WO2023068698A1 - 축전 결합 플라즈마 기판 처리 장치 - Google Patents

축전 결합 플라즈마 기판 처리 장치 Download PDF

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WO2023068698A1
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upper electrode
plasma
processing apparatus
baffle
substrate processing
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전부일
신태호
임두호
박정수
온범수
이승호
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(주)아이씨디
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Definitions

  • the present invention relates to a plasma device, and relates to a capacitively coupled plasma device with improved plasma space uniformity, and more particularly, to a plasma substrate for processing a substrate by forming a capacitively coupled plasma using a compensating plate for compensating for a non-uniform electric field. It's about the device.
  • Plasma processing devices are used for etching, cleaning, surface treatment, and the like.
  • a plasma etching treatment apparatus requires independent control of active species density, plasma density, and ion energy in order to obtain high etching selectivity and etching rate.
  • a low-frequency RF power of several MHz or less is mainly used to control ion energy
  • a high-frequency RF power of several tens of MHz or more is mainly used to control plasma density and active species density.
  • the power of the low-frequency RF power source is increased to increase the energy of ions.
  • an increase in the power of the high frequency RF power source is required.
  • an increase in the power of the high-frequency RF power supply may reduce the etch selectivity by excessively decomposing the active species. Electrostatic chucks are easily damaged by high voltage.
  • the pulsed plasma can change the plasma characteristics by turning on/off the RF power and reducing the electron temperature and plasma density in the off period. Accordingly, the pulsed plasma can reduce notching and bowing phenomena.
  • the RF frequency of the capacitively coupled plasma is increased.
  • standing wave effects, edge effects, or harmonic effects reduce plasma uniformity or process uniformity.
  • the strength of the electric field was spatially changed by giving a step to the electrode to which RF power was applied.
  • a step may hinder the flow of fluid and cause contamination of foreign substances due to the step.
  • Plasma density distribution depends on gas, pressure and RF power.
  • the plasma density distribution is changed.
  • an auxiliary chamber and a lower chamber are partitioned through a diffusion plate.
  • Each of the auxiliary chamber and the lower chamber forms plasma, and the diffusion plate divides each plasma region and is used as a passage for the movement of active species. Due to the non-uniformity of plasma in the secondary chamber, the diffuser plate makes it difficult to control spatially uniform active species in the lower chamber.
  • the structure of the diffusion plate for preventing mutual plasma diffusion makes it difficult to independently control pressure. Therefore, the auxiliary chamber and the lower chamber have limitations in securing desired plasma characteristics.
  • the diffuser plate has through-holes of sufficiently small diameter to prevent mutual leakage of upper and lower plasmas.
  • the diffusion plate Accordingly, conductance of the diffusion plate is reduced, active species are deposited as foreign substances on the diffusion plate, and the deposited foreign substances are separated to emit contaminant particles.
  • the plasma of the lower chamber interferes with the plasma of the chamber, and it is difficult to provide plasma space uniformity due to non-uniformity of active species in the plasma of the lower chamber.
  • the present invention provides a substrate processing apparatus that provides a uniform capacitively coupled plasma process using a compensating plate.
  • a plasma substrate processing apparatus includes a process chamber; an upper electrode disposed in the process chamber; a substrate holder disposed under the upper electrode and facing the upper electrode to support a substrate; and an RF power source for applying RF power to the substrate holder.
  • the upper electrode may include an upper electrode conductive plate having lower surfaces having different heights from the substrate holder according to positions; and a compensating plate coupled to a lower portion of the conductive plate and having a dielectric constant and having a different thickness according to positions to compensate for a height difference according to positions.
  • the lower surface of the compensating plate is coplanar.
  • the upper electrode may include a plurality of through holes penetrating the upper electrode conductive plate and the compensating plate.
  • the upper electrode may be electrically grounded.
  • the compensating plate is an insulator or semiconductor having a dielectric constant
  • the upper electrode has a constant thickness
  • the thickness of the upper electrode conductive layer is different depending on the position
  • the thickness of the compensating plate may be different depending on the position to keep the thickness of the upper electrode constant.
  • the compensating plate may include at least one of silicon, silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride.
  • the thickness of the compensating plate may be the largest in at least one of the center area and the edge area, the center area may be circular, and the edge area may be ring-shaped.
  • it further includes at least one ground ring, wherein the ground ring is disposed below the upper electrode and has a ring shape to surround plasma between the substrate holder and the upper electrode, and the ground ring An inner diameter of the ring may be larger than an outer diameter of the substrate holder.
  • the present invention further includes at least one ground cavity, wherein the ground cavity is disposed below the upper electrode and has a cylindrical shape so as to surround plasma between the substrate holder and the upper electrode,
  • the ground cavity includes a plurality of slits, and an inner diameter of the ground cavity may be larger than an outer diameter of the substrate holder.
  • a remote plasma generator for generating remote plasma and active species; an auxiliary chamber having an opening connected to an output port of the remote plasma generator, receiving and diffusing active species from the remote plasma generator and supplying the activated species to the process chamber; a first baffle disposed in the opening of the auxiliary chamber; A second baffle partitions the auxiliary chamber and the process chamber and transmits the active species, wherein the second baffle is spaced apart from the upper electrode, the second baffle is electrically grounded, and the auxiliary baffle is electrically grounded. It may face the chamber and include a plurality of first through holes, and the upper electrode may include a plurality of second through holes electrically grounded and spaced apart from the second baffle.
  • the second through hole may be disposed so as not to overlap with the first through hole.
  • the diameter of the second through hole is more than twice the thickness of a plasma sheath between the upper electrode and the plasma, and the plasma may penetrate into the second through hole. connect.
  • the distance between the second baffle and the upper electrode is several millimeters or less, and the distance between the substrate holder and the lower surface of the upper electrode is less than the distance between the second baffle and the upper substrate. may be larger than the interval.
  • the diameter of the first through hole of the second baffle may be smaller than the diameter of the second through hole of the upper electrode.
  • the second through hole may be disposed so as not to overlap with the first through hole.
  • the first baffle comprises: a disc having an inclined outer surface; and a ring plate having an inclined inner surface and an inclined outer surface and disposed to surround the original plate at a predetermined distance from the original plate, wherein an outer diameter of the outer surface of the original plate increases with height, and the ring plate The inner surface of the may increase the inner diameter according to the height.
  • the disc and the ring plate may be fixed by a plurality of bridges, and the ring plate may be fixed to the auxiliary chamber by a plurality of pillars.
  • the first baffle includes a plurality of through holes, the through holes disposed in the center of the first baffle are inclined toward the central axis, and the edges of the first baffle
  • the through-holes disposed in may be holes inclined toward the outside.
  • the RF power source includes a low frequency power source and a high frequency power source, and further includes a pulse controller for controlling the low frequency RF power source and the high frequency RF power source, wherein the low frequency RF power source and the high frequency RF power source are respectively It can operate in pulse mode.
  • the remote plasma generator may be an inductively coupled plasma source including an induction coil wound around a dielectric cylinder.
  • the diameter of the output port of the remote plasma generator is 50 millimeters to 150 millimeters
  • the auxiliary chamber has a truncated cone shape, and the opening of the auxiliary chamber may be disposed at the truncated portion.
  • an auxiliary chamber connected to the process chamber; a power electrode receiving RF power from an auxiliary RF power source and generating capacitively coupled plasma and active species in the auxiliary chamber;
  • An auxiliary ground electrode partitioning the auxiliary chamber and the process chamber and transmitting the active species is further included, the auxiliary ground electrode is spaced apart from the upper electrode, and the auxiliary ground electrode is electrically grounded and the auxiliary ground electrode is electrically grounded. It may face the chamber and include a plurality of first through holes, and the upper electrode may include a plurality of second through holes electrically grounded and spaced apart from the auxiliary ground electrode.
  • the auxiliary ground electrode includes: an auxiliary electrode conductive plate having upper surfaces having different heights depending on positions; and a compensating plate coupled to an upper portion of the auxiliary electrode conductive plate and having a different thickness and permittivity according to positions to compensate for a height difference according to positions, and upper surfaces of the compensating plates may be the same plane.
  • a plasma substrate processing apparatus includes a process chamber; an upper electrode disposed in the process chamber; a substrate holder disposed under the upper electrode and facing the upper electrode to support a substrate; and an RF power source for applying RF power to the substrate holder.
  • the upper electrode includes: an upper electrode conductive plate; and a compensating plate coupled to a lower portion of the conductive plate and having a different permittivity according to positions, wherein a lower surface of the compensating plate is the same plane, and the compensating plate is coupled to the upper electrode conductive plate.
  • the compensating plate is an insulator or semiconductor having a dielectric constant
  • the upper electrode conductive plate has a constant thickness
  • the compensating plate is separated into a plurality of parts to have different dielectric constants according to positions. It can be.
  • the upper electrode may be grounded.
  • a plasma substrate processing apparatus includes a process chamber; an upper electrode disposed in the process chamber; a substrate holder disposed under the upper electrode and facing the upper electrode to support a substrate; an RF power supply for applying RF power to the substrate holder; and at least one ground cavity.
  • the ground cavity is disposed below the upper electrode and has a cylindrical shape so as to enclose plasma between the substrate holder and the upper electrode, the ground cavity includes a plurality of slits, and an inner diameter of the ground cavity is an inner diameter of the substrate It may be larger than the outer diameter of the holder.
  • a plasma substrate processing apparatus can control plasma characteristics according to positions in order to suppress a standing wave effect and provide a uniform plasma process.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a plasma substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cut perspective view illustrating an upper electrode of the substrate processing apparatus of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating plasma density by the upper electrode of FIG. 2 .
  • FIG. 4 is a diagram showing signals of RF power applied to the substrate holder of FIG. 1 .
  • FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating a substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIGS. 6A and 6B are conceptual and perspective views illustrating a substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating a substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8A is a perspective view illustrating a first baffle in the plasma substrate processing apparatus of FIG. 7 .
  • FIG. 8B is a cross-sectional view illustrating the first baffle of FIG. 8A.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating a second baffle and an upper electrode in the plasma substrate processing apparatus of FIG. 8 .
  • FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating a second baffle and an upper electrode in the plasma substrate processing apparatus of FIG. 8 .
  • FIG. 11 is a plan view illustrating a second baffle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a first baffle according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a first baffle according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a perspective view illustrating an upper electrode and a second baffle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of the upper electrode and the second baffle of FIG. 14 .
  • 16 is a conceptual diagram illustrating a substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a conceptual diagram illustrating an upper electrode and an auxiliary electrode of the substrate processing apparatus of FIG. 16 .
  • FIG. 18 is a conceptual diagram illustrating a substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the substrate processing apparatus may include an upper electrode disposed spaced apart from the substrate holder.
  • a spatially non-uniform plasma density distribution is generated due to a standing wave effect, an edge effect, or a harmonic effect.
  • the plasma radial spatial distribution may have a central peak and/or an edge peak.
  • a high frequency RF power source of 60 MHz or higher may be used.
  • such a high-frequency RF power source of 60 MHz or higher generates a spatially non-uniform plasma density distribution due to a standing wave effect or a harmonic effect.
  • a central peak and/or an edge peak can be controlled.
  • Spatial control of the strength of the electric field can be performed by adjusting the distribution of the spacing between the upper electrode and the lower electrode (substrate holder).
  • the step on the lower surface of the grounded upper electrode affects the conductance of the gas.
  • the step on the lower surface of the upper electrode may act as an obstacle to the flow of gas in the discharge space.
  • contaminants may be attached to the step portion on the lower surface of the upper electrode.
  • the upper electrode maintains a spatially equal thickness to eliminate the effect on conductance when active species or gases move through the through hole of the upper electrode.
  • the upper electrode may have a multi-layer structure including an upper electrode conductive plate and a compensation plate thereunder.
  • the upper electrode conductive plate has lower surfaces having different heights from the substrate holder according to positions, and a compensating plate is coupled to the lower portion of the conductive plate to compensate for the difference in height according to positions and has a dielectric constant.
  • a lower surface of the compensating plate may be coplanar.
  • the permittivity of the compensating plate may be advantageous as it approaches the vacuum permittivity.
  • the compensating plate may be made of silicon, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or aluminum oxide.
  • the thickness of the compensating plate may vary depending on the location. As the thickness of the compensating plate increases, the strength of the electric field in the discharge space at a corresponding position may decrease. Accordingly, the spatial distribution of the thickness of the compensating plate may control a central peak and/or an edge peak.
  • the compensating plate may be disassembled and combined with the upper electrode conductive plate.
  • the compensating plate is a consumable and can be replaced with a new part.
  • At least one ground ring or ground cavity is arranged to surround the discharge region, to minimize the effect on the conductance of the gas and to increase the resonance frequency of the cavity to suppress the standing wave effect,
  • the grounding area can be increased.
  • ground rings having a ring structure may be disposed to surround a discharge space between the upper electrode and the substrate holder.
  • the ground rings are grounded to increase the ground area of the plasma.
  • the ground rings may be used to confine plasma in the discharge space.
  • the ground rings may be vertically stacked and grounded to each other. Process by-products may be diffused into the space between the ground rings and exhausted through a vacuum pump.
  • a high frequency RF power source of 60 MHz or higher may not be used to increase the plasma density.
  • a plasma substrate processing apparatus uses a remote plasma generator spatially separated from an auxiliary chamber to independently generate plasma and active species, and supplies only active species to the auxiliary chamber.
  • the remote plasma generator independently forms active species and plasma, and does not interfere with RF power of a process chamber disposed below the auxiliary chamber.
  • the second baffle disposed between the auxiliary chamber and the process chamber has an optimized structure capable of allowing active species in the auxiliary chamber to pass into the process chamber while blocking charged particles such as ions and electrons generated in the process chamber.
  • the second baffle can move the active species to the lower chamber without loss, diffuse them in the shortest distance, and uniformly spray them into the process chamber.
  • a plasma processing apparatus independently generates active species using a remote plasma generator and supplies the active species to a chamber composed of an auxiliary chamber and a process chamber.
  • the remote plasma generator eliminates electrical interference with the process chamber and independently generates active species under optimal plasma conditions.
  • the first baffle removes the plasma supplied by the remote plasma generator and supplies only active species to the auxiliary chamber.
  • the first baffle sprays and diffuses the active species over a wide area.
  • the auxiliary chamber and the process chamber are separated by a second baffle. Active species in the auxiliary chamber are supplied to the process chamber by penetrating the grounded second baffle and/or the upper electrode.
  • a substrate holder is placed in a process chamber, and RF power applied to the substrate holder creates a capacitively coupled plasma between a substrate on the substrate holder and an upper electrode.
  • power of a high-frequency RF power source for generating active species in the process chamber may be reduced.
  • the power of the low-frequency RF power supply for controlling ion energy may be reduced so that it is mainly used for ion energy control.
  • the first baffle uniformly distributes the active species spatially
  • the upper electrode may be used as a ground electrode for capacitively coupled plasma generated in the lower chamber.
  • the second baffle and the upper electrode may have a multi-layer structure.
  • the upper electrode has a diameter sufficient to allow plasma to penetrate from the lower side, and the plasma penetrating through the opening of the upper electrode may be blocked by the second baffle.
  • Both the second baffle and the upper electrode may be grounded so that a ground area in contact with plasma may be increased, and a bias voltage applied to a plasma sheath from the substrate side may be increased. Accordingly, the power of the low-frequency RF power source for controlling ion energy incident on the substrate may be reduced.
  • the second baffle and the upper electrode have a multilayer structure to have a large vacuum conductance, and the openings of the second baffle and the openings of the upper electrode are designed not to overlap each other.
  • Each of the second baffle and the upper electrode has a through structure having various shapes such as a triangle, a rectangle, and a circle of the maximum size.
