KR20020002239A - 결합 전극을 구비한 플라즈마 챔버 지지 부재 - Google Patents

결합 전극을 구비한 플라즈마 챔버 지지 부재 Download PDF

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Abstract

플라즈마 처리 가스 내에서 기판(30)을 처리할 수 있는 처리 챔버(110)에 관한 것이다. 챔버(110)에는 전극(220)을 덮는 유전체(210)와 전극(220) 하부의 도전체(230)를 갖는 지지 부재(200)를 구비하고 있다. 전압원(180)은 도전체(220)에 가스 에너자이징 전압을 공급하고, 도전체는 전극(220)에 상기 전압을 용량성 결합시켜 처리 가스를 에너자이징 시킨다. 다른 방법으로는, 상기 도전체(230)와 용량성 결합할 수있는 컨낵터(195)를 통해 전극(220)에 전압이 공급된다. 또한 DC 전원(190)은 전극(220)에 정전기 처킹 전압을 공급한다. 일예로, 상기 도전체(230)는 인터포저(280)를 구비한다.

Description

결합 전극을 구비한 플라즈마 챔버 지지 부재{PLASMA CHAMBER SUPPORT WITH COUPLED ELECTRODE}
본 발명은 챔버 내에서 기판을 지지하는 지지 부재 및 그 방법에 관한 것이다.
집적회로의 제조시, 챔버 내에서 플르즈마 처리 가스를 가지고 기판을 처리한다. 기판은 통상 지지 부재에 의해서 챔버내에 지지되는데, 그 일부는 전극을 덮는 유전 물질로 이루어질 수도 있다. 전극을 충전(充電)시켜 정전기적으로 기판을 홀딩할수도 있고, 챔버 내의 처리 가스를 에저자이징 시킬 수 있고, 또는 이들 둘다를 행할 수도 있다. 게다가, 지지 부재는 기판을 가열하는 가열기, 또는 예를들면 열전달 유체를 순환시켜 기판을 가열 또는 냉각시킬 수 있는 채널과 같은 열교환기를 구비할 수도 있다. 또한, 헬륨과 같은 열전달 가스를 지지 부재의 도관(導管)을 통해 기판 아래로 유입시켜 기판으로의, 그리고 기판으로부터의 열전달율을 향상시킬 수도 있다.
통상적으로, 정전기 처크(chuck)는 쿨롬(Coulomb) 또는 존센-라벡(Johnsen-Rahbek)타입 중 하나이다. 쿨롬 정전기 처크는 높은 전기 저항을 갖는 유전 물질을 사용하여 쿨롬 정전기력을 생성한다. 존센-라벡(JR)타입 정전기 처크는 반도체 물질, 예를들면, 적어도 일부가 전기 전도성을 갖는 질화 알루미늄 질화물 또는 세라믹 산화물과 같은 하나 이상의 반도전성 세라믹으로 이루어진 절연층을 이용한다. 종종 인가 전압을 낮추기 위해 JR 처크가 클램핑 정전기력을 높여 제공하곤 한다.
정전기 처크, 특히 존센-라벡 타입의 단점은, 이들이 챔버의 플라즈마 내에서 산발적인 마이크로 아크를 발생시킬 수 있다는 데 있다. 또한 종종 플라즈마가 불안정해지거나 또는 이들 처크와 함께 불안정해질 수 있다. 마이크로 아크와 불안정한 플라즈마는 기판을 큰 손상을 입힐 수 있고 또한 처킹력(chucking force)을 산발적이고 순간적으로 잃게 할 수 있다. 또한 마이크로 아크는 유전 물질과 같은 처리 챔버내의 구성 요소를 열화시킬 수 있다.
종래 정전기 처크의 다른 문제점은 플라즈마 시스(sheath)가 균일하지 않게 분배된다는데 있다. 통상적인 처리 챔버내에서는, 가스 분배기가 처리 가스를 유입시키고, 그 다음 예를들면 기판을 지지하는 캐소드에 RF 전압이 인가되고 애노드가 전기적으로 접지되어 처리 챔버내에 용량성 전기장이 형성됨으로서, 플라즈마가 에너자이징 된다. 캐소드 위의 정전기 처크는 정전기적으로 기판을 홀딩하게 한다.그러나, 정전기 처크의 유전 물질은 캐소드로부터 플라즈마에 정전기적으로결합시키는 효과를 발생시켜 결과적으로 플라즈마 시스가 균일하지 않게 분배될 수 있다. 플라즈마 시스의 공간적인 균일성 결핍으로 기판이 불충분하고 부적절하게 처리될 수 있다.
달리 설계된 챔버내에서는, 주변 캐소드부를 전기적으로 격리시키기 위해, 비교적 두꺼운 절연체 실드(insulator shield)가 사용된다. 그러나, 절연체 실드는 기판 주변에서 플라즈마와 캐소드 사이를 흐르는 RF 전류를 감소시킬 수도 있다. 결과적으로 기판의 표면을 가로지르는 불균일한 플라즈마때문에, 기판의 주변부가 기판의 중심부에 비해 상대적으로 불균일하게 처리될 수 있다. 또한 캐소드가 기판의 주변 에지까지 뻗어 있지 않은 경우, 예를들면 챔버 내에서 캐소드가 기판의 직경보다 약간 작은 직경을 갖는 경우 플라즈마 처리가 불균일해질 수도 있다. 이들 결과로, 주변 기판부의 수율이 감소되곤 했었다.
따라서, 기판 표면, 특히 기판의 주변 에지를 가로지르는 프라즈마를 균일하게 제공할 수 있는 챔버가 필요하다. 또한, 기판의 주변 에지 이상으로 플라즈마를 확장시키는데 사용할 수도 있는 챔버가 필요하다. 특히, 정전기 처크를 사용하는 경우 플라즈마를 더욱 안정시키고 아크를 더욱 줄일 필요가 있다.
본 발명은 상기 요구사항들을 만족시킬 수 있다. 일예로서의 본 발명은, 챔버 내에 기판을 지지할 수 있는 지지 부재를 구비한다. 지지 부재는 전극을 덮는 유전체, 기판을 수용할 수 있는 표면을 갖는 유전체, 전극과 용량성 결합할 수 있는 도전체, 및 RF 전압을 도전체에 공급하는 전압원을 구비한다.
본 발명의 다른 예로, 플라즈마 내에서 기판을 처리할 수있는 처리 챔버는, 챔버내로 처리 가스를 유입시키는 가스 분배기, 전극을 덮으며 기판을 수용할 수 있는 표면을 갖는 유전체, 전극과 용량성 결합시킬 수 있는 도전체, 및 도전체에 가스 에너자이징 전압을 공급하는 전압원을 구비한다.
본 발명의 다른 예로, 플라즈마 내에서 기판을 처리할 수 있는 처리 챔버는, 챔버 내로 가스를 유입시키는 가스 분배기, 전극을 덮으며 기판을 수용하는 수용 표면을 갖는 유전체, 제 1 도전체 그리고 제 1 도전체와 유전체 사이에 있는 인터포저를 구비하는 도전체, 및 가스 에너자이징 전압을 전극에 공급할 수 있는 전압원을 구비한다.
본 발명의 다른 예로, 챔버 내에 기판을 지지할 수 있는 지지 부재는, 전극을 덮으며, 기판을 수용할 수 있는 표면을 갖는 유전체, 전극에 전압을 공급할 수 있는 컨낵터, 및 컨낵터와 용량성 결합시킬 수 있는 도전체를 구비한다.
본 발명의 다른 예로, 플라즈마 내에서 기판을 처리할 수 있는 처리 챔버는, 챔버로 처리 가스를 유입시키는 가스 분배기, 전극을 덮으며 기판을 수용할 수 있는 표면을 갖는 유전체, 전극에 전압을 공급할 수 있는 컨낵터, 컨낵터와 용량성 결합할 수 있는 도전체, 및 도전체 또는 전극에 가스 에너자이징 전압을 공급하는 전압원을 구비한다.
본 발명의 다른 예로, 처리 영역에서 기판을 처리하는 방법은, 처리 영역에서 전극을 덮는 유전체를 구비하는 지지 부재 상에 기판을 지지 하는 단계, 처리 영역에서 처리 가스를 분배하는 단계, 및 전극에 RF 전압을 직접 공급하지 않고전극으로부터 에너자이즈 가스에 RF 전력을 결합시켜 처리 가스를 에너자이징시키는 단계를 구비한다.
