(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の工程が進められる空間を提供する接地されたチャンバと、
前記チャンバ内部に装着されて前記チャンバと絶縁されたチャックと、
前記チャックと接続されたチャックプラズマ電源と、
前記チャックプラズマ電源を制御する信号を出力させるシステム制御器と、
前記チャック及び接地端子間の全体チャックキャパシタンスを一定値に維持させるキャパシタンス補償機と、を含み、
前記キャパシタンス補償機は、
前記チャック及び接地端子間に接続されて少なくとも一つの可変キャパシタで構成された可変キャパシタ部と、
前記少なくとも一つの可変キャパシタのキャパシタンスを調節する可変キャパシタ制御部と、を含み、
前記可変キャパシタ制御部は、
前記少なくとも一つの可変キャパシタの電極間の間隔を変化させる動力源と、
前記チャックと接地端子間の全体チャックキャパシタンスを測定して、前記測定された全体チャックキャパシタンスに対応する電気的な信号を出力させるキャパシタンス測定機と、
前記キャパシタンス測定機の出力信号及び前記システム制御器に入力された最適の全体チャックキャパシタンスに対応する基準信号間の差に対応する電気的な信号を出力させる自動制御信号発生器と、
前記自動制御信号発生器の出力信号を増幅させて前記動力源を動作させる駆動部と、を含むことを特徴とするプラズマ装置。
【請求項２】
さらに、前記チャックの側壁周辺に設けられて前記チャンバと電気的に連結されたガス注入リングを有することを特徴とする請求項１記載のプラズマ装置。
【請求項３】
前記可変キャパシタ部は、
前記チャック及び前記接地されたチャンバで構成されるチャックキャパシタに直列連結された直列キャパシタ及び前記チャックキャパシタと並列連結された並列キャパシタ中、少なくとも一つのキャパシタを含み、前記少なくとも一つのキャパシタは可変キャパシタであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ装置。
【請求項４】
前記動力源は、回転軸を備える直流モータであり、前記回転軸の回転方向によって前記少なくとも一つの可変キャパシタの電極間の間隔が増減されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ装置。
【請求項５】
前記自動制御信号発生器は比較器を含むことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ装置。
【請求項６】
前記自動制御信号発生器は、
前記キャパシタンス測定機及び前記比較器間に介在されて前記キャパシタンス測定機の出力信号を増幅させる第１増幅器と、
前記システム制御器及び前記比較器間に介在されて前記システム制御器から出力される前記基準信号を増幅させる第２増幅器をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ装置。
【請求項７】
前記駆動部は、
前記自動制御信号発生器の出力端に接続された増幅ステージと、
前記増幅ステージの出力端及び接地端子間に介在され前記動力源と並列接続された駆動キャパシタとを含むことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ装置。
【請求項８】
前記増幅ステージは電力増幅器であることを特徴とする請求項７に記載のプラズマ装置。
【請求項９】
前記電力増幅器は、正の電源と負の電源間に直列連結されたＮＰＮバイポーラトランジスタ及びＰＮＰバイポーラトランジスタで構成されたプッシュプル増幅ステージであることを特徴とする請求項８に記載のプラズマ装置。
【請求項１０】
前記自動制御信号発生器の出力端及び前記増幅ステージの入力端間に介在されたインバータをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のプラズマ装置。
【請求項１１】
前記少なくとも一つの可変キャパシタの電極中、前記動力源によって動く駆動電極の移動範囲を制限する限界制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ装置。
【請求項１２】
前記限界制御部は、
負の限界電圧及び正の限界電圧を設定する限界電圧設定部と、
前記少なくとも一つの可変キャパシタの駆動電極の位置によって正の電源及び負の電源間の電圧中、所定の電圧を出力させる限界感知器と、
前記限界感知器の出力電圧が前記負の限界電圧より低い時、第１信号を出力させる第１出力端及び前記限界感知器の出力電圧が前記正の限界電圧より高い時、第２信号を出力させる第２出力端を有するデジタル比較部と、
前記インバータの出力端から前記インバータの入力端に順方向電流のみを許す第１整流素子と、
前記インバータの入力端から前記インバータの出力端に順方向電流のみを許す第２整流素子と、
前記第１整流素子及び前記インバータの入力端間に介在され、前記デジタル比較部の第１出力端の信号によって制御される第１スイッチと、
前記第２整流素子及び前記インバータの入力端間に介在され、前記デジタル比較部の第２出力端の信号によって制御される第２スイッチとを含むことを特徴とする請求項１１に記載のプラズマ装置。
【請求項１３】
前記自動制御信号発生器及び前記駆動部間に介在された選択スイッチと、
前記選択スイッチと接続された手動制御信号発生器をさらに備え、前記選択スイッチは、前記駆動部及び前記自動制御信号発生器を連結させたり、前記駆動部及び前記手動制御信号発生器とを連結させることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ装置。
【請求項１４】
前記手動制御信号発生器は、
正の電源及び負の電源のうち、いずれか一つを選択する電力スイッチと、
前記電力スイッチ及び接地端子間に介在され、前記選択スイッチと接続された可変端子を有する可変抵抗とを含むことを特徴とする請求項１３に記載のプラズマ装置。
【請求項１５】
前記可変キャパシタ制御部は、
前記少なくとも一つの可変キャパシタの電極間の間隔を変化させる動力源と、
前記チャックと接地端子間の全体チャックキャパシタンスを測定して前記測定された全体チャックキャパシタンスに対応する電気的な信号を前記システム制御器に伝送させるキャパシタンス測定機と、
正の電源電圧と負の電源電圧間の任意の電圧を発生させる手動制御信号発生器と、
前記手動制御信号発生器の出力信号を増幅させて前記動力源を動作させる駆動部とを含むことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ装置。
【請求項１６】
前記動力源は、回転軸を備える直流モータであり、前記回転軸の回転方向によって前記少なくとも一つの可変キャパシタの電極間の間隔が増減されることを特徴とする請求項１５に記載のプラズマ装置。
【請求項１７】
前記手動制御信号発生器は、
正の電源及び負の電源のうち、いずれか一つを選択する電力スイッチと、
前記電力スイッチ及び接地端子間に介在され、前記駆動部の入力端と接続された可変端子を有する可変抵抗とを含むことを特徴とする請求項１５に記載のプラズマ装置。
【請求項１８】
前記駆動部は、
前記手動制御信号発生器の出力端に接続された増幅ステージと、
前記増幅ステージの出力端及び接地端子間に介在され前記動力源と並列接続された駆動キャパシタとを含むことを特徴とする請求項１５に記載のプラズマ装置。
【請求項１９】
前記増幅ステージは電力増幅器であることを特徴とする請求項１８に記載のプラズマ装置。
【請求項２０】
前記手動制御信号発生器の出力端及び前記増幅ステージの入力端間に介在されたインバータをさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載のプラズマ装置。
【請求項２１】
前記少なくとも一つの可変キャパシタの電極中、前記動力源によって動く駆動電極の移動範囲を制限する限界制御部をさらに備えることを特徴とする請求項２０に記載のプラズマ装置。
【請求項２２】
前記限界制御部は、
負の限界電圧及び正の限界電圧を設定する限界電圧設定部と、
前記少なくとも一つの可変キャパシタの駆動電極の位置によって正の電源及び負の電源間の電圧中、所定の電圧を出力させる限界感知器と、
