KR20240046467A - 에칭 장치 및 에칭 방법 - Google Patents

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고이치 나가미
가즈야 나가세키
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 간이한 장치 구성으로 에칭 특성의 열화를 억제하는 것을 목적으로 한다.
에칭 장치는, 플라즈마에 의한 에칭 처리의 대상이 되는 피처리체가 배치되고, 하부 전극으로서 기능하는 배치대와, 배치대에 인가되는 부의 직류 전압을 발생시키는 직류 전원과, 배치대에 배치된 피처리체에 대한 에칭 처리가 개시될 때에, 직류 전원으로부터 배치대에 부의 직류 전압을 주기적으로 인가하고, 에칭 처리의 처리 시간의 경과에 따라, 배치대에 인가되는 부의 직류 전압의 주파수를 저하시키는 제어부를 갖는다.

Description

에칭 장치 및 에칭 방법{ETCHING APPARATUS AND ETCHING METHOD}
본 개시는 에칭 장치 및 에칭 방법에 관한 것이다.
종래, 반도체 웨이퍼 등의 피처리체에 대하여, 플라즈마를 이용하여 에칭 처리를 행하는 에칭 장치가 알려져 있다. 이러한 에칭 장치는, 진공 공간을 구성 가능한 처리 용기 내에, 피처리체가 배치되고, 전극으로서의 기능도 겸한 배치대를 갖는다. 에칭 장치는, 예컨대 배치대에 미리 정해진 고주파 전력을 인가함으로써, 배치대에 배치된 피처리체에 대하여, 플라즈마에 의한 에칭 처리를 행한다. 또한, 에칭 장치는, 플라즈마에 의한 에칭 처리를 행할 때에, 배치대에 바이어스용의 고주파 전력을 인가하는 경우가 있다. 배치대에 바이어스용의 고주파 전력이 인가됨으로써, 플라즈마 내의 이온이 피처리체에 인입되고, 피처리체에 홀이나 홈이 효율적으로 형성된다.
그런데, 최근, 에칭 처리에 의해 피처리체에 형성되는 홀이나 홈에 요구되는 종횡비가 높아지고 있다. 종횡비가 높은 홀이나 홈의 에칭 처리에서는, 에칭 처리가 진행됨에 따라, 피처리체에 인입되는 이온의 직진성이 저하되기 때문에, 에칭 특성이 열화한다. 피처리체에 인입되는 이온의 직진성은, 배치대에 인가되는 바이어스용의 고주파 전력의 주파수가 낮아질수록, 높아지는 것이 알려져 있다.
그래서, 주파수가 상이한 복수의 바이어스용 고주파 전력을 발생시키는 복수의 고주파 전원을 에칭 장치에 탑재하고, 에칭 처리 도중에, 복수의 고주파 전원과 배치대와의 접속을 선택적으로 전환하여 바이어스용 고주파 전력의 주파수를 변경하는 기술이 알려져 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2008-53516호 공보
본 개시는, 간이한 장치 구성으로 에칭 특성의 열화를 억제할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 따른 에칭 장치는, 플라즈마에 의한 에칭 처리의 대상이 되는 피처리체가 배치되고, 하부 전극으로서 기능하는 배치대와, 상기 배치대에 인가되는 부(負)의 직류 전압을 발생시키는 직류 전원과, 상기 배치대에 배치된 피처리체에 대한 에칭 처리가 개시될 때에, 상기 직류 전원으로부터 상기 배치대에 부의 직류 전압을 주기적으로 인가하고, 상기 에칭 처리의 처리 시간의 경과에 따라, 상기 배치대에 인가되는 부의 직류 전압의 주파수를 저하시키는 제어부를 갖는다.
본 개시에 따르면, 간이한 장치 구성으로 에칭 특성의 열화를 억제할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
도 1은 제1 실시형태에 따른 에칭 장치의 개략적인 구성을 나타낸 개략 단면도이다.
도 2는 에칭 처리가 개시되었을 때의 이온의 상태를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 에칭 처리가 진행되었을 때의 이온의 상태를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 일 실시형태에 따른 에칭 방법의 흐름의 일례를 나타낸 흐름도이다.
도 5는 DC 주파수의 저하 양태의 일례를 나타낸 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 여러 가지 실시형태에 대해서 상세히 설명한다. 또한, 각 도면에서 동일하거나 또는 상당하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이는 것으로 한다.
