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KR101336446B1 - 기판 에지로부터의 가스 주입을 튜닝하는 프로세스 - Google Patents

기판 에지로부터의 가스 주입을 튜닝하는 프로세스 Download PDF

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KR101336446B1
KR101336446B1 KR1020087020510A KR20087020510A KR101336446B1 KR 101336446 B1 KR101336446 B1 KR 101336446B1 KR 1020087020510 A KR1020087020510 A KR 1020087020510A KR 20087020510 A KR20087020510 A KR 20087020510A KR 101336446 B1 KR101336446 B1 KR 101336446B1
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KR
South Korea
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gas
tuning
substrate
tuning gas
substrate support
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라진더 딘드사
무쿤드 스리니바산
Original Assignee
램 리써치 코포레이션
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Abstract

일반적으로 말해서, 본 발명의 실시형태는 개선된 플라즈마 프로세싱 메카니즘, 장치 및 기판의 가장 끝 부분의 에지에서의 프로세스 균일성을 증가시키는 방법을 공급한다. 예시적인 실시형태에서, 플라즈마 프로세싱 챔버가 공급된다. 플라즈마 프로세싱 챔버는 기판을 수취하도록 구성된 기판 지지대를 포함한다. 플라즈마 프로세싱 챔버는 또한 환형 링에 한정되는 다수의 가스 채널을 갖는 환형 링을 포함한다. 환형 링은 기판 지지대의 외측 에지에 근접하고 환형 링은 기판 지지대에 커플링된다. 다수의 가스 채널은 기판 지지대를 둘러싸는 에지 가스 플리넘에 연결된다. 에지 가스 플리넘은 다수의 가스 공급 채널을 통해서 기판 지지대의 중심 내 및 그 중심 부근에 배치되는 중심 가스 플리넘에 연결된다.
플라즈마 프로세싱 챔버, 환형 링, 중심 가스 플리넘, 에지 가스 플리넘

Description

기판 에지로부터의 가스 주입을 튜닝하는 프로세스 {PROCESS TUNING GAS INJECTION FROM THE SUBSTRATE EDGE}
반도체 기반 디바이스 (예를 들어, 집적 회로 또는 평면 패널 디스플레이) 의 제조 공정에서, 물질의 층은 기판 표면 (예를 들어, 반도체 웨이퍼 또는 유리 패널) 상에 교대로 증착될 수도 있고 기판 표면으로부터 에칭될 수도 있다. 당업계에 잘 알려진 것과 같이, 물질 층(들) 의 증착 및 물질 층(들) 의 에칭은 플라즈마-강화 증착 및 에칭을 포함하는 다양한 기술에 의해 완성될 수도 있다. 플라즈마-강화 증착 또는 에칭에서, 기판의 실제 증착 또는 에칭은 플라즈마 프로세싱 챔버 내부에서 발생한다. 증착 또는 에칭 프로세스 동안, 기판상에 물질 층을 증착하기 위해서 또는 바람직한 패턴을 남기는 에칭 마스크에 의해 보호되지 않은 기판의 영역을 에칭하기 위해서 플라즈마는 적절한 소스 가스로부터 형성된다.
축소된 특성 크기 및 더 큰 크기의 기판 상에서의 디바이스를 공정하는 차세대의 새로운 물질의 구현은 플라즈마 에칭 및 플라즈마 증착 프로세싱 장비가 기판의 중심로부터 가장 끝 부분의 에지 (very edge) 까지의 균일성 또는 프로세스 결과를 유지할 수 있도록 도전해 왔다. 기판의 더 큰 크기 및 더 작은 디바이스의 크기로 인하여 기판 (또는 웨이퍼) 의 가장 끝 부분의 에지의 부근에서 더 많은 개수의 디바이스가 생산가능해 졌다. 이것은 기판의 가장 끝 부분의 에지에서의 프로세싱 결과의 제어를 매우 중요하게 하였다.
