KR20220006042A - 플라즈마 착화 방법 및 플라즈마 생성 장치 - Google Patents

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Abstract

[과제] 이상 방전을 발생시키지 않고 플라즈마를 조기에 착화시키는 플라즈마 착화 방법을 제공한다.
[해결 수단] 본 발명에 따르는 플라즈마 착화 방법은, 플라즈마 생성 장치가 구비하는 챔버(1) 내에 처리 가스를 공급하는 공급 공정과, 챔버 내에 공급된 처리 가스에 대해서 반도체 레이저(10)로부터 출사한 레이저광(L)을 조사함과 더불어, 플라즈마 생성 장치가 구비하는 플라즈마 생성용의 코일(2) 또는 전극(91)에 고주파 전력을 인가하여, 플라즈마를 착화시키는 착화 공정과, 플라즈마의 착화 후에, 반도체 레이저로부터의 레이저광의 출사를 정지하는 정지 공정을 포함한다. 바람직하게는, 코일은 원통형 코일이며, 착화 공정에 있어서, 레이저광을 원통형 코일의 상방으로부터 원통형 코일의 하방을 향해서 비스듬하게 조사한다.

Description

플라즈마 착화 방법 및 플라즈마 생성 장치
본 발명은, 플라즈마 착화 방법 및 플라즈마 생성 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 이상 방전을 발생시키지 않고 플라즈마를 조기에 착화시키는 플라즈마 착화 방법 및 플라즈마 생성 장치에 관한 것이다.
종래, 처리 가스가 공급되는 챔버와, 챔버의 상부(처리 가스의 공급 방향 상류측)에 장착된 플라즈마 생성용의 코일 또는 전극을 구비한 플라즈마 생성 장치가 알려져 있다. 그리고, 이 플라즈마 생성 장치와, 챔버의 하부(처리 가스의 공급 방향 하류측)에 장착된 기판이 재치(載置)되는 재치대를 구비하고, 처리 가스에 의해서 생성된 플라즈마를 이용하여 기판에 에칭 처리나 성막 처리 등의 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치가 알려져 있다. 플라즈마 생성 장치가 코일을 구비하는 경우에는, 코일에 고주파 전력을 인가함으로써, 유도 결합 플라즈마가 생성된다. 또, 플라즈마 생성 장치가 재치대에 평행하게 배치된 전극(상부 전극)을 구비하는 경우에는, 전극에 고주파 전력을 인가함으로써, 용량 결합 플라즈마가 생성된다.
상기의 플라즈마 생성 장치에 있어서, 예를 들어, 챔버 내에 공급되는 처리 가스의 유량이 작고, 챔버 내의 압력이 저압인 경우에는, 플라즈마가 착화(생성 개시)되기 어려워지는 것이 알려져 있다. 조기에 플라즈마를 착화시키기 위해서, 챔버 내의 압력을 고압으로 하는 것도 생각되는데, 챔버 내의 압력을 너무 고압으로 하면, 플라즈마 처리의 균일성이 저하된다고 하는 문제가 발생한다. 챔버 내의 압력을 고압으로 하여 플라즈마를 착화한 후, 저압으로 변경하는 것도 생각되는데, 변경에 시간을 필요로 하기 때문에, 생산성이 저하된다고 하는 문제가 발생한다.
이로 인해, 플라즈마의 착화 방법으로서, 여러 가지의 방법이 제안되고 있다.
예를 들어, 특허문헌 1에는, 첨두 출력이 적어도 10MW 정도의 엑시머 레이저광을 발생시켜, 이 레이저광을 챔버 내에 집광시키고, 레이저광의 집광부에 있어서의 레이저광에 의한 절연 파괴에 의해서 스파크를 발생시켜 플라즈마 착화를 행하는 방법이 제안되고 있다.
그러나, 최근 플라즈마 처리에 의한 미세 가공의 요청에 수반하여, 플라즈마 처리 중에 있어서의 챔버 내의 오염이나 파티클의 발생을 저감시키는 것이 요구되고 있다. 이로 인해, 특허문헌 1에 기재된 방법과 같이 스파크 등의 이상 방전을 발생시키지 않고, 플라즈마를 착화시키는 방법이 요구되고 있다.
일본국 특허공표 평8-10635호 공보
본 발명은, 상기의 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 이상 방전을 발생시키지 않고 플라즈마를 조기에 착화시키는 플라즈마 착화 방법 및 플라즈마 생성 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명자는 열심히 검토한 결과, 엑시머 레이저에 비해 일반적으로 출력이 작은 반도체 레이저를 이용하고, 또한, 플라즈마의 착화 후에 반도체 레이저로부터의 레이저광의 출사를 정지하면, 챔버 내에 이상 방전을 발생시키지 않고 플라즈마를 단시간에 착화할 수 있는 것을 찾아내어, 본 발명을 완성했다. 또한, 출력이 작은 반도체 레이저를 이용하더라도 플라즈마를 착화할 수 있는 것은, 처리 가스가 다광자 이온화되기 때문이라고 추정된다.
