KR20170026384A - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

플라즈마 처리 장치는, 처리 용기와, 배치대와, 가스 공급 기구와, 플라즈마 생성 기구와, 조정부를 구비한다. 배치대는, 처리 용기의 내부에 마련되고, 피처리체가 배치된다. 가스 공급 기구는, 플라즈마 반응에 이용되는 처리 가스를 처리 용기의 내부에 공급한다. 플라즈마 생성 기구는, 마이크로파 발진기를 포함하고, 그 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파를 이용하여, 처리 용기의 내부에 공급된 처리 가스를 플라즈마화한다. 조정부는, 피처리체를 플라즈마 처리하기 위한 복수의 단계의 각각이 실행되는 경우에, 복수의 단계의 각각이 전환되는 타이밍에, 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수를 단계마다 미리 정해진 목표 주파수로 조정한다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD}
본 발명의 여러 가지 측면 및 실시형태는, 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
마이크로파를 발진시키는 마이크로파 발진기를 이용하여 처리 용기 내에서 처리 가스를 플라즈마화하는 플라즈마 처리 장치가 있다. 마이크로파 발진기로서는, 예컨대, 저렴하고, 또한, 고출력의 마이크로파를 발진시킬 수 있는 마그네트론이나, 기준 주파수와 위상을 동기시킨 마이크로파를 발진시킬 수 있는 PLL(Phase Locked Loop) 발진기 등이 이용된다.
그런데, 마이크로파 발진기를 이용하는 플라즈마 처리 장치에서는, 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수(이하, 적절하게 「발진 주파수」라고 함)가, 여러 가지 요인에 의해, 목표가 되는 원하는 주파수로부터 변동하는 경우가 있다. 예컨대, 마그네트론 발진기는, 기계 가공품이기 때문에, 복수의 마그네트론 발진기들 사이의 기계 오차에 의해, 발진 주파수가 원하는 주파수로부터 변동하는 경우가 있다. 또한, 마그네트론 발진기는, 출력 전력에 대한 주파수 의존성을 갖기 때문에, 출력 전력의 크기에 의해, 발진 주파수가 원하는 주파수로부터 변동하는 경우가 있다.
이에 대하여, 발진 주파수를 원하는 주파수로 고정하기 위한 기술이 여러 가지 검토되고 있다. 예컨대, 발진 주파수에 가까운 주파수를 갖는 기준 신호를 마그네트론 발진기에 주입함으로써, 발진 주파수를 기준 신호의 주파수로 고정하는 기술이 있다.
일본 특허 공개 제2002-43848호 공보 일본 특허 공개 제2002-294460호 공보 일본 특허 공개 제2006-287817호 공보 일본 특허 공개 제2007-228219호 공보
그러나, 전술한 종래 기술에서는, 피처리체를 플라즈마 처리하기 위한 복수의 단계의 각각이 실행되는 경우에, 마이크로파의 주파수를 단계마다 최적의 주파수로 조정하는 것까지는 고려되고 있지 않다.
예컨대, 마이크로파를 이용하여 처리 가스를 플라즈마화하는 착화(着火) 단계가 행해진 후에, 처리 가스의 플라즈마에 의해 피처리체를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 단계가 행해지는 경우를 상정한다. 이 경우, 종래 기술에서는, 착화 단계 및 플라즈마 처리 단계의 쌍방에 있어서, 마이크로파의 주파수가 거의 동일 주파수로 고정된다. 주파수는, 착화 단계 및 플라즈마 처리 단계의 각각에 반드시 적합하다고는 할 수 없다. 이 때문에, 종래 기술에서는, 프로세스의 최적 조건과는 상이한 플라즈마가 착화하기 쉬운 별도의 조건으로 플라즈마를 착화시키고, 그 후, 플라즈마를 착화시킨 상태로 조건(압력 등)을 변화시키는 것이 행해졌다. 이 때문에, 착화 단계에서의 드라이 에칭 등에 있어서의 에칭 형상에의 영향이나, 균일성의 악화 등이나, 에칭 시간의 손실 등의 문제가 있었다. 또한, 종래의 플라즈마 장치에 있어서는, 높은 마이크로파 전력으로 압력이 비교적 높은 조건이 아니면 방전이 착화하지 않는다. 또한, 방전이 착화하는 가스 조건 및 프로세스 조건의 범위가 매우 좁은 범위였다. 또한, 프로세스의 조건에 있어서도, 가스의 종류에 따라 방전의 안정성이 크게 상이하고, 또한, 플라즈마가 안정되는 조건의 범위가 매우 좁아, 조건이 조금 변화하면 플라즈마가 불안정해진다고 하는 문제가 있었다. 또한, 장치마다 동일한 조건으로 방전시켜도, 장치마다 플라즈마가 불안정해지거나, 방전이 불착화로 되거나, 플라즈마의 균일성이 돌연히 흐트러지는 등의 문제가 있었다.
개시하는 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시 양태에 있어서, 처리 용기와, 배치대와, 가스 공급 기구와, 플라즈마 생성 기구와, 조정부를 구비한다. 배치대는, 상기 처리 용기의 내부에 마련되고, 피처리체가 배치된다. 가스 공급 기구는, 플라즈마 반응에 이용되는 처리 가스를 상기 처리 용기의 내부에 공급한다. 플라즈마 생성 기구는, 마이크로파 발진기를 포함하고, 그 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파를 이용하여, 상기 처리 용기의 내부에 공급된 상기 처리 가스를 플라즈마화한다. 조정부는, 상기 피처리체를 플라즈마 처리하기 위한 복수의 단계의 각각이 실행되는 경우에, 상기 복수의 단계의 각각이 전환되는 타이밍에, 상기 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수를 단계마다 미리 정해진 목표 주파수로 조정한다.
개시하는 플라즈마 처리 장치의 일 양태에 따르면, 피처리체를 플라즈마 처리하기 위한 복수의 단계의 각각이 실행되는 경우에, 마이크로파의 주파수를 단계마다 최적의 주파수로 조정할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
플라즈마 착화 단계에 있어서는, 가장 착화하기 쉬운 주파수로 설정할 수 있어, 보다 적은 전력으로 착화가 가능해져, 전극 부재의 소모, 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 착화 단계와 프로세스 단계 사이에서 조건의 변경은 필요 없고, 주파수의 변경만으로 종료하기 때문에, 프로세스 시간이 대폭 단축된다.
또한, 프로세스 단계에 있어서는, 가스종 및 조건에 따라 상이한 최적의 주파수로 설정함으로써, 마이크로파가 효율적으로 플라즈마에 흡수되어 결과적으로, 플라즈마 밀도가 높아, 플라즈마가 안정되고, 플라즈마 밀도의 면내 균일성이 높아, 장치마다의 프로세스 조건의 차가 적은 플라즈마 처리 방법을 제공할 수 있다.
플라즈마 상태가 변화하는 소위 모드 점프가 생기는 주파수 영역을 피하는 주파수로 설정함으로써 안정된 마진이 넓은 플라즈마를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 처리의 흐름의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략을 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시형태에 있어서의 PLL 발진기의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시형태에 있어서의 컨트롤러의 기능 블록의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5a는 발진 주파수와, 마이크로파의 진행파의 전력 및 튜너의 가동판의 위치와의 상관 관계를 나타내는 도면이다.
도 5b는 발진 주파수와, 마이크로파의 진행파의 전력과의 상관 관계를 나타내는 도면이다.
도 6a는 발진 주파수와, 마이크로파의 진행파의 전력, 마이크로파의 반사파의 전력 및 튜너의 가동판의 위치와의 상관 관계를 나타내는 도면이다.
도 6b는 발진 주파수와, 마이크로파의 진행파의 전력, 마이크로파의 반사파의 전력 및 튜너의 가동판의 위치와의 상관 관계를 나타내는 도면이다.
도 6c는 발진 주파수와, 마이크로파의 진행파의 전력, 마이크로파의 반사파의 전력 및 튜너의 가동판의 위치와의 상관 관계를 나타내는 도면이다.
도 6d는 발진 주파수와, 마이크로파의 진행파의 전력, 마이크로파의 반사파의 전력 및 튜너의 가동판의 위치와의 상관 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 마이크로파의 반사파의 전력이 가장 낮아지는 경우의 발진 주파수와, 마이크로파의 진행파의 전력 및 처리 용기의 내부의 압력과의 상관 관계를 나타내는 도면이다.
도 8a는 발진 주파수와, 처리 용기의 내부에 있어서의 특정 파장의 플라즈마의 발광 강도, 마이크로파의 진행파의 전력, 마이크로파의 반사파의 전력 및 튜너의 가동판의 위치와의 상관 관계를 나타내는 도면이다.
도 8b는 발진 주파수와, 처리 용기의 내부에 있어서의 특정 파장의 플라즈마의 발광 강도, 마이크로파의 진행파의 전력, 마이크로파의 반사파의 전력 및 튜너의 가동판의 위치와의 상관 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 발진 주파수와, 플라즈마 분포를 나타내는 화소값과의 상관 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은 발진 주파수와, 처리 용기의 내부에 있어서의 특정 파장의 플라즈마의 발광 강도 및 튜너의 가동판의 위치와의 상관 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은 발진 주파수와, 플라즈마 밀도와의 상관 관계를 나타내는 도면 (1)이다.
도 12는 발진 주파수와, 플라즈마 밀도와의 상관 관계를 나타내는 도면 (2)이다.
도 13은 발진 주파수와, 플라즈마 밀도와의 상관 관계를 나타내는 도면 (3)이다.
도 14는 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 이용한 플라즈마 처리 방법의 처리의 흐름의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 15는 다른 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성예를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 여러 가지 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이는 것으로 한다.
본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 처리 용기와, 처리 용기의 내부에 마련되고, 피처리체가 배치되는 배치대와, 플라즈마 반응에 이용되는 처리 가스를 처리 용기의 내부에 공급하는 가스 공급 기구와, 마이크로파 발진기를 포함하고, 그 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파를 이용하여, 처리 용기의 내부에 공급된 처리 가스를 플라즈마화하는 플라즈마 생성 기구와, 피처리체를 플라즈마 처리하기 위한 복수의 단계의 각각이 실행되는 경우에, 복수의 단계의 각각이 전환되는 타이밍에, 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수를 단계마다 미리 정해진 목표 주파수로 조정하는 조정부를 구비한다.
본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 조정부는, 복수의 단계의 각각이 전환되는 타이밍에, 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수를 단계마다 상이한 목표 주파수로 조정한다.
본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 조정부는, 또한, 전환된 단계가 실행되는 기간에 있어서, 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수를 목표 주파수로 유지한다.
본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 프로세스를 실행하기 위한 프로세스 레시피 중에, 목표 주파수가 복수의 단계의 각각에 대응시켜져 기억되고, 조정부는, 복수의 단계의 각각이 전환되는 타이밍에, 프로세스 레시피를 참조하여, 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수를, 프로세스 레시피에 있어서 전환처의 단계에 대응시켜진 목표 주파수로 조정한다.
본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 복수의 단계가 실행되기 전에, 배치대에 피처리체와는 별도의 피처리체가 배치되어 있는 상태에서, 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수와, 복수의 단계의 각각에 적용되는 미리 정해진 파라미터와의 상관 관계를 취득하는 취득부와, 취득부에 의해 취득된 상관 관계를 이용하여, 미리 정해진 조건을 만족하는 파라미터에 대응하는 마이크로파의 주파수를 목표 주파수로서 특정하는 특정부를 더 구비하고, 조정부는, 복수의 단계의 각각이 실행되는 경우에, 복수의 단계의 각각이 전환되는 타이밍에, 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수를, 특정부에 의해 특정된 목표 주파수로 조정한다.
