KR100974845B1 - 플라즈마 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 처리 챔버 내에서 플라즈마를 한정하는 시스템 및 방법을 포함한다. 플라즈마 처리 장치는 제 1 전극(152), 발전기(154), 제 2 전극(156), 적어도 하나의 한정링(166), 및 제 1 전극(152)을 둘러싸는 접지 연장부(160)를 포함한다. 제 1 전극(152)은 가공물을 수용하고 관련된 제 1 전극 면적을 갖도록 구성된다. 발전기(154)는 제 1 전극(152)에 동작 가능하게 결합하고, 제 1 전극(152)으로 전달되는 RF 전력을 생성하도록 구성된다. 제 2 전극(156)은 제 1 전극(152)과 떨어져서 배치된다. 제 2 전극 (156) 은 제 1 전극 (152) 으로부터 전달된 RF 전력에 대하여 완전한 전기회로를 제공한다. 또한, 제 2 전극 (156) 은 제 1 전극 면적보다 큰 제 2 전극 면적을 갖는다. 적어도 하나의 한정링 (166) 이 플라즈마를 한정하는 것을 돕도록 구성된다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 방법{A PLASMA PROCESSING APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 반도체 제조에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반도체 제조 동안 플라즈마 처리에 관한 것이다.
반도체 기반의 디바이스(예를 들면, 집적회로나 평판 디스플레이)의 제조에서, 재료층이 가공물(workpiece) 표면(예를 들면, 반도체 웨이퍼 또는 유리패널)에 교대로 퇴적되고 그로부터 에칭된다. 당해 기술에서 잘 알려진 바와 같이, 상기 퇴적된 층(들)의 에칭은 플라즈마 강화 에칭(plasma-enhanced etching)을 포함하는 다양한 기술에 의해 완성될 수 있다. 플라즈마 강화 에칭에서, 상기 가공물의 실제 에칭은 플라즈마 처리 챔버 내부에서 일어난다. 플라즈마는 상기 에칭 프로세스 동안, 적당한 에칭액 소스 기체로부터 형성되어 상기 마스크에 의해 보호되지 않는 가공물의 영역들을 에칭하고, 원하는 패턴을 남긴다.
플라즈마 강화 에칭에는 2 종류의 플라즈마가 사용되는데, 이른바 한정된 (confined) 플라즈마와 한정되지 않은(unconfined) 플라즈마이다. 한정되지 않은 플라즈마는 상기 플라즈마 처리 챔버의 벽에 닿아 상기 챔버 벽으로부터의 원자들을 상기 가공물 상에 재퇴적시킴으로써 상기 가공물을 오염시킬 수도 있다. 일반적으로, 상기 플라즈마 처리 챔버 벽은 상기 가공물과 반응하지 않는(incompatible) 물질로 만들어진다. 한정된 플라즈마를 고려하면, 플라즈마가 상기 챔버 벽에 닿지 않도록 어떤 수단에 의해서 멈추기 때문에 거의 또는 전혀 오염이 없다. 그러므로, 한정된 플라즈마는 널리 알려진 한정되지 않은 플라즈마에 의해 제공되지 않는 수준의 청정도(cleanliness)를 제공한다.
그러나, 한정된 플라즈마를 생성하는 것은 그것이 상기 챔버벽에 대해 높은 전위를 갖기 때문에 곤란할 수도 있다. 한정 수단(confinement means) 외부의 리액터의 주어진 기하학적 구조와 기체 압력에 연관된 이 높은 전위는 상기 기체의 전기적 절연파괴(breakdown)와 한정된 영역의 외부의 플라즈마의 점화를 일으킬 수 있다. 또한, 상기 챔버 벽의 내부 표면 상의 많은 RF 복귀 전류(return current)는 RF 에너지를 상기 한정 수단의 외부의 기체에 유도 결합시킬 수도 있다. 이것은 또한 상기 기체의 전기적 절연파괴를 초래할 수도 있고, 따라서, 상기 플라즈마가 상기 챔버벽에 확산하는 것을 가능하게 한다. 이 원하지 않는 상태는 한정되지 않은 상태로 지칭될 것이다.
일반적으로, 성질상 전기 또는 자기의 다양한 종류의 반발 필드(repulsive field)를 구축함으로써 플라즈마가 챔버벽에 닿는 것을 방지할 수 있다. 예를 들면, 플라즈마는 챔버 벽에 존재하는 복수의 한정 링에 의해, 또한 한정 링의 내측 한계에 도달하기 직전에 플라즈마로부터 전하를 배출하는 수단에 의해 한정된다. 상기 한정링은 절연물질로 만들어지기 때문에, 상기 플라즈마의 전위에 대등한 정도의 전위로 충전될 것이다. 결과적으로, 반발 전기장은 플라즈마가 상기 챔버벽으로 전혀 돌출하지 않도록 방지하는 각각의 한정링의 선단(leading edge)으로부터 방사한다.
상기 다양한 종류의 플라즈마 에칭 시스템 중에, 한정링을 사용하는 것이 반도체의 생산에 매우 적절하고 효과적이라는 것이 증명되었다. 그러한 시스템의 예는 본 원에서 참조로서 병합하고 있으며 동시에 양도된 미국 특허 No.5,534,751 및 미국 특허 No.6,019,060에서 나타나 있다.
