KR20030077932A - 프로세스 성능을 평가할 수 있는 플라즈마 처리장치 - Google Patents

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KR20030077932A
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Abstract

플라즈마 처리장치(100)의 고주파전류 검출기(11)는, 고주파 전원(10)이 챔버(1)내에 플라즈마를 발생하지 않은 고주파전력을 챔버(1)에 공급한 경우의 고주파전류를 검출하고, 그 검출한 고주파전류를 컴퓨터(12)로 출력한다. 컴퓨터(12)는, 고주파전류 검출기(11)로부터 받은 고주파전류를, 기준이 되는 고주파전류와 비교하여, 양쪽의 고주파전류가 일치했을 때 플라즈마 처리장치(100)의 프로세스 성능을 정상이라고 평가하고, 양쪽의 고주파전류가 불일치일 때 프로세스 성능을 이상이라고 평가한다. 그 결과, 장치 고유의 고주파 특성을 검출하고, 그 검출한 고주파 특성에 근거하여 프로세스 성능을 평가하는 것이다.

Description

프로세스 성능을 평가할 수 있는 플라즈마 처리장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS CAPABLE OF EVALUATING PROCESS}
본 발명은, 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 특히, 장치 고유의 고주파 특성을 검출하여 프로세스 성능을 평가할 수 있는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
반도체소자 및 액정디스플레이(LCD : Liquid Crystal Display) 등의 제조공정에서는, 에칭, 박막형성 및 스퍼터링 등의 플라즈마를 이용한 많은 프로세스가 있다.
이것들의 프로세스에 있어서는, 고주파전력이 프로세스를 행하는 처리챔버내에 외부에서 인가되고, 플라즈마가 처리챔버내에서 발생된다. 그리고, 플라즈마를 발생시킬 때, 고주파 전원에서의 고주파전력을 효율적으로 처리챔버내에 공급하기위해 고주파 전원과 처리챔버와의 사이에, 가변인덕턴스 소자 및 가변커패시턴스 소자 등으로 이루어지는 임피던스 정합회로가 설치된다.
이와 같은 플라즈마를 이용하여 각종의 처리를 행하는 플라즈마 처리장치에서는, 수율이 좋은 제품을 생산하기 위해 프로세스 성능을 일정하게 유지하는 것이 중요하다. 그리고, 제품의 양산은 복수의 플라즈마 처리장치를 사용하여 행해지므로, 프로세스 성능이 플라즈마 처리장치간에 변동하지 않도록 해야 할 필요가 있다.
그러나, 프로세스 성능의 경시변화 및 플라즈마 처리장치간에 프로세스 성능의 격차를 검지하는 것은 곤란하고, 종래는, 제품에 이상이 발생했을 때 프로세스 성능이 변화한 것으로 하여 플라즈마 처리장치의 메인티넌스(maintenance)를 행하여, 프로세스 성능을 일정하게 유지하고 있었다. 또한, 경험적으로 프로세스 성능이 변화하는 시기를 예측하고, 정기적으로 플라즈마 처리장치의 메인티넌스를 행함으로써 프로세스 성능을 일정하게 유지하고 있었다.
이것에 대하여, 일본특허공개평 11-121440호 공보에는, 고주파전력을 처리챔버로 공급하는 고주파 급전계의 전기적인 변화를 검출하여 플라즈마 처리장치 및 프로세스를 평가하는 방법이 개시되어 있다.
도 29를 참조하여, 플라즈마 처리장치(300)는, 챔버(250)와, 방전전극(251)과, 테이블(253)과, 모니터(254)와, 정합회로(255)와, 고주파 전원(256)과, 컴퓨터(257)를 구비한다.
방전전극(251)은, 테이블(253)상에 설치된다. 모니터(254)는 방전전극(251)에 접속되고, 플라즈마 Q가 발생했을 때의 전기적인 물리량으로서 플라즈마 Q의 임피던스를 측정한다.
정합회로(255)는, 모니터(254)와 고주파 전원(256)과의 사이에 접속되고, 고주파 전원(256)에서 출력된 고주파전력을 효율적으로 챔버(250)로 공급하기 위해 임피던스를 정합한다.
고주파 전원(256)은, 정합회로(255)와 접지노드 GND와의 사이에 접속되고, 고주파전력을 발생한다. 컴퓨터(257)는, 모니터(254)에 접속되며, 모니터(254)에 의해 측정된 임피던스에 근거하여 플라즈마 처리장치 및 프로세스 성능을 평가한다.
반도체 웨이퍼(252)가 방전전극(251)상에 탑재된 상태로, 고주파 전원(256)은 고주파전력을 출력하고, 정합회로(255)는, 고주파 전원(256)에서 출력된 고주파전력을 효율적으로 챔버(250)로 공급하기 위해 임피던스를 정합한다. 그리고, 고주파전력은, 모니터(254)를 통해 방전전극(251)으로 공급되며, 챔버(250)내에 플라즈마 Q가 발생한다. 이 경우, 챔버(250)에는, 에칭 또는 박막형성 등을 행하기 위해 반응가스가 공급되어 있고, 플라즈마 Q가 발생함으로써, 반도체 웨이퍼(252)는 에칭 등으로 된다.
모니터(254)는, 플라즈마 Q가 발생한 상태로 플라즈마 Q의 임피던스를 측정하고, 그 측정한 임피던스를 컴퓨터(257)로 출력한다. 그리고, 컴퓨터(257)는, 모니터(254)에 의해 측정된 임피던스를 받고, 그 받은 임피던스에 근거하여 플라즈마 처리장치(300) 및 프로세스 성능을 평가한다.
또한, 일본특허공개 2000-269195 공보에는, 플라즈마 처리장치에서의 플라즈마의 임피던스, 고주파전압의 피크간 전압 및 고주파전압이 인가되는 전극에 생기는 자기바이어스 전압을 측정함으로써, 플라즈마를 사용한 반도체 웨이퍼의 가공특성의 경시변화 및 진공용기내의 세정시기를 검지하는 것이 개시되어 있다.
그러나, 일본특허공개평 11-121440호 공보 및 일본특허공개 2000-269195 공보에 개시된 방법은, 플라즈마 처리장치내에서 발생하는 플라즈마의 임피던스, 플라즈마 처리장치의 기하학적인 구성에 의해 결정되는 장치 고유의 임피던스 및 플라즈마의 임피던스를 모니터하는 임피던스 모니터로부터 플라즈마 처리장치까지의 고주파 급전부의 임피던스를 포함하는 전체의 임피던스를 측정한다.
즉, 플라즈마가 발생한 경우의 등가회로는 도 30에 나타내는 회로가 된다. 도 30을 참조하여, 회로 210은, 매칭박스의 등가회로이고, 회로 220은, 처리챔버까지의 동축케이블의 등가회로이며, 회로 230은, 처리챔버내의 등가회로이고, 회로 240은, 접지계의 등가회로이다.
회로(210)는, 임피던스 ZM을 갖는다. 회로(220)는, 임피던스 ZC를 갖는다. 회로(230)는, 임피던스 ZQ를 갖는다. 회로(240)는, 임피던스 ZE를 갖는다. 고주파 전원(200)은, 접지노드 GND와 회로(210)와의 사이에 접속되며, 고주파전력을 출력한다.
고주파 전원(200)에서 출력된 고주파전력은, 회로 210, 220을 통해 처리챔버인 회로 230으로 공급된다. 그리고, 리턴전류는, 접지계인 회로 240을 통해 고주파 전원 200의 접지노드 GND측으로 흐른다.
따라서, 플라즈마가 발생했을 때의 임피던스는, 임피던스 ZM, ZC에 의해 결정되는 처리챔버까지의 임피던스와, 임피던스. ZQ, ZE에 의해 결정되는 플라즈마 임피던스 및 장치 고유의 임피던스를 포함한다.
그 결과, 종래의 방법으로는, 장치 고유의 임피던스만을 추출할 수 없다는 문제가 있다.
그러한 이유로 본 발명은, 장치 고유의 고주파 특성을 검출하고, 그 검출한 고주파 특성에 근거하여 프로세스 성능을 평가하는 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이다.
도 1은 실시예 1에 의한 플라즈마 처리장치의 개략 블록도이다.
도 2는 고주파전류와 고주파전력과의 관계도이다.
도 3은 실시예 2에 의한 플라즈마 처리장치의 개략 블록도이다.
도 4는 도 3에 나타내는 모니터의 회로도이다.
도 5는 플라즈마의 발광강도와 고주파전력과의 관계도이다.
도 6은 고주파전압의 파형도이다.
도 7은 실시예 2에 의한 플라즈마 처리장치의 다른 개략 블록도이다.
도 8은 도 7에 나타내는 플라즈마 처리장치에서 검출된 임피던스를 나타내는 도면이다.
도 9는 실시예 3에 의한 플라즈마 처리장치의 개략 블록도이다.
도 10은 도 9에 나타내는 네트워크 어넬라이저에 의한 임피던스의 측정방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 실시예 3에 의한 플라즈마 처리장치의 다른 개략 블록도이다.
도 12는 도 11에 나타내는 플라즈마 처리장치에서 검출된 임피던스의 용량성분 및 저항성분을 나타내는 도면이다.
도 13은 도 11에 나타내는 플라즈마 처리장치에서 검출된 임피던스의 용량성분 및 저항성분을 나타내는 도면이다.
도 14는 실시예 4에 의한 플라즈마 처리장치의 개략 블록도이다.
도 15는 고주파전력의 주파수가 고정된 경우의 플라즈마 처리장치의 등가회로를 나타내는 도면이다.
도 16은 고주파전력의 주파수가 변화하는 경우의 플라즈마 처리장치의 등가회로를 나타내는 도면이다.
도 17은 임피던스 및 위상의 주파수 의존성을 나타내는 도면이다.
도 18은 π형 등가회로를 나타내는 회로블록도이다.
도 19는 T형 등가회로를 나타내는 회로블록도이다.
도 20은 n개의 T형 등가회로를 직렬접속한 도면이다.
도 21은 도 14에 나타내는 플라즈마 처리장치에서 검출된 임피던스의 용량성분 및 저항성분을 나타내는 도면이다.
도 22는 복수의 플라즈마 처리장치에서의 에칭속도의 평균값을 나타내는 도면이다.
도 23은 실시예 5에 의한 플라즈마 처리장치의 개략 블록도이다.
도 24는 임피던스를 보정하는 방법을 설명하기 위한 제1 블록도이다.
도 25는 임피던스를 보정하는 방법을 설명하기 위한 제2 블록도이다.
도 26은 실시예 5에 의한 플라즈마 처리장치의 다른 개략 블록도이다.
도 27은 복수의 플라즈마 처리장치에서의 에칭속도의 평균치를 나타내는 도면이다.
도 28은 실시예 6에 의한 플라즈마 처리장치의 개략 블록도이다.
도 29는 종래의 플라즈마 처리장치의 개략 블록도이다.
도 30은 종래의 플라즈마 처리장치의 등가회로를 나타내는 회로도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 1A, 250 : 챔버2 : 하부전극
3 : 절연체4 : 스테이지
51, 252 : 반도체 웨이퍼6 : 상부전극
7 : 가스라인8 : 배기구
9 : 고주파 정합기10, 21, 200, 256 : 고주파 전원
11 : 고주파전류 검출기12, 257 : 컴퓨터
13 : 발광검지기14 : 윈도우
15, 254 : 모니터16, 24, 26 : 급전라인
17 : 블로킹 콘덴서18 : 검출회로
20, 20A, 20B, 20C, 20D, 20E, 20F : 제어장치
22, 23 : 스위치27 : 접속부
28, 29 : 영역30 : 네트워크 어넬라이저
42 : 등가회로43, 44 : 보정회로
45, 46 : 동판47 : 리턴전류
51∼5n : T형 등가회로70 : 알람회로
100∼108 : 플라즈마 처리장치150A : 전류검출회로
150B : 전압검출회로151 : 픽업코일
152, 155 : 저항153 : 적분회로
154 : 전극156 : 증폭회로
210, 220, 230, 240 : 회로251 : 방전전극
253 : 테이블255 : 정합회로
본 발명에 따르면, 플라즈마 처리장치는, 플라즈마를 발생하기 위한 챔버와, 챔버에 고주파전력을 공급하는 고주파 전원과, 플라즈마가 발생할 때까지의 고주파전력의 범위에서 챔버에서의 고주파 특성을 검출하고, 그 검출한 고주파 특성에 근거하여 챔버에서의 프로세스 성능을 평가하는 특성평가회로를 구비한다.
챔버내에서 플라즈마가 발생하지 않는 범위의 고주파전력이 공급되어 고주파 특성이 검출된다. 그리고, 검출된 고주파 특성에 근거하여 프로세스 성능이 평가된다. 따라서, 본 발명에 의하면, 플라즈마 처리장치에 고유한 고주파 특성을 검출할 수 있다. 또한, 플라즈마 처리장치에 고유한 고주파 특성에 근거하여 정확히 프로세스 성능을 평가할 수 있다.
