KR19980025047A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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KR19980025047A
KR19980025047A KR1019970049131A KR19970049131A KR19980025047A KR 19980025047 A KR19980025047 A KR 19980025047A KR 1019970049131 A KR1019970049131 A KR 1019970049131A KR 19970049131 A KR19970049131 A KR 19970049131A KR 19980025047 A KR19980025047 A KR 19980025047A
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치시오 코시미즈
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히가시 데츠로
도쿄 에레쿠토론 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 안테나 분할형의 고주파 유도 플라즈마 발생 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 고주파 안테나의 헌팅(hunting)을 방지함과 동시에, 에칭의 선택성이나 에칭의 형상 제어를 개선할 수 있다.
안테나 분할형의 고주파 유도형 플라즈마 처리 장치(100)에 있어서, 처리실(102a)의 유전체(108) 상부에는 고주파 안테나(112)가 배치된다. 해당 안테나는 제 1 고주파 안테나(112a)와 그것과 소정 간격을 두고 배치되는 제 2 고주파 안테나(112b)로 구성된다. 피처리체 W는 처리실내에 배치된 하부 전극(106)상에 탑재된다. 제 1, 제 2 고주파 안테나 및/또는 하부 전극에는, 각각 위상 제어된 고주파 전력이 인가된다. 이들 고주파 전력으로서, 연속파의 고주파 전력, 또는 고주파 전력 펄스열(train)이 채용될 수 있다.

Description

플라즈마 처리 장치
본 발명은 플라즈마 에칭 장치, 애싱(ashing) 장치, 성막 장치, 스퍼터링 장치 등 각종 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 특히 플라즈마 처리 장치내에 발생시키는 플라즈마의 균일성의 개선, 플라즈마의 발생 효율 향상, 처리 정밀도의 향상 및 피처리체가 받는 손상의 경감 등의 면에서 우수한 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
플라즈마 처리 장치는, 예를 들어 반도체 집적 회로의 제조 장치에 있어서의 애싱 처리, 에칭 처리, CVD 처리, 스퍼터링 처리와 같이 여러가지 처리를 실행하는 장치가 알려져 있다. 이들의 장치에 있어서는, 플라즈마를 발생시키는 장치로서, 소용돌이 형상의 안테나를 이용하는 고주파 유도 플라즈마 발생 장치가 알려져 있다.
이 고주파 유도 플라즈마 발생 장치는, 예컨대 유럽 특허 공개 명세서 제 379828 호에 기재되어 있다. 이 유럽 특허 공개 명세서 제 379828 호에 기재된 고주파 유도형 플라즈마 발생 장치는 석영 유리 등의 절연물로 구성된 웨이퍼 탑재대와 대향하는 벽, 해당 절연물의 벽 외면에 고정된 소용돌이 형상의 안테나를 가지고 있으며, 이 안테나에 고주파 전류를 흘려 보내 형성한 고주파 전자장에 의해 처리용 가스를 전리(電離)시켜 플라즈마를 생성한다.
이 유럽 특허 공개 명세서 제 379828 호에는, 안테나 분할형의 고주파 유도형 플라즈마 발생 장치도 기재되어 있다. 이 안테나 분할형의 고주파 유도형 플라즈마 발생 장치는 플라즈마가 발생되는 발생 영역을 세밀하고 또한 광범위하게 제어하기 위해서, 해당 안테나는 2조의 소용돌이 형상 안테나에 의해 구성되며, 각 안테나에는 각각 고주파 전력이 인가된다.
해당 고주파 유도형 플라즈마 발생 장치는, 잭(jack)의 대전을 취하는 제전(除電) 프로세스, 챔버의 벽을 세정하는 세정 프로세스 및 에칭 프로세스 등을 위한 장치로서 이용된다.
해당 안테나 분할형의 고주파 유도 방식의 플라즈마 처리 장치는, 플라즈마를 균일하게 발생시키는 것이 곤란하다고 하는 기술적 과제, 분할된 안테나 사이에서 헌팅이 발생한다고 하는 기술적 과제를 가지고 있으며, 또한 에칭에 관한 선택성의 제어나 에칭 형상의 제어의 필요성도 발생하고 있다.
본 발명의 목적은 종래의 안테나 분할형의 고주파 유도 방식의 플라즈마 처리 장치가 갖는 상기 과제 등을 해결 또는 경감하는 데에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 발생시키는 플라즈마의 균일성을 개선하는 데에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 2조의 안테나 사이에서 헌팅이 발생하는 것을 방지하는 데에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 플라즈마의 발생 효율을 높이는 데에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 해당 플라즈마 처리 장치에 의해 플라즈마 에칭을 실시하는 경우, 에칭에 관한 선택성의 제어 및 에칭 형상의 제어를 가능하게 하는 데에 있다.
본 발명의 목적은 해당 플라즈마 처리 장치의 챔버를 플라즈마 클리닝할 때, 플라즈마가 발생하는 영역을 제어하여 임의의 영역을 클리닝하는 것 및 클리닝 시간을 단축하는 것을 가능하게 하는 데에 있다.
