KR20230124876A - 플라즈마 에칭 방법 및 플라즈마 에칭 장치 - Google Patents

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KR20230124876A
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카즈노부 후지와라
타츠로 오시타
타카시 도칸
코지 마루야마
카즈야 나가세키
신지 히모리
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

기판의 에칭 레이트의 저하를 억제하고, 또한 챔버 본체의 내벽에 조사되는 이온의 에너지를 저하시킨다. 일실시 형태의 플라즈마 처리 장치는, 스테이지의 하부 전극에 인가되는 음극성의 직류 전압을 발생시키는 직류 전원을 구비한다. 이 플라즈마 처리 장치를 이용한 플라즈마 처리에서는, 챔버 내의 가스를 여기시켜 플라즈마를 생성하기 위하여 고주파가 공급된다. 또한, 플라즈마로부터의 이온을 스테이지 상의 기판에 인입하기 위하여, 직류 전원으로부터의 음극성의 직류 전압이 하부 전극에 주기적으로 인가된다. 각각의 주기 내에서 직류 전압이 하부 전극에 인가되는 기간이 차지하는 비율이 40 % 이하로 설정된다.

Description

플라즈마 에칭 방법 및 플라즈마 에칭 장치 {PLASMA ETCHING METHOD AND PLASMA ETCHING APPARATUS}
본 개시된 실시 형태는, 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
전자 디바이스의 제조에 있어서는, 플라즈마 처리 장치가 이용되고 있다. 플라즈마 처리 장치는 일반적으로, 챔버 본체, 스테이지 및 고주파 전원을 구비하고 있다. 챔버 본체는 그 내부 공간을 챔버로서 제공하고 있다. 챔버 본체는 접지되어 있다. 스테이지는 챔버 내에 마련되어 있고, 그 위에 배치되는 기판을 지지하도록 구성되어 있다. 스테이지는 하부 전극을 포함하고 있다. 고주파 전원은 챔버 내의 가스를 여기시키기 위하여 고주파를 공급한다. 이 플라즈마 처리 장치에서는, 하부 전극의 전위와 플라즈마의 전위와의 전위차에 의해 이온이 가속되고, 가속된 이온이 기판에 조사된다.
플라즈마 처리 장치에서는, 챔버 본체와 플라즈마 사이에도 전위차가 생긴다. 챔버 본체와 플라즈마 사이의 전위차가 큰 경우에는, 챔버 본체의 내벽에 조사되는 이온의 에너지가 높아져, 챔버 본체로부터 파티클이 방출된다. 챔버 본체로부터 방출된 파티클은 스테이지 상에 배치된 기판을 오염시킨다. 이러한 파티클의 발생을 방지하기 위하여, 특허 문헌 1에서는, 챔버의 접지 용량을 조정하는 조정 기구를 이용하는 기술이 제안되고 있다. 특허 문헌 1에 기재된 조정 기구는, 챔버에 면하는 애노드와 캐소드의 면적 비율, 즉 A/C비를 조정하도록 구성되어 있다.
일본특허공개공보 2011-228694호
플라즈마 처리 장치의 일종으로서, 바이어스용의 고주파를 하부 전극에 공급하도록 구성된 플라즈마 처리 장치가 이용되고 있다. 바이어스용의 고주파는, 기판에 조사되는 이온의 에너지를 높여 기판의 에칭 레이트를 높이기 위하여, 하부 전극에 공급된다. 이러한 플라즈마 처리 장치에서는, 플라즈마의 전위가 높아지면, 플라즈마와 챔버 본체와의 전위차가 커지고, 챔버 본체의 내벽에 조사되는 이온의 에너지가 높아진다. 이러한 배경으로부터, 기판의 에칭 레이트의 저하를 억제하고, 또한 챔버 본체의 내벽에 조사되는 이온의 에너지를 저하시키는 것이 요구되고 있다.
일태양에 있어서는, 플라즈마 처리 장치에서 실행되는 플라즈마 처리 방법이 제공된다. 플라즈마 처리 장치는 챔버 본체, 스테이지, 고주파 전원 및 하나 이상의 직류 전원을 구비한다. 챔버 본체는 그 내부 공간을 챔버로서 제공한다. 스테이지는 챔버 본체 내에 마련되어 있다. 스테이지는 하부 전극을 포함한다. 스테이지는 그 위에 배치되는 기판을 지지하도록 구성되어 있다. 고주파 전원은 챔버에 공급되는 가스를 여기시키기 위한 고주파를 공급하도록 구성되어 있다. 하나 이상의 직류 전원은 하부 전극에 인가되는 음극성을 가지는 직류 전압을 발생시키도록 구성되어 있다. 일태양에 따른 플라즈마 처리 방법은, (i) 챔버에 공급되는 가스의 플라즈마를 생성하기 위하여 고주파 전원으로부터 고주파를 공급하는 공정과, (ii) 플라즈마 중의 이온을 기판에 인입하기 위하여, 하나 이상의 직류 전원으로부터 하부 전극으로 음극성을 가지는 직류 전압을 인가하는 공정을 포함한다. 직류 전압을 인가하는 공정에서는, 직류 전압이 하부 전극에 주기적으로 인가되고, 각각의 주기 내에서 직류 전압이 하부 전극에 인가되는 기간이 차지하는 비율이 40 % 이하로 설정된다.
각각의 주기 내에서 음극성의 직류 전압이 하부 전극에 인가되는 기간이 차지하는 비율, 즉 듀티비에 대한, 기판의 에칭 레이트의 의존성은 적다. 한편, 듀티비가 작은 경우, 특히 듀티비가 40 % 이하인 경우에는, 챔버 본체의 에칭 레이트가 크게 저하된다. 즉, 챔버 본체의 내벽에 조사되는 이온의 에너지가 작아진다. 따라서, 일태양에 따른 플라즈마 처리 방법에 의하면, 기판의 에칭 레이트의 저하를 억제하고, 또한 챔버 본체의 내벽에 조사되는 이온의 에너지를 저하시키는 것이 가능해진다.
일실시 형태에 있어서, 상기 비율, 즉 듀티비는 35 % 이하로 설정된다. 이 실시 형태에 의하면, 챔버 본체의 내벽에 조사되는 이온의 에너지를 더 저하시키는 것이 가능해진다.
일실시 형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치는, 하나 이상의 직류 전원으로서 복수의 직류 전원을 구비한다. 각각의 주기 내에서 하부 전극에 인가되는 직류 전압은, 복수의 직류 전원으로부터 차례로 출력되는 복수의 직류 전압에 의해 형성된다. 이 실시 형태에 의하면 복수의 직류 전원의 각각의 부하가 경감된다.
일실시 형태의 플라즈마 처리 방법에서는, 직류 전압이 인가되는 기간에서 고주파가 공급되고, 직류 전압의 인가가 정지되어 있는 기간에서 상기 고주파의 공급이 정지된다. 다른 실시 형태의 플라즈마 처리 방법에서는, 직류 전압이 인가되는 기간에서 고주파의 공급이 정지되고, 직류 전압의 인가가 정지되어 있는 기간에서 고주파가 공급된다.
