KR100341376B1

KR100341376B1 - 플라즈마처리실에서 캐소드를 구동하는전원회로및플라즈마처리방법

Info

Publication number: KR100341376B1
Application number: KR1019960701277A
Authority: KR
Inventors: 디. 랜츠맨 알렉산더
Original assignee: 도쿄 엘렉트론 가부시키가이샤
Priority date: 1993-09-07
Filing date: 1994-09-06
Publication date: 2002-11-22
Also published as: KR960705343A; JPH09502482A; TW312400U; AU7720594A; SG48888A1; CA2166549A1; JP3408540B2; US6190512B1; WO1995007544A1; EP0760160A1

Abstract

처리실(14) 내의 플라즈마의 점화시에 발생된 발진(26)을 줄이는 전원 회로(30)가 공개된다. 보조 전원(32)은 캐소드(12)를 처리 개시 전압으로 구동함으로써 플라즈마를 사전에 점화시킨다. 이후에, 주전원(10)은 웨이퍼(16) 상의 플라즈마 전류 및 증착을 발생하도록 캐소드(12)를 전기적으로 구동한다.

Description

플라즈마 처리실에서 캐소드를 구동하는 전원회로 및 플라즈마 처리 방법

본 발명은 DC(마그네트론 또는 비마그네트론(non-magnetron)) 스퍼터링 (sputtering) 및 RF 스퍼터링을 포함하는 플라즈마 프로세스에서의 장치 손상의 감소에 관한 것이다.

일반적인 플라즈마 처리 장치가 제 1 도에 도시되어 있다. 상기 플라즈마 처리 장치는 진공실(14)의 벽에 대해 캐소드 또는 타겟(12)을 높은 DC 전압(예컨대, -400 볼트)으로 구동하는 플라즈마 전원(10)을 포함하고 있다. 반도체 기판(16)(웨이퍼로도 알려짐)이 상기 진공실 내의 뒷면(18) 상에 위치하고 있다. 상기 뒷면은 RF 전원(20)에 의해 생성되는 무선 주파수(RF) AC 전압 신호에 의해 구동될 수 있으며, 이때 상기 RF 전원은 보상 네트워크(22)를 통해 상기 뒷면을 구동한다.

AC 전원 및/또는 DC 전원은 상기 웨이퍼 상의 영역에서 그리고 상기 웨이퍼와 상기 타겟 사이에서 플라즈마를 생성하며, 이에 따라 상기 타겟으로부터의 물질이 상기 웨이퍼 표면 상에 증착될 수 있다.

일반적인 DC 전원(10)은 정전력 모드, 정전압 모드 또는 정전류 모드에서의 동작이 가능하도록 설계된 비교적 정교한 제어 시스템을 포함하고 있다. 이 제어 회로는, 공급 수행시, 원하는 출력 레벨쪽으로 제어된 램핑(ramping)을 생성하는댐핑형(damped) 제어 루프를 포함하고 있다. 예컨대, 제 2 도에 도시된 바와 같이, 제 1 도에 도시된 장치의 일반적인 DC 전원의 사용시에는, 공급 전류(상기 웨이퍼 상의 스퍼터 증착(sputter deposition)으로 인한 타겟으로부터의 이온 전달 밀도를 나타냄)은 작은 오버슈트(24)의 제어 방식으로 일정값까지 램핑(ramping)된다.

일반적인 전원에 의해 발생된 주의 깊게 조절된 출력에도 불구하고, 프로세스 개시 동안에 타겟 전압에 스파이크가 흔히 관찰된다. 제 3 도에 도시된 바와 같이, 프로세스 시작시에 스파이크(26)의 크기는 통상적인 DC 전압 레벨을 2 배 이상으로 초과할 수 있다(예컨대, 제 3 도에 도시된 것은 -1100 볼트에 도달함). "항복(break down)" 스파이크로 알려진 이 현상은 일반적으로 진공실(14) 내에서의 플라즈마 생성과 관련된, 필수적인 분리된 이벤트("플라즈마 점화(plasme ignition)"로도 알려짐)이다. 또한, 크기가 큰 항복 스파이크는 프로세스 품질을 개선하는데 필요하다.

발명의 개요

처리실에서의 과전압은 여러 가지 방식으로 스퍼터링된 막의 품질을 저하시킨다. 즉, 고전압은 처리 기판(웨이퍼) 상의 층 또는 장치를 전기적으로 손상시킨다. 또한, 과전압에 의해 발생될 수 있는 아킹(arcing)은 상기 타겟의 국부적인 과열을 초래할 수 있으며, 이에 따라 처리실 내로의 타겟 물질의 증발 또는 플레이킹(flaking)을 초래하고, 기판 입자 오염 및 장치 손상을 일으킨다. 이들 웨이퍼 손상의 소스는, 집적 회로가 보다 높은 밀도에 도달함에 따라 더욱 중요해지고 보다 복잡해진다. 따라서, 가능하면 처리 동안에 전압 스파이크를 피하는 것이유리하다.