종래, 반도체 웨이퍼 등의 피처리체에 대하여, 플라즈마를 이용하여 에칭 처리를 행하는 에칭 장치가 알려져 있다. 이러한 에칭 장치는, 진공 공간을 구성 가능한 처리 용기 내에, 피처리체가 배치되고, 전극으로서의 기능도 겸한 배치대를 갖는다. 에칭 장치는, 예컨대 배치대에 미리 정해진 고주파 전력을 인가함으로써, 배치대에 배치된 피처리체에 대하여, 플라즈마에 의한 에칭 처리를 행한다. 또한, 에칭 장치는, 플라즈마에 의한 에칭 처리를 행할 때에, 배치대에 바이어스용의 고주파 전력을 인가하는 경우가 있다. 배치대에 바이어스용의 고주파 전력이 인가됨으로써, 플라즈마 내의 이온이 피처리체로 인입되고, 피처리체에 홀이나 홈이 효율적으로 형성된다.
그런데, 최근, 에칭 처리에 의해 피처리체에 형성되는 홀이나 홈에 요구되는 종횡비가 높아지고 있다. 종횡비가 높은 홀이나 홈의 에칭 처리에서는, 에칭 처리가 진행됨에 따라, 피처리체로 인입되는 이온의 직진성이 저하되기 때문에, 에칭 특성이 열화한다. 피처리체로 인입되는 이온의 직진성은, 배치대에 인가되는 바이어스용의 고주파 전력의 주파수가 낮아질수록, 높아지는 것이 알려져 있다.
그래서, 주파수가 상이한 복수의 바이어스용 고주파 전력을 발생시키는 복수의 고주파 전원을 에칭 장치에 탑재하고, 에칭 처리 도중에, 복수의 고주파 전원과 배치대와의 접속을 선택적으로 전환하여 바이어스용 고주파 전력의 주파수를 변경하는 기술이 알려져 있다.
그러나, 복수의 고주파 전원이 에칭 장치에 탑재되면, 에칭 장치의 장치 구성이 복잡해진다. 이 때문에, 간이한 장치 구성으로 에칭 특성의 열화를 억제하는 것이 기대되고 있다.
(제1 실시형태)
[에칭 장치의 구성]
도 1은 제1 실시형태에 따른 에칭 장치(10)의 개략적인 구성을 나타낸 개략 단면도이다. 에칭 장치(10)는, 처리 용기(12)를 구비하고 있다. 처리 용기(12)는, 대략 원통 형상을 갖고 있다. 처리 용기(12)는, 플라즈마가 생성되는 처리 공간을 구획한다. 처리 용기(12)는, 예컨대 알루미늄으로 구성되어 있다. 처리 용기(12)는, 접지 전위에 접속되어 있다. 처리 용기(12)의 내벽면에는, 내플라즈마성을 갖는 막이 형성되어 있다. 이 막은, 양극 산화 처리에 의해 형성된 막, 또는, 산화이트륨으로 형성된 막과 같은 세라믹제의 막일 수 있다. 또한, 처리 용기(12)의 측벽에는 통로(12p)가 형성되어 있다. 피처리체인 웨이퍼(W)가 처리 용기(12)에 반입될 때, 또한, 웨이퍼(W)가 처리 용기(12)로부터 반출될 때에, 웨이퍼(W)는 통로(12p)를 통과한다. 이 통로(12p)의 개폐를 위해, 게이트 밸브(12g)가 처리 용기(12)의 측벽을 따라 설치되어 있다.
처리 용기(12) 내에서는, 지지부(15)가, 처리 용기(12)의 바닥부로부터 위쪽으로 연장되어 있다. 지지부(15)는, 대략 원통 형상을 갖고 있고, 세라믹과 같은 절연 재료로 형성되어 있다. 지지부(15) 상에는, 배치대(16)가 탑재되어 있다. 배치대(16)는, 지지부(15)에 의해 지지되어 있다. 배치대(16)는, 처리 용기(12) 내에서 웨이퍼(W)를 지지하도록 구성되어 있다. 배치대(16)는, 베이스(18) 및 정전 척(20)을 포함하고 있다. 베이스(18)는, 알루미늄과 같은 도전성 재료로 형성되어 있고, 대략 원반 형상을 갖고 있다. 베이스(18)는, 하부 전극으로서의 기능을 갖는다.
베이스(18) 내에는, 유로(18f)가 형성되어 있다. 유로(18f)는, 열교환 매체용 유로이다. 열교환 매체로는, 액상의 냉매, 혹은, 그 기화에 의해 베이스(18)를 냉각하는 냉매(예컨대, 프론)가 이용된다. 유로(18f)에는, 처리 용기(12)의 외부에 설치된 칠러 유닛으로부터 배관(23a)을 통해 열교환 매체가 공급된다. 유로(18f)에 공급된 열교환 매체는, 배관(23b)을 통해 칠러 유닛으로 되돌려진다. 즉, 유로(18f)에는, 상기 유로(18f)와 칠러 유닛 사이에서 순환하도록, 열교환 매체가 공급된다.
