KR20160002356A - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

[과제] 스텝 전환후에 신속하게 플라즈마를 안정시키고, 적절한 플라즈마 처리가 가능한 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 제공한다.
[해결수단] 제어 장치(16)는, 제1 스텝에 있어서 고주파 발생원(1)을 제1 에너지 조건으로 구동시키고, 제2 스텝에 있어서 고주파 발생원(1)을 제2 에너지 조건으로 구동시킨다. 제1 스텝과 제2 스텝의 전환 시각보다 먼저, 가스 공급 시스템(11)으로부터 처리 용기(8) 내에 공급되는 가스종을 전환하고, 전환 직후의 초기 기간의 가스 유량을 초기 기간 경과후의 안정 기간에서의 가스 유량보다 크게 설정한다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD}
본 발명의 양태는, 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
종래, 반도체 웨이퍼에 성막 처리, 에칭 처리 등의 플라즈마 처리를 실시하는 장치로서, DRM(Dipole Ring Magnet)형 플라즈마 처리 장치가 알려져 있다. 이 DRM형 플라즈마 처리 장치는, 반도체 웨이퍼를 수용하는 처리 용기와, 처리 용기의 주위에 있어서 고리형으로 배치되며 점대칭으로 쌍을 이루어 각각 세워져 설치되는 복수의 원통형 자석을 구비하고, 그 복수의 원통형 자석은 동기 회전 가능하게 회전 구동 기구에 연결되어 있다. 각 원통형 자석(세그멘트 자석)은, 180도 회전했을 때에 자화 방향이 1회전(반전)한다. 그리고, DRM형 플라즈마 처리 장치는, 복수의 원통형 자석을 동기 회전시켜 처리 용기 내에 수평 방향의 자장을 인가하고, 처리 용기 내의 재치대 상에 수평으로 배치된 반도체 웨이퍼에 플라즈마 처리를 실시한다(예컨대 특허문헌 1, 특허문헌 2 참조).
이러한 DRM형의 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 복수 종류의 플라즈마 처리가 시계열로 행해진다. 각 플라즈마 처리가 전환하는 경우에는, 처리 가스의 종류와 RF 고주파 발생원의 설정치를 전환하고 있다. 예컨대, Si를 함유하는 반사 방지막(Si-ARC)을 에칭하는 플라즈마 처리 공정과, 비정질 카본을 에칭하는 플라즈마 처리 공정에서는, 각각에 요구되는 가스종과, RF 고주파 발생원의 설정치(주파수와 전력)가 상이하기 때문이다.
바꾸어 말하면, 종래의 플라즈마 처리 장치는 제1 스텝 종료시에 플라즈마가 소화되기 때문에, 파티클이 기판 상에 퇴적하여 디바이스의 불량을 발생시킬 가능성이 있었다. 플라즈마를 연속하여 발생시킴으로써, 기판 상의 플라즈마 시스를 유지하여 파티클 퇴적에 의한 디바이스 불량을 억제하는 기술이 디바이스 메이커에서 최근 실시되고 있다. 예컨대, 일실시형태로서, 처리 용기와, 처리 용기 내에 가스를 공급하는 가스 공급 시스템과, 처리 용기 내에 플라즈마 발생용의 고주파를 도입하는 고주파 발생원과, 가스 공급 시스템 및 고주파 발생원을 제어하는 제어 장치를 구비하고 있고, 제어 장치는, 제1 스텝에 있어서 고주파 발생원을 제1 에너지 조건으로 구동시키고, 제2 스텝에 있어서 고주파 발생원을 제2 에너지 조건으로 구동시키고 있다. 또, 플라즈마는 조건의 전환 전후에 있어서도 연속하여 발생하는 것이 알려져 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 평7-130495호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2006-24775호 공보
그러나, 제1 스텝으로부터 제2 스텝으로 전환한 경우에 있어서, 플라즈마의 안정 기간에 들어가기 위해서는 시간이 걸린다고 하는 과제가 있다. 플라즈마가 안정되지 않는 경우에는 적절한 처리를 할 수 없게 된다. 본 발명은 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 스텝 전환후에 신속하게 플라즈마를 안정시켜, 적절한 플라즈마 처리가 가능한 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 형태에 따른 제1 플라즈마 처리 장치는, 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 가스를 공급하는 가스 공급 시스템과, 상기 처리 용기 내에 플라즈마 발생용의 고주파를 도입하는 고주파 발생원과, 상기 가스 공급 시스템 및 상기 고주파 발생원을 제어하는 제어 장치를 구비하고, 상기 제어 장치는, 제1 스텝에 있어서 상기 고주파 발생원을 제1 에너지 조건으로 구동시키고, 제2 스텝에 있어서 상기 고주파 발생원을 제2 에너지 조건으로 구동시키고, 상기 제1 스텝과 상기 제2 스텝의 전환 시각보다 먼저, 상기 가스 공급 시스템으로부터 상기 처리 용기 내에 공급되는 가스종을 전환하고, 전환 직후의 초기 기간의 가스 유량을 상기 초기 기간 경과후의 안정 기간에서의 가스 유량보다 크게 설정하는 것을 특징으로 한다.
이 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 고주파 발생원의 에너지 조건의 전환 시각보다 먼저 가스종을 전환하고 또한 이 가스 유량을 크게 함으로써, 신속하게 처리 용기 내에서의 제1 스텝의 가스를 배기하고, 처리 용기 내의 가스의 균일성을 개선시키고, 압력을 안정시키고, 플라즈마를 안정시키는 안정 기간에 신속하게 들어갈 수 있다.
본 발명의 형태에 따른 제2 플라즈마 처리 장치는, 상기 처리 용기 내의 가스의 배기 효율을 조정하는 배기 효율 조정 수단을 더 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 배기 효율 조정 수단을 제어하여, 상기 초기 기간 내에 있어서, 상기 처리 용기 내의 가스의 배기 효율을 상기 안정 기간에서의 가스의 배기 효율보다 증가시키는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같이, 에너지 조건의 전환보다 먼저 가스 유량을 크게 증가시킨 경우에는, 내부의 압력이 불규칙하게 변동하는 경우가 있지만, 배기 효율을 증가시킴으로써 이러한 압력의 변동을 억제할 수 있다.
본 발명의 형태에 따른 제1 플라즈마 처리 방법은, 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 가스를 공급하는 가스 공급 시스템과, 상기 처리 용기 내에 플라즈마 발생용의 고주파를 도입하는 고주파 발생원과, 상기 가스 공급 시스템 및 상기 고주파 발생원을 제어하는 제어 장치를 구비한 플라즈마 처리 장치를 이용한 플라즈마 처리 방법으로서, 상기 고주파 발생원을 제1 에너지 조건으로 구동시키는 제1 스텝과, 상기 고주파 발생원을 제2 에너지 조건으로 구동시키는 제2 스텝을 구비하고, 상기 제1 스텝과 상기 제2 스텝의 전환 시각보다 먼저, 상기 가스 공급 시스템으로부터 상기 처리 용기 내에 공급되는 가스종을 전환하고, 전환 직후의 초기 기간의 가스 유량을 상기 초기 기간 경과후의 안정 기간에서의 가스 유량보다 크게 설정하는 것을 특징으로 한다.
