KR20100109497A - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

대규모의 가동부를 설치하지 않고 AC비를 가변으로 하는 것이 가능한 플라즈마 처리 장치를 제공한다. 에칭 장치(10)는 처리 용기 내부에서 웨이퍼(W)를 플라즈마 처리하는 장치로서, 처리 용기 내의 플라즈마 존재 영역에 적어도 일부가 접하도록 배설된 조정 부재와, 조정 부재에 연결되어 조정 부재와 접지면의 전기적 접속 상태를 제어함으로써 플라즈마 존재 영역의 접지 용량을 조정하는 임피던스 조정 회로(210)를 가진다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD}
본 발명은 피처리체에 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것으로, 특히 AC(Anode Cathode)비를 제어하는 기구에 관한 것이다.
플라즈마 전위는 주위의 전위보다 높은 전위를 갖고 있다. 예를 들면, 도 1에 도시한 처리 용기 내의 벽측의 영역(Ca)과 재치대측(웨이퍼측) 영역(Cc)으로 둘러싸인 플라즈마 처리 공간에서, 바이어스 전위가 음의 타이밍(웨이퍼 전위가 음)인 경우, 즉 웨이퍼 전위가 벽 전위(즉, 그라운드)보다 낮아질 경우, 플라즈마 전위는 벽 전위보다 10 ~ 50 V 정도 높은 전위가 된다. 한편, 바이어스 전위가 양의 타이밍(웨이퍼 전위가 양)인 경우, 즉 웨이퍼 전위가 벽 전위(즉, 그라운드)보다 높아질 경우, 플라즈마 전위는 웨이퍼측의 전위에 대하여 10 ~ 50 V 정도 높은 전위가 된다.
에칭 레이트 등을 상승시켜 가공 시간을 단축함으로써 스루풋을 향상시키고자 하는 유저의 요구에 응하여, 보다 하이파워의 고주파 전력을 처리 용기 내로 공급할 필요가 생기고 있다. 고주파 전원으로부터 큰 파워의 고주파 전력이 출력되면 벽면의 시스 전압이 최대로 300 V 정도가 된다. 이 상태에서는 플라즈마 중의 이온에 의한 벽면으로의 스퍼터링력이 강해져 플라즈마 중의 래디컬이 벽면에 퇴적되기 어려워지므로 벽의 마모가 커진다.
벽의 마모를 방지하기 위해서는 AC비를 크게 하면 좋다. AC비는 애노드 전극 및 캐소드 전극 간의 비대칭성을 나타내고, 예를 들면 웨이퍼측의 면적과 벽측의 면적의 비로 나타낼 수 있다. 후술하는 바와 같이, (웨이퍼측의 면적 / 벽측의 면적)의 비는 그 4 승으로 (벽측의 시스 전압 / 웨이퍼측의 시스 전압)의 비에 영향을 미치기 때문에, 웨이퍼측의 면적에 대하여 벽측의 면적을 크게 하여 AC비를 크게 하면, 벽면측의 시스 전압을 효과적으로 낮게 억제할 수 있다.
AC비를 단지 크게 하는 방법으로서는 처리 용기(챔버) 자체를 크게 하면 된다. 그러나, 이것으로는 제조 코스트가 높아지고 또한, 플라즈마 존재 영역이 웨이퍼의 사이즈에 대하여 필요 이상으로 커져 투입된 고주파 전력 중 웨이퍼에 작용하는 전력의 비율이 낮아져 에너지 효율이 낮아진다.
그래서, 처리 용기를 크게 하지 않고 AC비를 크게 하는 기구가 제안되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 특허 문헌 1에서는, 처리 시에는 배플판이 하방으로 이동하고 클리닝 시에는 상방으로 이동한다. 이에 따라, 처리 시에는 웨이퍼측의 면적에 대한 벽측의 면적의 비율을 크게 하여 AC비가 커지도록 하고, 반대로 클리닝 시에는 웨이퍼측의 면적에 대한 벽측의 면적의 비율을 작게 하여 AC비가 작아지도록 제어하고 있다.
일본특허공개공보 평10-321605호
그러나, 배플판 또는 재치대를 가동식으로 하여 승강시키는 방법에 따르면, 가동부로부터 분진(粉塵)이 생기거나 이상 방전이 발생하는 경우가 있다. 이 결과, 콘태미네이션이 발생하거나 플라즈마 상태가 불안정해져 피처리체에 양호한 플라즈마 처리를 행하지 못하여 수율이 저하되어 생산성이 떨어진다고 하는 과제를 가지고 있었다.
또한, 단지 AC비를 크게 하면 프로세스에 따라서는 벽으로의 이온의 충돌력이 지나치게 작아지는 경우가 있어, 그 결과 벽에 불필요한 부착물이 퇴적된다. 근래, 1 개의 챔버로 다종의 프로세스를 행하는 경우가 많아, 예를 들면 CF계 가스의 처리 후 CF계 가스가 벽에 부착되어 있는 상태로 다음 프로세스를 행하면 다음 프로세스의 신뢰성이 저하되는 경우도 있다. 또한, AC비의 적정치는 프로세스의 종류에 따라 상이하다. 따라서, 벽을 지나치게 마모시키지 않고 또한 벽에 부착물이 지나치게 퇴적되지 않도록 하기 위해서는, 프로세스마다 AC비를 적정하게 조정할 필요가 있었다.