이를 염두에 둔 주의 깊은 분석으로부터, 이른바 항복 스파이크는 실제로 상기 진공실에서의 플라즈마의 생성과 반드시 관련된 분리된 이벤트가 아님이 밝혀졌다. 상기 스파이크는 플라즈마 생성 자체에 의해 생기지 않고, 오히려 진공실 내의 고조파 발진에 의해 생긴다.

제 4 도에 도시된 바와 같이, 가스 충전실은 소정의 전압 범위 내의 DC 전압에 의해 구동될 때 상당한 크기의 발진을 발생한다. 이 발진은 영역(26, 28)에서 명백하다. 하지만, 특히, 상기 발진은 구동 전압이 라인(30)에 의해 표시된 임계 전압을 초과할 때 정지된다. 이 현상에 대한 한가지 설명으로는, 완전한 플라즈마 점화가 임계 전압(30) 이상으로 발생하는 점을 들 수 있다. 전원 전압이 상기 임계 전압에 가깝지만 그 임계 전압보다 작을 때, 가스와 플라즈마 페이즈(plasma phases) 사이의 관련 천이 뿐만 아니라, 불안정한 가스 방전이 진공실(14)에서 발생한다.(유사한 결과가 가스 방전관에서 관찰되었음). 결과적으로, 가스-플라즈마 시스템은 불안정한 발진을 개시하며, 이에 따라 짧지만 매우 크기가 큰 전압 변동이 생긴다. 이 발진은 임계 전압(30)이 얻어질 때까지 지속되며, 이 시점에서 가스/플라즈마 혼합물은 플라즈마로 완전히 변화되어, 발진이 정지된다.

상기 임계 전압(30)은 이하에서 "발진 임계 전압"이라고 한다. 상기 발진 임계 전압의 값은 타겟(캐소드) 물질, 처리 가스 및 압력, 처리실 구조, 외부 전원 배선의 전기적 특성, 및 스퍼터링실의 볼트-암페어 곡선에 따라 좌우되게 된다.

상기 관찰에 의거하여, 제 3 도의 영역(26)에서 관찰된 스파이크는, 이제 전원(10)의 출력 전압이 발진 전압 바로 아래의 전압에서 오래 머무를 때 생기는 발진으로 이해된다. 또한, 제 3 도의 영역(28)의 주의깊은 검사는 제 4 도의 영역(28)에서 나타나는 발진 동작과 유사한 발진 동작을 나타낸다(영역(28)에서의 발진은 보다 작은 크기를 가지고 있는데, 이는 부분적으로 전원이 디스에이블될 때 출력 전압이 비교적 빠르게 떨어지지만, 전원이 인에이블될 때에는 출력 전압이 비교적 더디게 증가하기 때문임).

JP-59222580 호(특허 초록 Vol.9, No.91)에는 통상적인 스퍼터링 방전 동안에 전극에 인가되는 전압보다 높은 전압을 인가함으로써 스퍼터 방전이 시작되는 스퍼터 장치에 대해 설명되어 있다. 방전이 정지될 때마다, 전극을 보다 높은 전압까지 바로 상승시킴으로써 방전이 다시 시작되며, 이후에, 전극은 연속된 처리를 위해 보다 낮은 통상적인 스퍼터링 전압으로 복귀된다.

본 발명의 목적은 발진 스파이크를 제거하는 전윈 회로를 제공하는데 있다.

플라즈마 처리실에서 캐소드를 전기적으로 구동하는 전원 회로는, 상기 플라즈마 처리실 내에서 플라즈마를 완전히 생성(develop)하고, 플라즈마 처리를 유발하도록 상기 플라즈마 처리실에 대한 처리 전압까지 상기 캐소드를 전기적으로 구동하는, 상기 캐소드에 전기 접속된 주전원과; 상기 플라즈마 처리실에 대한 처리 개시 전압을 상기 캐소드에 인가하기 위해 상기 캐소드에 전기 접속된 보조 전원을 구비하고 있고, 상기 보조 전원은 상기 처리 전압보다 크기가 작고 상기 플라즈마 처리실 내에서 플라즈마를 완전히 생성하는데 불충분하지만 상기 플라즈마 처리실의 발진 임계 전압을 초과한 처리 개시 전압을 공급하도록 설정 및 접속된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 보조 전원의 구성을 가진 전원을 구비한, 플라즈마 전류를 발생하기 위해 처리 전압까지 구동될 캐소드를 준비하는 전원 회로 및 대응하는 방법을 제공한다.

제 3 도에서 관찰된 발진 스파이크는, 진공실 내로의 가스 흐름을 개시하기 전에 타겟/캐소드 전압을 발진 임계 전압 이상으로 상승시키고, 처리가 완료되어 가스 흐름이 정지되고 진공이 복귀될 때까지 상기 캐소드 전압을 발진 임계 이상으로 유지함으로써 제거될 수 있다. 이 기술은 처리 동안의 과전압을 방지하며, 이에 따라 장치 손상 및 입자 오염을 줄일 수 있다.

