KR20180109751A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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KR20180109751A
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요시오 수사
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에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이.
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Abstract

기판 처리 장치는 챔버, 상기 챔버 내에 제공되는 서셉터, 복수의 스루 홀들이 제공되며 도전체로 형성되는 플레이트부, 상기 플레이트부의 외측 에지에 연결되며 상기 플레이트부를 둘러싸고 도전체로 형성되는 링-형상부, 상기 링-형상부 내에 매립되고(embedded) 평면도에서 상기 플레이트부와 상기 서셉터를 둘러싸는 리드 와이어를 포함하며, 상기 챔버 내에서 상기 서셉터를 대면하도록 제공되는 샤워 플레이트, 및 상기 리드 와이어에 직류를 공급하는 DC 파워 서플라이를 포함한다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{Substrate processing apparatus and method for processing substrate}
기판 처리 장치와 상기 기판의 처리 방법과 관련된 실시예들이 설명된다.
JP 제2009-152603호는 세정 기능을 갖는 플라즈마 CVD 장치가 높은 세정 속도를 수득하도록 균일한 단면적을 갖는 홀들을 구비하는 향상된 샤워 플레이트를 갖는 것을 개시한다. 상기 샤워 플레이트는 전극으로서 작용할 수 있고, 파워 소스에 연결된 전기 전도성 연장부(extension)를 가질 수 있다. 이를 통해 세정 가스 및 반응 소스 가스 모두가 흐르는 상기 샤워 플레이트는 퇴적 공정 동안에 우수한 막 두께 균일성을 확보하도록 통상적으로 사용되는 것과는 다른 사이즈를 갖는 기계화된(machined) 표면적의 홀을 포함할 수 있다. 기계화된 표면적의 홀의 사이즈는 처리될 기판의 사이즈 또는 상기 샤워 플레이트의 전체 표면의 사이즈에 기초하여 달라질 수 있다.
JP 제2016-122654호는 기판들의 플라즈마 처리를 위한 방법 및 장치를 개시한다. 이러한 개시에서, 처리 챔버는 기판 지지체 및 상기 기판 지지체를 대면하는 덮개 어셈블리(lid assembly)를 갖는다. 상기 덮개 어셈블리는 도전 플레이트 내에 배치되는 유도성 코일을 포함하는 플라즈마 소스를 가지며, 끼워 넣어진(nested) 도전 링들을 포함할 수 있다. 유도성 코일은 도전 플레이트와 실질적으로 동일 평면에 위치하고, 상기 도전 플레이트 내에 형성되는 채널 내에서 꼭 맞거나 상기 도전 링들 내에서 끼워 넣어지는 절연체에 의해 상기 도전 플레이트로부터 절연된다. 필드 집중기(field concentrator)는 상기 유도성 코일 주위에 제공되고, 분리부들(isolators)에 의해 상기 유도성 코일로부터 절연된다. 상기 플라즈마 소스는 도전 지지체 플레이트로부터 지지된다. 가스 분배기가 상기 지지체 플레이트의 중앙 개구부를 통해 상기 챔버로, 및 상기 도전 플레이트를 통해 배치되는 도관(conduit)으로부터 상기 플라즈마 소스로 가스를 공급한다.
JP 제2009-152603호 내의 샤워 플레이트는 평행판 플라즈마 CVD 장치의 전극이다. JP 제2009-152603의 장치 구성에서, 샤워 플레이트의 중앙부 직접 아래의 플라즈마 밀도에 대하여, 상기 중앙부를 둘러싸는 상기 샤워 플레이트의 외부 직접 아래의 플라즈마 밀도는 종종 감소한다. 이는 상기 기판의 전체 표면 상에서 균일한 플라즈마 처리를 수행하는 것이 가능하지 않는 문제점을 유발한다. 예를 들어, 웨이퍼의 외측 에지에서, 그리고 그 주위에서 막 형성은 불충분해지고, 막 두께의 면내 균일성(in-plane uniformity) 및 막 품질은 저하된다.
본 발명의 목적은 전술한 문제들을 극복하기 위한 것이다.
설명되는 일부 예시들이 위에서 설명된 문제점을 해결할 수 있다. 여기 설명되는 일부 예시들은 기판에 균일한 플라즈마 처리를 적용하는 것이 가능한 샤워 플레이트, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공할 수 있다.
일부 예시들에서, 기판 처리 장치는 챔버, 상기 챔버 내에 제공되는 서셉터, 복수의 스루 홀들이 제공되며 도전체로 형성되는 플레이트부, 상기 플레이트부의 외측 에지에 연결되며 상기 플레이트부를 둘러싸고 도전체로 형성되는 링-형상부, 및 상기 링-형상부 내에 매립되고(embedded) 평면도에서 상기 플레이트부와 상기 서셉터를 둘러싸는 리드 와이어를 포함하며, 상기 챔버 내에서 상기 서셉터를 대면하도록 제공되는 샤워 플레이트, 및 상기 리드 와이어에 직류를 공급하는 DC 파워 서플라이를 포함한다.
일부 예시들에서, 기판의 처리 방법은, 서셉터 상에 상기 기판을 제공하는 단계, 및 상기 서셉터 상에 제공되는 샤워 플레이트에 RF 파워를 인가하되, 상기 샤워 플레이트는 복수의 스루 홀들이 제공되며 도전체로 형성되는 플레이트부, 및 상기 플레이트부의 외측 에지에 연결되며 상기 플레이트부를 둘러싸고 도전체로 형성되는 링-형상부를 포함하는, RF 파워를 인가하는 단계와 상기 복수의 스루 홀들을 통해 상기 기판 상으로 가스를 공급하고 이에 의해 상기 기판 상에 플라즈마를 생성하는 단계를 포함한다. RF 파워를 인가하는 단계에서, DC 전류가 상기 링-형상부 내에 매립되고 평면도에서 상기 플레이트부를 둘러싸는 리드 와이어, 또는 상기 서셉터 내에 매립되고 상기 서셉터의 외측 에지를 따라 평면도에서 링-형상이도록 제공되는 서셉터 이너 리드 와이어를 통해 흐르도록 형성되고, 이에 의해 상기 기판의 외측 에지 바로 위에 자기 필드를 형성한다.