본 발명의 다른 예로, 처리 영역에서 기판을 처리하는 방법은 처리 영역에서 전극을 구비하는 지지 부재 상에 기판을 지지하는 단계, 처리 영역으로 처리 가스를 유입시키는 단계, 전극 하부의 도전체에 전압을 공급하는 단계, 및 처리 가스를 에너자이징시키기 위해 도전체로부터 전극으로 전압을 용량성 결합시키는 단계를 구비한다.
본 발명의 다른 예로, 처리 영역에서 기판을 처리하는 방법은, 처리 영역에서 전극을 구비한 지지 부재 상에 기판을 지지하는 단계, 처리 영역으로 처리 가스를 유입시키는 단계, 컨낵터를 통해서 전극으로 가스 에너자이징 전압을 공급하는 단계, 및 컨낵터로부터 전극 하부의 도전체에 가스 에너자이징 전압을 용량성 결합시키는 단계를 구비한다.
도 1은 하나의 전극과 용량성 결합시킬 수 있는 도전체를 갖는 일예의 기판 지지 부재를 구비한 기판 처리 장치를 나타낸 개략 측단면도.
도 2는 하나의 전극과 용량성 결합시킬 수 있는 도전체를 갖는 다른 일예의 기판 지지 부재를 구비한 기판 처리 장치의 일예를 나탄낸 개략 측단면도.
도 3은 도전성 인터포저를 갖는 일예의 기판 지지 부재를 구비한 기판 처리장치의 일예를 나타낸 개략 측단면도.
도 4는 도전성 부재로된 컨낵터를 구비한 기판 지지 부재의 일예를 나타낸 개략 측단면도.
도 5는 도전성 부재로 된 컨낵터를 구비한 기판 지지 부재의 다른 일예를 나타낸 개략 측단면도.
도 6은 이중 전극 기판 지지 부재의 일예를 나타낸 개략 측단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
30 ; 기판
110 : 챔버
120 : 가스 분배 시스템
130 : 배기 시스템
200 : 지지부재
210 : 유전체
220 : 전극
230 : 도전체
235 : 유전 물질
245 : 결합 커패시터
본 발명의 형태, 예, 및 이점은 이하 상세한 설명과 첨부한 청구범위와 본 발명의 예들을 나타낸 도면을 통해 더욱 잘 이해되어 질 것이다. 또한 통상적으로 뿐만 아니라 특정 도면의 전후관계를 통한 각 형태들이 본 발명에 사용될 수 있고, 본 발명에는 이들 형태를 임의로 결합한 형태가 포함되어 있는 것으로 이해되어져야 한다.
본 발명은 예를 들면, 플라즈마로 기판(30)를 에칭하고, 이온 주입법으로 기판(30)에 물질을 주입하고, 화학적 기상 증착법 또는 스퍼터링으로 기판(30)상에물질을 증착하거나 또는 다른 처리를 실행하는 동안, 기판(30)을 지지하는데 사용하는 장치에 관한 것이다. 반도체 웨이퍼(30)와 같은 기판을 처리하는데 적합한 예시적인 플라즈마 처리 장치(100)가 도 1에 도시되어 있고, 통상적으로 이 플라즈마 처리 장치(100)는 측벽(112), 천정(115) 및 하부벽(118)으로 둘러싸인 처리 챔버(110)를 구비하고 있다. 처리 챔버(110) 및 그 안의 각종 구성 요소는 금속, 세라믹, 유리, 중합체 및 복합물질을 포함하는 다양한 물질을 가지고, 종래 기계 및 몰딩법을 이용하여 만들 수 있다. 처리 챔버(110) 및 그 안의 구성 요소를 제조하는데 사용될 수 있는 금속은 알루미늄, 양극산화된 알루미늄,"HAYNES 242", "Al-6061", "SS 304", "SS 316", 및 INCONEL을 포함하고, 그 중에서 양극산화된 알루미늄이 바람직하다. 처리가스 공급기(122), 가스 흐름 제어 시스템(124), 및 가스 분배기(126)을 포함하는 가스 분배 시스템(120)을 통해 처리 가스를 챔버(110)내로 유입시킨다. 도 1 내지 3에 나타낸 바와 같이 기판(30)의 주변에 인접하게 처리 가스를 유입시킨다. 다른 방법으로는, 구멍이난 "샤워헤드" 가스 확산기(도시되지 않음)를 통해 또는 상부 방향으로 뻗은 가스 분배기(도시되지 않음)를 통해 처리 가스를 기판상에 유입시킬 수도 있다. 하나 이상의 배기 펌프와 트로틀 밸브(throttle valve)를 구비하는 배기 시스템(130)은, 다쓴 처리 가스 부산물을 배기시키고 챔버(110)내의 압력을 제어하는데 이용된다. 통상적으로, 컴퓨터 제어 시스템은 프로그램된 처리 조건을 이용하여 가스 분배 시스템(120) 및 배기 시스템(130)을 작동시킨다. 여기에서 나타내고 있는 장치의 특정 실시예는 발명의 동작 설명을 위해서만 제공된 것이고 본 발명의 범주를 이에 한정하는 것은 아니다.
처리 가스가 챔버(110)로 유입된 후, 가스가 에너자징 되어 플라즈마(150)가 형성된다. 하나 이상의 인덕터 코일(160)과 같은 안테나가 챔버(110)에 인접하여 설치될 수도 있다. 안테나 전원(電源)(165)이 안테나(160)에 전원을 공급하여 RF 에너지와 같은 에너지를 처리 가스에 유도성 결합시킴으로서 챔버(110)내의 처리 영역에 플라즈마(150)를 형성시킨다. 다른 방법으로, 또는 부가적으로, 이하 설명할 방식으로 플라즈마에 커플 RF 전력을 결합시키기 위해, 기판(30) 아래에 캐소드와 기판(30) 위에 애노드를 구비하는 처리 전극이 사용될 수도 있다. 처리 전극에 전력을 공급하기 위해서, AC전원(180)과 DC전원(190)으로 이루어진 전원(175)을 사용할 수도 있다. AC전원(180)은 제너레이터 및 바이어스 RF 정합 회로를 구비할 수도 있다. 전원(175)의 동작은 제어기에 의해서 제어되며 또한 제어기는 챔버(110)내의 다른 구성 요소의 동작을 제어한다.
기판(30)을 홀딩하는 지지부재(200)는 챔버(110)내에 위치한다. 지지 부재(200)는 기판 지지 표면(215)을 갖는 유전체(210)를 구비한다. 유전체(210)의 한 층은 전극(220)을 덮고 있으며 유전체(210)의 또 다른 층은 도전체(230)로부터 전극(220)을 격리시킨다. 도 1에 나타낸 일예에서, 전극(220)은 유전체(210) 내에 매립된다. 다른 예에서는, 다층 또는 적층된 유전체(210)가 제공될 수도 있다. "High Density Plasma Process Chamber" 라는 재목으로 1997년 7월 14일 출원되었으며 본 발명에도 참조하고 있는 미국 특허 출원 번호 제 08/893,599호에 개시된 바와 같이, 지지 부재(200)는 유전체(210) 및 도전체(230)를 통해 삽입되는 바나나 잭과 같은 전기 접속기를 통해 DC 라인, 리드 또는 케이블과 같은 컨낵터(195)와 DC전원(190)으로부터 전극(220)으로 DC 처킹 전압을 공급함으로서, 정전기 처킹력을 발생시켜 정전기적으로 기판을 지지 부재(200)으로 끌어 당기게 하여 홀딩시키는데 이용될 수도 있다. DC 전원(190)은 통상적으로 약 200 내지 2000 볼트의 DC 처킹 전압을 전극(220)에 공급한다. 또한 DC 전원(190)은 DC 전류를 전극(220)으로 직접 흐르게 하여 전극(220)의 동작을 제어함으로서 기판(30)을 처킹 및 디처킹(dechucking)시키는 시스템 제어기를 포함할 수도 있다.
