KR20130127433A - 플라즈마를 이용한 기판 처리 방법 및 장치 - Google Patents

플라즈마를 이용한 기판 처리 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마에 의해 기판을 처리하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법에서 플라즈마는 복수의 플라즈마 유닛에 의해 생성되며, 이때 먼저 적어도 하나의 제 1 플라즈마 유닛 안으로 점화력이 공급되는데, 이는 상기 제 1 플라즈마 유닛에 인접하게 제 1 플라즈마 영역 내에서 플라즈마를 생성하기 위해서이다. 그런 다음 또는 이와 동시에 적어도 하나의 제 2 플라즈마 유닛 안으로 전력이 공급되며, 상기 전력은 제 2 플라즈마 유닛의 점화력 보다 훨씬 더 작지만 제 2 플라즈마 유닛에 인접하게 이미 점화된 플라즈마를 유지시키기에는 충분하며, 이때 제 2 플라즈마 유닛은 제 1 플라즈마 영역이 제 2 플라즈마 유닛의 방사 영역에 겹쳐지도록 상기 제 1 플라즈마 유닛에 인접하게 놓인다. 그런 다음 상기 제 1 플라즈마 유닛 내에서 이미 점화된 플라즈마에 의해 그리고 상기 제 2 플라즈마 유닛 안으로 공급된 전력에 의해 플라즈마가 제 2 플라즈마 유닛의 플라즈마 영역 내에서 점화된다. 본 발명에 따른 장치는 플라즈마 유닛의 플라즈마 영역 내에서 플라즈마를 각각 생성하기 위해 복수의 인접한 플라즈마 유닛을 포함하며, 이때 상기 플라즈마 유닛들은 적어도 하나의 제 1 플라즈마 유닛의 플라즈마 영역이 적어도 하나의 인접한 제 2 플라즈마 유닛의 방사 영역에 겹쳐지도록 배치된다. 또한, 적어도 제 1 플라즈마 유닛 및 제 2 플라즈마 유닛을 서로 독립적으로 제어하기 위해 적합한 하나의 제어 장치가 제공된다.

Description

플라즈마를 이용한 기판 처리 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR TREATING A SUBSTRATE BY MEANS OF A PLASMA}
본 발명은 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
상이한 기술 영역들에서 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 방법이 공지되어 있다. 특히 반도체 공학에서 플라즈마를 이용하여 기판의 표면을 에칭하거나 하나의 층 구조에서 예컨대 플라즈마 지원 산화(plasma assisted oxidation)를 통해 SiOxNy 필름을 성장시키거나 플라즈마를 이용한 기상 증착(PECVD, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)을 지원하기 위한 방법이 공지되어 있다.
기판 처리를 위해 사용된 플라즈마 유닛들은 각각 이미 점화된 플라즈마의 유지를 위해 필요한 전력보다 실질적으로 더 높은 점화력을 갖는다. 따라서 이에 상응하는 플라즈마 유닛에 플라즈마의 초기 점화를 위해 높은 전력이 공급되며, 이러한 전력은 그 다음에 기판 처리를 위한 플라즈마가 공급되는 수준으로 감소한다.
상기 방식에서는 플라즈마의 점화시 높은 에너지의 플라즈마-압력파(pressure wave)가 생성될 수 있는 문제가 있다. 또한, 점화 직후에 매우 높은 에너지의 플라즈마 입자(plasma particle)가 생성되며, 이는 처리될 기판 표면의 손상을 야기할 수 있다. 또한, SiOxNy 필름 성장 또는 PECVD 방법에서는 우선 매우 높은 성장 속도가 나타나고, 이러한 성장 속도는 공급된 높은 점화력과 상관 관계를 갖는다. 그러나 이러한 높은 성장 속도는 적합하지 않은 층 조성 및 적합하지 않은 층 구조를 야기하며, 이와 관련하여 이미 Eisele, A. Ludsteck, J. Schulze, Z. Nenyei in 10th IEEE International Conference on Advanced Thermal Processing of Semiconductors - RTP2002, Vancouver, Canada, ISBN 0-7803-7465-7(2002), 11-1 페이지에 기술된 바 있다.
기판에 대한 이러한 작용의 영향을 최소화하기 위해서는 플라즈마 유닛과 처리될 기판 사이의 간격을 변화시켜야 하므로, 플라즈마가 우선 큰 간격으로 점화되고 그런 다음 플라즈마 전력이 더 낮은 처리 수준으로 조절된 후에는 그 간격이 줄어들며, 이에 관해서는 아직 공개되지 않은 DE 2009060230.5호에 기재되어 있다. 그러나 이러한 간격 조절을 달성하기 위해서 이에 상응하는 장치 구조가 필요하다.
전술한 종래 기술을 바탕으로 본 발명의 과제는 플라즈마의 점화시 기판에 발생할 수도 있는 부정적인 영향들을 막거나 적어도 감소시키도록 하는 것이다.
본 발명에 따르면 상기 과제는 청구항 1항에 따른 방법 및 청구항 10항에 따른 장치에 의해 달성된다. 본 발명의 추가 형성예들은 종속항에 제시된다.
