KR20240119145A - 플라즈마 처리 장치, 전원 시스템, 제어 방법, 프로그램, 및 기억 매체 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

개시되는 플라즈마 처리 장치는, 챔버, 기판 지지부, 바이어스 전원, 및 고주파 전원을 구비한다. 바이어스 전원은, 기판 지지부에 전기적으로 결합되어 있고, 전기 바이어스 에너지를 발생한다. 고주파 전원은, 고주파 전극에 전기적으로 접속되어 있고, 챔버 내에서 가스로부터 플라즈마를 생성하기 위해 소스 고주파 전력을 발생한다. 바이어스 전원은, 프로세스 중에, 전기 바이어스 에너지의 바이어스 주파수를 적어도 1회 변경한다. 고주파 전원은, 상기 프로세스 중에, 전기 바이어스 에너지의 파형 주기 내에서 소스 고주파 전력의 반사의 정도를 저감하도록, 소스 고주파 전력의 소스 주파수를 변화시킨다.

Description

플라즈마 처리 장치, 전원 시스템, 제어 방법, 프로그램, 및 기억 매체
본 개시의 예시적 실시형태는, 플라즈마 처리 장치, 전원 시스템, 제어 방법, 프로그램, 및 기억 매체에 관한 것이다.
플라즈마 처리 장치가, 기판에 대한 플라즈마 처리에 있어서 이용되고 있다. 플라즈마 처리 장치에서는, 챔버 내에서 생성된 플라즈마로부터 이온을 기판에 인입하기 위해, 바이어스 고주파 전력이 이용된다. 하기의 특허문헌 1은, 바이어스 고주파 전력의 파워 레벨의 펄스 변조와 바이어스 고주파 전력의 주파수의 펄스 변조를 동기시키는 플라즈마 처리 장치를 개시하고 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2009-246091호 공보
본 개시는 프로세스의 진행에 따라 바이어스 주파수를 변경하고, 또한, 소스 고주파 전력의 반사의 정도를 저감시키는 기술을 제공한다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치가 제공된다. 플라즈마 처리 장치는, 챔버, 기판 지지부, 바이어스 전원, 및 고주파 전원을 구비한다. 기판 지지부는, 챔버 내에 마련되어 있다. 바이어스 전원은, 기판 지지부에 전기적으로 결합되어 있고, 전기 바이어스 에너지를 발생하도록 구성되어 있다. 고주파 전원은, 고주파 전극에 전기적으로 접속되어 있고, 챔버 내에서 가스로부터 플라즈마를 생성하기 위해 소스 고주파 전력을 발생하도록 구성되어 있다. 바이어스 전원은, 프로세스 중에, 전기 바이어스 에너지의 바이어스 주파수를 적어도 1회 변경하도록 구성되어 있다. 고주파 전원은, 상기 프로세스 중에, 바이어스 주파수의 역수인 시간 길이를 갖는 전기 바이어스 에너지의 파형 주기 내에서 소스 고주파 전력의 반사의 정도를 저감하도록, 소스 고주파 전력의 소스 주파수를 변화시키도록 구성되어 있다.
하나의 예시적 실시형태에 따르면, 프로세스의 진행에 따라 바이어스 주파수를 변경하고, 또한, 소스 고주파 전력의 반사의 정도를 저감시키는 것이 가능해진다.
도 1은 플라즈마 처리 시스템의 구성예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치의 구성예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 하나의 예시적 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치에 있어서의 전원 시스템의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 4는 하나의 예시적 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치에 관련된 일례의 타이밍 차트이다.
도 5는 하나의 예시적 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치에 관련된 일례의 타이밍 차트이다.
도 6은 하나의 예시적 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치에 관련된 일례의 타이밍 차트이다.
도 7은 하나의 예시적 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치에 관련된 일례의 타이밍 차트이다.
도 8은 하나의 예시적 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치에 관련된 일례의 타이밍 차트이다.
도 9는 하나의 예시적 실시형태에 따른 제어 방법의 흐름도이다.
이하, 여러 가지 예시적 실시형태에 대해서 설명한다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치가 제공된다. 플라즈마 처리 장치는, 챔버, 기판 지지부, 바이어스 전원, 및 고주파 전원을 구비한다. 기판 지지부는, 챔버 내에 마련되어 있다. 바이어스 전원은, 기판 지지부에 전기적으로 결합되어 있고, 전기 바이어스 에너지를 발생하도록 구성되어 있다. 고주파 전원은, 고주파 전극에 전기적으로 접속되어 있고, 챔버 내에서 가스로부터 플라즈마를 생성하기 위해 소스 고주파 전력을 발생하도록 구성되어 있다. 바이어스 전원은, 프로세스 중에, 전기 바이어스 에너지의 바이어스 주파수를 적어도 1회 변경하도록 구성되어 있다. 고주파 전원은, 상기 프로세스 중에, 바이어스 주파수의 역수인 시간 길이를 갖는 전기 바이어스 에너지의 파형 주기 내에서 소스 고주파 전력의 반사의 정도를 저감하도록, 소스 고주파 전력의 소스 주파수를 변화시키도록 구성되어 있다.
상기 실시형태에 따르면, 프로세스 중에 상기 프로세스의 진행에 따라 전기 바이어스 에너지의 바이어스 주파수가 변경된다. 또한, 바이어스 에너지의 파형 주기 내에서의 소스 고주파 전력의 반사의 정도를 저감시키도록, 상기 파형 주기 내에서 소스 주파수가 변경된다. 따라서, 상기 실시형태에 따르면, 프로세스의 진행에 따라 바이어스 주파수를 변경하고, 또한, 소스 고주파 전력의 반사의 정도를 저감시키는 것이 가능해진다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 고주파 전원은, 단일의 주파수 계열 또는 복수의 바이어스 주파수에 각각 관련지어진 복수의 주파수 계열 중 전기 바이어스 에너지의 바이어스 주파수에 관련지어진 주파수 계열에 포함되는 복수의 주파수를 이용하여도 좋다. 고주파 전원은, 상기 복수의 주파수를 파형 주기 내의 소스 고주파 전력의 소스 주파수로서 순서대로 이용함으로써, 파형 주기 내의 소스 고주파 전력의 소스 주파수를 변화시키도록 구성되어 있어도 좋다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 바이어스 전원은, 전기 바이어스 에너지로서, 바이어스 주파수의 역수인 시간 길이를 갖는 시간 간격으로 전압의 펄스를 주기적으로 발생하여도 좋다. 바이어스 전원은, 상기 프로세스 중에, 펄스의 전압 레벨 및 펄스의 듀티비 중 적어도 한쪽을 적어도 1회 변경하여도 좋다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 고주파 전원은, 주파수 계열을 펄스의 전압 레벨 또는 상기 펄스가 공급되는 기판 지지부의 전극에 있어서의 전압 레벨 및 듀티비에 따라 주파수 방향 및 시간 방향으로 조정하여도 좋다. 조정되는 주파수 계열은, 단일의 주파수 계열 또는 복수의 바이어스 주파수에 각각 관련지어진 복수의 주파수 계열 중 전기 바이어스 에너지의 바이어스 주파수에 관련지어진 주파수 계열이어도 좋다. 고주파 전원은, 조정된 주파수 계열에 포함되는 복수의 주파수를 파형 주기 내의 소스 고주파 전력의 소스 주파수로서 순서대로 이용함으로써, 파형 주기 내의 소스 고주파 전력의 소스 주파수를 변화시키도록 구성되어 있어도 좋다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 바이어스 전원은, 상기 프로세스 중에, 바이어스 주파수를 단계적으로 저하시켜도 좋다. 프로세스는, 기판 지지부 상에 배치된 기판에 대한 에칭 프로세스여도 좋다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 바이어스 전원은, 전기 바이어스 에너지로서, 바이어스 주파수의 역수인 시간 길이를 갖는 시간 간격으로 전압의 펄스를 주기적으로 발생하여도 좋다. 바이어스 전원은, 상기 프로세스 중에, 펄스의 부전압의 레벨의 절대값을 단계적으로 상승시키는 것 및 펄스의 듀티비를 단계적으로 저하시키는 것 중 적어도 한쪽을 행하여도 좋다. 프로세스는, 기판 지지부 상에배치된 기판에 대한 에칭 프로세스여도 좋다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 바이어스 전원은, 전기 바이어스 에너지로서, 바이어스 고주파 전력을 발생하여도 좋다. 바이어스 전원은, 상기 프로세스 중에, 바이어스 고주파 전력의 파워 레벨을 상승시켜도 좋다. 프로세스는, 기판 지지부 상에 배치된 기판에 대한 에칭 프로세스여도 좋다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 바이어스 전원은, 상기 프로세스 중에, 바이어스 주파수를 단계적으로 상승시켜도 좋다. 프로세스는, 챔버의 클리닝 프로세스여도 좋다. 프로세스는, 기판 지지부 상에 배치된 기판에 대한 에칭 프로세스와 상기 에칭 프로세스 후에 행해지는 챔버의 클리닝 프로세스를 포함하고 있어도 좋다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 바이어스 전원은, 전기 바이어스 에너지로서, 바이어스 주파수의 역수인 시간 길이를 갖는 시간 간격으로 전압의 펄스를 주기적으로 발생하여도 좋다. 바이어스 전원은, 상기 프로세스 중에, 펄스의 부전압의 레벨의 절대값을 단계적으로 저하시키는 것 및 펄스의 듀티비를 단계적으로 상승시키는 것 중 적어도 한쪽을 행하여도 좋다. 프로세스는, 챔버의 클리닝 프로세스여도 좋다. 프로세스는, 기판 지지부 상에 배치된 기판에 대한 에칭 프로세스와 상기 에칭 프로세스 후에 행해지는 챔버의 클리닝 프로세스를 포함하고 있어도 좋다.