기판의 가장 끝 부분의 에지에서, 몇 가지 팩터에 의하여 증착 또는 에칭 플라즈마 비-균일성은 증가된다. 예를 들어, 플라즈마 에칭 동안, 기판 에지에서의 에칭 부산물-농도는 기판 에지를 지나면서 에칭 부산물 (by-product) 소스가 부족하여 기판의 중심과는 상이하다. 낮은 에칭 부산물 농도는 기판의 가장 끝 부분의 에지에서의 에칭 균일성에 영향을 미칠 수 있다. 추가적으로, 기판 온도는 기판 에지에서 상이하다. 종래의 플라즈마 에칭 시스템은 대개, 기판을 일정 온도로 유지하기 위해서 에칭 프로세스 동안 기판을 냉각하는 기판 지지대에서의 기판 냉각 메카니즘을 가진다. 기판의 가장 끝 부분의 에지는 가끔씩은 기판 지지대의 외부에 있고, 기판의 나머지와 같이 기판 지지대에서 냉각 메카니즘으로부터 같은 정도의 냉각을 받지 못한다. 기판의 가장 끝 부분의 에지에서의 상이한 기판 온도는 또한 기판의 가장 끝 부분의 에지에서의 에칭 비-균일성을 증가시킬 수 있다. 추가적으로, 기판의 가장 끝 부분의 에지에서의 에칭 가스 농도는 기판의 가장 끝 부분의 에지에서의 에칭 가스의 오버로딩때문에 기판의 다른 부분의 에칭 가스 농도와 상이하다. 오버로딩은 기판의 나머지에 걸쳐 소비되는 에칭 가스와 비교하여 기판의 가장 끝 부분의 에지에서의 에칭 프로세스에 의해 소비되는 에칭 가스가 적기 때문에 일어난다. 에칭 가스의 오버로딩은 또한 기판의 가장 끝 부분의 에지에서의 에칭 비-균일성을 증가시킬 수 있다. 기판의 가장 끝 부분의 에지에서의 RF 커플링 효과는 또한 기판의 에지가 지지대에 걸쳐 있고 기판 지지대를 둘러싸는 에지 링에 대해 사용되는 상이한 물질에 의해 기판의 나머지와 상이하다. 상이한 RF 커플링 효과는 플라즈마 생성 효율 및 밀도에 영향을 미칠 수 있고 이로 인해 기판의 가장 끝 부분의 에지에서의 에칭 비-균일성을 증가시킬 수 있다.
비록 플라즈마 에칭 프로세스와 동일한 팩터에 의해 영향받지는 않지만, 플라즈마 증착 프로세스는 또한 증가된 에지 비-균일성을 나타낸다. 일반적으로, 에지 비-균일성은 기판의 가장 끝 부분의 에지로부터 20 mm 에서 30 mm 까지 영향을 미친다. 이 영역 (기판의 가장 끝 부분의 에지로부터의 20 mm 에서 30 mm) 내의 플라즈마 균일성은 기판의 나머지보다 증착 또는 에칭 균일성을 더 악화시키며, 특히 기판의 가장 끝 부분의 에지에서 10 mm 정도 내에서 악화시킨다. 나쁜 에지 균일성은 기판의 가장 끝 부분의 에지에 대해 약 10 mm 내에 있는 디바이스를 이용 가능하지 않게 한다.
다음의 관점에서, 반도체 기판의 디바이스 산출을 증가시키는 기판의 가장 끝 부분의 에지에서의 프로세스 균일성을 증가시키는 개선된 플라즈마 프로세싱 메카니즘을 제공하는 방법 및 장치에 대한 필요가 존재한다.
요약
넓게 언급하면, 본 발명은 기판의 가장 끝 부분의 에지에서의 프로세스 균일성을 증가시키기 위해 개선된 플라즈마 프로세싱 메카니즘을 제공하여 이러한 요구를 충족시킨다. 본 발명이 프로세스, 장치, 또는 시스템을 포함하는 다양한 방법으로 구현될 수 있음을 인식할 수도 있다. 본 발명의 다수의 독창적인 실시형태가 아래에 묘사된다.
일 실시형태에서, 플라즈마 프로세싱 챔버가 제공된다. 플라즈마 프로세싱 챔버는 기판을 수취하도록 구성되는 기판 지지대를 포함한다. 플라즈마 프로세싱 챔버는 또한 환형링에 한정되는 다수의 가스 채널을 갖는 환형 (annular) 링을 포함한다. 환형 링은 기판 지지대의 외측 에지에 가깝고 환형 링은 기판 지지대에 커플링된다. 다수의 가스 채널은 기판 지지대를 둘러싸는 에지 가스 플리넘 (plenum) 에 연결된다. 에지 가스 플리넘은 다수의 가스 공급 채널을 통해 기판 지지대의 중심 내 및 그 중심 부근에 배치되는 중심 가스 플리넘에 연결된다.
다른 실시형태에서, 플라즈마 프로세싱 시스템에 대한 튜닝 가스 어셈블리 (assembly) 가 제공된다. 튜닝 가스 어셈블리는 환형 링에 한정되는 다수의 튜닝 가스 채널을 갖는 환형 링을 포함한다. 환형 링은 기판 지지대의 외측 에지에 가깝고 환형 링은 플라즈마 프로세싱 시스템의 기판 지지대에 커플링된다. 다수의 튜닝 가스 채널은 기판 지지대의 에지에 근접한 튜닝 가스를 공급한다. 튜닝 가스 어셈블리는 또한 에지 튜닝 가스 플리넘을 포함하고, 다수의 튜닝 가스 채널은 기판 지지대를 둘러싸는 에지 가스 플리넘에 연결된다. 추가적으로, 튜닝 가스 어셈블리는 다수의 튜닝 가스 공급 채널을 통해 기판 지지대의 중심 내 및 그 중심 부근에 배치되는 중심 튜닝 가스 플리넘을 포함한다.
