JP2011509526A - プラズマ処理装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
第一の問題は、蒸着された膜の質である。これは、組成、汚染度、損失度及び機械的・電気的特性を意味する。各膜の組成は蒸着条件によって変化可能であり、これは、特定の組成を得るために非常に重要である。
第二の問題は、基板を横切る均一な厚さである。特に、段差が形成された非平面形状のパターン上部に蒸着された膜の厚さが非常に重要である。蒸着された膜の厚さが均一であるかどうかは、段差部分に蒸着された最小厚さをパターンの上部面に蒸着された厚さで割った値として定義されるステップカバレッジを通して判断することができる。
蒸着と関連した他の問題は、空間充填である。これは、各金属ライン間を酸化膜を含む絶縁膜で充填するギャップフィリングを含む。ギャップは、各金属ラインを物理的及び電気的に絶縁させるために提供される。
これら問題のうち均一度は、蒸着工程と関連した重要な問題のうち一つであり、不均一な膜は、金属配線上で高い電気抵抗をもたらし、機械的な破損の可能性を増加させる。
前記上部ソースは、前記チャンバ上部の中心から所定の曲率を有して前記チャンバ上部の縁部に向かって延長される。
前記上部ソースは、前記チャンバ上部の中心から所定の曲率を有して前記チャンバ上部の縁部に向かって延長される中央ソースと、前記中央ソースの端から前記チャンバ上部の縁部に向かって半径方向に延長される縁部ソースと、を含むことができる。
前記上部ソースは、前記チャンバ上部の中心から所定の曲率を有して前記チャンバ上部の縁部に向かって延長される中央ソースと、前記中央ソースの端から延長され、所定の半径を有する円弧形状の円形ソースと、前記円形ソースの端から前記チャンバ上部の縁部に向かって半径方向に延長される縁部ソースと、を含むことができる。
前記上部ソースは、第1の上部ソースと、前記第1の上部ソースと略同一形状を有し、前記第1の上部ソースと所定の位相差を有する第2の上部ソースと、前記第1及び第2の上部ソースと略同一形状を有し、前記第2の上部ソースと所定の位相差を有する第3の上部ソースと、を含むことができる。
前記側部ソースは、前記チャンバの上部から前記チャンバの下部に向かって下方傾斜するように延長され、前記電流が前記チャンバの上部から前記チャンバの下部に向かって流れる下降ソースと、前記チャンバの下部から前記チャンバの上部に向かって上方傾斜するように延長され、前記電流が前記チャンバの下部から前記チャンバの上部に向かって流れる上昇ソースと、を含むことができる。
前記側部ソースは、前記一側から前記他側に向かって延長される前記チャンバの上側ソースと、前記一側から前記他側に向かって延長され、前記上部ソースの下部に位置する下側ソースと、前記チャンバの上部から前記チャンバの下部に向かって延長され、前記上側ソースの一端に連結され、前記チャンバの上部から前記チャンバの下部に向かって電流が流れる下降ソースと、前記チャンバの下部から前記チャンバの上部に向かって延長され、前記下側ソースの一端に連結され、前記チャンバの下部から前記チャンバの上部に向かって電流が流れる上昇ソースと、を含むことができる。
前記側部ソースは、第1の側部ソースと、前記第1の上部ソースと略同一形状を有し、前記第1の上部ソースと所定の位相差を有する第2の上部ソースと、前記第1及び第2の上部ソースと略同一形状を有し、前記第2の上部ソースと所定の位相差を有する第3の上部ソースと、を含むことができる。
前記プラズマソースはコイルである。
また、前記装置は、前記上部ソースに連結され、高周波を有する前記電流を前記上部ソースに供給する高周波電源と、前記高周波電源と前記上部ソースとの間に位置する整合器と、をさらに含むことができる。
前記チャンバは、前記被処理体が置かれる支持部材が提供され、前記プラズマによって工程が行われる工程チャンバと、前記工程チャンバの上部に提供され、前記プラズマソースによって前記プラズマが生成される生成チャンバと、を備えており、前記プラズマソースは、前記生成チャンバの上部及び側部に提供される。
本発明によれば、プラズマソースに電流を供給することによってチャンバの内部空間にプラズマを生成し、生成されたプラズマを用いて前記チャンバの内部に提供された被処理体を 処理する方法において、前記プラズマソースは、前記チャンバの上部に提供された上部ソースと、前記チャンバの側部を取り囲むように配置された側部ソースと、を含むことができる。
