KR0165578B1 - Hollow-anode-glow discharge apparatus - Google Patents
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Abstract
2전극 또는 3전극 리액터의 형태로 되어 도금과 에칭을 하기에 적합한 증공 애노드 글로우 방전 장치는 균일성 및 효율이 향상되고, 저압 기판 처리가 가능하다. 이온 우세의 처리에 대한 제1 실시예에서, 이 장치는 다중의 다양한 크기의 등간격 관통공을 갖는 고에너지 밀도 균질화 그리드를 갖추고 있다. 화학 반응 우세 처리에 대한 제2 실시예에서, 다중의 등간격 관통공과 계단형 또는 연속적으로 변하는 비평면 프로파일을 갖는 고에너지 밀도 균일화 그리드를 갖추고 있다. 저압 이온 우세 처리 또는 화학 반응 우세 처리에 대한 제3 실시예에서, 암부의 영향을 극복하기에 충분히 큰 폭을 갖는 다중의 동일한 크기의 등간격 관통공을 갖는 고에너지 밀도 균일화 그리드로 구성되어 있다. 이온 우세 처리 또는 화학 반응 우세 처리에 대한 제4 실시예에서, 고밀도로 선정된 에너지 이온을 제공하기 위해 다중의 관통공과 상승효과적으로 협력하는 고에너지 밀도 소스를 갖추고 있다.The vapor-deposited anode glow discharge device, which is suitable for plating and etching in the form of a two- or three-electrode reactor, has improved uniformity and efficiency and is capable of processing a low pressure substrate. In a first embodiment of the treatment of ion dominance, the apparatus is equipped with a high energy density homogenization grid with multiple, variable sized equally spaced through holes. In a second embodiment of the chemical reaction preponderant treatment, there is a high energy density homogenization grid having multiple equally spaced through holes and stepped or continuously varying non-planar profiles. In a third embodiment for low pressure ion dominant treatment or chemical reaction dominant treatment, it consists of a high energy density homogenizing grid having multiple equally sized equally spaced through holes having a width large enough to overcome the influence of dark areas. In a fourth embodiment for ion dominant treatment or chemical reaction dominant treatment, a high energy density source is provided which synergistically cooperates with multiple through holes to provide a high density of selected energy ions.
Description
[발명의 명칭][Name of invention]
글로우 방전 기판 표면 처리 장치Glow Discharge Substrate Surface Treatment Apparatus
[발명의 상세한 설명]Detailed description of the invention
이 발명은 기판 처리 분야에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 균일성 및 효율이 향상되고 저압에서 사용가능한 새로운 글로우 방전 기판 표면 처리 장치에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to the field of substrate processing, and more particularly to a new glow discharge substrate surface treatment apparatus having improved uniformity and efficiency and usable at low pressure.
일반적으로, 단일 기판의 기판 표면 처리 장치로서는 2가지의 형태가 있다. 그들중의 하나에서는 플라즈마와 같은 기판 표면 처리 매개체가 이극관(diode) 구성에서의 두 개의 전극에 의해 제어 가능하게 발생되고, 다른 하나의 형태에서는 기판 표면 처리 매개체가 삼극관(triode) 또는 다른 3-전극 구성에서의 3개의 전극에 의해 제어 가능하게 발생된다. 그런 장치들에게 하나이상의 선택된 표면 처리 매개체들은 적절히 준비된 반도체 기판이나 다른 재료들의 표면과 반응하게 하여 그들위에 원하는 미세구조를 형성하거나 또는 하나이상의 이전의 기판 처리 단계에서 잔류하는 원치않는 잔류물을 그들로부터 제거하는 것이다. 본 출원으로부터 상업적으로 입수 가능한 웨이퍼 에칭(wafer Etch) 606/616 모델 삼극관 반응기(Triode Reactor)는 당업자에게 알려진 이극관과 삼극관에 속한다. 이극관 반응기에서 플라즈마와 같은 기판 표면 처리 매개체는 이극관 구성에서의 두 개의 전극사이에서 제어 가능하게 발생되는 반면에, 삼극관 반응기에서 플라즈마와 같은 기판 처리 매개체는 한편으로는 상부 전극과 그리드 전극 사이에서, 그리고 다른 한편으로는 그리드 전극과 하부 전극사이에서 제어가능하게 발생한다.In general, there are two types of substrate surface treatment apparatuses for a single substrate. In one of them, a substrate surface treatment medium such as a plasma is controllably generated by two electrodes in a biode configuration, while in another form, the substrate surface treatment medium is a triode or other three. It is controllably generated by three electrodes in an electrode configuration. In such devices one or more selected surface treatment media can react with the surface of a suitably prepared semiconductor substrate or other materials to form a desired microstructure thereon or remove from them unwanted residues remaining in one or more previous substrate processing steps. To remove it. The Wafer Etch 606/616 Model Triode Reactor, commercially available from the present application, belongs to the dipole and triode known to those skilled in the art. Substrate surface treatment media such as plasma in a bipolar tube reactor is controllably generated between two electrodes in a bipolar tube configuration, while substrate processing media such as plasma in a triode tube reactor on the one hand between the top electrode and the grid electrode. And on the other hand controllably between the grid electrode and the lower electrode.
일반적으로, 이극관이나 삼극관의 경우에는 단일 기판의 기판 표면 처리 반응기에 의해 제어가능하게 생성된 2가지 형태의 기판 표면 처리 매개체가 있다. 반도체 웨이퍼 또는 다른 기판 상에서 산화물이나 다른 재료들을 에칭하는 것과 같은 몇가지 형태의 기판 처리에 있어서, 상기 반응기들은 선택된 이온에 의해 주로 구성된 기판 표면 처리 매개체를 발생시킨다. 반면에 반도체 웨이퍼 또는 다른 기판 상에서 알루미늄이나 다른 재료들을 염소 에칭하는 것과 같은 형태의 기판 표면 처리에 있어서, 상기 반응기들은 특정의 선택된 화학종에 의해 주로 구성된 기판 표면처리 매개체를 발생시킨다. 전자의 형태의 처리는 이온 우세 처리(ion-dominated processing)로, 후자 형태의 처리는 화학 반응 우세 처리(chemically-dominated processing )로 알려져 있다. 형성된 특별한 미세조직과 전체 제조공정의 상태(phase)에 따라, 이온 우세처리와 화학 반응 우세 처리는 기판 표면위에 형성하는 것(도금, 성장 등)이나 기판 표면으로부터의 제거(에칭 등)를 제어 가능하게 실시할 수 있다.In general, there are two types of substrate surface treatment media produced in the case of a bipolar tube or a triode, controllably generated by a single substrate substrate surface treatment reactor. In some forms of substrate processing, such as etching oxides or other materials on semiconductor wafers or other substrates, the reactors generate substrate surface treatment media composed primarily of selected ions. On the other hand, in substrate surface treatment of a type such as chlorine etching aluminum or other materials on a semiconductor wafer or other substrate, the reactors generate a substrate surface treatment medium composed primarily of certain selected species. The former form of treatment is known as ion-dominated processing and the latter form is known as chemically-dominated processing. Depending on the particular microstructures formed and the phase of the overall manufacturing process, the ionic and chemical reaction dominant treatments can control the formation (plating, growth, etc.) on the substrate surface or removal from the substrate surface (etching, etc.). Can be done.
이온 우세 처리와 화학 반응 우세 처리를 위해 삼극관 구성이나 이극관 구성에서의 종래의 반응기의 유용성은 얻어질 수 있는 기판 표면 처리의 균일성의 정도에 대해 제한받아 왔다. 예를 들면 수많은 집적회로가 휠씬 큰 반도체 웨이퍼 위에서 제조되는 초고밀도 집적회로(VLSI)에 적용될 때, 제조된 소자의 유효 수율은 기판 표면 처리 장치에 의해 얻어진 균일성의 정도에 좌우된다. 단위 기판당 제조되는 집적회로 소자의 수율을 증가시키기 위해 기판의 지름을 증가시키면 전체 기판에서 균일성을 얻기는 더욱 어려워진다. 소자의 수율은 얻어지는 균일성의 정도에 직접적으로 비례하므로, 장치 설계의 기술은 기판 표면 처리의 균일성이 향상되는 정도에 따라 진보한다.The utility of conventional reactors in triode construction or dipole construction for ion predominance treatment and chemical reaction predominance treatment has been limited to the degree of uniformity of substrate surface treatment that can be obtained. For example, when a large number of integrated circuits are applied to ultra high density integrated circuits (VLSI) fabricated on much larger semiconductor wafers, the effective yield of the fabricated device depends on the degree of uniformity obtained by the substrate surface treatment apparatus. Increasing the diameter of the substrate to increase the yield of integrated circuit devices manufactured per unit substrate makes it more difficult to achieve uniformity across the entire substrate. Since the yield of the device is directly proportional to the degree of uniformity obtained, the technique of device design advances with the degree to which the uniformity of substrate surface treatment is improved.
이극관이나 삼극관 구성에서의 종래 반응기의 유용성은 선택된 이온 우세 처리와 화학반응 우세 처리가 반도체 기판이나 다른 기판 상에서 효과적으로 수행 될 수 있는 압력에 대해서 더 한층 제한을 받아왔다. 예를 들면 휠씬 작은 미세 구조를 형성하는 것이 바람직한 초고밀도 집적회로(VLSI)에 적용시, 제조될 수 있는 세부의 미세함과 크기는 반응 용기내의 압력에 좌우된다. 선택된 이온 우세 처리와 화학 반응 우세 처리가 수행되는 압력이 감소함에 따라, 그에 대응하여 제조될 수 있는 미세구조의 미세함과 크기는 증가한다. 그러나, 삼극관 구성의 반응기에서 70토르(Torr) 및 이극관 구성의 반응기에서 800토르 정도의 특정 압력 이하에서는, 종래의 기판 표면 처리 장치의 효율은 너무 낮아서 실질적인 처리를 할 수 없다. 이 장치는, 바람직한 것보다 더 크거나 거친 수준에서 지금까지 제조되어져 온 미세구조의 미세함과 크기를 동결(frozen)시킨다. 제조 가능한 미세구조의 미세함의 정도와 크기는 이 반응기들 내에서의 압력 수준에 반비례하므로, 장치 설계는 전압 처리가 효과적으로 얻어 질 수 있는 정도까지 진보된다.The utility of conventional reactors in bipolar or tripolar configurations has been further limited by the pressure at which selected ion and chemical reaction dominance treatments can be effectively performed on semiconductor substrates or other substrates. For example, when applied to very high density integrated circuits (VLSI) where it is desirable to form much smaller microstructures, the fineness and size of detail that can be produced depends on the pressure in the reaction vessel. As the pressure at which the selected ion dominant treatment and chemical reaction dominant treatment is performed decreases, the fineness and size of the microstructures that can be produced correspondingly increases. However, below a certain pressure of about 70 Torr in a reactor having a triode configuration and about 800 Torr in a reactor having a bipolar configuration, the efficiency of a conventional substrate surface treatment apparatus is so low that substantial treatment cannot be performed. The device frozens the fineness and size of the microstructures that have been produced so far at greater or coarser than desired. Since the degree and size of the manufacturable microstructure is inversely proportional to the pressure levels in these reactors, the device design advances to the extent that voltage processing can be effectively obtained.
