KR100968996B1 - 플라스마의 자기적 한정 - Google Patents

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Abstract

플라스마를 한정하는 방법 및 기기가 제공된다. 일 실시예에서, 플라스마를 한정하는 기기는 기판 지지체 및 플라스마가 형성되는 제 1 영역과 플라스마가 선택적으로 제한되는 제 2 영역 사이의 경계에 인접하여 자기장을 형성하는 자기장 형성 장치를 포함한다. 자기장은, 플라스마를 형성하도록 사용되는 처리 조건들에 따라 제 1 영역으로부터 제 2 영역으로 플라스마의 대전 입자의 움직임을 선택적으로 제한하는 바람직하게 플라스마 한정 방향에 수직인 b-필드 성분을 갖는다.

Description

플라스마의 자기적 한정{MAGNETIC CONFINEMENT OF A PLASMA}
본 발명은 기판의 플라스마-보조 처리(plasma-assisted processing)에 관한 것이며, 보다 특정적으로 플라스마-보조 처리 챔버에 있어서 플라스마의 자기적 한정에 관한 것이다.
플라스마-보조 처리는 예를 들어 반도체 장치 및 집적 회로의 제조에 있어서 널리 사용되는 기술이다. 이러한 처리는 일반적으로 그 안에 위치한 반도체 웨이퍼와 같은 기판을 갖는 챔버 내에 처리 가스를 주입시키는 단계 및 처리 가스에 충분한 에너지를 인가하여 기판 상에서 플라스마를 형성하는 단계를 포함한다. 플라스마는 해리되고 이온화된 성분 및 기판 상에 수행되는 처리(증착, 에칭 등)를 보조하는 중성 성분(neutral components)을 포함한다. 플라스마의 구성요소들이 기판 상에서의 처리를 수행해가나 보조하는데 이롭지만, 플라스마 구성요소들이 기판 지지체, 측벽체 또는 챔버의 리드(lid)와 같은 처리 챔버 내의 다른 구성요소와 접촉하는 것이 종종 바람직하지 못하다. 이에 따라, 처리될 기판에 직접적으로 걸치는 영역에 플라스마를 한정하거나 또는 포함하도록 시도하는 것이 종종 바람직하 다.
이러한 문제들이, 종래에는 원하는 영역 내에 플라스마를 물리적으로 한정시키는 메커니즘을 사용하여 해결되었다. 예를 들어, 특정 처리 챔버는 원하는 영역 내에 플라스마를 물리적으로 제한하는 격막(baffle)을 포함할 수 있다. 그러나 이러한 격막은 플라스마 오염물질로부터의 문제 또는 플라스마 공격 또는 격막 그 자체의 오염으로 인한 처리 챔버의 공격과 같은 문제를 야기한다. 이에 따라, 격막은 기판 상에 결함을 특정할 수 있거나 또는 주기적으로 유지 및 교체가 필요한 소모 물질로 이루어진다. 추가로, 격막을 사용하는 플라스마의 물리적 한정은 챔버로부터 플라스마를 충분히 펌핑해서 빼내는 능력을 제한하며, 이에 따라 처리 기능 및 잠재적으로 표준 처리량 기판 결함에 있어서 문제를 야기한다.
따라서, 처리 챔버 내에 플라스마를 한정하는 방법 및 기기의 증진이 필요하다.
플라스마를 한정하는 방법 및 기기를 제공한다. 일 실시예에서, 플라스마를 한정하는 기기는 기판 지지체 및 플라스마가 형성되는 적어도 기판 지지체 위에 위치한 제 1 영역과 플라스마가 선택적으로 한정되는 제 2 영역 사이의 경계 근처에서 자기장을 형성하는 자기장 형성 장치를 포함한다. 자기장은, 플라스마를 형성하는데 사용되는 처리 조건에 따라 제 1 영역으로부터 제 2 영역으로 플라스마의 대전 입자의 움직임을 선택적으로 한정하는 원하는 플라스마 한정 방향에 수직인 b-필드(b-field) 성분을 포함한다.
다른 실시예에서, 플라스마를 한정하는 기기는 플라스마가 형성되는 제 1 영역과 플라스마가 선택적으로 한정되는 제 2 영역을 갖는 처리 챔버를 포함한다. 기판 지지체는 처리 챔버 내에 위치한다. 자기장 형성 장치는 제 1 영역과 제 2 영역 사이의 경계선 근처에 자기장을 형성하도록 제공된다. 자기장은, 제 1 영역과 제 2 영역 사이에서 제 1 세트의 처리 조건 하에서 형성된 플라스마의 데전 입자의 움직임을 제한하고 제 1 영역과 제 2 영역 사이의 제 2 세트의 처리 조건 하에서 형성된 플라스마의 대전 입자의 움직임을 제한하지 않도록 이루어진다.
