KR100826488B1 - 균일 처리속도 생성방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

플라즈마로 기판을 처리하기 위한 플라즈마 처리장치가 개시된다. 이 장치는 제 1RF주파수를 갖는 제 1RF전원 및 처리챔버를 포함한다. 추가로, 이 장치는 제 1RF전원에 작동적으로 결합되고 기판이 처리를 위해 처리 챔버 내에 배치될 때에 기판에 의해 제공된 평면 위에 배치되는 실질적으로 원형인 안테나를 포함한다. 이 실질적으로 원형인 안테나는 제 1RF전원에 의해 생성된 제 1RF에너지로 처리 챔버 내부에 전계를 유도하도록 구성된다. 실질적으로 원형인 안테나는 적어도 제 1평면에 제 1동심 루프쌍 및 제 2평면에 제 2동심 루프쌍을 구비한다. 제 1동심 루프쌍 및 제 2동심 루프쌍은 서로 실질적으로 동일하며 대칭적으로 정렬된다. 실질적으로 원형인 안테나는 처리 챔버 내부에 방위각 대칭 플라즈마를 형성한다. 또한, 이 장치는 안테나와 처리 챔버 간에 배치된 결합 윈도우를 포함한다. 이 결합 윈도우는 안테나로부터 처리 챔버의 내부로 제 1RF에너지의 통과를 허용하도록 구성된다. 이 결합 윈도우는 제 1층 및 제 2층을 갖는다. 제 2층은 실질적으로 원형인 안테나와 플라즈마 간에 형성된 용량성 결합을 실질적으로 억제하도록 배열된다. 실질적으로 원형인 안테나 및 결합 윈도우는 기판의 표면에 걸쳐서 실질적으로 균일한 처리속도를 생성하도록 함께 작용한다.

플라즈마 처리장치, 균일 처리속도, 안테나 설비, 결합 윈도우 설비

Description

균일 처리속도 생성방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING UNIFORM PROCESS RATES}

본 발명은 IC 제조용 반도체 기판이나 평판 패널 디스플레이 장치용 글라스 패널과 같은 기판을 처리하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 기판의 표면에 걸쳐서 높은 처리 균일성으로 기판을 처리할 수 있는 개선된 플라즈마 처리시스템에 관한 것이다.

플라즈마 처리시스템은 오랜 기간동안 사용되어 왔다. 수년간, 유도결합 플라즈마 소스, 전자 사이클로트론 리조넌스(electron cyclotron resonance; ECR)소스 , 용량성 소스 등을 이용하는 플라즈마 처리시스템이 반도체 기판과 글래스 패널을 처리하는데 다양한 범위에 걸쳐서 도입 및 사용되어 왔다.

처리 동안, 다중 증착 및/또는 에칭단계가 통상적으로 사용된다. 증착 동안, 재료는 (글라스 패널 또는 웨이퍼의 표면 등의)기판 표면 상으로 증착된다. 가령, 다양한 형태의 규소, 산화규소, 질화규소, 금속 등과 같은 증착층이 기판의 표면 상에 형성될 수 있다. 역으로, 기판 표면 상의 소정 영역으로부터 재료를 선택적으로 제거하기 위해 에칭을 사용할 수도 있다. 예를 들면, 바이어스(vias), 접점, 또는 트렌치(trench)와 같은 에칭된 특정부를 기판의 층에 형성할 수도 있다.

하나의 특정한 플라즈마 처리방법에서는 유도성 소스를 사용하여 플라즈마를 생성한다. 도 1은 플라즈마 처리용으로 사용되는 종래의 유도성 플라즈마 처리 반응기(100)를 나타낸다. 통상적인 유도성 플라즈마 처리 반응기는 유전 윈도우(106) 상에 배치된 안테나 또는 유도코일(104)을 갖는 챔버(102)를 포함한다. 통상적으로, 안테나(104)는 제 1RF전원(108)에 작동적으로 결합된다. 또한, 가령, 에칭액 소스 가스와 같은 기상(氣相)의 소스재료를 유전 윈도우(106)와 기판(112)간의 RF 유도 플라즈마 영역으로 방출하기 위해 배치된 챔버(102)내에는 가스 포트(110)가 제공된다. 기판(112)은 챔버(102)내로 도입된 다음, 일반적으로 전극으로 작용하며 제 2RF전원(116)에 작동적으로 결합되는 척(114)상에 놓여진다.

플라즈마를 생성하기 위해서, 처리가스는 가스 포트(110)를 통해서 챔버 (102)내로 주입된다. 다음에, 전력은 제 1RF전원(108)을 사용하는 유도코일(104)로 공급된다. 공급된 RF전원은 유전 윈도우(106)를 통해 결합되며, 커다란 전계가 챔버(102)내부에 유도된다. 보다 상세하게는, 전계에 응답하여, 순환 전류가 챔버(102)내에 도입된다. 전계는 챔버 내부에 존재하는 소수의 전자를 가속시킴으로써 처리가스의 가스 분자와의 충돌을 일으킨다. 이러한 충돌은 이온화 및 방전 또는 플라즈마(118) 의 점화를 가져온다. 종래에 잘 알려져 있는 바와 같이, 이러한 강한 전계가 가해질 때 처리가스의 중성 가스분자는 전자를 잃게 되며, 양전기로 충전된 이온을 남긴다. 결과적으로, 양전기로 충전된 이온, 음전기로 충전된 전자 및 중성 가스분자( 및/ 또는 원자)는 플라즈마(118)내부에 포함된다. 자유전자의 생성속도가 그들의 손실속도를 넘는 순간, 플라즈마는 가열된다.

일단 플라즈마가 형성되면, 플라즈마 내부의 중성 가스는 기판의 표면 쪽으로 향한다. 예를 들면, 기판에서 중성 가스분자의 존재에 기여하는 하나의 메커니즘은 확산(즉, 챔버 내부에 있어서의 분자의 랜덤한 운동)일 수도 있다. 그러므로, 중성류(가령, 중성 가스분자)의 층은 대체로 기판(112)의 표면을 따라 발견될 수도 있다. 마찬가지로, 바닥전극(114)에 전원이 인가되면, 이온은 기판쪽으로 가속됨으로써 중성류와의 결합을 통해 에칭 반응을 활성화시킨다.

상술한 바와 같은 유도성 플라즈마 시스템에 봉착된 하나의 문제점은 기판에 걸친 가령, 불균일한 에칭속도와 같은 에칭성능의 변화에 있었다. 즉, 기판의 어느 하나의 영역은 다른 영역과 다르게 에칭된다. 결과적으로, 가령 임계 치수, 종횡비 등과 같은 집적회로와 관련된 파라미터를 제어하는 것이 매우 힘들다. 또한, 불균일한 에칭속도는 반도체 회로에서의 디바이스 불량을 초래할 수도 있으며, 이는 통상적으로 제조상의 높은 코스트로 이어진다. 더구나, 전체 에칭속도, 에칭프로필, 미세 로딩, 선택비 등과 관련한 다른 문제점도 존재한다.

최근, 이들 불균일한 에칭속도는 기판의 표면에 걸쳐서 플라즈마 밀도에 변화를 초래하며, 즉 플라즈마가 보다 크거나 적은 양의 반응류(가령, 양전기로 충전된 이온)를 갖는 영역을 구비하게 된다. 이론에 속박되기를 원하지 않는 한, 플라즈마 밀도의 변화는 가령, 안테나, 유전 윈도우 및/또는 플라즈마와 같은 전력 결합의 전력 전달특성에서 발견되는 비대칭에 의해 생성되는 것으로 믿어진다. 전력 결합이 비대칭이면, 유도 전계의 순환전류가 비대칭이 되는 논거가 되며, 따라서 플라즈마의 이온화 및 점화는 비대칭이 될 것이다. 결과적으로, 플라즈마의 밀도변화를 초래하게 될 것이다. 예를 들면, 어떤 안테나 설비에서는 코일의 중심에서 강하고 코일의 외경에서는 약한 전류를 유도한다. 마찬가지로, 플라즈마는 (도 1의 플라즈마(118)로 도시한 바와 같이)처리 챔버의 중앙을 향해 모이는 경향이 있다.

비대칭 전력결합을 극복하기 위한 표준 기술은 비대칭을 보상하거나 균형을 맞추기 위한 것이었다. 예를 들면, 미약 전류 영역에서 전류밀도를 증대시키기 위하여 한쌍의 평판형 안테나를 사용하고, 상이한 반경으로 보다 원형인 루프를 형성하기 위하여 반경방향 부재를 나선형 안테나에 결합하고, 강한 전류 영역에서 전류밀도를 감소시키기 위하여 유전 윈도우 두께를 변화시키는 것이 있다. 그러나, 이들 밸런싱 방법은 방위각상으로 대칭의 전력결합을 제공하도록 의도되지 않았다. 즉, 그들은 여전히 플라즈마에 변화를 가져오는 방위각상의 변화를 초래하는 경향이 있으며, 이것은 에칭 균일성을 얻기가 힘들게 된다.