요컨대, 이 기술은, 2 개의 전원부, 즉 플라즈마 처리 동안에 캐소드를 전기적으로 구동하도록 주전압을 제공하는 종래의 필수적인 주전원과, 발진 임계 전압의 초과시 초기 플라즈마 점화 전압을 충분히 공급하는 보조 전원을 구비한 전원 회로에 의해 구현된다. 상기 보조 전원은, 주전원이 인가될 때 시스템이 최종 플라즈마 생성 및 증착으로 원활하게 변화하도록 플라즈마를 "사전 점화"한다. 이에 따라, 이 설계는 상기 주전원이 사용되고 사용되지 않을 때 발진 및 이에 대응하는 장치 손상을 회피할 수 있다.

바람직한 실시예에서는, 전류 제한 저항기, 스위치 및 다이오드가 상기 보조 전원과 캐소드 사이에 직렬 접속되어 있다.

상기 전류 제한 저항기는 보조 전원으로부터 캐소드의 흐르는 전류를 제한한다. 상기 캐소드 전압을 상기 발진 임계 전압 이상으로 상승시키고 플라즈마를 사전 점화하는데에는 최소의 전류만이 필요하고, 전류 제한 저항기를 삽입함으로써, 보조 전원 전류가 이 최소 레벨로 유지되며, 이에 따라 고전력 보조 전원이 필요없게 되며, 또한 보조 전원이 인에이블되고 주전원이 디스에이블되는 동안에 플라즈마 전류 및 증착이 제한된다.

상기 다이오드는 주전원이 상기 플라즈마를 구동하기 시작할 때 상기 캐소드로부터 보조 전원을 자동적으로 차단한다. 이를 달성하기 위해, 상기 다이오드는, 상기 보조 전원 전압의 크기가 상기 캐소드 전압을 초과할 때 "온"되도록, 즉 전류가 흐르도록, 초과하지 않을 때에는 "오프"되도록, 접속되어 있으며, 따라서, 일단 주전원이 사용되어 캐소드를 구동하기 시작하면, 상기 다이오드가 턴 "오프"되어 상기 보조 전원이 분리되게 된다.

상기 스위치는 보조 전원 전압을 턴 온 및 턴 오프하는데 사용되며, 처리의 시작시에, 상기 스위치가 닫혀 가스가 진공실에 도입된다. 플라즈마 처리가 완료 될 때에는 가스 흐름이 정지되며, 일단 진공이 복원되면 스위치가 개방된다. 상기 진공실이 완전 진공 상태인 동안에는(진공실 내에 매우 적은 가스가 존재할 때에는) 상기 스위치가 개폐되므로, 가스/플라즈마 변화 발진은 크게 감소된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하며 본 발명을 설명한다.

제 1 도는 종래의 스퍼터 증착 장치의 블럭도이고,

제 2 도는 제 1 도의 전원(10)에서 측정된 스퍼터 전류의 트레이스(trace)를 나타낸 도면이며,

제 3 도는 제 1 도의 캐소드(12)에서 측정된 스퍼터 전압의 트레이스를 나타낸 도면이고,

제 4 도는 진공실 전압을 수동으로 조절함으로써 발생된 제 1 도의 캐소드에서 측정된 스퍼터 전압의 트레이스를 나타낸 도면이며,

제 5 도는 본 발명에 따른 스퍼터 증착 장치의 블럭도이고,

제 6 도는 제 5 도의 장치의 동작을 이해하는데 유용한 타이밍도이며,

제 7 도는 제 5 도의 전원(10)에서 측정된 스퍼터 전류의 트레이스를 나타낸 도면이고,

제 8 도는 제 5 도의 캐소드(12)에서 측정된 스퍼터 전압의 트레이스를 나타낸 도면이다.

바람직한 실시예의 설명

제 5 도를 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 일실시예에서는, 플라즈마 점화 회로(30)가 제 1 도에 도시된 장치에 부가된다. 플라즈마 점화 회로(30) 이외에, 제 5 도의 장치는, DC 주전원(10), 캐소드(12), 기판 (16) 및 진공실(14) 내의 뒷면(18), RF 전원(20) 및 연결 네트워크(22)를 포함하고 있는 제 1 도의 장치와 동일한 구성 요소를 사용한다.