상기 과제를 감안하여, 본 발명은 대규모의 가동부를 설치하지 않고 AC비를 가변으로 하는 것이 가능한 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 어느 한 태양에 따르면, 처리 용기 내의 플라즈마 처리 공간에서 피처리체를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 장치로서, 상기 처리 용기 내의 플라즈마 존재 영역에 적어도 일부가 접하도록 배설된 조정 부재와, 상기 조정 부재에 연결되어 상기 조정 부재와 접지면의 전기적 접속 상태를 제어함으로써 상기 플라즈마 처리 공간의 접지 용량을 조정하는 임피던스 조정 회로를 가진 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
이에 따르면, 처리 용기 내의 플라즈마 존재 영역에 조정 부재 중 적어도 일부가 접하도록 조정 부재가 배설된다. 조정 부재에는 임피던스 조정 회로가 연결되어 조정 부재와 접지면의 전기적 접속 상태를 가변으로 한다. 이에 따라, 조정 부재를 접지 상태로 하거나 플로팅 상태로 할 수 있다.
조정 부재를 접지 상태로 하면, 웨이퍼측의 면적에 대하여 벽측의 접지 면적이 상대적으로 커져 AC비가 커지기 때문에, 벽면측의 시스 전압이 낮아진다. 이에 따라, 벽면측의 시스 영역에서 이온의 가속을 늦추어 벽으로의 이온의 충돌력을 작게 할 수 있어 벽의 마모를 억제할 수 있다.
한편, 조정 부재를 플로팅 상태로 하면, 웨이퍼측의 면적에 대하여 벽측의 접지 면적이 상대적으로 작아져 AC비가 작아지기 때문에, 벽면측의 시스 전압이 높아진다. 이에 따라, 벽으로의 이온의 충돌력을 크게 할 수 있어 벽에 래디컬 등의 부착물이 퇴적되는 것을 저감시킬 수 있다.
이와 같이 하여 AC비를 가변으로 함으로써, 대규모의 가동부를 설치하지 않고 벽면으로의 이온의 어택력을 프로세스마다 조정할 수 있다. 이에 따라, 벽의 과도한 마모 또는 벽으로의 과도한 부착물의 퇴적을 방지할 수 있다.
상기 임피던스 조정 회로는 일단(一端)이 접지된 스위치 기구를 포함하고, 상기 스위치 기구를 이용하여 상기 조정 부재의 접지 면적을 조정함으로써 상기 플라즈마 처리 공간의 접지 용량을 조정해도 좋다.
임피던스 조정 회로는 가변 콘덴서를 포함하고, 상기 가변 콘덴서를 이용하여 상기 조정 부재의 전기적 접속 상태를 조정함으로써 상기 플라즈마 처리 공간의 접지 용량을 조정해도 좋다.
상기 조정 부재는 배기 방향에 대하여 평행하게 설치되어도 좋다.
상기 조정 부재는 상기 재치대 외주에 설치된 배플판의 내부 공간에 설치되어도 좋다.
상기 조정 부재는 상기 배플판의 중심에 대하여 방사 형상으로 복수매 배치되어 있어도 좋다.
상기 조정 부재는 상기 배플판의 중심에 대하여 둘레 방향으로 1 매 또는 2 매 이상 배치되어 있어도 좋다.
상기 조정 부재는 등간격으로 복수매 배치되어도 좋고, 대칭적으로 복수매배치되어 있어도 좋다.
상기 복수매의 조정 부재의 각각에는, 상기 임피던스 조정 회로에 포함되는 복수의 상기 스위치 기구 또는 복수의 상기 가변 콘덴서 중 적어도 어느 하나가 일대일로 연결되어 있어도 좋다.
상기 임피던스 조정 회로는, 상기 스위치 기구마다 또는 상기 가변 콘덴서 마다의 제어에 의해 상기 플라즈마 존재 영역의 접지 용량을 조정해도 좋다.
메모리를 가지고, 상기 메모리에 미리 기억된 레시피에 따라 상기 임피던스 조정 회로를 제어하는 제어 장치를 가지고 있어도 좋다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 태양에 따르면, 처리 용기 내의 플라즈마 처리 공간에서 피처리체를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 장치를 이용한 플라즈마 처리 방법으로서, 상기 플라즈마 처리 장치에는 적어도 일부가 상기 처리 용기 내의 플라즈마 존재 영역에 접하도록 조정 부재가 설치되고, 상기 조정 부재에 연결된 임피던스 조정 회로에 의해 상기 조정 부재와 접지면의 전기적 접속 상태를 제어함으로써 상기 플라즈마 처리 공간의 접지 용량을 조정하는 플라즈마 처리 방법이 제공된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 대규모의 가동부를 설치하지 않고 AC비를 가변으로 하는 것이 가능한 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 전체 구성의 종단면도이다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 배플판 및 조정 부재로서의 핀(fin)의 구성을 설명하기 위한 도이다.