정전기 처크는 상술한 바와 같이 동작하는 모노 폴러 또는 바이 폴러중 어느 하나가 될 수도 있다. 바이 폴러 정전기 처크는 알루미늄 또는 다른 금속 또는 세라믹으로 이루어진 베이스를 구비한다. 베이스는 전극으로서 기능을 하고 제 2 전극은 그 안에 매립된다. 전극들은 유전체에 의해서 전기적으로 격리된다. 특정 극성의 DC 전위가 하나의 전극에 인가되고 반대 극성이 다른 전극에 인가된다. 전위를 인가하는데 동일 전원이 사용될 수 있다. 각 전극에서의 반대 전위는 기판(30)에 정전기적으로 결합된다. 음전하 충전 전극으로부터 가로지르는 기판(30)의 하부측 상에는 양전하 충전이 이루어진다. 마찬가지로, 양전하 충전 전극으로부터 가로지르는 기판(30)의 하부측상에는 음전하 충전이 이루어진다. 이에 의해서 기판(30)이 정전기력으로 처크상에 홀딩된다. 전극은 유전체에 매립되어 서로 깎지낀 모양으로 서로 맞물릴 수 있다. 정전기 처크에는 기판(30)과 처크사이에 약 10 미크론 미만으로 바람직하게는 약 1 내지 약 5 미크론의 작은 갭이 제공될 수 있다. 이 갭은 처크와 기판(30) 사이의 열전달 촉진 가스를 유입시켜 처리동안 기판(30)을 냉각시킨다. 예시적인 정전기 처크는 예를들면 Briglia의 미국 특허 번호 제4,184,188호, Tsukada et al.의 미국 특허 번호 제4,399,016호, Abe의 미국 특허 번호 제4,384,918호에 개시되어 있고, Jpn. J, Appl. Phys., Vol. 31(1992)Pt 1, No. 1 기사에, Watanabe et al.,의 "Electrostatic Force and Absorption Current of Alumina Electrostatic Chuck"라는 제목으로 기재되어 있고, 이들 모두는 본 발명에서 참조하고 있다. 존센-레벡 정전기 처크는 Watanabe et al.의 미국 특허 제5,117,121호와 Munddt의 미국 특허 번호 제5,463,526호에 예로서 개시되어 있으며, 이들 둘다 본원 발명에서 참조하고 있다.
플라즈마 내에서 그리고 에너자이즈 가스 분위기에서 정전기 처크가 사용되는 경우, 지금 까지는 정전기 처크가 원인을 모르는 마이크로 아크를 발생시키고 플라즈마를 불안정하게 했었다. PDM(plasma damage monitor) 기술로 산화 웨이퍼상에 분포되는 전하를 측정하여, 마이크로 아크가 발생하고 플라즈마가 불안정해진 동안 기판상에 유발되는 디바이스에 손상을 주기에 충분한 전위차가 발생하는 지를 판정해왔다. 마이크로 아크 발생과 플라즈마가 불안정해지는 원인 중 하나는 처리 챔버(110)내에 원하지 않는 DC 전압이 발생하기 때문이며, 특히 DC 전압이 1000 볼트를 넘는 경우이다. DC 전압의 격리와 DC 전압으로부터 챔버(110)의 실딩(shielding)은 마이크로 아크 발생과 플라즈마가 불안정해지는 것을 감소시켜 향상된 기판(30) 처리가 적절하면서도 지속적으로 실행될 수 있는 것으로 보여졌다. 또한, 플라즈마로부터 DC 전원까지 DC 경로가 존재하는 경우 아크가 발생하는 것으로 알려져 있다. 또한 이 상태는 웨이퍼의 처킹을 감소시키거나 디처킹시킬수 있다.
본 발명의 일예에서, 컨낵터(195)는 도전체(230)로부터 컨낵터(195)를 전기적으로 격리시키도록 도전체(230)를 통해 연장하는 유전 물질(235)를 통해 DC 전압 경로가 형성된다. 이런 방식으로, DC 전압이 챔버(110)와 플라즈마(150)로부터 거의 실드되어 플라즈마가 더욱 안정된다. 유전 물질(235)은 도전체(230)의 개구를 채운 형태의 유전 물질로 이루어지는 플러그이거나 또는 유전체(210)를 확장한 것이다. 일예에서, 유전 물질(235)은 유전체(210)의 적어도 일부를 일체로 확장시키는데, 즉, 유전 물질(235) 및 유전체(210)의 일부가 단일 물질로 형성된다. 다른 방법으로, 유전 물질(235)은 컨낵터(195)상에 공급하는 절연 코팅의 형태로 이루어질 수도 있다.
일예에서, 전극(220)은 또한 플라즈마 생성 전극으로서 역할을 할수도 있다. 처리 전극(240)은 기판(30) 직상에 챔버(110) 내에 위치되거나, 또는 챔버(110) 내에 또는 인접한 다른 위치에 위치되고, 기판(30)의 전 영역 대부분을 둘러쌀 정도로 충분히 클 수도 있는 도전체 소자로 이루어진다. 미국 특허 출원 번호 08/893,599호에 개시된 바와 같이, RF 전압을 전극(220)에 인가함으로서, 전극 (220)과 처리 전극(240)이 챔버(110) 내에서 용량적으로 결합하여 RF 전기장이 형성되어, 플라즈마(150)가 발생 또는 유지되거나 또는 플라즈마(150)가 에너자이징 된다.
일예로, 도 1에 나타낸 일예와 같이, 플라즈마 발생 RF 전압이 AC 전원(180)에 의해서 전극(220)으로 간접적으로 인가된다. AC 전원(180)은도전체(230)에 RF 전압을 직접 인가한다. 전압은 통상 약 50 내지 약 5000 와트의 전력 레벨로 약 400kHz 내지 약 60MHz 의 하나 이상의 주파수를 가질 수도 있다. 도전체(230)는 하나 이상의 RF 결합 커패시터(245)에 의해서 전극(220)에 접속된다. RF 결합 커패시터(245)는 도전체(230)를, 전극(220)에, 또는 도 1에 나타낸 바와 같이, 전극(220)으로 리드하는 컨낵터(195)에, 또는 임의의 다른 도선 부재에 직접 접속시킬 수도 있다. 다른 방법으로, RF 및 DC 둘다가 컨낵터(195)에 인가될 수도 있고, 그 다음에 RF 가 하나 이상의 결합 커패시터(245)에 의해서 도전체(230)에 결합될 수도 있다.
도 1에 나타낸 일예는 종래 처리 챔버 및 기판 지지 부재보다 몇가지 이점이 있다. DC 전압은 프라즈마로부터 격리되고, 플라즈마와 접촉하지 않는 기판(30)의 직하의 전극에 인가되어 플라즈마의 아크를 저감한다. 도전체(230)는, 전극(220)과 처리 전극(240)의 용량성 결합 뿐만 아니라, 도전체(230)의 주변부(255)상에 위치되는 컬러링(250: collar ring)을 통해 플라즈마(150)에 RF 전력을 용량적으로 결합시키는 역할을 하므로, 플라즈마가 기판의 에지 이상으로 확장할 수 있다. 이 결과 플라즈마 시스는 기판(30)의 에지 이상으로 균일하게 확장한다. 또한, 결합 커패시터(245) 값을 가변하거나 또는 조절함으로서, 전극(220) 및 도전체(230)에 인가되는 상대적인 RF 전력량을 제어할 수 있다. 이런 형태는 플라즈마(150)를 튜닝하여 기판(30)을 가로지르는 플라즈마를 공간적으로 더욱 균일하게 분포시킬 수 있다. 또한 컬러링(250)을 통한 용량성 결합으로, 플라즈마 자기 바이어스(self bias)가 증가되고 컬러링(250)으로부터 침전물이 제거 처리된다.
처리 전극(240)은 일예로 챔버(110)의 천정(115)에 있을 수도 있다. 천정(115)은 도전체로서 역할을 하며 바이어스되거나 또는 접지된다. 또한 처리 전극(240)은 유도 안테나(160)에 의해서 전달되는 RF 유도장에 대하여 임피던스가 낮은 반도체일 수도 있다. 반도체 천정(115)은 처리 전극(240)으로서 역할을 하기에 충분한 전기적 도전성을 가지며 또한 천정(115)위의 유도 안테나(160)에 의해서 발생하는 RF 유도장이 침투할 수도 있다.
지지 부재(200)는, 전극(220)을 전기적으로 절연시키고, 챔버(110)내의 플라즈마에 대한 전기적인 단락을 방지하도록 역할을 하는 유전 물질을 구비하는 유전체(210)내에 전극(220)을 덮거나 또는 매립시킨 형태이다. 유전체(210)는 RF 전기장 흡수가 비교적 낮기 때문에, 유전체(210)를 통해 용량적으로 결합될 전극(220)에서 RF 전기장이 방사된다. 다른 방법으로 유전체(210)는 전도성이 작은 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 유전체(210)는 RMS 피크 투 피크 러프니스(roughness)가 10 미크론 미만인 매끄러운 수용 표면을 가지고, 기판(30)과 직접 접촉하여 기판을 지지한다.
