KR20210080275A - 플라스마 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
안정된 플라스마 처리 특성을 얻을 수 있는 플라스마 처리 장치를 제공하기 위해, 진공 용기 내부의 처리실 내의 하부에 배치되고 상기 플라스마를 이용한 처리 대상의 웨이퍼가 놓이는 시료대로서 상부의 중앙부에 배치된 볼록 형상부의 상면에 상기 웨이퍼가 놓이는 시료대에 있어서 내부에 배치되고 상기 웨이퍼의 처리 중에 고주파 전력이 공급되는 전극 및 상기 시료대의 상기 볼록 형상부의 외주측에서 상기 상면을 둘러싸서 배치된 도체제의 링 형상 부재의 전극과, 이 링 형상 부재와 상기 처리실과의 사이 및 상기 시료대의 상면과의 사이에서 상기 링 형상 부재에 대하여 덮어 배치된 유전체제의 제1 링 형상 커버와, 상기 처리실과 제1 링 형상 커버의 상면 사이에서 이것을 덮어 배치된 도체제의 제2 링 형상 커버를 구비하고, 웨이퍼의 처리 중에 도체제의 링 형상 부재에 공급하는 고주파 전력의 전압을 검출한 결과에 따라 당해 고주파 전력의 크기를 조절하는 조절기를 구비했다.
Description
본 발명은, 진공 용기 내의 처리실 내부에 설치된 시료대에 재치(載置)된 반도체 웨이퍼 등의 기판 형상의 시료를 플라스마를 이용하여 처리하는 플라스마 처리 장치에 관한 것이며, 시료대에 고주파 전력을 공급하여 시료를 처리하는 플라스마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서, 반도체 웨이퍼의 기판 상에 미리 형성된 막 구조를 에칭하는 것이 널리 행해지고 있다. 특히 플라스마 처리 장치는, 처리실 내부에 처리용 가스를 도입하여 그것을 플라스마화하고, 고주파 바이어스에 의해 웨이퍼 상에 전계(電界)를 형성하여 플라스마 내의 이온 등의 하전 입자를 웨이퍼에 유인하고, 하전 입자를 웨이퍼에 수직으로 입사시킴으로써, 웨이퍼 상에 수직인 형상을 형성하는 것을 가능하게 하고 있다.
이러한 플라스마 처리 장치에는, 반도체 디바이스의 생산성 향상의 요구로부터, 웨이퍼 표면의 보다 넓은 범위를 보다 균일하게 처리하는 것이 요구된다. 에칭 특성(예를 들면 처리 속도)이 웨이퍼 면내 위치에 따라 서로 다르면, 에칭 후의 형상에 웨이퍼 면내 위치에 따라 불균일성이 나타난다. 불균일성이 클수록 요구되는 형상을 충족시키지 않는 부분이 늘어나, 제품 수율을 저하시켜 버린다. 특히 웨이퍼 외주부(外周部)에서는, 에칭 시에 하전 입자를 웨이퍼에 유인할 때, 웨이퍼 상의 전계의 변형에 의해 하전 입자의 입사가 집중하여, 에칭 형상의 기울어짐(틸팅)이 발생한다.
또한, 플라스마 처리를 반복함으로써 웨이퍼 외주부 주변에 설치되는 부재가 소모되면, 부재의 형상 변화에 의해 웨이퍼 상의 전계 분포가 변화하고, 틸팅의 정도도 변화한다. 틸팅을 일정하게 제어하려면 부재의 교환이 필요해지지만, 그 때에는 처리 장치를 정지시킬 필요가 있다. 빈번한 부재 교환이 필요해지면 처리 장치의 가동률이 저하하여 웨이퍼 처리 비용을 증대시키기 때문에, 장기간 부재를 교환할 필요가 없는 처리 장치가 요구된다. 또한, 부재 교환의 횟수를 최소한으로 억제하기 위해, 부재의 소모를 장치의 외부로부터 간편하게 검지하는 기술이 요구된다.
상기의 과제를 해결하는 종래의 기술로서, 일본국 특개2014-108764호 공보(특허문헌 1)에 개시된 것이 종래 알려져 있었다. 이 종래의 기술에서는, 웨이퍼와 같은 전위가 되도록 된 도체제의 포커스 링 상에 겹쳐 유전체제 포커스 링과 도체제 포커스 링을 배치하고, 포커스 링 소모에 의한 에지 전계의 경시(經時) 변화를 억제하는 것이 개시되어 있다.
또한, 일본국 특개2014-225376호 공보(특허문헌 2)에는, 웨이퍼 외주측을 둘러싸도록 고주파 전력을 인가 가능한 도체제의 링과 그것을 덮는 유전체제의 부재를 설치하고, 부재의 소모를 회로의 임피던스 변화를 이용하여 검지하는 방법과, 소모량에 따라 도체제 링에의 인가 전력의 크기를 변화시켜, 틸팅을 제어하는 기술이 개시되어 있다.
상기 종래의 기술에서는, 웨이퍼 외주부의 전계에 영향을 줄 수 있는 웨이퍼 외주부 부근에 설치되는 부재의 소모를 전기적으로 검지하는 방법에는 한계가 있었다.
특허문헌 1의 기술에서는, 최하부의 도체제의 포커스 링이 소모됐을 경우에는 등전위면 분포에 영향을 주기 때문에, 이 소모를 검지할 필요가 있지만, 최하부의 포커스 링의 소모를 전기적으로 검지하는 것이 원리적으로 불가능했다.
또한, 특허문헌 2의 기술에서는, 웨이퍼 외주부의 전계에 가장 강하게 영향을 주는, 웨이퍼 외주부 부근의 부재의 웨이퍼에 가장 가까운 내측 측면의 소모를 독립적으로 검출할 수 없는 것이 판명됐다.
본 발명의 목적은, 웨이퍼 외주부 주변의 전계 제어에 가장 강한 영향을 주는 부분의 소모만을 보다 정밀하게 검지함으로써, 안정적인 플라스마 처리 특성을 얻을 수 있는 플라스마 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적은, 진공 용기 내부에 배치되고 내부에서 플라스마가 형성되는 처리실과, 이 처리실 내의 하부에 배치되고 상기 플라스마를 이용한 처리 대상의 웨이퍼가 놓이는 시료대로서 상부의 중앙부에 배치된 볼록 형상부의 상면에 상기 웨이퍼가 놓이는 시료대와, 당해 시료대 내부에 배치되고 상기 웨이퍼의 처리 중에 고주파 전력이 공급되는 전극과, 상기 시료대의 상기 볼록 형상부의 외주측에서 상기 상면을 둘러싸서 배치된 도체제의 링 형상 부재와, 이 링 형상 부재와 상기 처리실과의 사이 및 상기 시료대의 상면과의 사이에서 상기 링 형상 부재에 대하여 덮어 배치된 유전체제의 제1 링 형상 커버와, 상기 처리실과 제1 링 형상 커버의 상면 사이에서 이것을 덮어 배치된 도체제의 제2 링 형상 커버와, 상기 웨이퍼의 처리 중에 상기 도체제의 링 형상 부재에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과 상기 링 형상 부재 사이를 접속하는 급전 경로를 흐르는 고주파 전력의 전압을 검출한 결과에 따라 당해 고주파 전력의 크기를 조절하는 조절기를 구비한 플라스마 처리 장치에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 웨이퍼 외주부에 있어서의 플라스마 처리 특성의 경시 변화를 보다 정밀하게 검지하는 것이 가능한 플라스마 처리 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 웨이퍼의 플라스마 처리에 의해 형성되는 형상을 나타내는 개략도.