정전 척(20)은, 베이스(18) 상에 설치되어 있다. 정전 척(20)은, 절연체로 형성된 본체와, 상기 본체 내에 설치된 막 형상의 전극을 갖고 있다. 정전 척(20)의 전극에는, 직류 전원이 전기적으로 접속되어 있다. 직류 전원으로부터 정전 척(20)의 전극에 전압이 인가되면, 정전 척(20) 상에 배치된 웨이퍼(W)와 정전 척(20) 사이에서 정전 인력이 발생한다. 발생한 정전 인력에 의해, 웨이퍼(W)는, 정전 척(20)으로 끌어 당겨져, 상기 정전 척(20)에 의해 유지된다. 정전 척(20)의 주연부 영역 상에는, 포커스링(FR)이 배치된다. 포커스링(FR)은, 대략 환형 판 형상을 갖고 있고, 예컨대 실리콘으로 형성되어 있다. 포커스링(FR)은, 웨이퍼(W)의 에지를 둘러싸도록 배치된다.
에칭 장치(10)에는, 가스 공급 라인(25)이 설치되어 있다. 가스 공급 라인(25)은, 가스 공급 기구로부터의 전열 가스, 예컨대 He 가스를, 정전 척(20)의 상면과 웨이퍼(W)의 이면(하면) 사이에 공급한다.
처리 용기(12)의 바닥부로부터는, 통형부(28)가 위쪽으로 연장되어 있다. 통형부(28)는, 지지부(15)의 외주를 따라 연장되어 있다. 통형부(28)는, 도전성 재료로 형성되어 있고, 대략 원통 형상을 갖고 있다. 통형부(28)는, 접지 전위에 접속되어 있다. 통형부(28) 상에는, 절연부(29)가 설치되어 있다. 절연부(29)는, 절연성을 가지며, 예컨대 석영 또는 세라믹으로 형성되어 있다. 절연부(29)는, 배치대(16)의 외주를 따라 연장되어 있다.
에칭 장치(10)는, 상부 전극(30)을 더 구비하고 있다. 상부 전극(30)은, 배치대(16)의 위쪽에 설치되어 있다. 상부 전극(30)은, 부재(32)와 함께 처리 용기(12)의 상부 개구를 폐쇄하고 있다. 부재(32)는, 절연성을 갖고 있다. 상부 전극(30)은, 부재(32)를 통해 처리 용기(12)의 상부에 지지되어 있다. 후술하는 고주파 전원(62)이 베이스(18)에 전기적으로 접속되어 있는 경우에는, 상부 전극(30)은, 접지 전위에 접속된다.
상부 전극(30)은, 상부판(34) 및 지지체(36)를 포함하고 있다. 상부판(34)의 하면은, 처리 공간에 면하고 있다. 상부판(34)에는, 복수의 가스 토출 구멍(34a)이 형성되어 있다. 복수의 가스 토출 구멍(34a)의 각각은, 상부판(34)을 판 두께 방향(수직 방향)으로 관통하고 있다. 이 상부판(34)은, 한정되는 것은 아니지만, 예컨대 실리콘으로 형성되어 있다. 혹은, 상부판(34)은, 알루미늄제 모재의 표면에 내플라즈마성 막을 설치한 구조를 가질 수 있다. 이 막은, 양극 산화 처리에 의해 형성된 막, 또는, 산화이트륨으로 형성된 막과 같은 세라믹제의 막일 수 있다.
지지체(36)는, 상부판(34)을 착탈 가능하게 지지하는 부품이다. 지지체(36)는, 예컨대 알루미늄과 같은 도전성 재료로 형성될 수 있다. 지지체(36)의 내부에는, 가스 확산실(36a)이 마련되어 있다. 가스 확산실(36a)로부터는, 복수의 가스 구멍(36b)이 아래쪽으로 연장되어 있다. 복수의 가스 구멍(36b)은, 복수의 가스 토출 구멍(34a)으로 각각 연통되어 있다. 지지체(36)에는, 가스 확산실(36a)로 가스를 유도하는 가스 도입구(36c)가 형성되어 있고, 이 가스 도입구(36c)에는, 가스 공급관(38)이 접속되어 있다.
가스 공급관(38)에는, 밸브군(42) 및 유량 제어기군(44)을 통해, 가스 소스군(40)이 접속되어 있다. 가스 소스군(40)은, 복수의 가스 소스를 포함하고 있다. 밸브군(42)은 복수의 밸브를 포함하고 있고, 유량 제어기군(44)은 복수의 유량 제어기를 포함하고 있다. 유량 제어기군(44)의 복수의 유량 제어기의 각각은, 매스 플로우 컨트롤러 또는 압력 제어식 유량 제어기이다. 가스 소스군(40)의 복수의 가스 소스는 각각 밸브군(42)의 대응 밸브 및 유량 제어기군(44)의 대응 유량 제어기를 통해, 가스 공급관(38)에 접속되어 있다. 에칭 장치(10)는, 가스 소스군(40)의 복수의 가스 소스 중 선택된 하나 이상의 가스 소스로부터의 가스를, 개별로 조정된 유량으로, 처리 용기(12) 내에 공급하는 것이 가능하다.