  • the vacuum conductance can be designed to be maximized while having a structure that cannot go straight from the bottom to the top without collision. For example, if two perforated plates are used, each perforated plate has a maximum opening for maximum conductance. When two perforated boards are placed on top of each other, make sure that there are no overlapping openings (penetrating parts).
  • the hole diameter of the upper electrode may be large enough to allow plasma generated in the process chamber to penetrate into the upper electrode.
  • the diameter of the hole of the upper electrode may be several millimeters.
  • the diameter of the hole of the upper electrode may be 5 mm to 10 mm.
  • a hole diameter of the upper electrode may be greater than a hole diameter of the second baffle. Accordingly, plasma incident to the upper electrode may be blocked and neutralized by the second baffle. Also, a ground area contacted by plasma may increase.
  • the second baffle and the upper electrode are disposed spaced apart from each other, and the upper electrode faces a substrate to which power of the RF power source is applied. Accordingly, the ratio of the surface area of the upper electrode in contact with the plasma to the area of the substrate depends on the voltage applied to the substrate. Accordingly, when the surface area of the upper electrode plate in contact with the plasma is increased, the DC bias voltage applied to the substrate is increased. Thus, at the same RF power, higher ion energies can be obtained.
  • the high-frequency RF power and the low-frequency RF power applied to the substrate holder may operate in a pulse mode in synchronization with each other.
  • the high frequency RF power source may include a high power section and a low power section, and the low frequency RF power source may have an on section in a low power section of the high frequency RF power source.
  • a substrate processing apparatus filters charged particles in an etching, deposition, cleaning apparatus, etc. in a semiconductor process, and only reactive species may be used in the process apparatus.
  • a plasma substrate processing apparatus may be applied to an atomic layer etching apparatus for semiconductor etching, a plasma cleaning apparatus, a deposition apparatus using plasma, and the like.
  • the first baffle minimizes loss due to collision while diffusing the active species downward, and can uniformly diffuse the active species in the shortest distance from an upper region having a diameter of about 10 cm to a lower region having a diameter of about 40 cm.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a plasma substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cut perspective view illustrating an upper electrode of the substrate processing apparatus of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating plasma density by the upper electrode of FIG. 2 .
  • FIG. 4 is a diagram showing signals of RF power applied to the substrate holder of FIG. 1 .
  • the plasma substrate processing apparatus 100 the plasma substrate processing apparatus 100
  • process chamber 124 an upper electrode 164 disposed in the process chamber 124; a substrate holder 132 disposed under the upper electrode 164 and facing the upper electrode 164 to support the substrate 134; and RF power supplies 142 and 144 for applying RF power to the substrate holder 134 .
  • the upper electrode 164 includes an upper electrode conductive plate 165 having lower surfaces having different heights from the substrate holder 132 depending on positions; and a compensating plate 166 coupled to the lower portion of the upper electrode conductive plate 165 and having a different thickness depending on the position and having a permittivity to compensate for the difference in height according to the position.
  • the lower surface of the compensating plate 166 is the same plane.
  • the plasma substrate processing apparatus 100 may be an etching apparatus, a cleaning apparatus, a surface treatment apparatus, or a deposition apparatus.
  • the substrate may be a semiconductor substrate, a glass substrate, or a plastic substrate.
  • the process chamber 124 is made of a conductive material, is grounded, and may have a cylindrical shape.
  • the upper electrode 164 may operate as a ground electrode and a gas distributor.
  • the upper electrode may receive gas from the outside, have a gas buffer space therein, and inject gas through a plurality of through holes 164a.
  • the through hole 164a is disposed through the upper electrode conductive plate 165 and the compensating plate 166 .
  • the upper electrode 164 has a constant thickness, and the thickness of the upper electrode conductive plate 165 may vary depending on positions.
  • the thickness of the compensating plate 166 may be different according to positions so as to keep the thickness of the upper electrode 164 constant.
  • Standing wave effects and harmonic effects increase with increasing frequency and form central peaks and/or edge peaks in the plasma density.
  • the frequency of the RF power source increases, the plasma density increases and the electron temperature decreases, so that various process environments can be created compared to low-frequency RF power sources.
  • a surface step may be provided to an upper electrode to which RF power is applied.
  • the surface step of the upper electrode may cause contaminants to be deposited to form particles. Even when the upper electrode has a surface curvature, it is difficult to manufacture an upper electrode having such a curvature, and it is difficult to provide a spatially uniform process by hindering the flow of fluid.
  • the compensating plate 366 may include at least one of silicon, silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride.
  • the thickness of the compensating plate 366 may be greatest in at least one area among the center area and/or the edge area.
  • the central region may have a circular shape, and the edge region may have a ring shape.
  • the upper electrode conductive plate 165 of the upper electrode 164 which operates as a ground electrode in capacitive coupled plasma, may have a curved surface or a step on its lower surface.
  • the compensating plate 366 can adjust the strength of the electric field for each position in the discharge space between the upper electrode 164 and the substrate holder 132 to which RF power is applied while removing such a bend or step difference.
  • the upper electrode 164 includes a through hole 164a, and when the thickness of the upper electrode varies depending on the position, the conductance of the through hole 164a may be different from each other.
  • the upper electrode may have a multi-layer structure, have a constant thickness, and be flat in order to suppress an influence on the fluid flow in the discharge space while maintaining a constant conductance of the through hole 164a.
  • the upper electrode 164 may include an upper electrode conductive plate formed of a conductor and a compensation plate 166 disposed under the upper electrode conductive plate and being an insulator or semiconductor having a dielectric constant.
  • the compensating plate 166 may be an insulator or semiconductor having a dielectric constant.
  • the through hole 164a of the upper electrode passes through the upper electrode conductive plate and the compensation plate. Accordingly, the lower surface of the lower electrode is the same plane.
  • the electric field strength (E1, E, E3) is determined by the thickness (d1, d2, d3) of the compensation layer 166, the dielectric constant ( ⁇ ) of the compensation layer, and the height (d) of the discharge region. That is, as the permittivity of the compensation layer 166 decreases, the difference in strength of the electric field may increase. Accordingly, the material of the compensation layer 166 may be a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, an aluminum oxide film, or silicon.
  • the electric field (E) in the vacuum region can be given as
  • ⁇ is the permittivity of the compensation layer 166
  • d1 is the thickness of the compensation layer 166
  • V 0 is the applied voltage difference
  • ⁇ 0 is the permittivity of vacuum
  • d is the height of the discharge region. Therefore, when the thickness d1 of the compensation layer 166 increases, the strength of the electric field decreases.
  • the thickness of the compensation layer 166 may be about 1/2 to 1/10 of the height d of the discharge region. For example, when the height d of the discharge region is 10 mm, the maximum thickness d1 of the compensation layer 166 may be 5 mm to 1 mm. As the thickness of the compensation layer 166 increases, the strength of the electric field in the corresponding discharge region decreases. When d1>d3>d2, it may be E1 ⁇ E3 ⁇ E2. Here, E1 is the electric field of the discharge region corresponding to d1. Accordingly, the thickness of the compensation layer 166 may be selected depending on the location so as to suppress the center peak and/or the edge peak of the plasma density. The compensation layer 166 may not be sputtered due to low ion energy due to the grounded upper electrode, thereby providing reliability.
  • the intensity distribution of the electric field in the discharge region may depend on the permittivity ⁇ of the compensation layer 166 and the height d of the discharge region. Accordingly, by adjusting the height d of the discharge region, the intensity distribution of the electric field in the discharge region may be changed. Accordingly, in a process condition in which a large central peak appears, if the height d of the discharge region is reduced, the strength of the electric field at the center is reduced, and uniform plasma can be generated.
  • the thickness of the compensation layer 166 rapidly changes depending on the position, but may gradually change.
  • the substrate holder 132 may support the substrate 134 and receive power from the RF power sources 142 and 146 to generate capacitive coupled plasma.
  • the substrate holder 132 may include an electrode 136 for an electrostatic chuck.
  • the positive chuck may receive DC high voltage from the outside and fix the substrate 134 with electrostatic force.
  • the substrate holder 132 may include a power electrode 135 receiving power from an RF power source.
  • An electrode 136 of an electrostatic chuck may be disposed on the power electrode 135 .
  • the substrate 134 may be a semiconductor substrate, a glass substrate, or a plastic substrate.
  • the semiconductor substrate may be a 300mm silicon wafer.
  • the RF power sources 142 and 146 may provide RF power to the power electrode 135 .
  • the RF power sources 142 and 146 include a low frequency RF power source 146 of 13.56 MHz or less; and a high frequency RF power source 142 greater than 13.56 MHz and less than 60 MHz; can include
  • the frequency of the low frequency RF power supply 146 may be between 400 kHz and 10 MHz.
  • a frequency of the high frequency RF power source 142 may be 20 MHz to 60 MHz.
  • the RF power supplies 142 and 146 may operate in a pulsed mode or a continuous mode.
  • the low frequency RF power source 146 may supply low frequency RF power to the power electrode 135 through a first impedance matching network 148 .
  • the high frequency RF power source 142 may supply low frequency RF power to the power electrode 135 through a twenty-first impedance matching network 144 .
  • the pulse controller 149 may control the low frequency RF power source 146 and the high frequency RF power source 142 .
  • the low frequency RF power supply and the high frequency RF power supply may each operate in a pulse mode.
  • the high frequency RF signal RF1 of the high frequency RF power supply 122 may repeat a high power period T1 and a low power period T2 with a constant period T.
  • the high power period T1 may increase plasma density in a discharge region.
  • the low power period T2 suppresses complete disappearance of the plasma, so that the high frequency RF power source 122 can independently control stable plasma generation in the next high power period T1.
  • a frequency of the high frequency RF power source 122 may be 13.56 MHz to 60 MHz.
  • the low frequency RF signal RF2 of the low frequency RF power source 146 may be turned off.
  • the low frequency RF signal RF2 of the low frequency RF power may be provided.
  • the low frequency RF signal RF2 can independently control the energy of ions. Plasma characteristics can be independently controlled to suit each process.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating a substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the plasma substrate processing apparatus 100a Referring to FIG. 5, the plasma substrate processing apparatus 100a, the plasma substrate processing apparatus 100a, and
  • process chamber 124 an upper electrode 164 disposed in the process chamber 124; a substrate holder 132 disposed under the upper electrode 164 and facing the upper electrode 164 to support the substrate 134; and RF power supplies 142 and 144 for applying RF power to the substrate holder 134 .
  • the upper electrode 164 includes an upper electrode conductive plate 165 having lower surfaces having different heights from the substrate holder 132 depending on positions; and a compensating plate 166 coupled to the lower portion of the upper electrode conductive plate 165 and having a different thickness depending on the position and having a permittivity to compensate for the difference in height according to the position.
  • the lower surface of the compensating plate 166 is the same plane.
  • the resonant frequency of the standing wave may be inversely proportional to the radius of the lower chamber 124 .
  • the resonant angular frequency ⁇ can be given as follows.
  • 2.405 may be the position of the first zero of the Bessel function
  • c may be the speed of light
  • a may be the radius of the cylindrical cavity.
  • a cylindrical cavity in a capacitively coupled plasma is a process chamber, and when the radius of the process chamber is 0.3 m, the resonant frequency may be about 400 MHz. As the diameter of the process chamber 124 increases, the resonant frequency may decrease.
  • the driving frequency of the RF power supply 142 is 100 MHz, the 4th harmonics coincide with the resonant frequency and can significantly generate a standing wave effect. Therefore, it may be desirable to have a large difference between the driving frequency of the RF power source 142 and the resonant frequency of the resonator in the process chamber.
  • the driving frequency of the RF power supply 142 must be maintained at several tens of MHz or more to increase the plasma density and decrease the electron temperature. Therefore, an increase in the resonant frequency is required.
  • the radius of the process chamber In order to increase the resonant frequency of the resonator by the process chamber, the radius of the process chamber needs to be reduced. Alternatively, the radius of the process chamber may need to be reduced to reduce the standing wave effect.
  • the resonant frequency may be about 570 MHz. Accordingly, a resonant frequency of the resonator may be increased, a standing wave effect may be relatively reduced, and a ground area in contact with plasma may be increased. Since the resonant frequency can be achieved by harmonics of the RF power supply 142, the standing wave effect can be further reduced if the frequency of the RF power supply 142 is used below 60 MHz. Also, the nth harmonic of the driving frequency of the RF power supply 142 may be selected to be different from the resonant frequency.
  • the ground ring 170 is disposed below the upper electrode 164 to surround plasma between the substrate holder 132 and the upper electrode 160 and has a washer shape.
  • the inner diameter of the ground ring 170 is greater than the outer diameter of the substrate holder 132 .
  • the ground ring 170 may limit a space in which plasma diffuses by limiting a discharge space.
  • the ground ring 170 is grounded, it is possible to increase a DC bias voltage applied to the substrate 134 by increasing a ground area. Since the ground rings 170 are spaced apart from each other and vertically stacked, gas may be exhausted into a space between the ground rings 170 .
  • the material of the ground ring 170 is a conductive material and may be a metal or a metal alloy.
  • FIGS. 6A and 6B are conceptual and perspective views illustrating a substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the plasma substrate processing apparatus 100b includes a process chamber 122; an upper electrode 164 disposed in the process chamber; a substrate holder 132 disposed under the upper electrode and facing the upper electrode to support a substrate; RF power supplies (142, 146) for applying RF power to the substrate holder; and a ground cavity 270.
  • the ground cavity 270 is disposed below the upper electrode and has a cylindrical shape so as to enclose plasma between the substrate holder and the upper electrode.
  • the ground cavity includes a plurality of slits 271, and an inner diameter of the ground cavity may be larger than an outer diameter of the substrate holder.
  • the upper electrode 164 includes an upper electrode conductive plate 165 having lower surfaces having different heights from the substrate holder 132 depending on positions; and a compensating plate 166 coupled to the lower portion of the upper electrode conductive plate 165 and having a different thickness depending on the position and having a permittivity to compensate for the difference in height according to the position.
  • the lower surface of the compensating plate 166 is the same plane.
  • a driving frequency thereof may be about 38 Mhz. Accordingly, it may be desirable to use the RF power source 142 at a frequency of about 38 Mhz or less. That is, when the ground cavity 270 is used, the resonant frequency increases. Thus, the driving frequency of the RF power source suppressing the standing wave effect can be increased.
  • the ground cavity 270 may include a plurality of slits 271 to discharge reaction by-products in the discharge space to the outside.
  • the component Ez of an electric field may be blocked by the ground cavity 270 . That is, the extension direction of the slit 271 may extend in the direction of the central axis.
  • the ground cavity 270 may be grounded, increasing the ground area and thus increasing the DC bias voltage.
  • the ground cavity 270 may locally confine capacitively coupled plasma to increase plasma density.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating a substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8A is a perspective view illustrating a first baffle in the plasma substrate processing apparatus of FIG. 7 .
  • FIG. 8B is a cross-sectional view illustrating the first baffle of FIG. 8A.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating a second baffle and an upper electrode in the plasma substrate processing apparatus of FIG. 8 .
  • FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating a second baffle and an upper electrode in the plasma substrate processing apparatus of FIG. 8 .
  • the plasma substrate processing apparatus 200 includes a process chamber 122; an upper electrode 164 disposed in the process chamber; a substrate holder 132 disposed under the upper electrode and facing the upper electrode to support a substrate; and RF power supplies 142 and 146 for applying RF power to the substrate holder.
  • the upper electrode 164 includes an upper electrode conductive plate 165 having lower surfaces having different heights from the substrate holder according to positions; and a compensating plate 166 coupled to the lower portion of the conductive plate and having a different thickness and dielectric constant according to positions to compensate for a height difference according to positions.
  • the lower surface of the compensating plate is coplanar.
