KR102232748B1

KR102232748B1 - 기판을 가공하기 위한 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리에 의해 처리된 기판의 면내 균일성을 제어하는 방법

Info

Publication number: KR102232748B1
Application number: KR1020140071653A
Authority: KR
Inventors: 류 나카노; 나오키 이노우에
Original assignee: 에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이.
Priority date: 2013-06-12
Filing date: 2014-06-12
Publication date: 2021-03-26
Also published as: US20140367359A1; JP6367615B2; US9123510B2; TW201505076A; JP2015002349A; KR20140145095A; TWI623024B

Abstract

본 발명은 반응기 내에서 플라즈마 처리에 의해 처리된 기판의 면내 균일성을 제어하는 방법으로서, 주 가스를 반응 공간에 공급하고 주 가스를 반응 공간으로부터 환형 덕트를 통하여 방사상으로 배출하는 단계; 및 이차 가스를 위에서 보아서 기판의 외주연부의 외측의 서셉터의 외주에 매우 근접한 영역으로부터 반응 공간에 공급하여 기판의 외주를 통과하는 내측방향으로 적어도 어느 정도 흐르게 하고, 이차 가스의 방향을 기판의 외주 부근의 환형 덕트쪽으로 흐르게 전환하고, 이차 가스를 주 가스와 함께 반응 공간으로부터 환형 덕트를 통해 방사상으로 배출하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.

Description

기판을 가공하기 위한 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리에 의해 처리된 기판의 면내 균일성을 제어하는 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS FOR PROCESSING A SUBSTRATE AND METHOD FOR CONTROLLING IN-PLANE UNIFORMITY OF SUBSTRATE PROCESSED BY PLASMA PROCESS}

본 발명은 플라즈마 보조 증착 및 플라즈마 보조 에칭 같은 플라즈마 처리에 의해 기판을 가공하는 방법, 특히 이런 가공을 받은 기판의 면내 균일성을 제어하는 방법에 관한 것이다.

플라즈마 조장 원자층 증착(PEALD)에 있어서, RF 전력은 PEALD에 의한 막증착의 품질을 제어하는 중요한 파라미터다. 일반적으로 RF 전력이 높고 플라즈마 노출 기간이 길어지면 막 품질의 향상에 기여하게 된다. 그러나 본 발명자의 경험에 따르면, RF 전력이 높으면 외주 근처의 막 영역은 막의 다른 영역보다 큰 두께를 갖는다. 즉 막두께의 면내 균일성이 저하한다. 이런 막두께 불균일에 대한 이유가 알려져 있지만, 본 발명자들은 두께 불균일성은 플라즈마의 불균일한 분포 및/또는 기판 표면상의 불균일한 활성화에 기인한 기판 표면상의 불균일한 재료 흡착, 또는 기판의 외주 주위의 불충분한 퍼지에 의해 야기될 수 있다고 예상한다. 또한 포토레지스트 및 카본 막을 트리밍하는데 있어서, 기판상의 막의 에칭 속도는 기판의 내측 영역보다는 기판의 외주 부근에서 높다.

관련 기술에 수반되는 상기 및 그 외의 문제점 및 해결책은 본 발명의 배경을 제공하기 위한 목적으로만 본 명세서에 포함되었으며 이 논의의 일부나 전부가 본 발명 당시에 알려졌었다는 것을 인정하는 것으로 받아들여서는 안 된다.

본 발명은 반응기 내에서 플라즈마 처리에 의해 처리된 기판의 면내 균일성을 제어하는 방법에 있어서, 상기 반응기는 서로 평행하게 대향 배치되는 서셉터 및 샤워헤드로서, 상기 서셉터와 상기 샤워헤드 사이에 형성된 반응 공간에서 플라즈마 방전하도록 전도적으로 연결된, 상기 서셉터 및 상기 샤워헤드와, 상기 서셉터를 원형으로 둘러싸는 환형 덕트를 포함하고, 상기 방법은, 상기 서셉터 상에 놓여진 기판의 플라즈마 처리용 주 가스를 상기 샤워헤드를 통하여 상기 반응 공간에 공급하고, 상기 환형 덕트를 통하여 상기 주 가스를 반응 공간으로부터 방사상으로 배출하는 단계; 및 상기 주 가스를 상기 반응 공간으로 공급하는 동안, 위에서 보았을 때 상기 기판의 외주연부의 외측에 상기 서셉터의 외주에 근접한 영역으로부터 상기 반응 공간으로 이차 가스를 공급하여, 상기 기판의 외주연부를 통과하여 내측 방향으로 적어도 부분적으로 흐르게 하고, 상기 이차 가스의 방향이 상기 기판의 외주연부 부근 내에서 상기 환형 덕트를 향하여 흐르게 전환하며, 상기 환형 덕트를 통하여 상기 반응 공간으로부터 상기 이차 가스를 상기 주 가스와 함께 방사상으로 배출하는 단계;를 포함하는 플라즈마 처리에 의해 처리된 기판의 면내 균일성을 제어하는 방법을 제공한다.

이때, 상기 반응기는, 반응 챔버와 상기 반응 챔버의 아래에 구비된 전송 챔버를 포함하고, 상기 반응 챔버와 전송 챔버는 상기 서셉터가 내부에 배치되고 상기 서셉터의 상면이 플라즈마 처리 중에 분리링과 동일 평면 상에 있게 되는 개구부를 갖는 분리링에 의해 분리되며, 상기 이차 가스는 상기 기판의 외주연부를 통과하여 내측 방향을 향해 부분적으로 상기 반응 공간으로 유입되어, 상기 기판의 외주연부 부근 내에서 상기 환형 덕트를 향하여 흐르게 방향을 전환하며, 상기 환형 덕트를 통하여 상기 반응 공간으로부터 상기 주 가스와 함께 방사상으로 배출되는 유량으로 상기 분리링과 서셉터 사이의 간격을 통하여 상기 반응 공간으로 공급되는 것에도 그 특징이 있다.

게다가, 상기 반응기는 상기 환형 덕트를 따라서 상기 환형 덕트의 개구부 근처의 상기 반응 공간에 노출된 다수의 유입 포트를 더 포함하되, 상기 이차 가스는 상기 반응 공간으로 유입되어 상기 기판의 외주연부 부근 내에서 상기 환형 덕트를 향하여 흐르게 방향을 전환하고, 상기 환형 덕트의 개구부를 통하여 상기 반응 공간으로부터 상기 주 가스와 함께 방사상으로 배출되는 유량으로 상기 기판의 외주연부를 통과하여 내측 방향을 향해 다수의 상기 유입 포트를 통하여 상기 반응 공간으로 공급되는 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 유입 포트는 상기 환형 덕트를 따라 수평면 상에서도, 그리고 수직 방향을 따라서도, 다수로 구비되는 것에도 그 특징이 있다.

더불어, 상기 분리링과 서셉터 사이의 간격은, 상기 서셉터의 외주를 따라 상기 이차 가스의 유량을 변화시키도록, 상기 서셉터의 외주를 따라 변화하는 것에도 그 특징이 있다.

이와 함께, 상기 분리링의 중심은 상기 전송 챔버의 측벽에 배치된 게이트 밸브를 향하여 상기 서셉터의 중심으로부터 이동되고, 상기 기판이 상기 게이트 밸브를 통하여 상기 전송 챔버로 취입 및 취출되는 것에도 그 특징이 있다.

그리고, 다수의 상기 유입 포트는 상기 환형 덕트를 따라서 불균등하게 할당되어 상기 서셉터의 외주를 따라 상기 이차 가스의 유량을 변화시키는 것에도 그 특징이 있다.

나아가, 다수의 상기 유입 포트는 상기 환형 덕트를 따라서 불균등하게 할당되어 상기 서셉터의 외주를 따라 상기 이차 가스의 유량을 변화시키는 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 분리링과 서셉터 사이의 간격은 0.5mm ~ 10mm인 것에도 그 특징이 있다.

게다가, 상기 분리링과 서셉터 사이의 간격은 0.5mm ~ 10mm의 범위에서 변화하는 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 이차 가스는 불활성 가스 또는 산화 가스인 것에도 그 특징이 있다.

여기서, 상기 이차 가스는 500sccm 이상의 유량으로 공급되는 것에도 그 특징이 있다.

더불어, 상기 플라즈마 처리는 플라즈마 조장 원자층 증착(PEALD) 또는 플라즈마 조장 화학 증착(PECVD)인 것에도 그 특징이 있다.

이와 함께, 상기 플라즈마 처리는 플라즈마 보조 에칭(plasma-assisted etching) 또는 애싱(ashing)인 것에도 그 특징이 있다.