즉, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 플라즈마 생성 장치가 구비하는 챔버 내에 처리 가스를 공급하는 공급 공정과, 상기 챔버 내에 공급된 상기 처리 가스에 대해서 반도체 레이저로부터 출사한 레이저광을 조사함과 더불어, 상기 플라즈마 생성 장치가 구비하는 플라즈마 생성용의 코일 또는 전극에 고주파 전력을 인가하여, 플라즈마를 착화시키는 착화 공정과, 상기 플라즈마의 착화 후에, 상기 반도체 레이저로부터의 레이저광의 출사를 정지하는 정지 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 착화 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 착화 공정에 있어서, 반도체 레이저로부터 출사한 레이저광을 처리 가스에 대해서 조사하고, 정지 공정에 있어서, 플라즈마의 착화 후에 반도체 레이저로부터의 레이저광의 출사를 정지하기 때문에, 전술의 본 발명자의 지견대로, 챔버 내에 이상 방전을 발생시키지 않고 플라즈마를 조기에 착화 가능하다.
또, 본 발명에 의하면, 소형이고 염가의 반도체 레이저를 이용하므로, 설치할 때에 설비의 제약을 받기 어려운 데다가, 코스트를 억제하는 것이 가능하다고 하는 이점도 얻어진다.
또한, 본 발명에 의하면, 레이저광으로 플라즈마 방전을 유지하는 레이저 방전과는 달리, 플라즈마의 착화 후에 반도체 레이저로부터의 레이저광의 출사를 정지하기 때문에, 반도체 레이저의 과열을 방지할 수 있음과 더불어, 냉각 설비가 불필요하다고 하는 이점도 얻어진다.
또한, 본 발명에 있어서 「플라즈마의 착화 후에··(중략)··레이저광의 출사를 정지한다」란, 실제로 플라즈마의 착화가 발생한 것을 판정한 후에 레이저광의 출사를 정지하는 경우에 한정되는 것이 아니며, 레이저광의 출사를 개시하고 나서, 혹은 코일 또는 전극으로의 고주파 전력의 인가를 개시하고 나서, 착화가 적정하게 발생할 때까지의 경과 시간(예를 들어, 2초)을 미리 결정해 두고, 이 경과 시간에 도달한 또는 초과한 타이밍에 레이저광의 출사를 정지하는 것도 포함하는 개념이다.
실제로 플라즈마의 착화가 발생한 것을 판정하는 방법으로서는, 챔버 내의 상황을 육안으로 확인했을 때에 빛나서 밝아진 경우에는 착화가 발생했다고 판정하는 방법이나, 코일 또는 전극에 고주파 전력을 인가했을 때에, 고주파 전원과 코일 또는 전극 사이에 개재하는 정합기의 내부 회로 등에 있어서의 반사파 신호의 크기가 소정값 이하로 작아지면 착화가 발생했다고 판정하는 방법 등이 생각된다. 챔버 내의 상황을 육안으로 확인하는 대신에, 챔버 내에서 발생한 광의 강도를 포토 다이오드나 포토 트랜지스터 등의 광검출기나 분광기 등으로 검출하여, 소정값 이상의 강도가 발생한 경우에는 착화가 발생했다고 자동적으로 판정하는 것도 가능하다.
또, 본 발명에 있어서의 「코일」로서는, 원통형 코일에 한정되는 것이 아니며, 평면 코일, 토네이도 코일, 입체 코일 등을 이용하는 것도 가능하다.
바람직하게는, 상기 착화 공정에 있어서, 상기 레이저광의 조사를 개시한 후에, 상기 코일 또는 상기 전극으로의 고주파 전력의 인가를 개시한다.
상기의 바람직한 방법에 의하면, 코일 또는 전극으로의 고주파 전력의 인가를 개시한 후에 레이저광의 조사를 개시하는 경우에 비해, 플라즈마가 착화되지 않은 상태에서 코일 또는 전극에 고주파 전력을 인가할 우려를 저감할 수 있기 때문에, 플라즈마 생성 장치의 고장 등을 방지 가능하다.
바람직하게는, 상기 착화 공정에 있어서, 상기 레이저광을 상기 코일 또는 상기 전극의 근방에 조사한다.
코일 또는 전극의 근방에는, 챔버 내의 반응 생성물이 퇴적물로서 부착되기 어렵다(코일의 경우, 부착되었다고 해도 스퍼터링에 의해서 제거된다).
따라서, 상기의 바람직한 방법에 의하면, 레이저광이 퇴적물에 흡수되거나, 퇴적물에 의해서 산란될 우려가 저감하여, 원하는 강도의 레이저광을 처리 가스에 조사 가능하다.
