KR102167868B1 - 플라즈마 균일성의 방사상 및 방위각 제어를 위한 시스템들 및 방법들 - Google Patents
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Abstract
시스템은 프로세스 챔버, 도파로 공동을 한정하는 하우징, 및 하우징 내의 제1 전도성 플레이트를 포함한다. 제1 전도성 플레이트는 프로세스 챔버와 대면한다. 시스템은 또한, 제1 전도성 플레이트의 적어도 위치를 조정할 수 있는 하나 이상의 조정 디바이스, 및 도파로 공동과 프로세스 챔버 사이에 하우징과 결합된 제2 전도성 플레이트를 포함한다. 전자기 방사선은 제2 전도성 플레이트의 애퍼쳐들을 통해 도파로 공동으로부터 프로세스 챔버 내로 전파될 수 있다. 시스템은 또한, 프로세스 챔버를 도파로 공동으로부터 밀봉하는 유전체 플레이트, 및 전자기 방사선을 도파로 공동 내로 송신하는 하나 이상의 전자장치 세트를 포함한다. 적어도 하나의 프로세스 가스가 챔버 내에 있고 전자기 방사선이 도파로 공동으로부터 프로세스 챔버 내로 전파될 때 플라즈마가 형성된다.
Description
본 개시내용은 전자기 방사선의 분야이다. 더 구체적으로, 프로세스 챔버의 플라즈마의 방사상 및/또는 방위각 제어를 제공하기 위해 도파로들 및 연관된 제어 시스템들을 활용하는 실시예들이 개시된다.
반도체 처리는 종종, 반도체 웨이퍼들 자체, 또는 다른 처리 관련 물질들(예를 들어, 포토레지스트)과의 상호작용을 위해 이온화되고/거나 에너지적으로 여기된 종들을 생성하기 위해 플라즈마들을 생성한다. 플라즈마를 생성하고/거나 유지하기 위해, 하나 이상의 무선 주파수(RF) 및/또는 마이크로파 생성기들이 전형적으로, 진동하는 전기장 및/또는 자기장을 생성하는 데에 활용된다. 동일한 필드들, 및/또는 DC 필드들이 또한, 이온화되고/거나 에너지적으로 여기된 종들을 처리되고 있는 반도체 웨이퍼(들)로 지향시키는 데에 활용될 수 있다. 필드들은, 플라즈마가 생성되는 챔버 내에 다양한 방식들로 생성되고/거나 결합될 수 있다. RF 생성기로부터의 전력이, RF 생성기로의 전력의 상당한 재반사 없이 플라즈마에 전달되도록, 다양한 알려진 방법들이 전원(RF 생성기)의 임피던스를 부하(플라즈마)에 정합하는 데에 종종 활용된다. 이는 에너지 효율의 이유들뿐만 아니라 RF 생성기의 전기 구성요소들을 손상으로부터 보호하기 위한 것이다. 특히, 마이크로파 에너지가 활용될 때, 반사된 전력은 보통, 열로서 소산되는 의사 부하로 지향되는데, 이는 반드시 제거되어야 한다. 따라서, 반사된 전력은 2배의 에너지 낭비: 전력을 생성하는 데에 활용되는 에너지, 및 폐열을 제거하는 데에 활용되는 에너지를 초래한다.
실시예에서, 시스템은 프로세스 챔버, 도파로 공동을 한정하는 하우징, 및 하우징 내의 제1 전도성 플레이트를 포함한다. 제1 전도성 플레이트는 도파로 공동에 걸쳐 프로세스 챔버와 대면한다. 시스템은 또한, 제1 전도성 플레이트의 적어도 위치를 조정할 수 있는 하나 이상의 조정 디바이스, 및 도파로 공동과 프로세스 챔버 사이에 하우징과 결합된 제2 전도성 플레이트를 포함한다. 전자기 방사선은 제2 전도성 플레이트의 애퍼쳐들을 통해 도파로 공동으로부터 프로세스 챔버 내로 전파될 수 있다. 시스템은 또한, 프로세스 챔버가 배기될 때 도파로 공동이 배기되지 않도록 프로세스 챔버를 도파로 공동으로부터 밀봉하는 유전체 플레이트를 포함한다. 시스템은, 전자기 방사선을 도파로 공동 내로 송신하는 하나 이상의 전자장치 세트를 더 포함한다. 적어도 하나의 프로세스 가스가 챔버 내에 있고, 전자기 방사선이 도파로 공동으로부터 프로세스 챔버 내로 전파될 때 플라즈마가 형성된다.
실시예에서, 플라즈마 처리 시스템은, 배기되도록 작동가능한 프로세스 챔버, 하나 이상의 프로세스 가스를 프로세스 챔버 내에 도입하기 위한 하나 이상의 프로세스 가스 공급부, 도파로 공동을 한정하는 하우징, 및 전자기 방사선을 도파로 공동 내로 송신할 수 있는 하나 이상의 전자장치 세트를 포함한다. 하나 이상의 전자장치 세트 각각은, 전자장치 세트의 구동 임피던스를, 도파로 공동에 의해 전자기 방사선에 제공되는 임피던스에 정합한다. 제1 전도성 플레이트는 하우징 내에 그리고 프로세스 챔버로부터 도파로 공동의 원위 측 상에 있다. 적어도 3개의 조정 디바이스들이 제1 전도성 플레이트 및 하우징과 결합된다. 조정 디바이스들은 위치들의 범위 내에서 제1 전도성 플레이트의 적어도 위치를, 그리고 하우징에 대한 제1 전도성 플레이트의 경사를 조정할 수 있다. 제2 전도성 플레이트는 하우징과 결합되고, 도파로 공동과 프로세스 챔버 사이에 개재된다. 제2 전도성 플레이트는, 도파로 공동 내의 전자기 방사선이 애퍼쳐들을 통해 프로세스 챔버 내로 전파되는 것을 허용하기 위해, 플레이트에 복수의 애퍼쳐들을 형성한다. 유전체 플레이트는 프로세스 챔버가 배기될 때 도파로 공동이 배기되지 않도록 프로세스 챔버를 도파로 공동으로부터 밀봉한다. 제1 전도성 플레이트가 위치들의 범위 내에서 고유모드 위치로 조정될 때 도파로 공동은 제1 및 제2 전도성 플레이트들 간의 고유모드를 지지할 수 있고, 하나 이상의 전자장치 세트는 전자기 방사선을 도파로 공동 내로 송신한다. 프로세스 가스들 중 적어도 하나가 챔버 내에 있고, 전자기 방사선이 도파로 공동으로부터 프로세스 챔버 내로 전파될 때 플라즈마가 형성된다.
실시예에서, 작업물을 처리하기 위해 플라즈마를 생성하기 위한 방법은 하나 이상의 프로세스 가스를 프로세스 챔버 내에 도입하는 단계를 포함한다. 프로세스 챔버는, 프로세스 챔버의 배기에 대응하는 압력 차이를 지지할 수 있는 유전체 플레이트에 의해 적어도 부분적으로 밀봉된다. 방법은 또한, 전자기 방사선을, 프로세스 챔버에 인접하여 배치된 도파로 공동 내로 전파하는 단계를 포함한다. 도파로 공동은, 프로세스 챔버와 대면하고 프로세스 챔버로부터 도파로 공동에 걸친 제1 전도성 플레이트, 및 도파로 공동과 유전체 플레이트 사이의 제2 전도성 플레이트에 의해 적어도 부분적으로 경계가 정해진다. 제2 전도성 플레이트는, 전자기 방사선이 제2 전도성 플레이트를 통해, 유전체 플레이트를 통해 챔버 내로 전파되는 것을 허용하는 애퍼쳐들을 형성한다. 방법은, 프로세스 가스들로부터 플라즈마를 점화하는 단계, 및 제2 전도성 플레이트의 애퍼쳐들을 통해 프로세스 챔버 내로 전파된 전자기 방사선에 의해 공급된 전력으로 플라즈마를 유지하는 단계를 더 포함한다.
실시예에서, 프로세스 챔버의 플라즈마에 전력을 공급하기 위해 전자기 방사선을 제공하기 위한 방법은, 하나 이상의 프로세스 가스를 프로세스 챔버 내에 도입하는 단계, 및 적어도 2개의 위치들(P 및 Q)로부터, 프로세스 챔버에 인접하여 배치된 도파로 공동 내로 전자기 방사선을 전파하는 단계를 포함한다. 도파로 공동은, 도파로 공동을 배기하지 않고 프로세스 챔버가 배기될 수 있고, 도파로 공동 내의 전자기 방사선이 프로세스 챔버 내로 여전히 전파될 수 있도록 프로세스 챔버로부터 분리된다. 위치들(P 및 Q)은 도파로 공동의 둘레 주위에 각각의 각도들(θp 및 θq)로 배치된다. 전자기 방사선은 도파로 공동 내에 회전 주파수(Ω)와 마이크로파 주파수(ω)로 제공된다. 방법은, 프로세스 가스들로부터 플라즈마를 점화하는 단계, 및 도파로 공동으로부터 프로세스 챔버 내로 전파된 전자기 방사선에 의해 공급된 전력으로 플라즈마를 유지하는 단계를 더 포함한다.
실시예에서, 플라즈마를 생성하는 시스템은 배기될 수 있는 프로세스 챔버, 및 프로세스 챔버에 인접하여 배치된 도파로 공동을 포함한다. 도파로 공동은, 도파로 공동 내의 전자기 방사선이 프로세스 챔버 내로 전파되는 것을 차단하지 않고 프로세스 챔버로부터 분리된다. 시스템은 또한, 하나 이상의 프로세스 가스를 프로세스 챔버 내에 도입하기 위한 하나 이상의 프로세스 가스 공급부, 및 제1 전자장치 세트 및 제2 전자장치 세트를 포함한다. 제1 및 제2 전자장치 세트들 각각은, 전자기 방사선을 도파로 공동 내로 송신한다. 시스템은, 각각의 제1 및 제2 입력 파형들을 제1 및 제2 전자장치 세트들 각각에 제공하는 제어기를 더 포함한다. 제1 및 제2 입력 파형들 각각은 마이크로파 주파수(ω)를 갖고, 제1 및 제2 입력 파형들은, 전자장치 세트들에 의해 증폭될 때 회전 주파수(Ω)로 도파로 공동 내에 전자기 방사선을 제공하는 각각의 진폭들을 갖는다. 하나 이상의 프로세스 가스 중 적어도 하나가 챔버 내에 있고, 전자기 방사선이 도파로 공동으로부터 프로세스 챔버 내로 전파될 때 플라즈마가 형성된다.
