KR20030087079A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

상부 전극(15a) 및 하부 전극(15b)은 평행식으로 챔버(2)내에 설치된다. 이러한 전극 사이에서, 상부 전극(15a)은 전기적으로 접지된다. 하부 전극(15b)은 로우-패스 필터(14)를 거쳐 제 1 RF 발전기(13)에 그리고 하이-패스 필터(23)를 거쳐 제 2 RF 발전기(22)에 연결된다. 웨이퍼(W)는 고온 정전 척(ESC)에 의해 하부 전극(15b)의 상부에 대해 보유된다. RF 발전기(13, 22) 각각으로부터 제 1 및 제 2 RF 전력이 분배됨으로써, 플라즈마는 하부 전극(15b) 근방에 생성되고, 웨이퍼(W)는 플라즈마에 의해 처리된다. 이러한 절차에 의해, 플라즈마 처리시 높은 효율 및 단순한 구조를 갖는 플라즈마 처리 장치가 제공될 수 있다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESS APPARATUS}
플라즈마 처리 장치가 예컨대 반도체 기판 및 액정 기판의 제조 공정에 사용된다. 상기 장치는 플라즈마를 이용하여 이러한 기판상에 표면 처리를 수행한다. 플라즈마 처리 장치는, 예컨대 기판상에 에칭을 수행하는 플라즈마 에칭기(plasma etcher)와, 화학 증착법(chemical-vapor deposition: CVD)의 공정을 수행하는 플라즈마 증착 반응기(plasma deposition reactor)를 포함한다. 이러한 종류의 플라즈마 처리 장치중에서, 평행판 타입이 널리 사용되고 있는데, 이는 공정을 균일하게 수행하고 장비의 구조를 비교적 단순하게 하기 때문이다.
평행판 타입의 플라즈마 처리 장치는 챔버의 상하측부에 한 쌍의 평행판 전극을 갖는다. 하부 전극은 워크피스를 보유하기 위한 받침대(pedestal)를 갖는 한편, 상부 전극은 바닥측부상에 다수의 가스 유출구를 갖는다. 상부 전극이 공정 가스 공급원에 연결되고, 공정 가스는 처리시 가스 유출구를 거쳐 2개의 전극 사이의 공간(플라즈마 생성 공간)에 공급된다. 가스 유출구를 통해 공급된 공정 가스는 상부 전극에 공급된 무선 주파수(radio frequency: RF) 전력에 의해 이온화된다. 그 다음, 생성된 플라즈마는 하부 전극에 인가된 다른 RF 전력에 의해 하부 전극 근방으로 끌어당겨지며, 이의 주파수는 전자보다 낮아진다. 그 다음, 하부 전극에 인접하게 위치된 워크피스는 끌어당겨진 플라즈마에 의해 특정 표면 처리로 처리된다.
상술된 평행판 타입의 플라즈마 처리 장치에 관하여, 상부 전극 근방에 생성된 플라즈마의 농도는, 플라즈마가 하부 전극에 인접한 워크피스에 도달할 때까지 감소된다. 이러한 농도의 감소는 주요한 문제점이며, 이는 공정 효율을 악화시키기 때문이다.
게다가, 상부 전극을 통하여 공정 가스 또는 챔버 온도 제어용 냉매를 위한 파이프를 설치하는 것은 어렵다.
본 발명은 상기의 고려 사항에서 이루어진 것이다. 그리고, 본 발명의 목적은 플라즈마 처리시 높은 효율을 가지며 단순한 구조체를 갖는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.
발명의 요약
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 다수의 구성요소를 가지며, 그 내부에서 워크피스가 특정 공정으로 처리되는 챔버(2)와, 상기 구성요소중의 하나로서 설치되어 전기적으로 접지된 제 1 전극(15a)과, 상기 구성요소중의 하나로서 설치되어 제 1 및 제 2 무선 주파수 전력으로 공급된 제 2 전극(15b)과, 상기 무선 주파수 전력을 상기 제 2 전극(15b)에 인가함으로써 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 생성된 플라즈마를 함유하는, 상기 챔버(2)의 특정 영역을 포함하는, 플라즈마 처리 장치가 제공되어 있다.
상기 구조체에 있어서, 제 1 및 제 2 RF 전력 양자가 제 2 전극(15b)에 인가되며 제 1 전극(15a)이 접지되기 때문에, 플라즈마는 주로 제 2 전극(15b) 근방에 생성된다. 따라서, 제 2 전극(15b) 근방에 워크피스를 위치시킴으로써, 플라즈마 처리가 플라즈마를 이동시키지 않고 수행되며, 플라즈마 농도의 감소에 기인한 공정 효율의 악화가 방지된다.
게다가, 제 1 전극(15a)이 접지되고 RF 발전기 또는 필터를 반드시 설치할 필요가 없기 때문에, 플라즈마 처리 장치의 구조체는 단순해진다. 따라서, 공정 가스 및 냉매용 파이프가 제 1 전극(15a)을 통과하는 구조를 얻기 쉽다.
상기 구조체는, 상기 제 2 전극(15b)과 상기 제 1 무선 주파수 전력을 분배하는 제 1 외부 무선 주파수 발전기 사이에 연결된 로우-패스 필터(low-pass filter)(14)와, 상기 제 2 전극(15b)과 상기 제 2 무선 주파수 전력을 분배하는 제 2 외부 무선 주파수 발전기 사이에 연결된 하이-패스 필터(high-pass filter)(23)를 더 포함할 수 있으며, 상기 하이-패스 필터(23)는 상기 제 1 무선 주파수 발전기에 의해 분배된 상기 제 1 무선 주파수 전력이 통과하는 것을 실질적으로 방지하며, 상기 로우-패스 필터(14)는 상기 제 2 무선 주파수 발전기에 의해 분배된 상기 제 2 무선 주파수 전력이 통과하는 것을 실질적으로 방지한다.