도 3은 제 1 실시예에 따른 핀 및 임피던스 조정 회로의 일부를 도시한 도이다.
도 4는 제 1 실시예에 따른 조정 부재의 변형예를 도시한 도이다.
도 5는 제 1 실시예에 따른 임피던스 조정 회로의 변형예를 도시한 도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 전체 구성의 종단면도이다.
도 7a 및 7b는 제 2 실시예에 따른 조정 부재의 변형예를 도시한 도이다.
도 8은 AC비와 전압비의 관계를 설명하기 위한 도이다.
도 9는 AC비와 벽 전위의 관계를 나타낸 그래프이다.
이하에 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에서 실질적으로 동일한 기능 구성을 가지는 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 중복 설명을 생략한다.
<제 1 실시예>
(플라즈마 처리 장치의 전체 구성)
우선, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 전체 구성에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은, 용량 결합형(평행 평판형)의 에칭 장치를 모식적으로 도시한 종단면도이다. 에칭 장치(10)는 처리 용기 내부에서 피처리체를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 장치의 일례이다.
에칭 장치(10)는 게이트 밸브(GV)로부터 반입된 웨이퍼(W)를 플라즈마 처리하는 처리 용기(100)를 가진다. 처리 용기(100)는 원통 형상으로 예를 들면 알루미늄 등의 금속으로 형성되어 접지되어 있다.
처리실의 내부에는 상부 전극(105) 및 하부 전극(110)이 대향하여 배설되고, 이에 따라 한 쌍의 평행 평판 전극을 구성하고 있다. 상부 전극(105)의 표면에는 알루미나 또는 이트리아가 용사(溶射)되어 있다. 상부 전극(105)에는 복수의 가스홀(105a)이 관통되어 있어 가스 공급원(115)으로부터 공급된 가스를 복수의 가스홀(105a)로부터 처리실 내로 도입하도록 되어 있다.
하부 전극(110)에는 웨이퍼(W)를 재치하는 재치대(120)가 설치되어 있다. 재치대(120)는 알루미늄 등의 금속으로 형성되어 있고, 도시하지 않은 절연체를 개재하여 지지 부재(125)에 의해 지지되어 있다. 이에 따라, 하부 전극(110)은 전기적인 부유(floting) 상태로 되어 있다. 재치대(120)의 외주 근방에는 배플판(130)이 설치되어 있어 가스의 흐름을 제어한다. 배플판(130)은 접지되어 있다. 배플판(130)의 형상에 대해서는 후에 상세하게 설명한다.
상부 전극(105)은 정합기(135)를 개재하여 고주파 전원(140)에 접속되어 있다. 가스 공급원(115)으로부터 공급된 가스는 고주파 전원(140)으로부터 출력된 예를 들면 60 MHz의 고주파의 전계 에너지에 의해 여기된다. 이에 따라 생성된 방전형의 플라즈마에 의해 웨이퍼(W)에 에칭 처리가 실시된다.
하부 전극(110)은 정합기(145)를 개재하여 예를 들면 2 MHz의 고주파를 출력하는 고주파 전원(150)에 접속되어 있다. 고주파 전원(150)을 이용하여 재치대(120)에 바이어스 전압을 인가함으로써, 재치대(120)를 향한 이온의 인입을 증가시킨다.
처리 용기(100)의 저면에는 배기구(155)가 설치되고, 배기구(155)에 접속된 배기 장치(160)에 의해 처리 용기(100)의 내부를 배기하여 처리 용기 내를 원하는 진공 상태로 유지한다.
본 실시예의 플라즈마 처리 공간은, 재치대(120) 및 배플판(130)의 상부로서 처리 용기 내의 벽측의 영역(Ca)과 웨이퍼측의 영역(Cc)으로 둘러싸인 공간이다.
본 실시예의 플라즈마 존재 영역은 플라즈마 처리 공간 중에 플라즈마가 존재하는 영역이며 배플판의 상방 공간이다.
고주파 전력(RF)이 인가된 전극 근처의 플라즈마 존재 영역의 플라즈마 전위는 주위의 전위보다 높은 전위를 갖고 있다. 예를 들면, 웨이퍼측의 영역(Cc)으로 둘러싸인 플라즈마 처리 공간에서 바이어스 전위가 음의 타이밍(웨이퍼 전위가 음)인 경우, 즉 웨이퍼 전위가 벽 전위(즉, 그라운드)보다 낮아질 경우, 플라즈마 전위는 벽 전위보다 10 ~ 50 V 정도 높은 전위가 된다. 한편, 바이어스 전위가 양의 타이밍(웨이퍼 전위가 음)인 경우, 즉 웨이퍼 전위가 벽 전위(즉, 그라운드)보다 높아질 경우, 플라즈마 전위는 웨이퍼측의 전위에 대하여 10 ~ 50 V 정도 높은 전위가 된다.