특히 본 발명의 방법에 따르면 플라즈마가 복수의 플라즈마 유닛들에 의해 생성되며, 이때 우선 적어도 하나의 제 1 플라즈마 유닛 내에 점화력이 공급되는데, 이는 제 1 플라즈마 영역에서 상기 제 1 플라즈마 유닛에 인접하게 플라즈마를 생성하기 위해서이다. 그런 다음 또는 이와 동시에 적어도 하나의 제 2 플라즈마 유닛 내에 전력이 공급되며, 상기 전력은 제 2 플라즈마 유닛의 점화력 보다 실질적으로 더 작지만, 상기 제 2 플라즈마 유닛에 대해 인접하게 이미 점화된 플라즈마를 유지시키기에는 충분하며, 이때 상기 제 2 플라즈마 유닛은 제 1 플라즈마 영역이 제 2 플라즈마 유닛의 방사 영역에 겹쳐지는 방식으로 상기 제 1 플라즈마 유닛에 인접하게 놓인다. 상기 제 1 플라즈마 영역 내에서 이미 점화된 플라즈마에 의해 그리고 상기 제 2 플라즈마 유닛 내에 공급된 전력에 의해 이제 플라즈마는 상기 제 2 플라즈마 유닛의 플라즈마 영역 내에서 점화된다. 따라서 상기 제 2 플라즈마 유닛은 그의 실제적인 점화력 보다 훨씬 낮은 전력에 의해 점화될 수 있으며, 이때 상기 제 2 플라즈마 유닛의 방사 영역에는 이미 플라즈마, 즉 제 1 플라즈마 유닛의 플라즈마가 형성되어 있다. 따라서 상기 제 2 플라즈마 유닛의 점화시 높은 에너지의 플라즈마 성분들 생성되지 않고 그리고 이에 상응하는 압력파도 생성되지 않는데, 만약 제 2 플라즈마 유닛이 그의 실제적인 점화력으로 점화되었더라면 생성될 수도 있을 것이다. 제 2 플라즈마 유닛 내에 공급된 전력이 그의 점화력 보다 실질적으로 더 작다는 표현은 공급된 전력이 그의 점화력의 최대 70%에 해당되는 경우를 포함할 것이다. 바람직하게 제 2 플라즈마 유닛에 공급된 전력은 그의 점화력의 최대 50%에 해당하고 특히 20% 보다 작거나 같으며 또는 10% 보다 작거나 같아야 한다. 이러한 방식으로 기판 처리를 위해 플라즈마의 약한(mild) 점화가 이루어진다.
바람직하게 적어도 하나의 추가 플라즈마 유닛 내에 전력이 공급되며, 상기 전력은 추가 플라즈마 유닛의 점화력 보다 실질적으로 더 작지만 이미 점화된 플라즈마를 상기 추가 플라즈마 유닛에 인접하게 유지시키기에는 충분하며, 이때 상기 추가 플라즈마 유닛은 제 1 플라즈마 유닛 또는 제 2 플라즈마 유닛에 인접하게 놓이며, 이 경우에 상기 제 1 플라즈마 유닛 또는 제 2 플라즈마 유닛의 플라즈마 영역은 상기 추가 플라즈마 유닛의 방사 영역에 겹쳐진다. 이러한 방식으로 상기 추가 플라즈마 유닛의 플라즈마 영역 내의 플라즈마가, 상기 제 1 플라즈마 유닛 또는 제 2 플라즈마 유닛의 플라즈마 영역 내에서 점화된 플라즈마에 의해 그리고 상기 추가 플라즈마 유닛 내에 공급된 전력에 의해 점화된다. 이를 통해 플라즈마는 전체 기판이 플라즈마로 커버될 때까지 더 연장될 수 있다. 높은 에너지의 플라즈마 성분들은 제 1 플라즈마 유닛이 점화될 경우에만 발생하고 후속하는 모든 플라즈마 유닛들은 실질적으로 더 낮은 전력으로 점화될 수 있으며, 이때 후속하는 플라즈마 유닛들에 대해 인접하게 각각 하나의 점화된 플라즈마가 제공되며, 상기 플라즈마는 플라즈마 유닛의 상응하는 방사 영역에 겹쳐진다.
본 발명의 한 실시예에서 복수의 플라즈마 유닛들이 전술한 방식에 따라 처리될 기판의 한 측면에서 마주 놓인 측면 쪽으로 연속해서 점화된다. 이를 통해 방향성을 가진 압력파가 기판 밖으로 생성될 수 있어서, 경우에 따라서는 상기 기판으로부터 불순물이 분리되고 수송될 수 있다. 이 경우에 압력파가 보통의 점화-압력파 보다 실질적으로 더 작다는 것을 알 수 있다. 이와 유사하게 또한 전술한 방식에 따라 복수의 플라즈마 유닛들이 예컨대 처리될 기판의 중심으로부터 기판 에지에 대한 반대 방향으로 연속해서 점화될 수도 있다. 이를 통해 반대 방향으로 진행하는 두 개의 압력파가 생성될 수도 있다.
특히 바람직한 한 실시예에 따르면 적어도 하나의 제 1 플라즈마 유닛이 처리될 기판의 투사 영역(projection area) 외부에 놓인다. 이를 통해 기판 표면에 대한 제 1 점화의 영향들을 막을 수 있거나 적어도 감소시킬 수 있다. 이는 경우에 따라서는 적어도 하나의 제 1 플라즈마 유닛이 제 2 플라즈마 유닛 또는 추가 플라즈마 유닛보다 기판의 처리될 표면보다 훨씬 더 멀리 제거됨으로써 달성될 수도 있다.
기판 표면에 대한 제 1 점화의 영향을 감소시키기 위해서는 또한 제 1 플라즈마 유닛이 제 2 플라즈마 유닛 또는 추가 플라즈마 유닛의 점화력 보다 실질적으로 더 작은 점화력을 가질 수도 있다. 따라서 상기 제 1 플라즈마 유닛은 지정된(designated) 점화 유닛으로 간주될 수 있으며, 상기 점화 유닛은 그의 전력과 관련하여 처리를 위해 사용된 실제적인 플라즈마 유닛보다 더 작게 형성될 수 있다. 실질적으로 더 작은 점화력이란, 제 1 플라즈마 유닛의 점화력이 적어도 하나의 제 2 플라즈마 유닛 또는 추가 플라즈마 유닛의 점화력의 최대 70%, 바람직하게 최대 50% 그리고 특히 20% 보다 작거나 심지어는 10% 보다 작거나 같은 경우에 해당한다.
