KR101312695B1 - 유도 플라즈마 소스 - Google Patents

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KR101312695B1
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발레리 에이. 고디야크
찰스 크라푸세츠
블라디미르 나고르니
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맷슨 테크놀로지, 인크.
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Abstract

효율적이고 확장가능한 RF 유도 플라즈마 처리를 제공하는 방법 및 장치가 개시된다. 일부 양태에서, 유도 RF 에너지 애플리케이터와 플라즈마 사이의 결합 및/또는 애플리케이터로부터의 전력 전송의 공간적 형성이 매우 향상된다. 따라서, 개시된 방법과 장치는 높은 전기 효율을 획득하고, 기생 용량 결합을 감소시키고, 그리고/또는 처리 균일성을 향상시킨다. 다양한 실시예들은, 벽에 의해 경계를 이루는 처리 챔버, 처리 챔버 내에 배치된 기판 홀더, 및 챔버의 벽의 외부에 있는 유도 RF 에너지 애플리케이터를 갖는 플라즈마 처리 장치를 포함한다. 유도 RF 에너지 애플리케이터는 하나 이상의 무선 주파수 유도 결합 요소(ICE)를 포함한다. 각 유도 결합 요소는 애플리케이터 벽 상에서 얇은 유전체 창에 근접한 자기 집중기를 갖는다.

Description

유도 플라즈마 소스{INDUCTIVE PLASMA SOURCE}
[우선권 주장]
본 출원은 참조로서 본 명세서에 편입되는 2009년 8월 21일 출원된 미국 가특허출원 제61/236,081호의 우선권의 이익을 주장한다.
[기술 분야]
본 개시 내용은 일반적으로 플라즈마 생성에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 높은 결합 효율(coupling efficiency)을 갖는 플라즈마 소스에서의 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
저압 유도 결합 플라즈마(inductively coupled plasma, ICP)가 집적 회로, 마이크로기계 장치, 평판 디스플레이 및 기타 장치와 같은 장치의 제조에 사용된다. 유도 결합(inductive coupling)이 ICP에서의 전류 흐름이 관련된 스칼라 전압 차이를 가지지 않는 기전력(electromotive force)에 의해 구동되기 때문에, 이러한 애플리케이션에 대하여 용량 결합(capacitive coupling)에 비하여 종종 선호된다. 한편, 용량 결합은 다양한 표면에 대한 플라즈마 전위를 증가시키는 경향이 있어, 처리 챔버 내의 다양한 표면과 플라즈마 사이에 기생 전류, 방전, 아크 및/또는 다른 원하지 않은 전류를 발생시킨다. 또한, 용량 결합은 큰 전압을 발생시킬 수 있어(예를 들어, 플라즈마 전위에서의 증가), 이온을 높은 에너지로 표면으로 가속시킨다. 따라서, 용량 결합은 표면 재료를 스퍼터링하고, 오염물을 처리 챔버로 방출하고, 그리고/또는 기판 상의 장치에 손상을 줄 수 있다. 더하여, 무작위적인 가열에 의한 용량 결합이 플라즈마 밀도가 증가하고 외피(sheath)가 더 얇아짐에 따라 빠르게 감소되기 때문에, 용량 결합 플라즈마(capacitively coupled plasma, CCP) 반응기는 생성될 수 있는 플라즈마의 밀도에서 제한을 받는다.
일반적으로, 처리를 위한 ICP는 애플리케이터(applicator)(종종 안테나라고 함)를 이용하여 플라즈마 처리 장치 내에 유지되어, 처리 챔버의 큰 유전체 창(dielectric window)을 통해 고주파수 전자기 에너지를 결합한다. 일부 장치에서, 애플리케이터는 단일 코일이다. 다른 ICP 처리 설비는 복수의 코일을 포함한다. 유전체 창은 일반적으로 석영(quartz), 알루미나 또는 다른 세라믹과 같은 상대적으로 낮은 손실의 재료로 이루어진다.
플라즈마 처리는 종종 상대적으로 낮은 압력에서 수행된다. 예를 들어, 플라즈마 에칭 및/또는 PACVD(plasma assisted chemical vapor deposition)에 대하여 사전 선택된 작동 압력은 애플리케이션에 따라서 0.1 mTorr 내지 100 Torr의 범위에 있을 수 있다. 그러나, 이 범위 밖의 압력도 일부 애플리케이션에서 작동가능할 수 있다.
종래의 ICP 처리 장치에서의 큰 유전체 창은 일반적으로 처리 챔버의 상부 표면에 펼쳐진다. 이 유전체 창을 통해 결합된 전자기 플럭스는 창 아래의 챔버 가스에 있는 ICP에 전력을 공급할 수 있다. 처리되고 있는 워크피스 또는 기판은 일반적으로 챔버 내에서 수평 기판 홀더 또는 척(chuck) 상에서 유전체 창 아래에 지지된다. 돔 형상의 창이 일부 ICP 처리 장치에서 사용될 수 있지만, 이 유전체 창은 평평할 수 있다.
전자기 이론은 유도 결합 플라즈마 전류가 전류 운반 플라즈마 부피를 둘러싸는 고주파수 자기 플럭스에서의 주기적 변동으로부터 발생하는 기전력(electromotive force, EMF)에 의해 전원이 공급된다는 것을 교시한다. 그럼에도 불구하고, 종래의 처리 장치는 종종 플라즈마의 전류 운반 영역을 둘러싸는 플럭스의 양을 최적화하기보다는 과도한 자기장을 제공하도록 설계되었다. 기전력이 플라즈마의 전류 운반 영역을 둘러싸는 플럭스의 전체 양에 비례하기 때문에, 단순히 강한 자기장을 가지는 것은 효율적인 결합을 보장하지 않는다.
장치의 제조를 위한 플라즈마 에칭 또는 PACVD와 같은 많은 애플리케이션에서, 처리되고 있는 기판의 다양한 영역 위로 상대적으로 균일한 플라즈마를 갖는 것은 필수적이다. 균일성에 대하여, 평평한 창이 플라즈마가 전력을 받는 다양한 위치와 기판 홀더 상의 워크피스 사이에서 상대적으로 균일한 거리를 제공하기 때문에, 평평한 유전체 창은 종종 돔 형상의 창에 비해 선호된다. 그러나, 평평한 창 위에 RF 에너지 애플리케이터를 확장하고 그리고/또는 상대적으로 큰 기판 영역 위로 효율적인 결합 및 균일한 플라즈마 밀도를 획득하는 것은 어려웠다.
넓은 영역을 덮는 두꺼운 창을 통해 전력이 결합되는데 있어서 다양한 문제가 발생할 수 있다. 진공 처리 챔버의 상부를 덮는 평평한 창은 외부 대기압 및 챔버 내의 진공 사이의 차이로부터 발생하는 기계력을 견디기에 충분히 두꺼워야 한다. 평평한 300 mm 직경의 반도체 웨이퍼를 처리하기에 충분히 큰 챔버를 덮는 석영 창(일반적으로 이러한 창은 대략 0.5 m의 직경을 가진다)은 이 압력을 견디고 안전한 허용 오차를 제공하기 위하여 적어도 수 센티미터 두께를 가져야만 한다. 사실, 대략 2 내지 5 cm의 두께가 일반적으로 사용되었다. 더욱이, 여전히 더 큰 기판 크기로 챔버가 확장됨에 따라, 유전체 창의 두께 요건은 챔버의 직경에 비례하여 증가한다.
두꺼운 창을 통해 플라즈마에 결합하는 것은 비효율적이었다. 챔버 공간 위로의 두꺼운 유전체 창(예를 들어, 1 cm 이상)에 인접한 애플리케이터 코일은 일반적으로 창 내에서 루프를 형성하고, 플라즈마를 포함하는 내부 챔버 공간에 도달하지 않거나 그리고/또는 거의 도달하지 않는 자기 플럭스 라인의 상당한 양을 생산한다. 자기 플럭스가 지역화된 플라즈마 전류를 둘러싸지 않는다면, 전력 결합은 종종 약하고 비효율적이다.
약한 결합의 문제를 경감하기 위하여, 애플리케이터는 사전 결정된 양의 전력을 플라즈마에 결합시키도록 상대적으로 높은 RF 전압에 의해 전력이 공급되어야 한다. 유해한 아크 및/또는 스파크를 자극할 수 있기 때문에, 그리고 매칭 및 전력 결합 시스템에서 손실된 전력의 양이 인가된 전압의 제곱으로 상승하기 때문에, 이러한 높은 RF 전압은 문제가 있다. 또한, 높은 전압은 순수한 유도 모드에서 작동하고 실질적인 용량 결합을 피하는 것을 어렵거나 실행할 수 없게 할 수 있다. 이는 처리가 상대적으로 낮은 밀도로 유도 결합된 플라즈마를 필요로 하는 경우에 특히 문제가 된다. 또한, 애플리케이터 및/또는 매칭 네트워크에서의 상대적으로 높은 전력 손실은 플라즈마의 불안정한 상태를 야기할 수 있다.
단일 코일 요소를 갖는 유도 RF 에너지 애플리케이터를 확대하는 것은 어렵다. 하나의 난점은 코일 턴의 인덕턴스가 그 직경에 비례하여 증가한다는 물리 법칙으로부터 발생한다. 애플리케이터 코일에서의 사전 결정된 전류를 여기하는 데 필요한 RF 전압이 인덕턴스에 비례하기 때문에, 불균형하게 더 높은 RF 전압은 특히 균일한 간격을 갖는 턴이 있는 큰 코일에 전력을 공급하는데 필수적이다. 이 문제점은 창 위로 분포된 각 코일이 상대적으로 작은 인덕턴스를 가지는 복수의 더 작은 유도 결합 코일 요소를 갖는 애플리케이터를 이용함으로써 부분적으로 경감될 수 있다.
챔버에 도달하는 자기 플럭스의 상대적인 양을 증가시키고 결합을 개선하기 위하여, 종래의 ICP 애플리케이터 코일은 플라즈마에 가까이 위치 설정되었다. 예를 들어, Bhardwaj 등의 미국특허 제6,259,309호는 일반적인 평면의 고리형 코일을 챔버의 상부 벽 상에 있는 좁고 얇은 유전체 창 링의 바로 위에 배치시킨다. 좁은 유전체 링은 대기압을 견디는 데 충분한 강도를 갖는 개별 구조로 지지된다.
이러한 종래의 구성이 더 큰 양의 자기 플럭스가 창을 통해 도달하게 하지만, 결과에 따른 플럭스 라인은 창에 바로 인접한 얇은 층 내에서 창에 대체로 평행하게 연장된다.
플라즈마 처리 챔버 내에서의 공간적 균일성은 유전체 창에 인접한 다양한 위치에 배치된 상이한 애플리케이터 코일로 선택된 양의 전류를 향하게 함으로써 개선될 수 있다는 것이 제안되었다. 그러나, 측정은 각 코일에 인접한 플라즈마 밀도 및 개별 코일 전류 사이의 상대적으로 열악한 공간 상관 관계가 있다는 것을 보여주었다.
또한, 상이한 코일로 선택된 양의 전력을 향하게 하는 것은, 일반적으로 플라즈마로 전달될 실제 전력(real power)에 기초하지 않고 코일을 위한 매치 네트워크(match network)에서 수행된 전력 측정에 기초하여 종래의 애플리케이터에서 수행된다. 이러한 전력 측정은 코일에 인가된 전류에서의 변동에 매우 민감할 것이다. 더욱이, 코일 손실, 안테나 케이지 손실, 인접한 코일로부터의 간섭 및 챔버 내부에서의 손실이 고려되어야만 한다. 파라미터는 코일 및 애플리케이터마다 상이하여, 처리 파라미터가 코일 마다 그리고 애플리케이터 마다 미세조정되어야 할 필요가 있다. 결과적으로 이 접근 방법은 문제가 있다.
또한, 플라즈마의 비균일성은 비균일한 공급 가스 유입으로부터 발생할 수 있다. 일부 용량(capacitive) 플라즈마 처리 장치에서, 워크피스 지지부 위의 애플리케이터 전극은 균일한 방법으로 처리 챔버로 공급 가스를 선택적으로 유입시키는 데 사용될 수 있는 "샤워 헤드(showerhead)" 가스 분배 홀을 갖는다. 그러나, 상대적으로 두꺼고 평평하거나 또는 돔 형상의 유전체 창을 갖는 ICP 처리 장치에서, 구조적/기계적 한계 및/또는 비용 때문에 이러한 창에서 공급 가스 홀을 제공하는 것은 실용적이지 않았다. 또한, 애플리케이터 코일에 인접하게 공급 가스 주입 홀을 위치시키는 것은, 공급 가스가 처리 챔버에 들어가기 전에 전자기 에너지가 공급 가스와 상호작용하게 한다. 따라서, 공급 가스는 대체로 다른 방법으로 플라즈마 처리 설비에 유입되었다.
예를 들어, 공급 가스가 기판의 주변 주위에서의 그리고/또는 기판 홀더 아래에서의 다양한 위치에서 복수의 공급 주입기를 통해 처리 챔버로 유입되는 ICP 처리 장치가 있다. 이러한 수단을 이용하여 기판에 대한 균일한 가스 분포를 이루는 것은 상대적으로 어려웠다. 또한, 챔버 내의 이러한 칩습성의 주입기는 플라즈마 균일성을 열화시킨다.
