KR100564087B1 - 비균일자계를갖는자기적으로보강된플라즈마챔버 - Google Patents

비균일자계를갖는자기적으로보강된플라즈마챔버 Download PDF

Info

Publication number
KR100564087B1
KR100564087B1 KR1019970081056A KR19970081056A KR100564087B1 KR 100564087 B1 KR100564087 B1 KR 100564087B1 KR 1019970081056 A KR1019970081056 A KR 1019970081056A KR 19970081056 A KR19970081056 A KR 19970081056A KR 100564087 B1 KR100564087 B1 KR 100564087B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
workpiece
pole
current
magnetic field
region
Prior art date
Application number
KR1019970081056A
Other languages
English (en)
Other versions
KR19980070306A (ko
Inventor
홍칭 샹
로저 린들리
클래스 비요르크만
추 유 쾅
리차드 플래비달
브리앙 푸
지 딩
종규 리
쾅-한 케
마이클 웰치
Original Assignee
어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 filed Critical 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Publication of KR19980070306A publication Critical patent/KR19980070306A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100564087B1 publication Critical patent/KR100564087B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
    • H01L21/67069—Apparatus for fluid treatment for etching for drying etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32623—Mechanical discharge control means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3266—Magnetic control means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H01L21/68735—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by edge profile or support profile

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

Abstract

플라즈마 챔버는 가공물에 인접하게 평행한 영역내에서, 자계의 방향이 (1) 자계의 크기의 기울기와, (2) 가공물 표면으로부터 플라즈마 쪽으로 수직하게 연장하는 벡터와의 벡터 외적이 되도록 자계를 형성하는 자석을 갖는다. 택일적으로, 플라즈마 챔버는 가공물의 주변 주위에 특정 방위각에 위치되어 있는 북극 자극 및 남극 자극을 포함한다. 북극 자극에 대한 남극 자극의 방위는 중심축 주위로 시계방향이며, 상기 각 자극은 가공물 영역의 중심축으로부터 먼 방향보다는 중심축을 향하는 방향과 대면한다. 본 발명의 부가적인 특징은 연속적인 시간 간격동안 전류의 연속 고정된 양을 받는 가공물의 주변 주위에 간격진 전자석에 의해 형성된 회전자계를 갖는 플라즈마 챔버이다. 시간 간격 사이의 각 전이동안, 각 전자석에 공급된 전류는 전류 변화가 극성의 변화를 포함하는지의 여부에 따라서 비교적 느리게 또는 비교적 빨리 변화된다.

