KR20190075808A - 플라즈마 에칭 장치 및 플라즈마 에칭 방법 - Google Patents

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Abstract

(과제) 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 생산성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
(해결 수단) 진공 배기 가능한 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 기판을 탑재하는 하부 전극과, 상기 처리 용기 내에서 상기 하부 전극과 병행으로 마주 보는 상부 전극과, 상기 상부 전극과 상기 하부 전극의 사이의 처리 공간에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와, 상기 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하기 위한 고주파를 상기 상부 전극 또는 상기 하부 전극에 인가하는 고주파 급전부와, 상기 기판의 주변부를 덮는 포커스 링과, 상기 포커스 링에 인가하는 직류 전압을 출력하는 직류 전원과, 상기 포커스 링을 가열하는 가열부와, 상기 포커스 링의 온도를 측정하는 온도 측정부를 갖는 플라즈마 에칭 장치가 제공된다.

Description

플라즈마 에칭 장치 및 플라즈마 에칭 방법{PLASMA ETCHING APPARATUS AND PLASMA ETCHING METHOD}
본 발명은, 플라즈마 에칭 장치 및 플라즈마 에칭 방법에 관한 것이다.
포커스 링은, 플라즈마 에칭 장치의 처리실 내에 있어서 탑재대 상의 웨이퍼의 주변부에 배치되어, 플라즈마를 웨이퍼 W의 표면으로 향해 수속시킨다. 플라즈마 처리 중, 포커스 링은 플라즈마에 노출되어, 소모된다.
그 결과, 웨이퍼의 에지부에 있어서 시스에 단차가 생기고, 이온의 조사 각도가 기울게 되어, 에칭 형상에 틸팅(tilting)이 생긴다. 또한, 웨이퍼의 에지부의 에칭 레이트가 변동되고, 웨이퍼 W의 면 내에 있어서의 에칭 레이트가 불균일하게 된다. 그래서, 포커스 링이 소정 이상 소모됐을 때에는 신품의 것으로 교환하는 것이 행하여지고 있다. 그런데, 그때에 발생하는 교환 시간이 생산성을 저하시키는 요인의 하나가 되고 있다.
이것에 대하여, 예컨대, 특허문헌 1에는, 직류 전원에서 직류 전압을 포커스 링에 인가함으로써, 에칭 레이트의 면 내 분포를 제어하는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 2에는, 포커스 링의 온도의 시간 변동으로부터 포커스 링의 소모 정도를 계측하는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 3에는, 포커스 링의 두께를 측정하여 측정 결과에 따라 포커스 링의 직류 전압을 제어하는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 제 5281309호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 제 6027492호 공보 특허문헌 3 : 일본 특허 공개 2005-203489호 공보
그렇지만, 포커스 링에 인가하는 직류 전압은, 포커스 링의 소모량 및 프로세스 조건에 따라 적정치가 변동된다. 따라서, 특허문헌 1, 2의 기술에서는, 포커스 링의 소모량 등에 따라 포커스 링에 인가하는 직류 전압을 적정하게 제어하는 것은 곤란하다.
또한, 특허문헌 3의 기술에서는, 포커스 링의 두께에 따라 직류 전압을 제어하지만, 포커스 링의 소모는 두께 방향뿐만 아니라 폭 방향에 있어서도 생기기 때문에, 특허문헌 3의 기술에 의해서도 포커스 링의 소모량 등에 따라 포커스 링에 인가하는 직류 전압을 적정하게 제어하는 것은 곤란하다. 또한, 특허문헌 3의 기술에서는, 플라즈마 에칭 장치 내에 설치된 포커스 링의 두께를 직접 측정하는 것은 구조적으로 어렵고, 고액의 비용이 든다.
상기 과제에 대하여, 일 측면에서는, 본 발명은, 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 생산성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 일 태양에 의하면, 진공 배기 가능한 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 기판을 탑재하는 하부 전극과, 상기 처리 용기 내에서 상기 하부 전극과 병행으로 마주 보는 상부 전극과, 상기 상부 전극과 상기 하부 전극의 사이의 처리 공간에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와, 상기 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하기 위한 고주파를 상기 상부 전극 또는 상기 하부 전극에 인가하는 고주파 급전부와, 상기 기판의 주변부를 덮는 포커스 링과, 상기 포커스 링에 인가하는 직류 전압을 출력하는 직류 전원과, 상기 포커스 링을 가열하는 가열부와, 상기 포커스 링의 온도를 측정하는 온도 측정부를 갖는 플라즈마 에칭 장치가 제공된다.
다른 태양에 의하면, 상기 플라즈마 에칭 장치를 이용하여 상기 기판을 에칭하는 공정을 포함하는 플라즈마 에칭 방법으로서, 상기 기판을 에칭하는 공정에서는, 상기 온도 측정부가 측정한 상기 포커스 링의 온도에 근거하여, 포커스 링의 승온(昇溫) 속도와 직류 전압의 관계를 나타내는 정보를 기억한 기억부를 참조하여 상기 포커스 링에 인가하는 직류 전압을 제어하는, 플라즈마 에칭 방법이 제공된다.