도 2는 플라스마 처리 장치에 있어서의 시료대 외주측 부분의 구성을 확대하여 모식적으로 나타내는 종단면도.
도 3은 플라스마 처리 장치에 있어서의 시료대 외주측 부분의 구성을 확대하여 모식적으로 나타내는 종단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 종단면도.
도 5는 도 4에 나타내는 실시예의 시료대 외주측 부분의 구성을 확대하여 모식적으로 나타내는 종단면도.
도 6은 도 5에 나타내는 시료대 외주측 부분의 플라스마 처리에 의한 부재의 소모 후의 상태를 모식적으로 나타내는 종단면도.
도 7은 웨이퍼의 표면에 배치된 소정의 두께의 막을 에칭 처리한 후의 형상을 모식적으로 나타내는 단면도.
도 8은 경시 변화를 억제하기 위한 구성을 구비한 시료대의 종래 기술의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 전원 주변의 다른 변형예의 구성을 모식적으로 나타내는 종단면도.
도 2는 플라스마 처리 장치에 있어서의 시료대 외주측 부분의 구성을 확대하여 모식적으로 나타내는 종단면도.
도 3은 플라스마 처리 장치에 있어서의 시료대 외주측 부분의 구성을 확대하여 모식적으로 나타내는 종단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 종단면도.
도 5는 도 4에 나타내는 실시예의 시료대 외주측 부분의 구성을 확대하여 모식적으로 나타내는 종단면도.
도 6은 도 5에 나타내는 시료대 외주측 부분의 플라스마 처리에 의한 부재의 소모 후의 상태를 모식적으로 나타내는 종단면도.
도 7은 웨이퍼의 표면에 배치된 소정의 두께의 막을 에칭 처리한 후의 형상을 모식적으로 나타내는 단면도.
도 8은 경시 변화를 억제하기 위한 구성을 구비한 시료대의 종래 기술의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 전원 주변의 다른 변형예의 구성을 모식적으로 나타내는 종단면도.
웨이퍼 외주부에 있어서의 전계의 분포와 에칭 특성의 변화에 대해서 설명한다.
도 7은, 웨이퍼의 표면에 배치된 소정의 두께의 막을 에칭 처리한 후의 형상을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 7의 (a)에 있어서, 웨이퍼(720)의 상면 상방(上方)의 공간에는, 소정의 전위를 갖는 플라스마(740)가 형성됨과 함께 플라스마(740)와 웨이퍼(720) 표면 사이에는 웨이퍼(720) 표면을 따라 소정의 두께의 시스(sheath)가 형성된 상태를 나타내고 있다. 부호 752는 시스의 계면(界面)을 나타내고 있고, 시스 계면(752)과 웨이퍼(720)의 상면 사이에 형성되는 시스의 두께(시스 계면(752)과 웨이퍼(720) 상면 사이의 거리)는 웨이퍼(720)의 하방(下方)의 전극에 공급된 고주파 전력의 크기에 따라 변화한다.
플라스마(740) 중의 하전 입자(753)(본 도면에서는 양전하를 갖는 것)는, 웨이퍼(720)와 플라스마(740) 사이에 형성되는 전계 중에서 쿨롱력을 받아, 시스 중의 등전위면(751)에 수직인 방향으로 웨이퍼(720)를 향하여 유인되고 가속된다. 도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이, 등전위면(751)이 웨이퍼(720) 상면에 대하여 평행일 경우에는 플라스마 중의 하전 입자(753)가 웨이퍼(720) 표면의 막에 대하여 수직으로 입사하여 충돌한다. 이 충돌 시의 에너지를 이용하여 당해 막의 재료를 물리적 혹은 화학적 반응을 이용하여 제거해서 형성되는 홈이나 구멍 등의 패턴은, 그 측벽면의 방향이나 형상이 막 상면에 수직으로 된다.
한편, 도 7의 (b)와 같이 등전위면(751)이 웨이퍼(720) 상면에 대하여 기울어져 있을 경우에는 하전 입자(753)는 웨이퍼(720)의 막 상면에 대하여 비스듬히 입사하게 되고, 형성되는 패턴의 형상이나 방향은 측벽면의 방향이나 형상은 처리 형상에 기울어짐(틸팅)이 발생해 버린다. 특히, 웨이퍼(720)의 외주연(外周緣) 근방의 부분에서는 전계의 집중이 발생하기 쉬워, 등전위면(151)이 웨이퍼(720)의 막 상면에 대하여 기울어짐이 생기게 하여 틸팅이 발생해 버리고, 웨이퍼(720)의 중앙 부분의 패턴에 대하여 방향이나 형상의 불균일성이 생겨 버린다.
웨이퍼(720)의 중심측 부분에 대한 이러한 외주연 근방 부분에서 패턴의 기울어짐의 크기나 그 불균일성의 증대를 억제하기 위해, 웨이퍼(720)의 외주연의 외측에서 웨이퍼(720)를 둘러싸서 배치된 링 형상의 도전체 혹은 반도체제의 부재에 바이어스 전위를 형성하기 위한 전력을 공급하여, 링 형상의 부재 또는 이것의 상방을 덮는 다른 부재 상방에 원하는 크기의 시스를 형성하여 웨이퍼(720)의 외주연 부분의 시스의 등전위면(751)을 만드는 것이 종래부터 행해지고 있다. 플라스마(740)에 면하는 이러한 링은 포커스 링이라고 하고, 포커스 링의 상면의 부재가 웨이퍼(720)를 처리 중에 플라스마(740)의 하전 입자(753)에 충돌됨으로써 깎이거나, 플라스마(740)의 입자와의 상호작용에 의해 탈리하는 등의 소모가 생겨 버린다. 이 때문에, 웨이퍼(720)의 처리의 매수나 시간의 증대에 수반하여 링의 상면 상방에 형성되는 시스의 등전위면(751)의 높이가 변화해 버려, 상기 틸팅의 정도도 변화해 버린다는 문제가 생긴다.
틸팅을 원하는 허용 범위 내의 값으로 하는데 있어서는, 링의 부재의 소모의 정도 등 경시적인 변화를 억제하거나, 혹은 당해 링 부재를 적절하게 교환하는 것이 필요해진다. 이 때문에, 링의 부재의 교환해야 할 시기를 정확하게 파악하기 위해 당해 부재의 소모의 양을 검지하는 기능이 요구된다.
도 8은, 경시 변화를 억제하기 위한 구성을 구비한 시료대의 종래 기술의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다. 도 8의 (a)에서는, 시료대(810)의 주요부를 구성하고 원통 형상을 가진 금속 등 도체제의 기재(基材)(813) 상부의 중앙 부분에 외주측보다 상면이 높아진 원통형의 볼록부가 구비되고, 당해 볼록부 상면에 세라믹스 등의 유전체 재료로 구성된 유전체막(811)이 배치되고, 그 상면에 웨이퍼(720)가 놓인 상태가 나타나 있다. 이 상태에서, 웨이퍼(720)는 유전체막(811) 내부에 배치된 막 형상의 전극인 도체막(812)에 직류 전원으로부터의 전력이 공급되어 형성된 정전기력에 의해 유전체막(811) 상면에 흡착되어 유지되고 있다.