더구나, 오늘날 사용되는 대부분의 안테나 설비는 이 안테나와 플라즈마 간에 여러 가지 형태의 용량성 결합을 형성한다. 용량성 결합은 안테나와 플라즈마 간의 전압 강하에 의해 생성된다. 전압 강화는 특히 결합 윈도우에서 또는 그 근처에서 시스 전압(sheath voltage)을 형성한다. 대부분 시스 전압은 (전원이 인가된) 바닥 전극과 같이 작용하는 경향이 있다. 즉, 플라즈마 내의 이온은 시스를 통해서 가속되는 경향이 있으며, 그로 인해 음전기로 충전된 결합 윈도우 쪽으로 가속된다. 결과적으로, 가속되는 이온은 결합 윈도우의 표면을 가격하는 경향이 있다.

이들 가격되는 이온은 그들이 기판 상에서 작용하는 것과 실질적으로 동일한 효과를 결합 윈도우 상에 가져오는데, 즉, 이는 결합 윈도우 표면 상에 재료를 에칭 또는 증착할 것이다. 이것은 바람직하지 않은 및/또는 예상치 못한 결과를 가져올 수도 있다. 예들 들면, 증착된 물질이 결합 윈도우 상에 축적될 수도 있으며, 특히 재료가 기판 표면 상에 얇은 조각으로 벗겨질 때 유해한 입자원이 될 수 있다. 결합 윈도우로부터의 물질의 제거는 유사한 효과를 갖는다. 결국, 두께의 증가 또는 감소는 예를 들면, 전력 결합(가령, 안테나, 유전 윈도우, 플라즈마)의 전력 전달성능에 프로세스 변화를 일으키게 된다. 상술한 바와 같이, 프로세스 변화는 불균일한 처리를 야기할 수도 있으며, 이것은 반도체 회로에서 디바이스 불량을 가져온다.

상술한 바의 관점에서 보면, 기판의 표면에서 균일한 처리를 생성하기 위한 개선된 방법 및 장치를 필요로 한다. 또한, 안테나와 플라즈마 간의 용량성 결합을 줄이기 위한 개선된 방법 및 장치를 필요로 한다.

본 발명은 일실시예에 있어서 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 플라즈마 처리장치에 관한 것이다. 이 장치는 제 1RF주파수를 갖는 제 1RF전원을 포함한다. 추가로 이 장치는 처리 챔버를 포함한다. 이 장치는 제 1RF전원에 작동적으로 결합되고 기판이 처리를 위해 처리 챔버 내에 배치될 때에 기판에 의해 정의되는 평면 위에 배치되는 실질적으로 원형인 안테나를 포함한다. 이 실질적으로 원형인 안테나는 제 1RF 전원에 의해 생성된 제 1RF에너지로 처리 챔버 내부에 전계를 유도하도록 배열된다. 실질적으로 원형인 안테나는 적어도 제 1평면에 제 1동심 루프쌍 및 제 2평면에 제 2동심 루프쌍을 포함한다. 제 1동심 루프쌍 및 제 2동심 루프쌍은 서로 실질적으로 동일하며 대칭적으로 정렬된다. 실질적으로 원형인 안테나는 처리 챔버 내부에 방위각상으로 대칭인 플라즈마를 형성한다.

또한, 이 장치는 안테나와 처리 챔버 간에 배치된 결합 윈도우를 포함한다. 이 결합 윈도우는 안테나로부터 처리 챔버의 내부로 제 1RF에너지의 통과를 허용하도록 구성된다. 이 결합 윈도우는 제 1층 및 제 2층을 갖는다. 제 2층은 실질적으로 원형인 안테나와 플라즈마 간에 형성되는 용량성 결합을 실질적으로 억제하도록 구성된다. 실질적으로 원형인 안테나와 결합 윈도우는 기판의 표면에 걸쳐서 실질적으로 균일한 처리속도를 생성하도록 함께 작용한다.

본 발명은 다른 실시예에 있어서, 처리 챔버 내부에서 기판을 처리하기 위한 실질적으로 원형인 안테나 설비에 관한 것이다. 안테나 설비는 제 1RF전원에 작동적으로 결합되고, 기판이 처리를 위해 처리 챔버 내에 배치될 때에 기판에 의해 정의되는 평면 위에 배치된다. 이 안테나 설비는 제 1평면에 제 1동심 루프쌍 및 제 2평면에 제 2동심 루프쌍을 포함한다. 제 2동심 루프쌍은 제 1동심 루프쌍에 작동적으로 결합된다. 제 2동심 루프쌍은 제 1동심 루프쌍과 실질적으로 동일하며 대칭적으로 정렬된다. 제 2동심 루프쌍은 제 1동심 루프쌍에 근접하고, 제 1동심 루프쌍은 제 2동심 루프쌍 위에 배치된다. 이 실질적으로 원형인 안테나 설비는 제 1RF 전원에 의해 생성된 제 1RF에너지로 처리 챔버 내부에 방위각 대칭 전계를 형성하고, 방위각 대칭 전계는 실질적으로 방위각 대칭 플라즈마를 형성하며, 이는 기판의 표면에 걸쳐서 실질적으로 균일한 처리속도를 생성한다.

본 발명은 또 다른 실시예에 있어서, 처리 챔버 내부에서 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 결합 윈도우 설비에 관한 것이다. 이 결합 윈도우는 안테나와 처리 챔버 간에 배치된다. 결합 윈도우는 안테나로부터 처리 챔버 내부로 제 1RF에너지의 통과를 허용하도록 구성된다. 이 처리는 안테나와 플라즈마 간에 용량성 결합을 형성한다. 이 설비는 유전성 물질로 형성되는 제 1층 및 처리 동안에 처리 챔버 내에 존재하는 플라즈마에 충분히 견디는 도전성 물질로 형성되는 제 2층을 갖는다. 제 2층은 제 1층과 접합되고, 제 2층은 처리 챔버의 내주면의 일부를 형성한다. 또한 제 2층은 처리 동안에 안테나와 플라즈마 간에 형성되는 용량성 결합을 실질적으로 억제하도록 구성된다.

본 발명은 한정을 위해서가 아닌 예시를 위해서 설명되며, 첨부한 도면의 도들에서 동일 참조번호는 유사한 요소를 가리킨다.

도 1은 플라즈마 치리를 위해서 사용되는 종래의 유도성 플라즈마 처리 반응기를 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따르는 안테나 설비 및 결합 윈도우 설비를 포 함하는 플라즈마 처리시스템을 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따르는 멀티 턴(mluti-turn)안테나 설비를 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따르는 멀티 턴 안테나 설비의 측면 단면도이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따르는 다층 결합 윈도우의 측면 단면도이다.

이하 본 발명을 첨부 도면에 도시된 바와 같이 몇 개의 바람직한 실시예에 관한 상세한 설명을 통해 설명할 것이다. 이하의 설명에 있어서, 수많은 구체적인 상세한 내용은 설명은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공한 것임을 밝힌다. 그러나, 이들 구체적인 상세한 내용의 일부 또는 전부가 없이도 본 발명이 실시될 수 있다는 것은 당업자에게 있어 명백할 것이다. 다른 견지에서, 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해, 공지의 프로세스 단계는 설명하지 않았다.

기판의 처리에 있어서, 개선을 위해서 공정 기술자가 노력하는 가장 중요한 파라미터 중 하나는 처리의 균일성이다. 이 용어는 여기에서 사용하는 바와 같이, 에칭 균일성은 기판의 표면에 걸쳐서, 에칭속도, 미세 로딩, 마스크 선택비, 하층 선택비, 임계 치수제어, 및 측벽 각도 및 거칠기와 같은 프로필 특성을 포함하는 전체 에칭 처리의 균일성을 가리킨다. 만일 에칭이 매우 균일하면, 가령 기판 상의 다른 점에서의 에칭속도는 실질적으로 동일한 경향을 갖는 것이 기대된다. 이 경우에 있어서, 다른 영역이 부적절하게 에칭된 상태로 남아있는 동안에 기판의 어느 한 지점은 부적절하게 오버 에칭되는 것을 줄일 것이다.