일 측면에 의하면, 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일 실시 형태와 관련되는 플라즈마 에칭 장치의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는 포커스 링의 소모에 의한 에칭 레이트 및 틸팅의 변동을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시 형태와 관련되는 포커스 링의 주변 구조의 단면의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시 형태와 관련되는 승온 속도와 직류 전압의 관계 산출 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 5는 일 실시 형태와 관련되는 승온 속도와 직류 전압의 관계를 나타내는 그래프의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시 형태와 관련되는 직류 전압 제어 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 7은 일 실시 형태의 변형예와 관련되는 포커스 링의 주변 구조의 단면의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은 일 실시 형태와 관련되는 전압 제어를 위한 시스템의 일례를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 또, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 붙이는 것에 의해 중복 설명을 생략한다.
[플라즈마 에칭 장치]
우선, 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 플라즈마 에칭 장치(1)의 일례에 대하여, 도 1을 참조하면서 설명한다. 도 1은 일 실시 형태와 관련되는 플라즈마 에칭 장치(1)의 단면의 일례를 나타내는 도면이다. 본 실시 형태와 관련되는 플라즈마 에칭 장치(1)는, RIE(Reactive Ion Etching)형의 플라즈마 에칭 장치이다.
플라즈마 에칭 장치(1)는, 진공 배기 가능한 원통형의 처리 용기(10)를 갖는다. 처리 용기(10)는, 금속제, 예컨대, 알루미늄 또는 스테인리스강 등에 의해 형성되고, 그 내부는, 플라즈마 에칭이나 플라즈마 CVD 등의 플라즈마 처리가 행하여지는 처리실로 되어 있다. 처리 용기(10)는 접지되어 있다.
처리 용기(10)의 내부에는, 원판 형상의 탑재대(11)가 배치되어 있다. 탑재대(11)는, 피처리체의 일례로서의 반도체 웨이퍼 W(이하, "웨이퍼 W"라고 한다)를 탑재한다. 탑재대(11)는, 알루미나(Al2O3)로 형성된 통 형상 유지 부재(12)를 사이에 두고 처리 용기(10)의 바닥으로부터 수직 위쪽으로 연장되는 통 형상 지지부(13)에 지지되어 있다.
탑재대(11)는, 정전 척(25)을 갖는다. 정전 척(25)은, 알루미늄으로 형성된 기대(25c)와, 기대(25c) 상의 유전층(25b)을 갖는다. 기대(25c)의 상부 외주 쪽에는, 포커스 링(30)이 웨이퍼 W의 주변부를 덮도록 배치되어 있다. 기대(25c) 및 포커스 링(30)의 외주는, 인슐레이터 링(32)에 의해 덮여 있다.
유전층(25b)에는, 도전막으로 이루어지는 흡착 전극(25a)이 매설되어 있다. 직류 전원(26)은 스위치(26a)를 거쳐서 흡착 전극(25a)에 접속되어 있다. 정전 척(25)은, 직류 전원(26)으로부터 흡착 전극(25a)에 인가된 직류 전압에 의해 쿨롱력 등의 정전력을 발생시키고, 그 정전력에 의해 웨이퍼 W를 흡착 유지한다.
포커스 링(30)은, 실리콘에 의해 형성되어 있다. 포커스 링(30)의 하면 근방의 기대(25c)에는 히터(52)가 매설되어 있다. 히터(52)에는, 교류 전원(58)이 접속되고, 교류 전원(58)으로부터의 전력이 히터(52)에 인가되면, 히터(52)는 가열되고, 이것에 의해, 포커스 링(30)은 승온된다. 포커스 링(30)의 이면의 온도는, 방사 온도계(51)에 의해 측정 가능하게 되어 있다.
가변 직류 전원(28)은, 스위치(28a)를 거쳐서 전극(29)에 접속되고, 전극(29)으로부터 그 전극(29)에 접하는 포커스 링(30)에 인가하는 직류 전압을 출력한다. 가변 직류 전원(28)으로부터 인가된 직류 전압에 의해 포커스 링(30)에 전압이 인가된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 후술하는 바와 같이, 가변 직류 전원(28)으로부터 포커스 링(30)에 인가하는 직류 전압을 적정치로 제어함으로써, 포커스 링(30)의 소모량에 따라 포커스 링(30)의 상면 전면의 시스의 두께를 제어한다. 이것에 의해, 틸팅의 발생을 억제하고, 에칭 레이트의 면 내 분포를 제어한다. 가변 직류 전원(28)은, 포커스 링(30)에 인가하는 직류 전압을 출력하는 직류 전원의 일례이다.
탑재대(11)에는, 제 1 고주파 전원(21)이 정합기(21a)를 거쳐서 접속되어 있다. 제 1 고주파 전원(21)은, 플라즈마 생성 및 RIE용의 제 1 주파수(예컨대, 13㎒의 주파수)의 고주파 전력을 탑재대(11)에 인가한다. 또한, 탑재대(11)에는, 제 2 고주파 전원(22)이 정합기(22a)를 거쳐서 접속되어 있다. 제 2 고주파 전원(22)은, 제 1 주파수보다 낮은 바이어스 인가용의 제 2 주파수(예컨대, 3㎒의 주파수)의 고주파 전력을 탑재대(11)에 인가한다. 이와 같이 하여 탑재대(11)는 하부 전극으로서도 기능한다.
기대(25c)의 내부에는, 예컨대, 원주 방향으로 연장되는 환상(環狀)의 냉매실(31)이 마련되어 있다. 냉매실(31)에는, 칠러 유닛으로부터 배관(33, 34)을 거쳐서 소정 온도의 냉매, 예컨대, 냉각수가 순환 공급되어, 정전 척(25)을 냉각한다.
