JP2021018977A - 分離型プラズマソースコイル及びその制御方法 - Google Patents

分離型プラズマソースコイル及びその制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】分離型プラズマソースコイル及びその制御方法を提供すること。【解決手段】分離型プラズマソースコイルは、コイル中心１３の周りに配されながら、少なくとも１つの線形中心コイル１１＿１〜１１＿Ｋからなる中心コイルグループ１１；及び中心コイルグループ１１の周面に配されながら、少なくとも１つの線形エッジコイル１２＿１〜１２＿Ｌからなるエッジコイルグループ１２；を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、分離型プラズマソースコイル及びその制御方法に係り、具体的に、中心コイルとエッジコイルとが互いに分離された分離型プラズマソースコイル及びその制御方法に関する。
半導体工程の微細化及び高度化につれて、工程結果の均一性（ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）が確保される必要性が次第に高まりつつある。多数個の工程過程からなる半導体工程で全工程の均一性の確保のために、それぞれの工程過程で誤差が防止される必要がある。例えば、エッチング工程（ｅｔｃｈｉｎｇ）でエッチング率の均一性または臨界線幅の均一性に影響を及ぼすチャンバ内のプラズマの密度分布が均一に作られる必要がある。チャンバ内部のプラズマ密度は、多様な媒介変数によって決定され、例えば、プラズマソースコイルは、プラズマの密度分布に影響を及ぼす因子になる。したがって、プラズマソースコイルは、チャンバ内部に均一なプラズマ密度分布を形成しうる構造で作られる必要があり、誤差が発生する原因を補完することができる構造を有することが有利である。
特許文献１は、信頼性が高いながら、量産に適したプラズマコイルの製造方法について開示する。特許文献２は、プラズマプロセッシングの不均一性を効果的に制御するプラズマプロセッシング装置について開示する。また、特許文献３は、高密度プラズマイオンを提供して半導体処理性能及び生産性の向上を可能にするＶＨＦ Ｚ−コイルプラズマソースについて開示する。プラズマソースコイルから発生するプラズマの均一性のために、まず構造的に安定して作られる必要がある。これと共に、例えば、傾斜または高さ偏差が発生する場合、それを効果的に補完することができる手段が作われる必要がある。しかし、先行技術は、このような構造または手段について開示しない。
大韓民国特許登録番号１０−０５１９６７７（アダプティブプラズマテクノロジー株式会社、２００５．１０．１３．公告）プラズマチャンバに使われるプラズマソースコイルの製造方法 ＷＯ２０１３／０６２９２９（アプライド・マテリアルズ、インコーポレイテッド、２０１３．０５．０２．公開）位相制御を有する高効率３重−コイル誘導結合型プラズマソース ＷＯ２０１７／１８９２３４（レトロ−セミテクノロジーズ、エルエルシー、２０１７．１１．０２．公開）ＶＨＦ Ｚ−コイルプラズマソース
本発明は、先行技術の問題点を解決するためのものであって、下記のような目的を有する。
本発明の目的は、少なくとも２つの領域に互いに分離されて配されながら、傾斜及び高さ調節が可能な分離型プラズマソースコイル及びその制御方法を提供するところにある。
本発明の適切な実施形態によれば、分離型プラズマソースコイルは、コイル中心の周りに配されながら、少なくとも１つの線形中心コイルからなる中心コイルグループ；及び中心コイルグループの周面に配されながら、少なくとも１つの線形エッジコイルからなるエッジコイルグループ；を含む。
本発明の他の適切な実施形態によれば、少なくとも１つの線形中心コイルまたは少なくとも１つの線形エッジコイルは、螺旋状に延びる。
本発明のさらに他の適切な実施形態によれば、少なくとも１つの線形中心コイルまたは少なくとも１つの線形エッジコイルの螺旋状に延びる円周角は、２７０°以上になる。
本発明のさらに他の適切な実施形態によれば、中心コイルグループとエッジコイルグループは、同時に、または独立して傾斜または高さ調節が可能である。
本発明のさらに他の適切な実施形態によれば、中心コイルグループまたはエッジコイルグループの高さまたは傾斜調節のための少なくとも１つの調節手段を含む。
本発明のさらに他の適切な実施形態によれば、プラズマソースコイルの制御方法は、それぞれ多数個のコイルからなる第１コイルグループ及び第２コイルグループは、１つの平面に配置する段階；第１コイルグループ及び第２コイルグループによって発生するプラズマの密度を基準面に対して探知する段階；及び第１コイルグループまたは第２コイルグループの傾斜度または高さを調節する段階；を含む。
