KR100201121B1 - 플라즈마 반응로 및 플라즈마 처리방법 - Google Patents

플라즈마 반응로 및 플라즈마 처리방법 Download PDF

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조셉 제이. 스위니
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Abstract

본 발명은 웨이퍼를 처리하기 위한 진공 챔버, 챔버내로 반응가스를 도입하기 위한 하나이상의 가스 공급원, 및 유도 연결에 의하여 챔버내에서 플라즈마를 발생시키도록 챔버내로 알에프(RF) 에너지를 조사할 수 있는 안테나를 포함하는 알에프(RF) 유도 연결 플라즈마 반응로에 관한 것이다. 안테나는 2차원의 만곡된 표면에 놓인다. 본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 웨이퍼 윗쪽의 챔버 부분으로 반응가스를 초음속으로 분무하기 위한 장치를 포함하는 플라즈마 반응로를 제공한다. 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명은 웨이퍼를 지향하는 다수의 분무노즐 개구부를 통해서 웨이퍼 윗쪽의 챔버 부분내로 반응가스를 분무하기 위한 편평한 분무 샤워헤드(showerhead), 다수의 노즐 개구부들중 인접한 개구부들 사이에서 편평한 분무노즐의 내부에 위치된 다수의 좌석을 포함하는 플라즈마 반응로를 제공한다. 다수의 자석은 분무노즐 개구부로부터 이온들을 방출하도록 배향되어 있다. 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명은 전원에 연결될 수 있고 웨이퍼 윗쪽에 도전성 돔형 전극을 포함하는 플라즈마 반응로에 관한 것이다. 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명은 돔형상의 안테나를 갖는 진공처리 챔버를 제공하는 단계와, 음전기를 띤 가스를 포함한 처리가스를 챔버내로 공급하는 단계와, 알에프(RF) 전기 신호를 안테나에 공명식으로 연결시키는 단계와, 그리고 안테나로부터 나온 전자기 에너지를 처리 챔버내에서 처리 가스로부터 형성된 플라즈마 내로 공명식으로 유도 연결시키는 단계를 포함하는 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.

Description

플라즈마 반응로 및 플라즈마 처리방법
제1a도는 비교적 큰 종횡비를 갖는 작은 극소전자공학적 특징부상에 재료를 증착시킬 때 발생되는 문제점을 개략적으로 보여주는 도면.
제1b도는 스퍼터 식각(etching) 속도에 대한 표면각도의 영향을 나타내는 선도.
제1c도는 화학증착법 및 스퍼티 식각법을 동시에 사용함으로써 얻어진 소정의 증착 패턴을 보여주는 제1a도와 유사한 도면.
제2도는 종래기술에 따른 화학증착 및 알에프(RF) 플라즈마 식각 장치의 개략도.
제3도는 제2도의 장치의 아르곤 및 산소특성에 있어서 물 중심으로부터의 거리가 이온 밀도에 끼치는 영향을 나타낸 선도.
제4도는 본 발명의 제1태양에 따른 샤워헤드(showerhead) 가스 분포장치의 횡단면도.
제5도는 본 발명의 제2태양에 따른 샤워헤드 가스분포장치의 횡단면도.
제6도는 본 발명의 제3태양에 따른 천장에 위치한 돔형의 알에프(RF) 안테나 및 링 가스분포장치의 횡단면도.
제7도는 제6도의 태양에서 패러데이 차폐체(Faraday shield)를 보여주기 위한 돔형 천장의 부분 사시도.
제8도는 본 발명의 제4태양에 따른 천장에 위치한 돔형의 알에프(RF) 안테나 및 다수의 노즐을 갖춘 가스분포장치의 횡단면도.
제9도는 제7도의 장치에서 바람직한 노즐형상을 보여주는 측단면도.
제10도는 본 발명의 제5태양에 따른 원통형 안테나, 편평한 천장, 및 다수의 노즐을 갖춘 가스분포장치의 횡단면도.
제11도는 본 발명의 제6태양에 따른 원통형 안테나, 다수의 노즐을 갖춘 가스분포장치, 및 돔형 도전성 천장의 횡단면도.
제12도는 본 발명의 제7태양에 따른 제6도 및 제11도의 태양의 조합체를 보여주는 횡단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 유전성 재료 12 : 채널
14a,14b : 금속 선 15 : 공극
16 : 모서리 20 : 진공 챔버
22,49,80 : 안테나 24,102 : 수직 측벽
22,44,84,116 : 천장 28,82 : 웨이퍼
46 : 웨이퍼 표면 48 : 샤워헤드
50 : 저부 벽 51,58,104 : 분무 개구
52 : 측벽 56 : 중간 벽
60 : 분무 챔버 64,96,100 : 매니홀드
66,68 : 가스 유입구 72 : 자석
73 : 절연재 80a : 원통형 부분
80b : 만곡된 부분 90,92,118 : 알에프(RF)원
106 : 가스 공급노즐 112 : 확산 중심
본 발명은 알에프(RF) 플라즈마 화학증착 및 스퍼티 식각 공정을 수행하기 위한 반응로에 관한 것이며, 특히 이들 공정을 동시에 수행하는 반응로에 관한 것이다.
종횡비가 크고(즉, 채널 깊이 대 채널 폭의 비가, 예컨대 2 이상인), 크기가 작은(0.5㎛ 이하의) 집적회로 구조물상에 얇은 실리콘 이산화물 필름을 화학 증착공정에 의해서 형성시키는 것은 금속선 사이에 공극을 형성시키지 않고는 거의 불가능하다. 제1a도에 도시된 바와같이 2개의 금속선(14a, 14b)으로 분리된, 폭이 매우 좁은 채널(12)을 갖는(즉, 종횡비가 2보다 큰) 장치상에서 유전성 재료(10)를 증착시키는 공정에서, 이러한 유전성 재료(10)의 극히 일부가 채널(12)의 저부에 도달하며 남겨져서 공극(15)이 형성된다. 이는, 금속선(14)의 모서리(16)가 금속선(14)의 수직벽을 따르는 그 밖의 다른 부분들에서 보다 유전성 재료(10)가 빠르게 증착되어서, 이러한 증착공정중에 채널(12)의 저부가 적어도 거의 밀봉되기 때문이다. 이와 같은 문제를 해결하는 방법은 모서리로부터 유전성 재료(10)를 식각하는 동시에 알에프(RF) 스퍼터 식각 공정(표면에 수직하게 충돌하는 이온을 사용하여)을 수행함으로써 채널(12)이 오그라드는 것(pinching off)을 방지하는 것이다. 이와 같은 공정은 최근에 사용되고 있는 연속적인 증착 및 스퍼터링 방법이 0.5㎛ 미만의 공간에서 실패하는 것과는 달리 종횡비가 2보다 큰 공간에서도 사용될 수가 있다.
제1b도에 도시된 선도에서, 알에프(RF) 스퍼터 식각공정은 유입되는 이온에 대해서 45°의 각도로 배치된 표면에서 최대 식각속도를 갖는다. 이와 같이 이온을 웨이퍼 표면에 대하여 수직 방향으로 충돌하도록 배향시킴으로써, 스퍼터 식각공정은 동시에 수행되는 증착공정에 의하여 형성되는 경사진 표면(예를들면, 모서리(16) 위에 형성되는 유전성 표면)을 급속하게 식각하는 동시에 다른 표면들(즉, 수직면 및 수평면)은 훨씬 더 느리게 식각하며, 이에 따라서 제1a도에 도시된 바와 같은 공극(15)의 형성 및 채널(12)의 막힘을 방지할 수가 있다. 따라서, 제1c도에 도시된 바와 같이 측벽 및 모서리(16)에 대하여 채널(12)의 저부 및 금속선(14)의 상부에 우선적으로 유전성 재료를 증착시킬 수 있다.
