KR20220105122A - 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

Abstract

[과제] 플라즈마 처리 기판 면내 균일화를 도모한다.
[해결수단] 복수의 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 처리 장치에서 실행하는 플라즈마 처리 방법에 있어서, 상기 복수의 플라즈마 소스 중, 적어도 1개의 플라즈마 소스가 오프 상태 또는 제 1 레벨의 파워 상태를 나타내는 제 1 상태로 되고, 나머지의 플라즈마 소스가 온 상태 또는 제 1 레벨의 파워 상태보다 높은 제 2 레벨의 파워 상태를 나타내는 제 2 상태로 되도록 각 플라즈마 소스를 제어하는 공정과, 상기 복수의 플라즈마 소스로부터 출력되는 파워에 의해 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하여, 기판을 처리하는 공정을 구비하며, 상기 각 플라즈마 소스를 제어하는 공정은, 상기 복수의 플라즈마 소스 중, 상기 제 1 상태의 플라즈마 소스 가 순차 천이하도록 반복 제어하는, 플라즈마 처리 방법이 제공된다.

Description

플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING METHOD AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}

본 개시는 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.

예를 들어, 특허문헌 1은 마이크로파를 복수로 분배한 상태에서 출력하는 복수의 마이크로파 플라즈마 소스를 갖고, 복수의 마이크로파 플라즈마 소스에서 복수로 분배된 마이크로파를 챔버 내에 도입하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치를 제안한다.

국제 특허 공개 제 WO 2008/013112 호

챔버에 도입된 마이크로파의 표면파는 챔버의 천정벽의 바닥면을 전파해서 간섭하고, 성막시의 막 특성 등의 플라즈마 처리에 영향을 미칠 수 있다.

본 개시는 플라즈마 처리 기판 면내 균일화를 도모할 수 있는 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치를 제공한다.

본 개시의 일 양태에 따르면, 복수의 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 처리 장치에서 실행하는 플라즈마 처리 방법에 있어서, 상기 복수의 플라즈마 소스 중, 적어도 1개의 플라즈마 소스가 오프 상태 또는 제 1 레벨의 파워 상태를 나타내는 제 1 상태로 되고, 나머지의 플라즈마 소스가 온 상태 또는 제 1 레벨의 파워 상태보다 높은 제 2 레벨의 파워 상태를 나타내는 제 2 상태로 되도록 각 플라즈마 소스를 제어하는 공정과, 상기 복수의 플라즈마 소스로부터 출력되는 파워에 의해 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하여, 기판을 처리하는 공정을 구비하며, 상기 각 플라즈마 소스를 제어하는 공정은, 상기 복수의 플라즈마 소스 중, 상기 제 1 상태의 플라즈마 소스가 순차 천이하도록 반복 제어하는, 플라즈마 처리 방법이 제공된다.

일 측면에 의하면, 플라즈마 처리 기판 면내 균일화를 도모할 수 있다.

도 1은 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 일 예를 도시하는 단면 모식도이다.
도 2는 도 1의 A-A 단면의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 3은 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 실시예 1, 2의 시퀀스를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 실시예 3의 시퀀스를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 실시예 4의 시퀀스를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 실시예 5의 시퀀스를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 실시예 6의 시퀀스를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 실시예 2, 4와 전체 플라즈마 소스 온시의 실험 결과의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 9는 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 실시예 2, 4와 전체 플라즈마 소스 온시의 실험 결과의 일 예를 도시하는 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 개시를 실시하기 위한 형태에 대해 설명한다. 각 도면에서 동일한 구성 부분에는 동일한 도면부호를 붙이고, 중복된 설명을 생략하는 경우가 있다.

[플라즈마 처리 장치]

실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)에 대해서 도 1을 이용하여 설명한다. 도 1은 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)의 일 예를 나타낸 모식도이다. 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)는 CVD(Chemical Vapor Deposition) 성막 장치의 일 예이며, 마이크로파에 의해 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하여, 기판을 플라즈마 처리하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치이다.

플라즈마 처리 장치(10)는, 챔버(20), 탑재대(21), 가스 공급 기구(30), 배기 장치(40), 마이크로파 도입 모듈(50) 및 제어부(80)를 구비한다. 챔버(20)는 웨이퍼를 일 예로 하는 기판(W)을 수용한다. 탑재대(21)는, 챔버(20)의 내부에 배치되고, 기판(W)을 탑재하는 탑재면(21a)을 구비한다. 가스 공급 기구(30)는 챔버(20) 내에 가스를 공급한다. 배기 장치(40)는 챔버(20) 내를 배기하여, 감압 상태로 한다. 마이크로파 도입 모듈(50)은 챔버(20) 내에 공급되는 처리 가스를 플라즈마화하기 위한 마이크로파를 도입한다. 제어부(80)는 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부(部)를 제어한다.

챔버(20)는 예를 들면 원통형상을 갖는다. 챔버(20)는 예를 들어 알루미늄 및 그 합금 등의 금속 재료에 의해 형성되어 있다. 마이크로파 도입 모듈(50)은 챔버(20)의 상부에 배치되고, 챔버(20) 내에 전자파(실시형태에서는 마이크로파)를 도입하여, 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부로서 기능한다.

챔버(20)는 판형상의 천정벽(11), 바닥벽(13) 및 천정벽(11)과 바닥벽(13)을 연결하는 측벽(12)을 구비한다. 전도성 부재인 천정벽(11)은 챔버(20)의 상부에 배치되는 복수의 개구부를 가지며, 각 개구부에는 마이크로파 도입 모듈(50)이 끼워지도록 구성된다. 측벽(12)은, 챔버(20)에 인접하는 도시하지 않은 반송실과의 사이에서 기판(W)의 반입·반출을 행하기 위한 반입·반출구(12a)를 구비한다. 챔버(20)와 도시하지 않은 반송실 사이에는, 게이트 밸브(G)가 배치되어 있다. 게이트 밸브(G)는 반입·반출구(12a)를 개폐하는 기능을 갖고 있다. 게이트 밸브(G)는 폐쇄 상태에서 챔버(20)를 기밀로 밀봉하는 동시에, 개방 상태에서 챔버(20)와 반송실 사이에서 기판(W)의 이송을 가능하게 한다.

바닥벽(13)은 복수(도 1에서는 2개)의 배기구(13a)를 구비한다. 배기구(13a)와 배기 장치(40)는 배기관(14)에 의해 접속되어 있다. 배기 장치(40)는 APC 밸브와, 챔버(20)의 내부 공간을 소정의 진공도까지 감압 가능한 고속 진공 펌프를 갖는다. 고속 진공 펌프로는, 예를 들면 터보 분자 펌프 등이 있다. 배기 장치(40)의 고속 진공 펌프를 작동시키는 것에 의해, 챔버(20)는 그 내부 공간이 소정의 진공도까지 감압된다.

플라즈마 처리 장치(10)는 또한, 챔버(20) 내에서 탑재대(21)를 지지하는 지지 부재(22)와, 지지 부재(22)와 바닥벽(13) 사이에 마련된 절연 부재(23)를 갖는다. 탑재대(21)는 기판(W)을 수평으로 탑재하기 위한 것이다. 기판(W)은 반입 및 반출시 도시하지 않은 승강 구동 기구에 의해 상승시킨 리프트 핀(19)에 의해 들어 올려지고, 반송 기구와 탑재대(21) 사이에서 기판(W)의 주고받음이 행해진다. 지지 부재(22)는 바닥벽(13)의 중앙으로부터 챔버(20)의 내부 공간을 향해 연장되는 원통형상을 갖는다. 탑재대(21) 및 지지 부재(22)는 예를 들면 표면에 아루마이트 처리(양극 산화 처리)가 실시된 알루미늄 등에 의해 형성되어 있다.

플라즈마 처리 장치(10)는 또한, 탑재대(21)에 고주파 전력을 공급하는 고주파 바이어스 전원(25)과, 탑재대(21)와 고주파 바이어스 전원(25) 사이에 마련된 정합기(24)를 갖는다. 고주파 바이어스 전원(25)은, 기판(W)에 이온을 끌어들이기 위해, 탑재대(21)에 고주파 전력을 인가한다. 정합기(24)는 고주파 바이어스 전원(25)의 출력 임피던스와 부하측(탑재대(21)측)의 임피던스를 정합시키기 위한 회로를 갖는다.

