KR100328135B1 - 플라즈마점화를향상시키기위한전극을가지는유도결합된플라즈마반응로 - Google Patents
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Abstract
반도체 기판의 플라즈마 처리를 수행하기 위한 플라즈마 반응로는 챔버의 내부로 가스를 도입하기 위한 장치를 포함하는 진공 챔버, 진공챔버의 지역을 감싸는 유도 코일, RF 전력원을 가로질러 연결된 코일, 및 지역에 근접하게 위치되고 진공 챔버 내부의 가스에 RF전력을 유도적으로 결합하기 위한 RF 전력원에 연결된 코일을 포함한다. 전극은 플라즈마 점화를 촉진 시키기에 충분한 지역에서 가스에 RF전력의 용량성 결합을 제공하기에 충분히 큰 지역에 접하는 표면 지역을 갖지만, 그 지역은, 플라즈마의 정상상태 유지동안, RF 전력원으로 부터 플라즈마에 결합된 대부분의 RF 전력이 용량적으로 보다 오히려 유도적으로 결합되도록 충분히 작다.
Description
본 발명은 반도체 웨이퍼 제조시에 사용되는 유도 결합된 플라즈마 처리 반응로, 특히 매우 낮은 압력(예를 들면, 100밀리토르 이하 및 0.5밀리토르 정도만큼 낮은 처리압력)에서 가장 잘 수행되는 반도체 웨이퍼 플라즈마 처리를 수행하기 위한 반응로에서 플라즈마를 신뢰성있게 점화시키기 위한 장치에 관한 것이다.
물리 기상 증착 처리는 증착하기 위한 표면이 바람직하게 아르곤 플라즈마 스퍼터 에치 처리로 에칭되는 "사전 정화(pre-clean)" 에치 단계를 첫째로 수행하여 가장 잘 수행될 수 있다. 상기 처리에서, 에치는 정화되는 표면이 아르곤 이온에 의해 플라즈마 범버딩(bombarding) 또는 스퍼터링으로 수행될 수 있다. 에치 비율은 직접적으로 플라즈마의 이온 밀도에 관련되고, 합당한 에치 비율을 이루기 위하여 매우 높은 이온 밀도를 요구한다. 유도 결합된 플라즈마가 가장 높은 이온 밀도를 제공하기 때문에, 그런 에치 처리는 유도 결합된 플라즈마 반응로로 수행된다. 유도 결합된 플라즈마 반응로에서, 플라즈마 이온밀도는 전형적으로 0.5 및 1OO밀리토르 사이의 매우 낮은 압력하에서 동작됨으로써 최대가 된다. 전술된 아르곤 플라즈마 스퍼터 에치 처리에서, 이상적인 압력은 약 0.5 밀리토르이다. 낮은 압력 예를 들어, 1밀리토르 및 100밀리토르 사이에서 가장 잘 수행되는 다른 플라즈마 처리는 폴리실리콘 에칭, 금속에칭, 산화물 에칭 및 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착을 포함한다.
플라즈마의 점화는 유도 결합된 플라즈마 반응로가 플라즈마를 여기시키기에 충분한 점화 전압을 플라즈마에 인가시키기 어렵기 때문에 전형적으로 유도 결합된 플라즈마 반응로에서 신뢰할 수 없다. 특히, 약 0.5 밀리토르의 매우 낮은 챔버 압력은 반도체 기판 근접 지역에서 높은 플라즈마 밀도를 이루고 스퍼터 에치의 이방성을 최대로 하기 위하여 필요하지만, 플라즈마를 점화하기에 필요한 전압은 챔버 압력 감소로 바람직하지 못하게 증가한다.
유도 결합된 플라즈마 반응로에서 매우 낮은 챔버 압력 및 용량성 결합의 결여는 챔버에서 플라즈마를 점화시키는 것을 어렵게 만든다. 제 1도는 약 1.O센티미터의 방전길이에 대한 진공 챔버 압력의 함수로서 플라즈마를 점화하기 위하여 요구되는 브레이크다운 전압의 그래프이다. 이 그래프는 플라즈마 점화를 위한 최적 압력이 약 500밀리토르 정도이고, 400밀리토르 이하에서 브레이크다운 전압은 압력이 감소된 만큼 매우 빨리 증가하는 것을 표시한다. 아르곤 스퍼터 에칭을 위하여 요구되는 낮은 압력(즉, 0.5밀리토르)에서, 요구된 브레이크다운 전압은, 유도 코일의 RF 전력원 용량에 근접하거나 또는 심지어 초과할 수 있어 플라즈마 점화가 신뢰할 수 없게 만든다. 결과적으로, 플라즈마 반응로의 생산성을 크게 감소 시키는, 플라즈마를 점화시키기 위한 몇몇의 시도를 하는 것이 필요할 수 있다.
