KR20160002377A - 용량성 커플링된 플라즈마 소스 아래의 워크피스의 균일한 조명을 위한 홀 패턴 - Google Patents

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Abstract

프로세싱 챔버와 함께 사용하기 위한 플라즈마 소스 어셈블리는 블로커 플레이트를 포함하고, 블로커 플레이트는, 블로커 플레이트의 내측 전기적 중심(electrical center) 내의 구멍들의 제 1 세트, 및 외측 주변 에지 주위의 더 작은 구멍들을 갖는다. 구멍들은, 전기적 중심으로부터 외측으로 주변 에지까지 직경이 점진적으로(gradually) 감소될 수 있거나, 또는 외측 주변 에지에서 가장 작게 되면서 불연속적인 증분들(discrete increments)로 이루어질 수 있다.

Description

용량성 커플링된 플라즈마 소스 아래의 워크피스의 균일한 조명을 위한 홀 패턴{HOLE PATTERN FOR UNIFORM ILLUMINATION OF WORKPIECE BELOW A CAPACITIVELY COUPLED PLASMA SOURCE}
[0001] 본 발명의 실시예들은 일반적으로, 기판들을 프로세싱하기 위한 장치에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명의 실시예들은, 배치(batch) 프로세서들과 같은 프로세싱 챔버들과 함께 사용하기 위한 모듈식(modular) 용량성 커플링된 플라즈마 소스들에 관한 것이다.
[0002] 반도체 디바이스 형성은 통상적으로, 다수의 챔버들을 포함하는 기판 프로세싱 플랫폼들에서 실시된다. 몇몇 경우들에서, 다중-챔버 프로세싱 플랫폼 또는 클러스터 툴의 목적은, 제어되는 환경에서 순차적으로 기판 상에 2개 또는 그 초과의 프로세스들을 수행하는 것이다. 그러나, 다른 경우들에서, 다중 챔버 프로세싱 플랫폼은 기판들 상에 단일 프로세싱 단계만을 수행할 수 있고; 부가적인 챔버들은, 기판들이 플랫폼에 의해 프로세싱되는 레이트를 최대화하도록 의도된다. 후자의 경우에서, 기판들 상에 수행되는 프로세스는 전형적으로 배치 프로세스이고, 배치 프로세스에서, 예컨대 25개 또는 50개와 같이 비교적 다수의 기판들이 주어진 챔버에서 동시에 프로세싱된다. 배치 프로세싱은, 경제적으로 실용적인 방식으로 개별적인 기판들 상에 수행되기에 너무 시간-소모적인 프로세스들에 대해, 예컨대, 원자 층 증착(ALD) 프로세스들 및 몇몇 화학 기상 증착(CVD) 프로세스들에 대해, 특히 유익하다.
[0003] 몇몇 ALD 시스템들, 특히, 회전 기판 플래튼(platen)들을 갖는 공간적 ALD 시스템들은, 모듈식 플라즈마 소스, 즉, 시스템 내에 쉽게 삽입될 수 있는 소스로부터 이익을 얻는다. 플라즈마 소스는, 플라즈마가 생성되는 볼륨, 및 활성 화학 라디칼 종들 및 대전된 입자들의 플럭스(flux)에 워크피스(workpiece)를 노출시키는 방식(way)으로 구성된다.
[0004] 이러한 애플리케이션들에서, 용량성 커플링된 플라즈마(CCP) 소스들이 통상적으로 사용되는데, 이는, ALD 애플리케이션들에서 통상적으로 사용되는 압력 범위(1 내지 50 Torr)에서 CCP로 플라즈마를 생성하는 것이 쉽기 때문이다. 플라즈마의 활성 종들에 웨이퍼를 노출시키기 위해, 홀들의 어레이가 종종 사용된다. 그러나, 활성 종들의 상대 밀도가 홀들의 전체 어레이에 걸쳐 균일하지 않은 것으로 발견되었다.
[0005] 따라서, 증가된 활성 종 밀도 균일성을 제공하는 모듈식 용량성 커플링된 플라즈마 소스들에 대한 필요성이 본 기술분야에 존재한다.
[0006] 본 개시의 하나 또는 그 초과의 실시예들은, 하우징, 블로커 플레이트, 및 RF 핫 전극(RF hot electrode)을 포함하는 플라즈마 소스 어셈블리들에 관한 것이다. 블로커 플레이트는 하우징과 전기적으로 소통한다. 블로커 플레이트는, 필드를 정의하는 외측 주변 에지, 및 필드 내에 있고 블로커 플레이트를 통해 연장되는 복수의 구멍들을 갖는다. 복수의 구멍들은, 제 1 직경을 갖는 제 1 세트의 구멍들, 및 제 1 직경과 상이한 제 2 직경을 갖는 제 2 세트의 구멍들을 포함한다. RF 핫 전극은 하우징 내에 있고, 전면 및 배면을 갖는다. RF 핫 전극의 전면은, 갭을 정의하도록 블로커 플레이트로부터 이격된다(spaced). 제 1 세트의 구멍들은 필드의 내측 부분 상에 위치되고, 제 2 세트의 구멍들은 블로커 플레이트의 외측 주변 에지와 제 1 세트의 구멍들 사이에 있다.
[0007] 본 발명의 부가적인 실시예들은, 플라즈마 소스 어셈블리들을 위한 블로커 플레이트들에 관한 것이다. 블로커 플레이트들은, 외측 주변 에지, 전기적 중심, 전기적 중심 근처에 위치되고 제 1 직경을 갖는 적어도 하나의 제 1 구멍을 포함한다. 복수의 제 3 구멍들은, 외측 주변 에지 근처에 위치되고, 내부에서 필드를 정의한다. 복수의 제 3 구멍들은 제 1 직경과 상이한 제 3 직경을 갖는다. 복수의 제 2 구멍들은, 적어도 하나의 제 1 구멍과 복수의 제 3 구멍들 사이의 필드 내에 있다. 복수의 제 2 구멍들 각각은 독립적으로, 제 1 직경과 제 3 직경의 범위 내의 제 2 직경을 갖는다. 임의의 제 2 구멍의 제 2 직경은, 제 2 구멍에 인접하고 적어도 하나의 제 1 구멍에 더 근접한 구멍의 대략적인 직경 미만이거나 또는 그와 동등하고, 제 2 구멍에 인접하고 제 3 구멍들에 더 근접한 구멍의 대략적인 직경 초과이거나 또는 그와 동등하다.
[0008] 본 개시의 추가적인 실시예들은 방법들에 관한 것이고, 방법들은, 플라즈마 소스 어셈블리의 블로커 플레이트 근처에서 프로세싱 챔버에 기판을 위치시키는 단계, 및 플라즈마가 블로커 플레이트를 통해 기판을 향하여 유동하도록, 플라즈마 소스 어셈블리 내에서 플라즈마를 생성하는 단계를 포함한다. 블로커 플레이트는, 필드를 정의하는 외측 주변 에지, 및 필드 내에 있고 블로커 플레이트를 통해 연장되는 복수의 구멍들을 갖는다. 복수의 구멍들은, 제 1 직경을 갖는 제 1 세트의 구멍들, 및 제 1 직경과 상이한 제 2 직경을 갖는 제 2 세트의 구멍들을 포함한다. 제 1 세트의 구멍들은 필드의 내측 부분 상에 위치되고, 제 2 세트의 구멍들은 블로커 플레이트의 외측 주변 에지와 제 1 세트의 구멍들 사이에 있다.
[0009] 본 발명의 실시예들의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 발명의 실시예들의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 발명의 단지 전형적인 실시예들을 도시하는 것이므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 발명이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0010] 도 1은, 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른, 로딩 스테이션을 갖는, 4개의 용량성 커플링된 웨지(wedge)-형상 플라즈마 소스들 및 4개의 가스 주입기 어셈블리들로 구성된 기판 프로세싱 시스템의 개략적인 평면도를 도시한다.
[0011] 도 2는, 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른, 파이(pie)-형상 플라즈마 구역을 통해 웨이퍼를 회전시키는 플래튼의 개략도를 도시한다.
[0012] 도 3은, 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른, 플라즈마 소스 어셈블리의 개략도를 도시한다.
[0013] 도 4는, 도 3의 플라즈마 소스 어셈블리의 부분의 확대도를 도시한다.
[0014] 도 5는, 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른, 플라즈마 소스 어셈블리의 부분의 개략도를 도시한다.
[0015] 도 6은, 도 3의 플라즈마 소스 어셈블리의 부분의 확대도를 도시한다.
[0016] 도 7은, 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따른 블로커 플레이트의 정면도를 도시한다.
[0017] 도 8은, 도 7의 블로커 플레이트의 부분의 확대도를 도시한다.
[0018] 도 9는, 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 웨지-형상 블로커 플레이트의 부분도를 도시한다.
[0019] 도 10은, 도 9의 블로커 플레이트의 부분의 확대도를 도시한다.
[0020] 도 11은, 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 플라즈마 소스 어셈블리를 도시한다.
[0021] 본 발명의 실시예들은, 처리량(throughput)을 최대화하고, 프로세싱 효율을 개선하기 위해, 연속적인 기판 증착을 위한 기판 프로세싱 시스템을 제공한다. 기판 프로세싱 시스템은 또한, 증착-전 및 증착-후 플라즈마 처리들을 위해 사용될 수 있다.
[0022] 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "기판" 및 "웨이퍼"라는 용어는 교환가능하게 사용되며, 이들 양자 모두는, 프로세스가 작용하는, 표면 또는 표면의 부분을 지칭한다. 또한, 문맥상 분명히 다르게 표시되지 않는 한, 기판에 대한 언급이 또한, 기판의 부분만을 지칭할 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 부가적으로, 기판 상에 증착하는 것에 대한 언급은, 베어(bare) 기판, 및 하나 또는 그 초과의 막들 또는 피처(feature)들이 위에 증착 또는 형성된 기판 양자 모두를 의미할 수 있다.
[0023] 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "반응성 가스", "전구체", "반응물" 등이라는 용어들은, 기판 표면과 반응적인 종들을 포함하는 가스를 의미하도록 교환가능하게 사용된다. 예컨대, 제 1 "반응성 가스"는 기판의 표면 상에 단순히 흡착(adsorb)될 수 있고, 제 2 반응성 가스와의 추가적인 화학 반응을 위해 이용가능할 수 있다.