  • the plasma substrate processing apparatus 200 includes a remote plasma generator 110 generating remote plasma and active species; An auxiliary chamber 122 having an opening 120a connected to the output port 114 of the remote plasma generator 110 and receiving and diffusing the active species of the remote plasma generator 110 to provide the active species to the process chamber 124 ); a first baffle 152 disposed in the opening of the auxiliary chamber 122; A second baffle 160 partitions the auxiliary chamber 122 and the process chamber 124 and transmits the active species.
  • the second baffle 162 is spaced apart from the upper electrode 164, the second baffle 162 is electrically grounded, faces the auxiliary chamber 124, and has a plurality of first through holes 162a.
  • the upper electrode 166 is electrically grounded and is spaced apart from the second baffle 162 to include a plurality of second through holes 164a.
  • the remote plasma generator 110 may be an inductively coupled plasma source including an induction coil (not shown) wound around a dielectric cylinder.
  • the dielectric cylinder may receive the first gas from the outside.
  • the diameter of the dielectric cylinder may be 50 mm to 150 nm.
  • the induction coil may surround the dielectric cylinder for at least one turn, and receive RF power from the remote plasma RF power source 112 .
  • the frequency of the remote plasma RF power supply 112 may be 400 kHz to 13.56 MHz.
  • the induction coil may generate inductively coupled plasma inside the dielectric cylinder.
  • the output of the remote plasma RF power source may be several kW to several tens of kW.
  • the operating pressure of the remote plasma generator 110 may be several hundred millitorr (mTorr) to several tens of Torr (Torr).
  • the first gas may include a fluorine-containing gas.
  • the remote plasma generator 110 may generate active species (or neutral species) decomposed from the plasma and the first gas.
  • the remote plasma generator 110 may control only plasma characteristics without considering the uniformity of plasma space. Electron temperature can depend on pressure, and plasma density can depend on the output of the remote plasma RF power source.
  • the remote plasma RF power source 112 may operate in a continuous mode or a pulsed mode to control plasma characteristics. Accordingly, the remote plasma generator 110 can independently control the density of active species and the density ratio of active species. For example, the remote plasma generator 110 can independently control electron temperature using pressure and RF pulse modes. Accordingly, in the CxFy gas, the density ratio of active species of decomposed F, CF, CF2, and CF3 can be adjusted.
  • the active species are provided to the auxiliary chamber 122 .
  • the remote plasma generator 110 may be connected to the auxiliary chamber 122 through an output port 114 .
  • a second gas may be additionally supplied to the output port 114. there is.
  • the second gas may be the same as or different from the first gas.
  • the second gas may collide with the active species to reduce the temperature of the active species.
  • the second gas may include at least one of an oxygen-containing gas, a hydrogen gas, and an inert gas that are easy to generate plasma in the lower chamber.
  • the auxiliary chamber 122 may have a truncated cone shape.
  • the opening 122a of the auxiliary chamber 122 may be disposed at the truncated portion.
  • the lower end of the auxiliary chamber 122 may have a cylindrical shape.
  • the auxiliary chamber 122 may be made of metal or metal alloy and grounded.
  • the first baffle 152 includes a disc 152a having an inclined outer surface; and a ring plate 152b having an inclined inner surface and an inclined outer surface, and having a predetermined distance from the original plate 152a, to surround the original plate 152b.
  • An outer diameter of the outer surface of the disk 152a may increase according to a height.
  • An inner diameter of the inner surface of the ring plate 152b may increase according to a height.
  • the disc 152a and the ring plate 152b may be fixed by a plurality of bridges 152c.
  • the ring plate 152b may be fixed to the auxiliary chamber 122 by a plurality of pillars 153 .
  • a space between the disc 152a and the ring plate 152b may form a concentric slit. Active species passing through the concentric slits may be sprayed and diffused toward the center of the auxiliary chamber 122 .
  • An outer diameter of the outer surface of the ring plate 152b may decrease according to a height. Active species passing through the space between the outer surface of the ring plate and the auxiliary chamber may be sprayed and diffused toward the wall of the auxiliary chamber 122 . Accordingly, the active species can be widely diffused in the auxiliary chamber 122 to create a uniform density distribution.
  • the first baffle 152 spatially distributes active species for rapid diffusion. Accordingly, the height of the auxiliary chamber 122 may be reduced.
  • the first baffle 152 may be formed of a conductive material or an insulator.
  • the first baffle 152 may operate as a plasma blocking filter that blocks plasma generated by the remote plasma generator 110 and transmits active species.
  • the first baffle 152 may perform a function of spatially distributing active species. Ions incident vertically may collide with the inclined surface of the first baffle 152 while passing through the concentric slits of the first baffle 152 .
  • the maximum diameter R1 on the inclined outer surface of the disc 152a may be greater than the minimum diameter R2 on the inclined inner surface of the ring plate 152b.
  • the number of ring plates 152b may be plural. Accordingly, the concentric slits between the ring plates 152b may block plasma and inject active species in a specific direction through the inclined surface. Accordingly, the first baffle 152 may provide sufficient conductance by the plurality of concentric slits. The height of the auxiliary chamber 122 may be reduced.
  • the process chamber 124 receives active species diffused in the auxiliary chamber 122 .
  • the inside of the process chamber 124 has a cylindrical shape, and the process chamber 124 may be formed of a metal or metal alloy.
  • the process chamber 124 may be continuously connected to the auxiliary chamber 122 .
  • a vacuum pump 126 is connected to the process chamber 124 to exhaust the process chamber 124 .
  • the pressure of the process chamber 124 may be several millitorr (mTorr) to hundreds of millitorr.
  • the pressure of the auxiliary chamber 122 may be higher than that of the process chamber.
  • the second baffle 162 partitions the auxiliary chamber 122 and the process chamber 124 and transmits the active species.
  • the second baffle 162 is disposed parallel to and spaced apart from the upper electrode 164 .
  • the second baffle 162 may be electrically grounded, face the auxiliary chamber 122, and include a plurality of first through holes 162a.
  • the upper electrode 164 may be electrically grounded and may include a plurality of second through holes 164a spaced apart from the second baffle.
  • the first through hole 162a and the second through hole 164a may not overlap each other.
  • the second baffle 162 has a predetermined thickness, is electrically grounded, faces the auxiliary chamber, and includes a plurality of first through holes 162a.
  • the second baffle 162 is disposed on a cylindrical portion of the auxiliary chamber 122 to partition the auxiliary chamber 122 and the process chamber 124 .
  • the second baffle 162 supplies active species from the auxiliary chamber 122 to the process chamber 124 .
  • the second baffle 162 neutralizes the capacitively coupled plasma of the process chamber 124 so that it does not penetrate into the auxiliary chamber 122 and increases a contact area with the capacitively coupled plasma.
  • a thickness of the second baffle 162 may be smaller than a thickness of the upper electrode 164 . Accordingly, the second baffle 162 can provide a sufficiently large conductance due to the first through hole 162a and the small thickness.
  • the upper electrode 164 may increase a contact area with plasma due to its thick thickness.
  • a diameter of the second through hole 164a may be greater than twice a thickness of a plasma sheath between the upper electrode 164 and the plasma. Specifically, the diameter of the second through hole 164a may be 5 mm to 10 mm. Accordingly, the plasma may penetrate into the second through hole 164a.
  • the second through hole 164a of the upper electrode 164 may increase a contact area with plasma. Plasma penetrating through the second through hole 164a may collide with the second baffle 162 and be neutralized.
  • the second baffle 162 may additionally increase a contact area in contact with plasma.
  • a gap between the second baffle 162 and the upper electrode 164 may be several millimeters or less. Specifically, the distance g between the second baffle 162 and the upper electrode 164 may be about 1 millimeter to about 5 millimeters. The distance g between the second baffle and the upper electrode is sufficiently small to suppress the lateral diffusion of the plasma reaching the second baffle 162 through the second through hole 164a.
  • a gap g between the substrate holder and the lower surface of the upper baffle forms a discharge space and may be 10 millimeters to 30 millimeters.
  • the upper electrode 164 includes an upper electrode conductive plate 165 having lower surfaces having different heights from the substrate holder according to positions; and a compensating plate 166 coupled to the lower portion of the conductive plate and having a different thickness and dielectric constant according to positions to compensate for a height difference according to positions.
  • the lower surface of the compensating plate 166 may be the same plane.
  • the second through hole 364a of the upper electrode 164 is disposed through the upper electrode conductive plate 165 and the compensation plate 166 .
  • the upper electrode 164 has a constant thickness, and the thickness of the upper electrode conductive plate 165 may vary depending on positions.
  • the thickness of the compensating plate 166 may be different according to positions so as to keep the thickness of the upper electrode 164 constant.
  • the compensating plate 166 may include at least one of silicon, silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride.
  • the thickness of the compensating plate 166 may be greatest in at least one area among the center area and/or the edge area.
  • the central region may have a circular shape, and the edge region may have a ring shape.
  • RF power of the RF power sources 142 and 146 may form capacitively coupled plasma between the substrate 134 and the upper electrode.
  • a first plasma sheath (a) is formed between the substrate and the plasma.
  • a second plasma sheath (b) is created between the upper electrode and the plasma.
  • the first plasma sheath (a) and the second plasma sheath (b) may be capacitors in terms of a circuit.
  • a first DC voltage Va may be applied to the first plasma sheath a
  • a second DC voltage Vb may be applied to the second plasma sheath b.
  • a contact area between the plasma and the substrate 134 is a first area Aa
  • a contact area between the plasma and the second baffle 160 is a second area Ab.
  • Energy of ions incident on the substrate 134 may depend on the first DC voltage Va. Accordingly, in order to increase the first DC voltage Va, the second area Ab in which the second baffle 160 contacts the plasma may be increased. That is, in order to increase the second area Ab, the upper electrode 164 includes a second through hole 164a large enough for plasma to penetrate.
  • FIG. 11 is a plan view illustrating a second baffle according to an embodiment of the present invention.
  • the second baffle 162 is electrically grounded, faces the auxiliary chamber, and includes a plurality of first through holes 162a.
  • the upper electrode 164 may include a plurality of second through holes electrically grounded and spaced apart from the second baffle.
  • the second through hole 164a may be disposed not to overlap with the first through hole 162a.
  • a diameter of the first through hole 162a may be smaller than a diameter of the second through hole 164a.
  • the thickness of the compensating plate 166 in the center region 164b and/or the edge region 164c may be thicker than other regions.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a first baffle according to still another embodiment of the present invention.
  • the first baffle 152' includes a disc 152a having an inclined outer surface; and a plurality of ring plates 152b disposed to surround the original plate 152a with a predetermined distance from each other, each having an inclined inner surface and an inclined outer surface.
  • a space between the disc 152a and the ring plate 152b and a space between the ring plates 152b may form concentric slits. Active species passing through the concentric slit between the disc 152a and the ring plate 152b may diffuse toward the center of the auxiliary chamber 122 .
  • Active species passing through the concentric slits between the ring plates 152b may diffuse toward the wall of the auxiliary chamber 122 .
  • the first baffle 152' spatially distributes active species for rapid diffusion. Accordingly, the height of the auxiliary chamber 122 may be reduced.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing a first baffle according to still another embodiment of the present invention.
  • the first baffle 452 may include a plurality of diagonal through holes 452a and 452b.
  • the through-holes 452a in the central area may be inclined to spray the active species in the direction of the central axis.
  • the through-holes 452b in the edge area may be inclined to spray the active species toward the wall of the auxiliary chamber.
  • the first baffle 452 spatially distributes active species for rapid diffusion. Accordingly, the height of the auxiliary chamber 122 may be reduced.
  • FIG. 14 is a perspective view illustrating an upper electrode and a second baffle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of the upper electrode and the second baffle of FIG. 14 .
  • the diameter of the second baffle 262 may be smaller than that of the upper electrode 264 .
  • the diameter of the first baffle 152 is about 100 to 150 mm, and the diameter of the second baffle 262 is about 400 mm. have a structure that can Due to the difference in diameter between the first baffle 152 and the second baffle 262 , the density of the active species at the center of the second baffle 262 may be higher than at the edge.
  • the diameter of the second baffle 262 may be larger than the diameter of the upper electrode 264. . Accordingly, more active species may flow to the outer portion of the upper electrode 264 . Accordingly, a uniform spatial distribution of active species density in the process chamber 124 may be obtained.
  • the upper electrode 264 has a protruding ring-shaped protrusion 265 at the outermost part, and the protruding ring-shaped protrusion 265 includes a protruding protrusion 265a for alignment with the upper baffle 262. can do.
  • the second baffle 262 may include a plurality of bridges 263 having a diameter smaller than that of the upper electrode 264 but extending in a radial direction. The bridge 263 may be fixed by being combined with the protrusion 265a.
  • 16 is a conceptual diagram illustrating a substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a conceptual diagram illustrating an upper electrode and an auxiliary electrode of the substrate processing apparatus of FIG. 16 .
  • the substrate processing apparatus 300 may have a dual chamber structure in which capacitively coupled plasma is generated in an auxiliary chamber 322 and a process chamber 122, respectively. Active species generated in the auxiliary chamber are provided to the process chamber 122 through the auxiliary ground electrode 364 and the upper electrode 164 .
  • the substrate processing apparatus 300 includes a process chamber 122; an upper electrode 164 disposed in the process chamber; a substrate holder 132 disposed under the upper electrode and facing the upper electrode to support a substrate; and RF power supplies 142 and 144 for applying RF power to the substrate holder.
  • the upper electrode 164 includes an upper electrode conductive plate 165 having lower surfaces having different heights from the substrate holder according to positions; and a compensating plate 16 coupled to the lower portion of the conductive plate and having a different thickness and dielectric constant according to positions to compensate for a height difference according to positions.
  • the lower surface of the compensating plate is coplanar.
  • the auxiliary plasma device includes an auxiliary chamber 322 connected to the process chamber; a power electrode 382 receiving RF power from the auxiliary RF power source 342 and generating capacitive coupled plasma and active species in the auxiliary chamber 322; An auxiliary ground electrode 364 partitions the auxiliary chamber 322 and the process chamber 122 and transmits the active species.
  • the auxiliary ground electrode 364 is spaced apart from the upper electrode 164, the auxiliary ground electrode 364 is electrically grounded, faces the auxiliary chamber 322, and has a plurality of first through holes 364a. ).
  • the upper electrode 164 is electrically grounded and is spaced apart from the auxiliary ground electrode to include a plurality of second through holes 164a.
  • the auxiliary electrode 364 includes an auxiliary electrode conductive plate 365 having upper surfaces having different heights depending on positions; and a compensating plate 366 coupled to an upper portion of the auxiliary electrode conductive plate 365 and having a dielectric constant and having a different thickness according to positions to compensate for a height difference according to positions.
  • the upper surface of the compensating plate 366 is the same plane.
  • the auxiliary electrode 364 may have the same structure as the upper electrode. Accordingly, the standing wave effect, the edge effect, and the harmonic wave effect due to the high frequency RF of the auxiliary RF power source 342 can be compensated by the auxiliary electrode 364 to have a spatially uniform plasma density distribution. .
  • the auxiliary RF power source 3 may supply high frequency RF power to the power electrode 382 through the impedance matching network 344 .
  • the power electrode 382 may include a gas buffer space and a plurality of holes connected to the gas buffer space in order to perform a function of a gas distribution unit receiving and distributing gas supplied from the outside.
  • the frequency of the auxiliary RF power source 342 may be 40 MHz to 100 MHz. Although the standing wave effect is increased by high frequency, the compensating plate 366 of the auxiliary ground electrode can generate uniform plasma and active species by compensating for the spatial non-uniformity of the electric field.
  • the frequency and power of the auxiliary RF power source 342 may be optimized for the density of active species and the ratio of active species.
  • FIG. 18 is a conceptual diagram illustrating a substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the plasma substrate processing apparatus 500 includes a process chamber 124; an upper electrode 564 disposed in the process chamber; a substrate holder 132 disposed below the upper electrode 564 and facing the upper electrode to support a substrate; and RF power supplies 142 and 146 for applying RF power to the substrate holder.
