KR20220163300A - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 Download PDF

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아키라 가이지마
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 플라즈마의 생성에 있어서의 고주파 전력의 전력 결합 효율을 높이는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
개시되는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 고주파 전원이, 제1 기간에 있어서의 고주파 전력의 레벨이 제1 기간과 제2 기간에 있어서의 고주파 전력의 레벨보다 높아지도록, 고주파 전력을 변조한다. 제2 기간은, 제1 기간과 교대의 기간이다. 바이어스 전원은, 제3 기간에 있어서의 바이어스 에너지의 레벨이 제4 기간에 있어서의 바이어스 에너지의 레벨보다 높아지도록, 바이어스 에너지를 변조한다. 제4 기간은, 제3 기간과 교대의 기간이다. 바이어스 전원은, 제1 기간과 부분적으로 중복되는 제3 기간의 개시 시점의 제1 기간의 개시 시점에 대한 시간차를, 진행파의 파워 및 반사파의 파워로부터 얻어지는 고주파 전력의 플라즈마에 대한 전력 결합 효율에 따라 조정한다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD}
본 개시의 예시적 실시형태는, 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
플라즈마 처리 장치가, 기판에 대한 플라즈마 처리 장치에 있어서 이용되고 있다. 플라즈마 처리 장치에서는, 챔버 내에서 가스로부터 플라즈마를 생성하기 위해 고주파 전력이 공급된다. 하기의 특허문헌 1은, 고주파 전력의 온/오프 제어 또는 하이/로우 제어를 행하는 기술을 개시하고 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 평성 제10-64696호 공보
본 개시는, 플라즈마의 생성에 있어서의 고주파 전력의 전력 결합 효율을 높이는 기술을 제공한다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치가 제공된다. 플라즈마 처리 장치는, 챔버, 기판 지지부, 고주파 전원, 바이어스 전원, 및 측정기를 구비한다. 기판 지지부는, 전극을 가지며, 챔버 내에 설치되어 있다. 고주파 전원은, 챔버 내에서 가스로부터 플라즈마를 생성하기 위해 고주파 전력을 공급하도록 구성되어 있다. 바이어스 전원은, 기판 지지부 상에 배치된 기판에 플라즈마로부터 이온을 인입하기 위해 바이어스 에너지를 기판 지지부의 전극에 부여하도록 구성되어 있다. 측정기는, 고주파 전력의 진행파의 파워 및 반사파의 파워를 측정하도록 구성되어 있다. 고주파 전원은, 제1 기간에 있어서의 고주파 전력의 레벨이 제2 기간에 있어서의 고주파 전력의 레벨보다 높아지도록, 고주파 전력을 변조한다. 제2 기간은, 제1 기간과 교대의 기간이다. 바이어스 전원은, 제3 기간에 있어서의 바이어스 에너지의 레벨이 제4 기간에 있어서의 바이어스 에너지의 레벨보다 높아지도록, 바이어스 에너지를 변조한다. 제4 기간은, 제3 기간과 교대의 기간이다. 바이어스 전원은, 제1 기간과 부분적으로 중복되는 제3 기간의 개시 시점의 제1 기간의 개시 시점에 대한 시간차를, 진행파의 파워 및 반사파의 파워로부터 얻어지는 고주파 전력의 플라즈마에 대한 전력 결합 효율에 따라 조정한다.
하나의 예시적 실시형태에 따르면, 플라즈마의 생성에 있어서의 고주파 전력의 전력 결합 효율을 높이는 것이 가능해진다.
도 1은 하나의 예시적 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 하나의 예시적 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 고주파 전력 및 바이어스 에너지의 일례의 타이밍 차트이다.
도 4는 전력 결합 효율의 시간 변화를 예시한 도면이다.
도 5는 하나의 예시적 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 흐름도이다.
이하, 여러 가지 예시적 실시형태에 대해서 설명한다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치가 제공된다. 플라즈마 처리 장치는, 챔버, 기판 지지부, 고주파 전원, 바이어스 전원, 및 측정기를 구비한다. 기판 지지부는, 전극을 가지며, 챔버 내에 설치되어 있다. 고주파 전원은, 챔버 내에서 가스로부터 플라즈마를 생성하기 위해 고주파 전력을 공급하도록 구성되어 있다. 바이어스 전원은, 기판 지지부 상에 배치된 기판에 플라즈마로부터 이온을 인입하기 위해 바이어스 에너지를 기판 지지부의 전극에 부여하도록 구성되어 있다. 측정기는, 고주파 전력의 진행파의 파워 및 반사파의 파워를 측정하도록 구성되어 있다. 고주파 전원은, 제1 기간에 있어서의 고주파 전력의 레벨이 제2 기간에 있어서의 고주파 전력의 레벨보다 높아지도록, 고주파 전력을 변조한다. 제2 기간은, 제1 기간과 교대의 기간이다. 바이어스 전원은, 제3 기간에 있어서의 바이어스 에너지의 레벨이 제4 기간에 있어서의 바이어스 에너지의 레벨보다 높아지도록, 바이어스 에너지를 변조한다. 제4 기간은, 제3 기간과 교대의 기간이다. 바이어스 전원은, 제1 기간과 부분적으로 중복되는 제3 기간의 개시 시점의 제1 기간의 개시 시점에 대한 시간차를, 진행파의 파워 및 반사파의 파워로부터 얻어지는 고주파 전력의 플라즈마에 대한 전력 결합 효율에 따라 조정한다.