이와 같은 공정을 수행하기 위해서는 모서리(16) 부근의 알에프(RF) 플라즈마 스퍼터 식각속도가 증착속도에 달해야 한다. 반도체 소자에 대한 전기적 손상이 없이 높은 스퍼터링 속도(제품 전체에 대한)를 제공하기 위해서는 높은 플라즈마 밀도가 요구된다. 전체 웨이퍼(예를들어, 8인치(20.32mm) 직경의 실리콘 웨이퍼)에 걸쳐 상기 스퍼터 식각속도를 제공하기 위해서는 플라즈마 이온의 밀도가 전체 웨이퍼에 걸쳐 충분히 크고 균일해야만 한다. 이러한 플라즈마 이온 밀도의 균일성은 대체로 아르곤 이온으로만 구성된 플라즈마를 사용함으로써 용이하게 얻어질 수가 있다. 그러나, 여기서 요구되는 스퍼터 식각 공정은 아르곤이 아닌 다른 종류를 필요로 하는 화학증착 공정에 대한 부수적인 공정이라는 점이다. 특히, 유전성재료(10)가 SiO2인 실란(SiH4)을 사용하는 화학증착공정에서는 산소가 충분한 양으로 존재하여서 플라즈마내에서 이온화되어야 한다. 산소이온은 비교적 짧은 수명을 가지며 팍칭(quenching)에 매우 민감하다. 산소 이온을 웨이퍼 표면, 특히 최근에 사용되고 있는 직경 8인치(20.32mm)의 웨이퍼 표면에 걸쳐 조밀하게 매우 균일하게 분포시킨다는 것은 매우 어렵다.
플라즈마는 전자 싸이클로트론 공명(ECR)에 의해서 발생될 수 있지만, ECR장치는 그 형상의 복잡성, 크기, 및 비용으로 인하여 상용하기에는 어느 정도 제한이 있다. 더욱이, 플라즈마가 물과 멀리 떨어져서 발생되기 때문에 ECR 반응로를 8인치 직경의 웨이퍼를 수용할 수 있도록 제조하기는 어려우며 동시에 복잡한 자장을 사용해야만 한다는 문제점이 있다.
전자기 알에프(RF) 커플링 및 공정을 이용한 플라즈마 반응로(Plasma Reactor Using Electromagnetic RF Coupling and Processes)란 명칭으로 콜린스(Collins)등이 1992년 9월 8일자로 출원한 미합중국 특허출원 제 07/941,507호(본 특허출원의 양수인에게 양도됨)에는, 화학증착 시스템에서 고속의 스퍼터식각에 유도연결된 플라즈마를 사용하는 방법이 개시되었고, 그 개시내용은 발명의 명세서에 참조로 인용되어 있다. 이와 같은 방법은 유럽 특허공개 제 0,520,519호에서 제일 먼저 개시된 것이다. 여기에 개시된 바에 따르면, 용량식으로 연결된 플라즈마에 비해서 유도연결된 플라즈마가 갖는 잇점들 중에서도, 높은 플라즈마 밀도가 존재할 경우에도 웨이퍼상의 매우 작은 바이어스(bias) 전압에 의해 유도연결된 플라즈마가 발생된다는 하나의 잇점을 고려할 수 있다. 상기 특허출원에 개시된 실리콘 산화물 증착에 있어서, 통상적으로 이온화되지 않는 실란이 실리콘을 제공하며, 가스상태의 산소종이 화학증착에 의해 실리콘 이산화물을 형성하는데 필요한 산소를 제공한다. 웨이퍼에 인접한 외장(sheath)에 걸쳐 가속화되는 아르곤 이온이 스퍼터링 식각에 사용된다.
제2도는 앞서 언급된 바와 같이 유도 연결된 플라즈마를 발생시키기 위한 화학증착 진공챔버(20) 및 알에프(RF) 안테나(22)를 나타낸 것으로서, 특정 챔버 및 모자모양의 상부만이 도시되어 있다. 알에프(RF) 안테나(22)는 진공챔버(20)의 원통형 수직 측벽(24) 둘레에 솔레노이드로서 감겨져 있는 코일 형태의 전도체이다. 코일 안테나에 인접한 소오스(sourse) 챔버의 벽은 절연체이며, 천장(26) 및 처리 챔버 벽이 바람직하게는 접지되어 있다(편평한 천장(26)은 접지전극으로서 작용함).
이러한 구성에서, 원통형 코일이 유도방위의 전기장을 통해서 코일 안테나내의 알에프(RF) 에너지를 플라즈마 소오스 영역안으로 비공명식으로 연결시킨다. 자유공간내에서도, 전기장은 챔버의 중심에서 0으로 떨어지지 않는다. 플라즈마가 존재하면, 전기장이 챔버벽으로부터 훨씬 더 빠르게 감소된다. 전기장은 플라즈마내의 전자를 가속화시켜서, 원자를 이온화시키거나 분자를 원자 혹은 라디칼 상태로 분리시킨다. 이러한 커플링은 플라즈마 공명과 동조되지 않기 때문에 주파수, 압력, 및 국부적인 기하학적 형상에 훨씬 덜 좌우된다. 플라즈마가 소오스 영역은 웨이퍼로부터 이격된 상태로 설계되며, 소오스 지역에서 발생된 이온 또는 라디칼은 웨이퍼로 확산된다.
이러한 챔버는 주로 비교적 저압에서 챔버를 식각하기 위한 것으로서, 전자들이 약 몇 cm정도의 평균 자유경로를 갖는다. 따라서, 전자가 주로 챔버벽 근처에서 발생된다고 할지라도 전자는 중심으로 확산되어서 소오스 영역의 상당한 직경을 가로질러 플라즈마를 균일화시키는 경향이 있다고 생각된다. 그 결과, 이온 및 원자 또는 라디칼이 웨이퍼로 확산되어서 웨이퍼에 걸쳐 비교적 균일해지는 경향이 있다.
이와 같은 종래 기술에 있어서, 하나의 문제점은 화학증착 및 스퍼터 식각, 특히 산소를 포함하는 공정에서 발생된다고 생각한다. 화학증착의 경우, 챔버의 압력이 다소 높아서 전자의 평균 자유경로를 감소시키고, 그 결과 플라즈마의 바깥쪽 환형부에서 발생하는 피이크 밀도를 갖는 불균일한 플라즈마 밀도가 형성되는 경향이 있다. 더욱이, 산소 이온이나 라디칼은 많은 재결합 경로를 가지므로 그 확산 길이는 비교적 제한된다. 따라서, 웨이퍼의 중심이 웨이퍼의 가장자리보다 플라즈마 소오스 지역으로부터 떨어지게 되고, 제3도의 실선 곡선으로 도시된 이온밀도와 같이 웨이퍼(28)의 중심부근에서 산소 이온 및 라디칼의 밀도가 더 떨어진다. 웨이퍼의 중심 부근에서의 산소 이온의 부족은 화학증착 속도에 비해서 스퍼터 식각속도를 감소시켜, 웨이퍼 중심 부근의 공간 혹은 채널(예를들면, 제1a도의 채널(12)등와 같이) 내에서 제1a도에서 도시된 바와 같은 공극(15)이 형성되며, 웨이퍼 주변부 부근의 공간은 스퍼터링 속도와 증착 속도 사이에 소정의 비를 갖는다.