본 발명은 균일한 에칭을 생성할 수 있는 기판 처리용 플라즈마 처리시스템을 제공한다. 이 플라즈마 처리시스템은 RF전원과 처리 챔버를 포함한다. 또한, 이 플라즈마 처리시스템은 제 1RF전원에 작동적으로 결합되고 기판이 처리를 위해 처리 챔버 내에 배치될 때에 기판에 의해 정의되는 평면 위에 배치되는 실질적으로 원형인 안테나를 포함한다. 이 실질적으로 원형인 안테나는 RF 전원에 의해 생성된 RF에너지로 처리 챔버 내부에 전계를 유도하도록 구성된다. 실질적으로 원형인 안테나는 적어도 제 1평면에 제 1동심 루프쌍 및 제 2평면에 제 2동심 루프쌍을 갖는다. 제 1동심 루프쌍 및 제 2동심 루프쌍은 실질적으로 동일하며 서로 공통축을 따라서 대칭으로 정렬된다.

또한, 플라즈마 처리장치는 안테나와 처리 챔버 간에 배치된 결합 윈도우를 포함한다. 이 결합 윈도우는 안테나로부터 처리 챔버 내부로 제 1RF에너지를 통과시키도록 구성된다. 또한, 결합 윈도우는 제 1층 및 제 2층을 갖는다. 제 2층은 결합 윈도우를 통과하는 전압의 적어도 일부를 흡수함으로써 윈도우와 플라즈마 간에 형성된 전압 강하를 줄이도록 구성된다. 실질적으로 원형인 안테나 및 상기 결합 윈도우는 처리 챔버 내부에서 방위각상 대칭인 플라즈마를 형성할 수 있게 함께 동작하도록 배열되어, 기판의 표면에 걸쳐서 실질적으로 균일한 처리속도를 생성한다.

본 발명의 하나의 측면에 따르면, 기판 표면에 걸친 처리의 균일성은 균일한 플라즈마를 생성하도록 구성된 개선된 안테나 설비의 제공에 의해서 달성된다. 상술한 바와 같이, 전력이 안테나로 공급되어 처리 챔버 내부에 전계 및 그로 인한 순환 전류를 유도한다. 마찬가지로, 전계는 처리 챔버 내의 전자를 가속시킴으로써 그들을 처리 가스의 가스 분자와 충돌시켜, 결과적으로 이온화 및 플라즈마의 점화를 가져온다.

플라즈마의 형성에 이어서, 전력이 하부전극으로 공급되고 이온은 기판쪽으로 가속된다. 기판 표면에서 가속된 이온 및 중성 반응물은 기판 표면 상에 증착된 물질과 반응함으로써, 기판을 처리한다. 일반적으로, 플라즈마의 밀도가 기판의 어느 한 영역보다 클 때, 불균일 처리속도가 생성될 것이다. 따라서, 개선된 안테나 설비는 방위각 대칭 전계를 유도함으로써 이들 플라즈마 변화를 감소시켜 보다 균일한 처리 속도를 생성하도록 구성된다.

일실시예에 있어서, 개선된 안테나는 방위각 대칭 순환 전류를 생성하도록 구성된다. 이론에 속박되기를 원하지 않는 한, 전력 결합의 전달 라인특성은 유도된 전계에 응답하여 순환전류에서 방위각상의 변화를 일으키는 것으로 믿어진다. 이들 전달 라인특성은 안테나의 길이를 따라서 고전압 및 저전압의 변동영역을 형성함으로써 유도 전계 내에 고전류 및 저전류, 즉 전압이 높을 때 전류는 낮고, 전압이 낮을 때 전류는 높은 밀도의 변동영역을 가져오는 정상파를 생성하는 경향이 있다. 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 플라즈마 내의 전력 배치는 전류밀도에 좌우된다. 예를 들면, 전류밀도가 높으면 플라즈마 밀도는 높아지는 경향이 있으며, 전류밀도가 낮으면 플라즈마 밀도는 낮아지는 경향이 있다. 그러므로, 방위각 대칭 플라즈마는 통상적으로 전류밀도가 고전류 및 저전류의 변동영역을 가질 때 생성된다.

보다 상세하게는, RF에너지의 파장이 안테나 길이보다 작을 때, 보다 많은 노드가 정상파 패턴에서 나타날 것이다. 일반적으로, 정상파는 안테나의 전기적 길이=1/2(파장)*n, 여기에서, n=노드의 수인 방정식에 의해 결정된다. 대부분의 안테나 설비는 길이가 약 1과 1/2 내지 약 2와 1/2파장이며, 결과적으로 약 3 내지 5노드를 생성한다. 이들 노드는 상술한 저전압에 상응한다.

개선된 안테나는 전력 분배 시스템에서 전달 라인보다는 집중 회로소자로서 작용하도록 구성됨으로써 이러한 불이익을 극복한다. 즉, 개선된 안테나는 작동 주파수에서 RF에너지의 파장 보다 작은 장치 길이를 갖도록 구성된다. 결과적으로, 노드의 양은 감소되며, 그로 인해 유도 전류의 방위각상의 변화는 실질적으로 제거되어 그러한 전달 라인 유사는 더 이상 유지되지 않는다.

일실시예에 있어서, 개선된 안테나 설비는 단일 턴 안테나와 같이 작용하는 멀티 턴 안테나이다. 이 멀티 턴 안테나는 복수의 루프를 포함하는 실질적으로 단일 도전성 소자이며, 이것은 서로 근접하게 권선되어 적층된다. 루프를 서로 근접하게 권선 및 적층함으로써, 안테나의 전체 크기(가령, 외경)를 유도 순환전류의 강도에 영향을 주지 않고도 작게 만들 수 있다. 또한, 안테나의 크기를 감소시킴으로써, 안테나의 전체 길이는 작게 만들 수 있으며, 결과적으로 안테나의 전달 라인특성을 감소시킨다. 또한, 루프가 서로 근접하게 배치되므로, 턴 사이에서 주로 발견되는 반경방향의 변화 역시 감소될 수 있다. 마찬가지로, 개선된 안테나 설비는 방위각 대칭 순환 전류를 유효하게 유도한다. 따라서, 방위각상으로 대칭인 순환전류는 방위각 대칭 플라즈마를 형성함으로써, 결과적으로 기판의 표면에 균일한 플라즈마 처리를 생성하는 경향이 있다.

멀티 턴 적층 안테나 설비의 다른 측면은 셀프 보호특성, 즉 플라즈마가 윈도우에 인접한 턴에 의해서 안테나 터미널 전압으로부터 보호되는데 있다. 이것은 용량성 결합 및 이로 인한 윈도우 부식의 중대한 감소를 가져오며, 이들 모두는 이하에서 보다 상세하게 설명한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 개선된 결합 윈도우는 안테나와 플라즈마 사이에서 발생하는 용량성 결합을 감소시키도록 구성된다. 대부분의 전력 결합 설비(가령, 안테나, 결합 윈도우, 및 플라즈마)는 안테나와 플라즈마 사이에 약간의 용량성 결합을 형성한다. 용량성 결합은 안테나와 플라즈마 사이에서 발생하는 전압강하에 의해 형성된다. 이 전압강하는 전형적으로 결합 윈도우에 근접하게 시스 전압을 형성한다. 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 시스 전압은 플라즈마에 부가적인 변화를 일으킬 수 있으며, 가령 시스 전압이 플라즈마를 윈도우로부터 밀어내어 유도 결합계수의 감소를 초래할 수 있다. 또한, 시스 전압은 결합 윈도우에 대한 이온의 충격으로 인한 중대한 입자 오염마저 생성할 수 있다. 더구나, 윈도우의 이온 충격에 의해 사용된 어떤 전력은 통상적으로 플라즈마의 생성을 위해서 이용할 수 없으며, 그와 상응하여 주어진 전력에 대한 낮은 플라즈마 밀도를 일으킨다.

안테나와 플라즈마 간의 용량성 결합을 줄이기 위해서, 개선된 결합 윈도우는 함께 배치되는 유도층 및 보호층을 포함하도록 구성된다. 처리 챔버 내부에 배치되는 이 보호층은 전압을 결합 윈도우의 표면으로부터 멀리 향하도록 하는 정전 보호체로서 작용하도록 구성되는 것이 바람직하다. 이 보호층은 플라즈마에 대한 용량성 결합을 근본적으로 억제한다. 또한, 이 보호층은 유도성(curl B, grad F=0 타입)전계가 실질적으로 변하지 않는 동안 용량성(정전형, 전위 구배)전계를 제거하도록 구성된다. 즉, 결합 윈도우는 안테나가 (보호층에 대한 실질적인 손실없이)플라즈마를 유도적으로 형성하는 동안 결합 윈도우를 통해서 직접적인 용량성 결합을 차단하도록 구성된다.

