KR100375400B1

KR100375400B1 - 웨이퍼보다더큰받침전도체를사용한r.f.플라즈마반응기

Info

Publication number: KR100375400B1
Application number: KR1019960005881A
Authority: KR
Inventors: 요이찌로 다나까; 메구미 다오까; 코헨 바니
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 1995-03-08
Filing date: 1996-03-07
Publication date: 2003-05-12
Also published as: JPH08288374A; EP0732728A2; KR960035786A; US5688358A; EP0732728A3

Abstract

유도성 디스크의 남아있는 내부 부분이 기판을 통하여 플라즈마로부터 R.F 전력의 통로를 제공하는 동안에 상기 전도성 디스크 가압판의 외부 환형 부분이 플라즈마로부터 R.F 전력의 직접 통로를 제공하기 위하여 상기 기판의 직경을 초과하는 직경을 갖는 전도성 디스크 가압판을 포함하는 R.F 플라즈마 반응기에 반도체 기판을 지지하고, 에칭 저항체 덮개는 플라즈마로부터 전도성 가압판을 차폐하고, 에칭 저항체 층의 부분이 기판 아래에 놓이고, 전도성 디스크 가압판의 중앙 부분 위에 놓이고, 기판 아래에 놓이고, 기판의 주변부가 한 층 높은 디스크의 주변부를 확장하도록 기판의 직경보다 적은 직경을 갖는 한 층 높은 디스크를 포함하는 에칭 저항체 덮개, 전도성 디스크 가압판의 외부 부분에 놓이고, 상기 한 층 높은 디스크의 상부 표면 아래에 압축되는 상부 표면을 갖는 함몰된 환형 링, 함몰된 환형 링의 내부 부분은 상기 기판의 주변부 아래에 놓이고, 노출된 한 층 높은 디스크의 측면 벽의 상부 부분이 상기 플라즈마에 있게하는 받침대.

Description

웨이퍼 보다 더 큰 받침 전도체를 사용한 R.F 플라즈마 반응기

본 발명은 반응기내에 지지된 반도체 웨이퍼에 에칭, 화학 증기 증착과 같은 처리를 수행할 수 있는 무선 주파수(R.F.) 플라즈마 반응기에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 에칭에 유용하고 특히 플라즈마 균일성에 수반하는 손실을 겪지않고 웨이퍼에 고 D.C 바이어스를 만들 수 있는 R.F. 플라즈마 반응기에 관한 것이다.

R.F. 플라즈마 에칭 반응기는 웨이퍼위에 반도체 또는 금속 표면으로부터 본래의 산화물을 세척하기 위하여 소위 "사전-세척(pre-clean)" 에칭 단계를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 전형적으로, 본래의 산화물은 위에 놓인 유전체(이산화 실리콘) 층의 접촉 윈도우를 통하여 노출된 작은 부분의 금속층으로부터 제거되어야 한다. 예를들면, 아르곤 같은 불활성 가스는 상기 반응기 챔버로 도입되고, 플라즈마는 충돌되고 R.F. 바이어스 전위는 상기 본래의 산화층을 스퍼터 에칭하기 위해 아르곤 가스를 잡아끄는 D.C 바이어스를 만들기 위해 상기 웨이퍼에 인가된다. 아르곤 이온들의 상기 에너지는 웨이퍼상 바이어스 전위에 의해 결정된다. 상기 접촉 윈도우의 종횡비(예를들면, 개구부 깊이 대 접촉 개구부 직경의 비)가 상대적으로 크면(예를 들면, 약 3:1), 상기 웨이퍼상의 매우 높은 D.C 바이어스(예를들면, 400볼트)가 상기 네티브 산화물을 완전히 제거하기 위하여 요구된다. 이것은특히 만약 세척되어야될 금속 또는 폴리실리콘 표면이 많은 량의 오염을 갖는다면 부분적으로 사실이다. 그러한 큰 종횡비는 사이에 끼는 유전체층을 통하여 바이어스에 의해 접속되는 다층 전도체 층을 갖는 전형적인 반도체 구조이다.

문제는 상기 D.C 바이어스가 목표된 레벨로 증가할 때, 상기 웨이퍼 표면 전체의 상기 플라즈마 이온 밀도 균일성이 감소하고, 특히 약 130cm(15인치) 또는 130cm 보다 큰 직경을 갖는 웨이퍼의 경우에는 에칭 속도 균일성에 상응하는 품질 감소를 야기한다는 것이다. 이 문제는 낮은 에칭 속도에서 더 악화된다. 상기 웨이퍼 표면 전체의 낮은 플라즈마 밀도 균일성(예를들면 5% 근처에)은 서투른 에칭 제어 및 플라즈마 이온 밀도의 비균일성이 웨이퍼상의 장치에 손상을 유발할 수 있는 웨이퍼 장치 구조에 작용되는 비균일성 전기력을 일으키기 때문에 웨이퍼상에 장치 수율을 감소시킨다.

