KR20230054890A - 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법 - Google Patents

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다츠오 마츠도
야스시 모리타
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

개시되는 플라스마 처리 장치에서는, 하부 전극을 포함하는 기판 지지부가, 챔버 내에 마련되어 있다. 상부 전극이, 기판 지지부의 위쪽에 마련되어 있다. 챔버 내의 가스의 압력이 26.66Pa 이상의 압력으로 설정된다. 고주파 전원이, 상부 전극에 13.56MHz보다 낮은 주파수를 가지는 고주파 전력을 공급한다. 임피던스 회로가, 하부 전극과 그라운드 사이에 접속되어 있다. 하부 전극으로부터 임피던스 회로를 통하여 그라운드에 이르는 전기적 패스의 임피던스가 챔버의 벽으로부터 그라운드에 이르는 전기적 패스의 임피던스보다 높아지도록, 임피던스 회로의 임피던스가 설정된다.

Description

플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법
본 개시의 예시적 실시 형태는, 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법에 관한 것이다.
용량 결합형의 플라스마 처리 장치가, 성막 처리와 같은 플라스마 처리에 있어서 이용되고 있다. 용량 결합형의 플라스마 처리 장치는, 챔버, 기판 지지부, 상부 전극, 가스 공급부, 배기 장치, 및 고주파 전원을 구비한다. 기판 지지부는, 하부 전극을 포함하고 있고, 챔버 내에 마련되어 있다. 상부 전극은, 하부 전극의 위쪽에 마련되어 있다. 가스 공급부 및 배기 장치는, 챔버에 접속되어 있다. 고주파 전원은, 상부 전극에 접속되어 있다.
플라스마 처리가 행해질 때에는, 가스 공급부로부터의 가스가 챔버 내에 공급되고 있는 상태에서, 고주파 전원으로부터의 고주파 전력이 상부 전극에 공급된다. 그 결과, 챔버 내에서 가스로부터 플라스마가 생성된다. 기판 지지부 상의 기판은, 생성된 플라스마로부터의 화학종에 의해 처리된다. 예를 들면, 막이 기판 상에 생성된다. 특허 문헌 1 및 2는, 이러한 용량 결합형의 플라스마 처리 장치를 개시하고 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특개 2001－267310호 공보 [특허 문헌 2] 일본 특개 2003－179054호 공보
본 개시는, 고압의 챔버 내에서 고밀도의 플라스마를 생성하고, 또한, 기판에 주어지는 에너지를 저감하는 기술을 제공한다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 플라스마 처리 장치가 제공된다. 플라스마 처리 장치는, 챔버, 가스 공급부, 배기 장치, 기판 지지부, 상부 전극, 고주파 전원, 임피던스 회로, 및 제어부를 구비한다. 가스 공급부는, 챔버 내에 가스를 공급하도록 구성되어 있다. 기판 지지부는, 하부 전극을 포함하고, 챔버 내에 마련되어 있다. 상부 전극은, 기판 지지부의 위쪽에 마련되어 있다. 고주파 전원은, 상부 전극에 고주파 전력을 공급하도록 구성되어 있다. 임피던스 회로는, 하부 전극과 그라운드 사이에 접속되어 있다. 제어부는, 챔버 내에서 가스의 압력이 26.66Pa(200mTorr) 이상이 되도록, 가스 공급부 및 배기 장치를 제어한다. 고주파 전력의 주파수는, 13.56MHz보다 낮다. 하부 전극으로부터 임피던스 회로를 통하여 그라운드에 이르는 전기적 패스의 임피던스가 챔버의 벽으로부터 그라운드에 이르는 전기적 패스의 임피던스보다 높아지도록, 임피던스 회로의 임피던스가 설정된다.
하나의 예시적 실시 형태에 의하면, 고압의 챔버 내에서 고밀도의 플라스마를 생성하고, 또한, 기판에 주어지는 에너지를 저감하는 것이 가능해진다.
도 1은 하나의 예시적 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 다른 예시적 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 또 다른 예시적 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 또 다른 예시적 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 제1실험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 제2실험에서 구한 두 개의 이온 에너지 분포를 나타내는 그래프이다.
도 7은 제3실험에서 구한 두 개의 전자 밀도 분포를 나타내는 그래프이다.
이하, 여러 가지의 예시적 실시 형태에 대해 설명한다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 플라스마 처리 장치가 제공된다. 플라스마 처리 장치는, 챔버, 가스 공급부, 배기 장치, 기판 지지부, 상부 전극, 고주파 전원, 임피던스 회로, 및 제어부를 구비한다. 가스 공급부는, 챔버 내에 가스를 공급하도록 구성되어 있다. 기판 지지부는, 하부 전극을 포함하고, 챔버 내에 마련되어 있다. 상부 전극은, 기판 지지부의 위쪽에 마련되어 있다. 고주파 전원은, 상부 전극에 고주파 전력을 공급하도록 구성되어 있다. 임피던스 회로는, 하부 전극과 그라운드 사이에 접속되어 있다. 제어부는, 챔버 내에서 가스의 압력이 26.66Pa(200mTorr) 이상이 되도록, 가스 공급부 및 배기 장치를 제어한다. 고주파 전력의 주파수는, 13.56MHz보다 낮다. 하부 전극으로부터 임피던스 회로를 통하여 그라운드에 이르는 제1전기적 패스의 임피던스가 챔버의 벽으로부터 그라운드에 이르는 제2전기적 패스의 임피던스보다 높아지도록, 임피던스 회로의 임피던스가 설정된다.