실시예에서, 프로세스 챔버에서의 플라즈마 처리를 위한 방법은 하나 이상의 프로세스 가스를 프로세스 챔버 내에 도입하는 단계를 포함한다. 프로세스 챔버는 도파로 공동에 인접하여 배치되고, 도파로 공동은, 도파로 공동 내의 전자기 방사선이 프로세스 챔버 내로 전파되는 것을 차단하지 않고 프로세스 챔버로부터 분리된다. 방법은 또한, 전자기 방사선을 도파로 공동 내로 전파하는 단계를 포함한다. 전자기 방사선은 마이크로파 주파수(ω)로 제공된다. 도파로 공동 내에 공급된 전력의 제1 부분은, 도파로 공동 내에서 TE 모드로 공진하는 전자기 방사선의 부분에 의해 공급된다. 도파로 공동 내에 공급된 전력의 제2 부분은, 도파로 공동 내에서 제2 TE 모드로 공진하는 전자기 방사선의 부분에 의해 공급된다. 방법은, 프로세스 가스들로부터 플라즈마를 점화하는 단계; 및 도파로 공동으로부터 프로세스 챔버 내로 전파된 전자기 방사선에 의해 공급된 전력으로 플라즈마를 유지하는 단계를 더 포함한다.
실시예에서, 프로세스 챔버에서 작업물을 처리하기 위한 방법은 작업물을 프로세스 챔버에 배치하는 단계를 포함한다. 프로세스 챔버는 도파로 공동에 인접하여 배치된다. 도파로 공동은, 도파로 공동 내의 전자기 방사선이 프로세스 챔버 내로 전파되는 것을 차단하지 않고 프로세스 챔버로부터 분리된다. 방법은 또한, 작업물을 제1 플라즈마로 처리하는 단계, 및 작업물을 제2 플라즈마로 처리하는 단계를 포함한다. 제1 및 제2 플라즈마들 각각은, 하나 이상의 프로세스 가스를 프로세스 챔버 내에 도입하고, 전자기 방사선을 도파로 공동 내에 전파하고, 프로세스 가스들로부터 플라즈마를 점화하고, 도파로 공동으로부터 프로세스 챔버 내로 전파된 전자기 방사선에 의해 공급된 전력으로 플라즈마를 유지하는 것에 의해 생성된다. 제1 플라즈마를 위한 전력의 적어도 일부는 도파로 공동 내에서 제1 TE 모드로 공진하는 전자기 방사선에 의해 공급되고, 제2 플라즈마를 위한 전력의 적어도 일부는 도파로 공동 내에서 제2 TE 모드로 공진하는 전자기 방사선에 의해 공급된다. 제1 TE 모드는 제2 TE 모드와 상이한 차수이다.
추가적인 실시예들 및 특징들이 부분적으로는 이하의 설명에 열거되고, 부분적으로는, 본 명세서를 검토할 때 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백해질 것이거나, 본 발명의 실시에 의해 학습될 수 있다. 본 발명의 특징들 및 장점들은 본 명세서에 설명된 방법들, 수단들, 및 조합들에 의해 실현될 수 있고 달성될 수 있다. 관련 기술분야의 통상의 기술자는, 본 개시내용을 읽고 이해할 때, 구체적으로 설명된 개념들을 실시할 수 있을 뿐만 아니라, 개시된 특징들의 대안들, 동등물들, 수정들, 및 중간 조합들을 쉽게 인식할 것이고, 이들 모두는 본 개시내용의 범위 내에 있다.
본 개시내용은, 아래에 간단히 설명되는 도면들과 관련하여 취해지는 이하의 상세한 설명을 참조하여 이해될 수 있고, 여기서, 유사한 참조 번호들은 여러 도면들 전반에서 유사한 구성요소들을 지칭하는 데에 사용된다. 예시적인 명확성의 목적들을 위해, 도면들에서의 특정 요소들은 축척에 따라 도시되지 않을 수 있다는 점을 주목한다. 괄호들 안에 숫자를 사용하여(예를 들어, 모니터링 안테나들(211(1), 211(2))) 요소의 구체적인 예들을 지칭할 수 있는 반면, 괄호들이 없는 숫자들(예를 들어, 모니터링 안테나들(211))은 임의의 그러한 요소를 지칭한다. 요소의 다수의 예들이 도시된 경우들에서, 예시의 명확성을 위해, 예들 중 일부만이 표지될 수 있다.
도 1은, 실시예에 따른, 플라즈마 처리 시스템의 주요 요소들을 개략적으로 예시한다.
도 2a는, 실시예에 따른, 플라즈마 처리 시스템의 일부를 예시하는 개략적인 등각도이다.
도 2b는, 도 2a의 플라즈마 처리 시스템의 부분을 형성하는 전도성 플레이트를 예시하는 개략적인 상면도이다.
도 3은, 실시예에 따른, 도파로를 활용하여 마이크로파들을 플라즈마 챔버에 제공하기 위한 시스템의 주요 구성요소들을 예시하는 개략도이다.
도 4는, 실시예에 따른, 도파로 공동 내의 이동가능한 플레이트의 위치를 조정하는 플라즈마 처리 시스템의 일부를 예시하는 개략적인 단면도이다.
도 5a는, 실시예에 따른, 이동가능한 플레이트와 하우징 사이의 마이크로파 누설을 감소시키기 위한 RF 개스킷을 예시하는, 도 4의 영역의 개략도이다.
도 5b는, 실시예에 따른, 이동가능한 플레이트와 하우징 사이의 마이크로파 누설을 감소시키기 위한 제1 RF 초크를 예시하는, 도 4의 영역의 개략도이다.
도 5c는, 실시예에 따른, 이동가능한 플레이트와 하우징 사이의 마이크로파 누설을 감소시키기 위한 제2 RF 초크를 예시하는, 도 4의 영역의 개략도이다.
도 5d는, 실시예에 따른, 이동가능한 플레이트와 하우징 사이의 마이크로파 누설을 감소시키기 위한 제3 RF 초크를 예시하는, 도 4의 영역의 개략도이다.
도 6은, 실시예에 따른, 도 4의 플라즈마 처리 시스템의 특징들 중 대부분을 포함하는 플라즈마 처리 시스템의 일부를 예시하는 개략적인 단면도이다.
도 7은, 실시예에 따른, 도 6의 플라즈마 처리 시스템의 특징들 중 대부분을 포함하는 플라즈마 처리 시스템의 일부를 예시하는 개략적인 단면도이다.
도 8은, 실시예에 따른, 도 7의 플라즈마 처리 시스템의 특징들 중 대부분을 포함하는 플라즈마 처리 시스템의 일부를 예시하는 개략적인 단면도이다.
도 9는, 실시예에 따른, 도 7의 플라즈마 처리 시스템과 유사한 특징들을 포함하는 플라즈마 처리 시스템의 일부를 예시하는 개략적인 단면도이다.
도 10은, 실시예에 따른, 도 4 및 도 7의 플라즈마 처리 시스템들의 특징들 및 작동 개념들 중 대부분을 포함하는 플라즈마 처리 시스템의 일부를 예시하는 개략적인 단면도이다.
도 11은, 실시예에 따른, 도 10의 플라즈마 처리 시스템의 특징들 및 작동 개념들 중 대부분을 포함하는 플라즈마 처리 시스템의 일부를 예시하는 개략적인 단면도이다.
도 12는, 실시예에 따른, 도 10의 플라즈마 처리 시스템의 특징들 및 작동 개념들 중 대부분을 포함하는 다른 플라즈마 처리 시스템의 일부를 예시하는 개략적인 단면도이다.
도 13은 작업물 상의 프로세스 변형의 예시적인 패턴을 예시한다.
도 14는, 실시예에 따른, 작업물의 처리 시에 회전 파동 프로세스의 효과를 예시한다.
도 15는, 실시예에 따른, 챔버 벽들을 갖는 챔버 내에서 여기될 수 있는 특정한 방사상 고유모드들을 예시한다.
도 16은, 도 15에 예시된 고유모드들 각각에 대응하는 피크 전기장 강도들의 위치들을 예시한다.
도 17은, 실시예에 따른, 작업물을 처리하기 위해 플라즈마를 생성하는 방법의 흐름도이다.
도 18은, 실시예에 따른, 프로세스 챔버의 플라즈마에 전력공급하기 위해 전자기 방사선을 제공하는 방법의 흐름도이다.
도 19는, 실시예에 따른, 프로세스 챔버에서의 플라즈마 처리를 위한 방법의 흐름도이다.
도 20은, 실시예에 따른, 프로세스 챔버에서 작업물을 처리하기 위한 방법(630)의 흐름도이다.
도 21a는, 실시예에 따른, 내측 영역에서와 상이한 결과를 외측 영역에 생성하는 공칭 플라즈마 프로세스를 이용한 처리 이후의 작업물을 예시한다.
도 21b는, 실시예에 따른, 제1 프로세스 세그먼트는 공칭 전력으로 진행되고 그 이후에 제2 프로세스 세그먼트는 추가적인 시간 증분 동안에 계속되는 프로세스 계획을 구현하는 프로그램을 개략적으로 예시한다.
도 1은, 실시예에 따른, 플라즈마 처리 시스템의 주요 요소들을 개략적으로 예시한다.
도 2a는, 실시예에 따른, 플라즈마 처리 시스템의 일부를 예시하는 개략적인 등각도이다.
도 2b는, 도 2a의 플라즈마 처리 시스템의 부분을 형성하는 전도성 플레이트를 예시하는 개략적인 상면도이다.