R.F. 플라즈마 에칭 반응기와 관련된 다른 문제는 소위 "제 1 웨이퍼 효과"이고, 여기에서 중요한 지속시간(예를들면, 몇 시간) 동안에 반응기가 공전된후 바로 에칭되는 제 1 웨이퍼는 동일 반응기 챔버에서 제 1 웨이퍼 다음에 바로 에칭되는 웨이퍼보다 느린 속도로 에칭된다. 이 에칭 속도 감소는 제 1 웨이퍼의 에칭 동안에 상기 프라즈마에 의해 "번드 오프(burned-off)"되는 반응기 챔버의 내부 표면위 습기 및 불순물 때문이다. 이런 불순물은 플라즈마 원자 수를 증가시키므로, 압력이 증가하고 플라즈마 이온 밀도가 감소하여 상기 에칭 속도를 감소시킨다. 이 불순물은 상기 제 1 웨이퍼를 삽입하에 전에 플라즈마 스트라이킹에 의해 "번드 오프"될 수 있지만, 이로 인해 상기 웨이퍼에 의해 일반적으로 덮혀진 웨이퍼 받침대의 전도체(알루미늄 또는 티타늄) 표면을 노출시키므로, 상기 웨이퍼 받침대의 스퍼터 에칭이 웨이퍼 받침대의 품질을 영구적으로 감소시키고 금속 오염 부산물을 상기 반응기 챔버에 도입시킨다.

그래서, 플라즈마 에칭 균일성을 감소시키지 않고 R.F. 플라즈마 에칭 반응기에 고 D.C 바이어스를 만들 필요성이 있고, 소위 "제 1 웨이퍼 효과"를 제거할 필요성이 있다.

발명의 개요

본 발명은 반응기 챔버, 가스를 챔버의 내부에 공급하기 위한 가스소스, 상기 반응체 가스의 플라즈마 상태를 유지하기 위하여 전자기 에너지를 챔버의 내부에 공급하기 위한 R.F 소스, 웨이퍼를 지지하기 위한 상기 챔버내 웨이퍼 받침대를 포함하는 플라즈마 반응기로 구현된다. 상기 웨이퍼 받침대는 웨이퍼 직경을 초과하는 직경을 갖는 전도성 디스크 플래튼을 포함한다. 상기 전도성 디스크 플래튼의 외부 환상 부분은 전도성 디스크의 남아 있는 내부 부분이 웨이퍼를 통하여 상기 플라즈마로부터 R.F 전력의 통로를 제공하는 동안에 상기 플라즈마로부터 R.F 전력의 직접 통로를 제공한다. 에칭 저항체 덮개는 전도성 가압기를 플라즈마로부터 차폐한다. 에칭 저항체 덮개의 일부는 상기 웨이퍼 아래에 놓인다. 상기 에칭 저항체 덮개는 전도성 디스크 플래튼의 중앙 부분위에 놓이고 상기 웨이퍼 아래에 놓이는 상승된 디스크를 포함한다. 상기 에칭 저항체 덮개는 상기 웨이퍼의 주변 부분이 상기 상승된 디스크의 주변부 너머로 확장되도록 웨이퍼의 직경보다 적은 직경을 갖는다. 상기 전도성 디스크 플래튼의 외부 부분에 놓여지는 함몰된 환형 링은 상승된 디스크의 상부 표면 아래로 함몰될 상부 표면을 갖는다. 함몰된 환 모양 링의 내부 부분에 상기 웨이퍼의 주변 부분 아래에 놓이고 상기 플라즈마에 노출된 상승된 디스크의 측벽 상부 부분을 남긴다.

바람직하게, 함몰된 환형링의 상부 표면과 상기 웨이퍼의 주변부 사이의 변위는 상기 플라즈마가 함몰된 환형링의 상부 표면의 전체와 접촉하게 한다. 또한, 상승된 디스크의 직경은 웨이퍼 받침대의 웨이퍼에서 적어도 웨이퍼 위치 변형이 가능한 정도의 양만큼 상기 웨이퍼 직경보다 작다.

양호한 실시예의 상세한 설명

제 1도에 도시된 유도성 결합 R.F. 플라즈마 에칭 반응기에서, 반응기 챔버(14)내에 웨이퍼(12)를 지지하는 웨이퍼 받침대(10)는 상기 반도체 웨이퍼(12) 아래에 있는 전도성(알루미늄 또는 티타늄) 플래튼(16)을 포함하고, 상기 전도성 플래튼은 플라즈마 D.C 바이어스 전위를 제어하기 위하여 통상적인 R.F 임피던스 매칭 네트워크(17)를 통하여 상기 받침대(10) 전압을 제어하는 통상적인 바이어스 R.F 전력 소스(18)에 결합된다.

