KR100626905B1

KR100626905B1 - 이온 에너지 감쇄

Info

Publication number: KR100626905B1
Application number: KR1020007013869A
Authority: KR
Inventors: 스티브 엘링거; 조셉 페르난데스
Original assignee: 램 리서치 코포레이션
Priority date: 1998-06-10
Filing date: 1999-06-10
Publication date: 2006-09-20
Also published as: EP1097253A1; JP2002517913A; DE69904826D1; EP1097253B1; US6013984A; JP4933692B2; ATE230810T1; KR20010052640A; WO1999064644A1; DE69904826T2

Abstract

플라즈마 공정장치에 있어서 오염층이 발생하는 위치를 조절할 수 있는 방법 및 장치가 공개된다. 제어는 릴리즈된 이온의 운동에너지가 거의 선택된 표면의 표면 포텐셜까지 감소함으로써 이루어지며, 원하는 위치 내에 이온이 결합되도록 한다.

Description

이온 에너지 감쇄{ION ENERGY ATTENUATION}

본 발명은 일반적으로 플리즈마 공정과 관련된다. 좀더 특별하게는, 오염과관련된 제어 과정에 의한 방법과 장치가 기술된다.

본 발명은 반도체 장치와 생산을 위한 장치와 관련된다. 좀더 특별하게는, 본 발명은 플라즈마 공정 챔버(chamber) 내에서 링의 초점을 맞추기 위해 양극 정전기 척(chuck) 위에 반도체 기판을 정렬하기 위한 개선된 장치 및 방법과 관련된다.

반도체 기반 생산품(집적 회로나 평판 디스플레이와 같은)의 생산에서 플라즈마의 사용은 잘 알려져 있다. 일반적으로 말하면, 플라즈마 공정은 플라즈마 공정 챔버 내에서 기판(즉, 유리판이나 반도체 웨이퍼)의 공정과 관련된다. 플라즈마 공정 챔버 내에서, 플라즈마는 기판의 표면 상에 물질층을 형성하거나 에칭하기 위하여 적적한 에쳔트(etchant)나 혹은 증착 물질로부터 발화한다.

도 1은 플라즈마 공정을 기판 상에서 수행하기 위한 적절한 플라즈마 공정 장치를 나타내는 단순화된 유도 결합된 플라즈마 공정장치를 나타낸다. 도시를 단순화 하기 위하여, 도 1 및 본 명세서의 도면들은 척도에 맞추어 도시되지 않았다. 그러나, 유도 결합된 플라즈마 공정장치가 본 발명에 있어서 자세히 기술되기는 하 였지만, 본 발명은 어떠한 알려진 증착, 세척 혹은 에칭을 포함하는 플라즈마 공정장치에 있어서도 적용될 수 있다는 것을 알아야 한다. 에칭 장치에 관하여는, 본 발명은 예를들어 유도 결합된 플라즈마 에칭, 건식 에칭, 반응성 이온 에칭(RIE), 자기력을 이용한 반응성 이온 에칭(MERIE), 전자 사이클로트론 공명(ECR) 에칭 혹은 이와 유사한 장치에 사용될 수 있다. 상기의 것들은 플라즈마 에너지가 용량적으로 결합된 평행 전극판에 의해 전달되든, 헬리콘(helicon) 이나 헬리콘 공명기 그리고 코일배열(평면이나 비평면)에 의한 유도 결합된 RF 소스에 의해 전달되는 것에 관계없이 적용된다. 여러 장치들 중에서 ECR과 유도 결합된 플라즈마 공정장치는 상업적으로 즉시 사용 가능하다. TCP 상표에 의한 것과 같은 유도 결합된 플라즈마 장치는 캘리포니아의 Lam Research Corporation of Fremont로부터 구입 가능하다.

도 1을 참조하면, 플라즈마 공정장치(100)는 플라즈마 공정 챔버(102)를 포함한다. 챔버(102) 위에 전극(104)이 놓여있으며, 도 1의 예에서 코일로 만들어진다. 전극(104)은 RF 발전기(106)에 의해 종래의 매칭(matching) 회로망(108)을 통하여 에너지가 공급된다. 도 1의 예에서, RF 발전기(106)는 다른 주파수들이 또한사용될 수 있겠지만, 13.56MHz 정도의 주파수를 갖는 에너지를 만들어낸다.

플라즈마 공정장치에서, 에쳔트 혹은 증착 소스 가스는 샤워 머리부(110)를 통하여 흐르며, RF 발전기(106)와 매칭 회로망(120)을 갖는 RF 발전기(118)에 의해 공급된 RF 에너지에 의해 점화된다. 플라즈마 공정 중에 만들어진 가스는 배출구(122)를 통하여 챔버(102)로부터 배출된다. 플라즈마 공정이 끝나면, 기판(114)은 플라즈마 공정 챔버(102)로부터 제거되며, 평면 디스플레이 장치나 집적회로와 같은 완제품을 만들기 위해 부가적인 공정을 겪게 된다.

