KR101422800B1 - 동적 조절가능한 플라즈마 소오스 동력 공급기를 갖춘 플라즈마 반응기 - Google Patents

동적 조절가능한 플라즈마 소오스 동력 공급기를 갖춘 플라즈마 반응기 Download PDF

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Abstract

피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응기는 천정을 포함하는 외피와 상기 천정에 일반적으로 수직한 대칭 수직 축선을 갖는 처리 챔버와, 상기 천정과 일반적으로 대향되게 상기 챔버의 내측에 놓이는 피가공재 지지 받침대와, 상기 챔버에 연결되는 처리 가스 분사 장치, 및 상기 챔버에 연결되는 진공 펌프를 포함한다. 상기 반응기는 반경방향 내측 공급기부와 반경방향 외측 공급기부 및 상기 내측 및 외측 공급기부들에 연결되는 RF 동력 장치를 가지며 상기 천정의 위에 놓이는 플라즈마 소오스 동력 공급기(applicator), 및 적어도 상기 외측 공급기부를 지지하며 상기 대칭 축선에 대해 수직인 반경방향 축선을 중심으로 적어도 상기 외측 공급기부를 기울일 수 있고 상기 대칭 축선을 중심으로 적어도 상기 외측 공급기부를 회전시킬 수 있는 기울임 장치를 더 포함한다. 상기 반응기는 상기 대칭 수직 축선을 따라 서로에 대해 상기 내측 및 외측 공급기부들의 위치를 변경시키는 엘리베이션(elevation) 장치를 더 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 상기 엘리베이션 장치는 대칭 수직 축선을 따라 상기 내측 공급기부를 상승 및 하강시키기 위한 리프트 작동기를 포함한다.

Description

동적 조절가능한 플라즈마 소오스 동력 공급기를 갖춘 플라즈마 반응기 {PLASMA REACTOR WITH A DYNAMICALLY ADJUSTABLE PLASMA SOURCE POWER APPLICATOR}
대형 피가공재 전반에 걸쳐서 나노미터-규모의 피쳐 사이즈들을 형성하기 위한 플라즈마 처리를 포함하는 반도체 디바이스의 제작에 있어서, 기본적인 문제점은 플라즈마의 균일화에 있다. 예를 들어, 피가공재는 300 mm 반도체 웨이퍼 또는 장방형 석영 마스크(예를 들어, 152.4 mm × 152.4 mm)일 수 있기 때문에, (예를 들어) 300 mm 직경의 웨이퍼의 전체 면적에 걸쳐 나노미터-사이즈 피쳐들에 대한 균일한 에칭률을 유지하는 것은 극히 어렵다. 그러한 어려움은 처리의 복잡성으로부터 적어도 일부 유발된다. 플라즈마 강화 에칭 처리는 통상적으로, 증착과 에칭의 동시 경합 처리들을 포함한다. 이들 처리들은 처리 가스 조성, 챔버 압력, (플라즈마 이온 밀도와 용해를 주로 결정하는) 플라즈마 소오스 동력 레벨, (피가공재 표면에 대한 이온 충돌 에너지를 주로 결정하는) 플라즈마 바이어스 동력 레벨, 피가공재의 표면 전반에 걸친 처리 가스 흐름 패턴과 웨이퍼 온도에 의해 영향을 받는다. 처리의 균일성 및 에칭률 분포에 영향을 끼치는 플라즈마 이온 밀도의 분포는 전도체 엘리먼트들의 분포, 챔버 전체에 걸친 리액턴스들(특히 접지에 대한 커패시턴스들)의 분포, 및 진공 펌프로의 가스 흐름의 균일성과 같은 반응 챔버의 RF 특성들에 의해 자체 영향을 받는다. 후자는 통상적으로 진공 펌프가 펌핑 환형대(annulus)의 바닥에 있는 하나의 특정 위치에 놓이기 때문에 특정 문제를 유발하는데, 상기 위치는 피가공재 또는 챔버의 어느 하나에 대해 비대칭이다. 모든 상기 엘리먼트들은 원통형의 대칭 챔버 및 피가공재에 대한 비대칭성들을 포함하기 때문에, 플라즈마 이온 분포 및/또는 에칭률 분포와 같은 중요 변수들이 상당히 비대칭화되는 경향이 있다.
