KR100875796B1

KR100875796B1 - 플라즈마 구속 장치

Info

Publication number: KR100875796B1
Application number: KR1020060099701A
Authority: KR
Inventors: 톰 니; 진유안 첸; 자오양 슈; 큉 퀴안; 유에홍 퓨; 슈셍 죠우; 예 왕
Original assignee: 어드밴스드 마이크로 패브리케이션 이큅먼트 인코퍼레이티드 아시아
Priority date: 2005-10-14
Filing date: 2006-10-13
Publication date: 2008-12-24
Also published as: US20140103805A1; JP4901412B2; US8608851B2; KR20070041379A; US10187965B2; US20070085483A1; JP2007110135A

Abstract

본 발명은 플라즈마 구속 장치 및 플라즈마 구속 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 형태에서 있어서, 어느 하나가 다른 것에 대하여 소정 간격 이격된 관계로 위치되고, 플라즈마 처리 장치의 처리 영역을 둘러싸도록 된 복수의 절연 부재들을 구비하고, 복수의 통로들이 각각의 절연 부재들 사이에서 정의되고, 적어도 하나의 전기 전도성 및 접지 부재는 처리 영역을 위한 전기장 차폐를 형성한다.

Description

플라즈마 구속 장치{Plasma confinement apparatus}

본 발명의 바람직한 실시예들은 아래의 첨부되는 도면들을 참조하여 상세히 설명된다.

도 1은 본 발명의 플라즈마 구속 장치의 제1 실시예를 간략하게 도시한 수직 횡단면도.

도 2는 본 발명의 플라즈마 구속 장치의 제2 실시예를 간략하게 도시한 수직 횡단면도.

도 3은 도 1의 3-3선을 따라 취한 수직 횡단면도.

도 4는 본 발명의 플라즈마 구속 장치의 제3 실시예를 간략하게 도시한 수직 횡단면도.

도 5는 도 4의 5-5선을 따라 취한 수직 횡단면도.

도 6은 본 발명의 플라즈마 구속 장치의 제4 실시예를 간략하게 도시한 수직 횡단면도.

도 7은 도 6의 7-7선을 따라 취한 수직 횡단면도.

도 8은 본 발명의 플라즈마 구속 장치의 다른 형태를 간략하게 도시한 수직 횡단면도.

도 9는 본 발명의 플라즈마 구속 장치의 다른 실시예의 수직 횡단면도.

도 10은 도 9에 도시된 플라즈마 구속 장치의 실시예의 부분 확대도.

도 11은 본 발명의 플라즈마 구속 장치의 다른 실시예의 분해 사시도.

도 12는 도 11에 도시된 플라즈마 구속 장치로서, 플라즈마 처리 장치에 장착된 상태를 도시한 부분 수직 횡단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10...플라즈마 구속 장치 11...플라즈마 처리 장치

12...처리 챔버 13...측벽

20...상부 영역 22...바닥 영역

30...내부 공간 31...제1 전극(상부 전극)

32...제2 전극(하부 전극) 34...배기 통로

40...복수의 전기 절연 부재들 41...메인 바디

50...좁은 통로 60...전기 전도성 접지 부재

<기술분야>

본 발명은 반도체 공정에 이용되는 플라즈마 구속 장치 및 이에 관련된 플라즈마 구속 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마 처리 장치 내부에 처리(processing) 영역을 위한 전기장 차폐를 제공하는 장치에 관한 것이다.

<배경기술>

반도체 회로기판 또는 다양한 형태의 평판 디스플레이들의 제작과 관련된 플라즈마 처리 장치 및 유사 장치들의 작동은 잘 알려져 있다. 이와 관련하여, 그러한 장치들은 그들 사이의 반응 공간을 정의하기 위하여 실질적으로 평행한 관계로 위치된 한 쌍의 본질적으로 평면인 전극들을 가진 챔버 하우징을 구비한다. 제1 전극에는 처리되어 질 반도체 웨이퍼가 위치된다. 그러한 처리를 진행시키기 위해서는, 적절한 가스 매질이 챔버 속으로 유입된 후, 한 쌍의 전극들을 가로질러 하나 또는 그 이상의 적당한 고주파 전압이 인가되어 그 전극들 사이에서 플라즈마를 형성하는 해리를 일으킨다. 이러한 플라즈마는 적합한 방법으로 반도체 웨이퍼를 에칭하거나 그렇지 않으면 적절하게 처리한다.

물론, 그러한 챔버들은 반도체 웨이퍼에 미리 증착된 재료를 에칭하는데 이용될 수도 있고, 아니면 동일한 반도체 웨이퍼 위에 재료를 증착하는데 채용될 수도 있다. 이러한 종래의 장치, 보다 구체적으로는 용량성 플라즈마 반응기들에 있어서, 고주파 전력은 전극 중의 하나 또는 모두에 공급될 수도 있고, 그 어떤 용량성 해리도 이러한 평행 전극들 사이에서 발생된다. 효율성 및 균일성 관점에서, 생성되는 플라즈마를 두 개의 전극들 사이의 상호작용 공간에 본질적으로 구속하는 것이 중요하다는 것이 알려져 있다. 그러나, 어떤 플라즈마는 전체 처리 챔버 내부의 틈새로 침투하거나 이동할 수도 있는 것으로 이해된다. 만약, 이러한 상황이 발생되면, 이러한 처리 영역과 떨어진 영역들에서 부식 또는 증착이 발생되어 결과적으로 반응기 내에서의 입자 오염을 야기함으로써 동일한 반응기로부터 제조될 수 있는 제품의 성능 또는 수율을 저하시키게 된다. 또한, 이러한 증착과 부식은 반응기 또는 그 부품들의 수명을 단축시킬 수도 있다. 전술한 내용 이외에, 만약 플라즈마가 처리 영역 내에 구속되지 않으면, 플라즈마에 의해 생성되는 대전 입자들은 반응 챔버의 비보호 영역과 충돌함으로써 부가적 불순물, 미립자, 및 오염의 생성을 유발시키고, 처리되어질 반도체 기판의 표면에서 오염을 유발시킬 수도 있다.

플라즈마 구속과 관련된 어려움들을 해결하기 위한 종래 장치들 및 방법론은 많이 존재한다. 예를 들어, 인용에 의해 본 명세서에 일체화되는 미국 특허 제6,562,189호는, 플라즈마의 확산을 방지하는 플라즈마-구속 자석 장치를 채택한 플라즈마 챔버를 개시한다. 그러나, 이 장치는 어느 정도 성공적으로 작동되었지만, 그 주요한 단점은 자석의 자기장이 너무 강하면, 처리되어질 반도체 기판 위에 위치하는 전기적으로 민감한 부품들을 손상시킬 가능성이 있다는 것이다. 분명하게, 그러한 장치에 채택되는 자석이 너무 약하면, 플라즈마 확산은 효과적으로 구속될 수 없으며, 결과적으로 전술한 오염이 발생된다. 전술한 내용 이외에, 미국 특허 제5,534,751호는, 장치의 두 전극 사이의 상호작용 또는 반응 공간을 둘러싸기 위해 위치될 때, 그들 사이에 슬롯을 형성하도록 이격되어 위치되는 석영 링(quartz ring) 적층체를 구비하는 플라즈마 에칭 장치를 개시한다. 개시된 바와 같은 장치에 있어서, 이온 또는 전자와 같은 대전 입자들이 석영 링에 의해 정의되는 좁은 틈을 통과할 때, 많은 대전 입자들은 석영 링의 표면과 충돌하여 실질적으로 플라즈마 확산을 구속한다. 그러나, 이 장치에 있어서 주요한 단점은 이 장치가 처리 영역 밖으로 대전 입자가 누출되는 것을 완전하게 방지하지 못하며, 전자기파의 누 출을 완전히 방지할 수 없어 처리 영역 외부로 누출된 대전 입자의 고주파 전자기파에 의한 2차 해리를 방지할 수 없다는 것이다. 결과적으로, 오염이 여전히 생성될 수 있다.

전술한 것 이외에, 미국 특허 제5,998,932호는 플라즈마 처리 챔버에서 구속되지 않은 플라즈마를 실질적으로 제거하기 위한 것으로서, 처리 영역 외부의 등전위선(eqipotential line)의 밀도를 실질적으로 감소시키기 위하여 접지된 전도성 확장부재(grounded conducting extension)를 사용하는 포커스 링의 구성에 관한 것이다. 원칙적으로, 이 장치는 원하지 않는 플라즈마의 생성을 방지하기 위하여 누출된 대전 입자가 처리 영역 외부의 반응 챔버의 벽에 충돌하는 것을 감소시키도록 되어 있다. 이러한 원하지 않는 플라즈마는 처리 영역 외부의 전기장에 의해 유발된다. 그러나, 실제로는 이러한 방법은 처리 영역 외부에서의 전기장의 형성을 완전히 방지할 수 없다는 사실을 보여주었다.