Lenz 등의 미국 특허 No.5,534,751의 명세서에서 플라즈마 한정을 사용하는 플라즈마 에칭 장치를 기술하였다. 상기 플라즈마 에칭 장치는 상기 장치가 동작하는 동안 플라즈마가 형성되는 상기 장치의 두 전극 사이의 상호작용 공간을 둘러싸도록 위치된 석영링을 구비한 한정링을 포함한다. 상기 상호작용 공간을 빠져나가는 플라즈마에서 소모된 기체들의 대전된 입자들이 슬롯을 빠져나갈 때 벽과의 충돌에 의해 중성화되는 것을 보장하도록 상기 슬롯의 크기가 선택된다. 각 전압원을 서로 고립시키는 방식으로 상기 전극에 전압을 인가하는데에 주파수가 다른 2개의 전압원이 사용된다. Lenz의 다른 미국특허 No.6,019,060의 명세서는 가공물의 운송을 돕기 위해 상기 한정링이 들어올려지고 내려지는 한정링의 사용을 기술한다.
한정링을 갖는 플라즈마 처리 챔버의 실시예가 도 1에 도시되었다. 도 1은 한정링(102a, 102b)을 갖는 플라즈마 처리 챔버(100)의 단면도를 도시한다. 오직 2개의 한정링만 도시되었지만, 임의의 수의 한정링이 제공될 수 있음이 이해될 것이다. 플라즈마 처리 챔버(100)내에서, 에칭하는 동안 가공물(106)이 위치하는 가공물 홀더를 나타내는 제 1 전극(104)이 도시되어 있다. 상기 제 1 전극(104)은 예를 들면, 정전기, 기계, 클램핑(clamping), 진공 등과 같은 임의의 적절한 척킹(chucking) 시스템에 의해 구현되고, 절연체(108)에 의해 둘러싸여진다. 에칭 단계 동안, RF 전원(110)은 제 1 전극(104)에 약 2MHz 내지 약 27MHz의 주파수를 갖는 RF 전력을 생성한다.
상기 가공물(106) 위에는, 알루미늄과 같은 전도성 재료로 형성된 리액터 탑에 결합된 제 2 상부 전극(112)이 배치된다. 상기 리액터 탑은 한정링(102)에 결합된다. 제 2 상부 전극(112)은 접지된 챔버벽(116)으로부터 절연체(118)에 의해 전기적으로 절연되고, 기체라인(도시되지 않음)을 통해 공급된 에칭액 소스 기체로부터 플라즈마를 생성하는 것을 돕기위해 RF 전력 공급장치(120)에 의해 전력이 공급된다. RF 전원(120)은 2MHz 내지 27MHz의 임의의 적절한 주파수를 가질 수도 있다. 도 1의 플라즈마 처리 챔버는, 상기 한정링이, 유도적으로 결합된 플라즈마 처리 챔버와 같은 다른 종류의 처리 챔버와도 원활히 동작함에도 불구하고, 용량적으로 결합된 플라즈마 처리 챔버를 나타낸다는 것을 당업자는 이해 수 있을 것이다.
플라즈마를 한정하는 다른 접근법은 자기적 한정을 포함한다. 미국 특허 No.5,767,628 및 미국 특허 No.5,936,352 모두 부분적으로 한정된 플라즈마를 생성하기 위해 자기적 한정을 사용하며, 본원에 참고로서 병합된다.
Keller 등은 미국특허 No.5,767,628에서 챔버, 플라즈마를 생성하기 위해 RF 유도 전자기장을 제공하는 유도 코일, 및 상기 처리 챔버 내에 한정된 플라즈마를 생산하는 복수의 자기 쌍극자를 포함하는 처리장치를 개시한다.
Samukawa 등은 미국특허 No.5,936,352에서 병렬 전자기 소자의 제 1 세트 및 제 2 세트를 갖는 플라즈마 챔버를 포함하는 처리 장치를 개시한다. 제 1 위상을 갖는 진동 에너지는 병렬 전자기 소자의 상기 제 1 세트에 적용된다. 반대의 위상을 갖는 다른 진동 에너지는 상기 처리 챔버에서 반대로 움직이는 에너지 필드를 생성하는 병렬 전자기 소자의 상기 제 2 세트에 적용되어, 전자가 상기 챔버에서 생산된 플라즈마에 한정되도록 한다.
플라즈마를 부분적으로 또는 완전히 한정하는 잘 알려진 방법이 있음에도 불구하고, 한정된 플라즈마를 생성하는 새로운 시스템 및 방법이 필요하다. 이 요구는 200mm 웨이퍼에서 300mm 웨이퍼로 변화하는 반도체 산업에 의해 야기된 것이다. 상기 300mm 웨이퍼는 200mm웨이퍼의 면적의 2배 이상을 사용한다. 상기 300mm 웨이퍼가 더 크기 때문에, 반도체 제조를 위한 동작 조건은 크게 변한다. 200mm 웨이퍼에 작용하는 한정된 플라즈마를 생성하는 종래 기술은 보다 높은 기체 유량(gas flow)과 보다 높은 무선 주파수(RF) 전력 레벨 때문에 300mm 웨이퍼에서는 유효하지 못하다.