또한, 이러한 구조체를 가짐으로써, RF 발전기의 고장 및 전력 손실이 방지되며, 이들 양자는 제 2 RF 발전기내로의 제 1 RF 발전기의 제 1 RF 전력의 누설에 기인하거나 혹은 그 반대이다. 따라서, 또한 플라즈마 처리의 효율이 달성된다.
상기 로우-패스 필터(14)는 상기 제 1 무선 주파수 발전기에 평행식으로 연결된 커패시터(C1, C2)와, 상기 제 2 전극(15b)으로 분배된 상기 제 1 무선 주파수 전력을 통과시키는 인덕터(L)를 갖는다. 이 인덕터(L)는 그 자신의 기생 커패시턴스(parasitic capacitance)를 갖는 상기 평행식 공진 회로(parallel resonance circuit)를 이루고, 그의 공진 주파수가 상기 제 2 무선 주파수 전력의 주파수 주위에 있는 경우, 제 2 RF 전력을 효율적으로 차단하고 제 2 RF 전력의 손실을 방지하여, 인덕터(L)의 용량을 작게 유지시킨다.
본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 다수의 구성요소를 가지며, 그 내부에서 워크피스가 특정 공정으로 처리되는 챔버(2)와, 상기 구성요소중의 하나로서 설치되어 전기적으로 접지된 제 1 전극(15a)과, 상기 구성요소중의 하나로서 설치되어 제 1 및 제 2 무선 주파수 전력으로 공급된 제 2 전극(15b)과, 상기 제 2 전극(15b)에 인접한 상기 워크피스를 탑재하여 상기 워크피스를 가열하기 위해 사용된 척(ESC)과, 컨덕터로 이루어지고 상기 제 2 전극(15b)에 전기용량적으로 결합되어, 상기 척(ESC)을 냉각시키기 위한 냉매를 통과시키도록 사용된 냉각 채널과, 상기 무선 주파수 전력을 상기 제 2 전극(15b)에 인가함으로써 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 생성된 플라즈마를 함유하는, 상기 챔버(2)의 특정 영역을 포함하는, 플라즈마 처리 장치가 제공되어 있다.
상기 구조체에 있어서, 제 1 및 제 2 RF 전력 양자가 제 2 전극(15b)에 인가되고 제 1 전극(15a)이 접지되기 때문에, 플라즈마는 주로 제 2 전극(15b) 근방에 생성된다. 따라서, 제 2 전극(15b) 근방에 워크피스를 위치시킴으로써, 플라즈마 처리가 플라즈마를 이동시키지 않고 수행되며, 플라즈마 농도의 감소에 기인한 공정 효율의 악화가 방지된다.
게다가, 제 1 전극(15a)이 접지되고 RF 발전기 또는 필터를 반드시 설치할 필요가 없기 때문에, 플라즈마 처리 장치의 구조는 단순해진다. 따라서, 공정 가스 및 냉매용 파이프가 제 1 전극(15a)을 통과하는 구조를 얻기 쉽다.
추가적으로, 상기 구조체에 있어서, 제 2 RF 전력은 높은 융해점의 금속으로 이루어진 와이어를 이용하지 않고 제 2 전극(15b)에 분배되어, 일반적으로 높은 저항성을 갖는다. 따라서, 제 2 RF 전력의 손실이 감소되고, RF 전력의 사용시 높은 효율의 공정이 성취된다.
상기 구조체는, 상기 제 2 전극(15b)과 상기 제 1 무선 주파수 전력을 분배하는 제 1 외부 무선 주파수 발전기 사이에 연결된 로우-패스 필터(14)와, 상기 냉각 채널과 상기 제 2 무선 주파수 전력을 분배하는 제 2 외부 무선 주파수 발전기 사이에 연결된 하이-패스 필터(23)를 더 포함할 수 있으며, 상기 하이-패스 필터(23)는 상기 제 1 무선 주파수 발전기에 의해 분배된 상기 제 1 무선 주파수 전력이 통과하는 것을 실질적으로 방지하며, 상기 로우-패스 필터(14)는 상기 제 2 무선 주파수 발전기에 의해 분배된 상기 제 2 무선 주파수 전력이 통과하는 것을 실질적으로 방지한다.
또한 이러한 구조체를 가짐으로써, 상기 로우-패스 필터(14)는 상기 제 1 무선 주파수 발전기에 평행식으로 연결된 커패시터(C1, C2)와, 상기 제 2 전극(15b)으로 분배된 상기 제 1 무선 주파수 전력을 통과시키는 인덕터(L)를 갖는다. 상기 인덕터(L)는 그 자신의 기생 커패시턴스를 갖는 평행식 공진 회로를 이루며 그의 공진 주파수가 제 2 RF 전력의 주파수 주위에 있는 경우, 상기 제 2 RF 전력을 효율적으로 차단하고 제 2 RF 전력의 손실을 방지하여, 인덕터(L)의 용량을 작게 유지한다.
상술한 바와 같이, 제 2 RF 전력은 높은 융해점의 금속으로 이루어진 와이어를 이용함이 없이 제 2 전극(15b)에 분배된다. 더욱이, 상기 냉각 채널에 사용된 컨덕터의 융해점은 상기 제 2 전극(15b)에 사용된 컨덕터의 융해점, 또는 상기 제 2 전극(15b)에 상기 제 1 무선 주파수 전력을 분배하기 위해 사용된 와이어의 융해점보다 낮을 수 있다.