  • the upper electrode 564 includes an upper electrode conductive plate 565; and a compensating plate 566 coupled to a lower portion of the conductive plate and having a different permittivity according to positions. A lower surface of the compensating plate is the same plane, and the compensating plate 566 may be coupled to the upper electrode conductive plate 565 .
  • the upper electrode 564 may include a gas buffer space for receiving and distributing gas from the outside and a plurality of through-holes connected to the gas buffer space and injecting gas toward the substrate holder.
  • the compensating plate 565 has a constant thickness, but may have different permittivities ( ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 3 ) in the central region 564b and/or the edge region 564c. That is, the strength of the electric field in the discharge region depends on the permittivity of the compensating plate. Accordingly, the compensating plate having a different permittivity depending on the position may provide different electric field intensities E1, E2, and E3 in the corresponding discharge region. That is, when the permittivity is high, the strength of the electric field in the corresponding discharge region is reduced. That is, in order to reduce the electric field in the discharge region corresponding to the central region, a high dielectric constant material may be used.
  • a low dielectric constant material may be used.
  • the low-k material may be silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, aluminum oxide, and silicon.
  • the high dielectric constant material may be aluminum nitride, Y2O3, ZrO2, HfO2, LaO3, or BaO.
  • the compensating plate may be an insulator or semiconductor having a dielectric constant, the upper electrode conductive plate may have a constant thickness, and the compensating plate may be separated into a plurality of parts to have different dielectric constants depending on positions.

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치는, 공정 챔버; 상기 공정 챔버에 배치되는 상부 전극; 상기 상부 전극의 하부에 배치되고 상기 상부 전극을 마주보도록 배치되어 기판을 지지하는 기판 홀더; 및 상기 기판 홀더에 RF 전력을 인가하는 RF 전원;을 포함한다. 상기 상부 전극은, 위치에 따라 상기 기판 홀더로부터 높이가 서로 다른 하부면을 가지는 상부 전극 도전판; 및 상기 도전판의 하부에 결합되어 위치에 따른 높이 차이를 보상하도록 위치에 따라 다른 두께를 가지고 유전율을 가지는 보상판;을 포함한다. 상기 보상판의 하부면은 동일한 평면이다.

Description

축전 결합 플라즈마 기판 처리 장치
본 발명은 플라즈마 장치에 관한 것으로, 플라즈마 공간 균일성을 향상한 축전 결합 플라즈마 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 비균일한 전기장을 보상하는 보상판을 이용한 축전 결합 플라즈마를 형성하여 기판을 처리하는 플라즈마 기판 장치에 관한 것이다.
플라즈마 처리 장치는 식각, 세정, 표면 처리 등에 사용된다. 예를 들어, 플라즈마 식각 처리 장치는 높은 식각 선택성 및 식각율을 얻기 위하여 활성종 밀도, 플라즈마 밀도, 및 이온 에너지의 독립적 제어가 요구된다. 수 MHz 대역 이하의 저주파 RF 전원은 주로 이온 에너지의 제어를 위하여 사용되고, 수십 MHz 대역 이상의 고주파 RF 전원은 주로 플라즈마 밀도 및 활성종 밀도를 제어하기 위하여 사용한다. 또한, 이온의 에너지를 증가시키기 위하여 저주파 RF 전원의 파워가 증가된다. 플라즈마 밀도를 증가시키기 위하여 고주파 RF 전원의 파워의 증가가 요구된다. 그러나, 고주파 RF 전원의 파워의 증가는 활성종을 과분해하여 식각 선택성을 감소시킬 수 있다. 정전척은 고전압에 의하여 쉽게 파손된다.
펄스 플라즈마는 RF 파워를 온/오프하여, 오프 구간은 전자 온도 및 플라즈마 밀도를 감소시키어 플라즈마 특성을 변경할 수 있다. 이에 따라, 펄스 플라즈마는 노칭(notching) 및 보우잉(bowing) 현상을 감소시킬 수 있다.
높은 플라즈마 밀도, 높은 식각률을 얻기 위하여, 축전 결합 플라즈마의 RF 주파수가 증가한다. RF 주파수의 증가에 따라, 정상파 효과, 가장 자리 효과, 또는 고조파 효과는 플라즈마 균일성 또는 공정 균일성을 감소시킨다. 플라즈마 균일성을 증가시키기 위하여, RF 전력이 인가되는 전극에 단차를 주어 전기장의 세기를 공간적으로 변경하였다. 그러나, 이러한 단차는 유체의 흐름을 방해하고, 단차에 의한 이물질의 오염을 유발할 수 있다. 플라즈마 밀도 분포는 가스, 압력 및 RF 전력에 의존한다. 공정 조건이 변경되는 경우, 플라즈마 밀도 분포가 변경된다. 그러나, 단차 또는 곡률을 가진 파워 전극은 다양한 공정 조건에서 플라즈마 밀도 분포의 독립적 제어가 어렵다. 따라서, 공정 조건이 변경되어 플라즈마 밀도 분포가 변경되는 경우에도, 균일한 플라즈마 밀도를 달성할 수 있는 새로운 구조가 요구된다.
통상적인 이중 챔버 구조의 플라즈마 장치는 보조 챔버와 하부 챔버를 확산판을 통하여 구획한다. 보조 챔버 및 하부 챔버 각각은 플라즈마를 형성하여, 확산판은 각각의 플라즈마 영역을 구획하고, 활성종의 이동을 위한 통로로 이용된다. 보조 챔버의 플라즈마 불균일도에 의하여, 확산판은 하부 챔버에서 공간적으로 균일한 활성종의 제어를 어렵게한다. 상호 플라즈마 확산을 방지하기 위한 확산판의 구조는 각각의 독립적인 압력 조절을 어렵게한다. 따라서, 보조 챔버 및 하부 챔버는 원하는 플라즈마 특성을 확보하는 한계가 있다. 확산판은 상부/하부 플라즈마의 상호 누출을 방지하기 위하여 충분히 작은 직경의 관통홀을 가진다. 이에 따라, 상기 확산판의 컨덕턴스가 감소하고, 활성종은 상기 확산판에 이물질로 증착되고, 증착된 이물질은 분리되어 오염 입자를 방출할 수 있다. 또한, 하부 챔버의 플라즈마는 상기 챔버의 플라즈마와 간섭을 가지며, 하부 챔버의 플라즈마는 활성종의 불균일성 등에 기인하여 플라즈마 공간 균일도를 제공하기 어렵다.
본 발명은 보상판을 사용하여 균일한 축전 결합 플라즈마 공정을 제공하는 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치는, 공정 챔버; 상기 공정 챔버에 배치되는 상부 전극; 상기 상부 전극의 하부에 배치되고 상기 상부 전극을 마주보도록 배치되어 기판을 지지하는 기판 홀더; 및 상기 기판 홀더에 RF 전력을 인가하는 RF 전원;을 포함한다. 상기 상부 전극은, 위치에 따라 상기 기판 홀더로부터 높이가 서로 다른 하부면을 가지는 상부 전극 도전판; 및 상기 도전판의 하부에 결합되어 위치에 따른 높이 차이를 보상하도록 위치에 따라 다른 두께를 가지고 유전율을 가지는 보상판;을 포함한다. 상기 보상판의 하부면은 동일한 평면이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 상부 전극은 상기 상부 전극 도전판과 상기 보상판을 관통하는 복수의 관통홀을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 상부 전극은 전기적으로 접지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 보상판은 유전상수를 가지는 절연체 또는 반도체이고, 상기 상부 전극은 일정한 두께를 가지며, 상기 상부 전극 도전층의 두께는 위치에 따라 서로 다르고, 상기 보상판의 두께는 상기 상부 전극의 두께를 일정하게 유지하도록 위치에 따라 서로 다를 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 보상판은 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘산화질화물 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 보상판의 두께는 중심 영역 및 가장 자리 영역 중에서 적어로 하나의 영역에서 가장 크고, 상기 중심 영역은 원형이고, 상기 가장 자리 영역은 링 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 적어도 하나의 접지링을 더 포함하고, 상기 접지링은 상기 기판 홀더와 상기 상부 전극 사이의 플라즈마를 감싸도록 상기 상부 전극의 하부에 배치되고 링형태이고, 상기 접지링의 내경은 상기 기판 홀더 외경보다 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 적어도 하나의 접지 케비티를 더 포함하고, 상기 접지 케비티은 상기 기판 홀더와 상기 상부 전극 사이의 플라즈마를 감싸도록 상기 상부 전극의 하부에 배치되고 원통 형태이고, 상기 접지 케비티는 복수의 슬릿을 포함하고, 상기 접지 케비티의 내경은 상기 기판 홀더 외경보다 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 원격 플라즈마와 활성종을 생성하는 원격 플라즈마 발생기; 상기 원격 플라즈마 발생기의 출력 포트에 연결되는 개구부를 가지고 상기 원격 플라즈마 발생기의 활성종을 제공받아 확산시키어 상기 공정 챔버에 제공하는 보조 챔버; 상기 보조 챔버의 개구부에 배치된 제1 배플; 상기 보조 챔버와 상기 공정 챔버를 구획하고 상기 활성종을 투과시키는 제2 배플;을 더 포함하고, 상기 제2 배플은 상기 상부 전극과 이격되어 배치되고, 상기 제2 배플은 전기적으로 접지되고 상기 보조 챔버를 마주보고 복수의 제1 관통홀을 포함하고, 상기 상부 전극은 전기적으로 접지되고 상기 제2 배플과 이격되어 복수의 제2 관통홀을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 관통홀은 상기 제1 관통홀과 중첩되지 않도록 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 관통홀의 직경은 상기 상부 전극과 플라즈마 사이의 플라즈마 쉬스(plasma sheath)의 두께보다 2 배 초과이고, 상기 플라즈마는 상기 제2 관통홀의 내부로 침투할 수 잇다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 배플과 상기 상부 전극 사이의 간격은 수 밀리미터 이하이고, 상기 기판 홀더와 상기 상부 전극의 하부면 사이의 간격은 상기 제2 배플과 상기 상부 기판 사이의 간격보다 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 배플의 제1 관통홀의 직경은 상기 상부 전극의 제2 관통홀의 직경보다 작을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 관통홀은 상기 제1 관통홀과 중첩되지 않도록 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 배플은: 경사진 외측면을 가진 원판; 및 경사진 내측면 및 경사진 외측면을 가지고 상기 원판과 소정의 간격을 가지고 상기 원판을 감싸도록 배치된 링 판을 포함하고, 상기 원판의 외측면은 높이에 따라 외경이 증가하고, 상기 링 판의 내측면은 높이에 따라 내경이 증가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 원판과 상기 링 판은 복수의 브리지에 의하여 고정되고, 상기 링 판은 복수의 기둥에 의하여 상기 보조 챔버에 고정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 배플은 복수의 관통홀을 포함하고, 상기 제1 배플의 중심부에 배치된 관통홀들은 중심축을 향하도록 경사진 홀이고, 상기 제1 배플의 가장 자리에 배치된 관통홀들은 외측을 향하도록 경사진 홀일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, RF 전원은 저주파 전원과 고주파 전원을 포함하고, 상기 저주파 RF 전원과 상기 고주파 RF 전원을 제어하는 펄스 제어부를 더 포함하고, 상기 저주파 RF 전원와 상기 고주파 RF 전원은 각각 펄스 모드로 동작할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 원격 플라즈마 발생기는 유전체 원통을 감고 있는 유도 코일을 포함하는 유도 결합 플라즈마 소스일 수 이싸ㄷ.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 원격 플라즈마 발생기의 출력 포트의 직경은 50 밀리미터 내지 150 밀리미터이고, 상기 보조 챔버는 절두 콘 형상이고, 상기 보조 챔버의 개구부는 절두된 부위에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 공정 챔버 상에 연결된 보조 챔버; 보조 RF 전원의 RF 전력을 공급받아 상기 보조 챔버에 축전 결합 플라즈마 및 활성종을 생성하는 파워 전극; 상기 보조 챔버와 상기 공정 챔버를 구획하고 상기 활성종을 투과시키는 보조 접지 전극을 더 포함하고, 상기 보조 접지 전극은 상기 상부 전극 상에 이격되어 배치되고, 상기 보조 접지 전극은 전기적으로 접지되고 상기 보조 챔버를 마주보고 복수의 제1 관통홀을 포함하고, 상기 상부 전극은 전기적으로 접지되고 상기 보조 접지 전극과 이격되어 복수의 제2 관통홀을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 보조 접지 전극은: 위치에 따라 높이가 서로 다른 상부면을 가지는 보조 전극 도전판; 및 상기 보조 전극 도전판의 상부에 결합되어 위치에 따른 높이 차이를 보상하도록 위치에 따라 다른 두께를 가지고 유전율을 가지는 보상판;을 포함하고, 상기 보상판의 상부면은 동일한 평면일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치는, 공정 챔버; 상기 공정 챔버에 배치되는 상부 전극; 상기 상부 전극의 하부에 배치되고 상기 상부 전극을 마주보도록 배치되어 기판을 지지하는 기판 홀더; 및 상기 기판 홀더에 RF 전력을 인가하는 RF 전원;을 포함한다. 상기 상부 전극은: 상부 전극 도전판; 및 상기 도전판의 하부에 결합하고 위치에 따라 다른 유전율을 가지는 보상판;을 포함하고, 상기 보상판의 하부면은 동일한 평면이고, 상기 보상판은 상기 상부 전극 도전판과 결합한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 보상판은 유전상수를 가지는 절연체 또는 반도체이고, 상기 상부 전극 도전판은 일정한 두께를 가지며, 상기 보상판은 위치에 따라 다른 유전율을 가지도록 복수의 부품으로 분리될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 상부 전극은 접지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치는, 공정 챔버; 상기 공정 챔버에 배치되는 상부 전극; 상기 상부 전극의 하부에 배치되고 상기 상부 전극을 마주보도록 배치되어 기판을 지지하는 기판 홀더; 상기 기판 홀더에 RF 전력을 인가하는 RF 전원; 및 적어도 하나의 접지 케비티;를 포함한다. 상기 접지 케비티은 상기 기판 홀더와 상기 상부 전극 사이의 플라즈마를 감싸도록 상기 상부 전극의 하부에 배치되고 원통 형태이고, 상기 접지 케비티는 복수의 슬릿을 포함하고, 상기 접지 케비티의 내경은 상기 기판 홀더 외경보다 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치는 정상파 효과를 억제하기 위하여 위치에 따라 플라즈마 특성을 제어하고 균일한 플라즈마 공정을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 기판 처리 장치의 상부 전극을 나타내는 절단 사시도이다.
도 3은 도 2의 상부 전극에 의한 플라즈마 밀도를 나타내는 개념도이다.
도 4는 도 1의 기판 홀더에 인가되는 RF 전원의 신호를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 개념도이다.
도 6a 및 도 6b은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 개념도와 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 개념도이다.
도 8a은 도 7의 플라즈마 기판 처리 장치에서 제1 배플을 나타내는 사시도이다.
도 8b는 도 8a의 제1 배플을 나타내는 단면도이다.
도 9는 도 8의 플라즈마 기판 처리 장치에서 제2 배플과 상부 전극을 나타내는 개념도이다.
도 10는 도 8의 플라즈마 기판 처리 장치에서 제2 배플과 상부 전극을 나타내는 개념도이다.
도 11은는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 배플을 설명하는 평면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 배플을 나타내는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 배플을 나타내는 단면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 전극과 제2 배플을 나타내는 사시도이다.
도 15는 도 14의 상부 전극과 제2 배플의 단면도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 개념도이다.
도 17은 도 16의 기판 처리 장치의 상부 전극과 보조 전극을 나타내는 개념도이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하는 개념도이다.