[0024] 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "감소된 압력"이라는 용어는, 약 100 Torr 미만, 또는 약 75 Torr 미만, 또는 약 50 Torr 미만, 또는 약 25 Torr 미만의 압력을 의미한다. 예컨대, 약 1 Torr 내지 약 25 Torr의 범위에 있는 것으로 정의된 "중간 압력"은 감소된 압력이다.
[0025] 회전 플래튼 챔버들은 다수의 애플리케이션들에 대해 고려되고 있다. 그러한 챔버에서, 하나 또는 그 초과의 웨이퍼들은 회전 홀더(holder)("플래튼") 상에 배치된다. 플래튼이 회전함에 따라, 웨이퍼들은 다양한 프로세싱 영역들 사이에서 이동한다. 예컨대, ALD에서, 프로세싱 영역들은 전구체 및 반응물들에 웨이퍼를 노출시킬 것이다. 부가하여, 플라즈마 노출은, 향상된 막 성장을 위해 표면 또는 막을 적절하게 처리하기 위해, 또는 미리 결정된 막 특성들을 획득하기 위해 필요할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예들은, 회전 플래튼 ALD 챔버를 사용하는 경우에, ALD 막들의 균일한 증착 및 사후-처리(예컨대, 치밀화(densification))를 제공한다.
[0026] 회전 플래튼 ALD 챔버들은, 전체 웨이퍼가 제 1 가스에 노출되고, 퍼지되고, 그 후에 제 2 가스에 노출되는 종래의 시간-도메인 프로세스들에 의해, 또는 웨이퍼의 부분들이 제 1 가스에 노출되고, 부분들이 제 2 가스에 노출되고, 이들 가스 스트림들을 통하는 웨이퍼의 이동이 층을 증착하는 공간적 ALD에 의해, 막들을 증착할 수 있다.
[0027] 본 발명의 실시예들은, 선형 프로세싱 시스템 또는 회전 프로세싱 시스템과 함께 사용될 수 있다. 선형 프로세싱 시스템에서, 플라즈마가 하우징을 빠져나가는 영역의 폭은 전면의 전체 길이에 걸쳐 실질적으로 동일하다. 회전 프로세싱 시스템에서, 하우징은 일반적으로 "파이-형상" 또는 "웨지-형상"일 수 있다. 웨지-형상 세그먼트(segment)에서, 플라즈마가 하우징을 빠져나가는 영역의 폭은 파이 형상과 일치하도록 변화된다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "파이-형상" 및 "웨지-형상"이라는 용어들은, 대략 부채꼴(circular sector)인 바디를 설명하기 위해 교환가능하게 사용된다. 예컨대, 웨지-형상 세그먼트는 원 또는 디스크-형상 구조의 일부일 수 있다. 파이-형상 세그먼트의 내측 에지는 뾰족하게 될(come to a point) 수 있거나, 또는 평탄한 에지로 절두될(truncated) 수 있거나, 또는 둥글게 될(rounded) 수 있다. 기판들의 경로는 가스 포트들에 대해 수직적(perpendicular)일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 가스 주입기 어셈블리들 각각은, 기판에 의해 횡단되는 경로에 대해 실질적으로 수직적인 방향으로 연장되는 복수의 세장형(elongate) 가스 포트들을 포함한다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로 수직적"이라는 용어는, 기판들의 이동의 일반적인(general) 방향이 가스 포트들의 축에 대해 대략 수직적인(예컨대, 약 45° 내지 90°) 평면을 따르는 것을 의미한다. 웨지-형상 가스 포트에 있어서, 가스 포트의 축은, 포트의 길이를 따라 연장되는, 포트의 폭의 중간-지점(mid-point)으로서 정의되는 라인인 것으로 고려될 수 있다.
[0028] 다수의 가스 주입기들을 갖는 프로세싱 챔버들은, 웨이퍼들이 동일한 프로세스 흐름을 겪도록, 동시에 다수의 웨이퍼들을 프로세싱하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 도 1에서 도시된 바와 같이, 프로세싱 챔버(10)는 4개의 가스 주입기 어셈블리들(30) 및 4개의 웨이퍼들(60)을 갖는다. 프로세싱의 시작에서, 웨이퍼들(60)은 가스 주입기 어셈블리들(30) 사이에 위치될 수 있다. 캐러셀(carousel)의 서셉터(susceptor)(66)를 45°만큼 회전시키는 것은, 각각의 웨이퍼(60)가 막 증착을 위해 가스 주입기 어셈블리(30)로 이동되게 할 것이다. 부가적인 45° 회전은, 웨이퍼들(60)을 가스 주입기 어셈블리들(30)로부터 벗어나게 이동시킬 것이다. 이는 도 1에서 도시된 포지션(position)이다. 공간적 ALD 주입기들을 이용하여, 주입기 어셈블리에 관한 웨이퍼의 이동 동안에, 웨이퍼 상에 막이 증착된다. 몇몇 실시예들에서, 서셉터(66)는, 웨이퍼들(60)이 가스 주입기 어셈블리들(30) 아래에서 정지되지 않도록 회전된다. 웨이퍼들(60) 및 가스 주입기 어셈블리들(30)의 수는 동일할 수 있거나 또는 상이할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 가스 주입기 어셈블리들과 동일한 수의 프로세싱되는 웨이퍼들이 존재한다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 프로세싱되는 웨이퍼들의 수는 가스 주입기 어셈블리들의 수의 정수 배수이다. 예컨대, 4개의 가스 주입기 어셈블리들이 존재하는 경우에, 4x개의 프로세싱되는 웨이퍼들이 존재하며, 여기서, x는 1과 동등하거나 또는 1을 초과하는 정수 값이다.
[0029] 도 1에서 도시된 프로세싱 챔버(10)는 단지 하나의 가능한 구성을 나타내며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 취해지지 않아야 한다. 여기에서, 프로세싱 챔버(10)는 복수의 가스 주입기 어셈블리들(30)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 프로세싱 챔버(10) 주위에 균등하게 이격된 4개의 가스 주입기 어셈블리들(30)이 존재한다. 도시된 프로세싱 챔버(10)는 팔각형(octagonal)이지만, 이는 하나의 가능한 형상이고, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 취해지지 않아야 한다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 도시된 가스 주입기 어셈블리들(30)은 웨지-형상이지만, 가스 주입기 어셈블리들이 직사각형일 수 있거나 또는 다른 형상을 가질 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 플라즈마 소스에 대한 선택은 용량성 커플링된 플라즈마이다. 용량성 커플링된 플라즈마는, 전극에 대한 RF 전위를 통해 생성된다.
[0030] 프로세싱 챔버(10)는, 둥근 서셉터(66) 또는 서셉터 어셈블리 또는 플래튼으로서 도시된 기판 지지 장치를 포함한다. 기판 지지 장치 또는 서셉터(66)는, 가스 주입기 어셈블리들(30) 각각 아래에서 복수의 웨이퍼들(60)을 이동시킬 수 있다. 로드 락(82)은, 웨이퍼들(60)이 프로세싱 챔버(10)에 로딩되게(loaded)/프로세싱 챔버(10)로부터 언로딩되게(unloaded) 허용하기 위해, 프로세싱 챔버(10)의 측면에 연결될 수 있다.
[0031] 몇몇 실시예들에서, 프로세싱 챔버(10)는, 플라즈마 소스들(80)과 가스 주입기 어셈블리들(30)(또한, 가스 분배 플레이트들 또는 가스 분배 어셈블리들이라고 호칭됨) 사이에 위치된 복수의 가스 커튼(curtain)들(40)을 포함한다. 각각의 가스 커튼은, 프로세싱 챔버의 다른 구역들 내로의 프로세싱 가스들의 확산을 방지하거나 또는 최소화하기 위한 배리어를 생성한다. 예컨대, 가스 커튼은, 가스 주입기 어셈블리들(30)로부터의 반응성 가스들의 확산이 가스 분배 어셈블리 구역들로부터 플라즈마 소스(80) 구역들로 그리고 그 역으로 이동하는 것을 방지할 수 있거나 또는 최소화할 수 있다. 가스 커튼은, 개별적인 프로세싱 섹션들을 인접한 섹션들로부터 격리시킬 수 있는 가스 및/또는 진공 스트림들의 임의의 적합한 조합을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 가스 커튼(40)은 퍼지(또는 비활성) 가스 스트림이다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 가스 커튼(40)은, 프로세싱 챔버로부터 가스들을 제거하는 진공 스트림이다. 몇몇 실시예들에서, 가스 커튼(40)은, 순서대로, 퍼지 가스 스트림, 진공 스트림, 및 퍼지 가스 스트림이 존재하도록 하는, 퍼지 가스와 진공 스트림들의 조합이다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 가스 커튼은, 순서대로, 진공 스트림, 퍼지 가스 스트림, 및 진공 스트림이 존재하도록 하는, 진공 스트림들과 퍼지 가스 스트림들의 조합이다.
[0032] 몇몇 원자 층 증착 시스템들은, 모듈식 플라즈마 소스, 즉, 시스템 내에 쉽게 삽입될 수 있는 소스로부터 이익을 얻는다. 그러한 소스는, 전형적으로 1 내지 50 Torr인, 원자 층 증착 프로세스와 동일한 압력 레벨에서 동작하는 그 소스의 모든 또는 대부분의 하드웨어를 가질 것이다. RF 핫 전극은, 접지된 전극과 핫 전극 사이의 8.5 mm 갭(갭은 3 mm 내지 25 mm의 범위를 가질 수 있음)에서 플라즈마를 생성한다.
[0033] 전극의 상부 부분은 두꺼운 유전체(예컨대, 세라믹)에 의해 덮일 수 있으며, 그 두꺼운 유전체는 차례로, 접지된 표면에 의해 덮일 수 있다. RF 핫 전극 및 접지된 구조는 알루미늄과 같은 우수한 전도체로 제조된다. 열 팽창을 수용하기 위해, 2개의 피스들의 유전체(예컨대, 세라믹)가 RF 핫 전극의 긴 단부들에 배치된다. 예컨대, 접지된 Al 피스들은, 사이에 갭을 두지 않으면서 유전체 근처에 배치된다. 접지된 피스들은 구조 내부에서 슬라이딩할 수 있고, 스프링들에 의해 세라믹에 대하여 홀딩될(held) 수 있다. 스프링들은 접지된 Al/유전체의 전체 "샌드위치(sandwich)"를 어떠한 갭들도 없이 RF 핫 전극에 대하여 압축(compress)시켜서, 의사(spurious) 플라즈마의 가능성을 제거하거나 또는 최소화한다. 이는 파트(part)들을 함께 결합(hold together)시켜서 갭들을 제거하지만, 열 팽창으로 인해, 여전히 약간의 슬라이딩을 허용한다. 몇몇 실시예들에서, 도 11에서 도시된 바와 같이, 어셈블리의 외측 단부 상의 하나의 스프링, 및 내측 단부에 인접한 갭이 존재한다. 도시된 웨지-형상 실시예에서, 갭은, 손상되지 않는 그리고/또는 단부 유전체(130)를 손상시키지 않는, 핫 전극의 팽창을 허용한다.