플라즈마 처리 장치(10)는 또한, 탑재대(21)를 가열 또는 냉각하는 도시하지 않은 온도 제어 장치를 구비해도 좋다. 온도 제어 장치는 예를 들어, 기판(W)의 온도를 25℃(실온) 내지 900℃의 범위 내에서 제어한다.

가스 공급 기구(30)는 가스 공급원(31)을 포함하는 가스 공급 장치(3a)와, 가스 공급원(31)과 복수의 가스 노즐(2)을 접속하는 배관(32)을 갖는다. 또한, 도 1에서는, 가스 공급 장치(3a)는 1개의 가스 공급원(31)을 도시하고 있지만, 사용되는 가스의 종류에 따라서 복수의 가스 공급원을 포함해도 좋다.

가스 공급 장치(3a)는 또한, 배관(32)의 도중에 마련된 도시하지 않은 매스 플로우 컨트롤러(mass flow controller) 및 개폐 밸브를 포함한다. 챔버(20) 내에 공급되는 가스의 종류나, 이러한 가스의 유량 등은 매스 플로우 컨트롤러 및 개폐 밸브에 의해 제어된다.

배관(32)으로부터 연재되는 복수의 가스 노즐(2)은 원통형상을 이루고, 천정벽(11)을 관통하고, 천정벽(11)의 바닥면(11a)으로부터 수직 방향으로 돌출되어 있다. 가스 노즐(2)은, 그 선단의 가스 공급 구멍(2a)으로부터 챔버(20) 내에 처리 가스 등을 공급한다. 예를 들어, 실리콘 질화막을 성막하는 경우, 실란 가스(SiH₄), 질소 가스(N₂) 및 아르곤 가스(Ar) 등의 희가스를 가스 공급 구멍(2a)으로부터 챔버(20) 내에 도입한다. 복수의 가스 노즐(2)은 측벽(12)에 마련되어도 좋다.

마이크로파 도입 모듈(50)은 마이크로파 출력부(51), 안테나 유닛(60) 및 마이크로파 방사부(63)를 구비한다. 마이크로파 출력부(51)는 마이크로파를 복수의 경로로 분배하여 출력한다. 안테나 유닛(60)은 마이크로파 출력부(51)로부터 출력된 마이크로파를 증폭하고, 마이크로파 방사부(63)에 도입한다.

안테나 유닛(60)은 복수의 안테나 모듈(61)을 포함한다. 실시형태에서는, 복수의 안테나 모듈(61)의 구성은 모두 동일하다. 각 안테나 모듈(61)은 분배된 마이크로파를 주로 증폭해서 출력하는 앰프부(62)와, 앰프부(62)로부터 출력된 마이크로파를 마이크로파 방사부(63) 내에 도입하는 마이크로파 도입 기구를 갖는다.

마이크로파 방사부(63)는 천정벽(11)의 중앙에 1개와 외주에 6개 배치되어, 마이크로파를 챔버(20) 내에 방사한다. 7개의 마이크로파 방사부(63)는 천정벽(11)의 개구부에 배치되어 있다.

마이크로파 방사부(63)는 임피던스를 정합시키는 튜너와, 증폭된 마이크로파를 챔버(20) 내에 방사하는 안테나부(65)를 갖는다. 또한, 마이크로파 방사부(63)는, 금속 재료로 이루어지며, 상하 방향으로 연장되는 원통형상의 본체 용기(66)와, 본체 용기(66) 내에서 본체 용기(66)가 연장되는 방향과 동일 방향으로 연장되는 내측 도체(67)를 갖는다. 본체 용기(66) 및 내측 도체(67)는 동축 관을 구성하고 있다. 본체 용기(66)는 이 동축 관의 외측 도체를 구성하고 있다. 내측 도체(67)는 봉형상 또는 통형상이다. 본체 용기(66)의 내주면과 내측 도체(67)의 외주면 사이의 공간은 마이크로파 전송로(68)가 된다.

안테나부(65)는 내측 도체(67)의 하단부에 접속된 마이크로파 지파재(72)와, 마이크로파 지파재(72)의 하면에 접촉하는 평면 안테나(71)와, 평면 안테나(71)의 하면에 접촉하는 마이크로파 투과판(1)을 구비한다. 마이크로파 투과판(1)은 본체 용기(66)를 거쳐서 천정벽(11)의 개구부에 끼워지고, 그 하면은 챔버(20)의 내부 공간에 노출되어 있다. 마이크로파 투과판(1)은 마이크로파 투과창으로 기능한다.

평면 안테나(71)는 원판형상을 갖는다. 또한, 평면 안테나(71)는 평면 안테나(71)를 관통하도록 형성된 슬롯을 갖는다. 마이크로파 지파재(72)는 진공보다 큰 유전율을 갖는 재료에 의해 형성되어 있다. 마이크로파 지파재(72)를 형성하는 재료로서는, 예를 들면, 석영, 세라믹, 폴리테트라플루오르에틸렌 수지 등의 불소계 수지, 폴리이미드 수지 등을 사용할 수 있다. 마이크로파는 진공 중에서는 그 파장이 길어진다. 마이크로파 지파재(72)는 마이크로파의 파장을 짧게 하여 플라즈마를 조정하는 기능을 갖는다. 또한, 마이크로파의 위상은 마이크로파 지파재(72)의 두께에 의해 변화된다. 이 때문에, 마이크로파 지파재(72)의 두께에 의해 마이크로파의 위상을 조정하는 것에 의해, 평면 안테나(71)의 슬롯 위치가 정재파의 복(腹)의 위치로 되도록 조정할 수 있다. 이것에 의해, 마이크로파의 파워를 효율 좋게 챔버(20) 내에 도입할 수 있다.

마이크로파 투과판(1)은 원기둥형상을 갖는다. 마이크로파 투과판(1)은 유전체 재료에 의해 형성되어 있다. 마이크로파 투과판(1)을 형성하는 유전체 재료로는, 예를 들면 석영이나 세라믹 등이 사용된다. 마이크로파 투과판(1)은 마이크로파를 TE 모드에서 효율적으로 방사 가능한 형상을 이루고 있다.

플라즈마 처리 장치(10)의 각 구성부는 각각 제어부(80)에 접속되고, 제어부(80)에 의해 제어된다. 제어부(80)는 컴퓨터이고, CPU를 구비한 프로세스 컨트롤러, 프로세스 컨트롤러에 접속된 사용자 인터페이스 및 기억부를 구비한다.

프로세스 컨트롤러는, 플라즈마 처리 장치(10)에 있어서, 예를 들면 온도, 압력, 가스 유량, 바이어스 인가용의 고주파 전력, 마이크로파 출력 등의 프로세스 조건에 관계하는 각 구성부를 총괄해서 제어하는 제어 수단이다. 각 구성부는, 예를 들어 고주파 바이어스 전원(25), 가스 공급원(31), 배기 장치(40), 마이크로파 도입 모듈(50) 등을 들 수 있다.

사용자 인터페이스는, 공정 관리자가 플라즈마 처리 장치(10)를 관리하기 위해 코멘트의 입력 작업 등을 행하는 키보드나 터치 패널, 플라즈마 처리 장치(10)의 가동 상황을 가시화해서 표시하는 디스플레이 등을 구비한다.

기억부에는, 플라즈마 처리 장치(10)에서 실행되는 각종 처리를 프로세스 컨트롤러의 제어에 의해 실행하기 위한 제어 프로그램이나, 프로세스 조건 데이터 등이 기록된 레시피 등이 저장되어 있다. 프로세스 컨트롤러는, 사용자 인터페이스로부터의 지시 등, 필요에 따라서 임의의 제어 프로그램이나 레시피를 기억부로부터 호출해서 실행한다. 이것에 의해, 프로세스 컨트롤러에 의한 제어하에서, 플라즈마 처리 장치(10)의 챔버(20) 내에 있어서 소망의 처리가 행해진다.

상기 제어 프로그램 및 레시피는, 예를 들어, 플래시 메모리, DVD, 블루레이 디스크 등의 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체에 격납된 상태의 것을 사용하는 것이 가능하다. 또한, 상기의 레시피는 다른 장치로부터, 예를 들면 전용 회선을 거쳐서 수시 전송시켜 온라인으로 이용하는 것도 가능하다.

