KR101239521B1 - 기판으로부터 금속 산화물을 제거하기 위한 장치 및 그방법 - Google Patents

기판으로부터 금속 산화물을 제거하기 위한 장치 및 그방법 Download PDF

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Abstract

기판으로부터 금속 산화물을 제거하기 위한 플라즈마 생성 장치가 개시된다. 그 실시형태는 전력 공급 전극, 제1 유전체층, 및 전력 공급 전극과 제1 유전체층 사이에 배치된 제1 배선 메시를 포함하는 전력 공급 어셈블리를 포함한다. 또한, 그 실시형태는 플라즈마가 생성되는 캐비티를 형성하도록 전력 공급 전극 어셈블리에 대향하여 배치된 접지 전극 어셈블리를 포함하고, 제1 배선 메시는 캐비티 내에 플라즈마가 존재하는 경우 제1 유전체층에 의해 플라즈마로부터 차폐되며, 캐비티는 플라즈마를 공급하여 금속 산화물을 제거하기 위한 출구를 일 단에 갖는다.
Figure R1020087007488
플라즈마 생성 장치, 유전체층, 전력 공급 어셈블리, 배선 메시

Description

기판으로부터 금속 산화물을 제거하기 위한 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR THE REMOVAL OF A METAL OXIDE FROM A SUBSTRATE AND METHODS THEREFOR}
본 발명은 일반적으로 기판 제조 기술에 관한 것이고, 보다 상세하게는 기판으로부터 금속 산화물을 제거하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
기판, 예를 들어 반도체 기판 또는 평판 디스플레이 제조 시 사용되는 것과 같은 유리 패널의 프로세싱에 있어서, 플라즈마가 종종 채용된다. 기판 프로세싱의 일부로서, 예를 들어 기판은 각각이 집적 회로가 될 복수의 다이 또는 직사각형 영역으로 분할된다. 그 후, 기판은 재료들이 선택적으로 제거 (식각) 및 증착되는 일련의 단계들로 처리된다. 목표 게이트 길이로부터의 각각의 나노미터 편차가 디바이스들의 동작 속도로 직접 전환할 수도 있기 때문에, 대략 몇 나노미터의 트랜지스터 게이트의 임계 치수 (CD) 의 제어가 가장 중요하다.
그 후, 경화 유제의 영역이 선택적으로 제거되어 하부층의 구성요소가 노출되도록 한다. 그 후, 기판은 플라즈마 프로세싱 챔버 내에서, 척 또는 페데스탈이라 불리는, 단극 또는 쌍극 전극을 포함하는 기판 지지체 구조 상에 배치된다. 그 후, 적당한 에천트 가스가 챔버로 유입되고 플라즈마를 형성하도록 충돌하여 기판의 노출된 영역을 식각한다.
통상적으로, 구리 (Cu) 는 기판 상의 미세 전자회로들을 상호 연결하기 위한 것으로서 사용된다. 그러나, 벌크 구리 증착 이전에, 얇은 시드층 (약 500Å 내지 약 2000Å) 을 증착하기 위해 몇몇 타입의 구리 스퍼터링 증착 공정이 일반적으로 요구된다. 일반적으로, 구리 시드층은 막 형성 및 벌크 구리 그레인을 위한 핵생성 사이트를 제공한다. 즉, 먼저 배리어층이 PVD (플라즈마 기상 증착) 공정에 의해 증착될 수 있고, 그 후 구리 시드도 또한 PVD 공정에 의해 증착될 수 있으며, 최종적으로 나머지 벌크 구리가 전기화학도금 (ECP) 에 의해 증착될 수 있다.
일반적으로, ECP 는 플라스틱 기판 홀더 상에 (구리 시드를 갖는) 기판을 배치하는 단계를 포함한다. 그 후, 캐소드는 전도성 스틸 링으로 기판을 유지하며, 황산 (H2SO4), 황산구리 (Cu(SO4)) 및 다른 첨가제를 함유하는 도금 용액에 기판을 침지한다. 전류는 구리판인 애노드로부터 캐소드로 흐른다. 도금 용액 내에서, Cu(SO4) 는 구리 이온 (Cu2 +) 과 황산염 이온 (SO2 2 - ) 으로 해리한다. 구리 이온들이 기판 표면에 유인될 때, 기판 표면에서 구리 이온들이 구리 시드층 상에 흡수되게 된다.
그러나, 현재의 집적 방식의 단점을 극복하기 위해 구리 배선 집적에 대한 새로운 접근이 알려지고 있다. 예를 들어, 하나의 새로운 기술은 구리 시드 및/또는 구리 충진물을 대신할 수 있는 무전해 구리 도금의 사용이다. 일반적으로, 하부 배리어층 (예를 들어, Ti, Tin, Ta, TaN, W, WN, Ru 등) 은, 무전해 구리 증착을 위한 활성제로서 작용하는 Pd/Sn 콜로이드에 의해 촉진된다. 활성화 이후, 구리의 무전해 증착이 촉매면 상에서 발생한다. 일반적으로, Cu 증착의 커버리지는 100% 에 도달하고, Pd 의 흡착량은 컨디셔닝 공정에 의해 크게 증가한다. 그러나, 균일성을 확보하기 위해서는, 배리어층이 실질적으로 무전해 구리 도금 공정 이전에 형성되었을 수도 있는 어떠한 금속 산화물도 가지고 있지 않아야 한다.
통상적으로 알려진 비교적 단순한, 저 비용 금속 산화물 제거 방법은 대기 (또는 고압) 플라즈마 제트 (APPJ) 를 사용하는 것일 수 있으며, 이는 일반적으로 기판 상의 특정 위치에 플라즈마가 집중되도록 하여, 기판 상의 다이에 대한 손상 가능성을 최소화한다. 일반적으로, APPJ 장치는 다량의 불활성 가스 (예를 들어, He 등) 와 소량의 반응 가스 (예를 들어, H2, O2 등) 를 (소스의 종축을 따르는) rf 전력 공급 전극 (powered electrode) 과 접지 전극 사이에 형성된 환형 체적 (annular volume, 예를 들어, 튜브, 실린더 등) 내에서 혼합한다. 그 후, 생성된 플라즈마는 가스의 유입 (가스 유입) 에 의해 야기되는 압력에 의해 환형 체적의 일단으로부터 강제로 방출된다 (플라즈마 방출). 플라즈마 방출의 형상 및 크기뿐만 아니라, APPJ 장치의 방출구의 형상 및 크기는 가스 유입 압력을 조절함으로써 제어될 수도 있다.
