KR20150086530A

KR20150086530A - 플라즈마 밀도가 균일한 용량 결합 플라즈마 장비

Info

Publication number: KR20150086530A
Application number: KR1020157016295A
Authority: KR
Inventors: 이쿠오 사와다
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2012-11-19
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2015-07-28
Also published as: TW201435962A; WO2014078393A1; US20140141619A1; TWI502619B; JP2016506592A

Abstract

여기에서 설명하는 기술은 플라즈마를 생성하기 위해 사용하는 전극의 전역에 걸쳐서 균일한 전자 밀도를 가진 플라즈마를 생성하기 위한 장치 및 방법을 포함한다. 용량 결합형 플라즈마 시스템의 상부 전극(고온 전극)은 균일한 플라즈마의 생성을 조력하도록 구성된 구조적 특징을 포함할 수 있다. 그러한 구조적 특징은 상기 플라즈마에 면하는 표면에서의 표면 형상을 규정한다. 그러한 구조적 특징은 대략 직사각형의 단면 형상을 가지며 상부 전극의 표면으로부터 돌출하는 동심 링의 집합을 포함할 수 있다. 그러한 구조적 특징은 소정의 단면 크기 및 형상을 가진 네스트된 긴 돌기들을 또한 포함할 수 있고, 상기 돌기들 간의 간격은 시스템이 균일 밀도의 플라즈마를 생성하도록 선택된다.

Description

플라즈마 밀도가 균일한 용량 결합 플라즈마 장비{CAPACITIVELY COUPLED PLASMA EQUIPMENT WITH UNIFORM PLASMA DENSITY}

본 발명은 용량 결합 플라즈마 시스템을 이용한 플라즈마 처리를 포함한, 워크피스의 플라즈마 처리에 관한 것이다.

반도체 소자 제조 공정에 있어서, 에칭, 스퍼터링, CVD(화학 기상 증착) 등과 같은 플라즈마 처리는 처리 대상 기판, 예를 들면 반도체 웨이퍼에서 일상적으로 수행된다. 그러한 플라즈마 처리를 실행하는 플라즈마 처리 장치 중에서 용량 결합형 평행판 플라즈마 처리 장치가 폭넓게 사용되고 있다.

용량 결합형 평행판 플라즈마 처리 장치에서는 한 쌍의 평행판 전극(상부 전극과 하부 전극)이 처리실 내에 배치되고, 처리 가스가 처리실에 도입된다. 적어도 하나의 전극에 무선 주파수(RF) 전력을 인가함으로써, 고주파수 전계가 전극들 간에 형성되어 처리 가스의 플라즈마가 상기 고주파수 전계에 의해 생성된다. 이어서 플라즈마를 이용하거나 조작하여 웨이퍼 상에서 플라즈마 처리가 수행된다.

반도체 웨이퍼의 플라즈마 에칭은 일반적으로 평행판 용량 결합 플라즈마 툴을 이용하여 실행된다. 반도체 산업은 웨이퍼에 더 좁거나 더 작은 노드(임계 특징)를 만들뿐만 아니라 더 큰 웨이퍼 크기를 이용하는 쪽으로 이동하고 있다. 예를 들면, 반도체 산업은 300mm 직경의 웨이퍼로 작업하는 것으로부터 450mm 직경의 웨이퍼로 작업하는 것으로 천이하고 있다. 더 작은 노드 사이즈 및 더 큰 웨이퍼에 의해, 처리된 웨이퍼에서의 결함을 피하기 위해 플라즈마 및 기(radical)의 거시적 및 미시적 균일성이 점점 중요해지고 있다.

용량 결합 플라즈마(capacitively coupled plasma, CCP)에 있어서, 중요한 난제는 플라즈마 불균일성이다. 웨이퍼 처리에서는 초고주파수 플라즈마(30-300MHz)를 사용하고 평판 디스클레이 처리에서는 무선 주파수(RF) 플라즈마(3-30MHz)를 사용하는 것이 더 바람직하게 되고 있다. 그러나, 이러한 고주파수 플라즈마는, 적어도 부분적으로, 플라즈마에서 생성된 정재파 때문에 불균일하게 되는 경향이 있다.

CCP 시스템의 불균일성을 해결하기 위한 종래의 방법은 가우스 렌즈 구조를 가진 고온 전극(hot electrode) 및 위상 제어 기술을 이용하는 단계를 포함한다. 그러나, 이 방법은 복잡하고 비용이 많이 든다.

여기에서 설명하는 기술은 균일한 플라즈마를 생성하는데 조력하도록 구성된 구조적 특징을 가진 용량 결합형 플라즈마 시스템의 상부 전극(고온 전극)을 포함한다. 그러한 구조적 특징은 플라즈마에 면하는 표면에서 정재파의 분열에 조력하고 및/또는 플라즈마 공간 내에서 정재파가 형성되는 것을 방지하는 표면 형상을 규정한다. 예를 들면, 그러한 구조적 특징은 상부 전극의 표면으로부터 돌출하고 단면이 대략 직사각형인 동심 링의 집합을 포함할 수 있다. 링의 단면 크기, 형상, 치수 및 간격은 모두 균일 밀도 플라즈마를 생성하는 시스템을 만들도록 선택된다.

일 실시형태는 평행판 용량 결합 플라즈마 처리 장치에서 사용하도록 구성된 전극판을 포함한다. 상기 플라즈마 처리 장치는 타겟 기판을 수용하는 처리 공간을 형성하는 처리실을 포함한다. 상기 처리실에 처리 가스를 공급하도록 구성된 처리 가스 공급 유닛을 포함한다. 상기 처리실의 배기 포트에 연결된 배기 유닛은 상기 처리실 내측으로부터 가스를 진공 배기시킨다. 제1 전극과 제2 전극이 상기 처리실 내에서 서로 대향하게 배치된다. 상기 제1 전극은 상부 전극이고 상기 제2 전극은 하부 전극이다. 상기 제2 전극은 탑재 테이블에 의하여 타겟 기판을 지지하도록 구성된다. 제1 무선 주파수(RF) 전력 인가 유닛은 상기 제1 전극에 제1 RF 전력을 인가하도록 구성되고, 제2 RF 전력 인가 유닛은 상기 제2 전극에 제2 RF 전력을 인가하도록 구성된다. 전극판은 상기 제1 전극에 장착될 수 있다. 전극판은 상기 제1 전극에 장착된 때 상기 제2 전극에 면하는 표면 영역을 갖는다. 상기 표면 영역은 실질적으로 평탄하고, 상기 표면 영역으로부터 돌출하는 동심 링 집합을 포함한다. 각각의 동심 링은 소정의 단면 형상을 가지며, 각각의 동심 링은 인근 동심 링으로부터 소정의 갭 간격만큼 이격된다.

다른 실시형태는 플라즈마 처리 장치를 포함한다. 이것은 수 개의 컴포넌트를 포함할 수 있다. 처리실은 타겟 기판을 수용하기 위한 처리 공간을 형성한다. 처리 가스 공급 유닛은 상기 처리실에 처리 가스를 공급하도록 구성된다. 배기 유닛은 상기 처리실 내측으로부터 가스를 진공 배기시키도록 상기 처리실의 배기 포트에 연결된다. 제1 전극과 제2 전극이 상기 처리실 내에서 서로 대향하게 배치된다. 상기 제1 전극은 상부 전극이고 상기 제2 전극은 하부 전극이다. 상기 제2 전극은 탑재 테이블에 의하여 타겟 기판을 지지하도록 구성된다. 제1 전극은 상기 제2 전극에 면하는 표면을 가진 전극판을 포함한다. 상기 표면은 실질적으로 평탄하고, 외부 경계가 소정의 형상을 갖는다. 상기 표면은 긴 돌기들의 집합을 포함한다. 각각의 긴 돌기는 상기 표면으로부터 소정의 높이로 연장한다. 각각의 긴 돌기는 상기 평탄한 표면을 따라서 및 상기 제1 전극의 중심점 주위에서 연장한다. 상기 긴 돌기의 적어도 일부는 상기 표면의 외부 경계와 실질적으로 유사한 긴 형상을 갖는다. 상기 돌기들의 집합은 돌기들의 일부가 적어도 하나의 다른 돌기에 의해 둘러싸이도록 상기 표면상에 배치된다. 각각의 주어진 긴 돌기는 인근의 긴 돌기로부터 소정의 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다. 제1 무선 주파수(RF) 전력 인가 유닛은 상기 제1 전극에 제1 RF 전력을 인가하도록 구성될 수 있다.