본 발명의 일 실시예에 기판 처리 장치는, 기판 홀더와 이격되어 배치된 상부 전극을 포함할 수 있다. 상기 기판 홀더에 고주파 RF 전력을 인가하여 축전 결합 플라즈마를 생성하는 경우, 스탠딩 효과(standing wave effect), 가장 자리 효과 또는 고조파 효과(harmonic effect) 등에 의하여, 공간적으로 비균일 플라즈마 밀도 분포가 생성된다. 예를 들어, 플라즈마 반경 방향 공간 분포는 중심 피크(central peak) 및/또는 가장 자리(edge peak) 피크를 가질 수 있다. 그러나, 플라즈마 밀도는 RF 전원의 주파수가 증가함에 따라 증가하여, 60 MHz 이상의 고주파 RF 전원이 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 60 MHz 이상의 고주파 RF 전원은 정상파 효과(standing wave effect) 또는 고조파 효과(harmonic effect) 등에 의하여, 공간적으로 비균일 플라즈 밀도 분포가 생성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 60 MHz 이상의 고주파 RF 전원이 사용된 경우에도, 중심 피크(central peak) 및/또는 가장 자리(edge peak)가 제어될 수 있다. 전기장의 세기의 공간적 제어는 상부 전극과 하부 전극(기판 홀더) 사이의 간격 분포를 조절하여 수행될 수 있다. 접지된 상부 전극과 하부 전극(기판 홀더) 사이의 간격 조절을 위하여, 접지된 상부 전극의 하부면에 단차를 주는 경우, 접지된 상부 전극의 하부면에 단차는 가스가 가스의 컨덕턴스에 영향을 준다. 또한, 상부 전극의 하부면에 단차는 방전 공간에서 가스의 유동에 방해물로 동작할 수 있다. 또한, 상부 전극의 하부면에 단차 부위는 오염물질을 부착할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상부 전극은 활성종들 또는 가스가 상기 상부 전극의 관통홀을 통하여 이동시 컨덕턴스에 영향을 제거하도록 공간적으로 동일한 두께를 유지한다. 즉, 상부 전극은 상부 전극 도전판과 그 하부에 보상판을 포함하는 복층 구조일 수 있다. 상기 상부 전극 도전판은 위치에 따라 상기 기판 홀더로부터 높이가 서로 다른 하부면을 가지고, 보상판은 상기 도전판의 하부에 결합되어 위치에 따른 높이 차이를 보상하도록 위치에 따라 다른 두께를 가지고 유전율을 가진다. 보상판의 하부면은 동일 평면일 수 있다. 상기 보상판의 유전율은 진공 유전율에 근접할수록 유리할 수 있다. 상기 보상판은 실리콘, 실리콘산화물, 실리콘 질화물, 실리콘산화질화물, 또는 알루미늄 산화물일 수 있다. 상기 보상판의 두께는 위치에 따라 다를 수 있다. 상기 보상판의 두께가 증가함에 따라, 대응하는 위치에서 방전 공간에서 전기장의 세기는 감소할 수 있다. 이에 따라, 상기 보상판의 두께 공간 분포는 중심 피크(central peak) 및/또는 가장 자리(edge peak)를 제어할 수 있다. 상기 보상판은 상부 전극 도전판과 분해되고 결합할 수 있다. 상기 보상판은 소모품으로 새로운 부품으로 교체될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 접지링 또는 접지 케비티는 방전 영역을 감싸도록 배치되어, 가스의 컨덕턴스에 영향을 최소화하고, 정상파 효과를 억제하도록 케비티의 공명 주파수를 증가시키고, 접지 면적을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 전극과 기판 홀더 사이의 방전 공간을 감싸도록 링 구조의 접지링들이 배치될 수 있다. 상기 접지링들은 접지되어, 플라즈마의 접지 면적을 증가한다. 또한, 상기 접지링들은 방전 공간에 플라즈마를 감금하기 위하여 사용될 수 있다. 상기 접지링들은 서로 수직으로 적층되고 접지될 수 있다. 상기 접지링들 사이의 공간으로 공정 부산물들은 확산되어 진공 펌프를 통하여 배기될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 원격 플라즈마 발생기의 도움을 받아, 60 MHz 이상의 고주파 RF 전원이 플라즈마 밀도를 증가시키기 위하여 사용되지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치는 보조 챔버에 공간적으로 분리된 원격 플라즈마 발생기를 사용하여 독립적으로 플라즈마 및 활성종을 생성하여 보조 챔버에 활성종만을 공급한다. 원격 플라즈마 발생기는 독립적으로 활성종 및 플라즈마를 형성하고, 상기 보조 챔버 하부에 배치된 공정 챔버의 RF 전원과 간섭하지 않는다.
보조 챔버에 공급되는 활성종은 제1 배플에 의하여 넓은 영역으로 분사되어 확산하고, 보조 챔부는 확산에 필요한 충분한 공간을 제공한다. 보조 챔버와 공정 챔버 사이에 배치된 제2 배플은 공정 챔버에서 생성된 이온과 전자 등의 하전 입자를 막으면서 보조 챔버의 활성종들을 공정 챔버로 통과시킬 수 있는 최적화된 구조를 가진다. 제2 배플은 활성종을 손실 없이 하부 챔버로 이동시킬 수 있으며, 최단 거리에서 확산시켜 공정 챔버에 균일하게 분사시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는 원격 플라즈마 발생기를 사용하여 활성종을 독립적으로 생성하여 보조 챔버와 공정 챔버로 구성된 챔버에 제공한다. 상기 원격 플라즈마 발생기는 상기 공정 챔버와 전기적 간섭을 제거하고 독립적으로 최적의 플라즈마 조건에서 활성종을 생성한다. 제1 배플은 원격 플라즈마 발생기가 공급하는 플라즈마를 제거하고 활성종만을 보조 챔버에 제공한다. 제1 배플은 활성종을 넓은 면적으로 분사시키어 확산시킨다. 보조 챔버와 공정 챔버는 제2 배플에 의하여 구분된다. 보조 챔버의 활성종은 접지된 제2 배플 및/또는 상부 전극을 투과하여 의하여 공정 챔버로 공급된다. 기판 홀더는 공정 챔버에 배치되고, 기판 홀더에 인가되는 RF 전력은 기판 홀더 상의 기판과 상부 전극 사이에 축전 결합 플라즈마를 생성한다. 활성종이 공정 챔버로 독립적으로 공급됨에 따라, 공정 챔버에서 활성종 생성을 위한 고주파 RF 전원의 파워는 감소될 수 있다. 또한, 이온의 에너지를 조절하기 위한 저주파 RF 전원의 파워는 이온 에너지 조절에 주로 사용되도록 감소될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치에서 제1 배플은 활성종을 공간적으로 균일하게 분포시키고, 상부 전극은 하부 챔버에서 발생하는 축전 결합 플라즈마의 접지 전극으로 사용될 수 있다. 제2 배플과 상부 전극은 복층 구조일 수 있다. 상부 전극은 하측에서 플라즈마가 침투할 수 있도록 충분한 직경을 가지며, 상기 상부 전극의 개구부를 통하여 침투한 플라즈마는 제2 배플에 의하여 막힐 수 있다. 상기 제2 배플 및 상기 상부 전극은 모두 접지되어, 플라즈마와 접촉하는 접지 면적은 증가되고, 기판 측에서 플라즈마 쉬스(sheath)에 인가되는 바이어스 전압이 증가될 수 있다. 이에 따라, 기판에 입사하는 이온 에너지 조절을 위한 저주파 RF 전원의 파워가 감소될 수 있다.
하전 입자들(이온, 전자)은 벽에 충돌을 하면 중성으로 변한다. 따라서 이온이나 전자들을 막는 방법은 관통홀이 없도록 하여 제2 배플을 통과시 충돌을 하도록 하는 것이다. 이에 비하여 중성종 또는 활성종들은 충돌에서 반응성을 크게 잃지는 않는다. 하전 입자들은 하부에서 상부로 이동하면서 충돌에 의하여 중성이 되고, 중성종들은 최소한의 충돌로 상부에서 하부로 이동할 수 있다. 이를 위하여, 상기 제2 배플과 상부 전극은 큰 진공 컨덕턴스(vacuum conductance)를 가지도록 복층 구조를 가지며, 제2 배플의 개구부와 상부 전극의 개구부가 서로 중첩되지 않도록 설계된다.
각각의 제2 배플 및 상부 전극 각각은 최대 크기의 삼각형, 사각형, 원 등 다양한 형태의 관통 구조를 가지고 있다. 하전 입자가 이동하는 것을 막기 위하여 여러 개의 타공판을 중첩시키면 상부에서 하부로 관통하지는 않는다. 즉 충돌 없이 입자가 하부에서 상부로 이동을 할 수는 없다. 하부에서 상부로 충돌 없이 직진할 수 없는 구조를 가지면서 진공 컨덕턴스(conductance)는 최대로 설계될 수 있다. 예를 들어, 두 개의 타공판을 사용할 경우, 각각의 타공판은 최대의 컨덕턴스를 갖도록 개구부를 최대로 한다. 두 타공판을 포개 놓으면 중첩되는 개구부(관통하는 부분)이 없도록 한다.
또한, 상부 전극의 홀 직경은 공정 챔버에서 생성된 플라즈마가 상부 전극으로 침투할 수 있도록 충분히 클 수 있다. 예를 들어, 상부 전극의 홀의 직경은 수 밀리미터일 수 있다. 바람직하게는 상부 전극의 홀의 직경은 5밀리미터 내지 10 밀리미터일 수 있다. 상기 상부 전극의 홀 직경은 제2 배플의 홀 직경보다 클 수 있다. 이에 따라, 상부 전극으로 입사하는 플라즈마는 상기 제2 배플에 의하여 막혀 중성화될 수 있다. 또한, 플라즈마가 접촉하는 접지 면적이 증가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 배플과 상부 전극은 서로 이격되어 배치되고, 상부 전극은 RF 전원의 파워가 인가되는 기판을 마주보고 있다. 이에 따라, 플라즈마와 접촉하는 상기 상부 전극의 표면적과 상기 기판의 면적의 비는 상기 기판에 인가되는 전압에 의존한다. 이에 따라, 플라즈마와 접촉하는 상기 상부 전극플의 표면적을 증가시키면, 상기 기판에 인가되는 DC 바이어스 전압이 증가한다. 따라서, 동일한 RF 파워에서, 더 높은 이온 에너지가 얻어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판 홀더에 인가되는 고주파 RF 전원과 저주파 RF 전원은 각각 서로 동기화되어 펄스 모드로 동작할 수 있다. 고주파 RF 전원은 고전력 구간과 저전력 구간을 포함하고, 저주파 RF 전원은 고주파 RF 전원의 저전력 구간에 온 구간을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예 따른 기판 처리 장치는, 반도체 공정에서 에칭, 증착, 클리닝 장치 등에 하전 입자를 필터링하고 반응성을 가진 활성종만을 공정 장치에서 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치는 반도체 에칭의 원자층 식각장치(Atomic Layer Etching), 플라즈마 클리닝 장치, 플라즈마를 이용한 증착 장치 등에 적용될 수 있다.
제1 배플은 활성종이 하부로 확산하면서 충돌에 의한 손실(Loss)를 최소로 하고, 약 10cm 직경 수준의 상부 영역에서 직경 40cm 수준의 하부 영역으로 최단 거리에서 균일하게 활성종을 확산시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 기판 처리 장치의 상부 전극을 나타내는 절단 사시도이다.
도 3은 도 2의 상부 전극에 의한 플라즈마 밀도를 나타내는 개념도이다.
도 4는 도 1의 기판 홀더에 인가되는 RF 전원의 신호를 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 플라즈마 기판 처리 장치(100)는,
공정 챔버(124); 상기 공정 챔버(124)에 배치되는 상부 전극(164); 상기 상부 전극(164)의 하부에 배치되고 상기 상부 전극(164)을 마주보도록 배치되어 기판(134)을 지지하는 기판 홀더(132); 및 상기 기판 홀더(134)에 RF 전력을 인가하는 RF 전원(142,144);을 포함한다.
상기 상부 전극(164)은, 위치에 따라 상기 기판 홀더(132)로부터 높이가 서로 다른 하부면을 가지는 상부 전극 도전판(165); 및 상기 상부 전극 도전판(165)의 하부에 결합되어 위치에 따른 높이 차이를 보상하도록 위치에 따라 다른 두께를 가지고 유전율을 가지는 보상판(166);을 포함한다. 상기 보상판(166)의 하부면은 동일한 평면이다.
플라즈마 기판 처리 장치(100)는 식각 장치, 세정 장치, 표면 처리 장치, 또는 증착 장치일 수 있다. 기판은 반도체 기판, 유리 기판, 플라스틱 기판일 수 있다.
공정 챔버(124)는 도전성 재질이고, 접지되며, 원통 형상일 수 있다.
상기 상부 전극(164)은 접지 전극 및 가스 분배부로 동작할 수 있다. 상기 상부 전극은 외부에서 가스를 공급받아 그 내부에 가스 버퍼 공간을 구비하고, 복수의 관통홀(164a)을 통하여 가스를 분사할 수 있다.
상기 관통홀(164a)은 상기 상부 전극 도전판(165) 및 상기 보상판(166)을 관통하여 배치된다. 상기 상부 전극(164)은 일정한 두께를 가지며, 상기 상부 전극 도전판(165)의 두께는 위치에 따라 서로 다를 수 있다. 상기 보상판(166)의 두께는 상기 상부 전극(164)의 두께를 일정하게 유지하도록 위치에 따라 서로 다를 수 있다.
RF 전원(142,146)의 주파수가 증가함에 따라, 정상파 효과 또는 고조파(harmonics) 효과가 발생한다. 정상파 효과 및 고조파 효과는 주파수가 증가함에 따라 증가하고, 플라즈마 밀도의 중심 피크 및/또는 가장 자리 피크를 형성한다.
한편, RF 전원의 주파수가 증가함에 따라, 플라즈마 밀도가 증가하고 전자 온도가 감소하여, 저주파 RF 전원에 비하여 다양한 공정 환경이 조성될 수 있다.
통상적으로, 축전 결합 플라즈마에서 전기장의 세기를 공간적으로 조절하기 위하여, RF 전원이 인가되는 상부 전극에 표면 단차가 제공될 수 있다. 그러나, 상부 전극의 표면 단차는 오염 물질이 증착되어 파티클을 형성하는 원인이 될 수 있다. 상부 전극이 표면 곡률을 가지는 경우에도, 이러한 곡률을 가진 상부 전극은 제작하기 어려우며, 이러한 곡률 상부 전극은 유체의 흐름을 방해하여 공간적으로 균일한 공정을 제공하기 어렵다.
상기 보상판(366)은 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘산화질화물 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 보상판(366)의 두께는 중심 영역 및/또는 가장 자리 영역 중에서 적어로 하나의 영역에서 가장 클 수 있다. 상기 중심 영역은 원형이고, 상기 가장 자리 영역은 링 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 축전 결합 플라즈마에서 접지 전극으로 동작하는 상부 전극(164)의 상부 전극 도전판(165)은 그 하부면 표면에 굴곡 또는 단차를 가질 수 있다. 상기 보상판(366)은 이러한 굴곡 또는 단차를 제거하면서 상부 전극(164)과 RF 전력이 인가되는 기판 홀더 (132) 사이의 방전 공간에서 위치별 전기장의 세기를 조절할 수 있다.
상부 전극(164)은 관통홀(164a)을 구비하며, 상기 상부 전극의 두께가 위치에 따라 변하는 경우, 관통홀(164a)의 컨덕턴스는 서로 다를 수 있다. 관통홀(164a)의 컨덕턴스를 일정하게 유지하면서, 방전 공간의 유체 흐름에 영향을 억제하기 위하여, 상부 전극은 복층 구조이고, 일정한 두께를 가지고 평탄할 수 있다.