하나의 예시적 실시형태에 있어서, 바이어스 전원은, 전기 바이어스 에너지로서, 바이어스 고주파 전력을 발생하여도 좋다. 바이어스 전원은, 상기 프로세스 중에, 바이어스 고주파 전력의 파워 레벨을 저하시켜도 좋다. 프로세스는, 챔버의 클리닝 프로세스여도 좋다. 프로세스는, 기판 지지부 상에 배치된 기판에 대한 에칭 프로세스와 상기 에칭 프로세스 후에 행해지는 챔버의 클리닝 프로세스를 포함하고 있어도 좋다.
다른 예시적 실시형태에 있어서는, 전원 시스템이 제공된다. 전원 시스템은, 바이어스 전원 및 고주파 전원을 구비한다. 바이어스 전원은, 플라즈마 처리 장치의 챔버 내에 마련된 기판 지지부에 공급되는 전기 바이어스 에너지를 발생하도록 구성되어 있다. 고주파 전원은, 챔버 내에서 가스로부터 플라즈마를 생성하기 위해 소스 고주파 전력을 발생하도록 구성되어 있다. 바이어스 전원은, 프로세스 중에, 전기 바이어스 에너지의 바이어스 주파수를 적어도 1회 변경하도록 구성되어 있다. 고주파 전원은, 상기 프로세스 중에, 바이어스 주파수의 역수인 시간 길이를 갖는 전기 바이어스 에너지의 파형 주기 내에서 소스 고주파 전력의 반사의 정도를 저감하도록, 소스 고주파 전력의 소스 주파수를 변화시키도록 구성되어 있다.
또 다른 예시적 실시형태에 있어서는, 제어 방법이 제공된다. 제어 방법은, 플라즈마 처리 장치의 챔버 내에 마련된 기판 지지부에 바이어스 전원으로부터 바이어스 주파수를 갖는 전기 바이어스 에너지를 공급하는 공정 (a)를 포함한다. 제어 방법은, 챔버 내에서 가스로부터 플라즈마를 생성하기 위해 고주파 전원으로부터 소스 주파수를 갖는 소스 고주파 전력을 공급하는 공정 (b)를 포함한다. 프로세스 중의 공정 (a)에 있어서, 전기 바이어스 에너지의 바이어스 주파수가 적어도 1회 변경된다. 상기 프로세스 중의 공정 (b)에 있어서, 바이어스 주파수의 역수인 시간 길이를 갖는 전기 바이어스 에너지의 파형 주기 내에서 소스 고주파 전력의 반사의 정도를 저감하도록, 소스 고주파 전력의 소스 주파수가 변경된다.
또 다른 예시적 실시형태에 있어서는, 상기 제어 방법을 플라즈마 처리 장치에 의해 실행시키도록, 상기 플라즈마 처리 장치의 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램이 제공된다. 또 다른 예시적 실시형태에 있어서는, 이 프로그램을 기억한 기억 매체가 제공된다.
이하, 도면을 참조하여 여러 가지 예시적 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이는 것으로 한다.
도 1은 플라즈마 처리 시스템의 구성예를 설명하기 위한 도면이다. 일 실시형태에 있어서, 플라즈마 처리 시스템은, 플라즈마 처리 장치(1) 및 주제어부(2)를 포함한다. 플라즈마 처리 시스템은, 기판 처리 시스템의 일례이고, 플라즈마 처리 장치(1)는, 기판 처리 장치의 일례이다. 플라즈마 처리 장치(1)는, 플라즈마 처리 챔버(10), 기판 지지부(11) 및 플라즈마 생성부(12)를 포함한다. 플라즈마 처리 챔버(10)는, 플라즈마 처리 공간을 갖는다. 또한, 플라즈마 처리 챔버(10)는, 적어도 하나의 처리 가스를 플라즈마 처리 공간에 공급하기 위한 적어도 하나의 가스 공급구와, 플라즈마 처리 공간으로부터 가스를 배출하기 위한 적어도 하나의 가스 배출구를 갖는다. 가스 공급구는, 후술하는 가스 공급부(20)에 접속되고, 가스 배출구는, 후술하는 배기 시스템(40)에 접속된다. 기판 지지부(11)는, 플라즈마 처리 공간 내에 배치되며, 기판을 지지하기 위한 기판 지지면을 갖는다.
플라즈마 생성부(12)는, 플라즈마 처리 공간 내에 공급된 적어도 하나의 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하도록 구성된다. 플라즈마 처리 공간에 있어서 형성되는 플라즈마는, 용량 결합 플라즈마(CCP; Capacitively Coupled Plasma), 유도 결합 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma), ECR 플라즈마(Electron-Cyclotron-resonance plasma), 헬리콘파 여기 플라즈마(HWP: Helicon Wave Plasma), 또는, 표면파 플라즈마(SWP: Surface Wave Plasma) 등이어도 좋다.
주제어부(2)는, 본 개시에 있어서 서술되는 여러 가지의 공정을 플라즈마 처리 장치(1)에 실행시키는 컴퓨터 실행 가능한 명령을 처리한다. 주제어부(2)는, 여기서 서술되는 여러 가지의 공정을 실행하도록 플라즈마 처리 장치(1)의 각 요소를 제어하도록 구성될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 주제어부(2)의 일부 또는 전부가 플라즈마 처리 장치(1)에 포함되어도 좋다. 주제어부(2)는, 처리부(2a1), 기억부(2a2) 및 통신 인터페이스(2a3)를 포함하여도 좋다. 주제어부(2)는, 예컨대 컴퓨터(2a)에 의해 실현된다. 처리부(2a1)는, 기억부(2a2)로부터 프로그램을 읽어내고, 읽어낸 프로그램을 실행함으로써 여러 가지의 제어 동작을 행하도록 구성될 수 있다. 이 프로그램은, 후술하는 예시적 실시형태에 따른 제어 방법의 여러 가지의 공정을 플라즈마 처리 장치(1)에 실행시키는 컴퓨터 실행 가능한 명령을 포함한다. 이 프로그램은, 미리 기억부(2a2)에 저장되어 있어도 좋고, 필요할 때에, 매체를 통해 취득되어도 좋다. 취득된 프로그램은, 기억부(2a2)에 저장되고, 처리부(2a1)에 의해 기억부(2a2)로부터 읽어내어져 실행된다. 매체는, 컴퓨터(2a)에 판독 가능한 여러 가지의 기억 매체여도 좋고, 통신 인터페이스(2a3)에 접속되어 있는 통신 회선이어도 좋다. 처리부(2a1)는, CPU(Central Processing Unit)여도 좋다. 기억부(2a2)는, RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Drive), 또는 이들의 조합을 포함하여도 좋다. 통신 인터페이스(2a3)는, LAN(Local Area Network) 등의 통신 회선을 통해 플라즈마 처리 장치(1)와의 사이에서 통신하여도 좋다.
이하에, 플라즈마 처리 장치(1)의 일례로서의 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치의 구성예에 대해서 설명한다. 도 2는 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치의 구성예를 설명하기 위한 도면이다.
