KR20230051219A

KR20230051219A - 플라즈마 처리 시스템 및 기판을 화학적으로 처리하는 방법

Info

Publication number: KR20230051219A
Application number: KR1020237008198A
Authority: KR
Inventors: 피터 벤트젝; 알록 란잔; 미츠노리 오하타
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤; 도쿄 일렉트론 유.에스. 홀딩스, 인크.
Priority date: 2020-08-26
Filing date: 2021-08-17
Publication date: 2023-04-17
Also published as: US11521834B2; WO2022046461A1; JP2023540213A; US20220068601A1; TW202226321A

Abstract

플라즈마 처리 시스템은, 라디칼 소스 챔버로서, 라디칼 소스 챔버는, 가스 유입구, 무선 주파수(RF) 전원에 결합된 전극, 및 라디칼 소스 챔버 내에서 생성된 라디칼을 위한 출구를 포함하고, 전극은 라디칼 소스 챔버 내에서 라디칼을 생성하도록 구성된, 라디칼 소스 챔버; 라디칼 소스 챔버의 출구에 부착된 플레넘으로서, 플레넘은 제1 열 전도체로 제조되고, 플레넘의 벽들은 가스 흐름을 위한 개구들을 포함하는, 플레넘; 및 플레넘을 통해 라디칼 소스 챔버에 연결된 공정 챔버를 포함한다. 공정 챔버는, 플레넘 아래에 배치된 기판 홀더; 기판 홀더 아래의 가스 유출구; 및 제2 열 전도체를 포함하는 공정 챔버 벽들을 포함하고, 공정 챔버의 공정 챔버 벽들은 플레넘의 벽들에 열적으로 결합된다.

Description

플라즈마 처리 시스템 및 기판을 화학적으로 처리하는 방법

관련 특허 및 출원에 관한 상호 참조

본원은 2020년 8월 26일에 출원한 미국 특허출원번호 제17/003,734호의 출원일에 대한 우선권 및 이점을 주장하며, 이의 전문은 본원에 참고로 원용된다.

본 발명은, 일반적으로 기판 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히 플라즈마 처리 시스템 및 기판을 화학적으로 처리하는 방법의 실시예에 관한 것이다.

일반적으로, 집적 회로(IC)와 같은 반도체 소자는, 반도체 기판 위에 유전 재료, 전도성 재료, 및 반도체 재료의 층들을 순차적으로 증착하고 패터닝하여 모놀리식 구조에 통합된 전자 구성요소들 및 상호연결 요소들(예를 들어, 트랜지스터, 저항, 커패시터, 금속선, 접점, 및 비아)의 네트워크를 형성함으로써 제조된다. 반도체 소자의 구성 구조를 형성하는 데 사용되는 많은 증착 및 에칭 단계는 플라즈마 보조 처리를 포함한다. 플라즈마 처리 기술은, 화학적 건식 에칭(CDE)(예를 들어, 플라즈마 애싱)，물리적 또는 스퍼터 에칭, 물리적 및 화학적 건식 에칭의 조합(예를 들어, 반응성 이온 에칭(RIE)), 플라즈마 강화 CVD(PECVD), 플라즈마 강화 원자층 에칭(PEALE), 및 플라즈마 강화 원자층 증착(PEALD)을 포함한다.

각각의 연속적인 기술 노드에서, 최소 기능부(feature) 크기는 비용을 줄이기 위해 구성요소 패킹 밀도를 대략 두 배로 늘림으로써 축소된다. 고기능성 저비용의 전자 소자에 대한 수요로 인해 기능부 크기를 몇 나노미터로 추진하여, 반도체 제조 기술의 문제가 심화되었다. 특히, 플라즈마 처리 기술은 넓은(예를 들어, 300 mm) 웨이퍼에 걸쳐 균일하게 원자 규모로 정밀하게 제어되는 치수를 가진 나노 구조를 제조해야 한다. 플라즈마 장비 및 공정 설계의 추가 혁신은, 미세화된 반도체 소자 제조의 정밀도, 균일성, 안정성, 및 반복가능성의 엄격한 요구사항을 충족하도록 이루어져야 할 수 있다.

플라즈마 처리 시스템은, 라디칼 소스 챔버로서, 라디칼 소스 챔버는, 가스 유입구, 무선 주파수(RE) 전원에 결합된 전극, 및 라디칼 소스 챔버 내에서 생성된 라디칼을 위한 출구를 포함하고, 전극은 라디칼 소스 챔버 내에서 라디칼을 생성하도록 구성된, 라디칼 소스 챔버; 라디칼 소스 챔버의 출구에 부착된 플레넘(plenum)으로서, 플레넘은 제1 열 전도체로 제조되고, 플레넘의 벽들은 가스 흐름을 위한 개구들을 포함하는, 플레넘; 및 플레넘을 통해 라디칼 소스 챔버에 연결된 공정 챔버를 포함한다. 공정 챔버는, 플레넘 아래에 배치된 기판 홀더; 기판 홀더 아래의 가스 유출구; 및 제2 열 전도체를 포함하는 공정 챔버 벽들을 포함하고, 공정 챔버의 공정 챔버 벽들은 플레넘의 벽들에 열적으로 결합된다.

플라즈마 처리 시스템은, 하부 벽, 하부 벽의 에지 둘레의 측벽, 측벽을 넘어 외측으로 연장되는 림(rim), 및 측벽과 하부 벽 사이의 라디칼 밸러스트 영역을 포함하는 플레넘을 포함한다. 플레넘은 열 전도성 구조이다. 시스템은, 가스 유입구, 무선 주파수(RF) 전극, 및 플레넘의 림에 부착된 하부 출구를 포함하는 라디칼 소스 챔버; 림의 플레넘에 물리적으로 부착된 열 전도성 벽들을 포함하는 공정 챔버로서, 플레넘은 라디칼 밸러스트 영역을 통해 공정 챔버를 라디칼 소스 챔버에 연결하는 개구들을 포함하는, 공정 챔버; 및 플레넘의 하부 벽 아래에 배치된 기판 홀더를 더 포함한다.

플라즈마 처리 방법은, 공정 챔버의 하부 근처에 배치된 기판 홀더 상에 기판을 로딩하는 단계; 가스 유입구를 통해, 공정 가스와 캐리어 가스를 라디칼 소스 챔버 내로 도입하는 단계로서, 라디칼 소스 챔버는 라디칼 소스 챔버 아래에 배치된 플레넘에 부착된 출구를 포함하는, 단계; 라디칼 소스 챔버 내에 라디칼을 포함하는 플라즈마를 유지하는 단계; 플레넘의 벽들에 있는 개구들을 통해 가스 흐름으로 라디칼을 기판으로 이송하는 단계; 기판의 표면을 라디칼로 화학적으로 처리하는 단계; 및 기판 홀더 아래에 배치된 가스 유출구를 통해 공정 챔버로부터 과도한 반응물 및 기상 부산물(gaseous byproduct)을 제거하는 단계를 포함한다.