상기 플라즈마 반응기 챔버는 원통형 전도성 측벽(26), 베이스 (28), 상기 측벽(26)의 상부위에 놓이는 다층 반경 석영 돔(30)을 포함한다. 측벽의 상부는 웨이퍼(12)와 거의 같은 높이이다. 본 발명에는 용량성 결합 플라즈마 반응기(예를들면, 한쌍의 여기된 RF 전극을 갖는 타입) 또는 유도성 결합 플라즈마 반응기중 하나가 사용된다. 유도성 결합 플라즈마 반응기의 경우에는 상기 돔(30) 주위의 원통형 코일 안테나(32)는 R.F. 매칭 네트워크(36)(R.F. 전력 소스(34)내에 포함될 수있는)를 통하여 플라즈마 R.F. 전력 소스(34)에 접속된 최상부의 권선(32a) 및 웨이퍼(12)와 내부 벽(26)의 상부와 동일 높이이고 접지에 연결된 최하부 권선(32b)을 갖는다. 접지된 R.F 차폐부(38)는 상기 코일 안테나(32)를 밀봉한다. 가스 소스(40)는 처리 가스를 가스 인입구(42)를 통하여 상기 챔버(14)에 제공된다. 펌프(44)는 상기 반응기 챔버 내부에 요구된 압력을 유지한다.

고 플라즈마 D.C 바이어스 전압에서 상기 플라즈마 이온 밀도의 웨이퍼 표면 전체의 균일성을 향상시키기 위하여, 상기 전도성 플래튼(16)은 웨이퍼 직경보다 상당히 큰 직경(바람직하게도 15% 큰)을 가지므로, 전도성 플래튼(16)의 중요한 부분은 상기 웨이퍼(12) 주위를 넘어 확장하여 웨이퍼의 주변 D.C 바이어스 전력과 웨이퍼(12) 사이에 통로를 제공한다.

제 2도의 실시예에 따라서, 상기 웨이퍼 받침대(10)는 전도성 플래튼(16)의 노출된 부분의 스퍼터링을 막기 위하여 플래튼(16)(웨이피(12)의 원주 주위 플래튼의 환형부(16'))의 상부 표면의 노출된 부분을 덮는 유전층(20)(석영과 같은)을 포함한다.

제 3도에 나타난 바와같이, 상기 유전체층(20)은 웨이퍼(12)가 상기 플래튼과 직접 전기 접촉을 하지 않도록 플래튼(16)의 전체 상부 표면을 덮는다. 대신에 상기 웨이퍼(12)는 상기 유전체 덮개(20)을 통하여 전도성 플래튼(16)에 용량적으로 결합된다. 전도성 플래튼(16)의 보호는 플래튼(16)의 하부를 둘러싸는 석영 디스크(22) 및 전도성 플래튼(16)의 주변 측표면을 둘러싸는 석영 링(24)에 의해 강화되고, 유전체 덮개(20) 및 석영 디스크(22) 사이에 웨지된다. 바람직하게, 상기석영 디스크(22) 및 석영 링(24)은 단일 석영 성분으로 형성된다. 유전체 덮개(20)는 아마도 약 1-2mm 두께이다. 유전체 덮개(20)의 두께 감소(예를들면 1mm까지)는 챔버 벽에 대한 R.F 전력 손실을 감소 시킨다. 유전체 덮개(20)의 두께 증가(예를들면 2mm까지)는 에칭에 대하여 강한 내구성 또는 강한 착용성을 제공한다.

제 1도의 실시예는 웨이퍼 표면 하부 전체가 상기 직류 전기 접촉에 의해 상기 플래튼(16)의 전위에 부착되는 장점을 갖고 있고, 이것은 플라즈마 처리동안에 웨이퍼 표면 전위차로 인하여 장치의 손상을 최소화하거나 또는 제거한다. 상기 제 2도의 실시예는 이 장점을 유지하고 상기 플래튼(16)의 노출된 부분(16')의 플라즈마 에칭으로부터 금속 오염 부산물에 의한 처리 품질 하락이 최소화되거나 또는 제거되는 부가적인 장점을 가진다. 제 3도의 실시예는 제 1도 실시예의 장점은 부족하지만 대신에 상기 반응기가 상기 플래튼(16)의 임의의 부분의 손상없이 상기 챔버에 웨이퍼를 삽입하기 전에 플라즈마 스트라이킹에 의해 상기 제 1 웨이퍼의 처리에 우선하여 처리될 수 있다. 이것은 이 명세서에서 후에 언급되겠지만 소위 "제 1 웨이퍼 효과"를 제거한다.

제 3도의 실시예와 관련된 하나의 전위 문제는 플라즈마가 상기 석영 덮개(20)의 노출된 외부 부분의 상부 표면을 서서히 에칭한다. 이것은 웨이퍼 아래에 상승된 에칭되지 않은 영역을 남긴다. 계속적인 웨이퍼는 석영 덮개(20)의 상부 표면위의 약간 차이있는 측면 위치에 배치될 수 있고, 상기 석영 덮개(20)의 경계에 약간 다른 에칭을 제공한다. 웨이퍼 위치의 차이는 로보트 메카니즘이 전형적으로 상기 챔버에 웨이퍼를 놓거나 제거하기 위해 사용되기 때문에 발생하고, 상기로봇 메카니즘은 받침대(10)위의 각각 웨이퍼의 위치에 고유의 불확실성을 갖는다. 결과적으로, 톱니 모양의 프로파일은 상기 챔버(14)에 다수의 연속적인 웨이퍼 처리동안에 상기 웨이퍼 주변 근처에 석영 덮개(20)의 상부 표면에 에칭된다. 상기 문제는 톱니 모양의 프로파일이 반응기 챔버(14)에서 입자 오염의 소스가 될 수 있다는 것이다.

