KR20000070265A

KR20000070265A - 용량적 결합 ｒｆ-플라즈마 리액터

Info

Publication number: KR20000070265A
Application number: KR1019997006493A
Authority: KR
Inventors: 제롬 페린; 무스타파 엘리야코비; 자끄 슈미뜨
Original assignee: 하에펠리 에리흐, 베그만 어스; 발처스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 1997-01-17
Filing date: 1998-01-13
Publication date: 2000-11-25
Also published as: JP4773591B2; JP2001508923A; DE69834020T2; EP0953204B1; US5981899A; TW423045B; US6281469B1; EP0953204A1; ES2262218T3; DE69834020D1; WO1998032154A1; KR100523766B1

Abstract

용량적 결합 RF 플라즈마 리액터에 있어서, 방전 지역(3)은 한 쌍의 떨어진 전극들(10, 20) 사이에 제공되고, 이들 전극(10)중 적어도 하나가 다수의 하위 전극(12)으로 재분할되며, 해당하는 전기 신호 상에서 그룹(A, B, C) 지어 작동된다. 적합하게 진폭, 페이징, 이들 신호(V₁₁내지 V₁₃)의 스펙트럼에 의해, 제 2 전극(20) 상에 증착되는 작업물-특히 큰 면적을 갖는 작업물-상에 있어서 처리 효과의 바람직한 분배가 실현될 수 있다.

Description

용량적 결합 ＲＦ-플라즈마 리액터{Capacitively coupled RF-plasma reactor}

이러한 리액터의 가장 보편적인 적용례는 플라스마 강화 화학적 증기 증착 (Plasma-Enhanced Chemical Vapour Deposition ; PECVD) 및 플라즈마 드라이 에칭이다. 플라즈마 드라이 에칭은 이방성의 에칭을 증진하기 위하여 이온 충격을 사용하는 리액티브 이온 에칭(Reactive Ion Etching ; 이하 RIE) 또는 이온 충격을 사용하지 않는 플라즈마 에칭(Plasma Etching ; 이하 PE)으로 분류될 수 있다.

폴리머 리지스트 수지(애슁;ashing) 또는 작업물의 표면 작용에서 유도된 플라즈마를 제거하는 플라즈마 세정은 또한 용량적 결합 RF-플라즈마 리액터 내에서 수행될 수 있다. 대부분의 이러한 리액터는 2차원의 전극들에 의해 분석된다.

이들 적용례에 있어서 상기 플라즈마는 유도된 RF 전압에 의해 생성되는데, 산업상의 활용을 위한 가장 보편적인 경우는 13.56 MHz의 주파수에서 생성된다.

RF-유도 플라즈마는 플라즈마와 상술한 바와 같이 전극 장치 표면인 벽으로 둘러싸인 플라즈마 리액션 볼륨 사이에 높은 자기 바이어스 전압을 나타낸다. 이것은 플라즈마 방전 또는 리액션 볼륨쪽의 상기 전극 장치 표면 각각의 근처에 존재하는 다크 스페이스에 따른 플라즈마 시스(sheath)마다 걸리는 상기 RF 전압의 정류 효과에 기인한다. 결과적으로, 종래의 용량적 결합 RF-플라즈마 리액터에 있어서 작업물 또는 기판의 이온 충격은 플라즈마 방전에 접하는 상기 두 전극 장치 표면의 넓이의 비율에 의해 조정된다. 이온 충격을 강화하는 대부분의 자기 바이어스는 더 작은 전극 면적을 가진 전극 장치 표면 근처에서 일어나고, 이와 관련하여 더 큰 면적을 갖는 전극의 근처의 시스 또는 다크 스페이스마다 걸리는 데에 있어서의 전위차는 작다. 이 효과는 기판 상의 이온 충격을 테일러(taylor)하는 플라즈마 과정 고안자들에 의해 편리하게 이용된다. 즉, RIE의 경우에, 플라즈마에 결합된 상기 작업물 또는 기판이 더 작은 면적의 전극 상에 또는 근처에 위치하여 더 큰 이온 충격을 야기시킨다. 반대로, PE에 있어서, 이온 충격이 작은 큰 면적의 전극 상에 또는 근처에 작업물을 위치된다.

오늘날에는 큰 표면적을 갖는 작업물, 예를 들면 넓은 면적의 유리 플레이트(plates)와 같은 작업물의 플라즈마 프로세싱이 필요하다. 즉 평면 디스플레이 산업은 오늘날 약 1㎡의 그러한 플레이트를 제조하는 것을 염두에 두고 있다. 이러한 유리 플레이트 상의 전자 회로에 관련된 픽셀을 생산하기 위해 수행되는 과정들의 형태는 마이크로-전자공학에 이용되는 과정들과 같은 성질을 갖지만, 그 보다는 명백히 더 큰 표면을 갖는 작업물들 상에서 수행되어야 한다.

큰 표면의 기판이 용량적 결합 RF-플라즈마 리액터에 의해 실리콘 웨이퍼를 다루는 데에 이용되는 것과 같은 프로세스 조건에서 처리되면, 플라즈마 갭(gap)(두 전극 사이의 거리, 예를 들면, 2차원 용량적 리액터에서)은 엑시티드 스페시스(exited species)에 대하여 바라는 바와 같은 충돌 횟수를 얻기위하여 미리 결정된 수치로 유지되어야 한다. 그러므로, 플라즈마 갭에 대한 전형적인 수치는 1 이상 10cm 이하이다.

큰 표면의 작업물 및 상기 플라즈마 갭에 관한 리액터의 전극은 매우 확장된 면 비율을 갖고 전극 장치 표면적 비율은 1에 접근하게 된다. 이는 큰 표면의 작업물에 대한 용량적 결합 RF-플라즈마 리액터에 있어서 이온 충격의 제어는 거의 없음을 암시한다. 이온 충격은 본질적으로 양 전극 장치 표면에서 동일하게 일어난다. 이러한 상황은 커다란 크기의 작업물의 프로세싱을 강하게 제한하고 있으며, 특히 마이크로 전자공학 산업에서 발달된 바와 같은 공지의 용량적 결합 RF 플라즈마 과정에 의한 커다란 크기의 기판의 프로세싱을 제한하고 있다.

일반적으로, 용량적 결합 RF-플라즈마(RF-plasma) 리액터(reactor)는 상호적으로 위치하여 동시에 플라즈마 리액션 볼륨을 형성하는 제 1 및 제 2 전극을 포함한다. 도전 표면을 갖는 상기 두 개의 전극외에는, 부가적 전자전도부가 플라즈마 리액션 볼륨내에서 외적으로 인가된 전위를 가진 제 3 전극으로 작용하지 않는다. 그러므로, 전형적인 용량적 결합 RF-플라즈마 리액터들은 또한 상기 "다이오드형" 리액터이다. 일반적으로 DC의 관점에서 전기적 절연을 만족하는 상기 두 전극의 경계에 있어서 스페이싱(spacing)을 제공하여, RF 전위에서 구동되는 두 전극 사이에서 플라즈마 리액션 볼륨을 형성하는 데 상기 경계는 두 전극에 의해 형성되는 공간 밖에서의 플라즈마 방전을 방지한다. 이것은 즉, 각각의 작용 조건에 있어서 다크 스페이스(dark space) 거리 보다 작은 거리로 두 전극을 인접하게 위치시켜서 달성될 수 있다.

이러한 용량적 결합 RF-플라즈마 리액터는 플라즈마 프로세싱 분야에 있어서 수년간 사용되어 왔는데, 특히 실리콘 웨이퍼(wafers)와 같은 평평한 기판을 처리하는 데에 사용되어 왔다.

본 발명은 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 실시예에 의해 상술한다.