본 발명과 이의 장점을 보다 완전하게 이해하기 위해, 이제 첨부 도면과 함께 취해진 다음의 설명을 참조한다.
도 1a는 실시예에 따라 기판의 표면을 화학적으로 처리하는 플라즈마 시스템의 단면도를 예시한다.
도 1b는 실시예에 따라 도 1a의 단면도에 예시된 플라즈마 시스템의 섹션의 사시도를 예시한다.
도 1c는 실시예에 따라 도 1a의 사시도에 예시된 플라즈마 시스템의 섹션의 측면도를 예시한다.
도 2a는 실시예에 따라 기판의 표면을 화학적으로 처리하는 플라즈마 시스템의 단면도를 예시한다.
도 2b는 실시예에 따라 도 1a의 단면도에 예시된 플라즈마 시스템의 섹션의 사시도를 예시한다.
도 3a는 실시예에 따라 기판의 표면을 화학적으로 처리하는 플라즈마 시스템의 단면도를 예시한다.
도 3b는 실시예에 따라 도 2a의 단면도에 예시된 플라즈마 시스템의 섹션의 사시도를 예시한다.
도 4는 실시예에 따라 기판의 표면을 화학적으로 처리하는 플라즈마 시스템의 단면도를 예시한다.
도 5는 실시예에 따라 기판의 표면을 화학적으로 처리하는 방법의 흐름도이다.

본 개시내용은, 기판을 플라즈마 라디칼 소스로부터 추출된 라디칼을 포함하는 기상 반응물에 노출시킴으로써 비교적 낮은 기판 온도에서 기판의 표면을 화학적으로 처리하는 플라즈마 시스템 및 방법의 실시예들을 설명한다. 개시된 플라즈마 시스템이 사용될 수 있는 플라즈마 처리 기술은 표면을 플라즈마에 직접 노출시키지 않는다. 이들 기술에서, 기판은, 기판으로부터 떨어진 플라즈마로부터 추출된 다음 화학적 처리를 위해 기판의 표면 위로 가스 흐름으로 이송된 에너지 라디칼을 사용하여 화학 반응을 수행함으로써 처리된다. 본 개시내용에 기술된 실시예들은 다음의 몇 가지 이점을 제공한다: 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 효율적인 라디칼 이송, 낮은 플라즈마 유도 방사 손상, 및 효율적인 열 방산을 위한 장비 설계에 의해 달성되는 안정적인 처리 환경.

상대적으로 낮은 기판 온도에서의 표면의 화학적 처리는, 그 표면을 라디칼 대 이온의 상대적으로 높은 비로 존재하는 고에너지 라디칼을 포함하는 가스에 노출시킴으로써 종종 수행된다. 일반적으로, 이온 충격으로부터 기판에 대한 물리적 손상을 감소시키고 플라즈마 방전에서 생성되는 고에너지 전자기 방사(예를 들어, 자외선 방사)로부터의 플라즈마 유도 방사 손상을 감소시키기 위해, 화학적 처리를 위한 간접 플라즈마 시스템이 바람직하다. 통상적으로, 간접 플라즈마 시스템은 다음의 3개의 섹션을 갖는다: 기판으로부터 물리적으로 분리된 라디칼 소스를 포함하는 제1 섹션, 라디칼이 가스 흐름으로 이송될 수 있는 제2 섹션, 및 기판이 기판 홀더 상에 로딩될 수 있고, 기판의 표면이 라디칼로 화학적으로 처리되며, 과도한 반응물 및 기상 부산물이 가스 유출구를 통해 제거되는, 제2 섹션과 상호작용(interfacing)하는 제3 섹션.

본 개시내용에 설명된 간접 플라즈마 시스템에서, 라디칼 소스 챔버라고 칭하는 제1 섹션은 플라즈마를 유지하도록 구성될 수 있고, 플레넘이라고 칭하는 제2 섹션은 라디칼 밸러스트 영역을 포함하고, 공정 챔버라고 칭하는 제3 섹션은 화학적 처리를 위해 기판이 라디칼에 접근할 수 있도록 플레넘을 통해 라디칼 소스 챔버에 연결될 수 있다. 본 개시내용의 예시적인 실시예들은, 라디칼 소스 챔버에서 순수한 유도 결합 플라즈마를 유지하도록 구성된 무선 주파수(RF) 전극을 사용함으로써 가스 흐름으로 향상된 라디칼 플럭스 대 이온 플럭스 비를 제공할 수 있다. 도 1a 내지 도 3b를 참조하여 설명된 실시예들은 라디칼 소스 챔버의 RF 전극으로서 나선형 공진기를 사용하는 반면, 평면 코일은 도 4에 예시된 예시적인 실시예에서 사용되었다. 원격 플라즈마 설계를 사용하는 대신 인접 플라즈마 설계를 사용함으로써 이송 중 라디칼 손실이 감소되었다. 예시적인 실시예들의 인접 플라즈마 설계에서, 짧은 라디칼 밸러스트 영역만이 라디칼 소스 챔버를 공정 챔버로부터 분리한다. 플라스마 유도 손상은, 플레넘을 사이에 개재함으로써 플라즈마를 공정 챔버의 기판으로부터 물리적으로 분리할 뿐만 아니라 자외선 방사에 대하여 불투명한 재료를 사용하여 라디칼 소스 챔버로부터 기판 홀더까지의 직접적인 시선에 있는 자외선 방사를 방지하도록 플레넘 벽도 구성함으로써 감소되었다. 효율적인 열 방산을 위해 플레넘의 재료와 기하학적 형상을 설계함으로써 처리 환경의 불안정성이 감소되었으며, 이에 따라 처리 중에 안정적인 저온을 유지하는 데 도움이 되었다. 또한, 처리 중의 온도 변화에 따른 표면의 팽창 및 수축은 증착물의 박리(flaking)를 야기할 수 있고, 이에 따라 공정 챔버 내에 원치 않는 입자를 생성할 수 있다.

플레넘의 벽을 통한 가스 흐름을 위한 개구의 위치는, 플레넘의 벽을 통해 처리 챔버에 진입하는 가스를 공정 챔버의 기판 홀더 상에 로딩된 기판의 표면 위로 원하는 패턴으로 흐르게 하는 구성으로 설계될 수 있다. 도 1a 내지 도 1c는 가스 흐름이 기판의 주변부로부터 측방향으로 지향되는 간접 플라즈마 시스템(100)의 실시예를 예시한다. 도 2a 내지 도 2b에 예시된 실시예에서는, 플라즈마 시스템(200)의 가스 흐름이 상부로부터 수직으로 지향되고, 도 3a 내지 도 3b에 예시된 플라즈마 시스템(300)의 다른 실시예에서는, 가스가 일측으로부터 지향되어 기판 위로 교차 흐름을 생성하게 된다.

이제 도 1a를 참조하면, 플라즈마 시스템(100)은, 라디칼 소스 챔버(110), 라디칼 소스 챔버(110)의 출구에 부착된 플레넘(120), 및 플레넘(120)을 통해 라디칼 소스 챔버(110)에 연결된 공정 챔버(130)를 포함한다.