제 4도의 실시예에서, 이 문제는 정밀한 웨이퍼 위치에서 변위됨에도 불구하고 상기 플라즈마에 의해 에칭되기 위해 노출된 석영 구조의 부분이 항상 동일한 전도성 웨이퍼 받침대 플래튼(48)위에 석영 구조를 제공함으로서 극복된다. 특히 상기 웨이퍼(12)는 상기 웨이퍼 직경(도면에서 강조된 약간의 차이) 보다 적은 직경을 갖는 상승된 중앙 석영 디스크(50)에 지지되고, 웨이퍼(12)는 약 1mm 근처(최대 측면 웨이퍼 변위 변형보다 작지 않은)에서 상기 석영 디스크(50) 위에 부착되어 석영 디스크(50)가 상기 웨이퍼의 측면 변위에서 변위됨에도 불구하고 상기 웨이퍼(12)에 의해 완전히 덮혀진다. 바람직하게, 상기 석영 디스크(50)의 상부 표면은 웨이퍼가 석영 상부 링(52)의 표면과의 접촉을 피하기 위해 약 1-2mm 정도 석영 상부 링(52) 주위 상부 표면 위로 확장된다. 상기 석영 상부 링(52)은 상기 플래튼(48)의 주변부를 둘러싸는 석영 외부 링(54)에 놓인다. 석영 외부 링(54)은 전도성 플래튼(48)의 바닥을 덮는 베이스 디스크(56)에 놓인다. 바람직하게도, 석영 외부 링(54) 및 베이스 디스크(56)는 단일 내부 석영 요소로서 형성된다. 석영 디스크(50)의 수직 측면 표면의 노출된 부분(50a) 및 석영 상부 링(52)의 전체 상부 표면은 웨이퍼 변위의 어떤 나란한 변형에도 불구하고 항상 에칭된다. 상기 석영 디스크(50)의 상부 표면은 1mm만큼의 측면 웨이퍼 위치 변화에도 불구하고 절대 에칭되지 않는다. 그러므로, 상기 웨이퍼 받침대의 다양한 석영 표면의 부분은 상기 반응체에 노출되는 석영 표면이 늘 동일 평면이되도록 결코 변화하지 않는다. 결과적으로, 그들은 석영 표면이 측면 웨이퍼 위치에서 변화에도 불구하고 톱니모양 에지의 형성없이 비교적 부드럽도록 균일하게 에칭된다.

상기 노출된 부분(50a)의 직경이 줄어듬으로서, 웨이퍼에서 웨이퍼 에칭 속도 균일성을 겪을 수 있다. 상부 석영 링(52)은 지속시간 동안 약 2mm정도 두껍다. 석영 디스크(50)는 R.F 전력 효율을 위해 약 0.5mm 두껍다.

바람직하게, 3개의 주기적으로 간격져 방사형으로 확장되는 폴리실리콘 안테나 도우웰(58)(dowel)은 전도성 플래튼(48)과 접촉하는 내부 부분으로부터 상기 플라즈마와 접촉하는 외부 부분까지 확장된다. 상기 방사상 안테나 도우웰(58)은 웨이퍼(12)상에 유도된 D.C 바이어스의 믿을만한 측정이 가능하게한다. 그 이유는 도우웰(58)이 웨이퍼 전압과 동일한 전압으로 받침대(10)를 유지하여, 받침대 전압의 측정으로 웨이퍼 전압을 신뢰적으로 측정할 수 있기 때문이다. 만약 그렇지 않으면 플라즈마 점화(이온/전자 이동 차이로 인해) 동안에 만들어진 전하가 상기 웨이퍼 전압의 측정을 방해하는 전압 차이를 만들어낸다.

제 5도는 제 3도의 실시예의 변형을 나타내고 플래튼(16)은 웨이퍼(12)의 원주를 넘어서 확장되지 않는다.