도 1은 종래의 용량적 결합 RF-플라즈마 리액터의 개략도이고,

도 2 부터 도 5 까지는 처리될 작업물의 표면 상에 있어서 바람직한 이온 충격에 따른, 도 1에 관한 리액터에 관련된 RF 피드의 4개의 다른 가능례 및 더 큰 또는 더 작은 전극에 대한 작업물 배열의 4개의 다른 가능례를 나타내는 개략도이고,

도 6은 도 1부터 도 5에 도시된 종래의 리액터에 있어서, 기판의 크기에 기인하여 하나의 전극에 있어서 플라즈마 시스마다 걸리는 RF 전압의 종속성의 정도에 관한 % 및 기판 또는 작업물이 전극들을 형성하는 플라즈마 리액션 볼륨의 더 작은 또는 더 큰 면적상에 놓이는지 여부의 관련성에 관하여 나타낸 그래프이고,

도 7은 본 발명에 의한 리액터의 일반적인 전극 장치를 나타낸 개략도이고,

도 8은 서로 다른 전극 장치에 대한 전기적 피드의 다양한 가능례를 설명하기 위한 본 발명에 의한 리액터의 일반적인 전극 장치를 나타낸 개략도이고,

도 9는 도 7 또는 도 8에 도시된 바와 같은 본 발명에 의한 바람직한 하위 전극들의 모양을 갖는 리액터의 전극 장치를 일부분 확대하여 나타낸 개략도이고,

도 10은 도 9에 따른 리액터의 확대도이고,

도 11은 전극 장치에 실린 기판의 플라즈마 시스에 있어서 본 발명의 리액터를 구성하는 하위 전극 그룹에 인가된 RF전압 사이의 이상(phase-shift) 및 하위 전극들의 모양에 따라 계산되는 RF 전극의 %사이의 관계를 나타내는 그래프이고,

도 12는 전극 장치에 실린 기판에 있어서 플라즈마 시스마다 걸리는 RF 전압의 % 및 본 발명에 의해 제공되는 하위 전극의 두 그룹에 인가된 RF 전압의 진폭비에 관한 함수를 나타낸 그래프이고,

도 13은 본 발명에 관한 리액터의 바람직한 구조를 나타낸 개략도이고,

도 14는 본 발명에 관한 리액터에 있어서 막대 모양의 하위전극으로 세분된 전극 장치상의 개략적인 저면도이고,

도 15는 도 13에 따른 2차원으로 배열된 사각의 하위 전극의 패턴을 나타낸 개략적인 저면도이고,

도 16은 도 14 및 도 15에 따른 삼각형모양의 하위 전극의 패턴을 나타낸 개략적인 저면도이고,

도 17은 도 14부터 도 15까지에 따른 벌집모양의 하위 전극의 패턴을 나타낸 개략적인 저면도이고,

도 18a는 도 15에 따른 볼록한 지붕 모양인 하위 전극의 패턴을 부분적으로 확대하여 나타낸 저면도이고,

도 18b는 도 15에 따른 볼록한 지붕 모양인 하위 전극의 패턴을 부분적으로 확대하여 나타낸 단면도이고,

도 19는 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 하위 전극이 곡선 모양인 것을 나타낸 단면도이고,

도 20은 도 13에 따른 본 발명에 관한 리액터에 부가된 바람직한 특징을 나타낸 부분적인 확대도이고,

도 21은 본 발명에 관한 리액터의 RF 피드를 나타낸 개략도이고,

도 22는 도 21에 따른 RF 피드의 바람직한 제 1 실시예를 나타낸 개략도이고,

도 23은 도 21에 따른 RF 피드의 바람직한 제 2 실시예를 나타낸 개략도이고,

도 24는 원형 패턴의 더 나아간 하위 전극의 구조를 개략적으로 나타낸 저면도이고,

도 25는 도 9에 따른 본 발명의 플라즈마 리액터에 경계 전극 장치를 부가한 더욱 바람직한 실시예를 나타낸 개략도이고,

도 26부터 도 28까지는 400 mm × 400 mm의 기판 상에 3개의 서로 다른 처리 효과의 분포를 DC 바이어스의 인가에 의해 나타낸 그래프이다.

본 발명의 목적은 관련된 전극 장치 표면 상에서 이온 충격의 정확한 제어 하에 큰 작업물의 표면 처리를 가능하게 하고 이로 인하여 인접한 작업물에 대한 이온 충격이 바람직하게 낮거나 높은 수준이 되도록 하는 용량적 결합 RF 플라즈마 리액터를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명 용량적 결합 RF 플라즈마 리액터는, 상호적으로 위치하고 플라즈마 리액션 볼륨을 형성하는 제 1 및 제 2 전극 장치와; 전기적으로 상호 절연된 하위 전극들을 포함하는 적어도 하나의 전극 장치와; 제 1 전기적 입력에 통상적인 방법으로 연결된 하위 전극들의 제 1 그룹과; 제 2 전기적 입력에 통상적인 방법으로 연결된 하위 전극들의 제 2 그룹을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그러므로, 상기 신규한 용량적 결합 RF 플라즈마 리액터의 개념은 통상적으로 사용되는 두 개의 리액터 전극들 중 적어도 하나를 하위 전극들의 배열로 치환한 것인데, 상기 하위 전극들은 이들 각각의 제 1 및 제 2 입력에 의해 독립적이고 서로 상이하게 전기적으로 작동하며, RF 전압으로 작동하는 것이 일반적이기는 하나 유일한 것은 아니다.

가장 바람직한 실시예에 있어서 하위 전극들의 제 1 그룹과 하위 전극들의 제 2 그룹은 주기적으로 번갈아 나타난다. 예를 들면, 차례 차례로 고려된 바와 같이 적어도 한 방향으로 재분할된 전극 장치를 따라서 번갈아 나타난다. 바람직한 실시예에 있어서, 각각 다른 전기적 입력, 특히 RF 입력에 연결된 적어도 2개의 하위 전극 그룹들의 하위 전극들이 주기적으로 번갈아 나타날 때, 하나의 RF 입력에 연결된 하나의 하위 전극에서 같은 RF 입력에 연결된 다음 하위 전극과의 거리 및 그들의 전기적 피드(feed)에 관한 상기 하위 전극 패턴의 지역적 주기성은 상호적으로 접하는 두 개의 전극 장치 사이의 플라즈마 갭의 범위와 같거나 작은 오더(order)이어야 한다. 이는 처리되어야할 작업물이 플라즈마 방전의 "평균적인" 효과를 명백히 누릴 수 있게 한다.

간단히 고려해보면 본 발명의 리액터를 가지고 처리해야 할 작업물을 지역적인 병렬장치 내에서 생성된 서로 다른 다수의 RF 플라즈마 방전에 노출시킨다고 말할 수 있다. 여기서 상기 다수의 RF 플라즈마 방전은 선택적으로 작동하고 이로 인해 상호 다른 RF 신호 진폭 및/또는 상 및/또는 진동수 및/또는 전압 모양에서 작동하며 그럼에도 불구하고 플라즈마 리액션 볼륨 내에서 상기 "평균적인" 효과를 낳는다.

본 발명에 관한 리액터의 동작을 설명하기 이전에, 도 1에 개략적으로 도시된 종래의 용량적 결합 RF 리액터에 사용된 기호 및 전기적 평형을 재계산하는 방법을 소개하고자 한다. 상기한 바와 같이 리액터는 두 개의 전극 장치(1),(2)와, 각각의 전극 장치 표면(A₁),(A₂)를 포함하는데, 상기 두 개의 전극 장치(1),(2)는 모두 각각의 시스를 경유하는 플라즈마 리액션 볼륨 이내의 플라즈마(3)에 용량적으로 결합된다. 유도된 RF 전압은 각각의 전위 V₁및 V₂사이에 생성되는데, 일반적으로 이들 전위 중 하나, 즉 V₂는 기준 전위, 보통 기저 전위이다. 플라즈마 전위 V_P는 플라즈마가 도체이고 플라즈마 주파수 미만인 유도 주파수에 대하여 금속과 같은 도체로 취급될 수 있기 때문에 일정한 값이다. 한 개의 전극과 플라즈마 사이에서 결합되는 용량적 RF는 시스의 두께에 의해 좌우된다. 상기 시스는 그에의해 진공 축전기로 취급될 수 있으며, 그 두께는 시스마다 걸리는 RF 전압 또는 전위차에 따라 변한다. 상술한 시스 두께를 변수로 포함하는 가장 일반적으로 적용되는 수학적 접근은 지역 전압의 전원 법칙, 즉 전위차에 관한 것으로 하기와 같다.

