KR20090089265A - 플라즈마 처리 장치와 플라즈마 처리 방법 및 기억 매체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라즈마 처리의 균일성 제어 범위가 넓고 또한 데포(deposit)에 의한 CD(critical dimension) 불균일과 같은 부작용이 잘 생기지 않는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 챔버(10)에 서로 대향하도록 배치되고, 외측 전극(34a) 및 내측 전극(34b)으로 이루어지는 상부 전극(34) 및 웨이퍼 지지용의 하부 전극(16)을 갖고, 하부 전극(16)에 40㎒의 제 1 고주파 전력을 인가하는 제 1 고주파 전원(89) 및 3.2㎒의 제 2 고주파 전력을 인가하는 제 2 고주파 전원(90)을 접속하고, 외측 전극(34a) 및 내측 전극(34b)에 각각 직류 전압을 인가하는 제 1 직류 전압 인가 회로(47a) 및 제 2 직류 전압 인가 회로(47b)를 접속하고, 플라즈마 생성 공간측에서 상부 전극(34)을 보았을 때의 외측 전극(34a)에 있어서의 주파수-임피던스 특성이, 외측 전극(34a)에 인가되는 직류 전압이 증가함에 따라, 40㎒에 있어서 임피던스가 감소하고, 3.2㎒에 있어서 임피던스가 증가하는 특성으로 된다.
Description
본 발명은 반도체 기판 등의 피처리 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치와 플라즈마 처리 방법 및 기억 매체에 관한 것이다．
예를 들면, 반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서는 피처리 기판인 반도체 웨이퍼에 형성된 소정의 층에 소정의 패턴을 형성하기 위해, 레지스트(resist)를 마스크(mask)로 해서 플라즈마에 의해 에칭(etching)하는 낱장식의 플라즈마 에칭 처리가 많이 사용되고 있다.
이러한 낱장식의 플라즈마 에칭을 실행하는 플라즈마 처리 장치로서는 여러종류의 것이 이용되고 있지만, 그중에서도 용량 결합형 평행 평판 플라즈마 처리 장치가 주류를 이룬다.
이러한 용량 결합형 평행 평판 플라즈마 에칭 장치에서는 챔버내에 한쌍의 평행 평판 전극(상부 및 하부 전극)을 배치하고, 하부 전극에 피처리 기판을 탑재하고, 처리 가스를 진공 상태의 챔버내에 도입하는 동시에, 어느 하나의 전극에 고 주파 전력을 인가해서 전극간에 고주파 전계(電界)를 형성하고, 이 고주파 전계에 의해 전자를 가속하여, 전자와 처리 가스의 충돌 전리(電離)에 의해서 플라즈마를 형성하고, 반도체 웨이퍼의 소정의 층에 대해 플라즈마 에칭을 실시한다. 이러한 용량 결합형 평행 평판 플라즈마 에칭 장치 중에서, 피처리 기판을 탑재하는 하부 전극에 고주파 전력을 인가해서 이것을 캐소드(cathod)(음극)로 하는 캐소드 커플(cathod coupling) 방식은 하부 전극에 생기는 자기(自己) 바이어스 전압을 이용해서 플라즈마중의 이온을 피처리 기판에 인입하는 것에 의해, 이방성 에칭을 가능하게 하고 있다.
그리고, 최근에는 이러한 캐소드 커플 방식에 있어서, 피처리 기판을 지지하는 하부 전극에, 플라즈마 생성에 적합한 비교적 높은 주파수(일반적으로 27㎒ 이상)의 제 1 고주파와 이온 인입에 적합한 비교적 낮은 주파수(일반적으로 13㎒ 이하)의 제 2 고주파를 중첩하는 하부 2주파 중첩 인가 방식이 제안되고 있다(예를 들면 특허문헌 1).
이러한 하부 2주파 중첩 인가 방식은 플라즈마의 밀도 및 이방성 에칭의 선택성을 제 1 고주파 및 제 2 고주파에 의해 각각 개별적으로 최적화 할 수 있다는 이점 이외에, 상부 전극에 폴리머(polymer) 등의 퇴적물(데포(deposit))이 부착되는 것의 억제에 비교적 낮은 주파수의 제 2 고주파가 유효하게 작용한다는 이점도 갖고 있다.
그런데, 최근, 반도체 등의 제조 프로세스에 있어서의 디자인 룰(rule)이 점점 미세화하고, 특히 플라즈마 에칭에서는 더욱 높은 치수정밀도가 요구되고 있으 며, 에칭에 있어서의 마스크나 하지(下地)에 대한 선택비나 면내 균일성을 더욱 높게 하는 것이 요구되고 있다. 그 때문에, 챔버내의 프로세스 영역의 저압력화, 저이온 에너지화가 지향되고, 그 때문에 플라즈마 생성을 위해 40㎒ 이상과 같은 종래보다도 현격히 높은 주파수의 고주파가 이용되고 있다.
그러나, 이와 같이 플라즈마 생성을 위해 높은 주파수의 고주파 전력을 사용하면, 그 고주파 전류가 전극의 중심부에 집중하는 경향이 있으며, 중심부측의 플라즈마 전위가 에지(edge)부측보다도 높아져, 플라즈마 밀도가 불균일하게 되어 버린다. 그리고, 이러한 고주파수의 고주파 전력에서 생성된 저압이고 저이온 에너지의 플라즈마에서는 플라즈마 전위(電位)의 면내 불균일에 수반하는 플라즈마 밀도의 불균일이 처리의 불균일이나 챠지업 데미지(charge-up damage)를 쉽게 일으킨다고 하는 문제가 생긴다.
이러한 문제점을 해결하는 기술로서, 특허문헌 2에는 상부 전극을 내측 전극과 외측 전극으로 분할하고, 이들에 별개로 직류 전압을 인가하는 것에 의해, 플라즈마의 공간 전위 분포를 제어하여, 에칭 레이트(etching rate) 등의 플라즈마 처리 파라미터(parameter)의 면내 균일성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌 2에 기재된 기술을 하부 2주파 중첩 인가 방식의 플라즈마 처리 장치에 단지 적용한 것만으로는 에칭 레이트 등의 제어 범위가 좁고, 또 에칭 레이트의 향상에 수반해서 데포가 증가하여 CD (Critical dimension) 불균일을 발생시킨다고 하는 부작용의 우려가 있다.