본 발명자들의 지견에 의하면, 레이저광을 원통형 코일의 상방을 통과하는 경로, 바꿔 말하면, 원통형 코일 내에 도달하기 전의 처리 가스에도 조사되는 경로로 조사하면, 플라즈마가 조기에 착화되기 쉽다.
따라서, 바람직하게는, 상기 플라즈마 생성 장치는, 상기 코일로서 원통형 코일을 구비하고, 상기 착화 공정에 있어서, 상기 레이저광을 상기 원통형 코일의 상방을 통과하는 경로로 조사한다.
상기의 바람직한 방법에 의하면, 플라즈마를 조기에 착화하는 것이 가능하다.
본 발명자들의 지견에 의하면, 원통형 코일의 상방을 통과하는 경로 중에서도, 원통형 코일의 상방으로부터 원통형 코일의 하방을 향해서 비스듬하게 통과하는 경로로 조사하면, 플라즈마가 가장 조기에 착화되기 쉽다.
따라서, 바람직하게는, 상기 착화 공정에 있어서, 상기 레이저광을 상기 원통형 코일의 상방으로부터 상기 원통형 코일의 하방을 향해서 비스듬하게 조사한다.
상기의 바람직한 방법에 의하면, 플라즈마를 가장 조기에 착화하는 것이 가능하다.
바람직하게는, 상기 레이저광은, 가시광 영역의 파장을 갖는다.
상기의 바람직한 방법에 의하면, 자외광이나 적외광 영역의 파장을 갖는 레이저광을 이용하는 경우에 비해, 염가이고, 반도체 레이저의 광축 조정 등의 조정 작업을 행하기 쉬우며, 안전성도 우수하다.
바람직하게는, 상기 처리 가스는, Cl2 가스, O2 가스, SF6 가스, CF4 가스 및 C4F8 가스 중, 적어도 어느 한 종의 가스이다.
Cl2 가스, O2 가스, SF6 가스, CF4 가스, C4F8 가스 등의 전기 음성도가 높은 가스는, 플라즈마화하기 어렵다.
따라서, 본 발명은, 처리 가스가 이들 전기 음성도가 높은 가스에 대해서 적절하게 이용할 수 있다.
또, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 챔버와, 플라즈마 생성용의 코일 또는 전극과, 반도체 레이저와, 제어 수단을 구비하고, 상기 제어 수단은, 상기 챔버 내에 처리 가스를 공급하는 공급 공정과, 상기 챔버 내에 공급된 상기 처리 가스에 대해서 반도체 레이저로부터 출사한 레이저광을 조사함과 더불어, 상기 플라즈마 생성용의 코일 또는 전극에 고주파 전력을 인가하여, 플라즈마를 착화시키는 착화 공정과, 상기 플라즈마의 착화 후에, 상기 반도체 레이저로부터의 레이저광의 출사를 정지하는 정지 공정을 실행 가능한 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성 장치로서 제공된다.
본 발명에 의하면, 이상 방전을 발생시키지 않고 플라즈마를 조기에 착화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 형태에 따르는 플라즈마 처리 장치의 개략 구성을 일부 단면에서 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일실시 형태에 따르는 플라즈마 착화 방법의 공급 공정, 착화 공정 및 정지 공정의 절차를 개략적으로 나타내는 타이밍 차트이다.
도 3은 착화 공정에 있어서의 레이저광의 다른 조사 방향의 예를 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명에 따르는 플라즈마 착화 방법을 적용 가능한 다른 플라즈마 생성 장치의 개략 구성을 일부 단면에서 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따르는 시험의 주된 조건 및 결과를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 일실시 형태에 따르는 플라즈마 생성 장치를 구비한 플라즈마 처리 장치, 및 이것을 이용한 플라즈마 착화 방법에 대해 설명한다.
도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 따르는 플라즈마 처리 장치의 개략 구성을 일부 단면에서 나타내는 모식도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 플라즈마 처리 장치(100)는, 챔버(1)와, 플라즈마 생성용의 코일(2)과, 재치대(3)와, 반도체 레이저(10)와, 제어 수단(20)을 구비하고 있다. 본 실시 형태의 플라즈마 생성 장치는, 챔버(1)(상부 챔버(1a)), 코일(2), 반도체 레이저(10) 및 제어 수단(20)에 의해서 구성되어 있다.
챔버(1)는, 원통형의 상부 챔버(1a)와, 원통형의 하부 챔버(1b)로 구성되어 있다. 상부 챔버(1a)의 내부에는, 처리 가스가 공급되어, 플라즈마가 생성되는 플라즈마 생성 공간(11)이 설치되고, 하부 챔버(1b)의 내부에는, 생성된 플라즈마에 의해서 플라즈마 처리가 실행되는 플라즈마 처리 공간(12)이 설치되어 있다. 상부 챔버(1a) 중, 적어도 반도체 레이저(10)로부터 출사하는 레이저광(L)이 통과하는 부위는, 레이저광(L)의 파장에 대해서 투명한 재료로 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 상부 챔버(1a)의 전체가 석영 등의 투명한 재료로 형성되어 있다.