따라서, 본 발명의 주요 목적은, 이극관이나 삼극관 또는 다른 다중 전극 구성에서 기판에 대한 형성 및 또는 제거를 위한 이온 우세 및/또는 화학 우세 처리에 있어서 균일성, 효율 및 전압 동작성이 개선된 기판 표면 처리 장치를 제공하는데 있다.Accordingly, a primary object of the present invention is to improve the uniformity, efficiency and voltage operability in ion and / or chemical superiority treatment for formation and / or removal of substrates in dipole or triode or other multi-electrode configurations. It is to provide a surface treatment apparatus.
균일성이 개선된 이온 우세 처리의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 장치는 반응용기와; 상기 반응용기내에 설치되어 있으며, 그 사이에서 기판 표면 처리 매개체 형성구역을 만드는 적어도 제1도 및 제2의 공간적으로 이격된 전극과; 상기 전극 들중 하나의 부근에 위치된 기판 홀더와; 상기 반응용기 안으로 기판 표면 처리 매개체를 형성하는 반응물을 주입하기 위한 가스 주입 수단과;적어도 하나의 전기여자원(電氣勵磁源)과; 상기 전극중 하나를 접지시키고 다른 하나에 전력을 인가하여 상기 접지된 전극에서 중공-애노드 글로우 방전을 유도하는 방식으로 상기 적어도 하나의 전기여자원과 상기 적어도 제1 및 제2전극들 사이에 연결된 결합 수단을 포함하고, 상기 접지된 전극은 그 내부를 통하여 상기 중공-애노드 글로우 방전이 일어나는 적어도 제1 및 제2그룹의 관통공을 가지며, 상기 제1 및 제2그룹의 관통공들은 기판의 전 표면에 걸쳐서 기판 표면 처리의 실질적인 균일성을 제공하도록 선택된 소정의 다른 특성들을 갖는다.According to one embodiment of the ion predominance treatment with improved uniformity, the apparatus of the present invention comprises a reaction vessel; At least first and second spatially spaced electrodes disposed in said reaction vessel, said first and second spatially spaced electrodes forming a substrate surface treatment medium forming zone therebetween; A substrate holder located in the vicinity of one of the electrodes; Gas injection means for injecting a reactant forming a substrate surface treatment medium into the reaction vessel; at least one electric excitation source; A coupling coupled between the at least one electric source and the at least first and second electrodes in such a manner as to ground one of the electrodes and apply power to the other to induce a hollow-anode glow discharge at the grounded electrode. Means wherein the grounded electrode has at least first and second groups of through-holes through which the hollow-anode glow discharge occurs, wherein the first and second groups of through-holes are formed on the entire surface of the substrate. And certain other properties selected to provide substantial uniformity of substrate surface treatment over.
상기 균일성이 향상되는 이온 우세 처리의 실시예에 있어서, 상기 접지된 전극의 적어도 제1 및 제2그룹의 관통공들의 소정의 특성은 상이한 크기로 되도록 선택된다.In an embodiment of the ion predominance treatment in which the uniformity is improved, predetermined characteristics of at least the first and second groups of through holes of the grounded electrode are selected to have different sizes.
향상된 균일성을 갖는 화학 반응 우세 처리에 대한 실시예에서, 본 발명의 장치는 반응용기와; 상기 반응용기내에 설치되어 있으며, 그 사이에서 기판 표면 처리 매개체 형성 구역을 만드는 적어도 제1 및 제2의 공간적으로 이격된 전극과; 상기 전극들중 하나에 가까운 기판을 유지하는 기판 홀더와; 상기 반응용기 안으로 반응물을 주입하기 위한 가스 주입기와; 전기여자원과 상기 전극들중 하나를 접지시키고 다른 하나에 전력을 공급하여 상기 접지된 전극에서 중공-애노드 글로우 방전을 유도하기 위해 상기 전기여자원과 상기 적어도 제1 및 제2전극들 사이에 연결된 결합 수단을 포함하고, 상기 접지된 전극은 그 내부를 통하여 상기 중공-애노드 글로우 방전이 일어나는 적어도 하나의 관통공을 가지며; 상기 접지된 전극은 기판의 전 표면에 걸쳐서 기판 표면 처리의 실질적인 균일성을 제공하기 위해 선택되는 방식으로 평탄함이 없는 소정의 비평면 윤곽을 갖는다. 상기 균일성이 향상되는 화학 반응 우세 처리의 실시예에서, 상기 소정의 비평면 윤곽은 오목하게 되도록 선택된다. 오목 윤곽이 아닌 계단식의 비평면 윤곽과 같은 연속적인 비평면 윤곽이 본 발명의 사상에서 벗어나지 않고 적용될 수 있다.In an embodiment for chemical reaction dominance treatment with improved uniformity, the apparatus of the present invention comprises a reaction vessel; At least first and second spatially spaced electrodes disposed within said reaction vessel, said first and second spatially spaced electrodes creating a substrate surface treatment medium forming zone therebetween; A substrate holder holding a substrate close to one of the electrodes; A gas injector for injecting reactants into the reaction vessel; An electrical source connected to the at least one of the first and second electrodes to ground and one of the electrodes and to power the other to induce a hollow-anode glow discharge at the grounded electrode. Coupling means, wherein the grounded electrode has at least one through hole through which the hollow-anode glow discharge occurs; The grounded electrode has a predetermined non-planar contour without flatness in a manner selected to provide substantial uniformity of substrate surface treatment over the entire surface of the substrate. In an embodiment of the chemical reaction predominance process in which the uniformity is improved, the predetermined non-planar contour is selected to be concave. Continuous non-planar contours, such as stepped non-planar contours rather than concave contours, can be applied without departing from the spirit of the invention.
선택된 이온 우세 및/또는 화학 반응 우세처리를 위한 개선된 저압 처리의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 반응용기와; 상기 반응용기내에 설치되어 있으며, 그 사이에서 기판 표면 처리 매개체 형성 구역을 만드는 적어도 제1 및 제2의 공간적으로 이격된 전극과; 상기 제1 및 제2의 공간적으로 이격된 전극들 중 하나에 가까운 기판을 착탈가능하게(releasably) 유지하는 기판 홀더와; 상기 반응용기 안으로 기판 표면 처리 반응물을 주입하기 위한 가스 주입기와; 전기여자원과; 상기 전극들 중 하나를 접지시키고 다른 하나에 전력을 공급하여 상기 접지된 전극에서 중공-애노드 글로우 방전을 유도하기 위해, 상기 전기여자원과 제1 및 제2의 공간적으로 떨어진 전극들 사이에 연결된 결합 수단과; 100mTorr이하로 선택된 반응용기내에서 미리 선택된 압력을 선택적으로 설정하기 위한 압력 제어 수단을 포함하고, 상기 접지된 전극은 4.9㎜보다 더 크게 선택된 소정의 폭을 갖는 중공-애노드 글로우방전이 내부에서 발생하는 복수의 관통공을 가진다.According to one embodiment of the improved low pressure treatment for selected ion dominance and / or chemical reaction dominance, the reaction vessel of the present invention; At least first and second spatially spaced electrodes disposed within said reaction vessel, said first and second spatially spaced electrodes creating a substrate surface treatment medium forming zone therebetween; A substrate holder releasably retaining a substrate close to one of the first and second spatially spaced electrodes; A gas injector for injecting substrate surface treatment reactants into the reaction vessel; Electrical excitation department; A coupling coupled between the electroexcitation source and the first and second spatially spaced electrodes to ground one of the electrodes and power the other to induce a hollow-anode glow discharge at the grounded electrode. Means; Pressure control means for selectively setting a preselected pressure in a reaction vessel selected to less than 100 mTorr, wherein the grounded electrode is provided with a hollow-anode glow discharge having a predetermined width selected greater than 4.9 mm. It has a plurality of through holes.
본 발명에 따르면, 접지된 그리드 전극의 관통공 크기는 그 관통공 내에서 중공-애노드 글로우 방전이 일어나는 방식을 조절하고, 저압에서의 기판 표면 처리 및 지금까지 가능하리라 생각했던 것보다 더 미세한 세부와 크기를 갖는 미세구조의 제조를 가능하게 한다.According to the present invention, the through hole size of the grounded grid electrode controls the manner in which the hollow-anode glow discharge occurs within the through hole, and the substrate surface treatment at low pressure and finer details than previously thought possible. It allows the production of microstructures with size.