기재(813)의 상중앙부의 볼록부의 외주측은 상면 높이가 낮아져 볼록부를 링 상에 둘러싸는 오목부로 되어 있고, 원통형을 가진 볼록부의 측벽과 링 형상의 오목부의 표면에는 세라믹스 등의 유전체 재료로 구성된 피막(814)이 배치되고, 피막(813)의 상면 상에는, 볼록부를 둘러싸는 링 형상의 부재인 포커스 링(801, 802, 803)이 배치되어 있다. 이들 포커스 링(801, 802, 803)은 상하 방향으로 겹쳐져 상호 접합되어 일체의 부재로서 구성된 부재이며, 웨이퍼(720)가 유전체막(811) 상에 놓여 유지된 상태에서 웨이퍼(720)의 외주측에서 이것을 둘러싸도록 오목부 상에 배치된다.
기재(813)는 정합기(832)를 통해 제2 고주파 전원(831)과 전기적으로 접속되고, 웨이퍼(720)가 처리되고 있을 동안에, 고주파 전원(831)이 출력한 고주파 전력이 공급된다. 포커스 링(801)은 고주파 전력에 대해서 기재(813)와 전기적으로 접속되어 기재(813)와 같은 전위가 된다. 이 구성에 있어서, 플라스마(740)와 면하는 포커스 링(803)이 소모해 상면의 높이가 저하함(도면 상 하방으로 변동함)에 수반하여 시스 계면(152)의 형상, 예를 들면 웨이퍼(720) 상면에 대한 상대적인 높이 위치는 변화해도, 포커스 링(802)은 플라스마(740)에 의한 깎임 등의 소모가 작기 때문에 웨이퍼(120) 상 및 포커스 링(802) 내부에 위치하는 특정한 시스 내의 등전위면(751)의 분포는 변동이 억제된다.
그러나, 도 8의 (b)에 소모 전의 형상을 파선, 소모 후의 형상을 실선으로 해서 예시하는 바와 같이, 하방에 배치된 포커스 링(801)이 그 내주 벽면이 크게 소모됐을 경우에는, 포커스 링(801)의 내주연부와 웨이퍼(720)의 외주연부와의 거리가 수평 방향(도면 상 좌우 방향)으로 변동하게 되고, 이에 수반하여 웨이퍼(720) 외주연부 상방 및 포커스 링(802) 내부를 지나는 등전위면(151)의 분포는 변화하게 된다. 이 점에서, 웨이퍼(720)의 에칭 처리의 결과로서의 회로 패턴의 형상과 그 웨이퍼(720) 상면의 면내 방향에 대한 분포가 경시적으로 변화해 버리는 것을 억제하기 위해서는, 이러한 웨이퍼(720) 외주에 배치된 링 형상의 부재의 소모에 의한 형상의 변화의 양을 정밀하게 검출하여, 그 결과에 따라 웨이퍼(720)의 처리의 조건을 조절하거나, 혹은 미리 정해지는 허용 범위를 초과한 것을 적절하게 검출하여 이러한 부재의 교환의 지연을 억제하는 것이 바람직하다. 한편, 가장 하방에 위치하는 포커스 링(801)은 금속 혹은 Si 등의 반도체로 구성되고 기재(813)를 통해서 공급되는 고주파 전력에 대하여 도전체이며, 이것이 소모되어도 공급되는 고주파 전력의 변화를 정밀도 좋게 검출하는 것이 곤란했다.
도 9는, 다른 종래 기술에 따른 시료대의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다. 도 9의 (a)에 있어서는, 시료대(810)의 기재(813)의 볼록부의 외주를 둘러싸는 오목부 상에, 웨이퍼(720) 외주연을 둘러싸는 도체 링(922)과, 당해 도체 링(922)의 상면 및 내외주 측벽면을 덮어 배치된 세라믹스 혹은 석영 등 유전체제의 유전체 커버 링(923)이 나타나 있다. 또한, 제2 고주파 전원(831)과 플라스마(740) 사이의 등가 회로 상에서의 도체 링(922)과 플라스마(740) 사이의 임피던스값 및 그 변화를 검출하여 플라스마(740)에 면한 유전체 커버 링(923)의 부분의 소모를 검출하는 구성을 구비하고 있다.
본 도면의 시료대(810)는, 정합기(832)와 도체 링(922) 사이의 급전 경로에 전기적으로 접속된 임피던스 검출기(936)에 의해 급전 경로 상에서의 고주파 전력에 따른 임피던스를 검출하고, 검출한 결과에 따라 급전 경로 상의 부하 임피던스 조정기(935)의 동작을 조절함으로써 도체 링(122)에 인가하는 전력을 조절하는 기능을 구비하고 있다. 이러한 구성에 있어서는, 도 9의 (b)와 같이 도체 링(922)을 덮는 유전체 커버 링(923)의 부재가 소모됐을 때에, 등가 회로 상의 유전체 커버 링(923)의 정전 용량(301 및 302)의 변화의 양을 유전체 커버 링(923)의 상면 및 내측의 측면의 소모의 양에 상당하는 파라미터로서 검출할 수 있다. 또한, 검출된 부재의 소모의 양에 맞춰 도체 링(922)에 인가하는 고주파 전력의 크기를 조절하여 도체 링(922) 상면 혹은 내주 측벽면을 덮는 유전체제 커버 링(922) 상방에 형성되는 시스의 등전위면(751)의 높이 위치 및 이것에 따라 변화하는 웨이퍼(720) 외주연부 상방의 등전위면(751)의 기울어짐을 조절하는 기능을 구비하고 있다.
이러한 구성에서는, 유전체 커버 링(923)의 가장 웨이퍼(720)의 외주연과 수평 방향(도면 상 좌우 방향)으로 극간(隙間)을 두고 위치하는 내주 측벽면(923a)은 당해 외주연에 가장 가까운 개소이며 등전위면(751)이 통과하는 개소이기 때문에, 당해 내주측 측면(923a)이 소모되는 것에 의한 등전위면(751)의 수평 방향의 분포에 가장 크게 영향을 준다. 그러나, 본 도면의 구성에 있어서는, 플라스마(740)와 제2 고주파 전원(731) 사이의 등가 회로에 있어서, 유전체 커버 링(923)은 일체의 정전 용량으로서 기능하는 부분이며, 내주 측벽면(923a)의 특정한 부분의 소모를 다른 플라스마(740)에 면하여 소모되는 부분, 예를 들면 상면 부분과 구별하여 검출하는 것은 곤란하기 때문에, 등전위면(751)의 분포를 정밀도 좋게 원하는 것으로 실현할 수 없었다.
이와 같이, 상기 종래의 기술에서는, 웨이퍼(720)의 외주연부 근방에서의 부재의 소모, 특히는 웨이퍼(720) 외주연부 상의 전계 변화에 가장 강한 영향을 주는 부재의 특정한 부분의 소모를 검출하고, 이것에 의거하여 등전위면의 높이의 분포 혹은 전계의 분포를 충분히 정밀도 좋게 원하는 것으로 실현하는 것에 곤란이 있었다. 이하, 이러한 과제를 해결하는 본 발명의 실시형태를, 도면을 이용하여 설명한다.
실시예 1
이하, 본 발명의 실시예를 도 1 내지 도 5를 이용하여 설명한다.