또한, 정전 척(25)에는, 가스 공급 라인(36)을 거쳐서 전열 가스 공급부(35)가 접속되어 있다. 전열 가스 공급부(35)는, 전열 가스를 가스 공급 라인(36)을 거쳐서 정전 척(25)의 상면과 웨이퍼 W의 이면의 사이의 공간에 공급한다. 전열 가스로서는, 열 전도성을 갖는 가스, 예컨대, He 가스 등이 적합하게 이용된다.
처리 용기(10)의 측벽과 통 형상 지지부(13)의 사이에는 배기로(14)가 형성되어 있다. 배기로(14)의 입구에는 환상의 배플판(15)이 배치됨과 아울러, 저부에 배기구(16)가 마련되어 있다. 배기구(16)에는, 배기관(17)을 거쳐서 배기 장치(18)가 접속되어 있다. 배기 장치(18)는, 진공 펌프를 갖고, 처리 용기(10) 내의 처리 공간을 소정의 진공도까지 감압한다. 또한, 배기관(17)은 가변식 버터플라이 밸브인 자동 압력 제어 밸브(automatic pressure control valve)(이하, "APC"라고 한다)를 갖고, APC는 자동적으로 처리 용기(10) 내의 압력 제어를 행한다. 또한, 처리 용기(10)의 측벽에는, 웨이퍼 W의 반입출구(19)를 개폐하는 게이트 밸브(20)가 설치되어 있다.
처리 용기(10)의 천정부에는 가스 샤워 헤드(24)가 배치되어 있다. 가스 샤워 헤드(24)는, 전극판(37)과, 그 전극판(37)을 탈착 가능하게 지지하는 전극 지지체(38)를 갖는다. 전극판(37)은, 다수의 가스 통기 구멍(37a)을 갖는다. 가스 샤워 헤드(24)는 하부 전극으로서 기능하는 탑재대(11)와 병행하여 마주 본다. 가스 샤워 헤드(24)는 상부 전극으로서도 기능한다.
전극 지지체(38)의 내부에는 버퍼실(39)이 마련되고, 이 버퍼실(39)의 가스 도입구(38a)에는, 가스 공급 배관(41)을 거쳐서 처리 가스 공급부(40)가 접속되어 있다. 처리 가스 공급부(40)는, 다수의 가스 통기 구멍(37a)으로부터 가스 샤워 헤드(24)와 탑재대(11)의 사이의 처리 공간에 처리 가스를 공급한다. 또한, 처리 용기(10)의 주위에는, 환상 또는 동심 형상으로 연장되는 자석(42)이 배치되어 있다.
플라즈마 에칭 장치(1)의 각 구성 요소는, 제어부(43)에 접속되어 있다. 제어부(43)는, 플라즈마 에칭 장치(1)의 각 구성 요소를 제어한다. 각 구성 요소로서는, 예컨대, 배기 장치(18), 정합기(21a, 22a), 제 1 고주파 전원(21), 제 2 고주파 전원(22), 스위치(26a, 28a), 직류 전원(26), 가변 직류 전원(28), 전열 가스 공급부(35) 및 처리 가스 공급부(40) 등을 들 수 있다.
제어부(43)는, CPU(43a) 및 메모리(43b)를 구비하는 컴퓨터이다. CPU(43a)는, 메모리(43b)에 기억된 플라즈마 에칭 장치(1)의 제어 프로그램 및 처리 레시피를 읽어내어 실행함으로써, 플라즈마 에칭 장치(1)의 에칭 처리의 실행을 제어한다.
또한, 제어부(43)는, 후술하는 포커스 링(30)의 직류 전압 제어 처리의 사전 처리에 있어서 산출한 포커스 링(30)의 승온 속도와 직류 전압의 관계를 나타내는 정보를 갖는 테이블을 메모리(43b)에 기억한다. 메모리(43b)는, 승온 속도와 직류 전압의 관계를 나타내는 정보를 기억하는 기억부의 일례이다.
플라즈마 에칭 장치(1)에서는, 예컨대 에칭 처리 시, 먼저 게이트 밸브(20)를 열고, 웨이퍼 W를 처리 용기(10) 내에 반입하고, 정전 척(25) 상에 탑재한다. 직류 전원(26)으로부터의 직류 전압을 흡착 전극(25a)에 인가하고, 웨이퍼 W를 정전 척(25)에 흡착시킨다.
또한, 전열 가스를 정전 척(25)의 상면과 웨이퍼 W의 이면의 사이에 공급한다. 그리고, 처리 가스 공급부(40)로부터의 처리 가스를 처리 용기(10) 내에 도입하고, 배기 장치(18) 등에 의해 처리 용기(10) 내를 감압한다. 또한, 제 1 고주파 전원(21) 및 제 2 고주파 전원(22)으로부터 제 1 고주파 전력 및 제 2 고주파 전력을 탑재대(11)에 공급한다.
플라즈마 에칭 장치(1)의 처리 용기(10) 내에서는, 자석(42)에 의해 일 방향으로 향하는 수평 자계가 형성되고, 탑재대(11)에 인가된 고주파 전력에 의해 연직 방향의 RF 전계가 형성된다. 이것에 의해, 가스 샤워 헤드(24)로부터 도입된 처리 가스가 플라즈마화하고, 플라즈마 중의 라디칼이나 이온에 의해 웨이퍼 W에 소정의 에칭 처리가 행하여진다.