또 다른 실시형태는 플라즈마 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하기 위한 균일한 플라즈마를 생성하는 방법을 포함한다. 플라즈마 처리 장치는 진공 배기 가능한 처리실, 상기 처리실에 배치되어 타겟 기판에 대한 탑재 테이블로서 소용되는 하부 전극, 상기 처리실 내에 상기 하부 전극에 면하도록 배치된 상부 전극, 및 상기 상부 전극에 접속된 제1 무선 주파수(RF) 전원장치를 포함한다. 상기 제1 RF 전원장치는 상기 상부 전극에 제1 RF 전력을 공급한다. 타겟 기판은 상기 처리실 내에 로드되어 상기 하부 기판상에 탑재된다. 상기 처리실에서 초기 가스가 배기된다. 처리 가스가 상기 처리실에 공급된다. 플라즈마는 상기 상부 전극에 제1 RF 전력을 인가함으로써 처리 가스로부터 생성된다. 상부 전극은 상기 제2 전극에 면하는 표면 영역을 갖는다. 상기 표면 영역은 실질적으로 평탄하고, 상기 표면 영역으로부터 돌출하는 동심 링 집합을 포함하며, 상기 동심 링의 집합은 소정의 공간 분포로 위치되고, 각각의 동심 링은 소정의 단면 형상을 갖는다.

물론, 여기에서 설명하는 상이한 단계들의 설명 순서는 명확성 목적으로 제시되었다. 일반적으로, 이 단계들은 임의의 적당한 순서로 수행될 수 있다. 또한, 각각의 상이한 특징, 기술, 구성 등이 이 명세서의 다른 장소에서 설명되지만, 각각의 개념은 서로 독립적으로 또는 서로 조합하여 실행될 수 있는 것으로 의도된다. 따라서, 본 발명은 많은 다른 방법으로 구체화되고 보여질 수 있다.

이 요약 설명은 본 명세서 또는 청구된 발명의 모든 실시형태 및/또는 점진적으로 신규인 양태를 특정하지 않는다는 점에 주목한다. 그 대신에, 이 요약은 종래 기술에 대한 상이한 실시형태 및 대응하는 신규성 항목의 예시적인 설명만을 제공한다. 발명 및 실시형태의 추가적인 세부 및/또는 가능한 상관관계(perspective)에 대해서는 뒤에서 추가로 설명하는 본 명세서의 상세한 설명 부분 및 대응하는 도면을 참조하기로 한다.

본 발명의 각종 실시형태의 더 완전한 이해 및 발명의 많은 부수적인 장점들은 첨부 도면과 함께하는 이하의 상세한 설명을 참조함으로써 더욱 명백하게 될 것이다. 첨부 도면들은 정확한 축척으로 된 것이 아니고, 그 대신에 특징, 원리 및 개념을 설명하기 위해 강조될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략적 구성을 보인 횡단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 상부 전극의 측 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 상부 전극의 저면도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 상부 전극의 확대된 측 횡단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 상부 전극의 투시 횡단면도이다.
도 6a-6d는 본 발명의 실시형태에 따른 예시적인 상부 전극 돌기의 측 횡단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시형태에 따른 상부 전극의 형상에 대한 예시적인 측 횡단면도이다.
도 8a 및 도 8b는 각종의 돌기 패턴을 보인 상부 전극의 저면도이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시형태를 이용하지 않은 전자 밀도의 선도이다.
도 10a 및 도 10c는 본 발명의 실시형태를 이용하지 않은 전자 밀도의 윤곽도이다.
도 10b 및 도 10d는 본 발명의 실시형태에 따른 전자 밀도의 윤곽도이다.
도 11은 본 발명의 실시형태에 따른 상부 전극의 측 횡단면도이다.
도 12는 본 발명의 실시형태에 따른 상부 전극의 저면도이다.

이하의 설명에서는 처리 시스템의 특수한 기하학적 형상 및 처리 시스템에서 사용하는 각종 컴포넌트 및 처리의 설명과 같은 특정의 세부들이 개시된다. 그러나, 본 발명은 이러한 특정의 세부로부터 벗어나는 다른 실시형태로 실시될 수 있고, 그러한 세부는 설명을 위한 것이지 제한하는 것이 아님을 이해하여야 한다. 여기에서 설명하는 실시형태는 첨부 도면을 참조하여 설명될 것이다. 유사하게, 설명의 목적으로, 완전한 이해를 제공하기 위해 특정의 수, 물질 및 구성이 개시된다. 그렇지만, 실시형태들은 그러한 특정의 세부 없이 실시될 수 있다. 실질적으로 동일한 기능적 구성을 가진 컴포넌트들은 동일한 참조 문자로 표시되어 있고, 따라서 임의의 중복되는 설명은 생략될 수 있다.

각종의 기술이 각종 실시형태의 이해를 돕기 위해 복수의 별개의 동작으로서 설명될 것이다. 설명의 순서는 이러한 동작들이 반드시 순서 종속적임을 의미하는 것으로 해석되어서는 안된다. 사실 이러한 동작들은 제시된 순서로 수행될 필요가 없다. 여기에서 설명하는 동작들은 설명된 실시형태와는 다른 순서로 수행될 수 있다. 각종의 추가적인 동작들이 수행될 수 있고, 및/또는 추가적인 실시형태에서는 여기에서 설명한 동작들이 생략될 수도 있다.

여기에서 사용하는 용어 "기판" 또는 "타겟 기판"은 일반적으로 본 발명에 따라 처리되는 물체를 말한다. 기판은 장치, 특히 반도체 또는 다른 전자 장치의 임의의 물질 부분 또는 구조를 포함할 수 있고, 예를 들면, 반도체 웨이퍼와 같은 기본 기판 구조, 또는 박막과 같이 상기 기본 기판 구조 위의 층일 수 있다. 따라서, 기판은 임의의 특수한 기본 기판, 하부 층 또는 상부 층, 패턴화된 것 또는 패턴화되지 않은 것으로 제한되지 않고, 오히려 이러한 임의의 층 또는 기본 기판, 및 층과 기본 기판의 임의의 조합을 포함하는 것으로 고려된다. 이하에서의 설명은 특정 유형의 기판을 참조하지만, 이것은 단순히 설명을 위한 것이다.

여기에서 설명하는 기술은 균일한 플라즈마 생성이 가능하도록 구성된 플라즈마 처리 시스템 및 수반되는 전극판을 포함한다. 전극판은 플라즈마 생성 공간에 면하는 표면을 갖고, 이 플라즈마 대면 표면은 초고주파(very high frequency, VHF) RF(무선 주파수) 전력을 사용하여 플라즈마를 생성하는 경우에도 플라즈마 균일성을 촉진하는 구조를 포함한다. 그러한 표면 구조는 방사상 장벽을 제공하는 상승된 동심 링, 네스트된 루프 또는 다른 돌기를 포함할 수 있다. 동심 링의 집합으로부터의 각 링은 거시적 및 미시적 플라즈마 균일성을 촉진하도록 설계된 단면 높이, 단면 폭 및 단면 형상뿐만 아니라, 인근 링으로부터의 간격을 가질 수 있다.

플라즈마를 생성하기 위해 상이한 접근법을 이용하는 복수의 상이한 플라즈마 처리 장치가 있다. 예를 들면, 각종 접근법은 다른 무엇보다도 특히 유도 결합 플라즈마(ICP), 방사상 선 슬롯 안테나(radial line slot antenna, RLSA) 및 용량 결합 플라즈마(CCP)를 포함할 수 있다. 편의상, 여기에서 제시되는 실시형태는 평행판 용량 결합 플라즈마(CCP) 시스템과 관련하여 설명되지만, 전극을 이용하는 다른 접근법도 또한 각종 실시형태와 함께 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략적 구성을 보인 횡단면도이다. 도 1의 플라즈마 처리 장치(100)는 상부 전극으로부터 플라즈마 공간으로 돌출하는 소정 패턴의 돌기 또는 구조물이 있는 상부 전극을 포함한 용량 결합형 팽행판 플라즈마 에칭 장치이다. 여기에서의 기술은 플라즈마 세정, 플라즈마 중합, 플라즈마 조력 화학 기상 증착 등을 위한 것과 같이 다른 플라즈마 처리 장치와 함께 사용될 수 있다는 점에 주목한다.