용량 결합형의 플라즈마 처리 장치(1)는, 플라즈마 처리 챔버(10), 가스 공급부(20), 전원 시스템(30) 및 배기 시스템(40)을 포함한다. 또한, 플라즈마 처리 장치(1)는, 기판 지지부(11) 및 가스 도입부를 포함한다. 가스 도입부는, 적어도 하나의 처리 가스를 플라즈마 처리 챔버(10) 내에 도입하도록 구성된다. 가스 도입부는, 샤워 헤드(13)를 포함한다. 기판 지지부(11)는, 플라즈마 처리 챔버(10) 내에 배치된다. 샤워 헤드(13)는, 기판 지지부(11)의 상방에 배치된다. 일 실시형태에 있어서, 샤워 헤드(13)는, 플라즈마 처리 챔버(10)의 천장부(ceiling)의 적어도 일부를 구성한다. 플라즈마 처리 챔버(10)는, 샤워 헤드(13), 플라즈마 처리 챔버(10)의 측벽(10a) 및 기판 지지부(11)에 의해 규정된 플라즈마 처리 공간(10s)을 갖는다. 플라즈마 처리 챔버(10)는 접지된다. 기판 지지부(11)는, 플라즈마 처리 챔버(10)의 케이스체와는 전기적으로 절연된다.
기판 지지부(11)는, 본체부(111) 및 링 어셈블리(112)를 포함한다. 본체부(111)는, 기판(W)을 지지하기 위한 중앙 영역(111a)과, 링 어셈블리(112)를 지지하기 위한 환상 영역(111b)을 갖는다. 웨이퍼는 기판(W)의 일례이다. 본체부(111)의 환상 영역(111b)은, 평면으로 보아 본체부(111)의 중앙 영역(111a)을 둘러싸고 있다. 기판(W)은, 본체부(111)의 중앙 영역(111a) 상에 배치되고, 링 어셈블리(112)는, 본체부(111)의 중앙 영역(111a) 상의 기판(W)을 둘러싸도록 본체부(111)의 환상 영역(111b) 상에 배치된다. 따라서, 중앙 영역(111a)은, 기판(W)을 지지하기 위한 기판 지지면이라고도 불리고, 환상 영역(111b)은, 링 어셈블리(112)를 지지하기 위한 링 지지면이라고도 불린다.
일 실시형태에 있어서, 본체부(111)는, 베이스(1110) 및 정전 척(1111)을 포함한다. 베이스(1110)는, 도전성 부재를 포함한다. 정전 척(1111)은, 베이스(1110) 상에 배치된다. 정전 척(1111)은, 세라믹 부재(1111a)와 세라믹 부재(1111a) 내에 배치되는 정전 전극(1111b)을 포함한다. 세라믹 부재(1111a)는, 중앙 영역(111a)을 갖는다. 일 실시형태에 있어서, 세라믹 부재(1111a)는, 환상 영역(111b)도 갖는다. 또한, 환상 정전 척이나 환상 절연 부재와 같은, 정전 척(1111)을 둘러싸는 다른 부재가 환상 영역(111b)을 가져도 좋다. 이 경우, 링 어셈블리(112)는, 환상 정전 척 또는 환상 절연 부재 상에 배치되어도 좋고, 정전 척(1111)과 환상 절연 부재의 양방 상에 배치되어도 좋다.
링 어셈블리(112)는, 1 또는 복수의 환상 부재를 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 1 또는 복수의 환상 부재는, 1 또는 복수의 엣지 링과 적어도 하나의 커버 링을 포함한다. 엣지 링은, 도전성 재료 또는 절연 재료로 형성되고, 커버 링은, 절연 재료로 형성된다.
또한, 기판 지지부(11)는, 정전 척(1111), 링 어셈블리(112) 및 기판 중 적어도 하나를 타겟 온도로 조절하도록 구성되는 온도 조절 모듈을 포함하여도 좋다. 온도 조절 모듈은, 히터, 전열 매체, 유로(1110a), 또는 이들의 조합을 포함하여도 좋다. 유로(1110a)에는, 브라인이나 가스와 같은 전열 유체가 흐른다. 일 실시형태에 있어서, 유로(1110a)가 베이스(1110) 내에 형성되고, 1 또는 복수의 히터가 정전 척(1111)의 세라믹 부재(1111a) 내에 배치된다. 또한, 기판 지지부(11)는, 기판(W)의 이면과 중앙 영역(111a) 사이의 간극에 전열 가스를 공급하도록 구성된 전열 가스 공급부를 포함하여도 좋다.
샤워 헤드(13)는, 가스 공급부(20)로부터의 적어도 하나의 처리 가스를 플라즈마 처리 공간(10s) 내에 도입하도록 구성된다. 샤워 헤드(13)는, 적어도 하나의 가스 공급구(13a), 적어도 하나의 가스 확산실(13b), 및 복수의 가스 도입구(13c)를 갖는다. 가스 공급구(13a)에 공급된 처리 가스는, 가스 확산실(13b)을 통과하여 복수의 가스 도입구(13c)로부터 플라즈마 처리 공간(10s) 내에 도입된다. 또한, 샤워 헤드(13)는, 적어도 하나의 상부 전극을 포함한다. 또한, 가스 도입부는, 샤워 헤드(13)에 더하여, 측벽(10a)에 형성된 1 또는 복수의 개구부에 부착되는 1 또는 복수의 사이드 가스 주입부(SGI: Side Gas Injector)를 포함하여도 좋다.
가스 공급부(20)는, 적어도 하나의 가스 소스(21) 및 적어도 하나의 유량 제어기(22)를 포함하여도 좋다. 일 실시형태에 있어서, 가스 공급부(20)는, 적어도 하나의 처리 가스를, 각각에 대응하는 가스 소스(21)로부터 각각에 대응하는 유량 제어기(22)를 통해 샤워 헤드(13)에 공급하도록 구성된다. 각 유량 제어기(22)는, 예컨대 매스 플로우 컨트롤러 또는 압력 제어식의 유량 제어기를 포함하여도 좋다. 또한, 가스 공급부(20)는, 적어도 하나의 처리 가스의 유량을 변조 또는 펄스화하는 적어도 하나의 유량 변조 디바이스를 포함하여도 좋다.
배기 시스템(40)은, 예컨대 플라즈마 처리 챔버(10)의 바닥부에 마련된 가스 배출구(10e)에 접속될 수 있다. 배기 시스템(40)은, 압력 조정 밸브 및 진공 펌프를 포함하여도 좋다. 압력 조정 밸브에 의해, 플라즈마 처리 공간(10s) 내의 압력이 조정된다. 진공 펌프는, 터보 분자 펌프, 드라이 펌프 또는 이들의 조합을 포함하여도 좋다.
이하, 도 2와 함께 도 3을 참조한다. 도 3은 하나의 예시적 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치에 있어서의 전원 시스템의 구성예를 나타내는 도면이다. 전원 시스템(30)은, 고주파 전원(31) 및 바이어스 전원(32)을 포함한다. 고주파 전원(31)은, 일 실시형태의 플라즈마 생성부(12)를 구성한다. 고주파 전원(31)은, 소스 고주파 전력(RF)을 발생하도록 구성되어 있다. 소스 고주파 전력(RF)은, 소스 주파수(fRF)를 갖는다. 즉, 소스 고주파 전력(RF)은, 그 주파수가 소스 주파수(fRF)인 정현파상의 파형을 갖는다. 소스 주파수(fRF)는, 10 ㎒∼150 ㎒의 범위 내의 주파수일 수 있다. 고주파 전원(31)은, 정합기(33)를 통해 고주파 전극에 전기적으로 접속되어 있고, 소스 고주파 전력(RF)을 고주파 전극에 공급하도록 구성되어 있다. 고주파 전극은, 베이스(1110)의 도전성 부재, 세라믹 부재(1111a) 내에 마련된 적어도 하나의 전극, 또는 상부 전극이어도 좋다. 소스 고주파 전력(RF)이 고주파 전극에 공급되면, 챔버(10) 내의 가스로부터 플라즈마가 생성된다.