일부 예시들에서, 기판 처리 장치는 챔버, 상기 챔버 내에 제공되는 서셉터, 복수의 스루 홀들이 제공되며 도전체로 형성되는 플레이트부, 상기 플레이트부의 외측 에지에 연결되며 상기 플레이트부를 둘러싸고 도전체로 형성되는 링-형상부를 포함하며, 상기 챔버 내에서 상기 서셉터를 대면하도록 제공되는 샤워 플레이트, 상기 서셉터 내에 매립되고 상기 서셉터의 외측 에지를 따라 평면도에서 링-형상이도록 제공되는 서셉터 이너 리드 와이어, 및 상기 서셉터 이너 리드 와이어에 DC 전류를 공급하는 DC 파워 서플라이를 포함한다.
도 1은 기판 처리 장치의 단면도이다.
도 2는 상기 리드 와이어와 상기 서셉터의 평면도이다.
도 3은 상기 샤워 플레이트 및 상기 서셉터의 확대 단면도이다.
도 4는 플라즈마가 구비된 상기 샤워 플레이트 및 상기 서셉터의 단면도이다.
도 5는 플라즈마 밀도를 나타내는 다이어그램이다.
도 6은 상기 샤워 플레이트 및 상기 서셉터의 단면도이다.
도 7은 상기 샤워 플레이트와 상기 서셉터의 단면도이다.
도 8은 기판 처리 장치를 나타내는 다이어그램이다.
도 9는 상기 서셉터 및 이들 주변부의 분해도이다.
도 10은 상기 히터 리드 와이어의 상면도이다.
도 11은 상기 서셉터 이너 리드 와이어 및 이를 위한 커버를 나타내는 다이어그램이다.
도 12는 기판 처리 장치 및 배선(wiring) 위치를 나타내는 상세 다이어그램이다.
샤워 플레이트, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법이 첨부하는 도면들을 참조로 하여 설명될 것이다. 동일하거나 대응되는 성분들은 동일한 참조번호들로 할당될 것이며 중복되는 설명은 생략될 수 있다.
도 1은 기판 처리 장치(10)의 단면도이다. 기판 처리 장치(10)는 평행 판 플라즈마 처리 장치이다. 기판 처리 장치(10)는 챔버(12)를 구비하도록 제공된다. 챔버(12)는 "반응기 챔버"로 지칭된다. 서셉터(14)는 챔버(12) 내에 제공된다. 서셉터(14)는 그 상부에 기판이 장착되는 일부분이다. 일부 예시들에서, 저항성 가열 장치가 서셉터(14) 내에 매립된다(embedded). 서셉터(14)는 전기적으로 접지될 수 있다. 서셉터(14)는 기판들을 들어올리고/내리는 데 사용되도록 서셉터(14)로부터 돌출하거나 서셉터(14) 내에 수용되는 서셉터 핀들(pins)(15)을 구비하도록 제공될 수 있다.
예를 들어 절연체로 형성된 배기 덕트(16)가 챔버(12) 위에 제공된다. 배기 덕트(16)는 평면도에서 서셉터(14)를 둘러싸도록 링 형상으로 형성된다. 기판 처리를 위하여 사용될 가스가 배기 덕트(16) 내로 안내되고(guided), 이후 배기 파이프(19)를 통해 통과하며, 외부로 배기된다.
샤워 플레이트(18)는 배기 덕트(16) 위에 제공된다. 샤워 플레이트(18)는 플레이트부(18A), 링-형상부(18B) 및 리드 와이어(18C)를 구비하도록 제공된다. 플레이트부(18A)는 복수의 스루 홀들(18a)을 구비하도록 제공되는 도전체이다. 스루 홀들(18a)은 y축 방향으로 플레이트부(18A)를 관통한다. 링-형상부(18B)는 플레이트부(18A)의 외측 에지에 연결되며 플레이트부(18A)를 둘러싸는 전도체이다. 플레이트부(18A) 및 링-형상부(18B)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 또는 다른 적합한 금속으로 형성된다. 리드 와이어(18C)는 링-형상부(18B) 내에 매립된다(embedded). 리드 와이어(18C)는 평면도에서 플레이트부(18A)를 둘러싼다. 리드 와이어(18C)는 평면도에서 서셉터(14)를 둘러쌀 수 있다. 리드 와이어(18C)는 링-형상부(18B)로부터 전기적으로 절연되도록 절연 코팅으로 커버될 수 있다.
챔버(12) 내에서, 서셉터(14) 및 샤워 플레이트(18)는 서로 대면한다(face). 샤워 플레이트(18) 및 서셉터(14)는 한 쌍의 평행 평판들을 구비하는 구조물을 제공한다. 즉, 샤워 플레이트(18) 및 서셉터(14)는 평행판 전극들을 제공한다.
플라즈마를 생성하기 위하여, 고주파 파워 서플라이들(22, 24)이 매칭 회로(20)를 통해 플레이트부(18A) 및 링-형상부(18B)에 전기적으로 연결된다. 고주파 파워 서플라이들(22, 24)은 플레이트부(18A) 및 링-형상부(18B)에 RF 파워를 공급한다. 고주파 파워 서플라이들(22, 24)은 플레이트부(18A) 및 링-형상부(18B)에 예를 들어 수백 kHz 내지 수십 MHz의 주파수에서 전기 파워를 인가한다. 막 품질의 조절 가능성을 향상시키기 위하여, 고주파 파워 서플라이(22)는 저주파수 성분을 공급할 수 있고, 고주파 파워 서플라이(24)는 고주파수 성분을 공급할 수 있다.