코일(2)은, 플라즈마 생성 공간(11)을 둘러싸도록 상부 챔버(1a)의 외부에 배치되어 있다. 본 실시 형태의 코일(2)은, 원통형 코일(보다 정확하게는, 나선형 코일)이다. 단, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니며, 평면 코일이나, Samco Inc 제조의 「Tornado ICP」에서 이용되고 있는 토네이도 코일이나, Panasonic Corporation 제조의 「Advanced-ICP」에서 이용되고 있는 입체 코일 등, 다른 형태의 코일을 적용하는 것도 가능하다. 평면 코일을 이용하는 경우에는, 평면 코일은 상부 챔버(1a)의 상방에 배치된다.
재치대(3)는, 플라즈마 처리 공간(12)에 배치되고, 이 재치대(3)에 플라즈마 처리를 실시하는 기판(S)이 재치된다. 재치대(3)는, 재치대(3)를 승강시키는 승강 수단(도시하지 않음)에 장착되어 있어도 되고, 승강 불가능하게 챔버(1)에 고정되어 있어도 된다. 재치대(3)는, Al 등의 금속으로 형성된 재치대 본체(31)와, 재치대 본체(31) 상에 위치하고, 직류 전원에 접속된 전극(도시하지 않음)이 매설된 유전체로 형성되어 있는 정전 척(32)을 구비한다.
또, 플라즈마 처리 장치(100)는, 재치대(3)를 관통하여 기판(S)의 하면에 접촉하는 리프트 핀을 승강시키는 승강 장치(4)와, 코일(2)에 정합기(도시하지 않음)를 통해 접속된 고주파 전원(5)과, 재치대(3)(재치대 본체(31))에 정합기(도시하지 않음)를 통해 접속된 고주파 전원(6)과, 가스 공급원(7)과, 배기 장치(8)를 구비하고 있다.
가스 공급원(7)은, 플라즈마를 생성하기 위한 처리 가스를 플라즈마 생성 공간(11)에 공급한다. 고주파 전원(5)은, 코일(2)에 고주파 전력을 인가한다. 이로써, 플라즈마 생성 공간(11)에 공급된 처리 가스가 플라즈마화하여, 유도 결합 플라즈마가 생성된다. 고주파 전원(6)은, 재치대(3)의 재치대 본체(31)에 고주파 전력을 인가한다. 이로써, 생성된 플라즈마가 기판(S)을 향해서 이동한다.
배기 장치(8)는, 챔버(1) 내의 가스를 챔버(1)의 외부로 배기한다.
플라즈마 처리를 실시하기 전의 기판(S)은, 반송 기구(도시하지 않음)에 의해서 챔버(1)의 외부로부터 내부로 반송되고, 재치대(3)의 상면(정전 척(32)의 상면)보다 상방으로 돌출한 리프트 핀 상에 재치된다. 이어서, 승강 장치(4)에 의해서 리프트 핀이 강하함으로써, 기판(S)은 재치대(3)(정전 척(32)) 상에 재치된다. 플라즈마 처리가 종료한 후에는, 승강 장치(4)에 의해 리프트 핀이 상승하고, 이에 수반하여, 기판(S)도 상승한다. 상승한 기판(S)은, 반송 기구에 의해서 챔버(1)의 외부로 반송된다.
반도체 레이저(10)는, 상부 챔버(1a)의 외부에 있어서, 출사한 레이저광(L)이 상부 챔버(1a) 내에 공급된 처리 가스에 조사되도록 배치되어 있다. 본 실시 형태의 반도체 레이저(10)는, 가시광 영역의 파장(예를 들어, 405nm)을 갖는 레이저광(L)을 출사한다. 단, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니며, 자외광 영역 등 다른 파장을 갖는 레이저광을 출사하는 반도체 레이저를 이용하는 것도 가능하다. 또, 본 실시 형태의 반도체 레이저(10)는, 연속 발진(CW)식이지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니며, 단위 시간당의 에너지 밀도를 높이기 위해서, 펄스 발진식의 반도체 레이저를 이용하는 것도 가능하다.
본 실시 형태의 반도체 레이저(10)는, 출사되는 레이저광(L)이 평행 광속이 되도록, 레이저광(L)의 출사면측에 배치된 렌즈(평볼록 렌즈)를 구비하고 있다. 이로써, 레이저광(L)은, 그 경로에 있어서 대략 동등의 빔 스팟 직경이 되어, 경로에 있어서의 레이저광(L)의 에너지의 감쇠를 무시하면, 어느 한 위치의 처리 가스에 대해서도 대략 동등의 에너지 밀도로 조사되게 된다.