(AC비의 원리)
이어서, AC비의 원리에 대하여 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한다. ‘플라즈마 프로세싱의 기초’(전기 서원, 저자 Brian N.Chapman)에는 ‘블로킹 콘덴서를 이용했을 때의 전극 부근의 전압 분포’에 대하여 다음과 같은 기재가 있다.
도 8에 도시한 바와 같이, 2 개의 전극(90, 92)의 면적(A1, A2(A1 ≠ A2))의 관계를 고찰하여 각각의 시스 전압(V1, V2) 및 시스의 두께(D1, D2)를 고주파 방전의 전극 면적으로 나타낸다. 도 8에서는, 블로킹 콘덴서(94)를 이용하여 고주파 전원(96)으로부터 고주파 전력을 공급했을 때의 전극 부근의 전압 분포를 나타낸다.
이 때, 질량(mi)의 양이온은 글로우 공간 내에 발생하여 충돌하지 않고 암부(暗部)를 비행하여 공간 전하 제한 전류(ji)를 따른다.
ji = KV3 /2 / mi 1 /2D2 (K : 상수)
또한, 양이온의 전류 밀도는 균일하여 양전극에서 동일하다. 이 2 개의 가정을 이용하면,
V1 3 /2 / D1 2 = V2 3 /2 / D2 2 …(1)
이 성립된다.
암부의 용량은 전극 면적에 비례하고 시스의 두께에 반비례한다.
C ∝ A / D …(2)
고주파 전압은 2 개의 용량으로 용량적으로 배분된다.
V1 / V2 = C2 / C1 …(3)
(2) 식 및 (3) 식을 조합하면
V1 / V2 = A2 / D2 × D1 / A1
이를 (1) 식에 대입하면
V1 / V2 = (A2 / A1)4 …(4)
식 (4)는 다음을 나타낸다.
(a) 큰 시스 전압은 작은 전극에 걸린다.
(b) 전극 간의 비대칭성(A2 / A1)은 그 4 승으로 전압비(V1 / V2)에 영향을 미친다.
도 9에는 가로축에 AC비, 세로축에 벽 전위가 나타나 있다. 여기서는, 애노드 전극은 웨이퍼측이며, 캐소드 전극은 벽측이다. 여기서는, 고파워의 고주파 전압을 인가하여 벽에 장착한 QSM에 의해 벽에 입사하는 이온 에너지를 계측했다. 이에 의하면, AC비를 크게 할수록 벽에 입사하는 이온 에너지가 감소하는 것을 알 수 있다.
(AC비를 바꾸는 기구)
따라서, 벽에 입사하는 이온 에너지를 감소시켜 벽의 마모를 방지하기 위해서는, AC비를 크게 하면 된다. AC비를 크게 하기 위해서는 처리 용기 자체를 크게 하는 방법, 또는 배플판이나 재치대를 가동식으로 하여 승강시키는 방법이 생각된다. 그러나, 처리 용기 자체를 크게 할 경우, 플라즈마 존재 영역이 필요 이상으로 커져 웨이퍼에 작용하는 전력의 비율이 낮아진다. 또한, 배플판 등을 승강시키는 경우, 가동부로부터의 분진 또는 이상 방전의 문제가 발생한다. 또한, 프로세스의 종류에 따라 적정한 AC비는 상이하기 때문에, 단지 AC비를 크게 하면 프로세스에 따라서는 벽으로의 이온의 충돌력이 지나치게 작아지는 경우가 있다.
(AC비의 조정 부재 / 핀(fin))
따라서 본 실시예에서는, 대규모의 가동부를 설치하지 않고 AC비를 가변으로 제어 가능하도록 배플판(130)의 내부 공간에 AC비를 조정하기 위한 복수의 핀(fin)이 설치된다. 도 1 ~ 도 3을 참조하여 배플판(130) 내부의 기구에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 배플판(130)은 고리 형상으로 형성되어 재치대(120)의 외주에 배치된다. 도 3에 일부를 확대하여 도시한 바와 같이, 배플판(130)의 내주벽(130a)과 외주벽(130b)의 사이는 중공(中空)으로 되어 있다. 배플판(130)의 저면(130c)은 경사를 이루어 형성되고, 가스를 배기하기 위하여 다수의 홀(130c1)이 설치되어 있다. 배플판(130)은 접지되어 있다.
플레이트 형상의 핀(200)은 배플판(130)의 내부 공간에서 배플판(130)에 접하지 않도록 설치되어 있다. 핀(200)의 하부는 배플판(130)의 저면의 경사에 맞추어 동일 방향으로 경사진 판 형상 부재이다. 핀(200)은 처리 용기(100) 내의 플라즈마 존재 영역에 적어도 일부가 접하도록 배설된 조정 부재의 일례이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 핀(200)은 배플판(130)의 중심에 대하여 방사 형상으로 24 매 배치되어 있다. 핀(200)은 배기 방향에 대하여 평행하게 설치되어 등간격으로 대칭적으로 배치되어 있다. 이에 따라, 프로세스 가스의 흐름을 방해하지 않도록 하여 컨덕턴스를 양호하게 유지하도록 되어 있다. AC비를 크게 하기 위해서는, 컨덕턴스에 악영향을 주지 않는 범위에서 핀(200)의 매수를 많이 하면 좋다. 단, 핀의 매수는 1 매여도 좋다. 복수매인 경우에는 각 핀(200)으로부터 접지까지의 전류 패스가 대칭이 되도록 하는 것이 바람직하다.