본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 파라미터는, (1) 처리 용기의 내부에 있어서의 특정 파장의 플라즈마의 발광 강도, (2) 발광 강도의 단위 시간의 변화량, (3) 마이크로파 발진기와 처리 용기 사이의 임피던스를 정합하기 위한 튜너에 마련된 가동판의 위치, (4) 마이크로파의 진행파의 전력, (5) 마이크로파의 반사파의 전력, (6) 화상 처리에 의해 얻어진, 플라즈마 분포를 나타내는 화소값, (7) 처리 용기의 내부의 압력, (8) 처리 가스의 유량, (9) 바이어스 전력, 및 (10) 처리 용기의 내부의 플라즈마 밀도 중 적어도 어느 하나이다.
본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법은, 하나의 실시형태에 있어서, 처리 용기와, 처리 용기의 내부에 마련되고, 피처리체가 배치되는 배치대와, 플라즈마 반응에 이용되는 처리 가스를 처리 용기의 내부에 공급하는 가스 공급 기구와, 마이크로파 발진기를 포함하고, 그 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파를 이용하여, 처리 용기의 내부에 공급된 처리 가스를 플라즈마화하는 플라즈마 생성 기구를 구비한 플라즈마 처리 장치를 이용한 플라즈마 처리 방법으로서, 피처리체를 플라즈마 처리하기 위한 복수의 단계의 각각이 실행되는 경우에, 복수의 단계의 각각이 전환되는 타이밍에, 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수를 단계마다 미리 정해진 목표 주파수로 조정한다.
먼저, 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 이용한 플라즈마 처리 방법의 처리의 흐름의 일례에 대해서 설명한다. 도 1은 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 처리의 흐름의 일례를 나타내는 도면이다. 도 1에서는, 피처리체를 플라즈마 처리하기 위한 연속하는 복수의 단계인 STEP 1∼STEP 12와, 복수의 단계의 각각에 대응하는 여러 가지 조건이 나타나 있다.
도 1에 있어서, 「STEP 1」, 「STEP 5」 및 「STEP 9」는, 플라즈마 반응에 이용되는 처리 가스를 처리 용기의 내부에 공급하는 가스 공급 단계에 상당하는 것으로 한다. 또한, 「STEP 2」, 「STEP 6」 및 「STEP 10」은, 마이크로파를 이용하여 처리 가스를 플라즈마화하는 착화 단계에 상당하는 것으로 한다. 또한, 「STEP 3」, 「STEP 7」 및 「STEP 11」은, 처리 가스의 플라즈마에 의해 피처리체를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 단계에 상당하는 것으로 한다. 또한, 「STEP 4」, 「STEP 8」 및 「STEP 12」는, 배기에 의해 처리 용기의 내부를 진공 상태로 하는 진공 단계에 상당하는 것으로 한다.
일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치는, 피처리체를 플라즈마 처리하기 위한 복수의 단계의 각각이 실행되는 경우에, 복수의 단계의 각각이 전환되는 타이밍에, 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수를, 단계마다 미리 정해진 목표 주파수로 조정한다. 도 1의 예에서는, 플라즈마 처리 장치는, STEP 2의 착화 단계가 실행되는 경우에, 마이크로파의 주파수를, STEP 2의 착화 단계에 대하여 미리 정해진 목표 주파수인 「2.445 ㎓」로 조정한다. 또한, 도 1의 예에서는, 플라즈마 처리 장치는, STEP 3의 플라즈마 처리 단계가 실행되는 경우에, 마이크로파의 주파수를, STEP 3의 플라즈마 처리 단계에 대하여 미리 정해진 목표 주파수인 「2.465 ㎓」로 조정한다.
이와 같이, 일 실시형태의 플라즈마 처리 장치는, 복수의 단계의 각각이 실행되는 경우에, 복수의 단계의 각각이 전환되는 타이밍에, 마이크로파의 주파수를 단계마다 미리 정해진 목표 주파수로 조정한다. 예컨대, 플라즈마 처리 장치는, 착화 단계가 실행되는 경우, 처리 가스가 충분히 플라즈마화되는 목표 주파수로 마이크로파의 주파수를 조정한다. 또한, 예컨대, 플라즈마 처리 장치는, 플라즈마 처리 단계가 실행되는 경우, 플라즈마의 균일성이 유지되는 목표 주파수로 마이크로파의 주파수를 조정한다. 그 결과, 일 실시형태의 플라즈마 처리 장치에 따르면, 피처리체를 플라즈마 처리하기 위한 복수의 단계의 각각이 실행되는 경우에, 마이크로파의 주파수를 단계마다 최적의 주파수로 조정할 수 있다.
또한, 일 실시형태의 플라즈마 처리 장치에 따르면, 이하의 부차적인 효과도 얻어진다. 즉, 플라즈마 착화 단계에 있어서는, 가장 착화하기 쉬운 주파수로 설정할 수 있어, 보다 적은 전력으로 착화가 가능해져, 전극 부재의 소모, 파티클의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 착화 단계와 프로세스 단계 사이에서 조건의 변경은 필요 없고, 주파수의 변경만으로 종료하기 때문에, 프로세스 시간이 대폭 단축된다. 또한, 프로세스 단계에 있어서는, 가스종 및 조건에 따라 상이한 최적의 주파수로 설정함으로써, 마이크로파가 효율적으로 플라즈마에 흡수되어 결과적으로, 플라즈마 밀도가 높아, 플라즈마가 안정되고, 플라즈마 밀도의 면내 균일성이 높아, 장치마다의 프로세스 조건의 차가 적은 플라즈마 처리 방법을 제공할 수 있다. 플라즈마 상태가 변화하는 소위 모드 점프가 생기는 주파수 영역을 피하는 주파수로 설정함으로써 안정된 마진이 넓은 플라즈마를 제공할 수 있다.
다음에, 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성예를 설명한다. 도 2는 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략을 나타내는 도면이다. 도 2에 나타내는 플라즈마 처리 장치(1)는, 처리 용기(12), 스테이지(14), PLL(Phase Locked Loop) 발진기(16), 안테나(18), 유전체창(20) 및 제어부(100)를 구비한다.
처리 용기(12)는, 플라즈마 처리를 행하기 위한 처리 공간(S)을 구획하고 있다. 처리 용기(12)는, 측벽(12a) 및 바닥부(12b)를 갖는다. 측벽(12a)은, 대략 통형상으로 형성되어 있다. 이하, 측벽(12a)의 통형상의 중심에 있어서 통형상의 연장되는 축선(X)을 가상적으로 설정하고, 축선(X)의 연장 방향을 축선(X) 방향이라고 한다. 바닥부(12b)는, 측벽(12a)의 하단측에 마련되고, 측벽(12a)의 바닥측 개구를 덮는다. 바닥부(12b)에는, 배기용의 배기 구멍(12h)이 마련되어 있다. 측벽(12a)의 상단부는 개구되어 있다.
측벽(12a)의 상단부 개구는, 유전체창(20)에 의해 폐쇄되어 있다. 유전체창(20)과 측벽(12a)의 상단부 사이에는 O 링(19)이 개재되어 있다. 유전체창(20)은, O 링(19)을 개재해 측벽(12a)의 상단부에 마련된다. O 링(19)에 의해, 처리 용기(12)의 밀폐가 보다 확실하게 이루어진다. 스테이지(14)는, 처리 공간(S) 내에 수용되고, 피처리체(W)가 배치된다. 유전체창(20)은, 처리 공간(S)에 대향하는 대향면(20a)을 갖는다.
PLL 발진기(16)는, 예컨대, 2.45 ㎓의 마이크로파를 발진시킨다. PLL 발진기(16)는, 마이크로파 발진기의 일례에 상당한다.
도 3은 일 실시형태에 있어서의 PLL 발진기의 구성예를 나타내는 도면이다. PLL 발진기(16)는, 기준 신호 발생기(161), 분주기(162), 위상 비교기(163), 루프 필터(164), 전압 제어 발진기(VCO: Voltage Controlled Oscillator1)(165) 및 분주기(166)를 갖는다.
기준 신호 발생기(161)는, 미리 정해진 주파수를 갖는 기준 신호를 생성하고, 생성한 기준 신호를 분주기(162)에 출력한다.
분주기(162)는, 기준 신호 발생기(161)로부터 입력되는 기준 신호의 주파수를 1/M(M은, 정수)배하는 분주 처리를 행하고, 분주 처리에 의해 얻어진 신호를 위상 비교기(163)에 출력한다. 또한, 제어부(100)에 의해 제어된다.
위상 비교기(163)는, 분주기(162)로부터 입력되는 신호와, 분주기(166)로부터 입력되는 신호와의 위상차를 나타내는 전압 신호를 생성하고, 생성한 전압 신호를 루프 필터(164)에 출력한다.
루프 필터(164)는, 위상 비교기(163)로부터 입력되는 전압 신호로부터 고주파 성분을 제거하고, 고주파 성분이 제거된 전압 신호를 VCO(165)에 출력한다.
VCO(165)는, 전압 신호의 값에 추종하는 주파수를 갖는 마이크로파를 발진시킨다. VCO(165)에 의해 발진되는 마이크로파의 일부는, 분주기(166)에 입력된다.
분주기(166)는, VCO(165)로부터 입력되는 마이크로파의 주파수를 1/N(N은, 정수)배하는 분주 처리를 행하고, 분주 처리에 의해 얻어진 신호를 위상 비교기(163)에 출력한다. 또한, 분주기(162)에 있어서의 분주비(M)와, 분주기(166)에 있어서의 분주비(N) 중 적어도 어느 한쪽은, 후술하는 제어부(100)에 의해 제어된다. 분주비(M)와 분주비(N) 중 적어도 어느 한쪽이 제어됨으로써, PLL 발진기(16)로부터 출력되는 마이크로파의 주파수가 변동한다. PLL 발진기(16)로부터 출력되는 마이크로파의 주파수가 fout이며, 기준 신호 발생기(161)에 의해 생성되는 기준 신호의 주파수가 fin이라고 하면, fout는, 이하의 식 (1)에 의해 표현된다.
fout=fin×N/M ···(1)
도 2의 설명으로 되돌아가서. 일 실시형태에 있어서는, 플라즈마 처리 장치(1)는, 마이크로파 증폭기(21), 도파관(22), 아이솔레이터(23), 검출기(24), 검출기(25), 튜너(26), 모드 변환기(27) 및 동축 도파관(28)을 더 구비한다.
PLL 발진기(16)는, 마이크로파 증폭기(21)를 통해 도파관(22)에 접속되어 있다. 마이크로파 증폭기(21)는, PLL 발진기(16)에 의해 발진되는 마이크로파를 증폭시키고, 증폭한 마이크로파를 도파관(22)에 출력한다. 도파관(22)은, 예컨대, 직사각형 도파관이다. 도파관(22)은, 모드 변환기(27)에 접속되어 있고, 모드 변환기(27)는, 동축 도파관(28)의 상단에 접속되어 있다.