보다 상세하게는, 보호층은 도전성 또는 반도전성 물질로 형성되고 전기적으로 격리된다. 그러므로, 안테나와 플라즈마 간에 보통 발생하던 전압강하는 이제 안테나와 보호층 사이에서 발생한다. 따라서, 결합 윈도우의 표면 근처에서의 시스 전압은 실질적으로 감소되며, 결과적으로 유도 결합계수를 증가시켜 결합 윈도우의 비생산적인 이온 충돌로 인한 전력 손실을 감소시킨다.

또한, 비접지 정전 보호체는 균일한 정전계를 생성하며, 보호체 영역 상에서 정전계의 변화만을 보호한다. 이 후자의 특징은 플라즈마의 충돌을 촉진하는데 사용될 수도 있다. 또한, 보호층이 처리 챔버의 내부에 노출되므로, 플라즈마 처리의 열적, 화학적 및 물리적 영향을 저지할 수 있는 물질로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 특징 및 이익은 도면과 이하의 설명을 참조하여 보다 잘 이해할 수 있을 것이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따르는 플라즈마 처리시스템(200)을 나타내는 것으로, 이 시스템은 기판(206)의 처리를 위해서 플라즈마(204)가 가열되고 유지될 수 있는 처리 챔버(202)를 포함한다. 기판(206)은 처리될 소재를 나타내는 것으로, 이것은 가령 에칭, 증착 등이 행해질 반도체 기판이나 평판 패널 디스플레이로 만들어질 글라스 패널을 나타낼 수도 있다. 또한, 처리 챔버(202)는 실질적으로 원통형 형상으로 배열되고, 실질적으로 수직인 챔버벽(208)을 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명은 상술한 바로 한정되는 것은 아니며 다양한 구성의 처리 챔버가 사용될 수도 있음은 물론이다.

플라즈마 처리시스템(200)은 안테나 설비(210) 및 결합 윈도우 설비(212)를 추가로 포함하며, 이들은 플라즈마(204)에 전력을 결합하도록 구성된다. 안테나 설비(210)는 약 0.4㎒ 내지 약 50㎒ 범위의 주파수를 갖는 RF에너지로 안테나 설비(210)를 공급하도록 구성되는 제 1RF전원(214)에 결합된다. 결합 윈도우(212)는 안테나 설비(210)로부터 상기 처리 챔버 내부로의 제 1RF에너지의 통과를 허용하도록 구성된다. 결합 윈도우(212)는 기판(206)과 안테나 설비(210)사이에 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 안테나 설비(210)는 플라즈마(204)의 형성을 촉진하도록 결합 윈도우에 충분히 근접되어야 한다. 즉, 결합 윈도우에 안테나 설비가 근접할수록 챔버 내에 생성된 전류밀도는 더욱 커진다. 또한, 안테나 설비(210)는 처리 챔버(202)와 기판(206) 모두에 동축으로 배열되는 것이 바람직하다. 안테나 설비의 대칭 배치는 기판 표면에 걸쳐서 플라즈마의 균일성을 강화할 수 있으나, 모든 처리에서 필요로 하는 것은 아님을 이해하여야 한다. 안테나 설비(210)와 결합 윈도우(212)는 이하에서 보다 상세하게 설명한다.

가스 인젝터(215)는 통상적으로 챔버(202)내에 제공된다. 가스 인젝터(215)는 챔버(202)의 내주면 둘레에 배치되고 가령, 에칭액 소스 가스와 같은 기상의 소스물질을 결합 윈도우(212)와 기판(206)간의 RF 유도 플라즈마 영역으로 방출하도록 배열되는 것이 바람직하다. 다르게는, 기상의 소스물질은 챔버 자체의 벽에 형성된 포트로부터 또는 유전 윈도우에 배치된 샤워 헤드를 통해 방출될 수 있다. 가스의 대칭 분포는 기판 표면에 걸쳐서 플라즈마 균일성을 높일 수도 있으나, 모든 처리에서 필요로 하는 것은 아님을 이해하여야 한다. 예시적인 플라즈마 처리시스템에서 사용될 수도 있는 가스 분배시스템의 예는 동일날짜로 출원되고 여기에 참조로 인용하는 "동적 가스 분배제어를 갖는 플라즈마 처리시스템(PLASMA PROCESSING SYSTEM WITH DYNAMIC GAS DISTRIBUTION CONTROL)"(대리인 문서번호:LAM1P0123/P0557)란 명칭의 공동 계류중인 특허출원에 보다 상세하게 설명되어 있다.

대부분의 경우, 기판(206)은 챔버(202)내로 도입되어 척(216)위에 놓여지는데, 척은 처리 동안에 기판을 유지하도록 구성된다. 척(216)은 가령, 정전력에 의해서 기판(206)을 척의 표면에 고정시키는 ESC(정전)척을 나타낼 수도 있다. 통상적으로, 척(216)은 바닥 전극으로서 작용하며 제 2RF전원(218)에 의해 바이어스되는 것이 바람직하다. 또한, 척(216)은 실질적으로 원통형상이 되도록 배열되고 처리 챔버(202)와 축방향으로 정렬됨으로써, 처리 챔버와 척이 원통상으로 대칭이 되도록 하는 것이 바람직하다. 척(216)은 기판(206)의 로딩 및 언로딩을 위한 제 1위치(도시 생략)와 기판의 처리를 위한 제 2위치(도시 생략)사이에서 이동하도록 구성된다.

계속해서 도 2를 참조하면, 챔버(202)의 벽과 척(216)사이에는 배기포트 (220)가 배치된다. 그러나, 배기포트의 실제 위치는 각각의 플라즈마 처리시스템의 구체적인 설계에 따라서 변화될 수도 있다. 하지만, 높은 균일도가 중요한 경우에는, 원통상으로 대칭인 배기 포트는 상당히 유용할 수 있다. 배기 포트(220)는 처리 동안에 형성된 부산물 가스를 배기하도록 구성되는 것이 바람직하다. 또, 배기 포트(220)는 통상적으로 챔버(202)의 외부에 배치되는 터보분자 펌프(도시 생략)에 결합된다. 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 터보분자 펌프는 챔버(202)내부의 압력을 적절하게 유지한다.

또한, 에칭 처리 등과 같은 반도체 공정의 경우, 처리 챔버 내의 다수의 파라미터는 높은 내구력 결과를 유지하기 위해 정밀하게 제어될 필요가 있다. 처리 챔버의 온도는 그같은 파라미터 중의 하나이다. 에칭 내구력( 및 결과로 얻어지는 반도체 기반 디바이스 성능)은 시스템 내의 구성요소들의 온도 변동에 매우 민감할 수 있으며, 따라서 정밀한 제어가 요구된다. 예를 들면, 온도 제어를 달성하기 위한 예시적인 플라즈마 처리시스템에서 사용할 수 있는 온도 관리 시스템은 동일자로 출원되고 참조로 여기에 인용되는 "플라즈마 처리장치용 온도제어 시스템(TEMPERATURE CONTROL SYSTEM FOR PLASMA PROCESSING APPARATUS)"(대리인 문서번호:LAM1P0124/P0558)이란 명칭으로 공동 계류중인 특허 출원서에 보다 상세히 설명되어 있다.

또한, 플라즈마 처리에 있어서 정밀한 제어를 달성하기 위한 다른 중요한 조건은 가령 챔버벽과 같은 내부표면 등의, 플라즈마 처리 챔버에 이용되는 물질이다. 또 다른 중요한 조건은 기판을 처리하는데 사용한 가스의 성분에 있다. 예를 들면, 예시적인 플라즈마 처리시스템에서 사용될 수 있는 물질 및 가스의 성분 모두는 동일자로 출원되고 참조로 여기에 인용되는 "플라즈마 처리시스템용 물질 및 가스성분(MATERIALS AND GAS CHEMISTRIES FOR PLASMA PROCESSING SYSTEMS)"(대리인 문서번호:LAM1P0128/P0561-1)이란 명칭으로 공동 계류중인 특허 출원서에 보다 상세히 설명되어 있다.

플라즈마를 형성하기 위해서, 처리 가스는 가스 인젝터(215)를 통해서 챔버 (202)내로 주입된다. 다음에 전력은 RF 전원(214)을 이용하여 안테나 설비(210)에 공급되며, 결합 윈도우(212)를 통해서 챔버(202)내부에 큰 전계가 도입된다. 전계는 챔버 내부에 존재하는 적은 수의 전자를 가속시킴으로써 그들이 처리 가스의 가스 분자와 충돌되도록 한다. 이들 충돌은 이온화 및 방전 또는 플라즈마(204)의 점화를 가져온다. 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 처리 가스의 중성 가스 분자는 이들이 강한 전계를 받을 때 전자를 잃어 양전기로 충전된 이온으로 남는다. 결과적으로, 양전기로 충전된 이온, 음전기로 충전된 전자 및 중성 가스 분자는 플라즈마(204)내부에 포함된다.