여기서 e₁및 e₂는 각각에 해당하는 시스 평형 두께이고 α는 플라즈마 조건의 범위 및 이용된 플라즈마 화학적 성질의 형태에 따라 정해지는 계수이다.

V₁, V₂및 V_p사이의 관계는 두 개의 시스가 용량적 디바이더(divider)로 작용하는 것을 고려하면 쉽게 도출된다.

그러므로,

(n = 1/(1-α))

상기 식은 코니히 등(H. H. Koenig 및 L. I. Maissel, IBM J. Res. Dev. 14, 168 (1970))에 의해 처음 유도된 잘 알려진 전원 법칙이다. 이 식이 처음 유도되었을 때에는 n이 4 정도로 평가되었다 (그러므로 α = 0.75). 실제로는 대부분의 전자적 과정 조건에서 n=1.5∼2에 관련된 경우가 더 많다(α = 0.3∼0.5). 계산 결과에 의하면, 어떤 경우에 있어서도 대부분의 RF 전압은 더 작은 전극 장치 표면 앞에서 발견된다. 이 계산 결과는 시스 RF 전압을 플라즈마마다 걸리는 총 RF 전압의 %로 나타낸 도 6에 도시된다. 상기 계산은 사각 모양의 시스에 대하여 플라즈마 갭(3 cm) 및 에지(edge) 거리 (4.5 cm)에 관한 몇몇의 적당한 가정 하에 수행된다. 상기 시스의 크기가 40 cm를 넘으면, 종래의 리액터에서는 한 개의 전극에 RF 전압의 60%이상을 나타나게 하는 점이 중요하다는 것이 밝혀져 있다. 더 큰 전극 상의 상기 RF 전압이 총 전압의 40% 이하가 됨을 피하는 것 역시 중요하다.

RF 시스를 가로질러 나타나는 DC 전압이 지역적인 RF 전압 진폭과 거의 같을 때, 더 큰 시스에 더 큰 에너지 이온 충격을 원하는 시기에 부과하는 것은 어렵고, 또한, 이온 충격을 원하지 않을 때 얼마간의 이온 충격을 피하기도 어렵다. 그러므로, RIE가 큰 시스에 있어서 용량적 결합 RF 리액터로서의 역할을 실행하기는 어렵다. 그 이유는 자기 바이어스(self bias)된 전위의 절반만이 시스 앞에 존재할 것이기 때문이다. 이 요인을 보완함은 RF 전압을 약 2까지 증가시키는 것, 즉, RF 전력을 3∼4배까지 증가시키는 것을 의미한다. 바꿔 말하면, 이온 충격을 피하는 것은 플라즈마 유도 데미지(damages)를 야기할 지도 모르는 과정을 필요로 한다. 이는 전극 장치 표면 비율에 의해 감소하지 않기 때문에, 더 긴 프로세스 시간을 들여 RF 진폭을 감소함에 의해 감소되어야만 한다.

도 2 내지 도 5에 있어서 용량적 결합 RF 리액터의 두 전극에서 RF 전압을 도출하는 다른 실시예들과, 그에 의해 이온 충격을 줄이기 위한 큰 전극 상에서나(도 2 및 도 3) 또는 이온 충격을 증가시키기 위한 작은 전극 상에서(도 4 및 도 5) 작업물을 처리하는 것이 도시된다.

도 7에 의해 본 발명에 관한 원리를 설명할 수 있다. 다시 말하면, 원칙적으로 도 1에 도시된 종래의 리액터와 유사하게 상기 리액터의 플라즈마 리액션 볼륨(3)은 두 개의 전극 장치(10),(20)에 의해 형성된다. 종래의 리액터와 다른 점은, 두 전극 장치 중 적어도 하나가 도 7에 도시된 바와 같이, 하위 전극(12)으로 재분할된다는 것이다. 전기적 및 상호적으로 절연된 하위 전극(12)으로의 전극 장치(10)의 재분할은 전극 장치(10)를 따라서 x축 한 방향으로만 실현될 수 있기 때문에 상기 하위 전극(12)은 막대 모양을 하고 있거나 x축 및 y축 두 방향으로 실현될 수 있기 때문에 상기 하위 전극(12)은 2차원의 패턴을 갖기도 한다.

이에 의해 도 7에 도시된 바와 같이 상기 하위 전극(12)들을 그룹별(A),(B),(C)로 분류할 수 있고, 이들 각각의 그룹에 다른 전위를 인가할 수 있다. 특히, 일반적으로 진폭 및/또는 페이싱 및/또는 주파수 및/또는 모양에 있어서 다른 전위, 및 그에 의해 각기 다른 RF 전위가 인가될 수 있다. 이러한 다른, 바람직하게는 상호 조정할 수 있는 유도된 신호(V₁₁내지 V₁₃)가 도 7에서 도시된다.

본 발명의 개념에 대한 일반적인 고려 사항은:

양 전극 장치(10),(20)가 예를 들어 RF 전위 상에 구동되고 예를 들어 기저 전위와 같은 전위가 전혀 기준 전위에 연결되지 않는다면, 양 전극 장치(10),(20) 모두 하위 전극들로 재분할하는 것이 절대적으로 가능하고 또한 제 2 전극 장치의 상기 하위 전극들에 있어서 해당하는 다른 전위로 구동하는 것도 가능하다(도시되지 않음).

기준 전위 상에 구동된 장치(20)와 같은 전극 장치 중 하나의 가장 바람직한 실시예에 있어서, 작업물은 조립되지 않은 상태인 기준 전위가 구동된 전극 장치 근처에 즉, 도 7의 전극 장치(20)상에 혹은 근처에 놓여진다.

최근에 제안된 가장 바람직한 실시예에 있어서 상기 신규한 리액터 구조의 모든 가능한 원하는 효과를 증대시키기 위하여 다른 주파수에 있어서 다르게 구동된 전압을 선택하는 것이 절대적으로 가능하다 하더라도, 인가된 전압은 진폭 및/또는 상호 페이징에 있어서 다르다.

도 7에 도시된 바와 같이 하위 전극(12)을 그룹화한 것은 바람직하게는 x축 방향으로 그룹(A),(B),(C)에 속하는 하위 전극들이 주기적이고 교호적으로 배열되어 실시된다. 이것이 가장 바람직한 실시예임에도 불구하고, 이 주기성은 생략될 수 있거나 원하는 경우 지역적으로 인터럽트(interrupted)될 수 있음이 명백하다.

도 7에서 하위 전극들을 세 개의 RF-구동 그룹으로 각각 그룹화한 것이 도시된다. 원하는 경우에는, 더 많은 그러한 그룹들이 실현될 수 있으나, 현재의 가장 바람직한 실시예에 있어서는 상기 하위 전극이 두 개의 다른 및 더욱 바람직하게는 조정할 수 있는 RF 구동 그룹으로 그룹화하는 것이다.

이하에서 도 7에 관련된 경우를 인용하는데, 여기에서 전극 장치(12)는 두 그룹(A 및 B)으로 주기적으로 분류된다.

이에 의해 주기성, 즉, 같은 그룹에 속하는 두 개의 수반하는 하위 전극 사이의 거리는 도 7의 거리(PG)에 관해 본다면 플라즈마 갭의 범위의 오더와 같거나 그 미만이어야 한다. 이는 작업물이 해당하는 하위 전극 및 도 7의 전극 장치(20)사이에서 수행되는 몇몇의 "플라즈마 칼럼"의 "평균화된" 효과를 갖게 되는 결과를 낳는다.

각각의 해당하는 하위 전극 그룹에 있어서 우세한 전기 신호 V₁₁, V₁₂등 및 V₂₀및 나뉘어지지않은 하나의 카운터 전극의 경우에 있어서, 도 7에 관한 카운터 전극에 대한 가장 일반적인 공식은 후술하는 바와 같다.