나아가, 미국 특허 제6,178,919호에는 천공(perforated) 플라즈마 구속 링과 플라즈마 반응기가 개시되어 있으며, 처리 영역으로부터 반응 가스가 빠져나가는 것을 허용하는 개구들 또는 구멍들을 포함하는 전도성 물질로 만들어지는 씰(seal) 링을 구비한다. 이러한 전도성 씰 링은 접지되어 있으며, 배기되는 반응 가스로부터 전자들을 흡수하기 때문에 해리 상태를 중성화함으로써, 플라즈마에서의 전자들의 수를 감소시키고 나아가 처리 영역 내에서 이온의 밀도를 증가시킨다. 이 장치는 어느 정도 성공적으로 동작하지만, 플라즈마 이온들이 전도성 씰 링의 표면에 충돌하게 되면, 챔버 내부를 오염시키거나 다른 전자 해리를 야기시킬 수도 있는 것을 주목해야 한다.

전술한 바와 같은 종래 기술의 상세한 검토로부터, 산업 현장에서는 원칙적으로 두 가지의 현존하는 방법들이 플라즈마를 구속하는데 이용되는 것을 볼 수 있을 것이다. 제1 방법은 플라즈마 배기 가스를 물리적으로 차단하는 절연 씰 링을 이용하여 플라즈마를 구속하는 것이다. 또한, 제2 방법은 종국적으로 전기장을 조정함에 의해 플라즈마를 구속하는 것이다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 종래의 장치 및 실제 현장에 존재하는 단점들을 극복하는 플라즈마 구속 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일측면은, 피처리물에 대하여 플라즈마 처리가 이루어지는 처리 영역과, 상기 처리 영역에서 나오는 부산물 가스를 배기하는 배기 영역을 포함하는 플라즈마 처리 장치에 이용되며, 상기 처리 영역과 배기 영역 사이에 위치되는 플라즈마 구속 장치에 있어서: 상기 처리 영역과 배기 영역을 유체 유동 관계로 연통시키는 복수의 통로들을 가지는 적어도 하나의 전기 절연 부재, 및 전기적으로 결합되고 접지되어 상기 처리 영역을 위한 전기장 차폐를 형성하는 적어도 하나의 전기 전도성 접지 부재를 구비하고, 상기 적어도 하나의 전기 전도성 접지 부재는 상기 적어도 하나의 전기 절연 부재에 의해 적어도 부분적으로 덮여지며, 상기 전기 절연 부재의 적어도 일 부분은 상기 전기 전도성 접지 부재와 적어도 부분적으로 일체로 제작된다.

또한, 상기 플라즈마 처리 장치는 배기 통로 및 상기 배기 통로에 대하여 유체가 유동되는 관계로 연결되고, 상기 처리 영역으로부터 나오는 부산물 가스를 회수하도록 작동되는 배기 장치를 더 구비하고 상기 통로들 각각은 상기 처리 영역에 대하여 유체 유동 관계로 위치된 제1 끝단과, 상기 배기 통로에 대하여 유체 유동 관계로 배치된 제2 끝단을 가지며 상기 배기 장치는 상기 처리 영역으로부터 나오는 부산물 가스를 상기 통로들 및 배기 통로를 통해 회수하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면은, 플라즈마 처리 장치에 이용되며, 플라즈마 처리 장치의 처리 영역과 배기 영역 사이에 위치된 플라즈마 구속 장치에 관한 것으로서, 상부 표면을 가진 전기 접지 플레이트 상기 전기 접지 플레이트의 상부 표면에 대하여 적어도 부분적으로 덮는 관계로 존재하는 전기 절연층 및 서로 전기적으로 결합되고, 상기 처리 영역과 상기 배기 영역 사이에 위치된 복수의 이격된 전기 전도성 부재들을 구비하며, 상기 전기 전도성 부재들중 적어도 하나는 상기 전기 절연층에 적어도 부분적으로 접촉된다.

본 발명의 또 다른 측면은, 플라즈마 구속 장치에 관한 것으로서, 적어도 하나의 통로를 정의하는 전기 접지 부재 상기 전기 접지 부재에 대하여 적어도 부분적으로 덮는 관계로 위치된 전기 절연층 상기 전기 절연층에 놓여지고, 상기 전기 접지 부재에 대하여 이격된 관계로 위치되며, 동심형으로 이격되어 배치된 복수의 제1 전기 전도성 링들 및 상기 복수의 제1 전기 전도성 링들과 짝을 이루도록 상호 고정되고 협력하는, 동심형으로 이격되어 배치된 복수의 제2 전기 전도성 링들을 구비하고, 상기 복수의 제1 및 제2 전기 전도성 링들은 그들 사이에 복수의 통로들을 정의하는데, 상기 복수의 통로들은 플라즈마에서 형성될 수 있으며 그곳을 관통하는 대전 입자의 평균 자유 행로 길이보다 큰 길이 치수를 가진다.

본 발명의 여러 가지 측면들은 아래에서 더욱 더 상세히 설명될 것이다.

<실시예>

도 1을 참조하면, 본 발명의 플라즈마 구속 장치의 제1 형태는 참조부호 10에 의해 총괄적으로 표시된다. 본 발명은 참조부호 11에 의해 총괄적으로 표시된 플라즈마 처리 장치와 일체로 제작된다. 도 1 내지 도 8에서 도시된 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(11)는 참조부호 12에 의해 총괄적으로 표시되고, 실질적으로 수직으로 향하며 원통 모양의 측벽(13)에 의해 정의되는 처리 챔버를 구비한다. 본 발명의 일 형태에서 처리 챔버(12)는 전기적으로 도전성이다. 측벽(13)은 외측으로 면하는 표면(14)과, 반대편의 내측으로 면하는 표면(15)을 가진다. 또한, 플라즈마 처리 챔버(12)는 내측을 면하는 표면(21)에 의해 부분적으로 제한되는 상부 영역(20)을 가진다. 또한, 처리 챔버(12)는 내측을 면하는 표면(23)을 가진 바닥 영역(22)을 가진다. 상부 영역(20)은 측벽(13)과 결합된다. 또한, 바닥 영역(22)은 주변 가장자리(24)에 의해 정의된다. 도 1에서 도시되고 도 1 내지 도 8에서 설명된 본 발명의 다양한 형태에 있어서, 틈새 또는 공간(25)이 주변 가장자리(24)와 측벽(13)의 내측을 면하는 표면(15) 사이에 정의된다. 처리 챔버(12)의 내측을 면하는 표면들(15)(21)(23)은 내부 공간(30)을 정의하고, 그 내부에서는 반도체 웨이퍼 또는 다른 제품들이 처리된다.

도 1 내지 도 8에서 설명되는 바와 같이, 제1 전극(상부 전극)(31)은 상부 영역(20)의 내측을 면하는 표면(21)에 위치 또는 장착되고, 제2 전극(하부 전극(32)은 바닥 영역(22)의 내측을 면하는 표면(23)에 고정 또는 장착된다. 이해되 는 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(11)는 제1(상부) 전극(31)과 제2(하부) 전극(32) 사이에 위치된 처리 영역(33)을 제한한다. 전술한 바와 같이, 제1,2 전극 중 어느 하나 또는 모두에 제공되는 전위(RF)는 점화, 에너지 인가 또는 처리 영역(33)에서의 플라즈마의 형성 및 유지를 용이하게 하는 데 이용될 수 있다. 이 플라즈마는 대전된 입자 또는 종(species) 뿐만 아니라 중성 입자 또는 종을 포함할 수 있다. 도면들에 도시된 장치들에 있어서, 반도체 웨이퍼(미도시)와 같은 피처리 제품은 제2(하부) 전극(32) 상부에 놓여진다. 이러한 제품은 에칭되어질 반도체 기판 또는 평판 패널 디스플레이로 가공될 유리 패널일 수 있다. 도시되지 않은 반응 가스는 가스 주입 포트(미도시)를 통해 내부 공간(30)으로 주입된다. 전술한 바와 같이, 하나 또는 그 이상의 RF 발진기는 하부 전극(32), 상부 전극(31) 또는 모두에 RF 에너지를 인가할 수 있으며, 내부 공간 (30) 내부에서, 보다 구체적으로는 처리 영역(33)으로 전기장을 생성하게 된다. 이해되어야 하는 바와 같이, 제1(상부) 전극(31)과 제2(하부) 전극(32) 사이에서 제한되는 전기장은, 전자들이 내부 공간(30) 속으로 주입되는 반응 가스의 분자들과 충돌하여 중성종 및 대전종들을 형성할 수 있도록 처리 챔버(12) 안에서 전자들을 가속시키는 효과를 가진다. 이러한 충돌들은 반응 가스를 이온화시키고 결과적으로 플라즈마의 여기(excitement)를 초래하게 된다. 반응 가스의 중성 분자들은 제1 전극(31)과 제2 전극(32) 사이에서 생성되는 강한 전기장에서 전자들을 잃게 되므로, 양전하(positive charge)로 남는 경향이 있는 것으로 잘 알려져 있다. 이러한 양으로 대전된 이온들은 하부(바닥) 전극(32) 방향으로 가속되어, 증착과 같은 방식으로 제품에 일체로 제작된 재료에 화학적으로 결합하거나 에칭과 같은 다른 처리를 수행할 수 있다.