前記限界感知器の出力電圧が前記負の限界電圧より低い時、第１信号を出力させる第１出力端及び前記限界感知器の出力電圧が前記正の限界電圧より高い時、第２信号を出力させる第２出力端を有するデジタル比較部と、
前記インバータの出力端から前記インバータの入力端に順方向電流のみを許す第１整流素子と、
前記インバータの入力端から前記インバータの出力端に順方向電流のみを許す第２整流素子と、
前記第１整流素子及び前記インバータの入力端間に介在され、前記デジタル比較部の第１出力端の信号によって制御される第１スイッチと、
前記第２整流素子及び前記インバータの入力端間に介在され、前記デジタル比較部の第２出力端の信号によって制御される第２スイッチとを含むことを特徴とする請求項２１に記載のプラズマ装置。
【請求項２３】
前記チャックプラズマ電源及び前記チャック間に介在され前記チャンバの下部に設けられた誘導ラジオ周波数マッチ回路をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ装置。
【請求項２４】
前記キャパシタンス補償機は、前記誘導ラジオ周波数マッチ回路と隣接した位置に設けられることを特徴とする請求項２３に記載のプラズマ装置。
【請求項２５】
前記誘導ラジオ周波数マッチ回路は、前記キャパシタンス補償機を含むことを特徴とする請求項２３に記載のプラズマ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子の製造に用いられる装置に係り、特にプラズマを用いる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の集積度が増加することによって均一な厚さを有する物質膜を形成する蒸着技術または均一なエッチング率を有するエッチング技術についての要求が高まりつつある。これにより、イオンの種類及びイオンのエネルギーを適切に調節して物質膜を蒸着したり物質膜をエッチングするプラズマ装置が高集積半導体素子の製造に広く用いられている。具体的に、プラズマ装置は乾式エッチング工程、化学気相蒸着工程またはスパッタリング工程等に適用可能である。
【０００３】
一方、プラズマを発生させるためのエネルギー源(energy source)にはラジオ周波数発生器(radio frequency generator)が広く用いられている。
【０００４】
図１は、従来技術によるプラズマ装置の概略図であり、図２は図１に示したチャック及びガス注入リングの平面図である。
【０００５】
図１を参照すると、上部が開口されたチャンバＣＢの底部にチャックＣＫが設けられ、前記チャックＣＫとチャンバＣＢの底部との間に絶縁物質よりなるチャック支持部ＣＫＳが介在される。半導体素子が形成されるウェーハはチャックＣＫ上にローディングされる。前記チャックＣＫの側壁周辺にガス注入リング(gas injection ring ; Ｒ)が設けられ、前記ガス注入リングＲはチャンバＣＢの底部と接触しながらボルトのような固定手段ＦＸにより固定されて接地電位を有するチャンバＣＢと電気的に連結される。前記チャックＣＫとガス注入リングＲは相互所定の間隔、例えば概略１mmないし５mmの間隔を開けて設けられる。したがって、チャックＣＫとガス注入リングＲ間に間隙(gap)が存在するので、チャックＣＫ及びガス注入リングＲはチャックキャパシタを構成する。
【０００６】
前記チャンバＣＢの側壁または底部の所定領域は分岐されて真空ポンプＰと連結される。前記チャンバＣＢの開口部はチャンバのふたＣＯＶにより開閉される。前記ふたＣＯＶは絶縁体で形成される。前記ふたＣＯＶの上部にはラジオ周波数電力を発生させる第１プラズマ電源ＰＳ１と連結された電極ＥＤが設けられる。したがって、第１プラズマ電源ＰＳ１がターンオンされると、チャンバＣＢ内部にプラズマが発生される。前記第１プラズマ電源ＰＳ１と前記電極ＥＤ間には第１プラズマ電源ＰＳ１から発生されるラジオ周波数電力の伝送効率(transmission efficiency)を極大化させるための第１ラジオ周波数マッチ回路(first radio frequency matching circuit ; ＭＴ１)が介在される。前記チャックＣＫは第２プラズマ電源ＰＳ２と接続される。前記第２プラズマ電源ＰＳ２は第１プラズマ電源ＰＳ１によりチャンバＣＢ内部に発生されるプラズマをチャックＣＫ上部へ誘導するために用いられる。
【０００７】
前記ガス注入リングＲの内部にはチャンバＣＢ内部に工程ガスを供給させるためのガス注入通路が設けられる。前記ガス注入通路はガス注入管を通してガスソースが盛られたタンクＴと連結される。前記第２プラズマ電源ＰＳ２とチャックＣＫ間には第１ラジオ周波数マッチ回路と同一な機能を有する第２ラジオ周波数マッチ回路ＭＴ２が介在される。また、前記タンクＴとガス注入リングＲ間のガス注入管の所定領域にガスの流れを制御するバルブＶが設けられる。前記バルブＶ及び前記ポンプＰ等は各々プラズマ装置の動作を制御するシステム制御器ＳＣから出力されるバルブ制御信号ΦＶ及びポンプ制御信号ΦＰにより制御される。また、システム制御器ＳＣは前記第１及び第２プラズマ電源ＰＳ１、ＰＳ２から出力される信号を受け入れて第１及び第２プラズマ電源ＰＳ１、ＰＳ２のオン／オフ状態を感知する。
【０００８】
上記のようにチャックＣＫ及び接地端子間の全体チャックキャパシタンスはチャックＣＫ及びガス注入リングＲ間のチャックキャパシタンスの変化により直接的に影響を受ける。したがって、チャックキャパシタンスが変化されると、全体チャックキャパシタンスも変化される。このような全体チャックキャパシタンスはプラズマ工程に直接的に影響を及ぼす。言い換えれば、前記全体チャックキャパシタンスが変化すると、第２プラズマ電源ＰＳ２によりチャックＣＫ上部に誘起されるプラズマ及びチャックＣＫ間の電位、すなわちシース電位(sheath potential)が変化する。このようにシース電位が変化すると、プラズマ工程に対する工程変数、例えばエッチング率または蒸着率などが変化する。したがって、優秀な工程均一度を得るためにはチャックＣＫと接地端子間の全体チャックキャパシタンスを常に一定に維持させるべきである。
【０００９】
一方、プラズマ装置は半導体素子の製造に用いられる他の全ての装置と同様に、周期的に事前整備(pre-maintenance)を実施すべきである。これは、工程時間(process time)または工程回数が増えるほどチャンバの内壁に汚染物質が吸着されて工程変数を変化させる別の要因が生じるためである。したがって、プラズマ装置を分解してチャンバを含む各構成要素を洗浄した後前記分解された構成要素を再組立する事前整備を実施すべきである。この際、チャックＣＫとガス注入リングＲ間の間隙を許容された値以内に調節するためにゲージなどを用いて前記間隙を数回測定して調節する作業が要求される。このような作業は手作業で行われるので長時間が所要されるのみならず、間隙を許容範囲以内に正確に調節することがむずかしい。したがって、図２に示されたようにチャックＣＫの中心とガス注入リングＲの中心が一致しないように組立てられた場合にチャックＣＫの左側に示した第１間隙Ｇ１とチャックＣＫの右側に示した第２間隙Ｇ２が相違な値を示す場合もある。言い換えれば、チャックＣＫ及びガス注入リングＲ間の間隙が全ての位置で同一な値を示さない場合もある。このようにチャックＣＫ及びガス注入リングＲ間の間隙が全ての位置で均一でなければ、チャックキャパシタンスは許容範囲を外れることになる。これにより、全体チャックキャパシタンスが変化されて工程均一度が低下される問題点が生じる。
【００１０】
また、前記ガス注入リングＲを通して工程ガスがチャンバＣＢ内部に噴射される間に、工程ガスの圧力等に起因する物理的な力がガス注入リングＲに加えられる。ひいては、プラズマ装置を長時間用いる場合に装置それ自体の微細な振動が生じる場合がある。したがって、前記ガス注入リングＲがボルトのような固定手段ＦＸでチャンバＣＢに固定してあっても、長時間プラズマ工程が実施される間にガス注入リングＲの位置が変化される場合がある。このようにガス注入リングＲの位置が変化されると、チャックＣＫとガス注入リングＲ間の間隙が変化される。これにより、チャックキャパシタンスが変化されることはもちろん、全体チャックキャパシタンスが変化される。