제 2도는 원통 모양의 석영 반응로 챔버(20) 및 뚜껑(30) 주위에 원통 모양의 유도코일(10)을 가지는 아르곤 플라즈마 스퍼터 에치 처리에 유용한 종래 기술의 유도 결합된 플라즈마 반응로를 도시하며, 유도 코일의 한쪽 단부(1Oa)는 적당한 RF 매칭 회로망을 통해 RF 전원(40)에 연결되고 다른 쪽 단부(1Ob)는 접지된다. 플라즈마 점화는 웨이퍼 받침대(35) 같은, 코일(10)의 "핫(hot)" 단부(1Oa)와 챔버내에서 가장 가까운 접지된 전도체 사이의 전위에 의존한다. 그래서, 방전길이는 핫 코일 단부(1Oa)와 웨이퍼 받침대(35)의 가장 가까운 표면 사이의 거리이다.
플라즈마 점화를 위한 전력요구를 충족시키기 위한 종래 기술은 플라즈마 점화동안 유도코일에 보조 RF전력원을 연결하는 것이다. 그러나 이 요구는 추가의 설비와 비용을 요구한다.
다른 종래의 기술은 플라즈마를 점화할때 챔버 압력을 일시적으로 올리고 그리고나서, 플라즈마가 점화된 후에, 목표된 처리 압력으로 챔버 압력을 빠르게 감소시킨다. 그러나, 플라즈마 점화후에 챔버 압력을 낮추는 것(예를 들어, 점화 동안 10밀리토르에서 점화후 0.5밀리토르로)은 에치 처리가 이상적인 압력보다 높은 압력에서 수행될 동안, 상당한 시간을 요구하여, 불완전한 에치 면을 발생시킨다.역시, 압력을 낮추는데 필요한 시간은 에치 반응로의 처리량에 역으로 영향을 미칠 것이다.
또 다른 종래의 접근법은 웨이퍼 받침대에 RF 전력을 인가함으로써 점화동안 용량성 결합을 일시적으로 증가시키는 것이다. 그러나, 이것은 플라즈마 점화동안 웨이퍼상에 D.C.바이어스(bias)의 큰 스파이크(spike)를 일으키는 경향이 있어, 웨이퍼 손상 위험성을 증가시킨다.
미합중국 특허 제 4,918,031호는 제 2도의 반응로(위에서 논의된)에서 전체 유도 코일(10) 및 플라즈마 사이에 소위 패러데이 차폐물을 도입하는 방법 및 전기장으로부터 플라즈마를 차폐함으로써 용량성 결합을 억제하기 위하여, 플라즈마의 전위를 제어하거나 패러데이 차폐부를 접지시키도록 개별 전력원를 패러데이 차폐물에 인가하는 방법을 개시한다. 이 기술의 단점은 만약 사용된다면 플라즈마 전위를 증가시키기 위하여 플라즈마에 용량성 결합을 과도하게 증가시킴으로써, 이온 에너지에 대한 제어가 감소되고, 그렇지 않고, 만약 접지된다면, 유도 코일로부터 용량성 결합이 존재할때마다 다 제거하여, 플라즈마 점화가 신뢰할 수 없거나 더 어렵게 만든다는 것이다.
따라서, 일시적인 압력 증가 또는 일시적인 RF 전력 증가를 요구하지 않고 낮은 압력 플라즈마 처리에 대하여 신뢰할 수 있는 플라즈마 점화를 수행할 필요가 있다.
반도체 기판의 플라즈마 처리를 수행하기 위한 플라즈마 반응로는 진공 챔버의 내부로 가스를 도입하기 위한 장치를 포함하는 진공챔버, 진공챔버 지역을 에워싸고 RF 전력원을 가로질러 연결되어 있는 유도 코일 및 진공 챔버 지역에 인접하여 위치되고 진공 챔버 내부의 가스에 RF 전력을 용량적으로 결합하기 위한 RF 전력원에 연결된 전극을 포함한다. 상기 전극은, 플라즈마 점화를 용이하게 하기에 충분한 지역내의 가스에 RF 전력의 용량 결합을 제공하기에 충분히 크지만, 플라즈마의 정상 상태 유지동안, RF 전력원으로 부터 플라즈마에 결합된 대부분의 RF 전력이 용량결합 보다는 유도 결합도록 충분히 작은 진공 챔버 지역에 접하는 표면 영역을 가지고 있다.
