(PLH)와 비교하여 비교 오차 또는 편차를 구하고, 다음 또는 후속의 사이클에 있어서 이 편차를 적당한 속도로 영에 근접하도록 펄스 온 기간(Ton) 중에 진행파의 파워(PF)에 거는 피드백 제어의 목표치 즉 제 1 제어 지령치(Con)를 결정한다. 이 제 1 제어 지령치(Con)를 결정하기 위하여, 피드백 제어 또는 피드 포워드 제어의 기술로 상용되고 있는 공지의 알고리즘을 이용할 수 있다.
한편, 제 2 제어 지령치 생성부(128A)는, 변조 펄스(MS)의 각 사이클에 있어서, 로드 파워 측정부(122A)로부터 부여되는 로드 파워 측정치(MPL)를 펄스 오프 기간(Toff)의 동안만큼 도입하여 피드백 신호에 이용한다. 역시, 로드 파워 측정치(MPL)의 순간치 또는 대표치를 피드백 신호에 이용하는 것도 가능하지만, 통상은 로드 파워 측정치(MPL)의 평균치(바람직하게는 이동 평균치)를 피드백 신호에 이용한다.
구체적으로는, 펄스 오프 기간(Toff)의 동안에 로드 파워 측정부(122A)로부터 부여되는 로드 파워 측정치(MPL)에 대하여 1 사이클분 또는 복수 사이클분의 이동 평균치(BMPL)를 취득하고, 이 이동 평균치(BMPL)를 로드 파워 설정치(PLL)와 비교하여 비교 오차 또는 편차를 구하고, 다음 또는 후속의 사이클에 있어서 이 편차를 적당한 속도로 영에 근접하도록 펄스 오프 기간(Toff) 중에 진행파의 파워(PF)에 거는 피드백 제어의 목표치, 즉 제 2 제어 지령치(Coff)를 결정한다. 이 제 2 제어 지령치(Coff)를 결정하기 위하여, 피드백 제어 또는 피드 포워드 제어의 기술로 상용되고 있는 공지의 알고리즘을 이용할 수 있다.
상기한 바와 같이, 비교기(130A)는, 변조 펄스(MS)의 각 사이클에 있어서, 펄스 온 기간(Ton) 중에는 진행파 파워 검지 신호(SPF)를 제 1 제어 지령치 생성부(126A)로부터의 제 1 제어 지령치(Con)와 비교하여 그 비교 오차(제 1 비교 오차)(ERon)를 생성하고, 펄스 오프 기간(Toff) 중에는 진행파 파워 검지 신호(SPF)를 제 2 제어 지령치 생성부(128A)로부터의 제 2 제어 지령치(Coff)와 비교하여 그 비교 오차(제 2 비교 오차)(ERoff)를 생성한다. 그리고, 앰프 제어부(132A)는, 변조 펄스(MS)의 각 사이클에 있어서, 펄스 온 기간(Ton) 중에는 제 1 비교 오차(ERon)를 영에 근접하도록 파워 앰프(92A)의 이득 또는 증폭율을 가변으로 제어하고, 펄스 오프 기간(Toff) 중에는 제 2 비교 오차(ERoff)를 영에 근접하도록 파워 앰프(92A)의 이득 또는 증폭율을 가변으로 제어한다.
이렇게 하여, 고주파(HF)를 하이/로우의 펄스 변조에 의해 출력하는 고주파 전원(36)에 있어서는, RF 파워 모니터(96A) 및 로드 파워 측정부(122A)로부터 얻어지는 로드 파워(PL)의 측정치(MPL)를, 펄스 온 기간(Ton) 중에는 제 1 로드 파워 설정치(PLH)에 일치 또는 근사시키고, 펄스 오프 기간(Toff) 중에는 제 2 로드 파워 설정치(PLL)에 일치 또는 근사시키도록, 고주파 급전 라인(43) 상을 순방향으로 전파하는 진행파의 파워(PF)에 대하여 피드백 제어가 걸린다. 즉, 고주파 전원(36)의 출력에 대하여 펄스 온 기간(Ton)과 펄스 오프 기간(Toff)에서 독립된 피드백 제어가 걸린다.
이러한 펄스 온 기간(Ton)용과 펄스 오프 기간(Toff)용의 독립된 2 계통의 피드백 제어에 의하면, 변조 펄스(MS)에 동기한 반사파 파워(PR) 내지 진행파 파워(PF)의 주기적인 변동에 용이하고 또한 정확하게 추종하는 것이 가능하며, 변조 펄스(MS)의 반전 시에 발생하는 급격한 부하 변동에도 쉽게 따라 잡을 수 있다. 이에 의해, 변조 펄스(MS)의 주파수를 높게 해도, 로드 파워(PL)를 펄스 온 기간(Ton) 및 펄스 오프 기간(Toff) 중 어느 것에서도 각각 개별의 설정치(PLH, PLL)로 안정되게 유지할 수 있다.
한편, 고주파(LF)에 온/오프의 펄스 변조를 거는 이온 인입계의 고주파 전원(38)에 있어서는, 전원 제어부(94B)에 의해, 변조 펄스(MS)의 각 사이클에 있어서 펄스 온 기간(Ton) 중에만 진행파의 파워(PF)에 대하여 PL 제어를 위한 피드백 제어가 걸린다. 전원 제어부(94B) 내의 컨트롤러(134B)는, 펄스 오프 기간용의 제 2 제어 지령치 생성부(128B)를 완전 휴지 또는 비액티브 상태로 유지하여, 펄스 온 기간용의 제 1 제어 지령치 생성부(126B)만을 동작시킨다. 이 경우, 제 1 제어 지령치 생성부(126B)에 대해서는, 펄스 온 기간(Ton)에 있어서의 고주파(HF)의 파워의 레벨(온 레벨)을 지시하는 로드 파워 설정치(PLon)를 부여한다.
비교기(130B)는, 변조 펄스(MS)의 각 사이클에 있어서, 펄스 온 기간(Ton) 중에 RF 파워 모니터(96B)로부터의 진행파 파워 검지 신호(SPF)를 제 1 제어 지령치 생성부(126B)로부터의 제 1 제어 지령치(Con)와 비교하여 그 비교 오차(제 1 비교 오차)(ERon)를 생성하고, 펄스 오프 기간(Toff) 중에는 실질적으로 휴지한다. 그리고, 앰프 제어부(132B)는, 변조 펄스(MS)의 각 사이클에 있어서, 펄스 온 기간(Ton) 중에는 제 1 비교 오차(ERon)를 영에 근접하도록 파워 앰프(92B)의 이득 또는 증폭율을 가변으로 제어하고, 펄스 오프 기간(Toff) 중에는 실질적으로 휴지한다.