구체적으로, 상기 상부 전극(164)은, 도전체로 형성된 상부 전극 도전판과 상기 상부 전극 도전판의 하부에 배치되고 유전상수를 가지는 절연체 또는 반도체인 보상판(166)을 포함할 수 있다. 상기 보상판(166)은 유전상수를 가지는 절연체 또는 반도체일 수 있다. 상기 상부 전극의 상기 관통홀(164a)은 상기 상부 전극 도전판 및 상기 보상판을 관통하여 배치된다. 이에 따라, 상기 하상부 전극의 하부면은 동일 평면이다.
방전 영역에서, 전기장의 세기(E1,E,E3)는 보상층(166)의 두께(d1,d2,d3), 보상층의 유전율(ε), 방전 영역의 높이(d)에 의하여 정해진다. 즉, 보상층(166)의 유전율이 감소할수록, 전기장의 세기의 차이는 클 수 있다. 이에 따라, 상기 보상층(166)의 재질은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산화질화막, 알루미늄 산화막, 또는 실리콘일 수 있다.
진공 영역의 전기장(E)은 다음과 같이 주어질 수 있다.
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여기서, ε은 보상층(166)의 유전율이고, d1은 보상층(166)의 두께이고, V0는 인가된 전압 차이이다. ε0는 진공의 유전율이다. d는 방전 영역의 높이이다. 따라서, 보상층(166)의 두께(d1)가 증가하면, 전기장의 세기는 감소한다.
보상층(166)의 두께는 상기 방전 영역의 높이(d)의 약 1/2 내지 1/10 일 수 있다. 예를 들어, 상기 방전 영역의 높이(d)가 10mm인 경우, 상기 보상층(166)의 최대 두께(d1)은 5mm 내지 1mm일 수 있다. 상기 보상층(166)의 두께가 클수록, 대응하는 방전 영역에서 전기장의 세기는 감소한다. d1>d3>d2인 경우, E1 < E3 < E2 일 수 있다. 여기서, E1은 d1에 대응하는 방전 영역의 전기장이다. 이에 따라, 플라즈마 밀도의 중심 피크 및/또는 가장 자리 피크를 억제하도록, 상기 보상층(166)의 두께가 위치에 따라 선택될 수 있다. 상기 보상층(166)은 접지된 상부 전극에 기인하여 낮은 이온 에너지에 의하여 스퍼터링되지 않아 신뢰성을 제공할 수 있다.
또한, 방전 영역에서 전기장의 세기 분포는 보상층(166)의 유전율(ε)과 방전 영역의 높이(d)에 의존할 수 있다. 따라서, 방전 영역의 높이(d)을 조절하면, 방전 영역에서 전기장의 세기 분포가 변경될 수 있다. 따라서, 중심 피크가 크게 나타나는 공정 조건에서, 방전 영역의 높이(d)을 감소시키면 중심에서 전기장의 세기를 감소시키어 균일한 플라즈마가 생성될 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 보상층(166)의 두께는 위치에 따라 급격히 변화하지만, 점진적으로 변화할 수 있다.
기판 홀더(132)는 기판(134)을 지지하고 RF 전원(142,146)의 전력을 전달받아 축전 결합 플라즈마를 생성할 수 있다. 상기 기판 홀더(132)는 정전척을 위한 전극(136)을 포함할 수 있다. 상기 정척척은 외부로부터 DC 고전압을 제공받아 상기 기판(134)을 정전력으로 고정할 수 있다. 상기 기판 홀더(132)는 RF 전원의 전력을 전달받는 파워 전극(135)을 포함할 수 있다. 상기 파워 전극(135) 상에 정전척의 전극(136)이 배치될 수 있다.
기판(134)은 반도체 기판, 유리 기판 또는 플라스틱 기판일 수 있다. 상기 반도체 기판은 300mm 실리콘 웨이퍼일 수 있다.
RF 전원(142,146)은 상기 파워 전극(135)에 RF 전력을 제공할 수 있다. 상기 RF 전원(142,146)은, 13.56 MHz 이하의 저주파 RF 전원(146); 및 13.56 MHz 초과 60 MHz 미만의 고주파 RF 전원(142); 를 포함할 수 있다. 저주파 RF 전원(146)의 주파수는 400 kHz 내지 10 MHz 일 수 있다. 상기 고주파 RF 전원(142)의 주파수는 20 MHz 내지 60 MHz일 수 있다. 상기 RF 전원(142,146)은 펄스 모드 또는 연속 모드로 동작할 수 있다.
상기 저주파 RF 전원(146)은 제1 임피던스 매칭 네트워크(148)를 통하여 상기 파워 전극(135)에 저주파 RF 전력을 공급할 수 있다. 상기 고주파 RF 전원(142)은 제21 임피던스 매칭 네트워크(144)를 통하여 상기 파워 전극(135)에 저주파 RF 전력을 공급할 수 있다.
펄스 제어부(149)는 상기 저주파 RF 전원(146)와 상기 고주파 RF 전원(142)을 제어할 수 있다. 상기 저주파 RF 전원와 상기 고주파 RF 전원은 각각 펄스 모드로 동작할 수 있다.
고주파 RF 전원(122)의 고주파 RF 신호(RF1)는 일정한 주기(T)를 가지고 고출력 구간(T1)와 저출력 구간(T2)을 반복할 수 있다. 상기 고출력 구간(T1)은 방전 영역에서 플라즈마 밀도를 증가시킬 수 있다. 저출력 구간(T2)은 플라즈마의 완전한 소멸을 억제하여, 고주파 RF 전원(122)이 다음 고출력 구간(T1)에서 안정적인 플라즈마 생성을 독립적으로 제어할 수 있다. 상기 고주파 RF 전원(122)의 주파수는 13.56 MHz 내지 60 MHz일 수 있다.
한편, 상기 고출력 구간(T1)에서, 저주파 RF 전원(146)의 저주파 RF 신호(RF2)는 오프될 수 있다. 저출력 구간(T2)에서, 저주파 RF 전원의 저주파 RF 신호(RF2)는 제공될 수 있다. 저주파 RF 신호(RF2)는 이온의 에너지를 독립적으로 제어할 수 있다. 각 공정에 적합하도록 플라즈마 특성이 독립적으로 제어될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 개념도이다.
도 5를 참조하면, 플라즈마 기판 처리 장치(100a)는,
공정 챔버(124); 상기 공정 챔버(124)에 배치되는 상부 전극(164); 상기 상부 전극(164)의 하부에 배치되고 상기 상부 전극(164)을 마주보도록 배치되어 기판(134)을 지지하는 기판 홀더(132); 및 상기 기판 홀더(134)에 RF 전력을 인가하는 RF 전원(142,144);을 포함한다.
상기 상부 전극(164)은, 위치에 따라 상기 기판 홀더(132)로부터 높이가 서로 다른 하부면을 가지는 상부 전극 도전판(165); 및 상기 상부 전극 도전판(165)의 하부에 결합되어 위치에 따른 높이 차이를 보상하도록 위치에 따라 다른 두께를 가지고 유전율을 가지는 보상판(166);을 포함한다. 상기 보상판(166)의 하부면은 동일한 평면이다.
평행판 축전기를 감싸는 원통 케비티 구조에서, 정상파의 공진 주파수는 하부 챔버(124)의 반경에 역비례할 수 있다. 구체적으로, 공진 각주파수(ω)는 다음과 같이 주어질 수 있다.
ω= 2.405 c/a로 주어질 수 있다.
여기서, 2.405는 베셀 함수의 첫 번째 영의 위치이고, c는 광속, a는 원통 케비티의 반경일 수 있다.
통상적으로, 축전 결합 플라즈마에서 원통 케비티는 공정 챔버이고, 공정 챔버의 반경이 0.3m인 경우, 공진 주파수는 약 400 MHz일 수 있다. 공정 챔버(124)의 직경이 증가하면, 공진 주파수는 감소할 수 있다. RF 전원(142)의 구동 주파수가 100 MHz인 경우, 4차 고조파(harmonics)는 공진 주파수와 일치하여 정상파 효과를 현저히 발생시킬 수 있다. 따라서, RF 전원(142)의 구동 주파수와 공정 챔버에 의한 공진기의 공진 주파수는 큰 차이를 가지는 것이 바람직할 수 있다. 하지만, RF 전원(142)의 구동 주파수는 플라즈마 밀도의 증가와 전자 온도의 감소를 위하여 수십 MHz 이상으로 유지되어야 한다. 따라서, 공진 주파수의 증가가 요구된다.
공정 챔버에 의한 공진기의 공진 주파수를 증가시키기 위하여, 공정 챔버의 반경은 감소될 필요가 있다. 또는 정상파 효과를 감소시키기 위하여 공정 챔버의 반경은 감소될 필요가 있다.
공정 챔버의 반경을 감소시키기 위하여, 적어도 하나의 접지링(170)이 방전 영역을 감싸도록 배치된다. 접지링의 내 반경이 0.2m인 경우, 공진 주파수는 약 570 MHz일 수 있다. 이에 따라, 공진기의 공진 주파수가 증가하여, 정상파 효과가 상대적으로 감소하고, 플라즈마와 접촉하는 접지 면적이 증가될 수 있다. 상기 공진 주파수는 RF 전원(142)의 고조파에 의하여 달성될 수 있으므로, RF 전원(142)의 주파수는 60 MHz 이하로 사용하면, 정상파 효과가 더욱 감소될 수 있다. 또한, RF 전원(142)의 구동 주파수의 n차 고조파는 공진 주파수와 다르도록 선택될 수 있다.
상기 접지링(170)은 상기 기판 홀더(132)와 상기 상부 전극(160) 사이의 플라즈마를 감싸도록 상기 상부 전극(164)의 하부에 배치되고 와셔 형태이다. 상기 접지링(170)의 내경은 상기 기판 홀더(132)의 외경보다 크다. 상기 접지링(170)은 방전 공간을 한정하여 플라즈마가 확산하는 공간을 제한할 수 있다. 또한, 상기 접지링(170)은 접지되어 있어 접지 면적을 증가시키어 기판(134)에 인가되는 DC 바이어스 전압을 증가시킬 수 있다. 상기 접지링들(170)은 서로 이격되어 수직으로 적층되어 배치되어, 가스는 상기 접지링들(170) 사이의 공간으로 배기될 수 있다. 상기 접지링(170)의 재질은 도전성 물질이고, 금속 또는 금속 합금일 수 있다.
도 6a 및 도 6b은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 개념도와 사시도이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 플라즈마 기판 처리 장치(100b)는, 공정 챔버(122); 상기 공정 챔버에 배치되는 상부 전극(164); 상기 상부 전극의 하부에 배치되고 상기 상부 전극을 마주보도록 배치되어 기판을 지지하는 기판 홀더(132); 상기 기판 홀더에 RF 전력을 인가하는 RF 전원(142,146); 및 접지 케비티(270);를 포함한다.
상기 접지 케비티(270)은 상기 기판 홀더와 상기 상부 전극 사이의 플라즈마를 감싸도록 상기 상부 전극의 하부에 배치되고 원통 형태이다. 상기 접지 케비티는 복수의 슬릿(271)을 포함하고, 상기 접지 케비티의 내경은 상기 기판 홀더 외경보다 클 수 있다.
상기 상부 전극(164)은, 위치에 따라 상기 기판 홀더(132)로부터 높이가 서로 다른 하부면을 가지는 상부 전극 도전판(165); 및 상기 상부 전극 도전판(165)의 하부에 결합되어 위치에 따른 높이 차이를 보상하도록 위치에 따라 다른 두께를 가지고 유전율을 가지는 보상판(166);을 포함한다. 상기 보상판(166)의 하부면은 동일한 평면이다.
정상파 효과를 감소된 RF 전원의 구동 각주파수(ω)는 다음과 같이 정의될 수 있다. ω= 0.1 c/a로 주어질 수 있다. 접지 케비티(270)의 반경(a)이 0.15 m 인 경우, 이에 대한 구동 주파수는 약 38 Mhz일 수 있다. 따라서, RF 전원(142)은 약 38 Mhz 이하의 주파수를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 즉, 접지 케비티(270)를 사용하면, 공진 주파수가 증가한다. 따라서, 정상파 효과를 억제하는 RF 전원의 구동 주파수가 증가될 수 있다.
접지 케비티(270)는 방전 공간 내의 반응 부산물을 외부로 배출하도록 복수의 슬릿(271)을 포함할 수 있다. 상기 접지 케비티(270)가 전기적으로 케비티 또는 공진기로 동작하기 위하여, 전기장의 성분(Ez)은 상기 접지 케비티(270)에 차단될 수 있다. 즉, 슬릿(271)의 연장 방향은 중심축 방향으로 연장될 수 있다. 접지 케비티(270)는 접지되어, 접지 면적을 증가시키어, DC 바이어스 전압을 증가시킬 수 있다. 또한, 접지 케비티(270)는 축전 결합 플라즈마를 국부적으로 한정하여 플라즈마 밀도를 증가시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 개념도이다.
도 8a은 도 7의 플라즈마 기판 처리 장치에서 제1 배플을 나타내는 사시도이다.
도 8b는 도 8a의 제1 배플을 나타내는 단면도이다.
도 9는 도 8의 플라즈마 기판 처리 장치에서 제2 배플과 상부 전극을 나타내는 개념도이다.
도 10는 도 8의 플라즈마 기판 처리 장치에서 제2 배플과 상부 전극을 나타내는 개념도이다.
도 7 내지 도 10을 참조하면, 플라즈마 기판 처리 장치(200)는, 공정 챔버(122); 상기 공정 챔버에 배치되는 상부 전극(164); 상기 상부 전극의 하부에 배치되고 상기 상부 전극을 마주보도록 배치되어 기판을 지지하는 기판 홀더(132); 및 상기 기판 홀더에 RF 전력을 인가하는 RF 전원(142,146);을 포함한다.
상기 상부 전극(164)은, 위치에 따라 상기 기판 홀더로부터 높이가 서로 다른 하부면을 가지는 상부 전극 도전판(165); 및 상기 도전판의 하부에 결합되어 위치에 따른 높이 차이를 보상하도록 위치에 따라 다른 두께를 가지고 유전율을 가지는 보상판(166);을 포함한다. 상기 보상판의 하부면은 동일한 평면이다.
플라즈마 기판 처리 장치(200)는 원격 플라즈마와 활성종을 생성하는 원격 플라즈마 발생기(110); 상기 원격 플라즈마 발생기(110)의 출력 포트(114)에 연결되는 개구부(120a)를 가지고 상기 원격 플라즈마 발생기(110)의 활성종을 제공받아 확산시키어 상기 공정 챔버(124)에 제공하는 보조 챔버(122); 상기 보조 챔버(122)의 개구부에 배치된 제1 배플(152); 상기 보조 챔버(122)와 상기 공정 챔버(124)를 구획하고 상기 활성종을 투과시키는 제2 배플(160);을 더 포함한다.
상기 제2 배플(162)은 상기 상부 전극(164)과 이격되어 배치되고, 상기 제2 배플(162)은 전기적으로 접지되고 상기 보조 챔버(124)를 마주보고 복수의 제1 관통홀(162a)을 포함한다. 상기 상부 전극(166)은 전기적으로 접지되고 상기 제2 배플(162)과 이격되어 복수의 제2 관통홀(164a)을 포함한다.