후술하는 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법을 실행하기 위한 프로그램은, 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체에 격납된 상태의 것을 사용하는 것이 가능하다. 또한, 상기 플라즈마 처리 방법을 실행하는 프로그램은, 다른 장치로부터, 예를 들면 전용 회선을 거쳐서 수시 전송시켜 온라인으로 이용하는 것도 가능하다. 제어부(80)는 상기 플라즈마 처리 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기억된 기억 매체를 갖고, 당해 프로그램을 실행하는 것에 의해, 플라즈마 처리 장치(10)에서 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법을 실시한다.

[천정벽의 바닥면]

다음에, 도 2를 참조하여, 도 1에 도시한 챔버(20)의 천정벽(11)의 바닥면(11a)의 마이크로파 도입 장치에 대해 설명한다. 도 2는 도 1의 A-A 단면을 도시하고, 실시형태에 따른 챔버(20)의 천정벽(11)의 바닥면(11a)의 구성의 일 예를 도시하는 도면이다.

실시형태에서는, 7개의 마이크로파 방사부(63)가, 중앙에 1개, 외주에 6개, 등간격으로 배치되고, 중앙의 마이크로파 방사부(63)의 마이크로파 투과판(1g)이 천정벽(11)의 내주 영역에서 바닥면(11a)으로부터 노출되어 있다. 또한, 외주 영역의 마이크로파 방사부(63)의 마이크로파 투과판(1a 내지 1f)이 천정벽(11)의 외주 영역에서 바닥면(11a)으로부터 노출되어 있다. 마이크로파 투과판(1a 내지 1g)의 노출면은 원형이다.

모든 마이크로파 투과판(1a 내지 1g)에 있어서, 서로 인접하는 임의의 3개의 마이크로파 투과판(1)의 중심점 사이의 거리는 서로 동일하다. 가스 노즐(2)은 외주 영역의 마이크로파 투과판(1a 내지 1f)과 내주 영역의 마이크로파 투과판(1g) 사이에서 원주 방향으로 등간격으로 12개 배치되어 있다.

마이크로파 도입 모듈(50)은 복수의 플라즈마 소스의 일 예이다. 실시형태에서는, 복수의 플라즈마 소스는 마이크로파 플라즈마 소스이며, 마이크로파 도입 모듈(50)의 마이크로파 투과판(1a 내지 1g)의 각각으로부터 마이크로파를 방사하는 7개의 플라즈마 소스를 말한다. 이하에서는, 마이크로파 투과판(1a 내지 1g)의 7개의 플라즈마 소스의 각각은, 마이크로파 출력부(51)로부터 출력된 마이크로파를 방사하기 위한 각 마이크로파 방사부(63)를 포함한다. 마이크로파 투과판(1)은 마이크로파 투과판(1a 내지 1g)의 총칭이다.

또한, 천정벽(11)의 바닥면(11a)에서 마이크로파 투과판(1a 내지 1g)으로 표시되는 복수의 플라즈마 소스는 바닥면(11a)의 내주 영역과 외주 영역에 마련되는 예를 들었지만, 이것으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 마이크로파 투과판(1)은 바닥면(11a)의 내주 영역에 적어도 1개와, 외주 영역에 적어도 3개 배치되어도 좋다. 바닥면(11a)의 내주 영역은, 예를 들어 가스 노즐(2)보다 내주측의 바닥면(11a)의 영역이며, 바닥면(11a)의 외주 영역은, 바닥면(11a)의 내주 영역보다 외주측의 바닥면(11a)의 영역이다.

마이크로파는 마이크로파 투과판(1a 내지 1g)으로부터 챔버(20) 내에 방사 되고, 챔버(20)의 천정벽(11)의 바닥면(11a)을 표면파로 되어 전파한다. 이 표면파의 간섭에 의해 정재파가 발생하는 경우가 있다. 정재파가 발생하면, 정재파의 복(腹)과 절(節)에 의해 마이크로파의 전자계 분포가 불균일로 되고, 이 영향으로 플라즈마가 불균일로 생성되고, 성막 처리에 있어서 막두께나 막질 등의 막 특성이 불균일로 된다.

예를 들어, 7개의 플라즈마 소스의 모두를 온 상태로 해서 마이크로파 투과판(1a 내지 1g)의 모두로부터 챔버(20) 내에 마이크로파를 도입하여, 기판(W)을 성막할 때에 막두께의 불균일이 생기고, 기판(W)의 원주 방향을 따라 120°의 각도마다 3회 막두께가 얇은(또는 두꺼운) 부분이 발생하는 3회 대칭 분포가 생기는 일이 있다. 여기에서, "n회 대칭"은 도형을 특징으로 하는 대칭성의 일 그룹이다. n을 2 이상의 정수로 하고, 어느 중심(2차원 도형의 경우) 또는 축(3차원 도형의 경우)의 주위를 (360/n)° 회전시키면 자신과 겹치는 성질을 n회 대칭이라 한다.

예를 들어, n=3의 경우, 3회 대칭의 일 예로는, 천정벽(11)에 대향하는 기판(W)의 성막에 있어서, 기판의 최외주를 원주 방향으로 120° 회전시킬 때마다 막두께가 얇은(또는 두꺼운) 부분이 생기는 3회 대칭 분포가 생기는 일이 있다(도 8의 (a) 참조).

3회 대칭 분포는, 마이크로파 투과판(1a 내지 1g)의 각 플라즈마 소스로부터 방사되는 마이크로파의 표면파의 간섭에 의한 정재파의 발생에 기인한다고 생각된다. 따라서, 마이크로파 투과판(1a 내지 1g)의 플라즈마 소스 중, 1개 이상의 플라즈마 소스로부터 표면파를 방사하지 않는 상황을 만들고, 또한 표면파를 방사하지 않는 플라즈마 소스를 천이시키고, 성막 처리를 실행하는 플라즈마 처리 방법을 고안했다. 이에 의해, 표면파의 정재파를 붕괴시키고, 3회 대칭 분포를 붕괴하는 것으로 막 특성 등의 플라즈마 처리의 기판 면내 균일화를 도모할 수 있다.

[플라즈마 처리 방법]

실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법에서는, 복수의 플라즈마 소스 중, 적어도 1개의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 나머지의 플라즈마 소스가 온 상태로 되도록 각 플라즈마 소스를 제어하는 공정과, 복수의 플라즈마 소스로부터 출력되는 파워에 의해 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하여, 기판을 처리하는 공정을 구비한다.

각 플라즈마 소스를 제어하는 공정은, 복수의 플라즈마 소스 중, 오프 상태의 플라즈마 소스가 순차 천이하도록 반복 제어한다. 예를 들어, 각 플라즈마 소스를 제어하는 공정은, 외주 영역에 배치된 복수의 플라즈마 소스 중, 오프 상태의 플라즈마 소스가 n회 대칭의 위치에 순차 천이하도록 반복 제어해도 좋다. "오프 상태의 플라즈마 소스가 n회 대칭의 위치에 순차 천이한다"는 것은, 예를 들어 도 2의 천정벽(11)의 중심점(O)의 주위를 (360/n)° 회전시키면 오프 상태의 플라즈마 소스의 위치가 겹치는 위치에 오프 상태의 플라즈마 소스를 순차 천이시키는 것을 말한다.

오프 상태의 플라즈마 소스는 미리 정해진 시간마다 외주 영역의 다른 플라즈마 소스로 천이한다. 또한, 극단적인 전자계 분포의 불균일 상태를 계속시키지 않기 위해, 오프 상태의 플라즈마 소스가 미리 정해진 시간의 경과후에 계속해서 오프 상태를 유지하지 않도록 제어한다. 즉, 온 상태와 오프 상태 사이를 전환하는 전후에 연속해서 오프 상태로 되는 플라즈마 소스를 만들지 않도록 제어한다.

[실시예]

이상으로 설명한 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 실시예에 대해서 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한다. 도 3 내지 도 5는 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 각 실시예의 시퀀스를 설명하기 위한 도면이다. 각 실시예의 플라즈마 처리 방법은 제어부(80)에 의해 실행된다.

<실시예 1: 도 3의 (A)>

우선, 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 실시예 1에 대해서, 도 3의 (A)를 참조하면서 설명한다. 도 3의 (A)는 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 일 실시예로서 실시예 1을 도시한다.

도 3의 (A)는 천정벽(11)의 바닥면(11a)의 마이크로파 투과판(1a 내지 1g)의 색을 흰동그라미와 검은동그라미로 표시하고, 이에 의해 마이크로파 투과판(1a 내지 1g)의 각 플라즈마 소스로부터 출력되는 마이크로파의 파워의 온·오프 상태를 표시한다. 흰동그라미는 파워가 오프 상태를 나타내고, 검은동그라미는 파워가 온 상태를 나타낸다.