[0034] 플라즈마의 생성된 활성 종들에 대한 웨이퍼의 노출은 통상적으로, 플라즈마가 홀들의 어레이를 통해 유동하게 허용함으로써 달성된다. 홀들의 치수들은, 웨이퍼 표면에 도달하는 활성 종들의 상대 풍도(relative abundance)들을 결정한다. "핫 상태인(run hot)" 홀들, 예컨대, 이웃 홀들을 초과하는 대전된 입자 플럭스를 제공하는 홀들은, 프로세싱에서 불-균일성을 초래할 수 있고, 웨이퍼에 대한 프로세스 유발된 손상을 초래할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예들은 어레이에서의 모든 홀들로부터의 플라즈마 플럭스의 균일성을 증가시킨다. 웨이퍼 표면은 블로커 플레이트(112)의 전면으로부터 임의의 적합한 거리에 있을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 웨이퍼 표면과 블로커 플레이트(112)의 전면 사이의 거리는, 약 8 mm 내지 약 16 mm의 범위에 있거나, 또는 약 9 mm 내지 약 15 mm의 범위에 있거나, 또는 약 10 mm 내지 약 14 mm의 범위에 있거나, 또는 약 11 mm 내지 약 13 mm의 범위에 있거나, 또는 약 12 mm이다.
[0035] 본 발명자들은, 3 mm의 깊이 및 4 mm의 직경을 갖는 홀들의 어레이에서, 플라즈마가 홀들 내부에서 생성되는 것을 발견하였다. 본 발명자들은 또한, 놀랍게도, 에지에 더 근접한 홀들이 내측 홀들과 비교하여 더 높은 플라즈마 밀도를 갖는 것을 발견하였다. 본 발명자들은 또한, 인접한 홀들의 근접성(proximity)이, 홀들이 "핫(hot)"인지(더 높은 플라즈마 밀도) 또는 홀들이 "노멀" 플라즈마 밀도를 갖는지를 결정하는 것을 발견하였다.
[0036] 본 개시의 실시예들은, 모든 홀들에 걸쳐 증가된 플라즈마 밀도 균일성을 갖는 플라즈마 소스 어셈블리를 제공한다. 몇몇 실시예들에서, 홀들의 직경은 증분들로(in increments) 감소한다. 몇몇 실시예들에서, 어레이의 에지를 향하는, 홀 직경의 점진적인 감소는 증가된 균일성을 제공한다. 놀랍게도, 에지 홀들이 내부 홀들과 비교하여 더 높은 플라즈마 밀도를 갖는 것이 발견되었다. 에지 홀들이 더 작게 제조되는 경우에, 이들 홀들에서의 플라즈마 밀도는 더 낮아진다. 에지 홀들을 내부 홀들보다 더 작게 제조함으로써, 대전된 종들의 플럭스가 모든 홀들에 대해 더 균일하게 될 수 있다. 큰 직경과 더 작은 직경 홀들 사이의 간격이 또한, 플라즈마 밀도 균일성에 영향을 미치는 것으로 발견되었다.
[0037] 종횡비(aspect ratio)와 같은, 홀들의 기하형상(geometry)은, 적절한 이온 대 중성(neutral) 라디칼 플럭스 비율을 제공하도록 선택될 수 있다. 부가하여, 본 발명자들은, 종횡비가, 홀들에서의 플라즈마 밀도에 영향을 미칠 수 있는 파라미터인 것을 발견하였다.
[0038] 몇몇 실시예들에서, 홀 직경은, 플라즈마 소스의 전면의 전기적 중심에서의 또는 그 근처에서의 최대로부터, 전면의 에지들 주위에서의 최소로 점진적으로 감소된다. 원형 전면에 있어서, 점진적인 감소는, 면의 중심으로부터 임의의 방사상 방향을 따라 에지를 향하여 연장되면서 대략 동일할 수 있다. 비-원형 면에서, 홀 직경들에서의 감소의 레이트는, 전면의 에지와 전기적 중심 사이의 거리에 따라 변화될 수 있다.
[0039] 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 4 mm 직경 홀들의 필드는 2 mm 직경 홀들에 의해 둘러싸이고, 2 mm 직경 홀들은 1.3 mm 직경 홀들에 의해 둘러싸인다. 3개의 상이한 홀 직경들을 사용하는 것은, 홀 직경에서의 점진적인 감소와 복잡성 사이의 수용가능한 트레이드오프(tradeoff)를 제공할 수 있다.
[0040] 동작의 임의의 특정한 이론에 의해 구속되지 않으면서, 플라즈마 리턴 전류(plasma return current)의 경로가, 격리된/외측 홀들의 "핫" 상태가 되는 증가된 경향(propensity)에 대해 책임이 있는 것으로 알려져 있다. 소스에서의 플라즈마 밀도가 에지 홀들 부근에서(toward) 절정에 도달하는(peak) 경우에, 에지 홀들의 직경은 플라즈마 밀도 균일성을 증가시키기 위해 더 감소될 수 있다.
[0041] 동축 RF 공급부(feed)는, 외측 전도체가, 접지된 플레이트 상에서 종단(terminate)되도록 구성될 수 있다. 내측 전도체는 RF 핫 전극 상에서 종단될 수 있다. 공급부가 대기압에 있는 경우에, 소스 내부에서 중간 압력을 가능하게 하기 위해, 공급 구조의 바닥에 O-링들이 위치될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 가스는, 동축 공급부의 외부 주변부 주위에서 소스에 공급된다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 가스는, RF 공급부 근처의 다른 포트(161)를 통해 공급된다. 예컨대, 도 11에서 도시된 실시예는, 분리된 RF 공급 라인(160) 및 가스 포트(161)를 포함한다.
[0042] 가스가 플라즈마 볼륨에 도달하기 위해, 접지 플레이트, 두꺼운 세라믹, 및 RF 핫 전극은 관통 홀들로 천공될 수 있다. 홀들의 사이즈는 홀들 내부에서의 점화를 방지할 수 있을 정도로 충분히 작을 수 있다. 접지 플레이트 및 RF 핫 전극에 있어서, 몇몇 실시예들의 홀 직경은 < 1 mm, 예컨대 약 0.5 mm이다. 유전체 내부의 높은 전기장들은, 홀들에서의 스트레이(stray) 플라즈마의 가능성들을 제거하거나 또는 최소화하는 것을 보조할 수 있다.
[0043] RF 공급부는 동축 전송 라인(transmission line)의 형태로 이루어질 수 있다. 외측 전도체는 접지된 플레이트에서 연결/종단되고, 내측 전도체는 RF 핫 전극에 연결된다. 접지된 플레이트는, 금속 개스킷(metal gasket)을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 임의의 적합한 방법에 의해 금속 인클로저(enclosure) 또는 하우징에 연결될 수 있다. 이는, 리턴 전류들의 대칭적인 기하형상을 보장하는 것을 보조한다. 모든 리턴 전류들은 공급부의 외측 전도체 위로 유동하여, RF 노이즈를 최소화한다.
[0044] 하나 또는 그 초과의 실시예들의 플라즈마 소스는, 형상이 직사각형일 수 있거나, 또는 다른 형상들로 구성될 수 있다. 회전 웨이퍼 플래튼을 활용하는 공간적 ALD 애플리케이션에 있어서, 형상은, 도 2에서 도시된 바와 같이, 절두된 웨지일 수 있다. 설계(design)는, 오프셋된 가스 공급 홀들을 갖는 유전체 층들 및 대기의(atmospheric) 동축 RF 공급부를 보유한다. 플라즈마 균일성은, 접지된 출구 플레이트와 RF 핫 전극 사이의 간격을 조정함으로써, 그리고 RF 공급 포인트(feedpoint)의 위치를 조정함으로써, 튜닝될 수 있다.
[0045] 몇몇 실시예들에서, 소스는 중간 압력(1 내지 50 Torr)에서 동작되지만, 동축 공급부는 대기압으로 유지된다.
[0046] 몇몇 실시예들에서, 가스 공급은, 접지 플레이트, RF 핫 전극, 및 유전체 아이솔레이터(isolator)에서의 홀들 또는 구멍(perforation)들을 통해 이루어진다. 몇몇 실시예들의 유전체 아이솔레이터는 3개의 층들로 분할된다. 유전체 층들에서의 홀들은 서로 오프셋될 수 있고, 가스가 오프셋된 홀들 사이에서 유동하게 허용하기 위해, 층들 사이에 얇은 세트백(setback)들이 존재할 수 있다. 유전체 층들에서의 오프셋된 홀들은 점화의 가능성을 최소화한다. 소스 어셈블리로의 가스 공급은, 동축 RF 공급부의 외측 전도체의 외부 주변부 주위에서 발생한다.
[0047] 몇몇 실시예들에서, RF 공급부는, 핫 플레이트로의 대칭적인 RF 공급 전류, 및 대칭적인 리턴 전류들을 제공하도록 설계된다. 모든 리턴 전류들은 외측 전도체 위로 유동하여, RF 노이즈를 최소화하고, 동작 시의 소스 설비(installation)의 영향을 최소화한다.
[0048] 도 3 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들은 모듈식 용량성 커플링된 플라즈마 소스들(100)에 관한 것이다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "모듈식"이라는 용어는, 플라즈마 소스(100)가 프로세싱 챔버에 부착될 수 있거나 또는 프로세싱 챔버로부터 제거될 수 있는 것을 의미한다. 모듈식 소스는 일반적으로, 한사람(single person)에 의해 이동, 제거, 또는 부착될 수 있다.
[0049] 플라즈마 소스(100)는, 가스 볼륨(113) 및 블로커 플레이트(112)를 갖는 하우징(110)을 포함한다. 블로커 플레이트(112)는 전기적으로 접지되고, 핫 전극(120)과 함께, 갭(116)에서 플라즈마를 형성한다. 블로커 플레이트(112)는, 갭(116)에서 점화된 플라즈마가, 구멍들(114)을 통해, 블로커 플레이트(112)의, 갭(116)과 반대되는 측면 상의 프로세싱 구역 내로 통과하게 허용하기 위하여, 복수의 구멍들(114)이 블로커 플레이트(112)를 통해 연장되는 두께를 갖는다.