도 1 내지 도 3을 보다 구체적으로 참조하면, 본 발명의 일 형태에 있어서, 본 발명의 플라즈마 구속 장치(10)는 처리 영역(33) 안에서 플라즈마 해리를 생성하도록 이용되고, 제1(상부) 전극(31)과 바닥(하부) 전극(32) 사이에 위치하게 함으로써, 처리 영역(33) 밖에서의 원하지 않는 2차 플라즈마 해리를 최소화시킨다. 이러한 관점에서 볼 때, 본 발명의 플라즈마 구속 장치(10)는 처리 영역(33)의 주위 또는 근방을 향하거나 위치되게 되고, 처리 영역(33)과 아래에서 설명될 배기 영역 사이에 위치된다. 도면들에 도시된 장치에 있어서, 본 발명의 플라즈마 처리 장치(11)는, 바닥 영역(22)의 주변 가장자리(24)와 처리 챔버(12)의 내측을 면하는 표면(15) 사이에서 정의되는 틈새(25)에 대하여 유체 유동 관계로 위치되는 제1 (유입)단(35)을 가지는 배기 통로(34)를 더 구비한다. 또한, 배기 통로는 그로부터 이격된 제2(배기)단(36)을 구비한다. 배기 통로(34)는 내부 공간(30) 안에 도입되어 사용된 반응 가스를 빼내서 그곳으로부터 기체를 배기시키도록 작동되는 배기 장치 또는 가스 이동 장치(37)와 결합된다. 배기 통로 및 배기 장치는 일반적으로 플라즈마 처리 장치의 배기 영역을 정의한다. 도 1 내지 도 8에 도시되고, 그러한 도면들에 도시된 본 발명의 다양한 형태에 있어서, 플라즈마 구속 장치(10)는 바닥 영역(22)의 주변 가장자리(24)와 측벽(13)의 내측을 면하는 표면(15) 사이에서 정의되는 틈새 또는 공간(25) 안에 위치되어 이 공간을 적어도 부분적으로 막는다. 도면들로부터 볼 수 있는 바와 같이, 이러한 본 발명의 구성은 실질적으로 플라즈마 처리 장치(11)를 내측을 면하는 표면(15)과 제2(바닥) 전극(32)의 주변 가장자 리 사이에 위치시킨다.

도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 플라즈마 구속 장치(10)는, 참조부호 40에 의해 총괄적으로 표시되고 어느 하나가 다른 것들에 대하여 소정의 이격된 관계로 배치되고, 플라즈마 처리 장치(11)의 처리 영역(33)의 주변 가장자리를 둘러싸며, 처리 영역(33)과 배기 통로(34) 및 배기 장치(37)에 의해 정의되는 배기 영역 사이에 위치된 복수의 전기 절연 부재들을 구비한다. 이와 관련하여, 복수의 절연 부재들(40)은, 적어도 부분적으로, SiC, Si₃N₄, Al₂O₃ 및 AlN으로 구성되는 그룹 중에서 선택된 재료를 포함하여 제작된다. 각각의 절연 부재들은 대략 처리 영역(33) 쪽을 면하는 제1(상부) 표면(42)과, 동일한 처리 영역으로부터 멀어지는 쪽을 면하는 반대편의 제2 표면(43)을 가진 메인 바디(41)를 구비한다. 또한, 각각의 절연 부재들은 일반적으로 평면이고, 제1 표면(42)에 대하여 실질적으로 수직인 대향하는 측벽들(44)을 가진다. 이해되는 바와 같이, 측벽들(44)은 이하의 설명으로부터 더욱 명백해지는 다른 기하학적 구조들을 취할 수도 있다. 또한, 도 1 내지 도 8에 도시된 본 발명의 몇몇 형태에 있어서, 메인 바디(41)는 그 내부에 빈 공간(45)을 정의하는데, 이 공간은 아래에서 보다 상세하게 설명될 전기 전도성 접지 부재를 수용하는 기능을 가진다. 부가적으로, 주목할 점은 전기 절연 부재들(40)의 적어도 하나는 처리 영역(33) 내에 생성되는 플라즈마의 적어도 일부와 접촉하도록 위치된다는 점이다.

도면들과 본 발명의 일 형태에서 볼 수 있듯이, 참조부호 50에 의해 총괄적으로 표시된 복수의 좁은 통로들은 각각의 절연 부재들(40) 사이에서 정의된다. 나아가, 예를 들어 도 5에 도시된 본 발명의 다른 형태에서, 절연 부재들(40)의 적어도 하나는 그 안에 형성된 복수의 통로들(54)을 가질 수 있다. 도면들에서 설명된 바와 같이, 각각의 좁은 통로들은 내부 공간(30) 및 처리 영역(33)에 대하여 유체 유동 관계로 위치된 제1 끝단(51)과, 배기 통로(34)에 대하여 유체 유동 관계로 배치된 제2 끝단(52)을 구비한다. 본 발명의 일 형태에서, 이러한 통로들은 실질적으로 일직선이고 균일하게 크기가 정해진 통로이다. 그러나, 측벽(44)의 기하학적 형태에 따라, 상기 통로는 곡선형, 각형 등과 같은 다른 형상을 취할 수도 있다. 이해되어야 하는 바와 같이, 가스 이동 장치 즉 배기 장치(37)는 처리 영역(33)으로부터 각각의 좁은 통로들(50) 및 배기 통로(34)를 통해 반응 부산물 가스를 배출시킨다. 도면들에 도시된 장치에 있어서, 복수의 절연 부재들(40)은, 본 발명의 일 형태로서, 통로(50)가 도 3에 도시된 바와 같이 참조부호 53에 의해 총괄적으로 표시된 연속 동심(concentric) 통로인 개별적인 동심 절연 링들일 수도 있다. 본 발명의 다른 형태들에 있어서, 전기 절연 부재(40)는 단일 부재를 구비할 수도 있고, 복수의 좁은 통로들(50)은 도 5에 도시된 바와 같이, 실질적으로 라운드 형상의 개별적 통로들(54) 또는 도 7에 도시된 바와 같이, 선형의 좁은 통로들(55)을 구비할 수도 있다. 전술한 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(11)는 반응 가스의 공급원으로부터 처리 영역(33) 안에 대전 입자들 또는 종들을 가진 기상 플라즈마를 생성한다. 이러한 대전 입자들은 처리 영역에서 형성된 플라즈마 내부에서 이동하고, 각각 평균 자유 행로(mean-free path) 길이를 가진다. 각각의 이격된 절연 부재들(40) 사이에 정의된 좁은 통로(50)는 플라즈마 안의 대전 입자들의 평균 자유 행로 길이보다 큰 길이 치수를 가지기 때문에, 플라즈마 처리 장치(11)의 내부 공간(30) 또는 처리 영역(33) 외부에서 플라즈마가 생성되는 것을 방지한다. 도 1 내지 도 4, 도 6 및 도 8에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 처리 영역(33)은 주변 가장자리(56)에 의해 대체적으로 정의되고, 복수의 전기 절연 부재들(40)은 처리 영역(33)의 주변 가장자리(56) 부근에 위치되고, 또한 플라즈마 처리 장치(11)의 방향에 면하는 제1 표면(42)을 구비한다.