바람직하게는, 특성평가회로는, 검출된 고주파 특성을 프로세스 성능이 정상으로 있을 때의 표준고주파 특성과 비교하고, 그 비교결과에 따라 프로세스 성능이 정상인지 아닌지를 평가한다.
검출된 고주파 특성을 표준고주파 특성과 비교함으로써 프로세스 성능이 평가된다. 따라서, 본 발명에 의하면, 프로세스 성능이 정상인지 아닌지를 용이하게 평가할 수 있다.
보다 바람직하게는, 특성평가회로는, 검출된 고주파 특성이 표준고주파 특성에 일치할 때 프로세스 성능은 정상이라고 평가하고, 검출된 고주파 특성이 표준고주파 특성에 불일치할 때 프로세스 성능은 이상이라고 평가한다.
검출된 고주파 특성과 표준고주파 특성과의 일치/불일치를 검출하고, 그 검출결과에 근거하여 프로세스 성능이 평가된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 프로세스 성능이 정상인지 아닌지를 신속히 평가할 수 있다.
더 바람직하게는, 플라즈마 처리장치는, 챔버에서의 플라즈마의 발생을 검지하는 플라즈마 검지회로를 더 구비하고, 특성평가회로는, 플라즈마 검지회로가 플라즈마의 발생을 검지하면, 고주파 특성의 검출을 중지한다.
챔버에서 플라즈마가 발생했을 때, 프로세스 성능의 평가가 중지된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 플라즈마 처리장치에 고유한 고주파 특성을 특징으로 검출할 수 있다.
바람직하게는, 플라즈마 처리장치는, 플라즈마가 발생될 때까지의 범위의 고주파전력을 챔버로 공급하는 다른 1개의 고주파 전원으로부터 출력된 고주파전력의 챔버로의 공급을 온/오프하는 제1 스텝과, 다른 1개의 고주파 전원으로부터 출력된 고주파전력의 챔버로의 공급을 온/오프하는 제2 스텝을 더 구비하고, 프로세스 성능의 평가시, 제1 스텝은 오프되며, 제2 스텝은 온된다.
전용의 고주파 전원을 사용하여, 플라즈마가 발생하지 않는 범위의 고주파전력이 챔버에 공급되어, 플라즈마 처리장치에 고유한 고주파 특성이 검출된다. 따라서, 본 발명에 의하면, 플라즈마의 발생을 검지하는 특별한 검출기를 설치하지 않아도, 장치 고유의 고주파 특성을 정확히 검출할 수 있다.
보다 바람직하게는, 특성평가회로는, 다른 1개의 고주파 전원에서 출력되는 고주파전압의 챔버로의 입사파에 대한 챔버로부터의 반사파의 비인 반사계수를 검출하고, 그 검출한 반사계수에 근거하여 프로세스 성능을 평가한다.
고주파전압의 챔버로의 입사파 및 챔버로부터의 반사파가 검출되고, 입사파에 대한 반사파의 비가 연산된다. 그리고, 연산결과인 반사계수에 근거하여 프로세스 성능이 평가된다. 따라서, 본 발명에 의하면, 챔버에 기인한 플라즈마 처리장치에 고유한 고주파 특성에 근거하여 프로세스 성능을 평가할 수 있다.
더 바람직하게는, 다른 1개의 고주파 전원은, 주파수를 고정한 고주파전력을 발생하고, 특성평가회로는, 고주파전력의 주파수를 고정했을 때의 고주파 특성을검출하며, 그 검출한 고주파 특성에 근거하여 프로세스 성능을 평가한다.
고주파전력의 주파수가 고정되어 고주파 특성이 검출된다. 그리고, 검출된 고주파 특성에 근거하여 프로세스 성능이 평가된다.
더 바람직하게는, 다른 1개의 고주파 전원은, 주파수를 소정범위에서 변화시킨 고주파전력을 발생하고, 특성평가회로는, 고주파전력의 주파수를 변경했을 때의 고주파 특성을 검출하여, 그 검출한 고주파 특성에 근거하여 프로세스 성능을 평가한다.
고주파전력의 주파수를 변화시켜 고주파 특성이 검출된다. 그리고, 검출된 고주파 특성에 근거하여 프로세스 성능이 평가된다. 따라서, 본 발명에 의하면, 플라즈마 처리장치의 각부의 경시변화 등에 기인한 프로세스 성능의 변화를 검출할 수 있다.
더 바람직하게는, 고주파 특성은, 챔버에서의 임피던스이고, 특성평가회로는, 고주파전력의 주파수를 변화시켰을 때의 임피던스의 주파수특성 및 전압과 전류와의 위상차의 주파수 특성에 근거하여 공진주파수를 검출하여, 그 검출한 공진주파수에 근거하여 프로세스 성능을 평가한다.
주파수를 변화시켜 검출된 고주파 특성에 근거하여 플라즈마 처리장치의 공진주파수가 검출된다. 그리고, 검출된 공진주파수에 근거하여 프로세스 성능이 평가된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 프로세스 성능이 변화된 요인을 상세히 특정할 수 있다.
더 바람직하게는, 특성평가회로는, 검출한 공진주파수 및 공진특성에 근거하여 등가회로의 회로정수를 구하고, 그 구한 회로정수에 근거하여 프로세스 성능을 평가한다.
주파수를 변화시켜 검출된 고주파 특성에 근거하여, 플라즈마 처리장치의 각부에서의 등가회로의 회로정수가 결정된다. 그리고, 결정된 회로정수에 근거하여 프로세스 성능이 평가된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 프로세스 성능이 변화된 플라즈마 처리장치의 위치 및 원인을 검출할 수 있다.
더 바람직하게는, 공진특성은, 공진주파수보다도 높은 주파수에서의 특성과 공진주파수보다도 낮은 주파수에서의 특성을 포함한다.
공진주파수를 중심으로 하여, 공진주파수의 고주파수측 및 저주파수측에서 선택된 주파수에서의 고주파 특성과, 공진주파수에서의 고주파 특성에 근거하여 프로세스 성능이 평가된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 장치의 고유한 고주파 특성에 따라 프로세스 성능을 평가할 수 있다.
더 바람직하게는, 공진특성은, 고주파전압과 고주파전류와의 위상차 및 임피던스를 포함한다.
공진주파수의 근방에서의 임피던스 및 고주파전압과 고주파전류와의 위상차에 근거하여 프로세스 성능이 평가된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 프로세스 성능을 용이하게 평가할 수 있다.
더 바람직하게는, 플라즈마 처리장치는, 다른 1개의 고주파 전원을 챔버에 접속하는 케이블을 더 구비하고, 특성평가회로는, 케이블과 챔버와의 접속부에서 고주파 특성을 검출한다.
고주파 특성은, 챔버에 가장 가까운 위치에서 검출된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 플라즈마 처리장치에 고유한 고주파 특성을 용이하게 검출할 수 있다.
더 바람직하게는, 고주파 특성은, 임피던스이고, 특성평가회로는, 또 다른 검출된 케이블의 임피던스를 검출한 임피던스로부터 제거하여, 그 제거한 임피던스에 근거하여 프로세스 성능을 평가한다.
챔버와, 챔버의 주변부에 기인하는 임피던스가 검출된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 플라즈마 처리장치에 고유한 고주파 특성을 정확히 검출할 수 있다.
더 바람직하게는, 플라즈마 처리장치는, 특성평가회로에 의해 검출된 고주파 특성이, 프로세스 성능이 정상일 때의 표준고주파 특성으로부터 차이가 있을 때 고주파 특성을 보정하는 보정회로를 더 구비한다.
검출된 고주파 특성이 정상시의 특성에 비해 변화되어 있을 때, 고주파 특성이 보정된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 플라즈마 처리장치의 이설 등의 전후에서, 고주파 특성을 일정하게 유지할 수 있다.
더 바람직하게는, 보정회로는, 검출된 고주파 특성이 표준고주파 특성이 되도록 고주파 특성을 보정한다.
검출된 고주파 특성이 표준고주파 특성에 대하여 변화하고 있을 때, 고주파 특성이 표준고주파 특성이 되도록 보정된다.
따라서, 복수의 플라즈마 처리장치의 고주파 특성을 일정하게 유지할 수 있다.
더 바람직하게는, 보정회로는, 고주파전력을 챔버에 공급하는 계통(system)에 설치된다.
고주파전력을 효율적으로 챔버에 공급할 수 있도록 고주파 특성이 보정된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 고주파전력의 공급경로에 경시변화가 생겨도 고주파 특성을 일정하게 유지할 수 있다.
더 바람직하게는, 보정회로는, 챔버에서 고주파 전원으로의 리턴전류가 흐르는 계통에 설치된다.
리턴전류의 누설이 적어지도록 고주파 특성이 보정된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 리턴전류가 흐르는 경로에 경시변화가 생겨도 고주파 특성을 일정하게 유지할 수 있다.
바람직하게는, 플라즈마 처리장치는, 소정기간마다 고주파 특성을 검출하도록 특성평가회로를 제어하는 제어회로를 더 구비한다.
플라즈마 처리장치에 고유의 고주파 특성이 정기적으로 검출된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 플라즈마 처리장치의 메인티넌스를 행하는 시기를 용이하게 검지할 수 있다.
보다 바람직하게는, 플라즈마 처리장치는, 특성평가회로에 의해 검출된 고주파 특성을 프로세스 성능이 정상일 때의 표준고주파 특성과 비교하여, 검출된 고주파 특성이 표준고주파 특성에서 소정량만큼 차이가 있을 때 알람을 발생하는 알람회로를 더 구비한다.
검출된 고주파 특성이 표준고주파 특성에서 소정량만큼 차이가 있을 때, 알람이 발생된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 플라즈마 처리장치의 프로세스 성능의 변화를 용이하게 검지할 수 있다.
(발명의 실시예)
본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 또한, 도면중 동일 또는 해당 부분에는 동일부호를 부착하여 그 설명은 반복하지 않는다.
(실시예 1)
도 1을 참조하여, 본 발명의 실시예 1에 의한 플라즈마 처리장치(100)는, 챔버(1)와, 스테이지(4)와, 상부전극(6)과, 가스라인(7)과, 배기구(8)와, 고주파 정합기(9)와, 고주파 전원(10)과, 고주파전류 검출기(11)와, 컴퓨터(12)를 구비한다.
스테이지(4)는, 하부전극(2)과, 절연체(3)로 이루어진다. 하부전극(2)은, 그 주표면 이외의 부분이 절연체(3)로 둘러싸인다. 그리고, 하부전극(2)은, 고주파 전원(10)에서의 고주파전력을 받는다. 절연체(3)는, 하부전극(2)을 전기적으로 절연한다.
상부전극(6)은, 스테이지(4)에 대향하여 설치된다. 가스라인(7)은, 반응가스를 챔버(1)에 도입한다. 배기구(8)는, 챔버(1)내에 도입된 반응가스를 진공펌프(도시하지 않음)에 의해 배기하기 위한 배기구이다.
고주파 전원(10)은, 그 한쪽 단이 접지노드 GND에 접속되고, 다른쪽 단이 고주파정합기(9)에 접속된다. 그리고, 고주파 전원(10)은, 예컨대, 13.56MHz의 고주파전력을 출력한다.
고주파 정합기(9)는, 고주파 전원(10)과 고주파전류 검출기(11)와의 사이에 접속된다. 그리고, 고주파 정합기(9)는, 고주파 전원(10)에서 출력된 고주파전력을 효율적으로 챔버(1)내의 하부전극(2)에 공급하기 위해 임피던스를 정합한다.
고주파전류 검출기(11)는, 하부전극(2)과 고주파 정합기(9)와의 사이에 설치된다. 그리고, 고주파전류 검출기(11)는, 고주파 전원(10)과 하부전극(2)과의 사이의 고주파 급전경로에 흐르는 고주파전류를 검출하고, 그 검출한 고주파전류를 컴퓨터(12)로 출력한다
컴퓨터(12)는, 고주파전류 검출기(11)로부터 받은 고주파전류와 고주파 전원(10)이 출력한 고주파전력에 근거하여, 후술하는 방법에 의해 프로세스 성능을 평가한다.
플라즈마 처리장치(100)에서는, 가스라인(7)으로부터 반응가스가 챔버(1)로 도입되고, 그 도입된 반응가스가 배기구(8)에서 배기되어 챔버(1)내의 압력이 10∼200Pa 정도로 유지된다. 그리고, 하부전극(2)에 고주파전력이 공급되고, 플라즈마가 하부전극(2)과 상부전극(6)과의 사이에서 발생되며, 하부전극(2)상에 탑재된 반도체 웨이퍼(5)가 처리된다. 플라즈마 처리장치(100)에서는, 평행하게 배치된 하부전극(2)과 상부전극(6)과의 사이에서 플라즈마가 발생되므로, 플라즈마 처리장치(100)는 평행평판형의 플라즈마 처리장치이다.