이에 대한 하나의 해결방법은 천장(26)의 높이를 올려서 안테나(22)의 축방향높이를 웨이퍼의 윗쪽으로 증대시키는 것이다(아르곤의 경우, 이와 같이 높이가 증가된 소오스에 대한 이온분포는 제3도의 점선을 따라서 실제로 균일하게 된다). 그러나, 이와 같은 높이의 증대는 큰 체적의 증가로 인하여 시스템의 세척이 보다 어려워진다는 점에서 실용적인 것이 아니다. 다른 해결책으로는, 웨이퍼로부터 상부 전극까지의 거리에 따라 산소 이온 밀도가 꽤 균일하고 이온 분포가 문제를 심화시키지 않는, 비교적 저압(약 1밀리토르)에서 소오스 영역을 작동시키는 것이다. 그러나, 이와 같은 진공을 유지시키기 위해서는 사용불가능하게 용량이 큰 펌프가 필요하며, 따라서 1 내지 30밀리토르의 비교적 낮은 진공(고압)이 상용화에 필요하다.
이들 문제에 대해서 오글(Ogle)의 미합중국 특허 제 4,948,458호에서는, 편평한 유전챔버의 상부에 설치된 편평한 나선형 코일 안테나를 사용한 해결책이 제시되었다. 이는, 소위 '팬케익코일'이라 불리운다. 여기서는, 챔버의 상부 근처에 균일한 플라즈마 소오스 지역을 형성하여서 균일한 이온 및 라디칼을 웨이퍼로 확산시키는 방식을 채택하고 있다.
그러나, 이와 같은 소위 팬케익 코일은 여러 가지 문제점이 있다. 팬케익코일의 편평한 형상으로부터 챔버안으로 연결되는 알에프(RF) 전원의 대부분이 용량성 커플링임을 알 수 있다. 즉, 안테나를 통과하는 전류에 의해 유도된 전기장(유도 커플링의 경우) 보다는 안테나 구조물 내부의 충전에 의해서 만들어진 전기장을 사용한다. 용량식 커플링은 일반적으로 매우 높은 전기장을 발생시키며, 이는 반도체 반응로에 해로운 높은 에너지의 전자를 발생시킨다. 이에 비해서, 콜린스(Collins) 등의 상기 미합중국 특허출원에 개시된 유도성 커플링은 더 낮은 전기장 및 더 낮은 전자에너지를 발생시킨다.
따라서, 분당 1000Å 정도의 균일한 산소 스퍼터 또는 식각속도를 유지시키기 위해서는 직경이 큰(8인치 정도) 웨이퍼에 걸쳐 1 내지 30 밀리토르의 고밀도로 유도연결된 플라즈마내에 산소 이온을 균일하게 분포시켜야 할 필요가 있다.
다른 하나의 문제는, 진공챔버(20)의 측면에 제공된 가스 유출구(30)로부터 방출된 실란이 웨이퍼(28)에 정확하게 확산되지 않고 모든 방향으로 동일하게 확산된다는 점이다. 실란 및 산소가스가 동시에 함께 반응하기 때문에, 그리고 챔버벽의 대부분의 웨이퍼(28) 보다는 (특히, 직경이 큰 웨이퍼에 대해서) 가스 유출구(30)에 더 근접해 있기 때문에, 진공챔버(20)의 모든 내면상에 증착되는 SiO2의 양이 웨이퍼(28)상에 증착되는 SiO2의 양보다 많다. 이는, 반응로가 주기적으로 제조과정을 중단해야만 하고 SiO2피막을 내면으로부터 제거시켜야만 한다는 것을 의미하며, 중대한 결점으로 고려되어야 한다.
따라서, 챔버의 내면상에 화학증착의 잔류물(예를들면 SiO2)을 덜 증착시키는 반응로를 제공하여서 세척의 빈도를 줄일 필요가 있다.
본 발명의 제1양상에 따르면, 웨이퍼 처리용 진공챔버와, 챔버안으로 반응가스를 유입시키기 위한 하나 이상의 가스 소오스와, 그리고 유도 커플링에 의해서 챔버내에 플라즈마를 발생시키도록 챔버안으로 알에프(RF) 에너지를 조사시킬 수 있는 안테나를 포함하고 있는 알에프(RF) 유도연결된 플라즈마 반응로가 제공되는테, 안테나는 2차원의 곡면내에 놓여진다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 웨이퍼 처리용 진공 챔버와, 웨이퍼 위에 놓여진 챔버의 일부에서 플라즈마를 발생시키도록 챔버 안으로 알에프(RF) 에너지를 조사시킬 수 있는 안테나와, 그리고 웨이퍼 위에 놓여진 챔버의 부분으로 초음 속의 반응가스를 분무시키는 장치를 포함하고 있는 플라즈마 반응로가 제공된다.
본 발명의 또 하나의 태양에 따르면, 웨이퍼 처리용 진공챔버와, 웨이퍼 위에 놓여진 챔버의 부분에 플라즈마를 발생시키도록 챔버 안으로 알에프(RF) 에너지를 조사시킬 수 있는 안테나와, 그리고 웨이퍼 쪽으로 연장하여, 진공 격벽에 열적으로 연결된 다수의 길다란 분무 노즐을 포함하고 있는 플라즈마 반응로가 제공되는데, 각각의 노즐의 단부에는 웨이퍼의 가장자리 위로 거의 대부분이 놓여져 있는 가스 분배 유입 오리피스가 설치되어 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 웨이퍼 처리용 진공챔버와, 웨이퍼 위에 놓여진 챔버의 부분에 플라즈마를 발생시키도록 챔버 안으로 알에프(RF) 에너지를 조사시킬 수 있는 안테나와, 그리고 웨이퍼 위에 놓여진 챔버의 부분 안으로 반응가스를 분무하도록 챔버의 내부에 설치된 밀폐튜브를 포함하고 있는 플라즈마 반응로가 제공되는데, 밀폐튜브는 웨이퍼에 대해서 대칭으로 배열되어 있고, 밀폐튜브는 웨이퍼의 가장자리 형상에 이어져서 대부분의 웨이퍼 위에 있지 않으며, 밀폐튜브에는 웨이퍼 위에 놓여진 진공챔버의 내부와 마주하는 다수의 분무 개구가 제공되어 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 웨이퍼 처리용 진공챔버와, 웨이퍼 위에 놓여진 챔버의 부분에 플라즈마를 발생시키도록 챔버 안으로 알에프(RF) 에너지를 조사시킬 수 있는 안테나와, 그리고 웨이퍼 위에 놓여진 챔버의 부분안으로 반응가스를 분무하는 편평한 분무 샤워헤드를 포함하고 있는 플라즈마 반응로가 제공되는데, 편평한 분무 샤워헤드는 웨이퍼와 평행하게 웨이퍼와 적어도 거의 동시연장되며, 웨이퍼와 마주하는 다수의 분무 노즐 개구부 및 이러한 노즐 개구부들중 인접한 개구부 사이의 편평한 분무 노즐의 내부에 위치된 다수의 자석이 제공되며, 다수의 자석은 분무 노즐 개구로부터 이온을 반발시키도록 배향되어 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 웨이퍼 처리용 진공챔버와, 플라즈마를 발생시키도록 챔버안으로 알에프(RF) 에너지를 조사시킬 수 있는 안테나와, 그리고 웨이퍼의 위에 놓여진 돔형의 도전성 전극을 포함한 플라즈마 반응로가 제공되는데, 돔형의 도전성 전극은 전위에 연결될 수가 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 처리되는 가공물을 고정시키도록 한쪽 측면에 돔형의 안테나를 갖추고 있는 진공처리챔버를 제공하는 단계와, 처리 챔버 안으로 음전성의 가스를 포함한 처리가스를 공급하는 단계와, 알에프(RF) 전기 신호를 안테나에 공명식으로 연결시키는 단계와, 그리고 가공물이 플라즈마에 의해서 처리되도록 안테나로부터 처리가스에 의해서 처리 챔버내에 형성된 플라즈마 안으로 전자기 에너지를 유도식으로 연결시키는 단계를 포함하고 있고 플라즈마 처리방법이 제공된다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
먼저, 제4도를 참조하면, 개선된 유도식 연결 플라즈마 화학증착(CVD) 반응로의 제1태양은 진공 챔버의 천장(44)에 형성된 개구부에 배치되고 전체 웨이퍼 직경에 거의 걸쳐 평행하게 뻗어있는 샤워헤드(48)에 의해서, 웨이퍼 표면(46) 바로 위로 웨이퍼 표면에 근접하여(웨이퍼 표면의 약 2인치 또는 5cm이내) 실란 가스를 방출시킴으로써, 실란 가스를 웨이퍼(40) 상에 집중시키고 내부 진공 챔버벽(42),(43) 및 천장(44)상에는 이 보다 적게 실란가스를 집중시킨다. 도시된 태양에서, 챔버벽(42)은 유전성 재료로 이루어져 있고, 챔버벽(43) 및 천장(44)은 도전성 재료로 이루어져 있다. 제2도에 도시된 장치에서, 챔버벽(43) 및 천장(44)은 전기적으로 접지되어 있다. 샤워헤드(48) 위로부터 웨이퍼(46) 아래로 뻗어있는 코일형 알에프(RF) 안테나(49)는 절연체벽(42)을 통한 유도 연결에 의하여, 챔버내에서 플라즈마를 발생시킨다.
