KR20230098667A - 세라믹 전극 플레이트를 갖는 플라즈마 소스 - Google Patents

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로버트 비. 무어
자레드 아흐마드 리
마크 데이비드 슐
츠토무 다나카
알렉산더 브이. 가라흐트첸코
드미트리 에이. 질노
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

기판 프로세싱 챔버와 함께 사용하기 위한 플라즈마 소스 어셈블리(plasma source assembly)가 설명된다. 어셈블리는 복수의 애퍼처들이 내부에 형성된 세라믹 하부 플레이트를 포함한다. 플라즈마 소스 어셈블리를 포함하는 기판 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법이 또한 설명된다.

Description

세라믹 전극 플레이트를 갖는 플라즈마 소스
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 기판들을 프로세싱하기 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 개시내용의 실시예들은 기판 프로세싱 챔버들과 함께 사용하기 위한 플라즈마 소스들에 관한 것이다.
[0002] 반도체 디바이스 형성은 일반적으로, 다수의 기판 프로세싱 챔버들을 포함하는 기판 프로세싱 시스템들 또는 플랫폼들에서 수행되며, 이 시스템들 또는 플랫폼들은 또한 클러스터 툴(cluster tool)들로 지칭될 수 있다. 일부 경우들에서, 다중-챔버 프로세싱 플랫폼 또는 클러스터 툴의 목적은 제어되는 환경에서 기판에 대해 2개 이상의 프로세스들을 순차적으로 수행하는 것이다. 그러나, 다른 경우들에서, 다중 챔버 프로세싱 플랫폼은 기판들에 대해 단일 프로세싱 단계만을 수행할 수 있다. 기판들이 프로세싱되는 레이트(rate)를 최대화하기 위해, 부가적인 챔버들이 이용될 수 있다. 후자의 경우, 기판들에 대해 수행되는 프로세스는 통상적으로, 상대적으로 많은 수의 기판들(예컨대, 25개 또는 50개)이 주어진 챔버에서 동시에 프로세싱되는 배치(batch) 프로세스이다. 배치 프로세싱은, 원자 층 증착(ALD) 프로세스들 및 일부 화학 기상 증착(CVD) 프로세스들과 같이, 경제적으로 실행가능한 방식으로 개별 기판들에 대해 수행되기에는 너무 시간-소모적인 프로세스들에 대해 특히 유익하다.
[0003] 일부 기판 프로세싱 챔버들에서, 용량성 커플링 플라즈마는 기판들 상에 박막들을 증착하거나 또는 ALD 또는 CVD에 의해 기판들 상에 증착된 막들을 처리하는데 사용된다. 그러한 챔버들은 플라즈마 강화 ALD(PEALD) 챔버들 및 플라즈마 강화 CVD(PECVD) 챔버들로 지칭될 수 있다. 플라즈마는 금속으로 제조될 수 있는 하부 플레이트와 상부 플레이트의 형태로 2개의 이격된 전극들 사이에 형성된다. 플라즈마를 형성하기 위한 적절한 전기 전도도를 나타낼 뿐만 아니라, 금속 하부 플레이트들과 연관된 금속 오염에 직면하는 문제들을 최소화하는 하부 플레이트를 제공할 필요가 있다. 또한, 많은 수의 작고 조밀하게 패킹된 애퍼처(aperture)들(애퍼처들을 통해 PEALD 및 PECVD 프로세스들 동안 가스들이 통과할 수 있게 함)을 갖는 하부 플레이트들을 제공할 필요가 있다.
[0004] 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들은 플라즈마 소스 어셈블리(plasma source assembly)에 관한 것이며, 플라즈마 소스 어셈블리는, 최상부 표면, 최하부 표면, 및 외측 주변 에지를 갖는 전도성 플레이트를 포함하는 제1 전극; 최상부 표면, 최하부 표면, 및 외측 주변 에지를 갖는 전도성 플레이트를 포함하는 제2 전극; 제1 전극과 제2 전극을 분리하고, 제1 전극의 외측 주변 에지 및 제2 전극의 외측 주변 에지에 배치된 유전체 스페이서(dielectric spacer) ― 제2 전극은 세라믹 재료 및 복수의 애퍼처들을 내부에 포함함 ―; 및 제1 전극에 전기적으로 연결된 전력 피드(power feed)를 포함한다.
[0005] 본 개시내용의 부가적인 실시예들은 플라즈마 소스 어셈블리에 관한 것이며, 플라즈마 소스 어셈블리는, 최상부 표면, 최하부 표면, 및 외측 주변 에지를 갖는 전도성 플레이트를 포함하는 제1 전극; 최상부 표면, 최하부 표면, 및 외측 주변 에지를 갖는 전도성 플레이트를 포함하는 제2 전극; 제1 전극과 제2 전극을 분리하고, 제1 전극의 외측 주변 에지 및 제2 전극의 외측 주변 에지에 배치된 유전체 스페이서 ― 제2 전극은 반응 결합 실리콘 카바이드 및 복수의 애퍼처들을 내부에 포함함 ―; 및 제1 전극에 전기적으로 연결된 전력 피드를 포함한다.
[0006] 본 개시내용의 추가적인 실시예들은 기판 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법에 관한 것이며, 방법은, 기판 프로세싱 챔버에 기판을 배치하는 단계를 포함하며, 기판 프로세싱 챔버는 최상부 표면, 최하부 표면, 외측 주변 에지를 갖는 전도성 플레이트 및 복수의 애퍼처들 ― 복수의 애퍼처들을 통해 가스가 유동할 수 있게 함 ―을 갖는 제1 전극; 및 최상부 표면, 최하부 표면, 외측 주변 에지를 갖고 세라믹 재료로 제조된 전도성 플레이트 및 복수의 애퍼처들 ― 복수의 애퍼처들을 통해 가스가 유동할 수 있게 함 ―을 포함하는 제2 전극; 제1 전극과 제2 전극을 분리하고, 제1 전극의 외측 주변 에지 및 제2 전극의 외측 주변 에지에 배치된 유전체 스페이서; 및 제1 전극에 전기적으로 연결된 전력 피드를 포함한다. 방법은 제1 전극과 제2 전극 사이에 플라즈마를 형성하는 단계를 더 포함한다.
