KR20210093199A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

예시적 실시형태의 플라즈마 처리 장치에서는, 고주파 전원이, 플라즈마의 생성을 위하여 고주파 전력을 발생시킨다. 바이어스 전원이, 기판 지지기에 이온을 인입하기 위하여, 펄스상의 음극성의 직류 전압을 주기적으로 하부 전극에 인가한다. 고주파 전원은, 펄스상의 음극성의 직류 전압이 하부 전극에 인가되지 않은 기간에 있어서 고주파 전력을 1개 이상의 펄스로서 공급한다. 고주파 전원은, 펄스상의 음극성의 직류 전압이 하부 전극에 인가되고 있는 기간에 있어서 고주파 전력의 공급을 정지한다. 1개 이상의 펄스의 각각은, 그 개시 시점으로부터 그 피크가 출현하는 시점까지 서서히 증가하는 파워 레벨을 갖는다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 개시의 예시적 실시형태는, 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
플라즈마 처리 장치가, 기판에 대한 플라즈마 에칭에 있어서 이용되고 있다. 플라즈마 처리 장치는, 챔버, 기판 지지기, 및 2개의 고주파 전원을 구비한다. 기판 지지기는, 하부 전극을 포함한다. 기판 지지기는, 챔버 내에 있어서 기판을 지지하도록 구성되어 있다. 플라즈마 처리를 위하여, 가스가 챔버 내로 공급된다. 가스로부터 플라즈마를 생성하기 위하여, 2개의 고주파 전원 중 일방으로부터 고주파 전력이 공급된다. 또, 2개의 고주파 전원 중 타방으로부터 하부 전극으로 고주파 바이어스 전력이 공급된다. 이와 같은 플라즈마 처리 장치는, 일본 공개특허공보 2000-173993호에 기재되어 있다.
본 개시는, 챔버 내에서의 가스의 과잉 해리를 억제하고, 플라즈마 에칭에 의하여 발생하는 반응 생성물의 재해리를 억제하는 기술을 제공한다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치가 제공된다. 플라즈마 처리 장치는, 챔버, 기판 지지기, 고주파 전원, 및 바이어스 전원을 구비한다. 기판 지지기는, 하부 전극을 갖는다. 기판 지지기는, 챔버 내에서 기판을 지지하도록 구성되어 있다. 고주파 전원은, 챔버 내에서 가스로부터 플라즈마를 생성하기 위하여 고주파 전력을 발생시키도록 구성되어 있다. 바이어스 전원은, 하부 전극에 전기적으로 접속되어 있으며, 기판 지지기에 이온을 인입하기 위한 바이어스 전력을 발생시키도록 구성되어 있다. 바이어스 전원은, 바이어스 전력으로서, 펄스상(pulse狀)의 음극성의 직류 전압을 주기적으로 발생시키도록 구성되어 있다. 고주파 전원은, 펄스상의 음극성의 직류 전압이 하부 전극에 인가되고 있지 않은 제1 기간에 있어서 고주파 전력을 1개 이상의 펄스로서 공급하도록 구성되어 있다. 고주파 전원은, 펄스상의 음극성의 직류 전압이 하부 전극에 인가되고 있는 제2 기간에 있어서 고주파 전력의 공급을 정지하도록 구성되어 있다. 고주파 전원은, 1개 이상의 펄스의 각각이 그 개시 시점으로부터 그 피크가 출현하는 시점까지 서서히 증가하는 파워 레벨을 갖도록 고주파 전력을 생성한다.
하나의 예시적 실시형태에 의하면, 챔버 내에서의 가스의 과잉 해리를 억제하고, 플라즈마 에칭에 의하여 발생하는 반응 생성물의 재해리를 억제하는 것이 가능해진다.
도 1은, 하나의 예시적 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도이다.
도 2는, 하나의 예시적 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 고주파 전원 및 바이어스 전원의 구성을 나타내는 도이다.
도 3은, 고주파 전력, 이온 밀도, 전자 온도, 및 바이어스 전력의 예시적 타이밍 차트이다.
도 4의 (a)는 복수의 전력 성분의 합성 전력의 파형의 일례를 나타내는 도이고, 도 4의 (b)는 도 4의 (a)에 나타내는 합성 전력의 파워 스펙트럼을 나타내는 도이며, 도 4의 (c)는 일례의 고주파 전력(HF)의 파형을 나타내는 도이다.
도 5의 (a)는 복수의 전력 성분의 합성 전력의 파형의 일례를 나타내는 도이고, 도 5의 (b)는 도 5의 (a)에 나타내는 합성 전력의 파워 스펙트럼을 나타내는 도이며, 도 5의 (c)는 일례의 고주파 전력(HF)의 파형을 나타내는 도이다.
도 6은, 다른 예시적 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도이다.
도 7은, 다른 예시적 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 고주파 전원 및 바이어스 전원의 구성을 나타내는 도이다.
도 8은, 고주파 전력, 이온 밀도, 전자 온도, 및 바이어스 전력의 다른 예시적 타이밍 차트이다.
도 9는, 고주파 전력, 이온 밀도, 전자 온도, 및 바이어스 전력의 또 다른 예시적 타이밍 차트이다.
도 10은, 고주파 전력 및 바이어스 전력의 또 다른 예시적 타이밍 차트이다.
도 11은, 다른 예시적 실시형태에 관한 고주파 전원의 구성을 나타내는 도이다.
이하, 다양한 예시적 실시형태에 대하여 설명한다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치가 제공된다. 플라즈마 처리 장치는, 챔버, 기판 지지기, 고주파 전원, 및 바이어스 전원을 구비한다. 기판 지지기는, 하부 전극을 갖는다. 기판 지지기는, 챔버 내에서 기판을 지지하도록 구성되어 있다. 고주파 전원은, 챔버 내에서 가스로부터 플라즈마를 생성하기 위하여 고주파 전력을 발생시키도록 구성되어 있다. 바이어스 전원은, 하부 전극에 전기적으로 접속되어 있으며, 기판 지지기에 이온을 인입하기 위한 바이어스 전력을 발생시키도록 구성되어 있다. 바이어스 전원은, 바이어스 전력으로서, 펄스상의 음극성의 직류 전압을 주기적으로 발생시키도록 구성되어 있다. 고주파 전원은, 펄스상의 음극성의 직류 전압이 하부 전극에 인가되고 있지 않은 제1 기간에 있어서 고주파 전력을 1개 이상의 펄스로서 공급하도록 구성되어 있다. 고주파 전원은, 펄스상의 음극성의 직류 전압이 하부 전극에 인가되고 있는 제2 기간에 있어서 고주파 전력의 공급을 정지하도록 구성되어 있다. 고주파 전원은, 1개 이상의 펄스의 각각이 그 개시 시점으로부터 그 피크가 출현하는 시점까지 서서히 증가하는 파워 레벨을 갖도록 고주파 전력을 생성한다.