또, 제 1 고주파 전원(21)은, 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하기 위한 고주파를 탑재대(11)에 인가하는 고주파 급전부의 일례이다. 단, 고주파 급전부는, 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위한 고주파를 탑재대(11)에 인가하는 대신에, 가스 샤워 헤드(24)에 인가하더라도 좋다.
히터(52)는, 포커스 링(30)을 가열하는 가열부의 일례이다. 또, 가열부는 이것으로 한정되지 않고, 예컨대 열매체 등이더라도 좋다. 또한, 방사 온도계(51)는, 포커스 링의 온도를 측정하는 온도 측정부의 일례이다. 또, 온도 측정부는 특정한 온도계로 한정되지 않고, 예컨대, 럭스트론 등의 광학식 온도계나 열전대 등이더라도 좋다.
[포커스 링의 소모]
다음으로, 도 2를 참조하여, 포커스 링(30)의 소모에 의해 생기는 시스의 변화와, 에칭 레이트의 변동 및 틸팅의 발생에 대하여 설명한다. 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 포커스 링(30)이 신품인 경우, 웨이퍼 W의 상면과 포커스 링(30)의 상면이 동일한 높이가 되도록 포커스 링(30)의 두께가 설계되어 있다. 이때, 플라즈마 처리 중의 웨이퍼 W 상의 시스와 포커스 링(30) 상의 시스는 동일한 높이가 된다. 이 상태에서는, 웨이퍼 W 상 및 포커스 링(30) 상으로의 플라즈마로부터의 이온의 조사 각도는 수직이 된다. 이 결과, 웨이퍼 W 상에 형성되는 홀 등의 에칭 형상은 수직이 되고, 에칭 형상이 기울게 되는 틸팅(tilting)은 생기지 않는다. 또한, 웨이퍼 W의 면 내 전체에 있어서 에칭 레이트가 균일하게 제어된다.
그런데, 플라즈마 처리 중, 포커스 링(30)은 플라즈마에 노출되어, 소모된다. 그러면, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 포커스 링(30)의 두께가 얇아져, 포커스 링(30)의 상면은 웨이퍼 W의 상면보다 낮아지고, 포커스 링(30) 상의 시스의 높이는 웨이퍼 W 상의 시스의 높이보다 낮아진다.
이 시스의 높이에 단차가 생겨 있는 웨이퍼 W의 에지부에 있어서 이온의 조사 각도가 기울게 되어, 에칭 형상의 틸팅(tilting)이 생기는 일이 있다. 또는, 웨이퍼 W의 에지부의 에칭 레이트가 변동되고, 웨이퍼 W의 면 내에 있어서의 에칭 레이트에 불균일이 생기는 일이 있다.
이것에 대하여, 본 실시 형태에서는, 가변 직류 전원(28)으로부터 출력되는 직류 전압을 포커스 링(30)에 인가함으로써, 에칭 레이트의 면 내 분포 및 틸팅을 제어할 수 있다.
그렇지만, 포커스 링(30)은 플라즈마 처리 중에 플라즈마에 노출되어, 서서히 소모된다. 따라서, 가변 직류 전원(28)으로부터 인가하는 직류 전압의 적정치는, 포커스 링(30)의 소모량에 따라 변동된다. 또한, 도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이, 포커스 링(30)의 소모는, 포커스 링(30)의 두께 방향의 깎임뿐만 아니라, 폭의 감소나 재질의 열화 등도 포함한다. 따라서, 포커스 링(30)의 두께의 측정으로부터 포커스 링(30)의 소모량을 추정하고, 추정한 소모량에 따라 가변 직류 전원(28)으로부터 인가하는 직류 전압을 산출한 경우, 소모량의 추정치가 현실의 소모량으로부터 벗어나기 때문에 적정한 직류 전압을 산출하는 것은 어렵다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 포커스 링(30)의 소모량을 열용량으로부터 산출하고, 산출한 열용량에 따라 포커스 링(30)으로의 직류 전압의 인가를 제어한다. 그리고, 본 실시 형태에서는, 열용량으로서 포커스 링(30)의 승온 속도를 측정하고, 승온 속도에 의해 포커스 링(30)의 소모량을 예측하고, 직류 전압의 인가를 제어한다. 단, 상기 열용량에는 포커스 링(30)뿐만 아니라, 포커스 링(30)의 주변의 부재의 열용량도 포함된다. 즉 포커스 링(30)의 승온 속도는, 포커스 링(30)의 열용량뿐만 아니라 포커스 링(30)의 주변의 부재의 열용량도 포함한 열용량에 대응하는 것이다.
[포커스 링의 주변 구조]
포커스 링(30)의 소모량을 포커스 링(30)의 승온 속도에 의해 예측하고, 적정한 포커스 링(30)으로의 직류 전압의 인가를 제어하기 위해, 우선, 승온 속도와 직류 전압의 적정치의 상관 관계를 나타내는 정보를 산출한다. 여기서는, 상기 상관 관계를 나타내는 정보를 산출하기 위해, 포커스 링(30)의 온도를 측정하기 위한 포커스 링(30)의 주변 구조에 대하여, 도 3을 참조하면서 설명한다. 도 3은 일 실시 형태와 관련되는 포커스 링의 주변 구조의 단면의 일례를 나타내는 도면이다.