본 발명의 플라즈마 구속 장치(10)는 참조부호 60에 의해 총괄적으로 표시되고, 처리 영역(33)을 위한 전기장 차폐를 형성하도록 동작하는 적어도 하나의 전기 전도성 및 접지 부재를 더 구비한다. 도면들에서 도시된 장치에 있어서, 절연 부재(40)는 전기 전도성 접지 부재(60)와 적어도 부분적으로 일체로 제작된다. 도면들에 있어서, 적어도 하나의 전기 전도성 접지 부재는 복수의 전기 전도성 접지 부재들을 구비할 수도 있음을 주목할 수 있다. 또한, 개별적인 절연 부재들(40)은 각각의 전기 전도성 접지 부재들(60)과 적어도 부분적으로 일체로 제작된다. 본 발명의 어떤 형태에 있어서, 복수의 전기 전도성 접지 부재들(60)은 개별적인 전기 전도성 링들을 구비할 수도 있다. 도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같은 구성에 있어서, 복수의 전기 전도성 부재들(60)은 통상적으로 전기적으로 서로 결합되고, 나아가 본 발명의 가능한 일 형태에 있어서, 전기적으로 접지된 처리 챔버(12)와 전기적으로 결합될 수도 있음을 이해해야 한다. 또한, 도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 형태에 있어서, 복수의 전기 전도성 부재들(60)은 전기적으 로 서로 결합되고, 나아가 바닥(하부) 전극(32)의 전기적으로 접지된 쉘(shell)에 전기적으로 결합된다. 또한, 본 발명의 가능한 다른 형태에 있어서, 전기 전도성 부재들은 전기적으로 서로 결합되고, 처리 영역(33)을 위한 전기장 차폐의 형성을 용이하게 하는 결과적인 그리드(grid) 구조를 형성하기 위하여 전기적으로 접지된 형태임을 이해해야 한다. 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 형태에 있어서, 각각의 전기 전도성 접지 부재들(60)은 상부 표면(62)을 가진 메인 바디(61)를 구비한다. 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 형태에 있어서, 상부 표면은 공간(45)에 수용되는 돌출부(63)에 의해 정의된다. 또한, 메인 바디(61)는 바닥 표면(64)과 측벽들(65)을 구비한다. 도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 어떤 형태에 있어서, 측벽들은 전술한 바와 같은 복수의 좁은 통로(50)의 부분을 적어도 부분적으로 정의한다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 몇몇 형태에 있어서, 복수의 전기 전도성 부재들은 각각의 전기 절연 부재들(40)의 제2 표면(43)과 일체로 제작된다. 또한, 그들은 서로 전기적으로 결합되며, 처리 영역(30)을 위하여 종국적으로 전기장 차폐를 형성하도록 전기적으로 접지된다.

도 1에서 가장 잘 설명된 바와 같이, 본 발명의 일 형태에 있어서, 전기 전도성 접지 부재들(60)의 적어도 하나는 전기 절연 부재들(40)의 적어도 하나에 의해 정의되는 바와 같은 공간(45) 내부에 실질적으로 둘러싸인다. 도 2에 도시된 바와 같은 본 발명의 다른 형태들에 있어서, 전기 전도성 부재들(60)의 적어도 하나는 절연 부재들(40)의 적어도 하나에 의해 적어도 부분적으로 덮여있는 표면 영역을 가진다. 본 발명의 몇몇 형태에 있어서, 개별적인 전기 전도성 부재들(60)은 개 별적인 전기 전도성 링들을 구비할 수도 있다. 도 2에 도시된 구성에 있어서, 전기 전도성 부재들(60)의 표면 영역의 일부, 보다 구체적으로 그 측벽(65) 부분들은 복수의 전기 전도성 부재들 사이에서 정의되는 좁은 통로들의 적어도 하나에 노출된다. 도 1 및 도 4에 가장 잘 도시된 본 발명의 다른 형태들에 있어서, 전기 전도성 부재들(60)의 적어도 하나는 전기 절연 부재 내부에 실질적으로 완전하게 둘러싸인다. 도 6에 도시된 본 발명의 또 다른 형태에 있어서, 적어도 하나의 전기 전도성 부재(60)는 절연 부재들(40)의 적어도 하나에 의해 적어도 부분적으로 덮여지는 표면 영역을 가지며, 복수의 전기 절연 부재들 사이에서 정의된 좁은 통로들(50)의 적어도 하나에 노출된 표면 영역을 더 구비한다. 본 발명의 또 다른 형태에 있어서, 전기 전도성 부재(60)는 통로에 노출된 영역들을 포함할 수도 있고, 전기 전도성 부재의 다른 부분들은 절연 부재들(40)에 의해 정의되는 바와 같은 공간(45) 내부에 완전히 또는 실질적으로 둘러싸일 수도 있다. 본 발명의 일 형태에 있어서, 전기 전도성 접지 부재들(60)의 적어도 하나의 표면 영역은, 절연 부재들(40)에 의해 적어도 부분적으로 덮인 영역 안에서 통로들(50)의 적어도 하나에 노출된다.

도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 플라즈마 구속 장치(10)는 플라즈마 처리 챔버(12)로부터의 반응 가스의 신속한 회수를 용이하게 하도록 동작되면서, 동시에 해리된 플라즈마를 처리 영역(33)에 효과적으로 구속한다. 앞서 설명된 바와 같이, 각각의 절연 부재들(40)은 다수의 절연 부재들(40) 사이에 위치된 좁은 통로(50)를 부분적으로 정의하는 제1(상부) 표면(42) 및 측벽(44)을 가진다. 이해될 수 있는 바와 같이, 플라즈마에 형성되는 대전 입자들 또는 종들은 공 간(30)으로부터 방출되도록 하기 위하여 배기 장치(37)에 의해 공간(30)으로부터 펌핑될 때 각각의 절연 부재들(40)의 제1(상부) 표면(42)과 전형적으로 충돌할 것이다. 상부 표면(42)에 충돌하지 않는 대전 입자들은 각각의 좁은 통로들(50)을 관통하여 통과할 것이다. 분자들, 입자들 또는 종들의 평균 자유 행로 길이 및 좁은 통로들의 크기 및 개수의 관점에서, 처리 영역(33)으로부터 벗어나는 플라즈마의 대전 입자들은 각각의 좁은 통로들(50)을 통과할 때에 적어도 한번, 통상적으로 몇 번은 충돌할 것이다. 이해되어야 하는 바와 같이, 이러한 충돌은 처리 영역(33)으로부터 벗어난 대전 입자들의 전하를 중성화한다. 그 결과 처리 영역의 밖으로 나가는 대전 입자들 또는 종들의 수는 급격히 감소 또는 완전히 제거된다. 결과적으로, 해리된 플라즈마는 처리 영역(33)에만 구속되어 유지된다. 그러므로, 처리 영역(33)의 외부 및 배기 영역에서의 그 어떤 해리도 완전히 제거된다. 전술한 내용으로부터 이해되어야 하는 바와 같이, 다수의 전기 전도성 접지 부재들은 접지된 처리 챔버(12)에 연결되거나, 아니면 제2(바닥) 전극(32)의 접지된 셀에 연결된다. 이러한 접지된 전도성 부재들(60)은 측벽들(65)에 충돌하는 벗어나는 대전 입자들을 흡수할 수 있으므로, 전하를 중성화시켜 2차 플라즈마가 처리 영역(30) 외부에 생기는 것을 방지한다. 전술한 내용 이외에, 다수의 전기적으로 연결되고 접지된 전도성 부재들(60)은 그리드 구조를 형성하도록 결합되어, RF 구동 전기장, 즉 처리 영역(33)의 외부로 벗어나게 하거나 하부 전극(32)의 반경을 따라 위치되게 하는 스트레이(stray) 전기장을 차폐하는 결과적인 RF 전기장 차폐를 형성하도록 할 수 있다. 처리 영역(33)의 외부에 위치하는 이러한 스트레이 전기장 밀도의 감소는 2차 플라즈마의 생성을 크게 감소시킬 수 있다는 사실을 발견하였다. 따라서, 본 발명(10)은 처리 영역(30)에서 형성된 플라즈마로부터 벗어나는 대전 입자 또는 종들을 흡수 또는 중성화시킬 뿐만 아니라 스트레이 전기장을 차폐할 수 있음으로써, 처리 영역 외부의 전기장 강도를 줄이고, 2차 플라즈마의 생성을 제거 또는 감소시킬 수 있다. 그러므로, 본 발명은 다양한 구속 메카니즘들을 제공한다. 제1 구속 메카니즘은 전술한 바와 같이 좁은 통로들(50)과 관련되고, 제2 구속 메커니즘은 처리 영역(33) 외부의 그 어떤 원하지 않는 플라즈마를 감소시키는데 효과적인 전기 전도성 접지 부재들(60)과 관련된다.