청구항 1 내지 청구항 18에 기재된 본 발명은, 플라즈마 처리실, 상기 플라즈마 처리실의 외주부에 배치된 제 1 고주파 안테나, 상기 플라즈마 처리실의 외주부에 있어서, 해당 제 1 고주파 안테나와 소정 간격을 두고 배치된 제 2 고주파 안테나, 상기 제 1 고주파 안테나 및 상기 제 2 고주파 안테나에 플라즈마 발생용의 고주파 전력을 공급하는 플라즈마 발생용의 고주파 전원 유닛, 상기 처리실내에 설치되고, 피처리체를 탑재하는 하부 전극(즉, 탑재대) 및 상기 하부 전극에 바이어스용의 고주파 전력을 공급하는 바이어스용 고주파 전원 유닛을 구비하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다. 본 발명은 이 플라즈마 처리 장치에 있어서, 이후 기재하는 여러가지 특징점·개선점 중의 하나를 채용함으로써, 혹은 두개 이상을 조합하여 채용함으로써 상기 과제를 해결한다.
본 발명의 제 1 특징점·개선점은, 해당 플라즈마 발생용의 고주파 전원 유닛이 해당 제 1 고주파 안테나 및 해당 제 2 고주파 안테나의 각각에 공급되는 양 고주파 전력간의 위상을 제어하는 위상 제어 수단을 갖고 있다는 점이다.
이 특징점·개선점에 관련하여, 해당 위상 제어 수단은 플라즈마 발생용 고주파 전력(s)의 위상이 동일 위상으로 되도록 해당 위상을 제어한다는 점, 해당 플라즈마 발생용의 고주파 전원 유닛은 플라즈마 발생용의 고주파 전력으로서 연속파의 고주파 전력을 형성하는 유닛인 점 및 해당 플라즈마 발생용의 고주파 전원 유닛은 플라즈마 발생용의 고주파 전력으로서 고주파 전력 펄스열(train)을 형성한다는 점에도 본 발명은 또한 특징점·개선점을 갖고 있다.
본 발명의 제 2 특징점·개선점은 해당 바이어스용의 고주파 전원 유닛이 하부 전극에 공급되는 고주파 전력의 위상을 제어하는 위상 제어 수단을 갖고 있다는 점이다.
이 특징점·개선점에 관련하여, 해당 바이어스용의 고주파 전원 유닛이 플라즈마 발생용의 고주파 전력과 동일 주파수의 고주파 전력을 해당 하부 전극에 공급한다는 점, 해당 바이어스용의 고주파 전원 유닛의 해당 위상 제어 수단은 플라즈마 발생용의 고주파 전력과 바이어스용의 고주파 전력간의 헌팅을 경감하도록 위상을 제어한다는 점, 해당 바이어스용의 고주파 전원 유닛은 해당 하부 전극에 공급하는 바이어스용의 고주파 전력으로서 고주파 전력 펄스열을 형성한다는 점 및 해당 바이어스용의 고주파 전원 유닛은 바이어스용의 고주파 전력으로서 고주파 전력 펄스열을 형성하는 유닛으로서, 해당 고주파 전력 펄스열의 온/오프의 듀티비를 제어한다는 점에서도 본 발명은 특징점·개선점을 갖고 있다.
본 발명의 제 3 특징점·개선점은 해당 플라즈마 발생용의 고주파 전원 유닛이 해당 제 1 고주파 안테나 및 해당 제 2 고주파 안테나의 각각에 공급하는 각 고주파 전력의 위상을 제어하는 위상 제어 수단을 가지며, 그리고 해당 바이어스용의 고주파 전원 유닛이 하부 전극에 공급하는 고주파 전력의 위상을 제어하는 위상 제어 수단을 갖고 있다는 점이다.
이 특징점·개선점에 관련하여, 이들 위상 제어 수단이 플라즈마 발생용의 고주파 전력과 바이어스용의 고주파 전력간의 위상이 동일 위상이 되도록 제어한다는 점, 해당 바이어스용의 고주파 전원 유닛이 해당 하부 전극에 공급하는 바이어스용의 고주파 전력으로서 고주파 전력 펄스열을 형성한다는 점, 해당 바이어스용의 고주파 전원 유닛의 해당 위상 제어 수단이, 해당 바이어스용의 고주파 전력 펄스열이 플라즈마 발생용의 고주파 전력 펄스열의 고주파 전력보다 소정의 지연을 갖도록 제어한다는 점 및 해당 바이어스용의 고주파 전원 유닛이 해당 바이어스용의 고주파 전력 펄스열의 펄스폭을 플라즈마 발생용의 고주파 전력 펄스열의 펄스폭보다 넓고, 또한 플라즈마의 애프터 글로우 기간에 전력값을 내린 파형의 고주파 전력 펄스열을 형성한다는 점에서도 본 발명은 또한 특징점·개선점을 갖고 있다.
도 1은 본 발명을 플라즈마 처리에 적용한 경우에 있어서의 플라즈마 처리 장치의 개략적인 구성을 도시하는 단면도.