본 실시 형태의 반도체 레이저(10)는, 레이저광(L)이 코일(2)의 근방에 조사되도록 배치되어 있다. 구체적으로는, 반도체 레이저(10)는, 레이저광(L)이 코일(2)의 상방을 통과하는 경로(도 1에 나타내는 예에서는, 도 1의 좌측에 있어서 코일(2)의 상방을 통과하고 있다)로 조사되도록 배치되어 있다. 보다 구체적으로는, 반도체 레이저(10)는, 레이저광(L)이 코일(2)의 상방으로부터 코일(2)의 하방을 향해서(도 1에 나타내는 예에서는, 도 1의 좌측에 있어서 코일(2)의 상방을 통과하고, 도 1의 우측에 있어서 코일(2)의 하방을 통과하고 있다) 비스듬하게 조사되도록 배치되어 있다.
제어 수단(20)은, 고주파 전원(5), 가스 공급원(7), 및 반도체 레이저(10)에 전기적으로 접속되어 있고, 이들 동작을 제어하는 기능을 갖는다. 제어 수단(20)으로서는, PLC(Programmable Logic Controller)나 컴퓨터를 이용할 수 있다.
또한, 플라즈마 처리 장치(100)의 다른 구성 요소나 동작에 대해서는, 일반적인 플라즈마 처리 장치와 동일하기 때문에, 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.
이하, 상기의 구성을 갖는 플라즈마 처리 장치(100)(플라즈마 생성 장치)를 이용한 본 실시 형태에 따르는 플라즈마 착화 방법에 대해 설명한다.
본 실시 형태에 따르는 플라즈마 착화 방법은, 공급 공정과, 착화 공정과, 정지 공정을 포함한다. 이하, 각 공정에 대해 차례로 설명한다.
＜공급 공정＞
공급 공정에서는, 가스 공급원(7)으로부터 챔버(1)(상부 챔버(1a)) 내의 플라즈마 생성 공간(11)에 처리 가스를 공급한다. 구체적으로는, 제어 수단(20)으로부터 송신된 제어 신호에 따라, 가스 공급원(7)과 챔버(1)를 접속하는 배관에 설치되어 처리 가스의 유량을 제어하는 MFC(Mass Flow Controller)(도시하지 않음)가 제어되고, 소정 유량의 처리 가스가 챔버(1) 내에 공급된다.
본 실시 형태에서는, 처리 가스로서, 예를 들어, Cl2 가스가 이용된다. 단, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니며, 여러 가지의 처리 가스를 이용하는 것이 가능하다. 특히, Cl2 가스, O2 가스, SF6 가스, CF4 가스, C4F8 가스 등의 전기 음성도가 높은 가스는, 플라즈마화하기 어렵기 때문에, 본 실시 형태에 따르는 플라즈마 착화 방법을 적용하는 것이 유효하다.
＜착화 공정＞
착화 공정에서는, 챔버(1) 내에 공급된 처리 가스에 대해서 반도체 레이저(10)로부터 출사한 레이저광(L)을 조사한다. 구체적으로는, 제어 수단(20)으로부터 송신된 제어 신호에 따라, 반도체 레이저(10)의 전원이 온되어, 레이저광(L)이 출사된다.
또, 착화 공정에서는, 고주파 전원(5)으로부터 코일(2)에 고주파 전력을 인가한다. 구체적으로는, 제어 수단(20)으로부터 송신된 제어 신호에 따라, 고주파 전원(5)이 온되어, 코일(2)에 고주파 전력이 인가된다.
도 2는, 본 실시 형태의 공급 공정, 착화 공정 및 정지 공정의 절차를 개략적으로 나타내는 타이밍 차트이다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 착화 공정에서는, 전술의 공급 공정을 개시한 후(도 2에 나타내는 「처리 가스 공급」이 「온」이 된 후)에, 반도체 레이저(10)로부터의 레이저광(L)의 조사를 개시하고, 이 후(도 2에 나타내는 「반도체 레이저」가 「온」이 된 후)에, 고주파 전원(5)으로부터 코일(2)로의 고주파 전력의 인가를 개시한다(도 2에 나타내는 「고주파 전원」이 「온」이 된다). 구체적으로는, 레이저광(L)의 조사를 개시하고 나서 시간(T1)만큼 경과한 후에, 코일(2)로의 고주파 전력의 인가를 개시한다. 시간(T1)으로서는, 0.5~1.0sec 정도를 예시할 수 있다. 또한, 전술의 공급 공정을 개시하기 전부터 레이저광(L)의 조사를 개시해도 된다.