유전체(210)는 전극(220)을 포함하는 단일 또는 분리 구조이고 열로 용융시킨 세라믹 또는 중합체로부터 모놀리식 구조로 제조될 수도 있다. 통상적으로 모놀리식 세라믹은 공극률(孔隙率)이 적고 전기적인 특성이 양호하고, 전극(220)을 전체적으로 둘러쌀 수 있어서 챔버(110)내의 절연 실드를 위한 필요성이 적어진다. 또한 고밀도 세라믹 구조는 절연 브레이크 다운 내구력이 높아서, 전극(220)에 높은 RF 전력을 인가할 수 있다. 유전체(210)는 약 20% 미만, 바람직하게는 약 10%미만의 작은 공극률을 가진 세라믹으로 제조된다. 적절한 세라믹 물질은 산화 알루미늄, 질화 알루미늄, 탄화 붕소, 질화 붕소, 산화 규소, 탄화 규소, 질화 규소, 산화 티타늄, 탄화 티타늄, 산화 이트륨, 산화 베릴륨, 및 산화 지르코늄 중 하나 이상을 함유한다. 다른 방법으로, 1995년 1월 31일자로 출원되고 본 발명에서 참조하고 있는 Shamouilian 의 미국 특허 출원 번호 제08/381,786호에 개시된 바와 같이 , 유전체(210)는 전극(220) 주변에 적층된 아라미드(aramid)층 또는 폴리이미드의 적층으로 이루어질 수 있고 통상적으로 압력솥 압력 형성 처리로 제조할 수 있다.
다른 방법으로, 유전체(210)는 도핑되거나 또는 도핑되지 않은 세라믹 물질과 같은 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 유전체에 매립된 전극(220)은 도전성 금속으로 제조할 수 있어서 매립된 전극과 함께 유전체를 열로 소결시킬 수 있다. 매립된 전극(220)과 함께 유전체(220)는 저농도의 유기 결합 물질과 세라믹 분말을 혼합하여, 이소스태틱 프레싱(isostatic pressing), 핫 프레싱(hot pressing). 몰드 캐스팅(mold casting), 또는 테이프 캐스팅(tape casting)으로 제조할 수 있다.
또한, 유전체(210)는 홀(도시되지 않음)을 통해 가스 공급이 이루어지고, 이를 통해 확장하여 헬륨 열전달 가스가 기판(30) 하부 수용 표면에 공급된다. 헬륨 가스 공급 관통홀은 직경이 충분히 작아서 홀 내에서의 헬륨의 플라즈마 글로 방전을 방지할 수 있는데, 그 직경은 약 0.5 내지 약 10 밀(mil)(약 13 내지 약 250 미크론)이고, 바람직하게는 약 0.5 내지 약 2 밀이다. 그렇지 않으면, 헬륨 가스가 홀의 끝 단부에서 전기 아크 또는 플라즈마 글로 방전을 발생시킬 수 있다.일예로, 일련의 가스 공급 관통홀이 그 주변부에 형성되기 때문에 기판(30)의 하부 영역에 열 전달 가스가 균일하게 분포된다.
유전체(210)에는 전기적 전도성이 낮은 전기 특성을 갖는 것이 선택된다. 약 108내지 약 1016ohms-cm의 체적 저항을 갖는 유전체(210)가 바람직하다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 유전체(210)는 챔버(110)내에서의 플라즈마 단락을 방지하고 전극(220)으로부터 기판(30)을 격리시키기 위해 전극(220)을 전기적으로 절연시키는 커버층을 구비한다. 유전체(210)의 커버층은 유전 물질로 이루어지고 전극(220)에 공급되는 RF 에너지가 침투가능하기 때문에 커버층을 통해 플라즈마 와 처리 전극(240)에 용량성 결합이 이루어진다. 유전체(210)의 커버층의 유전 상수, 전기장 감응률, 및 두께는 전극(220)과 처리 전극(240)사이의 RF 전압의 용량성 결합을 향상시키도록 선택된다. 또한, 유전체(210)의 커버층은 전극(220)에 DC 전압이 인가될 수 있어서 쿨롬힘 또는 존센 래벡힘에 의해서 기판(30)이 정전기적으로 홀딩된다. 약 2 이상의 유전 상수를 갖는 커버층이 바람직하다.
유전체(210)는 RF 리액턴스가 상이한 층들로 나누어져 있어서 이를 통해서 소망에 따라 결합을 할수도 안 할 수 있다. 예를들면, 상부 전극(220)상의 절연 커버층은 약 0.1 내지 약 500 Ohm, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 50 Ohm, 더욱 바람직하게는 약 0.1 내지 약 5 Ohm의 RF 리액턴스를 가지고, 전극(220)과 도전체(230) 사이의 지지층은 약 100 내지 약 10000 Ohm, 바람직하게는 약 100 내지 약 1000 Ohm의 RF 리액턴스를 가진다. 전극(220)상의 절연층의 최소 두께는 식C=(E0ErA)/L 에 의해서 결정되고, 여기서 L 은 절연층의 최소 두께이고, A 는 면적이고, E0및 Er는 진공과 유전 물질의 상대적인 유전 상수이다. 전극(220) 상부 및 전극(220) 하부의 유전체(210)의 절연층의 두께는 유전 상수 및 저항률과 같은 유전 물질의 전기적인 특성에 의존한다. 전극(220)상의 유전체(210)의 두께가 충분히 얇기 때문에 전극(220)은 RF 전력의 과도 감쇄없이 기판(30) 상부를 통해 플라즈마에 RF 전력을 용량성 결합시킨다. 절연 커버층의 적절한 두께는 약 1 미크론 내지 약 5 mm, 바람직하게는 1 미크론 내지 2 mm, 더욱 바람직하게는 약 100 미크론 내지 약 1mm 이기 때문에, 유전 물질은 약 4 내지 약 10의 유전상수를 갖는다. 전극(220)과 도전체(230) 사이의 유전 물질의 두께는 약 3mm 이상, 바람직하게는 약 10 mm 이상, 더욱 바람직하게는 약 10 내지 100 mm이다. 통상적인 챔버는 약 300 피코패럿의 임피던스 부하를 갖도록 설계되고, 전극(220) 상의 절연 커버층의 최소 두께는 통상 약 0.5mm 이다.
유전 물질(235)은, 일예로, 단일 및 분리 구조이고 세라믹 또는 중합체를 열로 용융시켜 모노리식 구조로 제조된다. 유전 물질(235)은 약 20% 미만, 바람직하게는 약 10% 미만의 낮은 공극율을 갖는 세라믹으로 제조될 수도 있다. 적절한 세라믹 물질은 산화 알루미늄, 질화 알루미늄, 탄화 붕소, 질화 붕소, 산화 규소, 탄화 규소, 질화 규소, 산화 티타늄, 탄화 티타늄, 산화 이트륨, 및 산화 지르코늄 중 하나 이상을 함유한다. 택일 적으로, 유전 물질(235)은 폴리이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 아라미드, 또는 이와 유사한 물질로 이루어질 수 있다. 다른방법으로, 유전 물질(235)은 알루미나, 티타니아, 탄화 규소, 질화 규소, 질화 알루미늄, 질화 붕소, 탄화 붕소, 산화 이트륨, 산화 베릴륨, 산화 지르코늄, 및 그 혼합물과 같은, 도핑 또는 도핑되지 않은 세라믹 물질과 같은 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 다른 예로서는, 유전 물질(235)을 제거하고, 도전체(230)로부터 컨낵터(195)를 격리시킬 정도로 충분히 큰 공간이 제공될 수 있다.
유전 물질(235)의 전기적 특성 및 치수는 플라즈마(150)로부터 DC 전압을 격리시킬 수 있도록 선택한다. 도 1에 나타낸 일예에서, 도전체(230) 및 컨낵터(195)는 커패시터(245)를 통해서 결합된다. 유전 물질(235)의 두께는 충분히 두꺼워서 도전체(230)와 컨낵터(195)사이의 원하지 않는 전기적인 DC 결합을 방지할 수 있어야 한다. 예를들면, 유전 물질(235)은 약 10,000 Ohm 내지 약 10 MOhm, 바람직하게는 약 1 MOhm 내지 약 5 MOhm의 DC 저항을 가질 수도 있다. 도전체(230)로부터 컨낵터(195)를 분리시킬 수 있는 유전 물질(235)의 적절한 두께는 약 3mm 내지 약 15 mm, 바람직하게는 약 5 mm 내지 약 10 mm, 더욱 바람직하게는 약 8mm이다.
