KR20200069245A - 제어 방법 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

제어 방법 및 플라즈마 처리 장치 Download PDF

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KR20200069245A
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도시오 하가
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 센서를 이용하지 않고 정합기의 고조파에 대한 임피던스를 조정한다.
[해결 수단] 챔버 내에서 기판 유지부에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원과, 상기 기판 유지부와 상기 고주파 전원 사이에 마련되는 정합기와, 고주파 전력에 의해 가스로부터 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부를 갖는 플라즈마 처리 장치의 제어 방법으로서, 상기 정합기에 의한 정합 시의 출력 임피던스를 취득하는 공정과, 상기 챔버의 전기 특성을 나타내는 F 파라미터를 취득하는 공정과, 상기 출력 임피던스와 상기 F 파라미터를 사용해서 고조파 발생의 정도를 산출하는 공정과, 상기 고조파 발생의 정도에 따라서 상기 정합기의 임피던스를 제어하는 공정을 갖는 제어 방법이 제공된다.

Description

제어 방법 및 플라즈마 처리 장치{CONTROL METHOD AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 개시는, 제어 방법 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
프로세스 조건 의존이나 장치의 기기 차(機差) 저감에 대응하기 위해서, 플라즈마 처리 장치에서 발생하는 고조파를 관측하면서 제어하는 것은 유용하다. 예를 들면 RF 센서나 임피던스 센서 등의 센서를 설치하고, 고조파를 관측하면서 정합기의 고조파에 대한 임피던스를 조정하는 수법이 생각된다. 특허문헌 1은, 고주파 전원측에 임피던스 센서를 설치하고, 당해 센서를 이용해서 임피던스를 조정하는 것을 제안하고 있다.
일본 특허공개 2017-73247호 공보
본 개시는, 센서를 이용하지 않고 정합기의 고조파에 대한 임피던스를 조정하는 것이 가능한 기술을 제공한다.
본 개시된 일 태양에 의하면, 챔버 내에서 기판 유지부에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원과, 상기 기판 유지부와 상기 고주파 전원 사이에 마련되는 정합기와, 고주파 전력에 의해 가스로부터 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부를 갖는 플라즈마 처리 장치의 제어 방법으로서, 상기 정합기에 의한 정합 시의 출력 임피던스를 취득하는 공정과, 상기 챔버의 전기 특성을 나타내는 F 파라미터를 취득하는 공정과, 상기 출력 임피던스와 상기 F 파라미터를 사용해서 고조파 발생의 정도를 산출하는 공정과, 상기 고조파 발생의 정도에 따라서 상기 정합기의 임피던스를 제어하는 공정을 갖는 제어 방법이 제공된다.
한 측면에 의하면, 센서를 이용하지 않고 정합기의 고조파에 대한 임피던스를 조정할 수 있다.
도 1은, 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 일례를 나타내는 종단면도이다.
도 2는, 일 실시형태에 따른 고조파 발생 모델의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은, 일 실시형태에 따른 고조파의 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는, 일 실시형태에 따른 정합기의 주변의 회로 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는, 일 실시형태에 따른 고조파 발생의 정도의 제어 방법의 순서를 나타내는 플로 차트이다.
도 6은, 일 실시형태에 따른 고조파 발생의 정도의 제어 방법을 실행한 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
이하, 본 개시를 실시하기 위한 형태에 대해서 도면을 참조해서 설명한다. 한편, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 붙이는 것에 의해 중복된 설명을 생략한다.
[플라즈마 처리 장치의 전체 구성]
우선, 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 일례에 대해서, 도 1을 참조하면서 설명한다. 도 1은, 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 일례를 나타내는 도면이다. 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)는, 평행 평판의 용량 결합형 플라즈마 처리 장치이며, 예를 들면 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 이루어지는 원통 형상의 챔버(10)를 갖고 있다. 챔버(10)는 접지되어 있다.
챔버(10)의 바닥부에는, 세라믹 등으로 이루어지는 절연판(12)을 개재해서 원주상의 지지대(14)가 배치되고, 이 지지대(14) 위에 예를 들면 알루미늄으로 이루어지는 기판 유지부(16)가 마련되어 있다. 기판 유지부(16)는 하부 전극을 구성하고, 그 위에 정전 척(20)이 마련되어 있다.