[0050] 하우징(110)은 둥글 수 있거나, 정사각형일 수 있거나, 또는 세장형일 수 있으며, 세장형은, 블로커 플레이트(112)의 면을 보는 경우에, 긴 축 및 짧은 축이 존재하는 것을 의미한다. 예컨대, 2개의 긴 측면들 및 2개의 짧은 측면들을 갖는 직사각형이 세장형 형상을 생성할 것이고, 세장형 축은 2개의 긴 측면들 사이에서 연장된다. 몇몇 실시예들에서, 하우징(110)은, 2개의 긴 측면들, 짧은 단부 및 긴 단부를 가지면서 웨지 형상이다. 짧은 단부는 실제로, 뾰족하게 될 수 있다. 짧은 단부와 긴 단부 중 어느 하나 또는 양자 모두는 직선적(straight)일 수 있거나 또는 곡선적(curved)일 수 있다.
[0051] 플라즈마 소스(100)는 RF 핫 전극(120)을 포함한다. 이 전극(120)은 또한, "핫 전극", "RF 핫" 등이라고 지칭된다. 세장형 RF 핫 전극(120)은 전면(121), 배면(122), 및 세장형 측면들(123)을 갖는다. 핫 전극(120)은 또한, 세장형 축을 정의하는, 제 1 단부(124) 및 제 2 단부(125)를 포함한다. 세장형 RF 핫 전극(120)은, 하우징(110)의 블로커 플레이트(112)와 핫 전극(120)의 전면(121) 사이에 갭(116)이 형성되도록, 하우징의 블로커 플레이트(112)로부터 이격된다. 세장형 RF 핫 전극(120)은, 알루미늄을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 임의의 적합한 전도성 재료로 제조될 수 있다.
[0052] 도 5의 확대도에서 도시된 바와 같이, 몇몇 실시예들은, RF 핫 전극(120)의 제 1 단부(124)와 제 2 단부(125) 중 하나 또는 그 초과와 접촉하는 단부 유전체(130)를 포함한다. 단부 유전체(130)는, 전기 접지로부터 핫 전극을 전기적으로 격리시키기 위해, 플라즈마 소스(100)의 측벽(111)과 RF 핫 전극(120) 사이에 위치된다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 단부 유전체(130)는, 핫 전극(120)의 제 1 단부(124)와 제 2 단부(125) 양자 모두와 접촉한다. 단부 유전체(130)는, 세라믹을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 임의의 적합한 유전체 재료로 제조될 수 있다. 도면들에서 도시된 단부 유전체(130)는 L 형상이지만, 임의의 적합한 형상이 사용될 수 있다.
[0053] 슬라이딩 접지 연결부(140)는, RF 핫 전극(120)의 제 1 단부(124)와 제 2 단부(125) 중 하나 또는 그 초과, 또는 측면들에 위치될 수 있다. 슬라이딩 접지 연결부(140)는, 단부 유전체(130)의, 핫 전극(120)과 반대되는 측면 상에 위치된다. 슬라이딩 접지 연결부(140)는, 단부 유전체(130)에 의해, RF 핫 전극(120)과의 직접적인 접촉으로부터 격리된다. 슬라이딩 접지 연결부(140) 및 단부 유전체(130)는 협력하여, 기밀(gas tight) 밀봉을 유지하고, 전극의 측면 주위에서 가스들의 누설을 허용하지 않으면서 핫 전극(120)이 팽창되게 허용한다. 슬라이딩 접지 연결부(140)는 전도성 재료이고, 알루미늄을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있다. 슬라이딩 접지 연결부(140)는, 단부 유전체(130)의 측면에, 접지된 종단을 제공하여, 전기장이 존재하지 않는 것을 보장하고, 그에 의해, 단부 유전체(130)의 측면에 대한 스트레이 플라즈마의 가능성을 최소화한다.
[0054] 밀봉 포일(150)은, 단부 유전체(130)와 반대되는 측면 상에서 슬라이딩 접지 연결부(140)에 위치될 수 있다. 밀봉 포일(150)은, 슬라이딩 접지 연결부(140)가 블로커 플레이트(112) 상에서 슬라이딩될 때, 슬라이딩 접지 연결부(140)와 하우징(110)의 블로커 플레이트(112) 사이에 전기 연결을 형성한다. 밀봉 포일(150)은, 알루미늄을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 임의의 적합한 전도성 재료로 제조될 수 있다. 밀봉 포일(150)은, 슬라이딩 접지 연결부와 전면 사이의 전기 연결이 유지되는 한, 핫 전극(120)의 팽창 및 수축(contraction)에 따라 이동할 수 있는 얇은 가요성(flexible) 재료일 수 있다.
[0055] 플라즈마 소스(100)의 일 단부를 도시하는 도 5를 참조하면, 클램프 면(clamp face)(152) 및 너트(154)가, 핫 전극(120), 단부 유전체(130), 슬라이딩 접지 연결부(140), 및 밀봉 포일(150) 조합의 단부에 위치된다. 플라즈마 소스의 사이즈 및 형상에 따라, 다른 클램프 면들(152) 및 너트들(154)이 조합의 임의의 측면에서 발견될 수 있고, 조합의 각각의 측면을 따라 다수개가 발견될 수 있다. 클램프 면(152) 및 너트(154)는, 플라즈마 가스들이 핫 전극(120)의 후방에 도달하게 허용할 수 있는, 슬라이딩 접지 연결부(140)와 단부 유전체(130) 사이의 분리를 방지하고, 빈틈이 없는(tight) 밀봉을 형성하기 위해, 내측으로 지향되는 압력을 컴포넌트들의 조합에 제공한다. 클램프 면(152) 및 너트(154)는, 알루미늄 및 스테인리스 스틸을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있다.
[0056] 몇몇 실시예들에서, 유전체 스페이서(170)는, 세장형 RF 핫 전극(120)의 배면(122) 근처에 위치된다. 유전체 스페이서(170)는, 세라믹 재료들을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 임의의 적합한 유전체 재료로 제조될 수 있다. 유전체 스페이서(170)는, 하우징(110)의 상단 부분과 RF 핫 전극(120) 사이에 비-전도성 세퍼레이터(separator)를 제공한다. 이러한 비-전도성 세퍼레이터가 없으면, 하우징(110)과 RF 핫 전극(120) 사이의 용량성 커플링으로 인해, 가스 볼륨(113)에 플라즈마가 형성될 수 있는 가능성이 존재한다.
[0057] 유전체 스페이서(170)는 임의의 적합한 두께일 수 있고, 임의의 수의 개별적인 층들로 구성될 수 있다. 도 4에서 도시된 실시예에서, 유전체 스페이서(170)는 하나의 층으로 구성된다. 도 6에서 도시된 대체 실시예에서, 유전체 스페이서(170)는 3개의 개별적인 유전체 스페이서 하위-층(sub-layer)들(170a, 170b, 170c)을 포함한다. 이들 하위-층들의 조합은 유전체 스페이서(170)의 총 두께를 구성한다. 개별적인 하위-층들 각각은 동일한 두께일 수 있거나, 또는 각각이, 독립적으로 결정된 두께를 가질 수 있다.
[0058] 몇몇 실시예들에서, 유전체 스페이서(170) 위에는, 접지된 플레이트(180)가, 하우징(110) 내에, 그리고, 유전체 스페이서(170)의, RF 핫 전극(120)과 반대되는 측면 상에 위치된다. 접지된 플레이트(180)는, 전기 접지에 연결될 수 있는, 알루미늄을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 임의의 적합한 전기 전도성 재료로 제조된다. 이 접지된 플레이트(180)는, 가스 볼륨(113)에서의, 또는 플라즈마가 형성되도록 의도된 갭(116) 이외의 구역에서의 플라즈마 형성을 방지하기 위해, 가스 볼륨(113)으로부터 RF 핫 전극(120)을 추가로 격리시킨다.
[0059] 도면들이, 접지된 플레이트(180)를, 유전체 스페이서(170), 또는 개별적인 유전체 스페이서 층들의 합과 대략 동일한 두께인 것으로 도시하지만, 이는 단지 하나의 가능한 실시예일 뿐이다. 접지된 플레이트(180)의 두께는, 플라즈마 소스의 특정 구성에 따른 임의의 적합한 두께일 수 있다. 몇몇 실시예들에서의 접지된 플레이트의 두께는, 예컨대, 가스 홀들의 드릴링(drilling)을 더 쉽게 행할 수 있을 정도로 충분히 얇지만, 언급된 다양한 스프링들의 힘들을 견딜 수 있을 정도로 충분히 두꺼운 것에 기초하여 선택된다. 부가적으로, 접지된 플레이트(180)의 두께는, 전형적으로 용접된 연결인 동축 공급부가 적절하게 부착될 수 있는 것을 보장하기 위해 튜닝될 수 있다.
[0060] 본 발명의 몇몇 실시예들은 복수의 압축 엘리먼트들(185)을 포함한다. 압축 엘리먼트들(185)은, RF 핫 전극(120)의 방향으로, 접지된 플레이트(180)의 배면 표면(181)에 대하여 힘을 지향시킨다. 압축력은, 접지된 플레이트(180), 유전체 스페이서(170), 및 RF 핫 전극(120)이 함께 가압되게(pressed) 하여, 각각의 인접한 컴포넌트 사이의 임의의 간격을 최소화하거나 또는 제거한다. 압축력은, 가스들이 스트레이 플라즈마가 될 수 있는 RF 핫 전극인 공간 내로 가스들이 유동하는 것을 방지하는 것을 보조한다. 적합한 압축 엘리먼트들(185)은, 접지된 플레이트(180)의 배면 표면(181)에 특정 힘을 제공하기 위해 조정 또는 튜닝될 수 있는 것들이고, 스프링들 및 스크류(screw)들을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.
[0061] 도 6을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예들은, 접지된 플레이트(180), 유전체 스페이서(170), 및 RF 핫 전극(120) 중 하나 또는 그 초과를 통해 연장되는 복수의 홀들(190, 191a, 191b, 191c, 192)을 포함한다. 도 6의 실시예가 3개의 층들(170a, 170b, 170c)을 갖는 유전체 스페이서(170)를 도시하지만, 임의의 수의 유전체 스페이서(170) 층들이 존재할 수 있고, 이는 단지 하나의 가능한 구성일 뿐이라는 것이 이해될 것이다. 홀들은, 가스가 가스 볼륨(113)으로부터 RF 핫 전극(120)의 전면(121)에 인접한 갭(116)으로 이동하는 것을 허용한다.
