KR101564550B1 - 동적 조절가능한 플라즈마 소스 전력 공급기를 갖춘 플라즈마 반응기 - Google Patents

동적 조절가능한 플라즈마 소스 전력 공급기를 갖춘 플라즈마 반응기 Download PDF

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Abstract

피가공재를 프로세싱하기 위한 플라즈마 반응기는 천정을 포함하는 인클로저를 갖고 상기 천정에 일반적으로 직각을 이루는 수직 대칭 축을 갖는 프로세스 챔버, 일반적으로 상기 천정과 대향하고 상기 챔버 내에 놓이는 피가공재 지지 받침대, 상기 챔버에 연결되는 프로세스 가스 분사 장치, 및 상기 챔버에 연결되는 진공 펌프를 포함한다. 상기 반응기는 상기 천정의 위에 놓이고 반경방향 내측 공급기부와 반경방향 외측 공급기부를 갖는 플라즈마 소스 전력 공급기들, 상기 내측 및 외측 공급기부들에 연결되는 RF 전력 장치, 및 적어도 상기 외측 공급기부를 지지하며 대칭 축에 대해 직각을 이루는 반경방향 축 주위에서 적어도 상기 외측 공급기부를 기울일 수 있고 상기 대칭 축 주위에서 적어도 상기 외측 공급기부를 회전시킬 수 있는 기울임 장치를 더 포함한다. 상기 반응기는 수직 대칭 축을 따라 서로에 대한 상기 내측 및 외측 공급기부들의 위치를 변경시키기 위한 상승(elevation) 장치를 더 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 상기 상승 장치는 수직 대칭 축을 따라 상기 내측 공급기부를 상승 및 하강시키기 위한 리프트 액츄에이터를 포함한다.

Description

동적 조절가능한 플라즈마 소스 전력 공급기를 갖춘 플라즈마 반응기 {PLASMA REACTOR WITH A DYNAMICALLY ADJUSTABLE PLASMA SOURCE POWER APPLICATOR}
본 발명은 동적 조절가능한 플라즈마 소스 전력 공급기를 갖춘 플라즈마 반응기에 관한 것이다.
대형 피가공재에 걸쳐 나노미터-규모의 피쳐 사이즈들을 형성하기 위한 플라즈마 프로세싱을 포함하는 반도체 디바이스의 제조에 있어서, 기본적인 문제점은 플라즈마 균일도에 있다. 예를 들어, 피가공재는 300 mm 반도체 웨이퍼 또는 장방형 석영 마스크(예를 들어, 152.4 mm × 152.4 mm)일 수 있고, 그로 인해서 (예를 들어) 300 mm 직경의 웨이퍼의 전체 면적에 걸쳐 나노미터-사이즈의 피쳐들에 대한 균일한 에칭률을 유지하는 것은 극히 어렵다. 그러한 어려움은 프로세스의 복잡도로부터 적어도 부분적으로 발생한다. 플라즈마-강화 에칭 프로세스는 통상적으로, 증착과 에칭의 동시적인 경합 프로세스들을 포함한다. 이들 프로세스들은 프로세스 가스 조성물, 챔버 압력, (플라즈마 이온 밀도와 해리를 주로 결정하는) 플라즈마 소스 전력 레벨, (피가공재 표면에서 이온 충돌 에너지를 주로 결정하는) 플라즈마 바이어스 전력 레벨, 웨이퍼 온도, 및 피가공재의 표면에 걸친 프로세스 가스 흐름 패턴에 의해 영향을 받는다. 프로세스 균일도 및 에칭률 분포에 영향을 끼치는 플라즈마 이온 밀도의 분포는 도전성 엘리먼트들의 분포, 챔버 전반에 걸친 리액턴스들(특히 접지에 대한 커패시턴스들)의 분포, 및 진공 펌프로의 가스 흐름의 균일도와 같은 반응기 챔버의 RF 특성들에 의해 자체 영향을 받는다. 후자는 통상적으로 진공 펌프가 펌핑 환형부의 하부에 있는 하나의 특정 위치에 위치되기 때문에 특정 난제를 제기하는데, 이러한 위치는 피가공재 또는 챔버 중 어느 하나에 대해 대칭이 아니다. 모든 이들 엘리먼트들은 피가공재 및 원통형의 대칭 챔버에 대한 비대칭들을 포함하고, 그로 인해서 플라즈마 이온 분포 및/또는 에칭률 분포와 같은 중요 파라미터들이 상당히 비대칭화되는 경향이 있다.