도 2는 본 발명을 플라즈마 처리에 적용한 경우에 있어서의 플라즈마 처리 장치의 개략적인 배치 약도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명을 플라즈마 처리에 적용한 경우에 있어서의 플라즈마 처리 장치를 펄스 제어하기 위한 타이밍 차트.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
114, 146 : 매칭회로 116, 147 : 가변 위상기
122 : 제어기 130, 138 : 필터
132 : 전력원 154 : 펄스 변조기
158 : 가스원 160 : 매스 플로 콘트롤러
(실시예)
첨부한 도면은, 명세서의 일부와 제휴하여 또한 일부를 구성하여 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한다. 그리고, 해당 도면은 상기에 서술한 일반적인 기술과 이하에 기술하는 바람직한 실시예에 관한 상세한 설명에 의해 본 발명의 설명에 기여하고 있다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치는 여러가지 플라즈마 처리에 적용될 수 있다. 도 1을 참조하면서, 본 발명의 플라즈마 처리 장치를 안테나 분할형의 고주파 유도 방식 플라즈마 에칭 장치(TCP)(100)에 적용한 경우의 실시예를 설명한다.
이 플라즈마 에칭 장치(100)의 처리 용기(102)는, 도전성 재료, 예를 들어 알루미늄 등으로 이루어지고, 원통 혹은 직사각형의 원뿔 통형상으로 성형되어 있으며, 그 내부에는 플라즈마 에칭이 실시되는 처리실(102a)을 갖고 있다.
상기 처리 용기(102)는 접지되어 있고, 그 바닥부에는 대략 원기둥 형상의 탑재대(106)가 마련되어 있다. 피처리체, 예를 들어 반도체 웨이퍼 W는 세라믹 등의 절연판(104)을 거쳐 탑재대(106)에 탑재된다. 해당 탑재대(106)와 대향하는 처리 용기(102)의 천정판부에는, 절연재(108)가 오(O)링 등의 밀봉 부재(110)를 거쳐 기밀하게 설치된다. 해당 절연재(108)는 예를 들어 석영 유리나 세라믹 등의 절연재로 구성되어 있다. 이 절연재(108)의 외벽면에는, 루프 형상으로 형성한 고주파 안테나(112(112a, 112b))가 배치되어 있다. 해당 고주파 안테나(112)는, 예를 들어 동판, 알루미늄, 스테인레스 등의 도전체로 구성되어 있다. 이 안테나(112(112a, 112b))는 안테나 작용에 의해 플라즈마를 발생하는 기능을 갖는 것이면 되며, 그 형상은 루프 형상에 한정되지 않고, 여러가지 형상을 채용하는 것이 가능하다.
도 2를 참조하면, 고주파 안테나(112)는 상기 절연재(108)의 외벽면상의 중앙 부근에 배치된 제 1 고주파 안테나(112a)와, 그 제 1 고주파 안테나(112a)의 외주부에 소정 간격을 두고 배치된 제 2 고주파 안테나(112b)로 구성되어 있다. 이 고주파 안테나(112)의 배치는 도 2에 도시된 바와 같이 동심원적인 것에 한정되지 않고, 여러가지 배치를 채용할 수 있으며, 예를 들어 안테나(112)의 한쪽이 절연재(108)의 외벽면상에 배치되고, 다른쪽이 상기 처리 용기(102)의 외측면에 배치되는 배치로 하여도 좋다.
도 1로 되돌아가서, 각 고주파 안테나 (112a) 및 (112b)에는, 각각 매칭 회로(114(114a, 114b)), 증폭기(115(115a, 115b)), 가변 위상기(116) 및 고주파 전원(118(118a, 118b))으로 이루어지는 고주파 전원 유닛이 접속된다. 가변 위상기(116)에 의해서 각 고주파 안테나(112a, 112b)에 인가되는 고주파 전력간의 위상을 제어하는 것이 가능하다.
플라즈마 에칭 장치(100)는 매칭 회로(114(114a, 114b))의 출력측에 위상 검출 회로(120a, 120b)를 갖고 있다.
플라즈마 에칭 장치(100)에 있어서, 플라즈마 밀도/분포를 최적화함으로써 플라즈마를 균일하게 발생시키기 위해서는, 제 1 및 제 2 고주파 안테나(112a 및 112b)에 의한 전자장(電磁場)이 서로 간섭하는 일이 없도록 각 고주파 안테나(112a 및 112b)에 인가되는 고주파 전력의 위상을 제어하는 것이 필요하다. 그러나, 고주파 전원(118a, 118b)과 각 고주파 안테나(112a, 112b)를 연결하는 배선 길이의 상위나, 배선 도중에 마련되는 전기 회로의 영향에 의해 가변 위상기(116)가 고주파 전력간의 위상을 조정하더라도 각 고주파 안테나(112a 및 112b)에 인가되는 고주파 전력간의 위상은 미묘하게 어긋나, 소망하는 위상을 얻을 수 없다.
플라즈마 에칭 장치(100)에 있어서는, 매칭 회로(114(114a, 114b))의 출력측에 마련한 위상 검출 회로(120a, 120b)에 의해 고주파 전력의 위상을 검출하고, 이 검출치에 기초하여 제어기(122)에 의해 가변 위상기(116)를 제어하여 고주파 전력간의 위상을 소정치로 설정하는 것이 가능해진다.
다시, 도 1을 참조하면, 상기 탑재대(106)는 알루미늄 등으로 형성된 복수의 부재를 볼트 등에 의해 접합함으로써 구성하는 것이 가능하다. 그 내부에는 냉각 수단(124)이나 가열 수단(126) 등의 온도 조절 수단이 내설되어, 반도체 웨이퍼 W의 처리면은 소망하는 온도로 조정된다.