도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명(10)은 다수의 형태들을 포함하고, 각각의 전기 전도성 접지 부재들(60)은 도 1, 도 4, 도 6 및 도 8에 도시된 바와 같이, 개별적인 절연 부재들(40) 내부에 실질적으로 완전히 둘러싸일 수도 있으며, 전기 전도성 부재들의 메인 바디(61)의 일부는, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 좁은 통로들(50)에 노출될 수도 있다. 또한, 도 6에 도시된 본 발명의 다른 형태에 있어서, 복수의 절연 부재들(40)은 부분적으로 측벽(13)을 따라 위치될 수도 있다. 도 8에 도시된 본 발명의 다른 형태에 있어서, 본 발명의 플라즈마 구속 장치(10)는 처리 챔버(12)의 측벽(13)에 설치되거나 일체로 제작될 수 있다. 도 1 내지 도 8에 도시된 본 발명의 모든 형태에 있어서, 좁은 통로들(50)의 크기는 처리 영역(33)으로부터 생성된 플라즈마로부터 대전 입자 또는 종들이 좁은 통로(50)를 통해 이동할 때, 대전 입자들이 이동해야 하는 거리가 그들의 각각의 평균 자유 행로 길이보다 큰 것을 보장하도록 설계된다. 이것은 실질적으로 대전 입자들이 처리 영역을 벗어나 2차 플라즈마를 형성하지 못하는 것을 보증한다. 전술한 바와 같이, 다수의 전도성 부재들(60)은 그들의 기하학적 형상에 있어서 다양한 변형을 가질 수도 있다. 그들은 직사각형, 삼각형, 역 T자 형, 골무형 등의 형태를 가질 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 발명에 있어서 좁은 통로들(50)은 둥근 구멍들, 슬롯 또는 동심원 링일 수 있다. 또한, 복수의 절연 부재들(40) 사이에서 정의된 좁은 통로들(50)은 선형, 각형, 곡선형 방향을 가질 수도 있다. 본 발명은 다양한 디자인의 플라즈마 증착 장치 및 플라즈마 에칭 장치에 채택될 수 있다.

따라서, 본 발명의 넓은 일 측면은 플라즈마 처리 장치(10)의 처리 영역(33)과 배기 영역(34, 37) 사이에 배치되는 플라즈마 구속 장치(10)에 관한 것으로, 복수의 통로들(50)을 가지는 적어도 하나의 전기 절연 부재(40); 및 처리 영역(33)을 위한 전기장 차폐를 형성하는 적어도 하나의 전기 전도성 접지 부재(60)를 구비하고, 전기 절연 부재(60)는 적어도 부분적으로 전기 전도성 접지 부재(60)와 일체로 제작된다.

본 발명의 플라즈마 구속 장치의 다른 형태는 각각 도 9 및 도 10에서 참조부호 70에 의해 총괄적으로 표시된다. 그 도면들에 도시된 바와 같이, 플라즈마 처리 장치에 이용되는 플라즈마 구속 장치(70)는 본 발명의 전술한 형태들과 관련하여 설명된 것과 유사한 플라즈마 처리 장치에 사용하기 위한 것으로 이해될 것이다. 도 9 및 도 10에 도시된 플라즈마 구속 장치는 플라즈마 처리 장치의 처리 영역 및 배기 영역 사이에 위치된다. 이것들은 본 발명의 이해의 편의를 위하여 본 도면에 도시되지 않는다. 도 9 및 도 10에 도시된 플라즈마 구속 장치(70)는 참조 부호 71에 의해 총괄적으로 표시된 전기 접지 부재를 부분적으로 포함한다. 전기 접지 부재는 당업계에서 알려진 방식으로 접지에 접지된다. 또한, 전기 접지 부재는 외부 주변 가장자리(72) 및 미도시된 플라즈마 처리 장치에서 하부 전극을 통상적으로 둘러싸는 반대편의 내부 주변 가장자리(73)에 의해 정의된다. 또한, 전기 접지 부재(71)는 상부 표면(74) 및 반대편의 바닥 표면(75)을 가진다. 도시된 바와 같이, 복수의 통로들(76)은 전기 접지 부재(71)에 소정 형태로 형성되고, 상부 표면(74)과 바닥 표면(75) 사이에서 연장된다. 이해되어야 하는 바와 같이, 전기 접지 부재(71)는 미도시된 플라즈마 처리 장치의 처리 영역과 배기 영역 사이에 위치된다. 이해되어야 하는 바와 같이, 플라즈마를 여기하기 위하여 RF 방사(emission)가 플라즈마 처리 장치의 처리 영역에 제공된다. 제공된 전기 접지 부재(71)는, 본 발명에서 전술한 바와 같은 유해한 효과를 피하기 위하여, RF 방사가 플라즈마 처리 장치의 배기 영역에 도달하는 것을 방지한다.

도 10을 참조하여 가장 분명하게 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 플라즈마 구속 장치(70)는 전기 접지 부재(71) 위 또는 그에 대하여 부분적으로 덮는 방식으로 위치된 전기 절연층(80)을 포함한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 전기 절연층은 외부 가장 자리(72)에 대하여 방사상으로 안쪽으로 연장한다. 전기 절연층은 도시된 바와 같이 하나의 층 또는 다수의 층들을 구비할 수도 있다. 전기 절연층에 위치되거나 놓여진 것은 참조부호 90에 의해 총괄적으로 표시된 전기 전도성 지지 링(support ring)이다. 지지 링은, 전기 접지 부재의 외부 주변 가장자리(72)에 대하여 실질적으로 동일 평면인 외부 주변 가장자리(91)와, 그로부터 이격된 내부 주 변 가장자리(92)를 가진다. 복수의 전기 전도성 부재들(100)과 일체로 제작되는 지지 링(90)은, 복수의 전기 전도성 부재들(100)이 공정중에 접지(ground)로부터 전기적으로 부동(floated)되도록, 전기 접지 부재(71)에 대하여 소정 간격 이격되고, 그로부터 전기적으로 절연되는 관계로 각각의 전기 전도성 부재들과 위치지워진다. 복수의 전기 전도성 부재들은 그들 사이에 복수의 통로들(102)을 정의하고, 전기 접지 부재(71)에 의해 정의된 복수의 통로들(76)에 대하여 유체 유동 관계로 결합되며 복수의 이격된 실질적으로 동심형 링(101)으로서 도시된다. 그러므로, 통로(76)(102)는 플라즈마 처리 장치의 처리 영역에서 사용된 플라즈마를 형성하도록 도입된 처리 가스들이 처리 영역으로부터 벗어나서 플라즈마 처리 장치의 배기 영역으로 이동하는 것을 허용하는 유체 경로를 각각 형성한다. 본 발명의 일 형태에 있어서, 전기 전도성 부재들(100)은 도핑된 반도체 재료로 제작될 수 있다. 이러한 구성에서, 반도체 재료에의 도핑은 반도체 재료의 전기 전도성을 증가시킨다.

도 10에 대한 설명 및 본 발명의 전술한 형태의 교훈에 의해 이해되어야 하는 바와 같이, 복수의 동심 링들(101)에 의해 정의되는 각각의 통로들(102)은 플라즈마 처리 장치의 처리 영역에서 형성되는 플라즈마의 내부에 존재할 수도 있는 그 어떤 대전종들의 평균 자유 행로 길이보다 큰 길이 치수를 가진다. 그러므로, 플라즈마가 처리 영역으로부터 배기 영역으로 통과할 때 통로들(102)을 통과하는 모든 대전종들은 복수의 전기 전도성 동심 링들(101)과 충돌하는 경향을 가지며, 그것에 의해 대전종이 플라즈마 처리 장치의 배기 영역에 도달하기 전에 대전종이 소멸되게 된다. 도 9 및 도 10에 도시된 본 발명에 있어서, 복수의 전기 전도성 동심 링(101)으로 도시된 전기 전도성 부재(100)의 표면들은 플라즈마 처리 장치의 처리 영역에서 생성되는 플라즈마에 의한 에칭에 실질적으로 내성이 있는 재료로 코팅되거나 둘러싸일 수도 있다. 이것은 아래에서 더 상세하게 설명된다. 본 발명의 가능한 일 형태에 있어서, 복수의 전도성 부재들(100)의 표면에 코팅되는 재료는 Y₂O₃를 포함할 수도 있다. 이러한 표면 코팅은 전기 전도성 부재(100)가 플라즈마에 의해 에칭되어 입자들을 생성하지 않도록 한다. 본 발명의 다른 가능한 형태에 있어서, 전기 전도성 부재(100)는 그 안에 슬롯이 형성된 천공들 또는 구멍들을 가지며, 본 명세서에서 설명된 본 발명의 다른 전술한 형태들과 유사한 플레이트를 구비할 수도 있다.