실시예 1에 따른 플라즈마 처리 방법에서는, 도 3의 (A)에 나타낸 바와 같이, (a)→(b)→(c)→(d)→(e)→(f)를 1사이클로 해서 사이클을 반복하고, 미리 정해진 시간마다 오프 상태인 플라즈마 소스가 순차 천이하도록 제어된다.

실시예 1에 따른 플라즈마 처리 방법에서는, 우선, (a)에서 마이크로파 투과판(1a)의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 나머지의 마이크로파 투과판(1b 내지 1g)의 플라즈마 소스는 온 상태로 되도록 제어된다.

미리 정해진 시간(이하, 소정 시간이라 한다) 경과후, (b)에서 마이크로파 투과판(1b)의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 나머지의 마이크로파 투과판(1a, 1c 내지 1g)의 플라즈마 소스는 온 상태로 되도록 제어된다. 다음의 소정 시간 경과후, (c)에서 마이크로파 투과판(1c)의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 나머지의 마이크로파 투과판(1a, 1b, 1d 내지 1g)의 플라즈마 소스는 온 상태로 되도록 제어된다.

다음의 소정 시간 경과후, (d)에서 마이크로파 투과판(1d)의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 나머지의 마이크로파 투과판(1a 내지 1c, 1e 내지 1g)의 플라즈마 소스는 온 상태로 되도록 제어된다. 다음의 소정 시간 경과후, (e)에서 마이크로파 투과판(1e)의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 나머지의 마이크로파 투과판(1a 내지 1d, 1f, 1g)의 플라즈마 소스는 온 상태로 되도록 제어된다.

다음의 소정 시간 경과후, (f)에서 마이크로파 투과판(1f)의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 나머지의 마이크로파 투과판(1a 내지 1e, 1g)의 플라즈마 소스는 온 상태로 되도록 제어된다. 다음의 소정 시간 경과후, 다시 (a)로 돌아와서, 마이크로파 투과판(1a)의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 나머지의 마이크로파 투과판(1b 내지 1g)의 플라즈마 소스는 온 상태로 되도록 제어된다.

실시예 1에서는, 외주 영역의 마이크로파 투과판(1a 내지 1f)의 플라즈마 소스 중, 1개의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 오프 상태의 플라즈마 소스가 소정 시간마다 인접하는 온 상태의 플라즈마 소스에 시계 방향으로 순차 천이한다. 이에 의해, 오프 상태의 플라즈마 소스가 n(n=6)회 대칭의 위치에 순차 천이하도록 반복 제어된다. 환언하면, 오프 상태의 플라즈마 소스의 위치를, 도 2의 천정벽(11)의 바닥면(11a)의 중심점(O)에 대해서 시계 방향으로 각도가 60°의 위치로 순차 천이시키도록 제어한다. 이에 의해, 어느 1개의 플라즈마 소스로부터 마이크로파의 표면파를 방사하지 않는 상황을 만들고, 표면파를 방사하지 않는 플라즈마 소스를 천이시켜서 성막 처리를 실행하는 것이 가능하다. 그 결과, 바닥면(11a)에서 표면파의 정재파를 붕괴하고, 3회 대칭 분포를 손실 또는 붕괴하는 것에 의해 막 특성의 균일화를 도모할 수 있다.

<실시예 2: 도 3의 (B)>

다음에, 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 실시예 2에 대해서 도 3의 (B)를 참조하면서 설명한다. 도 3의 (B)는 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 일 실시예로서 실시예 2를 나타낸다.

실시예 2에 따른 플라즈마 처리 방법에서는, 외주 영역의 마이크로파 투과판(1a 내지 1f)의 플라즈마 소스 중, 1개의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 오프 상태의 플라즈마 소스의 위치가 소정 시간마다 인접하는 온 상태의 플라즈마 소스에 반시계 방향으로 순차 천이한다. 실시예 1과의 상이점은, 오프 상태의 플라즈마 소스의 위치를 천이시킬 때에 시계 방향으로 천이시키거나, 반시계 방향으로 천이시키는 점만이다.

실시예 2에 따른 플라즈마 처리 방법에 있어서도, 오프 상태의 플라즈마 소스가 n(n=6)회 대칭의 위치에 순차 천이하도록 반복 제어된다. 이에 의해, 어느 1개의 플라즈마 소스로부터 마이크로파의 표면파를 방사하지 않는 상황을 만들고, 표면파를 방사하지 않는 플라즈마 소스를 천이시켜서 성막 처리를 실행한다. 이에 의해, 표면파의 정재파를 붕괴하고, 3회 대칭 분포를 손실 또는 붕괴하는 것에 의해 막 특성의 균일화를 도모할 수 있다.

<실시예 3: 도 4>

다음에, 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 실시예 3에 대해서 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 일 실시예로서 실시예 3을 나타낸다.

실시예 3에 따른 플라즈마 처리 방법에서는, 도 4에 도시하는 바와 같이, (a)→(b)→(c)를 1사이클로 사이클을 반복하고, 미리 정해진 시간마다 오프 상태에 있는 플라즈마 소스가 순차 천이하도록 제어된다.

실시예 3에 따른 플라즈마 처리 방법에서는, 우선 (a)에서 인접하는 2개의 마이크로파 투과판(1a, 1b)의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 나머지의 마이크로파 투과판(1c 내지 1g)의 플라즈마 소스는 온 상태로 되도록 제어된다.

소정 시간 경과후, (b)에서 2개의 마이크로파 투과판(1c, 1d)의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 나머지의 마이크로파 투과판(1a, 1b, 1e 내지 1g)의 플라즈마 소스는 온 상태로 되도록 제어된다. 다음의 소정 시간 경과후, (c)에서 2개의 마이크로파 투과판(1e, 1f)의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 나머지의 마이크로파 투과판(1a 내지 1d, 1g)의 플라즈마 소스는 온 상태로 되도록 제어된다.

다음의 소정 시간 경과후, 다시 (a)로 돌아와서, 2개의 마이크로파 투과판(1a, 1b)의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 나머지의 마이크로파 투과판(1c 내지 1g)의 플라즈마 소스는 온 상태로 되도록 제어된다.

실시예 3에 따른 플라즈마 처리 방법에서는, 외주 영역의 마이크로파 투과판(1a 내지 1f)의 플라즈마 소스 중, 인접하는 2개의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 오프 상태의 플라즈마 소스가 소정 시간마다 시계 방향으로 인접하는 2개의 온 상태의 플라즈마 소스에 순차 천이한다. 이에 의해, 오프 상태의 플라즈마 소스가 n(n=3)회 대칭의 위치에 순차 천이하도록 반복 제어된다. 이에 의해, 2개의 플라즈마 소스씩 표면파를 방사하지 않는 상황을 만들고, 표면파를 방사하지 않는 2개의 플라즈마 소스를 n회 대칭의 위치로 천이시켜서 성막 처리를 실행한다. 이에 의해, 표면파의 정재파를 붕괴하고, 막 특성의 균일화를 도모할 수 있다.

또한, 실시예 3에서는, 외주 영역의 마이크로파 투과판(1a 내지 1f)의 플라즈마 소스 중, 2개의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 오프 상태의 플라즈마 소스가 소정 시간마다 시계 방향으로 인접하는 온 상태의 플라즈마 소스에 순차 천이했지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 오프 상태의 2개의 플라즈마 소스가 소정 시간마다 반시계 방향으로 인접하는 온 상태의 플라즈마 소스에 순차 천이해도 좋다.

<실시예 4: 도 5>

다음에, 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 실시예 4에 대해서 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 일 실시예로서 실시예 4를 나타낸다.

실시예 1, 2에 따른 플라즈마 처리 방법에서는, 외주 영역의 복수의 플라즈마 소스 중, 1개의 플라즈마 소스를 오프 상태로 하고, 또한 다음의 오프 상태의 플라즈마 소스의 위치를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 인접하는 플라즈마 소스에 순차 천이시켜서 성막 처리를 행하는 시퀀스를 실행했다.