RF 결합 커패시터(245)는 예를들면 American Technical Ceramics Corporation 으로부터 입수 가능한 RF 고전력 애자(碍子) 커패시터일 수도 있다. RF 결합 커패시터(245) 값은 기판을 가로질러 거의 균일하게 플라즈마 시스를 제공할 수 있도록 선택된다. 예를들면, 적절한 커패시터 값은 약 800 pF 내지 7 nF 이다. 커패시터 값은 도전체(230)와 전극(220)에 인가되는 RF 전력 비를 결정한다. 커패시터 값은 챔버 구성 요소의 두께 및 물질과 같은 몇가지 요인에 의존한다.예를들면, 공간 제약 및 DC 및 RF 전압 인가에 따라 필요한 커패시터 값이 선택된다.
도 2에 나타낸 바와 같이 다른 실시예에서는, RF 결합 커패시터(245)가 없다. 대신에, 유전 물질(235)의 두께는 도전체(230)와 컨낵터(195) 사이의 용량성 결합이 가능하도록 선택된다. 본 예에서, 유전 물질(235)의 특성 및 치수는 플라즈마(150)로부터 DC 전압을 격리하고 도전체(230)와 컨낵터(195)사이를 용량성 결합시킬 수 있도록 선택된다. 예를 들면, 유전 물질(235)은 약 0.01 내지 약 50 Ohm, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 5 Ohm의 RF 리액턴스를 갖는다. 도전체(230)과 컨낵터(195)를 분리시키는 유전 물질(235)의 적절한 두께는 약 0.1 내지 약 5 mm, 바람직하게는 약 25 미크론 내지 약 500 미크론, 더욱 바람직하게는 약 50 미크론이다. 도 1에 나타낸 일예와 같이, RF 및 DC 전압은 둘다 컨낵터(195)에 인가되고 RF 는 컨낵터(195)로부터 도전체(230)에 결합될 수도 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 컨낵터(195)에는 유전 물질(235) 내에 제공되는 플레이트 또는 로드(rod) 형태의 도전성 부재(260)가 더 구비되어, 컨낵터(195)와 도전체(230) 사이의 결합 면적이 증가됨으로서, 유전 물질(235)을 통한 용량성 결합이 향상된다. 컨낵터(195)는 도전성 부재(260)에 탈착 가능하게 또는 영구적으로 부착되고, 부가 라인 또는 컨낵터(265)는 도전성 부재(260)에 탈착 가능하게 또는 영구적으로 부착되어 DC 전압 및 RF 전압이 전극(220)에 공급될 수도 있다. 도전성 부재(260)는 도전성 재료로 제조한다. 일예로, 도전성 플레이트(260)는 알루미늄 플레이트 또는 로드와 같은 금속 플레이트 또는 로드로 이루어진다. 도전성부재(260)는 도 4 및 5에 나타낸 T 형 단면 형태와 같은 표면적이 증가한 형태이기 때문에, 도전성 플레이트(260)와 도전체(230) 사이의 용량성 결합이 향상된다.
전극(220)은 알루미늄, 구리, 은, 금, 몰리브덴, 탄탈륨, 티타늄 또는 그 혼합물로 제조된다. 도전성 물질은 구리, 탄탈륨, 텅스텐, 백금, 레늄, 하프늄, 및 그의 합금과 같은 고융점 금속으로 이루어지고, 이는 고온 처리를 사용하여 유전체를 형성하는 경우에 바람직하다. 전극(220)은 도전성 금속층, 예를들면 약 100 내지 1000 미크론 두께의 구리층으로 이루어져 유전체(210)에 매립된다. 다른 방법으로, 전극(220)은 와이어 메쉬로 형성되어 있고, 그 직경은 약 100 미크론 내지 약 1000 미크론이고, 메쉬 사이즈는 약 5 내지 200 메쉬이고, 단면은 원형, 타원형 또는 직사각 형태이다. 또한 전극(220)은 서로 전기적으로 격리된 하나 이상의 도전체, 예를 들면 바이폴러 또는 트리폴러 전극으로 이루어져 상이한 전위로 유지된다. 다른 예로, 전극(220)은 전기적으로 도전성을 갖는 와이어로 형성한 메쉬로 이루어지고, 각 와이어는 그 길이방향 중심축이 메쉬 전극의 평면에 거의 평행한 방향이다. 와이어 사이에 작은 공간 또는 간극이 있기 때문에, 메쉬는 동일 크기의 고체 전극에 비해 적은 양의 금속으로 이루어지며, 결과적으로 열팽창이 적다.
유전체(210) 아래의 도전체(230)는 전기 도전성 물질로 이루어지고, 처리 챔버(110)내에서 유전체(210)를 지지하는데 적합한 상부 표면을 가지고 있다. 하나의 형태로, 도전체(230)는 알루미늄 플레이트와 같은 금속 플레이트로 형성되고 유전체(210) 직하부에 위치한다. 주변부(255)는 전극(220)의 둘레 이상으로 뻗어있고, 기판(30)의 주변 에지 이상으로 뻗을 수도 있다. 도전체(230)에 인가되는 RF 전압은 도전체(230)의 주변부(255)를 전기적으로 도전시키는 RF 전압이다. 이런 방식으로, 도전체(230)는 컬러링(250)을 통해 플라즈마(150)와 용량성 결합을 하여 플라즈마 시스를 기판(30)의 주변부 영역으로 또는 그 이상으로 확장시킨다.
컬러(250)는 도전체(230)의 주변부(255)상에 위치하고, 주변부(255)와 전기적으로 직접 접촉될 수도 있다. 컬러(250)는 도전체(230)의 주변부(255)로부터 RF 전력이 충분히 침투할 수 있어 컬러(250)를 통해 플라즈마와 결합됨으로서, 기판(30)의 주변부 이상으로 플라즈마 효과가 확장된다. 이로서 컬러(250)의 표면 근방에 있던 이온에 전압이 가해져서 처리 부산물이 제거된다. 이는 주변 전기장이 도전체(230)의 주변부(255)로부터 전기적으로 결합되어, 전기장이 컬러(250)를 통해 가로질러 확장하여 구성 요소에 제공됨으로서, 전극(220)으로부터 전기장이 구성물에 보상되기 때문이다. 이 방식에서, 도전체(230)의 전기 도전성 주변부와 상부 컬러(250)의 결합은 전극(220)을 연장한 것과 같은 기능을 하는데, 이는 기판(30)의 주변부에 수직하고 주변부로 확장하는 전기장 성분을 생성한다. 결과적으로, 전극(220)의 유효 용량성 결합 영역은 컬러(250)를 가로지르는 전기장에 의해서 증가한다. 기판(30)의 주변부에 있는 전기적으로 결합된 컬러에 의해서 제공되는 주변 전기장 때문에, 기판(30)의 표면을 가로질러서 플라즈마가 더욱 균일하게 분포된다.
도전체(230)의 형태 및 크기와 도전체(230)상에 장착된 컬러(250)의 직경은 전극(220)의 활성 영역을 증가시키도록, 그리고 기판(30)의 주변부 이상으로 확장하는 플라즈마를 제공하도록 설정된다. 도전체(230)는 상부 표면이 매끄럽게 연마되어 있어서 과도하게 고르지 못한 에어 갭 또는 과도한 전기 저항 없이 컬러링(250)의 하부 표면에 RF 전력을 균일하게 전기적으로 결합시킬 수 있다. 도전체(230)의 매끄러운 상부 표면 때문에, 도전체(230), 전극(220) 및 컬러(250)와의 계면에 절연 에어 갭이 제거되어, 이들 간의 전기적인 결합이 향상된다. 일실시예로, 도전체(230)는 기판(30)의 형태 및 크기에 대응하는 형태 및 크기의 금속 플레이트로 형성된다. 환형 기판은 약 200 mm(8 인치)의 직경을 가지며, 도전체(230)의 적절한 직경은 약 200 내지 220 mm 이다.
컬러(250)는 도전체(230)의 주변부(255)를 덮는 반도체 물질 또는 절연층 또는 환형링으로 이루어지고 충분히 얇어서 기판(30) 둘레 근방의 도전체(230)의 주변부로부터 RF 전력이 결합된다. 컬러(250)의 형태 및 두께는 컬러를 제조하는데 사용되는 물질의 전기 침투성에 좌우되고, 특히 전극(220)에 인가되는 RF 주파수를 갖는 전기 에너지의 흡수에 좌우된다. 일예로, 컬러(250)는 도전체(230)의 주변부(255)의 상부 표면상에 절연층 또는 반도체 물질을 형성함으로서 제조된다. 절연층은 플레임 스프레잉(flame spraying), 플라즈마 스프레잉, 또는 솔루션 코팅(solution coating)으로 형성할 수 있다.