한 실시예에서 플라즈마 유닛의 적어도 일부가 기판의 처리 동안 펄스화되어 작동되며, 이때 펄스화된 플라즈마 유닛의 개별 플라즈마 영역 내에서 플라즈마를 새로 점화하기 위해서 상기 펄스화된 플라즈마 유닛에 전력이 공급되며, 상기 전력은 상응하는 플라즈마 유닛의 점화력 보다 실질적으로 더 작지만 플라즈마 유닛에 인접하게 이미 점화된 플라즈마를 유지시키기에는 충분하며, 이때 점화는 각각 이미 제공된 인접한 플라즈마에 의해 그리고 각각의 공급된 전력에 의해 이루어진다. 상기 플라즈마 유닛의 펄스화는 특히 반응성 종(reactive species)의 더 신속한 재생(refreshment)을 야기한다. 점화력 보다 낮은 전력으로 특별히 점화함으로써 플라즈마 작동시 평균 전력이 실질적으로 더 감소할 수 있으며 이로 인해 플라즈마의 더 신속한 펄스화가 달성될 수 있다. 이 경우에 플라즈마 유닛들의 적어도 일부의 펄스화된 작동시 적어도 하나의 플라즈마 유닛이 특히 적어도 하나의 제 1 플라즈마 유닛을 연속으로 작동시킬 수 있으므로, 각각 하나의 플라즈마가 생성되며, 상기 플라즈마에서 다른 플라즈마 유닛들이 점화될 수 있다. 특히 제 1 플라즈마 유닛은 그의 플라즈마 영역이 모든 다른 플라즈마 유닛의 방사 영역을 넘어서 연장되도록 배치될 수 있으므로, 모든 다른 플라즈마 유닛들이 실질적으로 동시에 점화될 수도 있다. 또한, 물론 복수의 플라즈마 유닛들이 제공되어 상이한 점화 과정이 이루어질 수도 있다.
플라즈마를 이용하여 기판을 처리하기 위한 장치에서 복수의 인접한 플라즈마 유닛들이 플라즈마 유닛의 플라즈마 영역 내에서 플라즈마를 각각 생성하기 위해서 제공되며, 이때 상기 플라즈마 유닛들은 적어도 하나의 제 1 플라즈마 유닛의 플라즈마 영역이 적어도 하나의 제 2 플라즈마 유닛의 방사 영역에 겹쳐지도록 배치된다. 또한, 하나의 제어 장치가 제공되며, 상기 제어 장치는 적어도 제 1 플라즈마 유닛 및 제 2 플라즈마 유닛을 서로 독립적으로 제어하기에 적합하다. 이러한 장치에 의해 전술한 바와 같이 관련 장점들을 갖는 방법이 실시될 수 있다. 그러나 상기 제어 장치는 다른 플라즈마 유닛과 독립적으로 개별 플라즈마 유닛을 제어할 수도 있으며, 이때 공간적 지연과 더불어 시간적 지연이 나타난다.
바람직하게 적어도 하나의 제 1 플라즈마 유닛은 적어도 하나의 제 2 플라즈마 유닛의 점화력 보다 실질적으로 더 작은 점화력을 가질 수 있으므로, 제 1 플라즈마 유닛의 영역에서 플라즈마가 점화될 때 높은 에너지의 플라즈마 성분의 발생이 줄어들 수 있다. 바람직하게 제 1 플라즈마 유닛은 처리될 기판의 투사 영역 외부에 배치된다. 그러나 상기 제 1 플라즈마 유닛은 추가로 또는 대안적으로 적어도 하나의 제 2 플라즈마 유닛보다 기판의 처리될 표면으로부터 더 멀리 제거될 수도 있다.
바람직하게 복수의 제 2 플라즈마 유닛들이 제공되며, 상기 제 2 플라즈마 유닛들은 제 2 플라즈마 유닛의 개별 플라즈마 영역이 인접한 제 2 플라즈마 유닛의 방사 영역에 겹쳐지는 방식으로 인접하게 배치된다. 이러한 방식으로 상기 제 2 플라즈마 유닛의 연속적인 점화가 달성될 수 있다. 특히 적어도 두 개의 인접한 플라즈마 유닛의 플라즈마 영역들이 겹쳐져서 하나의 전체 플라즈마가 생성될 수 있다.
본 발명은 하기에서 도면과 관련하여 더 자세히 설명된다.
도 1은 플라즈마-처리 장치의 개략적인 단면도이며;
도 2는 90도 회전한 절단평면을 갖는, 도 1에 따른 플라즈마-처리 장치의 개략적인 횡단면도이며;
도 3은 도 1 및 도 2에 따른 장치에서 사용될 수 있는 플라즈마 유닛들의 배치를 아래로부터 본 개략적인 평면도이며;
도 4는 도 1 및 도 2에 따른 장치에서 사용될 수 있는 플라즈마 유닛들의 한 대안예를 아래로부터 본 개략적인 평면도이며;
도 5는 도 1 및 도 2에 따른 장치에서 사용될 수 있는 플라즈마 유닛들의 상이한 배치를 나타내는 예에 관한 개략적인 평면도이다.
아래의 설명에서 사용된 위치- 및/또는 방향에 관한 요소들은 우선적으로 도면에 도시된 형태에 관련되기 때문에 제한적인 것으로 간주해서는 안 된다. 그러나 이러한 위치- 및/또는 방향에 관한 요소들은 또한 바람직한 최종 장치에 관련될 수도 있다.
도 1 및 도 2는 평면 기판(2)의 처리를 위해 제공되는 플라즈마-처리 장치(1)의 90도 회전한 횡단면을 각각 도시한다. 여기서 상기 기판(2)은 특히 반도체 기판일 수 있으며, 상기 반도체 기판의 표면은 플라즈마에 의해 에칭되거나 상기 기판의 표면 위에서는 층 성장이 실행된다. 상기 플라즈마-처리 장치는 실질적으로 내부에서 프로세스 챔버(4)를 한정하는 하우징(3), 기판 수용 유닛(7), 가열 장치(8) 및 플라즈마 장치(9)로 이루어진다.
상기 하우징(3)은 프로세스 챔버(4)를 내부에서 한정하기에 적합한 유형일 수 있으며, 상기 프로세스 챔버(4) 내에서 (도면에는 자세히 도시되지 않은) 소정의 공급 라인 및 배출 라인에 의해 가스 조성물(gas composition) 및 가스 압력(gas pressure)에 대해 미리 정해진 공정 조건들이 조절될 수 있다. 상기 하우징(3)의 하나의 측벽 내에 충전-배출 개구(12)가 제공되며, 상기 충전-배출 개구(12)는 이동성 도어 부재(door element)(13)에 의해 폐쇄되고 개방될 수 있다.