(특허문헌 1) 일본국 특허공개공보 제2000-156370호
(특허문헌 2) 일본국 특허공개공보 제2006-286814호
본 발명은 이러한 사정을 감안해서 이루어진 것으로서, 하부 2주파 중첩 인가 방식에 있어서, 플라즈마 처리의 균일성 제어 범위가 넓고 또한 데포(deposit)에 의한 CD 불균일과 같은 부작용이 잘 생기지 않는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제 1 관점에서는 피처리 기판이 수용되고 진공배기 가능한 처리용기와, 상기 처리용기내에 배치되고 외측 부분을 구성하는 외측 전극과 중앙 부분을 구성하는 내측 전극으로 분할된 제 1 전극과, 상기 처리용기내에 상기 제 1 전극에 대향해서 배치되고 피처리 기판을 지지하는 제 2 전극과, 상기 제 2 전극에 상대적으로 주파수가 높은 제 1 고주파 전력을 인가하는 제 1 고주파 전력 인가 유닛(unit)과, 상기 제 2 전극에 상대적으로 주파수가 낮은 제 2 고주파 전력을 인가하는 제 2 고주파 전력 인가 유닛과, 상기 외측 전극에 직류 전압을 인가하는 제 1 직류 전압 인가 회로와, 상기 내측 전극에 직류 전압을 인가하는 제 2 직류 전압 인가 회로와, 상기 처리용기내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 유닛을 구비하고, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극의 사이가 플라즈마 생성 공간이 되고, 상기 플라즈마 생성 공간측에서 상기 제 1 전극을 보았을 때의 상기 외측 전극에 있어서의 주파수-임피던스(impedance) 특성이, 상기 외측 전극에 인가되는 직류 전압이 증가함에 따라, 상기 제 1 고주파 전력의 주파수에 있어서 임피던스가 감소하고, 상기 제 2 고주파 전력의 주파수에 있어서 임피던스가 증가하는 특성이 되도록, 상기 외측 전극에서 본 상기 제 1 직류 전압 인가 회로의 주파수-임피던스 특성이 설정되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
상기 제 1 관점에 있어서, 상기 플라즈마 생성 공간측에서 상기 제 1 전극을 보았을 때의 상기 내측 전극에 있어서의 주파수-임피던스 특성이, 상기 내측 전극에 인가되는 직류 전압이 증가함에 따라, 상기 제 1 고주파 전력의 주파수에 있어서 임피던스가 증가하고, 상기 제 2 고주파 전력의 주파수에 있어서 임피던스가 증가하는 특성이 되도록, 상기 내측 전극에서 본 상기 제 2 직류 전압 인가 회로의 주파수-임피던스 특성이 설정되는 것이 바람직하다.
상기 외측 전극에 인가하는 직류 전압이 최대일 때에 형성되는 플라즈마 시스(sheath)의 상기 제 1 고주파 전력의 주파수에 대한 임피던스를 없애도록(cancel하도록), 상기 외측 전극에서 본 상기 제 1 직류 전압 인가 회로의 임피던스가 설정되어 있는 것이 바람직하다.
상기 외측 전극 및 상기 내측 전극에 직류 전압을 인가하지 않는 경우에, 상기 제 1 고주파 전력의 주파수에 대한 임피던스가 상기 제 2 고주파 전력의 주파수에 대한 임피던스보다 크게 되도록, 상기 외측 전극에서 본 상기 제 1 직류 전압 인가 회로의 주파수-임피던스 특성 및 상기 내측 전극에서 본 상기 제 2 직류 전압 인가 회로의 주파수-임피던스 특성이 설정되는 것이 바람직하다.
상기 제 1 직류 전압 인가 회로는 상기 제 1 고주파 전력의 주파수의 유입을 억제하는 로우 패스 필터(low pass filter)를 갖고, 상기 외측 전극에서 본 상기 제 1 직류 전압 회로의 주파수-임피던스 특성은 상기 로우 패스 필터의 주파수-임피던스 특성을 조정하는 것에 의해 설정되도록 할 수 있다.
상기 제 2 직류 전압 인가 회로는 상기 제 2 고주파 전력의 주파수의 유입을 억제하는 로우 패스 필터를 갖고, 상기 내측 전극에서 본 상기 제 2 직류 전압 회로의 주파수-임피던스 특성은 상기 로우 패스 필터의 주파수-임피던스 특성을 조정하는 것에 의해 설정되도록 할 수 있다.
상기 외측 전극에서 본 상기 제 1 직류 전압 인가 회로의 주파수-임피던스 특성은 상기 제 1 고주파 전력의 주파수보다도 약간 낮은 주파수가 직렬 공진 주파수로 되고, 상기 제 2 고주파 전력의 주파수 근방에도 직렬 공진 주파수가 존재하는 것으로 할 수 있다.
상기 제 1 고주파 전력의 주파수는 30∼110㎒이고, 상기 제 2 고주파 전력의 주파수는 0.1∼30㎒인 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 관점에서는 상기 제 1 관점의 플라즈마 처리 장치에 있어서 피처리 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법으로서, 상기 내측 전극에 인가되는 직류 전압값을 소정의 값으로 설정하고, 그 직류 전압값을 상기 내측 전극에 인가하면서, 플라즈마 밀도의 균일성이 원하는 값으로 되도록, 상기 외측 전극에 인가하는 직류 전압값을 조정하여 처리 조건을 결정하고, 그 조건으로 플라즈마 처리를 실행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 제 3 관점에서는 컴퓨터상에서 동작하고, 플라즈마 처리 장치를 제어하기 위한 프로그램이 기억된 기억 매체로서, 상기 프로그램은 실행시에, 상기 플라즈마 처리 방법이 실행되도록 상기 플라즈마 처리 장치를 제어시키는 것을 특징으로 하는 기억 매체를 제공한다.
본 발명에 따르면, 상기 플라즈마 생성 공간측에서 상기 제 1 전극을 보았을 때의 상기 외측 전극에 있어서의 주파수-임피던스 특성이, 상기 외측 전극에 인가되는 직류 전압이 증가함에 따라, 상기 제 1 고주파 전력의 주파수에 있어서 임피던스가 감소하고, 상기 제 2 고주파 전력의 주파수에 있어서 임피던스가 증가하는 특성이 되도록, 상기 외측 전극에서 본 상기 제 1 직류 전압 인가 회로의 주파수-임피던스 특성이 설정되므로, 제 1 고주파 전력의 고주파 파워를 외측 전극에 유도하고, 더욱 높은 플라즈마 밀도를 얻을 수 있으며, 외측의 플라즈마 밀도의 조정 마진을 크게 할 수 있는 동시에, 제 2 고주파 전력의 고주파 파워를 외측 전극으로부터 분리하고, 상기 제 1 고주파 전력이 인가되었을 때에 있어서의 그 자기 바이어스 효과를 저감하며, 직류 전압 인가에 의한 플라즈마의 데포성 상승 효과를 약하게 하여, 데포에 의한 CD의 불균일과 같은 부작용을 억제할 수 있다.
또한, 이러한 장치에 있어서, 우선, 상기 내측 전극에 인가되는 직류 전압값을 소정의 값으로 설정하고, 그 직류 전압값을 상기 내측 전극에 인가하면서, 플라즈마 밀도의 균일성이 원하는 값으로 되도록, 상기 외측 전극에 인가하는 직류 전 압값을 조정해서 처리 조건을 결정하고, 그 조건으로 플라즈마 처리를 실행하므로, 확실하게 적절한 플라즈마 처리 조건을 찾아낼 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조해서 본 발명의 실시형태에 대해 구체적으로 설명한다.