본 발명의 제 3 실시예에 따르면, 다수의 구성요소를 가지며, 그 내부에서 워크피스가 특정 공정으로 처리되는 챔버(2)와, 상기 구성요소중의 하나로서 설치된 전극과, 상기 전극상에 표면 탑재되고 상기 외부 무선 주파수 발전기와 상기 전극을 연결하는 임피던스 정합 회로와, 무선 주파수 전력을 상기 전극에 인가함으로써 상기 전극 사이에 생성된 플라즈마를 함유하는, 상기 챔버(2)의 특정 영역을 포함하는, 플라즈마 처리 장치가 제공되어 있다.
상기 구조체에 있어서, 임피던스 정합 회로가 전극상에 표면 탑재되기 때문에, RF 발전기에 의해 분배된 RF 전력의 손실은 감소된다. 따라서, 워크피스에 인가된 공정은 효율적일 수 있다. 게다가, 임피던스 정합 회로가 전극상에 표면 탑재되기 때문에, 회로를 저장하기 위한 박스와 같은 추가 장비가 필요 없다. 따라서, 플라즈마 처리 장치의 구조가 단순해지고, 공정 가스 및 냉매용 파이프가 전극을 관통하는 구조를 얻기 쉽다.
임피던스 정합 회로는 커패시터 및 인덕터(L)와 같은 표면 탑재된 패시브 소자를 포함한다.
본 발명은 반도체 웨이퍼와 같은 워크피스에 성막 및 에칭과 같은 공정을 수행하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 대한 플라즈마 처리 장치의 구조체를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 플라즈마 처리 장치내에 설치된 로우-패스 필터의 예를 도시한 도면,
도 3은 도 1의 플라즈마 처리 장치의 배플(baffle)을 도시한 도면,
도 4는 로우-패스 필터의 변형예를 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 대한 플라즈마 처리 장치의 구조체를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 대한 플라즈마 처리 장치의 구조체의 일부를 도시한 도면.
본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 다수의 구성요소를 구비하며 그 내부에서워크피스가 특정 공정으로 처리되는 챔버(2)와, 구성요소중의 하나로서 설치되어 전기적으로 접지된 제 1 전극(15a)과, 구성요소중의 하나로서 설치되어 제 1 및 제 2 RF 전력으로 공급되는 제 2 전극을 포함하며, 챔버(2)의 특정 영역은 제 2 전극(15b)에 제 2 RF 전력을 인가함으로써 제 1 및 제 2 전극 사이에 생성된 플라즈마를 함유한다.
제 1 실시예
본 발명의 실시예에 대한 세부 사항은 첨부된 도면을 이용하여 후술될 것이다. 본 발명의 이러한 실시예에 있어서, 화학 증착법의 공정을 수행하는 플라즈마 증착 반응기는 플라즈마 처리 장치(장비)의 예로서 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 대한 플라즈마 처리 장치의 구조체를 도시한 것이다. 본 발명의 제 1 실시예를 위한 플라즈마 처리 장치(1)는 평행판 타입으로서 구성되며, 챔버의 상하측부에 한 쌍의 평행판 전극을 갖는다. 본 장비는 반도체 웨이퍼[이하, 웨이퍼(W)로 언급함]의 표면상에, 예컨대 SiOF막을 형성하는 기능을 한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 플라즈마 처리 장치는 실린더형 챔버(2)를 갖는다. 챔버(2)는 양극 산화물 코팅(anodic oxide coating)(알루마이트)으로 처리된 알루미늄과 같은 도전성 물질로 이루어진다. 챔버(2)는 전기적으로 접지된다.
챔버(2)의 바닥부에 환기부(vent)(3)가 있다. 환기부(3)는 터보 분자 펌프(turbo-molecular pump)와 같은 진공 펌프를 갖춘 배기 시스템(4)에 연결된다. 배기 시스템(4)은 예컨대 0.01Pa보다 낮은 특정 압력으로 챔버(2)를 진공시킨다.게이트 밸브(5)가 개방된 상태로, 웨이퍼(W)는 챔버(2)와 로드로크 챔버(load-lock chamber) 사이로 이송되어, 챔버(2)(도시하지 않음) 옆에 위치된다.
유사 실린더형 서셉터 홀더(pseudo-cylindrical susceptor holder)(6)는 챔버(2)의 바닥부상에 놓인다. 서셉터 홀더(6)상에 웨이퍼(W)를 놓기 위한 서셉터(8)가 위치시킨다. 서셉터 홀더(6)와 서셉터(8) 사이의 계면부는 알루미늄 질화물과 같은 절연체(7)로 절연된다. 게다가, 서셉터 홀더(6)는 샤프트(9)를 거쳐 챔버(2)의 바닥부에 설치된 엘리베이터(도시하지 않음)에 연결되어, 상하로 이동할 수 있다.
서셉터(8)의 중앙 상부는 오목 디스크로 성형되어, 고온 정전 척(high-temperature electrostatic chuck: ESC)이 그 위에 탑재된다. 고온 정전 척(ESC)은 웨이퍼(W)와 유사한 형상을 가지며, 그 내에 하부 전극(15b)과 히터(H1)를 갖는다. 하부 전극(15b)은 몰리브덴과 같은 높은 융해점을 갖는 컨덕터로 이루어진다. 히터(H1)는 예컨대 니크롬선으로 구성되어 있다.
하부 전극(15b)은 몰리브덴과 같은 높은 융해점을 갖는 컨덕터로 이루어진 와이어를 거쳐 직류 발전기(HV)에 연결된다. 서셉터(8)상에 놓인 웨이퍼(W)는 하부 전극(15b)에 직류 발전기(HV)에 의해 발생된 직류 전압을 인가함으로써 정전기력에 의해 고온 정전 척(ESC)에 대하여 보유된다.