아이솔레이터(23)는, 방향성 결합기(23a)를 통해 도파관(22)에 접속되어 있다. 방향성 결합기(23a)는, 처리 용기(12)측으로부터 반사되는 마이크로파의 반사파를 추출하고, 추출한 마이크로파의 반사파를 아이솔레이터(23)에 출력한다. 아이솔레이터(23)는, 방향성 결합기(23a)로부터 입력되는 마이크로파의 반사파를 부하 등에 의해 열로 변환한다.
검출기(24)는, 방향성 결합기(24a)를 통해 도파관(22)에 접속되어 있다. 방향성 결합기(24a)는, 처리 용기(12)측을 향하는 마이크로파의 진행파를 추출하고, 추출한 마이크로파의 진행파를 검출기(24)에 출력한다. 검출기(24)는, 방향성 결합기(24a)로부터 입력되는 마이크로파의 진행파의 전력을 검출하고, 검출한 전력을 제어부(100)에 출력한다.
검출기(25)는, 방향성 결합기(25a)를 통해 도파관(22)에 접속되어 있다. 방향성 결합기(25a)는, 처리 용기(12)측으로부터 반사되는 마이크로파의 반사파를 추출하고, 추출한 마이크로파의 반사파를 검출기(25)에 출력한다. 검출기(25)는, 방향성 결합기(25a)로부터 입력되는 마이크로파의 반사파의 전력을 검출하고, 검출한 전력을 제어부(100)에 출력한다.
튜너(26)는, 도파관(22)에 마련되고, PLL 발진기(16)와, 처리 용기(12) 사이의 임피던스를 정합하는 기능을 갖는다. 튜너(26)는, 도파관(22)의 내부 공간으로 돌출 가능하게 마련된 가동판(26a, 26b)을 갖는다. 튜너(26)는, 기준 위치에 대한 가동판(26a, 26b)의 돌출 위치를 제어함으로써, PLL 발진기(16)와, 처리 용기(12) 사이의 임피던스를 정합한다.
동축 도파관(28)은, 축선(X)을 따라 연장되어 있다. 이 동축 도파관(28)은, 외측 도체(28a) 및 내측 도체(28b)를 포함하고 있다. 외측 도체(28a)는, 축선(X) 방향으로 연장되는 대략 원통 형상을 가진다. 내측 도체(28b)는, 외측 도체(28a)의 내부에 마련되어 있다. 이 내측 도체(28b)는, 축선(X)을 따라 연장되는 대략 원통 형상을 가진다.
PLL 발진기(16)에 의해 발생된 마이크로파는, 튜너(26) 및 도파관(22)을 통해 모드 변환기(27)에 도파된다. 모드 변환기(27)는, 마이크로파의 모드를 변환하고, 모드 변환 후의 마이크로파를 동축 도파관(28)에 공급한다. 동축 도파관(28)으로부터의 마이크로파는, 안테나(18)에 공급된다.
안테나(18)는, PLL 발진기(16)에 의해 발생되는 마이크로파에 기초하여, 플라즈마 여기용의 마이크로파를 방사한다. 안테나(18)는, 슬롯판(30), 유전체판(32) 및 냉각 재킷(34)을 갖는다. 안테나(18)는, 유전체창(20)의 대향면(20a)의 반대측의 면(20b) 상에 마련되고, PLL 발진기(16)에 의해 발생되는 마이크로파에 기초하여, 유전체창(20)을 통해 플라즈마 여기용의 마이크로파를 처리 공간(S)에 방사한다. 또한, PLL 발진기(16) 및 안테나(18) 등은, 처리 공간(S) 내에 도입된 처리 가스를 플라즈마화하기 위한 전자 에너지를 공급하는 플라즈마 생성 기구의 일례에 상당한다.
슬롯판(30)은, 축선(X)에 판면이 직교하는 대략 원판형으로 형성된다. 슬롯판(30)은, 유전체창(20)의 대향면(20a)의 반대측의 면(20b) 상에, 유전체창(20)과 서로 판면을 맞추어 배치된다. 슬롯판(30)에는, 축선(X)을 중심으로 하여 둘레 방향에 복수의 슬롯(30a)이 배열된다. 슬롯판(30)은, 레이디얼 라인 슬롯 안테나를 구성하는 슬롯판이다. 슬롯판(30)은, 도전성을 갖는 금속제의 원판형으로 형성된다. 슬롯판(30)에는, 복수의 슬롯(30a)이 형성된다. 또한, 슬롯판(30)의 중앙부에는, 후술하는 도관(36)이 관통 가능한 관통 구멍(30d)이 형성된다.
유전체판(32)은, 판면이 축선(X)에 직교하는 대략 원판형으로 형성된다. 유전체판(32)은, 슬롯판(30)과 냉각 재킷(34)의 하측 표면 사이에 마련되어 있다. 유전체판(32)은, 예컨대 석영제이며, 대략 원판 형상을 가진다.
냉각 재킷(34)의 표면은, 도전성을 갖는다. 냉각 재킷(34)은, 내부에 냉매가 통류 가능한 유로(34a)가 형성되어 있고, 냉매의 통류에 의해 유전체판(32) 및 슬롯판(30)을 냉각한다. 냉각 재킷(34)의 상부 표면에는, 외측 도체(28a)의 하단이 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 내측 도체(28b)의 하단은, 냉각 재킷(34) 및 유전체판(32)의 중앙 부분에 형성된 구멍을 통하여, 슬롯판(30)에 전기적으로 접속되어 있다.
동축 도파관(28)으로부터의 마이크로파는, 유전체판(32)에 전파되고, 슬롯판(30)의 슬롯(30a)으로부터 유전체창(20)을 통해, 처리 공간(S) 내에 도입된다. 일 실시형태에 있어서는, 동축 도파관(28)의 내측 도체(28b)의 내부 구멍에는, 도관(36)이 통과한다. 슬롯판(30)의 중앙부에는, 도관(36)이 관통 가능한 관통 구멍(30d)이 형성되어 있다. 도관(36)은, 축선(X)을 따라 연장되어 있고, 가스 공급계(38)에 접속된다.
가스 공급계(38)는, 도관(36)에 피처리체(W)를 처리하기 위한 처리 가스를 공급한다. 가스 공급계(38)는, 가스원(38a), 밸브(38b) 및 유량 제어기(38c)를 포함할 수 있다. 가스원(38a)은, 처리 가스의 가스원이다. 밸브(38b)는, 가스원(38a)으로부터의 처리 가스의 공급 및 공급 정지를 전환한다. 유량 제어기(38c)는, 예컨대, 매스 플로우 컨트롤러이며, 가스원(38a)으로부터의 처리 가스의 유량을 조정한다. 또한, 가스 공급계(38)는, 플라즈마 반응에 이용되는 처리 가스를 처리 공간(S)에 도입하는 가스 공급 기구의 일례에 상당한다.
일 실시형태에 있어서는, 플라즈마 처리 장치(1)는, 인젝터(41)를 더 구비할 수 있다. 인젝터(41)는, 도관(36)으로부터의 가스를 유전체창(20)에 형성된 관통 구멍(20h)에 공급한다. 유전체창(20)의 관통 구멍(20h)에 공급된 가스는, 처리 공간(S)에 공급된다. 이하의 설명에서는, 도관(36), 인젝터(41) 및 관통 구멍(20h)에 의해 구성되는 가스 공급 경로를, 「중앙 가스 도입부」라고 하는 경우가 있다.
스테이지(14)는, 축선(X) 방향에 있어서 유전체창(20)과 대면하도록 마련되어 있다. 이 스테이지(14)는, 유전체창(20)과 그 스테이지(14) 사이에 처리 공간(S)을 두도록 마련되어 있다. 스테이지(14) 상에는, 피처리체(W)가 배치된다. 일 실시형태에 있어서는, 스테이지(14)는, 받침(14a), 포커스링(14b) 및 정전 척(14c)을 포함한다. 스테이지(14)는, 배치대의 일례에 상당한다.
받침(14a)은, 통형 지지부(48)에 의해 지지되어 있다. 통형 지지부(48)는, 절연성의 재료로 구성되어 있고, 바닥부(12b)로부터 수직 상방으로 연장되어 있다. 또한, 통형 지지부(48)의 외주에는, 도전성의 통형 지지부(50)가 마련되어 있다. 통형 지지부(50)는, 통형 지지부(48)의 외주를 따라 처리 용기(12)의 바닥부(12b)로부터 수직 상방으로 연장되어 있다. 이 통형 지지부(50)와 측벽(12a) 사이에는, 환형의 배기로(51)가 형성되어 있다.
배기로(51)의 상부에는, 복수의 관통 구멍이 마련된 환형의 배플판(52)이 부착되어 있다. 배기 구멍(12h)의 하부에는 배기관(54)을 통해 배기 장치(56)가 접속되어 있다. 배기 장치(56)는, 자동 압력 제어 밸브(APC: Automatic Pressure Control valve)와, 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 갖는다. 배기 장치(56)에 의해, 처리 용기(12) 내의 처리 공간(S)을 원하는 진공도까지 감압할 수 있다.
받침(14a)은 고주파 전극을 겸한다. 받침(14a)에는, 급전봉(62) 및 매칭 유닛(60)을 통해, RF 바이어스용의 고주파 전원(58)이 전기적으로 접속되어 있다. 고주파 전원(58)은, 피처리체(W)에 인입하는 이온의 에너지를 제어하기에 알맞은 일정한 주파수, 예컨대, 13.65 ㎒의 고주파 전력(이하, 적절하게 「바이어스 전력」이라고 함)을 미리 정해진 파워로 출력한다. 매칭 유닛(60)은, 고주파 전원(58)측의 임피던스와, 주로 전극, 플라즈마, 처리 용기(12)라고 하는 부하측의 임피던스 사이에서 정합을 취하기 위한 정합기를 수용하고 있다. 이 정합기 중에 자기 바이어스 생성용의 블로킹 콘덴서가 포함되어 있다.
받침(14a)의 상면에는, 정전 척(14c)이 마련되어 있다. 정전 척(14c)은, 피처리체(W)를 정전 흡착력으로 유지한다. 정전 척(14c)의 직경 방향 외측에는, 피처리체(W)의 주위를 환형으로 둘러싸는 포커스 링(14b)이 마련되어 있다. 정전 척(14c)은, 전극(14d), 절연막(14e) 및 절연막(14f)을 포함한다. 전극(14d)은, 도전막에 의해 구성되어 있고, 절연막(14e)과 절연막(14f) 사이에 마련되어 있다. 전극(14d)에는, 고압의 직류 전원(64)이 스위치(66) 및 피복선(68)을 통해 전기적으로 접속되어 있다. 정전 척(14c)은, 직류 전원(64)으로부터 인가되는 직류 전압에 의해 발생하는 쿨롱력에 의해, 피처리체(W)를 흡착 유지할 수 있다.
받침(14a)의 내부에는, 둘레 방향으로 연장되는 환형의 냉매실(14g)이 마련되어 있다. 이 냉매실(14g)에는, 칠러 유닛(도시하지 않음)으로부터 배관(70, 72)을 통해 미리 정해진 온도의 냉매, 예컨대, 냉각수가 순환 공급된다. 냉매의 온도에 의해 정전 척(14c)의 상면 온도가 제어된다. 전열 가스, 예컨대, He 가스가 가스 공급관(74)을 통해 정전 척(14c)의 상면과 피처리체(W)의 이면 사이에 공급되고, 이 정전 척(14c)의 상면 온도에 의해 피처리체(W)의 온도가 제어된다.