전극의 표면 영역은 보조 전극없이 요구된 것 보다 더욱 낮은 챔버 압력 및/또는 유도 코일상의 RF 전력레벨에서 플라즈마 점화를 이루기 위하여 충분한 용량 결합을 제공하기에 충분히 크지만, 바람직하게 표면 영역은 그런 결과를 이루기 위한 필요한 영역보다 더 크지 않다. 바람직하게도, 표면 영역은 (a) 챔버 압력이 웨이퍼의 플라즈마 처리동안 사용된 압력과 동일하거나 약간 클때, 또는 (b) RF 전력 레벨이 웨이퍼의 플라즈마 처리동안 사용된 레벨보다 더 크지 않을때 플라즈마 점화가 발생할 수 있도록 충분히 크다. 특히, 225와트 정도의 전력 레벨에서, 본 출원은 챔버 압력이 100밀리토르 이하 및 몇몇의 경우에 0.5밀리토르와 같이 낮을 때 보조 전극이 플라즈마 점화를 신뢰성 있게 발생시킬수 있는 것을 발견했다.
역으로, 전극의 표면 영역은 목표된 감소된 챔버 압력 및/또는 감소된 전력 레벨에서 플라즈마 점화를 이루기 위하여 필요한 것보다 더 크지 않아야 한다.
보조전극 표면 영역의 최소화는 유도 결합에서 용량 결합으로 RF 전력의 전환을 최소로 하여 플라즈마 점화후 웨이퍼 처리동안 플라즈마 이온 밀도의 과도한감소를 방지한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 전극은 진공 챔버 주변의 전도층이다.
제 3도를 참조하여, 유도 결합 플라즈마 반응로는 석영 같은 절연 물질의 돔 모양의 셀링(ceiling), 및 원통형의 측벽(110)을 포함하는 진공 챔버를 가진다. 돔의 기부는 원통형의 측벽(110)의 상부에 놓이고 원통형의 측벽과 같은 지름을 가진다. 반응로는 플라즈마 처리를 위한 챔버 중앙부에 반도체 웨이퍼 또는 기판(130)을 지지하기 위한 웨이퍼 받침대(120)를 포함한다. 가스 주입구(170)는 진공 챔버의 내부에 아르곤 같은 가스를 공급한다. 인덕터 코일 또는 전도체(140)는 돔(100)의 바깥측 주위에 감겨진다. 인덕터 코일(140)의 보다 낮은 단부(14a)는 접지된다.
RF 전력원(150)은 도시되지 않은 종래의 매칭 회로망을 통해 연결될 수 있다. 선택적으로, 예시한 실시예에서, RF 전력 공급기는 인덕터 코일(140)의 중간 권선(14Ob) 탭에 연결되고, 커패시터(190)는 인덕터를 가로질러 연결된다. 커패시터 값은 RF 전력원(150)의 주파수에서 인덕터와 공진하도록 선택된다. 탭(14Ob)의 위치는 RF전력원(150)의 출력 임피던스와 매치하도록 선택되어진다. 전원(150)으로부터 RF 전력은 진공 챔버 내부의 가스를 이온화 함으로써 형성된 플라즈마에 유도적으로 결합된다.
웨이퍼 받침대(120)는 진공 챔버의 중앙에서 8인치 웨이퍼(130)를 지지한다. 웨이퍼 받침대는 전도성 물질을 포함하고 접지(예를 들면, 플라즈마 점화동안)되거나 처리동안 웨이퍼(130) 근처 플라즈마 이온의 운동 에너지를 제어하기 위하여 바이어스 RF 전력원(135)에 연결된다.
플라즈마 반응로의 이런 구성요소는 종전과 같다. 본 발명에 따라, 챔버는 매우 낮은 챔버 압력에서 플라즈마 점화의 신뢰성을 향상시키는 보조 전극(18O)을 더 포함한다. 보조 전극(18O)은 유도 코일(140)의 상부 권선(14Oc)에 연결된다. 보조 전극(180)은 플라즈마 점화를 향상시키기 위하여 진공 챔버내의 가스에 RF전력을 용량성으로 연결한다. 예시된 바람직한 실시예에서, 보조 전극(180)은 돔(100)의 외부 표면상에 증착된 얇은 전도성 필름이다.