아울러, 상기 기판의 면내 균일성은 상기 기판의 가공 처리된 막두께의 면내 균일성이 2%가 되도록 설정되는 것에도 그 특징이 있다.

또한, 본 발명은 기판을 가공하기 위한 플라즈마 처리 장치에 있어서,

반응 챔버 및 상기 반응 챔버의 아래에 구비된 전송 챔버; 상면에 기판이 놓여지고, 상기 반응 챔버와 전송 챔버 사이에서 수직 방향으로 이동할 수 있는 서셉터; 상기 서셉터와 평행하게 대향 배치되고, 상기 서셉터와의 사이에 형성된 반응 공간에서 플라즈마 방전하도록 상기 서셉터와 전도적으로 연결되는 샤워헤드; 상기 반응 공간으로부터 가스를 배출시키기 위해 상기 서셉터를 원형으로 둘러싼 환형 덕트; 및 상기 반응 챔버와 전송 챔버를 분리시키되, 상기 서셉터가 내부에 배치되고, 상기 서셉터의 상면이 플라즈마 처리 중에 분리링과 동일 평면 상에 있게 되는 개구부를 가지며, 이차 가스는 분리링과 상기 서셉터 사이의 간격을 통해 상기 반응 공간에 공급되고, 상기 분리링과 서셉터 사이의 간격은 0.5mm ~ 10mm가 되도록 구성되는 분리링;을 포함하는 기판을 가공하기 위한 플라즈마 처리 장치를 제공한다.

이때, 상기 분리링과 서셉터 사이의 간격은, 상기 서셉터의 외주를 따라 상기 이차 가스의 유량을 변화시키도록, 상기 서셉터의 외주를 따라 변화하는 것에도 그 특징이 있다.

게다가, 분리링의 중심은 상기 전송 챔버의 측벽에 배치된 게이트 밸브를 향하여 상기 서셉터의 중심으로부터 이동되고, 상기 기판이 상기 게이트 밸브를 통하여 상기 전송 챔버로 취입 및 취출되는 것에도 그 특징이 있다.

그리고, 본 발명은 기판을 가공하기 위한 플라즈마 처리 장치에 있어서, 반응 챔버 및 상기 반응 챔버의 아래에 구비된 전송 챔버; 상면에 기판이 놓여지고, 상기 반응 챔버와 전송 챔버 사이에 수직 방향으로 이동할 수 있는 서셉터; 상기 서셉터와 평행하게 대향 배치되고, 상기 서셉터와 평행하게 대향 배치된 사이에 형성된 반응 공간 내에서 플라즈마 방전하도록 상기 서셉터와 전도적으로 연결되는 샤워헤드; 상기 반응 공간으로부터 가스를 배출하기 위해 상기 서셉터를 원형으로 둘러싸는 환형 덕트; 및 상기 환형 덕트를 따라 상기 환형 덕트의 개구부 근처의 상기 반응 공간에 노출되고, 이차 가스가 내측 방향으로 상기 반응 공간에 공급되어 통과하는 다수의 유입 포트;를 포함하는 기판을 가공하기 위한 플라즈마 처리 장치를 제공한다.

여기서, 다수의 상기 유입 포트는 환형 덕트를 따라 불균등하게 할당되어 상기 서셉터의 외부를 따라서 상기 이차 가스의 유량을 변화시키는 것에도 그 특징이 있다.

이하 본 발명의 상기 및 그 외의 특징들을 본 발명을 예시하지만 한정하지 않는 바람직한 실시형태의 도면을 참조하여 설명한다. 도면들은 예시의 목적으로 크게 간략하게 되어 있으며 반드시 실제 축척으로 되어 있지 않다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 개략단면도.
도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 개략단면도.
도 3a는 플라즈마 처리 장치의 환형 덕트 영역의 개략단면도로서, 화살표는 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차 가스 유동을 도시한다.
도 3b는 플라즈마 처리 장치의 환형 덕트 영역의 개략단면도로서, 화살표는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 이차 가스 유동을 도시한다.
도 3c는 플라즈마 처리 장치의 환형 덕트 영역의 개략단면도로서, 화살표는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 이차 가스 유동을 도시한다.
도 4a는 플라즈마 처리 장치의 환형 덕트 영역의 개략측단면도로서, 화살표는 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차 가스 유동을 도시한다.
도 4b는 도 4a에 도시한 플라즈마 처리 장치의 개략평단면도.
도 5는 플라즈마 처리 장치의 개략측단면도로서, 화살표는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 이차 가스 유동을 도시한다.
도 6은 플라즈마 처리 장치의 개략평단면도로서, 화살표는 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차 가스 유동을 도시한다.
도 7는 플라즈마 처리 장치의 개략측단면도로서, 화살표는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 이차 가스 유동을 도시한다.
도 8은 플라즈마 처리 장치의 개략평단면도로서, 화살표는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 이차 가스 유동을 도시한다.
도 9는 여러 조건하에서 플라즈마 조장 원자층 증착(PEALD)에 의해 형성된 막의 2차원 칼라맵 분석에 의한 박막 두께 프로파일 측정의 화상.
도 10은 증착의 면내 균일성과 이차 가스의 유량 사이의 관계를 보여주는 것으로서, 증착된 막의 2차원 칼라맵 분석에 의한 박막 두께 프로파일 측정의 화상이 제공되어 있다.
도 11은 트리밍의 면내 균일성과 이차 가스의 유량 사이의 관계를 보여주는 것으로서, 트리밍된 막의 2차원 칼라맵 분석에 의한 박막 두께 프로파일 측정의 화상이 제공되어 있다.
도 12는 여러 가지 조건하에서 플라즈마 조장 화학증착(PECVD)에 의해 형성된 막의 2차원 칼라맵 분석에 의한 박막 두께 프로파일 측정의 화상을 보여준다.
도 13은 중심이 4방향으로 이동된 분리링을 이용하여 플라즈마 조장 원자층 증착(PEALD)에 의해 형성된 2차원 칼라맵 분석에 의한 박막 두께 프로파일 측정의 화상을 보여준다.

본 명세서에 있어서, "가스"는 기화된 고체 및/또는 액체를 포함할 수 있으며 단일 가스 또는 가스 혼합물로 구성될 수 있다. 마찬가지로 관사 "a" 또는 "an"은 다수 종을 포함한 종(species) 또는 속(genus)을 의미한다. 다중 가스는 혼합 가스로서 또는 개별적으로 반응 공간에 도입될 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, "막"은 전체 대상 또는 해당 표면을 덮도록 실질적으로 핀홀이 없이 두께 방향에 수직한 방향으로 연속적으로 연장되는 층, 또는 단지 대상 또는 해당 표면을 덮는 층을 의미한다. 본 명세서에서, "기판"은 단일 막 또는 다수 막이 상면에 형성되는지에 관계없이 또는 표면이 패터닝되는지에 관계없이 공정이 실시되는 재료(일반적으로는 평면)를 의미한다. 또한 본 명세서에서, 변수의 임의의 두 개의 숫자는 변수의 가공가능 범위를 구성할 수 있는데 가공 가능 범위는 정해진 작업에 따라서 결정될 수 있기 때문이며, 지시된 임의의 범위는 단점(endpoint)을 포함할 수도 있고 배제할 수도 있다. 추가로 지시된 변수의 임의의 값("약"으로 지시되어 있거나 있지 않거나에 관계 없음)은 정밀치 또는 근사치를 의미할 수 있으며 동등한 값을 포함할 수 있으며, 일부 실시형태에서는 평균치, 중간치, 대표치, 과반수치 등을 의미할 수 있다.

조건 및 구조가 특정되지 않은 본 명세서에서, 해당 기술분야에서 숙련된 사람은 정해진 실험으로서 본 명세서를 고려하면 이런 조건 및/또는 구조를 쉽게 제공할 수 있다.

개시된 모든 실시형태에 있어서, 일 실시형태에 사용된 요소는 원하는 목적을 위해 여기서 명확히, 반드시 또는 본질적으로 개시된 것을 포함하는 그와 동등한 어떤 요소로도 교체될 수 있다. 또한 본 발명은 장치 및 방법에 동일하게 적용될 수 있다.

본 명세서에서, 임의의 정해진 의미는 일부 실시형태에서 반드시 통상의 관습적인 의미를 배제하는 것은 아니다.