일 실시형태에 있어서는, 플라즈마 처리 장치(1)는, 분광 센서(80), 진공계(81) 및 플라즈마 분포 촬영 카메라(82)를 더 구비한다. 분광 센서(80)는, 처리 용기(12)의 내부에 있어서의 특정 파장의 플라즈마의 발광 강도를 검출하고, 검출한 발광 강도를 제어부(100)에 출력한다. 진공계(81)는, 처리 용기(12)의 내부의 압력을 계측하고, 계측한 압력을 제어부(100)에 출력한다. 플라즈마 분포 촬영 카메라(82)는, 처리 공간(S)의 플라즈마 분포를 촬영하고, 촬영에 의해 얻어진 화상을 제어부(100)에 출력한다.
제어부(100)는, 플라즈마 처리 장치(1)를 구성하는 각부에 접속되고, 각부를 통괄 제어한다. 제어부(100)는, CPU(Central Processing Unit)를 구비한 컨트롤러(101)와, 사용자 인터페이스(102)와, 기억부(103)를 구비한다.
컨트롤러(101)는, 기억부(103)에 기억된 프로그램 및 처리 레시피를 실행함으로써, PLL 발진기(16), 스테이지(14), 가스 공급계(38), 배기 장치(56), 분광 센서(80), 진공계(81) 및 플라즈마 분포 촬영 카메라(82) 등의 각부를 통괄 제어한다.
사용자 인터페이스(102)는, 공정 관리자가 플라즈마 처리 장치(1)를 관리하기 위해 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나 터치 패널, 플라즈마 처리 장치(1)의 가동 상황 등을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등을 갖는다.
기억부(103)에는, 플라즈마 처리 장치(1)에서 실행되는 각종 처리를 컨트롤러(101)의 제어에 의해 실현하기 위한 제어 프로그램(소프트웨어)이나, 처리 조건 데이터 등이 기록된, 프로세스를 실행하기 위한 프로세스 레시피 등이 보존되어 있다. 일 실시형태에서는, 프로세스 레시피 중에, 목표 주파수가 복수의 단계의 각각에 대응시켜져 기억된다. 예컨대, 프로세스 레시피는, 도 1에 나타낸 양태로 목표 주파수와 복수의 단계의 각각을 대응시켜 기억한다. 컨트롤러(101)는, 사용자 인터페이스(102)로부터의 지시 등, 필요에 따라, 각종 제어 프로그램을 기억부(103)로부터 호출하여 실행함으로써, 여러 가지 기능 블록을 실현시킨다.
도 4는 일 실시형태에 있어서의 컨트롤러의 기능 블록의 일례를 나타내는 도면이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 컨트롤러(101)는, 기능 블록으로서, 상관 관계 취득부(111), 목표 주파수 특정부(112) 및 주파수 조정부(113)를 갖는다.
상관 관계 취득부(111)는, 복수의 단계가 실행되기 전에, 스테이지(14)에 피처리체(W)와는 별도의 피처리체가 배치되어 있는 상태에서, PLL 발진기(16)에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수(이하, 적절하게 「발진 주파수」라고 함)와, 복수의 단계의 각각에 적용되는 미리 정해진 파라미터와의 상관 관계를 취득한다. 여기서, 피처리체(W)와는 별도의 피처리체란, 예컨대, 산화막이 형성된 실리콘 기판 등의 더미 웨이퍼이다. 또한, 상관 관계란, 어떠한 규칙성에 의해 발진 주파수와 미리 정해진 파라미터를 관련시키는 관계를 가리킨다. 또한, 파라미터는, (1) 처리 용기(12)의 내부에 있어서의 특정 파장의 플라즈마의 발광 강도, (2) 발광 강도의 단위 시간의 변화량, (3) PLL 발진기(16)와 처리 용기(12) 사이의 임피던스를 정합하기 위한 튜너(26)에 마련된 가동판(26a, 26b)의 위치, (4) 마이크로파의 진행파의 전력, (5) 마이크로파의 반사파의 전력, (6) 화상 처리에 의해 얻어진, 플라즈마 분포를 나타내는 화소값, (7) 처리 용기(12)의 내부의 압력, (8) 처리 가스의 유량, (9) 바이어스 전력, 및 (10) 처리 용기(12)의 내부의 플라즈마 밀도 중 적어도 어느 하나이다.
여기서, 상관 관계 취득부(111)에 의한 상관 관계 취득 처리의 일례를 설명한다. 상관 관계 취득부(111)는, 복수의 단계가 실행되기 전에, 스테이지(14)에 피처리체(W)와는 별도의 피처리체가 배치되어 있는 상태에서, 복수의 단계의 각각에 적용되는 미리 정해진 파라미터를 취득한다. 예컨대, 상관 관계 취득부(111)는, 분광 센서(80)로부터 상기 (1) 및 (2)에서 서술한 파라미터를 취득한다. 또한, 상관 관계 취득부(111)는, 튜너(26)로부터 상기 (3)에서 서술한 파라미터를 취득한다. 또한, 상관 관계 취득부(111)는, 검출기(24)로부터 상기 (4)에서 서술한 파라미터를 취득한다. 또한, 상관 관계 취득부(111)는, 검출기(25)로부터 상기 (5)에서 서술한 파라미터를 취득한다. 또한, 상관 관계 취득부(111)는, 플라즈마 분포 촬영 카메라(82)로부터 입력되는 화상 데이타에 미리 정해진 화상 처리를 실시함으로써 상기 (6)에서 서술한 파라미터를 취득한다. 또한, 상관 관계 취득부(111)는, 진공계(81)로부터 상기 (7)에서 서술한 파라미터를 취득한다. 또한, 상관 관계 취득부(111)는, 유량 제어기(38c)로부터 상기 (8)에서 서술한 파라미터를 취득한다. 또한, 상관 관계 취득부(111)는, 고주파 전원(58)으로부터 상기 (9)에서 서술한 파라미터를 취득한다. 또한, 상관 관계 취득부(111)는, 처리 용기(12)에 부착된 플라즈마 밀도 측정기(도시되지 않음)로부터 상기 (10)에서 서술한 파라미터를 취득한다. 계속해서, 상관 관계 취득부(111)는, 발진 주파수에 대한 파라미터의 변동을 그래프화함으로써, 발진 주파수와 파라미터와의 상관 관계를 취득한다.
목표 주파수 특정부(112)는, 상관 관계 취득부(111)에 의해 취득된 상관 관계를 이용하여, 미리 정해진 조건을 만족하는 파라미터에 대응하는 마이크로파의 주파수를 목표 주파수로서 특정한다. 목표 주파수란, 피처리체(W)를 플라즈마 처리하기 위한 복수의 단계의 각각에 대하여 미리 정해진 주파수이다. 예컨대, 목표 주파수는, 마이크로파를 이용하여 처리 가스를 플라즈마화하는 착화 단계에 관해서, 처리 가스가 충분히 플라즈마화되도록, 미리 정해진다. 또한, 예컨대, 목표 주파수는, 처리 가스의 플라즈마에 의해 피처리체(W)를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 단계에 관해서, 플라즈마의 균일성이 유지되도록, 미리 정해진다.
또한, 목표 주파수 특정부(112)는, 특정한 목표 주파수를 프로세스 레시피의 일부로서 기억부(103)에 저장하도록 하여도 좋다. 이 경우, 기억부(103)에 보존된 프로세스 레시피 중에, 목표 주파수가 복수의 단계의 각각에 대응시켜져 기억된다.
여기서, 상관 관계 취득부(111)에 의해 취득된 상관 관계의 일례에 대해 복수 예를 들면서, 목표 주파수 특정부(112)에 의한 목표 주파수 특정 처리의 일례를 설명한다. 도 5a는 발진 주파수와, 마이크로파의 진행파의 전력 및 튜너의 가동판의 위치와의 상관 관계를 나타내는 도면이다. 도 5a에 나타내는 상관 관계는, 상관 관계 취득부(111)에 의해 취득된다. 도 5a에 있어서, 횡축은 PLL 발진기(16)에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수, 즉, 발진 주파수[㎓]를 나타내고, 종축은 마이크로파의 진행파의 전력[W] 및 튜너(26)의 가동판(26a, 26b)의 위치[㎜]를 나타내고 있다. 또한, 도 5a에 있어서, 그래프(501)는, 처리 용기(12)의 내부에 있어서 처리 가스의 플라즈마가 발생한 경우의 마이크로파의 진행파의 전력의 추이를 나타내는 그래프이다. 또한, 그래프(502)는, 튜너(26)의 가동판(26a)의 위치의 추이를 나타내는 그래프이다. 또한, 그래프(503)는, 튜너(26)의 가동판(26b)의 위치의 추이를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 5a에 있어서, 착색 영역은, 처리 용기(12)의 내부에 있어서 처리 가스의 플라즈마가 발생하지 않은 경우의 발진 주파수를 나타내고 있다. 또한, 도 5a에서는, 처리 가스로서 Ar: 500 sccm이 이용되고, 처리 용기(12)의 내부의 압력으로서 13.3 ㎩(100 mTorr)가 이용된 것으로 한다.
도 5a의 그래프(501)에 나타내는 바와 같이, 발진 주파수가 2.43 ㎓∼2.45 ㎓의 범위에 존재하는 경우에, 처리 용기(12)의 내부에 있어서 처리 가스의 플라즈마가 발생한 경우의 마이크로파의 진행파의 전력이, 가장 낮아진다. 바꾸어 말하면, 처리 용기(12)의 내부에 있어서 처리 가스의 플라즈마가 발생한 경우의 마이크로파의 진행파의 전력이 가장 낮아진다고 하는 미리 정해진 조건을 만족하는 경우에, 미리 정해진 조건을 만족하는 파라미터에 대응하는 마이크로파의 주파수는, 2.43 ㎓∼2.45 ㎓의 범위에 존재한다. 즉, 마이크로파의 주파수가 2.43 ㎓∼2.45 ㎓의 범위에 존재하는 경우, 마이크로파를 이용하여 처리 가스를 플라즈마화하는 착화 단계에 있어서 처리 가스가 충분히 플라즈마화될 가능성이 높다. 이 때문에, 목표 주파수 특정부(112)는, 2.43 ㎓∼2.45 ㎓의 범위로부터 마이크로파의 주파수를 선택하고, 선택한 마이크로파의 주파수를, 착화 단계에 대하여 미리 정해진 목표 주파수로서 특정한다.
도 5b는 발진 주파수와, 마이크로파의 진행파의 전력과의 상관 관계를 나타내는 도면이다. 도 5b에 나타내는 상관 관계는, 상관 관계 취득부(111)에 의해 취득된다. 도 5b에 있어서, 횡축은, PLL 발진기(16)에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수, 즉, 발진 주파수[㎒]를 나타내고, 종축은, 처리 용기(12)의 내부에 있어서 처리 가스의 플라즈마가 발생한 경우의 마이크로파의 진행파의 전력[W]을 나타내고 있다. 또한, 도 5b에서는, 처리 가스로서 Ar: 500 sccm이 이용되고, 처리 용기(12)의 내부의 압력으로서 2.67 ㎩(20 mTorr)가 이용된 것으로 한다.