핀(200)은 알루미늄(Al)에 이트리아(Y2O3)의 절연 피막 등으로 코팅되어 있어도 좋고, 알루마이트 처리되어 있어도 좋다. 핀(200)은 또한, 유전체의 표면에 금속과 절연막 코팅이 적층된 구조여도 좋다.
도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 핀(200)에는 핀(200)의 전기적 접속 상태를 제어하는 임피던스 조정 회로(210)가 접속되어 있다. 임피던스 조정 회로(210)는 24 매의 핀(200)의 각각에 일대일로 설치된 스위치(SW)를 포함하여 형성된다. 핀(200)과 스위치(SW)는 급전봉(선)(l)을 개재하여 접속되어 있다. 각 핀(200)은 도 1에 도시한 바와 같이 처리 용기(100)의 외부에서 스위치(SW)와 접속되어 있다. 각 스위치(SW)의 타단(他端)은 처리 용기(100)에 연결되고 이에 의해 접지된다.
또한, 도시하지 않지만, 급전봉(l)은 석영(quartz) 등의 보호 부재로 덮인 상태로 처리 용기(100)의 측벽을 관통하여 스위치(SW)에 접속된다. 급전봉(l)을 절연물에 의해 형성된 보호 부재로 커버하여 핀(200)이 단락되지 않도록 되어 있다.
재차 도 3을 참조하면, 임피던스 조정 회로(210)는 제어 장치(220)와 접속되어 있다. 제어 장치(220)는 CPU(220a), 메모리(220b), 인터페이스(I/F)(220c)를 가지고 있고, 각 부는 내부 버스(220d)에 의해 신호 교환이 가능하도록 되어 있다.
메모리(220b)에는 미리 임피던스 조정 회로(210)의 각 스위치(SW)의 온 또는 오프의 전환을 제어하기 위한 레시피가 기억되어 있다. 레시피는 프로세스마다 온해야 할 스위치를 바꾸어 접지되어야 할 핀(200)의 매수와 위치를 특정한다. CPU(220a)는 앞으로 실행할 프로세스에 합치(合致)하는 레시피를 선택하고, 그 레시피에 따라 각 스위치(SW)의 온 및 오프를 제어한다.
이에 따르면, 접지된 핀(200)의 매수에 따라 핀(200)의 접지 면적을 가변으로 함으로써 (4) 식에 기초하여 AC비를 조정할 수 있다. 예를 들면, 제어 장치(220)의 제어에 의해 스위치(SW)를 오프한 상태에서는, 각 핀(200)은 플로팅 상태로 되어 있다. 한편, 스위치(SW)를 온한 상태로 하면 핀(200)은 접지 상태가 된다.
스위치(SW)를 온으로 하는 수를 증가시킴으로써 접지된 핀(200)의 매수를 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 도 1에 도시한 벽측의 영역(Ca)의 접지 면적의 비율은 웨이퍼측의 영역(Cc)에 대하여 상대적으로 커진다. 이 결과, AC비가 커져 벽측의 영역(Ca)의 시스 전압을 낮출 수 있다. 이 결과, 이온에 의한 벽으로의 스터퍼링력이 작아져 벽의 마모를 억제할 수 있다.
예를 들면, 고파워의 프로세스 시에는 벽의 마모가 심해진다. 이를 피하기 위하여, 스위치(SW)를 온으로 하는 수를 증가시켜 접지 상태의 핀(200)의 매수를 증가시키고 AC비를 크게 하여 벽면측(Ca)의 시스 전압을 낮춘다. 이에 따라, 벽면으로의 이온의 어택력을 줄일 수 있어 벽의 마모를 억제할 수 있다.
한편, 스위치(SW)를 오프로 하는 수를 증가시킴으로써 접지 상태의 핀(200)의 매수를 줄일 수 있다. 이에 따라, 도 1에 도시한 벽측의 영역(Ca)의 접지 면적의 비율은 웨이퍼측의 영역(Cc)에 대하여 상대적으로 작아진다. 이 결과, AC비가 작아져 벽측의 영역(Ca)의 시스 전압을 높일 수 있다. 이 결과, 이온에 의한 벽으로의 스퍼터링력이 커져 벽으로의 부착물의 퇴적을 억제할 수 있다.
예를 들면, 저파워의 프로세스 시에는 벽에 래디컬 등이 부착되기 쉬워진다. 이를 피하기 위하여, 스위치(SW)를 오프로 하여 핀(200)을 플로팅 상태로 하고 AC비를 작게 하여 벽면측(Ca)의 시스 전압을 높인다. 이에 따라, 벽에 충돌하는 힘을 크게 할 수 있어 부착물의 퇴적을 억제할 수 있다.