해당 냉각 수단(124)은, 예를 들어 냉각용 재킷 등으로 구성되고, 이 냉각 재킷내에는, 예컨대 액체 질소 등의 냉매를 냉매 도입관(127)을 거쳐 도입한다. 도입된 액체 질소는 냉각 수단(124)내를 순환하여 핵비등(核沸騰)에 의해 냉열을 발생한다. 이러한 구성에 의해, 예컨대 -196℃의 액체 질소의 냉열이 냉각 수단(124)으로부터 탑재대(106)를 거쳐 반도체 웨이퍼 W에 열전도되고, 반도체 웨이퍼 W의 처리면 F는 소망하는 온도로 냉각된다. 액체 질소의 핵비등에 의해 발생한 질소 가스는 냉매 배출관(128)으로부터 용기밖으로 배출된다.
탑재대(106)는 가열 수단(126)을 갖고 있다. 이 가열 수단(126)은, 예를 들어 질화 알루미늄 등의 절연성 소결체에 텅스텐 등의 도전성 저항 발열체를 삽입(insert)한 구성이다. 이 저항 발열체는 전력 공급 리드(131)에 의해 필터(130)를 거쳐 전력원(132)으로부터 전력 공급을 받아 발열하여 반도체 웨이퍼 W의 처리면을 소망하는 온도까지 가열한다.
상기 탑재대(106)의 중앙 상면에는, 피처리체를 유지하기 위한 정전척부(134)가 마련되어 있다. 이 척부의 지름은, 반도체 웨이퍼 W와 대략 동일 지름 크기로, 또는 바람직하게는 반도체 웨이퍼 W의 지름보다 약간 작은 지름이다. 이 정전척부(134)는 폴리 이미드 수지 등의 고분자 절연 재료로 이루어지는 2장의 필름(134a, 134b) 사이에 동박(銅箔) 등의 도전막(134c)을 협지한 구성을 가지고 있다. 이 도전막(134c)은 전압 공급 리드(136)에 의해, 고주파를 차단(cut)하는 필터(138)를 거쳐 가변 직류 전압원(140)에 접속되어 있다. 그 도전막(134c)에 예를 들어 2kV의 고전압을 인가함으로써, 반도체 웨이퍼 W는 상측 필름(134a)의 상면에 쿨롱력에 의해 흡착 유지된다.
상기 탑재대(106)의 주위에 있어서, 반도체 웨이퍼 W의 외주를 둘러싸도록 둥근 형상(環狀)의 포커스 링(142)이 배치되어 있다. 이 포커스 링(142)은 플라즈마 중의 반응성 이온을 유인하지 않는 절연성 또는 도전성의 재료로 이루어진다. 이 포커스 링(142)에 의해, 플라즈마 중의 반응성 이온은 포커스 링(142)의 내측의 반도체 웨이퍼 W에 효과적으로 입사된다.
상기 탑재대(106)에는 공중에 성형된 도체의 전기 공급 막대(144)가 접속되어 있다. 이 전기 공급 막대(144)에는 매칭 회로(146), 증폭기(148) 및 고주파 전원(150)으로 이루어지는 바이어스용의 고주파 전원 유닛이 접속되어 있다.
플라즈마 처리시에는, 소정 주파수, 예를 들어 2MHZ의 고주파 전력이 탑재대(106)에 인가된다. 탑재대(106)와 처리실(102a)내 플라즈마와의 사이에 바이어스 전위가 발생하여 플라즈마 중의 반응성 이온이 피처리체의 처리면에 효과적으로 유인된다.
매칭 회로(146)의 출력측에는, 위상 검출기(152)가 설치되어 있다. 해당 위상 검출기(152)에 의해, 하부 전극(106)에 인가되는 고주파 전력의 전류 위상이 검출되고, 이 검출치에 기초하여 제어기(122)가 가변 위상기(147)를 제어하여, 바이어스용의 고주파 전력의 전류의 위상을 제어한다.
증폭기(150)에는, 듀티비의 설정 및 위상을 지연시키는 기능도 갖는 펄스 변조기(154)가 접속되어 있다. 플라즈마 처리시에는, 제 1 및 제 2 고주파 안테나(112a, 112b)에 인가되는 플라즈마 발생용의 고주파 전력(연속 고주파 전력 혹은 고주파 전력 펄스열(train))에 따라, 예를 들어 1Hz∼1MHz의 범위에서 펄스 변조된 바이어스용의 고주파 전력을 탑재대(106)에 인가한다.
상기 탑재대(106)의 천정부의 절연재(108) 중앙부에는, 처리 가스 공급구(156)가 마련되어 있다. 처리 가스, 예를 들어 C4F8, Ar가스 등이 가스원(158)으로부터 매스 플로 콘트롤러(160)를 거쳐 처리실(102a)내로 도입된다.
상기 처리 용기(102)의 바닥부에는 배기관(162)이 접속되고, 이 처리 용기(102)내의 가스가 도시하지 않은 배기 수단, 예를 들어 진공 펌프에 의해 배출된다. 처리실(102a)의 분위기가 저압 분위기, 예를 들어 20mTorr 이하로 진공 흡입된다.