이와 같은 평행평판형의 플라즈마 처리장치로서 플라즈마 에칭장치가 있다. 따라서, 이하에서는, 플라즈마 처리장치(100)가 플라즈마 에칭장치인 경우에 대하여 설명한다.
우선, 플라즈마 처리장치(100)의 통상시의 동작에 대하여 설명한다. 반도체 웨이퍼(5)는 세정된 후, 챔버(1)내의 하부전극(2)상에 세트된다. 챔버(1)의 덮개가 닫혀진 후, 챔버(1)내의 기체는 진공펌프(도시하지 않음)에 의해 배기구(8)에서 배기된다. 그리고, 챔버(1)는, 챔버(1)내의 압력이 10-8Pa 정도로 될 때까지 진공펌프에 의해 배기되며, 덮개를 열었을 때에 챔버(1)내에 들어간 산소 등의 불순물이 제거된다.
그 후, 가스라인(7)에서 반응가스가 도입되고, 챔버(1)내의 압력이 10∼200Pa 정도로 유지된다. 그렇다면, 고주파 전원(10)은, 고주파전력을 발생하고, 고주파 정합기(9) 및 고주파전류 검출기(11)를 통해 고주파전력을 하부전극(2)에 공급한다. 이 경우, 고주파 정합기(9)는, 고주파 전원(10)으로부터의 고주파전력을 효율적으로 하부전극(2)에 공급하기 위해 임피던스를 정합한다.
그리고, 하부전극(2)과 상부전극(6)과의 사이에서 방전이 생기고, 챔버(1)내에 플라즈마가 발생한다. 그렇다면, 반도체 웨이퍼(5)는, 발생한 플라즈마중의 이온에 의해 에칭처리된다. 반도체 웨이퍼(5)의 에칭처리가 종료하면, 고주파전원(10)은, 고주파전력의 발생을 정지하며, 챔버(1)내의 반응가스는 진공펌프에 의해 배기되어 반도체 웨이퍼(5)가 교환된다. 그리고, 다음 반도체 웨이퍼가 하부전극(2)에 탑재되고, 전술한 조작이 반복하여 행해진다.
전술한 에칭을 장시간 행하면, 에칭에 의해 생성물이 생성되고, 그 생성된 생성물이 스테이지(4) 및 상부전극(6)을 포함하는 챔버(1)의 내벽에 부착한다. 또한, 에칭을 장시간 행하면, 스테이지(4)를 구성하는 각종 부품이 소모·열화하거나, 조임부의 느슨함에 의한 조립 정밀도가 저하한다.
그 결과, 플라즈마 처리장치(100)에서의 고주파 특성이 변화되고, 그것에 대응하여 챔버(1)내에 생성되는 플라즈마의 특성이 변화한다. 그렇다면, 플라즈마 처리장치(100)에서의 프로세스 성능이 초기 상태, 또는 메인티넌스 직후의 정상상태로부터 벗어나, 소정의 에칭이 행해지지 않는다는 문제가 생긴다.
따라서, 이와 같은 에칭의 문제가 생기기 전에, 프로세스 성능이 변화하는 원인을 사전에 검지할 필요가 있다.
그래서, 다음에, 플라즈마 처리장치(100)에서의 프로세스 성능을 평가하여 프로세스 성능이 변화했는지 아닌지를 검지하는 방법에 대하여 설명한다. 프로세스 성능은, 챔버(1)내에 플라즈마가 발생하지 않은 고주파전력을 하부전극(2)에 공급하여 평가된다. 이것은, 챔버(1)내에 플라즈마가 발생하는 고주파전력을 하부전극(2)에 공급하여 프로세스 성능을 평가한 경우, 발생한 플라즈마의 특성도 반영되므로, 에칭에 의한 생성물이 부착한 것 등에 기인한 챔버(1)의 내벽의 상태변화에 의한 고주파 특성의 변화를 검지할 수 없기 때문이다.
프로세스 성능을 평가하는 경우, 고주파 전원(10)은, 챔버(1)내에 플라즈마가 발생하지 않는 범위의 고주파전력을 발생하고, 그 발생한 고주파전력을 고주파 정합기(9) 및 고주파전류 검출기(11)를 통해 하부전극(2)으로 공급한다. 그리고, 고주파전류 검출기(11)는, 고주파 전원(10)으로부터 하부전극(2)까지의 사이의 고주파 급전부에 흐르는 고주파전류를 검출하여, 그 검출한 고주파전류를 컴퓨터(12)로 출력한다.
보다 구체적으로는, 고주파 전원(10)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 고주파전력을 0에서 A(챔버(1)내에 플라즈마가 발생하지 않는 고주파전력의 상한치)까지 증가시킨다. 이 경우, 고주파전류 검출기(11)는, 프로세스 성능이 정상인 경우, 프로파일 (a)로 표시되는 고주파전류를 검출한다. 또한, 고주파전류 검출기(11)는, 스테이지(4)의 절연체(3)가 소모하여 실질적으로 부품치수 또는 두께가 변화한 경우, 프로파일 (b)로 표시되는 고주파전류를 검출한다. 또한, 고주파전류 검출기(11)는, 스테이지(4)의 구성부품의 조립 정밀도가 열화한 경우 또는 스테이지(4) 중 플라즈마에 노출된 부분에 에칭에 의한 생성물이 부착된 경우, 프로파일 (c)로 표시되는 고주파전류를 검출한다.
도 2의 0에서 A까지의 영역은, 챔버(1)내에 플라즈마가 발생하지 않는 고주파전력의 범위이므로, 이 범위의 고주파전력이 하부전극(2)에 공급된 경우에, 고주파전류 검출기(11)가 검출하는 고주파전류는 마이크로 암페어 정도의 미소한 전류이다. 따라서, 고주파전류 검출기(11)는, 이와 같은 미소전류를 검출가능한 고주파전류 검출기인 것이 바람직하다.
고주파전류 검출기(11)가 검출하는 고주파전류는, 하부전극(2)으로부터 절연체(3)를 통해 접지전위인 챔버(1)에 흐르는 누설전류, 또는 하부전극(2)으로 고주파전력을 급전하는 고주파 급전부에서의 누설전류이다.
따라서, 하부전극(2) 및 절연체(3)를 포함하는 스테이지(4)의 구성부품에 열화가 없고, 조립 정밀도가 좋은 경우에는, 스테이지(4) 부분에서의 임피던스는 안정하고 있으며, 0에서 A까지 범위의 고주파전력이 하부전극(2)에 공급된 경우, 프로파일 (a)로 표시되는 바와 같이, 고주파전류는 고주파전력의 증가에 따라 직선적으로 증가한다.
한편, 절연체(3)가 소모하여 실질적으로 부품치수 또는 두께가 변화한 경우, 절연체(3)의 절연성이 저하하기 때문에 스테이지(4)부의 절연저항이 저하한다. 그 결과, 프로파일 (b)로 표시되는 바와 같이, 고주파전류는, 고주파전력의 증가에 따라 프로파일 (a)로 표시되는 고주파전류보다도 커진다.
또한, 스테이지(4)부의 부품의 조임이 느슨해지거나, 에칭에 의한 생성물이 스테이지(4)에 부착한 경우, 스테이지(4)의 구성부품간의 부유용량 또는 접촉저항이 불안정하게 되고, 그 결과, 스테이지(4)부에서의 임피던스가 불안정하게 된다. 그렇다면, 프로파일 (c)로 표시되는 바와 같이, 고주파전류는 고주파전력의 증가에 따라 비선형으로 변화한다.
또한, 스테이지(4)부의 정상/이상에도 불구하고, 고주파전력이 A보다도 우측의 영역에서는 챔버(1)내에 플라즈마가 발생하고, 고주파전류는 급격히 커진다.
본 발명에서, 컴퓨터(12)는, 스테이지(4)부의 임피던스가 안정되어 있어, 프로세스 성능이 정상인 것을 나타내는 프로파일 (a)를 기억하고 있다. 그리고, 컴퓨터(12)는, 고주파전류 검출기(11)에서의 고주파전류를 프로파일 (a)로 표시되는 고주파전류와 비교하고, 그 비교결과에 따라 프로세스 성능이 정상인지 아닌지를 평가한다.
구체적으로는, 컴퓨터(12)는, 고주파전류 검출기(11)에서의 고주파전류가 프로파일 (a)로 표시되는 고주파전류와 일치한 경우, 프로세스 성능은 정상이라고 평가하고, 일치하지 않은 경우, 프로세스 성능은 이상이라고 평가한다.
바람직하게는, 컴퓨터(12)는, 프로세스 성능이 이상이라고 평가한 경우, 고주파전류 검출기(11)에서의 고주파전류가 프로파일 (a)로 표시되는 고주파전류와 어떻게 차이가 있는지를 판정한다. 즉, 컴퓨터(12)는, 고주파전류 검출기(11)에서의 고주파전류가 프로파일 (b)로 표시되는 고주파전류인지 프로파일 (c)로 표시되는 고주파전류인지를 평가한다. 이것에 의해, 프로세스 성능이 변화한 플라즈마 처리장치(100)에서의 위치 및 원인을 특정할 수 있다.
요컨대, 고주파전류 검출기(11)에서의 고주파전류가 프로파일 (b)로 표시되는 고주파전류인 경우, 전술한 바와 같이, 절연체(3)가 소모하여 실질적으로 부품치수 또는 두께가 변화하고 있게 되며, 고주파전류 검출기(11)에서의 고주파전류가 프로파일 (c)로 표시되는 고주파전류인 경우, 전술한 바와 같이, 스테이지(4)부의 부품의 조임이 느슨해지거나, 에칭에 의한 생성물이 스테이지(4)에 부착하고 있게 된다.
이와 같이, 플라즈마가 발생하지 않는 범위의 고주파전력을 하부전극(2)에공급한 경우의 고주파전류를 검출하고, 그 검출한 고주파전류를, 프로세스 성능이 정상인 경우의 프로파일 (a)로 표시되는 고주파전류와 비교함으로써, 프로세스 성능이 정상인지 아닌지를 평가할 수 있다. 또한, 검출한 고주파전류가, 정상인 경우의 고주파전류로부터 어떻게 차이가 있는지를 검출함으로써 프로세스 성능이 변화한 플라즈마 처리장치(100)에서의 위치 및 원인을 특정할 수 있다.
상기에서는, 플라즈마가 발생하지 않는 범위의 고주파전력을 하부전극(2)에 공급하여 고주파전류를 검출한다고 설명했지만, 본 발명에 있어서는, 고주파전류 대신에 고주파전압을 검출해도 된다. 이 경우, 검출되는 고주파전압은, 스테이지(4)부의 임피던스를 반영한 전압이므로, 전술한 경우와 동일하게 하여 프로세스 성능을 평가할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같은, 플라즈마가 발생하지 않는 경우의 고주파수 특성을 평가하는 방법과, 플라즈마가 발생한 경우의 고주파 특성을 평가하는 방법을 병용해도 좋다. 이 경우, 에칭을 행하고 있는 도중에 장치 전체의 고주파 특성을 평가하여 플라즈마 처리장치(100)에 이상이 발생하고 있는지 아닌지를 판정하고, 이상이 발생되어 있는 경우, 전술한 바와 같은, 플라즈마가 발생하지 않는 경우의 고주파 특성을 평가한다. 그 결과, 플라즈마가 발생하지 않는 경우의 고주파 특성에 이상이 없는 경우, 플라즈마의 변동, 상부전극(6) 및 챔버(1)의 이상을 의심하면 되므로, 이상 위치의 특정을 신속히 행할 수 있다.
또한, 상기에서는, 평행평판형의 플라즈마 처리장치에 대하여 설명했지만, 본 발명에 있어서는, 이것에 한정되지 않고, 유도결합형의 플라즈마 처리장치이어도 된다.
또한, 상기에서는, 에칭장치에 대하여 설명했지만, 본 발명에 있어서는, 이것에 한정되지 않고, 고주파방전을 이용한 플라즈마 CVD장치 및 스퍼터링장치 등의 막형성장치이어도 된다.
실시예 1에 의하면, 플라즈마 처리장치는 플라즈마가 발생하지 않는 고주파전력의 범위에서의 고주파전류를 검출하는 고주파전류 검출기와, 그 검출한 고주파전류를 프로세스 성능이 정상인 경우의 고주파전류와 비교하여 프로세스 성능을 평가하는 컴퓨터를 구비하므로, 프로세스 성능이 변화했을 때, 프로세스 성능이 변화하는 요인이 된 플라즈마 처리장치에서의 위치 및 원인을 특정할 수 있다.
(실시예 2)
도 3을 참조하여, 실시예 2에 의한 플라즈마 처리장치(101)는, 챔버(1)와, 하부전극(2)과, 절연체(3)와, 상부전극(6)과, 고주파 정합기(9)와, 고주파 전원(10)과, 발광검지부(13)와, 윈도우(14)와, 모니터(15)와, 급전라인(16)과, 제어장치(20)를 구비한다. 또한, 플라즈마 처리장치(101)에서는, 가스라인 및 배기구는 생략되어 있다.