DC 파워 서플라이(30)는 리드 와이어(18C)에 직류를 공급하도록 리드 와이어(18C)에 연결된다. DC 파워 서플라이(30)는 리드 와이어(18C)에 예를 들어 1 A 오더의 직류를 공급한다. 도 2는 리드 와이어(18C)와 서셉터(14)의 평면도이다. 리드 와이어(18C)는 서셉터(14)를 둘러싸도록 링 형상으로 제공된다. 리드 와이어(18C)와 서셉터(14)의 외측 에지(14a) 사이의 거리(X2)는 예를 들어 5 내지 10 mm 오더일 수 있다. 이러한 이유로, 리드 와이어(18C)는 서셉터(14)의 외측 에지(14a)에서 외부로 5 내지 10 mm에 위치할 수 있다. 도 2에서 화살표는 리드 와이어(18C)의 직류 흐름의 방향을 나타낸다. DC 파워 서플라이(30)는 화살표에 의해 지시되는 바와 같이 직류가 시계 방향으로 리드 와이어(18C)를 통해 흐르도록 유발한다.
이제 도 1이 다시 설명될 것이다. 가스 공급 파이프(40)는 플레이트부(18A)의 상부에 연결된다. 밸브(42)는 가스 공급 파이프(40)의 일부 중간지점에서 제공된다. 밸브(42)는 가스 공급 파이프(40)를 열고/닫을 수 있다. 더욱이, 가스를 공급하는 가스 소스(44)가 가스 공급 파이프(40)에 연결된다. 가스 소스(44)는 기판의 처리를 위하여 사용될 다양한 가스들을 공급한다. 이러한 가스의 예시들은 물질 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스이다. 가스 소스(44)는 플라즈마를 생성하도록 사용될 모든 종류의 알려진 가스들을 공급할 수 있다. 가스는 가스 소스(44)로부터 가스 공급 파이프(40), 플레이트부(18A) 바로 위의 공간 및 스루 홀들(18a)를 통해 서셉터(14) 바로 위의 위치에 공급된다.
고주파 파워 서플라이들(22, 24), 매칭 회로(20), DC 파워 서플라이(30), 밸브(42), 및 가스 소스(44)는 PMC(공정 모듈 조절기)(50)에 연결된다. PMC(50)는 미리 설정된 레시피에 기초하여 고주파 파워 서플라이들(22, 24), 매칭 회로(20), DC 파워 서플라이(30), 밸브(42) 및 가스 소스(44)의 구동들을 조절한다.
도 3은 샤워 플레이트(18) 및 서셉터(14)의 확대도이다. 300 mm 웨이퍼를 처리할 때, 서셉터(14)의 폭(X1)은 예를 들어 302 내지 304 mm이다. 서셉터(14)의 외측 에지(14a) 및 리드 와이어(18C) 사이의 수평 방향 거리(X2)는 예를 들어 5 내지 10 mm 오더이다. 그러므로, 리드 와이어(18C)가 서셉터(14)의 바로 위에 제공되지 않으나, 서셉터(14)의 바로 위의 위치의 외부에 제공된다. 도 3에서, 리드 와이어(18C)는 링-형상부(18B)의 좌측 및 우측 각각 상에 하나씩 위치한다. 직류가 우측 리드 와이어(18C)를 통해 도면의 앞면 방향을 향해 흐르며, 좌측 리드 와이어(18C)를 통해 도면의 뒷면 방향을 향해 흐른다.
기판 처리 장치(10)를 사용한 기판 처리 방법이 설명될 것이다. 도 4는 기판 상의 플라즈마 처리가 진행중인 경우의 샤워 플레이트(18) 및 서셉터(14)의 단면도이다. 우선, 기판(60)이 서셉터(14) 상에 장착된다. 이러한 단계는 "장착 단계"로 지칭된다. 기판(60)은 예를 들어 300 mm 웨이퍼이다. 기판(60)의 외측 에지와 서셉터(14)의 외측 에지(14a) 사이의 수평 방향 거리는 예를 들어 1 내지 2 mm 오더이다. 그러므로, 도 4에서 거리(X3)은 예를 들어 1 내지 2 mm이다.
이후 공정은 플라즈마 단계로 진행한다. 플라즈마 단계에서, 복수의 스루 홀들(18a)을 통해 기판(60) 상으로 가스를 공급하는 한편 플레이트부(18A) 및 링-형상부(18B)에 RF 파워를 인가함에 의해 플라즈마(62)가 기판(60) 위에 생성된다. 더욱 구체적으로, PMC(50)는 고주파 파워 서플라이들(22, 24)을 구동하고, 이에 의해 플레이트부(18A) 및 링-형상부(18B)에 RF 파워를 인가한다. 더욱이, PMC(50)는 가스 소스(44) 및 밸브(42)를 조절하고, 이에 의해 기판(60) 상으로 미리 설정된 가스를 공급한다.