V₁₁= S_1(t)

V₁₂= S_2(t)

V₂₀= S_20(t)

이에 의하면, S₁, S₂, 및 S₂₀은 신호의 스펙트럼 표시를 나타내는데, 스펙트럼은 시간에 따라 변한다. 가장 중요한 스펙트럼 진폭 중 하나는 영(zero) 주파수 근처에서 우세하고, 이로 인해 해당하는 전극 장치에 있어서 DC 바이어스된 전위를 나타낸다는 사실은 중요하다. 도 8에 개락적으로 도시된 바와 같이 해당하는 매칭 박스(matching boxes)(MB₁, MB₂및 MB₃) 및 원하는 스펙트럼으로 출력 신호를 생성시키고 원하는 바대로 시간에 따라 변하는 가능한 모듈화된 신호 발전 장치(G₁₁, G₁₂및 G₂₀)에 의해, 본 발명의 전극 장치는 플라즈마 생성에 관한 큰 규모의 다른 효과들을 얻기위하여 작동될 수 있다. 이에 의해, 부가적으로 세 개의 발전 장치 각각은 생략될 수 있고, 해당하는 매치 박스를 통하여 기준 전위에 결합된 해당하는 전극 장치 또는, 상기 매치 박스의 부가적인 생략에 의해, 이러한 전극 장치는 직접적으로 기준 전위에 접속될 수 있다.

더욱이, 도시된 두 개 내지 세 개의 발전 장치는 하나의 발전 장치가 해당하는 전극 장치 상의 다른 매치 박스들을 통하여 접속되도록 실현될 수 있다. 당업자는 전기 신호 V_nm에 대해, 도 8에 도시된 최소의 전극 장치 및 m개의 하위 전극 그룹을 갖는 일반적인 전극 장치의 하위 전극 집합(12) 및 역시 n개의 하위 전극 그룹으로 나뉘어진 전극(20)에 대한 많은 수의 제어 가능 실시예를 알 것이다.

상기 매칭박스들은 수동 임피던스 네트워크이거나 반응 소스(sources)를 포함하는 데, 해당하는 전극 장치, 즉 영 주파수에의 스펙트럼 진폭에 있어서 DC 바이어스 형성에 현저하게 기여한다.

도 9에 있어서, 도 7의 실시예와는 다르게, 본 발명에 따른 리액터의 현재 이행가능한 바람직한 구조를 개략적으로 도시하고 있다. 이 바람직한 구조는 후술하는 분석에 근거를 두고 있다. 그에의해, 전극 장치(10)는 평행의 하위 전극 막대(12)로 재분할되는데, 상기 하위 전극 막대(12)는 전극 장치(20)에 인가된 기저 전위에 대한 RF 전압 V₁₁및 V₁₂에의해 각각 도출된 두 그룹(A),(B)으로 분류된다. 하위 전극(12)은 도 9로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 주기적으로 분류한다. 각각의 그룹에 속하는 하위 전극(12)은 피드-버스(7_A),(7_B)에 의해 해당하는 입력에 내적으로 접속된다.

그룹 B의 하위 전극은 플라즈마 결합 표면(A_B)에 대해 형성하는 반면, 그룹 A의 하위 전극은 플라즈마 결합 표면(A_A)에 대해 형성한다. 상기 전극 장치(20)는 표면(A₂₀)을 통하여 플라즈마 반응 볼륨에 결합된다. 양 하위 전극 그룹들은 각각의 시스를 통하여 플라즈마에 용량적으로 결합한다.

하기 [수학식 4]와 같이 가정해보자 :

RF 전압을 구동하는 두 개의 하위 전극 그룹에 대하여, 두 전압은 같은 진폭을 가지나, 2φ만큼 상호적 이상(phase shift) 한다. 상 φ 및/또는 진폭 V₀는 조정할 수 있고 또는 모듈화되기도 한다. 후술하는 바와 같이, 도 7에 및 더욱 일반적으로는 도 8에 따른, 즉, 도 9에 따른 실시예에 의한 리액터는 작업물 또는 기판의 크기에 관계없이, 특히 2차원의 구조에 있어서, 이온 충격을 제어하게 된다. 실제로는, 도 7내지 9에 관련된 고안은 처리될 작업물의 범위에 따라 확장될 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이 상기 하위 전극은 전극 장치(10)의 모든 결합된 표면(A_A,B)을 확장하기 위하여 부가적으로 만들어진다. 지붕 모양의 하위 전극 막대(12)의, 도 9에 관하여는 45°인, 슬로프 θ에 대한 표면들은 다음과 같다 :

도 9에 따른 리액터 구조를 부분적으로 확대하여 나타낸 도 10에 도시된 바와 같이, RF 결합된 표면은 주기적인 구조의 한 단위 상의 리액터의 중앙부에 있어서 수치화될 수 있다. 작업물(4)과 그에 따른 리액터 자체가 매우 큰 경우에는, 경계 효과가 실제로 이 계산에 있어서 무시될 수 있다. 이러한 경계 효과 조차도 정확하게 제어하는 것에 관하여는, 각각의 후술하는 바와 같이 도 25 및 도 26 내지 도 28에 인용하였다.

도 10에 있어서 플레이트들(S₁₁, S₁₂, S₂₀)은 용량적 플레이트로 작용하는 전극 장치 표면의 각각의 부분을 나타낸다.

RF 전류의 연속성은 후술하는 방정식에 나타난다 :

A_A= A_B이고 ｜V₁₁｜ = ｜V₁₂｜, 그리고 V_p는 실수이기 때문에, V₁₁과 V₁₂의 중앙에 위치한 상을 갖는다. 그 결과는 다소 복잡한 형식이다:

여기서, X = cosφ(V₀/V_p) - 1

이 관계는 α = 0.5 (n = 2)에 관하여 계산되었고 그 결과는 도 11에 도시된다. 도 11은 기판(4)이 놓여지는 바닥 전극(20)에 접하는 시스의 경계에 나타나는 구동된 RF 전압 진폭의 %를 도시한다. 상기 계산은 설명된 투스 프로파일(tooth profile)의 4 가지 형태, 나아가 각 θ의 네 개의 값에 대하여 이루어진다. 영(zero) 이상에 대하여, 바꿔말하면 모든 전극 그룹들이 같은 RF 전극에 의해 구동될 때, [수학식 3]에 의해 표현된 예상 결과가 나온다. 상기 RF 전압은 두 개의 평면 전극이 서로 마주보고 있을 때(θ = 0°) 똑같이 나누어진다. 전극이 설명된 치형 구조(tooth structure)에 의해 물결 모양이 되면, 가장 작은 표면 전극은 바닥 전극 장치(20)이고 점진적으로 RF 전압 중 많은 비율이 작업물(4)에 접하여 및 근처에서 일어난다. 매우 인상적인 것은 바닥 전극(20)을 전하는 기판 앞에서의 RF 전압을 감소하기 위하여 얼마나 이상이 효과적인가이다. 두 개의 도출된 전압은 상에 있어서 반대이며, 이로 인해 바닥에서 전달되는 작업물 앞에서의 RF 전압은 0이 된다.

단지 V₁₁및 V₁₂에 관련된 두 개의 전극 그룹(A),(B)에 대하여 도출된 전압 사이의 이상 만을 고려하는 것이 편리하다 하더라도, 상기 배열의 양 하위 전극 그룹 상의 전압이 같은 진폭일 필요는 없다. 그리고 도 8에서 일반적인 고려하에 설명되었듯이 그러한 진폭-한 주파수에 있어서 단독, 또는 여러개의 스펙트럼 주파수에 있어서 다중-은 시간에 따라 변한다. 그러므로 진폭 변조, 주파수 변조 또는 상 변조가 이용될 수 있다. 다양한 페이징 대신에 또는 부가적으로 도출한 RF 전압의 진폭비를 변화시키는 것이 가능하다. 도 8에 따른 장치의 바람직한 일 실시예인, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같은 2φ의 이상을 갖는 이중 주기적 배열에 대하여는, 주파수를 변화시켰을 때의 진폭이 후술하는 식과 같다:

여기서 "a"는 0에서 1사이의 실수 값을 갖는 계수이다.