플라즈마 점화 회로(30)는 진공실(14)의 발진 임계 전압보다 높은 출력 전압을 발생하는 DC 보조전원(2차 DC 전원)(32)을 구비하고 있다. 보조 전원(32)의 출력 전압은, 발진 임계 전압이 예컨대, 캐소드 물질, 처리 가스 및 압력, 진공실의 구조, 외부 전원 배선의 전기적 특성, 및 스퍼터링실의 볼트 암페어 곡선의 변화에따라 변할 때마다, 조절되어야 한다. 적절한 출력 전압은 제 4 도를 참조하여 위에서 설명한 방식으로 전원 전압을 수동으로 조절하면서 상기 캐소드의 전압을 감시함으로써 결정될 수도 있다. 이와 같은 실험을 통해, 발진 임계 전압이 측정될 수 있으며, 상기 발진 임계 전압을 초과한 적절한 출력 전압이 선택될 수 있다.

예컨대, 제 4 도는 "MDX-10kW"라는 상표로 미국, 콜로라도, 포트 콜린즈 소재의 어드밴스드 에너지 인더스트리즈(Advanced Energy Industries)에 의해 판매된 DC 전원(10)과 조합하여, 각각 "ECLIPSE M3"와 "RMX-10"이라는 상표로 미국, 뉴욕, 오렌지버그의 머티리얼즈 리써치 코포레이션(Materials Research Corporation)에 의해 판매된 증착실(14)과 고순도 알루미늄 합금 타겟(12)을 사용한 실험으로부터 얻어졌다. 측정은 20 mm/sec로 구동되는 열 챠트 레코더(thermal chart recorder)에 의해 기록되었다(제 2 도, 제 3 도, 제 7 도 및 제 8 도는 유사한 장치를 가지고 발생되었음). 제 4 도는 일반적인 동작 조건 하에서 발생되었다. 예컨대, 가스는 10 mT의 압력(100 sccm) 및 50-150 sccm의 흐름 속도로 스퍼터링 순도 아르곤 (sputtering purity argon)이었다. DC 전원(10)은 6-10 kW의 전력을 출력하도록 설정되었다. 웨이퍼 온도는 약 300℃이었고, 증착 속도는 약 7000 Å/분이었다. 이들 값은 단지 예시적인 것이며, 제 4 도에 도시된 발진 현상에 중요한 것은 아니다. 예컨대, 발진은 대기 온도에서도 일어났다. 제 4 도에 의거하여, 발진 임계 전압은 -300 볼트 바로 아래에서 추정되었으며, 이에 따라 DC 보조 전원(32)의 출력 전압이 -300 볼트로 설정되었다.

DC 보조 전원(32)이 라인(40) 상의 전압 제어 신호에 의해 인에이블 및 디스에이블되며, 저항기(34), 릴레이 스위치(36) 및 다이오드(38)를 통해 캐소드(12)에 접속되어 있다. 이들 소자의 목적은 후술된다.

릴레이(36)는 캐소드에 대해 보조 전원을 접속 및 분리시킨다. 상기 릴레이는 캐소드 상에서의 전압 변화가 가능한 한 빠르도록 해준다. 릴레이(36)가 라인(42) 상의 신호에 의해 닫힌다. 동작시, 릴레이(36)는 개방되어 있지만, 진공실(14)은 비워지며, (라인(40) 상의 적절한 신호에 의해) 보조 전원(32)이 인에이블 된다. 이때, 진공실이 일단 비워지고 보조 전원(32)이 원하는 출력 전압에 도달하면, 릴레이(36)가 폐쇄되며, 이에 따라 캐소드(12)가 보조 전원(32)의 전압으로 변화되게 한다. 상기 캐소드가 보조 전원 전압이 된 후, 가스는 진공실 내로 흐를 수 있으며, 이에 따라 사전 점화된 가스 플라그마가 생성된다. 이후, 주전원(10)이 웨이퍼(16) 상의 증착 및 플라즈마 전류를 발생하도록 인에이블된다.

처리를 종료하기 위해, 주전원(10)이 디스에이블되며, 이에 따라 웨이퍼(16) 상의 증착 및 플라즈마 전류가 감소된다. 다음에, 가스 흐름이 종료되고, 진공실이 완전히 비워진다. 일단 진공실이 완전히 비워지면, 릴레이(36)가 열리고 캐소드 전압은 접지로 복귀한다. 릴레이(36)가 개방된 후, 필요에 따라, 보조 전원(32)이 라인(40) 상의 신호에 의해 스위칭 오프될 수도 있다.