일부 실시형태에서, 기판의 외주 근처 영역의 기판상에 형성된 막의 증착 속도 또는 에칭 속도는 기판의 외주 부근에서 기판의 아래 및/또는 기판과 거의 동일면상의 위치에 제공된 포트로부터 분출되는 가스인 시일 가스의 유량을 증가시킴으로써 제어된다. 본 명세서에서, 기판의 외주 근처의 가스의 분압 및/또는 유속을 제어하는데 사용되지만 기판을 가공하는데는 사용되지 않는 가스(이 가스는 기판 표면의 중심 영역 및 중심 영역 주위의 내측 영역에 도달하지 않기 때문이다)는 "이차 가스"라고 부를 수 있다. 위와 같이 함으로써, 기판의 외주 근처의 가스의 분압 및 유속이 효과적으로 제어될 수 있다. 일부 실시형태에서, 메인 가공 가스를 공급하는 샤워헤드 이외에도 이차 가스를 공급하는 적어도 하나의 별개의 포트가 반응 챔버에 제공된다. 이차 가스를 공급하기 위한 다수의 포트(예를 들어, 3개 내지 30개, 바람직하게는 10개 내지 20개)가 기판의 원주 방향 및/또는 수직 방향을 따라서 제공될 수 있으므로, 기판의 면내 균일성을 보다 정확히 제어한다.

일부 실시형태에 있어서, 서셉터 주위에 제공되어 반응 챔버와 전송 챔버를 분할하는 분리링의 내주와 서셉터의 외주 사이의 간격을 좁힘으로써, 기판의 외주 부근의 가스의 분압 또는 유속을 이차 가스를 공급하는 별개의 포트가 반응 챔버의 바닥 영역 또는 기판의 외주 부근의 기판과 동일면상에 있는 반응 챔버의 영역에 제공되는 경우와 동일하게 효과적으로 제어할 수 있다. 분리링의 내주와 서셉터의 외주 사이의 간격을 변화시키거나 기판의 외주를 따라서의 이차 가스의 공급량을 원주방향을 변화시키기 위한 개별 포트들의 배치를 변화시킴으로써, 기판의 면내 균일성에 대한 보다 정확한 제어가 이루어질 수 있다. 예를 들어, 위에서 보아서 분리링의 내주와 서셉터의 외주 사이의 간격은 간격의 다른 부분에 비하여 12시 방향과 3시 방향 사이에 규정된 간격의 일부에서 더 좁아지게 설정되고/설정되거나 6시 방향과 9시 방향 사이에 규정된 간격의 일부에서 더 넓게 설정될 수 있으므로, 12시 방향과 3시 방향 사이에 규정된 기판의 외주 근처 영역에서 이차 가스의 효과가 향상될 수 있으며, 따라서 기판의 면내 균일성을 보다 방향적으로 그리고 정확하게 제어한다. 위에서 이 간격은 12시 방향과 1시나 2시 방향 사이에 규정된 분할역 같이 사분할역 이외의 더 작은 분할역으로 분할될 수 있다.

Ar 및 He 같은 희가스, 및 N₂ 같은 그 외의 불활성 가스를 포함한 어떤 적절한 가스도 사용될 수 있지만 이들에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 태양들과 관련 기술에 비하여 얻어지는 이점들을 요약하기 위해, 본 발명의 특정 목적 및 이점들을 본 명세서에서 설명한다. 물론 반드시 이런 목적이나 이점들이 본 발명의 어떤 특별한 실시형태에 때라서 얻어지는 것은 아님을 이해하여야 한다. 따라서 예를 들어 당업자라면 여기서 교시하거나 제안할 수 있는 다른 목적이나 이점들을 반드시 달성할 필요 없이 여기서 교시한 바와 같은 한 가지 이점이나 다수의 이점들을 달성하거나 최적화하는 방식으로 본 발명을 구현 또는 실시할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

본 발명의 추가의 태양, 특징 및 이점들은 이하의 상세한 설명으로 명백하게 될 것이다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일부 실시형태에서 기판의 면내 균일성(in-plane uniformity)을 제어하기 위해 기판의 외주 부근의 가스의 분압 및 유속이 제어된다. 본 발명의 일 실시형태는 서로 대면하도록 평행하게 배치되어 그 사이에 형성된 반응 공간에서 플라즈마 방전을 위해 전도적으로 연결된 서셉터 및 샤워헤드반응기, 및 서셉터를 원형으로 둘러싸는 환형 덕트를 포함하는 반응기내의 플라즈마 처리에 의해 처리된 기판의 면내 균일성을 제어하는 방법을 제공한다. 이 방법은, (i) 서셉터상에 놓여진 기판의 플라즈마 처리용 주 가스(principal gas)를 샤워헤드를 통해 반응 공간에 공급하고, 주 가스를 반응 공간으로부터 환형 덕트를 통해 방사상으로 배출하는 단계; 및 (ii) 2차 가스를 기판의 외주를 통과하는 내측 방향으로 적어도 어느 정도 흐르게 하기 위해 위에서 보아서 기판의 외주 외측의 서셉터의 외주에 아주 근접한 부위로부터 반응 공간으로 공급하고, 기판의 외주의 부근의 환형 덕트쪽으로 흐르도록 이차 가스의 방향을 전환하고, 이차 가스를 주 가스와 함께 반응 공간으로부터 환형 덕트를 통해 방사상으로 배출하는 단계를 포함한다. "주 가스"는 서셉터상에 놓여진 기판의 플라즈마 처리에 사용되는 활성 가스를 포함한 가스를 의미하며, 이 가스가 없이는 의도하는 플라즈마 처리가 달성되지 않는다. 플라즈마 처리는 막형성 공정, 막에칭 공정, 표면 처리 공정, 및 애싱 공정을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다. "이차 가스"는 플라즈마 처리를 달성하는데 없어도 되거나 필요하지 않으며 가공의 작업을 제어하거나 향상시킬 수 있으며 이 가스 없이도 플라즈마 처리가 달성될 수 있는 가스를 의미한다. 이차 가스는 그 원하는 용도에 따라서 시일 가스 또는 제어 가스라고도 부를 수 있다. "면내 균일성(in-plane uniformity)"은 기판상에 침착되거나 에칭된 막두께의 면내 균일성, 및 기판상에 또는 기판의 표면상에 형성된 막의 물리적 또는 화학적 특성의 면내 균일성을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 본 명세서에서 "면내 균일성 제어"는 원하는 목적에 따라서 면내 균일성을 증가시키는 것, 면내 균일성을 감소시키는 것, 면내 균일성을 유지하는 것, 또는 면내 균일성에 대한 그 외의 제어를 의미한다. 예를 들어, 본 발며의 일부 실시형태에 따르면, 막의 표면은 원하는 목적에 따라서 편평할 뿐만 아니라 볼록하거나 오목할 수도 있다. 이차 가스를 공급하는 단계는 일반적으로 주 가스를 공급하는 단계중에 실시되며, 연속적으로 실시될 수 있지만, 이차 가스를 제공하는 단계는 공정 전반에 걸쳐서 연속적으로 실시될 필요는 없다. 예를 들어, 플라즈마 조장 원자층 증착(plasma-enhanced atomic layer deposition; PEALD)에서, 이차 가스를 공급하는 사이클은 주 가스를 공급하는 사이클과 동시에 이루어질 수 있으며, 플라즈마 노출 사이클 중에 이차 가스를 공급하는 사이클은 주 가스를 공급하는 사이클이 정지되는 것과 유사한 방식으로 정지될 수 있다. 이차 가스의 공급을 규칙적으로 행하는 것은 서셉터와 분리링 사이의 간격을 통해서가 아니라 환형 덕트의 환형 슬릿에 인접하게 배치된 유입 포트를 통해 이차 가스가 공급되는 실시형태에서 보다 쉽게 이루어질 수 있다.

일부 실시형태에 있어서, 이차 가스는 기판의 외주 외측으로부터 반응 공간 속으로 도입되어 기판의 외주를 넘어서 내측 방향으로 적어도 어느 정도 흐른다. 그러나 반경 방향으로 흐르는 주 가스 및/또는 환형 덕트에 의한 반경 방향으로의 가스의 흡입 때문에 이차 가스는 내측 방향으로 계속 이동하지 않으며, 이차 가스의 방향은 기판의 외주 부근의 환형 덕트쪽으로 흐르도록 전환된 다음에 이차 가스가 주 가스와 함께 반응 공간으로부터 환형 덕트를 통해 방사상으로 배출된다. 기판의 외주를 따라서의 영역에서는 이차 가스에 의해 난류가 발생되며, 따라서 주변 영역에서의 주 가스의 유동을 방해하거나 저항하며(중앙 영역 및 중간 영역에서의 주 가스의 영향을 증대) 그리고/또는 기판의 면내 균일성을 제어하기 위한 주변 영역의 이차 가스의 효과를 증가시킨다. 예를 들어, 막의 표면이 오목한 경우에(막의 평균 두께에 비하여 막이 중앙에서는 얇고 외주에 인접해서는 두껍다) 기판상의 증착되거나 에칭된 막이 불균일한 면내 두께 분포를 가질 때, 이차 가스를 이용하여 기판의 외주 부근의 가스 유속을 변화시킴으로써 막의 면내 두께 균일성이 실질적으로 제어될 수 있다. 예를 들어 어떤 반응기에서, 기판을 처리하기 위한 RF 전력이 약 400W 이상인 경우, 그 결과의 기판의 막은 오목면을 형성하기 쉬우며, 기판의 면내 균일성이 저하한다. 상기 개시된 실시형태를 상기 처리에 적용함으로써, 기판의 중앙 영역 및 중간 영역에서의 주 가스의 효과의 증대 및/또는 기판의 주변 영역에서의 이차 가스의 효과의 증대에 의해 면내 균일성이 상당히 제어될 수 있다. 숙련자라면 일상적인 실험으로서 결과의 막의 표면을 오목하게 하는 F 전력을 포함한 조건을 쉽게 결정할 수 있다.

