KR20160100840A - 플라즈마 처리 장치의 서셉터의 전위를 제어하는 방법 - Google Patents

플라즈마 처리 장치의 서셉터의 전위를 제어하는 방법 Download PDF

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Abstract

기판과 서셉터 사이의 공간을 통한 이상 방전을 억제한다.
일실시형태에 따른 방법에서는, 제1 고주파 전원 및 제2 고주파 전원 중 적어도 한쪽으로부터 펄스 변조된 변조 고주파가 서셉터에 공급된다. 또한, 전압 인가부로부터, 변조 고주파에 동기하여 펄스 변조된 변조 직류 전압이 서셉터에 인가된다. 변조 직류 전압의 전압값은, 정전 척 상에 배치된 기판의 전위와 서셉터의 전위의 차를 감소시키도록 설정되어 있다.

Description

플라즈마 처리 장치의 서셉터의 전위를 제어하는 방법{METHOD FOR CONTROLLING POTENTIAL OF SUSCEPTOR OF PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명의 실시형태는 플라즈마 처리 장치의 서셉터의 전위를 제어하는 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스라고 하는 여러가지의 전자 디바이스의 제조에 있어서는, 기판에 대한 플라즈마 처리에 의해, 드라이 에칭, 산화, 성막이라고 하는 여러가지 플라즈마 처리가 실시된다. 이러한 플라즈마 처리에서는, 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 처리 장치가 이용된다.
플라즈마 처리 장치는, 전형적으로, 처리 용기, 서셉터, 정전 척, 제1 및 제2 고주파 전원, 및 가스 공급부를 구비하고 있다. 처리 용기는, 진공 배기 가능한 내부 공간을 제공하고 있다. 가스 공급부는, 처리 용기 내의 공간에 처리 가스를 공급한다. 서셉터 및 정전 척은, 처리 용기 내에 설치되어 있다.
정전 척은, 서셉터 상에 설치되어 있다. 정전 척은, 그 위에 배치된 기판을 흡착하여 유지하도록 구성되어 있다. 구체적으로, 정전 척은, 유전체막 중에 전극을 가지고 있다. 이 전극에 정극성의 직류 전압이 인가됨으로써 발생하는 정전력에 의해, 기판은 정전 척에 유지된다.
또한, 서셉터 및 정전 척에는, 리프트 핀을 승강 이동시키기 위한 관통 구멍이 형성되어 있다. 리프트 핀은, 그 선단이 정전 척의 상방으로 돌출한 상태로, 상기 리프트 핀의 선단에 처리 전의 기판을 지지한다. 그러한 후에, 리프트 핀이 하강함으로써 기판이 정전 척 상에 배치된다. 또한, 기판의 플라즈마 처리 후에는, 리프트 핀이 상승함으로써, 기판이 정전 척으로부터 떨어진다.
또한, 서셉터의 내부에는, 플라즈마 처리의 실행 중의 기판의 온도를 제어하기 위해, 냉매용의 제1 유로가 설치되어 있다. 또한, 정전 척에는, 기판을 가열하기 위한 히터 소자 등이 설치되어 있다. 또한, 서셉터의 온도를 기판에 효율적으로 전달하기 위해, 서셉터 및 정전 척에는, 전열용의 백사이드 가스(일반적으로 He 가스)를 기판의 이면과 정전 척의 상면 사이에 공급하기 위한 제2 유로가 형성되어 있다.
또한, 일반적으로, 서셉터는, 고주파 전극, 즉 하부 전극을 겸하고 있다. 플라즈마 처리의 실행 중에는, 제1 고주파 전원 및 제2 고주파 전원으로부터 정합기를 통해 고주파(High Frequency Wave)가 서셉터에 공급된다. 또한, 제1 고주파 전원은, 플라즈마 생성용의 제1 고주파를 발생하고, 제2 고주파 전원은, 이온 인입용의 제2 고주파를 발생한다. 플라즈마 처리의 실행 중에는, 기판이 정전 척에 흡착된 상태로, 가스 공급부로부터의 처리 가스가 처리 용기 내에 공급되며, 제1 및 제2 고주파 전원으로부터의 고주파가 서셉터에 공급됨으로써, 처리 가스의 플라즈마가 생성된다.
그런데, 상기 플라즈마 처리 장치에서는, 정전 척 내의 전극에 정극성으로 고압의 직류 전압을 인가하면, 기판과 서셉터 사이에서 이상 방전이 발생하여, 기판이 데미지를 입는 현상이 발생하는 경우가 있다. 여기서, 도 1을 참조하여, 이러한 현상을 구체적으로 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 일반적으로는, 정전 척(ESC)은, 서셉터(LE) 상에 접착제(AH)를 통해 설치되어 있다. 기판(W)은, 정전 척(ESC) 상에 배치되고, 또한, 상기 기판(W) 및 정전 척(ESC)의 주위에는, 포커스 링(FR)이 배치된다.
기판(W)은, 정전 척(ESC)의 전극(CE)에 직류 전원(DCP)으로부터 정극성의 직류 전압이 부여됨으로써 발생하는 정전력에 의해, 정전 척(ESC)에 흡착된다. 도 1에 나타내는 상태에서는, 정전 척(ESC)은, 도 1에 있어서 정전 척(ESC)에 중첩하여 그려진 「+」로 나타내는 바와 같이, 정극성이 높은 전위, 예컨대, 1000 V 이상의 전위를 갖는다. 또한, 서셉터(LE)는, 접지된 처리 용기에 대하여 전기적으로 플로우팅 상태에 있으며, 서셉터(LE)와 처리 용기 사이에는, 용량(도면 중, 참조부호 CA로 나타냄)이 존재하는 것으로 간주할 수 있다. 또한, 서셉터(LE)와 정전 척(ESC)의 전극(CE) 사이에도 용량(도면 중, 참조부호 CB로 나타냄)이 존재하는 것으로 간주할 수 있다. 따라서, 서셉터(LE)는, 도 1에 있어서 서셉터(LE)에 중첩하여 그려진 「+」로 나타내는 바와 같이, 정전 척(ESC)과 동극성의 전위, 즉 정극성의 전위를 갖는다. 그리고, 플라즈마의 생성을 위해, 제1 및 제2 고주파 전원으로부터의 고주파가 서셉터에 부여되면, 기판(W)은 플라즈마에 노출되고, 상기 기판(W)의 전위는, 도 1에 있어서, 기판(W)에 중첩하여 그려진 「-」로 나타내는 바와 같이, 자기 바이어스와 동일한 부극성의 전위(예컨대, -500 V) 이하로 내려간다. 그 결과, 기판(W)과 서셉터(LE) 사이에는, 큰 전위차가 생기게 된다.
또한, 전술한 바와 같이, 서셉터(LE) 및 정전 척(ESC)에는, 백사이드 가스용의 제2 유로, 리프트 핀용의 관통 구멍이라고 하는 공간(DS)이 형성되어 있다. 이 공간(DS) 내에는 가스가 존재할 수 있기 때문에, 전술한 전위차에 의해 기판(W)과 서셉터(LE) 사이에서 이상 방전[도면 중의 화살표(A)를 참조]이 발생할 수 있다.
이러한 이상 방전을 억제하기 위해, 특허문헌 1에는, 기판과 대략 동전위의 포커스 링과 서셉터 사이에 전류 제한 소자를 설치하여, 상기 전류 제한 소자를 통해 서셉터와 포커스 링 사이에서 전하를 이동시켜, 서셉터의 전위와 기판의 전위를 근접시키는 기술이 기재되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2011-210958호 공보
상기한 바와 같이 서셉터와 포커스 링을 전류 제한 소자에 의해 전기적으로 접속하는 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 포커스 링이 소모성의 교환 부품이기 때문에, 현실적으로는, 전류 제한 소자를 포커스 링에 용접이나 납땜 등으로 접합할 수 없고, 스프링 가압 등의 접촉식에 의해 전기적 접속을 얻는 구성을 채용해야 한다. 그러나, 접촉식에서는, 포커스 링과 전류 제한 소자 사이에서 양호한 전기 전도를 얻는 것이 어려워, 접촉 계면에서 큰 전위차가 발생하기 쉽다. 이 때문에, 전류 제한 소자에 본래의 기능을 발휘시키는 것이 곤란하다. 그래서, 본원 발명자는, 서셉터에 직접적으로 전압을 인가함으로써, 서셉터의 전위와 기판의 전위의 차를 저감하여, 이상 방전의 발생을 억제하는 기술의 개발을 행하고 있다.
그런데, 플라즈마 처리에서는, 펄스 변조된 고주파를 서셉터에 공급하는 경우가 있다. 즉, 서셉터에 공급하여야 할 고주파를 교대로 ON/OFF시키는 경우가 있다. 이와 같이 펄스 변조된 고주파가 서셉터에 공급되면, 기판의 전위가 변동한다. 따라서, 펄스 변조된 고주파가 이용되는 경우라도, 서셉터에 직접적으로 전압을 인가함으로써, 서셉터의 전위와 기판의 전위의 차를 저감하여, 이상 방전의 발생을 억제하는 것이 필요하다.
일양태에 있어서는, 플라즈마 처리 장치의 서셉터의 전위를 제어하는 방법이 제공된다. 이 방법에서 사용되는 플라즈마 처리 장치는, 처리 용기, 서셉터, 정전 척, 제1 고주파 전원, 제2 고주파 전원, 및 전압 인가부를 구비하고 있다. 서셉터는, 도체로 구성되며, 처리 용기 내에 설치되어 있다. 정전 척은, 서셉터 상에 설치되어 있다. 제1 고주파 전원은, 이온 인입을 위한 제1 고주파를 발생한다. 제2 고주파 전원은, 플라즈마 생성용의 제2 고주파를 발생한다. 직류 전원은, 정전 척의 전극에 정극성의 직류 전압을 인가한다. 전압 인가부는, 서셉터에 전압을 인가한다. 본 방법은, (a) 제1 고주파 전원 및 제2 고주파 전원 중 적어도 한쪽으로부터 펄스 변조된 변조 고주파를 서셉터에 공급하는 공정(이하, 「변조 고주파 공급 공정」이라고 함)과, (b) 전압 인가부로부터, 변조 고주파에 동기하여 펄스 변조된 변조 직류 전압으로서, 정전 척 상에 배치된 기판의 전위와 서셉터의 전위의 차를 감소시키도록 전압값이 설정된 상기 변조 직류 전압을 서셉터에 인가하는 공정(이하, 「변조 직류 전압 인가 공정」이라고 함)을 포함한다.
일양태에 따른 방법에서는, 펄스 변조된 고주파, 즉 변조 고주파에 동기하여 변조되고 있으며, 또한, 기판의 전위와 서셉터의 전위의 차를 감소시키는 전압값을 갖는 직류 전압, 즉, 변조 직류 전압이 서셉터에 인가된다. 따라서, 제1 고주파 및 제2 고주파 중 적어도 한쪽에 변조 고주파가 이용되는 경우라도, 서셉터의 전위와 기판의 전위의 차를 저감하여, 이상 방전의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.
일실시형태에서는, 전압 인가부는, 변조 고주파에 동기한 펄스 신호를 제1 고주파 전원 또는 제2 고주파 전원으로부터 받는다. 이 펄스 신호는, 변조 고주파가 제1 파워를 갖는 제1 기간에 있어서 제1 신호 레벨을 가지고, 변조 고주파가 제1 파워보다 작은 제2 파워를 갖는 제2 기간에 있어서 제2 신호 레벨을 갖는 상기 펄스 신호이다. 전압 인가부는, 상기 펄스 신호에 동기하여 변조된 변조 직류 전압을 서셉터에 인가한다.
일실시형태에서는, 변조 고주파 공급 공정에 있어서, 제1 고주파가 펄스 변조됨으로써, 상기 변조 고주파가 상기 서셉터에 공급된다. 이 실시형태의 변조 직류 전압 인가 공정에 있어서, 전압 인가부는, 제1 기간에 있어서 서셉터에 직류 전압을 인가하고, 제2 기간에 있어서 상기 서셉터에 직류 전압을 인가하지 않는다. 즉, 이 실시형태에서는, 제1 고주파의 펄스 변조에 동기한 직류 전압의 ON/OFF 제어에 의해 변조 고주파 전압이 생성되고, 상기 변조 고주파 전압이 서셉터에 인가된다.
일실시형태에서는, 전압 인가부는, 변조 고주파가 서셉터에 공급되는 전송로 상에서의 전압 진폭이 클수록 절대값이 커지는 전압값을 갖는 직류 전압을, 제1 기간에 있어서 서셉터에 인가할 수 있다. 상기 전송로 상에서의 전압 진폭은, 자기 바이어스에 의한 기판의 전위의 절대값이 클수록 커진다. 이 실시형태에서는, 기판과 서셉터의 전위차를 억제할 수 있는 변조 직류 전압의 전압값이, 이러한 전압 진폭에 기초하여 결정된다.