다른 실시형태에서, 플라즈마 프로세싱 챔버에서의 기판의 에지에서의 플라즈마 균일성을 개선시키는 방법이 제공된다. 방법은 기판 지지대 위에 배치된 가스 분배 플레이트로부터 프로세스 가스를 공급하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 프로세싱 가스를 공급하는 것과 동시에, 플라즈마 프로세싱 챔버의 하부 영역으로부터 기판의 외측 에지로 프로세싱 가스의 하나 이상의 컴포넌트를 포함하는 튜닝 가스를 도입하는 단계를 포함한다. 튜닝 가스는 기판 지지대 내에 배치된 중심 가스 플리넘에 의해 공급된다. 추가적으로, 방법은 프로세스 챔버 내의 하나 이상의 전극에 전력을 공급하여 플라즈마를 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양태 및 이점은 다음의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이며, 첨부된 도면과 함께 본 발명의 원리의 예를 설명하게 될 것이다.
본 발명은 첨부된 도면과 함께 다음의 상세한 설명에 의해 이해될 것이며, 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 1 은 기판 에칭 시스템의 일 실시형태의 횡단면 개략도를 나타낸다.
도 2 는 튜닝 가스 어셈블리의 실시형태의 평면도 (top view) 를 나타낸다.
도 3A 는 도 1 의 확대된 영역 (125) 의 일 실시형태를 나타낸다.
도 3B 는 기판의 가장 끝 부분의 에지에서의 에칭 균일성을 개선하기 위해 기판 에지에서 튜닝 가스를 사용하는 프로세스 플로우를 사용하는 프로세스 플로우를 나타낸다.
도 3C 는 기판 후면 에칭 부산물 증착을 방지하기 위한 기판 에지에서의 튜닝 가스 사용의 프로세스 플로우를 나타낸다.
도 3D 는 도 1 의 확대된 영역 (125) 의 다른 실시형태를 나타낸다.
개선된 플라즈마 에칭 시스템, 방법 및 장치에 대한 다수의 예시적인 실시형태가 설명될 것이다. 여기에 설명된 특정 설명의 일부 또는 전부 없이 본 발명이 실시될 수도 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 본 발명은 플라즈마 증착에 대해 실시될 수도 있음이 또한 당업자에게 명백할 것이다.
앞서 설명된 것과 같이, 기판의 크기를 크게 하고 특성 크기를 작게 함으로서, 기판의 가장 끝 부분의 에지 상에 많은 수의 디바이스가 존재한다. 기판의 가장 끝 부분의 에지에서의 프로세스 균일성을 개선하는 것은 기판의 가장 끝 부분의 에지에서의 디바이스의 산출을 개선할 수도 있다. 본 발명의 일 실시형태는 기판의 가장 끝 부분의 에지에서의 프로세스 튜닝 가스 소스를 공급한다. 본 발명의 다양한 실시형태의 다음의 설명에 대해서, 에칭 플라즈마를 예로 사용할 것이다. 그러나, 개념은 플라즈마 증착 및 플라즈마 증착 챔버에 적용될 수 있다.
플라즈마 에칭 프로세스에 대해서, 에칭 레이트는 기판의 가장 끝 부분의 에지에서의 상이한 에칭 부산물 농도, 상이한 기판 온도, 상이한 에칭 가스 농도, 및 상이한 RF 커플링 효과와 같은 팩터에 의해서 기판의 가장 끝 부분의 에지에서 급격하게 감소하는 경향이 있다. 기판의 가장 끝 부분의 에지에서의 에칭 레이트를 증가시키기 위해서, 많은 방법이 시도되었으며, 가스 분배 플레이트의 중심 및 에지로부터 반응적인 가스(들) 의 상이한 농도를 공급하는 듀얼-가스 피드 (dual-gas feed) 를 사용하는 단계를 포함한다. 비록 듀얼-가스 피드는 기판의 가장 끝 부분의 에지에서의 에칭 레이트를 개선시키지만, 개선은 여기에 설명된 실시형태를 통해서 공급된다. 듀얼-가스 피드의 더 자세한 설명은 2002 년 8 월 13 일에 발행된 발명의 명칭이 "반도체 프로세싱을 위한 가스 분배 장치" 로 할당된 U.S. 특허 제 6,432,831 호에 설명된다.