[0062] 도 6에서 도시된 실시예에서, RF 핫 전극(120)에서의 복수의 홀들(190)은 유전체 스페이서의 제 1 층(170a)에서의 복수의 홀들(191a)로부터 오프셋되고, 복수의 홀들(191a)은 유전체 스페이서의 제 2 층(170b)에서의 복수의 홀들(191b)로부터 오프셋되고, 복수의 홀들(191b)은 유전체 스페이서의 제 3 층(170c)에서의 복수의 홀들(191c)로부터 오프셋되고, 복수의 홀들(191c)은 접지된 플레이트(180)에서의 복수의 홀들(192)로부터 오프셋된다. 이러한 오프셋 패턴은, 가스 볼륨(113) 또는 접지된 플레이트(180)와 RF 핫 전극(120) 사이에 직접적인 라인(direct line)이 존재하지 않기 때문에, 갭(116) 외부에서 스트레이 플라즈마가 형성될 가능성을 방지하거나 또는 최소화하는 것을 보조한다. 동작의 임의의 특정한 이론에 의해 구속되지 않으면서, 하위-층들이 가스 공급 홀들에서의 플라즈마의 점화의 가능성을 최소화하는 것으로 여겨진다.
[0063] 채널(193, 194a, 194b, 194c, 195)이, 유전체 스페이서(170)의 각각의 층의 배면 및 RF 핫 전극(120)의 배면(122) 각각에 형성될 수 있다. 이는, 인접한 복수의 홀들로부터 유동하는 가스가, 인접한 컴포넌트에서의 복수의 홀들과 유체 소통하게 허용한다. 채널(195)이, 접지된 플레이트(180)의 배면 표면(181)에 도시되어 있지만, 이 채널(195)은 갭(116)과 가스 볼륨(113) 사이의 유체 소통을 제공할 필요가 없다는 것이 이해될 것이다.
[0064] 복수의 홀들(190, 191a, 191b, 191c, 192)의 사이즈는 변화할 수 있고, 가스 볼륨(113)으로부터 갭(116)으로의 가스의 유량에 영향을 미친다. 더 큰 직경 홀들은 더 작은 직경 홀들보다 더 많은 가스가 유동하게 허용할 것이다. 그러나, 더 큰 직경 홀들은 또한, 더 쉽게, 홀들 내에서 스트레이 플라즈마의 점화를 행할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 복수의 홀들(190, 191a, 191b, 191c, 192) 각각은, 독립적으로, 약 1.5 mm 미만, 또는 약 1.4 mm 미만, 또는 약 1.3 mm 미만, 또는 약 1.2 mm 미만, 또는 약 1.1 mm 미만, 또는 약 1 mm 미만의 직경을 갖는다.
[0065] 유사하게, 채널(193, 194, 195)의 깊이는 또한, 스트레이 플라즈마 형성의 가능성 및 가스의 유량에 영향을 미칠 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 채널들(193, 194, 195) 각각은, 독립적으로, 약 1 mm 미만, 또는 약 0.9 mm 미만, 또는 약 0.8 mm 미만, 또는 약 0.7 mm 미만, 또는 약 0.6 mm 미만, 또는 약 0.5 mm 미만, 또는 약 0.5 mm의 깊이를 갖는다. 각각의 개별적인 채널의 깊이는, 각각의 컴포넌트의 배면 표면으로부터 측정된다. 예컨대, 접지된 플레이트(180)에서의 채널(195)의 깊이는, 접지된 플레이트(180)의 배면 표면(181)으로부터 측정된다. 몇몇 실시예들에서, RF 핫 전극(120) 및 유전체 스페이서 층들(170a, 170b, 170c) 각각을 통과하는 복수의 홀들(190, 191a, 191b, 191c)은, 각각의 컴포넌트에서의 채널(193, 194a, 194b, 194c)의 깊이보다 더 큰 직경들을 갖는다.
[0066] 도 3을 참조하면, 동축 RF 공급 라인(160)은 세장형 하우징(110)을 통과하고, 갭(116)에서 플라즈마를 생성하기 위해 RF 핫 전극(120)을 위한 전력을 제공한다. 동축 RF 공급 라인(160)은, 절연체(166)에 의해 분리된, 내측 전도체(164) 및 외측 전도체(162)를 포함한다[도면에 대한 부가된 설명(clarification)]. 외측 전도체(162)는 전기 접지와 전기적으로 소통하고, 내측 전도체(164)는 세장형 RF 핫 전극(120)과 전기적으로 소통한다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "전기적으로 소통"이라는 용어는, 전기 저항이 거의 없도록, 컴포넌트들이 직접적으로 또는 중간 컴포넌트를 통해 연결된 것을 의미한다.
[0067] 도 7 내지 도 9는, 본 발명의 실시예들에 따른 블로커 플레이트들(112)을 도시한다. 도 7은, 둥근 플라즈마 소스 어셈블리(미도시)와 함께 사용될 수 있는 둥근 블로커 플레이트(112)를 도시한다. 블로커 플레이트(112)의 전면(115)의 뷰(view)가 도면들에서 도시된다. 이는, 프로세싱되는 기판이 보게 될 면이다.
[0068] 블로커 플레이트(112)는 외측 주변 에지(211) 및 전기적 중심(212)을 포함한다. 도 7에서 도시된 실시예의 전기적 중심(212)은 블로커 플레이트(112)의 대략 중심에 위치된다. 외측 주변 에지(211)는 필드(214)를 정의한다. 복수의 구멍들(114)은 필드(214) 내에 위치되고, 블로커 플레이트(112)를 통해 연장된다.
[0069] 복수의 구멍들(114)은 제 1 세트의 구멍들(220) 및 제 2 세트의 구멍들(230)을 포함한다. 제 1 세트의 구멍들(220)은 제 1 직경(D1)을 갖고, 제 2 세트의 구멍들은 제 1 직경(D1)과 상이한 제 2 직경(D2)을 갖는다. 제 1 세트의 구멍들(220)은 필드(214)의 내측 부분(222) 상에 위치되고, 제 2 세트의 구멍들(230)은 블로커 플레이트(112)의 외측 주변 에지(211)와 제 1 세트의 구멍들(220) 사이에 있다.
[0070] 몇몇 실시예들에서, 도 7 및 도 8에서 도시된 바와 같이, 제 3 세트의 구멍들(240)이 블로커 플레이트(112)의 외측 주변 에지(211)와 제 2 세트의 구멍들(230) 사이에 위치된다. 제 3 세트의 구멍들(240)은, 제 1 직경(D1) 및 제 2 직경(D2)과 상이한 제 3 직경(D3)을 갖는다.
[0071] 제 1 세트의 구멍들(220), 제 2 세트의 구멍들(230), 및 제 3 세트의 구멍들(240)의 직경은, 블로커 플레이트의 사이즈, 블로커 플레이트의 형상, 의도되는 플라즈마 전력 및 주파수를 포함하지만 이에 제한되지는 않는 다수의 인자들에 기초하여 변화될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제 1 직경(D1)은, 약 10 mm 미만, 또는 약 9 mm 미만, 또는 약 8 mm 미만, 또는 약 7 mm 미만, 또는 약 6 mm 미만, 또는 약 5 mm 미만, 또는 약 4 mm 미만, 또는 약 3 mm 미만이다. 몇몇 실시예들에서, 제 1 직경(D1)은, 약 2 mm 내지 약 10 mm의 범위에 있거나, 또는 약 1 mm 내지 약 8 mm의 범위에 있거나, 또는 약 1.5 mm 내지 약 8 mm의 범위에 있거나, 또는 약 2 mm 내지 약 6 mm의 범위에 있거나, 또는 약 3 mm 내지 약 5 mm의 범위에 있다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 제 1 직경은 약 4 mm이다.
[0072] 제 2 세트의 구멍들(230)의 제 2 직경(D2)은, 예컨대, 제 1 직경(D1)에 따라 변화할 수 있다. 제 2 직경(D2)은 일반적으로 제 1 직경(D1)보다 더 작지만, 반드시 더 작을 필요는 없다. 몇몇 실시예들의 제 2 직경(D2)은, 약 8 mm 미만, 또는 약 7 mm 미만, 또는 약 6 mm 미만, 또는 약 5 mm 미만, 또는 약 4 mm 미만, 또는 약 3 mm 미만, 또는 약 2 mm 미만, 또는 약 1 mm 미만이다. 몇몇 실시예들에서, 제 2 직경(D2)은, 약 0.5 mm 내지 약 6 mm의 범위에 있거나, 또는 약 0.75 mm 내지 약 5 mm의 범위에 있거나, 또는 약 1 mm 내지 약 4 mm의 범위에 있거나, 또는 약 2 mm 내지 약 3 mm의 범위에 있다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 제 2 직경(D2)은 약 2 mm이다.
[0073] 몇몇 실시예들에서, 제 2 직경(D2)은, 제 2 직경(D2)이 제 1 직경(D1)보다 더 작은 한, 이전에 언급한 최대 값들 또는 범위들 중 임의의 것일 수 있다. 예컨대, 제 1 직경(D1)이 약 2 mm 내지 약 6 mm의 범위에 있을 수 있고, 제 2 직경(D2)이 약 1 mm 내지 약 3 mm의 범위에 있을 수 있다. 제 2 직경(D2)이 제 1 직경(D1)보다 더 작은 이러한 배열에서, 제 1 직경(D1)이 2 mm인 경우에, 제 2 직경(D2)은 약 1 mm 내지 2 mm 미만의 범위에 있다.
[0074] 제 2 직경(D2) 대 제 1 직경(D1)의 비율은 임의의 적합한 비율일 수 있다. 예컨대, D2:D1 비율은, 약 1:10 내지 약 2:1 미만의 범위에 있을 수 있거나, 또는 약 1:8 내지 약 1:1의 범위에 있을 수 있거나, 또는 약 1:5 내지 약 1:1 미만의 범위에 있을 수 있거나, 또는 약 1:3 내지 약 1:1 미만의 범위에 있을 수 있거나, 또는 약 1:2 내지 약 1:1 미만의 범위에 있을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제 2 직경(D2)은 대략 제 1 직경(D1)의 제곱근이다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 제 1 직경(D1)은 약 4 mm이고, 제 2 직경(D2)은 약 2 mm이다.