Description

비균일 자계를 갖는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버
본 발명은 자기적으로 보강된 플라즈마를 사용하는 반도체 제조 처리 챔버에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 반도체 가공물의 이온 충격의 순간적인 균일성을 향상시키는 비균일 자계를 갖는 챔버에 관한 것이다.
반도체 제조 공정 챔버는 실리콘 웨이퍼나 다른 가공물상에 반도체 장치를 제조하기 위하여 다양한 공정의 성능을 향상시키는 플라즈마를 일반적으로 사용한다. 이러한 공정은 스퍼터 에칭, 플라즈마-보강 화학적 에칭, 플라즈마-보강 화학증착, 및 이온화된 스퍼터 증착을 포함한다. 플라즈마에서 반응물의 높은 에너지 레벨은 일반적으로 제조 공정의 속도를 증가시키며, 종종 반도체 가공물이 공정을 수행하기 위하여 유지되어야 하는 온도를 감소시킨다.
자기적으로 보강된 플라즈마 챔버는 플라즈마에서 충전된 입자의 밀도를 증가시키기 위하여 자계를 사용하며, 그로인해 플라즈마 보강된 제조 공정의 속도가 증가된다. 공정 속도를 증가하면 아주 이로운데, 그 이유는 반도체 장치의 제조 비용이 제조하는데 필요한 시간에 비례하기 때문이다.
이러한 이점에도 불구하고, 상업적인 사용에 있어서 많은 플라즈마 챔버들은 자기 보강을 사용하지 않는데, 그 이유는 자기 보강이 웨이퍼상의 반도체 장치를 손상시킬 가능성을 증가시킨다는 것이 판명되었기 때문이다. (다음 문헌을 참조한다 : 「Fang & McVittie, "Charging damage to gate oxides in an O2 magnetron plasma", J.Appl.Phys.Proc., vol.72,no.10,pp.4865-4872, 15 November 1992」 및 「Fang & McVittie,"The role of "antenna" structure on thin oxide damage from plasma induced wafer charging", Mat.Res.Soc.Symp.Proc., vol.265,pp.231-236, 1992」). 그러므로, 종래의 자기 보강의 이점을 제공하지만 반도체 장치의 손상의 위험을 감소시키는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버에 대한 필요성이 존재하였다.
종래의 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버의 반도체 장치 손상의 주요 원인은 종래 이상적으로 간주되었던 균일한 자계가 플라즈마 프리-시스(pre-sheath)에서 전자의 E×B 드리프트를 초래하고 또한 반도체 웨이퍼나 가공물에 충격을 가하는 이온 플럭스가 가공물의 표면 영역에 걸쳐 아주 비균일한 분포를 초래한다는 것이다.
본 발명은 가공물의 표면에 걸쳐 이온 플럭스의 보다 균일한 순간적인 분포를 형성하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버를 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명에 있어서 플라즈마는 새로운 자계 패턴을 생성하는 자석에 의해 자기적으로 보강된다. 가공물 표면에 평행하고 인접한 영역내에서, 순간적인 자계의 크기 및 방향은 그 지점에서의 자계의 방향이 대략 (1) 상기 지점에서의 자계의 크기의 기울기와, (2) 가공물 표면으로부터 플라즈마쪽으로 수직하게 연장하는 벡터와의 벡터외적(cross product)이다.
자계의 방향은 자계의 크기가 최고인 영역으로부터 자계가 최저인 영역쪽으로 프리-시스에서의 전자의 E×B 드리프트를 형성한다. 최종 E×B 드리프트는 자계의 크기가 최고인 영역에서 자유전자의 생성율이 최고가 되는 경향을 상쇄시킨다. 따라서, 반도체 가공물에 인접한 프리-시스에서 자유전자 집중에 대한 개선된 순시적 균일성을 달성하기 위하여 E×B 드리프트의 효과 및 크기 비균일성의 균형을 맞추게 하는 것이 가능하다. 이러한 전자 분포의 향상된 순간적인 균일성은 가공물에 충격을 주는 이온 플럭스 분포의 향상된 순간적인 균일성을 형성한다.
1. 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버
본 발명을 설명하기 전에, 종래의 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버에서 이온 플럭스의 순간적인 비균일성에 대한 이유를 설명한다. 도 1은 에칭 또는 화학기상증착(CVD)에 적합한 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버를 도시한다.
진공 챔버는 원통형 측벽(12), 원형 하부벽(14), 및 원형 상부벽 또는 리드(16)에 의해 밀봉되어 있다. 리드(16) 및 하부 벽(14)은 유전체이거나 금속일 수 있다. 전기적으로 접지된 애노드 전극(18)은 리드(16)의 하부에 장착되어 있다. 애노드 전극은 가스 입구로서 기능하도록 천공되어 있으며, 이 가스 입구를 통하여 처리가스가 챔버내로 들어간다. 측벽(12)은 유전체이거나 금속일 수 있다. 금속일 경우, 금속은 챔버 외부에서 전자기 코일에 의해 생성된 자계와 간섭되지 않도록 하기 위하여 양극화된 알루미늄과 같은 비자기 재료여야 한다. 측벽이 금속일 경우, 애노드의 일부로서 기능할 것이다.
반도체 웨이퍼 또는 가공물(20)은 캐소드 전극(22)상에 장착되고 이어서 챔버의 하단부에 장착된다. 도시하지 않은 진공 펌프는 배기 매니폴드(23)를 통하여 챔버로부터 가스를 배기하며 일반적으로 10 밀리토르 내지 20 토르의 범위내에서 플라즈마의 생성을 용이하게 하기에 충분히 낮은 레벨로 챔버내의 전체 가스압력을 유지하고, 상기 범위의 하한 및 상한에서의 압력은 에칭 및 CVD 공정에 전형적이다.
RF 파워 서플라이(24)는 직렬 결합 캐패시터를 통하여 캐소드 전극(22)에 접속되어 있다. RF 파워 서플라이는 플라즈마 상태로 챔버내의 가스를 여기시키는 접지된 애노드 전극(18)과 캐소드 전극 사이에 RF 전압을 공급한다. 플라즈마 몸체는 캐소드와 애노드 전극에 충격을 가하도록 이온화된 처리가스 성분을 가속화하는, 캐소드 또는 애노드에 관계된 시평균 포지티브 DC 전위 또는 전압을 갖는다.
플라즈마의 자기 보강은 대부분 공통적으로 캐소드 및 애노드 전극 사이의 영역에서 DC 자계에 의해 실시된다. 자계의 방향은 챔버의 길이방향축에 대해 횡방향이다. 즉, 캐소드 및 애노드 전극 사이로 연장하는 축에 대해 횡방향이다. 영구자석 또는 전자석의 다양한 배열은 종래 이러한 횡단 자계를 제공하는데 사용되었다. 이러한 배열은 원통형 챔버 측벽(12)의 서로 마주보는 측상에 배치된 도 1에 도시된 코일쌍(30)이다. 두 코일(30)은 도시하지 않은 DC 파워 서플라이에 직렬로 그리고 동위상으로 연결되어 있으며 그로인해 두 코일사이의 영역에 부가되는 횡단 자계를 형성한다. 이 횡단 자계는 도 1A 및 1B에서 음방향 x축을 따라 지향된 벡터 B로 도시되어 있다. 바람직한 실시예에서, 각 코일의 직경은 두 코일 사이의 간격과 거의 동일하다.(도 1B에 도시된 제 2쌍의 코일(32)은 나중에 기술될 것이지만, 현재의 설명을 위하여 무시될 수도 있다.) 이와같이 자기적으로 보강된 플라즈마 에칭 챔버의 예는 본 특허 명세서에 통합된 1993년 1월 6일에 특허허여된 Cheng 등에 의한 미합중국 특허 제 5,215,619호에 기술되어 있다.
플라즈마 몸체가 캐소드 전극(22)에 대하여 포지티브 시평균 전위 또는 전압을 갖기 때문에, 캐소드에 인접한 플라즈마 프리-시스(pre-sheath)에서 시평균 전계 E는 플라즈마로부터 캐소드쪽으로 하방으로 향해지며, 그로인해 시평균값이 도 1A에서 벡터 ve에 의해 나타난 바와 같이 플라즈마 몸체쪽으로 위쪽으로 향해지는 드리프트 속도 벡터 v로 프리-시스에서 자유전자를 제공한다. DC 자계 벡터 B에 응답하여, 이들 자유전자는 시평균값이 반도체 웨이퍼(20)와 거의 공통 평면을 이루며 y축을 따라 향해진 E×B 벡터에 의해 도 1B에 설명된 바와 같이 자계 벡터 B에 직교하는, 일반적으로 E×B 드리프트 라고 불리우는 qv×B 힘을 받을 것이다.
(이 설명에서, 용어 "시평균" 은 플라즈마가 여기되는 RF 주파수의 일주기동안 평균한 것을 의미하며, 이 주기는 전형적으로 10-7초 미만이다. RF 일 주기동안의 시평균은 0.1 내지 2초 정도의 회전 주기를 가지는, 자계에 대하여 가공물의 선택 회전에 의한 시평균과는 관계없다.)
자유전자의 E×B 드리프트는 종래 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버에서 반도체 장치 손상의 주요 원인이다. 특히, E×B 드리프트는 플라즈마 프리-시스에서 자유전자를 균일하지 않게 분포하며, 그로인해 전자 집중은 최소한으로부터 최대한으로 음방향 y축으로부터 양방향 y축으로 진행한다. 즉, 프리-시스에서 전자 집중은 웨이퍼(20)의 6시방향(270°방위각) 위치 근방에서 가장 낮으며, 웨이퍼의 12시방향(90°방위각)의 근방에서 가장 높다. 높은 전자 집중은 높은 이온 농도를 생성하며, 그러므로 웨이퍼에 충격을 가하는 이온 플럭스는 웨이퍼의 6시 방향 및 12시 방향에서 각각 가장 낮고 가장 높다. 웨이퍼에 충격을 가하는 이온 플럭스의 공간적인 비균일성은 웨이퍼상의 반도체 장치를 손상시키는 웨이퍼에서의 전류를 생성한다.
본 발명이 이 이론에 의존하지 않더라도, 이온 플럭스 순간 공간 비균일에 기인한 손상 메카니즘은 다음과 같다. 이온 플럭스 공간 비균일성은 웨이퍼상에 전하가 공간적으로 비균일하게 분포되는 것을 초래한다. 전하의 차는 웨이퍼상의 상이한 점 사이의 전압 및 전류 흐름을 생성한다. 웨이퍼상에 제조된 유전체 구조의 전압이 유전체 구조의 최대 안전 전압을 초과할 경우, 전류는 유전체 구조를 손상하여 웨이퍼상의 하나이상의 반도체 장치를 손상시킬 수 있게 구조를 통하여 흐를 것이다. 웨이퍼에 충격을 가하는 순간적인 이온 플럭스의 보다 균일한 공간 분포는 이러한 손상 가능성을 감소시킨다.
종래 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버는 초당 5회전으로 절반의 범위에서의 회전속도로 웨이퍼에 대하여 자계를 천천히 회전시킴으로써 이러한 비균일성을 개선시키려고 시도하였다. 일부 구성에서는, 웨이퍼(20) 또는 자석(30)이 물리적으로 회전된다. 다른 구성에서는 도 1B에 도시된 바와 같이, 회전은 제 1 쌍의 코일(30)에 직교하는 제 2 쌍의 코일(32)을 제공함으로써 전자적으로 수행된다. 자계는 (1) 양극성을 갖는 제 1 코일쌍(30); (2) 양극성을 갖는 제 2 코일쌍(32); (3) 음극성을 갖는 제 1 코일쌍(30); 및 (4) 음극성을 갖는 제 2 코일쌍(32)에 연속적으로 그리고 주기적으로 DC 파워 서플라이를 연결함으로써 90도 증분으로 회전될 수 있다. 선택적으로, 자계는 제 2 코일쌍(32)에 제공된 전류로부터 90도정도 위상이 오프셋된 제 1 코일쌍(30)에 전류를 공급하기 위하여 연결된 구적 출력(quadrature output)을 갖는 아주 낮은 주파수(0.1 내지 10㎐) 파워 서플라이로 DC 파워 서플라이를 연속적으로 대체함으로써 회전될 수 있다.
웨이퍼에 대하여 자계를 회전하면 웨이퍼에 충격을 가하는 이온 플럭스의 시평균 공간 비균일성을 크게 감소시키며, 그러므로 웨이퍼 표면상에서 에칭속도(에칭 챔버내에서) 또는 증착속도(CVD 챔버내에서)의 허용가능한 공간 균일성을 제공할 수 있다. 그러나, 자계를 회전하면 어떤 방법에서는 웨이퍼 표면상 이온 플럭스의 순간적인 공간 균일성을 개선시키지 못하며, 그러므로 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버에서 반도체 상의 손상의 문제를 해결할 수 없게 된다. 결론적으로, 자기 보강은 반도체 제조에 대한 상업적인 플라즈마 챔버의 작은 부분에서만 사용되었다.
2. 발명의 개요
본 발명은 전자가 E×B 드리프트에 의해 이동될 수 있는 플라즈마 프리-시스의 영역에서는 가장 약하고, 전자가 E×B 드리프트에 의해 이동될 수 있는 영역에서는 가장 강한 자계를 제공함으로써 웨이퍼 표면상에 이온 플럭스의 순간 공간적인 균일성을 개선한다. 좀 더 수학적으로 말하면, 본 발명은 웨이퍼 평면의 점에서의 크기가 웨이퍼 평면에서의 E×B 벡터의 투영의 반대방향(투영으로부터 180도 지향)으로 지향된 기울기 벡터를 특징으로 하는 자계를 제공한다. (자계는 웨이퍼의 전체 표면에 걸쳐 이 성질을 가질 필요는 없다; 본 발명은 자계가 웨이퍼의 표면의 주요 부분에 이러한 성질을 가질 경우 바람직하다.)
높은 자계 크기를 갖는 플라즈마의 영역은 높은 밀도의 자유전자를 가질 것이다. E×B 드리프트가 전자 집중을 없애는 플라즈마 프리-시스 영역에서 가장 강한 자계 크기를 제공하고, E×B 드리프트가 전자 집중을 증가시키는 곳에서 가장 약한 자계를 제공함으로써, 본 발명은 웨이퍼에 인접한 프리-시스에 걸쳐 전자 집중을 동일하게 하려는 경향이 있다. 프리-시스에서 좀 더 공간적으로 균일한 전자 집중은 웨이퍼에 충격을 가하는 공간적으로 좀 더 균일한 이온 플럭스를 생성한다. 따라서, 본 발명은 웨이퍼에 충격을 가하는 이온의 순간 공간적인 균일성을 크게 개선하고 웨이퍼상 반도체 장비에 대한 손상 위험을 감소시킨다.
3. 한 쌍의 인접한 자극에 의해 생성된 만곡된 자계
도 2A는 자계를 발생하기 위하여 두 개의 인접한 직교 코일을 사용하는 본 발명의 일 실시예를 도시한다. 두 개의 동일한 환형 코일은 직렬로 또는 도면에 도시된 바와 같이 병렬로 연결되어 있다. 직렬 또는 병렬 조합은 DC 파워 서플라이(60)에 연결되어 있다. 바람직하게는, DC 파워 서플라이(60)의 출력 전류는 인간 조작자에 의해 자계 강도의 조절을 용이하게 하기 위하여 종래의 마이크로제어기 또는 마이크로프로세서(65)에 의해 제어된다.
제 1 코일(40)은 웨이퍼(20)의 9시방향(방위각 180°)에 위치되어 있으며, x축에 수직으로 지향되고, x축을 따라, 즉 방위각 0°방향 또는 양방향 x축으로 지향된 자계를 생성하는 극성을 가진 DC 파워 서플라이에 연결된다. 제 2코일(42)은 웨이퍼(20)의 12시 방향(방위각 90°)에 위치되어 있으며, y축에 수직하게 지향되고, x축을 따라, 즉 양의 Y방향으로 또는 방위각 90°방향으로 지향된 자계를 생성하는 극성을 가진 DC 파워 서플라이(60)에 연결되어 있다. (도면을 간단히 하기 위하여, 웨이퍼를 에워싸는 챔버 벽(12)은 도 2A 및 다음 도면들에서는 생략되었다.)