제 1도 내지 제 4도의 실시예는 웨이퍼 원주 주위를 넘어 확장하는 전도성 웨이퍼 받침대 플래튼을 제공함으로서 고 플라즈마 D.C 바이어스 레벨에서 비 균일성 플라즈마 밀도 및 에칭 속도의 문제를 해결한다. 이 특징은 웨이퍼 엣지를 넘어서는 전도성 웨이퍼 받침대 플래튼의 주변부와 관련된 어떤 엣지 효과를 변경시키고, 엣지 효과는 플라즈마 이온 밀도 균일성 또는 웨이퍼 상의 에칭 속도 균일성에 영향을 끼치지 않는다. 제 3도 내지 제 5도의 실시예는 웨이퍼 아래에 석영 층을 갖는 알루미늄 웨이퍼 받침대를 절연하여 소위 "제 1웨이퍼 효과"의 문제를 해결한다. 이 특징은 반응기 챔버가 웨이퍼의 삽입전에 플라즈마(아르곤 플라즈마와 같은)를 스트라이킹하여 번-인(burning-in)되게 하고 플라즈마가 웨이퍼 받침대의 알루미늄 부분의 손상없이 제 1 웨이퍼에 삽입하기전 몇초 또는 몇분 동안 내부 챔버 표면으로부터 불순물을 제거 또는 스퍼터하게 한다. 챔대에 웨이퍼 삽입전에 상기 번-인은 반응기가 어떤 시간의 주기 동안 공전되거는 각각의 시간에서, 또는 웨이퍼의 각각 카세트의 처리 시간, 또는 웨이퍼의 어떤 작은 수의 처리 시간(예를들면 어떤 단일 웨이퍼 처리 전에) 수행될 수 있다.

제 4도의 실시예는 연속적인 웨이퍼 에칭 중에 톱니 모양 석영 표면의 형성을 방지하는 부가적인 장점을 갖으므로, 석영 톱니 모양 엣지와 관련된 오염 문제를 피할 수 있다.

바람직한 실시예

제 6도의 실시예는 제 1도 및 제 4도의 실시예의 어떤 장점을 결합하고 그리고 바람직하게 수행된다. 제 6도에서, 상기 전도성 받침대(48)는 제 4도의 상승된 유전체 부분(50)의 것과 상응하는 반경을 갖는 상승된 중앙 부분(48')을 포함한다. 제 6도에서, 웨이퍼(12)는 받침대(48)에 직접 전기 접촉이 되도록 상승된 중앙 전도성 부분(48')에 직접 놓인다. 웨이퍼와 받침대 사이의 그러한 직접적인 전기 접촉의 장점은 제 1도의 실시예와 관련하여 논의되었다. 제 4도의 실시예에서, 상승된 중앙 부분(48')은 웨이퍼(12')의 엣지가 위에 매달리게 한다. 이런 위에 매달리는 것의 장점은 제 4도의 실시예와 관련하여 이미 논의되었다. 그러나 받침대의 전도성 부분이 제 6도(상기 웨이퍼와 상기 받침대 전도 재료 사이에 직접적인 접촉을 위해)에서 유전체층에 의해 덮혀지지 않기 때문에 제 4도의 실시예를 참조로 상기 언급된 "번-인"이 만약 제 6 도으 실시예에서 실행되면, 받침대에 손상을 입힐 것이고, 제 6도의 실시예에 의해 얻을 수 있는 장점의 하나는 아니다.

제 6도에서 상승된 중앙 부분(48')의 상기 반지름 및 웨이퍼(12) 사이의 차이는 약 0.1인치(0.25cm)이다. 받침대(48)의 나머지 부분 위에 상승된 제어 부분(48')의 높이는 약 0.015인치(0.038cm)이다. 유전체층(52)의 두께는 약 2mm이다. 일반적인 웨이퍼는 0.025인치 두께(0.064cm) 근처이다.

웨이퍼 받침대(10)위의 상기 바이어스 R.F 전력과 코일(32) 위의 플라즈마 소스 전력을 공급하기 위한 독립 R.F 전력 소스(18, 34)의 사용은 사용자가 에칭 속도와 D.C 바이어스를 분리하게 한다. 이것은 제 7도에 도시되어 있고, R.F 플라즈마 소스 전력(34)의 전력이 세로 좌표에 그려지고, 상기 R.F 바이어스 소스(18)의 전력이 횡 좌표에 그려진다. 오리지날로부터 나오는 직선 대각선은 쌍곡선이 일정한 에칭 속도의 커브인 동안에 일정한 플라즈마 D.C 바이어스 전압의 선이다. 언급되었듯이, 범위내의 에칭 속도와 플라즈마 D.C 바이어스 전압의 어떤 결합이 상기 R.F 소스(18, 34)의 각각에 의해 전력 출력을 조정함으로서 독립적으로 선택할수 있다. 도 6의 그래프는 두 개의 R.F. 소스(18, 34)의 독립적인 조절에 의해 에칭 속도 및 플라즈마 D.C. 바이어스 전압의 특정 결합법을 도시한다. 상기 웨이퍼 전체에 프라즈마 이온 밀도 균일성을 향상시키기 위하여 웨이퍼 직경 넘어 전도성 웨이퍼 받침대 플래튼(16)의 확장이 고 플라즈마 D.C 바이어스 전압 및 저 에칭 속도를 위해 필요하다. 그래서, 사용자가 제 6도의 그래프의 하부 왼쪽 4분원에 처리 파라미터를 이동시킴으로써, 웨이퍼 원주 넘어 웨이퍼 받침대 플래튼(16)의 확장이 바람직하게도 증가된다. 일반적으로, 8인치 웨이퍼에 대해 플래튼(16)의 직경이 약 9인치 및 11인치 사이에 있다.