이상에서 언급한 바와 같이, 저항기(34)는 전류 제한기의 역할을 한다. 제 5 도에 도시된 설계에서는 증착의 시작으로부터 플라즈마의 점화를 분리시키고자 한다. 즉, 보조 전원(32)이 플라즈마를 사전 점화하는데 사용되지만, 주전원(10)은 증착을 발생하는데 사용된다. 이들 기능의 분리를 보장하기 위해, 상기 보조전원(32)에 의해 발생된 플라즈마 전류(및 결과적으로 얻어진 증착)를 제한하는 것이 바람직하다. 보조 전원(32)에 의해 발생된 전류는 플라즈마 점화를 유지하는데 필요한 최소량이어야 한다. 저항기(34)는 필요한 전류 제한 기능을 제공한다. 가스가 진공실 내로 흐르고 캐소드가 보조 전원(32)의 전압 상태인 사전 점화 기간 동안에, 플라즈마 전류가 진공실(14) 내에서 흐른다. 하지만, 이 전류 흐름에 의해 저항기(34)가 전압 강하를 발생하게 되며, 이에 따라 캐소드와 진공실(14)간의 전압이 감소되어, 플라즈마 전류 흐름이 감소된다. 결과적으로, 보조 전원(32)의 전압이 진공실(14)에서 플라즈마를 사전 점화하기에 충분하지만, 전류 제한 저항기(34)는 플라즈마가 점화된 후 플라즈마 전류를 제한한다. 저항값은 보조 공급 전류를 주전원에 의해 발생된 스퍼터링 전류의 수 %(상기 예에서는, 약 200mA)로 제한하도록 선택되어야 한다.

다이오드(38)는 주전원이 증착을 시작한 후 보조 전원을 분리하는 역할을 한다. 다이오드(38)는 캐소드(12)로부터 보조 전원(32)으로의 전류 흐름을 가능하게 하지만, 보조 전원(32)으로부터 캐소드로의 역 전류 흐름은 허용하지 않게 된다(상기 캐소드는 전원(10, 32)에 의해 네가티브 전압으로 구동됨에 주의하자). 주전원(10)이 인에이블될 때, 충분한 스퍼터링 전류를 발생하기 위해, 주전원(10)은 보조 전원(32)에 의해 발생된 전압을 초과하는 전압을 발생해야 한다. 하지만, 주전원 전압의 크기가 상기 보조 전원의 전압 크기를 초과하면, 다이오드(38)가 턴 "오프"되며, 이에 따라 캐소드 및 주전원으로부터 보조 전원(32)이 분리된다.

다이오드(38)는 증착 동안에 불필요한 전압 강하를 방지할 수도 있다. 예컨대, 시중에서 구입할 수 있는 대부분의 플라즈마 전원이 처리 동안에 진공실 내의 아킹을 검출하고, 아크가 검출될 때 출력을 자동적으로 일시 정지하도록 설계되어 있다. 통상적으로, 출력 전력은 짧은 지연(상기 전원에서는 15-20 msec) 후에 재개된다. 이 지연 동안, 상기 캐소드 전압의 크기는 발진 임계 전압 아래로 감소할 수 있으며, 이에 따라 불필요한 발진이 일어난다. 다이오드(38)는 이와 같은 결과를 방지하는데, 즉 캐소드 전압의 크기가 보조 전원 전압 아래로 떨어지면, 다이오드(38)는 턴 "온"되며, 이에 따라, 보조 전원은 캐소드 전압을 플라즈마 점화를 유지하기에 충분한 크기에 유지하게 되고, 주전원이 재개될 때 발진을 방지한다. 유사하게, 다이오드(38)는 주전원(10)이 스퍼터링의 종료시 디스에이블될 때 캐소드 전압의 크기가 발진 임계 아래로 떨어지지 않도록 해 준다. 결과적으로, 상기 플라즈마는 진공실이 처리 후 비워질 때까지 점화 상태를 유지한다.

상기 타이밍은 제 6 도에서 명백하다. 도시된 바와 같이, 처리가 개시될 때, 라인(42)상의 처리 가스 인에이블 신호는 참 값으로 상승된다(머티리얼즈 리써치 코포레이션에 의해 판매된 상기 증착 장치는 가스 흐름이 시작하기 전에 턴온되어 진공이 재설정될 때까지 온 상태를 유지하는 처리 가스 인에이블 신호를 발생하고, 도시된 구현에서, 이 신호는 릴레이(36)를 제어하는데 사용됨). 이때, 릴레이(36)가 닫혀서 보조 전원(32)이 캐소드에 연결되며, 이에 따라 상기 발진 임계 전압 이상으로의 캐소드 전압의 필수적이고 즉각적인 스텝 변화(트레이스 50)가 생긴다. 이후에, 때때로 가스 흐름이 개시되어, 가스 흐름 및 압력(트레이스 48)이 통상적인 처리 레벨쪽으로 램핑하기 시작한다. 지연 시간(54) 이후에, 통상적인 압력 및흐름 속도가 달성되고, 주전원(10)이 인에이블되며, 이에 따라 주전원에 의해 발생된 전력의 램프 증가가 생긴다(트레이스 52). 주전원이 전체 전력에 도달함에 따라, 상기 캐소드 전압의 크기(트레이스 50)가 약간 증가하며, 이에 따라 플라즈마 전류 흐름 및 증착이 생긴다. 이 전압 증가는 또한 다이오드(38)를 턴 "오프"시키며, 이에 따라 캐소드로부터 보조 전원(32)이 분리된다.