제1 기간과 제3 기간 사이의 시간차는, 고주파 전력의 플라즈마에 대한 결합 효율에 영향을 준다. 상기 실시형태에 따르면, 고주파 전력의 플라즈마에 대한 전력 결합 효율에 따라 상기 시간차가 조정되기 때문에, 플라즈마의 생성에 있어서의 고주파 전력의 전력 결합 효율을 높이는 것이 가능해진다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 바이어스 전원은, 제3 기간의 개시 시점이 제1 기간의 개시 시점에 대하여 선행되고, 또한, 상기 시간차가 전력 결합 효율이 낮을수록 커지도록, 상기 시간차를 조정하도록 구성되어 있어도 좋다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 바이어스 전원은, 제1 기간의 종료 시점과 제1 기간과 부분적으로 중복되는 제3 기간의 종료 시점이 일치하도록, 제3 기간의 시간 길이를 설정하여도 좋다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 바이어스 에너지는, 고주파 전력 또는 주기적으로 발생되는 전압의 펄스여도 좋다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 고주파 전원은, 제2 기간에 있어서 고주파 전력의 공급을 정지하도록 구성되어 있어도 좋다. 바이어스 전원은, 제4 기간에 있어서 바이어스 에너지의 공급을 정지하도록 구성되어 있어도 좋다.
별도의 하나의 예시적 실시형태에 있어서, 플라즈마 처리 방법이 제공된다. 플라즈마 처리 방법은, 플라즈마 처리 장치의 챔버 내에 설치된 기판 지지부 상에 기판을 배치하는 공정을 포함한다. 플라즈마 처리 방법은, 챔버 내에서 플라즈마를 생성하기 위해 공급되는 고주파 전력을 변조하는 공정을 더 포함한다. 고주파 전력은, 제1 기간에 있어서의 고주파 전력의 레벨이 제2 기간에 있어서의 고주파 전력의 레벨보다 높아지도록 변조된다. 제2 기간은, 제1 기간과 교대의 기간이다. 플라즈마 처리 방법은, 기판에 플라즈마로부터 이온을 인입하기 위해 기판 지지부의 전극에 공급되는 바이어스 에너지를 변조하는 공정을 더 포함한다. 바이어스 에너지는, 제3 기간에 있어서의 바이어스 에너지의 레벨이 제4 기간에 있어서의 바이어스 에너지의 레벨보다 높아지도록 변조된다. 제4 기간은, 제3 기간과 교대의 기간이다. 플라즈마 처리 방법은, 고주파 전력의 플라즈마에 대한 전력 결합 효율에 따라, 제1 기간과 부분적으로 중복되는 제3 기간의 개시 시점의 제1 기간의 개시 시점에 대한 시간차를 조정하는 공정을 더 포함한다. 전력 결합 효율은, 고주파 전력의 진행파의 파워 및 고주파 전력의 반사파의 파워로부터 얻어진다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 상기 시간차는, 제3 기간의 개시 시점이 제1 기간의 개시 시점에 대하여 선행되고, 또한, 상기 시간차가 전력 결합 효율이 낮을수록 커지도록, 조정되어도 좋다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 제1 기간의 종료 시점과 제1 기간과 부분적으로 중복되는 제3 기간의 종료 시점이 일치하도록, 제3 기간의 시간 길이가 설정되어도 좋다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 바이어스 에너지는, 고주파 전력 또는 주기적으로 발생되는 전압의 펄스여도 좋다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 고주파 전력의 공급은, 제2 기간에 있어서 정지되어도 좋다. 바이어스 에너지의 공급은, 제4 기간에 있어서 정지되어도 좋다.
이하, 도면을 참조하여 여러 가지 예시적 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이는 것으로 한다.