챔버(1), 하부전극(2), 절연체(3), 상부전극(6), 고주파 정합기(9) 및 고주파 전원(10)에 대해서는, 실시예 1에서 설명한대로이다.
발광검지기(13)는, 챔버(1)내의 플라즈마 발광을 검지하고, 그 검지한 플라즈마 발광을 전기신호로 변환하여 제어장치(20)로 출력한다. 발광검지기(13)는, 구체적으로는 광전자 증배관으로 이루어진다. 윈도우(14)는, 챔버(1)내에 플라즈마가 발생한 경우, 플라즈마 발광을 발광검지기(13)로 유도하기 위한 윈도우이고, 플라즈마를 흡수하지 않는 재질로 이루어진다. 그리고, 윈도우(14)에는, 챔버(1)의 외부로부터 광(미광)이 발광검지기(13)에 입사하는 것을 방지하는 차광판이 설치되어 있다.
모니터(15)는, 하부전극(2)과 고주파 정합기(9)와의 사이에 접속되고, 고주파전력이 하부전극(2)에 공급되었을 때, 급전라인(16)에 흐르는 고주파전류 및 급전라인(16)에 고주파전류가 흐르는 것에 기인하여 발생하는 고주파전압을 검출하여, 그 검출한 고주파전압 및 고주파전류를 제어장치(20)로 출력한다.
제어장치(20)는, 고주파 전원(10) 및 고주파 정합기(9)를 제어한다. 또한, 제어장치(20)는, 발광검지기(13)로부터의 전기신호와, 모니터(15)로부터의 고주파전압 및 고주파전류를 받고, 그 받은 고주파전압 및 고주파전류에 근거하여, 플라즈마 처리장치(101)에서의 프로세스 성능을 평가함과 동시에, 발광검지기(13)로부터의 전기신호가 소정의 강도로 도달했을 때 프로세스 성능의 평가를 중지한다.
도 4를 참조하여, 모니터(15)는, 전류검출회로(150A)와, 전압검출회로(150B)를 포함한다. 전류검출회로(150A)는, 픽업코일(151)과, 저항(152)과, 적분회로(153)로 이루어진다. 픽업코일 151은, 급전라인 16에 근접하여 배치되고, 그 한쪽 단은 접지노드 GND에 접속되며, 다른쪽 단은 노드 N1에 접속된다. 저항 152는, 노드 N1과 접지노드 GND와의 사이에 접속된다. 적분회로 153은, 픽업코일 151의 다른쪽 단에 접속되고, 노드 N1상에 발생하는 Vi를 적분하여 고주파전류를구한다.
급전라인(16)에 고주파전류가 흐르면, 픽업코일(151)에 전류가 발생하고, 그 발생한 전류는 픽업코일(151)과 저항(152)으로 이루어지는 회로를 흐른다. 그 결과, 노드 N1에는, 전류가 저항 152를 흐르는 것에 의해 전압 Vi가 발생한다. 즉, 급전라인 16에 고주파전류가 흐르면, 전압 Vi가 발생하고, 그 발생하는 전압 Vi는, 다음식에 의해 표시된다.
단, M은 급전라인(16)과 픽업코일(151)과의 사이의 상호 인덕턴스이다.
따라서, 적분회로(153)는, 노드 N1상의 전압 Vi를 적분하고, 식 (1)에 근거하여 고주파전류를 구한다.
전압검출회로(150B)는, 전극(154)과, 저항(155)과, 증폭회로(156)를 포함한다. 전극(154)은, 급전라인(16)에 근접하여 배치된다. 저항(155)은, 노드 N2와 접지노드 GND와의 사이에 접속된다. 증폭회로 156은, 노드 N2를 통해 전극 154에 접속되며, 급전라인 16에 고주파전류가 흐르는 것에 의해 전극 154에 유기되는 전압 Vv를 적분하여 고주파전압을 구한다.
전극(154)은, 접지노드 GND로 절연되어 있으므로, 급전라인(16)에 고주파전류가 흐르면, 전압 Vv가 전극 154에 유기된다. 그리고, 전압 Vv는 다음식에 의해 표시된다.
단, R은 저항 155의 저항값이고, C는 전극 154와 급전라인 16과의 사이의 커패시턴스이다.
따라서, 증폭회로(156)는, 전극(154)에 유기된 전압 Vv를 적분하고, 식 (2)에 의해 고주파전압을 구한다.
또한, 전류검출회로(150A)에 의해 검출된 고주파전류와, 전압검출회로(150B)에 의해 검출된 고주파전압과의 위상차 θ의 오차를 적게 하기 위해, 픽업코일(151)은, 가능한 한 전극(154)에 가까이 하여 배치된다.
또한, 검출된 고주파전류 및 고주파전압은, 동축케이블을 통해 제어장치(20)로 출력된다. 이것은, 검출한 고주파전류 및 고주파전압이 RF 노이즈에 의해 영향받는 것을 방지하기 위해서이다.
또한, 적분회로(153) 및 증폭회로(156)는, 모니터(15)의 외부에 설치되어도 된다.
이와 같이, 모니터(15)는, 고주파전력이 하부전극(2)에 공급되었을 때, 급전라인(16)에 고주파전류가 흐르는 것에 기인하여 발생하는 고주파전류 I 및 고주파전압 V를 검출하여 제어장치(20)로 출력한다.
모니터(15)에 의해 검출된 고주파전류 I(벡터에 의해 표시되는 전류를 의미한다. 이하, 동일) 및 고주파전압 V(벡터에 의해 표시되는 전압을 의미한다. 이하,동일)에 근거하여 임피던스 Z가 요구된다. 그리고, 이 임피던스 Z는, 플라즈마 처리장치(101)의 챔버(1) 내부의 배치구조, 예컨대, 하부전극(2) 및 상부전극(6)의 배치 등의 기하학적인 구성에 의해 결정되는 장치 고유의 임피던스, 모니터(15)로부터 하부전극(2)까지의 고주파 급전부의 임피던스 및 플라즈마 처리장치(101)의 접지라인(고주파전류 I의 귀로)의 임피던스 등을 포함하는 것이다.
따라서, 모니터(15)에 의해 고주파전류 I 및 고주파전압 V를 검출하는 것은, 임피던스 Z를 검출하는 것에 해당한다.
플라즈마 처리장치(101)에서, 통상의 에칭처리가 행해질 때, 제어장치(20)는, 소정의 고주파전력을 출력하도록 고주파 전원(10)을 제어한다. 그 밖의 조작은 실시예 1에서 설명한대로이다.
플라즈마 처리장치(101)에서의 프로세스 성능을 평가하는 경우, 챔버(1)내에 플라즈마가 발생하지 않는 범위의 고주파전력을 하부전극(2)에 공급한다. 이것은, 챔버(1)내에 플라즈마가 발생한 상태로 고주파전류 I 및 고주파전압 V를 검출하여 구한 임피던스에는, 플라즈마의 임피던스도 포함되므로, 플라즈마 처리장치(101)에 고유한 임피던스를 검출할 수 없기 때문이다.
도 5는, 고주파전력과 플라즈마 발광의 발광강도와의 관계를 나타내는 도면이다. 종축은 발광강도를 나타내고, 횡축은 고주파전력을 나타낸다. 도 5에 나타내는 관계를 측정한 경우의 챔버(1)에서의 방전조건은, 반응가스:질소, 가스의 압력:66.5Pa, 가스의 유량:100sccm, 전극간 거리: 1cm, 피처리물:없음이다.
도 5를 참조하여, 고주파전력이 0에서 증가하면, 50W까지는 플라즈마 발광은관측되지 않고, 고주파전력이 50W로부터, 60W의 사이에서 플라즈마가 발생한다. 그리고, 고주파전력이 60W에서 플라즈마 발광이 검지되고, 고주파전력의 증가에 따라 플라즈마 발광의 강도도 증가하게 된다.
따라서, 플라즈마 처리장치(101)에서 프로세스 성능을 평가하는 경우, 고주파전력을 10W로 했다.
또한, 플라즈마 처리장치(101)에서 프로세스 성능을 평가하는 경우, 고주파 정합기(9)의 동작을 강제적으로 정지한다. 이것은, 고주파 정합기(9)가 임피던스의 자동정합을 행한 경우, 급전라인(16)에 흐르는 고주파전류 및 고주파전압이 변화되고, 전술한 임피던스 Z에 오차가 생겨, 측정의 재현성을 저하시키기 때문이다.
다시, 도 3을 참조하여, 플라즈마 처리장치(101)의 프로세스 성능을 평가하는 동작이 시작되면, 제어장치(20)는, 10W의 고주파전력을 발생하도록 고주파 전원(10)을 제어하고, 고주파 정합기(9)의 동작을 정지한다. 고주파 전원(10)은, 10W의 고주파전력을 발생하며, 그 발생한 10W의 고주파전력을 고주파 정합기(9), 급전라인(16) 및 모니터(15)를 통해 하부전극(2)에 공급한다.
그렇다면, 모니터(15)는, 전술한 방법에 의해 고주파전류 I 및 고주파전압 V를 검출하고, 그 검출한 고주파전류 I 및 고주파전압 V를 제어장치(20)로 출력한다. 제어장치(20)는, 모니터(15)로부터 받은 고주파전류 I 및 고주파전압 V에 근거하여 임피던스 Z를 구한다. 이 임피던스 Z는, 전술한 바와 같이 플라즈마 처리장치(101)에 고유한 임피던스이다. 또한, 제어장치(20)는, 고주파전류 I와 고주파전압 V와의 위상차 θ를 구한다. 그리고, 제어장치(20)는, 임피던스 Z 및/또는위상차 θ에 의해 프로세스 성능을 평가한다.
이 경우, 발광검지기(13)는, 챔버(1)내에서의 플라즈마 발광을 검지하여 계속하고, 플라즈마 발광을 검지하면, 그 검지한 플라즈마 발광을 전기신호로 변환하여 제어장치(20)로 출력한다. 제어장치(20)는, 발광검지기(13)로부터의 전기신호의 강도가 소정의 강도를 초과하지 않는 한, 모니터(15)로부터 받은 고주파전류 I 및 고주파전압 V에 근거하여 임피던스 Z 및 위상차 θ를 구하고, 그 구한 임피던스 Z 및/또는 위상차 θ에 근거하여 프로세스 성능을 평가한다.
임피던스 Z는, 모니터(15)로부터 하부전극(2)까지의 고주파 급전부, 하부전극(2)의 부분 및 리턴전류가 하부전극(2)으로부터 챔버(1)의 접지노드 GND를 통해 고주파 전원(10)으로 돌아가는 귀로에 기인한 임피던스이므로, 구한 임피던스 Z가 변화하면, 이것들의 각부에서의 임피던스가 변화한 것이 되고, 이 임피던스 Z의 변화는 플라즈마 처리장치(101)에서의 에칭성능을 변화시킨다.
또한, 위상차 θ가 변화된 경우도, 전술한 각부에서의 임피던스가 변화하게 되고, 이 위상차 θ의 변화는 플라즈마 처리장치(101)에서의 에칭성능을 변화시킨다.
따라서, 제어장치(20)는, 구한 임피던스 Z가 변화한 경우, 플라즈마 처리장치(101)의 프로세스 성능이 변화했다고 평가하고, 임피던스 Z가 변화하지 않은 경우, 플라즈마 처리장치(101)의 프로세스 성능이 변화하지 않는다고 평가한다.
또한, 제어장치(20)는, 구한 위상차 θ가 변화한 경우, 플라즈마 처리장치(101)의 프로세스 성능이 변화했다고 평가하고, 위상차 θ가 변화하지 않은 경우, 플라즈마 처리장치(101)의 프로세스 성능이 변화하지 않는다고 평가한다.
또한, 제어장치(20)는, 구한 임피던스 Z 및 위상차 θ가 변화한 경우, 플라즈마 처리장치(101)의 프로세스 성능이 변화했다고 평가하고, 임피던스 Z 및 위상차 θ가 변화하지 않은 경우, 플라즈마 처리장치(101)의 프로세스 성능이 변화하지 않는다고 평가한다.
이 제어장치(20)는, 임피던스 Z 및 위상차 θ중 어느 한쪽에 근거하여 프로세스 성능을 평가해도 되며, 임피던스 Z 및 위상차 θ의 양쪽에 근거하여 프로세스 성능을 평가해도 된다. 그리고, 이 프로세스 성능의 평가는, 정기적으로 행하며, 임피던스 Z 및/또는 위상차 θ가 변화한 경우에, 프로세스 성능이 변화했다고 평가하여 플라즈마 처리장치(101)의 메인티넌스를 행한다.
상기에서는, 모니터(15)에 의해 검출한 고주파전류 I 및 고주파전압 V에 근거하여 임피던스 Z 및 위상차 θ를 구하여 플라즈마 처리장치(101)의 프로세스 성능을 평가한다고 설명했지만, 본 발명에 있어서는, 모니터(15)가 검출한 고주파전류 I 및 고주파전압 V에 근거하여 프로세스 성능을 평가하도록 해도 된다. 고주파전류 I 및 고주파전압 V는, 모니터(15)로부터 하부전극(2)까지의 고주파 급전부, 하부전극(2)의 부분 및 리턴전류가 하부전극(2)으로부터 챔버(1)의 접지노드 GND를 통해 고주파 전원(10)으로 돌아가는 귀로에 기인한 임피던스에 의해 변화하기 때문이다.