[0007] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시내용의 단지 전형적인 실시예들을 예시하는 것이므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0008] 도 1은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른 플라즈마 소스 어셈블리의 단면도를 도시한다.
[0009] 도 2는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른 플라즈마 소스 어셈블리의 일부의 등각도를 도시한다.
[0010] 도 3은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른 플라즈마 소스 어셈블리를 포함하는 기판 프로세싱 챔버의 단면도를 도시한다.
[0011] 도 4a는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른 최하부 전극의 상면 평면도이다.
[0012] 도 4b는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른 최하부 전극의 상면 평면도이다.
[0013] 도 5는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른 방법의 흐름도를 도시한다.
[0014] 본 개시내용의 실시예들은, 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른, 플라즈마 소스 어셈블리, 및 플라즈마 소스 어셈블리를 포함하는 기판 프로세싱 챔버를 제공한다. 본 개시내용의 추가적인 실시예들은 기판 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법들을 제공한다.
[0015] 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "기판" 및 "웨이퍼"라는 용어는 상호 교환 가능하게 사용되며, 둘 모두는 프로세스가 작용하는 표면, 또는 표면의 일부를 지칭한다. 또한, 기판에 대한 지칭은 맥락이 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 기판의 일부만을 또한 지칭할 수 있다고 당업자들에 의해 이해될 것이다. 부가적으로, 기판 상에 증착하는 것에 대한 지칭은 베어(bare) 기판, 및 하나 이상의 막들 또는 피쳐들이 상부에 증착 또는 형성된 기판 둘 모두를 의미할 수 있다.
[0016] 본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "반응성 가스", "전구체", "반응물" 등의 용어들은, 기판 표면과 반응하는 종을 포함하는 가스를 의미하도록 상호 교환 가능하게 사용된다. 예컨대, 제1 "반응성 가스"는 단순히 기판의 표면 상에 흡착될 수 있고, 제2 반응성 가스와의 추가의 화학 반응에 이용가능할 수 있다.
[0017] 이제 도 1을 참조하면, 하나 이상의 실시예들에 따른 플라즈마 소스 어셈블리(100)가 도시된다. 도시된 실시예에서, 플라즈마 소스 어셈블리(100)는, 최상부 표면(102t), 최하부 표면(102b) 및 외측 주변 에지(102p)를 갖는 전도성 플레이트를 포함하는 제1 전극(102)을 포함한다. 플라즈마 소스 어셈블리(100)는, 최상부 표면(104t), 최하부 표면(104b) 및 외측 주변 에지(104p)를 갖는 전도성 플레이트를 포함하는 제2 전극(104)을 더 포함한다. 본 개시내용에서 도시되고 설명된 실시예들에서, 제1 전극(102)은 상부 플레이트로 지칭될 수 있고, 제2 전극(104)은 하부 플레이트로 지칭될 수 있는데, 이는 제1 전극(102)이 제2 전극(104) 위에 배치되고 갭(132)에 의해 분리된다.
[0018] 플라즈마 소스 어셈블리(100)는, 제1 전극(102)과 제2 전극(104)을 분리하고 그리고 제1 전극(102)의 외측 주변 에지(102p) 및 제2 전극(104)의 외측 주변 에지(104p)에 배치되는 유전체 스페이서(106)를 더 포함한다. 제1 전극(102) 및 제2 전극에 전기적으로 연결된 전력 피드(108)가 존재한다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 소스 어셈블리는 제1 전극의 최하부 표면(102b)과 유전체 스페이서(106) 사이에 배치된 제1 o-링(112)을 더 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시예들에서, 제2 o-링(114)은 제2 전극(104)의 최상부 표면(104t)과 유전체 스페이서(106) 사이에 배치될 수 있다. 하나 이상의 실시예들에 따르면, 제1 전극(102) 및 제2 전극(104)의 형상은 일반적으로 둥글고, 제1 전극(102) 및 제2 전극(104)은 각각 디스크 형상을 갖는다. 그러나, 플라즈마 소스 어셈블리는 특정 형상을 갖는 전극들로 제한되지 않는다. 전극들이 디스크 형상인 실시예들에서, 유전체 스페이서(106)는 일부 실시예들에서 링 형상이고, 제1 전극(102) 및 제2 전극(104)을 둘러싼다. 도 1에서, 유전체 스페이서(106)는 서로 접하는 2개의 별개의 피스(piece)들로 구성된 것으로 도시되지만, 도 2에 도시된 바와 같이, 유전체 스페이서(106)는 도 3에 도시된 바와 같은 단일 피스일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 전극(102)의 최상부 표면(102t) 상에 그리고 외측 주변 에지(102p)에 인접하게 배치된 제3 o-링(113)이 존재할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 전극(104)의 최하부 표면(104b)과 접촉하고 그리고 주변 에지에 인접한 제4 o-링(115)이 존재할 수 있다.
[0019] 하나 이상의 실시예들에 따르면, 제1 o-링(112)은 제1 전극(102)의 외측 주변 에지(102p)에 인접하게 위치되고, 제2 o-링(114)은 제2 전극(104)의 외측 주변 에지(104p)에 인접하게 위치된다.