이에 반해서, 실시예 4에 따른 플라즈마 처리 방법에서는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 현재 오프 상태의 플라즈마 소스에 대향하는 위치의 플라즈마 소스를 다음에 오프 상태로 하도록 제어한다. 그 이유는, 최초에 오프 상태로 하는 플라즈마 소스의 하방에서는, 기판(W) 상의 막두께가 얇아지는 경향이 있기 때문에, 다음에 오프 상태로 제어하는 플라즈마 소스를 인접하는 플라즈마 소스로 하면, 최초에 오프 상태로 한 플라즈마 소스의 하방 부근의 막두께가 얇아지는 경향이 강해지기 때문이다. 실시예 4에서는, 오프 상태의 플라즈마 소스에 대향하는 위치의 플라즈마 소스, 즉, 오프 상태의 플라즈마 소스로부터 가장 먼 위치의 플라즈마 소스를 다음에 오프 상태로 한다. 이에 의해, 최초에 오프 상태로 하는 플라즈마 소스의 하방 부근에서 형성되는 막두께가 얇아지는 경향을 억제하고, 막두께의 균일성을 높일 수 있다.

구체적으로는, 실시예 4에 따른 플라즈마 처리 방법에서는, 우선 도 5의 (a)에서 마이크로파 투과판(1a)의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 나머지의 마이크로파 투과판(1b 내지 1g)의 플라즈마 소스는 온 상태로 되도록 제어된다.

소정 시간 경과후, (b)에서 마이크로파 투과판(1a)의 플라즈마 소스에 대향하는 마이크로파 투과판(1d)의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 나머지의 마이크로파 투과판(1a 내지 1c, 1e 내지 1g)의 플라즈마 소스는 온 상태로 되도록 제어된다. 다음의 소정 시간 경과후, (c)에서 마이크로파 투과판(1d)의 플라즈마 소스에 대향하는 마이크로파 투과판(1a)에 인접하는 마이크로파 투과판(1b)의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 나머지의 마이크로파 투과판(1a, 1c 내지 1g)의 플라즈마 소스는 온 상태로 되도록 제어된다.

다음의 소정 시간 경과후, (d)에서 마이크로파 투과판(1b)의 플라즈마 소스에 대향하는 마이크로파 투과판(1e)의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 나머지의 마이크로파 투과판(1a 내지 1d, 1f, 1g)의 플라즈마 소스는 온 상태로 되도록 제어된다. 다음의 소정 시간 경과후, (e)에서 마이크로파 투과판(1e)의 플라즈마 소스에 대향하는 마이크로파 투과판(1b)에 인접하는 마이크로파 투과판(1c)의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 나머지의 마이크로파 투과판(1a, 1b, 1d 내지 1g)의 플라즈마 소스는 온 상태로 되도록 제어된다.

다음의 소정 시간 경과후, (f)에서 마이크로파 투과판(1c)의 플라즈마 소스에 대향하는 마이크로파 투과판(1f)의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 나머지의 마이크로파 투과판(1a 내지 1e, 1g)의 플라즈마 소스는 온 상태로 되도록 제어된다. 다음의 소정 시간 경과후, 다시 (a)로 돌아와서, 마이크로파 투과판(1a)의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 나머지의 마이크로파 투과판(1b 내지 1g)의 플라즈마 소스는 온 상태로 되도록 제어된다.

실시예 4에서는, 외주 영역의 마이크로파 투과판(1a 내지 1f)의 플라즈마 소스 중, 1개의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 오프 상태의 플라즈마 소스가 소정 시간마다 대향하는 위치의 온 상태의 플라즈마 소스에 순차 천이한다. 이를 반복 실행함으로써, 오프 상태의 플라즈마 소스가 외주 영역의 6개의 플라즈마 소스의 오프 상태의 플라즈마 소스로부터 가장 먼 위치에 순차 천이하도록 반복 제어된다. 그러나, 도 5의 (b)에서 (c) 및 (d)에서 (e)로 천이하는 경우, 대향 위치(오프 상태의 플라즈마 소스로부터 180°의 각도)로 돌아가면 전회 오프 상태로 한 플라즈마 소스가 다시 오프되기 때문에 오프 상태의 플라즈마 소스를 순차 천이시킬 수 없다. 따라서, 오프 상태의 플라즈마 소스에서 180°의 각도의 플라즈마 소스에 인접하는 플라즈마 소스를 오프 상태로 제어한다. 실시예 4에서는, (b)에서 (c)로 천이하는 경우, 대향 위치의 마이크로파 투과판(1a)의 플라즈마 소스의 오른쪽옆의 마이크로파 투과판(1b)의 플라즈마 소스를 오프 상태로 제어하고 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 마이크로파 투과판(1a)의 플라즈마 소스의 왼쪽옆의 마이크로파 투과판(1f)의 플라즈마 소스를 오프 상태로 제어해도 좋다. 이 경우, 도 5의 (a)→(b)→(c)→(d)→(e)→(f)의 순으로 플라즈마 소스를 오프 상태로 제어하는 대신에, (a)→(b)→(f)→(e)→(d)→(c)의 순으로 플라즈마 소스를 오프 상태로 제어한다. 이와 같이 오프 상태의 플라즈마 소스의 대향 위치가 전회 오프 상태로 제어한 플라즈마 소스의 경우에는, 전회 오프 상태로 제어한 플라즈마 소스에 인접하는 어느 하나의 플라즈마 소스를 오프 상태로 제어하고, 외주 영역의 플라즈마 소스를 순차 오프 상태로 제어를 반복한다.

이에 의해, 마이크로파의 표면파를 방사하지 않는 위치를 직전에 오프 상태로 한 플라즈마 소스에서 가장 먼 위치의 플라즈마 소스로 제어함으로써, 표면파를 방사하지 않은 플라즈마 소스를 직전에 표면파를 방사하지 않은 플라즈마 소스로부터 가장 먼 위치로 천이시켜서 성막 처리를 실행한다. 이에 의해, 표면파의 정재파를 효과적으로 붕괴하고, 막 특성의 균일화를 도모할 수 있다. 특히, 실시예 4에 따른 플라즈마 처리 방법에서는, 오프 상태의 플라즈마 소스가 외주 영역의 6개의 플라즈마 소스의 대향하는 위치에 순차 천이하도록 제어하는 것에 의해, 막두께의 균일성을 더 높일 수 있다.

실시예 4에 따른 플라즈마 처리 방법은, 외주 영역의 플라즈마 소스가 6개 등 짝수의 경우, 오프 상태의 플라즈마 소스의 대향 위치가 전회 오프 상태로 제어한 플라즈마 소스의 경우에는, 전회 오프 상태로 제어한 플라즈마 소스에 인접하는 어느 하나의 플라즈마 소스를 오프 상태로 제어한다. 이 경우에도, 오프 상태의 플라즈마 소스의 대향 위치의 플라즈마 소스는 n회 대칭의 위치로서 오프 상태로 한 플라즈마 소스로부터 가장 먼 위치에 제어된다. 따라서, 오프 상태의 플라즈마 소스를 n회 대칭의 위치에 순차 천이하는 제어에 포함된다.

한편, 외주 영역의 플라즈마 소스가 홀수의 경우, 오프 상태로 한 플라즈마 소스를, 오프 상태로 한 플라즈마 소스에서 가장 먼 위치의 어느 하나의 플라즈마 소스를 오프 상태로 제어한다. 이 경우에도, 오프 상태의 플라즈마 소스의 대향 위치의 플라즈마 소스는, n회 대칭의 위치로서 오프 상태로 한 플라즈마 소스로부터 가장 먼 위치에 제어된다. 따라서, 오프 상태의 플라즈마 소스를 n회 대칭의 위치에 순차 천이하는 제어에 포함된다.

<실시예 5: 도 6>

다음에, 실시예 5에 따른 플라즈마 처리 방법에 대해서 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6은 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 일 실시예로서 실시예 5를 나타낸다.

실시예 5에 따른 플라즈마 처리 방법에서는, 외주 영역의 마이크로파 투과판(1a 내지 1f)의 플라즈마 소스 중, 소정 시간마다 2개의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 순차 천이한다. 실시예 5에서는, 도 6에 도시하는 바와 같이, (a)→(b)→(c)를 1사이클로 사이클을 반복하고, 미리 정해진 시간마다 오프 상태인 플라즈마 소스가 순차 천이하도록 제어된다.

실시예 5에 따른 플라즈마 처리 방법에서는, 우선 (a)에서 2개의 마이크로파 투과판(1a, 1b)의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 나머지의 마이크로파 투과판(1c 내지 1g)의 플라즈마 소스는 온 상태로 되도록 제어된다.