비교적 파워가 작은 플라즈마 클리닝에서 벽에 충돌하는 이온이 부족해져 클리닝 시간이 증가하는 경우에도, 이를 피하기 위하여 스위치(SW)를 오프로 하여 핀(200)을 플로팅 상태로 하고 AC비를 작게 제어하여 벽면측(Ca)의 시스 전압을 높이도록 제어하면, 벽에 충돌하는 힘을 크게 할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따르면, 스위치(SW)의 전환에 의해 프로세스에 따라 벽면측의 시스 전압을 적정한 크기로 할 수 있어, 벽이 지나치게 마모되거나 벽에 부착물이 지나치게 퇴적되는 것을 방지할 수 있다. 이 결과, 챔버 사이즈 또는 고주파 전원의 파워를 불필요하게 증가시키지 않고 고속 에칭이 가능해져, 생산 코스트의 저감, 풋프린트의 향상 및 에너지 절약을 도모할 수 있다. 또한, 클리닝 프로세스 또는 마스크 프로세스 등의 저고주파 파워 시에도 처리의 고속화를 도모하고, 벽으로의 부착물의 퇴적 상태를 안정화하여 프로세스의 제어성을 향상시킬 수 있다.
또한 본 실시예에서는, 24 매의 핀(200)을 배치하고 각각에 스위치(SW)를 설치하고 있기 때문에, 각 스위치(SW)의 전환에 의해 핀(200)의 접지 상태를 미세하게 제어할 수 있다.
예를 들면, 웨이퍼의 산화막을 에칭 시에 하부 전극(110)에 1000 ~ 2000 V 정도의 전압을 걸고자 하는 경우, 웨이퍼에 큰 이온 에너지를 부여하기 위해서는 AC비가 클수록 좋기 때문에 많은 핀(200)을 접지 상태로 하면 된다. 한편, 웨이퍼측의 에너지를 낮추고 벽에 충돌하는 에너지를 높이고자 하는 경우에는 AC비가 작을수록 좋기 때문에 많은 핀(200)을 플로팅 상태로 하면 된다. 이와 같이 핀(200)의 접지 매수를 바꿈으로써, 재치대 등을 가동시키는 기구를 필요로 하지 않고 벽으로의 부착물의 퇴적 상태 및 벽으로의 스퍼터링 상태를 미세 조정할 수 있다.
또한, 각 핀(200)의 접지 / 비접지 상태는 가능한 한 대칭성을 가지고 등간격이 되도록 제어하는 것이 좋다. 이에 따라, 벽으로의 퇴적물을 균일하게 부착시킬 수 있고 또한, 벽을 균일하게 마모시킬 수 있다.
또한, 스위치 기구는 메커니컬, 릴레이, 반도체 스위치 등을 사용할 수 있다. 또한, 스위치의 전환 및 전환 타이밍은 레시피의 설정에 따라 프로세스 중에 가변으로 하는 것도 가능하다.
<제 1 실시예의 변형예 1 : AC비의 조정 부재 / 링 형상 부재>
조정 부재의 다른 예로서는, 핀(200) 대신에 도 4에 도시한 링 형상 부재(250)를 이용해도 좋다. 링 형상 부재(250)는 핀(200)과 마찬가지로, 배플판(130)의 내부 공간에 설치되고 배플판(130)과 접촉되어 있지 않다. 링 형상 부재(250)는 배플판(130)에 대하여 둘레 방향으로 1 매 설치되어 있지만, 2 매 이상 설치되어 있어도 좋다. 링 형상 부재(250)는 배기 방향에 대하여 평행하게 설치되어, 이에 따라 프로세스 가스의 흐름을 방해하지 않도록 하여 컨덕턴스를 양호하게 유지하도록 되어 있다. 링 형상 부재(250)는 배플판(130)의 내주벽(130a)과 외주벽(130b)의 사이에 등간격으로 배치된다.
본 변형예에 의해서도, 도 4에서는 도시하지 않은 임피던스 조정 회로(210)의 스위치(SW)의 전환에 의해 링 형상 부재(250)를 접지 또는 비접지 상태로 제어함으로써, (4) 식에 기초하여 AC비를 조정할 수 있다. 이에 따라, 벽이 지나치게 마모되거나 벽에 부착물이 지나치게 퇴적되는 것을 방지할 수 있다.
<제 1 실시예의 변형예 2 : 임피던스 조정 회로>
임피던스 조정 회로(210)의 다른 예로서는, 제 1 실시예에서 설명한 스위치 구성에 추가로 도 5에 도시한 고정 콘덴서(C)를 핀(200)과 스위치(SW)의 사이에 설치해도 좋다. 이에 따르면, 복수의 고정 콘덴서(C)와 복수의 스위치(SW)의 조합에 의해 가변 콘덴서가 형성된다. 임피던스 조정 회로(210)에는 다른 기구의 가변 콘덴서를 이용해도 좋다.
제 1 실시예에서는, 일단(一端)이 접지된 스위치(SW)를 이용하여 핀(200)의 접지 면적을 조정함으로써 접지 용량을 조정했다. 이에 반해, 변형예 2에서는, 가변 콘덴서를 이용하여 핀(200)의 전기적 접속 상태를 조정함으로써 접지 용량을 조정한다.