다른 예로, 컬러(250)는 충분히 매끄럽게 연마된 하부 결합 표면을 갖는 고체 환형링으로 이루어져, 도전체(230)의 상부 표면에 균일하고 고른 전기적인 결합을 제공한다. 매끄러운 결합 표면은 도전체(230)과 컬러링(250)의 계면에서의 에어 갭 및 다른 전기적인 임피던스를 감소시킨다. 바람직하게는, 결합면은 피크투 피크가 약 10 미크론(RMS)미만, 바람직하게는 약 3미크론 미만, 더욱 바람직하게는 약 0.5 미크론 미만인 러프니스를 갖는다. 바람직하게는, 환형링은 전극(220)과 도전체(230)에 대하여 중심이 동일하다. 또한 컬러(250)는 기판(30)을 지지할 수 있는 상부 표면을 갖는다. 컬러(250)의 상부 표면은 지지 부재(200)의 상부 수용 표면과 거의 동일 평면에 있고 기판(30)의 주변으로 또는 주변 이상으로 뻗는다. 또한, 컬러는 지지 부재(200)로부터 제거가능하기 때문에, 컬러가 부식되거나 부러진 경우 컬러를 빨리 교체할 수 있다. 일예로, 컬러(250)의 두께는 약 0.5 내지 약 10 mm 이다.
컬러(250)는 RF 전기장 흡수가 충분히 낮은 절연물질로 이루어져 있기 때문에, 컬러(250)를 통해 약 1 내지 약 20 MHz의 RF 주파수로 도전체(230)의 주변부로부터 RF 전력이 플라즈마에 용량적으로 결합된다. 컬러(250)는 약 2 이상의 유전 상수와 약 10 볼트/미크론 이상의 절연 브레이크다운 내구력을 갖는 유전 물질로 형성될 수도 있다. 컬러(250)를 제조하기에 적절한 절연 세라믹 물질은 산화 알루미늄, 질화 알루미늄, 탄화 붕소, 질화 붕소, 다이아몬드, 산화 규소, 질화 규소, 산화 티타늄, 탄화 티타늄, 붕소화 지르코늄, 탄화 지르코늄, 및 이와 등가인 물질 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 컬러(250)를 형성하는데 적절한 중합체 물질은 폴리이미드, 폴리케톤, 폴리에테르케톤, 폴리술폰, 폴리카보네이트, 포리스티렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리프로필렌, 폴리에테르술폰, 폴리에틸렌, 나일론, 실리콘, 및 러버를 포함한다. 다른 예로, 컬러(250)의 유전 물질은 기판(30)을 열처리하는 동안 200℃를 초과한 온도에 대해 견디는 유전 물질 중에서 선택할 수도 있다.
다른 예로, 컬러(250)는 전기 저항이 낮은 반도체 물질로 형성되어, 컬러(250)를 통해 DC 전기장 성분이 전달되거나 또는 도전된다. 반도체 물질은 유전 물질보다 전기 전도성이 높고, 금속보다 전기 전도성이 낮다. 반도체 물질은 저항율이 충분히 낮기 때문에, DC 전기장 성분이 도전체(230)로부터 컬러(250)까지 전기적으로 결합시켜, 기판의 주변상의 플라즈마 시스가 더욱 일정하고 더욱 균일하게 된다. 이들 DC 전기장 성분은 에지 효과가 뛰어난 기판의 에지에서의 DC 전위에 필적한다. 기판 주변을 가로지르는 DC 전기장 전위가 더욱 평탄하게 또는 균형을 이룰수록 전극(220)의 에지에서의 전기 아크의 발생 가능성이 즐어든다. 컬러(250)는 약 101Ω㎝ 내지 약 103Ω㎝, 바람직하게는 약 101Ω㎝ 내지 약 102Ω㎝의 저항율을 갖는다. 컬러(250)를 제조하기에 적절한 반도체 세라믹 물질은 산화 알루미늄과 산화 티타늄, 또는 질화 알루미늄과 다른 도전성 부가 부재와 같은 본 발명에서 설명한 세라믹 물질의 혼합과 같은 "도핑된" 세라믹 물질을 포함한다.
도 2 에 나타낸 일예에서, 도전체(230)에는 도전체(230)의 주변부(255)로부터 상부 방향으로 뻗는 도전체 확장 부재(270)가 제공된다. RF 전력이 도전체(230)에 공급되거나, 또는 컨낵터(195)에 공급되는 경우, 도전체(230)에 결합이 이루어지고, 또한, 컬러(250)를 통해 주변부(255)와 확장 부재(270)로부터 결합이 이루어진다. 이 결합은 기판(30)의 길이 이상으로 플라즈마 시스를 확장시키고 또한 컬러(250)의 표면으로부터 오염물질이 제거된다. 확장 부재(270)는 도전체(230)와 유사하거나 동일한 물질로 이루어져 일체화되거나 또는 금속 꺽쇠로서 역할을 한다.
도 3에 나타낸 본 발명의 다른 예에서, 일예로, 도전체(230)는 제 1 도전체(231), 및 제 1 도전체(231)와 유전체(210)사이의 도전성 인터포저(280)를 구비한다. 인터포저(280)의 사용으로 지지 부재(200)의 구성이 용이해진다. 예를들면, 인터포저(280)는 분리하여 제조될 수 있고, 그 내부에 유전 물질(235)과 도전성 플레이트(260)가 형성될 수 있다. 챔버를 플라즈마 발생능이 향상된 챔버로 전환하거나 또는 폴리이미드 정전기 처크를 세라믹 정전기 처크로 교체하기 위해서, 인터포저(280)가 처리 챔버의 캐소드 상에 설치될 수 있다. 도전성 인터포저(280)는 도 3에 나타낸 바와 같이 RF 결합 커패시터(245)를 통해 도전성 플레이트(260)에 결합되거나 또는 도 4에 나타낸 바와 같이 유전 물질(235)을 통한 도전성 결합에 의해서 결합된다. 따라서, 제 1 도전체(231)에 직접 인가되는 RF 전압이 인터포저(280)에 도전되고 전극(220)에 용량성 결합된다. 다른 방법으로, 컨낵터(195)에 인가되는 RF 전압은 인터포저(280)에 용량성 결합되고 제 1 도전체(231)에 도전된다. 일예로, 층, 플러그, 또는 유전 물질의 코팅 또는 충분히 큰 공간은 제 1 도전체(231)로부터 컨낵터(195) 및/또는 도전성 부재(260)를 격리시킨다. 인터포저(280)는 제 1 도전체(231)와 동일한 물질로 이루어지거나 또는 다른 도전성 물질로 이루어질 수도 있다. 인터포저(280)와 제 1 도전체(231)가 접촉하거나 그렇지 않으면 집합적인 형태의 도전체(230)에 전기적으로 접속되어 RF 전압이 인가되거나 또는 RF 전압이 용량성 결합될 수 있다.
또한 인터포저(280)를 사용하는 것은 처리 챔버(110)내에서 정전기 처크를 교체하는 경우에 장점이 된다. 예들 들면, 높은 열 전도도와 후술할 높은 흡인력 때문에 쿨롬 정전기 처크를 존센-레벡 정전기 처크로 교체하는 것이 바람직하다.인터포저(280)는 인터포저(280), 유전체(210), 및 확장 부재(270)(존재하는 경우)를 포함하는 전 집합을 하나의 단위로 하여 제거하거나 또는 설치할 수 있다. 또한, 인터포저(280)는 캐소드와 정전기 처크사이에 계면을 제공하여, 캐소드를 바꾸지 않고, 폴리이미드(또는 이와 유사한) 정전기 처크로부터 세라믹(또는 이와 유사한) 정전기 처크로의 직접 교환을 가능하게 한다.