이 플라즈마 처리 방법에 있어서는, 전술한 장치의 경우와 마찬가지로, 고주파 발생원의 에너지 조건의 전환 시각보다 먼저 가스종을 전환하고 또한 이 가스 유량을 크게 함으로써, 신속하게 처리 용기 내에서의 제1 스텝의 가스를 배기하고, 처리 용기 내의 가스의 균일성을 개선시키고, 압력을 안정시키고, 플라즈마를 안정시키는 안정 기간에 신속하게 들어갈 수 있다.
본 발명의 형태에 따른 제2 플라즈마 처리 방법은, 상기 초기 기간 내에 있어서, 상기 처리 용기 내의 가스의 배기 효율을 상기 안정 기간에서의 가스의 배기 효율보다 증가시키는 것을 특징으로 한다.
이 플라즈마 처리 방법에 있어서는, 전술한 장치의 경우와 마찬가지로, 에너지 조건의 전환보다 먼저 가스 유량을 크게 증가시킨 경우에는 내부의 압력이 불규칙하게 변동하는 경우가 있지만, 배기 효율을 증가시킴으로써 이러한 압력의 변동을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 양태에 따른 플라즈마 처리 장치는, 처리 용기와, 처리 용기 내에 가스를 공급하는 가스 공급 시스템과, 처리 용기 내에 플라즈마 발생용의 고주파를 도입하는 고주파 발생원과, 처리 용기 내의 가스의 배기 효율을 조정하는 배기 효율 조정 수단과, 가스 공급 시스템 및 배기 효율 조정 수단을 제어하는 제어 장치를 구비하고, 제어 장치는, 처리 용기 내에 있어서 실행되는 제1 스텝과 제2 스텝에서의 처리 용기 내의 설정 압력이 상이한 경우에 있어서, 제2 스텝에서의 처리 용기 내의 설정 압력 및 가스 공급 시스템으로부터 공급되는 가스의 설정 유량에 기초하여, 이들 값과 상관관계를 갖는 배기 효율 조정 수단의 배기 효율의 목표치를 설정하고, 실제의 배기 효율이 배기 효율의 상기 목표치가 되도록 배기 효율 조정 수단을 제어하고 있다.
배기 효율의 목표치를, 이것과 상관관계를 갖는 설정 압력 및 설정 유량에 기초하여 미리 구했기 때문에, 처리 용기 내의 압력을 신속하게 목표치에 일치시켜, 처리 용기 내 압력 및 플라즈마 상태를 안정시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 제1 스텝의 플라즈마로부터 제2 스텝의 플라즈마로 이행할 때에 반드시 발생하는 가스 천이 상태시간을 짧게 하는 것이 가능하고, 그것에 의해 플라즈마가 안정 상태에 도달하는 시간도 짧게 하는 것이 가능하다. 즉, 플라즈마 천이 상태를 짧게 개선할 수 있었던 결과, 파티클 저감을 위한 연속 방전 처리(콘티뉴어스 플라즈마)에 있어서도, 단속 방전 처리의 플라즈마 처리 결과에 보다 가까워지는 것이 가능해진다. 또한, 디바이스에서의 플라즈마 에칭막에 대해서는, 하드웨어에 의한 가스 지연을 고려 개선한 플라즈마 처리를 제공하는 것에 의해, 디바이스에 대하여 보다 적절한 플라즈마 처리를 행하는 것이 가능해진다. 따라서, 본 발명에 의하면, 플라즈마가 안정되는 안정 기간에 신속하게 들어갈 수 있기 때문에 적절한 플라즈마 처리를 행할 수 있다.
도 1은 플라즈마 처리 장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 각종 파라미터의 설계상의 타이밍차트이다.
도 3은 각종 파라미터의 실제의 타이밍차트이다.
도 4는 각종 파라미터의 실제의 타이밍차트이다.
도 5는 각종 파라미터의 실제의 타이밍차트이다.
도 6은 각종 파라미터의 실제의 타이밍차트이다.
도 7은 압력의 타이밍차트이다.
도 8은 플라즈마 처리 장치에서의 압력 제어 시스템의 블럭도이다.
도 9의 (A)는 컨덕턴스(sccm/mTorr)와 APC 개방 각도(°)의 관계를 나타내는 그래프, (B)는 압력(mTorr)과 유량(sccm)에 따른 APC 개방 각도(°), (C)는 압력(mTorr)과 유량(sccm)에 따른 컨덕턴스(sccm/mTorr)의 관계를 나타내는 도표이다.
도 10의 (A)는 실시예에 따른 APC 개방 각도의 타이밍차트이고, (B)는 비교예에 따른 APC 개방 각도의 타이밍차트이다.
도 11은 실시예 1 및 비교예 1에 따른 APC 개방 각도(°) 및 처리 용기 내 압력(mTorr)의 경시적 변화를 나타내는 그래프이다.
도 12는 실시예 2 및 비교예 2에 따른 APC 개방 각도(°) 및 처리 용기 내 압력(mTorr)의 경시적 변화를 나타내는 그래프이다.
이하, 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관해 설명한다. 또, 동일 요소에는 동일 부호를 이용함으로써 중복 설명은 생략한다.
도 1은, 플라즈마 처리 장치의 구조를 나타내는 도면이다.
이 플라즈마 처리 장치는, 처리 용기(8)와, 처리 용기(8) 내에 가스를 공급하는 가스 공급 시스템(11)과, 처리 용기(8) 내에 플라즈마 발생용의 고주파를 도입하는 고주파 발생원(1)과, 처리 용기(8) 내의 가스의 배기 효율을 조정하는 컨덕턴스 가변의 APC(3)(자동 압력 제어 밸브 : 배기 효율 조정 수단)을 구비하고 있다. APC(3)는 터보 분자 펌프 등의 배기 장치(4)에 접속되어 있고, 배기 장치(4)는 처리 용기(8) 내의 가스를 APC(3)을 통해 배기한다.
처리 용기(8)의 내부에는 기판 등의 시료(6)가 배치되는 시료대(5)가 배치되어 있고, 시료대(5)의 상측에 있어서 플라즈마(7)가 발생한다. 플라즈마(7)는 RF 마그네트론 플라즈마이며, 플라즈마(7)의 발생 공간에는, 가스 공급 시스템(11)으로부터 가스 확산 공간(9) 및 가스 도입 구멍(10)을 통해 가스가 공급된다. 공급된 가스에는, 고주파 발생원(1)으로부터의 고주파가, 마그넷(14)으로부터 자장이 부여되어, 플라즈마가 발생한다. 발생한 플라즈마에 의해 시료(6)가 처리된다.
또, 마그넷(14)은, 처리 용기(8)의 주위에 고리형으로 배치되고 점대칭으로 쌍을 이루어 각각 세워져 설치되는 복수의 원통형 자석을 구비하고, 그 복수의 원통형 자석은 동기 회전 가능하게 회전 구동 기구에 연결되고, DRM형의 플라즈마장치가 구성되어 있다.