도 5b에 나타내는 바와 같이, 발진 주파수가 2440 ㎒ 및 2464 ㎒인 경우에, 처리 용기(12)의 내부에 있어서 처리 가스의 플라즈마가 발생한 경우의 마이크로파의 진행파의 전력이, 상대적으로 낮아진다. 바꾸어 말하면, 처리 용기(12)의 내부에 있어서 처리 가스의 플라즈마가 발생한 경우의 마이크로파의 진행파의 전력이 미리 정해진 임계값(예컨대, 400 W) 이하가 된다고 하는 미리 정해진 조건을 만족하는 경우에, 미리 정해진 조건을 만족하는 파라미터에 대응하는 마이크로파의 주파수는, 2440 ㎒ 및 2464 ㎒가 된다. 즉, 마이크로파의 주파수가 2440 ㎒ 및 2464 ㎒인 경우, 착화 단계에 있어서, 보다 낮은 마이크로파의 진행파의 전력에 의해 처리 가스를 플라즈마화할 수 있다. 이 때문에, 목표 주파수 특정부(112)는, 2440 ㎒ 및 2464 ㎒ 중 어느 하나를 마이크로파의 주파수로서 선택하고, 선택한 마이크로파의 주파수를, 착화 단계에 대하여 미리 정해진 목표 주파수로서 특정한다.
도 6a∼도 6d는 발진 주파수와, 마이크로파의 진행파의 전력, 마이크로파의 반사파의 전력 및 튜너의 가동판의 위치와의 상관 관계를 나타내는 도면이다. 도 6a∼도 6d에 나타내는 상관 관계는, 상관 관계 취득부(111)에 의해 취득된다. 도 6a∼도 6d에 있어서, 횡축은 PLL 발진기(16)에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수, 즉, 발진 주파수[㎓]를 나타내고, 종축은 마이크로파의 진행파의 전력[㏈m], 마이크로파의 반사파의 전력[㏈m] 및 튜너의 가동판의 위치[㎜]를 나타내고 있다. 또한, 도 6a∼도 6d에 있어서, 그래프(511)는, 마이크로파의 진행파의 전력의 추이를 나타내는 그래프이다. 그래프(512)는, 마이크로파의 반사파의 전력의 추이를 나타내는 그래프이다. 그래프(513)는, 튜너(26)의 가동판(26a)의 위치의 추이를 나타내는 그래프이다. 그래프(514)는, 튜너(26)의 가동판(26b)의 위치의 추이를 나타내는 그래프이다.
또한, 도 6a에서는, 처리 가스로서 Ar: 500 sccm이 이용되고, 처리 용기(12)의 내부의 압력으로서 1.33 ㎩(10 mTorr)가 이용된 것으로 한다. 또한, 도 6b에서는, 처리 가스로서 Ar: 500 sccm이 이용되고, 처리 용기(12)의 내부의 압력으로서 2.67 ㎩(20 mTorr)가 이용된 것으로 한다. 또한, 도 6c에서는, 처리 가스로서 Ar: 500 sccm이 이용되고, 처리 용기(12)의 내부의 압력으로서 5.33 ㎩(40 mTorr)가 이용된 것으로 한다. 또한, 도 6d에서는, 처리 가스로서 Ar: 500 sccm이 이용되고, 처리 용기(12)의 내부의 압력으로서 6.67 ㎩(50 mTorr)가 이용된 것으로 한다.
도 6a의 그래프(512)에 나타내는 바와 같이, 처리 용기(12)의 내부의 압력이 10 mTorr인 상태에서는, 발진 주파수가 2.495 ㎓인 경우에, 마이크로파의 반사파의 전력이, 가장 낮아진다. 바꾸어 말하면, 마이크로파의 반사파의 전력이 가장 낮아진다고 하는 미리 정해진 조건을 만족하는 경우에, 미리 정해진 조건을 만족하는 파라미터에 대응하는 마이크로파의 주파수는, 2.495 ㎓이다. 즉, 마이크로파의 주파수가 2.495 ㎓인 경우, 플라즈마에 대한 마이크로파의 반사파의 영향이 억제되기 때문에, 처리 가스의 플라즈마에 의해 피처리체를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 단계에 있어서 플라즈마의 균일성이 유지될 가능성이 높다. 이 때문에, 목표 주파수 특정부(112)는, 2.495 ㎓를, 플라즈마 처리 단계에 대하여 미리 정해진 목표 주파수로서 특정한다.
또한, 도 6b의 그래프(512)에 나타내는 바와 같이, 처리 용기(12)의 내부의 압력이 20 mTorr인 상태에서는, 발진 주파수가 2.47 ㎓인 경우에, 마이크로파의 반사파의 전력이, 가장 낮아진다. 바꾸어 말하면, 마이크로파의 반사파의 전력이 가장 낮아진다고 하는 미리 정해진 조건을 만족하는 경우에, 미리 정해진 조건을 만족하는 파라미터에 대응하는 마이크로파의 주파수는, 2.47 ㎓이다. 즉, 마이크로파의 주파수가 2.47 ㎓인 경우, 플라즈마에 대한 마이크로파의 반사파의 영향이 억제되기 때문에, 처리 가스의 플라즈마에 의해 피처리체를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 단계에 있어서 플라즈마의 균일성이 유지될 가능성이 높다. 이 때문에, 목표 주파수 특정부(112)는, 2.47 ㎓를, 플라즈마 처리 단계에 대하여 미리 정해진 목표 주파수로서 특정한다.
또한, 도 6c의 그래프(512)에 나타내는 바와 같이, 처리 용기(12)의 내부의 압력이 40 mTorr인 상태에서는, 발진 주파수가 2.495 ㎓인 경우에, 마이크로파의 반사파의 전력이, 가장 낮아진다. 바꾸어 말하면, 마이크로파의 반사파의 전력이 가장 낮아진다고 하는 미리 정해진 조건을 만족하는 경우에, 미리 정해진 조건을 만족하는 파라미터에 대응하는 마이크로파의 주파수는, 2.495 ㎓이다. 즉, 마이크로파의 주파수가 2.495 ㎓인 경우, 플라즈마에 대한 마이크로파의 반사파의 영향이 억제되기 때문에, 처리 가스의 플라즈마에 의해 피처리체를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 단계에 있어서 플라즈마의 균일성이 유지될 가능성이 높다. 이 때문에, 목표 주파수 특정부(112)는, 2.495 ㎓를, 플라즈마 처리 단계에 대하여 미리 정해진 목표 주파수로서 특정한다.
또한, 도 6d의 그래프(512)에 나타내는 바와 같이, 처리 용기(12)의 내부의 압력이 50 mTorr인 상태에서는, 발진 주파수가 2.5 ㎓인 경우에, 마이크로파의 반사파의 전력이, 가장 낮아진다. 바꾸어 말하면, 마이크로파의 반사파의 전력이 가장 낮아진다고 하는 미리 정해진 조건을 만족하는 경우에, 미리 정해진 조건을 만족하는 파라미터에 대응하는 마이크로파의 주파수는, 2.5 ㎓이다. 즉, 마이크로파의 주파수가 2.5 ㎓인 경우, 플라즈마에 대한 마이크로파의 반사파의 영향이 억제되기 때문에, 처리 가스의 플라즈마에 의해 피처리체를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 단계에 있어서 플라즈마의 균일성이 유지될 가능성이 높다. 이 때문에, 목표 주파수 특정부(112)는, 2.5 ㎓를, 플라즈마 처리 단계에 대하여 미리 정해진 목표 주파수로서 특정한다.
도 7은 마이크로파의 반사파의 전력이 가장 낮아지는 경우의 발진 주파수와, 마이크로파의 진행파의 전력 및 처리 용기의 내부의 압력과의 상관 관계를 나타내는 도면이다. 도 7에 나타내는 상관 관계는, 상관 관계 취득부(111)에 의해 취득된다. 도 7에 있어서, 횡축은, 마이크로파의 진행파의 전력[W]을 나타내고, 종축은, 마이크로파의 반사파의 전력이 가장 낮아지는 경우의 발진 주파수, 즉, 공명주파수[㎓]를 나타내고 있다. 또한, 도 7에 있어서, 그래프(521)는, 처리 용기(12)의 내부의 압력이 1.33 ㎩(10 mTorr)인 경우의 공명 주파수의 추이를 나타내는 그래프이다. 그래프(522)는, 처리 용기(12)의 내부의 압력이 2.67 ㎩(20 mTorr)인 경우의 공명 주파수의 추이를 나타내는 그래프이다. 그래프(523)는, 처리 용기(12)의 내부의 압력이 4.00 ㎩(30 mTorr)인 경우의 공명 주파수의 추이를 나타내는 그래프이다. 그래프(524)는, 처리 용기(12)의 내부의 압력이 5.33 ㎩(40 mTorr)인 경우의 공명 주파수의 추이를 나타내는 그래프이다. 그래프(525)는, 처리 용기(12)의 내부의 압력이 6.67 ㎩(50 mTorr)인 경우의 공명 주파수의 추이를 나타내는 그래프이다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 마이크로파의 주파수가 공명 주파수인 경우, 플라즈마에 대한 마이크로파의 반사파의 영향이 억제되기 때문에, 처리 가스의 플라즈마에 의해 피처리체를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 단계에 있어서 플라즈마의 균일성이 유지될 가능성이 높다. 이 때문에, 목표 주파수 특정부(112)는, 공명 주파수를, 플라즈마 처리 단계에 대하여 미리 정해진 목표 주파수로서 특정한다.
도 8a 및 도 8b는 발진 주파수와, 처리 용기의 내부에 있어서의 특정 파장의 플라즈마의 발광 강도, 마이크로파의 진행파의 전력, 마이크로파의 반사파의 전력 및 튜너의 가동판의 위치와의 상관 관계를 나타내는 도면이다. 도 8a 및 도 8b에 나타내는 상관 관계는, 상관 관계 취득부(111)에 의해 취득된다. 도 8a 및 도 8b에 있어서, 횡축은, PLL 발진기(16)에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수, 즉, 발진 주파수[㎓]를 나타내고, 종축은, 마이크로파의 진행파의 전력[㏈m], 마이크로파의 반사파의 전력[㏈m], 튜너의 가동판의 위치[㎜] 및 플라즈마의 발광 강도[abu]를 나타내고 있다.
또한, 도 8a에 있어서, 그래프(531)는, 처리 용기(12)의 내부에 처리 가스로서 Ar: 500 sccm을 공급한 경우의, Ar에 대응하는 파장의 플라즈마의 발광 강도의 추이를 나타내는 그래프이다. 그래프(532)는, 마이크로파의 진행파의 전력의 추이를 나타내는 그래프이다. 그래프(533)는, 마이크로파의 반사파의 전력의 추이를 나타내는 그래프이다. 그래프(534)는, 튜너(26)의 가동판(26a)의 위치의 추이를 나타내는 그래프이다. 그래프(535)는, 튜너(26)의 가동판(26b)의 위치의 추이를 나타내는 그래프이다.
또한, 도 8b에 있어서, 그래프(541)는, 처리 용기(12)의 내부에 처리 가스로서 O2: 100 sccm을 공급한 경우의, O2에 대응하는 파장의 플라즈마의 발광 강도의 추이를 나타내는 그래프이다. 그래프(542)는, 마이크로파의 진행파의 전력의 추이를 나타내는 그래프이다. 그래프(543)는, 마이크로파의 반사파의 전력의 추이를 나타내는 그래프이다. 그래프(544)는, 튜너(26)의 가동판(26a)의 위치의 추이를 나타내는 그래프이다. 그래프(545)는, 튜너(26)의 가동판(26b)의 위치의 추이를 나타내는 그래프이다.