식 (3) 및 식 (4)에 의하면, 식 (5)가 도출된다.
V1 / V2 = (A2 / A1)4 = C2 / C1 …(5)
이에 따르면, 벽측의 영역(Ca)과 웨이퍼측의 영역(Cc)의 면적비 대신에, 벽측의 영역(Ca)과 웨이퍼측의 영역(Cc)의 용량비를 이용하여 AC비를 정할 수 있다. 스위치(SW)에서는 온 및 오프에 의해 접지 / 비접지의 2 값만을 전환할 수 있지만, 가변 콘덴서를 가지는 임피던스 조정 회로(210)에 의하면 접지 용량을 연속적으로 바꿀 수 있다.
구체적으로는, 가변 콘덴서의 용량을 크게 하면 접지 용량이 커지고, 가변 콘덴서의 용량을 작게 하면 접지 용량이 작아진다. 따라서, 스위치(SW)를 온하는 수를 증가시킬수록 핀(200)이 접지된 상태에 가까워져 웨이퍼측의 영역(Cc)의 시스 용량에 대한 벽측의 영역(Ca)의 시스 용량의 비를 크게 할 수 있어 AC비가 커진다. 이에 따라, 벽의 마모를 억제할 수 있다.
한편, 스위치(SW)를 오프하는 수를 증가시킬수록 핀(200)이 플로팅 상태에 가까워져 웨이퍼측의 영역(Cc)의 시스 용량에 대한 벽측의 영역(Ca)의 시스 용량의 비를 작게 할 수 있어 AC비가 작아진다. 이에 따라, 벽으로의 래디컬의 부착을 줄일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예 및 그 변형예에 따르면, 조정 부재를 이용하여 벽측의 접지 면적, 접지 용량을 가변으로 함으로써 AC비를 제어할 수 있고, 이에 따라 벽의 마모 또는 부착물의 퇴적 상태를 조정할 수 있다.
<제 2 실시예>
(플라즈마 처리 장치의 전체 구성)
이어서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 전체 구성에 대하여 도 6을 참조하여 설명한다. 본 실시예에서는, 조정 부재의 일례인 막대 형상 부재(260a, 260b, 260d, 260e) 또는 링 형상 부재(260c)가 플라즈마 존재 영역에 적어도 일부가 접하도록 배설되어 있다.
본 실시예에서도, 스위치(SW)를 온 또는 오프로 하여 막대 형상 부재(260a, 260b, 260d, 260e) 또는 링 형상 부재(260c)를 접지 상태 또는 비접지 상태로 제어함으로써, AC비를 조정하여 벽측의 시스 전압을 변화시킨다. 이에 의해, 벽에 대한 이온의 충돌력을 조정할 수 있어 벽의 과도한 마모 또는 부착물의 과도한 퇴적을 억제할 수 있다.
도 7a, 7b는, 막대 형상 또는 링 형상의 조정 부재의 다른 구성예를 도시하고 있다. 막대 형상 또는 링 형상의 조정 부재(260f, 260g)는 가스의 흐름을 방해하지 않도록 하면서 또한 조정 부재의 표면적을 가능한 한 증가시키기 위하여, 배기 방향에 대하여 평행하게 복수 설치되어 있다. 각 조정 부재(260f, 260g)의 배치 위치는 웨이퍼 근방 또는 웨이퍼 상부를 피하여, 도 7a에 도시한 바와 같이 재치대(120)의 외주 또는, 웨이퍼의 상부 외주측으로서, 웨이퍼의 반송에 방해가 되지 않는 개소에 배치하면 바람직하다. 이에 의해, 콘태미네이션의 문제를 회피할 수 있다.
도 7b의 막대 형상 또는 링 형상의 조정 부재(260h)에서는, 표면이 절연물로 덮인 2 매의 도전성 부재(260h1)의 사이에 절연 부재(260h2)가 샌드위치된 적층 구조를 가지고 있다. 각 도전성 부재(260h1)에는 각각 스위치(SW)가 연결되어 있어 각 스위치(SW)의 온, 오프를 각각 전환함으로써 각 도전성 부재(260h1)를 각각 따로 접지 / 비접지 상태로 제어할 수 있다. 이에 따라, 조정 부재(260h)의 양면을 이용하여 편면(片面)마다 접지 상태를 조정할 수 있다.
본 실시예에 의해서도 스위치(SW)의 전환에 의해 프로세스에 따라 벽면측의 시스 전압을 적정하게 제어할 수 있어, 벽을 지나치게 마모시키거나 벽에 부착물이 지나치게 퇴적되는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 조정 부재는 적어도 일부가 플라즈마 존재 영역에 접하고 있는 부재이면 좋고, 조정 부재를 이용하여 AC비를 가변하게 한다. 이에 의해, 벽측의 접지 용량을 조정하여 벽면에 충돌하는 이온 에너지를 높이거나 낮춤으로써, 벽의 마모 또는 벽으로의 부착물의 퇴적을 제어할 수 있다.