【００１１】
上述のように従来のプラズマ装置は、チャックＣＫ及び接地端子間の全体チャックキャパシタンスを常に一定に維持し難いという問題点がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、事前整備作業に関係なくウェーハが置かれるチャックと接地端子間の全体チャックキャパシタンスを常に一定値に維持できるキャパシタンス補償機(capacitance compensator)を備えるプラズマ装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、工程変数を常に一定に維持できるプラズマ装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するための本発明は、所定の工程が進められる空間を提供する接地されたチャンバと、前記チャンバ内部に装着されて前記チャンバと絶縁されたチャックと、前記チャックと接続されたチャックプラズマ電源(induction plasma power source)と、前記チャックプラズマ電源を制御するシステム制御器(system controller)と、前記チャック及び接地端子間の全体チャックキャパシタンスを一定値に維持させるキャパシタンス補償機とを提供する。また、本発明は、前記チャックの側壁周辺に設けられたガス注入リングをさらに備えることもできる。前記ガス注入リングは、前記チャックから所定距離ほど離隔され、前記チャンバと電気的に連結される。
【００１５】
前記ガス注入リングはその内部にガス注入通路を備え、前記ガス注入通路を通してチャンバ内部に工程ガスが注入される。また、前記ガス注入リングは、ボルト(bolt)のような固定手段によりチャンバに固定される。
【００１６】
前記キャパシタンス補償機は、前記チャック及び接地端子間に介在された可変キャパシタ部(variable capacitor portion)と、前記可変キャパシタ部のキャパシタンスを適切に調節してチャック及び接地端子間の全体チャックキャパシタンスを常に一定に維持させる可変キャパシタ制御部(variable capacitor controller)を含む。
【００１７】
前記可変キャパシタ部は、チャック及び接地端子間に接続され、少なくとも一つの可変キャパシタを含む。さらに具体的に、前記可変キャパシタ部は、チャックおよび接地されたチャンバで構成されるチャックキャパシタに直列連結された直列キャパシタ(series capacitor)及び前記チャックキャパシタと並列連結された並列キャパシタ(parallel capacitor)中、少なくとも一つのキャパシタを含む。ここで、前記少なくとも一つのキャパシタは、可変キャパシタでなければならない。
【００１８】
本発明が前記ガス注入リングを含む場合、前記チャックキャパシタは、前記チャックおよびガス注入リングより構成される。
【００１９】
一方、前記可変キャパシタ制御部は、前記可変キャパシタ部を構成する少なくとも一つの可変キャパシタの電極間の間隔を変化させることによって、可変キャパシタ部のキャパシタンスを調節する。したがって、チャック及びガス注入リング間のチャックキャパシタンスが変化する場合に、前記可変キャパシタンスを適切に調節して、チャック及び接地端子間の全体チャックキャパシタンス(total chuck capacitance)を常に一定値に維持させることが可能である。結果的に、前記可変キャパシタンスを適切に調節することによって、チャンバの内部に設けられたチャック及びガス注入リング間の間隙を正確に調整しなくても全体チャックキャパシタンスを常に一定値に維持させることができる。ここで、本発明がガス注入リングを含まない場合、前記全体チャックキャパシタンスは前記チャックキャパシタンスと同一である。
【００２０】
前記可変キャパシタ制御部の一態様は、前記少なくとも一つの可変キャパシタの電極間の間隔を変化させる動力源(motive power source)、例えば直流モータと、前記チャックと接地端子間の全体チャックキャパシタンスを測定して所定の信号を出力させるキャパシタンス測定機(capacitance meter)と、前記キャパシタンス測定機の出力信号及び前記システム制御器に入力された所望する全体チャックキャパシタンス、すなわち最適の全体チャックキャパシタンスに対応する基準信号との差に対応する電気的な信号を出力させる自動制御信号発生器(automatic control signal generator)と、前記自動制御信号発生器の出力信号を増幅させて前記動力源を動作させる駆動部(driver portion)とを含む。ここで、前記直流モータは、少なくとも一つの可変キャパシタの電極中一つの電極、すなわち駆動電極(driving electrode)と連結された回転軸を備える。
【００２１】
前記駆動電極は、直流モータの回転軸が回転することによって移動する。したがって、直流モータの回転方向によって少なくとも一つの可変キャパシタの電極間の間隔が増減する。また、前記自動制御信号発生器は、比較器、望ましくはアナログ比較器を含む。前記アナログ比較器は、キャパシタンス測定機の出力信号及びシステム制御器に入力された最適の全体チャックキャパシタンスに対応する基準信号間の差を増幅させる。
【００２２】
また、前記可変キャパシタ制御部の一態様は、前記可変キャパシタ部及びキャパシタンス測定機間に工程状態感知器(process state sensor)をさらに備えることが望ましい。前記工程状態感知器は、チャンバ内で所定の工程、例えばエッチング工程または蒸着工程が進められる間、前記可変キャパシタ部とキャパシタンス測定機を相互電気的に隔離させる(disconnecting)機能を有する。言い換えれば、前記工程状態感知器は、チャンバ内で所定の工程が進められない場合にのみ可変キャパシタ部及びキャパシタンス測定機を相互電気的に連結させる。したがって、前記キャパシタンス測定機は、チャンバ内で所定の工程が進められない場合に全体チャックキャパシタンスを測定する。
【００２３】
また、前記可変キャパシタ制御部の一態様は、前記少なくとも一つの可変キャパシタの駆動電極の移動範囲を限定する限界制御部(limit control portion)をさらに備えることが望ましい。前記限界制御部は、可変キャパシタの駆動電極が動く範囲を限定するための負の限界電圧(negative limit voltage)及び正の限界電圧(positive limit voltage)を設定する限界電圧設定部(limit voltage setting portion)と、可変キャパシタの駆動電極の位置によって所定の電圧を発生させる限界感知器(limit sensor)と、前記限界感知器の出力電圧と前記限界設定部の限界電圧を比較して第１及び第２出力信号の中いずれか一つを発生させたり第１及び第２出力信号をすべて発生させないデジタル比較部(digital comparator)と、前記デジタル比較部の第１出力信号または第２出力信号によって前記駆動部の入力信号の極性(polarity)を反転させる整流素子(rectifying device)及びスイッチとを含む。
【００２４】
また、前記可変キャパシタ制御部の一態様は、前記限界制御部を構成するデジタル比較部の第１及び第２出力信号により各々点灯される第１及び第２発光素子を含む限界表示部(limit display portion)をさらに備えることが望ましい。
【００２５】
また、前記可変キャパシタ制御部の一態様は、前記自動制御信号発生器及び前記駆動部間に介在された選択スイッチ(selection switch)と、前記選択スイッチと接続された手動制御信号発生器(manual control signal generator)をさらに備えることもできる。前記選択スイッチは、前記駆動部の入力端を自動制御信号発生器の出力端または手動制御信号発生器の出力端と連結させる機能を有する。これにより、本発明によるプラズマ装置の可変キャパシタ制御部を自動モードまたは手動モードのうち、いずれか一つで動作させることができる。前記手動制御信号発生器は、正の電源及び負の電源のうち、いずれか一つを選択する電力スイッチ(power switch)と、前記電力スイッチ及び接地端子間に介在された可変抵抗とで構成される。