도 3은, 실시예에 따른, 도파로를 활용하여 마이크로파들을 플라즈마 챔버에 제공하기 위한 시스템의 주요 구성요소들을 예시하는 개략도이다.
도 4는, 실시예에 따른, 도파로 공동 내의 이동가능한 플레이트의 위치를 조정하는 플라즈마 처리 시스템의 일부를 예시하는 개략적인 단면도이다.
도 5a는, 실시예에 따른, 이동가능한 플레이트와 하우징 사이의 마이크로파 누설을 감소시키기 위한 RF 개스킷을 예시하는, 도 4의 영역의 개략도이다.
도 5b는, 실시예에 따른, 이동가능한 플레이트와 하우징 사이의 마이크로파 누설을 감소시키기 위한 제1 RF 초크를 예시하는, 도 4의 영역의 개략도이다.
도 5c는, 실시예에 따른, 이동가능한 플레이트와 하우징 사이의 마이크로파 누설을 감소시키기 위한 제2 RF 초크를 예시하는, 도 4의 영역의 개략도이다.
도 5d는, 실시예에 따른, 이동가능한 플레이트와 하우징 사이의 마이크로파 누설을 감소시키기 위한 제3 RF 초크를 예시하는, 도 4의 영역의 개략도이다.
도 6은, 실시예에 따른, 도 4의 플라즈마 처리 시스템의 특징들 중 대부분을 포함하는 플라즈마 처리 시스템의 일부를 예시하는 개략적인 단면도이다.
도 7은, 실시예에 따른, 도 6의 플라즈마 처리 시스템의 특징들 중 대부분을 포함하는 플라즈마 처리 시스템의 일부를 예시하는 개략적인 단면도이다.
도 8은, 실시예에 따른, 도 7의 플라즈마 처리 시스템의 특징들 중 대부분을 포함하는 플라즈마 처리 시스템의 일부를 예시하는 개략적인 단면도이다.
도 9는, 실시예에 따른, 도 7의 플라즈마 처리 시스템과 유사한 특징들을 포함하는 플라즈마 처리 시스템의 일부를 예시하는 개략적인 단면도이다.
도 10은, 실시예에 따른, 도 4 및 도 7의 플라즈마 처리 시스템들의 특징들 및 작동 개념들 중 대부분을 포함하는 플라즈마 처리 시스템의 일부를 예시하는 개략적인 단면도이다.
도 11은, 실시예에 따른, 도 10의 플라즈마 처리 시스템의 특징들 및 작동 개념들 중 대부분을 포함하는 플라즈마 처리 시스템의 일부를 예시하는 개략적인 단면도이다.
도 12는, 실시예에 따른, 도 10의 플라즈마 처리 시스템의 특징들 및 작동 개념들 중 대부분을 포함하는 다른 플라즈마 처리 시스템의 일부를 예시하는 개략적인 단면도이다.
도 13은 작업물 상의 프로세스 변형의 예시적인 패턴을 예시한다.
도 14는, 실시예에 따른, 작업물의 처리 시에 회전 파동 프로세스의 효과를 예시한다.
도 15는, 실시예에 따른, 챔버 벽들을 갖는 챔버 내에서 여기될 수 있는 특정한 방사상 고유모드들을 예시한다.
도 16은, 도 15에 예시된 고유모드들 각각에 대응하는 피크 전기장 강도들의 위치들을 예시한다.
도 17은, 실시예에 따른, 작업물을 처리하기 위해 플라즈마를 생성하는 방법의 흐름도이다.
도 18은, 실시예에 따른, 프로세스 챔버의 플라즈마에 전력공급하기 위해 전자기 방사선을 제공하는 방법의 흐름도이다.
도 19는, 실시예에 따른, 프로세스 챔버에서의 플라즈마 처리를 위한 방법의 흐름도이다.
도 20은, 실시예에 따른, 프로세스 챔버에서 작업물을 처리하기 위한 방법(630)의 흐름도이다.
도 21a는, 실시예에 따른, 내측 영역에서와 상이한 결과를 외측 영역에 생성하는 공칭 플라즈마 프로세스를 이용한 처리 이후의 작업물을 예시한다.
도 21b는, 실시예에 따른, 제1 프로세스 세그먼트는 공칭 전력으로 진행되고 그 이후에 제2 프로세스 세그먼트는 추가적인 시간 증분 동안에 계속되는 프로세스 계획을 구현하는 프로그램을 개략적으로 예시한다.
도 1은, 실시예에 따른, 플라즈마 처리 시스템(100)의 주요 요소들을 개략적으로 예시한다. 시스템(100)은 단일 웨이퍼, 반도체 웨이퍼 처리 시스템으로서 도시되지만, 본원의 기법들 및 원리들은 임의의 유형의 작업물들(예를 들어, 반드시 웨이퍼들 또는 반도체들은 아닌 요소들)을 위한 플라즈마 처리 시스템에 적용가능하다는 것이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 처리 시스템(100)은 웨이퍼 인터페이스(115)를 위한 외측 하우징(110), 사용자 인터페이스(120), 프로세스 챔버(130), 제어기(140) 및 하나 이상의 전력 공급부(150)를 포함한다. 프로세스 챔버(130)는 하나 이상의 페디스털(135)을 포함하고, 웨이퍼 인터페이스(115)는 처리를 위해 작업물(50)(예를 들어, 웨이퍼, 그러나 상이한 유형의 작업물일 수 있음)을 페디스털 상에 배치할 수 있다. 진공(160)(예를 들어, 하나 이상의 진공 펌프)은 프로세스 챔버(130)를 배기하도록 작동가능하고, 프로세스 가스들을 프로세스 챔버(130) 내에 도입하기 위해 하나 이상의 가스 공급부(155)가 연결될 수 있다. 하나 이상의 무선 주파수 또는 마이크로파 생성기(RF 생성기)(165)는, 프로세스 챔버(130) 내에 플라즈마를 생성하기 위해 하나 이상의 무선 또는 마이크로파 주파수의 전력을 공급한다. (본원의 실시예들에 의해 제공되는 전자기 방사선은, 방사선이 마이크로파, 무선 주파수, 또는 전자기 스펙트럼의 다른 부분들 내에 있을 수 있음에도 불구하고, 본 개시내용에서 "마이크로파들"로 지칭될 수 있다.) RF 생성기(165)는 시스템(100) 외부 또는 내부에 있을 수 있고, 아래에서 더 설명되는 하나 이상의 전자장치 세트의 형태를 취할 수 있다. RF 생성기(165)는 마이크로파들을, 프로세스 챔버(130) 위에 또는 아래에 배치될 수 있고 도 1 및 2a에서 챔버(130) 위에 있는 것으로 도시된 도파로 공동(167) 내에 송신할 수 있다. 도파로 공동(167)은 원통형 공동일 수 있지만, 이는 엄격히 요구되는 것은 아니다. 프로세스 챔버(130)는 도파로 공동(167)에 근접하고, 적어도, 유전체 물질로 형성되고 마이크로파들에 대해서는 투과성이지만 챔버(130)에 활용되는 프로세스 가스들 또는 공기에 대해서는 투과성이 아닌 플레이트(169)에 의해, 도파로 공동(167)에 인접하여 경계가 정해진다. 따라서, 유전체 플레이트(169)는 챔버(130)가 배기될 때 도파로 공동(167)과 챔버(130) 사이의 압력 차이를 지지하면서, 도파로 공동(167) 내의 마이크로파들이 챔버(130) 내로 전파되는 것을 허용할 수 있다. 유전체 플레이트(169)는, 예를 들어, 내화성 물질(들), 예컨대, 이산화규소, 질화규소 또는 중간체 산질화규소 화합물들; 세라믹(들), 예컨대, 알루미나, 이트리아 등; 플라스틱(들) 및/또는 중합체(들)로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 중공 영역들이 유전체 플레이트(169)의 하부 표면 상에 형성된다. 이는, 유전체 플레이트(169)의 하부 표면에 형성될 수 있는 플라즈마 표면 모드들을 방해하는 것을 도움으로써, 특히, 비교적 높은 압력(예를 들어, 약 1 Torr 이상) 또는 낮은 전력 조건들에서 플라즈마 점화를 도울 수 있다. 다른 구조들이 또한, 아래에 논의되는 바와 같이, 도파로 공동(167)과 프로세스 챔버(130) 사이에 존재할 수 있다.
시스템(100)의 부분으로 도시된 요소들은 예로써 열거되며, 포괄적인 것이 아니다. 많은 다른 가능한 요소들, 예컨대: 가스 및/또는 진공 배관, 압력 및/또는 유동 제어기들; 전극들, 자기 코어들 및/또는 다른 전자기 장치; 기계, 압력, 온도, 화학, 광학 및/또는 전자 센서들; 관측 및/또는 다른 접근 포트들; 등이 또한 포함될 수 있지만, 예시의 명확성을 위해 도시되지 않는다. 시스템(100) 내에 도시된 요소들의 내부 연결들 및 협동이 또한, 예시의 명확성을 위해 도시되지 않는다. RF 생성기(165)에 추가하여, 다른 유용설비들, 예컨대, 가스 공급부들(155), 진공(160), 및/또는 범용 전력(170)이 시스템(100)과 연결될 수 있다. 시스템(100)에 도시된 요소들과 유사하게, 시스템(100)과 연결된 것으로 도시된 유용설비들은 포괄적이기보다는 예시적인 것으로 의도되고; 다른 유형들의 유용설비들, 예컨대, 가열 또는 냉각 유체들, 가압된 공기, 네트워크 능력들, 폐기물 처리 시스템들 등이 시스템(100)과 또한 연결될 수 있지만, 예시의 명확성을 위해 도시되지 않는다.