두 코일은 웨이퍼 위에서 보았을 때 웨이퍼 표면 바로 위의 영역(특히, 웨이퍼에 인접한 플라즈마 시스 및 프리-시스를 포함하는 영역)에서 웨이퍼 표면쪽으로 아래로 반시계방향인 자계를 생성한다. 수학적인 면에서, 웨이퍼 표면 바로 위의 영역에서 자계의 벡터 "컬(curl)" 함수(▽×B)는 웨이퍼 표면으로부터 플라즈마 몸체쪽으로 상방으로 지향된다. 도 2A에서 반시계방향 자계 패턴은 제 2 코일(42)쪽으로 지시하는 화살표에서 완료하는 원호(44a,44b,44c,44d)에 의해 나타난다. 웨이퍼(20)의 표면 위에서, 자계 강도는 방위 135°에서 웨이퍼의 주변상의 점 P에서 가장 큰데, 그 이유는 두 코일이 상기 점에서 서로 가장 가깝기 때문이다. 즉, 상기 점 P를 통과하는 자계 라인(44a)은 웨이퍼 표면을 가로지르는 다른 자계 라인보다 더 짧기 때문이다. 자계는 방위각 315°에서 웨이퍼의 주변상의 점 Q에서 가장 약한데, 그 이유는 두 코일이 상기 점에서 서로 가장 멀리 떨어져 있기 때문이다. 즉, 점 Q를 통과하는 자계 라인(44d)은 웨이퍼의 표면을 가로지르는 다른 자계 라인보다 더 길기 때문이다. 점 P 및 Q를 한정하는 다른 방법은 두 전자기 코일(40,42) 사이의 각도의 정점 "V" 로부터 각각 가장 가깝고 가장 먼 웨이퍼 표면상의 점들이다.
반시계 방향 자계 패턴은 도 2A에서 E×B 벡터에 의해 도시된 바와 같이, 자계 라인에 직교하는 방향으로 플라즈마 프리-시스에서 자유전자의 E×B 드리프트를 생성한다. 특히, 웨이퍼 표면상의 상이한 점들에서 E×B 벡터는 상이한 방향으로 지향되지만, 상기 벡터는 항상 가장 높은 크기의 자계 라인(44a)로부터 멀리 가장 낮은 크기의 자계 라인(44d)쪽으로 지향된다. 예를 들면, 자유전자의 E×B 드리프트는 가장 높은 자계 강도를 갖는 점 P로부터 가장 낮은 자계 강도를 갖는 점 Q로 향한다.
자계 강도의 공간적 변화는 프리-시스 근방의 점 P에서 가장 높은 전자 집중을 형성하고, 프리-시스 근방의 점 Q에서 가장 낮은 전자 집중을 형성하려는 경향이 있다. 그러나, E×B 벡터의 방향은 반대 결과를 나타내는 경향이 있다. 즉, 프리-시스 근방의 점 P 및 Q에서 각각 전자 집중이 가장 낮고 가장 높다. 그러므로, 자계 강도 변화 및 E×B 드리프트의 효과는 서로 오프셋되어, 웨이퍼 표면에 인접한 프리-시스에서 자유전자의 보다 균일한 순간적이고 공간적인 분포를 형성하려는 경향이 있다.
이와같이 프리-시스에서 보다 공간적으로 균일하고 순간적인 자유전자의 분포는 웨이퍼에 충격을 가하는 보다 균일하고 순간적이고 공간적인 분포를 형성하여 웨이퍼상 반도체 장치의 손상 위험을 감소시킨다.
종래의 구성에서와 같이, 에칭 챔버 또는 CVD 챔버의 경우에 있어서, 에칭 속도 또는 증착속도의 시평균된 균일성은 각각 웨이퍼에 대하여 두 개의 자석을 천천히 회전시키거나, 자석에 대하여 웨이퍼를 회전시킴으로써 더욱 개선될 수 있다. 회전은 가공물을 에워싸는 전자석의 어레이를 제공하고, 자계가 가공물의 중심 주위로 회전하도록 하는 시퀀스에서 전자석에 전력을 인가함으로써, 기계적으로 보다는 전기적으로 수행될 수 있다. 이러한 전기적인 회전 방법은 본 발명의 명세서의 다음 부분에서 상세하게 설명될 것이다.
두 개의 전자석은 전자석이 원형 반도체 웨이퍼(20)에 가능한 한 가깝게 위치설정될 수 있기 때문에 직교로 배열되었다. 그러나, 본 발명의 자계 패턴은 두 개의 전자석 사이의 각이 크게 변화되는 경우에도 형성될 수 있다. 특정 예로 이 원리를 설명하기 위하여, 도 2B는 동일한 평면상에 있는 두 개의 전자석(40,42)에 의해 생성된 자계를 도시한다. 전자석 사이의 각도는 관찰자의 관찰 지점에 따라 0°또는 180°이다. 웨이퍼(20) 위의 자계 패턴은 본 발명의 요건을 만족하는데, 그 이유는 자계의 경사가 자계의 방향에 대략적으로 수직하고 자계의 만곡이 자계가 가장 강한 웨이퍼상의 점 P에 대하여 반시계방향이기 때문이다.
도 2B에 도시된 동일한 평면 예보다 더 실질적인 값은 두 개의 인접한 전자석(40,42)사이의 각이 45°내지 150°의 범위에 있는 구조이다. 각도를 증가하면 점 P로부터 점 Q로 자계 강도의 경사가 증가되어, 웨이퍼(20)의 표면위로 이온 플럭스의 공간적인 균일성이 이루어진다. 균일성은 두 개의 전자석 사이의 각을 조절함으로써 최적화될 수 있다. 예를 들면, 두 개의 수직한 전자석이 점 P보다는 점 Q에서 더 큰 이온 플럭스를 생성할 경우, 두 코일 사이의 각을 증가시키면 점 Q에서 이온 플럭스를 감소시켜서, 공간 균일성을 개선시킨다.
90°가 아닌 다른 각도로 두 전자석을 지향시킬 수 있는 다른 가능한 이유는 웨이퍼의 주변 주위에 4개이상의 전자석의 어레이를 사용하는 것이 허용되기 때문이다. 더 많은 자석은 이온 플럭스 공간 균일성을 최적화하기 위하여 웨이퍼의 표면위 자계 패턴의 미세 튜닝을 허용한다. 전자석이 웨이퍼를 에워싸는 정다각형으로서 배열되는 경우, 두 개의 인접한 전자석 사이의 각은 180°- (360°/N)이며, 여기서 N은 전자석의 수, 즉 다각형에서 면의 수이다.
다른 실시예에서, 본 발명의 자계 패턴은 두 개의 전자석(40,42)이 각각 전자석(40,42)과 거의 동일한 위치에서 북극 및 남극편으로 대체될 경우에 생성될 수 있다. 북극 및 남극편은 영구자석이나 전자석을 포함하는, 어떤 형태의 단일 자석의 북극 및 남극에 연결될 수 있다. 두 개의 극편을 갖는 단일 자석을 사용하는 한가지 이점은 웨이퍼(20)가 위치되어 있는 두 극편 사이의 영역에 자계가 더욱 집중될 것이라는 것이다.
4. 두 쌍의 직교 코일로부터 만곡된 자계
전술한 두 코일 실시예에서의 실험은 도 2A에 도시된 특정 코일 기하 구조에 대하여, 자계 강도의 공간 변화에 기인한 전자 집중의 차이가 E×B 드리프트에 기인한 차이를 초과한다는 것을 나타낸다. 결론적으로, 이온 플럭스의 공간적인 균일성이 종래의 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버에 비해 크게 개선되었지만, 점P 근방의 이온 플럭스는 점 Q 근방의 이온 플럭스보다 더 크다.
도 3A에 도시한 실시예는 제 2 직교 코일쌍(50,52)을 부가함으로써 공간적인 균일성을 더욱 개선시킨다. 제 2 코일쌍은 점 P로부터 점 Q로 자계 강도를 강하시키는 속도를 감소시키도록 점 Q 근방의 자계 강도를 증가시킨다. 바람직하게는, 제 2 코일쌍에 의해 생성된 전체 자속은 두 개의 코일 쌍으로부터 조합된 자계가 점 P로부터 점 Q로 강도를 강하시키도록 제 1 코일쌍에 의해 생성되는 것보다 충분히 작아야 한다. 즉, 제 2 코일쌍은 바람직하게는 강하속도를 감소시키지만, 점 P로부터 점 Q로 자계 강도의 강하를 해소하거나 역으로 하지 못한다. 제 2 또는 "두번째" 코일 쌍(50, 52)에 의해 생성된 전체 자속에 대한 제 1 또는 "첫번째" 코일쌍(40,42)에 의해 생성된 전체 자속의 비율 R(여기서 R>1)은 웨이퍼(20)의 표면에 걸친 이온 플럭스의 공간적인 균일성을 최소화하기 위하여 하기 수단에 의해 조절되어야 한다.
제 2 코일쌍(50,52)은 제 1 코일쌍(40,42)과 동일한 DC 파워 서플라이(60)에 연결되거나, 또는 제 2 DC 파워 서플라이(62)에 연결된다. 후자가 바람직한데, 그 이유는 마이크로프로세서(65)가 두 개의 파워 서플라이를 조절함으로써 두쌍의 코일에 인가된 전압 또는 전류를 독립적으로 조절할 수 있기 때문이다.
제 2 코일쌍(50,52)은 서로 동일하지만, 제 1 코일쌍(40,42)과는 동일할 필요는 없다. 제 1코일(50)은 웨이퍼(20)의 6시 방향(방위각 270°)에 위치되어 있고, y축에 수직하게 지향되며, y축을 따라, 즉 양의 y축방향 또는 방위각 90°방향으로 지향된 자계를 생성하는 극성을 갖는 제 2 DC 파워 서플라이(62)에 연결되어 있다. 제 2 코일(52)은 웨이퍼(20)의 3시 방향(방위 0°)에 위치되어 있고, X축에 수직하게 지향되며, x축에 반대로, 즉 양의 X축방향 또는 방위각 180°방향으로 지향된 자계를 생성하는 극성을 갖는 제 2 DC 파워 서플라이(62)에 연결된다.
제 2 코일쌍(50,52)은 웨이퍼 표면 바로 위의 영역에서, 특히 웨이퍼에 인접한 프리-시스 및 플라즈마 시스를 포함하는 영역에서 시계방향 원형 패턴을 갖는 자계를 생성한다. 수학적인 관점에서, 웨이퍼 표면 바로 위의 영역에서 자계의 벡터 "컬" 함수(∇×B)는 웨이퍼 바로 위의 플라즈마 몸체의 방향으로부터 웨이퍼 표면쪽으로 하측을 지시한다. 도 3에서 시계방향 자계 패턴은 제 2 코일(52)쪽을 지시하는 화살표에서 완료하는 원호(54a,54b,54c,54d)에 의해 나타난다. 이것은 제 1 코일쌍(40,42)에 의해 생성된 자계의 반시계방향 패턴(44)의 반대이다.
웨이퍼(20)의 표면 위에서, 제 2 코일쌍으로부터 자계 강도는 방위각 315°에서 웨이퍼의 주변상의 점 Q에서 가장 큰데, 그 이유는 제 2 코일쌍(50,52)이 상기 점에서 서로 가장 가깝게 있기 때문이다. 자계는 방위각 135°에서 웨이퍼의 주변상의 점 P에서 가장 약한데, 그 이유는 제 2 코일쌍이 상기 점에서 서로 가장 멀리 있기 때문이다.
도 3B는 4개의 코일이 8각형 횡단면을 갖도록 각 코일의 측면이 45°정도 내부로 각을 이루는 것만 도 3A 실시예와 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예는 측벽이 8각형 외면을 갖는 공정 챔버의 측벽(12)상에 코일을 장착하는 것을 용이하게 하도록 설계되었다. 이러한 공정 챔버의 예는 미합중국 특허 제 5,215,619호(93.1. 6; Cheng et al.)와 미합중국 특허 제 5,225,024호(96. 6. 7; Hanley et al.)에 개시되어 있으며, 양 특허는 본 출원인과 동일한 양수인에게 양도되었고 참조를 위해 본 특허 출원내에 통합되었다.
8각형 형상의 목적은 장치에 의해 점유된 바닥 공간을 최소화하기 위하여 직사각형 챔버가 가능한 보다 더 가깝게 다수의 챔버를 장착하기 위해서이다. 8각형 형상은 자계 패턴을 강화시키기 위해 선택되지는 않았다.
제 2 또는 "두번째" 코일쌍(50,52)은 제 1 또는 "첫번째" 코일쌍(40,42)보다 더 약한 자계를 생성하도록 조절되거나 구성되었다. 예를 들면, 제 1쌍에서 각 코일(40,42)의 와이어 권선수는 제 2 쌍에서의 각 코일(50,52)의 와이어 권선수보다 R배 크며, 그로인해 R배 더 큰 자계를 형성한다. 보다 바람직하게는, 제 1 및 제 2 쌍의 코일은 동일하지만, 각각 제 1 및 제 2 DC 파워 서플라이(60,62)에 연결되어 있으며, 제어기(65)는 제 1 파워 서플라이(60)에 의해 제 1 코일쌍(40,42)에 인가된 전류가 제 2 파워 서플라이(62)에 의해 제 2 코일쌍(50,52)에 인가된 전류보다 R배 더 크게 되도록 두 개의 파워 서플라이중 하나 또는 둘 다 조절한다.
도 4는 도 3B의 기술된 실시예에서 200mm 직경 웨이퍼의 주변상 4개의 점에서 그리고 중심에서의 자계 강도 측정을 도시한다. 각 4개의 코일은 동일하다. 각 코일은 300회의 와이어 권선을 가지며 팁(tip)에서 팁까지 33cm이다. 각 코일의 직선, 중앙 부분은 29cm이다. 웨이퍼의 마주보는 측면상의 코일 사이의 분리간격(코일(42) 및 (50) 사이의 분리간격)은 36cm이다. 이들 측정에 대하여, 제 1 파워 서플라이(60)는 4A 전류를 제 1 코일쌍에 인가하고, 제 2 파워 서플라이(62)는 1A의 전류를 제 2 코일쌍에 인가하여, R=4가 되었다.
비율 R은 웨이퍼(20)에 충격을 가하는 이온 플럭스의 공간적인 균일성을 최대화하도록 조절되어야 한다. 균일성은 플라즈마 시스에서 점 P에서 점 Q까지 이온의 E×B 드리프트가 점 Q에 비해 점 P에서의 자계 강도가 더 높기 때문에 점 P 근방의 이온 발생 비율이 더 커서 오프셋될 때 가장 좋다.
웨이퍼에 충격을 가하는 이온 플럭스의 공간적인 균일성을 최적화하는 비율 R에 대한 값은 플라즈마 챔버에서 수행될 수 있는 처리에 대해 가변될 수 있다는 것이 판명되었다. 특히, 다음에 도시하는 바와 같이, R에 대한 최적값은 챔버 압력에 의존한다는 것도 판명되었다. 그러므로, 종래의 플라즈마 에칭 또는 플라즈마 CVD 공정을 향상시키기 위한 본 발명의 자기 보강 방법을 사용하기 위하여. 제 1 및 제 2 코일쌍에 상이한 레벨의 전류를 인가하도록 조절된 두 개의 파워 서플라이를 갖는 연속적인 웨이퍼상에 적절한 에칭 또는 증착 공정을 수행하는 것을 권장한다. 각 웨이퍼상에서 에칭 또는 증착의 공간적인 균일성은 종래의 레이저 간섭계를 사용하여 측정될 수 있다. 공정 속도와 공간적인 균일성의 최상의 조합을 달성하는 코일 전류값은 상기 측정을 기초로하여 선택될 수 있다.
자계 패턴이 다음에 기술되는 바와 같이 웨이퍼에 대하여 회전될 경우, 회전은 상기 공간적인 균일성 검사를 수행하는 동안에 턴오프되거나 정지되어야 한다. 반면, 회전의 방위각 평균 효과는 공정의 순간적인 비균일성을 감추게 될 것이다.
다른 실시예에서, 본 발명의 자계 패턴은 두 개의 제 1 전자석(40,42)이 각각 전자석(40 및 42)과 동일한 위치에서 북극 자기편 및 남극 자기편으로 대체될 경우 생성될 수 있다. 북극 및 남극 편은 영구자석 및 전자석을 포함하는, 임의의형태의 단일 자석의 북극 및 남극에 각각 연결될 수 있다. 이와 유사하게, 두 개의 제 2 전자석(50,52)은 그와 거의 동일한 위치에서 북극 및 남극편으로 대체될 수 있다. 제 2 북극 및 남극편은 "두번째" 자석이라 불리우는 임의의 형태의 자석의 북극 및 남극에 연결될 수 있다. 제 1 자석의 자기 강도는 제 2 자석의 것보다 R배 더 커야 한다.
비교예