다른 태양에 있어서는 플라즈마 처리 장치가 제공된다. 플라즈마 처리 장치는 챔버 본체, 스테이지, 고주파 전원, 하나 이상의 직류 전원, 전환 유닛 및 컨트롤러를 구비한다. 챔버 본체는 그 내부 공간을 챔버로서 제공한다. 스테이지는 챔버 본체 내에 마련되어 있다. 스테이지는 하부 전극을 포함한다. 스테이지는 그 위에 배치되는 기판을 지지하도록 구성되어 있다. 고주파 전원은 챔버에 공급되는 가스를 여기시키기 위한 고주파를 공급하도록 구성되어 있다. 하나 이상의 직류 전원은 하부 전극에 인가되는 음극성을 가지는 직류 전압을 발생시키도록 구성되어 있다. 전환 유닛은 하부 전극에 대한 직류 전압의 인가를 정지 가능하게 구성되어 있다. 컨트롤러는 전환 유닛을 제어하도록 구성되어 있다. 컨트롤러는 챔버 내에서 생성된 가스의 플라즈마 중의 이온을 기판에 인입하기 위하여, 하나 이상의 직류 전원으로부터의 음극성의 직류 전압을 하부 전극에 주기적으로 인가하고, 또한 각각의 주기 내에서 직류 전압이 하부 전극에 인가되는 기간이 차지하는 비율을 40 % 이하로 설정하도록 전환 유닛을 제어한다.
일실시 형태에 있어서, 컨트롤러는 상기 비율, 즉 듀티비를 35 % 이하로 설정하도록 전환 유닛을 제어해도 된다.
일실시 형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치는 하나 이상의 직류 전원으로서 복수의 직류 전원을 구비한다. 컨트롤러는 각각의 주기 내에서 하부 전극에 인가되는 직류 전압을 복수의 직류 전원으로부터 차례로 출력되는 복수의 직류 전압에 의해 형성하도록 전환 유닛을 제어한다.
일실시 형태에 있어서, 컨트롤러는 직류 전압이 인가되는 기간에서 고주파가 공급되고, 직류 전압의 인가가 정지되어 있는 기간에서 고주파의 공급이 정지되도록, 고주파 전원을 제어한다. 다른 실시 형태에 있어서, 컨트롤러는 직류 전압이 인가되는 기간에서 고주파의 공급이 정지되고, 직류 전압의 인가가 정지되어 있는 기간에서 고주파가 공급되도록 고주파 전원을 제어한다.
이상 설명한 바와 같이, 기판의 에칭 레이트의 저하를 억제하고, 또한 챔버 본체의 내벽에 조사되는 이온의 에너지를 저하시키는 것이 가능해진다.
도 1은 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치의 전원계 및 제어계의 일실시 형태를 나타내는 도이다.
도 3은 도 2에 나타내는 직류 전원, 전환 유닛, 고주파 필터 및 정합기의 회로 구성을 나타내는 도이다.
도 4는 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치를 이용하여 실행되는 일실시 형태의 플라즈마 처리 방법에 관련된 타이밍 차트이다.
도 5는 플라즈마의 전위를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 6의 (a) 및 도 6의 (b)는 다른 실시 형태의 플라즈마 처리 방법에 관련된 타이밍 차트이다.
도 7은 다른 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 전원계 및 제어계를 나타내는 도이다.
도 8은 또 다른 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 전원계 및 제어계를 나타내는 도이다.
도 9는 도 8에 나타내는 플라즈마 처리 장치를 이용하여 실행되는 일실시 형태의 플라즈마 처리 방법에 관련된 타이밍 차트이다.
도 10은 또 다른 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 전원계 및 제어계를 나타내는 도이다.
도 11은 파형 조정기의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 12의 (a)는 제 1 평가 실험에서 구한, 듀티비와, 천판(34)의 챔버(12c)측의 면에 부착된 샘플의 실리콘 산화막의 에칭량과의 관계를 나타내는 그래프이며, 도 12의 (b)는 제 1 평가 실험에서 구한, 듀티비와, 챔버 본체(12)의 측벽에 부착된 샘플의 실리콘 산화막의 에칭량과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13은 제 1 평가 실험에서 구한, 듀티비와, 정전 척(20) 상에 배치된 샘플의 실리콘 산화막의 에칭량과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14의 (a)는 제 2 평가 실험 및 비교 실험의 각각에서 구한, 천판(34)의 챔버(12c)측의 면에 부착된 샘플의 실리콘 산화막의 에칭량을 나타내는 그래프이며, 도 14의 (b)는 제 2 평가 실험 및 비교 실험의 각각에서 구한, 챔버 본체(12)의 측벽에 부착된 샘플의 실리콘 산화막의 에칭량을 나타내는 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 각종 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에서 동일 또는 상당한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하는 것으로 한다.
도 1은 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도이다. 도 2는 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치의 전원계 및 제어계의 일실시 형태를 나타내는 도이다. 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치(10)는 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치이다.
플라즈마 처리 장치(10)는 챔버 본체(12)를 구비하고 있다. 챔버 본체(12)는 대략 원통 형상을 가지고 있다. 챔버 본체(12)는 그 내부 공간을 챔버(12c)로서 제공하고 있다. 챔버 본체(12)는 예를 들면 알루미늄으로 구성되어 있다. 챔버 본체(12)는 접지 전위에 접속되어 있다. 챔버 본체(12)의 내벽면, 즉 챔버(12c)를 구획 형성하는 벽면에는, 내플라즈마성을 가지는 막이 형성되어 있다. 이 막은 양극 산화 처리에 의해 형성된 막, 또는 산화이트륨으로 형성된 막과 같은 세라믹제의 막일 수 있다. 또한, 챔버 본체(12)의 측벽에는 통로(12p)가 형성되어 있다. 기판(W)이 챔버(12c)로 반입될 때, 또한 기판(W)이 챔버(12c)로부터 반출될 때, 기판(W)은 통로(12p)를 통과한다. 이 통로(12p)의 개폐를 위하여, 게이트 밸브(12g)가 챔버 본체(12)의 측벽을 따라 마련되어 있다.
챔버(12c) 내에서는, 지지부(15)가 챔버 본체(12)의 저부로부터 상방으로 연장되어 있다. 지지부(15)는 대략 원통 형상을 가지고 있으며, 세라믹과 같은 절연 재료로 형성되어 있다. 지지부(15) 상에는 스테이지(16)가 탑재되어 있다. 스테이지(16)는 지지부(15)에 의해 지지되어 있다. 스테이지(16)는 챔버(12c) 내에서 기판(W)을 지지하도록 구성되어 있다. 스테이지(16)는 하부 전극(18) 및 정전 척(20)을 포함하고 있다. 일실시 형태에 있어서, 스테이지(16)는 전극 플레이트(21)를 더 포함하고 있다. 전극 플레이트(21)는 알루미늄과 같은 도전성 재료로 형성되어 있고, 대략 원반 형상을 가지고 있다. 하부 전극(18)은 전극 플레이트(21) 상에 마련되어 있다. 하부 전극(18)은 알루미늄과 같은 도전성 재료로 형성되어 있고, 대략 원반 형상을 가지고 있다. 하부 전극(18)은 전극 플레이트(21)에 전기적으로 접속되어 있다.
하부 전극(18) 내에는 유로(18f)가 마련되어 있다. 유로(18f)는 열 교환 매체용의 유로이다. 열 교환 매체로서는 액상의 냉매, 혹은, 그 기화에 의해 하부 전극(18)을 냉각하는 냉매(예를 들면, 프레온)가 이용된다. 유로(18f)에는 챔버 본체(12)의 외부에 마련된 칠러 유닛으로부터 배관(23a)을 거쳐 열 교환 매체가 공급된다. 유로(18f)로 공급된 열 교환 매체는 배관(23b)을 거쳐 칠러 유닛으로 되돌려진다. 즉, 유로(18f)에는 당해 유로(18f)와 칠러 유닛의 사이에서 순환하도록 열 교환 매체가 공급된다.