단, 온/오프의 펄스 변조를 행하는 고주파 전원(38)에 있어서는, PF 제어를 행하는 것도 가능하다. 그 경우는, 컨트롤러(134B)로부터 비교기(130B)에 비교 기준치로서 진행파 파워 설정치(PFS)를 부여하면 된다.
[에칭 프로세스에 있어서의 실시예]
본 발명자는, 도 1의 플라즈마 에칭 장치에 의해 하이/로우의 펄스 변조를 이용하는 HARC(High Aspect Ratio Contact) 프로세스의 실험을 행하여, 펄스 오프 기간(Toff)의 길이, 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 고주파 파워(로드 파워)(PLL) 또는 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 상부 DC 전압의 값을 파라미터로 하였을 때, 각종 프로세스 특성에 부여하는 작용을 검증했다.
이 실험에서는, 도 9a에 나타낸 바와 같이 다층막 구조의 표층부에 제 1 에칭 공정에 의해 도중까지(제 3 SiO2층(152)에 달하는 깊이(d1)까지) 미세 홀(140)이 형성되어 있는 반도체 웨이퍼(W)를 샘플로서 준비했다. 그리고, 이 샘플의 반도체 웨이퍼(W)에 대하여, 도 9b에 나타낸 바와 같이 미세 홀(140)의 깊이를 제 3 SiO2층(152)의 하부까지(깊이(d2)까지) 연장하는 제 2 에칭 공정에 있어서, 플라즈마 생성용의 고주파(HF)에는 하이/로우의 펄스 변조를 걸고, 이온 인입용의 고주파(LF)에는 온/오프의 펄스 변조를 걸고, 상부 전극(46)에 인가하는 직류 전압(상부 DC 전압)(Vdc)의 크기(절대치)를 변조 펄스(MS)에 동기시켜 가변하는 실험을 행했다. 도 9a 및 도 9b에 있어서, 142는 에칭 마스크(포토레지스트), 144는 제 1 SiO2층, 146은 제 1 SiN층, 148은 제 2 SiO2층, 150은 제 2 SiN층, 152는 제 3 SiO2층, 154는 제 3 SiN층, 및 156은 반도체 기판이다.
이 실험에 있어서 평가 대상으로 선택한 프로세스 특성은, [1] 제 2 에칭 공정에 있어서의 홀(140)의 깊이의 증량분(d2-d1) 즉 에칭량, [2] 홀(140)의 입구 부근에 있어서의 네킹의 증량분 (네킹 CD), [3] 제 2 SiO2층(148)에 있어서의 보잉의 증량분(중간 Ox 보잉 CD), [4] 선택비(홀(140)의 깊이의 증량분(d2-d1)/마스크의 두께의 감소분(dm)) 및 [5] 애스펙트비 변화량(홀(140)의 깊이의 증량분(d2-d1)/중간 Ox 보잉 CD)이다.
제 2 에칭 공정에 따른 실험은, 보다 자세하게는, 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 고주파(HF)의 로드 파워(PLL)를 0 W로 설정한 경우와 200 W로 설정한 경우에서, 각종 프로세스 특성의 펄스 오프 기간 의존성을 비교하는 제 1 실험과, 각종 프로세스 특성의 상부 DC 전압 의존성을 비교하는 제 2 실험을 포함한다. 또한, 하이/로우의 펄스 변조로 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 고주파(HF)의 로드 파워(PLL)를 0 W로 한 경우는, 온/오프의 펄스 변조를 거는 것과 동일하다.
제 1 실험 및 제 2 실험에 공통되는 주된 고정치의 에칭 조건으로서, 에칭 가스를 C4F6 / NF3 / Ar / O2 = 76 / 10 / 75 / 73 sccm, 챔버 압력을 15 mTorr, 하부 전극 온도를 60 ℃, 펄스 온 기간(Ton)을 100μs, 펄스 온 기간(Ton)에 있어서의 이온 인입용 고주파(LF)의 파워를 10000 W, 펄스 온 기간(Ton)에 있어서의 플라즈마 생성용 고주파(HF)의 파워를 1000 W, 펄스 온 기간(Ton)에 있어서의 상부 DC 전압(Vdc)의 절대치(|Vdc|)를 500 V로 했다.
<제 1 실험의 파라미터 및 실험 결과＞
각종 프로세스 특성의 펄스 오프 기간 의존성을 비교하는 제 1 실험에서는, 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 상부 DC 전압(Vdc)의 절대치(|Vdc|)를 900 V로 고정하고, 펄스 오프 기간(Toff)(변조 펄스(MS)의 주파수(fS), 듀티비(DS))를 파라미터로하여, Toff = 25μs(fS = 8 kHz, DS = 80 %), Toff = 100 μs(fS = 5 kHz, DS = 50 %), Toff = 150 μs(fS = 4 kHz, DS = 40 %), Toff = 233 μs(fS = 3 kHz, DS = 30 %), Toff = 400 μs(fS = 2 kHz, DS = 20 %)의 단계적인 5개의 값을 선택했다.
도 10a ~ 도 10e에, 제 1 실험으로 얻어진 결과를 그래프로 나타낸다. 도 10a에 나타낸 바와 같이, [1] 홀(140)의 깊이의 증량분(에칭량 : d2 - d1)은, 고주파(HF)의 파워(PLL)가 0 W 또는 200 W 중 어느 경우라도, 펄스 오프 기간(Toff)이 25 μs ~ 400 μs의 범위에서 약 700 ~ 750 nm의 범위에 포함되어 있고, 그다지 차이는 없다. 이와 같이, PLL = 200 W로 하이/로우의 펄스 변조를 이용하면, 온/오프의 펄스 변조를 이용하는 경우와 동일 정도의 에칭량 또는 에칭 레이트가 얻어진다.
도 10b에 나타낸 바와 같이, [2]네킹 CD는, 펄스 오프 기간(Toff)을 25 μs에서 400 μs까지 단계적으로 크게 하면, 고주파(HF)의 로드 파워(PLL)가 0 W인 경우는 약 22.0 ~ 23.0의 범위에 그치는데 반하여, 고주파(HF)의 로드 파워(PLL)가 200 W인 경우는 약 22.0 nm에서 18.0 nm이하까지 단계적으로 크게 감소한다. 이와 같이, PLL = 200 W로 하이/로우의 펄스 변조를 이용하면(특히 fS를 3 kHz 이하, Toff를 233 μs이상으로 하면), 온/오프의 펄스 변조를 이용하는 경우에 비해, 네킹 CD가 크게 향상한다.