【００２６】
前記可変抵抗の可変端子(variation terminal)は、手動制御信号発生器の出力端子に該当して前記選択スイッチと接続される。したがって、可変キャパシタ制御部を手動モードで動作させようとする場合に、前記選択スイッチを用いて駆動部の入力端を手動制御信号発生器の出力端と連結させて前記電力スイッチと接続された可変抵抗の可変端子を用いて前記可変キャパシタの駆動電極の位置を調節する。
【００２７】
一方、前記可変キャパシタ制御部の他の一態様は、可変キャパシタの電極間の間隔を変化させる動力源と、チャック及び接地端子間の全体チャックキャパシタンスを測定して前記測定された全体チャックキャパシタンスに該当する信号をシステム制御器に伝送させるキャパシタンス測定機と、所望する電圧を発生させる手動制御信号発生器と、前記手動制御信号発生器から発生された電圧を増幅させて前記動力源を動作させる駆動部とを含む。このように構成された可変キャパシタ制御部は、手動モードのみで動作することが可能である。ここで、前記可変キャパシタの駆動電極が動く範囲を制限する限界制御部をさらに備えることもできる。前記限界制御部は、上述した可変キャパシタ制御部の一態様の限界制御部と同一な機能及び同一な構成を有する。
【００２８】
また、前記可変キャパシタ制御部の他の一つの形態は、前記限界制御部により動作される限界表示部をさらに備えることが望ましい。前記限界表示部は、上述の可変キャパシタ制御部の一形態の限界表示部と同一な機能及び同一な構成を有する。
【００２９】
上記の本発明によると、事前整備作業を通さなくてもチャック及び接地端子間の全体チャックキャパシタンスを常に最適の全体チャックキャパシタンスと一致するように維持させることができる。これにより、チャンバ内で実施される所定の工程に対する均一度を向上させることができる。また、本発明によると、事前整備を実施する間チャック及びガス注入リング間の間隙を精密に調節するための別途の作業が要求されない。したがって、事前整備作業に所要される時間を著しく縮められる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照しながら本発明の望ましい実施例をプラズマエッチング装置(plasma etching apparatus)を例として詳しく説明する。しかし、本発明はプラズマエッチング装置に限らず、プラズマを用いる全ての半導体製造装置、例えばプラズマ蒸着装置(plasma deposition apparatus)等にも適用することが可能である。
【００３１】
図３は、本発明によるプラズマ装置の概略図である。ここで、図１及び図２で用いられた符号と同一な符号で示した部分は同一部材を示す。
【００３２】
図３を参照すると、上部が開口されて接地されたチャンバＣＢ内にチャックＣＫが設けられる。半導体素子が形成されるウェーハは、チャックＣＫ上にローディングされる。前記チャックＣＫは、絶縁体で形成されたチャック支持台ＣＫＳによりチャンバＣＢの底部と絶縁される。前記チャックＣＫの周辺には前記チャックＣＫを包むガス注入リングＲが設けられる。前記ガス注入リングＲと前記チャックＣＫ間には、所定の間隙Ｇ１、Ｇ２が存在する。また、前記ガス注入リングＲは、ボルト(bolt)等のような固定手段ＦＸによりチャンバＣＢの底部に固定される。したがって、前記ガス注入リングＲ及びチャックＣＫ間、すなわちチャンバＣＢ及びチャックＣＫ間にチャックキャパシタンスが発生する。前記ガス注入リングＲは、その内部にガス注入通路を備え、前記ガス注入通路を通してチャンバＣＢの外部からチャンバＣＢの内部に工程ガスが注入される。前記ガス注入通路は、ガス注入管を通してチャンバＣＢの外部に設けられたガスタンクＴと連結される。
【００３３】
また、前記ガス注入管の所定領域にはバルブＶが介在され、前記バルブＶはプラズマ装置の動作を制御するシステム制御器ＳＣから出力されるバルブ制御信号ΦＶにより制御される。前記チャンバＣＢの底部または側壁の所定領域は、分岐されて真空ポンプＰと連結される。前記真空ポンプＰもシステム制御器ＳＣから出力されるポンプ制御信号ΦＰにより制御される。
【００３４】
一方、前記チャンバＣＢの開口部は、ふたＣＯＶにより開閉される。前記ふたＣＯＶは絶縁体で形成される。前記ふたＣＯＶの上部には、第１プラズマ電源(first plasma power source)ＰＳ１、例えばラジオ周波数電源（radio frequency power source)と連結されたプラズマ電極ＥＤが設けられる。前記プラズマ電極ＥＤは、誘導コイル(induction coil)等で形成する。前記プラズマ電極ＥＤと第１プラズマ電源ＰＳ１間には、第１プラズマ電源ＰＳ１から発生されるプラズマ電力の伝送効率を極大化させるための第１ラジオ周波数マッチ回路が設けられることが望ましい。前記チャックＣＫも第２プラズマ電源ＰＳ２、すなわちチャックプラズマ電源と連結される。前記チャックプラズマ電源は誘導プラズマ電源でも構わない。前記第２プラズマ電源ＰＳ２は、第１プラズマ電源ＰＳ１によりチャンバＣＢ内に発生されたプラズマをチャックＣＫ上部へ誘導する役割をする。前記第２プラズマ電源ＰＳ２及びチャックＣＫ間には、前記第１ラジオ周波数マッチ回路ＭＴ１と同一な機能を有する第２ラジオ周波数マッチ回路ＭＴ２、すなわち誘導ラジオ周波数マッチ回路(induction RF matching circuit)が介在できる。前記第１及び第２プラズマ電源ＰＳ１、ＰＳ２の出力端はシステム制御器ＳＣと接続され、システム制御器ＳＣは前記第１及び第２プラズマ電源ＰＳ１、ＰＳ２のオン／オフ状態を感知する。また、前記チャックＣＫ及びチャンバＣＢ間に本発明の特徴要素であるキャパシタンス補償機(capacitance compensator)ＣＣが介在される。
【００３５】
前記キャパシタンス補償機ＣＣは、システム制御器ＳＣに入力された最適の全体チャックキャパシタンスに該当する基準信号ΦＲＥＦ、チャンバＣＢ内部に注入される工程ガスを制御するガス信号ΦＧ、及びプラズマ信号ΦＲＦなどを用いて前記チャックＣＫ及び接地端子間の全体チャックキャパシタンスを調節する。また、前記キャパシタンス補償機ＣＣは、全体チャックキャパシタンスを測定して前記測定された全体チャックキャパシタンスに該当する信号ΦＭＣをシステム制御器ＳＣに伝送する。システム制御器ＳＣは前記測定された全体チャックキャパシタンスを示す機能を有する。
【００３６】
図４は、図３のキャパシタンス補償機ＣＣを具体的に示した回路図である。
【００３７】
図４を参照すると、キャパシタンス補償機ＣＣは、可変キャパシタ部ＣＶと前記可変キャパシタ部ＣＶのキャパシタンスを調節する可変キャパシタ制御部を含む。前記可変キャパシタ部ＣＶは、チャックＣＫ及びガス注入リングＲで構成されるチャックキャパシタＣＣＫに直列連結された直列キャパシタ(series capacitor)ＣＳと、前記直列キャパシタＣＳ及びチャックキャパシタＣＣＫに並列連結された並列キャパシタ(parallel capacitor)ＣＰとのうち、少なくとも一つのキャパシタを含む。ここで、前記少なくとも一つのキャパシタは、可変キャパシタでなければならない。前記直列キャパシタＣＳは、チャックキャパシタＣＣＫ及び接地端子（ノードＮに該当）間にまたはチャックキャパシタＣＣＫ及びチャック（ノードＭに該当）間に介在させることができる。しかし、以下で説明される本発明の実施例では説明の便宜を図るために前記可変キャパシタ部ＣＶが一つの並列キャパシタＣＰ、すなわち一つの並列可変キャパシタ(parallel variable capacitor)Ｃｐのみで構成される場合を考慮する。
【００３８】
図４を再び参照すると、前記並列可変キャパシタＣｐの一つの電極は図３のチャックＣＫに該当するノードＭと接続され、他の一つの電極は図３のチャンバＣＢに該当するノードＮに接続される。結果的に、前記並列可変キャパシタＣｐは、チャックキャパシタＣＣＫと並列接続される。ここで、並列可変キャパシタＣｐの二つの電極のうち、一つは固定されて他の一つは移動可能なことが望ましい。例えば、ノードＭに接続された電極は固定電極(fixed electrode)であり、ノードＮに接続された電極は移動可能な駆動電極であることが望ましい。