도 1에서, 필러 링(filler ring)(125)에 의해 지지되고 정렬되는 초점 링(124)이 도시되어있다. 도 1의 예에서, 초점 링(124)의 일부분은 기판(114)의 아래에 놓이며, 기판 유지 척(116)의 일부와 겹치게된다. 플라즈마 공정 기술 당업자 사이에 잘 알려져 있듯이, 초점 링(124)은 공정 균일성을 높이기 위하여 기판(114)의 표면상에 RF에 의해 유도된 플라즈마 영역(112)으로부터 특히 기판(114)의 모서리부에서 초점이 맞추어지는 것을 돕는다. 이것은 RF 파워가 기판 유지 척(116)으로 공급될 때(RF 발전기(118)로부터), 등전위장 선이 기판(114) 위와 초점 링(124)에 만들어진다. 이러한 등전위선장의 선은 정적이지 않으며 RF 사이클동안 변화한다. 시간평균한 장(field)은 벌크 플라즈마를 양극으로 114와 116의 표면은 음극이 되도록한다. 기하학적 요소에 의해, 등전위선은 기판(114)의 모서리에서 균일하지 않다. 초점 링(124)은 기판(114)을 통하여 RF 커플링의 벌크가 직접 과도한 플라즈마로 플라즈마와 에너지 공급된 전극(즉, RF 공급된 척116)사이의 축전지로 작용함으로써 가도록 도와준다.

플라즈마 공정 중에, 양극이온은 등전위선(도1에서 130)을 가로질러 기판의 표면에 부딪히기 위하여 가속되며, 원하는 공정효과(증착이나 비등방에칭)를 얻는다. 이온 가속과 기판(114)에의 충돌은 일반적으로 적절히 제어되기를 원하지만, 초점 링(124) 상의 그러한 이온 가속이나 충돌은 초점 링(124)을 바람직하지 못하게 침식시킨다. 종래 기술에서는, 초점 링의 침식은 보통 피할 수 없는 것이었다. 예를들면, 종래기술의 장치 설계자는 초점 링(124)을 일반적으로 플라즈마 공정 챔버(102)나 혹은 기판(114)에 사용된 것과 유사한 재료를 사용하였으며, 따라서 다른 형태의 입자 오염은 챔버 안에서 나타나지 않았다. 초점 링(124)에 사용된 유명한 재료는 산화알루미늄(Al₂O₃)이었다.

이제 도 2를 참조하면, 도 1의 플라즈마 공정장치에 설치된 종래의 초점 링의 일부를 보다 자세히 도시하였다. 본 분야의 당업자에게 알려진 바와 같아. 산화알루미늄은 비교적 높은 유전률을 갖는 재료이다. 이 때문에, 비교적 높은 전위차가 초점 링(124)의 상부표면(134)과 플라즈마 외장(sheath)사이에 존재한다. 이러한 전위차는 초점 링(124)의 상부표면(134)을 따라서 여러개의 등전위선(130)의 존재에 의해 명백하다. 상부표면(134) 위의 여러개의 등전위선(130)의 존재는 RF에의해 유도된 플라즈마 영역(112)으로부터 이온이 비교적 높은 운동에너지를 가지고 초점 링(124)의 상부표면(134)에 부딪히게 하여주면, 이는 이온들은 장에 수직인 방향으로 등전위선을 가로질러 가속되는 성질이 있기 때문이다.

상부표면(134)에의 이온 충돌은, 상기 언급한 오염문제 뿐만 아니라, 다른 부작용을 가져온다. 예를들면, 만약 초첨 링(124)이 충분히 충돌 이온에 의해 침식되면, Al 이온의 형태로 부식된 초점 링 재료는 다양한 주위 표면으로 증착된다. 좀더 특정하게는, 충돌 플라즈마 이온(150)은 초점 링(124)의 표면에 충돌하고 보통 Al 원자 152로 표시된 Al원자의 오염물을 만들어낸다. 그리하여, Al 원자(152)는 기판(114)과 초점 링(124)과 충돌을 계속하며, 각 충돌할 때 마다 초기의 운동 에너지를 잃는다. 오염 이온이 표면 한계 에너지(surface threshold energy) 아래로 운동에너지가 감소할 정도로 충분히 충돌을 하면, 오염 이온은 오염층(156)을 형성하도록 표면에 잡히게 된다.

종래 기술에 있어서, 초점 링의 상부표면(134)으로부터 기판(114)의 하부 표면까지의 거리인 간극 "d"는 보통 0.006인치(6mils)보다 크며, 0.014인치(14mils)만큼이나 된다. 이 범위 내에서, 표면 전위보다 낮게 감소된 운동에너지를 갖는 오염 이온에 의한 "x" 방향으로의 거리 "L"은 척(116) 까지 만큼 될 수 있다. 이 경우에, 오염 층(156)은 기판(114) 상에 바람직하지 못하게 달라붙거나, 냉각 간격에 근접하여 초점 링(124)이나 척(116) 자체에 붙을 수 있다.