처리의 종료시에, 주전원(10)이 정지되며, 이에 따라 주전원에 의해 발생된 전력의 램프 감소가 생긴다(트레이스 52). 주전력이 감소함에 따라, 상기 캐소드 전압의 크기(트레이스 50)는 발진 임계 전압으로 감소되고, 이때 다이오드(38)는 턴 "온"되고, 보조 전원(32)이 캐소드에 재접속되며, 보조 전원(32)은 캐소드 전압을 상기 발진 임계 전압 이상으로 유지한다. 이후, 가스 흐름이 턴 오프되며, 이에 따라 가스 흐름 및 압력(트레이스 48)이 제로쪽으로 램프 다운된다. 진공이 일단 재설정되면, 처리 가스 인에이블 신호(트레이스 46)가 오류로 설정되며, 이에 따라 릴레이(36)가 개방되어, 캐소드 전압 크기의 급속한 감소가 생긴다(트레이스 50).

제 7 도 및 제 8 도에 도시된 바와 같이, 제 5 도의 설계는 플라즈마 처리의 시작 및 끝에서 발진을 크게 감소시킬 수 있다. 전류가 거의 동일한 방식으로 행동하지만(각각 제 7 도 및 제 2 도를 비교), 제 5 도의 설계에 의해 발생된 캐소드 전압은 처리 시작 및 끝(제 8 도의 영역 26 및 28)에서 어떠한 가시적인 발진도 나타내지 않는다. 제 1 도 설계에서, 이들 영역(제 3 도 참조)은 상당히 높은 전압 스파이크를 나타내었다.

제 8 도의 베이스라인 전압(baseline voltage), 즉, 처리 전후의 영역(58)의전압은 제 3 도의 대응 영역의 약 0 볼트 DC와는 다른 약 -300 볼트 DC임을 주의해야 한다. 이로부터, 보조 전원(32)이 캐소드(14)를 약 -300 볼트 DC의 전압으로 유지하고, 이에 따라 증착 전후에 진공실(14) 내에서 플라즈마의 점화가 유지됨을 확인할 수 있다.

본 발명이 특정 실시예를 참조하여 설명되었지만, 각종 수정이 행해질 수 있음을 알 수 있다. 예컨대, 설명된 기술은 DC(마그네트론 또는 비마그네트론) 스퍼터링, RF 스퍼터링, 및 스퍼터 에칭에 한정되지 않고 어떤 플라스마 처리에라도 적용될 수 있다.

Claims

플라즈마 처리실(14)에서 캐소드(12)를 전기적으로 구동하는 전원 회로로서,

상기 플라즈마 처리실 내에서 플라즈마를 완전히 생성하고 플라즈마 처리를 유발하기 위해, 상기 캐소드(12)를 상기 플라즈마 처리실(14)에 대하여 처리 전압까지 전기적으로 구동하는, 상기 캐소드(12)에 전기 접속된 주전원(10)과;

상기 플라즈마 처리실(14)에 대한 처리 개시 전압을 상기 캐소드(12)에 인가하기 위해 상기 캐소드(12)에 전기 접속된 보조 전원(32)을 구비한, 상기 전원 회로에 있어서,

상기 보조 전원(32)은, 상기 처리 전압보다 크기가 작고 상기 플라즈마 처리실(14) 내에서 플라즈마를 완전히 생성하기에는 불충분하기만 상기 플라즈마 처리실의 발진 임계 전압을 초과하는 처리 개시 전압을 공급할 수 있도록 설정 및 접속된 것을 특징으로 하는 전원 회로.
제 1 항에 있어서,

전류 제한 저항기(3)를 더 구비하며,

상기 보조 전원(32)은 상기 전류 제한 저항기(34)를 통해 상기 캐소드(12)에 접속된, 전원 회로.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

다이오드(38)를 더 구비하며,

상기 보조 전원(32)은 상기 다이오드(38)를 통해 상기 캐소드(12)에 접속되고,

상기 다이오드(38)는 상기 처리 개시 전압의 크기가 상기 플라즈마 처리실에 대한 상기 캐소드의 전압의 크기를 초과할 때 상기 보조 전원(32)과 상기 캐소드(12) 사이에서의 전류 흐름을 허용하고,

상기 다이오드(38)는 상기 플라즈마 처리실에 대한 상기 캐소드의 전압의 크기가 상기 처리 개시 전압의 크기를 초과할 때 상기 보조 전원(32)과 상기 캐소드(12) 사이에서의 전류 흐름을 제한하는, 전원 회로.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

스위치(36)를 더 구비하며,

상기 보조 전원(32)은 상기 스위치(36)를 통해 상기 캐소드(12)에 접속되고,

상기 스위치(36)는, 전류가 상기 보조 전원과 상기 캐소드 사이에서 흐를 수 있는 닫힌 상태와, 전류가 상기 보조 전원과 상기 캐소드 사이에서 흐르지 않게 되는 열린 상태를 가진, 전원 회로.
제 2 항에 따른 제 3 항에 있어서,