본 발명의 다양한 변형된 형태들이 가능하며, 예를 들어, 플라즈마와 접촉하는 전기 접지 부재(71) 및 복수의 전기 전도성 링들(101)은 에칭에 견디고, 그 위에 전기 절연층들을 형성하기 위하여 양극 산화 처리(anodizing)될 수도 있음을 이해해야 한다. 양극 산화 처리는 금속에 보호 산화 코팅을 형성시키는 전기분해의 한 형태이다. 양극 산화는 금속 표면에 단단한 코팅을 제공할 뿐만 아니라 금속에 전기 절연성 및 내부식성을 부여하는 것을 포함하는 다양한 목적을 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 있어서, 복수의 전기 전도성 부재들(100), 전기 전도성 지지 링(90), 및 전기 접지 부재(71)는 알루미늄으로 형성되고, 전기 절연층(80)은 전기 접지 부재(71) 쪽으로 면하는 전기 전도성 지지 링(90)의 표면을 양극 산화하거나 전기 전도성 지지 링(90) 쪽으로 면하는 전기 접지 부재(71)의 표면을 양극 산화함에 의해 형성되는 알루미늄 양극 산화층이다. 본 발명의 다른 형태에 있어서, 이러한 구성요소들의 모든 표면 영역들은 양극 산화될 수도 있다. 이것은 공정중에 전기 전도성 부재(100)가 접지에 대하여 전기적으로 부동되는 것을 보장한다. 또한, 본 발명의 또 다른 형태에 있어서, 플라즈마 방향으로 면하거나 그 어떤 플라즈마에 접촉하는 복수의 전기 전도성 링들의 표면 영역들은 먼저 양극 산화처리 된 후, 나중에 에칭에 더 잘 견딜 수 있는 Y₂O₃로 코팅될 수도 있다. 전술한 것 이외에, 전기 절연 스페이서(spacer) 링(미도시)을 전기 전도성 지지 링(90)과 밑에 있는 전기 접지 부재(71) 사이에 배치할 수도 있으며, 이것은 전기 전도성 부재(100)가 접지에 대하여 전기적으로 부동되는 것을 보장한다. 본 발명의 이 형태에 있어서, 전기 절연층(80)은 전기 절연 스페이서에 의해 대체될 수 있다. 이러한 전기 절연 스페이서는 유사하게 전기 전도성 부재(100)를 접지로부터 전기적으로 부동되도록 한다.

따라서, 플라즈마 처리 장치의 처리 영역과 배기 영역 사이에 위치된 플라즈마 처리 장치에 사용되는 플라즈마 구속 장치(70)는, 전기 접지 부재(71); 및 전기 접지 부재 위에 위치되고 거기에 대하여 전기적으로 절연되며, 플라즈마 처리 장치의 처리 영역과 배기 영역 사이에서 플라즈마가 통과할 수 있는 복수의 통로들(102)을 정의하는 전기 전도성 부재(100)를 구비하고, 상기 플라즈마는 대전종들 및 중성종들을 가지며, 복수의 통로들은 대전종들을 소멸시키고 중성종들이 그곳을 통과할 수 있도록 하는 크기를 가진다. 도 9 및 도 10에 도시된 플라즈마 구속 장 치(70)에 있어서, 상부 표면(74)을 가진 전기 접지 부재 또는 플레이트(71)는, 플라즈마 처리 장치의 처리 영역과 배기 영역 사이에 위치되고, 전기 접지 플레이트의 상부 표면(74)에 대하여 부분적으로 덮는 관계로 위치된 전기 절연층(80)을 더 구비한다. 본 발명은, 전기적으로 서로 결합되고, 처리 영역과 배기 영역 사이에 위치되며 복수의 이격된 전기 전도성 부재(101)를 더 구비하고, 전기 전도성 부재들의 적어도 하나는 적어도 부분적으로 전기 절연층(80) 위에 놓여진다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 참조 부호 110에 의해 총괄적으로 표시된 본 발명의 또 다른 형태가 도시되어 있다. 그러한 도면들에서 설명된 바와 같이, 본 발명의 이 형태(110)는 참조부호 111에 의해 총괄적으로 표시되는 전기 접지 부재를 구비하는 것을 이해할 수 있다. 전기 접지 부재(111)는 참조부호 112에 의해 총괄적으로 표시되는 불연속 외부 주변 가장자리를 가지며, 반대편에는 실질적으로 연속적인 내부 주변 가장자리(113)를 가진다. 또한, 전기 접지 부재(111)는 상부 표면(114)과 반대편의 바닥 표면(115)을 가진다. 또한, 복수의 통로들(116)이 전기 접지 부재(111)에 형성되고 상부 표면(114)과 바닥 표면(115) 사이로 연장된다. 앞서 설명된 것과 유사하게, 전기 접지 부재(111)는 부분적으로만 도시되고 도 12의 참조부호 117에 의해 표시된 플라즈마 처리 장치의 처리 영역과 배기 영역 사이에 위치된다.

도 9 및 도 10에서 도시된 본 발명의 형태(70)와 유사하게, 본 발명은 도 11에서 부분적으로만 도시되고, 전기 접지 부재(111)의 상부 표면(114)을 적어도 부분적으로 덮는 관계로 놓여진 전기 절연층(120)을 구비한다. 전기 절연층(120)에 위치되거나 지지되는 것은, 참조부호 130에 의해 총괄적으로 표시되는 제1 부분 또는 복수의 이격되고 동심원으로 배치되는 전기 전도성 부재들이다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태에 있어서 전기 전도성 부재들은 도핑된 반도체 재료로 제작될 수 있다. 도 11 및 도 12에서 도시되는 바와 같이, 제1 부분 또는 복수의 이격된 동심의 전기 전도성 부재들은 여기서 서로에 대하여 소정의 이격된 관계로 배치된 동심 링들(concentric ring)로 도시된다. 이해될 수 있는 바와 같이, 각각의 이격된 동심 방향 부재들(130)은 상부 가장자리(131) 및 반대편의 바닥 가장자리(132)를 가진다. 또한, 복수의 통로들(133)이 이격된 동심 방향 부재들 사이에 정의되고, 아래 단락에서 더 상세히 설명될 제2 부분을 수용하도록 기능한다. 또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 복수의 이격 홈 영역들(134)이 각각의 이격 동심 방향 부재들(130)의 상부 가장자리(131)에 형성된다. 또한, 복수의 이격 동심 방향 전도성 부재들(130)은 복수의 지지 부재들(135)에 의해 접지 부재(111)에 대하여 소정 간격 이격된 관계로 유지되는 것을 볼 수 있을 것이다. 도시된 바와 같이, 복수의 지지 부재들은 전기 절연층(120)에 의해 밑에 있는 접지 부재(111)로부터 전기적으로 절연된다. 그러므로, 제1 부분 또는 복수의 이격된 동심 방향 부재들은 전기 접지 부재(111)에 대하여 소정 간격 이격된 관계로 위치되고, 플라즈마 처리 장치(117)에 대하여 전기적으로 부동되는 관계로 위치된다.

도 11에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 형태(110)는 제1 부분 또는 복수의 전기 전도성 부재들(130)과 서로 짝을 이루어 상호 고정되고, 서로 협동하는 제2 부분 또는 복수의 이격된, 동심 방향의 전기 전도성 부재들 또는 링들(140)을 구비 한다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 제1 및 제2 복수의 전기 전도성 동심 부재들 또는 링들은 플라즈마에 형성될 수도 있는 대전 입자 또는 종들의 평균 자유 행로 길이 보다 큰 길이 치수를 가지며 그곳을 통해 통과할 수 있는 복수의 통로들을 정의한다. 이와 관련하여, 제2 부분 또는 복수의 이격 동심 방향 전기 전도성 부재들 또는 링들(140)은 상부 가장자리(141) 및 반대편의 바닥 가장자리(142)를 가진다. 각각의 링들의 바닥 가장자리(142) 부분은 각각의 복수의 지지 부재들(135)에 대하여 놓여지거나, 제1 복수의 이격 동심 방향 전도성 링들(130)의 각각의 바닥 가장자리(132)와 일체로 제작된다. 도 12를 참조하여 가장 잘 설명되는 바와 같이, 제2 복수의 동심 방향 링들은 각각의 이격된 동심 방향 링들이 어느 하나가 다른 하나에 대하여 실질적으로 이격된 관계로 고정되도록 지지 또는 고정하는, 이격되어 방사상으로 연장하는 지지 부재(143)를 구비한다. 도 12에 가장 잘 도시된 바와 같이, 개별적인 지지 부재들은 상부 가장자리(131)에 형성되는 각각의 이격 홈 영역(134)에 서로 짝을 이루는 관계로 수용된다. 또한, 도 11에서 가장 잘 도시되는 바와 같이, 복수의 통로들(144)은 각각의 이격된 동심 방향 링들(140) 사이에서 정의된다. 이러한 통로들(144)은 각각의 이격 동심 방향 링들(140)이 이격 동심 방향 링들(130) 사이에서 정의되는 개별 통로들(133) 안에서, 짝을 이루는 형태로 상호 고정되고 수용되도록 구성될 뿐만 아니라 치수가 정해진다. 도 12를 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 서로 짝을 형성하는 관계로 놓이게 되면, 결과적인 통로(145)는 각각의 제1,2 복수의 이격 동심 방향 전기 전도성 링들(130)(140) 사이에서 정의된다. 이러한 통로(145)들은, 전술한 바와 같이, 각각 플라즈마에 형성될 수 있 으며 그곳을 통과하는 그 어떤 대전 입자의 평균 자유 행로 길이보다 긴 길이 치수를 가진다. 전술한 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 제1 및 제2 링들은 전기적으로 부동되고, 추후에 양극 산화되는 알루미늄에 의해 형성되거나, 먼저 양극 산화된 후에 예를 들어, Y₂O₃와 같은 플라즈마에 의한 에칭에 견딜 수 있는 재료로 코팅될 수 있다.