우선, 도 1을 이용하여 본 실시예에 따른 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법의 개요에 대해서 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
본 실시예의 플라스마 처리 장치는, 적어도 일부에 원통 형상을 가진 진공 용기(101)와, 진공 용기(101)의 상방에 배치되고 진공 용기(101) 내부의 공간인 처리실 내에 플라스마(140)를 형성하기 위한 전계 또는 자계를 생성하는 플라스마 형성부와, 진공 용기(101) 하방에서 진공 용기(101)와 연결되어 배치되고 당해 진공 용기(101) 내부의 처리실을 배기하여 감압하는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 갖는 배기부를 구비하고 있다. 진공 용기(101) 내부에는 그 상부이며 처리실 상방에 배치되고 원판상의 형상을 갖는 상부 전극(102)과, 상부 전극(102)의 하방에 상부 전극(102)과 평행해지도록 극간을 두어 배치되고 원판 형상을 갖는 유전체제의 샤워 플레이트(107)와, 샤워 플레이트(107)의 하방에 배치되고 대략 원통 형상을 갖는 시료대(110)와, 시료대(110)의 하방의 진공 용기(101)의 저면(底面)에 배치되고 배기부의 입구와 연통(連通)하여 처리실 내의 가스나 플라스마의 입자가 지나 배출되는 원형의 진공 배기구(108)를 구비하고 있다.
진공 용기(101)의 상부에는, 도시하지 않은 가스 도입관과 접속되고, 가스 도입관과 샤워 플레이트(107) 및 상부 전극(102)과의 사이의 극간과의 사이를 연통하는 가스 도입로가 배치되어 있다. 가스원과 연결된 가스 도입관을 통해서 처리용 가스가 진공 용기(101) 내부의 가스 도입로를 지나 상부 전극(102)과 샤워 플레이트(107) 사이의 극간에 유입하여 확산된 후, 샤워 플레이트(107)의 중앙부에 배치된 복수의 관통 구멍으로부터 진공 용기(101) 내의 처리실 내부 상방으로부터 공급된다.
상부 전극(102)은, 제1 고주파 전원(104)과 동(同)축 케이블 등의 전계 전파 경로를 통해 전기적으로 접속되고, 플라스마를 형성하기 위한 제1 고주파 전력이 제1 고주파 전원(104)으로부터 공급되고, 당해 제1 고주파 전력의 전계가 상부 전극(102) 및 샤워 플레이트(107)를 통해서 처리실 내에 방사(放射)된다. 처리실 내에 도입된 처리용 가스의 원자 또는 분자는, 전계의 작용을 받아 여기(勵起)되고 해리 또는 전리하여 플라스마(140)를 발생시킨다. 진공 용기(101) 상부의 원통형의 측벽의 외주측 및 상방을 둘러싸서 배치되는 2개의 코일(106)이 발생시키는 자계는, 처리실 내에 있어서 그 상하 방향의 중심축 둘레에서 축대칭이며 또한 아래 방향으로 퍼지게 자력성을 갖고, 당해 자계의 강도 및 방향과 그 분포에 의해 플라스마(140)의 처리실 내에서의 강도나 분포가 처리에 적합한 것으로 조절된다.
또한, 진공 배기구(108)를 통해 접속되는 배기부의 도시하지 않은 터보 분자 펌프 등의 진공 배기 수단의 동작에 의해, 처리실 내의 플라스마나 처리용 가스의 입자가 진공 배기구(108)를 통해서 처리실 외부로 배출된다. 샤워 플레이트(107)의 관통 구멍의 가스 도입구를 지나 처리실 내에 공급되는 처리용 가스의 유량 또는 그 속도와 진공 배기구(108)를 통해서 배기되는 처리실 내부의 가스의 입자의 유량 또는 속도와의 밸런스에 의해 처리실 내부는, 처리의 공정의 각각에 적합한 소정의 진공도의 압력으로 감압되어 유지된다. 또한, 배기부의 터보 분자 펌프의 입구의 상류측에는, 도시하지 않은 배기량 조정기를 구비하고, 진공 배기구(108)로부터의 배기의 유량 혹은 속도를, 진공 배기구(108)를 포함하는 배기의 유로의 단면적을 증감함으로써 조절한다.
본 실시예의 시료대(110)는, 원판 또는 원통 형상을 가진 부재로서 금속제의 부재인 기재(113)를 내부에 구비하고 있다. 기재(113)의 상부의 중앙부에는 상방에 볼록 형상을 가진 원통형 부분을 갖고, 당해 볼록부의 주위는, 이것을 링 형상으로 둘러싸는 오목부를 갖고 있다. 시료대(110)의 기재(113)의 볼록부 상면을 제외하는 측벽 및 오목부 상면은 유전체막(114)에 의해 피복되어 있다. 기재(113)의 볼록부의 원형의 상면은 용사(溶射)에 의해 형성된 유전체를 포함하는 재료의 막인 유전체막(111)에 의해 피복되어 있고, 그 상면의 중심부에 처리 대상의 원판 형상의 시료인 웨이퍼(120)가 놓여 유지되는 재치면을 구성한다. 유전체막(111)이 덮는 볼록부 상면은 웨이퍼(120)의 형상에 맞춰 실질적으로 원형을 갖고 샤워 플레이트(107)와 대향하고 있다.
유전체막(111)의 내부에는 도체 재료로 구성된 도체막(112)이 배치되어 있고, 고주파 필터(134)를 통해 직류 전원(133)이 전기적으로 접속되고, 막 형상의 전극으로서 구성되어 있다. 직류 전원(133)으로부터 인가되는 직류 전압에 의해, 웨이퍼(120)는 시료대(110)의 유전체막(111) 상면에 정전 흡착되어, 고정된다.
시료대(110)의 기재(113)는 정합기(132)를 통해 제2 고주파 전원(131)이 전기적으로 접속되어, 제2 고주파 전원(131)이 형성하는 제2 고주파 전력이 공급되는 전극으로서 기능한다. 상세하게는, 웨이퍼(120)가 유전체막(111) 상에 놓여 유지된 상태에서 플라스마(140)가 처리실 내에 생성되면, 제2 고주파 전원(131)으로부터는 제2 고주파 전력이 기재에 공급되고, 당해 제2 고주파 전력에 의해 웨이퍼(120) 상면 상방에 플라스마(140)와의 사이에서 결합된 전계를 발생시켜, 플라스마(140)와 웨이퍼(140) 상면 사이에 플라스마 시스를 형성한다.
플라스마 시스는 소정의 전위를 갖는 플라스마(140)의 계면과 이것에 면하는 도체인 기재 또는 웨이퍼(120)와의 사이에서 전위가 변화하는 영역이며, 웨이퍼(120) 또는 기재와 플라스마와의 전위의 차에 따라 플라스마(140) 중의 하전 입자는, 플라스마 시스를 지나 웨이퍼(120) 상면에 유인되어 충돌한다. 이 때에, 웨이퍼(120) 상면에 미리 형성되어 있던 막 구조의 플라스마에 면하는 층의 표면은 하전 입자의 충돌에 의해 에너지가 주어져 당해 층을 형성하는 재료는 반응을 일으켜 표면으로부터 탈리하고, 당해 층의 에칭이 진행된다.
다음으로, 도 2를 이용하여, 시료대(110)의 외주부 주변의 구성의 상세를 설명한다. 도 2는, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 시료대의 상부 외주 부분의 구성의 개략을 확대하여 모식적으로 나타내는 종단면도이다. 또, 도 1에 나타내는 것과 같은 부호가 부여된 개소에 대해서, 필요가 없는 한 설명은 생략한다.