정전 척(20)은 하부 전극(18) 상에 마련되어 있다. 정전 척(20)은 절연체로 형성된 본체와, 당해 본체 내에 마련된 막 형상의 전극을 가지고 있다. 정전 척(20)의 전극에는 직류 전원이 전기적으로 접속되어 있다. 직류 전원으로부터 정전 척(20)의 전극에 전압이 인가되면, 정전 척(20) 상에 배치된 기판(W)과 정전 척(20)과의 사이에서 정전 인력이 발생한다. 발생한 정전 인력에 의해, 기판(W)은 정전 척(20)으로 끌어당겨지고, 당해 정전 척(20)에 의해 유지된다. 이 정전 척(20)의 주연 영역 상에는 포커스 링(FR)이 배치된다. 포커스 링(FR)은 대략 환상 판 형상을 가지고 있으며, 예를 들면 실리콘으로 형성되어 있다. 포커스 링(FR)은 기판(W)의 엣지를 둘러싸도록 배치된다.
플라즈마 처리 장치(10)에는 가스 공급 라인(25)이 마련되어 있다. 가스 공급 라인(25)은 가스 공급 기구로부터의 전열 가스, 예를 들면 He 가스를, 정전 척(20)의 상면과 기판(W)의 이면(하면)의 사이로 공급한다.
챔버 본체(12)의 저부로부터는 통 형상부(28)가 상방으로 연장되어 있다. 통 형상부(28)는 지지부(15)의 외주를 따라 연장되어 있다. 통 형상부(28)는 도전성 재료로 형성되어 있고, 대략 원통 형상을 가지고 있다. 통 형상부(28)는 접지 전위에 접속되어 있다. 통 형상부(28) 상에는 절연부(29)가 마련되어 있다. 절연부(29)는 절연성을 가지고, 예를 들면 석영 또는 세라믹으로 형성되어 있다. 절연부(29)는 스테이지(16)의 외주를 따라 연장되어 있다.
플라즈마 처리 장치(10)는 상부 전극(30)을 더 구비하고 있다. 상부 전극(30)은 스테이지(16)의 상방에 마련되어 있다. 상부 전극(30)은 부재(32)와 함께 챔버 본체(12)의 상부 개구를 닫고 있다. 부재(32)는 절연성을 가지고 있다. 상부 전극(30)은 이 부재(32)를 개재하여 챔버 본체(12)의 상부에 지지되어 있다. 후술하는 제 1 고주파 전원(61)이 하부 전극(18)에 전기적으로 접속되어 있는 경우에는, 상부 전극(30)은 접지 전위에 접속된다.
상부 전극(30)은 천판(34) 및 지지체(36)를 포함하고 있다. 천판(34)의 하면은 챔버(12c)를 구획 형성하고 있다. 천판(34)에는 복수의 가스 토출홀(34a)이 마련되어 있다. 복수의 가스 토출홀(34a)의 각각은 천판(34)을 판 두께 방향(연직 방향)으로 관통하고 있다. 이 천판(34)은 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 실리콘으로 형성되어 있다. 혹은, 천판(34)은 알루미늄제의 모재의 표면에 내플라즈마성의 막을 마련한 구조를 가질 수 있다. 이 막은 양극 산화 처리에 의해 형성된 막, 또는, 산화이트륨으로 형성된 막과 같은 세라믹제의 막일 수 있다.
지지체(36)는 천판(34)을 착탈 가능하게 지지하는 부품이다. 지지체(36)는 예를 들면 알루미늄과 같은 도전성 재료로 형성될 수 있다. 지지체(36)의 내부에는 가스 확산실(36a)이 마련되어 있다. 가스 확산실(36a)로부터는 복수의 가스홀(36b)이 하방으로 연장되어 있다. 복수의 가스홀(36b)은 복수의 가스 토출홀(34a)에 각각 연통하고 있다. 지지체(36)에는 가스 확산실(36a)로 가스를 유도하는 가스 도입구(36c)가 형성되어 있고, 이 가스 도입구(36c)에는 가스 공급관(38)이 접속되어 있다.
가스 공급관(38)에는 밸브군(42) 및 유량 제어기군(44)을 개재하여 가스 소스군(40)이 접속되어 있다. 가스 소스군(40)은 복수의 가스 소스를 포함하고 있다. 밸브군(42)은 복수의 밸브를 포함하고 있고, 유량 제어기군(44)은 복수의 유량 제어기를 포함하고 있다. 유량 제어기군(44)의 복수의 유량 제어기의 각각은, 매스 플로우 컨트롤러 또는 압력 제어식의 유량 제어기이다. 가스 소스군(40)의 복수의 가스 소스는 각각, 밸브군(42)의 대응의 밸브 및 유량 제어기군(44)의 대응의 유량 제어기를 개재하여 가스 공급관(38)에 접속되어 있다. 플라즈마 처리 장치(10)는 가스 소스군(40)의 복수의 가스 소스 중 선택된 하나 이상의 가스 소스로부터의 가스를, 개별로 조정된 유량으로 챔버(12c)로 공급하는 것이 가능하다.
통 형상부(28)와 챔버 본체(12)의 측벽과의 사이에는 배플 플레이트(48)가 마련되어 있다. 배플 플레이트(48)는, 예를 들면 알루미늄제의 모재에 산화이트륨 등의 세라믹을 피복함으로써 구성될 수 있다. 이 배플 플레이트(48)에는 다수의 관통홀이 형성되어 있다. 배플 플레이트(48)의 하방에 있어서는, 배기관(52)이 챔버 본체(12)의 저부에 접속되어 있다. 이 배기관(52)에는 배기 장치(50)가 접속되어 있다. 배기 장치(50)는 자동 압력 제어 밸브와 같은 압력 제어기, 및, 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 가지고 있어, 챔버(12c)를 감압할 수 있다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(10)는 제 1 고주파 전원(61)을 더 구비하고 있다. 제 1 고주파 전원(61)은 챔버(12c) 내의 가스를 여기시켜 플라즈마를 생성하기 위한 제 1 고주파를 발생시키는 전원이다. 제 1 고주파는 27 ~ 100 MHz의 범위 내의 주파수, 예를 들면 60 MHz의 주파수를 가진다. 제 1 고주파 전원(61)은 정합기(64)의 제 1 정합 회로(65) 및 전극 플레이트(21)를 개재하여 하부 전극(18)에 접속되어 있다. 제 1 정합 회로(65)는 제 1 고주파 전원(61)의 출력 임피던스와 부하측(하부 전극(18)측)의 임피던스를 정합시키기 위한 회로이다. 또한 제 1 고주파 전원(61)은, 하부 전극(18)에 전기적으로 접속되어 있지 않아도 되며, 제 1 정합 회로(65)를 개재하여 상부 전극(30)에 접속되어 있어도 된다.
플라즈마 처리 장치(10)는 제 2 고주파 전원(62)을 더 구비하고 있다. 제 2 고주파 전원(62)은 기판(W)에 이온을 인입하기 위한 바이어스용의 제 2 고주파를 발생시키는 전원이다. 제 2 고주파의 주파수는 제 1 고주파의 주파수보다 낮다. 제 2 고주파의 주파수는 400 kHz ~ 13.56 MHz의 범위 내의 주파수이며, 예를 들면 400 kHz이다. 제 2 고주파 전원(62)은 정합기(64)의 제 2 정합 회로(66) 및 전극 플레이트(21)를 개재하여 하부 전극(18)에 접속되어 있다. 제 2 정합 회로(66)는 제 2 고주파 전원(62)의 출력 임피던스와 부하측(하부 전극(18)측)의 임피던스를 정합시키기 위한 회로이다.