추가의 플라즈마 비균일성이 플라즈마와의 코일의 기생 용량 결합으로부터 발생할 수 있다. 코일과 ICP 사이에서 정전 실드(electostatic shield) 또는 패러데이 실드(Faraday shield)가 플라즈마와의 코일의 용량 결합을 감소시키는데 사용될 수 있다. 그러나, 패러데이 실드는 유도 결합을 상당히 감소시킬 수 있고, RF 전력에서의 상당한 손실을 가할 수 있어, 애플리케이터에 대한 감소된 ICP 전력 전송 효율을 제공한다. 이러한 실드가 결합 효율을 감소시키는 한 주요 원인으로는, 유도 결합 요소와 유전체 창 사이에 실드를 개재시키는 것이, 실드가 극히 얇지 않는다면, 챔버 내부에 대한 애플리케이터의 분리를 반드시 증가시킨다. Daviet의 미국특허 제6,056,848호는 용량 결합이 실질적으로 감쇠되면서 플라즈마를 유지하기 위하여 유도 전력이 차폐를 통과하도록 전자기적으로 얇은 박막 정전 실드를 개시한다. 그러나, (결합 요소를 챔버 내부로부터 최소로 이동시키기 위하여) 기계적으로 얇지만 전자기적으로 두꺼운 실드도 우수한 성능을 제공하는 것을 발견하였다. 또한, 종래의 패러데이 실드가 용량 결합을 제거하는 데 효율적일 수 있지만, 원한다면 스퍼터링을 제거하기 위한 정도로 용량 결합을 감소시키고, 작은 목표 플라즈마 비균일성을 형성하고 플라즈마를 점화하는 것을 돕기 위하여 일부 용량 결합을 남기는 것이 때때로 바람직하다.
양호한 결합을 제공하고 그리고/또는 큰 기판 크기를 처리하도록 확대될 수 있는 ICP 처리 장치 및 방법에 대한 오래된 절실한 요구가 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 높은 전력 전송 효율 및 넓은 면적에 대한 높은 정도의 처리 균일성을 제공하는 ICP 처리 장치 및 방법에 대한 요구가 있어 왔다. 또한, 낮은 전력 및/또는 낮은 플라즈마 밀도에서 안정적으로 확장가능한(scalable) ICP 처리 장치 및 방법에 대한 오래된 절실한 요구가 있다. 또한, ICP에 전달되는 실제 전력에 기초하여 전력 제어를 제공하는 ICP 처리 장치 및 방법에 대한 요구가 있다. 넓은 영역에 대하여 사전 선택된 공급 가스 분포를 이룰 수 있고 기생 용량 결합을 효율적으로 관리할 수 있는 ICP 처리 장치 및 방법이 특히 유용할 것이다.
본 발명의 양태 및 이점은 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서 부분적으로 설명되거나, 본 발명의 실시를 통해 학습될 수 있을 것이다.
본 개시 내용의 예시적인 일 실시예는 플라즈마에서 기판을 처리하는 장치에 관한 것이다. 본 장치는 처리 가스를 가두도록 작동가능한 내부 공간을 갖는 처리 챔버와, 기판을 유지하도록 작동가능한 상기 챔버의 내부에 있는 기판 홀더를 포함한다. 본 장치는 처리 챔버의 벽의 일부를 구성하는 적어도 하나의 유전체 창을 더 포함한다. 본 장치는 처리 챔버의 외부에 배치된 유도 애플리케이터를 더 포함한다. 유도 애플리케이터는 적어도 하나의 유도 결합 요소를 포함하고, 특정 실시예에서는 복수의 유도 결합 요소를 포함한다. 유도 결합 요소는 코일 부분 및 투자 재료(magnetically permeable material)의 자기 플럭스 집중기(magnetic flux concentrator)를 포함한다. 자기 플럭스 집중기는 제1 폴 영역과 제2 폴 영역을 가진다. 제1 폴 영역과 제2 폴 영역은 대체로 적어도 하나의 유전체 창을 대면한다. 유도 결합 요소는 적어도 부분적으로 자기 플럭스 집중기 주위로 배치된 전도성 실드를 더 포함한다. 특정 실시예에서, 전도성 실드는 알루미늄, 구리, 은 또는 금을 포함할 수 있다.
본 특정 실시예의 양태에 따라, 유도 결합 요소에 전원을 가할 때, 자기 플럭스의 실질적인 부분이 제1 폴 영역으로부터 적어도 하나의 유전체 창을 통하여 처리 챔버의 내부로 나오고, 자기 플럭스의 실질적인 부분이 처리 챔버의 내부로부터 적어도 하나의 유전체 창을 통하여 자기 플럭스 집중기의 제2 폴 영역으로 복귀하도록, 무선 주파수(radiofrequency) 자기 플럭스가 자기 플럭스 집중기로부터 처리 챔버의 내부로 방향성을 가지면서 방사된다.
예시적인 본 실시예의 변형례에서, 유도 결합 요소의 제1 폴 영역 및 제2 폴 영역은 갭 거리만큼 분리될 수 있다. 제1 폴 영역 및 제2 폴 영역은 처리 챔버의 내부로부터 갭 거리의 대략 절반 미만, 바람직하게는, 갭 거리의 대략 1/8 미만과 같이, 처리 챔버의 내부로부터 갭 거리의 대략 1/4 미만에 위치될 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예에서, 자기 플럭스 집중기는 적어도 하나의 유전체 창 상에 배치될 수 있다. 유전체 창의 두께는, 갭 거리의 대략 1/8 미만과 같이, 갭 거리의 대략 1/4 미만일 수 있다.
예시적인 본 실시예의 다른 변형례에서, 본 장치는 처리 챔버의 내부로 처리 가스를 운반하도록 구성된 복수의 공급 가스 도관을 더 포함할 수 있다. 복수의 공급 가스 도관의 적어도 하나는 유도 결합 요소에 인접하게 배치된 공급 홀을 통해 처리 챔버의 내부로 처리 가스를 공급하도록 작동가능할 수 있다. 유도 결합 요소의 전도성 실드는 유도 결합 요소의 코일 부분을 복수의 공급 가스 도관의 적어도 하나로부터 분리시킬 수 있다. 특정 실시예에서, 복수의 공급 가스 도관의 적어도 하나는 처리 챔버의 내부로 사전 선택된 유량의 처리 가스가 들어오게 제어되도록 구성될 수 있다.
예시적인 본 실시예의 또 다른 변형례에서, 유도 결합 요소는 매치 회로 및 적어도 하나의 공진 커패시터를 통해 RF 에너지 소스에 결합된다. 본 장치는, 매치 회로와 적어도 하나의 공진 커패시터 사이에 결합된 전력 측정 장치를 포함할 수 있다. 본 장치는, 전력 측정 장치로부터 수신된 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 유도 결합 요소에 제공된 RF 전력을 제어하도록 구성된 제어 루프를 더 포함할 수 있다.
예시적인 본 실시예의 또 다른 변형례에서, 본 장치는 유도 결합 요소와 처리 챔버의 내부 사이에서 적어도 하나의 유전체 창에 배치된 정전 실드를 포함할 수 있다. 정전 실드는 상기 적어도 하나의 유전체 창 상에 배치된 얇은 금속 스트립의 어레이를 포함할 수 있다. 얇은 금속 스트립의 각각은 유도 결합 요소의 코일 부분에 실질적으로 수직인 방향으로 배치될 수 있다. 특정 실시예에서, 얇은 금속 스트립의 어레이는 끊어질 수 있거나 끊어지지 않을 수 있는 전도성 루프에 의해 결합된다. 본 특정 실시예의 변형례에서, 전도성 루프는 접지되거나, 부동 상태(floating)에 있거나, 또는 전압원에 결합될 수 있다. 예시적인 본 실시예의 다른 변형례에서, 정전 실드는 유도 결합 요소의 코일 부분에 평행하게 지나가는 평평한 시트는 포함할 수 있다. 평평한 시트는 적어도 하나의 불연속부를 포함할 수 있다. 불연속부의 크기 및 구성은 순환하는 전류를 방지하기에 충분할 수 있다.
본 개시 내용의 다른 예시적인 실시예는 기판 처리 방법에 관한 것이다. 본 방법은, 처리 장치의 처리 챔버의 내부 내에서 기판을 기판 홀더 상에 배치하는 단계; 처리 챔버의 내부로 처리 가스가 들어오게 하는 단계; 처리 챔버 내에서 100 Torr 이하로 사전 선택된 압력을 유지하는 단계; 무선 주파수(radiofrequency) 전력으로 처리 챔버의 외부의 적어도 하나의 유도 애플리케이터에 전원을 공급하여, 처리 챔버의 내부에서 실질적인 유도 플라즈마를 생성하는 단계; 및 처리 챔버 내에서 유도 플라즈마로 상기 기판을 처리하는 단계를 포함한다.
예시적인 본 실시예의 다른 양태에서, 처리 챔버는 처리 챔버의 벽의 일부를 구성하는 적어도 하나의 유전체 창을 포함한다. 유도 애플리케이터는 복수의 유도 결합 요소와 같은 적어도 하나의 유도 결합 요소를 포함한다. 적어도 하나의 유도 결합 요소는 코일 부분 및 투자 재료의 자기 플럭스 집중기를 포함한다. 자기 플럭스 집중기는 제1 폴 영역과 제2 폴 영역을 가진다. 제1 폴 영역과 제2 폴 영역은 대체로 적어도 하나의 유전체 창을 대면한다. 유도 결합 요소는 적어도 부분적으로 자기 플럭스 집중기의 주위에 배치된 전도성 실드를 포함한다. 특정 실시예에서, 전도성 실드는 금, 알루미늄, 구리 또는 은으로 이루어질 수 있다.
예시적인 본 실시예의 다른 특정 양태에서, 유도 결합 요소는, 자기 플럭스의 실질적인 부분이 제1 폴 영역으로부터 적어도 하나의 유전체 창을 통하여 처리 챔버의 내부로 나오고, 자기 플럭스의 실질적인 부분이 처리 챔버의 내부로부터 적어도 하나의 유전체 창을 통하여 자기 플럭스 집중기의 제2 폴 영역으로 복귀하도록, 자기 플럭스 집중기로부터 적어도 하나의 유전체 창을 통하여 처리 챔버의 내부로 방향성을 가지면서 무선 주파수 자기 플럭스를 순환시키도록 작동가능하다.
예시적인 본 실시예의 변형례에서, 유도 결합 요소의 제1 폴 영역 및 제2 폴 영역은 갭 거리만큼 분리될 수 있다. 제1 폴 영역 및 제2 폴 영역은, 갭 거리의 대략 1/8 미만과 같이, 처리 챔버의 내부로부터 갭 거리의 대략 1/4 미만에 위치될 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예에서, 자기 플럭스 집중기는 적어도 하나의 유전체 창 상에 배치될 수 있다. 유전체 창의 두께는, 갭 거리의 대략 1/8 미만과 같이, 갭 거리의 대략 1/4 미만일 수 있다.
예시적인 본 실시예의 다른 변형례에서, 본 방법은 복수의 유도 결합 요소 사이에 전력을 선택적으로 분포시켜 플라즈마 프로파일을 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 플라즈마 프로파일을 획득하는 단계는, RF 에너지 소스로부터 매치 회로 및 적어도 하나의 공진 커패시터를 통해 복수의 유도 결합 요소 중 적어도 하나에 에너지를 공급하는 단계와, 매치 회로와 적어도 하나의 공진 커패시터 사이에 결합된 전력 측정 장치를 이용하여 복수의 유도 결합 요소 중 적어도 하나에 전달되는 실제 전력(real power)을 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은 전력 측정 장치를 이용하여 측정된 전력에 적어도 기초하여 플라즈마에 전달되는 실제 전력을 결정하는 단계와, 플라즈마에 전달되는 실제 전력에 적어도 부분적으로 기초하여 RF 에너지 소스로부터 복수의 유도 결합 요소 중 적어도 하나에 제공된 에너지를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 본 실시예의 다른 변형례에서, 처리 챔버의 내부로 처리 가스가 들어오게 하는 단계는, 처리 챔버의 내부로 처리 가스를 운반하도록 구성된 복수의 공급 가스 도관을 통해 처리 가스가 들어오게 하는 단계를 포함한다. 복수의 공급 가스 도관의 적어도 하나는 유도 결합 요소에 인접하게 배치된 공급 홀을 통해 처리 챔버의 내부로 가스를 제공할 수 있다. 본 방법은 플라즈마 내에서 대전 종(charged species) 및 중성 종(neutral species)의 분포를 공간적으로 조정하도록 복수의 공급 가스 도관의 적어도 하나에서 처리 가스의 유량을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
예시적인 본 실시예의 또 다른 변형례에서, 처리 장치는 유도 결합 요소 및 적어도 하나의 유전체 창 사이에 배치된 정전 실드를 더 포함할 수 있다. 실드는 유도 결합 요소의 코일 부분에 실질적으로 수직인 방향으로 적어도 하나의 유전체 창 상에 배치된 얇은 금속 스트립의 어레이를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 얇은 금속 스트립의 어레이는 적어도 하나의 전도성 루프에 의해 결합될 수 있다. 본 방법은, 적어도 하나의 전도성 루프에 인가된 전압을 조정하여, 상기 처리 챔버의 내부에서 플라즈마에 대한 용량 결합을 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 예시적인 본 실시예의 다른 변형례에서, 정전 실드는 유도 결합 요소의 코일 부분에 평행하게 지나가는 평평한 시트를 포함할 수 있다. 평평한 시트는 적어도 하나의 불연속부를 포함할 수 있다. 불연속부의 크기 및 구성은 순환하는 전류를 방지하기에 충분할 수 있다.