통형부(28)와 처리 용기(12)의 측벽 사이에는, 배플 플레이트(48)가 설치되어 있다. 배플 플레이트(48)는, 예컨대, 알루미늄제 모재에 산화이트륨 등의 세라믹을 피복함으로써 구성될 수 있다. 이 배플 플레이트(48)에는, 다수의 관통 구멍이 형성되어 있다. 배플 플레이트(48)의 아래쪽에서는, 배기관(52)이 처리 용기(12)의 바닥부에 접속되어 있다. 이 배기관(52)에는, 배기 장치(50)가 접속되어 있다. 배기 장치(50)는, 자동 압력 제어 밸브와 같은 압력 제어기, 및, 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 갖고 있고, 처리 용기(12)를 감압할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 에칭 장치(10)는, 고주파 전원(62)을 더 구비하고 있다. 고주파 전원(62)은, 처리 용기(12) 내의 가스를 여기시켜 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 전력을 발생시키는 전원이다. 플라즈마 생성용 고주파 전력은, 27∼100 MHz의 범위 내의 주파수, 예컨대 60 MHz의 주파수를 갖는다. 고주파 전원(62)은, 정합 회로(64)를 통해, 베이스(18)에 접속되어 있다. 정합 회로(64)는, 고주파 전원(62)의 출력 임피던스와 부하측(베이스(18)측)의 임피던스를 정합시키기 위한 회로이다.
에칭 장치(10)는, 직류 전원(70)을 더 구비하고 있다. 직류 전원(70)은, 배치대(16)(베이스(18))에 인가되는 부의 직류 전압(이하 적절하게 「DC 전압」이라고 부름)을 발생시키는 전원이다. 직류 전원(70)은 예컨대 모노폴라형의 가변 직류 전원이다. 직류 전원(70)은 바이폴라형의 가변 직류 전원이어도 좋다. 직류 전원(70)은, 저역 필터(LPF)(72)를 통해 베이스(18)에 접속되어 있다. 직류 전원(70)에서 발생하는 DC 전압은, 배치대(16)에 배치된 웨이퍼(W)에 플라즈마 내의 이온을 인입하기 위한 바이어스 전압으로서 이용된다. 또한, 직류 전원(70)은, 후술하는 제어부(95)에 의한 제어에 따라, 발생하는 DC 전압의 주파수(이하 적절하게 「DC 주파수」라고 부름)를 변경 가능하게 구성되어 있다. 또한, 직류 전원(70)은, 제어부(95)에 의한 제어에 따라, 발생하는 DC 전압의 절대값을 변경 가능하게 구성되어 있다.
에칭 장치(10)는, 제어부(95)를 더 구비하고 있다. 제어부(95)는, CPU(Central Processing Unit)를 구비하고, 에칭 장치(10)의 각부를 제어한다. 제어부(95)에는, 공정 관리자가 에칭 장치(10)를 관리하기 위해 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나, 에칭 장치(10)의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등으로 이루어진 사용자 인터페이스(96)가 접속되어 있다.
또한, 제어부(95)에는, 에칭 장치(10)에 의해 실행되는 각종 처리를 제어부(95)의 제어로써 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건 데이터 등이 기억된 레시피가 저장된 기억부(97)가 접속되어 있다. 기억부(97)는, 예컨대 하드디스크나 반도체 메모리 등이다. 또한, 기억부(97)는, 컴퓨터에 의해 판독 가능한 가반성(可搬性) 기억 매체여도 좋다. 이 경우, 제어부(95)는, 상기 기억 매체로부터 데이터를 판독하는 장치를 경유하여, 상기 기억 매체에 기억된 제어 프로그램 등을 취득한다. 기억 매체는, 예컨대, CD-ROM이나 DVD 등이다.
제어부(95)는, 사용자 인터페이스(96)를 통한 사용자로부터의 지시 등에 따라, 임의의 레시피를 기억부(97)로부터 독출하여 실행함으로써, 에칭 장치(10)의 각부를 제어하고, 에칭 장치(10)에 각종 처리를 실행시킨다. 예컨대, 제어부(95)는, 웨이퍼(W)에 플라즈마에 의해 홀이나 홈을 형성하는 에칭 처리를 에칭 장치(10)에 실행시킨다.