따라서, 제어장치(20)는, 모니터(15)로부터 받은 고주파전류 I 및 고주파전압 V가 변화하는지 아닌지에 따라 플라즈마 처리장치(101)의 프로세스 성능을 평가한다.
이와 같이, 제어장치(20)는, 플라즈마가 발생하지 않은 고주파전력이 하부전극(2)으로 공급되었을 때의 고주파 특성(고주파전류 I, 고주파전압 V, 임피던스 Z 및 위상차 θ)에 근거하여 플라즈마 처리장치(101)의 프로세스 성능을 평가한다. 그리고, 제어장치(20)는, 발광검지기(13)로부터 받은 전기신호의 강도가 소정의 강도를 초과하면, 고주파 전원(10)을 강제적으로 정지한다. 이것에 의해, 프로세스 성능의 평가가 중지된다.
상기에서는, 발광검지기(13)는, 광전자 증배관으로 이루어진다고 설명했지만, 발광검지기(13)로서 포토다이오드를 사용해도 된다. 이 경우, 포토다이오드의 감도는, 일반적으로는, 광전자 증배관보다도 낮으므로, 플라즈마 발광의 스펙트럼 분포로 감도가 일치하는 포토다이오드를 선택하는 것이 중요하다.
발광검지기(13)는, 광을 사용하여 챔버(1)에서의 플라즈마의 발광을 검지하는 수단이지만, 전기를 사용하여 챔버(1)에서의 플라즈마의 발생을 검지해도 된다. 이하, 각종 방법에 대하여 설명한다.
챔버(1)에서 플라즈마가 발생한 경우, 하부전극(2)에 인가되는 고주파전압에, 도 6에 나타내는 바이어스전압 Vdc라고 부르는 직류전압이 중첩되고, 전압파형은 마이너스측으로 시프트한다. 따라서, 이 바이어스전압 Vdc를 검출함으로써, 플라즈마가 챔버(1)내에서 발생한 것을 검지할 수 있다.
플라즈마 처리장치에서는, 통상, 블로킹 콘덴서가 고주파 정합기(9)의 출력측에 설치된다. 그렇다면, 플라즈마중의 전자가 하부전극(2)에 입사하는 속도와,플라즈마중의 이온이 하부전극(2)에 입사하는 속도와의 사이에 속도차가 생긴다. 그 결과, 바이어스전압 Vdc가 발생한다.
그래서, 이 바이어스전압 Vdc를 검출하는 수단을 설치한 플라즈마 처리장치를 도 7에 나타낸다. 도 7을 참조하여, 플라즈마 처리장치(102)는, 플라즈마 처리장치(101)에서 발광검지기(13) 및 윈도우(14)를 제거하고, 제어장치 20을 제어장치 20A로 대체하고, 블로킹 콘덴서(17) 및 검출회로(18)를 추가한 것이며, 그밖에는 플라즈마 처리장치(101)와 동일하다.
블로킹 콘덴서(17)는, 고주파 정합기(9)의 출력측에 접속된다. 검출회로(18)는, 블로킹 콘덴서(17)와 모니터(15)와의 사이에 접속된다. 그리고, 검출회로(18)는, 챔버(1)내에서 플라즈마가 발생하면, 바이어스전압 Vdc를 검출하고, 그 검출한 바이어스전압 Vdc를 제어장치 20A로 출력한다. 제어장치(20A)는, 검출회로(18)로부터 바이어스전압 Vdc를 받으면, 챔버(1)내에서 플라즈마가 발생한 것을 검지하여, 고주파 전원(10)을 강제적으로 정지한다. 이것에 의해, 플라즈마 처리장치(102)의 프로세스 성능의 평가가 중지된다.
제어장치(20A)는, 검출회로(18)로부터 바이어스전압 Vdc를 받지 않는 한, 제어장치(20)와 동일하도록 모니터(15)로부터 받은 고주파전류 I 및 고주파전압 V에 근거하여 프로세스 성능을 평가한다.
최근의 플라즈마 처리장치에서는, 피처리물인 반도체 웨이퍼의 온도를 정확히 제어하기 위해, 하부전극(2)중 반도체 웨이퍼를 탑재하는 측에 유전체막을 형성하고, 고주파 전원(10)과는 다른 하부전극(2)에 직류전압을 공급함으로써, 반도체웨이퍼와 하부전극(2)과의 사이에 정전력을 발생시켜, 그 발생시킨 정전력에 의해 반도체 웨이퍼를 하부전극(2)에 흡착시키는, 소위, 정전척이 널리 사용되고 있다.
이와 같은 정전척을 사용한 플라즈마 처리장치에 있어서는, 하부전극(2)중 반도체 웨이퍼를 탑재하는 측에 설치된 유전체막의 영향에 의해, 검출회로(18)에 의해 바이어스전압 Vdc를 검출할 수 없게 된다.
그래서, 모니터(15)가 검출한 고주파전압 V의 피크간 전압 Vpp의 불연속적인 변화를 검출한다. 고주파전력을 증가시켜, 챔버(1)내에서 플라즈마가 발생하면, 전술한 임피던스 Z에 플라즈마의 임피던스가 가해지기 때문에, 피크간 전압 Vpp는, 플라즈마의 발생에 의해 불연속적으로 변화한다. 따라서, 제어장치(20, 20A)는, 모니터(15)로부터 받은 고주파전압 V에 근거하여 피크간 전압 Vpp를 구하고, 그 구한 피크간 전압 Vpp가 불연속적으로 변화하면 챔버(1)에서의 플라즈마의 발생을 검지한다. 그리고, 제어장치(20, 20A)는, 챔버(1)에서의 플라즈마의 발생을 검지하면, 고주파 전원(10)을 강제적으로 정지하여, 프로세스 성능의 평가를 종료한다.
또한, 전술한 검출회로(18) 및 피크간 전압을 검출하는 수단을 모니터(15)에 설치해도 된다.
또한, 급전라인(16)에는, 고주파전압 V를 검출하는 센서만을 설치하고, 그 센서가 검출한 고주파전압 V에 근거하여 플라즈마 발생의 유무를 판단하는 수단을 다른 부분에 설치해도 된다.
또한, 바이어스전압 Vdc 또는 피크간 전압 Vpp를 검출하는 소자는, 통상, 고주파 정합기(9)의 내부에 설치되므로, 고주파 정합기(9)의 내부에 설치된 소자에의해 바이어스전압 Vdc 또는 피크간 전압 Vpp를 검출하도록 해도 된다.
플라즈마의 발생을 광에 의해 검지하는 방법 및 플라즈마의 발생을 전기(전압)에 의해 검지하는 방법 중 어느 것에 있어도, 챔버(1)내에서 플라즈마가 발생하지 않는 고주파전력을 사전에 검출해 놓고, 그 검출한 고주파전력의 범위에서, 전술한 고주파 특성(고주파전류 I, 고주파전압 V, 임피던스 Z 및 위상차 θ)의 검출을 행할 필요가 있다. 그리고, 바이어스 전압 Vdc가 검출된 경우, 또는 피크간 전압 Vpp가 불연속적으로 변화한 경우, 고주파 특성의 검출은 중지된다.
고주파 특성의 검출은, 반응가스를 챔버(1)에 도입하여 행하는 것은 반드시 필요하지 않지만, 플라즈마 처리장치의 안전상, 반응가스를 챔버(1)에 도입하지 않으면 고주파전압을 하부전극(2)에 공급할 수 없도록 인터록이 설정되어 있는 경우가 많다.
챔버(1)에 반응가스를 흘리지 않아서, 챔버(1)내의 압력이 낮은 경우에, 또는 반대로 챔버(1)내의 압력이 높은(예컨대 대기압) 경우에, 고주파전력을 하부전극(2)에 인가하면, 파센의 법칙으로 알려져 있는 바와 같이, 플라즈마의 발생전압이 높아지고, 플라즈마를 생성하기 위한 고주파전력도 높아진다. 또한, 이것들의 조건하에서는, 일반적으로 안정한 플라즈마의 생성이 곤란하며, 아크적인 방전이 발생하여 하부전극(2), 상부전극(6) 및 고주파 전원(10)에 장해를 주는 일이 많다.
그래서, 고주파 특성의 검출은, 챔버(1)내에 반응가스를 흐르게 한 조건하에서 행하는 것이 바람직하다.
8인치 웨이퍼 대응의 평행평판형의 플라즈마 처리장치(에칭장치)에서, 장치고유의 임피던스를 검출한 예를 도 8에 나타낸다. 도 8에서는, 7대의 플라즈마 처리장치에 대하여, 장치 고유의 임피던스를 검출한 결과를 나타낸다.
7대의 플라즈마 처리장치 중, 1대의 플라즈마 처리장치에서의 임피던스가 다른 6대의 플라즈마 처리장치에서의 임피던스보다도 낮다.
임피던스가 낮은 플라즈마 처리장치에 대하여, 메인티넌스시에 조사한 결과, 하부전극(2)의 주위에 설치된 절연체(3)에 문제가 발견되어, 이것이, 임피던스가 낮은 원인인 것을 알았다.
또한, 상기에서는, 하부전극(2)상에 반도체 웨이퍼를 탑재하지 않는 조건에서 고주파 특성의 검출을 행하도록 설명했지만, 본 발명에 있어서는, 하부전극(2)에 반도체 웨이퍼를 탑재한 조건에서 고주파 특성을 검출해도 좋다.
또한, 상기에서는, 플라즈마 처리장치(101, 102)는 평행평판형의 플라즈마 처리장치인 것으로 하여 설명했지만, 본 발명에 있어서는, 유도결합형의 플라즈마 처리장치이어도 된다.
실시예 2에 의하면 플라즈마 처리장치는, 플라즈마가 발생하지 않는 고주파전력의 범위에서 고주파 특성을 검출하는 모니터와, 그 검출한 고주파 특성에 근거하여 프로세스 성능을 평가하는 제어장치를 구비하므로, 고주파 특성이 변화하는지 아닌지를 검출함으로써 프로세스 성능의 변화의 유무를 검지할 수 있다.
(실시예 3)
도 9를 참조하여, 실시예 3에 의한 플라즈마 처리장치(103)는, 플라즈마 처리장치(101)에 고주파 전원(21), 스위치(22, 23) 및 급전라인(24)을 추가하고, 제어장치 20을 제어장치 20B로 대체한 것이며, 그밖에는 플라즈마 처리장치(101)와 동일하다.
스위치(22)는, 급전라인(16)에 접속된 급전라인(24)에 접속되고, 온/오프되는 것에 의해, 고주파 전원(21)으로부터의 고주파전력을 하부전극(2)에 공급하거나, 공급을 정지하거나 한다.
고주파 전원(21)은, 스위치(22)와 접지노드 GND와의 사이에 접속되고, 챔버(1)에 플라즈마가 발생하지 않는 범위의 고주파전력을 발생한다. 또한, 고주파 전원(21)은, 고주파 전원(10)과 동일한 주파수(13.56MHz)의 고주파전력을 발생한다. 스위치(23)는, 고주파 정합기(9)와 급전라인(16)과의 사이에 접속된다.
제어장치(20B)는, 고주파 전원(10, 21), 고주파 정합기(9) 및 스위치(22, 23)를 제어한다.
보다 구체적으로는, 제어장치(20B)는, 플라즈마 처리장치(103)가 반도체 웨이퍼의 에칭장치로서 사용되는 경우, 스위치 22를 오프하여, 고주파 전원 21을 정지시키고, 스위치 23을 온하여, 고주파 전원 10 및 고주파 정합기 9를 구동한다. 또한, 제어장치 20B는, 플라즈마 처리장치(103)에서의 장치 고유의 임피던스 Z를 검출하는 경우, 스위치 22를 온하여, 고주파 전원 21을 구동하고, 스위치 23을 오프하여, 고주파 전원 10 및 고주파 정합기 9를 정지한다.
플라즈마 처리장치(103)에서는, 통상 동작시, 고주파 전원(10)으로부터의 고주파전력을 하부전극(2)으로 공급하여 반도체 웨이퍼의 에칭처리를 행하여, 프로세스 성능을 평가할 때, 고주파 전원(21)으로부터의 고주파전력을 하부전극(2)으로 공급하여 전술한 방법과 동일한 방법에 의해 장치 고유의 임피던스 Z를 검출한다. 그리고, 반도체 웨이퍼의 에칭처리를 행하는 동작은 실시예 1에서 설명한 대로이며, 임피던스 Z를 검출하는 동작은 실시예 2에서 설명한대로이다.