플라즈마 처리 장치(10)는 직류 전원(70) 및 전환 유닛(72)을 더 구비한다. 직류 전원(70)은 음극성의 직류 전압을 발생시키는 전원이다. 음극성의 직류 전압은, 스테이지(16) 상에 배치된 기판(W)에 이온을 인입하기 위한 바이어스 전압으로서 이용된다. 직류 전원(70)은 전환 유닛(72)에 접속되어 있다. 전환 유닛(72)은 고주파 필터(74)를 개재하여 하부 전극(18)에 전기적으로 접속되어 있다. 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 직류 전원(70)에 의해 발생되는 직류 전압, 및, 제 2 고주파 전원(62)에 의해 발생되는 제 2 고주파 중 어느 일방이 하부 전극(18)에 선택적으로 공급된다.
플라즈마 처리 장치(10)는 컨트롤러(PC)를 더 구비하고 있다. 컨트롤러(PC)는 전환 유닛(72)을 제어하도록 구성되어 있다. 컨트롤러(PC)는 제 1 고주파 전원(61) 및 제 2 고주파 전원(62) 중 일방 또는 쌍방의 고주파 전원을 더 제어하도록 구성되어 있어도 된다.
일실시 형태에서는, 플라즈마 처리 장치(10)는 주제어부(MC)를 더 구비할 수 있다. 주제어부(MC)는 프로세서, 기억 장치, 입력 장치, 표시 장치 등을 구비하는 컴퓨터이며, 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부를 제어한다. 구체적으로, 주제어부(MC)는 기억 장치에 기억되어 있는 제어 프로그램을 실행하고, 당해 기억 장치에 기억되어 있는 레시피 데이터에 기초하여 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부를 제어한다. 이러한 제어에 의해, 플라즈마 처리 장치(10)는 레시피 데이터에 의해 지정된 프로세스를 실행한다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조한다. 도 3은 도 2에 나타내는 직류 전원, 전환 유닛, 고주파 필터 및 정합기의 회로 구성을 나타내는 도이다. 직류 전원(70)은 가변 직류 전원이며, 하부 전극(18)에 인가되는 음극성의 직류 전압을 발생시킨다.
전환 유닛(72)은 직류 전원(70)으로부터의 직류 전압의 하부 전극(18)에 대한 인가를 정지 가능하게 구성되어 있다. 일실시 형태에서는, 전환 유닛(72)은 전계 효과 트랜지스터(FET(72a), FET(72b)), 콘덴서(72c) 및 저항 소자(72d)를 가지고 있다. FET(72a)는 예를 들면 N 채널 MOS FET이다. FET(72b)는 예를 들면 P 채널 MOS FET이다. FET(72a)의 소스는 직류 전원(70)의 음극에 접속되어 있다. 직류 전원(70)의 음극 및 FET(72a)의 소스에는 콘덴서(72c)의 일단이 접속되어 있다. 콘덴서(72c)의 타단은 FET(72b)의 소스에 접속되어 있다. FET(72b)의 소스는 그라운드에 접속되어 있다. FET(72a)의 게이트 및 FET(72b)의 게이트는 서로 접속되어 있다. FET(72a)의 게이트와 FET(72b)의 게이트의 사이에 접속된 노드(NA)에는, 컨트롤러(PC)로부터의 펄스 제어 신호가 공급된다. FET(72a)의 드레인은 FET(72b)의 드레인에 접속되어 있다. FET(72a)의 드레인과 FET(72b)의 드레인에 접속된 노드(NB)는, 저항 소자(72d)를 개재하여 고주파 필터(74)에 접속되어 있다.
고주파 필터(74)는 고주파를 저감 또는 차단하는 필터이다. 일실시 형태에서는, 고주파 필터(74)는 인덕터(74a) 및 콘덴서(74b)를 가지고 있다. 인덕터(74a)의 일단은 저항 소자(72d)에 접속되어 있다. 인덕터(74a)의 일단에는 콘덴서(74b)의 일단이 접속되어 있다. 콘덴서(74b)의 타단은 그라운드에 접속되어 있다. 인덕터(74a)의 타단은 정합기(64)에 접속되어 있다.
정합기(64)는 제 1 정합 회로(65) 및 제 2 정합 회로(66)를 가지고 있다. 일실시 형태에서는, 제 1 정합 회로(65)는 가변 콘덴서(65a) 및 가변 콘덴서(65b)를 가지고 있고, 제 2 정합 회로(66)는 가변 콘덴서(66a) 및 가변 콘덴서(66b)를 가지고 있다. 가변 콘덴서(65a)의 일단은 인덕터(74a)의 타단에 접속되어 있다. 가변 콘덴서(65a)의 타단은 제 1 고주파 전원(61) 및 가변 콘덴서(65b)의 일단에 접속되어 있다. 가변 콘덴서(65b)의 타단은 그라운드에 접속되어 있다. 가변 콘덴서(66a)의 일단은 인덕터(74a)의 타단에 접속되어 있다. 가변 콘덴서(66a)의 타단은 제 2 고주파 전원(62) 및 가변 콘덴서(66b)의 일단에 접속되어 있다. 가변 콘덴서(66b)의 타단은 그라운드에 접속되어 있다. 가변 콘덴서(65a)의 일단 및 가변 콘덴서(66a)의 일단은 정합기(64)의 단자(64a)에 접속되어 있다. 정합기(64)의 단자(64a)는 전극 플레이트(21)를 개재하여 하부 전극(18)에 접속되어 있다.
이하, 주제어부(MC) 및 컨트롤러(PC)에 의한 제어에 대하여 설명한다. 이하의 설명에서는, 도 2 및 도 4를 참조한다. 도 4는 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치를 이용하여 실행되는 일실시 형태의 플라즈마 처리 방법에 관련된 타이밍 차트이다. 도 4에서 횡축은 시간을 나타내고 있다. 도 4에서 종축은 제 1 고주파의 전력, 직류 전원(70)으로부터 하부 전극(18)에 인가되는 직류 전압, 및, 컨트롤러(PC)에 의해 출력되는 제어 신호를 나타내고 있다. 도 4에서 제 1 고주파의 전력이 고레벨인 것은, 제 1 고주파가 플라즈마의 생성을 위하여 공급되고 있는 것을 나타내고 있으며, 제 1 고주파의 전력이 저레벨인 것은 제 1 고주파의 공급이 정지되어 있는 것을 나타내고 있다. 또한, 도 4에서 직류 전압이 저레벨인 것은, 직류 전원(70)으로부터 하부 전극(18)에 음극성의 직류 전압이 인가되어 있는 것을 나타내고 있으며, 직류 전압이 0 V인 것은, 직류 전원(70)으로부터 하부 전극(18)에 직류 전압이 인가되어 있지 않은 것을 나타내고 있다.
주제어부(MC)는 제 1 고주파 전원(61)에 제 1 고주파의 전력 및 주파수를 지정한다. 또한 일실시 형태에서는, 주제어부(MC)는 제 1 고주파 전원(61)에, 제 1 고주파의 공급을 개시하는 타이밍, 및, 제 1 고주파의 공급을 종료하는 타이밍을 지정한다. 제 1 고주파 전원(61)에 의해 제 1 고주파가 공급되고 있는 기간에서는, 챔버 내의 가스의 플라즈마가 생성된다. 즉, 이 기간에서는, 플라즈마를 생성하기 위하여 고주파 전원으로부터 고주파를 공급하는 공정(S1)이 실행된다. 또한 도 4의 예에서는, 제 1 고주파는 일실시 형태의 플라즈마 처리 방법의 실행 중에 연속적으로 공급된다.