오염 층(156)이 냉각 간극에 근접하면, 냉각 간극은 실질적으로 더욱 커져 냉각 가스의 흐름을 증가시킨다. 이것은 척과 기판사이의 거리를 증가시키며 냉각 가스가 비효율적으로 되어 기판(114)이 과열되는 원인이 된다.

또한, 척(116) 상의 오염 물질의 축적은 초점 링(124)과 척(116)을 세척하는데에 필요한 유지 사이클의 횟수를 증가시킨다. 이는 플라즈마 반응기(100)의 능력을 감소시킨다.

후술하는 설명에서, 플라즈마 공정 챔버 내에서 생성된 기판 상의 오염의 감소시키는 개선된 기술이 설명된다.

본 발명의 장점은 도면을 참조하며 상세히 기술된 다음의 설명에 의해 명백해 질 것이다.

플라즈마 공정장치에 있어서, 미리 지정된 위치에 오염 층의 형성을 제어하기 위한 방법이 공개된다. 오염 층은 선택된 표면상에 플라즈마 이온의 작용에 의하여 연관된 표면 포텐셜을 갖는 선택된 표면으로부터 릴리즈된 이온으로 형성된다. 선택된 표면은 플라즈마 공정장치내에 포함된다. 본 발명은 다음 과정에 의해 실행된다. 첫째로, 플라즈마 이온의 평균 운동에너지가 결정된다. 다음에, 선택된 표면의 표면 포텐셜이 결정된다. 그 다음에, 릴리즈된 이온의 운동에너지가 선택된 표면의 표면 포텐셜에 거의 가까워지도록 에너지를 감소시키기 위해 선택된 표면과 릴리즈된 이온사이의 충돌의 대략적 횟수가 결정된다. 마지막으로, 지정된 위치 내에 선택된 표면에서 이온이 도망가지 못하도록하는 결정된 충돌횟수를 수행하기 위해 릴리즈된 이온을 배치한다.

본 발명의 다른 관점에서는, 지정된 거리 내에 표면의 표면 포텐셜 아래로 이온의 운동에너지를 감쇄시키는 방법이 기술된다. 이온은 플라즈마 공정장치 내에서 형성된 플라즈마와 표면 사이의 충돌에 의하여 표면으로부터 릴리즈된다. 표면 포텐셜은 릴리즈된 이온이 표면을 벗어나는 최소한의 운동에너지이다. 릴리즈된 이온의 운동에너지가 표면의 표면 포텐셜보다 작아지면, 릴리즈된 이온은 표면을 벗어날 수 없게되어 그곳에서 결합된다. 미리 지정된 거리는 오염을 피하기 위해 플라즈마 공정장치 내에 포함된 특정한 구조물로부터 충분히 떨어진 거리이다. 플라즈마 공정장치는 기판, 기판 유지 척, 초점 링, 그리고 초점 링의 적어도 일부분을 기계적으로 지지하도록 형상을 가지는 필러 링을 포함하는 플라즈마 공정 챔버를 갖는다. 초점 링은 플라즈마 공정 중에 전극으로 작용하는 RF에 의해 에너 지 공급되는 기판 유지 척의 적어도 일부분을 겹치도록 만들어진다. 기판은 기판 유지 척의 일부와 겹치는 초점 링의 일부분과 겹치도록 한다. 본 발명에 의한 방법은 다음 과정에 의해 이루어진다. 첫째로, 적어도 평균 운동에너지를 갖는 플라즈마 이온이 플라즈마 공정 챔버 내에 형성된다. 다음으로, 선택된 표면과 플라즈마 이온사이의 충돌 근접위치가 결정된다. 그 다음에, 기판의 하부 표면과 초점 링의 상부 사이의 간극이 형성된다. 이 간극은 릴리즈된 이온의 평균 운동에너지를 감소시키기 위하여 충분한 충돌을 수행하도록 충분한 거리를 띄우며, 이온은 미리 정해진 거리 이내에 선택된 표면의 표면 포텐셜까지 에너지가 감소된다.

본 발명에 따른 또 하나의 관점에 있어서, 플라즈마 공정 챔버 내에서 사용하기 위한 만들어진 필러 링(filler ring)이 공개된다. 플라즈마 챔버는 기판, 기판 유지 척, 그리고 초점 링을 갖는다. 필러 링은 또한 초점 링의 적어도 일부분을 기계적으로 지지하도록 만들어지며, 초점 링은 기판 유지 척의 적어도 일부분과 겹친다. 기판 유지 척은 전극으로서 작동하기 위한 플라즈마 운전 중에 RF 파워에 의해 에너지 공급이 이루어진다. 기판은 기판 유지 척의 일부분과 겹치는 초점 링이 일부분과 겹치도록 하며, 따라서 간극이 형성된다. 간극은 플라즈마 공정 중에 기판 아래쪽으로부터의 냉각 가스의 제거에 적어도 유용하다. 이러한 관점에서, 기판의 하부 표면은 간극의 상부를 형성하며, 초점 링의 상부 표면은 간극의 하부를 형성한다. 필러 링은 초점 링과 기계적으로 접촉하여 지지하는 상부 표면을 가지는 필러 링 몸체를 포함한다. 또한, 필러 링은 필러 링 몸체와 직접 접촉하는 간극 장치를 포함한다. 간극 장치는 기판의 하부 표면과 초점 링의 상부표면 사이에 일정 거리를 세팅하는 데에 사용된다. 세팅된 거리는 초점 링이 플라즈마 공정 중에 침식될 때에 간극 이내에 형성된 오염 층의 형성위치를 결정하는 능력을 제공한다.