또한, 상기 하우징(3)은 마주 놓인 측벽들에서 석영관(quartz tube)(16)의 수용을 위한 복수의 관통 보어(through bore)(14)를 가지며, 상기 관통 보어(14)는 또한 가열 유닛들 또는 플라즈마 유닛들을 수용하기 위해 사용되며 이에 관해서 아래에서 더 자세히 설명된다. 상기 관통 보어(14)는 각각 쌍으로 마주 놓인 측벽들에서 상기 석영관(16)이 프로세스 챔버(4)를 통과해서 연장될 수 있는 방식으로, 특히 상기 관통 보어(14)를 갖는 측벽들에 대해 수직이 되는 방식으로 형성된다. 상기 프로세스 챔버(4)의 하부 영역에는 내부에 석영관(16)을 수용하는 8개의 쌍으로 이루어진 관통 보어(14)가 제공된다. 상기 프로세스 챔버의 상부 영역에는 전체적으로 10개의 쌍으로 이루어진 관통 보어(14)가 상기 하우징(3)의 마주 놓인 측벽들에 형성된다. 이 경우에 이 중 9개의 쌍은 한 라인 상에 놓이며, 다른 한 쌍은 상기 라인의 아래쪽으로, 즉 프로세스 챔버의 중심 쪽으로 이동된다. 상기 관통 보어 내에도 석영관(16)이 각각 수용된다.
상기 하우징(3)의 상부 벽의 내측, 즉 프로세스 챔버(4) 내부에 커버 부재(18)가 제공되어서, 하우징 내벽이 플라즈마 장치(9)에 의해 생성된 플라즈마에 대해 보호될 수 있다.
상기 하우징(3) 바닥에는 기판 고정 장치(7)의 베어링 축(bearing shaft)(20)을 위한 관통 개구가 제공된다. 상기 기판 고정 장치는 실질적으로 수직으로 연장되는 베어링 축(20), 수평으로 연장되는 베어링 플레이트(bearing plate)(21) 및 지지 부재(supporting element)(22)로 이루어진다. 상기 베어링 축(20)은 상기 하우징(3) 바닥을 통해 연장되고 상기 하우징(3) 외부에서 예컨대 구동 모터와 연결되어서, 상기 베어링 축을 종축을 중심으로 회전시키고/회전시키거나 수직 방향으로 이동시킬 수 있다. 하우징(3)을 통한 베어링 축(20)의 기밀적(gas-tight) 관통을 달성하기 위해 이에 상응하는 밀봉 메커니즘, 예컨대 벨로우즈 메커니즘(bellows mechanism)이 관통 영역 내에 제공될 수 있다. 상기 베어링 축(20)은 예컨대 가열 장치(8)의 전자기 방사선을 위해 실질적으로 투명한 재료, 예컨대 석영으로 형성될 수 있다. 그러나 이에 대한 대안으로서 상기 베어링 축(20)은 또한 고반사(highly reflective) 표면을 가질 수도 있다.
상기 베어링 축(20)은 상부 단부에서 베어링 플레이트(21)를 가지며, 상기 베어링 플레이트(21)는 베어링 축에 의해 수직 방향으로 높이 조절가능하고(height adjustable) 상기 베어링 축(20)의 종축을 중심으로 회전할 수 있다. 상기 베어링 플레이트(21)는 바람직하게 가열 장치(8)의 전자기 방사선을 위해 실질적으로 투명한 재료로 형성된다. 상기 베어링 플레이트(21)의 상측에 복수의 지지 부재(22)가 제공되며, 상기 지지 부재(22)는 또한 바람직하게 상기 가열 장치(8)의 방사선을 투과시키는 투명한 재료로 형성된다. 상기 지지 부재(22)는 원추형으로 뾰족하게 진행되는 원뿔로서 도시되며, 상기 원뿔의 정점에 상기 기판(2)이 놓인다. 상기 지지 부재(22)는 베어링 플레이트(21)에 대해 일정한 간격만큼 이격되어 상기 기판(2)을 고정시킨다. 상기 기판-고정 장치는 전체적으로 또한 다르게 형성될 수도 있다. 바람직하게 상기 베어링 플레이트는 상기 기판(2)에 상응하게 투사 표면을 갖는 소위 서셉터(susceptor)로서 형성될 수도 있으며 상기 가열 장치(8)의 전자기 방사선을 흡수하여, 자체적으로 가열되어 기판(2)을 가열시킬 수 있다.
상기 가열 장치(8)는 실질적으로 8개의 가열 램프(heating lamp)(24)로 이루어지며, 상기 가열 램프(24)는 프로세스 챔버(4) 하부 영역에 있는 8개의 석영관(16) 내에 배치된다. 상기 가열 램프(24)는 손전등(flashlight)으로서 형성되고, 상기 손전등은 실질적으로 프로세스 챔버(4)를 완전히 통과하여 연장된다. 상기 가열 램프(24)는 전자기 방사선에 의한 기판(2)의 가열을 위해 적합한 임의의 유형, 예컨대 텅스텐-할로겐 램프(tungsten-halogen lamp)일 수 있다. 여기서 자세히 도시되지는 않지만, 상기 석영관(16)을 통해 예컨대 공기와 같은 냉각 매체가 관통할 수 있어서 상기 석영관(16) 및 가열 램프(24)가 작동시 냉각될 수 있다. 예컨대 베어링 플레이트 내에 통합되는 저항 가열 장치(resistance heating device)와 같은 다른 가열 장치도 물론 사용될 수도 있다.
그러나 상기 가열 장치(8)의 대안적인 구조도 생각할 수 있는데, 이 경우에는 종래 기술에 공지된 바와 같이 예컨대 가열 램프(24) 시스템이 석영관에 의해 기판(2)을 위한 프로세스 챔버에 대해 분리된다.
상기 플라즈마 장치(9)는 실질적으로 제 1 막대형 플라즈마 유닛(27) 및 복수의 제 2 막대형 플라즈마 유닛(28)으로 이루어진다. 상기 제 1 플라즈마 유닛 및 제 2 플라즈마 유닛(27, 28)은 각각 상응하는 석영관(16) 내에 수용되고, 상기 석영관(16)은 프로세스 챔버(4)의 상부 영역에서 상기 프로세스 챔버를 통과하여 연장된다. 상기 제 2 플라즈마 유닛(28)이 한 라인 상에 놓인 석영관(16) 내에 수용되는 반면, 상기 제 1 플라즈마 유닛(27)은 아래쪽으로 약간 이동된 석영관(16) 내에 배치된다(도 2의 오른쪽 외부 석영관(16)을 참조할 것).