펄스상의 음극성의 직류 전압이 하부 전극에 인가되고 있는 제2 기간에서는, 이온이 플라즈마로부터 기판을 향하여 가속되어 기판의 에칭이 발생한다. 따라서, 제2 기간에서는, 기판으로부터 반응 생성물이 방출된다. 플라즈마의 전자 온도가 높은 경우에는, 반응 생성물의 재해리가 발생한다. 반응 생성물의 재해리에 의하여 발생한 물질은 기판 상에 퇴적될 수 있다. 상기 실시형태에서는, 고주파 전력은 제2 기간에 있어서 공급되지 않기 때문에, 제2 기간에 있어서 플라즈마의 전자 온도는 낮다. 따라서, 상기 실시형태에 의하면, 반응 생성물의 재해리가 억제된다. 또, 펄스상의 음극성의 직류 전압이 하부 전극에 인가되고 있지 않은 제1 기간에 있어서는, 고주파 전력이 1개 이상의 펄스로서 공급된다. 1개 이상의 펄스의 각각의 파워 레벨은, 그 피크까지 서서히 상승한다. 따라서, 전자 온도의 오버 슛이 억제된다. 그 결과, 상기 실시형태에 의하면, 가스의 과잉 해리가 억제된다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치는, 펄스상의 음극성의 직류 전압의 주기의 위상을 설정하기 위하여 바이어스 전원을 제어하도록 구성된 제어부를 더 구비하고 있어도 된다. 이 실시형태에 의하면, 1개 이상의 펄스의 공급의 종료 시점과 펄스상의 음극성의 직류 전압의 하부 전극으로의 인가의 개시 시점의 사이의 시간차를 조정하는 것이 가능해진다. 따라서, 펄스상의 음극성의 직류 전압의 하부 전극으로의 인가의 개시까지, 플라즈마의 전자 온도를 조정하는 것이 가능하다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 제어부는, 펄스상의 음극성의 직류 전압의 지속 시간 길이를 설정하도록 바이어스 전원을 더 제어해도 된다. 이 실시형태에 의하면, 펄스상의 음극성의 직류 전압의 하부 전극으로의 인가의 종료 시점과 1개 이상의 펄스의 공급의 개시 시점의 사이의 시간차를 조정하는 것이 가능해진다.
다른 예시적 실시형태에 있어서도, 플라즈마 처리 장치가 제공된다. 플라즈마 처리 장치는, 챔버, 기판 지지기, 고주파 전원, 및 바이어스 전원을 구비한다. 기판 지지기는, 하부 전극을 갖는다. 기판 지지기는, 챔버 내에서 기판을 지지하도록 구성되어 있다. 고주파 전원은, 챔버 내에서 가스로부터 플라즈마를 생성하기 위하여 고주파 전력을 발생시키도록 구성되어 있다. 바이어스 전원은, 하부 전극에 전기적으로 접속되어 있으며, 기판 지지기에 이온을 인입하기 위한 바이어스 전력을 발생시키도록 구성되어 있다. 바이어스 전원은, 바이어스 전력으로서, 고주파 바이어스 전력을 발생시키도록 구성되어 있다. 고주파 전원은, 바이어스 전원으로부터 출력되는 고주파 바이어스 전력이 양의 전압을 갖는 제1 기간에 있어서 고주파 전력을 1개 이상의 펄스로서 공급하도록 구성되어 있다. 고주파 전원은, 바이어스 전원으로부터 출력되는 고주파 바이어스 전력이 음의 전압을 갖는 제2 기간에 있어서 고주파 전력의 공급을 정지하도록 구성되어 있다. 고주파 전원은, 1개 이상의 펄스의 각각이 그 개시 시점으로부터 그 피크가 출현하는 시점까지 서서히 증가하는 파워 레벨을 갖도록 상기 펄스상의 고주파 전력을 생성한다.
바이어스 전원으로부터 출력되는 고주파 바이어스 전력이 음의 전압을 갖는 제2 기간에서는, 이온이 플라즈마로부터 기판을 향하여 가속되어 기판의 에칭이 발생한다. 따라서, 제2 기간에서는, 기판으로부터 반응 생성물이 방출된다. 플라즈마의 전자 온도가 높은 경우에는, 반응 생성물의 재해리가 발생한다. 반응 생성물의 재해리에 의하여 발생한 물질은 기판 상에 퇴적될 수 있다. 상기 실시형태에서는, 고주파 전력은 제2 기간에 있어서 공급되지 않기 때문에, 제2 기간에 있어서 플라즈마의 전자 온도는 낮다. 따라서, 상기 실시형태에 의하면, 반응 생성물의 재해리가 억제된다. 또, 바이어스 전원으로부터 출력되는 고주파 바이어스 전력이 양의 전압을 갖는 제1 기간에 있어서는, 고주파 전력이 1개 이상의 펄스로서 공급된다. 1개 이상의 펄스의 각각의 파워 레벨은, 그 피크까지 서서히 상승한다. 따라서, 전자 온도의 오버 슛이 억제된다. 그 결과, 상기 실시형태에 의하면, 가스의 과잉 해리가 억제된다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치는, 고주파 바이어스 전력의 위상을 설정하기 위하여 바이어스 전원을 제어하도록 구성된 제어부를 더 구비하고 있어도 된다. 이 실시형태에 의하면, 1개 이상의 펄스의 공급의 종료 시점과 하부 전극의 전위가 음의 피크를 갖는 시점의 사이의 시간차를 조정하는 것이 가능해진다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 1개 이상의 펄스의 각각의 상승 시간은, 고주파 전원으로부터 출력 가능한 고주파 전력의 펄스의 최소의 상승 시간보다 길어도 된다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 고주파 전원은, 전력 발생기 및 출력부를 갖고 있어도 된다. 전력 발생기는, 고주파 전력을 발생시키도록 구성되어 있다. 출력부는, 전력 발생기에 의하여 발생된 고주파 전력을 출력하도록 구성되어 있다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 전력 발생기에 의하여 생성되는 고주파 전력은, 복수의 전력 성분을 포함한다. 복수의 전력 성분은, 복수의 주파수를 각각 갖는다. 복수의 주파수는, 소정의 주파수의 간격으로 기본 주파수에 대하여 대칭으로 설정되어 있다. 고주파 전력의 포락선은, 소정의 주파수 또는 상기 소정의 주파수의 2배 이상의 배수의 주파수로 규정되는 시간 간격으로 주기적으로 출현하는 피크를 갖는다. 고주파 전력의 파워 레벨은, 피크의 각각의 출현 시점의 직전의 포락선의 제로 크로스 영역과 상기 출현 시점의 직후의 포락선의 제로 크로스 영역의 사이의 기간을 제외한 기간에서 제로이도록 설정되어 있다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 전력 발생기는, 파형 데이터 생성부, 양자화부, 역푸리에 변환부, 및 변조부를 갖고 있어도 된다. 양자화부는, 파형 데이터 생성부에 의하여 생성된 파형 데이터를 양자화하여, 양자화 데이터를 생성하도록 구성되어 있다. 역푸리에 변환부는, 양자화 데이터에 역푸리에 변환을 적용하여, I데이터 및 Q데이터를 생성하도록 구성되어 있다. 변조부는, 그들의 위상이 서로 90° 다른 2개의 기준 고주파 신호를 I데이터 및 Q데이터를 이용하여 변조하여, 변조 고주파 신호를 생성하도록 구성되어 있다. 이 실시형태에 있어서, 전력 발생기는, 변조 고주파 신호로부터 고주파 전력을 생성하도록 구성되어 있다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 전력 발생기는, 변조 고주파 신호를 증폭시켜 고주파 전력을 생성하도록 구성된 증폭기를 더 갖고 있어도 된다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 고주파 전원은, 1개 이상의 펄스의 각각의 상승 시간을 조정 가능하도록 구성되어 있어도 된다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 고주파 전원은, 제1 기간에 있어서 1개 이상의 펄스로서 복수의 펄스를 순서대로 공급하도록 구성되어 있어도 된다.
이하, 도면을 참조하여 다양한 예시적 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당한 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이는 것으로 한다.
도 1은, 하나의 예시적 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도이다. 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치(1)는, 용량 결합형 플라즈마 처리 장치이다. 플라즈마 처리 장치(1)는, 챔버(10)를 구비하고 있다. 챔버(10)는, 그 안에 내부 공간(10s)을 제공하고 있다.
챔버(10)는, 챔버 본체(12)를 포함하고 있다. 챔버 본체(12)는, 대략 원통 형상을 갖고 있다. 내부 공간(10s)은, 챔버 본체(12)의 내측에 제공되어 있다. 챔버 본체(12)는, 예를 들면 알루미늄으로 형성되어 있다. 챔버 본체(12)의 내벽면 상에는, 내(耐)부식성을 갖는 막이 마련되어 있다. 내부식성을 갖는 막은, 산화 알루미늄, 산화 이트륨과 같은 세라믹으로 형성된 막일 수 있다.