[0075] 제 3 세트의 구멍들을 갖는 실시예들에서, 제 3 세트의 구멍들(240)의 제 3 직경(D3)은, 예컨대, 제 1 직경(D1) 및 제 2 직경(D2)에 따라 변화할 수 있다. 제 3 직경(D3)은 일반적으로 제 2 직경(D2)보다 더 작지만, 반드시 더 작을 필요는 없다. 몇몇 실시예들의 제 3 직경(D3)은, 약 6 mm 미만, 또는 약 5 mm 미만, 또는 약 4 mm 미만, 또는 약 3 mm 미만, 또는 약 2 mm 미만, 또는 약 1 mm 미만, 또는 약 0.75 mm 미만, 또는 약 0.5 mm 미만이다. 몇몇 실시예들에서, 제 3 직경(D3)은, 약 0.25 mm 내지 약 4 mm의 범위에 있거나, 또는 약 0.5 mm 내지 약 3 mm의 범위에 있거나, 또는 약 0.75 mm 내지 약 2 mm의 범위에 있거나, 또는 약 1 mm 내지 약 1.5 mm의 범위에 있다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 제 3 직경(D3)은 약 1.3 mm이다.
[0076] 몇몇 실시예들에서, 제 3 직경(D3)은, 제 3 직경(D3)이 제 2 직경(D2) 및 제 1 직경(D2)보다 더 작은 한, 이전에 언급한 최대 값들 또는 범위들 중 임의의 것일 수 있다. 예컨대, 제 1 직경(D1)이 약 2 mm 내지 약 6 mm의 범위에 있을 수 있고, 제 2 직경(D2)이 약 1 mm 내지 약 3 mm의 범위에 있을 수 있고, 제 3 직경(D3)이 약 0.5 mm 내지 약 2 mm의 범위에 있을 수 있다. 제 3 직경(D3)이 제 2 직경(D2) 및 제 1 직경(D1)보다 더 작은 이러한 배열에서, 제 1 직경(D1)이 2 mm인 경우에, 제 2 직경은 약 1 mm 내지 2 mm 미만의 범위에 있고, 제 3 직경(D3)은 약 0.5 mm 내지 약 제 2 직경(D2)의 범위에 있다.
[0077] 제 3 직경(D3) 대 제 2 직경(D2)의 비율은 임의의 적합한 비율일 수 있다. 예컨대, D3:D2 비율은, 약 1:10 내지 약 2:1 미만의 범위에 있을 수 있거나, 또는 약 1:8 내지 약 1:1의 범위에 있을 수 있거나, 또는 약 1:5 내지 약 1:1 미만의 범위에 있을 수 있거나, 또는 약 1:3 내지 약 1:1 미만의 범위에 있을 수 있거나, 또는 약 1:2 내지 약 1:1 미만의 범위에 있을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제 3 직경(D3)은 대략 제 2 직경(D2)의 제곱근이다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 제 1 직경(D1)은 약 4 mm이고, 제 2 직경(D2)은 약 2 mm이고, 제 3 직경(D3)은 약 1.3 mm이다.
[0078] 몇몇 실시예들에서, 가장 작은 세트의 구멍들, 예컨대 제 3 세트의 구멍들은, 블로커 플레이트(112)의 외측 주변 에지(211)로부터 에지 거리(De)만큼 이격된다. 에지 거리(De)는, 약 1 mm 내지 약 15 mm의 범위에 있을 수 있거나, 또는 약 2 mm 내지 약 10 mm의 범위에 있을 수 있거나, 또는 약 3 mm 내지 약 8 mm의 범위에 있을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 에지 거리는, 약 15 mm 미만, 또는 약 12 mm 미만, 또는 약 10 mm 미만, 또는 약 8 mm 미만, 또는 약 6 mm 미만, 또는 약 5 mm 미만, 또는 약 3 mm 미만, 또는 약 2 mm 미만이다. 도 8을 참조하면, 에지 거리(De)는, 블로커 플레이트의 외측 주변 에지로부터 제 3 세트의 구멍들 각각의 가장 근접한 부분까지의 거리로서 도시된다.
[0079] 도 8을 다시 참조하면, 몇몇 실시예들에서, 제 1 세트의 구멍들(220) 각각 사이의 간격은 실질적으로 동일하다. 몇몇 실시예들에서, 제 2 세트의 구멍들(230) 각각 사이의 간격은 실질적으로 동일하다. 몇몇 실시예들에서, 제 3 세트의 구멍들(240) 각각 사이의 간격은 실질적으로 동일하다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 이와 관련하여 사용되는 "실질적으로 동일한"이라는 용어는, 동일한 사이즈의 인접한 구멍들 사이의 거리가, 구멍들 사이의 평균 거리에 관하여 10 % 초과만큼 변화하지 않는 것을 의미한다.
[0080] 도 7 및 도 8은, 실질적으로 3개의 세트들의 구멍들이 존재하는, 본 발명의 실시예를 도시한다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로 [x]개의 세트들의 구멍들"이라는 용어는, 전체적인 관점(global perspective)으로부터 x개의 상이한 사이즈들의 홀들이 존재하도록, 개별적인 홀들의 직경이 변화할 수 있는 것을 의미한다. 따라서, 홀 직경에서의 작은 변동(fluctuation)들은 새로운 세트의 구멍들을 생성하지 않는다. 제 1 세트의 구멍들(220)은 전기적 중심(212) 주위의 구역 내에 위치된다. 제 2 세트의 구멍들(230)은 제 1 세트의 구멍들(220) 주위에 위치된다. 제 3 세트의 구멍들(240)은, 블로커 플레이트(112)의 외측 주변 에지(211) 근처에, 그리고 제 2 세트의 구멍들(230) 주위에 위치된다.
[0081] 다시, 도 8에서 도시된 바와 같이, 구멍들의 각각의 세트에 구멍들의 임의의 수의 열(row)들이 존재할 수 있다. 여기에서, 2개의 열들의 제 1 세트들의 구멍들(220)을 볼 수 있지만, 도 7과의 비교로부터, 더욱 많은 열들의 제 1 세트들의 구멍들(220)이 존재할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 단일 열의 제 2 세트의 구멍들(230) 및 단일 열의 제 3 세트의 구멍들(240)이 존재한다. 제 2 세트의 구멍들(230) 및 제 3 세트의 구멍들(240) 각각의 단일 열만이 도시되어 있지만, 임의의 수의 열들이 존재할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예컨대, 약 1 내지 약 10개의 범위에 있는 열들의 가장 작은 세트의 구멍들 또는 제 2 가장 작은 세트의 구멍들이 존재할 수 있다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 하나의 열의 제 2 세트의 구멍들 및 하나의 열의 제 3 세트의 구멍들이 존재한다.
[0082] 도 9 및 도 10으로 넘어가면, 웨지 형상을 갖는 블로커 플레이트(112)를 볼 수 있다. 도 9는, 단지 명확성 목적들을 위해 개별적인 구멍들이 도시되지 않은 웨지 형상을 도시한다. 개별적인 구멍들은, 웨지 형상의 우하측 코너를 도시하는 도 10에서 볼 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 필드(214)는, 필드(214) 내에 위치된, 상이한 직경들을 갖는 구멍들(114)을 포함한다. 필드(214) 내의 구멍들의 직경들은, 필드(214)의 내측 부분에서의 제 1 직경(D1)으로부터, D3으로 표시된(marked) 최외측에 있고 가장 작은 구멍으로, 점진적으로 감소된다. 본 실시예에서, 직경들의 증감(gradient)을 사이에 갖는, 제 1 직경(D1)으로부터 제 2 직경(D3)까지의 직경의 범위를 갖는 구멍들이 존재한다.
[0083] 본 발명의 몇몇 실시예들은, 플라즈마 소스 어셈블리와 함께 사용하기 위한 블로커 플레이트들(112)에 관한 것이다. 도 9 및 도 10을 다시 참조하면, 블로커 플레이트는 전기적 중심(212)과 함께 외측 주변 에지(211)를 포함한다. 전기적 중심(212)은, 예컨대, 블로커 플레이트의 형상에 기초한다. 전기적 중심(212)은, 블로커 플레이트의 특정한 형상, 및 동축 RF 공급 라인이 RF 핫 전극과 연결될 의도된 위치에 따라 변화할 것이다.
[0084] 블로커 플레이트(112)는, 제 1 직경을 갖고 전기적 중심 근처에 위치된 적어도 하나의 제 1 구멍을 포함한다. 예컨대, 단일 구멍이 바로 전기적 중심(212)에 위치될 수 있거나, 또는 전기적 중심(212) 주위에 위치된 수개의 구멍들이 존재할 수 있다. 가장 큰 직경을 갖는 단일 구멍이 존재할 수 있거나, 또는 가장 큰 직경을 갖는 복수의 구멍들이 존재할 수 있다. 예컨대, 필드의 큰 부분이 가장 큰 직경 구멍들에 의해 점유될 수 있으며, 직경들의 증감은 에지로부터 수개의 열들에서 시작된다. 도 10을 참조하면, 단일 큰 직경 구멍(221)이, 감소되는 직경 구멍들의 6개의 열들과 함께 도시된다. 블로커 플레이트(112)의 메인 필드(214)는, 동일한 직경을 갖는 구멍들, 및 도시된 가장 큰 직경 구멍(221), 및 필드(214)를 둘러싸는 더 작은 직경 구멍들의 6개의 열들을 포함한다.
[0085] 도시된 실시예에서, 복수의 제 3 구멍들(240)이, 블로커 플레이트(112)의 외측 주변 에지(211) 근처에 위치된다. 복수의 제 3 구멍들(240)은 필드(214)의 경계를 정의한다. 복수의 제 2 구멍들(230)은 복수의 제 3 구멍들(240)과 가장 큰 직경 구멍(221) 사이에 위치된다.
[0086] 3개의 세트들의 구멍들이 도면들에서 도시되었지만, 이는 단지 전형적일 뿐이고 본 개시의 범위를 제한하는 것으로 취해지지 않아야 한다는 것이 이해될 것이다. 몇몇 실시예들에서, 2개의 세트들의 구멍들, 즉, 제 1 직경을 갖는 복수의 제 1 구멍들, 및 제 1 직경보다 더 작은 제 2 직경을 갖는 복수의 제 2 구멍들이 존재한다. 몇몇 실시예들에서, 제 1 직경 및 제 2 직경과 상이한 직경을 갖는 복수의 제 3 구멍들을 갖는 3개의 세트들의 구멍들이 존재한다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 4개의 세트들의 구멍들; 제 1 직경을 갖는 복수의 제 1 구멍들, 제 2 직경을 갖는 복수의 제 2 구멍들, 제 3 직경을 갖는 복수의 제 3 구멍들, 및 제 4 직경을 갖는 복수의 제 4 구멍들이 존재한다. 제 1 직경, 제 2 직경, 제 3 직경, 및 제 4 직경 각각은 상이하다. 몇몇 실시예들에서, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개 또는 그 초과의 세트들의 구멍들이 존재하며, 구멍들의 각각의 세트는 적어도 하나의 구멍을 포함하고, 각각의 세트는 근처에 위치된 구멍들과 상이한 직경을 갖는다.