전극은 플라즈마 점화를 용이하게 하기 위해 아르곤 처리 가스에 RF전력의 충분한 용량성 결합을 제공하기 위하여 충분히 크지만, 플라즈마의 정상상태 유지동안, RF 전력원으로 부터 플라즈마에 결합된 대부분의 RF 전력이 용량적으로 보다는 오히려 유도적으로 결합되도록 하기 위하여 충분히 작은 챔버의 내부에 접하는 표면 영역을 가진다.
보조 전극(180)의 표면 영역은 보조 전극 없이 요구된 것 보다 낮은 챔버 압력 및/또는 유도전극 상의 RF 전력 레벨에서 플라즈마 점화를 이루기 위하여 충분한 용량성 결합을 제공하기에 충분하게 크지만, 바람직하게 표면 영역은 그런 결과를 이루기 위한 영역보다 더 크지않다. 바람직하게도, 표면 영역은 (a) 챔버 압력이 웨이퍼의 플라즈마 처리 동안 사용된 압력과 동일하거나 약간 클때, 또는 (b) RF 전력 레벨이 웨이퍼의 플라즈마 처리 동안 사용된 레벨보다 크지 않을 때(또는 양자 모두일때) 플라즈마 점화가 발생하도록 충분히 크다. 특히, 225와트 정도의 전력 레벨에서, 챔버 압력이 100밀리토르 이하 및 몇몇 경우에 0.5 밀리토르만큼 낮을때 보조 전극이 플라즈마 점화를 신뢰성 있게 발생할 수 있도록 하는 것을 발견했다.
역으로, 보조 전극(180)의 표면 영역은 목표된 감소된 챔버 압력 및/또는 감소된 전력 레벨에서 플라즈마 점화를 이루기 위한 영역보다 더 크지않다. 그와같이 보조 전극 표면 영역의 최소화는 유도성 결합에서 용량성 결합으로 RF 전력의 전환을 최소화 하여, 플라즈마 점화후에 웨이퍼 처리동안 플라즈마 이온 밀도의 과도한 감소를 막는다.
보조 전극(180)으로부터 용량성 결합을 제한하기 위하여, 바람직한 실시예에서 전극(180)은 4개의 아암으로 구현되고, 이때 각 아암(84)의 폭은 보조 전극(180)의 영역이 유도 코일(140)의 영역의 단지 10%이도록 돔(100)바닥의 원주의 5% 미만이 된다(제 4도). 예시된 실시예에서, 아암(184)은 일정한 폭을 가진다. 선택적인 실시예에서, 각 아암(184)의 폭은 돔(100)의 정점에서 연결 중심(182) 근처의 최소 폭으로 부터 각 아암(184)의 단부(184a)에서 최대 폭으로 증가한다. 전기적 등가 회로는 제 5도에서 도시된다. 다음 실시예에서, 진공 챔버 돔은 지름이 약 30센티미터인 반구이고, 연결 중심(182)은 약 7.6센티미터의 지름을 가졌고 각 아암(184)은 길이가 약 15센티미터이고 약 5센티미터의 일정한 폭을 가진다.
RF 필드가 보조 전극(180)과 단락되는 것을 피하기 위하여, 보조 전극은 유도코일(140)의 원주 방향으로 폐쇄된 전도 경로를 제공하지 않도록 구성된다. 특히, 제 4도는 보조 전극(180)이 돔(100)의 정점상의 상부에서 작은 원형의 연결 중심(182)을 가지며, 4개의 폭이 좁은 아암(184)들이 연결 중심에 연결되고 연결 중심(182)에서 밖으로 및 유도 코일 권선 아래에서 대칭적으로 뻗어있는 것을 도시한, 원형의 연결 중심(182)이 자체로 폐쇄된 전도 경로를 나타내기 때문에, 원형의 연결 중심(182)이 임의의 유도 코일 권선 및 진공 챔버 사이에 있지 않도록, 원형의 연결 중심은 유도 코일(140)이 개구부(185)가 있는돔 정점에 위치된다. 단지 아암(184)만이 유도 코일 권선 및 진공 챔버 사이로 뻗어있다. 인접한 아암(184)을 분리하는 공간은 (위에서 언급한것 처럼, 코일로부터 RF 필드의 단락을 막기 위하여) 유도 코일(140)의 원주 주위에 폐쇄된 전도 경로를 막는다.