도 8a의 그래프(531)에 나타내는 바와 같이, 발진 주파수가 2.450 ㎓∼2.485 ㎓의 범위에 존재하는 경우에, Ar에 대응하는 파장의 플라즈마의 발광 강도가 비교적 높아진다. 바꾸어 말하면, Ar에 대응하는 파장의 플라즈마의 발광 강도가 비교적 높아진다고 하는 미리 정해진 조건을 만족하는 경우에, 미리 정해진 조건을 만족하는 파라미터에 대응하는 마이크로파의 주파수는, 2.450 ㎓∼2.485 ㎓의 범위에 존재한다. 즉, 마이크로파의 주파수가 2.450 ㎓∼2.485 ㎓의 범위에 존재하는 경우, Ar이 효율적으로 플라즈마화되기 때문에, Ar의 플라즈마에 의해 피처리체를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 단계에 있어서 플라즈마의 균일성이 유지될 가능성이 높다. 이 때문에, 목표 주파수 특정부(112)는, 2.450 ㎓∼2.485 ㎓의 범위로부터 마이크로파의 주파수를 선택하고, 선택한 마이크로파의 주파수를, 플라즈마 처리 단계에 대하여 미리 정해진 목표 주파수로서 특정한다.
또한, 도 8b의 그래프(541)에 나타내는 바와 같이, 발진 주파수가 2.460 ㎓∼2.480 ㎓의 범위에 존재하는 경우에, O2에 대응하는 파장의 플라즈마의 발광 강도가 비교적 높아진다. 바꾸어 말하면, O2에 대응하는 파장의 플라즈마의 발광 강도가 비교적 높아진다고 하는 미리 정해진 조건을 만족하는 경우에, 미리 정해진 조건을 만족하는 파라미터에 대응하는 마이크로파의 주파수는, 2.460 ㎓∼2.480 ㎓의 범위에 존재한다. 즉, 마이크로파의 주파수가 2.460 ㎓∼2.480 ㎓의 범위에 존재하는 경우, O2가 효율적으로 플라즈마화되기 때문에, O2의 플라즈마에 의해 피처리체를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 단계에 있어서 플라즈마의 균일성이 유지될 가능성이 높다. 이 때문에, 목표 주파수 특정부(112)는, 2.460 ㎓∼2.480 ㎓의 범위로부터 마이크로파의 주파수를 선택하고, 선택한 마이크로파의 주파수를, 플라즈마 처리 단계에 대하여 미리 정해진 목표 주파수로서 특정한다.
도 9는 발진 주파수와, 플라즈마 분포를 나타내는 화소값과의 상관 관계를 나타내는 도면이다. 도 9에 나타내는 상관 관계는, 상관 관계 취득부(111)에 의해 취득된다. 도 9에서는, 플라즈마 분포를 나타내는 화소값이 색의 농담에 의해 표시된다. 여기서는, 색이 백색에 가까울수록, 처리 용기(12)의 내부에 있어서의 플라즈마의 밀도가 크고, 백이 흑색에 가까울수록, 처리 용기(12)의 내부에 있어서의 플라즈마의 밀도가 작은 것으로 한다. 또한, 도 9에서는, 처리 가스로서 O2가 이용된 것으로 한다.
도 9의 프레임(551)에 나타내는 바와 같이, 발진 주파수가 2.460 ㎓∼2.480 ㎓의 범위에 존재하는 경우에, 플라즈마 분포를 나타내는 화소값이 미리 정해진 허용 스펙 내에서 균일화된다. 바꾸어 말하면, 플라즈마 분포를 나타내는 화소값이 미리 정해진 허용 스펙 내에서 균일화된다고 하는 미리 정해진 조건을 만족하는 경우에, 미리 정해진 조건을 만족하는 파라미터에 대응하는 마이크로파의 주파수는, 2.460 ㎓∼2.480 ㎓의 범위에 존재한다. 즉, 마이크로파의 주파수가 2.460 ㎓∼2.480 ㎓의 범위에 존재하는 경우, 처리 가스의 플라즈마에 의해 피처리체를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 단계에 있어서 플라즈마의 균일성이 유지될 가능성이 높다. 이 때문에, 목표 주파수 특정부(112)는, 2.460 ㎓∼2.480 ㎓의 범위로부터 마이크로파의 주파수를 선택하고, 선택한 마이크로파의 주파수를, 플라즈마 처리 단계에 대하여 미리 정해진 목표 주파수로서 특정한다.
도 10은 발진 주파수와, 처리 용기의 내부에 있어서의 특정 파장의 플라즈마의 발광 강도 및 튜너의 가동판의 위치와의 상관 관계를 나타내는 도면이다. 도 10에 나타내는 상관 관계는, 상관 관계 취득부(111)에 의해 취득된다. 도 10에 있어서, 도표(561)는, 발진 주파수가 2.450 ㎓인 경우의 상관 관계를 나타내고, 도표(562)는, 발진 주파수가 2.460 ㎓인 경우의 상관 관계를 나타내며, 도표(563)는, 발진 주파수가 2.470 ㎓인 경우의 상관 관계를 나타낸다. 또한, 도 10에 있어서, T1은 튜너(26)의 가동판(26a)의 위치[㎜]를 나타내고, T2는 튜너(26)의 가동판(26b)의 위치[㎜]를 나타내며, T1과 T2로 둘러싸인 값은, 처리 용기(12)의 내부에 있어서의 특정 파장의 플라즈마의 발광 강도[abu]를 나타내고 있다. 또한, 도 10에서는, 처리 가스로서 Ar이 이용된 것으로 한다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 발진 주파수가 2.460 ㎓인 경우, 발진 주파수가 2.450 ㎓ 또는 2.470 ㎓인 경우와 비교하여, 플라즈마의 발광 강도가 340 abu 이상인 범위가 넓다. 즉, 마이크로파의 주파수가 2.460 ㎓인 경우, Ar이 효율적으로 플라즈마화되고, 또한, 튜너의 가동판의 위치 마진이 확보되기 때문에, 플라즈마 처리 단계에 있어서 플라즈마의 균일성이 유지될 가능성이 높다. 이 때문에, 목표 주파수 특정부(112)는, 2.460 ㎓를, 플라즈마 처리 단계에 대하여 미리 정해진 목표 주파수로서 특정한다.
도 11은 발진 주파수와, 플라즈마 밀도와의 상관 관계를 나타내는 도면 (1)이다. 도 11에 나타내는 상관 관계는, 상관 관계 취득부(111)에 의해 취득된다. 도 11에 있어서, 횡축은, PLL 발진기(16)에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수, 즉, 발진 주파수[㎓]를 나타내고, 종축은, 처리 용기(12)의 내부의 플라즈마 밀도의 일례인 이온 밀도[atoms/㎤]를 나타내고 있다.
도 11에 있어서, 그래프(571)는, 유전체창(20)의 하면으로부터 100 ㎜ 하방의 위치로서, 더미 웨이퍼의 센터 위치에 대응하는 위치에 있어서의 이온 밀도(이하 「센터 위치 이온 밀도」라고 함)의 추이를 나타내는 그래프이다. 그래프(572)는, 유전체창(20)의 하면으로부터 100 ㎜ 하방의 위치로서, 더미 웨이퍼의 엣지 위치에 대응하는 위치에 있어서의 이온 밀도(이하 「엣지 위치 이온 밀도」라고 함)의 추이를 나타내는 그래프이다.
또한, 도 11에서는, 처리 가스로서 He: 500 sccm가 이용되고, 마이크로파의 진행파의 전력으로서 1.5 ㎾가 이용되며, 처리 용기(12)의 내부의 압력으로서 100 mTorr가 이용된 것으로 한다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 발진 주파수가 2.42 ㎓∼2.44 ㎓의 범위 또는 2.464 ㎓∼2.48 ㎓의 범위에 존재하는 경우에, 센터 위치 이온 밀도 및 엣지 위치 이온 밀도가, 상대적으로 낮아진다. 바꾸어 말하면, 센터 위치 이온 밀도 및 엣지 위치 이온 밀도가 미리 정해진 임계값(예컨대, 2.5E+11 atoms/㎤) 이하가 된다고 하는 미리 정해진 조건을 만족하는 경우에, 미리 정해진 조건을 만족하는 파라미터에 대응하는 마이크로파의 주파수는, 2.42 ㎓∼2.44 ㎓의 범위 또는 2.464 ㎓∼2.48 ㎓의 범위에 존재한다. 즉, 마이크로파의 주파수가 2.42 ㎓∼2.44 ㎓의 범위 또는 2.464 ㎓∼2.48 ㎓의 범위에 존재하는 경우, 플라즈마 처리 단계에 있어서 플라즈마 밀도가 상대적으로 낮은 값으로 유지된다. 이 때문에, 목표 주파수 특정부(112)는, 플라즈마 처리 단계에 있어서 플라즈마 밀도를 상대적으로 낮은 값으로 제어하는 경우에, 2.42 ㎓∼2.44 ㎓의 범위 또는 2.464 ㎓∼2.48 ㎓의 범위로부터 마이크로파의 주파수를 선택하고, 선택한 마이크로파의 주파수를, 플라즈마 처리 단계에 대하여 미리 정해진 목표 주파수로서 특정한다.
또한, 도 11에 나타내는 바와 같이, 발진 주파수가 2.448 ㎓∼2.456 ㎓의 범위에 존재하는 경우에, 센터 위치 이온 밀도가, 상대적으로 높아진다. 바꾸어 말하면, 센터 위치 이온 밀도가 미리 정해진 임계값(예컨대, 3.0E+11 atoms/㎤) 이상이 된다고 하는 미리 정해진 조건을 만족하는 경우에, 미리 정해진 조건을 만족하는 파라미터에 대응하는 마이크로파의 주파수는, 2.448 ㎓∼2.456 ㎓의 범위에 존재한다. 즉, 마이크로파의 주파수가 2.448 ㎓∼2.456 ㎓의 범위에 존재하는 경우, 플라즈마 처리 단계에 있어서 플라즈마 밀도가 상대적으로 높은 값으로 유지된다. 이 때문에, 목표 주파수 특정부(112)는, 플라즈마 처리 단계에 있어서 플라즈마 밀도를 상대적으로 높은 값으로 제어하는 경우에, 2.448 ㎓∼2.456 ㎓의 범위로부터 마이크로파의 주파수를 선택하고, 선택한 마이크로파의 주파수를, 플라즈마 처리 단계에 대하여 미리 정해진 목표 주파수로서 특정한다.
또한, 도 11에 나타내는 바와 같이, 발진 주파수가 2.46 ㎓∼2.464 ㎓의 범위에 존재하는 경우에, 이온 밀도가 순간적으로 불연속이 되는 현상인 모드 점프가 발생한다. 바꾸어 말하면, 모드 점프가 발생하지 않는다고 하는 미리 정해진 조건을 만족하는 경우에, 미리 정해진 조건을 만족하는 파라미터에 대응하는 마이크로파의 주파수는, 2.46 ㎓∼2.464 ㎓의 범위를 제외한 범위에 존재한다. 즉, 마이크로파의 주파수가 2.46 ㎓∼2.464 ㎓의 범위를 제외한 범위에 존재하는 경우, 플라즈마 처리 단계에 있어서 모드 점프가 발생하지 않는다. 이 때문에, 목표 주파수 특정부(112)는, 2.46 ㎓∼2.464 ㎓의 범위를 제외한 범위로부터 마이크로파의 주파수를 선택하고, 선택한 마이크로파의 주파수를, 플라즈마 처리 단계에 대하여 미리 정해진 목표 주파수로서 특정한다.