처리 용기(8)의 내부에서 발생한 플라즈마(7)는, 처리 용기(8)의 외벽에 설치된 석영창(13)을 통해 모니터 장치(12)에 의해 관찰된다. 모니터 장치(12)는, 플라즈마로부터 출력되는 광을 파장마다 분해하여 관찰하는 분광 분석 장치 등을 채택할 수 있다. 분광 분석 장치에서는, 스펙트럼 해석을 행함으로써 그 스펙트럼에 대응하는 성분을 특정할 수 있다.
가스 공급 시스템(11) 내에는, 복수 종류의 가스가 공급 시스템에 정비되어 있다. 이 가스 공급 시스템(11)에서는, 예컨대 가스원에 축적된 A, B, C, D의 4종류의 가스를, 각각 전단 밸브(11B), 유량 제어 장치(11C), 후단 밸브(11D)를 통해 가스 배관(11A)에 공급할 수 있다. 유량 제어 장치(11C)는 이것을 통과하는 가스 유량을 제어하는 장치이며, MFC(Mass Flow Controller) 또는 FCS(Flow Control System)이다. 가스 배관(11A)은 처리 용기(8)의 가스 확산 공간(9)에 접속되어 있다. 이들 가스는 처리 용기(8)의 상부에 설치된 가스 확산 공간(9) 내에 도입된다. 가스 확산 공간(9)의 바닥부(15)는, 그라운드 전위에 고정되어 있고, 또한 복수의 가스 도입 구멍(10)이 형성되어 있다. 바닥부(15)와 고주파 발생원(1) 사이에는, 플라즈마 발생용의 고주파 전압이 인가된다.
고주파(RF) 발생원의 출력 임피던스는 통상은 50 Ω이지만, 플라즈마의 임피던스는 플라즈마의 상태에 따라 변화하기 때문에, 플라즈마 부하에 대하여 그대로 고주파(RF)를 공급하면 고주파는 반사된다. RF 매처는, 플라즈마 임피던스의 변화에 따라서 임피던스 정합을 행할 수 있다. 즉, 고주파 발생원(1)과 시료대(5) 사이에는, 이들 사이의 임피던스 정합을 자동적으로 취하기 위한 매처(2)가 설치되어 있다. 매처(2)는, 한쌍의 가변 커패시터(바리콘)로 이루어지며, 이들 커패시터의 값을 조정함으로써, 임피던스 정합을 행하고, 처리 용기(8)로부터의 반사파를 저감하고 있다. 또, 매처(2)는 한쌍의 커패시터(C1, C2)를 구비하고 있지만, 1개로도 기능한다.
효율적으로 플라즈마를 발생시킴으로써, 본 장치는, 스퍼터링 장치, CVD 장치, 에칭 장치 등의 플라즈마 처리 장치로서 기능한다. 고주파 발생원(1)으로부터 출력되는 고주파의 주파수는, 13.56 MHz가 바람직하지만, 27.12 MHz 또는 그 이상의 주파수, 400 KHz대 등의 낮은 주파수도 적용할 수 있다. RF 파워로는, 예컨대 수백 와트로부터 수십 킬로와트인 것을 이용할 수 있다.
제어 장치(16)는 플라즈마 처리 장치의 각 요소를 제어한다. 즉, 제어 장치(16)는, 고주파 발생원(1), 매처(2), 가스 공급 시스템(11), APC(3), 모니터 장치(12)를 제어한다. 제어 장치(16)에 의한 제어 조건은 입력 장치(17)로부터 입력할 수 있고, 모니터 장치(12)로부터 얻어진 시료(6)의 관찰 데이터는 표시 장치(18) 상에 표시된다.
다음으로, 제어 장치(16)에 의한 제어에 관해 설명한다.
도 2는, 각종 파라미터의 설계상의 타이밍차트이다.
제어 장치(16)는, 제1 스텝에 있어서 고주파 발생원(1)을 제1 에너지 조건으로 구동시키고, 제2 스텝에 있어서 고주파 발생원(1)을 제2 에너지 조건으로 구동시키고 있다. 이들 에너지 조건은, 시료(6)의 플라즈마 처리 조건에 따라서 다양한 조건이 되지만, 고주파 발생원(1)으로부터의 전력(RF 파워)과 주파수가 포함된다.
도 2에 있어서는, 제1 스텝과 제2 스텝의 전환 시각을 시각 t=0초로 한다. 즉, t=0초의 전후에 RF 파워가 전환하고, 본 예에서는 증가한 것으로 한다. 본 예에서는, 전환 시각 t=0보다 먼저(t=-0.5초) 도 1의 가스 공급 시스템(11)으로부터 처리 용기(8) 내에 공급되는 가스종을, 제1 가스로부터 제2 가스로 전환하고 있다. 즉, 시각 t=-0.5초에 있어서, 제1 가스 유량을 저하시키고(정지), 제2 가스 유량을 증가시키고 있다. 전환 직후의 초기 기간(T2)의 가스 유량은 초기 기간(T2) 경과후의 안정 기간(t=1.5초 이후)에서의 가스 유량보다 크게 설정한다.
여기서, 시각 t=0 이후의 기간 TA 동안 APC(3)의 개방 각도를 증가(배기 효율을 증가)시킴으로써, 처리 용기(8) 내의 압력은 저하된다. 기간 TA는 초기 기간 T2에 포함된다. 제2 가스를 시각 t=0보다 기간 T1만큼 이르게 공급하는 경우, 기간 T1은 가스종이나 조건에 따라 다르지만 본 예에서는 T1=0.5초이며, 본 발명의 원리를 감안하면, 0.5초보다 길거나 짧아도 신속한 플라즈마의 안정이라는 효과는 얻어지지만, 바람직하게는 0.1초≤T1≤1.5초를 채택할 수 있다.
또한, 제2 가스는, 소정의 초기 기간 T2의 경과후의 안정 기간이 되면 유량을 저하시킨다. 본 예에서는 T2=2초이며, 본 발명의 원리를 감안하면, 2초보다 길거나 짧아도 신속한 플라즈마의 안정이라는 효과는 얻어지지만, 바람직하게는 1초≤T2≤3초를 채택할 수 있다.
본 예에서는 TA=1초이며, 본 발명의 원리를 감안하면, 1초보다 길거나 짧아도 압력의 급격한 변동의 억제라는 효과는 얻어지지만, 바람직하게는 0.5초≤TA≤2초를 채택할 수 있다.
이상과 같이, 전술한 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 고주파 발생원(1)의 에너지 조건의 전환 시각(t=0초))보다 먼저 가스종을 전환하고 또한 이 가스 유량을 크게 함으로써, 신속하게 처리 용기(8) 내에서의 제1 스텝의 가스를 배기하고, 처리 용기(8) 내의 가스의 균일성을 개선시키고, 압력을 안정시키고, 플라즈마를 안정시키는 안정 기간(기간 T2의 경과후의 기간)에 신속하게 들어갈 수 있다.