상기 실시 형태의 플라스마 처리 장치는, 13.56MHz보다 낮은 주파수를 가지는 고주파 전력을 이용하므로, 26.66Pa(200mTorr) 이상의 고압의 챔버 내에서, 고밀도의 플라스마를 생성하는 것이 가능하다. 또, 상부 전극과 하부 전극 사이의 전기적 커플링이, 임피던스 회로에 의해 약해진다. 따라서, 하부 전극에 흐르는 전류가 저감된다. 고로, 기판 지지부 상의 기판에 주어지는 에너지가 저감된다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 플라스마 처리 장치는, 링 전극을 더 구비하고 있어도 좋다. 링 전극은, 링 형상을 갖고, 하부 전극과 상부 전극 사이의 공간에 대해서 외측, 또한, 챔버 내에 마련되어 있다. 플라스마 처리 장치는, 하부 전극과 그라운드 사이에 접속된 상기 임피던스 회로인 제1임피던스 회로와는 다른 제2임피던스 회로를 더 구비하고 있어도 좋다. 제2임피던스 회로는, 링 전극과 그라운드 사이에 접속되어 있다. 링 전극으로부터 제2임피던스 회로를 통하여 그라운드에 이르는 제3전기적 패스의 임피던스가 제1전기적 패스의 임피던스보다 낮아지도록, 제2임피던스 회로의 임피던스가 설정되어도 좋다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 플라스마 처리 장치는, 전류 센서를 더 구비하고 있어도 좋다. 전류 센서는, 제3전기적 패스에 있어서의 전류치를 측정한다. 제어부는, 전류 센서에 의해 측정되는 전류치를 최대화하도록, 제2임피던스 회로의 임피던스를 설정해도 좋다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 링 전극은, 챔버의 측벽을 따라 연장되어 있어도 좋다. 하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 링 전극은, 상부 전극을 둘러싸도록 연장되어 있어도 좋다. 하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 링 전극은, 기판 지지부를 둘러싸도록 연장되어 있어도 좋다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 고주파 전력의 주파수는 2MHz 이하여도 좋다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 가스 공급부는 성막 가스를 공급하도록 구성되어 있어도 좋다. 즉, 플라스마 처리 장치는, 성막 장치여도 좋다.
다른 예시적 실시 형태에 있어서, 플라스마 처리 방법이 제공된다. 플라스마 처리 방법은, 플라스마 처리 장치의 챔버 내에서 기판 지지부 상에 기판을 준비하는 공정 (a)를 포함한다. 기판 지지부는 하부 전극을 포함한다. 플라스마 처리 장치에서는, 임피던스 회로가, 하부 전극과 그라운드 사이에 접속되어 있다. 플라스마 처리 방법은, 챔버 내에 가스를 공급하는 공정 (b)를 더 포함한다. 챔버 내의 가스의 압력은, 26.66Pa(200mTorr) 이상의 압력으로 설정된다. 플라스마 처리 방법은, 상부 전극에 고주파 전력을 공급하는 공정 (c)를 더 포함한다. 상부 전극은 기판 지지부의 위쪽에 마련되어 있다. 공정 (b)에 있어서 챔버 내의 가스의 압력이 26.66Pa(200mTorr) 이상의 압력으로 설정된 상태에서, 공정 (c)에 있어서 13.56MHz보다 낮은 주파수를 가지는 고주파 전력이 상부 전극에 공급된다. 공정 (c)의 기간에 있어서, 제1전기적 패스의 임피던스가 제2전기적 패스의 임피던스보다 높아지도록, 임피던스 회로의 임피던스가 설정된다. 제1전기적 패스는, 하부 전극으로부터 임피던스 회로를 통하여 그라운드에 이르는 전기적 패스이다. 제2전기적 패스는, 챔버의 벽으로부터 그라운드에 이르는 전기적 패스이다.
하나의 예시적 실시 형태에서는, 공정 (c)의 기간에 있어서, 제3전기적 패스의 임피던스가 제1전기적 패스의 임피던스보다 낮아지도록, 제2임피던스 회로의 임피던스가 설정되어도 좋다. 제3전기적 패스는, 링 전극으로부터 제2임피던스 회로를 통하여 그라운드에 이르는 전기적 패스이다.
하나의 예시적 실시 형태에서는, 공정 (c)의 기간에 있어서, 전류 센서에 의해 측정되는 제3전기적 패스에 있어서의 전류치를 최대화하도록, 제2임피던스 회로의 임피던스가 설정되어도 좋다.
하나의 예시적 실시 형태에서는, 공정 (b)에 있어서 챔버 내에 공급되는 가스는, 성막 가스여도 좋다. 즉, 플라스마 처리 방법은, 성막 방법이어도 좋다.
이하, 도면을 참조하여 여러 가지의 예시적 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하는 것으로 한다.