도 2a는, 도파로 공동(167), 마이크로파들을 도파로 공동(167) 내로 송신하는 마이크로파 입력들(166), 프로세스 챔버(130), 및 프로세스 챔버 내의 작업물(50)을 포함하는 플라즈마 처리 시스템(200)의 일부를 예시하는 개략적인 등각도이다. 파선(2B-2B')은 도 2b에 예시된 단면도의 평면을 나타낸다. 시스템(200)에서, 하우징(105)은 도파로 공동(167) 및 프로세스 챔버(130) 양쪽 모두를 한정하고, 프로세스 챔버(130)는 도파로 공동(167)과의 공동 축을 중심으로 실질적으로 방사상으로 대칭이다. 마이크로파들은, 플라즈마(60)를 점화하고/거나 유지하기 위한 에너지를 제공하기 위해, 마이크로파 입력들(166)로부터 마이크로파 입력 개구부들(162)을 통해 도파로 공동(167) 내로, 그 다음, 전도성 플레이트(137)의 슬롯들(168)을 통해 프로세스 챔버(130) 내로 전파된다. 전도성 플레이트(137)는 금속으로 형성될 수 있지만, 예를 들어, 다른 전도성 물질들, 또는 보호성(반드시 전도성일 필요는 없는) 물질들로 부분적으로 또는 완전히 코팅된 전도성 물질들로 또한 형성될 수 있다. 도 2a 및 2b에 도시된 실시예에서, 도파로 공동(167)은, 전도성 플레이트(137)와 대면하고 전도성 플레이트(137)와 접촉할 수 있는 유전체 플레이트(169)에 의해 경계가 정해진다. 유전체 플레이트(169)는, 예를 들어, 내화성 물질(들), 예컨대, 이산화규소, 질화규소 또는 중간체 화합물들(예를 들어, 산질화규소); 세라믹(들), 예컨대, 알루미나, 이트리아 등; 플라스틱(들) 및/또는 중합체(들)로 형성될 수 있다. 전도성 플레이트(137)는, 마이크로파들이 유전체 플레이트(169)를 통해 프로세스 챔버(130) 내로 전파되는 것을 허용하는 슬롯들(168)을 형성한다. 슬롯들(168)은, 예를 들어, 방사상 라인 슬롯 안테나를 형성할 수 있다. 페디스털(135)은 처리를 위해 작업물(50)을 플라즈마(60)에 제공하도록 구성된다. 프로세스 챔버(130)는 작업물(50)의 삽입 및/또는 인출, 플라즈마(60)를 형성하기 위한 가스들의 도입, 플라즈마 및 기체상 반응 생성물들의 제거, 센서들, 관측 등을 위해 포트들 및/또는 기계 개구부들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 전도성 플레이트(137)는, 유전체 플레이트(169) 내의 변위 전류들에 의해 그리고 플라즈마(60)에 의해 생성된 열을 제거하는 것을 돕기 위해 양호한 열 전도체일 수 있다는 점에서 유리할 수 있다. 도 2b는, 슬롯들(168)을 통해 노출된 유전체 플레이트(169)를 도시하는, 전도성 플레이트(137)를 예시하는 개략적인 상면도이다.
도 2a, 4, 및 6-10에 예시된 프로세스 챔버들, 도파로 공동들 등의 배향은 전형적이지만, 본원의 시스템들의 작동을 위해 필요하지는 않다. 예를 들어, 도 2a는 웨이퍼일 수 있는 작업물(50)이, 웨이퍼 척일 수 있는 페디스털(135)의 최상부에 배치된 것으로 도시하는데, 여기서 중력이, 적어도 이송 작동들 동안에, 작업물을 제 위치에 유지하는 데에 사용될 수 있다. 따라서, 아래의 설명에서, "높이"라는 용어가 사용되는 경우에 이는, 반드시 수직 방향으로인 것은 아닌 위치 또는 거리를 의미하는 것으로 간주되어야 한다. "수직" 및 "최상부"와 같은 유사한 용어들은 실시예들을 도시된 배향들로 제한하지 않고, 실시예들이 작동될 수 있는 다른 배향들에 따라 수정될 수 있는 것으로 이해해야 한다.
시스템(200)의 전도성 플레이트(137) 및 벽들이 등전위 평면들이기 때문에, 도파로 공동(167)은, 예를 들어, 도파로 공동(167)의 높이(d1)가, 도파로 공동(167) 내의 마이크로파들의 축방향 반파장들의 배수여서, 도파로 공동(167)이, 대응하는 마이크로파 주파수로 공진하는, 고유모드들 ― 마이크로파 전파 모드들을 지지할 수 있다. 즉, d1 = m2π/kz일 때, 고유모드는 도파로 공동(167)의 공진 주파수로 형성된다. 여기서, 축방향 파수(kz)는 으로 정의되고, ω는 각주파수(ω=2πf)이고, f는 마이크로파의 주파수이고, m은 양의 정수이고 c는 광속이고, κ는 공동의 측벽 상의 경계 조건이 공동의 반경(R)에 대해 만족되는 방사상 파수이다(즉, 및 이고, 여기서 은 제1종 m차 베셀 함수이고, 은 제2종 m차 베셀 함수이다).
예를 들어, 시스템(200)에서, 2.45 GHz의 전형적인 마이크로파 주파수가 사용될 때, d1의 하나의 값은 약 62 mm일 것이지만, 전도성 플레이트(137) 상의 슬롯들의 형상들 및 패턴들, 물질들의 작은 변동들, 마이크로파 입력 개구부들(162)의 정확한 기하형상 등에 따라 변할 수 있다. 도파로 공동(167)이 고유모드를 지지하게 하는 d1의 값은 본원에서 "고유모드 위치"로서 지정될 수 있다. 도파로 공동(167) 내에서의 고유모드들은 유리하게, 전자장치 세트들로부터 플라즈마(60) 내로의 전력 전달을 최대화하고, 전자장치 세트들로 다시 반사되는 전력을 최소화한다. (유전체 플레이트(169)의 두께 및 프로세스 챔버(130)의 높이는 또한, 아래에서 논의되는 바와 같이, 동일한 마이크로파 주파수에서의 프로세스 챔버(130)의 고유모드 작동을 지지하도록 설계될 수 있다.)
도파로 공동(167) 내에서의 고유모드를 지지하는 동일한 주파수에서의 유전체 플레이트(169) 내의 공진을 지지하기 위한 두께 및 유전 상수를 갖는 유전체 플레이트(169)를 제공하는 것이 또한 도움이 될 수 있다. 이는, 조건 d2 = m2π/kdz로 표현될 수 있고, 여기서, 축방향 파수(kdz)는 으로 정의되고, εd는 유전체 플레이트(169)의 유전 상수(또는, 유전체 플레이트(169)가 다수의 물질들로 형성된 경우, 유효 유전 상수)이고, m은 임의의 양의 정수이고, 방사상 파수(κ)는 위에서 정의된다. 이 조건이 도움이 되는 이유는, 플라즈마(60)를 점화하기 위해, 유전체 플레이트(169) 바로 아래에 높은 필드 강도를 제공하는 것을 돕기 때문이다. 플라즈마(60)는 프로세스 챔버(130) 내에서 유전체 플레이트(169)에 가장 근접하여(플레이트(137)를 통해 결합된 필드들이 이곳에서 가장 강함) 형성되고/거나 집중되는 경향이 있을 수 있다. 추가적으로, 챔버(130)의 전체 유효 높이가 중요하지 않을 수 있지만, 프로세스 챔버(130)의 고유모드 작동을 지지하기 위해 또한 선택될 수 있다. 이 조건은, 프로세스 챔버(130) 전반에 걸친 전자기장 강도를 최대화하기 위해, 사용될 마이크로파들의 반파장의 배수인 순 "전기 높이"로서 표현될 수 있는데, 즉, 이다. 그리고, 도파로 공동(167)에 관하여 위에서 언급된 바와 동일한 이유들로, 전도성 플레이트(137), 유전체 플레이트(169) 및 프로세스 챔버(130)가 고정된 구성일 때 고유모드 조건을 보장하기가 어려울 수 있다.
하우징(105)의 치수 변동들, 물질 변동들 등, 전도성 플레이트(137) 내의 슬롯들(168)의 정확한 구성, 유전체 플레이트(169) 아래에서의 플라즈마(60)의 분배, 및/또는 도파로 공동(167)과 연관된 비대칭 피쳐들, 예컨대, 센서들, 파스너들, 접근 포트들 등은 고유모드 위치의 유효 값을 도파로 공동(167) 내의 곳곳으로 또는 전역적으로 변경할 수 있다. 그러므로, 하우징(105) 및 전도성 플레이트(137)가, d1이 고유모드 위치를 정의하는 의도로 제조될 수 있지만, 실제 값(d1)은 의도된 바와 같이 고유모드 위치가 아닐 수 있다. 본원의 챔버들 및 공동들의 d1 및 다른 치수들을 조정하기 위한 방법들 및 장치는 도 4-6 및 도 10-12와 관련하여 아래에서 개시된다.
유전체 플레이트(169)의 최적의 두께는 또한, 다른 요건들, 예컨대, 비용, 크기, 무게, 기계적 강도 및 프로세스 챔버(130)에 대해 진공 밀봉을 유지하는 능력에 의해 결정될 수 있다. 프로세스 챔버(130)는, 직경이 최대 300 mm 또는 450 mm인 작업물들(50)(예를 들어, 약 12 인치 또는 약 18 인치 공칭 직경의 웨이퍼들)을 수용하도록 크기가 정해질 수 있다. 그러므로, 유전체 플레이트(169)는 약 .15 m2 내지 .25 m2의 면적에 걸쳐 진공 압력 차이를 지지하여, 정상 대기압에서 약 22 내지 40 파운드의 순 힘을 가하도록 요구될 수 있다. 유전체 플레이트(169)는 약 4의 유전 상수를 갖는 내화성 물질 또는 약 10의 유전 상수를 갖는 세라믹으로 형성되며, 약 10 mm 미만의 두께들은 너무 깨지기 쉬울 수 있는 반면에 약 80 mm 초과의 두께들은 너무 비용이 많이 들고 크고 무거울 수 있다. 이러한 예시적인 범위 내에서, 위에서 논의된 바와 같이, 사용될 정확한 두께들은 사용될 마이크로파 방사선의 파장 및 사용될 물질의 실제 유전 상수에 따라 최적화될 수 있다.