본 발명의 다른 실시예에서, 플라스마를 한정하는 방법은, 플라스마가 형성되는 제 1 영역과 플라스마가 선택적으로 제한되는 제 2 영역을 갖는 처리 챔버를 제공하는 단계; 및 제 1 영역으로부터 제 2 영역으로의 방향에 수직인 b-필드 성분을 갖고, 선택적으로 제 1 세트의 처리 조건 하에서 플라스마가 형성된 경우 제 1 영역으로부터 제 2 영역으로 플라스마의 대전 입자의 움직임을 제한하고 제 2 세트의 처리 조건 하에서 플라스마가 형성된 경우 제 1 영역으로부터 제 2 영역으로 대전 입자의 움직임을 제한하지 않는 구성을 갖는 자기장을 생성하는 단계를 포함한다. 제 1 처리는 제 1 세트의 처리 조건 하에서 형성된 플라스마를 사용하여 수행되고 플라스마의 대전 입자의 움직임이 제한된다. 제 2 처리는 제 2 세트의 처리 조건 하에서 형성된 플라스마를 사용하여 수행되고 플라스마의 대전 입자의 움직임이 제한되지 않는다.
본 발명의 기기 및 방법은, 원하는 한정 방향에 수직 성분으로 자기장에 플라스마 주변을 노출시킴으로써, 플라스마 배출을 한정하는 증진된 기기 및 방법이다. 자기장의 강도, 방향 및 위치는, 제 1 세트의 처리 조건 하에서 플라스마를 한정하고 제 1 세트와 상이한 제 2 세트의 처리 조건 하에서 플라스마를 한정하지 않도록 선택된다.
본 발명은 자기장을 사용하여 플라스마를 한정하기 위한 방법 및 기기를 제공한다. 추가로, 본 발명은 자기장을 이용한 처리 선택적 플라스마 한정을 위한 방법 및 기기를 제공한다. 일 실시예에서, 본 발명에 따른 방법 및 기기는, 원하는 한정 방향에 수직 성분으로 자기장 주변에 플라스마를 노출시켜서 플라스마 배출을 한정한다. 자기장의 강도, 방향 및 위치는, 제 1 서브세트의 처리 조건 하에서는 플라스마를 한정하고, 제 2 서브세트의 처리 조건 하에서는 플라스마를 한정하지 않도록 선택된다.
도 1은, 본 발명에 따른 플라스마 한정 기기를 갖는 챔버(100)를 개략적으로 도시한다. 챔버(100)는 일반적으로 플라스마를 형성하는데 적합한 어떠한 형식의 처리 챔버일 수 있으며, 제한되지 않는 예를 들어 본 발명의 개념에 따라 수정된 전도성-커플링된 처리 챔버, 유도성-커플링된 처리 챔버 등을 포함할 수 있다. 본 발명으로부터 이득을 취하는데 적합한 처리 챔버의 제한되지 않는 예로서, eMax™, MXP® 및 ENABLER™ 처리 챔버들이 있으며, 이는 캘리포니아 산타클라라의 Applied Materials, Inc.로부터 입수 가능하다. eMax™ 처리 챔버는 2000년 9월 5일 공보된 Shan 등에 의한 미국 특허 제 6,113,731호에서 개시된다. MXP® 처리 챔버는 1996년 7월 9일 공보된 Qian 등에 의한 미국 특허 제 5,534,108호 및 1997년 10월 7일 공보된 Pu 등에 의한 미국 특허 제 5,674,321호에서 개시된다. ENABLER™ 처리 챔버는 2003년 3월 4일 공보된 Hoffman 등에 의한 미국 특허 제 6,528,751호에 개시된다. 상기 각각의 특허들이 본 발명에서 참조된다.
도 1에 도시된 실시예에서, 챔버(100)는 그 위에 기판(106)을 지지하기 위한 기판 지지체(104)를 갖는 바디(102)를 포함한다. 기판 지지체(104)는 정전기 척 등과 같은 기판 지지 받침대 또는 그 일부일 수 있다. 챔버(100)의 바디(102) 내에 제 1 영역(110)이 있으며 여기에서 플라스마가 형성되고(예를 들어, 여기에서 기판 처리가 이루어짐), 제 2 영역(112)이 있어서 여기에서부터 플라스마가 선택적으로 제한된다. 제 1 및 제 2 영역(110, 112)은 챔버(100) 내에서 어떠한 원하는 위치일 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 영역(110)은 기판 지지체(104)의 지지 표면 상에 일반적으로 위치한 상부 영역에 상응하며, 제 2 영역(112)은 기판 지지체(104)의 기판 지지 표면 아래(예를 들어, 일반적으로 처리 동안 기판(106) 아래)에 일반적으로 위치한 하부 영역에 상응한다.