도 1은, 하나의 예시적 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1에 나타내는 플라스마 처리 장치는, 챔버(10)를 구비하고 있다. 챔버(10)는, 그 안에 내부 공간을 제공하고 있다. 챔버(10)는, 챔버 본체(12)를 포함할 수 있다. 챔버 본체(12)는, 대략 원통 형상을 가지고 있다. 챔버(10)의 측벽을 포함하는 벽은, 챔버 본체(12)에 의해 제공되고 있다. 챔버(10)의 내부 공간은, 챔버 본체(12) 안에 제공되고 있다. 챔버 본체(12)는, 알루미늄과 같은 금속으로 형성되어 있다. 챔버 본체(12)는, 전기적으로 접지되어 있어도 좋다.
챔버(10)는, 그 측벽에 있어서 통로(10p)를 제공하고 있다. 플라스마 처리 장치(1)에 있어서 처리되는 기판 W는, 챔버(10)의 내부와 외부 사이에 반송될 때, 통로(10p)를 통과한다. 통로(10p)의 개폐를 위해서, 게이트 밸브(10g)가 챔버(10)의 측벽을 따라 마련되어 있다.
플라스마 처리 장치(1)는, 기판 지지부(14)를 더 구비하고 있다. 기판 지지부(14)는, 챔버(10) 내에 마련되어 있다. 기판 지지부(14)는, 그 위에 탑재되는 기판 W를 지지하도록 구성되어 있다. 기판 지지부(14)는, 본체를 가지고 있다. 기판 지지부(14)의 본체는, 예를 들면 질화 알루미늄으로 형성되어 있고, 원반 형상을 가질 수 있다. 기판 지지부(14)의 본체의 외연부 상에는, 가이드 링(15)이 마련되어 있어도 좋다. 기판 지지부(14)는, 지지 부재(16)에 의해 지지되어 있어도 좋다. 지지 부재(16)는 챔버(10)의 저부로부터 위쪽으로 연장되어 있다. 지지 부재(16)는, 원통 형상을 가질 수 있다.
기판 지지부(14)는, 하부 전극(18)을 포함하고 있다. 하부 전극(18)은, 기판 지지부(14)의 본체 안에 묻혀 있다. 기판 지지부(14)는, 히터(20)를 가지고 있어도 좋다. 히터(20)는, 기판 지지부(14)의 본체 안에 묻혀 있다. 히터(20)는, 저항 가열 소자이며, 예를 들면 몰리브덴 등의 고융점 금속으로 형성된다. 히터(20)는, 히터 전원(22)에 접속되어 있다. 히터 전원(22)은, 챔버(10)의 외부에 마련되어 있다. 히터(20)는, 히터 전원(22)으로부터의 전력을 받아 발열하는 것에 의해, 기판 W를 가열한다.
플라스마 처리 장치(1)는, 상부 전극(30)을 더 구비하고 있다. 상부 전극(30)은, 기판 지지부(14)의 위쪽에 마련되어 있다. 상부 전극(30)은, 챔버(10)의 천장을 구성하고 있다. 상부 전극(30)은, 챔버 본체(12)와 전기적으로 분리되어 있다. 일실시 형태에 있어서, 상부 전극(30)은, 절연 부재(32)를 사이에 두고 챔버 본체(12)의 상부에 고정되어 있다.
일실시 형태에 있어서, 상부 전극(30)은, 샤워 헤드로서 구성되어 있다. 상부 전극(30)은, 베이스 부재(33) 및 천판(34)을 포함하고 있어도 좋다. 상부 전극(30)은, 중간 부재(35)를 더 포함하고 있어도 좋다. 베이스 부재(33), 천판(34), 및 중간 부재(35)는, 도전성을 갖고, 예를 들면 알루미늄으로 형성되어 있다. 베이스 부재(33)는, 천판(34)의 위쪽에 마련되어 있다. 베이스 부재(33) 상에는, 단열 부재(37)가 마련되어 있어도 좋다. 중간 부재(35)는, 대략 고리 형상을 가지고 있고, 베이스 부재(33)와 천판(34) 사이에 협지되어 있다. 베이스 부재(33)와 천판(34)은, 그들 사이에 가스 확산 공간(30d)을 제공하고 있다. 베이스 부재(33)는, 가스 확산 공간(30d)에 접속하는 가스 도입 포트(33a)를 제공하고 있다. 천판(34)은, 복수의 가스 구멍(34a)을 제공하고 있다. 복수의 가스 구멍(34a)은, 가스 확산 공간(30d)으로부터 아래쪽으로 연장되어 있고, 천판(34)을 그 판두께 방향을 따라 관통하고 있다.
플라스마 처리 장치(1)는, 가스 공급부(36)를 더 구비하고 있다. 가스 공급부(36)는, 챔버(10) 내에 가스를 공급하도록 구성되어 있다. 일실시 형태에 있어서, 가스 공급부(36)는, 배관(38)을 통하여 가스 도입 포트(33a)에 접속되어 있다. 가스 공급부(36)는, 한 개 이상의 가스 소스, 한 개 이상의 유량 제어기, 및 한 개 이상의 개폐 밸브를 가지고 있어도 좋다. 한 개 이상의 가스 소스의 각각은, 대응하는 유량 제어기 및 대응하는 개폐 밸브를 통하여, 가스 도입 포트(33a)에 접속된다.