게다가, APPJ 는 또한 금속 산화물을 제거하기 위하여 반응성 이온 식각 (RIE) 과 결합될 수도 있다. 일반적으로, RIE 는 기판으로부터 물질을 제거하기 위하여 화학 공정과 이온 공정 양자를 결합한다. 일반적으로 플라즈마 내의 이온들은 기판의 표면에 충돌하고, 그 이온들이 화학 공정의 분자들과 더 쉽게 반응하도록 하기 위해 기판 표면의 원자들의 화학 결합을 파괴함으로써 화학 공정을 강화한다. 주위 압력 조건에서 동작하는 대기 플라즈마는, 거의 진공 조건에서 동작하기 위해 정교한 펌핑 시스템을 필요로 하는 저압 플라즈마에 비해 상대적으로 비용이 저렴한 경향이 있다. 그러나, APPJ 장치는 또한 아킹 (arcing) 에 영향받기 쉬운 경향이 있다.
일반적으로 아크 (arc) 는 소규모 폭발의 영향을 가지는 고 전력 밀도 단락이다. 아크가 타겟 물질 또는 챔버 정착물의 표면 근방 또는 그 표면에서 발생하는 경우, 국부적 용융과 같은 실질적 손상이 발생할 수 있다. 일반적으로, 플라즈마 아크는 서서히 증가하는 전류 흐름을 발생하는 낮은 플라즈마 임피던스에 의해 야기된다. 저항이 충분히 낮으면, 전류는 무한히 증가하여 (전원 및 임피던스에 의해서만 제한됨), 모든 에너지 전이가 발생하는 단락을 유발한다. 이는 플라즈마 챔버 뿐만 아니라 기판에도 손상을 일으킨다. 아킹을 억제하기 위해서는, 일반적으로 상대적으로 높은 플라즈마 임피던스가 유지되어야 한다. 통상의 해결책은 상대적으로 높은 유속으로 큰 체적의 불활성 가스를 사용함으로써 플라즈마 내의 이온화 속도를 제한하는 것일 수 있다. 또 다른 해결책은 아킹 가능성을 감소시키기 위해, 전력 공급 전극의 종축을 따라 슬롯을 동일한 전위로 위치시키는 것일 수 있다.
예를 들어, 통상의 대기 플라즈마 구성에 있어서, rf 전력은 전력공급 전극과 접지 전극 세트 사이에서, O2 와 같은 프로세스 가스를 이온화시키는 전기 방전을 일으킨다. 그러나, 플라즈마에서의 전하 종들 (즉, 이온들) 의 밀도가 (통상적으로 2% 이상) 증가함에 따라, 노출된 전극에서의 파괴적인 아킹 가능성도 또한 증가한다. 이에 따라, 일반적으로 대부분의 대기 플라즈마 공정도 또한 이온화를 제한하는, He 와 같은 비전하 (불활성) 가스를 거의 포함한다. 그러나, 금속 산화물 부산물 제거 애플리케이션에서, 불활성 가스의 큰 체적 (고 유량) 은 대기 플라즈마의 사용을 경제적으로 비실용적이게 할 수도 있다.
예를 들어, 기판의 단지 5㎟ 표면적으로부터 금속 산화물을 실질적으로 제거하는데, 10 slm (standard liters per minute) 이상의 불활성 가스를 필요로 할 수도 있다. 이는 300㎜ 의 일반적인 단일 기판에 대하여 100 리터 이상의 불활성 가스가 소모되는 것에 상응할 수도 있다. 큰 체적의 반도체 등급 불활성 가스를 획득하는 비용은 제외하고, 기판 제조 시설에 있어서 이러한 체적을 저장하는 것은 실행 불가능할 수도 있다. 또한, 장비 비용으로 인해, 불활성 가스를 세정하고 재활용하는 것이 경제적으로 비실용적일 수 있다.
도 1을 참조하면, 전력 공급 전극과 접지 전극의 양자가 캐비티 벽 상에 각각 구성되어 있는, 대기 플라즈마 제트 장치의 개략도가 도시되어 있다. 일반적으로, 불활성 가스 (118, 예를 들어 He 등) 와 프로세스 가스 (116, 예를 들어 H2, CF4 등) 는 가압을 위해 밀봉 박스 (114) 로 유입된다. 그 가스들은, 가스 유입구 (115) 를 통해, rf 전원 (108) 에 의해 플라즈마가 충돌하는 방전 챔버 캐비티 (110) 내부로 순서대로 공급되며, 캐비티 (110) 일단의 방출구 (117) 로부터 플라즈마 방출 (104) 을 유발하여 기판 (102) 을 세정한다. 일반적으로, 방출구 (117) 의 형상 및 직경은 (예를 들어, 횡방향으로 좁고 종방향으로 깊은, 횡방향으로 넓고 종방향으로 얕은 등의) 횡축 및 종축의 양자를 따르는 플라즈마 방출 (104) 의 대응 형상에 영향을 미칠 수도 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 큰 체적의 불활성 가스는 전력 공급 전극 (106) 과 접지 전극 (112) 사이에서의 아크 (105) 생성을 방지하기 위해 요구될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 전력 공급 전극이 중심 봉으로 구성되고 접지 전극 (들) 이 캐비티 내부 표면 상에 구성되는, 대기 플라즈마 제트 장치의 개략도가 도시되어 있다. 이전과 같이, 일반적으로, 불활성 가스 (118, 예를 들어 He 등) 및 프로세스 가스 (116, 예를 들어, CF4, H2 등) 는 가압을 위해 밀봉 박스 (114) 로 유입된다. 그 가스들은, 가스 유입구 (115) 를 통해, rf 전원 (108) 에 의해 플라즈마가 충돌하는 방전 챔버 캐비티 (110) 내부로 순서대로 공급되며, 캐비티 (110) 일단의 방출구 (117) 로부터 플라즈마 방출 (104) 을 유발하여 기판 (102) 을 세정한다. 일반적으로, 방출구 (117) 의 형상 및 직경은 (예를 들어, 횡방향으로 좁고 종방향으로 깊은, 횡방향으로 넓고 종방향으로 얕은 등의) 횡축 및 종축의 양자를 따르는 플라즈마 방출 (104) 의 대응 형상에 영향을 미칠 수도 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 큰 체적의 불활성 가스는 전력 공급 전극 (106) 과 접지 전극 (112) 사이에서의 아크 (105) 생성을 방지하기 위해 요구될 수도 있다.
