KR102525049B1 - 비정상적인 전기 방전 및 플라즈마 집중을 방지하기 위한 절연 구조물 - Google Patents

비정상적인 전기 방전 및 플라즈마 집중을 방지하기 위한 절연 구조물 Download PDF

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마사키 히라야마
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에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이.
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Abstract

상부 전극, 하부 전극 및 반응 챔버를 포함하는 처리 장치를 위한 절연체이며, 상기 절연체는 상기 상부 전극 주변에 배치되도록 적용되며, 상기 절연체는 상기 반응 챔버를 대면하도록 적용된 하부 단부; 및 상기 상부 전극의 측벽을 대면하는 측벽을 포함하며, 상기 절연체의 상기 하부 단부의 가장자리 부분은 돌출 부분을 형성하도록 반경 방향 내측으로 연장되어서, 상기 돌출 부분이 상기 상부 전극의 하부 표면의 가장자리 및 상기 상부 전극의 상기 측벽과 상기 절연체의 상기 측벽 사이의 간격을 덮을 수 있다.

Description

비정상적인 전기 방전 및 플라즈마 집중을 방지하기 위한 절연 구조물{Insulator structure for avoiding abnormal electrical discharge and plasma concentration}
본 발명은 일반적으로 반도체 또는 액정 플레이트 제조 공정에 사용된 장치, 보다 상세하게는 플라즈마 퇴적 또는 식각 장치에 관한 것이다.
반도체 또는 액정 플레이트 제조 공정의 일부로서, 플라즈마 강화 화학 기상 퇴적(PECVD) 및 플라즈마 강화 원자층 퇴적(PEALD) 공정들이 일반적으로 반도체 기판과 같은 작업대상물의 패턴화된 표면 상에 하나 이상의 막들을 퇴적하기 위해 사용된다. 이들 공정들은 전형적으로 전구체 가스 또는 가스 혼합물을 작업대상물을 포함하는 챔버 내로 유입시킴으로써 달성된다. 상기 전구체 가스 또는 가스 혼합물은 통상적으로 상기 챔버의 상부에 위치하는 샤워 플레이트를 통해 하향으로 향하게 된다.
도 1은 절연체 구조를 보여주는 예시적 PECVD 장치(1)의 개략도를 나타낸다. 도 1에서, 상부 전극(12) 및 쉴드 플레이트(13)가 하나 이상의 스크류들(25)을 가지고 서로에 대해 고정되며, 오-링(14)이 상기 상부 전극(12)과 상기 쉴드 플레이트(13) 사이에 제공된다. 상기 상부 전극(12)은 일정한 간격을 가지고 주위로(예를 들어, 주변으로) 상기 절연체(34)에 의해 둘러싸였다. 챔버 벽(11), 상기 상부 전극(12)의 하부 단부 및 상기 절연체(34)의 하부 단부가 부분적으로 진공(반응) 챔버(10)를 정의한다. 일반적으로, 도 1에서와 같이, 상기 절연체(34)의 하부 표면의 가장자리의 위치는 상기 상부 전극(12)의 상기 하부 표면 또는 상기 하부 전극(5)의 상부 표면에 수직하는 방향으로 상기 상부 전극(12)의 하부 표면의 가장자리의 위치 위로 3 밀리미터 이상으로 설정된다.
퇴적 공정 동안에, 비정상적인 전기 방전 및 플라즈마 집중이 상기 상부 전극(12)의 하부 단부의 가장자리, 상기 절연체(34)의 하부 단부의 가장자리 및 상기 상부 전극(12)의 측벽 및 상기 절연체(34)의 측벽 사이의 간격 부근에서 발생하기 쉽다. 이들 가장자리들 또는 상기 간격 주변에서의 이러한 비정상적인 전기 방전 및 플라즈마 집중은 실제로 기판의 표면 상에 퇴적될 막의 품질에 부정적인 영향을 미친다는 것이 밝혀졌다. 도 2는 비정상적인 전기 방전 및 플라즈마 집중의 영역들(60) 그리고 정상적인 전기 방전(규칙적인 전기 방전)의 영역(70) 그리고 쉬쓰(sheath) 영역(80)(예를 들어, 이온 쉬쓰)이 상기 퇴적 공정 동안에 보여지는 예시적 PECVD 장치의 일부를 보여주는 확대 개략도이다.
이러한 현상의 발생은 상기 상부 전극(12)의 하부 표면의 가장자리로부터 상기 절연체(34)의 하부 표면의 가장자리로의 수직 방향에서 상기 위치 면에서의 가파른 변화, 즉 3 밀리미터 이상에 의해 적어도 대부분 야기되거나, 또는 상기 퇴적 공정 동안에 더 높은 온도에서 상기 상부 전극(12)의 확장 및/또는 상기 절연체(34)의 상기 측벽의 확장을 보상하기 위해 정상적으로 필요한 상기 상부 전극(12)의 상기 측벽과 상기 절연체(34)의 상기 측벽 사이의 간격에 의해 적어도 대부분 야기된다.