챔버 본체(12)의 측벽에는, 통로(12p)가 형성되어 있다. 기판(W)은, 내부 공간(10s)과 챔버(10)의 외부와의 사이에서 반송될 때, 통로(12p)를 통과한다. 통로(12p)는, 게이트 밸브(12g)에 의하여 개폐 가능하게 되어 있다. 게이트 밸브(12g)는, 챔버 본체(12)의 측벽을 따라 마련되어 있다.
챔버 본체(12)의 바닥부 상에는, 지지부(13)가 마련되어 있다. 지지부(13)는, 절연 재료로 형성되어 있다. 지지부(13)는, 대략 원통 형상을 갖고 있다. 지지부(13)는, 내부 공간(10s) 내에서, 챔버 본체(12)의 바닥부로부터 상방으로 뻗어 있다. 지지부(13)는, 기판 지지기(14)를 지지하고 있다. 기판 지지기(14)는, 내부 공간(10s) 내에서 기판(W)을 지지하도록 구성되어 있다.
기판 지지기(14)는, 하부 전극(18) 및 정전 척(20)을 갖고 있다. 기판 지지기(14)는, 전극 플레이트(16)를 더 가질 수 있다. 전극 플레이트(16), 하부 전극(18), 및 정전 척(20)은, 챔버(10) 내에 마련되어 있다. 전극 플레이트(16)는, 예를 들면 알루미늄과 같은 도체로 형성되어 있으며, 대략 원반 형상을 갖고 있다. 하부 전극(18)은, 전극 플레이트(16) 상에 마련되어 있다. 하부 전극(18)은, 예를 들면 알루미늄과 같은 도체로 형성되어 있으며, 대략 원반 형상을 갖고 있다. 하부 전극(18)은, 전극 플레이트(16)에 전기적으로 접속되어 있다.
정전 척(20)은, 하부 전극(18) 상에 마련되어 있다. 정전 척(20)의 상면의 위에는, 기판(W)이 재치된다. 정전 척(20)은, 본체 및 전극을 갖는다. 정전 척(20)의 본체는, 대략 원반 형상을 갖고, 유전체로 형성되어 있다. 정전 척(20)의 전극은, 막형상의 전극이며, 정전 척(20)의 본체 내에 마련되어 있다. 정전 척(20)의 전극은, 스위치(20s)를 통하여 직류 전원(20p)에 접속되어 있다. 정전 척(20)의 전극에 직류 전원(20p)으로부터의 전압이 인가되면, 정전 척(20)과 기판(W)의 사이에 정전 인력이 발생한다. 발생한 정전 인력에 의하여, 기판(W)은, 정전 척(20)에 끌어당겨져, 정전 척(20)에 의하여 유지된다.
기판 지지기(14)의 주연(周緣)부 상에는, 포커스링(FR)이 탑재된다. 포커스링(FR)은, 기판(W)에 대한 플라즈마 처리의 면내(面內) 균일성을 향상시키기 위하여 마련되어 있다. 포커스링(FR)은, 대략 판상 또는 환상을 이루고 있다. 포커스링(FR)은, 한정되는 것은 아니지만, 실리콘, 탄화 실리콘, 또는 석영으로 형성될 수 있다. 기판(W)은, 정전 척(20) 상이고, 또한, 포커스링(FR)에 의하여 둘러싸인 영역 내에 배치된다.
하부 전극(18)의 내부에는, 유로(18f)가 마련되어 있다. 유로(18f)에는, 챔버(10)의 외부에 마련되어 있는 칠러 유닛(22)으로부터 배관(22a)을 통하여 열교환 매체(예를 들면 냉매)가 공급된다. 유로(18f)에 공급된 열교환 매체는, 배관(22b)을 통하여 칠러 유닛(22)으로 되돌려진다. 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 정전 척(20) 상에 재치된 기판(W)의 온도가, 열교환 매체와 하부 전극(18)의 열교환에 의하여 조정된다.
플라즈마 처리 장치(1)에는, 가스 공급 라인(24)이 마련되어 있다. 가스 공급 라인(24)은, 전열 가스 공급 기구로부터의 전열 가스(예를 들면 He 가스)를, 정전 척(20)의 상면과 기판(W)의 이면과의 사이의 간극에 공급한다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 상부 전극(30)을 더 구비하고 있다. 상부 전극(30)은, 기판 지지기(14)의 상방에 마련되어 있다. 상부 전극(30)은, 부재(32)를 통하여, 챔버 본체(12)의 상부에 지지되어 있다. 부재(32)는, 절연성을 갖는 재료로 형성되어 있다. 상부 전극(30)과 부재(32)는, 챔버 본체(12)의 상부 개구를 폐쇄하고 있다.
상부 전극(30)은, 천판(天板)(34) 및 지지체(36)를 포함할 수 있다. 천판(34)의 하면은, 내부 공간(10s) 측의 하면이며, 내부 공간(10s)을 구획 형성하고 있다. 천판(34)은, 줄(Joule)열이 적은 저(低)저항의 도전체 또는 반도체로 형성될 수 있다. 천판(34)에는, 복수의 가스 토출 구멍(34a)이 형성되어 있다. 복수의 가스 토출 구멍(34a)은, 천판(34)을 그 판두께 방향으로 관통하고 있다.
지지체(36)는, 천판(34)을 착탈 가능하게 지지한다. 지지체(36)는, 알루미늄과 같은 도전성 재료로 형성된다. 지지체(36)의 내부에는, 가스 확산실(36a)이 마련되어 있다. 지지체(36)에는, 복수의 가스 구멍(36b)이 형성되어 있다. 복수의 가스 구멍(36b)은, 가스 확산실(36a)로부터 하방으로 뻗어 있다. 복수의 가스 구멍(36b)은, 복수의 가스 토출 구멍(34a)에 각각 연통하고 있다. 지지체(36)에는, 가스 도입구(36c)가 형성되어 있다. 가스 도입구(36c)는, 가스 확산실(36a)에 접속되어 있다. 가스 도입구(36c)에는, 가스 공급관(38)이 접속되어 있다.
가스 공급관(38)에는, 밸브군(41), 유량 제어기군(42), 및 밸브군(43)을 통하여, 가스 소스군(40)이 접속되어 있다. 가스 소스군(40)은, 복수의 가스 소스를 포함하고 있다. 밸브군(41) 및 밸브군(43)의 각각은, 복수의 개폐 밸브를 포함하고 있다. 유량 제어기군(42)은, 복수의 유량 제어기를 포함하고 있다. 유량 제어기군(42)의 복수의 유량 제어기의 각각은, 매스 플로 컨트롤러 또는 압력 제어식의 유량 제어기이다. 가스 소스군(40)의 복수의 가스 소스의 각각은, 밸브군(41) 대응의 개폐 밸브, 유량 제어기군(42) 대응의 유량 제어기, 및 밸브군(43) 대응의 개폐 밸브를 통하여, 가스 공급관(38)에 접속되어 있다.
플라즈마 처리 장치(1)에서는, 챔버 본체(12)의 내벽면을 따라, 실드(46)가 착탈 가능하게 마련되어 있다. 실드(46)는, 지지부(13)의 외주(外周)에도 마련되어 있다. 실드(46)는, 챔버 본체(12)에 에칭 부생물이 부착하는 것을 방지한다. 실드(46)는, 예를 들면 알루미늄으로 형성된 부재의 표면에 내부식성을 갖는 막을 형성함으로써 구성된다. 내부식성을 갖는 막은, 산화 이트륨과 같은 세라믹으로 형성된 막일 수 있다.