본 발명은 실시예를 통하여 설명되었으며, 도면에 나타난 형상은 제한적인 것은 아니다. 다음의 도면에서, 도면부호는 이해를 돕기 위하여 동일하거나 유사한 요소들을 가리킨다.

도 1 은 통상의 플라즈마 공정 장치이다.

도 2 는 도 1에 따른 플라즈마 공정 장치 내에 설치된 종래 기술에 의한 초점 링의 부분 상세도이다.

도 3 은 본 발명에 따른 실시예로서, 필러 링의 일부분과, 초점 링과 기판의 표면 사이의 특정 간극을 유지할 수 있는 관련된 초점 링을 도시한다.

도 4 는 본 발명에 따른 실시예로서, 기판, 초점 링 그리고 관련 필러 링의 평면도이다.

도 4A 는 본 발명에 따른 실시예로서, 특정 간극 거리를 유지하기 위한 필러 링의 작동 중에 사용되는 지지대를 도시한다.

도 5 는 본 발명에 따른 실시예로서, 도 4에서 측면 "A"를 따라 도시한 구조물의 측면도이다.

도 6 은 본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, 필러 링과, 초점링과 기판 사이의 특정 간극을 유지할 수 있는 관련 초점 링을 도시한다.

* 도면 부호 설명

114...기판 116...척

130...등전위선 124,302...초점 링

304,306...표면 308...간극

310...필러 링 312,314...이온

316...오염 층 402,502...지지대

604,606...링 608...간극 장치

610...간극

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 몇 개의 선호되는 실시예를 통하여 상세히 설명될 것이다. 후술하는 설명에서, 수 많은 특정 상세 설명은 본 발명의 이해를 위하여 제공되지만, 본 분야의 당업자들은 본 발명이 이러한 특정 상세 설명들의 일부나 혹은 전부 없이도 실행될 수 있다는 것을 알 수 있다. 잘 알려진 기술 단계는 본 발명의 불필요한 혼돈을 없애기 위하여 상세히 기술되지 않았다.

본 발명에 의하면, 플라즈마 공정장치 내에서 미리 정해진 위치 이내에 오염 층의 형성을 제어하는 방법이 기술된다. 오염 층은 플라즈마 이온의 선택된 표면에의 작용에 의하여 관련 표면 포텐셜을 가지는 선택된 표면으로부터 릴리즈된 이온으로 형성된다. 선택된 표면은 플라즈마 공정장치 내에 포함된다. 본 발명에 의한 방법은 다음과 같이 실행된다. 첫째로, 플라즈마 이온의 평균에너지가 결정된다. 다음에, 선택된 표면의 표면 포텐셜이 결정된다. 그 다음으로, 선택된 표 면과 릴리즈된 이온간의 적절한 충돌 횟수가, 선택된 표면의 표면 포텐셜에 거의 근접하도록 감소시키기 위하여, 결정된다. 마지막으로, 릴리즈된 이온이 미리 정해진 위치 이내에 선택된 표면으로부터 벗어날 수 없도록 하는 그러한 충돌횟수만큼 수행하기 위해 조정된다.

본 발명의 다른 관점에서는, 미리 정해진 거리 이내에 표면의 표면 포텐셜 아래로 이온의 운동에너지를 감쇠시키는 방법이 기술된다. 이온은 플라즈마 공정장치에서 발생한 플라즈마 이온과 표면사이의 충돌에 의해 표면으로부터 릴리즈 된다. 표면 포텐셜은 적어도 표면을 벗어나기 위해 릴리즈된 이온에게 필요한 에너지이다. 릴리즈된 이온의 운동에너지가 표면의 표면 포텐셜보다 작을 경우에, 릴리즈된 이온은 표면을 벗어날 수 없으며, 그 곳에서 결합하게된다. 미리 정해진 거리는 오염을 피하기 위해 플라즈마 공정장치 내에 포함된 특정 구조물로부터 충분히 떨어지도록 한다.