그러한 비대칭들에 관한 문제점은 피가공재의 표면에 걸친 플라즈마 에칭률(또는 증착률)의 분포를 조절하기 위한 종래의 제어 피쳐들이 원통형 챔버 또는 피가공재 또는 피가공재 지지대에 대해 대칭적인 조절들 또는 정정들을 행할 수 있다는 것이다. (그러한 종래의 특성들에 대한 예들은 독립적으로 구동되는 반경방향 내측 및 외측 소스-전력 구동 코일들, 천정에 있는 독립적으로 공급되는 반경방향 내측 및 외측 가스 분사 오리피스(orifice) 어레이들 등을 포함한다.) (예를 들어) 그러한 피쳐들은 통상적으로 플라즈마 이온 밀도의 불균일한 분포를 완전히 정정할 수 없거나 피가공재에 걸친 에칭률의 불균일한 분포를 정정할 수 없다. 그 이유는 실제 애플리케이션에 있어서 그러한 불균일도들이 피가공재 또는 반응기 챔버에 대해 비대칭(대칭이 아님)이기 때문이다.
그러므로, 플라즈마 프로세스 파라미터들의 분포(예를 들어, 에칭률, 또는 에칭 마이크로로딩, 또는 플라즈마 이온 밀도 등 중 어느 하나의 피가공재에 걸친 분포)를 조절하기 위한 종래의 제어 피쳐들이 실제 플라즈마 프로세스 환경들에서 직면되는 비대칭 또는 대칭적이지 않은 불균일도들의 유형을 정정할 수 있게 할 필요가 있다.
피가공재를 프로세싱하기 위한 플라즈마 반응기는, 천정을 포함하는 인클로져(enclosure)를 갖고 상기 천정에 일반적으로 직각을 이루는 수직 대칭 축을 갖는 프로세스 챔버, 상기 챔버 내에 놓이고 일반적으로 상기 천정과 대향하는 피가공재 지지 받침대, 상기 챔버에 연결되는 프로세스 가스 분사 장치, 및 상기 챔버에 연결되는 진공 펌프를 포함한다. 상기 반응기는 상기 천정의 위에 놓이고 반경방향 내측 공급기(applicator)부와 반경방향 외측 공급기부를 갖는 플라즈마 소스 전력 공급기, 상기 내측 및 외측 공급기부들에 연결되는 RF 전력 장치, 및 적어도 상기 외측 공급기부를 지지하며 대칭 축에 직각을 이루는 반경방향 축 주위에서 적어도 상기 외측 공급기부를 기울일 수 있고 대칭 축 주위에서 적어도 상기 외측 공급기부를 회전시킬 수 있는 기울임 장치를 더 포함한다. 상기 반응기는 수직 대칭 축을 따라 서로에 대해 내측 및 외측 공급기부들의 위치를 변경시키기 위한 상승(elevation) 장치를 더 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 상기 상승 장치는 수직 대칭 축을 따라 상기 내측 공급기부를 상승 및 하강시키기 위한 리프트 액츄에이터를 포함한다.
도 1은 바람직한 제 1 실시예의 반응기를 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 실시예에서 기울임 조절 메커니즘의 동작을 도시한다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 도 1의 실시예의 동작에서의 연속하는 단계들을 도시한다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 도 3a, 도 3b 및 도 3c의 각각의 단계들에서 획득된 피가공재의 표면에 걸친 에칭률 분포를 도시한다.
도 5는 바람직한 제 2 실시예의 반응기를 도시한다.
도 6은 대안적인 실시예에 따른 반응기를 도시한다.
도 7은 본 발명의 제 1 방법을 도시하는 블록 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 제 2 방법을 도시하는 블록 흐름도이다.