그러한 비대칭성들에 의한 문제점은 피가공재의 표면 전반에 걸친 플라즈마 에칭률(또는 증착률)의 분포를 조절하기 위한 종래의 제어 특징들이 원통형 챔버 또는 피가공재 또는 피가공재 지지대에 대해 대칭인 조절들 또는 보정들을 행할 수 있다는 점이다. (그러한 종래의 특징들에 대한 예들로는 독립 구동되는 반경방향 내측 및 외측 소오스-동력 구동 코일들, 천정에 있는 독립 공급되는 반경방향 내측 및 외측 가스 분사 오리피스 어레이들 등을 포함한다.) 그러한 특징들은 (예를 들어) 통상적으로 플라즈마 이온 밀도의 불균일한 분포를 완전히 보정하거나 피가공재 전반에 걸친 에칭률의 불균일한 분포를 완전히 보정할 수 없다. 그 이유는 실제 적용에 있어서 그러한 불균일성들은 피가공재 또는 반응 챔버에 대해 비대칭이기(대칭이 아니기) 때문이다.
그러므로, 플라즈마 처리 변수들(예를 들어, 피가공재 전반에 걸친 에칭률의 분포, 또는 에칭의 미세 적재, 또는 플라즈마 이온 밀도 등)의 분포의 조절을 위한 종래 제어 특징들에 의해 실제 플라즈마 처리 환경들에서 직면하는 비대칭의 또는 대칭이 아닌 불균일성들의 유형을 보정할 수 있게 해야할 필요가 있다.
피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응기는, 천정을 포함하고 상기 천정에 일반적으로 수직한 대칭 수직 축선을 갖는 외피와, 상기 천정과 일반적으로 대향되게 챔버의 내측에 놓이는 피가공재 지지 받침대와, 상기 챔버에 연결되는 처리 가스 분사 장치, 및 상기 챔버에 연결되는 진공 펌프를 갖는 처리 챔버를 포함한다. 상기 반응기는 반경방향 내측 공급기부와 반경방향 외측 공급기부 및 상기 내측 및 외측 공급기부들에 연결되는 RF 동력 장치를 가지며 상기 천정의 위에 놓이는 플라즈마 소오스 동력 공급기(applicator), 및 적어도 상기 외측 공급기부를 지지하며 대칭 축선에 대해 수직인 반경방향 축선을 중심으로 적어도 상기 외측 공급기부를 기울일 수 있고 대칭 축선을 중심으로 적어도 상기 외측 공급기부를 회전시킬 수 있는 기울임 장치(tilt apparatus)를 더 포함한다. 상기 반응기는 내측 및 외측 공급기부들의 위치를 대칭 수직 축선을 따라 서로에 대해 변경시키기 위한 엘리베이션(elevation) 장치를 더 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 상기 엘리베이션 장치는 대칭 수직 축선을 따라 상기 내측 공급기부를 상승 및 하강시키기 위한 리프트 작동기를 포함한다.
도 1은 바람직한 제 1 실시예의 반응기를 도시하는 도면이며,
도 2a 및 도 2b는 도 1의 실시예에 있는 기울임 조절 메커니즘의 작동을 도시하는 도면이며,
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 도 1의 실시예의 연속 작동 단계들을 도시하는 도면이며,
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 도 3a, 도 3b 및 도 3c의 각각의 단계에서 얻은 피가공재의 표면 전반에 걸친 에칭률 분포를 도시하는 도면이며,
도 5는 바람직한 제 2 실시예의 반응기를 도시하는 도면이며,
도 6은 대안적 실시예에 따른 반응기를 도시하는 도면이며,
도 7은 본 발명의 제 1 방법을 도시하는 블록 흐름도이며,
도 8은 본 발명의 제 2 방법을 도시하는 블록 흐름도이다.
본 발명은 피가공재 표면의 전반에 걸친 (에칭률과 같은) 플라즈마 처리 변수의 공간적 분포가 (피가공재 또는 챔버에 대해) 비대칭 분포로부터 더 대칭적인 분포로 변환될 수 있다는 본 발명자들의 발견을 기초로 한다. 그러한 변환에 따라서, 분포(예를 들어, 에칭률 분포)는 피가공재에 대해 또는 챔버에 대해 대칭으로 작동하는 조절 특징들을 사용함으로써 균일한 (또는 거의 균일한) 분포로 용이하게 보정될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 피가공재 전반에 걸친 (예를 들어) 에칭률의 공간적 분포는 에칭률 분포가 챔버의 또는 피가공재의 원통형 대칭에 대해 대칭이 되는 각도로 오버헤드 플라즈마 소오스 동력 공급기를 피가공재에 대해 기울임으로써 비대칭 분포로부터 대칭 분포로 변환된다. 예를 들어, 비대칭 방식으로 초기에 분포된 에칭률은 피가공재 전반에 걸쳐서 중앙이 높거나 중앙이 낮은 에칭률 분포로 변환될 수 있다. 그 결과로 중앙이 높거나 중앙이 낮은 에칭률 분포는 그 다음에 오버헤드 소오스 동력 공급기의 내측부를 오버헤드 소오스 동력 공급기의 외측부에 대해 조절함으로써 완전 균일(또는 거의 균일)하게 된다. 바람직한 실시예에서, 소오스 동력 공급기는 (적어도) 반경방향 내측 대칭으로 감긴 전도체 코일 및 상기 내측 코일과 동심으로 반경방향 외측 대칭으로 감긴 전도체 코일로 구성되는 유도 결합 소오스 동력 공급기이다. 일 구현에서, 외측 코일에 대한 내측 코일의 조절은 피가공재에 대한 내측 및 외측 코일들의 상이한 높이들을 조절함으로써 수행된다.