本発明のさらに他の適切な実施形態によれば、第１コイルグループ及び第２コイルグループは、独立して調節可能である。
本発明による分離型プラズマソースコイルは、１つの平面に互いに並列に配された中心コイルとエッジコイルとが互いに分離構造で作られながら、独立して制御が可能である。このような構造によってプラズマの発生のための制御が容易でありながら、それと同時にプラズマ密度の均一性の確保が容易であるという利点を有する。本発明による分離型プラズマソースコイルは、中心コイルと分離コイルとの傾斜または高さが独立して、または同時に調節されることによって、均一性の確保のための誤差の校正が精密になされうる。また、本発明によるプラズマソースコイルの制御方法は、線幅の微細化または高度化によるプラズマ発生が柔軟かつ精密に制御ができるようにする。
本発明による分離型プラズマソースコイルの実施形態を示した説明図 本発明によるプラズマソースコイルによってプラズマ発生が制御される過程の実施形態を示した説明図 本発明によるプラズマソースコイルで傾斜または高さ調節が可能な構造の実施形態を示した説明図 本発明によるプラズマソースコイルの制御方法の実施形態を示した説明図 本発明によるプラズマソースコイルの制御方法によって高さまたは傾斜が調節される多様な実施形態を示した説明図
以下、本発明は、添付した図面に提示された実施形態を参照して詳細に説明されるが、実施形態は、本発明の明確な理解のためのものであって、本発明は、これに制限されるものではない。下記の説明で、互いに異なる図面で同じ図面符号を有する構成要素は、類似した機能を有するので、発明の理解のために、不要であれば、反復説明はせず、公知の構成要素は、簡略に説明されるか、省略されるが、本発明の実施形態から除外されるものではない。
図１は、本発明による分離型プラズマソースコイルの実施形態を図示したものである。
図１を参照すれば、分離型プラズマソースコイルは、コイル中心１３の周りに配されながら、少なくとも１つの線形中心コイル１１＿１〜１１＿Ｋからなる中心コイルグループ１１；及び中心コイルグループ１１の周面に配されながら、少なくとも１つの線形エッジコイル１２＿１〜１２＿Ｌからなるエッジコイルグループ１２；を含む。
プラズマソースコイルは、ＲＦ電力の供給によってプラズマを発生させるプラズマソースに設けられるコイルになり、プラズマソースは、例えば、ＴＣＰ（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、ＩＣＰ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、ＨＰ（Ｈｅｌｉｃｏｎ Ｐｌａｓｍａ）の構造を有しうるが、これに制限されるものではない。また、プラズマソースは、エッチング工程を含めた半導体の多様な工程にプラズマを供給し、プラズマの用途によって、本発明は制限されるものではない。中心コイルグループ１１及びエッジコイルグループ１２は、それぞれ少なくとも１つの線形中心コイル１１＿１〜１１＿Ｋ及び線形エッジコイル１２＿１〜１２＿Ｌを含みうる。それぞれのコイルグループ１１、１２は、全体として平面構造になり、中心コイルグループ１１とエッジコイルグループ１２は、１つの平面に配置される。それぞれのコイルグループ１１、１２を形成する線形中心コイル１１＿１〜１１＿Ｋ及び線形エッジコイル１２＿１〜１２＿Ｌは、線形延長構造を有し、例えば、それぞれのコイル１１＿１〜１２＿Ｌは、互いに異なる直径を有する円周に沿って螺旋状に延びる構造を有しうる。そして、互いに異なるコイル１１＿１〜１２＿Ｌは、同一平面に配され、中心コイルグループ１１とエッジコイルグループ１２は、それぞれ円形領域の中心領域と周り領域とにそれぞれ配置される。それぞれのコイル１１＿１〜１２＿Ｌは、互いに分離されて配され、それぞれのコイル１１＿１〜１２＿Ｌは、円形断面、四角形断面、多角形断面またはそれと類似した断面を有しうる。また、それぞれのコイル１１＿１〜１２＿Ｌは、互いに異なる直径を有した円周方向に沿って螺旋状に延び、例えば、延長長さは、２７０°以上の円周角に該当しうる。望ましくは、延長長さは、２７０〜７２０°、最も望ましくは、３２０〜４２０°であるが、これに制限されるものではない。中心コイルグループ１１とエッジコイルグループ１２との間に分離領域が形成され、分離領域は、線形中心コイル１１＿１〜１１＿Ｋまたは線形エッジコイル１２＿１〜１２＿Ｌの間の分離間隔と同一または大きく、例えば、グループ１１、１２の間の分離間隔は、コイル１１＿１〜１１＿Ｋまたは１２＿１〜１２＿Ｋの間の分離間隔の１．０〜１０．０倍になりうるが、これに限定されるものではない。