정합기(33)는, 가변 임피던스를 갖는다. 정합기(33)의 가변 임피던스는, 소스 고주파 전력(RF)의 부하로부터의 반사를 저감하도록, 설정된다. 정합기(33)는, 예컨대 주제어부(2)에 의해 제어될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 정합기(33)는, 제1 가변 콘덴서(331) 및 제2 가변 콘덴서(332)를 포함하고 있어도 좋다. 제1 가변 콘덴서(331)는, 노드(333)와 그라운드 사이에서 접속되어 있다. 노드(333)는, 고주파 전원(31)과 고주파 전극 사이에서 접속된 급전로 상에 마련되어 있다. 소스 고주파 전력(RF)은, 이 급전로를 경유하여 고주파 전극에 공급된다. 제2 가변 콘덴서(332)는, 노드(333)와 고주파 전극 사이에서 접속되어 있다. 제1 가변 콘덴서(331)의 커패시턴스(C1) 및 제2 가변 콘덴서(332)의 커패시턴스(C2)는, 예컨대 주제어부(2)에 의해 제어될 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 고주파 전원(31)은, 발진기(31g), D/A 변환기(31c), 및 증폭기(31a)를 포함하고 있다. 발진기(31g)는, 소스 주파수(fRF)를 갖는 고주파 신호를 발생한다. 발진기(31g)는, 프로세서 또는 FPGA(Field-Programmable Gate Array)와 같은 프로그램 가능한 디바이스여도 좋다. 발진기(31g)는, 후술하는 발진기(32g)와 함께 단일의 프로그램 가능한 디바이스(30p)로 구성되어 있어도 좋고, 발진기(32g)와는 별개의 프로그램 가능한 디바이스로 구성되어 있어도 좋다.
발진기(31g)의 출력은, D/A 변환기(31c)의 입력에 접속되어 있다. D/A 변환기(31c)는, 발진기(31g)로부터의 고주파 신호를 아날로그 신호로 변환한다. D/A 변환기(31c)의 출력은, 증폭기(31a)의 입력에 접속되어 있다. 증폭기(31a)는, D/A 변환기(31c)로부터의 아날로그 신호를 증폭하여, 소스 고주파 전력(RF)을 생성한다. 증폭기(31a)의 증폭률은, 주제어부(2)로부터 고주파 전원(31)에 지정된다. 또한, 고주파 전원(31)은, D/A 변환기(31c)를 포함하고 있지 않아도 좋다. 이 경우에는, 발진기(31g)의 출력은, 증폭기(31a)의 입력에 접속되고, 증폭기(31a)는, 발진기(31g)로부터의 고주파 신호를 증폭하여, 소스 고주파 전력(RF)을 생성한다.
바이어스 전원(32)은, 전기 바이어스 에너지(BE)를 발생하도록 구성되어 있다. 바이어스 전원(32)은, 기판 지지부(11)에 전기적으로 결합되어 있다. 바이어스 전원(32)은, 기판 지지부(11) 내의 바이어스 전극에 전기적으로 접속되어 있으며, 전기 바이어스 에너지(BE)를 바이어스 전극에 공급하도록 구성되어 있다. 바이어스 전극은, 베이스(1110)의 도전성 부재 또는 세라믹 부재(1111a) 내에 마련된 적어도 하나의 전극이어도 좋다. 전기 바이어스 에너지(BE)가 바이어스 전극에 공급되면, 플라즈마로부터의 이온이 기판(W)에 끌어당겨진다.
전기 바이어스 에너지(BE)는, 바이어스 주파수를 갖는다. 바이어스 주파수는, 소스 주파수보다 낮다. 바이어스 주파수는, 100 ㎑∼60 ㎒의 범위 내의 주파수여도 좋다. 또한, 전기 바이어스 에너지(BE)는, 파형 주기, 즉 주기(CY)를 갖는다. 주기(CY)는, 바이어스 주파수의 역수의 시간 길이를 갖는다. 전기 바이어스 에너지(BE)는, 주기(CY)(시간 간격)로 주기적으로 바이어스 전극에 공급된다.
이하, 도 2 및 도 3과 함께 도 4∼도 8을 참조한다. 도 4∼도 8의 각각은, 하나의 예시적 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치에 관련된 일례의 타이밍 차트이다. 전기 바이어스 에너지(BE)는, 도 4의 상단 및 도 8에 나타내는 바와 같이, 바이어스 주파수를 갖는 바이어스 고주파 전력(LF)이어도 좋다. 즉, 전기 바이어스 에너지(BE)는, 그 주파수가 바이어스 주파수인 정현파상의 파형을 갖고 있어도 좋다. 이 경우에는, 바이어스 전원(32)은, 정합기(34)를 통해, 바이어스 전극에 전기적으로 접속된다. 정합기(34)의 가변 임피던스는, 바이어스 고주파 전력(LF)의 부하로부터의 반사를 저감하도록, 설정된다.
혹은, 전기 바이어스 에너지(BE)는, 도 4의 중단, 도 4의 하단, 및 도 5∼도 7에 나타내는 바와 같이, 전압의 펄스(PV)를 포함하고 있어도 좋다. 전압의 펄스(PV)는, 각 주기(CY) 내에 있어서 바이어스 전극에 인가된다. 전압의 펄스(PV)는, 주기(CY)의 시간 길이와 동일한 길이의 시간 간격으로 주기적으로 바이어스 전극에 인가된다. 펄스(PV)의 파형은, 직사각형파(도 4의 중단, 도 5, 및 도 7에 나타내는 「PV」를 참조), 삼각파, 또는 임의의 파형(예컨대, 도 4의 하단 및 도 6에 나타내는 「PV」를 참조)일 수 있다. 펄스(PV)의 전압의 극성은, 기판(W)과 플라즈마 사이에 전위차를 생기게 하여 플라즈마로부터의 이온을 기판(W)에 인입할 수 있도록 설정된다. 펄스(PV)는, 일례로서는, 부의 전압의 펄스여도 좋다. 또한, 전기 바이어스 에너지(BE)가 전압의 펄스(PV)인 경우에는, 플라즈마 처리 장치(1)는 정합기(34)를 구비하지 않아도 좋다.
도 4∼도 7에 나타내는 바와 같이, 바이어스 전원(32)은, 프로세스 중에, 전기 바이어스 에너지(BE)의 바이어스 주파수를 적어도 1회 변경하도록 구성되어 있다. 즉, 바이어스 전원(32)은, 프로세스 중에, 전기 바이어스 에너지(BE)의 주기(CY)의 시간 길이(CL)를 적어도 1회 변경하도록 구성되어 있다. 또한, 시간 길이(CL)는, 도 4∼도 7에 나타내는 예에 한정되는 것이 아니다. 바이어스 주파수 및 그 변경의 타이밍은, 레시피 데이터에 기초하여 주제어부(2)로부터 바이어스 전원(32)에 지정된다.
또한, 전기 바이어스 에너지(BE)가 바이어스 고주파 전력(LF)인 경우에는, 바이어스 전원(32)은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 프로세스 중에, 바이어스 고주파 전력(LF)의 파워 레벨을 적어도 1회 변경하여도 좋다. 바이어스 고주파 전력(LF)의 파워 레벨 및 그 변경의 타이밍은, 레시피 데이터에 기초하여 주제어부(2)로부터 바이어스 전원(32)에 지정된다.
또한, 전기 바이어스 에너지(BE)가 전압의 펄스(PV)인 경우에는, 바이어스 전원(32)은, 도 5∼도 7에 나타내는 바와 같이, 프로세스 중에, 펄스(PV)의 전압 레벨 및 펄스(PV)의 듀티비(OD) 중 적어도 한쪽을, 적어도 1회 변경하여도 좋다. 듀티비(OD)는, 펄스(PV)가 출력되는 ON 기간의 시간 길이의 주기(CY)의 시간 길이(CL)에 대한 비율 또는 비의 값이다. 펄스(PV)의 전압 레벨 및 듀티비(OD) 및 이들의 변경의 타이밍은, 레시피 데이터에 기초하여 주제어부(2)로부터 바이어스 전원(32)에 지정된다. 또한, 주기(CY)에 있어서, ON 기간 이외의 기간은, 펄스(PV)가 출력되지 않는 OFF 기간이어도 좋다.
일 실시형태에 있어서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 바이어스 전원(32)은, 발진기(32g), D/A 변환기(32c), 및 증폭기(32a)를 포함하고 있다. 발진기(32g)는, 지정된 바이어스 주파수를 갖는 바이어스 신호를 발생한다. 바이어스 신호는, 지정된 바이어스 주파수의 역수의 시간 길이를 갖는 파형 주기(주기(CY))를 갖고, 상기 주기(CY)로 주기적으로 발생된다. 발진기(32g)는, 프로세서 또는 FPGA(Field-Programmable Gate Array)와 같은 프로그램 가능한 디바이스여도 좋다. 발진기(32g)는, 발진기(31g)와 함께 단일의 프로그램 가능한 디바이스(30p)로 구성되어 있어도 좋고, 발진기(31g)와는 별개의 프로그램 가능한 디바이스로 구성되어 있어도 좋다.