【００３９】
前記可変キャパシタ制御部は、動力源(motive power source)Ｍ、キャパシタンス測定機(capacitance meter)ＣＭ、自動制御信号発生器(automatic control signal generator)ＡＣ及び駆動部(driver portion)ＭＤを含む。
【００４０】
前記動力源Ｍは、並列可変キャパシタＣｐの駆動電極と接続され、前記駆動電極の位置は動力源Ｍにより制御される。前記動力源Ｍは、回転軸を備える直流モータであることが望ましい。この際、前記直流モータの回転軸の回転方向によって駆動電極及び固定電極間の間隔ｄが増減する。
【００４１】
一方、前記並列可変キャパシタＣｐの固定電極は、キャパシタンス測定機ＣＭと連結され、前記キャパシタンス測定機ＣＭは、図３のチャックＣＫ及び接地端子間に発生する全体チャックキャパシタンスを測定する。したがって、全体チャックキャパシタンスは、並列可変キャパシタＣｐのキャパシタンスにより変化される。前記キャパシタンス測定機ＣＭは、ＬＣＲメーター器等で構成することが可能で、測定された全体チャックキャパシタンスの値に対応する電圧等のような電気的信号を出力させる。
【００４２】
前記並列可変キャパシタＣｐ及びキャパシタンス測定機ＣＭ間に工程状態感知器(process state sensor)Ｓｐをさらに備えることが望ましい。前記工程状態感知器Ｓｐは図３のシステム制御器ＳＣから出力されるプラズマ信号ΦＲＦ及びガス信号ΦＧを入力信号として用いて並列可変キャパシタＣｐの固定電極及びキャパシタンス測定機ＣＭの入力端子を相互電気的に連結させたり隔離させる。さらに具体的に説明すると、前記工程状態感知器Ｓｐは、前記プラズマ信号ΦＲＦ及びガス信号ΦＧのうち、少なくともいずれか一つの信号がターンオンされた信号を示せば、論理"０"に該当する信号を出力させるＮＯＲゲートと、前記ＮＯＲゲートの出力信号によって電流を発生させたり発生させないスイッチ回路ＳＷと、前記並列可変キャパシタＣｐの固定電極及びキャパシタンス測定機ＣＭの入力端子間に介在され、前記スイッチ回路ＳＷの出力電流により制御されるリレースイッチＳＲとで構成することが望ましい。
【００４３】
前記スイッチ回路ＳＷは、２個のＮＰＮバイポーラトランジスタＱ１、Ｑ２で構成されたダーリントン回路(darlington circuit)であることが望ましい。しかし、前記スイッチ回路は、ダーリントン回路以外に他の形態のスイッチ回路、例えばＭＯＳトランジスタで構成された一般的なスイッチ回路の場合もある。前記ダーリントン回路を構成する２個のＮＰＮバイポーラトランジスタのコレクターはすべて正の電源＋Ｖｃｃと接続され、第１ＮＰＮバイポーラトランジスタＱ１のエミッタは第２ＮＰＮバイポーラトランジスタＱ２のベースと接続される。前記第１ＮＰＮバイポーラトランジスタＱ１のベースは、スイッチ回路ＳＷの入力端子に該当し、前記ＮＯＲゲートの出力端子と接続される。また、前記第２ＮＰＮバイポーラトランジスタＱ２のエミッタは、スイッチ回路ＳＷの出力端子に該当する。したがって、少なくとも一つのプラズマ電源（図３のＰＳ１、ＰＳ２）がターンオンされたり工程ガスがチャンバＣＢ内部に注入されると、前記ＮＯＲゲートの出力は、論理"０"に該当する信号を示し、スイッチ回路ＳＷの第２ＮＰＮバイポーラトランジスタＱ２のエミッタ及び正の電源＋Ｖｃｃ間にいかなる電流も流れない。結果的に、前記リレースイッチＳＲがターンオフされて並列可変キャパシタＣｐとキャパシタンス測定機ＣＭは、相互電気的に隔離される。これと反対に、全てのプラズマ電源ＰＳ１、ＰＳ２がターンオフされ工程ガスがチャンバ内部に注入されないと、前記リレースイッチＳＲはターンオンされて並列可変キャパシタＣｐとキャパシタンス測定機ＣＭが相互電気的に連結される。したがって、キャパシタンス測定機ＣＭは、工程が進められない条件下でのみ全体チャックキャパシタンスを測定する。
【００４４】
上記のように、工程状態感知器Ｓｐは、チャンバＣＢ内で所定の工程が進められる間にチャックＣＫとキャパシタンス測定機ＣＭを相互隔離させる機能を有するように構成することが望ましい。これは、チャンバＣＢ内で所定の工程が実施される間にはチャックＣＫに印加されるプラズマ電力またはチャンバＣＢ内部に注入される工程ガス等に起因して全体チャックキャパシタンスを正確に測定し難いためである。
【００４５】
また、前記並列可変キャパシタＣｐの固定電極と前記キャパシタンス測定機ＣＭの入力端子は、優秀な雑音耐性(noise immunity)を示す同軸ケーブル(coaxial
cable ; ＣＣＯＡＸ)で相互連結させることが望ましい。
【００４６】
一方、前記自動制御信号発生器ＡＣは、キャパシタンス測定機ＣＭの出力信号とシステム制御器ＳＣから出力される基準信号ΦＲＥＦの差を増幅して出力させるアナログ比較器ＣＰＴａを含む。ここで、前記基準信号ΦＲＥＦは作業者がシステム制御器ＳＣに入力した最適の全体チャックキャパシタンスに対応する信号である。
【００４７】
前記アナログ比較器ＣＰＴａは、反転入力端子(inverting terminal ; −)及び非反転入力端子(non-inverting terminal ; ＋)を有する演算増幅器(operational amplifier)を用いて構成できる。この際、前記演算増幅器の非反転入力端子（＋）及び接地端子間に第１及び第２抵抗Ｒ１、Ｒ２が直列連結され、前記演算増幅器の反転入力端子（−）及び前記システム制御器ＳＣの基準信号ΦＲＥＦ出力端子間には第３抵抗Ｒ３が介在される。また、前記演算増幅器の反転入力端子（−）及び前記演算増幅器の出力端子間には第４抵抗Ｒ４が介在され、前記第１及び第２抵抗Ｒ１、Ｒ２間のノードは前記キャパシタンス測定機ＣＭの出力端子と連結される。これにより、前記演算増幅器の出力端子は、前記反転入力端子（−）に印加される基準電圧ＶＲＥＦと前記非反転入力端子（＋）に印加される入力電圧Ｖｉ間の電圧差に対応する出力電圧Ｖｏを示す。この際、前記入力電圧Ｖｉが基準電圧ＶＲＥＦより低い場合に演算増幅器の出力電圧Ｖｏは、負の信号(negative sign)を有する。これと反対に、前記入力電圧Ｖｉが基準電圧ＶＲＥＦより高い場合には、演算増幅器の出力電圧Ｖｏが正の信号(positive sign)を有する。ここで、前記第１ないし第４抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、前記アナログ比較器ＣＰＴａの電圧利得(voltage gain)を適切に調整するために用いられる。
【００４８】
ひいては、前記自動制御信号発生器ＡＣは、キャパシタンス測定機ＣＭの出力端子及びアナログ比較器ＣＰＴａの非反転入力端子（＋）間に介在された第１増幅器ＡＭＰ１と、システム制御器ＳＣの基準信号ΦＲＥＦ出力端子及びアナログ比較器ＣＰＴａの反転入力端子（−）間に介在された第２増幅器ＡＭＰ２をさらに備えることが望ましい。
【００４９】
前記第１及び第２増幅器ＡＭＰ１、ＡＭＰ２は、アナログ比較器ＣＰＴａの非反転入力端子（＋）及び反転入力端子（−）に適切な電圧を印加させるための電圧調節器(voltage controller)の役割をする。例えば、前記システム制御器ＳＣに入力された最適の全体チャックキャパシタンスと前記キャパシタンス測定機ＣＭにより測定された全体チャックキャパシタンスが相互一致する場合に、アナログ比較器ＣＰＴａの非反転入力端子（＋）及び反転入力端子（−）に印加される電圧は、相互同一にすべきである。したがって、前記第１及び第２増幅器ＡＭＰ１、ＡＭＰ２を自動制御信号発生器ＡＣにさらに含めることが望ましい。
【００５０】