中心コイルグループ１１とエッジコイルグループ１２は、独立して上下に移動するか、独立して傾斜調節になり、例えば、中心コイルグループ１１とエッジコイルグループ１２は、それぞれ上下に１〜２０ｍｍの垂直変位（ＴＬ）を有するか、コイル部分１３を基準にエッジコイルグループ１２の外側周りが垂直変位（ＴＬ）に至るように傾斜（ｔｉｌｔｉｎｇ）が変化される。線形中心コイル１１＿１〜１１＿Ｋと線形エッジコイル１２＿１〜１２＿Ｌは、独立して上下に移動するか、傾斜が調節され、選択的に中心コイルグループ１１とエッジコイルグループ１２は、共に上下に移動するか、傾斜が調節される。中心コイルグループ１１が配された領域は、エッジコイルグループ１２が配された領域の０．５〜２．０倍になりうるが、これに制限されるものではない。選択的に中心コイルグループ１１またはエッジコイルグループ１２は、少なくとも１つの線形中心コイル１１＿１〜１１＿Ｋまたは少なくとも１つの線形エッジコイル１２＿１〜１２＿Ｌからなる少なくとも１つのサブ中心コイルグループまたは少なくとも１つのサブエッジコイルグループ１２からなりうる。中心コイルグループ１１またはエッジコイルグループ１２は、多様な構造で作られ、提示された実施形態に制限されるものではない。
プラズマソースコイルによってプラズマが発生して工程チャンバ１４の内部に誘導される。工程チャンバ１４の内部にカソードのような下部電極１６が配され、下部電極１６の上面にウェーハが固定される静電チャック１７が設けられる。プラズマソースコイルは、絶縁体素材のドーム（ｄｏｍｅ）のような密閉手段１５の上面に配され、コイル中心１３は、静電チャック１７の中心と一致するように配置される。工程チャンバ１４の内部にプラズマ発生ガスが注入されながら、コイル中心１３を通じてＲＦ電力が印加されれば、プラズマソースコイルと下部電極１３との間にプラズマが誘導される。中心コイルグループ１１とエッジコイルグループ１２とによって発生するプラズマは、ウェーハの工程平面を基準に均一な密度を有する必要があり、これによって、ウェーハ加工の均一性が確保される。静電チャック１７の上側に固定されたウェーハ表面のプラズマ密度が探知され、必要に応じて中心コイルグループ１１またはエッジコイルグループ１２の高さまたは傾斜が調節される。図１において、図面符号Ｇは、接地を示す。
図２は、本発明によるプラズマソースコイルによってプラズマ発生が制御される過程の実施形態を図示したものである。
図２を参照すれば、基板固定手段２２によってウェーハのような基板２３が工程チャンバ１４の内部に固定され、工程チャンバ１４の上側部分にドームのような密閉手段１５が配置される。前述した方法と類似した方法で工程チャンバ１４の内部にプラズマを発生させ、プラズマソースコイルは、中心コイルグループ１１とエッジコイルグループ１２とからなりうる。中心コイルグループ１１とエッジコイルグループ１２は、それぞれ絶縁体素材の配置ブロック２１に配され、配置ブロック２１に中心コイルグループ１１とエッジコイルグループ１２との高さまたは傾斜調節のための調節手段が配置される。中心コイルグループ１１とエッジコイルグループ１２とによって基板２３の上側に中心プラズマ（ＣＰ）及びエッジプラズマ（ＥＰ）が生成され、例えば、ウェーハのような基板２３に対するエッチング工程のような工程が進行しうる。
図２の下側に示されたように、基板２３の上側に形成される工程基準面（ＰＰ）を基準に生成されたプラズマ（Ｐ）は、水平方向に均一な密度を有する必要がある。もし、プラズマ（Ｐ）が均一に分布されないと探知されれば、図２の右側の下で示されたように、プラズマ（Ｐ）の発生形態が調節される必要がある。中心コイルグループ１１とエッジコイルグループ１２は、同一平面に配され、中心コイルグループ１１とエッジコイルグループ１２とを連結するコイル基準平面（ＲＰ）が設定されうる。中心コイルグループ１１とエッジコイルグループ１２は、工程基準面（ＰＰ）を基準にコイル基準平面（ＲＰ）の高さまたは傾斜を調節する方法でなされうる。そして、このような中心コイルグループ１１またはエッジコイルグループ１２の高さまたは傾斜を調節して、工程チャンバ１４の内部から発生するプラズマ生成状態が制御される。
図３は、本発明によるプラズマソースコイルで傾斜または高さ調節が可能な構造の実施形態を図示したものである。