상기 플라즈마 유닛(27 및 28)은 각각 실질적으로 예컨대 DE 10 2008 036 766 A1호에 기재된 것과 동일한 기본 구조를 가질 수 있다. 여기서 플라즈마 유닛들은 각각 중공 도체(hollow conductor)(30) 및 내부 도체(inner conductor)(31)를 갖는다. 상기 중공 도체(30)는 도 3에 따른, 아래로부터 본 평면도에서 볼 수 있듯이 상기 내부 도체(31)를 완전히 둘러싸고 있는 하나의 섹션 그리고 상기 내부 도체에 연결되는 슬롯(slotted) 영역을 가지며, 상기 슬롯 영역 내에서 상기 내부 도체는 그 자유 단부가 완전히 노출될 때까지 서서히 노출된다. 상기 플라즈마 유닛(27 및 28)은 각각 한 측면(도 1의 오른쪽 참조)에 에너지를 공급받는 유형이다. 또한, 상기 제 1 플라즈마 유닛(27)의 내부 도체(31)의 자유 단부에 공진기(resonator)(32)(도 3 참조)가 제공되어서, 상기 제 1 플라즈마 유닛 영역에서 플라즈마의 점화가 촉진될 수 있다.
상기 플라즈마 유닛의 정확한 구조와 관련하여, 반복을 피하기 위해 본 발명의 대상이 되고 있는 DE 10 2008 036 766 A1호가 참조 된다.
도 2 및 도 3에 따른 도면에서 볼 수 있듯이 제 1 플라즈마 유닛(27)은 제 2 플라즈마 유닛(28)보다 작게 도시된다. 이를 통해 상기 제 1 플라즈마 유닛(27)이 제 2 플라즈마 유닛(28)보다 낮은 전력, 특히 더 낮은 점화력을 가질 수 있다는 사실이 암시된다. 이에 대한 대안으로서 물론 제 1 플라즈마 유닛(27)이 제 2 플라즈마 유닛(28)과 동일한 방식으로 형성될 수도 있다. 전술된 방식의 형태는 제 1 플라즈마 유닛(27)이 아래에 더 자세히 설명되는 바와 같이 지정된 점화 유닛으로서 사용될 경우에 유리하다.
도 1 및 도 2에는 각각 개별적인 플라즈마 유닛을 둘러싸는 점선 형태로 개별 플라즈마 유닛(27 및 28)의 플라즈마 영역이 각각 도시된다. 이를 통해 상응하는 플라즈마 유닛(27, 28)에 의해 생성된 플라즈마의 통상적인 확장 영역이 표시된다. 플라즈마 점화 이전에 플라즈마 유닛의 실제적인 방사 영역은 전문가가 확인할 수 있듯이 도시된 플라즈마 영역보다 더 멀리 이를 수 있다.
플라즈마 유닛(27 및 28)은 개별적으로 및/또는 그룹별로 제어될 수 있다. 특히 상기 플라즈마 유닛은 공급된 전력 및 시간 진행에 따른 제어에 관하여 개별적으로 및/또는 그룹별로 제어될 수 있다. 이는 특히 제 1 플라즈마 유닛(27)에 적용된다. 이러한 목적을 위해 플라즈마 유닛과 상응하는 방식으로 연결된 (도면에는 자세히 도시되지 않은) 제어 유닛이 제공된다.
도 4는 플라즈마 유닛(27 및 28)의 대안적인 배치를 도시하며, 여기서 제 2 플라즈마 유닛(28)은 도 3에 도시된 것과 동일한 방식으로 배치된다. 그러나 제 2 플라즈마 유닛(28)은 제 1 플라즈마 유닛(27)의 하부에 그리고 상기 제 1 플라즈마 유닛(27)에 대해 횡방향으로 연장된다. 이 경우에 상기 제 1 플라즈마 유닛은 그를 통해 생성된 플라즈마가 모든 제 2 플라즈마 유닛(28)의 방사 영역에 놓이도록 배치되며, 이때 상기 제 2 플라즈마 유닛에 전력이 공급된다. 이 경우 도 3 및 도 4에 따른 두 개의 실시예에서 동일하게, 제 1 플라즈마 유닛(27)은 처리될 기판의 투사 영역 외부에 놓이고, 상기 처리될 기판은 도 3 및 도 4에서 파선으로 표시된다.
도 5는 제 2 플라즈마 유닛(28)에 대한 제 1 플라즈마 유닛(27)의 상대적인 배치에 관한 추가 실시예들을 도시하며, 상기 제 2 플라즈마 유닛은 또한 도 3 및 도 4에 도시된 것과 동일하게 배치될 수 있다. 상기 제 1 플라즈마 유닛(27)은 더 잘 볼 수 있도록 도 5에서 빗금으로 표시된다. 도 5에서 점선으로 표시된 원은 또한 처리될 기판의 투사 영역을 나타낸다.
27a는 제 1 플라즈마 유닛의 배치를 나타내고, 상기 제 1 플라즈마 유닛의 배치는 실질적으로 도 3에 따른 배치에 상응하며, 즉 상기 제 1 플라즈마 유닛은 제 2 플라즈마 유닛(28)에 대해 실질적으로 평행하게 연장되고 외부에 놓인 제 2 플라즈마 유닛(28)에 대해 인접하게 놓인다.
27b는 도 4에 따른 배치를 나타내고, 여기서 제 1 플라즈마 유닛은 제 2 플라즈마 유닛(28)에 대해 수직으로 연장되고 제 1 플라즈마 유닛의 플라즈마 영역은 모든 제 2 플라즈마 유닛의 플라즈마 영역을 커버한다.