제 1 전력원(120)은 챔버(100)의 제 1 영역(110)에 (도시되지 않은) 전극에 커플링되며, 이는 예를 들어 챔버의 리드, 가스 분배 샤워헤드, 챔버 리드에 인접하게 위치한 유도성 코일 등일 수 있다. (가끔, "상부 소스(top source)", 또는 " 소스 전력(source power)"으로 지칭되는) 제 1 전력원(120)은 일반적으로 챔버(100)의 제 1 영역(110)에 위치하는 처리 가스로부터 플라스마를 형성하기에 적합한 주파수와 전력에서의 무선-주파수 신호(RF signal)를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 전력원(120)은 일반적으로 약 100MHz를 넘는 조율 가능 주파수에서 5,000Watt에 이르는 무선 주파수(RF) 전력(즉, 소스 전력)을 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 전력원(120)은 일반적으로 약 100kHz ~ 200MHz 사이의 조율 가능 주파수에서 약 5,000Watt에 이르는 RF 전력을 제공할 수 있다.
제 2 전력원(122)은 기판 지지체(104) 내에 또는 그 아래에 위치한 전극과 커플링될 수 있다. (가끔, "바이어스 소스(bias source)"로 지칭되는) 제 2 전력원(122)은 일반적으로 약 50kHz ~ 13.6MHz 사이의 조율 가능 주파수에서 약 5,000W에 이르는 RF 전력(즉, 캐소드 바이어스 전력)을 제공할 수 있다. 선택적으로, 제 2 전력원(122)은 DC 또는 펄싱된 DC 전력원일 수 있다. 대안적으로, 제 2 전력원(122)은 듀얼-주파수 RF 전력원(또는 2개의 RF 전력원)을 포함할 수 있으며, 이 경우 제 1 전력원(120)은 선택적이다. 제 1 전력원(120)과 제 2 전력원(122)은 보다 크거나 작은 주파수에서 보다 크거나 작은 전력을 제공할 수 있다.
또한, 지지 시스템(124)은 처리 챔버(100)와 커플링될 수 있다. 지지 시스템(124)은 처리 챔버(100) 내에서 미리 정해진 처리(예를 들어, 플라스마-보조 에칭, 증착, 어닐링, 세정 등)를 실행하고 모니터링하는데 사용되는 구성요소들을 포함할 수 있다. 이러한 구성요소들은 일반적으로 처리 챔버(100)의 다양한 서브-시스템(예를 들어, 가스 패널(들), 가스 분배 도관들, 진공 및 배기 서브-시스템 등) 및 장치(추가 전력 공급원, 처리 제어 기기 등)를 포함한다. 이러한 구성요소들은 당업자에게 널리 공지되어 있으며, 도면에서는 그 명확성을 위해 생략되었다.
자기장 형성 장치(114)가 제 1 및 제 2 영역(110, 112) 사이의 경계를 따라서 처리 동안 제 1 및 제 2 영역(110, 112) 사이의 플라스마(108)의 성분의 적어도 부분적인 움직임, 한정 또는 제한에 선택적으로 적합한 자기장을 형성하도록 제공된다. 자기 한정은 대전 입자를 그 속도에 수직인 자기장에 노출시킴으로써 플라스마의 대전 입자 운동성을 감소시키는 것이다. 이는 대전 입자 상에 힘을 형성하며 그 식은,
Figure 112007085377191-pat00001
여기에서 F는 가해진 힘이고, q는 입자 상의 전하이고, v는 입자 속도이며, B는 자기장 세기이다. 힘의 방향이 대전 입자의 속도에 수직이기 때문에, 순수한 효과는 자기장 방향에 수직인 대전 입자 운동성 상의 감소이다. 따라서, 플라스마가 바람직하지 않은 처리 챔버 영역(예를 들어, 챔버(100)의 제 2 영역(112))에 대전 입자의 유동에 수직이도록 자기장을 디자인함으로써, 운동성 상의 감소는 자기장으로부터 상류인 영역과 하류인 영역 사이에서 소정의 레벨의 플라스마 한정을 이룬다.
일 실시예에서, 자기장 형성 장치(114)는 부분적으로 또는 완전히 기판 지지체(104)를 둘러싼 자기장을 형성할 수 있다. 또한, 자기장 형성 장치(114)는 부분적으로 또는 완전히 챔버 바디(102)와 측면 기판 지지체(104) 일부 사이에 놓인 영 역(118)을 채우는 자기장을 형성할 수 있다. 자기장 형성 장치(114)에 의해 제공된 자기장은 챔버(100)의 제 2 영역(112) 내에 주로 위치할 수 있다. 일 실시예에서, 자기장 형성 장치(114)에 의해 제공된 자기장은 기판 지지체(104)의 지지 표면 아래에 주로 위치할 수 있다. 자기장 형성 장치(114)는 처리 챔버(100) 내에 또는 없이 위치할 수 있으며, 다양한 챔버 구성요소들과 일체화되거나 또는 분리된 장치일 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 자기장 형성 장치(114)는 처리 챔버(100) 내에 위치하고 기판 지지체(104) 내에 위치한다.