前記側部ソースを通して前記チャンバの一側から前記チャンバの他側に向かって前記電流を供給し、前記電流は、前記チャンバの上部から前記チャンバの下部を経て前記チャンバの上部に流れることができる。
一方、以下では、ICP(Inductively Coupled Plasma)方式のプラズマ工程を例に挙げて説明するが、本発明は、多様なプラズマ工程に応用可能である。また、以下では、基板を例に挙げて説明するが、本発明は多様な被処理体に応用可能である。
プラズマ処理装置は、基板Wに対する工程が行われる内部空間を提供するチャンバ10を含む。チャンバ10は、工程チャンバ12と生成チャンバ14に区分され、工程チャンバ12内では基板に対する工程が行われ、生成チャンバ14では、外部から供給されたソースガスからプラズマが生成される。
工程チャンバ12内には支持プレート20が設置され、支持プレート20上には基板Wが置かれる。基板Wは、工程チャンバ12の一側に形成された入口12aを介して工程チャンバ12の内部に投入され、投入された基板は支持プレート上に置かれる。また、支持プレート20は、静電気チャック(electrostatic chuck、E―chuck)であり、支持プレート20上に置かれた基板の温度を精密に制御するために別途のヘリウム(He)後面冷却システム(図示せず)を備えることができる。
生成チャンバ14の上部面及び外周面にはプラズマソース16が提供される。プラズマソース16は、生成チャンバ14の上部面に配置される上部ソース100と、生成チャンバ14の外周面に配置される側部ソース200と、を備えている。上部ソース100は、入力ライン16aを介して高周波電源(RF generator)に連結され、上部ソース100と高周波電源との間には整合器18が提供される。側部ソース200は上部ソース100に連結され、高周波電源を通して高周波電流を供給すれば、供給された高周波電流は、上部ソース100を経て下部ソース200に供給される。上部ソース100及び下部ソース200は、高周波電流を磁場に変換し、チャンバ10の内部に供給されたソースガスからプラズマを生成する。
工程チャンバ12の一側には排気ライン34が連結され、排気ライン34上にはポンプ34aが連結される。チャンバ10の内部で生成されたプラズマ及び反応副産物などは、排気ライン34を介してチャンバ10の外部に排出され、ポンプ34aはこれらを強制排出する。チャンバ10内部のプラズマ及び反応副産物などは、排気プレート32を介して排気ライン34に流入する。排気プレート32は、支持プレート20の外側に支持プレート20と略並んで配置される。チャンバ10内部のプラズマ及び反応副産物などは、排気プレート32に形成された各排気ホール32aを介して排気ライン34に流入する。
図2〜図4は、図1の上部ソース100を示す図である。
図2〜図4に示すように、上部ソース100は、第1の上部ソース120、第2の上部ソース140及び第3の上部ソース160を含む。第1〜第3の上部ソース120、140、160は、略同一形状を有し、等角をなすように配置される。したがって、第1〜第3の上部ソース120、140、160は、互いに略同一の位相差(θ=60゜)を有する。
図2は、本発明の一実施例に係る上部ソース100を示す図である。図2に示すように、第1の上部ソース120は、生成チャンバ14の上部面中心から所定の曲率(曲率半径=r1)を有して生成チャンバ14の上部面縁部に向かって延長される。曲率半径によって第1の上部ソース120の長さは変更可能であり、作業者は、工程によって曲率半径を変更することができる。上述した入力ライン16aは、生成チャンバ14の上部面中心に位置する第1〜第3の上部ソース120、140、160の一端に連結される。したがって、上部ソース100に供給された高周波電流は、第1〜第3の上部ソース120、140、160を通して時計方向に回転する渦巻き形状に生成チャンバ14の上部面中心から生成チャンバ14の上部面縁部に向かって伝達される。
図3は、本発明の他の実施例に係る上部ソース100を示す図である。
図3に示すように、第1の上部ソース120は、第1の中央ソース122及び第1の縁部ソース124を含む。第1の中央ソース122は、生成チャンバ14の上部面中心から所定の曲率(曲率半径=r2)を有して生成チャンバ14の上部面縁部に向かって延長される。第1の縁部ソース124は、第1の中央ソース122の端から生成チャンバ14上部面の縁部に向かって半径方向に延長される。曲率半径及び第1の縁部ソース124の長さによって第1の上部ソース120の長さは変更可能であり、作業者は、工程によって曲率半径を変更することができる。上述した入力ライン16aは、生成チャンバ14の上部面中心に位置する第1〜第3の上部ソース120、140、160の一端に連結される。したがって、上部ソース100に供給された高周波電流は、第1〜第3の中央ソース122、142、162を通して時計方向に回転する渦巻き形状に生成チャンバ14の上部面中心から生成チャンバ14の上部面縁部に向かって伝達され、その後、第1〜第3の縁部ソース124、144、164を通して生成チャンバ14の上部面縁部に向かって放射状に伝達される。