일례를 들면, 이상 φ가 없고([수학식 8]에 있어서 φ=0) 그룹 B에 대한 RF 입력에 있어서 RF 전압의 진폭의 변화(V₁₂)만 있는 이중 주기적 배열의 경우를 고려할 수 있다. 계산은 상기와 같은 방법으로 할 수 있다. 도 12는 도시된 치형 이중 배열에 대하여 θ=45° 및 n = 2로 계산한 결과를 도시한다. 도 12는 주 전압 진폭(V₀)의 진폭에 관련하여 기판 위에서의 플라즈마 RF 전압의 변화를 보여주는데, 이 때, V₁₂에 있어서 전압의 진폭은 [수학식 8]의 "a"에 따라 변화한다. 전압 V₁₂의 진폭 aV₀가 변할 때 플라즈마 전압이 15부터 67%까지 변화하는 것이 발견된다. 더욱 주목할 만한 것은 주 전압의 자기 바이어스 변화이다. 상기 자기 바이어스는 플라즈마 시스가 완전히 RF 전압을 정류한다는 가정 하에 계산된다. V₁₂의 전압 진폭이 변화할 때 자기 바이어스가 신호를 변화하는 것이 발견된다.

몇몇의 실험 결과를 기록하기 전에 본 발명에 관한 리액터에 대한 실시예의 바람직한 형태를 도 13에 의해 상술한다.

그룹 A의 하위 전극으로서의 막대는 공통 버스-막대(7_A)에 결합되고, 그룹 B의 막대는 공통 버스-막대(7_B)에 결합한다. 버스-막대(7)는 각각 해당하는 RF 전원 입력(8_A),(8_B)에 연결된다. 플라즈마 이그니션(ignition)을 방지하기 위하여 하위 전극 배열의 뒷부분 및 하위 전극 막대(12)로의 전기적 연결 사이의 공간은 스페이서 실드(9)에 의해 실드된다. 상기 기판(4)은 바람직하게는 접지된 반대편의 전극(20) 상에 놓여진다. 본 실시예에 있어서 모든 전극들은 순환 유체에 의해 냉각되거나 온도가 제어된다. 상기 유체는 장치(10)의 하위 전극 막대(12)들 내의 콘덕트(11) 내 및 콘덕트(12)내 베이스 전극 장치(20) 내에서 순환한다. 플라즈마(13)는 전극 장치(10),(20) 사이의 플라즈마 갭을 채우는데, 상기 갭(GP)은 두 개의 인접한 하위 전극(12)사이의 거리(P)보다 다소 크다.

도 7 내지 10 및 도 13에 따른 바람직한 실시예에 있어서 이미 서술한 바와 같이, 두 개의 하위 전극 그룹들은 같은 표면을 가지나, 하위 전극 장치 표면이 불균형적인 경우를 고려하는 것도 가능하다. 또한, 도 9 및 도 10에 도시된 바와같이, 장치(10)가 재분할된 하위 전극 장치 표면은 측면으로 접하는 플라즈마(13) 상에서 자발적으로 물결모양을 이룬다. 이의 목적은 플라즈마 및 전극 장치(10)사이의 접하는 표면적을 증가시키는 것이다. 하위 전극(12)의 모양은 그 기하학적인 물결 모양이 플라즈마가 통과하기에 충분히 넓다면, 접하는 표면적을 넓히는데 효과적이다. 도 13에 따른 실시예에 있어서, 하위 전극 막대는 다시 θ=45°의 값을 갖는다. 그러므로 상기 전극 장치(10) 및 플라즈마(13)의 접하는 표면은 평면 베이스 전극 장치(20)에 대하여 √2배씩 증가한다.

더욱 바람직한 실시예에 있어서 상기 베이스 전극(20)은 유리 판을 처리할 때 흡입 평면 작업물(4)에 의해 고정하는 척(chuck)으로 해석될 수 있다. 이러한 척으로 실현되기 위하여 전극 장치(20) 내에서 작업물(4)을 처리중에 편안히 고정하기 위하여 전극(20)의 상부 표면에 있는 다수의 흡입구에 인접하는 흡입 채널의 장치가 실시화되거나 또는 정전(electrostatic) 척이 제공된다.

실험이 도 13에 도시된 바와 같이 해석되는 리액터 상에서 수행되었다. 구동할 수 있는 RF의 양 극한값에 관하여 실험이 수행되었다. 즉, 양 전기적 입력(8_A),(8_B)이 함께 구동되었고 이에 의해 V₁₁= V₁₂였다(도 9를 보라). 그리고 상기 입력중 하나(8_A또는 8_B)는 접지되었고, 그러므로 [수학식 8]에 의해 a = 0으로 실시되었다. 자기 바이어스 전위 및 RF 구동 진폭이 측정되었다. 표 1에서 보는 바와 같이, 결과는 정량적으로 매우 만족스럽다. 특히 전극 평형 접면이 한 개의 하위 전극 그룹에 인가된 미소값부터 0까지 RF 전압의 변화에 따라 1/2배씩 감소할 때 자기 바이어스 신호의 주목할 만한 변화가 관찰된다. RF 자기 바이어스의 절대값은 이론적인 수치와는 맞지 않는다. 이는 주로 측정이 500 × 500㎟의 다소 작은 리액터에서 수행된다는 사실에 기인한다. 도 12에 도시된 바와 같은 무한의 리액터에 대한 계산은 RF 결합에 대한 리액터 가장자리의 영향을 고려하도록 수정되어야 한다. 이 방법이 하기 표 1에 대략적으로 나타나 있다. 그럼에도 불구하고, DC 바이어스의 큰 변화는 경이롭다. 작업물 앞에서의 프로세싱 플라즈마의 RF 바이어스는 하위 전극 그룹 상의 RF 입력 전압의 상대적 변화에 의해 크게 변화될 수 있다.

셋 업	리액터 상의 측정값	계산된 비율
RF 입구	V₀RF	자기 바이어스	비율	수정	계산
2개가 평행한 경우	306V	+244V	0.79	0.62	0.33
하나가 접지된 경우	360V	-142V	0.39	-0.59	-0.71

표 1: 45°톱니 모양의 치형을 이용한 이중 배열에 대한 실험과 이론의 비교. 수정된 값은 상기와 같이 상대적으로 작은 리액터에서도 무시할 수 없는 가장자리 효과를 대강 염두에 둔 계산으로부터 도출된다.

도 9, 10 및 13에 따른 하위 전극 고안은 매우 간단하다. 이는 가장 간단한 주기적 구조이다. 도 14에 도시된 바와 같이 바닥으로부터 보면 이는 두 개의 RF 입력에 교호적으로 접속하는 평행한 줄무늬로 나타난다.

또한, 이러한 주기적인 고안은 도 7의 x/y 방향인, 2차원적으로도 주기적으로 만들어진다. 사각 모양의 하위 전극(12)에 대한 이러한 실시예가 도 15에 개략적으로 도시된다.

마찬가지로, 삼각모양의 하위 전극(12)의 배열이 도 16에 개략적으로 도시된 바와 같이 만들어 질 수 있다. 좀 더 복잡한 예가 도 17에 도시된다. 여기에는 세 개의 RF 입력을 구비한 삼중 배열 및 하위 전극의 세 개의 그룹(A),(B),(C)가 실현되어있다. 다시 말하면, 관련된 세 개의 구동 RF 전압 또는 더욱 일반화된 신호 스펙트럼은 상 및/또는 다른 진폭에서 파생될 수 있다. 다른 주파수 및/또는 전압-모양에서 조차, 상기 신호는 다른 스펙트럼을 갖는다.