발진기(32g)의 출력은, D/A 변환기(32c)의 입력에 접속되어 있다. D/A 변환기(32c)는, 발진기(32g)로부터의 바이어스 신호를 아날로그 신호로 변환한다. D/A 변환기(32c)의 출력은, 증폭기(32a)의 입력에 접속되어 있다. 증폭기(32a)는, D/A 변환기(32c)로부터의 아날로그 신호를 증폭하여, 전기 바이어스 에너지(BE)를 생성한다. 증폭기(32a)의 증폭률은, 주제어부(2)로부터 바이어스 전원(32)에 지정된다. 또한, 바이어스 전원(32)은, D/A 변환기(32c)를 포함하고 있지 않아도 좋다. 이 경우에는, 발진기(32g)의 출력은, 증폭기(32a)의 입력에 접속되고, 증폭기(32a)는, 발진기(32g)로부터의 바이어스 신호를 증폭하여, 전기 바이어스 에너지(BE)를 생성한다.
일 실시형태에 있어서, 바이어스 전원(32)은, 프로세스 중에, 바이어스 주파수를 단계적으로 저하시켜도 좋다. 즉, 바이어스 전원(32)은, 도 4∼도 7에 나타내는 바와 같이, 주기(CY)의 시간 길이(CL)를 단계적으로 증가시켜도 좋다. 이 경우에 있어서, 프로세스는, 기판 지지부(11) 상에 배치된 기판(W)(예컨대, 그 막)에 대한 에칭 프로세스여도 좋다. 바이어스 주파수가 낮은 경우에는, 기판(W)에 공급되는 이온의 에너지가 높아진다. 따라서, 에칭 프로세스 중에 바이어스 주파수를 단계적으로 저하시킴으로써, 높은 에너지를 갖는 이온을 기판(W)의 깊은 구멍의 바닥에 공급하여, 기판(W)을 에칭하는 것이 가능해진다. 또한, 에칭 프로세스의 초기에는 높은 바이어스 주파수에 기인하여 기판(W)에 공급되는 이온의 에너지가 억제된다. 따라서, 기판(W)의 마스크의 손상이 억제된다.
일 실시형태에 있어서, 바이어스 전원(32)은, 도 4∼도 7에 나타내는 바와 같이, 프로세스 중에, 펄스(PV)의 부전압의 레벨의 절대값을 단계적으로 상승시키는 것 및 듀티비(OD)를 단계적으로 저하시키는 것 중 적어도 한쪽을 행하여도 좋다. 프로세스는, 기판 지지부(11) 상에 배치된 기판(W)에 대한 에칭 프로세스여도 좋다.
펄스(PV)의 부전압의 레벨의 절대값이 높은 경우에는, 기판(W)에 공급되는 이온의 에너지가 높아진다. 따라서, 에칭 프로세스 중에 펄스(PV)의 부전압의 레벨의 절대값을 단계적으로 상승시킴으로써, 깊은 구멍의 바닥에 높은 에너지를 갖는 이온을 공급하여, 기판(W)을 에칭하는 것이 가능해진다. 또한, 에칭 프로세스의 초기에는 펄스(PV)의 부전압의 레벨이 낮은 절대값에 기인하여 기판(W)에 공급되는 이온의 에너지가 억제된다. 따라서, 기판(W)의 마스크의 손상이 억제된다.
듀티비(OD)가 낮은 경우에는, 주기(CY) 내에서 에칭 부생성물의 배기가 행해지는 기간(즉 OFF 기간)의 시간 길이가 길어진다. 또한, 듀티비(OD)가 낮은 경우에는, 주기(CY) 내에서 기판(W)의 마스크 상에 퇴적물이 형성되는 기간(즉 OFF 기간)의 시간 길이가 길어지고, 기판(W)의 마스크 상에 형성되는 퇴적물의 양이 많아진다. 따라서, 에칭 프로세스 중에 듀티비(OD)를 단계적으로 저하시킴으로써, 기판(W)에 형성된 깊은 구멍의 바닥으로부터의 에칭 부생성물의 배기가 촉진된다. 또한, 에칭 프로세스 중에 듀티비(OD)를 단계적으로 저하시킴으로써, 기판(W)의 마스크 상에 형성되는 퇴적물에 의해, 기판(W)의 마스크의 보호가 촉진된다.
일 실시형태에 있어서, 바이어스 전원(32)은, 프로세스 중에, 바이어스 고주파 전력(LF)의 파워 레벨을 상승시켜도 좋다. 프로세스는, 기판 지지부(11) 상에 배치된 기판에 대한 에칭 프로세스여도 좋다. 바이어스 고주파 전력(LF)의 파워 레벨이 높은 경우에는, 기판(W)에 공급되는 이온의 에너지가 높아진다. 따라서, 에칭 프로세스 중에 바이어스 고주파 전력(LF)의 파워 레벨을 단계적으로 상승시킴으로써, 깊은 구멍의 바닥에 높은 에너지를 갖는 이온을 공급하여, 기판(W)을 에칭하는 것이 가능해진다. 또한, 에칭 프로세스의 초기에는 바이어스 고주파 전력(LF)이 낮은 파워 레벨에 기인하여 기판(W)에 공급되는 이온의 에너지가 억제된다. 따라서, 기판(W)의 마스크의 손상이 억제된다.
일 실시형태에 있어서, 바이어스 전원(32)은, 프로세스 중에, 바이어스 주파수를 단계적으로 상승시켜도 좋다. 프로세스는, 챔버(10)의 클리닝 프로세스여도 좋다. 이 경우에는, 클리닝 프로세스의 초기에, 낮은 바이어스 주파수가 이용된다. 따라서, 클리닝 프로세스의 초기에는, 높은 에너지를 갖는 이온에 의해 챔버(10)의 클리닝이 촉진된다. 또한, 클리닝 프로세스 중에 바이어스 주파수를 단계적으로 상승시킴으로써, 챔버(10) 내의 부품의 대미지가 저감된다. 혹은, 프로세스는, 기판 지지부(11) 상에 배치된 기판(W)에 대한 에칭 프로세스와 상기 에칭 프로세스 후에 행해지는 챔버(10)의 클리닝 프로세스를 포함하고 있어도 좋다. 이 경우에는, 에칭 프로세스에 있어서, 낮은 바이어스 주파수가 이용된다. 따라서, 에칭 프로세스에서는, 높은 에너지를 갖는 이온에 의해 기판(W)의 에칭이 촉진된다. 또한, 클리닝 프로세스에 있어서는, 높은 바이어스 주파수가 이용된다. 따라서, 클리닝 프로세스에 있어서는, 챔버(10) 내의 부품의 대미지가 저감된다.
일 실시형태에 있어서, 바이어스 전원(32)은, 프로세스 중에, 펄스(PV)의 부전압의 레벨의 절대값을 단계적으로 저하시키는 것 및 펄스(PV)의 듀티비(OD)를 단계적으로 상승시키는 것 중 적어도 한쪽을 행하여도 좋다. 프로세스는, 챔버(10)의 클리닝 프로세스여도 좋다. 클리닝 프로세스의 초기에 있어서는, 그 부전압의 레벨이 높은 절대값을 갖는 펄스(PV)가 이용된다. 따라서, 클리닝 프로세스의 초기에 있어서는, 높은 에너지를 갖는 이온에 의해 챔버(10)의 클리닝이 촉진된다. 또한, 클리닝 프로세스 중에 펄스(PV)의 부전압의 레벨의 절대값을 단계적으로 저하시킴으로써, 챔버(10) 내의 부품의 대미지가 저감된다. 또한, 클리닝 프로세스에 있어서, 듀티비(OD)를 단계적으로 상승시킴으로써, 챔버(10)의 클리닝의 촉진과 챔버(10) 내의 부품의 대미지의 저감이 달성된다.