본 발명은 (에칭률과 같은) 플라즈마 프로세스 파라미터의 피가공재 표면에 걸친 공간적 분포가 (피가공재에 대해 또는 챔버에 대해) 비대칭 분포로부터 더 대칭적인 분포로 변환될 수 있다는 발명자들의 발견을 기초로 한다. 그러한 변환에 따라서, 분포(예를 들어, 에칭률 분포)는 피가공재에 대해 또는 챔버에 대해 대칭으로 동작하는 조절 피쳐들을 사용함으로써 균일한(또는 거의 균일한) 분포로 용이하게 정정될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 피가공재에 걸친 (예를 들어) 에칭률의 공간적 분포는 에칭률 분포가 챔버 또는 피가공재의 원통형 대칭에 대해 대칭이 되는 각도로 피가공재에 대해 오버헤드 플라즈마 소스 전력 공급기를 기울임으로써 비대칭 분포로부터 대칭 분포로 변환된다. 예를 들어, 대칭이 아닌 방식으로 초기에 분포되었던 에칭률은 피가공재에 걸쳐서 중앙이 높거나 중앙이 낮은 에칭률 분포로 변환될 수 있다. 그 후, 결과적인 중앙이 높거나 중앙이 낮은 에칭률 분포는 오버헤드 소스 전력 공급기의 외측부에 대해 오버헤드 소스 전력 공급기의 내측부를 조절함으로써 완전히 균일(또는 거의 균일)하게 된다. 바람직한 실시예에서, 소스 전력 공급기는 (적어도) 반경방향 내측으로 대칭으로 감긴 도전체 코일 및 상기 내측 코일과 동심으로 반경방향 외측으로 대칭으로 감긴 도전체 코일로 구성되는 유도적으로 결합된 소스 전력 공급기이다. 일 구현에서, 외측 코일에 대한 내측 코일의 조절은 피가공재에 대한 내측 및 외측 코일들의 상이한 높이들을 조절함으로써 수행된다.
도 1을 참조하면, 피가공재를 프로세싱하기 위한 플라즈마 반응기는 원통형 측벽(105), 천정(110) 및 바닥(115)에 의해 정의되는 진공 챔버(100)로 구성된다. 바닥(115) 위의 피가공재 지지 받침대(120)는 (예를 들어) 반도체 웨이퍼 또는 석영 마스크 중 어느 하나인 피가공재(125)를 유지할 수 있다. 프로세스 가스 공급원(130)은 원하는 유량으로 프로세스 가스를 가스 분사 디바이스들(135)을 통해 챔버(100) 내로 공급(furnish)하며, 상기 가스 분사 디바이스들은 도시된 바와 같이 측벽(105)이나 천정(110) 중 어느 하나에 제공될 수 있다. 펌핑 환형부(140)는 피가공재 지지 받침대(120)와 측벽(105) 사이에 정의되며, 가스는 스로틀 밸브(150)의 제어하에서 진공 펌프(145)에 의해 챔버(100)로부터 상기 펌핑 환형부(140)를 통해 배기된다. 플라즈마 RF 소스 전력은 천정(110) 위에 놓이는 RF 플라즈마 소스 전력 공급기(160)에 의해 챔버(100) 내의 가스들에 연결된다. 도 1에 도시된 바람직한 실시예에서, 소스 전력 공급기(160)는 각각의 임피던스 정합부들(170,172)을 통해 각각의 RF 소스 전력 발생기들(166,168)에 의해 구동되는, 내측 RF 코일 또는 나선형 도전체 권선(162) 및 외측 RF 코일 또는 나선형 도전체 권선(164)으로 구성된다. RF 플라즈마 바이어스 전력은 임피던스 정합부(185)를 통해 RF 바이어스 전력 발생기(180)에 의해 인가되는 바이어스 전력을 이용하여, 피가공재 지지 받침대(120) 내부의 전극 또는 도전성 그리드(175)에 의해 플라즈마에 연결된다.
피가공재(125)의 표면에 걸쳐서 플라즈마 프로세스 불균일도들의 분포를 조절하기 위해서, 외측 코일(164)은 임의의 선택된 반경방향 축(즉, 챔버의 원통형 또는 수직 대칭 축(190)을 관통하고 그것에 직각을 이루는 연장하는 축) 주위에서 회전될(기울어질) 수 있다. 이러한 특성의 하나의 장점으로서, 우리는 최적의 반경방향 축 주위에서 그리고 최적의 각도를 통해 수행된다면 외측 코일(164)의 그러한 회전(또는 "기울임")이 플라즈마 프로세스 파라미터(예를 들어, 에칭률)의 비대칭적인 불균일한 공간적 분포를 대칭적인 불균일한 분포(즉, 수직 또는 원통형 대칭 축(190)에 대해 대칭)로 변환할 것임을 발견했다. 이러한 기울임 회전에 대한 "최적" 반경방향 축 및 "최적" 각도는 다른 것들 중에도 특정 반응기 챔버의 개개의 특성들에 의존하며, 생산 피가공재의 프로세싱 이전에 실험적으로, 예를 들어, 시도 및 에러 테스팅에 의해 결정된다.