더 구체적으로, 플라즈마 처리 장치(100)는 예를 들면 대략 원통 형상으로 된 처리 공간을 제공하는 처리 용기를 규정하는 처리실(110)을 갖는다. 처리 용기는 예를 들면 알루미늄 합금으로 형성될 수 있고, 전기적으로 접지될 수 있다. 처리 용기의 내벽은 알루미나(Al.sub.2O.sub.3), 이트리아(Y.sub.2O.sub.3) 또는 다른 보호제로 코팅될 수 있다. 서셉터(416)는 기판으로서 그 위에 웨이퍼(W)를 탑재하는 탑재 테이블로서 작용하는 제2 전극의 예로서 하부 전극(400)(하부 전극 어셈블리)의 일부를 형성한다. 구체적으로, 서셉터(416)는 절연판(112)을 통해 처리실(110) 바닥의 대략 중앙에 제공되는 서셉터 지지대(114) 위에서 지지된다. 서셉터 지지대(114)는 원통형일 수 있다. 서셉터(416)는 예를 들면 알루미늄 합금으로 형성될 수 있다.

서셉터(416)는 웨이퍼(W)를 홀딩하기 위한 (하부 전극 어셈블리의 일부로서) 정전 척(418)이 그 위에 제공된다. 정전 척(418)에는 전극(410)이 제공된다. 전극(410)은 DC(직류) 전원장치(122)에 전기적으로 접속된다. 정전 척(418)은 DC 전원장치(122)로부터의 DC 전압이 전극(410)에 인가된 때 생성되는 쿨롱 힘에 의해 웨이퍼(W)를 끌어당긴다.

포커스 링(424)이 상기 정전 척(418)을 둘러싸도록 상기 서셉터(416)의 상부면에 제공된다. 예를 들면 석영으로 형성된 원통형 내벽 부재(126)는 상기 정전 척(418) 및 상기 서셉터 지지대(114)의 외주측에 부착된다. 서셉터 지지대(114)는 환상의 냉각재 경로(128)를 포함한다. 환상의 냉각재 경로(128)는 예를 들면 선로(130a, 130b)를 통해 처리실(110) 외부에 설치된 냉각기(chiller unit)(도시 생략됨)와 연결된다. 환상의 냉각재 경로(128)에는 선로(130a, 130b)를 통하여 순환하는 냉각재(냉각 유체 또는 냉각수)가 공급된다. 따라서, 서셉터(416) 위에 탑재되는 웨이퍼(W)의 온도를 조절할 수 있다.

서셉터(416) 및 서셉터 지지대(114)를 통과하는 가스 공급 선로(132)는 정전 척(418)의 상부면에 열 전도 가스를 공급하도록 구성된다. 헬륨(He) 등의 열 전도 가스(이면 가스(backside gas))가 웨이퍼(W) 가열에 조력하도록 상기 가스 공급 선로(132)를 통해 웨이퍼(W)와 정전 척(418) 사이에 공급될 수 있다.

제1 전극의 일 예인 상부 전극(300)(즉, 상부 전극 어셈블리)은 하부 전극(400)에 평행하게 면하도록 상기 하부 전극(400)의 수직으로 위에 제공된다. 플라즈마 생성 공간 또는 플라즈마 공간(PS)은 상기 하부 전극(400)과 상기 상부 전극(300) 사이에 규정된다. 상부 전극(300)은 원판 형상의 내측 상부 전극(302)을 포함하고, 외측 상부 전극(304)은 상기 내측 상부 전극(302)의 외부를 둘러싸는 환상일 수 있다. 내측 상부 전극(302)은 또한 하부 전극(400) 위에 탑재된 웨이퍼(W) 상의 플라즈마 생성 공간(PS)을 향하여 특정 양의 처리 가스를 주입하기 위한 처리 가스 주입구로서 기능한다. 이것에 의해, 상부 전극(300)은 샤워헤드를 형성한다.

더 구체적으로, 내측 상부 전극(302)은 복수의 가스 주입 개공(324) 및 돌기(314)를 가진 (전형적으로 원형인) 전극판(310)을 포함한다. 돌기(314) 및 그 구성에 대해서는 뒤에서 자세히 설명한다. 내측 상부 전극(302)은 전극판(310)의 상측을 분리가능하게 지지하는 전극 지지대(320)를 또한 포함한다. 전극 지지대(320)는 전극판(310)이 원 형상인 경우 그 전극판(310)과 대략 동일한 직경을 가진 원판 형상으로 형성될 수 있다. 대안적인 실시형태에 있어서, 전극판(310)은 정사각형, 직사각형, 다각형 등일 수 있다. 전극 지지대(320)는 예를 들면 알루미늄으로 형성될 수 있고, 버퍼 챔버(322)를 포함할 수 있다. 버퍼 챔버(322)는 가스를 확산시키기 위해 사용되고 원판 형상의 공간을 갖는다. 가스 공급 시스템(200)으로부터의 처리 가스가 상기 버퍼 챔버(322)에 도입된다. 처리 가스는 그 다음에 상기 버퍼 챔버(322)로부터 그 하부면의 가스 주입공(324)으로 이동할 수 있다. 이때 내측 상부 전극은 본질적으로 사워헤드 전극을 제공한다.

링 형상을 가진 유전체(306)는 내측 상부 전극(302)과 외측 상부 전극(304) 사이에 개재된다. 링 형상을 가지며 예를 들면 알루미나로 형성된 절연성 차폐부재(308)는 처리실(110)의 내측 주변벽과 상기 외측 상부 전극(304) 사이에 기밀 방식으로 개재된다.

외측 상부 전극(304)은 급전기(power feeder)(152), 커넥터(150), 상부 급전봉(148) 및 매칭 유닛(146)을 통하여 제1 고주파 전원장치(154)와 전기적으로 접속된다. 제1 고주파 전원장치(154)는 주파수가 40MHz 또는 그 이상(예를 들면, 60MHz)인 고주파 전압을 출력할 수 있고, 또는 주파수가 30-300MHz인 초고주파(VHF) 전압을 출력할 수 있다. 급전기(152)는 예를 들면 하부면이 개방된 대략 원통 형상으로 형성될 수 있다. 급전기는 그 하부 단부에서 외측 상부 전극(304)에 접속될 수 있다. 급전기(152)는 커넥터(150)에 의해 그 상부면의 중앙부에서 상부 급전봉(148)의 하부 단부와 전기적으로 접속된다. 상부 급전봉(148)은 그 상부 단부에서 매칭 유닛(146)의 출력 측에 접속된다. 매칭 유닛(146)은 제1 고주파 전원장치(154)에 접속되고, 부하 임피던스를 상기 제1 고주파 전원장치(154)의 내부 임피던스와 매칭시킬 수 있다. 그러나, 상기 외측 상부 전극(304)은 선택사항이고 실시형태는 단일 상부 전극과 함께 기능할 수 있다는 점에 주목한다.

급전기(152)는 측벽의 직경이 처리실(110)의 직경과 대략 동일한 원통형일 수 있는 접지 도체(111)에 의해 그 외부가 덮여진다. 접지 도체(111)는 그 하부 단부가 처리실(110)의 측벽의 상부에 접속된다. 상부 급전봉(148)은 접지 도체(111)의 상부면의 중앙부를 통과한다. 절연 부재(156)가 상기 접지 도체(111)와 상부 급전봉(148) 간의 접촉부에 개재된다.