정전 척(20) 상에는, 웨이퍼(W)가 유지된다. 정전 척(20)은, 도전막으로 이루어지는 전극(20a)을 절연층(20b)에 끼운 구조를 갖는다. 전극(20a)에는 직류 전원(22)이 접속되고, 직류 전원(22)으로부터의 직류 전압에 의해 생긴 쿨롱력 등의 정전력에 의해서 웨이퍼(W)가 정전 척(20)에 흡착 유지된다.
기판 유지부(16) 상이고 웨이퍼(W)의 주연에는, 예를 들면 실리콘으로 이루어지는 도전성의 에지 링(24)(포커스 링이라고도 한다)이 배치되어 있다. 기판 유지부(16) 및 지지대(14)의 외주 측면에는, 석영 등으로 이루어지는 원통 형상의 내벽 부재(26)가 마련되어 있다. 에지 링(24)의 외주 측면에는 석영 등으로 이루어지는 링 형상의 하부 인슐레이터 링(25)이 마련되어 있다.
지지대(14)의 내부에는, 예를 들면 원주 상에 냉매실(28)이 마련되어 있다. 냉매실(28)에는, 외부에 마련된 칠러 유닛으로부터 배관(30a, 30b)을 통해서 소정 온도의 냉매, 예를 들면 냉각수가 순환 공급되고, 냉매의 온도에 의해 기판 유지부(16) 상의 웨이퍼(W)의 처리 온도가 제어된다. 또, 전열 가스 공급 기구로부터의 전열 가스, 예를 들면 He 가스가 가스 공급 라인(32)을 통해서 정전 척(20)의 상면과 웨이퍼(W)의 이면 사이에 공급된다.
기판 유지부(16)의 상방에는, 기판 유지부(16)와 대향해서 상부 전극(34)이 마련되어 있다. 상부 전극(34)과 하부 전극(기판 유지부(16)) 사이는 플라즈마 처리 공간(U)으로 되어 있다.
상부 전극(34)은, 절연성의 상부 인슐레이터 링(42)을 통해서, 챔버(10)의 천장부에 지지되어 있다. 상부 전극(34)은, 기판 유지부(16)와의 대향면을 구성하고 또한 다수의 가스 토출 구멍(37)을 갖는 전극판(36)과, 이 전극판(36)을 착탈 가능하게 지지하고, 도전성 재료, 예를 들면 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 이루어지는 전극 지지체(38)를 갖는다. 전극판(36)은, 실리콘이나 SiC로 구성되는 것이 바람직하다. 전극 지지체(38)의 내부에는, 가스 확산실(40)이 마련되고, 이 가스 확산실(40)로부터 가스 토출 구멍(37)에 연통되는 다수의 가스 통류 구멍(41)이 하방으로 연장되어 있다.
전극 지지체(38)에는, 가스 확산실(40)로 처리 가스를 유도하는 가스 도입구(62)가 형성되어 있고, 이 가스 도입구(62)에는 가스 공급관(64)이 접속되고, 가스 공급관(64)에는 처리 가스 공급원(66)이 접속되어 있다. 가스 공급관(64)에는, 처리 가스 공급원(66)이 배치된 상류측부터 차례로 매스플로 컨트롤러(MFC)(68) 및 개폐 밸브(70)가 마련되어 있다. 그리고, 처리 가스 공급원(66)으로부터, 처리 가스가 가스 공급관(64)을 통해서 가스 확산실(40)에 이르러, 가스 통류 구멍(41)을 거쳐서 가스 토출 구멍(37)으로부터 샤워 형상으로 플라즈마 처리 공간(U)에 공급된다. 이와 같이 해서 상부 전극(34)은 처리 가스를 공급하기 위한 샤워 헤드로서 기능한다.