동일한 제 1 및 제 2 코일쌍을 통하여 흐르는 전류 사이의 상이한 비율 R을 사용하여 플라즈마 에칭 공정을 위한 200mm 직경 실리콘 웨이퍼상에 실리콘 산화물층을 에칭하는 공간적인 균일성이 측정되었다. 각 경우에 있어서, 처리 가스 혼합물은 45 sccm의 CHF3, 15 sccm의 CF4, 및 150sccm의 Ar로 이루어진다. 챔버는 도 1에 도시된 것과 유사하게 용량 결합되며, 캐소드(22) 및 애노드(18) 사이에 연결된 RF 파워 서플라이(24)는 13.56㎒의 주파수에서 1000와트의 RF 파워를 제공하도록 조절된다. 225 점에서 산화물층의 두께를 측정한 간섭계는 웨이퍼 표면 전반에 걸쳐 균일하게 분포된다. 225 두께 측정의 표준 편차( "일 시그마(one sigma)" ) 및 최대 및 최소 두께와 평균 두께간의 차를 기초로하여 순간적인 에칭 속도의 공간적인 균일성을 평가하였다.
이러한 일련의 검사에 있어서, 도 2의 2-코일 실시예와 도 3B의 4-코일 실시예의 순간 에칭 속도를 비교하였다. 웨이퍼의 중심에서 약 30G의 자계(각각 제 1코일(40,42)에 대한 4A의 전류) 및 200mT의 챔버 압력에서, 각각 R=4 및 R=6.7을 갖는 4-코일 실시예에 대한 각각 6.9% 및 7.4%와 비교하여, 2-코일 실시예에 대한 10.6%의 일-시그마 에칭속도 비균일성이 측정되었다. 그러므로, 도 3B의 4-코일 실시예는 도 2의 2-코일 실시예보다 우수한데, 그 이유는 약 30% 정도 순간적인 에칭속도 균일성을 개선시키기 때문이다.
도 3B의 4-코일 실시예에서 R에 대한 최적값을 결정하기 위하여, 웨이퍼의 중심에서 20G 및 60G의 자계 강도를 이용하여 R=3.3 및 R=5에 대한 부가적인 검사를 수행하였다. 20G 검사에서, 순간 에칭속도의 일-시그마 비균일성은 R=3.3 및 R=5에서 5.4% 및 4.7%이다. 60G 검사에서, 비균일성은 R=3.3 및 R=5에서 8.5% 및 7.4%이다. 이들 검사는 200 mT 챔버 압력의 에칭 공정에 대하여, R의 최적값은 R=3.3 및 R=6.7에서 비균일성이 증가하기 때문에 약 4 또는 5라는 것을 나타낸다.
약 20G 및 60G의 자계 및 75mT의 챔버 압력에서 이들 검사를 반복하였다. 20G 검사에서, 비균일성은 R=3.3 및 R=5에서 4.7% 및 6.7%이다. 60G 검사에서, 비균일성은 R=3.3 및 R=5에서 7.1% 및 10%이다. 이들 검사는 약 75mT 챔버 압력의 에칭 공정에 대하여, 비균일성은 200mT에서의 결과에 반대인 R=3.3 및 R=5에서 더 좋다. 그러므로, R에 대한 최적 세팅은 챔버 압력에 의존한다.
5. 시계방향 만곡을 갖는 자계
도 2 및 3에 도시된 본 발명의 실시예는 자계 강도가 최대인 점 P에 대하여 반시계방향 만곡을 갖는 자계 패턴을 사용한다. 다른 실시예에서, 도 5에 도시된 바와같이, 웨이퍼(20) 표면 근방의 자계 패턴은 웨이퍼 위로부터 보았을 때 자계 강도가 최소인 점 Q에 대하여 시계방향 만곡을 가지는, 자계 라인(56a-56d)으로 나타난다. 수학적인 측면에서, 웨이퍼 표면 바로 위의 자계의 벡터 "컬" 함수 (∇×B)는 웨이퍼 바로 위의 플라즈마 몸체의 방향으로부터 웨이퍼 쪽으로 아래쪽을 지시한다.
도 2 및 도 3의 실시예와 대조적으로, 도 5 실시예에서는 자계 강도가 자계 라인의 만곡의 중심 근방에서는 가장 약하고 만곡의 중심으로부터 멀리 점진적으로 증가한다. 도시한 4개의 자계 라인(56a-56d)중, 자계는 자계 라인(56a)을 따라 가장 강하고 자계 라인(56b, 56c, 및 56d)을 따라 점진적으로 약하다.
시계방향 자계 패턴은 도 5에서 E×B 벡터에 의해 도시된 바와 같이 자계 라인에 직교하는 방향으로 플라즈마 프리-시스에서 자유전자의 E×B 드리프트를 형성한다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 웨이퍼 표면상의 상이한 점에서의 E×B 벡터는 상이한 방향으로 지시하지만, 항상 가장 높은 크기의 자계 라인(56a)으로부터 가장 낮은 크기의 자계 라인(56d)쪽으로 지향된다. 예를 들면, 자유전자의 E×B 드리프트는 가장 높은 크기의 자계강도를 갖는 점 P로부터 가장 낮은 자계 강도를 갖는 점 Q쪽으로 향한다.
자계 강도의 변화는 점 P근방의 프리-시스에서는 가장 높은 전자 집중을 형성하고 점 Q 근방의 프리-시스 영역에서는 가장 낮은 전자 집중을 형성한다. 그러나, E×B 벡터의 방향은 정반대의 결과, 즉 P 및 Q 근방의 프리-시스에서 각각 가장 낮고 가장 높은 전자 집중을 형성하려는 경향이 있다. 그러므로, 자계 강도의 변화 및 E×B 드리프트의 효과는 서로 오프셋하려는 경향이 있으며, 그로인해 웨이퍼 표면에 인접한 프리-시스에서 자유전자의 보다 균일한 순간적인 분포를 형성하게 된다.
6. 선형 자계 패턴
도 6은 웨이퍼(20)의 표면위의 자계가 만곡된 것보다 오히려 직선적인 본 발명의 다른 실시예를 설명한다. 특히, 웨이퍼 표면상의 모든 점들보다도 먼저, 자계는 x축 방향, 즉 방위각 0°방향으로 지향한다. 그러므로, 자계 라인(58a-58d)은 x축에 평행하다.
그러나, 자계는 균일하지 않다. 자계 강도는 y축의 방향을 따라 점진적으로 증가한다. 도 6을 참조하면, 자계 강도는 가장 높은 y좌표를 갖는 자계 라인(58a)을 따라 가장 높으며, 가장 낮은 y좌표를 갖는 자계 라인(58d)을 따라 가장 낮다. 그러므로, 자계 강도가 가장 높은 웨이퍼 표면상의 점은 웨이퍼 주변상의 12 방향 (방위각 90°)위치에 있는 점 P이다. 이와 유사하게, 자계 강도가 가장 낮은 웨이퍼 표면상의 점은 웨이퍼 주변상의 6시 방향(방위각 270°)에 있는 점 Q이다.
웨이퍼 표면상의 임의의 점에서 자계 벡터 B가 x축방향(방위 0°방향)으로 지향하기 때문에, 웨이퍼 표면상의 임의의 점에서 E×B 벡터는 음의 y축방향(방위각 270°)으로 지향된다. 결론적으로, E×B 드리프트는 음의 y축방향 쪽으로 플라즈마 프리-시스에서의 자유전자 집중이 증가되는 경향이 있다. 한편, 자계 강도는 양의 y축방향쪽으로 가장 크며, 그로인해 양의 y축방향쪽으로 프리-시스에서의 자유전자 집중이 증가하려는 경향이 있다. 그러므로, E×B 드리프트 및 자계 강도의 공간적 차이는 플라즈마 프리-시스에서 자유전자 집중의 공간적인 분포에 대하여 누적 효과로 서로 오프셋하려는 경향이 있다. 이것은 웨이퍼 표면에 충격을 가하는 이온 플럭스를 상당히 더 균일하고 순간적인 공간적 분포를 초래하며 자유전자의 보다 더 균일한 공간적 분포를 초래한다.
7. 가공물에 대한 자계 회전
상기한 본 발명의 어떤 다른 형식에 있어서, 자계는 가공물상에 형성되는 플라즈마-보강된 제조 공정의 장기간 시평균된 방사상 균일성을 개선시키기 위하여 가공물에 대하여 천천히 회전될 수 있다. 예를 들면, 에칭 공정에서, 회전은 에칭 속도, 에칭 선택도, 및 바이어스 및 다른 계단식 특징의 에칭 프로파일의 장기간 시평균된 균일성을 개선시킬 수 있다. 가공물과 자계 사이의 상대적 회전은 반도체 제조를 위한 종래의 자기적으로 보강된 플라즈마 시스템에서는 일반적이다.
가공물이나 자석 어느 한쪽이 기계적으로 회전될 수 있다.
자계는 자계가 가공물의 축을 에워싸는 전자기 코일의 어레이에 의해 생성되고 가공물의 방위각 주위로 골고루 간격배치되는 경우, 기계적으로 보다는 전기적으로 회전되는 것이 보다 바람직하다. 두 예는 가공물(20) 주위로 90°방위각 간격으로 배치된 4개의 코일(40,42,52,50)을 갖는 도 3A 및 3B에 도시된 실시예이다.
특히, 자계는 DC 파워 서플라이(60,62)가 각 코일에 공급하는 상이한 전류 및 코일 어레이 사이의 대응을 주기적으로 시프팅함으로써 전기적으로 회전될 수 있다. 예를 들면, 초기 시간 주기 T1 동안 파워 서플라이는 코일(40,42,52,50)에 각각 전류 I1, I2, I3 및 I4를 제공한다고 가정한다. 자계를 회전시키기 위하여, 제 2 시간 주기 T2 동안, 파워 서플라이는 코일(40,42,52 및 50)에 각각 전류 I2, I3, I4 및 I1를 공급한다. 이와 유사하게, 4개의 코일에 공급된 각 전류는 제 3 시간 주기 T3 동안에는 I3, I4, I1 및 I2이고; 제 4 시간 주기 T4 동안에는 I4, I1, I2 및 I3이며; 제 5 시간 주기 T5 동안에는 제 1 시간주기 T1과 같이 I1, I2, I3 및 I4이다. 다음의 설명을 위하여, 이러한 시간 주기는 "회전 단계" 라 한다.
선행 단락에 기술된 바와 같이 전기적 회전은 각 4개의 코일에 전류를 공급하기 위하여 4개의 별도로 제어가능한 파워 서플라이를 연결함으로써 가장 쉽게 실시된다. 4개의 파워 서플라이는 단일 마이크로제어기(65)에 의해 제어될 수도 있다. 4개의 파워 서플라이는 단일 파워 서플라이 유니트의 4개의 별도로 제어가능한 출력 채널일 수 있다. 회전은 각 DC 파워 서플라이의 출력전류를 제어하는 종래의 마이크로제어기(65)의 간단한 프로그래밍에 의해 실시될 수 있다.
도 7A-7D는 도 3A 또는 3B의 만곡된 자계 실시예가 선행하는 두 개의 단락에서 기술된 회전 방법을 포함하도록 개선시킨 경우 4개의 전자기 코일(40,42,52 및 50)에 각각 인가되는 전류 파형을 기술한다. 도 7은 R=5인 경우에 I1=+4A,I2=-4A,I3=-0.8A, 및 I4=+0.8A인 파형을 도시한다.
일반적으로, 제 2 전자석의 각각을 통하여 흐르는 전류가 하나의 정규화된 전류 유니트로 고려될 경우, 제 1차 코일의 각각을 통하여 흐르는 전류는 R 전류 유니트일 것이다. 임의의 하나의 회전단계 Ti로부터 다음 회전단계 Ti+1로의 전이시간에는 4개의 각 전자석에서 흐르는 전류의 4개의 전이(101-104)가 존재할 것이다. 파워 서플라이로부터 전자석이 전류를 수신할 때마다 단계 Ti에서의 +R 전류는 도 7에서 전이(101)에 의해 나타난 바와 같이 단계 Ti+1에서의 -R 전류로 전이한다. 다른 전자석은 -R에서 -1로 전이(102)를 행할 것이다. 제 3 전자석은 -1로부터 +1로 전이(103)를 행할 것이다. 제 4 전자석은 +1로부터 +R로 전이(104)를 행할 것이다. 각 전이는 4개의 전자석 코일에 연결된 각 파워 서플라이를 제어하는 제어기(65)에 의해 실시될 것이다.
전기적 회전은 이전에 인용된 미합중국 특허 제 5,215,619호(Cheng 등)에 기술된 플라즈마 에칭 챔버와 같은 종래 자기적으로 보강된 플라즈마 시스템에서는 일반적이다. 종래, 회전 주파수는 약 0.5 ㎐ 내지 10 ㎐이다.
이러한 느린 회전은 본 발명에 의해 제기되는 원리 성능 파라미터인, 가공물에 걸친 이온 플럭스 공간적 분포의 순간적인 균일성을 개선시키지 못한다. 그럼에도 불구하고, 느린 회전은 일반적으로 에칭이나 증착과 같은 가공물상에 수행되는 반도체 제조 공정의 장기간 시평균된 공간적인 균일성을 개선시키기에 적정하다.
전형적으로, 빠른 회전 주파수는 느린 회전 주파수보다 더 시평균된 공정 균일성을 개선시킨다. 그러나, 각 전자석 코일의 인덕턴스는 회전 주파수가 코일을 통과하는 전류 파형의 상승시간으로 인해 오프셋 단점을 초래하지 않고 상승될 수 있다. (파워 서플라이(60,62)가 전압 조정될 경우, 코일중 어떤 하나의 코일을 통과하는 전류의 상승시간은 파워 서플라이의 출력 저항 및 코일 자체의 저항을 포함하여, 파워 서플라이 출력과 코일 사이의 저항에 의해 분할된 코일의 인덕턴스에 비례한다. 파워 서플라이(60,62)가 전류 조정될 경우, 어떤 하나의 코일을 통과하는 전류의 상승시간은 파워 서플라이(60,62)가 코일에 제공할 수 있는 최대 전압에 의해 분할된 코일의 인덕턴스에 비례한다.)
각 "회전단계" 의 지속기간이 코일 전류의 상승 시간의 5배 또는 10배 미만이 되도록 회전 주파수가 높으면, 두 가지의 바람직하지 못한 효과를 초래할 수 있다. 하나의 바람직하지 못한 효과는 그 정상상태 값까지 전류가 상승하는데 요구되는 시간 때문에 각 코일을 통과하는 시평균된 전류가 감소된다는 점이다.
두 번째 바람직하지 못한 효과는 일부 코일을 통과하는 전류가 상승하고 다른 코일을 통과하는 전류가 강하할 때, 플라즈마 시스에서의 자계의 크기가 각 회전단계의 초기에 상승시간 주기동안 변화할 수 있다는 것이다. 자계 강도의 어떤 변화는 RF 파워 서플라이(24)가 파워를 공급해야 하는 플라즈마 "부하" 의 전체 임피던스를 변화시키는, 플라즈마 시스 근방의 이온 밀도를 변화시킬 것이다. RF 파워 서플라이의 출력회로는 일반적으로 실제 플라즈마 부하 임피던스를 정합하도록 조절되어야 하는 RF 임피던스 정합 네트워크를 포함한다. RF 임피던스 정합 네트워크가 부하 임피던스를 변화시키도록 자동적으로 조절될 수 있다 하더라도, 상기 네트워크는 전형적으로 새로운 임피던스값으로 조절하기 위하여 수십 또는 수백 밀리세컨드를 필요로한다. 그러므로, 각각의 회전단계의 초기에서의 기간이 존재하여, RF 파워 서플라이(24)의 출력 임피던스는 플라즈마 부하 임피던스에 부정합된다. 이러한 임피던스 부정합에 의해 초래되는 높은 정재파 비율(SWR)은 플라즈마에 인가된 RF 파워 및 전압을 변경시킬 수 있으며, 예측할수 없는 방법으로 플라즈마 공정을 변경시키거나 플라즈마를 불안정하게 할 수도 있다.
임피던스 부정합의 크기 및 존속기간은 각 회전단계의 초기에 코일 전류 상승시간동안 자계 강도의 변화의 크기 및 존속기간의 증가하는 함수이다. 회전 주파수를 증가하면 각각의 회전단계의 비율을 증가시켜, 그 동안 정합 네트워크가 플라즈마 부하 임피던스에 부정합된다.
선행 두 단락에서 기술한 임피던스 부정합 문제는 각 회전단계의 초기에 자계의 불연속성의 크기를 감소함으로써 개선될 수 있다. 이것을 달성하는 한 가지 방법은 웨이퍼의 주변 주위로 방위각적으로 간격진 다수의 전자석을 사용하는 것으로, 그로인해 자계가 비율적으로 더 작은 각도의 증분만큼 회전된다.
불연속성을 감소시키는 두 번째 방법은 RF 임피던스 정합 네트워크가 양호한 임피던스 정합을 유지하기에 충분히 느린 제어된 속도로 각 회전단계의 초기에 각 전자석 코일을 통과하는 전류를 변화시키는 것이다. 도 8A-8D는 도 7의 파형이 각 회전단계의 초기에 전류의 선형 전이를 제공하도록 변형될 때 각각 4개의 전자석(40,42,52 및 50)을 통과하는 전류파형을 도시한다. 이들 파형은 제어기(65)의 직선방향 프로그래밍에 의해 생성된다. 제어기 프로그래밍은 선형 전이주기동안 연속적으로 출력전류를 조절하거나, 다수의 별도 단계에서 출력전류를 조절하기 위해 DC 파워 서플라이(60,62)를 조종한다.