플라즈마 단계에서, 위에서 설명한 RF 파워의 인가 및 가스 공급에 더하여 직류가 리드 와이어(18C)를 통해 흐르도록 형성된다. 더욱 구체적으로, 수 A 오더의 직류가 DC 파워 서플라이(30)로부터 리드 와이어(18C) 내로 흐르도록 형성된다. 리드 와이어(18C)를 통해 흐르는 직류는 예를 들어 1 A이다. 이후, 도 4에서 양의 z축 방향으로 직류가 우측 리드 와이어(18C)를 통해 흐르며, 음의 z축 방향으로 직류가 좌측 리드 와이어(18C)를 통해 흐른다. 자기 필드(MF1)가 우측 리드 와이어(18C)를 통해 흐르는 직류에 의해 형성되고, 자기 필드(MF2)가 좌측 리드 와이어(18C)를 통해 흐르는 직류에 의해 형성된다. 자기 필드(MF1)의 방향은 반시계 방향이고, 자기 필드(MF2)의 방향은 시계 방향이다.
따라서, 리드 와이어(18C)를 통해 직류를 통과시킴에 의해 기판(60)의 외측 에지 바로 위에 자기 필드를 형성하는 것이 가능하다. 이러한 자기 필드는 플라즈마(62)에 자기 힘이 발휘되는 것을 가능하게 한다. 더욱 구체적으로, 제공되는 자기 필드는 기판(60)의 중심부 바로 위의 위치에서보다 기판(60)의 외측 에지 바로 위에서 및 그 인접부에서 더욱 강하다. 더욱이, 리드 와이어(18C)는 기판(60)의 외측 에지에서 외부로의 거리(X2+X3)에 위치한다. 따라서, 리드 와이어(18C)를 통해 직류를 통과시킴에 의해 기판(60)의 외측 에지 바로 위에 수직 하향 성분(vertically downward component)을 갖는 자기 필드를 형성하는 것이 가능하다. 도 4에서 자기 필드들(MF1, MF2)에 의해 도시되는 바와 같이, 직류를 리드 와이어(18C)를 통해 통과시킴에 의해 기판(60)의 외측 에지 바로 위에 생성되는 자기 필드는 "수평 성분" 및 "수직 성분"을 갖는다. "수평 성분"은 기판의 중심부에 반대되는 방향으로의 성분이다. "수직 성분"은 수직 하향하는 방향으로의 성분이다.
도 5는 플라즈마 밀도를 나타내는 다이어그램이다. 참조부호 "xa"는 기판(60)의 좌측 단부의 바로 위의 위치를 가리키고 참조부호 "xb"는 기판(60)의 우측 단부의 바로 위의 위치를 가리킨다. 기판(60)이 300 mm 웨이퍼일 때, "xa"로부터 "xb"까지의 거리는 300 mm이다. 도 5에서의 수직 축은 플라즈마 밀도를 나타낸다. 도 5에서, 실선은 실험예에 따른 기판 처리 장치(10)에서 생성된 플라즈마 밀도를 나타내고, 점선은 비교예에 다른 플라즈마 밀도를 나타낸다. 비교예에 따른 기판 처리 장치는 기판 처리 장치(10)로부터 리드 와이어(18C)가 제거된 구성을 갖는다. 비교예의 경우에, 기판의 중심부 바로 위의 위치와 비교하여, 단부 바로 위의 위치에서 플라즈마 밀도의 현저한 감소가 관찰된다. 이는 플라즈마 생성의 초기에, 기판의 외측 에지 바로 위의 위치의 인접부에서 위치하는 전자들이 기판의 중심부 바로 위에 고밀도로 존재하는 양이온들(cations)로 끌어당겨지고, 기판의 중심부 바로 위를 향해 이동되는 사실에 주로 기인할 수 있는 것으로 추정된다.
반대로, 기판 처리 장치(10)에 따르면, 자기 필드는 리드 와이어(18C)를 통해 직류를 통과시킴에 의해 기판(60)의 외측 에지 바로 위의 영역 내에 주로 형성된다. 이러한 자기 필드는 전자들이 자기력선들 주위로 감기도록 움직이는 것을 유발한다. 이러한 운동은 "사이클로트론 운동(cyclotron motion)"으로 지칭된다. 자기 필드가 기판(60)의 외측 에지 바로 위의 영역 내에서 전자들을 트랩하도록 유발하는 것은 기판(60)의 중심 바로 위의 위치들로 전자들이 끌어당겨지는 것을 방지할 수 있다. 기판(60)의 외측 에지가 특정한 폭을 가지며, "외측 에지 바로 위의 영역"이 평면도에서 특정한 폭을 갖는 도넛-형상의 영역을 갖는다는 점에 주목한다. "외측 에지 바로 위의 영역"은 예를 들어 도 4에서 점선에 의해 에워싸이는 영역이다.
따라서, 기판(60)의 외측 에지 바로 위의 영역 내의 전자들이 기판(60)의 중심부 바로 위의 위치들로 끌어당겨지는 것을 방지함에 의해, 기판의 외측 에지 바로 위의 영역에서 플라즈마 밀도가 감소하는 것을 방지하는 것이 가능하다. 이에 의해 기판(60) 바로 위의 플라즈마 밀도를 실질적으로 일정하게 유지하는 것이 가능하다. 따라서, 균일한 플라즈마 처리가 기판(60)에 적용될 수 있다. 더욱이, 실험예에 따른 샤워 플레이트(18)는 두 개의 통상적으로 알려진 기능들, 가스 공급 및 RF의 인가를 갖는 샤워 플레이트를 위하여 오직 리드 와이어(18C)를 제공함에 의해 간단히 제조될 수 있다.
기판(60)의 외측 에지 바로 위의 영역 내에 제공되는 자기 필드는 "수평 성분" 및 "수직 성분"을 갖는다. 본 발명자에 의해 수행된 실험에 따르면, 자기 필드의 수직 성분은 기판(60)의 외측 에지 바로 위의 영역 내에 전자들을 유지하도록 기능한다. 기판(60)의 외측 에지 바로 위의 영역 내에 충분한 강도의 수직 성분을 제공하기 위하여, 도 4에서 X2+X3은 0이어서는 안된다. 다시 말하면, 평면도에서 기판(60)의 외측 에지와 리드 와이어(18C) 사이에 특정한 거리가 유지될 필요가 있다. 충분한 수직 성분은 X2+X3을 예를 들어 5 내지 10 mm 오더로 설정함에 의해 제공될 수 있다. X3은 매우 작은 값이며, 기판 처리 장치에 따른 미미한 차이를 포함하고, 따라서 X2는 5 내지 10 mm로 설정될 수 있다는 점에 주목한다.