전극 지지대(320)는 그 상부면이 하부 급전봉(170)과 전기적으로 접속된다. 하부 급전봉(170)은 커넥터(150)를 통하여 상부 급전봉(148)과 연결된다. 상부 급전봉(148)과 하부 급전봉(170)은 제1 고주파 전원장치(154)로부터 상부 전극(300)으로 고주파 전원을 공급하는 급전봉(집합적으로 "급전봉"이라고 부른다)을 형성한다. 하부 급전봉(170)에는 가변 콘덴서(172)가 제공된다. 가변 콘덴서(172)의 용량을 조정함으로써, 고주파 전력이 제1 고주파 전원장치(154)로부터 인가된 때, 내측 상부 전극(302)의 바로 아래에서 형성되는 전계 강도에 대한 외측 상부 전극(304)의 바로 아래에서 형성되는 전계 강도의 상대 비율이 조정될 수 있다.

가스 배기 포트(174)가 처리실(110)의 바닥부에 형성된다. 가스 배기 포트(174)는 예컨대 진공 펌프를 포함할 수 있는 가스 배기 유닛(178)에 가스 배기 선로(176)를 통하여 연결된다. 가스 배기 유닛(178)은 처리실(110)의 내부 압력이 원하는 진공도까지 감압되도록 처리실(110)의 내부를 배기시킨다. 서셉터(416)는 매칭 유닛(180)을 통하여 제2 고주파 전원장치(182)와 전기적으로 접속될 수 있다. 제2 고주파 전원장치(182)는 2MHz 내지 20MHz의 범위, 예를 들면, 2MHz의 고주파 전압을 출력할 수 있다.

상부 전극(300)의 내측 상부 전극(302)은 저역 통과 필터(LPF)(184)와 전기적으로 접속된다. LPF(184)는 제1 고주파 전원장치(154)로부터의 고주파수를 차단하고, 제2 고주파 전원장치(182)로부터의 저주파수를 그라운드로 통과시킨다. 한편, 하부 전극의 일부를 형성하는 서셉터(416)는 고역 통과 필터(HPF)(186)와 전기적으로 접속된다. HPF(186)는 제1 고주파 전원장치(154)로부터의 고주파수를 그라운드로 통과시킨다. 가스 공급 시스템(200)은 상부 전극(300)에 가스를 공급한다. 가스 공급 시스템(200)은 예를 들면 도 1에 도시된 바와 같이 웨이퍼 상에서 막 형성, 에칭 등과 같은 특정 처리를 수행하기 위한 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 유닛(210)을 포함한다. 처리 가스 공급 유닛(210)은 처리 가스 공급 경로를 형성하는 처리 가스 공급 선로(202)에 연결된다. 처리 가스 공급 선로(202)는 내측 상부 전극(302)의 버퍼 챔버(322)에 연결된다.

플라즈마 처리 장치(100)는 플라즈마 처리 장치(100)의 각종 컴포넌트를 제어하는 제어 유닛(500)과 접속된다. 예를 들면, 제어 유닛(500)은 가스 공급 시스템(200)의 처리 가스 공급 유닛(210) 외에 DC 전원장치(122), 제1 고주파(또는 VHF) 전원장치(154), 제2 고주파(또는 VHF) 전원장치(182) 등을 제어한다.

내측 상부 전극(302)은 하부 전극(400)에 면하는 전극판(310)을 포함하고, 이것에 의해 용량 결합 플라즈마 툴의 평행판을 형성한다. 전극 지지대(320)는 하부 전극(400)에 대향하는 전극판(310)의 배면(여기에서는 전극판의 후면)에 접촉하고, 상기 전극판(310)을 분리 가능하게 지지한다. 대안적인 실시형태에 있어서, 전극판(310)은 상부 전극(300)과 일체형으로 될 수 있다. 그러나, 전극판(310)을 분리 가능하게 하는 것이 플라즈마가 화학적으로 반응하여 상기 하부 전극에 면하는 표면 영역을 부식시킬 수 있기 때문에 유리하다. 따라서, 전극판은 교체하기 위해, 또는 특정 유형의 플라즈마 처리에 적당한 각종의 상이한 유형의 물질로 된 전극판을 선택하기 위해 제거될 수 있다.

상부 전극(300)은 전극판(310)의 온도를 제어하기 위한 냉각판 또는 냉각 메카니즘(도시 생략됨)을 또한 포함할 수 있다. 전극판(310)은 Si, SiC, 도핑된 Si, 알루미늄 등과 같은 도체 또는 반도체 물질로 형성될 수 있다.

동작시에, 플라즈마 처리 장치(100)는 상부 전극과 하부 전극을 이용하여 PS에서 플라즈마를 생성한다. 이 생성된 플라즈마는 그 다음에 플라즈마 에칭, 화학 기상 증착, 유리 물질의 처리 및 대형 패널의 처리 등과 같은 각종 유형의 처리에서 처리 대상의 웨이퍼(W) 또는 임의의 물질과 같은 타겟 기판을 처리하기 위해 사용될 수 있다. 편의상, 이 플라즈마 생성은 웨이퍼(W)에 형성된 산화막의 에칭과 관련하여 설명할 것이다. 먼저, 웨이퍼(W)는 게이트 밸브(도시 생략됨)가 개방된 후에 로드락 챔버(load lock chamber)(도시 생략됨)로부터 처리실(110)로 로드되고, 정전 척(418) 위에 탑재된다. 그 다음에, DC 전원장치(122)로부터 DC 전압이 인가된 때, 웨이퍼(W)가 정전 척(418)에 정전기적으로 부착된다. 그 다음에, 게이트 밸브가 폐쇄되고, 처리실(110)이 가스 배기 유닛(178)에 의해 특정의 진공 레벨까지 비워진다.

그 다음에, 처리 가스 공급 선로(202)를 통해 처리 가스 공급 유닛(210)으로부터 상부 전극(300)의 버퍼 챔버(322)에 처리 가스가 도입되고, 그 유속은 예를 들면 질량 흐름 제어기에 의해 조정된다. 또한, 버퍼 챔버(322)에 도입된 처리 가스는 전극판(310)(샤워헤드 전극)의 가스 주입공으로부터 웨이퍼(W)로 균일하게 방출되고, 그 다음에 처리실(110)의 내부 압력이 특정 레벨로 유지된다.

3-150MHz의 범위, 예를 들면, 60MHz의 고주파 전력이 제1 고주파 전원장치(154)로부터 상부 전극(300)으로 인가된다. 이것에 의해 하부 전극을 형성하는 서셉터(116)와 상부 전극(300) 사이에 고주파 전계가 생성되고, 처리 가스가 해리되어 플라즈마로 변환된다. 0.2-20MHz의 범위, 예를 들면, 2MHz의 저주파 전력이 제2 고주파 전원장치(182)로부터 하부 전극을 형성하는 서셉터(116)로 인가된다. 다시 말하면, 이중 주파수 시스템을 사용할 수 있다. 그 결과, 플라즈마 내의 이온들이 서셉터(116) 쪽으로 끌어당겨지고, 에칭의 이방성이 이온 조력으로 증가된다.

용량 결합 플라즈마 툴과 관련된 주요 난제는 플라즈마 불균일성이다. 소정의 플라즈마 처리는 30-300MHz 범위의 초고주파(VHF) 전력을 사용할 경우 유리할 수 있다. 그러나, 이러한 VHF 전력은 불균일한 전계를 생성하는 경향이 있다. 더 높은 주파수에서는 파장이 감소하지만 불균일성이 증가한다. 특히 파장이 전극의 직경에 비하여 상대적으로 작아질 때 그렇다. 이러한 불균일성은 웨이퍼(W)의 불균일한 노출을 야기하여 웨이퍼(W)의 결함을 유도하기 때문에 문제가 된다.

균일한 플라즈마의 생성은 까다롭다. 이상적인 플라즈마에서는 플라즈마 내에서 이동하는 이온 및 전자의 분포가 동일하다. 플라즈마 균일성에 영향을 줄 수 있는 플레이에는 상이한 변수들이 있다. 이 변수들은 전력, 주파수, 압력, 물질 등을 포함한다. 불균일성의 하나의 수단(measure)은 각종 위치에서 플라즈마 내의 전자 밀도이다. 도 9a는 전극판의 위치와 관련한 전자 밀도(플라즈마 강도)의 선도를 보인 것이다. 이 선도에 있어서, X축은 (전극판과 정렬된) 웨이퍼의 중심점으로부터의 거리를 나타내고, 여기에서 0은 웨이퍼의 중심이다. Y축은 상대적인 전자 밀도를 나타낸다. 웨이퍼의 중심과 가장자리 사이에는 상당한 전자 밀도 차(602)가 있다는 점에 주목한다. 웨이퍼의 중심에서의 전자 밀도는 가장자리에서의 전자 밀도보다 3배 내지 4배 더 크기 때문에 예리한 중심 피크가 있다.