본 발명은 바람직한 실시예를 참조로 상세히 언급되었고, 본 발명의 변형 및 변조가 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고 만들어질 수 있다.

제 1도는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 R.F. 플라즈마 반응기의 단순화된 부분 단면도.

제 2도는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 R.F. 플라즈마 반응기의 단순화된 부분 단면도.

제 3도는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 R.F. 플라즈마 반응기의 단순화된 부분 단면도.

제 4도는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 R.F. 플라즈마 반응기의 단순화된 부분 단면도.

제 5도는 제 3도의 실시예의 변형에 따른 R.F. 플라즈마 반응기의 단순화된 부분 단면도.

제 6도는 본 발명의 바람직한 실시예의 단순화된 부분 단면도.

제 7도는 상기 웨이퍼 받침대 플래튼(platen)의 상기 직경을 선택하기 위하여 참조로 기술된 일정한 플라즈마 DC 바이어스의 라인 및 일정한 에칭 속도에 라인을 나타내고, 인가된 RF 플라즈마 소스 전력 대 인가된 RF 바이어스 전력의 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

17 : RF 정합 36 : RF 정합 네트워크

40 : 가스 소스 44 : 펌프

Claims

반도체 기판 처리용 플라즈마 반응기에 있어서,

반응기 챔버와 ;

처리 가스를 상기 챔버의 내부에 공급하기 위한 가스 소스와 ;

상기 처리 가스의 플라즈마를 만들기 위해 전자기력을 상기 챔버의 내부에 결합하기 위한 전력 공급장치와 ;

상기 반도체 기판을 지지하고 상기 전자기력용 리턴 통로를 제공하기 위하여 전기적으로 접속되는 상기 챔버 내의 받침대를 포함하고, 상기 받침대는,

상기 전도성 디스크의 남아있는 내부 부분이 상기 웨이퍼를 통하여 상기 전자기력용 통로를 제공하는 동안에 상기 전도성 디스크 플래튼의 외부 환형 부분이 상기 플라즈마로부터 전자기력을 위한 직접적인 통로를 제공하도록 상기 기판의 직경을 초과하는 직경을 갖는 전도성 디스크 플래튼과 ;

상기 기판 아래에 놓이고 상기 플라즈마로부터 상기 전도성 플래튼을 차폐하는 에칭 저항체 덮개를 포함하고, 상기 에칭 저항체 층의 일부는 상기 기판 아래에 놓이고, 상기 에칭 저항체 덮개는,

상기 전도성 디스크 플래튼의 중앙 부분 위에 놓이고, 상기 기판 아래에 놓이며, 상기 기판의 주변부가 상기 상승된 디스크의 주변부를 넘어서게 확장하도록 상기 기판의 직경보다 적은 직경을 갖는 상승된 디스크와 ;

상기 전도성 디스크 플래튼의 외부 부분 위에 놓이고, 상기 상승된 디스크의상부 표면 아래로 함몰되는 상부 표면을 가는 함몰된 환형 링을 포함하고, 상기 함몰된 환형 링의 내부 부분은 상기 기판의 주변부 아래에 있고, 상기 플라즈마에 노출된 상승된 디스크의 측면 벽 상부 부분을 남기는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
제 1항에 있어서,

상기 함몰된 환형 링의 상부 표면과 상기 기판의 주변부 사이의 변위는 상기 플라즈마가 상기 함몰된 환형 링의 상부 표면의 전체를 접촉하기에 충분하도록 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
제 1항에 있어서,

상기 상승된 디스크의 직경은 상기 받침대에서 기판 대 기판의 측면 위치 변형이 가능한 량만큼 웨이퍼의 상기 직경보다 적은 것을 특징으로하는 플라즈마 반응기.
제 1항에 있어서,

상기 상승된 디스크와 함몰된 링을 갖는 상기 에칭 저항체 덮개는 유전체 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
제 4항에 있어서, 상기 에칭 저항체 덮개는,

상기 전도성 플래튼의 하부 표면을 덮고 상기 전도성 디스크 플래튼의 원주를 넘어서 확장되는 환형의 주변부를 갖는 베이스 디스크를 포함하는데, 상기 함몰된 환형 링은 상기 전도성 디스크 플래튼의 원주를 넘어서 확장되는 환형의 주변부를 가지며 ;

상기 베이스 디스크의 상기 환형의 주변부와 상기 함몰된 환형 링의 상기 환향 부분의 주변부 사이에 위치하고 상기 전도성 디스크 플래튼의 원통형 측벽을 덮는 외부 링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
제 5항에 있어서,

상기 베이스 디스크와 상기 외부 링은 일체형 석영 부분을 구성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
제 1항에 있어서,

상기 방사 소스는 상기 챔버의 부분 주위에 유도성 코일 안테나와 상기 유동성 코일 안테나에 접속된 R.F 플라즈마 전력 공급원을 포함하고,

상기 반응기는 웨이퍼 받침대의 전도성 플래튼에 접속된 바이어스 R.F 전력 공급 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
반도체 기판을 처리하기 위한 플라즈마 반응기에 있어서,