일단 에칭률 분포가 이러한 방식으로 대칭이 되면, 그의 불균일도들은 외측 코일(164)에 대한 내측 코일(162)의 효과를 조절함으로써 용이하게 정정된다. 바람직한 실시예에서, 이러한 조절은 코일들(162,164) 중 한 코일의 천정 위의 높이를 다른 코일에 대해 변경함으로써 행해질 수 있다. 이러한 목적을 위해, 내측 코일(162)은 외측 코일(164)에 대해 (및 피가공재(125)와 전체 챔버(100)에 대해) 원통형 대칭 축(190)을 따라 병진운동가능하다. 예를 들어, 에칭률 분포가 통상적인 비대칭 분포로부터 대칭적인 중앙이 높은 분포로 변환되면, 피가공재(125)의 중심 위의 플라즈마 이온 밀도를 감소시키도록 수직 상방향으로 (천정(110)으로부터 멀리) 내측 코일(162)을 병진운동시킴으로써 불균일도가 감소(또는 제거)된다. 이와 대조적으로, 예를 들어, 에칭률 분포가 통상적인 비대칭 분포로부터 대칭적인 중앙이 낮은 분포로 변환되면, 피가공재(125)의 중심 위의 플라즈마 이온 밀도를 증가시키도록 수직 하방향으로(천정(110)을 향해) 내측 코일(162)을 병진운동시킴으로써 이러한 불균일도가 감소(또는 제거)된다.
대안적인 실시예에서, 외측 코일에 대한 내측 코일(162)의 효과의 조절은 상이한 코일들(162,164)에 인가된 상대적인 RF 전력 레벨들을 조절함으로써 행해질 수 있다. 이는 내측 코일(162)의 수직 병진운동에 추가되거나 이를 대신할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 외측 코일(164)의 기울임 회전은 도 2a 및 도 2b에 최상으로 도시된 편심 링들(200)의 쌍, 즉, 상부 링(202)과 하부 링(204)에 의한 극히 작은 회전 각도들을 통한 매우 정밀한 제어로 수행된다. 외측 코일(164)은 상부 링(202)에 의해 지지되고 (바람직하게) 상부 링(202)과 회전한다. 상부 및 하부 링들(202,204)은 수평에 대해 임의의 각도 "A"로 경사진 평면(206)에서 분할된 단일 환형 링으로부터 형성된 것으로서 생각될 수 있다. 두 개의 링들(202,204) 중 하나의 링이 원통형 축(190) 주위에서 다른 링에 대해 회전될 때, 상부 링(202)의 상부 표면은 도 2a의 최초 레벨 배향으로부터 도 2b의 최대 회전으로 기울어진다. 이러한 목적을 위해, 두 개의 링들(202,204)은 각각의 상부 및 하부 회전 액츄에이터들(210,215)에 의해 원통형 축(190) 주위에서 서로 독립적으로 회전된다. 어느 하나의 링(202,204)이 축(190) 주위에서 어느 한 방향(시계 방향, 반시계 방향)으로 회전될 수 있는 반면에, 다른 링은 여전히 유지된다. 또는, 두 개의 링들이 기울임 각도에서의 가장 빠른 변경을 위해 정반대 회전 방향들로 동시에 회전될 수 있다. 또한, 기울임 방향의 배향을 조절하기 위해, 두 개의 링들(202,204)은 원하는 기울임 각도가 설정된 이전이나 이후 중 어느 하나에서 액츄에이터들(210,215)에 의해 일제히 동시에 회전될 수 있다. 따라서, 통상적인 시퀀스는 원하는 기울임 각도에 도달할 때까지 정반대 회전 방향들로 링들(202,204)을 회전시킴으로써 원하는 기울임 각도를 설정하기 위한 것일 수 있으며, 그 후 기울임 방향이 원하는 대로 배향될 때까지 동일한 회전 방향으로 링들(202,204)을 일제히 동시에(또는 비-동시에) 회전시킴으로써 기울임 각도의 방위각 방향(예를 들어, "북쪽", "남쪽", "동쪽", 또는 "서쪽" 또는 그들 사이의 임의의 방향)을 설정한다.
도 1의 바람직한 실시예에서 단지 외측 코일(164)만이 상부 링(202)에 연결되지만, 대안적인 실시예에서는 내측 및 외측 코일들(162,164) 양자가 기울임 액츄에이터들(210,215)에 의해 기울어지도록 상부 링(202)에 연결된다.