상술한 것을 감안하여, 기판으로부터 금속 산화물을 제거하기 위한 장치 및 그 제조 방법이 요구된다.
본 발명은, 일 실시형태에 있어서, 기판으로부터 금속 산화물을 제거하기 위한 플라즈마 생성 장치에 관한 것이다. 그 실시형태는 전력 공급 전극, 제1 유전체층, 및 전력 공급 전극과 제1 유전체층 사이에 배치된 제1 배선 메시를 포함하는, 전력 공급 전극 어셈블리를 포함한다. 또한, 그 실시형태는 플라즈마가 생성되는 캐비티를 형성하도록 전력 공급 전극 어셈블리에 대향하여 배치된 접지 전극 어셈블리를 포함하며, 캐비티 내에 플라즈마가 존재하는 경우 제1 배선 메시는 제1 유전체층에 의해 플라즈마로부터 차페되며, 캐비티는 플라즈마를 제공하여 금속 산화물을 제거하기 위한 출구를 일 단에 갖는다.
본 발명은, 일 실시형태에 있어서, 기판으로부터 금속 산화물을 제거하기 위한 플라즈마 생성 방법에 관한 것이다. 그 방법은, 전력 공급 전극, 제1 유전체층, 및 전력 공급 전극과 제1 유전체층 사이에 배치된 제1 배선 메시를 포함하는 전력 공급 전극 어셈블리를 제공하는 단계를 포함한다. 또한, 그 방법은 플라즈마가 생성되는 캐비티를 형성하도록 전력 공급 전극 어셈블리에 대향하여 배치된 접지 전극 어셈블리를 제공하는 단계를 포함하며, 제1 배선 메시는 캐비티 내에 플라즈마가 존재하는 경우 제1 유전체층에 의해 플라즈마로부터 차폐되며, 캐비티는 플라즈마를 제공하여 금속 산화물을 제거하기 위한 출구를 일 단에 갖는다. 그 방법은, 캐비티 내부로 적어도 하나의 프로세스 가스와 적어도 하나의 불활성 가스를 도입하는 단계와, 전력 공급 전극에 의해 캐비티에 rf 전계를 인가하여 적어도 하나의 불활성 가스와 적어도 하나의 프로세스 가스로부터 플라즈마를 생성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명은, 일 실시형태에 있어서, 기판으로부터 금속 산화물을 제거하기 위한 플라즈마 생성 방법에 관한 것이다. 그 방법은, 전력 공급 전극, 제1 유전체층, 및 전력 공급 전극과 제1 유전체층 사이에 배치된 제1 배선 메시를 포함하는 전력 공급 전극 어셈블리를 제공하는 단계를 포함한다. 또한, 그 방법은 플라즈마가 생성되는 캐비티를 형성하도록 전력 공급 전극 어셈블리에 대향하여 배치된 접지 전극 어셈블리를 제공하는 단계를 포함하며, 제1 배선 메시는 캐비티 내에 플라즈마가 존재하는 경우 제1 유전체층에 의해 플라즈마로부터 차폐되며, 캐비티는 플라즈마를 제공하여 금속 산화물을 제거하기 위한 출구를 일 단에 갖는다. 그 방법은, 전력 공급 전극에 의해 캐비티에 rf 전계를 인가하여 적어도 하나의 불활성 가스와 적어도 하나의 프로세스 가스로부터 플라즈마를 생성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 이러한 특징 및 다른 특징은 다음의 도면들과 함께 이하의 본 발명의 상세한 설명에서 더 상세하게 설명될 것이다.
첨부된 도면의 도에 있어서, 본 발명은 한정으로서가 아니라 예시로서 설명되는 것이며, 도면에서 동일한 참조 부호는 유사한 구성요소로 간주한다.
도 1은 전력 공급 전극 및 접지 전극의 양자가 캐비티 벽 상에 각각 구성된, 대기 플라즈마 제트 장치의 개략도를 나타낸다.
도 2는 전력 공급 전극이 중심 봉으로 구성되고, 접지 전극 (들) 이 캐비티 벽 상에 구성된, 대기 플라즈마 제트 장치의 개략도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따라, 전력 공급 전극 및 접지 전극의 양자가 캐비티 벽 상에 각각 구성된, DWM-APPJ 장치의 개략도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따라, 전력 공급 전극이 중심 봉으로 구성되고 접지 전극 (들) 이 캐비티 내부 표면 상에 구성된, DWM-APPJ 장치의 개략도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따라, 대기 플라즈마 장막을 유발하도록 구성된 DWM-APPJ 장치의 개략도를 나타낸다.
도 6a는 본 발명의 일 실시형태에 따라, 플라즈마 장막을 유발하도록 구성된 DWM-APPJ 장치 세트의 개략도를 나타낸다.
도 6b는 본 발명의 일 실시형태에 따라, 플라즈마 장막을 유발하도록 구성된 오프셋 DWM-APPJ 장치 세트의 개략도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따라, 배선 메시-유전체 슬리브 세트가 변경될 수 있는, DWM-APPJ 장치의 개략도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따라, DWM-APPJ 장치에 의해 기판으로부터 금속 산화물을 최적으로 제거하는 개략적인 방법을 나타낸다.