본 발명의 다른 관점에 의하면, 필러 링은 기판과 관련 초점 링의 하부 표면 사이에 간극을 형성하기 위한 거리를 조절할 수 있도록 만들어진다. 간극은 냉각 가스가 효과적으로 배출되고 플라즈마 이온에 의한 초점 링의 충격이 실질적으로 감소되도록 해주는 메카니즘을 제공한다. 기판과 초점 링의 관련 하부 표면 사이의 간극을 특정 범위 내에 오도록 제어함으로써, 본 발명에 의한 필러 링은 기판을 지지하는 척 일부분에 근접한 오염 층의 형성을 실질적으로 감소시킬 수 있으며, 보수 시간이 단축되고, 플라즈마 공정장치의 생산량이 증가하게 된다. 또한, 기판 자체에 생성된 오염 층은 실질적으로 감소한다.

도 3을 참조하면, 기판(114)과 척(116)이 도시되어있다. 냉각 가스의 흐름이 있는 냉각 간극은 기판(114)에 척(116)의 위치가 근접하게 놓임으로써 형성된다는 데에 주목해야 한다. 초점 링(302)은 모양이 도1 및 2의 초점 링(124)의 모양과 실질적으로 유사한 것을 보여준다. 특정 장치에서, 초점 링(302)의 특정한 모양은 척(116)과 기판(114) 그리고 다른 것들의 배치에 따라 변할 수 있다. 따라서, 도 3의 초점 링(302)의 특정 모양은 본 발명의 설명을 위한 것으로 결코 제한적이지 않다.

초점 링(302)은 플라즈마 공정 중에 직접 플라즈마 분위기에 노출되어있는 첫 번째 표면(304)을 갖는 것이 좋다. 초점 링(302)은 또한 기판(114) 하부에 놓여있고 척(116)의 일부 위에 놓여있는 두 번째 표면(306)을 갖는다. 도시된 실시예에서, 기판(114)과 두 번째 표면(306) 사이에 형성된 간극(308)은 필러 링(310)에 의해 조절된 수직 거리 "d"를 갖는다. 필러 링(310)은 여러 방법으로 간극(308)의 수직 거리 "d"의 조절이 가능하며, 그들 중의 하나는 초점 링(302)을 수직방향으로 적절히 움직임으로써 이루어진다. 수직방향은 도 3에 보여진 바와 같이 "y" 축에 거의 평행한 어떠한 방향도 된다. 이와 유사하게, 도 3에 도시된 "x"축에 거의 평행한 방향이 수평방향의 기준이 된다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 필러 링(310)은 기판(114)이 위에서 내려보았을 때 링과 같은 모양으로 초점 링(302)의 하부에 놓여있다. 또한, 초점 링(302)의 두 번째 표면(306)은 척(116)과 겹친다. 이러한 척의 겹침 부분(즉, 두 번째 표면 306)은 기판(114)의 상부에서 보았을 때, 링과 같은 모양으로 실질적으 로 기판(114)을 둘러싸는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 따른 일 실시예에 있어서, 필러 링(310)은 초점 링(302)을 움직일 수 있게 지지한다. 따라서, 필러 링(310)은 초점 링(302)을 기계적으로 지지할 뿐만 아니라 특정 범위 내에 간극 거리 "d"를 조절할 수 있는 능력은 가진다. 본 발명에 의하면, 필러 링(310)은 0.5에서 6 mils 사이에 이르는 관련 간극 거리 "d"를 갖는 간극(308)을 형성할 수 있다.

초점 링(302)으로, 등전위선(130)은 초점 링 재료, 보통 산화 알루미늄의 비교적 높은 유전률 때문에 척(116)과 겹치는 초점 링(302)의 부분에 실질적으로 평행하게 된다. 이에 따라, 플라즈마 외장(sheath)으로부터의 이온(312)들은 초점 링(302)의 상부 쪽으로 충돌하기 위해 등전위선을 가로질러 가속된다. 플라즈마 이온(312)의 충돌은 보통 초점 링(302)의 표면(304)으로부터 이온(314)들이 릴리즈되도록 한다. 초점 림(302)이 산화 알루미늄으로 만들어지는 경우에, 초점 링(302)으로부터 릴리즈된 이온(314)들은 보통 Al 중의 하나이다. 표면(304)으로부터 벗어나기 위하여, 이온(314)은 표면(304)의 표면 포텐셜(μ)로 일컬어지는 양을 극복할 수 있는 충분한 운동에너지를 가져야만 한다. 표면(304)을 벗어남에 따라, 이온(314)의 운동에너지는 표면 포텐셜 μ만큼 감소하며, 충돌하는 플라즈마 이온(312)에 의해 에너지는 나누어진다. 초점 링의 상부 표면(304)의 지속적인 충격은 침식을 가져오며, 이온들이 직접 척(116)에 충돌함으로써 척 손상을 가져오게 된다.