일단 플라즈마가 형성되면, 플라즈마 내부의 중성 가스분자는 기판의 표면쪽으로 향하는 경향이 있다. 예를 들면, 기판에서 중성 가스분자의 존재에 기여하는 메커니즘 중의 하나는 확산(즉, 챔버 내부에서의 분자의 랜덤한 운동)일 수 있다. 따라서, 중성류(가령, 중성 가스분자)의 층은 통상적으로 기판(206)의 표면을 따라 발견된다. 마찬가지로, 바닥전극(216)에 전원이 인가되면, 이온은 기판쪽으로 가속되는 경향이 있고, 여기서, 그들은 중성류와 결합되어 기판 처리, 즉 에칭, 증착 또는 기타를 활성화시킨다.

대부분의 경우, 플라즈마(204)는 챔버의 상부영역(가령, 활성영역)에 주로 잔류하지만, 플라즈마의 일부는 전체 챔버에 충진될 수 있다. 플라즈마는 일반적으로 챔버 내의 거의 모든 곳에 유지될 수 있다. 예를 들면, 플라즈마는 펌핑 설비의 아래와 같은 기판 아래의 영역(가령, 비활성 영역)에 충진될 수도 있다. 만일 플라즈마가 이들 영역에 도달하면, 영역의 에칭, 증착 및 식각 중 하나 이상이 실행될 수 있으며, 이는 가령, 영역의 에칭 또는 증착된 재료의 박리에 의해서 처리 챔버 내부에 입자의 혼합을 가져올 수도 있다.

또한, 불균일한 플라즈마는 비균일 플라즈마를 형성하도록 의도되고, 처리 성능, 즉 에칭 균일성, 전체 에칭속도, 에칭 프로필, 미세 로딩, 선택비 등에서의 변화를 가져올 수 있다. 상술한 영향을 줄이기 위해서, 플라즈마를 제한하도록 플라즈마 제한설비를 사용할 수도 있다. 예를 들면, 예시적인 플라즈마 처리시스템에서 사용할 수 있는 플라즈마 제한설비는 동일자로 출원되고 참조로 여기에 인용되는 "플라즈마의 체적 제어방법 및 장치"(대리인 문서번호:LAM1P0129/P0561-2)이란 명칭으로 공동 계류중인 특허 출원서에 보다 상세히 설명되어 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 플라즈마 처리장치는 멀티 턴 안테나 설비를 구비함으로써, 플라즈마 처리장치 내부에서의 방위각 대칭 전계가 감소하게 된다. 도 3 및 4는 본 발명의 일실시예에 따르는 멀티 턴 안테나 설비(400)를 나타낸다. 이 멀티 턴 안테나 설비(400)는 가령 도 2에 도시된 안테나(210) 및 RF 전원(214)에 각각 상응하는 RF 전원(404)에 작동적으로 결합된 멀티 턴 안테나(402)를 포함한다.

상술한 바와 같이, 만일 안테나의 길이가 전력 결합의 전달 라인기술보다 파 장이 작다면, 더 이상 적절하지 않으며, 전력 결합은 일괄 회로소자로서 작용하기 시작한다. 그러므로, 멀티 안테나(402)는 전달 에너지의 파장보다 작은 길이를 갖도록 배열된다. 안테나의 길이를 줄이기 위해서, 보다 적은 노드가 정상파 패턴으로 생성되고, 그로 인해 안테나의 방위각상 방향의 고전압 및 저전압 영역은 실질적으로 감소된다.

멀티 턴 안테나는 서로 근접하게 배치되는 멀티 턴을 가짐으로써 생성된 전계가 단일 턴 안테나를 형성하도록 배열되는 것이 바람직하다. 보다 상세하게는, 턴을 서로 근접하게 배치함으로써 안테나의 전류 생성 용량이 증대된다. 가령, 안테나가 서로 근접한 4개의 턴으로 형성되면 플라즈마를 통한 전류는 안테나와 같이 강해져 약 4배가 될 것이다. 마찬가지로, 이 집적된 전류는 보다 균일하게 집중된 플라즈마로 옮겨진다. 결과적으로, 처리 챔버의 직경에 대한 안테나의 직경은 작게 만들 수 있으며, 그로 인해 안테나의 길이를 감소시킬 수 있다. 안테나의 실제 크기는 이하에서 상세하게 설명한다.

멀티 턴 안테나(402)는 실질적으로 원형이며 적어도 제 1평면에 제 1동심 루프쌍(406) 및 제 2평면에 제 2동심 루프쌍(410)을 구비한다. 제 1동심 루프쌍(406) 및 제 2동심 루프쌍(410)은 실질적으로 동일하며 안테나 축(414)을 따라 서로 대칭으로 정렬되는 것이 바람직하다. 실질적으로 원형인 안테나는 실질적으로 원형인 전계를 형성하며, 결과적으로 실질적으로 원형인 플라즈마를 생성하게 됨은 물론이다. 따라서, 처리 챔버 및 기판이 원형이므로, 그같은 이유로 인해 실질적으로 원형인 플라즈마는 기판의 표면에서 보다 균일한 처리를 생성하기 쉽다.

비록 본 발명은 실질적으로 원형인 것에 대해 도시하고 설명하였으나, 챔버 설계에서 어떤 비대칭을 디스플레이하거나 보상하기 위한 그러한 다른 형상의 기판을 필요로 하는 적용을 위해서 적절한 안테나 형상이 사용될 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들면, 상술한 바와 동일한 원리를 따르는 원형 코너를 구비한 타원형 또는 사각형도 잘 동작할 수 있다.

또한, 제 1동심 루프쌍(406)은 제 2동심 루프쌍(410)위에 적층되는 것이 바람직하다. 전형적으로 열전압 및 모든 전압노드가 윈도우에 아주 근접하게 배치되므로 하나의 평면 안테나는 용량성 결합의 양을 증가시킨다. 그러나, 제 1동심 루프쌍과 제 2동심 루프쌍 사이에 적층된 안테나 및 대칭 정렬로 인해서, 높은 열전압은 제 2동심 루프쌍에 의해 보호되는 것이 이익적이다. 보다 상세하게는, 제 1동심 루프쌍과 제 2동심 로프쌍 간에 주로 발생하는 전압강하(가령, 용량성 결합)는 제 2동심 루프쌍이 전압강하에 대한 도전성 경로를 제공하므로 실질적으로 감소되어, 전압강하는 플라즈마와 상호작용하지 않게 된다.

또한, 제 1동심 루프쌍(406)은 제 1턴(416)과 제 4턴(418)을 바람직하게 구비하고, 제 2동심 루프쌍(410)은 제 2턴(420)과 제 3턴(422)을 바람직하게 구비한다. 또한, 제 1턴(416)은 실질적으로 제 2턴(420)과 동일하고 그위에 배치되며, 제 4턴(418)은 제 3턴(422)과 실질적으로 동일하고 그위에 배치된다.

제 1턴(416)은 제 2턴(420)에 작동적으로 결합되고, 제 2턴(420)은 제 3턴(422)에 작동적으로 결합되고, 제 3턴(422)은 제 4턴(418)에 작동적으로 결합되며, 각 턴은 전류가 안테나 축(414)둘레에서 동일 방향으로 흐르도록 배열된다. 일 실시예에 있어서, 멀티 턴 안테나는 단일 전도성 소자로 형성된다. 그러나, 멀티 턴 안테나가 서로 구조적으로 및 전기적으로 결합되는 분리된 부품으로 구성될 수 있다면 특별히 한정되는 것이 아님은 물론이다. 또한, 멀티 턴 안테나(402)는 입력 리드(424)와 출력 리드(426)를 구비한다. 입력 리드(424)는 제 1턴(416)에 작동적으로 결합되고, 출력 리드(426)는 제 4턴(418)에 작동적으로 결합된다. 따라서, RF전류는 입력 리드(424)와 출력 리드(426)간에 RF 전압을 인가함으로써 멀티 턴 안테나(402)를 통해서 흐를 수 있게 된다.

계속해서 도 3 및 4를 참조하면, 제 4턴(418)은 제 1턴(416)보다 큰 직경을 가지며, 제 3턴(422)은 제 2턴(420)보다 큰 직경을 갖는다. 비록 외측 턴(가령, 제 3 및 제 4턴)이 보다 큰 직경을 갖지만 그들은 내부 턴(가령, 제 1및 제 2턴)에 근접하게 배치된다. 즉, 제 4턴(418)은 제 1턴(416)에 근접하게 배치되는 것이 바람직하고, 제 3턴(422)은 제 2턴(420)에 근접하게 배치되는 것이 바람직하다. 그들이 근접함에 따라서, 멀티 턴 안테나는 단일 턴 안테나(가령, 실질적으로 턴 간에 공간이 없는)처럼 보이고 동작한다. 따라서, 반경방향으로의 고전류 또는 저전류 영역은 크게 감소된다.

