KR20000016384A - 플라즈마 처리 챔버용 온도 제어 방법 및 장치 - Google Patents

플라즈마 처리 챔버용 온도 제어 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20000016384A
KR20000016384A KR1019980709958A KR19980709958A KR20000016384A KR 20000016384 A KR20000016384 A KR 20000016384A KR 1019980709958 A KR1019980709958 A KR 1019980709958A KR 19980709958 A KR19980709958 A KR 19980709958A KR 20000016384 A KR20000016384 A KR 20000016384A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
antenna
window
chamber
substrate
processing
Prior art date
Application number
KR1019980709958A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100493903B1 (ko
Inventor
토마스 이. 윅커
조엘 엠. 쿡
로버트 에이. 마라쉰
윌리암 에스. 케네디
닐 벤자민
Original Assignee
리차드 에이치. 로브그렌
램 리서치 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 리차드 에이치. 로브그렌, 램 리서치 코포레이션 filed Critical 리차드 에이치. 로브그렌
Priority to KR10-1998-0709958A priority Critical patent/KR100493903B1/ko
Publication of KR20000016384A publication Critical patent/KR20000016384A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100493903B1 publication Critical patent/KR100493903B1/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/45565—Shower nozzles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/45572—Cooled nozzles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/505—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
    • C23C16/507—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges using external electrodes, e.g. in tunnel type reactors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32458—Vessel
    • H01J37/32522—Temperature

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

플라즈마 처리 챔버(10)는 기판 고정구(12)와 상기 기판 고정구를 면하는 내측 표면을 가지는 개스 분배 플레이트 또는 유전체 윈도우(20)와 같은 유전체 부재를 구비하는데, 기판을 처리하는 동안 처리 드리프트를 최소화하도록 내측 표면은 쓰레숄드 온도 이하로 유지된다. 챔버는 안테나(18)를 구비할 수 있으며, 이것은 처리 개스를 플라즈마 상태로 에너지화하도록 유전체 부재를 통해 RF 에너지를 유도 연결시킨다. 안테나는 채널(24)을 구비할 수 있는데, 채널(24)을 통해서, 폐쇄 회로 온도 제어기에 의해 냉각되었던 온도 제어용 유체가 통과된다. 내측 표면의 온도 제어는 프로세스 드리프트를 최소화하며 반도체 웨이퍼의 산화물 에칭과 같은같은 기판의 순차적인 배치(batch) 처리중에 처리된 기판의 품질이 저하되는 것을 최소화한다.