＜정지 공정＞
정지 공정에서는, 플라즈마의 착화 후에, 반도체 레이저(10)로부터의 레이저광(L)의 출사를 정지한다. 구체적으로는, 제어 수단(20)으로부터 송신된 제어 신호에 따라, 반도체 레이저(10)의 전원이 오프되어, 레이저광(L)의 출사가 정지한다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 코일(2)로의 고주파 전력의 인가를 개시하고 나서, 착화가 적정하게 발생할 때까지의 경과 시간(T2)을 미리 결정해 두고, 이 경과 시간(T2)을 제어 수단(20)에 설정 기억시켜 둔다. 제어 수단(20)은, 코일(2)로의 고주파 전력의 인가를 개시하고 나서, 설정 기억한 경과 시간(T2)에 도달한 타이밍에, 반도체 레이저(10)의 전원을 오프하는 제어 신호를 송신한다. 시간(T2)으로서는, 2.0~3.0sec 정도를 예시할 수 있다.
단, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니며, 실제로 플라즈마의 착화가 발생한 것을 판정한 후에 레이저광(L)의 출사를 정지하는 방법을 채용하는 것도 가능하다.
예를 들어, 코일(2)에 고주파 전력을 인가했을 때에, 고주파 전원(5)과 코일(2) 사이에 개재하는 정합기(도시하지 않음)의 내부 회로 등에 있어서의 반사파 신호의 크기를 검출하는 센서를 설치하고, 이 센서의 출력 신호를 제어 수단(20)에 입력하며, 제어 수단(20)이 센서에서 검출한 반사파 신호의 크기가 소정값 이하로 작아지면 착화가 발생했다고 판정하는 방법이 생각된다. 또, 챔버(1) 내에서 발생한 광의 강도를 검출하는 분광기 등을 설치하고, 분광기 등으로 검출한 광의 강도를 제어 수단(20)에 입력하며, 제어 수단(20)이 검출한 광의 강도가 소정값 이상이면 착화가 발생했다고 판정하는 방법도 생각된다.
이상으로 설명한 본 실시 형태에 따르는 플라즈마 착화 방법에 의하면, 착화 공정에 있어서, 반도체 레이저(10)로부터 출사한 레이저광(L)을 처리 가스에 대해서 조사하고, 정지 공정에 있어서, 플라즈마의 착화 후에 반도체 레이저(10)로부터의 레이저광(L)의 출사를 정지하기 때문에, 챔버(1) 내에 이상 방전을 발생시키지 않고 플라즈마를 조기에 착화 가능하다.
또, 착화 공정에 있어서, 레이저광(L)의 조사를 개시한 후에, 코일(2)로의 고주파 전력의 인가를 개시하기 때문에, 코일(2)로의 고주파 전력의 인가를 개시한 후에 레이저광(L)의 조사를 개시하는 경우에 비해, 플라즈마가 착화되지 않은 상태에서 코일(2)에 고주파 전력을 인가할 우려를 저감할 수 있다. 이로 인해, 플라즈마 처리 장치(100)의 고장 등을 방지 가능하다.
또, 착화 공정에 있어서, 레이저광(L)을 챔버(1) 내의 반응 생성물이 퇴적물로서 부착되기 어려운 코일(2)의 근방에 조사하기 때문에, 레이저광(L)이 퇴적물에 흡수되거나, 퇴적물에 의해서 산란될 우려가 저감하여, 원하는 강도의 레이저광(L)을 처리 가스에 조사 가능하다.
또한, 착화 공정에 있어서, 레이저광(L)을 코일(2)의 상방으로부터 코일(2)의 하방을 향해서 비스듬하게 조사하기 때문에, 플라즈마를 가장 조기에 착화하는 것이 가능하다.
도 3은, 착화 공정에 있어서의 레이저광(L)의 다른 조사 방향의 예를 나타내는 모식도이다. 도 3에서는, 상부 챔버(1a) 근방만을 도시하고 있다.
도 1에 나타내는 예에서는, 착화 공정에 있어서, 레이저광(L)을 코일(2)의 상방으로부터 코일(2)의 하방을 향해서 비스듬하게 조사하는 양태에 대해 설명했는데, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 레이저광(L)을 코일(2)의 상방을 통과하는 수평인 경로로 조사하는 것도 가능하다. 또, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 레이저광(L)을 코일(2)의 하방으로부터 코일(2)의 상방을 향해서 비스듬하게 조사하는 것도 가능하다.
도 4는, 본 발명에 따르는 플라즈마 착화 방법을 적용 가능한 다른 플라즈마 생성 장치의 개략 구성을 일부 단면에서 나타내는 모식도이다.
도 4(a)에 나타내는 플라즈마 생성 장치는, 상부 챔버(1a)에 의해서 2개소의 플라즈마 생성 공간(11)(내측의 플라즈마 생성 공간(11a), 외측의 플라즈마 생성 공간(11b))이 형성되고, 각 플라즈마 생성 공간(11)에 처리 가스가 공급된다. 코일은, 내측의 코일(21)과, 코일(21)에 대해서 동심형으로 배치된 외측의 코일(22)로 구성되어 있다. 도 4(a)에 나타내는 플라즈마 생성 장치의 2개소의 플라즈마 생성 공간(11)에 공급된 처리 가스에 대해서, 2개의 반도체 레이저(10)로부터 출사한 레이저광(L)이 각각 조사된다.