포커스 링(30)은, 정전 척(25)의 기대(25c) 상부의 외주 쪽에 링 상에 배치되어 있다. 포커스 링(30)의 하면 근방의 기대(25c)에는, 인슐레이터(52a)에 매설된 히터(52)가 마련되어 있다. 교류 전원(58)으로부터의 전력이 히터(52)에 인가되면, 히터(52)는 가열되고, 이것에 의해, 포커스 링(30)은 승온된다. 방사 온도계(51)는, 포커스 링(30)의 이면의 온도를 측정한다. 방사 온도계(51)의 선단은, Ge 등의 재질의, 반사 방지 처리가 실시된 유리(54)에 근접한다. 방사 온도계(51)의 선단으로부터는 적외선 또는 가시광선이 출사된다. 출사된 적외선 또는 가시광선은, 인슐레이터(56) 내의 공동을 통과하여 포커스 링(30)의 하면에 도달하고, 반사된다. 본 실시 형태에서는, 반사된 적외선 또는 가시광선의 강도를 측정하는 것에 의해 포커스 링(30)의 온도를 측정한다. O링(54)은, 처리 용기(10) 내의 진공 공간을 인슐레이터(56) 내의 대기 공간으로부터 폐색하도록 밀봉한다. 가변 직류 전원(28)은, 인슐레이터(29a) 내에 마련된 전극(29)에 접속되어 있다. 전극(29)에는, 가변 직류 전원(28)으로부터 포커스 링(30)의 소모량에 따른 직류 전압이 인가된다. 이때, 제어부(43)는, 방사 온도계(51)에 의해 측정된 포커스 링(30)의 온도를 사용하여, 포커스 링(30)의 승온 속도와 직류 전압의 적정치의 상관 관계를 나타내는 정보에 근거하여, 포커스 링(30)에 직류 전압의 최적치를 인가한다.
[직류 전압 제어 처리의 사전 처리]
다음으로, 포커스 링(30)의 승온 속도와 직류 전압의 상관 관계를 나타내는 정보를 취득하기 위한 처리에 대하여, 도 4 및 도 5를 참조하면서 설명한다. 도 4는 본 실시 형태와 관련되는 승온 속도와 직류 전압의 상관 관계 산출 처리(이하, "산출 처리"라고도 한다)의 일례를 나타내는 플로차트이다. 도 5는 본 실시 형태와 관련되는 승온 속도와 직류 전압의 상관 관계를 나타내는 그래프의 일례를 나타내는 도면이다. 본 처리는, 포커스 링(30)에 직류 전압의 최적치를 인가하는 직류 전압 제어 처리의 사전 처리로서 행하여진다.
도 4의 산출 처리가 개시되면, 제어부(43)는, 신품의 포커스 링(30)을 사용하여, 교류 전원(58)으로부터 인가되는 히터(52)의 전력을 일정(예컨대, 100W)하게 하여 입열을 행하고, 시간(승온 시간)에 따른 포커스 링(30)의 이면의 온도를 측정한다(스텝 S10).
다음으로, 제어부(43)는, 포커스 링(30)의 사용 시간마다(예컨대 포커스 링(30)을 100h 사용할 때마다), 히터(52)의 전력을 일정(예컨대 100W)하게 하여 입열하고, 승온 시간과 포커스 링(30)의 온도를 측정한다(스텝 S12).
스텝 S10 및 S12를 실행한 결과의 일례를 도 5(a)에 나타낸다. 도 5(a)의 가로축에는 승온 시간이 나타나고, 세로축에는 승온 시간에 따른 포커스 링(30)의 온도가 나타나 있다. 도 5(a)의 결과는, 포커스 링(30)이, 신품, 100h 경과 후, 200h 경과 후, 300h 경과 후, 400h 경과 후, 500h 경과 후의 각 경우의 승온 시간과 포커스 링(30)의 온도의 관계를 나타내고 있다. 이 예에서는, 포커스 링(30)의 사용 시간이 증가하고, 포커스 링(30)이 플라즈마에 노출되어 소모량이 많아질수록, 승온 시간에 대한 포커스 링(30)의 온도 상승이 높아지는 것을 알 수 있다.
도 4로 돌아와, 다음으로, 제어부(43)는, 포커스 링(30)의 사용 시간마다(예컨대 포커스 링(30)을 100h 사용할 때마다), 포커스 링(30)에 인가하는 직류 전압의 최적화를 행한다(스텝 S14).
다음으로, 제어부(43)는, 포커스 링(30)의 사용 시간마다, 히터(52)의 전력을 일정하게 했을 때의 포커스 링(30)의 승온 속도와 포커스 링(30)에 인가하는 직류 전압의 적정치의 상관 관계를 계산한다(스텝 S16). 다음으로, 제어부(43)는, 포커스 링(30)의 승온 속도에 대한 직류 전압의 적정치의 상관 관계를 기록하고(스텝 S18), 본 처리를 종료한다.
상기 계산 처리를 실행한 결과 얻어진 승온 속도와 직류 전압의 상관 관계를 나타내는 정보를 그래프화한 것의 일례를 도 5(b)에 나타낸다. 포커스 링(30)의 사용 시간은, 포커스 링(30)의 소모 시간을 나타낸다. 포커스 링(30)은 소모되면 열용량이 작아지고, 승온 속도가 빨라진다. 따라서, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이 승온 속도에 따른 직류 전압의 적정치를 산출함으로써, 포커스 링(30)의 소모량에 따른 직류 전압을 의사적으로 계산한다. 그리고, 산출한 승온 속도와 직류 전압의 상관 관계를 나타내는 정보에 근거하여, 포커스 링(30)의 소모량에 따른 직류 전압의 적정치를 포커스 링(30)에 인가하는 제어가 가능하게 된다. 이하에, 포커스 링(30)의 소모량에 따른 직류 전압의 적정치를 포커스 링(30)에 인가하는, 본 실시 형태와 관련되는 직류 전압 제어 처리에 대하여, 도 6을 참조하면서 설명한다. 도 6은 본 실시 형태와 관련되는 직류 전압 제어 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다.