도 10c에 나타낸 바와 같이, [3] 중간 Ox 보잉 CD는, 펄스 오프 기간(Toff)을 25 μs에서 400 μs까지 단계적으로 크게 하면, 고주파(HF)의 로드 파워(PLL)가 0 W인 경우는 약 36.0 ~ 37.0의 범위에 그치는데 반하여, 고주파(HF)의 로드 파워(PLL)가 200 W인 경우는 약 37.0 nm에서 약 34.0 nm까지 크게 감소한다(단, Toff가 233 μs이상이 되면, 대부분 감소하지 않게 된다). 이와 같이, PLL = 200 W로 하이/로우의 펄스 변조를 이용하면(특히 fS를 3 kHz 이하, Toff를 233 μs 이상으로 하면), 온/오프의 펄스 변조를 이용하는 경우에 비해, 중간 Ox 보잉 CD도 큰폭으로 향상한다.
도 10d에 나타낸 바와 같이, [4] 선택비는, 펄스 오프 기간(Toff)을 25 μs에서 233 μs까지 단계적으로 크게 하면, 고주파(HF)의 로드 파워(PLL)가 0 W인 경우 및 200 W인 어느 경우도 약 2.5로부터 약 4.2까지 대략 동일한 변화율로 증대하고, Toff가 233 μs를 초과하면 포화된다. 이와 같이, PLL = 200 W로 하이/로우의 펄스 변조를 이용하면, 온/오프의 펄스 변조를 이용하는 경우와 동일한 정도로 선택비가 향상한다.
도 10e에 나타낸 바와 같이, [5] 애스펙트비 변화량은, 펄스 오프 기간(Toff)을 25 μs에서 400 μs까지 단계적으로 크게 하면, 고주파(HF)의 로드 파워(PLL)가 0 W인 경우는 약 80 ~ 85의 범위에 그치는데 반하여, 고주파(HF)의 로드 파워(PLL)가 200 W인 경우는 약 80에서 약 130까지 크게 증대한다(단, Toff가 233 μs를 초과하면 포화한다). 이와 같이, PLL = 200 W로 하이/로우의 펄스 변조를 이용하면(특히 fS를 3 kHz 이하, Toff를 233 μs 이상으로 하면), 온/오프의 펄스 변조를 이용하는 경우에 비해, 애스펙트비 변화량이 크게 향상한다.
<제 2 실험의 파라미터 및 실험 결과＞
각종 프로세스 특성의 상부 DC 전압 의존성을 비교하는 제 2 실험에서는, 펄스 오프 기간(Toff)(변조 펄스(MS)의 주파수(fS), 듀티비(DS))를 Toff = 233 μs(fS = 3 kHz, DS = 30 %)로 고정하고, 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 상부 DC 전압(Vdc)의 절대치(|Vdc|)를 파라미터로서, |Vdc| = 500 V, 900 V, 1200 V의 단계적인 3 개의 값을 선택했다.
도 11a ~ 도 11e에, 제 2 실험으로 얻어진 결과를 그래프로 나타낸다. 도 11a에 나타낸 바와 같이, [1] 홀(140)의 깊이의 증량분(에칭량 : d2-d1)은, 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 상부 DC 전압(Vdc)의 절대치(|Vdc|)를 500 V, 900 V, 1200 V로 단계적으로 크게 하면, 고주파(HF)의 로드 파워(PLL)가 0 W인 경우는 약 760 nm에서 약 680 nm까지 선형적으로 감소하고, 고주파(HF)의 로드 파워(PLL)가 200 W인 경우는 약 700 nm에서 약 680 nm까지 점차적으로 감소한다. 이와 같이, PLL = 200 W로 하이/로우의 펄스 변조를 이용하는 경우는, 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 상부 DC 전압(Vdc)의 절대치(|Vdc|)를 크게 하여도, 홀(140)의 깊이의 증량분(에칭량)이 증대되는 것은 아니고, 오히려 감소하는 경향이 있지만, 온/오프의 펄스 변조를 이용하는 경우에 비교해 뒤떨어지는 것도 아니다.
도 11b에 나타낸 바와 같이, [2] 네킹 CD는, 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 상부 DC 전압(Vdc)의 절대치(|Vdc|)를 500 V, 900 V, 1200 V로 단계적으로 크게 하면, 고주파(HF)의 로드 파워(PLL)가 0 W인 경우는 약 23.0 nm에서 약 20.0 nm 이하까지 단계적으로 감소하는데 반하여, 고주파(HF)의 로드 파워(PLL)가 200 W인 경우는 낮은 레벨로 약 19.6 nm에서 약 17.8 nm까지 보다 단계적으로 감소한다. 이와 같이, PLL = 200 W로 하여 하이/로우의 펄스 변조를 이용하는 경우는, 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 상부 DC 전압(Vdc)의 절대치(|Vdc|)를 크게 할수록 네킹 CD는 향상되고, 또한 온/오프의 펄스 변조를 이용하는 경우보다 네킹 CD는 향상된다.
도 11c에 나타낸 바와 같이, [3] 중간 Ox 보잉 CD는, 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 상부 DC 전압(Vdc)의 절대치(|Vdc|)를 500 V, 900 V, 1200 V로 단계적으로 크게 하면, 고주파(HF)의 로드 파워(PLL)가 0 W인 경우는 약 37.5 nm에서 약 35.5 nm까지 단계적으로 감소하는데 반하여, 고주파(HF)의 로드 파워(PLL)가 200 W인 경우는 보다 낮은 레벨로 약 35.2 nm에서 약 33.5 nm까지 보다 단계적으로 감소한다(단, |Vdc|가 900 V 이상이 되면, 대부분 감소하지 않게 된다). 이와 같이, PLL = 200 W로 하여 하이/로우의 펄스 변조를 이용하는 경우는, 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 상부 DC 전압(Vdc)의 절대치(|Vdc|)를 크게 할수록 대체로 중간 Ox 보잉 CD는 향상되고, 또한 온/오프의 펄스 변조를 이용하는 경우보다 중간 Ox 보잉 CD는 향상된다.
도 11d에 나타낸 바와 같이, [4]선택비는, 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 상부 DC 전압(Vdc)의 절대치(|Vdc|)를 500 V ~ 1200 V의 범위에서 변화시켜도, 고주파(HF)의 로드 파워(PLL)가 0 W인 경우 및 200 W의 어느 경우도 약 4.1 ~ 4.5의 범위 내에 포함된다. 이와 같이, PLL = 200 W로 하이/로우의 펄스 변조를 이용하면, 온/오프의 펄스 변조를 이용하는 경우와 동일한 정도로 선택비가 향상된다.