前記第１及び第２増幅器ＡＭＰ１、ＡＭＰ２は、すべて演算増幅器を基本とする(OP amp-based)増幅器であることが望ましい。しかし、前記第１及び第２増幅器ＡＭＰ１、ＡＭＰ２は、演算増幅器を使用しない他の形態の増幅器で構成することもできる。具体的に、前記第１増幅器ＡＭＰ１は、演算増幅器と、前記演算増幅器の反転入力端子（−）及び接地電位間に介在された第１抵抗Ｒ１と、前記反転入力端子（−）及び演算増幅器の出力端子間に介在された第２抵抗Ｒ２とを備える。この際、前記演算増幅器の非反転入力端子（＋）は、キャパシタンス測定機ＣＭの出力端子と接続される。これにより、第１増幅器ＡＭＰ１の電圧利得は、（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１で表現できる。前記第１増幅器ＡＭＰ１の非反転入力端子（＋）及びキャパシタンス測定機ＣＭ間に入力抵抗Ｒｉをさらに介在させることもできる。また、第１増幅器ＡＭＰ１の出力信号、すなわち測定された全体チャックキャパシタンスに対する増幅された信号ΦＭＣは、システム制御器ＳＣに伝送されることもできる。これにより、システム制御器ＳＣは、キャパシタンス測定機ＣＭにより測定された全体チャックキャパシタンスを作業者が肉眼で確認できる十進数に変換させてディスプレイ等に示すことができる。この際、前記第１増幅器ＡＭＰ１の出力端子及びシステム制御器ＳＣ間に可変抵抗のような出力抵抗Ｒｏをさらに介在させることもできる。前記第１増幅器の入力抵抗Ｒｉ及び出力抵抗Ｒｏは、すべてキャパシタンス測定機ＣＭから測定されたアナログ信号を適切に調節するための目的で用いられる。
【００５１】
一方、第２増幅器ＡＭＰ２は、演算増幅器と、前記演算増幅器の反転入力端子（−）及び接地端子(ground terminal)間に順に直列連結された第１抵抗Ｒ１及び入力抵抗Ｒｉと、前記演算増幅器の非反転入力端子（＋）及びシステム制御器ＳＣの基準信号ΦＲＥＦ出力端子間に介在された第２抵抗Ｒ２と、前記反転入力端子（−）及び演算増幅器の出力端子間に介在された第３抵抗Ｒ３と、前記演算増幅器の非反転入力端子（＋）及び接地端子間に介在された第４抵抗Ｒ４とで構成される。ここで、前記第１ないし第４抵抗のうち、いずれか一つ、例えば第１抵抗Ｒ１は可変抵抗であることが望ましい。これは、可変抵抗に該当する第１抵抗Ｒ１を適切に調節して第１及び第２抵抗の並列抵抗値と第３及び第４抵抗の並列抵抗値を一致させる場合に、演算増幅器のオフセット値(offset value)を最小化させることができるためである。この際、第２増幅器ＡＭＰ２の出力電圧Ｖｏは、Ｒ２（Ｖ２−Ｖ１）／Ｒ１で表現できる。ここで、"Ｖ１"は前記入力抵抗Ｒｉ及び第１抵抗Ｒ１間のノード電圧（ノード  voltage）を示し、"Ｖ２"は第２抵抗Ｒ２及び第４抵抗Ｒ４に誘起される全体電圧を示す。前記第２増幅器ＡＭＰ２の出力端子及び前記アナログ比較器ＣＰＴａ間に可変抵抗で構成された出力抵抗Ｒｏをさらに備えることもできる。したがって、前記第２増幅器ＡＭＰ２の出力抵抗Ｒｏを適切に調節することによって、アナログ比較器ＣＰＴａの入力端子に印加される電圧をさらに精密に調節できる。また、前記アナログ比較器ＣＰＴａの出力端子にも出力抵抗Ｒｏをさらに備えることができる。
【００５２】
引続き、前記自動制御信号発生器ＡＣの出力信号は、前記駆動部ＭＤにより増幅され、駆動部ＭＤにより増幅された信号は動力源Ｍを駆動させる。
【００５３】
前記駆動部ＭＤは、自動制御信号発生器ＡＣの出力信号を増幅させる増幅ステージ(amplification stage)ＡＰと、前記増幅ステージＡＰの出力端と接地端子間に介在された駆動キャパシタ(driving capacitor)Ｃｄとを含む。前記駆動キャパシタＣｄは、動力源Ｍの電源端子と並列連結され、動力源Ｍの電源端子に入力される雑音信号(noise signal)を取り除く。したがって、前記駆動キャパシタＣｄは、動力源Ｍを安定的に動作させる役割をする。前記動力源Ｍは、直流モータであることが望ましい。この際、直流モータの回転軸の回転方向は、前記増幅ステージＡＰから出力される信号の極性によって決定される。例えば、増幅ステージＡＰの出力端が正の電圧を示す間に前記直流モータの回転軸が右側に回転するならば、増幅ステージＡＰの出力端が負の電圧を示す間には直流モータの回転軸は左側に回転する。この際、直流モータの回転軸と並列可変キャパシタＣｐの駆動電極間に、回転運動を直線運動に変換させる所定の動力伝達手段を介在させることによって、前記並列可変キャパシタＣｐの駆動電極を移動させることができる。
【００５４】
前記所定の動力伝達手段としては駆動電極に固定され、内面に螺旋形の溝を有する円筒形のバー(bar)を例に挙げることができる。この際、前記直流モータの回転軸の表面には、前記バーの内面に形成された螺旋形の溝と相互噛み合う螺旋形の溝を備える。これにより、直流モータの回転軸を前記バーの内部に嵌着させると、並列可変キャパシタＣｐの電極間の間隔は前記回転軸の回転方向によって増減される。
【００５５】
前記増幅ステージＡＰは、正の電源＋Ｖｃｃ及び負の電源−Ｖｃｃ間に順に直列連結されたＮＰＮバイポーラトランジスタＱＮとＰＮＰバイポーラトランジスタＱＰで構成されたプッシュプル増幅器(push-pull amplifier)とであることが望ましい。この際、前記ＮＰＮバイポーラトランジスタＱＮとＰＮＰバイポーラトランジスタＱＰのベース電極は相互連結されてプッシュプル増幅器の入力端子の役割をし、これら相補型(complementary)バイポーラトランジスタのエミッタ電極は相互連結されてプッシュプル増幅器の出力端子の役割をする。前記プッシュプル増幅器の入力端子に正の電圧が印加されると、正の電源＋Ｖｃｃと接続されたＮＰＮバイポーラトランジスタＱＮがターンオンされて出力端子に正の増幅された電圧が誘起される。これとは反対に、前記プッシュプル増幅器の入力端子に負の電圧が印加されると、負の電源−Ｖｃｃと接続されたＰＮＰバイポーラトランジスタＱＰがターンオンされて出力端子に負の増幅された電圧が誘起される。これにより、前記増幅ステージの入力端子に印加される電圧の極性及び大きさによって並列可変キャパシタＣｐのキャパシタンスが増減される。また、前記プッシュプル増幅器及び前記駆動キャパシタＣｄ間にプッシュプル増幅器の出力キャパシタＣをさらに備えることもできる。前記出力キャパシタＣは、プッシュプル増幅器の出力信号の雑音信号を取り除くのみならず動力源Ｍ、すなわち直流モータをさらに安定的に動作させる役割をする。
【００５６】
一方、前記駆動部ＭＤは、増幅ステージＡＰ及び自動制御信号発生器ＡＣ間にインバータＩＮＶをさらに備えることもできる。前記インバータＩＮＶは、演算増幅器を用いて構成できる。また、前記駆動部ＭＤは、インバータＩＮＶの入力端子及び増幅ステージＡＰの出力端間に介在されたフィードバック抵抗(feed-back resistor)ＲＦをさらに備えることもできる。前記フィードバック抵抗ＲＦは増幅ステージＡＰを安定に動作させる役割をする。また、前記駆動部ＭＤは、インバータＩＮＶ及び自動制御信号発生器ＡＣ間に直流信号のみをパスさせる雑音濾過器(noise filter ; ＦＴ)をさらに備えることもできる。前記雑音濾過器ＦＴは、自動制御信号発生器ＡＣの出力端及び接地端子間に介在されたキャパシタＣと、前記自動制御信号発生器ＡＣの出力端及びインバータＩＮＶの入力端間に介在されたインダクタＬで構成される。また、前記駆動部ＭＤは、雑音濾過器ＦＴ及び自動制御信号発生器ＡＣ間に入力抵抗Ｒをさらに備えることもできる、前記駆動部ＭＤの入力抵抗Ｒは、前記自動制御信号発生器ＡＣの出力信号を一定時間遅延させて駆動部ＭＤの入力信号が突然に変化することを防止する。
【００５７】
上記のように本発明によるプラズマ装置のキャパシタンス補償機ＣＣは、工程が進められない時ごとにプラズマ装置の全体チャックキャパシタンスが最適の全体チャックキャパシタンスと一致する時まで動力源Ｍを駆動させて並列可変キャパシタＣｐのキャパシタンスを調節する。これにより、周期的に実施する事前整備を通さなくても全体チャックキャパシタンスを一定に維持させることができる。
【００５８】
引続き、前記可変キャパシタ制御部は、並列可変キャパシタＣｐの駆動電極が一定範囲内で移動するように制限する限界制御部(limit control portion)ＬＣをさらに備えることもできる。
【００５９】
前記限界制御部ＬＣは、所望する負の限界電圧及び所望する正の限界電圧を発生させる限界電圧設定部(limit voltage setting portion)ＬＳＴと、前記並列可変キャパシタＣｐの駆動電極の位置に対応する電圧を発生させる限界感知器(limit sensor)ＬＳＳと、前記限界感知器ＬＳＳの出力電圧及び前記限界電圧設定部ＬＳＴから設定された限界電圧を相互比較して第１及び第２出力端子を通して各々第１及び第２信号を出力させるデジタル比較部(digital comparator)ＣＰＴと、前記デジタル比較部の第１信号または第２信号により制御されて前記駆動部ＭＤのインバータＩＮＶの入力端子及び出力端子を相互電気的に連結させる連結部とを含む。