본 명세서에서 기술된 실시예의 목적은 이들 가장자리들 및/또는 상기 간격의 주변에서 이러한 비정상적인 전기 방전 및 플라즈마 집중의 발생을 효과적으로 감소시키거나 또는 최소화시킬 수 있는 절연체(34)(그리고 상기 상부 전극(12)의 상기 가장자리의 형상)을 제공함으로써, 퇴적되는 상기 막의 품질에 대한 부정적인 영향을 줄이는 것이다.
하나의 양태에서, 상부 전극, 하부 전극 및 반응 챔버를 포함하는 처리 장치를 위한 절연체가 제공되며, 상기 절연체는 상기 상부 전극 주변에 배열될 수 있도록 적용되며, 상기 절연체는 상기 반응 챔버에 대면하도록 적용된 하부 단부; 그리고 상기 상부 전극의 측벽을 대면하는 측벽을 포함하며, 여기서 상기 절연체의 상기 하부 단부의 가장자리 부분은 투영 부분이 상기 상부 전극의 하부 표면의 가장자리 및 상기 상부 전극의 측벽과 상기 절연체의 측벽 사이의 간격을 덮도록 투영 부분을 형성할 수 있도록 반경 방향 내측으로 연장된다.
일부 실시예들에서, 상부 전극, 하부 전극, 작업대상물 지지대, 반응 챔버 및 상기 상부 전극 주변에 배열된 절연체를 포함하는 처리 장치가 제공되며, 상기 절연체는 상기 반응 챔버를 대면하도록 적용된 하부 단부; 그리고 상기 상부 전극의 측벽을 대면하는 측벽을 포함하며, 여기서 상기 절연체의 상기 하부 단부의 가장자리 부분은 투영 부분이 상기 상부 전극의 하부 표면의 가장자리 및 상기 상부 전극의 측벽과 상기 절연체의 측벽 사이의 간격을 덮도록 투영 부분을 형성할 수 있도록 반경 방향 내측으로 연장된다.
본 발명의 양태들 그리고 관련 기술을 넘어 달성된 하나 이상의 장점들을 요약하기 위한 목적으로, 일정한 목적들 및 장점들이 본 개시물에 기술된다. 물론, 모든 또는 임의의 이러한 목적들 또는 장점들이 반드시 임의의 특정한 실시예에 따라 달성될 수 있을 필요는 없다고 이해되어야 할 것이다. 따라서, 예를 들어 당업자는 본 발명이 본 명세서에서 교시되거나 제안될 수 있는 바와 같은 하나 또는 그 이상의 목적들 또는 장점들을 반드시 달성함이 없이도 본 명세서에 교시된 바와 같은 하나의 장점 또는 장점들의 그룹을 달성하거나 최적화하는 방식으로 구현되거나 수행될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 본 발명의 추가적인 양태들, 특징들 및 장점들이 이어지는 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
본 명세서에 기술된 상기 시스템 및/또는 방법의 이들 및 다른 목적들, 특징들, 그리고 특성들 뿐만 아니라 동작 방법들 그리고 구조물의 관련된 구성요소들의 기능들 그리고 부품들의 조합 그리고 제조의 경제성이 첨부하는 도면들과 관련하여 이어지는 상세한 설명 및 첨부한 청구항들을 고려하여 더욱 명백하게 될 것이며, 그것의 모두는 본 명세서의 일부를 형성하며, 여기서 동일한 참조 번호들은 다양한 도면들에서 대응하는 부품들을 나타낸다. 그러나 도면들은 단지 도해 및 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 제한들의 한정으로서 의도된 것은 아니라는 것임을 명시적으로 이해되어야 한다. 상세한 설명 및 청구항들에서 사용된 바와 같이, "a", "an" 및 "the"의 단수 형태는 문맥상 다르게 지시하지 않는 한 복수형을 포함한다.
본 발명의 이들 및 다른 특징들은 본 발명을 설명하기 위한 것이지 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아닌 바람직한 실시 예들의 도면을 참조하여 설명될 것이다. 도면들은 설명의 편의를 위해 지나치게 단순화되어 있으며 반드시 일정한 비율로 도시되어 있을 필요는 없다.
도 1은 기본적인 절연체 구조를 보여주는 예시적 PECVD 장치의 개략도이다.
도 2는 비정상적인 전기 방전 및 플라즈마 집중의 발생을 보여주는 예시적 PECVD 장치의 확대된 개략도이다.
도 3은 실시예에 따른 절연체 구조를 보여주는 PECVD 장치의 개략도이다.
도 4는 실시예에 따른 절연체 구조를 보여주는 PECVD 장치의 개략도이다.
도 5는 실시예에 따른 절연체 구조를 보여주는 PECVD 장치의 개략도이다.
도 6은 실시예에 따른 절연체 구조를 보여주는 PECVD 장치의 개략도이다.
도 7은 실시예에 따른 절연체 구조를 보여주는 PECVD 장치의 개략도이다.
도 8은 실시예에 따른 PECVD 장치의 상부 전극의 일부와 절연체의 확대된 개략도이다.