또한, 이 플라즈마 처리 장치는, 처리 용기(8) 내의 가스의 배기 효율을 조정하는 APC(3)를 더 구비하고 있고, 제어 장치(16)는, APC(3)을 제어하여, 초기 기간 T2 내에 있어서, 처리 용기(8) 내의 가스의 배기 효율을 안정 기간에서의 가스의 배기 효율보다 증가시키고 있다. 전술한 바와 같이, 에너지 조건의 전환보다 먼저 가스 유량을 크게 증가시킨 경우에는 처리 용기 내부의 압력이 불규칙하게 변동하는 경우가 있지만, 배기 효율을 증가시킴으로써 이러한 압력의 변동을 억제할 수 있다.
또, 전술한 플라즈마 처리 방법은, 상기 플라즈마 처리 장치를 이용한 플라즈마 처리 방법으로서, 고주파 발생원(1)을 제1 에너지 조건으로 구동시키는 제1 스텝과, 고주파 발생원(1)을 제2 에너지 조건으로 구동시키는 제2 스텝을 구비하고, 제1 스텝과 제2 스텝의 전환 시각보다 먼저, 가스 공급 시스템으로부터 처리 용기 내에 공급되는 가스종을 전환하고, 전환 직후의 초기 기간 T2의 가스 유량을 초기 기간 T2의 경과후의 안정 기간에서의 가스 유량보다 크게 설정하는 방법이며, 전술한 장치의 경우와 동일한 작용 효과를 나타낸다.
또한, 이 플라즈마 처리 방법은, 초기 기간 T2 내에 있어서, 처리 용기(8) 내의 가스의 배기 효율을 그 후의 안정 기간에서의 가스의 배기 효율보다 증가시키고 있고, 전술한 장치의 경우와 동일한 작용 효과를 나타낸다.
상기 T1, T2, TA에 관해서는, 가스 공급 배관, 구체적으로는 가스 공급원으로부터 플라즈마가 발생하는 처리 용기 내에 도달하기까지의 가스 배관 및 가스 확산 공간의 용적에 의존하기 때문에, 변하지 않는 것은 아니다.
이하, 실제의 예에 관해 도 3∼도 7을 이용하여 설명한다. 또, 도 3∼도 7의 타이밍차트에서는, 횡축은 시간(초)을 나타내고 있다. 이하의 설명에서는, 가스 A, B, C, D에 의한 원래의 시료의 처리 스텝의 기간을, 타이밍차트 중에 A, B, C, D로 나타내는 것으로 한다. 가스 A의 처리 스텝의 기간은 Si를 함유하는 반사 방지막의 에칭 공정, 가스 B의 처리 스텝의 기간은 비정질 카본의 에칭 공정, 가스 C의 처리 스텝의 기간은 질화실리콘의 에칭 공정, 가스 D의 처리 스텝의 기간은 레지스트의 에칭 또는 산소의 드라이클리닝 공정을 나타낸다.
가스 A는 CF4, 가스 B는 N2와 O2의 혼합 가스, 가스 C는 C4F8와 Ar와 O2의 혼합 가스, 가스 D는 O2이다. 가스 C는, CHF3과 Ar와 O2와 F4의 혼합 가스로 할 수도 있다.
도 3은, 각종 파라미터의 실제의 타이밍차트이며, 횡축은 시간(초)을 나타내고 있다.
(a)의 좌측의 종축의 단위는 (W) 및 (V)이며, 각각 고주파의 전력(Lower RF)과 고주파 전압의 피크간 차전압(Lower Vpp)을 나타내고 있다. 우측의 종축의 단위는 (W)이며, 고주파 전력의 반사 전력(Lower RF Reflect)을 나타내고 있다.
(b)의 좌측 및 우측의 종축은, 매처의 매칭 포지션의 정합 가동 범위를 기준화한 수치이며, 각각 매처(2)에 사용되는 가변 커패시터(C1, C2)의 위치(C1 Pos(Lower), C2 Pos(Lower)를 나타내고 있다.
(c)의 좌측의 종축은, 분광 분석 장치가 검출한 발광 강도(매그니튜드)를 기준화한 수치이며, 플라즈마 중에 포함되는 복수의 성분량을 나타내고 있다. 플라즈마 중에는 CN(파장 387 nm), CF(파장 260 nm), CO(파장 220 nm)이 포함되어 있다.
(d)의 좌측의 종축의 단위는 mTorr이며, 처리 용기 내의 압력을 나타내고 있다.
(e)의 좌측의 종축의 단위는 (°)이며, APC의 개방 각도(배기 효율)를 나타내고 있다.
(f)의 좌측의 종축의 단위는 (sccm)이며, Ar 유량을 나타내고 있다. 또한, (g)의 좌측의 종축의 단위는 (sccm)이며, O2 유량을 나타내고 있다.
모든 스텝에서 도 2의 방법을 적용할 수 있지만, 본 예에서는 RF 파워를 일정하게 하여 실험을 행했다. 또한, 각 스텝의 전환시로부터 기간 TA의 동안 APC의 배기 효율을 증가시키지만, 전환 직후의 기간(Preset)에 있어서는, APC의 개방 각도는 미리 결정된 값으로 설정하고, 그 후에는 내부의 압력이 일정해지도록 자동 피드백 제어를 행한다.
또한, 가스 C의 스텝에 있어서는, 스텝의 전환전에 Ar를 공급하고 있고, 계속해서 Ar의 공급량을 초기 기간에 있어서 증가시키고, 그 후의 안정 기간에서는 저하시키고 있다. 마찬가지로, 가스 D의 스텝에 있어서는, 스텝의 전환전에 O2를 공급하고 있고, 계속해서 O2의 공급량을 초기 기간에 있어서 증가시키고, 그 후의 안정 기간에서는 저하시키고 있다.
도 4는, 각종 파라미터의 실제의 타이밍차트이다.
전술한 제어를 행하면, 플라즈마의 안정화까지의 기간이 단축되고, 또한 매처를 구성하는 가변 커패시터(C1, C2)를 조정하는 기간도 단축된다. 또, 가변 커패시터(C1, C2)는, 임피던스 정합을 취하기 위해 자동 피드백 제어되어 있다.
(a)의 좌측의 종축은 매처의 매칭 포지션의 정합 가동 범위를 기준화한 수치이며, 개량전의 장치에서의 가변 커패시터 C1의 위치(C1[pos]POR), 개량후의 본 발명의 장치에서의 가변 커패시터 C1의 위치(C1[pos]New)를 나타내고 있다. (a)의 우측의 종축도 매처의 매칭 포지션의 정합 가동 범위를 기준화한 수치이며, 개량전의 장치에서의 가변 커패시터 C2의 위치(C2[pos]POR), 개량후의 본 발명의 장치에서의 가변 커패시터 C2의 위치(C2[pos]New)를 나타내고 있다. 도 4의 (a)를 보면, 임피던스 정합에 요하는 시간이 0.5초 정도 단축되어 있는 것을 알 수 있다. 개량전의 장치에서는, 제2 가스의 선배출, 유량의 증가, APC 개방 각도의 증가를 행하지 않고, 스텝의 전환시와 동시에 제2 가스를 안정 기간과 동일한 유량만큼 출력하고 있다.