샤워헤드(48)는 웨이퍼(40)에 평행한 원형의 편평한 저부벽(50)으로 구성되며, 저부벽을 관통하여 형성된 다수의 좁다란 수직 분무 개구(51)를 갖추고 있다. 샤워헤드(48)는 원통형 측벽(52)와 함께 일체로서 형성된다. 원통형 벽은 챔버의 천장(44) 상부에 놓이는 원형 쇼울더(54)를 갖는다. 원형의 중간벽(56)은 좁다란 수직분무 개구(58)들을 갖추고 있는데, 이 개구들은 저부벽(50)의 분무 개구(51)들과 측방향으로 조금씩 차이지게 배열된다. 분무챔버(60)은 원형저부, 중간벽 및 원통형측벽(52) 사이에 형성된다. 노즐의 편평한 원형 상부벽(62)은 중간벽(56) 및 측벽(52)와 함께 매니홀드(64)를 한정한다. 한쌍의 외부 가스 유입구(66) 및 (68)은 상부벽(62)으로부터 매니홀드(64)내로 연장된 혼합 매니홀드(70)에 연결된다. 이산화규소 화학증착(CVD)에 있어서, 실란과 산소가 분리된 관들을 통해서 챔버내로 공급된다. 저부 노즐벽(50)의 표면으로부터 멀어지는 플라즈마를 제한하기 위해서, 분리된 자석(72)이 저부 노즐벽(50)의 전체 상부 표면에 걸쳐서 분포한다(공지된 플라즈마 제한 기술을 기초로함). 자석들의 자기장은 제4도에 도시된 자기장(72a)에 대응한다.
절연재(73)는 천장(44)상에서 챔버의 상부면에 위치하고, 노즐의 원통형 측벽(52)에 위치하게 된다.
웨이퍼(40)는 노즐의 바닥벽(50)으로부터 약 5cm(2인치) 이격되어 알에프(RF) 전극(74)(위에서 언급한 바있는 통상적으로 양도된 특허원에 개시된 유형)에 의해서 지지된다. 이러한 특징은 웨이퍼(40)쪽으로 유입가스를 분배할 수 있게 함으로써, 화학증착 반응로에 우수한 성능을 부여한다.
제4도에 반응로에 의해서 수행된 알에프(RF) 스퍼터링은 웨이퍼(40)의 중심에 걸쳐 적은 플라즈마를 남기면서, 주위의 환형영역(76)에 플라즈마를 집중시키는 경향이 있다. 이것은 웨이퍼의 중심에서 알에프(RF) 스퍼터 식각 속도를 감소시킨다. 그러므로, 제4도에 도시된 반응로는 유리하게 화학증착(CVD)을 수행하지만 식각 및 증착 속도가 경쟁하는 동시 CVD-스퍼터 식각 공정을 수행하는데 유용하지 않고, 산소함유 화합물을 사용한 스퍼터 식각 공정에도 유용하지 않다. 그러나, 이 태양은 웨이퍼 표면에 걸쳐 플라즈마(이온) 밀도의 균일성에 약간의 손상을 허용하는 유도 연결되거나 또는 유도적으로 향상된 화학증착 공정에 유용하다.
주위의 환형영역(76)에 플라즈마가 집중하는 문제점을 해결하기 위한 한가지 기술은 제5도에 도시된 바와 같이 천장(44)을 약10cm(4인치) 이상 상승시키는 것이다. 이것은 플라즈마 분포의 균일성을 개선시키는 반면에, 챔버 용적이 증가하고, 웨이퍼 까지의 확산거리가 증가하여, 적은 용적의 챔버가 갖는 장점이 없다. 그러므로, 이러한 해결방법에 의해서 얻어지는 것은 더 이상 없다고 여겨진다.
고진공(1 내지 30 밀리토르)에서의 산소 이온의 불균일한 분포의 외견상 처리하기 어려운 문제점은 제6도의 태양에서 해결된다. 이 문제점을 해결하기 위한 방법은 웨이퍼의 모든 부분이 코일과 챔버벽에 인접한 전체 플라즈마 소오스 영역으로부터 더 고르게 이격되는 방식으로, 웨이퍼 위로 코일형 알에프(RF) 안테나를 배치하는 것이다. 그 결과, 이온형태와 원자형태 산소의 플럭스(flux)는 모서리(16)(제1a도)의 식각속도가 웨이퍼에 걸쳐 균일하도록 웨이퍼에 걸쳐 더 균일해진다. 제6도에 도시된 바와 같이, 이것은 코일형 안테나(80)를 웨이퍼(82)를 중심으로 돔형으로 배열하고 진공 챔버의 천장(84)이 안테나(80)를 지지할 수 있도록 돔형으로 구성함으로써 달성된다. 앞서 언급한 바와 같이, 안테나(80)는 코일형 전도체이다.
제6도의 코일형 안테나(80)와 돔형의 천장(84)을 구성함으로써 얻어지는 장점은 이온이 가장 집중하는 천장(84) 근처의 영역이 웨이퍼(82) 표면의 일부에 걸쳐 연장됨으로써 웨이퍼 중심에 이르는 통로 길이가 감소되고 웨이퍼 중심으로 산소이온 밀도가 증가한다는 것이다. 제2도에 도시된 장치와 비교하자면, 최대의 이온 집중 지역은 어느 정도까지는 전체적으로 수직이므로, 웨이퍼의 임의 부분위에 놓이지 않고, 단지 웨이퍼 가장자리 가까이에 놓인다.
유도연결을 촉진하기 위해서, 돔형의 코일형 안테나(80)는 직선형의 수직 원통형 부분(80a)을 포함한다. 원통형 부분(80a)은 제2도에 도시한 간단한 수직 솔레노이드(solenoid) 안테나 코일(22)에 대응하며, 유도 연결된 플라즈마와 연관되어 있는 제2도의 자기장(25)와 유사한 폐쇄 자기장을 제공한다. 돔형의 코일형 안테나(8)의 만곡된 부분(80b)은 위에서 언급한 특성에 따라서, 최대 이온 밀도 지역을 웨이퍼 중심쪽으로 이동시킨다. 바람직하게는, 만곡된 부분(80b)은 원통형 부분(80a)의 직경보다 20% 정도 큰 축방향 길이를 갖는다. 예를들면, 바람직한 태양에서, 코일형 안테나(80)의 전체적으로 수직인 구간은 약 9cm에 달하는데, 이것은 코일의 직경 또는 원통형 부분(80a)의 직경보다 20% 크다.