図３を参照すれば、中心コイルグループ１１またはエッジコイルグループ１２の高さまたは傾斜調節のための少なくとも１つの調節手段３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂを含む。基板固定手段２２に固定された基板２３を基準に生成されたプラズマ（Ｐ）が不均一な密度分布を示せば、調節手段３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂによってプラズマソースコイルの高さまたは傾斜が調節される。ドームのような密閉手段１５がロック（ｌｏｃｋ）のようなロック手段３１によって工程チャンバ１４の上側を密閉させ、中心コイルグループ１１とエッジコイルグループ１２とからなるプラズマソースコイルは、例えば、ポリエーテルエーテルケトン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリカーボネートまたはそれと類似した強度が高い絶縁性合成樹脂素材からなるコイル固定ブロック３２に固定される。コイル固定ブロック３２は、中心コイルグループ１１及びエッジコイルグループ１２が固定された少なくとも２つの分離可能なサブ固定ブロックからなり、それぞれのサブ固定ブロックが調節手段３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂによって高さまたは傾斜が調節される。それぞれのサブ固定ブロックが、例えば、モータのような調節手段３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂに連結された変位調節ユニット３５によって高さまたは傾斜が調節される。変位調節ユニット３５は、例えば、ベローズ（Ｂｅｌｌｏｗｓ）のようにモータの作動によって長さ調節が可能な多様な手段になり、コイル固定ブロック３２に結合されて中心コイルグループ１１またはエッジコイルグループ１２の変位を調節することができる。中心コイルグループ１１及びエッジコイルグループ１２にそれぞれ少なくとも１つの調節手段３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂが変位調節ユニット３５によって結合されうる。そして、基板２３を基準に生成されたプラズマ（Ｐ）が不均一な密度分布を示せば、中心コイルグループ１１またはエッジコイルグループ１２の変位が調節される。
図４は、本発明によるプラズマソースコイルの制御方法の実施形態を図示したものである。
図４を参照すれば、プラズマソースコイルの制御方法は、それぞれ多数個のコイルからなる第１コイルグループ及び第２コイルグループは、１つの平面に配置する段階；第１コイルグループ及び第２コイルグループによって発生するプラズマの密度を基準面に対して探知する段階；及び第１コイルグループまたは第２コイルグループの傾斜度または高さを調節する段階；を含む。
前述したように、プラズマソースコイルは、全体として円板状になりながら、第１コイルグループに該当する中心コイルグループ１１と第２コイルグループに該当するエッジコイルグループ１２とからなりうる。第１コイルグループと第２コイルグループは、螺旋状に延びる多数個のコイルからなりうる。基板の中心を基準に基板が配され、プラズマソースコイルは、基板を基準に工程チャンバ１４の上側に配置される。ウェーハのような基板がスリットドア４１を通じて工程チャンバ１４の内部に固定されれば、工程チャンバ１４の内部が真空状態で作られる。以後、プラズマソースコイルによって工程チャンバ１４の内部にプラズマが発生すれば、基板に対するプラズマ（Ｐ）の密度が探知される。図４の中間部分に示されたように、プラズマ（Ｐ）の密度が基板を基準に高密度領域（ＰＤ）と低密度領域（ＰＷ）とに分けられた形態で表われれば、プラズマソースコイルの高さまたは傾斜が調節される必要がある。
プラズマソースコイルは、前述したように、コイル固定ブロックに固定され、コイル固定ブロックは、調節手段３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂによって傾斜または高さが調節される調節ブロック４２に結合されうる。基板の周面に沿って調節ブロック４２に対応する調節基準面２３１が形成され、高さ調節手段３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂは、調節ブロック４２の周り部分に配置される。調節基準面２３１及び調節ブロック４２は、それぞれ正方形の構造になり、調節手段３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂは、調節ブロック４２の４つのエッジに配置される。例えば、中心コイルグループ１１の調節のための第１、２調節手段３３ａ、３３ｂが互いに対向して配され、エッジコイルグループ１２の調節のための第３、４調節手段３４ａ、３４ｂが互いに対向して配置される。傾斜調節及び高さ調節は、基板に対するプラズマ（Ｐ）の密度分布によってプラズマソースコイルの中心を基準に形成された多数個の仮想調節線（ＶＬ）を基準になされうる。それぞれの仮想調節線（ＶＬ）は、プラズマソースコイルの中心を通る直径線になり、互いに隣接する仮想調節線（ＶＬ）は、同じ中心角を有するように多数個の仮想調節線（ＶＬ）が形成されうる。仮想調節線（ＶＬ）は、例えば、１２〜４８個になり、仮想調節線（ＶＬ）を基準にプラズマ（Ｐ）の密度分布による傾斜または高さ調節がなされうる。多様な個数の調節手段３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂが調節ブロック４２の多様な位置に配され、提示された実施形態に制限されるものではない。