또한, 도 4(a)에서는, 도 1과 동일하게, 레이저광(L)을 코일(21 또는 22)의 상방으로부터 코일(21 또는 22)의 하방을 향해서 비스듬하게 조사하는 양태를 도시하고 있는데, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 도 3(a)와 동일하게, 레이저광(L)을 코일(21 또는 22)의 상방을 통과하는 수평인 경로로 조사하는 것도 가능하다. 또, 도 3(b)와 동일하게, 레이저광(L)을 코일(21 또는 22)의 하방으로부터 코일(21 또는 22)의 상방을 향해서 비스듬하게 조사하는 것도 가능하다. 또, 도 4(a)에서는, 내측의 플라즈마 생성 공간(11a)에 레이저광(L)을 조사하는 반도체 레이저(10)와, 외측의 플라즈마 생성 공간(11b)에 레이저광(L)을 조사하는 반도체 레이저(10)를 배치하고 있으며, 착화성을 높이는데에 있어서는, 이와 같이 플라즈마 생성 공간(11)의 수에 따라 2개 또는 그것보다 많은 반도체 레이저(10)를 배치하는 것이 바람직하다. 그러나, 내측의 플라즈마 생성 공간(11a)과 외측의 플라즈마 생성 공간(11b)은 연통되어 있으며, 양 플라즈마 생성 공간(11)의 사이에서 플라즈마가 퍼지게 된다. 이로 인해, 내측의 플라즈마 생성 공간(11a)에 레이저광(L)을 조사하는 반도체 레이저(10)만을 배치하는 구성이나, 외측의 플라즈마 생성 공간(11b)에 레이저광(L)을 조사하는 반도체 레이저(10)만을 배치하는 구성이어도, 플라즈마를 조기에 착화시키는 것이 가능하다. 또한, 도 4(a)에 나타내는 내측의 플라즈마 생성 공간(11a)이 없고, 외측의 플라즈마 생성 공간(11b)만을 갖는 플라즈마 생성 장치여도 된다.
도 4(b)에 나타내는 플라즈마 생성 장치는, 처리 가스를 통과시키기 위한 다수의 구멍이 설치된 샤워 헤드형의 상부 전극(91)과, 기판(S)이 재치되는 하부 전극(92)이 평행하게 배치된 평행 평판형의 플라즈마 생성 장치이다. 이 플라즈마 생성 장치의 상부 전극(91)에 고주파 전력을 인가함으로써, 플라즈마 생성 공간(11)에 용량 결합 플라즈마가 생성된다. 도 4(b)에 나타내는 플라즈마 생성 장치의 경우, 플라즈마 생성 공간(11)에 공급된 처리 가스에 대해서, 반도체 레이저(10)로부터 출사한 레이저광(L)이 조사된다.
도 4(b)에 나타내는 예에서는, 레이저광(L)을 상부 전극(91)과 하부 전극(92) 사이를 통과하는 수평인 경로로 조사하는 양태를 도시하고 있는데, 반드시 이것에 한정되는 것이 아니며, 설비적으로 가능하면, 상부 전극(91)의 상방으로부터 하방을 향한 경로로 조사해도 된다.
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예에 대해 설명한다.
실시예 1~8로서, 도 1 및 도 3(a)에 나타내는 플라즈마 생성 장치 및 레이저광(L)의 조사 방향을 이용하여, 가스 유량, 챔버(1) 내의 압력, 코일(2)에 인가하는 고주파 전력의 파워 밀도 등의 조건을 바꾸면서, 플라즈마의 착화 시간을 평가하는 시험을 행했다. 처리 가스로서는, 모두 Cl2 가스를 이용했다. 반도체 레이저(10)로서는, 광출력 20mW이고, 파장 405nm의 레이저광(L)을 출사하는 CW식의 반도체 레이저를 이용했다. 본 시험에서 이용한 반도체 레이저(10)의 출사면측에는 평볼록 렌즈가 배치되어 있고, 이로써 2~3mm 정도의 빔 스팟 직경을 갖는 평행 광속의 레이저광(L)이 출사되었다. 빔 스팟 직경이 2~3mm이면, 레이저광(L)의 방사 조도는, 2.2×103~5.0×103W/m2가 된다.
또, 비교예 1~8로서, 레이저광(L)을 조사하지 않고 플라즈마의 착화 시간을 평가하는 시험을 행했다. 비교예 1~8은, 레이저광(L)을 조사하지 않았던 것 이외, 각각 대응하는 번호의 실시예 1~8과 같은 조건으로 시험을 실시했다.