(b)의 좌측의 종축은 분광 분석 장치가 검출한 발광 강도를 기준화한 수치이며, 개량전의 장치에서의 플라즈마 중의 CN량(RE387nm_CN POR)과, 개량후의 장치에서의 플라즈마 중의 CN량(RE387nm_CN New)이 표시되어 있다. 개량의 전후에 있어서는, CN이 0.5초∼1.1초 정도 이르게 처리 용기 내에 도입되어 있는 것을 알 수 있다.
(c)의 좌측의 종축도 분광 분석 장치가 검출한 발광 강도를 기준화한 수치이며, 개량전의 장치에서의 플라즈마 중의 CO량(RE226nm_CO POR)과, 개량후의 장치에서의 플라즈마 중의 CO량(RE226nm_CO New)이 표시되어 있다. 개량의 전후에 있어서는, CO가 0.5초∼1.4초 정도 이르게 처리 용기 내에 도입되어 있는 것을 알 수 있다.
(d)의 좌측의 종축도 분광 분석 장치가 검출한 발광 강도를 기준화한 수치이며, 개량전의 장치에서의 플라즈마 중의 CF량(RE260nm_CF POR)과, 개량후의 장치에서의 플라즈마 중의 CF량(RE260nm_CF New)이 표시되어 있다. 개량의 전후에 있어서는, CF가 0.5초∼0.8초 정도 이르게 처리 용기 내에 도입되어 있는 것을 알 수 있다.
(e)의 좌측의 종축의 단위는 (mTorr)이며, 개량전의 장치에서의 처리 용기 내의 압력(Chamber Pressure POR)과, 개량후의 장치에서의 처리 용기 내의 압력(Chamber Pressure New)이 표시되어 있다. 또, 대강의 프로세스에 있어서는 본 발명의 효과가 확인되고 있지만, 일부, 가스 유량, 압력 설정 등에 있어서는 본 발명의 효과를 얻을 수 없는 경우도 있다.
(f)의 좌측의 종축의 단위는 (°)이며, APC의 개방 각도(배기 효율)를 나타내고 있다. 스텝의 전환 직후에 있어서 배기 효율을 증가시키고 있다.
이상과 같이, 전술한 장치에서는 (1) 제2 가스의 선배출, (2) 제2 가스의 유량의 증가, (3) APC의 개방을 행했지만, 개별의 효과에 관해 확인했다.
도 5는, 제2 가스의 선배출 효과에 관해 확인하기 위한 각종 파라미터의 실제의 타이밍차트이다.
(a)는 시각 t=0에 있어서 제2 가스를 도입한 경우, (b)는 시각 t=-1.0초에 있어서 제2 가스를 도입한 경우, (c)는 시각 t=-0.5초에 있어서 제2 가스를 도입한 경우, (d)는 시각 t=-1.5초에 있어서 제2 가스를 도입한 경우를 나타내고 있다.
또한, 도 5의 (a)∼(d) 및 도 6의 (a)∼(c)에 있어서, (i)의 좌측의 종축의 단위는 (W) 및 (V)이며, 각각 고주파의 전력(Lower RF)과 고주파 전압의 피크간 차전압(Lower Vpp)을 나타내고 있다. 우측의 종축의 단위는 (W)이며, 고주파 전력의 반사 전력(Lower RF Reflect)을 나타내고 있다. 도 5의 (a)∼(d) 및 도 6의 (a)∼(c)에 있어서, (ii)의 좌측 및 우측의 종축은 매처의 매칭 포지션의 정합 가동 범위를 기준화한 수치이며, 각각 매처(2)에 사용되는 가변 커패시터(C1, C2)의 위치(C1 Pos(Lower), C2 Pos(Lower))를 나타내고 있다. 도 5의 (c) 및 도 6의 (c)의 (iii)의 좌측의 종축은 분광 분석 장치가 검출한 발광 강도를 기준화한 수치이며, 플라즈마 중에 포함되는 복수의 성분량을 나타내고 있다. 플라즈마 중에는, CN(파장 387 nm), CF(파장 260 nm), CO(파장 220 nm)이 포함되어 있다.
도 5 및 도 6으로부터, 제2 가스의 선배출은 다음 스텝에서의 안정 기간까지의 지연을 단축하는 것을 알 수 있지만, 도 5 및 도 6에서는, (c)의 상태가 가장 적절하게 단축이 행해지고 있는 것을 알 수 있다. 또, 도 5 및 도 6의 실험에서는, APC의 개방 각도는 8.5(°)에 고정했다.
도 5 및 도 6에 있어서, 가스 A인 CF4의 유량은 345(sccm), 가스 B인 N2의 유량=500(sccm), O2의 유량=20(sccm), 가스 C인 CHF3의 유량=4.6(sccm), Ar의 유량=385.7(sccm), O2의 유량=4(sccm), CF4의 유량=37.1(sccm), 가스 D인 O2의 유량=480(sccm)로 했다.
또한, 도 5 및 도 6에 있어서, 모든 공정의 압력은 50 mTorr(6.7 Pa), RF 파워는 1000 W, 시료의 중심 영역에서의 처리 가스의 유량(FC)과, 시료의 주위 영역에서의 처리 가스의 유량(FE)의 비율 RDC=FC/FE=50으로 설정했다.
도 6은, 제2 가스의 유량의 증가의 효과를 확인하기 위한 각종 파라미터의 실제의 타이밍차트이다.
(a)는, 제2 가스의 유량을, 제2 스텝에서의 안정 기간에서의 유량과 동일(1.0배)하게 한 경우, (b)는, 제2 가스의 유량을, 제2 스텝에서의 안정 기간에서의 유량의 1.8배로 한 경우, (c)는, 제2 가스의 유량을, 제2 스텝에서의 안정 기간에서의 유량의 0.5배로 한 경우를 나타내고 있다.
도 6으로부터, 제2 가스의 유량의 증가(b)는, 다음 스텝에서의 안정 기간까지의 지연을 단축하는 것을 알 수 있다.
도 7은, APC의 개방을 확인하기 위한 압력의 타이밍차트이며, 횡축은 시간(초), 종축은 압력(mTorr)을 나타내고 있다.
(a)는, 제2 가스의 초기 기간에서의 유량을 안정 기간에서의 유량의 1.5배로 증가시켜 2초간 계속하고, APC의 개방 각도를 증가시키지 않은 경우, (b)는, 제2 가스의 초기 기간에서의 유량을 안정 기간에서의 유량의 1.5배로 증가시켜 2초간 계속하고, APC의 개방 각도를 TA=1초간의 프리셋 기간으로 하여 증가시킨 경우, (c)는, 제2 가스의 초기 기간에서의 유량을 안정 기간에서의 유량의 1.5배로 증가시켜 2초간 계속하고, APC의 개방 각도를 TA=2초간의 프리셋 기간으로 하여 증가시킨 경우를 나타내고 있다. 그 밖의 조건은 도 6과 동일하다.
(a), (b), (c)의 평균 압력은 각각 11.5 mTorr, 10.7 mTorr, 11.0 mTorr이며, (b)의 조건이 압력 변동을 가장 잘 억제할 수 있었다.