일실시형태에서는, 전압 인가부는, 제1 고주파의 파워, 제2 고주파의 파워, 및 변조 고주파의 변조 주파수에 대응되어 있는, 데이터 테이블 중의 전압값을 갖는 직류 전압을 제1 기간에 있어서 서셉터에 인가하여도 좋다. 이 실시형태에서는, 서셉터에 부여하는 전압의 전압값이, 기판의 전위에 영향을 부여하는 파라미터에 대응되어 데이터 테이블의 레코드로서 미리 준비된다. 이 데이터 테이블을 이용함으로써, 서셉터에 인가되는 직류 전압의 전압값이 결정된다.
일실시형태에서는, 전압 인가부는, 기판의 자기 바이어스 전위의 측정값에 따른 직류 전압을 제1 기간에 있어서 서셉터에 인가하여도 좋다.
일실시형태에서는, 변조 고주파 공급 공정에 있어서, 제2 고주파가 펄스 변조됨으로써, 상기 변조 고주파가 서셉터에 공급된다. 이 실시형태에서는, 변조 직류 전압 인가 공정에 있어서, 전압 인가부는, 제1 기간에 있어서 서셉터에 제1 전압값을 갖는 제1 직류 전압을 인가하고, 제2 기간에 있어서 상기 제1 전압값의 절대값보다 큰 절대값을 갖는 제2 전압값을 갖는 제2 직류 전압을 서셉터에 인가할 수 있다. 예컨대 제1 고주파가 서셉터에 공급된 상태에서, 펄스 변조된 제2 고주파가 서셉터에 부여되는 경우에는, 제2 고주파가 서셉터에 부여되어 있는 제1 기간에는, 기판의 전위의 절대값은 비교적 작아진다. 한편, 제2 고주파가 서셉터에 부여되어 있지 않은 제2 기간에는, 기판의 전위의 절대값은 비교적 커진다. 따라서, 제1 기간에 있어서 제1 전압값을 갖는 제1 직류 전압을 서셉터에 인가하고, 제2 기간에 있어서 제2 전압값을 갖는 제2 직류 전압을 서셉터에 인가함으로써, 이상 방전을 억제하는 것이 가능해진다.
일실시형태에서는, 전압 인가부는, 제1 기간 및 제2 기간의 각각에 있어서, 변조 고주파가 서셉터에 공급되는 전송로 상에서의 전압 진폭이 클수록 절대값이 커지는 전압값을 갖는 직류 전압을, 서셉터에 인가하여도 좋다.
일실시형태에서는, 전압 인가부는, 제1 기간 및 제2 기간의 각각에 있어서, 제1 고주파의 파워, 제2 고주파의 파워, 및 변조 고주파의 변조 주파수에 대응되어 있는, 데이터 테이블 중의 전압값을 갖는 직류 전압을 서셉터에 인가하여도 좋다.
일실시형태에서는, 전압 인가부는, 제1 기간 및 제2 기간의 각각에 있어서 기판의 자기 바이어스 전위의 측정값에 따른 직류 전압을 서셉터에 인가하여도 좋다.
이상 설명한 바와 같이, 펄스 변조된 고주파가 이용되는 경우라도, 서셉터에 직접적으로 전압을 인가함으로써, 서셉터의 전위와 기판의 전위의 차를 저감하여, 이상 방전의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.
도 1은 서셉터와 기판 사이의 이상 방전의 발생 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 기판의 전위의 시간 변화의 측정 결과를 예시하는 도면이다.
도 4는 일실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 서셉터의 전위를 제어하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 매칭 유닛 및 전압 인가부의 회로 구성의 제1 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 변조 고주파, 펄스 신호, 기판의 전위, 및 전압 인가부의 변조 직류 전압의 타이밍 차트를 예시하는 도면이다.
도 7은 매칭 유닛 및 전압 인가부의 회로 구성의 제2 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 매칭 유닛 및 전압 인가부의 회로 구성의 제3 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 변조 고주파, 펄스 신호, 기판의 전위, 및 전압 인가부의 변조 직류 전압의 타이밍 차트를 예시하는 도면이다.
도 10은 데이터 테이블의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11은 다른 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 12는 매칭 유닛 및 전압 인가부의 회로 구성의 제5 예를 나타내는 도면이다.
도 13은 매칭 유닛 및 전압 인가부의 회로 구성의 제6 예를 나타내는 도면이다.
도 14는 매칭 유닛 및 전압 인가부의 회로 구성의 제7 예를 나타내는 도면이다.
도 15는 매칭 유닛 및 전압 인가부의 회로 구성의 제8 예를 나타내는 도면이다.
도 16은 매칭 유닛 및 전압 인가부의 회로 구성의 제9 예를 나타내는 도면이다.
도 17은 매칭 유닛 및 전압 인가부의 회로 구성의 제10 예를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 여러가지 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이는 것으로 한다.
우선, 일실시형태의 플라즈마 처리 장치에 대해서 설명한다. 도 2는 일실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2에 나타내는 플라즈마 처리 장치(1)는, 하부 2주파 인가 방식의 용량 결합형 플라즈마 처리 장치로서 구성되어 있다. 이 플라즈마 처리 장치(1)는, 처리 용기(10)를 구비하고 있다. 처리 용기(10)는, 대략 원통 형상을 가지고 있고, 예컨대, 알루미늄 또는 스테인리스강이라고 하는 금속으로 구성되어 있다. 이 처리 용기(10)는, 접지되어 있다.
처리 용기(10) 내에는, 서셉터(12)가 설치되어 있다. 이 서셉터(12)는, 고주파 전극, 즉 하부 전극을 구성하고 있다. 서셉터(12)는, 예컨대 알루미늄제이다. 서셉터(12)는, 지지부(14)에 의해 지지되어 있다. 지지부(14)는, 예컨대 원통 형상을 가지고 있고, 처리 용기(10)의 바닥부로부터 상방으로 연장되어 있다. 지지부(14)는, 세라믹이라고 하는 절연체로 구성되어 있다. 따라서, 서셉터(12)는, 비접지 상태에 있다.
또한, 처리 용기(10)의 바닥부로부터는, 지지부(16)가 지지부(14)의 외주를 따라 상방으로 연장되어 있다. 지지부(16)는 도전성이며, 대략 원통 형상을 가질 수 있다. 이 지지부(16)와 처리 용기(10)의 내벽면 사이에는, 배기로(18)가 형성되어 있다. 배기로(18)에는, 배기관(22)에 의해 제공되는 배기구(20)가 접속되어 있다. 배기관(22)에는, 배기 장치(24)가 접속되어 있다. 배기 장치(24)는, 터보 분자 펌프라고 하는 진공 펌프를 가지고 있으며, 처리 용기(10) 내의 공간을 원하는 진공도까지 감압할 수 있다. 또한, 처리 용기(10)의 측벽에는, 기판(W)의 반입출구를 개폐하는 게이트 밸브(26)가 부착되어 있다.
서셉터(12)에는, 제1 고주파 전원(28) 및 제2 고주파 전원(30)이, 매칭 유닛(32) 및 급전봉(34)을 통해 전기적으로 접속되어 있다. 제1 고주파 전원(28)은, 주로 서셉터(12) 상의 기판(W)에 대한 이온의 인입에 기여하는 주파수(예컨대, 13.56 ㎒)의 제1 고주파(LF)를 출력한다. 한편, 제2 고주파 전원(30)은, 주로 플라즈마의 생성에 기여하는 주파수(예컨대, 100 ㎒)의 제2 고주파(HF)를 출력한다.
매칭 유닛(32)에는, 제1 고주파 전원(28) 및 제2 고주파 전원(30)과 부하(주로 플라즈마) 사이에서 임피던스의 정합을 취하기 위한 정합기가 주요로 되어 있다. 또한, 정합기에 대해서는, 후술한다. 급전봉(34)은, 원통형 또는 원주형의 도체로 구성되어 있다. 급전봉(34)의 상단은, 서셉터(12)의 하면 중심부에 접속되어 있고, 상기 급전봉(34)의 하단은 매칭 유닛(32) 내의 정합기의 고주파 출력 단자에 접속되어 있다. 또한, 처리 용기(10)의 바닥부와 매칭 유닛(32) 사이에는, 급전봉(34)의 주위를 둘러싸는 원통형의 도체 커버(35)가 설치되어 있다.
서셉터(12)는 기판(W)보다 한 단계 큰 직경 또는 구경을 가지고 있다. 서셉터(12)의 상면은, 대략 수평인 면이며, 중앙 영역과 주변 영역을 포함하고 있다. 이 중앙 영역 상에는, 정전 척(38)이 설치되어 있다. 또한, 주변 영역 상에는, 정전 척(38) 및 기판(W)을 둘러싸도록, 포커스 링(36)이 설치된다. 포커스 링(36)은, 링형의 유전체(135)를 통해, 주변 영역 상에 설치되어 있다. 이 포커스 링(36)은, 기판(W) 표면의 재료(예컨대, 피에칭재)에 따라, 예컨대, Si, SiC, C, SiO2 중 어느 하나의 재질로 구성된다.
정전 척(38)은, 서셉터(12)의 상면의 중앙 영역 상에 설치되어 있다. 정전 척(38)은, 서셉터(12)에 대하여 일체 형성되어 있어도 좋고, 혹은, 상기 중앙 영역에 대하여 접착제 등을 통해 접합되어 있어도 좋다. 정전 척(38)은, 유전체층(40) 및 내부 전극(42)을 가지고 있다. 내부 전극(42)은, 유전체층(40) 내에 설치되어 있다. 이 내부 전극(42)에는, 처리 용기(10)의 밖에 설치된 직류 전원(44)이, 스위치(46), 저항기(48) 및 고압선(50)을 통해 전기적으로 접속되어 있다. 직류 전원(44)으로부터 정극성으로 고압(예컨대, 2000 V∼3000 V)의 직류 전압(ADC)이 정전 척(38)의 내부 전극(42)에 인가됨으로써, 기판(W)이 정전력으로 정전 척(38)에 흡착되도록 되어 있다. 또한, 고압선(50)은, 피복선이며, 서셉터(12)를 아래로부터 관통하여 정전 척(38)의 내부 전극(42)에 접속되어 있다.
서셉터(12)의 내부에는, 냉매 유로(52)가 형성되어 있다. 냉매 유로(52)는, 예컨대, 서셉터(12)의 내부에 있어서, 환형 또는 나선형으로 연장되어 있다. 이 냉매 유로(52)에는, 칠러 유닛으로부터 냉매 공급관(54)을 통해 소정 온도의 냉매, 예컨대 냉각수(CW)가 순환 공급된다. 이와 같이 공급되는 냉매의 온도에 의해 서셉터(12)의 온도를 제어할 수 있다. 또한, 서셉터(12) 및 정전 척(38)에는, 가스 유로(56)가 형성되어 있다. 이 가스 유로(56)에는, 가스 공급관을 통해 백사이드 가스 공급부로부터, He 가스라고 하는 백사이드 가스가 공급된다. 백사이드 가스는, 가스 유로(56)를 통해 기판(W)과 정전 척(38) 사이에 공급된다. 이에 의해, 기판(W)과 정전 척(38)이 열적으로 결합된다.
서셉터(12) 및 정전 척(38)에는, 상기 서셉터(12) 및 정전 척(38)을 관통하는 복수의 관통 구멍이 형성되어 있다. 이들, 복수의 관통 구멍에는, 복수개(예컨대, 3개)의 리프트 핀(58)이 삽입되어 있다. 또한, 도 2에 있어서는, 각각에 1개의 리프트 핀이 삽입된 2개의 관통 구멍(60) 및 관통 구멍(62)이 그려져 있다. 리프트 핀(58)은, 예컨대, 수지 또는 세라믹스 등의 절연체로 구성되어 있다. 이들 리프트 핀(58)은, 링형의 수평 승강판(64)에 지지되어 있다. 수평 승강판(64)은, 에어 실린더 또는 볼 나사 기구 등으로 이루어지는 액츄에이터(66)의 승강 구동축(68)에 결합되어 있다. 리프트 핀(58)은, 그 선단이 정전 척(38)의 상방으로 돌출한 상태로, 상기 리프트 핀(58)의 선단에 기판(W)을 지지한다. 그러한 후에, 리프트 핀(58)이 하강함으로써 기판(W)이 정전 척(38) 상에 배치된다. 또한, 기판(W)의 플라즈마 처리 후에는, 리프트 핀(58)이 상승함으로써, 기판(W)이 정전 척(38)으로부터 떨어진다. 즉, 리프트 핀(58)은, 기판(W)의 로딩 및 언로딩을 위해 이용된다.