도 1 및 도 2는 하나의 예시적 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
일 실시형태에 있어서, 플라즈마 처리 시스템은, 플라즈마 처리 장치(1) 및 제어부(2)를 포함한다. 플라즈마 처리 장치(1)는, 플라즈마 처리 챔버(10), 기판 지지부(11) 및 플라즈마 생성부(12)를 포함한다. 플라즈마 처리 챔버(10)는, 플라즈마 처리 공간을 갖는다. 또한, 플라즈마 처리 챔버(10)는, 적어도 하나의 처리 가스를 플라즈마 처리 공간에 공급하기 위한 적어도 하나의 가스 공급구와, 플라즈마 처리 공간으로부터 가스를 배출하기 위한 적어도 하나의 가스 배출구를 갖는다. 가스 공급구는, 후술하는 가스 공급부(20)에 접속되고, 가스 배출구는, 후술하는 배기 시스템(40)에 접속된다. 기판 지지부(11)는, 플라즈마 처리 공간 내에 배치되며, 기판을 지지하기 위한 기판 지지면을 갖는다.
플라즈마 생성부(12)는, 플라즈마 처리 공간 내에 공급된 적어도 하나의 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하도록 구성된다. 플라즈마 처리 공간에 있어서 형성되는 플라즈마는, 용량 결합 플라즈마(CCP; Capacitively Coupled Plasma), 유도 결합 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma), ECR 플라즈마(Electron-Cyclotron-resonance plasma), 헬리콘파 여기 플라즈마(HWP: Helicon Wave Plasma), 또는 표면파 플라즈마(SWP: Surface Wave Plasma) 등이어도 좋다. 또한, AC(Alternating Current) 플라즈마 생성부 및 DC(Direct Current) 플라즈마 생성부를 포함하는 여러 가지 타입의 플라즈마 생성부가 이용되어도 좋다. 일 실시형태에 있어서, AC 플라즈마 생성부에서 이용되는 AC 신호(AC 전력)는, 100 kHz∼10 GHz 범위 내의 주파수를 갖는다. 따라서, AC 신호는, RF(Radio Frequency) 신호 및 마이크로파 신호를 포함한다. 일 실시형태에 있어서, RF 신호는, 200 kHz∼150 MHz 범위 내의 주파수를 갖는다.
제어부(2)는, 본 개시에서 말하는 여러 가지 공정을 플라즈마 처리 장치(1)에 실행시키는 컴퓨터 실행 가능한 명령을 처리한다. 제어부(2)는, 여기서 말하는 여러 가지 공정을 실행하도록 플라즈마 처리 장치(1)의 각 요소를 제어하도록 구성될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 제어부(2)의 일부 또는 전부가 플라즈마 처리 장치(1)에 포함되어도 좋다. 제어부(2)는, 예컨대 컴퓨터(2a)를 포함하여도 좋다. 컴퓨터(2a)는 예컨대 처리부(CPU: Central Processing Unit)(2a1), 기억부(2a2) 및 통신 인터페이스(2a3)를 포함하여도 좋다. 처리부(2a1)는, 기억부(2a2)에 저장된 프로그램에 기초하여 여러 가지 제어 동작을 행하도록 구성될 수 있다. 기억부(2a2)는, RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Drive), 또는 이들의 조합을 포함하여도 좋다. 통신 인터페이스(2a3)는, LAN(Local Area Network) 등의 통신 회선을 통해 플라즈마 처리 장치(1) 사이에서 통신하여도 좋다.
이하에, 플라즈마 처리 장치(1)의 일례로서의 용량 결합 플라즈마 처리 장치의 구성예에 대해서 설명한다. 용량 결합 플라즈마 처리 장치(1)는, 플라즈마 처리 챔버(10), 가스 공급부(20), 복수의 전원, 및 배기 시스템(40)을 포함한다. 또한, 플라즈마 처리 장치(1)는, 기판 지지부(11) 및 가스 도입부를 포함한다. 가스 도입부는, 적어도 하나의 처리 가스를 플라즈마 처리 챔버(10) 내에 도입하도록 구성된다. 가스 도입부는, 샤워 헤드(13)를 포함한다. 기판 지지부(11)는, 플라즈마 처리 챔버(10) 내에 배치된다. 샤워 헤드(13)는, 기판 지지부(11)의 위쪽에 배치된다. 일 실시형태에 있어서, 샤워 헤드(13)는, 플라즈마 처리 챔버(10)의 천장부(ceiling)의 적어도 일부를 구성한다. 플라즈마 처리 챔버(10)는, 샤워 헤드(13), 플라즈마 처리 챔버(10)의 측벽(10a) 및 기판 지지부(11)에 의해 규정된 플라즈마 처리 공간(10s)을 갖는다. 측벽(10a)은 접지된다. 샤워 헤드(13) 및 기판 지지부(11)는, 플라즈마 처리 챔버(10)의 하우징과는 전기적으로 절연된다.
기판 지지부(11)는, 본체부(111) 및 링 어셈블리(112)를 포함한다. 본체부(111)는, 기판(웨이퍼)(W)을 지지하기 위한 중앙 영역(기판 지지면)(111a)과, 링 어셈블리(112)를 지지하기 위한 환상 영역(링 지지면)(111b)을 갖는다. 본체부(111)의 환상 영역(111b)은, 평면에서 볼 때 본체부(111)의 중앙 영역(111a)을 둘러싸고 있다. 기판(W)은, 본체부(111)의 중앙 영역(111a) 상에 배치되며, 링 어셈블리(112)는, 본체부(111)의 중앙 영역(111a) 상의 기판(W)을 둘러싸도록 본체부(111)의 환상 영역(111b) 상에 배치된다.