도 12는 발진 주파수와, 플라즈마 밀도와의 상관 관계를 나타내는 도면 (2)이다. 도 12에 나타내는 상관 관계는, 상관 관계 취득부(111)에 의해 취득된다. 도 12에 있어서, 횡축은 더미 웨이퍼의 직경 방향의 위치[㎜]를 나타내고, 종축은 처리 용기(12)의 내부의 플라즈마 밀도의 일례인 이온 밀도[ions/㎤]를 나타내고 있다. 즉, 도 12는 더미 웨이퍼의 센터 위치를 「0」으로 하여, 더미 웨이퍼의 센터 위치로부터 「300(㎜)」의 위치까지의 이온 밀도의 분포를 나타내는 것이다. 또한, 도 12에 있어서, 더미 웨이퍼의 센터 위치로부터 「150(㎜)」의 위치가, 더미 웨이퍼의 엣지 위치인 것으로 한다.
또한, 도 12에 있어서, 그래프(581)는, 발진 주파수가 2.450 ㎓인 경우의 이온 밀도의 분포를 나타내는 그래프이다. 그래프(582)는, 발진 주파수가 2.455 ㎓인 경우의 이온 밀도의 분포를 나타내는 그래프이다. 그래프(583)는, 발진 주파수가 2.460 ㎓인 경우의 이온 밀도의 분포를 나타내는 그래프이다. 그래프(584)는, 발진 주파수가 2.465 ㎓인 경우의 이온 밀도의 분포를 나타내는 그래프이다. 그래프(585)는, 발진 주파수가 2.470 ㎓인 경우의 이온 밀도의 분포를 나타내는 그래프이다.
또한, 도 12에서는, 처리 가스로서 N2: 500 scm이 이용되고, 마이크로파의 진행파의 전력으로서 1.5 ㎾가 이용되며, 처리 용기(12)의 내부의 압력으로서 100 mTorr가 이용된 것으로 한다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 발진 주파수가 2.460 ㎓인 경우에, 더미 웨이퍼의 센터 위치에 대응하는 이온 밀도와, 엣지 위치에 대응하는 이온 밀도와의 차가, 5(ions/㎤) 이하에 속한다. 바꾸어 말하면, 더미 웨이퍼의 센터 위치에 대응하는 이온 밀도와, 엣지 위치에 대응하는 이온 밀도와의 차가 미리 정해진 임계값[예컨대, 5(ions/㎤)] 이하가 된다고 하는 미리 정해진 조건을 만족하는 경우에, 미리 정해진 조건을 만족하는 파라미터에 대응하는 마이크로파의 주파수는, 2.460 ㎓이다. 즉, 마이크로파의 주파수가 2.460 ㎓인 경우, 플라즈마 처리 단계에 있어서, 더미 웨이퍼의 센터 위치에 대응하는 이온 밀도와, 엣지 위치에 대응하는 이온 밀도와의 차가 5(ions/㎤) 이하로 제어된다. 이 때문에, 목표 주파수 특정부(112)는, 플라즈마 처리 단계에 있어서 웨이퍼의 직경 방향을 따른 플라즈마 밀도의 분포를 균일한 분포로 제어하는 경우에, 2.460 ㎓를, 플라즈마 처리 단계에 대하여 미리 정해진 목표 주파수로서 특정한다.
또한, 도 12에 나타내는 바와 같이, 발진 주파수가 2.450 ㎓ 또는 2.455 ㎓인 경우에, 더미 웨이퍼의 센터 위치에 대응하는 이온 밀도와 비교하여, 엣지 위치에 대응하는 이온 밀도가, 5(ions/㎤) 이상 높아진다. 바꾸어 말하면, 더미 웨이퍼의 센터 위치에 대응하는 이온 밀도와 비교하여, 엣지 위치에 대응하는 이온 밀도가, 5(ions/㎤) 이상 높아진다고 하는 미리 정해진 조건을 만족하는 경우에, 미리 정해진 조건을 만족하는 파라미터에 대응하는 마이크로파의 주파수는, 2.450 ㎓ 또는 2.455 ㎓이다. 즉, 마이크로파의 주파수가, 2.450 ㎓ 또는 2.455 ㎓인 경우, 플라즈마 처리 단계에 있어서, 더미 웨이퍼의 센터 위치에 대응하는 이온 밀도와 비교하여, 엣지 위치에 대응하는 이온 밀도가 높은 이온 밀도 분포가 실현된다. 이 때문에, 목표 주파수 특정부(112)는, 플라즈마 처리 단계에 있어서 웨이퍼의 엣지 위치에 대응하는 이온 밀도를 증대시키는 제어를 행하는 경우, 2.450 ㎓ 또는 2.455 ㎓를, 플라즈마 처리 단계에 대하여 미리 정해진 목표 주파수로서 특정한다.
또한, 도 12에 나타내는 바와 같이, 발진 주파수가 2.465 ㎓ 또는 2.470 ㎓인 경우에, 더미 웨이퍼의 엣지 위치에 대응하는 이온 밀도와 비교하여, 센터 위치에 대응하는 이온 밀도가, 5(ions/㎤) 이상 높아진다. 바꾸어 말하면, 더미 웨이퍼의 엣지 위치에 대응하는 이온 밀도와 비교하여, 센터 위치에 대응하는 이온 밀도가, 5(ions/㎤) 이상 높아진다고 하는 미리 정해진 조건을 만족하는 경우에, 미리 정해진 조건을 만족하는 파라미터에 대응하는 마이크로파의 주파수는, 2.465 ㎓ 또는 2.470 ㎓이다. 즉, 마이크로파의 주파수가, 2.465 ㎓ 또는 2.470 ㎓인 경우, 플라즈마 처리 단계에 있어서, 더미 웨이퍼의 엣지 위치에 대응하는 이온 밀도와 비교하여, 센터 위치에 대응하는 이온 밀도가 높은 이온 밀도 분포가 실현된다. 이 때문에, 목표 주파수 특정부(112)는, 플라즈마 처리 단계에 있어서 웨이퍼의 센터 위치에 대응하는 이온 밀도를 증대시키는 제어를 행하는 경우, 2.465 ㎓ 또는 2.470 ㎓를, 플라즈마 처리 단계에 대하여 미리 정해진 목표 주파수로서 특정한다.
도 13은 발진 주파수와, 플라즈마 밀도와의 상관 관계를 나타내는 도면 (3)이다. 도 13에 나타내는 상관 관계는, 상관 관계 취득부(111)에 의해 취득된다. 도 13에 있어서, 횡축은 마이크로파의 진행파의 전력[W]을 나타내고, 종축은 처리 용기(12)의 내부의 플라즈마 밀도의 일례인 이온 밀도[ions/㎤]를 나타내고 있다.
또한, 도 13에 있어서, 동그라미로 나타낸 포인트군(591)은, 발진 주파수가 2.44 ㎓인 경우의 이온 밀도를 나타내고 있다. 또한, 사각으로 나타낸 포인트군(592)은, 발진 주파수가 2.45 ㎓인 경우의 이온 밀도를 나타내고 있다. 또한, 삼각으로 나타낸 포인트군(593)은, 발진 주파수가 2.46 ㎓인 경우의 이온 밀도를 나타내고 있다.
도 13에 나타내는 바와 같이, 마이크로파의 진행파의 전력과, 발진 주파수의 조합에 따라서는, 이온 밀도가 순간적으로 불연속이 되는 현상인 모드 점프가 발생하는 경우가 있다. 예컨대, 마이크로파의 진행파의 전력이 약 1280 W로 설정되는 경우를 상정한다. 그렇게 되면, 발진 주파수가 2.44 ㎓인 경우에, 모드 점프가 발생한다. 바꾸어 말하면, 마이크로파의 진행파의 전력이 약 1280 W로 설정되는 경우, 마이크로파의 주파수가 2.44 ㎓를 제외한 다른 주파수(예컨대, 2.45 ㎓ 또는 2.46 ㎓)로 설정됨으로써, 플라즈마 처리 단계에 있어서 모드 점프의 발생이 회피된다. 이 때문에, 목표 주파수 특정부(112)는, 마이크로파의 진행파의 전력이 약 1280 W로 설정되는 경우, 2.44 ㎓를 제외한 다른 주파수(예컨대, 2.45 ㎓ 또는 2.46 ㎓)를, 플라즈마 처리 단계에 대하여 미리 정해진 목표 주파수로서 특정한다.
도 4의 설명으로 되돌아간다. 주파수 조정부(113)는, 피처리체(W)를 플라즈마 처리하기 위한 복수의 단계의 각각이 실행되는 경우에, 복수의 단계의 각각이 전환되는 타이밍에, PLL 발진기(16)에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수를 단계마다 미리 정해진 목표 주파수로 조정한다. 구체적으로는, 주파수 조정부(113)는, 복수의 단계의 각각이 전환되는 타이밍에, PLL 발진기(16)에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수를, 목표 주파수 특정부(112)에 의해 특정된 목표 주파수로 조정한다. 예컨대, 주파수 조정부(113)는, 마이크로파를 이용하여 처리 가스를 플라즈마화하는 착화 단계가 실행되는 경우에, PLL 발진기(16)에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수를, 착화 단계에 대하여 특정된 목표 주파수로 조정한다. 또한, 예컨대, 주파수 조정부(113)는, 처리 가스의 플라즈마에 의해 피처리체(W)를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 단계가 실행되는 경우에, PLL 발진기(16)에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수를, 플라즈마 처리 단계에 대하여 특정된 목표 주파수로 조정한다.
또한, 주파수 조정부(113)는, 복수의 단계의 각각이 전환되는 타이밍에, PLL 발진기(16)에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수를 단계마다 상이한 목표 주파수로 조정한다. 예컨대, 마이크로파를 이용하여 처리 가스를 플라즈마화하는 착화 단계가, 처리 가스의 플라즈마에 의해 피처리체(W)를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 단계로 전환되는 경우를 상정한다. 이 경우, 주파수 조정부(113)는, 착화 단계가 플라즈마 처리 단계로 전환되는 타이밍에, 마이크로파의 주파수를 착화 단계에 대응하는 목표 주파수와는 상이한, 플라즈마 처리 단계에 대응하는 목표 주파수로 조정한다.
또한, 주파수 조정부(113)는, 전환된 단계가 실행되는 기간에 있어서, PLL 발진기(16)에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수를 목표 주파수로 유지한다.
또한, 전술한 예에서는, 주파수 조정부(113)는, PLL 발진기(16)에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수를, 목표 주파수 특정부(112)에 의해 특정된 목표 주파수로 조정하는 예를 나타내었지만, 개시된 기술은 이것에는 한정되지 않는다. 예컨대, 기억부(103)에 보존된 프로세스 레시피 중에, 목표 주파수가 복수의 단계의 각각에 대응시켜져 기억되는 경우에는, 주파수 조정부(113)는, 이하와 같이 마이크로파의 주파수를 조정한다. 즉, 주파수 조정부(113)는, 복수의 단계의 각각이 전환되는 타이밍에, 프로세스 레시피를 참조하여, PLL 발진기(16)에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수를, 프로세스 레시피에 있어서 전환처의 단계에 대응시켜진 목표 주파수로 조정한다.