처리 용기(10)의 천장에는, 샤워 헤드(70)가 설치되어 있다. 샤워 헤드(70)는, 서셉터(12)와 공간을 개재하여 설치되어 있다. 이 샤워 헤드(70)는, 상부 전극을 겸하고 있다. 샤워 헤드(70)는, 전극판(72) 및 전극 지지체(74)를 가지고 있다. 전극판(72)은, 예컨대, Si, SiC, 또는 C로 구성되어 있다. 전극판(72)은, 처리 용기(10) 내의 공간(S)에 접하고 있다. 전극판(72)과 서셉터(12) 사이의 공간(S)은 플라즈마 생성 공간 또는 처리 공간이 된다. 전극 지지체는, 전극판(72)을 그 배면측(상측)으로부터 착탈 가능하게 지지하고 있다. 전극 지지체(74)는, 예컨대, 알루마이트 처리된 알루미늄으로 구성되어 있다. 전극 지지체(74)의 내부에는, 가스실(76)이 형성되어 있다. 전극 지지체(74) 및 전극판(72)에는, 가스실(76)로부터 서셉터(12)측으로 관통하는 다수의 가스 토출 구멍(78)이 형성되어 있다. 가스실(76)의 상부에는, 가스 도입구(76a)가 설치되어 있다. 이 가스 도입구(76a)에는, 가스 공급관(82)을 통해 처리 가스 공급부(80)가 접속되어 있다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 주제어부(84)를 더 구비하고 있다. 주제어부(84)는, 마이크로 컴퓨터 및 각종 인터페이스를 포함하고, 외부 메모리 또는 내부 메모리에 저장되는 소프트 웨어(프로그램) 및 레시피 정보에 따라, 플라즈마 처리 장치(1) 내의 각 부, 예컨대, 배기 장치(24), 제1 고주파 전원(28), 제2 고주파 전원(30), 매칭 유닛(32), 스위치(46), 리프트 기구의 액츄에이터(66), 칠러 유닛, 백사이드 가스 공급부, 및, 처리 가스 공급부(80) 등의 개개의 동작 및 장치 전체의 동작(시퀀스)을 제어한다.
또한, 이 실시형태에서는, 주제어부(84)가 하나의 제어 유닛으로서 도시되어 있지만, 복수의 제어 유닛이 주제어부(84)의 기능을 병렬적 또는 계층적으로 분담하는 형태를 채용하고 있어도 좋다.
플라즈마 처리 장치(1)에서는, 제1 고주파 전원(28) 및 제2 고주파 전원(30) 중 적어도 한쪽이, 펄스 변조된 고주파, 즉 변조 고주파를 생성하고, 상기 변조 고주파를 서셉터(12)에 공급하도록 되어 있다.
펄스 변조는, 제1 고주파(LF) 및 제2 고주파(HF) 중 적어도 한쪽의 고주파를, 제1 고주파(LF)의 주파수 및 제2 고주파(HF)의 주파수보다 낮은 주파수(이하, 「변조 주파수」라고 함)로 교대로 ON/OFF시키는 변조이다. 또한, 펄스 변조는, 상기 적어도 한쪽의 고주파의 파워를 교대로 증감시키는 변조여도 좋다. 이 펄스 변조의 변조 주파수는, 플라즈마 처리의 목적에 따라 임의로 설정된다. 변조 주파수에 의해 규정되는 1주기는, 상기 적어도 한쪽의 고주파가 ON이 되는 기간(이하, 「제1 기간」이라고 함) 및 상기 적어도 한쪽의 고주파가 OFF가 되는 기간(이하, 「제2 기간」이라고 함)을 포함한다. 펄스 변조의 1주기에 있어서 제1 기간이 차지하는 비율(％), 즉, 듀티도, 플라즈마 처리의 목적에 따라 임의로 설정된다.
여기서, 도 3을 참조하여, 제1 고주파(LF)의 펄스 변조의 유무, 및 제1 고주파(LF)의 펄스 변조의 변조 주파수가 기판(W)의 전위에 부여하는 영향을 설명한다. 도 3의 (a)에는, 제1 고주파(LF)(1000 W) 및 제2 고주파(HF)(1500 W)가 함께 펄스 변조되지 않고 연속적으로 서셉터(12)에 부여되었을 때의 기판(W)의 전위의 시간 변화의 측정 결과가 나타나 있다. 도 3의 (b)에는, 변조 주파수 1 ㎑ 또한 듀티 50％로 변조된 제1 고주파(LF)(1000 W), 즉 변조 고주파가 서셉터(12)에 부여되며, 제2 고주파(HF)(1500 W)가 펄스 변조되지 않고 연속적으로 서셉터(12)에 부여되었을 때의 기판(W)의 전위의 시간 변화의 측정 결과가 나타나 있다. 도 3의 (c)에는, 변조 주파수 0.5 ㎑ 또한 듀티 50％로 변조된 제1 고주파(LF)(1000 W), 즉 변조 고주파가 서셉터(12)에 부여되며, 제2 고주파(HF)(1500 W)가 펄스 변조되지 않고 연속적으로 서셉터(12)에 부여되었을 때의 기판(W)의 전위의 시간 변화의 측정 결과가 나타나 있다. 또한, 도 3의 (d)에는, 변조 주파수 0.1 ㎑ 또한 듀티 50％로 변조된 제1 고주파(LF)(1000 W), 즉 변조 고주파가 서셉터(12)에 부여되며, 제2 고주파(HF)(1500 W)가 펄스 변조되지 않고 연속적으로 서셉터(12)에 부여되었을 때의 기판(W)의 전위의 시간 변화의 측정 결과가 나타나 있다. 도 3에 나타내는 기판(W)의 전위의 시간 변화는 모두, 제1 고주파의 주파수 이상의 전위의 시간 변화를 제거하기 위한 필터를 통해, 기판(W)의 전위를 측정하여 얻은 것이다. 또한, 도 3에 있어서, 「GND」는, 그랜드 전위를 나타내고 있다.
도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 제1 고주파(LF) 및 제2 고주파(HF)의 쌍방이 연속적으로 서셉터(12)에 부여되는 경우에는, 기판(W)의 전위는, 대략 일정한 부극성의 전위가 된다. 따라서, 기판(W)과 서셉터(12) 사이의 공간, 예컨대, 가스 유로(56), 관통 구멍(60), 및 관통 구멍(62)이라고 하는 공간을 통한 이상 방전은, 대략 일정한 부극성의 직류 전압을 서셉터(12)에 부여함으로써, 억제된다.
한편, 도 3의 (b), (c), 및 (d)에 나타내는 바와 같이, 펄스 변조된 제1 고주파(LF), 즉, 변조 고주파가 서셉터(12)에 부여되면, 기판(W)의 전위가 주기적으로 변동한다. 특히, 펄스 변조의 주파수가 1 ㎑ 미만인 경우에는, 변조 고주파에 추종하여 기판(W)의 전위가 크게 변동한다. 따라서, 부극성 또한 일정한 직류 전압, 예컨대, 기판(W)의 실효 전위와 동등 또한 일정한 직류 전압을 서셉터(12)에 부여하여도, 기판(W)과 서셉터(12) 사이의 공간을 통한 이상 방전이 생길 수 있다. 이러한 현상은, 제2 고주파(HF)가 펄스 변조되는 경우, 및, 제1 고주파(LF) 및 제2 고주파(HF)의 쌍방이 펄스 변조되는 경우에도, 생길 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 기판(W)의 전위가 변조 고주파에 추종하는 현상은, 펄스 변조의 주파수가 소정의 주파수의 값 미만인 경우에 있어서 현저해진다. 본 실시예에서는 펄스 변조의 주파수가 1 ㎑ 미만에 있어서 상기 현상이 현저해지는 검증 결과를 얻었다. 상기 현상이 현저해지는 펄스 변조의 주파수는, 플라즈마 처리 장치의 부유 용량, 즉, 플라즈마 처리 장치에 있어서 고주파가 통과하는 경로에 존재하는 부유 용량에 의존하는 것이며, 플라즈마 처리 장치에 의해 변화시킬 수 있는 값이다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 상기한 바와 같이 변조 고주파가 서셉터(12)에 부여됨으로써 기판(W)의 전위가 변동하여도, 기판(W)과 서셉터(12) 사이의 공간을 통한 이상 방전을 억제하기 위해, 전압 인가부(DA)를 더 구비하고 있다. 전압 인가부(DA)는, 변조 고주파에 동기하여 펄스 변조된 직류 전압, 즉 변조 직류 전압을 서셉터(12)에 인가하도록 구성되어 있다. 또한, 변조 직류 전압의 전압값은, 자기 바이어스에 의한 기판(W)의 전위(부극성의 전위)와 서셉터(12)의 전위(정극성의 전위) 사이의 전위차를 감소시키도록 설정된다. 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 이 전압 인가부(DA)도, 주제어부(84)에 의해 제어될 수 있다.
이하, 도 2와 함께 도 4를 참조하면서, 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서의 플라즈마 처리의 실행 시의 동작을 설명하고, 이와 함께, 일실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 서셉터의 전위를 제어하는 방법에 대해서 설명한다. 도 4는, 일실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 서셉터의 전위를 제어하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
플라즈마 처리 장치(1)에 있어서의 기판(W)의 플라즈마 처리에서는, 우선, 게이트 밸브(26)가 개방되어, 옆방의 로드록·챔버 또는 트랜스퍼·챔버로부터 반송 아암에 의해 기판(W)이 처리 용기(10) 내에 반입된다.
계속해서, 로딩 동작이 행해진다. 로딩 동작에서는, 액츄에이터(66)가 작동하여, 리프트 핀(58)을 상승시킨다. 그리고, 리프트 핀(58)이, 반송 아암으로부터 기판(W)을 수취한다. 계속해서, 리프트 핀(58)이 강하하여, 기판(W)이 정전 척(38)의 위에 배치된다.
계속해서, 처리 가스 공급부(80)로부터 처리 가스(일반적으로 혼합 가스)가 소정의 유량으로 처리 용기(10) 내에 도입된다. 또한, 배기 장치(24)에 의해 처리 용기(10) 내의 압력이 조정된다. 또한, 제1 고주파 전원(28)으로부터 제1 고주파(LF)가 출력되고, 제2 고주파 전원(30)으로부터 제2 고주파(HF)가 출력되며, 제1 고주파(LF) 및 제2 고주파(HF)가 매칭 유닛(32) 및 급전봉(34)을 통해 서셉터(12)에 공급된다. 또한, 스위치(46)가 온 상태로 전환됨으로써, 기판(W)이 정전력으로 정전 척(38)에 유지된다. 그리고, 백사이드 가스 공급부로부터 기판(W)과의 사이에 전열용의 백사이드 가스가 공급된다. 그리고, 샤워 헤드(70)로부터 공간(S)에 공급된 처리 가스가, 고주파 방전에 의해 여기됨으로써, 플라즈마가 생성된다. 이와 같이 생성된 플라즈마로부터 공급되는 라디칼이나 이온에 의해, 기판(W)에 대한 플라즈마 처리, 예컨대, 에칭이 행해진다.
이 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서는, 제1 고주파(LF) 및 제2 고주파 중 적어도 한쪽이 펄스 변조된 고주파, 즉 변조 고주파로서 서셉터(12)에 공급된다[도 4의 공정(ST1)]. 또한, 전압 인가부(DA)에 의해, 변조 고주파에 동기하여 펄스 변조된 변조 직류 전압이 서셉터(12)에 인가된다[도 4의 공정(ST2)]. 이 변조 직류 전압은, 자기 바이어스에 의한 기판(W)의 전위(부극성의 전위)와 서셉터(12)의 전위(정극성의 전위) 사이의 전위차를 감소시키도록 설정된 전압값을 갖는 직류 전압이다. 따라서, 기판(W)과 서셉터(12) 사이의 전위차가 감소하여, 기판(W)과 서셉터(12) 사이의 공간, 예컨대, 가스 유로(56), 관통 구멍(60), 및 관통 구멍(62)이라고 하는 공간을 통해 이상 방전이 발생하는 것이 억제된다. 따라서, 기판(W)에 이상 방전에 의한 손상이 발생하는 것이 억제되어, 플라즈마 처리의 수율이 향상된다.
이하, 플라즈마 처리 장치(1)의 매칭 유닛(32) 및 전압 인가부(DA)로서 이용할 수 있는 여러가지 매칭 유닛 및 전압 인가부에 대해서 설명한다. 또한, 제1 고주파(LF) 및 제2 고주파(HF)의 펄스 변조의 여러가지 예, 및, 변조 고주파에 동기한 변조 직류 전압의 인가에 관한 여러가지 예에 대해서도 설명한다.
[매칭 유닛 및 전압 인가부의 제1 예]
도 5는 매칭 유닛 및 전압 인가부의 회로 구성의 제1 예를 나타내는 도면이다. 도 6은 변조 고주파(LFPM)의 파워, 제1 고주파 전원(28)에 의해 출력되는 펄스 신호(PS), 기판의 전위(VDC)(0 V 이하), 및 전압 인가부의 변조 직류 전압(BDC)의 타이밍 차트를 예시하는 도면이다. 도 5에 나타내는 제1 예의 회로 구성은, 제1 고주파(LF)의 전압 진폭(VPP _LF)(피크·투·피크)에 따라 변조 고주파 전압의 전압값을 제어하는 것이다. 여기서, 제1 고주파(LF)의 전압 진폭(VPP _LF)은, 제1 고주파(LF)의 전압의 최대 피크값과 최소 피크값의 차이다. 이 제1 예의 회로 구성은, 서셉터(12)에 있어서의 제2 고주파(HF)의 전압 진폭이 무시할 수 있을 정도로 작은 경우에 이용할 수 있는 것이며, 상기 회로 구성에서는, 제1 고주파(LF)만이 펄스 변조되어도 잘, 제1 고주파(LF) 및 제2 고주파(HF)의 쌍방이 펄스 변조되어도 좋다. 이하, 제1 고주파(LF)만이 펄스 변조되는 경우를 예로 들어, 제1 예의 회로 구성에 대해서 설명한다.