일실시 형태에 있어서, 가스 공급부(36)는, 성막 가스를 공급해도 좋다. 즉, 플라스마 처리 장치(1)는, 성막 장치여도 좋다. 성막 가스를 이용하여 기판 W 상에 형성되는 막은, 절연막 또는 유전체막이어도 좋다. 다른 실시 형태에 있어서, 가스 공급부(36)는, 에칭 가스를 공급해도 좋다. 즉, 플라스마 처리 장치(1)는, 플라스마 에칭 장치여도 좋다.
플라스마 처리 장치(1)는, 배기 장치(40)를 더 구비하고 있다. 배기 장치(40)는, 자동 압력 제어 밸브와 같은 압력 제어기 및 터보 분자 펌프 또는 드라이 펌프와 같은 진공 펌프를 포함하고 있다. 배기 장치(40)는, 배기관(42)에 접속되어 있다. 배기관(42)은, 챔버(10)의 저부에 접속되어 있고, 챔버(10)의 내부 공간에 연통하고 있다. 또한, 배기관(42)은, 챔버(10)의 측벽에 접속되어 있어도 좋다.
플라스마 처리 장치(1)는, 고주파 전원(44)을 더 구비하고 있다. 고주파 전원(44)은, 고주파 전력을 발생한다. 고주파 전력의 주파수는, 13.56MHz보다 작다. 고주파 전력의 주파수는, 2MHz 이하여도 좋다. 고주파 전력의 주파수는, 200kHz 이상이어도 좋다.
고주파 전원(44)은, 정합기(46)를 통하여, 상부 전극(30)에 접속되어 있다. 정합기(46)는, 고주파 전원(44)의 부하의 임피던스를, 고주파 전원(44)의 출력 임피던스에 정합시키는 정합 회로를 가지고 있다.
플라스마 처리 장치(1)는, 임피던스 회로(50)를 더 구비하고 있다. 임피던스 회로(50)는, 하부 전극(18)과 그라운드 사이에 접속되어 있다. 임피던스 회로(50)는, 하부 전극(18)과 그라운드 사이에 가변 임피던스를 제공할 수 있다. 임피던스 회로(50)는, 인덕터와 콘덴서의 직렬 회로를 포함하고 있어도 좋다. 인덕터는 가변 인덕터여도 좋고, 콘덴서는 가변 콘덴서여도 좋다.
임피던스 회로(50)의 임피던스는, 하부 전극(18)으로부터 임피던스 회로(50)를 통하여 그라운드에 이르는 전기적 패스(51)의 임피던스가 챔버(10)의 벽으로부터 그라운드에 이르는 전기적 패스(52)의 임피던스보다 높아지도록, 설정된다. 임피던스 회로(50)의 임피던스는, 후술하는 제어부(80)에 의해 설정될 수 있다.
일실시 형태에 있어서, 플라스마 처리 장치(1)는, 임피던스 회로(54)를 더 구비하고 있어도 좋다. 임피던스 회로(54)는, 챔버(10)의 벽과 그라운드 사이에 접속되어 있다. 즉, 일실시 형태에 있어서, 전기적 패스(52)는, 임피던스 회로(54)를 포함한다. 임피던스 회로(54)는, 챔버(10)의 벽과 그라운드 사이에 가변 임피던스를 제공할 수 있다. 임피던스 회로(54)는, 인덕터와 콘덴서의 직렬 회로를 포함하고 있어도 좋다. 인덕터는 가변 인덕터여도 좋고, 콘덴서는 가변 콘덴서여도 좋다.
임피던스 회로(54)의 임피던스는, 전기적 패스(52)의 임피던스가 전기적 패스(51)의 임피던스보다 낮아지도록 설정된다. 임피던스 회로(54)의 임피던스는, 제어부(80)에 의해 설정될 수 있다.
일실시 형태에 있어서, 플라스마 처리 장치(1)는, 전류 센서(56)를 더 구비하고 있어도 좋다. 전류 센서(56)는, 전기적 패스(52)에 있어서의 전류치를 측정하도록 구성되어 있다. 또한, 챔버(10)의 벽이 직접적으로 접지되어 있는 경우에는, 플라스마 처리 장치(1)는, 임피던스 회로(54) 및 전류 센서(56)를 구비하지 않아도 좋다.
플라스마 처리 장치(1)는, 제어부(80)를 더 구비한다. 제어부(80)는, 플라스마 처리 장치(1)의 각부를 제어하도록 구성되어 있다. 제어부(80)는, 프로세서, 메모리와 같은 기억부, 입력 장치, 표시 장치, 신호의 입출력 인터페이스 등을 구비하는 컴퓨터일 수 있다. 제어부(80)의 기억부에는, 제어 프로그램 및 레시피 데이터가 저장되어 있다. 제어부(80)의 프로세서는, 제어 프로그램을 실행하여 레시피 데이터에 따라 플라스마 처리 장치(1)의 각부를 제어한다. 제어부(80)에 의한 플라스마 처리 장치(1)의 각부의 제어에 의해, 여러 가지의 예시적 실시 형태에 따른 플라스마 처리 방법이, 플라스마 처리 장치(1)에 있어서 실행된다.