안테나(80)의 수평 돌출부는 중앙 곡선을 갖는 나사선이다. 중앙 공극은 약35cm(14인치) 보다 약간 작은 전체 직경을 갖는 챔버에서 200mm(8인치) 웨이퍼의 경우 50mm 내지 200mm(2 내지 8인치)의 직경(d)를 갖는다. 즉, 공극은 웨이퍼 직경의 25 내지 100%가 바람직하다. 이러한 공극은 자기장이 공극을 통해서 집중될 수 있게 하고, 용량성 연결을 억제하며, 플라즈마 내로의 알에프(RF) 에너지의 유도성을 연결을 증진시키는 것이 바람직하다. 이에 의해 유도 결합된 플라즈마의 낮은 전자 에너지와 높은 플라즈마 이온 밀도 특성이 유지된다.
코일형 안테나(80)의 두 부분(80a) 및 (80b)에 있어서 각 부분의 권선수는 감겨진 코일 사이의 간격, 돔 천장(84)의 형상(수직한 부분의 높이(Hv)를 포함하여) 및 공극 직경(d)에 의해서 결정된다. 바람직한 코일 간격은 0.63cm(1/4인치) 내지 0.94cm(3/8인치)이다. 또 다르게는, 코일 간격은 전도체 폭 이하의 정도일 수 있다.
앞에서 공극 직경(d)을 웨이퍼 직경의 25% 내지 100%로 한정하였다. 현재 사용되고 있는 돔 천장(84)의 매끄러운 볼록 형상은 37.5cm(15인치)의 주 돔반경(R1), 8.75cm(3.5인치)의 모서리 반경(R2) 및 35cm(14인치)의 외경을 갖는 석영 천장층(84a)으로서 510 제네랄 일렉트릭(General Electric) 융합 석영도가니, 제네랄 일렉트릭 부품 번호 제 14111F호의 돔형 플로어를 사용하도록 지정된다. 제네랄 일렉트릭 도가니의 길다란 수직 원통형 부분은, 약 0.63cm(1/4인치)의 짧아진 수직높이(Hv)를 남기면서, 대부분 제거된다. 웨이퍼 표면과 돔 천장(84)의 바닥(외부 가장자리)사이의 거리는 약 3.81cm(1.5인치)인 반면에, 웨이퍼 표면과 돔 천장의 상부(정점)사이의 거리는 약 12.25cm(4.9인치)이다. 바람직하게도, 웨이퍼 높이는 안테나(80)의 최하부 코일보다 낮다.
숙련된 기술자는 주어진 웨이퍼 크기와 돔 높이에 따라, 웨이퍼 표면에 걸쳐 알에프(RF) 에너지의 최적의 균일성에 맞추어 코일형 안테나(80)의 돔형상 또는 구형상을 조정하여, 본 발명을 다른 돔 형상으로 수행할 수 있다. 일반적으로, 돔 형상은 회전체의 쉘(shell) 형상으로서, 대기압에 의해서 가해진 기계적인 외력에 견딜 수 있는 돔의 능력을 극대화시킨다. 이러한 현상은 진공과 대기압 사이에 최대의 기계적 강도를 제공한다. 위에서 언급한 형상은 다른 반경을 갖는 다수의 구간을 갖추고 있는 특별한 경우이다. 이 구간들은 매끄럽게 결합되며, 이들 사이의 연결부와, 원통형 부분과의 연결부에 동등한 제1파생물을 갖는다. 곡률은 돔 상부로부터 실린더로 계속해서 증가할 수 있다. 다른 매끄러운 가변 형상들이 사용될 수 있다. 그러나, 나선 형상은 나선형상의 불량한 기계적인 강도와 변형된 전자기장이 원통형 부분과의 날카로운 연결부에 만들어지기 때문에 불리하다.
돔의 높이는 웨이퍼 직경보다 1/2배 내지 2배 정도 큰 것이 바람직하며, 웨이퍼의 직경과 같은 것이 보다 바람직하다. 숙련된 기술자는 웨이퍼 표면에 걸쳐서 균일한 알에프(RF) 에너지를 제공하기 위해서, 코일형 안테나(80)의 인접한 전도체 사이에 최적의 간격을 돔에 따른 높이와 위치의 함수로서 쉽게 결정할 수 있다. 위에서 참조한 바 있는 특허출원에 기재된 바와 같이, 안테나(80)의 전도체 길이는 플라즈마를 발생시키기 위해 채용된 알에프(RF) 신호 파장의 1/4이다. 바람직한 실시예에서, 안테나 전도체의 길이는 약2.1m(7피트) 내지 3.4m(11피트)이다. 콜린스(Collins) 등에 의해 1992년 11월 12일자로 출원되어 현 양수인에게 양도된 미합중국 특허출원 제07/975,355호에 알에프(RF) 발생 및 동조 회로를 안테나(80)에 연결하고, 바람직한 알에프(RF) 주파수에 따라서 안테나의 임피던스(impedance)를 조정하도록 사용할 수 있다.
제6도에 도시된 태양의 자세한 구성은 위에서 참조한 특허출원의 개시내용에 크게 부합한다. 바람직한 태양에서, 내부층(84a)은 챔버내의 고 플라즈마 온도에 견딜 수 있는 제네랄 일렉트릭 석영 도가니이다. 외부 냉각층(84a)(코일형 안테나(80)를 포함)은 알루미나와 같은 열도전성 유전재료로 구성된다. 물론, 다른 재료들, 특히 유전체는 대체될 수 있다.
용량성 결합을 억제하기 위해서, 접지된 패러데이 차폐체(85)(제7도에 도시된 계란형구성을 가짐)를 안테나(80)와 플라즈마 사이의 돔 층(84a, 84b) 사이에 위치시킨다. 널리 알려진 기술에 따르면, 패러데이 차폐체는 천장(84)과 안테나(80)의 돔 형상에 부합하며, 직경(d)의 공극을 포함한다. 차폐체(85)에서 각 도전성 필름의 아치형 스트립의 폭(W)은 약 1cm이고, 그 사이의 간격(S)은 약 0.1cm이다. 도면에 도시된 바와 같이, 스트립은 저부에서 링에 의해 결합되지만, 상부에서는 자유로운 상태로 제공된다. 웨이퍼(82)를 지지하는 알에프(RF) 바이어스 전극(74)은 알에프(RF)원(90)에 연결되며, 원뿔형 나선형 아테나(80)의 한 말단은 알에프(RF)원(92)에 연결된다. 챔버측면(102)는 접지된다. 시험된 태양에서, 비록 알에프(RF)원(90) 및 (92)는 1.8MHz와 2.0MHz의 주파수를 가지지만, 13.56MHz의 공업 표준 주파수가 채용될 것으로 예상된다. 수 KHz 내지 MHz범위의 다른 주파수도 사용될 수 있다. 그러나, 20MHz를 넘는 주파수는 결점을 유발하며, 400KHz이하가 되면 플라즈마가 충돌하기 어렵다. 알에프(RF)원(92)으로부터 안테나(80)에 인가된 알에프(RF) 전력은 1000와트 내지 3000와트의 범위가 바람직하다. 반면에, 알에프(RF)원(90)으로부터 바이어스 전극에 인가된 알에프(RF) 전력은 500 내지 2000와트 범위이다. 냉각 자켓(94)에 의해 냉각시킨다.