일단 초점 링(302)의 표면으로부터 릴리즈되면, 이온(314)은 어떤 표면과도 좀더 충돌을 일으키게 된다. 그러한, 충돌표면은 초점 링(302) 뿐만 아니라 표면(306)위에 있는 기판(114)의 일부도 포함된다. 각 충돌에서, 이온(314)은 충돌 표면에게 운동에너지의 일부를 잃게된다. 이러한 운동에너지의 손실은 적어도 충돌하는 표면의 표면 포텐셜 μ에 해당하는 만큼의 운동에너지가 손실된다는 사실 때문이다. 이것은 어떤 물체가 지구를 벗어나기 위해서는 지구 표면에서 탈출속도만큼의 속도를 가져야만 하는 것과 유사한 상황이다.

따라서, 이온(314)의 충돌은 적어도 충돌 표면의 표면 포텐셜만큼 운동에너지를 감소시킨다. 이러한 충돌이 충분히 발생하면 이온(314)의 운동에너지는 충돌 표면의 표면 포텐셜보다 낮은 에너지를 가지게 되고, 이온(314)은 그 표면으로부터 벗어날 수 없게된다. 이러한 경우에, 가두어진 이온은 표면상에 "농축"되며, 혹은 표면상의 플라즈마 잔여물과 결합할 것이다. 어떠한 경우든, 오염 층(316)은 이온(314)이 벗어날 수 없는 표면상에서 형성된다.

상술한 바와 같이, 오염 층(316)은 여러 문제의 원인이 되며, 따라서 오염 층(316)이 생성되는 위치를 조절하는 것이 바람직하다. 본 발명은 이온(314)이 충돌함으로써 운동에너지가 감소하는 사실을 이용한다. 이온(314)의 형성점 m₁으로부터 농축점 m₂에 이르는 수평거리 M을 조절함으로써, 오염 층(316)은 중요한 구조물로부터 떨어진 중요하지 않은 위치에 형성될 수 있다. 그러한 중요한 구조물은 예를들면, 냉각 간극, 척(116) 혹은 기판(114) 등이 될 수 있다.

오염 층(316)의 원하는 위치로 조절하는 수평거리 M의 제어의 한 방법은 이 온(314)의 운동에너지를 표면(306)의 표면 포텐셜 μ아래로 감소시키도록 하는 것이다. 이렇게 하여, 이온(314)은 쌓일 것이며, 혹은 그렇지 않으면 거리 M에 의해 정의되는 원하는 위치 내에 오염 층(316)을 형성할 것이다. 본 발명에 의하면, 간극 거리 "d"는 필러 링(310)에 의하여 대략 6mils(즉,0.006 인치) 이하의 범위로 조절된다. 이렇게 하여, 이온(314)은 두 번째 표면(306)을 벗어날 수 없도록 두 번째 표면(306)의 표면 포텐셜보다 낮은 운동에너지로 충분히 감소시키는 충돌을 수행하여 거리 M 이내에 오게된다.

도 4는 기판(114), 초점 링(302) 그리고 필러 링(310)을 본 발명의 실시예에 따라 상부에서 바라본 평면도이다. 기판(114), 초점 링(302), 그리고 필러 링(310)은 도 3에 설명될 것이며 거기에 모든 참조가 되어있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 필러 링(310)은 초점 링(302) 둘레로 지지한다. 기판(114)은 척(116,도시안됨)에 의하여 지지된다. 지지대(402)의 그룹은 특정 위치에서 필러 링(310)을 기계적으로 지지한다. 본 발명에 의하며, 지지대(402)는 대략 120도 만큼 떨어져 원주둘레로 위치하며, 세트 스크류(set screw)의 형태를 한다. 그러한 세트 스크류는 간극 거리 "d"를 6mis 이하의 원하는 영역 내에 유지 하는 데에 적당한 길이와 종횡비를 갖는다. 일례료, 세트 스크류는 길이 125mis(즉, 0.125인치)로 도 4A에 보인바와 같이 23.5도 경사진 축을 갖도록 할 수 있다.

도 5는 도 4에 도시된 초점 링/필러 링 조립체의 단면 "A"를 설명해 준다. 단면 "A"는 필러 링(310)에 결합된 지지대(502)를 포함한다. 지지대(402)는 필러 링(310)이 특정 범위 내에 간극 거리 "d"를 우지하도록 하여준다. 상술한 바와 같 이, 지지대(402)는 필러 링(310)이 대략 6mis 이하로 간극 거리 "d"가 유지되도록 하게 한다. 이렇게 하여, 플라즈마에 의해 초점 링 재료의 분출로 형성된 오염 층의 형성은 위치조절이 가능하게 된다.

도 6에 의하면, 기판(114)과 척(116)이 다시 도시된다. 냉각 가스가 흐르는 냉각 간극은 척(116)이 기판(114)에 근접하게 위치함으로써 형성된다는 데에 주목해야한다. 세라믹 초점 링(602)은 도 1 및 도2의 초점 링(124)과 실질적으로 유사한 초점 링을 나타낸다. 특정 장치에서, 세라믹 초점 링(602)의 특정 모양은 척(116), 기판(114) 혹은 다른 것들의 배치에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 도 6의 세라믹 초점 링(602)의 정확한 형태는 단지 설명을 위하여 도시되었으며, 제한적인 것은 결코 아니다.