[직류 전압 제어 처리]
본 처리에서는, 포커스 링(30) 직하에 설치되어 있는 히터(52)의 전력을 일정(예컨대, 100W)하게 하여 입열을 행하고, 승온시키면서 포커스 링(30)의 온도를 측정함으로써, 포커스 링(30)의 승온 속도를 측정한다. 본 처리는, 히터(52)의 전력을 일정하게 하여 입열을 행했을 때로부터 소정 시간 경과 후에 개시된다. 또한, 본 처리는, 웨이퍼 W가 에칭 처리 중인 타이밍을 제외한 타이밍에 개시된다.
본처리가 개시되면, 제어부(43)는, 특정한 매수의 웨이퍼 W를 처리했는지를 판정한다(스텝 S20). 특정한 매수의 웨이퍼 W는, 1매의 웨이퍼 W이더라도 좋고, 1로트(예컨대 25매)의 웨이퍼 W이더라도 좋다. 또한, 스텝 S20에서는, 웨이퍼 W의 처리 매수를 판정하고 있지만, 이것에 한하지 않고, 예컨대, 포커스 링(30)의 인가 시간이 소정 시간인지 여부를 판정하고, 소정 시간이 경과하면 스텝 S22로 진행되도록 제어하더라도 좋다.
제어부(43)는, 스텝 S20에 있어서, 특정한 매수의 웨이퍼 W를 처리했다고 판정할 때까지 본 처리를 반복하고, 특정한 매수의 웨이퍼 W를 처리했다고 판정한 후, 포커스 링(30)의 승온 속도를 측정한다(스텝 S22). 승온 속도는, 히터(52)의 전력을 일정하게 하여 입열을 행하고 나서, 방사 온도계(51)에 의해 측정된 온도의 측정 결과로부터 산출 가능하다.
다음으로, 제어부(43)는, 직류 전압 제어 처리의 사전 처리에 있어서 산출한 승온 속도와 직류 전압의 상관 관계를 나타내는 정보를 기억한 테이블을 참조하여, 승온 속도에 따른 직류 전압의 적정치를 특정한다(스텝 S24). 예컨대, 도 5(b)의 예의 경우, 측정한 승온 속도에 따라 직류 전압이 분명하게 특정된다.
도 6으로 돌아와, 다음으로, 제어부(43)는, 특정한 직류 전압을 포커스 링(30)에 인가하도록 가변 직류 전원(28)의 출력을 제어하고(스텝 S26), 본 처리를 종료한다.
본 실시 형태와 관련되는 직류 전압 제어 처리에 의하면, 승온 속도에 따른 직류 전압의 적정치를 산출함으로써, 포커스 링(30)의 소모량에 따른 직류 전압을 의사적으로 계산한다. 그리고, 산출된 포커스 링(30)의 소모량에 따른 직류 전압의 적정치를 포커스 링(30)에 인가함으로써, 포커스 링(30)의 위쪽의 시스와 웨이퍼 W의 위쪽의 시스의 높이를 일치시킬 수 있다. 이것에 의해, 틸팅의 발생 또는 에칭 레이트의 변동 중 적어도 어느 한쪽을 억제할 수 있다. 예컨대, 산출된 직류 전압의 적정치가 100V인 경우, 100V의 직류 전압을 포커스 링(30)에 인가함으로써, 포커스 링(30)이 소모되어 있더라도 포커스 링(30)이 신품일 때의 틸팅 및 에칭 레이트로 되돌릴 수 있다.
이것에 의해, 포커스 링(30)이 소모되더라도, 직류 전압의 제어에 의해 포커스 링(30)의 교환 시간을 늦출 수 있다. 포커스 링(30)의 교환에 필요한 시간에는, 예컨대, 처리 용기(10)를 열고, 포커스 링(30)을 교환하는 시간, 교환 후에 처리 용기(10)를 닫고 처리 용기 내를 클리닝하거나, 시즈닝하여 처리 용기(10) 내의 분위기를 정돈하는 시간이 포함된다. 따라서, 포커스 링(30)의 교환 시간을 늦추는 것에 의해, 생산성의 향상을 도모할 수 있다.
[변형예]
다음으로, 포커스 링(30)의 온도를 측정하기 위한 포커스 링(30)의 주변 구조의 변형예에 대하여, 도 7을 참조하면서 설명한다. 도 7은 본 실시 형태의 변형예와 관련되는 포커스 링의 주변 구조의 단면의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3의 예에서는, 방사 온도계(51)는, 포커스 링(30)의 이면의 외주 쪽의 온도를 측정하도록 배치된다. 이것에 비하여, 도 7의 변형예에서는, 방사 온도계(51)는, 포커스 링(30)의 이면의 중앙의 온도를 측정하도록 배치된다. 이 때문에, 도 7의 변형예에서는, 인슐레이터(52a)에 매설된 히터(52) 및 인슐레이터(62a)에 매설된 히터(62)가 포커스 링(30)의 이면의 내주 쪽과 외주 쪽에 배치된다.