이하, 첨부 도면에 도시된 바와 같은 본 발명의 몇몇 바람직한 실시형태들을 참조하여 본 발명이 상세하게 설명될 것이다. 다음의 설명에서, 다수의 특정 상세가 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 설명된다. 그러나, 이러한 특정 상세의 일부 또는 모두 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 다른 예시에서, 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 하기 위하여, 공지된 공정 단계들 및/또는 구조물에 대해서는 상세하게 설명되지 않는다.
이론에 한정되기를 원치 않지만, 발명자는 적어도 하나의 전극과 플라즈마 사이에 유전체 배리어와 배선 메시가 위치되는, 대기 압력 플라즈마 제트 장치 (DWM-APPJ) 가, (약 1slm 미만의) 상대적으로 낮은 불활성 가스 유속으로 아킹을 최소화할 수 있으며, 이에 따라 기판으로부터 금속 산화물을 효과적으로 제거할 수 있다고 확신한다.
일반적으로, 아킹은 극도로 빠른 스트리머 전파가 가능한 임계 단계에 전자 사태가 도달하도록, 전극들 사이의 방전 갭에 과도 전압이 인가될 때 발생한다. 그 결과, 마이크로 방전 채널이 형성된다. 그러나, 전극과 대기 플라즈마 사이에 위치되는 유전체 배리어 (예를 들어, 실리콘 이산화물, 실리콘 질화물 등) 는 일렉트릿 (일반적으로 그 표면 상에 전하를 축적하는 재료) 으로서 작용하는 경향이 있으며, 마이크로 방전 채널들이 유전체 배리어를 통해 본래의 채널 직경보다 훨씬 큰 영역을 커버하는 표면 방전으로 확산하도록 한다. 유전체 표면 상의 전하 축적으로 인해, 마이크로 방전 위치에서의 전계는 브레이크다운 이후, 몇 나노 초 이내에 붕괴하여, 이 위치에서 전류 흐름을 중단한다. 그러나, 또한, 종종 이 브레이크 다운은 플라즈마 그 자체의 붕괴를 초래한다. 유리한 방식으로, 배선 메시가 이러한 붕괴를 방지한다.
일반적으로, rf 생성기에 의해 발생되는 전자파는, 대략 파장 폭 미만의 배선 메시와 같은 도전 표면 내의 홀들을 통과하지 못한다. 생성된 rf 전계는 배선 메시 홀들의 직경을 변경함으로써 상이한 양 및 상이한 정도로 감쇠될 수 있다. 적당한 크기의 홀들을 갖는 배선 메시에 의한 유전체 배리어 표면 상의 2차 전계의 발생은, 실질적으로 더 작은 불활성 가스 유속으로 아킹없이 플라즈마를 유지하는 것을 돕는다. 이에 따라, DWM-APPJ 에 있어서 전극과 유전체 배리어 사이의 적어도 하나의 배선 메시의 부가는 플라즈마 제트가 생성되도록 하여, (약 1slm 미만의) 상대적으로 작은 불활성 가스 유속으로 특정 기판 위치의 금속 산화물 부산물을 실질적으로 제거할 수 있다. 게다가, 종래의 APPJ 구성과 달리, DWM-APPJ 는 전력 공급 전극의 종축을 따르는 슬롯들을 필요로 하지 않는다. 일반적으로 슬롯들은 APPJ의 비용, 복잡성 및 크기를 증가시킨다.
일반적으로, rf 의 하나의 파장의 공차 (tolerance) 는 충분한 성능과 불충분한 성능 사이에서 대략 교차하는 지점이 되도록 취해진다. 그러나, 일반적으로, 배선 메시의 홀들 또는 표면의 변화는 수용할 수 없는 성능 저하를 부과하지 않도록 파장 폭의 일부보다 보통 작아야 한다. 또한, 배선 메시는 rf 전계가 플라즈마 내부를 통과하도록 하기 위해 접지되지 않아야 한다.
일 실시 형태에 있어서, 유전체 배리어는 단일 전극과 플라즈마 사이에 위치된다. 일 실시형태에 있어서, 유전체 배리어는 모든 전극들과 플라즈마 사이에 위치된다. 일 실시형태에 있어서, 유전체 배리어는 전력 공급 전극과 플라즈마 사이에 위치된다. 일 실시형태에 있어서, 유전체 배리어는 접지 전극과 플라즈마 사이에 위치된다. 일 실시형태에 있어서, 배선 메시는 유전체 배리어와 전극 사이에 배치된다. 일 실시형태에 있어서, 배선 메시는 각 유전체 배리어와 전극 사이에 배치된다. 일 실시형태에 있어서, 배선 메시는 유전체 배리어와 전력 공급 전극 사이에 배치된다. 일 실시형태에 있어서, 배선 메시는 유전체 배리어와 접지 전극 사이에 배치된다. 일 실시형태에 있어서, 프로세스 가스는 H2 이다.
일 실시형태에 있어서, 배선 메시는 구리 (Cu) 를 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 배선 메시는 스테인레스 강을 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 배선 메시는 황동을 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 배선 메시는 아연도금되어 있다. 일 실시형태에 있어서, 배선 메시는 모노필라멘트이다. 일 실시형태에 있어서, 배선 메시는 장방형 위브 (weave) 를 갖는다. 일 실시형태에 있어서, 배선 메시는 6각형 위브를 갖는다. 일 실시형태에 있어서, 유전체는 마일라 (Mylar) 를 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 유전체는 세라믹을 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 유전체는 테프론 (Teflon) 을 포함한다.