혹은, 프로세스는, 기판 지지부(11) 상에 배치된 기판(W)에 대한 에칭 프로세스와 상기 에칭 프로세스 후에 행해지는 챔버의 클리닝 프로세스를 포함하고 있어도 좋다. 이 경우에는, 에칭 프로세스에 있어서, 그 부전압의 레벨이 높은 절대값을 갖는 펄스(PV)가 이용된다. 따라서, 에칭 프로세스에서는, 높은 에너지를 갖는 이온에 의해 기판(W)의 에칭이 촉진된다. 또한, 클리닝 프로세스에 있어서는, 그 부전압의 레벨이 낮은 절대값을 갖는 펄스(PV)가 이용된다. 따라서, 클리닝 프로세스에서는, 챔버(10) 내의 부품의 대미지가 저감된다. 또한, 에칭 프로세스에 있어서는, 낮은 듀티비(OD)를 갖는 펄스(PV)를 이용함으로써, 에칭 부생성물의 배기가 촉진되고, 기판(W)의 마스크의 보호가 촉진된다. 또한, 클리닝 프로세스에 있어서 높은 듀티비(OD)를 갖는 펄스(PV)를 이용함으로써, 챔버(10)의 클리닝의 고속화와 챔버(10) 내의 부품의 손상의 억제를 달성할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 바이어스 전원(32)은, 프로세스 중에, 바이어스 고주파 전력(LF)의 파워 레벨을 저하시켜도 좋다. 프로세스는, 챔버의 클리닝 프로세스여도 좋다. 이 경우에는, 클리닝 프로세스의 초기에 있어서, 높은 파워 레벨을 갖는 바이어스 고주파 전력(LF)이 이용된다. 따라서, 클리닝 프로세스의 초기에 있어서는, 높은 에너지를 갖는 이온에 의해 챔버(10)의 클리닝이 촉진된다. 또한, 클리닝 프로세스 중에 바이어스 고주파 전력(LF)의 파워 레벨을 저하시킴으로써, 챔버(10) 내의 부품의 대미지가 저감된다.
혹은, 프로세스는, 기판 지지부(11) 상에 배치된 기판(W)에 대한 에칭 프로세스와 상기 에칭 프로세스 후에 행해지는 챔버의 클리닝 프로세스를 포함하고 있어도 좋다. 이 경우에는, 에칭 프로세스에 있어서, 높은 파워 레벨을 갖는 바이어스 고주파 전력(LF)이 이용된다. 따라서, 에칭 프로세스에서는, 높은 에너지를 갖는 이온에 의해 기판(W)의 에칭이 촉진된다. 또한, 클리닝 프로세스에 있어서는, 낮은 파워 레벨을 갖는 바이어스 고주파 전력(LF)가 이용된다. 따라서, 클리닝 프로세스에서는, 챔버(10) 내의 부품의 대미지가 저감된다.
도 5∼도 8에 나타내는 바와 같이, 고주파 전원(31)은, 프로세스 중에, 소스 고주파 전력(RF)의 반사의 정도를 저감하도록, 전기 바이어스 에너지(BE)의 주기(CY) 내에서 소스 고주파 전력(RF)의 소스 주파수(fRF)를 변화시키도록 구성되어 있다.
또한, 전압의 펄스(PV)가 이용되는 경우에는, 주기(CY)의 개시 시점은 전압의 펄스(PV)의 주기의 개시 시점과 동일하다. 한편, 바이어스 고주파 전력(LF)이 이용되는 경우에는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 바이어스 전원(32)의 출력 전압의 주기의 개시 시점과 기판(W)의 전위의 파형 주기의 개시 시점 사이에는 차가 있다. 기판(W)의 전위는, 정합기(33)와 기판 지지부(11)(바이어스 전극)를 서로 전기적으로 접속하는 급전로에 있어서의 전위여도 좋고, 전위 센서(37)에 의해 측정되어도 좋다. 바이어스 고주파 전력(LF)이 이용되는 경우에는, 주기(CY)의 개시 시점은 측정되는 기판(W)의 전위로부터 결정된다. 예컨대, 측정된 기판(W)의 전위가 0 V인 시점이, 주기(CY)의 개시 시점으로서 결정된다.
일 실시형태에 있어서, 고주파 전원(31)은, 도 5에 나타내는 바와 같이, 각 주기(CY)를 복수의 위상 기간(SP)으로 분할하여도 좋다. 상이한 시간 길이를 갖는 복수의 주기(CY)에 있어서, 복수의 위상 기간(SP) 각각의 시간 길이는 동일하여도 좋다. 상이한 시간 길이를 갖는 복수의 주기(CY)는, 동일한 개수의 복수의 위상 기간(SP)으로 분할되어도 좋다.
일 실시형태에 있어서, 고주파 전원(31)은, 전기 바이어스 에너지(BE)의 복수의 설정에 각각 관련지어진 복수의 주파수 계열을 이용하여도 좋다. 전기 바이어스 에너지(BE)의 복수의 설정의 각각은, 바이어스 주파수를 포함한다. 전기 바이어스 에너지(BE)의 복수의 설정의 각각은, 펄스(PV)의 전압 레벨 및/또는 듀티비(OD)를 더 포함하고 있어도 좋다. 혹은, 전기 바이어스 에너지(BE)의 복수의 설정의 각각은, 바이어스 고주파 전력(LF)의 파워 레벨을 포함하고 있어도 좋다. 복수의 주파수 계열의 각각은, 대응하는 설정을 갖는 전기 바이어스 에너지(BE)가 공급되고 있을 때에, 주기(CY) 내에서의 소스 고주파 전력(RF)의 정도를 저감하도록, 미리 결정되어 있다.
고주파 전원(31)은, 복수의 주파수 계열 중, 현재의 전기 바이어스 에너지(BE)의 설정에 관련지어져 있는 주파수 계열을 선택된 주파수 계열로서 이용한다. 구체적으로, 고주파 전원(31)은, 현재의 전기 바이어스 에너지(BE)의 설정에 관련지어져 있는 주파수 계열(즉, 선택된 주파수 계열)에 포함되는 복수의 주파수를, 소스 주파수(fRF)로서, 전기 바이어스 에너지(BE)의 주기(CY)에 있어서 순서대로 이용한다. 예컨대, 고주파 전원(31)은, 선택된 주파수 계열에 포함되는 복수의 주파수를, 주기(CY) 내의 복수의 위상 기간(SP) 각각을 위한 소스 주파수(fRF)로서 이용한다. 또한, 복수의 주파수 계열은, 고주파 전원(31)의 기억부에 기억되어 있어도 좋고, 주제어부(2)로부터 고주파 전원(31)에 부여되어도 좋다. 혹은, 현재의 전기 바이어스 에너지(BE)의 설정에 관련지어져 있는 주파수 계열이, 선택된 주파수 계열로서, 주제어부(2)로부터 고주파 전원(31)에 부여되어도 좋다.
혹은, 고주파 전원(31)은, 단일의 주파수 계열을 이용하여도 좋다. 구체적으로, 고주파 전원(31)은, 단일의 주파수 계열에 포함되는 복수의 주파수를, 소스 주파수(fRF)로서, 전기 바이어스 에너지(BE)의 주기(CY)에 있어서 순서대로 이용하여도 좋다. 예컨대, 고주파 전원(31)은, 단일의 주파수 계열에 포함되는 복수의 주파수를, 주기(CY) 내의 복수의 위상 기간(SP) 각각을 위한 소스 주파수(fRF)로서 이용한다.
고주파 전원(31)은, 주기(CY)의 시간 길이(CL)에 적합하도록 바이어스 주파수에 따라 단일의 주파수 계열을 시간 방향으로 신장(스트레칭)함으로써 얻어지는 주파수 계열을, 소스 주파수(fRF)로서 주기(CY)에 있어서 순서대로 이용하여도 좋다. 즉, 고주파 전원(31)은, 단일의 주파수 계열에 포함되는 복수의 주파수가 소스 주파수(fRF)로서 이용되는 주기(CY) 내의 시간 위치를, 바이어스 주파수에 따라 조정하여도 좋다.
또한, 고주파 전원(31)은, 주파수 계열(예컨대, 단일의 주파수 계열)의 복수의 구간을, 듀티비(OD)에 따라 시간 방향으로 신장함으로써 얻어지는 주파수 계열에 포함되는 복수의 주파수를, 소스 주파수(fRF)로서 주기(CY)에 있어서 순서대로 이용하여도 좋다. 즉, 고주파 전원(31)은, 주파수 계열의 복수의 구간 각각의 복수의 주파수가 소스 주파수(fRF)로서 이용되는 주기(CY) 내의 시간 위치를, 펄스(PV)의 ON 기간의 길이 및 OFF 기간의 길이에 적합하도록, 듀티비(OD)에 따라 조정하여도 좋다.