본 개시 내용의 다른 예시적인 실시예는 플라즈마 처리 장치에서 기판을 처리하는 방법에 관한 것이다. 플라즈마 처리 장치는 적어도 하나의 유도 코일을 포함하는 RF 에너지 애플리케이터를 포함한다. 유도 코일은 적어도 하나의 공진 커패시터에 결합되어 공진 코일 회로를 형성할 수 있다. 본 방법은 처리 장치의 처리 챔버의 내부 내에서 기판을 기판 홀더 상에 배치하는 단계; 처리 챔버의 내부로 처리 가스가 들어오게 하는 단계; RF 에너지 소스로부터 매치 회로와 공진 커패시터를 통해 적어도 하나의 유도 코일로 RF 에너지를 제공하여 처리 챔버의 내부에서 실질적인 유도 플라즈마를 생성하는 단계; 실질적인 유도 플라즈마로 전달되는 실제 전력을 결정하는 단계; 및 실질적인 유도 플라즈마로 전달되는 실제 전력에 기초하여 적어도 하나의 유도 코일에서 RF 에너지를 조정하는 단계를 포함한다. 예시적인 본 실시예의 변형례에서, 플라즈마로 전달되는 실제 전력은 매치 회로와 적어도 하나의 공진 커패시터 사이의 위치에서 전력 측정 장치를 이용하여 수행된 전력 측정에 적어도 부분적으로 기초하여 결정된다.
본 개시 내용의 또 다른 예시적인 실시예는 플라즈마에서 기판을 처리하는 장치에 관한 것이다. 본 장치는 처리 가스를 가두도록 작동가능한 내부 공간을 갖는 처리 챔버와, 기판을 유지하도록 작동가능한 처리 챔버의 내부에 있는 기판 홀더를 포함한다. 본 장치는 RF 에너지 소스, RF 에너지 소스에 결합된 매치 회로, 및 매치 회로에 결합된 적어도 하나의 공진 커패시터를 더 포함한다. 본 장치는 적어도 하나의 유도 결합 요소를 포함하는 처리 챔버의 외부에 배치된 유도 애플리케이터를 더 포함한다. 유도 결합 요소는 적어도 하나의 공진 커패시터와 매치 회로를 통해 RF 에너지 소스에 결합된 적어도 하나의 코일을 포함한다. 본 장치는 매치 회로와 적어도 하나의 공진 커패시터 사이의 위치에서 실제 전력을 측정하도록 작동가능한 전력 측정 장치를 더 포함한다.
예시적인 본 실시예의 변형례에서, 본 장치는 전력 측정 장치에 의해 측정된 실제 전력에 적어도 부분적으로 기초하여 유도 결합 요소에 인가되는 에너지를 조정하도록 구성된 제어 루프를 더 포함한다.
본 개시 내용의 또 다른 예시적인 실시예는 복수의 유도 결합 요소 및 복수의 공급 가스 도관을 포함하는 플라즈마 처리 장치에서 기판을 처리하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 복수의 유도 결합 요소로 전력을 선택적으로 분배하여 플라즈마 프로파일을 획득하는 단계; 및 플라즈마 내에서 대전 종 및 중성 종의 분포를 공간적으로 조정하도록 복수의 공급 가스 도관 중 적어도 하나에서 처리 가스의 유량을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 개시 내용의 또 다른 예시적인 실시예는 플라즈마 처리 장치와 함께 사용하기 위한 정전 실드에 관한 것이다. 정전 실드는 적어도 하나의 코일을 포함하는 유도 결합 요소와 처리 챔버의 내부 사이에 배치되도록 구성된다.
예시적인 본 실시예의 변형례에서, 정전 실드는 유도 결합 요소의 적어도 하나의 코일에 수직인 방향으로 배치된 얇은 금속 스트립의 어레이를 포함한다. 정전 실드는 적어도 하나의 전도성 루프를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 전도성 루프는 끊어질 수 있다. 본 특정 실시예의 변형례에서, 전도성 루프는 접지되거나, 부동 상태에 있거나, 또는 특정 전압에 유지될 수 있다.
예시적인 본 실시예의 다른 변형례에서, 정전 실드는 유도 결합 요소의 코일 부분에 평행하게 지나가는 평평한 시트를 포함할 수 있다. 평평한 시트는 적어도 하나의 불연속부를 포함할 수 있다. 불연속부의 크기 및 구성은 순환하는 전류를 방지하기에 충분할 수 있다.
본 발명의 이러한 그리고 다른 특징, 양태 및 이점은 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 참조하여 더 양호하게 이해될 것이다. 본 명세서에 포함되어 그 일부를 구성하는 첨부된 도면은 본 발명의 실시예를 예시하고, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
최선의 형태를 포함하는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 대한 본 발명의 전체 개시 내용은 다음의 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에서 설명된다:
도 1a는 본 개시 내용의 예시적인 실시예에 따른 원통형 유도 플라즈마 처리 챔버의 일부를 도시하는 간략화된 단면도를 제공한다;
도 1b는 본 개시 내용의 다른 예시적인 실시예에 따른 원통형 유도 플라즈마 처리 챔버의 일부를 도시하는 간략화된 단면도를 제공한다;
도 1c는 본 개시 내용의 다른 예시적인 실시예에 따른 원통형 유도 플라즈마 처리 챔버의 일부를 도시하는 간략화된 단면도를 제공한다;
도 2는 도 1a에 도시된 애플리케이터 벽에 대한 간략화된 하향 단면도를 제공한다;
도 3a는 본 개시 내용의 예시적인 실시예에 따라 챔버의 애플리케이터 벽 상에서의 얇은 유전체 창에 인접하게 배치된 대체로 U 형상의 자기 플럭스 집중기를 포함하는 예시적인 유도 결합 요소의 간략화된 사시도를 제공한다;
도 3b는 도 3a의 예시적인 유도 결합 요소의 간략화된 단면도를 제공한다;
도 3c는 챔버의 애플리케이터 벽 상에서의 두꺼운 유전체 창에 인접하게 배치된 배치된 대체로 U 형상의 자기 플럭스 집중기를 포함하는 예시적인 유도 결합 요소의 간략화된 사시도를 제공한다;
도 4는 본 개시 내용의 예시적인 실시예를 따라 챔버의 애플리케이터 벽 상에서의 위치에서 대체로 E 형상의 자기 플럭스 집중기를 포함하는 예시적인 유도 결합 요소의 간략화된 단면도를 제공한다;
도 5는 본 개시 내용의 예시적인 실시예에 따른 원통형 처리 챔버의 상부 애플리케이터 벽의 간략화된 내부도를 제공한다;
도 6은 본 개시 내용의 예시적인 실시예에 따른 유도 결합 요소에 전력을 전달하기 위한 예시적인 회로도를 제공한다;
도 7은 본 개시 내용의 예시적인 실시예에 따른 정전 실드를 구비한 유전체 창에 인접한 예시적인 유도 결합 요소의 상향도를 제공한다;
도 8은 본 개시 내용의 다른 예시적인 실시예에 따른 정전 실드를 구비한 유전체 창에 인접한 예시적인 유도 결합 요소의 상향도를 제공한다;
도 9는 본 개시 내용의 다른 예시적인 실시예에 따른 정전 실드를 구비한 유전체 창에 인접한 예시적인 유도 결합 요소의 상향도를 제공한다;
도 10은 본 개시 내용의 다른 예시적인 실시예에 따른 정전 실드를 구비한 유전체 창에 인접한 예시적인 유도 결합 요소의 상향도를 제공한다;
도 11은 직사각형 형상을 갖는 확장가능한 플라즈마 처리 장치의 간략화된 도면을 제공한다;
도 12는 도 11의 확장가능한 플라즈마 처리 장치에 사용되는 예시적인 유도 결합 요소의 근접도를 제공한다; 그리고,
도 13은 도 11의 확장가능한 플라즈마 처리 장치에 사용되는 복수의 예시적인 유도 결합 요소의 단면도를 제공한다.
도면에 도시된 본 발명의 실시예가 상세하게 참조될 것이다. 각 예는 본 발명에 대한 한정이 아니라 본 발명에 대한 설명으로서 제공된다. 사실, 다양한 수정 및 변경이 본 발명의 범위 또는 기술적 사상을 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. 예를 들어, 하나의 실시예의 일부로서 예시되거나 설명된 특징은 추가의 실시예를 산출하기 위하여 다른 실시에와 함께 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구범위 및 그 균등물의 범위 내에 있는 그러한 수정 및 변형을 포함하도록 의도된다.
효율적이고 확장가능한 RF 유도 플라즈마 처리를 제공하는 방법 및 장치가 개시된다. 일부 양태에서, 유도 RF 에너지 애플리케이터 및 플라즈마 사이의 결합 및/또는 애플리케이터로부터의 전력 전송의 공간적 형성은 매우 향상된다. 따라서, 개시된 방법 및 장치는 높은 전기 효율을 달성하고, 기생 용량 결합을 감소시키고 그리고/또는 처리 균일성을 향상시킨다.
다양한 실시예는 벽에 의해 경계를 이루는 처리 챔버, 처리 챔버 내에 배치된 기판 홀더, 및 챔버의 벽의 외부에 있는 유도 RF 에너지 애플리케이터를 갖는 플라즈마 처리 장치를 포함한다. 유도 RF 에너지 애플리케이터는 하나 이상의 무선 유도 결합 요소(inductive coupling element, ICE)를 포함한다. 각 유도 결합 요소는 애플리케이터 벽 상에서 얇은 유전체 창에 근접하는 자기 집중기를 가진다.
유도 결합 요소는 자기 플럭스 라인의 실질적인 부분이 유전체 창으로부터 나와 애플리케이터 아래에 있는 챔버의 부피로 아래로 향하여 계속되도록 자기 플럭스 라인을 집중기로부터 얇은 유전체 창을 통해 방향성을 가지면서 전송하도록 작동가능하다. 플럭스 라인은 이 부피 내에서 측면으로 굽어지고, 그 다음 위로 향하는 방향으로 돌아서 유전체 창으로 복귀한다. 자기 플럭스의 대부분은 챔버의 내부로부터 유전체 창을 통하여 유도 결합 요소로 복귀한다. 따라서, 집중기로부터의 고주파수 자기 플럭스 라인은 유도 결합 요소 바로 아래에 있는 영역에서의 플라즈마의 일부를 둘러싼다. 자기 플럭스는 플럭스에 의해 둘러싸인 영역에서 유도 결합 플라즈마 전류에 전력을 공급하도록 작동가능한 기전력을 유도할 수 있다.
특정 실시예에서, 전도성 실드는 유도 결합 요소의 자기 플럭스 집중기의 적어도 일부를 둘러싼다. 전도성 실드는 자기 플럭스 라인을 처리 챔버 내부로 더 집중시키는 역할을 하고, 다른 유도 결합 요소 및 공급 가스 도관과 같은 플라즈마 처리 장치의 다른 부품으로부터 유도 결합 요소를 분리하는 역할을 한다. 또한, 전도성 실드는 플라즈마 처리 장치의 다른 부품으로부터 발생하는 유도 결합 요소에서의 전력 손실을 감소시켜, 플라즈마에 전달되는 실제 전력의 측정을 용이하게 하고 처리 제어를 향상시킨다.
본 내용은 다양한 다른 형태로 구체화될 수 있다. 다음의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서, 설명의 목적으로, 다양한 특정 상세가 개시 내용의 완전한 이해를 제공하기 위하여 설명된다. 그러나, 개시된 방법 및 장치가 이러한 특정 상세 없이 실시될 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. 다른 경우에, 구조 및 장치는 개념을 흐리는 것을 방지하기 위하여 간략화된 형태로 도시된다. 그러나, 이러한 특정 상세 없이 다양한 다른 형태로 원리가 실시될 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 개시 내용의 양태는 여기에서 설명되는 실시예에 한정되는 것으로 간주되어서는 안된다.
"일 실시예"에 대한 본 명세서에서의 언급은 실시예와 연결되어 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성은 적어도 한 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 본 명세서의 다양한 곳에서의 "일 실시예" 등의 문구는 모두 반드시 동일한 실시예를 지칭할 필요는 없으며, 다른 실시예를 상호 배제하는 별개의 또는 다른 실시예를 지칭하지 않는다.