일 실시형태에서, 프로세스 튜닝 가스는 기판의 에지 옆의 튜닝 가스 소스로부터 공급된다. 도 1 은 기판 지지대를 둘러싸는 튜닝 가스 소스를 갖는 플라즈마 프로세싱 장치 (100) 의 횡단면을 나타낸다. 이 실시형태는 도전성 물질로 구성되어 있고 전원 (미도시) 에 영향을 미치게 커플링된 전극인 기판 지지대 (145) 를 포함한다. RF 전원은 다수의 주파수 전원일 수도 있다. 예를 들어, 전원은 2 MHz, 27 MHz, 및/또는 60 MHz 의 주파수의 혼합일 수 있다. 프로세스 챔버 내의 가스를 프로세스하기 위해서 RF 파워가 전극 (또는 기판 지지대 (145)) 와 연결되는 경우 플라즈마가 생성될 수도 있다. 프로세스 가스는 전극일 수도 있는 가스 분배 플레이트 (12) 로의 가스 피드 (190) 를 통해서 프로세스 챔버로 공급된다.
기판 지지대 (145) 를 둘러싸는 것은 튜닝 가스 어셈블리 (150) 의 부분인, 튜닝 가스 주입 채널 (151) 을 제공하는 에지 링 (160) 이다. 에지 링 (160) 은 실리콘과 같은 반 (semi)-도전성의 물질로 만들어질 수도 있고, 또는 절연체로 만들어질 수도 있다. 에지 링 (160) 의 아래에는 에지 튜닝 가스 플리넘 (152) 및 튜닝 가스 공급 채널 (154) 를 갖는 커플링 링 (162) 이 있다. 에지 튜닝 가스 플리넘 (152) 및 튜닝 가스 공급 채널은 튜닝 가스 어셈블리 (150) 의 부분이다. 커플링 링 (162) 은 석영과 같은 절연 물질로 만들어질 수도 있다. 커플링 링 (162) 은 에지 링 (160) 과 기판 지지대 (145) 의 낮은 종단 사이의 연결을 제공한다.
일 실시형태에서, 스페이서 링 (170) 은 에지 링 (160) 의 옆에 배치된다. 스페이서 링 (170) 은 석영과 같은 절연체로 만들어질 수도 있다. 스페이서 링은 절연재 (171) 위에 배치된다. 절연재 (171) 은 석영과 같은 절연체로 만들어질 수도 있다. 절연재 (171) 은 절연재 (171) 이 기판 지지대 (145) 에 부착되도록 허용하는 외주 (peripheral) 링 (172) 에 커플링된다. 외주 링은 세라믹과 같은 절연체로 만들어질 수도 있다. 에지 링 (160), 커플링 링 (162) 및 외주 링 (172) 은 고정 디바이스 (161) 에 의해 같이 고정될 수도 있다. 일 실시형태에서 고정 디바이스 (161) 는 볼트일 수도 있다. 당업자는 적합한 고정 디바이스만이 여기에 사용될 수도 있음을 인식할 것이다.
튜닝 가스 공급 채널 (154) 은 접합점 (159) 에서 에지 튜닝 가스 플리넘 (152) 과 교차한다. 커플링 링 (162) 과 기판 지지대 (145) 의 낮은 부분 사이에서의 인터페이스에서, 선택적인 인터페이스 플리넘 (157) 이 있을 수도 있다. 커플링 링은 고정 디바이스 (158) 에 의해 기판 지지대 (145) 에 고정된다. 튜닝 가스 공급 채널 (154) 은 기판 지지대 (145) 내에 배치되는 중심 튜닝 가스 플리넘 (153) 에 연결된다. 튜닝 가스(들) 은 튜닝 가스 라인 (155) 를 통해서 튜닝 가스 컨테이너(들) (156) 로부터 중심 튜닝 가스 플리넘 (153) 으로 공급된다. 여기에 설명된 튜닝 가스는 단일 가스거나 가스의 혼합물일 수도 있다. 하나 이상의 튜닝 가스 유형이 사용되는 경우, 하나 이상의 튜닝 가스 컨테이너가 있을 수도 있음을 인식해야 할 것이다.
기판 (140) 은 잘 알려진 시스템 및 방법을 사용하여 기판 지지대 (145) 에 정전기적으로 죄이거나 "척 (chucked)" 될 수도 있다. 이러한 잘 알려진 시스템 및 방법은 척킹 (chucking) 및 디척킹 프로세스를 위해 높은 전압 전극 (미도시) 을 통합하는 유전체 물질로 기판 지지대 (145) (또는 전극) 을 코팅하는 것을 포함한다.