제1 예의 회로 구성은, 매칭 유닛(321) 및 전압 인가부(DA1)를 포함하고 있다. 매칭 유닛(321)은, 도 2의 매칭 유닛(32)으로서 이용되고, 전압 인가부(DA1)는 도 2의 전압 인가부(DA)로서 이용된다. 매칭 유닛(321)은, 제1 정합기(100) 및 제2 정합기(102)를 가지고 있다. 제1 정합기(100)는, 제1 고주파 전원(28)으로부터 출력되는 제1 고주파(LF)를, 무반사 또는 적은 반사로 효율적으로 처리 용기(10) 내의 플라즈마 부하에 전송하도록 동작한다. 제1 정합기(100)와 제1 고주파 전원(28)은, 제1 고주파 급전부(108)를 형성하고 있다. 제2 정합기(102)는, 제2 고주파 전원(30)으로부터 출력되는 제2 고주파(HF)를, 무반사 또는 적은 반사로 효율적으로 처리 용기(10) 내의 플라즈마 부하에 전송하도록 동작한다. 제2 정합기(102)와 제2 고주파 전원(30)은, 제2 고주파 급전부(110)를 형성하고 있다.
제1 정합기(100)는, 가변 용량의 콘덴서(112), 가변 용량의 콘덴서(114), 및, 인덕터(116)를 가지고 있다. 콘덴서(114) 및 인덕터(116)는, 제1 고주파 전원(28)의 출력 단자와 부하 사이에서 직렬로 접속되어 있다. 콘덴서(112)는, 콘덴서(114)의 입력측 단자와 접지 전위 부재 사이에 접속되어 있다. 이들 콘덴서(112), 콘덴서(114), 및 인덕터(116)는, L형의 정합 회로를 형성하고 있다.
또한, 제1 정합기(100)는, 오토 매칭 기구를 더 가지고 있다. 이 오토 매칭 기구는, 일례에 있어서는, 스텝 모터라고 하는 모터(212) 및 모터(214), 및, 매칭 컨트롤러(216)를 가지고 있다. 또한, 제1 정합기(100)는, 임피던스 센서(210)를 더 가지고 있다. 임피던스 센서(210)는, 제1 고주파 전원(28)이 제1 고주파(LF)를 출력하고 있을 때에, 제1 고주파 전원(28)측에서 보이는 부하측의 임피던스, 즉, 부하 임피던스(ZL _ LH)를 측정하고, 상기 부하 임피던스(ZL _ LH)의 측정값(MZL_LH)을 출력한다. 부하 임피던스(ZL _ LH)는, 처리 용기(10) 내의 부하(주로 플라즈마)의 임피던스와, 제1 정합기(100)의 L형의 정합 회로의 임피던스가 합성된 임피던스이다.
매칭 컨트롤러(216)는, 마이크로 컴퓨터를 가지고 있고, 임피던스 센서(210)로부터 출력되는 측정값(MZL _ LH)이 제1 고주파 전원(28)의 출력 임피던스에 상당하는 정합 포인트(통상 50 Ω)와 일치하거나 또는 근접하도록, 모터(212) 및 모터(214)의 회전 제어를 통하여 콘덴서(112) 및 콘덴서(114)의 포지션(바리콘·스텝)(PC1, PC2)을 제어한다.
제2 정합기(102)는, 1차측에 있어서, 코일(118) 및 가변 용량의 콘덴서(120)를 가지고 있고, 2차측에 있어서, 코일(122) 및 가변 용량의 콘덴서(124)를 가지고 있다. 코일(118) 및 콘덴서(120)는, 제2 고주파 전원(30)의 출력 단자와 접지 전위 부재 사이에서 직렬로 접속되어 있다. 코일(118)은, 코일(122)과 트랜스 결합되어 있다. 콘덴서(124)는, 코일(122)과 부하 사이에 직렬로 접속되어 있다. 이들 코일(118), 콘덴서(120), 코일(122), 및 콘덴서(124)는, 유도 결합형의 정합 회로를 구성하고 있다.
또한, 제2 정합기(102)는, 오토 매칭 기구를 더 가지고 있다. 이 오토 매칭 기구는, 일례에 있어서는, 스텝 모터라고 하는 모터(312) 및 모터(314), 및, 매칭 컨트롤러(316)를 가지고 있다. 또한, 제2 정합기(102)는, 임피던스 센서(310)를 더 가지고 있다. 임피던스 센서(310)는, 제2 고주파 전원(30)이 제2 고주파(HF)를 출력하고 있을 때에, 제2 고주파 전원(30)측에서 보이는 부하측의 임피던스, 즉, 부하 임피던스(ZL _HF)를 측정하고, 상기 부하 임피던스(ZL _HF)의 측정값(MZL_HF)을 출력한다. 부하 임피던스(ZL _HF)는, 처리 용기(10) 내의 부하(주로 플라즈마)의 임피던스와, 제2 정합기(102)의 유도 결합형의 정합 회로의 임피던스가 합성된 임피던스이다.
매칭 컨트롤러(316)는, 마이크로 컴퓨터를 가지고 있고, 임피던스 센서(310)로부터 출력되는 측정값(MZL _HF)이 제2 고주파 전원(30)의 출력 임피던스에 상당하는 정합 포인트(통상 50 Ω)와 일치하거나 또는 근접하도록, 모터(312) 및 모터(314)의 회전 제어를 통하여 콘덴서(120) 및 콘덴서(124)의 포지션(바리콘·스텝)(PC3, PC4)을 제어한다.
제1 고주파 급전부(108)는, 제1 정합기(100)와 급전봉(34) 사이에, 로우패스 필터(130)를 가지고 있다. 로우패스 필터(130)는, L형의 로우패스 필터이며, 인덕터(126) 및 콘덴서(128)를 가지고 있다. 인덕터(126)는, 제1 정합기(100)와 급전봉(34) 사이에 접속되어 있고, 콘덴서(128)는, 인덕터(126)의 제1 정합기(100)측의 단자와 접지 전위 부재 사이에 접속되어 있다. 이 로우패스 필터(130)는, 제1 정합기(100)로부터의 제1 고주파(LF) 및 전압 인가부(DA1)로부터의 변조 직류 전압(BDC)을 서셉터(12)측에 통과시켜, 제2 고주파 급전부(110)로부터의 제2 고주파(HF)를 차단한다.
또한, 제2 고주파 급전부(110) 내에서는, 제2 정합기(102) 내에서 트랜스 결합되어 있는 코일(118) 및 코일(122)이, 제1 고주파 급전부(108)로부터의 제1 고주파(LF)를 차단하도록 되어 있다.
일실시형태에서는, 매칭 유닛(321)에는, 일차적으로는 보안 접지용의 릴레이 스위치(132)가 설치되어 있다. 이 릴레이 스위치(132)의 한쪽의 단자는, 저항기(134)를 통해 접지 전위 부재에 접속되어 있고, 상기 릴레이 스위치(132)의 다른쪽의 단자는, 고주파 차단 필터(140)를 통해, 제1 정합기(100) 내의 고주파 전송로[도시된 예에서는 콘덴서(114)와 인덕터(116) 사이의 접속점(NA)]에 접속되어 있다. 고주파 차단 필터(140)는, 인덕터(136) 및 콘덴서(138)를 가지고 있다. 인덕터(136)는, 릴레이 스위치(132)와 접속점(NA) 사이에 접속되어 있다. 콘덴서(138)는, 인덕터(136)의 릴레이 스위치(132)측의 단자와 접지 전위 부재 사이에 접속되어 있다. 이 고주파 차단 필터(140)는, 변조 직류 전압(BDC)을 통과시켜, 제1 고주파(LF)라고 하는 다른 고주파를 차단하는 필터 특성을 가지고 있다.
릴레이 스위치(132)가 오프로 되어 있을 때에는, 제1 정합기(100) 내의 접속점(NA)이 전기적(특히 직류적)으로 플로우팅 상태에 있다. 따라서, 서셉터(12)도 플로우팅 상태에 놓여진다. 릴레이 스위치(132)가 온이 되면, 과도적으로는 그때까지 서셉터(12)에 축적되어 있던 전하가 접속점(NA), 고주파 차단 필터(140), 릴레이 스위치(132) 및 저항기(134)를 통해 접지 전위 부재에 흐르도록 되어 있다. 또한, 릴레이 스위치(132)가 오프가 되는 타이밍은, 기판이 서셉터(12) 상에 배치되며, 처리 가스 공급부(80)로부터의 처리 가스가 처리 용기(10) 내에 공급되고 나서, 제2 고주파(HF)가 출력되기까지의 사이에 타이밍이다. 또한, 릴레이 스위치(132)가 온이 되는 타이밍은, 기판을 처리 용기(10)로부터 반출하기 위해, 리프트 핀(58)이 상승되기 전의 타이밍이다. 이러한 릴레이 스위치(132)의 온과 오프는, 매칭 컨트롤러(216)로부터 릴레이 스위치(132)에 부여되는 제어 신호에 의해 제어된다.
제1 예에서는, 제1 고주파 전원(28)은, 펄스 변조된 제1 고주파, 즉, 변조 고주파(LFPM)를 출력한다(도 6참조). 펄스 변조의 1주기는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 제1 기간(T1)과 상기 제1 기간에 계속되는 제2 기간(T2)으로 분할된다. 도 6의 변조 고주파(LFPM)의 타이밍 차트에 나타내는 바와 같이, 제1 기간(T1)에서는, 제1 고주파(LF)가 서셉터(12)에 공급되고(도 6에서는 「ON」), 제2 기간(T2)에서는 제1 고주파(LF)의 서셉터(12)에의 공급이 정지된다(도 6에서는 「OFF」). 또한, 제1 기간(T1)에서는, 제1 파워의 제1 고주파(LF)가 서셉터(12)에 공급되고, 제2 기간(T2)에서는, 제1 파워보다 낮은 제2 파워의 제1 고주파(LF)가 서셉터(12)에 공급되어도 좋다. 이 제1 고주파 전원(28)은, 변조 고주파(LFPM)에 동기한 펄스 신호(PS)를 출력한다. 이 펄스 신호(PS)는, 제1 기간(T1)에서는 제1 신호 레벨(LV1)을 가지고, 제2 기간(T2)에서는 제2 신호 레벨(LV2)을 갖는다.
변조 고주파(LFPM)가 서셉터(12)에 부여되면, 도 6에 나타내는 바와 같이, 기판(W)의 전위(VDC)는, 변조 고주파(LFPM)에 동기하여 시간 변동한다. 즉, 기판(W)의 전위(VDC)는, 제1 기간(T1)에서는 부극성의 전위가 되고, 제2 기간에서는 대략 0(V)의 전위가 된다. 이러한 기판(W)의 전위와 서셉터(12)의 전위의 차를 저감시키기 위해, 도 5에 나타내는 바와 같이, 전압 인가부(DA1)가 릴레이 스위치(132)와 병렬로 설치되어 있다. 이 전압 인가부(DA1)는, 변조 직류 전압(BDC)을 출력한다.
구체적으로, 전압 인가부(DA1)는, 릴레이 스위치(132)와 병렬로, 저항기(142)를 통해 고주파 차단 필터(140)에 접속되어 있고, 상기 고주파 차단 필터(140)를 통해, 접속점(NA)에 접속되어 있다. 저항기(142)는, 전단계의 고주파 차단 필터(140)로부터 누출되는 경우도 있는 제1 고주파(LF)라고 하는 그 외의 고주파를 확실하게 차단하는 다음 단계의 고주파 차단 필터를 구성하고 있다.
전압 인가부(DA1)는, 직류 전원(104), 스위칭 소자(SW1), 및, 시정수 조정 회로(TC1)를 포함하고 있다. 직류 전원(104)은, 부극성의 직류 전압을 발생하는 가변 직류 전원이며, 출력하는 직류 전압의 전압값을 조정 가능하다. 이 직류 전원(104)은, 저항기(142)에 접속되어 있다. 스위칭 소자(SW1)는, 제1 단자, 제2 단자, 및 제어 단자를 가지고 있다. 스위칭 소자(SW1)는, 그 제어 단자에 입력되는 전기 신호에 의해 제1 단자와 제2 단자 사이의 도통 상태를 전환하는 소자이다. 스위칭 소자(SW1)에는, 예컨대, 전계 효과 트랜지스터를 이용할 수 있다. 전계 효과 트랜지스터에 따르면, 메카니컬인 스위치보다, 스위칭 소자(SW)의 수명을 길게 하는 것이 가능해진다. 이 스위칭 소자(SW1)의 제1 단자는, 저항기(142)와 직류 전원(104) 사이의 노드(NA1)에, 시정수 조정 회로(TC1)를 통해 접속되어 있다. 스위칭 소자(SW1)의 제2 단자는, 접지 전위 부재에 접속되어 있다. 스위칭 소자(SW1)의 제어 단자에는, 제1 고주파 전원(28)으로부터, 펄스 신호(PS)가 부여되도록 되어 있다.