그러므로, 실제로 보다 많은 부피를 차지하는 한정된 플라즈마를 생성하는 장치를 제공하는 것이 유익하다.
또한, 높은 기체 유량을 사용하여 작동하는 처리 챔버에서의 플라즈마를 한정하는 장치를 제공하는 것이 유익하다.
그리고, 높은 RF 전력 레벨로 작동하는 처리 챔버에서의 플라즈마를 한정하는 장치를 제공하는 것이 유익하다.
또한, 높은 기체 유량을 사용하여 작동하는 처리 챔버에서의 한정된 플라즈마를 생성하는 방법을 제공하는 것이 유익하다.
그리고, 높은 RF 전력 레벨을 사용하여 작동하는 처리 챔버에서 한정된 플라즈마를 생성하는 방법을 제공하는 것이 유익하다.
발명의 요약
본 발명은 플라즈마 처리 장치를 사용하여 플라즈마를 한정하는 시스템 및 방법을 포함한다. 상기 플라즈마 처리 장치는 제 1 전극, 적어도 하나의 발전기, 제 2 전극, 적어도 하나의 한정링, 및 상기 플라즈마 경계에서 전하를 제거하기위한 접지 연장부(ground extension)를 포함한다. 상기 제 1 전극은 가공물을 수용하도록 구성되어 있으며, 관련된 제 1 전극 면적을 갖는다. 상기 발전기는 상기 제 1 전극에 동작 가능하게 결합하고, 상기 제 1 전극에 전달되는 RF 전력을 생성하도록 구성된다. 상기 제 2 전극은 상기 제 1 전극과 떨어져서 배치된다. 상기 제 2 전극은 상기 제 1 전극으로부터 전달된 RF 전력을 위한 완전한 전기회로를 제공하도록 구성된다. 또한, 상기 제 2 전극은 제 1 전극 면적과 크기 면에서 다른 제 2 전극 면적을 갖는다. 적어도 하나의 한정링이 상기 플라즈마를 한정하는 것을 돕도록 구성된다. 상기 플라즈마는 상기 제 1 전극과 제 2 전극사이에서 전달되는 RF 전력으로 생성된다. 상기 접지 연장부는 접지된 전도 표면을 가진 상기 플라즈마 경계에서 전하를 제거한다.
또한, 본 발명은 플라즈마 처리 장치에서 한정된 플라즈마를 생성하는 방법을 포함한다. 상기 방법은 가공물을 수용하도록 구성되고 제 1 전극 면적을 갖는 제 1 전극을 제공하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은 상기 제 1 전극과 떨어져 배치된 제 2 전극을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 제 2 전극은 상기 제 1 전극으로부터 전달된 RF 전력에 대해 완전한 전기회로를 제공하도록 구성된다. 또한, 상기 제 2 전극은 상기 제 1 전극 면적과 크기가 다른 제 2 전극 면적을 갖는다. 그러면, 상기 방법은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극으로부터 복수의 전기전하를 전달하는 전력 공급장치를 사용하도록 한다. 상기 방법은 또한 플라즈마 경계에서 복수의 전하를 제거한다. 상기 플라즈마 경계는 상기 한정된 플라즈마에 대해 경계를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예는 본 명세서에 첨부된 도면에 도시된다.
도 1은 종래 기술의 플라즈마 처리 챔버의 단면도,
도 2는 접지 연장부에서 돌출부를 갖는 플라즈마 처리 장치의 단면도,
도 3은 넓은 접지 연장부를 갖는 플라즈마 처리 장치의 단면도,
도 4는 상기 가공물 전극보다 사실상 더 큰 면적을 갖는 제 2 전극을 구비한 플라즈마 처리 장치의 단면도, 및
도 5는 노치된(notched) 제 2 전극을 갖는 플라즈마 처리 장치의 단면도이다.
다음에는 본 출원의 일부를 구성하는 첨부도면을 참조하여 상세한 설명을 기술한다. 도면들은 예시를 통해서 본 발명이 실시되는 구체적인 실시예를 보여준다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예가 이용될 수 있으며 구조적인 변경이 이루어질 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
통상, 플라즈마 처리 챔버 벽은 가공물과 반응하지 않는 재료로 만들어진다. 한정된 플라즈마에 의하면, 상기 챔버 벽에 의해서 초래된 오염이 거의 없거나 전혀 없다. 따라서, 한정된 플라즈마는 널리 공지된 한정되지 않은 플라즈마에 의해서 제공되지 않는 일정한 수준의 청정도를 제공한다.
에칭처리 동안에 가해지는 더 높은 RF 전력과 더 높은 기체 유량 때문에 300 mm 응용을 위한 한정된 플라즈마를 생성하는 것이 곤란하다. 상기 300 mm 응용에 적용할 수 있는 복수의 실시예가 이하에서 설명된다. 또한, 본 개시에 의해서 혜택을 누리는 당해 기술분야의 당업자는 본 명세서에 기술되는 장치 및 방법들이 300 mm 응용에 한정되지 않는다는 것을 인식해야 할 것이다. 상기 장치 및 방법들은 높은 RF 전력 레벨을 채용하는 높은 기체 유량 환경에서 플라즈마의 한정을 필요로 하는 응용에 사용되도록 적응될 수 있다. 본 발명에서 높은 기체 유량은 대략 1500 sccm의 유량(flow rate)을 가리키고, 높은 RF 전력 레벨은 플라즈마 체적 ㎤당 대략 2 W의 전력 레벨을 가리킨다.