애플리케이터 및 처리 챔버의 실시예는 도 1a에 관하여 도시된 원통형 챔버에 대하여 더 이해될 수 있다. 도 2는 도 1a에 도시된 원통형 챔버(1000)의 2-2' 선을 따른 하향 단면도를 도시한다. 처리 챔버(1000)는 처리 챔버(1000)의 내부에서 정전 척 또는 다른 기판 홀드와 같은 기판 홀더(130) 상에 배치된 기판(135)을 포함한다. 애플리케이터는 챔버(1000)의 애플리케이터 벽에서 얇은 창(1010) 위로의 다양한 위치에서 ICE(1020, 1070)와 같은 복수의 유도 결합 요소를 포함할 수 있다. ICE(1020, 1070)는 챔버(1000)의 애플리케이터 벽 상에서 해당하는 ICE 바로 아래에서 국부 형성된 각각의 고리형 부피(1034, 1035)를 통해 RF 자기 플럭스를 순환시키도록 작동가능하다. 각 ICE(1020, 1070)로부터의 플럭스는 챔버의 해당하는 고리형 부피(1034, 1035)에서 기전력을 아래로 유도할 수 있다. 유도된 기전력은 이어서 플럭스로 둘러싸이는 부피 부분에서 플라즈마 전류에 전력을 공급할 수 있다. 이러한 전류에 의하여, 전력은 해당하는 각 ICE(1020, 1070)로부터 해당하는 국부 형성된 부피(1034, 1035) 아래로 효율적으로 전송될 수 있다.
다수의 실시예에서, 공급 가스는 애플리케이터 벽 내의 복수의 공급 가스 홀(1041)을 통해 챔버로 유입될 수 있다. 공급 홀(1041)은 공급 가스 도관(1040)과 같은 관을 통해 처리 가스를 공급받을 수 있다. 기판 위로 ICE 사이에 산재된 홀을 통해 공급 가스를 유입시키는 것은 우수한 처리 균일성 및 프로파일 제어를 제공한다는 것이 밝혀졌다. 예를 들어, 도 1a에 도시된 바와 같이, 공급 가스 도관(1040) 및 공급 홀(1041)은 처리 가스가 국부 형성된 부피(1034)에 인접하게 운반되도록 배열된다. 이것은 국부 형성된 부피(1034) 내에 생성된 유도 플라즈마에서 중성 종(neutral species) 및 대전 종(charged species)의 생성을 향상시킨다.
또한, 일부 애플리케이션에서, 처리 균일성은 다양한 홀(1040)을 통해 복수의 적합한 공급 가스를 유량을 운반하는 것에 기초하여 개선될 수 있다. 예를 들어, 도 1a 및/또는 도 2에 관한 각 공급 가스 도관(1040)과 공급 홀(1041)은 사전 선택된 유량의 처리 가스를 챔버(1000)로 들어오게 할 수 있다. 이러한 유량은 원하는 처리 파라미터에 기초하여 조정될 수 있다. 예를 들어, 상이한 공급 가스 도관(1040)으로부터 처리 챔버(1000)로의 공급 가스의 다양한 유량의 제어는 플라즈마 처리 동안에 처리 가스에서 생성되는 대전 종 및 중성 종의 공간 분포에 대한 효율적이고 개별적인 조정을 제공할 수 있다.
일부 처리 애플리케이션에서, 처리 챔버의 내부 부피는 낮은 압력으로 유지된다. 사전 선택된 챔버 압력은 종래의 압력 감지 장치(커패시턴스 마노미터, 이온 게이지, 액체 마노미터, 스피닝 로터 게이지 및 기타), 오일 기반 펌프, 건식 기계 펌프, 확산 펌프 등과 같은 펌프, 및 자동 피드백 제어 시스템 및/또는 종래의 수동 제어와 같은 압력 제어 수단을 이용하여 유지될 수 있다. 다양한 실시예는 임의의 특정 종류의 펌프 시스템, 압력 감지 수단 또는 사전 선택된 압력을 갖는 것에 의존하지 않는다. 진공 처리 애플리케이션에서, 애플리케이터 벽 및 측면의 챔버 벽은 적어도 1 대기압의 압력차를 견딜 수 있다.
애플리케이터 벽에서 얇은 유전체 창 영역 위에 있는 2개의 고리형 ICE(1020, 1070)가 도 1a, 1b, 1c 및 도 2에 도시된다. 그러나, 관련된 얇은 유전체 창 영역에 인접한 다양한 사전 선택된 위치에서 더 많은 수의 ICE를 갖는 애플리케이터 벽이 구성될 수 있다. 챔버의 횡단면 면적은 면적에 비례하여 애플리케이터 벽 상에서의 적합한 위치에 적합한 개수의 ICE를 추가함으로써 스케일가능하게 증가될 수 있다. 이러한 ICE는 전력을 분배하고 처리 균일성을 유지시키는 방식으로 위치 설정될 수 있다. 일부 실시예에서, 상대적으로 일정한 양의 실제 평균 전력이 확장된 면적의 각각의 새로운 증가분에 축적된다.
애플리케이터 벽에서의 유전체 창이라는 용어는, ICE로부터의 자기 플럭스 라인의 실질적인 부분이 상대적으로 균일한 방향으로 챔버 내부에 들어가거나 그리고/또는 그로부터 복귀하는 ICE에 바로 인접한 얇은 창의 일부를 말하는 것으로 이해될 것이다. 애플리케이터 벽 및/또는 얇은 창 영역은 다양한 다른 방법으로 구성될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 도 1a에 도시된 바와 같이, 석영, 세라믹 등과 같은 얇은 유전체 창 디스크(1010)는 챔버의 전체 상부면에서 펼쳐져 상부층(1125)과의 기계적 본딩에 의해 지지될 수 있다.
다양한 실시예에서, 도 1b에 관하여 도시된 바와 같이, 단일체(unibody)의 애플리케이터 벽(1085)은 ICE(1020, 1070)를 설치하기 위하여 작동가능한 얇은 유전체 창 영역(1087) 위로 캐비티를 갖는 단일 유전체 디스크로 이루어질 수 있다. 단일체의 상대적으로 두꺼운 영역은 상부 애플리케이터 벽(1085)의 전장에 걸쳐 대기압을 견딜 수 있다.
다양한 양태에서, 얇은 유전체 창(1087)은 챔버 내부가 진공일 때 외부 대기압을 견디기에 충분한 기계적 강도를 갖도록 상대적으로 좁다. 따라서, 도 1a에 관한 얇은 창 영역(1087)의 폭은, 다른 한편으로는, 충분한 안전 오차를 가지면서 챔버 진공에 대하여 대기압을 견디도록 충분히 좁다.
다른 실시예는 상대적으로 두꺼운 부하 지지 챔버 벽의 채널 및/또는 리세스(recess)에 배치된 적어도 하나의 얇고 상대적으로 좁은 별개의 유전체 창 세그먼트를 가진다. 리세스(트로프(trough))는 ICE 및 플라즈마 처리 챔버 사이에 개재된다. 얇은 창 및 수용 채널 폭은 상대적으로 얇은 유전체 창이 대기압을 견디게 하도록 충분히 좁다. 예를 들어, 도 1c에 도시된 바와 같이, 두꺼운 벽(1093)에서의 립부(lip)(1089)는 트로프 내에 유전체 창(1091)을 위한 지지를 제공한다. 유전체 창(1091)은 챔버 내의 진공으로부터 외부 대기압을 견디기에 충분히 좁다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 크고 얇은 창에 걸친 낮은 압력 차이가 창 위의 그리고/또는 ICE를 위한 트로프를 포함하는 지지 구조 내(도면에는 미도시)의 공간과 연결된 채널에 유압 및/또는 진공을 인가함으로써 유지될 수 있는 실시예가 있다. 창에 걸친 적합한 압력 차이는 챔버 압력을 감지하는 것에 기초하여 채널에서 가압하고 그리고/또는 감압하도록 작동가능한 제어 루프와 같은 다양한 수단을 이용하여 유지될 수 있다.
다양한 실시예에서, 챔버 프로파일은 대체로 챔버의 상측 내부단에서 평평한 애플리케이터 벽 내에 유전체 창 위로 적어도 하나의 ICE를 포함하는 원통이다. 그러나, 챔버 형상은 특허청구범위를 한정하지 않는다. 다른 실시예에서, 챔버의 단면은 직사각형, 타원형, 다각형 등일 수 있다.
다른 실시예에서, 다양한 ICE는 플라즈마 균일성을 최적화하도록, 그리고/또는 전자 밀도 및/또는 에너지 분포, 반응종(reactive species) 농도 프로파일, 공급 가스 분해도, 및/또는 기타와 같은 다양한 다른 처리 특성을 획득하도록 작동가능한 방식으로 선택적으로 전력이 공급될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 상대적으로 더 큰 양의 전력이 처리 챔버의 주변에 증착될 수 있어, 종 손실을 보상하고, 챔버 주위의 주변 벽에 대한 확산 손실로부터의 농도를 낮출 수 있다. 또 다른 실시예에서, ICE의 일부 및/또는 전부에 전송된 전력은 낮은 스트레스 필름을 위한 전구체 종을 생성하기 위하여 적합한 속도와 듀티로 전달된다.
사전 선택된 전압, 전류 및/또는 전력은 적합한 매칭 네트워크를 이용하여 다양한 ICE로 인가될 수 있다. ICE로의 전압, 전류 및/또는 전력을 제어하기 위한 예시적인 전력 회로 및 제어 루프가 도 6을 참조하여 아래에서 더욱 상세히 논의될 것이다. 또한, 다양한 ICE는 챔버 표면(레퍼런스 접지)에 비하여 사전 결정된 값을 갖는 DC 및/또는 RF 전위로 구동될 수 있다. 하나의 ICE에 인가된 전류 및/또는 전압은 다른 ICE에 인가된 전압 및/또는 전류, 및/또는 챔버 표면 중 하나에 대하여 사전 선택된 위상을 가질 수 있다. 하나 이상의 ICE에 인가된 전압의 크기 및/또는 위상은 사전 결정된 전자 및/또는 이온 에너지 및/또는 개수 분포 특성을 이루도록 선택될 수 있다. 또한, 크기 및 위상은 챔버 내의 다양한 전기 전도 표면에 대하여 사전 선택된 플라즈마 전위를 이루도록 선택될 수 있다. 다수의 실시예에서, 상대적으로 낮은 플라즈마 전위는 챔버 표면의 에너지 입자 충격을 방지하도록 선택된다. 예를 들어, 각 ICE에 인가된 전압은 챔버 접지와 같은 공통 레퍼런스 전위에 대하여 균형을 이룰 수 있다. 균형은 ICE 및 플라즈마 사이의 용량 결합과 챔버에 대한 DC 플라즈마 전위 오프셋을 방지하고 그리고/또는 경감하는데 유용할 수 있다. 그러나, 일부 애플리케이션에서, 하나 이상의 ICE에 개별적으로 또는 상이한 ICE 사이에 인가된 전압은 서로에 그리고/또는 챔버에 대하여 선택적으로 불균형을 이룰 수 있다. 선택된 RF 전압 불균형은 플라즈마와 웨이퍼, 척 및/또는 처리를 위한 다른 챔버 표면 사이에서 사전 결정된 시간 평균 DC 전압 오프셋을 이루는데 유용할 수 있다. 또한, 진폭 변조(맥동을 포함), 주파주 변조 및/또는 위상 변조와 같은 전력 파형 속성은 애플리케이션에 따라 하나 이상의 ICE에 개별적으로 또는 상이한 ICE 사이에 차동적으로 선택적으로 적용될 수 있다. 예를 들어, 고주파수 RF 여기의 적합한 맥동이 플라즈마 증착 실리콘 질화물 필름에 대한 화학적 및/또는 기계적 특성을 변경하는데 유용할 수 있다.
자기 플럭스 집중기를 포함하는 ICE는 ICE 바로 아래에 있는 내부 챔버로 상대적으로 방향성이 있게 그리고 깊게 자기 플럭스를 전송할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 특히, ICE로부터 얇은 창을 통해 유전체 창 바로 아래에서 챔버로 방출된 자기 플럭스의 방향성은 자기 플럭스 집중기 및 충분히 얇은 창을 이용하여 제어될 수 있다.
애플리케이션 벽 상에서 인접하는 얇은 창과 자기 플럭스 집중기를 갖는 ICE의 시너지 작동은 도 3a 및 도 3b의 간략화된 도면에 관하여 더 이해될 수 있다. 도시된 바와 같이, ICE(8070)는 자가 플럭스 집중기(8030)와 평평한 코일(8060)을 포함한다. 또한, ICE(8070)는 그 경계 영역의 적어도 일부분(예를 들어, ICE(8070)의 상부 및/또는 측부 경계 영역) 위로 고전도성 실드(8050)를 포함한다.
자기 플럭스 집중기(8030)는 강자성의 금속, 페라이트 및/또는 기타와 같은 투자 재료(magnetically permeable material)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 자기 플럭스 집중기(8030)는 진공에 대하여 적어도 10의 투자율을 갖는 투자 재료를 포함할 수 있다. 도 3a 및 도 3b에서, 전도성 실드(8050)는 ICE(8070)의 상부 및/또는 측면 영역의 적어도 일부 위로 배치된다. 다양한 실시예에서, 전도성 실드는 ICE를 넣는 구조로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 1a에 대하여, ICE(1020 및/또는 1070) 주위에 트루프를 형성하는 부재(1025 및/또는 1125)에 인접한 부분은 알루미늄, 구리, 은 및/또는 금과 같은 고전도성 금속으로 이루어질 수 있다. 다양한 실시예에서, 부재(1025 및/또는 1125)는 전도성 금속 재료일 수 있다.