여기서는 본 발명의 플라즈마 처리 장치의 1실시형태에 관한 플라즈마 에칭 장치에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 1실시형태에 관한 플라즈마 에칭 장치를 나타내는 개략 단면도이다. 이 플라즈마 에칭 장치는 용량 결합형 평행 평판 플라즈마 에칭 장치로서 구성되어 있으며, 예를 들면 표면이 양극산화 처리된 알루미늄으로 이루어지는 대략 원통형상의 챔버(처리용기)(10)를 갖고 있다. 이 챔버(10)는 보안 접지되어 있다.
챔버(10)의 바닥부에는 세라믹(ceramic) 등으로 이루어지는 절연판(12)을 거쳐서 원주형상의 서셉터(susceptor) 지지대(14)가 배치되고, 이 서셉터 지지대(14)의 위에 예를 들면 알루미늄으로 이루어지는 서셉터(16)가 마련되어 있다. 서셉터(16)는 하부 전극을 구성하고, 그 위에 피처리 기판인 반도체 웨이퍼(W)가 탑재된다.
서셉터(16)의 상면에는 반도체 웨이퍼(W)를 정전력(靜電力)으로 흡착 유지하는 정전척(18)이 마련되어 있다. 이 정전척(18)은 도전막으로 이루어지는 전극(20)을 한쌍의 절연층 또는 절연 시트(sheet) 사이에 둔 구조를 갖는 것이며, 전극(20)에는 직류 전원(22)이 전기적으로 접속되어 있다. 그리고, 직류 전원(22)으로부터의 직류 전압에 의해 생긴 쿨롱력 등의 정전력에 의해 반도체 웨이퍼(W)가 정전척(18)에 흡착 유지된다.
정전척(18)(반도체 웨이퍼(W))을 둘러싸도록 서셉터(16)의 상면에는 에칭의 균일성을 향상시키기 위한 예를 들면 실리콘으로 이루어지는 도전성의 포커스 링(보정 링)(24)이 배치되어 있다. 서셉터(16) 및 서셉터 지지대(14)의 측면에는 예를 들면 석영으로 이루어지는 원통형상의 내벽부재(26)가 마련되어 있다.
서셉터 지지대(14)의 내부에는 예를 들면 원주방향으로 연장하는 냉매실(28)이 마련되어 있다. 이 냉매실에는 외부에 마련된 도시하지 않은 칠러 유닛(chiller unit)으로부터 배관(30a, 30b)을 거쳐서 소정 온도의 냉매, 예를 들면 냉각수가 순환 공급되고, 냉매의 온도에 의해서 서셉터상의 반도체 웨이퍼(W)의 처리온도를 제어할 수 있다.
또한, 도시하지 않은 전열 가스 공급 기구로부터의 전열 가스, 예를 들면 He 가스가 가스 공급 라인(32)을 거쳐서 정전척(18)의 상면과 반도체 웨이퍼(W)의 이면(裏面)의 사이에 공급된다.
하부 전극인 서셉터(16)의 위쪽에는 서셉터(16)와 대향하도록 평행하도록 상부 전극(34)이 마련되어 있다. 그리고, 상부 및 하부 전극(34, 16) 사이의 공간이 플라즈마 생성 공간으로 된다. 상부 전극(34)은 하부 전극인 서셉터(16)상의 반도체 웨이퍼(W)와 대향해서 플라즈마 생성 공간과 접하는 면, 즉 대향면을 형성한다.
이 상부 전극(34)은 절연성 차폐(遮蔽) 부재(42)를 거쳐서, 챔버(10)의 상부 에 지지되어 있고, 상부 전극(34)은 서셉터(16)와 소정의 간격을 두고 대향 배치되어 있는 링(ring)형상 또는 도넛(doughnut)형상의 외측 상부 전극(34a)과, 이 외측 상부 전극(34a)의 반경 방향 내측에 절연된 상태로 배치되어 있는 원판형상의 내측 상부 전극(34b)으로 구성된다.
외측 상부 전극(34a)과 내측 상부 전극(34b)의 사이에는 예를 들면 0.25∼2.0㎜의 환상 갭(gap)(간극)이 형성되고, 이 갭에는 절연 부재(72)가 마련된다.
외측 상부 전극(34a)은 전극판(36a)과, 이 전극판(36a)을 착탈(着脫) 자유롭게 지지하는 도전 재료, 예를 들면 표면이 양극산화(陽極酸化) 처리된 알루미늄으로 이루어지는 전극 지지체(38a)를 갖는다. 전극판(36a)은 줄 열(Joule heat)이 적은 저(低)저항의 도전체 또는 반도체, 예를 들면 실리콘이나 SiC로 구성되는 것이 바람직하다.
내측 상부 전극(34b)은 다수의 가스의 가스 토출 구멍(37)을 갖는 전극판(36b)과, 이 전극판(36b)을 착탈 자유롭게 지지하는 도전 재료, 예를 들면 표면이 양극산화 처리된 알루미늄으로 이루어지는 전극 지지체(38b)를 갖는다. 전극 지지체(38b)의 내부에는 가스 확산실(40)이 마련되어 있다. 가스 확산실(40)로부터는 가스 토출 구멍(37)과 연통하는 다수의 가스 통류 구멍(41)이 아래쪽으로 연장되어 있다.
전극 지지체(38b)에는 가스 확산실(40)로 처리 가스를 보내는 가스 도입구(62)가 형성되어 있고, 이 가스 도입구(62)에는 가스 공급관(64)이 접속되며, 가스 공급관(64)에는 처리 가스 공급원(66)이 접속되어 있다. 가스 공급관(64)에는 상류측부터 차례로 매스플로 컨트롤러(MFC:mass flow controller)(68) 및 개폐 밸브(70)가 마련되어 있다. 그리고, 처리 가스 공급원(66)으로부터, 에칭을 위한 처리 가스로서 예를 들면 C4F8 가스와 같은 플로로카본 가스(fluorocarbon gas)(CxFy)가 가스 공급관(64)으로부터 가스 확산실(40)에 이르고, 가스 통류 구멍(41) 및 가스 토출 구멍(37)을 거쳐서 샤워(shower) 형상으로 플라즈마 생성 공간에 토출된다. 즉, 상부 전극(34)은 처리 가스를 공급하기 위한 샤워헤드로서 기능한다.
외측 상부 전극(34a)에는 제 1 직류 전압 인가 회로(47a)를 거쳐서 제 1 가변 직류 전원(50a)이 전기적으로 접속되어 있다. 제 1 직류 전압 인가 회로(47a)는 급전선(전원공급선)(45a)과, 그 사이에 개재된 40㎒의 고주파 전류를 억제하기 위한 로우 패스 필터(LPF)(46a)를 갖고 있다. 제 1 가변 직류 전원(50a)은 온/오프 스위치(52a)에 의해 급전의 온/오프가 가능하게 되어 있다. 내측 상부 전극(34b)에는 제 2 직류 전압 인가 회로(47b)를 거쳐서 제 2 가변 직류 전원(50b)이 전기적으로 접속되어 있다. 제 2 직류 전압 인가 회로(47b)는 급전선(45b)과, 그 사이에 개재된 40㎒의 고주파 전류를 억제하기 위한 로우 패스 필터(LPF)(46b)를 갖고 있다. 제 2 가변 직류 전원(50b)은 온/오프 스위치(52b)에 의해 급전의 온/오프가 가능하게 되어 있다. 제 1 및 제 2 가변 직류 전원(50a, 50b)의 극성(極性) 및 전류· 전압과 온/오프 스위치(52)의 온/오프는 컨트롤러(제어 장치)(51)에 의해 제어되도록 되어 있다.