[0087] 본 발명의 부가적인 실시예들은, 플라즈마 소스 어셈블리의 블로커 플레이트 근처에서 프로세싱 챔버에 기판을 위치시키는 단계를 포함하는 방법들에 관한 것이다. 블로커 플레이트는 본원에서 설명되는 다양한 실시예들 중 임의의 것이다. 그 후에, 플라즈마가 플라즈마 소스에서 생성되고, 블로커 플레이트에서의 구멍들을 통해 기판을 향하여 유동하게 허용된다.
[0088] 웨이퍼가 플라즈마 구역을 통해 이동함에 따라, 플라즈마 처리가 웨이퍼에 걸쳐 균일하게 발생하는 것이 유용할 수 있다. 도 1에서 도시된 캐러셀-타입 실시예에서, 웨이퍼가 플라즈마 구역을 통해 회전하여, 선형적으로 이동하는 웨이퍼의 경우보다 더 가변적으로(variable), 웨이퍼 표면에 걸쳐 플라즈마에 노출되고 있다. 플라즈마 프로세스의 균일성을 보장하기 위한 하나의 방법은, 도 2에서 도시된 바와 같이, 균일한 플라즈마 밀도의 "웨지-형상" 또는 "파이-형상"(부채꼴) 플라즈마 구역을 갖는 것이다. 도 2의 실시예는, 단일 웨이퍼(60)를 갖는, 서셉터 또는 서셉터 어셈블리라고 또한 지칭되는 단순한 플래튼 구조를 도시한다. 서셉터(66)가 아치형(arcuate) 경로(18)를 따라 웨이퍼(60)를 회전시킴에 따라, 웨이퍼(60)는, 웨지-형상을 갖는 플라즈마 구역(68)을 통과한다. 서셉터가 축(69)을 중심으로 회전하고 있기 때문에, 웨이퍼(60)의 상이한 부분들은, 웨이퍼의 외측 주변 에지가 내측 주변 에지보다 더 빠르게 이동하는 상이한 애뉼러 속도들(annular velocities)을 가질 것이다. 따라서, 웨이퍼의 모든 부분들이 플라즈마 구역에서 대략 동일한 체류 시간(residence time)을 갖는 것을 보장하기 위해, 플라즈마 구역은 내측 주변 에지에서보다 외측 주변 에지에서 더 넓다.
[0089] 도 11은, 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예에 따른 웨지-형상 플라즈마 소스 어셈블리의 실시예를 도시한다. 핫 전극(120) 및 단부 유전체(130)를 갖는 하우징(110)이 도시되지만, 도면들에서 도시되고 본원에서 설명되는 다른 컴포넌트들이 포함될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 단부 유전체(130)는, 세장형 측면들(123)을 따르는 직선적인 컴포넌트들, 및 제 1 단부(124)(또한, 내측 단부 또는 내측 주변 단부라고 지칭됨) 및 제 2 단부(125)(또한, 외측 단부 또는 외측 주변 단부라고 지칭됨)에 인접한 곡선적인 컴포넌트들을 갖는 다수의 피스들로서 도시된다. 스프링(196)은, 제 2 단부(125)에서 핫 전극(120)에 대하여 단부 유전체(130)를 밀기 위해, 제 2 단부(125) 근처에 위치된다. 갭(197)은, 제 1 단부(124)에 인접한 단부 유전체(130)와 핫 전극(120) 사이에 있다. 도시된 갭(197)은, 핫 전극(120)이, 손상되지 않거나 또는 단부 유전체(130)를 손상시키지 않으면서, 제 1 단부(124)를 향하여 팽창되게 허용할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 핫 전극(120)을 향하여 제 1 단부(124)에 인접한 단부 유전체(130)에 압력을 가하기 위해 위치된 제 2 스프링(미도시)이 존재한다. 갭(196)은, 예컨대, 핫 전극(120)의 폭 또는 사이즈에 따른 임의의 적합한 사이즈일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 갭은, 약 1.0 mm, 또는 0.9 mm, 또는 0.8 mm, 또는 0.7 mm, 또는 0.6 mm, 또는 0.5 mm, 또는 0.4 mm 미만이다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 플라즈마 소스 어셈블리가 실온에 있는 경우에, 갭(197)은 약 0.3 mm 내지 약 0.7 mm의 범위에 있다. 몇몇 실시예들에서, 갭은 약 0.5 mm이다.
[0090] 본 발명의 몇몇 실시예들은, 프로세싱 챔버에서 아치형 경로를 따라 위치된 적어도 하나의 용량성 커플링된 웨지-형상 플라즈마 소스(100)를 포함하는 프로세싱 챔버들에 관한 것이다. 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "아치형 경로"라는 용어는, 원형-형상 또는 타원형-형상 경로의 적어도 부분을 이동하는 임의의 경로를 의미한다. 아치형 경로는 적어도 약 5°, 10°, 15°, 20°의 경로의 부분을 따르는 기판의 이동을 포함할 수 있다.
[0091] 본 발명의 부가적인 실시예들은 복수의 기판들을 프로세싱하는 방법들에 관한 것이다. 복수의 기판들은 프로세싱 챔버에서 기판 지지부 상에 로딩된다. 기판 지지부는, 기판 상에 막을 증착하기 위해, 가스 분배 어셈블리에 걸쳐 복수의 기판들 각각을 통과시키도록 회전된다. 기판 지지부는, 플라즈마 구역에서 실질적으로 균일한 플라즈마를 생성하는 용량성 커플링된 파이-형상 플라즈마 소스에 인접한 플라즈마 구역으로 기판들을 이동시키도록 회전된다. 이는, 미리 결정된 두께의 막이 형성될 때까지 반복된다.
[0092] 캐러셀의 회전은 연속적일 수 있거나 또는 불연속적일 수 있다. 연속적인 프로세싱에서, 웨이퍼들이 주입기들 각각에 차례로 노출되도록, 웨이퍼들은 일정하게(constantly) 회전하고 있다. 불연속적인 프로세싱에서, 웨이퍼들은 주입기 구역으로 이동될 수 있고, 정지될 수 있고, 그 후에, 주입기들 사이의 구역(84)으로 이동될 수 있고, 정지될 수 있다. 예컨대, 캐러셀은, 웨이퍼들이 주입기-간 구역으로부터, 주입기를 가로질러서(또는 주입기 근처에서 정지하고), 캐러셀이 다시 멈출 수 있는 다음 주입기-간 구역 상으로 이동하도록 회전할 수 있다. 주입기들 사이에서 멈추는 것은, 각각의 층 증착 사이의 부가적인 프로세싱(예컨대, 플라즈마에 대한 노출)을 위한 시간을 제공할 수 있다.
[0093] 플라즈마의 주파수는, 사용되고 있는 특정 반응성 종들에 따라 튜닝될 수 있다. 적합한 주파수들은, 400 kHz, 2 MHz, 13.56 MHz, 27 MHz, 40 MHz, 60 MHz, 및 100 MHz를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.
[0094] 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따르면, 기판은, 층을 형성하기 전에 그리고/또는 층을 형성한 후에, 프로세싱을 겪는다. 이러한 프로세싱은, 동일한 챔버에서, 또는 하나 또는 그 초과의 분리된 프로세싱 챔버들에서 수행될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 기판은, 추가적인 프로세싱을 위해, 제 1 챔버로부터, 분리된 제 2 챔버로 이동된다. 기판은 제 1 챔버로부터, 분리된 프로세싱 챔버로 직접적으로 이동될 수 있거나, 또는 기판은 제 1 챔버로부터 하나 또는 그 초과의 이송 챔버들로 이동될 수 있고, 그 후에, 분리된 프로세싱 챔버로 이동될 수 있다. 따라서, 프로세싱 장치는 이송 스테이션과 소통하는 다수의 챔버들을 포함할 수 있다. 이러한 종류의 장치는 "클러스터 툴" 또는 "클러스터링된 시스템" 등이라고 지칭될 수 있다.
[0095] 일반적으로, 클러스터 툴은, 기판 중심-발견(substrate center-finding) 및 배향(orientation), 탈가스(degassing), 어닐링, 증착, 및/또는 에칭을 포함하는 다양한 기능들을 수행하는 다수의 챔버들을 포함하는 모듈식 시스템이다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따르면, 클러스터 툴은 적어도 제 1 챔버 및 중앙 이송 챔버를 포함한다. 중앙 이송 챔버는, 로드 락 챔버들 및 프로세싱 챔버들 사이에서 그리고 간에서 기판들을 셔틀링(shuttle)할 수 있는 로봇을 하우징할 수 있다. 이송 챔버는 전형적으로, 진공 조건에서 유지되고, 하나의 챔버로부터 다른 챔버로, 그리고/또는 클러스터 툴의 전단에 위치된 로드 락 챔버로 기판들을 셔틀링하기 위한 중간 스테이지를 제공한다. 본 발명에 대해 적응될 수 있는 2개의 잘-알려진 클러스터 툴들은 Centura® 및 Endura®이고, 이들 양자 모두는, 캘리포니아, 산타클라라의 Applied Materials, Inc.로부터 입수가능하다. 하나의 그러한 스테이징된-진공 기판 프로세싱 장치의 세부사항들은, 1993년 2월 16일자로 발행된, Tepman 등에 의한, 발명의 명칭이 "스테이징된-진공 웨이퍼 프로세싱 장치 및 방법(Staged-Vacuum Wafer Processing Apparatus and Method)"인 미국 특허 번호 제 5,186,718 호에서 개시된다. 그러나, 챔버들의 정확한(exact) 배열 및 조합은, 본원에서 설명되는 바와 같은 프로세스의 특정 단계들을 수행하는 목적들을 위해 변경될 수 있다. 사용될 수 있는 다른 프로세싱 챔버들은, 순환 층 증착(cyclical layer deposition; CLD), 원자 층 증착(ALD), 화학 기상 증착(CVD), 물리 기상 증착(PVD), 에칭, 사전-세정, 화학 세정, 열 처리, 예컨대 RTP, 플라즈마 질화(nitridation), 탈가스(degas), 배향, 수산화(hydroxylation), 및 다른 기판 프로세스들을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 클러스터 툴 상의 챔버에서 프로세스들을 수행함으로써, 대기 불순물들에 의한 기판의 표면 오염이, 후속 막을 증착하기 전의 산화 없이, 방지될 수 있다.