본 도면에 있어서, 시료대(110)의 상면이며 또한 웨이퍼 재치면인 유전체막(111)의 외주측의 링 형상의 개소는, 기재(113)의 높이가 움푹 파여 낮아지고, 기재(113) 또는 유전체막(111) 상면과의 사이에 단차(段差)를 갖고 있다. 이 단차의 외주측의 링 형상의 부분, 즉 오목부의 저면의 상방이며 또한 웨이퍼(120)의 외주측의 개소에는, 유전체막(114)이 배치되고, 또한 그 위에 예를 들면 석영이나 알루미나와 같은 유전체제의 재료로 구성되는 링 형상의 부재인 절연 링(121) 및 절연 링(121)의 상면 상방에 배치되고, 금속 또는 도체 재료로 구성되는 도체 링(122)이 배치되어 있다.
도체 링(122)에는, 제2 고주파 전원(131)으로부터 정합기(132)를 통해 기재(113)에 접속되는 급전 경로를 구성하는 배선 상에서의 정합기(132)와 기재 사이의 개소로부터 분기하여 다른 배선이 급전 경로로서 전기적으로 접속되어 있다. 분기된 급전 경로의 배선 상에는 부하 임피던스 조정기(135)가 배치되어 있다. 도체 링(122)은, 그 하면이 절연 링(121) 상면에 접하여 놓여 있고, 절연 링(121)의 상방에 놓인 석영, 알루미나 등의 유전체제의 유전체 커버 링(123)의 저면으로부터 상방으로 움푹 파여 형성된 링 형상의 오목부의 내측에 수납되어 배치되어 있다.
도체 링(122)은, 내주 및 외주 측벽면과 상면이 유전체 커버 링(123)에 덮임으로써, 시료대(110) 혹은 제2 고주파 전원에 전기적으로 접속되어 있는 기재(113)로부터 절연된다. 이에 따라, 도체 링(122)에는 시료대(110)와 다른 고주파 전력의 인가를 가능하게 하고 있다.
또한, 상면이 평면인 구조를 가지는 유전체 커버 링(123)이 도체 링(122)의 내외주의 측벽면 및 상면을 덮어 절연 링(121) 및 도체 링(122) 상에 놓여 배치된다. 도체 링(122)은, 유전체 커버 링(123)에 상면 및 측면이 플라스마(140)에 대하여 덮여 노출되지 않는다. 그 때문에, 도체 링(122)을 구성하는 금속 원소가 진공 용기(101) 내로 방출되지 않고, 웨이퍼(120)의 금속 오염이 억제된다.
본 실시예의 유전체 커버 링(124)은, 링 형상의 내주측의 부분은 그 평탄한 상면을 갖는 외주측의 부분으로부터 내주측을 향하여 높이가 낮아지고 종단면이 테이퍼상의 형상을 갖고 있다. 또한, 내주측의 부분의 최내주 단부(端部)의 상면은 수평 방향으로 평탄하게 되어 시료대(110)의 볼록부의 원통형의 측벽과 근소한 극간을 둔 위치에 놓이고, 유전체막(111)의 상면에 놓인 상태에서 웨이퍼(120)의 외주연의 하방에 최내주 단부의 평탄한 상면이 위치하도록 배치된다.
본 실시예의 유전체 커버 링(124)의 외주측의 부분의 평탄한 상면으로서, 그 링 형상의 평탄한 부분의 내주 단부분을 포함하는 상면에는 Si 혹은 SiC의 도체 재료로 구성되는 평판 링 형상의 부재인 도체 커버 링(124)이 재치되어 있다. 본 실시예에서는, 도체 커버 링(124)은 도체 링(122)의 상면의 상방에 배치되고, 그 상방에서 본 투영면이 적어도 도체 링(122)의 전체를 덮는 치수와 형상을 구비하고 있다. 또한, 도체 커버 링(124)의 외주측의 부분에는, 유전체 커버 링(123)의 외주의 측벽면을 덮도록 아래를 향하여 연장된 원통형의 부분을 갖고 있어도 된다.
유전체 커버 링(123)과 도체 커버 링(124)을 착탈 가능하게 구성함으로써, 이들의 편방이 소모됐을 경우에 소모된 쪽의 부재만을 교환할 수 있다. 또한, 유전체 커버 링(123)과 도체 커버 링(124)을 접착제 등에 의해 접착하면, 이들 부재간의 열전도성이 향상하여 처리 중의 한쪽의 부재의 과도한 승온(昇溫)을 억제할 수 있다. 양자를 착탈 가능하게 할지 접착할지는, 원하는 효과에 따라 사용자가 선택할 수 있다.
웨이퍼(120)에 인가되는 전력(웨이퍼 전력)과 도체 링(122)에 인가되는 전력(에지 전력)의 크기는, 분기되어 도체 링(122)에 접속된 급전 경로 상에 배치된 회로인 부하 임피던스 조정기(135)에 의해 조정된다. 본 실시예에서는, 이들 전력의 크기의 비율과 제2 고주파 전원(131)으로부터 발생시키는 전력의 크기를 부하 임피던스 조정기(135)의 회로 정수(定數)를 증감하여 조절함으로써, 실질적으로 웨이퍼 전력을 소정의 허용되는 범위 내의 값으로 유지한 채 에지 전력의 크기를 원하는 것으로 변화시킨다.
또한, 분기된 급전 경로 상에는 임피던스의 크기를 측정하기 위한 임피던스 검출기(136)가 접속되어 있어도 된다. 임피던스 검출기(136)는 부하 임피던스 조정기(135)와 도체 링(122) 사이의 급전 경로 상의 개소에 전기적으로 접속되어 배치되고, 도체 링(122)에 인가되는 고주파 전력의 전류값, 직류 전압값 혹은 피크 투 피크 전압(Vpp)값 중 어느 것이나, 혹은 그 복수를 검출한다. 이하에서는, Vpp값을 이용하여 급전 경로 상에서의 개소의 임피던스의 변화를 검출할 경우에 대해서 기술한다. 검출된 Vpp값은 도시하지 않은 기억 매체 등에 보존되고, 장치의 사용자는 이 값을 도시하지 않은 장치의 관리·조작용 인터페이스로부터 확인할 수 있다. 이러한 검출기는, 부하 임피던스 조정기(135)의 내부에 특정한 회로 혹은 소자로서 배치되어 있어도 된다.
플라스마 처리 시에는, 웨이퍼 전력에 의해, 웨이퍼(120)와 플라스마(140) 사이에 전위차(바이어스 전위)가 생기고, 웨이퍼(120) 상방에 전계가 형성된다. 이와 마찬가지로 에지 전력에 의해, 유전체 커버 링(123)을, 혹은 유전체 커버 링(123)과 도체 커버 링(124)의 쌍방을 통해, 유전체 커버 링(123)과 도체 커버 링(124)의 상방에 전계가 형성된다. 에지 전력은, 웨이퍼(120)의 외주측의 부분의 상방의 처리실의 공간에 있어서, 플라스마 시스 중의 등전위면(151)이 웨이퍼(120)상면에 평행해지도록 제어된다. 이에 따라 웨이퍼(120) 외주측 부분의 상면의 에칭 후의 형상의 기울어짐(틸팅)이 억제된다.