또, 스텝 사이의 이행시에는, 각 스텝 내내 연속 방전 처리(콘티뉴어스 플라즈마)를 행한다. 즉, 플라즈마가 항상 발생한 상태로 각 스텝의 이행을 행한다. 이 경우, 플라즈마 시스가 끊어지지 않기 때문에, 기판이나 웨이퍼 등의 시료에 대한 파티클의 낙하를 억제할 수 있어, 시료 등에 대한 파티클 혼입을 억제할 수 있다.
전술한 실시형태에서는, 제1 스텝의 플라즈마로부터 제2 스텝의 플라즈마로 이행할 때의 가스 천이 상태 시간을 짧게 하는 것이 가능하고, 이에 따라, 플라즈마가 안정 상태에 도달하는 시간도 짧게 하는 것이 가능하다. 매처가 적절한 값으로 자동 수속되기까지의 시간은, 즉, 플라즈마가 안정되기까지의 시간은 예컨대 30% 개선되어 있다. 즉, 플라즈마 처리되는 품질이 불안정해지는 플라즈마 천이 상태를 짧게 개선할 수 있기 때문에, 보다 정밀한 플라즈마 처리를 행할 수 있다. 따라서, 파티클 저감을 위한 연속 방전 처리에 있어서도, 각 플라즈마 처리를 독립시켜 플라즈마 처리의 품질을 유지하는 단속 방전 처리의 플라즈마 처리 결과에 보다 가깝게 하는 것이 가능해진다.
또한, 디바이스에서의 플라즈마 에칭막에 대해서는 하드웨어에 의한 가스 지연을 고려 개선한 플라즈마 처리를 제공하는 것에 의해, 디바이스에 대하여 보다 적절한 플라즈마 처리를 행하는 것이 가능해진다.
또한, 전술한 실시형태에 있어서는, 천이의 전후에 있어서 상이한 가스로 시료를 에칭하는 경우에 있어서, 천이시의 플라즈마의 응답 속도를 증가시켰기 때문에, 에칭 변화의 영향도를 적게 할 수 있고, 에칭(디바이스) 가공에 대한 정밀도가 향상된다.
또한, 플라즈마가 안정화할 때까지의 시간을 짧게 할 수 있기 때문에, 스루풋이 향상된다. 스텝 사이의 천이시에 있어서, 콘티뉴어스 플라즈마의 영향도가 현저하게 큰 경우, 스텝 사이의 천이 동안에, 플라즈마를 발생시키기 위한 파워를 천이 전후의 스텝의 경우보다 매우 낮게 설정한다. 이 경우, 천이 기간에 있어서는, 플라즈마의 영향이 억제되고, 여분의 에칭이 억제되고, 처리 용기 내의 가스 조건이 다음 제2 스텝의 상태로 완전히 이행한 후, 플라즈마의 파워를 원래의 파워로 되돌려 에칭을 행할 수 있다. 또, 본 발명의 방법을 이용하면, 이와 같은 낮은 파워의 천이 시간도 단축하는 것이 가능해지고, 스루풋도 개선할 수 있다.
또, 전술한 실시예에 있어서는 콘티뉴어스 플라즈마에 관한 효과를 나타내고 있지만, 콘티뉴어스 플라즈마 이외의 통상의 시퀀스에 있어서도 가스 선배출을 실시함으로써, 처리 시간의 단축화를 행할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 플라즈마가 안정되는 안정 기간에 신속하게 들어갈 수 있기 때문에, 적절한 플라즈마 처리를 행할 수 있다.
다음으로, 제1 스텝과 제2 스텝의 전환 시각으로부터, 처리 용기 내의 압력 안정화까지의 시각까지의 기간을 단축 가능한 방법에 관해 설명한다. 또, 이하의 방법은 전술한 실시형태에도 적용할 수 있다. 또, 플라즈마 처리 장치의 구성은 전술한 바와 같다.
도 8은, 전술한 플라즈마 처리 장치에서의 압력 제어 시스템의 블럭도이다.
처리 용기(8)에는, 가스원으로부터 유량 제어 장치(11C)를 통해 각종 가스가 공급된다. 처리 용기(8)로부터는, APC(3)을 통해 배기 장치(4)에 의해 처리 용기 내부의 가스가 배기된다. 바꾸어 말하면, 가스의 단위시간당 유입량을 제어하고 있는 것은 유량 제어 장치(11C)이며, 가스의 단위시간당 유출량을 제어하고 있는 것은 APC(3)이다. 처리 용기(8) 내의 압력은 압력 센서(PS)에 의해 계측되고, 계측된 압력치는 제어 장치(16)에 입력된다.
통상의 압력 안정화 제어에서는, 목표의 압력 P(TARGET)에 처리 용기(8) 내의 압력을 도달시키는 경우에는, 제어 장치(16)는 피드백 제어를 행한다. 즉, 압력 센서(PS)에서 검출되는 실제의 압력치를 P(REAL)로 하면, 제어 장치(16)는, 목표까지의 편차 ΔP=P(TARGET)-P(REAL)를 연산하고, 편차 ΔP가 최소치가 되도록 APC(3)을 자동 조정하도록 제어한다. APC(3)의 개방 각도를 θ로 하면, ΔP가 플러스(압력 증가)인 경우, 목표가 되는 APC(3)의 개방 각도 θ(TARGET)를 (1/ΔP)에 비례시켜 작게 하면 된다(비례 제어). 예컨대, θ(TARGET)=α×(1/ΔP)가 되는 제어를 행한다(단, α는 적당한 계수).
θ의 단위시간당 변화량에 상한치(Δθ(LIMIT))를 설정해 두고, 제어 사이클마다 θ를 변동시키는 것으로 하면, ΔP가 매우 큰 경우, θ는 제어 사이클마다 상한치 Δθ(LIMIT)로 변화하게 되지만, 압력 센서(PS)로부터의 출력에 기초하는 피드백 제어에서는, 제어 지연이 생기고, 제어량이 오버슈트가 된다. 즉, 개방 각도 θ가 목표가 되는 압력에 도달하는 값이었다 하더라도, 처리 용기 내의 압력은 여전히 목표치에는 도달하지 않았기 때문에, 연산되는 θ(TARGET)는 목표치를 (하향으로)오버한 값을 나타내게 되고, 오버한 값을 목표로 하여 제어를 행하면, 오버슈트가 생기고, 원하는 압력이 될 때까지 시간이 걸린다.
또, 실제의 제어에서는, 전술한 비례 제어뿐만 아니라, 적분 제어를 더한 PI 제어나, 여기에 미분 제어를 더한 PID 제어를 행할 수 있다.
적분 제어에 있어서는, 편차 ΔP가 현저하게 작고, θ의 변화량의 설정 하한 등에 제한되어, θ가 변화하지 않고, 잔류 편차가 존재하는 경우에 있어서도, 편차 ΔP의 적분치가 소정치를 초과한 경우에는, θ을 변화시켜 잔류 편차를 제거한다.