예컨대, 도 7에 나타내는 바와 같이, 주파수 계열은, 4개의 구간(Za, Zb, Zc, 및 Zd)을 포함하고 있어도 좋다. 구간(Za 및 Zb)에 포함되는 복수의 주파수가 소스 주파수(fRF)로서 이용되는 주기(CY) 내의 시간 위치는, 펄스(PV)의 ON 기간의 길이에 적합하도록 조정된다. 또한, 구간(Zd)에 포함되는 복수의 주파수가 소스 주파수(fRF)로서 이용되는 주기(CY) 내의 시간 위치는, 펄스(PV)의 OFF 기간의 길이에 적합하도록 조정된다. 구간(Zc)에 포함되는 복수의 주파수가 소스 주파수(fRF)로서 이용되는 주기(CY) 내의 시간 위치는, 구간(Zb)이 이용되는 기간과 구간(Zc)이 이용되는 사이의 기간에 적합하도록, 조정된다.
또한, 고주파 전원(31)은, 기판(W) 상의 시스(플라즈마 시스)의 두께에 따라 주파수 계열(예컨대, 단일의 주파수 계열)을 주파수 방향으로 신장(스트레칭)하여도 좋다. 주파수 계열에 포함되는 복수의 주파수의 각각은, 주기(CY) 내에서 그것이 이용되는 시간 위치에서의 기판(W) 상의 시스가 두꺼울수록, 높아지도록 조정된다. 고주파 전원(31)은, 주파수 방향으로의 신장에 의해 얻어진 주파수 계열에 포함되는 복수의 주파수를, 소스 주파수(fRF)로서 주기(CY) 내에서 순서대로 이용하여도 좋다.
기판(W) 상의 시스는, 펄스(PV)의 전압의 레벨 또는 펄스(PV)가 공급되는 바이어스 전극에 있어서의 전압 레벨이 낮을수록(즉, 부방향으로 클수록), 두꺼워진다. 따라서, 고주파 전원(31)은, 주파수 계열에 포함되는 복수의 주파수의 각각을, 주기(CY) 내에서 그것이 이용되는 시간 위치에서의 펄스(PV)의 전압의 레벨 또는 바이어스 전극에 있어서의 전압 레벨에 따라 조정하여도 좋다.
기판(W) 상의 시스는, 바이어스 고주파 전력(LF)에 의해 설정되는 기판(W)의 전위가 낮을수록(즉, 부방향으로 클수록), 두꺼워진다. 따라서, 고주파 전원(31)은, 주파수 계열에 포함되는 복수의 주파수의 각각을, 주기(CY) 내에서 그것이 이용되는 시간 위치에서의 기판(W)의 전위에 따라 조정하여도 좋다. 또한, 기판(W)의 전위는, 전술한 바와 같이 전위 센서(37)에 의해 측정될 수 있다.
또한, 고주파 전원(31)은, 동일한 시간 길이(CL)를 갖는 복수의 주기(CY) 각각의 동일한 위상 기간(SPn)에 있어서 이용되는 소스 주파수(fRF)를 변경함으로써, 소스 고주파 전력(RF)의 반사의 정도를 가장 억제하는 소스 주파수(fRF)를 특정하여도 좋다. 고주파 전원(31)은, 특정한 소스 주파수(fRF)를 그 위상 기간(SPn)에 있어서 이용하여도 좋다. 또한 「SPn」에 있어서의 「n」은, 주기(CY) 내에서의 위상 기간의 순서를 나타내고 있다.
소스 고주파 전력(RF)의 반사의 정도를 결정하기 위해, 플라즈마 처리 장치(1)는, 센서(35) 및/또는 센서(36)를 더 구비하고 있어도 좋다. 센서(35)는, 소스 고주파 전력(RF)의 부하로부터의 반사파의 파워 레벨(Pr)를 측정하도록 구성되어 있다. 센서(35)는, 예컨대 방향성 결합기를 포함한다. 이 방향성 결합기는, 고주파 전원(31)과 정합기(33) 사이에 마련되어 있어도 좋다. 또한, 센서(35)는, 소스 고주파 전력(RF)의 진행파의 파워 레벨(Pf)를 더 측정하도록 구성되어 있어도 좋다. 센서(35)에 의해 측정된 반사파의 파워 레벨(Pr)은, 고주파 전원(31)에 통지된다. 덧붙여, 진행파의 파워 레벨(Pf)이, 센서(35)로부터 고주파 전원(31)에 통지되어도 좋다.
센서(36)는, 전압 센서 및 전류 센서를 포함한다. 센서(36)는, 고주파 전원(31)과 고주파 전극을 서로 접속하는 급전로에 있어서의 전압(VRF) 및 전류(IRF)를 측정하도록 구성되어 있다. 소스 고주파 전력(RF)은, 이 급전로를 경유하여 고주파 전극에 공급된다. 센서(36)는, 고주파 전원(31)과 정합기(33) 사이에 마련되어 있어도 좋다. 급전로에 있어서의 전압(VRF) 및 전류(IRF)는, 고주파 전원(31)에 통지된다.
고주파 전원(31)은, 복수의 위상 기간(SP)의 각각에 있어서의 측정값으로부터 대표값을 생성한다. 측정값은, 센서(35)에 의해 취득되는 반사파의 파워 레벨(Pr)이어도 좋다. 측정값은, 소스 고주파 전력(RF)의 출력 파워 레벨에 대한 반사파의 파워 레벨(Pr)의 비의 값이어도 좋다. 측정값은, 복수의 위상 기간(SP)의 각각에 있어서 센서(36)에 의해 취득되는 전압과 전류의 위상차여도 좋다. 대표값은, 복수의 위상 기간(SP)의 각각에 있어서의 상기 측정값의 평균값 또는 최대값이어도 좋다. 고주파 전원(31)은, 복수의 위상 기간(SP)의 각각에 있어서의 대표값을, 소스 고주파 전력(RF)의 반사의 정도를 나타내는 값으로서 이용한다.
이상 설명한 플라즈마 처리 장치(1)에 의하면, 프로세스 중에 상기 프로세스의 진행에 따라 전기 바이어스 에너지(BE)의 바이어스 주파수가 변경된다. 또한, 전기 바이어스 에너지(BE)의 파형 주기(주기(CY)) 내에서의 소스 고주파 전력(RF)의 반사의 정도를 저감시키도록, 상기 파형 주기 내에서 소스 주파수(fRF)가 변경된다. 따라서, 프로세스의 진행에 따라 바이어스 주파수를 변경하고, 또한, 소스 고주파 전력(RF)의 반사의 정도를 저감시키는 것이 가능해진다.
이하, 도 9를 참조하여, 하나의 예시적 실시형태에 따른 제어 방법에 대해서 설명한다. 도 9는 하나의 예시적 실시형태에 따른 제어 방법의 흐름도이다. 도 9에 나타내는 제어 방법(이하, 「방법(MT)」이라고 함)은, 공정 STa 및 공정 STb를 포함한다. 공정 STa에서는, 전기 바이어스 에너지(BE)가, 바이어스 전원(32)으로부터 기판 지지부(11)(바이어스 전극)에 바이어스 전원(32)으로부터 공급된다. 공정 STb에서는, 챔버(10)내에서 가스로부터 플라즈마를 생성하기 위해, 소스 고주파 전력(RF)이 고주파 전극에 공급된다.
방법(MT)에서는, 프로세스 중의 공정 STa에 있어서, 전기 바이어스 에너지(BE)의 바이어스 주파수가 적어도 1회 변경된다. 전기 바이어스 에너지(BE)의 바이어스 주파수의 변경에 대해서는, 플라즈마 처리 장치(1)에 관한 전술한 설명을 참조하기 바란다.
방법(MT)에서는, 상기 프로세스 중의 공정 STb에 있어서, 전기 바이어스 에너지(BE)의 파형 주기(주기(CY)) 내에서 소스 고주파 전력(RF)의 반사의 정도를 저감하도록, 소스 고주파 전력(RF)의 소스 주파수(fRF)가 변경된다. 주기(CY) 내에서의 소스 주파수(fRF)의 변경에 대해서는, 플라즈마 처리 장치(1)에 관한 전술한 설명을 참조하기 바란다.
이상, 여러 가지의 예시적 실시형태에 대해서 설명해 왔지만, 전술한 예시적 실시형태에 한정되는 일없이, 여러 가지 추가, 생략, 치환, 및 변경이 이루어져도 좋다. 또한, 상이한 실시형태에 있어서의 요소를 조합하여 다른 실시형태를 형성하는 것이 가능하다.
다른 실시형태에 있어서는, 플라즈마 처리 장치는, 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치, ECR 플라즈마 처리 장치, 헬리콘파 여기 플라즈마 처리 장치, 또는 표면파 플라즈마 처리 장치여도 좋다. 어떤 플라즈마 처리 장치에 있어서도, 소스 고주파 전력(RF)은, 플라즈마의 생성을 위해 이용된다.