로우 패스 필터(LPF)(46a, 46b)는 후술하는 제 1 고주파 전원으로부터의 고 주파의 유입을 억제하는 동시에, 이들 고주파 전원의 주파수에 대응해서, 외측 상부 전극(34a)에서 본 상부측의 제 1 직류 전압 인가 회로(47a)의 임피던스(impedance) 및 내측 상부 전극(34b)에서 본 상부측의 제 2 직류 전압 인가 회로(47b)의 임피던스를 적절한 값으로 하기 위한 것이고, 적합하게는 LC 필터로 구성된다.
챔버(10)의 측벽으로부터 상부 전극(34)의 높이 위치보다도 위쪽으로 연장하도록 덮개를 갖는 원통형상의 접지 도체(10a)가 마련되어 있다.
하부 전극인 서셉터(16)에는 정합기(87)를 거쳐서 제 1 고주파 전원(89)이 전기적으로 접속되고, 또한 정합기(88)를 거쳐서 제 2 고주파 전원(90)이 접속되어 있다. 제 1 고주파 전원(89)은 27㎒ 이상의 주파수 예를 들면 40㎒의 제 1 고주파 전력을 출력한다. 제 2 고주파 전원(90)은 13㎒ 이하의 주파수 예를 들면 3.2㎒의 제 2 고주파 전력을 출력한다.
정합기(87, 88)는 각각 제 1 및 제 2 고주파 전원(89, 90)의 내부(또는 출력) 임피던스에 부하 임피던스를 정합시키기 위한 것으로서, 챔버(10)내에 플라즈마가 생성되어 있을 때에 제 1 및 제 2 고주파 전원(89, 90)의 내부 임피던스와 부하 임피던스가 외관상 일치하도록 기능한다.
챔버(10)의 바닥부에는 배기구(80)가 마련되고, 이 배기구(80)에 배기관(82)을 거쳐서 배기 장치(84)가 접속되어 있다. 배기 장치(84)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 갖고 있으며, 챔버(10)내를 원하는 진공도까지 감압 가능하게 하고 있다. 또한, 챔버(10)의 측벽에는 반도체 웨이퍼(W)의 반출입구(85)가 마련되어 있 고, 이 반출입구(85)는 게이트 밸브(86)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 또한, 챔버(10)의 내벽을 따라 챔버(10)에 에칭 부생물(데포)이 부착되는 것을 방지하기 위한 데포 실드(deposition shiled)(11)가 착탈 자유롭게 마련되어 있다. 즉, 데포 실드(11)가 챔버벽을 구성하고 있다. 또한, 데포 실드(11)는 내벽부재(26)의 외주에도 마련되어 있다. 챔버(10)의 바닥부의 챔버 벽측의 데포 실드(11)와 내벽부재(26)측의 데포 실드(11)의 사이에는 배기 플레이트(83)가 마련되어 있다. 데포 실드(11) 및 배기 플레이트(83)로서는 알루미늄재에 Y2O3 등의 세라믹을 피복한 것을 바람직하게 이용할 수 있다.
데포 실드(11)의 챔버 내벽을 구성하는 부분의 웨이퍼(W)와 대략 동일한 높이 부분에는 그라운드(ground)에 DC적으로 접속된 도전성 부재(GND 블록)(91)가 마련되어 있고, 이것에 의해 이상(異常) 방전 방지 효과를 발휘한다.
플라즈마 에칭 장치의 각 구성부는 제어부(전체 제어 장치)(95)에 접속되어 제어되는 구성으로 되어 있다. 또한, 제어부(95)에는 운영자(operator)가 플라즈마 에칭 장치를 관리하기 위해 커맨드(command)의 입력 조작 등을 실행하는 키보드나, 플라즈마 처리 장치의 가동 상황을 가시화해서 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 사용자 인터페이스(96)가 접속되어 있다.
또한, 제어부(95)에는 플라즈마 에칭 장치에서 실행되는 각종 처리를 제어부(95)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건에 따라 플라즈마 에칭 장치의 각 구성부에 처리를 실행시키기 위한 프로그램 즉 레시피(recipe)가 저 장된 기억부(97)가 접속되어 있다. 레시피는 기억부(97)중의 기억 매체에 기억되어 있다. 기억 매체는 하드 디스크와 같은 고정적인(built-in) 것이어도 좋고, CDROM, DVD 등의 가반성(可搬性)(portable)의 것이어도 좋다. 또한, 다른 장치로부터 예를 들면 전용 회선을 거쳐서 레시피를 적절히 전송시키도록 해도 좋다.
그리고, 필요에 따라, 사용자 인터페이스(96)로부터의 지시 등으로 임의의 레시피를 기억부(97)로부터 호출하여 제어부(95)에 실행시킴으로써, 제어부(95)의 제어 하에서, 플라즈마 에칭 장치에서의 원하는 처리가 실행된다. 또, 본 발명의 실시형태에서 기술하는 플라즈마 처리 장치(플라즈마 에칭 장치)는 이 제어부(95)를 포함하는 것으로 한다.
이와 같이 구성되는 플라즈마 에칭 장치에 있어서 에칭 처리를 실행할 때에는 우선, 게이트밸브(86)를 열림 상태로 하고, 반출입구(85)를 거쳐서 에칭 대상인 반도체 웨이퍼(W)를 챔버(10)내에 반입하고, 서셉터(16)상에 탑재한다. 그리고, 처리 가스 공급원(66)으로부터 에칭을 위한 처리 가스를 소정의 유량으로 가스 확산실(40)에 공급하고, 가스 통류 구멍(41) 및 가스 토출 구멍(37)을 거쳐서 챔버(10)내에 공급하면서, 배기 장치(84)에 의해 챔버(10)내를 배기하고, 그 내부의 압력을 예를 들면 0.1∼150Pa의 범위내의 설정값으로 한다. 여기서, 처리 가스로서는 종래 이용되고 있는 각종의 것을 채용할 수 있고, 예를 들면 C4F8 가스와 같은 플로로카본 가스(CxFy)로 대표되는 할로겐 원소를 함유하는 가스를 바람직하게 이용할 수 있다. 또한, Ar 가스나 O2 가스 등의 다른 가스가 포함되어 있어도 좋다.