도 3은, 도파로를 활용하여 마이크로파들을 플라즈마 챔버에 제공하기 위한 시스템(300)의 주요 구성요소들을 예시하는 개략도이다. 시스템(300)의 도파로(210)는, 예를 들어, 도 1 및 2a의 도파로 공동(167)일 수 있다. 일반적으로, 시스템(300)은 도 3에서 P 및 Q로 언급된 2개의 위치들에서 도파로(210)에 전력을 공급한다. 위치들(P 및 Q)은 전형적으로, (아래에서 설명되는 전자장치 세트들(225(1), 225(2))에 의해) 도파로(210)의 둘레 주위의 P와 Q 사이의 각도 오프셋에 대응할 수 있는 위상 오프셋을 갖는 공통 주파수로 구동된다. 좌표 기준계가 도파로(210) 내에 도시된다. 축방향(z)은 도파로(210)와 동심인 원통형 축을 따른 거리를 나타내는데; 즉, 방향(z)은 도 3의 평면의 안과 밖이다. 방사상 방향(r)은 원통형 축으로부터의 거리를 나타낸다. 방위각 방향(θ)은 원통형 축을 중심으로 한 각도 위치를 나타낸다. 위치(P)는 도시된 바와 같이 θ 방향의 원점으로 간주된다.
따라서, 도파로(210)는 이중 구동 도파로로 여겨지는데; 작동의 이중 구동 모드는, 2배의 전력으로 작동하는 단일 세트 대신에 구동 전자장치의 2개의 세트들로부터 유래된 높은 마이크로파 에너지 밀도를 제공한다. 구동 전자장치의 2개(또는 그 이상)의 세트들의 사용 ― 각각은, 고전력의 단일 세트보다 더 낮은 전력으로 작동함 ― 이 유리할 수 있다. 더 높은 전력으로 작동하는 전자장치 세트는 더 높은 전압, 전류, 또는 열 소산율들을 갖는 구성요소들을 필요로 할 수 있는데, 그러한 구성요소들은 더 낮은 전력 세트들을 위한 구성요소들보다 훨씬 더 비싸거나 획득하기 어려울 수 있다. 예를 들어, 낮은 비용 및 높은 품질의 마이크로파 전계 효과 트랜지스터들(FET들)이 본원의 전자장치 세트들(225)에 사용하기가 최근에 이용가능해졌지만, 그러한 FET들의 높은 전압, 전류, 및/또는 전력 소산 형태들은 획득하기 어렵거나 값비싼 채로 남을 수 있다.
시스템(300)의 작동은, 동일한 주파수에 있지만 구동 위치들 간의 기계적 오프셋에 대응할 수 있는, 서로에 대한 위상 오프셋을 가질 수 있는 2개의 마이크로파 신호들(220(1), 220(2))을 제공하는 신호 생성기(215)로 시작하는 것으로 가장 잘 이해된다. 예를 들어, 위치들(P 및 Q)이 도파로(210)의 둘레 주위에서 서로 90 도 떨어져 위치되면, 공칭 위상 오프셋은 π/2일 것이다. 위상 오프셋에 대한 보정들을 결정하고 제어하는 것은 바로 아래에서 논의된다. 특정 실시예들에서, 신호 생성기(215)는 신호들(320)의 진폭 및/또는 주파수뿐만 아니라 신호들의 위상도 제어할 수 있다. 주파수를 제어하는 응용은, 고유모드 조건들이 도파로(210) 및 인접한 프로세스 챔버에 확립될 수 있도록 시스템(300)을 조정하는 것이다. 이는, 도파로 및 챔버 치수들, 물질들, 비대칭적 챔버 피쳐들 등의 제어하기 어려운 불규칙성들을 전자적으로 보정하여 이루어질 수 있지만, 기계적 접근들이 또한 취해질 수 있다(예를 들어, 아래의 도 4-6 및 도 10-12 참고). 진폭을 제어하는 응용은, 아래에서 더 논의되는 바와 같이(예를 들어, 도 13, 14 참고), 생성된 플라즈마의 국부적인 불규칙성들이 매끄러워질 수 있도록 회전 모드 제어를 제공하는 것이다.
마이크로파 신호들(220(1), 220(2))은 제1 전자장치 세트(225(1)) 및 제2 전자장치 세트(225(2))로 지칭되는 회로들을 구동한다. 각각의 전자장치 세트(225(1), 225(2))는, 증폭된 마이크로파 신호들(235(1), 235(2))을 생성하기 위해, 각각의 마이크로파 신호들(220(1), 220(2))의 전력을 강화하는 고체 상태 증폭기(230)로 시작한다. 고체 상태 증폭기들(230)은, 위에서 논의된 바와 같이, 하나 이상의 마이크로파 FET들을 포함할 수 있다. 각각의 증폭된 마이크로파 신호(235(1), 235(2))는, 각각의 고체 상태 증폭기들(230)을 도파로(210)로부터의 전력 반사들로부터 보호하는 역할을 하는 순환기(240) 내로 전달되어 이를 통과한다. 따라서, 순환기들(240)은 고체 상태 증폭기들(230)로부터의 입력 전력을 각각의 조정기들(250) 내로 전달하면서, 다시 반사된 임의의 전력을 의사 부하들(245)로 분류시킨다.
조정기들(250)은, 구성요소들, 예컨대, 동축케이블-대-도파로 변환기들(265), 도파로(210) 및 인접한 프로세스 챔버(예를 들어, 도 1의 프로세스 챔버(130), 도 3에는 도시되지 않음)에 의해 제공된 임피던스를 정합하기 위해, 증폭된 마이크로파 신호들(235(1), 235(2))에 의해 보여진 임피던스를 조정한다. 조정기들(250)은, 예를 들어, 3극 스터브 조정기들일 수 있다. 그 다음, 증폭되고 조정된 신호들은 각각의 동축케이블-대-도파로 변환기들(265)을 통과해, (도 2a의 마이크로파 입력 개구부들(162)에서 종료되는 개략적으로 지정된 마이크로파 입력들(166)에 대응하는) 방사 애퍼쳐들(270)을 갖는 각각의 도파로들에서 도파로(210) 내로 전달된다.
허용가능한 임피던스 정합을 달성하기 위해 요구되는 조정의 부분으로서, 조정기들(250)은 도파로(210) 쪽으로 전달되는 신호들의 위상을 변화시킬 수 있어서, 신호들이, 도파로(210)의 둘레 주위에 기계적 위상 오프셋을 갖는 위치들에 공급되더라도, 신호들 자체는 더이상 동일한 전기 위상 오프셋을 갖지 않을 수 있다. 예를 들어, P 및 Q가 90 도 만큼 기계적으로 오프셋된다면, 조정기들은 P 및 Q에서의 마이크로파들 간의 위상 오프셋을 π/2 이외의 값으로 변경할 수 있다. 따라서, 도파로(210)에서 대칭의 원형 회전 모드를 여기시키는 대신에, 비대칭의 타원형 또는 선형 회전 모드가 여기될 수 있다. 마이크로파 구성에서 이러한 비대칭은, 차례로, 인접한 프로세스 챔버(예를 들어, 플라즈마가 도파로(210)의 마이크로파들에 의해 전력공급되는, 도 1, 2a의 프로세스 챔버(130))에서 프로세스 수차들로 이어질 수 있다. 예를 들어, 비대칭의 마이크로파 구성은 대응적으로 비대칭의 플라즈마로 그리고 따라서 플라즈마 식각의 깊이에서의 국부적 왜곡으로 이어질 수 있다.
위에서 언급된 비대칭의 유형을 해결하기 위한 하나의 접근법은, 마이크로파 신호들(220(1) 및 220(2)) 간의, 그리고 따라서 증폭된 마이크로파 신호들(235(1) 및 235(2)) 간의 위상 지연에 전기적 보정을 제공하는 것이다. 예를 들어, 이중 위상 신호 생성기(215)는 보정 신호(313)를, 신호들(220(1), 220(2))의 조정을 위한 정보를 제공하는 신호 제어기(312)로부터 수신할 수 있다. 예를 들어, 보정 신호(313)는 이중 위상 신호 생성기(215)가, 마이크로파 신호들(220(1), 220(2)) 간의 보정된 또는 목표설정된 위상 오프셋을 제공하게 지시할 수 있다. 따라서, 지점들(P 및 Q) 간에 π/2의 기계적 오프셋을 갖는 시스템(300)에서, 마이크로파 신호들(220(1), 220(2))은 π/2만큼, 또는 π/2에 목표 위상 차이를 더하거나 뺀 만큼 서로 이상일 수 있어서, 아래에 논의되는 바와 같이, 지점들(P 및 Q)에서의 측정된 위상 차이는 의도된 바와 같다. 다른 예에서, 보정 신호(313)는 이중 위상 신호 생성기(215)가, 마이크로파 신호들(320(1), 320(2)) 중 하나 또는 둘 모두를 강화하고/거나 감쇠하게 하도록 지시할 수 있으며, 이는 유리하게, 마이크로파 필드의 원형 회전을 유지하는 것을 도울 수 있다.