【００６０】
前記限界電圧設定部ＬＳＴは、負の電源−Ｖｃｃ及び正の電源＋Ｖｃｃ間に順に直列連結された第１及び第２可変抵抗ＲＶ１、ＲＶ２を含む。したがって、負の電源−Ｖｃｃと接続された第１可変抵抗ＲＶ１の可変端子を適切に調節し、第１可変抵抗ＲＶ１の可変端子から所望する負の限界電圧を発生させることができる。同様に、第２可変抵抗ＲＶ２の可変端子から所望する正の限界電圧を発生させることができる。
【００６１】
前記限界感知器ＬＳＳは、正の電源＋Ｖｃｃ及び負の電源−Ｖｃｃ間に介在された可変抵抗Ｒｖを含む。前記可変抵抗Ｒｖの可変端子は、並列可変キャパシタＣｐの駆動電極と連結され、駆動電極と一緒に動く。この際、可変抵抗Ｒｖの可変端子と駆動電極間には、これらを相互電気的に絶縁させるための絶縁体ＩＮＳが介在される。これにより、駆動電極が移動すると、可変抵抗Ｒｖの可変端子の電圧も変化する。結果的に、駆動電極の位置に対応する電圧が可変抵抗Ｒｖの可変端子に発生される。前記可変抵抗Ｒｖの可変端子は、限界感知器ＬＳＳの出力端子に該当する。
【００６２】
一方、前記デジタル比較部ＣＰＴは、第１及び第２比較器ＣＰＴ１、ＣＰＴ２と、４個のダイオードと、２個の誘導コイルＩＣＬ１、ＩＣＬ２とで構成される。前記第１比較器ＣＰＴ１は限界感知器ＬＳＳの出力電圧が限界設定部ＬＳＴを構成する第１可変抵抗ＲＶ１の可変端子の電圧より低い場合にのみ正の電圧を出力させ、第２比較器ＣＰＴ２は限界感知器ＬＳＳの出力電圧が限界設定部ＬＳＴを構成する第２可変抵抗ＲＶ２の可変端子の電圧より高い場合にのみ正の電圧を出力させる。また、前記第１比較器ＣＰＴ１の出力端子と接地端子間に２個のダイオードが直列連結される。同様に、第２比較器ＣＰＴ２の出力端子と接地端子間にも２個のダイオードが直列連結される。この際、第１比較器の出力端子に直列接続された２個のダイオードのＰ型電極は、各々第１比較器ＣＰＴ１の出力端子及び接地端子に直接接続される。同様に、第２比較器の出力端子に直列接続された２個のダイオードのＰ型電極も、各々第２比較器ＣＰＴ２の出力端子及び接地端子に直接接続される。前記第１比較器ＣＰＴ１の出力端子に接続された２個のダイオード中、接地端子と連結されたダイオードは、第１誘導コイルＩＣＬ１と並列連結され、第２比較器ＣＰＴ２の出力端子に接続された２個のダイオードのうち、接地端子と連結されたダイオードは、第２誘導コイルＩＣＬ２と並列連結される。したがって、前記並列可変キャパシタＣｐの駆動電極が過度に移動されて限界感知器ＬＳＳの出力電圧が負の限界電圧より低い場合に第１誘導コイルＩＣＬ１にのみ第１信号、すなわち第１電流が流れる。同様に、前記並列可変キャパシタＣｐの駆動電極が過度に移動されて限界感知器ＬＳＳの出力電圧が正の限界電圧より高い場合に第２誘導コイルＩＣＬ２にのみ第２信号、すなわち第２電流が流れる。
【００６３】
前記連結部は、前記第１誘導コイルＩＣＬ１に流れる第１電流により制御される第１リレースイッチＳＷ１と、第２誘導コイルＩＣＬ２に流れる第２電流により制御される第２リレースイッチＳＷ２と、前記第１リレースイッチＳＷ１の一端及び前記駆動部ＭＤを構成するインバータＩＮＶの出力端間に介在された第１整流素子Ｄ１、すなわち第１ダイオードと、前記第２リレースイッチＳＷ２の一端及び前記駆動部ＭＤを構成するインバータＩＮＶの出力端間に介在された第２整流素子Ｄ２、すなわち第２ダイオードとを含む。この際、前記第１及び第２リレースイッチＳＷ１、ＳＷ２の他端はすべて前記インバータＩＮＶの入力端に接続される。したがって、前記限界感知器ＬＳＳの出力電圧が負の限界電圧より低い場合に第１誘導コイルＩＣＬ１に電流が誘起され、第１リレースイッチＳＷ１がターンオンされる。これにより、駆動部ＭＤを構成するインバータＩＮＶの出力電圧を反転させる。結果的に、動力源Ｍの回転方向が変化されて限界感知器ＬＳＳの出力電圧は負の限界電圧より高まる。これと反対に、前記限界感知器ＬＳＳの出力電圧が正の限界電圧より高い場合に第２誘導コイルＩＣＬ２に電流が誘起され、第２リレースイッチＳＷ２がターンオンされる。これにより、駆動部ＭＤを構成するインバータＩＮＶの出力電圧を反転させる。結果的に、動力源Ｍの回転方向が変化されて限界感知器ＬＳＳの出力電圧は、正の限界電圧より低くなる。
【００６４】
また、前記限界制御部ＬＣは、限界感知器ＬＳＳ及びデジタル比較部ＣＰＴ間に自動制御信号発生器ＡＣの第１増幅器ＡＭＰ１と同一な構成及び機能を有する増幅器ＡＭＰをさらに備えることもできる。ひいては、限界感知器ＬＳＳ及び増幅器ＡＭＰ間に直列連結されたインダクタＬ及び抵抗Ｒをさらに備えて前記限界感知器ＬＳＳから発生される雑音信号を取り除くこともできる。
【００６５】
上記のように、限界制御部ＬＣは並列可変キャパシタＣｐの駆動電極が移動する範囲を限定する機能を有する。これにより、前記限界電圧設定部ＬＳＴの第１及び第２可変抵抗ＲＶ１、ＲＶ２を適切に調節することによって並列可変キャパシタＣｐの駆動電極が固定電極とぶつかる現像を防止できる。
【００６６】
一方、可変キャパシタ制御部は、前記限界制御部ＬＣを構成するデジタル比較部ＣＰＴの出力信号によって制御される限界表示部(limit display)ＬＤをさらに備えることもできる。前記限界表示部ＬＤは、駆動電極の位置が許容範囲を外れる場合に作業者が肉眼で認知できる信号を発生させる。
【００６７】
前記限界表示部ＬＤは、２個のリレースイッチＳＷ１、ＳＷ２と、少なくとも２個の発光素子(light emitting device)ＬＥＤ１、ＬＥＤ２を含む。前記発光素子は、発光ダイオードであることが望ましい。前記第１リレースイッチＳＷ１及び第１発光素子ＬＥＤ１は正の電源＋Ｖｃｃと接地端子間に直列連結され、前記第２リレースイッチＳＷ２及び第２発光素子ＬＥＤ２も正の電源＋Ｖｃｃ及び接地端子間に直列連結される。ここで、前記第１リレースイッチＳＷ１は前記限界制御部ＬＣを構成する第１誘導コイルＩＣＬ１により制御され、前記第２リレースイッチＳＷ２は前記限界制御部ＬＣを構成する第２誘導コイルＩＣＬ２により制御される。また、前記第１リレースイッチＳＷ１及び第１発光素子ＬＥＤ１間に抵抗Ｒを介在させて第１リレースイッチＳＷ１がターンオンされる時、第１発光素子ＬＥＤ１に過度な電流が流れることを防止することが望ましい。同様に、第２リレースイッチＳＷ２及び第２発光素子ＬＥＤ２間にも抵抗Ｒを介在させることが望ましい。また、正の電源＋Ｖｃｃ及び接地端子間に直列連結された第３発光素子ＬＥＤ３及び抵抗Ｒをさらに備えてキャパシタンス補償機ＣＣの動作状態を肉眼で確認することもできる。したがって、限界制御部ＬＣをさらに備える場合に、並列可変キャパシタＣｐの駆動電極が一定範囲を外れているかを肉眼で確認できる。
【００６８】
また、可変キャパシタ制御部は、前記駆動部ＭＤ及び前記自動制御信号発生器ＡＣ間に介在された選択スイッチ(selection switch)ＡＭＳと、前記選択スイッチＡＭＳと接続された手動制御信号発生器(manual control signal generator)ＭＣとをさらに備えることが望ましい。
【００６９】
前記選択スイッチＡＭＳは、自動モードと手動モードを選択するスイッチであって、３個の端子を有する。選択スイッチＡＭＳの一つの端子は、駆動部ＭＤの入力端子と接続され、他の一つの端子は自動制御信号発生器ＡＣの出力端子と接続される。また、選択スイッチＡＭＳのさらに他の一つの端子は、手動制御信号発生器ＭＣの出力端子と接続される。これにより、図４に示す通り、選択スイッチＡＭＳを"Ａ"方向に転換させると、キャパシタンス補償機ＣＣは自動モードで動作され、スイッチＡＭＳを"Ｂ"方向に転換させるとキャパシタンス補償機ＣＣは手動モードで動作される。
【００７０】