개선된 저압 및 선택된 에너지를 갖는 이온 우세 및/또는 화학 반응 우세 처리를 위한 일 실시예에 따르면, 본 발명의 장치는, 반응용기와; 이온을 제공하는 고 에너지원과; 상호간 및 상기 고에너지원으로부터 공간적으로 떨어져 있으며 상기 반응용기내에 설치된 제1 및 제2전극으로서, 이 제1전극과 제2전극중 하나의 상기 고에너지원 사이에 제1의 기판 표면 처리 매개체 형성 구역을 만들고, 공간적으로 이격된 상기 제1 및 제2 전극 사이에 제2의 기판 표면 처리 매개체 형성 구역을 만드는 상기 제1 및 제2의 전극과; 상기 제1 및 제2전극중 하나에 가까운 기판을 착탈가능하게 유지하는 홀더와; 전기여자원과; 상기 제1 및 제2전극중 하나를 접지시키고 다른 하나에 전력을 공급하여 상기 접지된 전극에서 중공-애노드 글로우 방전을 유도하고, 선택된 에너지의 이온이 기판으로 이동하게 하기 위해, 상기 전기여자원과 상기 제1 및 제2전극들 사이에 연결된 결함 수단을 포함하고, 상기 접지된 전극은, 중공-애노드 글로우 방전이 내부에서 발생되는 복수의 관통공을 갖는데 상기 관통공을 통하여 제1 기판 표면 처리 매개체 형성 구역에서 고에너지원에 의해 발생된 고에너지 이온들은 제2기판 표면 처리 매개체 형성구역과 교통되며, 주어진 저압 동작점에서 제2기판 표면 처리 매개체 형성 구역 내에 정상 상태시보다 더 많은 비율의 선택된 에너지를 갖는 이온들을 공급하여 중공-애노드 글로우 방전을 상승 효과적으로 증강시키며, 그에 따라 지금까지 가능하리라고 생각되었던 것보다 더 낮은 압력 및 더 높은 밀도로 효율이 향상된 선택된 에너지 처리를 제공한다. 본 발명의 실시예에서는 고에너지원으로서 자기적으로 증강되는 에너지원을 사용하지만, 무선주파수 유도(Radio Frequency Induction; RFI) 및 전자 가속 고명기(Electron Cyclotron Resonance; ECR)또는 다른 고에너지원이 본 발명의 사상에서 벗어나지 않고 이용될 수 있다.According to one embodiment for the treatment of ion dominance and / or chemical reaction dominance with improved low pressure and selected energy, the apparatus of the present invention comprises: a reaction vessel; A high energy source for providing ions; First and second electrodes spaced apart from each other and from said high energy source and installed in said reaction vessel, said first substrate surface treatment medium forming zone being formed between said high energy source of one of said first and second electrodes; First and second electrodes forming a second substrate surface treatment medium forming region between the first and second electrodes spaced apart; A holder for detachably holding a substrate close to one of the first and second electrodes; Electrical excitation department; One of the first and second electrodes and supplying power to the other to induce a hollow-anode glow discharge at the grounded electrode and to move ions of selected energy to the substrate, A defect means connected between the first and second electrodes, wherein the grounded electrode has a plurality of through holes through which hollow-anode glow discharges are generated, through which the first substrate surface treatment medium The high energy ions generated by the high energy source in the formation zone are in communication with the second substrate surface treatment medium formation zone, and at a given low pressure operating point, a greater proportion of the selected energy in the second substrate surface treatment medium formation zone than in normal conditions. By supplying ions having a positive effect on the hollow-anode glow discharge, thereby increasing the It provides selected energy treatments with improved efficiency at lower pressures and higher densities than would have been considered. Although embodiments of the present invention use energy sources that are magnetically augmented as high energy sources, Radio Frequency Induction (RFI) and Electron Cyclotron Resonance (ECR) or other high energy sources are seen. It can be used without departing from the spirit of the invention.
본 발명은 다음의 도면 및 바람직한 실시예의 예시적이고 상세한 설명을 참조함으로써 잘 이해될 수 있고, 또 본 발명의 목적, 구성 및 효과도 더욱 분명해질 것이다.The present invention can be better understood by reference to the following drawings and exemplary and detailed description of the preferred embodiments, and the objects, configurations and effects of the present invention will become more apparent.
[도면의 간단한 설명][Brief Description of Drawings]
제1도는 쿠라사키(Kurasaki)등에게 특허된 미합중국 특허 제 5,013,400호에서 개시된 것으로서, 제1도(a) 및 (b)는 각각의 종래의 대표적인 이극관 반응기와 삼극관 반응기의 개략도를 나타낸 것이다.FIG. 1 is disclosed in U.S. Patent No. 5,013,400 to Kurasaki et al., Wherein FIGS. 1 (a) and (b) show schematic diagrams of each conventional representative bipolar and triode reactors.
제2도는 본 발명의 원리를 설명하는데 유용한 도면이다.2 is a diagram useful in explaining the principles of the present invention.
제3도의 (a)내지 (b)는 각각 반응기(Z)위치에 따른 포화 이온 전류의 변화를 나타낸 도면이다.(A)-(b) of FIG. 3 show the change of saturated ion current according to the position of reactor (Z), respectively.
제4도의 (a) 및 (b)는 각각 본 발명에 따른 이온 우세 처리에 대한 균일화 그리드의 일 실시예를 나타내는 평면도 및 측면도이다.(A) and (b) of FIG. 4 are a plan view and a side view, respectively, showing an embodiment of the homogenization grid for ion predominance treatment according to the present invention.
제5도는 본 발명에 따른 이온 우세 처리에 대한 균일화 그리드의 원리를 설명하기에 유용한 그래프이다.5 is a graph useful for explaining the principle of the homogenization grid for ion predominance treatment according to the present invention.
제6도의 (a) 및 (b)는 각각 본 발명에 따른 화학 반응 우세 처리에 대한 균일화 그리드의 다른 실시예를 나타내는 평면도 및 측면도이다.(A) and (b) of FIG. 6 are a plan view and a side view, respectively, showing another embodiment of a homogenization grid for chemical reaction dominance treatment according to the present invention.
제7도는 본 발명의 따른 화학 반응 우세처리에 대한 균일화 그리드의 원리를 설명하기 유용한 그래프이다.7 is a graph useful for explaining the principle of the homogenization grid for the chemical reaction dominant treatment according to the present invention.
제8도의 (a) 및 (b)는 각각 본 발명에 따른 이온 우세 및 화학 반응 우세 처리에 대한 향상된 저압 그리드의 일 실시예를 나타낸 정면도 및 측면도이다.(A) and (b) of FIG. 8 are front and side views, respectively, showing one embodiment of an improved low pressure grid for the ionic and chemical reaction dominant treatments according to the present invention.
제9도는 본 발명에 따른 이온 우세 및 화학 반응 우세 처리에 대한 향상된 저압, 선택된 에너지의 기판 표면 처리 장치의 일 실시예를 나타내는 개략도이다.9 is a schematic diagram illustrating one embodiment of an improved low pressure, selected energy substrate surface treatment apparatus for ion dominance and chemical reaction dominance treatments in accordance with the present invention.
[발명의 실시를 위한 최선의 형태]Best Mode for Implementation of the Invention
제1도(a)를 참조하면, 종래의 대표적인 이극관 반응기(10)가 개략적으로 도시되어 있다. 반응기(10)는 공간적으로 이격된 2개의 전극(14,16)을 갖는 반응용기(12)를 갖추고 있다. 상부 전극(14)은 접지되어 있고, 하부 전극(16)은 적당한 회로를 걸쳐 전기여자원(RF)(18)에 결합도며 그 상부에 처리되어질 기판(도시생략)이 착탈가능하게 장착된다. 상기 적당한 호로는 제1도에서 하부 전극(16)과 전기여자원(18)사이에 연결된 가변 커패시터(C1) 및 인덕터(L)와 상기 전기여자원(18)과 병렬 연결된 가변 커패시터(C2)로 구성되어 있다.Referring to FIG. 1 (a), a typical representative bipolar tube reactor 10 is shown schematically. The reactor 10 is equipped with a reaction vessel 12 having two electrodes 14, 16 spaced apart. The upper electrode 14 is grounded, and the lower electrode 16 is coupled to the electroexcitation source (RF) 18 over a suitable circuit and on which the substrate (not shown) to be processed is detachably mounted. The appropriate arc is a variable capacitor C1 and inductor L connected between the lower electrode 16 and the electric source 18 and a variable capacitor C2 connected in parallel with the electric source 18 in FIG. Consists of.
가스 주입 시스템(20)은 반응용기(12)의 내부에 가스상의 반응물을 주입하기 위해 반응용기(12)와 연결되어 있고, 온도 제어 시스템(22)은 반응용기와 그 내부의 전극의 온도를 제어하기 위해 반응용기(12)와 연결되어 있으며, 압력 제어 시스템(24)은 반응용기 내부의 압력을 제어하기 위해 반응용기(12)에 연결되어 있다.The gas injection system 20 is connected with the reaction vessel 12 for injecting gaseous reactants into the reaction vessel 12, and the temperature control system 22 controls the temperature of the reaction vessel and the electrodes therein. It is connected to the reaction vessel 12 in order to, and the pressure control system 24 is connected to the reaction vessel 12 to control the pressure inside the reaction vessel.
상기 전극(14)은 접지되어 있기 때문에 전력을 공급받는 전극(16)보다 낮은 전위에 있고, 따라서 상부 전극(14)은 애노드 , 하부 전극(16)은 캐소드라고 한다. 타원(26)으로 개략 표시된 반응 이온 에칭(RIE) 플라즈마는 공지의 방법으로 반응용기(12)내의 애노드와 캐소드 사이에서 제어 가능하도록 발생된다.Since the electrode 14 is grounded, it is at a lower potential than the powered electrode 16, so that the upper electrode 14 is an anode and the lower electrode 16 is called a cathode. A reactive ion etch (RIE) plasma, outlined in ellipse 26, is generated so as to be controllable between the anode and cathode in reaction vessel 12 in a known manner.
제1도 (b)를 참조하면, 본 명세서에서 참고로 인용되는 우수한 윤곽을 형성하기 위한 건식 에칭 공정 및 건식 에칭 장치(Dry Etch Process For Forming Champagne Profiles, and Dry Etch Apparatus)라는 명칭으로 1991년 5월 7일에 쿠라사키에게 특허된 미합중국 특허 제5,013,400호에 기재된 형태의 삼극관 반응기(30)가 개략적으로 도시되어 있다. 삼극관 반응기는 내부에 상부전극(34), 접지 전극(36) 및 하부 전극(38)이 상극관 구성으로 서로 공간적으로 이격되어 설치된 반응용기(32)를 구비하고 있다. 상부 전극(34) 및 하부 전극(38)은 가변 캐패시터(C1,C2)를 경유하고, 전기여자원(40)에 직렬 연결된 인덕터(L) 및 병렬 연결된 커패시터(C)를 구비한 회로 경로를 따라 전기여자원(40)에 연결되어 있다.Referring to FIG. 1 (b), 1991, entitled Dry Etch Process For Forming Champagne Profiles, and Dry Etch Apparatus, for forming the excellent contours, which are incorporated herein by reference. A triode tube reactor 30 of the type described in U.S. Patent No. 5,013,400, issued to Kurasaki on 7 March, is schematically illustrated. The triode tube reactor includes an upper vessel 34, a ground electrode 36, and a lower electrode 38 having a reaction vessel 32 spaced apart from each other in an upper tube configuration. The upper electrode 34 and the lower electrode 38 pass through the variable capacitors C1 and C2 and follow a circuit path having an inductor L connected in series to the electric source 40 and a capacitor C connected in parallel. It is connected to an electric source 40.