이와 같이 챔버(10)내에 에칭 가스를 도입한 상태에서, 하부 전극인 서셉터(16)에, 제 1 고주파 전원(89)으로부터 플라즈마 생성용의 제 1 고주파 전력을 소정의 파워로 인가하는 동시에, 제 2 고주파 전원(90)으로부터 이온 인입용의 제 2 고주파 전력을 소정의 파워로 인가한다. 그리고, 제 1 및 제 2 가변 직류 전원(50a, 50b)으로부터 제 1 및 제 2 직류 전압 인가 회로(47a, 47b)를 거쳐서 소정의 직류 전압을 외측 상부 전극(34a) 및 내측 상부 전극(34b)에 인가한다. 또한, 직류 전원(22)으로부터 직류 전압을 정전척(18)의 전극(20)에 인가하여, 반도체 웨이퍼(W)를 서셉터(16)에 고정시킨다.
상부 전극(34)의 전극판(36)에 형성된 가스 토출 구멍(37)으로부터 토출된 처리 가스는 고주파 전력에 의해 발생한 상부 전극(34)과 하부 전극인 서셉터(16) 사이의 글로(glow) 방전중에서 플라즈마화하고, 이 플라즈마에서 생성되는 래디컬(radical)이나 이온(ion)에 의해서 반도체 웨이퍼(W)의 피처리면이 에칭된다.
이 플라즈마 에칭 장치에서는 하부 전극인 서셉터(16)에 제 1 고주파 전원(89)으로부터의 상대적으로 높은 주파수 영역의 제 1 고주파 전력과, 제 2 고주파 전원(90)으로부터의 상대적으로 낮은 주파수 영역의 제 2 고주파 전력을 중첩해서 인가하므로, 주파수가 높은 제 1 고주파 전력에 의한 플라즈마 밀도의 조정과, 주파수가 낮은 제 2 고주파 전력에 의한 이온 인입성의 조정을 개별적으로 실행할 수 있고, 이들에 의해, 플라즈마의 밀도 및 이방성 에칭의 선택성의 조정을 실행할 수 있다. 또한, 이러한 하부 2주파 중첩 인가 방식에 의해, 주파수가 낮은 제 2 고주파 전력을 상부 전극(34)에 관한 데포 부착의 억제에 유효하게 작용시킬 수 있다 고 하는 이점도 얻을 수 있다. 또한, 제 1 고주파 전원(89)으로부터 인가되는 고주파 전력은 예를 들면 40㎒와 같은 높은 주파수 영역의 고주파 전력이므로, 저압의 조건하에서 저이온 에너지의 고밀도 플라즈마를 형성할 수 있다.
단, 이와 같이 높은 주파수의 고주파 전력에 의해서 플라즈마를 생성하는 경우에는 그 고주파 전류가 전극의 중심부에 집중하는 경향에 있고, 중심부측의 플라즈마 전위가 에지부측보다도 높아지기 때문에, 본 실시형태에서는 그것을 피하기 위해, 상부 전극(34)을 외측 상부 전극(34a)과 내측 상부 전극(34b)에 각각 개별적으로 제 1 및 제 2 가변 직류 전원(50a, 50b)으로부터 적절한 강도의 직류 전압을 인가해서 플라즈마의 공간 전위의 분포를 조정하도록 하고 있다.
즉, 상부 전극에 직류 전압을 인가하면 플라즈마 시스(sheath)가 확대해서 플라즈마의 공간 전위를 조정할 수 있기 때문에, 외측 상부 전극(34a) 및 내측 상부 전극(34b)에 제 1 및 제 2 직류 전압 인가 회로(47a, 47b)를 거쳐서 제 1 및 제 2 가변 직류 전원(50a, 50b)으로부터 개별적으로 직류 전압을 인가해서 그 값을 조정하는 것에 의해, 플라즈마가 형성되는 공간의 외측과 내측의 공간 전위 분포를 제어할 수 있고, 플라즈마 밀도를 조정할 수 있다. 구체적으로는 도 2에 나타내는 바와 같이, 외측 상부 전극(34a)에 인가하는 직류 전압의 값을 크게 해서 플라즈마 시스를 확대하는 것에 의해, 플라즈마 밀도의 균일화를 도모한다.
그러나, 단지 외측 상부 전극(34a)과 내측 상부 전극(34b)에 인가하는 직류 전압의 값을 변화시키는 것만으로는 플라즈마 밀도(전자 밀도)의 제어 범위가 좁고, 더 나아가서는 에칭 레이트(etching rage)등의 플라즈마 처리 파라미터의 제어 범위가 좁아지고, 또 에칭 레이트의 향상에 수반해서 데포가 증가하여 CD 불균일을 발생시킨다고 하는 부작용이 생길 우려가 있다.
그래서, 본 실시형태에서는 고주파 전력 및 직류 전압을 인가하고 있지 않은 경우의 외측 상부 전극(34a)에서 본 상부측의 제 1 직류 전압 인가 회로(47a)에 있어서의 주파수-임피던스 특성을 조정하여, 내측 상부 전극(34b)에서 본 상부측의 제 2 직류 전압 인가 회로(47b)에 있어서의 주파수-임피던스 특성과는 다른 것으로 하고, 외측 상부 전극(34a)에의 직류 전압 인가의 효과를 높인다.
구체적으로는 고주파 전력 및 직류 전압을 인가한 경우에, 플라즈마 생성 공간측에서 보았을 때의 외측 상부 전극(34a)에 있어서의 주파수-임피던스 특성이, 인가하는 직류 전압의 증가에 따라, 고주파측의 제 1 고주파 전력의 주파수에서 임피던스가 감소하고, 저주파측의 제 2 고주파 전력의 주파수에서 임피던스가 증가하도록, 외측 상부 전극(34a)에서 본 제 1 직류 전압 인가 회로(47a)의 임피던스 설계를 실행한다. 이것에 의해, 플라즈마 밀도(전자 밀도)의 제어 범위를 확대하는 동시에, 데포의 증가에 의한 CD의 불균일과 같은 부작용을 해소할 수 있다. 이러한 임피던스 설계는 예를 들면, 로우 패스 필터(LPF)(46a)의 임피던스를 조정하는 것에 의해 실현할 수 있다. 그 밖에, 전극간 용량이나 급전 라인의 임피던스의 조정에 의해서도 실현할 수 있다.
이하, 로우 패스 필터(LPF)(46a)의 임피던스에 의해 조정하는 경우를 예로 들어 상세하게 설명한다.