前記手動制御信号発生器ＭＣは、可変抵抗Ｒｖと電力スイッチ(power switch)ＰＳＷを含む。前記可変抵抗Ｒｖの一端及び他端は各々接地端子及び電力スイッチＰＳＷと接続され、前記可変抵抗Ｒｖの可変端子は前記選択スイッチＡＭＳと接続される。また、前記電力スイッチＰＳＷは、正の電源＋Ｖｃｃ及び負の電源−ＶｃＣのうち、いずれか一つを選択する機能を有する。したがって、前記選択スイッチＡＭＳを手動モードに転換させて電力スイッチＰＳＷを正の電源＋Ｖｃｃと接続させた後、前記可変抵抗Ｒｖの可変端子を適切に調節して並列可変キャパシタＣｐのキャパシタンスを減少（または増加）させることができる。同様に、前記選択スイッチＡＭＳを手動モードに転換させて電力スイッチＰＳＷを負の電源−Ｖｃｃと接続させた後、前記可変抵抗Ｒｖの可変端子を適切に調節して並列可変キャパシタＣｐのキャパシタンスを増加（または減少）させることができる。
【００７１】
図５は、従来のプラズマエッチング装置に対するポリシリコン膜及びフォトレジスト膜のエッチング率を示したグラフであり、図６は、図４のキャパシタンス補償機ＣＣを含む本発明のプラズマエッチング装置に対するポリシリコン膜及びフォトレジスト膜のエッチング率を示したグラフである。ここで、フォトレジスト膜のエッチング率は、ポリシリコン膜をエッチングするための仕様書(recipe)と同一なエッチング仕様書(recipe)を適用して得られたエッチング率である。各図で横軸は時間ｔを示し、左側の縦軸及び右側の縦側は各々ポリシリコン膜のエッチング率及びフォトレジスト膜のエッチング率を示す。また、図５のデータは、約６０日間持続的に測定したエッチング率を示したグラフであり、図６のデータは、約２０日間持続的に測定したエッチング率を示したグラフである。本発明で適用したポリシリコン膜のエッチング仕様書(recipe)は従来技術で適用したポリシリコン膜のエッチング仕様書(recipe)と同一であった。
【００７２】
図５及び図６を参照すると、従来のプラズマエッチング装置を用いる場合にポリシリコン膜のエッチング率は、２８００Å／ｍｉｎないし３９００Å／ｍｉｎ程度の分布を示す反面、本発明のプラズマエッチング装置を用いる場合には、３２５０Å／ｍｉｎないし３３５０Å／ｍｉｎ程度の均一な値を示した。また、従来のプラズマエッチング装置を用いてポリシリコン膜をエッチングする場合にフォトレジスト膜のエッチング率は、１９００Å／ｍｉｎないし３４００Å／ｍｉｎ程度の分布を示す反面、本発明のプラズマエッチング装置を用いてポリシリコン膜をエッチングする場合にフォトレジスト膜のエッチング率は２７００Å／ｍｉｎないし３０００Å／ｍｉｎ程度の均一な値を示した。
【００７３】
図７は、従来技術及び本発明によるプラズマエッチング装置を用いてゲートポリシリコン膜をエッチングした後に残存する残余酸化膜の厚さ(residual oxide thickness)Ｒｏｘを示したグラフである。ここで、初期のゲート酸化膜は、１１０Åないし１２０Åの厚さで形成し、前記初期のゲート酸化膜上に１０００Åのゲートポリシリコン膜を形成した。また、図７の横軸は時間ｔ１、ｔ２を示し、縦軸は残余酸化膜の厚さ(Rox)を示す。図７のａ部分及びｂ部分は、各々従来技術及び本発明を示す。従来技術に対するデータは３０日間測定した結果であり、本発明に対するデータは１０日間測定した結果である。
【００７４】
図７を参照すると、従来技術に対する残余酸化膜厚さ(Rox)は７５Åないし１０５Åの分布を示す反面、本発明に対する残余酸化膜厚さ(Rox)は８７Åないし９４Åの均一な値を示した。
【００７５】
図８は、図４に示したキャパシタンス補償機ＣＣの設置場所によって第２プラズマ電源ＰＳ２の出力信号に対する反射波(reflected wave)の電力を測定した結果を示したグラフである。ここで、横軸はチャック及び接地端子間の全体チャックキャパシタンスを示し、縦軸は第２プラズマ電源ＰＳ２の出力信号に対する反射波の電力を示す。前記全体チャックキャパシタンスの中心値Ｘは、１０００ｐＦだった。したがって、図８に示された反射波の電力は全体チャックキャパシタンスを５００ｐＦないし１５００ｐＦの範囲内で変化させた場合に対して測定した値である。また、図８で"×"及び"◆"で示したデータは各々キャパシタンス補償機ＣＣがチャンバＣＢの下部及び上部に設けられた際測定された反射波の電力
【００７６】
【外１】
0003753901.tif 000002
【００７７】
ンバＣＢの左側及び右側に設けられた際測定された反射波の電力に該当する。この際、チャックＣＫに接続された第２ラジオ周波数マッチ回路ＭＴ２、すなわち誘導ラジオ周波数マッチ回路は、チャックＣＫと最も隣接した位置、すなわちチャンバＣＢの下部に設けられた。
【００７８】
図８を参照すると、キャパシタンス補償機ＣＣをチャンバＣＢの上部、左側または右側に設ける場合に、第２プラズマ電源ＰＳ２から出力されるラジオ周波数信号の反射波は全体チャックキャパシタンスの変化に対して甚だしい変化量を示した。一方、キャパシタンス補償機ＣＣをチャンバＣＢの下部に設ける場合に、第２プラズマ電源ＰＳ２から出力されるラジオ周波数信号の反射波は、全体チャックキャパシタンスの変化に関係なくほぼ発生されないことがわかる。前記反射波が発生すると、プラズマ工程が不安定でエッチング率または蒸着率等のような工程変数の均一度が低下される。これにより、キャパシタンス補償機ＣＣをチャンバＣＢの下部、すなわち第２ラジオ周波数マッチ回路ＭＴ２と隣接した位置に設ける場合、所望する最適の全体チャックキャパシタンスを一定範囲内で変化させても安定したプラズマ工程を実施できる。したがって、本発明によるプラズマ装置のキャパシタンス補償機ＣＣは、チャンバＣＢの下部に設けられることが最も望ましい。言い換えれば、キャパシタンス補償機ＣＣは、第２ラジオ周波数マッチ回路ＭＴ２と隣接するように設けることが最も望ましい。また、前記第２ラジオ周波数マッチ回路ＭＴ２の出力端とキャパシタンス補償機ＣＣの可変キャパシタ部は、同軸ケーブルで連結させることが望ましく、前記同軸ケーブルの長さは可能な限り短いことが望ましい。また、作業者の安全及び空間節約のためには前記同軸ケーブルを含む前記キャパシタンス補償機ＣＣを第２ラジオ周波数マッチ回路ＭＴ２に内蔵させることも望ましい。
【００７９】
【発明の効果】
上述のように本発明によると、チャック及び接地端子間の全体チャックキャパシタンスを常に所望する最適の全体チャックキャパシタンスと一致するように調節できる。これにより、プラズマ工程の均一度を向上させることができる。また、本発明によると、事前整備を実施する間チャック及びガス注入リング間の間隙を手作業で精密に調整する必要性が要求されない。したがって、事前整備に所要される作業時間を著しく縮められる。
【００８０】
以上、本発明を上記の実施例を通して詳しく説明したが、本発明はこれに限らず本発明の技術的思想内で当分野の通常の知識を有する者によりその変形や改良が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のプラズマ装置を示した概略図である。
【図２】図１に示したチャック及びガス注入リングの平面図である。
【図３】本発明によるプラズマ装置を示した概略図である。
【図４】図３のキャパシタンス補償機に対する回路図である。
【図５】従来のプラズマ装置を適用して得られたポリシリコン膜のエッチング率及びフォトレジスト膜のエッチング率を示したグラフである。
【図６】本発明によるプラズマ装置を適用して得られたポリシリコン膜のエッチング率及びフォトレジスト膜のエッチング率を示したグラフである。
【図７】従来技術及び本発明によるプラズマ装置を適用して得られた残余酸化膜(residual oxide layer)の厚さに対する測定値を共に示したグラフである。
【図８】図４に示したキャパシタンス補償機の設置位置によってチャックと連結された誘導プラズマ電源の出力信号に対する反射波を測定した結果を示したグラフである。
【符号の説明】
ＣＢ：チャンバ
ＣＣ：キャパシタンス補償機
ＣＫ：チャック
ＣＫＳ：チャック支持部
ＣＶ：可変キャパシタ部
ＥＤ：プラズマ電極
ＭＴ１：第１ラジオ周波数マッチ回路
ＭＴ２：第２ラジオ周波数マッチ回路
Ｐ：真空ポンプ
ＰＳ１：第１プラズマ電源
ＰＳ２：第２プラズマ電源
ＳＣ：システム制御器
Ｔ：ガスタンク
【図１】
0003753901.tif 000003
【図２】
0003753901.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003753901.tif 000010