상기 보조 전원(32)은 직렬 접속된 상기 저항기(34)와 다이오드(38)를 통해 상기 캐소드(12)에 접속된, 전원 회로.
제 2 항에 따른 제 4 항에 있어서,

상기 보조 전원(32)은 직렬 접속된 상기 저항기(34)와 상기 스위치(36)를 통해 상기 캐소드(12)에 접속된, 전원 회로.
플라즈마 처리실(14) 내에서 플라즈마 전류를 생성하기 위해, 처리 전압까지 전기적으로 구동되도록 상기 플라즈마 처리실(14)의 캐소드(12)를 준비하는 전원 회로(30)로서,

상기 캐소드(12)를 처리 개시 전압까지 구동하기 위해 상기 캐소드(12)에 전기 접속된 전원(32)과,

상기 전원(32)과 캐소드(12)간의 접속을 위한 전류 제한 저항기(34)를 구비한 상기 전원 회로에 있어서,

상기 전원(32)은 상기 처리 전압보다 크기가 작고 상기 플라즈마 처리실(14) 내에서 플라즈마를 완전히 생성하기에는 불충분하지만 상기 플라즈마 처리실의 발진 임계 전압을 초과하는 처리 개시 전압을 공급하도록 설정 및 접속된 것을 특징으로 하는 전원 회로.
제 7 항에 있어서,

상기 저항기(34)에 직렬로 상기 전원(32)과 상기 캐소드(12)간의 접속을 위한 다이오드(38)를 더 구비하며,

상기 다이오드(38)는 상기 처리 개시 전압의 크기가 상기 처리실에 대한 상기 캐소드의 전압의 크기를 초과할 때 상기 저항기(34)를 통해 상기 전원(32)과 상기 캐소드(12) 사이에서의 전류 흐름을 허용하며,

상기 다이오드(38)는 상기 처리실에 대한 상기 캐소드의 전압의 크기가 상기 처리 개시 전압의 크기를 초과할 때 상기 전원(32)과 상기 캐소드(12) 사이에서의 전류 흐름을 제한하는, 전원 회로.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,

상기 저항기(34)에 직렬로 상기 전원(32)과 상기 캐소드(12)간의 접속을 위한 스위치(36)를 더 구비하며,

상기 스위치(36)는, 전류가 상기 전원(32)과 상기 캐소드(12) 사이에서 흐를 수 있는 단힌 상태와, 전류가 상기 전원과 상기 캐소드 사이에서 흐르지 않게 되는 열린 상태를 가진, 전원 회로.
제 8 항에 따른 제 9 항에 있어서,

상기 스위치(36)와 다이오드(38)는 상기 저항기(34)와 직렬로 상기 전원(32)과 상기 캐소드(12) 사이에 접속된, 전원 회로.
플라즈마 처리실(14) 내에서 플라즈마 전류를 생성하기 위해, 처리 전압까지 전기적으로 구동되도록 상기 플라즈마 처리실(14)의 캐소드(12)를 준비하는 전원회로(30)로서,

상기 캐소드(12)를 처리 개시 전압까지 구동하기 위해 상기 캐소드(12)에 전기 접속된 전원(32)을 구비한 상기 전원 회로에 있어서,

상기 전원(32)은, 상기 처리 전압보다 크기가 작고 상기 플라즈마 처리실(14) 내에서 플라즈마를 완전히 생성하기에는 불충분하지만, 상기 처리실의 발진 임계 전압을 초과하는 처리 개시 전압을 공급하도록, 설정 및 접속되어 있으며,

상기 전원 회로는 상기 전원(32)과 상기 캐소드(12)간의 접속을 위한 스위치(36)를 포함하며,

상기 스위치(36)는, 전류가 상기 전원과 상기 캐소드 사이에서 흐를 수 있는 닫힌 상태와, 전류가 상기 전원과 상기 캐소드 사이에서 흐르지 않게 되는 열린 상태를 가진 것을 특징으로 하는 전원 회로.
제 11 항에 있어서,

상기 스위치(36)에 직렬로 상기 전원(32)과 상기 캐소드(12) 간의 접속을 위한 다이오드(38)를 더 구비하며,

상기 다이오드(38)는 상기 처리 개시 전압의 크기가 상기 처리실에 대한 캐소드의 전압의 크기를 초과할 때 상기 스위치(36)를 통해 상기 전원(32)과 상기 캐소드(12) 사이에서의 전류 흐름을 허용하며,

상기 다이오드(38)는 상기 처리실에 대한 상기 캐소드의 전압의 크기가 상기처리 개시 전압의 크기를 초과할 때 상기 전원(32)과 상기 캐소드(12) 사이에서의 전류 흐름을 제한하는, 전원 회로.
플라즈마 처리실(14) 내에서 플라즈마 전류를 생성하기 위해, 처리 전압까지 전기적으로 구동되도록 상기 플라즈마 처리실(14)의 캐소드(12)를 준비하는 전원 회로(30)로서,