종래는 예를 들면, 제 1 고주파 전원(89)의 주파수를 40㎒로 하고, 제 2 고 주파 전원(90)의 주파수 3.2㎒로 했을 때, 직류 인가 회로에 이용되는 로우 패스 필터(LPF)로서, 도 3에 나타내는 바와 같은 주파수-임피던스 특성의 것이 일반적으로 이용되고 있었다. 즉, 로우 패스 필터(LPF)로서 이용되는 병렬 LC 회로는 일반적으로, 특정의 주파수에서 임피던스가 높은 쪽으로 돌출하는 병렬 공진 주파수와, 이 병렬 공진 주파수로부터 떨어진 특정의 주파수에서 임피던스가 낮은 쪽으로 돌출하는 직렬 공진 주파수를 갖고, 정(positive)의 임피던스를 부여하는 코일 성분과 부(negative)의 임피던스를 부여하는 콘덴서의 크기 등을 조정하는 것에 의해 이들 병렬 공진 주파수 및 직렬 공진 주파수의 위치를 조정할 수 있지만, 통상은 도 3에 나타내는 바와 같이, 고주파측의 제 1 주파수인 40㎒ 부근이 병렬 공진 주파수가 되도록 하고, 저주파측의 제 2 주파수인 3.2㎒ 부근이 직렬 공진 주파수가 되도록 하고, 40㎒ 부근에서는 고(高)임피던스이고, 3.2㎒ 부근에서는 저(低)임피던스의 특성을 갖는 것이 이용되고 있었다. 이러한 특성을 갖는 로우 패스 필터(LPF)를 상부 전극의 직류 전압 인가 회로에 이용한 경우에는 고주파 전력 및 직류 전압을 인가하고 있지 않을 때의 상부 전극에서 본 상부측의 주파수-임피던스 특성은 예를 들면 도 4에 나타내는 바와 같이 된다. 즉, 제 2 고주파 전력의 주파수인 3.2㎒ 부근이 직렬 공진 주파수가 되고, 10㎒ 부근이 병렬 공진 주파수로 되며, 제 1 고주파 전력의 주파수인 40㎒에서는 임피던스가 완만하게 저하되고 있다.
플라즈마를 생성하는 동시에 상부 전극에 직류 전압을 인가하면, 그 전압에 상당(相當)하는 플라즈마 시스가 형성되고, 플라즈마 공간측에서 상부 전극을 보았을 때의 임피던스곡선은 도 4의 임피던스 곡선과 비교하였을 때, 우측으로 시프 트(shift)된 것으로 되고, 인가 직류 전압의 값이 커짐에 따라 시프트량은 커지지만, 도 4에 나타내는 바와 같이, 제 1 고주파 전력의 주파수인 40㎒에서는 임피던스 곡선이 우측으로 시프트하면 임피던스가 증가하게 되고, 이러한 임피던스 특성을 외측 상부 전극(34a)에 적용해도, 플라즈마 밀도(전자 밀도)의 제어가 충분한 것이라고는 할 수 없다. 따라서, 외측 상부 전극(34a)에서는 직류 전압 인가에 의해서, 더욱 그 제어 범위를 확대하는 것이 요망된다. 단, 내측 상부 전극(34b)에서는 직류 전압 인가에 의해서 플라즈마 밀도를 상승시킬 필요는 없기 때문에, 종래의 임피던스 곡선에서 충분하다.
한편, 저주파수측의 제 2 고주파 전력의 주파수인 3.2㎒에 대해서는 그 자기 바이어스(Vdc) 효과를 저감하고, 직류 전압 인가에 의한 플라즈마의 데포성 상승 효과를 약하게 하여, 데포에 의한 CD의 불균일과 같은 부작용을 억제할 필요가 있다.
그래서, 본 실시형태에서는 도 5에 나타내는 바와 같이, 내측 상부 전극(34b)에의 직류 전압 인가 회로의 로우 패스 필터(LPF)(46b)로서, 도 3에 나타내는 바와 같은 종래와 마찬가지의 임피던스 특성을 갖는 것을 이용하고, 외측 상부 전극(34a)에의 직류 전압 인가 회로의 로우 패스 필터(LPF)(46a)로서, 도 5에 나타내는 바와 같이, 직렬 공진 주파수가 제 2 고주파 전력의 주파수인 3.2㎒ 부근 이외에 60㎒ 부근에 존재하고, 병렬 공진 주파수가 15㎒ 부근에 존재하는 임피던스 특성을 갖는 것을 이용하여, 직류 전압이 더욱 유효하게 작용하도록 하였다.
도 5와 같은 임피던스 특성의 로우 패스 필터(LPF)(46a)를 이용하는 것에 의 해, 도 6에 나타내는 바와 같이, 외측 상부 전극(34a)에서 본 상부측의 제 1 직류 전압 인가 회로(47a)의 주파수-임피던스 특성을, 종래의 특성과 동등한 내측 상부 전극(46b)에서 본 주파수-임피던스 특성과는 다른 이하와 같은 특성으로 한다.
즉, 도 5의 특성의 로우 패스 필터(LPF)(46a)를 이용하는 것에 의해, 외측 상부 전극(46a)에서 본 제 1 직류 전압 인가 회로(47a)의 주파수-임피던스 특성을, 저주파수측의 제 2 고주파 전력의 주파수인 3.2㎒ 부근이 직렬공진 주파수로 되고, 고주파수측의 제 1 고주파 전력의 주파수인 40㎒보다도 다소 작은 주파수도 직렬 공진 주파수로 되도록 설정한다.
이것에 의해, 플라즈마를 생성하는 동시에 외측 상부 전극(34a)에 직류 전압을 인가하면, 플라즈마 공간측에서 외측 상부 전극(34a)을 보았을 때의 임피던스는 고주파수측의 제 1 고주파 전력의 주파수인 40㎒에서는 인가하는 직류 전압이 상승할수록 직렬 공진 주파수에 근접해 가고, 40㎒의 고주파 파워를 외측 상부 전극(34a)에 유도하며, 더욱 높은 플라즈마 밀도(전자 밀도)를 얻을 수 있다. 즉, 이러한 임피던스 설계는 직류 전압 인가에 의한 플라즈마 밀도(전자 밀도) 상승 효과를 강하게 하는 기능을 발휘한다. 이것에 의해, 외측의 플라즈마 밀도의 조정 마진(margin)을 크게 할 수 있고, 플라즈마 밀도의 면내 균일성, 더 나아가서는 에칭 레이트 등의 처리 특성의 면내 균일성을 제어하는 범위를 넓게 할 수 있다. 한편, 저주파수측의 제 2 고주파 전력의 주파수인 3.2㎒에서는 플라즈마 공간측에서 외측 상부 전극(34a)을 보았을 때의 임피던스에 있어서, 인가하는 직류 전압이 상승할수록 직렬 공진 주파수는 3.2MHz로부터 멀어지고, 3.2㎒의 고주파 파워를 외측 상부 전극(34a)으로부터 분리하여, 상기 3.2㎒가 인가되었을 때에 있어서의 그 자기 바이어스(Vdc) 효과를 저감하고, 직류 전압 인가에 의한 플라즈마의 데포성 상승 효과를 약하게 하여, 데포에 의한 CD의 불균일과 같은 부작용을 억제할 수 있다.
이에 대해, 내측 상부 전극(34b)에서는 종래의 임피던스 설계를 실행하고, 고주파수측의 제 1 고주파 전력의 주파수인 40㎒에서는 인가하는 직류 전압이 상승해도 임피던스는 증가해 가고, 플라즈마 밀도의 상승이 억제되도록 한다. 한편, 저주파수측의 제 2 고주파 전력의 주파수인 3.2㎒에서는 외측 상부 전극(34a)과 마찬가지로, 인가하는 직류 전압이 상승할수록 직렬공진 주파수는 3.2MHz로부터 멀어지게 된다.