[0096] 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따르면, 기판은, 진공 또는 "로드 락" 조건들 하에 계속 있고, 하나의 챔버로부터 다음 챔버로 이동되는 경우에 주변 공기(ambient air)에 노출되지 않는다. 따라서, 이송 챔버들은 진공 하에 있고, 진공 압력 아래로 "펌핑 다운(pumped down)"된다. 비활성 가스들이 프로세싱 챔버들 또는 이송 챔버들에 존재할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 비활성 가스는, 기판의 표면 상에 층을 형성한 후에 반응물들의 일부 또는 전부를 제거하기 위한 퍼지 가스로서 사용된다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따르면, 퍼지 가스는, 반응물들이 증착 챔버로부터 이송 챔버 및/또는 부가적인 프로세싱 챔버로 이동하는 것을 방지하기 위해, 증착 챔버의 출구에 주입된다. 따라서, 비활성 가스의 유동은 챔버의 출구에 커튼을 형성한다.
[0097] 프로세싱 동안에, 기판은 가열 또는 냉각될 수 있다. 그러한 가열 또는 냉각은, 기판 지지부(예컨대, 서셉터)의 온도를 변화시키는 것, 및 가열된 또는 냉각된 가스들을 기판 표면으로 유동시키는 것을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 임의의 적합한 수단에 의해 달성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 기판 지지부는, 기판 온도를 전도적으로(conductively) 변화시키도록 제어될 수 있는 가열기/냉각기를 포함한다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 채용되고 있는 가스들(반응성 가스들 또는 비활성 가스들)은, 기판 온도를 국부적으로 변화시키도록 가열 또는 냉각된다. 몇몇 실시예들에서, 가열기/냉각기는, 기판 온도를 대류적으로(convectively) 변화시키기 위해, 기판 표면 근처에서 챔버 내에 위치된다.
[0098] 기판은 또한, 프로세싱 동안에 정지될 수 있거나 또는 회전될 수 있다. 회전 기판은 연속적으로 또는 불연속적인 단계들로 회전될 수 있다. 예컨대, 기판은 전체 프로세스 전반에 걸쳐 회전될 수 있거나, 또는 기판은 상이한 반응성 또는 퍼지 가스들에 대한 노출 사이에서 소량만큼 회전될 수 있다. 프로세싱 동안에 기판을 (연속적으로 또는 단계들로) 회전시키는 것은, 예컨대, 가스 유동 기하형상들에서의 국부적인 변동성(variability)의 영향을 최소화함으로써, 더 균일한 증착 또는 에칭을 생성하는 것을 보조할 수 있다.
[0099] 전술한 바가 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 및 추가적인 실시예들이 본 발명의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 고안될 수 있고, 본 발명의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 플라즈마 소스 어셈블리(assembly)로서,
    하우징(housing);
    상기 하우징과 전기적으로 소통하는 블로커 플레이트(blocker plate) ― 상기 블로커 플레이트는, 필드(field)를 정의하는 외측 주변(peripheral) 에지, 및 상기 필드 내에 있고 상기 블로커 플레이트를 통해 연장되는 복수의 구멍(aperture)들을 갖고, 상기 복수의 구멍들은, 제 1 직경을 갖는 제 1 세트의 구멍들, 및 상기 제 1 직경과 상이한 제 2 직경을 갖는 제 2 세트의 구멍들을 포함함 ―; 및
    상기 하우징 내의 RF 핫 전극(RF hot electrode)
    을 포함하며,
    상기 RF 핫 전극은 전면(front face) 및 배면(back face)을 갖고, 상기 RF 핫 전극의 전면은, 갭(gap)을 정의하도록 상기 블로커 플레이트로부터 이격되고(spaced),
    상기 제 1 세트의 구멍들은 상기 필드의 내측 부분 상에 위치되고, 상기 제 2 세트의 구멍들은 상기 블로커 플레이트의 외측 주변 에지와 상기 제 1 세트의 구멍들 사이에 있는,
    플라즈마 소스 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 직경은 약 2 mm 내지 약 10 mm의 범위에 있는,
    플라즈마 소스 어셈블리.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 직경은 약 1 mm 내지 약 4 mm의 범위에 있는,
    플라즈마 소스 어셈블리.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 블로커 플레이트의 외측 주변 에지와 상기 제 2 세트의 구멍들 사이의 제 3 세트의 구멍들을 더 포함하며, 상기 제 3 세트의 구멍들은, 상기 제 1 직경 및 상기 제 2 직경과 상이한 제 3 직경을 갖는,
    플라즈마 소스 어셈블리.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 직경은 약 4 mm이고, 상기 제 2 직경은 약 2 mm이고, 상기 제 3 직경은 약 1.3 mm인,
    플라즈마 소스 어셈블리.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 3 직경은 상기 제 2 직경보다 더 작고, 상기 제 2 직경은 상기 제 1 직경보다 더 작은,
    플라즈마 소스 어셈블리.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 3 세트의 구멍들은, 약 15 mm 미만의 거리만큼, 상기 외측 주변 에지로부터 이격되는,
    플라즈마 소스 어셈블리.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 3 직경은 약 0.5 mm 내지 약 3 mm의 범위에 있는,
    플라즈마 소스 어셈블리.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 직경은 약 2 mm 내지 약 10 mm의 범위에 있고, 상기 제 2 직경은 약 1 mm 내지 약 6 mm의 범위에 있고, 상기 제 3 직경은 약 0.5 mm 내지 약 3 mm의 범위에 있고, 상기 제 1 직경은 상기 제 2 직경보다 더 크고, 상기 제 2 직경은 상기 제 3 직경보다 더 큰,
    플라즈마 소스 어셈블리.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 3 세트의 구멍들 각각은, 상기 제 3 직경을 갖는 인접한 구멍들로부터 실질적으로 균등하게 이격되는,
    플라즈마 소스 어셈블리.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필드의 내측 부분에서의 제 1 직경으로부터 상기 필드의 외측 부분에서의 제 2 직경으로 직경들이 점진적으로(gradually) 증가되도록, 상기 필드 내에 위치된, 상이한 직경들을 갖는 구멍들을 더 포함하는,
    플라즈마 소스 어셈블리.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 RF 핫 전극은, 측면(side)들, 세장형 축을 정의하는, 제 1 단부 및 제 2 단부를 가지면서 세장형(elongate)인,
    플라즈마 소스 어셈블리.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 RF 핫 전극의 제 1 단부 및 제 2 단부 각각과 접촉하고 상기 RF 핫 전극과 측벽 사이에 있는 단부 유전체(end dielectric);
    상기 단부 유전체 반대편에서 상기 RF 핫 전극의 제 1 단부와 제 2 단부 중 하나 또는 그 초과에 위치된 슬라이딩(sliding) 접지 연결부 ― 상기 슬라이딩 접지 연결부는, 상기 단부 유전체에 의해, 상기 RF 핫 전극과의 직접적인 접촉으로부터 격리됨 ―;
    상기 단부 유전체 반대편에서 각각의 슬라이딩 접지 연결부에 위치된 밀봉 포일(seal foil) ― 상기 밀봉 포일은, 상기 슬라이딩 접지 연결부와 세장형 하우징의 전면 사이에 전기 연결을 형성함 ―;
    상기 하우징 내에 있고 상기 RF 핫 전극의 배면 근처에 위치된 유전체 스페이서(spacer);
    상기 하우징 내에 있고 상기 유전체 스페이서의, 상기 RF 핫 전극과 반대되는 측면 상에 위치된 접지된 플레이트 ― 상기 접지된 플레이트는 전기 접지에 연결됨 ―;
    상기 세장형 하우징을 통과하는 동축 RF 공급 라인 ― 상기 동축 RF 공급 라인은, 절연체에 의해 분리된, 내측 전도체 및 외측 전도체를 포함하고, 상기 외측 전도체는 전기 접지와 소통하고, 상기 내측 전도체는 상기 RF 핫 전극과 전기적으로 소통함 ―; 및
    상기 유전체 스페이서의 방향으로, 상기 접지된 플레이트에 압축력(compressive force)을 제공하기 위한 복수의 압축(compression) 엘리먼트들
    을 더 포함하며,
    상기 유전체 스페이서 및 상기 RF 핫 전극 각각은, 가스 볼륨에서의 가스가 상기 유전체 스페이서 및 상기 RF 핫 전극을 통해 상기 갭 내로 통과할 수 있도록, 상기 유전체 스페이서 및 상기 RF 핫 전극 각각을 통하는 복수의 홀들을 포함하는,
    플라즈마 소스 어셈블리.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 하우징, 및 상기 RF 핫 전극, 상기 유전체 스페이서 및 상기 접지된 플레이트 각각은, 내측 주변 에지, 외측 주변 에지, 및 2개의 세장형 측면들을 가지면서 웨지-형상이고, 상기 제 1 단부는 상기 내측 주변 에지를 정의하고, 상기 제 2 단부는 상기 하우징의 외측 주변 에지를 정의하는,
    플라즈마 소스 어셈블리.
  15. 방법으로서,
    플라즈마 소스 어셈블리의 블로커 플레이트 근처에서 프로세싱 챔버에 기판을 위치시키는 단계 ― 상기 블로커 플레이트는, 필드를 정의하는 외측 주변 에지, 및 상기 필드 내에 있고 상기 블로커 플레이트를 통해 연장되는 복수의 구멍들을 갖고, 상기 복수의 구멍들은, 제 1 직경을 갖는 제 1 세트의 구멍들, 및 상기 제 1 직경과 상이한 제 2 직경을 갖는 제 2 세트의 구멍들을 포함하고, 상기 제 1 세트의 구멍들은 상기 필드의 내측 부분 상에 위치되고, 상기 제 2 세트의 구멍들은 상기 블로커 플레이트의 외측 주변 에지와 상기 제 1 세트의 구멍들 사이에 있음 ―; 및
    플라즈마가 상기 블로커 플레이트를 통해 상기 기판을 향하여 유동하도록, 상기 플라즈마 소스 어셈블리 내에서 플라즈마를 생성하는 단계
    를 포함하는,
    방법.
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