원격 플라즈마 발생기(110)는 유전체 원통을 감고 있는 유도 코일(미도시)을 포함하는 유도 결합 플라즈마 소스(Source)일 수 있다. 유전체 원통은 외부로부터 제1 가스를 공급받을 수 있다. 상기 유전체 원통의 직경은 50 mm 내지 150 nm일 수 있다. 상기 유도 코일은 상기 유전체 원통을 적어도 한턴 이상 감싸고, 원격 플라즈마 RF 전원(112)으로부터 RF 전력을 공급받을 수 있다. 상기 원격 플라즈마 RF 전원(112)의 주파수는 400 kHz 내지 13. 56 MHz 일 수 있다. 상기 유도 코일은 상기 유전체 원통 내부에 유도 결합 플라즈마를 생성할 수 있다. 상기 원격 플라즈마 RF 전원의 출력은 수 kW 내지 수십 kW일 수 있다. 이에 따라, 상기 원격 플라즈마 발생기(110)의 동작 압력은 수백 밀리토르(mTorr) 내지 수십 토르(Torr)일 수 있다. 식각 공정의 경우, 상기 제1 가스는 불소함유 가스를 포함할 수 있다. 상기 원격 플라즈마 발생기(110)는 플라즈마와 제1 가스로부터 분해된 활성종들 (또는 중성종들)을 생성할 수 있다. 상기 원격 플라즈마 발생기(110)는 플라즈마 공간 균일도를 고려하지 않고 플라즈마의 특성만을 제어할 수 있다. 전자 온도는 압력에 의존할 수 있으며, 플라즈마 밀도는 원격 플라즈마 RF 전원의 출력에 의존할 수 있다. 상기 원격 플라즈마 RF 전원(112)은 플라즈마의 특성을 제어하기 위하여 연속 모드 또는 펄스 모드로 동작할 수 있다. 이에 따라, 상기 원격 플라즈마 발생기(110)는 독립적으로 활성종들의 밀도 및 활성종들의 밀도 비를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 원격 플라즈마 발생기(110)는 압력 및 RF 펄스 모드를 사용하여 전자 온도를 독립적으로 조절할 수 있다. 이에 따라, CxFy 가스에서, 분해된 F, CF, CF2, CF3의 활성종들의 밀도 비율이 조절될 수 있다.
상기 활성종들은 보조 챔버(122)에 제공된다. 상기 원격 플라즈마 발생기(110)는 출력 포트(114)를 통하여 상기 보조 챔버(122)에 연결될 수 있다. 제2 가스는 상기 출력 포트(114)에 추가적으로 공급될 수 있다. 상기 제2 가스는 제1 가스와 동일하거나 다를 수 있다. 상기 제2 가스는 활성종과 충돌하여 활성종의 온도를 감소시킬 수 있다. 상기 제2 가스는 하부 챔버에서 플라즈마 발생에 용이한 산소 포함 가스, 수소 가스, 및 불활성 가스 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 보조 챔버(122)는 절두 콘(truncated cone) 형상일 수 있다. 상기 보조 챔버(122)의 개구부(122a)는 절두된 부위에 배치될 수 있다. 상기 보조 챔버(122)의 하단부는 원통형상을 가질 수 있다. 상기 보조 챔버(122)는 금속 또는 금속 합금으로 제작되고 접지될 수 있다.
상기 제1 배플(152)은, 경사진 외측면을 가진 원판(152a); 및 경사진 내측면 및 경사진 외측면을 가지고 상기 원판(152a)과 소정의 간격을 가지고 상기 원판을 감싸도록 배치된 링 판(152b)을 포함할 수 있다. 상기 원판(152a)의 외측면은 높이에 따라 외경이 증가할 수 있다. 상기 링 판(152b)의 내측면은 높이에 따라 내경이 증가할 수 있다. 상기 원판(152a)과 상기 링 판(152b)은 복수의 브리지(152c)에 의하여 고정될 수 있다. 상기 링 판(152b)은 복수의 기둥(153)에 의하여 상기 보조 챔버(122)에 고정될 수 있다.
상기 원판(152a)과 상기 링 판(152b) 사이의 공간은 동심형 슬릿을 형성할 수 있다. 동심형 슬릿을 통과한 활성종들은 상기 보조 챔부(122)의 중심 방향으로 분사되어 확산될 수 있다. 상기 링 판(152b)의 외측면은 높이에 따라 외경이 감소할 수 있다. 상기 링 판의 외측면과 상기 보조 챔버 사이의 공간을 통과한 활성종들은 상기 보조 챔부(122)의 벽 방향으로 분사되어 확산될 수 있다. 이에 따라, 활성종은 상기 보조 챔버(122) 내에서 넓게 확산되어 균일한 밀도 분포를 생성할 수 있다. 상기 제1 배플(152)은 빠른 확산을 위하여 활성종들을 공간적으로 분배한다. 이에 따라, 상기 보조 챔버(122)의 높이는 감소될 수 있다.
상기 제1 배플(152)은 도전성 물질 또는 절연체로 형성될 수 있다. 상기 제1 배플(152)은 상기 원격 플라즈마 발생기(110)에서 생성된 플라즈마를 차단하고 활성종을 투과시키는 플라즈마 차단 필터로 동작할 수 있다. 또한, 상기 제1 배플(152)은 활성종을 공간적으로 분배하는 기능을 수행할 수 있다. 수직으로 입사한 이온이 상기 제1 배플(152)의 동심형 슬릿을 지나면서 상기 제1 배플(152)의 경사면에 충돌할 수 있다. 원판(152a)의 경사진 외측면에서 최대 직경(R1)은 링판(152b)의 경사진 내측면에서 최소 직경(R2)보다 클 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 링판(152b)은 복수 개일 수 있다. 이에 따라, 링판들(152b) 사이의 동심형 슬릿은 경사면을 통하여 플라즈마를 차단하고 활성종을 특정 방향으로 분사시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 배플(152)은 복수의 동심형 슬릿에 의하여 충분한 컨덕턴스를 제공할 수 있다. 상기 보조 챔버(122)의 높이는 감소될 수 있다.
상기 공정 챔버(124)는 상기 보조 챔버(122)에서 확산된 활성종을 제공받는다. 공정 챔버(124)의 내부는 원통 형상이고, 공정 챔버(124)는 금속 또는 금속 합금으로 형성될 수 있다. 상기 공정 챔버(124)는 상기 보조 챔버(122)와 연속적으로 연결될 수 있다. 상기 공정 챔버(124)에는 진공 펌프(126)가 연결되어 상기 공정 챔버(124)를 배기할 수 있다. 또한, 공정 챔버(124)의 압력은 수 밀리토르(mTorr) 내지 수백 밀리토르일 수 있다. 또한, 상기 보조 챔버(122)의 압력은 상기 공정 챔버의 압력보다 높을 수 있다.
제2 배플(162)은 상기 보조 챔버(122)와 상기 공정 챔버(124)를 구획하고 상기 활성종을 투과시킨다. 상기 제2 배플(162)은 상기 상부 전극(164)과 나란히 이격되어 배치된다. 상기 제2 배플(162)은 전기적으로 접지되고 상기 보조 챔버(122)를 마주보고 복수의 제1 관통홀(162a)을 포함할 수 있다. 상기 상부 전극(164)은 전기적으로 접지되고 상기 제2 배플과 이격되어 복수의 제2 관통홀(164a)을 포함할 수 있다. 상기 제1 관통홀(162a)과 상기 제2 관통홀(164a)은 서로 중첩되어 배치되지 않을 수 있다.
상기 제2 배플(162)은, 일정한 두께를 가지고 전기적으로 접지되고 상기 보조 챔버를 마주보고 복수의 제1 관통홀(162a)을 포함한다. 제2 배플(162)은 상기 보조 챔버(122)의 원통 부위에 배치되어 상기 보조 챔버(122)와 상기 공정 챔버(124)를 구획한다. 상기 제2 배플(162)은 보조 챔버(122)의 활성종을 상기 공정 챔버(124)에 공급한다. 상기 제2 배플(162)은 상기 공정 챔버(124)의 축전 결합 플라즈마를 보조 챔버(122)로 투과하지 못하도록 중성화시키고, 축전 결합 플라즈마와 접촉하는 접촉 면적을 증가시킨다.
상기 제2 배플(162)의 두께는 상기 상부 전극(164)의 두께보다 작을 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 배플(162)은 상기 제1 관통홀(162a)과 얇은 두께에 의하여 충분히 큰 컨덕턴스를 제공할 수 있다. 상기 상부 전극(164)은 두꺼운 두께에 의하여 플라즈마와 접촉 면적을 증가시킬 수 있다.
상기 제2 관통홀(164a)의 직경은 상기 상부 전극(164)과 플라즈마 사이의 플라즈마 쉬스(plasma sheath)의 두께보다 2 배 초과일 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 관통홀(164a)의 직경은 5 밀리미터 내지 10 밀리미터일 수 있다. 이에 따라, 상기 플라즈마는 상기 제2 관통홀(164a)의 내부로 침투할 수 있다. 상기 상부 전극(164)의 제2 관통홀(164a)은 플라즈마와 접촉하는 접촉 면적을 증가시킬 수 있다. 상기 제2 관통홀(164a)로 침투한 플라즈마는 상기 제2 배플(162)에 충돌하여 중성화될 수 있다. 상기 제2 배플(162)은 플라즈마와 접촉하는 접촉 면적을 추가적으로 증가시킬 수 있다.
상기 제2 배플(162)과 상기 상부 전극(164) 사이의 간격은 수 밀리미터 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 배플(162)과 상기 상부 전극(164) 사이의 간격(g)은 1 밀리미터 내지 5 밀리미터 수준일 수 있다. 상기 제2 배플과 상기 상부 전극 사이의 간격(g)은 충분히 작아, 제2 관통홀(164a)을 통하여 상기 제2 배플(162)에 도달한 플라즈마가 측 방향으로 확산하는 것을 억제할 수 있다.
상기 기판 홀더(132)와 상기 상부 전극(164)의 하부면 사이의 간격(d) (또는 방전 영역의 높이)은 상기 제2 배플(162)과 상기 상부 전극(164) 사이의 간격(g)보다 클 수 있다. 상기 기판 홀더와 상기 상부 배플의 하부면 사이의 간격(g)은 방전 공간을 형성하고 10 밀리미터 내지 30 밀리미터일 수 있다.
상기 상부 전극(164)은, 위치에 따라 상기 기판 홀더로부터 높이가 서로 다른 하부면을 가지는 상부 전극 도전판(165); 및 상기 도전판의 하부에 결합되어 위치에 따른 높이 차이를 보상하도록 위치에 따라 다른 두께를 가지고 유전율을 가지는 보상판(166);을 포함할 수 잇다. 상기 보상판(166)의 하부면은 동일한 평면일 수 있다.
상기 상부 전극(164)의 상기 제2 관통홀(364a)은 상기 상부 전극 도전판(165) 및 상기 보상판(166)을 관통하여 배치된다. 상기 상부 전극(164)은 일정한 두께를 가지며, 상기 상부 전극 도전판(165)의 두께는 위치에 따라 서로 다를 수 있다. 상기 보상판(166)의 두께는 상기 상부 전극(164)의 두께를 일정하게 유지하도록 위치에 따라 서로 다를 수 있다.
상기 보상판(166)은 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘산화질화물 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 보상판(166)의 두께는 중심 영역 및/또는 가장 자리 영역 중에서 적어로 하나의 영역에서 가장 클 수 있다. 상기 중심 영역은 원형이고, 상기 가장 자리 영역은 링 형상일 수 있다.
상기 RF 전원(142,146)의 RF 전력은 상기 기판(134)와 상기 상부 전극 사이에 축전 결합 플라즈마를 형성할 수 있다. 상기 기판과 플라즈마 사이에는 제1 플라즈마 쉬스(a)가 생성된다. 또한, 상기 상부 전극과 플라즈마 사이에는 제2 플라즈마 쉬스(b)가 생성된다. 상기 제1 플라즈마 쉬스(a) 및 상기 제2 플라즈마 쉬스(b)는 회로적으로 축전기일 수 있다. 제1 플라즈마 쉬스(a)에는 제1 DC 접압(Va)이 인가되고, 상기 제2 플라즈마 쉬스(b)에는 제2 DC 전압(Vb)이 인가될 수 있다. 상기 플라즈마와 상기 기판(134)이 접촉하는 면적은 제1 면적(Aa)이고, 상기 플라즈마와 상기 제2 배플(160)이 접촉하는 면적은 제2 면적(Ab)이다.
상기 기판(134)에 입사하는 이온의 에너지는 상기 제1 DC 접압(Va)에 의존할 수 있다. 따라서, 상기 제1 DC 접압(Va)을 증가하기 위하여, 상기 제2 배플(160)과 상기 플라즈마가 접촉하는 제2 면적(Ab)을 증가시킬 수 있다. 즉, 제2 면적(Ab)을 증가시키기 위하여 상기 상부 전극(164)은 플라즈마가 침투할 수 있도록 충분히 큰 제2 관통홀(164a)을 구비한다.
도 11은는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 배플을 설명하는 평면도이다.
도 11을 참조하면, 상기 제2 배플(162)은, 전기적으로 접지되고 상기 보조 챔버를 마주보고 복수의 제1 관통홀(162a)을 포함한다. 상부 전극(164)은 전기적으로 접지되고 상기 제2 배플과 이격되어 복수의 제2 관통홀을 포함할 수 있다. 상기 제2 관통홀(164a)은 상기 제1 관통홀(162a)과 중첩되지 않도록 배치될 수 있다. 상기 제1 관통홀(162a)의 직경은 상기 제2 관통홀(164a)의 직경보다 작을 수 있다. 중심 영역(164b) 및/또는 가장 자리 영역(164c)의 보상판(166)의 두께는 다른 영역보다 두꺼울 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 배플을 나타내는 단면도이다.
도 12를 참조하면, 상기 제1 배플(152')은 경사진 외측면을 가진 원판(152a); 및 경사진 내측면 및 경사진 외측면을 가지고 상기 원판(152a)과 소정의 간격을 가지고 상기 원판을 감싸도록 배치된 복수의 링 판(152b)을 포함할 수 있다.
상기 원판(152a)과 상기 링 판(152b) 사이의 공간 및 상기 링 판들(152b) 사이의 공간은 동심형 슬릿을 형성할 수 있다. 상기 원판(152a)과 상기 링 판(152b) 사이의 동심형 슬릿을 통과한 활성종들은 상기 보조 챔버(122)의 중심 방향으로 확산될 수 있다.
상기 링 판들(152b) 사이의 동심형 슬릿을 통과한 활성종들은 상기 보조 챔부(122)의 벽 방향으로 확산될 수 있다. 상기 제1 배플(152')은 빠른 확산을 위하여 활성종들을 공간적으로 분배한다. 이에 따라, 상기 보조 챔버(122)의 높이는 감소될 수 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 배플을 나타내는 단면도이다.
도 13을 참조하면, 상기 제1 배플(452)은 복수의 사선 방향의 관통홀들(452a, 452b)을 포함할 수 있다. 중심 영역의 관통홀들(452a)은 활성종을 중심축 방향으로 분사하도록 경사질 수 있다. 가장 자리 영역의 관통홀들(452b)은 활성종을 보조 챔버의 벽 방향으로 분사하도록 경사질 수 있다. 상기 제1 배플(452)은 빠른 확산을 위하여 활성종들을 공간적으로 분배한다. 이에 따라, 상기 보조 챔버(122)의 높이는 감소될 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 전극과 제2 배플을 나타내는 사시도이다.
도 15는 도 14의 상부 전극과 제2 배플의 단면도이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 상기 제2 배플(262)의 직경은 상기 상부 전극(264)의 직경보다 작을 수 있다. 제1 배플(152)의 직경은 100 ~ 150mm 정도이고, 제2 배플(262)의 직경은 400 mm 수준이고, 상기 제2 배플(262)은 기판과 최소한의 거리에서 균일하게 활성종을 확산시킬 수 있는 구조를 가진다. 상기 제1 배플(152)과 상기 제2 배플(262)의 직경 차이에 의하여, 제2 배플(262)의 중심 부위에서 활성종의 밀도는 가장자리보다 높을 수 있다. 보조 챔버(122)에서 활성종 밀도의 비균일 공간 분포가 상기 공정 챔버(124)에 전사되는 방지하기 위하여, 상기 제2 배플(262)의 직경은 상기 상부 전극(264)의 직경보다 클 수 있다. 이에 따라, 상기 상부 전극(264)의 외곽 부위로 더 많은 활성종들이 흘러갈 수 있다. 이에 따라, 공정 챔버(124)에서 활성종 밀도의 균일한 공간 분포가 획득될 수 있다.