도 5는, 상기 시험의 주된 조건 및 결과를 나타내는 도면이다. 또한, 상기의 시험에 있어서는, 챔버(1) 내의 상황을 육안으로 확인하여, 빛나서 밝아진 경우에 착화가 발생했다고 판정하고, 코일(2)로의 고주파 전력의 인가를 개시하고 나서 착화가 발생할 때까지의 경과 시간을 착화 시간으로서 평가했다. 또, 도 5에 나타내는 「고주파 전력 파워 밀도」는, 코일(2)에 인가하는 고주파 전력/플라즈마가 접촉하는 챔버(1) 내면의 표면적을 의미한다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 실시예 1~8에서는, 모두 플라즈마의 착화 시간이 1sec 이하가 되어, 플라즈마를 조기에 착화시킬 수 있었다. 또, 플라즈마의 착화시에 이상 방전은 발생하지 않았다. 이에 비해, 비교예 1~8에서는, 플라즈마의 착화 시간이 적어도 2sec를 초과하여, 플라즈마를 조기에 착화시킬 수 없었다.
또한, 실시예 1~8은, 모두 플라즈마의 착화 시간이 1sec 이하가 된 점에서는 공통되나, 실시예 1~6(도 1에 나타내는 레이저광(L)의 조사 방향의 경우)이, 실시예 7, 8(도 3(a)에 나타내는 레이저광(L)의 조사 방향의 경우)보다 0.몇 초의 차이로 착화 시간이 빨랐다. 이와 같이, 도 1에 나타내는 레이저광의 조사 방향의 경우에 가장 조기에 착화되기 쉬운 이유로서는, 이하의 (a), (b)가 추정된다.
(a) 도 1에 나타내는 레이저광(L)의 조사 방향의 경우, 레이저광(L)이 코일(2)의 상방으로부터 코일(2)의 하방을 향해서 비스듬하게 조사되기 때문에, 전자장의 강도가 가장 높게 플라즈마가 생성되기 쉽다고 생각되는 코일(2)의 중심을 레이저광(L)이 통과하게 된다.
(b) 레이저광(L)의 에너지 밀도는, 플라즈마 생성 공간(11)으로의 입사측에서 가장 높아진다. 도 1에 나타내는 레이저광(L)의 조사 방향의 경우, 레이저광(L)의 에너지 밀도가 가장 높은 입사측이 코일(2)의 상방에 위치하기 때문에, 코일(2) 내의 상부에 위치하는 처리 가스에 에너지 밀도가 높은 레이저광(L)이 조사됨으로써, 플라즈마의 생성 확률이 높아진다고 생각된다.
1···챔버
2···코일
10···반도체 레이저
20···제어 수단
91···전극(상부 전극)
100···플라즈마 처리 장치
L···레이저광

Claims (8)

  1. 플라즈마 생성 장치가 구비하는 챔버 내에 처리 가스를 공급하는 공급 공정과,
    상기 챔버 내에 공급된 상기 처리 가스에 대해서 반도체 레이저로부터 출사한 레이저광을 조사함과 더불어, 상기 플라즈마 생성 장치가 구비하는 플라즈마 생성용의 코일 또는 전극에 고주파 전력을 인가하여, 플라즈마를 착화시키는 착화 공정과,
    상기 플라즈마의 착화 후에, 상기 반도체 레이저로부터의 레이저광의 출사를 정지하는 정지 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 착화 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 착화 공정에 있어서, 상기 레이저광의 조사를 개시한 후에, 상기 코일 또는 상기 전극으로의 고주파 전력의 인가를 개시하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 착화 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 착화 공정에 있어서, 상기 레이저광을 상기 코일 또는 상기 전극의 근방에 조사하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 착화 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성 장치는, 상기 코일로서 원통형 코일을 구비하고,
    상기 착화 공정에 있어서, 상기 레이저광을 상기 원통형 코일의 상방을 통과하는 경로로 조사하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 착화 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 착화 공정에 있어서, 상기 레이저광을 상기 원통형 코일의 상방으로부터 상기 원통형 코일의 하방을 향해서 비스듬하게 조사하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 착화 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저광은, 가시광 영역의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 착화 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 가스는, Cl2 가스, O2 가스, SF6 가스, CF4 가스 및 C4F8 가스 중, 적어도 어느 한 종의 가스인 것을 특징으로 하는 플라즈마 착화 방법.
  8. 챔버와,
    플라즈마 생성용의 코일 또는 전극과,
    반도체 레이저와,
    제어 수단을 구비하고,
    상기 제어 수단은,
    상기 챔버 내에 처리 가스를 공급하는 공급 공정과,
    상기 챔버 내에 공급된 상기 처리 가스에 대해서 반도체 레이저로부터 출사한 레이저광을 조사함과 더불어, 상기 플라즈마 생성용의 코일 또는 전극에 고주파 전력을 인가하여, 플라즈마를 착화시키는 착화 공정과,
    상기 플라즈마의 착화 후에, 상기 반도체 레이저로부터의 레이저광의 출사를 정지하는 정지 공정을 실행 가능한 것
    을 특징으로 하는 플라즈마 생성 장치.
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