상기 처리 용기(102)의 측부에 피처리체 반출입구(164)가 마련되고, 이 반출입구(164)는 게이트 밸브(166)를 거쳐 로드록실(168)에 연통되어 있다. 게이트 밸브(166)는 도시되어 있지 않은 구동 장치에 의해 자동 개폐된다. 로드록실(168)내에는 반송 기구(172)가 설치되고, 해당 반송 기구(172)에 의해 반도체 웨이퍼 W는 1장씩 처리 용기(102)내로 반송된다.
상기 플라즈마 처리 장치(100)에서 플라즈마 처리를 실시하는 경우에는, 제 1 및 제 2 고주파 안테나(112a 및 112b)에 고주파 전력이 인가되어 처리실(102a)내에 고주파 전자장이 형성된다. 이 전자장에 의해, 처리 가스 중의 전자가 중성 입자에 충돌되어 해당 처리 가스는 전리되고, 플라즈마가 생성된다.
하부 전극(106)에 바이어스용의 고주파 전력이 인가됨으로써, 플라즈마와 하부 전극(106) 사이에 바이어스 전위가 발생되어 플라즈마 중의 반응성 이온이 피처리체에 효과적으로 인입된다.
이하에, 플라즈마 처리 장치(100)에 있어서의 여러가지 모드에서의 프로세스 제어에 대해 설명한다.
(1) 고주파 안테나(112)에 연속파의 고주파 전력이 인가되는 경우에는, 위상 검출기(120a 및 120b)가 해당 고주파 전력의 전류의 위상을 검출한다. 그 위상에 따라 제어기(122)는 가변 위상기를 제어한다. 그 결과, 처리실(102a)내에 고주파 전자장이 최적으로 발생되도록 그 전류의 위상이 제어된다.
또한, 고주파 안테나(112)간의 위상의 편차가 제어기(122)에 의해 제어되어 제 1 및 제 2 고주파 안테나(112a 및 112b) 사이의 간섭 현상이 회피 내지 경감될 수 있다.
하부 전극(106)에 플라즈마 발생용의 고주파 안테나(112a 및 112b)와 동일한 주파수의 바이어스용의 고주파 전력이 인가됨으로써, 제 1 및 제 2 고주파 안테나(112a 및 112b)와 바이어스와의 균형이 이루어져 간섭이 회피 혹은 경감된다.
하부 전극에 고주파 전력 펄스열이 인가될 때에는, 그 펄스의 온/오프의 듀티비나 인가 전원을 최적으로 제어함으로써, 오프(off) 시간중의 에칭·래디컬종(radical 種)에 의한 웨이퍼 W에의 디포지션(deposition) 시간과, 온(on) 시간중의 에칭·래디컬종(radical 種)에 의한 웨이퍼 W에의 이온 충격 시간을 구별하여 제어할 수 있다. 이 결과, 에칭 형상의 제어나 선택성의 제어가 개선된다. 또한, 오프 시간중에는 플라즈마의 전위(potential)가 온 시간과 비교하여 작아지기 때문에, 차지 업(charge up)을 제어하는 것도 가능하다.
또한, 에칭의 대상에 따라서는, 에칭 가스, 첨가 가스, 혹은 바이어스 주파수 등을 변경하여 에칭의 형상, 비율, 선택성 등의 프로세스 요인(process factor)의 우선도를 바꿀 필요가 있다.
이들의 경우에 있어서, 펄스 변조기(154)는 펄스 변조 제어를 하여 제 1 및 제 2 고주파 안테나(112a, 112b)와는 별도의 주파수의 고주파 전력 펄스열을 하부 전극(106)에 인가한다. 이 고주파 전력 펄스열의 듀티비나 인가 전원을 최적화함으로써 상술한 바와 같이 피처리체에 대한 에칭 형상의 제어나 선택성의 제어가 개선될 수 있다.
(2) 고주파 안테나에 고주파 전력 펄스열을 인가하는 경우 제 1 및 제 2 고주파 안테나(112a 및 112b)에 대하여 플라즈마 발생용의 고주파 전력 펄스열을 인가함으로써 플라즈마 중의 음이온의 밀도 제어나 에칭 시간의 제어를 실행할 수 있다.
이 경우, 하부 전극(106)에는 펄스 변조 제어에 의해 형성된 고주파 전력 펄스열이 인가된다. 플라즈마 중의 가스의 해리 상태는 플라즈마 발생용의 고주파 전력 펄스열의 온(on) 시기 및 오프(off) 시기에 따라 다르다. 소망하는 에칭 선택성 및 에칭 형상을 실현하기 위해서 바람직한 부식액(etchant)이 많이 존재하고 있는 시기에 합치시켜, 해당 부식액(etchant)을 하부 전극(106)에 인입하기 위해서, 바이어스용의 고주파 전력 펄스열이 제어된다. 예를 들어, 도 3a 및 도 3b에 도시하는 바와 같이 온화한 애프터 글로우 플라즈마를 피처리체 표면에 인입하기 위해서는 하부 전극(106)에 인가되는 고주파 전력 펄스열을 지연시키는 방법, 또는 해당 고주파 전력 펄스열의 펄스폭을 넓히는 방법을 채용할 수 있다.