반응기 챔버와 ;

처리 가스를 상기 챔버 내부에 공급하기 위한 가스 공급원과 ;

상기 반응체 가스의 플라즈마를 유지하기 위하여 전자기력을 상기 챔버 내부에 방사하기 위한 방사 소스와 ;

상기 반도체 기판을 지지하고 상기 전자기 에너지용 리턴 통로를 제공하기 위하여 전기적으로 접속되는 상기 챔버 내부의 받침대를 포함하는데, 상기 받침대는

상기 기판의 직경을 넘어서는 직경을 갖는 전도성 디스크 플래튼을 포함하여, 상기 전도성 디스크의 남아있는 내부 부분이 상기 기판을 통하여 상기 플라즈마로부터 R.F 전력의 통로를 제공하는 동안에 상기 전도성 디스크 플래튼의 외부 환형 부분이 상기 플라즈마로부터 R.F 전력의 직접적인 통로를 제공하는 것을 특징으로하는 플라즈마 반응기.
제 8항에 있어서,

상기 받침대는 상기 플라즈마로부터 상기 전도성 플래튼을 차폐하는 에칭 저항체 덮개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
제 9항에 있어서,

상기 에칭 저항체 층의 중앙 부분은 상기 기판 및 상기 플래튼이 서로 용량적으로 결합되도록 상기 기판 아래에 놓이는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
제 9항에 있어서,

상기 에칭 저항체 덮개는 석영을 포함하는 것을 특징으로하는 플라즈마 반응기.
제 9항에 있어서, 상기 에칭 저항체 덮개는

상기 전도성 플래튼의 하부 표면을 덮고 상기 전도성 디스크 플래튼의 원주를 넘어서 확장하는 환형의 주변부를 갖는 베이스 디스크를 포함하는데, 상기 함몰된 환형 링은 상기 전도성 디스크 플래튼의 원주를 넘어서 확장되는 환형 부분의 주변부를 가지며 ;

상기 베이스 디스크의 상기 환형의 주변부와 상기 함몰된 환형 링의 상기 환형 주변부 사이에 위치하고 상기 전도성 디스크 플래튼의 원통형 측벽을 덮는 외부 링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
제 12항에 있어서,

상기 베이스 디스크 및 상기 외부 링은 석영을 포함하는 것을 특징으로하는 플라즈마 반응기.
제 8항에 있어서,

상기 방사선 소스는 상기 챔버의 일부분 주위에 유도성 코일 안테나 및 상기 유도성 코일 안테나에 접속된 RF 플라즈마 소스 전력 공급 장치를 포함하고, 상기반응기는,

상기 R.F 플라즈마 소스 전력 공급 장치의 각각의 전력 레벨 및 상기 바이어스 R.F 전력 공급 장치에 따라서 플라즈마 D.C 바이어스 및 플라즈마 이온 밀도의 독립적인 제어를 위한 상기 받침대의 전도성 플래튼에 접속된 바이어스 R.F 전력 공급 장치를 더 포함하는 것을 특징으로하는 플라즈마 반응기.
인가된 R.F 전력에 의해 처리 가스로부터 형성된 플라즈마를 포함하는 플라즈마 반응기 진공 챔버의 내부에 반도체 기판을 지지하기 위한 받침대에 있어서,

상기 전도성 디스크의 남아있는 내부 부분이 상기 기판을 통하여 상기 플라즈마로부터 R.F 전력 통로를 제공하는 동안에 상기 전도성 디스크 플래튼의 외부 환형 부분이 상기 플라즈마로부터 R.F 전력의 직접적인 통로를 제공하도록 상기 기판의 직경을 초과하는 직경을 갖는 전도성 디스크 플래튼과 ;

상기 플라즈마로부터 전도성 플래튼을 차폐하는 에칭 저항체 층 덮개를 포함하는데, 상기 에칭 저항체 층의 일부는 상기 기판아래에 놓이고, 상기 에칭 저항체 덮개는,

상승된 디스크를 포함하는데, 상기 상승된 디스크는 상기 전도성 디스크 플래튼위의 중앙 부분위에 놓이고 상기 기판 아래에 놓이며 상기 기판의 직경 부분보다 작은 직경을 가져서, 상기 기판의 주변부가 상기 상승된 디스크의 원주를 넘어 확장하고 ;

상기 전도성 디스크 플래튼의 외부 부분 위에 놓이고 상기 상승된 디스크의상부 표면 아래로 함몰된 상부 표면을 갖는 함몰된 환형 링을 포함하고, 상기 함몰된 환형 링의 내부는 상기 기판의 상기 주변부 아래에 놓이고 상기 플라즈마에 노출된 상기 상승된 디스크 측벽의 상부 부분을 남기는 것을 특징으로 하는 받침대.
제 15항에 있어서,

상기 함몰된 환형 링의 상기 상부 표면과 상기 기판의 상기 주변부 부분 사이의 변위는 상기 플라즈마가 상기 함몰된 환형 링의 상기 상부 표면의 전체와 접촉하기에 충분하도록 하는 것을 특징으로 하는 받침대.
제 15항에 있어서,