게다가, 하부 전극(15b)은 로우-패스 필터(14)를 거쳐 제 1 RF 발전기(13) 그리고 하이-패스 필터(23)를 거쳐 제 2 RF 발전기(22)에 연결된다. RF 발전기 양자는 평행식으로 직류 발전기(HV)에 연결된다.
제 1 RF 발전기(13)의 주파수는 0.1 내지 13MHz의 범위를 갖는다. 이러한 주파수 밴드는 예컨대 워크피스에 손상을 감소시킬 때 적용하는 것이 효율적이다.
제 2 RF 발전기(22)의 주파수는 13 내지 150MHz의 범위를 갖는다. 이러한 높은 주파수를 적용함으로써, 플라즈마는 바람직한 해리 상태로 그리고 챔버(2)내에 높은 밀도로 생성될 수 있다.
로우-패스 필터(14)는 제 2 발전기(22)에 의해 분배된 제 2 RF 전력이 통과하는 것을 실질적으로 방지한다. 따라서, 제 1 RF 발전기(13)내로의 제 2 RF 발전기(22)에 의해 발생된 제 2 RF 전력의 누설 그리고 후속의 전력 손실이 방지될 수 있다.
특히, 로우-패스 필터(14)는 예컨대 커패시터(C1)와, 인덕터(L)로 이루어진다. 도 2에 도시한 바와 같이, 인덕터(L)의 일 단부는 제 2 RF 발전기(13)에 연결되며, 그의 다른 단부는 커플링 커패시터(C2)를 거쳐 하부 전극(15b)에 연결된다. 게다가, 커패시터(C1)의 일단부는 인덕터(L)의 조인트 및 제 1 RF 발전기(13)에 연결되고, 그의 다른 단부는 접지된다.
하이-패스 필터(23)는 예컨대 제 2 RF 발전기(22)와 하부 전극(15b) 사이에 위치된 커패시터로 이루어진다. 하이-패스 필터(23)는 제 1 발전기(13)에 의해 발생된 제 1 RF 전력이 통과하는 것을 실질적으로 방지한다. 따라서, 제 2 RF 발전기(22)내로의 제 1 RF 발전기(13)에 의해 발생된 제 1 RF 전력의 누설 그리고 후속의 전력 손실이 방지될 수 있다.
히터(H1)는 로우-패스 필터(H3)를 거쳐 예컨대 통상의 발전기로 이루어진 히터 발전기(H2)에 연결된다. 고온 정전 척(ESC)은 히터 발전기(H2)에 의해 발생된 전압을 인가함으로써 가열된다. 여기서, 로우-패스 필터(H3)는 제 1 또는 제 2 RF 발전기에 의해 발생된 RF 전력이 히터 발전기(H2)내로 누설되는 것을 방지하기 위해 사용된다.
서셉터 홀더(6)의 중앙 바닥부는 예컨대 스테인리스강으로 이루어진 벨로우즈(bellows)(10)에 의해 덮여진다. 벨로우즈(10)는 2가지 부분으로 분리되는데, 하나는 챔버(2)내의 진공 부분이고, 다른 하나는 대기 노출된 부분이다. 벨로우즈(10)의 상부 및 하부는 서셉터 홀더(6)의 바닥 표면 및 챔버(2) 각각에 나사결합된다.
서셉터 홀더(6)의 내부에는 하부 냉각 채널(11)이 있다. 하부 냉각 채널(11)은 Fluorinert(등록상표)와 같은 냉매를 순환시킨다. 이러한 절차에 의해, 서셉터(8)의 온도 및 웨이퍼(W)의 표면 온도는 바람직하게 제어된다.
하부 냉각 채널(11)은 컨덕터로 이루어진다. 서셉터(8) 근방에 있는 그 중의 상부는 서셉터 홀더(6)와 절연체(7)의 계면부 주위의 냉매를 순환시키는 자켓(jacket)(11J)을 구성한다.
서셉터 홀더(6)에는 리프트 핀(12)이 있다. 리프트 핀(12)은 반도체 웨이퍼(W)를 전달하기 위해 사용되며, 실린더(도시하지 않음)에 의해 승강될 수 있다.
상부 전극(15a)은 서셉터(8)와 평행하게 그 위에 위치된다. 상부 전극(15a)은 접지되고, 그의 하측부는 예컨대 알루미늄으로 이루어진 플레이트 전극(16) 및다수의 가스 유출구(16a)를 갖는다. 챔버(2)의 천장은 절연체(17)를 거쳐 상부 전극(15a)을 지지한다. 상부 전극(15a)내에는 상부 냉각 채널(18)이 있다. 상부 냉각 채널(18)은 플로리너트와 같은 냉매를 순환시켜, 상부 전극(15a)의 온도를 바람직하게 제어한다.
게다가, 상부 전극(15a)은 가스 유출구(20)를 구비하며, 챔버(2)의 외부에 위치된 공정 가스 공급원(21)에 연결된다. 공정 가스 공급원(21)으로부터의 공정 가스는 가스 유출구(20)를 거쳐 상부 전극(15a)내의 중공 공간(도시하지 않음)에 분배된다. 공급된 공정 가스는 중공 공간내에 분산된 다음, 웨이퍼(W)를 향하여 가스 유출구(16a) 외부로 흐른다. 다양한 종류의 가스가 공정 가스로서 사용될 수 있다. SiOF 성막의 경우에는, 다음의 종래에 사용된 가스가 사용될 수 있는데, 이는 반응 가스인 SiF4, SiH4, O2, NF3및 NH3그리고 희석 가스인 Ar이다.