도 1을 참조하면, 피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응기는 원통형 측벽(105), 천정(110) 및 바닥(115)에 의해 형성되는 진공 챔버(100)로 구성된다. 바닥(115) 위의 피가공재 지지 받침대(120)는 (예를 들어) 반도체 웨이퍼 또는 석영 마스크의 어느 하나인 피가공재(125)를 유지할 수 있다. 처리 가스 공급원(130)은 원하는 유량으로 처리 가스를 가스 분사 디바이스들(135)을 통해 챔버(100)의 내측으로 공급하며, 상기 가스 분사 디바이스들은 도시된 바와 같이 측벽(105)이나 천정(110)의 어느 하나에 제공될 수 있다. 펌핑 환형대(140)는 피가공재 지지 받침대(120)와 측벽(105) 사이에 형성되며, 가스가 드로틀 밸브(150)의 제어하에서 챔버(100)로부터 펌핑 환형대(140)를 거쳐 진공 펌프(145)에 의해 배기된다. 플라즈마 RF 소오스 동력은 천정(110) 위에 놓이는 RF 플라즈마 소오스 동력 공급기(160)에 의해 챔버(100)의 내측의 가스들로 연결된다. 도 1에 도시된 바람직한 실시예에서, 소오스 동력 공급기(160)는 각각의 임피던스 정합회로들(170,172)을 통해 각각의 RF 소오스 동력 발생기들(166,168)에 의해 구동되는, 내측 RF 코일 또는 나선형 전도체 권선(162) 및 외측 RF 코일 또는 나선형 전도체 권선(164)으로 구성된다. RF 플라즈마 바이어스 동력은 임피던스 정합회로(185)를 통해 RF 바이어스 동력 발생기(180)에 의해 인가되는 바이어스 동력으로, 피가공재 지지 받침대(120) 내측의 전극 또는 전도체 그리드(175)에 의해 플라즈마와 연결된다.
피가공재(125)의 표면 전반에 걸쳐서 플라즈마 처리의 불균일 분포를 조절하기 위해서, 외측 코일(164)은 어떤 선택된 반경방향 축선(즉, 챔버의 원통형 또는 수직한 대칭 축선(190)을 통해 그리고 이에 수직하게 연장하는 축선)을 중심으로 회전될(기울어질) 수 있다. 이러한 특징의 하나의 장점으로서, 본 발명자들은, 최적의 반경방향 축선을 중심으로 그리고 최적의 각도로 수행된다면, 외측 코일(164)의 그러한 회전(또는 "기울어짐")은 플라즈마 처리 변수(예를 들어, 에칭률)의 비대칭의 불균일한 공간적 분포를 대칭의 불균일한 분포(즉, 수직한 또는 원통형 대칭 축선(190)을 중심으로 대칭)로 변환할 것임을 발견하였다. 이러한 기울임 회전에 대한 "최적" 반경방향 축선 및 "최적" 각도는 다른 것들 중에도 특정 반응기 챔버의 개개의 특성들에 의존하며 생산된 피가공재의 처리 이전에 경험적으로, 예를 들어, 시도 및 에러 시험에 의해 결정된다.
일단 에칭률 분포가 이러한 방식으로 대칭화되면, 그의 불균일성들은 외측 코일(164)에 대한 내측 코일(162)의 영향을 조절함으로써 용이하게 보정된다. 바람직한 실시예에서, 이러한 조절은 코일들(162,164) 중 하나의 천정 위의 높이를 다른 하나에 대해 변경함으로써 수행될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 내측 코일(162)은 외측 코일(164)에 대해 (그리고 피가공재(125)와 전체 챔버(100)에 대해) 대칭인 원통형 축선(190)을 따라 병진운동할 수 있다. 예를 들어 에칭률 분포가 통상적인 비대칭 분포로부터 대칭인 중앙이 높은 분포로 변환되면, 피가공재(125)의 중심 위의 플라즈마 이온 밀도를 감소시키도록 수직 상방향으로(천정(110)으로부터 멀어지는) 내측 코일(162)을 병진운동시킴으로써 불균일성이 감소(또는 제거)된다. 역으로, 예를 들어 에칭률 분포가 통상적인 비대칭 분포로부터 대칭인 중앙이 낮은 분포로 변환되면, 피가공재(125)의 중심 위의 플라즈마 이온 밀도를 증가시키도록 수직 하방향(천정(110)쪽)으로 내측 코일(162)을 병진운동시킴으로써 이러한 불균일성이 감소(또는 제거)된다.