또한, 하위 전극 배열의 주기적인 구조는 전극 장치 표면에 관하여 상술한 치형 패턴과 같은 여러 가지 모양을 도입할 수 있다. 도 18에 도시된 바와 같은 다이아몬드 모양은 각 하위 전극의 RF 용량적 결합 표면을 증가시키고 도 15 내지 17에 도시된 바와 같이 다른 하위 전극 구조에 적용될 수 있다. 또한 상기 하위 전극의 모양은 도 19의 단면도에 도시된 바와 같이 굴곡이 지게 할 수도 있다. 전극 배열 구조의 고안 법칙에 있어서의 단 하나의 제한은 하위 전극 유니트, 비어있는 볼륨 또는 홀(hole)과 같은 플라즈마 리액션 볼륨에 개방된 볼륨의 모양을 잡을 때, 홈 또는 슬롯(slots)은 플라즈마를 이러한 오목한 부분에 깊이 관통시키기 위하여 시스 두께의 두배 또는 다크 스페이스의 길이보다 더 넓어야 한다는 것이다. 전형적인 플라즈마 과정에 있어서 시스 두께는 수 mm이고, 그러므로 관입부분이 이러한 전극의 작용 결합 표면에 부과된다면, 전극 장치(10)의 표면 상에 비어있는 관입부분이 약 1cm보다 더 좁으면 안된다고 가정하는 것이 타당하다.

본 발명에 관한 고려함에 있어서 도 8에 가장 일반적으로 도시된 바와 같이, 바닥 수평 전극 장치(20) 상에 작업물 평면을 놓는 것은 가장 편리한 접근이라 할 수 있다. 그러나 적당한 작업물 및 특히 고정된 기판이 실현된다면, 같은 고안이 수직적으로 또는 상부에 기판 및 전극 장치(20)를 구비하여 실시될 수 있다. 이러한 다른 기하학적 장치는 파티클(particle) 제어 상의 견지에서 고려할 수 있다.

몇몇의 부가적인 모양은 하위 전극 배열의 확대된 단면도를 나타낸 도 20 상의 관점에서 설명될 것이다. 두 개의 하위 전극 그룹 중 하위 전극들 사이의 용량적 결합을 제한하기 위하여 인접한 하위 전극들 사이의 갭(23)이 스페이서(24)에 제공된다. 이들 스페이서는 세라믹이나 금속과 같은 절연 물질로 만들어지는데, 이는 부유 전위에 있어서나 또는 형성된 전위에 있어서 인접한 하위 전극에 인가된 전위를 중개한다. 이와 마찬가지로, 하위 전극 위의 실드(26)는 하위 전극들 사이에서 및/또는 하위 전극들로부터 백킹(backing) 기저 플레이트(25)까지의 용량적 결합을 감소시킨다. 상기 실드(26)는 연속적일 수 있다. 그러나, 이 때 실드는 세라믹과 같은 절연 물질로 만들어지거나, 또는 금속인 경우에는 도 20에서와 같이 인터럽트되어야 한다. 몇몇의 실드 층은 용량적 결합도를 줄이기 위하여 삽입될 수 있다. 도 20에 하위 전극 배열과 백킹 기저 플레이트(25) 사이의 결합도를 줄이기 위한 제 2 실드(27)가 도시된다. 실드(27)는 실제로 기체를 통과하게 할 수 있는 격자이다.

이는 하위 전극 배열의 또 다른 장점을 도입한다. 즉, 기체(31)가 하위 전극들 사이를 지나 리액션 볼륨으로 흘러들어 갈 수 있도록 하기 위하여 상기 하위 전극들 사이의 스페이싱 또는 갭(31)이 사용된다. 이를 위하여, 프로세스 기체(31)는 파이프(28)를 통하여 하위 전극 배열 뒤의 지역으로 도입된다. 격자 실드(27)에 의해 실현된 바와 같이, 흡입 기체(31)를 기체 배출구(23)로 일정하게 분배하는 수단이 제공된다.

RF 피드 장치에 대한 더 나아간 고찰:

본원에 제공되는 적어도 하나의 전극을 가진 하위 전극 그룹으로부터, RF 전압이 구동된다.

RF 전압에 대한 하위 전극의 그룹으로의 입력은 도 20에 도시된 바와 같이 진공 피드 통로(41)를 통하여 실현된다. 이에 의해, RF 피드에 관하여 공지되고, 상술한 바와 같이, 진폭 및 상을 조정 가능하거나 모듈화 가능한 RF 발전 장치(43 및 44)에 이어지는 매칭 박스(42)가 제공된다. 여기서 상기 RF 발전 장치(43 및 44)는 협대역 및 광대역 신호 스펙트럼을 생성한다. 그러므로, 한 발전 장치(44)는 자체의 출력 RF 신호의 단독 진폭을 조정할 수 있는 반면, 제 2 발전 장치(43)는 단일 스펙트럼 주파수에서 페이징을 조정할 수 있다. 또한, 둘 또는 그 이상의 하위 전극 배열에 입력되는 두 개의 RF 신호의 이상(phase shift)은 매칭 박스(42) 내에서 수행될 수 있다. 당업자에게는 RF 구동기를 도 8에 도시된 바와 같은 본 발명에 관한 리액터에 장착하는 많은 다른 방법이 있을 것이다.

오늘날의 바람직한 기술을 도 22에 개략적으로 도시되어 있다. 한 개의 RF 발진기(47)가 제공되고, 그에 따른 하나의 주파수 RF 출력이 전원 증폭기(49) 및 직접적으로는 부가적인 제 2 전원 증폭기(50)의 입력상의 조정가능한 상 시프터 유니트(48)를 통하여 유도된다. 바람직하게는, 증폭기(49),(50)가 많은 반사 전원을 받아들이도록 만들어지고 이들은 플라즈마 임피던스를 대강 발전 장치 임피던스로 잇기 위한 간단한 수동 매칭 회로를 통하여 리액터의 RF 입력에 결합된다. 또 다른 바람직한 고안이 두 개의 증폭기 출력 스테이지(55),(56)가 같은-하나의 주파수-RF 발진기에 의해 구동되는 것을 나타낸 도 23에 도시된다. 여기서 상기 두 개의 증폭기 출력 스테이지(55),(56)는 출력 RF 전압의 진폭 및/또는 페이징에 있어서 독립적으로 조정될 수 있다. 증폭기 스테이지(55)의 출력은 매치 박스를 통하여 변성기의 주 와인딩(primary winding)(51)에 결합된다. 상기 변성기의 2차적 와인딩(60)은 본 발명에 관한 하위 전극 그룹으로의 그룹 입력들 사이의 RF 전압차를 제공한다. 2차적 와인딩(52)의 중앙점은 매치 박스(54)를 통하여 제 2 증폭기 출력 스테이지(56)의 출력으로 연결된다. 상 제어 및/또는 증폭기 제어는 바람직하게는 증폭기 스테이지(56 및/또는 55)에서 수행된다.

그러므로, 본 발명에 관련된 리액터의 가장 일반적인 양상은 적어도 하나의 구분된 전극을 제공하는 것이다. 상술한 바람직한 실시예에도 불구하고 일정한 처리 분배의 관점에서 일반적인 에칭 문제의 해결을 위하여 하위 전극의 공간을 일정하게 구분하는 것이 중요할 수 있다. 고리 모양 또는 프레임 모양의 하위 전극은 중심축을 따라 배열된다. 이러한 하위 전극들의 중앙집중식 그룹분류는 도 24에 개략적으로 도시된다.

더욱이, DC 상에서와 같이 예정된 RF가 아닌 전위에 있어서 하나 또는 다른 하나 또는 적어도 하나의 하위 전극 그룹을 작동하는 것이 절대적으로 가능하다는 점에 주목하여야 한다. 더욱이 상 및 진폭을 갖고 심지어 주파수 조정이 가능한 RF 발전 장치가 디지털적으로 실현되어 이에 의해 하위 전극 그룹 입력들을 피드(feed)하는 전원 증폭기 출력 스테이지를 제공할 수 있는 것이 명백하다. 또한, 분리되고 독립적인 입력을 가능케 하는 본 발명의 개념과 같이, 다른 신호 스펙트럼에 따른 다른 형태의 전압에 의해 다른 하위 전극 그룹을 구동하는 것이 매우 적합하다. 간략히 말하면, 상호 독립적이고 원하는 전기 신호에 있어서 하위 전극 그룹을 작동하는 데에 각각 완전한 자유를 갖는다.