챔버(2)의 측벽은 배플(24)을 구비한다. 배플(24)은 양극 산화물(알루마이트)로 처리된 알루미늄과 같은 컨덕터로 이루어진다. 중앙에 홀을 갖는 디스크 형상의 구성요소가 있고, 서셉터(8)가 중앙 홀을 관통하는 구조체를 갖는다.
도 3은 배플(24)의 평면도를 도시한 것이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 배플(24)의 중앙에는 홀(24b)이 있고, 홀의 외주에는 다수의 반경방향 슬릿(24a)이 놓인다. 현재, 슬릿(24a)은 배플(24)을 통하여 수직방향으로 천공된 직사각형 슬릿이다. 가스를 통과시키는 반면 플라즈마를 차단하기 위하여 슬릿(24a)의 폭은 0.8 내지 1.0mm로 설정된다. 홀(24b)은 웨이퍼(W)의 면적과 거의 동일한 면적을갖는다.
처리시, 홀(24b)의 내측 에지는 웨이퍼(W)의 외측 에지에 바로 인접하게 위치된다. 게다가, 배플(24)의 슬릿(24a)은 웨이퍼(W)의 바닥 표면(즉, 환기부측) 아래에 위치된다. 따라서, 웨이퍼(W)의 처리할 표면은 배플(24)의 홀(24b)을 통하여 서셉터(8)와 상부 전극(15a) 사이에 생성된 플라즈마에 노출된다. 이러한 점에서, 플라즈마가 생성된 공간은 챔버(2)의 상부 및 상부 경계부용 플레이트 전극(16)에 의해, 그리고 웨이퍼(W) 및 하부 경계부용 배플(24)에 의해 결정된다. 그때, 플라즈마 농도는 일정하게 유지된다.
배플(24)은 또한 하부 전극(15b)에 인가된 RF 전력의 일부를 제 1 및 제 2 RF 발전기(13, 24) 각각으로 회수하는 기능을 한다. 특히, 제 1 및 제 2 RF 발전기(13, 22)에 의해 하부 전극(15b)에 인가된 RF 전력에서 나온 회수 전류는 배플(24)을 거쳐 각각의 RF 발전기와, 챔버(2)의 접지된 측벽으로 회수된다.
웨이퍼(W)상에 SiOF막을 형성하기 위해 사용된 경우에 있어서, 상기 구조에서의 플라즈마 처리 장치의 작동이 도 1을 이용하여 후술될 것이다.
우선, 서셉터 홀더(6)는 도시하지 않은 엘리베이터에 의해 웨이퍼(W)가 이송될 수 있는 위치로 이동된다. 게이트 밸브(5)가 개방된 후, 도시하지 않은 캐리어 아암(carrier arm)은 챔버(2)내의 웨이퍼(W)를 이송한다. 웨이퍼(W)는 서셉터(8)로부터 돌출하는 리프트 핀(12)상에 놓인다. 그 다음, 리프트 핀(12)은 철회되고, 웨이퍼(W)가 서셉터(8)상에 놓여, 고온 정전 척(ESC)의 정전기력에 의해 제 위치에 클램핑된다. 게이트 밸브(5)가 폐쇄된 후, 배기 시스템(4)은 특정 진공도가 달성될 때까지 챔버(2)로부터 공기를 배출시킨다. 그 다음, 도시하지 않은 엘리베이터가 서셉터 홀더(6)상으로 상승시킨다.
이러한 조건에 있어서, 서셉터(8)의 온도는 하부 냉각 채널(11)을 통하여 냉매를 순환시킴으로써 및/또는 히터 발전기(H2)로부터 히터(H1)에 전력을 인가함으로써 예컨대 50℃의 특정 레벨로 유지된다. 한편, 배기 시스템(4)은 또한 환기부(3)를 거쳐 챔버(2)로부터 공기를 배기하고, 챔버를 예컨대 0.01Pa의 고진공 상태로 되게 한다.
그리고 나서, SiF4, SiH4, O2, NF3및NH3와 같은 공정 가스 및 Ar의 희석 가스는 특정 유동율로 제어된 흐름의 상태로 공정 가스 공급원(21)으로부터 챔버(2)내로 분포된다. 상부 전극(15a)에 분포된 공정 가스 및 캐리어 가스는 플레이트 전극(16)의 가스 유출구(16a) 외부로 흘러, 웨이퍼(W)에 걸쳐 균일하게 퍼진다.
그 후, 예컨대 50 내지 150MHz의 주파수를 갖는 RF 전력이 제 2 RF 발전기(22)에 의해 하부 전극(15b)에 인가된다. 이러한 절차에 의해, RF 전계는 상부 전극(15a)과 하부 전극(15b) 사이에 발생되고, 상부 전극(15a)을 거쳐 제공된 공정 가스는 이온화되어 플라즈마가 생성된다. 한편, 예컨대 1 내지 4MHz의 주파수를 갖는 RF 전력은 제 1 RF 발전기(13)에 의해 하부 전극(15b)에 인가된다. 결과로서, 플라즈마내의 이온은 서셉터(8)를 향하여 끌어당겨지고, 웨이퍼(W)의 표면에 인접한 플라즈마의 농도는 증가한다. 상술한 바와 같이, 공정 가스중의 플라즈마는 상부 전극(15a)과 하부 전극(15b) 사이의 RF 전계의 발생에 의해 생성된다.그 후, SiOF막은 플라즈마에 기인한 웨이퍼 표면상에 발생된 화학 반응에 의해 웨이퍼(W)의 표면상에 형성된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 대한 플라즈마 처리 장치에 있어서, 제 1 및 제 2 RF 발전기에 의해 발생된 RF 전력 양자는 하부 전극(15b)에 인가되는 한편, 상부 전극(15a)은 접지된다. 따라서, 플라즈마는 하부 전극 근방에 주로 생성되고, 웨이퍼(W)에 도달할 때까지의 플라즈마 농도의 감소는 방지될 수 있다.