図4は、本発明の更に他の実施例に係る上部ソース100を示す図である。図4に示すように、第1の上部ソース120は、第1の中央ソース122、第1の円形ソース124及び第1の縁部ソース126を含む。第1の中央ソース122は、生成チャンバ14の上部面中心から生成チャンバ14の上部面縁部に向かって半径方向に延長される。第1の円形ソース124は、第1の中央ソース122の端から延長され、第1の中央ソース122の長さに対応する半径(r3)を有する円弧形状に形成される。第1の縁部ソース126は、第1の円形ソース124の端から生成チャンバ14上部面の縁部に向かって半径方向に延長される。一方、第1の中央ソース122の長さ(r3)によって第1の上部ソース120の長さは変更可能であり、作業者は、工程によって曲率半径を変更することができる。上述した入力ライン16aは、生成チャンバ14の上部面中心に位置する第1〜第3の上部ソース120、140、160の一端に連結される。したがって、上部ソース100に供給された高周波電流は、第1〜第3の中央ソース122、142、162を通して生成チャンバ14の上部面中心から生成チャンバ14の上部面縁部に向かって伝達され、その後、第1〜第3の円形ソース124、144、164を通して所定の角度(θ)だけ回転した後、第1〜第3の縁部ソース126、146、166を通して生成チャンバ14の上部面縁部に向かって放射状に伝達される。
以上説明した上部ソース100は、生成チャンバ14上部面の半径方向によって均一な密度を有するプラズマを生成チャンバ14内に生成する。側部ソース200は、生成チャンバ14の外周面に配置されるので、側部ソース200によって生成されたプラズマの密度は、生成チャンバ14の外周面に近づくほど高くなり、生成チャンバ14の外周面から遠ざかるほど低くなる。上部ソース100は、生成チャンバ14上部面の中心から生成チャンバ14上部面の縁部に達するように配置されるので、上部ソース100によって生成されたプラズマの密度は、生成チャンバ14上部面の半径方向によって均一な密度を有する。一方、図2〜図4に示した第1〜第3の上部ソース120、140、160は相互に絶縁される。
図5〜図7は、図1の側部ソース200を示す図である。図5〜図7に示した生成チャンバ14は、図1に示した生成チャンバ14の外周面を展開した図であって、図5〜図7に示した側部ソース200は、生成チャンバ14の外周面上に配置されている。図5〜図7に示すように、側部ソース200は、第1の側部ソース220、第2の側部ソース240及び第3の側部ソース260を含み、第1〜第3の側部ソース220、240、260は、略同一の位相差(θ=60゜)を有し、第1〜第3の上部ソース120、140、160の端に一端がそれぞれ連結される。第1〜第3の側部ソース220、240、260は、略同一形状を有し、第1〜第3の側部ソース220、240、260上には、生成チャンバ14の一側から他側に向かって高周波電流が流れる。本実施例では、第1〜第3の側部ソース220、240、260上に同一方向の高周波電流が流れると説明しているが、これと異なり、互いに異なる方向の高周波電流が流れることもある。
図5は、本発明の一実施例に係る上部ソース100を示す図である。
図5に示すように、第1の側部ソース220は、第1の下降ソース222及び第1の上昇ソース224を含む。第1の下降ソース222は、第1の上部ソース120の端に一端が連結され、生成チャンバ14の上部から下部に向かって下方傾斜するように延長される。第1の上昇ソース224は、第1の下降ソース222の端に一端が連結され、生成チャンバ14の下部から上部に向かって上方傾斜するように延長される。図5に示した第1の側部ソース220は、一つの第1の下降ソース222及び一つの第1の上昇ソース224を備えているが、これと異なり、複数の第1の下降ソース222と複数の第1の上昇ソース224を交互に備えることもできる。 上述したように、第1〜第3の上部ソース120、140、160を通して生成チャンバ14の上部面中心から生成チャンバ14の上部面縁部に向かって伝達された高周波電流は、第1〜第3の上部ソース120、140、160にそれぞれ連結された第1〜第3の側部ソース220、240、260に供給される。その後、高周波電流は、第1〜第3の下降ソース222、242、262を通して生成チャンバ14の上部から下部に向かって流れ、第1〜第3の上昇ソース224、244、264を通して生成チャンバ14の下部から上部に向かって流れる。