애프터 글로우 시기에 있어서는, 플라즈마 밀도는 급속히 감소한다. 하부 전극에 메인 플라즈마 발생 시기와 동일한 전원의 바이어스용 전력을 인가하면, 애프터 글로우 플라즈마를 인입하기 위한 쉬스(sheath) 전압이 급상승하여 피처리체에 손상을 준다. 이 현상을 회피 또는 경감하기 위해서, 애프터 글로우 시기에 있어서는, 미리 설정된 순서에 따라 바이어스용 전력의 전원을 소정치로 내리는 방법, 또는 애프터 글로우 기간중의 플라즈마 밀도의 변화에 따라 바이어스용 전력의 전원을 변화시키는 방법을 채용할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 하부 전극에 인가하는 고주파 전력 펄스열의 온/오프의 듀티비나 인가 전원을 최적으로 제어함으로써, 웨이퍼 W에의 디포지션 시간과, 웨이퍼 W에의 이온 충격 시간을 구별하여 제어할 수 있다. 이 결과, 에칭 형상의 제어나 선택성의 제어가 개선된다. 또한, 오프 시간중에는 플라즈마의 전위가 온 시간과 비교하여 작아지기 때문에, 고주파 전력 펄스의 온/오프의 듀티비를 제어함으로써 차지 업(charge up)을 경감하는 것도 가능하다.
이상, 안테나 분할형의 고주파 유도 플라즈마 발생 장치를 실시예로서 이용하여, 본 발명에 관한 플라즈마 처리 장치를 설명하였다. 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범위내에서 각종의 변경예 및 수정예에 생각이 미칠 수 있는 것이 분명하며, 그것들에 관해서도 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 사료된다.
예컨대, 상기 실시예에 관한 에칭 장치에 있어서는, 1회전(turn)의 루프 형상의 고주파 안테나가 이중으로 배치되어 있다. 본 발명은 이러한 안테나에 한정되지 않고, 제 1 및 제 2 고주파 안테나로서는, 상호 위상을 제어하는 것이 가능한 모든 구조의 안테나도 채용하는 것이 가능하다.
또한, 상기 실시예에 관한 에칭 장치에 있어서는, 처리 가스가 처리 용기(102)의 상부로부터 공급되는 구성이 도시되어 있지만, 처리 가스는 처리 용기(102)의 측부로부터 공급되는 구성도 채용할 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2에 도시하는 예에서는, 위상 제어 수단 및 펄스 제어 수단의 양쪽을 구비한 구성이 도시되어 있지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않고, 프로세스에 따라 위상 제어 수단 및 펄스 제어 수단 중 어느 한쪽을 구비하는 구성도 채용되는 것이 가능하다.
또한 상기 실시예는 본 발명을 에칭 장치에 적용한 예이지만, 본 발명은 에칭 장치에 한정되지 않고, 애싱 장치, 성막 장치, 스퍼터링 장치 등 각종 플라즈마 처리 장치에 적용하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 이러한 플라즈마 처리 장치는 반도체 웨이퍼의 처리에 한정되지 않고, 액정 표시 장치용의 유리 기판 등 플라즈마 처리를 필요로 하는 각종 피처리체를 처리할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 고주파 안테나 및 하부 전극에 인가되는 고주파 전력의 위상을 제어함으로써, 및/또는 펄스 변조 제어함으로써 처리실내에 발생하는 플라즈마의 균일성을 개선하여, 분할된 안테나간의 헌팅을 방지하고, 플라즈마의 발생 효율을 높이며, 또한 에칭 처리를 하는 경우에 에칭의 선택성이나 에칭의 형상을 용이하고 또한 정확하게 제어할 수 있다.
본 발명에 관한 그 밖의 잇점 및 변경은 해당 분야 관련업자라면 명백히 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 명세서에 있어서의 상세한 설명 및 도시된 실시예와 그 설명에 한정되는 것이 아니라, 청구항에 정의된 발명 사상의 가장 넓은 범위로 해석된다. 따라서, 본 발명은 청구항에 정의된 발명의 사상과 이에 상당하는 사상의 범위를 벗어나지 않고 여러가지로 변경하는 것이 가능하다.

Claims (19)

  1. 플라즈마 처리실과,
    상기 플라즈마 처리실의 외주부에 배치된 제 1 고주파 안테나와,
    상기 플라즈마 처리실의 외주부에 있어서, 상기 제 1 고주파 안테나와 소정간격을 두고 배치된 제 2 고주파 안테나와,
    상기 제 1 고주파 안테나 및 상기 제 2 고주파 안테나에 플라즈마 발생용의 고주파 전력을 공급하는 플라즈마 발생용의 고주파 전원 유닛으로서, 상기 제 1 고주파 안테나 및 상기 제 2 고주파 안테나의 각각에 공급되는 양 고주파 전력간의 위상을 제어하는 위상 제어 수단을 갖고 있는 상기 플라즈마 발생용의 고주파 전원 유닛과,
    상기 처리실내에 설치되고, 피처리체를 탑재한 하부 전극 및
    상기 하부 전극에 바이어스용의 고주파 전력을 공급하는 바이어스용의 고주파 전원 유닛을 구비하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생용의 고주파 전원 유닛에 있어서의 상기 위상 제어 수단은, 상기 제 1 고주파 안테나 및 상기 제 2 고주파 안테나에 공급되는 플라즈마 발생용의 고주파 전력의 위상이 동일 위상이 되도록 제어하는 위상 제어 수단인 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생용의 고주파 전원 유닛은 상기 제 1 고주파 안테나 및 상기 제 2 고주파 안테나에 공급하는 플라즈마 발생용의 고주파 전력으로서 연속파의 고주파 전력을 형성하는 유닛으로서, 제 1 고주파 안테나 및 제 2 고주파 안테나의 각각에 공급되는 양 고주파 전력간의 위상을 제어하는 위상 제어 수단을 갖고 있는 상기 플라즈마 발생용의 고주파 전원 유닛인 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생용의 고주파 전원 유닛은 상기 제 1 고주파 안테나 및 상기 제 2 고주파 안테나에 공급하는 플라즈마 발생용의 고주파 전력으로서 고주파 전력 펄스열을 형성하는 유닛으로서, 제 1 고주파 안테나 및 제 2 고주파 안테나의 각각에 공급되는 각 고주파 전력 펄스열의 위상을 제어하는 위상 제어 수단을 갖고 있는 상기 플라즈마 발생용의 고주파 전원 유닛인 플라즈마 처리 장치.