다음으로, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따라, 전력 공급 전극과 접지 전극의 양자가 각각 캐비티 벽 상에 구성된, DWM-APPJ 장치의 개략도가 도시되어 있다. 또한, 통상적으로 사용되는 구성과 달리, 전력 공급 전극 (306) 과 유전체 배리어 (305a) 사이에 위치된 배선 메시 (307a) 와 접지 전극 (332) 과 유전체 배리어 (305b) 사이에 위치된 배선 메시 (307b) 는, 통상적으로 요구되는 (예를 들어, 약 10slm 등의) 불활성 가스 유속보다 실질적으로 더 작은 (약 1slm 미만의) 불활성 가스 유속으로 아킹 없이 플라즈마가 유지되도록 할 수 있다. 일반적으로, 불활성 가스 (318) 와 프로세스 가스 (316) 는 가압을 위해 밀봉 박스 (314) 내부로 유입된다. 그 가스들은, 기판 (302) 을 세정하기 위하여, 가스 유입구 (315) 를 통해 rf 전원 (308) 에 의해 플라즈마가 충돌하는 방전 챔버 캐비티 (310) 내부로 순서대로 공급되고, 캐비티 (310) 일단의 방출구 (317) 로부터 플라즈마 방출 (304) 을 유발한다. 또한, 이 실시형태에서는, 각 전극이 배선 메시로 구성되었지만, 다른 실시 형태는 전력 공급 전극 (306) 또는 접지 전극 (332) 중 어느 하나에만 단일 배선 메시를 포함할 수도 있다. 실시형태에 있어서, 직경 (331) 은 약 0.5㎜ 와 약 6㎜ 사이이다. 이 실시형태의 이점은, (약 1slm 미만의) 상대적으로 작은 불활성 가스 유속으로 금속 산화물 부산물을 실질적으로 제거하는 플라즈마 제트를 발생하는 능력을 포함하여, 반도체 등급 불활성 가스의 큰 체적을 획득하는 비용 또는 고가의 불활성 가스 재활용 장치를 구입하는 비용을 방지할 수 있다.
다음으로, 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따라, 전력 공급 전극이 중심 봉으로 구성되고 접지 전극 (들) 이 캐비티 내부 표면 상에 구성된, DWM-APPJ 장치의 개략도가 도시되어 있다. 또한, 종래 기술과 달리, 전력 공급 전극 (406) 과 유전체 배리어 (405b) 사이에 위치된 배선 메시 (407b) 와, 접지 전극 (432a, 432b) 과 유전체 배리어 (405a) 사이에 위치된 배선 메시 (407a) 는, 통상적으로 요구되는 (예를 들어, 약 10slm 등의) 불활성 가스 유속보다 실질적으로 더 작은 (약 1slm 미만의) 불활성 가스 유속으로 아킹 없이 플라즈마가 유지되도록 할 수 있다. 이전과 같이, 일반적으로, 불활성 가스 (418) 와 프로세스 가스 (416) 는 가압을 위해 밀봉 박스 (414) 내부로 유입된다. 그 가스들은, 가스 유입구 (415) 를 통해, rf 전원 (408) 에 의해 플라즈마가 충돌하는 방전 챔버 캐비티 (410) 내부로 순서대로 공급되고, 캐비티 (410) 일단의 방출구 (417) 로부터 플라즈마 방출 (404) 을 유발하여, 기판 (402) 을 식각 또는 세정한다. 실시형태에 있어서, 직경 (431) 은 약 0.5㎜ 와 약 6㎜ 사이이다. 이 실시형태의 이점은 상대적으로 작은 (약 1 slm 미만의) 불활성 가스 유속으로 금속 산화물 부산물을 실질적으로 제거하는 플라즈마 제트를 생성하는 능력을 포함하여, 반도체 등급 불활성 가스의 큰 체적을 획득하는 비용 또는 고가의 불활성 가스 재활용 장치를 구입하는 비용을 방지할 수 있다.
예를 들어, 베벨 (bevel) 에지 폴리머를 제거하기 위하여, DWM-APPJ 장치를 사용하면, 1-20W rf 전력의 전력 설정과, 약 2 MHz 내지 약 13.56MHz 의 주파수에서, 1 slm 미만의 He 유량은, He 내에서 약 3.9% H2 로 아킹을 방지하기 위해 요구될 수도 있다. 이는 통상적으로 사용되는 APPJ 장치와 비교할 만한 동작에 대하여 일반적으로 요구되는 실질적으로 약 10 slm 미만의 He인 것이다.
다음으로, 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따라, 대기 플라즈마 장막을 유발하도록 구성된 DWM-APPJ 장치의 개략도가 도시되어 있다. 일반적으로, APPJ 장치는 기판의 직경과 비교할 때 상대적으로 작은 직경을 가지는 경향이 있다. 기판의 전체 부분을 프로세스하기 위해, 일반적으로, APPJ 장치 그 자체 또는 기판 중 어느 하나는, 기판 표면과 플라즈마 방출물의 접촉을 보장하기 위해 회전하는데, 이는 잠재적 시간 소모 공정이다. 그러나, 혁신적인 방식에 있어서, DWM-APPJ (504) 는 방출구 폭 (506) 이 적어도 기판 (502) 의 직경 (508) 만큼 넓게 되도록 구성될 수 있다. 결과적인 플라즈마 방출은 (방출구 폭 (506) 과 평행한) 기판 (502) 의 전체 슬라이스를 동시에 맡을 수 있는 플라즈마 장막을 생성하여, 무전해 Cu 도금 장치 (ECP, 510) 내부로 기판이 삽입될 때, 어떠한 부가적인 프로세싱 시간도 거의 요구하지 않으면서 금속 산화물이 제거되도록 하여, 실질적으로 제조 수율을 개선한다.