지지부(13)와 챔버 본체(12)의 측벽과의 사이에는, 배플 플레이트(48)가 마련되어 있다. 배플 플레이트(48)는, 예를 들면 알루미늄으로 형성된 부재의 표면에 내부식성을 갖는 막을 형성함으로써 구성된다. 내부식성을 갖는 막은, 산화 이트륨과 같은 세라믹으로 형성된 막일 수 있다. 배플 플레이트(48)에는, 복수의 관통 구멍이 형성되어 있다. 배플 플레이트(48)의 하방이며, 또한, 챔버 본체(12)의 바닥부에는, 배기구(12e)가 마련되어 있다. 배기구(12e)에는, 배기관(52)을 통하여 배기 장치(50)가 접속되어 있다. 배기 장치(50)는, 압력 조정 밸브 및 터보 분자 펌프와 같은 진공 펌프를 갖고 있다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 고주파 전원(61)을 더 구비하고 있다. 고주파 전원(61)은, 고주파 전력(HF)을 발생시키도록 구성되어 있다. 고주파 전력(HF)의 기본 주파수는, 예를 들면 13MHz~200MHz의 범위 내의 주파수이다. 고주파 전원(61)은, 챔버(10) 내의 가스로부터 플라즈마를 생성하기 위하여 고주파 전력(HF)을 공급한다. 고주파 전원(61)은, 정합기(62)를 통하여 하부 전극(18)에 전기적으로 접속되어 있다. 정합기(62)는, 정합 회로를 갖고 있다. 정합기(62)의 정합 회로는, 고주파 전원(61)의 부하 측(하부 전극 측)의 임피던스를, 고주파 전원(61)의 출력 임피던스에 정합시키도록 구성되어 있다. 정합기(62)와 하부 전극(18)의 사이에는 필터(63)가 마련되어 있어도 된다. 필터(63)는, 고주파 전력(HF)을 통과시켜, 고주파 전원(61)을 향하는 다른 신호를 저감시키거나 차단하도록 구성되어 있다. 또한, 다른 실시형태에서는, 고주파 전원(61)은, 정합기(62)를 통하여 상부 전극(30)에 전기적으로 접속되어 있어도 된다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 바이어스 전원(81)을 더 구비하고 있다. 바이어스 전원(81)은, 하부 전극(18)에 전기적으로 접속되어 있다. 바이어스 전원(81)은, 기판 지지기(14)에 이온을 인입하기 위하여 바이어스 전력(BP)을 발생하도록 구성되어 있다. 바이어스 전력(BP)은, 하부 전극(18)에 공급된다. 바이어스 전원(81)과 하부 전극(18)의 사이에는 필터(83)가 마련되어 있어도 된다. 필터(83)는, 바이어스 전력(BP)을 통과시켜, 바이어스 전원(81)을 향하는 다른 신호를 저감시키거나 차단하도록 구성되어 있다.
이하, 도 1과 함께, 도 2 및 도 3을 참조한다. 도 2는, 하나의 예시적 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 고주파 전원 및 바이어스 전원의 구성을 나타내는 도이다. 도 3은, 고주파 전력(HF), 이온 밀도(Ni), 전자 온도(Te), 및 바이어스 전력(펄스상의 음극성의 직류 전압(BV))의 예시적 타이밍 차트이다.
일 실시형태에 있어서, 바이어스 전원(81)은, 바이어스 전력(BP)으로서, 펄스상의 음극성의 직류 전압(BV)을 주기 CP로 주기적으로 발생하도록 구성되어 있다. 직류 전압(BV)은, 하부 전극(18)에 인가된다. 펄스상의 음극성의 직류 전압(BV)의 반복 주파수, 즉, 주기 CP의 역수는, 예를 들면 1kHz~800kHz의 범위 내의 주파수이다.
일 실시형태에 있어서, 바이어스 전원(81)은, 직류 전원(81a) 및 스위칭 소자(81b)를 갖고 있어도 된다. 직류 전원(81a)은, 음극성의 직류 전압을 발생하는 직류 전원이다. 직류 전원(81a)은, 가변 직류 전원이어도 된다. 스위칭 소자(81b)는, 직류 전원(81a)과 하부 전극(18)의 사이에 접속되어 있다. 스위칭 소자(81b)가 도통 상태가 되면, 직류 전원(81a)이 하부 전극(18)에 도통하여, 음극성의 직류 전압이 하부 전극(18)에 인가된다. 한편, 스위칭 소자(81b)가 비도통 상태가 되면, 직류 전원(81a)이 하부 전극(18)으로부터 전기적으로 절단되고, 하부 전극(18)에 대한 음극성의 직류 전압의 인가가 정지된다. 이러한 스위칭 소자(81b)의 상태 천이에 의하여, 펄스상의 음극성의 직류 전압(BV)이 생성된다. 스위칭 소자(81b)의 도통 상태 및 비도통 상태는, 후술하는 제어부(80) 또는 다른 컨트롤러에 의하여 제어된다.
고주파 전원(61)은, 제1 기간 P1에 있어서 고주파 전력(HF)을 1개 이상의 펄스 PL로서 공급하도록 구성되어 있다. 플라즈마 처리 장치(1)의 경우에는, 제1 기간 P1은, 펄스상의 음극성의 직류 전압(BV)이 하부 전극(18)에 인가되고 있지 않은 기간이다. 도 3에 나타내는 예에서는, 단일의 제1 기간 P1에 있어서, 고주파 전력(HF)의 하나의 펄스 PL이 공급된다.
고주파 전원(61)은, 제2 기간 P2에 있어서 고주파 전력(HF)의 공급을 정지하도록 구성되어 있다. 플라즈마 처리 장치(1)의 경우에는, 제2 기간 P2는, 펄스상의 음극성의 직류 전압(BV)이 하부 전극(18)에 인가되고 있는 기간이다.
고주파 전원(61)은, 각 펄스 PL이 그 개시 시점으로부터 그 피크가 출현하는 시점까지 서서히 증가하는 파워 레벨을 갖도록 고주파 전력(HF)을 생성한다. 고주파 전력(HF)의 각 펄스 PL의 상승 시간은, 고주파 전원(61)으로부터 출력 가능한 고주파 전력의 펄스의 최소의 상승 시간보다 긴 시간으로 설정될 수 있다.
챔버(10) 내의 플라즈마 중의 이온은, 제2 기간 P2에서는, 기판(W)을 향하여 가속된다. 그 결과, 제2 기간 P2에서는, 기판(W)의 에칭이 발생한다. 따라서, 제2 기간 P2에서는, 기판(W)으로부터 반응 생성물이 방출된다. 플라즈마의 전자 온도가 높은 경우에는, 플라즈마 중에서 반응 생성물의 재해리가 발생한다. 반응 생성물의 재해리에 의하여 발생한 물질은 기판(W) 상에 퇴적될 수 있다. 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 고주파 전력(HF)은 제2 기간 P2에 있어서 공급되지 않기 때문에, 제2 기간 P2에 있어서 플라즈마의 전자 온도는 낮다. 따라서, 플라즈마 처리 장치(1)에 의하면, 반응 생성물의 재해리가 억제된다. 반응 생성물의 재해리가 억제되면, 기판(W) 상에서의 퇴적물의 형성이 억제된다. 그 결과, 플라즈마 에칭에 의하여 기판(W)에 형성된 개구의 축소 또는 폐색이 억제된다.
또, 제1 기간 P1에 있어서는, 고주파 전력(HF)이 1개 이상의 펄스 PL로서 공급된다. 각 펄스 PL의 파워 레벨은, 그 피크까지 서서히 상승한다. 따라서, 전자 온도의 오버 슛이 억제된다. 그 결과, 플라즈마 처리 장치(1)에 의하면, 가스의 과잉 해리가 억제된다. 그러므로, 플라즈마 처리 장치(1)에 의하면, 기판(W)을 비교적 높은 에칭 레이트로 에칭하는 것이 가능해진다.
일 실시형태에 있어서, 고주파 전원(61)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 전력 발생기(61g) 및 출력부(61a)를 갖고 있어도 된다. 전력 발생기(61g)는, 고주파 전력(HF)을 발생시키도록 구성되어 있다. 출력부(61a)는, 전력 발생기(61g)에 의하여 발생된 고주파 전력(HF)을 출력하도록 구성되어 있다. 출력부(61a)는, 정합기(62)를 통하여 하부 전극(18)에 전기적으로 접속되어 있다.