제어부(80)는, 챔버(10) 내에서 가스의 압력이 26.66Pa(200mTorr) 이상이 되도록, 가스 공급부(36) 및 배기 장치(40)를 제어한다. 그리고, 제어부(80)는, 고주파 전력을 상부 전극(30)에 공급하도록, 고주파 전원(44)을 제어한다. 플라스마 처리 장치(1)는, 13.56MHz보다 낮은 주파수를 가지는 고주파 전력을 이용하므로, 26.66Pa(200mTorr) 이상의 고압의 챔버(10) 내에서, 고밀도의 플라스마를 생성하는 것이 가능하다.
또, 임피던스 회로(50)의 임피던스는, 전기적 패스(51)의 임피던스가 전기적 패스(52)의 임피던스보다 높아지도록 설정된다. 따라서, 플라스마 처리 장치(1)에서는, 상부 전극(30)과 하부 전극(18) 사이의 전기적 커플링이, 임피던스 회로(50)에 의해 약해진다. 고로, 하부 전극(18)에 흐르는 전류가 저감되어, 기판 지지부(14) 상의 기판 W에 주어지는 에너지가 저감된다.
일실시 형태에 있어서는, 제어부(80)는, 전류 센서(56)의 전류치를 최대화하도록, 임피던스 회로(54)의 임피던스를 제어할 수 있다. 이 실시 형태에 의하면, 챔버(10)의 벽면 상에 절연막 또는 유전체막과 같은 막이 형성되어도, 하부 전극(18)에 흐르는 전류가 억제된다. 따라서, 기판 지지부(14) 상의 기판 W에 주어지는 에너지가 저감된다.
이하, 도 2를 참조하여 다른 예시적 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치에 대해 설명한다. 도 2는, 다른 예시적 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 이하에서는, 도 2에 나타내는 플라스마 처리 장치(1B)와 플라스마 처리 장치(1)의 차이점에 대해 설명한다.
플라스마 처리 장치(1B)는, 링 전극(70)을 더 구비하고 있다. 링 전극(70)은, 링 형상을 가지고 있다. 링 전극(70)은, 하부 전극(18)과 상부 전극(30) 사이의 공간의 외측, 또한, 챔버(10) 내에 마련되어 있다. 플라스마 처리 장치(1B)에서는, 링 전극(70)은, 챔버(10)(또는 챔버 본체(12))의 측벽을 따라 연장되어 있다. 또한, 챔버(10)의 측벽에 배기관(42)이 접속되어 있는 경우에는, 링 전극(70)은, 복수의 구멍을 제공하는 메쉬 형상의 전극이어도 좋다.
플라스마 처리 장치(1B)에서는, 임피던스 회로(54)는, 링 전극(70)과 그라운드 사이에 접속되어 있다. 임피던스 회로(54)는, 링 전극(70)과 그라운드 사이에 가변 임피던스를 제공할 수 있다. 임피던스 회로(54)의 임피던스는, 링 전극(70)으로부터 임피던스 회로(54)를 통하여 그라운드에 이르는 전기적 패스(53)의 임피던스가 전기적 패스(51)의 임피던스보다 낮아지도록 설정된다. 또한, 플라스마 처리 장치(1B)에 있어서, 전기적 패스(52)는, 챔버(10)의 벽을 그라운드에 직접적으로 접속하고 있다.
플라스마 처리 장치(1B)에서는, 전류 센서(56)는, 전기적 패스(53)에 있어서의 전류치를 측정하도록 구성되어 있다. 플라스마 처리 장치(1B)에 있어서도, 제어부(80)는, 전류 센서(56)의 전류치를 최대화하도록, 임피던스 회로(54)의 임피던스를 제어할 수 있다. 이 실시 형태에서는, 링 전극(70)의 표면 상에 절연막 또는 유전체막과 같은 막이 형성되어도, 하부 전극(18)에 흐르는 전류가 억제된다. 따라서, 기판 지지부(14) 상의 기판 W에 주어지는 에너지가 저감된다.
이하, 도 3을 참조하여 다른 예시적 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치에 대해 설명한다. 도 3은, 또 다른 예시적 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 3에 나타내는 플라스마 처리 장치(1C)는, 링 전극(70)이 상부 전극(30)을 둘러싸도록 연장되어 있는 점에서, 플라스마 처리 장치(1B)와 다르다. 플라스마 처리 장치(1C)에 있어서, 링 전극(70)은, 천판(34)을 둘러싸고 있어도 좋다. 플라스마 처리 장치(1C)의 다른 구성은, 플라스마 처리 장치(1B)의 다른 구성과 같을 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여 다른 예시적 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치에 대해 설명한다. 도 4는, 또 다른 예시적 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 4에 나타내는 플라스마 처리 장치(1D)는, 링 전극(70)이 기판 지지부(14)를 둘러싸도록 연장되어 있다는 점에서, 플라스마 처리 장치(1B)와 다르다. 플라스마 처리 장치(1D)의 다른 구성은, 플라스마 처리 장치(1B)의 다른 구성과 같을 수 있다.
이하, 상술한 여러 가지의 예시적 실시 형태의 어느 하나의 플라스마 처리 장치를 이용하여 행해지는 플라스마 처리 방법에 대해 설명한다.