일부 실시형태에서, 반응기는 반응 챔버 및 반응 챔버 아래의 전송 챔버를 포함하는데, 반응 챔버와 전송 챔버는 서셉터가 배치되어 있는 개구부를 갖는 분리링에 의해 분리되어 있으며 서셉터의 상면은 플라즈마 처리중에 분리링과 대략 동일면이 되며, 이차 가스는 기판의 외주를 통과하는 내측 방향으로 반응 공간에 부분적으로 들어가서 기판의 외주 부근의 환형 덕트쪽으로 흐르도록 방향을 전환하고 주 가스와 함께 반응 공간으로부터 환형 덕트를 통해 방사상으로 배출되도록 하는 유량으로 분리링과 서셉터 사이의 간격을 통해 반응 공간에 공급된다. 분리링을 사용하여 기판의 외주 주위의 영역에서의 제 2 가스의 제어 유속 제어는 유리한데, 현존하는 구조의 변경이 최소로 될 수 있기 때문이다. 일부 실시형태에서, 분리링과 서셉터 사이의 간격은 반응기의 구조에 따라서 약 0.5mm 이상 내지 약 10 mm 미만이다(예를 들어, 약 1.0mm 내지 약 7.0mm, 일반적으로는 약 5.0mm). 이 간격을 좁힘으로써 이차 가스의 유속이 효과적으로 조정될 수 있는데, 반응 공간속으로 공급된 이차 가스의 양은 이차 가스의 유속이 주 가스를 이용한 기판의 원하는 처리를 방해하지 않을 정도까지 증가될 수 없기 때문이다.

일부 실시형태에서, 분리링과 서셉터 사이의 간격은 서셉터의 외주를 따라서 변하여 서셉터의 외주를 따라서 이차 가스의 유량을 변화시킨다. 이 실시형태는 면내 균일성이 기판의 외주를 따라서 변할 때, 예를 들어 게이트 밸브 근처에 위치하는 기판의 영역 및/또는 배기 덕트가 위치하는 근처에 위치하는 영역의 면내 균일성이 게이트 밸브에서의 구조적 차이에 의해 다른 영역과는 다를 때 특히 효과적이다. 원주 방향을 따라서의 불균일함을 보상하기 위해, 일부 실시형태에서는 분리링과 서셉터 사이의 간격이 약 0.5mm 내지 약 10mm의 범위에서 변하는데, 이 간격은 이차 가스의 영향이 증대되는 영역에서는 좁지만 이차 가스의 영향이 감소되는 영역에서는 크다. 일부 실시형태에서, 분리링의 중심은 서셉터의 중심으로부터 전송 챔버의 측벽에 배치된 게이트 밸브쪽으로 이동하며, 이 게이트 밸브를 통하여 기판이 전송 챔버에 출입된다. 이 간격은 예를 들어 자체 중심잡기 기구에 의해 원주방향으로 조정될 수 있다.

상기 실시형태와 관련하여, 일부 실시형태는 (a) 반응 챔버와 반응 챔버 아래의 전송 챔버; (b) 상면에 기판에 놓여지며, 반응 챔버와 전송 챔버 사이에서 수직 방향으로 움직일 수 있는 서셉터; (c) 서셉터와 평행하게 배치되어 서셉터와 대면하며 서셉터와 샤워헤드 사이에 형성된 반응 공간에서 플라즈마 방전하도록 서셉터와 전도적으로 연결된 샤워헤드; (d) 서셉터를 원형으로 둘러싸며 반응 공간으로부터 가스를 배출하기 위한 환형 덕트; 및 (e) 반응 챔버와 전송 챔버를 분리시키기 위한 분리링으로서, 상기 분리링은 서셉터가 배치되는 개구부를 가지며 서셉터의 상면은 플라즈마 처리중에 대략 분리링과 동일면이 되며, 이차 가스는 분리링과 서셉터 사이의 간격을 통해 반응 공간에 공급되며, 분리링과 서셉터 사이의 간격은 0.5mm 이상 내지 10mm 미만이 되도록 구성되는 분리링를 포함하는 기판처리용 플라즈마 처리 장치를 제공한다. 일부 실시형태에서, 분리링과 서셉터 사이의 간격은 서셉터의 외주를 따라서 변하여 서셉터의 외주를 따라서 이차 가스의 유량을 변화시킨다. 일부 실시형태에 있어서, 분리링의 중심은 서셉터의 중심으로부터 전송 챔버의 측벽에 배치된 게이트 밸브쪽으로 이동하며, 이 게이트 밸브를 통하여 기판이 전송 챔버에 출입된다.

일부 실시형태에 있어서, 환형 덕트는 환형 슬릿을 갖는데 이 슬릿으로부터 반응 공간내의 가스가 환형 덕트 속으로 흡입되며, 이 환형 덕트는 주 가스와 이차 가스가 모두 반응 공간으로부터 환형 슬릿을 통하여 배출될 수 있도록 서셉터의 외주와 실질적으로 동심상태인 서셉터의 외주 부근에 배치되어 있다. 일부 실시형태에 있어서, 환형 슬릿의 간격은 약 0.5mm 내지 약 5mm, 바람직하게는 약 1mm 내지 약 2mm다.

이차 가스를 공급하기 위한 분리링을 사용하는 상기 실시형태를 대신하여 또는 상기 실시형태와 공동으로, 일부 실시형태에서 반응기는 환형 덕트를 따라서 환형 덕트의 개구부 근처의 반응 공간에 노출된 다수의 유입포트를 더 포함하며, 이차 가스는 반응 공간에 들어가서 기판의 외주 부근의 환형 덕트쪽으로 흐르도록 방향을 전환하고 주 가스와 함께 반응 공간으로부터 환형 덕트의 개구부를 통하여 방사상으로 배출되도록 하는 유량에서 기판의 외주를 통과하는 내측 방향으로 다수의 유입 포트를 통하여 반응 공간에 공급된다. 일부 실시형태에서, 유입 포트는 반응 공간을 둘러싸는 내측벽을 따라서 약 5mm 내지 약 100mm, 바람직하게는 약 10mm 내지 약 20mm의 간격으로 설치된다. 유입 포트는 원주 방향을 따라서 동일한 간격으로 배치되거나 원주 방향을 따라서 서로 다른 간격으로 배치될 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 유입 포트는 환형 덕트를 따라서 수평면뿐만 아니라 수직 방향을 따라서도 다수다. 일부 실시형태에 있어서, 다수의 유입 포트는 환형 덕트를 따라서 불규칙하게 할당되어 서셉터의 외주를 따라서 이차 가스의 유량을 변화시킨다. 이는 분리링과 서셉터 사이의 간격이 조정되어 가스 유동이 원주 방향을 따라서 조정되는 실시형태의 것과 실질적으로 유사한 원리에 따라서 이루어질 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 유입 포트의 직경은 약 0.3mm 내지 약 3mm, 바람직하게는 약 0.5mm 내지 약 1mm다.

일부 실시형태에 있어서, 유입 포트는 파이프들이 환형 덕트의 개구부에 인접한 영역내의 반응 공간에 노출될 때까지 환형 덕트의 내부를 통해 파이프를 삽입함에 의해 설치된다. 이 파이프들은 반응 공간의 중심쪽으로 배치될 수 있다.