투자 재료는 집중기 매체에서 자기 플럭스 라인에 대한 자기 경로 저항을 감소시킬 수 있다. 따라서, 상대적으로 소량의 누설이 가능하지만, 자기 플럭스 라인(8085)의 상부 부분은 대체로 집중기 내에서 가두어지는 것이 밝혀진다. 전술한 바와 같은 고전도성 차폐는 ICE에서의 구조로부터 방출되는 전기 및 자기장 라인에 대한 배리어로서 효과가 있는 것으로 밝혀졌다. 다양한 실시예에서, 다양한 부분의 ICE 위로의 차폐는 자기 플럭스 억제를 개선하는 것으로 밝혀졌다. 또한, 고전도성 실드는 일부 실시예에서 기생 전력 손실 및/또는 전자기 간섭을 감소시키고 그리고/또는 제거하는데 유용하다.
ICE(8070)는 코일(8060)의 단자에 인가된 고주파수 전압 및/또는 전류를 이용하여 전력이 공급될 수 있다. 다양한 실시예에서, 코일은 평평할 수 있다. 얇은 유전체 창(8020)에 인접한 평행 도체를 포함하는 평평한 코일(8060)은 특히 효과적인 것으로 밝혀졌다. 코일(8060)에 흐르는 고주파수 전류는 처리 챔버에서 유전체 창(8020)에 인접한 국부 형성된 부피(8080)를 통해 순환하는 자기 플럭스 라인(8085)을 자극할 수 있다.
다양한 실시예에서, 코일(8060)을 통한 고주파수 전류는 얇은 창(8020)의 영역을 통해 그리고 챔버로 자기 플럭스 집중기(8030)의 제1 순간(momentary) 폴 영역(8035)을 통해 대체로 발산되는 자기 플럭스 라인(8085)을 작동시키도록 작동가능하다. 자기 플럭스 라인(8085)은 챔버 내에서의 창 영역에 인접한 국부 형성된 부피(8080)를 통해 순환하여, 제1 순간 폴 영역(8035)과 상이한 제2 순간 폴 영역(8037)에 대하여 상대적으로 균일한 방향으로 창 영역으로 복귀한다. 자기 플럭스 집중기(8030)는 제1 폴 영역(8035)으로부터 대체로 사전 결정된 제1 방향(8072)(도 3b)으로 자기 플럭스 라인(8085)을 방출하고, 제2 폴 영역(8037)으로 대체로 사전 결정된 제2 방향(8071)(도 3b)으로 순환하는 자기 플럭스 라인을 복귀시킨다.
자기 플럭스가 이러한 방식으로 ICE로부터 방출되는 경우에, 우수한 전력 결합 및 높은 전력 전송 효율이 달성될 수 있다. 또한, 자기 플럭스 집중기로부터 순환되는 자기 플럭스가 ICE 바로 아래에 있는 플라즈마 부피에서 선택적으로 플라즈마 전류를 유도할 수 있기 때문에, 전력은 ICE로부터 이 부피로 직접 전송될 수 있다. 따라서, 플라즈마 전류 및 전력은 ICE로부터 처리 챔버 내의 사전 선택된 국부 형성된 부피로 축적될 수 있다.
다양한 실시예에서, 플럭스를 얇은 창 챔버를 통해 처리 챔버로 나오게 하고, 챔버로부터 얇은 창을 통해 복귀하게 하는 것은, 자기 플럭스 집중기의 순간 폴 면(8035, 8037)이 얇은 창을 대체로 대면하게 하고 내부 챔버 공간 아래의 최소 유효 거리(tw) 내에 있게 하는 것에 의존한다. 도 3a를 참조하면, 집중기 폴 면(8035, 8037)은 대체로 얇은 창(8020)을 대면하며, 내부로부터 대략 1 창 두께(8025)로 배치된다. 최소 유효 거리(tw)는 집중기의 순간 폴 면(8035, 8037) 사이의 갭 거리(갭 거리(8039))에 의존한다.
예를 들어, 도 3a는 자기 플럭스 집중기(8030)의 순간 폴 면(8035, 8037)이 챔버 내부의 최소 유효 거리 내에 배치되는 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 자기 플럭스(8085)의 실질적인 부분은 제1 폴 영역(8035)으로부터 나오며, 유전체 창(8020)을 통해 처리 챔버 내부로 통과하고, 처리 챔버 내부로부터 유전체 창(8020)을 통해 제2 폴 영역(8037)으로 복귀한다. 여기에서 사용된 바와 같이, 자기 플럭스의 실질적인 부분은 ICE로부터 방출되는 전체 자기 플럭스의 적어도 대략 10%를 말한다.
대조적으로, 도 3c는 자기 플럭스 집중기(8030)의 폴 면(8035, 8037)이 챔버 내부의 최소 유효 거리 내에 배치되지 않도록 두꺼운 유전체 창(8020)에 인접하게 배치된 자기 플럭스 집중기(8030)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 자기 플럭스 라인(8085)의 일부는 유전체 창(8020)을 통해 챔버 내부로 통과하지 않는다. 대신에, 많은 자기 플럭스(8085)가 유전체 창(8020)의 내부에 잔류하고, 챔버 내부에 도달하지 않는다.
도 3a를 참조하면, 순간 폴 면(8035, 8037) 사이의 갭 거리(Dg)(플럭스 방출 및 수신 영역의 경계로부터 측정됨)는 도면 부호 8039로 표시된다. tw가 챔버 내부로부터 대략 Dg/4의 거리보다 더 작은 경우에(예를 들어, ICE 및 챔버 내부(8020) 사이의 분리가 순간 폴 면 사이의 거리의 1/4보다 더 크지 않은 경우에), 플럭스는 얇은 창을 통해 챔버 내부로 나와, 챔버 내부로부터 얇은 창으로 복귀한다는 것이 밝혀졌다. 더욱 바람직하게는, 얇은 창 영역에 들어가는 전체 자기 플럭스의 상당한 부분을 방출하고 그리고/또는 수신하는 ICE의 각 인접 영역은, 챔버의 내부 부피로부터 대략 Dg/8의 거리(tw)보다 작다. 그러나, 대략 Dg/2의 거리(tw)도 여전히 허용가능한 결과를 제공한다.
도 3a 및 도 3b에 관한 다양한 실시예에서, 자기 플럭스 집중기는 U 형상 및/또는 C 형상을 가진다. 이러한 구성에서, 플럭스는 대체로 U 및/또는 C 형상 집중기의 한 다리에서 끝나는 영역으로부터 방출되고, 다른 다리에서 끝나는 영역에서 수신된다. 다리의 폴 영역 단부는 도시된 바와 같이 애플리케이터 벽 상의 얇은 창에 평행할 수 있다. 다른 구성에서, 자기 플럭스 집중기는 얇은 창에 대면하는 복수의 플럭스 방출 및/또는 플럭스 수신 영역을 포함할 수 있다.
ICE로부터 창을 통해 창의 바로 아래에서 챔버로 방출되는 자기 플럭스의 방향성은 자기 플럭스 집중기, 자기 플럭스 집중기 주위에 배치된 전도성 실드 및 유전체 창의 형상 및 물리적 특성에 의존한다. 자기 플럭스 집중기를 포함하는 ICE가 유전체 창을 통해 유전체 창 바로 아래에 있는 챔버로 깊게 자기 플럭스를 전송할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 또한, 자기 플럭스 집중기 주위의 재료는 중요한 역할을 한다. 그 재료 내에서 유도될 수 있는 전류는 자기 플럭스 및 손실에 영향을 미치며, 재료의 전도율에 따라 성능을 개선시키거나 또는 성능을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 고전도성 실드가 자기 플럭스 집중기를 적어도 부분적으로 둘러싸고 있다면, 표면에 유도된 전류는 어떠한 상당한 손실도 가져오지 않지만, 자기 플럭스 집중기 내부에서 자기 플럭스를 증가시킬 수 있어, 이에 따라 유전체 창에 인접한 플라즈마에 자기 플럭스를 증가시킨다. 한편, 전도율이 낮으면, 자기 플럭스에 대한 영향은 낮을 수 있지만, 실드 내에 유도된 손실은 클 수 있다. 마지막으로, 자기 플럭스 집중기의 재료 및 형상은 바람직하게는 높은 자기 플럭스 밀도, 낮은 소산 계수(dissipation factor) 및 U 또는 C 형상의 자기 플럭스 집중기의 베이스에서의 상대적으로 넓은 풋(foot)을 포함한다. 아니면, 자기 플럭스 라인은 바람직한 수직 방향에 가까운 것이 아니라 넓은 각도의 분포로 자기 플럭스 집중기를 드나들 것이다.
도 4에 관하여 다른 실시예가 이해될 수 있다. 도 4는 평평한 평행 코일 권선(8060, 8062)과 E 형상의 자기 플럭스 집중기(8030)를 포함하는 ICE(8070)를 도시한다. 제1 RF 전류는 평평안 코일 권선(8060)으로 흐르도록 이루어지며, 반대 위상의 제2 RF 전류는 평평한 코일 권선(8062)으로 흐르도록 이루어진다(예를 들어, 해당하는 권선으로의 전류는 180도 위상차가 있다). 권선(8060)에서의 전류로부터 제공되는 한 그룹의 플럭스 라인(8085)은 제1 폴 영역(8035)으로부터 방출되며, 그리고/또는 제2 폴 영역(8087)의 일부 내에서 수신될 수 있다. 권선(8062)에서의 전류로부터 제공되는 다른 그룹의 플럭스 라인(8095)은 영역(8075)으로부터 방출되며, 그리고/또는 제2 폴 영역(8087)의 일부 내에서 수신될 수 있다. 자기 플럭스 라인의 각 해당 그룹은 ICE(8070) 아래의 해당하는 부피 내에서 플라즈마 전류(8082, 8092)를 작동시도록 작동가능한 챔버 내의 기전력을 유도한다. 이러한 유도된 플라즈마 전류(8082, 8092)는 ICE 아래의 얇은 창 아래에 있는 그리고 자기 플럭스 집중기(8030)의 여러 집중기 폴 면 사이에서의 부피 내에 있다.
따라서, 인접한 순간 폴 면 사이의 거리(Dg)는 도면 부호 8035로 표시된다. 또한, 챔버 내부로부터 폴 면을 분리하는 거리는 대략 얇은 창(8025)의 두께이다. 이 구성에서, 폴 면(8035 및/또는 8075)으로부터의 플럭스는 폴면으로부터 얇은 창(8020)을 통해 처리 챔버 내부로 나올 수 있다. 특정 구성에서, 얇은 창(8020)은 대략 Dg/4, 더욱 바람직하게는 Dg/8보다 작은 두께(8025)를 가진다.
일반적으로, 애플리케이터와 챔버 내부 사이의 거리가 감소됨에 따라 챔버 내에서의 외부 애플리케이터 및 ICP 사이에서 상대적으로 더 높은 결합 계수가 획득된다. 다양한 실시예에서, 얇은 창은 ICP가 처리 챔버 내에서 유지되는 처리 가스에 애플리케이터가 상대적으로 인접하게 한다. 애프리케이터와 ICP 사이의 상대적으로 높은 결합 계수는 대체로 더욱 효율적인 전력 전송을 제공한다.
도 5에 관하여 다른 실시예가 이해될 수 있다. 도 5는 원통형 처리 챔버 내의 애플리케이터(100)를 내부에서 위로 향하여 대면하는 도면이다. 유도 애플리케이터(100)는 외부 링에 유사한 페라이트 코어 자기 플럭스 집중기(160)를 갖는 복수의 ICE를 포함한다. 유사한 자기 플럭스 집중기의 각각은 채널 부피를 대면하는 측에서 원형의 단면과 U 형상의 채널(173)을 가진다. 평행한 코일 턴(turn)(180)은 코어에서 채널(173)을 지나간다. 해당하는 집중기의 채널(173)은 도 1a, 도 1b 및 도 1c에 관하여 도시된 바와 같이 선대칭 원형 ICE와 실질적으로 유사한 자기 플럭스 라인 및 플라즈마 전류를 달성할 수 있다. 유도 애플리케이터(100)는 자기 플럭스 집중기의 중앙 다리(166) 및 외부 다리(165) 사이의 트로프 내에 평평한 평행 코일 도체(182)를 포함하는 중앙 선대칭 ICE를 더 포함한다.
ICE 및 그 지지 구조 위로 얇은 디스크 형상의 유전체 창(미도시)이 있다. 얇은 유전체 창은 다양한 ICE 및 평평한 코일 턴과 접촉한다. 가스는 얇은 창 내에서 공급 가스 홀(1770)을 통해 챔버의 내부(190)로 운반될 수 있다. 얇은 창 두께는 자기 플럭스 집중기의 플럭스 방출 및 수신 영역(160, 166, 165) 사이의 거리(폴 갭)의 대략 1/10 미만이다. 따라서, 폴 면의 각각은 챔버의 내부로부터 폴 면 사이의 갭 거리의 1/10의 거리 내에 있다. 본 실시예는 각 ICE로부터 인접한 얇은 창 영역을 통해 방향성 있게 플럭스 라인을 전송하고, 챔버 내부에서 해당하는 국부 형성된 부피를 통해 플럭스 라인을 순환시키고, 얇은 창 영역을 대체로 수직으로 통과하여 ICE로 이러한 플럭스 라인을 복귀시키도록 작동가능하다. 순환하는 플럭스 라인은 외부 자기 플럭스 집중기의 정렬된 트로프에서의 평평한 코일 턴 아래서 국부 형성된 챔버 부피 내에 외부 플라즈마 전류 링을 유도하고, 내부 ICE 자기 플럭스 집중기의 트로프에서의 평평한 코일 링 하에서 내부 플라즈마 전류 링을 유도한다.