고주파 전원(90)은, 정합기(88) 및 급전봉(케이블)(89)을 통해서 하부 전극(기판 유지부(16))에 접속한다. 고주파 전원(90)은, 기판 유지부(16)에 플라즈마 생성용의 고주파 전력을 인가한다. 플라즈마 생성용의 고주파 전력은 RF 전력의 일례이다. 본 실시형태에서는, 플라즈마 생성용의 고주파 전력을 RF 전력으로서 설명한다. RF의 주파수는, 40MHz∼60MHz여도 된다. 정합기(88)는, 고주파 전원(90)의 출력 임피던스와 부하측의 임피던스를 정합시킨다.
기판 유지부(16)에는, 급전봉(케이블) 및 정합기를 통해서, 기판 유지부(16)에 이온 인입용의 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원이 마련되어도 된다. 이에 의해, 기판 유지부(16) 상의 웨이퍼(W)에 이온이 인입된다. 이온 인입용의 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원은, 2MHz∼13.56MHz의 범위 내의 주파수의 고주파 전력을 출력해도 된다. 이온 인입용의 고주파 전력은, RF 전력의 일례이다.
챔버(10)의 바닥부에는 배기구(80)가 마련되고, 이 배기구(80)에 배기관(82)을 개재해서 배기 장치(84)가 접속되어 있다. 배기 장치(84)는, 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 갖고 있고, 챔버(10) 내를 원하는 진공도까지 감압하는 것이 가능하다. 또한, 챔버(10)의 측벽에는 웨이퍼(W)의 반입출구(85)가 마련되어 있고, 이 반입출구(85)는 게이트 밸브(86)에 의해 개폐 가능하다. 또한, 챔버(10)의 내벽을 따라 챔버(10)에 에칭 시 등에 생성되는 부생성물(데포)이 부착되는 것을 방지하기 위한 데포 실드(11)가 착탈 가능하게 마련되어 있다. 데포 실드(11)는, 내벽 부재(26)의 외주나 천장부의 일부에도 마련되어 있다. 챔버(10)의 바닥부의 챔버(10)의 벽측의 데포 실드(11)와 내벽 부재(26)측의 데포 실드(11) 사이에는 배플판(83)이 마련되어 있다. 데포 실드(11) 및 배플판(83)으로서는, 알루미늄재에 Y2O3 등의 세라믹을 피복한 것을 이용할 수 있다.
이러한 구성의 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서 에칭 처리를 행할 때에는, 우선, 게이트 밸브(86)를 개방 상태로 하고, 반입출구(85)를 통해서 웨이퍼(W)를 챔버(10) 내에 반입하고, 기판 유지부(16) 상에 탑재한다. 그리고, 처리 가스 공급원(66)으로부터 에칭 등의 플라즈마 처리를 위한 가스를 소정의 유량으로 공급하고, 가스 확산실(40), 가스 통류 구멍(41) 및 가스 토출 구멍(37)을 통해서 챔버(10) 내로 공급한다. 또한, 배기 장치(84)에 의해 챔버(10) 내를 배기하고, 프로세스 조건의 압력으로 설정한다.
이와 같이 챔버(10) 내에 가스를 도입한 상태로, 고주파 전원(90)으로부터 RF 전력을 기판 유지부(16)에 인가한다. 또한, 직류 전원(22)으로부터 직류 전압을 전극(20a)에 인가하고, 정전 흡착력에 의해 웨이퍼(W)를 기판 유지부(16)에 유지한다.
플라즈마 생성부는, RF 전력에 의해 플라즈마 처리 공간(U)에 도입된 가스로부터 플라즈마를 생성한다. 플라즈마 중의 라디칼이나 이온에 의해서 웨이퍼(W)의 피처리면에 에칭 등의 플라즈마 처리가 실시된다.
플라즈마 처리 장치(1)에는, 장치 전체의 동작을 제어하는 제어부(200)가 마련되어 있다. 제어부(200)는, ROM 및 RAM 등의 메모리에 저장된 레시피에 따라서, 에칭 등의 플라즈마 처리를 실행한다. 레시피에는, 프로세스 조건에 대한 장치의 제어 정보인 프로세스 시간, 압력(가스의 배기), 고주파 전력이나 전압, 각종 가스 유량이 설정되어도 된다. 또한, 레시피에는, 챔버 내 온도(상부 전극 온도, 챔버의 측벽 온도, 웨이퍼(W) 온도, 정전 척 온도 등), 칠러로부터 출력되는 냉매의 온도 등이 설정되어도 된다. 한편, 이들 프로세스의 순서나 조건을 나타내는 레시피는, 하드 디스크나 반도체 메모리에 기억되어도 된다. 또한, 레시피는, CD-ROM, DVD 등의 휴대성(portability)의 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체에 수용된 상태로 소정 위치에 세팅되어, 읽어낼 수 있도록 해도 된다.