図５は、本発明によるプラズマソースコイルの制御方法によって高さまたは傾斜が調節される多様な実施形態を図示したものである。
図５を参照すれば、多数個の仮想調節線（ＶＬ）の１つの傾斜がコイルベースライン（ＲＬ）に対して調節される。また、中心コイルグループ１１とエッジコイルグループ１２とが共に、または独立してコイルベースライン（ＲＬ）に対して高さが調節される。または、エッジコイルグループ１２の高さが調節されるか、エッジコイルグループ１２の高さが調節された以後、傾斜が調節される。調節ブロック４２は、中心コイルグループ１１及びエッジコイルグループ１２と連結された結合部分からなり、それぞれの結合部分が調節手段３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂの作動によって高さが調節されるか、傾斜が調節される。調節手段３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂは、例えば、モータのようなものになり、モータの正逆回転の調節によって調節ブロック４２の傾斜または高さが調節される。工程チャンバ内部のプラズマ密度の分布によってプラズマソースコイルの傾斜または高さがそれに適するように調節される。プラズマソースコイルの変位調節は、多様な方法でなされ、提示された実施形態に制限されるものではない。
本発明による分離型プラズマソースコイルは、１つの平面に互いに並列に配された中心コイルとエッジコイルとが互いに分離構造で作られながら、独立して制御が可能である。このような構造によってプラズマの発生のための制御が容易でありながら、それと同時にプラズマ密度の均一性の確保が容易であるという利点を有する。本発明による分離型プラズマソースコイルは、中心コイルと分離コイルとの傾斜または高さが独立して、または同時に調節されることによって、均一性の確保のための誤差の校正が精密になされうる。また、本発明によるプラズマソースコイルの制御方法は、線幅の微細化または高度化によるプラズマ発生の柔軟かつ精密な制御を可能にする。
以上、本発明は、提示された実施形態を参照して詳細に説明されたが、当業者は、提示された実施形態を参照して、本発明の技術的思想を外れない範囲で多様な変形及び修正発明を作ることができる。本発明は、このような変形及び修正発明によって制限されず、但し、下記に添付した特許請求の範囲によって制限される。

Claims (6)

  1. コイル中心１３の周りに配されながら、少なくとも１つの線形中心コイル１１＿１〜１１＿Ｋからなる中心コイルグループ１１と、
    中心コイルグループ１１の周面に配されながら、少なくとも１つの線形エッジコイル１２＿１〜１２＿Ｌからなるエッジコイルグループ１２と、を含み、
    中心コイルグループ１１とエッジコイルグループ１２は、同時に、または独立して傾斜または高さ調節が可能である
    ことを特徴とする分離型プラズマソースコイル。
  2. 少なくとも１つの線形中心コイル１１＿１〜１１＿Ｋまたは少なくとも１つの線形エッジコイル１２＿１〜１２＿Ｌは、螺旋状に延びる
    請求項１に記載の分離型プラズマソースコイル。
  3. 少なくとも１つの線形中心コイル１１＿１〜１１＿Ｋまたは少なくとも１つの線形エッジコイル１２＿１〜１２＿Ｌの螺旋状に延びる円周角は、２７０°以上になる
    請求項２に記載の分離型プラズマソースコイル。
  4. 中心コイルグループ１１またはエッジコイルグループ１２の高さまたは傾斜調節のための少なくとも１つの調節手段３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂを含む
    請求項１に記載の分離型プラズマソースコイル。
  5. それぞれ多数個のコイルからなる第１コイルグループ及び第２コイルグループは、１つの平面に配置する段階と、
    第１コイルグループ及び第２コイルグループによって発生するプラズマの密度を基準面に対して探知する段階と、
    第１コイルグループまたは第２コイルグループの傾斜度または高さを調節する段階と、を含む
    ことを特徴とするプラズマソースコイルの制御方法。
  6. 第１コイルグループ及び第２コイルグループは、独立して調節可能である
    請求項５に記載のプラズマソースコイルの制御方法。
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