본 발명의 실시예에서, 진공 챔버는 약 35리터 정도의 부피를 가졌고, 챔버내로의 아르곤 가스 흐름 비율은 분당 5표준 입방 센티미터(SCCM'S)이고 챔버 압력은 처리동안 0.5밀리토르이다. 4OOKHZ에서 225와트는 RF 전력원(150)에 의하여 유도 코일(140)에 공급되고 13MHZ에서 225와트가 RF 전력원(135)에 의하여 처리동안 웨이퍼 받침대(120)에 바이어스 공급된다. 제 6도는 점화시에 목표된 처리 압력보다 큰 챔버 압력을 가지며 전력원(135)이 꺼짐으로써 플라즈마 점화 동안 접지되는 웨이퍼를 가지는 본 발명의 실시예로부터 얻어진 데이타에 따라 RF 전력 함수로서 플라즈마 점화를 위한 최소의 챔버 압력을 도시한다. 파선은 유도 코일(140)에 연결된 보조 전극(180)을 가지고 얻어진 데이타 포인트를 가리키고, 확실하게 플라즈마 점화가 20 및 30밀리 토르사이의 압력에서 얻어진다는 것을 설명한다. 대조하여, 제 6도 그래프의 상부 우측 코너 데이타 포인트는, 보조 전극이 없고 동일한 플라즈마 반응로에 대해, 1OO밀리토르를 초과하는 진공 챔버 압력이 동일한 전력 제벨(400와트)에서 플라즈마 점화를 위해 요구되는 것을 나타내고 여기서 플라즈마 점화는 단지 23밀리토르에서 보조전극을 가지고 얻어진다. 이것은 본발명이 적어도5개의 요소에 의해 플라즈마 점화를 위하여 요구된 챔버 압력을 감소 시킨다는 것을 가리킨다.
본 발명의 동일한 실시예를 사용하여, 플라즈마 점화는 웨이퍼 처리중에 사용된것 같은 플라즈마 점화 동안과 동일한 RF전력을 유도 코일(즉, 4OOKHZ에서 225와트) 및 웨이퍼 받침대(즉, 13MHZ에서 225와트)에 인가함으로써 목ㅍ된 처리 압력(즉, 0.5밀리토르)이상으로 챔버 압력 증가 없이 수행될 수 있다. 두번째 예에서, 웨이퍼 받침대 상에 RF 전력의 공급은 먼저의 예에서 보다 더 낮은 챔버 압력에서 플라즈마 점화를 이룰 수 있게 한다. 그러나, 위에서 주의된것처럼, 점화동안 웨이퍼 받침대에 RF 전력을 인가하는 것은 웨이퍼 DC 변위상에 스파이크를 일으키는 위험을 초래하지만 상기 위험은 어떤 응용에서는 받아들여 질수있다.
본 예에서, 본 출원인은 웨이퍼상의 DC 전압에 보조전극이 없는것보다 보조전극이 있는 것이 대략 20% 더 크고, 플라즈마에 RF 전력의 용량성 결합의 증가를 가리키고, 상기로부터 에치 비율의 감소가 기대되는 것을 발견했다. 정말로, 평균 에치 비율의 10% 감소는 보조 전극의 도입으로 관찰된다. 다음과 같은 두개의 상쇄 요소는 에치 비율의 감소에 관여 한다. : (1) 플라즈마 이온 밀도를 감소(그리고 에치 비율을 감소시키는 경향)시키는 경향이 있는, 유도 결합된 전력대 용량 결합된 전력 비율의 감소 그리고 (2) 증가된 용량 결합 (모든 다른 요소가 변하지 않는것을 가정하여, 에치 비율을 증가시키는 경향)에 의해 유발된 웨이퍼상의 증가된 DC 바이어스 전압으로 인한 이온 에너지의 증가, 분명히, 주 요소는 에치 비율에서 관찰된 감소로 미루어 보면, 플라즈마 이온 밀도의 감소이다.