대안적 실시예에 있어서, 외측 코일에 대한 내측 코일(162)의 영향을 조절하는 것은 상이한 코일들(162,164)에 인가된 상대적인 RF 동력 레벨들을 조절함으로써 수행될 수 있다. 이는 내측 코일(162)의 수직 병진운동에 추가되거나 대체될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 외측 코일(164)의 기울임 회전은 도 2a 및 도 2b에 최상으로 도시된 한 쌍의 편심 링들(200), 즉 최상부 링(202)과 바닥 링(204)에 의한 극히 미세한 회전각들에 대한 매우 정밀한 제어로 수행된다. 외측 코일(164)은 최상부 링(202)에 의해 지지되고 (바람직하게) 최상부 링(202)에 의해 회전한다. 상부 및 하부 링들(202,204)은 수평에 대해 약간의 각도 "A"로 경사진 평면(206) 내에 분할된 단일 환형 링으로부터 형성된다고 생각될 수 있다. 두 개의 링들(202,204) 중에 하나가 원통형 축선(190)을 중심으로 다른 것에 대해 회전되므로, 최상부 링(202)의 최상부면은 도 2a의 초기 레벨 배향으로부터 도 2b의 최대 회전량으로 기울어진다. 이러한 목적을 위해, 두 개의 링들(202,204)은 각각의 최상부 및 바닥 회전 작동기들(210,215)에 의해 원통형 축선(190)을 중심으로 다른 하나와 독립적으로 회전된다. 링(202,204) 중 어느 하나가 축선(190)을 중심으로 어느 한 방향(시계 방향, 반시계 방향)으로 회전될 수 있는 반면에, 다른 하나의 링은 여전히 현 상태를 유지한다. 또는, 경사각(tilt angle)으로의 가장 빠른 변경을 위해 두 개의 링들이 반대 회전 방향들로 동시에 회전될 수 있다. 또한, 경사방향(tilt direction)의 배향을 조절하기 위해, 두 개의 링들(202,204)은 원하는 경사각이 설정되기 이전이나 이후에 작동기들(210,215)에 의해 일체로 동시에 회전될 수 있다. 따라서, 통상적인 시퀀스는 원하는 경사각에 도달할 때까지 반대 회전 방향들로 링들(202,204)을 회전시키고, 그 후 원하는 대로 경사방향이 배향될 때까지 링들(202,204)을 동일한 회전 방향으로 일체로 동시에(또는 비-동시에) 회전시킴으로써 경사각의 방위 방향(예를 들어, "북쪽", "남쪽", "동쪽" 또는 "서쪽" 또는 이들 사이의 임의의 방향)을 설정함으로써, 원하는 경사각을 설정하도록 될 수 있다.
도 1의 바람직한 실시예에서 단지 외측 코일(164)만이 최상부 링(202)과 연결되지만, 대안적 실시예에서는 내측 및 외측 코일들(162,164) 양측 모두가 기울임 작동기들(210,215)에 의해 기울어지도록 최상부 링(202)에 연결된다.
내측 코일(162)의 축방향(수직) 병진운동(상향 또는 하향)은 도 1에 도시된 스크류 구동 작동기(220)와 같은 기계식 작동기에 의해 수행된다. 스크류 구동 작동기(220)는 비-전도성 재료로 형성될 수 있으며 내측 코일(162)에 연결되는 나사형성된 암형(female) 라이더(222) 및 상기 라이더(222)와 나사 결합되는 회전가능한 나사형성된 스크류(223)로 구성될 수 있다. 스크류(223)는 수직의 병진운동 모터(224)에 의해 시계 방향 및/또는 반시계 방향으로 회전된다. 대안적으로, 작동기(220)는 코일(162) 위의 지지 구조물(도시되지 않음) 상에 장착될 수 있다.
대안적인(그러나, 바람직하진 않은) 실시예에서, 최상부 링(202)은 내측 및 외측 코일들(162,164) 양측 모두를 지지하여, 내측 및 외측 코일들(162,164)은 함께 동시에 기울어진다.