일반적으로, 본 발명은 플라즈마 처리장치 내에 플라즈마를 한정하는 장치 및 방법을 포함한다. 상기 플라즈마 처리장치는 발전기에 동작 가능하게 결합하는 제 1 전극, 제 2 전극, 적어도 하나의 한정링, 및 플라즈마 경계로부터 전하를 배출시키는 접지 연장부를 포함한다.
상기 플라즈마 처리장치는 플라즈마 처리 장치에 의해 플라즈마로 변환되는 기체를 수용하도록 구성된다. 한정하지 않고 예를 들면, 상기 플라즈마 처리 챔버 내로 펌핑되는 상대적으로 높은 기체 유량은 1500 sccm이다. 1500 sccm 보다 작은 기체 유량이 적용될 수도 있다.
제 1 전극은 가공물을 수용하도록 구성되며 상기 가공물을 수용하도록 적응되는 관련된 제 1 전극면적을 갖는다. 제 1 전극은 적어도 하나의 전원에 동작 가능하게 결합된다. 상기 전원은 제 1 전극에 전달되는 RF 전력을 생성하도록 구성된다.
제 2 전극은 제 1 전극으로부터 거리를 두고 배치된다. 제 2 전극은 제 1 전극으로부터 전달된 RF 전력을 위한 완전한 전기회로를 제공하도록 구성된다. 또한, 제 2 전극은 제 1 전극면적과 크기가 다를 수도 있는 제 2 전극면적을 갖는다. 일 실시예에서, 제 2 전극면적은 제 1 전극면적보다 더 크다.
플라즈마 처리장치 내에서 플라즈마를 생성하기 위해, 전원이 사용되고 RF 전력이 제 1 전극과 제 2 전극 사이에서 전달된다. 그 다음 상기 기체는 반도체 또는 유리 기판을 처리하는데 사용되는 플라즈마로 변환된다. 한정하지 않고 예를 들면, 플라즈마 체적 ㎤ 당 2 W의 RF 전력 레벨이 인가된다. 플라즈마 체적 ㎤ 당 2 W 보다 작은 RF 전력 레벨이 인가되어도 좋다.
적어도 하나의 한정링이 제 1 전극면적과 제 2 전극면적의 근처에 배치되고, 상기 적어도 하나의 한정링은 상기 플라즈마를 한정하는 것을 돕도록 구성된다. 상기 플라즈마는 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 전달되는 RF 전력으로 생성된다.
접지 연장부는 제 1 전극에 인접하고 유전체에 의해서 제 1 전극으로부터 분리된다. 상기 접지 연장부는 플라즈마 경계로부터 전하를 배출하고 접지된 전도성 표면을 포함한다.
본 발명은 한정된 플라즈마를 생성하는 4개의 다른 실시예를 설명한다. 상기 4개의 다른 실시예는 일정한 공통 특성을 공유하는데, 즉 적어도 하나의 한정 링에 부가된 2개의 전극과, 접지 연장부를 사용한다. 제 1 전극과 제 2 전극은 그 표면적의 크기가 변한다. 한 실시예에서, 제 1 전극은 제 2 전극보다 더 작은 면적을 갖는다. 제 1 전극은 가공물을 수용하도록 구성되며, 상기 제 1 전극은 RF 전원에 동작 가능하게 결합된다. 또한, 실시예들 각각은 상기 한정된 플라즈마의 주변으로부터 전기 전하를 배출하는 접지 연장부를 제공한다.
본 특허 출원의 목적에 있어서, "한정창(confinement window)"이라는 용어는 그 내부에 한정된 플라즈마가 보관될 수 있는 프로세스 파라미터 공간을 가리킨다. 구체적으로는, 플라즈마의 한정 조작이 가능한 RF 전력과 기체 유량 범위를 가리킨다. 그러므로, 본 발명은 반도체나 유리 유전체와 같은 가공물의 처리를 위한 플라즈마 시스템의 한정창을 증가시키는 장치 및 방법을 제공한다.
이하에서 기술된 4개의 실시예들은 돌출부(protrusion)를 갖는 접지 연장부 실시예, 레벨 접지 연장부 실시예, 면적이 증대한 전극 실시예, 노치된 전극 실시예를 포함하며 도 2, 도 3, 도 4, 도 5 각각에 도시된다. 전술한 바와 같이, 4개의 실시예 모두는 상기 한정된 플라즈마의 가장자리로부터 전하를 배출하도록 구성되는 제 1 전극의 근처에 접지 연장부를 포함한다. 또한, 4개의 실시예 모두는 상기 가공물을 수용하도록 구성되고 상기 제 2 전극 면적보다 더 큰 제 1 전극 표면적을 갖는 제 1 전극을 포함한다.