소정 시간 경과후, (b)에서 마이크로파 투과판(1a, 1b)에 대향하는 2개의 마이크로파 투과판(1d, 1e)의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 나머지의 마이크로파 투과판(1a 내지 1c, 1f, 1g)의 플라즈마 소스는 온 상태로 되도록 제어된다. 다음의 소정 시간 경과후, (c)에서 2개의 마이크로파 투과판(1c, 1f)의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 나머지의 마이크로파 투과판(1a, 1b, 1d, 1e 1g)의 플라즈마 소스는 온 상태로 되도록 제어된다.

다음의 소정 시간 경과후, 다시 (a)로 돌아와서, 2개의 마이크로파 투과판(1a, 1b)의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 나머지의 마이크로파 투과판(1c 내지 1g)의 플라즈마 소스는 온 상태로 되도록 제어된다.

실시예 5의 경우, 실시예 4보다 단위 시간당 투입 가능한 전력 효율이 저하한다. 또한, n회 대칭 제어되어 있지 않고, 점대칭에 가까운 천이로 되어 있다. 이 때문에, 실시예 4와 비교하면 실시예 5의 제어는 열악하지만, 실시예 5의 제어에 의해서도 3회 대칭의 분포를 붕괴하는 것이 가능하고, 막 특성의 균일화를 개선 할 수 있다.

<실시예 6: 도 7>

다음에, 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 실시예 6에 대해서 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7은 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 일 실시예로서 실시예 6을 나타낸다.

실시예 6에서는, 도 7에 도시하는 바와 같이, (a)→(b)를 1사이클로 사이클을 반복하고, 미리 정해진 시간마다 오프 상태인 플라즈마 소스가 순차 천이하도록 제어된다.

실시예 6에 따른 플라즈마 처리 방법에서는, 우선 (a)에서 인접하는 3개의 마이크로파 투과판(1a, 1b, 1c)의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 나머지의 마이크로파 투과판(1d 내지 1g)의 플라즈마 소스는 온 상태로 되도록 제어된다.

소정 시간 경과후, (b)에서 3개의 마이크로파 투과판(1d, 1e, 1f)의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 나머지의 마이크로파 투과판(1a, 1b, 1c, 1g)의 플라즈마 소스는 온 상태로 되도록 제어된다. 다음의 소정 시간 경과후, 다시 (a)로 돌아와서, 3개의 마이크로파 투과판(1a, 1b, 1c)의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 나머지의 마이크로파 투과판(1d 내지 1g)의 플라즈마 소스는 온 상태로 되도록 제어된다.

실시예 6에서는, 외주 영역의 마이크로파 투과판(1a 내지 1f)의 플라즈마 소스 중, 인접하는 3개의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 오프 상태의 플라즈마 소스가 소정 시간마다 인접하는 3개의 온 상태의 플라즈마 소스에 순차 천이한다. 이를 반복 실행함으로써, 오프 상태의 플라즈마 소스가 n(n=2)회 대칭의 위치에 순차 천이하도록 반복 제어된다. 이에 의해, 3개의 플라즈마 소스로부터 표면파를 방사하지 않는 상황을 만들고, 표면파를 방사하지 않은 플라즈마 소스를 천이시켜서 성막 처리를 실행한다. 이에 의해, 표면파의 정재파를 붕괴시킬 수 있다.

그러나, 중심의 플라즈마 소스(1g)를 제외한 점대칭의 천이의 방법이기도 하며, 또한 오프 상태의 플라즈마 소스의 영역이 크기 때문에, 막질의 균일화에 다소의 불균일이 생기는 경우가 있다. 따라서, 실시예 4와 비교하면 실시예 6의 제어는 열악하지만, 실시예 6의 제어에 의해서도 3회 대칭의 분포를 붕괴시킬 수 있고, 막 특성의 균일성을 개선할 수 있다.

실시예 1 내지 6에 있어서, 소정 시간마다 오프 상태의 플라즈마 소스를 변화시키고, 소정 시간이 경과한 후에도 연속해서 오프 상태의 플라즈마 소스는 없도록 제어한다. 따라서, 외주 영역의 플라즈마 소스가 6개의 경우, 외주 영역의 4개 이상의 플라즈마 소스를 동시에 오프 상태로 하는 것은, 소정 시간이 경과한 후에도 연속해서 오프 상태의 플라즈마 소스가 생기기 때문에 행하지 않는다.

또한, 실시예 1 내지 6에 있어서, 1사이클에 있어서 오프 상태의 플라즈마 소스의 적산 횟수는, 동시에 오프 상태로 제어하는 플라즈마 소스의 개수에 관계없이 동일하다. 즉, 온/오프 제어하는 플라즈마 소스의 1사이클에 있어서 온/오프의 적산 횟수는 동일하다. 또한, 파워 투입 효율의 관점에서 오프 상태의 플라즈마 소스는 가급적 적은 쪽이 좋다.

[실험 검증]

이상 설명한 바와 같이, 실시예 1 내지 6에 따른 플라즈마 처리 방법에서는, 3회 대칭 분포, 즉 기판의 최외주에서 원주 방향으로 높은 막두께 분포가 거의 등간격으로 3개소 존재하는 분포를 소실시킬 수 있다.

발명자는 플라즈마 처리 장치(10)에 있어서 실시예 2, 실시예 4에 따른 플라즈마 처리 방법을 실행하는 실험을 행하고, 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법을 이용하면, 3회 대칭 분포를 소실시킬 수 있는 것을 검증했다. 이 실험 검증 결과에 대해서, 도 8 및 도 9를 참조하면서 설명한다. 도 8 및 도 9는 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 실시예 2, 4의 실험 결과와 전체 플라즈마 소스를 온한 경우의 실험 결과의 일 예를 도시하는 도면이다. 또한, 중앙의 마이크로파 투과판(1g)의 플라즈마 소스는 항상 온 상태로 제어되었다.

도 8의 (a)는 7개의 마이크로파 투과판(1a 내지 1g)의 플라즈마 소스를 모두 온 상태로 제어하여 성막 처리를 실행한 결과, 기판(W)에 성막된 막두께 분포의 일 예를 도시한다. 기판(W)의 최외주에 있어서 120°의 각도마다 원주 방향으로 높은 막두께 분포가 거의 등간격으로 3개소 발생하는 현상인, 3회 대칭 분포가 발생했다.

도 8의 (b)는 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 일 예이며, 실시예 2에 따른 플라즈마 처리 방법을 실행한 결과, 기판(W)에 성막된 막두께 분포의 일 예를 도시한다. 기판(W)의 최외주에 있어서 원주 방향으로 3회 대칭 분포는 발생하지 않았다.

도 8의 (c)는 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 일 예이며, 실시예 4에 따른 플라즈마 처리 방법을 실행한 결과, 기판(W)에 성막된 막두께 분포의 일 예를 도시한다. 원주 방향으로 3회 대칭 분포는 발생하지 않았다.

도 9는 도 8의 (a) 내지 (c)에 도시하는 기판(W)에 성막된 막두께 분포를 그래프로 도시하는 도면이다. 막두께는 기판(W)과 동심원이고 반지름이 147㎜인 원의 둘레에서 축정하였다. 도 9의 횡축은 기판의 12시 방향 위치로부터 해당 위치로의 회전 각도를 나타내고, 종축은 기판(W)의 성막시에 형성된 막두께를 나타낸다.

선(S)은 도 8의 (a)의 전체 플라즈마 소스를 온 상태로 제어한 경우의 막두께 분포를 나타내고, 선(T)은 도 8의 (b)의 실시예 2의 경우의 막두께 분포를 나타내고, 선(U)은 도 8의 (c)의 실시예 4의 경우의 막두께 분포를 나타낸다. 선(S)에 도시하는 바와 같이, 전체 플라즈마 소스를 온 상태로 제어한 경우에서는, 0° 내지 360°의 범위에서 산(山)이 3개이고, 3회 대칭 분포가 발생했다.