다음으로, 도 6a를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따라, DWM-APPJ 장치의 세트의 개략도가 플라즈마 장막을 유발하도록 구성되어 있다. 상술한 바와 같이, APPJ 장치는 기판의 직경과 비교할 때 상대적으로 작은 직경을 가지는 경향이 있기 때문에, 일반적으로 DWM-APPJ 장치 그 자체 또는 기판 중 어느 하나는, 플라즈마 방출물과 전체 기판 표면의 접촉을 보장하기 위해 회전된다. 그러나, 혁신적인 방식에 있어서, DWM-APPJ 장치 (604) 의 세트는 총 방출구 폭들이 적어도 기판 (602) 의 직경 만큼 넓게 되도록 구성될 수도 있다. 이는 몇몇 관점에서 이로울 수도 있다. 더 작은 DWM-APPJ 장치 (604) 에 상응하는 더 작은 가스 유속 세트가 제어 및 조정에 더 용이할 수도 있다. 또한, 상이한 DWM-APPJ 장치들은 위치에 대한 관계 (예를 들어, 기판의 에지에 반대되는 기판의 중앙), 시간에 대한 관계 (공정의 중반 또는 종반에 반대되는 초반의 기판과 대기 플라즈마의 접촉), 기판의 타입에 대한 관계 등에 있어서 상이한 유속 및/또는 비율로 구성될 수도 있다. 도 5에서와 같이, 결과적인 플라즈마 방출은 (방출구 폭 (606) 에 평행한) 기판 (602) 의 전체 슬라이스를 동시에 맡을 수 있는 플라즈마 장막을 생성하여, 무전해 Cu 도금 장치 (ECP, 610) 내부에 기판이 삽입될 때, 어떠한 부가적인 프로세싱 시간도 거의 요구하지 않으면서 금속 산화물이 제거되도록 하여, 실질적으로 제조 수율을 개선한다.
도 6b를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따라, 오프셋 DWM-APPJ 장치 세트의 개략도가 플라즈마 장막을 유발하도록 구성되어 있다. 상술한 바와 같이, APPJ 장치는 기판의 직경과 비교할 때 상대적으로 작은 직경을 가지는 경향이 있기 때문에, APPJ 장치 그 자체 또는 기판 중 어느 하나는, 플라즈마 방출물과 기판 표면 전체의 접촉을 보장하도록 회전되어야 한다. 그러나, 혁신적인 방식에 있어서, 오프셋 DWM-APPJ 장치 (612) 의 세트는 총 방출구 폭들이 적어도 기판 (602) 의 직경만큼 넓게 되도록 구성될 수도 있다. 이는 몇몇 관점에서 이로울 수도 있다. 더 작은 DWM-APPJ 장치 (612) 에 상응하는 더 작은 가스 유속 세트가 제어 및 조정에 더 용이할 수도 있다. 또한, 상이한 DWM-APPJ 장치들은 위치에 대한 관계 (예를 들어, 기판의 에지에 반대되는 기판의 중앙), 시간에 대한 관계 (공정의 중반 또는 종반에 반대되는 초반의 기판과 대기 플라즈마의 접촉), 기판의 타입에 대한 관계 등에 있어서 상이한 유속 및/또는 비율로 구성될 수도 있다. 또한, 각각의 플라즈마 방출물들은 서로 이격되어, 잠재적인 크로스 플로우 간섭을 감소시킬 수 있으며, 금속 산화물 제거 효율을 잠재적으로 개선할 수도 있다. 도 5에서와 같이, 결과적인 플라즈마 방출은 기판 (602) 의 전체 슬라이스를 동시에 맡을 수 있는 플라즈마 장막을 생성하여, 무전해 Cu 도금 장치 (ECP, 610) 내부에 기판이 삽입될 때, 어떠한 부가적인 프로세싱 시간도 거의 요구하지 않으면서 금속 산화물이 제거되도록 하여, 실질적으로 제조 수율을 개선한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따라, 배선 메시-유전체 슬리브 세트가 변경될 수 있는, DWM-APPJ 장치의 개략도가 도시되어 있다. 상술한 바와 같이, rf 전계는 배선 메시 홀의 직경을 변경함으로써 상이한 양 및 상이한 정도로 약화될 수 있다. 이에 따라, 각각 상이한 배선 메시홀 직경을 갖는 다양한 배선 메시 유전체 슬리브 (705a 및 705b) 는, 특정 구성 또는 레시피에 대해 DWM-APPJ 장치가 최적화되도록 할 수 있다. 즉, 각 배선 메시 유전체 슬리브 (705a 및 705b) 는 아킹을 최소화하기 위해, DWM-APPJ 내에 적절한 전극 및 플라즈마 사이에 위치된다. 일 실시형태에 있어서, 배선 메시 유전체 슬리브 (705a 및 705b) 는 임의의 소정의 구성에 대하여 동일한 홀 직경을 갖는다. 일 실시형태에 있어서, 배선 메시 유전체 슬리브 (705a 및 705b) 는 임의의 주어진 구성에 대하여 상이한 홀 직경을 갖는다.
일 실시형태에 있어서, 배선 메시층은 유전체층들 사이에서 샌드위치된다. 일 실시형태에서, 배선 메시층은 실리콘 접착제와 같은 접착제에 의해 유전체층에 접합된다. 일 실시형태에 있어서, 배선 메시층은 (횡축을 따라) 압력에 의해 유전체층에 고정된다. 일 실시형태에 있어서, 배선 메시층은 (종축을 따라) 마찰력에 의해 유전체층에 고정된다. 일 실시형태에 있어서, 배선 메시 유전체 슬리브는 (횡축을 따라) 압력에 의해 전극에 고정된다. 일 실시형태에 있어서, 배선 메시 유전체 슬리브는 (종축을 따라) 마찰력에 의해 유전체층에 고정된다.
예를 들어, 일반적으로, 불활성 가스의 유속 감소는 (예를 들어, 프로세스 가스 유속, 프로세스 가스 타입, rf 전력 등의) 소정의 구성에 대하여 아킹 가능성을 증가시키게 된다. 그러나, 각각 더 작은 홀 직경을 갖는 배선 메시 슬리브 세트를 삽입하면, 더 낮은 불활성 가스 유속으로 아킹없이 플라즈마를 유지할 수도 있다. 또한, DWM-APPJ 장치 그 자체를 재설계할 필요 없이, (예를 들어, 복합금속, 백금, 등의) 상이한 배선 메시 재료들이 또한 사용될 수도 있다.