도 3a 내지 도 3c 및 도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 기본 처리를 도시한다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 초기에, 외측 코일(164)은 피가공재 지지대(120)의 그리고 천정(110)의 평면에 대해 필수적으로 같은 높이에 있다. 에칭률 분포는 도 4a에 도시한 바와 같이, 불균일성의 비대칭 패턴을 갖는 경향이 있다. 그 다음, 외측 코일(164)은 도 4a의 에칭률 불균일성들의 비대칭 패턴을 도 4b의 불균일성들의 대칭 분포로 변환시킬만큼 충분히 최적화된 특정 각도만큼 특정 반경방향 축선을 중심으로 기울어진다(도 3b). 그러한 축방향 대칭 분포(도 4b)는 (예를 들어) 중앙이 높거나 중앙이 낮은 에칭률 분포를 반영한다. 이러한 불균일성은, 도 3c에 나타낸 바와 같이, 수직 축선(190)을 따라 상향 또는 하향의 어느 하나로 내측 코일(162)을 병진운동시킴으로써 도 4c의 완전 균일한 분포를 생성하도록 감소 또는 제거된다. 바람직하게, 내측 코일(162)은 외측 코일(164)과 함께 기울어지지 않는다. 그러나, 코일들(162,164) 양측 모두가 함께 기울어진다면, 내측 코일(162)의 상향/하향 병진운동은 원통형 축선(190)에 대해 약간의 각도를 갖는 궤적을 따르게 될 수 있다.
최상부 및 바닥 링들(162,164)의 모든 가능한 회전들과 내측 코일(162)의 수직 병진운동의 모든 모드들 또는 조합들에 대한 탁월한 선택을 가능하게 하기 위해(즉, 외측 코일(164)의 원통형 축선을 중심으로한 기울임 및/또는 회전을 위해), 처리 제어기(250)는 각각의 회전 작동기들(210,215) 및 병진운동 작동기(220)뿐만 아니라 RF 발생기들(166,168,180)을 독립적으로 제어한다.
도 5는 외측 코일(164)이 (도 1에서처럼 최상부 링(202) 상에 놓여지기 보다는) 최상부 링(202)에 연결되는 지지대(255)의 바닥으로부터 현수되는 다른 대안적 실시예를 도시한다.
도 6은 내측 코일(162)과 외측 코일(164) 사이에 놓여지는 중간 코일(260)이 도입되는 다른 실시예를 도시하며, 중간 코일은 임피던스 정합회로(264)를 통해 RF 소오스 동력 발생기(262)에 의해 독립 구동된다. 이러한 실시예는 플라즈마 발생 영역의 RF 동력 밀도 분포에 있어서 상이한 최대값들과 최소값들을 설정하기 위해 세 개의 코일들(162,164,260) 각각이 상이한 RF 위상들(및 가능하게는 동일한 RF 주파수)로 구동되는 본 발명의 처리의 특정 단계들을 수행하는데 사용될 수 있다. 이는 차례로, 피가공재(125)의 표면 전반에 걸친 에칭률 분포에 있어서 상이한 패턴들로 반영된다. 예를 들어, 중간 코일(260)은 내측 및 외측 코일들(162,164)로부터 180도 이위상(out of phase)으로 구동될 수 있다.
이제, 도 1을 다시 참조하면, (적어도) 외측 코일(164)이 피가공재(125)에 대해 그리고 전체 챔버(100)에 대해 반경방향 축선을 중심으로 회전되는("기울어지는") 장치 및 방법들을 참조하여 바람직한 실시예가 설명되었지만, 역작동도 유사한 결과들을 달성하기 위해 수행될 수 있다. 특히, 피가공재(125)와 피가공재 지지대(120)는 외측 코일(164)을 기울이기 보다는(또는 추가하여) 소오스 동력 공급기(160)에 대해 (그리고 전체 챔버(100)에 대해) 기울어질 수 있다. 이러한 목적으로, 최상부 링(362)과 바닥 링(364)으로 구성되는 한 쌍의 (도 1의 링들(162,164)과 동일한) 동심의 편심 링들(360)이 웨이퍼 지지 받침대(120)를 지지하도록 받침대 아래에 제공되어서, 받침대(120)는 외측 코일(164)을 참조하여 전술한 방식으로 기울어질 수 있다. 각각의 최상부 및 바닥 작동기들(366,368)은 원통형 축선(190)을 중심으로한 최상부 및 바닥 링들(362,364)의 회전을 개별적으로 제어한다.