제어부(200)는, F 파라미터 데이터베이스(201) 및 정합기 출력 임피던스 데이터베이스(202)를 갖는다. F 파라미터는, 챔버(10)의 전기 특성을 나타내고, 챔버(10)에서 미리 측정해 둔다. 측정 방법의 일례로서는, 하부 전극에 지그를 마련해서, 지그에 구비된 계측기에 의해 3패턴의 하방 전극의 임피던스를 잰다. 3패턴의 일례로서는, 하부 전극에 소정의 저항값(50Ω 등)을 매긴 경우의 하부 전극 임피던스, 하부 전극을 단락(쇼트)시킨 경우의 하부 전극 임피던스, 하부 전극을 단선(오픈)시킨 경우의 하부 전극 임피던스를 잰다. 단, 하부 전극의 임피던스를 재는 방법은, 이에 한정되지 않는다.
이들 3패턴의 임피던스로부터, 기본파의 F 파라미터 및 고조파의 F 파라미터를 특정하고, F 파라미터 데이터베이스(201)에 기억한다. 이에 의해, 기본파의 F 파라미터 및 고조파의 F 파라미터를 미리 데이터베이스화해 둔다.
정합기(88)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 가변 콘덴서(VC1) 및 가변 콘덴서(VC2)에 더하여, 가변 콘덴서(VC3)를 갖는다. 가변 콘덴서(VC3)는, 고조파에 대한 임피던스를 조정한다. 가변 콘덴서(VC1)는, 고주파 전원(90)에 대해서 병렬로 배치되어 있다. 가변 콘덴서(VC2)는, 고주파 전원(90)에 대해서 직렬로 배치되어 있다. 가변 콘덴서(VC3)는, 가변 콘덴서(VC2)를 사이에 두고 가변 콘덴서(VC1)의 반대측의 위치에 고주파 전원(90)에 대해서 병렬로 배치되어 있다. 가변 콘덴서(VC1)는, 고주파 전원과 병렬로 접속된 제 1 가변 콘덴서의 일례이다. 가변 콘덴서(VC2)는, 고주파 전원과 직렬로 접속된 제 2 가변 콘덴서의 일례이다. 가변 콘덴서(VC3)는, 제 1 가변 콘덴서 및 제 2 가변 콘덴서에 대해서 기판 유지부(16)측에, 제 1 가변 콘덴서와 병렬로 접속된 제 3 가변 콘덴서의 일례이다.
정합기(88)의 출력 임피던스의 측정은, 가변 콘덴서(VC1, VC2, VC3)의 위치를, 예를 들면 각각 100 설정하고, 합계 1003의 위치의 조합에 대해서 기본파의 출력 임피던스 및 고조파의 출력 임피던스를 측정한다. 정합기 출력 임피던스 데이터베이스(202)에는, 측정한 1003의 위치의 기본파의 출력 임피던스 및 고조파의 출력 임피던스가 기억된다. 단, 정합기(88)의 출력 임피던스의 측정 방법은, 이에 한정되지 않는다. 이에 의해, 기본파의 출력 임피던스 및 고조파의 출력 임피던스를 미리 데이터베이스화해 둔다.
[고조파 발생 모델]
다음으로, 도 2를 참조해서, 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 챔버(10) 내에서 발생하는 고조파의 발생 모델에 대해서 설명한다. 고주파 전원(90)은, 정합기(88) 및 급전봉(89)을 통해서 하부 전극에 접속한다. 하부 전극에 대향하는 상부 전극(34)측에는, 상부 인슐레이터 링(42)이 배치되어 있다. 플라즈마 처리 공간(U)에 플라즈마가 생성되면, 하부 전극측의 시스(sheath)와 상부 전극(34)측의 시스가 형성된다.