게다가, 제 1 전극(15a)가 접지되며 특정 RF 발전기 또는 필터가 제 1 전극 주위에 설치되기 때문에, 플라즈마 처리 장치의 구조는 단순해진다. 따라서, 공정 가스 및 냉매용 파이프는 제 1 전극(15a)을 관통하는 구조체를 갖기 쉽다.
그런데, 플라즈마 처리 장치의 구조는 상술된 것에 한정되지 않는다.
예를 들면, 배플(24)은 세라믹과 같은 절연체가 배플의 외측부와 챔버(2)의 내벽 사이에 설치되는 구조체를 가질 수 있다. 이러한 경우, 배플과 챔버(2)의 내벽 사이의 전기적 접촉부를 제한함으로써 RF 전력 손실의 추가적인 감소가 성취될 수 있다.
게다가, 배플(24)의 재료는 양극 산화물 코팅(알루마이트)으로 처리된 알루미늄에 한정되지 않는다. 컨덕터이며 높은 플라즈마 저항성을 갖는다면 알루미나 및 산화이트륨과 같은 다른 재료가 사용될 수 있다. 이러한 조건을 만족시킴으로써, 배플(24)은 높은 플라즈마 저항성을 필요로 하며, 전체적으로 플라즈마 처리 장치(1)는 높은 정비성을 성취한다.
본 발명의 상기 실시예에 있어서, 반도체 웨이퍼상에 SiOF막을 형성하기 위한 평행판 타입의 플라즈마 처리 장치가 기술되어 있다. 그러나, 워크피스는 반도체 웨이퍼에 한정되지 않으며, 이러한 장비는 액정 표시기와 같은 다른 장치를 제조하는데 사용될 수 있다. 게다가, 형성할 막은 SiO2, SiN, SiC, SiCOH 및 CF와 같은 다른 재료일 수 있다.
워크피스에 인가된 플라즈마 처리는 성막에 한정되지 않는다. 에칭과 같은 다른 처리가 본 발명에 의해 수행될 수 있다. 또한, 적당한 플라즈마 처리 장치는 평행판 타입의 것에 한정되지 않는다. 마그네트론 타입(magnetron type)과 같은 다른 플라즈마 처리 장치도 챔버내에 전극을 가진다면 적용가능하다.
도 4에 도시한 바와 같이, 로우-패스 필터의 인덕터(L)는, 인덕터(L)의 코일에 의해 생성된 권선 커패시턴스(wiring capacitance)[또는 다른 기생 커패시턴스(parasitic capacitance)](Cp)를 갖는 평행식 공진 회로를 형성할 수 있다. 이러한 경우, 평행식 공진 회로의 공진 주파수는 제 2 RF 발전기(22)에 의해 발생된 RF 전력의 것과 거의 동일해야 한다.
도 4에 도시한 로우-패스 필터의 구조체를 적용함으로써, 전력 손실은 제 2 RF 발전기(22)에 의해 발생된 RF 전력의 누설을 효율적으로 제한함으로써 방지될 수 있어, 인덕터(L)의 용량을 작게 유지한다.
제 2 실시예
본 발명의 제 2 실시예는 도 5를 이용하여 후술될 것이다. 도 5의 참조 부호는 동일한 구성요소에 대해 도 1의 것과 동일한 것이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(1)의 구조체는 후술된 점을 제외하면 본 발명의 제 1 실시예의 것과 실제적으로 동일하다. 로우-패스 필터(14)의 구조는 예컨대 도 4에 도시한 것과 동일할 수 있다.
도 5에 도시한 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서, 고온 정전 척(ESC)내에 개재된 재킷(jacket)(11J) 및 하부 전극(15b)은 전기용량적으로 결합된다. 다시 말하면, 재킷(11J) 및 하부 전극(15b)은 커패시터의 전극을 구성한다.
제 2 RF 발전기(22)는 하이-패스 필터(23)를 통하여 하부 냉각 채널(11)에 연결된다. 제 2 RF 발전기(22)에 의해 발생된 RF 전력은 재킷(11J) 및 하부 전극(15b)으로 이루어진 커패시터를 거쳐 하부 전극(15b)에 인가된다.
도 5에 도시한 본 발명의 제 2 실시예에 대한 플라즈마 처리 장치에 있어서, 제 2 RF 발전기(22)에 의해 발생된 RF 전력은 높은 융해점의 금속으로 이루어진 와이어를 이용하지 않고 하부 전극(15b)에 분배되어, 일반적으로 높은 저항성을 갖는다. 따라서, RF 전력의 손실은 감소될 수 있고, RF 전력의 사용시 보다 높은 효율을 갖는 플라즈마 처리가 성취될 수 있다.
제 3 실시예
본 발명의 제 3 실시예는 도 6을 이용하여 후술될 것이다. 도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 대한 플라즈마 처리 장치의 일부의 단면을 도시한 것이다. 도 6의 참조 부호는 동일한 구성요소를 위한 도 1의 것과 동일하다.