상기 상승된 디스크의 직경은 상기 받침대에서 기판 대 기판의 위치 변형이 가능한 량 만큼 상기 디스크의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 받침대.
제 15항에 있어서,

상기 상승된 디스크와 상기 함몰된 링을 갖는 상기 에칭 저항체 덮개는 석영을 포함하는 것을 특징으로 하는 받침대.
제 18항에 있어서, 상기 에칭 저항체 덮개는

상기 전도성 플래튼의 하부 표면을 덮고 상기 전도성 디스크 플래튼의 원주를 넘어서 확장하는 환형의 주변부를 갖는 베이스 디스크를 포함하는데, 상기 함몰된 환형 링은 상기 전도성 디스크 플래튼의 원주를 넘어서 확장되는 환형의 주변부를 가지며 ;

상기 베이스 디스크의 환형의 주변부와 상기 함몰된 환형 링의 환형 주변부 사이에 위치하고 상기 전도성 디스크 플래튼의 원통형 측벽을 덮는 외부 링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 받침대.
제 19항에 있어서,

상기 베이스 디스크와 상기 외부 링은 단일 석영 엘리먼트를 구성하는 것을 특징으로 하는 받침대.
제 16항에 있어서,

상기 변위는 적어도 약 1mm 정도인 것을 특징을 하는 받침대.
제 17항에 있어서,

상기 량은 적어도 약 1mm 정도인 것을 특징을 하는 받침대.
플라즈마 반응기에 있어서,

반응기 챔버와 ;

방응체 가스를 상기 챔버의 내부에 공급하기 위한 방사체 가스 소스와 ;

상기 방사체 가스의 플라즈마를 유지하기 위하여 전자기 에너지를 상기 챔버의 내부에 방사하기 위한 방사체 소스와 ;

기판을 지지하기 위한 상기 챔버 내부의 받침대를 포함하고, 상기 받침대는,

상기 전도성 디스크의 남아 있는 내부 부분이 상기 기판을 통하여 상기 플라즈마로부터 R.F 전력의 통로를 제공하는 동안에 상기 전도성 디스크 플래튼의 외부 환형 부분이 상기 플라즈마로부터 R.F 전력의 직접적인 통로를 제공하기 위하여 상기 기판의 직경을 초과하는 직경을 갖는 전도성 디스크 플래튼을 포함하는데, 상기 전도성 디스크 플래튼은

상기 기판의 주변부가 상기 상승된 디스크 부분의 원주를 넘어서 확장되도록 상기 기판의 직경 보다 적은 직경을 갖고, 상기 기판 아래에 놓이고, 상기 베이스 부분 위로 확장되는 상승된 디스크 부분과 베이스를 포함하고;

상기 플라즈마로부터 상기 전도성 받침대의 베이스 부분을 차폐하는 에칭 저항체 덮개를 포함하고, 상기 에칭 저항체 층의 일부는 상기 기판 아래에 놓이는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
제 23항에 있어서, 상기 에칭 저항체 덮개는

상기 전도성 디스크 플래튼의 외부 부분 위에 놓이고, 상기 상승된 디스크 부분의 상부 표면 아래에 있는 상부 표면을 갖는 링 환형부를 포함하고, 상기 링 환형부의 내부 부분은 상기 기판의 주변부 아래에 놓이고, 상기 플라즈마에 노출된 상승된 디스크의 측벽의 상부 부분을 남기는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
제 23항에 있어서,

상기 함몰된 환형 링의 상부 표면과 상기 기판의 주변부 사이의 변위는 상기 플라즈마가 상기 함몰된 환형 링의 상부 표면의 전체를 접촉하기에 충분하도록 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
제 23항에 있어서,

상기 상승된 직경은 상기 받침대에서 기판 대 기판의 위치 변형이 가능한 량만큼 상기 디스크의 직경보다 작은 것을 특징으로하는 플라즈마 반응기.
제 23항에 있어서,

상기 함몰된 링을 갖는 에칭 저항체 덮개는 석영을 포함하는 것을 특징으로하는 플라즈마 반응기.
제 23항에 있어서,

상기 에칭 저항체 덮개는

상기 전도성 플래튼의 하부 표면을 덮고 상기 전도성 디스크 플래튼의 원주를 넘어서 확장하는 환형의 주변부를 갖는 베이스 디스크를 포함하는데, 상기 함몰된 환형 링은 상기 전도성 디스크 플래튼의 원주를 넘어서 확장되는 환형의 주변부를 가지며 ;

상기 베이스 디스크의 상기 환형의 주변부와 상기 함몰된 환형 링의 상기 환형 주변부 사이에 위치하고 상기 전도성 디스크 플래튼의 원통형 측벽을 덮는 외부 링은 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
제 28항에 있어서,

상기 베이스 디스크 및 상기 외부 링은 석영을 포함하는 것을 특징으로하는 플라즈마 반응기.