도 2의 A-A면으로부터 좌측에는, 하부 전극측에는, 하부 전극(기판 유지부(16)), 급전봉(89), 데포 실드(11) 및 배플판(83) 등의 유도성 성분, 및, 하부 인슐레이터 링(25), 내벽 부재(26) 등의 용량성 성분을 갖는 부재가 존재한다.
고조파의 발생량은, 플라즈마에서 본 고조파의 임피던스에 의존한다. 플라즈마 생성 시, 플라즈마 상태에 따라서 시스가 진동하는 것에 의해, RF 전력의 기본파가 변조되는 것에 의해 고조파가 발생한다. 이상으로부터, 발명자는, 플라즈마를 고조파의 발생원이라고 생각하고, 플라즈마에서 보아 고조파의 임피던스가 어떻게 보이는지를 계산에 의해 구했다.
그리고, 정합기(88)에 가변 콘덴서(VC3)를 마련하고, 가변 콘덴서(VC3)에 의해 고조파에 대한 임피던스를 조정하는 것을 발견했다. 한편, 가변 콘덴서(VC3)는, 정합기(88) 내에 배치해도 되고, 정합기(88)의 출력측이어도 되고, 정합기(88)와 기판 유지부(16) 사이에 배치해도 된다.
[고조파 발생의 정도]
다음으로, 플라즈마에서 보아 고조파의 임피던스가 어떻게 보이는지, 즉, 고조파 발생의 정도의 산출 방법에 대해서, 도 3을 참조하면서 설명한다. 우선, 정합기(88)를 사용해서 부하측의 임피던스를 정합 포인트에 가깝게 하고, 정합 동작을 완료시킨다. 본 명세서에 있어서, 부하측의 임피던스를 정합 포인트에 가깝게 한다는 것은, 부하측의 임피던스를 이상적으로는 정합 포인트에 일치시키는 것을 의미한다.
다음으로, 미리 기억한 정합기 출력 임피던스 데이터베이스(202)에 기초하여, 정합기(88)의 정합 동작에 의해 얻어진 정합 포인트에 따른 기본파의 출력 임피던스 및 고조파의 출력 임피던스를 취득한다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 정합기(88)의 출력 임피던스 중, 기본파의 출력 임피던스는, F 파라미터 데이터베이스(201)에 미리 기억한 기본파의 F 파라미터를 이용해서 기본파의 하부 전극 임피던스로 변환할 수 있다. 마찬가지로 하여, 고조파의 출력 임피던스는, F 파라미터 데이터베이스(201)에 미리 기억한 고조파의 F 파라미터를 이용해서 고조파의 하부 전극 임피던스로 변환할 수 있다.
다음으로, 하부 전극 임피던스와 플라즈마 임피던스의 관계에 대해서 설명한다. 정합기(88)에 의해 기본파에 대해서는 임피던스의 정합이 취해지고 있다. 따라서, 기본파의 하부 전극 임피던스와 기본파의 플라즈마 임피던스는, 복소 공역(複素共役)의 관계가 성립한다. 이에 의해, 기본파의 하부 전극 임피던스로부터 기본파의 플라즈마 임피던스를 산출할 수 있다. 이 결과, 산출한 기본파의 플라즈마 임피던스에 기초하여, 하부 전극측의 시스, 상부 전극측의 시스 및 상부 인슐레이터 링(42)의 정전 용량의 합인 총 정전 용량(CT)을 산출할 수 있다.
플라즈마에서 본 고조파의 임피던스의 발생량(이하, 「고조파 발생량 P」라고 한다)은, 이하의 식(1)에 의해 구해진다.
Figure pat00001
식(1)에 있어서, V는 플라즈마로 발생하는 고주파 전압이다. R은 플라즈마에서 본 고조파 저항이다. Z는 플라즈마에서 본 고조파의 임피던스, 즉, 플라즈마에서 본 고조파 임피던스이다.
고주파 전압 V는 동일한 프로세스 조건에 있어서는 일정으로 해서, 식(1)을 간이화하면 식(2)가 된다.