자기 필드의 수평 성분은 기판의 중심(60)에 반대되는 방향으로의 성분이다. 즉, 수평 성분은 도 4의 좌측 상의 음의 x축 방향으로의 성분 및 도 4의 우측 상의 양의 x축 방향으로의 성분이다. 이러한 수평 성분들이 플라즈마(62)가 확장되는 방향으로 작용하기 때문에, 이는 기판(60)에 균일한 플라즈마 처리를 적용하는 데 기여하는 것으로 여겨진다.
리드 와이어는 챔버(12)의 측벽 상에 제공될 수 있고, 자기 필드가 리드 와이어를 사용함에 의해 기판(60)의 외측 에지 바로 위의 영역 내에 형성될 수 있다. 그러나, 챔버(12)의 측면이 기판(60)으로부터 이격되기 때문에, 기판(60)의 외측 에지 바로 위의 영역 내에 충분한 강도의 자기 필드를 형성하는 것이 어렵다. 이러한 문제점이 리드 와이어를 통해 높은 직류를 통과시킴에 의해 해결될 수 있음에도 불구하고, 높은 직류가 흐르는 장치 내에서의 온도 상승은 다양한 유해한 영향들을 유발할 수 있다. 반대로, 기판 처리 장치(10)가 샤워 플레이트(18)의 링-형상부(18B) 내에 리드 와이어(18C)를 매립하기 때문에 리드 와이어(18C)와 기판(60) 사이의 거리가 작다. 이에 의해 리드 와이어(18C)에 높은 직류를 공급하지 않고도 기판(60)의 외측 에지 바로 위의 영역 내에 충분한 강도의 자기 필드를 형성하는 것이 가능하다.
일부 예시들에 따른 샤워 플레이트, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법은 이들의 특징들을 잃지 않으며 다양한 방식들로 변경될 수 있다. 예를 들어, 기판의 처리 내용들은 막 형성에 제한되지 않으며, 플라즈마를 사용한 모든 종류의 처리가 채용될 수 있다. 위에서 설명된 특정한 수치 값들은 예시들이다. 상기 예시에서 설명된 개조들은 아래의 예시들에 따른 샤워 플레이트들, 기판 처리 장치들 및 기판 처리 방법들에 또한 적용 가능하다. 아래의 예시들에 따른 샤워 플레이트들, 기판 처리 장치들 및 기판 처리 방법들이 설명된 예시의 것들과 유사한 많은 지점들을 가지므로, 설명은 설명된 예시로부터 차이점들에 초점을 맞출 것이다.
도 6은 다른 예시에 따른 샤워 플레이트(18) 및 서셉터(14)의 단면도이다. 복수의 리드 와이어들(18C)이 단면도에서 제공된다. 리드 와이어(18C)의 와인딩들의 수는 예를 들어 10 내지 100의 범위이다. 하나의 리드 와이어는 복수 회 감길 수 있거나 복수의 개별적인 리드 와이어들이 제공될 수 있다. 복수의 리드 와이어들(18C)은 모든 종류들에서 단면도 내에 나타난다. 복수의 리드 와이어들(18C)이 제공될 때, 플라즈마 단계에서 개별적인 리드 와이어들을 통해 예를 들어 10 내지 100 mA의 직류를 통과시킴에 의해 기판의 외측 에지 바로 위의 영역 내에 충분한 강도의 자기 필드를 형성하는 것이 가능하다. 리드 와이어(18C)의 복수의 회전들을 제공하는 것은 리드 와이어(18C)를 통해 흐르는 직류를 감소시키는 것을 가능하게 하며, 이에 의해 장치의 온도 상승을 방지한다.
도 7은 다른 예시에 따른 샤워 플레이트(18)와 서셉터(14)의 단면도이다. 리드 와이어(18C)는 링-형상부(18B)의 바닥 단부 내에 매립된다. 링-형상부(18B)의 "바닥 단부"는 링-형상부(18B)의 바닥 단부를 포함하는 영역이다. 그러므로, 본 예시에 따른 리드 와이어(18C)는 리드 와이어(18C)보다 음의 y축 방향으로 위치한다. 링-형상부(18B)의 바닥 단부 내에 리드 와이어(18C)를 제공하는 것은 리드 와이어(18C)와 기판 사이의 수직 방향으로의 거리를 감소시키는 한편 리드 와이어(18C)와 기판 사이의 수평 방향으로의 거리를 유지하는 것을 가능하게 한다. 그러므로, 도 1에 도시된 실시예보다 기판의 외측 에지 바로 위의 영역에 더욱 강한 자기 필드를 공급하는 것이 가능하다. 리드 와이어(18C)가 하향 이동하기 때문에, 기판의 외측 에지 바로 위의 영역 내에서 자기 필드의 수직 성분을 강하게 하는 것이 가능하다.
기판의 외측 에지 바로 위의 영역 내의 플라즈마 밀도는 일부 예시들에서 연구된 바 있다. 그러나, 기판의 외측 에지와 서셉터의 외측 에지 사이의 실질적인 위치의 차이가 없기 때문에, "기판의 외측 에지 바로 위의 영역"이 "서셉터의 외측 에지 바로 위의 영역"으로 읽히는 경우에도 위에서 설명된 것과 동일한 논의가 유효할 것이다. 더욱이, 일부 예시들에서 설명된 특징들은 조합하여 사용될 수 있다.