또, 도 3∼6에 있어서, 종축의 임피던스 Z는 저항 성분을 R, 리액턴스 성분을 X로 하면, Z=(R2+X2)1/2로 나타낼 수 있지만, R은 거의 무시할 수 있기 때문에, X만 고려하면 충분하다. 임의의 주파수에서의 X의 값은 실제로는 정부(正負)가 있으며, 이들 도면의 임피던스 곡선에 있어서의 그 주파수에서의 기울기가 우측 상승시에 X가 정(正)이고, 우측 하강시에 X가 부(負)이다. 따라서, 도 5로부터, 로우 패스 필터(LPF)(46a)의 임피던스는 3.2㎒에 대해 ―1Ω 부근, 40㎒에 대해 -20Ω 부근으로 되고, 로우 패스 필터(LPF)(46b)의 임피던스는 3.2㎒에 대해 -3Ω 부근, 40㎒에 대해 -4000Ω 부근으로 된다.
또한, 도 6에 나타내는 바와 같이, 외측 상부 전극(34a)에서 본 상부측의 임피던스에 있어서, 3.2㎒는 직렬 공진 주파수보다도 약간 큰 값으로 되어 있지만, 이것은 고주파 전력을 인가한 시점에서 임피던스 곡선이 우측으로 시프트하기 때문이다．즉, 직류 전압 인가전의 3.2㎒에 대한 외측 상부 전극(34a)에서 본 상부측의 임피던스를 직렬 공진 주파수보다도 작은 범위에서 최대한 직렬 공진 주파수에 접근시켜 직류 전압 인가에 의한 데포성 상승 효과를 저감하는 효과를 더욱 크게 하기 위함이다.
이러한 임피던스 조정에 있어서는 외측 상부 전극(34a)에 인가되는 직류 전압은 도 6의 직렬공진 주파수의 최대 임피던스 시프트 제 1 고주파 전력의 주파수인 40㎒이 넘지 않도록 설정하는 것이 바람직하다. 다시말하면, 외측 상부 전극(34a)에 인가하는 직류 전압을 최대로 했을 때에 형성되는 플라즈마 시스의 40㎒에 관한 임피던스를 없애도록(cancel 하도록), 외측 상부 전극(34a)에서 본 상부측 임피던스가 설정되는 것이 바람직하다. 다시 말해서, 최대 직류 전압이 외측 상부 전극(34a)에 인가될때, 직렬공진 주파수가 40MHz가 되도록 하는 것이 바람직하다. 직류 전압이 이러한 크기를 넘으면 오히려 임피던스가 상승해서 바람직하지 않다.
또한, 도 6에 나타내는 바와 같이, 직류 전압을 인가하고 있지 않은 상태에서, 외측 상부 전극(34a) 및 내측 상부 전극(34b) 모두, 상대적으로 주파수가 높은 제 1 고주파 전력의 주파수인 40㎒에 대한 임피던스가, 상대적으로 주파수가 낮은 제 2 고주파 전력의 주파수인 3.2㎒의 임피던스보다도 높은 것이 바람직하다. 제 1 고주파 전력의 주파수인 40㎒에 대해 약간 높은 임피던스를 부여함으로써, 제 1 고주파 전력이 하부 전극인 서셉터(16)로부터 상부 전극에 흐르기 어렵게 되고, 플라즈마의 전자 전류 중 벽부에 흐르는 비율이 상대적으로 증대하며, 플라즈마가 반경 방향 외측으로 넓어지게 되어, 플라즈마 밀도의 균일성을 높이는 것이 가능하게 된다. 한편, 제 2 고주파 전력의 주파수인 3.2㎒에 대해 약간 낮은 임피던스를 부여함으로써, 3.2㎒의 고주파에 추종(追從)해서 진동하는 플라즈마중의 이온을 상부 전극(34)에 강한 충격으로 입사시켜 상부 전극(34) 표면의 데포를 스퍼터(sputter) 제거하는 기능을 높게 할 수 있다.
이와 같이 임피던스 설계된 외측 상부 전극(34a) 및 내측 상부 전극(34b)에 인가되는 직류 전압을 조정해서 플라즈마 처리의 조건을 낼 때에는 우선, 데포 제거성 및 안정성의 관점에서 내측 상부 전극(34b)에 인가하는 직류 전압을 결정하고, 내측 상부 전극(34b)에는 그와 같이 해서 결정된 직류 전압을 일정값으로 인가하면서, 플라즈마 밀도의 면내 균일성이 원하는 값이 되도록, 외측 상부 전극(34a)에 인가하는 직류 전압의 값을 조정한다.
이와 같이, 내측 상부 전극(34b)에 인가하는 적절한 직류 전압을 결정하고 나서, 외측 상부 전극(34a)에 인가하는 직류 전압을 균일성을 보면서 조정하므로, 확실하게 적절한 플라즈마 처리 조건을 찾아낼 수 있다.
또, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 각종 변형 가능하다. 예를 들면, 상기 실시형태에서는 플라즈마 생성용의 제 1 고주파 전력의 주파수를 40㎒, 이온 인입용의 제 2 고주파 전력의 주파수를 3.2㎒로 한 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 제 1 고주파 전력의 주파수로서는 30∼110㎒, 예를 들면 100㎒ 등을 채용할 수 있고, 제 2 고주파 전력의 주파수로서는 0.1∼30㎒, 예를 들면 0.3㎒나 13.56㎒ 등을 채용할 수 있다.
또한, 로우 패스 필터(LPF)(46a, 46b)의 임피던스 특성은 일예에 불과하며, 프로세스에 따라 임의의 특성을 사용할 수 있다. 또한, 로우 패스 필터(LPF)(46a)는 임피던스가 가변인 것을 이용해도 좋다. 또한, 상술한 바와 같이, 외측 상부 전극(34a), 내측 상부 전극(34b)에서 본 상부측의 임피던스의 조정은 로우 패스 필터에 한정되지 않고, 전극간 용량이나 급전 라인의 임피던스의 조정 등, 각종 방법을 채용하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명에 있어서는 내측 상부 전극(34b)에서 본 상부측의 임피던스 특성은 특히 한정되는 것은 아니며, 프로세스에 따라 적절히 설정된다.
또한, 상기 실시형태에서는 본 발명을 플라즈마 에칭에 적용한 경우에 대해 설명했지만, 플라즈마 CVD, 플라즈마 산화 등의 다른 플라즈마 처리에도 적용할 수 있다. 또한, 상기 실시형태에서는 피처리 기판이 반도체 웨이퍼인 경우에 대해 설명했지만, 플랫 패널 디스플레이용의 기판 등, 다른 기판의 플라즈마 처리의 경우에도 적용 가능하다.