Description

플라즈마 처리 챔버용 온도 제어 방법 및 장치
진공 처리 챔버는 일반적으로 처리용 개스를 진공 챔버에 공급하고 RF 피일드(radio frequency field)를 개스에 적용시킴으로써 기판상의 재료 에칭과 화학적 증기 증착(CVD)을 위해 사용된다. 평행한 플레이트의 트랜스포머 연결 플라즈마(transformer coupled plasma ; TCP, 또는 ICP 라고도 불림)와, 전자-사이클로트론 공명(ECR) 반응기의 예들이 공동으로 소유된 미국 특허 제 4,340462 호, 제 4,948,458 호 및, 제 5,200,232 호에 개시되어 있다. 기판들은 처리되는 동안에 기판 고정구에 의해 진공 챔버내 정위치에 유지된다. 종래의 기판 고정구는 기계적인 클램프와 정전기 클램프(ESC)를 구비한다. 기계적인 클램프와 ESC 기판 고정구의 예들은 공동으로 소유된 미국 특허 제 5,262,029 호와 1995 년 3 월 10 일에 출원되고 공동으로 소유된 제 08/401,524 호에 개시되어 있다. 전극 형태의 기판 고정구는 미국 특허 제 4,579,618 호에 개시된 바와 같이, 라디오 무선 주파스(RF)의 힘을 챔버내에 제공할 수 있다.
무선 주파수(RF) 소스에 연결된 안테나가 처리 챔버내에서 개스를 플라즈마 상태로 에너지화하는 플라즈마 처리 시스템은 미국 특허 제 4,948,458 호, 제 5,198,718 호, 제 5,241,245 호, 제 5,304,279 호 및, 제 5,401,350 호에 게시되어 있다. 그러한 시스템에서, 안테나는 처리 챔버의 외측에 위치하며, RF 에너지는 유전체 윈도우를 통해서 챔버내로 공급된다. 그러한 처리 시스템은 에칭, 증착, 저항 스트리핑(resist stripping) 등과 같은 다양한 반도체 처리 적용 분야에 사용될 수 있다.
본 발명은 플라즈마 처리 챔버 및, 플라즈마 처리 챔버의 온도 제어 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 다중의 기판이 연속적으로 처리될때 처리 드리프트(drift)를 방지하도록 기판에 면하는 내부 표면을 냉각시키는 방법 및 처리 챔버에 관한 것이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이며, 여기에서 동일한 요소에는 동일한 참조 번호가 표시될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 안테나 냉각 메카니즘을 구비한 진공 처리 챔버의 단면도이다.
도 2는 안테나 냉각 메카니즘이 없는 처리 챔버에서 발생되는 처리 드리프트를 도시하는 온도 대 시간의 그래프이다.
도 3a 내지 3f는 도 2에 도시된 처리중에 에칭된 25 개 웨이퍼의 연속적인 2개의 가동중에서 2 번째, 6 번째, 12 번째, 25 번째, 42 번째 및, 50 번째 웨이퍼에 대한 산화물 에칭 프로파일에 대한 현미경 미소 사진이다.
도 4는 도 1에 도시된 장치에서의 윈도우 온도에 대한 그래프이며, 여기에서 안테나는 안테나로 송풍되는 분당 150 입방 피트의 공기로써 냉각된다.
도 5는 도 1에 도시된 장치의 윈도우와 개스 분배 플레이트 온도의 그래프이며, 여기에서 안테나는 안테나를 통해 통과하는 액체에 의해 냉각된다.
도 6은 본 발명의 다른 구현예에 따른 유전체 윈도우와 개스 분배 플레이트에 대한 장착 배열의 단면도이다.
본 발명의 목적은, 기판을 면하는 내부 표면의 온도를 제어함으로써 기판을 연속적으로 처리할때, 처리된 기판 품질의 저하와 처리 드리프트의 문제를 극복하는 것이다. 기판을 면하는 내부 표면의 온도 제어는 최소한의 처리 드리프트로써 기판이 연속적으로 처리될 수 있게 한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 플라즈마 처리 챔버의 벽을 형성하는 유전체 부재의 내부 표면 온도를 제어하는 방법이 제공된다. 그러한 방법에 있어서, 무선 주파수 에너지는 유전체 부재를 통해서 유도되게끔 연결되며 내부 표면은 기판을 고정시키는 기판 고정구에 면한다. 그러한 방법은 내부 표면을 쓰레숄드 온도(threshold temperature)이하로 유지시키도록 온도 제어용 유체를 유전체 부재와의 열 전달 접촉 상태에서 통과시키는 것과 같은 내부 표면의 냉각 단계와, 내부 표면을 쓰레숄드 온도 이하로 유지시키는 동안에 연속적으로 기판을 처리하는 단계를 구비한다. 쓰레숄드 온도는 산화물 에칭과 같은 처리 동안에 90℃ 와 같거나 또는 그 이하일 수 있다. 유전체 부재는 개스 분배 플레이트 또는 유전체 윈도우와 같은 챔버 구성 요소일 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 유전체 부재는 유전체 윈도우 또는 조합 윈도우/개스 분배 플레이트를 구비하며, 온도 제어용 유체는 윈도우에 의해 챔버의 내부로부터 분리된 RF 안테나에서 채널을 통해 통과되는 액체이다. 온도 제어용 유체는 유전체 액체인 것이 바람직스러우며 내부 표면은 80℃ 와 같거나 그 이하의 온도로 유지되는 것이 바람직스럽다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 기판을 처리 챔버내에 고정시키는 기판 고정구, 기판에 면하는 내부 표면을 가지는 유전체 부재, 처리 챔버로 처리 개스를 공급하는 개스 공급부 및, 내부 표면을 쓰레숄드 온도 이하로 냉각시키도록 온도 제어용 유체를 유전체 부재와 열 전달 접촉 상태에서 통과시키는 것과 같은 것으로써 유전체 부재를 냉각시키는 냉각 메카니즘을 구비하는 플라즈마 처리 챔버가 제공된다.
기판의 플라즈마 에칭에 있어서, 처리 결과는 에칭 비율, 에칭 프로파일 및, 에칭의 선택성에 달려있으며, 이들 각각은 연속적으로 에칭되었던 웨이퍼 수의 함수로서 변화될 수 있다. 처리 결과에서의 이러한 변화는 처리 드리프트로 지칭된다. 처리 드리프트는 처리 결과가 "처리 윈도우"의 밖으로 표류하게 하는데, 결과적인 기판의 사양은 상기 "처리 윈도우"내에서 그들이 의도했던 목적에 대하여 받아들일 수 있는 것이다. 처리 드리프트가 발생하고 처리 결과가 "처리 윈도우"의 밖으로 드리프트할때, 처리된 기판은 사양내에 있지 아니하며 사용될 수 없다.