가스 주입 시스템(42)은 반응용기(32)안으로 가스상의 선택된 반응물을 조절가능하게 주입하기 위해 반응용기(32)에 연결되어 있고, 온도 제어 시스템(44)은 용기 및 그 내부의 전극의 온도를 제어하기 위해 반응용기(32)에 연결되어 있으며, 압력 제어 시스템(46)은 선택된 작동 압력을 설정하고 유지하기 위해 반응용기(32)에 연결되어 있다. 바람직한 실시예에서, 가스 주입 시스템(42)은 상부 전극(34)과 그리드 전극(36) 사이에 위치한 가스 확산기(도시생략)를 갖추고 있으며, 상부 전극(34)에는 주입된 가스가 반응용기(32) 내부로 유입되게 하는 복수의 관통공(도시생략)이 형성되어 있다.A gas injection system 42 is connected to the reaction vessel 32 for controllably injecting the gaseous selected reactants into the reaction vessel 32, and the temperature control system 44 controls the temperature of the vessel and the electrodes therein. Connected to the reaction vessel 32 for control, pressure control system 46 is connected to the reaction vessel 32 to set and maintain the selected operating pressure. In a preferred embodiment, the gas injection system 42 has a gas diffuser (not shown) located between the upper electrode 34 and the grid electrode 36, wherein the injected gas is supplied with the reaction vessel 32. A plurality of through holes (not shown) are formed to flow into the inside.
바람직한 실시예에서, 온도 제어 시스템(44)은 물과 같은 열전달 유체가 순환하도록 하고 그를 통하여 유체의 온도를 제어하기 위해 상부 전극(34) 내에 통로(도시생략)를 구비하고 있다. 반응용기(32) 내에는 이 반응용기의 온도를 제어하기 위한 저항성의 가열 소자를 수용하는 보어(bore)(도시생략)들이 형성되고 하부 전극은 이 하부 전극(38) 자체의 온도를 제어하기 위하여 헬륨(He)과 같은 열전달 유체의 순환을 가능하게 하기 위한 관통공(도시생략)을 구비하는 것이 바람직하다. 하부 전극(38)은 또한 그 자체의 온도를 제어하기 위하여 물과 같은 열전달 유체의 순환을 가능하게 하기 위한 관통공(도시 생략)을 구비하고 있다.In a preferred embodiment, the temperature control system 44 has a passage (not shown) in the upper electrode 34 to allow the heat transfer fluid, such as water, to circulate and control the temperature of the fluid therethrough. In the reaction vessel 32, bores (not shown) are formed to receive a resistive heating element for controlling the temperature of the reaction vessel, and the lower electrode is used to control the temperature of the lower electrode 38 itself. It is preferable to have a through hole (not shown) for enabling circulation of a heat transfer fluid such as helium (He). The lower electrode 38 also has through holes (not shown) to enable circulation of heat transfer fluid such as water to control its own temperature.
그리드 전극(36)은 도시된 것처럼 접지되어 있다. 이 전극은 4.9mm 이하의 폭을 갖는 관통공이 균일하게 뚫려있다. 전기여자원(4)은 가변 커패시터들(C1,C2)을 경유하여 상부 전극(34) 및 하부 전극(38)에 연결되어 있고, 상기 커패시터들은 상부 전극(34)과 그리드 전극(36)사이에 Remote로 표기된 플라즈마(48)만을 형성하거나, 그리드(36)와 하부 전극(38)사이에 RIE로 표기된 플라즈마만을 형성하거나, 상부 전극(34)과 그리드(36) 사이뿐만 아니라 그리드(36)와 하부 전극(38) 사이에서 프라즈마들을 형성할 수 있게 한다.Grid electrode 36 is grounded as shown. This electrode is uniformly drilled through holes having a width of 4.9 mm or less. The electric source 4 is connected to the upper electrode 34 and the lower electrode 38 via the variable capacitors C1 and C2, which are connected between the upper electrode 34 and the grid electrode 36. Form only the plasma 48 denoted Remote, or form only the plasma denoted RIE between the grid 36 and the lower electrode 38, or between the grid 36 and the lower, as well as between the upper electrode 34 and the grid 36; It is possible to form plasmas between the electrodes 38.
바람직한 실시예에서, 압력 제어 시스템(46)은 반응용기(32)내부에 위치한 압력계(도시생략)로부터 피드백을 수신하는 압력 제어기(도시생략)를 구비하고 있다. 상기 압력 제어기는 50mTorr로부터 3000mTorr의 범위에서 선택된 챔버(chamber)설정점 압력에 응답하고, 또한, 반응용기(32)와 펌프(도시생략)사이에 연결된 스로틀(throttle) 밸브 및 오리피스 밸브(도시생략)에 압력계에 의해 제공되는 압력값에 응답하여, 반응용기(32)내에서 상응하는 설정점 압력을 설정하고 유지한다. 물론, 1Torr에서 10,000mTorr와 같은 다른 압력 범위도 제공될 수 있다.In a preferred embodiment, the pressure control system 46 has a pressure controller (not shown) that receives feedback from a manometer (not shown) located within the reaction vessel 32. The pressure controller responds to a chamber setpoint pressure selected in the range of 50 mTorr to 3000 mTorr, and also includes a throttle valve and an orifice valve (not shown) connected between the reaction vessel 32 and a pump (not shown). In response to the pressure value provided by the pressure gauge, a corresponding setpoint pressure is set and maintained in the reaction vessel 32. Of course, other pressure ranges can also be provided, such as 1 Torr to 10,000 mTorr.
제1도(b)의 삼극관 반응기(30)의 한동작 모드에서, 그리드(36)를 접지하고 하부 전극(38)에만 전체 전력을 공급하고 상부 전극(34)에는 전력을 전혀 공급하지 않음으로써 RIE플라즈마(50)만을 제공할 수 있다. 이와 같이 동작하는 제1도(b)의 삼극관 반응기(30)와, 전극들(14,16)사이에서 RIE플라즈마를 발생시키는 제1도(a)의 이극관 반응기(10)는 동일한 전극과 플라즈마 구성을 갖는다. 그런, 동일한 반응이 이극관 반응기(10)에서 및 이극관 반응기로서 동작하는 삼극관 반응기(30)에서 실행될 때, 이극관 반응기(10)와 이극관 반응기처럼 구성된 삼극관 반응기(30)는 기대와 달리 전혀 다른 공정 특성을 나타낸다고 알려져 왔다. 예를 들면, 제1도(a)의 이극관 반응기(10) 및 제1도(b)의 이극관 반응기처럼 동작하는 삼극관 반응기(30)의 양쪽에서 이산화실리콘 에칭을 제공하기 위해 SiO2와 C2F6를 반응시키는 공정에 의한 한 예시적인 에칭에 있어서, 이극관 반응기(10)의 에칭 속도는 이극관 반응기에서의 압력이 감소함에 따라 감소하는 것으로 측정된 반면에, 이극관 반응기처럼 동작하는 삼극관 반응기(30)는압력이 감소함에도 불구하고 상당히 높은 수준으로 그 에칭 속도를 유지한다. 대략 100mTorr이하에서,이극관 반응기에서의 에칭속도는 분당 수백 옹스트롬(Å)정도가 되는 반면에, 이극관 반응기처럼 동작하는 삼극관 반응기(30)에서는 동일한 약 100mTorr의 압력하에서 에칭 속도가 이극관 반응기(10)에서의 표준 RIE 속도보다 약 20배 가량 우수한 분당 수천 옹스트롬정도를 유지한다.In one mode of operation of the triode reactor 30 of FIG. 1 (b), the RIE is grounded by grounding the grid 36 and supplying full power to only the lower electrode 38 and no power to the upper electrode 34 at all. Only the plasma 50 can be provided. The triode tube reactor 30 of FIG. 1 (b) and the dipole tube reactor 10 of FIG. 1 (a) which generate RIE plasma between the electrodes 14 and 16 are operated with the same electrode and plasma. Has a configuration. As such, when the same reaction is carried out in the bipolar tube reactor 10 and in the tripolar tube reactor 30 operating as the bipolar tube reactor, the tripolar tube reactor 30 configured like the bipolar tube reactor 10 and the bipolar tube reactor is completely unexpected. It has been known to exhibit other process characteristics. For example, SiO 2 and C to provide silicon dioxide etch in both the bipolar tube reactor 10 of FIG. 1 (a) and the tripolar tube reactor 30 operating like the bipolar tube reactor of FIG. 1 (b). In one exemplary etch by the process of reacting 2 F 6 , the etch rate of the bipolar reactor 10 is measured to decrease as the pressure in the bipolar reactor decreases, while operating like a bipolar reactor. The triode reactor 30 maintains its etch rate at a fairly high level despite the reduced pressure. At approximately 100 mTorr or less, the etch rate in the bipolar reactor is about several hundred angstroms per minute, while in a triode reactor 30 that acts like a bipolar reactor, the etch rate under a pressure of about 100 mTorr is equivalent. It maintains thousands of angstroms per minute, about 20 times better than the standard RIE rate in 10).
압력에 따른 예기치 않은 차이 이외에, 제1도(a)의 이극관 반응기(10)에서 동일한 예시적인 에칭에 대해 나타나는 균일성은, 삼극관 반응기(30)가 이극관 반응기처럼 구성되고 동작함에도 불구하고 제1도(b)의 삼극관 반응기(30)에 의해 제공되는 균일성과 다르다는 것을 알았다. 제1도(a)의 이극관 반응기(10)에 있어서의 에칭 속도는 웨이퍼의 중심 및 그 중심 근처에서는 매우 높은 반면 엣지에서는 낮고, 이극관 반응기 처럼 동작하는 제1도(b)의 심극관 반응기(30)에 있어서는 균일성이 기판 전체에서 일정하게 유지되고, 제1도(a)의 이극관 반응기(10)와 달리 중심과 엣지 사이에서 에칭속도의 변화를 나타내지 않는다.In addition to the unexpected difference in pressure, the uniformity seen for the same exemplary etching in the bipolar tube reactor 10 of FIG. 1 (a) is achieved even though the triode tube reactor 30 is configured and operated like a bipolar tube reactor. It was found that different from the uniformity provided by the triode tube reactor 30 of FIG. The etching rate in the bipolar tube reactor 10 of FIG. 1 (a) is very high near the center and near the center of the wafer, but is low at the edge and acts like the bipolar tube reactor of FIG. 1 (b). In (30), uniformity is kept constant throughout the substrate, and unlike the bipolar tube reactor 10 of FIG. 1 (a), there is no change in etching rate between the center and the edge.
본 발명은 에칭 속도와 균일성의 차이들이, RIE플라즈마를 좌우하고 에칭속도를 유지시키며, 제1도(a)의 이극관 반응기에서의 동일RIE플라즈마가 처리의 균일성을 저하시키거나 제거하는 저압에서조차 균일성을 부여하는 제1도(b)의 삼극관 반응기(30)의 그리드의 보이드(void)들에서 발생하는 중공-애노드 글로우 방전에 기인한다는 인식에 근거를 두고 있다. 지금까지 인식된 이 현상은 글로우 방전장치가 본 발명에 따라 구성되어 균일성 및 효율이 증가하고 저압 작동이 가능하도록 한다.In the present invention, differences in etching rate and uniformity dominate RIE plasma and maintain the etching rate, even at low pressures where the same RIE plasma in the bipolar reactor of FIG. It is based on the recognition that it is due to hollow-anode glow discharges occurring in the voids of the grid of the triode reactor 30 of FIG. This phenomena recognized so far enables the glow discharge device to be constructed in accordance with the present invention to increase uniformity and efficiency and to allow low pressure operation.