도 1은 본 발명의 1실시형태에 관한 플라즈마 에칭 장치를 나타내는 개략 단면도이고,
도 2는 도 1의 장치에 있어서, 외측 상부 전극 및 내측 상부 전극에 직류 전압을 인가한 경우의 플라즈마 시스를 모식적으로 나타내는 도면이고,
도 3은 상부 전극에의 직류 전압 인가 회로에 이용되는 종래의 로우 패스 필터(LPF)의 주파수-임피던스 특성을 나타내는 그래프이고,
도 4는 도 3의 특성의 로우 패스 필터(LPF)를 이용한 경우의 상부 전극에서 본 상부측의 주파수-임피던스 특성을 나타내는 그래프이고,
도 5는 도 1의 장치에 있어서, 외측 상부 전극에의 직류 전압 인가 회로에 이용되는 로우 패스 필터(LPF) 및 내측 상부 전극에의 직류 전압 인가 회로에 이용되는 로우 패스 필터(LPF)의 주파수-임피던스 특성을 나타내는 그래프이고,
도 6은 도 5의 특성의 로우 패스 필터(LPF)를 이용한 경우의 외측 상부 전극에서 본 상부측의 주파수-임피던스 특성 및 내측 상부 전극에서 본 상부측의 주파수-임피던스 특성을 나타내는 그래프이다.
부호의 설명
10 챔버(처리 용기)
16 서셉터(하부 전극)
34 상부 전극
34a 외측 상부 전극
34b 내측 상부 전극
46a, 46b 로우 패스 필터
47a 제 1 직류 전압 인가 회로
47b 제 2 직류 전압 인가 회로
50a 제 1 가변 직류 전원
50b 제 2 가변 직류 전원
51 컨트롤러
52a, 52b 온/오프 스위치
66 처리 가스 공급원
84 배기 장치
89 제 1 고주파 전원
90 제 2 고주파 전원
W 반도체 웨이퍼(피처리 기판)
Claims (10)
- 피처리 기판이 수용되고, 진공 배기 가능한 처리용기와,상기 처리용기내에 배치되고, 외측 부분을 구성하는 외측 전극과 중앙 부분을 구성하는 내측 전극으로 분할된 제 1 전극과,상기 처리용기내에 상기 제 1 전극에 대향해서 배치되고, 피처리 기판을 지지하는 제 2 전극과,상기 제 2 전극에 상대적으로 주파수가 높은 제 1 고주파 전력을 인가하는 제 1 고주파 전력 인가 유닛(unit)과,상기 제 2 전극에 상대적으로 주파수가 낮은 제 2 고주파 전력을 인가하는 제 2 고주파 전력 인가 유닛과,상기 외측 전극에 직류 전압을 인가하는 제 1 직류 전압 인가 회로와,상기 내측 전극에 직류 전압을 인가하는 제 2 직류 전압 인가 회로와,상기 처리용기내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 유닛을 구비하고,상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극의 사이가 플라즈마 생성 공간으로 되고,상기 플라즈마 생성 공간측에서 상기 제 1 전극을 보았을 때의 상기 외측 전극에 있어서의 주파수-임피던스(impedance) 특성이, 상기 외측 전극에 인가되는 직류 전압이 증가함에 따라, 상기 제 1 고주파 전력의 주파수에 있어서 임피던스가 감소하는 특성이 되도록, 상기 제 2 고주파 전력의 주파수에 있어서 임피던스가 증가하는 특성이 되도록, 상기 외측 전극에서 본 상기 제 1 직류 전압 인가 회로의 주파수-임피던스 특성이 설정되는 것을 특징으로 하는플라즈마 처리 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 플라즈마 생성 공간측에서 상기 제 1 전극을 보았을 때의 상기 내측 전극에 있어서의 주파수-임피던스 특성이, 상기 내측 전극에 인가되는 직류 전압이 증가함에 따라, 상기 제 1 고주파 전력의 주파수에 있어서 임피던스가 증가하고, 상기 제 2 고주파 전력의 주파수에 있어서 임피던스가 증가하는 특성이 되도록, 상기 내측 전극에서 본 상기 제 2 직류 전압 인가 회로의 주파수-임피던스 특성이 설정되는 것을 특징으로 하는플라즈마 처리 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 외측 전극에 인가하는 직류 전압이 최대일 때에 형성되는 플라즈마 시스(Sheath)의 상기 제 1 고주파 전력의 주파수에 대한 임피던스를 없애도록(cancel하도록), 상기 외측 전극에서 본 상기 제 1 직류 전압 인가 회로의 임피던스가 설정되어 있는 것을 특징으로 하는플라즈마 처리 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 외측 전극 및 상기 내측 전극에 직류 전압을 인가하지 않는 경우에, 상기 제 1 고주파 전력의 주파수에 대한 임피던스가 상기 제 2 고주파 전력의 주파수에 대한 임피던스보다 크게 되도록, 상기 외측 전극에서 본 상기 제 1 직류 전압 인가 회로의 주파수-임피던스 특성 및 상기 내측 전극에서 본 상기 제 2 직류 전압 인가 회로의 주파수-임피던스 특성이 설정되는 것을 특징으로 하는플라즈마 처리 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 1 직류 전압 인가 회로는 상기 제 1 고주파 전력의 주파수의 유입을 억제하는 로우 패스 필터(low pass filter)를 갖고, 상기 외측 전극에서 본 상기 제 1 직류 전압 회로의 주파수-임피던스 특성은 상기 로우 패스 필터의 주파수-임피던스 특성을 조정하는 것에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는플라즈마 처리 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 2 직류 전압 인가 회로는 상기 제 2 고주파 전력의 주파수의 유입을 억제하는 로우 패스 필터를 갖고, 상기 내측 전극에서 본 상기 제 2 직류 전압 회로의 주파수-임피던스 특성은 상기 로우 패스 필터의 주파수-임피던스 특성을 조정하는 것에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는플라즈마 처리 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 외측 전극에서 본 상기 제 1 직류 전압 인가 회로의 주파수- 임피던스 특성은 상기 제 1 고주파 전력의 주파수보다도 약간 낮은 주파수가 직렬 공진 주파수로 되고, 상기 제 2 고주파 전력의 주파수 근방에도 직렬 공진 주파수가 존재하는 것인 것을 특징으로 하는플라즈마 처리 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 1 고주파 전력의 주파수는 30∼110㎒이고, 상기 제 2 고주파 전력의 주파수는 0.1∼30㎒인 것을 특징으로 하는플라즈마 처리 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항의 플라즈마 처리 장치에 있어서 피처리 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법으로서,상기 내측 전극에 인가되는 직류 전압값을 소정의 값으로 설정하고,상기 직류 전압값을 상기 내측 전극에 인가하면서, 플라즈마 밀도의 균일성이 원하는 값으로 되도록, 상기 외측 전극에 인가하는 직류 전압값을 조정하여 처리 조건을 결정하고,그 조건으로 플라즈마 처리를 실행하는 것을 특징으로 하는플라즈마 처리 방법.
- 컴퓨터상에서 동작하고, 플라즈마 처리 장치를 제어하기 위한 프로그램이 기억된 기억 매체로서,상기 프로그램은 실행시에, 제 9 항의 플라즈마 처리 방법이 실행되도록 상기 플라즈마 처리 장치를 제어시키는 것을 특징으로 하는기억 매체.
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