상기 실시형태와 관련하여, 일부 실시형태들은 (a) 반응 챔버와 반응 챔버 아래의 전송 챔버; (b) 상면에 기판에 놓여지며, 반응 챔버와 전송 챔버 사이에서 수직 방향으로 움직일 수 있는 서셉터; (c) 서셉터와 평행하게 배치되어 서셉터와 대면하며 서셉터와 샤워헤드 사이에 형성된 반응 공간에서 플라즈마 방전하도록 서셉터와 전도적으로 연결된 샤워헤드; (d) 서셉터를 원형으로 둘러싸며 반응 공간으로부터 가스를 배출하기 위한 환형 덕트; 및 (e) 환형 덕트를 따라서 환형 덕트의 개구부 근처의 반응 공간에 노출되는 다수의 유입 포트로서, 이차 가스는 다수의 유입 포트를 통하여 내측 방향으로 반응 공간에 공급되도록 구성되는 다수의 유입 포트를 포함하는 기판 처리용 플라즈마 처리 장치를 제공한다. 일부 실시형태에서, 다수의 유입 포트들은 환형 덕트를 따라서 불규칙하게 할당되어 서셉터의 외주를 따라서 이차 가스의 유량을 변화시킨다.

일부 실시형태에 있어서, 이차 가스는 그 원하는 목적에 따라서 선택된다. 예를 들어, 결과로서의 기판의 막두께의 면내 균일성을 제어하기 위해 희가스같은 불활성 가스(예를 들어, Ar, He) 또는 N₂ 같은 그 외의 불활성 가스를 이차 가스로서 사용할 수 있으며, 플라즈마 보조 에칭이나 애싱, 또는 소수처리같은 플라즈마 보조 표면처리를 위해 이차 가스로서 O₂ 같은 산화 가스를 사용할 수 있다.

일부 실시형태에 있어서, 이차 가스는 주 가스의 유량, 환형 덕트에 의한 흡입, 반응기의 구조 등에 따라서 300mm 기판에 대하여 약 500sccm 이상, 바람직하게는 약 500sccm 내지 약 2000sccm의 유량으로 공급된다. 일부 실시형태에 있어서, 이차 가스의 유량은 주 가스의 유량보다 작으며, 다른 방법으로서 이차 가스의 유량은 이차 가스의 유속, 면내 균일성의 조정 정도 등에 따라서 주 가스의 유속보다 크다. 환형 덕트에 의한 흡입은 기판의 가공 중에 반응 공간의 압력을 유지하도록 조정될 수 있다.

일부 실시형태에 있어서, 플라즈마 처리는 플라즈마 조장 원자층 증착(plasma-enhanced atomic layer deposition; PEALD), 플라즈마 조장 화학증착(plasma-enhanced chemical vapor deposition; PECVD), 플라즈마 보조 에칭이나 애싱, 또는 소수처리 같은 플라즈마 보조 표면처리다.

일부 실시형태에서, 기판의 면내 균일성은 기판의 처리된 막두께의 면내 균일성이 3σ 균일성으로서 약 2.0% 이하, 약 1.5% 이하가 되도록 설정된다.

본 실시형태들을 바람직한 실시형태에 대하여 설명한다. 그러나 본 발명이 이들 바람직한 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 개략단면도다. 이 장치는 제품이 통과하여 취입 및 취출되는 게이트 밸브(도시하지 않음)를 구비한 개구부(7)를 갖고 또한 이차 가스가 통과하여 전송 챔버(1)의 내부(16)로 공급되는 포트(8)를 갖는 전송 챔버(1); 전송 챔버(1)의 상면에 배치된 반응 챔버(3); 기판이 장전되고 반응 챔버(3)와 전송 챔버(1) 사이에서 수직하게 움직이는 서셉터(13)로서, 리프트 핀(9)이 내부에 매달려서 셉터(13)가 개구(7)를 통해 기판을 취입 및 취출하기 위해 전송 챔버(1) 속에서 하강할 때 기판을 들어 올리게 하는 수직 통공을 갖는 서셉터(13); 가스 포트(4)를 통해 제공된 주 가스가 공급될 때 통과하는 많은 통공(14)을 가지고 반응 챔버 속에 설치된 샤워헤드(2)로서, 기판이 처리되는 반응 공간(15)이 서셉터(13)와 샤워헤드(2) 사이에 형성되도록 구성된 샤워헤드(2); 샤워헤드(2)가 놓여지며 반응 공간(15)을 비우기 위한 환형 덕트(5)로서, 가스가 반응 공간(15)으로부터 진공 펌프(도시하지 않음)에 연결된 배기 포트(6)를 통하여 배출될 때 통과하는 환형 슬릿(17)을 갖는 환형 덕트(5); 및 반응 공간과 전송 챔버의 내부(16)를 분리하는 분리링(10)으로서, 서셉터(13)의 외주와 분리링(10)의 내주 사이에는 전송 챔버(1)의 내부(16)로부터 반응 공간(15) 속으로 도입되는 이차 가스가 통과하는 간격(18)이 있으며, 분리링(10)의 상면은 환형 슬릿(17)의 바닥을 형성하도록 구성된 분리링(10)을 포함한다. 본 실시형태에 있어서, 포트(8)를 통하여 제공된 이차 가스의 유량 및 간격을 조정함으로써, 간격(18)을 통하여 반응 공간(15)에 공급되는 이차 가스의 유속은 이차 가스가 반응 공간(15)에 들어간 후에 주 가스의 외측방향 유동에 대항하여 이차 가스가 내측방향으로 어느 정도 흐를 수 있도록 조정될 수 있다. 주 가스는 샤워헤드(2)를 통하여 반경방향으로 반응 공간(15)에 공급되고 반응 공간(15)에 공급된 이차 가스와 함께 환형 슬릿(17)을 통해 배출된다.

숙련자라면 본 장치가 프로그램되거나 그렇지 않으면 여기서 다른 어디에서 설명한 증착이나 에칭 처리를 실시하도록 구성된 하나 이상의 컨트롤러(도시하지 않음)를 포함함을 이해할 것이다. 이 컨트롤러는 숙련자가 알 수 있는 바와 같이 다양한 동력원, 가열 시스템, 펌프, 로봇 및 가스 유동 컨트롤러 또는 반응기의 밸브와 연결된다.

도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 개략단면도다. 이 실시형태에서는 분리링(10)에 추가하여, 파이프를 환형 덕트(5)를 통해 서셉터(13)의 중심쪽으로 삽입하고 파이프의 개구부를 반응 공간(15)에 노출시킴으로써, 이차 가스를 반응 공간(15)에 공급하기 위한 유입 포트(21)가 제공된다. 이 실시형태에서, 장치는 분리링(10)을 가지며, 간격(18) 및 이차 가스의 양은 이차 가스가 반응 공간(15)에 들어간 후에 주 가스의 외측방향 유동에 대항하여 이차 가스의 내측방향 유동을 형성하도록 조정된다. 이차 가스의 흐름은 화살표(23)(극히 간략히 표시)로 지시되어 있는데, 이차 가스는 전송 챔버(1)의 내부(16)로부터 반응 공간(15)으로 들어가고, 기판(도시하지 않음)의 외주를 통과할 때까지 내측방향으로 유동하며, 화살표(22)로 지시한 주 가스의 외측방향 유동과 환형 슬릿(17)을 통한 흡입에 의해 그 방향을 전환하며, 주 가스와 함께 반응 공간(15)으로부터 환형 슬릿(17)을 통해 환형 덕트(5)로 배출된 다음에 배기 포트(6)를 통해 배출된다. 이 실시형태에 있어서는 파이프를 환형 덕트(5)를 통해 서셉터(13)의 중심쪽으로 삽입하고 파이프의 개구부를 반응 공간에 노출시킴으로써, 이차 가스를 반응 공간(15)에 공급하기 위한 유입 포트(21)가 더 제공된다. 환형 덕트(5)를 따라서 다수의 유입 포트(21)가 제공된다. 이차 가스는 유입 포트(21)를 통하여 내측방향으로 반응 공간(15)에 공급되고, 기판(도시하지 않음)의 외주를 통과할 때까지 내측방향으로 흐르며, 화살표(22)로 지시한 주 가스의 외측방향 유동 및 환형 슬릿(17)을 통한 흡입에 의해 방향을 전환하며, 주 가스와 함께 반응 공간(15)으로부터 환형 슬릿(17)을 통해 환형 덕트(5)로 배출된 다음에 배기 포트(6)를 통해 배출된다. 다른 실시형태에서, 이 처리는 이차 가스가 반응 공간(15)에 들어간 후에 분리링(10)에 의해서가 아니라 유입 포트(21)에 의해서만 내측방향 유동이 형성되도록 제어된다.