도 9는 종래의 PECVD 장치의 절연체 구조에 따라 HRF 및 LRF 파워의 각각에 의존하는 비정상적인 전기 방전과 플라즈마 집중의 발생을 보여주는 그래프이다.
도 10은 실시예의 절연체 구조에 따라 HRF 및 LRF 파워의 각각에 의존하는 비정상적인 전기 방전과 플라즈마 집중의 발생을 보여주는 그래프이다.
도 11은 실시예의 절연체 구조에 따라 HRF 및 LRF 파워의 각각에 의존하는 비정상적인 전기 방전과 플라즈마 집중의 발생을 보여주는 그래프이다.
본 발명은 이어지는 실시예들을 포함하지만, 이것들에 한정되지는 않는다.
본 발명의 실시예들은 일반적으로 반도체 또는 액정 플레이트 제조 공정을 수행하기 위한 장치의 절연체 구조에 적용된다. 이러한 제조 공정의 예로서, 상기 장치가 막을 퇴적하기 위해 어떻게 사용되는지 그리고 상기 절연체 구조가 기판 상에 퇴적되는 막의 품질에 부정적인 영향을 주는 비정상적인 전기 방전 및 플라즈마 집중의 발생을 어떻게 감소하고, 최소화하고 또는 방지할 수 있는지에 대한 더 나은 이해를 위해 PECVD 공정들이 설명된다. 말할 필요도 없이, 상기 절연체 구조는 PEALD 공정, 식각 공정 등을 수행하는 장치를 위해 대안적으로 또는 부가적으로 사용될 수 있다. 그리고, 본 발명의 실시예들은 PECVD, PEALD 등의 공정들을 수행하는 장치들에 대한 사용으로 제한하려는 의도는 아니다. 다음으로, 플라즈마 퇴적 장치의 구성이 아래에서 상세하게 설명된다.
플라즈마 퇴적 장치의 예시로서, 도 3은 하나의 실시예에 따른 PECVD 장치(100)의 개략도이다. 도 3에서 보여지는 바와 같이, 상기 PECVD 장치(100)는 챔버 벽(11)에 의해 적어도 부분적으로 정의된 진공(반응) 챔버(10), 상기 진공 챔버(10)의 상부에 제공된 상부 전극(제1 전극)(12), 상기 진공 챔버(10)로부터 상기 상부 전극(12)을 절연하는 상기 상부 전극(12) 주변에 제공된 절연체(34)를 포함한다. 하부 전극(제2 전극)(5)이 상기 상부 전극(12)에 실질적으로 평행하게 상기 진공 챔버(10) 내측에 제공된다. RF 파워 소스(7,8)가 상기 상부 전극(12)에 부착된 가스 덕트에 연결된다. 상기 진공 챔버(10)는 그것의 측면 부분에 배기 밸브(도시 안됨)를 갖는 개구부를 가지며, 배기 펌프(도시 안됨)에 연결된 배기 덕트(도시 안됨)를 포함한다. 부가적으로, 상기 진공 챔버(10)는 상기 상부 전극(12)으로부터 절연체(34)에 의해 접지되고 절연된다. 상기 진공 챔버(10)는 또한 작업대상물(예를 들어, 기판) 전달을 위해 내부 측벽 상에 게이트 밸브(도시 안됨)를 갖는 개구부를 가진다.
상기 상부 전극(12)의 바닥 면에 샤워 플레이트 구조가 형성된다. 상기 샤워 플레이트에서, 도 3에 도시된 바와 같이 다수의 가스 출구 구멍들(21)(상기 샤워 플레이트 구조의 영역(예를 들어, 원형 영역)(20) 내의 홀들 또는 포어들)이 형성되어, 상기 가스 입구 포트로부터 유입된 소스 가스의 분출이 상기 구멍들로부터 상기 하부 전극(5)을 향하여 방출된다. 상기 하부 전극(5)은 서셉터(50)와 상기 하부 전극(5)의 하부 단부에서 상기 서셉터(50)에 부착된 히터(51)를 가진다. 상기 서셉터(50)는 상기 상부 전극(12)에 실질적으로 평행하게 배치되며, 그것의 상부 표면 상에 위치한 작업대상물(예를 들어, 기판)을 지지한다.
도 3에서, 상기 상부 전극(12) 및 상기 쉴드 플레이트(13)는 하나 이상의 스크류들(25)로 서로에게 고정되며, 그리고 오-링(14)이 상기 상부 전극(12)과 상기 쉴드 플레이트(13) 사이에 제공된다. 하나의 실시예에서, 상기 상부 전극(12)은 예를 들어, 상기 상부 전극(12)의 측벽과 상기 절연체(34)의 인접한 측벽 사이에서 일정한 간격을 가지면서 상기 절연체(34)에 의해 주변으로(예를 들어, 원주적으로) 둘러싸였다. 상기 챔버 벽(11), 상기 상부 전극의 하부 단부 및 상기 절연체(34)의 하부 단부는 적어도 부분적으로 상기 진공(반응) 챔버(10)를 정의한다.