플라즈마 시스템(100)의 라디칼 소스 챔버(110)는, 상부 커버(108)에 가스 유입구(102) 및 측벽(106) 외부에 배치된 무선 주파수(RF) 전극(104)을 갖는 반전된 개방 실린더와 같이 형상화될 수 있다. RF 전극(104)은 유전체(예를 들어, 세라믹 재료)를 포함하는 측벽(106) 둘레에 수직으로 코일처럼 감긴 전도성 나선일 수 있다. 상부 커버는, 라디칼 소스 챔버(110)의 내부와 대면하는 측면 상에 유전체 코팅을 갖는 전도성 재료, 예를 들어 산화알루미늄 또는 산화이트륨으로 코팅된 알루미늄을 포함할 수 있다. 다양한 가스(예를 들어, 아르곤, 산소, 육불화황, 및 테트라플루오로메탄, 삼불화질소 등)가 라디칼의 소스로서 제어되는 가스 방전 플라즈마를 형성하도록 챔버에 도입될 수 있다.

전극(104)은 RF 전원(도시하지 않음)에 결합된다. 전도체의 길이는, RF 전원에 의해 전력이 공급되는 전극에서 RF 전자기 발진의 1/4 파장(λ/4) 또는 반파장(λ/2)이 되도록 설계될 수 있다. 다양한 실시예에서, 발진 주파수(f)는 약 15 MHz 내지 약 500 MHz일 수 있고, 일 실시예에서 약 15 MHz 내지 약 200 MHz일 수 있다. 전극(104)은, 순수 유도 결합 모드에서 동작하여 라디칼 소스 챔버(110) 내에서 약 0.01 W/cm³ 내지 약 1 W/cm³의 RF 전력 밀도로 플라즈마를 유지하도록 구성될 수 있다.

본 개시내용의 예시적인 실시예들에서, 폭(d)의 라디칼 소스 챔버(110)는, 도 1a에 예시된 바와 같이, 라디칼 소스 챔버(110)를 빠져나가는 가스 흐름으로 출구에 부착된 플레넘(120)의 라디칼 밸러스트 영역(128)으로 이송될 라디칼을 위한 개방된 하부를 갖는다. 플레넘(120)은, 하부 벽(122), 하부 벽(122)의 에지 둘레의 측벽(126), 측벽을 넘어 외측으로 연장되는 림(124), 및 측벽(126)과 하부 벽(122) 사이의 라디칼 밸러스트 영역(128)을 포함한다. 플레넘(120)은, 도 1b의 사시도에서 볼 수 있는 바와 같이, 측벽(126) 및 하부 벽(122)에 의해 경계가 정해진 라디칼 밸러스트 영역(128)으로 이어지는 중심 개구를 갖는 링 형상 림(124)을 갖는 반전된 모자와 같이 형상화될 수 있다. 림(124)의 중심 개구의 폭은 라디칼 소스 챔버(110)의 폭(d) 이하로 설계된다. (도 1a에서, 림(124)의 개구의 폭은 단지 예로서 d와 동일하게 도시되어 있다.) 이는 도 1a에 예시된 바와 같이 라디칼 소스 챔버(110)의 하부 출구가 플레넘(120)의 림(124)에 물리적으로 부착될 수 있게 한다. 따라서, 라디칼은 림(124)의 중심 개구를 사용하여 라디칼 소스 챔버(110)를 빠져나가 라디칼 밸러스트 영역(128)에 진입할 수 있다.

도 1a에 예시된 바와 같이, 림(124) 아래에 배치된 처리 챔버(130)가 림(124)에 또한 부착된다. 도 1a의 플라즈마 시스템(100)과 같이 본 개시내용에 설명된 실시예에서, 림(124)은, 공정 챔버(130)의 상부를 덮는 측벽(126)으로부터 외측으로 연장되고 있으며 공정 챔버(130)의 벽(134)의 수직 섹션에 부착된다. 다른 다양한 실시예에서, 림(124)은, 공정 챔버(130)의 에지로 가는 길의 일부를 연장할 수 있고 공정 챔버(130)의 상부 커버에 부착될 수 있거나, 림(124)과 벽(134)이 하나의 모놀리식 구조일 수 있다.

도 1a에 예시된 공정 챔버(130)는 측벽(126)에 인접한 환형 영역을 포함하고, 하부 벽(122)에 인접한 원통형 영역으로 더 아래로 연장된다. 기판 홀더(132)는 플레넘의 하부 벽(122) 아래에 인접한 영역에 배치될 수 있다. 기판(140)은 기판 홀더(132) 상에 로딩된 상태로 도시되어 있다. 가스 유출구(136)는 기판 홀더(132) 아래에 배치될 수 있으며, 이를 통해 공정 챔버(130)로부터 과도한 반응물 및 기상 부산물이 제거될 수 있다. 사용된 공정 챔버 설계는, 기판 홀더(132) 위로 원하는 비대칭 가스 흐름의 생성을 용이하게 하기 위해 플라즈마 시스템(300)(도 3a 참조)과 같은 실시예들에서 가스 유출구(136)가 비대칭적으로 배치될 수 있다는 점을 제외하고는 본 개시내용의 모든 실시예에 대하여 공통이다. 본 개시내용의 예시적인 플라즈마 시스템 각각은 단일 가스 유입구 및 단일 가스 유출구를 나타내지만, 다수의 가스 유입구 및 다수의 가스 유출구가 또한 사용될 수 있음을 이해해야 한다.

본 개시내용에 설명되는 플라즈마 시스템 설계의 일 양태는 효율적인 열 방산이다. 그 목적을 위해, 하부 벽(122), 림(124), 및 측벽(126)과 같은 플레넘(120)의 벽들, 및 공정 챔버(130)의 벽들(134)은, 알루미늄 또는 구리 등과 같은 열 전도성 재료를 포함하고, 물리적으로 또한 열적으로 함께 결합된다. 통상의 기술자에게 알려져 있는 바와 같이, 플라즈마 시스템(100)과 같은 플라즈마 시스템의 다양한 도전성 벽은 시스템 접지(기준 전위)에 전기적으로 연결될 수 있다. 플라즈마 시스템(100)에서, 열은, 플레넘(120)의 접지된 벽과 비탄성 충돌을 겪는 가스 흐름 내의 양으로 하전된 에너지 이온들에 의해 생성될 수 있고, 이에 따라 에너지 이온들의 에너지를 벽에 열로서 부여할 수 있다. 라디칼 밸러스트 영역(128) 주위의 벽과 에너지 라디칼의 무작위 충돌도 열 생성에 기여한다. 생성되는 열의 신속한 제거는, 열전도율이 높은 재료를 사용할 뿐만 아니라 구조의 기계적 설계에서 부품들 간의 연결 수도 줄임으로써 용이해질 수 있다. 금속 조인트의 열 접촉은, 예를 들어, 랩 조인트, T-조인트 또는 코너 조인트와 같은 조인트에 의해 연결된 매달린 부품들에서 기계적 응력 때문에 시간 경과에 따라 홈에서 발생하는 갭에 의해 저하될 수 있다.