도 9는 단계 T3에서 T4로 선형 전이의 초기(도 9A), 3개의 연속적인 중간 점(도 9B-D), 및 종료에서의 자계를 도시한다. 선형 전이의 중간점을 도시하는 도 9C는 이러한 방법의 하나의 단점을 드러낸다: 시간적으로 이 점에서의 자계는 선형이고 균일하며, 종래의 MERIE 챔버에서의 충전(charge-up) 손상을 초래하는 자계 패턴이다. 그러나, 회전 주기의 작은 부분 동안 존재하기 때문에 선형 자계 패턴은 최소가 될 것으로 예상된다.
도 10은 회전단계 간의 전이동안 자계의 불연속성을 더욱 감소시키기 위한 방법을 도시한다. 특히, 도 10A-10D는 4개의 DC 파워 서플라이가 4개의 전자석 코일(40,42, 52 및 50)에 각각 인가하는 전류 파형을 각각 도시한다. 반대 극성에 대하여 코일을 통과하는 전류가 요구되는 전이(101,103)는 전류의 크기는 변화시키지만 극성은 변화시키지 않는 전이(102,104)보다 더 느리게(도 10에 도시된 실시예에서 보다 두배 느림) 수행된다. 이외에도, 전류 극성을 변화시키지 않는 두 개의 빠른 전이(102,104)중, 전류 크기를 증가시키는 전이(104)는 전류 크기를 감소시키는 전이보다 더 빨리 수행된다. 이 방법은 4개의 모든 전자석의 전류 전이가 동시에 수행되는 도 7 및 도 8의 방법보다 더 일정한 전체 자계 강도를 유지시킨다. 결론적으로, 이 방법은 RF 정합 네트워크가 회전단계 간의 전이동안 보다 정확한 임피던스 정합(즉, 낮은 SWR)을 유지할 수 있도록 한다.
도 11은 각 전이가 도 10에 도시된 바와 같이 선형인 전이보다는, 하나 또는 두 개의 별도의 서브단계로 이루어지는 도 10 방법의 변형을 도시한다. 도10 방법에서 느리게 수행되는 전이(101,103)는 도 11 방법에서 두 개의 단계로 수행된다. 특히, 전이(101)는 두 개의 연속 서브단계(101a,101b)로 수행되며, 각 서브단계는 전체 전이(101) 크기의 절반이다. 이와 유사하게, 전이(103)는 두 개의 동일한 서브단계(103a,103b)로 수행된다. 도 10 방법에서 빠르게 수행되는 전이(102,104)는 도 11 방법에서 하나의 서브단계로 수행된다. 각 서브 단계는 동일한 존속기간으로 이루어질 수 있다.
도 11은 전자석의 인덕턴스로 인한 전류의 상승시간을 나타내기 위하여, 한정된 기울기를 가지는 경우에 각 서브단계의 전류 파형을 도시한다. 이 기울기는 코일에 선형으로 변화하는 전류를 공급하기 위하여 파워 서플라이를 천천히 프로그래밍하는 것을 나타내도록 의도되지는 않는다.
각 전이가 하나 또는 두 개의 별도의 서브단계로 이루어지는 도 11 방법은 바람직하게 4개의 전자석에 전류를 공급하는 파워 서플라이를 제어하는 제어기(65)를 간단하게 프로그래밍할 수 있다. 현재 바람직한 실시예에서, 각 서브 단계는 0.1초의 존속 기간을 가진다. 0.25㎐(즉 4초의 회전 주기)의 회전 주파수에서 자계를 회전시키기 위하여, 제어기(65)는 각 회전 주기동안 0.1초의 40 서브단계를 통하는 증가하도록 프로그래밍된다. 즉, 완성된 회전 사이클에서 각 4개의 회전단계 T1-T4는 10 서브단계로 이루어진다. 10개의 서브단계중 두 개는 도 11에 도시된 2-단계 전이를 위해 사용되며, 전자석 전류는 각 회전단계의 나머지 8 서브단계동안 일정하게 남게 된다.
예
다음 검사들은 도 1에 도시된 챔버와 유사한 어플라이드 머티어리얼스 인코포레이티드에 의해 상업적으로 판매되는 모델 MxP+에칭 챔버에서 수행되었다. 챔버는 단일 200mm 실리콘 웨이퍼(20)상 실리콘 이산화물을 에칭하도록 설계되었다. 챔버는 결합해서 도 3b에 도시된 8각형 형상을 갖는 4개의 전자석 코일(40,42,50 및 52)을 포함하였다. 자석의 구성은 도 3b의 앞선 설명에서 기술한 바와 같다.
검사는 실리콘 이산화물을 에칭하기 위한 공정을 이용하여 수행되었다. 처리 가스 혼합물은 200mT의 전체 챔버 압력에서 45 sccm CHF3, 15 sccm CF4, 및 150 sccm Ar이었다. 플라즈마는 캐소드(22)에 연결된 13.56 ㎒ RF 파워 서플라이(24)로부터의 1000 와트 파워에 의해 여기되었다. 자계없이, 공정의 에칭속도는 3800Å/min 이었다.
회전단계들 간의 코일 전류를 전이하기 위한 도 11에 도시된 시차적인 방법은 도 7에 도시된 불시의 전이 방법과 비교되었다. 제 1 및 제 2 전자석은 자계가 웨이퍼의 중심 근방에 약 30G이고 R=4가 되도록 각각 전류의 4A 및 1A를 수신하였다. 회전 주파수는 0.25㎐이었다. 시차적 방법에서, 전자석 전류의 각 전이는 기술한 바와 같이 하나 또는 두 개의 0.1 초 서브단계로 이루어진다. 반사식 파워 미터에 연결된 저장 오실로스코프를 이용하여 시간의 함수로서 반사된 파워를 측정하였다.
도 7의 불시의 전이 방법은 각 전이 동안 두 개의 반사된 파워 피크를 생성하였으며, 각 피크는 약 75와트이다. 두 개의 바로 연속하는 반사된 파워 스파이크의 전체 존속기간은 약 75ms이었다. 이와는 대조적으로, 도 11의 시차적 전이 방법은 각 전이동안에 12와트만의 두 개의 반사된 파워 피크를 생성하였다. 두 개의 반사된 파워 스파이크의 전체 존속기간은 약 65ms이었다. 그러므로, 도 11의 시차적 전이방법은 6 인자 만큼 최대 반사된 파워를 감소시키고 높은 반사된 파워 상태의 존속기간을 약간 감소시킨다. 결론적으로, 시차적 전이 방법은 챔버에서 수행된 반도체 제조 공정의 신뢰성 및 안정성을 향상시킨다.
에칭 속도 및 순시 에칭 균일성에 대하여 회전 주파수의 효과를 평가하기 위하여 다음과 같은 검사를 수행하였다. 검사 조건은 다르게 서술한 것을 제외하고는 상기한 것과 동일하였다.
하나의 검사에서, DC 파워 서플라이(60)는 도 2A에 도시된 바와 같이 두 개의 인접한 전자석 코일의 각각에 4A의 전류를 공급하여, 200mm 웨이퍼의 중심 근처에 약 30G의 자계를 형성하였다. 자계는 두 개의 코일만이 한번에 파워가 입력(즉, 1/R=0, 또는 R=∞)된다는 것을 제외하고는 도 7에 도시된 방법에 의해 전기적으로 회전되며, 그로인해 제로 전류가 ±0.8A의 코일 전류를 가지는도 7에 도시된 시간 주기동안 각 코일에 공급되었다. 0.25㎐, 2.5㎐, 및 25㎐의 각각의 회전 주파수에서 수행된 3개의 검사에서, 각각의 에칭속도는 제로 자계를 사용한 에칭 속도보다 13%, 10%, 및 7% 더 컸다. 이들은 0.25㎐로부터 25㎐로 회전주파수를 증가시키면 자계에 의해 제공된 에칭 속도에서의 개선의 절반만큼 감소되며, 그로인해 자계의 목적이 부분적으로 실패하게 된다는 것을 가리킨다. 더욱이, 장기간 시평균된 에칭 속도 불균일성은 증가하는 회전 주파수로 인해 아주 약간 나빠진다. 그러므로, 3개의 검사된 회전 주파수중 가장 낮은 것은 가장 바람직하게 나타난다.
선행 검사는 R=4, I1=-I2=5.3A, I3=-I4= 1.3A, 및 챔버압력 150mT를 갖는 도 3B의 4코일 구성으로 수행되었다. 검사 장비가 두 개의 DC 파워 서플라이만을 포함하기 때문에, 도 7에 도시된 4단계 회전 방법의 홀수번호 단계 T1 및 T3만을 실시하였다. 즉, 회전은 두 개의 180°단계로 이루어진다. 특히, 도 3A에 도시된 바와 같이, 코일(40, 42)은 하나의 DC 파워 서플라이(60)에 연결되고, 코일(50,52)은 다른 DC 파워 서플라이(62)에 연결되었으며, 두 개의 파워 서플라이는 2×5.3A 및 2×1.3A 사이의 값을 공급하도록 선택된다. 0.17㎐, 1.7Hz 및 17Hz의 각각의 회전 주파수에서, 각각의 에칭속도는 제로 자계를 갖는 에칭속도보다 20%, 10%, 및 5% 더 크다. 더욱이, 장기간 시평균된 에칭속도 뷸균일성은 증가하는 회전 주파수로 인해악화된다. 그러므로, 3개의 검사된 회전 주파수중 가장 나쁜 것은 가장 적정하게 다시 나타난다.
선행 검사들은 더 느린 회전 주파수가 보다 양호한 시평균된 공간 균일성을 형성한다는 것을 지시함에도 불구하고, 더 높은 회전 주파수를 선호하는 이유가 있다. 특히, 반도체상에 제조된 집적회로에서, 회전 주파수를 감소하면, 플라즈마 시스로부터 웨이퍼로 비균일한 충전 입자로 인해 집적회로에서 각 전계효과 트랜지스터의 게이트 캐패시턴스가 충전되는 시간이 증가할 것이다. 결론적으로, 과도하게 낮은 회전 주파수는 게이트 유전체에 대한 손상의 위험을 증가시킨다. 이들 이유로 인해, 현재 바람직한 회전 주파수는 0.25㎐ 내지 1.0㎐의 범위에 있다.
8. 웨이퍼를 에워싸는 RF 결합 링
반시계방향 만곡(도 2-4)을 갖는 자계를 이용하는 본 발명의 이전에 기술된 실시예에서, 플라즈마로부터의 이온 플럭스의 웨이퍼(20)의 표면 전반에 걸친 공간 균일성은 RF 파워가 캐소드 전극(22)으로부터 플라즈마에 결합되는 웨이퍼를 에워싸는 좁은 영역을 제공함으로써 더욱 개선될 수 있다.
플라즈마 챔버에서 수행되는 자기적으로 보강된 반도체 플라즈마 제조 공정의 속도를 최대화하기 위하여, 웨이퍼 바로 뒤(즉, 웨이퍼에 의해 커버됨)의 영역과는 다른 캐소드 전극의 영역으로부터 플라즈마에 RF 파워의 어떤 결합을 최소화하는 것이 상당히 바람직하다. 즉, 캐소드측으로부터, 또는 캐소드 직경이 웨이퍼 직경보다 더 클 경우, 웨이퍼 주변을 에워싸는 캐소드의 상부 표면의 부분으로부터 RF 파워의 결합을 최소화하는 것이 상당히 바람직하다. 이것은 웨이퍼에 의해 점유된 캐소드 표면 영역내 플라즈마 시스로부터 캐소드 전극에 가능한 한 많은 이온 플럭스를 집중시킨다.
종래, 캐소드 전극의 바람직하지 못한 표면으로부터의 RF 파워 결합은 충분히 얇은 유전체층으로 상기 표면을 덮음으로써 최소화된다. 예를 들면, 도 1A는 원통형 캐소드 전극(22)의 측면을 에워싸는 원통형 유전체 실드(70), 및 웨이퍼(20)를 에워싸는 캐소드 상부 표면의 일부를 덮는 유전체 링(72)을 도시한다. 실리콘 웨이퍼를 처리하기 위한 챔버에 있어서, 고순도 석영은 일반적으로 유전체 재료로 사용되는 데, 그 이유는 석영이 챔버내로의 오염을 상당히 방지하기 때문이다. RF 파워 결합은 유전체의 두께를 증가시키고 낮은 유전상수의 유전체 재료를 선택함으로써 최소화될 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 캐소드와 대면하는 플라즈마 시스의 영역은 웨이퍼의 영역과 필수적으로 같다.
웨이퍼(20)에 걸친 이온 플럭스의 공간 균일성이 웨이퍼(20)의 주변 바로 외부의 캐소드 상부 표면을 덮는 얇은 환형부(74), 및 캐소드의 나머지 상부 표면을 덮는 두꺼운 유전체 부분(76)을 갖는 변형된 유전체 링(72 ')(도 2)으로 상기 유전체 링(72)을 대체함으로써 더욱 개선될 수 있다. 유전체 링의 얇은 내부(74)는 충분히 얇아야 하며, 그러므로 RF 파워 서플라이(24)의 주파수(전형적으로 13.56㎒)에서의 전기 임피던스는 충분히 낮아야 하며, 그로인해 충분한 RF 파워는 얇은 유전체(74)를 통하여 RF 파워 서플라이(24)로부터 플라즈마(80)로 결합되어, 도 12에 도시된 바와 같이 웨이퍼 표면위의 플라즈마 시스(82)가 내부 유전체(74)에 걸쳐 방사상 외측으로 연장하게 된다.
다음에 기술되는 검사에서, 도 12의 개선된 유전체 링(72 ')은 반경 폭 W이 14mm이고 두께 또는 깊이 D가 4mm인 얇은 내부(74)를 갖는다. 이와는 대조적으로, 도 1A의 유전체 링(72)은 웨이퍼의 에지에서 8mm의 두께 또는 깊이를 가지며, 이 두께는 웨이퍼의 주변을 넘어 약 15mm 까지 증가한다.
도 14-16은 200m 직경 실리콘 웨이퍼(20)로부터 실리콘 산화물층을 에칭하기 위한 공정에서 변형된 유전체 링(72 ')의 이점을 설명하는 검사 결과를 도시한다. 도 14 및 15는 웨이퍼의 표면에 걸친 에칭 속도의 차를 도시하는 간섭계에 의해 발생된 동일한 도면이다. 굵은 검정 동일 라인은 평균 에칭 속도를 나타낸다. 플러스 기호 및 마이너스 기호는 평균보다 크거나 작은 에칭속도를 갖는 영역을 각각 나타낸다. 각각의 동일 크기 라인간의 증분은 100Å/min이다.
도 16은 에칭속도의 일-시그마 불균일성 및 평균 , 최대, 최소 에칭속도를 도시하는 표이다. 칼럼 라벨링된 "내부 유전체(74)" 에서, "두꺼움" 은 웨이퍼의 에지에서 8mm의 깊이 또는 두께D를 가지는 도 1A의 유전체 링(72)을 의미하며, "얇음" 은 웨이퍼의 에지에서 4mm의 두께 또는 깊이D를 가지는 도 12의 개선된 유전체 링(72 ')을 의미한다. 칼럼 라벨링된 "최소" 및 "최대" 는 최소 및 최대 에칭속도간의 차 및 평균 에칭속도를 지시한다.
검사는 도 3B의 8각형 전자석 구성 및 도 1의 플라즈마 챔버 구성을 이용하여 수행되었다. DC 파워 서플라이(60)는 제 1 코일쌍의 각 코일에 4A의 전류를 공급하고, 그로인해 웨이퍼의 중심에서의 자계강도는 약 30G이다. 처리 가스 흐름은 45sccm CHF3, 15 sccm CF4, 및 150 sccm Ar이었다. 배기 펌프는 200mT에서 챔버 압력을 유지하였다. RF 파워 서플라이(24)는 캐소드에 13.56㎒ 1000와트의 파워를 공급하였다. 웨이퍼는 60초동안 에칭되었고, 그 결과 실리콘 산화물의 4000Å 내지 4400Å이 웨이퍼 표면으로부터 에칭되었다.
도 14는 DC 파워 서플라이(62)로 제 2 코일쌍(즉, R=0)의 코일(50,52)에 제로 전류를 공급하여, 그로인해 도 2A에 도시된 2-코일 자계 패턴을 생성하는 검사 결과를 도시한다. 도 14A는 도 1에 도시된 바와 같이 두꺼운 유전체 실드(72)를 이용하는 결과를 도시하며, 도 14B는 도 12에 도시된 바와 같이 얇은 내부(74)를 가지는 개선된 유전체 실드(72)를 이용하는 결과를 도시한다. 개선된 유전체 실드(72 ')는 평균에 대하여 웨이퍼상의 점 P의 근방에서 에칭속도를 증가함으로써 에칭속도 공간 균일성을 개선시키며, 여기서 점 P는 자계 강도가 가장 큰 점인데, 그 이유는 상기 점 P가 두 코일사이의 각도의 정점 "V" 에 가장 가깝기 때문이다. 도 16은 최소 및 최대 에칭속도가 개선된 유전체 실드(72' )에 대하여 평균에 가장 가까우며, 상기 평균으로부터 가장 나쁜 음의 편차는 -1060으로부터 -850 Å/min 으로 감소되며, 상기 평균으로부터 가장 나쁜 양의 편차는 +1250으로부터 +1050으로 감소된다.