설명을 위해서, 본 발명은 처리챔버 내에서 플라즈마를 생성시키기 위해 용량결합을 채용한다. 본 발명의 장치 및 방법은 유도결합 플라즈마에 사용되도록 적응될 수도 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다.
또한, 단지 설명을 위해서, 이중 주파수(dual frequency) 전원은 플라즈마를 생성시키기 위해서 기체에 가해지는 높은 전위를 발생시키는데 사용된다. 보다 상세하게는, 실례적인 전원은 램 리서치사에 의해서 제작된 에칭 시스템에 포함된 2MHz와 27MHz에서 동작하는 이중 전력주파수 전원이다. 당업자는 처리 챔버 내에 플라즈마를 발생시킬 수 있는 다른 전원이 채용될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 또한 본 발명은 2MHz와 27MHz의 RF 주파수에 한정되지 않고 더 넓은 범위의 주파수에 적용될 수도 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다.
당업자는 또한 하기에 설명된 실시예의 각각에 대해서 추가적인 대체의 실시예가 있다는 것을 이해할 것이다. 부가적인 대안의 실시예에서, 제 2 "접지된" 전극은 처리 챔버 내에 플라즈마를 발생시키기 위해 RF 전력을 전달하도록 구성된다. 그러나, 제 2 전극에서 바이어스 전압의 감소와 제 1 "전력공급된" 전극에서의 바이어스 전압의 증가라고 하는 원하는 효과를 달성하기 위해, 제 2 전극은 가공물을 수용하도록 적응되는 제 1 전력공급된 전극보다 더 적은 RF 전력을 전달하도록 구성된다. 한정링 상의 바이어스 전압의 감소와 제 1 "전력공급된" 전극 상의 바이어스 전압의 증가에 의해서 플라즈마 한정을 달성하기 위한 목표가 이 부가적인 대안의 실시예를 통해서 달성된다는 것을 본 발명의 개시로부터 혜택을 누리는 당업자는 이해할 것이다. 또한, 이 추가적인 대체 실시예는 이후에 개시된 실시예의 각각에 적용될 수 있다는 것을 본 발명의 개시로부터 혜택을 누리는 당업자는 이해할 수 있을 것이다.
돌출부 실시예를 갖는 접지 연장부
도 2를 참조하면, 돌출부를 갖는 접지 연장부를 가지는 플라즈마 처리 장치(150)의 단면도가 도시된다. 이 실시예는 RF 전원(154)에 동작 가능하게 결합되는 전도성 물질로 구성되는 제 1 전극(152)을 포함한다. 전술한 바와 같이, RF 전원(154)는 이중 주파수 전원이다. 한정이 아닌 일례로서, 제 1 전극은 300mm의 가공물을 수용하도록 적응된 면적을 가진다.
동작시, 전력 공급된 제 1 전극(152)은 가공물(도시되지 않음)을 수용하도록 구성되며, 가공물을 제 1 전극(152)에 클램핑(clamp)하도록 구성된다. 가공물은 잘 알려진 시스템과 방법을 이용하여 제 1 전극에 정전기적으로 클램핑되거나 "척킹(chuck)"된다. 이들 잘 알려진 시스템과 방법은 척킹과 디척킹(dechucking) 목적을 위한 고전압 전극(도시되지 않음)을 통합하는 유전체 물질을 갖는 제 1 전극(152)을 코팅하는 것을 포함한다.
제 2 전극(156)은 제 1 전극(152) 위에 배치된다. 일반적으로, 제 2 전극은 오염을 피하기 위해 가공물과 양립할 수 있는 물질로 만들어진다. 제 2 전극(156)은 접지(158)에 연결되며 RF 전력을 위해 완전한 전기 회로를 공급한다. 또한, 제 2 전극(156)은 제 1 전극(152)의 표면적과 다를 수 있는 표면적을 갖는다. 일 실시예에서, 제 2 전극(156)은 제 1 전극(152)보다 더 큰 표면적을 갖는다. 다른 실시예에서, 제 2 전극(156)은 제 1 전극과 동일한 표면적을 갖는다. 한정이 아니라 일례로서, 제 2 전극은 실리콘이나 실리콘 탄화물과 같은 전도성 물질로 구성된다. 또한, 한정이 아니라 일례로서, 제 2 전극은 제 1 전극으로부터 25mm에 위치한다.
접지 연장부(160)는 제 1 전극(152) 부근이다. 접지 연장부(160)는 접지 연장부(160)의 평면으로부터 돌출되는 돌출부(161)를 갖는다. 돌출부는 전도체로 만들어지며 접지 연장부와 전기적 접촉을 이룬다. 접지 연장부(160)는 제 1 유전체 고리(162)에 의해 제 1 전극으로부터 분리된다. 제 1 유전체 고리(162)는 제 1 전극(152)과 접지 연장부(160)를 수용하도록 구성된다. 제 2 유전체 고리(164)는 접지 연장부(160)로부터 제 1 전극(152)을 분리한다. 제 2 유전체 고리(164)는 접지 연장부(160)와 동일한 평면에 위치한다.