이와 같이, 임피던스 Z를 검출하기 위해, 플라즈마가 발생하지 않는 낮은 범위의 고주파전력을 발생하는 고주파 전원(21)을 설치함으로써, 모니터(15)는 고주파전류 I 및 고주파전압 V를 고정밀도로 측정할 수 있고, 그 결과, 임피던스 Z 및 위상차 θ를 고정밀도로 검출할 수 있다.
따라서, 실시예 3에 의한 플라즈마 처리장치는, 장치 고유의 고주파 특성을 검출하기 위해, 챔버(1)내에 플라즈마가 발생하지 않는 범위의 고주파전력을 발생하는 고주파 전원을 구비하는 것을 특징으로 한다.
고주파 전원(21)은, 통상, 수와트(W) 정도 낮은 고주파전력을 발생하므로, 플라즈마가 발생하지 않는 범위의 고주파전력을 안정하게 출력할 수 있고, 그 결과, 챔버(1)내에 플라즈마가 발생했는지 아닌지를 검지하는 수단을 설치할 필요가 없다.
다음에, 챔버(1)내에 플라즈마가 발생하지 않는 범위의 고주파전력을 발생하는 수단으로서 네트워크 어넬라이저(network analyzer)를 사용한 예에 대하여 설명한다.
네트워크 어넬라이저는, 플라즈마가 발생하지 않는 범위의 고주파전력을 발생함과 동시에, 측정계의 특성임피던스에 대한 피측정물(실시예 3에서는 플라즈마처리장치)의 반사계수와 투과계수의 측정으로 피측정물의 고주파 특성을 측정하는 것이다.
도 10을 참조하여, 네트워크 어넬라이저를 사용하여 플라즈마 처리장치의 고주파 특성(임피던스 Z)을 검출하는 방법에 대하여 설명한다. 네트워크 어넬라이저(30)와 챔버(1)가 특성임피던스 Z0인 급전라인(26)에 의해 접속되어 있다. 이 경우, 통상, 임피던스의 정합이 맞지않고, 네트워크 어넬라이저(30)로부터 챔버(1)로 공급된 고주파전력은 반사한다. 따라서, 접속부(27)에서 챔버(1)로 입사하는 신호의 전압과, 반사하는 신호의 전압을 진폭 및 위상을 포함하는 복소벡터로서 각각 a, b로 표시하면, 전압의 반사계수 Γ는 다음식에 의해 정의된다.
그렇다면, 플라즈마 처리장치의 임피던스 Z는, 전압의 반사계수 Γ와, 급전라인(26)의 특성임피던스 Z0을 사용하여 다음식과 같이 표시된다.
식 (4)로부터 명백해지는 바와 같이, Z=Z0일 때, 전압의 반사계수 Γ=0이 되고, 반사파는 생기지 않는다. 이 조건은 일반적으로 임피던스 정합조건이라고 부른다.
따라서, 급전라인(26)의 특성임피던스 Z0을 미리 측정해 두면, 네트워크 어넬라이저(30)에 의해 입사파 a와 반사파 b를 검출함으로써, 플라즈마 처리장치의 장치 고유의 임피던스 Z를 식 (3) 및 (4)를 사용하여 검출할 수 있다.
도 11을 참조하여, 플라즈마 처리장치(104)는, 플라즈마 처리장치(103)의 모니터(15) 및 고주파 전원(21)을 네트워크 어넬라이저(30)로 대체하고, 제어장치 20B를 제어장치 20C로 대체한 것이며, 그밖에는, 플라즈마 처리장치(103)와 동일하다.
네트워크 어넬라이저(30)는, 챔버(1)내에 플라즈마가 발생하지 않는 범위의 고주파전력을 발생하고, 그 발생한 고주파전력을 하부전극(2)에 공급한다. 그리고, 네트워크 어넬라이저(30)는, 접속부(27)에서의 고주파전압의 입사파 a와 반사파 b를 검출하고, 그 검출한 입사파 a 및 반사파 b를 제어장치(20C)로 출력한다.
제어장치(20C)는, 고주파 정합기(9), 고주파 전원(10), 스위치(22, 23) 및 네트워크 어넬라이저(30)를 제어한다.
장치 고유의 임피던스 Z를 검출할 때, 제어장치 20C는, 스위치 22를 온하여, 네트워크 어넬라이저 30을 구동하고, 스위치 23을 오프하여, 고주파 정합기 9 및 고주파 전원 10을 정지한다. 그렇다면, 네트워크 어넬라이저(30)는, 챔버(1)내에 플라즈마가 발생하지 않는 범위의 고주파전력을 발생하여 하부전극(2)으로 공급한다. 그리고, 네트워크 어넬라이저(30)는, 접속부(27)에서의 고주파전압의 입사파 a 및 반사파 b를 검출하고, 그 검출한 입사파 a 및 반사파 b를 제어장치(20C)로 출력한다.
그렇다면, 제어장치(20C)는, 상기 식 (3) 및 (4)에 근거하여 플라즈마 처리장치(104)의 장치 고유의 임피던스 Z를 구한다.
이 경우, 네트워크 어넬라이저(30)로부터 접속부(27)까지의 고주파 급전부(급전라인(16, 24))의 임피던스의 영향을 제거하기 위해, 미리, 접속부 27에 기준이 되는 기지(旣知)의 임피던스를 삽입하여 급전라인(16, 24)의 임피던스를 교정하고 있다. 그리고, 이 실시예 3에서는, 급전라인 16, 24의 임피던스로서 50Ω이 사용되었다.
전술한 방법에 의해 구한 임피던스 Z의 저항성분 R 및 용량성분 C를 도 12에 나타낸다. 임피던스 Z의 측정에 사용한 플라즈마 처리장치는 11대이고, 그 중에, 2대의 플라즈마 처리장치(부호 28로 나타내는 플라즈마 처리장치)는, 다른 플라즈마 처리장치에 대하여 임피던스 Z의 용량성분 C가 큰 것을 알았다.
임피던스 Z의 측정을 행한 기간에, 용량성분 C가 큰 2대의 플라즈마 처리장치로 처리한 제품을 조사한 결과, 알루미늄 배선의 측벽이 에칭되고, 배선폭이 가늘어지는 사이드 에칭현상의 발생빈도가 큰 것을 알았다. 이 때문에, 이 용량성분 C가 큰 2대의 플라즈마 처리장치에 대하여, 메인티넌스를 행했다.
그리고, 다시, 전술한 방법에 의해 임피던스 Z를 측정했다. 그 결과를 도 13에 나타낸다. 도 13에서, 흰 환형은, 도 12에서 용량성분 C가 컸던 2대의 플라즈마 처리장치(부호 28로 나타내는 플라즈마 처리장치)에서의 임피던스 Z의 저항성분 R 및 용량성분 C를 나타낸다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 용량성분 C는, 다른 플라즈마 처리장치의 용량성분 C와 동등하게 되며, 그 후, 실제로 반도체 웨이퍼의 에칭처리를 행한 결과, 사이드 에칭현상은 관측되지 않았다. 그리고, 용량성분이 변화된 주된 원인은, 챔버(1) 내부의 부품의 조립 정밀도가 낮은 것과 절연부재가 열화했기 때문임을 알았다.
전술한 바와 같이, 본래의 고주파 전원(10)과 다르게 설치한 네트워크 어넬라이저(30)를 사용하여 플라즈마 처리장치(104)에 고유한 임피던스 Z를 측정함으로써, 프로세스 성능이 변화하는 원인을 특정할 수 있다.
즉, 플라즈마 처리장치(104)의 조립상태의 차이, 플라즈마 처리장치(104)의 설치위치에 따른 케이블 등의 길이의 상위, 플라즈마 처리장치의 접지어스의 상태의 차이, 플라즈마 처리장치(104)에서의 하부전극(2) 및 상부전극(6) 등의 부품의 소모, 마모 및 부식 등은, 플라즈마 처리장치(104)에 고유한 임피던스 Z에 크게 영향을 주므로, 전술한 방법에 의해 플라즈마 처리장치(104)에 고유한 임피던스 Z를 측정하고, 임피던스 Z의 변화를 검출함으로써, 임피던스 Z를 변화시키는 원인이 플라즈마 처리장치(104)의 어느 부분에서 발생하고 있는지를 특정할 수 있다.
또한, 플라즈마 처리장치(104)의 조립상태의 차이로서는, 보다 구체적으로는, 볼트 등의 조임 토크의 차이에 의한 접촉저항의 변화, 또는 부품의 부착거리의 차이에 의한 정전용량의 변화 등이 있다.
플라즈마 처리장치(104)에서는, 네트워크 어넬라이저(30)는, 스위치(23)를 오프하여, 임피던스 Z를 측정했지만, 접속부(27)에서, 플라즈마 처리장치(104)의 본래의 고주파 전원(10)을 단절하고, 네트워크 어넬라이저 30을 접속부 27에 직접 접속하여 임피던스 Z를 측정해도 된다.
또한, 상기에서는, 네트워크 어넬라이저를 사용한 예에 대하여 설명했지만,본 발명에 있어서는, LCR 브리지를 사용하여 임피던스 Z를 검출해도 된다. 특히, 임피던스 Z를 측정하는 주파수가 10MHz 이하인 경우에는, LCR 브리지를 사용하는 것이 가능하다.
또한, 상기에서는, 평행평판형의 플라즈마 처리장치를 예로 했으므로, 평가해야 할 임피던스 Z의 성분은 저항성분 R 및 용량성분 C였지만, 유도결합형의 플라즈마 처리장치의 경우에는, 평가해야 할 임피던스 Z의 성분은 저항성분 R 및 유도성 리액턴스 성분 L이 된다.
그밖에는, 실시예 2와 동일하다.
실시예 3에 의하면, 플라즈마 처리장치는, 본래의 고주파 전원 외에, 챔버내에서 플라즈마가 발생하지 않는 범위의 고주파전력을 발생하고, 하부전극에 공급하는 고주파전압의 입사파 및 반사파를 검출하여 플라즈마 처리장치의 임피던스를 측정하는 네트워크 어넬라이저를 구비하므로, 플라즈마의 임피던스를 포함하지 않는 장치 고유의 임피던스를 정확히 측정할 수 있다.
또한, 측정한 임피던스의 변화를 검출함으로써, 플라즈마 처리장치 사이에서의 프로세스 성능의 차이를 정확히 평가할 수 있다.
또한, 플라즈마 처리장치의 이설·보수·메인티넌스 등을 행하는 전후에, 임피던스를 측정하고, 그 측정한 임피던스가 변화하지 않는 것을 확인함으로써, 프로세스의 재현성의 평가가 용이하게 되며, 프로세스의 재현성의 평가에 사용하는 반도체 웨이퍼의 사용량을 삭감할 수 있다.
(실시예 4)
도 14를 참조하여, 실시예 4에 의한 플라즈마 처리장치(105)는, 플라즈마 처리장치(104)의 제어장치 20C를 제어장치 20D로 대체한 것이며, 그밖에는 플라즈마 처리장치(104)와 동일하다.
네트워크 어넬라이저(30)는, 고주파전력의 주파수를 스위핑(sweeping)할 수 있는 것이다. 따라서, 제어장치(20D)는, 고주파 정합기(9), 고주파 전원(10) 및 스위치(22, 23)를 제어하는 것 외에, 고주파전력의 주파수를 변화하도록 네트워크 어넬라이저(30)를 제어한다.
플라즈마 처리장치(105)에서는, 장치 고유의 임피던스 Z를 측정할 때, 네트워크 어넬라이저(30)는, 주파수가 다른 고주파전력을 발생하여 챔버(1)로 공급하고, 접속부(27)에서의 입사파 및 반사파를 검출하는 것을 특징으로 한다.
네트워크 어넬라이저(30)가 고정한 주파수를 갖는 고주파전력을 발생하여 플라즈마 처리장치(105)의 임피던스를 측정하는 경우, 도 15에 나타내는 바와 같이, 접속부(27)에서 챔버(1)측의 임피던스는, 임피던스 Z에 의해 표시할 수 있다. 그리고, 임피던스 Z는, 다음식에 의해 표시된다.
그리고, 플라즈마 처리장치(105)가 평행평판형의 플라즈마 처리장치인 경우, X=1/ωC이고, 플라즈마 처리장치(105)가 유도결합형의 플라즈마 처리장치인 경우,X=ωL이다.
따라서, 미지수 R, C(또는 L)는, 1개의 주파수를 갖는 고주파전력을 하부전극(2)으로 공급했을 때의 접속부(27)에서의 입사파 및 반사파를 검출함으로써, 식 (3)∼(5)를 사용하여 구할 수 있다.
그러나, 고주파전력의 주파수를 변화시킨 경우, 도 16에 나타내는 바와 같이, 접속부(27)로부터 챔버(1)의 하부전극까지의 사이에 등가회로 42가 삽입된다. 등가회로 42는, 저항 R, 커패시턴스 C1, C2 및 리액턴스 L을 포함한다. 그리고, 이 경우, 플라즈마 처리장치 105에 고유한 임피던스 Z는, 다음식에 의해 표시된다.