이에 대해서, 실시예 2의 선(T) 및 실시예 4의 선(U)에서는, 외주 영역의 6개의 플라즈마 소스 중, 오프 상태의 플라즈마 소스를 소정 시간마다 순차 다른 플라즈마 소스로 천이시키는 제어를 반복했다. 이에 의해, 외주 영역의 플라즈마 소스 중, 온 상태의 플라즈마 소스가 기판(W)의 중심점(O)(도 2 참조)에 대해서 비대칭으로 5개 또는 6개 존재하도록 하고, 천정벽(11)의 바닥면(11a)의 표면파의 정재파를 붕괴시킬 수 있었다. 이 결과, 0° 내지 360°의 범위에서 3개의 산은 소멸하고, 3회 대칭 분포는 발생하지 않았다.

기판(W)의 중심에서 147㎜의 원주 방향의 막두께의 균일성에 대해서는, 기판(W)의 중심에서 147㎜의 원주 방향의 막두께의 평균값에 대한 막두께의 최대값과 최소값의 편차의 정도를 수치화하여 도 8의 (a) 내지 (c)에 나타냈다. 수치가 클수록, 막두께의 편차가 큰 것을 보여준다. 이 결과, 막두께 균일성은 전체 플라즈마 소스를 온 상태로 제어한 경우는 ±1.42%, 실시예 2의 경우는 ±1.24%, 실시예 4의 경우는 ±1.08%로 되었다. 이상에서, 실시예 2, 4에서는, 전체 플라즈마 소스를 온 상태로 제어한 경우와 비해서 막두께의 균일성을 향상시킬 수 있었다. 또한, 실시예 4에서는, 실시예 2보다 더욱 막두께의 균일성을 향상시킬 수 있었다.

이상, 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법에 대해서, 내주 영역의 마이크로파 투과판(1g)의 플라즈마 소스와, 외주 영역의 마이크로파 투과판(1a 내지 1f)의 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 처리 장치(10)를 일 예로 설명했다. 실시형태에서는, 외주 영역의 마이크로파 투과판(1a 내지 1f)의 플라즈마 소스에 대해서, 1개, 2개 및 3개의 플라즈마 소스를 동시에 오프 상태로 제어하고, 순차 오프 상태의 플라즈마 소스를 천이시키는 제어를 반복한다.

또한, 외주 영역의 복수의 플라즈마 소스 중, 동시에 오프 상태로 되어 있는 플라즈마 소스가 점대칭으로 배치되지 않도록 제어한다. 예를 들어, 마이크로파 투과판(1a, 1c, 1e)의 플라즈마 소스가 동시에 오프 상태로 제어되는 경우는 오프 상태의 플라즈마 소스가 점대칭으로 배치되는 일 예이다. 이 경우, 소정 시간 경과후에 마이크로파 투과판(1b, 1d, 1f)의 플라즈마 소스가 오프 상태로 제어되는 것을 반복하고, 반전 패턴의 제어로 된다. 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법에서는, 오프 상태의 플라즈마 소스의 점대칭의 천이는 그다지 바람직하지 않다. 즉, 오프 상태의 플라즈마 소스가 이와 같은 점대칭의 배치로 되지 않도록 제어하는 것이 바람직하다. 또한, 오프 상태의 플라즈마 소스와 온 상태의 플라즈마 소스의 배치 패턴이 소정 시간마다 반전하는 패턴의 제어로 되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 천정벽(11)의 바닥면(11a)에 규칙적인 정재파가 발생하기 때문에, 3회 대칭을 소실하기 어려워지기 때문이다.

실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법은, 외주 영역의 플라즈마 소스 중, 오프 상태의 플라즈마 소스의 위치를 n회 대칭에 의해 제어할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 3회 대칭 분포의 개선의 관점과, 가능한 한 많은 파워를 효율적으로 투입하는 관점을 감안하면, 가장 바람직한 것은 실시예 4가 되고, 실시예 4 이외에서는 대체로 실시예 1 및 실시예 2, 실시예 3, 실시예 5, 실시예 6의 순으로 바람직하다.

중앙의 마이크로파 투과판(1g)의 플라즈마 소스는 항상 온 상태로 제어되는 것이 바람직하다. 중앙의 마이크로파 투과판(1g)의 플라즈마 소스의 주위에는, 도 2에 도시하는 바와 같이 12개의 가스 노즐(2)이 있고, 마이크로파 투과판(1g)으로부터 방사되는 마이크로파의 표면파의 장벽으로 되어 있다. 따라서, 중앙의 마이크로파 투과판(1g)의 플라즈마 소스의 온 및 오프 제어는 천정벽(11)의 바닥면(11a)의 표면파의 정재파의 발생에 거의 영향을 미치지 않는 것으로 생각된다. 따라서, 외주 영역의 마이크로파 투과판(1a 내지 1f)의 플라즈마 소스의 온 및 오프를 제어하고, 마이크로파 투과판(1g)의 플라즈마 소스는 온 상태를 유지한다. 그러나, 중앙의 마이크로파 투과판(1g)의 플라즈마 소스는 온 상태를 유지하는 제어로 한정되지 않고, 마이크로파 투과판(1g)의 플라즈마 소스로부터 방사되는 마이크로파의 파워를 바꾸도록 제어하거나, 온 및 오프를 제어해도 좋다.

모든 플라즈마 소스로부터 출력되는 총 파워가 동일하게 되도록, 각 플라즈마 소스로부터 출력되는 각 파워를 제어해도 좋다. 즉, 오프 상태의 플라즈마 소스를 갖는 경우의 모든 플라즈마 소스로부터 투입되는 총 파워가, 오프 상태의 플라즈마 소스를 갖지 않는 경우와 동일하도록, 오프 상태 이외의 온 상태의 플라즈마 소스로부터 출력되는 파워를 증가시키도록 제어해도 좋다.

예를 들어, 외주 영역의 6개의 플라즈마 소스 중, 1개의 플라즈마 소스를 오프 상태로 제어하는 경우, 외주 영역의 나머지 5개의 플라즈마 소스와 중앙의 플라즈마 소스로부터 출력되는 각 파워를 1/6씩 증가시켜서 플라즈마 소스로부터 출력되는 총 파워를 동일하게 해도 좋다. 그러나, 플라즈마 소스로부터 출력되는 총 파워를 동일하게 하는 제어는, 프로세스 조건이 완성되고, 레시피 등에 프로세스 조건이 설정되어 있을 때 필요한 조정이며, 프로세스 조건이 완성되어 있지 않을 때에는 관련 제어는 행하지 않아도 된다.

플라즈마 소스로부터 출력되는 총 파워를 동일하게 하는 제어에서는, 플라즈마 소스를 하나씩 오프 상태로 제어하면, 플라즈마 소스를 복수 동시에 오프 상태로 제어하는 경우보다도 온 상태의 플라즈마 소스에의 출력 파워의 부담의 영향을 적게 할 수 있다. 한편, 천정벽(11)의 바닥면(11a)에 발생하는 표면파의 정재파를 제거하거나 또는 약하게 하기 위해서는, 동시에 오프 상태로 제어하는 플라즈마 소스의 개수가 많은 쪽이 좋다. 이 2개의 조건을 고려하면서, 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법에서는, n회 대칭으로 오프 상태로 하는 플라즈마 소스의 개수와, n의 값을 제어한다.

오프 상태의 플라즈마 소스를 천이시키기 위한 소정 시간(시퀀셜 회전 속도)은 미리 정해진 시간이지만, 기판(W)을 처리하는 공정에서 프로세스 조건에 기초해서 가변으로 제어해도 좋다. 예를 들어, 오프 상태의 플라즈마 소스를 천이시키는 소정 시간(시퀀셜 회전 속도)을 가변으로 조정하는 것에 의해, 막두께 분포의 편차를 보정할 수 있다. 예를 들어, 소정 시간(시퀀셜 회전 속도)이 너무 느리면, 오프 상태의 플라즈마 소스의 하방의 플라즈마 밀도가 낮아지고, 기판(W)에 성막된 막두께, 막질 등의 막 특성이 악화하는 가능성이 있다. 따라서, 소정 시간은, 예를 들어 0.1초보다 크고, 1초보다 작은 값으로서 가변 설정할 수 있다. 소정 시간을 0.1초보다 큰 값으로 설정하는 것은 플라즈마 처리 장치(10)의 구성상의 한계값이며, 소정 시간을 1초보다 작은 값으로 설정하는 것은 막두께나 막질 등의 막 특성을 허용 범위로 제어하기 위함이다.