도 1에 도시된 실시예에서, 자기장 형성 장치(114)는 다수의 자석(116)을 포함한다. 자석(116)들은 영구 자석, 전자석, 또는 그 조합 등일 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 2개의 자석(116)이 도시된다. 2개 이상의 자석(116)이 사용되는 것이 고려될 수 있다. 자석(116)은 상호 직접 인접할 수 있으며, 또는 이격될 수 있다. 이격되는 경우 자석(116)들 사이의 거리는 원하는 자기장 구성(예를 들어, 강도, 형태 등)에 기초하여 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 자석(116)들은 약 0.25~0.50인치 사이에서 상호 이격된다. 일 실시예에서, 자석(116)들은 약 0.25인치 이격된다. 다수의 자석(116)의 극성은 동일 방향이거나 또는 교번적일 수 있다.
기판 처리에서의 간섭을 줄이기 위해, 자기장 형성 장치(114)에 의해 제공된 자장은 플라스마 둘레를 따라, 즉 챔버의 제 1 및 제 2 영역(110, 112) 사이의 경계를 따라 주로 위치할 수 있다. 따라서, 자석(116)들 또는 자기장 형성 장치(114)는, 자석(116) 또는 자기장 형성 장치(114)에 의해 제공된 자기장이 챔 버(100)의 제 2 영역(112)에 주로 (예를 들어, 기판 지지체(104)의 지지 표면 아래에 주로) 위치하도록 배열될 수 있다. 일 실시예에서, 자석(116)들의 상부 표면은 기판 지지체(104)의 지지 표면 아래에서 약 0~4인치 사이에 위치한다. 일 실시예에서, 자석(116)들의 상부 표면은 기판 지지체(104)의 지지 표면 아래 약 4인치에 위치한다.
선택적으로, 하나 또는 그 이상의 영구 자석 또는 전자석(도시되지 않음)이 처리 동안 플라스마 특성(플라스마 형태, 밀도, 이온화, 해리, 외장 특성 등)의 제어를 용이하게 하도록 챔버 주변에 위치할 수 있다. 이러한 자석에 의해 형성된 자기장은 주로 챔버의 제 1 영역(110) 내에 위치할 수 있으며, 자기장 형성 장치(114)에 의해 형성된 자기장과 독립적으로 제어될 수 있다. 처리 동안 플라스마를 제어하는 자석을 갖는 챔버의 예시로서, Applied Materials, Inc에서 입수 가능한 전술한 eMax™, MXP® 및 ENABLER™ 처리 챔버가 있다.
제어기(130)는 처리 챔버(100)(즉, 지지 시스템(124), 전력원(120, 122) 등)와 커플링되어 작동을 제어한다. 또한, 소정의 실시예에서, 제어기(130)는 (자기장 형성 장치(114)가 전자석을 포함하는 경우와 같이) 장치(114)에 의해 형성된 자기장을 제어할 수 있다. 제어기(130)는 CPU(132), 지지 회로(134) 및 메모리(136)를 일반적으로 포함하는 특정 또는 일반적 목적의 컴퓨터일 수 있다. 소프트웨어 루틴(138)은 메모리(136)에 상주하며, 실행시 이는 본 발명의 개념에 따른 처리 챔버(100)의 작동 및 제어를 제공한다.
도 2a는 도 1에 도시된 자석(116) 및 자기장 형성 장치(114)의 일 실시예의 부분 확대도이다. 도 2a에 도시된 실시예에서, 한 쌍의 자석(116)이 기판 지지체(104)의 둘레, 즉 측면 둘레에서 상호 이격되어 실질적으로 평행하게 위치한다. 자석(116)들은 하나의 부품 또는 다수의 섹션으로 기판 지지체(104)를 완전히 에워쌀 수 있다. 대안적으로 하나 또는 그 이상의 자석(116)이 기판 지지체(104)의 측면 상의 둘레의 경로를 따라 이격되어 배치된 다수의 섹션을 포함할 수 있다.