모니터링 안테나들(211(1) 및 211(2))은, 각각 지점들(P 및 Q)로부터 도파로(210)에 180 도 걸친 위치들에 배치될 수 있고, 각각의 연결들(318(1) 및 318(2))을 통해 신호 제어기(312)에 아날로그 신호들을 제공할 수 있다. 도파로(210) 자체 내의 이러한 측정들은, 조정기들(250)에 의해 유도된 임의의 위상 및/또는 진폭 오프셋을 포착할 것이다. 모니터링 안테나들(211)은 도파로(210)의 마이크로파들의 전기장 또는 자기장 성분을 모니터링할 수 있다. 지점들(P 및 Q)로부터 도파로(210)에 180 도 걸친 모니터링 안테나들(211(1) 및 211(2))의 위치들(또는 적어도, 각각의 안테나(211)는 P 및 Q 중 어느 하나로부터 적어도 30 도 떨어져 있음)은, 신호 제어기(312)로 복귀한 신호들이, 지점들(P 및 Q)에 위치된 모니터링 안테나들에 의해 용이하게 모니터링되지 않는, 도파로(210)의 효과들을 포함할 수 있게 할 수 있다. 신호 제어기(312)는 모니터링 안테나들(211(1) 및 211(2))로부터 모니터링 안테나들의 각각의 연결들(318(1) 및 318(2))을 통해 신호들을 수신할 수 있고, 지점들(P 및 Q)에서의 신호들 간의 위상 오프셋 및 신호들의 진폭을 결정할 수 있다. 예를 들어, 신호 제어기(312)는 모니터링 안테나들(211(1) 및 211(2))로부터의 신호들의 진폭 및 위상 오프셋을 측정하기 위해 동위상 및 직교 위상 복조(IQ 복조)를 수행할 수 있다. 그 다음, 신호 제어기(312)는, 대응하는 디지털 보정 신호(313)를 계산하고 이중 위상 신호 생성기(215)에 제공하는 데에, 측정된 위상 오프셋 및/또는 진폭들을 활용할 수 있다. 디지털 보정 신호(313)는, 원하는 위상 오프셋(예를 들어, π/2의 값) 또는 가정된 원하는 위상 차이(예를 들어, 원하는 위상 차이가 획득될 때 0인 보정 인자)로부터의 오프셋이도록 선택될 수 있다. 대안적으로, 디지털 보정 신호는 마이크로파 신호들(320(1), 320(2)) 중 하나 또는 둘 모두의 진폭을 조정하도록 선택될 수 있다. 그 다음, 이중 위상 신호 생성기(315)는, 마이크로파 신호들이 시스템을 통해 전파될 때 지점들(P 및 Q) 간의 위상 오프셋이, 원하는 위상 차이까지 구동되고/거나 지점들(P 및 Q)에서 측정된 진폭들이 원하는 바와 같도록, 위상 오프셋 및/또는 진폭들을 갖는 마이크로파 신호들(320(1) 및 320(2))을 제공할 수 있다.
임의로, 사용자 입력 디바이스(314)는 하나 이상의 목표 파라미터들(316)을 신호 제어기(312)에 제공할 수 있다. 사용자 입력 디바이스(314)는 다양한 방식들로, 예컨대, 신호 제어기(312)에 의해 직접 수신되는 출력을 제공하는 물리적 스위치들로, 또는 사용자 인터페이스(예를 들어, 키보드, 다른 버튼들, 또는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI))로부터 목표 파라미터들을 획득하는 시스템 관리 하드웨어 및 소프트웨어의 일부로서 구현될 수 있다. 목표 파라미터들(316)은, 예를 들어, 모니터링 안테나들(211(1) 및 211(2))에서 측정된 바와 같은 원하는 위상 차이, 또는 도파로(210) 내로 구동되는 마이크로파들 중 어느 하나 또는 양쪽 모두에 대한 진폭 조정들을 포함할 수 있다. 목표 파라미터들(316)은 디지털 보정 신호(313)를 생성하기 위해 모니터링 안테나들(211(1) 및 211(2))로부터의 아날로그 신호들과 함께 신호 제어기(312)에 의해 활용될 수 있다. 예를 들어, 목표 위상 차이가 활용될 때, 디지털 보정 신호(313)는 먼저, 모니터링 안테나들(211(1) 및 312(1))로부터의 신호들에 기초하여 생성될 수 있고, 그 이후에 디지털 보정 신호(313)는 목표 파라미터(316)를 더하거나 뺌으로써 조정될 수 있다. 일단 디지털 보정 신호(313)가 송신되면, 이중 위상 신호 생성기(315)는, 대응하는 오프셋을 갖는 신호들(320(1) 및 320(2))을, 지점들(P 및 Q) 사이의 위상 오프셋이 목표 파라미터에 따라 구동되고, 디지털 보정 신호(313)가 그의 목표 값 또는 0으로 구동될 때까지 제공할 수 있다. 다른 예에서, 목표 진폭 조정이 활용될 때, 그에 응답하여, 이중 위상 신호 생성기(215)는 신호들(320(1), 320(2)) 중 어느 하나 또는 둘 모두의 진폭을 조정할 수 있다.
따라서, 임의의 사용자 입력 디바이스(314)는, 본원에 개시된 바와 같이, 시스템(300) 또는 유사한 능력을 갖는 다른 시스템들을 포함하는 반도체 처리 시스템을 최적화하기 위해 유용한 독립적인 자유도를 제공할 수 있다. 예를 들어, 대응하는 반도체 처리 시스템은 웨이퍼들을 처리(예를 들어, 식각)함으로써 최적화될 수 있다. 각각의 웨이퍼는 사용자 입력 디바이스(314)에 입력된 상이한 목표 파라미터를 제외하고 동일한 처리 파라미터들로 처리될 수 있다. 시스템의 성능은, 식각 시스템의 성능을 나타내는 웨이퍼들의 측정들(예를 들어, 식각률, 선택도, 식각으로 인한 라인폭 변화 등)뿐만 아니라 시스템 모니터들(예를 들어, 시스템 안정화 시간들, 종료점 검출 파라미터들 등)에 의해 평가될 수 있다. 그 다음, 웨이퍼 측정들, 시스템 모니터들 및/또는 이들의 조합에 기초하여, 목표 파라미터의 최적화된 값이 선택될 수 있다.
관련 기술분야의 통상의 기술자들은, 마이크로파 신호들(320(1) 및 320(2))의 위상을 조정하기 위해 신호 제어기(312)가 이중 위상 신호 생성기(215)와 협동하는 동안, 조정기들(250)이 또한, 반사되는 전력을 최소화하기 위해 임피던스 정합을 계속 조정하는 것을 이해할 것이다. 따라서, 시스템(300)은 임피던스 정합을 만족시키지 않지만, 대신에, 도파로(210)에 인접한 프로세스 챔버에서의 플라즈마 대칭을 최적화하기 위해 전자장치 세트들(255(1) 및 255(2))에 대한 위상 및/또는 진폭 조정의 추가적인 능력을 제공한다. 즉, 실시예들에서, 시스템(300)의 작동 동안 서로 동시에, 신호 생성기(315)는 위상 오프셋을 조정하고, 조정기들(250)은 임피던스 정합을 제공한다. 다른 실시예들에서, 시스템(300)의 작동 동안 서로 동시에, 신호 생성기(315)는 진폭을 조정하고, 조정기들(250)은 임피던스 정합을 제공한다.
본원의 실시예들은, 웨이퍼 크기들이 점점 더 커지고 반도체 제조에서 생성되는 기하형상들이 점점 더 작아짐에 따라, 웨이퍼 주위의 처리 환경의 모든 양상들의 균일성 제어에 대한 필요가 증가한다는 것을 인식한다. 그러므로, 본원의 실시예들은, 웨이퍼 주위에 생성된 플라즈마의 개선된 대칭을 위해서, 임피던스를 정합하기 위해서뿐만 아니라, 임피던스가 정합된 이후에 위상 및/또는 진폭을 조정하기 위해, 플라즈마를 생성하는 마이크로파 구성을 조정한다. 프로세스 챔버의 대칭, 프로세스 챔버에서 웨이퍼의 배치 등에 세심한 주의를 기울여도, 많은 이유들(예를 들어, 가스 또는 플라즈마 입력 및 배출구들을 위한 기계적으로 비대칭인 포트들, 센서들, 웨이퍼 배치, 웨이퍼 플랫들, 케이블류 길이, 위의 구성요소들 중 임의의 구성요소의 물질 변동들 등) 때문에 플라즈마의 비대칭들이 발생할 수 있다. 이러한 원인들을 보정하기 위해, 임피던스 정합 이외에도 추가적인 수준의 제어가, 플라즈마 처리에서의 균일성을 개선하기 위해 추가의 유용한 툴들을 제공할 수 있다. 시스템(300)은 진폭 및 위상의 전자적 조정들을 통해 일부 제어를 제공하지만, 아래에서 설명되는 추가적인 기계적 및 전기적 조정들이 또한 유용하다.
도 4는, 도파로 공동(467) 내의 이동가능한 전도성 플레이트(420)의 높이(d1)를 조정하는 플라즈마 처리 시스템(400)의 일부를 예시하는 개략적인 단면도이다. 시스템(400)에서, 하우징(405)과 결합된 전도성 플레이트(437)는 도파로 공동(467)의 하부 경계를 형성한다. 유전체 플레이트(469)는 전도성 플레이트(437)에 인접하고 그와 직접 접촉한다. 도 2a와 관련하여 위의 논의와 유사하게, d1 및 d2는 고유모드들을 지지하기 위해 도파로 공동(467) 및 유전체 플레이트(469)의 능력에 각각 영향을 미친다. 고유모드를 지지하기 위해 이러한 배열들 중 어느 하나 또는 다른 것을 조정하는 데에 주파수 조정이 사용될 수 있는 반면에, 주파수 조정은 도파로(467) 및 유전체 플레이트(469) 양쪽 모두에서 동시에 고유모드 조건들을 생성하지 않을 수 있다. 즉, 조정들에서의 추가적인 자유도가 유용할 수 있다.