마찬가지로, 도 9b에는 유사한 중심 피크 또는 중심의 높은 전자 분포가 있다. 도 9b는 더 높은 압력을 사용한다는 점에서 도 9a와 상이하다. 더 높은 압력 때문에, 가장자리에서의 전자 밀도의 약 3배 내지 4배인 중심 피크가 여전히 있지만(전자 밀도 차(604)), 이 더 높은 압력에서는 웨이퍼 또는 전극의 가장자리 부근에 제2의 피크가 또한 있다는 점에 주목한다.

도 10a는 상부 전극(309) 및 하부 전극(400)과 관련한 플라즈마 공간에서의 전자 밀도를 보인 윤곽도이다. 상부 전극(309)(또는 전극판)은 종래의 전극판과 같이 대략 평탄한 표면을 갖는다. 도 10a는 도 9a와 상관된다. 이 윤곽도에서 어두운 공간은 더 높은 전자 밀도를 나타낸다. 따라서, 도 10a는 플라즈마 공간의 중심에서 높은 전자 밀도를 나타내고, 전극의 가장자리로 갈수록 상대적으로 낮은 전자 밀도를 나타낸다. 도 10c는 도 10c가 도 9b와 상관된다는 점을 제외하고 도 10a와 유사하다. 그래서, 높은 중심 전자 밀도가 있을 뿐만 아니라, 플라즈마 공간의 가장자리에서 (더 작은) 2차 피크가 있다는 점에 주목한다.

따라서, 여기에서 설명하는 기술은 예를 들면 이 파를 제거 및/또는 제어함으로써 플라즈마 내에서 균일한 전자 밀도를 촉진하는 것으로 인식되었다. 이 기술들은 전극판(310)에서 하나 이상의 구조물을 이용하는 것을 포함한다. 그러한 구조물은 전극판(310)의 플라즈마 대면 표면에 위치된다. 그러한 구조물은 방사상 방향으로, 즉 전극판(310)의 중심점으로부터 외측으로 하나 이상의 장벽을 제공하도록 구성될 수 있다.

이제, 도 2를 참조하면, 예시적인 전극판(310)의 측 횡단면도가 도시되어 있다. 표면 영역(312)에는 복수의 돌기(314)가 있다. 이러한 구조물(돌기)은 중심점(318)으로부터 외부 경계(316) 쪽으로 표면 영역(312)을 따라 이동할 때 일종의 장벽을 형성한다는 점에 주목한다.

도 3은 전극판(310)의 저면도이다. 이 도면에서, 돌기(314)는 중심점(318)에 중심을 둔 동심 링의 집합으로서 도시되어 있다. 일부 실시형태에 있어서, 상기 동심 링의 집합은 고른 즉 등거리 간격을 가질 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 상기 간격은 가변적일 수 있다. 단면 크기 및 형상과 동심 링들 간의 갭 거리는 플라즈마 파장 또는 예상되는 플라즈마 파장에 기초를 둘 수 있다. 동심 링의 수는 표면 영역(312)의 직경에 따라 또한 변할 수 있다. 상기 링 또는 돌기(314)는 표면 영역(312)에 장착 또는 고정(용접, 용착, 죄기)될 수 있고, 또는 돌기들을 기계가공하거나 전극판을 주조함으로써 전극판(310)과 일체형으로 될 수 있다.

도 4는 전극판(310)의 확대된 횡단면도이다. 이 도면에서, 돌기(314)는 라운드(332)와 필렛(fillet)(334)이 있는 대략 직사각형 단면 형상을 갖는 것으로 도시되어 있다. 이러한 라운딩은 필요한 것은 아니지만 파 전파를 제어할 때 유리한 효과를 가질 수 있다. 각 돌기는 소정의 단면 폭(336)과 소정의 단면 높이(338)를 가질 수 있다. 인접한 돌기들은 갭 간격(340)만큼 서로 분리된다. 이러한 갭 간격(340)은 가장자리에서부터 가장자리까지, 중심에서부터 중심까지, 또는 다른 방식으로 측정될 수 있다. 이 치수들의 값은 절대적이거나 상대적일 수 있다. 예를 들면, 값들은 전극판 직경에 따라서, 특정의 에칭/증착 처리에 따라서, 또는 생성된 플라즈마의 플라즈마 파장에 따라서 특정 범위의 치수로부터 선택될 수 있다. 파장이 1-10cm인 VHF 플라즈마의 경우에, 돌기 치수 및 갭 간격은 최적의 플라즈마 균일성을 생성하기 위해 그 파장에 따라 결정될 수 있다.

도 5는 플라즈마 공간에 면하는 표면 영역(312)을 보인 전극판(310)의 확대된 횡단면 투시도이다.

여기에서의 실시형태에서 사용하도록 선택될 수 있는 각종의 횡단면 형상이 있다. 예를 들면, 도 6a는 돌기(314)가 본질적으로 표면 영역(312)으로부터 돌출한 지느러미(fin)인 비교적 얇은 단면 형상을 보인 것이다. 도 6b는 사다리꼴 형상의 돌기(314)를 보인 것이다. 도 6c에서, 돌기(314)는 둥근 형상, 즉 반원 형상이고, 도 6d에서 돌기(314)는 삼각 형상이다.

돌기(314)의 각종 단면 형상 외에, 전극판(310)은 대안적인 단면 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 도 7a는 표면 영역(312)이 (플라즈마 공간(PS)과 관련해서) 오목 곡률을 갖는다는 점에서 가우시안 렌즈 형상을 갖는 전극판(310)을 보이고 있다. 도 7b에서, 전극판은 표면 영역(312)의 상이한 부분들이 하부 전극(400)으로부터 상이한 수직 거리를 갖는다는 점에서 계단형인 표면 영역(312)을 갖는다.

도 8a는 전극판(310)의 대안적인 실시형태의 저면도이다. 도 8a는, 동심 링의 집합 대신에, 전극판의 중심을 둘러싸는 직사각형 및 타원형의 연장된 돌기들이 형성된 직사각형의 표면 영역(312)을 가진 전극판(310)을 보인 것이다. 도 8b에서, 돌기(314)는 연속적이지 않고 개구들이 있는 동심 링이지만, 그러한 돌기(314)도 여전히 표면 영역(312)에서 주어진 방사상 방향에 대략 수직인 장벽을 제공한다. 다른 실시형태에서는 링 또는 돌기가 연속적이다.

대응하는 플라즈마 처리 장치의 전극판에서의 이러한 돌기에 의해, 플라즈마 처리 장치는 VHF 전력에서도 균일한 전자 밀도를 제공할 수 있다. 도 10b 및 도 10d는 동심 링 또는 다른 연장된 돌기를 가진 전극판(310)을 이용하는 플라즈마 처리 장치에서의 전자 밀도의 예시적인 윤곽도를 보인 것이다. 이러한 전극판 돌기의 결과 플라즈마 공간 전역에 걸쳐 전자 밀도가 전체적으로 균일하다는 점에 주목한다. 본 발명의 기술이 없으면, 플라즈마 불균일성이 200% 이상만큼 높을 수 있지만, 본 발명의 기술에 의하면 10% 미만의 플라즈마 불균일성을 제공할 수 있다.