또한, 전술한 예에서는, 목표 주파수가 단계마다 상이한 예를 나타내었지만, 개시된 기술은 이것에는 한정되지 않고, 목표 주파수가 복수의 단계 중 적어도 2개의 단계에서 동일하여도 좋다.
다음에, 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)를 이용한 플라즈마 처리 방법의 처리의 흐름의 일례를 설명한다. 도 14는 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 이용한 플라즈마 처리 방법의 처리의 흐름의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 14에 나타내는 바와 같이, 컨트롤러(101)는, 처리 개시 타이밍이 도래하면(단계 S101; Yes), 더미 웨이퍼를 스테이지(14)에 설치한다(단계 S102).
컨트롤러(101)의 상관 관계 취득부(111)는, 기억부(103)에 보존된 프로세스 레시피를 참조하여, 프로세스 레시피에 포함되는 복수의 단계 중 하나의 단계를 선택한다(단계 S103). 상관 관계 취득부(111)는, 스테이지(14)에 더미 웨이퍼가 배치되어 있는 상태에서, PLL 발진기(16)에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수와, 선택된 단계에 적용되는 미리 정해진 파라미터와의 상관 관계를 취득한다(단계 S104).
계속해서, 목표 주파수 특정부(112)는, 상관 관계를 이용하여, 미리 정해진 조건을 만족하는 파라미터에 대응하는 마이크로파의 주파수를, 선택된 단계의 목표 주파수로서 특정한다(단계 S105).
상관 관계 취득부(111)는, 프로세스 레시피에 포함되는 모든 단계를 선택하지 않는 경우에는(단계 S106; No), 처리를 단계 S103으로 되돌린다. 한편, 상관 관계 취득부(111)는, 프로세스 레시피에 포함되는 모든 단계를 선택한 경우에는(단계 S106; Yes), 더미 웨이퍼를 처리 용기(12)의 외부에 반출한다(단계 S107).
계속해서, 목표 주파수 특정부(112)는, 프로세스 레시피에 포함되는 복수의 단계의 각각에 대응시켜, 목표 주파수를 프로세스 레시피의 일부로서 기억부(103)에 저장한다(단계 S108).
계속해서, 컨트롤러(101)는, 피처리체(W)를 스테이지(14)에 설치하고(단계 S109), 기억부(103)에 보존된 프로세스 레시피를 참조하여, 프로세스 레시피에 포함되는 복수의 단계 중 최초의 단계의 실행을 개시한다(단계 S110).
계속해서, 컨트롤러(101)의 주파수 조정부(113)는, PLL 발진기(16)에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수를, 개시되는 단계의 목표 주파수로 조정한다(단계 S111).
계속해서, 컨트롤러(101)는, 모든 단계가 실행되지 않은 경우에는(단계 S112; No), 실행 중인 단계를 다음 단계로 전환하고, 전환처의 단계의 실행을 개시하며(단계 S113), 처리를 단계 S111로 되돌린다. 단계 S111에 있어서, 주파수 조정부(113)는, PLL 발진기(16)에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수를, 프로세스 레시피에 있어서 전환처의 단계에 대응시켜진 목표 주파수로 조정한다.
한편, 컨트롤러(101)는, 모든 단계가 실행된 경우에는(단계 S112; Yes), 피처리체(W)를 처리 용기(12)의 외부에 반출하고(단계 S114), 처리를 종료한다.
전술한 바와 같이, 일 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)는, 피처리체(W)를 플라즈마 처리하기 위한 복수의 단계의 각각이 실행되는 경우에, 복수의 단계의 각각이 전환되는 타이밍에, 마이크로파의 주파수를 단계마다 미리 정해진 목표 주파수로 조정한다. 예컨대, 플라즈마 처리 장치(1)는, 착화 단계가 실행되는 경우, 처리 가스가 충분히 플라즈마화되는 목표 주파수로 마이크로파의 주파수를 조정한다. 또한, 예컨대, 플라즈마 처리 장치(1)는, 플라즈마 처리 단계가 실행되는 경우, 플라즈마의 균일성이 유지되는 목표 주파수로 마이크로파의 주파수를 조정한다. 그 결과, 일 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)에 따르면, 피처리체를 플라즈마 처리하기 위한 복수의 단계의 각각이 실행되는 경우에, 마이크로파의 주파수를 단계마다 최적의 주파수로 조정할 수 있다.
또한, 일 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)에 따르면, 이하의 부차적인 효과도 얻어진다. 즉, 플라즈마 착화 단계에 있어서는, 가장 착화하기 쉬운 주파수로 설정할 수 있고, 보다 적은 전력으로 착화가 가능해져, 전극 부재의 소모, 파티클의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 착화 단계와 프로세스 단계 사이에서 조건의 변경은 필요 없고, 주파수의 변경만으로 종료하기 때문에, 프로세스 시간이 대폭 단축된다. 또한, 프로세스 단계에 있어서는, 가스종 및 조건에 따라 상이한 최적의 주파수로 설정함으로써, 마이크로파가 효율적으로 플라즈마에 흡수되어 결과적으로, 플라즈마 밀도가 높아, 플라즈마가 안정되고, 플라즈마 밀도의 면내 균일성이 높아, 장치마다의 프로세스 조건의 차가 적은 플라즈마 처리 방법을 제공할 수 있다. 플라즈마 상태가 변화하는 소위 모드 점프가 생기는 주파수 영역을 피하는 주파수로 설정함으로써 안정된 마진이 넓은 플라즈마를 제공할 수 있다.
또한, 일 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)는, 복수의 단계가 실행되기 전에, 스테이지(14)에 더미 웨이퍼가 배치되어 있는 상태에서, 마이크로파의 주파수와, 복수의 단계의 각각에 적용되는 미리 정해진 파라미터와의 상관 관계를 취득한다. 그리고, 플라즈마 처리 장치(1)는, 상관 관계를 이용하여, 미리 정해진 조건을 만족하는 파라미터에 대응하는 마이크로파의 주파수를 목표 주파수로서 특정한다. 그리고, 플라즈마 처리 장치(1)는, 복수의 단계의 각각이 실행되는 경우에, 복수의 단계의 각각이 전환되는 타이밍에, 마이크로파의 주파수를, 상관 관계를 이용하여 특정된 목표 주파수로 조정한다. 그 결과, 일 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)에 따르면, 복수의 단계가 실행되기 전에, 단계마다 최적의 마이크로파의 주파수를 자동적으로 특정할 수 있다.
(다른 실시형태)
이상, 일 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)에 대해서 설명하였지만, 실시형태는 이것에 한정되는 것이 아니다. 이하에서는, 다른 실시형태에 대해서 설명한다.
예컨대, 도 15에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서, 검출기(24) 및 검출기(25)의 배치 위치와, 튜너(26)의 배치 위치를 교체하여도 좋다. 또한, 도 15는 다른 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성예를 나타내는 도면이다.
또한, 상기 실시형태에서는, 도파관(22)에 의해 마이크로파가 도파되는 예를 나타내었지만, 실시형태는 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 도파관(22) 대신에 동축 케이블을 이용하여 마이크로파를 도파하도록 하여도 좋다.
1 플라즈마 처리 장치 12 처리 용기
14 스테이지 16 PLL 발진기
18 안테나 20 유전체창
30 슬롯판 38 가스 공급계
80 분광 센서 81 진공계
82 플라즈마 분포 촬영 카메라 100 제어부
101 컨트롤러 102 사용자 인터페이스
103 기억부 111 상관 관계 취득부
112 목표 주파수 특정부 113 주파수 조정부

Claims (7)

  1. 처리 용기와,
    상기 처리 용기의 내부에 마련되고, 피처리체가 배치되는 배치대와,
    플라즈마 반응에 이용되는 처리 가스를 상기 처리 용기의 내부에 공급하는 가스 공급 기구와,
    마이크로파 발진기를 포함하고, 그 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파를 이용하여, 상기 처리 용기의 내부에 공급된 상기 처리 가스를 플라즈마화하는 플라즈마 생성 기구와,
    상기 피처리체를 플라즈마 처리하기 위한 복수의 단계의 각각이 실행되는 경우에, 상기 복수의 단계의 각각이 전환되는 타이밍에, 상기 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수를 단계마다 미리 정해진 목표 주파수로 조정하는 조정부
    를 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조정부는, 상기 복수의 단계의 각각이 전환되는 타이밍에, 상기 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수를 단계마다 상이한 상기 목표 주파수로 조정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 조정부는, 또한, 전환된 단계가 실행되는 기간에 있어서, 상기 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수를 상기 목표 주파수로 유지하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 프로세스를 실행하기 위한 프로세스 레시피 중에, 상기 목표 주파수가 상기 복수의 단계의 각각에 대응시켜져 기억되고,
    상기 조정부는,
    상기 복수의 단계의 각각이 전환되는 타이밍에, 상기 프로세스 레시피를 참조하여, 상기 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수를, 상기 프로세스 레시피에 있어서 전환처의 단계에 대응시켜진 상기 목표 주파수로 조정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 단계가 실행되기 전에, 상기 배치대에 상기 피처리체와는 별도의 피처리체가 배치되어 있는 상태에서, 상기 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수와, 상기 복수의 단계의 각각에 적용되는 미리 정해진 파라미터와의 상관 관계를 취득하는 취득부와,
    상기 취득부에 의해 취득된 상기 상관 관계를 이용하여, 미리 정해진 조건을 만족하는 파라미터에 대응하는 상기 마이크로파의 주파수를 상기 목표 주파수로서 특정하는 특정부
    를 더 구비하고,
    상기 조정부는, 상기 복수의 단계의 각각이 실행되는 경우에, 상기 복수의 단계의 각각이 전환되는 타이밍에, 상기 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수를, 상기 특정부에 의해 특정된 상기 목표 주파수로 조정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 파라미터는, (1) 상기 처리 용기의 내부에 있어서의 특정 파장의 플라즈마의 발광 강도, (2) 상기 발광 강도의 단위 시간의 변화량, (3) 상기 마이크로파 발진기와 상기 처리 용기 사이의 임피던스를 정합하기 위한 튜너에 마련된 가동판의 위치, (4) 상기 마이크로파의 진행파의 전력, (5) 상기 마이크로파의 반사파의 전력, (6) 화상 처리에 의해 얻어진, 플라즈마 분포를 나타내는 화소값, (7) 상기 처리 용기의 내부의 압력, (8) 상기 처리 가스의 유량, (9) 바이어스 전력, 및 (10) 상기 처리 용기의 내부의 플라즈마 밀도 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 처리 용기와,
    상기 처리 용기의 내부에 마련되고, 피처리체가 배치되는 배치대와,
    플라즈마 반응에 이용되는 처리 가스를 상기 처리 용기의 내부에 공급하는 가스 공급 기구와,
    마이크로파 발진기를 포함하고, 그 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파를 이용하여, 상기 처리 용기의 내부에 공급된 상기 처리 가스를 플라즈마화하는 플라즈마 생성 기구
    를 구비한 플라즈마 처리 장치를 이용한 플라즈마 처리 방법에 있어서,
    상기 피처리체를 플라즈마 처리하기 위한 복수의 단계의 각각이 실행되는 경우에, 상기 복수의 단계의 각각이 전환되는 타이밍에, 상기 마이크로파 발진기에 의해 발진되는 마이크로파의 주파수를 단계마다 미리 정해진 목표 주파수로 조정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
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