다양한 실시예에서, ICE는 선택적으로 전원이 공급될 수 있다. 일부 실시예에서, 선택된 위상 관계를 갖는 전력의 상이한 선택량은 애플리케이터의 다양한 유도 결합 요소에 연결될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 기판에 대한 처리 균일도는 다양한 ICE에 적합한 양의 RF 전력을 선택적으로 전달하는 것에 기초하여 달성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예는 선택한 양의 전력을 다양한 ICE로부터의 얇은 창 아래에서의 다양한 국부 형성된 부피 영역으로 전달하도록 작동가능한 방식으로 제어 루프에 연결된 처리 진단 장치를 포함한다.
도 6은 ICE에 전력을 전달하기 위한 예시적인 전력 회로 및 제어 루프를 개시한다. 도시된 바와 같이, RF 에너지 소스(610)는 TLT(transmission line transformer, 전송 라인 변압기)(620) 또는 임의의 다른 종류의 변압기(도시된 통상적인 변압기)를 포함하는 매치 네트워크를 통해 ICE(640)에 전력을 전달한다. 공진 커패시터(630)는 변압기(620)와 ICE(640) 사이에 연결된다. RF 에너지가 ICE(640)에 인가될 때, 실질적인 유도 결합 플라즈마(650)는 처리 챔버 내에서 생성된다. 공진 커패시터(630)는, 커패시터(630)의 리액턴스가 기판의 처리 동안에 ICE(640) 및 유도 결합된 플라즈마(650)의 리액턴스를 상쇄시키게 하는 크기와 배열을 가진다. 상기 구동 회로의 사용은 플라즈마(650)에 전달되는 실제 전력에 기초하여 ICE(640)에 전달된 전력을 모니터하고 제어하는 성능을 제공한다.
시스템으로 전달된 전력을 측정하는 어떠한 방법도 부정확성을 겪는다. 종래의 처리 설비는 일반적으로 매치 네트워크에 위치되는 전력 측정 장치를 이용하여 전력을 모니터한다. 이 전력 측정 장치는 플라즈마에 전달된 전력, ICE에서의 손실, 챔버 외부에서의 안테나 케이지에서의 손실 및 챔버 내부에서의 손실을 캡쳐한다. 이러한 파라미터 전체는 상이한 챔버에 대하여 상이할 것이며, 예를 들어, ICE가 교체될 때마다 그리고 각 상이한 챔버에 대하여, 처리 제어 파라미터가 조정되는 것을 요구한다. 또한, 매칭 네트워크에서 수행된 측정은 임의의 양호한(높은 Q 계수) 코일에 대하여 매칭 네트워크에서 전압 및 전류 파형 사이의 큰 위상각 차이(90°에 가까운 위상각 차이) 때문에 ICE에 인가된 전류 및 전압 파형에 특히 민감하다.
도 6의 전력 회로 및 제어 루프의 이용은 상술한 문제점 없이 플라즈마로 전달되는 실제 전력의 효율적인 모니터링을 제공한다. 도시된 바와 같이, 전류 센서(662) 및 전압 센서(664)를 포함하는 전력 측정 장치(660)는 변압기 매치 네트워크(620)와 공진 커패시터(630) 사이의 위치에서 전압 및 전류를 측정한다. 이 위치에서, 공진 주파수에 가까운 주파수를 사용할 때, 전류 및 전압 사이의 위상 시프트는 0°에 가깝고, 전압과 전류의 위상에서의 작은 변화는 전력 측정에 실질적으로 영향을 미치지 않으며, 심지어 불규칙한 파형에 대하여도 정확할 것이다.
또한, 공진 커패시터(630)가 ICE(640) 및 플라즈마(650)의 인덕턴스로 공진하기 때문에, 전류는 ICE 및 플라즈마의 능동 저항(active resistance)에 의해서만 결정된다. 임의의 부품(플라즈마, 코일, ICE를 둘러싸는 실드와 같은 다른 손실성 요소)에 전달되는 전력은 단순히 I2Rcoil의 결과이다. 자기 플럭스 집중기와 ICE를 둘러싸는 고전도성 실드 때문에, ICE 벽에서의 손실은 작아서, 플라즈마에서의 손실을 코일에서의 손실로부터 분리하는 것을 더 용이하게 한다. ICE를 적어도 부분적으로 둘러싸는 고전도성 실드의 사용도 인접한 유도 결합 요소와 공급 가스 도관으로부터의 간섭을 감소시켜, 전력 측정의 정확성을 더 증가시킨다.
도 6에 도시된 바와 같이, 전압 센서(664)에 의해 수행된 전압 측정과 전류 센서(662)에 의해 수행된 전류 측정은 신호 계산기(670)로 제공된다. 신호 계산기(670)는 연산 증폭기(예를 들어, AD811)와 같은 종래의 아날로그 장치 및 광대역 곱셈기(예를 들어 AD835)에 기초할 수 있다. 증폭기(일부 경우에, 간단한 분할기(divider)가 사용될 수 있다)는 임의의 주어진 순간 t에서 신호 RcoilI(t)를 생성하고, 그 다음 곱셈기는 V(t)-RcoilI(t)에 I(t)를 곱한다. 플라즈마에 전달되는 전력에 비례하는 곱 I(t)*[V(t)-RcoilI(t)]로부터 의사 DC(quasi-DC) 성분을 실시간으로 추출한다. 하나의 간단한 통합된 RC 회로가 RF 성분을 필터링하여 DC 성분만을 남기는데 사용될 수 있다. 따라서, 전력은 RF 사이클의 각 부분에서 순간적으로 측정되어, 측정이 파형의 형상에 둔감하게 할 수 있다. 특정 실시예에서, Rcoil은 플라즈마가 없는 네트워크 분석기를 이용하고 전력 회로를 공진 주파수에 대하여 조정함으로써 결정될 수 있다.
플라즈마에 전달되는 실제 전력을 결정한 후에, 신호 계산기(670)는 플라즈마에 전달되는 실제 전력을 나타내는 실제 전력 신호(680)를 제공한다. 이러한 실제 전력 신호(680)는 ICE에 전달되는 전력에 대한 수동 또는 자동 조정을 위한 제어 루프에 의해 사용될 수 있다. 플라즈마에 전달되는 실제 전력 측정에 기초하여 ICE에 제공되는 전력을 조정하는 것은 플라즈마 처리의 더 정확하고 효율적인 제어를 제공한다.
이러한 감지 설비는, 매처(matcher)의 전력 업스트림을 측정하는 일반적으로 사용되는 시스템과 다르게, 단일 전력 생성기 및 매처로부터 여러 유도 결합 요소를 구동할 때 특히 유용하다.
ICE는, ICE에서의 유도 요소의 기생 용량 결합 때문에 주목할만한 양의 용량 결합 플라즈마를 생성할 수 있다. 이러한 용량 결합은 바람직하지 않을 수 있어, 처리 비균일성 및 애플리케이터 창의 스퍼터링을 가져다 준다. 정전 실드 또는 패러데이 실드는 플라즈마에 대한 ICE 코일의 용량 결합을 감소시키는데 종종 사용된다. 종래의 정정 실드는 플라즈마에 대한 ICE 결합을 상당히 감소시킬 수 있으며, RF 전력에서의 상당한 손실을 가할 수 있고, 이 모두는 유도 결합 플라즈마 전송 효율을 감소시킨다.
도 7, 8, 9 및 10은 본 개시 내용에 따른 플라즈마 처리 장치에서의 용량 결합을 감소시키는데 사용될 수 있는 개선된 정전 실드의 다양한 예시적인 실시예를 제공한다. 도 7은 유전체 창(710)에 인접하게 배치된 예시적인 ICE(740)의 상향도를 제공한다. ICE(740)는 코일 및 자기 플럭스 집중기를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 본 명세서에서 제공된 개시 내용을 이용하여, 본 명세서에 개시된 정전 실드 실시예가 본 개시 내용의 범위로부터 벗어나지 않으면서 임의의 ICE와 함께 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
정전 실드(720)는 유전체 창(710) 상에 배치된다. 정전 실드(720)는 구리, 알루미늄, 은 또는 다른 적합한 도체와 같은 임의의 전도성 재료로 형성될 수 있다. 정전 실드(720)는 임의의 적합한 공정을 이용하여 유전체 창(710)에 부착될 수 있다. 예를 들어, 정전 실드(720)는 창에 나사결합되거나, 접착되거나 또는 증착될 수 있다. 특정 실시예에서, 정전 실드(720)는 후막 증착(thick film deposition) 또는 접착제가 도포된 구리 또는 알루미늄 포일을 이용하여 유전체 창에 부착될 수 있다.
정전 실드(720)는 대체로 유도 결합 요소(740)의 코일에 실질적으로 수직인 방향으로 배치된 얇은 금속 스트립(722)의 어레이를 포함한다. 얇은 금속 스트립(722)은 처리 챔버 내부로부터 전기장을 효율적으로 차폐하기에 서로 충분히 가까이 배치된다. 정전 실드(720)는 이방성 전도율이 조건을 거의 만족한다. 즉, 정전 실드(720)의 전도율은 유도성으로 유도된 전기장의 방향으로 거의 0이고, 유도성으로 유도된 전기장에 수직이며 플라즈마 표면에 접하는 방향으로 실질적으로 크다.
도 7에 도시된 바와 같이, 얇은 금속 스트립(722)의 어레이는 필드 애플리케이터의 외부에서 전도성 루프(725)를 이용하여 함께 결합될 수 있다. 도 7이 2개의 전도성 루프(725)를 도시하지만, 더 많은 또는 더 적은 전도성 루프가 본 개시 내용의 범위를 벗어나지 않으면서 사용될 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예에서, 하나의 전도성 루프는 얇은 금속 스트립의 어레이를 결합할 수 있다. 또한, 전도성 루프의 위치도 수정될 수 있다. 예를 들어, 전도성 루프는 금속 스트립(722)의 어레이의 에지 중 하나를 따라 지나갈 수 있다.
특정 실시예에서, 전도성 루프(725)는 접지 또는 기준 전압에 결합될 수 있다. 다른 실시예에서, 전도성 루프(725)는 정전 실드(720)를 통해 작은 양의 용량 결합을 제공하기 위하여 부동 상태(floating)를 유지할 수 있다. 작은 용량 결합은 플라즈마를 점화시키거나 유지시키는 것을 돕는데, 또는 플라즈마에 비균일성을 의도적으로 도입시키는데 요구될 수 있다. 다른 실시예에서, 제어 루프(725)는 전압원에 결합될 수 있다. 전도성 루프에 인가된 전압은 정전 실드를 통한 용량 결합의 양을 제어하도록 조정될 수 있다.
도 8은 전도성 루프(725)가 절단되어 갭(727)을 형성하는 정전 실드(720)의 실시예를 도시한다. 도 8의 정전 실드(720) 닫힌 전도 경로를 가지지 않으며, 따라서 순환하는 RF 전류를 가지지 않는다. 이것은 감소된 RF 전력 손실을 제공한다. 도 8의 정전 실드(720)는 코일의 일단이 접지되는 불균형 멀티 턴 안테나 코일의 차폐에 적합하다. 이 경우에, 정전 실드(720)는 접지된 중간 지점을 갖는 닫히지 않은 단일 턴으로서 작동할 수 있다. 유도 결합 기전력의 절반과 같지만 반대 위상의 RF 전압은 갭(727)을 걸쳐서 정전 실드(720)의 단부에 발생된다. 그 결과, 플라즈마에 대한 용량 결합이 감소된다.
도 9는 전도성 루프를 포함하지 않는 정전 실드(720)의 일 실시예를 도시한다. 이러한 특정 스크린은 스프터링을 제거하기 위하여 용량 결합을 감소시키기에만 충분할 수 있지만, 작은 방위(azimuthal) 플라즈마 비균일성을 형성하고, 플라즈마를 점화하고 유지하는데 도움을 주는 일부 용량 결합을 남겨 놓을 수 있다. 또한, 도 9의 정전 실드(720)는 균형 ICE와 관련하여 특히 유효할 수 있다. 균형 ICE 때문에, 어레이(722)에서의 각 금속 스트립은 ICE 코일을 플라즈마로부터 차폐하기 위한 가상 접지의 역할을 한다.