열 전도성 재료를 사용하는 것 외에도, 도 1b에 예시된 플레넘(120)의 반전된 모자 구조는, 열 저항을 감소시켜 공정 챔버 벽(134)으로의 효율적인 열 흐름을 달성하도록 모놀리식 구조로서 설계될 수 있다. 일 실시예에서, 플레넘(120) 및 공정 챔버 벽(134)은, 예를 들어, 주조 또는 다른 일부 금속 형성 공정에 의해 모놀리식 구조로서 함께 형성될 수 있다.

공정 챔버 벽(134)은 히트 싱크로서 기능하는 열 용량을 가질 수 있거나, 외부 히트 싱크에 열적으로 연결될 수 있다. 전술한 바와 같이, 효율적인 열 제거는 안정적인 처리 환경을 유지하는 데 도움이 되는 이점을 제공한다. 공정 챔버(130)의 벽(134) 및 인접한 공정 챔버에 대면하는 플레넘(120)의 벽을 조절하고/하거나 산화알루미늄 또는 산화이트륨과 같은 재료의 박층으로 표면을 덮는 것도 처리 환경을 안정화하는 데 도움이 된다.

도 1a에 예시된 커버층(121)은, 예를 들어, 양극 산화된 알루미늄을 사용하거나 이트리아로 코팅하거나 공정 챔버(130)를 조절하는 것과 같은 다양한 기술을 사용함으로써 제공될 수 있다. 커버층(121)은 플레넘(120)의 벽을 위한 하나의 재료 및 공정 챔버(130)의 벽(134)을 위한 다른 재료를 포함할 수 있다. 일반적으로, 플라즈마 공정 챔버의 벽의 화학적 상태는 이온 충격, 및 다양한 라디칼 및 기상 부산물과의 화학 반응에 의해 처리 중에 변경된다. 커버층(121)은, 벽의 화학적 상태의 이러한 변동성을 감소시키는 추가 이점을 제공하며, 따라서 플라즈마 처리 환경을 더욱 안정화한다.

공정 챔버(130)는 플레넘(120)의 라디칼 밸러스트 영역(128)을 통해 라디칼 소스 챔버(110)에 연결된다. 라디칼 밸러스트 영역(128)의 폭(D)은, 전술한 바와 같이, 또한 라디칼의 출구가 되도록 설계된 림(124)의 개구의 폭 이상이다. 이에 따라, 본 개시내용에 설명된 실시예들에서, 라디칼 소스 챔버(110) 내의 플라즈마로부터 추출된 라디칼은 플레넘의 벽에 있는 개구를 통해서만 가스 흐름으로 기판(140)으로 이송될 수 있다. 따라서, 플레넘(120)의 설계에서 개구의 구성은, 플레넘(120)을 통해 공정 챔버(130) 내에서 가스 흐름을 원하는 패턴으로 향하도록 하기 위해 사용될 수 있다. 도 1a 내지 도 4에 예시된 실시예에서, 라디칼 밸러스트 영역(128 및 328)의 폭(D)은, 또한, 각각의 기판 홀더(132)의 폭 이상이다.

도 1a에서, 림(124)의 중심 개구의 폭은 라디칼 소스 챔버(110)의 폭(d)과 동일한 것으로 도시되어 있다. 그러나, 예를 들어, 림(124)이 더 내측으로 연장되어 라디칼 소스 챔버(110)를 라디칼 밸러스트 영역(128)에 연결하는 개구를 수축시키는 설계에서, 림(124)의 중심 개구의 폭은 더 작을 수 있다는 점을 이해할 수 있다.

도 1a에서, 가스 유입구(102)와 가스 유출구(136) 간의 가스 흐름은, 도 1a에서 블록 화살표로 표시된 바와 같이, 3개의 연속 섹션인, 라디칼 소스 챔버(110), 플레넘(120), 및 공정 챔버(130)를 포함하는 채널을 통해 흐르는 것으로 도시되어 있다. 가스 유출구(136)에서 연결된 진공 펌프를 포함하는 가스 흐름 시스템(도시하지 않음)은 제어되는 압력 구배를 생성하여 안정적(steady) 가스 흐름을 유지하는 데 사용될 수 있다. 플라즈마 시스템(100)에서, 기판 홀더(132)(및 기판(140)) 위의 가스 흐름은 공정 챔버의 주변부로부터 반경방향 내측으로 지향되었다. 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 이해되는 바와 같이, 플라즈마 시스템(100)의 설계에서 다양한 개구의 구성은 흐름을 라우팅(route)하는 데 사용되었다.

기상 혼합물, 예를 들어, 산소와 아르곤의 혼합물은, 라디칼 소스 챔버(110)의 상부 커버(108)에 위치한 가스 유입구(102)를 통해 도입될 수 있다. 가스는 이온화될 수 있고, 산소 라디칼을 포함하는 플라즈마는 RF 전원에 결합된 전극(104)으로부터의 전자기 에너지를 사용하여 라디칼 소스 챔버(110) 내부에서 유지될 수 있다. 플라즈마 시스템(100)에서, 전극(104)은 세라믹 측벽(106)의 외부에 배치되고 플라즈마에 유도 결합된 나선형 공진기이다. 라디칼 소스 챔버(110)의 치수는 가스 방전 플라즈마를 점화하고 라디칼 소스 챔버(110)의 지정된 체적 내에 가두도록 설계된다. 예를 들어, 라디칼 소스 챔버의 높이(h)와 폭(d)은 적어도 몇 표피 깊이이다. 다양한 실시예에서, h는 약 5 cm 내지 약 20 cm이고, d는 약 10 cm 내지 약 20 cm이다.

라디칼(예를 들어, 산소 라디칼)은 하부 출구를 통해 라디칼 소스 챔버(110) 밖으로 나온 가스 흐름으로 플레넘(120)의 라디칼 밸러스트 영역(128)으로 이송될 수 있다. 도 1b의 사시도에 도시된 바와 같이, 라디칼 밸러스트 영역(128)은 반전된 모자 형상 플레넘(120)의 캐비티이다. 라디칼 밸러스트 영역은 폭(D)과 깊이(L)의 원통 형상을 갖는다. 플라즈마 시스템(100)에서, (개구가 없는) 단단한 하부 벽(122)은, 도 1a 및 도 1b에서 블록 화살표로 표시된 바와 같이, 수직 흐름을 차단함으로써, 가스를 원통형 라디칼 밸러스트 영역(128)의 수직 측벽(126)으로 반경방향 외측으로 향하게 한다. 플레넘(120)으로부터 공정 챔버(130) 내로의 가스 흐름을 위한 개구들은 라디칼 밸러스트 영역(128)의 측벽(126)에 대칭적으로 위치한다. 가스를 공정 챔버의 벽(134)을 향해 반경방향 외측으로 라우팅하면 가스의 라디칼 대 이온 비를 증가시키는 것을 보조한다. 밸러스트 영역(128) 주위의 환형 영역의 증가된 표면적 대 체적 비는 공정 챔버의 벽(134)과의 더 많은 충돌을 초래한다. 벽(134)과의 충돌에서, 이온에 대한 고착 계수는 라디칼에 대한 것보다 높다. 따라서, 충돌률이 높을수록 라디칼 대 이온 비가 높아진다. 기판 홀더(132) 및 기판(140)은 플레넘(120) 바로 아래에 배치되고, 가스 유출구(136)는 기판 홀더(132) 바로 아래에 위치한다. 이 구성은 구조를 기판(140)의 표면에 수직인 축 주위에서 대략 축대칭으로 만들어, 기판(140) 위에 가스의 방위각 대칭 흐름을 생성한다.