점 P 근방의 에칭속도는 평균 미만인데, 그 이유는 자계의 반시계방향 만곡이 플라즈마 시스 및 프리-시스에서 충전된 입자의 점 P로부터 점 Q쪽으로 E×B 드리프트를 초래하기 때문이며, 그 결과 점 P가 충전된 입자를 비교적 고갈하여 남게 되었다. 본 발명에서, 자계 강도는 이 드리프트의 고갈 효과를 오프셋하기 위하여 점 P에서 가장 크다. 그러나, 도 14A는 점 P근방의 자계 강도의 기울기가 드리프트를 오프셋하기에 충분히 크지 않다는 것을 설명한다. 도 14B는 개선된 유전체 실드(72 ')가 점 P근방의 충전된 입자의 고갈을 부분적으로 개선시켜 에칭 속도 균일성을 개선시키는 것을 설명한다.
개선된 유전체 실드(72 ')의 얇은 내부(74)가 도 12에 도시된 바와 같이 웨이퍼의 주변 외부로 가로방향으로 플라즈마 시스를 연장하기 때문에, 가장 크게 충전된 입자 고갈 영역이 점 P에서 웨이퍼 주변 외부의 정점 V에 가까운 점으로 이동하는 것을 이론화했다. 이것은 개선된 유전체 실드(72' )가 평균으로부터 에칭속도의 양 및 음 공간 편차를 감소시키기 때문이다. 그러나, 본 발명은 이 이론에 의존하거나 한정되지는 않는다.
도 15는 DC 파워 서플라이(62)가 제 2 코일쌍의 각 코일(50,52)에 1A를 공급함으로써, R=4를 갖는 도 3B에 도시된 4-코일 자계 패턴을 생성하는 검사 결과를 도시한다. 도 15A는 도 1에 도시된 바와 같이 두꺼운 유전체 실드(72)를 이용하는 결과를 도시하며, 도 15B는 도 12에 도시된 바와 같이 얇은 내부(74)를 갖는 개선된 유전체 실드(72‘)를 이용하는 결과를 도시한다. 개선된 유전체 실드(72’)는 평균에 대하여 웨이퍼상의 점 P의 근방에 에칭속도를 증가시킴으로써 에칭속도 공간 균일성을 개선시키며, 여기서 점 P는 자계 강도가 가장 큰 점인데, 그 이유는 점 P가 두 개의 1차 코일 사이의 각도의 정점 "V" 에 가장 가까운 점이기 때문이다.
도 16은 개선된 유전체 실드(72 ')가 6.9% 내지 4.9%, 약 30%의 개선된 에칭속도의 일-시그마 불균일성을 감소시키는 것을 도시한다. 이외에도, 최소 및 최대 에칭속도의 평균으로부터의 편차는 30% 이상 감소되고, 평균으로부터 가장 나쁜 음 편차는 -1340 내지 -770 Å/min이며, 평균으로부터 가장 나쁜 양 편차는 +750 내지 +520 Å/min이다.
개선된 유전체 실드(72 ')를 이용하여 기술된 검사에 있어서, 실리콘 링(84)은 실드(72' )의 얇은 부분(74)을 덮는다. 실리콘 링의 제 1 목적은 실리콘 이산화물 에칭 공정에 의해 부식으로부터 실드의 얇은 부분(74)을 보호하기 위한 것으로, 그 이유는 석영 필드(72 ')가 화학적으로 실리콘 웨이퍼(20)상에 에칭되는 실리콘 이산화물과 같기 때문이다. 이들 검사에 사용된 에칭공정에 있어서, 실리콘은 석영의 에칭속도보다 적어도 10배 느린 속도로 에칭된다. 실리콘 링(84)이 에칭 공정으로 인해 두드러지게 오목한 표면을 얻기 시작할 때, 실리콘 링은 쉽게 대체될 수 있다. 더윽이, 실리콘 링의 유효 수명은 상부 표면이 오목하게 된 후에 그것을 반전시킴으로써 두배도 될 수 있다.
실리콘 링은 챔버내로의 오염의 침투를 최소화하기 위하여 고순도 재료로 이루어 질 수 있다. 최대 순도를 위하여, 실리콘 링이 단결정 실리콘이 되는 것이 바람직하다.
캐소드 전극(22)의 표면은 양극화된다. 양극화 층은 실리콘 링의 내면이 캐소드와 접촉하는 경우에도 실리콘 링(84)으로부터 캐소드를 전기적으로 절연한다.
에칭속도의 공간 균일성에 영향을 미치는 개선된 실드(72 ')의 치수 파라미터는 얇은 내부(74)의 축방향 깊이 D, 얇은 부분(74)의 반경 폭 W, 및 두꺼운 외부(76)의 웨이퍼 위의 높이 H이다.
캐소드 전극(22)과 플라즈마(80) 사이의 RF 파워 서플라이의 용량성 결합은 실드의 얇은 내부의 깊이 D에 의해 분할된 반경 폭 W에 비례한다. RF 파워 서플라이의 결합은 얇은 부분(74) 위의 시스(82) 및 플라즈마 프리-시스에서 충전된 입자의 집중의 상응하는 증가를 가져오며, 이것은 실드의 얇은 부분(74) 쪽으로 이온 플럭스의 상응하는 증가를 가져온다.
전술한 바와 같이, 캐소드로부터 웨이퍼에 의해 점유된 영역 외부의 플라즈마에 결합된 RF 파워는 웨이퍼 표면에서 이온 종(species) 및 이온의 집중을 감소시킨다. 그러므로, 공간 균일성에서의 개선이 유전체 실드의 얇은 부분(74)을 통하여 RF 파워의 증가된 결합에 의해 달성되는 것은 웨이퍼 상에서 수행되는 공정의 평균속도의 감소에 대하여 균형을 이루어야 한다.
상승된 외부(76)의 높이 H의 효과는 더 복잡하다. 대부분의 구성에 있어서, 실드의 상승된 외부(76)의 우수한 효과는 상승된 부분(76)이 방향의 전체 범위에서 반응 종에 노출되는 것으로부터 웨이퍼의 주변을 차단하는 "쉐도우" 효과이고, 이로 인해 웨이퍼 주변 근처 공정 속도를 감소시킨다. 그러나, 두 개의 부가적인 효과는 어느 정도 쉐도우 효과를 오프셋한다. 특히, 실드의 상승된 부분은 플라즈마 시스로부터 하방으로 가속화된 이온이 상승된 부분(76)과 충돌하여 웨이퍼쪽으로 튀기 때문에 웨이퍼의 주변 근방에 이온 플럭스를 증가시키는 "포커싱 효과" 를 갖는다. 포커싱 효과는 웨이퍼와 대면하는 상승된 부분(76)의 면(78)과 웨이퍼 표면 사이의 각도에 크게 의존하며, 45°각도는 웨이퍼의 중심쪽으로 이온의 가장 큰 편향을 이루게 된다. 상승된 부분은 수행될 특별 공정의 화학물에 따라서, 웨이퍼 주변 근방의 처리속도를 증가 또는 감소할 수 있는 웨이퍼 주변 근방의 반응 종의 잔류 시간을 증가시킨다.
쉐도우 효과, 포커싱 효과, 및 잔류시간 효과는 높이 H가 증가될 때 더 드러나는 경향이 있다. 이들 모든 효과는 실드의 얇은 내부(74)의 방사 폭 W에 의해 영향을 받는데, 그 이유는 이 폭이 웨이퍼의 주변과 상승된 부분(76) 사이에 간격을 형성하기 때문이다. 포커싱 효과는 임의의 폭 W(경험적으로 결정되어야 함)에서 최소화되어야 하는 반면, 잔류 시간 및 쉐도우 효과는 폭 W이 증가하면서 점진적으로 감소된다.
개선된 유전체 실드(72 ')의 적정 두께에 영향을 미치는 다른 인자는 챔버가 캐소드 전극(22)상에 웨이퍼(20)를 지지하기 위하여 정전기 척(86)(도 12 참조)을 사용하는지의 여부이다. 만약 그렇다면, 정전기 척은 캐소드와 웨이퍼 사이에 유전체를 삽입하며, 그러므로 캐소드와 플라즈마 사이에 용량성 임피던스가 형성된다. 유전체 실드의 얇은 내부(74)를 통하여 그리고 웨이퍼를 통하여 결합된 RF 파워의 소정의 균형을 유지하기 위하여, 유전체 실드(72' )의 내부(74) 및 외부(76)의 두께는 정전기 척의 RF 임피던스에 비례하여 증가되어야 한다.
먼저 기술한 검사에 있어서, 도 12의 개선된 실드(72 ')는 폭 W이 14mm인 얇은 내부(74)를 갖는다. 본 발명의 만곡된 자계로 검사되지 않을지라도, 종래의 MERIE 챔버에서는 6mm인 폭 W을 특징으로 하는 유사한 실드로 양호한 결과를 갖는다. 특히, 종래의 MERIE 챔버에서는, 14mm에서 6mm로 W를 감소하면 W=14mm 구성의 균일한 개선의 대부분을 보유하면서 평균 에칭속도를 개선시킨다. 그러므로, W=6mm은 본 발명의 만곡된 자계 구성에서 바람직할 수 있다.
실리콘 링(84)의 축방향 깊이(즉, 두께)는 캐소드 전극과 플라즈마 사이에 RF 파워의 결합에 실제 효과를 갖지 못하며, 그러므로 웨이퍼에 걸쳐 이온 플럭스의 분포에 대한 어떤 효과도 없다. 실제로, 실리콘 링은 유지자에 의해 설치될 때, 우발적인 파손을 방지하기에 충분한 두께이어야 한다. 또한, 두꺼운 실리콘 링은 그것이 대체되기 전에 더 큰 부식을 견딜 수 있다.
도 13은 실리콘 웨이퍼(20)가 실리콘 링(84)을 누르고 전기접촉하는 다른 실드 구성을 도시한다. 실드는 바람직하게는 웨이퍼(20)와 실리콘 링(84) 사이에 균일한 압력을 유지하기 위하여 립 시일(lip seal)(89)을 갖는 O-링(88)과 같은 스프링이나 엘라스토머를 포함한다. 실리콘 링이 웨이퍼와 전기접촉하면, 실리콘 링은 효과적으로 웨이퍼의 연장부로 되며 그러므로 캐소드 전극(22)의 연장부가 된다. 결론적으로, 실리콘 링(84) 아래의 캐소드 전극의 일부를 덮기 위하여 유전체(76)에 대해서는 이러한 구성이 필요없다. 실리콘 링(84)을 통하여 결합된 RF 파워는 도 12 구성의 얇은 유전체 부분(74)의 폭 W 보다는 실리콘 링의 반경 폭 W'에 비례한다. 결합된 RF 파워는 실리콘 링의 전기 저항에 역비례한다.
웨이퍼가 유전체 층(86)을 갖는 정전기 척에 의해 캐소드에 장착되는 경우와 같이, 웨이퍼(20)가 캐소드로부터 전기절연되면, 실리콘 링(84)은 캐소드로부터 전기절연되는 것이 중요하다. 후자의 절연은 캐소드가 알루미늄일 경우 캐소드의 표면을 양극화함으로써 제공될 수도 있다. 웨이퍼가 캐소드로부터 절연되고 실리콘 링은 절연되지 않은 경우, 실리콘 링은 웨이퍼보다 낮은 임피던스를 통하여 캐소드에 결합되며, 그로인해 과도한 RF 파워가 웨이퍼 대신에 실리콘 링을 통하여 젼환된다.
충전된 입자 오염물의 공간 균일성은 계단식 상부 표면을 갖는 실리콘 링(84)에 의해 향상된다. 특히, 웨이퍼(20)의 주변 외부로 연장하는 실리콘 링의 일부는 웨이퍼의 상부 표면과 동일한 평면인 상부 표면을 갖는다. 이 형상은 웨이퍼의 주변에 인접한 플라즈마 시스에서의 어떤 불균일성을 최소화하며, 그로인해 웨이퍼상에서 수행될 공정의 공간 균일성이 향상된다.
9. 다른 고려된 변형
광범위한 의미에서, 본 발명은 웨이퍼의 표면 위의 자계의 방향 및 기울기에 의해 한정되며, 이러한 자계를 형성하는 자석의 어떤 특정 수나 배열에 제한되지는 않는다. 예를 들면, 영구자석은 도시한 바람직한 실시예에서 사용된 전자석을 대신할 수 있다. 또한, 상이한 수의 영구자석이나 전자석은 본 발명의 방향 및 기울기를 갖는 자계를 형성하는데 사용될 수 있다.
어떤 실시에 있어서, 가공물의 전체 표면에 걸쳐 적정한 특성을 갖는 자계를 형성하는데 바람직하지 못하거나 실질적이지 못할 수도 있다. 예를 들면, 본 발명에 의해 제기된 충전된 입자 드리프트 효과에 관련되지 않은 어떤 물리적 또는 화학적 현상에 의해 초래된 불균일성을 오프셋하기 위하여 가공물의 하나이상의 에지 근방의 자계 패턴을 변경시키는 것이 바람직할 수도 있다. 실시는 자계가 가공물 표면의 소규모 부분에 대하여 이들 요건으로부터 벗어날 수 있다 하더라도, 방향 및 기울기가 가공물의 대부분의 표면에 걸쳐 본 발명의 전술한 요건을 만족하는 자계를 형성하는 경우에 본 발명의 범위내에 남게된다.
다른 고려 사항은 가공물에 충격을 가하는 이온 플럭스의 플럭스 밀도가 가공물 자체에 의해 점유된 영역에서 자계에 의해서와 같이 가공물 근방의 플라즈마 시스의 영역에서 자계에 의해 결정된다는 것이다. 그러므로, 본 발명의 다른 한정은 이전에 한정된 자계 기울기의 방향이 가공물 영역위의 평평한 영역에 존재하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버이며, 상기 평평한 영역은 가공물 영역에 평행하고 가공물 표면 영역의 최소한 절반(바람직하게는 100%에 가까움)인 표면 영역을 갖는다.
"상부" , "하부" , "위" 및 "아래" 와 같이 상세한 설명 및 청구범위에 있어서의 참조는 서로에 대하여 컴포넌트의 위치를 단지 지시하도록 의도되었으며 중력방향에 대하여 콤포넌트의 방향을 지시하는 것은 아니다. 지구 중력의 방향은 본 발명과는 무관하다. 예를 들면, 도시한 구성은 반도체 웨이퍼의 면 하방 처리를 위해 반전될 수 있으며, 이 경우 "상부" 및 "하부" 와 같이 본 명세서에 기술한 방향은 실제로 지구중력의 방향에 대하여 각각 "하방" 상방 "이 된다.
본 발명은 개선된 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버에 의해 가공물의 표면 전반에 걸쳐 이온 플럭스의 보다 균일한 순간적인 분포를 형성할 수 있다는 효과를 가진다.
도 1A 및 1B는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버의 개략적인 종단면도 및 평면도.
도 2A는 한 쌍의 직교 코일을 사용하는 본 발명의 실시예의 개략 평면도.
도 2B는 한 쌍의 공면(coplanar) 코일을 갖는 유사한 실시예를 도시한 도면.
도 3A는 두 쌍의 직교 코일을 사용하는 본 발명의 실시예의 개략 평면도.
도 3B는 각 코일의 단부가 내부로 45°정도 각을 이룬 유사한 실시예를 도시한 도면.
도 4는 5개의 위치에서 자계 강도 측정을 도시하는, 도 3B의 실시예의 개략 평면도.
도 5는 자계가 도 3A 및 도 3B의 자계와 정반대인 회전 또는 벡터 컬(curl) 함수를 갖는 다른 실시예의 자계 패턴의 개략 평면도.
도 6은 자계가 방향면에서는 선형이지만 크기면에서는 비균일한 다른 실시예의 자계 패턴의 개략 평면도.
도 7은 도 3의 코일 전류가 각 회전단계의 초기에 갑자기 변화될 때 도 3의 4개의 전자기 코일을 통과하는 전류의 타이밍도.
도 8은 코일 전류가 각 회전단계의 초기에 점진적으로 그리고 선형으로 변화될 때 도 3의 4개의 전자기 코일을 통과하는 전류의 타이밍도.
도 9는 회전 단계들 사이의 전이 동안 도 8의 회전방법에 의해 생성된 자계 패턴의 개략 평면도.
도 10 및 도 11은 코일 전류가 보다 더 일정한 자계 강도를 유지하기 위하여 스태거링(stagger)된 속도 및 배율로 각 회전단계의 초기에 변화될 때 도 3의 4개의 전자기 코일을 통과하는 전류의 타이밍도로서, 각 회전단계 사이의 선형 전이 및 2-단계 전이를 도시한 도면.
도 12는 웨이퍼가 실리콘 링과 접촉하지 않는, 석영 실드위에 놓인 실리콘 링의 에지의 측면도.
도 13은 웨이퍼가 실리콘 링과 접촉하는, 석영 실드위에 놓인 실리콘 링의 에지의 측면도.
도 14 및 도 15는 유전체 실드 링과 자계 패턴 형태의 함수로서 에칭속도의 공간적인 분포의 동일한 크기의 도면.
도 16은 유전체 실드 링과 자계 패턴 형태의 함수로서 에칭 속도 및 균일성을 도시한 표.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
12 : 원통형 측벽 14 : 원형 하부 벽
16 : 리드 18 : 애노드 전극
20 : 가공물 22 : 캐소드 전극
23 : 배기 매니폴드 24 : RF 파워 서플라이
26 : 결합 캐패시터 30 : 코일