도 10은 본 개시 내용의 실시예에 따라 사용될 수 있는 정전 실드(730)의 또 다른 실시예를 도시한다. 정전 실드(730)는 유도 결합 요소의 코일 부분에 평행하게 지나가는 평평한 시트를 포함한다. 정전 실드는 바람직하게는 정전 실드가 유도 결합 요소의 자기 플럭스 집중기의 폴 면 사이에 위치되어 폴 면이 덮이지 않도록 유전체 창(720) 상에 배치된다. 도시된 바와 같이, 평평한 시트는 적어도 하나의 불연속부(735)를 포함한다. 불연속부(735)는 바람직하게는 정전 실드(730)에서의 순환하는 전류를 방지하기 위한 크기 및 치수를 가진다. 하나의 불연속부(735)가 도 10에 도시되지만, 더 많거나 더 적은 불연속부가 원하는 바에 따라 포함될 수 있다. 도 10의 정전 실드(730)는 용량 결합을 완전히 차폐하지 않지만 유전체 창 스퍼터링의 상당한 감소를 제공한다. 또한, 용량 결합에서의 임의의 비균일성은 정전 실드(730)에 의해 영향을 받지 않는다.
도 11, 도 12 및 도 13에 관하여, 큰 직사각형 기판의 확장가능한 처리에 대한 일 실시예가 이해될 수 있다. 도 11의 상부 부분은 직사각형 챔버의 내부 부피 위로 직사각형 상부 애플리케이터 벽(1695) 상의 직사각형 어레이에서의 얇은 디스크 형상의 유전체 창 위에 배열된 다양한 ICE의 상면도를 도시한다. 각 ICE는 U 형상의 자기 플럭스 집중기(1610)를 통해 트로프 내를 지나가는 평평한 코일 도체(1602)를 포함한다. 다양한 얇은 유전체 디스크 창(1690)은 내부 챔버 공간 위로 금속의 상부 애플리케이터 벽 구조(1695)의 하부 표면에 인접한 립부에서 지지된다. 얇은 유전체 디스크 창(1690)은 U 형상의 자기 플럭스 집중기(1610)의 다리 사이의 갭의 대략 1/10보다 더 얇다. 코일 부분의 대응하는 도체(1602)와 인접한 ICE 쌍 사이에 상호 연결이 있다.
다양한 실시예에서, ICE는 다른 방법으로 연결되거나 그리고/또는 전력을 공급받을 수 있다. 도 11에서, 예시적인 직병렬 ICE 연결의 단순한 일부만이 도시된다. 다른 실시예에서, ICE는 상이한 방법으로 전력이 공급될 수 있다. 예를 들어, RF 전력은 다양한 ICE 각각에 선택적으로 전달될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 복수의 ICE는 병렬로, 직렬로 결합될 수 있으며, 또는 직렬과 병렬 연결의 다양한 조합으로 결합될 수 있다. 특허청구범위는 ICE 연결 전력 공급 토폴러지에 의해 한정되지 않는다. 또한, 애플리케이터 벽에 다수의 공급 가스 홀이 있을 수 있으며, 처리 가스는 다양한 방법으로 이러한 홀을 통해 선택적으로 유입될 수 있다.
본 발명에 대한 이러한 그리고 다른 수정 및 변형이, 첨부된 특허청구범위에서 더욱 특별히 설명된 본 발명의 기술적 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 실시될 수 있다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 전술한 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용은 단지 예이며, 첨부된 특허청구범위에서 더 설명된 본 발명을 제한하려고 의도되지 않는다는 것을 이해할 것이다.

Claims (33)

  1. 처리 가스를 가두도록 작동가능한 내부 공간을 갖는 처리 챔버;
    기판을 유지하도록 작동가능한 상기 처리 챔버의 내부에 있는 기판 홀더;
    상기 처리 챔버의 벽의 일부를 이루는 적어도 하나의 유전체 창; 및
    상기 처리 챔버의 외부에 배치된 유도 애플리케이터
    를 포함하고,
    상기 유도 애플리케이터는 적어도 하나의 유도 결합 요소를 포함하고, 상기 적어도 하나의 유도 결합 요소는 코일 부분 및 투자 재료(magnetically permeable material)의 자기 플럭스 집중기(magnetic flux concentrator)를 포함하며, 상기 자기 플럭스 집중기는 제1 폴 영역과 제2 폴 영역을 가지며, 상기 제1 폴 영역과 상기 제2 폴 영역은 상기 적어도 하나의 유전체 창을 대면하며, 상기 유도 결합 요소는 상기 자기 플럭스 집중기의 상부 및 측면 영역 주위로 배치된 전도성 실드를 포함하고, 상기 전도성 실드는 상기 유도 결합 요소로부터 방출되는 전기 및 자기장 라인에 대한 배리어 역할을 하고,
    상기 유도 결합 요소에 전원을 가할 때, 상기 자기 플럭스 일부가 상기 제1 폴 영역으로부터 상기 적어도 하나의 유전체 창을 통하여 상기 처리 챔버의 내부로 나오고, 상기 자기 플럭스의 일부가 상기 처리 챔버의 내부로부터 상기 적어도 하나의 유전체 창을 통하여 상기 자기 플럭스 집중기의 상기 제2 폴 영역으로 복귀하도록, 무선 주파수(radiofrequency) 자기 플럭스가 상기 자기 플럭스 집중기로부터 상기 처리 챔버의 내부로 방향성을 가지면서 방사되는,
    플라즈마에서 기판을 처리하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유도 애플리케이터는 복수의 유도 결합 요소를 포함하는,
    플라즈마에서 기판을 처리하는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 폴 영역 및 상기 제2 폴 영역은 갭 거리만큼 분리되고, 상기 제1 폴 영역 및 상기 제2 폴 영역은 상기 처리 챔버의 내부로부터 상기 갭 거리의 절반 미만에 위치되는,
    플라즈마에서 기판을 처리하는 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 폴 영역 및 상기 제2 폴 영역은
    상기 처리 챔버의 내부로부터 상기 갭 거리의 1/4 미만에 위치되는,
    플라즈마에서 기판을 처리하는 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 폴 영역 및 상기 제2 폴 영역은
    상기 처리 챔버의 내부로부터 상기 갭 거리의 1/8 미만에 위치되는,
    플라즈마에서 기판을 처리하는 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 유전체 창은 상기 갭 거리의 1/2 미만의 두께를 가지는,
    플라즈마에서 기판을 처리하는 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 유전체 창은 상기 갭 거리의 1/4 미만의 두께를 가지는,
    플라즈마에서 기판을 처리하는 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 유전체 창은 상기 갭 거리의 1/8 미만의 두께를 가지는,
    플라즈마에서 기판을 처리하는 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도성 실드는 알루미늄, 구리, 은 또는 금으로 이루어진,
    플라즈마에서 기판을 처리하는 장치.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 챔버의 내부로 처리 가스를 운반하도록 구성된 복수의 공급 가스 도관을 더 포함하고,
    상기 복수의 공급 가스 도관 중 적어도 하나는 상기 유도 결합 요소에 인접하게 배치된 공급 홀을 통해 상기 처리 챔버의 내부로 처리 가스를 공급하도록 작동가능하고,
    상기 전도성 실드는 상기 유도 결합 요소의 상기 코일 부분을 상기 복수의 공급 가스 도관의 적어도 하나와 분리시키는,
    플라즈마에서 기판을 처리하는 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 공급 가스 도관의 적어도 하나는 상기 처리 챔버의 내부로 사전 선택된 유량의 처리 가스가 들어오게 제어되도록 구성된,
    플라즈마에서 기판을 처리하는 장치.
  12. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유도 결합 요소는 매치 회로 및 적어도 하나의 공진 커패시터를 통해 RF 에너지 소스에 결합되고,
    상기 매치 회로와 상기 적어도 하나의 공진 커패시터 사이에 결합된 전력 측정 장치를 포함하고,
    상기 전력 측정 장치로부터 수신된 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 유도 결합 요소에 제공된 RF 전력을 제어하도록 구성된 제어 루프를 포함하는,
    플라즈마에서 기판을 처리하는 장치.
  13. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유도 결합 요소와 상기 처리 챔버의 내부 사이에서 상기 적어도 하나의 유전체 창 상에 배치된 정전 실드를 더 포함하는,
    플라즈마에서 기판을 처리하는 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 정전 실드는 상기 적어도 하나의 유전체 창 상에 배치된 얇은 금속 스트립의 어레이를 포함하고,
    상기 얇은 금속 스트립의 각각은 상기 유도 결합 요소의 상기 코일 부분이 지나가는 방향에 수직인 방향으로 배치된,
    플라즈마에서 기판을 처리하는 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 얇은 금속 스트립의 어레이는 전도성 루프에 의해 결합되는,
    플라즈마에서 기판을 처리하는 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 전도성 루프는 끊어진,
    플라즈마에서 기판을 처리하는 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 전도성 루프는 접지된,
    플라즈마에서 기판을 처리하는 장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 전도성 루프는 부동 상태(floating)에 있는,
    플라즈마에서 기판을 처리하는 장치.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 정전 실드는 상기 유도 결합 요소의 상기 코일 부분이 지나가는 방향에 평행하게 지나가는 평평한 시트를 포함하고,
    상기 평평한 시트는 적어도 하나의 불연속부를 포함하는,
    플라즈마에서 기판을 처리하는 장치.
  20. 처리 장치의 처리 챔버의 내부 내에서 기판을 기판 홀더 상에 배치하는 단계;
    상기 처리 챔버의 내부로 처리 가스가 들어오게 하는 단계;
    상기 처리 챔버 내에서 100 Torr 이하로 사전 선택된 압력을 유지하는 단계;
    무선 주파수(radiofrequency) 전력으로 상기 처리 챔버의 외부의 적어도 하나의 유도 애플리케이터에 전원을 공급하여, 상기 처리 챔버의 내부에서 유도 플라즈마를 생성하는 단계; 및
    상기 처리 챔버 내에서 상기 유도 플라즈마로 상기 기판을 처리하는 단계
    를 포함하고,
    상기 처리 챔버는 상기 처리 챔버의 벽의 일부를 구성하는 적어도 하나의 유전체 창을 포함하고,
    상기 유도 애플리케이터는 적어도 하나의 유도 결합 요소를 포함하고, 상기 적어도 하나의 유도 결합 요소는 코일 부분 및 투자 재료의 자기 플럭스 집중기를 포함하며, 상기 자기 플럭스 집중기는 제1 폴 영역과 제2 폴 영역을 가지며, 상기 제1 폴 영역과 상기 제2 폴 영역은 상기 적어도 하나의 유전체 창을 대면하며, 상기 유도 결합 요소는 상기 자기 플럭스 집중기의 상부 영역 및 측면 영역 중 하나 이상 위로 배치된 전도성 실드를 포함하고, 상기 전도성 실드는 상기 유도 결합 요소로부터 방출되는 전기 및 자기장 라인에 대한 배리어 역할을 하고,
    상기 유도 결합 요소는, 상기 자기 플럭스의 일부가 상기 제1 폴 영역으로부터 상기 적어도 하나의 유전체 창을 통하여 상기 처리 챔버의 내부로 나오고, 상기 자기 플럭스의 일부가 상기 처리 챔버의 내부로부터 상기 적어도 하나의 유전체 창을 통하여 상기 자기 플럭스 집중기의 상기 제2 폴 영역으로 복귀하도록, 상기 자기 플럭스 집중기로부터 상기 적어도 하나의 유전체 창을 통하여 상기 처리 챔버의 내부로 방향성을 가지면서 무선 주파수 자기 플럭스를 순환시키도록 작동가능한,
    기판 처리 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 유도 애플리케이터는 복수의 유도 결합 요소를 포함하는,
    기판 처리 방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 제1 폴 영역 및 상기 제2 폴 영역은 갭 거리만큼 분리되고, 상기 제1 폴 영역 및 상기 제2 폴 영역은 상기 처리 챔버의 내부로부터 상기 갭 거리의 절반 미만에 위치되는,
    기판 처리 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제1 폴 영역 및 상기 제2 폴 영역은 상기 처리 챔버의 내부로부터 상기 갭 거리의 1/4 미만에 위치되는,
    기판 처리 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 제1 폴 영역 및 상기 제2 폴 영역은 상기 처리 챔버의 내부로부터 상기 갭 거리의 1/8 미만에 위치되는,
    기판 처리 방법.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 유전체 창은 상기 갭 거리의 1/2 미만의 두께를 가지는,
    기판 처리 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 유전체 창은 상기 갭 거리의 1/4 미만의 두께를 가지는,
    기판 처리 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 유전체 창은 상기 갭 거리의 1/8 미만의 두께를 가지는,
    기판 처리 방법.
  28. 제21항에 있어서,
    상기 복수의 유도 결합 요소 사이에 전력을 선택적으로 분포시켜 플라즈마 프로파일을 획득하는 단계를 더 포함하는,
    기판 처리 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 플라즈마 프로파일을 획득하는 단계는,
    RF 에너지 소스로부터 매치 회로 및 적어도 하나의 공진 커패시터를 통해 상기 복수의 유도 결합 요소 중 적어도 하나에 에너지를 공급하는 단계;
    상기 매치 회로와 상기 적어도 하나의 공진 커패시터 사이에 결합된 전력 측정 장치를 이용하여 상기 복수의 유도 결합 요소 중 적어도 하나에 전달되는 실제 전력을 측정하는 단계;
    상기 전력 측정 장치를 이용하여 측정된 전력에 적어도 기초하여 상기 플라즈마에 전달되는 실제 전력을 결정하는 단계; 및
    상기 플라즈마에 전달되는 실제 전력에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 RF 에너지 소스로부터 상기 복수의 유도 결합 요소 중 적어도 하나에 제공된 에너지를 제어하는 단계
    를 포함하는,
    기판 처리 방법.