플라스마 처리 방법은, 공정 (a)를 포함한다. 공정 (a)에서는, 기판 W가, 챔버(10) 내에서 기판 지지부(14) 상에 준비된다.
계속되는 공정 (b)에서는, 챔버 내의 가스의 압력이, 26.66Pa(200mTorr) 이상의 압력으로 설정된다. 공정 (b)에 있어서, 가스는, 가스 공급부(36)로부터 챔버(10) 내에 공급된다. 가스는, 상술한 바와 같이 성막 가스여도 좋고, 혹은, 에칭 가스여도 좋다. 챔버(10) 내의 가스의 압력은, 가스 공급부(36) 및 배기 장치(40)에 의해 조정된다.
공정 (c)는, 공정 (b)의 기간 중에 행해진다. 즉, 공정 (c)는, 챔버(10) 내의 가스의 압력이 26.66Pa(200mTorr) 이상의 압력으로 설정된 상태에서, 행해진다. 공정 (c)에서는, 고주파 전력이, 고주파 전원(44)으로부터 상부 전극(30)에 공급된다. 고주파 전력은, 13.56MHz보다 낮은 주파수를 가진다. 고주파 전력의 주파수는, 2MHz 이하여도 좋다. 또, 고주파 전력의 주파수는, 200kHz 이상이어도 좋다. 공정 (c)에 의해, 고압의 챔버(10) 내에서 고밀도의 플라스마가 생성된다.
임피던스 회로(50)를 포함하는 전기적 패스(51)의 임피던스는, 전기적 패스(52)의 임피던스보다 높다. 따라서, 하부 전극(18)에 흐르는 전류가 저감되어, 기판 지지부(14) 상의 기판 W에 주어지는 에너지가 저감된다.
플라스마 처리 장치(1)가 이용되는 경우에는, 공정 (c)의 기간 중에, 임피던스 회로(54)의 임피던스는, 전류 센서(56)의 전류치를 최대화하도록, 제어되어도 좋다. 이 경우에는, 챔버(10)의 벽면 상에 절연막 또는 유전체막과 같은 막이 형성되어도, 하부 전극(18)에 흐르는 전류가 억제된다. 따라서, 기판 지지부(14) 상의 기판 W에 주어지는 에너지가 저감된다.
플라스마 처리 장치(1B), (1C), 또는 (1D)가 이용되는 경우에는, 임피던스 회로(50)를 포함하는 전기적 패스(51)의 임피던스는, 전기적 패스(53)의 임피던스보다 높다. 따라서, 하부 전극(18)에 흐르는 전류가 저감되어, 기판 지지부(14) 상의 기판 W에 주어지는 에너지가 저감된다.
플라스마 처리 장치(1B), (1C), 또는 (1D)가 이용되는 경우에도, 공정 (c)의 기간 중에, 임피던스 회로(54)의 임피던스는, 전류 센서(56)의 전류치를 최대화하도록, 제어되어도 좋다. 이 경우에는, 링 전극(70)의 표면 상에 절연막 또는 유전체막과 같은 막이 형성되어도, 하부 전극(18)에 흐르는 전류가 억제된다. 따라서, 기판 지지부(14) 상의 기판 W에 주어지는 에너지가 저감된다.
이상, 여러 가지의 예시적 실시 형태에 대해 설명해 왔지만, 상술한 예시적 실시 형태로 한정되지 않고, 여러 가지 추가, 생략, 치환, 및 변경이 이루어져도 좋다. 또, 다른 실시 형태에 있어서의 요소를 조합하여 다른 실시 형태를 형성하는 것이 가능하다.
이하, 플라스마 처리 장치(1)를 이용하여 행한 실험에 대해 설명한다. 이하에 설명하는 실험은, 본 개시를 한정하는 것은 아니다.
(제1실험)
제1실험에서는, 고주파 전력의 주파수 및 챔버(10) 내의 가스의 압력이 다른 복수의 조합을 이용하여, 플라스마 처리 장치(1)의 챔버(10) 내에서 플라스마를 생성했다. 제1실험에서 이용한 고주파 전력의 주파수는, 450kHz, 2MHz, 13.56MHz, 40.68MHz였다. 제1실험에서는, 플라스마 흡수 프로브를 이용하여 챔버(10) 내의 플라스마 중의 전자 밀도를 측정했다. 제1실험에 있어서의 다른 조건을 이하에 나타낸다.
＜제1실험의 조건＞
챔버(10) 내에 공급한 가스：아르곤 가스와 산소 가스의 혼합 가스
고주파 전력：500W
도 5에 제1실험의 결과를 나타낸다. 도 5의 그래프에 있어서, 횡축은 제1실험에 있어서의 챔버(10) 내의 가스의 압력을 나타내고 있고, 종축은 전자 밀도를 나타내고 있다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 챔버(10) 내의 가스의 압력이 200mTorr(26.66Pa) 이상의 고압으로 설정되는 경우에는, 13.56MHz보다 낮은 주파수를 가지는 고주파 전력을 이용하는 것으로, 높은 전자 밀도가 얻어진다. 즉, 챔버(10) 내의 가스의 압력이 200mTorr(26.66Pa) 이상의 고압으로 설정되는 경우에는, 13.56MHz보다 낮은 주파수를 가지는 고주파 전력을 이용하는 것으로, 고밀도의 플라스마를 생성하는 것이 가능하다는 것이 확인되었다.