제1 기간(T1)에 있어서 제1 신호 레벨(LV1)의 펄스 신호(PS)가 스위칭 소자(SW1)의 제어 단자에 부여되면, 스위칭 소자(SW1)의 제1 단자와 제2 단자 사이의 도통이 절단된다. 따라서, 직류 전원(104)의 직류 전압이 서셉터(12)에 인가된다. 즉, 도 6에 나타내는 바와 같이, 제1 기간(T1)에 있어서의 변조 직류 전압(BDC)의 전압값은, 부극성의 BDC(T1)이 된다. 한편, 제2 기간(T2)에 있어서 제2 신호 레벨(LV2)의 펄스 신호(PS)가 스위칭 소자(SW1)의 제어 단자에 부여되면, 스위칭 소자(SW1)의 제1 단자와 제2 단자가 도통한다. 이에 의해, 직류 전원(104)의 직류 전압의 서셉터(12)에 대한 인가가 정지된다. 즉, 도 6에 나타내는 바와 같이, 제2 기간(T2)에 있어서의 변조 직류 전압(BDC)의 전압값은, 예컨대 대략 0(V)의 BDC(T2)가 된다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 기판(W)의 전위(VDC)는, 변조 고주파(LFPM)에 동기하고 있지만, 그 하강 및 상승에는 지연이 생긴다. 이 지연에 대응하기 위해, 변조 직류 전압(BDC)의 하강 및 상승은, 시정수 조정 회로(TC1)에 의해 조정된다. 또한, 시정수 조정 회로(TC1)는, 예컨대, 노드(NA1)와 스위칭 소자(SW1) 사이에 접속된 저항 소자일 수 있다.
이 제1 예의 회로 구성에서는, 기판(W)의 전위(VDC)가 제1 고주파(LF)의 전압 진폭(VPP)과 비례 관계에 있는 것을 이용하여, 변조 직류 전압(BDC)의 전압값이 제1 고주파(LF)[본 예에서는, 변조 고주파(LFPM)]의 전압 진폭(VPP _LF)에 따라 제어된다. 이 때문에, 제1 고주파 급전부(108)의 고주파 전송로 상에는, 제1 고주파(LF)의 전압 진폭(VPP _LF)을 측정하기 위한 진폭 측정부(146)가 설치되어 있다. 일실시형태에 있어서, 상기 고주파 전송로 상에는, 제1 고주파(LF)의 진행파 파워(Pf_LF) 및 반사파 파워(Pr_LF)를 측정하기 위한 RF 파워 모니터(148)가 더 설치되어 있어도 좋다. 또한, RF 파워 모니터(148)는, 예컨대, 방향성 결합기를 포함할 수 있다.
진폭 측정부(146)는, 상기 고주파 전송로 상에서의 전압 진폭(VPP _LF)의 측정값(MVPP_LF)을 전압 제어부(144)에 출력한다. 전압 제어부(144)는, 주제어부(84)의 일부를 구성할 수 있다. 전압 제어부(144)는, 펄스 신호(PS)를 받아, 펄스 신호(PS)가 제1 신호 레벨(LV1)을 가질 때에, 제1 기간(T1)에 있어서의 측정값(MVPP_LF), 즉, 측정값[MVPP _LF(T1)]으로부터, 변조 직류 전압(BDC)의 전압값[BDC(T1)]을 구한다. 예컨대, 전압 제어부(144)는, 하기 식 (1)에 따라, 부의 값의 전압값[BDC(T1)]을 구한다. 여기서, K1은 플러스의 계수이다.
BDC(T1)=-K1×MVPP _LF(T1)…(1)
전압 제어부(144)는, 제1 기간(T1)에 있어서 직류 전원(104)이 출력하는 직류 전압의 전압값이, BDC(T1)이 되도록, 직류 전원(104)을 제어한다. 따라서, 제1 기간(T1)에서는, 전압 진폭(VPP _LF)이 클수록, 변조 직류 전압(BDC)의 전압값의 절대값은 커진다.
그런데, 플라즈마 처리의 개시 시나 플라즈마 처리가 한창일 때에 플라즈마의 부하가 변동하면, 기판(W)의 전위(VDC)와 전압 진폭(VPP _LF) 사이에서 비례 관계가 무너져, 전위(VDC)의 절대값이 K×VPP _LF보다 작아지는 경우가 있다. 이 경우에는, 플라즈마 부하에 RF 파워가 충분히 흡수되지 않아, 반사파 파워(Pr_LF)가 증대한다.
이러한 플라즈마 부하의 변동에 대처하기 위해, 전압 제어부(144)는, 측정값[MVPP_LF(T1)], 및, 제1 기간(T1)에 있어서의 RF 파워 모니터(148)의 반사파 파워의 측정값(MPr _LF), 즉 MPr _LF(T1)을 이용하여, 전압값[BDC(T1)]을 구할 수 있다. 구체적으로, 전압 제어부(144)는, 하기 식 (2) 또는 하기 식 (3)에 따라, 전압값[BDC(T1)]을 구하여도 좋다. 또한, J1 및 D1은 플러스의 계수이다.
BDC(T1)=-(K1×MVPP _LF(T1)-J1×MPr _LF(T1))…(2)
BDC(T1)=-(K1-D1×MPr _LF(T1))×MVPP _LF(T1)…(3)
또한, 전압 제어부(144)는, 플라즈마 부하 변동에 대한 변조 직류 전압(BDC)의 전압값의 가변 제어의 안정성 및 정밀도를 한층 더 높이기 위해, 측정값[MVPP_LF(T1)] 및 측정값[MPr _LF(T1)]에 더하여, 제1 기간(T1)에 있어서의 RF 파워 모니터(148)의 진행파 파워(Pf _LF)의 측정값(MPf _LF), 즉 MPf _LF(T1)을 이용하여, 전압값[BDC(T1)]을 구하여도 좋다. 예컨대, 전압 제어부(144)는 하기 식 (4)에 따라, 전압값[BDC(T1)]을 구하여도 좋다. 또한, E1은 플러스의 계수이다.
BDC(T1)=-K1*MVPP _LF(T1)*E1*(MPf _LF(T1)-MPr _LF(T1))/MPf _LF(T1)…(4)
[매칭 유닛 및 전압 인가부의 제2 예]
도 7은 매칭 유닛 및 전압 인가부의 회로 구성의 제2 예를 나타내는 도면이다. 제2 예의 회로 구성은, 서셉터(12)에 있어서의 제2 고주파(HF)의 전압 진폭을 무시할 수 없는 경우에 이용되는 제1 예의 변형예에 따른 회로 구성이다. 이하, 제2 예의 회로 구성에 대해서, 제1 예의 회로 구성과 다른 점에 대해서, 설명한다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 제2 예의 회로 구성의 매칭 유닛(322)은, 진폭 측정부(146) 대신에, 진폭 측정부(202)가 설치되어 있는 점에서, 매칭 유닛(321)과는 상이하다. 진폭 측정부(202)는, 로우패스 필터(130)와 급전봉(34) 사이에 있어서 고주파 전송로 상에 설치되어 있다. 진폭 측정부(202)는, 예컨대, 슈퍼헤테로다인 방식의 필터 회로를 이용하여 제1 고주파(LF)의 전압 진폭(VPP _LF) 및 제2 고주파(HF)의 전압 진폭(VPP _HF)을 변별하여 측정한다. 진폭 측정부(202)는, 전압 진폭(VPP _LF)의 측정값(MVPP _LF) 및 전압 진폭(VPP _HF)의 측정값(MVPP _HF)을 전압 제어부(144)에 부여한다.
전압 제어부(144)는, 펄스 신호(PS)가 제1 신호 레벨(LV1)을 가질 때에, 측정값[MVPP_LF(T1)], 및, 제1 기간(T1)에 있어서의 측정값(MVPP _HF), 즉, MVPP _ HF(T1)로부터, 제1 기간(T1)에 있어서의 변조 직류 전압(BDC)의 전압값[BDC(T1)]을, 하기 식 (5)에 따라 구한다. 또한, K2는 플러스의 계수이다.
BDC(T1)=-K1×MVPP _LF(T1)-K2×MVPP _HF(T1)…(5)
일실시형태에서는, 제2 예의 회로 구성에는, RF 파워 모니터(348)가 더 설치될 수 있다. RF 파워 모니터(348)는, 제2 고주파(HF)의 진행파 파워(Pf _HF) 및 반사파 파워(Pr_HF)를 측정한다. 이 RF 파워 모니터(348)는, 진행파 파워(Pf _HF)의 측정값(MPf_HF) 및 반사파 파워(Pr_HF)의 측정값(MPr _HF)을 전압 제어부(144)에 부여한다. 이 실시형태에서는, 전압 제어부(144)는, 펄스 신호(PS)가 제1 신호 레벨(LV1)을 가질 때에, 제1 기간(T1)에 있어서의 변조 직류 전압(BDC)의 전압값[BDC(T1)]을, 하기 식 (6)∼(8) 중 어느 하나에 따라 구한다. 또한, J2, D2, E2는, 플러스의 계수이다. 또한, MPf _HF(T1)은, 제1 기간(T1)에 있어서의 측정값(MPf _HF)이며, MPr _HF(T1)은, 제1 기간(T1)에 있어서의 측정값(MPr_HF)이다.
BDC(T1)=-(K1×MVPP _LF(T1)-J1×MPr _LF(T1))-(K2×MVPP _HF(T1)-J2×MPr _HF(T1))…(6)
BDC(T1)=-(K1-D1×MPr _LF(T1))×MVPP _LF(T1)-(K2-D2×MPr _HF(T1))×MVPP _HF(T1)…(7)
BDC(T1)=-K1*MVPP _LF(T1)*E1*(MPf _LF(T1)-MPr _LF(T1))/MPf _LF(T1)-K2*MVPP_HF(T1)*E2*(MPf_HF(T1)-MPr_HF(T1))/MPf_HF(T1)…(8)
[매칭 유닛 및 전압 인가부의 제3 예]
도 8은 매칭 유닛 및 전압 인가부의 회로 구성의 제3 예를 나타내는 도면이다. 도 9는 변조 고주파, 펄스 신호, 기판의 전위, 및 전압 인가부의 변조 직류 전압의 타이밍 차트를 예시하는 도면이다. 제3 예의 회로 구성은, 제2 예의 회로 구성의 매칭 유닛과 동일한 매칭 유닛(322)을 포함하고 있다.
이 제3 회로 구성에서는, 제1 고주파(LF)는, 펄스 변조되지 않고 연속적으로 서셉터(12)에 부여되며, 제2 고주파(HF)만이 펄스 변조된다. 즉, 제2 고주파 전원(30)은, 펄스 변조된 제2 고주파(HF), 즉, 변조 고주파(LHPM)를 출력한다(도 9 참조). 제1 기간(T1)에서는, 제2 고주파(HF)가 서셉터(12)에 공급되고(도 9에서는 「ON」), 제2 기간(T2)에서는 제2 고주파(HF)의 서셉터(12)에의 공급이 정지된다(도 9에서는 「OFF」). 또한, 제1 기간(T1)에서는, 제1 파워의 제2 고주파(HF)가 서셉터(12)에 공급되고, 제2 기간(T2)에서는, 제1 파워보다 낮은 제2 파워의 제2 고주파(HF)가 서셉터(12)에 공급되어도 좋다. 이 제2 고주파 전원(30)은, 변조 고주파(HFPM)에 동기한 펄스 신호(PS)를 출력한다.
변조 고주파(HFPM)가 서셉터(12)에 부여되면, 도 9에 나타내는 바와 같이, 기판(W)의 전위(VDC)는, 변조 고주파(HFPM)에 동기하여 시간 변동한다. 구체적으로, 기판(W)의 전위(VDC)는, 제1 기간(T1)에서는 부극성의 전위(V1DC)가 되고, 제2 기간에서는 부극성의 전위(V2DC)가 된다. 전위(V2DC)의 절대값은, 전위(V1DC)의 절대값보다 커진다. 이러한 기판(W)의 전위와 서셉터(12)의 전위의 차를 저감시키기 위해, 도 8에 나타내는 바와 같이, 제3 회로 구성에서는, 전압 인가부(DA3)가 릴레이 스위치(132)와 병렬로 설치되어 있다. 이 전압 인가부(DA3)는, 도 2의 플라즈마 처리 장치(1)의 전압 인가부(DA)로서 이용되는 것이며, 변조 직류 전압(BDC)을 출력한다.