이 실시예의 실제적인 결과는 아래와 같이 요약될 수 있다. : 위에서 언급된 것처럼, 4OOKHZ에서 225와트의 RF 전력에 연결된 보조 전극 및 코일을 사용하여, 웨이퍼 상의 평균 DC 바이어스 전압은 약 327볼트이고, 평균 에치 비율은 분당 약 326Å이고 웨이퍼를 가로지르는 에칭 비율 균일성은 약 1.66이다. 연결되지 않은 보조 전극을 사용하여, 웨이퍼상의 평균 DC 바이어스 전압은 약 28KV이고, 에치 비율은 약 분당 342Å이고 웨이퍼를 가로지르는 에치 비율 균일성은 약 2.075이다.
전술한 실시예에서, 본 발명의 장점은 보조 전극의 도입에 의해 야기된 에치 비율의 부분적 손실(즉,10%)보다 중대한 즉, 플라즈마 점화동안 요구된 챔버 압력의 5곱의 감소를 나타낸다.
바람직하게, 유도 코일(140)의 권선은 유도 코일(140)과 돔 사이에 보조 전극(180)을 수용하기 위하여 돔(100)의 외부 표면으로 부터 충분하게 간격이 형성된다. 제 3도는 유도 코일이 돔 모양인 것을 가리키지만, 본 발명은 원통모양 코일로 구현될 수 있다. 제 3도의 보조 전극이 셀링(100)의 외부 표면 상에 상대적으로 얇은 전도 필름을 구성할 수 있기 때문에, 유도 코일(140)과 셀링(100)사이의 공간은 상대적으로 작을 수 있다. 유도 코일과 연결 중심(182)사이의 공간 또는 갭(195)은 그 사이의 아킹(arcing)을 피하기에 충분하다. 보조 전극(180)을 구성하는 얇은 전도 필름은 얇은 증착된 금속층이나 셀링(100)의 외부에 접착된 금속 박(알루미늄 박같은)일수 있다. 후자(알루미늄 박)는 전술한 실시예에서 사용됐다.
본 발명은 진공 챔버가 돔을 가지는 바람직한 실시예에 관련하여 기술됐지만, 본 발명은 제 1도의 원통 모양의 진공 챔버 및 유도 코일로 구현될수 있다. 이경우에, 제 7도에서 도시된 것처럼 연결 중심(182)은 상부 뚜껑 중심에 위치되고 아암(184)들은 뚜껑의 가장자리 주변에 방사상으로 바깥쪽으로 그리고 나서 원통의 챔버 벽 및 원형으로 감겨진 유도 코일 사이의 원통형의 챔버벽 측면 가장자리를 따라 수직으로 아래로 뻗는다.
본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명됐지만, 본 발명의 변경 및 변형은 본 발명의 실질적인 사상 및 범위를 벗어나지 않고 이루어진다.
제 1도는 플라즈마 반응로에서 진공 챔버 압력과 방전길이의 곱 함수로의 브레이크다운 전압의 파센(Paschen)커브 또는 그래프.
제 2도는 원통 모양의 유도 코일을 가지는 종래 기술의 유도 결합된 플라즈마 반응로의 개략도.
제 3도는 본 발명을 실현하는 플라즈마 반응로 일부의 개략적인 부분 절단 측면도.
제 4도는 제 3도의 플라즈마 반응로 일부의 평면 투시도.
제 5도는 제 6도 및 제 7도에 도시된 반응로의 유도 코일 및 보조 전극과 대응하는 등가회로의 개략도.
제 6도는 (파선 곡선으로 표시된) 보조 전극에 인가된 전력을 가진 그리고 보조 전극에 인가된 전력없이 챔버압력의 함수로서 제 3도의 반응로에서 플라즈마를 점화하기 위하여 요구된 유도코일 RF 전력의 그래프.
제 7도는 원통형의 진공 챔버 주위에 감겨진 원통형의 유도 코일을 가지는 본 발명의 실시예의 개략적인 부분 절단도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 코일 1Oa, 1Ob : 코일의 한끝
20 : 챔버 30 : 뚜껑
40, 135, 150 : RF전원 35 : 웨이퍼 받침대
100 : 셀링 110 : 원통형의 측벽
120 : 웨이퍼 받침대 130 : 기판(웨이퍼)
14Oa, 14Ob, 14Oc : 하부, 중간, 상부 인덕터 코일 권선
180 : 보조전극 190 : 커패시터
195 : 갭 182 : 연결중심
184 : 아암(arm)
Claims (33)
- 반도체 기판의 플라즈마 처리를 수행하기 위한 플라즈마 반응로에 있어서,내부에 가스를 도입하기 위한 수단을 포함하는 진공 챔버;RF 전력원을 가로질러 연결되고, 상기 진공 챔버의 지역을 에워싸는 유도 코일; 및상기 지역에 인접하며, 상기 진공 챔버 내의 상기 가스에 RF전력을 용량 결합하기 위하여 상기 RF 전력원에 연결되는 보조 전극을 포함하고, 상기 보조 전극은 플라즈마의 정상 상태 유지동안 상기 RF 전력원으로 부터 플라즈마에 결합된 대부분의 RF 전력이 용량적으로 보다 유도적으로 결합되도록, 플라즈마 점화를 촉진 시키기에 충분한 상기 진공 챔버내의 상기 가스에 RF 전력의 용량성 결합을 제한하기에 알맞은 상기 지역상의 영역을 감싸고 상기 지역에 접하는 표면 영역을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로.