퇴적 공정 동안, 비정상적인 전기 방전 및 플라즈마 집중은 상부 전극(12)의 하부 단부의 가장자리 근처에서 발생하기 쉽고, 상부 전극의 측벽과 절연체(34)의 측벽 사이의 간격에서(그리고 상기 절연체(34)의 하부 단부의 가장자리에서) 발생하기 쉽다. 이러한 비정상적인 전기 방전 및 플라즈마 집중은 기판 표면에 퇴적될 막의 품질에 부정적인 영향을 미친다. 그러나, 상부 전극(12)의 하부 표면과 절연체 (34)의 하부 표면으로 이루어진 더욱 매끄러운 표면을 형성함으로써, 이들 가장자리들 주변에서 이러한 비정상적인 전기 방전 및 플라즈마 집중의 발생을 효과적으로 감소 또는 최소화할 수 있다는 것이 밝혀졌으며, 따라서 퇴적된 막의 품질에 대한 부정적인 영향을 감소시킨다.
하나의 실시예에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 절연체(34)의 하부 표면의 가장자리의 위치가 수직 방향으로(예를 들어, 상기 상부 전극(12)의 하부 표면에 또는 상기 하부 전극(5)의 상부 표면에 수직하는 방향으로) 상부 전극(12)의 하부 표면의 가장자리의 위치 위로 3 밀리미터(예를 들어, 약 2 밀리미터)보다 작게 되면, 그들 가장자리들 주변에서 비정상적인 전기 방전 및 플라즈마 집중에 기인하는 퇴적 막의 품질에 대한 부정적인 영향을 실질적으로 제거할 수 있다는 것이 밝혀졌다.
하나의 실시 예에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 절연체(34)의 하부 표면의 가장자리의 위치가 수직 방향으로(예를 들어, 상기 상부 전극(12)의 하부 표면에 또는 상기 하부 전극(5)의 상부 표면에 수직하는 방향으로) 상부 전극(12)의 하부 표면의 가장자리의 위치 위로 3 밀리미터(예를 들어, 약 2 밀리미터)보다 작게 되면, 그들 가장자리들 주변에서 비정상적인 전기 방전 및 플라즈마 집중에 기인하는 퇴적 막의 품질에 대한 부정적인 영향을 실질적으로 제거할 수 있다는 것이 밝혀졌다.
도 5에서, 상기 장치들의 기본 구성들은, 상기 상부 전극(12)의 하부 표면의 가장자리가 둥글게 되거나 또는 모따기된(chamfered)(약 0.05 내지 약 10 밀리미터의 범위에서 선택된 반경을 가지고) 것을 제외하고는, 도 3에서와 같다. 상기 반경의 범위는 상기 상부 전극(12)와 상기 하부 전극(5) 사이에 형성된 상기 쉬쓰(sheath)(예를 들어, 이온 쉬쓰(80)) 영역의 두께에 기초하여 결정될 수 있다. 상기 반경은 상기 쉬쓰 영역의 두께(예를 들어, 0.05 밀리미터)와 같거나 또는 더크도록 만들어진다. 하나의 실시예에서, 도 5에서와 같이, 만약 상기 상부 전극(12)의 상기 하부 표면의 가장자리가 약 0.05 내지 10 밀리미터의 범위로부터 선택된 반경을 가지며 둥글게 되거나 또는 모따기 되고, 그리고 절연체(34)의 하부 표면의 가장자리의 위치가 수직 방향으로(예를 들어, 상기 상부 전극(12)의 하부 표면에 또는 상기 하부 전극(5)의 상부 표면에 수직하는 방향으로) 상부 전극(12)의 하부 표면의 가장자리의 위치 위로 3 밀리미터(예를 들어, 약 2 밀리미터)보다 작게 되면, 그들 가장자리들 주변에서 비정상적인 전기 방전 및 플라즈마 집중에 기인하는 퇴적 막의 품질에 대한 부정적인 영향을 실질적으로 제거할 수 있다는 것이 밝혀졌다.
도 6에서, 상기 장치들의 기본 구성들은, 상기 상부 전극(12)의 하부 표면의 가장자리가 둥글거나 또는 모따기된(약 0.05 내지 약 10 밀리미터의 범위에서 선택된 반경을 가지고) 것을 제외하고는, 도 4에서와 같다. 상기 반경의 범위는 상기 상부 전극(12)과 상기 하부 전극(5) 사이에 형성된 상기 쉬쓰(예를 들어, 이온 쉬쓰(80)) 영역의 두께에 기초하여 결정될 수 있다. 상기 반경은 상기 쉬쓰 영역의 두께(예를 들어, 0.05 밀리미터)와 같거나 또는 크도록 만들어진다. 하나의 실시예에서, 도 6에서와 같이, 만약 상기 상부 전극(12)의 상기 하부 표면의 가장자리가 약 0.05 내지 10 밀리미터의 범위로부터 선택된 반경을 가지며 둥글게 되거나 또는 모따기 되고, 그리고 절연체(34)의 하부 표면의 가장자리의 위치가 수직 방향으로(예를 들어, 상기 상부 전극(12)의 하부 표면에 또는 상기 하부 전극(5)의 상부 표면에 수직하는 방향으로) 상부 전극(12)의 하부 표면의 가장자리의 위치 위로 3 밀리미터(예를 들어, 약 2 밀리미터)보다 작게 되면, 그들 가장자리들 주변에서 비정상적인 전기 방전 및 플라즈마 집중에 기인하는 퇴적 막의 품질에 대한 부정적인 영향을 실질적으로 제거할 수 있다는 것이 밝혀졌다.