도 4의 (a)는 복수의 전력 성분의 합성 전력의 파형의 일례를 나타내는 도이고, 도 4의 (b)는 도 4의 (a)에 나타내는 합성 전력의 파워 스펙트럼을 나타내는 도이며, 도 4의 (c)는 일례의 고주파 전력(HF)의 파형을 나타내는 도이다. 도 4의 (c)에 나타내는 바와 같이, 고주파 전력(HF)은, 주기적으로 공급되는 펄스상의 고주파 전력이다. 즉, 고주파 전력(HF)은, 주기적으로 출현하는 펄스 PL을 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 고주파 전력(HF)은, 복수의 전력 성분을 포함한다. 복수의 전력 성분은, 복수의 주파수를 각각 갖는다. 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 복수의 주파수는, 기본 주파수 f0에 대하여 대칭으로 설정되어 있다. 기본 주파수 f0은, 예를 들면 13MHz~200MHz의 범위 내의 주파수이다. 일례에서는, 기본 주파수 f0은, 40.68MHz이다. 또, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 복수의 주파수는, 소정의 주파수 fP의 간격으로 설정되어 있다. 일 실시형태에 있어서, 주파수 fP는, 주기 CP의 역수이다. 도 4의 (b)에 나타내는 예에서는, 복수의 전력 성분의 각각의 주파수는, f0-(3/2)×fP, f0-fP/2, f0+fP/2, f0+(3/2)×fP이다.
복수의 전력 성분의 합성 전력의 포락선은, 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 복수의 피크군을 포함한다. 복수의 피크군의 각각은, 주기적으로 출현하는 복수의 피크를 포함한다. 복수의 피크군의 각각에 포함되는 복수의 피크는, 시간 간격 TP로 주기적으로 출현한다. 시간 간격 TP는, 주파수 fP의 역수이다.
도 4의 (c)에 나타내는 바와 같이, 고주파 전력(HF)의 포락선은, 시간 간격 TP로 출현하는 피크를 갖는다. 일 실시형태에서는, 고주파 전력(HF)은, 복수의 피크군 중 최대의 파워 레벨을 갖는 피크 PM을 포함하는 피크군으로 구성된다. 도 4의 (c)에 나타내는 바와 같이, 고주파 전력(HF)은, 그 파워 레벨이, 기간 PA에서 제로이도록 설정되어 있다. 기간 PA는, 기간 PP를 제외한 기간이다. 기간 PP는, 고주파 전력(HF)의 포락선의 피크가 각각 출현하는 기간이다. 일 실시형태에서는, 기간 PP는, 피크 PM이 각각 출현하는 기간이다. 기간 PP의 각각은, 고주파 전력(HF)의 포락선의 대응의 피크의 출현 시점의 직전의 포락선의 제로 크로스 영역 ZA와 당해 출현 시점의 직후의 포락선의 제로 크로스 영역 ZB의 사이의 기간이다. 제로 크로스 영역 ZA 및 제로 크로스 영역 ZB는, 고주파 전력(HF)의 포락선의 진폭이 실질적으로 제로로 간주할 수 있는 값을 갖는 시점일 수 있다. 예를 들면, 제로 크로스 영역 ZA 및 제로 크로스 영역 ZB의 각각은, 고주파 전력(HF)의 포락선의 피크의 파워 레벨에 대하여 30% 이하 또는 10% 이하의 파워 레벨을, 당해 포락선의 파워 레벨이 갖는 시점이어도 된다.
도 4의 (c)에 나타내는 바와 같이, 고주파 전력(HF)의 각 펄스는, 그 피크까지 서서히 증가하는 파워 레벨을 갖는다. 또, 각 펄스는, 그 피크로부터 서서히 감소하는 파워 레벨을 갖는다. 각 펄스의 직전의 제로 크로스 영역 ZA와 직후의 제로 크로스 영역 ZB의 사이의 기간 PP를 제외한 기간 PA, 즉 각 펄스의 지속 기간을 제외한 기간에서는, 고주파 전력(HF)의 파워 레벨은 제로로 설정된다. 이러한 고주파 전력(HF)의 대역폭은, 좁다. 따라서, 일 실시형태의 고주파 전원(61)에 의하면, 펄스상의 고주파 전력(HF)의 대역폭을 좁게 하는 것이 가능해진다. 그러므로, 플라즈마 처리 장치(1)에 의하면, 고주파 전력(HF)에 대한 반사파를 억제하는 것이 가능해진다.
일 실시형태에 있어서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 전력 발생기(61g)는, 변조 신호 발생부(64)를 가질 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 전력 발생기(61g)는, 증폭기(65)를 더 갖고 있어도 된다. 변조 신호 발생부(64)는, 변조 고주파 신호를 생성한다. 고주파 전력(HF)은, 변조 신호 발생부(64)에 의하여 생성되는 변조 고주파 신호여도 된다. 이 경우에는, 증폭기(65)는 불필요하다. 혹은, 고주파 전력(HF)은, 변조 고주파 신호가 증폭기(65)에 의하여 증폭됨으로써, 생성되어도 된다.
일 실시형태에 있어서는, 변조 신호 발생부(64)는, 파형 데이터 생성부(71), 양자화부(72), 역푸리에 변환부(73), 및 변조부(74)를 갖고 있다. 일 실시형태에 있어서, 변조 신호 발생부(64)는, D/A 변환부(75, 76), 및 로 패스 필터(77, 78)를 더 갖고 있어도 된다. 변조 신호 발생부(64)는, 예를 들면 FPGA(Field-Programmable Gate Array)로 구성될 수 있다. 혹은, 변조 신호 발생부(64)는, 몇 개의 회로로 형성되어 있어도 된다.
파형 데이터 생성부(71)는, 변조 고주파 신호에 대응하는 파형 데이터를 생성한다. 파형 데이터 생성부(71)는, 입력 장치로부터 파형 데이터를 생성하기 위한 파라미터(예를 들면, 주파수 및 위상 등)를 취득하고, 취득한 파라미터를 이용하여 파형 데이터를 생성하도록 구성되어 있다. 파형 데이터 생성부(71)는, 생성한 파형 데이터를 양자화부(72)에 출력한다.
양자화부(72)는, 파형 데이터 생성부(71)에 의하여 생성된 파형 데이터를 양자화하여, 양자화 데이터를 생성하도록 구성되어 있다. 역푸리에 변환부(73)는, 양자화 데이터에 역푸리에 변환을 적용하여, I데이터(동상(同相) 성분) 및 Q데이터(직교 위상 성분)를 생성하도록 구성되어 있다. I데이터 및 Q데이터는 각각, D/A 변환부(75, 76), 로 패스 필터(77, 78)를 경유하여, 변조부(74)에 입력된다.
변조부(74)는, 그들의 위상이 서로 90° 다른 2개의 기준 고주파 신호를, 입력된 I데이터 및 Q데이터를 이용하여 각각 변조하여, 변조 고주파 신호를 생성하도록 구성되어 있다.
일 실시형태에 있어서, 변조부(74)는, PLL 발진기(74a)(Phase Locked Loop 발진기), 이상기(移相器)(74b), 믹서(74c, 74d), 및 합성기(74e)를 갖는다.
PLL 발진기(74a)는, 기준 고주파 신호를 생성하도록 구성되어 있다. 기준 고주파 신호는, 믹서(74c)에 입력된다. 또, 기준 고주파 신호는, 이상기(74b)에 입력된다. 이상기(74b)는, 믹서(74c)에 입력되는 기준 고주파 신호에 대하여 90° 다른 위상을 갖는 기준 고주파 신호를 생성하도록 구성되어 있다. 구체적으로, 이상기(74b)는, 입력된 기준 고주파 신호의 위상을 90°시프트시키도록 구성되어 있다. 이상기(74b)에 의하여 생성된 기준 고주파 신호는, 믹서(74d)에 입력된다.