도 1c는 플레넘(120)의 깊이(L)와 거의 동일한 길이 및 폭(W)의 직사각형 개구(127)를 갖는 측벽(126)의 측면도를 예시한다. 원형 하부 벽(122)의 에지를 따라 배치되는 측벽(126)은 원주의 길이(πD)를 갖는다. 측벽(126)의 개구(127) 및 라디칼 밸러스트 영역(128)의 치수에 대한 설계는 플레넘 밖으로의 가스 흐름과 열 흐름 모두에 대한 요건을 고려한다. 더 작은 W 및 L은 가스 흐름을 제한하지만 플레넘 밖으로의 열 흐름을 개선한다.

라디칼 밸러스트 영역(128)의 치수는, 가스가 공정 챔버(130)에 진입하기 전에 대략적으로 안정되고 균일한 밀도에 도달하고 또한 라디칼 소스 챔버(110)로의 역류를 방지하기에 충분한 압력 구배를 제공하도록 설계될 수 있다. 일반적으로, 깊이(L)는 약간의 확산 길이이고, 각각의 폭(D)은 원하는 압력 구배 및 체적 유량을 위해 설계된다. 체적 유량, 압력 구배, 및 다양한 형상의 도관의 기하학적 파라미터 간의 알려진 관계는 라디칼 밸러스트 영역의 설계에 이용될 수 있다. 도 1c에 예시된 실시예의 라디칼 밸러스트 영역(128)은 원통 형상을 갖는다. 다른 실시예에서, 라디칼 밸러스트 영역은 다른 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 3a 및 도 3b의 라디칼 밸러스트 영역(328)은 직사각형 형상을 갖는다. 다양한 실시예에서, 깊이(L)는 약 5 cm 내지 약 15 cm일 수 있고, 비(D/L)는 약 3 내지 약 10일 수 있다. 다양한 실시예에서, 직사각형 개구(127)의 폭(W)은 약 0.1 cm 내지 약 5 cm일 수 있다. 공정 챔버(130) 내의 압력은 공정 레시피 사양에 의해 제한될 수 있고, 다양한 실시예에서 약 0.01 Torr 내지 약 0.25 Torr일 수 있다. 라디칼 대 이온 비의 증가를 돕고, 원하지 않는 스퍼터링을 방지하고, 역류를 방지하기 위해, 라디칼 소스 챔버(110) 내부의 압력은 비교적 높고, 통상적으로 플레넘(120)의 막힌 흐름 조건에서의 압력의 두 배이다. 다양한 실시예에서, 라디칼 소스 챔버(110) 내부의 압력은 약 0.5 Torr 내지 약 1 Torr일 수 있다.

플라즈마 시스템(100)에서 플레넘(120)의 단단한 하부 벽(122)은, 유해한 전자기 복사, 예를 들어, 자외선 방사가 기판에 도달하는 것을 차단하는 추가 이점을 제공할 수 있다. 전술하였으며 도 1a에 예시한 바와 같이, 하부 벽(122)의 폭이기도 한 플레넘(120)의 폭(D)은, 기판 홀더(132)(및 기판(140))의 폭보다 크게 또한 플라즈마가 가두어질 수 있는 라디칼 소스 챔버(110)의 폭보다 크게 설계될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, (하부 벽(122)을 포함하는) 플레넘의 벽은 알루미늄 및 구리와 같은 금속을 포함할 수 있다. 통상의 기술자에게 알려진 바와 같이, 알루미늄 및 구리와 같은. 금속은, 모든 실용적인 목적을 위해, 이들 재료의 자유 전자 밀도가 매우 높기 때문에 전자기 방사에 대해 불투명하다. 이에 따라, 플라즈마 시스템(100)의 설계에서, 하부 벽(122)이 플라즈마와 기판 사이의 시선에 있도록 치수가 조정될 수 있고, 따라서 기판(140)이 플라즈마 유도 방사 손상으로부터 적절하게 차폐될 수 있다.

도 2a 및 도 2b는 플라즈마 시스템(200)을 도시한다. 플라즈마 시스템(100)과 플라즈마 시스템(200) 간의 한 가지 차이점은, 도 2a 및 도 2b에서 블록 화살표에 의해 표시된 바와 같이, 플라즈마 시스템(200)에서, 플레넘(220)을 통한 공정 챔버(130)로의 가스 흐름이 플레넘(220)의 하부 벽(222)에 있는 개구(227)를 통해 수직으로 향한다는 점이다. 도 2a 및 도 2b에 예시된 바와 같이, 가스 흐름을 위한 개구들(227)은, 플레넘(220) 바로 아래의 공정 챔버(130)에 위치하는 기판(140)의 표면 및 기판 홀더(132)에 수직인 축 주위에 대칭적으로 구성된다. 기판 홀더(132) 바로 아래에는 플라즈마 시스템(100)에서와 동일한 가스 유출구(136)가 있다. 이에 따라, 가스는 기판(140)의 주변부 주위에서 외측으로 대칭적으로 기판(140) 위로 흐르고, 가스 유출구(136)를 통해 공정 챔버(130)를 빠져나간다.

플레넘(220)의 하부 벽(222)이 개구(227)를 갖기 때문에, 플라즈마 시스템(200)의 플라즈마로부터 방출되는 전자기 방사를 차단하는 능력은 플라즈마 시스템(100)에 비해 감소될 수 있다. 그러나, 개구(227)는 차단 능력을 거의 동일하게 유지하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 하부 벽(222)의 구멍(개구(227))의 폭은 높은 종횡비를 제공하도록 좁게 설계될 수 있다. 높은 종횡비는, 기판(140)이 플라즈마의 직접적인 시선에 있는 자외선 방사에 노출된 상태로 유지되는 총 입체각을 크게 감소시켜, 예를 들어, 라디칼 소스 챔버 내의 플라즈마에 의해 방출되는 자외선 방사 에너지의 1% 미만이 기판(140)에 도달할 수 있다.

도 3a 내지 도 3b는 플라즈마 시스템(300)의 벽들에 있는 개구들의 비대칭 구성에 의해 생성되는 비대칭 가스 흐름을 갖는 플라즈마 시스템(300)을 예시한다. 플라즈마 시스템(100)과 플라즈마 시스템(300) 간의 한 가지 차이점은, 도 3a 내지 도 3b의 블록 화살표에 의해 표시된 바와 같이, 플라즈마 시스템(300)에서, 라디칼 밸러스트 영역(328)을 통한 공정 챔버(130)로의 가스 흐름이 플레넘(320)의 일측(예를 들어, 도 3a 내지 도 3b에서 좌측)을 향해 비대칭적으로 지향되고, 플레넘(320)을 빠져나갈 때, 가스가 기판 홀더(132)(및 기판(140)) 위로 공정 챔버(330) 내의 플레넘(320)의 반대측(예를 들어, 도 3a 내지 도 3b의 우측)으로 교차 흐름으로 흐른다는 점이다.