한정이 아니라 일례로서, 접지 연장부(160)는 알루미늄이나 실리콘과 같은 전도성 물질로 구성된다. 또한, 한정이 아니라 일례로서, 돌출부(161)는 접지 연장부(160)의 평면 위 약 5mm이다. 추가로, 한정이 아니라 일례로서, 접지 연장부(160)는 제 1 전극(152)으로부터 5mm에 위치한다. 추가로, 한정이 아니라 일례로서, 제 1 유전체 고리(162)와 제 2 유전체 고리(164)는 모두 석영으로 구성된다. 또한, 한정이 아니라 일례로서, 제 2 유전체 고리(164)는 접지 연장부(160)로부터 제 1 전극(152)을 분리하는 5mm의 폭을 갖는다.
적어도 하나의 한정링(166)은 한정링들에 의해 정의되는 체적에 플라즈마를 한정하기 위해 사용된다. 추가적인 한정링들(168a, 168b)이 또한 도시되어 있다. 한정링들은 처리 챔버 내에서 발생되는 플라즈마를 한정한다. 일례로서, 한정링들(166, 168a, 168b)은 석영으로 구성된다.
동작시, 기체는 기체 주입구(도시되지 않음)에 의해 처리 챔버 안으로 주입된다. 한정이 아니라 일례로서, 기체 유량은 1500 sccm까지 이다. 플라즈마는, RF 전력이 제 1 전극(152)으로부터 처리 챔버 내에 있는 기체까지 전달될 때 발생된다. 전원은 플라즈마 체적 cm3 당 2W까지의 RF 전력 레벨을 전달한다.
한정링들(166, 168a, 168b)외에도, 접지 연장부(160)로부터의 돌출부(161)는 처리 챔버에 있는 플라즈마를 한정한다. 돌출부(161)와 접지 연장부(160)는 가공물을 수용하는 전력공급된 제 1 전극(152) 바로 위에 있는 플라즈마 전하 밀도에 영향을 끼치지 않고서 플라즈마로부터 전하를 배출함으로써 플라즈마를 한정한다. 그리하여, 돌출부(161)와 접지 연장부(160)는 플라즈마를 유지하는 것을 돕는다.
접지된 제 2 전극(156)이 전력공급된 제 1 전극(152)보다 더 큰 표면적을 갖는 일 실시예에서도, 플라즈마는 유지된다. 면적비, 즉 제 2 전극 면적을 제 1 전극 면적으로 나눈 비가 전력공급된 RF 전극(152)에 클램핑된 가공물 상의 바이어스 전압을 결정하기 때문에 플라즈마가 유지된다고 가정된다. 접지된 제 2 전극(156)과 전력공급된 제 1 전극(152) 사이의 면적비가 더 클 수록, 전력공급된 제 1 전극(152)에서의 바이어스 전압이 더 커진다. 같은 이유로, 접지된 제 2 전극(156)과 특히 한정링들(166, 168a, 168b)에서의 바이어스 전압은 만약 전술한 면적비가 증가한다면 감소한다. 한정링들에서의 감소된 바이어스는 그것들을 플라즈마와 동일한 전위로 충전하는 것을 가능하도록 하며, 그리하여 그 링들로부터 플라즈마를 더 잘 배출한다. 그리하여, 전력공급된 제 1 전극(152) 근처에 배치된 접지 연장부(160)와, 제 1 전극에 대해 접지된 제 2 전극의 증가된 표면적의 결합은 플라즈마 처리 챔버의 한정창의 크기를 증가시킨다.
수평 접지 연장부 실시예
도 3을 참조하면, 수평 접지 연장부를 갖는 대안적인 플라즈마 처리 장치의 단면도가 도시된다. 수평 접지 연장부 실시예(170)는 상기에서 설명한 돌출부(150)를 갖는 접지 연장부 실시예와 유사하다. 그러나, 수평 접지 연장부 실시예(170)는 수평 접지 연장부(172)를 포함한다. 수평 접지 연장부(172)는 도 2에 도시된 것과 같이 접지 연장부(160)로부터 확장되는 돌출부(161)를 포함하지 않는다. 또한, 수평 접지 연장부(172)는 돌출부(160)를 갖는 접지 연장부의 폭(W1) 보다 큰 폭(W2)을 갖는다.
동작시, 수평 접지 연장부(172)는 플라즈마의 경계로부터 전하를 배출한다. 따라서, 수평 접지 연장부는 돌출부(160)를 갖는 접지 연장부와 유사한 방식으로 기능한다.
비록 수평 접지 연장부 실시예(170)에 대한 표면적이 돌출부를 갖는 접지 연장부 실시예(150)의 표면적보다 작지만, 수평 접지 연장부 실시예는 제조하기가 더 쉽다. 수평 접지 연장부 실시예(170)의 제조는 접지(160)로부터 확장된 돌출부(161)가 구축되거나, 밀링되거나, 조합되거나, 제조될 필요가 없기 때문에 단순화된다.