27c는 제 1 플라즈마 유닛의 배치를 나타내고, 상기 제 1 플라즈마 유닛은 제 2 플라즈마 유닛(28)에 대해 실질적으로 평행하게 연장되지만 더 짧게 형성되고 또한 두 개의 인접한 플라즈마 유닛(28) 사이에 배치된다. 이 경우 제 1 플라즈마 유닛들은 특히 제 1 플라즈마 유닛의 상부에도 배치될 수 있으며, 이 경우 상기 제 1 플라즈마 유닛의 플라즈마 영역은 인접한 제 2 플라즈마 유닛(28)의 방사 영역에 겹쳐진다.
27d는 또한 제 1 플라즈마 유닛을 나타내며, 상기 제 1 플라즈마 유닛은 두 개의 인접한 제 2 플라즈마 유닛(28) 사이에서 도면 평면에 대해 수직으로 연장된다.
제 1 플라즈마 유닛 및 제 2 플라즈마 유닛(27, 28)은 상이한 기본 유형을 가질 수 있으며 특히 상이한 점화력을 가질 수 있다. 특히 제 1 플라즈마 유닛(27)은 제 2 플라즈마 유닛(28)의 점화력 보다 실질적으로 더 낮은 점화력을 가질 수 있다. 여기서 제 2 플라즈마 유닛의 점화력의 최대 70%, 바람직하게 제 2 플라즈마 유닛의 점화력의 최대 50%의 점화력이 실질적으로 더 낮은 점화력으로서 간주된다.
바람직하게는 제 1 플라즈마 유닛(27)의 점화력은 제 2 플라즈마 유닛(28)의 점화력의 최대 20%이거나 10% 보다 작거나 같아야 한다.
상이한 도면들에서 제 1 플라즈마 유닛들은 각각 기판(2)의 투사 영역에 겹쳐지지 않도록 도시된다. 이와 같이 겹쳐지지 않는 것이 기판 표면에 대한 점화 효과를 최소화하기 위해 바람직할 수 있지만 또한 그러한 겹침을 허용할 수도 있다. 그러할 경우에는 제 1 플라즈마 유닛이 제 2 플라즈마 유닛보다 기판에 대해 더 멀리 이격 배치되는 것이 유리할 수 있다. 그러나 제 1 플라즈마 유닛(27)의 실제적인 점화력에 따라, 특히 제 1 플라즈마 유닛의 점화력이 제 2 플라즈마 유닛이 기판(2) 처리를 위한 플라즈마를 생성하는 전력 영역에 놓이는 경우에는 반드시 겹쳐질 필요가 없다.
앞에서 기술한 실시예에서 각각 제 1 플라즈마 유닛(27)이 기술되며, 상기 제 1 플라즈마 유닛(27)은 그의 배치, 크기 및 그 밖의 요소에 대해 제 2 플라즈마 유닛과 구별된다. 그러나 이러한 별도의 제 1 플라즈마 유닛(27)을 완전히 생략하고 제 2 플라즈마 유닛(28)의 배치만을 제공하는 것도 가능하며, 이 경우에는 상기 제 2 플라즈마 유닛들이 개별적으로 및/또는 그룹별로 제어될 수 있다.
아래에서 장치(1)의 작동이 도면을 참고로 더 자세히 설명된다.
우선 처리될 기판이 프로세스 챔버(4) 내에 놓이고 도 1 및 도 2 에 도시된 것과 같은 위치에 고정된다. 상기 프로세스 챔버(4)는 도어 부재(13)에 의해 폐쇄되고 프로세스 챔버(4) 내에서 소정의 가스 대기(gas atmosphere)가 조절된다. 가열 장치(8)에 의해 상기 기판(2)이 프로세스 챔버(4) 내에서 소정의 공정 온도로 가열될 수 있다. 기판의 예열(~400℃)에 의해 또한 플라즈마 점화력이 낮아질 수 있다. 기판 바로 위에서 가스가 냉각벽 반응기(cold wall reactor) 내 기판과 유사하게 가열되고 이를 통해 플라즈마가 더 낮은 전력으로 점화될 수도 있다. 특히 상기 기판은 200℃ 내지 600℃의 온도로, 바람직하게 약 400℃±50℃의 온도로 예열될 수 있다.
플라즈마 처리가 시작되고 이에 상응하는 가스 대기가 프로세스 챔버(4) 내에 존재할 경우에는 우선 제 1 플라즈마 유닛(27)에 점화력이 공급되어서, 제 1 플라즈마 유닛(27)의 플라즈마 영역에서 플라즈마가 점화될 수 있다. 플라즈마가 점화되거나 그 전에 이미 점화되었다면 적어도 제 1 플라즈마 유닛(27)에 인접하게 놓인 플라즈마 유닛(28)이 그의 점화력보다 실질적으로 더 낮은 전력을 공급받지만, 상기 전력은 제 2 플라즈마 유닛(28)의 플라즈마 영역 내에서 플라즈마를 유지시키기에는 충분하다. 특히 제 2 플라즈마 유닛(28)에 전력이 공급될 수 있으며, 상기 전력에 의해 초기 처리를 위한 플라즈마가 작동되어야 한다. 따라서 기판(2) 처리시 전력이 이에 상응하게 변화될 수 있지만 초기에 바로 소정의 전력이 조절될 수 있다.
제 1 플라즈마 유닛(27)이 이미 점화되었고 제 1 플라즈마 유닛의 플라즈마 영역이 바로 인접한 제 2 플라즈마 유닛(28)의 방사 영역에 겹쳐짐으로써 또한 상기 제 2 플라즈마 유닛(28)에 인접하게 상응하는 플라즈마가 생성된다. 이러한 플라즈마는 상응하는 방식으로 전체 제 2 플라즈마 유닛(28)을 넘어서서, 예컨대 도 2에 따라 오른쪽에서 왼쪽으로 확장될 수 있다. 이 경우 제 2 플라즈마 유닛(28)에 각각 전력이 공급될 수 있으며, 상기 전력은 그의 점화력보다 실질적으로 더 작다. 특히 상기 제 2 플라즈마 유닛에 직접 전력이 공급될 수 있으며, 상기 전력은 초기의 기판 처리를 위해 적합하다. 제 2 플라즈마 유닛(28) 영역 내의 개별 플라즈마가 인접한 플라즈마에 의해 점화되기 때문에, 처음에 매우 높은 에너지의 플라즈마 입자를 생성할 수도 있는 제 2 플라즈마 유닛(28)에 점화력을 인가할 필요가 전혀 없다.