제2도는 본 발명의 원리를 설명하는데 유용한 배치(60)를 나타낸 도면이다. 삼극관 반응기(30)[제1도(b)]의 전력을 공급받는 하부전극(62)과 접지된 그리드(64)사이에는 E로 표시된 전계(66)가 형성된다. 상기 두 전극(62,64)사이의 RIE플라즈마 형성 영역 내에 존재하며 원(68) 및 e로 개략 표시되는 전자들은 전계(66)에 의해 그리드(64)로 가속된다. 일부 전자들(68)은 그리드(64)를 통과하여 적어도 하나의 관통공(70)을 형성하는 내벽과 충돌하고, 그런 각각의 전자들(68)에 대해 e로 표시된 복수의 전자들(72)이 2차 전자 방출과정에 의해 발생된다. 그 다음에 2차 전자들(72)은 적어도 하나의 관통공(70)에 붙잡히고, 관통공을 형성하는 서로 대면하는 내벽 사이에서 전후로 진동한다.2 shows an arrangement 60 useful for illustrating the principles of the present invention. An electric field 66 denoted by E is formed between the lower electrode 62 which receives the power of the triode reactor 30 (FIG. 1B) and the grounded grid 64. Electrons present in the RIE plasma formation region between the two electrodes 62 and 64 and schematically represented by circles 68 and e are accelerated to the grid 64 by an electric field 66. Some electrons 68 pass through the grid 64 and collide with an inner wall that forms at least one through hole 70, and a plurality of electrons 72, denoted e for each of those electrons 68. This is caused by the secondary electron emission process. Secondary electrons 72 are then caught in at least one through hole 70 and oscillate back and forth between the facing inner walls forming the through hole.
진동하는 2차 전자(72)는 적어도 하나의 관통공(70)의 보이드 내에 존재하는 가스 분자와 충돌하여 여러개의 +로 표시된 이온들(74)을 발생시킨다. 2차 전자 및 이온의 발생 과정에서의 전자 사태(avalanche) 및 브레이크다운(breakdown)이 일어나고, 그로 인하여 중공-애노드 글로우 방전이 각각의 관통공으 축을 따라 증강된 전자 밀도를 갖는 적어도 하나의 관통공의 각각의 보이드 내에서 발생된다.The vibrating secondary electrons 72 collide with gas molecules present in the voids of the at least one through hole 70 to generate ions 74, which are represented by +. Avalanches and breakdowns occur in the generation of secondary electrons and ions, whereby hollow-anode glow discharges of at least one through hole having an enhanced electron density along each through hole axis. Generated within each void.
본 발생에 따르면, 각각의 관통공(70) 주변부 근처에 도면상 점선(76)으로 표시되고 VDS1로 표시되는 전위를 가지며 글로우 방전이 일어나지 않은 암부 차폐구역(dark space sheath)이 형성된다. 각각의 관통공(70)에서의 글로우 방전의 강도는 관통공크기와 관계가 있고, 암부(dark space)차폐구역(76)의 공간적 범위는 대응하는 관통공(70)에서의 압력에 관련된다. VDS2의 전위를 갖고 점선(80)으로 표시되는 글로우 방전이 없는 암부 차폐구역은 일반적으로 부(-)의 직류 바이어스 전압이 걸리는 전력이 공급되는 전극(62) 주위에 형성된다.According to the present generation, a dark space sheath is formed near the periphery of each through hole 70 and has a potential indicated by dotted line 76 in the drawing and denoted by V DS1 and in which no glow discharge occurs. The intensity of the glow discharge in each through hole 70 is related to the through hole size, and the spatial extent of the dark space shielding area 76 is related to the pressure in the corresponding through hole 70. A dark shield region having a potential of V DS2 and no glow discharge represented by a dotted line 80 is formed around the electrode 62 which is generally supplied with a power applied by a negative DC bias voltage.
제3도의 (a) 내지 (d)는 포화된 이온 전류의 변화를 가로축의 반응기의 Z위치에 따라 세로축에 나타낸 것이며, 가로축의 1.5는 C2F6등의 화학작용을 위한 반응기 내에서의 그리드 위치에 대응하고, 세로축의 값들은 Z윤곽 측정기(profilometer)에 의해 측정된 값이다. 관통공 없는 그리드에 대하여 Z위치에 따른 이온 전류를 도시한 제3도 (a)의 그래프(82)에 나타난 것처럼, 이온 전류는 그리드 아래 구역에서 150㎂이하의 최고점을 갖는다.(A) to (d) of FIG. 3 show the change of saturated ion current along the vertical axis according to the Z position of the reactor on the horizontal axis, and 1.5 on the horizontal axis is the grid in the reactor for chemical reactions such as C 2 F 6 . Corresponding to the position, the values on the vertical axis are the values measured by the Z profilometer. As shown in graph 82 of FIG. 3 (a) showing the ion current according to the Z position for the grid without through holes, the ion current has a peak of less than 150 mA in the region below the grid.
제3도의 (b),(c) 및 (d)의 그래프(84, 86, 88)는 각각 7㎜, 11㎜ 및 17㎜의 복수개의 균일한 지름의 관통공을 갖는 그리드들에 해당하고, 그리드를 통과하는 관통공의 크기의 변화에 따라 포화 이온 전류가 변하는 것을 나타낸다. 각각의 그래프(84, 86, 88)에서 이온 전류는 C2F6등의 화학 작용에 대해 인가된 전력(100W, 200W, 300W에서의 몇 개의 최고치를 참조)에 따르는 최대값에서 그리드의 위치에 피크를 나타낸다.Graphs 84, 86, and 88 of Figures 3b, c and d correspond to grids having a plurality of uniform diameter through holes of 7 mm, 11 mm and 17 mm, respectively, Saturation ion current changes as the size of the through hole passing through the grid changes. In each graph (84, 86, 88) the ion current is located at the position of the grid at the maximum value according to the applied power (see some peaks at 100W, 200W, 300W) for chemistry such as C 2 F 6 . Indicates a peak.
제4도를 참조하면, 번호 90은 본 발명에 따른 이온 우세 처리에 대한 고에너지 밀도의 균일화 그리드이다. 바람직한 실시예에서 그리드(90)는 제1도(b)의 삼극관 반응기(30)내에 장치되지만, 그리드는 본 발명의 사상에서 벗어나지 않고 제1도(a)의 이극관 반응기(10)내에 설치되거나 이극관, 삼극관 또는 다른 다중 전극의 반응기로서 구성된 다른 반응기내에 배치될 수도 있다. 그리드가 어떤 반응기내에 설치되더라도, 그리드(90)는 접지되고 기판을 지지하는 전극은 각각의 관통공 내에서 중공-애노드 글로우 방전을 일으키도록 하기 위하여 전력이 공급되는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 4, number 90 is a high energy density homogenization grid for ion predominance treatment according to the present invention. In a preferred embodiment the grid 90 is installed in the triode reactor 30 of FIG. 1 (b), but the grid is installed within the bipolar reactor 10 of FIG. 1 (a) without departing from the spirit of the invention. It may be arranged in another reactor configured as a reactor of dipoles, triodes or other multiple electrodes. Wherever the grid is installed in any reactor, the grid 90 is preferably grounded and the electrode supporting the substrate is preferably powered to cause hollow-anode glow discharge in each through hole.
그리드(90)는 미리 선택된 상이한 특성을 갖는 적어도 제1 및 제2그룹의 관통공을 갖고, 그 관통공에서 고에너지 밀도 중공-애노드 글로우 방전이 일어난다. 관통공의 크기를 변화시킴으로써 고에너지 밀도 중공-애노드 글로우 방전의 강도는 변하고(제3도 참조), 적어도 제1 및 제2그룹의 관통공의 미리 선택된 상이한 특성은 기판의 전 표면에 걸치는 기판 표면 처리의 실질적 균일성을 제공하도록 선택된다. 바람직한 실시예에서 상기 특성은 적어도 제1 및 제2그룹의 관통공(92,94)각각의 폭을 다르게 하여 선택된다. 도면에서 동심원상에서 배열된 상이한 크기의 관통공(92,94)을 갖는 그리드(90)는 제1도와 관련하여 설명한 예시적인 이온 우세 에칭 등에 대한 실질적인 균일성을 부여한다. 상이한 크기를 갖는 관통공의 다른 배열 및 두 그룹 이상의 상이한 크기의 관통공들이 이 발명의 사상에서 벗어나지 않고 적용될 수 있다.The grid 90 has at least first and second groups of through holes having different preselected properties in which high energy density hollow-anode glow discharges occur. By varying the size of the through-holes, the intensity of the high energy density hollow-anode glow discharge is changed (see FIG. 3), and at least the preselected different properties of the through-holes of the first and second groups are characterized by It is selected to provide substantial uniformity of processing. In a preferred embodiment the feature is selected by varying the width of at least the first and second groups of through holes 92, 94, respectively. Grid 90 having differently sized through-holes 92,94 arranged concentrically in the figure imparts substantial uniformity to the exemplary ion dominant etch and the like described in connection with FIG. Different arrangements of through holes having different sizes and more than two groups of through holes of different sizes may be applied without departing from the spirit of this invention.