도 7에서, 상기 장치의 기본 구성들은, 상기 절연체 구조를 제외하고, 상기 상부 전극의 하부 표면의 가장자리가 (약 0.05 내지 약 10 밀리미터의 범위에서 선택된 반경을 가지고) 둥글게 되거나 또는 모따기 된 것을 포함하여 도 6에서와 기본적으로 같다. 도 4에서와 같이, 본 실시예에서, 도 7에서 보여지는 바와 같이 둥글게 되거나 또는 모따기 된 상기 상부 전극(12)의 하부 표면의 가장자리를 갖지 않도록 하는 것도 가능하다.
하나의 실시예에서, 도 6에 도시된 절연체(34)와 다른 도 7에서 보여지는 바와 같이, 절연체(34)의 하부 측의 가장자리 부분은 돌출 부분(341)을 형성하기 위해 도 6에 도시된 절연체(34)의 하부 표면의 가장자리 위치와 비교하여 반경 방향 내측으로 약 5 mm 내지 약 25 밀리미터에서 선택된 거리(L)로 연장된다. 도 8은 절연체(34) 및 상부 전극(12)의 확대된 개략도이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 가장자리의 두께(F)가 약 0.5 내지 2.0 밀리미터의 범위에서 선택되는 돌출 부분(341)은, 돌출 부분(341)이 상부 전극(12)의 하부 측의 가장자리를 덮을 수 있고, 그리고 상부 전극(12)의 측벽과 상기 절연체(34)의 측벽 사이에 간격을 갖도록 형성된다. 도 8에서는, 상부 전극(12)의 하부 표면과 돌출 부분(341)의 상부 단부 표면 사이의 거리 (D)는, 약 0.1 내지 약 1.0 밀리미터의 범위로부터 선택된 거리로 설정된다.
본 실시예에서, 도 7에서 보여지는 바와 같이, 여기서 상기 상부 전극(12)의 하부 표면의 가장자리는 약 0.05 내지 약 10 밀리미터의 범위에서 선택된 반경을 가지며 둥글게 되거나 또는 모따기 되며, 그리고 상기 절연체(34)의 하부 표면의 가장자리의 위치가 상기 상부 전극(12)의 하부 표면 또는 상기 하부 전극(5)의 상부 표면에 수직하는 방향으로 상부 전극(12)의 하부 표면의 가장자리의 위치 아래로 약 0.6 내지 약 3.0 밀리미터의 범위에서 선택된 거리가 되며, 그 가장자리들 주변에서 비정상적인 전기 방전 및 플라즈마 집중에 기인하는 퇴적 막의 품질에 대한 부정적인 영향을 실질적으로 제거할 수 있다는 것이 밝혀졌다.
이하, 본 발명의 실시예들이 본 발명을 한정하려는 의도가 아닌 특정의 예시들을 참조하여 상세하게 설명될 것이다. 특정의 예시들에서 적용된 숫자는 적어도 ±50 %의 범위로 변형될 수 있으며, 범위들의 종점은 포함되거나 제외될 수 있다.
<예시들>
이하, 본 발명의 실시예가 이하의 예시들을 참조하여 설명될 것이며, 이것은 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다.
<예시 1>
도 1, 3 및 4에 묘사된 바와 같은 절연체 구조
본 예시를 위한 절연체 구조의 실시예의 개략도가 도 1, 3 및 4에 도시되어있다. 도 1에서, 절연체(34)의 하부 표면의 가장자리의 위치는 수직 방향으로 상부 전극(12)의 하부 표면의 가장자리의 위치보다 3 밀리미터 위에 있다.
본 예시에서는, 리세스들 또는 그루브들을 갖는 기판 상에 SiOC 막이 퇴적되고, 그리고 CVD 장치로서 용량 결합형 플라즈마(CCP) 장치가 사용되었다. 성막 조건은 다음과 같다:
성막 압력 : 480Pa
전구체 : Si-함유 전구체
퇴적 시간 : 60 초
He 유속 : 300 sccm
O2의 유속 : 40 sccm
HRF 전력 (27 MHz) : 1000-1800W
LRF 전력 (300 kHz) : 0-100 W
도 9는 비정상적인 전기 방전 및 플라즈마 집중의 발생이 HRF 전력(고주파 RF 전력) 및 LRF 전력(저주파 RF 전력)의 각각에 대한 허용 범위 내인지 또는 없는지를 나타내는 그래프이다. HRF 전력 범위는 0 [W]에서 2000 [W]까지이며, LRF 전력 범위는 0 [W]에서 110 [W]까지이다. 여기에 도시된 영역(120)은 비정상적인 전기 방전 및 플라즈마 집중의 발생이 0이거나 또는 막 품질에 부정적인 영향을 미치지 않을 정도로 충분히 낮다는 것을 나타내지만, 여기에 도시된 영역(130)은 상기 발생이 허용 가능한 범위의 외측에 있으며(예를 들어, 막 품질이 불안정하게 된다), 여기에 도시된 영역(140)은 상기 발생이 분명히 수용 불가능한 범위 내에 있음(예를 들어, 막 품질이 용납될 수 없게 됨)을 나타낸다. 절연체 구조가 도 1에 도시된 바와 같은 경우, 비정상적인 전기 방전 및 플라즈마 집중이 발생하는 영역, 즉 영역(140)이 있다.