이러한 방식으로 점화 과정시 기판 표면을 손상시키는 일 없이 처음부터 고품질의 층들이 플라즈마에 의해 생성될 수 있다.
특히 점진적인(progressive) 플라즈마 전면(plasma front)이 생성될 수 있으며, 상기 플라즈마 전면은 경우에 따라 기판 표면의 세척을 위해 사용될 수 있다.
도 4에 따른 플라즈마 유닛의 배치의 경우에 제 1 플라즈마 유닛(27)의 점화 후에 모든 추가의 플라즈마 유닛들이 실질적으로 동시에 점화될 수도 있으며, 이때 플라즈마 유닛(28)에 대해 횡방향으로 연장되는 플라즈마 유닛(27)의 배치에서 상기 제 1 플라즈마 유닛의 플라즈마 영역은 모든 제 2 플라즈마 유닛(28)의 방사 영역을 커버할 수 있다.
전문가가 확인할 수 있듯이 플라즈마 처리는 처음부터 소정의 플라즈마 전력에 의해 제한적으로 이루어질 수 있다. 약한 점화 후에 플라즈마 전력은 임의의 수학함수(mathematical function)에 의해 증가하거나 낮아질 수 있다(변경될 수 있다).
플라즈마 유닛들은 물론 다르게 배치될 수도 있으며, 플라즈마 유닛들과 기판 사이에 간격 조절 장치가 제공될 수도 있으며, 이는 예컨대 미리 공개되지 않은 DE 10 2009 060 230호에 도시되어 있다.
제 1 플라즈마 유닛(27)과 같이 지정된 점화 안테나의 사용에 의해 점화 과정 동안 훨씬 더 높은 에너지의 플라즈마 입자가 생성될 수 있으며, 이때 지정된 점화 안테나는 중심 유닛, 즉 제 2 플라즈마 유닛(28) 보다 낮은 점화력을 가질 수 있다. 처리될 기판의 투사 영역 외부에 상응하는 공간적인 배치에 의해 기판에 부딪히는, 아직도 생성되는 고에너지의 플라즈마 입자의 부분이 실질적으로 최소화될 수 있다.
이에 상응하는 제 2 플라즈마 유닛의 제어에 의해 기판 위에 형성될 층의 초기 성장 속도가 크게 감소할 수 있음으로써, GPD(charge-to-break-down)(Qbd) 또는 계면상태밀도(interface state density)(Dit)에 관련하여 더 높은 품질의 층들이 생성된다.
제 1 플라즈마 유닛(27)과 같이 지정된 점화 안테나의 사용에 대해 대안적으로 단지 하나의 제 2 플라즈마 유닛 또는 몇몇의 제 2 플라즈마 유닛이 점화를 위해 사용될 수도 있다. 이는 제 2 플라즈마 유닛의 개별적 제어 또는 그룹별 제어의 실행에 의해 구현될 수 있다. 예컨대 도 2에서 제 1 플라즈마 유닛(27)이 제공되지 않을 경우에는 예컨대 기판(2)의 투사 영역 외부에 놓인 두 개의 제 2 플라즈마 유닛(28)에 공정 시작시 점화력이 공급되어서, 상기 영역에서 플라즈마가 점화될 수 있다. 그런 다음 나머지 제 2 플라즈마 유닛들은 점화력 보다 실질적으로 더 낮은 전력을 공급받아서, 재차 점진적인 플라즈마 전면이 제공될 수 있다. 이러한 점진적인 플라즈마 전면은 이 예에서 외부로부터 내부로 진행될 수 있다. 물론 동일한 방식으로 외부의 제 2 플라즈마 유닛(28) 중 하나에만 점화력이 공급될 수 있어서, 다른 측면 쪽으로 점진적으로 진행되는 플라즈마 전면이 달성될 수 있다. 플라즈마 전극의 배치 및 이에 상응하는 제어에 따라 플라즈마 전면이 중심으로부터 외부로 생성될 수도 있다.
그러나 바람직하게는 플라즈마의 초기 점화를 위해 사용된 플라즈마 전극이 각각 처리될 기판의 투사 영역 외부에 놓여야 한다. 위에 기술된 바와 같이 플라즈마가 제 2 플라즈마 유닛의 중심 영역에서 낮은 플라즈마 전력으로 점화될 수 있다. 이 경우에 제 2 플라즈마 유닛(28) 영역에서 개별 플라즈마의 특히 신속한 점화도 가능하며, 이때 상기 제 2 플라즈마 유닛(28)은 각각 인접한 플라즈마에 의해 신속하게 점화된다. 따라서 본 발명에 따른 구조는 특히 기판 처리 동안 펄스화된 플라즈마의 인가를 위해서도 적합하므로, 그 밖에 펄스화된 플라즈마에 대한 평균 전력이 감소할 수 있다.
또한, 더 신속한 펄스도 가능하며, 이로 인해 반응성 종의 신속한 재생이 야기된다. 펄스 과정에서 가능하면 각각 하나의, 특히 지정된 점화 안테나가, 즉 제 1 플라즈마 유닛(27)이 실질적으로 연속으로 작동해야 한다. 이에 대한 대안으로서 물론 제 2 플라즈마 유닛(28) 중 하나 또는 복수가 작동될 수도 있으며, 다른 제 2 플라즈마 유닛(28)은 펄스화된다. 물론 플라즈마가 아직도 존재하는 한 플라즈마 유닛들이 교대로 펄스화될 수도 있어서, 상응하는 플라즈마 유닛의 점화력 보다 실질적으로 낮은 전력에 의해 플라즈마가 새롭게 점화될 수 있다.
본 발명은 우선 바람직한 실시예에 의해 더 자세히 설명되었으며, 이 경우에 구체적으로 도시된 실시예에만 제한된 것은 아니다.