도 4 및 도 5는 처리 챔버(110)에 사용되는 지지 부재(200)의 실시예들을 나타내는 도면이다. 이들 실시예에서, 접촉 플레이트 또는 플러그(285)는 DC원(190) 및 컨낵터(195)로부터 DC 전압을 도전성 부재(260)에 공급하기 위해 제공된다. 콘택트(285)는 도전성 플레이트(260)의 접촉부 또는 바닥에 대해 동일한 크기 및 형태를 갖는 도전성 금속일 수 있다. 다른 방법으로, 바나나형 클립 및 플러그가 제공될 수 있다. 일예에서 나타낸 바와 같이, 콘택트(285)는 유전 물질(235) 내에 매립되어 도전성 플레이트(260)에만 노출된다. 제 1 도전체(231) 또는 인터포저(280) 중 어느 하나에 전압을 직접 공급함으로서 도전체(230)에 RF 전압이 직접 공급된다. 또한 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 컬러(250)의 상면(290)은 기판(30)을 담기위한 림(rim)을 포함한다. 다른 방법으로, 상기 상면(290)은 평면으로 이루어지거나 또는 다른 형태일 수도 있다. 또한 상기 상면(290)은 유전체(210)의 상면(215)과 동일 평면이거나 또는 레벨이 높거나 낮다.
상술한 어느 실시예에서도 RF 결합 커패시터(245)를 사용하거나 또는 유전 물질(235)을 통해 용량성 결합시킴으로서, 도전체(230)와 도전성 플레이트(260)(또는 컨낵터 195)사이가 용량적으로 결합되는 것을 알 수 있다. 선택적으로, 상기 두개의 결합 모드를 조합하여 사용할 수도 있다. 예를들면, 유전 물질(235)의 중간 두께를 갖는 중간값 커패시터를 사용할 수 있다. 상술한 바에 따르면, 도전체로부터 컨낵터(195)(또는 도전성 부재 260)에 용량성 결합이 이루어질 수 있거나 또는 도 5에 나타낸 바와 같이 컨낵터(195)로부터 도전체(230)에 용량성 결합이 이루어질 수 있다.
도 6은 지지 부재(200)의 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 도 6에는 인터포저(280)가 도시되어 있지 않지만, 설치될 수도 있다. 도 6의 실시예는 유전체(210)내에 하부 전극(300)을 구비하고 있다. 하부 전극(300)은 전극(220)에 RF 전압을 인가하는데 사용된다. RF 전압은 AC 전원(180)으로부터 도전체(230)로 공급된다. 도전체(230)와 하부전극(300)은 유전체(210)의 한 층을 통해 용량적으로 결합된다. 하부 전극(300)으로부터 전극(220)으로 뻗은 컨낵터(310)를 통해서 RF 전압이 전극(220)에 공급된다. 상술한 격리 방식으로 DC 전압이 전극에 공급된다. 하부 전극(300) 아래의 유전체(210)의 층의 두께가 충분히 얇어서, 하부 전극(300)으로부터의 전기장의 하부 방향 성분은 RF 전기장의 과도한 감쇠없이 하부 도전체(230)로부터 RF 전력을 용량적으로 결합시킨다. 하부 전극(300) 아래의 유전체 두께는 하부 전극(300)으로 그리고 이어서 전극(220)으로 전달되는 RF 전력을 제어할 수 있도록 설정된다. 일 실시예로, 1997년 9월 16일자로 "Plasma Chamber Support Having an Electrically Coupled Collar Ring" 라는 제목으로 미국 특허 출원 번호 제08/931,708호에 기술되고 본 발명에서 참조하고 있는 바와 같이, 두께는 약 1 미크론 내지 약 5mm, 바람직하게는 약 100 미크론 내지 약 5mm, 더욱 바람직하게는 약 500 미크론 내지 약 3mm이다. 다른 방법으로, 하부 전극(300) 및 컨낵터(310)가 없을 수 있고 유전체(210)의 두께는 도전체(230)와 전극(220)을 용량적으로 결합시키도록 선택될 수 있거나 또는 커패시터(245)가 도전체(230)를 전극(220)에 접속시킬 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치(100)는 증착, 에칭, 기판상에 물질 주입, 또는 다른 처리를 기판(30)에 실행하는데, 특히, 기판 표면을 가로지르는 플라즈마 처리를 균일하게 하는데 유용하다. 장치(100)를 사용하기 위해서는, 처리 챔버(110)내에 기판을 배치하고, 가스 분배기(120)를 통해 제어압력으로 처리 챔버(110)내에 처리 가스를 유입시킨다. 처리 가스 흐름 속도, 챔버 압력, 및 기판 온도는 처리에 따라 달라진다. 기판(30)상에 코팅을 증착하는 화학적 기상 증착(CVD)처리는 뉴욕, McGraw-Hill Publishing Co., Sze 에 의해서 출판된 VLSI Technology 2판 챕터 9에 기술되어 있고 본 발명에서 참조하고 있다. 기판상에 SiO2를 증착시키는 통상적인 화학적 기상 증착(CVD)처리는, (i) 실리콘 소오스 가스, 예를 들면 SiH4또는 SiCl2H2, 및 CO2, H2O, 또는 N2O 와 같은 산소 소오스 가스, 또는 (ii) Si(OC2H5)4와 같은 실리콘과 산소 둘다를 함유하는 단일 가스와 같은 처리 가스를 사용한다. 통상적으로 기판상에 실리콘 또는 Si3N4를 증착하는 CVD 처리는 SiH4, NH3, N2, B2H6, HCl, 및 PH3와 같은 가스를 사용한다. 다른 종래 CVD 처리 가스는 NH3, AsH3, B2H6, HCl, PH3및 SiH4를 함유한다. McGraw-Hill Publishing Company(1988), S.M. Sze 가 출판한 VLSI Technology 2 판 챕터 5에 기술되고 본 발명에서 참고하고 있는 플라즈마 에칭 처리를 위해 본 장치(100)가 사용될 수 있다. BCl3, Cl2, SF6, NF3, CF4, CFCl3, CF2Cl2, CF3Cl, CHF3, C2ClF5등과 같은 처리 가스가 통상적인 에칭 처리에 사용되고, 레지스트 에칭 처리는 산소가 함유된 가스를 사용하여 기판상의 레지스트를 에칭한다. 기판(30)을 세척하기 위해 NF3를 사용하는 플라즈마 처리는 Chang등에 의해 출원된 미국 특허 번호 제5,201,990호에 개시되어 있으며 본 발명에서 참조하고 있다. 통상적으로, 처리 가스 흐름 속도는 50 내지 3000 sccm 이고, 챔버 압력은 1m Torr 내지 100 Torr 범위이고, 기판 온도는 25 내지 500℃ 범위이다.
따라서, 상술한 기판 지지 부재(200)는 기판의 에지 이상으로 플라즈마을 확장시키고 프라즈마를 안정화시켜 기판을 가로지르는 플라즈마를 균일하게 하는데 유용하다. 더욱이, 기판 지지부재(200)는 제조가 용이하고 처리 챔버 내에서 정전기 처크를 교체하는데 도움이 된다.
비록 본 발명을 바람직한 실시예와 관련하여 상세하게 설명했지만, 다른 실시예도 가능하며, 본 발명의 범주 내로부터 벗어나지 않고 실시가능하다. 예를들면, 인터포저가 다른 구성과 구조로 이루어질 수 있는 것은 이 분야에서 숙련된자이면 누구에게나 명백하다. 따라서, 첨부한 청구범위는 본 발명에서 설명한 바람직한 실시예로 한정되지 않는다.

Claims (52)

  1. 전극을 덮으며, 기판을 수용할 수 있는 표면을 갖는 유전체,
    상기 전극과 용량성으로 결합할 수 있는 도전체, 및
    상기 도전체에 RF 전압을 공급하는 전압원을 구비하는 것을 특징으로 하는 챔버 내에서 기판을 지지할 수 있는 지지 부재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전체와 상기 전극 사이에 유전 물질을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 지지 부재.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 도전체와 상기 전극 사이의 상기 유전 물질의 두께는 상기 유전 물질을 통해 상기 도전체와 상기 전극을 용량성으로 결합할 수 있도록 선택되는 것을 특징으로 하는 지지 부재.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 도전체와 상기 전극 사이의 상기 유전 물질의 두께는 약 25 미크론 내지 500 미크론인 것을 특징으로 하는 지지 부재.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극에 전압을 공급하는 컨낵터를 더구비하고, 상기 도전체가 상기 컨낵터와 용량성으로 결합할 수 있는 것을 특징으로 하는 지지 부재.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 컨낵터가 도전성 부재로 된 것을 특징으로 하는 지지 부재.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 도전체와 상기 전극 사이에 커패시터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 지지 부재.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 도전체와 상기 전극 사이에 유전 물질을 더 구비하고, 상기 유전 물질은 이를 통해 DC 결합이 이루어지는 것을 거의 방지할 수 있을 정도로 충분히 두꺼운 것을 특징으로 하는 지지 부재.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 커패시터는 약 800 pF 내지 약 7nF 의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 지지 부재.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극에 전압을 공급할 수 있는 컨낵터와 상기 도전체 사이에 커패시터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 지지 부재.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극이 상기 유전체 내에 있는 것을 특징으로 하는 지지 부재.