도 2 는 튜닝 가스 공급 어셈블리 (150) 의 평면도의 실시형태를 나타낸다. 중심 튜닝 가스 플리넘 (153) 은 튜닝 가스 컨테이너 (156) 로부터 튜닝 가스 라인 (155) 을 통해서 튜닝 가스의 공급을 받는다. 중심 튜닝 가스 플리넘 (153) 은 중심 튜닝 가스 플리넘 (153) 의 둘레에 분포된 6 개의 튜닝 가스 공급 채널 (154) 를 통해서 에지 튜닝 가스 플리넘 (152) 으로 튜닝 가스를 공급한다. 6 개 이상의 또는 6 개 이하의 튜닝 가스 공급 채널 (154) 이 있을 수도 있는 것을 인식해야 한다. 튜닝 가스 공급 채널 (154) 은 중심 튜닝 가스 플리넘 (153) 의 둘레에 균일하게 분포된다. 튜닝 가스 공급 채널 (154) 은 접합점 (159) 에서 에지 튜닝 가스 플리넘 (152) 과 교차한다. 에지 튜닝 가스 플리넘의 상부 표면이고 또한 튜닝 가스 주입 채널 (151) 의 하부는 튜닝 가스 주입 채널의 하부 (151B) 이다. 튜닝 가스 주입 채널의 상부 (151T) 및 튜닝 가스 주입 채널 (151) 이 또한 도 2 에 나타난다. 도 2 에 나타난 것과 같이, 다수의 튜닝 가스 주입 채널이 있을 수도 있다. 일 실시형태에서, 튜닝 가스 주입 채널 (151) 의 개수는 약 12 에서 약 1200 사이에 있을 수도 있다. 일반적으로, 튜닝 가스 주입 채널은 약 0.3 mm 에서 5 mm 사이의 지름을 갖는 원통 (cylinder) 이다. 일 실시형태에서, 주입 채널 (151) 의 지름은 0.5 mm 이다. 그러나, 튜닝 가스 주입 채널은 원통 모양일 필요는 없으며, 원뿔형 (cone) 또는 역 원뿔형과 같은 다른 모양일 수 있다. 도 2 의 실시형태는 튜닝 가스 주입 채널 (151) 이 기판의 중심을 향하는 것을 나타낸다. 그러나, 튜닝 가스 주입 채널 (151) 이 기판의 중심을 향하게 할 필요는 없다. 채널 (151) 이 기판의 에지 (또는 주변) 를 향하는 한, 튜닝 가스는 기판의 에지인 바람직한 영역으로 전달될 수 있다. 튜닝 가스를 에지 튜닝 가스 플리넘 (152) 으로 균일하게 분포하기 위해서, 먼저 튜닝 가스가 중심 튜닝 가스 플리넘 (153) 에 공급된다.
도 3A 는 도 1 의 원 (125) 의 확대된 뷰의 실시형태를 나타낸다. 이 실시형태에서, 튜닝 가스 주입 채널 (151A) 은 수직축 X 로부터 각
Figure 112012012316718-pct00001
로 구멍이 뚫린다. 각
Figure 112012012316718-pct00002
는 약 0 도에서 약 60 도 사이에 있을 수 있으며, 더 바람직하게는 약 10 도에서 약 30 도 사이에 있을 수 있다. 튜닝 가스 주입 채널 (151A) 의 각
Figure 112012012316718-pct00003
는 기판 표면상에서 운반되는 튜닝 가스의 방향에 영향을 미치며, 튜닝 가스가 어떻게 기판의 에지 상에 분포되는지에 영향을 미친다. 튜닝 가스는 기판의 에지의 표면 위 영역 (175) 을 향한다. 예를 들어, 고 종횡비 콘택트 (HARC ; high aspect ratio contact) 에칭을 사용하는 경우, HARC 에 대한 프로세싱 가스는 O2, CF4, C4F6, C4F8 및 Ar 과 같은 가스를 포함한다. C4F6 및 C4F8 는 측벽 폴리머가 에칭된 콘택트 측벽을 보호하게 하는 폴리머라이징 가스이다. O2, CF4, C4F6, C4F8, Ar 또는 이러한 가스의 조합과 같은 추가적인 튜닝 가스는, 기판의 가장 끝 부분의 에지에서의 에칭 균일성을 개선하기 위해서 기판의 에지에 공급될 수도 있다. 일 실시형태에서, 플로우 레이트는 약 1 sccm 에서 약 20 sccm 사이일 수도 있다. 다른 예는 산소가 포토레지스트 에싱 (ashing) 에서 주 반응 가스인 포토레지스트 에싱이다. 그러므로, O2 는 여기에 설명된 실시형태에서 튜닝 가스로 사용될 수 있다. 일 실시형태에서, O2 튜닝 가스의 플로우 레이트는 약 1 sccm 에서 약 20 sccm 사이일 수도 있다. O2 튜닝 가스는 또한 He 과 같은 불활성 가스로 희석될 수 있다.