Claims (17)

  1. 복수의 플라즈마 유닛에 의해 플라즈마가 생성되는, 기판 처리 방법으로서,
    제 1 플라즈마 영역 내에서 적어도 하나의 제 1 플라즈마 유닛에 인접하게 플라즈마를 생성하기 위하여 상기 적어도 하나의 제 1 플라즈마 유닛 안으로 점화력을 공급하는 단계;
    적어도 하나의 제 2 플라즈마 유닛 안으로 전력을 공급하는 단계로서, 이때 공급된 전력이 상기 제 2 플라즈마 유닛의 점화력 보다 실질적으로 더 작지만 이미 점화된 플라즈마를 상기 제 2 플라즈마 유닛에 인접하게 유지시키기에는 충분하며, 이때 상기 제 2 플라즈마 유닛은 상기 제 1 플라즈마 영역이 상기 제 2 플라즈마 유닛의 방사 영역에 겹쳐지는 방식으로 상기 제 1 플라즈마 유닛에 인접하게 놓이는, 전력을 공급하는 단계; 및
    상기 제 1 플라즈마 영역에서 이미 점화된 플라즈마에 의해 그리고 상기 제 2 플라즈마 유닛 안으로 공급된 전력에 의해 상기 제 2 플라즈마 유닛의 플라즈마 영역 내에서 플라즈마를 점화하는 단계를 포함하는,
    기판 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 추가 플라즈마 유닛 안으로 전력이 공급되며, 상기 전력은 상기 추가 플라즈마 유닛의 점화력 보다 실질적으로 더 작지만 상기 추가 플라즈마 유닛에 인접하게 이미 점화된 플라즈마를 유지시키기에는 충분하며, 이때 상기 추가 플라즈마 유닛은, 제 1 플라즈마 유닛 또는 제 2 플라즈마 유닛의 플라즈마 영역이 상기 추가 플라즈마 유닛의 방사 영역에 겹쳐지도록 상기 제 1 플라즈마 유닛 또는 제 2 플라즈마 유닛에 인접하게 놓이며;
    상기 제 1 플라즈마 유닛 또는 제 2 플라즈마 유닛의 플라즈마 영역 내에서 점화된 플라즈마에 의해 그리고 상기 추가 플라즈마 유닛 안으로 공급된 전력에 의해 상기 추가 플라즈마 유닛의 플라즈마 영역 내에서 플라즈마를 점화하는,
    기판 처리 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 플라즈마 유닛이 상기 방식에 따라 처리될 기판의 한 측면으로부터 맞은편 측면으로 연속적으로 점화되는,
    기판 처리 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 플라즈마 유닛이 상기 방식에 따라 처리될 기판의 중심으로부터 기판 에지에 대한 반대쪽 방향으로 연속적으로 점화되는,
    기판 처리 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 제 1 플라즈마 유닛이 처리될 기판의 투사 영역(projection area) 외부에 놓이는,
    기판 처리 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 1 플라즈마 유닛이 상기 제 2 플라즈마 유닛 또는 추가 플라즈마 유닛보다 기판의 처리될 표면으로부터 더 멀리 떨어진,
    기판 처리 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 1 플라즈마 유닛이 점화력을 가지며, 상기 점화력은 상기 적어도 하나의 제 2 플라즈마 유닛 또는 추가 플라즈마 유닛의 점화력보다 실질적으로 더 작은,
    기판 처리 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 유닛들의 적어도 일부가 기판의 처리 동안 펄스화되어 작동되며, 이때 펄스화된 플라즈마 유닛의 개별 플라즈마 영역 내에서 플라스마를 새로 점화하기 위해 상기 펄스화된 플라즈마 유닛에 전력이 공급되며, 상기 전력은 플라즈마 유닛의 점화력 보다 실질적으로 더 작지만 상기 플라즈마 유닛에 인접하게 이미 점화된 플라즈마를 유지시키기에는 충분하며, 이때 상기 점화는 각각 기존의 인접한 플라즈마에 의해 그리고 각각 공급된 전력에 의해 이루어지는,
    기판 처리 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    적어도 하나의 플라즈마 유닛, 특히 적어도 하나의 제 1 플라즈마 유닛이 다른 플라즈마 유닛(들)의 펄스화가 진행되는 동안 연속적으로 작동되는,
    기판 처리 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리될 기판이 특히 200℃ 내지 600℃의 온도, 바람직하게는 약 400℃±50℃의 온도로 예열되는,
    기판 처리 방법.
  11. 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하기 위한 장치로서,
    플라즈마 유닛들의 플라즈마 영역 내에서 플라즈마를 각각 생성하기 위한 복수의 인접한 플라즈마 유닛들로서, 이때 상기 플라즈마 유닛들은 적어도 하나의 제 1 플라즈마 유닛의 플라즈마 영역이 적어도 하나의 인접한 제 2 플라즈마 유닛의 방사 영역에 겹쳐지도록 배치되는, 플라즈마 유닛들; 및
    적어도 제 1 플라즈마 유닛 및 제 2 플라즈마 유닛을 서로 독립적으로 제어하기에 적합한 하나의 제어 장치를 포함하는,
    기판 처리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 1 플라즈마 유닛이 점화력을 가지며, 상기 점화력은 적어도 하나의 제 2 플라즈마 유닛의 점화력 보다 실질적으로 더 작은,
    기판 처리 장치.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 1 플라즈마 유닛이 상기 처리될 기판의 투사 영역 외부에 배치되는,
    기판 처리 장치.
  14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 1 플라즈마 유닛이 상기 적어도 하나의 제 2 플라즈마 유닛보다 기판의 처리될 표면으로부터 더 멀리 떨어진,
    기판 처리 장치.
  15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 제 2 플라즈마 유닛들이 제공되며, 상기 제 2 플라즈마 유닛들은 상기 제 2 플라즈마 유닛의 개별 플라즈마 영역이 인접한 제 2 플라즈마 유닛의 방사 영역에 겹쳐지도록 배치되는,
    기판 처리 장치.
  16. 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 영역이 적어도 두 개의 인접한 플라즈마 유닛에 의해 겹쳐지는,
    기판 처리 장치.
  17. 제 11 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 플라즈마 유닛이 각각 막대 모양의 마이크로파 안테나(microwave antenna)를 갖는,
    기판 처리 장치.
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