도 3a 내지 도 3b에 예시된 예에서는, 라디칼 밸러스트 영역(328)에서 일방향 선형 흐름이 바람직하다. 이러한 흐름 패턴을 생성하기 위해서는, 플레넘(320)을 위한 직사각형의 반전된 모자 형상을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 도 3b의 사시도에 도시된 바와 같이, 라디칼 밸러스트 영역(328)은, 측벽(326)의 4개의 직사각형 수직 면들 사이에서 측방향으로 연장되고 림(324)으로부터 하향으로 직사각형 하부 벽(322)까지 수직으로 연장되도록 설계될 수 있다. 림(324)의 형상은 플라즈마 시스템(100)의 림(124)에서와 동일하게 유지될 수 있다. 일방향 선형 흐름 패턴은 측벽(326)의 하나의 직사각형 면에 개구를 갖는 플레넘(320)을 구성함으로써 생성될 수 있는 반면, 플레넘(320)의 측벽(326) 및 직사각형 하부 벽(322)의 다른 3개의 면은 가스 흐름을 차단하도록 (개구 없이) 중실이도록 설계된다. 측벽(326)의 개구들이 일측, 예를 들어, 도 3의 좌측에서 비대칭적으로 위치하므로, 라디칼 밸러스트 영역(328) 내부의 가스 흐름은 도 3에 예시된 바와 같이 좌측으로 지향된다. 기판(140) 위의 가스 흐름 패턴은, 측벽(326)의 개구들이 위치하는 측의 반대측인 플레넘(320)의 우측에 배치된 가스 유출구(336)를 갖는 공정 챔버(330)를 구성함으로써 지향될 수 있다. 공정 챔버(330) 내의 기판 홀더(132)의 위치는 플레넘(320) 바로 아래에 유지될 수 있다.

플라즈마 시스템(100, 200, 300)의 라디칼 소스 챔버는 RF 전력을 플라즈마에 결합하기 위해 나선형 공진기로서 구성될 수 있는 전극(104)을 포함한다. 도 4는 라디칼 소스 챔버(410)에 평면 코일같은 형상의 전극(404)이 장착된 플라즈마 시스템(400)을 예시한다. 전극(404)은 RF 전원에 결합될 수 있다. 도 4에 예시된 바와 같이, 전극(404)은 유전체(예를 들어, 세라믹) 상부 커버(408) 위에 배치되고, 유도 결합에 의해 플라즈마에 RF 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 라디칼 소스 챔버(410)의 측벽(406)은 알루미늄 또는 구리와 같은 전도성 재료를 포함할 수 있고, 가스 유입구(402)는 가스(예를 들어, 아르곤, 산소, 육플루오르화황, 및 테트라플루오로메탄, 삼플루오르화질소 등)를 도입하도록 위치할 수 있다.

처리 방법의 흐름도가 도 5에 예시되어 있다. 기판은, 도 5의 블록(510)에 나타낸 바와 같이, 공정 챔버 내부에, 예를 들어, 공정 챔버의 하부 근처에 위치하는 기판 홀더 상에 로딩될 수 있다. 블록(520)에서, 공정 가스와 캐리어 가스를 포함하는 기상 혼합물은, 예를 들어, 공정 챔버 위에 배치된 라디칼 소스 챔버 내로 도입될 수 있다. 라디칼 소스 챔버는 라디칼 밸러스트 영역을 포함하는 플레넘에 부착된 하부 출구를 가질 수 있다. 플라즈마는 블록(530)에 나타낸 바와 같이 라디칼 소스 챔버에서 점화 및 유지될 수 있다. 플라즈마는, 라디칼을 포함할 수 있으며, 따라서 기판의 표면을 화학적으로 처리하기 위해 하류에서 사용되는 라디칼의 공급원이 된다. 라디칼 소스 챔버를 빠져나가 플레넘 내로 향하는 라디칼은, 블록(540)에 나타낸 바와 같이, 플레넘의 벽에 있는 개구를 통해 공정 챔버의 기판으로 이송될 수 있다. 라디칼은 기판 위의 가스 흐름으로 이동할 수 있다. 블록(550)에서, 기판의 노출된 표면은 라디칼로 화학적으로 처리될 수 있다. 가스 흐름은, 블록(560)에 나타낸 바와 같이, 공정 챔버의 가스 유출구를 통해 과도한 반응물 및 기상 부산물을 제거할 수 있다. 가스 유출구는 기판 홀더 아래에 위치할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예들이 여기에서 요약된다. 다른 실시예들도 본원에 출원된 특허청구범위뿐만 아니라 전체 명세서로부터도 이해될 수 있다.

예 1. 플라즈마 처리 시스템은, 라디칼 소스 챔버로서, 라디칼 소스 챔버는, 가스 유입구, 무선 주파수(RF) 전원에 결합된 전극, 및 라디칼 소스 챔버 내에서 생성된 라디칼을 위한 출구를 포함하고, 전극은 라디칼 소스 챔버 내에서 라디칼을 생성하도록 구성된, 라디칼 소스 챔버; 라디칼 소스 챔버의 출구에 부착된 플레넘으로서, 플레넘은 제1 열 전도체로 제조되고, 플레넘의 벽들은 가스 흐름을 위한 개구들을 포함하는, 플레넘; 및 플레넘을 통해 라디칼 소스 챔버에 연결된 공정 챔버를 포함하고, 공정 챔버는, 플레넘 아래에 배치된 기판 홀더; 기판 홀더 아래의 가스 유출구; 및 제2 열 전도체를 포함하는 공정 챔버 벽들을 포함하고, 공정 챔버의 공정 챔버 벽들은 플레넘의 벽들에 열적 결합된다.

예 2. 예 1의 시스템에서, 제1 열 전도체는 자외선 방사에 대하여 불투명한 재료를 포함한다.

예 3. 예 1 또는 예 2의 시스템에서, 플레넘은 라디칼 소스 챔버와 기판 홀더 사이에 개재되고, 플레넘은, 라디칼 소스 챔버로부터 기판 홀더까지의 직접적인 시선에 있는 라디칼 소스 챔버 내에서 발산하는 자외선 방사를 차단하도록 구성된다.

예 4. 예 1 내지 예 3 중 하나의 예의 시스템에서, 제1 열 전도체는 일면이 산화알루미늄 또는 산화이트륨으로 덮인 알루미늄을 포함한다.

예 5. 예 1 내지 예 4 중 하나의 예의 시스템에서, 제1 열 전도체와 제2 열 전도체는 동일한 열 전도체를 포함한다.

예 6. 예 1 내지 예 5 중 하나의 예의 시스템에서, 전극은 유전 재료를 포함하는 상부 커버 위에서 라디칼 소스 챔버의 외부에 배치된 평면형 코일처럼 형상화된 전도체이다.