도 3B 는 기판의 가장 끝 부분의 에지에서의 에칭 균일성을 개선하기 위해서 기판 에지에서의 튜닝 가스 사용의 프로세스 플로우를 나타낸 것이다. 동작 (301) 에서, 에칭 가스 (또는 가스 혼합) 는 가스 분배 플레이트와 같은 메인 가스 소스로부터, 그리고 튜닝 가스 주입 홀로부터 플라즈마 프로세스 챔버로 공급된다. 동작 (303) 에서, 에칭 플라즈마는 전극(들) 에 전력을 공급하여 생성된다. 튜닝 가스의 도입과 함께, 기판 에지에서의 에칭 레이트는 증가될 수 있고 기판의 가장 끝 부분의 에지에서의 에칭 균일성은 개선될 수 있다. 일반적으로, 에지 비-균일성은 기판의 가장 끝 부분의 에지로부터 약 10 mm 내에 있는 디바이스를 이용 가능하지 않게 한다. 그러나, 에지 비-균일성은 기판의 가장 끝 부분의 에지로부터 20 mm 부터 30 mm 까지 영향을 미친다. 튜닝 가스의 도입과 함께, 에지 비-균일성은 상당히 개선될 수 있고, 또는 완전히 제거될 수도 있다.
도 3D 는 도 1 의 원 (125) 의 확대된 뷰의 다른 실시형태를 나타낸다. 튜닝 가스 주입 채널은 기판 (140) 아래의 노출된 영역 (126) 에서 에칭 부산물의 증착을 방지하기 위해서 기판 (140) 아래의 영역 (126) 으로 불활성 가스를 공급하도록 사용될 수 있다. 이 실시형태에서, 튜닝 가스 주입 채널 (151B) 은 수직축 X 로부터 각 β 로 구멍이 뚫린다. 각 β 는 약 0 도에서 약 90 도 사이일 수 있으며, 바람직하게는 약 30 도에서 약 60 도 사이일 수도 있다. 튜닝 가스 주입 채널 (151B) 의 각 β 는 기판 표면에서 운반되는 불활성 가스의 방향에 영향을 미치고 그로 인해 불활성 가스가 어떻게 기판의 에지의 후면 부근에 분포되는지에 영향을 미친다. 튜닝 가스 주입 채널의 상부 (151BT) 는 기판 (140) 아래에 있다. 기판 (140) 의 에지 아래의 노출된 영역 (126) 을 통과하는 에칭 부산물을 예방하여 후면 증착이 일어나지 않게 하기 위해서, 튜닝 가스 주입 채널의 상부는 기판의 에지의 노출된 영역 (127) 및 기판의 에지 바로 아래로 불활성 가스를 향하게 한다. 베벨 (bevel) 폴리머라고 지칭되는, 기판의 후면에 증착된 에칭 부산물 (폴리머) 은 제거하기 매우 어려우며, 그것은 파티클을 생성할 수 있다. He 또는 Ar 과 같은, 불활성 가스는 튜닝 가스 주입 채널 (151B) 로 공급될 수 있다. 일 실시형태에서, 불활성 가스는 약 10 sccm 에서 약 200 sccm 사이의 총 플로우 레이트로 흐를수 있다.
도 3C 는 기판 후면 에칭 부산물 증착을 예방하기 위한 기판 에지에서의 튜닝 가스를 사용하는 프로세스 플로우를 나타낸다. 동작 (305) 에서, 에칭 가스 (또는 가스 혼합) 는 가스 분배 플레이트와 같은 메인 가스 소스로부터 플라즈마 프로세스 챔버에 공급되고, 불활성 가스는 튜닝 가스 주입 홀로부터 기판의 에지 아래의 노출된 영역으로 공급된다. 동작 (307) 에서, 에칭 플라즈마는 전극(들) 에 전력을 공급하여 생성되고, 불활성 가스는 에칭 부산물이 기판의 에지 아래의 노출된 영역에서 증착하는 것을 방지하기 위해서 기판의 에지 아래 노출된 영역에 주입된다. 기판의 에지 아래의 노출된 영역에서의 불활성 가스의 도입과 함께, 그 노출된 영역에서의 에칭 부산물 증착은 크게 감소될 수 있고 또는 완전히 제거될 수 있다.
챔버의 바닥 영역으로부터 기판의 에지로의 튜닝 가스의 주입의 개념은 임의의 프로세싱 챔버에 사용될 수 있다. 심지어 기판을 증착하거나 또는 에칭하는데 사용되는 비-플라즈마 프로세싱 챔버 또한 이 개념에 사용될 수 있다. 플라즈마 프로세싱 챔버에 대해서, 플라즈마 소스는 유도성, 용량성 또는 유도성 및 용량성 모두의 조합일 수 있다. 발명의 개념은 임의 타입의 기판을 프로세싱하는데 사용될 수 있으며, 반도체 기판, 평면 패널 디스플레이 및 태양 패널을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
비록 다음의 발명이 이해를 명확하게 하는 목적으로 자세히 설명되었지만, 첨부된 청구항의 범위 내에 임의의 변경 및 수정이 적용될 수도 있는 것은 명확할 것이다. 따라서, 본 발명의 실시형태는 설명적이나 제한되지 않는 것으로 고려되고, 본 발명은 여기에 주어진 상세한 설명에 제한되지 않고, 첨부된 청구항의 범위 및 등가물 내에서 수정될 수도 있다.