자기장 형성 장치(114)의 다른 실시예가 도 2b에 도시된다. 이러한 실시예에서, 한 쌍의 자석(216)이 기판 지지체(104)에 인접하게 배치된 하나의 자석(216) 및 챔버 벽체(102)에 인접하게 배치된 하나의 자석(216)을 제공받는다. 자석(216)들은 기판 지지체(104) 및/또는 챔버 벽체(102) 내에 형성될 수 있으며, 기판 지지체(104) 및/또는 챔버 벽체(102)에 인접하여 위치할 수 있다. 추가로, 챔버 벽체(102)에 인접하게 배치된 자석(216)과 관련하여, 자석(216)은 챔버 내측 또는 외측에 배치될 수 있다. 자석(216)들은 하나의 부품 또는 다수의 섹션으로 기판 지지체(104) 및/또는 챔버 벽체(102)를 완전히 에워쌀 수 있다. 대안적으로 하나 또는 그 이상의 자석(216)이 벽체(102) 및/또는 기판 지지체(104)의 측면 상의 둘레의 경로를 따라 이격되어 위치하는 다수의 섹션을 포함할 수 있다.
도 2a, b에 도시된 자석(116, 216)들은 N극(202)과 S극(204)을 갖는다. 각각의 자석(116, 216)들의 N극과 S극(202, 204)은 서로에 대해 역위치일 수 있다(즉, 각각의 자석(116, 216)들의 각각의 극성이 인접한 자석의 반대 극성에 인접하게 된다). 대안적으로, 각각의 자석(116, 216)들의 N극과 S극(202, 204)은 유사한 방향으로 지향될 수 있다. 자석(116, 216)들은 자기장(200A, 200B)로 도시된 바와 같은 자기장을 형성한다. 도면을 명확히 하도록, 기판 지지체(104)와 챔버 바디(102) 사이에 형성된 자기장(200A, 200B)의 오직 일부만이 도시된다. 자기장(200A, 200B)은 (도 1에 도시된) 플라스마(108)로부터의 대전 입자(208)의 속도 방향에 수직인 b-필드를 포함한다. 이러한 구성은 대전 입자(208)가 자기장(200A, 200B)을 가로질러 챔버의 제 2 영역(112)에 이르는 능력을 제한하며, 이에 따라 제 1 영역(110) 내에서의 플라스마의 대전 입자(208)를 한정한다.
플라스마의 대전 입자의 한정 또는 제한이 중성 입자(210)와 같은 중성 입자에 영향을 주지 않으며, 이는 자기장(200A, 200B)을 가로질러 처리 챔버(100)의 제 2 영역(112)에 이를 수 있다. 이에 따라 중성 입자의 이동성은 높은 폴리머라이징 화학물(polymerizing chemistries)을 사용하는 처리 동안과 같이 한정이 매우 원하는 처리에서도 균등하게 이루어질 수 있다 - 여기에서, 폴리머 생성 및 증착의 한정 및 제한이 주기적인 챔버 세정 필요성을 바람직하게 감소시키고, 세정 사이클 사이의 시간을 바람직하게 증가시킨다.
따라서, 소정의 처리 동안 플라스마 한정을 제공하는 것이 바람직함에도, 플라스마 한정이 바람직하지 않은 처리가 있다. 예를 들어, 이러한 챔버 세정 단계 동안, 폴리머 제거 화학물은 최초 단계의 챔버로 복귀시키도록 사용된다. 이러한 처리 동안, 플라스마가 전체 챔버를 채워서, 예를 들어 세정 화학물이 전체 챔버를 채우고 (예를 들어, 도 1에 도시된 처리 챔버(100)의 제 2 영역(112) 내에서) 처리 영역으로부터 멀리 생성되었던 어떠한 폴리머를 제거하는 기능을 하도록 하는 것이 바람직하다.
플라스마에 영향을 주는 처리 파라미터(예를 들어, 소스 전력, 바이어스 전력, 소스 주파수, 바이어스 주파수, 처리 가스 선택, 챔버압, 챔버 처리 체적 등) 및/또는 자기장에 영향을 주는 파라미터(예를 들어, 자기장 강도, 자기장 방향, 위치, 형태, 자석의 개수 등)에 따라서, 제 1 영역(110) 내의 플라스마의 대전 입자의 양 또는 레벨의 한정이 제어된다.
예를 들어, 자기장 한정의 레벨을 측정하는 한가지 방법은, 처리 챔버(100)의 제 1 영역(110) 및 제 2 영역(112) 내에서 플라스마(108)로부터 바디(102)로의 이온 플럭스를 측정하고 상부 이온 플럭스에서 하부 이온 플럭스 사이에서의 비율을 계산하는 것이며, 이는 이하에서 이온 플럭스 비율이라 한다. 이온 플럭스 비율이 보다 크다면, 제 2 영역(112)에 비교하여 제 1 영역(110) 내의 플라스마 성분의 플럭스가 보다 크며, 이는 제 1 영역(110) 내의 플라스마의 대전 입자의 제한을 지시한다. 이온 플럭스 비율이 1에 접근함에 따라, 이는 제 1 영역(110) 내의 이온 플럭스가 제 2 영역(112) 내에서의 측정치에 동일함을 지칭하며, 이는 제 1 영역(110) 내의 플라스마의 대전 입자의 한정이 없음을 지칭한다.