예 7. 예 1 내지 예 6 중 하나의 예의 시스템에서, 전극은 유전 재료를 포함하는 원통형 측벽 주위에서 라디칼 소스 챔버의 외부에 배치된 나선처럼 형상된 전도체이고, 전도체의 길이는 RF 전원에 의해 전력이 공급되는 전극의 RF 전자기 진동 파장의 1/4의 배수이다.

예 8. 플라즈마 처리 시스템은, 하부 벽, 하부 벽의 에지 둘레의 측벽, 측벽을 넘어 외측으로 연장되는 림, 및 측벽과 하부 벽 사이의 라디칼 밸러스트 영역을 포함하는 플레넘으로서, 플레넘은 열 전도성 구조인, 플레넘; 가스 유입구, 무선 주파수(RF) 전극, 및 플레넘의 림에 부착된 하부 출구를 포함하는 라디칼 소스 챔버; 림에서의 플레넘에 물리적으로 부착된 열 전도성 벽들을 포함하는 공정 챔버로서, 플레넘은 라디칼 밸러스트 영역을 통해 공정 챔버를 라디칼 소스 챔버에 연결하는 개구들을 포함하는, 공정 챔버; 및 플레넘의 하부 벽 아래에 배치된 기판 홀더를 포함한다.

예 9. 예 8의 시스템에서, 플레넘은 링처럼 형상화된 림을 갖는 반전된 모자처럼 형상화된다.

예 10. 예 8 또는 예 9의 시스템에서, 림의 개구의 폭은 라디칼 밸러스트 소스의 출구의 폭 이하이고, 라디칼 밸러스트 영역의 폭은 라디칼 밸러스트 소스의 출구의 폭 이상이고, 라디칼 밸러스트 영역의 폭은 기판 홀더의 폭 이상이고, 라디칼 밸러스트 영역의 깊이는 5 cm 내지 15 cm이고, 라디칼 밸러스트 영역의 폭 대 깊이의 비는 3 내지 10이다.

예 11. 예 8 내지 예 10 중 하나의 예의 시스템에서, 개구들은 기판 홀더를 통해 축 둘레에 플레넘의 측벽에 대칭적으로 위치한다.

예 12. 예 8 내지 예 11 중 하나의 예의 시스템에서, 개구들은 기판 홀더를 통해 미러 면의 일측 상에서 플레넘의 측벽에 비대칭적으로 위치한다.

예 13. 예 8 내지 예 12 중 하나의 예의 시스템에서, 라디칼 밸러스트 영역은 직사각형 캐비티처럼 형상화되고, 개구들은 플레넘의 측벽의 4개의 직사각형 변 중 하나에 위치하는, 플라즈마 처리 시스템.

예 14. 예 8 내지 예 13 중 하나의 예의 시스템에서, 개구들은 플레넘의 하부 벽에 위치한다.

예 15. 예 8 내지 예 14 중 하나의 예의 시스템에서, 플레넘의 하부 벽에 있는 개구들은, 개구들을 통과하는 자외선 방사 에너지를 하부 벽의 상부측에 입사하는 자외선 방사 에너지의 1% 미만으로 제한하도록 구성된다.

예 16. 예 8 내지 예 15 중 하나의 예의 시스템에서, 공정 챔버의 일측에만 배치된 가스 유출구를 더 포함하고, 가스 유출구는, 가스 흐름을 플레넘의 일측에만 인접한 공정 챔버의 영역으로 향하게 하여 기판 홀더 위로 교차 흐름을 생성하도록 구성된다.

예 17. 플라즈마 처리 방법은, 공정 챔버의 하부 근처에 배치된 기판 홀더 상에 기판을 로딩하는 단계; 가스 유입구를 통해, 공정 가스와 캐리어 가스를 라디칼 소스 챔버 내로 도입하는 단계로서, 라디칼 소스 챔버는 라디칼 소스 챔버 아래에 배치된 플레넘에 부착된 출구를 포함하는, 단계; 라디칼 소스 챔버 내에 라디칼을 포함하는 플라즈마를 유지하는 단계; 플레넘의 벽들에 있는 개구들을 통해 가스 흐름으로 라디칼을 기판으로 이송하는 단계; 기판의 표면을 라디칼로 화학적으로 처리하는 단계; 및 기판 홀더 아래에 배치된 가스 유출구를 통해 공정 챔버로부터 과도한 반응물 및 기상 부산물을 제거하는 단계를 포함한다.

예 18. 예 17의 방법에서, 이송하는 단계는 가스 흐름을 기판 홀더를 통한 축 둘레로 플레넘의 측벽들을 통해 대칭적으로 향하게 하는 단계를 포함한다.

예 19. 예 17 또는 예 18의 방법에서, 이송하는 단계는 가스 흐름을 플레넘의 일측에서만 플레넘의 측벽들을 통해 향하게 하는 단계를 포함한다.

예 20. 예 17 내지 예 17 중 하나의 예의 방법에서, 기판 위로 라디칼들의 교차 흐름을 생성하는 단계를 더 포함한다.

기판의 표면을 화학적으로 처리하는 플라즈마 시스템 및 방법의 다양한 실시예가 위에서 설명되었다. 설명된 실시예들은, 낮은 라디칼 손실, 라디칼 대 이온 비의 증가, 플라즈마 유도 방사 손상의 감소 또는 제거, 처리 동안 안정적인 온도를 제공하는 효율적인 열 방산을 포함하는 몇 가지 이점을 제공한다. 플라즈마 시스템은 많은 설계 변형을 가질 수 있으며, 그 중 일부가 본 개시내용에서 설명되었다. 그러나, 통상의 기술자는 설명된 예시적인 실시예로부터 많은 다른 변형이 유도될 수 있다는 점을 이해할 수 있다. 예를 들어, RF 전력은 용량 결합 또는 마이크로웨이브 소스에 의해 제공될 수 있고, 플레넘의 가스 흐름을 위한 개구들은 예를 들어 원형 구멍 또는 직사각형 구멍의 2차원 배열과 같이 상이한 형상을 가질 수 있고, 열 전도체의 기하학적 설계가 변경될 수 있으며, 플라즈마 시스템의 구조를 설계하는 데 상이한 치수 및 재료가 사용될 수 있다.

본 발명은 예시적인 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 이 설명은 제한적인 의미로 해석되도록 의도된 것이 아니다. 본 발명의 다른 실시예들뿐만 아니라 예시적인 실시예들의 다양한 수정 및 조합은 이 설명을 참조할 때 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 임의의 이러한 수정 또는 실시예를 포함하도록 의도된 것이다.