[0020] 하나 이상의 실시예들에 따르면, 제1 o-링(112) 및 제2 o-링(114) 각각은 프로세싱 챔버의 온도들을 견딜 수 있는 재료, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제3 o-링(113) 및 제4 o-링(115)은 프로세싱 챔버의 온도들을 견딜 수 있는 재료, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 포함한다.
[0021] 도 1에 도시된 플라즈마 소스 어셈블리(100)는, 유전체 스페이서(106)를 둘러싸고 유전체 스페이서(106)와 접촉하는 전도성 재료를 포함하는 퍼지 링(120), 및 퍼지 링(120)과 전기적으로 연통하는 전력 피드(108)를 더 포함한다. 하나 이상의 실시예들에서, 퍼지 링(120)은 알루미늄 또는 스테인리스 강과 같은 금속을 포함하고, 유전체 스페이서(106)는 알루미나 또는 석영과 같은 세라믹으로 제조된 링을 포함한다.
[0022] 도시된 플라즈마 소스 어셈블리(100)의 실시예에서, 제1 전극(102)과 제2 전극(104)은 제1 전극(102)과 제2 전극(104) 사이에 갭(132)을 제공하도록 이격된다. 하나 이상의 실시예들에서, 제1 전극(102) 및 제2 전극(104)은 제1 전극(102)과 제2 전극(104) 사이에 플라즈마가 형성될 수 있게 하는 재료를 포함한다. 일부 실시예들에서, 제1 전극(102) 및 제2 전극(104)은 실리콘으로 제조되거나 또는 실리콘을 포함한다. 제1 전극(102)은 도핑된 실리콘을 포함할 수 있다. 특정 실시예들에서, 제2 전극(104)은 본원에서 추가로 설명되는 바와 같이 세라믹 재료로 제조된다.
[0023] 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 전극은 가스가 제1 전극(102)을 통해 갭(132) 내로 통과할 수 있게 하는 복수의 애퍼처들(117)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제2 전극(104)은, 가스가 기판 프로세싱 챔버(200) 내의 페디스털(152) 상의 기판(150)을 향해 통과할 수 있게 하는 복수의 애퍼처들(119)을 포함한다.
[0024] 일부 실시예들에서, 제1 o-링(112)은 제1 전극(102)의 외측 주변 에지(102p)에 인접한 제1 전극의 최하부 표면(102b)과 접촉하는 원형 단면 o-링을 포함하며, 제2 o-링(114)은 제2 전극(104)의 외측 주변 에지(104p)에 인접한 제2 전극(104)의 최상부 표면(104t)과 접촉하는 원형 단면 o-링을 포함한다.
[0025] 본 개시내용의 특정 실시예에서, 플라즈마 소스 어셈블리는, 최상부 표면(102t), 최하부 표면(102b) 및 외측 주변 에지(102p)를 갖는 전도성 플레이트 및 복수의 애퍼처들(117) ― 복수의 애퍼처들을 통해 가스가 유동할 수 있게 함 ―을 포함하는 제1 전극(102)을 포함한다. 최상부 표면(104t), 최하부 표면(104b) 및 외측 주변 에지(104p)를 갖는 전도성 플레이트, 및 복수의 애퍼처들(119) ― 복수의 애퍼처들을 통해 가스가 유동할 수 있게 함 ―을 포함하는 제2 전극(104)이 존재한다. 도시된 실시예들에서, 제1 전극(102)과 제2 전극(104)을 분리하고 그리고 제1 전극의 외측 주변 에지 및 제2 전극의 외측 주변 에지에 배치된 유전체 스페이서(106)가 존재한다. 제1 전극(102)에 전기적으로 연결된 전력 피드(108) 및 유전체 스페이서(106)와 제1 전극(102)의 최하부 표면(102b) 사이에 배치된 원형 단면 o-링 형태의 제1 o-링(112)이 존재하며, 제1 o-링(112)은 제1 전극의 외측 주변 에지(102p)를 포함하고 제1 전극의 외측 주변 에지(102p)와 동축이다. 제2 전극(104)의 최상부 표면(114t)과 유전체 스페이서(106) 사이에 배치된 원형 단면 o-링 형태의 제2 o-링(114)이 존재하며, 제2 o-링(114)은 제2 전극(104)의 외측 주변 에지(104p)를 포함하고 제2 전극(104)의 외측 주변 에지(104p)와 동축이다.
[0026] 도 3에 도시된 바와 같이, 플라즈마 소스 어셈블리(100)는 기판 프로세싱 챔버(200), 예컨대 PEALD 또는 PECVD 챔버 내에 통합될 수 있다. 플라즈마 소스는, 세라믹과 같은 절연체 재료를 포함하는 절연체(140), 및 금속을 포함하는 덮개(142)를 포함할 수 있다. 플라즈마 소스 어셈블리는 도관 형태의 가스 유입구(160)를 더 포함한다. 가스 유입구(160)는 프로세싱 가스, 예컨대 아르곤 또는 플라즈마를 형성하기 위한 다른 적합한 가스를 공급하기 위해 가스 공급부에 연결된다. 전력 피드(108)는 라디오 주파수(RF) 또는 마이크로파 전력 공급부와 같은 적합한 전력 공급부에 연결된다. 기판 프로세싱 챔버(200)는 인클로저(enclosure)(170) 내에 있을 수 있다. 기판(180)은 기판 지지부(172) 상에 배치될 수 있으며, 기판 지지부(172)는 서셉터(susceptor) 또는 다른 적합한 기판 지지부일 수 있다. 플라즈마의 주파수는 사용되고 있는 특정 반응성 종에 따라 튜닝될 수 있다. 적절한 주파수들은 2 MHz, 13.56 MHz, 40 MHz, 60 MHz 및 100 MHz를 포함한다(그러나 이에 제한되지 않음).