일부 예시들에 따르면, 샤워 플레이트 내에 제공되는 리드 와이어를 통해 직류가 흐르도록 형성되고, 자기 필드는 플라즈마의 부분 외부에 형성된다. 이에 의해 기판에 균일한 플라즈마 처리를 적용하는 것이 가능하다.
위의 개시들의 견지에서 예시들의 명백한 많은 변경들 및 변형들이 가능하다.
도 8은 다른 예시에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 다이어그램이다. 서셉터 이너 리드 와이어(72)가 DC 파워 서플라이(30)에 연결된다. DC 파워 서플라이(30)는 서셉터 이너 리드 와이어(72)에 DC 전류를 공급한다.
도 9는 도 8의 서셉터(14) 및 이들 주변부의 분해도이다. 서셉터(14)는 히터 블록(14A), 히터 블록(14A) 아래에 제공되는 히터 블록(14B), 및 히터 블록(14A) 위에 제공되는 상부 블록(14C)을 포함한다. 예를 들어, SUS와 같은 금속이 히터 블록들(14A, 14B) 및 상부 블록(14C)의 물질들로서 사용될 수 있다. 상부 블록(14C)은 히터 블록들(14A, 14B)보다 더 얇다. 서셉터는 예를 들어, 상부 블록(14C)의 하면과 히터 블록(14A)의 상면(14f)을 서로 웰딩하고 히터 블록(14A)의 하면(14r)과 히터 블록(14B)의 상면을 서로 웰딩함에 의해 하나의 일체화된 바디로 구성될 수 있다.
상부 블록(14C) 상에 장착될 기판(60)은 상부 블록(14C) 위에 제공된다. 기판(60)은 예를 들어 웨이퍼이다.
서셉터 이너 리드 와이어(72)는 제1 부분(72a) 및 제2 부분(72b)을 포함한다. 제1 부분(72a)은 히터 블록들(14A, 14B)을 통해 관통하고, DC 파워 서플라이(30)에 연결된다. 제2 부분(72b)은 제1 부분(72a)에 연결되고, 두 개의 히터 블록들(14A, 14B) 및 상부 블록(14C) 사이에 제공된다. 제2 부분(72b)은 서셉터의 외측 에지를 따라 평면도에서 링-형상이도록 제공된다.
히터 리드 와이어(80)는 히터 블록(14A)의 하면(14r) 내에 제공된다. 히터 리드 와이어(80)는 예를 들어 히터 블록(14A) 및 히터 블록(14B) 사이에 히터 리드 와이어(80)를 개재시킴에 의해 서셉터 내에 매립된다. 히터 블록(14B)은 히터 리드 와이어(80)를 커버하며, 여기에서 히터 리드 와이어(80)가 노출되는 것이 방지될 수 있다. 히터 리드 와이어(80)는 히터 블록(14B)을 통해 관통하는 연결 리드 와이어(82)를 통해 AC 파워 서플라이(84)에 연결된다. AC 파워 서플라이(84)는 히터 리드 와이어(80)가 열을 발생시켜 서셉터(14)의 온도를 미리 정해진 온도까지 증가시키도록 히터 리드 와이어(80)에 AC 전류를 공급한다. 히터 블록(14A)은 히터 리드 와이어(80)를 구비하도록 제공되고, 상부 블록(14C)은 서셉터 이너 리드 와이어(72)의 제2 부분(72b)을 구비하도록 제공되며, 이에 의해 이러한 리드 와이어들을 통한 전류의 흐름에 의해 유발되는 자기 필드의 2-방향 간섭(bidirectional interference)을 억제한다.
도 10은 히터 리드 와이어(80)의 상면도이다. 히터 리드 와이어(80)는 연결 리드 와이어(82)와의 연결 지점들(80a, 80b)을 갖는다. 연결 지점들(80a, 80b)은 히터 블록(14A)의 중심부에 위치한다. 히터 리드 와이어(80)는 연결 지점(80a)으로부터 히터 블록(14A)의 외측부를 통해 통과하여 연결 지점(80b)에 도달하도록 형상화된다.
도 10의 일점 연쇄선은 서셉터 이너 리드 와이어(72)의 제2 부분(72b)의 평면 위치를 나타낸다. 서셉터 이너 리드 와이어(72)의 제2 부분(72b)은 히터 리드 와이어(80)가 제공되는 부분을 지나 외부에 위치한다. 그러므로, 히터 리드 와이어(80)는 평면도에서 서셉터 이너 리드 와이어(72)에 의해 둘러싸인다.
도 8 내지 도 10에서 예시화된 기판 처리 장치에 의해 기판을 처리하는 방법이 설명될 것이다. 플라즈마 단계에서, DC 전류는 기판(60)의 외측 에지 바로 위에 자기 필드를 형성하도록 서셉터 이너 리드 와이어(72)를 통해 흐르도록 형성된다. 이러한 자기 필드는 위에서 설명된 샤워 플레이트(18) 내에 제공되는 리드 와이어(18C)를 통하여 전류를 흐르게 함에 의해 일어나는 자기 필드와는 다르다. 서셉터 이너 리드 와이어(72)를 통해 DC 전류가 흐르게 함에 의해, 서셉터의 상면의 중심측으로부터 상면의 원주 측으로 유도되는 자기 필드가 형성되고, 상기 자기 필드와 플라즈마 전기 필드에 의해 유발되는 로렌츠(Lorentz) 힘이 생성된다. 플라즈마의 균일성이 향상될 수 있도록 로렌츠 힘은 서셉터 직접 위의 플라즈마 내에 전자들을 포획하고(captures), 그 전체로서 플라즈마를 원주 부분으로 당긴다(pull). 그러므로, 도 8 내지 도 10의 구성에 따르면, 플라즈마의 교정 효과가 얻어질 수 있다.