당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 2개의 도체 간의 작은 공간은 전형적으로 2개의 도체 간에 아크를 생성한다. 그러므로, 외부 턴과 내부 턴 간의 공간은 아크를 제거하는 거리에 의해서 제한된다. 그러나, 본 발명의 일실시예에 있어서, 내부 턴과 외부 턴 간의 아크를 실질적으로 제거하면서, 공간은 외부 턴과 내부 턴이 서로 가능한 한 근접하게 배치되도록 유전 물질로 충전된다. 예를 들면, 약 0.2 내지 약 1㎝ 사이의 공간을 갖는 테플론 세라믹 물질은 잘 동작한다.

또한, 멀티 턴 안테나는 대체로 구리로 형성된다. 일실시예에 있어서, 멀티 턴 안테나는 은으로 코팅된 구리로 형성된다. 그러나, 멀티 턴 안테나는 은으로 코팅된 구리로 한정되는 것은 아니며 어떠한 적절한 전도성 물질도 사용이 가능함은 물론이다. 일실시예에 있어서, 안테나 루프의 단면은 윈도우 및 각기 다른 루프에 대해 각 루프의 반복 가능한 위치를 용이하게 하도록 직사각형이다. 그러나, 이것으로 제한되는 것은 아니며 다른 단면형상 및 크기를 사용할 수 있음은 물론이다. 또한, 안테나 루프는 온도 제어(즉, 그곳을 지나는 유체의 흐름)를 용이하게 하도록 중공의 도체로 형성될 수도 있다.

멀티 턴 안테나의 전체 크기, 즉 외경에 대해서, 안테나의 크기는 기판 상의 영역에서의 플라즈마의 응집을 유지하고 챔버벽으로의 부적절한 플라즈마의 확산을 막기 위해서 처리 챔버의 단면보다 작은 적이 일반적으로 바람직하며, 플라즈마 처리장치를 작동하는데 보다 많은 전력을 필요로 하며 벽의 부식을 증가시키는 것은 이익적이지 못하다. 또한, 플라즈마의 크기는 일반적으로 사용하는 안테나의 크기에 상응하여 만들어지며, 그로 인해 멀티 턴 안테나는 균일한 에칭속도를 생성하기 위해서 기판의 직경과 실질적으로 유사한 외경을 가져야 한다. 예를 들면, 기판의 크기는 전형적으로 약 6 내지 12인치 사이이며, 그러므로, 일실시예에 있어서, 멀티 턴 안테나는 약 6 내지 약 12인치 사이의 외경을 갖는다.

보다 상세하게는, 증가된 전류용량, 즉 단일 턴과 같이 작용하는 멀티 턴 안테나로 인해, 멀티 턴 안테나는 기판 보다 작아지도록 배열할 수 있다. 다시 말해 서, 전류의 높은 집중도는 기판을 처리하기에 충분히 큰 플라즈마를 생성하기 쉽다. 보다 작은 안테나의 사용은 모든 처리에 대해서 필요로 하는 것은 아님을 이해하여야 한다. 그러나, 높은 균일도가 중요한 경우라면, 보다 작은 안테나의 사용은 상당히 이익적일 것이다. 예를 들면, 안테나의 직경은 12인치 기판의 처리를 위해서, 약 6 내지 약 15인치 사이, 바람직하게는 약 7 내지 약 11인치 사이이다. 그러나, 이것으로 한정되는 것은 아니며 안테나의 실제 크기는 기판의 특수한 크기(가령, 안테나의 크기는 소형 또는 대형 기판이 포함될 때에 필요에 따라서 크기를 정할 수 있음) 및 플라즈마 처리장치의 특수 설계에 따라서 변화시킬 수 있다.

일반적인 지침에서와 같이, 이용하는 RF주파수에 대해서, 낮은 RF주파수(가령, 13㎒ 이하)는 정상파 영향의 감소에 의해서 전력 결합의 전달 라인특성의 영향을 저감시키는 경향이 있다. 즉, 낮은 주파수는 안테나의 본질적인 방위각 대칭 결합특성이 덜 나타나는 경향이 있다. 또한, 낮은 RF주파수에서, 안테나와 플라즈마 간의 용량성 결합이 덜 나타나며, 그러므로 결합 윈도우의 충격은 감소된다. 따라서, RF전원은 일반적으로 약 13㎒와 같거나 그 이하로, 바람직하게는 약 0.4㎒ 내지 약 13㎒, 보다 바람직하게는 약 4㎒가 되도록 배열된다. 낮은 주파수의 사용은 모든 처리에 대해서 필요로 하는 것은 아님을 이해하여야 한다. 그러나, 높은 균일도를 유지하는 것이 중요하다면, 낮은 주파수의 사용은 상당히 이익적일 것이다.

이상에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제 1측면의 이익은 무수히 많다. 다른 실시예 또는 실행은 다음의 하나 이상의 이익을 가질 수 있다. 본 발명의 하나의 이익은 방위각 대칭 플라즈마가 처리 챔버 내에 생성되는 것이다. 결과적으 로, 증대된 처리 균일도가 달성되어, 기판의 생산성을 증가시키고 장치의 페일을 감소시키며, 처리되는 기판의 전체적인 생산성을 증가시킨다. 본 발명의 다른 이익은 본 발명의 안테나 설비가 자체 보호되며, 그로 인해 안테나와 플라즈마 간의 용량성 결합이 감소되는데 있다. 마찬가지로, 결합 윈도우의 충격은 감소되어, 결합 윈도우의 수명이 증대되고, 이온 충격과 관련된 입자의 혼합은 감소된다.

본 발명의 제 2측면에 따르면, 플라즈마 처리장치는 안테나와 플라즈마 간의 용량성 결합을 실질적으로 감소시키기 위한 다층 결합 윈도우 설비를 구비한다. 본 발명의 이러한 측면의 논의를 용이하게 하기 위해, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다층 결합 윈도우 설비(500)를 나타낸다. 이 다층 결합 윈도우 설비(500)는 도 2에 도시한 결합 윈도우(212)에 각각 대응할 수 있다. 다층 결합 윈도우(500)는 적어도 제 1층(504)과 제 2층(506)을 구비한다. 제 1층(504)은 제 2층(506)에 접합되는 것이 바람직하다. 일실시예에 있어서, 2개의 층은 서로 가열 접합된다. 그러나, 이것으로 한정되는 것은 아니며 다른 접합 처리가 사용될 수 있음은 물론이다. 또한, 층들 사이에 갭, 즉 층들 사이로 가스의 흐름을 가능케 하는 진공 갭 또는 갭이 배치될 수도 있다. 또한, 제 2층(506)은 처리 챔버의 내주면의 일부를 적절하게 형성한다.

먼저 제 2층을 참조하면, 이 제 2층은 그의 표면 상의 전위차를 감소시키는 정전 보호체로서 작용하도록 배열된다. 또한, 제 2층은 안테나로부터 플라즈마까지의 유도성 RF에너지의 통로를 조장할 수 있는 전도성 또는 반전도성 물질로 전기적으로 격리되고 그로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 제 2층이 처리 챔버 내부의 플라즈마에 노출되어 있으므로, 제 2층은 플라즈마에 실질적으로 견딜 수 있는 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에 있어서, 제 2층은 탄화규소(SiC)로 형성된다. 대부분의 경우에, SiC는 플라즈마 처리의 열적, 화학적, 물리적 영향에 견딜 수 있다. 또한, SiC는 전류의 흐름에 약간의 저항을 나타내 보이면서 일반적으로 유전체로 분류된다. 저항율은 어떤 보호 효과를 만들며, 유전성은 어떤 유전 결합을 가능케 한다.

제 2층의 내성은 유전성 전계에 영향을 주지는 않는 한, 이 층이 정전 보호체로서 작용하는 것을 보증하기 위해서 중요한 파라미터이다. 대부분의 경우, 본 발명에서 사용되는 입자의 저항율 범위는 결합 윈도우가 사용되는 안테나의 정확한 크기, 전력 결합의 동작 주파수 및 제 2층의 두께에 따라서 달라진다. 예를 들면, 약 100Ω-㎝ 내지 약 10㏀-㎝의 내성은 잘 동작한다. 그러나, 원하는 경우에 저항율은 제 2층(가령, SiC)이 보다 유전층으로서 작용할 수 있도록 10⁶Ω-㎝보다 커지도록 배열될 수 있다.