도 7은 본 발명의 제 1 방법을 나타내는 블록 흐름도이다. 제 1 단계(블록 400)는 비대칭 불균일 분포(도 4a)로부터 축방향 대칭 불균일 분포(도 4b)로 플라즈마 처리 변수(예를 들어, 에칭률)의 불균일 분포를 변환하기 위해 챔버(100)에 대해 또는 피가공재(125)에 대해 RF 소오스 동력 공급기(160)(또는 적어도 공급기의 외측부 또는 코일(164))를 기울이는 것이다. 제 2 단계(블록 402)는 처리 변수(예를 들어, 에칭률)의 축방향 대칭 불균일 분포(도 4b)를 균일 분포(도 4c)로 변환하기 위해 외측 RF 소오스 동력 공급기(예를 들어, 외측 코일(164))에 대해 또는 천정(110) 또는 피가공재(125)에 대해 내측 RF 소오스 동력 공급기(예를 들어, 내측 코일(162))를 수직으로 병진운동시키는 것이다.
도 8은 다수의 상이한 변형예들을 포함할 수 있는 본 발명의 다른 방법을 도시하는 블록 흐름도이다. 제 1 단계(블록 404)는 반경방향 축선을 중심으로 RF 소오스 동력 공급기(160)(또는 적어도 공급기의 외측 코일(164))를 회전시키는(기울이는) 것이다. 하나의 변형예에서, 이러한 단계는 초기, 즉 생산된 피가공재의 처리 이전에 수행된다(블록 404a). 이러한 단계는 챔버(100)의 기준(datum)면에 대해 소오스 동력 공급기(160)(또는 외측 코일(164))를 수평화하기 위해 수행될 수 있다(블록 404a-1). 또는, 이러한 단계는 본 명세서에서 전술한 바와 같이, 원통형 축선(190)을 중심으로 에칭률 분포를 대칭으로(또는 적어도 거의 그렇게) 하기 위해 수행될 수 있다(블록 404a-2). 또는, 이러한 단계는 피가공재(125)의 평면에 대해 상기 코일(164)의 면을 배향시키도록 수행될 수 있다(블록 404a-3). 다른 변형예에 있어서, 이러한 단계는 처리 중에 연속적으로 수행될 수 있다(블록 404b). 대안적으로, 이러한 단계는 비연속적으로 또는 산발적으로 수행될 수 있다(블록 404c).
대안적 실시예에 있어서, 블록 404 단계의 목적은 피가공재(125)의 평면에 대해 소오스 동력 공급기(160)(또는 적어도 공급기의 외측 코일(164))의 평면을 기울이고자 하는 것이며, 이 경우 코일(164)이 (도 1의 회전 작동기들(210,215)을 사용하여) 기울어지거나 또는 피가공재 지지대(120)가 (회전 작동기들(366,368)을 사용하여) 기울어지는 것 중 어느 하나이다. 또는, 다른 하나의 평면에 대한 하나의 평면의 원하는 상대적 배향이 달성될 때까지 외측 코일(164)과 피가공재 지지대(120) 양측 모두를 동시에 기울이는 것이 가능하다. 전술한 바와 같이, 최적 배향은 에칭률과 같은 플라즈마 변수의 피가공재(125) 전반에 걸친 분포가 대칭 수직 축선(190)에 대해 적어도 거의 대칭인 배향이다. 이는 플라즈마 처리 변수 분포가 적어도 거의 균일하게 되도록 플라즈마 분포의 대칭 조절을 가능하게 한다. 그러한 대칭 조절은 예를 들어, 내측 및 외측 코일들(162,164)의 상대 높이들에 있어서의 변경, 또는 두 개의 코일들에 인가된 상대적인 RF 동력 레벨들에 있어서의 변경, 또는 피가공재(125) 위에 놓이는 처리 영역의 내측 및 외측 부분들에 대한 각각의 처리 가스 유량들에 있어서의 변경일 수 있다. 그러한 조절들은 후술되는 단계들 중 몇몇에서 수행된다.
다음 단계는 내측 및/또는 외측 RF 소오스 동력 공급기들(162,164)의 수직 레벨들을 서로에 대해 또는 피가공재(125)에 대해 조절하는 것이다(블록 406). 이러한 단계는 본 명세서에서 전술한 바와 같이, 피가공재(125) 전반에 걸친 원통형 대칭 불균일 에칭률 분포를 균일한 (또는 거의 균일한) 분포로 변환시킬 목적으로 수행될 수 있다.