서셉터(14)의 온도는 히터 리드 와이어(80)를 통해 흐르는 전류에 의해 조절된다. 예를 들어, 50 내지 60 kHz에서 5A의 전류 및 100 W가 히터 리드 와이어(80)를 통해 흐르도록 형성된다. 큰 DC 전류가 서셉터 이너 리드 와이어(72)를 통해 흐르도록 형성될 때, 서셉터(14)의 온도 분포가 이러한 큰 DC 전류의 영향에 의해 의도치 않은 온도 분포가 될 수 있는 위험성이 존재한다. 그러므로, 상대적으로 작은 전류가 서셉터 이너 리드 와이어(72)를 통해 흐르도록 형성된다.
서셉터 이너 리드 와이어(72)를 통해 상대적으로 작은 DC 전류의 흐름에 기인하여 기판의 외측 에지 바로 위에서 일어나는 자기 필드는 플라즈마의 중심 부분을 상당히 변화시키지 않으나, 서셉터 이너 리드 와이어(72)의 인근에서 플라즈마를 트랩하는 것으로 여겨진다. 위에서 설명된 자기 필드의 제공은 예를 들어 플라즈마의 주변부 상에서만 플라즈마 밀도가 감소되는 문제점을 교정하기 위하여 적합한 것으로 여겨진다.
히터 리드 와이어(80)의 배선(wiring) 형상이 서셉터의 상면의 온도 분포에 직접 반영될 때, 기판(60)을 균일하게 가열하는 것이 불가능할 것이다. 따라서, 기판(60)을 균일하게 가열하는 것이 의도될 때, 히터 블록(14A)의 두께는 일정 정도까지 증가된다. 이러한 경우에, 기판(60)이 일반적으로 균일하게 가열될 수 있도록 히터 리드 와이어(80)의 형상이 기판(60)의 열 분포에 직접 반영되는 현상이 방지될 수 있다. 상부 블록(14C)의 제공은 히터 리드 와이어(80) 및 기판(60) 사이의 거리가 증가된다는 것을 의미하고, 이는 기판(60)에 가까운 위치에서의 서셉터 이너 리드 와이어(72)의 제공에 기여한다. 더욱이, 서셉터 이너 리드 와이어(72)의 제2 부분(72b)이 서셉터의 외측 에지를 따라 제공되기 때문에, 서셉터의 중심부에서의 온도에 크게 영향주지 않는다.
도 11은 서셉터 이너 리드 와이어(72) 및 이를 위한 커버를 나타내는 다이어그램이다. 일반적인 리드 와이어를 위한 커버의 열 저항 온도가 일반적으로 180℃ 내지 200℃의 범위이므로, 서셉터의 온도가 200℃ 이상으로 증가될 때 커버를 위한 유전-항복(dielectric-breakdown)의 위험이 발생한다. 그러므로, 서셉터의 온도가 증가될 것으로 추정되는 경우에, 서셉터 이너 리드 와이어(72)를 커버하고 500℃ 이상의 온도까지 내열성을 갖는 커버가 제공될 수 있다. 예를 들어, 서셉터 이너 리드 와이어(72)는 절연체(72d)로 커버될 수 있고, 절연체(72d)는 실리글래스 선(siliglass braid)(72e)으로 커버될 수 있다.
도 12는 다른 예시에 따른 기판 처리 장치 및 배선 위치를 나타내는 다이어그램이다. 이러한 기판 처리 장치는 샤워 플레이트(18) 내에 매립된 리드 와이어(18C), 및 서셉터(14) 내에 매립된 서셉터 이너 리드 와이어(72)를 포함한다. 이러한 기판 처리 장치에 따르면, 플라즈마 단계에서 리드 와이어(18C) 또는 서셉터 이너 리드 와이어(72)를 통해 DC 전류가 흐르게 함에 의해, 기판의 외측 에지 바로 위에 자기 필드가 형성될 수 있다. DC 전류는 리드 와이어(18C) 및 서셉터 이너 리드 와이어(72) 모두를 통해 동시에 흐르도록 형성될 수 있다. 예를 들어, DC 전류는 도 8에 도시된 하나의 DC 파워 서플라이(30)에 의해 리드 와이어(18C) 및 서셉터 이너 리드 와이어(72) 모두에 공급될 수 있다. DC 전류는 DC 파워 서플라이(30)로부터 서셉터 이너 리드 와이어(72)에 공급되는 한편, DC 전류는 다른 DC 파워 서플라이로부터 리드 와이어(18C)에 공급될 수 있다. 리드 와이어(18C)를 통해 흐르는 전류보다 더 작은 전류가 서셉터 이너 리드 와이어(72)를 통해 흐르도록 형성되고, 이에 의해 서셉터의 온도 증가가 억제될 수 있고 자기 필드는 서셉터의 오직 주변부 상으로만 한정될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 도 1 내지 도 7에서 예시화된 샤워 플레이트 내에 제공되는 리드 와이어와 도 8 내지 도 11에서 예시화된 서셉터 내에 제공되는 서셉터 이너 리드 와이어(72)를 포함하는 기판 처리 장치가 제공될 수 있고, 이에 의해 샤워 플레이터의 자기 필드에 의해 대략적으로(roughly), 서셉터의 자기 필드에 의해 미세하게 플라즈마 분포를 조정하는 것을 가능하게 한다.