믹서(74c)는, 입력된 기준 고주파 신호와 I데이터와의 승산(乘算)을 행하도록 구성되어 있다. 믹서(74c)의 승산에 의하여 생성된 신호는, 합성기(74e)에 입력된다. 믹서(74d)는, 입력된 기준 고주파 신호와 Q데이터와의 승산을 행하도록 구성되어 있다. 믹서(74d)의 승산에 의하여 생성된 신호는, 합성기(74e)에 입력된다. 합성기(74e)는, 믹서(74c)와 믹서(74d)의 각각으로부터 입력된 신호의 가산을 행하여, 변조 고주파 신호를 생성하도록 구성되어 있다.
일 실시형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치(1)는, 제어부(80)를 더 구비할 수 있다. 제어부(80)는, 프로세서, 메모리와 같은 기억부, 입력 장치, 표시 장치, 신호의 입출력 인터페이스 등을 구비하는 컴퓨터일 수 있다. 제어부(80)는, 플라즈마 처리 장치(1)의 각 부를 제어한다. 제어부(80)에서는, 입력 장치를 이용하여, 오퍼레이터가 플라즈마 처리 장치(1)를 관리하기 위하여 커맨드의 입력 조작 등을 행할 수 있다. 또, 제어부(80)에서는, 표시 장치에 의하여, 플라즈마 처리 장치(1)의 가동 상황을 가시화하여 표시할 수 있다. 또한, 제어부(80)의 기억부에는, 제어 프로그램 및 레시피 데이터가 저장되어 있다. 제어 프로그램은, 플라즈마 처리 장치(1)에서 각종 처리를 실행하기 위하여, 제어부(80)의 프로세서에 의하여 실행된다. 제어부(80)의 프로세서가, 제어 프로그램을 실행하여, 레시피 데이터에 따라 플라즈마 처리 장치(1)의 각 부를 제어함으로써, 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서 플라즈마 처리가 실행된다.
일 실시형태에 있어서는, 제어부(80) 또는 다른 컨트롤러가, 직류 전압(BV)의 주기 CP의 위상을 설정하기 위하여, 바이어스 전원(81)의 위상을 제어해도 된다. 이 실시형태에 의하면, 펄스 PL의 공급의 종료 시점과 펄스상의 음극성의 직류 전압(BV)의 하부 전극(18)으로의 인가의 개시 시점과의 사이의 시간차 T1(도 3 참조)을 조정하는 것이 가능해진다. 따라서, 펄스상의 음극성의 직류 전압(BV)의 하부 전극(18)으로의 인가의 개시까지, 플라즈마의 전자 온도를 조정하는 것이 가능하다.
보다 구체적으로는, 제어부(80) 또는 다른 컨트롤러는, 음극성의 직류 전압(BV)의 위상, 즉 음극성의 직류 전압(BV)의 공급 개시의 타이밍을 설정하도록, 바이어스 전원(81)을 제어한다. 일 실시형태에서는, 제어부(80) 또는 다른 컨트롤러는, 스위칭 소자(81b)가 비도통 상태로부터 도통 상태로 전환하는 타이밍을 제어한다. 이로써, 시간차 T1이 제어된다.
일 실시형태에 있어서, 제어부(80) 또는 다른 컨트롤러는, 펄스상의 음극성의 직류 전압(BV)의 지속 시간 길이 PW(도 3)를 설정하도록 바이어스 전원(81)을 더 제어해도 된다. 일 실시형태에서는, 제어부(80) 또는 다른 컨트롤러는, 스위칭 소자(81b)가 도통 상태를 유지하는 시간 길이를 제어함으로써, 지속 시간 길이 PW를 설정한다. 이로써, 펄스상의 음극성의 직류 전압(BV)의 하부 전극(18)으로의 인가의 종료 시점과 펄스 PL의 공급의 개시 시점의 사이의 시간차 T2(도 3)를 조정하는 것이 가능해진다.
이하, 도 5의 (a), 도 5의 (b), 및 도 5의 (c)를 참조한다. 다른 예에 있어서는, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이, 고주파 전력(HF)의 복수의 전력 성분의 주파수는, f0-2×fP, f0-fP, f0, f0+fP, f0+2×fP이다. 이 예에서는, 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 복수의 전력 성분의 합성 전력의 포락선은, 4개의 피크군을 포함한다. 이 예에서는, 도 5의 (c)에 나타내는 바와 같이, 고주파 전력(HF)은, 4개의 피크군 중, 최대의 피크를 포함하는 피크군으로 구성되어 있다. 또한, 고주파 전력(HF)은, 2개 이상의 전력 성분으로 구성되어 있어도 된다. 2개 이상의 전력 성분 각각의 주파수는, 기본 주파수 f0에 대하여 대칭으로 설정되어 있으며, 또한 소정의 주파수 fP로 규정되는 간격으로 설정된다.
이하, 도 6, 도 7, 및 도 8을 참조하여, 다른 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치에 대하여 설명한다. 도 6은, 다른 예시적 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도이다. 도 7은, 다른 예시적 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 고주파 전원 및 바이어스 전원의 구성을 나타내는 도이다. 도 8은, 고주파 전력(HF), 이온 밀도(Ni), 전자 온도(Te), 및 바이어스 전력(고주파 바이어스 전력(LF))의 다른 예시적 타이밍 차트이다.
다른 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치(1B)는, 바이어스 전원(81) 및 필터(83)는 아니고, 바이어스 전원(81B) 및 필터(83B)를 구비하고 있다. 플라즈마 처리 장치(1B)는, 정합기(82B)를 더 구비하고 있다. 다른 점에서는, 플라즈마 처리 장치(1B)는, 플라즈마 처리 장치(1)와 동일하게 구성되어 있다.
바이어스 전원(81B)은, 기판 지지기(14)에 이온을 인입하기 위한 바이어스 전력(BP)으로서, 고주파 바이어스 전력(LF)을 발생하도록 구성되어 있다. 고주파 바이어스 전력(LF)의 주파수는, 주기 CP의 역수이다. 고주파 바이어스 전력(LF)의 주파수는, 기본 주파수 f0보다 낮다. 고주파 바이어스 전력(LF)의 주파수는, 예를 들면 400kHz~13.56MHz의 범위 내의 주파수이다. 일례에서는, 고주파 바이어스 전력(LF)의 주파수는, 400kHz이다. 일 실시형태에 있어서, 고주파 바이어스 전력(LF)의 주파수는, 상술의 주파수 fP일 수 있다. 고주파 바이어스 전력(LF)은, 하부 전극(18)에 공급된다.
바이어스 전원(81B)은, 정합기(82B)를 통하여 하부 전극(18)에 전기적으로 접속되어 있다. 정합기(82B)는, 정합 회로를 갖고 있다. 정합기(82B)의 정합 회로는, 바이어스 전원(81B)의 부하 측(하부 전극 측)의 임피던스를, 바이어스 전원(81B)의 출력 임피던스에 정합시키도록 구성되어 있다. 정합기(82B)와 하부 전극(18)의 사이에는 필터(83B)가 마련되어 있어도 된다. 필터(83B)는, 고주파 바이어스 전력(LF)을 통과시켜, 바이어스 전원(81B)을 향하는 다른 신호를 저감시키거나 차단하도록 구성되어 있다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 일 실시형태에 있어서, 바이어스 전원(81B)은, 신호 발생기(81Ba) 및 증폭기(81Bb)를 갖고 있어도 된다. 신호 발생기(81Ba)는, 고주파 바이어스 전력(LF)의 주파수와 동일한 주파수를 갖는 고주파 신호를 발생시키도록 구성되어 있다. 신호 발생기(81Ba)에 의하여 생성된 고주파 신호는, 증폭기(81Bb)에 입력된다. 증폭기(81Bb)는, 입력된 고주파 신호를 증폭시켜, 고주파 바이어스 전력(LF)을 생성하도록 구성되어 있다.