도 11e에 나타낸 바와 같이, [5]애스펙트비 변화량은, 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 상부 DC 전압(Vdc)의 절대치(|Vdc|)를 500 V, 900 V, 1200 V로 단계적으로 크게 하면, 고주파(HF)의 로드 파워(PLL)가 0 W인 경우는 |Vdc|가 900 V 이상이 되면 약 80에서 약 92까지 상승하는데 반하여, 고주파(HF)의 로드 파워(PLL)가 200 W인 경우는 보다 높은 레벨로 약 99에서 약 132까지 보다 상승한다(단, |Vdc|가 900 V 이상이 되면 포화한다). 이와 같이, PLL = 200 W로 하이/로우의 펄스 변조를 이용하면, 온/오프의 펄스 변조를 이용하는 경우에 비해, 애스펙트비 변화량이 크게 향상된다.
<실험의 평가＞
상기와 같이, 도 9에 나타낸 바와 같은 HARC(High Aspect Ratio Contact) 프로세스에 있어서는, 플라즈마 생성용의 고주파(HF)에 대하여, 하이/로우의 펄스 변조를 거는 쪽이 온/오프의 펄스 변조를 거는 경우보다 각종 프로세스 특성에 있어서 우위성이 있고, 특히 높은 선택비를 보증하면서 보잉을 효과적으로 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다. 이 점에 대하여 고찰한다.
펄스 변조에 있어서는, 변조 펄스의 각 사이클마다, 펄스 온 기간으로부터 펄스 오프 기간으로 전환되면, 이온의 인입 효과가 약해지고, 마스크 상에 플라즈마 반응 생성물이 퇴적된다. 따라서, 저속 펄스/ 낮은 듀티비(펄스 오프 기간이 김)에서는, 마스크와 피에칭재 또는 대상막의 선택비의 향상에 적합한 영역이라고 할 수 있다. 그러나, 펄스 오프 기간은 에칭에 기여하는 것이 적기 때문에, 펄스 오프 기간을 필요이상으로 길게 하면 플라즈마 프로세스의 소요 시간이 길어져, 생산성의 저하를 초래하게 된다.
또한, HARC와 같이 홀 에칭의 애스펙트비가 커지면, 에칭 시간이 길어지므로, 온/오프의 펄스 변조를 이용한 경우는, 비록 마스크와의 선택비가 확보되었다고 해도, 홀 측벽으로의 장시간의 이온 입사에 의해, 보잉이 보다 발생하기 쉬워져 버리므로, 최종적으로 양호한 가공 형상을 얻는 것이 어려웠다.
펄스 온 기간으로부터 펄스 오프 기간으로 전환 직후에 챔버의 처리 공간에서 전자, 이온 및 라디칼이 각각 감소하는 비율은 상이하다. 전자는 10 μs, 이온은 100 μs 정도의 비교적 짧은 시간에 소멸하는데 반하여, 라디칼은 1 ms 정도의 시간이 경과한 후에도 존재한다. 이 오프 타임 중에 존재하는 라디칼이 마스크 표층과 반응함으로써, 마스크 표면 보호막을 형성한다고 상정된다.
하이/로우의 펄스 변조에 있어서는, 펄스 오프 기간 중에도 플라즈마 생성용의 고주파(HF)가 처리 가스를 여기하고, 이온 및 라디칼을 발생시킨다. 이 경우, 이온 인입용의 고주파(LF)에 비해 이온에 부여하는 가속의 에너지는 작으므로, 에칭에 기여하는 비율은 적다. 한편, 상당한 라디칼이 발생하고 있고, 또한 하부 2 주파 중첩 인가 방식의 경우는 LF 오프로 HF의 파워가 약하기 때문에, 알맞은 정도의 RF 바이어스에 의해 라디칼을 끌어들여 이온을 홀의 바닥부로 인입할 수 있다. 그 결과, 홀 측벽에 대한 반응 생성물의 퇴적을 촉진시켜, 보잉의 억제에 효과가 있는 측벽 보호막을 형성할 수 있다.
또한, 상기와 같이, 하이/로우의 펄스 변조를 이용할 때는, 변조 펄스에 동기시켜 상부 DC 전압의 절대치를 펄스 온 기간보다 펄스 오프 기간에서 한 단 높게 하는 기법도 각종 프로세스 특성의 향상, 특히 네킹의 개선, 중간 보잉 CD의 개선, 수직 형상의 개선에 효과적인 것을 알 수 있다.
즉, 펄스 오프 기간 중에 상부 DC 전압의 절대치를 한 단 높게 함으로써, 어떠한 작용이 일어나(예를 들면 피에칭재 및 마스크에 주입되는 전자의 에너지가 증대함으로써), 홀 내에서 측벽 보호막을 바닥부측으로 연장하는 효과, 혹은 마스크 어깨부의 어깨부 누락을 억제하는(이에 따라, 보잉을 유발하는 경사 성분의 이온 입사의 비율을 저감하는) 효과가 얻어지는 것이라고 상정된다.
어쨌든, HARC 프로세스에 있어서는, 플라즈마 생성용의 고주파에 하이/로우의 펄스 변조를 거는 경우는, 변조 펄스의 주파수는 1 kHz 이상(바람직하게는 2 kHz ~ 8 kHz, 보다 바람직하게는 2 kHz~3 kHz)의 영역이 바람직하고, 펄스 오프 기간에 있어서의 플라즈마 생성용 고주파(HF)의 로드 파워(PLL)는 어느 정도 높은 영역(예를 들면 100 W 이상, 바람직하게는 200 W 이상)으로 설정하는 것이 바람직하다.
이 점, 이 실시형태에 있어서의 플라즈마 에칭 장치에 있어서는, 플라즈마 생성계의 정합기(40)가, 상기와 같은 구성 및 기능을 가지는 임피던스 센서(106A)에 의해, 고주파 급전 라인(43) 상에서 고주파 전원(36)으로부터 보이는 플라즈마 부하의 임피던스를 측정하고, 펄스 온 기간(Ton)에 있어서의 부하 임피던스의 측정치와 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 부하 임피던스의 측정치를 원하는 가중으로 가중 평균하여 얻어지는 가중 평균 측정치를 구하고, 이 가중 평균 측정치를 고주파 전원(36)의 출력 임피던스에 정합시키도록 동작한다. 이 경우, 가중 평균의 가중치 변수(K)의 값을 조정함으로써, 펄스 온 기간(Ton)에 있어서의 반사파 파워(PRH)와 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 반사파 파워(PRH)의 밸런스를 임의로 제어할 수 있으므로, 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 반사파의 파워(PRL)를 임의로 줄이고, 그 만큼 로드 파워(PLL)를 높은 임의에 값으로 설정하는 것이 가능해진다.