산화물 에칭 처리에서 에칭된 기판은 일반적으로 하부층, 에칭될 산화물 층 및, 산화물 층의 상부에 형성된 포토레지스트층을 구비한다. 산화물 층은 SiO2, BPSG, PSG 또는 다른 산화물 재료들중 하나일 수 있다. 하부층은 Si, TiN, 실리사이드, 또는 다른 하부층 또는 기판 재료일 수 있다. 포토레지스트의 에칭 비율에 비교되는, 에칭되어야할 층의 에칭 비율인 에칭 선택성(etch selectivity)은 약 4:1 또는 그 이상인 것이 바람직스럽다. 하부층에 비교되는 산화물 층의 에칭 선택성은 산화물:포토레지스트 에칭 선택성보다 큰 것이 바람직스러우며, 예를 들면 40:1 이다. 이러한 에칭 선택성은 처리 챔버의 온도 증가에 기인하여 기판의 연속적인 처리 동안에 변화할 수 있다. 예를 들면, 챔버가 산화물 에칭 동안에 80℃ 이상으로 가열될때, CF3가 CF2및 HF 를 형성하고 CF2가 처리 드리프트를 야기하는 증가된 중합체 증착으로 이끌리는 반응이 발생할 수 있다. 마찬가지의 문제가 증착 반응 또는 저항 스트리핑과 같은 다른 공정에 대하여 발생할 수 있으며, 여기에서 마스크화된 층을 가진 화학적 상호 반응은 중합체 증착을 야기한다. 그러한 증착은 웨이퍼의 불균일한 처리에 이르게 할 수 있기 때문에 바람직스럽지 못하며, 그러한 문제는 웨이퍼가 더 많이 처리될수록 악화된다.
산화물, 금속, 폴리실리콘, 레지스트등과 같은 층을 에칭하기 위한 처리 챔버 및 필름 증착 처리는 일반적으로 RF 바이어스 전극을 가지는 기판 지지부 및, He 배면 냉각이 수행될때 지지부상에 기판을 고정하는 클램프를 구비한다. 기판 지지부는 기판의 온도가 수용 가능한 수준 이상으로 증가하는 것을 방지하도록 일반적으로 액체 냉각된다. 그러나, 기판의 처리된 표면에 근접하고 그에 면하는 개스 분배 플레이트 또는 유전체 윈도우와 같은 내부 챔버 표면을 가지는 처리 챔버에 있어서, 챔버의 표면은 기판의 처리중에 가열될 수 있으며 이러한 온도 변화로부터 발생되는 에칭의 화학적 성질에서의 변화때문에 바람직스럽지 못한 처리 드리프트를 야기할 수 있다.
고농도 플라즈마 에칭 반응기에서 (예를 들면 유도 연결되고, 트랜스포머가 연결된, 헬리콘(helicon) 등), 산화물의 에칭 비율과 에칭 선택성은 계속적으로 에칭되었던 기판의 수가 챔버 온도의 변화에 기인하여 증가함에 따라서 변화할 수도 있다. 산화물의 에칭 비율은 결국 에칭이 정지될 수 있을때까지 챔버 온도의 증가에 기인하여 감소된다. 포토레지스트 또는 하부층의 에칭 비율에 비교되는, 에칭되어야할 층의 에칭 비율인 에칭 선택성도 처리 챔버에서의 증가하는 온도에 기인하여 변화한다.
본 발명에 따르면, 기판 상부 유전체 부재의 내부 표면은 처리 드리프트 문제를 최소화하도록 온도 제어된다. 본 발명은 실리콘 이산화물 (예를 들면, 도핑되거나 또는 도핑되지 아니한 TEOS, BPSG, USG (undoped spin-on-glass), 열적 산화물, 플라즈마 산화물등)과 같은 유전체 재료의 에칭중에 처리 드리프트를 방지하는데 특히 유용하며, 상기와 같은 재료들은 통상적으로 실리콘, 폴리실리콘, 실리사이드, 티타늄 질화물, 알루미늄과 같은 도전층 또는 실리콘 질화물과 같은 비도전층 재료를 덮고 있다. 본 발명에 따르면, (접촉 홀, 바이아스(vias), 트렌치(trench)와 같은) 특성들이 0.5 μm 와 그 이하의 치수를 가지고 제공될 수 있을 정도로, 그리고 2:1 내지 7:1 범위의 어스펙트 비율(aspect ratio)이 반도체 웨이퍼 (예를 들면 25 개 또는 그 이상의 연속적인 웨이퍼)와 같은 기판의 순차적인 배치(batch) 처리 동안에 기판으로부터 기판으로 일관되게 유지될 수 있을 정도의 그러한 범위로 공정 드리프트가 최소화될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 진공 처리 챔버는 도 1에 도시되어 있다. 진공 처리 챔버(10)는 그 위에 지지된 기판에 RF 바이어스를 제공하는 기판 고정구(12) 및, 기판이 헬륨(He)으로 배면 냉각되는 동안에 기판을 고정시키는 기계적인 클램프(14)를 구비한다. 적절한 RF 소스와 회로에 맞는 적절한 RF 임피던스에 의해 동력을 받는 안테나(18)와 같이, 고밀도 (예를 들면 1011-1012ions/cm3) 플라즈마를 챔버내에 유지시키는 에너지 소스는 고밀도 플라즈마를 제공하기 위하여 RF 에너지를 챔버(10)내에 유도 연결시킨다. 챔버는 챔버의 내부를 소망하는 압력(예를 들면 50 mTorr 이하, 통상적으로는 1 내지 20 mTorr)으로 유지시키는 적절한 진공 펌프 장치를 구비한다. 균일한 두께의 실질적으로 평탄한 유전체 윈도우(20)는 안테나(18)와 처리 챔버(10)의 내부 사이에 제공되며, 처리 챔버(10)의 상부에 진공 벽을 형성한다. 통상적으로 샤워 헤드(22)라고 지칭되는 개스 분배 플레이트는 윈도우(20)의 아래에 제공되며, 개스 공급부(23)에 제공되는 처리 개스를 처리 챔버(10)로 전달하는 원형 구멍(미도시)과 같은 복수개의 개구부를 구비한다. 그러나, 개스 분배 플레이트(22)는 생략될 수 있으며, 처리 개스는 개스 링(gas ring)등과 같은 다른 장치에 의해 챔버로 공급될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따라서, 안테나(18)에는 채널(24)이 제공되며, 상기 채널을 통해서 온도 제어용 유체가 유입 및 유출 도관(25,26)을 통과한다. 그러나, 안테나(18) 및/또는 윈도우(20)는, 공기를 안테나와 윈도우 위로 송풍하는 것, 냉각 매체를 윈도우 및/또는 개스 분배 플레이트를 통해서 통과시키는 것, 또는 그와 열 전달 접촉시키는 것과 같은 다른 기술에 의해 냉각될 수 있다.
윈도우의 온도 제어 없이 유도 연결된 플라즈마 반응기 시스템내에서 반도체 기판을 플라즈마 에칭시키는 동안에, 에칭 벽의 형상인 에칭 프로파일은 온도의 증가에 기인하여 변화할 수 있으며, 그러한 온도 증가는 에칭 처리 동안에 처리 챔버내에서 발생한다. 도 2는 시간 대 온도의 그래프이며, 이것은 산화물 에칭 프로파일상에서 처리 드리프트의 효과를 나타낸다. 도 3a 내지 도 3f에 도시된 바와 같이, 6 개의 현미경 미소 사진에 나타난 에칭된 기판의 에칭 프로파일은 기판이 연속적으로 처리될때 시간에 따라 변화한다. 처리가 시작될때, 에칭되어야할 제 2 기판(도 3a) 및, 제 6 기판 (도 3b)은 단면에서 거의 수직으로 보이는 에칭 벽을 가진다. 에칭되어야할 제 12 기판 (도 3c) 및, 제 25 기판 (도 3d)으로 처리가 진행되면, 에칭 벽은 덜 수직이 된다. 도 2에 도시된 시험에서 25 개의 기판이 처리된 이후에는, 보트(즉, 웨이퍼 카세트)의 변경 및, 전달 모듈(module)의 재설정을 위해서 처리가 지연된다. 이러한 지연은 기판의 연속적인 처리에 중단을 야기하였으며 그래프상에 도시된 온도의 강하를 초래하였다. 보트의 변경 및 전달 모듈의 재설정 이후에, 처리 챔버와 처리 윈도우의 온도는 상승을 계속하였다. 제 42 기판(도 3e) 및, 제 50 기판(도 3f)의 단면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 이러한 기판들의 에칭 프로파일은 정도가 크게 왜곡되었다. 그러한 에칭 프로파일의 왜곡과 함께, 에칭되고 있는 접촉 홀은 산화물 층을 통해서 하부층까지 완전히 에칭될 수 없다. 산화물층을 통해 계속하여 에칭하는 것에 실패하면 최종적인 집적 회로 칩이 작동하지 아니하는 결과에 이를 수 있다.