또한, 전술한 실시형태에 있어서는, 전기 바이어스 에너지(BE)가 복수의 주기(CY)에 걸쳐 연속적으로 공급되고 있다. 그러나, 전기 바이어스 에너지(BE)는, 복수의 펄스 기간에 있어서 공급되어도 좋고, 복수의 펄스 기간 사이의 기간에서는 정지되어도 좋다. 복수의 펄스 기간의 각각은, 복수의 주기(CY)를 포함한다. 복수의 펄스 기간의 각각에서는, 전술한 실시형태와 마찬가지로, 전기 바이어스 에너지(BE)의 바이어스 주파수가 적어도 1회 변경된다. 복수의 펄스 기간의 각각에 있어서 고주파 전원(31)이 초기적으로 이용하는 주파수 계열(전술의 선택된 주파수 계열 또는 단일의 주파수 계열)은, 복수의 펄스 기간 중 다른 펄스 기간에 있어서 고주파 전원(31)이 초기적으로 이용하는 주파수 계열과는 상이하여도 좋다.
이상의 설명으로부터, 본 개시의 여러 가지의 실시형태는, 설명의 목적으로 본 명세서에서 설명되어 있고, 본 개시의 범위 및 주지로부터 일탈하는 일없이 여러 가지의 변경을 이룰 수 있는 것이, 이해될 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시한 여러 가지의 실시형태는 한정하는 것을 의도하고 있지 않으며, 진정한 범위와 주지는, 첨부된 청구범위에 의해 나타난다.
1…플라즈마 처리 장치, 2…주제어부, 10…챔버, 11…기판 지지부, 30…전원 시스템, 31…고주파 전원, 32…바이어스 전원.

Claims (14)

  1. 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    챔버와,
    상기 챔버 내에 마련된 기판 지지부와,
    상기 기판 지지부에 전기적으로 결합되어 있고, 전기 바이어스 에너지를 발생하도록 구성된 바이어스 전원과,
    고주파 전극에 전기적으로 접속되어 있고, 상기 챔버 내에서 가스로부터 플라즈마를 생성하기 위해 소스 고주파 전력을 발생하도록 구성된 고주파 전원
    을 구비하고,
    상기 바이어스 전원은, 프로세스 중에, 상기 전기 바이어스 에너지의 바이어스 주파수를 적어도 1회 변경하도록 구성되어 있고,
    상기 고주파 전원은, 상기 프로세스 중에, 상기 바이어스 주파수의 역수인 시간 길이를 갖는 상기 전기 바이어스 에너지의 파형 주기 내에서 상기 소스 고주파 전력의 반사의 정도를 저감하도록, 상기 소스 고주파 전력의 소스 주파수를 변화시키도록 구성되어 있는, 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고주파 전원은, 단일의 주파수 계열 또는 복수의 바이어스 주파수에 각각 관련지어진 복수의 주파수 계열 중 상기 전기 바이어스 에너지의 상기 바이어스 주파수에 관련지어진 주파수 계열에 포함되는 복수의 주파수를, 상기 파형 주기 내의 상기 소스 고주파 전력의 상기 소스 주파수로서 순서대로 이용함으로써, 상기 파형 주기 내의 상기 소스 고주파 전력의 상기 소스 주파수를 변화시키도록 구성되어 있는, 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 바이어스 전원은,
    상기 전기 바이어스 에너지로서, 상기 바이어스 주파수의 역수인 시간 길이를 갖는 시간 간격으로 전압의 펄스를 주기적으로 발생하고,
    상기 프로세스 중에, 상기 펄스의 전압 레벨 및 상기 펄스의 듀티비 중, 적어도 한쪽을 적어도 1회 변경하도록
    구성되어 있는, 플라즈마 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 고주파 전원은, 단일의 주파수 계열 또는 복수의 바이어스 주파수에 각각 관련지어진 복수의 주파수 계열 중 상기 전기 바이어스 에너지의 상기 바이어스 주파수에 관련지어진 주파수 계열을 상기 펄스의 전압 레벨 또는 상기 펄스가 공급되는 상기 기판 지지부의 전극에 있어서의 전압 레벨 및 상기 듀티비에 따라 주파수 방향 및 시간 방향으로 조정함으로써 얻어지는 복수의 주파수를, 상기 파형 주기 내의 상기 소스 고주파 전력의 상기 소스 주파수로서 순서대로 이용함으로써, 상기 파형 주기 내의 상기 소스 고주파 전력의 상기 소스 주파수를 변화시키도록 구성되어 있는, 플라즈마 처리 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 바이어스 전원은, 상기 프로세스 중에, 상기 바이어스 주파수를 단계적으로 저하시키도록 구성되어 있는, 플라즈마 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 바이어스 전원은,
    상기 전기 바이어스 에너지로서, 상기 바이어스 주파수의 역수인 시간 길이를 갖는 시간 간격으로 전압의 펄스를 주기적으로 발생하고,
    상기 프로세스 중에, 상기 펄스의 부전압의 레벨의 절대값을 단계적으로 상승시키는 것 및 상기 펄스의 듀티비를 단계적으로 저하시키는 것 중, 적어도 한쪽을 행하도록
    구성되어 있는, 플라즈마 처리 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 바이어스 전원은,
    상기 전기 바이어스 에너지로서, 바이어스 고주파 전력을 발생하고,
    상기 프로세스 중에, 상기 바이어스 고주파 전력의 파워 레벨을 상승시키도록
    구성되어 있는, 플라즈마 처리 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 바이어스 전원은, 상기 프로세스 중에, 상기 바이어스 주파수를 단계적으로 상승시키도록 구성되어 있는, 플라즈마 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 바이어스 전원은,
    상기 전기 바이어스 에너지로서, 상기 바이어스 주파수의 역수인 시간 길이를 갖는 시간 간격으로 전압의 펄스를 주기적으로 발생하고,
    상기 프로세스 중에, 상기 펄스의 부전압의 레벨의 절대값을 단계적으로 저하시키는 것 및 상기 펄스의 듀티비를 단계적으로 상승시키는 것 중, 적어도 한쪽을 행하도록
    구성되어 있는, 플라즈마 처리 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 바이어스 전원은,
    상기 전기 바이어스 에너지로서, 바이어스 고주파 전력을 발생하고,
    상기 프로세스 중에, 상기 바이어스 고주파 전력의 파워 레벨을 저하시키도록
    구성되어 있는, 플라즈마 처리 장치.
  11. 전원 시스템에 있어서,
    플라즈마 처리 장치의 챔버 내에 마련된 기판 지지부에 공급되는 전기 바이어스 에너지를 발생하도록 구성된 바이어스 전원과,
    상기 챔버 내에서 가스로부터 플라즈마를 생성하기 위해 소스 고주파 전력을 발생하도록 구성된 고주파 전원
    을 구비하고,
    상기 바이어스 전원은, 프로세스 중에, 상기 전기 바이어스 에너지의 바이어스 주파수를 적어도 1회 변경하도록 구성되어 있고,
    상기 고주파 전원은, 상기 프로세스 중에, 상기 바이어스 주파수의 역수인 시간 길이를 갖는 상기 전기 바이어스 에너지의 파형 주기 내에서 상기 소스 고주파 전력의 반사의 정도를 저감하도록, 상기 소스 고주파 전력의 소스 주파수를 변화시키도록 구성되어 있는, 전원 시스템.
  12. (a) 플라즈마 처리 장치의 챔버 내에 마련된 기판 지지부에 바이어스 전원으로부터 바이어스 주파수를 갖는 전기 바이어스 에너지를 공급하는 공정과,
    (b) 상기 챔버 내에서 가스로부터 플라즈마를 생성하기 위해 고주파 전원으로부터 소스 주파수를 갖는 소스 고주파 전력을 공급하는 공정
    을 포함하고,
    프로세스 중의 상기 (a)에 있어서, 상기 전기 바이어스 에너지의 바이어스 주파수가 적어도 1회 변경되고,
    상기 프로세스 중의 상기 (b)에 있어서, 상기 바이어스 주파수의 역수인 시간 길이를 갖는 상기 전기 바이어스 에너지의 파형 주기 내에서 상기 소스 고주파 전력의 반사의 정도를 저감하도록, 상기 소스 고주파 전력의 소스 주파수가 변경되는, 제어 방법.
  13. 제12항에 기재된 제어 방법을 플라즈마 처리 장치에 의해 실행시키도록, 상기 플라즈마 처리 장치의 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램.
  14. 제13항에 기재된 프로그램을 기억한 기억 매체.
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