계속해서 도 3을 이용하여, 플라스마 처리를 반복하여 웨이퍼 외주부 부근의 부재가 소모된 후의 웨이퍼 외주부 부근의 상태의 변화를 설명한다. 도 3은, 도 2에 나타내는 실시예의 시료대의 상부 외주 부분의 부재가 소모된 상태의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
플라스마 처리에 의해 소모되는 부분은, 플라스마(140)에 면하는 개소인, 도체 커버 링(124)의 상면 및, 유전체 커버 링(123)의 도체 링(122)의 내측 측면을 덮는 부분(123a)이 주(主)이다. 웨이퍼(120)에 가까운 유전체 커버 링의 내주측 부분의 테이퍼상 부분 및 평탄한 내주 단연 부분의 상면인 내측 측면(123a)의 소모는 웨이퍼(120)의 외주측 부분의 상면 상에서의 등전위면(151)의 높이의 분포에 영향을 준다. 그래서, 도체 커버 링(124)의 소모에 의한 영향을 억제하여 내측 측면(123a)의 소모를 검출한다.
여기에서, 에지 전력을 공급하는 회로 상에 있어서, 부하 임피던스 조정기(135)와 플라스마(140) 사이의 부분에 있어서의 임피던스 성분을 생각한다. 부하 임피던스 조정기(135)를 통해 크기가 제어된 에지 전력은, 도체 링(122), 유전체 커버 링(123), 도체 커버 링(124)을 순서대로 개재하여, 플라스마(140)와 전기적으로 결합한다.
플라스마(140)와 결합하는 제2 고주파 전원(131)과의 사이의 전기적 결합을 나타내는 등가 회로 상에 있어서, 도체 링(122) 및 도체 커버 링(124)은 도체이기 때문에, 임피던스 성분으로서는 나타나지 않는다. 즉, 도체 커버 링(124)이 소모됐을 경우에도 이 회로의 임피던스 성분은 변화하지 않는다.
한편, 유전체 커버 링(123)의 상면 및 내측 측면과 내측에 수납되어 배치되어 있는 도체 링(122)의 표면과의 사이의 유전체 커버 링(123)의 유전체의 재료의 부분은, 각각 정전 용량(301 및 302)을 구성한다고 생각할 수 있다. 그리고, 유전체 커버 링의 내측 측면(123a)의 소모는, 정전 용량(302)의 증대로서 임피던스 성분을 변화시킨다. 이 점에서, 에지 전력을 공급하는 회로에 있어서의 임피던스 변화를 검출함으로써, 도체 커버 링(124)의 소모의 영향을 억제하면서 유전체 커버 링(123)의 내측 측면(123a)의 부분의 소모의 양을 검출하는 것이 가능한 것으로 생각할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 유전체 커버 링(123)의 내측 측면(123a)의 소모를 검출하는 구성을 이하 설명한다. 우선, 유전체 커버 링(123)의 유전체제의 부재의 소모가 발생하기 전에, 구체적으로는 유전체 커버 링(123)을 처리실 내에 배치하고 나서 최초의 제품용 반도체 디바이스를 제조하기 위한 웨이퍼(120)의 처리를 개시하기 전에, 당해 제품용 웨이퍼(120)를 처리하는 조건으로, 당해 제품용 웨이퍼(120)와 같은 구조를 갖는 다른 웨이퍼(120)를 플라스마(140)를 이용하여 처리하고, 에지 전력을 공급하는 회로에 접속되는 임피던스 검출기(136)를 이용하여, 임의의 유전체제 커버 링(123)의 사용을 개시한 초기의 Vpp값을 측정한다. 상기와 같이, 이 때의 웨이퍼(120)의 처리의 조건(표준 처리 조건)은, 실제로 제품용 웨이퍼(120)를 처리하는 조건(실처리 조건)과 동일하거나, 혹은 적어도 웨이퍼 전력과 에지 전력이 실처리 조건과 동일한 것이 바람직하다. 검출된 초기의 Vpp의 값은 도시하지 않은 기억 매체 등의 기억 장치에 보존된다.
초기의 Vpp값을 검출한 후, 제품용 웨이퍼(120)를 실처리 조건으로 처리한다. 복수매의 웨이퍼(120)를 처리하는 것에 수반하여, 유전체 커버 링(123)의 내측 측면(123a)이 소모되고, 제2 고주파 전원으로부터의 전력이 공급되는 도체 링(122)의 표면과 처리실 내의 플라스마(140)에 면하는 내측 측면(123a) 사이의 유전체제 커버 링(123)의 유전체제의 재료로 구성되는 부재의 두께가 감소한다. 이에 따라 내측 측면(123a)을 지나는 유전체제 커버 링(123)의 부분의 등가 회로 상의 정전 용량(302)이 변화하고(일반적으로는 증대하고) 임피던스가 변화한다.
웨이퍼(120)의 처리의 종료 후에, 다시, 표준 처리 조건으로 제품용 웨이퍼(120)와 같은 구조를 갖는 다른 웨이퍼(120)를 처리하고, 이 때의 소모 시의 Vpp값을 측정한다. 이 때, 정전 용량(302)의 증대에 의해 회로의 임피던스가 저하하므로 소모 시의 Vpp값은 증대한다. 소모 시의 Vpp와 초기의 Vpp값과의 차로부터, 회로에 있어서의 정전 용량(302)의 변화량이 산출된다. 유전체 커버 링(123)의 내측 측면(123a)과 도체 링(122)의 표면 사이의 부재의 소모의 양 및 재료가 그 표면의 방향에 대해서 균등하다고 간주할 수 있을 경우에는, Vpp(및 그 차)의 값과 재료의 유전율이나 내측 측면(123a)의 면적 등으로부터 소모량이 검출된다. 그리고, 검출된 유전체 커버 링(123)의 내측 측면(123a)의 소모의 양을 이용하여, 보다 정밀한 유전체 커버 링(123)의 소모의 진행의 추측과 그 교환의 시기의 추정을 행할 수 있다. 또한, Vpp의 변화의 양을 이용하여 도체 링(122)에 공급하는 제2 고주파 전력의 양을 부하 임피던스 조정기(135)의 동작을 보다 정밀도 좋게 조절함으로써, 웨이퍼(120)의 외주연부 근방의 처리 형상의 틸팅 불균일성을 저감하여, 처리의 수율 또는 효율을 향상시킬 수 있다.
즉, 유전체 커버 링(123)의 내측 측면(123a)이 소모되면 표준 처리 조건에서의 Vpp값이 변화한다. 또한, 웨이퍼(120) 및 유전체 커버 링(123) 상면 상방에 형성되는 플라스마 시스 내의 등전위면(151)의 웨이퍼(120)의 직경 방향, 둘레 방향의 높이의 분포, 형상이 변화하여, 그 영향에 따라 웨이퍼(120) 외주부의 상면 상방의 등전위면(151)의 형상과 당해 등전위면(151)에 수직으로 입사하여 웨이퍼(120) 상면에 미리 형성된 막의 표면에 충돌하는 하전 입자의 작용에 의해 가공되는 에칭 형상의 틸팅이 변화한다. 이 때문에, 유전체 커버 링(123)의 소모가 진행되는 것에 수반하여, 웨이퍼(120) 표면의 형상의 틸팅이 허용값을 초과할 우려가 있다.