플라즈마 처리 장치(1B)에 있어서, 고주파 전원(61)은, 도 8에 나타내는 바와 같이, 바이어스 전원(81B)으로부터 출력되는 고주파 바이어스 전력(LF)이 양의 전압을 갖는 제1 기간 P1에 있어서 고주파 전력(HF)을 1개 이상의 펄스 PL로서 공급하도록 구성되어 있다. 도 8에 나타내는 예에서는, 단일의 제1 기간 P1에 있어서, 고주파 전력(HF)의 하나의 펄스 PL이 공급된다.
플라즈마 처리 장치(1B)에 있어서, 고주파 전원(61)은, 바이어스 전원(81B)으로부터 출력되는 고주파 바이어스 전력(LF)이 음의 전압을 갖는 제2 기간 P2에 있어서 고주파 전력(HF)의 공급을 정지하도록 구성되어 있다.
플라즈마 처리 장치(1B)에 있어서도 플라즈마 처리 장치(1)와 동일하게, 고주파 전원(61)은, 각 펄스 PL이 그 개시 시점으로부터 그 피크가 출현하는 시점까지 서서히 증가하는 파워 레벨을 갖도록 고주파 전력(HF)을 생성한다. 플라즈마 처리 장치(1B)에 있어서도 플라즈마 처리 장치(1)와 동일하게, 고주파 전력(HF)의 각 펄스 PL의 상승 시간은, 고주파 전원(61)으로부터 출력 가능한 고주파 전력의 펄스의 최소의 상승 시간보다 긴 시간으로 설정될 수 있다.
챔버(10) 내의 플라즈마 중의 이온은, 제2 기간 P2에서는, 기판(W)을 향하여 가속된다. 그 결과, 제2 기간 P2에서는, 기판(W)의 에칭이 발생한다. 따라서, 제2 기간 P2에서는, 기판(W)으로부터 반응 생성물이 방출된다. 플라즈마의 전자 온도가 높은 경우에는, 반응 생성물의 재해리가 발생한다. 반응 생성물의 재해리에 의하여 발생한 물질은 기판(W) 상에 퇴적될 수 있다. 플라즈마 처리 장치(1B)에서는, 고주파 전력(HF)은 제2 기간 P2에 있어서 공급되지 않기 때문에, 제2 기간 P2에 있어서 플라즈마의 전자 온도는 낮다. 따라서, 플라즈마 처리 장치(1B)에 의하면, 반응 생성물의 재해리가 억제된다. 반응 생성물의 재해리가 억제되면, 기판(W) 상에서의 퇴적물의 형성이 억제된다. 그 결과, 플라즈마 에칭에 의하여 기판(W)에 형성된 개구의 축소 또는 폐색이 억제된다.
또, 제1 기간 P1에 있어서는, 고주파 전력(HF)이 1개 이상의 펄스 PL로서 공급된다. 각 펄스 PL의 파워 레벨은, 그 피크까지 서서히 상승한다. 따라서, 전자 온도의 오버 슛이 억제된다. 그 결과, 플라즈마 처리 장치(1B)에 의하면, 가스의 과잉 해리가 억제된다. 그러므로, 플라즈마 처리 장치(1B)에 의하면, 기판(W)을 비교적 높은 에칭 레이트로 에칭하는 것이 가능해진다.
일 실시형태에 있어서, 제어부(80) 또는 다른 컨트롤러가, 고주파 바이어스 전력(LF)의 위상을 설정하기 위하여 바이어스 전원(81B)을 제어해도 된다. 구체적으로는, 제어부(80) 또는 다른 컨트롤러로부터 주어지는 클록 신호에 의하여, 고주파 전원(61)과 바이어스 전원(81B)은 서로 동기되어 있다. 제어부(80) 또는 다른 컨트롤러는, 고주파 전력(HF)과 고주파 바이어스 전력(LF)의 사이의 위상차를 설정하기 위하여, 바이어스 전원(81B)에 대하여 고주파 바이어스 전력(LF)의 위상을 설정하는 신호를 준다. 바이어스 전원(81B)은, 주어진 위상에서 고주파 바이어스 전력(LF)을 출력한다. 이 실시형태에 의하면, 펄스 PL의 공급의 종료 시점과 하부 전극(18)의 전위가 음의 피크를 갖는 시점의 사이의 시간차 TA를 조정하는 것이 가능해진다. 또, 하부 전극(18)의 전위가 음의 피크를 갖는 시점과 펄스 PL의 공급의 개시 시점의 사이의 시간차 TB를 조정하는 것이 가능해진다.
이하, 도 9를 참조한다. 도 9는, 고주파 전력(HF), 이온 밀도(Ni), 전자 온도(Te), 및 바이어스 전력(펄스상의 음극성의 직류 전압(BV))의 또 다른 예시적 타이밍 차트이다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 또 다른 실시형태에 있어서도, 고주파 전원(61)은, 각 펄스 PL이 그 개시 시점으로부터 그 피크가 출현하는 시점까지 서서히 증가하는 파워 레벨을 갖도록 고주파 전력(HF)을 생성한다. 또 다른 실시형태에 있어서는, 고주파 전력(HF)의 각 펄스 PL의 상승 시간은, 고주파 전원(61)으로부터 출력 가능한 고주파 전력의 펄스의 최소의 상승 시간보다 긴 시간으로 설정될 수 있다. 이 실시형태에 있어서, 고주파 전원(61)은, 고주파 전력의 직사각형 펄스의 상승 시간, 즉 램프 상승 시간을 조정하는 램프 업 회로 또는 램프 업 기능을 갖고 있어도 된다. 또한, 도 9에 나타내는 바와 같이, 또 다른 실시형태에 있어서는, 고주파 전원(61)에 의하여 생성되는 각 펄스 PL의 하강 시간은, 각 펄스 PL의 상승 시간보다 짧아도 된다. 예를 들면, 각 펄스는, ON에서 OFF로 실질적으로 순간에 또는 연속적으로 전환되어도 된다. 또, 도 9에 나타내는 실시형태에 있어서는, 펄스상의 음극성의 직류 전압(BV) 대신에, 바이어스 전력으로서 고주파 바이어스 전력(LF)이 이용되어도 된다.
이하, 도 10을 참조한다. 도 10은, 고주파 전력(HF) 및 바이어스 전력(펄스상의 음극성의 직류 전압(BV))의 또 다른 예시적 타이밍 차트이다. 또 다른 실시형태에서는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 고주파 전원(61)은, 제1 기간 P1 내에 있어서, 플라즈마의 생성을 위하여, 복수의 펄스 PL을 발생해도 된다. 제1 기간 P1 내에 있어서, 복수의 펄스 PL은, 연속적으로 또는 단속적으로, 또한, 순서대로 공급된다. 이 실시형태에 의하면, 제1 기간 P1 내에 있어서의 플라즈마의 전자 온도의 평균값이 저감된다. 따라서, 챔버(10) 내에서의 가스의 과잉 해리가 더 억제된다. 또한, 도 10에 나타내는 실시형태에 있어서는, 펄스상의 음극성의 직류 전압(BV) 대신에, 바이어스 전력으로서 고주파 바이어스 전력(LF)이 이용되어도 된다.
이하, 도 11을 참조한다. 도 11은, 다른 예시적 실시형태에 관한 고주파 전원의 구성을 나타내는 도이다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 다른 실시형태에 있어서, 고주파 전원(61) 대신에, 고주파 전원(61B)이 이용되어도 된다. 고주파 전원(61B)은, 전력 발생기(61Bg) 및 출력부(61a)를 갖고 있다. 전력 발생기(61Bg)는, 고주파 전력(HF)을 발생시키도록 구성되어 있다. 고주파 전원(61B)에 있어서, 출력부(61a)는, 전력 발생기(61Bg)에 의하여 생성된 고주파 전력(HF)을 출력하도록 구성되어 있다.