한편, 절연체 구조가 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같다면, 즉, 절연체(34)의 하부 표면의 가장자리의 위치가 수직 방향으로 상부 전극(12)의 하부 표면의 가장자리의 위치의 2 밀리미터 위 또는 아래라면, 상기 영역(120)이 확장되고, 상기 영역(130)은 감소하지만, 상기 영역(140)은 사라진다. 그래프의 형태로는 나타내지 않았지만, 상기 두 경우 (즉, 도 3 또는 도 4의 실시예들) 중 어느 하나에서는, 그 가장자리들 주변에서 비정상적인 전기 방전 및 플라즈마 집중에 기인하는 퇴적 막의 품질에 대한 부정적인 영향을 실질적으로 제거할 수 있다는 것이 밝혀졌다.
<예시 2>
도 5 및 6에 묘사된 바와 같은 절연체 구조
본 예시를 위한 절연체 구조의 실시예의 개략도가 도 5 및 6에 도시되어 있다. 본 예시에서, 절연체(34)의 하부 표면의 가장자리의 위치는 수직 방향으로 상부 전극(12)의 하부 표면의 가장자리의 위치보다 2 밀리미터 위에 또는 아래에 있는 것으로 설정되었으며, 상기 상부 전극(12)의 하부 표면의 가장자리는, 본 케이스에서는 5 밀리미터의 반경을 가지며 둥글게 되거나 또는 모따기되어 있다.
본 예시에서는, 리세스들 또는 그루브들을 갖는 기판 상에 실리콘 질화물 막이 퇴적되고, 그리고 ALD 장치로서 용량 결합형 플라즈마(CCP) 장치가 사용되었다. 성막 조건은 다음과 같다:
성막 압력 : 480Pa
전구체 : Si-함유 전구체
퇴적 시간 : 60 초
He 유속 : 300 sccm
O2의 유속 : 40 sccm
HRF 전력 (27 MHz) : 1000-1800W
LRF 전력 (300 kHz) : 0-100 W
도 10은 비정상적인 전기 방전 및 플라즈마 집중의 발생이 HRF 전력 및 LRF 전력의 각각에 대한 허용 범위 내인지 또는 없는지를 나타내는 그래프이다. HRF 전력 범위는 0 [W]에서 2000 [W]까지이며, LRF 전력 범위는 0 [W]에서 110 [W]까지이다. 다시 여기에 도시된 영역(120)은 비정상적인 전기 방전 및 플라즈마 집중의 발생이 0이거나 또는 막 품질에 부정적인 영향을 미치지 않을 정도로 충분히 낮다는 것을 나타내지만, 영역(130)은 상기 발생이 허용 가능한 범위의 외측에 있다(예를 들어, 막 품질이 불안정하게 된다)는 것을 나타낸다. 비록 도 10에서 보여지지 않지만, 영역(140)은 상기 발생이 분명히 수용 불가능한 범위 내에 있음(예를 들어, 막 품질이 따라서 용납될 수 없게 됨)을 나타낸다.
본 예시에서는, 도 3 또는 도 4에서와 같은 절연체 구조와 비교하여 상기 영역(120)은 훨씬 더 확장되었고, 상기 영역(130)은 훨씬 더 감축된 반면에, 상기 영역(140)은 완전히 사라졌다. 결과적으로, 그 가장자리들 주변에서 비정상적인 전기 방전 및 플라즈마 집중에 기인하는 퇴적 막의 품질에 대한 부정적인 영향을 실질적으로 제거할 수 있다는 것이 밝혀졌다.
<예시 3>
도 7에 묘사된 바와 같은 절연체 구조
본 예시를 위한 절연체 구조의 실시예의 개략도가 도 7에 도시되어 있다. 본 예시에서, 상부 전극(12)의 하부 표면의 가장자리는 5 밀리미터의 반경을 가지고 둥글게 되거나 또는 모따기 되어 있으며, 돌출 부분(341)의 하부 표면의 가장자리의 위치는 수직 방향으로 상부 전극(12)의 하부 표면의 가장자리의 위치보다 2 밀리미터 아래에 있으며, 상기 절연체(34)의 하부 측 상의 가장자리부는 돌출 부분(341)을 형성하도록 도 6에서 보여지는 절연체(34)의 하부 표면의 가장자리로부터 반경 방향 내측으로 5.5 밀리미터 연장된다.