본 실시예에서는, 이러한 틸팅을 허용 범위 내에 유지하기 위해, 에지 전력을 적절하게 조절한다. 우선, 소모의 진행에 수반하여 에칭 형상의 틸팅이 허용 범위의 상한 또는 하한값에 대응하는 Vpp의 값과 초기의 Vpp의 값 사이의 변화량 ΔVpp_lim을, 미리 제품용의 것과 동등한 웨이퍼(120)를 처리하여 검출한다. 또한, 소모되어 유전체 커버 링(123)의 내측 측면(123a)의 소모에 의한 높이(두께)의 변화에 수반하여 변화하는 Vpp의 값 또는 변화의 양에 대응한 틸팅량이 0이 되는 등전위면(151)의 형상을 실현할 수 있는 에지 전력값도 미리 구해 둔다. 이러한 검출 시의 웨이퍼(120)의 처리의 조건은 상기의 표준 처리 조건과 같거나 또는 이것과 동등하다고 간주할 수 있는 것이다.
유전체 커버 링(123)의 소모가 진행되고, 표준 처리 조건에서의 Vpp값의 변화량이, 미리 설정한 ΔVpp_lim보다 작은 값인 ΔVpp_set 이상이 된 것이, 임피던스 검출기(136)로부터의 출력으로부터 검출되었을 경우에는, 미리 구해진 유전체 커버 링(123)의 내측 측면(123a)의 소모에 수반하는 Vpp의 값과 그 변화의 양과 최적의 틸팅을 실현하는 에지 전력과의 관계를 이용하여, 도체 링(122)에 공급하는 에지 전력의 크기를 초기의 에칭 형상을 실현할 수 있는 값으로 변화시킨다. 본 실시예에서는, 소모된 유전체 커버 링(123)의 정전 용량에 대응하여 틸팅이 0이 되는 에지 전력이 도체 링(122)에 공급되도록 제2 고주파 전력(131)의 출력 또는 부하 임피던스 조정기(135)의 회로의 정수가 조절된다.
이에 따라, 웨이퍼(120)의 외주부 상면 및 유전체 커버 링(123)의 상면 상방의 등전위면(151)의 높이 위치가 웨이퍼(120)의 반경 방향에 대해서 수평이 되도록 조절되고, 웨이퍼(120)를 처리하는 매수의 증대와 이에 수반하여 소모되는 유전체 커버 링(123)의 부재의 두께(정전 용량)의 값의 변화에 따라, 복수매의 웨이퍼(120) 사이에서 틸팅이 일정해지도록 조절된다. 이 결과, 장기간에 걸쳐 웨이퍼(120)의 처리 후의 형상의 틸팅을 허용되는 범위 내로 하여 형상의 불균일성이 억제되어 처리의 수율이 향상된다.
또한, 유전체 커버 링(123)의 소모에 의한 교환의 시기를, 급전 경로 상의 임피던스의 변화로부터 높은 정밀도로 추정할 수 있다. 즉, 임의의 구조의 웨이퍼(120)를 소정의 조건으로 처리할 경우의 유전체 커버 링(123)의 내측 측면(123a)의 소모가 진행되고 Vpp의 변화의 양이 ΔVpp_lim에 달하여 교환이 필요해질 경우의 한계의 Vpp값을 미리 구해 두고, 표준 처리 조건에서의 Vpp의 값이 그 값을 초과한 것이 검출되었을 경우에 당해 유전체 커버 링(123)을 교환해야 할 시기로서 이용할 수 있다. 그리고 또한, 임피던스 검출기(136)가 검출하는 Vpp의 값이 한계 Vpp값에 가까워진, 즉 교환 시기에 가까워진 것을, 도시하지 않은 플라스마 처리 장치에 구비된 경보기로부터 보고하는, 예를 들면 CRT나 액정의 모니터 상에 경고 혹은 보고를 표시하는 기능을 구비함으로써, 부재의 교환을 장치의 사용자에게 촉구하는 것이 가능하다.
유전체 커버 링(123)의 부재의 소모를 보다 정밀도 좋게 검지할 수 있는 변형예를 도 4에 나타낸다. 도 4는, 도 2에 나타내는 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 변형예의 시료대의 외주부의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
본 예는, 도체 링(122)의 형상을 그 내측 측면(402)이 유전체 커버 링(123)의 내측 측면(123a)과 평행해지도록 구성하고, 그 밖의 구성은 제1 실시예와 동등한 것으로 되어 있다. 이 변형예에 있어서는, 유전체 커버 링(123)의 단면(斷面)이 테이퍼상의 형상을 갖고 있는 내주측 부분의 상면인 내측 측면(123a)과 평행해지도록, 도체 링(122)의 내측 측면이 경사면을 갖고 외측을 향하여 두께가 커지는 형상을 구비하고 있다. 또한, 유전체 커버 링(123)의 내측 측면(123a)의 두께의 평균을 작게 해, 내측 측면(123a)을 구성하는 유전체 커버 링(123)의 유전체제의 부재의 정전 용량(401)을 크게 할 수 있다. 이에 따라, 당해 부재의 소모에 수반하는 임피던스 변화도 커져, 부재의 소모의 양을 보다 정밀도 좋게 검출할 수 있다.
또한, 상기 실시예 및 변형예를 응용하여, 도체 링(122) 및 도체 커버 링(124)의 형상을 궁리함으로써, 소모가 검지되는 부분을 임의로 제한할 수 있다. 도 5는, 도 2에 나타내는 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 다른 변형예의 시료대의 외주부의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
본 예에서는, 도 2에 나타내는 도체 링(122)의 내주측벽의 하부를 내주측에 플랜지 형상으로 연장시킨 플랜지부(502)를 구비하고, 도체 링(122)은, 플랜지부(502)가 도체 링(122)을 덮어 배치된 유전체 커버 링(123)의 하방에서 내측 측면(123a)으로부터 유전체 커버 링(123)의 상면이 평탄한 내주연부의 하방까지 연장된 형상을 구비하고 있다. 또한, 도체 커버 링(124)은, 유전체 커버 링(123)의 외주측 부분의 평탄한 상면뿐만 아니라, 내주측 부분의 테이퍼상의 형상의 상면인 내측 측면(123a)의 전체를 덮어, 도체 커버 링(124)의 내주연부는 유전체 커버 링(123)의 내주연부의 평탄한 상면까지 달하여 연장되고 있다.
본 예에 있어서는, 유전체 커버 링(123) 중, 도체 커버 링(124)에 덮인 부분, 즉 외주측 부분의 상면 및 내측 측면(123a)은 소모가 억제되어 이들 부분과 도체 링(122)의 상면 사이의 유전체 커버 링(123)의 부재의 정전 용량에 의한 임피던스의 변화는 억제된다. 한편으로, 도체 커버 링(124)에 덮이지 않는 부분, 즉 유전체 커버 링(123)의 내주연부의 소모가, 정전 용량(501)의 변화로서 임피던스 검출기(135)에 의해 Vpp의 변화에 의거하여 검출된다.