내측 코일(162)의 축방향(수직 방향) 병진운동(상향 또는 하향)은 도 1에 도시된 스크류-구동 액츄에이터(220)와 같은 기계식 액츄에이터에 의해 수행된다. 스크류-구동 액츄에이터(220)는 비도전성 재료로 형성될 수 있으며, 내측 코일(162)에 연결되는 나사식(threaded) 암형(female) 라이더(222) 및 상기 라이더(222)와 나사 결합되는 회전가능한 나사식 스크류(223)로 구성될 수 있다. 스크류(223)는 수직 병진운동 모터(224)에 의해 시계 방향 및/또는 반시계 방향으로 회전된다. 대안적으로, 액츄에이터(220)는 코일(162) 위에 놓여진 지지 구조물(도시않음) 상에 장착될 수 있다.
대안적인 (그러나, 바람직하진 않은) 실시예에서, 상부 링(202)은 내측 및 외측 코일들(162,164) 양자를 지지하고, 그로 인해서 내측 및 외측 코일들(162,164)이 함께 동시에 기울어진다.
도 3a 내지 도 3c 및 도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 기본 프로세스를 도시한다. 초기에, 외측 코일(164)은 도 3a에 도시된 바와 같이, 천정(110) 및 피가공재 지지대(120)의 평면에 대해 본질적으로 수평적이다. 에칭률 분포는 도 4a에 도시한 바와 같이, 불균일도의 비대칭 패턴을 갖는 경향이 있다. 그 후, 외측 코일(164)은 도 4a의 에칭률 불균일도들의 비대칭 패턴을 도 4b의 불균일도들의 대칭 분포로 변환시키기에 충분히 최적인 특정 각도만큼 특정 반경방향 축 주위에서 기울어진다(도 3b). 그러한 축방향 대칭 분포(도 4b)는 (예를 들어) 중앙이 높거나 중앙이 낮은 것 중 어느 하나인 에칭률 분포를 반영한다. 이러한 불균일도는 도 3c에 나타낸 바와 같이, 수직 축(190)을 따라 상향 또는 하향 중 어느 하나로 내측 코일(162)을 병진운동시킴으로써 도 4c의 완전히 균일한 분포를 생성하도록 감소 또는 제거된다. 바람직하게, 내측 코일(162)은 외측 코일(164)과 함께 기울어지지 않는다. 그러나, 양 코일들(162,164)이 함께 기울어진다면, 내측 코일(162)의 상향/하향 병진운동은 원통형 축(190)에 대해 약간의 각도가 있는 궤적을 따를 수 있다.
상부 및 하부 링들(162,164)의 모든 가능한 회전들(즉, 외측 코일(164)의 원통형 축 주위에서의 기울임 및/또는 회전을 위한) 및 내측 코일(162)의 수직 병진운동의 모든 모드들 또는 조합들의 다목적 선택을 가능하게 하기 위해, 프로세스 제어기(250)는 각각의 회전 액츄에이터들(210,215) 및 병진운동 액츄에이터(220)뿐만 아니라 RF 발생기들(166,168,180)을 독립적으로 제어한다.
도 5는 외측 코일(164)이 (도 1에서와 같이 상부 링(202) 상에 놓여지기보다는) 상부 링(202)에 연결되는 지지대(255)의 하부로부터 서스펜딩(suspend)되는 다른 대안적인 실시예를 도시한다.
도 6은 내측 및 외측 코일들(162,164) 사이에 놓여지는 중간 코일(260)이 도입되는 다른 실시예를 도시하며, 상기 중간 코일은 임피던스 정합부(264)를 통해 RF 소스 전력 발생기(262)에 의해 독립적으로 구동된다. 이러한 실시예는 플라즈마 발생 영역의 RF 전력 밀도 분포에 있어서 상이한 최대값과 최소값을 설정하기 위해 세 개의 코일들(162, 164, 260) 각각이 상이한 RF 위상들(및 가능한 동일한 RF 주파수)로 구동되는 본 발명의 프로세스의 특정 단계들을 수행하는데 사용될 수 있다. 이는 차례로, 피가공재(125)의 표면에 걸친 에칭률 분포에 있어서 상이한 패턴들로 반영된다. 예를 들어, 중간 코일(260)은 내측 및 외측 코일들(162,164)로부터 180도의 위상차로 구동될 수 있다.