관련되는 구성으로부터, 본 변형예와 관련되는 방사 온도계(51)에 의한 온도 측정의 위치는, 본 실시 형태와 관련되는 방사 온도계(51)에 의한 온도 측정의 위치보다 히터(52, 62)에 가깝고, 또한, 포커스 링(30)의 이면의 중앙의 온도를 측정하게 된다. 그렇지만, 히터(52, 62)와 방사 온도계(51)의 위치 관계는 가깝더라도 멀더라도 좋다. 예컨대, 방사 온도계(51)의 위치는, 외주 쪽 또는 중앙으로 한정되지 않고, 포커스 링(30) 이면의 내주 쪽에 배치되어, 포커스 링(30) 이면의 내주 쪽의 온도를 측정하더라도 좋다. 어느 배치에 있어서도, 사전 처리에 있어서 포커스 링(30)의 승온 속도와 직류 전압의 상대 관계를 나타내는 정보를 산출함으로써, 포커스 링(30)에 직류 전압의 최적치를 인가할 수 있다.
마지막으로, 제어부(43)가 메모리(43b)에 기억한 승온 속도와 직류 전압의 상대 관계를 나타내는 정보를 이용한 시스템에 있어서의 서버(2)의 제어의 일례를, 도 8을 참조하여 설명한다. 도 8은 본 실시 형태와 관련되는 직류 전압 제어를 위한 시스템의 일례를 나타내는 도면이다.
본 시스템에서는, 2종류의 플라즈마 에칭 장치 A(이하, "장치 A"라고도 한다)를 제어하는 제어부(1a~1c) 및 플라즈마 에칭 장치 B(이하, "장치 B"라고도 한다)를 제어하는 제어부(2a~2c)가 네트워크를 통해서 서버(2)에 접속되어 있는 예를 나타낸다.
예컨대, 장치 A로서는, 플라즈마 에칭 장치(1A, 1B, 1C)를 일례로서 들지만, 이것에 한하지 않는다. 플라즈마 에칭 장치(1A, 1B, 1C)는, 제어부(1a, 1b, 1c)에 의해 각각 제어된다.
예컨대, 장치 B로서는, 플라즈마 에칭 장치(2A, 2B, 2C)를 일례로서 들지만, 이것에 한하지 않는다. 플라즈마 에칭 장치(2A, 2B, 2C)는, 제어부(2a, 2b, 2c)에 의해 각각 제어된다.
제어부(1a~1c) 및 제어부(2a~2c)는, 각각의 메모리(기억부)에 기억한 승온 속도와 직류 전압의 상대 관계를 나타내는 정보를 서버(2)에 송신한다. 서버(2)는, 장치 A를 제어하는 제어부(1a, 1b, 1c)로부터 승온 속도와 직류 전압의 상대 관계를 나타내는 정보(3a, 3b, 3c)를 수신한다. 또한, 서버(2)는, 장치 B를 제어하는 제어부(2a, 2b, 2c)로부터 승온 속도와 직류 전압의 상대 관계를 나타내는 정보(4a, 4b, 4c)를 수신한다. 도 8에서는, 편의상, 승온 속도와 직류 전압의 상대 관계를 나타내는 정보를 그래프의 형식으로 나타낸다.
서버(2)는, 장치 A에 관한 승온 속도와 직류 전압의 상대 관계를 나타내는 정보(3a, 3b, 3c, …)와, 장치 B에 관한 승온 속도와 직류 전압의 상대 관계를 나타내는 정보(4a, 4b, 4c, …)를 각각의 카테고리로 분류한다.
서버(2)는, 장치 A에 관한 카테고리로 분류된 정보(3a, 3b, 3c, …)에 근거하여, 장치 A의 승온 속도에 대한 직류 전압의 최적치를 산출한다. 예컨대, 정보(3a, 3b, 3c, …)에 근거하여, 장치 A의 승온 속도에 대한 직류 전압의 평균치를 최적치로 하더라도 좋고, 장치 A의 승온 속도에 대한 직류 전압의 중앙치를 최적치로 하더라도 좋다. 또한, 예컨대, 정보(3a, 3b, 3c, …)에 근거하여, 장치 A의 승온 속도에 대한 직류 전압의 최소치 또는 최대치를 최적치로 하더라도 좋다. 그 외, 서버(2)는, 장치 A의 승온 속도에 대한 직류 전압의 최적치로서 정보(3a, 3b, 3c, …)에 근거하여 직류 전압의 특정한 값을 산출할 수 있다.
마찬가지로 하여, 장치 B에 관한 카테고리로 분류된 정보(4a, 4b, 4c, …)에 근거하여, 장치 B의 승온 속도에 대한 직류 전압의 최적치를 산출한다. 예컨대, 정보(4a, 4b, 4c, …)에 근거하여, 장치 A의 승온 속도에 대한 직류 전압의 평균치, 중앙치, 최소치 또는 최대치를 최적치로 하더라도 좋다. 그 외, 서버(2)는, 장치 B의 승온 속도에 대한 직류 전압의 최적치로서 정보(4a, 4b, 4c, …)에 근거하여 직류 전압의 특정한 값을 산출할 수 있다.
서버(2)는, 상이한 에칭 장치마다 수집된 승온 속도에 대한 직류 전압의 최적치를 산출하고, 산출한 승온 속도에 대한 직류 전압의 최적치의 정보를, 제어부(1a~2c)에 피드백한다. 이것에 의해, 제어부(1a~2c)는, 다른 에칭 장치의 정보를 포함시켜 얻어진 포커스 링(30)의 소모량에 따른 직류 전압의 적정치를 이용하여, 포커스 링(30)에 인가하는 직류 전압을 제어할 수 있다.