적분 제어 등을 행하면, 또한 목표치에 도달할 때까지 시간이 걸린다고 하는 문제점이 있다. 미분 제어에 있어서는, 전회의 값과 현재의 값의 압력 편차가 큰 경우에는, 신속하게 목표치에 도달하기 때문에, 오버슈트 기미로 조작량을 크게 한다.
또, 피드백 제어(PID 제어)에서의 APC(3)의 각도 조작량은, Kp, Ki, Kd를 적당한 계수로 하면 이하와 같다.
APC의 각도 조작량=(비례항)+(적분항)+(미분항)=Kp×편차 ΔP+Ki×편차 ΔP의 누적치+Kd×전회 편차와의 차로 주어진다.
또, ΔP가 마이너스(압력 감소)인 경우, 목표가 되는 APC(3)의 개방 각도 θ(TARGET)를 |ΔP|에 비례시켜 크게 하면 된다(비례 제어). 예컨대, θ(TARGET)=|α×ΔP|가 되는 제어를 행한다(단, α는 적당한 계수). 물론, 이 경우에도 PI 제어 또는 PID 제어도 가능하다.
여기서, 플라즈마 처리가 제1 스텝으로부터 제2 스텝으로 전환되는 경우, 처리 용기 내의 압력 설정치와 유량 제어 장치(11C)에 의한 압력 설정치는 미리 정해져 있다. 따라서, 처리 용기 내의 압력 제어는, APC(3)에 의해 행하는 것이지만, 가능한 한 오버슈트의 양을 줄여, 신속하게 가스 압력을 목표치까지 도달시켜 안정화시키고자 한다.
따라서, 처리 용기 내의 컨덕턴스(=가스의 설정 유량/처리 용기 내의 설정 압력)와, 압력 안정 상태에서의 APC(3)의 개방 각도의 관계를 조사하면, 일정한 상관이 있는 것이 판명되었기 때문에, 이 관계를 제어에 이용함으로써 신속한 압력 안정을 행하는 것으로 했다.
도 9는, (A)는 컨덕턴스(sccm/mTorr)와 APC 개방 각도(°)의 관계를 나타내는 그래프, (B)는 압력(mTorr)과 유량(sccm)에 따른 APC 개방 각도(°), (C)는 압력(mTorr)과 유량(sccm)에 따른 컨덕턴스(sccm/mTorr)의 관계를 도시한 도표이다.
즉, 컨덕턴스가 증가하는 경우에는, APC(3)의 개방 각도는 이것에 비례하여 증가한다. 컨덕턴스(sccm/mTorr)를 x, APC의 개방 각도(°)를 y로 하면, 1차 함수 y=ax+b의 관계가 성립한다. 본 평가의 경우는, 컨덕턴스가 3 이상에 있어서는 a=0.326, b=4.7957이고, 컨덕턴스가 3 미만에 있어서는 a=2.2619, b=-0.2619이다. 이들의 기울기 a 및 세그먼트 b는 ±30%의 오차를 가질 수 있다.
전술한 상관관계에 의하면, 실제의 압력을 측정하기 전의 단계에 있어서, 제2 스텝에서의 설정치인 컨덕턴스를 알고 있으면, APC의 개방 각도의 목표치가 결정된다는 것을 알 수 있다. 즉, 압력 센서로부터의 출력을 피드백하는 것이 아니라, 전술한 그래프의 관계로부터 예측되는 APC의 개방 각도를 목표치로 하여 APC의 제어(피드포워드 제어)를 행하면, 신속하고 오버슈트가 적은 압력 변화가 가능하다.
도 10은, (A)는 실시예에 따른 APC 개방 각도의 타이밍차트이고, (B)는 비교예에 따른 APC 개방 각도의 타이밍차트이다. 또, 제1 스텝과 제2 스텝에서는 플라즈마 처리 조건이 상이하고, 전술한 바와 같이 제어 장치는, 제1 스텝에 있어서는 고주파 발생원을 제1 에너지 조건으로 구동시키고, 제2 스텝에 있어서는 고주파 발생원을 제2 에너지 조건으로 구동시키고 있다.
실시예에서는, 제1 스텝으로부터 제2 스텝으로 전환되는 기간 T(FF)에 있어서는, APC의 개방 각도 θ가 전술한 상관으로부터 구해지는 목표치가 되도록, 실제의 APC의 개방 각도 θ를 피드포워드 제어하고, 그 후의 기간 T(FB)에 있어서는, 압력 센서로부터 검출되는 실제의 압력이 목표의 압력이 되도록 피드백 제어를 행하여, 처리 용기 내 압력을 안정화시킨다(APC 개방 각도 θ가 일정치로 수속된다).
또, 본 평가의 경우는 기간 T(FF)은 0.1초 이상 2초 이하이다.
제1 스텝에서의 APC의 실제의 개방 각도 θ(제1 스텝), 제2 스텝에 있어서 상기 상관관계로부터 구해지는 목표치로서의 개방 각도 θ(TARGET), 한번의 제어 사이클에서의 APC 개방 각도의 변화량 θ(Δ)은 이하의 관계를 만족한다.
변화량 θ(Δ)=θ(제1 스텝)+(개방 각도 θ(TARGET)-θ(제1 스텝))×γ
또, γ는 계수이며, 본 평가의 경우는 0.5 이상 2 이하이다. γ의 값을 1보다 크게 하면, 미분 제어적인 제어 요소가 강해지고, 오버슈트가 야기되지만, APC의 개방 각도 θ는 고속으로 목표치로 이동할 수 있다. APC의 개방 각도 θ가, 목표치를 한번 초과한 후 또는 스텝 전환으로부터 0.1초 이상의 소정 기간의 경과후에, 피드백 제어로 이행한다.
한편, (B)의 비교예에서는, APC의 개방 각도의 조정에 피드백 제어만을 이용하고 있고, 처리 용기 내 압력을 안정화시키기(APC 개방 각도 θ가 일정치로 수속되기)까지의 시간이 실시예보다 더 걸린다. 또한, 가스 유량은 고려하지 않는 제어이므로, 가스 유량 변화에 의한 압력 변화에 대한 응답성은 낮아진다.
실제의 데이터를 이용하여, 전술한 발명을 검증했다.
도 11은, 실시예 1 및 비교예 1에 따른 APC 개방 각도(°) 및 처리 용기 내 압력(mTorr)의 경시적 변화를 나타내는 그래프이다. 제1 스텝의 처리 용기 내 압력은 100 mTorr이며, 가스원으로부터 처리 용기 내에 공급되는 Ar의 유량은 700 sccm이다. 제2 스텝의 처리 용기 내 압력은 190 mTorr이며, 가스원으로부터 처리 용기 내에 공급되는 Ar의 유량은 1000 sccm이다.
실시예 1 및 비교예 1에서는, 제1 스텝으로부터 제2 스텝으로 전환되면, APC의 개방 각도를 작게 하여 처리 용기 내 압력을 상승시키고 있다.