돌출 부분(341)은 약 1 ㎜의 두께(F)를 가지며, 돌출 부분(341)이 상부 전극(12)의 하부 측의 가장자리를 덮고, 상부 전극(12)의 측벽과 절연체(34)의 측벽 사이에 간격을 가지도록 형성된다. 상부 전극(12)의 하부 표면과 돌출 부분(341)의 상부 단부 표면 사이의 거리(D)는 약 0.2 밀리미터로 설정된다.
본 예시에서는, 리세스들 또는 그루브들을 갖는 기판 상에 실리콘 질화물 막이 퇴적되고, 그리고 ALD 장치로서 용량 결합형 플라즈마(CCP) 장치가 사용되었다. 성막 조건은 다음과 같다:
성막 압력 : 480Pa
전구체 : Si-함유 전구체
퇴적 시간 : 60 초
He 유속 : 300 sccm
O2의 유속 : 40 sccm
HRF 전력 (27 MHz) : 1000-1800W
LRF 전력 (300 kHz) : 0-100 W
도 11은 비정상적인 전기 방전 및 플라즈마 집중의 발생이 HRF 전력 및 LRF 전력의 각각에 대한 허용 범위 내인지 또는 없는지를 나타내는 그래프이다. HRF 전력 범위는 0 [W]에서 2000 [W]까지이며, LRF 전력 범위는 0 [W]에서 110 [W]까지이다. 여기에 도시된 영역(120)은 비정상적인 전기 방전 및 플라즈마 집중의 발생이 0이거나 또는 막 품질에 부정적인 영향을 미치지 않을 정도로 충분히 낮다는 것을 나타낸다.
도 11에서 보여지는 바와 같이, 모든 HRF 및 LRF 범위들에 대하여, 비정상적인 전기 방전 및 플라즈마 집중의 발생이 거의 제로이며, 따라서 이것은 영역(130) 및 영역(140)이 없이 단지 영역(120)만이 된다. 결과적으로 그 가장자리들 주변에서 비정상적인 전기 방전 및 플라즈마 집중에 기인하는 퇴적 막의 품질에 대한 부정적인 영향을 실질적으로 제거할 수 있다는 것이 밝혀졌다.
본 명세서의 임의의 복수 및/또는 단수 용어의 사용과 관련하여, 당업자는 복수에서 단수로 및/또는 단수에서 복수로 번역할 수 있을 것이다.
본 개시물에 포함된 배경 기술에 대한 임의의 논의는 본 발명의 맥락을 제공하기 위한 것일 뿐이며, 논의의 일부 또는 전부가 종래 기술의 일부를 형성한다거나 또는 본 발명이 이루어진 때에 종래 기술에서 공지된 것이라고 인정하는 것으로 받아 들여서는 안 된다.
비록 본 개시물의 시스템(들) 및/또는 방법(들)이 현재 가장 실용적이고 바람직한 구현들이라고 고려되는 것에 기초하여 설명을 목적으로 상세히 설명되었지만, 이러한 상세한 설명은 단지 그 목적을 위한 것이며, 본 개시물이 개시된 구현들에 한정되지 않으며, 반대로 첨부된 청구항들의 사상 및 범위 내에서 변형들 및 등가의 배열들을 포함하도록 의도된다. 예를 들어, 본 개시는 가능한 범위 내에서 임의의 구현 예의 하나 이상의 특징이 임의의 다른 구현의 하나 이상의 특징과 결합될 수 있다는 것을 고려하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (20)

  1. 상부 전극, 하부 전극 및 반응 챔버를 포함하는 플라즈마 퇴적 또는 플라즈마 식각 장치에 장착되도록 적용된 절연체로서,
    상기 절연체는 상기 상부 전극 주변에 배열되도록 적용되며, 상기 절연체는
    상기 반응 챔버를 대면하도록 적용된 하부 단부; 및
    상기 상부 전극의 측벽을 대면하는 측벽으로서, 상기 상부 전극의 측벽은 상기 상부 전극의 하부 표면에 대하여 경사져 있으며 상기 절연체의 상기 측벽은 상기 상부 전극의 상기 측벽과 간격을 유지하면서 상기 절연체의 하부 표면에 대하여 경사져 있는, 상기 측벽;을 포함하며,
    상기 절연체의 상기 하부 단부의 가장자리 부분은 돌출 부분을 형성할 수 있도록 반경 방향 내측으로 그리고 원주적으로 연장되어 있으며,
    상기 돌출 부분의 적어도 일부는, 상기 돌출 부분의 상부 표면과 상기 상부 전극의 상기 하부 표면 사이에서 상기 상부 전극의 상기 하부 표면에 대해 평행하며, 상기 상부 전극의 상기 하부 표면과 상기 돌출 부분의 상기 상부 표면의 사이에 일정한 거리를 갖는 개방된 간격이 원주적으로 유지되도록, 상기 상부 전극의 적어도 일부의 수직적 아래에 위치하는 절연체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 돌출 부분은 0.5 내지 2.0 밀리미터의 범위에서 선택된 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 절연체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연체가 장착된 경우, 상기 상부 전극의 상기 하부 표면과 상기 돌출 부분의 상부 단부 표면 사이의 거리는 0.1 내지 1.0 밀리미터의 범위에서 선택된 것을 특징으로 하는 절연체.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연체가 장착된 경우, 상기 돌출 부분의 상기 하부 표면의 위치는 상기 상부 전극의 상기 하부 표면에 수직하는 방향으로 상기 상부 전극의 상기 하부 표면의 위치의 아래로 0.6 내지 2.9 밀리미터의 범위에서 선택된 것을 특징으로 하는 절연체.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연체가 장착된 경우, 상기 돌출 부분의 상기 하부 표면의 위치는 상기 상부 전극의 상기 하부 표면에 수직하는 방향으로 상기 상부 전극의 상기 하부 표면의 위치의 아래로 1.2인 것을 특징으로 하는 절연체.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 돌출 부분은, 상기 돌출 부분이 상기 상부 전극의 상기 하부 표면의 상기 가장자리를 덮도록 반경 방향 내측으로 5-25 밀리미터 돌출하는 것을 특징으로 하는 절연체.