(제2실험)
제2실험에서는, 임피던스 회로(50)의 임피던스가 높은 경우와 낮은 경우의 두 개의 조건 하에서, 플라스마 처리 장치(1)의 챔버(10) 내에서 플라스마를 생성했다. 제2실험에서는, 플라스마의 기판 상에서의 이온 에너지 분포(IED)를 구했다. 제2실험에 있어서의 다른 조건을 이하에 나타낸다.
＜제2실험의 조건＞
챔버(10) 내에 공급한 가스：아르곤 가스와 산소 가스의 혼합 가스
챔버(10) 내의 가스의 압력：500mTorr(66.66Pa)
고주파 전력：450kHz, 800W
도 6에 제2실험에서 구한 두 개의 이온 에너지 분포를 나타낸다. 도 6에 있어서, 점선은, 임피던스 회로(50)의 임피던스가 낮은 경우의 이온 에너지 분포를 나타내고 있다. 도 6에 있어서, 실선은, 임피던스 회로(50)의 임피던스가 높은 경우의 이온 에너지 분포를 나타내고 있다. 임피던스 회로(50)의 임피던스가 낮은 경우에는, 도 6에 있어서 점선으로 나타내는 바와 같이, 기판에 공급되는 이온이 높은 에너지를 가지는 것이 확인되었다. 한편, 임피던스 회로(50)의 임피던스가 높은 경우에는, 도 6에 있어서 실선으로 나타내는 바와 같이, 기판에 공급되는 이온의 에너지가 낮아지는 것이 확인되었다.
(제3실험)
제3실험에서는, 제2실험과 마찬가지로, 임피던스 회로(50)의 임피던스가 높은 경우와 낮은 경우의 두 개의 조건 하에서, 플라스마 처리 장치(1)의 챔버(10) 내에서 플라스마를 생성했다. 제3실험에서는, 플라스마 중의 전자 밀도를 플라스마 흡수 프로브를 이용하여 측정하고, 플라스마 중의 전자 밀도 분포를 구했다. 제3실험에 있어서의 다른 조건을 이하에 나타낸다.
＜제3실험의 조건＞
챔버(10) 내에 공급한 가스：아르곤 가스와 산소 가스의 혼합 가스
챔버(10) 내의 가스의 압력：500mTorr(66.66Pa)
고주파 전력：450kHz, 800W
도 7에 제3실험에서 구한 두 개의 전자 밀도 분포를 나타낸다. 도 7에 있어서, 횡축은, 기판 W의 중심 상의 위치(0mm의 위치)를 기준으로 한 지름 방향의 위치를 나타내고 있다. 도 7에 있어서, 점선은, 임피던스 회로(50)의 임피던스가 낮은 경우의 전자 밀도 분포를 나타내고 있다. 도 7에 있어서, 실선은, 임피던스 회로(50)의 임피던스가 높은 경우의 전자 밀도 분포를 나타내고 있다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 13.56MHz보다 낮은 주파수와 같은 비교적 낮은 주파수의 고주파 전력이 이용되는 경우에는, 플라스마 중의 전자 밀도의 지름 방향의 분포는, 임피던스 회로(50)의 임피던스에 의존하지 않고, 대략 균일했다.
이상의 설명으로부터, 본 개시의 여러 가지의 실시 형태는, 설명의 목적으로 본 명세서에서 설명되어 있고, 본 개시의 범위 및 주지로부터 일탈하지 않고 여러 가지의 변경을 할 수 있는 것이, 이해될 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시한 여러 가지의 실시 형태는 한정하는 것을 의도하고 있지 않고, 진정한 범위와 주지는, 첨부의 특허 청구의 범위에 의해 나타난다.
1…플라스마 처리 장치, 10…챔버, 14…기판 지지부, 18…하부 전극, 30…상부 전극, 36…가스 공급부, 40…배기 장치, 44…고주파 전원, 50…임피던스 회로.