도 3은, 플라스마-보조 처리 챔버 내의 소스 전력(축(306))과 바이어스 전력(축(304))에 대한 이온 플럭스 비율(축(302))의 그래프를 도시한다. 그래프 데이터는 60MHz의 RF 신호에 커플링된 상부 (소스) 전극 및 다양한 전력 레벨에서의 13.56MHz의 RF 신호에 커플링된 하부 (바이어스) 전극을 갖는 용량성 커플링된 처리 챔버 내에서 획득되었다 전술한 바와 같이, 이온 플럭스 비율이 클수록, 플라스 마는 챔버의 제 1 영역에서 보다 한정된다.
도 4는 도 3의 그래프를 상부에서 본 평면도로서, 바이어스 전력(축(304))과 소스 전력(축(306))에 대한 이온 플럭스 비율 그래프(300)를 도시한다. 도 4의 그래프에 도시된 바와 같이, 영역(410)은 챔버의 제 1 영역 내의 플라스마 한정의 다양한 레벨을 지시하는 영역에서 이온 플럭스 비율이 1보다 큰 영역에 존재한다. 제 2 영역(412)은 플라스마의 한정이 없는 영역을 도시한다. 이에 따라, 도 4에 도시된 그래프(300)는, 선택적으로 플라스마 한정을 획득하기 위한 (상부 및 바닥 RF 전력에 대한) 처리 공간을 도시하는 처리맵(process map)이다. 따라서, 다양한 처리 동안 인가되는 소스 전력 및/또는 바이어스 전력을 제어함으로써, 플라스마의 자기적 한정이 유사하게 제어될 수 있어서, 다양한 플라스마 처리에서 원하는 플라스마의 자기적 한정 또는 우회적인 자기적 한정이 바람직하게 획득되도록 유사하게 제어될 수 있다.
유사 처리맵은 플라스마 및/또는 자기장에 영향을 주는 다른 처리 파라미터에 대해 생성될 수 있다. 대안적으로 또는 이와 조합되어, 3차원 처리맵이 다양한 강도에서의 자기장에서 수행된 전술한 접근방식에 따라 이루어질 수 있어서, 플라스마-영향 처리 파라미터에 추가하여 다양한 자기장 강도를 포함하는 처리 윈도우(process window)를 연장한다. 추가로, 처리 밀도, 외장 전압, 전자 온도, 처리 화학물 등과 같은 다른 처리 파라미터는 모두 플라스마 체적에 강한 영향을 줄 수 있으며, 이는 기술되는 플라스마 한정 메커니즘에 의해 제어될 수 있다. 따라서, 이러한 파라미터들 역시 특정 처리에 원하는 처리 조건들을 결정하도록 맵핑(mapping)될 수 있어서, 본 발명의 플라스마 한정 기기를 구비한 플라스마 처리 챔버에서의 처리 윈도우를 확장시킨다.
도 5는, 전술한 처리 챔버(100)와 유사한 처리 챔버(500) 내에서 이루어지는 2개의 처리를 나란히 개략적으로 도시한 도면이다. 챔버(500)의 제 1 측면(530)은, 챔버(500) 내에 형성된 플라스마(508)가 자기장(520)에 의한 챔버(500)의 제 1 영역(510)에 한정되는 조건 하에서 작동하는 처리를 개략적으로 도시한다. 챔버(500)의 제 2 측면(532)은 챔버(500)를 실질적으로 채우는데 충분한 조건 하에서 형성된 플라스마(518)를 도시한다. (즉, 플라스마는 챔버(500)의 제 1 영역(510) 및 제 2 영역(512) 모두에 존재한다.)
2개의 처리의 파라미터들은 도 5에 도시된 선택적인 플라스마 한정을 획득하도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 도 3 및 4로부터의 데이터를 사용하여, 플라스마 한정이 처리 중 바람직한 경우, 바이어스 및/또는 소스 전력이 도 4의 영역(410) 내에 떨어지도록 선택될 수 있다. 대안적으로, 플라스마 한정이 처리에서 바람직하지 않은 경우, 바이어스 및/또는 소스 전력이 도 4의 영역(412) 내에 떨어지도록 선택될 수 있다.
다른 실시예에서, 기판 처리는 약 0W~1000W의 상부 소스 전력 및 약 500W~5000W의 바이어스 전력에서 전형적으로 이루어진다. 플라스마 한정은 처리 능력을 증진시키도록 이러한 기판 저리 동안 일반적으로 바람직하다. 그러나 챔버 세정 처리는 약 2000W보다 큰 소스 전력 및 약 0W~100W의 바이어스 전력에서 전형적으로 이루어진다. 전술한 바와 같이, 플라스마 한정은 챔버 세정 처리 동안 일반적으로 바람직하지 않다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같은 처리맵을 사용하여, 소스 및 바이어스 전력이 원하는 레벨의 플라스마 한정으로 각각의 처리를 작동시키도록 선택적으로 제어될 수 있다.