시스템(400)은 하우징(405) 및 이동가능한 전도성 플레이트(420)와 결합된 하나 이상의 조정 디바이스(410)를 포함한다. 이동가능한 전도성 플레이트(420)는 마이크로파 공동(467)에 걸쳐 프로세스 챔버(430)와 대면하는데, 즉, 플레이트(420)는 프로세스 챔버(430)로부터 도파로 공동(467)의 원위 측 상에 있다. 조정 디바이스들(410)이 도 4에서 나사산 가공된 막대들로 도시되지만, 아래에 논의되는 바와 같이, 많은 다른 유형들의 조정 디바이스들이 사용될 수 있다. 도 4에 예시된 실시예에서, 디바이스들(410)은 하우징(405)의 천장 플레이트(415)의 개구부들(412)을 통해 연장된다. 각각의 디바이스(410)의 높이, 및 하우징(405) 내의 이동가능한 전도성 플레이트(420)의 대응하는 높이는, 대응하는 너트(411)를 이용하여 조정될 수 있다. 이러한 추가적인 자유도는 플레이트(469) 내의 고유모드 조건을 지지하기 위해, 예를 들어, 마이크로파 주파수가 먼저 조정되는 것을 허용하고; 그 다음, d1이, 이동가능한 전도성 플레이트(420)가 도파로(467) 내의 고유모드 위치에 있도록 조정될 수 있다. 이러한 구조들 각각을 그들 각각의 고유모드들을 지지하도록 조정함으로써, (예를 들어, 플라즈마를 점화하기 위해) 유전체 플레이트(469)의 하부 표면에서의 효율적인 결합 및 높은 필드 강도가 제공된다. d3는 프로세스 챔버(430)의 바닥 표면 위로의 유전체 플레이트(469)의 높이를 나타내며, 작업물 홀더 및 작업물 그 자체(예를 들어, 도 2a의 페디스털(135) 및 작업물(50))를 위한 간극을 제공할 필요에 의해 적어도 어느 정도 국한될 것이다.
위에서 논의된 전도성 플레이트(137)와 같이, 전도성 플레이트들(437 및 420)은 금속으로 형성될 수 있지만, 예를 들어, 다른 전도성 물질들, 또는 보호성(예를 들어, 반드시 전도성일 필요는 없는) 물질들로 부분적으로 또는 완전히 코팅된 전도성 물질들로 또한 형성될 수 있다.
조정 디바이스들(410)의 개념을 예시하기 위해 막대들 및 너트들로 이루어진 조정 디바이스들이 도시되었지만, 임의의 유형의 기계 또는 전자기 액추에이터가, 도시된 막대 및 너트 조합을 대체할 수 있다는 것이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 분명할 것이다. 예를 들어, 기어식 디바이스들, 스프링 장착식 디바이스들, 자기 액추에이터들, 스테퍼 모터들, 압전 액추에이터들 또는 다른 전자기 디바이스들이 대체할 수 있다. 관련 기술분야의 통상의 기술자는, 본 개시내용을 읽고 이해할 때, 조정 디바이스들 또는 액추에이터들로서 사용될 수 있는 대안들, 동등물들, 수정들, 및 중간 조합들을 쉽게 인식할 것이다. 일부 실시예들에서, 도 1의 유전체 플레이트(169)와 관련하여 논의된 바와 같이, 플라즈마 점화를 촉진하기 위해 복수의 중공 영역들이 유전체 플레이트(469)의 하부 표면 상에 형성된다.
특정 실시예들은 도파로 공동(467)에 걸쳐 d1을 조정하기 위해 단일 디바이스(410)를 활용하는 반면, 다른 실시예들은 플레이트(437)에 대해 이동가능한 전도성 플레이트(420)에 의해 형성된 평면을 조정하기 위해 3개의 디바이스들(410)을 사용한다. 이동가능한 전도성 플레이트(420)로의 디바이스들(410)의 연결들은, 이동가능한 전도성 플레이트(420)가 디바이스들(410)에 대해 경사지는 것을 허용하는 가요성 물질들 또는 접합부들을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예들은, 이동가능한 전도성 플레이트(420) 또는 아래놓인 플레이트(437)의 평면성과 관계없이 도파로 공동(467)의 마이크로파들 및 d1에 대한 점대점 제어를 제공하기 위해, 변형가능한 전도성 플레이트(420)를 갖는 더 많은 디바이스들(410)을 사용할 수 있다. 임의로, 각각의 디바이스(410)는, 천장 플레이트(415)와 기계적으로 그리고 전기적으로 결합되는 전도성 벨로우즈(413)에 의해, 이동가능한 전도성 플레이트(420) 위에서 둘러싸인다. 따라서, 벨로우즈(413)는, 이동가능한 전도성 플레이트(420)가 하우징(405)과 동일한 전위에 있다는 것을 보장하며, 디바이스들(410)이 천장 플레이트(415)를 통과하고 너트들(411)과 맞물리는 경우에 탈락될 수 있는 임의의 입자들을 포함할 수 있다.
시스템(400)에서, 전도성 플레이트(420)가 자유롭게 이동할 수 있다는 것을 보장하기 위해, 이동가능한 전도성 플레이트(420)와 하우징(405)의 측들 사이에 작은 갭이 필요할 수 있다. 이는, 고유모드 조건을 방해할 수 있는, 일부 마이크로파들의, 갭을 통한 전파를 허용함으로써, 도파로 공동(467) 내의 마이크로파들의 전파에 악영향을 미칠 수 있다. 도 4에 A로 표시된 영역이, 이러한 효과를 관리하기 위한 선택사항들과 함께 도 5a 내지 5d에 예시된다. 도 5a에 예시된 RF 개스킷, 또는 도 5b에 예시된 RF 초크들 중 하나가, 이동가능한 전도성 플레이트(420) 주위에 설치될 수 있고, 따라서, 영역(A)에 뿐만 아니라 영역(A')에도(예를 들어, A 및 A'는 하우징(405)의 둘레 주위에 서로로부터 180 도에 있음) 존재할 수 있다.
도 5a는 이동가능한 전도성 플레이트(420)와 하우징(405) 사이에 삽입된 RF 개스킷(440)을 예시한다. RF 개스킷(440)은 일반적으로, 마이크로파 누설을 효과적으로 감소시킬 것이지만, 이동가능한 전도성 플레이트(420) 및 하우징(405) 중 어느 하나 또는 둘 모두를 긁을 수 있다. 이는 금속 입자들을 생성할 수 있고, 이 금속 입자들은 마이크로파들에 응답하여 도파로 공동(467) 주변을 이동하며 바람직하지 않게 영향을 미칠 수 있다.
도 5b는, 이동가능한 전도성 플레이트(420)와 결합된 전도성 홀더(442), 및 이동가능한 전도성 플레이트(420)의 최상부 표면에 대해 홀더(442)에 의해 유지되는 유전체 물질(444)을 포함하는 RF 초크(431)를 예시한다. 유리하게, 유전체 물질(444)은 측방향 치수()를 갖고, 여기서, ε1은 물질(444)의 유전 상수이고, λ는 마이크로파들의 파장이고, m은 0 초과의 임의의 정수이다.
도 5c는, RF 초크(431)의 특징들을 포함하고 제2 유전체 물질(445)을 추가한 RF 초크(432)를 예시한다. 유리하게, 유전체 물질(444)은 치수()를 갖고, 여기서, ε2는 물질(445)의 유전 상수이고, λ는 마이크로파들의 파장이고, p는 0 초과의 임의의 정수이다. 유전체가 하우징(405)에 대해 문질러질 것이라는 사실을 고려해야 하고; 연질 및/또는 비탈락 유전체들, 예컨대, 폴리테트라플루오로에틸렌(예를 들어, 테플론®(Teflon®)) 또는 폴리에테르에테르케톤(PEEK)이 물질(445)로서 유용할 수 있다.
도 5d는, 오직 제2 유전체 물질(445)만 포함하는 RF 초크(433)를 예시한다. 이 실시예에서, 유전체 물질(445)은 유리하게, 치수()를 갖고, 여기서, ε2는 물질(445)의 유전 상수이고, λ는 마이크로파들의 파장이고, n은 0 초과의 임의의 홀수 정수이다. L3는 유전체로 충전된 갭에서의 전자기파들의 여기를 방지하여, 갭을 통한 마이크로파 누설을 감소시키도록 선택된다.
본원의 특정 실시예들은, 신호 생성기, 증폭 전자장치 및/또는 다른 구성요소들(예를 들어, 도 3의 전자장치 세트들(225))이, 충분히 넓은 조정 범위를 제공할 수 없거나 매우 다양한 공진 모드들이 요구되는 때와 같은 상황들을 해결할 수 있다. 이에 대한 하나의 접근법은, 하우징(예를 들어, 하우징(405))이 단일 공동을 한정하도록, 도파로 공동(예를 들어, 공동들(167 또는 467))의 경계를 정하는 전도성 플레이트를 제거하는 것이다.
도 6은, 도 4의 플라즈마 처리 시스템(400)의 특징들 중 대부분을 포함하는 플라즈마 처리 시스템(470)의 일부를 예시하는 개략적인 단면도이다. 그러나, 시스템(470)은 공동(467)의 바닥에 전도성 플레이트를 포함하지 않는다. 시스템(470)에 사용되는 구성요소들이, 시스템(400)에 사용되는 구성요소들과 동일하기 때문에, 그러한 구성요소들에 대해 동일한 참조 번호들이 사용되지만, 전기적 거동이 상이하기 때문에, 치수들 중 일부는 상이하게 표시된다. 이제, d21은 공동(467)의 공기 갭 높이를 나타내고, d22는 유전체 플레이트(469)의 두께를 나타낸다.
전기적으로, 시스템(470)은 하우징(405)에 의해 경계가 정해진 단일 공동이고, 이동가능한 전도성 플레이트(420)는 두께(dp)를 갖는다. 그러나, 유전체 플레이트(469)의 유전 상수 및 두께뿐만 아니라 도시된 치수(d21)도, 고유모드 조건들에 영향을 미치는 것을 포함하여, 공동 내에서 마이크로파들이 어떻게 전파되는지에 여전히 영향을 미칠 것이다. 따라서, 여기서 다시 한번 조정 디바이스들(410) 및 너트들(411)로 도시된, 이동가능한 전도성 플레이트(420)의 높이를 조정하기 위한 메커니즘이, 공동(467) 내의 마이크로파 조건들을 조정하기 위한 유용한 툴로서 남아 있다. 물론, 임의의 유형의 기계 또는 전자기 액추에이터가, 도시된 막대 및 너트 조합을 대체할 수 있다는 것이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 분명하며; 시스템(400)과 관련하여 이러한 특징들에 관한 모든 논의는 시스템(470)에 동등하게 적용가능하다. 그러한 높이 조정 디바이스가 제 위치에 있을 때, d21은 0의 최소 값 내지 d21최대의 최대 값을 갖는 변수로 생각될 수 있으며, 여기서 이동가능한 전도성 플레이트(420)는 천장 플레이트(415)와 접할 것이다(이동가능한 전도성 플레이트(420)의 하부 표면은 천장 플레이트(415) 아래의 이동가능한 플레이트의 두께(dp)일 것이다). 실제로, 0 내지 d21최대의 한계들은 이동가능한 플레이트 메커니즘의 이동 한계들에 의해 더 제한될 수 있다.