주제어부(MC)는 직류 전원(70)으로부터의 음극성의 직류 전압이 하부 전극(18)에 인가되는 주기를 규정하는 주파수, 및, 듀티비를 컨트롤러(PC)에 지정한다. 듀티비는, 하나의 주기(도 4의 'PDC') 내에서, 직류 전원(70)으로부터의 음극성의 직류 전압이 하부 전극(18)에 인가되는 기간(도 4의 'T1')이 차지하는 비율이다. 이 듀티비는 40 % 이하로 설정된다. 일실시 형태에서는, 당해 듀티비는 35 % 이하로 설정된다.
컨트롤러(PC)는 주제어부(MC)로부터 지정되는 주파수, 및, 듀티비에 따라 제어 신호를 생성한다. 컨트롤러(PC)에 의해 생성되는 제어 신호는 펄스 신호일 수 있다. 일례에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 컨트롤러(PC)에 의해 생성되는 제어 신호는, 기간(T1)에서 고레벨을 가지고, 기간(T2)에서 저레벨을 가진다. 기간(T2)은 하나의 주기(PDC) 내에서 기간(T1)을 제외한 기간이다. 혹은, 컨트롤러(PC)에 의해 생성되는 제어 신호는, 기간(T1)에서 저레벨을 가지고, 기간(T2)에서 고레벨을 가지고 있어도 된다.
일실시 형태에서는, 컨트롤러(PC)에 의해 생성된 제어 신호는 전환 유닛(72)의 노드(NA)에 부여된다. 제어 신호가 부여되면, 전환 유닛(72)은, 기간(T1)에서는 직류 전원(70)으로부터의 음극성의 직류 전압이 하부 전극(18)에 인가되도록, 직류 전원(70)과 노드(NB)를 서로 접속한다. 한편, 전환 유닛(72)은, 기간(T2)에서는 직류 전원(70)으로부터의 음극성의 직류 전압이 하부 전극(18)에 인가되지 않도록 직류 전원(70)과 노드(NB)와의 접속을 차단한다. 이에 의해, 도 4에 나타내는 바와 같이, 기간(T1)에서는 직류 전원(70)으로부터의 음극성의 직류 전압이 하부 전극(18)에 인가되고, 기간(T2)에서는, 직류 전원(70)으로부터의 음극성의 직류 전압의 하부 전극(18)에 대한 인가가 정지된다. 즉, 일실시 형태의 플라즈마 처리 방법에 있어서, 직류 전원(70)으로부터의 음극성의 직류 전압을 하부 전극(18)에 주기적으로 인가하는 공정(S2)이 실행된다.
여기서, 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)를 참조한다. 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)는 플라즈마의 전위를 나타내는 타이밍 차트이다. 기간(T1)에 있어서는, 직류 전원(70)으로부터의 음극성의 직류 전압이 하부 전극(18)에 인가되어 있으므로, 플라즈마 중의 양이온은 기판(W)을 향해 이동한다. 따라서, 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이, 기간(T1)에서는 플라즈마의 전위가 낮아진다. 한편, 기간(T2)에서는 직류 전원(70)으로부터의 음극성의 직류 전압의 하부 전극(18)에 대한 인가가 정지되어 있으므로, 양이온의 이동은 적어지고, 주로 플라즈마 중의 전자가 이동한다. 따라서, 기간(T2)에서는 플라즈마의 전위가 높아진다.
도 5의 (a)에 나타내는 타이밍 차트에서는, 도 5의 (b)에 나타내는 타이밍 차트에 비해, 듀티비가 작아져 있다. 플라즈마의 생성에 관한 모든 조건이 동일하면, 플라즈마 중의 양이온의 총량 및 전자의 총량의 각각은 듀티비에 의존하지 않는다. 즉, 도 5의 (a)에 나타내는 면적(A1)과 면적(A2)의 비와, 도 5의 (b)에 나타내는 면적(A1)과 면적(A2)의 비는 동일하게 된다. 따라서, 듀티비가 작으면, 기간(T2)에 있어서의 플라즈마의 전위(PV)는 작아진다.
듀티비, 즉, 각각의 주기(PDC) 내에서 음극성의 직류 전압이 하부 전극(18)에 인가되는 기간(T1)이 차지하는 비율에 대한, 기판(W)의 에칭 레이트의 의존성은 적다. 한편, 듀티비가 작은 경우, 특히 듀티비가 40 % 이하인 경우에는, 플라즈마의 전위가 작아지므로, 챔버 본체(12)의 에칭 레이트가 크게 저하된다. 따라서, 음극성의 직류 전압의 하부 전극(18)에 대한 주기적인 인가에 관한 상기 듀티비를 40 % 이하로 설정함으로써, 기판(W)의 에칭 레이트의 저하를 억제하고, 또한 챔버 본체(12)의 내벽에 조사되는 이온의 에너지를 저하시키는 것이 가능해진다. 결과적으로, 챔버 본체(12)로부터의 파티클의 발생이 억제된다. 또한 듀티비가 35 % 이하인 경우에는, 챔버 본체(12)의 내벽에 조사되는 이온의 에너지를 더 저하시키는 것이 가능해진다.
이하, 다른 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 6의 (a) 및 도 6의 (b)는 다른 실시 형태의 플라즈마 처리 방법에 관련된 타이밍 차트이다. 도 6의 (a) 및 도 6의 (b)의 각각에서 횡축은 시간을 나타내고 있다. 도 6의 (a) 및 도 6의 (b)의 각각에서, 종축은 제 1 고주파의 전력, 및, 직류 전원(70)으로부터 하부 전극(18)에 인가되는 직류 전압을 나타내고 있다. 도 6의 (a) 및 도 6의 (b)의 각각에서, 제 1 고주파의 전력이 고레벨인 것은, 제 1 고주파가 플라즈마의 생성을 위하여 공급되고 있는 것을 나타내고 있으며, 제 1 고주파의 전력이 저레벨인 것은 제 1 고주파의 공급이 정지되고 있는 것을 나타내고 있다. 또한, 도 6의 (a) 및 도 6의 (b)의 각각에서 직류 전압이 저레벨인 것은, 직류 전원(70)으로부터 하부 전극(18)에 음극성의 직류 전압이 인가되고 있는 것을 나타내고 있으며, 직류 전압이 0 V인 것은, 직류 전원(70)으로부터 하부 전극(18)에 직류 전압이 인가되어 있지 않은 것을 나타내고 있다.
도 6의 (a)에 나타내는 실시 형태에서는, 하부 전극(18)에 대하여 직류 전원(70)으로부터의 음극성의 직류 전압이 주기적으로 인가되고, 또한 플라즈마의 생성을 위하여 제 1 고주파가 주기적으로 공급된다. 도 6의 (a)에 나타내는 실시 형태에서는, 하부 전극(18)에 대한 직류 전원(70)으로부터의 음극성의 직류 전압의 인가와 제 1 고주파의 공급이 동기되어 있다. 즉, 직류 전원(70)으로부터의 직류 전압이 하부 전극(18)에 인가되는 기간(T1)에 제 1 고주파가 공급되고, 직류 전원(70)으로부터의 하부 전극(18)에 대한 직류 전압의 인가가 정지되어 있는 기간(T2)에 제 1 고주파의 공급이 정지된다.
도 6의 (b)에 나타내는 실시 형태에서는, 하부 전극(18)에 대하여 직류 전원(70)으로부터의 음극성의 직류 전압이 주기적으로 인가되고, 또한 플라즈마의 생성을 위하여 제 1 고주파가 주기적으로 공급된다. 도 6의 (b)에 나타내는 실시 형태에서는, 하부 전극(18)에 대한 직류 전원(70)으로부터의 음극성의 직류 전압의 인가의 위상에 대하여, 제 1 고주파의 공급의 위상이 반전되어 있다. 즉, 직류 전원(70)으로부터의 직류 전압이 하부 전극(18)에 인가되는 기간(T1)에 제 1 고주파의 공급이 정지되고, 직류 전원(70)으로부터의 하부 전극(18)에 대한 직류 전압의 인가가 정지되어 있는 기간(T2)에 제 1 고주파가 공급된다.