[0027] 이제, 제2 전극(104)의 대안적인 실시예들을 도시하는 도 4a 및 도 4b를 참조한다. 하나 이상의 실시예들에 따르면, 제2 전극(104)(또는 하부 플레이트)은 세라믹 재료를 포함한다. 하나 이상의 실시예들에 따라 본원에서 사용되는 바와 같이, "세라믹 재료"는 무기 비금속성 재료를 지칭한다. 세라믹 재료들의 비-제한적인 예들은, 실리콘 카바이드, 실리콘화 실리콘 카바이드, 실리콘 보라이드, 실리콘화 실리콘 보라이드, 실리콘 니트라이드, 실리콘화 실리콘 니트라이드, 알루미늄 옥사이드(알루미나), 지르코늄 옥사이드(지르코니아), 및 금속 매트릭스 복합 세라믹들, 예컨대 Al/SiC, AlSiB, AlSiN 등을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제2 전극은 내화 금속, 이를테면, 실리콘, 몰리브덴, 레늄, 또는 텅스텐을 포함한다.
[0028] 하나 이상의 실시예들에서, 하부 플레이트는 반응 결합 세라믹 재료를 포함한다. 하나 이상의 실시예들에 따라 본원에서 사용되는 바와 같이, "반응 결합 세라믹 재료"는 제1 엘리먼트가 제2 엘리먼트에 주입되는 세라믹 재료를 지칭한다. 예컨대, 본원에서 추가로 설명되는 바와 같이, 반응 결합 실리콘 카바이드는 탄소에 주입된 실리콘을 포함한다.
[0029] 하나 이상의 실시예들에 따라 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "반응 결합"은 다공성 세라믹 프리폼(preform)이 2개 이상의 엘리먼트들의 인 시튜 화학 반응을 통해 조밀하게 되는 프로세스를 지칭한다. 반응 결합 실리콘 니트라이드는, 하부 플레이트의 형상으로 형성되고, 이어서, 혼합된 질소/수소 또는 질소/헬륨 분위기에서, 고온, 예컨대 1,200℃ 내지 1,250℃에서 반응되는 미분된 실리콘 분말들로부터 제조된다. 질소는 다공성 바디에 침투하고 실리콘과 반응하여 기공들 내에 실리콘 니트라이드를 형성한다. 이어서, 피스는, 실리콘의 용융점 바로 아래인 제2 높은 온도, 예컨대 1,400℃로 가열된다. 질소 유량 및 가열 레이트는 엄격하게 제어되며, 전체 반응 결합 프로세스는 최대 2주까지 지속될 수 있다. 질화(nitriding) 동안 최대 60 퍼센트의 중량 증가가 발생하지만, 질화 동안에는 0.1 퍼센트 미만의 치수 변화가 존재한다. 반응 결합은 때때로 "네트 형상(net shape)" 프로세스로 지칭되며, 이는 우수한 치수 제어를 가능하게 하고, 소성 후에 필요한 비용이 많이 드는 기계가공 및 피니싱(finishing)의 양을 감소시킨다. 하나 이상의 실시예에서, 반응 결합은 소결 보조제들을 활용하지 않으며, 따라서 반응 결합 실리콘 니트라이드 부품들의 고온 강도 및 크리프 내성(creep resistance)은 플라즈마 소스 하부 플레이트 애플리케이션들에 허용가능하다.
[0030] 일부 실시예들에 따르면, 반응 결합 실리콘 카바이드는 실리콘 카바이드와 탄소의 미분된 균질한 혼합물로부터 생성된다. 이 혼합물로부터 형성된 피스들은 고온에서 액체 또는 증기 실리콘에 노출된다. 실리콘은 탄소와 반응하여 부가적인 실리콘 카바이드를 형성하며, 이는 원래의 입자들을 함께 결합시킨다. 실리콘은 또한 임의의 잔류 개방 기공들을 채운다. 반응 결합 실리콘 카바이드는 소결 동안 치수 변화를 거의 겪지 않는다. 반응 결합 부품들은 온도들이 실리콘의 용융점까지 상승함에 따라 사실상 일정한 강도를 나타낸다.
[0031] 반응 결합 실리콘 카바이드 제조 프로세스들은 침투(infiltration)를 포함할 수 있으며, 이는 액체 또는 증기와의 반응 또는 액체 또는 증기로부터의 증착에 의해 기공들을 충전하는 것을 수반한다. 액체 반응의 경우에, 이 기법은 용융 침투(melt infiltration)로 지칭되고, 증기 상들의 경우에, 이 기법은 화학 증기 침투(chemical vapor infiltration)로 지칭된다.
[0032] 일부 실시예들에서, 반응 결합 실리콘 카바이드는 실리콘화 실리콘 카바이드로 지칭되며, 실리콘 침투 세라믹으로 지칭될 수 있다. 침투는 재료에, 플라즈마 소스 하부 플레이트의 요건들에 대해 튜닝될 수 있는 기계적, 열적, 및 전기적 특성들의 고유한 조합을 제공한다.
[0033] 따라서, 일부 실시예들에 따르면, 반응 결합 프로세스 및 반응 결합 세라믹의 특징은, 시재료 내의 기공 공간이 침투에 의해 충전된다는 것이다. 따라서, 프로세싱 동안에 공칭적으로 어떠한 볼륨 변화도 발생하지 않는다. 이는, 기공 공간이 부품의 수축(통상적으로 20% 선형 수축)에 의해 폐쇄되는 소결 및 고온 프레싱 프로세스들과 비교할 때, 매우 상이하다. 반응 결합 세라믹들의 다른 특징은, 용융된 Si가, 물과 같이, 응고 시에 팽창한다는 사실이다. 따라서, 완성된 반응 결합 세라믹은 완전히 조밀하다.