도 8 을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따라, DWM-APPJ 장치로 기판으로부터 금속 산화물을 최적으로 제거하는 개략적인 방법이 도시되어 있다. 초기에, 802에서 전력 공급 전극, 배선 메시, 및 유전체층을 포함하는 전력 공급 전극 어셈블리가 제공된다. 일 실시형태에 있어서, 배선 메시는 구리, 스테인레스 강, 황동 및 아연도금 금속 중 하나를 포함할 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 유전체층은 실리콘 이산화물, 실리콘 질화물, 마일라, 세라믹 또는 테프론 중 하나를 포함할 수도 있다. 다음으로, 804에서, 접지 전극 어셈블리가 플라즈마가 생성되는 캐비티를 형성하도록 전력 공급 전극 어셈블리에 대향하여 배치된다. 일 실시형태에 있어서, 캐비티는 환형 체적일 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 전력 공급 전극은 캐비티 내에 구성된 종방향 프로브이다. 다음으로, 806에서, 전력 공급 전극에 의해 rf 전계가 캐비티에 인가되어 적어도 하나의 불활 성 가스 및 적어도 하나의 프로세스 가스로부터 플라즈마를 생성한다.
본 발명은 몇몇 관점에 있어서 종래 기술과 실질적으로 구별된다. 예를 들어, 본 발명은 (약 1slm 미만의) 상대적으로 작은 불활성 가스 유속으로 특정 기판 위치에서 금속 산화물 부산물을 실질적으로 제거하는 플라즈마 제트를 생성하기 위하여, 적어도 하나의 유전체 배리어와 적어도 하나의 배선 메시를 APPJ 와 결합한다 (DWM-APPJ). 또한, 통상의 매우 복잡한 APPJ 장치 구성과 달리, 본 발명은 슬롯, 고 유속, 및/또는 알루미나 캡의 사용을 통해 아킹을 감소시키지 않는다. 또한, 본 발명은 진공을 유지하기 위한 어떠한 특정화 및/또는 장치를 요구하지 않으며, 기판에 물리적으로 접촉하지 않아서 스크래치 손상 가능성을 최소화하며, 최소의 장비 요구로 인해 기존의 공정에 통합하는 것이 상대적으로 용이하다.
본 발명은 몇몇 바람직한 실시형태에 관하여 설명하였지만, 본 발명의 범위 내에 포함되는 변경, 치환, 수정 및 다양한 대체 등가물이 존재할 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 램 리서치 플라즈마 프로세싱 시스템 (예를 들어, ExelanTM, ExelanTM HP, ExelanTM HPT, 2300TM, VersysTM Star 등) 과 관련하여 설명하였지만, 다른 플라즈마 프로세싱 시스템이 사용될 수도 있다. 또한, 본 발명은 다양한 직경 (예를 들어, 200㎜, 300㎜, LCD 등) 을 갖는 기판으로 사용될 수도 있다. 또한, 여기에서 사용되는 용어 세트는 그 세트의 지칭되는 하나 이상의 엘리먼트를 포함한다. 예를 들어, "X" 세트는 하나 이상의 "X" 를 지칭한다.
본 발명의 이점은 (약 1slm 미만의) 상대적으로 낮은 불활성 가스 유속으로 최소의 아킹을 가지고 기판으로부터의 금속 산화물을 제거하는 것을 포함한다. 부가적인 이점은 인-시튜 습식 세정 공정에 DWM-APPJ 세정 장치를 용이하게 통합하는 능력, 및 기판 제조 공정의 최적화를 포함한다.
예시적인 실시형태들 및 최상의 방식이 개시되었지만, 다음의 청구범위에 의해 정의되는 바와 같이 본 발명의 주제 및 사상 내에 있는 한, 개시된 실시형태들에 수정 및 변경이 이루어질 수도 있다.

Claims (27)

  1. 기판으로부터 금속 산화물을 제거하기 위한 플라즈마를 생성하는 장치로서,
    전력 공급 전극 (powered electrode), 제1 유전체층, 및 상기 전력 공급 전극과 상기 제1 유전체층 사이에 배치된 제1 배선 메시를 포함하는 전력 공급 전극 어셈블리; 및
    상기 플라즈마가 생성되는 캐비티를 형성하도록 상기 전력 공급 전극 어셈블리에 대향하여 배치된 접지 전극 어셈블리를 포함하고,
    상기 제1 배선 메시는 상기 캐비티 내에 상기 플라즈마가 존재하는 경우 상기 제1 유전체층에 의해 상기 플라즈마로부터 차폐되며, 상기 캐비티는 상기 플라즈마를 제공하여 상기 금속 산화물을 제거하기 위한 출구를 일 단에 갖는, 플라즈마 생성 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 접지 전극 어셈블리는,
    접지 전극과,
    상기 캐비티 내에 상기 플라즈마가 존재하는 경우, 상기 플라즈마와 상기 접지 전극 사이에 배치되는 제2 유전체층을 포함하는, 플라즈마 생성 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 접지 전극 어셈블리는, 상기 접지 전극과 상기 제2 유전체층 사이에 배치된 제2 배선 메시를 더 포함하고,
    상기 제2 배선 메시는 상기 캐비티 내에 상기 플라즈마가 존재하는 경우 상기 제2 유전체층에 의해 상기 플라즈마로부터 차폐되는, 플라즈마 생성 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 캐비티는 환형 체적 (annular volume) 인, 플라즈마 생성 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전력 공급 전극은 상기 캐비티 내에 구성된 종 방향 프로브인, 플라즈마 생성 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 캐비티는 횡축을 따르는 캐비티 직경을 포함하고,
    상기 캐비티 직경은 적어도 기판 직경 만큼 큰, 플라즈마 생성 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 유전체층과 상기 제2 유전체층은, 실리콘 이산화물, 실리콘 질화물, 마일라 (Mylar), 세라믹 및 테프론 (Teflon) 중 하나인, 플라즈마 생성 장치.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 배선 메시와 상기 제2 배선 메시는 구리, 스테인레스강, 황동 및 아연도금 금속 중 하나인, 플라즈마 생성 장치.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 배선 메시와 상기 제2 배선 메시는 모노필라멘트, 장방형 위브 (weave), 및 6각형 위브 중 하나로 구성되는, 플라즈마 생성 장치.