도 6의 (a)에 나타내는 실시 형태 및 도 6의 (b)에 나타내는 실시 형태에서는, 컨트롤러(PC)로부터의 상술한 제어 신호가 제 1 고주파 전원(61)에 부여된다. 제 1 고주파 전원(61)은 컨트롤러(PC)로부터 제어 신호의 상승(또는 하강)의 타이밍에 제 1 고주파의 공급을 개시하고, 컨트롤러(PC)로부터 제어 신호의 하강(또는 상승)의 타이밍에 제 1 고주파의 공급을 정지한다. 도 6의 (a)에 나타내는 실시 형태 및 도 6의 (b)에 나타내는 실시 형태에서는, 상호 변조 왜곡(Inter Modulation Distortion)에 의한 의도하지 않은 고주파의 발생이 억제될 수 있다.
이하, 몇 개의 다른 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치에 대하여 설명한다. 도 7은 다른 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 전원계 및 제어계를 나타내는 도이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 다른 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10A)는, 제 1 고주파 전원(61)이 컨트롤러(PC)를 포함하고 있는 점에 있어서 플라즈마 처리 장치(10)와 상이하다. 즉, 플라즈마 처리 장치(10A)에서는, 컨트롤러(PC)는 제 1 고주파 전원(61)의 일부이다. 한편, 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 컨트롤러(PC)는 제 1 고주파 전원(61) 및 제 2 고주파 전원(62)과는 별체이다. 플라즈마 처리 장치(10A)에서는 컨트롤러(PC)가 제 1 고주파 전원(61)의 일부이므로, 컨트롤러(PC)로부터의 상술한 제어 신호(펄스 신호)는 제 1 고주파 전원(61)으로 송신되지 않는다.
도 8은 또 다른 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 전원계 및 제어계를 나타내는 도이다. 도 8에 나타내는 플라즈마 처리 장치(10B)는, 복수의 직류 전원(701 및 702) 그리고 복수의 전환 유닛(721 및 722)을 구비하고 있다. 복수의 직류 전원(701 및 702)의 각각은 직류 전원(70)과 동일한 전원이며, 하부 전극(18)에 인가되는 음극성의 직류 전압을 발생시키도록 구성되어 있다. 복수의 전환 유닛(721 및 722)의 각각은 전환 유닛(72)과 동일한 구성을 가지고 있다. 직류 전원(701)은 전환 유닛(721)에 접속되어 있다. 전환 유닛(721)은 전환 유닛(72)과 마찬가지로, 직류 전원(701)으로부터의 직류 전압의 하부 전극(18)에 대한 인가를 정지 가능하게 구성되어 있다. 직류 전원(702)은 전환 유닛(722)에 접속되어 있다. 전환 유닛(722)은 전환 유닛(72)과 마찬가지로, 직류 전원(702)으로부터의 직류 전압의 하부 전극(18)에 대한 인가를 정지 가능하게 구성되어 있다.
도 9는 도 8에 나타내는 플라즈마 처리 장치를 이용하여 실행되는 일실시 형태의 플라즈마 처리 방법에 관련된 타이밍 차트이다. 도 9에서 횡축은 시간을 나타내고 있다. 도 9에서 종축은 합성된 직류 전압(즉, 하부 전극(18)에 인가되는 직류 전압), 직류 전원(701)의 직류 전압(즉, 직류 전원(701)으로부터 하부 전극에 인가되는 직류 전압), 직류 전원(702)의 직류 전압(직류 전원(702)으로부터 하부 전극에 인가되는 직류 전압)을 나타내고 있다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(10B)에서는, 각각의 주기(PDC) 내에서 하부 전극(18)에 인가되는 직류 전압은, 복수의 직류 전원(701 및 702)으로부터 차례로 출력되는 복수의 직류 전압에 의해 형성된다. 즉, 플라즈마 처리 장치(10B)에서는, 각각의 주기(PDC) 내에서 하부 전극(18)에 인가되는 직류 전압은, 복수의 직류 전원(701 및 702)으로부터 차례로 출력되는 복수의 직류 전압의 시간적인 합성에 의해 생성된다. 이 플라즈마 처리 장치(10B)에 의하면, 복수의 직류 전원(701 및 702)의 각각의 부하가 경감된다.
플라즈마 처리 장치(10B)에서는, 컨트롤러(PC)는 직류 전원(701)으로부터의 직류 전압이 하부 전극(18)에 인가되는 기간에서 고레벨(또는 저레벨)을 가지고, 직류 전원(701)으로부터의 직류 전압이 하부 전극(18)에 인가되지 않는 기간에서 저레벨(또는 고레벨)을 가지는 제어 신호를 전환 유닛(721)에 공급한다. 또한, 컨트롤러(PC)는 직류 전원(702)으로부터의 직류 전압이 하부 전극(18)에 인가되는 기간에서 고레벨(또는 저레벨)을 가지고, 직류 전원(702)으로부터의 직류 전압이 하부 전극(18)에 인가되지 않는 기간에서 저레벨(또는 고레벨)을 가지는 제어 신호를 전환 유닛(722)에 공급한다. 즉, 복수의 직류 전원에 접속된 복수의 전환 유닛에는 각각, 상이한 위상을 가지는 제어 신호(펄스 신호)가 공급된다.
도 10은 또 다른 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 전원계 및 제어계를 나타내는 도이다. 도 10에 나타내는 플라즈마 처리 장치(10C)는 파형 조정기(76)를 더 구비하는 점에서, 플라즈마 처리 장치(10)와는 상이하다. 파형 조정기(76)는 전환 유닛(72)과 고주파 필터(74)의 사이에서 접속되어 있다. 파형 조정기(76)는 직류 전원(70)으로부터 전환 유닛(72)을 경유하여 출력되는 직류 전압, 즉 음극성의 값과 0 V의 값을 교호로 가지는 직류 전압의 파형을 조정한다. 구체적으로, 파형 조정기(76)는 하부 전극(18)에 인가되는 직류 전압의 파형이 대략 삼각형 형상을 가지도록, 당해 직류 전압의 파형을 조정한다. 파형 조정기(76)는 예를 들면 적분 회로이다.
도 11은 파형 조정기(76)의 일례를 나타내는 회로도이다. 도 11에 나타내는 파형 조정기(76)는 적분 회로로서 구성되어 있으며, 저항 소자(76a) 및 콘덴서(76b)를 가지고 있다. 저항 소자(76a)의 일단은 전환 유닛(72)의 저항 소자(72d)에 접속되어 있고, 저항 소자(76a)의 타단은 고주파 필터(74)에 접속되어 있다. 콘덴서(76b)의 일단은 저항 소자(76a)의 타단에 접속되어 있다. 콘덴서(76b)의 타단은 그라운드에 접속되어 있다. 도 11에 나타내는 파형 조정기(76)에서는, 저항 소자(76a)의 저항값 및 콘덴서(76b)의 정전 용량값에 의해 결정되는 시정수에 따라, 전환 유닛(72)으로부터 출력되는 직류 전압의 상승과 하강에 지연이 발생한다. 따라서, 도 11에 나타내는 파형 조정기(76)에 의하면, 의도적으로 삼각파의 파형을 가지는 전압을 하부 전극(18)에 인가하는 것이 가능해진다. 이러한 파형 조정기(76)를 구비하는 플라즈마 처리 장치(10C)에 의하면, 챔버 본체(12)의 내벽에 조사되는 이온의 에너지를 조정하는 것이 가능해진다.