  5. 플라즈마 처리실과,
    상기 플라즈마 처리실의 외주부에 배치된 제 1 고주파 안테나와,
    상기 플라즈마 처리실의 외주부에 있어서, 상기 제 1 고주파 안테나와 소정간격을 두고 배치된 제 2 고주파 안테나와,
    상기 제 1 고주파 안테나 및 상기 제 2 고주파 안테나에 플라즈마 발생용의 고주파 전력을 공급하는 플라즈마 발생용의 고주파 전원 유닛과,
    상기 처리실내에 설치되고, 피처리체를 탑재한 하부 전극 및
    상기 하부 전극에 바이어스용의 고주파 전력을 공급하는 바이어스용의 고주파 전원 유닛으로서, 하부 전극에 공급하는 고주파 전력의 위상을 제어하는 위상 제어 수단을 갖고 있는 상기 바이어스용의 고주파 전원 유닛을 구비하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 바이어스용의 고주파 전원 유닛은 상기 제 1 고주파 안테나 및 상기 제 2 고주파 안테나에 공급되는 플라즈마 발생용의 고주파 전력과 동일 주파수의 고주파 전력을 상기 하부 전극에 공급하는 바이어스용의 고주파 전원 유닛으로서, 하부 전극에 공급되는 고주파 전력의 위상을 제어하는 위상 제어 수단을 갖고 있는 상기바이어스용의 고주파 전원 유닛인 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 바이어스용의 고주파 전원 유닛에 있어서의 상기 위상 제어 수단은, 상기 제 1 고주파 안테나 및 상기 제 2 고주파 안테나에 공급되는 플라즈마 발생용의 고주파 전력과 바이어스용의 고주파 전력간의 헌팅이 경감되도록 위상을 제어하는 위상 제어 수단인 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 바이어스용의 고주파 전원 유닛은 상기 하부 전극에 공급하는 바이어스용의 고주파 전력으로서 고주파 전력 펄스열을 형성하여 공급하는 유닛으로서, 상기 하부 전극에 공급되는 고주파 전력 펄스열의 위상을 제어하는 위상 제어 수단을 갖고 있는 상기 바이어스용의 고주파 전원 유닛인 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 바이어스용의 고주파 전원 유닛은 상기 하부 전극에 공급하는 바이어스용의 고주파 전력으로서 고주파 전력 펄스열을 형성하는 유닛으로서, 하부 전극에 공급되는 고주파 전력 펄스열의 위상을 제어하는 위상 제어 수단 및 온/오프의 듀티비를 제어하는 수단을 갖고 있는 상기 바이어스용의 고주파 전원 유닛인 플라즈마 처리 장치.