도 4는 25 개의 실리콘 반도체 웨이퍼를 가동시키는 동안에 도 1 에 도시된 장치에서의 변수 그래프이며, 여기에서 선택성은 그래프의 우측에 도시되고 알루미늄 질화물 윈도우의 다양한 위치에서의 온도는 그래프의 좌측에 도시되어 있다. 본 발명에 따르면, 윈도우는 분당 150 입방 피트의 비율로 안테나와 윈도우에 대하여 공기를 송풍시킴으로써 냉각되었다. 곡선 A 는 윈도우 중심의 온도를 도시하며, 곡선 B 는 윈도우의 외측 가장자리의 온도를 도시하고, 곡선 C 는 윈도우의 중심과 가장자리 사이의 위치에서의 온도를 도시한다. 곡선 D 는 웨이퍼 중심에서의 선택성을 도시하며, 곡선 E 는 웨이퍼 외측 가장자리에서의 선택성을 도시한다.
도 4 에 도시된 시험 결과는 유도 연결된 플라즈마 반응기내에서 수행되었으며, 이것은 윈도우의 외측 표면 상부에 0.14 인치로 이격된 나선 안테나 위로 공기를 통과시킴으로써 냉각되는 알루미늄 질화물 윈도우(도 1에 도시된 장치와 유사하지만 윈도우를 노출시키도록 개스 분배 플레이트의 중심에 10 인치의 구멍을 가짐)를 가진다. 안테나에는 13.56 MHz 의 RF 동력이 제공되었고, 기판 지지부내 RF 바이어스 전극에는 4 MHz RF 동력이 제공되었다. 챔버내에서 25 개의 웨이퍼를 순차적으로 처리한 이후에, 윈도우 온도는 도 3 에 도시된 바와 같이 120℃ 이상으로 상승하지 않았다. 웨이퍼의 처리는, 1100 와트를 안테나에 부가하고, 1300 와트를 기판 지지부내 저부 RF 바이어스 전극에 부가하고, 챔버의 압력을 5 mTorr 로 하고, 그리고 저부 전극을 -10℃ 로 하는 것과 함께, 25 sccm 의 C2HF5및, 15 sccm 의 CHF3을 사용하는 90 초간의 산화물 에칭을 포함한다. 산화물 에칭 이후에는 750 sccm 의 O2를 사용하는 10 초간의 애싱(ashing) 단계가 뒤따르는데, 이것은 400 와트를 안테나에 부가하고, 100 와트를 RF 바이어스 전극에 부가하고, 챔버 압력을 15.5 mTorr 로 유지하여 이루어지며, 이후에는 400 와트를 안테나에 부가하고 40 와트를 RF 바이어스 동력으로 하여 750 sccm 의 O2를 사용하는 50 초간의 제 2 애싱 단계가 뒤따른다. 그러나 애싱은 웨이퍼 번호 2, 6, 12, 18 및, 25 에 대해서는 생략되었다. 이송 및 다른 전체적인 작동을 포함하여, 주기 시간은 웨이퍼당 약 230 초였다. 0.68 인치 및, 5.68 인치에서 윈도우 온도를 측정하도록 탐침이 사용되었다.
도 5는 도 1에 도시된 장치에서 5 개 웨이퍼의 가동중에 윈도우 온도에 대한 그래프이다. 본 발명에 따르면, 안테나를 약 1850 와트로 동력화하고 기판 지지부내 RF 바이어스 전극을 약 2100 와트로 동력화하면서 안테나 안의 채널을 통해서 약 20℃ 의 유전체 액체를 통과시킴으로써 윈도우가 냉각되었다. 도 5에서, 곡선 A 는 윈도우 중심에서의 온도를 도시하고, 곡선 B 는 윈도우의 중심으로부터 2.75 인치의 거리에서의 온도를 도시하고, 곡선 C 는 개스 배분 플레이트의 중심으로부터 0.5 인치 거리에서의 온도를 도시하고, 곡선 D 는 플레이트의 중심으로부터 3 인치 거리에서의 온도를 도시하고, 곡선 E 는 안테나로 들어가는 냉매의 온도를 도시하고, 곡선 F 는 안테나를 나오는 냉매의 온도를 도시한다.
작동상에 있어서, 웨이퍼는 기판 고정구(12)상에 위치하며, He 배면 냉각이채택되었을때 통상적으로 정전기 클램프, 기계적 클램프 또는, 다른 클램프 메카니즘에 의해 정위치에 고정된다. 다음에 처리 개스를 윈도우(20)와 개스 분배 플레이트(22) 사이의 갭을 통해서 통과시킴으로써 처리 개스가 진공 처리 챔버(10)로 제공된다. 적절한 개스 분배 플레이트(즉, 샤워헤드) 장치는 공동으로 소유된 미국 특허 출원 번호 제 08/509,080 호에 게시되어 있으며, 그 게시 내용은 본원에 참고로써 포함된다. 예를 들면, 도 1의 윈도우와 개스 분배 플레이트 장치가 평탄하고 균일한 두께인 반면에, 윈도우 및/또는 개스 분배 플레이트용으로 평탄하지 아니하고 그리고/또는 불균일한 두께의 기하가 사용될 수 있다. 고밀도 플라즈마는 이후에 적절한 RF 동력을 안테나(18)에 제공함으로써 웨이퍼와 윈도우 사이의 공간에서 점화된다. 온도 제어 유체는 안테나(18), 윈도우(20) 및, 개스 분배 플레이트(22)를 쓰레숄드 온도 이하로 유지시키도록 채널(24)을 통해서 통과된다.
산화물 에칭 동안에, 챔버 압력은 통상적으로 300 mTorr 이하이고, 바람직스럽게는 2-40 mTorr 이고, 안테나는 200 내지 2000 와트로 동력화되며, 바람직스럽게는 400 내지 1600 와트로 동력화되고, RF 바이어스는 ≤ 2200 와트이고, 바람직스럽게는 1200 내지 2200 와트이며, He 배압은 5 내지 40 Torr 이고, 바람직스럽게는 7 내지 20 Torr 이다. 처리 개스는 10 내지 200 sccm CHF3, 10 내지 100 sccm C2HF5및/또는 10 내지 100 C2F6를 포함할 수 있다.
이전에 설명된 바로서, 처리 드리프트는 산화물 에칭 비율, 에칭 프로파일 및, 에칭의 선택성에서 변화를 가져올 수 있으며, 그러한 처리 드리프트는 다중의 기판이 연속적으로 처리될때 처리 챔버내의 열의 축적으로부터 초래된다. 만약 기판을 처리하는 플라즈마와 접촉 상태인 윈도우(20) 및/또는 개스 분배 플레이트(22)의 온도가 쓰레숄드 온도 이하로 유지될 수 있다면, 처리 드리프트는 실질적으로 감소될 수 있다. 원추형 고리(30)와 같은 진공 처리 챔버(10) 내부의 외측 표면 온도는 쓰레숄드 온도 이하가 되도록 온도 제어될 수도 있다.
개스 분배 플레이트(22)의 온도 제어는 폐쇄 회로 온도 제어기(28)로부터 안테나(18)를 통해서 유체를 순환시키는 채널(24)을 사용함으로써 제공될 수 있다. 온도 제어기는 하나 또는 그 이상의 온도 센서와 같은 것에 의해서 윈도우 온도를 모니터하고 윈도우를 쓰레숄드 온도 이하로 유지하도록 안테나(18)를 통해서 냉매의 온도 및/또는 냉매의 유량을 제어한다. 안테나(18)는 윈도우와 안테나(18) 사이에 적절한 열 전달을 제공하도록 윈도우(20)와 열적 접촉 상태에 있는 것이 바람직스럽다. 윈도우는 알루미늄 질화물과 같은 높은 열전도성을 가진 유전체 재료로 제작되는 것이 바람직스러우며, 알루미늄 질화물은 안테나(18)로부터 윈도우를 통해서 개스 분배 플레이트(22)로 열 전달을 최대화시킨다. 알루미늄 질화물의 특성은 100 w/m-k 의 열전도성, 3.27 gm/cm3의 밀도, 0.2 cal/gm-k 의 열용량 및, 0.75 의 방사율을 구비한다. 개스 분배 플레이트(22)도 알루미늄 질화물과 같이 높은 열전도성을 가지는 재료로 제작되는 것이 바람직스럽지만, 알루미늄 산화물 또는 석영과 같은 다른 유전체 재료도 개스 분배 플레이트(22)용으로 사용될 수 있다. 플라즈마로부터의 이온 충격에 기인하여 개스 분배 플레이트(22)에 의해 수용되는 열은 윈도우(20)를 통해 통과되며, 냉각 유체를 안테나(18)내에 통과시키고, 윈도우와 개스 분배 플레이트(22) 사이의 개스 압력을 증가시키고, 그리고/또는 냉각 개스를 안테나에 걸쳐 송풍함으로써 제거될 수 있다.