도 6의 플라즈마 처리 장치의 구조체는 후술한 점을 제외하면 도 1의 것과실제적으로 동일하다. 도 6에 도시한 바와 같이, 이러한 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상부 전극(15a)은 접지되지 않는다. 변형예로는, 정합 회로(matching circuit)를 거쳐 제 2 RF 발전기(22)에 연결되어, 전극(15a)의 [챔버(2)의 내부에 대향된] 상측부상에 표면 탑재된다. 게다가, 상부 전극(15a)과 챔버(2) 사이에 갭이 있어 정합 회로(25)를 저장한다. 정합 회로(25)는 도 6에 도시한 바와 같이 가변 커패시터(VC1, VC2) 및 인덕터(L)로 이루어진다.
각각의 가변 커패시터(VC1, VC2)는 회전자 및 고정자로 이루어진다. 가변 커패시터(VC1)의 회전자는 인덕터(L)를 거쳐 가변 커패시터(VC2)의 것에 연결된다. 가변 커패시터(VC2)의 고정자는 리드 와이어(lead wire)를 이용하지 않고 상부 전극(15a)의 중앙부상에 표면 탑재된다. 제 1 RF 발전기(13)는 가변 커패시터(VC1)의 조인트 및 인덕터(L)에 연결된다.
가변 커패시터(VC2)는 상부 전극(15a)의 중앙부상에 반드시 탑재되는 것은 아니다. 그러나, 제 2 RF 발전기(22)에 의해 발생된 RF 전력을 제 1 전극(15a)상에 균일하게 인가되도록 하기 위해, 상부 전극(15a)의 중앙부상에 가변 커패시터(VC2)를 탑재하는 것이 바람직하다.
가변 커패시터(VC1)의 회전자는 회전자의 축에 대응하는 샤프트(S1)를 갖는다. 샤프트(S1)는 모터(M1)에 연결되어 샤프트(S1)를 회전시키기 위해 사용된다. 가변 커패시터(VC1)의 커패시턴스는 샤프트(S1)를 회전시키는 모터(M1)를 구동시키기 위한 제어 회로(도시하지 않음)를 작동시킴으로써 변경될 수 있다.
유사하게는, 가변 커패시터(VC2)의 회전자는 샤프트(S2)를 가지며, 모터(M2)가 이에 연결된다. 가변 커패시터(VC2)의 커패시턴스는 회전자는 샤프트(S2)를 회전시키는 모터(M2)를 구동시키기 위한 제어 회로(도시하지 않음)를 작동시킴으로써 변경될 수 있다.
게다가, 상부 냉각 채널(18)은 상부 냉매 유출 파이프(18a)와, 상부 냉매 배출 파이프(18b)를 구비한다. 도 6에 도시한 바와 같이, 상부 냉매 유출 파이프(18a) 및 상부 냉매 배출 파이프(18b) 양자는 상술된 갭내에 설치되어, 상부 전극(15a)의 내부 및 챔버(2)의 외부를 연결한다. 가스 유출구(20)는 갭내에 설치되어, 상부 전극(15a)의 내부 및 공정 가스 공급원(21)을 연결한다.
도 6에 도시한 구조체를 갖는 플라즈마 처리 장치를 이용하여 SiOF막을 성막하는 경우, 작업자는 모터(M1, M2)를 구동하기 위한 전술한 제어 회로를 조작한다. 그 다음, 가변 커패시터(VC1, VC2)의 커패시턴스를 조정함으로써, 작업자는 임피던스 정합을 수행한다.
그 다음, 공정 가스 및 캐리어 가스는 상부 전극(15a)내에 공급되며, 웨이퍼(W)를 향하여 플레이트 전극(16)의 가스 유출구(16a) 외부로 흐른다. 가스가 흐르는 동안, 제 2 RF 발전기(22)로부터 분배되는, 예컨대 50 내지 150MHz의 주파수를 갖는 RF 전력이 상부 전극(15a)에 인가된다. 이러한 절차에 의해, RF 전계가 상부 전극(15a)과 하부 전극(15b) 사이에 생성되고, 상부 전극(15a)으로부터 공급된 공정 가스는 이온화되어 플라즈마를 생성한다. 한편, 예컨대 1 내지 4MHz의 주파수를 갖는 RF 전력은 제 1 RF 발전기(13)로부터 하부 전극(15b)에 인가된다. 이러한 절차에 의해, 플라즈마내의 활성종(active species)은 서셉터(8) 근방에 끌어당겨져, 웨이퍼(W)의 표면에 인접한 플라즈마 농도를 증가시킨다. 상술한 바와 같이, 공정 가스중의 플라즈마는 상부 전극(15a)과 하부 전극(15b) 사이의 RF 전력의 발생에 의해 생성된다. 그 후, SiOF막은 플라즈마에 기인한 웨이퍼 표면상에 발생된 화학 반응에 의해 웨이퍼(W)의 표면상에 형성된다.
도 6에 도시한 플라즈마 처리 장치(1)에 관하여, 제 2 RF 발전기(22)에 의해 발생된 RF 전력의 손실이 감소될 수 있고, 정합 회로(25)가 상부 전극(15a)상에 표면 탑재되므로 플라즈마 처리가 보다 효율적이게 된다. 게다가, 정합 회로(25)가 표면 탑재되기 때문에, 정합 회로(25)를 저장하기 위한 박스와 같은 추가 장비가 필요 없다. 따라서, 플라즈마 처리 장치의 구조는 단순해지고, 전극을 관통하는 공정 가스 및 냉매용 파이프를 설치하기가 쉽다.
본 발명은 플라즈마 처리에서 높은 효율 및 단순한 구조를 가지는 플라즈마 처리 장치를 제공하고 있다. 본 출원은 2001년 12월 13일에 출원된 일본 특허 출원 제 2001-380168 호에 근거한 것으로, 명세서, 청구의 범위, 도면 및 개요를 포함하고 있다. 전술한 일본 특허 출원의 개시 사항은 전적으로 참조에 의해 본 명세서에 포함되어 있다.