더욱이 RIE 적용에 관하여 본 발명에 따른 리액터 및 물결 모양의 표면을 갖는 확대된 하위 전극은 같은 RF 전압 상에서 모든 하위 전극 그룹들과 함께 동작할 수 있다는 것은 주목되어야 한다. 여기서 단지 구성된 전극 장치에 있어서 전극 장치 표면이 확대되었다는 사실이 도 7의 장치(20)에 관한 반대편 전극 장치 상에 놓여있는 기판의 이온 충격을 향상시킨다. RIE 적용 및 도 13에 도시된 바와 같은 리액터의 이용에 있어서, 이에 의해 모든 하위 전극 그룹을 같은 RF 전압으로 피딩하는데, 탄소 증착에 의해 원하는 두께로부터 5%의 최대 오차 내에서 균일하게 코팅되도록 370×370 mm 범위의 유리 기판을 처리하는 것이 가능하였다. 처리 후에, 상기 리액터는 산소 플라즈마에 의해 세정되었다.

더 나아간 고찰이 처리될 기판의 가열과 냉각에 대하여 수행되어야만 한다. 그러므로, 도 13의 전극에 관해, 냉각/가열이 서로 다른 기판 온도에 도달하기 위하여 바람직하고 정확하게 제어되었는데, 이는 상기 기판이 본 발명의 리액터에 있어서 화학적 증기 증착에 의해 코팅되었는가 또는 에칭되었는가 여부에 따라 다르다. 기판, 특히 포토래커 층과 함께 제공되는 기판, 을 에칭시키기 위하여, 상기 기판 온도는 바람직하게는 포토래커 용융 온도보다 낮게 유지되어야 한다. 그러므로, 이러한 동작과정에 있어서, 상기 도 13의 전극(20)상의 기판은 냉각 장치(12)에 의하여 40℃ 내지 80℃ 범위의 온도로 냉각된다.

상기 리액터가 증기 증착을 강화하는 플라즈마를 수행하는 것과 같이 기판 상에 있어서 층의 증착을 위해 이용된다면, 이때 상기 기판은 바람직하게는 대략 200℃정도로 가열된다. 이는 증착된 층들의 질을 상당히 향상시킨다. 여기서 상기 층들은 감소된 스트레스로 증착되고, 부가적인 가열처리를 필요로 하지 않는다. 이에 의해 기판을 PECVD 과정 중 그러한 상대적으로 높은 온도로 가열하는 것이 다소 비 통례적인 것이 된다.

도 7을 되돌아보면, V₁₁, V₁₂, V₁₃...중에서,

적어도 하나는 효과적인 RF 스펙트럼을 포함하고,

한 면의 전극(기판 또는 기판 아닌 전극)에 있어서 모든 신호는 같을 수 있고,

DC, AC, 맥동 램프(pulsating ramp) 및 슈퍼 포지션(super-position)에 기인하는 모든 종류의 신호들이 DC+AC+램프와 같이 적용될 수 있다.

특히 도 9에 따른 실시예에 있어서 상기 하위 전극 그룹은 하나의 공통 신호에 있어 구동될 수 있다. 이러한 경우에 있어서 상기 하위 전극은 용량적으로 결합되어 표면 면적을 확장하기 위한 물결 모양 전극을 형성할 수 있다. 도 14 내지 19에 도시된 바와 같은 구조에도 상술한 바가 적용된다.

지금까지는 본 발명의 리액터에 있어서 기판 처리의 일정성에 관련된 경계 효과에 관한 어떤 특징도 서술하지 않았다. 도 25에 있어서 도 9에 따른 본 발명의 리액터가 도시되고 이 리액터는 도 8과 관련하여 일반적으로 토의된 바와 같이 전기적으로 구동된다. 여기서 V₁₁, V₁₂에서 구동되는 두 그룹의 하위 전극 외에도 도시된 바와 같은 삼각형의 단면을 갖는 경계 전극(50)이 제공된다. 일반적으로 이 경계 전극(50)은 전기적으로 매치박스(MB_B) 및 발전 장치(G_B)를 통하여 작동한다. 다시 말하면, 이에 의해, 상기 발전 장치(G_B)가 예정된 스펙트럼, 가능한 주파수, 상 또는 변조된 진폭의 신호를 생성할 수 있고, 이에 의해 단일의 주파수 신호를 생성할 수 있거나 또는 이러한 발전 장치(G_B)가 생략되고 단지 기저 전위에 접속된 매치박스만을 유지할 수도 있다. 다시 말하면, 상기 매치박스는 바람직하게는 경계 전극에 있어서 우세한 신호(V_B0)의 영(zero) 스펙트럼 주파수 진폭(amplitude)에 관한 DC 바이어스에 기여한다.

바람직하게는 재분할된 전극 장치(10)를 에워싸고, 바람직하게는 매치박스를 통하여 기준 전위에 수동으로 접속하거나 또는 부가적인 발전 장치에 의해 구동되는, 경계 또는 부가의 전극(50)의 수단에 의해, 균일한 처리에 관한 주목할 만한 향상을 얻을 수 있고 기판에 있어서 균일한 에칭에 관하여 특히 향상된다. 이에 의해, 상기 경계 전극(50)은 부유 전위 상에 남겨질 수도 있다. 그럼에도 불구하고 상기 경계 전극(50)의 바람직한 작동은 부가적인 발전 장치(G_B)를 갖고 또는 부가적인 발전 장치(G_B) 없이 매치박스를 통하여 기준 전위에 접속되는 것이다.

도 25에 따른 리액터는 후술하는 바와 같이 작동된다:

V₁₁: RF; 13, 56MHz, 0 V DC 바이어스, 1kV RF 전원

V₂₀: 수동인 조정 가능한 매치박스를 통하여 기저 전위에 연결됨

V_B0: 수동인 조정 가능한 매치박스(MBB)를 통하여 기저 전위에 접속됨

CF₄/SF₆a-Si: 5×10^-2mbar인 H-대기에 있어서, 400mm×400mm 기판 상의 에칭 효과의 분배가 테스트되었다.

도 26에 하기와 같은 조건하의 분배가 도시된다:

V₂₀의 DC 바이어스: -215V

V_B0의 DC 바이어스: +107V

V₁₁, V₁₂의 DC 바이어스: 0V

도 27에 하기와 같은 조건하의 분배가 도시된다:

V₂₀의 DC 바이어스: -320V

V_B0의 DC 바이어스: -83V

V₁₁, V₁₂의 DC 바이어스: 0V

도 28에 하기와 같은 조건하의 분배가 도시된다:

V₂₀의 DC 바이어스: -312V

V_B0의 DC 바이어스: +3V

V₁₁, V₁₂의 DC 바이어스: 0V

이로부터, 작업물에 따른 과정 효과의 분배는 전극들에 인가된 각각의 DC 바이어스 신호의 적합한 선택에 의해 정확하게 조정될 수 있다는 것이 명확히 설명된다.