Claims (23)

  1. 기판을 수취하도록 구성된 기판 지지대 상부 면을 갖고 환형 에지 링을 포함하는 기판 지지대로서, 상기 환형 에지 링은 상기 기판 지지대 상부 면과 실질적으로 평행한 상부 면을 갖는, 상기 기판 지지대;
    프로세스 가스를 공급하기 위한 메인 프로세스 가스 피드 (feed) 로서, 상기 기판 지지대 위에 위치하는, 상기 메인 프로세스 가스 피드; 및
    상기 환형 에지 링 내에 정의된 복수의 튜닝 가스 주입 채널들을 포함하고,
    상기 복수의 튜닝 가스 주입 채널들은 상기 기판의 상기 에지에서 프로세스 균일도를 향상시키기 위해 상기 기판 지지대 상부 면의 외측 에지에서 프로세스 튜닝 가스를 공급하고,
    상기 복수의 튜닝 가스 주입 채널들 각각은 상기 복수의 튜닝 가스 주입 채널들 각각의 수직 축으로부터 0 도 내지 60 도 사이의 각도로 배향되어 상기 기판의 중심을 향하고, 상기 수직 축은 상기 기판 지지대 상부 면에 수직하고, 상기 환형 에지 링은 상기 기판 지지대의 외측 에지에 근접하고 상기 환형 에지 링은 상기 기판 지지대에 커플링되고,
    상기 복수의 튜닝 가스 주입 채널들은 상기 기판 지지대를 둘러싸는 에지 튜닝 가스 플리넘 (plenum) 에 연결되고, 상기 에지 튜닝 가스 플리넘은 복수의 튜닝 가스 공급 채널들을 통해 중심 튜닝 가스 플리넘에 연결되고, 상기 중심 튜닝 가스 플리넘은 상기 기판 아래 및 상기 기판 지지대 내 및 상기 기판 지지대의 중심 부근에 배치되고, 상기 복수의 튜닝 가스 공급 채널들은 바퀴살 (spoke) 패턴으로 상기 중심 튜닝 가스 플리넘의 원주 둘레에 균등하게 분포되어 배열되는, 플라즈마 프로세싱 챔버.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 튜닝 가스 주입 채널은 원통형이고, 상기 복수의 튜닝 가스 주입 채널들의 지름들은 0.3 mm 에서 5 mm 사이인, 플라즈마 프로세싱 챔버.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    적어도 12 개의 튜닝 가스 공급 채널들이 있는, 플라즈마 프로세싱 챔버.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    적어도 6 개의 튜닝 가스 공급 채널들이 있는, 플라즈마 프로세싱 챔버.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 튜닝 가스 주입 채널들은 상기 기판의 에지의 표면 위의 영역으로 프로세스 튜닝 가스가 운반되도록 구성되는, 플라즈마 프로세싱 챔버.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세스 튜닝 가스는 하나 이상의 프로세싱 가스를 포함하는, 플라즈마 프로세싱 챔버.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 튜닝 가스 주입 채널들은 상기 기판의 에지 아래 노출된 영역으로 불활성 가스가 운반되도록 구성되는, 플라즈마 프로세싱 챔버.
  11. 플라즈마 프로세싱 시스템의 튜닝 가스 어셈블리 (assembly) 로서,
    환형 에지 링 내에 정의된 복수의 튜닝 가스 주입 채널들로서, 상기 환형 에지 링은 기판 지지대의 외측 에지에 근접하고, 상기 환형 에지 링은 기판 지지대 상부 면과 실질적으로 평행한 상부 면을 갖고 상기 환형 에지 링은 상기 플라즈마 프로세싱 시스템에서의 상기 기판 지지대에 커플링되고, 상기 복수의 튜닝 가스 주입 채널들은 메인 프로세스 가스 피드 (feed) 에 의해 공급된 프로세스 가스에 추가하여 프로세스 튜닝 가스를 공급하고, 상기 프로세스 튜닝 가스는 상기 기판의 에지에서 프로세스 균일도를 향상시키기 위해 상기 기판 지지대 상부 면의 에지에 근접하여 공급되고, 상기 복수의 튜닝 가스 주입 채널들 각각은 상기 복수의 튜닝 가스 주입 채널들 각각의 수직 축으로부터 0 도 내지 60 도 사이의 각도로 배향되어 상기 기판의 중심을 향하고, 상기 수직 축은 상기 기판 지지대 상부 면에 수직한, 상기 복수의 튜닝 가스 주입 채널들;
    에지 튜닝 가스 플리넘 (plenum) 으로서, 상기 복수의 튜닝 가스 주입 채널들은 상기 기판 지지대를 둘러싸는 상기 에지 튜닝 가스 플리넘에 연결되는, 상기 에지 튜닝 가스 플리넘;
    상기 기판 지지대의 중심 내 및 그 중심 부근에서 상기 기판 아래에 배치되는 중심 튜닝 가스 플리넘; 및
    복수의 튜닝 가스 공급 채널들로서, 상기 에지 튜닝 가스 플리넘은 상기 복수의 튜닝 가스 공급 채널들을 통해 상기 중심 튜닝 가스 플리넘에 연결되고, 상기 복수의 튜닝 가스 공급 채널들은 바퀴살 (spoke) 패턴으로 상기 중심 튜닝 가스 플리넘의 원주 둘레에 균등하게 분포되어 배열되는, 상기 복수의 튜닝 가스 공급 채널들을 포함하는, 튜닝 가스 어셈블리.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 튜닝 가스 주입 채널들은 원통형이고 상기 복수의 튜닝 가스 주입 채널들의 지름은 0.3 mm 에서 5 mm 사이인, 튜닝 가스 어셈블리.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제 11 항에 있어서,
    적어도 12 개의 튜닝 가스 공급 채널들이 있는, 튜닝 가스 어셈블리.