도 11 및 도 12는 전극판(310)의 다른 예시적인 구성을 보인 것이다. 도 11은 예시적인 전극판(310)의 측 횡단면도이고, 도 12는 전극판(310)의 저면도이다. 표면(312)에는 표면으로부터 돌출한 또는 다른 방식으로 표면에 부착된 (지느러미같은) 복수의 돌기(314)가 있다. 돌기(324)는 표면(312)의 외측 부분에 배치되어 있다는 점에 주목한다. 따라서, 표면(312)의 내측 원형 부분에는 돌기가 없고, 표면(312)의 외측 링 형상 부분(가장자리 영역)은 복수의 동심 링형의 돌기(314)를 포함한다. 돌기(314)들은 대략 삼각형 또는 원추형 단면 형상을 가진다는 점에 또한 주목한다. 돌기(314)들의 측벽이 표면(312)에 수직한 대신에, 측벽은 표면(312)에 대하여 둔각을 갖는다. 예를 들면, 이러한 둔각은 표면(312)으로부터 인접 측벽까지 약 100도 내지 160도 사이에 있을 수 있다. 측벽이 각도를 갖게 함으로써 플라즈마 균일성을 더욱 촉진할 수 있다. 예를 들면, 표면 영역(312) 부근에서 또는 표면 영역(312)을 가로질러 진행하는 더 높은 주파수의 전자기파는 플라즈마 공간으로 편향될 수 있고, 이것에 의해 균일성을 증가시킨다. 이 실시형태에 있어서, 전형적인 경우와 같이, 더 높은 주파수의 RF가 상부 전극으로부터 및 더 낮은 RF 주파수가 하부 전극으로부터 공급될 수 있다. 그러나, 이 실시형태는 하부 전극으로부터 고주파수를, 및 상부 전극으로부터 저주파수를 인가하는 경우에도 또한 효과적으로 기능할 수 있다.

본 발명의 기술에 의해 제공되는 각종의 대안적인 실시형태가 있다는 것은 명백하다.

일 실시형태는 플라즈마 처리 장치에서 사용하는 전극을 포함한다. 이 전극은 제거 가능한 전극 또는 더 영구적인 전극일 수 있다. 전극은 평행판 용량 결합형 플라즈마 처리 장치에서 사용하도록 구성된 전극판을 포함한다. 플라즈마 처리 장치는 반도체 웨이퍼 또는 평판과 같은 타겟 기판을 수용하기 위한 처리 공간을 형성하는 처리실을 포함한다. 처리 가스 공급 유닛은 상기 처리실에 처리 가스를 공급하도록 구성된다. 상기 처리실의 내측으로부터 가스를 진공 배기하기 위해 상기 처리실의 배기 포트에 배기 유닛이 연결된다. 제1 전극 및 제2 전극이 상기 처리실 내에서 서로 대향하게 배치된다. 제1 전극은 상부 전극(300)이고 제2 전극은 하부 전극(400)이다. 제2 전극은 탑재 테이블을 통해 타겟 기판을 지지하도록 구성된다. 제1 무선 주파수(RF) 전력 인가 유닛이 상기 제1 전극에 제1 RF 전력을 인가하도록 구성된다. 이 제1 RF 전력 인가 유닛은 전원 장치, 또는 외부 전원 장치를 수용하여 적용하는 회로를 포함할 수 있다. 제2 RF 전력 인가 유닛은 제2 RF 전력을 제2 전극에 인가하도록 구성된다. 전극판은 제1 전극에 장착 가능하다. 전극판은 제1 전극에 장착된 때 제2 전극에 면하는 표면 영역을 갖는다. 전극판의 표면 영역은 실질적으로 평면이고, 표면 영역으로부터 돌출한 동심 링의 집합을 포함한다. 각각의 동심 링은 소정의 단면 형상을 가지며, 각각의 동심 링은 인근 동심 링으로부터 특정의 방사상 간격과 같이 소정의 갭 간격만큼 이격된다.

각 동심 링의 단면 높이는 약 0.5 밀리미터 이상 및 약 10.0 밀리미터 이하일 수 있다. 또한, 각 동심 링의 단면 폭은 약 1.0 밀리미터 이상 및 약 20.0 밀리미터 이하일 수 있다. 상기 소정의 갭 간격은 약 1.0 밀리미터 이상 및 약 50.0 밀리미터 이하일 수 있다. 다른 실시형태는 더 좁은 범위를 갖는다. 예를 들면, 각 동심 링의 단면 높이는 약 1.0 밀리미터 이상 및 약 3.0 밀리미터 이하이고, 각 동심 링의 단면 폭은 약 2.0 밀리미터 이상 및 약 5.0 밀리미터 이하이며, 상기 소정의 갭 간격은 약 6.0 밀리미터 이상 및 약 20.0 밀리미터 이하이다.

인가되는 제1 RF 전력은 3-300MHz일 수 있고, 또는 VHF 인가의 경우에는 30-300MHz일 수 있다. 본 발명의 기술은 RF 주파수 이하인 경우에 효과적일 수 있다. 각 동심 링의 단면 높이, 각 동심 링의 단면 폭 및 상기 소정의 갭 간격은 모두 전극판의 표면 영역의 직경에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들면, 300mm 직경의 웨이퍼는 450mm 직경의 웨이퍼에 비하여 다른 구성을 사용할 수 있다. 각 동심 링의 단면 형상은 대략 직사각형일 수 있다. 이 대략적 직사각형 단면 형상은 0.2-1.0mm의 반경을 가진 라운드, 및 약 0.2-1.0mm의 반경을 가진 필렛을 가질 수 있다.

다른 실시형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치는 타겟 기판을 수용하기 위한 처리 공간을 형성하는 처리실과, 상기 처리실에 처리 가스를 공급하도록 구성된 처리 가스 공급 유닛과, 상기 처리실 내측으로부터 가스를 진공 배기하기 위해 상기 처리실의 배기 포트에 연결된 배기 유닛, 제1 전극 및 제1 RF 전력 인가 유닛을 포함한다. 제1 전극 및 제2 전극은 처리실 내에서 서로 대향하게 배치된다. 제1 전극은 상부 (고온) 전극이고 제2 전극은 하부 전극이다. 제2 전극은 정전 척일 수 있는 탑재 테이블을 통해 타겟 기판을 지지하도록 구성된다. 제1 전극은 제2 전극에 면하는 표면을 가진 전극판을 포함하고, 상기 표면은 실질적으로 평면이고 소정 형상의 외부 경계를 갖는다. 이 표면은 긴 돌기의 집합을 포함한다. 각각의 긴 돌기는 상기 표면으로부터 소정의 높이만큼 연장 또는 돌출하고, 각각의 긴 돌기는 평평한 표면을 따라 제1 전극의 중심점 주위에서 연장한다. 상기 긴 돌기의 적어도 일부는 상기 표면의 외부 경계와 실질적으로 유사한 긴 형상을 갖는다. 따라서, 원형 전극의 경우에, 긴 돌기는 실질적으로 원형이고, 타원형 전극의 경우에 상기 돌기들 중 적어도 일부는 타원형이며, 직사각형 전극의 경우에, 상기 긴 돌기 중의 적어도 일부는 직사각형이다. 이 부분은 긴 돌기 집합의 전부이거나 전부보다 적을 수 있다. 긴 돌기들의 집합은 돌기들의 일부가 적어도 하나의 다른 돌기에 의해 둘러싸이도록 표면에 배치된다. 다시 말해서, 긴 돌기들의 전부 또는 일부는 네스트(nest)되거나(직사각형인 경우) 또는 동심으로 된다(둥근 경우). 각각의 주어진 긴 돌기는 인근의 긴 돌기로부터 소정의 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다. 따라서, 각각의 긴 돌기 사이에는 동일하거나 가변적인 공간이 있을 수 있다. 제1 무선 주파수(RF) 전력 인가 유닛은 제1 전극에 제1의 RF 전력을 인가하도록 구성된다. 제2 RF 전력 인가 유닛은 제2 전극에 제2의 RF 전력을 인가하도록 또한 구성될 수 있다.

각 돌기의 소정의 높이는 약 0.5 밀리미터 이상 및 약 10.0 밀리미터 이하이고, 각 돌기의 단면 폭은 약 1.0 밀리미터 이상 및 약 20.0 밀리미터 이하이며, 인근 돌기들 간의 갭 간격은 약 1.0 밀리미터 이상 및 약 50.0 밀리미터 이하이다. 대안적으로, 각 돌기의 소정의 높이는 약 1.0 밀리미터 이상 및 약 3.0 밀리미터 이하이고, 단면 폭은 약 2.0 밀리미터 이상 및 약 5.0 밀리미터 이하이며, 인근 돌기들 간의 갭 간격은 약 6.0 밀리미터 이상 및 약 20.0 밀리미터 이하이다.