  7. 청구항 1의 절연체를 포함하는 기판 처리 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 상부 전극의 상기 하부 표면의 상기 가장자리는 둥글게 되거나 또는 모따기 된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 상부 전극의 상기 하부 표면의 상기 가장자리는, 상기 반응 챔버 내에서 생성된 쉬쓰 영역(sheath area)의 두께와 같거나 또는 더 큰 반경을 가지고 둥글게 되거나 또는 모따기 된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 상부 전극의 상기 하부 표면의 상기 가장자리는 0.05 내지 10 밀리미터의 범위에서 선택된 반경을 가지며 둥글게 되거나 또는 모따기 된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 상부 전극의 상기 하부 표면의 상기 가장자리는 5 밀리미터의 반경을 가지고 둥글게 되거나 또는 모따기 된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  12. 처리 장치로서,
    상부 전극;
    하부 전극;
    작업대상물 지지대;
    반응 챔버; 및
    상기 상부 전극 주변에 배열된 절연체;를 포함하며,
    상기 절연체는
    상기 반응 챔버를 대면하도록 적용된 하부 단부; 및
    상기 상부 전극의 측벽을 대면하는 측벽으로서, 상기 상부 전극의 측벽은 상기 상부 전극의 하부 표면에 대하여 경사져 있으며 상기 절연체의 상기 측벽은 상기 상부 전극의 상기 측벽과 간격을 유지하면서 상기 절연체의 하부 표면에 대하여 경사져 있는, 상기 측벽;을 포함하며,
    상기 절연체의 상기 하부 단부의 가장자리 부분은 돌출 부분을 형성하기 위해 반경 방향 내측으로 그리고 원주적으로 연장되어 있으며,
    상기 돌출 부분의 적어도 일부는, 상기 돌출 부분의 상부 표면과 상기 상부 전극의 상기 하부 표면 사이에서 상기 상부 전극의 상기 하부 표면에 대해 평행하며, 상기 상부 전극의 상기 하부 표면과 상기 돌출 부분의 상기 상부 표면의 사이에 일정한 거리를 갖는 개방된 간격이 원주적으로 유지되도록, 상기 상부 전극의 적어도 일부의 수직적 아래에 위치하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 돌출 부분의 상기 하부 표면의 위치는 상기 상부 전극의 상기 하부 표면에 수직하는 방향으로 상기 상부 전극의 상기 하부 표면의 위치 아래로 0.6 내지 2.9 밀리미터의 범위에서 선택되는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 돌출 부분의 상기 하부 표면의 위치는 상기 상부 전극의 상기 하부 표면에 수직하는 방향으로 상기 상부 전극의 상기 하부 표면의 위치 아래로 1.2 밀리미터에 있는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 처리 장치는 작업대상물에 대하여 물질을 퇴적하거나 또는 식각하기 위해 구성된 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  16. 청구항 12에 있어서,
    상기 돌출 부분은 0.5 내지 2.0 밀리미터의 범위에서 선택된 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  17. 청구항 12에 있어서,
    상기 상부 전극의 상기 하부 표면과 상기 돌출 부분의 상부 단부 표면 사이의 거리는 0.1 내지 1.0 밀리미터의 범위에서 선택되는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  18. 삭제
  19. 청구항 12에 있어서,
    상기 돌출 부분은, 상기 돌출 부분이 상기 상부 전극의 상기 하부 표면의 상기 가장자리를 덮을 수 있도록 반경 방향 내측으로 5-25 밀리미터 돌출하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  20. 청구항 12에 있어서,
    상기 상부 전극의 상기 하부 표면의 상기 가장자리는 0.05 내지 10 밀리미터의 범위에서 선택되는 반경을 가지고 둥글게 되거나 또는 모따기 된 것을 특징으로 하는 처리 장치.

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