Claims

상호 및 실질적으로 일정하게 배치되고 플라즈마 리액션 볼륨이 형성된 제 1 및 제 2의 연장된 전극 장치를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 전극 장치 중 적어도 하나는 전기적으로 상호 절연된 하위 전극으로 재분할되고, 상기 하위 전극들의 제 1 그룹은 공통의 제 1 전기 입력에 접속되며, 상기 하위 전극들의 제 2 그룹은 제 2 전기 입력에 공통으로 접속되며, 상기 제 1 및 제 2 전기적 입력은 독립적인 것을 특징으로 하는 용량적 결합 RF-플라즈마 리액터.
제 1 항에 있어서,

상기 하위 전극은 하위 전극 막대들에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 용량적 결합 RF-플라즈마 리액터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 전극 장치는 상기 하위 전극의 2차원적인 패턴으로 재분할되는 것을 특징으로 하는 용량적 결합 RF-플라즈마 리액터.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 전극 장치는 플레임 모양 또는 고리 모양의 하위 전극으로 재분할되는 것을 특징으로 하는 용량적 결합 RF-플라즈마 리액터.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 그룹의 하위 전극들이 상기 적어도 하나의 전극 장치를 따라 적어도 한 방향으로 주기적인 교호 패턴으로 배열된 것을 특징으로 하는 용량적 결합 RF-플라즈마 리액터.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 하위 전극은 상기 두 개의 전극 장치 중 두번째 장치 앞으로 볼록하게 또는 오목하게 확대되어 돌출된 표면을 구비하는 것을 특징으로 하는 용량적 결합 RF-플라즈마 리액터.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 전극 장치는 실질적으로 2차원의 평행 전극 장치인 것을 특징으로 하는 용량적 결합 RF-플라즈마 리액터.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제 1 전기적 입력, 상기 제 2 전기적 입력 및 상기 제 1 및 상기 제 2 전극 장치중 하나로의 다른 전기적 입력이 각각 둘 이상의 상기 입력에서 같은 전기 신호를 생성하는 발전 장치에 접속된 것을 특징으로 하는 용량적 결합 RF-플라즈마 리액터.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제 1 전기적 입력, 상기 제 2 전기적 입력 및 상기 제 1 및 상기 제 2 장치중 하나로의 다른 전기적 입력이 각각의 발전 장치에 접속되고, 각각의 발전 장치는 수동 임피던스 요소 매치박스로 구성된 발전 장치와; 수동 임피던스 요소 매치박스를 갖거나 또는 갖지 않는 능동 신호 생성 장치로 구성된 발전 장치와; 그 출력에 있어서 외부적으로 기준 DC 전위를 생성하는 발전 장치로 구성되는 그룹으로부터 각각 선택되고,

상기 능동 발전 장치는 하나의 DC 신호와; 소정의 즉 조정가능한 주파수 스펙트럼의 AC 신호 중 하나를 생성하며, 상기 스펙트럼은 스펙트럼 진폭, 주파수 분배 및 페이징 중 적어도 하나에 관하여 시간에 관한 상수 및 시간에 관한 변수로 되는 것을 특징으로 하는 용량적 결합 RF-플라즈마 리액터.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제 1 전기적 입력, 상기 제 2 전기적 입력 및 상기 제 1 및 상기 제 2 전극 장치의 나머지로의 다른 전기적 입력중 둘 이상이 같은 매치박스를 통하여 다른 전기 신호 발전 장치로 접속되거나 또는 다른 매치박스를 통하여 공통의 전기 신호 발전 장치로 접속되는 것을 특징으로 하는 용량적 결합 RF-플라즈마 리액터.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 전극 장치중 상기 적어도 하나가 두 그룹 이상의 하위 전극으로 재분할된 것을 특징으로 하는 용량적 결합 RF-플라즈마 리액터.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 전극 장치중 상기 적어도 하나로 부터 전기적으로 절연되고, 상기 제 1 및 제 2 전극 장치중 상기 적어도 하나에 인접한 적어도 하나의 경계 전극을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 용량적 결합 RF-플라즈마 리액터.
제 12 항에 있어서,

상기 경계 전극은 상기 제 1 및 제 2 전극 장치중 상기 적어도 하나를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 용량적 결합 RF-플라즈마 리액터.
제 8 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 전극 장치중 상기 적어도 하나에 인접한 하나의 경계 전극 및 또 다른 전기적 입력을 추가로 포함하고, 상기 제 1, 제 2, 다른 그리고 또 다른 전기적 입력은 각각이 상기 입력중 둘 이상에 있어서 같은 전기 신호들을 생성하는 발전 장치에 접속되는 것을 특징으로 하는 용량적 결합 RF-플라즈마 리액터.
제 9 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 전극 장치중 상기 적어도 하나의 경계를 이루는 하나의 경계 전극을 추가로 포함하고, 전기적 입력을 더 추가로 포함하며, 상기 제 1, 제 2, 다른 그리고 또 다른 전기적 입력은 상기 그룹 중 하나에서 선택된 발전 장치에 접속하는 것을 특징으로 하는 용량적 결합 RF-플라즈마 리액터.
제 10 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 전극 장치중 상기 적어도 하나에 인접한 하나의 경계 전극을 추가로 포함하고, 전기적 입력을 더 추가로 포함하며, 상기 제 1, 상기 제 2, 다른 전기적 입력 및 또 다른 전기적 입력중 둘 이상이 같은 매치박스를 통하여 다른 전기 신호 발전 장치로 접속되거나 또는 다른 매치박스를 통하여 공통의 전기 신호 발전 장치로 접속되는 것을 특징으로 하는 용량적 결합 RF-플라즈마 리액터.
제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전기 신호중 적어도 하나가 RF 신호 발전 장치로 접속하고, 그 출력 신호는 진폭 및/또는 페이징 및/또는 주파수 및/또는 신호 형태에 관하여 조정 가능한 것을 특징으로 하는 용량적 결합 RF-플라즈마 리액터.
제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제 1 및 상기 제 2 전극 장치의 나머지로 접속된 상기 제 1 전기적 입력, 상기 제 2 전기적 입력 및 다른 전기적 입력중 둘 이상이 RF 발전 장치에 접속되고, 이 경우에 상호 진폭비 및/또는 페이징이 조정 가능한 것을 특징으로 하는 용량적 결합 RF-플라즈마 리액터.
제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,

인접하는 하위 전극 사이의 거리가 상기 리액션 볼륨에 있어서 생성된 플라즈마의 다크 스페이스 거리 보다 작은 것을 특징으로 하는 용량적 결합 RF-플라즈마 리액터.
제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,

온도 제어 유체 공급원에 접속된 상기 제 1 및 상기 제 2 전극 장치중 적어도 하나에 있어서 채널 장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 용량적 결합 RF-플라즈마 리액터.
제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 전극 장치들의 뒷면 상에 기체 흡입구를 갖는 기체 분배 챔버를 추가로 포함하고, 상기 리액션 볼륨에서 상호로부터 상기 하위 전극을 분리하는 매개 공간을 통하여 통신하는 것을 특징으로 하는 용량적 결합 RF-플라즈마 리액터.
제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,

인접한 하위 전극들 사이 및 상기 하위 전극 뒷면중 적어도 하나에 있어서 실딩 맴버를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 용량적 결합 RF-플라즈마 리액터.
상호 및 실질적으로 일정하게 배치되고 플라즈마 리액션 볼륨을 형성하는 제 1 및 제 2의 연장된 전극 장치를 구비하는데, 상기 제 1 및 제 2 전극 장치중 적어도 한 전극은 그 전극의 표면적을 상당히 확대하기 위한 물결 모양의 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 용량적 결합 RF-플라즈마 리액터.
전극 장치 표면이 용량적 결합 RF-플라즈마 리액터의 플라즈마 리액션 볼륨을 형성하는 제 1 및 제 2 전극 장치에 의해 형성되는 전극 장치 표면 중 그 제 1 전극 장치 표면 상에 있어서 이온 충격 및 제 2 전극 장치 표면 상에 있어서 이온 충격의 이온 충격비를 제어하는 방법에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 전극 장치중 적어도 하나를 상호 전기적으로 절연된 하위 전극으로 재분할하는 제 1 단계와; 적어도 하나의 다른 하위 전극에 인가된 전위로부터 독립적인 전위를 상기 하위 전극들 중 적어도 하나에 인가하는 제 2 단계와; 이온 충격비를 제어하기 위하여 상기 제 1 및 제 2 전위를 상호 조정하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 충격의 제어 방법.
제 24 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 전극 장치중 적어도 하나의 온도를 제어하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 충격의 제어 방법.
제 25 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 전극 장치중 하나 상의 기판을 에칭하기 위하여 이온 충격을 제어하고 상기 기판의 온도를 40℃이상 80℃이하의 범위 내로 제어하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 충격의 제어 방법.
제 25 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 전극 장치중 하나에 있어서 제공되는 기판 상에 있어서 층 증착을 수행하기 위하여 이에 의해 상기 이온 충격비를 제어하고, 상기 기판의 온도를 150℃이상, 바람직하게는 약 200℃정도로 제어하는 것을 특징으로 하는 이온 충격의 제어 방법.