전력 발생기(61Bg)는, 변조 신호 발생부(64B)를 갖고 있다. 전력 발생기(61Bg)는, 증폭기(65)를 더 갖고 있어도 된다. 변조 신호 발생부(64B)는, 변조 고주파 신호를 생성한다. 고주파 전력(HF)은, 변조 신호 발생부(64B)에 의하여 생성되는 변조 고주파 신호여도 된다. 이 경우에는, 증폭기(65)는 불필요하다. 혹은, 고주파 전력(HF)은, 변조 고주파 신호가 증폭기(65)에 의하여 증폭됨으로써, 생성되어도 된다.
변조 신호 발생부(64B)는, 복수의 신호 발생기(911~91N), 가산기(92), 및 스위칭 회로(93)를 가질 수 있다. 여기에서, "N"은, 2 이상의 정수이다. 복수의 신호 발생기(911~91N)는, 복수의 고주파 신호를 각각 발생시키도록 구성되어 있다. 복수의 고주파 신호 각각의 주파수는, 기본 주파수 f0에 대하여 대칭으로 설정되어 있다. 복수의 고주파 신호 각각의 주파수는, 소정의 주파수 fP의 간격으로 설정되어 있다.
가산기(92)는, 복수의 신호 발생기(911~91N)로부터의 복수의 고주파 신호를 가산하여 합성 신호를 생성하도록 구성되어 있다. 합성 신호의 포락선은, 시간 간격 TP로 주기적으로 출현하는 피크를 갖는다. 스위칭 회로(93)는, 변조 고주파 신호를 합성 신호로부터 생성하도록 구성되어 있다. 변조 고주파 신호는, 그 진폭 레벨이, 합성 신호의 포락선의 피크의 각각의 출현 시점의 직전의 당해 포락선의 제로 크로스 영역 ZA와 상기 출현 시점의 직후의 당해 포락선의 제로 크로스 영역 ZB의 사이의 기간 PP를 제외한 기간 PA에서 제로이도록 설정된다. 이러한 고주파 전원(61B)도, 고주파 전원(61)과 동일하게 고주파 전력(HF)을 생성하는 것이 가능하다. 즉, 고주파 전원(61B)도, 고주파 전력의 펄스를 생성할 수 있다.
이상, 다양한 예시적 실시형태에 대하여 설명해 왔지만, 상술한 예시적 실시형태에 한정되지 않고, 다양한 추가, 생략, 치환, 및 변경이 이루어져도 된다. 또, 다른 실시형태에 있어서의 요소를 조합하여 다른 실시형태를 형성하는 것이 가능하다.
별도 실시형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치는, 유도 결합형 플라즈마 처리 장치와 같은 다른 타입의 플라즈마 처리 장치여도 된다. 유도 결합형 플라즈마 처리 장치에서는, 고주파 전력(HF)은, 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위한 안테나에 공급된다.
이상의 설명으로부터, 본 개시의 다양한 실시형태는, 설명의 목적으로 본 명세서에서 설명되어 있으며, 본 개시의 범위 및 취지로부터 벗어나지 않고 다양한 변경을 할 수 있는 것이, 이해될 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시한 다양한 실시형태는 한정하는 것을 의도하고 있지 않고, 진정한 범위와 취지는, 첨부의 특허 청구의 범위에 의하여 나타난다.

Claims (14)

  1. 챔버와,
    상기 챔버 내에서 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지기와,
    상기 챔버 내에서 가스로부터 플라즈마를 생성하기 위하여 고주파 전력을 발생시키도록 구성된 고주파 전원과,
    상기 기판 지지기에 전기적으로 접속되어 있으며, 상기 기판에 이온을 인입하기 위한 바이어스 전력을 발생시키도록 구성된 바이어스 전원을 구비하고,
    상기 바이어스 전원은, 상기 바이어스 전력으로서, 펄스상의 전압을 주기적으로 발생시키도록 구성되어 있으며,
    상기 고주파 전원은, 상기 펄스상의 전압이 상기 기판 지지기에 인가되고 있지 않은 제1 기간에 있어서 상기 고주파 전력을 1개 이상의 펄스로서 공급하도록 구성되어 있으며,
    상기 고주파 전원은, 상기 1개 이상의 펄스의 각각이 그 개시 시점으로부터 그 피크가 출현하는 시점까지 서서히 증가하는 파워 레벨을 갖도록 상기 고주파 전력을 생성하는,
    플라즈마 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 펄스상의 전압의 주기의 위상을 설정하기 위하여 상기 바이어스 전원을 제어하도록 구성된 제어부를 더 구비하는, 플라즈마 처리 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 펄스상의 전압의 지속 시간 길이를 설정하도록 상기 바이어스 전원을 더 제어하도록 구성되어 있는, 플라즈마 처리 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 펄스상의 전압은 음극성의 전압인, 플라즈마 처리 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 지지기는 하부 전극을 가지며, 상기 고주파 전원은 상기 하부 전극에 전기적으로 접속되어 있는, 플라즈마 처리 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고주파 전력의 주파수는, 13MHz~200MHz인, 플라즈마 처리 장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고주파 전원은, 상기 펄스상의 전압이 상기 기판 지지기에 인가되고 있는 제2 기간에 있어서 상기 고주파 전력의 공급을 정지하도록 구성되는, 플라즈마 처리 장치.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1개 이상의 펄스의 각각의 상승 시간은, 상기 고주파 전원으로부터 출력 가능한 고주파 전력의 펄스의 최소의 상승 시간보다 긴, 플라즈마 처리 장치.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고주파 전원은,
    상기 고주파 전력을 발생시키도록 구성된 전력 발생기와,
    상기 전력 발생기에 의하여 발생된 상기 고주파 전력을 출력하도록 구성된 출력부를 갖는, 플라즈마 처리 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 전력 발생기는, 소정의 주파수의 간격으로 기본 주파수에 대하여 대칭으로 설정된 복수의 주파수를 각각 갖는 복수의 전력 성분을 포함하는 상기 고주파 전력으로서, 그 포락선이, 상기 소정의 주파수 또는 상기 소정의 주파수의 2배 이상의 배수의 주파수로 규정되는 시간 간격으로 주기적으로 출현하는 피크를 갖고, 그 파워 레벨이, 상기 피크의 각각의 출현 시점의 직전의 상기 포락선의 제로 크로스 영역과 상기 출현 시점의 직후의 상기 포락선의 제로 크로스 영역의 사이의 기간을 제외한 기간에서 제로이도록 설정된, 상기 고주파 전력을 발생시키도록 구성되어 있는,
    플라즈마 처리 장치.
  11. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 전력 발생기는,
    파형 데이터 생성부와,
    상기 파형 데이터 생성부에 의하여 생성된 파형 데이터를 양자화하여, 양자화 데이터를 생성하도록 구성된 양자화부와,
    상기 양자화 데이터에 역푸리에 변환을 적용하여, I데이터 및 Q데이터를 생성하도록 구성된 역푸리에 변환부와,
    그들의 위상이 서로 90° 다른 2개의 기준 고주파 신호를 상기 I데이터 및 상기 Q데이터를 이용하여 변조하여, 변조 고주파 신호를 생성하도록 구성된 변조부를 갖고,
    상기 변조 고주파 신호로부터 상기 고주파 전력을 생성하도록 구성되어 있는,
    플라즈마 처리 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 전력 발생기는, 상기 변조 고주파 신호를 증폭시켜 상기 고주파 전력을 생성하도록 구성된 증폭기를 더 갖는, 플라즈마 처리 장치.
  13. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고주파 전원은, 상기 1개 이상의 펄스의 각각의 상승 시간을 조정 가능하도록 구성되어 있는, 플라즈마 처리 장치.
  14. 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고주파 전원은, 상기 제1 기간에 있어서 상기 1개 이상의 펄스로서 복수의 펄스를 순서대로 공급하도록 구성되어 있는, 플라즈마 처리 장치.
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