일례로서, 플라즈마 생성계의 고주파 전원(36)에 이용되고 있는 실제의 어느 기종의 고주파 전원(반사파 파워의 허용 한계치가 1200 W)에 있어서는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 펄스 온 기간(Ton)에 있어서의 반사 계수(Г)가 Г = 0.0인 종래의 매칭 방법(펄스 온 기간(Ton) 중에 대략 완전한 정합을 취하는 방법)을 행하는 경우에 비해, Г = 0.2, Г = 0.3이 되는 실시형태의 매칭 방법을 이용함으로써, 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 로드 파워(PLL)의 설정 가능한 범위를 약 230 W(Г = 0.0)로부터 약 300 W(Г = 0.2) 또한 약 350 W(Г = 0.3)로 큰 폭으로 확대할 수 있다. 이것은, 다른 관점에서 보면, 고주파 전원(36)의 다운사이징이 가능하게 되는 것을 의미한다. 또한, 반사 계수Г는 Г = (PRH / PFH)1/2로 부여된다.
[상부 전극 방전 대책에 관한 실시예]
일반적으로, HARC 프로세스와 같은 홀 에칭에 있어서는, 애스펙트비를 높게 하면, 홀의 바닥부에 양이온이 저류되기 쉬워져, 홀 내에서의 이온의 직진성이 저하되어, 양호한 에칭 형상을 얻는 것이 곤란해진다. 이 점에 관하여, 도 1의 플라즈마 에칭 장치는, 직류 전원부(62)를 구비하고 있고, 상부 전극(46)에 부극성의 직류 전압을 인가함으로써, 상부 전극(46)으로부터 플라즈마 생성 공간(PA)으로 방출되는 전자를 서셉터(하부 전극)(16) 상의 반도체 웨이퍼(피처리체)(W)를 향해 가속하고, 고속으로 가속된 전자를 홀의 심부에 공급하여, 홀 바닥부에 저류된 양이온을 전기적으로 중화할 수 있으므로, 상기와 같은 홀 내에서 이온의 직진성이 저하되는 문제를 회피할 수 있다.
그러나, 상부 전극(46)에 부극성의 직류 전압을 인가함으로써, 상부 전극(46) 중에서, 특히 가스 분출 홀(48a) 내지 가스 통기 홀(50a) 내에서 가스의 방전(이상 방전)이 발생하고, 상부 전극(46)이 손상되는 경우가 있다. 이러한 상부 전극 내부의 이상 방전은, 플라즈마 생성용의 고주파(HF) 및 이온 인입용의 고주파(LF)의 쌍방에 온/오프의 펄스 변조를 거는 경우에 발생하기 쉽다.
이 경우는, 도 13에 나타낸 바와 같이, 펄스 오프 기간(Toff) 중에는, 이온 인입용의 고주파 전원(38) 및 플라즈마 생성용의 고주파 전원(36)의 쌍방이 오프되는 한편, 상부 전극(46)에는 직류 전원부(62)로부터 절대치가 큰 부극성의 직류 전압(Vdc1)이 인가된다. 이에 의해, 상부 전극(46)의 표면 부근에는, 전자(e)를 떼어내는 방향으로 가속하고, 이온(+)을 끌어당기는 방향으로 가속하는 고전계 영역(이하 'DC 시스'라고 칭함)(SHDC)이 발생하고, 이 DC 시스(SHDC)에 의해 가속된 전자(e)가 서셉터(16) 상의 반도체 웨이퍼(W)로 입사하여, 홀의 바닥부에 저류되어 있는 양전하를 중화한다. 이 때, 플라즈마 생성 공간(PA) 내에서는 플라즈마가 소멸되고 있으므로, 반도체 웨이퍼(W)의 표면 상에 플라즈마 시스(이온 시스)(SHRF)는 대부분 형성되어 있지 않다. 이 상태는, 펄스 오프 기간(Toff)을 통해 지속된다.
그리고, 펄스 오프 기간(Toff)으로부터 펄스 온 기간(Ton)으로 변경되면, 양 고주파 전원(36, 38)의 쌍방이 동시에 온되어, 양 고주파(HF, LF)가 서셉터(16)에 인가된다. 이에 의해, 플라즈마 생성 공간(PA)에 처리 가스의 플라즈마가 생성되고, 반도체 웨이퍼(W)의 표면을 덮도록 챔버(10) 내에 플라즈마 시스(SHRF)가 형성된다. 이 경우, 플라즈마 시스(SHRF)는, 지금까지의 실질적으로 없는 상태로부터 돌연히 나타나, 상부 전극(46)을 향해 급속도로 성장한다(시스의 두께가 증대한다). 이 플라즈마 시스(SHRF)의 성장 속도는, 주파수가 상대적으로 낮은 이온 인입용의 고주파(LF)의 전압(피크 피크치)(Vpp)의 개시 속도 내지 포화치의 크기에 주로 의존한다.
한편, 상부 전극(46)에서는, 직류 전원부(62)에 의해 인가되는 직류 전압의 절대치가 지금까지의 비교적 큰 값(|Vdc1|)으로부터 비교적 작은 값(|Vdc2|)으로 변경되지만, 변함 없이 전자(e)가 방출되고, 반도체 웨이퍼(W)를 향해 가속된다. 그러나, 펄스 오프 기간(Toff) 때와는 달리, 이 경우에서는 반도체 웨이퍼(W) 상에서 플라즈마 시스(SHRF)가 그 두께 즉 전계 강도가 증대하는 방향으로 급속도로 성장하므로, 상부 전극(46)측으로부터 가속되어 온 전자(e)가 성장 중인 플라즈마 시스(SHRF)에 의해 강하게 튕겨나간다. 그리고, 플라즈마 시스(SHRF)에 의해 튕겨나간 전자(e)가, 이번은 상부 전극(46)을 향해 비산하여, DC 시스(SHDC)의 전계에 저항하여 상부 전극(46)의 전극판(48)의 가스 분출 홀(48a) 내에 진입하고, 그 심부에서 방전을 일으키는 경우가 있다.