  10. 플라즈마 처리실과,
    상기 플라즈마 처리실의 외주부에 배치된 제 1 고주파 안테나와,
    상기 플라즈마 처리실의 외주부에 있어서, 상기 제 1 고주파 안테나와 소정간격을 두고 배치된 제 2 고주파 안테나와,
    상기 제 1 고주파 안테나 및 상기 제 2 고주파 안테나에 플라즈마 발생용의 고주파 전력을 공급하는 플라즈마 발생용의 고주파 전원 유닛으로서, 제 1 고주파 안테나 및 제 2 고주파 안테나의 각각에 공급되는 양 고주파 전력간의 위상을 제어하는 위상 제어 수단을 갖고 있는 상기 플라즈마 발생용의 고주파 전원 유닛과,
    상기 처리실내에 설치되고, 피처리체를 탑재한 하부 전극 및
    상기 하부 전극에 바이어스용의 고주파 전력을 공급하는 바이어스용의 고주파 전원 유닛으로서, 하부 전극에 공급되는 고주파 전력의 위상을 제어하는 위상 제어 수단을 갖고 있는 상기 바이어스용의 고주파 전원 유닛을 구비하는 플라즈마 처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생용의 고주파 전원 유닛에 있어서의 상기 위상 제어 수단은, 상기 제 1 고주파 안테나 및 상기 제 2 고주파 안테나에 공급되는 플라즈마 발생용의 고주파 전력의 위상이 동일 위상이 되도록 제어하는 위상 제어 수단인 플라즈마 처리 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 바이어스용의 고주파 전원 유닛에 있어서의 상기 위상 제어 수단은, 상기 제 1 고주파 안테나 및 상기 제 2 고주파 안테나에 공급되는 플라즈마 발생용의 고주파 전력과 바이어스용의 고주파 전력간의 위상이 동일 위상이 되도록 제어하는 위상 제어 수단인 플라즈마 처리 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생용의 고주파 전원 유닛은 상기 제 1 고주파 안테나 및 상기 제 2 고주파 안테나에 공급하는 플라즈마 발생용의 고주파 전력으로서 연속파의 고주파 전력을 형성하는 유닛으로서, 상기 제 1 고주파 안테나 및 상기 제 2 고주파 안테나의 각각에 공급되는 양 고주파 전력간의 위상을 제어하는 위상 제어 수단을 갖고 있는 상기 플라즈마 발생용의 고주파 전원 유닛이고,
    상기 바이어스용의 고주파 전원 유닛은 상기 하부 전극에 공급하는 바이어스용의 고주파 전력으로서 고주파 전력 펄스열을 형성하는 유닛으로서, 하부 전극에 공급되는 고주파 전력 펄스열의 위상을 제어하는 위상 제어 수단을 갖고 있는 상기 바이어스용의 고주파 전원 유닛인 플라즈마 처리 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 바이어스용의 고주파 전원 유닛은 상기 하부 전극에 공급하는 바이어스용의 고주파 전력으로서 고주파 전력 펄스열을 형성하는 유닛으로서, 하부 전극에 공급되는 고주파 전력 펄스열의 위상을 제어하는 위상 제어 수단 및 온/오프의 듀티비를 제어하는 수단을 갖고 있는 상기 바이어스용의 고주파 전원 유닛인 플라즈마 처리 장치.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생용의 고주파 전원 유닛은, 상기 제 1 고주파 안테나 및 상기 제 2 고주파 안테나에 공급하는 플라즈마 발생용의 고주파 전력으로서 고주파 전력 펄스열을 형성하는 유닛으로서, 제 1 고주파 안테나 및 제 2 고주파 안테나의 각각에 공급되는 양 고주파 전력간의 위상을 제어하는 위상 제어 수단을 갖고 있는 상기 플라즈마 발생용의 고주파 전원 유닛이고,
    상기 바이어스용의 고주파 전원 유닛은 상기 하부 전극에 공급하는 바이어스용의 고주파 전력으로서 고주파 전력 펄스열을 형성하는 유닛으로서, 하부 전극에 공급되는 고주파 전력 펄스열의 위상을 제어하는 위상 제어 수단을 갖고 있는 상기 바이어스용의 고주파 전원 유닛인 플라즈마 처리 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 바이어스용의 고주파 전원 유닛은 상기 하부 전극에 공급하는 바이어스용의 고주파 전력으로서 고주파 전력 펄스열을 형성하는 유닛으로서, 하부 전극에 공급되는 고주파 전력 펄스열의 위상을 제어하는 위상 제어 수단 및 온/오프의 듀티비를 제어하는 수단을 갖고 있는 상기 바이어스용의 고주파 전원 유닛인 플라즈마 처리 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 바이어스용의 고주파 전원 유닛은 상기 하부 전극에 공급하는 바이어스용의 고주파 전력으로서 고주파 전력 펄스열을 형성하는 유닛으로서, 상기 유닛은 하부 전극에 공급되는 고주파 전력 펄스열의 위상을 제어하는 위상 제어 수단을 갖고, 상기 위상 제어 수단은 상기 바이어스용의 고주파 전력 펄스열이 플라즈마 발생용의 고주파 전력 펄스열보다 소정의 지연을 갖도록 제어하는 수단인 플라즈마 처리 장치.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 바이어스용의 고주파 전원 유닛은 상기 하부 전극에 공급하는 바이어스용의 고주파 전력으로서 고주파 전력 펄스열을 형성하는 유닛으로서, 상기 유닛은 하부 전극에 공급되는 고주파 전력 펄스열의 위상을 제어하는 위상 제어 수단을 갖고, 상기 위상 제어 수단은 상기 바이어스용의 고주파 전력 펄스열이 플라즈마 발생용의 고주파 전력 펄스열보다 소정의 지연을 갖도록 제어하는 수단이고, 상기 유닛은 또한 펄스 플라즈마의 애프터 글로우 기간에 상기 바이어스용의 고주파 전력펄스의 전력값을 내리는 제어를 실행하는 플라즈마 처리 장치.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 바이어스용의 고주파 전원 유닛은 상기 하부 전극에 공급하는 바이어스용의 고주파 전력으로서 고주파 전력 펄스열을 형성하는 유닛으로서, 상기 유닛은 하부 전극에 공급되는 고주파 전력 펄스열의 위상을 제어하는 위상 제어 수단을 갖고, 상기 유닛은 또한 상기 바이어스용의 고주파 전력 펄스열의 펄스폭을 플라즈마 발생용의 고주파 전력 펄스열의 펄스폭보다 넓고, 또한 플라즈마의 애프터 글로우 기간에 전력값를 내린 파형의 고주파 전력 펄스열을 형성하는 유닛인 플라즈마 처리 장치.
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