다음 단계는 처리 중에 수직 축선을 중심으로 RF 소오스 동력 공급기(160)(또는 적어도 공급기의 외측 코일 또는 부분(164))를 회전시키는 것이다(블록 408). 본 명세서에서 전술한 바와 같이, 그러한 단계는 두 개의 편심 링들(202,204)을 일체로 동시에 회전시킴으로써 수행될 수 있다. 이러한 단계는 처리 중에 연속적으로 수행될 수 있다(블록 408a). 대안적으로, 이러한 단계는 처리 중에 원하는 효과들에 따라 비연속적으로 또는 산발적으로 수행될 수 있다(블록 408b). 그러한 단계는 주어진 플라즈마 처리 단계 중에 다수의 회전들에 걸쳐 피가공재(125)의 표면 전반에 걸친 소오스 동력 공급기(160)의 불균일 효과들을 평균화할 수 있다. 소오스 동력 공급기(160)(또는 적어도 공급기의 외측부(164))의 회전은 기울임 작동 이전에, 작동 중에 또는 작동 이후에 수행될 수 있다. 그 차이는, 기울임은 최상부 및 바닥 링들(202,204)의 대칭 축선(190)을 중심으로 상대적인 회전 운동을 필요로 하는 반면에, 외측 공급기부(164)에 의한 대칭 축선을 중심으로한 순수 회전 운동은 두 개의 링들(202,204) 사이의 상대적인 운동 없이 두 개의 링들(202,204)의 일체적인 회전을 필요로 한다는 점이다. 이러한 두 개의 운동 모드들은 두 개의 유형들의 상대적인 링 운동들을 조합함으로써 동시에 수행될 수 있다. 외측 공급기부(164)가 이미 기울어져 있어 그의 대칭 축선이 수직 축선(190)과 일치하지 않더라도, (링들(202,204)이 일체로 회전할 때) 그의 회전 운동은 그럼에도 불구하고 수직 축선(190)을 중심으로 발생하는 것과 같이 본 명세서에 정의된다.
다음 단계(블록 410)는 플라즈마 처리 변수(예를 들어, 에칭률)의 반경방향 분포 또는 RF 소오스 동력 공급기(160)의 유효 면적을 제어하기 위해서 내측 및 외측 코일들(162,164)로 전달되는 RF 동력의 각각의 레벨들을 독립적으로 조절하는 것일 수 있다. 하나의 가능한 예로서, 이러한 단계는 피가공재 표면 전반에 걸친 대칭의 불균일 에칭률 분포를 보정하도록 수행될 수 있다. 그와 같이, 이러한 단계는 전술한 내측 코일(162)의 수직 병진운동에 대해 보완적(또는 대체적)일 수 있다.
다른 단계(블록 412)는 플라즈마 처리 변수(예를 들어, 에칭률)의 반경방향 분포를 제어하기 위해 상이한(내측/외측) 소오스 동력 공급기부들(예를 들어, 도 6의 다수의 동심 코일들(162,164,260)) 사이의 RF 위상차들을 조절하는 것일 수 있다. 상이한 RF 동력 분포들은 다수의 코일들 사이의 상이한 위상 관련성들로 달성될 수 있으며, 일부는 특정 예들에 있어서 어떤 원하는 처리 결과들에 최적일 수 있다.
선택적인 추가의 단계(도 8의 블록 414)에서, 처리 가스 공급원들(130,131)로부터 내측 및 외측 가스 입구들(130a,131a)(도 6에 도시)로의 처리 가스 유량들이 플라즈마 이온 밀도의 반경방향 분포를 조절하도록 서로에 대해 조절될 수 있다. (내측 및 외측 코일들(162,164)의 상대적인 축방향 위치들을 조절하는) 블록 406, (내측 및 외측 코일들(162,164)로 인가되는 상대적인 RF 동력 레벨들을 조절하는) 블록 410 및 (내측 및 외측 가스 입구들(131a,130a)로의 상대적인 가스 유량들을 조절하는) 블록 414의 조절들은 수직 축선(190)에 대해 모두 대칭이며(도 1), 에칭률 분포가 블록 404의 기울임 단계에 의해 대칭적인 것으로 변환되었다면 (예를 들어) 에칭률 분포를 균일하게 하는데 사용될 수 있다.
본 발명이 바람직한 실시예들을 특별히 참조하여 상세히 설명되었지만, 본 발명의 변형들 및 변경들이 본 발명의 진정한 사상과 범주로부터 이탈함이 없이 창안될 수 있다고 이해된다.