이상, 다양한 실시 형태에 대하여 설명했지만, 상술한 실시 형태에 한정되지 않고 다양한 변형 태양을 구성 가능하다. 예를 들면, 상술한 다양한 실시 형태의 플라즈마 처리 장치는 제 2 고주파 전원(62)을 가지고 있지 않아도 된다. 즉, 상술한 다양한 실시 형태의 플라즈마 처리 장치는 단일의 고주파 전원을 가지고 있어도 된다.
또한 상술한 다양한 실시 형태에서는, 직류 전원으로부터의 음극성의 직류 전압의 하부 전극(18)에 대한 인가와 그 정지가, 전환 유닛에 의해 전환되어 있지만, 직류 전원 자체가 음극성인 직류 전압의 출력과 그 출력 정지를 전환하도록 구성되어 있으면, 전환 유닛은 불필요하다.
또한, 상술한 다양한 실시 형태의 특징적인 구성은, 임의로 조합하여 이용하는 것이 가능하다. 또한, 상술한 다양한 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치는 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치이지만, 변형 태양에 있어서의 플라즈마 처리 장치는 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치여도 된다.
또한, 듀티비가 높은 경우에는, 챔버 본체(12)에 조사되는 이온의 에너지가 커진다. 따라서, 듀티비를 높은 값으로 설정하는 것, 예를 들면 듀티비를 40 % 보다 큰 값으로 설정함으로써, 챔버 본체(12)의 내벽의 클리닝을 행하는 것이 가능해진다.
이하, 플라즈마 처리 장치(10)를 이용한 플라즈마 처리 방법에 관하여 행한 평가 실험에 대하여 설명한다.
(제 1 평가 실험)
제 1 평가 실험에서는, 플라즈마 처리 장치(10)의 천판(34)의 챔버(12c)측의 면 및 챔버 본체(12)의 측벽의 각각에, 실리콘 산화막을 가지는 샘플을 부착하고, 또한 정전 척(20) 상에 실리콘 산화막을 가지는 샘플을 배치하여, 이하에 나타내는 조건의 플라즈마 처리를 행했다. 또한 제 1 평가 실험에서는, 하부 전극(18)에 주기적으로 인가하는 음극성의 직류 전압의 듀티비를 가변의 파라미터로서 이용했다.
<제 1 평가 실험에 있어서의 플라즈마 처리의 조건>
· 챔버(12c)의 압력：20 mTorr(2.66 Pa)
· 챔버(12c)에 공급된 가스의 유량
C4F8 가스：24 sccm
O2 가스：16 sccm
Ar 가스：150 sccm
· 제 1 고주파：100 MHz, 500 W의 연속파
· 하부 전극(18)에 대한 음극성의 직류 전압
전압값：-3000 V
주파수：200 kHz
· 처리 시간：60 초
제 1 평가 실험에서는, 천판(34)의 챔버(12c)측의 면에 부착된 샘플의 실리콘 산화막의 에칭량(막 두께 감소량), 챔버 본체(12)의 측벽에 부착된 샘플의 실리콘 산화막의 에칭량(막 두께 감소량), 정전 척(20) 상에 배치된 샘플의 실리콘 산화막의 에칭량(막 두께 감소량)을 측정했다. 도 12의 (a)는 제 1 평가 실험에서 구한, 듀티비와, 천판(34)의 챔버(12c)측의 면에 부착된 샘플의 실리콘 산화막의 에칭량과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 12의 (b)는 제 1 평가 실험에서 구한, 듀티비와, 챔버 본체(12)의 측벽에 부착된 샘플의 실리콘 산화막의 에칭량과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 13은, 제 1 평가 실험에서 구한, 듀티비와, 정전 척(20) 상에 배치된 샘플의 실리콘 산화막의 에칭량과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13에 나타내는 바와 같이, 정전 척(20) 상에 배치된 샘플의 실리콘 산화막의 에칭량의 듀티비에 대한 의존성은 적었다. 또한, 도 12의 (a) 및 도 12의 (b)에 나타내는 바와 같이, 듀티비가 35 % 이하인 경우에, 천판(34)의 챔버(12c)측의 면에 부착된 샘플의 실리콘 산화막의 에칭량, 및, 챔버 본체(12)의 측벽에 부착된 샘플의 실리콘 산화막의 에칭량은 상당히 작아져 있었다. 따라서, 제 1 평가 실험에 의해, 각각의 주기(PDC) 내에서 음극성의 직류 전압이 하부 전극(18)에 인가되는 기간이 차지하는 듀티비에 대한, 기판의 에칭 레이트의 의존성은 적은 것이 확인되었다. 또한, 듀티비가 작은 경우, 특히 듀티비가 35 % 이하인 경우에는, 챔버 본체(12)의 에칭 레이트가 크게 저하되는 것, 즉, 챔버 본체(12)의 내벽에 조사되는 이온의 에너지가 작아지는 것이 확인되었다. 또한 도 12의 (a) 및 도 12의 (b)의 그래프로부터, 듀티비가 40 % 이하이면, 챔버 본체(12)의 내벽에 조사되는 이온의 에너지가 상당히 작아질 것이라고 추측된다.
(제 2 평가 실험)
제 2 평가 실험에서는, 플라즈마 처리 장치(10)의 천판(34)의 챔버(12c)측의 면 및 챔버 본체(12)의 측벽의 각각에, 실리콘 산화막을 가지는 샘플을 부착하고, 또한 정전 척(20) 상에 실리콘 산화막을 가지는 샘플을 배치하여, 이하에 나타내는 조건의 플라즈마 처리를 행했다.
<제 2 평가 실험에 있어서의 플라즈마 처리의 조건＞
· 챔버(12c)의 압력：20 mTorr(2.66 Pa)
· 챔버(12c)에 공급된 가스의 유량
C4F8 가스：24 sccm
O2 가스：16 sccm
Ar 가스：150 sccm
· 제 1 고주파：100 MHz, 500 W의 연속파
· 하부 전극(18)에 대한 음극성의 직류 전압
전압값：-3000 V
주파수：200 kHz
듀티비：35 %
· 처리 시간：60 초
또한 비교 실험에 있어서, 플라즈마 처리 장치(10)의 천판(34)의 챔버(12c)측의 면 및 챔버 본체(12)의 측벽의 각각에, 실리콘 산화막을 가지는 샘플을 부착하고, 또한 정전 척(20) 상에 실리콘 산화막을 가지는 샘플을 배치하여, 이하에 나타내는 조건의 플라즈마 처리를 행했다. 또한 비교 실험에 있어서의 제 2 고주파의 조건은, 정전 척(20) 상에 배치된 샘플의 실리콘 산화막의 에칭량(막 두께 감소량)이 제 2 평가 실험의 플라즈마 처리와 비교 실험의 플라즈마 처리에서 대략 동등하게 되도록 설정했다.