  10. 기판으로부터 금속 산화물을 제거하기 위한 플라즈마를 생성하는 방법으로서,
    전력 공급 전극, 제1 유전체층, 및 상기 전력 공급 전극과 상기 제1 유전체층 사이에 배치된 제1 배선 메시를 포함하는 전력 공급 전극 어셈블리를 제공하는 단계;
    상기 플라즈마가 생성되는 캐비티를 형성하도록 상기 전력 공급 전극 어셈블리에 대향하여 배치된 접지 전극 어셈블리를 제공하는 단계로서, 상기 제1 배선 메시는 상기 캐비티 내에 상기 플라즈마가 존재하는 경우 상기 제1 유전체층에 의해 상기 플라즈마로부터 차폐되며, 상기 캐비티는 상기 플라즈마를 제공하여 상기 금속 산화물을 제거하기 위한 출구를 일 단에 갖는, 상기 접지 전극 어셈블리 제공 단계;
    상기 캐비티 내부로 적어도 하나의 프로세스 가스와 적어도 하나의 불활성 가스를 도입하는 단계; 및
    상기 전력 공급 전극을 이용하여 상기 캐비티에 rf 전계를 인가하여, 상기 적어도 하나의 불활성 가스와 상기 적어도 하나의 프로세스 가스로부터 상기 플라즈마를 생성하는 단계를 포함하는, 플라즈마 생성 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 접지 전극 어셈블리는,
    접지 전극과,
    상기 캐비티 내에 상기 플라즈마가 존재하는 경우, 상기 플라즈마와 상기 접지 전극 사이에 배치되는 제2 유전체층을 포함하는, 플라즈마 생성 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 접지 전극 어셈블리는, 상기 접지 전극과 상기 제2 유전체층 사이에 배치된 제2 배선 메시를 더 포함하고,
    상기 제2 배선 메시는 상기 캐비티 내에 상기 플라즈마가 존재하는 경우 상기 제2 유전체층에 의해 상기 플라즈마로부터 차폐되는, 플라즈마 생성 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 캐비티는 환형 체적인, 플라즈마 생성 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 전력 공급 전극은 상기 캐비티 내에 구성된 종방향 프로브인, 플라즈마 생성 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 캐비티는 횡축을 따르는 캐비티 직경을 포함하고,
    상기 캐비티 직경은 적어도 기판 직경 만큼 큰, 플라즈마 생성 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제1 유전체층과 상기 제2 유전체층은, 실리콘 이산화물, 실리콘 질화물, 마일라, 세라믹 및 테프론 중 하나인, 플라즈마 생성 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제1 배선 메시와 상기 제2 배선 메시는 구리, 스테인레스강, 황동 및 아연도금 금속 중 하나인, 플라즈마 생성 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제1 배선 메시와 상기 제2 배선 메시는 모노필라멘트, 장방형 위브, 및 6각형 위브 중 하나로 구성되는, 플라즈마 생성 방법.
  19. 기판으로부터 금속 산화물을 제거하기 위한 플라즈마를 생성하는 방법으로서,
    전력 공급 전극, 제1 유전체층, 및 상기 전력 공급 전극과 상기 제1 유전체층 사이에 배치된 제1 배선 메시를 포함하는 전력 공급 전극 어셈블리를 제공하는 단계;
    상기 플라즈마가 생성되는 캐비티를 형성하도록 상기 전력 공급 전극 어셈블리에 대향하여 배치된 접지 전극 어셈블리를 제공하는 단계로서, 상기 제1 배선 메시는 상기 캐비티 내에 상기 플라즈마가 존재하는 경우 상기 제1 유전체층에 의해 상기 플라즈마로부터 차폐되며, 상기 캐비티는 상기 플라즈마를 제공하여 상기 금속 산화물을 제거하기 위한 출구를 일 단에 갖는, 상기 접지 전극 어셈블리 제공 단계; 및
    상기 전력 공급 전극을 이용하여 상기 캐비티에 rf 전계를 인가하여, 적어도 하나의 불활성 가스와 적어도 하나의 프로세스 가스로부터 상기 플라즈마를 생성하는 단계를 포함하는, 플라즈마 생성 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 접지 전극 어셈블리는,
    접지 전극과,
    상기 캐비티 내에 상기 플라즈마가 존재하는 경우, 상기 플라즈마와 상기 접지 전극 사이에 배치되는 제2 유전체층을 포함하는, 플라즈마 생성 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 접지 전극 어셈블리는, 상기 접지 전극과 상기 제2 유전체층 사이에 배치된 제2 배선 메시를 더 포함하고,
    상기 제2 배선 메시는 상기 캐비티 내에 상기 플라즈마가 존재하는 경우 상기 제2 유전체층에 의해 상기 플라즈마로부터 차폐되는, 플라즈마 생성 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 캐비티는 환형 체적인, 플라즈마 생성 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 전력 공급 전극은 상기 캐비티 내에 구성된 종방향 프로브인, 플라즈마 생성 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 캐비티는 횡축을 따르는 캐비티 직경을 포함하고,
    상기 캐비티 직경은 적어도 기판 직경 만큼 큰, 플라즈마 생성 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 제1 유전체층과 상기 제2 유전체층은, 실리콘 이산화물, 실리콘 질화물, 마일라, 세라믹 및 테프론 중 하나인, 플라즈마 생성 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 제1 배선 메시와 상기 제2 배선 메시는 구리, 스테인레스강, 황동 및 아연도금 금속 중 하나인, 플라즈마 생성 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 제1 배선 메시와 상기 제2 배선 메시는 모노필라멘트, 장방형 위브, 및 6각형 위브 중 하나로 구성되는, 플라즈마 생성 방법.
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