일 실시형태에 있어서, 본체부(111)는, 베이스(114) 및 정전척(116)을 포함한다. 베이스(114)는, 도전성 부재를 포함한다. 베이스(114)의 도전성 부재는 하부 전극으로서 기능한다. 정전척(116)은, 베이스(114) 상에 배치된다. 정전척(116)의 상면은, 기판 지지면(111a)을 갖는다. 링 어셈블리(112)는, 1 또는 복수의 환상 부재를 포함한다. 1 또는 복수의 환상 부재 중 적어도 하나는 에지링이다. 또한, 도시는 생략하지만, 기판 지지부(11)는, 정전척(116), 링 어셈블리(112), 및 기판(W) 중 적어도 하나를 타겟 온도로 조절하도록 구성되는 온도 조절 모듈을 포함하여도 좋다. 온도 조절 모듈은, 히터, 전열 매체, 유로, 또는 이들의 조합을 포함하여도 좋다. 유로에는, 브라인이나 가스와 같은 전열 유체가 흐른다. 또한, 기판 지지부(11)는, 기판(W)의 이면과 기판 지지면(111a) 사이의 간극에 전열 가스를 공급하도록 구성된 전열 가스 공급부를 포함하여도 좋다.
샤워 헤드(13)는, 가스 공급부(20)로부터의 적어도 하나의 처리 가스를 플라즈마 처리 공간(10s) 내에 도입하도록 구성된다. 샤워 헤드(13)는, 적어도 하나의 가스 공급구(13a), 적어도 하나의 가스 확산실(13b), 및 복수의 가스 도입구(13c)를 갖는다. 가스 공급구(13a)에 공급된 처리 가스는, 가스 확산실(13b)을 통과하여 복수의 가스 도입구(13c)로부터 플라즈마 처리 공간(10s) 내로 도입된다. 또한, 샤워 헤드(13)는, 도전성 부재를 포함한다. 샤워 헤드(13)의 도전성 부재는 상부 전극으로서 기능한다. 또한, 가스 도입부는, 샤워 헤드(13) 이외에, 측벽(10a)에 형성된 1 또는 복수의 개구부에 부착되는 1 또는 복수의 사이드 가스 주입부(SGI: Side Gas Injector)를 포함하여도 좋다.
가스 공급부(20)는, 적어도 하나의 가스 소스(21) 및 적어도 하나의 유량 제어기(22)를 포함하여도 좋다. 일 실시형태에 있어서, 가스 공급부(20)는, 적어도 하나의 처리 가스를, 각각에 대응하는 가스 소스(21)로부터 각각에 대응하는 유량 제어기(22)를 통해 샤워 헤드(13)에 공급하도록 구성된다. 각 유량 제어기(22)는, 예컨대 매스 플로우 컨트롤러 또는 압력 제어식 유량 제어기를 포함하여도 좋다. 또한, 가스 공급부(20)는, 적어도 하나의 처리 가스의 유량을 변조 또는 펄스화하는 적어도 하나의 유량 변조 디바이스를 포함하여도 좋다.
배기 시스템(40)은, 예컨대 플라즈마 처리 챔버(10)의 바닥부에 설치된 가스 배출구(10e)에 접속될 수 있다. 배기 시스템(40)은, 압력 조정 밸브 및 진공 펌프를 포함하여도 좋다. 압력 조정 밸브에 의해, 플라즈마 처리 공간(10s) 내의 압력이 조정된다. 진공 펌프는, 터보 분자 펌프, 드라이 펌프 또는 이들의 조합을 포함하여도 좋다.
플라즈마 처리 장치(1)의 복수의 전원은, 고주파 전원(31) 및 바이어스 전원(32)을 포함한다. 고주파 전원(31)은, 챔버(10) 내에서 가스로부터 플라즈마를 생성하기 위해 고주파 전력(RF)을 공급하도록 구성되어 있다. 고주파 전력(RF)은, 13 MHz∼150 MHz 범위 내의 주파수를 갖는다. 고주파 전원(31)은, 정합기(31m)를 통해 기판 지지부(11)의 전극[예컨대, 베이스(114)]에 접속되어 있다. 정합기(31m)는, 고주파 전원(31)의 부하의 임피던스를 고주파 전원(31)의 출력 임피던스에 정합시키기 위한 정합 회로를 포함하고 있다. 또한, 고주파 전원(31)은, 베이스(114) 대신에 기판 지지부(11)의 다른 전극에 접속되어 있어도 좋다. 혹은, 고주파 전원(31)은, 정합기(31m)를 통해 상부 전극에 접속되어 있어도 좋다.