Claims (31)

  1. 반도체 가공물에 개선된 순시적 공간 균일성을 가진 플라즈마로부터의 이온 플럭스를 형성하기 위한 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버에 있어서,
    상기 가공물이 주변에 의해 경계진 가공물 영역을 점유할 수 있도록 반도체 가공물을 지지하기 위한 수단;
    상기 가공물 영역위의 영역에 플라즈마를 형성하기 위한 플라즈마 소스; 및
    상기 가공물 영역을 위에서 보았을 때 상기 가공물 영역의 주변 둘레에서 점진적으로 시계방향으로 상기 가공물 영역의 주변 주위의 각각의 방위각에 위치되어 있는 제 1 북극 자극, 제 1 남극 자극, 제 2 남극 자극 및 제 2 북극 자극을 포함하며,
    상기 각각의 자극은 상기 가공물 영역의 중심에서 떨어져서 가공물 영역의 중심쪽 방향과 면하며,
    상기 제 1 북극 자극 및 제 1 남극 자극은 결합하여 상기 제 1 북극 자극 및 제 1 남극 자극들 사이에 제 1 자계를 형성하고, 제 2 북극 자극 및 제 2 남극 자극은 결합하여 상기 제 2 북극 자극 및 제 2 남극 자극 사이에 제 2 자계를 형성하고, 상기 4개의 자극들은 제 1 자계가 제 2 자계보다 실질적으로 더 강하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 북극 자극 및 제 1 남극 자극은 각각 제 1 자석의 북극 및 남극이며,
    상기 제 2 북극 자극 및 제 2 남극 자극은 각각 제 2 자석의 북극 및 남극인 것을 특징으로 하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 북극 자극과 제 1 및 제 2 남극 자극은 4개의 상이한 전자석인 것을 특징으로 하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 북극 자극 및 제 2 남극 자극은 각각 평행한 자기축을 가지며,
    상기 제 2 북극 자극 및 제 1 남극 자극은 각각 상기 제 1 북극 자극 및 제 2 남극 자극의 자기축에 수직한 각각의 자기축을 갖는 것을 특징으로 하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 북극 자극과 제 1 남극 자극은 가공물 영역을 양분하는 기하구조 라인의 한쪽 측면에 배치되고,
    상기 제 2 북극 자극 및 제 1 남극 자극은 상기 제 1 북극 자극 및 제 2 남극 자극의 자기축에 수직인 각각의 자기축을 가지는 것을 특징으로 하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버.
  6. 제 1항에 있어서,
    가공물 영역의 주변 둘레에 연속적으로 간격진 위치에 적어도 하나의 제 1, 제 2 , 제 3 및 제 4 전자석을 포함하는 복수의 전자석; 및
    상기 전자석에 전류를 제공하기 위한 파워 서플라이를 더 포함하고,
    상기 파워 서플라이는 상기 제 1 북극 자극 및 상기 제 1 남극 자극을 형성하기 위하여 적어도 제 1 및 제 2 전자석에 제 1 전류를 제공하고,
    상기 파워 서플라이는 상기 제 2 남극 전극 및 상기 제 2 북극 전극을 형성하기 위하여 적어도 제 3 및 제 4 전자석에 제 2 전류를 제공하고,
    상기 제 2 전류는 실질적으로 제 1 전류 미만인 것을 특징으로 하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 가공물 영역의 주변 주위로 연속적으로 간격진 부분에 있는 복수의 전자석; 및
    상기 전자석에 전류를 공급하기 위한 파워 서플라이를 더 포함하며,
    상기 파워 서플라이는 상기 북극 및 남극 자극을 형성하기 위하여 전자석중 다른 하나에 다른 전류 신호를 공급하며,
    상기 파워 서플라이는 전자석이 회전자계를 형성하도록 각 전자석에 상기 각각의 다른 전류 신호를 연속하여 공급하는 것을 특징으로 하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버.
  8. 제 1항에 있어서,
    가공물 영역의 주변 주위로 연속적으로 간격진 위치에 적어도 4개의 전자석; 및
    상기 전자석들에 제 1 전류 및 제 2 전류를 동시에 공급하기 위한 파워 서플라이를 더 포함하고,
    상기 파워 서플라이는 상기 제 1 북극 자극 및 상기 제 1 남극 자극을 형성하기 위하여 상기 전자석들중 적어도 두 개에 제 1 전류를 공급하고,
    상기 파워 서플라이는 상기 제 1 전류를 공급받는 두 개의 전자석외의 다른 적어도 두 개의 전자석들에 제 2 전류를 공급하고,
    상기 제 2 전류는 상기 제 2 남극 자극 및 상기 제 2 북극 자극을 형성하기 위하여 실질적으로 제 1 전류 미만이고,
    상기 파워 서플라이는 상기 전자석들이 시간에 따라 회전하는 자계를 집합적으로 형성하도록 연속적인 시간에서 연속적으로 배치된 전자석들에게 제 1 및 제 2 전류를 공급하는 것을 특징으로 하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버.
  9. 제 1항에 있어서, 제 1 및 제 2 자계 강도 사이의 비율을 조절하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버.
  10. 제 2항에 있어서,
    제 1 자석에 의해 형성된 자계 강도와 제 2 자석에 의해 형성된 자계 강도 사이의 비율을 조절하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 챔버는 전기 파워 서플라이를 더 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 자석중 하나는 상기 파워 서플라이로부터 전류를 수신하도록 접속된 전자석을 포함하며,
    상기 자계 강도 비율을 조절하기 위한 수단은 파워 서플라이에 의해 전자석에 공급되는 전류의 양을 조절하기 위한 제어 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 자석은 각각 제 1 및 제 2 전자석을 포함하며,
    상기 자계 강도 비율을 조절하기 위한 수단은 상기 제 1 및 제 2 전자석에 전류를 공급하는 위한 전기 파워 서플라이를 포함하며,
    상기 파워 서플라이는 파워 서플라이가 제 1 전자석에 공급하는 전류와 파워 서플라이가 제 2 전자석에 공급하는 전류 사이의 비율을 조절하기에 적합한 것을 특징으로 하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버.
  13. 제 3항에 있어서,
    4개의 전자석에 전류를 공급하기 위한 전기 파워 서플라이를 더 포함하며,
    상기 파워 서플라이는 제 1 북극 전자석 및 제 1 남극 전자석 양쪽에 제 1 전류량을 공급하고,
    상기 파워 서플라이는 제 2 북극 전자석 및 제 2 남극 전자석 양쪽에 제 2 전류량을 공급하고,
    상기 파워 서플라이는 제 1 및 제 2 전류량 사이의 비율을 조절하기에 적합한 것을 특징으로 하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버.
  14. 반도체 가공물에 개선된 순시적 공간 균일성을 가진 플라즈마로부터의 이온 플럭스를 형성하기 위한 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버에 있어서,
    (a) 챔버의 내부 영역에 대면하는 상부 표면을 갖는 캐소드 전극;
    (b) 상기 내부 영역에 플라즈마를 형성하기 위한 플라즈마 소스 - 상기 플라즈마 소스는 캐소드 전극에 RF 신호를 공급하도록 연결된 RF 파워 서플라이를 포함하고, 그로 인해 상기 캐소드 전극에 인접한 플라즈마 시스(sheath)가 플라즈마에서 형성됨 -;
    (c) 상기 반도체 가공물이 캐소드 전극의 상부 표면 바로 위에 평행한 가공물 영역을 점유할 수 있도록 상기 가공물을 지지하기 위한 수단 - 상기 가공물 영역은 주변에 의해 경계지고, 상기 캐소드 전극의 상부 표면은 가공물 영역의 주변을 에워싸고 상기 가공물 영역의 주변보다 큰 주변부를 가짐 -;
    (d) 상기 가공물 영역의 주변 주위로 상이한 방위각에 위치되어 있는 북극 자극 및 남극 자극 - (ⅰ) 상기 각각의 자극은 상기 가공물 영역의 중심에서 떨어져서 가공물 영역의 중심쪽 방향과 대면하고, (ⅱ) 상기 북극 자극에 대한 남극 자극의 방위각은 가공물 영역을 위에서 보았을 때 상기 중심 주위로 시계방향임 -; 및
    (e) 상기 가공물 영역의 주변에 외부에 있는 캐소드의 상부 표면의 부분위에 놓인 커버를 포함하며, 상기 커버는 상기 캐소드 전극에 인접한 플라즈마 시스(sheath)가 제 1 유전체 실드상으로 연장하기에 충분히 낮은 상기 RF 신호에 대한 전기 임피던스를 가진 제 1 유전체 실드를 가공물 영역의 주변부 근처에 포함하는 것을 특징으로 하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 커버는 제 1 유전체 실드의 주변 외부에 있는 제 2 유전체 실드를 더 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 유전체 실드는 캐소드 및 플라즈마 사이의 RF 전류에 대한 단위 영역에 대해 제 1 및 제 2 전기 임피던스를 각각 부가하고, 상기 단위 영역당 제 1 임피던스는 실질적으로 단위 영역당 제 2 임피던스 미만인 것을 특징으로 하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 커버는 상기 제 1 유전체 실드의 주변 외부에 있는 제 2 유전체 실드를 더 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 유전체 실드는 동일한 유전체 재료로 형성되고, 상기 제 1 실드의 유전체 재료는 캐소드의 상부 표면에 수직인 방향을 따라 제 2실드의 유전체 재료 두께 미만인 캐소드의 상부 표면에 수직인 방향을 따른 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버.
  17. 제 14항에 있어서, 상기 커버는 유전체가 아닌 재료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버.
  18. 제 17항에 있어서, 유전체가 아닌 상기 재료는 반도체인 것을 특징으로 하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버.
  19. 제 17항에 있어서, 상기 반도체 가공물을 지지하기 위한 수단은 비유전체 재료와 접촉하여 가공물을 지지하는 것을 특징으로 하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 유전체가 아닌 재료는 반도체인 것을 특징으로 하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버.
  21. 제 14항에 있어서, 상기 커버의 제 1 유전체 실드는 실리콘 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 가공물은 실리콘 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버.
  23. 제 14항에 있어서,
    상기 커버의 제 1 유전체 실드는 가공물 영역과 일반적으로 공통 평면이고 가공물 영역의 주변에 대해 수직인 반경 폭 크기를 가지며,
    상기 반경 폭은 가공물 영역의 주변 근처에 있고 방위각이 북극 및 남극 자극의 각각의 방위각 사이에 있는 제품 영역의 일부에 대해 플라즈마로부터의 이온 플럭스의 밀도를 평균 값에 비해 증가시키도록 형성된 크기를 가지며,
    상기 평균 값은 제품 영역에 대한 이온 플럭스 밀도의 공간 평균인 것을 특징으로 하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버.
  24. 제 14항에 있어서,
    상기 챔버는 가공물을 에칭하기 위한 플라즈마 에칭 챔버이고,
    상기 커버의 제 1 유전체 실드는 일반적으로 가공물 영역과 공통 평면이고 가공물 영역의 주변에 수직인 반경 폭 크기를 가지며,
    상기 반경 폭은 평균 값과 관련하여, 상기 주변 근처에 있고 방위각이 상기 북극 및 남극 자극의 각각의 방위각 사이에 있는 가공물 영역의 에칭 속도를 증가시키도록 형성된 크기를 가지며,
    상기 평균 값은 가공물 영역에 걸쳐 에칭 속도의 공간 평균인 것을 특징으로 하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버.
  25. 제 14항에 있어서,
    상기 커버의 제 1 유전체 실드는 일반적으로 가공물과 공통 평면이고 가공물 영역의 주변에 수직인 반경 폭 크기를 가지며, 상기 반경 폭은 가공물 영역에 걸쳐 플라즈마로부터의 이온 플럭스의 공간 균일성을 증가시키도록 형성된 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버.
  26. 제 14항에 있어서,
    상기 챔버는 가공물을 에칭하기 위한 플라즈마 에칭 챔버이고,
    상기 커버의 제 1 유전체 실드는 일반적으로 가공물 영역과 공통 평면에 있고 가공물 영역의 주변에 수직인 반경 폭 크기를 가지며, 상기 반경 폭은 가공물의 에칭 속도의 공간 균일성을 증가시키도록 형성된 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버.
  27. 제 14항에 있어서,
    상기 가공물 영역은 원형 반도체 웨이퍼를 수용하기 위해 원형 영역이고,
    상기 커버의 제 1 부분은 환형 모양을 가지는 것을 특징으로 하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버.
  28. 반도체 가공물에 플라즈마로부터의 이온 플럭스의 개선된 순시적 공간 균일성을 형성하기 위한 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버에 있어서,
    챔버의 내부 영역과 면하는 상부 표면을 가진 캐소드 전극;
    상기 내부 영역에 플라즈마를 형성하기 위한 플라즈마 소스 - 상기 플라즈마 소스는 RF 신호를 캐소드 전극에 공급하기 위하여 연결된 RF 파워 서플라이를 포함함 -;
    가공물이 캐소드 전극의 상부 표면에 평행하고 상기 상부 표면 바로 위 가공물 영역을 점유하도록 반도체 가공물을 지지하기 위한 수단 - 상기 가공물 영역은 주변에 의해 경계지고, 상기 캐소드 전극의 상부 표면은 캐소드의 상부 표면의 일부가 가공물 영역의 주변 외부에 있도록 가공물 영역의 주변을 에워싸고 상기 가공물 영역의 주변보다 큰 주변부를 가짐 -;
    가공물 영역의 실질적으로 1/2 이상을 에워싸는 제 2 영역에서, 가공물 영역에 실질적으로 평행한 자계를 형성하도록 구성되어, 제 2 영역의 모든 지점에서, 자계가 제 2 영역으로부터 보았을 때 상기 지점에서 자계의 방향에서 반시계 방향으로 90도 방향을 따라 증가하는 강도를 가지는 자석; 및
    가공물 영역의 주변 외부에 있는 캐소드의 상부 표면의 일부위에 놓이는 커버를 포함하고, 상기 커버는 동일한 유전체 상수를 가진 각각의 유전체 재료로 형성된 내부 및 외부 동심원 커버 세그먼트들을 포함하고, 상기 내부 커버 세그먼트는 캐소드의 상부 표면에 수직인 방향을 따라 외부 커버 세그먼트보다 실질적으로 얇은 것을 특징으로 하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버.
  29. 반도체 가공물을 처리하기 위하여 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버에 있어서,
    (a) 가공물 지지영역에서 가공물을 지지하기 위한 가공물 지지대;
    (b) 상기 가공물 지지영역의 주변 주위로 간격진 위치에 있는 복수의 전자석; 및
    (c) 전자석이 결합시 시간에 따라 회전하는 자계를 형성하도록 연속적인 시간동안 연속적인 고정된 전류값을 갖는 각각의 전류 신호를 각각의 전자석에 공급하기 위한 파워 서플라이를 포함하며,
    (ⅰ) 상기 각각의 시간 간격은 파워 서플라이가 각각의 전자석에 공급하는 전류의 값을 변화시키도록 구성된 전이 시간 주기에 의해 분리되며,
    (ⅱ) 상기 각각의 전이 주기동안, 파워 서플라이가 극성이 변하지 않으면서, 전류 크기의 변화가 있는 전류 변화를 공급하는 전자석에, 상기 파워 서플라이는 전이 주기의 짧은 부분동안 상기 전류 변화를 공급하도록 구성되며,
    (ⅲ) 상기 각각의 전이 주기동안, 파워 서플라이가 극성 반전을 포함하는 전류 변화를 공급하는 전자석에, 상기 파워 서플라이는 전이 주기의 긴 부분동안 상기 전류 변화를 공급하도록 구성되며,
    (ⅳ) 각각의 전이 주기의 긴 부분은 전이 주기의 각각의 짧은 부분보다 더 긴 지속기간을 갖는 것을 특징으로 하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버.
  30. 제 29항에 있어서,
    상기 전이 주기의 각각의 긴 부분은 전이 주기와 실질적으로 동일한 지속 시간을 가지며,
    상기 전이 주기의 각각의 짧은 부분은 상기 전이 주기의 1/2과 실질적으로 동일한 지속 시간을 가지는 것을 특징으로 하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버.
  31. 제 29항에 있어서,
    각각의 전이 주기 동안, 파워 서플라이가 극성이 변화되지 않으면서 전류 크기가 증가하는 전류 변화를 공급하는 전자석에, 상기 파워 서플라이는 전이 주기의 초기 세그먼트 동안 상기 전류 변화를 공급하고,
    각각의 전이 주기 동안, 파워 서플라이가 극성이 변화되지 않으면서 전류 크기가 감소하는 전류 변화를 공급하는 전자석에, 상기 파워 서플라이는 상기 전이 주기의 종료 세그먼트 동안 상기 전류 변화를 공급하는 것을 특징으로 하는 자기적으로 보강된 플라즈마 챔버.
KR1019970081056A 1997-01-02 1997-12-31 비균일자계를갖는자기적으로보강된플라즈마챔버 KR100564087B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US8/735,444 1997-01-02
US08/735,444 US6113731A (en) 1997-01-02 1997-01-02 Magnetically-enhanced plasma chamber with non-uniform magnetic field
US08/735444 1997-01-02