전압 인가부(DA3)는, 직류 전원(104), 직류 전원(105), 스위칭 소자(SW1), 스위칭 소자(SW2), 시정수 조정 회로(TC1), 및, 시정수 조정 회로(TC2)를 포함하고 있다. 직류 전원(104)은, 부극성의 직류 전압을 발생하는 가변 직류 전원이며, 출력하는 직류 전압의 전압값을 조정 가능하다. 직류 전원(104)은, 제1 기간(T1)에 서셉터(12)에 부여하는 직류 전압(전압값[BDC(T1)])을 출력한다. 직류 전원(105)은, 부극성의 직류 전압을 발생하는 가변 직류 전원이며, 출력하는 직류 전압의 전압값을 조정 가능하다. 직류 전원(105)은, 제2 기간(T2)에 서셉터(12)에 부여하는 직류 전압(전압값[BDC(T2)])을 출력한다. 직류 전원(104) 및 직류 전원(105)은, 저항기(142)에 대하여 병렬로 접속되어 있다.
스위칭 소자(SW2)는, 스위칭 소자(SW1)와 마찬가지로, 제1 단자, 제2 단자, 및 제어 단자를 가지고 있다. 스위칭 소자(SW2)는, 그 제어 단자에 입력되는 전기 신호에 의해 제1 단자와 제2 단자 사이의 도통 상태를 전환하는 소자이다. 스위칭 소자(SW2)에는, 예컨대, 전계 효과 트랜지스터를 이용할 수 있다. 스위칭 소자(SW2)의 제1 단자는, 저항기(142)와 직류 전원(105) 사이의 노드(NA2)에, 시정수 조정 회로(TC2)를 통해 접속되어 있다. 스위칭 소자(SW2)의 제2 단자는, 접지 전위 부재에 접속되어 있다. 스위칭 소자(SW2)의 제어 단자에는, 제2 고주파 전원(30)으로부터, 펄스 신호(PS)가 부여되도록 되어 있다.
제1 기간(T1)에 있어서 제1 신호 레벨(LV1)의 펄스 신호(PS)가 스위칭 소자(SW1)의 제어 단자에 부여되면, 스위칭 소자(SW1)의 제1 단자와 제2 단자 사이의 도통이 절단된다. 한편, 제1 기간(T1)에 있어서 제1 신호 레벨(LV1)의 펄스 신호(PS)가 스위칭 소자(SW2)의 제어 단자에 부여되면, 스위칭 소자(SW2)의 제1 단자와 제2 단자가 도통한다. 따라서, 제1 기간(T1)에 있어서는, 직류 전원(104)의 직류 전압만이 서셉터(12)에 인가된다. 이에 의해, 도 9에 나타내는 바와 같이, 제1 기간(T1)에 있어서의 변조 직류 전압(BDC)의 전압값은, 부의 값의 BDC(T1)이 된다.
제2 기간(T2)에 있어서 제2 신호 레벨(LV2)의 펄스 신호(PS)가 스위칭 소자(SW1)의 제어 단자에 부여되면, 스위칭 소자(SW1)의 제1 단자와 제2 단자가 도통한다. 한편, 제2 기간(T2)에 있어서 제2 신호 레벨(LV2)의 펄스 신호(PS)가 스위칭 소자(SW2)의 제어 단자에 부여되면, 스위칭 소자(SW2)의 제1 단자와 제2 단자 사이의 도통이 절단된다. 따라서, 제2 기간(T2)에 있어서는, 직류 전원(105)의 직류 전압만이 서셉터(12)에 인가된다. 이에 의해, 도 9에 나타내는 바와 같이, 제2 기간(T2)에 있어서의 변조 직류 전압(BDC)의 전압값은, 부의 값의 BDC(T2)가 된다. 또한, BDC(T2)의 절대값은, BDC(T1)의 절대값보다 크다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 기판(W)의 전위(VDC)는, 변조 고주파(HFPM)에 동기하고 있지만, 그 하강 및 상승에는 지연이 생긴다. 이 지연에 대응하기 위해, 변조 직류 전압(BDC)의 하강 및 상승은, 시정수 조정 회로(TC1) 및 시정수 조정 회로(TC2)에 의해 조정된다. 또한, 시정수 조정 회로(TC2)는, 예컨대, 노드(NA2)와 스위칭 소자(SW2) 사이에 접속된 저항 소자여도 좋다.
이 제3 예의 회로 구성에서는, 변조 직류 전압(BDC)의 전압값이, 제1 고주파(LF)의 전압 진폭(VPP _LF) 및 제2 고주파(HF)[본 예에서는 변조 고주파(HFPM)]의 전압 진폭(VPP _HF)에 따라 제어된다. 이 때문에, 제3 예의 회로 구성에서는, 진폭 측정부(202)로부터, 전압 진폭(VPP _LF)의 측정값(MVPP _LF) 및 전압 진폭(VPP _HF)의 측정값(MVPP_HF)이 전압 제어부(144)에 부여된다.
전압 제어부(144)는, 펄스 신호(PS)를 받아, 펄스 신호(PS)가 제1 신호 레벨(LV1)을 가질 때에, 즉, 제1 기간(T1)에 있어서, (5) 식에 따라, BDC(T1)을 구한다. 전압 제어부(144)는, 제1 기간(T1)에 있어서 직류 전원(104)이 출력하는 직류 전압의 전압값이 BDC(T1)이 되도록, 직류 전원(104)을 제어한다.
또한, 전압 제어부(144)는, 펄스 신호(PS)를 받아, 펄스 신호(PS)가 제2 신호 레벨(LV2)을 가질 때에, 제2 기간(T2)에 있어서의 측정값(MVPP _LF) 및 측정값(MVPP_HF), 즉, 측정값[MVPP _LF(T2)] 및 측정값[MVPP _HF(T2)]으로부터, 하기 식 (9)에 따라, 변조 직류 전압(BDC)의 전압값[BDC(T2)]을 구한다. 전압 제어부(144)는, 제2 기간(T2)에 있어서 직류 전원(105)이 출력하는 직류 전압의 전압값이 BDC(T2)가 되도록, 직류 전원(105)을 제어한다.
BDC(T2)=-K1×MVPP _LF(T2)-K2×MVPP _HF(T2)…(9)
또한, 전압 제어부(144)는, 전압값[BDC(T1)]을, 식 (6)∼(8) 중 어느 하나에 따라, 구하여도 좋다. 또한, 전압 제어부(144)는, 전압값[BDC(T2)]을, 하기 식 (10)∼(12) 중 어느 하나에 따라 구하여도 좋다. 또한, MPf _HF(T2)는 제2 기간(T2)에 있어서의 측정값(MPf _HF)이며, MPr _LF(T2)는 제2 기간(T2)에 있어서의 측정값(MPr_LF)이다.
BDC(T2)=-(K1×MVPP _LF(T2)-J1×MPr _LF(T2))-(K2×MVPP _HF(T2)-J2×MPr _HF(T2))…(10)
BDC(T2)=-(K1-D1×MPr _LF(T2))×MVPP _LF(T2)-(K2-D2×MPr _HF(T2))×MVPP _HF(T2)…(11)
BDC(T2)=-K1*MVPP _LF(T2)*E1*(MPf _LF(T2)-MPr _LF(T2))/MPf _LF(T2)-K2*MVPP_HF(T2)*E2*(MPf_HF(T2)-MPr_HF(T2))/MPf_HF(T2)…(12)
[매칭 유닛 및 전압 인가부의 제4 예]
전술한 제1 예∼제3 예에서는, 전압 진폭에 기초하여 변조 직류 전압(BDC)의 전압값이 구해져 있었지만, 변조 직류 전압(BDC)의 전압값으로서는, 데이터 테이블에 미리 등록되어 있는 전압값을 이용할 수 있다. 데이터 테이블에 있어서의 전압값은, 방전을 억제할 수 있는 변조 직류 전압의 전압값으로서 예비 실험 등에 의해 구한다. 이러한 데이터 테이블는, 전압 제어부(144)가 참조할 수 있는 임의의 기억 장치에 기억될 수 있다.
도 10은 데이터 테이블의 일례를 나타내는 도면이다. 도 10에 나타내는 데이터 테이블(DT)에는, 펄스 변조의 변조 주파수, 제1 고주파(LF)의 파워, 제2 고주파(HF)의 파워에 대응되어 있는 레코드로서 변조 직류 전압(BDC)의 전압값이 기록되어 있다. 도 10에 있어서, PLF(p)는 제1 고주파(LF)의 파워이며, PHF(q)는 제2 고주파(HF)의 파워이다. p, q는 인덱스이다. 또한, 도 10에 있어서, BDC(r, p, q)는, 변조 직류 전압(BDC)의 전압값이다. r은, 인덱스이며, 변조 주파수에 대응한 인덱스이다.
도 10에 나타내는 데이터 테이블(DT)에 등록되어 있는 전압값[BDC(r, p, q)]은, 전압값[BDC(T1)]으로서 이용할 수 있다. 전압 제어부(144)는, 실제로 이용되고 있는 펄스 변조의 변조 주파수, 제1 고주파(LF)의 파워, 및 제2 고주파(HF)의 파워에 따라, 데이터 테이블(DT)에 있어서의 레코드를 특정하고, 특정된 레코드를, 전압값[BDC(T1)]으로서 이용할 수 있다. 또한, 전압값[BDC(T2)]이 필요로 되는 경우에는, 데이터 테이블(DT)에 더하여, 예비 실험 등에 의해 작성된 전압값[BDC(T2)]용의 별개의 데이터 테이블을 이용할 수 있다.
[매칭 유닛 및 전압 인가부의 제5 예]
제5 예는, 기판(W)의 전위의 측정값으로부터 변조 직류 전압의 전압값을 구하는 것이다. 이 제5 예에서는, 플라즈마 처리 장치(1)는, 도 11에 나타내는 바와 같이 변형된다. 도 11은 별도의 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 도면이다. 이하, 플라즈마 처리 장치(1)와 도 11에 나타내는 플라즈마 처리 장치(1A)의 상이점을 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 도 11과 함께 도 12도 참조한다. 도 12는 매칭 유닛 및 전압 인가부의 회로 구성의 제5 예를 나타내는 도면이다.
플라즈마 처리 장치(1A)에서는, 유전체(135)와 서셉터(12)의 주변 영역 사이에 전극판(170)이 설치되어 있다. 전극판(170)은, 예컨대, 세라믹으로 구성된 절연체(172)에 의해 서셉터(12)로부터 전기적으로 절연되어 있다. 이 전극판(170)에는, 봉형의 도체(174) 및 콘덴서(176)를 통해, 접지 전위 부재에 접속되어 있다. 도체(174)는, 서셉터(12)에 형성된 관통 구멍에 통과되어 있고, 상기 서셉터(12)로부터는 절연되어 있다.
기판(W) 및 포커스 링(36)의 표면에 자기 바이어스가 발생하고 있을 때, 즉, 처리 용기(10) 내에서 플라즈마가 생성되고 있을 때에는, 기판(W) 및 포커스 링(36)의 표면이 자기 바이어스와 동일한 부의 전위(VDC)가 된다. 일반적으로 포커스 링(36)은, Si와 같이 단일 물질로 이루어지는 물체이기 때문에, 포커스 링(36) 전체가 전극판을 구성한다. 즉, 유전체(135)를 이들 사이에 개재하는 포커스 링(36)과 전극판(170)은, 콘덴서(180)를 형성한다. 이에 의해, 포커스 링(36)의 표면의 전위가 직렬 접속되어 있는 콘덴서(180) 및 콘덴서(176)에 의해 분압되고, 콘덴서(180)와 콘덴서(176) 사이의 노드(NB)에 포커스 링의 전위에 비례한 분압 전압(VNB)(부의 값)이 얻어진다. 여기서, 콘덴서(180) 및 콘덴서(176)의 정전 용량을 각각, C180, C176이라고 하면, 노드(NB)에 얻어지는 분압 전압(VNB)은, 다음 식 (13)으로 나타낸다.
VNB=VDC×C180/(C180+C176)…(13)
제5 예에 있어서의 회로 구성에서는, 전압 측정 회로(182)가 노드(NB)에 접속되어 있다. 또한, 이 제5 예에 있어서의 매칭 유닛(325)의 구성은, 제1 예의 매칭 유닛(320)으로부터 진폭 측정부(146) 및 RF 파워 모니터(148)가 생략된 구성이다.
전압 측정 회로(182)는, 노드(NB)의 분압 전압(VNB)을 측정하고, 식 (13)의 관계로부터 분압 전압(VNB)에 기초하여, 전위(VDC)의 측정값(MVDC), 즉, 자기 바이어스 전위의 측정값(MVDC)을 산출한다. 전압 제어부(144)는, 측정값(MVDC)과 동일한 전압값[BDC(T1)]의 직류 전압이 제1 기간(T1)에 있어서 서셉터(12)에 인가되도록, 전압 인가부(DA1)의 직류 전원(104)을 제어한다. 또한, 이 제5 예에서는, 펄스 변조된 제1 고주파(LF), 즉 변조 고주파(LFPM)가 서셉터(12)에 공급된다. 제2 고주파(HF)는 연속적으로 서셉터(12)에 부여되어도 좋고, 혹은, 제1 고주파(LF)의 펄스 변조에 동기하여 펄스 변조되어, 서셉터(12)에 공급되어도 좋다. 따라서, 이 제5 예에서는, 전압 인가부(DA1)가 제2 기간(T2)에 있어서 출력하는 직류 전압의 전압값[BDC(T2)]은, 대략 0 V와 같은 값으로 설정될 수 있다.