플라즈마 처리는 3-300MHz 사이의 제1 RF 전력, 또는 30-300MHz 사이의 제1 RF 전력에 의해 실행될 수 있다. 각 돌기의 소정 높이 및 각 돌기의 단면 폭은 플라즈마 처리 장치를 통해 생성된 플라즈마가 제1 전극 전역에 걸쳐 실질적으로 균일한 전자 밀도를 갖도록 상기 제1 RF 전력의 주파수 범위에 기초하여 선택될 수 있다. 상기 높이는 또한 상기 처리 공간에서 생성된 플라즈마로부터의 플라즈마 파의 파장에 기초하여 결정될 수 있다. 긴 돌기들의 집합의 적어도 일부는 실질적으로 직사각형의 길게 연장된 형상을 가질 수 있다.

상기 전극판은 알루미늄, 실리콘 및 도핑된 실리콘으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질을 포함할 수 있다. 다른 물질로는 스테인레스강, 탄소, 크롬, 텅스텐 또는 다른 반도전성 또는 도전성 물질이 있다. 상기 전극판은 보호 코팅을 포함할 수 있다.

다른 실시형태는 돌기를 구비한 전극을 이용하는 플라즈마 처리 방법을 포함할 수 있다. 예를 들면, 위에서 설명한 플라즈마 처리 장치에 있어서, 처리는 타겟 기판을 처리실에 로드하고 타겟 기판을 하부 전극 위에 탑재함으로써 시작할 수 있다. 처리실로부터의 초기 가스는 비워진다. 따라서, 타겟 기판을 로드할 때 존재하는 모든 가스가 제거될 수 있다. 그 다음에 처리 가스가 처리실에 공급된다. 플라즈마는 상부 전극에 제1 RF 전력을 인가함으로써 처리 가스(예를 들면, 아르곤)로부터 생성된다. 이 상부 전극은 상기 제2 전극에 면하는 표면 영역을 갖는다. 이 표면 영역은 실질적으로 평면이고, 표면 영역으로부터 돌출하는 동심 링의 집합을 포함한다. 상기 동심 링의 집합은 소정의 공간 분포로 위치되고, 각각의 동심 링은 소정의 단면 형상을 갖는다. 처리는 하부 전극에 접속된 제2 RF 전원장치를 이용할 수 있고, 상기 제2 RF 전원장치는 상기 하부 전극에 제2 RF 전력을 인가하여 상기 하부 전극을 바이어스시킨다. 상기 제1 주파수뿐만 아니라 상기 처리실 내의 동작 압력을 조정하여, 생성된 플라즈마가 약 10% 미만의 상기 제2 전극 전역에 걸친 특정 전자 밀도 불균일성을 갖게 할 수 있다.

대안적인 실시형태에 있어서, 상기 전극에 포함되는 링의 수는 전극의 직경에 기초를 둘 수 있다. 마찬가지로, 돌기들의 단면 치수는 전극 직경에 기초를 둘 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 300mm 직경의 웨이퍼를 처리할 때 사용하는 전극판은 약 2-30개의 링을 포함하고 450mm 직경의 웨이퍼를 처리할 때 사용하는 전극판은 약 3-45개의 링을 포함한다. 일부 실시형태에 있어서, 상기 갭 간격(돌기들의 인근 행들 또는 링들 간의 공간 거리)은 상기 처리실에서 생성된 플라즈마 파장 또는 플라즈마 파장의 주파수보다 더 작다. 다른 실시형태에 있어서, 치수들은 1/4 파장에 기초를 둘 수 있다.

일부 실시형태에 있어서, 상기 단면 치수 및/또는 지느러미 공간은 상부 전극에 인가된 주파수에 기초를 둘 수 있다. 예를 들면, 플라즈마가 3-30MHz의 주파수를 상부 전극에 인가하여 생성된 경우, 지느러미 공간은 제1의 소정의 지느러미 공간을 가질 수 있다. 다음에, 플라즈마가 30-300MHz의 주파수를 상부 전극에 인가하여 생성된 경우에는 제2의 소정의 지느러미 공간이 사용되고, 이때 상기 제2의 소정의 지느러미 공간은 상기 제1의 소정의 지느러미 공간보다 더 작다. 상기 상부 전극에 더 높은 주파수를 인가하면, 플라즈마 파장을 전극판보다 훨씬 더 작게 할 수 있다. 예를 들면, 3-30MHz의 주파수를 인가한 경우, 생성된 플라즈마는 15cm 이상의 파장을 가질 수 있는 반면, 30-300MHz(또는 그 이상)의 주파수를 인가하는 경우에는 15cm 미만의 파장을 가질 수 있고, 또는 더 높은 고조파의 영향으로 1-3cm 미만으로도 될 수 있다. 따라서, 상부 전극판의 치수는 특정 주파수를 가진 조정된 인가 전력에 기초를 둘 수 있다.

돌기의 최적의 단면 높이를 선택하는 것이 유리하다. 돌기 높이가 비교적 작으면, 여전히 중심에서 높은 전자 밀도를 가질 수 있다. 반면에, 돌기가 너무 높으면, 전자 밀도가 가장자리에서 높게 유지될 것이다. 상부 전극과 하부 전극 간의 전형적인 공간(전극판의 표면과 타겟 기판의 표면 간의 공간)은 약 10-100mm 사이일 수 있다. 상부 전극에 대한 전형적인 전력 범위는 50-20,000 와트이고, 압력은 1 밀리토르(mTorr) 내지 10 토르의 범위일 수 있다.

비록, 지금까지 본 발명의 일부 실시형태만을 구체적으로 설명하였지만, 이 기술에 숙련된 사람이라면, 전술한 실시형태에 있어서, 본 발명의 신규의 교시 및 장점으로부터 실질적으로 벗어나지 않고 많은 수정이 가능하다는 것을 쉽게 인식할 것이다. 따라서, 그러한 모든 수정은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims

플라즈마 처리 장치에서 사용하는 전극에 있어서,
평행판 용량 결합형 플라즈마 처리 장치에서 사용하도록 구성된 전극판을 포함하고, 상기 플라즈마 처리 장치는 타겟 기판을 수용하기 위한 처리 공간을 형성하는 처리실과, 상기 처리실에 처리 가스를 공급하도록 구성된 처리 가스 공급 유닛과, 상기 처리실의 내측으로부터 가스를 진공 배기하기 위해 상기 처리실의 배기 포트에 연결된 배기 유닛과, 상기 처리실 내에서 서로 대향하게 배치된 제1 전극 및 제2 전극- 상기 제1 전극은 상부 전극이고 상기 제2 전극은 하부 전극이며, 상기 제2 전극은 탑재 테이블을 통해 상기 타겟 기판을 지지하도록 구성된 것임 -과, 상기 제1 전극에 제1 무선 주파수(RF) 전력을 인가하도록 구성된 제1 무선 주파수(RF) 전력 인가 유닛과, 상기 제2 전극에 제2 RF 전력을 인가하도록 구성된 제2 RF 전력 인가 유닛을 포함하며, 상기 전극판은 상기 제1 전극에 장착 가능하고, 상기 전극판은 상기 제1 전극에 장착된 때 상기 제2 전극에 면하는 표면 영역을 갖는 것이며, 상기 표면 영역은 실질적으로 평면이고 상기 표면 영역으로부터 돌출한 동심 링의 집합을 포함하며, 각각의 동심 링은 미리 정해진 단면 형상을 가지며, 각각의 동심 링은 인근 동심 링으로부터 미리 정해진 갭 간격만큼 이격된 것인, 플라즈마 처리 장치에서 사용하는 전극.
제1항에 있어서, 상기 각각의 동심 링의 단면 높이는 약 0.5 밀리미터 이상 및 약 10.0 밀리미터 이하이고, 상기 각각의 동심 링의 단면 폭은 약 1.0 밀리미터 이상 및 약 20.0 밀리미터 이하이며, 상기 미리 정해진 갭 간격은 약 1.0 밀리미터 이상 및 약 50.0 밀리미터 이하인 것인, 플라즈마 처리 장치에서 사용하는 전극.
제2항에 있어서, 상기 각각의 동심 링의 단면 높이는 약 1.0 밀리미터 이상 및 약 3.0 밀리미터 이하이고, 상기 각각의 동심 링의 단면 폭은 약 2.0 밀리미터 이상 및 약 5.0 밀리미터 이하이며, 상기 미리 정해진 갭 간격은 약 6.0 밀리미터 이상 및 약 20.0 밀리미터 이하인 것인, 플라즈마 처리 장치에서 사용하는 전극.
제1항에 있어서, 상기 제1 RF 전력은 3 MHz 내지 300 MHz 사이인 것인, 플라즈마 처리 장치에서 사용하는 전극.
제4항에 있어서, 상기 제1 RF 전력은 30 MHz 내지 300 MHz 사이인 것인, 플라즈마 처리 장치에서 사용하는 전극.
제1항에 있어서, 상기 각각의 동심 링의 단면 높이, 각각의 동심 링의 단면 폭, 및 상기 미리 정해진 갭 간격은 모두 상기 전극판의 상기 표면 영역의 직경에 기초하여 선택된 것인, 플라즈마 처리 장치에서 사용하는 전극.
제1항에 있어서, 상기 각각의 동심 링의 단면 형상은 각 동심 링의 측벽이 상기 표면 영역에 대하여 둔각으로 돌출하도록 대략 삼각형 또는 사다리꼴인 것인, 플라즈마 처리 장치에서 사용하는 전극.
제1항에 있어서, 상기 각각의 동심 링의 단면 형상은 대략 직사각형이고, 상기 대략 직사각형인 단면 형상은 0.2 mm 내지 1.0 mm 사이의 반경을 가진 라운드(round) 및 약 0.2 mm 내지 1.0 mm 사이의 반경을 가진 필렛(fillet)을 가진 것인, 플라즈마 처리 장치에서 사용하는 전극.
플라즈마 처리 장치에 있어서,
타겟 기판을 수용하기 위한 처리 공간을 형성하는 처리실과;
상기 처리실에 처리 가스를 공급하도록 구성된 처리 가스 공급 유닛과;
상기 처리실 내측으로부터 가스를 진공 배기하기 위해 상기 처리실의 배기 포트에 연결된 배기 유닛과;
상기 처리실 내에서 서로 대향하게 배치된 제1 전극 및 제2 전극- 상기 제1 전극은 상부 전극이고 상기 제2 전극은 하부 전극이며, 상기 제2 전극은 탑재 테이블을 통해 상기 타겟 기판을 지지하도록 구성된 것이고, 상기 제1 전극은 상기 제2 전극에 면하는 표면을 가진 전극판을 포함하고, 상기 표면은 실질적으로 평면이고 미리 정해진 형상의 외부 경계를 가지며, 상기 표면은 긴 돌기들의 집합을 포함하고, 각각의 상기 긴 돌기는 상기 표면으로부터 미리 정해진 높이만큼 연장하고, 각각의 상기 긴 돌기는 평평한 표면을 따라 상기 제1 전극의 중심점 주위에서 연장하고, 상기 긴 돌기의 적어도 일부는 상기 표면의 외부 경계와 실질적으로 유사한 긴 형상을 가지며, 상기 돌기들의 집합은 상기 돌기들의 일부가 적어도 하나의 다른 돌기에 의해 둘러싸이도록 상기 표면에 배치되고, 각각의 주어진 긴 돌기는 인근의 긴 돌기로부터 미리 정해진 거리만큼 이격되어 배치된 것임 -과;
제1 무선 주파수(RF) 전력을 상기 제1 전극에 인가하도록 구성된 제1 RF 전력 인가 유닛을 포함한, 플라즈마 처리 장치.
제9항에 있어서, 상기 각 돌기의 미리 정해진 높이는 약 0.5 밀리미터 이상 및 약 10.0 밀리미터 이하이고, 상기 각 돌기의 단면 폭은 상기 전극판의 표면에서의 단면 폭이 상기 표면으로부터 상기 미리 정해진 높이에서의 단면 폭보다 더 크다는 점에서 선형으로 변화하며, 인근 돌기들 간의 갭 간격은 약 1.0 밀리미터 이상 및 약 50.0 밀리미터 이하인 것인, 플라즈마 처리 장치.
제9항에 있어서, 상기 각 돌기의 미리 정해진 높이는 약 0.5 밀리미터 이상 및 약 10.0 밀리미터 이하이고, 상기 각 돌기의 단면 폭은 약 1.0 밀리미터 이상 및 약 20.0 밀리미터 이하이며, 인근 돌기들 간의 갭 간격은 약 1.0 밀리미터 이상 및 약 50.0 밀리미터 이하인 것인, 플라즈마 처리 장치.
제11항에 있어서, 상기 각 돌기의 미리 정해진 높이는 약 1.0 밀리미터 이상 및 약 3.0 밀리미터 이하이고, 상기 단면 폭은 약 2.0 밀리미터 이상 및 약 5.0 밀리미터 이하이며, 인근 돌기들 간의 갭 간격은 약 6.0 밀리미터 이상 및 약 20.0 밀리미터 이하인 것인, 플라즈마 처리 장치.
제9항에 있어서, 상기 제1 RF 전력은 3 MHz 내지 300 MHz 사이인 것인, 플라즈마 처리 장치.
제13항에 있어서, 상기 제1 RF 전력은 30 MHz 내지 300 MHz 사이인 것인, 플라즈마 처리 장치.
제9항에 있어서, 상기 각 돌기의 미리 정해진 높이 및 상기 각 돌기의 단면 폭은 상기 플라즈마 처리 장치를 통해 생성된 플라즈마가 상기 제1 전극 전역에 걸쳐 실질적으로 균일한 전자 밀도를 갖도록 상기 제1 RF 전력의 주파수 범위에 기초하여 선택된 것인 플라즈마 처리 장치.
제9항에 있어서, 상기 긴 돌기들의 집합의 적어도 일부는 실질적으로 직사각형의 길게 연장된 형상을 가진 것인, 플라즈마 처리 장치.
제9항에 있어서, 제2 RF 전력을 상기 제2 전극에 인가하도록 구성된 제2 RF 전력 인가 유닛을 더 포함하고, 상기 제1 전극의 전극판은 알루미늄, 실리콘 및 도핑된 실리콘으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질을 포함한 것인, 플라즈마 처리 장치.
진공 배기 가능한 처리실, 상기 처리실에 배치되고 타겟 기판에 대한 탑재 테이블로서 소용되는 하부 전극, 상기 처리실에서 상기 하부 전극에 면하도록 배치된 상부 전극, 및 상기 상부 전극에 접속되어 상기 상부 전극에 제1 무선 주파수(RF) 전력을 인가하는 제1 RF 전원장치를 포함한 플라즈마 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하기 위한 플라즈마를 생성하는 방법에 있어서,
상기 타겟 기판을 상기 처리실에 로드(load)하고 상기 타겟 기판을 상기 하부 전극에 탑재하는 단계와;
상기 처리실로부터 초기 가스를 비우는 단계와;
상기 처리실에 처리 가스를 공급하는 단계와;
상기 상부 전극에 제1 RF 전력을 인가함으로써 상기 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 상부 전극은 제2 전극에 면하는 표면 영역을 구비하고, 상기 표면 영역은 실질적으로 평면이고 상기 표면 영역으로부터 돌출하는 동심 링의 집합을 포함하며, 상기 동심 링의 집합은 미리 정해진 공간 분포로 위치되고, 각각의 동심 링은 미리 정해진 단면 형상을 갖는 것인, 플라즈마 생성 방법.
제18항에 있어서, 상기 플라즈마 처리 장치는 상기 하부 전극에 접속된 제2 RF 전원장치를 더 포함하고, 상기 제2 RF 전원장치는 상기 하부 전극에 제2 RF 전력을 인가하는 것이며, 상기 방법이,
상기 하부 전극에 상기 제2 RF 전력을 인가함으로써 상기 하부 전극을 바이어스시키는 단계를 더 포함한 것인, 플라즈마 생성 방법.
제18항에 있어서, 생성된 플라즈마가 약 10% 미만의 상기 제2 전극 전역에 걸친 특정 전자 밀도 불균일성을 갖도록 상기 제1 주파수 전력을 조정함과 아울러 상기 처리실 내의 압력을 조정하는 단계를 더 포함한, 플라즈마 생성 방법.