[0034] 하나 이상의 실시예들에 따르면, 그런 다음, 세라믹 재료, 금속 매트릭스 복합체 또는 반응 결합 세라믹은 하부 플레이트를 형성하기 위해 복수의 애퍼처들을 포함하도록 기계가공된다. 따라서, 일부 실시예들에서, 플레이트는 직경(De) 및 두께(T)를 갖는 제2 전극(104)(또는 하부 플레이트)을 제공하기 위해 원하는 형상, 예컨대 디스크의 형상으로 형성된다. 예컨대, 세라믹 재료, 이를테면 SiC 또는 본원에서 개시된 다른 재료 중 임의의 재료를 반응 결합함으로써 플레이트가 형성된 후에, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 애퍼처들(119)이 디스크에 기계가공된다. 도 4a에서, 애퍼처들(119)은 실질적으로 둥글거나 또는 원형인 것으로 도시되며, 각각의 애퍼처는 직경(Da)을 갖는다. 도 4b에서, 애퍼처들(119s)은 길이(L) 및 폭(W)을 갖는 세장형 슬롯들의 형태이다.
[0035] 하나 이상의 실시예들에 따르면, 제1 전극(102)의 애퍼처들(117) 및 제2 전극(104)의 애퍼처들(119)이 둥근 실시예들에서, 제1 전극(102)의 애퍼처들(117) 및 제2 전극(104)의 애퍼처들(119)은 2 mm 미만, 1 mm 미만 또는 0.5 mm 미만의 직경을 갖고, 그리고 애퍼처들(117)은 가스가 제1 전극(102)을 통해 갭(132)으로 통과할 수 있게 한다. 또한, 도 4a의 애퍼처들(119)의 직경(Da) 또는 도 4b의 제2 전극(104)의 애퍼처들(119s)의 길이(L) 및 폭(W)은 제2 전극(104)의 애퍼처들(119)의 면적의 합을 제2 전극(104) 상부 표면의 면적으로 나눈 것을 포함하는 개방 면적의 퍼센티지(percentage)를 제공하여, 하전된 이온들만이 제2 전극(104)의 애퍼처들(119 또는 119s)을 통과하도록 한다.
[0036] 일부 실시예들에서, 제2 전극(104)의 모든 애퍼처들(119)의 개방 면적의 퍼센티지는, 모든 애퍼처들(119 또는 119s)의 개방 면적의 합을 제2 전극(104)의 최상부 표면의 면적으로 나눈 것과 동일하다. 도 4a에 도시된 바와 같이 둥근 또는 원형 애퍼처들(119)의 경우, 애퍼처들(119)의 개방 면적들의 대략적인 퍼센티지는 제2 전극(104)의 67% 이하로 제한된다. 도 4b에 도시된 세장형 슬롯들 형태의 애퍼처들(119s)은 제2 전극(104)의 최상부 표면의 면적의 67% 초과, 68% 초과, 69% 초과 또는 70% 초과의 제2 전극(104)의 개방 면적의 퍼센티지를 제공한다. 원형 전극에 대한 제2 전극(104)의 최상부 표면의 면적은 πr2와 동일하며, 여기서 r은 제2 전극(104)의 직경(De)의 ½임이 인지될 것이다. 하나 이상의 실시예들에 따르면, 도 4b의 개구들(119s)은 1 mm의 폭(W) 및 폭(W)의 2배 내지 3배, 예컨대 2W, 2.1W, 2.2W, 2.3W, 2.4W, 2.5W, 2.6W, 2.7W, 2.8W, 2.9W, 또는 3W의 범위의 길이를 갖는 세장형 슬롯들의 형태이다. 일부 실시예들에서, 제2 전극(104)의 두께는 1 mm 내지 2 mm의 범위이다.
[0037] 하나 이상의 실시예들에 따르면, 개방 면적의 퍼센티지를 최대화하기 위한 더 높은 밀도의 애퍼처들(119 또는 119s)은 애퍼처들(119 또는 119s)의 초음파 기계가공으로 달성된다. 초음파 기계가공 프로세스는 미세 연마재 입자들의 존재 시에 재료 표면에 대한 툴의 고주파의 낮은 진폭 진동들을 이용함으로써 부품의 표면으로부터 재료를 제거한다. 초음파 기계가공 툴은 0.05 내지 0.125의 진폭들로 부품의 표면에 수직으로 또는 직각으로 이동한다. 미세 연마재 입자들은 툴의 팁 및 부품에 걸쳐 분포되는 슬러리를 형성하기 위해 물과 혼합된다. 도 4a에 도시된 바와 같이 둥근 애퍼처들(119) 또는 도 4b에 도시된 바와 같이 세장형 슬롯들인 애퍼처들(119s)을 형성하기 위한 종래의 기계적 프로세스들은 미세균열로 인해 제2 전극(104)이 취성이 되게 하지 않으면서 실리콘에 형성하기 어려운 것으로 결정되었다. 초음파 기계가공은 세라믹 재료들, 특히, 반응 결합 세라믹 재료들, 이를테면 반응 결합 실리콘 카바이드로 제조된, 도 4a 및 도 4b에 도시된 제2 전극들(104)과 같은 세라믹 전극들에 애퍼처들을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 다른 실시예들에서, 도 4a에 도시된 바와 같은 둥근 애퍼처들(119) 또는 도 4b에 도시된 바와 같은 세장형 슬롯들인 애퍼처들(119s)이 레이저 드릴링 또는 레이저 커팅, 이를테면 자유 형태 레이저 커팅에 의해 형성된다. 레이저 드릴링 및 레이저 커팅은 세라믹 재료들, 특히, 반응 결합 세라믹 재료들, 이를테면 반응 결합 실리콘 카바이드로부터 제조된, 도 4a 및 도 4b에 도시된 제2 전극들(104)과 같은 세라믹 전극들에 애퍼처들을 제공하는 것으로 밝혀졌다.