그런데, 최근, 에칭 처리에 의해 웨이퍼(W)에 형성되는 홀이나 홈에 요구되는 종횡비가 높게 되어 있다. 종횡비가 높은 홀이나 홈의 에칭 처리에서는, 에칭 처리가 진행됨에 따라, 웨이퍼(W)로 인입되는 이온의 직진성이 저하되기 때문에, 에칭 특성이 열화한다.
도 2는 에칭 처리가 개시되었을 때의 이온의 상태를 모식적으로 나타낸 도면이다. 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 에칭 처리가 개시되었을 때에 웨이퍼(W)에 형성되는 홀(h)의 깊이는 비교적 얕기 때문에, 홀(h) 내에서 이온의 직진성이 유지된다.
한편, 에칭 처리가 진행되면, 에칭 특성이 열화한다. 도 3은 에칭 처리가 진행되었을 때의 이온의 상태를 모식적으로 나타낸 도면이다. 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 에칭 처리가 진행되어 홀(h)의 깊이가 깊어짐에 따라, 홀(h) 내에서 이온의 직진성이 저하된다. 이와 같이 홀(h) 내에서 이온의 직진성이 저하됨으로써, 에칭 특성이 열화한다. 예컨대, 홀(h)의 바닥부에 이온이 도달하기 어려워지므로, 에칭률이 저하된다. 또한, 예컨대, 홀(h)의 측벽이 필요 이상으로 깎여 버리기 때문에, 벤딩이나 보잉 등의 에칭 형상의 불량이 발생한다. 배치대(16)에 바이어스용의 고주파 전력이 인가되는 경우, 웨이퍼(W)로 인입되는 이온의 직진성은, 배치대(16)에 인가되는 바이어스용의 고주파 전력의 주파수가 낮아질수록, 높아지는 것이 알려져 있다. 그 때문에, 배치대(16)에 바이어스용의 고주파 전력 대신에 DC 전압이 인가되는 경우, 배치대(16)에 인가되는 DC 전압의 주파수를 저하시키면, 에칭 처리의 진행에 따른 이온의 직진성 저하를 억제할 수 있다고 생각된다.
그래서, 제어부(95)는, 웨이퍼(W)에 대한 에칭 처리가 개시될 때에, 직류 전원(70)으로부터 배치대(16)에 DC 전압을 주기적으로 인가하고, 에칭 처리의 처리 시간의 경과에 따라, 배치대(16)에 인가되는 DC 전압의 주파수(즉, DC 주파수)를 저하시킨다.
[에칭 방법의 흐름]
다음에, 본 실시형태에 따른 에칭 장치(10)에 의해 실행되는 에칭 방법의 흐름을 설명한다. 도 4는 일 실시형태에 따른 에칭 방법의 흐름의 일례를 나타낸 흐름도이다. 도 5는 DC 주파수의 저하 양태의 일례를 나타낸 도면이다. 또한, 도 4에 도시된 흐름도의 개시 전에, 웨이퍼(W)가 처리 용기(12) 내에 반입되고, 반입된 웨이퍼(W)가 배치대(16)에 배치되며, 처리 용기(12) 내에 처리 가스가 공급되어, 처리 용기(12) 내의 압력이 미리 정해진 압력으로 제어된다.
우선, 제어부(95)는, 직류 전원(70)을 제어하여, 직류 전원(70)으로부터 배치대(16)에 DC 전압을 주기적으로 인가한다(S101, 도 5의 시점 t1). 이하에서는, 배치대(16)에 DC 전압이 인가되어 있는 기간의 길이가 Ton이고, DC 전압의 인가가 정지되어 있는 기간의 길이가 Toff인 것으로 한다.
계속해서, 제어부(95)는, 고주파 전원(62)을 제어하여, 미리 정해진 주파수의 고주파 전력을 배치대(16)에 인가한다(도 5의 시점 t2). 이에 따라, 처리 용기(12) 내에 처리 가스의 플라즈마가 생성되고, 생성된 플라즈마에 의해, 웨이퍼(W)에 대한 에칭 처리가 개시된다(S102).
계속해서, 제어부(95)는, 에칭 처리가 진행되고 있는 동안(즉, 도 5의 시점 t2∼t3의 사이), 직류 전원(70)을 제어하여, 배치대(16)에 인가되는 DC 전압의 주파수(즉, DC 주파수)를 저하시킨다(S103, 도 5의 시점 t2∼t3). DC 주파수는, 1/(Ton+Toff)에 의해 표시된다.
본 실시형태에서, 제어부(95)는, 시점 t2∼t3의 사이, 에칭 처리의 처리 시간의 경과에 따라, DC 주파수를 연속적으로 저하시킨다. 이에 따라, 에칭 처리가 진행되어 웨이퍼(W)에 형성되는 홀의 깊이가 깊어지는 경우여도, 홀 내에서 이온의 직진성 저하가 억제된다.