  30. 제20항에 있어서,
    상기 처리 챔버의 내부로 처리 가스가 들어오게 하는 단계는,
    상기 처리 챔버의 내부로 처리 가스를 운반하도록 구성된 복수의 공급 가스 도관을 통해 처리 가스가 들어오게 하여, 상기 복수의 공급 가스 도관 중 적어도 하나가 상기 유도 결합 요소에 인접하게 배치된 공급 홀을 통해 상기 처리 챔버의 내부로 가스를 제공하는 단계; 및
    상기 플라즈마 내에서 대전 종(charged species) 및 중성 종(neutral species)의 분포를 공간적으로 조정하도록 상기 복수의 공급 가스 도관 중 적어도 하나에서 처리 가스의 유량을 제어하는 단계
    를 포함하는,
    기판 처리 방법.
  31. 제20항에 있어서,
    상기 처리 장치는 상기 유도 결합 요소 및 상기 적어도 하나의 유전체 창 사이에 배치된 정전 실드를 더 포함하고, 상기 정전 실드는 상기 유도 결합 요소의 상기 코일 부분이 지나가는 방향에 수직인 방향으로 상기 적어도 하나의 유전체 창 상에 배치된 얇은 금속 스트립의 어레이를 포함하는,
    기판 처리 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 얇은 금속 스트립의 어레이는 적어도 하나의 전도성 루프에 의해 결합되며,
    상기 적어도 하나의 전도성 루프에 인가된 전압을 조정하여, 상기 처리 챔버의 내부에서 상기 플라즈마에 대한 용량 결합을 조정하는 단계를 포함하는,
    기판 처리 방법.
  33. 제20항에 있어서,
    상기 처리 챔버는 상기 유도 결합 요소 및 상기 적어도 하나의 유전체 창 사이에 배치된 정전 실드를 더 포함하고, 상기 정전 실드는 상기 유도 결합 요소의 상기 코일 부분이 지나가는 방향에 평행하게 지나가는 평평한 시트를 포함하며, 상기 평평한 시트는 적어도 하나의 불연속부를 포함하는,
    기판 처리 방법.
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Families Citing this family (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8501631B2 (en) * 2009-11-19 2013-08-06 Lam Research Corporation Plasma processing system control based on RF voltage
US9111729B2 (en) 2009-12-03 2015-08-18 Lam Research Corporation Small plasma chamber systems and methods
US9449793B2 (en) 2010-08-06 2016-09-20 Lam Research Corporation Systems, methods and apparatus for choked flow element extraction
US9967965B2 (en) 2010-08-06 2018-05-08 Lam Research Corporation Distributed, concentric multi-zone plasma source systems, methods and apparatus
JP5745812B2 (ja) * 2010-10-27 2015-07-08 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
WO2012082854A2 (en) * 2010-12-17 2012-06-21 Mattson Technology, Inc. Inductively coupled plasma source for plasma processing
JP5870568B2 (ja) * 2011-05-12 2016-03-01 東京エレクトロン株式会社 成膜装置、プラズマ処理装置、成膜方法及び記憶媒体
US8659229B2 (en) 2011-05-16 2014-02-25 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Plasma attenuation for uniformity control
US20130015053A1 (en) * 2011-07-12 2013-01-17 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Inductively coupled rf plasma source with magnetic confinement and faraday shielding
JP5644719B2 (ja) * 2011-08-24 2014-12-24 東京エレクトロン株式会社 成膜装置、基板処理装置及びプラズマ発生装置
JP5712874B2 (ja) * 2011-09-05 2015-05-07 東京エレクトロン株式会社 成膜装置、成膜方法及び記憶媒体
US10283325B2 (en) 2012-10-10 2019-05-07 Lam Research Corporation Distributed multi-zone plasma source systems, methods and apparatus
US8901820B2 (en) * 2012-01-31 2014-12-02 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Ribbon antenna for versatile operation and efficient RF power coupling
US9842725B2 (en) 2013-01-31 2017-12-12 Lam Research Corporation Using modeling to determine ion energy associated with a plasma system
US9114666B2 (en) 2012-02-22 2015-08-25 Lam Research Corporation Methods and apparatus for controlling plasma in a plasma processing system
US9197196B2 (en) 2012-02-22 2015-11-24 Lam Research Corporation State-based adjustment of power and frequency
US9462672B2 (en) 2012-02-22 2016-10-04 Lam Research Corporation Adjustment of power and frequency based on three or more states
US9320126B2 (en) 2012-12-17 2016-04-19 Lam Research Corporation Determining a value of a variable on an RF transmission model
US10157729B2 (en) 2012-02-22 2018-12-18 Lam Research Corporation Soft pulsing
US10128090B2 (en) 2012-02-22 2018-11-13 Lam Research Corporation RF impedance model based fault detection
JP5939147B2 (ja) 2012-12-14 2016-06-22 東京エレクトロン株式会社 成膜装置、基板処理装置及び成膜方法
EP2849204B1 (de) * 2013-09-12 2017-11-29 Meyer Burger (Germany) AG Plasmaerzeugungsvorrichtung
US9594105B2 (en) 2014-01-10 2017-03-14 Lam Research Corporation Cable power loss determination for virtual metrology
US10950421B2 (en) 2014-04-21 2021-03-16 Lam Research Corporation Using modeling for identifying a location of a fault in an RF transmission system for a plasma system
US10861679B2 (en) * 2014-09-08 2020-12-08 Tokyo Electron Limited Resonant structure for a plasma processing system
US10475625B2 (en) * 2015-08-06 2019-11-12 Ariel-University Research And Development Company Ltd. Plasma treatment of liquid surfaces
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
GB201603581D0 (en) 2016-03-01 2016-04-13 Spts Technologies Ltd Plasma processing apparatus
CN108271309B (zh) * 2016-12-30 2020-05-01 中微半导体设备(上海)股份有限公司 一种电感耦合等离子处理装置
KR101850895B1 (ko) * 2017-01-03 2018-04-20 한국표준과학연구원 플라즈마 발생 장치
WO2019108855A1 (en) * 2017-11-30 2019-06-06 Corning Incorporated Atmospheric pressure linear rf plasma source for surface modification and treatment
ES2950125T3 (es) 2017-12-28 2023-10-05 Jt Int Sa Conjunto de calentamiento por inducción para un dispositivo generador de vapor
US11393661B2 (en) * 2018-04-20 2022-07-19 Applied Materials, Inc. Remote modular high-frequency source
US11037765B2 (en) * 2018-07-03 2021-06-15 Tokyo Electron Limited Resonant structure for electron cyclotron resonant (ECR) plasma ionization
JP7080786B2 (ja) * 2018-09-28 2022-06-06 株式会社ダイヘン プラズマ発生装置
CN109458007B (zh) * 2018-11-29 2023-12-12 株洲合力电磁技术有限公司 一种一体化手术室
CN111261483B (zh) * 2018-11-30 2022-03-11 江苏鲁汶仪器有限公司 一种耦合窗加热装置及具有其的电感耦合等离子处理装置
CN111370281B (zh) * 2018-12-26 2023-04-28 中微半导体设备(上海)股份有限公司 等离子体刻蚀装置
TW202118354A (zh) * 2019-07-17 2021-05-01 美商得昇科技股份有限公司 利用可調式電漿電位的可變模式電漿室
US20210066054A1 (en) * 2019-08-28 2021-03-04 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Semiconductor processing apparatus for generating plasma
KR20220088474A (ko) * 2019-10-25 2022-06-27 램 리써치 코포레이션 멀티 스테이션 집적 회로 제조 챔버에서 rf (radio frequency) 전력 임밸런싱 (imbalancing)
KR20220106820A (ko) 2019-12-02 2022-07-29 램 리써치 코포레이션 Rf (radio-frequency) 보조된 플라즈마 생성시 임피던스 변환
GB2590613B (en) * 2019-12-16 2023-06-07 Dyson Technology Ltd Method and apparatus for use in generating plasma
US11994542B2 (en) 2020-03-27 2024-05-28 Lam Research Corporation RF signal parameter measurement in an integrated circuit fabrication chamber
US11499231B2 (en) * 2020-04-09 2022-11-15 Applied Materials, Inc. Lid stack for high frequency processing
CN113675063B (zh) * 2020-05-15 2024-03-12 中微半导体设备(上海)股份有限公司 一种等离子体处理装置及其导磁组件与方法
US12027426B2 (en) 2021-01-29 2024-07-02 Applied Materials, Inc. Image-based digital control of plasma processing
US12068134B2 (en) 2021-01-29 2024-08-20 Applied Materials, Inc. Digital control of plasma processing
JP7534235B2 (ja) * 2021-02-01 2024-08-14 東京エレクトロン株式会社 フィルタ回路及びプラズマ処理装置
TWI829156B (zh) * 2021-05-25 2024-01-11 大陸商北京屹唐半導體科技股份有限公司 電漿源陣列、電漿處理設備、電漿處理系統以及用於在電漿處理設備中加工工件的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08339897A (ja) * 1995-06-06 1996-12-24 Internatl Business Mach Corp <Ibm> 誘導プラズマ発生装置および容量結合を与える方法
JPH09115895A (ja) * 1995-08-17 1997-05-02 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置
JPH10256238A (ja) * 1997-03-17 1998-09-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd プラズマ処理方法及び装置
JP2003174015A (ja) * 2001-12-07 2003-06-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd プラズマエッチング装置、それを用いた半導体装置の製造方法およびそのモニター方法

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0850996A (ja) * 1994-08-05 1996-02-20 Aneruba Kk プラズマ処理装置
US5589737A (en) * 1994-12-06 1996-12-31 Lam Research Corporation Plasma processor for large workpieces
TW312815B (ko) * 1995-12-15 1997-08-11 Hitachi Ltd
JPH1083896A (ja) * 1996-09-06 1998-03-31 Hitachi Ltd プラズマ処理装置
JP2929275B2 (ja) * 1996-10-16 1999-08-03 株式会社アドテック 透磁コアを有する誘導結合型−平面状プラズマの発生装置
US6280563B1 (en) * 1997-12-31 2001-08-28 Lam Research Corporation Plasma device including a powered non-magnetic metal member between a plasma AC excitation source and the plasma
US6051073A (en) * 1998-02-11 2000-04-18 Silicon Genesis Corporation Perforated shield for plasma immersion ion implantation
JP4046207B2 (ja) * 1998-08-06 2008-02-13 株式会社エフオーアイ プラズマ処理装置
US6447637B1 (en) * 1999-07-12 2002-09-10 Applied Materials Inc. Process chamber having a voltage distribution electrode
ES2320501T3 (es) * 1999-09-29 2009-05-22 European Community Distribucion uniforme de gas en un dispositivo de tratamiento con plasma de zona grande.
US6322661B1 (en) * 1999-11-15 2001-11-27 Lam Research Corporation Method and apparatus for controlling the volume of a plasma
US6744213B2 (en) * 1999-11-15 2004-06-01 Lam Research Corporation Antenna for producing uniform process rates
US6447636B1 (en) * 2000-02-16 2002-09-10 Applied Materials, Inc. Plasma reactor with dynamic RF inductive and capacitive coupling control
US6592710B1 (en) * 2001-04-12 2003-07-15 Lam Research Corporation Apparatus for controlling the voltage applied to an electrostatic shield used in a plasma generator
US20030160024A1 (en) * 2002-02-27 2003-08-28 Tadayashi Kawaguchi Plasma processing method and apparatus
US7255774B2 (en) * 2002-09-26 2007-08-14 Tokyo Electron Limited Process apparatus and method for improving plasma production of an inductively coupled plasma
US20040163595A1 (en) * 2003-02-26 2004-08-26 Manabu Edamura Plasma processing apparatus
US7163602B2 (en) * 2003-03-07 2007-01-16 Ogle John S Apparatus for generating planar plasma using concentric coils and ferromagnetic cores
JP2007012734A (ja) * 2005-06-29 2007-01-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd プラズマエッチング装置及びプラズマエッチング方法
TWI435663B (zh) * 2006-05-22 2014-04-21 Gen Co Ltd 電漿反應器
US8920600B2 (en) * 2006-08-22 2014-12-30 Mattson Technology, Inc. Inductive plasma source with high coupling efficiency
KR100845285B1 (ko) * 2006-09-08 2008-07-09 삼성전자주식회사 플라즈마 생성장치 및 생성방법
KR20080028848A (ko) * 2008-03-08 2008-04-01 최대규 대면적 플라즈마 처리를 위한 유도 결합 플라즈마 반응기
US7994724B2 (en) * 2009-03-27 2011-08-09 Ecole Polytechnique Inductive plasma applicator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08339897A (ja) * 1995-06-06 1996-12-24 Internatl Business Mach Corp <Ibm> 誘導プラズマ発生装置および容量結合を与える方法
JPH09115895A (ja) * 1995-08-17 1997-05-02 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置
JPH10256238A (ja) * 1997-03-17 1998-09-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd プラズマ処理方法及び装置
JP2003174015A (ja) * 2001-12-07 2003-06-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd プラズマエッチング装置、それを用いた半導体装置の製造方法およびそのモニター方法

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