도 1을 이제 참조하면, (적어도)외측 코일(164)이 피가공재(125)에 대해 및 전체 챔버(100)에 대해 반경방향 축 주위에서 회전("기울어짐")되는 장치 및 방법들을 참조하여 바람직한 실시예들이 설명되었지만, 반대 동작이 유사한 결과들을 달성하기 위해 수행될 수 있다. 특히, 피가공재(125)와 피가공재 지지대(120)는 외측 코일(164)을 기울이기보다는(또는 그에 추가하여) 소스 전력 공급기(160)에 대해(및 전체 챔버(100)에 대해) 기울어질 수 있다. 이러한 목적을 위해, 상부 링(362)과 하부 링(364)으로 구성되는 (도 1의 링들(162,164)과 동일한) 한 쌍의 동심의 편심 링들(360)이 웨이퍼 지지 받침대(120) 아래에 제공되어 그 받침대를 지지하고, 그로 인해서 받침대(120)는 외측 코일(164)을 참조하여 전술한 방식으로 기울어질 수 있다. 각각의 상부 및 하부 액츄에이터들(366,368)은 원통형 축(190) 주위에서의 상부 및 하부 링들(362,364)의 회전을 별도로 제어한다.
도 7은 본 발명의 제 1 방법을 도시한 블록 흐름도이다. 제 1 단계(블록 400)는 비대칭 불균일 분포(도 4a)로부터 축방향 대칭 불균일 분포(도 4b)로 플라즈마 프로세스 파라미터(예를 들어, 에칭률)의 불균일 분포를 변환시키기 위해 챔버(100)에 대해 또는 피가공재(125)에 대해 RF 소스 전력 공급기(160)(또는 적어도 그의 외측 부분 또는 코일(164))를 기울이는 것이다. 제 2 단계(블록 402)는 프로세스 파라미터(예를 들어, 에칭률)의 축방향 대칭 불균일 분포(도 4b)를 균일 분포(도 4c)로 변환시키기 위해 외측 RF 소스 전력 공급기(예를 들어, 외측 코일(164))에 대해 또는 천정(110) 또는 피가공재(125)에 대해 내측 RF 소스 전력 공급기(예를 들어, 내측 코일(162))를 수직으로 병진운동시키는 것이다.
도 8은 다수의 상이한 버전들을 포괄할 수 있는 본 발명의 다른 방법을 도시하는 블록 흐름도이다. 제 1 단계(블록 404)는 반경방향 축 주위에서 RF 소스 전력 공급기(160)(또는 적어도 그의 외측 코일(164))를 회전(기울임)시키는 것이다. 하나의 버전에서, 이러한 단계는 초기, 즉, 생산 피가공재의 프로세싱(블록 404a) 이전에 수행된다. 이러한 단계는 챔버(100)의 기준면에 대해 소스 전력 공급기(160)(또는 외측 코일(164))를 수평(level)하게 하기 위해 수행될 수 있다(블록 404a-1). 또는, 이러한 단계는 본 명세서에서 전술한 바와 같이, 원통형 축(190) 주위에서 에칭률 분포를 대칭으로(또는 적어도 거의 그렇게) 하기 위해 수행될 수 있다(블록 404a-2). 또는, 이러한 단계는 피가공재(125)의 평면에 대해 코일(164)의 평면을 배향시키도록 수행될 수 있다(블록 404a-3). 다른 버전에 있어서, 이러한 단계는 프로세싱 동안 연속으로 수행될 수 있다(블록 404b). 대안적으로, 이러한 단계는 불연속 또는 산발적으로 수행될 수 있다(블록 404c).
대안적인 실시예에 있어서, 블록 404의 단계의 목적은 피가공재(125)의 평면에 대해 소스 전력 공급기(160)(또는 적어도 그의 외측 코일(164))의 평면을 기울이는 것이며, 이 경우 코일(164)이 (도 1의 회전 액츄에이터들(210,215)을 사용하여) 기울어지거나 또는 피가공재 지지대(120)가 (회전 액츄에이터들(366,368)을 사용하여) 기울어지지는 것 중 어느 하나가 이루어진다. 또는, 외측 코일(164)과 피가공재 지지대(120) 양자를, 다른 하나의 평면에 대한 하나의 평면의 원하는 상대적인 배향이 달성될 때까지, 동시에 기울이는 것이 가능하다. 전술한 바와 같이, 최적의 배향은 에칭률과 같은 플라즈마 파라미터의 피가공제(125)에 걸친 분포가 수직 대칭 축(190)에 대해 적어도 거의 대칭인 배향이다. 이는 플라즈마 분포의 대칭 조절이 플라즈마 프로세스 파라미터 분포를 적어도 거의 균일하게 하도록 할 수 있다. 그러한 대칭 조절은 내측 및 외측 코일들(162,164)의 상대적인 높이들에서의 변경, 또는 예를 들어, 두 개의 코일들에 인가된 상대적인 RF 전력 레벨들에서의 변경, 또는 피가공재(125) 위에 놓이는 프로세스 영역의 내측 및 외측 부분들에 대한 각각의 프로세스 가스 유량들에서의 변경일 수 있다. 그러한 조절들은 후술하는 단계들 중 몇몇에서 수행된다.