바이어스 전원(32)은, 기판 지지부(11)의 전극[예컨대, 베이스(114)]에 전기적으로 접속되어 있다. 바이어스 전원(32)은, 기판 지지부(11) 상에 배치된 기판(W)에 플라즈마로부터 이온을 인입하기 위해 바이어스 에너지(BE)를 기판 지지부(11)의 전극에 부여하도록 구성되어 있다. 또한, 바이어스 전원(32)은, 베이스(114) 대신에 기판 지지부(11)의 다른 전극에 전기적으로 접속되어 있어도 좋다.
바이어스 에너지(BE)는, 고주파 전력, 즉 고주파 바이어스 전력(LF) 또는 주기적으로 발생되는 전압의 펄스(PV)여도 좋다(도 3 참조). 고주파 바이어스 전력(LF)은, 400 kHz∼13.56 MHz 범위 내의 바이어스 주파수를 갖는다. 바이어스 에너지(BE)가 고주파 바이어스 전력(LF)인 경우에는, 바이어스 전원(32)은, 정합기(32m)를 통해 기판 지지부(11)의 전극에 접속된다. 정합기(32m)는, 바이어스 전원(32)의 부하의 임피던스를 바이어스 전원(32)의 출력 임피던스에 정합시키기 위한 정합 회로를 포함한다.
전압의 펄스(PV)는, 바이어스 주파수의 역수인 시간 길이를 갖는 주기로 발생된다. 바이어스 주파수는, 100 kHz∼13.56 MHz 범위 내의 주파수일 수 있다. 전압의 펄스(PV)는, 부의 전압의 펄스일 수 있다. 전압의 펄스(PV)는, 부의 직류 전압의 펄스여도 좋다. 전압의 펄스(PV)는, 직사각형 펄스파, 삼각 펄스파, 임펄스파와 같은 임의의 파형을 갖고 있어도 좋다.
이하, 도 2와 함께 도 3을 참조한다. 도 3은 고주파 전력 및 바이어스 에너지의 일례의 타이밍 차트이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 고주파 전원(31)은, 제1 기간(P1)에 있어서의 고주파 전력(RF)의 레벨(와트)이 제2 기간(P2)에 있어서의 고주파 전력(RF)의 레벨(와트)보다 높아지도록, 고주파 전력(RF)을 변조한다. 제2 기간(P2)은, 제1 기간(P1)과 교대의 기간이다. 제2 기간(P2)에 있어서의 고주파 전력(RF)의 레벨은, 0와트여도 좋다. 즉, 일 실시형태에 있어서, 고주파 전원(31)은, 제2 기간(P2)에 있어서 고주파 전력(RF)의 공급을 정지하도록 구성되어 있어도 좋다. 혹은, 제2 기간(P2)에 있어서의 고주파 전력(RF)의 레벨은, 0와트보다 커도 좋다. 또한, 각각이 제1 기간(P1)과 제2 기간(P2)을 포함하는 고주파 전력(RF)의 변조 주기의 시간 길이의 역수인 변조 주파수는, 바이어스 주파수보다 낮다. 변조 주파수는, 예컨대 1 Hz∼100 kHz 범위 내의 주파수이다.
바이어스 전원(32)은, 제3 기간(P3)에 있어서의 바이어스 에너지(BE)의 레벨이 제4 기간(P4)에 있어서의 바이어스 에너지(BE)의 레벨보다 높아지도록, 바이어스 에너지(BE)를 변조한다. 바이어스 에너지(BE)의 레벨은, 바이어스 에너지(BE)가 고주파 바이어스 전력(LF)인 경우에는, 전력 레벨이다. 바이어스 에너지(BE)의 레벨은, 바이어스 에너지(BE)가 전압의 펄스(PV)인 경우에는, 펄스(PV)의 전압 레벨의 절대값이다. 제4 기간(P4)은, 제3 기간(P3)과 교대의 기간이다. 제4 기간(P4)에 있어서의 바이어스 에너지(BE)의 레벨은, 0이어도 좋다. 즉, 일 실시형태에 있어서, 바이어스 전원(32)은, 제4 기간(P4)에 있어서 바이어스 에너지(BE)의 공급을 정지하도록 구성되어 있어도 좋다. 혹은, 제4 기간(P4)에 있어서의 바이어스 에너지(BE)의 레벨은, 0보다 커도 좋다. 또한, 각각이 제3 기간(P3)과 제4 기간(P4)을 포함하는 바이어스 에너지(BE)의 변조 주기의 시간 길이는, 전술한 변조 주파수의 역수이다.