면적이 증대한 실시예
면적이 증대한 접지된 전극을 갖는 대안적인 플라즈마 처리 장치의 단면도가 도 4에 도시된다. 도 4의 면적이 증대한 실시예(180)는 상기에서 설명한 도 2의 돌출부를 갖는 접지 연장부 실시예(150)와 유사하다. 그러나, 면적이 증대한 실시예(180)는 도 2의 접지된 전극(156)의 표면적과 비교하여, 더 큰 표면적, 즉 "증대한" 영역을 갖는 접지된 제 2 전극(182)을 포함한다. 접지된 제 2 전극(182)에 대한 더 큰 표면적의 결과로서, 절연체(184)의 내부 직경은 돌출부를 갖는 접지 연장부 실시예(150)에 대한 절연체(159)의 내부 직경보다 크다. 또한, 한정링(186a, 186b, 186c)에 대한 내부 직경은 한정링(166, 168a, 168b)에 대한 내부 직경보다 크다. 다른 차이점은, 면적이 증대한 실시예(180)가 도 3에 도시된 수평 접지 연장부(172)와 유사한 수평 접지 연장부(189)를 포함한다는 것이다. 한정이 아닌 예로써, 접지된 제 2 전극(182)은 수평 접지 연장부 실시예의 외부 직경 보다 50 mm 큰 외부 직경을 갖는다.
동작시, 면적이 증대한 실시예(180)는 상기에서 설명한 돌출부를 갖는 접지 연장부 실시예(150)와 유사한 방식으로 동작한다. 그러나, 접지된 전극(182)에 대한 표면적은 접지된 전극(156)에 대한 표면보다 실질적으로 더 크다. 면적이 증대한 실시예에서 접지된 전극(182)에 대한 더 큰 표면적의 결과로서, 접지된 전극(182)과 전력공급된 전극(188) 사이의 면적 비가 증가한다. 이러한 증가된 면적 비로 인해, 전력공급된 전극(188) 상의 바이어스 전압이 증가하고, 접지된 전극(182) 및 한정링(186a, 186b 및 186c) 상의 바이어스 전압이 감소한다. 한정링(186a, 186b 및 186c)에서의 바이어스 전압의 감소는 상기에서 설명한 것과 같은 플라즈마를 한정하기 위한 하드웨어의 능력을 강화시키고 더 큰 한정창을 허용한다.
노치된(Notched) 전극 실시예
도 5를 참조하면, 노치된 전극을 갖는 플라즈마 처리 장치의 단면도가 도시된다. 노치된 전극 실시예(190)는 도 4에서 설명한 면적이 증대한 실시예(180)와 유사하다. 그러나, 노치된 전극 실시예는 접지된 전극(194) 내에 노치(192)를 포함한다. 접지된 전극(194)에서 노치(192)를 제외하고는, 접지된 전극은 도 4의 접지된 전극(182)과 동일하다. 노치(192)는 접지된 전극(194)과 전력공급된 전극(196) 사이의 면적 비를 더욱 증가시킨다. 이전에 설명한 것과 같이, 면적 비의 증가로 인해, 전력공급된 전극(196) 상의 바이어스 전압이 증가하고, 접지된 전극(194) 및 한정링 상의 바이어스 전압이 감소한다. 접지된 전극(194)의 노치(192)는 한정링 전방으로 이동하는 플라즈마를 또한 희석시킨다. 추가 감소된 바이어스 전압 및 한정링 전방의 플라즈마 희석 양자는 한정창의 추가 증가를 야기한다. 한정이 아닌 예를 들면, 노치(192)는 10 mm의 폭과 15 mm의 깊이를 갖는다.
비록 상기한 설명은 많은 상세한 설명을 포함하지만, 이들은 본 발명의 범위를 한정하지 않고, 단지 본 발명의 현재 바람직한 실시예의 약간의 예들을 제공하는 것으로 해석되어야 한다. 따라서, 본 발명의 범위는 주어진 예시적인 예들 보다는 첨부된 청구범위와 그들의 법률적인 균등물에 의해 정해져야 한다.

Claims (24)

  1. 한정된 플라즈마를 생성하기 위해 기체를 수용하도록 구성된 플라즈마 처리 챔버로서,
    가공물을 수용하도록 구성되며, 제 1 전극 면적을 갖는 제 1 전력공급된 전극(powered electrode);
    상기 제 1 전력공급된 전극에 동작 가능하게 결합하고, 상기 제 1 전력공급된 전극에 전력을 전달하도록 구성된 발전기;
    상기 제 1 전력공급된 전극의 상방으로 이격되어 배치되고 제 2 전극 면적을 갖는 제 2 전극으로서, 상기 제 1 전력공급된 전극 및 상기 제 2 전극은 상기 기체를 플라즈마로 변환시키도록 구성되는, 상기 제 2 전극;
    상기 제 1 전력공급된 전극을 둘러싼 접지 연장부; 및
    상기 한정된 플라즈마가 실질적으로 내부에 배치된 체적을 둘러싸는 복수의 한정링으로서, 상기 복수의 한정링은, 상기 접지 연장부의 일부, 상기 제 1 전력공급된 전극 및 상기 제 2 전극과 평행하게 매달려 있고, 상기 접지 연장부의 일부, 상기 제 1 전력공급된 전극 및 상기 제 2 전극을 둘러싸며, 상기 접지 연장부는 상기 체적 내에 있는, 상기 복수의 한정링을 포함하는, 플라즈마 처리 챔버.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 접지 연장부는 돌출부를 더 포함하는, 플라즈마 처리 챔버.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전극 면적을 상기 제 1 전극 면적으로 나눔으로써 규정된 전극 면적 비가 1.0 보다 커서, 상기 제 2 전극 면적이 상기 제 1 전극 면적보다 큰, 플라즈마 처리 챔버.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 노치를 더 포함하고, 상기 노치는 상기 제 2 전극 면적을 증가시키도록 구성되는, 플라즈마 처리 챔버.