도 6은 처리 선택적 자기장 플라스마 한정을 수행하기 위한 방법(600)의 일 실시예를 도시한다. 일 실시예에서, 방법(600)은 단계(602)에서 시작하며, 여기에서 자기장은 플라스마가 형성되는 제 1 영역과 플라스마가 선택적으로 제한되는 제 2 영역 사이의 경계를 따라 제공된다. 일 실시예에서, 자기장이 기판 지지체의 주변 둘레로 제공된다. 자기장의 강도, 방향 및/또는 위치가 (예를 들어, 제 1 영역으로부터 제 2 영역으로의) 원하는 한정 방향에 수직인 b-필드 방향을 생성하도록 선택될 수 있다.
다음, 단계(604)에서 플라스마가 제 1 세트의 처리 파라미터를 사용하여 챔버의 제 1 영역에서 형성될 수 있으며, 이에 따라 플라스마의 대전 입자의 제 1 영역으로부터 제 2 영역으로의 움직임이 제한된다. 일 실시예에서, 대전 입자는 챔버의 상부 영역에 제한된다. 일 실시예에서 제 1 세트의 처리 파라미터는 소스 전력, 바이어스 전력, 소스 주파수, 바이어스 주파수, 처리 가스 선택, 챔버압 및 챔버 처리 체적 중 적어도 하나를 포함한다. 일 실시예에서, 제 1 세트의 처리 파라미터는 소스 전력 및 바이어스 전력 중 적어도 하나를 포함한다.
다음, 단계(606)에서, 제 2 플라스마가 제 2 세트의 처리 파라미터를 사용하여 형성될 수 있으며, 이에 따라 플라스마의 대전 입자의 제 1 영역으로부터 제 2 영역으로의 움직임이 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 대전 입자는 챔버의 상부 영역에 한정되지 않는다. 일 실시예에서, 제 2 세트의 처리 파라미터는 소스 전력, 바이어스 전력, 소스 주파수, 바이어스 주파수, 처리 가스 선택, 챔버압 및 챔버 처리 체적 중 적어도 하나를 포함한다. 일 실시예에서, 제 2 세트의 처리 파라미터는 소스 전력 및 바이어스 전력 중 적어도 하나를 포함한다.
따라서, 자기장을 사용한 처리 선택적 플라스마 제한을 위한 기기 및 방법의 실시예들이 제공되었다. 일 실시예에서, 본 발명의 기기 및 방법은, 원하는 한정 방향에 수직 성분으로 자기장에 플라스마 주변을 노출시킴으로써, 플라스마 배출을 한정한다. 자기장의 강도, 방향 및 위치는, 제 1 세트의 처리 조건 하에서 플라스마를 한정하고 제 1 세트와 상이한 제 2 세트의 처리 조건 하에서 플라스마를 한정하지 않도록 선택된다.
본 발명의 바람직한 실시예들이 기술되었으나, 본 발명의 다른 또는 추가된 실시예들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 가능할 것이며, 이러한 본 발명의 범위는 이하의 청구범위에 의해 결정될 것이다.
전술한 본 발명의 특징을 보다 상세히 설명하고 또한 간단하게 기술한 본 발명을 보다 명확하게 설명하도록 실시예를 참고하여 기술하였으며, 소정의 실시예들이 첨부된 도면에서 도시된다. 하지만, 첨부된 도면은 본 발명의 특정 실시예만을 설명할 뿐이며 따라서 본 발명의 범위를 제한하기 위함이 아니며 또한 본 발명의 청구 범위는 그 균등한 범위에까지 미침을 주지하여야 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 다른 플라스마-보조 처리 챔버의 개략적인 도면이다.
도 2a, b는, 도 1에 도시된 자석 한정 기기의 실시예를 보다 상세히 도시한다.
도 3은, 바이어스 전력 및 소스 전력에 대한 플라스마 이온 플럭스 비율의 그래프이다.
도 4는, 도 3의 그래프로부터 도출된 바이어스 전력 및 소스 전력에 대한 처리 공간의 그래프이다.
도 5는, 본 발명의 실시예들에 따른 처리 선택적 한정 기기를 구비한 처리 챔버의 개략적인 도면이다.
도 6은, 처리 선택적 자석 플라스마 한정 방법의 일 실시예이다.
가능한 한 도면들에서 공통된 부재들에 공통된 도면 부호가 사용되었다. 본 도면의 그림들은 설명을 위해 단순화되었으며 그 크기 비율대로 도시된 것이 아니다.