위에서 예시화된 기판 처리 장치는 PE-CVD(플라즈마 강화 CVD) 장치 또는 PE-ALD(플라즈마 강화 ALD) 장치로서 사용될 수 있다. 위에서 예시화된 기판 처리 장치들은 플라즈마 분포의 균일성을 향상시킬 수 있고, 기판 상에 균일한 처리를 수행하는 것을 가능하게 할 수 있다. 구체적으로, 기판 처리 장치들은 다양한 종류의 구조물들을 위한 막 두께, 막 품질, 또는 막 커버리지에서의 균일성에 기여할 수 있다.

Claims (16)

  1. 챔버;
    상기 챔버 내에 제공되는 서셉터;
    복수의 스루 홀들이 제공되며 도전체로 형성되는 플레이트부(plate part), 상기 플레이트부의 외측 에지에 연결되며 상기 플레이트부를 둘러싸고 도전체로 형성되는 링-형상부(ring-shaped part), 상기 링-형상부 내에 매립되고(embedded) 평면도에서 상기 플레이트부와 상기 서셉터를 둘러싸는 리드 와이어(lead wire)를 포함하며, 상기 챔버 내에서 상기 서셉터를 대면하도록(face) 제공되는 샤워 플레이트(shower plate); 및
    상기 리드 와이어에 직류를 공급하는 DC 파워 서플라이를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 플레이트부와 상기 링-형상부에 RF 파워를 제공하는 고주파 파워 서플라이를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 리드 와이어는 상기 서셉터의 외측 에지에서 외부로 5 내지 10 mm에 위치하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 리드 와이어는 복수로 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 리드 와이어는 상기 링-형상부의 바닥 단부 내에 매립되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 리드 와이어는 절연 코팅으로 커버되어 상기 링-형상부로부터 전기적으로 절연되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 기판의 처리 방법으로서,
    서셉터 상에 상기 기판을 제공하는 단계; 및
    상기 서셉터 상에 제공되는 샤워 플레이트에 RF 파워를 인가하되, 상기 샤워 플레이트는 복수의 스루 홀들이 제공되며 도전체로 형성되는 플레이트부, 및 상기 플레이트부의 외측 에지에 연결되며 상기 플레이트부를 둘러싸고 도전체로 형성되는 링-형상부를 포함하는, RF 파워를 인가하는 단계와 상기 복수의 스루 홀들을 통해 상기 기판 상으로 가스를 공급하고 이에 의해 상기 기판 상에 플라즈마를 생성하는 단계;를 포함하고,
    RF 파워를 인가하는 단계에서, 상기 링-형상부 내에 매립되고 평면도에서 상기 플레이트부를 둘러싸는 리드 와이어를 통해, 또는 상기 서셉터 내에 매립되고 상기 서셉터의 외측 에지를 따라 평면도에서 링-형상이도록 제공되는 서셉터 이너 리드 와이어(susceptor inner lead wire)를 통해 DC 전류가 흐르고, 이에 의해 상기 기판의 외측 에지 바로 위에(directly above) 자기 필드를 형성하는 것을 특징으로 하는 기판의 처리 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 기판의 상기 외측 에지 바로 위에서 수직 하향 성분(vertically downward component)을 포함하는 자기 필드를 형성하도록 직류가 상기 리드 와이어를 통해 통과하는 것을 특징으로 하는 기판의 처리 방법.
  9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 리드 와이어는 복수로 제공되고, RF 파워가 인가될 때 개별적인 상기 리드 와이어를 통해 10 내지 100 mA의 직류가 통과하는 것을 특징으로 하는 기판의 처리 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 직류를 상기 리드 와이어를 통해 통과시킴에 의해 생성되는 상기 자기 필드는 상기 기판의 상기 외측 에지 바로 위에서 상기 기판의 중심에 반대되는 방향으로의 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 처리 방법.
  11. 챔버;
    상기 챔버 내에 제공되는 서셉터;
    복수의 스루 홀들이 제공되며 도전체로 형성되는 플레이트부, 및 상기 플레이트부의 외측 에지에 연결되며 상기 플레이트부를 둘러싸고 도전체로 형성되는 링-형상부를 포함하며, 상기 챔버 내에서 상기 서셉터를 대면하도록 제공되는 샤워 플레이트;
    상기 서셉터 내에 매립되고 상기 서셉터의 외측 에지를 따라 평면도에서 링-형상이도록 제공되는 서셉터 이너 리드 와이어; 및
    상기 서셉터 이너 리드 와이어에 DC 전류를 공급하는 DC 파워 서플라이를 포함하는 기판 처리 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 서셉터 내에 매립되고 평면도에서 상기 서셉터 이너 리드 와이어에 의해 둘러싸이는 히터 리드 와이어; 및
    상기 히터 리드 와이어에 AC 전류를 공급하는 AC 파워 서플라이를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 서셉터는 두 개의 히터 블록들, 및 상기 두 개의 히터 블록들 상에 제공되는 상부 블록을 포함하며, 상기 히터 리드 와이어가 상기 두 개의 히터 블록들 사이에 제공되고,
    상기 서셉터 이너 리드 와이어는 상기 두 개의 히터 블록들 및 상기 상부 블록 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  14. 청구항 11 내지 청구항 13 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 서셉터 이너 리드 와이어를 커버하고 500℃ 이상의 온도에 내열성을 갖는 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  15. 청구항 11 내지 청구항 13 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 샤워 플레이트는, 상기 링-형상부 내에 매립되고 평면도에서 상기 플레이트부와 상기 서셉터를 둘러싸는 리드 와이어를 포함하고, 상기 리드 와이어는 상기 DC 파워 서플라이 또는 다른 DC 파워 서플라이에 의해 DC 전류가 공급되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  16. 청구항 11 내지 청구항 13 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 플레이트부와 상기 링-형상부에 RF 파워를 제공하는 고주파 파워 서플라이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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