이상에서는, 복수의 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 처리 장치에서 실행되는 플라즈마 처리 방법에 있어서, 복수의 플라즈마 소스 중, 적어도 1개의 플라즈마 소스가 오프 상태로 되고, 나머지의 플라즈마 소스가 온 상태로 되도록 각 플라즈마 소스를 제어하는 공정과, 복수의 플라즈마 소스로부터 출력되는 파워에 의해 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하여, 기판을 처리하는 공정을 갖고, 복수의 플라즈마 소스 중, 오프 상태의 플라즈마 소스가 순차 천이하도록 반복 제어하는 플라즈마 처리 방법에 대해 설명했다.

그러나, 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법은 이것에 한정되지 않는다. 플라즈마 소스의 오프 상태는 플라즈마 소스의 제 1 상태를 나타내는 일 예이다. 플라즈마 소스의 온 상태는 플라즈마 소스의 제 2 상태를 나타내는 일 예이다. 오프 상태의 플라즈마 소스로 바꿔서 제 1 레벨의 파워 상태의 플라즈마 소스 제어할 수 있다. 제 1 레벨의 파워 상태는 플라즈마 소스의 제 1 상태를 나타내는 일 예이다. 또한, 온 상태의 플라즈마 소스로 바꿔서 제 1 레벨의 파워 상태보다 높은 제 2 레벨의 파워 상태로 제어해도 좋다. 제 2 레벨의 파워 상태는 플라즈마 소스의 제 2 상태를 나타내는 일 예이다.

각 플라즈마 소스를 제어하는 공정에서는, 복수의 플라즈마 소스 중, 적어도 1개의 플라즈마 소스가 오프 상태 또는 제 1 레벨의 파워 상태를 나타내는 제 1 상태로 되고, 나머지의 플라즈마 소스가 온 상태 또는 제 1 레벨의 파워 상태보다 높은 제 2 레벨의 파워 상태를 나타내는 제 2 상태로 되도록 각 플라즈마 소스를 제어하고, 복수의 플라즈마 소스 중, 제 1 상태의 플라즈마 소스가 순차 천이하도록 반복 제어해도 좋다. 제 1 상태로 제어되는 적어도 1개의 플라즈마 소스가 복수인 경우, 각 플라즈마 소스가 동일한 파워 상태를 나타내는 제 1 상태로 제어되어도 좋고, 플라즈마 소스마다 상이한 파워 상태를 나타내는 제 1 상태로 제어되어도 좋다. 마찬가지로, 제 2 상태로 제어되는 나머지의 플라즈마 소스가 복수인 경우, 제 1 레벨의 파워 상태보다 높은 제 2 레벨의 파워 상태라면, 각 플라즈마 소스가 동일한 파워 상태를 나타내는 제 2 상태로 제어되어도 좋고, 플라즈마 소스마다 상이한 파워 상태를 나타내는 제 2 상태로 제어되어도 좋다.

즉, 제어부(80)는 마이크로파 투과판(1a 내지 1g)의 플라즈마 소스를 오프 상태로 제어하는 대신에 Low 상태(오프 상태보다 크고, 또한 High 상태보다 작은 파워 상태)로 제어해도 좋다. 또한, 마이크로파 투과판(1a 내지 1g)의 플라즈마 소스를 온 상태로 제어하는 대신에 High 상태(Low 상태보다 큰 파워 상태)로 제어해도 좋다. 예를 들어, 외주 영역의 플라즈마 소스를 하나씩 오프 상태로 제어하는 것으로 한정되지 않고, 외주 영역의 플라즈마 소스를 하나씩 파워 다운시키도록 제어해도 좋다. 외주 영역의 플라즈마 소스를 하나씩 온 상태로 제어하는 것으로 한정되지 않고, 외주 영역의 플라즈마 소스를 하나씩 파워 업시키도록 제어해도 좋다. 외주 영역의 플라즈마 소스를 온·오프 상태로 하고, 파워 다운 및/또는 파워 업시키거나 하여, 천정벽(11)의 바닥면(11a)에 나타나는 정재파의 유무나 강약을 조절할 수 있고, 막두께 등의 3회 대칭 분포를 해소할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법에 의하면, 천정벽(11)의 바닥면(11a)에 나타나는 정재파를 붕괴하고, 막두께의 균일성, 막질의 균일성 등의 막 특성의 균일화(플라즈마 처리에 의한 기판 표면의 균일성 향상)를 도모할 수 있다.

금회 개시된 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 실시형태는 첨부된 청구범위 및 그 취지를 벗어나지 않고, 다양한 형태로 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시형태에 기재된 사항은 모순되지 않는 범위에서 다른 구성도 취할 수 있으며, 또한 모순되지 않는 범위 내에서 조합할 수 있다.

1: 마이크로파 투과판 2: 가스 노즐
2a: 가스 공급 구멍 10: 플라즈마 처리 장치
11: 천정벽 19: 리프트 핀
20: 챔버 21: 탑재대
25: 고주파 바이어스 전원 30: 가스 공급 장치
40: 배기 장치 50: 마이크로파 도입 모듈
63: 마이크로파 방사부 80: 제어부
W: 기판

Claims (10)

1. 복수의 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 처리 장치에서 실행하는 플라즈마 처리 방법에 있어서,
   상기 복수의 플라즈마 소스 중, 적어도 1개의 플라즈마 소스가 오프 상태 또는 제 1 레벨의 파워 상태를 나타내는 제 1 상태로 되고, 나머지의 플라즈마 소스가 온 상태 또는 제 1 레벨의 파워 상태보다 높은 제 2 레벨의 파워 상태를 나타내는 제 2 상태로 되도록 각 플라즈마 소스를 제어하는 공정과,
   상기 복수의 플라즈마 소스로부터 출력되는 파워에 의해 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하여, 기판을 처리하는 공정을 구비하며,
   상기 각 플라즈마 소스를 제어하는 공정은, 상기 복수의 플라즈마 소스 중, 상기 제 1 상태의 플라즈마 소스가 순차 천이하도록 반복 제어하는
   플라즈마 처리 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 플라즈마 소스는 내주 영역에 적어도 1개와, 외주 영역에 적어도 3개 배치되고,
   상기 각 플라즈마 소스를 제어하는 공정은, 상기 외주 영역에 배치된 적어도 3개의 플라즈마 소스 중, 상기 제 1 상태의 플라즈마 소스가 상기 외주 영역의 다른 플라즈마 소스에 순차 천이하도록 반복 제어하는
   플라즈마 처리 방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 각 플라즈마 소스를 제어하는 공정은, 상기 외주 영역에 배치된 상기 복수의 플라즈마 소스 중, 상기 제 1 상태의 플라즈마 소스가 n회 대칭의 위치에 순차 천이하도록 반복 제어하는
   플라즈마 처리 방법.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 각 플라즈마 소스를 제어하는 공정은, 상기 외주 영역에 배치된 상기 복수의 플라즈마 소스 중, 상기 제 1 상태의 플라즈마 소스가 상기 제 1 상태의 플라즈마 소스에 인접하는 상기 제 1 상태의 플라즈마 소스와 동수의 상기 제 2 상태의 플라즈마 소스에 시계 방향 또는 반시계 방향으로 순차 천이하도록 반복 제어하는
   플라즈마 처리 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 상태의 플라즈마 소스는 미리 정해진 시간마다 순차 천이되고,
   상기 각 플라즈마 소스를 제어하는 공정은, 상기 제 1 상태의 플라즈마 소스가 상기 미리 정해진 시간 경과후에 계속해서 상기 제 1 상태를 유지하지 않도록 제어하는
   플라즈마 처리 방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 미리 정해진 시간은 상기 기판을 처리하는 공정에서 프로세스 조건에 기초해서 가변으로 제어되는
   플라즈마 처리 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 각 플라즈마 소스를 제어하는 공정은 복수의 상기 제 1 상태의 플라즈마 소스가 점대칭으로 배치되지 않도록 제어하는
   플라즈마 처리 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 각 플라즈마 소스를 제어하는 공정은, 상기 플라즈마 처리 장치가 갖는 모든 플라즈마 소스로부터 출력되는 총 파워가 동일하게 되도록, 상기 제 1 상태의 플라즈마 소스 및 상기 제 2 상태의 플라즈마 소스에서 출력되는 각 파워를 제어하는
   플라즈마 처리 방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수의 플라즈마 소스는 마이크로파 플라즈마 소스인
   플라즈마 처리 방법
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 플라즈마 처리 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기억된 기억 매체를 갖는 제어부를 구비한
    플라즈마 처리 장치.

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