상기 그리드(90)의 몇 개의 관통공 각각에서의 중공-애노드 글로우 방전은 그리드로부터 기판을 향하여 하방으로 진행하고, 강도가 떨어지며, 기판의 서로 대면하는 표면에 더 가까이 확장된다. 기판 상에 관통공 패턴을 복제하는 것을 방지하기 위해, 동일 크기의 관통공 사이의 관통공내(intrahole) 거리와 다른 크기의 관통공사이의 관통공간(interhole)거리는 기판의 표면에서 그룹내 및 그룹간 관통공의 몇 개의 중공-애노드 글로우 방전의 중첩을 일으키는 D로 표시된 최소 크기(98)로 되도록 선택되는 것이 바람직하다. 실시예에서는 최소 크기(98)는 약 0.2㎜이다. 그러나, 선택된 특별한 이온 우세 처리에 따르는 관통공 패턴의 복제를 방지하기 위해 다른 관통공 크기가 적용될 수도 있다. 바람직한 실시예에서는 동일 및 다른 크기의 관통공 사이의 거리를 웨이퍼 또는 다른 기판 상에서의 관통공 패턴의 복제를 방지하기 위해 동일 크기로 선택하고 있지만, 적어도 제1 및 제2그룹의 관통공의 패턴이 기판상에서 복제되지 않는 한 다른 관통공 간격 배열도 적용될 수 있다.Hollow-anode glow discharge in each of the several through holes of the grid 90 proceeds downwardly from the grid toward the substrate, decreases in strength, and extends closer to the mutually facing surfaces of the substrate. In order to avoid duplicating the through hole pattern on the substrate, the intrahole distance between the through holes of the same size and the interhole distance between the through holes of the different sizes are within and between groups at the surface of the substrate. It is preferably chosen to be the minimum size 98 denoted D, which causes the overlap of several hollow-anode glow discharges of the ball. In an embodiment the minimum size 98 is about 0.2 mm. However, other through hole sizes may be applied to prevent replication of the through hole pattern following the particular ion predominance treatment selected. In a preferred embodiment, the distance between the through holes of the same and different sizes is selected to be the same size to prevent duplication of the through hole pattern on the wafer or another substrate, but at least the patterns of the through holes of the first and second groups Other through hole spacing arrangements can be applied as long as they are not replicated on the substrate.
그리드(90)의 T로 표기된 두께(104)는 몇 개의 관통공에서 중공-애노드 글로우 방전을 지지하지 않을 만큼 얇지 않아야 하고, 또한 그들을 소멸시킬 정도로 두껍지 않아야 한다. 실시예에서는 0.12∼6.3㎜의 두께가 효과적인 것으로 밝혀졌지만 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 다른 두께가 적용될 수도 있다. 상기 그리드(90)의 재료로서는 변형되거나 용융되지 않는 알루미늄과 같은 재료가 선택될 수 있다.The thickness 104, denoted T of the grid 90, should not be thin enough to support hollow-anode glow discharges in several through holes and also not thick enough to dissipate them. In the examples, a thickness of 0.12 to 6.3 mm has been found to be effective, but other thicknesses may be applied without departing from the spirit of the invention. As the material of the grid 90, a material such as aluminum that is not deformed or melted may be selected.
제5도를 참조하면, 번호 110은 본 발명에 따른 이온 우세 처리 등을 위한 고에너지 밀도 균일화 그리드를 구성하는 원리를 설명하기에 유용한 그래프이다. 실시예의 이온 우세 처리는 C2F6의 화학 작용에 의한 반도체 기판의 에칭이다. 그래프 110은 가로축의 관통공 크기에 따른 세로축의 특별한 기판 표면 처리의 지수(여기에서는 에칭속도)를 도시한 것이다.Referring to FIG. 5, numeral 110 is a graph useful for explaining the principle of constructing a high energy density homogenization grid for ion predominance treatment and the like according to the present invention. The ion dominant treatment of the example is the etching of the semiconductor substrate by the chemical action of C 2 F 6 . Graph 110 shows the exponent (here etch rate) of the particular substrate surface treatment on the vertical axis according to the size of the through hole on the horizontal axis.
그래프 110은 본 발명에 따른 이온 우세 처리에 대한 고밀도 균일화 그리드를 구성하는데 적용될 수 있는 한 처리의 예이다. 소정의 압력에 대해, 다른 균일한 크기의 관통공을 갖는 다른 그리드들은 제1도(b)의 삼극관 반응기내에 몇 개가 설치되어 있고, 균일한 크기의 다른 관통공을 갖는 각각의 그리드에 대해 얻어진 에칭 속도를 측정한다. 그래프 110에서, 각각의 에칭 속도는 네모 박스에 의해 개략적으로 표시된 데이터점들로서 도시되어 있다. 저압 설정점은 그래프(110)의 오른쪽으로 이동하고, 고압 설정점은 그래프(110)의 왼쪽으로 이동한다. 균일화 그리드를 설계하기 위해, 윤곽측정기는 그래프(110)의 중간점에서처럼 하나의 선택된 크기의 관통공을 갖는 그리드를 이용하여 기판을 횡단하는 에칭 속도의 균일성을 측정한다. 소정의 에칭 속도의 균일성으로부터의 상하이탈은, 그래프(110)를 참고하여 에칭 속도가 균일성으로부터 벗어나는 구역에 대해 원하는 에칭 속도를 부여하는 관통공의 크기를 선택함으로써 보충된다. 이로써 균일성을 제공하도록 선택된 상이한 크기의 한 그룹의 관통공을 갖는 그리드가 구성되고, 윤곽 측전기의 측정이 수행되고, 실질적인 균일성이 달성될 때까지 동일한 처리가 반복된다. 그래프 110은 예에 불과하고 본 발명의 이온 우세 처리에 대한 고밀도 균일화 그리드는, 본 발명의 사상에서 벗어나지 않으면서 다른 제어 그리드와 설계 방법에 의해, 그리고 그래프 110에 의해 설명된 것과 다른 방향을 따라 다른 크기와 인자들에 대한 다른 종류의 데이타를 수집함으로써 다른 이온 우세 처리에 대해 설계될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.Graph 110 is an example of one treatment that may be applied to construct a high density uniformity grid for the ion predominance treatment according to the present invention. For a given pressure, several different grids with different uniformly sized through-holes are installed in the triode reactor of FIG. 1 (b), and the etching obtained for each grid with different through-holes of uniform size. Measure the speed. In graph 110, each etch rate is shown as data points schematically indicated by square boxes. The low pressure set point moves to the right of the graph 110 and the high pressure set point moves to the left of the graph 110. To design the uniformity grid, the contour measurer measures the uniformity of the etch rate across the substrate using a grid having a through hole of one selected size, as at the midpoint of graph 110. The desorption from the uniformity of a given etch rate is supplemented by referring to graph 110 to select the size of the through-holes that gives the desired etch rate for areas where the etch rate deviates from the uniformity. This constitutes a grid with a group of through holes of different sizes selected to provide uniformity, the measurement of the contour capacitor is performed, and the same process is repeated until substantial uniformity is achieved. Graph 110 is merely an example and the high density homogenization grid for the ion dominant treatment of the present invention is different by different control grids and design methods, and in a different direction than that described by graph 110 without departing from the spirit of the present invention. It will be appreciated that by collecting different kinds of data on size and factors, it can be designed for different ion dominant treatments.
제6도를 참조하면, 번호 120은 본 발명에 따른 화학 반응 우세 처리에 대한 고밀도 균일화 그리드이다. 제4도의 실시예의 이온 우세 처리에 대한 고밀도 균일화 그리드의 경우와 마찬가지로, 그리드(120)는 임의의 적당한 2전극, 3전극, 또는 다른 다중 전극의 반응기에 설치 될 수 있으며, 제1도(b)의 삼극관 반응기는 현재로서 양호한 실시예이다. 제4도의 실시예의 이온 우세 처리에 대한 고밀도 균일화 그리드의 경우와 달리, 고밀도 중공-애노드 글로우 방전의 상대적인 강도를 결정하고 기판 표면 전체에 걸쳐 기판 표면 처리의 실질적인 균일성을 부여하기 위해 선택된 상이한 관통공 크기를 갖는 경우에, 화학 반응 우세 처리에 대한 제6도의 실시예의 그리드(120)는 선택된 화학 반응 우세 처리에 대해 처리되는 기판의 전체 표면에 걸쳐 기판 표면 처리의 실질적인 균일성을 부여하기 위해 선택되는 방식으로 평탄함이 없는 소정의 비평면 윤곽을 갖는다. 본 발명에 따르면, 중공-애노드 글로우 방전의 국부적인 강도는 간격을 제어 가능하게 변화시킴으로써 임의 선택된 화학 반응 우세 처리에 대해 기판 표면 처리의 실질적인 균일성을 제공하는 것이 가능하도록 하는, 처리될 기판으로부터의 그리드의 국부적인 간격에 의해 결정된다.Referring to FIG. 6, number 120 is a high density homogenization grid for chemical reaction dominance treatment according to the present invention. As in the case of the high density homogenization grid for the ion dominant treatment of the embodiment of FIG. 4, the grid 120 can be installed in any suitable two-, three-, or other multi-electrode reactor, and FIG. The triode reactor is a good example at present. Unlike the case of the high density homogenization grid for the ion domination treatment of the embodiment of FIG. 4, different through holes selected to determine the relative strength of the high density hollow-anode glow discharge and to impart substantial uniformity of the substrate surface treatment throughout the substrate surface. In the case of size, the grid 120 of the embodiment of FIG. 6 for the chemical reaction dominance treatment is selected to impart substantial uniformity of substrate surface treatment over the entire surface of the substrate being treated for the selected chemical reaction dominance treatment. In a manner without any flatness contour. According to the present invention, the local intensity of the hollow-anode glow discharge is controlled from the substrate to be treated, which makes it possible to provide substantially uniformity of substrate surface treatment for any selected chemical reaction dominant treatment by controllably changing the spacing. It is determined by the local spacing of the grid.
실시예에서, 균일화 그리드(120)는 알루미늄과 같은 부재(122)로 이루어지며, 이것을 통해 동일 크기의 복수개의 관통공(124)이 균일하게 이격된 관계로서 제공된다. 실시예에서, 그리드(120)의 소정의 비평면 윤곽은 주변에 위치한 관통공보다 기판으로부터 멀리 떨어진 중앙에 위치한 관통공과 함께 2차원으로 연속적인 아치형이 되도록 선택된다. 상기 그리드(120)의 두께는 균일화 그리드(120)가 녹을 정도로 얇지 않아야 하고, 고에너지 밀도 글로우 방전을 소멸시킬 정도로 두껍지 않아야 한다. 두께의 대표적인 값은 0.12㎜ 내지 6.3㎜의 범위이지만 다른 두께가 본 발명의 사상에서 벗어나지 않고 적용될 수 있다.In an embodiment, the homogenization grid 120 is made of a member 122, such as aluminum, through which a plurality of through holes 124 of the same size are provided in a uniformly spaced relationship. In an embodiment, the predetermined non-planar contour of grid 120 is selected to be two-dimensionally continuous arcuate with a centrally located through hole farther from the substrate than a peripherally located through hole. The thickness of the grid 120 should not be so thin that the homogenizing grid 120 melts and should not be thick enough to dissipate the high energy density glow discharge. Representative values of the thickness range from 0.12 mm to 6.3 mm but other thicknesses may be applied without departing from the spirit of the invention.