전기 전도성 부재(100)는 반도체 공정중에 접지에 대해 전기적으로 절연된 관계에 있으므로, 전기 전도성 부재의 전위는 실질적으로 생성되는 플라즈마와 동등하다는 것을 주목해야 한다. 전기 전도성 부재(100)의 이러한 전기적인 상태의 관점에서, 생성된 플라즈마 내부의 전하를 띤 입자들 또는 종들과 결과적으로 사용되었거나 반응 부산물 가스들은, 가속되어 전기 전도성 부재(100)에 충돌하거나 스퍼터링되지 않게 된다. 이것은 물론, 반도체의 쓰루풋(throughput)을 감소시키는 오염 입자의 생성을 현저하게 저감시킨다.

따라서, 본 발명은 대전 입자들이 플라즈마 처리 장치(11)의 처리 영역으로부터 벗어나는 것을 실질적으로 방지하고 처리 영역 외부에서 2차 플라즈마의 생성을 실질적으로 방지하는 장치를 제공한다.

이상 본 발명은 법령에 적합하게 구조적 및 조직적 특징에 대해 구체적으로 설명되었다. 그러나, 본 명세서에 개시된 수단은 본 발명의 효과를 발휘하는 최상의 형태들을 구성하도록 개시되어 있기 때문에, 본 발명은 도시되고 설명된 특징들 에 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 본 발명은 첨부된 특허청구범위의 적절한 범위 내에서 균등론에 의거하여 적정하게 해석될 수 있는 그 어떤 형태들 또는 변형예를 포함한다.

Claims

피처리물에 대하여 플라즈마 처리가 이루어지는 처리 영역과, 상기 처리 영역에서 나오는 부산물 가스를 배기하는 배기 영역을 포함하는 플라즈마 처리 장치에 이용되며, 상기 처리 영역과 배기 영역 사이에 위치되는 플라즈마 구속 장치에 있어서:

상기 처리 영역과 배기 영역을 유체 유동 관계로 연통시키는 복수의 통로들을 가지는 전기 절연 부재, 및

전기적으로 결합되고 접지되어 상기 처리 영역을 위한 전기장 차폐를 형성하는 전기 전도성 접지 부재를 구비하고,

상기 전기 전도성 접지 부재는 상기 전기 절연 부재에 의해 적어도 부분적으로 덮여지며,

상기 전기 절연 부재의 적어도 일 부분은 상기 전기 전도성 접지 부재와 일체로 제작되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
삭제
제1항에 있어서,

상기 처리 영역은 주변 가장자리에 의해 한정되고,

상기 전기 절연 부재는 상기 처리 영역에서 생성되는 플라즈마의 적어도 일부에 접촉하도록 위치되고,

상기 전기 전도성 접지 부재는 상기 전기 절연 부재 내부에 둘러싸인 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제1항에 있어서,

상기 전기 절연 부재는 복수의 전기 절연 부재들로 이루어지고 상기 복수의 통로들의 적어도 일부는 상기 복수의 전기 절연 부재들 사이에 형성되며,

상기 처리 영역은 주변 가장자리에 의해 한정되고,

상기 전기 절연 부재는 상기 처리 영역에서 생성된 플라즈마의 적어도 일부와 접촉하도록 위치되고,

상기 전기 전도성 접지 부재는 상기 절연 부재들 중 적어도 어느 하나에 의해 적어도 부분적으로 덮여지고, 상기 처리 영역으로부터 떨어져서 면하는 표면 영역을 가지며,

상기 전기 전도성 접지 부재의 표면 영역의 일부는 상기 복수의 전기 절연 부재들 사이에 형성되는 상기 통로들 중 적어도 어느 하나에 노출되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제1항에 있어서,

상기 처리 영역은 주변 가장자리에 의해 한정되고,

상기 전기 절연 부재는 상기 처리 영역에서 생성된 플라즈마의 적어도 일부와 접촉하도록 위치되고,

상기 전기 전도성 접지 부재는 복수의 영역들을 가진 표면 영역을 구비하며, 상기 전기 전도성 접지 부재의 일부의 영역들은 대응된(associated) 전기 절연 부재 내부에 완전히 둘러싸이고, 다른 영역들은 상기 대응된 전기 절연 부재에 의해 적어도 부분적으로 덮여지며,

상기 전기 전도성 접지 부재의 표면 영역의 일부는 상기 대응된 전기 절연 부재에 의해 적어도 부분적으로 덮여진 영역에서 상기 통로들 중 어느 하나에 노출된 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제1항에 있어서,

상기 전기 절연 부재는, 서로 이격되어 배치되는 복수의 전기 절연 부재들로 이루어지고,

상기 복수의 통로들은 상기 각각의 절연 부재들 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제6항에 있어서,

상기 각각의 전기 절연 부재들은 개별적인 전기 절연 동심(concentric) 링 들(rings)을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제6항에 있어서,

상기 전기 전도성 접지 부재는 복수의 전기 전도성 접지 부재들로 이루어지고,

상기 각각의 전기 절연 부재들은 각각의 상기 전기 전도성 접지 부재들과 적어도 부분적으로 일체로 제작되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제1항에 있어서,

상기 전기 전도성 접지 부재는, 상기 처리 영역을 위한 전기장 차폐의 형성을 용이하게 하는 결과적인 그리드 구조를 형성하도록 서로 전기적으로 연결되고 전기적으로 접지된 복수의 전기 전도성 접지 부재들을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제1항에 있어서,

상기 전기 절연 부재는 상기 플라즈마 처리 장치의 처리 영역에 인접되게 위치하고,

상기 플라즈마 처리 장치는 내부 공간을 한정하는 챔버를 가지며,

상기 전기 절연 부재는 상기 처리 영역에서 생성된 플라즈마와 접촉하는 제1 표면과, 상기 처리 영역으로부터 떨어져 면하는 반대편의 제2 표면을 가지고,

상기 복수의 통로들은 상기 전기 절연 부재 안에 형성되고, 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이로 연장되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제10항에 있어서,

상기 전기 절연 부재는 동심 절연 링이고,

상기 통로들은 상기 동심 절연 링 안에 형성되고 동심 패턴 또는 슬롯 패턴으로 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제10항에 있어서,

상기 전기 전도성 접지 부재는 복수의 전기 전도성 접지 부재들로 이루어지고,

상기 복수의 전기 전도성 접지 부재들은 상기 전기 절연 부재의 제2 표면과 개별적으로 일체로 제작되고, 다시 서로 전기적으로 결합되고 전기적으로 접지되어, 상기 처리 영역을 위한 결과적인 전기장 차폐를 형성하며,

상기 플라즈마 구속 장치는 상기 처리 영역의 주변 가장자리 주위에 위치된 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제1항에 있어서,

상기 전기 전도성 접지 부재는 복수의 전기 전도성 접지 부재들로 이루어지고, 각각의 상기 전기 전도성 접지 부재들은 개별적인 전기 전도성 링들을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제1항에 있어서,

상기 플라즈마 처리 장치는 내측 벽에 의해 한정되는 내부 공간을 가진 챔버와, 상기 내부 공간을 사이에 두고 서로 이격되어 위치된 상부 및 하부 전극을 구비하고,

상기 하부 전극은 주변 가장자리를 가지며,

상기 플라즈마 구속 장치는 상기 챔버의 상기 내측 벽과 상기 하부 전극의 주변 가장자리 사이에 위치된 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제1항에 있어서,