상기 상부 전극(264)은 최외곽에 돌출된 링 형태의 턱(265)을 가지며, 돌출된 링형태의 턱(265)은 상부 배플(262)과의 정렬을 위한 돌출된 돌출부(265a)를 포함할 수 있다. 상기 제2 배플(262)은 상기 상부 전극(264)보다 작은 직경을 가지나, 반경 방향으로 연장되는 복수 개의 브리지(263)를 포함할 수 있다. 상기 브리지(263)는 상기 돌출부(265a)와 결합하여 고정될 수 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 개념도이다.
도 17은 도 16의 기판 처리 장치의 상부 전극과 보조 전극을 나타내는 개념도이다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 기판 처리 장치(300)는 보조 챔버(322) 및 공정 챔버(122) 각각 에서 축전 결합 플라즈마를 생성하는 이중 챔버 구조일 수 있다. 보조 챔버에서 생성된 활성종은 보조 접지 전극(364) 및 상부 전극(164)을 통하여 공정 챔버(122)에 제공된다.
기판 처리 장치(300)는, 공정 챔버(122); 상기 공정 챔버에 배치되는 상부 전극(164); 상기 상부 전극의 하부에 배치되고 상기 상부 전극을 마주보도록 배치되어 기판을 지지하는 기판 홀더(132); 및 상기 기판 홀더에 RF 전력을 인가하는 RF 전원(142,144);을 포함한다. 상기 상부 전극(164)은, 위치에 따라 상기 기판 홀더로부터 높이가 서로 다른 하부면을 가지는 상부 전극 도전판(165); 및 상기 도전판의 하부에 결합되어 위치에 따른 높이 차이를 보상하도록 위치에 따라 다른 두께를 가지고 유전율을 가지는 보상판(16);을 포함한다. 상기 보상판의 하부면은 동일한 평면이다.
보조 플라즈마 장치는, 상기 공정 챔버 상에 연결된 보조 챔버(322); 보조 RF 전원(342)의 RF 전력을 공급받아 상기 보조 챔버(322)에 축전 결합 플라즈마 및 활성종을 생성하는 파워 전극(382); 상기 보조 챔버(322)와 상기 공정 챔버(122)를 구획하고 상기 활성종을 투과시키는 보조 접지 전극(364)을 포함한다. 상기 보조 접지 전극(364)은 상기 상부 전극(164) 상에 이격되어 배치되고, 상기 보조 접지 전극(364)은 전기적으로 접지되고 상기 보조 챔버(322)를 마주보고 복수의 제1 관통홀(364a)을 포함한다. 상기 상부 전극(164)은 전기적으로 접지되고 상기 보조 접지 전극과 이격되어 복수의 제2 관통홀(164a)을 포함한다.
상기 보조 전극(364)은, 위치에 따라 높이가 서로 다른 상부면을 가지는 보조 전극 도전판(365); 및 상기 보조 전극 도전판(365)의 상부에 결합되어 위치에 따른 높이 차이를 보상하도록 위치에 따라 다른 두께를 가지고 유전율을 가지는 보상판(366);을 포함한다. 상기 보상판(366)의 상부면은 동일한 평면이다. 상기 보조 전극(364)은 상기 상부 전극과 동일한 구조일 수 있다. 이에 따라, 상기 보조 RF 전원(342)의 고주파 RF에 기인한 정상파 효과, 가장 자리 효과, 및 고조파 효과는 상기 상기 보조 전극(364)에 의하여 공간적으로 균일한 플라즈마 밀도 분포를 가지도록 보상될 수 있다.
보조 RF 전원(3)은 임피던스 매칭 네트워크(344)를 통하여 상기 파워 전극(382)에 고주파 RF 전력을 공급할 수 있다. 상기 파워 전극(382)은 외부로부터 가스를 공급받아 분배하는 가스 분배부의 기능을 수행하기 위하여 가스 버퍼 공간 및 상기 가스 버퍼 공간에 연결된 복수의 홀들을 포함할 수 있다.
상기 보조 RF 전원(342)의 주파수는 40 MHz 내지 100 MHz일 수 있다. 고주파에 의하여 정상파 효과가 증가되나, 보조 접지 전극의 보상판(366)은 전기장의 공간적 불균일성을 보상하여 균일한 플라즈마 및 활성종을 생성할 수 있다. 상기 보조 RF 전원(342)의 주파수와 전력은 활성종의 밀도과 활성종들의 비율에 최적화될 수 있다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하는 개념도이다.
도 18을 참조하면, 플라즈마 기판 처리 장치(500)는, 공정 챔버(124); 상기 공정 챔버에 배치되는 상부 전극(564); 상기 상부 전극(564)의 하부에 배치되고 상기 상부 전극을 마주보도록 배치되어 기판을 지지하는 기판 홀더(132); 및 상기 기판 홀더에 RF 전력을 인가하는 RF 전원(142,146);을 포함한다. 상기 상부 전극(564)은, 상부 전극 도전(565)판; 및 상기 도전판의 하부에 결합하고 위치에 따라 다른 유전율을 가지는 보상판(566);을 포함한다. 상기 보상판의 하부면은 동일한 평면이고, 상기 보상판(566)은 상기 상부 전극 도전판(565)과 결합할 수 있다.
상부 전극(564)은 외부로부터 가스를 공급받아 분배하는 가스 버퍼 공간 및 가스 버퍼 공간에 연결되어 상기 기판 홀더 방향으로 가스를 분사하는 복수의 관통홀들을 포함할 수 있다.
보상판(565)은 일정한 두께를 가지나, 중심 영역(564b) 및/또는 가장 자리 영역(564c)에서 다른 유전율(ε1,ε2,ε3)을 가질 수 있다. 즉, 방전 영역에서 전기장의 세기는 보상판의 유전율에 의존한다. 따라서, 위치에 따라 다른 유전율을 가진 보상판은 대응하는 방전 영역에서 다른 전기장의 세기(E1,E2,E3)를 제공할 수 있다. 즉, 유전율이 크면, 대응하는 방전 영역의 전기장의 세기가 감소한다. 즉, 중심 영역에 대응하는 방전 영역에서 전기장을 감소시키기 위하여, 고유전율 물질이 사용될 수 있다. 중심 영역을 감싸는 영역에 대응하는 방전 영역에서 전기장을 감소시키기 위하여, 저유전율 물질이 사용될 수 있다. 예를 들어, 저유전율 물질은 실리콘산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 알루미늄 산화물, 및 실리콘일 수 있다. 고유전율 물질은 알루미늄 질화물, Y2O3, ZrO2, HfO2, LaO3, BaO일 수 있다. 상기 보상판은 유전상수를 가지는 절연체 또는 반도체이고, 상기 상부 전극 도전판은 일정한 두께를 가지며, 상기 보상판은 위치에 따라 다른 유전율을 가지도록 복수의 부품으로 분리될 수 있다.
본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

Claims (26)

  1. 공정 챔버;
    상기 공정 챔버에 배치되는 상부 전극;
    상기 상부 전극의 하부에 배치되고 상기 상부 전극을 마주보도록 배치되어 기판을 지지하는 기판 홀더; 및
    상기 기판 홀더에 RF 전력을 인가하는 RF 전원;을 포함하고,
    상기 상부 전극은:
    위치에 따라 상기 기판 홀더로부터 높이가 서로 다른 하부면을 가지는 상부 전극 도전판; 및
    상기 도전판의 하부에 결합되어 위치에 따른 높이 차이를 보상하도록 위치에 따라 다른 두께를 가지고 유전율을 가지는 보상판;을 포함하고,
    상기 보상판의 하부면은 동일한 평면인 것을 플라즈마 기판 처리 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 상부 전극은 상기 상부 전극 도전판과 상기 보상판을 관통하는 복수의 관통홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 상부 전극은 전기적으로 접지되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 보상판은 유전상수를 가지는 절연체 또는 반도체이고,
    상기 상부 전극은 일정한 두께를 가지며,
    상기 상부 전극 도전층의 두께는 위치에 따라 서로 다르고,
    상기 보상판의 두께는 상기 상부 전극의 두께를 일정하게 유지하도록 위치에 따라 서로 다른 것을 특징으로 하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 보상판은 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘산화질화물 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 보상판의 두께는 중심 영역 및 가장 자리 영역 중에서 적어로 하나의 영역에서 가장 크고,
    상기 중심 영역은 원형이고,
    상기 가장 자리 영역은 링 형상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    적어도 하나의 접지링을 더 포함하고,
    상기 접지링은 상기 기판 홀더와 상기 상부 전극 사이의 플라즈마를 감싸도록 상기 상부 전극의 하부에 배치되고 링형태이고,
    상기 접지링의 내경은 상기 기판 홀더 외경보다 큰 것을 특징으로 하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    적어도 하나의 접지 케비티를 더 포함하고,
    상기 접지 케비티은 상기 기판 홀더와 상기 상부 전극 사이의 플라즈마를 감싸도록 상기 상부 전극의 하부에 배치되고 원통 형태이고,
    상기 접지 케비티는 복수의 슬릿을 포함하고,
    상기 접지 케비티의 내경은 상기 기판 홀더 외경보다 큰 것을 특징으로 하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    원격 플라즈마와 활성종을 생성하는 원격 플라즈마 발생기;
    상기 원격 플라즈마 발생기의 출력 포트에 연결되는 개구부를 가지고 상기 원격 플라즈마 발생기의 활성종을 제공받아 확산시키어 상기 공정 챔버에 제공하는 보조 챔버;
    상기 보조 챔버의 개구부에 배치된 제1 배플;
    상기 보조 챔버와 상기 공정 챔버를 구획하고 상기 활성종을 투과시키는 제2 배플;을 더 포함하고,
    상기 제2 배플은 상기 상부 전극과 이격되어 배치되고,
    상기 제2 배플은 전기적으로 접지되고 상기 보조 챔버를 마주보고 복수의 제1 관통홀을 포함하고,
    상기 상부 전극은 전기적으로 접지되고 상기 제2 배플과 이격되어 복수의 제2 관통홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 관통홀은 상기 제1 관통홀과 중첩되지 않도록 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 관통홀의 직경은 상기 상부 전극과 플라즈마 사이의 플라즈마 쉬스(plasma sheath)의 두께보다 2 배 초과이고,
    상기 플라즈마는 상기 제2 관통홀의 내부로 침투하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 배플과 상기 상부 전극 사이의 간격은 수 밀리미터 이하이고,
    상기 기판 홀더와 상기 상부 전극의 하부면 사이의 간격은 상기 제2 배플과 상기 상부 기판 사이의 간격보다 큰 것을 특징으로 하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 배플의 제1 관통홀의 직경은 상기 상부 전극의 제2 관통홀의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  14. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 관통홀은 상기 제1 관통홀과 중첩되지 않도록 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 배플은:
    경사진 외측면을 가진 원판; 및
    경사진 내측면 및 경사진 외측면을 가지고 상기 원판과 소정의 간격을 가지고 상기 원판을 감싸도록 배치된 링 판을 포함하고,
    상기 원판의 외측면은 높이에 따라 외경이 증가하고,
    상기 링 판의 내측면은 높이에 따라 내경이 증가하는 것을 특징을 하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  16. 제5 항에 있어서,
    상기 원판과 상기 링 판은 복수의 브리지에 의하여 고정되고,
    상기 링 판은 복수의 기둥에 의하여 상기 보조 챔버에 고정되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  17. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 배플은 복수의 관통홀을 포함하고,
    상기 제1 배플의 중심부에 배치된 관통홀들은 중심축을 향하도록 경사진 홀이고,
    상기 제1 배플의 가장 자리에 배치된 관통홀들은 외측을 향하도록 경사진 홀인 것을 특징으로 하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  18. 제1 항에 있어서,
    RF 전원은 저주파 전원과 고주파 전원을 포함하고,
    상기 저주파 RF 전원과 상기 고주파 RF 전원을 제어하는 펄스 제어부를 더 포함하고,
    상기 저주파 RF 전원와 상기 고주파 RF 전원은 각각 펄스 모드로 동작하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  19. 제9 항에 있어서,
    상기 원격 플라즈마 발생기는 유전체 원통을 감고 있는 유도 코일을 포함하는 유도 결합 플라즈마 소스인 것을 특징으로 플라즈마 기판 처리 장치.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 원격 플라즈마 발생기의 출력 포트의 직경은 50 밀리미터 내지 150 밀리미터이고,
    상기 보조 챔버는 절두 콘 형상이고,
    상기 보조 챔버의 개구부는 절두된 부위에 배치된 것을 특징으로 플라즈마 기판 처리 장치.
  21. 제1 항에 있어서,
    상기 공정 챔버 상에 연결된 보조 챔버;
    보조 RF 전원의 RF 전력을 공급받아 상기 보조 챔버에 축전 결합 플라즈마 및 활성종을 생성하는 파워 전극;
    상기 보조 챔버와 상기 공정 챔버를 구획하고 상기 활성종을 투과시키는 보조 접지 전극을 더 포함하고,
    상기 보조 접지 전극은 상기 상부 전극 상에 이격되어 배치되고,
    상기 보조 접지 전극은 전기적으로 접지되고 상기 보조 챔버를 마주보고 복수의 제1 관통홀을 포함하고,
    상기 상부 전극은 전기적으로 접지되고 상기 보조 접지 전극과 이격되어 복수의 제2 관통홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  22. 제21 항에 있어서,
    상기 보조 접지 전극은:
    위치에 따라 높이가 서로 다른 상부면을 가지는 보조 전극 도전판; 및
    상기 보조 전극 도전판의 상부에 결합되어 위치에 따른 높이 차이를 보상하도록 위치에 따라 다른 두께를 가지고 유전율을 가지는 보상판;을 포함하고,
    상기 보상판의 상부면은 동일한 평면인 것을 플라즈마 기판 처리 장치.
  23. 공정 챔버;
    상기 공정 챔버에 배치되는 상부 전극;
    상기 상부 전극의 하부에 배치되고 상기 상부 전극을 마주보도록 배치되어 기판을 지지하는 기판 홀더; 및
    상기 기판 홀더에 RF 전력을 인가하는 RF 전원;을 포함하고,
    상기 상부 전극은:
    상부 전극 도전판; 및
    상기 도전판의 하부에 결합하고 위치에 따라 다른 유전율을 가지는 보상판;을 포함하고,
    상기 보상판의 하부면은 동일한 평면이고,
    상기 보상판은 상기 상부 전극 도전판과 결합하는 것을 플라즈마 기판 처리 장치.
  24. 제23 항에 있어서,
    상기 보상판은 유전상수를 가지는 절연체 또는 반도체이고,
    상기 상부 전극 도전판은 일정한 두께를 가지며,
    상기 보상판은 위치에 따라 다른 유전율을 가지도록 복수의 부품으로 분리된 것을 특징으로 하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  25. 제23 항에 있어서,
    상기 상부 전극은 접지되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 기판 처리 장치.
  26. 공정 챔버;
    상기 공정 챔버에 배치되는 상부 전극;
    상기 상부 전극의 하부에 배치되고 상기 상부 전극을 마주보도록 배치되어 기판을 지지하는 기판 홀더;
    상기 기판 홀더에 RF 전력을 인가하는 RF 전원; 및
    적어도 하나의 접지 케비티;를 포함하고,
    상기 접지 케비티은 상기 기판 홀더와 상기 상부 전극 사이의 플라즈마를 감싸도록 상기 상부 전극의 하부에 배치되고 원통 형태이고,
    상기 접지 케비티는 복수의 슬릿을 포함하고,
    상기 접지 케비티의 내경은 상기 기판 홀더 외경보다 큰 것을 특징으로 하는 플라즈마 기판 처리 장치.
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