실시예 1의 방법에서는 전술한 상관관계를 이용한 예측 제어(도 10의 (A))를 행하는 데 비해, 비교예 1의 방법에서는 통상의 피드백 제어(도 10의 (B))를 행하고 있다. 제2 스텝에서의 목표 압력을 190 mTorr로 하면, 그 ±6%의 범위 내에 있어서 처리 용기 내 압력이 1초 이상 멈춘 경우에, 압력이 안정화되었다고 판단하고, 이 범위 내에 압력이 최초로 도달한 시각을 구했다. 실시예 1의 경우는 시각 t1이며, 비교예 1의 경우는 시각 t2였다. 시각 t1은 시각 t2보다 0.6초 정도 빨라진다고 하는 결과가 얻어졌다.
도 12는, 실시예 2 및 비교예 2에 따른 APC 개방 각도(°) 및 처리 용기 내 압력(mTorr)의 경시적 변화를 나타내는 그래프이다.
제1 스텝의 처리 용기 내 압력은 100 mTorr이며, 가스원으로부터 처리 용기 내에 공급되는 Ar의 유량은 700 sccm이다. 제2 스텝의 처리 용기 내 압력은 40 mTorr이며, 가스원으로부터 처리 용기 내에 공급되는 Ar의 유량은 1300 sccm이다.
실시예 2 및 비교예 2에서는, 제1 스텝으로부터 제2 스텝으로 전환되면, APC의 개방 각도를 크게 하여 처리 용기 내 압력을 감소시키고 있다. 또, 이 제어는, 도 1∼도 7에 기재된 실시형태에도 적용할 수 있다.
실시예 2의 방법에서는 전술한 상관관계를 이용한 예측 제어(도 10의 (A))를 행하는 데 비해, 비교예 2의 방법에서는 통상의 피드백 제어(도 10의 (B))를 행하고 있다. 제2 스텝에서의 목표 압력을 40 mTorr로 하면, 그 ±6%의 범위 내에 있어서 처리 용기 내 압력이 1초 이상 멈춘 경우에 압력이 안정화되었다고 판단하고, 이 범위 내에 압력이 최초로 도달한 시각을 구했다. 실시예 2의 경우는 시각 t1이며, 비교예 2의 경우는 시각 t2였다. 시각 t1은 시각 t2보다 0.6초 정도 빨라진다고 하는 결과가 얻어졌다.
이상, 설명한 바와 같이, 전술한 플라즈마 처리 장치는, 처리 용기와, 처리 용기 내에 가스를 공급하는 가스 공급 시스템과, 처리 용기 내에 플라즈마 발생용의 고주파를 도입하는 고주파 발생원과, 처리 용기 내의 가스의 배기 효율을 조정하는 배기 효율 조정 수단(APC)과, 가스 공급 시스템 및 배기 효율 조정 수단을 제어하는 제어 장치를 구비하고, 제어 장치는, 처리 용기 내에 있어서 실행되는 제1 스텝과 제2 스텝에서의 처리 용기 내의 설정 압력이 상이한 경우에 있어서, 제2 스텝에서의 처리 용기 내의 설정 압력 및 가스 공급 시스템으로부터 공급되는 가스의 설정 유량에 기초하여, 이들 값과 상관관계를 갖는 배기 효율 조정 수단의 배기 효율의 목표치를 설정하고, 실제의 배기 효율이 배기 효율의 상기 목표치가 되도록 배기 효율 조정 수단을 제어하고 있다.
배기 효율의 목표치를, 이것과 상관관계를 갖는 설정 압력 및 설정 유량에 기초하여 미리 구했기 때문에, 처리 용기 내의 압력을 신속하게 목표치에 일치시켜, 처리 용기 내 압력 및 플라즈마 상태를 안정시킬 수 있다.
16 : 제어 장치, 1 : 고주파 발생원, 11 : 가스 공급 시스템, 8 : 처리 용기.

Claims (5)

  1. 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 가스를 공급하는 가스 공급 시스템과,
    상기 처리 용기 내에 플라즈마 발생용의 고주파를 도입하는 고주파 발생원과,
    상기 가스 공급 시스템 및 상기 고주파 발생원을 제어하는 제어 장치
    를 구비하고,
    상기 제어 장치는,
    제1 스텝에 있어서, 상기 고주파 발생원을 제1 에너지 조건으로 구동시키고,
    제2 스텝에 있어서, 상기 고주파 발생원을 제2 에너지 조건으로 구동시키고,
    상기 제1 스텝과 상기 제2 스텝의 전환 시각보다 먼저, 상기 가스 공급 시스템으로부터 상기 처리 용기 내에 공급되는 가스종을 전환하고, 전환 직후의 초기 기간의 가스 유량을 상기 초기 기간 경과후의 안정 기간에서의 가스 유량보다 크게 설정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 처리 용기 내의 가스의 배기 효율을 조정하는 배기 효율 조정 수단을 더 구비하고,
    상기 제어 장치는 상기 배기 효율 조정 수단을 제어하여, 상기 초기 기간 내에 있어서, 상기 처리 용기 내의 가스의 배기 효율을 상기 안정 기간에서의 가스의 배기 효율보다 증가시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 가스를 공급하는 가스 공급 시스템과,
    상기 처리 용기 내에 플라즈마 발생용의 고주파를 도입하는 고주파 발생원과,
    상기 가스 공급 시스템 및 상기 고주파 발생원을 제어하는 제어 장치
    를 구비한 플라즈마 처리 장치를 이용한 플라즈마 처리 방법으로서,
    상기 고주파 발생원을 제1 에너지 조건으로 구동시키는 제1 스텝과,
    상기 고주파 발생원을 제2 에너지 조건으로 구동시키는 제2 스텝
    을 구비하고,
    상기 제1 스텝과 상기 제2 스텝의 전환 시각보다 먼저, 상기 가스 공급 시스템으로부터 상기 처리 용기 내에 공급되는 가스종을 전환하고, 전환 직후의 초기 기간의 가스 유량을 상기 초기 기간 경과후의 안정 기간에서의 가스 유량보다 크게 설정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 초기 기간 내에 있어서, 상기 처리 용기 내의 가스의 배기 효율을 상기 안정 기간에서의 가스의 배기 효율보다 증가시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  5. 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 가스를 공급하는 가스 공급 시스템과,
    상기 처리 용기 내에 플라즈마 발생용의 고주파를 도입하는 고주파 발생원과,
    상기 처리 용기 내의 가스의 배기 효율을 조정하는 배기 효율 조정 수단과,
    상기 가스 공급 시스템 및 상기 배기 효율 조정 수단을 제어하는 제어 장치
    를 구비하고,
    상기 제어 장치는,
    상기 처리 용기 내에 있어서 실행되는 제1 스텝과 제2 스텝에서의 상기 처리 용기 내의 설정 압력이 상이한 경우에 있어서,
    상기 제2 스텝에서의 상기 처리 용기 내의 설정 압력 및 상기 가스 공급 시스템으로부터 공급되는 가스의 설정 유량에 기초하여, 이들 값과 상관관계를 갖는 상기 배기 효율 조정 수단의 배기 효율의 목표치를 설정하고, 실제 배기 효율이 배기 효율의 상기 목표치가 되도록 상기 배기 효율 조정 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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