Claims (16)

  1. 챔버와,
    상기 챔버 내에 가스를 공급하도록 구성된 가스 공급부와,
    상기 챔버 내의 가스를 배기하도록 구성된 배기 장치와,
    하부 전극을 포함하고, 상기 챔버 내에 마련된 기판 지지부와,
    상기 기판 지지부의 위쪽에 마련된 상부 전극과,
    상기 상부 전극에 고주파 전력을 공급하도록 구성된 고주파 전원과,
    상기 하부 전극과 그라운드 사이에 접속된 임피던스 회로와,
    상기 챔버 내에서 가스의 압력이 26.66Pa 이상이 되도록, 상기 가스 공급부 및 상기 배기 장치를 제어하도록 구성된 제어부
    를 구비하고,
    상기 고주파 전력의 주파수는, 13.56MHz보다 낮고,
    상기 하부 전극으로부터 상기 임피던스 회로를 통하여 그라운드에 이르는 전기적 패스의 임피던스가 상기 챔버의 벽으로부터 그라운드에 이르는 전기적 패스의 임피던스보다 높아지도록, 상기 임피던스 회로의 임피던스가 설정되는,
    플라스마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    링 형상을 갖고, 상기 하부 전극과 상기 상부 전극 사이의 공간에 대해서 외측, 또한, 상기 챔버 내에 마련된 링 전극과,
    상기 하부 전극과 그라운드 사이에 접속된 상기 임피던스 회로인 제1임피던스 회로와는 다른 제2임피던스 회로로, 상기 링 전극과 그라운드 사이에 접속된, 상기 제2임피던스 회로
    를 더 구비하고
    상기 링 전극으로부터 상기 제2임피던스 회로를 통하여 그라운드에 이르는 전기적 패스의 임피던스가, 상기 하부 전극으로부터 상기 제1임피던스 회로를 통하여 그라운드에 이르는 상기 전기적 패스의 상기 임피던스보다 낮아지도록, 상기 제2임피던스 회로의 임피던스가 설정되는,
    플라스마 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 링 전극으로부터 상기 제2임피던스 회로를 통하여 상기 그라운드에 이르는 상기 전기적 패스에 있어서의 전류치를 측정하는 전류 센서를 더 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 전류 센서에 의해 측정되는 상기 전류치를 최대화하도록, 상기 제2임피던스 회로의 상기 임피던스를 설정하는,
    플라스마 처리 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 링 전극은, 상기 챔버의 측벽을 따라 연장되어 있는, 플라스마 처리 장치.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 링 전극은, 상기 상부 전극을 둘러싸도록 연장되어 있는, 플라스마 처리 장치.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 링 전극은, 상기 기판 지지부를 둘러싸도록 연장되어 있는, 플라스마 처리 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고주파 전력의 상기 주파수는 2MHz 이하인, 플라스마 처리 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 공급부는 성막 가스를 공급하도록 구성되어 있는, 플라스마 처리 장치.
  9. (a) 플라스마 처리 장치의 챔버 내에서 기판 지지부 상에 기판을 준비하는 공정으로, 상기 기판 지지부는 하부 전극을 포함하는, 상기 공정과
    (b) 상기 챔버 내에 가스를 공급하는 공정으로, 상기 챔버 내의 상기 가스의 압력은, 26.66Pa 이상의 압력으로 설정되는, 상기 공정과
    (c) 상부 전극에 고주파 전력을 공급하는 공정으로, 상기 상부 전극은 상기 기판 지지부의 위쪽에 마련되어 있는, 상기 공정
    을 포함하고,
    상기 (b)에 있어서 상기 챔버 내의 상기 가스의 압력이 26.66Pa 이상의 압력으로 설정된 상태에서, 상기 (c)에 있어서 13.56MHz보다 낮은 주파수를 가지는 상기 고주파 전력이 상기 상부 전극에 공급되고,
    상기 (c)가 행해지고 있는 기간에 있어서, 상기 하부 전극과 그라운드 사이에 접속된 임피던스 회로의 임피던스가, 상기 하부 전극으로부터 상기 임피던스 회로를 통하여 그라운드에 이르는 전기적 패스의 임피던스가 상기 챔버의 벽으로부터 그라운드에 이르는 전기적 패스의 임피던스보다 높아지도록, 설정되는,
    플라스마 처리 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 플라스마 처리 장치는,
    링 형상을 갖고, 상기 하부 전극과 상기 상부 전극 사이의 공간에 대해서 외측, 또한, 상기 챔버 내에 마련된 링 전극과,
    상기 하부 전극과 그라운드 사이에 접속된 상기 임피던스 회로인 제1임피던스 회로와는 다른 제2임피던스 회로로, 상기 링 전극과 그라운드 사이에 접속된, 상기 제2임피던스 회로
    를 더 구비하고
    상기 (c)가 행해지고 있는 기간에 있어서, 상기 링 전극으로부터 상기 제2임피던스 회로를 통하여 상기 그라운드에 이르는 전기적 패스의 임피던스가, 상기 하부 전극으로부터 상기 제1임피던스 회로를 통하여 상기 그라운드에 이르는 상기 전기적 패스의 상기 임피던스보다 낮아지도록, 상기 제2임피던스 회로의 임피던스가 설정되는,
    플라스마 처리 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 플라스마 처리 장치는, 상기 링 전극으로부터 상기 제2임피던스 회로를 통하여 상기 그라운드에 이르는 상기 전기적 패스에 있어서의 전류치를 측정하는 전류 센서를 더 구비하고,
    상기 (c)가 행해지고 있는 기간에 있어서, 상기 전류 센서에 의해 측정되는 상기 전류치를 최대화하도록, 상기 제2임피던스 회로의 상기 임피던스가 설정되는,
    플라스마 처리 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 링 전극은, 상기 챔버의 측벽을 따라 연장되어 있는, 플라스마 처리 방법.
  13. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 링 전극은, 상기 상부 전극을 둘러싸도록 연장되어 있는, 플라스마 처리 방법.
  14. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 링 전극은, 상기 기판 지지부를 둘러싸도록 연장되어 있는, 플라스마 처리 방법.
  15. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고주파 전력의 상기 주파수는 2MHz 이하인, 플라스마 처리 방법.
  16. 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (b)에 있어서 상기 챔버 내에 공급되는 상기 가스는, 성막 가스인, 플라스마 처리 방법.
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