도 3a는 플라즈마 처리 장치의 환형 덕트 영역의 개략단면도인데, 여기서 화살표는 본 발명의 일 실시형태에 따른 분리링을 이용한 이차 가스 흐름을 도시한다. 앞에서 설명하고, 또한 화살표(31)로 지시한 바와 같이, 이차 가스는 서셉터(13)와 분리링(10)(지지부재(11)에 의해 지지됨) 사이의 간격을 통해 반응 공간에 들어가고, 반응 공간내에서 내측으로 흐르며, 환형 덕트(5)와 분리링(10) 사이에 형성된 슬릿을 통해 배출된다. 도 3b는 플라즈마 처리 장치의 환형 덕트 영역의 개략단면도인데, 여기서 화살표는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 유입 포트를 이용한 이차 가스 흐름을 도시한다. 앞에서 설명하고 또한 화살표(32)로 지시한 바와 같이, 이차 가스는 유입 포트(21)를 통하여 반응 공간에 들어가며, 반응 공간내에서 내측방향으로 흐르며, 환형 덕트(5)와 분리링(10) 사이에 형성된 슬릿을 통해 배출된다. 도 3c는 플라즈마 처리 장치의 환형 덕트 영역의 개략단면도인데, 여기서 화살표는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 두 개의 수직하게 배치된 유입 포트를 이용한 이차 가스 흐름을 도시한다. 화살표(33)로 지시한 바와 같이, 이차 가스는 상측 유입 포트(25)를 통하여 반응 공간에 들어가고, 반응 공간 내에서 내측방향으로 흐르며, 그 방향을 전환하며, 환형 덕트(5)와 분리링(10) 사이에 형성된 슬릿을 통해 배출되는 한편, 화살표(34)로 지시한 바와 같이 이차 가스는 하측 유입 포트(26)를 통해 반응 공간에 들어가서, 반응 공간 내에서 내측 방향으로 흐르며, 이차 가스의 흐름을 상측 유입 포트(25)로부터 더욱 내측을 밀게 된다. 하측 유입 포트(26)로부터의 이차 가스는 그 방향을 전환하며, 상측 유입 포트(25)로부터의 이차 가스와 함께 환형 덕트(5)와 분리링(10) 사이에 형성된 슬릿을 통해 배출된다.

도 4a는 플라즈마 처리 장치의 개략 측단면도인데, 여기서 화살표는 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차 가스 유동을 도시한다. 환형 덕트가 설치되어 있는지에 관계없이 유입 포트는 화살표(45)로 지시한 바와 같이 이차 가스가 샤워헤드(43)와 서셉터(44) 사이에 형성된 반응 공간에 들어가도록 측벽(41)을 따라서 측벽을 통해 설치될 수 있다. 도 4b는 도 4a에 도시한 플라즈마 처리 장치의 개략평단면도다. 이 실시형태에 있어서는 16개의 유입 포트가 서셉터의 중심쪽으로 측벽에 설치되어 있다. 유입 포트들은 측벽의 외주를 따라서 균등하게 이격되어 있다. 유입 포트는 기판을 둘러싸는 슬릿이나 원형 개구부 같은 어떤 형상도 될 수 있다(슬릿이나 개구부는 300mm 기판의 경우에 예를 들어 약 320mm 내지 약 350mm의 내경을 가질 수 있다). 도 5는 플라즈마 처리 장치의 개략측단면도인데, 여기서 화살표는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 제어 가스 유동을 도시한다. 본 실시형태에서, 상측 및 하측 유입 포트는 이차 가스가 화살표(46, 47)로 지시한 바와 같이 2층으로 반응 공간에 들어가도록 배치되어 있다.

도 6은 플라즈마 처리 장치의 개략평단면도인데, 여기서 화살표는 본 발명의 일 실시형태에 따른 제어 가스 유동을 도시한다. 본 실시형태에서, 유입 포트들은 12시 방향과 3시 방향 사이에 규정된 측벽(61)의 일부에만 배치되므로 화살표(65)로 지시한 바와 같이 이차 가스는 면내 균일성을 제어하기 위해 처리될 기판의 일부가 위치하는 반응 공간의 특정 영역에만 들어간다. 도 7은 플라즈마 처리 장치의 개략측단면도인데, 여기서 화살표는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어 가스 유동을 도시한다. 본 실시형태에서, 하측 유입 포트들은 측벽(71)의 전체 주위에 배치되므로, 화살표(72)로 지시한 바와 같이 하측 유입 포트로부터 나오는 이차 가스는 측벽(71)의 주위로 균등하게 반응 공간에 들어간다. 게다가 본 실시형태에서, 중간 유입 포트 및 상측 유입 포트들은 예를 들어 12시 방향과 3시 방향 사이에 규정된 측벽(71)의 일부에만 배치되므로, 면내 균일성을 제어하기 위해 처리될 기판의 일부가 위치하는 반응 공간의 특정 영역에 보다 많은 이차 가스가 들어간다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략평단면도다. 본 실시형태에서, 서셉터의 외주와 분리링의 내주 사이의 간격이 원주 방향을 따라서 변화되어 있다. 12시 방향과 3시 방향 사이에 규정된 간격이 가장 좁고, 3시 방향과 6시 방향 사이에 규정된 간격과 9시 방향과 12시 방향 사이에 규정된 간격이 중간이며, 6시 방향과 9시 방향 사이에 규정된 간격이 가장 넓다. 이 배치 구조에 의해, 이차 가스의 유량은 원주 방향으로 따라서 보다 정밀하게 조정될 수 있다.

실시예

이하 본 발명을 실시예를 참조하여 설명한다. 그러나 이 실시예들은 본 발명을 제한하려는 것은 아니다.

참고예 1

하기의 표 1에 도시한 조건하에서 기판상에 막을 증착하기 위해 반응기로서 도 1에 도시한 플라즈마 보조 ALD 장치를 사용하였다.

증착 단계
전극 갭 [mm]	7.5
압력 [Pa]	400
온도 [℃]	300
전구체	BDEAS (bis(diethylamino)silane)
공급 시간 [초]	0.2
반응물	O₂
가스 유량 [sccm]	4,000 (연속)
희가스(Rare gas)	Ar
가스 유량 [sccm]	4,000 (연속)
RF 전력 [W]	도 9 참조
RF 주파수 [MHz]	13.56
적용 시간 [초]	도 9 참조
퍼지 [초]	전구체와 RF 전력 사이 0.3
이차 가스 공급
이차 가스	He
가스 유량 [slm]	0.2
간격 [mm]	전체 주위로 0.8mm

본 실시예에서는 이차 가스 유동은 많지 않고 전송 챔버를 밀봉하기 위한 것일뿐이기 때문에, 이차 가스가 반응 공간에 들어간 후에 내측방향으로의 유동은 없는 것으로 예상되었다. 또한, 서셉터와 분리링 사이의 간격은 이차 가스의 유량을 증가시킬 정도로 좁지 않았다. 그 결과는 도 9에 도시되어 있다. 도 9는 도 9에 도시한 여러 가지 조건하에서 PEALD에 의해 막의 2차원 칼라맵 분석에 의한 박막 두께 프로파일 측정의 화상을 보여준다. 이 화상에서, 빨간 영역은 비교적 큰 두께를 갖는 영역을 나타내는 반면, 파란 영역은 비교적 작은 두께를 갖는 영역을 나타낸다. 도 9에서 알 수 있듯이, RF 전력이 500W이고 사이클 당 1초간 적용된 경우, 막두께의 3σ 면내 균일성은 1.45였는데 이는 RF 전력이 200W이고 사이클 당 0.2초간 적용된 경우에 증착된 막두께의 3σ 면내 균일성인 0.51보다 상당히 큰 것이었다. 이 2차원 맵 화상은 높고 긴 RF 전력이 적용되었을 때 막 표면은 오목하게 되고 기판의 외주 주위 영역의 막 두께는 중간 및 중심 영역의 막 두께보다 커졌다는 것을 보여준다.

참고예 2

표 2에 도시한 다음을 제외하고는 참고예 1에서와 동일한 조건하에서 막을 증착하였다.

		RF 전력(W)
		50	200	500	800
RF 시간 (초)	0.2	볼록	볼록	볼록	편평
	0.5	볼록	볼록	편평	오목
	1	편평	편평	오목	오목

표 2에서 알 수 있듯이, 참고예 1에 도시한 바와 같이 더 높고 긴 RF 전력이 인가된 경우, 막 표면은 오목해지는데 여기서 기판의 외주 주위 영역의 막 두께는 중간 및 중심 영역의 막 두께보다 커졌다.

실시예 1

도 3에 도시한 바와 같이 참고예 1에서와 유사한 조건하에서 막을 증착하였다.