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR19980070306A KR19980070306A (ko) 1998-10-26
KR100564087B1 true KR100564087B1 (ko) 2006-11-10

Family

ID=24955833

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019970081056A KR100564087B1 (ko) 1997-01-02 1997-12-31 비균일자계를갖는자기적으로보강된플라즈마챔버

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6113731A (ko)
EP (1) EP0852389A3 (ko)
JP (2) JP4387471B2 (ko)
KR (1) KR100564087B1 (ko)
TW (1) TW439110B (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170035650A (ko) * 2015-09-23 2017-03-31 삼성전자주식회사 유전체 윈도우, 그 윈도우를 포함한 플라즈마 공정 시스템, 및 그 시스템을 이용한 반도체 소자 제조방법

Families Citing this family (88)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4602545B2 (ja) * 1997-09-16 2010-12-22 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド プラズマチャンバの半導体ワークピース用シュラウド
US6039836A (en) * 1997-12-19 2000-03-21 Lam Research Corporation Focus rings
KR100292410B1 (ko) * 1998-09-23 2001-06-01 윤종용 불순물 오염이 억제된 반도체 제조용 반응 챔버
US6579421B1 (en) 1999-01-07 2003-06-17 Applied Materials, Inc. Transverse magnetic field for ionized sputter deposition
US6344105B1 (en) * 1999-06-30 2002-02-05 Lam Research Corporation Techniques for improving etch rate uniformity
US8696875B2 (en) * 1999-10-08 2014-04-15 Applied Materials, Inc. Self-ionized and inductively-coupled plasma for sputtering and resputtering
US10047430B2 (en) 1999-10-08 2018-08-14 Applied Materials, Inc. Self-ionized and inductively-coupled plasma for sputtering and resputtering
JP2003514388A (ja) * 1999-11-15 2003-04-15 ラム リサーチ コーポレーション 処理システム用の材料およびガス化学剤
US6894245B2 (en) * 2000-03-17 2005-05-17 Applied Materials, Inc. Merie plasma reactor with overhead RF electrode tuned to the plasma with arcing suppression
US6853141B2 (en) 2002-05-22 2005-02-08 Daniel J. Hoffman Capacitively coupled plasma reactor with magnetic plasma control
US7030335B2 (en) * 2000-03-17 2006-04-18 Applied Materials, Inc. Plasma reactor with overhead RF electrode tuned to the plasma with arcing suppression
US8617351B2 (en) 2002-07-09 2013-12-31 Applied Materials, Inc. Plasma reactor with minimal D.C. coils for cusp, solenoid and mirror fields for plasma uniformity and device damage reduction
US7220937B2 (en) * 2000-03-17 2007-05-22 Applied Materials, Inc. Plasma reactor with overhead RF source power electrode with low loss, low arcing tendency and low contamination
US6528751B1 (en) 2000-03-17 2003-03-04 Applied Materials, Inc. Plasma reactor with overhead RF electrode tuned to the plasma
US6900596B2 (en) * 2002-07-09 2005-05-31 Applied Materials, Inc. Capacitively coupled plasma reactor with uniform radial distribution of plasma
US7141757B2 (en) * 2000-03-17 2006-11-28 Applied Materials, Inc. Plasma reactor with overhead RF source power electrode having a resonance that is virtually pressure independent
US7067034B2 (en) * 2000-03-27 2006-06-27 Lam Research Corporation Method and apparatus for plasma forming inner magnetic bucket to control a volume of a plasma
US6632322B1 (en) 2000-06-30 2003-10-14 Lam Research Corporation Switched uniformity control
US7374636B2 (en) * 2001-07-06 2008-05-20 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for providing uniform plasma in a magnetic field enhanced plasma reactor
JP4009087B2 (ja) 2001-07-06 2007-11-14 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 半導体製造装置における磁気発生装置、半導体製造装置および磁場強度制御方法
TWI234417B (en) * 2001-07-10 2005-06-11 Tokyo Electron Ltd Plasma procesor and plasma processing method
KR100397891B1 (ko) * 2001-07-25 2003-09-19 삼성전자주식회사 반도체 장치 식각설비의 척 조립체
JP2005503648A (ja) * 2001-09-14 2005-02-03 東京エレクトロン株式会社 プラズマリアクタ・コイルマグネット・システム
CA2359597C (en) * 2001-10-23 2003-10-21 Roland Kenny Beverage can holder
US20030106646A1 (en) * 2001-12-11 2003-06-12 Applied Materials, Inc. Plasma chamber insert ring
US6962644B2 (en) 2002-03-18 2005-11-08 Applied Materials, Inc. Tandem etch chamber plasma processing system
US6614051B1 (en) 2002-05-10 2003-09-02 Applied Materials, Inc. Device for monitoring substrate charging and method of fabricating same
US20030230385A1 (en) * 2002-06-13 2003-12-18 Applied Materials, Inc. Electro-magnetic configuration for uniformity enhancement in a dual chamber plasma processing system
TWI283899B (en) * 2002-07-09 2007-07-11 Applied Materials Inc Capacitively coupled plasma reactor with magnetic plasma control
US7504006B2 (en) * 2002-08-01 2009-03-17 Applied Materials, Inc. Self-ionized and capacitively-coupled plasma for sputtering and resputtering
US20040025791A1 (en) * 2002-08-09 2004-02-12 Applied Materials, Inc. Etch chamber with dual frequency biasing sources and a single frequency plasma generating source
US7458335B1 (en) 2002-10-10 2008-12-02 Applied Materials, Inc. Uniform magnetically enhanced reactive ion etching using nested electromagnetic coils
US7097716B2 (en) * 2002-10-17 2006-08-29 Applied Materials, Inc. Method for performing fluorocarbon chamber cleaning to eliminate fluorine memory effect
US20040110388A1 (en) * 2002-12-06 2004-06-10 International Business Machines Corporation Apparatus and method for shielding a wafer from charged particles during plasma etching
DE10260645B3 (de) * 2002-12-23 2004-09-16 Infineon Technologies Ag Kompensationsrahmen zur Aufnahme eines Substrats
US8048328B2 (en) 2003-02-14 2011-11-01 Applied Materials, Inc. Method for shaping a magnetic field in a magnetic field-enhanced plasma reactor
US7422654B2 (en) 2003-02-14 2008-09-09 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for shaping a magnetic field in a magnetic field-enhanced plasma reactor
US7883633B2 (en) * 2003-02-14 2011-02-08 Applied Materials, Inc. Method for shaping a magnetic field in a magnetic field-enhanced plasma reactor
US7901952B2 (en) * 2003-05-16 2011-03-08 Applied Materials, Inc. Plasma reactor control by translating desired values of M plasma parameters to values of N chamber parameters
US7910013B2 (en) 2003-05-16 2011-03-22 Applied Materials, Inc. Method of controlling a chamber based upon predetermined concurrent behavior of selected plasma parameters as a function of source power, bias power and chamber pressure
US7247218B2 (en) 2003-05-16 2007-07-24 Applied Materials, Inc. Plasma density, energy and etch rate measurements at bias power input and real time feedback control of plasma source and bias power
US7452824B2 (en) * 2003-05-16 2008-11-18 Applied Materials, Inc. Method of characterizing a chamber based upon concurrent behavior of selected plasma parameters as a function of plural chamber parameters
US7795153B2 (en) 2003-05-16 2010-09-14 Applied Materials, Inc. Method of controlling a chamber based upon predetermined concurrent behavior of selected plasma parameters as a function of selected chamber parameters
US7470626B2 (en) * 2003-05-16 2008-12-30 Applied Materials, Inc. Method of characterizing a chamber based upon concurrent behavior of selected plasma parameters as a function of source power, bias power and chamber pressure
US7431857B2 (en) * 2003-08-15 2008-10-07 Applied Materials, Inc. Plasma generation and control using a dual frequency RF source
US7510665B2 (en) * 2003-08-15 2009-03-31 Applied Materials, Inc. Plasma generation and control using dual frequency RF signals
US20050106873A1 (en) * 2003-08-15 2005-05-19 Hoffman Daniel J. Plasma chamber having multiple RF source frequencies
US7838430B2 (en) * 2003-10-28 2010-11-23 Applied Materials, Inc. Plasma control using dual cathode frequency mixing
US20050181052A1 (en) * 2004-02-17 2005-08-18 Patel Satishkumar A. Lansoprazole microtablets
US20060000802A1 (en) * 2004-06-30 2006-01-05 Ajay Kumar Method and apparatus for photomask plasma etching
US20060027329A1 (en) * 2004-08-09 2006-02-09 Sinha Ashok K Multi-frequency plasma enhanced process chamber having a torroidal plasma source
US8253057B1 (en) 2004-09-03 2012-08-28 Jack Hunt System and method for plasma generation
GB0505060D0 (en) * 2005-03-11 2005-04-20 Innovision Res & Tech Plc Gain controlled impedance
US7359177B2 (en) * 2005-05-10 2008-04-15 Applied Materials, Inc. Dual bias frequency plasma reactor with feedback control of E.S.C. voltage using wafer voltage measurement at the bias supply output
US7695633B2 (en) * 2005-10-18 2010-04-13 Applied Materials, Inc. Independent control of ion density, ion energy distribution and ion dissociation in a plasma reactor
US7741577B2 (en) * 2006-03-28 2010-06-22 Battelle Energy Alliance, Llc Modular hybrid plasma reactor and related systems and methods
US20070245960A1 (en) * 2006-04-24 2007-10-25 Applied Materials, Inc. Process using combined capacitively and inductively coupled plasma sources for controlling plasma ion density
US20070245961A1 (en) * 2006-04-24 2007-10-25 Applied Materials, Inc. Dual plasma source process using a variable frequency capacitively coupled source for controlling plasma ion dissociation
US7645357B2 (en) * 2006-04-24 2010-01-12 Applied Materials, Inc. Plasma reactor apparatus with a VHF capacitively coupled plasma source of variable frequency
US20070246161A1 (en) * 2006-04-24 2007-10-25 Applied Materials, Inc. Plasma reactor apparatus with a toroidal plasma source and a VHF capacitively coupled plasma source with variable frequency
US20070246443A1 (en) * 2006-04-24 2007-10-25 Applied Materials, Inc. Process using combined capacitively and inductively coupled plasma process for controlling plasma ion dissociation
US7264688B1 (en) 2006-04-24 2007-09-04 Applied Materials, Inc. Plasma reactor apparatus with independent capacitive and toroidal plasma sources
US7727413B2 (en) * 2006-04-24 2010-06-01 Applied Materials, Inc. Dual plasma source process using a variable frequency capacitively coupled source to control plasma ion density
US20070246163A1 (en) * 2006-04-24 2007-10-25 Applied Materials, Inc. Plasma reactor apparatus with independent capacitive and inductive plasma sources
US20070245958A1 (en) * 2006-04-24 2007-10-25 Applied Materials, Inc. Dual plasma source process using a variable frequency capacitively coupled source for controlling ion radial distribution
US7780864B2 (en) * 2006-04-24 2010-08-24 Applied Materials, Inc. Process using combined capacitively and inductively coupled plasma sources for controlling plasma ion radial distribution
US20070246162A1 (en) * 2006-04-24 2007-10-25 Applied Materials, Inc. Plasma reactor apparatus with an inductive plasma source and a VHF capacitively coupled plasma source with variable frequency
KR100847007B1 (ko) * 2007-05-31 2008-07-17 세메스 주식회사 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치 및 방법
US7736914B2 (en) * 2007-11-29 2010-06-15 Applied Materials, Inc. Plasma control using dual cathode frequency mixing and controlling the level of polymer formation
US8536481B2 (en) 2008-01-28 2013-09-17 Battelle Energy Alliance, Llc Electrode assemblies, plasma apparatuses and systems including electrode assemblies, and methods for generating plasma
US9269546B2 (en) 2010-10-22 2016-02-23 Applied Materials, Inc. Plasma reactor with electron beam plasma source having a uniform magnetic field
US8773020B2 (en) 2010-10-22 2014-07-08 Applied Materials, Inc. Apparatus for forming a magnetic field and methods of use thereof
CN102522305B (zh) * 2011-12-27 2015-01-07 中微半导体设备(上海)有限公司 等离子体处理装置及聚焦环组件
CN105190822B (zh) * 2013-03-01 2018-07-06 朴秀用 磁控管
JP6499835B2 (ja) * 2014-07-24 2019-04-10 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
US10095114B2 (en) 2014-11-14 2018-10-09 Applied Materials, Inc. Process chamber for field guided exposure and method for implementing the process chamber
JP2016127185A (ja) * 2015-01-06 2016-07-11 東京エレクトロン株式会社 シールドリングおよび基板載置台
JP6578215B2 (ja) * 2015-04-03 2019-09-18 株式会社ジャパンディスプレイ プラズマ処理装置、シールドリング、及び、シールドリング用部材
CN105185680B (zh) * 2015-09-22 2017-10-03 上海华力微电子有限公司 一种电流检测装置及介质膜蚀刻装置
CN105551925A (zh) * 2015-12-08 2016-05-04 武汉华星光电技术有限公司 干刻蚀装置
CN105655223A (zh) * 2015-12-28 2016-06-08 上海集成电路研发中心有限公司 一种等离子体刻蚀系统的磁场发生装置
US10256075B2 (en) * 2016-01-22 2019-04-09 Applied Materials, Inc. Gas splitting by time average injection into different zones by fast gas valves
US9852889B1 (en) 2016-06-22 2017-12-26 Lam Research Corporation Systems and methods for controlling directionality of ions in an edge region by using an electrode within a coupling ring
CN107578977A (zh) * 2017-09-27 2018-01-12 北京北方华创微电子装备有限公司 反应腔室以及电容耦合等离子体设备
CN113196452A (zh) 2019-01-18 2021-07-30 应用材料公司 用于电场引导的光刻胶图案化工艺的膜结构
US10553403B1 (en) * 2019-05-08 2020-02-04 Mks Instruments, Inc. Polygonal toroidal plasma source
US11429026B2 (en) 2020-03-20 2022-08-30 Applied Materials, Inc. Lithography process window enhancement for photoresist patterning
US20220102119A1 (en) * 2020-09-25 2022-03-31 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatus

Family Cites Families (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0173583B1 (en) * 1984-08-31 1990-12-19 Anelva Corporation Discharge apparatus
US4631106A (en) * 1984-09-19 1986-12-23 Hitachi, Ltd. Plasma processor
US4668365A (en) * 1984-10-25 1987-05-26 Applied Materials, Inc. Apparatus and method for magnetron-enhanced plasma-assisted chemical vapor deposition
US4657619A (en) * 1985-11-29 1987-04-14 Donnell Kevin P O Diverter magnet arrangement for plasma processing system
US4668338A (en) * 1985-12-30 1987-05-26 Applied Materials, Inc. Magnetron-enhanced plasma etching process
DE3606959A1 (de) * 1986-03-04 1987-09-10 Leybold Heraeus Gmbh & Co Kg Vorrichtung zur plasmabehandlung von substraten in einer durch hochfrequenz angeregten plasmaentladung
JPS62205270A (ja) * 1986-03-05 1987-09-09 Hitachi Ltd マグネトロン電極
JPH0715900B2 (ja) * 1987-01-29 1995-02-22 沖電気工業株式会社 ドライプロセス装置
US5215619A (en) * 1986-12-19 1993-06-01 Applied Materials, Inc. Magnetic field-enhanced plasma etch reactor
JP2501653B2 (ja) * 1989-03-31 1996-05-29 治久 木下 プラズマ処理装置
US5225024A (en) * 1989-05-08 1993-07-06 Applied Materials, Inc. Magnetically enhanced plasma reactor system for semiconductor processing
US5556501A (en) * 1989-10-03 1996-09-17 Applied Materials, Inc. Silicon scavenger in an inductively coupled RF plasma reactor
JP2766010B2 (ja) * 1989-12-19 1998-06-18 沖電気工業株式会社 磁場発生装置およびこれを備えたドライプロセス装置
US5292399A (en) * 1990-04-19 1994-03-08 Applied Materials, Inc. Plasma etching apparatus with conductive means for inhibiting arcing
US5298465A (en) * 1990-08-16 1994-03-29 Applied Materials, Inc. Plasma etching system
US5074456A (en) * 1990-09-18 1991-12-24 Lam Research Corporation Composite electrode for plasma processes
WO1992007377A1 (en) * 1990-10-23 1992-04-30 Genus, Inc. Sacrificial metal etchback system
JP2501948B2 (ja) * 1990-10-26 1996-05-29 三菱電機株式会社 プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置
JPH04196529A (ja) * 1990-11-28 1992-07-16 Toshiba Corp プラズマ処理装置
KR100297358B1 (ko) * 1991-07-23 2001-11-30 히가시 데쓰로 플라즈마에칭장치
US5308417A (en) * 1991-09-12 1994-05-03 Applied Materials, Inc. Uniformity for magnetically enhanced plasma chambers
US5444207A (en) * 1992-03-26 1995-08-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Plasma generating device and surface processing device and method for processing wafers in a uniform magnetic field
DE69327069T2 (de) * 1992-04-17 2000-04-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd Vorrichtung und Verfahren zur Plasmaerzeugung
US5252178A (en) * 1992-06-24 1993-10-12 Texas Instruments Incorporated Multi-zone plasma processing method and apparatus
US5440206A (en) * 1992-06-26 1995-08-08 Tokyo Electron Ltd. Plasma processing apparatus comprising means for generating rotating magnetic field
US5534108A (en) * 1993-05-28 1996-07-09 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for altering magnetic coil current to produce etch uniformity in a magnetic field-enhanced plasma reactor
US5423918A (en) * 1993-09-21 1995-06-13 Applied Materials, Inc. Method for reducing particulate contamination during plasma processing of semiconductor devices
JPH07153598A (ja) * 1993-11-30 1995-06-16 Applied Materials Japan Kk マグネトロン反応性イオンエッチング装置の制御方法
US5463525A (en) * 1993-12-20 1995-10-31 International Business Machines Corporation Guard ring electrostatic chuck
US5573596A (en) * 1994-01-28 1996-11-12 Applied Materials, Inc. Arc suppression in a plasma processing system
JP3124204B2 (ja) * 1994-02-28 2001-01-15 株式会社東芝 プラズマ処理装置
US5474649A (en) * 1994-03-08 1995-12-12 Applied Materials, Inc. Plasma processing apparatus employing a textured focus ring
US5685914A (en) * 1994-04-05 1997-11-11 Applied Materials, Inc. Focus ring for semiconductor wafer processing in a plasma reactor
US5484486A (en) * 1994-05-02 1996-01-16 Applied Materials, Inc. Quick release process kit
JP2641390B2 (ja) * 1994-05-12 1997-08-13 日本電気株式会社 プラズマ処理装置
US5552124A (en) * 1994-06-22 1996-09-03 Applied Materials, Inc. Stationary focus ring for plasma reactor
JP3338203B2 (ja) * 1994-10-19 2002-10-28 沖電気工業株式会社 プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
US5572398A (en) * 1994-11-14 1996-11-05 Hewlett-Packard Co. Tri-polar electrostatic chuck
JPH08217594A (ja) * 1995-02-08 1996-08-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd マグネトロン型誘導結合方式放電反応装置
US5673922A (en) * 1995-03-13 1997-10-07 Applied Materials, Inc. Apparatus for centering substrates on support members
US5740009A (en) * 1996-11-29 1998-04-14 Applied Materials, Inc. Apparatus for improving wafer and chuck edge protection

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170035650A (ko) * 2015-09-23 2017-03-31 삼성전자주식회사 유전체 윈도우, 그 윈도우를 포함한 플라즈마 공정 시스템, 및 그 시스템을 이용한 반도체 소자 제조방법
KR102334378B1 (ko) 2015-09-23 2021-12-02 삼성전자 주식회사 유전체 윈도우, 그 윈도우를 포함한 플라즈마 공정 시스템, 및 그 시스템을 이용한 반도체 소자 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
EP0852389A2 (en) 1998-07-08
JP2009027194A (ja) 2009-02-05
KR19980070306A (ko) 1998-10-26
JP4932811B2 (ja) 2012-05-16
EP0852389A3 (en) 2002-01-02
JP4387471B2 (ja) 2009-12-16
TW439110B (en) 2001-06-07
JPH10233390A (ja) 1998-09-02
US6113731A (en) 2000-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100564087B1 (ko) 비균일자계를갖는자기적으로보강된플라즈마챔버
US5717294A (en) Plasma process apparatus
US7183716B2 (en) Charged particle source and operation thereof
US8835869B2 (en) Ion sources and methods for generating an ion beam with controllable ion current density distribution
US6523493B1 (en) Ring-shaped high-density plasma source and method
EP0507885B1 (en) A low frequency inductive rf plasma reactor
KR100499763B1 (ko) 플라즈마 에칭장치
KR100646266B1 (ko) 스퍼터링 증착용 플라스마 처리 장치
CN1689132B (zh) 用于产生均匀的处理速率的方法和设备
JP5538340B2 (ja) ワークピース処理方法および真空プラズマプロセッサ
US7381292B2 (en) Inductively coupled plasma generating apparatus incorporating serpentine coil antenna
US20030006008A1 (en) Method and apparatus for providing uniform plasma in a magnetic field enhanced plasma reactor
US7557362B2 (en) Ion sources and methods for generating an ion beam with a controllable ion current density distribution
US8920613B2 (en) Offset magnet compensation for non-uniform plasma
KR100318354B1 (ko) 스퍼터에칭제어용플라즈마성형플러그
US20070113980A1 (en) Method for shaping a magnetic field in a magnetic field-enhanced plasma reactor
US20070108042A1 (en) Method for shaping a magnetic field in a magnetic field-enhanced plasma reactor
KR20170028145A (ko) 기판 처리 장치
KR20040021809A (ko) 부위별로 단면적이 다른 안테나를 구비한 유도결합플라즈마 발생장치
KR20020011761A (ko) 플라즈마를 이용한 반도체 제조장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120228

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130111

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140922

Year of fee payment: 9

LAPS Lapse due to unpaid annual fee