임의의 선택된 화학 반응 우세 처리에 있어서, 비평면 윤곽은 선택된 화학 반응 우세 처리를 위한 웨이퍼의 전체 표면에 걸쳐 실질적인 균일성을 제공할 수 있도록 선택된다. 선택된 특별한 화학 반응 우세 처리에 대응하는 특정의 비평면 윤곽을 결정하기 위해, 기판으로부터 제1의 소정의 거리에 장착된 평면 그리드를 사용하여 기판의 전체 표면 주위에 위치한 점에서 상기 선택된 화학 반응 우세 처리의 지수(index)가 측정된다. 그 다음에, 평면 그리드는 반응기내에서 기판으로부터 소정의 다른 거리에 재 장착되고, 동일한 기판의 점들에서 상기 선택된 특별한 화학 반응 우세 처리의 지수가 측정된다. 동일한 세트의 기판의 점들에 대하여 평면 그리드를 재 장착하는 공정과 선택된 화학 반응 우세 처리의 지수를 측정하는 공정은 소정이 회수만큼 반복된다. 기판의 동일한 점들 주위의 위치에 따른 각각의 세트의 지수 측정은, 실질적으로 일정한 지수에 대해 기판으로부터 특정 값의 평면 그리드의 간격에 의해 매개 변수화되었으며, 각각의 점들에서 동일한 지수를 부여하는 그 간격은 직접 측정되거나, 측정치로부터 외삽(extrapolation)하여 구해지거나 또는 다른 계산법으로 구해진다. 이 간격은 선택된 특정의 화학 반응 우세 처리에 대해 실직적인 균일성을 제공하기 위해 비평면 윤곽이 평탄함으로부터 어떻게 벗어나는가를 특정한다. 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위에서, 당해 실시예의 오목한 그리드(120)와는 다른 불연속(계단형)비평면 윤곽과 연속 비평면 윤곽이 적용 될 수 있다.For any selected chemical reaction dominant treatment, the non-planar contour is selected to provide substantial uniformity across the entire surface of the wafer for the selected chemical reaction dominant treatment. In order to determine a particular non-planar contour corresponding to the particular chemical reaction preponderance selected, the selected chemical reaction predominant treatment at a point located around the entire surface of the substrate using a planar grid mounted at a first predetermined distance from the substrate. The index of is measured. The planar grid is then remounted at some other distance from the substrate in the reactor, and the index of the selected particular chemical reaction dominance treatment at the points of the same substrate is measured. The process of remounting the planar grid with respect to the points of the same set of substrates and the process of measuring the index of the selected chemical reaction dominance treatment are repeated a predetermined number of times. Each set of exponential measurements according to the position around the same points on the substrate was parameterized by the spacing of the planar grid of a particular value from the substrate for a substantially constant exponent, the spacing giving the same exponent at each point It can be measured directly, extrapolated from the measurements, or by other calculations. This interval specifies how the non-planar contour deviates from flat to provide practical uniformity for the particular chemical reaction dominant treatment selected. Without departing from the spirit of the present invention, discontinuous (stepped) non-planar contours and continuous non-planar contours other than the concave grid 120 of this embodiment may be applied.
제7도를 참조하면, 번호 130은 곡선 132, 134 및 136으로 도시된 바와 같이, 상이한 압력에서의 상이한 균일 에칭 속도에 대하여, 가로축상에 표시된 기판 엣지로부터의 위치(㎜)에 따른 세로축상의 전극 간격(단위:인치)을 도시한 그래프이다. 그래프(130)는 정전기 척(chuck)을 사용하여 수정된 이극관 챔버상에서 실험적으로 구해졌고, 상기 척에서 접지된 전극은 측면 주위에 테플론 정류기(baffle)를 갖추고 상부전극으로부터 매달려 있다. 선택된 특정의 화학 반응 우세 처리는 알루미늄 에칭이었다.Referring to FIG. 7, reference numeral 130 denotes an electrode on the longitudinal axis according to the position (mm) from the substrate edge indicated on the abscissa for different uniform etch rates at different pressures, as shown by curves 132, 134 and 136. A graph showing the spacing in inches. Graph 130 was experimentally obtained on a modified bipolar tube chamber using an electrostatic chuck, where the grounded electrode is suspended from the top electrode with a Teflon baffle around the side. The particular chemical reaction predominant treatment selected was aluminum etching.
사용된 샘플은 섭씨 200℃에서 강한 자외선을 조사시킨 0.5퍼센트 구리를 함유한 6인치 길이의 알루미늄이었다. 세가지의 점에서 표시된 세 개의 인자에 대한 2차원 그래프가 18회의 실험치를 산출하기 위해 사용되었다. 실험되는 동안 염소(Cl)50sccm, 염소규소(SiCl4) 15sccm, 300W, 헬륨 배면 압력 10Torr로 일정하게 유지되었다. 변하는 인자는 압력 60~120mt, 전극 간격 0.25~1.25인치, 접지 전극 관통공 크기3/16~5/8인치이었다. 모든 웨이퍼는 부분적으로 에칭되고 윤곽 측정기 측정은 각 웨이퍼의 지름을 따라 14점에서 수행되었다. 측정을 에칭 전, 에칭 후 및 레지스트(resist)제거 후에 행해졌다. 이 데이타로부터 각 웨이퍼의 14점에서 알루미늄 에칭 속도와 레지스트 에칭 속도가 계산되었다. 측정된 응답은 웨이퍼 전체에 대한 알루미늄 및 레지스트 에칭 속도의 평균치와 에칭 속도의 균일성이었다. 균일성의 상세한 모습을 웨이퍼의 엣지로부터 중앙으로 7점에서 에칭 속도의 응답치를 이용한 실험결과를 해석함으로써 구해졌다. 이 도식으로부터 얻어진 데이타는 주어진 속도에 대해 웨이퍼 위치에 따른 전극 간격을 도시하는 제7도의 곡선(132, 134, 136)을 만들기 위해 사용되었다. 각각의 곡선의 데이타점들은 곡선이 어떻게 작성되었는지를 설명하기 위해 도면상에 표시되었다. 이 곡선들은 웨이퍼상의 특정 위치에서 특정 에칭 속도를 산출하기 위해 얼마의 간격이 필요한지를 나타낸다. 이 곡선은 선택된 실시예의 화학 반응 우세 처리에 대해 전체 웨이퍼에서의 균일한 에칭 속도를 산출하기 위해 필요한 접지 그리드의 형상을 나타낸다. 제7도와는 다른 화학 반응 우세 처리, 다른 제어 그리드의 설계 방법 및 다른 데이타 수집 방법이 본 발명의 사상에서 벗어나지 않고 적용 될 수 있다.The sample used was 6 inches long aluminum containing 0.5 percent copper irradiated with strong ultraviolet light at 200 ° C. Two-dimensional graphs of the three factors indicated at three points were used to produce 18 experiments. During the experiment, it was kept constant at 50 sccm of chlorine (Cl), 15 sccm of chlorine silicon (SiCl 4 ), 300 W, and 10 Torr of helium back pressure. The changing factors were pressure 60-120 mt, electrode spacing 0.25-1.25 inch, and ground electrode through hole size 3 / 16-5 / 8 inch. All wafers were partially etched and contour gauge measurements were performed at 14 points along the diameter of each wafer. Measurements were made before etching, after etching and after resist removal. From this data, the aluminum etch rate and resist etch rate were calculated at 14 points of each wafer. The response measured was the average of the aluminum and resist etch rates and the uniformity of the etch rates for the entire wafer. The details of uniformity were obtained by analyzing the experimental results using the response value of the etching rate at 7 points from the edge of the wafer to the center. The data obtained from this scheme was used to create curves 132, 134, 136 in FIG. 7 showing electrode spacing according to wafer position for a given velocity. The data points of each curve are shown on the figure to explain how the curve was created. These curves indicate how much spacing is needed to produce a particular etch rate at a particular location on the wafer. This curve represents the shape of the ground grid needed to yield a uniform etch rate across the entire wafer for the chemical reaction dominance treatment of the selected embodiment. Different chemical reaction preponderance treatments, different control grid design methods, and other data collection methods can be applied without departing from the spirit of the present invention.
제8도을 참조하면, 번호 140은 본 발명에 따른 고에너지 및 저압 그리드이다. 상기 그리드(140)는 제1도 (b)의 삼극관 반응기 내부에 설치되는 것이 바람직하지만, 본 발명의 사상에서 벗어나지 않고 제1도(a)의 이극관 반응기(10)내에나 이극관, 삼극관 또는 다른 다중 전극 반응기로서 구성된 다른 반응기내에 설치될 수도 있다. 상기 그리드(140)는 4.9㎜이상, 바람직하게는 11㎜로 선택된 소정의 폭을 갖는 복수개의 관통공(142)을 갖추고 있다. 제1도를 참조하여 상술된 것처럼, 이극관 또는 삼극관 구성의 반으기 내에서의 압력이 제1도(b)의 삼극관 반응기(30)에 대해 약 100mTorr이하 또는 제1도 (a)의 이극관 반응기(10)에 대해 약 800mTorr이하의 어떤 문턱값이하로 감소될 때, 이극관 삼극관 또는 다른 다중 전극 반응기로서 구성된 종래의 반응기들에 의해 제조 될 수 있는 미세구조의 형태나 크기 또는 미세정도에 있어서 한계에 도달하므로 처리 효율은 실효성이 없거나 완전히 처리가 정지한다. 본 발명에 따르면 4.9㎜보다 더 큰 폭, 바람직하게는 11㎜의 폭을 갖는 관통공을 구비한 그리드(140)를 제공함으로써, 종래의 실질적인 압력하한선은 극복되어 종래에 가능하리라고 생각되지 않았던 미세화 정도와 크기의 미세구조를 제조가능하게 되었다. 종래의 삼극관 반응기에서, 그리드의 관통공 폭은 모두 4.9㎜이하였다. 지금까지 상술한 것처럼 그리드 관통공내의 암부는 압력과 적용되는 무선주파수 여기의 함수이고, 압력이 감소함에 따라 증가한다. 지금까지의 관통공 크기에 대하여 관통공 내에 있는 암부는 지금까지의 최소 압력 수준에서 접지된 그리드의 중공-애노드 글로우 방전을 실질적으로 없애거나 왜곡하였고, 그에 따라, 형성될 수 있는 미세구조의 기하학적 형태는 현재나 미래의 초고밀도 집적 회로(VLSI) 또는 다른 응용에 대해 기대되는 것보다 더 큰 크기로 고정(frozen)되었다.Referring to FIG. 8, number 140 is a high energy and low pressure grid in accordance with the present invention. The grid 140 is preferably installed inside the triode reactor of FIG. 1 (b), but without departing from the spirit of the present invention, within the dipole tube reactor 10 of FIG. It may be installed in another reactor configured as another multi-electrode reactor. The grid 140 is provided with a plurality of through holes 142 having a predetermined width selected to be at least 4.9 mm, preferably 11 mm. As described above with reference to FIG. 1, the pressure in the half of a bipolar or triode configuration is less than about 100 mTorr or the bipolar tube of FIG. 1 (a) for the triode reactor 30 of FIG. When reduced to below a certain threshold of about 800 mTorr or less relative to the reactor 10, in the form, size or degree of microstructure that can be produced by conventional reactors configured as bipolar triodes or other multi-electrode reactors As the limit is reached, the processing efficiency is not valid or the processing stops completely. According to the present invention, by providing a grid 140 having a through hole having a width larger than 4.9 mm, preferably 11 mm, the conventional lower pressure limit is overcome and the degree of miniaturization that was not previously thought possible. And microstructures of size can be made. In the conventional triode reactor, the through hole widths of the grid were all less than 4.9 mm. As described above, the dark part in the grid through hole is a function of the pressure and the radiofrequency excitation applied, and increases as the pressure decreases. With respect to the through-hole size thus far, the dark portion within the through-hole has substantially eliminated or distorted the hollow-anode glow discharge of the grounded grid at the minimum pressure level so far, and thus the microstructure geometry that can be formed. Is frozen to a larger size than expected for current or future ultra high density integrated circuits (VLSI) or other applications.