<비교 실험에 있어서의 플라즈마 처리의 조건＞
· 챔버(12c)의 압력：20 mTorr(2.66 Pa)
· 챔버(12c)에 공급되는 가스의 유량
C4F8 가스：24 sccm
O2 가스：16 sccm
Ar 가스：150 sccm
· 제 1 고주파：100 MHz, 500 W의 연속파
· 제 2 고주파：400 kHz, 2500 W의 연속파
· 처리 시간：60 초
제 2 평가 실험 및 비교 실험의 각각에서는, 천판(34)의 챔버(12c)측의 면에 부착된 샘플의 실리콘 산화막의 에칭량(막 두께 감소량), 및, 챔버 본체(12)의 측벽에 부착된 샘플의 실리콘 산화막의 에칭량(막 두께 감소량)을 측정했다. 도 14의 (a)는 제 2 평가 실험 및 비교 실험의 각각에서 구한, 천판(34)의 챔버(12c)측의 면에 부착된 샘플의 실리콘 산화막의 에칭량을 나타내는 그래프이며, 도 14의 (b)는 제 2 평가 실험 및 비교 실험의 각각에서 구한, 챔버 본체(12)의 측벽에 부착된 샘플의 실리콘 산화막의 에칭량을 나타내는 그래프이다. 도 14의 (a)의 그래프에서 횡축은 천판(34)의 챔버(12c)측의 면에 부착된 샘플 내의 측정 위치의 챔버(12c)의 중심으로부터의 직경 방향의 거리를 나타내고 있고, 종축은 천판(34)의 챔버(12c)측의 면에 부착된 샘플의 실리콘 산화막의 에칭량을 나타내고 있다. 도 14의 (b)의 그래프에서 횡축은 챔버 본체(12)의 측벽에 부착된 샘플 내의 측정 위치의 천판(34)의 챔버(12c)측의 면으로부터의 수직 방향의 거리를 나타내고 있고, 종축은 챔버 본체(12)의 측벽에 부착된 샘플의 실리콘 산화막의 에칭량을 나타내고 있다.
도 14의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 제 2 고주파를 이용한 비교 실험에 비해, 하부 전극(18)에 주기적으로 음극성의 직류 전압을 인가한 제 2 평가 실험에서는, 천판(34)의 챔버(12c)측의 면에 부착된 샘플의 실리콘 산화막, 및, 챔버 본체(12)의 측벽에 부착된 샘플의 실리콘 산화막의 에칭량이 상당히 작아져 있었다. 따라서, 제 2 고주파, 즉 바이어스용의 고주파를 이용하는 경우에 비해, 하부 전극(18)에 주기적으로 음극성의 직류 전압을 인가함으로써, 정전 척(20) 상의 기판에 조사되는 이온의 에너지의 저하를 억제하면서, 챔버 본체(12)의 벽면 및 상부 전극(30)의 벽면에 조사되는 이온의 에너지를 크게 저감시키는 것이 가능하다는 것이 확인되었다.
10 : 플라즈마 처리 장치
12 : 챔버 본체
12 c : 챔버
16 : 스테이지
18 : 하부 전극
20 : 정전 척
30 : 상부 전극
34 : 천판
50 : 배기 장치
61 : 제 1 고주파 전원
62 : 제 2 고주파 전원
64 : 정합기
70 : 직류 전원
72 : 전환 유닛
74 : 고주파 필터
76 : 파형 조정기
PC : 컨트롤러
MC : 주제어부

Claims (17)

  1. 플라즈마 처리 장치에서 실행되는 플라즈마 에칭 방법으로서,
    상기 플라즈마 처리 장치는,
    챔버와,
    상기 챔버 내에 마련된 지지부와,
    상기 지지부 내에 마련된 적어도 하나의 전극과,
    상기 챔버에 공급되는 가스를 여기시키기 위한 RF 전원과,
    상기 적어도 하나의 전극에 DC 전압을 인가하는 적어도 하나의 DC 전원을 구비하고,
    상기 플라즈마 에칭 방법은,
    상기 RF 전원으로부터 상기 적어도 하나의 전극에 RF 전력을 공급하는 공정과,
    상기 적어도 하나의 DC 전원으로부터 상기 적어도 하나의 전극에 펄스화된 음극성의 DC 전압을 복수의 주기로 인가하는 공정으로, 상기 복수의 주기 중 적어도 하나는 40% 이하의 듀티비를 갖는, 공정
    을 포함하는, 플라즈마 에칭 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 장치는, 상기 적어도 하나의 전극 및 상기 적어도 하나의 DC 전원과의 사이에 배치된 파형 조정기를 더 포함하는, 플라즈마 에칭 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 파형 조정기는 상기 펄스화된 음극성의 DC 전압의 파형이 삼각형 형상을 가지도록 조정하는, 플라즈마 에칭 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 듀티비가 35% 이하로 설정되는, 플라즈마 에칭 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 듀티비가 25% 이하로 설정되는, 플라즈마 에칭 방법.
  6. 플라즈마 처리 장치에서 실행되는 플라즈마 에칭 방법으로서,
    상기 플라즈마 처리 장치는,
    챔버와,
    상기 챔버 내에 마련된 지지부와,
    상기 지지부 내에 마련된 적어도 하나의 전극과,
    상기 챔버에 공급되는 가스를 여기시키기 위한 RF 전원과,
    상기 적어도 하나의 전극에 DC 전압을 인가하는 적어도 하나의 DC 전원을 구비하고,
    상기 플라즈마 에칭 방법은,
    상기 RF 전원으로부터 상기 적어도 하나의 전극에 RF 전력을 공급하는 공정과,
    상기 적어도 하나의 DC 전원으로부터 상기 적어도 하나의 전극에 펄스화된 음극성의 DC 전압을 복수의 주기로 인가하는 공정으로, 상기 복수의 주기 중 적어도 하나는 40% 이하의 듀티비를 갖는, 공정과,
    상기 펄스화된 음극성의 DC 전압이 인가되는 기간에서 상기 RF 전력의 공급을 정지시키는 공정과,
    상기 펄스화된 음극성의 DC 전압의 인가가 정지되는 기간에서 상기 RF 전력을 공급하는 공정
    을 포함하는, 플라즈마 에칭 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 장치는, 상기 적어도 하나의 전극 및 상기 적어도 하나의 DC 전원과의 사이에 배치된 파형 조정기를 더 포함하는, 플라즈마 에칭 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 파형 조정기는 상기 펄스화된 음극성의 DC 전압의 파형이 삼각형 형상을 가지도록 조정하는, 플라즈마 에칭 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 듀티비가 35% 이하로 설정되는, 플라즈마 에칭 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 듀티비가 25% 이하로 설정되는, 플라즈마 에칭 방법.
  11. 챔버와,
    상기 챔버 내에 마련된 지지부와,
    상기 지지부 내에 마련된 적어도 하나의 전극과,
    상기 챔버에 공급되는 가스를 여기시키기 위해 상기 적어도 하나의 전극에 RF 전력을 인가하는 RF 전원과,
    상기 적어도 하나의 전극에 DC 전압을 인가하는 적어도 하나의 DC 전원과,
    상기 적어도 하나의 DC 전원으로부터 상기 적어도 하나의 전극에 펄스화된 음극성의 DC 전압을 복수의 주기로 인가하며, 상기 복수의 주기 중 적어도 하나는 40% 이하의 듀티비를 갖는, 전환 유닛
    을 구비하는, 플라즈마 에칭 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전극 및 상기 적어도 하나의 DC 전원과의 사이에 배치된 파형 조정기를 더 포함하는, 플라즈마 에칭 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 파형 조정기는 상기 펄스화된 음극성의 DC 전압의 파형이 삼각형 형상을 가지도록 조정하는, 플라즈마 에칭 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 듀티비가 35% 이하로 설정되는, 플라즈마 에칭 장치.
  15. 제 4 항에 있어서,
    상기 듀티비가 25% 이하로 설정되는, 플라즈마 에칭 장치.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 플라즈마 에칭 장치는 용량 결합형의 플라즈마 에칭 장치인, 플라즈마 에칭 장치.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 플라즈마 에칭 장치는 유도 결합형의 플라즈마 에칭 장치인, 플라즈마 에칭 장치.
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