증착 단계 (PEALD)
전극 갭 [mm]	7.5
압력 [Pa]	400
온도 [℃]	300
전구체	BDEAS
공급 시간 [초]	0.2
반응물	O₂
가스 유량 [sccm]	3,000 (연속)
희가스(Rare gas)	Ar
가스 유량 [sccm]	8,000 (연속)
RF 전력 [W]	500
RF 주파수 [MHz]	13.56
적용 시간 [초]	1.0
퍼지 [초]	전구체와 RF 전력 사이 0.3
이차 가스 공급
이차 가스	He
가스 유량 [slm]	도 10 참조
간격 [mm]	0.8 (전체 주위)

이 실시예에서, 이차 가스의 유량이 변화되었고, 그 결과 놀랍게도 이차 가스의 유량을 증가시킴으로써 막두께의 3σ 면내 균일성이 도 10에 도시한 바와 같이 상당히 향상되었다. 도 10은 증착의 면내 균일성과 제어 가스의 유량 사이의 관계를 보여주는데 증착된 막의 2차원 칼라맵 분석에 의한 박막 두께 프로파일 측정의 화상을 나타낸다. 도 10에서 알 수 있듯이, 막두께의 면내 균일성이 상당히 향상되었으며, 이차 가스의 유량이 0에서 2.00slm까지 증가됨에 따라서 기판의 중심 및 중간 영역에서 막의 두께도 증가되었다.

실시예 2

도 4에 도시한 조건하에서 실시예 1에서와 동일한 장치를 이용하여 포토레지스트 막을 에칭하였다.

에칭 단계
전극 갭 [mm]	13
압력 [Pa]	200
온도 [℃]	75
반응물	O₂
가스 유량 [sccm]	600
희가스(Rare gas)	Ar
가스 유량 [sccm]	500
RF 전력 [W]	60
RF 주파수 [MHz]	13.56
전체 기간 [초]	5
이차 가스 공급
이차 가스	He
가스 유량 [slm]	도 11 참조
간격 [mm]	1 (전체 주위)

이 실시예에서, 이차 가스의 유량이 변화되었고, 그 결과 놀랍게도 이차 가스의 유량을 증가시킴으로써 막두께의 3σ 면내 균일성이 도 11에 도시한 바와 같이 상당히 향상되었다. 도 11은 트리밍의 면내 균일성과 제어 가스의 유량 사이의 관계를 보여주는데 트리밍된 막의 2차원 칼라맵 분석에 의한 박막 두께 프로파일 측정의 화상을 나타낸다. 도 11에서 알 수 있듯이, 막두께의 면내 균일성이 상당히 향상되었으며, 이차 가스의 유량이 0에서 2.00slm까지 증가됨에 따라서 기판의 중심 및 중간 영역에서 막의 두께도 감소하였다.

실시예3

표 5에 도시한 조건하에서 도 1에 도시된 장치를 이용하여 막을 증착하였다.

증착 단계 (PECVD)
전극 갭 [mm]	8.5
압력 [Pa]	210
온도 [℃]	350
전구체	TEOS
가스 유량 [sccm]	70
반응물	O₂
가스 유량 [sccm]	5,000
희가스(Rare gas)	He
가스 유량 [sccm]	600
HRF 전력 [W]	350
RF 주파수 [MHz]	13.56
LRF 전력 [W]	50
RF 주파수 [kHz]	400
이차 가스 공급
이차 가스	He
가스 유량 [slm]	도 12 참조
간격 [mm]	도 12 참조(전체 주위)

이 실시예에서, 서셉터와 분리링 사이에 서로 다른 간격(5mm 및 10mm)을 갖는 분리링을 사용하였고, 이차 가스의 유량을 변화시켰다. 그 결과, 놀랍게도, 간격이 5mm였을 때 이차 가스의 유속을 증가시킴으로써 막두께의 3σ 면내 균일성이 도 12에 도시한 바와 같이 상당히 향상되었다. 도 12는 여러 가지 조건하에서 플라즈마 조장 원자층 증착(PECVD)에 의해 형성된 막의 2차원 칼라맵 분석에 의한 박막 두께 프로파일 측정의 화상을 보여준다. 도 12에서 알 수 있듯이, 막두께의 면내 균일성이 상당히 향상되었고, 간격이 10mm가 아니라 간격이 5mm였을 때 이차 가스의 유량이 증가됨에 따라서 기판의 주변 영역의 막두께도 감소하였다. 이 실시예에서는 간격이 5mm일 때 면내 균일성은 약 2% 정도일 수 있기 때문에 바람직하게는 이차 가스의 유량은 600sccm 이상이라고 말할 수 있다. 그러나 바람직한 범위는 원하는 균일성, 반응기의 구조, 증착 조건 등에 따라서 변하며, 숙련자라면 일상적인 작업을 통해 본 명세서에 근거하여 최적의 조건을 쉽게 결정할 수 있다.

실시예 4

표 6에 도시한 바와 같이 실시예 1에서와 유사한 조건하에서 막을 증착하였다.

증착 단계 (PEALD)
전극 갭 [mm]	7.5
압력 [Pa]	400
온도 [℃]	300
전구체	BDEAS
공급 시간 [초]	0.3
반응물	O₂
가스 유량 [sccm]	500 (연속)
희가스	Ar
가스 유량 [sccm]	2,000 (연속)
RF 전력 [W]	200
RF 주파수 [MHz]	13.56
적용 시간 [초]	1.0
퍼지 [초]	전구체와 RF 전력 사이 0.3
이차 가스 공급
이차 가스	He
가스 유량 [slm]	0.3
간격 [mm]	도 13 참조

이 실시예에서, 분리링의 중심은 도 13에 도시한 바와 같이 4방향으로 이동되었다. 도 13은 4방향으로 중심이 이동된 분리링을 이용하는 플라즈마 조장 원자층 증착(PEALD)에 의해 형성된 막의 2차원 칼라맵 분석에 의한 박막 두께 프로파일 측정의 화상을 보여준다. 이동 전에(도 13에서 "균일"), 분리링의 간격은 2mm였다(전체 주위로). 분리링(133)은 기판에 대하여 게이트 밸브(132)의 우측으로(도 13의 "우측"), 게이트 밸브의 좌측으로(도 13의 "좌측"), 게이트 밸브로부터 멀리(도 13에서 "바닥"), 게이트 밸브에 근접하게(도 13에서 "상단")(기판과 반응 챔버(131)가 중심을 맞추었다) 이동하였다(기판과 반응 챔버(131)는 중심을 잡았다). 이동에 의해 간격은 2mm로부터 가장 근접한 간격으로서 0.5mm까지 그리고 가장 넓은 간격으로서 3.5mm까지 변하였다. 도 13에서 알 수 있듯이, 분리링이 게이트 밸브에 근접하게 이동되었을 때, 막두께의 면내 균일성은 약 1%까지 놀랍게도 향상되었으며, 또한 막이 상대적으로 두꺼운 영역도 기판의 일 주변측으로부터 기판의 중심 영역으로 이동하였다.

당업자라면 본 발명의 정신으로부터 이탈함 없이 많고 다양한 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 형태들은 예시적인 것일 뿐 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 분명히 이해하여야 한다.