[0038] 하나 이상의 실시예들에서, 제2 전극의 애퍼처들은 초음파 기계가공된 애퍼처들, 예컨대, 둥근 또는 세장형 슬롯들인 초음파 기계가공된 애퍼처들이다. 애퍼처들이 둥근 초음파 기계가공된 애퍼처들인 실시예들에서, 전극의 애퍼처들은 전극의 최상부 표면의 면적의 최대 67%의 개방 면적을 갖는다. 애퍼처들이 세장형 슬롯 초음파 기계가공된 애퍼처들인 실시예들에서, 전극의 애퍼처들은 전극의 최상부 표면의 면적의 67% 초과, 68% 초과, 69% 초과 또는 70% 초과의 개방 면적을 갖는다.
[0039] 하나 이상의 실시예들에서, 제2 전극의 애퍼처들은 레이저로 형성된 애퍼처들, 예컨대, 둥근 또는 세장형 슬롯들인 레이저 드릴링된 애퍼처들 또는 레이저 커팅 애퍼처들이다. 애퍼처들이 둥근 레이저 형성된 애퍼처들, 이를테면 레이저 커팅 또는 레이저 드릴링된 애퍼처들인 실시예들에서, 전극의 애퍼처들은 전극의 최상부 표면의 면적의 최대 67%의 개방 면적을 갖는다. 애퍼처들이 세장형 슬롯 레이저 형성된 애퍼처들, 이를테면 레이저 커팅 또는 레이저 드릴링된 애퍼처들인 실시예들에서, 전극의 애퍼처들은 전극의 최상부 표면의 면적의 67% 초과, 68% 초과, 69% 초과 또는 70% 초과의 개방 면적을 갖는다.
[0040] 하나 이상의 실시예들에 따르면, 본원에서 설명된 재료, 예컨대, 세라믹 재료, 반응 결합 세라믹 재료, 이를테면, 반응 결합 실리콘 카바이드 중 하나인 제2 전극 재료 선택은, 통상적인 금속 전극들과 연관된 금속 오염 문제들을 최소화하면서 필요한 전기적 특성들을 갖는 전극들이 제조될 수 있게 한다. 본원에서 설명된 바와 같은 초음파 기계가공 또는 레이저 기계가공의 사용은 다른 제조 방법들에 내재된 비용 및 제조 제한들을 완화시켜, 전극의 최상부 표면의 면적의 더 높은 퍼센티지, 이를테면, 전극의 최상부 표면의 개방 면적의 67% 초과, 68% 초과, 69% 초과 및 70% 초과를 갖는 더 넓은 범위의 애퍼처 기하학적 구조들을 가능하게 한다. 부가하여, 세라믹 재료, 특히, 반응 결합 세라믹 재료들, 이를테면, 반응 결합 실리콘 카바이드는, 플라즈마 프로세싱 조건들 동안 실패 없이 전극의 강도 및 내구성을 유지하면서, 전극의 최상부 표면의 개방 면적의 퍼센티지 및 애퍼처들의 더 높은 밀도를 형성하는 능력을 제공한다.
[0041] 이제 도 5를 참조하면, 다른 양상은 기판 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법(500)에 관한 것이다. 방법은 510에서, 기판 프로세싱 챔버에 기판을 배치하는 단계를 포함한다. 기판 프로세싱 챔버는 본원에서 도시되고 설명된 챔버와 유사할 수 있고, 일부 실시예들에서, 최상부 표면, 최하부 표면, 외측 주변 에지를 갖는 전도성 플레이트 및 복수의 애퍼처들 ― 복수의 애퍼처들을 통해 가스가 유동할 수 있게 함 ―을 포함하는 제1 전극; 및 세라믹 재료로 제조되고, 최상부 표면, 최하부 표면, 외측 주변 에지를 갖는 전도성 플레이트 및 복수의 애퍼처들 ― 복수의 애퍼처들을 통해 가스가 유동할 수 있게 함 ―을 포함하는 제2 전극; 제1 전극과 제2 전극을 분리하고, 제1 전극의 외측 주변 에지 및 제2 전극의 외측 주변 에지에 배치된 유전체 스페이서; 및 제1 전극에 전기적으로 연결된 전력 피드를 포함한다. 방법(500)은, 510에서, 챔버에 가스를 유동시키는 단계 및 530에서, 전력 피드에 전력을 인가하는 단계를 더 포함할 수 있다. 540에서, 방법은 제1 전극과 제2 전극 사이에 플라즈마를 형성 또는 점화(striking)하는 단계를 포함한다.
[0042] 하나 이상의 방법 실시예들에서, 세라믹 재료는 반응 결합 세라믹 재료를 포함한다. 하나 이상의 방법 실시예들에서, 반응 결합 세라믹 재료는 반응 결합 실리콘 카바이드를 포함한다. 하나 이상의 방법 실시예들에서, 복수의 애퍼처들은 일정 폭 및 폭보다 더 큰 길이를 갖는 세장형 슬롯들을 포함한다.
[0043] 하나 이상의 방법 실시예들에서, 슬롯들의 길이는 폭의 2배 내지 3배의 범위이다. 하나 이상의 방법 실시예들에서, 제2 전극 최상부 표면은 일정 면적을 갖고, 복수의 슬롯들은 제2 전극 최상부 표면의 면적의 68% 초과의 개방 면적을 정의한다.