본 예에서는, 유전체 커버 링(123)의 내주연부의 소모가 다른 개소와 비교하여 플라스마(140)를 이용한 웨이퍼(120)의 처리의 시간 혹은 처리된 웨이퍼(120)의 매수의 증가에 수반하여 크게 진행됨으로써, 임피던스 검출기(136)에 의한 Vpp의 변화로서 검출된다. 유전체 커버 링(123)의 특정한 개소의 소모의 양이 다른 개소의 소모의 영향을 억제하여 정밀도 좋게 검출되어, 유전체 커버 링(123)의 교환의 시기의 추정을 보다 정확하게 행할 수 있다. 또한, 당해 소모량과 이것에 대응하는 Vpp의 값과 그 변화의 양의 검출의 정밀도가 높아지므로, 웨이퍼(120)를 처리하는 매수의 증대와 이에 수반하여 소모되는 유전체 커버 링(123)의 부재의 두께(정전 용량)의 값의 변화에 따라, 웨이퍼(120)의 외주부 상면 및 유전체 커버 링(123)의 상면 상방의 등전위면(151)의 높이 위치가 웨이퍼(120)의 반경 방향에 대해서 수평으로 하여 복수매의 웨이퍼(120) 사이에서 틸팅이 일정해지도록 조절되는 본 예의 플라스마 처리 장치로는, 장기간에 걸쳐 웨이퍼(120)의 처리 후의 형상의 틸팅을 허용되는 범위 내로 해 형상의 불균일성이 억제되어 처리의 수율이 향상된다.
상기의 예의 작용·효과는, 웨이퍼 전력 및 에지 전력의 각각을 독립된 전원이 공급하는 구성이어도 얻을 수 있다. 도 6은, 도 1에 나타내는 실시예의 또 다른 변형예에 따른 플라스마 처리 장치의 구성의 개략을 나타내는 종단면도이다. 본 도면에 있어서도, 도 1에 나타낸 실시예와 같은 부호가 부여된 개소에 대한 설명은, 필요가 없는 한 생략하는 것으로 한다.
본 변형예에서는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 도체 링(122)에 제2 고주파 전원(131)은 접속되지 않고, 독립된 제3 고주파 전원(601)이, 정합기(602)를 통해 접속되어 있다. 이 구성을 이용하면, 웨이퍼 전력과 에지 전력의 주파수를 변경하는 것이나, 혹은 웨이퍼 전력과 에지 전력의 주파수를 같게 하여, 또한 각각이 출력하는 전력의 위상을 동기시키거나, 혹은 소정의 값의 위상차를 갖도록 조절하는 것이 가능해진다. 또한, 제3 고주파 전원(601)을 직류 전원으로 치환하고, 에지 전력에 직류 전력을 인가하는 것도 가능하다.
상기의 예에 있어서, 도체 커버 링(124)의 재료는, Si 혹은 SiC로 기재했다. 이것은 특히 반도체 디바이스를 처리할 때의 금속 오염을 예방하는 관점에 의거하는 것이다. 그러나, 금속 오염을 고려할 필요가 없을 경우에는, 예를 들면 알루미늄 등의 금속 재료를 이용해도, 상기의 실시예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있는 것은 용이하게 추측된다.
또한, 본 실시예에서는 평행 평판형 플라스마 처리 장치의 일 형태를 이용한 플라스마 처리에 대해서 예시했지만, 본 발명의 효과는 플라스마 처리에 있어서의 플라스마 생성 방법에 의해 한정되는 것이 아니다. 예를 들면 유도 결합형 플라스마 처리 장치나, ECR 공명형 플라스마 처리 장치에 있어서도, 혹은 본 실시예와 다른 기구를 구비하는 평행 평판형 플라스마 처리 장치여도, 본 발명과 마찬가지의 시료대 외주부 주변의 구성에 의해 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
101: 진공 용기
102: 상부 전극
103: 절연 링 104: 제1 고주파 전원
105: 접지 106: 코일
107: 샤워 플레이트 108: 진공 배기구
110: 시료대 111: 유전체막
112: 도체막 113: 유전체막
120: 웨이퍼 121: 절연 링
122: 도체 링 123: 유전체 커버 링
123a: 내측 측면 124: 도체 커버 링
131: 제2 고주파 전원 132: 정합기
133: 직류 전원 134: 고주파 필터
135: 부하 임피던스 조정기 136: 임피던스 검출기
140: 플라스마 151: 등전위면
152: 시스 계면
103: 절연 링 104: 제1 고주파 전원
105: 접지 106: 코일
107: 샤워 플레이트 108: 진공 배기구
110: 시료대 111: 유전체막
112: 도체막 113: 유전체막
120: 웨이퍼 121: 절연 링
122: 도체 링 123: 유전체 커버 링
123a: 내측 측면 124: 도체 커버 링
131: 제2 고주파 전원 132: 정합기
133: 직류 전원 134: 고주파 필터
135: 부하 임피던스 조정기 136: 임피던스 검출기
140: 플라스마 151: 등전위면
152: 시스 계면
Claims (6)
- 진공 용기 내부에 배치되고 내부에서 플라스마가 형성되는 처리실과, 이 처리실 내의 하부에 배치되고 상기 플라스마를 이용한 처리 대상의 웨이퍼가 놓이는 시료대로서 상부의 중앙부에 배치된 볼록 형상부의 상면에 상기 웨이퍼가 놓이는 시료대와, 당해 시료대 내부에 배치되고 상기 웨이퍼의 처리 중에 고주파 전력이 공급되는 전극과, 상기 시료대의 상기 볼록 형상부의 외주(外周)측에서 상기 상면을 둘러싸서 배치된 도체제의 링 형상 부재와, 이 링 형상 부재와 상기 처리실과의 사이 및 상기 시료대의 상면과의 사이에서 상기 링 형상 부재에 대하여 덮어 배치된 유전체제의 제1 링 형상 커버와, 상기 처리실과 제1 링 형상 커버의 상면 사이에서 이것을 덮어 배치되는 도체제의 제2 링 형상 커버와, 상기 웨이퍼의 처리 중에 상기 도체제의 링 형상 부재에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과 상기 링 형상 부재 사이를 접속하는 급전 경로를 흐르는 고주파 전력의 전압을 검출한 결과에 따라 당해 고주파 전력의 크기를 조절하는 조절기를 구비한 플라스마 처리 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 도체제의 링 형상 부재의 내주(內周)측 부분의 표면이, 당해 링 형상 부재와 상기 시료대의 볼록 형상부 사이에서 상기 플라스마로부터 당해 링 형상 부재를 덮는 유전체제의 부재로 덮여 당해 부재의 내주측 부분의 상기 플라스마에 면하는 표면과 상기 링 형상 부재의 내주측 부분의 표면이 평행하게 배치된 플라스마 처리 장치. - 제2항에 있어서,
상기 링 형상 부재의 내주측 부분을 덮는 유전체제의 부재가 상기 제1 링 형상 커버와 일체로 구성된 플라스마 처리 장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 링 형상 부재의 내주측 부분을 덮는 상기 유전체제의 부재의 내주측 부분이, 상기 도체성의 링 형상 부재와 상기 막 형상의 전극 사이에 위치하고 외주측을 향하여 높이가 높아져 경사진 상기 표면을 갖고 당해 유전체제의 부재의 상하 방향의 두께가 커져, 당해 경사진 표면의 외주측의 상면에 이것을 덮어 상기 제2 링 형상 커버가 배치된 플라스마 처리 장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도체성의 링 형상 부재의 상면이 상기 시료대의 상면보다 높은 위치에 배치된 플라스마 처리 장치. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도체제의 링 형상 부재의 하방에서 당해 도체제의 링 형상 부재와 상기 시료대 내부의 전극 사이에 배치되어 이들을 절연하는 제3 링 형상 부재를 구비한 플라스마 처리 장치.
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