상기 전기 절연 부재는, 적어도 부분적으로, SiC, Al₂O₃, AlN 및 Si₃N₄로 구성되는 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 세라믹 재료로 제작되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제1항에 있어서,

상기 전기 절연 부재는, 적어도 부분적으로, 유전 물질(dielectric material)로 제작되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제1항에 있어서,

상기 플라즈마 처리 장치는 내부 공간을 가진 전기 전도성 챔버를 더 구비하고,

상기 전기 전도성 접지 부재는 복수의 전기 전도성 접지 부재들로 이루어지고,

상기 플라즈마 처리 장치의 상기 챔버는 전기 전도성 챔버이고,

상기 복수의 전기 전도성 접지 부재들 각각은 전기적으로 서로 결합되고, 다시 상기 전기 전도성 챔버에 전기적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제1항에 있어서,

상기 플라즈마 처리 장치는 내부 공간을 가진 챔버를 더 구비하고,

전기 전도성 쉘(shell)을 가진 하부 전극이 상기 챔버의 상기 내부 공간 내부에 위치되고,

상기 전기 전도성 접지 부재는, 서로 전기적으로 결합되고 다시 상기 하부 전극의 전기 전도성 쉘에 전기적으로 결합되는 복수의 전기 전도성 접지 부재들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제1항에 있어서,

상기 플라즈마 처리 장치는 내부 공간을 가진 전기 전도성 챔버를 더 구비하고,

전기 전도성 쉘을 가진 하부 전극이 상기 내부 공간 내부에 위치되고,

상기 전기 전도성 접지 부재는, 서로 전기적으로 연결되고, 다시 상기 전기 전도성 챔버 및 상기 하부 전극의 상기 전기 전도성 쉘에 전기적으로 결합되는 복수의 전기 전도성 접지 부재들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제1항에 있어서,

상기 플라즈마 처리 장치는 상기 처리 영역 내부에서 반응 가스의 공급원으로부터 전하와 중성 입자들로 형성된 기상의 플라즈마를 생성하고,

대전된 입자들은 상기 플라즈마 안에서 이동하며,

상기 복수의 통로들은 대전종들(charged species)을 소멸시키고 중성종들(neutral species)이 통과하여 지나갈 수 있도록 크기가 정해지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
피처리물에 대하여 플라즈마 처리가 이루어지는 처리 영역과, 상기 처리 영역에서 나오는 부산물 가스를 배기하는 배기 영역을 포함하는 플라즈마 처리 장치에 이용되며, 상기 처리 영역과 배기 영역 사이에 위치되는 플라즈마 구속 장치에 있어서:

전기 접지 부재 및

상기 전기 접지 부재 위에 전기적으로 절연되어 위치되고, 상기 처리 영역과 상기 배기 영역 사이에서 플라즈마가 통과할 수 있는 복수의 통로들을 형성하는 전기 전도성 부재를 구비하고,

상기 플라즈마는 대전종 및 중성종들을 가지며,

상기 복수의 통로들은 상기 대전종들을 소멸시키고 상기 중성종들이 통과할 수 있도록 크기가 정해지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제21항에 있어서,

상기 전기 접지 부재와 상기 전기 전도성 부재 사이에 위치된 전기 절연층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제21항에 있어서,

상기 전기 접지 부재와 상기 전기 전도성 부재 사이에 위치된 전기 절연 스페이서(spacer)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제21항에 있어서,

RF 방사(emission)가 상기 플라즈마 처리 장치의 상기 처리 영역에 제공되어 플라즈마를 여기하고,

상기 전기 접지 부재는 RF 방사가 상기 플라즈마 처리 장치의 상기 배기 영역에 도달하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제21항에 있어서,

상기 전기 접지 부재 또는 상기 전기 전도성 부재는 적어도 부분적으로 양극산화된 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제21항에 있어서,

상기 전기 전도성 부재는 상기 플라즈마 처리 장치의 상기 처리 영역에서 생성된 플라즈마에 의한 에칭에 견딜 수 있는 재료로 코팅된 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제26항에 있어서,

상기 전기 전도성 부재 또는 상기 전기 접지 부재는, 에칭을 견디는 상기 재료가 상기 전기 전도성 부재에 코팅되기 전에 먼저 적어도 부분적으로 양극산화되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제22항에 있어서,

상기 전기 절연층은 상기 전기 접지 부재 또는 상기 전기 전도성 부재의 표면들의 양극산화 또는 코팅 중 어느 하나에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제21항에 있어서,

상기 전기 전도성 부재는 복수의 동심 링들에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제21항에 있어서,

상기 전기 전도성 부재는, 슬롯이 형성된 관통공들 또는 그 안에 형성된 구멍들을 가지는 플레이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제21항에 있어서,

상기 전기 전도성 부재는 접지로부터 전기적으로 부동(floated)된 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제21항에 있어서,

상기 전기 전도성 부재는 상기 플라즈마의 대전종들을 소멸시키고 중성종들이 통과할 수 있도록 크기가 정해진 복수의 통로들을 형성하기 위해 서로 짝을 이루어 협력하는 복수의 제1 이격 동심 방향 전도성 링들 및 복수의 제2 이격 동심 방향 전도성 링들을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
피처리물에 대하여 플라즈마 처리가 이루어지는 처리 영역과, 상기 처리 영역에서 나오는 부산물 가스를 배기하는 배기 영역을 포함하는 플라즈마 처리 장치에 이용되며, 상기 처리 영역과 배기 영역 사이에 위치되는 플라즈마 구속 장치에 있어서:

상부 표면을 가진 전기 접지 플레이트

상기 전기 접지 플레이트의 상부 표면에 대하여 적어도 부분적으로 덮는 관계로 존재하는 전기 절연층 및

서로 전기적으로 결합되고, 상기 처리 영역과 상기 배기 영역 사이에 위치된 복수의 이격된 전기 전도성 부재들을 구비하며,

상기 전기 전도성 부재들중 적어도 하나는 상기 전기 절연층에 적어도 부분적으로 접촉된 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제33항에 있어서,

상기 전기 접지 플레이트에는 이 전기 접지 플레이트를 관통하여 연장되는 통로가 형성되어 있고,

상기 전기 접지 플레이트는 주변 가장자리 영역을 가지며,

상기 전기 절연층은 상기 주변 가장자리 영역의 상부 표면 위에 위치된 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제33항에 있어서,

상기 전기 전도성 부재들은, 동심형으로 이격되어 배치된 복수의 링들로 이루어지고, 각각의 상기 링들 사이에 통로들이 형성되며,

상기 각각의 통로들은 대전종들을 소멸시키고 중성종들이 지나갈 수 있도록 크기가 정해지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제33항에 있어서,

상기 전기 전도성 부재들은 금속으로 제작된 후 다시 양극산화되거나, 상기 처리 영역에서 형성된 플라즈마에 의한 에칭을 견딜 수 있는 재료로 코팅된 금속으로 제작되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제33항에 있어서,

상기 전기 전도성 부재들은 그 전도성을 증가시킬 수 있는 도펀트가 첨가된 반도체 재료로 제작되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제33항에 있어서,

상기 플라즈마 처리 장치는 상기 처리 영역을 한정하는 전기 전도성 챔버 바디와, 상기 챔버 바디에 장착된 양극과 음극을 구비하며,

상기 음극은 전기 전도성 쉘(shell) 내부에 둘러싸이고,

상기 전기 접지 플레이트는 상기 음극의 상기 전기 전도성 쉘 또는 상기 전기 전도성 챔버 바디 중 어느 하나에 전기적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
통로가 형성된 전기 접지 부재,

상기 전기 접지 부재에 대하여 적어도 부분적으로 덮는 관계로 위치된 전기 절연층,

상기 전기 절연층에 놓여지고, 상기 전기 접지 부재에 대하여 이격된 관계로 위치되며, 동심형으로 이격되어 배치된 복수의 제1 전기 전도성 링들, 및

상기 복수의 제1 전기 전도성 링들과 짝을 이루도록 상호 고정되고 협력하는, 동심형으로 이격되어 배치된 복수의 제2 전기 전도성 링들을 구비하고,

상기 복수의 제1 및 제2 전기 전도성 링들 사이에는, 대전종들을 소멸시키고 중성종들이 통과할 수 있도록 크기가 정해진 복수의 통로들이 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.
제39항에 있어서,

상기 복수의 제1 및 제2 전기 전도성 링들은 접지로부터 전기적으로 부동되고, 양극산화된 금속 또는 Y₂O₃로 코팅된 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 구속 장치.