단, C1은, 접속부(27)로부터 하부전극(2)까지의 고주파 급전부의 대지간 기생용량이고, C2는 하부전극(2)과 접지전위인 챔버(1)와의 사이에 삽입되는 절연체(3)의 기생용량이다.
플라즈마 처리장치(105)에 고유한 임피던스 Z가 식 (6)에 의해 표시되는 경우, 1개의 주파수에 고정된 고주파전력을 하부전극(2)에 공급하여 접속부(27)에서의 입사파 및 반사파를 검출하는 방법으로는 식 (6)의 미지수 C1, C2, R, L을 구할 수 없다.
따라서, 네트워크 어넬라이저(30)는, 주파수를 변화시킨 고주파전력을 하부전극(2)에 공급하여 접속부(27)에서의 입사파 및 반사파를 검출한다. 그리고, 제어장치 20D는, 각 주파수에서의 임피던스 Z 및 고주파전류와 고주파전압과의 위상차 θ를 구한다.
도 17은, 고주파전력의 주파수를 1MHz∼50MHz의 범위에서 변화시킨 경우의 임피던스 Z 및 위상차 θ의 주파수 의존성을 나타낸다. 이 경우, 플라즈마 처리장치(105)에서의 챔버(1)의 직경은 20cm이고, 하부전극(2) 및 상부전극(6)의 직경은 10cm이며, 하부전극(2)과 상부전극(6)과의 사이의 거리는 2cm이다. 또한, 챔버(1)의 내부는, 진공펌프(도시하지 않음)에 의해 진공으로 되어 있다. 또한, 네트워크 어넬라이저(30)는, 1MHz씩 주파수를 1MHz에서 50MHz까지 변화시켰다.
고주파전력의 주파수를 높게 해 가면, 임피던스 Z는, 약 30MHz 근방으로 최소가 되고, 그 이상의 주파수에서는, 반대로 증가했다. 또한, 위상차 θ는, 약 30MHz의 주파수까지는, -90도, 즉, 용량성 부하임을 나타내고, 주파수가 30MHz를 초과하면, +90도, 즉, 유도성의 부하로 급변한다.
그래서, 30MHz의 근방으로 주파수를 상세히 변화시켜 임피던스 Z를 측정한 결과, 임피던스 Z는, 29.72MHz의 주파수로 최소가 되고, 위상차 θ는 영(0)이 되었다. 따라서, 29.72MHz의 주파수는 플라즈마 처리장치(105)의 공진주파수이다.
공진주파수(29.72MHz)를 포함하는 공진주파수의 전후의 4점을 사용하여 피팅(fitting)을 행하고, 등가회로 42의 미지수 C1, C2, R, L을 구함으로써 장치 고유의 임피던스를 검출할 수 있다.
또한, 피팅을 행하는 경우, 반드시, 공진주파수를 포함할 필요는 없지만, 피팅정밀도를 향상시키기 위해서는 공진주파수를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 동일하게, 공진주파수보다도 큰 주파수인지, 또는 작은 주파수와 같이 치우치는 일 없이, 공진주파수를 삽입한 주파수를 선택하여 임피던스 Z를 측정하는 것이 바람직하다.
도 17에서는, 원형 표시가 실측값이며, 실선이 피팅한 결과를 나타낸다. 이 피팅은, 주파수를 1MHz씩 변화시킨 경우의 모든 포인트를 사용하여 행해졌다. 실측값과 피팅의 결과와는 잘 일치하고 있다.
그리고, 등가회로 42의 미지수 C1, C2, R, L을 구한 결과, C1=15.3pF, C2=170.3pF, L=168.2nH, R=0.51Ω이었다. 이것들의 값은, 절연체(3)가 알루미늄 세라믹인 경우의 값이다.
절연체(3)가, 동일형상의 4불화 에틸렌(테플론(R))인 경우, C1=11.9pF, C2=126.4pF, L=152.9nH, R=0.61Ω이었다.
절연체(3)의 재질이, 알루미늄 세라믹에서 테플론(R)으로 대체함으로써, 주로 C2의 값이 크게 변화하는 것을 알았다. 이것은, 알루미늄 세라믹의 유전율이, 4불화 에틸렌의 유전율보다도 크기 때문이라 생각된다.
이것들의 결과를 구하면 표 1에 나타내는 바와 같이 된다.
또한, 측정한 오차는 0.1% 정도로 재현성도 매우 양호하다.
플라즈마 처리장치(105)의 다른 부분에 대해서도, 등가회로를 측정하고, 측정한 임피던스 Z로부터 등가회로의 회로정수를 구할 수 있다.
따라서, 네트워크 어넬라이저(30)에 의해, 고주파전력의 주파수를 변화시켜 임피던스 Z를 구함으로써, 플라즈마 처리장치(105)의 각부의 치수변화, 상태변화(마모, ·소모 등) 및 조립 정밀도를 고정밀도로 모니터링 할 수 있다. 그리고, 그 결과, 플라즈마 처리장치간에 프로세스 성능의 차이, 플라즈마 처리장치의 경시변화 등을 정량적으로 파악할 수 있고, 플라즈마 처리장치의 안정가동에 기여할 수 있다.
상기에서는, 등가회로(42)는 도 18에 나타내는 π형 회로로 이루어지는 것으로 하여 설명했지만, 본 발명에 있어서는, 도 19에 나타내는 T형 회로이어도 되며, 도 20에 나타내는 직렬로 접속된 n(n은 자연수)개의 T형 회로 51∼5n이어도 된다. 또한, 도 18∼도 20에서의 Z1∼Z3은 R, C, L 등의 회로소자를 나타낸다.
또한, 도 20에 나타내는 n개의 T형 회로에 다른 회로가 부가되도 되며, 등가회로를 병렬로 접속하거나, 직렬접속과 병렬접속을 조합해도 된다.
이와 같이, 회로소자의 수, 즉, 미지수가 증가한 경우, 주파수를 변화시켜 측정하는 임피던스 Z의 실측수를 증가시킬 필요가 있다. 등가회로가, 예컨대, m개의 회로소자로 이루어질 때, m개 이상의 주파수로 임피던스 Z를 측정할 필요가 있다.
고주파전력의 주파수를 변화시킨 경우에, 8인치 웨이퍼 대응의 실리콘 산화막용의 에칭장치에 대하여 임피던스를 측정한 예를 나타낸다.
17대의 평행평판형의 에칭장치에 대하여, 고주파전력의 주파수를 변화시켜 장치 고유의 임피던스 Z를 측정하고, 그 측정한 임피던스 Z에 근거하여, 전술한 방법에 의해 저항성분 R 및 용량성분 C를 구한 결과를 도 21에 나타낸다. 네트워크 어넬라이저(30)의 발진주파수는 1∼50MHz의 범위이다. 또한, 도 21에서의 용량성분 C는, 실질적으로는 하부전극(2) 하측의 등가회로(42)에 포함되는 커패시턴스 C2를 나타낸다(도 16 참조).
또한, 동일한 17대의 에칭장치에 대한 1개월 동안에 에칭속도의 평균치를 도 22에 나타낸다.
도 21에서, 부호 29로 나타내는 플라즈마 처리장치는, 다른 플라즈마 처리장치에 비해, 저항성분 R 및 용량성분 C가 크다. 그리고, 이것에 대응하여, 도 22에 나타내는 바와 같이, 1개월의 평균의 에칭속도도, 다른 플라즈마 처리장치에서의 평균의 에칭속도보다도 크다.
이 원인으로서는, 플라즈마 처리장치의 고주파 급전라인(접속부(27)로부터하부전극(2)까지의 부분)의 거리의 차이, 챔버(1) 덮개의 개폐부에서 표면처리(절연성피막)가 부식에 의해 마모하고 있는 것 등이 판명되었다.
전술한 바와 같이, 도 21에 나타내는 용량성분 C는, 하부전극(2)의 하측의 등가회로(42)에 포함되는 용량성분 C2를 나타내므로, 이 판명된 원인은, 고주파전력의 주파수를 변화시켜 측정한 임피던스에 근거하여 구한 용량성분의 차이와 좋은 일치를 나타낸다.
따라서, 고주파전력의 주파수를 변화시켜 임피던스를 측정하고, 그 측정한 임피던스에 근거하여 구한 용량성분이, 다른 플라즈마 처리장치의 용량성분, 또는 프로세스 성능이 정상일 때의 용량성분과 다를 때, 하부전극(2)의 하측, 즉, 접속부(27)로부터 하부전극(2)까지의 경로에 원인이 있어, 그 부분을 메인티넌스하면 된다.
그밖에는, 실시예 2와 동일하다.
실시예 4에 의하면, 플라즈마가 발생하지 않으며, 또한，주파수를 변화시킨 고주파전력을 하부전극에 공급하여 장치 고유의 임피던스를 측정하고, 그 측정한 임피던스에 근거하여 플라즈마 처리장치의 각부에서의 등가회로의 회로정수를 결정하므로, 플라즈마 처리장치에 고유한 임피던스의 변화가 플라즈마 처리장치의 어느 부분에서 발생하고 있는지를 정확히 검출할 수 있다.
(실시예 5)
도 23을 참조하여, 실시예 5에 의한 플라즈마 처리장치(106)는, 플라즈마 처리장치(101)의 제어장치 20을 제어장치 20E로 대체하고, 보정회로 43을 추가한 것이며, 그밖에는 플라즈마 처리장치(101)와 동일하다.
보정회로(43)는, 접속부(27)와 챔버(1)와의 사이에 접속된다. 그리고, 보정회로(43)는, 플라즈마 처리장치(106)에 고유한 임피던스 Z가, 프로세스 성능이 정상일 때의 임피던스로부터 차이가 있는 경우에, 그 차이가 있는 임피던스를 보정하기 위한 회로이다. 예컨대, 보정회로(43)는, 가변커패시턴스(C)와 가변인덕턴스(L)로 이루어진다.
제어장치(20E)는, 플라즈마 처리장치(101)에 포함되는 제어장치(20)의 기능에 부가하여, 모니터(15)로부터 입력된 고주파전류 I 및 고주파전압 V에 근거하여 구한 임피던스 Z가 정상적인 임피던스로부터 차이가 있다고 평가했을 때, 그 차이가 있는 임피던스를 정상적인 임피던스가 되도록 보정회로(43)를 구성하는 가변커패시턴스 C 및 가변인덕턴스 L을 보정한다.
임피던스를 보정하는 방법에 대하여 설명한다. 도 24 및 도 25를 참조하여, 2개의 접지노드 GND, GND의 사이에, 고주파 전원(10), 고주파 정합기(9) 및 챔버(1)가 직렬로 접속된 계통에서, 고주파 전원(10)은, 고주파 정합기(9)를 통해 챔버(1)에 고주파전력을 공급한다.
이 경우, 챔버(1) 본래의 임피던스 Z는, 고주파 정합기(9)와 챔버(1)와의 사이의 접속부(27)로부터 챔버(1)측을 본 임피던스라고 한다. 그리고, 도 24에 나타내는 계통에서, 임피던스가, 플라즈마 처리장치(106)의 경시변화 등으로 변화한 경우, 도 25에 나타내는 바와 같이, 임피던스가 변화한 챔버 1A와 접속부 27과의 사이에 보정회로 43을 접속하고, 접속부(27)로부터 챔버(1A)측을 본 경우의 임피던스가 임피던스 Z가 되도록 보정회로(43)의 임피던스가 보정된다.
보정회로(43)는, 기본적으로는, 고주파 정합기(9)로부터 챔버(1)까지 고주파 급전부라면, 어느 위치에 배치되어도 되지만, 플라즈마 처리장치에 고유한 임피던스 Z를 측정하는 포인트인 접속부(27)로부터 챔버(1)까지의 위치에 보정회로(43)를 배치하는 것이 바람직하다. 이것은, 보정회로(43)를 접속부(27)로부터 챔버(1)까지의 위치에 접속한 쪽이, 임피던스 Z의 측정오차가 감소하고, 플라즈마 처리장치간의 차이 및 플라즈마 처리장치의 경시변화를 발견하기 쉽기 때문이다.
실시예 5에 의한 플라즈마 처리장치는, 도 26에 나타내는 플라즈마 처리장치(107)이어도 된다. 도 26을 참조하여, 플라즈마 처리장치(107)는, 플라즈마 처리장치(101)에 보정회로(44)를 추가하고, 제어장치 20을 제어장치 20F로 대체한 것이며, 그밖에는 플라즈마 처리장치(101)와 동일하다.
보정회로(44)는, 챔버(1)와 접지노드 GND와의 사이에 접속된다. 그리고, 보정회로(44)는, 플라즈마 처리장치(107)에 고유한 임피던스 Z가, 프로세스 성능이 정상일 때의 임피던스로부터 차이가 있는 경우에, 그 차이가 있는 임피던스를 보정하기 위한 회로이다. 예컨대, 보정회로(44)는, 가변커패시턴스(C)와 가변인덕턴스(L)로 이루어진다. 또한, 보정회로(44)가, 리턴전류(47)가 흐르는 계통에 배치되는 경우, 챔버(1)로부터 고주파 전원(10)의 접지노드 GND까지의 부분은, 표피저항의 영향을 작게 하기 위해, 가늘은 선이 아닌, 표면적이 넓은 동판(45, 46) 등으로 구성되는 것이 바람직하다.