다음 단계는 서로에 대해 또는 피가공재(125)에 대해 내측 및/또는 외측 RF 소스 전력 공급기들(162, 164)의 수직 레벨들을 조절하는 것이다(블록 406). 이러한 단계는 본 명세서에서 전술한 바와 같이, 피가공재(125)에 걸친 원통형 대칭적인 불균일 에칭률 분포를 균일한 분포(또는 거의 균일한 분포)로 변환시키는 목적을 위해 수행될 수 있다.
다음 단계는 프로세싱 동안 수직 축 주위에서 RF 소스 전력 공급기(160)(또는 적어도 그의 외측 코일 또는 부분(164))을 회전시키는 것이다(블록 408). 본 명세서에서 전술한 바와 같이, 그러한 단계는 두 개의 편심 링들(202,204)을 일제히 동시에 회전시킴으로써 수행될 수 있다. 이러한 단계는 프로세싱 동안 연속적으로 수행될 수 있다(블록 408a). 대안적으로, 이러한 단계는 프로세싱 동안에 원하는 효과들에 따라 불연속적으로 또는 산발적으로 수행될 수 있다(블록 408b). 그러한 단계는 주어진 플라즈마 프로세스 단계 동안 다수의 회전들에 걸쳐 피가공재(125)의 표면에 걸친 소스 전력 공급기(160)의 불균일 효과들을 평균화할 수 있다. 소스 전력 공급기(160)(또는 적어도 그의 외측 부분(164))의 회전은 기울임 동작 이전에, 그 동안에 또는 그 이후에 수행될 수 있다. 그 차이는, 기울임이 상부 및 하부 링들(202,204)의 대칭 축(190) 주위에서의 상대적인 회전 운동을 필요로 하는 반면에, 외측 공급기부(164)에 의한 대칭 축 주위에서의 순수 회전 운동은 두 개의 링들(202,204) 사이의 어떤 상대적인 운동 없이 두 개의 링들(202,204)을 일제히 회전하는 것을 필요로 한다는 것이다. 이러한 두 개의 운동 모드들은 2개의 타입들의 상대적인 링 운동들을 조합함으로써 동시에 수행될 수 있다. 외측 공급기부(164)가 이미 기울어져 있고, 그로 인해서 그의 대칭 축이 수직 축(190)과 일치하지 않을 수 있지만, (링들(202,204)이 일제히 회전할 때) 그의 회전 운동은 그럼에도 불구하고 수직 축(190) 주위에서 발생하는 것으로서 본 명세서에 정의된다.
다음 단계(블록 410)는 플라즈마 프로세싱 파라미터(예를 들어, 에칭률)의 반경방향 분포 또는 RF 소스 전력 공급기(160)의 유효 면적을 제어하기 위해서 내측 및 외측 코일들(162,164)로 전달되는 RF 전력의 각각의 레벨들을 독립적으로 조절하는 것일 수 있다. 하나의 가능한 예로서, 이러한 단계는 피가공재 표면에 걸친 대칭적인 불균일 에칭률 분포를 정정하도록 수행될 수 있다. 이로써, 이러한 단계는 전술된 내측 코일(162)의 수직 병진운동을 보완(또는 대신)할 수 있다.
다른 단계(블록 412)는 플라즈마 프로세싱 파라미터(예를 들어, 에칭률)의 반경방향 분포를 제어하기 위해 상이한(내측/외측) 소스 전력 공급기부들(예를 들어, 도 6의 다수의 동심 코일들(162,164,260)) 사이의 RF 위상차들을 조절하는 것일 수 있다. 상이한 RF 전력 분포들은 다수의 코일들 사이의 상이한 위상 관계들을 이용하여 달성될 수 있으며, 일부는 특정 예시들에서 특정한 원하는 프로세싱 효과들을 위해 최적일 수 있다.