図6は、本発明の他の実施例に係る上部ソース100を示す図である。図6に示すように、第1の側部ソース220は、第1の上側ソース222a、第1の下側ソース222b、第1の下降ソース224a及び第1の上昇ソース224bを含む。第1の上側ソース222aは、第1の上部ソース120の端に一端が連結され、生成チャンバ14の一側から他側に向かって生成チャンバ14の上部面と略並んで延長される。第1の下側ソース222bは、第1の上側ソース222aと略並んで生成チャンバ14の一側から他側に向かって延長される。第1の上側ソース222aと第1の下側ソース222bは、第1の上側ソース222aから下方傾斜するように延長された第1の下降ソース224a、及び第1の下側ソース222bから上方傾斜するように延長された第1の上昇ソース224bを通して連結される。図5に示した第1の側部ソース220とは異なり、複数の第1の上側ソース222a、第1の下側ソース222b、第1の下降ソース224a及び第1の上昇ソース224bを交互に備えることもできる。
上述したように、第1〜第3の上部ソース120、140、160を通して生成チャンバ14の上部面中心から生成チャンバ14の上部面縁部に向かって伝達された高周波電流は、第1〜第3の上部ソース120、140、160にそれぞれ連結された第1〜第3の側部ソース220、240、260に供給される。その後、高周波電流は、第1〜第3の上側ソース222a、242a、262aを通して生成チャンバ14の一側から他側に向かって流れ、第1〜第3の下降ソース224a、244a、264aを通して生成チャンバ14の上部から下部に向かって流れる。その後、高周波電流は、第1〜第3の下側ソース222b、242b、262bを通して生成チャンバ14の一側から他側に向かって流れ、第1〜第3の上昇ソース224b、244b、264bを通して生成チャンバ14の下部から上部に向かって流れる。
以上説明した側部ソース100は、生成チャンバ14の上下方向によって均一な密度を有するプラズマを生成チャンバ14内に生成する。側部ソース100に沿って流れる高周波電流は、生成チャンバ14の外周面に沿って生成チャンバ14の上部及び下部に交互に流れるので、高周波電流によって生成された磁場は、生成チャンバ14の上下方向に対して均一であり、これと同様に、磁場によって生成されたプラズマも、生成チャンバ14の上下方向に対して均一な密度を有する。一方、図5〜図7に示した第1〜第3の側部ソース220、240、260は相互に絶縁される。
図8は、図1のプラズマソース16の内部を示す図である。プラズマソース16内には高周波電流が流れるので、これによって、プラズマソース16の温度が上昇するようになる。したがって、プラズマソース16の温度を調節するためにプラズマソース16の内部に冷媒を供給することができ、冷却器(chiller)(図示せず)を通して冷媒を所定の温度に調節することができる。
図9は、図1の上部ソース100に連結されるコネクタ17を示す図である。コネクタ17は、上部コネクタ17a及び複数の下部コネクタ17bを備えている。上部コネクタ17aには入力ライン16aが連結され、下部コネクタ17bには第1〜第3の上部ソース120、140、160がそれぞれ連結される。
以上、本発明を好適な各実施例を通して詳細に説明したが、これと異なる形態の実施例も可能である。したがって、以下に記載された特許請求の範囲の技術的思想と範囲は、好適な各実施例に限定されるものでない。
12 工程チャンバ
14 生成チャンバ
16 プラズマソース
20 支持プレート
30 排気ユニット
100 上部ソース
200 側部ソース
Claims (13)
- 被処理体に対する工程が行われる内部空間を提供するチャンバと、
前記内部空間に電界を形成し、前記内部空間に供給されたソースガスからプラズマを生成するプラズマソースと、を含み、
前記プラズマソースは、
前記チャンバの上面を被覆するよう配置される上部ソースと、