[0044] 하나 이상의 방법 실시예들에서, 애퍼처들은 레이저 형성된 애퍼처들이다. 하나 이상의 방법 실시예들에서, 애퍼처들은 레이저 드릴링된 애퍼처들이다. 하나 이상의 방법 실시예들에서, 애퍼처들은 초음파 기계가공된 애퍼처들이다.
[0045] 하나 이상의 실시예들에 따르면, 기판은 층을 형성하기 전에 그리고/또는 층을 형성한 후에 프로세싱을 거친다. 이러한 프로세싱은 동일한 챔버에서 또는 하나 이상의 별개의 프로세싱 챔버들에서 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판은 추가의 프로세싱을 위해 제1 챔버로부터 별개의 제2 챔버로 이동된다. 기판은 제1 챔버로부터 별개의 프로세싱 챔버로 직접적으로 이동될 수 있거나, 또는 기판은 제1 챔버로부터 하나 이상의 이송 챔버들로 이동된 다음, 원하는 별개의 프로세싱 챔버로 이동될 수 있다. 따라서, 프로세싱 장치는 이송 스테이션과 연통하는 다수의 챔버들을 포함할 수 있다. 이러한 종류의 장치는 "클러스터 툴" 또는 "클러스터링된 시스템" 등으로 지칭될 수 있다.
[0046] 일반적으로, 클러스터 툴은, 기판 중심-설정(substrate center-finding) 및 배향, 탈기, 어닐링, 증착 및/또는 에칭을 포함하는 다양한 기능들을 수행하는 다수의 챔버들을 포함하는 모듈식 시스템이다. 하나 이상의 실시예들에 따르면, 클러스터 툴은 적어도 제1 챔버 및 중앙 이송 챔버를 포함한다. 중앙 이송 챔버는 프로세싱 챔버들과 로드록 챔버들 사이에서 그리고 프로세싱 챔버들과 로드록 챔버들 중에서 기판들을 셔틀링(shuttle)할 수 있는 로봇을 하우징할 수 있다. 이송 챔버는 전형적으로, 진공 조건으로 유지되고, 하나의 챔버로부터 다른 챔버로 그리고/또는 클러스터 툴의 전단부에 포지셔닝된 로드록 챔버로 기판들을 셔틀링하기 위한 중간 스테이지(stage)를 제공한다. 본 개시내용에 대해 구성될 수 있는 2개의 잘-알려진 클러스터 툴들은 Centura® 및 Endura®이며, 이들 둘 모두는 캘리포니아, 산타클라라의 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드(Applied Materials, Inc.)로부터 입수가능하다. 그러나, 챔버들의 정확한 어레인지먼트(arrangement) 및 조합은 본원에서 설명되는 바와 같이 프로세스의 특정 단계들을 수행하기 위해 변경될 수 있다. 사용될 수 있는 다른 프로세싱 챔버들은, CLD(cyclical layer deposition), ALD(atomic layer deposition), CVD(chemical vapor deposition), PVD(physical vapor deposition), 에칭, 사전-세정, 화학적 세정, RTP와 같은 열 처리, 플라즈마 질화, 탈기, 배향, 수산화 및 다른 기판 프로세스들을 포함한다(그러나 이에 제한되지 않음). 증착 프로세스들, 예컨대 CLD, ALD, CVD 중 임의의 증착 프로세스는 본원에서 설명되는 바와 같은 플라즈마 소스 어셈블리를 포함하는 기판 프로세싱 챔버에서 수행될 수 있다. 그러한 경우들에서, 이 프로세스들은 플라즈마 강화 CLD, ALD, 또는 CVD로 지칭될 수 있다. 클러스터 툴 상의 챔버에서 프로세스들을 수행함으로써, 후속 막을 증착하기 전에 산화 없이, 대기 불순물들에 의한 기판의 표면 오염이 방지될 수 있다.
[0047] 하나 이상의 실시예들에 따르면, 기판은 연속적으로 진공 또는 "로드록(load lock)" 조건들 하에 있으며, 하나의 챔버로부터 다음 챔버로 이동될 때 주변 공기에 노출되지 않는다. 따라서, 이송 챔버들은 진공 하에 있고, 진공 압력 하에서 "펌프 다운(pump down)"된다. 불활성 가스들이 프로세싱 챔버들 또는 이송 챔버들 내에 존재할 수 있다. 일부 실시예들에서, 불활성 가스는 기판의 표면 상에 층을 형성한 후에 반응물들 중 일부 또는 전부를 제거하기 위해 퍼지 가스로서 사용된다. 하나 이상의 실시예들에 따르면, 반응물들이 증착 챔버로부터 이송 챔버 및/또는 부가적인 프로세싱 챔버로 이동하는 것을 방지하기 위해, 퍼지 가스가 증착 챔버의 출구에서 주입된다. 따라서, 불활성 가스의 유동은 챔버의 출구에서 커튼을 형성한다.
[0048] 프로세싱 동안, 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 포함(그러나 이에 제한되지 않음)하는 임의의 적절한 수단에 의해 달성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판 지지부는 기판 온도를 전도적으로 변화시키도록 제어될 수 있는 가열기/냉각기를 포함한다. 하나 이상의 실시예들에서, 이용되는 가스들(반응성 가스들 또는 불활성 가스들)은 기판 온도를 국부적으로 변화시키기 위해 가열 또는 냉각된다. 일부 실시예들에서, 기판 온도를 대류에 의해 변화시키기 위해, 가열기/냉각기는 기판 표면에 인접하게 챔버 내에 포지셔닝된다.