선택적인 추가 단계(도 8의 블록 414)에서, 프로세스 가스 공급원들(130,131)로부터 내측 및 외측 가스 유입구들(130a,131a)(도 6에 도시됨)로의 프로세스 가스 유량들이 플라즈마 이온 밀도 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)에 인가되는 상대적인 RF 전력 레벨들을 조절하는) 블록 410 및 (내측 및 외측 가스 유입구들(131a, 130a)로의 상대적인 가스 유량들을 조절하는) 블록 414의 조절들은 수직 축(190)에 대해 모두 대칭이며(도 1), 에칭률 분포가 블록 404의 기울임 단계에 의해 대칭 분포로 변환되었다면 (예를 들어) 에칭률 분포를 균일하게 하는데 사용될 수 있다.
본 발명이 바람직한 실시예에 대한 특정한 참조에 의해 상세히 설명되었지만, 본 발명의 변형들 및 변경들이 본 발명의 진정한 사상과 범위로부터 벗어나지 않고 행해질 수 있음이 이해된다.

Claims (20)

  1. 피가공재를 프로세싱하기 위한 플라즈마 반응기로서,
    천정을 포함하고 상기 천정에 일반적으로 직각을 이루는 대칭 축을 갖는 인클로져(enclosure)를 포함하는 프로세스 챔버, 상기 챔버 내에 놓이고 일반적으로 상기 천정과 대향하는(face) 피가공재 지지 받침대, 상기 챔버에 연결되는 프로세스 가스 분사 장치, 그리고 상기 챔버에 연결되는 진공 펌프;
    상기 천정의 위에 놓이고 반경방향 내측 공급기(applicator)부와 반경방향 외측 공급기부를 포함하는 플라즈마 소스 전력 공급기, 상기 내측 및 외측 공급기부들에 연결되는 RF 전력 장치; 그리고
    적어도 상기 외측 공급기부를 지지하며 상기 대칭 축에 직각을 이루는 반경방향 축 주위에서 적어도 상기 외측 공급기부를 기울일 수 있는 기울임 장치;를 포함하고,
    상기 기울임 장치는
    상기 천정의 위에 놓인 링으로서, 경사진 평면을 따라 서로로부터 분리되며 상부 링 및 하부 링을 포함하는, 한 쌍의 링들로 분할되는 링; 그리고
    적어도 상기 외측 공급기부를 기울이도록 상기 상부 링 및 상기 하부 링 중 적어도 하나를 회전시키기 위해 연결된 링 회전 액츄에이터;를 포함하는
    피가공재를 프로세싱하기 위한 플라즈마 반응기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 링 회전 액츄에이터는 상기 대칭 축을 중심으로 상기 상부 링을 회전시키기 위한 제 1 링 회전 액츄에이터를 포함하는
    피가공재를 프로세싱하기 위한 플라즈마 반응기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 링 회전 액츄에이터는 상기 상부 링의 회전과 별개로 상기 대칭 축을 중심으로 상기 하부 링을 회전시키기 위한 제 2 링 회전 액츄에이터를 더 포함하는
    피가공재를 프로세싱하기 위한 플라즈마 반응기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 RF 전력 장치는 상기 내측 및 외측 공급기부들의 각자의 하나(respective ones)에 연결된 독립적 제어가능한 RF 전력 출력들을 포함하는
    피가공재를 프로세싱하기 위한 플라즈마 반응기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응기는 제어 프로세서를 더 포함하고,
    상기 제어 프로세서는 상기 내측 및 외측 공급기부들에 인가된 RF 전력의 상대적인 크기들을 변화시키도록 프로그래밍 가능한
    피가공재를 프로세싱하기 위한 플라즈마 반응기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 링 회전 액츄에이터는 상기 상부 링 및 하부 링 중에서 하나의 링을 상기 상부 링 및 하부 링 중에서 다른 하나의 링에 대하여 회전시키도록 조정되는,
    피가공재를 프로세싱하기 위한 플라즈마 반응기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측 공급기부 및 외측 공급기부의 서로에 대한 상대적인 위치를 상기 대칭 축을 따라 변경시키기 위한 상승 장치를 더 포함하는,
    피가공재를 프로세싱하기 위한 플라즈마 반응기.
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