前記チャンバの側部を被覆するように配置され、前記チャンバの一側から前記チャンバの他側に向かって電流が流れる側部ソースと、を含むことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記上部ソースは、前記チャンバ上部の中心から所定の曲率を有して前記チャンバ上部の縁部に向かって延長されることを特徴とする、請求項1に記載のプラズマ処理装置。
- 前記上部ソースは、
前記チャンバ上部の中心から所定の曲率を有して前記チャンバ上面の縁部に向かって延長される中央ソースと、
前記中央ソースの端から前記チャンバ上部に向かって半径方向に延長される縁部ソースと、を含むことを特徴とする、請求項1に記載のプラズマ処理装置。 - 前記上部ソースは、
前記チャンバ上部の中心から所定の曲率を有して前記チャンバ上面の縁部に向かって延長される中央ソースと、
前記中央ソースの端から延長され、所定の半径を有する円弧形状の円形ソースと、
前記円形ソースの端から前記チャンバの縁部に向かって半径方向に延長される縁部ソースと、を含むことを特徴とする、請求項1に記載のプラズマ処理装置。 - 前記上部ソースは、第1の上部ソースと、前記第1の上部ソースと略同一形状を有し、前記第1の上部ソースと所定の位相差を有する第2の上部ソースと、前記第1及び第2の上部ソースと略同一形状を有し、前記第2の上部ソースと所定の位相差を有する第3の上部ソースと、を含むことを特徴とする、請求項1から4のうちいずれか1項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記側部ソースは、
前記チャンバの上部から前記チャンバの下部に向かって下方傾斜するように延長され、電流が前記チャンバの上部から前記チャンバの下部に向かって流れる下降ソースと、
前記チャンバの下部から前記チャンバの上部に向かって上方傾斜するように延長され、前記電流が前記チャンバの下部から前記チャンバの上部に向かって流れる上昇ソースと、を含むことを特徴とする、請求項1に記載のプラズマ処理装置。 - 前記側部ソースは、
前記一側から前記他側に向かって延長される前記チャンバの上側ソースと、
前記一側から前記他側に向かって延長され、前記上部ソースの下部に位置する下側ソースと、
前記チャンバの上部から前記チャンバの下部に向かって延長され、前記上側ソースの一端に連結され、前記チャンバの上部から前記チャンバの下部に向かって電流が流れる下降ソースと、
前記チャンバの下部から前記チャンバの上部に向かって延長され、前記下側ソースの一端に連結され、前記チャンバの下部から前記チャンバの上部に向かって電流が流れる上昇ソースと、を含むことを特徴とする、請求項1に記載のプラズマ処理装置。 - 前記側部ソースは、第1の側部ソースと、前記第1の上部ソースと略同一形状を有し、前記第1の上部ソースと所定の位相差を有する第2の上部ソースと、前記第1及び第2の上部ソースと略同一形状を有し、前記第2の上部ソースと所定の位相差を有する第3の上部ソースと、を含むことを特徴とする、請求項6又は7に記載のプラズマ処理装置。
- 前記プラズマソースはコイルであることを特徴とする、請求項1に記載のプラズマ処理装置。
- 前記装置は、
前記上部ソースに連結され、高周波を有する前記電流を前記上部ソースに供給する高周波電源と、
前記高周波電源と前記上部ソースとの間に位置する整合器と、をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載のプラズマ処理装置。 - 前記チャンバは、
前記被処理体が置かれる支持部材が提供され、前記プラズマによって工程が行われる工程チャンバと、
前記工程チャンバの上部に提供され、前記プラズマソースによって前記プラズマが生成される生成チャンバと、を備えており、
前記プラズマソースは、前記生成チャンバの上部及び側部に提供されることを特徴とする、請求項1に記載のプラズマ処理装置。 - プラズマソースに電流を供給することによってチャンバの内部空間にプラズマを生成し、生成されたプラズマを用いて前記チャンバの内部に提供された被処理体を処理する方法において、
前記プラズマソースは、前記チャンバの上部に提供された上部ソースと、前記チャンバの側部を被覆するように配置された側部ソースと、を含むことを特徴とするプラズマ処理方法。 - 前記側部ソースを通して前記チャンバの一側から前記チャンバの他側に向かって前記電流を供給し、前記電流は、前記チャンバの上部から前記チャンバの下部を経て前記チャンバの上部に流れることを特徴とする、請求項12に記載のプラズマ処理方法。
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