Claims (20)

  1. 피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응기로서,
    천장을 포함하고 상기 천장에 일반적으로 수직한 대칭 수직 축선을 가지는 외피, 상기 천장과 일반적으로 대향되게 처리 챔버의 내측에 놓이는 피가공재 지지 받침대, 상기 처리 챔버에 연결되는 처리 가스 분사 장치, 및 상기 처리 챔버에 연결되는 진공 펌프를 포함하는, 처리 챔버;
    반경방향 내측 공급기부와 반경방향 외측 공급기부 및 상기 내측 및 외측 공급기부들에 연결되는 RF 동력 장치를 포함하고 상기 천장의 위에 놓이는, 플라즈마 소오스 동력 공급기; 및
    적어도 상기 외측 공급기부를 지지하며 상기 대칭 수직 축선에 대해 수직인 반경방향 축선을 중심으로 적어도 상기 외측 공급기부를 기울일 수 있으며 상기 대칭 수직 축선을 중심으로 적어도 상기 외측 공급기부를 회전시킬 수 있는, 기울임 장치(tilt apparatus)를 포함하고,
    상기 기울임 장치는:
    상기 천장 위에 놓이며 경사면을 따라 서로로부터 분리되고, 최상부 링과 바닥 링을 포함하는 한 쌍의 링들로 분할되는 링; 및
    상기 최상부 링과 바닥 링 중의 하나 이상을 회전시키도록 결합되는 링 회전 작동기를 포함하는,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측 및 외측 공급기부들의 위치를 상기 대칭 수직 축선을 따라 서로에 대해 변경시키는 엘리베이션(elevation) 장치를 더 포함하는,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 엘리베이션 장치는 상기 대칭 수직 축선을 따라 상기 내측 공급기부를 상승 및 하강시키는 리프트 작동기를 포함하는,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 링 회전 작동기는 상기 대칭 수직 축선을 중심으로 상기 최상부 링을 회전시키는 제 1 링 회전 작동기, 및 상기 최상부 링의 회전과 무관하게 상기 대칭 수직 축선을 중심으로 상기 바닥 링을 회전시키는 제 2 링 회전 작동기를 포함하는,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 피가공재 지지 받침대는 상기 대칭 수직 축선에 대해 대칭이고, 상기 대칭 수직 축선에 대해 일반적으로 수직한 피가공재 지지 평면을 형성하고, 상기 천장은 상기 피가공재 지지 평면에 대해 일반적으로 평행한,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응기.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 대칭 수직 축선을 따라 상기 내측 공급기부를 상승 및 하강시키는 리프트 작동기; 및
    (a) 상기 리프트 작동기, (b) 상기 제 1 및 제 2 링 회전 작동기들, 및 (c) 상기 RF 동력 장치를 관리하는 제어 프로세서를 더 포함하는,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어 프로세서가, 상기 외측 공급기부를 선택된 반경방향 축선을 중심으로 기울이며 상기 외측 공급기부를 회전시켜 기울어진 방향을 배향하도록 프로그램가능한,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어 프로세서는 상기 내측 공급기부를 선택된 레벨로 상승 및 하강시키도록 프로그램가능한,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응기.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 RF 동력 장치는 상기 내측 및 외측 공급기부들의 중 하나에 각각 연결되는 독립 제어가능한 RF 동력 출력측들을 포함하며, 상기 제어 프로세서는 상기 내측 및 외측 공급기부들에 인가되는 RF 동력의 상대적인 양들을 변경시키도록 프로그램가능한,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응기.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어 프로세서는 상기 내측 공급기부의 수직 엘리베이션을 요구되는 양만큼 변경하도록 프로그램가능한,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응기.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 소오스 동력 공급기는 상기 내측 및 외측 공급기부들 사이에 중간 공급기부를 더 포함하며, 상기 RF 동력 장치는 상기 중간 공급기부에 연결되는 추가의 독립적인 RF 동력 출력측을 더 포함하는,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어 프로세서는 상기 내측, 중간 및 외측 공급기부들 중 다른 하나로 전달되는 RF 전압 또는 전류의 위상을 독립적으로 조절하도록 프로그램 가능한,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어 프로세서는 상기 내측, 중간 및 외측 공급기부들 중 다른 하나로 전달되는 RF 동력의 크기를 독립적으로 조절하도록 프로그램가능한,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응기.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 중간 공급기부는 상기 외측 공급기부와 함께 기울어지도록 회전하는 최상부 링에 결합(link)되는,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응기.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 소오스 동력 공급기는 유도성 결합된 소오스 동력 공급기이고, 상기 내측 및 외측 공급기부들은 상기 대칭 수직 축선을 중심으로 내측 및 외측 코일에 각각 감기는 내측 및 외측 전도체를 포함하는,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응기.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 외측 코일은 상기 최상부 링 위에서 지지되는(supported),
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응기.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 외측 코일은 상기 최상부 링 위에서 유지되는(suspended),
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응기.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 기울임 장치는 상기 내측 및 외측 공급기부들 양측 모두를 지지함으로써 상기 내측 및 외측 공급기부들 양측 모두가 상기 기울임 장치에 의해 함께 기울어질 수 있는,
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  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 피가공재 지지 받침대를 지지하며 상기 피가공재 지지 받침대를 반경방향 기울임 축선을 중심으로 회전시킬 수 있으며 상기 피가공재 지지 받침대를 상기 대칭 수직 축선을 중심으로 회전시킬 수 있는 제 2 기울임 장치를 더 포함하는,
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