이것에 의하면, 서버(2)에 의해, 동일한 카테고리에 포함되는 보다 많은 플라즈마 에칭 장치를 사용하여 측정된 승온 속도에 대한 직류 전압의 정보를 수집할 수 있다. 이 때문에, 수집한 상기 승온 속도에 대한 직류 전압의 정보에 근거하여, 승온 속도에 대한 직류 전압의 최적치를 보다 균형 있게 산출할 수 있다. 이것에 의해, 포커스 링(30)의 소모량에 따른 직류 전압의 적정치를 포커스 링(30)에 인가하는 제어를 보다 균형 있고 정밀하게 행할 수 있다. 또, 서버(2)는, 클라우드 컴퓨터에 의해 실현되더라도 좋다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 포커스 링(30)의 소모량에 따른 직류 전압의 적정치를 포커스 링(30)에 인가하는 것에 의해, 틸팅의 발생 또는 에칭 레이트의 변동 중 적어도 어느 한쪽을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 포커스 링(30)의 소모량에 의한 교환 시기를 늦출 수 있다. 이것에 의해, 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 생산성을 향상시킬 수 있다.
이상, 플라즈마 에칭 장치 및 플라즈마 에칭 방법을 상기 실시 형태에 의해 설명했지만, 본 발명과 관련되는 플라즈마 에칭 장치 및 플라즈마 에칭 방법은 상기 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시 형태에 기재된 사항은, 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.
본 발명과 관련되는 기판 처리 장치는, Capacitively Coupled Plasma(CCP), Inductively Coupled Plasma(ICP), Radial Line Slot Antenna, Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR), Helicon Wave Plasma(HWP)의 어느 타입에서도 적용 가능하다.
본 명세서에서는, 기판의 일례로서 반도체 웨이퍼 W를 들어 설명했다. 그러나, 기판은, 이것에 한하지 않고, LCD(Liquid Crystal Display), FPD(Flat Panel Display)에 이용되는 각종 기판, CD 기판, 프린트 기판 등이더라도 좋다.
1 : 플라즈마 에칭 장치
10 : 처리 용기
11 : 탑재대
18 : 배기 장치
21 : 제 1 고주파 전원
22 : 제 2 고주파 전원
25 : 정전 척
25a : 흡착 전극
25b : 유전층
25c : 기대
28 : 가변 직류 전원
29 : 전극
30 : 포커스 링
31 : 냉매실
35 : 전열 가스 공급부
40 : 처리 가스 공급부
43 : 제어부
51 : 방사 온도계
52, 62 : 히터
52a : 절연 부재
52a, 56, 62a : 인슐레이터

Claims (6)

  1. 진공 배기 가능한 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에서 기판을 탑재하는 하부 전극과,
    상기 처리 용기 내에서 상기 하부 전극과 병행으로 마주 보는 상부 전극과,
    상기 상부 전극과 상기 하부 전극의 사이의 처리 공간에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와,
    상기 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하기 위한 고주파를 상기 상부 전극 또는 상기 하부 전극에 인가하는 고주파 급전부와,
    상기 기판의 주변부를 덮는 포커스 링과,
    상기 포커스 링에 인가하는 직류 전압을 출력하는 직류 전원과,
    상기 포커스 링을 가열하는 가열부와,
    상기 포커스 링의 온도를 측정하는 온도 측정부
    를 갖는 플라즈마 에칭 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 직류 전원이 출력하는 직류 전압을 제어하는 제어부를 갖고,
    상기 제어부는, 상기 온도 측정부가 측정한 상기 포커스 링의 온도에 근거하여, 포커스 링의 승온(昇溫) 속도와 직류 전압의 관계를 나타내는 정보를 기억한 기억부를 참조하여 상기 직류 전압을 제어하는
    플라즈마 에칭 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 온도 측정부는, 상기 포커스 링의 온도로서 상기 포커스 링의 이면의 온도를 측정하는 플라즈마 에칭 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 플라즈마 에칭 장치를 이용하여 상기 기판을 에칭하는 공정을 포함하는 플라즈마 에칭 방법으로서,
    상기 기판을 에칭하는 공정에서는, 상기 온도 측정부가 측정한 상기 포커스 링의 온도에 근거하여, 포커스 링의 승온 속도와 직류 전압의 관계를 나타내는 정보를 기억한 기억부를 참조하여 상기 포커스 링에 인가하는 직류 전압을 제어하는 플라즈마 에칭 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판을 에칭하는 공정 전에, 상기 포커스 링의 승온 속도를, 상기 가열부를 승온시키면서 상기 온도 측정부에 의해 상기 포커스 링의 온도를 측정함으로써 산출하고, 산출한 상기 포커스 링의 승온 속도와, 그 승온 속도에 따른 직류 전압의 적정치의 관계를 나타내는 정보를 상기 기억부에 기억하는 플라즈마 에칭 방법.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 기판을 에칭하는 공정에서는, 상기 포커스 링의 승온 속도를, 상기 가열부를 승온시키면서 상기 온도 측정부에 의해 상기 포커스 링의 온도를 측정함으로써 산출하고, 산출한 상기 포커스 링의 승온 속도에 근거하여, 상기 기억부를 참조허여 상기 포커스 링에 인가하는 직류 전압을 제어하는 플라즈마 에칭 방법.
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