이론에 속박되기를 원하지 않는 한, 제 2층의 전기 저항율은 플라즈마를 형성하기 위해 사용한 처리 가스에 대한 등전위 면에 존재한다고 여겨진다. 가령, 플라즈마의 이온화 후에, 제 2층 상의 전위는 플라즈마가 제 2층에 근접되어 있으므로 실질적으로 감소된다. 또한, 용량성 전압 분할기가 일반적으로 형성되는데, 가령, 일정한 커패시턴스를 갖는 제 1유전층에 의해 상부에 형성되고, 이온화 전에 제 2도전층 및 챔버 벽과 이온화 후에 제 2도전층 및 플라즈마 에 의해 하부에 형성된다. 이온화 전에 하부는 작은 커패시턴스를 가지며, 그로 인해 대량의 전압 보 조 점화(가령, 방전, 특히 필요한 용량성 전계를 점화시키기 위해)가 있게 된다. 이온화 후에 하부는 전압이 실질적으로 감소되도록 큰 커패시턴스를 가지며, 그로 인해 이것은 커다란 용량성 전압 결합을 가져오지 않는다.

이제 제 1층을 참조하면, 이 제 1층은 안테나로부터 플라즈마로의 유도성 RF에너지의 흐름을 촉진할 수 있는 유도성 물질로 바람직하게 형성된다. 또한, 제 1층은 진공을 구조적으로 충분히 지탱할 수 있도록 강하게 만들어지고 챔버의 청소기간 동안에 충분히 쉽게 취급할 수 있도록 배열되는 것이 바람직하다. 또한, 제 1층은 일반적으로 윈도우의 온도 제어를 가능케 하기 위해 우수한 열적 특성을 갖는 유전성 물질로 형성된다. 예를 들면, 질화규소(SiN) 또는 질화 알루미늄(AlN)으로 형성된 유전성 물질은 잘 작동한다. 그러나, 이것으로 한정되는 것은 아니며 다른 물질의 사용도 가능함을 이해하여야 한다. 가령, 알루미나 및 석영 역시 잘 작동한다.

다층 결합 윈도우(500)의 전체 두께는 처리 동안에 생성되는 압력과 열에 충분히 견딜 수 있는 한, 안테나 RF에너지를 플라즈마로 효과적으로 전달하기에 충분히 얇아지도록 배열된다. 다층 결합 윈도우의 두께는 약 0.5 내지 1인치 사이가 바람직하다. 보다 바람직하게는, 다층 결합 윈도우의 두께는 약 0.8인치이다. 또, 제 1층(504)은 제 2층(506)보다 큰 두께를 갖는다. 제 1층의 두께는 약 0.5 내지 약 1인치 사이가 바람직하고, 보다 바람직하게는 제 1층의 두께는 약 0.6인치이다. 또한, 제 1층의 두께는 약 0.1 내지 약 0.5인치가 바람직하다. 보다 바람직하게는, 제 2층의 두께는 약 0.2인치이다. 이들 층의 실제 두께는 각 층에 대해 선택한 특 수 물질에 따라 달라질 수 있다.

일실시예에 있어서, 제 2층은 플라즈마의 노출로부터 제 1층을 보호하고, 순수 물질(가령, SiC)이 기판과 접촉되는 플라즈마 영역을 향하도록 하기 위해 제 1층 전체를 커버하도록 배열된다. 그러나, 이것으로 한정되는 것은 아니며 다른 배열도 사용이 가능함은 물론이다. 가령, 제 2층은 안테나 근처에서 플라즈마를 향하는 제 1층의 일부만을 커버하도록 배열될 수도 있다.

결합 윈도우의 크기는 플라즈마 처리 챔버의 크기와 동일할 필요는 없다. 그러나, 일반적으로 작은 결합 윈도우는 특히 SiC와 같은 고가의 물질이 사용될 때는 코스트의 저감을 가져온다. 일실시예에 있어서, 윈도우 결합의 형상은 안테나 배열의 형상과 일치하도록 배열되며, 그로 인해 결합 윈도우는 실질적으로 원형이 되도록 배열된다. 다른 실시예에 있어서, 결합 윈도우의 외부 치수는 안테나를 둘러쌀 수 있는 전기 도전성 소자로의 어떤 결합을 줄이기 위해서, 안테나의 외부 치수를 넘어서 작은 길이로 연장되도록 배열될 수 있다. 일실시예에 있어서, 결합 윈도우의 외부 치수는 안테나의 외경을 넘어 약 1인치 연장되도록 배열된다. 또 다른 실시예에 있어서, 결합 윈도우는 안테나와 실질적으로 동일한 형상, 즉 둥근 테 모양의 형상을 가질 수 있다.

일반적인 지침으로써 채용된 유전적 속성(가령, 유전상수)에 대해서, 낮은 유전상수, 가령 약 10이하는 정상파 영향의 감소에 의해서 전력 결합의 전달 라인특성의 효과를 감소시키는 경향이 있다. 보다 바람직하게는, 낮은 유전상수는 전달되는 에너지의 파장을 보다 길게 하는 경향이 있으며, 안테나를 짧게 만들어 정상 파 패턴에서 보다 적은 노드가 생성된다. 따라서, 낮은 유전상수는 안테나의 어떤 본질적인 방위각상의 대칭적인 결합 특성이 덜 나타나도록 하는 경향이 있다.

일실시예에 있어서, 결합 윈도우의 전체 유전상수는 약 10과 동일하거나 그 이하가 되도록 배열되는 것이 바람직하다. 낮은 유전상수의 사용은 모든 처리에 대해 필요로 하는 것이 아님을 이해하여야 한다. 실제로, 높은 방위각상의 대칭에 대한 요구 및 구조와 열적 설계의 단순화 사이에서의 절충을 특히 필요로 한다. 그러나, 높은 균일도가 중요하다면 낮은 유전상수의 사용이 상당히 이익적일 수 있다.

이상에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제 2측면의 이익은 무수히 많다. 다른 실시예나 실행은 하나 이상의 다음과 같은 이익을 가져올 수 있다. 가령, 본 발명은 안테나와 플라즈마 간의 용량성 결합을 실질적으로 감소시키는 결합 윈도우를 제공한다. 결과적으로서, 플라즈마 내에서의 변화는 실질적으로 감소된다. 예를 들면, 유도 결합계수는 대체로 유지되며, 결합 윈도우의 충격은 전체적으로 감소되어, 플라즈마의 생성에 보다 많은 전력, 즉 주어진 전력에 대해 보다 높은 플라즈마 밀도를 이용할 수 있다. 게다가, 이온 충격이 감소되므로, 이온 충격과 관련된 입자의 혼합은 전체적으로 감소되며, 그로 인해 가변 두께 윈도우(즉, 증착 또는 제거된 물질)와 관련된 처리 변화가 감소된다. 또한, 본 발명은 처리 변화를 줄일 수 있는 순수한 물질, 즉 SiC를 이용한다.

또한, 플라즈마 처리장치에서 기판의 균일한 처리를 강화하기 위하여, 상술한 멀티 턴 안테나 및 다층 결합 윈도우를 따라서 부가적인 요소를 채용할 수 있음을 고려할 수 있다. 예를 들면, 결합 윈도우와 멀티 턴 안테나에 근접한 영역의 처 리 챔버 내에서 정적인 자계의 반경방향 변화를 제어하기 위해 멀티 턴 안테나에 자석설비를 배열시킬 수 있다. 그러한 자석설비의 예는 동일자로 출원되고 참조로 여기에 인용되는 "개선된 플라즈마 처리시스템 및 그 방법"(대리인 문서번호:LAM1P0122/P0527)이란 명칭으로 공동 계류중인 특허 출원서에서 찾을 수 있다.

본 발명을 여러 바람직한 실시예에 의해 설명하였지만, 본 발명의 범주 내에 속하는 변경, 치환 및 동등물이 존재한다. 또한, 본 발명의 방법 및 장치를 시시하는 많은 대안적인 방법이 존재함을 알아야 한다. 따라서, 첨부된 다음의 청구범위는 본 발명의 진정한 사상 및 범위 내에 속하는 그러한 변경, 치환 및 동등물을 포함하는 것으로 해석된다.