계속해서, 제어부(95)는, 미리 정해진 깊이의 홀이 웨이퍼(W)에 형성된 시점 t3에서, 고주파 전원(62)을 제어하여 고주파 전력의 인가를 정지하고, 직류 전원(70)을 제어하여 DC 전압의 인가를 정지한다(도 5의 시점 t3). 그리고, 처리 가스의 공급이 정지되고, 처리 용기(12)의 배기가 행해져, 웨이퍼(W)가 처리 용기(12)로부터 반출된다. 이에 따라, 웨이퍼(W)에 대한 에칭 처리가 종료된다(S104).
이상과 같이, 일 실시형태에 따른 에칭 장치(10)는, 배치대(16)와, 직류 전원(70)과, 제어부(95)를 갖는다. 배치대(16)는, 플라즈마에 의한 에칭 대상이 되는 웨이퍼(W)가 배치되고, 하부 전극으로서 기능한다. 직류 전원(70)은, 배치대(16)에 인가되는 부의 직류 전압을 발생시킨다. 제어부(95)는, 배치대(16)에 배치된 웨이퍼(W)에 대한 에칭 처리가 개시될 때에, 직류 전원(70)으로부터 배치대(16)에 부의 직류 전압을 주기적으로 인가한다. 그리고, 제어부(95)는, 에칭 처리의 처리 시간의 경과에 따라, 배치대(16)에 인가되는 부의 직류 전압의 주파수를 저하시킨다. 이에 따라, 에칭 장치(10)는, 에칭 처리가 진행되어 웨이퍼(W)에 형성되는 홀이나 홈의 깊이가 깊어지는 경우여도, 홀 내나 홈 내에서 이온의 직진성 저하를 억제할 수 있고, 에칭 특성의 열화를 억제할 수 있다. 예컨대, 홀이나 홈의 바닥부에 도달하는 이온의 에너지가 증대되고, 에칭률의 저하가 억제된다. 또한, 예컨대, 홀이나 홈의 측벽의 에칭이 억제되고, 벤딩이나 보잉 등의 에칭 형상의 불량이 억제된다.
여기서, 이온의 직진성 저하를 억제하기 위해, 주파수가 상이한 복수의 바이어스용 고주파 전력을 발생시키는 복수의 고주파 전원을 에칭 장치에 탑재하고, 에칭 처리 도중에, 복수의 고주파 전원과 배치대(16)와의 접속을 선택적으로 전환하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 복수의 고주파 전원이 에칭 장치에 탑재되면, 에칭 장치의 장치 구성이 복잡해진다. 이 점, 일 실시형태에 따른 에칭 장치(10)는, 복수의 고주파 전원을 탑재하지 않고, 이온의 직진성 저하를 억제할 수 있다. 결과적으로, 에칭 장치(10)는, 에칭 처리의 처리 시간의 경과에 따라, 직류 전원(70)으로부터 배치대(16)에 주기적으로 인가되는 부의 직류 전압의 주파수를 저하시킨다고 하는 간이한 장치 구성으로 에칭 특성의 열화를 억제할 수 있다.
이상, 여러 가지 실시형태에 대해서 설명하였지만, 개시된 기술은, 전술한 실시형태에 한정되지 않고 여러 가지 변형 양태를 구성할 수 있다.
또한, 전술한 실시형태에서는, 제어부(95)는, 에칭 처리의 처리 시간의 경과에 따라, 배치대(16)에 인가되는 부의 직류 전압의 주파수를 연속적으로 저하시켰지만, 개시된 기술은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 제어부(95)는, 에칭 처리의 처리 시간의 경과에 따라, 배치대(16)에 인가되는 부의 직류 전압의 주파수를 단계적으로 저하시켜도 좋다. 배치대(16)에 인가되는 부의 직류 전압의 주파수를 저하시키는 각 단계의 시간 폭은, 동일하여도 좋고, 상이하여도 좋다. 또한, 제어부(95)는, 에칭 처리가 개시되고 나서 미리 정해진 시간이 경과한 시점에서, 배치대(16)에 인가되는 부의 직류 전압의 주파수를 제1 주파수로부터 제1 주파수보다 낮은 제2 주파수까지 저하시켜도 좋다.