안테나(18)는 실질적으로 평탄한 프로파일 및/또는 하나 또는 그 이상(예를 들면 3 내지 7)의 나선 회전을 가지는 나선 형상과 같은 다양한 형상 및 프로파일을 가진다. 채널(24)은 냉각 유체 유입부로부터 냉각 유체 유출부로 안테나(18)의 모든 부분을 통해 연장되는 것이 바람직스럽다. 예를 들면, 냉각 유체는 나선형 안테나(18)의 외부로부터 중심을 향해서, 또는 중심으로부터 이것의 외부로 유동할 수 있다. 안테나는 브레이징, 접착제 (예를 들면 RTV)등과 같은 적절한 기술에 의해 윈도우에 접합될 수 있으며, 이것은 안테나와 윈도우 사이에 양호한 열전달 특성을 제공한다. 안테나를 통해 통과하는 냉각 유체는 탈이온화된 물 또는 플루오로이너트(Fluoroiner)(듀폰에 의해 제작된 유전성 유체)와 같은 비 도전성 액체인 것이 바람직스럽다.
본 발명의 선택적인 구현예에 따르면, 안테나는 안테나의 상부 표면과 같은 표면에 접합된 냉각용 튜브를 구비할 수 있다. 냉각용 유체는 채널(24)과 같은 방식으로 냉각용 튜브를 통해 통과된다.
본 발명의 다른 선택적인 구현예에 따르면, 윈도우(20)와 개스 분배 플레이트(22)는 단일체로서 형성될 수 있다. 단일체로서 형성될때, 윈도우/개스 분배 플레이트(22) 장치의 높은 열적 전도성이 제공될 수 있으며 그리고/또는 윈도우와 개스 분배 플레이트(22)를 가로지르는 열 전달은 보다 균일하게 만들어질 수 있다. 단일체 윈도우/개스 분배 플레이트를 제작하는데 있어서, 적절한 개스 통로 및 유출 구멍이 녹색의 세라믹 유전체 재료내에 제공될 수 있으며, 이것은 이후에 단일의 플레이트를 형성하도록 소결된다. 플라즈마가 통로 및/또는 구멍안에 타격하는 것을 방지하기 위해서, 통로 및 구멍의 치수는, 처리 개스의 유동 및 안테나의 동력화중에 플라즈마가 형성되는 조건을 회피하기에 충분할 정도로 작은 것이 바람직스럽다.
개스 분배 플레이트(22)의 온도는 순환 유체의 온도를 안테나(18)내에서 제어함으로써 제어될 수 있다. 개스 분배 플레이트(22)의 온도는 쓰레숄드 온도 이하로 유지되는 것이 바람직스럽다. 예를 들면, 산화물 에칭의 경우에, 쓰레숄드 온도는 순환 유체의 온도를 폐쇄 회로 냉각 시스템으로 제어함으로써 120℃ 또는 그 이하일 수 있으며, 바람직스럽게는 90℃ 또는 그 이하이고, 그리고 보다 바람직스럽게는 80℃ 또는 그 이하이다. 윈도우의 온도는 에칭 처리중에 개스 분배 플레이트(22)의 배후에서 처리 개스의 압력을 조절함으로써 제어될 수도 있다. 부가적으로, 처리에서의 애싱(ashing) 단계와 같은 부가적인 단계 또는, 지연을 야기하고 진공 챔버 그리고 결과적으로 윈도우/개스 분배 플레이트(22) 장치의 냉각을 허용하는 웨이퍼의 이송중에 온도가 제어될 수도 있다.
유전체 윈도우가 개스 분배 플레이트와 안테나 사이에 있는 경우에, 안테나의 부분들이 개스 분배 플레이트의 그 어떤 유출 구멍도 덮지 않도록 안테나를 위치시키는 것이 바람직스러울 수 있다. 예를 들면, 안테나가 다중 회전 코일을 구비하고 개스 분배 플레이트가 중심의 구멍과 중심의 구멍으로부터 고정된 반경의 원에 위치한 6 개의 구멍을 구비한다면, 원을 통과하는 그 어떤 회전도 원에 위치한 한쌍의 근접한 홀 사이에 동등하게 위치하도록 안테나가 위치하는 것이 바람직스럽다. 그러한 안테나의 위치 설정은 안테나에 가장 근접하게 위치한 구멍내에서 플라즈마를 타격할 가능성을 최소화시킨다.
윈도우로서 사용된 유전체 플레이트는 처리 챔버의 진공 환경안으로의 약 104Kg/m2의 대기 압력을 받는다. 이것은 지지되지 아니한 직경이 φ= 40 cm 인 통상적인 윈도우 플레이트상에서, 내측으로의 힘이 합계 약 1200 Kg 인 것을 의미한다. 따라서, 높은 강도의 재료가 필요하며, 그렇지 않으면 윈도우는 과도하게 두꺼워지는데, 예를 들면 세라믹에 대해서는 5 배의 안전 인자를 허용하는 것이며, φ= 40 cm 인 석영 윈도우에 대해서 약 2 cm 의 두께를 필요로 한다.
일반적으로, 그러한 윈도우의 내측 표면은 그것의 화학적 및/또는 물리적 특성에 대해서 처리에 적합한 재료, 예를 들면 석영으로 구성되도록 처리 요건이 지정된다. 이는 따라서 벌크(bulk) 윈도우 재료로서 준비되거나, 또는 일부 다른 재료 또는 복합 구조의 충분한 두께인 피복 또는 접합된 표면으로서 준비되거나, 또는 진공내에서 분리 지지된 덮개 플레이트로서 준비될 수 있다. 윈도우 디자인은 위에서 설명된 구조상의 요건과 양립할 수 있어야 하며, 만약 피복 또는 접합 기술이 채용되면, 복합적인 구조는 성장 또는 접합 처리중의 필름 인장 효과 및, 차동적인 열응력의 가능성을 받게 되며, 마지막의 덮개 플레이트의 경우에는, 분리된 지지 구조가 필요할 수 있다. 더욱이, 그 어떤 유전체 윈도우의 내측 표면 또는 그에 고정된 커버 플레이트를 구비할 수도 있는 챔버 벽의 표면 온도가 제한되고, 그리고 가능하게는 적극적으로 제어되게끔 처리 요건이 규정될 수 있다.
처리 챔버내로의 윈도우는 항상 챔버내로 또는 챔버로부터의 에너지 전달용으로 사용된다. 예를 들면, U-V, 가시광선, I-R, 마이크로웨이브 및, RF E-M 복사의 형태인 동력이 유전체 윈도우를 사용하여 진공 챔버의 안으로 그리고 진공 챔버로부터 모두 전달된다. 만약 현저한 동력이 이러한 방식으로 전달된다면, 유전체는 주파수(ω) 및 손실 인자(tan δ)에 따른 손실 과정에 의해 가열될 수 있다. 전달 손실 가열이 무시할수 있을지라도, 윈도우는 처리 챔버의 벽을 구성하며, 챔버내의 처리 재료 및 구성 요소로부터의 복사, 대류 및, 전도에 의해서 가열될 수 있다. 예를 들면, 윈도우가 TCP(트랜스포머 연결 플라즈마) 코일 안테나로부터의 동력 전달용으로 사용되는 플라즈마 처리에 있어서, 윈도우 내측 표면의 매 평방 cm 마다 수 와트가 방산될 수 있다. 윈도우가 2 cm 두께의 벌크 석영 재료로 만들어진 경우에, 이것은 수백 ℃인 내측 표면의 회피할 수 없는 온도 상승을 초래하게 될 것이다.