실리콘 고온 모서리 링(604)은 조절 가능한 RF 결합 링(606)과 겹쳐놓는다. 기술된 실시예에서, 조절 가능한 RF 결합 링(606)은 간극 장치(608)을 가지는 알루미늄으로 형성된다. 간극 장치(608)는 도 4A에 도시된 것과 같은 많은 세트 스크류를 포함할 수 있으며, 어떠한 다른 적당히 배열된 장치도 될 수 있다. 기술된 실시예에서, 기판과 실리콘 고온 모서리 링(604) 사이에 형성된 간극(610)은 조절 가능한 RF 결합 링(606)에 의해 제어되는 수직 거리 "d"를 갖는다. 조절 가능한 RF 결합 링(606)은 여러 방법으로 간극(610)의 수직 거리 "d"를 조절할 수 있으며, 그들 중의 하나는 조절 가능한 RF 결합 링(606)을 적절히 수직 방향으로 움직여 이룰 수 있다. 수직 방향은 도 6에 도시된 "y"축에 실질적으로 평행한 어떠한 방향도 될 수 있다. 마찬가지고, 수평 방향은 도 6에 도시된 "x"축에 실질적으로 평행 한 어떠한 방향도 될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 조절 가능한 RF 결합 링(606)은 실리콘 고온 모서리 링(604)을 운동 가능하게 지지한다. 조절 가능한 RF 결합 링(606)은 따라서, 실리콘 고온 모서리 링(604)을 기계적으로 지지할 뿐만 아니라 특정 범위 내로 간극 거리 "d"를 조절할 수 있게 한다. 본 발명에 따르면, 조절 가능한 RF 결합 링(606)은 대략 0.5에서 6 mils 사이에 이르는 관련 간극 거리 "d"를 가지는 간극(610)을 형성할 수 있다.

본 발명은 몇 개의 선호되는 실시예를 통하여 설명되었지만, 수정, 치환, 그리고 본 발명의 범위 내에 들어오는 동일 구성이 가능하다. 예를 들면, 여기서는 플라즈마 식각 반응기를 고려하였지만, 본 발명에 의한 필러 링은 증착과 같은 다른 플라즈마 반응기에도 사용될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 실시할 수 있는 다른 많은 방법들이 있다는 것에 주목해야 한다. 따라서, 다음의 청구항은 그러한 본 발명의 범위 내에 포함되는 변경과 치환들을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명의 실시에 의하여, 플라즈마 공정장치에 있어서 미리 지정된 위치에 오염 층의 형성을 제어할 수 있다.

Claims

플라즈마 공정장치내에서 오염층을 미리 지정된 위치내에 형성하고 상기 오염층이 선택된 표면으로부터 방출된 한 개이상의 이온에 의해 형성되고, 선택된 표면위에 플라즈마 이온을 작용시켜 관련 표면의 포텐셜이 선택된 표면에 형성되며, 상기 선택된 표면은 상기 플라즈마 공정장치내에 포함되며, 플라즈마 공정장치내에서 오염층을 미리 지정된 위치내에 형성하기 위한 제어방법에 있어서,

상기 선택된 표면과 방출된 이온 사이의, 선택된 표면의 표면 포텐셜보다 작은 이온의 운동에너지로 감소시키기 위하여 필요한 충돌횟수를 결정하는 단계와; 그리고

상기 방출된 이온을 상기 미리 정해진 위치 내에 상기 선택된 표면으로부터 벗어날 수 없게 만드는 상기 결정된 충돌 횟수만큼 수행하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정장치내에서 오염층을 미리 지정된 위치내에 형성하기 위한 제어방법.
제 1 항에 있어서, 방출된 이온은 상기 플라즈마 이온의 평균 운동에너지 이상의 초기 운동에너지를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정장치내에서 오염층을 미리 지정된 위치내에 형성하기 위한 제어방법.
제 2 항에 있어서, 상기 선택된 표면과의 상기 충돌과 관련된 상기 방출된 이온의 경로를 결정하는 단계와;