본 발명에 따르면, 지금까지의 최소 압력 이하의 압력에서 그리드의 보이드내의 암부의 크기에도 불구하고, 관통공은 그리드(140)내에서 중공-애노드 글로우 방전을 유지할 만큼 충분히 크고, 따라서 그리드(140)를 갖는 제1도(b)의 삼극관 반응기가 종래의 최소 압력이하의 선택된 압력에서 기판 표면 처리를 가능하게 한다. 본 발명에 따른 그리드(140)는 이런 상기의 방법으로 지금까지 불가능하리라 생각되었던 압력 범위에서 기판 표면 처리를 가능하게 해주고, 따라서 지금까지 불가능하리라 생각되었던 형태와 크기 및 미세함을 갖는 미세구조를 제조할 수 있게 해준다. 그리드(140)에 대한 당해 실시예에서는 11㎜폭의 관통공이 바람직하다. 4.9㎜이상의 크기를 갖는 다른 관통공은 플라즈마를 발생시키고 그에 대응하여 지금까지 가능하리라 생각되었던 것보다 적어도 한 차원 더 크기가 큰 이온 밀도의 증가를 가져온다.According to the present invention, despite the size of the arm in the void of the grid at pressures below the minimum pressure so far, the through hole is large enough to maintain hollow-anode glow discharge in the grid 140 and thus the grid 140 The triode tube reactor of FIG. 1 (b) having the above enables substrate surface treatment at selected pressures below the conventional minimum pressure. The grid 140 according to the present invention enables substrate surface treatment in the pressure ranges that have been previously considered impossible by this method, thus producing microstructures having shapes, sizes and fineness which were previously considered impossible. To make it possible. In this embodiment of the grid 140, 11 mm wide through holes are preferred. Other through holes having a size of 4.9 mm or larger generate plasma and correspondingly result in an increase in ion density that is at least one dimension larger than previously thought possible.
제9도를 참조하면, 번호 150은 저압의 선택된 에너지를 갖는 이온 우세 및/또는 화학 반응 우세 처리에 대한 본 발명의 다른 실시예이다. 제1도(b)의 삼극관 반응기(30)의 상부 전극(34)대신에, 고밀도 소스(152)가 접지 그리드(154)에 대해 공간적으로 이격되도록 반응용기 내부에 제공되고, 상기 접지 그리드는 하부 전극(156)에 대해 공간적으로 이격되어 있다. 고밀도 소스(152)와 그리드(154)사이에 REMOTE로 표시된 제1기판 표면 처리 매개체 형성 구역(158)이 구비되어 있고, 그리드(154)와 하부전극(156)사이에 RIE로 표시된 제2기판 표면 처리 매개체 형성 구역(160)이 구비되어 있다. 상기 고밀도 소스는 무선 주파수 유도(RFI)원(源), 전자 가속 공명(ECR)원, 자기 증강원 등이나 당업자에게 잘 알려진 나선형 공면기등과 같은 임의의 적절한 소스가 사용될 수 있다.Referring to FIG. 9, number 150 is another embodiment of the present invention for ion dominance and / or chemical reaction dominance treatment with selected energy at low pressure. Instead of the upper electrode 34 of the triode reactor 30 of FIG. 1 (b), a high density source 152 is provided inside the reaction vessel so as to be spaced apart from the ground grid 154, the ground grid being lower Spaced apart from the electrode 156. A first substrate surface treatment medium forming zone 158, labeled REMOTE, is provided between the high density source 152 and the grid 154, and the second substrate surface, labeled RIE, between the grid 154 and the lower electrode 156. The treatment medium forming zone 160 is provided. The high density source may be any suitable source such as a radio frequency induction (RFI) source, an electron acceleration resonance (ECR) source, a magnetic augmentation source or the like, or a spiral coplanar machine well known to those skilled in the art.
제1여자원(162)은 고밀도 소스(152)에 에너지를 가하기 위해 그와 연결되어 있다 제1도(b)의 42,44 및 46에 상당하는 가스 주입 시스템(164), 온도 제어 시스템(166) 및 압력 제어 시스템(168)은 제1도(b)의 실시예(30)와 실질적으로 동일한 방법으로 반응용기와 연결되어 같은 기능을 수행하므로, 설명의 간략화를 위하여 여기서는 다시 기술하지 않는다.The first excitation source 162 is connected thereto to energize the high density source 152. Gas injection system 164, temperature control system 166, corresponding to 42, 44 and 46 in FIG. 1 (b). ) And the pressure control system 168 are connected to the reaction vessel in substantially the same manner as the embodiment 30 of FIG. 1 (b) and perform the same function, which are not described herein again for the sake of brevity.
고에너지 밀도 소스(152)는 접지 전극(154)에 의해 발생된 중공-애노드 글로우 방전의 효율을 증대시킨다. 즉, 제1기판 표면 처리 매개체 형성 구역(158)에서 고에넌지 밀도 소스(152)에 의해 발생된 고에너지 이온은 그리드(154)의 관통공을 통하여 제2기판 표면 처리 매개체 형성 구역(160)에 전달되고, 주어진 저압 동작점에서 제2기판 표면 처리 구역내에 다른 상황에서 존재했을 경우보다 상대적으로 훨씬 많은 비율의 선택된 에너지를 갖는 이온들을 제공함으로써 그리드(154)내에서 중공-애노드 글로우 방전을 상승 효과적으로 증강 시킨다. 고에너지 밀도 소스(152)의 이온들은 접지 전극의 중공-애노드 글로우 방전과 협력하여 상기 구역(160)내에 더 많은 비율이 이온들을 제공하고, 상기 이온들은 제어 가능한 부(-)의 무선 주파수원(170)에 의해 하부 전극에 제어 가능하게 바이어스를 인가함으로써 선택적으로 추출될 수 있다. 제어 가능한 무선 주파수원(170)은 특별한 에너지 수준의 상부 구역(158) 이온들로부터 추출하도록 그 크기가 변할 수 있는 음(-)전위를 생성한다. 예를 들어 필름의 이방성 에칭을 만들기 위해 필요한 최소한의 에너지를 사용하는 것이 바람직한 폴리실리콘 에칭에서, 전하 축적과 게이트 옥사이드(gate oxide)손상을 방지하기 위하여 최소 에너지의 이온을 선택하는 것이 바람직하고, 최소 에너지 이온은 상기 선택된 에너지 이온을 끌어당기는 상응하는 음전위를 하부 전극상에 인가하기 위해 무선 주파수원(170)의 전위를 변화시킴으로써 쉽게 선택될 수 있다. 물론 본 발명의 사상에서 벗어나지 않고 실시예(150)의 다른 응용이 수행될 수 있다.The high energy density source 152 increases the efficiency of the hollow-anode glow discharge generated by the ground electrode 154. That is, the high energy ions generated by the high-energy density source 152 in the first substrate surface treatment medium formation zone 158 pass through the through hole of the grid 154 to form the second substrate surface treatment medium formation zone 160. At a given low pressure operating point to elevate the hollow-anode glow discharge within the grid 154 by providing ions with a relatively much higher proportion of selected energy than would be present in other situations within the second substrate surface treatment zone. Enhances effectively. The ions of the high energy density source 152 cooperate with the hollow-anode glow discharge of the ground electrode to provide more proportions of ions in the zone 160, which ions are controllable negative radio frequency sources. 170 may be selectively extracted by controllably applying a bias to the lower electrode. The controllable radio frequency source 170 generates a negative potential that can vary in size to extract from the upper region 158 ions of a particular energy level. For example, in polysilicon etching where it is desirable to use the minimum energy required to make anisotropic etching of the film, it is desirable to select the minimum energy ions to prevent charge accumulation and gate oxide damage, and to minimize Energy ions can be easily selected by varying the potential of radio frequency source 170 to apply a corresponding negative potential on the lower electrode that attracts the selected energy ions. Of course, other applications of the embodiment 150 may be performed without departing from the spirit of the invention.
상기 실시예에서는 바이어스의 인가에 의해 그리드가 접지된 경우의 중공-애노드 글로우 방전을 제공하는 것에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서, 필름 제거시와 같이, 그리드에 전압이 인가되어 중공-캐소드 글로우 방전이 제공 될 수도 있다. 주로 이온 우세 처리를 위한 제4도의 그리드 실시예(90) 및 주로 화학 반응 우세 처리를 위한 제6도의 그리드 실시예(120)와 같은 상기 몇가지 실시예들의 장치는, 본 발명의 사사에서 벗어나지 않는 범위내에서 제9도의 반응기(150)내에 고밀도 균일화 그리드(90 또는 120)를 제공하는 방식등으로 결합될 수 있다.In the above embodiment, the hollow-anode glow discharge in the case where the grid is grounded by the application of a bias has been described. However, a voltage is applied to the grid as in the case of film removal within a range not departing from the spirit of the present invention. Hollow-cathode glow discharge may also be provided. Apparatuses of some of the above embodiments, such as the grid embodiment 90 of FIG. 4 primarily for ionic dominance treatment and the grid embodiment 120 of FIG. 6 primarily for chemical reaction dominance treatment, do not depart from the spirit of the invention. Within the reactor 150 of FIG. 9 in a manner such as to provide a high density homogenization grid 90 or 120.
Claims (10)
Applications Claiming Priority (3)
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US07/929,099 US5248371A (en) | 1992-08-13 | 1992-08-13 | Hollow-anode glow discharge apparatus |
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1993
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