석영은 많은 처리 체제와 양립할 수 있고 그리고 이것의 낮은 열팽창 계수에 기인하여 열적 충격에 대한 양호한 저항성을 가지기 때문에 윈도우 재료로서 사용될 수 있다. 그러나, 단지 보통의 기계적인 특성을 가지며, 높은 온도 구배에 이르는 극히 낮은 열적 전도성과, 그리고 현저하게 상이한 열 팽창 계수를 가지는 재료와 접촉했을때 차동적인 높은 팽창 응력을 가진다. 그러한 특성의 조합을 가지는 재료는 본 발명의 다른 면에 따라서 복합적인 윈도우에서 사용될 수 있다. 내측 표면의 온도가 수동적으로 또는 능동적으로 제어되면서 내측 표면의 온도가 모니터될 수 있는 방식으로 내측 표면 및/또는 윈도우가 구성될 수 있기 때문에, 그러한 복합적인 윈도우에는 처리에 적합한 석영과 같은 재료가 제공될 수 있다.
윈도우의 벌크 재료는 그 진공에 대한 적합성, 유전 특성, 상대적인 처리의 불활성, 기계적이고 열적인 특성에 대하여 선택하는 것이 바람직스럽다. 예를 들면, 알루미늄 질화물은 적절하게 불활성이고, 양호한 유전 특성 (낮은 유전 상수 및 손실 인자)을 가지고, 열팽창을 포함하여 알루미늄과 유사한 기계적 특성을 가지고, 그리고 열용량을 가지지만, 알루미늄보다 대략 5 배인 열전도성을 가지고, 즉, 석영의 열전도성보다 102의 크기로 큰 열전도성을 가진다. 따라서, φ= 40 cm 를 가지는 벌크 석영에 대하여 설명된 것과 유사한 알루미늄 질화물 윈도우는 〈 1 cm 두께일수 있으며 여전히 진공력을 안전하게 지지한다. 그러한 윈도우는 방산되는 각 와트/cm2에 대하여 그것을 가로지르는 약 1℃ 의 온도 구배만을 지지하게 되며, (분 단위가 아닌 초 단위인) 다소 짧은 열적 시간 상수를 가지게 되며, 따라서 열적 충격에 관련하여 여전히 적절하게 양호하다. 더욱이, 예를 들면 벌크 석영 윈도우의 경우와는 달리, 내측 표면이 밀접하게 따라가기 때문에, 외측의 온도를 모니터하고 외측을 선택적으로 가열하거나 또는 냉각함으로써 윈도우의 내측 온도를 제어할 수 있다.
어떠한 경우에, 알루미늄 질화물은 챔버내에서 수행되는 처리와 양립할 수 없다. 따라서, 상대적으로 얇은, 예를 들면 약 2 mm 두께이고, 그 노출된 층이 공정에 양립할 수 있는 재료인 하나 또는 그 이상의 층을 구비하는 서브 플레이트가 메인 윈도우 플레이트의 하부 표면에 동심상으로 근접하게 지지될 수 있다. 그러한 플레이트는, 예를 들면 비록 석영으로 만들었을지라도, 동일한 열적 플럭스(flux)를 받았을때 2 cm 두께의 석영 윈도우에 대한 경우에서와 같이 수백도 대신에 이것의 두께를 통해서 단지 수십도의 온도 편차만을 야기하게 될 것이다. 서브 플레이트가 단일의 또는 복합적인 재료의 단순하고 얇은 디스크일 경우, 그러한 장치의 장점은 손상되거나 또는 처리중에 소모되었을때 용이하고 상대적으로 값싸게 교체될 수 있다는 점이다.
위와 같은 장치로써, 서브 플레이트의 외측은 진공에 의해 외측 윈도우로부터 분리될 수 있으며, 플레이트가 외측 윈도우와 근접할지라도, 큰 온도 편차가 그들 사이의 내측 공간을 가로질러 구성될 수 있도록 플레이트는 메인 윈도우 플레이트와 밀접하게 열 접촉하지 않는다. 그러나, 내측 공간을 가로질러 온도의 강하를 최소화하도록 열적으로 전도성이 있는 얇은 필름의 접촉 매체가 채용될 수 있다. 매체가 유체이거나 또는 탄성적일 경우에, 커다란 차동적인 팽창력이 설정되지 않도록, 과도한 경직성이 회피될 수 있다.
메인 윈도우에 근접하여 있는 그러한 서브 플레이트의 기계적인 지지부는, 도 6 에 도시된 바와 같이, 메인 윈도우 플레이트(44)와 서브 플레이트(46) 사이의 내측 공간(42)으로부터 챔버(48) 안으로 만약 존재한다면 단지 작은 누설 경로(40)만이 있도록 배치될 수 있으며, 필요하다면 유체의 열적 접촉 매체와 함께 사용되도록 적절한 엘라스토머의 모서리 시일(50,52)이 제공된다. 예를 들면, 사이 공간(42)에는 진공 그리이스와 같은 불활성의 열 접촉 매체, 얇은 실리콘 고무 필름, 또는 가장 편리하게는 개스로써 충전될 수 있다. 개스가 열 접촉 매체로서 사용된다면, 개스는 대류 수송을 위해서 사용되고 있지 않기 때문에,열전도성을 최적화하는 압력의 가벼운 불활성 개스인 것이 바람직스러우며, 예를 들면, 갭의 치수와 평균적인 자유 경로의 고려에 따라서 약 10 Torr 의 He 인 것이 통상적이다. 만약 개스가 접촉 매체가 아니라면, 사이 공간(42)이 통로(54)와 같이 적절한 개스 공급 통로를 통해 적절한 압력으로 충전될 수 있도록, 유입부와, 필요하다면 유출부도 배치된다. 더욱이, 대기압의 힘은 완전히 메인 윈도우 플레이트(44)에 의해 운반되어서 서브 플레이트(46) 상에는 대기압 응력이 존재하지 않기 때문에, 대기압 이하의 10-2의 크기일 수 있는 He 의 압력은 서브 플레이트에 의해 지지되어야 하며, 또는 만약 그리이스 또는 필름이 접촉 매체로서 사용된다면, 그 어떤 포획되거나 또는 포함된 개스를 배출시키고 열팽창력의 경감을 허용하는 조건이 만들어질 수 있다. 또한, 서브 플레이트가 개스 분배 플레이트를 구비하는 경우에, 접촉 매체는 처리 개스 또는 처리 개스에 부가된 개스를 구비할 수 있다. 필요하다면, 사이 공간내의 압력을 최적화시키도록 그리고 서브-플레이트로부터 메인 윈도우로의 열 전달을 향상시키도록 개스 분배 플레이트안의 개구부 크기가 정해질 수 있다. 윈도우와 개스 분배 플레이트 사이의 사이 공간내 개스 압력은 1 내지 100 Torr 의 범위내에서 조절될 수 있다.
메인 윈도우 플레이트, (반 고체이거나 또는 유체인) 열전도체의 얇은 필름 및, 서브 플레이트로 구성된 완성 조립체는, 예를 들면 동일한 구조적 기능을 수행할 수 있는 석영과 같은 서브 플레이트 재료의 고체 윈도우와 비교했을때, 내측 표면과 외측 표면 사이의 현저하게 향상된 열전도성에 의해서 메인 윈도우의 외측과 접촉함으로써 챔버를 면하는 내측 표면의 온도 제어 및 모니터링이 가능하게 한다. 외측 온도는 접촉 및 다른 방식의 표준 온도 측정 기술에 의해 모니터될 수 있다. 온도 제어는 함입되거나, 접촉 또는 복사되는 히터 요소 및/또는, 메인 윈도우 노출 표면상의 가압 유체 (액체 또는 개스)를 사용하여 달성될 수 있다. 동시적이고 연속적인 직접 온도 모니터와 내측 표면의 정밀한 제어는, 비록 열적 특성에 대한 지식과 이중 플레이트 윈도우의 최근 역사를 사용할 수 있음에도 불구하고, 단지 외측으로부터는 불가능하다. 예를 들면, 윈도우상의 다양한 위치들에서 모니터용 센서들의 동역학적 응답을 관찰하는 피드백 제어 시스템의 펄스화가 하나의 기술이 되는데 반해, 다른 것은 메인 윈도우 서브 플레이트 사이 공간내로 삽입되는 센서들을 채용하는 것일 수 있다.
본 발명은 그것의 특정한 구현예를 참조하여 상세하게 설명되었지만, 당해 기술 분야의 업자들에게는 본 발명의 사상과 범위로부터 이탈함이 없이 다양한 변화 및 수정이 만들어질 수 있고, 등가예가 채용될 수 있다는 점이 명백할 것이다.
본 발명은 플라즈마 처리 챔버에 사용될 수 있다.