상기 캐소드(12)를 처리 개시 전압까지 구동하기 위해 상기 캐소드(12)에 전기 접속된 전원(32)과,

상기 전원(32)과 상기 캐소드(12) 간의 접속을 위한 다이오드(38)를 구비하며,

상기 다이오드(38)는 상기 처리 개시 전압의 크기가 상기 처리실에 대한 상기 캐소드의 전압의 크기를 초과할 때 상기 전원(32)과 상기 캐소드(12) 사이에서의 전류 흐름을 허용하며,

상기 다이오드(38)는 상기 처리실에 대한 상기 캐소드의 전압의 크기가 상기 처리 개시 전압의 크기를 초과할 때 상기 전원(32)과 상기 캐소드(12) 사이에서의 전류 흐름을 제한하는, 상기 전원 회로에 있어서,

상기 전원(32)은, 상기 처리 전압보다 크기가 작고 상기 처리실(14) 내에서 플라즈마를 완전히 생성하기에는 불충분하지만 상기 처리실의 발진 임계 전압을 초과하는 처리 개시 전압을 공급할 수 있도록 설정 및 접속된 것을 특징으로 하는 전원 회로.
캐소드(12)를 가진 진공실(14) 내에서 플라즈마를 처리하는 방법으로서,

가스를 상기 진공실(14) 내에 유입하는 단계와;

상기 진공실(14) 내에서 상기 가스로부터 플라즈마를 완전히 생성하기 위해 상기 캐소드를 처리 전압까지 상승시키고 상기 플라즈마를 통해 전류가 흐르도록, 상기 캐소드(12)에 전원을 인가하는 단계를 포함하는 상기 플라즈마 처리 방법에 있어서,

상기 가스를 상기 진공실(14) 내에 유입하기 전에 상기 진공실(14)을 비우는 단계와;

상기 진공실(14)이 비워진 동안에 상기 캐소드(12)를 상기 진공실(14)에 대한 처리 개시 전압까지 상승시키는 단계를 포함하고,

상기 처리 개시 전압은 상기 진공실의 발진 임계 전압을 초과하며,

상기 캐소드(12)는 상기 가스가 상기 진공실(14) 내로 유입되는 동안에 상기 처리 개시 전압으로 유지되고,

상기 처리 전압은 상기 처리 개시 전압보다 높은 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
제 14 항에 있어서,

상기 캐소드(12)에 접속된 주전원(10)을 인에이블시킴으로써 상기 캐소드에 전원이 인가되는, 플라즈마 처리 방법.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,

스위치(36)를 닫아 상기 캐소드(12)에 처리 개시 전원(32)을 접속함으로써 상기 캐소드(12)가 상기 처리 개시 전압까지 상승되는, 플라즈마 처리 방법.
제 16 항에 있어서,

상기 처리 개시 전원(32)은 이 전원(32)과 상기 캐소드(12) 사이에서의 전류 흐름을 제한하는 저항기(34)를 통해 상기 캐소드(12)에 접속된, 플라즈마 처리 방법.
제 16 항에 있어서,

상기 처리 개시 전원(32)은, 상기 처리실(14)에 대한 캐소드(12)의 전압의 크기가 상기 처리 개시 전압의 크기를 초과할 때 상기 전원(32)과 상기 캐소드(12) 사이에서의 전류 흐름을 제한하는 다이오드(38)를 통해 상기 캐소드(12)에 접속된, 플라즈마 처리 방법.
제 3 항에 있어서,

스위치(36)를 더 구비하며,

상기 보조 전원(32)은 상기 스위치(36)를 통해 상기 캐소드(12)에 접속되고,

상기 스위치(36)는, 전류가 상기 보조 전원과 상기 캐소드 사이에서 흐를 수있는 닫힌 상태와, 전류가 상기 보조 전원과 상기 캐소드 사이에서 흐르지 않게 되는 열린 상태를 가진, 전원 회로.
제 17 항에 있어서,

상기 처리 개시 전원(32)은, 상기 처리실(14)에 대한 캐소드(12)의 전압의 크기가 상기 처리 개시 전압의 크기를 초과할 때 상기 전원(32)과 상기 캐소드(12) 사이에서의 전류 흐름을 제한하는 다이오드(38)를 통해 상기 캐소드(12)에 접속된, 플라즈마 처리 방법.
제 19 항에 있어서,

상기 보조 전원(32)은 직렬 접속된 상기 다이오드(38)와 스위치(36)를 통해 상기 캐소드(12)에 접속된, 전원 회로.
제 2 항에 따른 제 3 항에 종속된 제 19 항에 있어서,

상기 보조 전원(32)은 직렬 접속된 상기 저항기(34), 다이오드(38) 및 스위치(36)를 통해 상기 캐소드(12)에 접속된, 전원 회로.