- 제 1항에 있어서, 상기 보조 전극의 제 1 부분은 상기 유도 코일 및 상기 진공 챔버사이에 놓이고, 상기 제 1 부분은 상기 유도 코일 주위에 폐쇄된 전도 경로를 막기 위하여 그 내부에 적어도 하나의 구멍을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로.
- 제 2항에 있어서, 상기 코일은 상기 RF 전력원의 에너지화된 단자에 연결된제 1 단자 및 접지된 제 2 단자를 포함하고 상기 보조 전극은 상기 제 1 및 제 2 단자 사이의 상기 유도 코일에 연결된 제 2 부분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로.
- 제 3항에 있어서, 상기 보조 전극의 상기 제 2 부분을 중심 연결 지역을 포함하고 ;상기 보조 전극의 상기 제 1 부분은 구멍에 의해서 분리되고 중심 연결 지역으로 부터 상기 유도 코일을 가로질러 바깥쪽으로 방사상으로 뻗어 있는 복수의 아암들을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로.
- 제 4항에 있어서, 상기 중심 연결 지역은 폐쇄된 원형의 전도성 디스크이며, 상기 유도성 코일은 코일의 중심 근처에 개구부를 가지며, 상기 중심 연결 지역은 상기 유도 코일 및 상기 진공 챔버의 내부 사이에 있지 않도록 하기 위하여 상기 유도 코일의 상기 개구부와 정합되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로.
- 제 5항에 있어서, 상기 진공 챔버는 원형의 횡단면 모양 및 상기 원형의 횡단면 모양의 대칭축에 중심이 형성된 상부를 가지는 밀봉된 용기를 포함하고, 상기 유도 코일은 상기 유도 코일의 개구 부분이 상기 밀봉된 용기의 상부와 일치하도록 상기 밀봉된 용기 주변에 감겨 있고, 상기 보조 전극의 중심 연결 지역은 상기 상부상에 있고 상기 대칭축에 중심이 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로.
- 제 6항에 있어서, 상기 보조 전극은 상기 밀봉된 용기의 외부 표면상에 증착된 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로.
- 제 6항에 있어서, 상기 밀봉된 용기는 돔을 포함하고 상기 상부는 상기 돔의 정점을 포함하고, 상기 보조 전극의 아암들은 상기 정점으로 부터 아래로 뻗어있는 것을 특징으로하는 플라즈마 반응로.
- 제 8항에 있어서, 각각의 상기 아암들은 상기 돔 기부 원주의 5% 이하 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로.
- 제 8항에 있어서, 상기 유도 코일은 상기 돔의 정점에서 중심이 형성된 개구부를 남기기 위해서 상기 돔의 하부 주위에 감겨지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로.
- 제 10항에 있어서, 상기 유도 코일은 사이에 상기 보조 전극의 제 2 부분을 수용하기 위하여 상기 돔으로부터 간격이 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로.
- 제 1항에 있어서, 상기 보조 전극에 연결된 하나의 측면을 가지는 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로.
- 제 12항에 있어서, 상기 커패시터의 반대측은 상기 RF 전력원의 접지 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로.
- 제 1항에 있어서,상기 반도체 기판을 지지하기 위한 상기 진공 챔버 내부의 웨이퍼 받침대 ; 및상기 웨이퍼 받침대에 선택된 전위를 인가하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로.
- 제 14항에 있어서, 상기 인가 수단은 플라즈마 점화동안 상기 웨이퍼 받침대에 접지 전위를 인가하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로.