이와 같이 상부 전극의 내부에서 이상 방전이 발생하는 경우에 있어서, 상부 전극(46)으로부터 방출된 전자(e)를 반도체 웨이퍼(W)측을 향해 가속시킬 때와, 반도체 웨이퍼(W)측의 플라즈마 시스(SHRF)로 되튄 전자(e)를 감속시킬 때에, 상부 전극(46)측의 DC 시스(SHDC)의 전계가 전자(e)에 작용하는 힘은 동일하다. 따라서, 상부 전극(46)의 가스 분출 홀(48a) 안으로 전자가 진입하는 빈도 또는 속도는, DC 시스(SHDC)의 크기에는 대부분 의존하지 않고, 플라즈마 시스(SHRF)가 전자(e)를 상부 전극(46)측으로 되튀는 강도, 즉 플라즈마 시스(SHRF)의 성장 속도에 의존한다.
또한, 플라즈마 생성 공간(PA)의 상부에서 생성되는 양이온(+)은, DC 시스(SHDC)의 전계에 인입되어 상부 전극(46)(전극판(48))의 표면에 충돌하여 스퍼터하는 경우가 있어도, 상부 전극(46) 내부의 이상 방전을 일으키는 경우는 없다.
도 1의 플라즈마 에칭 장치에 있어서, 상기와 같은 상부 전극(46) 내부의 이상 방전은, 플라즈마 생성용의 고주파(HF)에 대한 펄스 변조를 온/오프의 펄스 변조로부터 하이/로우의 펄스 변조로 변경함으로써, 효과적으로 회피할 수 있다.
이 경우는, 도 14에 나타낸 바와 같이, 펄스 오프 기간(Toff) 중에는, 고주파 전원(36)이 온 상태를 유지하고, 플라즈마 생성용의 고주파(HF)가 로우 레벨의 파워로 서셉터(16)에 인가되므로, 플라즈마 생성 공간(PA)에는 플라즈마가 소멸되지 않고 저밀도로 잔존하고, 반도체 웨이퍼(W)의 표면은 얇은 플라즈마 시스(SHRF)로 덮인다. 이 때, 상부 전극(46)측으로부터 DC 시스(SHDC)의 큰 전계에 의해 고속도로 가속되어 온 전자(e)는, 플라즈마 시스(SHRF)에서 역방향의 전계 또는 힘을 받는다. 그러나, 플라즈마 시스(SHRF)는 얇고 그 역방향의 전계는 약하므로, 전자(e)는 플라즈마 시스(SHRF)를 관통하여 반도체 웨이퍼(W)에 입사한다. 이 상태는, 펄스 오프 기간(Toff)을 통하여 지속된다.
그리고, 펄스 오프 기간(Toff)으로부터 펄스 온 기간(Ton)으로 변경되면, 고주파 전원(38)이 온되어 이온 인입용의 고주파(LF)를 서셉터(16)에 인가하고, 또한 고주파 전원(36)이 고주파(HF)의 파워를 지금까지의 로우 레벨로부터 하이 레벨로 변경한다. 이에 의해, 플라즈마 생성 공간(PA)에서 생성되는 플라즈마의 밀도가 급격하게 높아지고, 또한 반도체 웨이퍼(W)의 표면을 덮는 플라즈마 시스(SHRF)의 두께가 한층 증대한다. 단, 이 경우는, 플라즈마 시스(SHRF)가 무의 상태로부터 돌연 나타나 급성장하는 것이 아니라, 이미 존재하고 있는 상태로부터 두께를 증대시킬 뿐이므로, 그 성장 속도는 상당히 완만하며, 상부 전극(46)측으로부터 고속으로 가속되어 온 전자(e)를 튕겨내는 힘은 그다지 크지 않다. 이 때문에, 플라즈마 시스(SHRF)에 의해 튕겨나간 전자(e)는, 그 튕김의 초속도가 낮기 때문에, DC 시스(SHDC)를 관통하지 못하고, 상부 전극(46)의 전극판(48)의 가스 분출 홀(48a) 안으로 진입하지 않는다. 따라서, 상부 전극(46)의 내부에서 이상 방전은 발생하지 않는다.
그러나, 펄스 온 기간(Ton) 중에 상부 전극(46)의 내부에서 이상 방전이 발생할 때는, 플라즈마 시스(SHRF)의 성장 속도 또는 두께에 관계하는 이온 인입용 고주파(LF)의 피크 투 피크치(Vpp)가 고주파 급전 라인(45) 상에서 크게 변동하는 것이 확인되고 있다. 이 실시형태의 플라즈마 에칭 장치에 있어서는, 정합기(40, 42)안에 Vpp 검출기(107A, 107B)를 각각 마련하고 있다(도 3). 정합기(42) 내의 Vpp 검출기(107B)를 통하여, 고주파 급전 라인(45) 상의 이온 인입용 고주파(LF)의 피크·피크치(Vpp)를 측정하고, 주제어부(72) 또는 매칭 컨트롤러(104B) 내의 CPU 처리에 의해 Vpp의 측정치를 해석하여, 상부 전극(46)의 내부에서 이상 방전이 발생하고 있는지 여부를 나타내는 모니터 정보(도 15, 도 16)를 취득할 수 있다.
여기서, 도 15의 모니터 정보는, 상부 전극(46)의 내부에서 이상 방전이 발생하고 있는 경우에 얻어진 것(일례)이다. 도시한 바와 같이, 모니터 시간으로 설정된 판정 구간 중에서 Vpp 변동률이 빈번하게 또한 크게(수 % 이상으로) 튀어 오르는 것을 알 수 있다. 일반적으로, 이상 방전의 발생 빈도가 많을 수록, Vpp 변동률이 커지는 경향이 있다. 도시의 그래프의 세로축의 Vpp 변동률은, 예를 들면 다음의 식 (2)로 부여된다.
Vpp 변동률 = 100 × (Vpp -max - Vpp -ave) / Vpp - ave ··· (2)
단, Vpp -max는 판정 구간 중에 설정되는 일정한 샘플링 기간(TS)에 있어서의 Vpp의 최대치이며, Vpp -ave는 이 샘플링 기간(TS)에 있어서의 Vpp의 평균치이다.
도 16의 모니터 정보는, 상부 전극(46)의 내부에서 이상 방전이 발생하고 있지 않는 경우에 얻어진 것(일례)이다. 판정 구간을 통하여 Vpp 변동률이 수 % 이하(도시의 예는 1 % 이하)로 안정되어 있다. 또한, 모니터 시간의 개시 직후와 종료 직전은, 플라즈마의 착화와 소멸의 타이밍이며, 이상 방전의 발생의 유무와 관계없이 Vpp 변동률이 상승하므로, 판정 구간으로부터 제외하고 있다.