또한, 전술한 에칭 장치(10)에서, 제어부(95)는, 에칭 처리의 처리 시간의 경과에 따라, 배치대(16)에 인가되는 부의 직류 전압의 절대값을 증가 또는 감소시켜도 좋다. 예컨대, 에칭 처리의 처리 시간의 경과에 따라, 직류 전원(70)으로부터 배치대(16)에 인가되는 부의 직류 전압의 주파수가 저하되는 경우, 직류 전원(70)의 온ㅇ오프를 전환하는 빈도가 감소하기 때문에, 직류 전원(70)의 발열량이 감소한다. 이 경우, 제어부(95)는, 직류 전원(70)을 제어하여, 에칭 처리의 처리 시간의 경과에 따라, 배치대(16)에 인가되는 부의 직류 전압의 절대값을 증가시킨다. 이에 따라, 에칭 장치(10)는, 에칭 처리가 진행되어 웨이퍼(W)에 형성되는 홀이나 홈의 깊이가 깊어지는 경우여도, 에칭 특성의 열화를 보다 억제할 수 있다. 예컨대, 배치대(16)에 인가되는 부의 직류 전압의 절대값을 증가시킴으로써, 홀이나 홈의 바닥부에 도달하는 이온의 수가 증대되고, 에칭률의 저하가 억제된다.
그런데, 배치대(16)에 인가되는 부의 직류 전압의 절대값이 증가되는 경우, 플라즈마 내의 양이온이 웨이퍼(W)로 인입됨으로써 플라즈마의 전위가 저하된다. 플라즈마의 전위가 저하되면, 플라즈마와 웨이퍼(W) 사이에서 전기적인 중성을 유지하기 때문에, 웨이퍼(W)의 전위가 변동하고, 웨이퍼(W)가 배치되는 배치대(16)와 웨이퍼(W) 사이의 전위차가 증대되어 버린다. 결과적으로, 배치대(16)와 웨이퍼(W) 사이에서 방전이 발생하는 경우가 있다. 그래서, 에칭 장치(10)는, 배치대(16)와 웨이퍼(W) 사이의 전위차에 따라, 직류 전원(70)의 제어를 행하여도 좋다. 예컨대, 에칭 장치(10)에서, 제어부(95)는, 배치대(16)에 인가되는 부의 직류 전압의 절대값을 증가시킨 후, 배치대(16)와 웨이퍼(W) 사이의 전위차를 산출한다. 배치대(16)와 웨이퍼(W) 사이의 전위차의 산출에는, 예컨대, 웨이퍼(W)를 둘러싸는 포커스링(FR)의 근방에 배치된 측정기에 의해 측정된 웨이퍼(W)의 전압이 이용된다. 그리고, 제어부(95)는, 산출된 전위차가 미리 정해진 임계값을 초과하는 경우에, 직류 전원(70)을 제어하여, 배치대(16)에 인가되는 부의 직류 전압의 값을, 상기 전위차를 감소시키는 시프트량만큼 시프트한다. 이에 따라, 배치대(16)와 웨이퍼(W) 사이에서의 방전의 발생을 억제할 수 있다.

Claims (17)

  1. 플라즈마 처리 장치로서,
    플라즈마 처리 용기;
    상기 플라즈마 처리 용기 내에 배치되는 피처리체 배치대;
    상기 배치대 내에 배치된 적어도 하나의 전극;
    상기 적어도 하나의 전극에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 직류 전원; 및
    상기 적어도 하나의 직류 전원이,
    (i) 상기 적어도 하나의 직류 전원으로부터 상기 적어도 하나의 전극으로 펄스형의 부의 직류 전압을 제공하고,
    (ii) 상기 적어도 하나의 전극으로 인가된 상기 펄스형의 부의 직류 전압의 주파수를 시간 경과에 따라 저하시키게끔,
    상기 적어도 하나의 직류 전원을 제어하도록 구성된 제어부
    를 포함하는, 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 직류 전원이 상기 적어도 하나의 전극에 인가된 상기 펄스형의 부의 직류 전압의 주파수를 연속적으로 또는 단계적으로 저하시키도록, 상기 직류 전원을 제어하는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 장치가 상기 피처리체 내에 홀(hole)을 에칭하게끔 제어하도록 구성되고, 상기 제어부는 상기 홀의 깊이가 깊어짐에 따라 상기 적어도 하나의 전극에 인가되는 상기 펄스형의 부의 직류 전압의 주파수를 저하시키는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 직류 전원이 상기 적어도 하나의 전극에 인가된 상기 펄스형의 부의 직류 전압의 주파수를, 미리 결정된 홀의 깊이가 도달된 시점에서 제1 주파수로부터 상기 제1 주파수보다 낮은 제2 주파수로 저하시키게끔, 상기 직류 전원을 제어하는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 장치가 상기 피처리체로 지향(directed)된 이온을 생성하게끔 제어하도록 구성되고, 상기 제어부는 상기 이온의 직진성 저하를 억제하기 위해 상기 적어도 하나의 전극에 인가되는 상기 펄스형의 부의 직류 전압의 주파수를 저하시키는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 장치가 상기 피처리체 내에 홀을 에칭하게끔 제어하도록 구성되고, 상기 제어부는 상기 적어도 하나의 전극에 인가된 상기 펄스형의 부의 직류 전압의 주파수를, 미리 결정된 홀의 깊이가 도달된 시점에서 제1 주파수로부터 상기 제1 주파수보다 낮은 제2 주파수로 저하시키는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 