가스(실란)가 챔버벽에는 덜 집중되고 웨이퍼(80)상에만 보다 많이 집중되는 문제점은 제6도의 태양에 의해서 해결된다. 즉, 진공 챔버의 측벽(102)에서 가스매니홀드(100)에 연결된 유입관(98)으로부터 나오는 가스(예컨대, 실란)를 가스 링매니홀드(96)로 공급함으로써 해결된다. 웨이퍼(80)의 주변부를 둘러싸는 링은 웨이퍼(80) 위에 놓이지 않는다. 링 매니홀드(96)의 잇점은 챔버의 내부를 향하는 다수의 분무 개수(104)가 제공되어 있다는 것이다. 이 분무 개구들은 웨이퍼(80) 전체에 걸쳐서 플라즈마를 방해함이 없이, 웨이퍼(80) 바로 근처로 실란가스를 방출시킨다.
그러나, 링 매니홀드(96)는 적어도 웨이퍼의 주변부 근처에서 플라즈마에 해로운 영향을 끼치며, 가열되기 쉽다. 링 매니홀드(96)의 가열은 내부에서 유동하는 실란가스의 분해에 의해 링 매니홀드 내부에 형성되는 비정실 실리콘 때문에 링 매니홀드를 파손시키기 쉽다. 매니홀드(96)는 높은 알에프(RF) 전력 수준에서 500℃정도에 도달할 수 있다.
가열에 따른 문제점을 제8도의 바람직한 태양에서 해결된다. 즉, 4개 이상(8개 또는 12개 이상)의 가스 공급 노즐(106)을 구비하게 함으로써 해결된다. 가스 공급 노즐(106)은 원주상에 주기적으로 이격되어 방사상으로 안쪽을 향하며, 원통형 측벽(102)을 통해서 가스 매니홀드(100)에 각각 연결된다. 이것을 통해 얻어지는 잇점은 그 외부면이 냉각 환경을 향하고 있는 챔버벽(102)이, 노즐(106)에 대한 냉각용 방열기로서 작용하기 때문에, 실란이 분해되어 비정질 실리콘을 형성하기 쉬운 온도 미만으로 노즐(106)의 온도를 유지시킨다는 것이다. 제8도의 태양을 통해서 얻어지는 다른 잇점은 노즐이 제6도의 링 매니홀드(96)보다 훨씬 작은 단면적을 플라즈마에 제공한다는 것이다. 이에 따라, 플라즈마 밀도의 손실은 거의 없다. 상기 노즐(106)은 실란을 도입하는 반면에, 상기의 특허출원에 개시된 모든 가스 분해장치는 산소, 아르곤 또는 다른 가스들을 진공 챔버내로 도입하기에 충분하다.
플라즈마와 웨이퍼 사이의 임피던스를 최소화하기 위해서, 제6도의 링 매니홀드(96)와 같은 제8도의 노즐(106)은 웨이퍼(80)에 가깝지만 지나치지는 않게 연장된다.
웨이퍼(80) 쪽으로의 실란가스의 보다 바람직한 분배는 노즐(106)의 배출구를 통과하는 가스의 유동속도를 초음속으로 유지함으로써 달성된다. 이것은 매우 작은 노즐 오리피스(바람직하게는 약 10밀의 크기)를 사용하고, 주어진 노즐의 개수 및 주어진 가스 유동에 대한 노즐(106)의 내부와 외부사이에 큰 차압을 유지시킴으로써 달성된다. 앞서 설명한 바와 같이, 노즐 팁은 방사상 안쪽으로 급격하게 가늘어지는 내부 및 방사상 외부로 점차 가늘어지는 외부를 갖는다. 오리피스내의 사파이어 슬리이브는 막힘(clogging)을 방지한다.
상기의 차압은 노즐 오리피스에 대하여 챔버내에 유지되는 진공에 의하여 실현된다. 전형적으로, 모든 노즐을 통과하는 전체 유량은 초당 30 내지 120sccm(standard cubic centimeter)이다. 이와 같은 초음속 가스 유동(제9도에 도시된)은 웨이퍼 주변부 안의 마하(Mach) 디스크(10)에 의해서 특징지워지고, 바람직하게는 수 센터미터로 특징지워진다. 마하 디스크(110)은 가상의 경계이다. 이 경계 뒤에서 실란은 바로 노즐(106)을 향하여 역확산될 수 없다. 그 결과, 실란가스의 유효 확산 중심(112)은 노즐 팁에 위치한다기 보다 웨이퍼 주변부의 안쪽 수 센터미터(한 태양의 경우 약 3cm)에 위치하며, 이는 중요한 이점이다. 챔버내부에 제공된 진공 압력은 약 30 밀리토르 미만이다. 확산 중심(112)으로부터의 실란 분포는 웨이퍼 표면에 걸쳐 균일하게 이루어진다.
초음속 가스 유동은 가스 매니홀드(96)의 내부와 진공챔버의 내부사이에 충분한 차압을 유지시키는 동일한 단계에 의해서 제6도의 링 매니홀드(96)에서 달성될 수 있다. 가스와 초음속으로 유동함에 따라서, 링 매니홀드(96)는 열 유도성 플라즈마로부터 충분히 멀리 위치하도록 확대된다.
제9도는 바람직한 노즐(106)의 측단면도이다. 노즐 팁의 형상은 노즐상의 중착을 최소화시키는데 있어서 중요하다. 20.32cm(8인치) 웨이퍼 표면에 걸쳐 중착 속도 및 식각속도의 3% 균일도를 달성하기 위해서, 바람직하게는 주기적으로 이격된 노즐(106)을 8개보다 많이 제8도의 태양에 채용한다.
제6도 및 제8도의 태양의 플라즈마 반응로는 임의의 CVD 박육 필름의 증착을 수행하는데 유용하다. 상기한 노즐 가스 분배는 실란과 같은 고 반응성 화학물질 선구체 종류를 사용하는 필름의 증착에 특히 유용하다. 반응로는, 예컨대 다이아몬드와 같은 이산화규소가 아닌 필름의 경우 사용될 수 있다. 게다가, 높은 유전상수를 갖는 재료의 증착은 이들 태양에 의해서 잘 수행될 수 있다.
제10도에는 실란 노즐들이 제4도를 참조하여 기술한 바 있는 원통형 안테나 디자인과 어떻게 결합하는지가 도시되어 있다. 제2도, 제4도 및 제5도의 실시예에서와 같이, 금속천장(44)을 포함하는 제10도의 태양의 챔버벽은 전기적으로 접지되어 있다. 본 발명의 노즐은 알에프(RF) 및 직류 용량성 연결 반응로를 포함하는 플라즈마 반응로에 유리하게 사용될 수 있다.