본 발명자들은, 상술한 바와 같은 HARC 프로세스에 있어서, 가스 압력, 펄스 변조의 주파수(fs) 및 듀티비(Ds)를 파라미터로 선택하여 변화시키는 실험을 행하여, 각 펄스 변조에 있어서의 상부 전극 내부의 이상 방전의 발생의 유무를 조사했다. 이 실험에서는, 상술한 실시예와 마찬가지로 에칭 가스로 플루오르 카본계의 가스를 사용하고, 펄스 온 기간(Ton)에 있어서의 플라즈마 생성용 고주파(HF)의 파워를 2000 kW, 이온 인입용 고주파(LF)의 파워를 14000 kW, 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 고주파(HF)의 파워를 100 W로 했다. 그리고, 파라미터로서, 가스 압력은 10 mTorr, 15 mTorr, 20 mTorr, 25 mTorr, 30 mTorr의 5 가지로 선택하고, 펄스 변조의 주파수(fs)는 4 kHz, 5 kHz, 10 kHz의 3 가지로 선택하고, 듀티비 Ds는 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %의 5 가지로 선택했다.
도 17a 및 도 17b에, 그 실험 결과를 테이블 형식으로 나타낸다. 테이블 중에서, "O"은 상기 모니터 정보에 있어서 Vpp 변동률이 2 %(허용치) 이하에 포함된 경우이고, '이상 방전 없음'의 판정 결과를 나타낸다. "X"는 상기 모니터 정보에 있어서 Vpp 변동률이 2 %(허용치)를 초과한 경우이며, '이상 방전 있음'의 판정 결과를 나타낸다.
도 17a는, 플라즈마 생성용의 고주파(HF) 및 이온 인입용의 고주파(LF), 쌍방에 온/오프의 펄스 변조를 거는 경우이다. 이 경우는, 모든 파라미터(가스 압력, 펄스 변조 주파수(fs), 듀티비(Ds))의 전체 가변 영역에 걸쳐 '이상 방전 있음'(X)의 결과가 넓게 분포한다.
도 17b는, 플라즈마 생성용의 고주파(HF)에 하이/로우의 펄스 변조를 걸고, 또한 이온 인입용의 고주파(LF)에 온/오프의 펄스 변조를 건 경우이다. 이 경우는, 모든 파라미터(가스 압력, 펄스 변조 주파수(fs), 듀티비(Ds))의 전체 가변 영역에 걸쳐 항상 '이상 방전 없음'(0)이었다.
이와 같이, 플라즈마 생성용의 고주파(HF)에 하이/로우의 펄스 변조를 걸고,또한 이온 인입용의 고주파(LF)에 온/오프의 펄스 변조를 건 변조 모드를 선택함으로써, 상부 전극(46)의 내부의 이상 방전을 효과적으로 회피할 수 있다. 단, 이 방법은, 펄스 오프 기간(Toff) 중에 플라즈마 생성용 고주파(HF)의 파워(로드 파워)를 낮은 최적인 설정치에 정확하고 또한 안정되게 유지할 수 있는 기술을 적합하게 필요로 한다. 이 점에 관해서는, 상술한 바와 같이, 정합기(40)의 임피던스 센서(106A)에 있어서 가중치 변수(K)의 값을 조정함으로써 펄스 온 기간(Ton)에 있어서의 반사파 파워(PRH)와 펄스 오프 기간(Toff)에 있어서의 반사파 파워(PRL)의 밸런스를 임의로 제어하는 기술과, 고주파 전원(36)에 있어서 펄스 오프 기간(Toff) 중의 로드 파워(PLL)에 독립한 피드백 제어를 거는 기술을 적합하게 이용할 수 있다.
[다른 실시형태 또는 변형예]
이상 본 발명의 적합한 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 그 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다.
본 발명에 있어서는, 제 1(플라즈마 생성계) 파워 변조 방식, 제 2(이온 인입계) 파워 변조 방식 및 상부 DC 인가 방식을 조합할 시에는 각각의 모드를 임의로 선택하는 것이 가능하다. 또한, 이온 인입용의 고주파(LF)의 파워에는 펄스 변조를 걸지 않고 플라즈마 생성용의 고주파(HF)에 하이/로우의 펄스 변조를 거는 형태 또는 역으로 플라즈마 생성용의 고주파(HF)에는 펄스 변조를 걸지 않고 이온 인입용의 고주파(LF)의 파워에 하이/로우의 펄스 변조를 거는 형태도 가능하다. 또한, 제 1 파워 변조 방식 혹은 제 2 파워 변조 방식 중 어느 하나만을 사용하는 형태 또는 상부 DC 인가 방식을 사용하지 않는 형태도 가능하다.
상기 실시형태(도 1)에서는, 플라즈마 생성용의 고주파(HF)를 서셉터(하부 전극)(16)에 인가했다. 그러나, 플라즈마 생성용의 고주파(HF)를 상부 전극(46)에 인가하는 구성도 가능하다.
본 발명은, 용량 결합형 플라즈마 에칭 장치에 한정되지 않고, 플라즈마 CVD, 플라즈마 ALD, 플라즈마 산화, 플라즈마 질화, 스퍼터링 등 임의의 플라즈마 프로세스를 행하는 용량 결합형 플라즈마 처리 장치에 적용 가능하고, 또한 챔버의 주위에 고주파 전극(안테나)을 마련하는 유도 결합형 플라즈마 처리 장치에도 적용 가능하다. 본 발명에 있어서의 피처리체는 반도체 웨이퍼에 한정하지 않고, 플랫 패널 디스플레이, 유기 EL, 태양 전지용의 각종 기판 또는 포토 마스크, CD 기판, 프린트 기판 등도 가능하다.