  16. 삭제
  17. 제 11 항에 있어서,
    적어도 6 개의 튜닝 가스 공급 채널들이 있는, 튜닝 가스 어셈블리.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 튜닝 가스 주입 채널들은 상기 기판 지지대에 의해 지지되는 상기 기판의 에지의 표면 위의 영역으로 프로세스 튜닝 가스가 운반되도록 구성되는, 튜닝 가스 어셈블리.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 튜닝 가스 주입 채널들은 상기 기판 지지대에 의해 지지되는 상기 기판의 에지 아래의 노출된 영역으로 불활성 가스가 운반되도록 구성되는, 플라즈마 프로세싱 챔버.
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 튜닝 가스 주입 채널들은 상기 기판의 에지 바로 아래 및 상기 기판의 에지에서 노출된 영역으로 상기 튜닝 가스가 운반되도록 구성되는, 튜닝 가스 어셈블리.
  21. 챔버 상부;
    챔버 하부;
    복수의 챔버 벽들로서, 상기 복수의 챔버 벽들 각각은 적어도 2 개의 다른 챔버 벽들, 상기 챔버 상부 및 상기 챔버 하부에 연결되는, 상기 복수의 챔버 벽들;
    제 1 가스 소스에 커플링되고, 상기 챔버 상부에 배치되는 제 1 가스 피드 (feed); 및
    상기 챔버 하부에 배치된 기판 지지대를 포함하고,
    상기 기판 지지대는,
    기판을 수취하도록 구성된 기판 지지대 상부 면;
    환형 에지 링을 포함하고,
    상기 환형 에지 링은,
    수취된 기판의 외주에 근접하고 상기 기판 지지대 상부 면과 실질적으로 평행한 환형 에지 링 상부 면; 및
    상기 환형 에지 링 내의 복수의 가스 주입 채널들로서, 상기 복수의 가스 주입 채널들 각각은 상기 환형 에지 링 상부 면에서의 복수의 가스 주입 포트들 중 대응하는 포트에서 끝나는 대응하는 유출구 및 제 2 가스 소스에 커플링된 대응하는 입구를 갖고, 상기 복수의 가스 주입 포트들은 상기 수취된 기판의 외주에 근접하고 외주 둘레에 실질적으로 균등하게 이격되는, 상기 복수의 가스 주입 채널들을 갖고,
    상기 복수의 가스 주입 채널들 각각은 상기 기판 지지대 상부 면에 수직한 수직 축으로부터 0 도 내지 60 도 사이의 각도로 배향되고,
    적어도 하나의 가스 플리넘 입구는 복수의 튜닝 가스 공급 채널들을 통해 중심 튜닝 가스 플리넘에 커플링된 복수의 가스 플리넘 입구들을 포함하고, 상기 중심 튜닝 가스 플리넘은 상기 기판 지지대 내에 상기 기판 지지대의 중심 부근에 배치되며,
    상기 복수의 튜닝 가스 공급 채널들은 바퀴살 (spoke) 패턴으로 상기 중심 튜닝 가스 플리넘의 원주 둘레에 실질적으로 균등하게 분포되어 배열되는, 플라즈마 프로세싱 챔버.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 2 가스 소스에 커플링된 대응하는 입구들을 갖는 상기 복수의 가스 주입 채널들 각각은 상기 제 2 가스 소스에 커플링된 적어도 하나의 가스 플리넘 입구 및 상기 복수의 가스 주입 채널들의 상기 대응하는 입구들에 커플링된 복수의 가스 플리넘 출구를 갖는 가스 플리넘을 포함하는, 플라즈마 프로세싱 챔버.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 가스 플리넘은 상기 환형 에지 링에 포함된 환형 가스 플리넘인, 플라즈마 프로세싱 챔버.
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