  12. 제 1 항에 있어서,
    정전기 처킹(chucking) 전압을 상기 전극에 공급하는 DC 전압원을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 지지 부재.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전체는 제 1 도전체 및 상기 제 1 도전체에 전기적으로 접속되는 인터포저를 구비하는 것을 특징으로 하는 지지 부재.
  14. 챔버 내로 처리 가스를 유입시키는 가스 분배기,
    전극을 덮으며, 기판을 수용할 수 있는 표면을 갖는 유전체,
    상기 전극와 용량성으로 결합할 수 있는 도전체, 및
    상기 도전체에 가스 에너자이징 전압(gas energizing voltage)을 공급하는 전압원을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 내에서 기판을 처리할 수 있는 처리 챔버.
  15. 제 14 항에 있어서,
    컬러(collar)를 더 구비하고, 상기 도전체는 상기 컬러를 통해 상기 플라즈마와 용량성으로 결합할 수 있는 것을 특징으로 하는 처리 챔버.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 도전체와 상기 전극 사이에 유전 물질을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 처리 챔버.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 도전체와 상기 전극 사이의 상기 유전 물질의 두께는 상기 유전 물질을 통해 상기 도전체와 상기 전극을 용량성으로 결합시킬 수 있도록 선택되는 것을 특징으로 하는 처리 챔버.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 도전체와 상기 전극 사이에 커패시터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 처리 챔버.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 도전체와 상기 전극 사이에 유전 물질을 더 구비하고, 상기 유전 물질은 이를 통해 DC 결합이 이루어지는 것을 거의 방지할 수 있을 정도로 충분히 두꺼운 것을 특징으로 하는 처리 챔버.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 도전체는 제 1 도전체 및 상기 제 1 도전체에 전기적으로 접속되는 인터포저를 구비하는 것을 특징으로 하는 처리 챔버.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 도전체의 주변부 상에 컬러(collar)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 처리 챔버.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 도전체의 상기 주변부가 상기 전극 이상으로 뻗는 것을 특징으로 하는 처리 챔버.
  23. 챔버 내로 처리 가스를 유입시키는 가스 분배기,
    전극을 덮으며, 기판을 수용하는 수용 표면을 갖는 유전체,
    제 1 도전체 및 상기 제 1 도전체와 상기 유전체 사이의 인터포저를 구비하는 도전체, 및
    상기 전극에 가스 에너자이징 전압을 공급할 수 있는 전압원을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 내에서 기판을 처리할 수 있는 처리 챔버.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 전압원은 상기 전압을 상기 전극에 간접적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 처리 챔버.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 인터포저는 상기 전극과 용량성으로 결합할 수 있는 것을 특징으로 하는 처리 챔버.
  26. 전극을 덮으며, 기판을 수용할 수 있는 표면을 갖는 유전체,
    상기 전극에 전압을 공급할 수 있는 컨낵터, 및
    상기 컨낵터와 용량성으로 결합할 수 있는 도전체를 구비하는 것을 특징으로 하는 챔버 내에서 기판을 지지할 수 있는 지지 부재.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 도전체에 RF 전압을 공급하는 전압원을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 지지 부재.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 컨낵터에 RF 전압을 공급하는 전압원을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 지지 부재.
  29. 제 26 항에 있어서,
    상기 도전체와 상기 컨낵터 사이에 유전 물질을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 지지 부재.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 도전체와 상기 컨낵터 사이의 상기 유전 물질의 두께는 상기 유전 물질을 통해 상기 도전체와 상기 전극을 용량성으로 결합시킬 수 있도록 선택되는 것을 특징으로 하는 지지 부재.
  31. 제 26 항에 있어서,
    상기 컨낵터는 도전성 부재로 된 것을 특징으로 하는 지지 부재.
  32. 제 26 항에 있어서,
    상기 도전체와 상기 컨낵터 사이에 커패시터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 지지 부재.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 커패시터는 약 800 pF 내지 7 nF 의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 지지 부재.
  34. 제 26 항에 있어서,
    상기 컨낵터를 통해 상기 전극에 정전기 처킹 전압을 공급하는 DC 전압원을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 지지 부재.
  35. 제 26 항에 있어서,
    상기 도전체는 제 1 도전체 및 상기 제 1 도전체에 전기적으로 접속되는 인터포저를 구비하는 것을 특징으로 하는 지지 부재.
  36. 챔버 내로 처리 가스를 유입시키는 가스 분배기,
    전극을 덮으며, 기판을 수용할 수 있는 표면을 갖는 유전체,
    상기 전극에 전압을 공급하는 컨낵터,
    상기 컨낵터와 용량성으로 결합할 수 있는 도전체, 및
    상기 도전체 또는 상기 전극에 가스 에너자이징 전압을 공급하는 전압원을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 내에서 기판을 처리할 수있는 처리 챔버.
  37. 제 36 항에 있어서,
    컬러를 더 구비하고, 상기 도전체는 상기 컬러를 통해 플라즈마와 용량성으로 결합할 수 있는 것을 특징으로 하는 처리 챔버.
  38. 제 36 항에 있어서,
    상기 도전체와 상기 컨낵터 사이에 유전 물질을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 처리 챔버.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 도전체와 상기 컨낵터 사이의 상기 유전 물질의 두께는 상기 유전 물질을 통해 상기 도전체와 상기 컨낵터를 용량성으로 결합시킬 수 있도록 선택되는 것을 특징으로 하는 처리 챔버.
  40. 제 36 항에 있어서,
    상기 도전체와 상기 컨낵터 사이에 커패시터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 처리 챔버.
  41. 처리 영역 내에서 전극을 덮는 유전체를 구비한 지지 부재 상에 기판을 지지하는 단계,
    상기 처리 영역 내에 처리 가스를 분배하는 분배 단계, 및
    상기 전극에 RF 전압을 직접 공급하지 않고 상기 전극으로부터 에너자이즈 가스(energized gas)에 RF 전력을 결합시킴으로서 처리 가스를 에너자이징 시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 처리 영역내에서 기판을 처리하는 방법.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 전극에 정전기 처킹 전압을 공급함으로서 상기 지지 부재상에 상기 기판을 정전기적으로 홀딩시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  43. 제 41 항에 있어서,
    상기 전극 하부의 도전체에 RF 전압을 공급하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 도전체로부터 상기 전극에 RF 전압을 용량성으로 결합시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  45. 제 43 항에 있어서,
    상기 도전체로부터 상기 에너자이즈 가스로 RF 전압을 용량성으로 결합시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  46. 처리 영역 내에서 전극을 구비하는 지지 부재상에 기판을 지지하는 단계,
    상기 처리 영역 내로 처리 가스를 유입시키는 단계,
    상기 전극 하부의 도전체에 전압을 공급하는 단계, 및
    상기 처리 가스를 에너자이징 시키기 위해 상기 도전체로부터 상기 전극에 상기 전압을 용량성으로 결합시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 처리 영역 내에서 기판을 처리 하는 방법.
  47. 제 46 항에 있어서,
    상기 전극에 정전기 처킹 전압을 공급함으로서 상기 지지 부재 상에 상기 기판을 정전기적으로 홀딩시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  48. 제 46 항에 있어서,
    상기 도전체에 RF 전압을 공급하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  49. 제 46 항에 있어서,
    상기 도전체로부터 상기 에너자이즈 가스에 전압을 용량성으로 결합시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  50. 처리 영역 내에서 전극을 구비하는 지지 부재 상에 기판을 지지하는 단계,
    상기 처리 영역으로 처리 가스를 유입시키는 단계,
    컨낵터를 통해 상기 전극에 가스 에너자이징 전압을 공급하는 단계, 및
    상기 컨낵터로부터 상기 전극 하부의 도전체로 상기 가스 에너자이징 전압을 용량성으로 결합시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 처리 영역내에서 기판을 처리하는 방법.
  51. 제 50 항에 있어서,
    상기 컨낵터를 통해 상기 전극에 정전기 처킹 전압을 공급함으로서 상기 지지 부재 상에 상기 기판을 정전기적으로 홀딩시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  52. 제 50 항에 있어서,
    상기 도전체로부터 상기 에너자이즈 가스에 전압을 용량성으로 결합시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
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