[수학식 1]
Figure pat00002
식(2)의 우항(R/|Z|2)은 고조파 발생의 정도를 나타낸다. 식(2)의 플라즈마에서 본 고조파 임피던스 Z는, 하부 전극측의 시스, 상부 전극측의 시스 및 상부 인슐레이터 링(42)의 총 정전 용량(CT)과 고조파의 하부 전극 임피던스로부터 산출할 수 있다. 또한, 식(2)의 플라즈마에서 본 고조파 저항 R은, 플라즈마에서 본 고조파 임피던스 Z의 실부로서 산출할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 고조파의 출력 임피던스는, F 파라미터 데이터베이스(201)에 미리 기억한 고조파의 F 파라미터를 이용해서 고조파의 하부 전극 임피던스로 변환할 수 있다. 또한, 복소 공역의 관계가 성립하는 기본파의 하부 전극 임피던스로부터 기본파의 플라즈마 임피던스를 산출할 수 있고, 기본파의 플라즈마 임피던스로부터 하부 전극측의 시스, 상부 전극측의 시스 및 상부 인슐레이터 링(42)의 총 정전 용량(CT)을 산출할 수 있다. 이상으로부터, 플라즈마에서 본 고조파 임피던스 Z가 산출되고, 이에 의해, 고조파 발생의 정도를 계산할 수 있다.
한편, 도 4에 나타내는 바와 같이, 도 3에 나타내는 고조파 발생 모델의 회로의 고주파 전원(90)과 정합기(88) 사이에 로우 패스(low pass) 필터(LPF)를 배치하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 고조파를 차단함으로써, 고조파 발생의 정도를 산출할 때에, 고주파 전원(90) 및 급전봉(89)의 영향을 배제할 수 있다. 단, 고주파 전원(90)과 정합기(88) 사이에 로우 패스 필터(LPF)를 배치하지 않아도 된다.
[고조파 발생의 정도의 제어 방법]
다음으로, 일 실시형태에 따른 고조파 발생의 정도를 제어하는 방법의 순서에 대해서, 도 5에 나타내는 플로 차트를 참조하면서 설명한다. 고조파 발생의 정도의 제어 방법은, 제어부(200)가, 메모리에 기억한 고조파 발생의 정도의 제어 방법의 순서를 나타내는 프로그램을 실행함으로써 행해진다.
본 처리가 개시되면, 제어부(200)는, 정합기(88)를 사용해서 부하측의 임피던스를 정합 포인트에 가깝게 하거나 또는 일치시켜, 정합 동작을 완료시킨다(스텝 S1). 다음으로, 제어부(200)는, 정합기 출력 임피던스 데이터베이스(202)에 기초하여, 얻어진 정합 포인트에 있어서의 출력 임피던스(기본파, 고조파)를 취득한다(스텝 S2).
다음으로, 제어부(200)는, 상기의 산출 방법에 의해, 식(2)에 나타내는 고조파 발생의 정도를 산출한다(스텝 S3). 다음으로, 제어부(200)는, 산출한 고조파 발생의 정도에 기초하여, 미리 설정한 원하는 고조파 발생이 되는 가변 콘덴서(VC3)의 위치를 산출한다(스텝 S4).
다음으로, 제어부(200)는, 산출한 위치로 가변 콘덴서(VC3)를 제어한다(스텝 S5). 다음으로, 제어부(200)는, 정합기 출력 임피던스 데이터베이스(202)에 기초하여, 다시 제어한 가변 콘덴서(VC1, VC2, VC3)의 위치에 있어서의 출력 임피던스(기본파, 고조파)를 취득한다(스텝 S6). 다음으로, 제어부(200)는, 식(2)에 나타내는 고조파 발생의 정도를 산출한다(스텝 S7).