제10도에 도시된 태양은 제10도의 편평한 도전성 천장(44)을 제11도에 도시된 돔형의 도전성 천장(116)으로 교체함으로써 개선될 수 있다. 제11도에 도시된 돔형의 도전성 천장(116)의 형상은 전체적으로 제6도 및 제8도에 도시된 바람직한 태양의 돔형의 유전성 천장에 부합하며, 웨이퍼 중심에 걸쳐서 더 균일한 이온 집중을 제공한다. 특히, 돔형의 도전성 천장(116)은 스퍼터 식각속도를 향상시키는 플라즈마에 전기 접지면을 제공한다. 돔형 천장(116)에 의해서 제공된 접지면은 웨이퍼의 가장자리에서 보다 웨이퍼의 중심에서 웨이퍼 표면으로부터 더 멀어진다. 이에 따라, 이온 확산이 균일하게 되도록 보다 큰 용적을 조성함으로써 웨이퍼 중심 근처의 이온 밀도가 향상되어, 웨이퍼 표면에 걸쳐 이온 밀도의 균일성이 증가하게 된다. 바람직하게는, 제11도의 돔형의 도전성 천장(116)은 26.05cm(10.42인치)의 주 반경(R1)을 가지며, 30.6cm(12.25인치)의 수평 직경(D)을 갖는다. 돔형의 천장(116)은 수직 진공 챔버벽(114) 상에 있는 쇼울더(116a)에 의해서 지지되어, 천장(116)의 상부는 제6도의 태양과 유사하게, 웨이퍼 위로 약12.5cm(5인치) 상승한다. 제10도의 태양에서와 같이, 돔형의 도전성 천장(116)은 전기적으로 접지된다. 제11도에 도시된 태양의 한 잇점은 제6도 및 제8도의 태양에서 달성되는 것과 유사하게 웨이퍼 표면에 걸쳐 균일성을 갖는 스퍼터 식각 처리가, 제4도 및 제5도의 태양에서 채용된 원통형의 알에프(RF) 안테나 코일을 사용함으로써 얻어질 수 있다는 것이다.
제11도의 태양을 통해서 얻어지는 추가의 잇점은 천장(116)이 알에프(RF)원(118)에 연결될 수 있고 통상적인 플루오르 식각 세척처리를 사용하는 진공 챔버의 세척을 용이하게 하도록 스위치(120)에 의해서 지면으로부터 분리될 수 있다는데 있다. 챔버를 세척하는 바이어스 알에프(RF) 장으로 도전성 천장(116)에 전력을 가하면, 챔버벽 및 천장(116)으로부터 오염물질을 제거하는 세척률 및 세척 효율이 향상된다.
제6도 및 제11도에 도시된 태양의 특성은 제12도에 도시된 대로 유리하게 결합될 수 없다. 상부 중앙의 돔형의 전극(122)은 나선형 안테나(80)의 중앙공극내에 위치된다. 이 전극은 나선형 안테나(80)로부터 전기적으로 고립되고, 천장(84)의 유전층(84a) 및 (84b) 사이에 고정된다. 상부 전극(122)은 알에프(RF)원에 연결되는 경우에 챔버세척을 위해서 유리하게 사용될 수 있다. 전극(122)은 세척용 전극으로서 작동하기 위해서, 웨이퍼 받침대의 직경보다 작은 직경을 갖는다. 정상적인 화학증착(CVD) 작동 동안에, 상부 전극(122)은 자유로이 위치할 수 있거나 접지되거나 또는 달리 전기적으로 제어될 수 있다.
산소 이온과 같은 음전기를 띤 이온들을 채용하는 스퍼터 식각을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 태양을 기술하였지만, 플루오르와 같은 다른 이온들로 채용될 수 있다. 만약, 스퍼터 식각에 염소를 사용하면, 챔버벽의 알루미늄 이외의 재료들은 염소이온으로부터의 손상을 피하기 위해서 다른 재료로 대체될 것이다.
본 발명은 유도 연결된 알에프(RF) 플라즈마 및 산소 스퍼터링을 이용하는 화학증착(CVD) 처리에 특히 유용하지만, 그와 같이 제한되지는 않는다. 돔형의 코일은 예를 들어 할로겐 함유 플루오르카본과 같은 다른 처리 가스를 사용하는 공정 및 식각공정에 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 노즐은 화학증착, 식각 또는 물리적인 증착을 위한, 거의 모든 유형의 플라즈마 처리챔버에 적용될 수 있다.
지금까지 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 요지 및 범주로부터 벗어나지 않고 다양하게 변화 및 변형시킬 수 있음을 알아야 한다.

Claims (36)

  1. 진공 챔버를 포함하는 알에프(RF) 유도 연결된 플라즈마 반응로로서, 상기 진공 챔버내로 반응가스를 도입하기 위한 하나이상의 가스 공급원, 및 유도 연결에 의해서 상기 진공챔버내에 플라즈마를 발생시키도록 상기 진공 챔버내로 알에프(RF) 에너지을 조사할 수 있고 2차원의 만곡된 표면에 놓이는 안테나를 포함하는 플라즈마 반응로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 안테나가 돔 형상을 갖추고 있으며, 상기 만곡된 표면이, 웨이퍼의 상부면에 대하여 대칭적으로 배치되고 상기 상부면을 지향하는 오목한 면인 플라즈마 반응로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 안테나가 아래에 놓인 수직 원통형 부분 및 위에 놓인 돔형 부분으로 구성되고, 상기 돔형 부분이 상기 원통형 부분과 매끄럽게 결합되어 있는 플라즈마 반응로.
  4. 제3항에 있어서, 상기 수직 원통형 부분이 적어도 상기 수직 원통형 부분 직경의 20% 이상인 축방향 높이를 가지는 플라즈마 반응로.
  5. 제4항에 있어서, 상기 진공챔버가 천장을 포함하고 있고, 상기 천장이 수직 원통형 부분 및 돔형 부분으로 이루어져 있으며, 상기 돔형 부분이 각각 안테나의 상기 수직 원통형 부분 및 돔형 부분에 대응하고, 상기 안테나가 상기 천장내에 배치되고 상기 천장의 회전 대칭축 주위로 감겨있는 길다란 전도체로 이루어져 있는 플라즈마 반응로.
  6. 제5항에 있어서, 상기 천장이 다수의 구간들로 이루어져 있고, 상기 구간이 상기 천장의 상부로부터 감소되는 곡률 반경을 가지며, 서로 매끄럽게 결합하는 플라즈마 반응로.
  7. 제3항에 있어서, 상기 안테나가 상기 만곡된 표면의 정점에 중심에 위치한 원형 공극을 가지는 플라즈마 반응로.
  8. 제7항에 있어서, 상기 공극이 상기 웨이퍼 직경의 25% 내지 100%에 달하는 직경을 갖는 플라즈마 반응로.
  9. 제7항에 있어서, 전원에 연결될 수 있고 상기 공극내에 위치하는 돔형 전극을 추가로 포함하는 플라즈마 반응로.
  10. 제9항에 있어서, 상기 돔형 전극이 상기 진공챔버를 세척하는 동안에 알에프(RF)원에 연결될 수 있는 플라즈마 반응로.
  11. 제3항에 있어서, 상기 코일형 전도체가 상기 안테나에 인가된 알에프(RF) 신호 파장의 1/4에 대응하는 길이를 가지는 플라즈마 반응로.
  12. 제11항에 있어서, 상기 알에프(RF) 신호가 400KHz 내지 20MHz의 알에프(RF) 주파수를 가지는 플라즈마 반응로.
  13. 제1항에 있어서, 상기 반응 가스들중 하나 이상이, 스퍼터 식각(etching)을 위한 상기 플라즈마용 이온 및 화학증착을 위한 화합물로서 기여하고, 상기 웨이퍼에 걸친 플라즈마 이온 밀도가 충분하여, 상기 스퍼터 식각속도가 적어도 상기 화학증착 속도에 달하는 플라즈마 반응로.
  14. 제1항에 있어서, 상기 하나이상의 가스 공급원이 다수의 길다란 분무 노즐로 이루어져 있고, 상기 분무 노즐이 상기 진공 챔버의 진공 격벽내에 위치하여 상기 진공격벽에 열적으로 연결되어 있으며, 상기 웨이퍼 가장자리 근처의 각각의 노즐 팁과 함께 상기 웨이퍼 쪽으로 연장되는 플라즈마 반응로.
  15. 제14항에 있어서, 상기 노즐로부터의 가스 유동이 초음속으로 이루어지는 플라즈마 반응로.