Claims (16)

  1. 기판 지지체; 및
    상기 기판 지지체의 위에 위치하여 플라스마가 형성되는 제 1 영역과 플라스마가 선택적으로 제한되는 제 2 영역 사이의 경계에 인접하게 자기장을 형성하는 자기장 형성 장치를 포함하되,
    상기 자기장은, 제1 세트의 처리 조건 하에서 플라즈마가 형성될 때 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 간의 플라스마의 대전 입자(charged species)의 움직임을 제한하고 그리고
    제2 세트의 처리 조건 하에서 플라즈마가 형성될 때 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 간의 플라스마의 대전 입자의 움직임을 제한하지 아니하는, 원하는(desired) 플라스마 한정 방향에 수직인 b-필드(b-field) 성분을 갖는,
    플라스마를 한정하는 기기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    내부에 배치된 기판 지지체를 구비하는 처리 챔버를 더 포함하는,
    플라스마를 한정하는 기기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 자기장 형성 장치는 하나 또는 그 이상의 전자석을 포함하는,
    플라스마를 한정하는 기기.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 자기장 형성 장치는 하나 또는 그 이상의 영구 자석을 포함하는,
    플라스마를 한정하는 기기.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 자기장 형성 장치는 상기 기판 지지체 내에 위치하거나 또는 상기 기판 지지체에 커플링되는,
    플라스마를 한정하는 기기.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 자기장 형성 장치는, 상기 기판 지지체의 일 측면에 인접하고 상기 기판 지지체의 지지 표면 아래에 주로 위치하는 자기장을 형성하는,
    플라스마를 한정하는 기기.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 영역은 상기 기판 지지체의 상기 지지 표면 상에 위치한 상기 처리 챔버의 상부 영역을 포함하고, 그리고
    상기 제 2 영역은 상기 기판 지지체의 상기 지지 표면 아래에 위치한 상기 처리 챔버의 하부 영역을 포함하는,
    플라스마를 한정하는 기기.
  8. 제 2 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 자기장 형성 장치는 다수의 자석을 포함하며,
    상기 다수의 자석은, 상기 기판 지지체의 일 측면을 따르는 제 1 둘레 경로 및 상기 처리 챔버의 측벽체의 일 측면을 따르는 제 2 둘레 경로를 따라서 위치하는,
    플라스마를 한정하는 기기.
  9. 제 2 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 자기장 형성 장치는 다수의 자석을 포함하며,
    상기 다수의 자석은 상기 기판 지지체의 일 측면을 따르는 2개의 이격된 둘레 경로를 따라서 위치하는,
    플라스마를 한정하는 기기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 둘레 경로들은 0.25 내지 0.5인치 이격된,
    플라스마를 한정하는 기기.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 자석들의 맨 윗 부분이 상기 기판 지지체의 상기 지지 표면 아래로 최대 4인치에 위치하는,
    플라스마를 한정하는 기기.
  12. 제 2 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 자기장 형성 장치는 상기 기판 지지체의 일 측면과 상기 처리 챔버의 벽체 사이에 위치한 영역 내에 자기장을 형성하도록 이루어지는,
    플라스마를 한정하는 기기.
  13. 제 2 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 처리 챔버 주변에 위치하며 플라스마의 특성을 제어하도록 이루어지는 하나 또는 그 이상의 자석을 더 포함하는,
    플라스마를 한정하는 기기.
  14. 플라스마를 한정하는 방법에 있어서,
    플라스마가 형성되는 제 1 영역과 플라스마가 선택적으로 제한되는 제 2 영역을 구비한 처리 챔버를 제공하는 단계; 및
    상기 제 1 영역으로부터 상기 제 2 영역으로의 방향에 수직인 b-필드 성분을 갖는 자기장을 생성하는 단계로서, 상기 자기장은 플라스마가 제 1 세트의 처리 조건 하에서 형성된 경우 상기 제 1 영역으로부터 상기 제 2 영역으로의 플라스마의 대전 입자의 움직임을 제한하도록 선택되고 플라스마가 제 2 세트의 처리 조건 하에서 형성된 경우 상기 제 1 영역으로부터 상기 제 2 영역으로의 플라스마의 대전 입자의 움직임을 제한하지 않도록 이루어지는, 자기장 생성 단계를 포함하는,
    플라스마를 한정하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 세트의 처리 조건 하에서 형성된 플라스마를 사용하여 제 1 처리를 수행하는 단계로서, 이에 따라 플라스마의 대전 입자의 움직임이 제한되는, 제 1 처리 수행 단계를 더 포함하는,
    플라스마를 한정하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 2 세트의 처리 조건 하에서 형성된 플라스마를 사용하여 제 2 처리를 수행하는 단계로서, 이에 따라 플라스마의 대전 입자의 움직임이 제한되지 않는, 제 2 처리 수행 단계를 더 포함하는,
    플라스마를 한정하는 방법.
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