다음으로, 제어부(200)는, 산출한 고조파 발생의 정도가 미리 설정한 원하는 고조파 발생의 정도의 범위에 포함되는지를 판정한다(스텝 S8). 제어부(200)는, 산출한 고조파 발생의 정도가 원하는 고조파 발생의 정도의 범위에 포함된다고 판정하면, 본 처리를 종료한다. 한편, 제어부(200)는, 산출한 고조파 발생의 정도가 원하는 고조파 발생의 정도의 범위에 포함되지 않는다고 판정하면, 스텝 S4로 되돌아간다. 제어부(200)는, 스텝 S4 이후의 처리를, 산출한 고조파 발생의 정도가 원하는 고조파 발생의 정도의 범위에 포함된다고 판정될 때까지 반복한다.
[실험 결과]
마지막으로, 제어부(200)가, 도 5의 제어 방법의 순서에 따라 정합기의 고조파에 대한 임피던스를 조정했을 때의 실험 결과의 일례에 대해서, 도 6을 참조하면서 설명한다. 본 실험의 프로세스 조건은 이하이다.
<프로세스 조건>
압력 40mTorr(5.33Pa)
가스종 CF4 가스
RF 전력 1000W(기본파의 주파수 약 40MHz)
상기 조건에서, 실리콘 산화막(SiO2)을 에칭하는 실험을 행했다. 그 결과를, NO. 1∼NO. 4에 나타낸다.
도 6의 1행째는, 약 40MHz의 기본파의 하부 전극의 임피던스를 나타낸다. 2행째는, 기본파의 3배인 약 122MHz의 고조파의 하부 전극의 임피던스를 나타낸다. 3행째는, 하부 전극측의 시스, 상부 전극(34)측의 시스 및 상부 인슐레이터 링(42)의 총 정전 용량(CT)의 계산 결과를 나타낸다. 4행째는, 플라즈마에서 본 고조파의 임피던스를 나타낸다. 5행째는, 식(2)를 이용해서 산출한 고조파 발생의 정도를 나타낸다. 최종행의 그래프는, 직경이 300mm인 웨이퍼의 X축 및 Y축의 실리콘 산화막의 에칭 레이트(E/R)를 나타낸다.
이상의 실험 결과에 의하면, 산출한 고조파 발생의 정도가 작을수록, 실리콘 산화막의 에칭 레이트의 편차가 작아져, 웨이퍼(W) 상의 처리의 면내 균일성이 높아졌다. 그리고, 산출한 고조파 발생의 정도가 클수록, 실리콘 산화막의 에칭 레이트의 편차가 커져, 웨이퍼의 중앙측이 외주측보다도 에칭 레이트가 높아졌다. 이상의 결과로부터, 산출한 고조파 발생의 정도에 따라서 가변 콘덴서(VC3)에 의해 고조파에 대한 임피던스를 조정함으로써, 웨이퍼(W) 상의 에칭의 특성 등을 제어할 수 있는 것을 알 수 있었다.
한편, 본 실험에서는, 기본파의 3배의 고조파의 하부 전극의 임피던스를 사용해서 고조파 발생의 정도를 산출했다. 이것은, 기본파의 3배의 고조파가, 챔버(10)의 내부에서 발생하는 기본파의 2배 이상의 고조파 중, 임피던스 조정에 주는 영향이 높다고 생각되기 때문이다. 단, 이에 한정되지 않고, 기본파의 2배, 4배 등, 기본파의 3배 이외의 고조파의 하부 전극의 임피던스를 사용해서 고조파 발생의 정도를 산출해도 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서의 고조파의 제어 방법에 의하면, 정합기의 출력 임피던스나 챔버의 F 파라미터를 이용해서 고조파 발생의 정도를 산출한다. 그리고, 산출한 고조파 발생의 정도가 최적값이 되도록 정합기(88)의 가변 콘덴서(VC3)에 의해 고조파에 대한 임피던스를 조정한다. 이에 의해, RF 센서 또는 임피던스 센서 등의 센서를 사용하지 않고 정합기의 고조파에 대한 임피던스를 조정할 수 있다. 이에 의해, 에칭의 특성을 제어할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 따른 제어 방법을 사용하면, 고가인 상기 센서를 사용할 필요가 없어져, 플라즈마 처리 장치의 대량 생산에 바람직하다.