10 : 챔버
16 : 서셉터(하부 전극)
36 : (플라즈마 생성계)고주파 전원
38 : (이온 인입계)고주파 전원
40, 42 : 정합기
43, 45 : 고주파 급전 라인
46 : 상부 전극(샤워 헤드)
56 : 처리 가스 공급원
72 : 주제어부
90A, 90B : 고주파 발진기
92A, 92B : 파워 앰프
94A, 94B : 전원 제어부
96A, 96B : RF 파워 모니터
98A, 98B : 정합 회로
100A, 102A, 100B, 102B : 모터
104A, 104B : 매칭 컨트롤러
107A, 107B : Vpp 검출기
110A, 110B : RF 전압 검출기
112A, 112B : RF 전류 검출기
114A, 114B : 부하 임피던스 순간치 연산 회로
116A, 116B : 산술 평균치 연산 회로
118A, 118B : 가중 평균치 연산 회로
120A, 120B : 이동 평균치 연산 회로
122A, 122B : 로드 파워 측정부
124A, 124B : 고주파 출력 제어부
126A, 126B : (펄스 온 기간용)제어 지령치 생성부
128A, 128B : (펄스 오프 기간용)제어 지령치 생성부
130A, 130B : 비교기
132A, 132B : 앰프 제어 회로
134A, 134B : 컨트롤러
136A, 136B : 전환 회로

Claims (11)

  1. 피처리체를 출입 가능하게 수용하는 진공 배기 가능한 처리 용기 내에서 처리 가스의 고주파 방전에 의한 플라즈마를 생성하고, 상기 플라즈마 하에서 상기 처리 용기 내의 상기 피처리체에 원하는 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치로서,
    제 1 고주파를 출력하는 제 1 고주파 전원과,
    일정한 듀티비로 교호로 반복하는 제 1 및 제 2 기간에 있어서, 상기 제 1 기간에서는 상기 제 1 고주파의 파워가 하이 레벨이 되고, 상기 제 2 기간에서는 상기 제 1 고주파의 파워가 상기 하이 레벨보다 낮은 로우 레벨이 되도록, 상기 제 1 고주파 전원의 출력을 일정 주파수의 변조 펄스로 변조하는 제 1 고주파 파워 변조부와,
    상기 제 1 고주파 전원으로부터 출력되는 상기 제 1 고주파를 상기 처리 용기의 내부 또는 주위에 배치되는 제 1 전극까지 전송하기 위한 제 1 고주파 급전 라인과,
    상기 제 1 고주파 급전 라인 상에서 상기 제 1 고주파 전원으로부터 보이는 부하의 임피던스를 측정하고, 상기 제 1 기간에 있어서의 부하 임피던스의 측정치와 상기 제 2 기간에 있어서의 부하 임피던스의 측정치를 원하는 가중치로 가중 평균하여 얻어지는 가중 평균 측정치를 상기 제 1 고주파 전원의 출력 임피던스에 정합시키는 제 1 정합기를 가지는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 2 고주파를 출력하는 제 2 고주파 전원과,
    상기 제 2 고주파 전원으로부터 출력되는 상기 제 2 고주파를 상기 제 1 전극 또는 상기 처리 용기의 내부 또는 주위에 배치되는 제 2 전극까지 전송하기 위한 제 2 고주파 급전 라인과,
    상기 제 1 기간에서는 상기 제 2 고주파의 파워가 온 상태 또는 하이 레벨이 되고, 상기 제 2 기간에서는 상기 제 2 고주파의 파워가 오프 상태 또는 상기 하이 레벨보다 낮은 로우 레벨이 되도록, 상기 제 2 고주파 전원의 출력을 상기 변조 펄스로 변조하는 제 2 고주파 파워 변조부를 더 가지는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 2 항 있어서,
    상기 제 2 고주파는, 상기 플라즈마로부터 이온을 상기 피처리체에 인입하는데 적합한 주파수를 가지는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 고주파 전원이,
    상기 제 1 고주파 급전 라인 상에서, 상기 제 1 고주파 전원으로부터 상기 제 1 전극을 향해 순방향으로 전반하는 진행파의 파워 및 상기 제 1 전극으로부터 상기 제 1 고주파 전원을 향해 역방향으로 전반하는 반사파의 파워를 검지하고, 상기 진행파의 파워 및 상기 반사파의 파워를 각각 나타내는 진행파 파워 검지 신호 및 반사파 파워 검지 신호를 생성하는 제 1 RF 파워 모니터와,
    상기 제 1 RF 파워 모니터로부터 얻어지는 상기 진행파 파워 검지 신호와 상기 반사파 파워 검지 신호로부터, 상기 플라즈마를 포함하는 부하로 공급되는 로드 파워의 측정치를 구하는 제 1 로드 파워 측정부와,
    상기 변조 펄스의 각 사이클에 있어서의 상기 제 2 기간 중에, 상기 제 1 로드 파워 측정부로부터 얻어지는 상기 로드 파워의 측정치를 소정의 로드 파워 설정치에 일치 또는 근사시키도록, 상기 진행파의 파워에 대하여 피드백 제어를 거는 제 1 고주파 출력 제어부를 가지는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 고주파 전원이,
    상기 제 1 고주파 급전 라인 상에서, 상기 제 1 고주파 전원으로부터 상기 제 1 전극을 향해 순방향으로 전반하는 진행파의 파워 및 상기 제 1 전극으로부터 상기 제 1 고주파 전원으로 향해 역방향으로 전반하는 반사파의 파워를 검지하고, 상기 진행파의 파워 및 상기 반사파의 파워를 각각 나타내는 진행파 파워 검지 신호 및 반사파 파워 검지 신호를 생성하는 제 1 RF 파워 모니터와,
    상기 제 1 RF 파워 모니터로부터 얻어지는 상기 진행파 파워 검지 신호와 상기 반사파 파워 검지 신호로부터, 상기 플라즈마를 포함하는 부하에 공급되는 로드 파워의 측정치를 구하는 제 1 로드 파워 측정부와,
    상기 변조 펄스의 각 사이클에 있어서의 상기 제 1 및 제 2 기간 중에, 상기 제 1 로드 파워 측정부로부터 얻어지는 상기 로드 파워의 측정치를 상기 제 1 및 제 2 기간에 대하여 개별로 부여되는 제 1 및 제 2 로드 파워 설정치에 각각 일치 또는 근사시키도록, 상기 진행파의 파워에 대하여 상기 제 1 기간과 상기 제 2 기간에서 개별적으로 피드백 제어를 거는 제 1 고주파 출력 제어부를 가지는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 고주파는, 상기 플라즈마의 생성에 접합한 주파수를 가지는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 전극에 상기 피처리체가 재치되는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 2 항 또는 제 3 항에서,
    상기 제 2 기간에 있어서의 상기 제 2 고주파의 파워는, 상기 플라즈마 생성 상태를 유지하는데 필요한 최소한의 파워보다 높은 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 2 항 또는 제 3 항에서,
    상기 변조 펄스에 동기하여, 상기 제 2 기간 중에만 상기 제 2 전극에 부극성의 직류 전압을 인가하는 직류 전원부를 가지는 플라즈마 처리 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 용기 내에서 플라즈마 생성 공간을 개재하여 상기 피처리체와 대향하는 전극에 부극성의 직류 전압을 인가하고, 상기 변조 펄스에 동기하여 상기 제 1 기간중 보다 상기 제 2 기간 중에 있어서 상기 직류 전압의 절대치를 크게 하는 직류 전원부를 가지는 플라즈마 처리 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변조 펄스의 주파수는 2 ~ 8 kHz이며, 듀티비는 20 ~ 80 %인 플라즈마 처리 장치.
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