본 발명은 성막 및 에칭과 같은 플라즈마 처리를 실행하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 반도체 웨이퍼와 같은 워크피스에 적용된다.

Claims (9)

  1. 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    다수의 구성요소를 가지며, 그 내부에서 워크피스가 특정 공정으로 처리되는 챔버(2)와,
    상기 구성요소중의 하나로서 설치되어 전기적으로 접지된 제 1 전극(15a)과,
    상기 구성요소중의 하나로서 설치되어 제 1 및 제 2 무선 주파수 전력으로 공급된 제 2 전극(15b)과,
    상기 제 2 무선 주파수 전력을 상기 제 2 전극(15b)에 인가함으로써 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 생성된 플라즈마를 함유하는 상기 챔버(2)의 특정 영역을 포함하는
    플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전극(15b)과 상기 제 1 무선 주파수 전력을 분배하는 제 1 외부 무선 주파수 발전기 사이에 연결된 로우-패스 필터(14)와,
    상기 제 2 전극(15b)과 상기 제 2 무선 주파수 전력을 분배하는 제 2 외부 무선 주파수 발전기 사이에 연결된 하이-패스 필터(23)를 더 포함하며,
    상기 하이-패스 필터(23)는 상기 제 1 무선 주파수 발전기에 의해 분배된 상기 제 1 무선 주파수 전력이 통과하는 것을 실질적으로 방지하며,
    상기 로우-패스 필터(14)는 상기 제 2 무선 주파수 발전기에 의해 분배된 상기 제 2 무선 주파수 전력이 통과하는 것을 실질적으로 방지하는
    플라즈마 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 로우-패스 필터(14)는 상기 제 1 무선 주파수 발전기에 평행식으로 연결된 커패시터(C1, C2)와, 상기 제 2 전극(15b)으로 분배된 상기 제 1 무선 주파수 전력을 통과시키는 인덕터(L)를 구비하며, 상기 제 2 무선 주파수 전력의 주파수 주위에 있는 평행식 공진 회로의 공진 주파수의 경우, 상기 인덕터(L)는 그 자신의 기생 커패시턴스를 갖는 상기 평행식 공진 회로를 이루는
    플라즈마 처리 장치.
  4. 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    구성요소를 가지며, 그 내부에서 워크피스가 특정 공정으로 처리되는 챔버(2)와,
    상기 구성요소중의 하나로서 설치되어 전기적으로 접지된 제 1 전극(15a)과,
    상기 구성요소중의 하나로서 설치되어 제 1 무선 주파수 전력으로 공급된 제 2 전극(15b)과,
    상기 제 2 전극(15b)에 인접한 상기 워크피스를 탑재하여 상기 워크피스를 가열하기 위해 사용된 척(ESC)과,
    컨덕터로 이루어지고 상기 제 2 전극(15b)에 전기용량적으로 결합되어, 상기 척(ESC)을 냉각시키기 위한 냉매를 통과시키도록 사용된 냉각 채널과,
    상기 냉각 채널을 통해 제 2 무선 주파수 전력을 상기 제 2 전극(15b)에 인가함으로써 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 생성된 플라즈마를 함유하는 상기 챔버(2)의 특정 영역을 포함하는
    플라즈마 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 전극(15b)과 상기 제 1 무선 주파수 전력을 분배하는 제 1 외부 무선 주파수 발전기 사이에 연결된 로우-패스 필터(14)와,
    상기 냉각 채널과 상기 제 2 무선 주파수 전력을 분배하는 제 2 외부 무선 주파수 발전기 사이에 연결된 하이-패스 필터(23)를 더 포함하며,
    상기 하이-패스 필터(23)는 상기 제 1 무선 주파수 발전기에 의해 분배된 상기 제 1 무선 주파수 전력이 통과하는 것을 실질적으로 방지하며,
    상기 로우-패스 필터(14)는 상기 제 2 무선 주파수 발전기에 의해 분배된 상기 제 2 무선 주파수 전력이 통과하는 것을 실질적으로 방지하는
    플라즈마 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 로우-패스 필터(14)는 상기 제 1 무선 주파수 발전기에 평행식으로 연결된 커패시터(C1, C2)와, 상기 제 2 전극(15b)으로 분배된 상기 제 1 무선 주파수 전력을 통과시키는 인덕터(L)를 가지며, 상기 제 2 무선 주파수 전력의 주파수 주위에 있는 평행식 공진 회로의 공진 주파수의 경우, 상기 인덕터(L)는 그 자신의 기생 커패시턴스를 갖는 상기 평행식 공진 회로를 이루는
    플라즈마 처리 장치.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 채널에 사용된 컨덕터의 융해점은 상기 제 2 전극(15b)에 사용된 컨덕터의 융해점보다 낮거나, 또는 상기 제 2 전극(15b)에 상기 제 1 무선 주파수 전력을 분배하기 위해 사용된 와이어의 융해점보다 낮은
    플라즈마 처리 장치.
  8. 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    다수의 구성요소를 가지며, 그 내부에서 워크피스가 특정 공정으로 처리되는 챔버(2)와,
    상기 구성요소중의 하나로서 설치된 전극과,
    상기 전극상에 표면 탑재되어 상기 외부 무선 주파수 발전기와 상기 전극을 연결하는 임피던스 정합 회로와,
    무선 주파수 전력을 상기 전극에 인가함으로써 상기 전극 사이에 생성된 플라즈마를 함유하는 상기 챔버(2)의 특정 영역을 포함하는
    플라즈마 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 임피던스 정합 회로는 표면 탑재된 패시브 소자를 포함하는
    플라즈마 처리 장치.
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