  16. 제1항에 있어서, 상기 하나이상의 가스 공급원이 상기 진공 챔버내부의 폐쇄된 관으로 이루어져 있고, 상기 폐쇄된 관이 상기 웨이퍼에 대하여 대칭적으로 배치되어 있으며, 상기 웨이퍼의 상당 부분과 중첩되지 않도록 상기 웨이퍼의 가장자리를 따르고, 상기 폐쇄된 관이 상기 웨이퍼 위의 상기 진공챔버 내부를 향하는 다수의 분무 노즐을 갖춘 플라즈마 반응로.
  17. 진공챔버내에서 웨이퍼를 고정시키기 위한 고정수단을 포함하는 플라즈마 반응로서, 상기 웨이퍼 위의 상기 진공챔버의 일부분에서 플라즈마를 발생시키도록 상기 진공 챔버내로 알에프(RF) 에너지을 조사할 수 있는 안테나, 및 상기 웨이퍼 위의 상기 진공챔버의 상기 부분쪽으로 반응 가스를 초음속으로 분무하기 위한 분무수단을 포함하는 플라즈마 반응로.
  18. 제17항에 있어서, 상기 분무수단이 다수의 길다란 초음속 분무 노즐로 이루어져 있는 플라즈마 반응로.
  19. 제18항에 있어서, 각각의 상기 분무노즐이 방사상 안쪽으로 급격하게 가늘어지는 내부 및 방사상 외부로 점진적으로 가늘어지는 외부를 갖추고 있는 플라즈마 반응로.
  20. 제18항에 있어서, 상기 분무노즐들이 가스 분배 유입구 오리피스를 갖는 각각의 노즐 팁과 함께 상기 웨이퍼를 향하여 상기 웨이퍼의 가장자리 미만으로 연장되는 플라즈마 반응로.
  21. 제20항에 있어서, 상기 분무노즐이 상기 진공챔버의 진공격벽에 열적으로 연결되는 플라즈마 반응로.
  22. 제20항에 있어서, 각각의 상기 분무노즐로부터 나오는 초음속의 가스 유동이 상기 분무 노즐 팁으로부터 상기 웨이퍼 위의 위치로 이동하는 효과적인 가스 확산 중심을 형성하는 플라즈마 반응로.
  23. 제20항에 있어서, 상기 오리피스가 10밀(mil)에 달하는 크기를 가지며, 상기 진공 챔버가 1 내지 30 밀리토르의 진공을 갖는 플라즈마 반응로.
  24. 진공챔버내에서 웨이퍼를 고정시키기 위한 고정수단을 포함하는 플라즈마 반응로로서, 상기 웨이퍼 위의 상기 진공챔버의 일부분에서 플라즈마를 발생시키도록 상기 진공 챔버내로 알에프(RF) 에너지를 조사할 수 있는 안테나, 및 상기 진공 챔버의 진공격벽에 열적으로 연결되어 있고 적어도 상기 웨이퍼 테두리 바로 윗쪽에 가스 분배 유입구 오리피스를 갖는 각각의 노즐팁과 함께 상기 웨이퍼를 향하여 연장되는 다수의 길다란 분무노즐을 포함하는 플라즈마 반응로.
  25. 진공 챔버내에서 웨이퍼를 고정시키기 위한 고정수단을 포함하는 플라즈마 반응로로서, 상기 웨이퍼위의 상기 진공챔버의 일부분에서 플라즈마를 발생시키도록 상기 진공챔버내로 알에프(RF) 에너지를 조사할 수 있는 안테나, 및 상기 웨이퍼 위의 상기 진공챔버의 상기 일부분내로 반응가스를 분무하기 위해서 상기 진공 챔버내에 놓인 폐쇄된 관으로서, 상기 웨이퍼에 대하여 대칭적으로 배치되어 있고, 상기 웨이퍼의 상당 부분과 중첩되지 않도록 상기 웨이퍼의 가장자리를 따르며, 상기 웨이퍼 위의 상기 진공챔버의 내부를 지향하는 다수의 분무 개구부를 갖춘 폐쇄된 관을 포함하는 플라즈마 반응로.
  26. 진공챔버내에서 웨이퍼를 고정시키기 위한 고정수단을 포함하는 플라즈마 반응로로서, 상기 웨이퍼 위의 상기 진공챔버의 일부분에서 플라즈마를 발생시키도록 상기 진공챔버내로 알에프(RF) 에너지를 조사할 수 있는 안테나와, 상기 웨이퍼 위의 상기 챔버의 상기 일부분내로 반응가스를 분무하기 위한 평면상 샤워헤드(showerhead)로서, 상기 웨이퍼 위의 상기 진공챔버의 내부 위에 놓이고, 상기 웨이퍼를 향하는 다수의 분무 노즐 개구부를 갖는 샤워헤드와, 상기 다수의 분무 노즐 개구부들중 인접한 개구부들 사이에서 상기 평면상 분무 노즐의 내부에 위치하며 상기 분무노즐 개구부로부터 이온들을 방출시키도록 배향되어 있는 다수의 자석을 포함하는 플라즈마 반응로.
  27. 제26항에 있어서, 상기 분무노즐 개구부들이 상기 웨이퍼로부터 상기 웨이퍼 직경의 약 25% 내지 50%에 달하는 거리에 위치하고 있는 플라즈마 반응로.
  28. 처리 가스를 포함하는 진공챔버내에서 웨이퍼를 고정시키기 위한 고정수단을 포함하는 플라즈마 반응로서, 플라즈마를 발생시키도록 상기 진공챔버내로 알에프(RF) 에너지를 조사할 수 있는 안테나, 및 상기 웨이퍼 윗쪽에 위치하고 전원에 연결될 수 있는 돔형의 도전성 전극을 포함하는 플라즈마 반응로.
  29. 제28항에 있어서, 상기 돔형의 도전성 전극이 상기 챔버의 천장으로 이루어져 있고, 처리과정 동안에 접지되어 있는 플라즈마 반응로.
  30. 제29항에 있어서, 상기 챔버의 세척과정 동안에 상기 돔형의 도전성 전극을 알에프(RF) 전원에 연결하기 위한 연결수단을 추가로 포함하는 플라즈마 반응로.
  31. 플라즈마 처리 방법으로서, 처리될 가공물을 고정시키며 일측면상에 돔형의 안테나를 갖추고 있는 진공 처리챔버를 제공하는 단계와, 음전기를 띤 가스를 포함하는 처리가스를 상기 처리챔버내로 공급하는 단계와, 알에프(RF) 전기 신호를 상기 안테나에 공명식으로 연결시키는 단계와, 그리고 상기 안테나로부터 나오는 전자기 에너지를 상기 처리챔버내에서 상기 플라즈마내로 비공명식으로 유도 연결시켜, 상기 플라즈마에 의해 상기 가공물이 처리되는 단계를 포함하는 플라즈마 처리방법.
  32. 제31항에 있어서, 상기 음전기를 띤 가스와 산소가스로 이루어져 있는 플라즈마 처리방법.
  33. 제31항에 있어서, 상기 음전기를 띤 가스와 할로겐으로 이루어져 있는 플라즈마 처리방법.
  34. 제32항에 있어서, 상기 처리가스가 산화규소에 대한 선구(precursor) 가스를 추가로 포함하는 플라즈마 처리방법.
  35. 제31항에 있어서, 상기 알에프(RF) 전기 신호가 400kHz 내지 20MHz 범위의 주파수를 가지는 플라즈마 처리방법.
  36. 제35항에 있어서, 상기 처리챔버내의 상기 처리가스의 압력이 1 내지 30 밀리토르인 플라즈마 처리방법.
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