제어회로(20F)는, 플라즈마 처리장치(101)에 포함되는 제어장치(20)의 기능에 부가하여, 모니터(15)로부터 입력된 고주파전류 I 및 고주파전압 V에 근거하여 구한 임피던스 Z가 정상적인 임피던스로부터 차이가 있다고 평가했을 때, 그 차이가 있는 임피던스를 정상적인 임피던스가 되도록 보정회로(44)를 구성하는 가변커패시턴스 C 및 가변인덕턴스 L을 보정한다.
플라즈마 처리장치(107)에서의 임피던스의 보정방법은, 플라즈마 처리장치(106)에서의 임피던스의 보정방법과 동일하다.
플라즈마 처리장치 106에서는, 임피던스를 보정하기 위한 보정회로 43은, 고주파 급전부에 배치되지만, 플라즈마 처리장치 107에서는, 임피던스를 보정하기 위한 보정회로 44는, 고주파 전원(10)으로부터 공급된 고주파전력의 리턴전류(47)가 흐르는 계통에 배치된다. 그리고, 보정회로(44)는, 챔버(1)로부터 고주파 전원(10)으로의 리턴전류(47)가 흐르는 계통이면, 어느 위치에 배치되어도 된다.
또한, 보정회로(44)는, 상부전극(6)과 챔버(1)와의 사이, 또는 챔버(1)의 일부에 설치되어도 된다.
상기에서는, 플라즈마 처리장치의 임피던스가 경시변화한 경우의 임피던스의 보정에 대하여 설명했지만, 전술한 임피던스의 보정방법은, 복수의 플라즈마 처리장치 사이에서 임피던스가 다른 경우에, 기준이 되는 임피던스에 각 플라즈마 처리장치의 임피던스를 보정하는 경우에도 적용 가능하다.
그래서, 어떤 플라즈마 처리장치의 임피던스를 보정 임피던스(기준이 되는 임피던스)로 하는지에 대하여 설명한다. 일반적으로는, 플라즈마 처리장치를 신규로 구입한 경우, 공장에 납입되었을 때 입회 시험시의 임피던스를 보정 임피던스로 한다. 이것은, 장치 메이커 출하시 임피던스를 보정 임피던스로 하는 것도 생각할 수 있지만, 공장에 납입되었을 때의 임피던스쪽이, 부품 등의 마모에 의한 변화도 없고, 그 플라즈마 처리장치 본래의 성능을 발휘할 수 있다고 생각할 수 있기 때문이다.
그러나, 동일한 구성의 복수의 플라즈마 처리장치를 납입하고, 임피던스가 상호 다른 경우, 또 다른 공장에서 가동중의 복수의 플라즈마 처리장치에서 납입시 임피던스가 불명료하게 된 경우 및 플라즈마 처리장치의 구성을 납입시 상태로부터 바꾸는 경우 등, 보정의 대상이 되는 플라즈마 처리장치 본래의 임피던스 Z가 불명료한 경우가 생긴다.
이와 같은 경우에는, 기준이 되는 플라즈마 처리장치에서, 장치 고유의 임피던스와 밀접한 관계에 있는 여러가지 양에 근거하여, 플라즈마 처리장치에 고유한 임피던스를 보정회로 43, 44에 의해 보정하는 것이 가능하다.
챔버(1)에 플라즈마가 발생한 경우에 유기되는 바이어스전압 Vdc, 또는 고주파전압의 피크간 전압 Vpp를, 기준이 되는 임피던스 Z를 갖는 플라즈마 처리장치에서 미리 검출하고, 그 밖의 플라즈마 처리장치에서도, 이것들의 바이어스전압 Vdc 또는 피크간 전압 Vpp가 기준이 되는 플라즈마 처리장치의 바이어스전압 Vdc 또는 피크간 전압 Vpp와 동일하게 되도록 보정회로 43, 44의 임피던스를 보정한다. 이것에 의해, 복수의 플라즈마 처리장치 사이에서 장치간의 차이 또는 장치상태의 경시변화에 의한 장치성능의 변화를 방지할 수 있다.
또한, 이 실시예 5에 의한 임피던스를 보정하는 방법은, 플라즈마 처리장치 102∼105에도 적용 가능하다.
그밖에는, 실시예 2와 동일하다.
실시예 5에 의하면, 플라즈마 처리장치는, 장치 고유의 임피던스가 원래의 임피던스로부터 차이가 있는 경우, 그 차이가 있는 임피던스를 보정하는 보정회로를 구비하므로, 플라즈마 처리장치의 각부의 치수변화 또는 마모·소모 등에 의한 상태변화, 조립 정밀도에 기인하는 장치간의 차이 및 장치상태의 경시변화 등으로 임피던스가 변화한 경우에도, 본래의 임피던스로 용이하게 보정할 수 있다. 또한, 복수의 플라즈마 처리장치 사이에서, 임피던스가 본래의 임피던스가 되도록, 임피던스를 보정할 수 있다.
(실시예 6)
실시예 1에서 실시예 5에 있어서는, 플라즈마 처리장치에 고유한 임피던스를 검출하고, 그 검출한 임피던스에 근거하여 플라즈마 처리장치의 프로세스 성능을 평가하는 것에 대하여 설명했지만, 이 실시예 6에서는, 검출한 장치 고유의 임피던스를 플라즈마 처리장치의 점검, 보수 및 관리 등에 사용한 예에 대하여 설명한다.
플라즈마 처리장치의 프로세스 성능의 경시변화를 검출하기 위해서는, 임피던스 Z를 정기적으로 측정할 필요가 있다.
실시예 4에서 설명한 바와 같이, 8인치 웨이퍼 대응의 실리콘 산화막용의 17대의 평행평판형의 에칭장치(플라즈마 처리장치)에 대하여, 플라즈마가 발생하지않는 범위의 고주파전력을 하부전극(2)에 공급하여 임피던스 Z를 측정하고, 3대의 플라즈마 처리장치에서는, 다른 플라즈마 처리장치보다도 에칭속도가 큰 것을 검출했다. 그리고, 이 3대의 플라즈마 처리장치에 대해서는, 원인을 조사하여, 대책을 실시했다.
이것들의 17대의 플라즈마 처리장치에서는, 챔버(1)내의 청소 및 부품의 교환 등을 1개월마다 실시하는 정기 메인티넌스의 마지막으로, 실시예 3에서 설명한 방법에 의해, 장치 고유의 임피던스 Z를 정기적으로 측정했다.
도 27은, 정기 메인티넌스시에 임피던스 Z를 측정한 17대의 플라즈마 처리장치에서의 에칭속도의 1개월의 평균값을 나타낸 것이다. 도 22에 나타내는 경우에 비해, 에칭속도의 변동은 대폭 감소하고, 칩의 수율도 향상했다.
도 27에 나타내는 예는, 플라즈마 처리장치를 정지하여 행하는 정기 메인티넌스의 기회를 이용하여 장치 고유의 임피던스를 측정한 예를 나타냈지만, 전술한 플라즈마 처리장치(101∼107)의 모니터(15) 또는 네트워크 어넬라이저(30)가 검출한 임피던스를 제어장치(20∼20F)로 입력함으로써, 플라즈마 처리장치(101∼107)를 정지하는 일 없이, 정기적으로 장치 고유의 임피던스 Z를 측정할 수 있다.
또한, 모니터(15) 또는 네트워크 어넬라이저(30)로부터 제어장치(20∼20F)로의 신호를 외부에서 모니터함으로써, 플라즈마 처리장치(101∼107)의 임피던스를 리얼타임으로 파악할 수 있고, 플라즈마 처리장치(101∼107)의 임피던스 Z가 변화한 경우에, 알람(경고)을 발생시켜, 플라즈마 처리장치(101∼107)의 이상을 검지할 수 있다.
따라서, 이 알람기능을 구비한 플라즈마 처리장치의 일예로서, 플라즈마 처리장치(108)를 도 28에 나타낸다. 도 28을 참조하여, 플라즈마 처리장치(108)는, 플라즈마 처리장치(101)에 알람회로 70을 추가한 것이며, 그밖에는 플라즈마 처리장치(101)와 동일하다.
알람회로(70)는, 제어장치(20)가 전술한 방법에 의해 구한 임피던스 Z를 받고, 그 받은 임피던스 Z가, 프로세스 성능이 정상인 경우의 임피던스에 대하여 소정량만큼 차이가 있는 경우, 알람(경고)을 발생한다. 이것에 의해, 플라즈마 처리장치(108)에서, 장치에 고유한 임피던스가 변화하고, 프로세스 성능이 변화한 것을 용이하게 검지할 수 있다.
이 알람을 발생하는 레벨은, 각 플라즈마 처리장치의 구성 등에 의해 다르지만, 네트워크 어넬라이저(30)를 사용한 경우, 용량성분에 있어서 미리 설정해 놓은 기준값으로부터 0.1%∼5% 범위의 변동을, 알람을 발생하는 임계치로서 설정한다.
또한, 임피던스의 정기적인 측정은, 각각의 플라즈마 처리장치에 대하여 행하는 것으로 하여 설명했지만, 복수의 플라즈마 처리장치에 대하여 임피던스의 측정을 정기적으로 행하고, 측정한 임피던스가 상호 다른 경우, 실시예 5에서 설명한 보정방법을 사용하여 임피던스를 보정하고, 복수의 플라즈마 처리장치에서의 장치 고유의 임피던스를 상호 일치시키는 것이 가능하다.
실시예 6에 의하면, 장치 고유의 임피던스를 정기적으로 측정하므로, 임피던스의 변화를 용이하게 검출할 수 있다. 또한, 복수의 플라즈마 처리장치를 대상으로서, 장치 고유의 임피던스의 변화를 용이하게 검출할 수 있다.
이번 개시된 실시예는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것은 아니라고 생각해야 할 것이다. 본 발명의 범위는, 상기한 실시예의 설명만이 아니며 특허청구의 범위에 의해 표시되고, 특허청구의 범위와 균등의 의미 및 범위내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 정형된다.
본 발명에 의하면, 프로세스 성능이 변화했을 때, 프로세스 성능이 변화하는 요인이 된 플라즈마 처리장치에서의 위치 및 원인을 특정할 수 있다.
본 발명에 의하면, 고주파 특성이 변화하는지 아닌지를 검출함으로써 프로세스 성능의 변화의 유무를 검지할 수 있다.
본 발명에 의하면, 플라즈마의 임피던스를 포함하지 않는 장치 고유의 임피던스를 정확히 측정할 수 있고, 플라즈마 처리장치 사이에서의 프로세스 성능의 차이를 정확히 평가할 수 있으며, 프로세스의 재현성의 평가가 용이하게 되어 프로세스의 재현성의 평가에 사용하는 반도체 웨이퍼의 사용량을 삭감할 수 있다.
본 발명에 의하면, 플라즈마 처리장치에 고유한 임피던스의 변화가 플라즈마 처리장치의 어느 부분에서 발생하고 있는지를 정확히 검출할 수 있다.
본 발명에 의하면, 임피던스가 변화한 경우에도, 본래의 임피던스로 용이하게 보정할 수 있고, 복수의 플라즈마 처리장치 사이에서, 임피던스가 본래의 임피던스가 되도록 임피던스를 보정할 수 있다.
본 발명에 의하면, 임피던스의 변화를 용이하게 검출할 수 있고, 복수의 플라즈마 처리장치를 대상으로서, 장치 고유의 임피던스의 변화를 용이하게 검출할 수 있다.

Claims (3)

  1. 플라즈마를 발생하기 위한 챔버와,
    상기 챔버에 고주파전력을 공급하는 고주파 전원과,
    상기 플라즈마가 발생할 때까지의 고주파전력의 범위에서 상기 챔버에서의 고주파 특성을 검출하고, 그 검출한 고주파 특성에 근거하여 상기 챔버에서의 프로세스 성능을 평가하는 특성평가회로를 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마가 발생될 때까지의 범위의 고주파전력을 상기 챔버에 공급하는 또 다른 1개의 고주파 전원과,
    상기 고주파 전원으로부터 출력된 고주파전력의 상기 챔버로의 공급을 온/오프하는 제1 스위치와,
    상기 또 다른 1개의 고주파 전원으로부터 출력된 고주파전력의 상기 챔버로의 공급을 온/오프하는 제2 스위치를 더 구비하고,
    상기 프로세스 성능의 평가시,
    상기 제1 스위치는 오프되며,
    상기 제2 스위치는 온되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 또 다른 1개의 고주파 전원은, 주파수를 소정의 범위에서 변화시킨 고주파전력을 발생하고,
    상기 특성평가회로는, 상기 고주파전력의 주파수를 변경했을 때의 고주파 특성을 검출하여, 그 검출한 고주파 특성에 근거하여 상기 프로세스 성능을 평가하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
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