[매칭 유닛 및 전압 인가부의 제6 예]
도 13은 매칭 유닛 및 전압 인가부의 회로 구성의 제6 예를 나타내는 도면이다. 제6 예는, 제5 예와 마찬가지로, 기판(W)의 전위의 측정값으로부터 변조 직류 전압의 전압값을 구하는 것이다. 제6 예에서는, 펄스 변조된 제2 고주파(HF), 즉, 변조 고주파(HFPM)가 서셉터(12)에 공급된다. 제6 예의 회로 구성에 있어서의 매칭 유닛(326)의 구성은, 도 8에 나타낸 매칭 유닛(322)으로부터 진폭 측정부(202), RF 파워 모니터(148), 및 RF 파워 모니터(348)를 생략한 구성이다.
제6 예에서는, 전압 제어부(144)는, 제1 기간(T1)에 있어서의 전위(VDC)의 측정값[MVDC(T1)]과 동일한 전압값[BDC(T1)]의 직류 전압이, 제1 기간(T1)에 있어서 서셉터(12)에 인가되도록, 전압 인가부(DA3)의 직류 전원(104)을 제어한다. 또한, 전압 제어부(144)는, 제2 기간(T2)에 있어서의 전위(VDC)의 측정값[MVDC(T2)]과 동일한 전압값[BDC(T2)]의 직류 전압이, 제2 기간(T2)에 있어서 서셉터(12)에 인가되도록, 전압 인가부(DA3)의 직류 전원(105)을 제어한다.
[매칭 유닛 및 전압 인가부의 제7 예]
도 14는 매칭 유닛 및 전압 인가부의 회로 구성의 제7 예를 나타내는 도면이다. 제7 예에서는, 콘덴서(112)의 포지션(바리콘·스텝)(PC1) 및 콘덴서(114)의 포지션(바리콘·스텝)(PC2)으로부터 특정되는 제1 고주파(LF)에 대한 플라즈마 임피던스(ZPL)에 기초하여, 제1 고주파(LF)의 전압 진폭(VPP _LF)의 계산값(CVPP_LF)이 구해지고, 상기 CVPP _LF로부터 변조 직류 전압(BDC)의 전압값[BDC(T1)]이 구해진다. 이 제7 예에서는, 펄스 변조된 제1 고주파(LF), 즉 변조 고주파(LFPM)가 서셉터(12)에 공급된다. 제2 고주파(HF)는 연속적으로 서셉터(12)에 부여되어도 좋고, 혹은, 제1 고주파(LF)의 펄스 변조에 동기하여 펄스 변조되어, 서셉터(12)에 공급되어도 좋다.
제7 예의 회로 구성에 채용되어 있는 매칭 유닛(327)의 구성은, 도 5에 나타낸 매칭 유닛(321)으로부터 진폭 측정부(146)가 생략된 구성이다. 단, 매칭 컨트롤러(216)에는, 데이터 테이블을 기억한 기억 장치(218)가 접속되어 있다.
기억 장치(218)에 기억되어 있는 데이터 테이블에는, 콘덴서(112)의 포지션(PC1) 및 콘덴서(114)의 포지션(PC2)에 대응된, 플라즈마 임피던스(ZPL)가 등록되어 있다.
매칭 컨트롤러(216)는, 제1 기간(T1)에 있어서의 콘덴서(112)의 포지션(PC1) 및 콘덴서(114)의 포지션(PC2)에 대응되어 있는 플라즈마 임피던스를 플라즈마 임피던스[ZPL(T1)]로서 취득하여, 이 플라즈마 임피던스[ZPL(T1)]를 전위 연산부(220)에 출력한다.
전위 연산부(220)는, 플라즈마 임피던스[ZPL(T1)]를 이용하여, 하기 식 (14)에 따라, 제1 기간(T1)에 있어서의 전압 진폭(VPP _LF)의 계산값[CVPP_LF(T1)]을 산출한다. 여기서, RL(T1)은, 플라즈마 임피던스[ZPL(T1)]의 실부이며, XL(T1)은, 플라즈마 임피던스[ZPL(T1)]의 허부이다.
CVPP _LF(T1)={8×(MPf _LF(T1)-MPr _LF(T1))×(RL(T1)+XL(T1)2/RL(T1))}1/2…(14)
전압 제어부(144)는, 계산값[CVPP_LF(T1)]을 이용하여, 전압값[BDC(T1)]을 구한다. 전압 제어부(144)는, 변조 직류 전압(BDC)이 제1 기간(T1)에 있어서 전압값[BDC(T1)]을 갖도록, 전압 인가부(DA1)의 직류 전원(104)을 제어한다. 또한, 전압 제어부(144)는, 식 (1)∼(4) 중 어느 하나에 있어서, 측정값[MVPP_LF(T1)] 대신에 계산값[CVPP_LF(T1)]을 이용함으로써, 전압값[BDC(T1)]을 구할 수 있다. 또한, 제2 기간(T2)에 있어서의 변조 직류 전압(BDC)의 전압값[BDC(T2)]은, 대략 0 V의 전압값으로 설정될 수 있다.
또한, 본 예에서는, 데이터 테이블을 참조하여 플라즈마 임피던스(ZPL)가 구해져 있지만, 매칭 컨트롤러(216)는, 콘덴서(112)의 현재의 정전 용량 및 콘덴서(114)의 현재의 정전 용량을 이용하여, 스미스 차트 상에서 궤적을 더듬어 감으로써, 플라즈마 임피던스(ZPL)를 산출하여도 좋다.
또한, 매칭 컨트롤러(216)는, 제1 기간(T1)에 있어서의 콘덴서(112)의 정전 용량 및 콘덴서(114)의 정전 용량으로부터, 제1 정합기(100)의 임피던스[Z100(T1)]를 구하고, 상기 임피던스[Z100(T1)] 및 제1 기간(T1)에 있어서의 부하 임피던스(ZL_LH)의 측정값[MZL _ LH(T1)]을 이용하여, 하기 식 (15)에 따라, 플라즈마 임피던스[ZPL(T1)]를 구하여도 좋다.
ZPL(T1)= MZL _ LH(T1)-Z100(T1)…(15)
[매칭 유닛 및 전압 인가부의 제8 예]
도 15는 매칭 유닛 및 전압 인가부의 회로 구성의 제8 예를 나타내는 도면이다. 제8 예에서는, 제7 예와 마찬가지로, 플라즈마 임피던스로부터 고주파의 전압 진폭의 계산값이 구해지고, 이 계산값으로부터 변조 직류 전압(BDC)의 전압값이 구해진다. 단, 제8 예에서는, 제1 고주파(LF)는 펄스 변조되지 않고 연속적으로 서셉터(12)에 공급되며, 펄스 변조된 제2 고주파(HF), 즉, 변조 고주파(HFPM)가 서셉터(12)에 공급된다.
제8 예의 회로 구성에 채용되고 있는 매칭 유닛(328)의 구성은, 도 8에 나타낸 매칭 유닛(322)으로부터 진폭 측정부(202)가 생략된 구성이다. 단, 제7 예와 마찬가지로, 매칭 컨트롤러(216)에는, 데이터 테이블을 기억한 기억 장치(218)가 접속되어 있다. 또한, 매칭 컨트롤러(316)에는, 데이터 테이블을 기억한 기억 장치(219)가 접속되어 있다.
기억 장치(219)에 기억되어 있는 데이터 테이블에는, 콘덴서(120)의 포지션(PC3) 및 콘덴서(124)의 포지션(PC4)에 대응되어 있는, 플라즈마 임피던스(ZPH)가 등록되어 있다.
매칭 컨트롤러(216)는, 제1 기간(T1)에 있어서의 콘덴서(112)의 포지션(PC1) 및 콘덴서(114)의 포지션(PC2)에 대응되어 있는 플라즈마 임피던스[ZPL(T1)]를 취득하여, 이 플라즈마 임피던스[ZPL(T1)]를, 전위 연산부(220)에 출력한다. 또한, 매칭 컨트롤러(216)는, 제2 기간(T2)에 있어서의 콘덴서(112)의 포지션(PC1) 및 콘덴서(114)의 포지션(PC2)에 대응되어 있는 플라즈마 임피던스[ZPL(T2)]를 취득하여, 이 플라즈마 임피던스[ZPL(T2)]를, 전위 연산부(220)에 출력한다.
마찬가지로, 매칭 컨트롤러(316)는, 제1 기간(T1)에 있어서의 콘덴서(120)의 포지션(PC3) 및 콘덴서(124)의 포지션(PC4)에 대응되어 있는 제2 고주파(HF)에 대한 플라즈마 임피던스[ZPH(T1)]를 취득하여, 이 플라즈마 임피던스[ZPH(T1)]를, 전위 연산부(220)에 출력한다. 또한, 매칭 컨트롤러(316)는, 제2 기간(T2)에 있어서의 콘덴서(120)의 포지션(PC3) 및 콘덴서(124)의 포지션(PC4)에 대응되어 있는 플라즈마 임피던스[ZPH(T2)]를 취득하여, 이 플라즈마 임피던스[ZPH(T2)]를, 전위 연산부(220)에 출력한다.
전위 연산부(220)는, 플라즈마 임피던스[ZPL(T1)]를 이용하여, 식 (14)에 따라, 제1 기간(T1)에 있어서의 전압 진폭(VPP _LF)의 계산값[CVPP_LF(T1)]을 산출한다. 또한, 전위 연산부(220)는, 플라즈마 임피던스[ZPH(T1)]를 이용하여, 하기 식 (16)에 따라, 제1 기간(T1)에 있어서의 전압 진폭(VPP _HF)의 계산값[CVPP_HF(T1)]을 산출한다. 여기서, RH(T1)은, 플라즈마 임피던스[ZPH(T1)]의 실부이며, XH(T1)는, 플라즈마 임피던스[ZPH(T1)]의 허부이다.
CVPP _HF(T1)={8×(MPf _HF(T1)-MPr _HF(T1))×(RH(T1)+XH(T1)2/RH(T1))}1/2…(16)
전압 제어부(144)는, 계산값[CVPP _LF(T1)] 및 계산값[CVPP_HF(T1)]을 이용하여, 전압값[BDC(T1)]을 구한다. 전압 제어부(144)는, 변조 직류 전압(BDC)이 제1 기간(T1)에 있어서 전압값[BDC(T1)]을 갖도록, 전압 인가부(DA3)의 직류 전원(104)을 제어한다. 또한, 전압 제어부(144)는, 식 (5)∼(8) 중 어느 하나에 있어서, 측정값[MVPP_LF(T1)] 대신에 계산값[CVPP_LF(T1)]을 이용하고, 측정값[MVPP _HF(T1)] 대신에 계산값[CVPP_HF(T1)]을 이용함으로써, 전압값[BDC(T1)]을 구할 수 있다.
또한, 전위 연산부(220)는, 플라즈마 임피던스[ZPL(T2)]를 이용하여, 하기 식 (17)에 따라, 제2 기간(T2)에 있어서의 전압 진폭(VPP _LF)의 계산값[CVPP_LF(T2)]을 산출한다. 또한, 전위 연산부(220)는, 플라즈마 임피던스[ZPH(T2)]를 이용하여, 하기 식 (18)에 따라, 제2 기간(T2)에 있어서의 전압 진폭(VPP _HF)의 계산값[CVPP_HF(T2)]을 산출한다. 여기서, RL(T2)는, 플라즈마 임피던스[ZPL(T2)]의 실부이며, XL(T2)는, 플라즈마 임피던스[ZPL(T2)]의 허부이다. 또한, RH(T2)는, 플라즈마 임피던스[ZPH(T2)]의 실부이며, XH(T2)는, 플라즈마 임피던스[ZPH(T2)]의 허부이다.
CVPP _LF(T2)={8×(MPf _LF(T2)-MPr _LF(T2))×(RL(T2)+XL(T2)2/RL(T2))}1/2…(17)
CVPP _HF(T2)={8×(MPf _HF(T2)-MPr _HF(T2))×(RH(T2)+XH(T2)2/RH(T2))}1/2…(18)
전압 제어부(144)는, 계산값[CVPP _LF(T2)] 및 계산값[CVPP_HF(T2)]을 이용하여, 전압값[BDC(T2)]을 구한다. 전압 제어부(144)는, 변조 직류 전압(BDC)이 제2 기간(T2)에 있어서 전압값[BDC(T2)]을 갖도록, 전압 인가부(DA3)의 직류 전원(104)을 제어한다. 또한, 전압 제어부(144)는, 식 (9)∼(12) 중 어느 하나에 있어서, 측정값[MVPP_LF(T2)] 대신에 계산값[CVPP_LF(T2)]을 이용하고, 측정값[MVPP _HF(T2)] 대신에 계산값[CVPP_HF(T2)]을 이용함으로써, 전압값[BDC(T2)]을 구할 수 있다.