이러한 구성에 따르면, 재치대 또는 배플판을 가동식으로 하는 등의 대규모의 구조를 필요로 하지 않기 때문에, 코스트 또는 풋프린트에서 유리하다. 또한, 플라즈마 처리 공간도 필요 이상으로 커지지 않기 때문에, 고주파 전력을 필요 이상으로 하이 파워로 설정할 필요가 없어 에너지의 불필요한 소비를 억제할 수 있다.
상기 각 실시예에서 플라즈마 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 서로 관련되어 있어 서로의 관련을 고려하면서 일련의 동작으로서 치환할 수 있다. 이에 의해, 플라즈마 처리 장치의 실시예를 플라즈마 처리 장치를 이용한 플라즈마 처리 방법의 실시예로 할 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시예에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다. 본 발명이 속하는 기술의 분야에서의 통상의 지식을 가진 자라면 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서 각종의 변경예 또는 수정예를 도출해 낼 수 있는 것은 자명하며, 이들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.
예를 들면, 본 발명에 따른 조정 부재는 판 형상이어도 좋고, 막대 형상이어도 좋다. 본 발명에 따른 조정 부재는 사행(蛇行)이어도 좋다. 표면적이 작은 조정 부재를 다수 설치하면 접지 면적의 미세 조정을 할 수 있다. 한편, 표면적이 큰 조정 부재를 설치하면 AC비를 크게 조정할 수 있다.
또한, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 에칭 장치에 한정되지 않고 애싱, 표면 개질, CVD(Chemical Vapor Deposition) 등의 플라즈마 처리를 행하는 장치이면 좋다.
또한, 본 발명의 플라즈마 처리 장치에 의해 플라즈마 처리되는 피처리체는 실리콘 웨이퍼에 한정되지 않고, FPD(Flat Panel Display)용 기판 또는 태양 전지용 기판 등이어도 좋다.
10 : 에칭 장치
100 : 처리 용기
105 : 상부 전극
110 : 하부 전극
120 : 재치대
130, 180 : 배플판
140, 150 : 고주파 전원
200 : 핀
210 : 임피던스 조정 회로
220 : 제어 장치
250, 260c : 링 형상 부재
260a, 260b, 260d, 260e : 막대 형상 부재
260c : 링 형상 부재
SW : 스위치

Claims (13)

  1. 처리 용기 내의 플라즈마 처리 공간에서 피처리체를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 장치로서,
    상기 처리 용기 내의 플라즈마 존재 영역에 적어도 일부가 접하도록 배설된 조정 부재와,
    상기 조정 부재에 연결되어 상기 조정 부재와 접지면의 전기적 접속 상태를 제어함으로써 상기 플라즈마 처리 공간의 접지 용량을 조정하는 임피던스 조정 회로를 구비한 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 임피던스 조정 회로는 일단(一端)이 접지된 스위치 기구를 포함하고, 상기 스위치 기구를 이용하여 상기 조정 부재의 접지 면적을 조정함으로써 상기 플라즈마 처리 공간의 접지 용량을 조정하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 임피던스 조정 회로는 가변 콘덴서를 포함하고, 상기 가변 콘덴서를 이용하여 상기 조정 부재의 전기적 접속 상태를 조정함으로써 상기 플라즈마 처리 공간의 접지 용량을 조정하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조정 부재는 배기 방향에 대하여 평행하게 설치되는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 조정 부재는 재치대의 외주에 설치된 배플판의 내부 공간에 설치되는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 조정 부재는 상기 배플판의 중심에 대하여 방사 형상으로 복수매 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 조정 부재는 상기 배플판의 중심에 대하여 둘레 방향으로 1 매 또는 2 매 이상 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 조정 부재는 대칭적으로 복수매 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 조정 부재는 등간격으로 복수매 배치되는 플라즈마 처리 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수매의 조정 부재의 각각에는, 상기 임피던스 조정 회로에 포함되는 복수의 스위치 기구 또는 복수의 가변 콘덴서 중 적어도 어느 하나가 일대일로 연결되어 있는 플라즈마 처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 임피던스 조정 회로는, 상기 스위치 기구마다 또는 상기 가변 콘덴서마다의 제어에 의해 상기 플라즈마 처리 공간의 접지 용량을 조정하는 플라즈마 처리 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    메모리를 가지고, 상기 메모리에 미리 기억된 레시피에 따라 상기 임피던스 조정 회로를 제어하는 제어 장치를 구비한 플라즈마 처리 장치.
  13. 처리 용기 내의 플라즈마 처리 공간에서 피처리체를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 장치를 이용한 플라즈마 처리 방법으로서,
    상기 플라즈마 처리 장치에는 적어도 일부가 상기 처리 용기 내의 플라즈마 존재 영역에 접하도록 조정 부재가 설치되고,
    상기 조정 부재에 연결된 임피던스 조정 회로에 의해 상기 조정 부재와 접지면의 전기적 접속 상태를 제어함으로써 상기 플라즈마 처리 공간의 접지 용량을 조정하는 플라즈마 처리 방법.
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