Claims

플라즈마 처리 시스템으로서,
라디칼 소스 챔버로서, 상기 라디칼 소스 챔버는, 가스 유입구, 무선 주파수(RF) 전원에 결합된 전극, 및 상기 라디칼 소스 챔버 내에서 생성된 라디칼을 위한 출구를 포함하고, 상기 전극은 상기 라디칼 소스 챔버 내에서 라디칼을 생성하도록 구성된, 라디칼 소스 챔버;
상기 라디칼 소스 챔버의 출구에 부착된 플레넘으로서, 상기 플레넘은 제1 열 전도체로 제조되고, 상기 플레넘의 벽들은 가스 흐름을 위한 개구들을 포함하는, 플레넘; 및
상기 플레넘을 통해 상기 라디칼 소스 챔버에 연결된 공정 챔버를 포함하고,
상기 공정 챔버는,
상기 플레넘 아래에 배치된 기판 홀더;
상기 기판 홀더 아래의 가스 유출구; 및
제2 열 전도체를 포함하는 공정 챔버 벽들을 포함하고,
상기 공정 챔버의 공정 챔버 벽들은 상기 플레넘의 벽들에 열적 결합된, 플라즈마 처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 열 전도체는 자외선 방사에 대하여 불투명한 재료를 포함하는, 플라즈마 처리 시스템.
제2항에 있어서, 상기 플레넘은 상기 라디칼 소스 챔버와 상기 기판 홀더 사이에 개재되고, 상기 플레넘은, 상기 라디칼 소스 챔버로부터 상기 기판 홀더까지의 직접적인 시선에 있는 상기 라디칼 소스 챔버 내에서 발산하는 자외선 방사를 차단하도록 구성된, 플라즈마 처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 열 전도체는 일면이 산화알루미늄 또는 산화이트륨으로 덮인 알루미늄을 포함하는, 플라즈마 치리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 열 전도체와 상기 제2 열 전도체는 동일한 열 전도체를 포함하는, 플라즈마 처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 전극은 유전 재료를 포함하는 상부 커버 위에서 상기 라디칼 소스 챔버의 외부에 배치된 평면형 코일처럼 형상화된 전도체인, 플라즈마 처리 시스템.
제1항에 있어서, 상기 전극은 유전 재료를 포함하는 원통형 측벽 주위에서 상기 라디칼 소스 챔버의 외부에 배치된 나선처럼 형상된 전도체이고, 상기 전도체의 길이는 상기 RF 전원에 의해 전력이 공급되는 상기 전극의 RF 전자기 진동 파장의 1/4의 배수인, 플라즈마 처리 시스템.
플라즈마 처리 시스템으로서,
하부 벽, 상기 하부 벽의 에지 둘레의 측벽, 상기 측벽을 넘어 외측으로 연장되는 림(rim), 및 상기 측벽과 상기 하부 벽 사이의 라디칼 밸러스트(ballast) 영역을 포함하는 플레넘으로서, 상기 플레넘은 열 전도성 구조인, 플레넘;
가스 유입구, 무선 주파수(RF) 전극, 및 상기 플레넘의 림에 부착된 하부 출구를 포함하는 라디칼 소스 챔버;
상기 림에서의 상기 플레넘에 물리적으로 부착된 열 전도성 벽들을 포함하는 공정 챔버로서, 상기 플레넘은 상기 라디칼 밸러스트 영역을 통해 상기 공정 챔버를 상기 라디칼 소스 챔버에 연결하는 개구들을 포함하는, 공정 챔버; 및
상기 플레넘의 하부 벽 아래에 배치된 기판 홀더를 포함하는, 플라즈마 처리 시스템.
제8항에 있어서, 상기 플레넘은 링처럼 형상화된 림을 갖는 반전된 모자처럼 형상화된, 플라즈마 처리 시스템.
제8항에 있어서, 상기 림의 개구의 폭은 라디칼 밸러스트 소스의 출구의 폭 이하이고,
상기 라디칼 밸러스트 영역의 폭은 상기 라디칼 밸러스트 소스의 출구의 폭 이상이고,
상기 라디칼 밸러스트 영역의 폭은 상기 기판 홀더의 폭 이상이고,
상기 라디칼 밸러스트 영역의 깊이는 5 cm 내지 15 cm이고,
상기 라디칼 밸러스트 영역의 폭 대 깊이의 비는 3 내지 10인, 플라즈마 처리 시스템.
제8항에 있어서, 상기 개구들은 상기 기판 홀더를 통해 축 둘레에 상기 플레넘의 측벽에 대칭적으로 위치하는, 플라즈마 처리 시스템.
제8항에 있어서, 상기 개구들은 상기 기판 홀더를 통해 미러 면의 일측 상에서 상기 플레넘의 측벽에 비대칭적으로 위치하는, 플라즈마 처리 시스템.
제12항에 있어서, 상기 라디칼 밸러스트 영역은 직사각형 캐비티처럼 형상화되고, 상기 개구들은 상기 플레넘의 측벽의 4개의 직사각형 변 중 하나에 위치하는, 플라즈마 처리 시스템.
제8항에 있어서, 상기 개구들은 상기 플레넘의 하부 벽에 위치하는, 플라즈마 처리 시스템.
제14항에 있어서, 상기 플레넘의 하부 벽에 있는 개구들은, 상기 개구들을 통과하는 자외선 방사 에너지를 상기 하부 벽의 상부측에 입사하는 자외선 방사 에너지의 1% 미만으로 제한하도록 구성된, 플라즈마 처리 시스템.
제8항에 있어서, 상기 공정 챔버의 일측에만 배치된 가스 유출구를 더 포함하고, 상기 가스 유출구는, 가스 흐름을 상기 플레넘의 일측에만 인접한 상기 공정 챔버의 영역으로 향하게 하여 상기 기판 홀더 위로 교차 흐름을 생성하도록 구성된, 플라즈마 처리 시스템.
플라즈마 처리 방법으로서,
공정 챔버의 하부 근처에 배치된 기판 홀더 상에 기판을 로딩하는 단계;
가스 유입구를 통해, 공정 가스와 캐리어 가스를 라디칼 소스 챔버 내로 도입하는 단계로서, 상기 라디칼 소스 챔버는 상기 라디칼 소스 챔버 아래에 배치된 플레넘에 부착된 출구를 포함하는, 단계;
라디칼 소스 챔버 내에 라디칼을 포함하는 플라즈마를 유지하는 단계;
상기 플레넘의 벽들에 있는 개구들을 통해 가스 흐름으로 상기 라디칼을 상기 기판으로 이송하는 단계;
상기 기판의 표면을 상기 라디칼로 화학적으로 처리하는 단계; 및
상기 기판 홀더 아래에 배치된 가스 유출구를 통해 상기 공정 챔버로부터 과도한 반응물 및 기상 부산물(gaseous byproduct)을 제거하는 단계를 포함하는, 플라즈마 처리 방법.
제17항에 있어서, 상기 이송하는 단계는 상기 가스 흐름을 상기 기판 홀더를 통한 축 둘레로 상기 플레넘의 측벽들을 통해 대칭적으로 향하게 하는 단계를 포함하는, 플라즈마 처리 방법.
제17항에 있어서, 상기 이송하는 단계는 상기 가스 흐름을 상기 플레넘의 일측에서만 상기 플레넘의 측벽들을 통해 향하게 하는 단계를 포함하는, 플라즈마 처리 방법.
제19항에 있어서, 상기 기판 위로 라디칼들의 교차 흐름을 생성하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마 처리 방법.