한편, 상기 실시형태에서는, 플라즈마 생성용의 고주파 전원(90)을 RF 전원으로 해서, 고주파 전원(90)으로부터 출력되는 RF 전력의 고조파 발생의 정도를 산출하고, 고조파에 대한 임피던스를 조정했지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 이온 인입용의 고주파 전력을 RF 전원으로 해서, 당해 고주파 전원으로부터 출력되는 RF 전력의 고조파 발생의 정도를 산출하고, 고조파에 대한 임피던스를 조정해도 된다. 즉, 플라즈마 생성용의 고주파 전원 및 이온 인입용의 고주파 전원 중 적어도 한쪽의 고주파 전원으로부터 출력되는 RF 전력의 고조파 발생의 정도를 산출하고, 고조파에 대한 임피던스를 조정해도 된다.
이번 개시된 일 실시형태에 따른 제어 방법 및 플라즈마 처리 장치는, 모든 점에 있어서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기의 실시형태는, 첨부된 청구범위 및 그 주지를 일탈하지 않고, 다양한 형태로 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시형태에 기재된 사항은, 모순되지 않는 범위에서 다른 구성도 취할 수 있고, 또한, 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.
본 개시된 플라즈마 처리 장치는, Capacitively Coupled Plasma(CCP), Inductively Coupled Plasma(ICP), Radial Line Slot Antenna(RLSA), Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR), Helicon Wave Plasma(HWP)의 어떤 타입이어도 적용 가능하다.
본 명세서에서는, 기판의 일례로서, 웨이퍼(W)를 들어 설명했다. 그러나, 기판은, 이에 한하지 않고, FPD(Flat Panel Display)에 이용되는 각종 기판, 프린트 기판 등이어도 된다.
1: 플라즈마 처리 장치
10: 챔버
11: 데포 실드
16: 기판 유지부
20: 정전 척
22: 직류 전원
25: 하부 인슐레이터 링
26: 내벽 부재
34: 상부 전극
42: 상부 인슐레이터 링
83: 배플판
89: 급전봉
90: 고주파 전원
200: 제어부
201: F 파라미터 데이터베이스
202: 정합기 출력 임피던스 데이터베이스

Claims (6)

  1. 챔버 내에서 기판 유지부에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원과, 상기 기판 유지부와 상기 고주파 전원 사이에 마련되는 정합기와, 고주파 전력에 의해 가스로부터 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부를 갖는 플라즈마 처리 장치의 제어 방법으로서,
    상기 정합기에 의한 정합 시의 출력 임피던스를 취득하는 공정과,
    상기 챔버의 전기 특성을 나타내는 F 파라미터를 취득하는 공정과,
    상기 출력 임피던스와 상기 F 파라미터를 사용해서 고조파 발생의 정도를 산출하는 공정과,
    상기 고조파 발생의 정도에 따라서 상기 정합기의 임피던스를 제어하는 공정
    을 갖는 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력 임피던스를 취득하는 공정은,
    기본파의 상기 출력 임피던스와 고조파의 상기 출력 임피던스를 취득하는 공정을 포함하고,
    상기 고조파 발생의 정도를 산출하는 공정은,
    기본파의 상기 출력 임피던스로부터 플라즈마 임피던스를 산출하는 공정과,
    고조파의 상기 출력 임피던스와 플라즈마 임피던스로부터 상기 고조파 발생의 정도를 산출하는 공정을 포함하는,
    제어 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 고주파 전원과 상기 정합기 사이에 로우 패스(low pass) 필터를 마련하는,
    제어 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정합기의 임피던스를 제어하는 공정은,
    상기 정합기의 고조파에 대한 임피던스를 제어하는 가변 콘덴서에 의해 제어하는 공정을 포함하는,
    제어 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 가변 콘덴서는,
    상기 정합기 내의 상기 고주파 전원과 병렬로 접속된 제 1 가변 콘덴서 및 상기 고주파 전원과 직렬로 접속된 제 2 가변 콘덴서에 대해서 상기 기판 유지부의 측에, 상기 제 1 가변 콘덴서와 병렬로 접속된 제 3 가변 콘덴서인,
    제어 방법.
  6. 상기 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 제어 방법의 순서를 나타내는 프로그램을 실행하는 제어부를 갖는 플라즈마 처리 장치.
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