Claims (30)

1. 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 플라즈마 처리장치로서,

   제 1RF 주파수를 갖는 제 1RF 전원;

   처리 챔버;

   상기 제 1RF 전원에 작동적으로 결합되고, 상기 기판이 처리를 위해 상기 처리 챔버 내에 배치될 때에 상기 기판에 의해 정의되는 평면 위에 배치되는 원형인 안테나; 및

   상기 안테나와 상기 처리 챔버 간에 배치된 결합 윈도우를 포함하며,

   상기 원형인 안테나는 상기 제 1RF 전원에 의해 생성된 제 1RF 에너지로 상기 처리 챔버의 내부에 전계를 유도하도록 구성되고,

   상기 원형인 안테나는 적어도 제 1 평면에 제 1 동심 루프쌍 및 제 2 평면에 제 2 동심 루프쌍을 포함하며, 상기 제 1 동심 루프쌍 및 상기 제 2 동심 루프쌍은 서로 동일하고 대칭적으로 정렬되며,

   상기 원형인 안테나는 상기 처리 챔버 내부에 방위각 대칭 플라즈마를 형성하며,

   상기 결합 윈도우는 상기 안테나로부터 상기 처리 챔버 내부로 상기 제 1RF 에너지의 통과를 허용하도록 구성되고,

   상기 결합 윈도우는 제 1층 및 제 2층을 가지고, 상기 제 2층은 상기 원형인 안테나와 상기 플라즈마 간에 형성되는 용량성 결합을 억제하도록 구성되며,

   상기 원형인 안테나와 상기 결합 윈도우는 상기 기판의 표면에 걸쳐서 균일한 처리 속도를 생성하도록 함께 작용하는, 플라즈마 처리장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1동심 루프쌍은 상기 제 2동심 루프쌍에 근접하는, 플라즈마 처리장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1동심 루프쌍은 상기 제 2동심 루프쌍의 상부에 적층되는, 플라즈마 처리장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 제 2동심 루프쌍은 상기 제 1동심 루프쌍에 의해 생성된 터미널 전압을 보호하는, 플라즈마 처리장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1동심 루프쌍은 제 1턴 및 제 4 턴을 갖고, 상기 제 2동심 루프쌍은 제 2턴 및 제 3턴을 가지며, 상기 제 4턴은 상기 제 1턴보다 큰 직경을 갖고 상기 제 3턴은 상기 제 2턴보다 큰 직경을 가지며, 상기 제 1턴은 상기 제 2턴과 동일하고 상기 제 3턴은 상기 제 4턴과 동일하며, 상기 제 1턴은 상기 제 2턴 위에 배치되고 상기 제 4턴은 상기 제 3턴 위에 배치되며, 상기 제 1턴은 상기 제 2턴에 작동적으로 결합되고, 상기 제 2턴은 상기 제 3턴에 작동적으로 결합되며, 상기 제 3턴은 상기 제 4턴에 작동적으로 결합되고, 상기 각각의 턴은 상기 각각의 턴에서의 전류의 흐름이 동일한 방향이 되도록 배열되는, 플라즈마 처리장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 제 1턴은 상기 제 4턴에 근접하고 상기 제 2턴은 상기 제 3턴에 근접하며, 상기 제 4턴에 대한 상기 제 1턴의 근접 및 상기 제 3턴에 대한 상기 제 2턴의 근접은 상기 원형인 안테나에서의 반경방향 변화를 감소시키는, 플라즈마 처리장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 원형인 안테나는 상기 기판이 상기 처리 챔버 내부에 배치될 때에 상기 처리 챔버 및 상기 기판의 중심에 대해 대칭으로 정렬되고, 상기 원형인 안테나는 상기 기판이 상기 처리 챔버 내부에 배치될 때에 상기 기판 위에 배치되는, 플라즈마 처리장치.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 원형인 안테나는 상기 결합 윈도우에 근접하게 배치되는, 플라즈마 처리장치.
9. 제 1항에 있어서,

   결합 윈도우의 상기 제 1층 및 상기 제 2층은 서로 접합되는, 플라즈마 처리장치.
10. 제 1항에 있어서,

    상기 제 2층은 상기 처리 챔버의 내주면의 일부를 형성하는, 플라즈마 처리장치.
11. 제 1항에 있어서,

    상기 제 1층은 유전성 물질로 형성되는, 플라즈마 처리장치.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 제 1층은 본질적으로 질화규소나 질화알루미늄으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 물질로 형성되는, 플라즈마 처리장치.
13. 제 1항에 있어서,

    상기 제 2층은 도전성 물질로 형성되는, 플라즈마 처리장치.
14. 제 13항에 있어서,

    상기 제 2층은 100Ω-㎝ 내지 10,000Ω-㎝의 저항율을 갖는 SiC로 형성되는, 플라즈마 처리장치.
15. 제 1항에 있어서,

    상기 제 2층은 상기 처리 동안에 상기 처리 챔버 내에 존재하는 상기 플라즈마에 대해 충분히 견딜 수 있는 물질로 형성되는, 플라즈마 처리장치.
16. 제 15항에 있어서,

    상기 제 2층은 SiC로 형성되는, 플라즈마 처리장치.
17. 제 1항에 있어서,

    상기 제 2층은 전기적으로 유동할 수 있도록 구성되는, 플라즈마 처리장치.
18. 제 1항에 있어서,

    상기 제 1RF 주파수는 4㎒로 형성되는, 플라즈마 처리장치.
19. 제 1항에 있어서,

    상기 처리 챔버는 원통형 플라즈마 처리 챔버인, 플라즈마 처리장치.
20. 제 1RF 전원에 작동적으로 결합되고, 기판이 처리를 위해 처리 챔버 내에 배치될 때에 상기 기판에 의해 정의되는 평면 위에 배치되며, 상기 처리 챔버 내부에서 상기 기판을 처리하기 위한 원형인 안테나 설비로서,

    제 1평면에 제 1동심 루프쌍; 및

    제 2평면에 제 2동심 루프쌍을 포함하고,

    상기 제 2동심 루프쌍은 상기 제 1동심 루프쌍에 작동적으로 결합되고, 상기 제 1동심 루프쌍과 동일하고 대칭적으로 정렬되며, 상기 제 1동심 루프쌍에 근접하고,

    상기 제 1동심 루프쌍은 상기 제 2동심 루프쌍 위에 배치되며,

    상기 원형인 안테나 설비는 상기 제 1RF 전원에 의해 생성된 제 1RF 에너지로 처리 챔버 내부에 방위각 대칭 전계를 형성하고, 상기 방위각 대칭 전계는 방위각 대칭 플라즈마를 형성하여, 상기 기판의 표면에 걸쳐서 균일한 처리속도를 생성하는, 안테나 설비.
21. 제 20항에 있어서,

    상기 제 1RF 전원은 4㎒ 의 주파수로 형성되는, 안테나 설비.
22. 처리 챔버 내부에서 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 결합 윈도우 설비로서, 상기 결합 윈도우는 안테나와 처리 챔버 간에 배치되고, 상기 안테나는 RF 에너지를 생성하도록 구성되며, 상기 생성은 상기 안테나와 상기 플라즈마 간에 용량성 결합을 형성하는, 상기 결합 윈도우 설비로서,

    유전성 물질로 형성되는 제 1층; 및

    상기 제 1층에 접합되는 제 2층을 포함하고,

    상기 제 2층은 상기 처리 동안에 상기 처리 챔버 내에 존재하는 상기 플라즈마에 충분히 견디는 물질로 형성되고, 상기 처리 챔버의 내주면의 일부를 형성하며,

    상기 제 1층과 상기 제 2층은 상기 안테나로부터 상기 처리 챔버 내부로의 상기 RF에너지의 통과를 허용하도록 구성되는, 결합 윈도우 설비.
23. 제 22항에 있어서,

    상기 제 2층은 상기 생성 동안에 상기 안테나와 상기 플라즈마 간에 형성된 상기 용량성 결합을 억제하도록 구성되는, 결합 윈도우 설비.
24. 제 23항에 있어서,

    상기 제 2층은 도전성 물질로 형성되는, 결합 윈도우 설비.
25. 제 24항에 있어서,

    상기 제 2층은 100Ω-㎝ 내지 10,000Ω-㎝의 저항율을 갖는 SiC로 형성되는, 결합 윈도우 설비.
26. 제 22항에 있어서,

    상기 제 2층은 유전성 물질로 형성되는, 결합 윈도우 설비.
27. 제 26항에 있어서,

    상기 제 2층은 10⁶Ω-㎝보다 더 큰 저항율을 갖는 SiC로 형성되는, 결합 윈도우 설비.
28. 제 22항에 있어서,

    상기 제 1층은 본질적으로 질화규소나 질화알루미늄으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 물질로 형성되는, 결합 윈도우 설비.
29. 제 22항에 있어서,

    상기 제 2층은 SiC로 형성되는, 결합 윈도우 설비.
30. 제 22항에 있어서,

    상기 제 2층은 전기적으로 유동할 수 있도록 구성되는, 결합 윈도우 설비.

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