  10. 삭제
  11. 제 1 항, 제 3 항, 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접지 연장부는 상기 플라즈마로부터 전하를 배출하도록 구성되는, 플라즈마 처리 챔버.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 전극 표면적을 상기 제 1 전극 면적으로 나눔으로써 규정된 면적 비가 1.0 보다 커서, 상기 제 2 전극 면적이 상기 제 1 전극 면적보다 큰, 플라즈마 처리 챔버.
  13. 한정된 플라즈마를 생성하기 위해 기체를 수용하도록 구성된 플라즈마 처리 챔버로서,
    가공물을 수용하도록 구성되며, 제 1 전극 면적을 갖는 제 1 전력공급된 전극;
    상기 제 1 전력공급된 전극에 동작 가능하게 결합하고, 상기 제 1 전력공급된 전극에 전력을 전달하도록 구성된 발전기;
    상기 제 1 전력공급된 전극 상방으로 이격되어 배치된 제 2 전극으로서, 상기 제 1 전력공급된 전극 및 상기 제 2 전극은 상기 기체를 플라즈마로 변환시키도록 구성되며, 제 2 전극 면적을 갖는, 상기 제 2 전극;
    상기 제 1 전력공급된 전극 및 제 2 전극을 둘러싸는 복수의 한정링으로서, 상기 복수의 한정링은 상기 한정된 플라즈마가 실질적으로 내부에 배치되는 체적을 정의하며, 상기 처리 챔버 내에서, 상기 복수의 한정링은 상기 제 1 전력공급된 전극 및 상기 제 2 전극과 평행하게 매달려 있는, 상기 복수의 한정링; 및
    상기 복수의 한정링에 의해 한정되는 체적 내에서 상기 제 1 전력공급된 전극을 둘러싸는 접지 연장부를 포함하는, 플라즈마 처리 챔버.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 접지 연장부는 상기 플라즈마로부터 전하를 배출하도록 구성되는, 플라즈마 처리 챔버.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 2 전극 표면적 대 상기 제 1 전극 면적으로 규정된 면적 비가 1.0 보다 커서, 상기 제 2 전극 표면적이 상기 제 1 전극 면적보다 큰, 플라즈마 처리 챔버.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 접지 연장부는 돌출부를 포함하는, 플라즈마 처리 챔버.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 노치를 더 포함하고, 상기 노치는 상기 제 2 전극 면적을 증가시키도록 구성되는, 플라즈마 처리 챔버.
  18. 한정된 플라즈마가 실질적으로 내부에 배치되는 체적을 둘러싸는 복수의 한정링을 포함하는 플라즈마 처리 챔버에서 상기 한정된 플라즈마를 생성하는 방법으로서, 상기 방법은,
    상기 플라즈마 처리 챔버 내에 기체를 수용하는 단계;
    전원에 동작 가능하게 접속된 제 1 전극이 가공물을 수용하도록 하는 단계;
    상기 제 1 전극 상방으로 이격되어 배치되는 제 2 전극이 상기 제 1 전극으로부터 RF 전력을 수신하도록 하는 단계로서, 상기 제 2 전극은 상기 제 1 전극 면적보다 큰 제 2 전극 면적을 갖는, 상기 RF 전력을 수신하도록 하는 단계;
    RF 전력을 상기 제 1 전극에 전달함으로써 플라즈마를 생성하도록 전원을 사용하는 단계; 및
    상기 플라즈마로부터 복수의 전하를 배출하도록, 상기 복수의 한정링에 의해 한정되는 체적 내에서 상기 제 1 전극을 둘러싸는 접지 연장부를 위치시키는 단계로서, 상기 복수의 한정링은, 상기 전극 연장부의 일부, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극의 상방으로 위치되고 상기 전극 연장부의 일부, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극을 둘러싸는, 상기 접지 연장부를 위치시키는 단계를 포함하는, 플라즈마 생성 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    적어도 하나의 한정링에 의해 정의된 플라즈마 경계에서 상기 복수의 전하를 배출하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마 생성 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 기체를 수용하는 단계는 1500sccm까지의 유량으로 이송되는, 플라즈마 생성 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 전원을 사용하는 단계는 플라즈마 체적 cm3 당 2W 까지의 RF 전력을 전달하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마 생성 방법.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 접지 연장부는 유전체에 의해 상기 제 1 전력공급된 전극으로부터 분리되는, 플라즈마 처리 챔버.
  23. 제 13 항에 있어서,
    상기 접지 연장부는 유전체에 의해 상기 제 1 전력공급된 전극으로부터 분리되는, 플라즈마 처리 챔버.
  24. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 2 전극 표면적 대 상기 제 1 전극 면적으로 규정된 면적 비가 1.0 보다 커서, 상기 제 2 전극 표면적이 상기 제 1 전극 면적보다 큰, 플라즈마 처리 챔버.
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