또한, 본 예에서는, 데이터 테이블을 참조하여 플라즈마 임피던스(ZPL) 및 플라즈마 임피던스(ZPH)가 구해져 있지만, 매칭 컨트롤러(216)는, 콘덴서(112)의 현재의 정전 용량 및 콘덴서(114)의 현재의 정전 용량을 이용하여, 스미스 차트 상에서 궤적을 더듬어 감으로써, 플라즈마 임피던스(ZPL)를 산출하여도 좋고, 매칭 컨트롤러(316)는, 콘덴서(120)의 현재의 정전 용량 및 콘덴서(124)의 현재의 정전 용량을 이용하여, 스미스 차트 상에서 궤적을 더듬어 감으로써, 플라즈마 임피던스(ZPH)를 산출하여도 좋다.
또한, 매칭 컨트롤러(216)는, 제1 기간(T1)에 있어서의 콘덴서(112)의 정전 용량 및 콘덴서(114)의 정전 용량으로부터, 제1 정합기(100)의 임피던스[Z100(T1)]를 구하고, 이 임피던스[Z100(T1)] 및 제1 기간(T1)에 있어서의 부하 임피던스(ZL_LH)의 측정값[MZL _ LH(T1)]을 이용하여, 플라즈마 임피던스[ZPL(T1)]를 구하여도 좋다. 또한, 매칭 컨트롤러(216)는, 제2 기간(T2)에 있어서의 콘덴서(112)의 정전 용량 및 콘덴서(114)의 정전 용량으로부터, 제1 정합기(100)의 임피던스[Z100(T2)]를 구하고, 이 임피던스[Z100(T2)] 및 제2 기간(T2)에 있어서의 부하 임피던스(ZL_LH)의 측정값[MZL _ LH(T2)]을 이용하여, 플라즈마 임피던스[ZPL(T2)]를 구하여도 좋다. 또한, 매칭 컨트롤러(316)는, 제1 기간(T1)에 있어서의 콘덴서(120)의 정전 용량 및 콘덴서(124)의 정전 용량으로부터, 제2 정합기(102)의 임피던스[Z102(T1)]를 구하고, 이 임피던스[Z102(T1)] 및 제1 기간(T1)에 있어서의 부하 임피던스(ZL_HF)의 측정값[MZL _HF(T1)]을 이용하여, 플라즈마 임피던스[ZPH(T1)]를 구하여도 좋다. 또한, 매칭 컨트롤러(316)는, 제2 기간(T2)에 있어서의 콘덴서(120)의 정전 용량 및 콘덴서(124)의 정전 용량으로부터, 제2 정합기(102)의 임피던스[Z102(T2)]를 구하고, 이 임피던스[Z102(T2)] 및 제2 기간(T2)에 있어서의 부하 임피던스(ZL_HF)의 측정값[MZL _HF(T2)]을 이용하여, 플라즈마 임피던스[ZPH(T2)]를 구하여도 좋다.
[매칭 유닛 및 전압 인가부의 제9 예]
도 16은 매칭 유닛 및 전압 인가부의 회로 구성의 제9 예를 나타내는 도면이다. 제9 예는, 제7 예의 변형예이다. 제9 예에 있어서는, 전위 연산부(220)는, 측정된 플라즈마 임피던스(ZPL)로부터 전압값[BDC(T1)]을 구한다.
구체적으로, 제9 예의 회로 구성에 있어서의 매칭 유닛(329)에서는, 고주파 전송로 상에서 제1 정합기(100)의 후단에 임피던스 센서(222)가 설치되어 있다. 임피던스 센서(222)는, 측정한 플라즈마 임피던스(ZPL)를 전위 연산부(220)에 출력한다. 전위 연산부(220)는, 제1 기간(T1)에 있어서의 플라즈마 임피던스[ZPL(T1)]를 이용하여, 제7 예와 마찬가지로 계산값[CVPP_LF(T1)]을 구할 수 있다.
[매칭 유닛 및 전압 인가부의 제10 예]
도 17은 매칭 유닛 및 전압 인가부의 회로 구성의 제10 예를 나타내는 도면이다. 제10 예는, 제8 예의 변형예이다. 제10 예에 있어서는, 전위 연산부(220)는, 측정된 플라즈마 임피던스(ZPL), 및 측정된 플라즈마 임피던스(ZPH)로부터, 전압값[BDC(T1)] 및 전압값[BDC(T2)]을 구한다.
구체적으로, 제10 예의 회로 구성에 있어서의 매칭 유닛(3210)에서는, 제9 예와 마찬가지로 고주파 전송로 상에서 제1 정합기(100)의 후단에 임피던스 센서(222)가 설치되어 있다. 또한, 고주파 전송로 상에서 제2 정합기(102)의 후단에 임피던스 센서(223)가 설치되어 있다. 임피던스 센서(223)는, 측정한 플라즈마 임피던스(ZPH)를 전위 연산부(220)에 출력한다.
전위 연산부(220)는, 제1 기간(T1)에 있어서 측정된 플라즈마 임피던스[ZPL(T1)] 및 제1 기간(T1)에 있어서 측정된 플라즈마 임피던스[ZPH(T1)]를 이용하여, 제8 예와 마찬가지로 계산값[CVPP _LF(T1)] 및 계산값[CVPP_HF(T1)]을 구할 수 있다. 또한, 제2 기간(T2)에 있어서 측정된 플라즈마 임피던스[ZPL(T2)] 및 제2 기간(T2)에 있어서 측정된 플라즈마 임피던스[ZPH(T2)]를 이용하여, 제8 예와 마찬가지로 계산값[CVPP _LF(T2)] 및 계산값[CVPP_HF(T2)]을 구할 수 있다.
이상, 여러가지 실시형태에 대해서 설명하여 왔지만, 전술한 실시형태에 한정되는 일없이 여러가지의 변형 양태를 구성 가능하다.
예컨대, 전술한 전압 인가부(DA1) 및 전압 인가부(DA3)는, 펄스 변조된 직류 전압을 출력할 수 없는 직류 전원을 가지고 있지만, 펄스 변조된 직류 전압을 출력 가능한 직류 전원이면, 전압 인가부(DA1) 및 전압 인가부(DA3)의 스위칭 소자는 불필요로 된다. 또한, 제1 정합기(100) 및 제2 정합기(102)의 정합 회로도, 전술한 정합 회로에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 제1 정합기(100)는, 인덕턴스 가변의 2개의 인덕터와 고정 용량의 콘덴서로 이루어지는 T형의 정합 회로를, 상기 제1 정합기(100)의 정합 회로로서 채용할 수 있다.
1…플라즈마 처리 장치, 10…처리 용기, 12…서셉터, 24…배기 장치, 28…제1 고주파 전원, 30…제2 고주파 전원, 32…매칭 유닛, 34…급전봉, 36…포커스 링, 38…정전 척, 44…직류 전원, 70…샤워 헤드, 80…처리 가스 공급부, 84…주제어부, 100…제1 정합기, 102…제2 정합기, 104…직류 전원, 105…직류 전원, 108…제1 고주파 급전부, 110…제2 고주파 급전부, 144…전압 제어부, 146…진폭 측정부, 148…RF 파워 모니터, 182…전압 측정 회로, 202…진폭 측정부, 210…임피던스 센서, 216…매칭 컨트롤러, 220…전위 연산부, 220…전위 연산부, 222…임피던스 센서, 223…임피던스 센서, 310…임피던스 센서, 316…매칭 컨트롤러, 320, 321, 322, 325, 326, 327, 328, 329, 3210…매칭 유닛, 348…RF 파워 모니터, DA…전압 인가부, SW1…스위칭 소자, SW2…스위칭 소자.

Claims (10)

  1. 플라즈마 처리 장치의 서셉터의 전위를 제어하는 방법으로서,
    상기 플라즈마 처리 장치는,
    처리 용기와,
    도체로 구성되며, 상기 처리 용기 내에 설치된 서셉터와,
    상기 서셉터 상에 설치된 정전 척과,
    이온 인입을 위한 제1 고주파를 발생하는 제1 고주파 전원과,
    플라즈마 생성용의 제2 고주파를 발생하는 제2 고주파 전원과,
    상기 정전 척의 전극에 정극성의 직류 전압을 인가하기 위한 직류 전원과,
    상기 서셉터에 전압을 인가하기 위한 전압 인가부,
    를 구비하고,
    상기 제1 고주파 전원 및 상기 제2 고주파 전원 중 적어도 한쪽으로부터 펄스 변조된 변조 고주파를 상기 서셉터에 공급하는 공정과,
    상기 전압 인가부로부터, 상기 변조 고주파에 동기하여 펄스 변조된 변조 직류 전압으로서, 상기 정전 척 상에 배치된 기판의 전위와 상기 서셉터의 전위의 차를 감소시키도록 전압값이 설정된 상기 변조 직류 전압을 상기 서셉터에 인가하는 공정
    을 포함하는 플라즈마 처리 장치의 서셉터의 전위를 제어하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전압 인가부는, 상기 변조 고주파에 동기한 펄스 신호로서, 상기 변조 고주파가 제1 파워를 갖는 제1 기간에 있어서 제1 신호 레벨을 가지고, 상기 변조 고주파가 제1 파워보다 작은 제2 파워를 갖는 제2 기간에 있어서 제2 신호 레벨을 갖는 상기 펄스 신호를, 상기 제1 고주파 전원 및 상기 제2 고주파 전원 중 상기 적어도 한쪽으로부터 받아, 상기 펄스 신호에 동기하여 변조된 상기 변조 직류 전압을 상기 서셉터에 인가하는 것인 플라즈마 처리 장치의 서셉터의 전위를 제어하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 변조 고주파를 상기 서셉터에 공급하는 상기 공정에서는, 상기 제1 고주파가 펄스 변조됨으로써, 상기 변조 고주파가 상기 서셉터에 공급되고,
    상기 변조 직류 전압을 상기 서셉터에 인가하는 상기 공정에 있어서, 상기 전압 인가부는, 상기 제1 기간에 있어서 상기 서셉터에 직류 전압을 인가하며, 상기 제2 기간에 있어서 상기 서셉터에 직류 전압을 인가하지 않는 것인 플라즈마 처리 장치의 서셉터의 전위를 제어하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전압 인가부는, 상기 변조 고주파가 상기 서셉터에 공급되는 전송로 상에서의 전압 진폭이 클수록 절대값이 커지는 전압값을 갖는 직류 전압을, 상기 제1 기간에 있어서 상기 서셉터에 인가하는 것인 플라즈마 처리 장치의 서셉터의 전위를 제어하는 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 전압 인가부는, 상기 제1 고주파의 파워, 상기 제2 고주파의 파워, 및 상기 변조 고주파의 변조 주파수에 대응되어 있는, 데이터 테이블 중의 전압값을 갖는 직류 전압을 상기 제1 기간에 있어서 상기 서셉터에 인가하는 것인 플라즈마 처리 장치의 서셉터의 전위를 제어하는 방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 전압 인가부는, 상기 기판의 자기 바이어스 전위의 측정값에 따른 직류 전압을 상기 제1 기간에 있어서 상기 서셉터에 인가하는 것인 플라즈마 처리 장치의 서셉터의 전위를 제어하는 방법.
  7. 제2항에 있어서, 상기 변조 고주파를 상기 서셉터에 공급하는 상기 공정에서는, 상기 제2 고주파가 펄스 변조됨으로써, 상기 변조 고주파가 상기 서셉터에 공급되고,
    상기 변조 직류 전압을 상기 서셉터에 인가하는 상기 공정에 있어서, 상기 전압 인가부는, 상기 제1 기간에 있어서 상기 서셉터에 제1 전압값을 갖는 제1 직류 전압을 인가하며, 상기 제2 기간에 있어서 상기 제1 전압값의 절대값보다 큰 절대값을 갖는 제2 전압값을 갖는 제2 직류 전압을 상기 서셉터에 인가하는 것인 플라즈마 처리 장치의 서셉터의 전위를 제어하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 전압 인가부는, 상기 제1 기간 및 상기 제2 기간의 각각에 있어서, 상기 변조 고주파가 상기 서셉터에 공급되는 전송로 상에서의 전압 진폭이 클수록 절대값이 커지는 전압값을 갖는 직류 전압을, 상기 서셉터에 인가하는 것인 플라즈마 처리 장치의 서셉터의 전위를 제어하는 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 전압 인가부는, 상기 제1 기간 및 상기 제2 기간의 각각에 있어서, 상기 제1 고주파의 파워, 상기 제2 고주파의 파워, 및 상기 변조 고주파의 변조 주파수에 대응되어 있는, 데이터 테이블 중의 전압값을 갖는 직류 전압을 상기 서셉터에 인가하는 것인 플라즈마 처리 장치의 서셉터의 전위를 제어하는 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 전압 인가부는, 상기 제1 기간 및 상기 제2 기간의 각각에 있어서, 상기 기판의 자기 바이어스 전위의 측정값에 따른 직류 전압을 상기 서셉터에 인가하는 것인 플라즈마 처리 장치의 서셉터의 전위를 제어하는 방법.
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