바이어스 전원(32)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 초기적으로는 제3 기간(P3)의 개시 시점이 제1 기간(P1)의 개시 시점과 일치하도록, 바이어스 에너지(BE)를 공급하여도 좋다. 바이어스 전원(32)은, 제1 기간(P1)에 부분적으로 중복되는 제3 기간(P3)의 개시 시점의 제1 기간(P1)의 개시 시점에 대한 시간차(TD)를, 고주파 전력(RF)의 플라즈마에 대한 전력 결합 효율에 따라 조정하도록 구성되어 있다.
전력 결합 효율은, 고주파 전력(RF)의 플라즈마에 대한 결합 효율을 나타내는 지표이며, 고주파 전력(RF)의 진행파의 파워(Pf) 및 반사파의 파워(Pr)로부터 구해진다. 전력 결합 효율은, {(Pf-Pr)/Pf}×100%로부터 구해진다. 혹은, 전력 결합 효율은, (Pf-Pr)로부터 구해져도 좋다. 또한, 진행파의 파워(Pf) 및 반사파의 파워(Pr)는, 제1 기간(P1)의 개시 시점에 있어서 측정될 수 있다.
플라즈마 처리 장치(1)에 있어서, 진행파의 파워(Pf) 및 반사파의 파워(Pr)는, 측정기(34)에 의해 측정된다. 측정기(34)는, 고주파 전원(31)과 정합기(31m) 사이에서 진행파의 파워(Pf) 및 반사파의 파워(Pr)를 측정하도록 설치되어 있어도 좋다. 혹은, 측정기(34)는, 정합기(31m)와 기판 지지부(11)의 전극[예컨대, 베이스(114)] 사이에서 진행파의 파워(Pf) 및 반사파의 파워(Pr)를 측정하도록 설치되어 있어도 좋다.
전력 결합 효율에 따른 시간차(TD)는, 미리 준비된 함수 또는 테이블을 이용하여 결정되어도 좋다. 전력 결합 효율 및 이것에 따른 시간차(TD)는, 바이어스 전원(32)에 있어서 구해져도 좋다. 혹은, 전력 결합 효율 및 이것에 따른 시간차(TD)는, 제어부(2)에 있어서 구해지고, 구해진 시간차(TD)가 제어부(2)로부터 바이어스 전원(32)에 지정되어도 좋다.
일 실시형태에 있어서, 바이어스 전원(32)은, 제3 기간(P3)의 개시 시점이 제1 기간(P1)의 개시 시점에 대하여 선행되고, 또한, 시간차(TD)가 전력 결합 효율이 낮을수록 커지도록, 시간차(TD)를 조정하도록 구성되어 있어도 좋다. 또한, 바이어스 전원(32)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 기간(P1)의 종료 시점과 제1 기간(P1)과 부분적으로 중복되는 제3 기간(P3)의 종료 시점이 일치하도록, 제3 기간(P3)의 시간 길이를 설정하여도 좋다.
이하, 도 4를 참조한다. 도 4는 전력 결합 효율의 시간 변화를 예시하는 도면이다. 도 4에 도시된 3개의 전력 결합 효율의 시간 변화는, 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하여, 제1 기간(P1)의 개시 시점에 있어서의 고주파 전력(RF)의 전력 결합 효율을 취득함으로써 얻은 것이다. 도 4에 도시된 3개의 전력 결합 효율의 시간 변화를 취득했을 때의 고주파 전력(RF) 및 바이어스 에너지(BE)의 변조 주파수는 400 kHz였다. 바이어스 에너지(BE)로서는, 전압의 펄스(PV)를 이용하였다. 도 4에 도시된 3개의 전력 결합 효율의 시간 변화의 취득에 있어서는, 바이어스 에너지(BE)의 변조 주기와 고주파 전력(RF)의 변조 주기 사이의 위상차로서, 0 deg, -9 deg, -18 deg 3종류의 위상차를 이용하였다. 즉, 제3 기간(P3)의 개시 시점과 이것에 계속되는 제1 기간(P1)의 개시 시점 사이의 시간차(TD)를, 0초, 0.0625μ초, 0.125μ초로 설정함으로써, 도 4에 도시된 3개의 전력 결합 효율의 시간 변화를 취득하였다. 도 4에 도시된 바와 같이, 고주파 전력(RF)의 펄스의 공급이 시작된 시점에서는, 위상차가 클수록, 즉, 시간차(TD)가 클수록, 플라즈마에 대한 고주파 전력(RF)의 전력 결합 효율은, 높아졌다.
도 4에 도시된 3개의 전력 결합 효율의 시간 변화로부터 알 수 있는 바와 같이, 제1 기간(P1)과 제3 기간(P3) 사이의 시간차(TD)는, 고주파 전력(RF)의 플라즈마에 대한 결합 효율에 영향을 준다. 플라즈마 처리 장치(1)에 따르면, 고주파 전력(RF)의 플라즈마에 대한 전력 결합 효율에 따라 시간차(TD)가 조정되기 때문에, 플라즈마의 생성에 있어서의 고주파 전력(RF)의 전력 결합 효율을 높이는 것이 가능해진다.