Claims (24)

  1. 처리 챔버의 벽을 형성하는 유전체 부재의 내측 표면이 기판 고정구를 면하고 있는 처리 챔버내에서 기판을 기판 고정구상에 배치하는 단계;
    처리 개스를 처리 챔버에 공급하고 유전체 부재를 통해서 처리 챔버내로 RF 에너지를 유도 연결함으로써 처리 개스를 플라즈마 상태로 에너지화하는 단계;
    기판의 처리 동안에 내측 표면을 쓰레숄드 온도 이하로 유지시키도록 유전체 부재를 냉각시키는 단계; 및,
    내부 표면을 쓰레숄드 온도 이하로 유지시키는 동안 기판을 플라즈마 개스와 접촉시킴으로써 기판을 처리 챔버내에서 연속적으로 처리하는 단계를 구비하는, 플라즈마 처리 챔버의 내측 표면 온도 제어 및 기판 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 처리 챔버는 실질적으로 평탄한 안테나를 구비하고, 처리 개스는 RF 동력을 안테나에 공급함으로써 플라즈마 상태로 에너지화되며, 냉각 단계는 온도 제어용 유체가 유전체 부재 또는 안테나와 접촉 상태에서 통과됨으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 냉각 단계는 수성(水性) 또는 비수성의 전기적으로 비도전성인 액체를 안테나안의 채널을 통해 통과시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 액체는 폐쇄 회로 냉각 시스템에 의해 안테나를 통해 통과되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 처리는 에칭을 구비하며 쓰레숄드 온도는 90℃ 보다 낮거나 또는 같은 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 플라즈마는 고밀도 플라즈마를 구비하고 기판은 RF 바이어스를 기판에 공급하는 동안 기판상의 산화물층을 고밀도 플라즈마로 에칭시킴으로써 처리되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 2 항에 있어서, 유전체 부재는 개스 분배 플레이트를 구비하고, 개스 분배 플레이트의 온도는 온도 제어 유체를 안테나를 통해 통과시킴으로써 쓰레숄드 온도 이하로 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 유전체 부재는 유전체 윈도우를 구비하고 처리는 각 기판상의 마스크화된 층을 플라즈마 에칭시키는 것을 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 처리는 기판상의 마스크화된 층을 플라즈마 에칭하는 것을 구비하고 적어도 25 개의 기판들이 처리 드리프트를 최소화하면서 연속적으로 처리되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 유전체 부재는 서로로부터 갭(gap)에 의해 분리된 제 1 부분 및 제 2 부분을 가지는 유전체 윈도우를 구비하며, 제 1 부분은 주위 압력에 노출된 외측 표면을 구비하고, 제 2 부분은 내부 표면을 구비하며, 냉각 단계는 열 전달 매체를 갭내에 제공함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 기판을 처리 챔버내에 유지시키는 기판 고정구;
    기판 고정구에 면하는 그 내측 표면을 가지는 유전체 부재;
    처리 개스를 플라즈마 상태로 에너지화하도록 RF 에너지를 유전체 부재를 통해서 챔버내로 유도 연결하는 RF 에너지 소스; 및,
    유전체 부재를 냉각시키고 내측 표면을 쓰레숄드 온도 이하로 유지시키는 냉각 메카니즘;을 구비하는 플라즈마 처리 챔버.
  12. 제 11 항에 있어서, 유전체 부재는 유전체 윈도우 또는 개스 분배 플레이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 챔버.
  13. 제 11 항에 있어서, 유전체 부재는 복수개의 구멍을 가지는 개스 분배 플레이트를 구비하고, 상기 구멍을 통해서 처리 개스가 챔버의 내측으로 공급되며, 개스 공급부는 개스를 개스 분배 플레이트로 공급하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 챔버.
  14. 제 11 항에 있어서, 챔버는 유전체 윈도우를 구비하고 RF 에너지 소스는 윈도우에 근접한 실질적으로 평탄한 안테나를 구비하며, 처리 챔버내 처리 개스를 플라즈마 상태로 에너지화하도록 안테나는 RF 동력을 윈도우를 통해 제공하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 챔버.
  15. 제 14 항에 있어서, 유전체 부재는 유전체 개스 분배 플레이트를 구비하고, 윈도우는 안테나와 개스 분배 플레이트 사이에 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 챔버.
  16. 제 15 항에 있어서, 냉각 메카니즘은 온도 제어 유체를 안테나 또는 개스 분배 플레이트와 열 전달 접촉 상태에서 통과시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 챔버.
  17. 제 11 항에 있어서, 전기적으로 비 도전성인 냉각 액체를 냉각 메카니즘에 공급하고 내측 표면을 쓰레숄드 온도 이하로 유지시키는 폐쇄 회로 냉각 시스템을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 챔버.
  18. 제 11 항에 있어서, 챔버는 유전체 윈도우를 구비하고 RF 에너지 소스는 윈도우에 근접한 안테나를 구비하고, 처리 챔버내의 처리 개스를 플라즈마 상태로 엔너지화하도록 안테나는 RF 동력을 윈도우를 통해서 제공하고, 내측 표면은 윈도우의 내측 표면을 구비하고 냉각 메카니즘은 폐쇄 회로 온도 제어기와 온도 제어 유체가 그것을 통해 순환되는 안테나내 채널을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 챔버.
  19. 제 18 항에 있어서, 유체는 비수성의 유전질 액체인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 챔버.
  20. 제 11 항에 있어서, 챔버는 유전체 윈도우와 윈도우에 근접한 안테나를 구비하고, 처리 챔버내의 처리 개스를 플라즈마 상태로 에너지화하도록 안테나는 RF 동력을 윈도우를 통해 공급하고, 안테나는 실질적으로 평탄한 형상을 가지며 냉각 메카니즘은 안테나내에 액체 유동 채널을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 챔버.
  21. 제 20 항에 있어서, 유전체 부재는 윈도우에 근접한 개스 분배 플레이트를 구비하고, 개스 분배 플레이트는 처리 개스가 그것을 통해 챔버의 내측으로 진입하는 개스 유출부를 구비하고, 개스 유출부가 기판 고정구와 안테나 사이에 직접적으로 있지 아니하도록 안테나가 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 챔버.
  22. 제 11 항에 있어서, 유전체 부재는 갭에 의해 서로로부터 분리된 제 1 부분과 제 2 부분을 가지는 유전체 윈도우를 구비하고, 제 1 부분은 주위의 압력에 노출된 외측 표면을 구비하고 제 2 부분은 내측 표면을 구비하며, 갭은 열 전달 매체로 충전되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 챔버.
  23. 제 11 항에 있어서, 유전체 부재는 실질적으로 균일한 두께와 실질적으로 평탄한 형상을 가지는 유전체 윈도우를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 챔버.
  24. 제 11 항에 있어서, 유전체 부재는 실질적으로 균일한 두께와 실질적으로 평탄한 형상을 가지는 개스 분배 플레이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 챔버.
KR10-1998-0709958A 1996-06-05 1997-06-02 플라즈마처리챔버용온도제어방법및장치 KR100493903B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-1998-0709958A KR100493903B1 (ko) 1996-06-05 1997-06-02 플라즈마처리챔버용온도제어방법및장치