Claims

반응기 내에서 플라즈마 처리에 의해 처리된 기판의 면내 균일성을 제어하는 방법에 있어서,
상기 반응기는 서로 평행하게 대향 배치되는 서셉터 및 샤워헤드로서, 상기 서셉터와 상기 샤워헤드 사이에 형성된 반응 공간에서 플라즈마 방전하도록 전도적으로 연결된, 상기 서셉터 및 상기 샤워헤드와, 상기 서셉터를 원형으로 둘러싸는 환형 덕트를 포함하고,
상기 방법은,
상기 서셉터 상에 놓여진 기판의 플라즈마 처리용 주 가스를 상기 샤워헤드를 통하여 상기 반응 공간에 공급하고, 상기 환형 덕트를 통하여 상기 주 가스를 반응 공간으로부터 방사상으로 배출하는 단계; 및
상기 주 가스를 상기 반응 공간으로 공급하는 동안, 위에서 보았을 때 상기 기판의 외주연부의 외측에 상기 서셉터의 외주에 근접한 영역으로부터 상기 반응 공간으로 이차 가스를 공급하여, 상기 기판의 외주연부를 통과하여 내측 방향으로 적어도 부분적으로 흐르게 하고, 상기 이차 가스의 방향이 상기 기판의 외주연부 부근 내에서 상기 환형 덕트를 향하여 흐르게 전환하며, 상기 환형 덕트를 통하여 상기 반응 공간으로부터 상기 이차 가스를 상기 주 가스와 함께 방사상으로 배출하는 단계를 포함하고,
상기 반응기는, 반응 챔버와 상기 반응 챔버의 아래에 구비된 전송 챔버를 포함하고,
상기 반응 챔버와 전송 챔버는 상기 서셉터가 내부에 배치되고 상기 서셉터의 상면이 플라즈마 처리 중에 분리링과 동일 평면 상에 있게 되는 개구부를 갖는 분리링에 의해 분리되며,
상기 서셉터의 외주가 상기 분리링의 상기 개구부보다 작아서, 상기 분리링과 상기 서셉터 사이에 수직으로 개방된 간격을 형성하고, 상기 분리링의 상면 전체가 상기 플라즈마 처리 중에 상기 환형 덕트의 바닥을 형성하며,
상기 이차 가스는 상기 기판의 외주연부를 통과하여 내측 방향을 향해 부분적으로 상기 반응 공간으로 유입되어, 상기 기판의 외주연부 부근 내에서 상기 환형 덕트를 향하여 흐르게 방향을 전환하며, 상기 환형 덕트를 통하여 상기 반응 공간으로부터 상기 주 가스와 함께 방사상으로 배출되는 유량으로 상기 분리링과 서셉터 사이의 간격을 통하여 상기 반응 공간으로 공급되는, 플라즈마 처리에 의해 처리된 기판의 면내 균일성을 제어하는 방법.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 반응기는 상기 환형 덕트를 따라서 상기 환형 덕트의 개구부 근처의 상기 반응 공간에 노출된 다수의 유입 포트를 더 포함하되,
상기 이차 가스는 상기 반응 공간으로 유입되어 상기 기판의 외주연부 부근 내에서 상기 환형 덕트를 향하여 흐르게 방향을 전환하고, 상기 환형 덕트의 개구부를 통하여 상기 반응 공간으로부터 상기 주 가스와 함께 방사상으로 배출되는 유량으로 상기 기판의 외주연부를 통과하여 내측 방향을 향해 다수의 상기 유입 포트를 통하여 상기 반응 공간으로 공급되는, 플라즈마 처리에 의해 처리된 기판의 면내 균일성을 제어하는 방법.
제 3항에 있어서,
상기 유입 포트는 상기 환형 덕트를 따라 수평면 상에서 다수로 구비되는 플라즈마 처리에 의해 처리된 기판의 면내 균일성을 제어하는 방법.
제 1항에 있어서,
상기 분리링과 서셉터 사이의 간격은, 상기 서셉터의 외주를 따라 상기 이차 가스의 유량을 변화시키도록, 상기 서셉터의 외주를 따라 변화하는, 플라즈마 처리에 의해 처리된 기판의 면내 균일성을 제어하는 방법.
제 5항에 있어서,
상기 분리링의 중심은 상기 전송 챔버의 측벽에 배치된 게이트 밸브를 향하여 상기 서셉터의 중심으로부터 이동되고, 상기 기판이 상기 게이트 밸브를 통하여 상기 전송 챔버로 취입 및 취출되는, 플라즈마 처리에 의해 처리된 기판의 면내 균일성을 제어하는 방법.
제 3항에 있어서,
다수의 상기 유입 포트는 상기 환형 덕트를 따라서 불균등하게 할당되어 상기 서셉터의 외주를 따라 상기 이차 가스의 유량을 변화시키는, 플라즈마 처리에 의해 처리된 기판의 면내 균일성을 제어하는 방법.
제 4항에 있어서,
다수의 상기 유입 포트는 상기 환형 덕트를 따라서 불균등하게 할당되어 상기 서셉터의 외주를 따라 상기 이차 가스의 유량을 변화시키는, 플라즈마 처리에 의해 처리된 기판의 면내 균일성을 제어하는 방법.
제 1항에 있어서,
상기 분리링과 서셉터 사이의 간격은 0.5mm ~ 10mm인, 플라즈마 처리에 의해 처리된 기판의 면내 균일성을 제어하는 방법.
제 5항에 있어서,
상기 분리링과 서셉터 사이의 간격은 0.5mm ~ 10mm의 범위에서 변화하는, 플라즈마 처리에 의해 처리된 기판의 면내 균일성을 제어하는 방법.
제 1항에 있어서,
상기 이차 가스는 불활성 가스 또는 산화 가스인, 플라즈마 처리에 의해 처리된 기판의 면내 균일성을 제어하는 방법.
제 9항에 있어서,
상기 이차 가스는 500sccm 이상의 유량으로 공급되는, 플라즈마 처리에 의해 처리된 기판의 면내 균일성을 제어하는 방법.
제 1항에 있어서,
상기 플라즈마 처리는 플라즈마 조장 원자층 증착(PEALD) 또는 플라즈마 조장 화학 증착(PECVD)인, 플라즈마 처리에 의해 처리된 기판의 면내 균일성을 제어하는 방법.
제 1항에 있어서,
상기 플라즈마 처리는 플라즈마 에칭 또는 애싱(ashing)인, 플라즈마 처리에 의해 처리된 기판의 면내 균일성을 제어하는 방법.
제 1항에 있어서,
상기 기판의 면내 균일성은 상기 기판의 가공 처리된 막두께의 면내 균일성이 2%가 되도록 설정되는, 플라즈마 처리에 의해 처리된 기판의 면내 균일성을 제어하는 방법.
기판을 가공하기 위한 플라즈마 처리 장치에 있어서,
반응 챔버 및 상기 반응 챔버의 아래에 구비된 전송 챔버;
상면에 기판이 놓여지고, 상기 반응 챔버와 전송 챔버 사이에서 수직 방향으로 이동할 수 있는 서셉터;
상기 서셉터와 평행하게 대향 배치되고, 상기 서셉터와의 사이에 형성된 반응 공간에서 플라즈마 방전하도록 상기 서셉터와 전도적으로 연결되는 샤워헤드;
상기 반응 공간으로부터 가스를 배출시키기 위해 상기 서셉터를 원형으로 둘러싼 환형 덕트; 및
상기 반응 챔버와 전송 챔버를 분리시키되, 상기 서셉터가 내부에 배치되고, 상기 서셉터의 상면이 플라즈마 처리 중에 분리링과 동일 평면 상에 있게 되는 개구부를 가지며, 이차 가스는 분리링과 상기 서셉터 사이의 간격을 통해 상기 반응 공간에 공급되고, 상기 서셉터의 외주는 상기 분리링의 상기 개구부보다 작아서, 상기 분리링과 상기 서셉터 사이에 수직으로 개방된 간격을 형성하고, 상기 분리링의 상면 전체가 상기 플라즈마 처리 중에 상기 환형 덕트의 바닥을 형성하며, 상기 분리링과 서셉터 사이의 간격은 0.5mm ~ 10mm가 되도록 구성되는 분리링;을 포함하는 기판을 가공하기 위한 플라즈마 처리 장치.
제 16항에 있어서,
상기 분리링과 서셉터 사이의 간격은, 상기 서셉터의 외주를 따라 상기 이차 가스의 유량을 변화시키도록, 상기 서셉터의 외주를 따라 변화하는, 기판을 가공하기 위한 플라즈마 처리 장치.
제 17항에 있어서,
분리링의 중심은 상기 전송 챔버의 측벽에 배치된 게이트 밸브를 향하여 상기 서셉터의 중심으로부터 이동되고, 상기 기판이 상기 게이트 밸브를 통하여 상기 전송 챔버로 취입 및 취출되는, 기판을 가공하기 위한 플라즈마 처리 장치.
기판을 가공하기 위한 플라즈마 처리 장치에 있어서,
반응 챔버 및 상기 반응 챔버의 아래에 구비된 전송 챔버;
상면에 기판이 놓여지고, 상기 반응 챔버와 전송 챔버 사이에 수직 방향으로 이동할 수 있는 서셉터;
상기 서셉터와 평행하게 대향 배치되고, 상기 서셉터와 평행하게 대향 배치된 사이에 형성된 반응 공간 내에서 플라즈마 방전하도록 상기 서셉터와 전도적으로 연결되는 샤워헤드;
상기 반응 공간으로부터 가스를 배출하기 위해 상기 서셉터를 원형으로 둘러싸는 환형 덕트; 및
상기 환형 덕트를 따라 상기 환형 덕트의 개구부 근처의 상기 반응 공간에 노출되고, 이차 가스가 내측 방향으로 상기 반응 공간에 공급되어 통과하는 다수의 유입 포트를 포함하고,
다수의 상기 유입 포트는 환형 덕트를 따라 불균등하게 할당되어 상기 서셉터의 외부를 따라서 상기 이차 가스의 유량을 변화시키는, 기판을 가공하기 위한 플라즈마 처리 장치.
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