상기 경로와 관련된 운동의 수평 거리를 결정하는 단계; 그리고

상기 방출된 이온 운동의 수직운동을, 상기 충돌횟수에 의한 상기 수평 운동은 상기 미리 정해진 거리보다 작아지도록 하는 상기 경로에 기초하여 결정하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정장치내에서 오염층을 미리 지정된 위치내에 형성하기 위한 제어방법.
제 3 항에 있어서, 상기 선택된 표면에 근접한 위치에 두 번째 표면을 제공하며, 상기 두 번째 표면은 상기 선택된 표면으로부터의 상기 수직 운동거리보다 작은 위치에 배열하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정장치내에서 오염층을 미리 지정된 위치내에 형성하기 위한 제어방법.
미리 정해진 거리 내에서 표면의 표면 포텐셜이하로 이온의 운동에너지를 감쇄시키기 위해, 상기 이온은 플라즈마 공정장치에서 발생한 플라즈마 이온과 표면 사이의 충돌로 인해 방출 되며, 상기 표면 포텐셜은 상기 방출된 이온이 표면을 벗어나기 위한 최소한의 운동에너지로서 방출된 상기 이온의 운동에너지가 상기 표면의 상기 표면 포텐셜보다 작을 경우에는 상기 표면으로부터 벗어날 수 없어 그 곳에서 결합하며, 상기 미리 정해진 거리는 플라즈마 공정장치 내에 포함된 특정한 구조물의 오염을 방지하기 위하여 상기 구조물로부터 충분히 떨어져 있고, 상기 플라즈마 공정장치는 기판, 기판 유지 척, 초점 링, 그리고 상기 초점 링의 적어도 일부분을 기계적으로 지지하기 위한 모양의 필러 링을 가지는 플라즈마 공정 챔버를 포함하며, 상기 초점 링은 플라즈마 공정 중에 전극으로서 작용하기 위하여 RF 출력에 의해 에너지가 공급되는 상기 기판 유지 척의 적어도 일부분과 겹치는 형상을 하며, 상기 기판은 상기 기판 유지 척의 일부분과 겹치는 상기 초점 링의 일부분과 겹치도록 하는 형상을 가지며, 미리 정해진 거리 내에서 표면의 표면 포텐셜이하로 이온의 운동에너지를 감쇄시키기 위한 방법에 있어서,

상기 플라즈마 공정 챔버 내에 적어도 하나의 플라즈마 이온을 가지는 플라즈마를 형성하는 단계와;

상기 플라즈마 이온의 평균 운동에너지를 결정하는 단계와;

상기 선택된 표면과 상기 플라즈마 이온 사이의 충돌 근접위치를 결정하는 단계와; 그리고

상기 기판의 하부표면과 상기 초점 링의 상부 사이에 간극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 간극은 상기 방출된 이온이 상기 미리 정해진 거리 내에서 상기 선택된 표면의 상기 표면 포텐셜보다 작은 상기 평균 운동에너지를 갖도록 충분한 충돌을 수행하도록 하는 간극 거리를 갖는 것을 특징으로 하고 미리 정해진 거리 내에서 표면의 표면 포텐셜이하로 이온의 운동에너지를 감쇄시키기 위한 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 필러 링을 사용하여 상기 초점 링의 상부를 상기 기판의 하부표면으로 움직이는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미리 정해진 거리 내에서 표면의 표면 포텐셜이하로 이온의 운동에너지를 감쇄시키기 위한 방법.
기판, 기판 유지 척 그리고 초점 링을 갖는 플라즈마 공정 챔버 내에 사용되는 필러 링이 구성되고, 상기 필러링은 상기 초점 링의 최소한 일부분을 기계적으로 지지하는 형상을 가지며, 상기 초점 링은 플라즈마 공정 중에 전극으로서 작용하기 위하여 RF 파워로 에너지 공급되는 기판 유지 척의 적어도 일부분과 겹치는 형상을 가지며, 상기 기판은 상기 기판 유지 척과 겹치는 상기 초점 링의 일부분과 겹쳐져 간극을 형성하며, 상기 간극은 플라즈마 공정 중에 기판 아래로 냉각 가스를 제거하는 데에 유용하고, 상기 기판의 하부 표면은 상기 간극의 상부를 형성하고 상기 초점 링의 상부 표면은 상기 간극의 하부를 형성하는 필러 링에 있어서,

상기 필러 링은, 필러 링 몸체를 포함하고, 상기 필러 링 몸체는 상기 초점 링과 기계적지지 접촉을 이루는 상부 표면을 가지고;

상기 필러 링 몸체와 직접 접촉하는 간극 장치를 포함하며, 상기 간극 장치는 상기 기판의 상기 하부 표면과 상기 초점 링의 상기 상부 표면 사이의 거리를 세팅하는 데에 사용되고, 상기 세팅된 거리는 상기 초점 링이 상기 플라즈마 공정 중에 침식될 때에 상기 간극 내에 형성된 오염 층의 형성 위치를 결정하는 능력을 제공하는 것을 특징으로 하는 필러 링.
제 7 항에 있어서, 상기 세팅된 거리는 6mils보다 적은 것을 특징으로 하는 필러 링.
제 7 항에 있어서, 상기 간극 장치는 복수개의 세트 스크류임을 특징으로 하는 필러 링.
제 9 항에 있어서, 상기 세트 스크류들이 상기 필러 링의 하부에 근접하여 위치하는 것을 특징으로 하는 필러 링.
제 10 항에 있어서, 상기 간극 장치는 세 개이상의 세트 스크류들이며, 상기 각각의 세트 스크류는 서로에 대하여 상기 필러 링 몸체의 상기 하부 근접부 주위의 원주둘레에 대체로 120도로 위치하는 것을 특징으로 하는 필러 링.