직류 전원이 상기 적어도 하나의 전극에 인가된 상기 펄스형의 부의 직류 전압의 주파수를 연속적으로 또는 단계적으로 저하시키도록, 상기 직류 전원을 제어하는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 장치가 상기 피처리체 내에 홀을 에칭하게끔 제어하도록 구성되고, 상기 제어부는 상기 적어도 하나의 전극에 인가된 상기 펄스형의 부의 직류 전압의 주파수를, 미리 결정된 홀의 깊이가 도달된 시점에서 제1 주파수로부터 상기 제1 주파수보다 낮은 제2 주파수로 저하시키는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 장치는 에칭 장치이고, 상기 에칭 장치는 또한 상기 플라즈마 처리 용기 내에 플라즈마를 형성하기 위한 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원을 포함하는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 고주파 전원 및 상기 직류 전원이,
    상기 적어도 하나의 전극에 펄스형의 부의 직류 전압의 인가를 개시하고,
    상기 펄스형의 부의 직류 전압의 인가를 개시한 이후, 상기 플라즈마 처리 용기 내에 플라즈마를 형성하기 위한 고주파 전력의 인가를 개시하고,
    상기 고주파 전력의 인가를 개시한 이후, 상기 펄스형의 부의 직류 전압의 주파수의 저하를 수행하게끔,
    상기 고주파 전원 및 상기 직류 전원을 제어하도록 구성된 것인, 플라즈마 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제어부는 또한, 상기 고주파 전력의 인가를 개시한 이후에 상기 직류 전원이 상기 적어도 하나의 전극에 인가된 직류 전압의 절대값을 증가시키게끔, 상기 직류 전원을 제어하도록 구성된 것인, 플라즈마 처리 장치.
  12. 플라즈마 에칭 장치로서,
    플라즈마 처리 용기;
    상기 플라즈마 처리 용기 내에 배치된 피처리체 배치대
    상기 배치대 내에 배치된 적어도 하나의 전극;
    상기 적어도 하나의 전극에 전기적으로 연결된 직류 전원;
    상기 플라즈마 처리 용기 내에 플라즈마를 형성하기 위한 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원; 및
    제어부로서,
    (i) 상기 직류 전원이 상기 적어도 하나의 전극에 펄스형의 부의 직류 전압을 인가하고,
    (ii) 상기 고주파 전원이 상기 플라즈마를 생성하고 상기 피처리체 배치대 상의 피처리체를 에칭하기 위해 상기 고주파 전력의 인가를 개시하고,
    (iii) 상기 고주파 전력의 인가가 개시된 이후, 상기 직류 전원이 상기 적어도 하나의 전극에 인가된 상기 펄스형의 부의 직류 전압의 주파수를 저하시키는 것, 또는 상기 적어도 하나의 전극에 인가된 전압의 절대값을 증가시키는 것 중 적어도 하나를 행하게끔
    제어하도록 구성된 것인, 상기 제어부
    를 포함하는, 플라즈마 에칭 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는 에칭이 진행됨에 따라, 또는 상기 고주파 전력의 인가가 개시된 이후 시간이 증가함에 따라, 상기 적어도 하나의 전극에 인가된 상기 펄스형의 부의 직류 전압의 주파수를 저하시키도록 구성된 것인, 플라즈마 에칭 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 고주파 전원에 의한 상기 고주파 전력의 인가가 개시된 이후, 상기 직류 전원에 의해 인가된 상기 직류 전압의 절대값의 크기를 증가시키는 것과 상기 펄스형의 직류 전압의 주파수를 저하시키는 것을 모두 행하도록 구성된 것인, 플라즈마 에칭 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 고주파 전원은 상기 적어도 하나의 전극에 전기적으로 연결된 것인, 플라즈마 에칭 장치.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 고주파 전력의 인가가 개시되기 전에, 상기 직류 전원이 상기 적어도 하나의 전극에 직류 전압의 인가를 개시하게끔, 상기 직류 전원을 제어하도록 구성된 것인, 플라즈마 에칭 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 용기에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부;
    상기 직류 전압의 인가가 개시되기 전에 상기 처리 가스의 유입(flow)이 개시되도록, 상기 가스 공급부로부터의 처리 가스의 유입을 제어하는 처리 가스 제어부
    를 더 포함하고,
    상기 처리 가스의 유입은 상기 직류 전원 및 상기 고주파 전원이 둘 다 턴-오프된 이후에 중단되는 것인, 플라즈마 에칭 장치.
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