[0049] 기판은 또한, 프로세싱 동안 정지되어 있거나 또는 회전될 수 있다. 회전하는 기판은 연속적으로 또는 불연속 단계들로 회전될 수 있다. 예를 들어, 기판은 전체 프로세스에 걸쳐 회전될 수 있거나, 또는 기판은 상이한 반응성 또는 퍼지 가스들에 대한 노출들 사이에서 소량으로 회전될 수 있다. 프로세싱 동안 (연속적으로 또는 단계적으로) 기판을 회전시키는 것은, 예를 들어, 가스 유동 기하형상들에서의 국부적인 변동성의 영향을 최소화함으로써, 더 균일한 증착 또는 에칭을 생성하는 것을 도울 수 있다.
[0050] 전술한 바가 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 실시예들이 본 개시내용의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 안출될 수 있고, 본 개시내용의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (20)

  1. 플라즈마 소스 어셈블리(plasma source assembly)로서,
    최상부 표면, 최하부 표면, 및 외측 주변 에지를 갖는 전도성 플레이트를 포함하는 제1 전극;
    최상부 표면, 최하부 표면, 및 외측 주변 에지를 갖는 전도성 플레이트를 포함하는 제2 전극;
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 분리하고, 상기 제1 전극의 상기 외측 주변 에지 및 상기 제2 전극의 상기 외측 주변 에지에 배치된 유전체 스페이서(dielectric spacer) ― 상기 제2 전극은 복수의 애퍼처(aperture)들을 내부에 포함하고 세라믹 재료를 포함함 ―; 및
    상기 제1 전극에 전기적으로 연결된 전력 피드(power feed)를 포함하는, 플라즈마 소스 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 세라믹 재료는 반응 결합 세라믹 재료(reaction bonded ceramic material)를 포함하는, 플라즈마 소스 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서, 상기 반응 결합 세라믹 재료는 반응 결합 실리콘 카바이드를 포함하는, 플라즈마 소스 어셈블리.
  4. 제2항에 있어서, 상기 복수의 애퍼처들은 일정 폭 및 상기 폭보다 더 긴 길이를 갖는 세장형 슬롯들을 포함하는, 플라즈마 소스 어셈블리.
  5. 제4항에 있어서, 상기 길이는 상기 폭의 2배 내지 3배의 범위에 있는, 플라즈마 소스 어셈블리.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2 전극 최상부 표면은 일정 면적을 갖고, 복수의 세장형 슬롯들은 상기 제2 전극 최상부 표면의 상기 면적의 68% 초과의 개방 면적을 정의하는, 플라즈마 소스 어셈블리.
  7. 제4항에 있어서, 상기 애퍼처들은 레이저 형성된 애퍼처들인, 플라즈마 소스 어셈블리.
  8. 제7항에 있어서, 상기 애퍼처들은 레이저 드릴링된 애퍼처들인, 플라즈마 소스 어셈블리.
  9. 제4항에 있어서, 상기 애퍼처들은 초음파 기계가공된 애퍼처들인, 플라즈마 소스 어셈블리.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 갭을 제공하도록 이격되는, 플라즈마 소스 어셈블리.
  11. 플라즈마 소스 어셈블리로서,
    최상부 표면, 최하부 표면, 및 외측 주변 에지를 갖는 전도성 플레이트를 포함하는 제1 전극;
    최상부 표면, 최하부 표면, 및 외측 주변 에지를 갖는 전도성 플레이트를 포함하는 제2 전극;
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 분리하고, 상기 제1 전극의 외측 주변 에지 및 제2 전극의 외측 주변 에지에 배치된 유전체 스페이서 ― 상기 제2 전극은 반응 결합 실리콘 카바이드 및 복수의 애퍼처들을 내부에 포함하고 상기 복수의 애퍼처들은 일정 폭 및 상기 폭보다 2배 내지 3배 더 큰 범위의 길이를 갖는 세장형 슬롯들을 포함함 ―; 및
    상기 제1 전극에 전기적으로 연결된 전력 피드를 포함하는, 플라즈마 소스 어셈블리.
  12. 기판 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법으로서, 상기 방법은,
    기판 프로세싱 챔버에 기판을 배치하는 단계 ― 상기 기판 프로세싱 챔버는,
    최상부 표면, 최하부 표면, 외측 주변 에지를 갖는 전도성 플레이트, 및 복수의 애퍼처들 ― 상기 복수의 애퍼처들을 통해 가스가 유동할 수 있게 함 ―을 포함하는 제1 전극;
    최상부 표면, 최하부 표면, 외측 주변 에지를 갖는, 세라믹 재료로부터 제조된 전도성 플레이트 및 복수의 애퍼처들 ― 상기 복수의 애퍼처들을 통해 가스가 유동할 수 있게 함 ―을 포함하는 제2 전극;
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 분리하고, 상기 제1 전극의 상기 외측 주변 에지 및 상기 제2 전극의 상기 외측 주변 에지에 배치된 유전체 스페이서; 및
    상기 제1 전극에 전기적으로 연결된 전력 피드를 포함함 ―; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 플라즈마를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 세라믹 재료는 반응 결합 세라믹 재료를 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 반응 결합 세라믹 재료는 반응 결합 실리콘 카바이드를 포함하는, 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 복수의 애퍼처들은 일정 폭 및 상기 폭보다 더 큰 길이를 갖는 세장형 슬롯들을 포함하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 길이는 상기 폭의 2배 내지 3배의 범위에 있는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제2 전극 최상부 표면은 일정 면적을 갖고, 복수의 세장형 슬롯들은 상기 제2 전극 최상부 표면의 상기 면적의 68% 초과의 개방 면적을 정의하는, 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 애퍼처들은 레이저 형성된 애퍼처들인, 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 애퍼처들은 레이저 드릴링된 애퍼처들인, 방법.
  20. 제15항에 있어서, 상기 애퍼처들은 초음파 기계가공된 애퍼처들인, 방법.
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