- 제 14항에 있어서, 상기 인가 수단은 플라즈마 점화동안 상기 웨이퍼 받침대에 RF 바이어스 전력원을 인가하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로.
- 제 1항에 있어서, 상기 보조 전극의 상기 표면 영역은 상기 유도 코일의 영역의 10%이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로.
- 제 6항에 있어서, 상기 진공 챔버는 원통형이고 상기 유도 코일은 상기 진공 챔버의 적어도 한 부분 주위에 원통형으로 감겨져 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로.
- 제 1항에 있어서, 상기 보조 전극의 표면 영역은 상기 RF 전력원의 선택된 RF 전력 레벨에서 진공 챔버 내의 선택된 압력에서 플라즈마 점화를 위한 충분한 양으로 용량성 결합을 제한하기에 적당한 영역을 감싸는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로.
- 제 19항에 있어서, 상기 선택된 RF 전력 레벨 및 상기 선택된 압력중 적어도 하나는 상기 보조 전극의 부재시 플라즈마 점화를 위해 요구된 것보다 적은 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로.
- 제 19항에 있어서, 상기 선택된 RF 전력 레벨 및 상기 선택된 압력중 적어도 하나는 상기 웨이퍼의 플라즈마 처리동안 사용된 것보다 크지 않은 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로.
- 제 21항에 있어서, 상기 선택된 압력은 0.5 및 50밀리토르 사이의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로.
- 제 22항에 있어서, 상기 선택된 전력 레벨은 225와트 정도인 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로.
- 반도체 기판의 플라즈마 처리를 수행하기 위한 플라즈마의 반응로에 있어서,내부에 가스를 도입하기 위한 수단을 포함하는 진공 챔버;상기 진공 챔버의 한 부분을 둘러싸고, RF 전력원을 가로질러 연결되는 유도 코일; 및상기 진공 챔버 내부의 가스에 RF 전력을 유도적으로 결합하기 위해서 진공 챔버의 내부에 접하는 표면 영역을 가지는 RF 전력을 공급하는 보조 전극을 포함하고, 상기 보조전극의 표면 영역은 상기 챔버내의 선택된 압력에서 플라즈마 점화를 위한 충분한 양으로 상기 가스에 대한 용량성 결합을 제한하기 위하여 상기 챔버를 감싸는 영역으로 제한되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로.
- 제 24항에 있어서, 상기 보조 전극을 상기 유도 코일에 의하여 감싸진 영역의 10%이하의 영역을 감싸는 영역으로 제한되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리를 수행하기 위한 플라즈마 반응로.
- 제 24항에 있어서, 상기 선택된 압력은 100밀리토르보다 작은 것을 특징으로하는 플라즈마 반응로.
- 제 24항에 있어서, 상기 선택된 압력은 거의 0.5밀리토르 및 30밀리토르 사이 정도의 범위에 놓이는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로.
- 제 24항에 있어서, 상기 보조 전극은 상기 유도 코일 및 상기 진공 챔버 사이에 놓여있는 제 1 부분을 포함하며, 상기 제 1 부분은 상기 유도 코일 주위의 폐쇄된 전도 경로를 막는 적어도 하나의 구멍을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로.
- 제 28항에 있어서, 상기 유도 코일은 그 내부에 상기 유도 코일의 권선을 가지지 않는 개구부를 가지며, 상기 개구부는 상기 진공 챔버의 내부에 면하고, 상기 보조 전극은 상기 제 1 부분이 바깥쪽으로 방사적으로 연장하는 제 2 부분을 포함하며, 상기 제 2 부분은 폐쇄된 표면이고 상기 유도 코일의 상기 개구부와 정합하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로.
- 제 29항에 있어서, 상기 제 2 부분은 RF 전력원에 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로.
- 제 24항에 있어서, 상기 보조 전극은 상기 유도 코일에 연결된 동일한 RF 전력원에 의하여 에너지화된 상기 코일에 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로.
- 제 31항에 있어서, 상기 보조 전극에 연결된 한 측면 및 RF 전력원의 접지 단자에 연결되는 반대 측면을 가지는 캐패시터를 더 포함하고, 상기 캐패시터는 상기 유도 코일과 결합하여 RF 전력원의 주파수에서 공진을 제공하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로.
- 제 24항에 있어서,상기 반도체 기판을 지지하기 위한 상기 진공 챔버 내부의 웨이퍼 받침대; 및상기 웨이퍼 받침대에 선택된 전위를 인가하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응로.
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