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/658,259 1996-06-05
US8/658,259 1996-06-05
KR10-1998-0709958A KR100493903B1 (ko) 1996-06-05 1997-06-02 플라즈마처리챔버용온도제어방법및장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20000016384A true KR20000016384A (ko) 2000-03-25
KR100493903B1 KR100493903B1 (ko) 2005-09-02

Family

ID=43670192

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-1998-0709958A KR100493903B1 (ko) 1996-06-05 1997-06-02 플라즈마처리챔버용온도제어방법및장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100493903B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100666445B1 (ko) * 2006-03-09 2007-01-09 주식회사 플라즈마트 유도결합형 플라즈마 처리장치의 유전체 덮개 온도유지장치
KR100745942B1 (ko) * 2000-07-07 2007-08-02 동경 엘렉트론 주식회사 유도 결합 플라즈마 처리 장치
WO2012030014A1 (ko) * 2010-09-01 2012-03-08 Yoon Tae-Joong 온도편차 저감장치 및 온도편차 저감방법
KR101526129B1 (ko) * 2011-10-07 2015-06-04 램 리써치 코포레이션 Ｒｆ 가열된 챔버 컴포넌트들을 냉각시키기 위한 시스템

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9384948B2 (en) * 2013-06-13 2016-07-05 Lam Research Corporation Hammerhead TCP coil support for high RF power conductor etch systems

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2519364B2 (ja) * 1990-12-03 1996-07-31 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド Ｕｈｆ／ｖｈｆ共振アンテナ供給源を用いたプラズマリアクタ

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100745942B1 (ko) * 2000-07-07 2007-08-02 동경 엘렉트론 주식회사 유도 결합 플라즈마 처리 장치
KR100666445B1 (ko) * 2006-03-09 2007-01-09 주식회사 플라즈마트 유도결합형 플라즈마 처리장치의 유전체 덮개 온도유지장치
WO2012030014A1 (ko) * 2010-09-01 2012-03-08 Yoon Tae-Joong 온도편차 저감장치 및 온도편차 저감방법
KR101526129B1 (ko) * 2011-10-07 2015-06-04 램 리써치 코포레이션 Ｒｆ 가열된 챔버 컴포넌트들을 냉각시키기 위한 시스템
US9978565B2 (en) 2011-10-07 2018-05-22 Lam Research Corporation Systems for cooling RF heated chamber components
US10825661B2 (en) 2011-10-07 2020-11-03 Lam Research Corporation Systems for cooling RF heated chamber components
US11495441B2 (en) 2011-10-07 2022-11-08 Lam Research Corporation Systems for cooling RF heated chamber components
US11887819B2 (en) 2011-10-07 2024-01-30 Lam Research Corporation Systems for cooling RF heated chamber components

Also Published As

Publication number Publication date
KR100493903B1 (ko) 2005-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5863376A (en) Temperature controlling method and apparatus for a plasma processing chamber
US6048798A (en) Apparatus for reducing process drift in inductive coupled plasma etching such as oxide layer
US7244311B2 (en) Heat transfer system for improved semiconductor processing uniformity
JP5417338B2 (ja) 冷却液と構成部品本体との間の熱伝導性を制御するためにガス圧を使用する温度制御モジュール及び温度制御方法
KR100313028B1 (ko) 플라즈마처리장치및플라즈마처리방법
US7230204B2 (en) Method and system for temperature control of a substrate
KR102374523B1 (ko) 유전체 물질들의 화학적 에칭을 위한 챔버 장치
JP5242162B2 (ja) 表面波プラズマソース
WO2005062336A2 (en) Processing system with protective barrier and method for impregnating
JP2001501379A (ja) パーティクル制御方法及びプラズマ処理チャンバー
US6736930B1 (en) Microwave plasma processing apparatus for controlling a temperature of a wavelength reducing member
JP2021527299A (ja) プラズマ化学気相堆積チャンバ内の寄生プラズマを抑制する装置
US11670513B2 (en) Apparatus and systems for substrate processing for lowering contact resistance
KR100493903B1 (ko) 플라즈마처리챔버용온도제어방법및장치
KR102650167B1 (ko) 정전 척 및 그를 포함하는 플라즈마 처리 장치
KR20210008725A (ko) 기판 지지 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템
KR102268559B1 (ko) 샤워 헤드 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 시스템
US20240021418A1 (en) Apparatus for treating substrate
JP2009087949A (ja) マイクロ波プラズマ装置
KR20190021795A (ko) 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130509

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140514

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150512

Year of fee payment: 11

LAPS Lapse due to unpaid annual fee