이하, 도 5를 참조하여, 하나의 예시적 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법에 대해서 설명한다. 도 5는 하나의 예시적 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 흐름도이다. 이하, 플라즈마 처리 장치(1)가 이용되는 경우를 예로 들어, 도 5에 도시된 플라즈마 처리 방법[이하, 「방법(MT)」이라고 함]에 대해서 설명한다. 또한, 방법(MT)의 각 공정에 있어서, 플라즈마 처리 장치(1)의 각부는, 제어부(2)에 의해 제어될 수 있다.
방법(MT)은, 공정 STa에서 시작된다. 공정 STa에서는, 기판 지지부(11) 상에 기판(W)이 배치된다. 방법(MT)의 공정 STb∼공정 STd는, 기판(W)이 기판 지지부(11) 상에 배치된 상태에서 실행된다. 또한, 공정 STb∼공정 STd가 실행되고 있는 기간에 있어서는, 처리 가스가 가스 공급부(20)로부터 챔버(10) 내로 공급되어, 챔버(10) 내의 압력이 지정된 압력으로 배기 시스템(40)에 의해 조정된다.
공정 STb에서는, 고주파 전력(RF)이 변조된다. 고주파 전력(RF)은, 챔버(10) 내에서 플라즈마를 생성하기 위해 공급된다. 고주파 전력(RF)은, 전술한 바와 같이, 제1 기간(P1)에 있어서의 고주파 전력(RF)의 레벨이 제2 기간(P2)에 있어서의 고주파 전력(RF)의 레벨보다 높아지도록 변조된다.
공정 STc에서는, 바이어스 에너지(BE)가 변조된다. 바이어스 에너지(BE)는, 기판(W)에 플라즈마로부터 이온을 인입하기 위해 기판 지지부(11)의 전극[예컨대, 베이스(114)]에 공급된다. 바이어스 에너지(BE)는, 전술한 바와 같이, 제3 기간(P3)에 있어서의 바이어스 에너지(BE)의 레벨이 제4 기간(P4)에 있어서의 바이어스 에너지(BE)의 레벨보다 높아지도록 변조된다.
공정 STd에서는, 고주파 전력(RF)의 플라즈마에 대한 전력 결합 효율에 따라, 제1 기간(P1)과 부분적으로 중복되는 제3 기간(P3)의 개시 시점의 제1 기간(P1)의 개시 시점에 대한 시간차(TD)가 조정된다. 전력 결합 효율은, 전술한 바와 같이, 측정기(34)에 의해 취득되는 고주파 전력(RF)의 진행파의 파워(Pf) 및 고주파 전력의 반사파의 파워(Pr)로부터 얻어진다. 진행파의 파워(Pf) 및 반사파의 파워(Pr)는, 제1 기간(P1)의 개시 시점에 있어서 측정될 수 있다.
공정 STd에 있어서, 시간차(TD)는, 제3 기간(P3)의 개시 시점이 제1 기간(P1)의 개시 시점에 대하여 선행되고, 또한, 시간차(TD)가 전력 결합 효율이 낮을수록 커지도록, 조정되어도 좋다. 또한, 제1 기간(P1)의 종료 시점과 제1 기간(P1)과 부분적으로 중복되는 제3 기간(P3)의 종료 시점이 일치하도록, 제3 기간(P3)의 시간 길이가 설정되어도 좋다.
이상, 여러 가지 예시적 실시형태에 대해서 설명하였으나, 전술한 예시적 실시형태에 한정되지 않고, 여러 가지 추가, 생략, 치환, 및 변경이 이루어져도 좋다. 또한, 상이한 실시형태에 있어서의 요소를 조합하여 다른 실시형태를 형성하는 것이 가능하다.
예컨대, 별도의 실시형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치는, 다른 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치여도 좋다. 혹은, 플라즈마 처리 장치는, 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치, 전자 사이클로트론 공명(ECR) 플라즈마 처리 장치, 마이크로파와 같은 표면파에 의해 플라즈마를 생성하는 플라즈마 처리 장치와 같은 다른 타입의 플라즈마 처리 장치여도 좋다. 또한, 방법(MT)은, 플라즈마 처리 장치(1)와는 별도의 플라즈마 처리 장치를 이용하여 실행되어도 좋다.
이상의 설명으로부터, 본 개시의 여러 가지 실시형태는, 설명의 목적으로 본 명세서에서 설명되어 있고, 본 개시의 범위 및 주지에서 벗어나지 않고 여러 가지 변경을 이룰 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 여러 가지 실시형태는 한정하는 것을 의도하고 있지 않으며, 진정한 범위와 주지는, 첨부한 특허청구범위에 의해 나타내어진다.

Claims (10)

  1. 챔버와,
    전극을 가지며, 상기 챔버 내에 설치된 기판 지지부와,
    상기 챔버 내에서 가스로부터 플라즈마를 생성하기 위해 고주파 전력을 공급하도록 구성된 고주파 전원과,
    상기 기판 지지부 상에 배치된 기판에 상기 플라즈마로부터 이온을 인입하기 위해 바이어스 에너지를 상기 기판 지지부의 상기 전극에 부여하도록 구성된 바이어스 전원과,
    상기 고주파 전력의 진행파의 파워 및 반사파의 파워를 측정하는 측정기
    를 구비하고,
    상기 고주파 전원은, 제1 기간에 있어서의 상기 고주파 전력의 레벨이 상기 제1 기간과 교대의 제2 기간에 있어서의 상기 고주파 전력의 레벨보다 높아지도록, 상기 고주파 전력을 변조하며,
    상기 바이어스 전원은,
    제3 기간에 있어서의 상기 바이어스 에너지의 레벨이 상기 제3 기간과 교대의 제4 기간에 있어서의 상기 바이어스 에너지의 레벨보다 높아지도록, 상기 바이어스 에너지를 변조하고,
    상기 제1 기간과 부분적으로 중복되는 상기 제3 기간의 개시 시점의 상기 제1 기간의 개시 시점에 대한 시간차를, 상기 진행파의 파워 및 상기 반사파의 파워로부터 얻어지는 상기 고주파 전력의 상기 플라즈마에 대한 전력 결합 효율에 따라 조정하도록 구성되어 있는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 바이어스 전원은, 상기 제3 기간의 상기 개시 시점이 상기 제1 기간의 상기 개시 시점에 대하여 선행되고, 또한, 상기 시간차가 상기 전력 결합 효율이 낮을수록 커지도록, 상기 시간차를 조정하도록 구성되어 있는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 바이어스 전원은, 상기 제1 기간의 종료 시점과 상기 제1 기간과 부분적으로 중복되는 상기 제3 기간의 종료 시점이 일치하도록, 상기 제3 기간의 시간 길이를 설정하는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바이어스 에너지는, 고주파 전력 또는 주기적으로 발생되는 전압의 펄스인 것인, 플라즈마 처리 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고주파 전원은, 상기 제2 기간에 있어서 상기 고주파 전력의 공급을 정지하도록 구성되어 있고,
    상기 바이어스 전원은, 상기 제4 기간에 있어서 상기 바이어스 에너지의 공급을 정지하도록 구성되어 있는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  6. 플라즈마 처리 장치의 챔버 내에 설치된 기판 지지부 상에 기판을 배치하는 공정과,
    상기 챔버 내에서 플라즈마를 생성하기 위해 공급되는 고주파 전력을 변조하는 공정이며, 상기 고주파 전력은, 제1 기간에 있어서의 상기 고주파 전력의 레벨이 상기 제1 기간과 교대의 제2 기간에 있어서의 상기 고주파 전력의 레벨보다 높아지도록 변조되는 상기 공정과,
    상기 기판에 상기 플라즈마로부터 이온을 인입하기 위해 상기 기판 지지부의 전극에 공급되는 바이어스 에너지를 변조하는 공정이며, 상기 바이어스 에너지는, 제3 기간에 있어서의 상기 바이어스 에너지의 레벨이 상기 제3 기간과 교대의 제4 기간에 있어서의 상기 바이어스 에너지의 레벨보다 높아지도록 변조되는 상기 공정과,
    상기 고주파 전력의 진행파의 파워 및 상기 고주파 전력의 반사파의 파워로부터 얻어지는 상기 고주파 전력의 상기 플라즈마에 대한 전력 결합 효율에 따라, 상기 제1 기간과 부분적으로 중복되는 상기 제3 기간의 개시 시점의 상기 제1 기간의 개시 시점에 대한 시간차를 조정하는 공정
    을 포함하는, 플라즈마 처리 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 시간차는, 상기 제3 기간의 상기 개시 시점이 상기 제1 기간의 상기 개시 시점에 대하여 선행되고, 또한, 상기 시간차가 상기 전력 결합 효율이 낮을수록 커지도록 조정되는 것인, 플라즈마 처리 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 기간의 종료 시점과 상기 제1 기간과 부분적으로 중복되는 상기 제3 기간의 종료 시점이 일치하도록, 상기 제3 기간의 시간 길이가 설정되는 것인, 플라즈마 처리 방법.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바이어스 에너지는, 고주파 전력 또는 주기적으로 발생되는 전압의 펄스인 것인, 플라즈마 처리 방법.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고주파 전력의 공급은, 상기 제2 기간에 있어서 정지되고,
    상기 바이어스 에너지의 공급은, 상기 제4 기간에 있어서 정지되는 것인, 플라즈마 처리 방법.
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