시스템(470)은, 공동(475)으로서 지정된, 하우징(405)의 부분 내의 적어도 하나의 고유모드를 지지하기 위해 유리하게 조정가능하다. 이는, 필드들이 유전체 플레이트(469)의 하부 표면으로 효율적으로 하방 결합되는 것을 허용하며, 여기서 필드들은 플라즈마(60) 내에 결합될 것이다. d21이 그의 최소 값에 있을 때, 고유모드는 f최대의 최대 주파수를 가질 것이고; d21이 그의 최대 값에 있을 때, 고유모드는 f최소의 최소 주파수를 가질 것이다. 유리하게, 마이크로파 입력들(466)을 구동하는 전자장치 세트들은, 이동가능한 전도성 플레이트(420)의 임의의 물리적 설정에 대해 고유모드가 지지될 수 있도록, f최소 내지 f최대의 모든 주파수들을 지지한다. 전형적으로, 전자장치 세트들로부터 이용가능한 임의의 주파수에 대해, 이동가능한 전도성 플레이트(420)에 대해 이용가능한 하나의 고유모드 위치가 있을 것이지만, d21최대가 충분히 크다면, 이용가능한 하나 초과의 고유모드 위치가 있을 수 있다.
도 7은, 도 6의 플라즈마 처리 시스템(470)의 특징들 중 대부분을 포함하는 플라즈마 처리 시스템(480)의 일부를 예시하는 개략적인 단면도이다. 그러나, 시스템(480)은 이동가능한 천장 플레이트를 포함하지 않는다. 하우징(405), 하우징 내의 구성요소들, 및 치수들(d21 및 d22)의 특성들이 잘 알려져있고/거나 제어되는 경우, 도 6의 시스템(470)의 공동(475)과 유사하게, 고유모드가 공동(485)에 의해 지지되도록 치수들이 조정된, 진공 밀봉된 유전체 플레이트(469)를 내부에 갖는 단일체 하우징을 제공하는 것이 가능해진다. 게다가, 마이크로파 입력들(466)을 구동하는 전자장치 세트들이 주파수 조정을 지지하는 경우, d21 및 d22가 고정된다는 사실에도 불구하고, 공동(485) 내의 고유모드를 지지하기 위해 마이크로파들의 주파수를 조정하는 것이 가능할 수 있다. 대안적으로, 하우징(405)이 밀봉되기 이전에 d21이 (예를 들어, 나중에 철회될 수 있는, 유전체 플레이트(469)의 높이를 조정하기 위한 임시 메커니즘을 이용하여, 전력 하에서 시스템(480)을 특징화함으로써) 조정될 수 있다면, 마감처리된 시스템(480)이, 더 적은 활동 부분들 또는 조정들을 갖는 더 소형 형태로 제공될 수 있다. 도 4의 시스템(400)과 유사하게, 사용될 물질들, 비용, 무게, 크기 등의 고려들이, 치수들(d21 및 d22)을 선택하는 데에 사용될 수 있다. 특히, d22는 프로세스 챔버(430)가 배기될 때 유전체 플레이트(469)에 걸쳐 대기압의 힘을 견디기에 충분히 두꺼울 필요가 있지만, d22가 매우 높으면 유전체 플레이트(469)는 무거워지고 비용이 많이 들게 될 수 있다.
도 8은, 도 7의 플라즈마 처리 시스템(480)의 특징들 중 대부분을 포함하는 플라즈마 처리 시스템(490)의 일부를 예시하는 개략적인 단면도이다. 그러나, 시스템(490)은, 도 4, 6, 및 7의 시스템들(400, 470 및 480)에 도시된 측부-주입 마이크로파 입력(466) 대신에, 최상부-주입 마이크로파 입력(468)으로부터 전력공급된다. 다른 실시예들이, 입력(468)과 같은 최상부-주입 마이크로파 입력들을 이론적으로 사용할 수 있지만, 그러한 입력들을 그러한 실시예들의 이동가능한 플레이트들과 통합하는 것은 어려울 수 있다. 시스템(480)과 같이, 시스템(490)은 소형 형태로, 특히, 하나 이상의 측부-주입 마이크로파 입력들(466)을 통합하는 것이 문제인 응용들에 제공될 수 있다.
실시예들에서, 도 7 및 8의 설계는, d21을 0으로 감소시킴으로써 더 수정될 수 있다. 도 9는, 도 7의 플라즈마 처리 시스템(480)과 유사한 특징들을 포함하는, d21이 0으로 설정된, 즉, 공동(467)을 제거한 플라즈마 처리 시스템(495)의 일부를 예시하는 개략적인 단면도이다. 시스템들(480 및 490)과 같이, 시스템(495)은 소형 형태로 제공될 수 있다. 시스템(495)의 대안적인 실시예들에서, 측부-주입 마이크로파 입력(466)은 도 8의 시스템(490)의 최상부-주입 마이크로파 입력(468)으로 대체될 수 있다.
도 10은, 도 4의 플라즈마 처리 시스템(400) 및 도 7의 플라즈마 처리 시스템(480)의 특징들 및 작동 개념들 중 대부분을 포함하는 플라즈마 처리 시스템(500)의 일부를 예시하는 개략적인 단면도이다. 시스템(500)은 플레이트(437)와 유전체 플레이트(520) 사이에 갭(510)을 도입하고, 유전체 플레이트(520)는, 프로세스 챔버(430)가 배기될 때 갭(510) 및 공동(467) 영역들이 배기되지 않도록, 유전체 플레이트(469)와 유사하게, 갭(510) 및 공동(467)으로부터 프로세스 챔버(430)를 밀봉한다. 공동(505)은 갭(510) 및 유전체 플레이트(520)를 포함하도록 한정될 수 있다. 그러면, 도 7의 처리 시스템(480)과 유사한 방식으로, 마이크로파 입력들(466)을 구동하는 전자장치 세트들이 주파수 조정을 지지하는 경우, d21 및 d22가 고정된다는 사실에도 불구하고, 공동(505) 내의 고유모드를 지지하기 위해 마이크로파들의 주파수를 조정하는 것이 가능할 수 있다. 즉, 다른 하나의 고유모드를 지지하기 위해 공동(505)을 조정하는 데에 주파수 조정이 사용될 수 있고, 다른 가능한 유사한 고유모드를 지지하기 위해 공동(467)을 조정하는 데에 이동가능한 전도성 플레이트(420)가 사용될 수 있다(예를 들어, TE 112 가 공동(505) 내에서 여기된다면, TE 111 은 공동(467) 내에서 유리하게 여기될 수 있다).
도 11은, 도 10의 플라즈마 처리 시스템(500)의 특징들 및 작동 개념들 중 대부분을 포함하는 플라즈마 처리 시스템(550)의 일부를 예시하는 개략적인 단면도이다. 시스템(550)은 제어가능한 높이의 조정가능한 유전체 층(530)을 도입하고, 이 유전체 층은, 예를 들어, 마이크로파 주파수들에서의 상당한 에너지를 흡수하지 않는 액체 유전체(또는 액체 유전체로 충전된 블래더)의 층일 수 있다. 조정가능한 유전체 층(530)에 적합한 물질은 퍼플루오로폴리에테르(PFPE)이고, 이는 ε = 1.94의 유전 상수 및 tan δ = 2x10-4의 손실 탄젠트를 갖는다. 공동(505)은 갭(510), 조정가능한 유전체 층(530) 및 유전체 플레이트(520)를 포함하는 것으로 한정될 수 있다. 공동(505) 내의 높이(d21)는 갭(510)의 높이(d211) 및 조정가능한 유전체 층(530)의 높이(d212)의 전기 길이 합으로 정의될 수 있는데, 즉, 이고, 여기서 ε액체는 유전체 층(530)의 유전 상수이다. 제어기(540)는 액체 유전체의 부분들을 유체 연결을 통해 추가하거나 제거할 수 있고, 따라서, 공동(505) 내에 고유모드 조건을 생성하거나 유지하기 위해, 조정가능한 유전체 층(530)을 기계적으로 조절할 수 있다. 이는, 시스템(550)의 작동을 최적화하기 위한 추가 자유도를 제공하고, 여기서, 이동가능한 전도성 플레이트(420)는, 마이크로파 입력(466)을 통해 공급되는 마이크로파들의 주파수를 조정할 필요 없이, 공동(467)을 최적화하는 데에 사용될 수 있고, 조정가능한 유전체 층(530)은 공동(505)을 최적화하는 데에 사용될 수 있다. 따라서, 마이크로파 입력(466)에 전력공급하는 전자장치 세트들이 조정가능하다면, 조정가능성이, 다른 특징들(예를 들어, 프로세스 챔버(430) 내에 고유모드 조건을 생성하거나 유지하는 것)을 최적화하기 위해 예비될 수 있다. 대안적으로, 비용을 감소시키기 위해, 조정가능하지 않은 전자장치 세트들이 사용될 수 있다.
도 12는, 도 10의 플라즈마 처리 시스템(500)의 특징들 및 작동 개념들 중 대부분을 포함하는 플라즈마 처리 시스템(560)의 일부를 예시하는 개략적인 단면도이다. 시스템(560)은 마이크로파 공동(467)을 포함하는 상부 하우징(515), 및 프로세스 챔버(430)를 포함하는 하부 하우징(517)을 도입한다. 상부 하우징(515)과 하부 하우징(517)의 상대 위치들은, 조정 디바이스들(410)과 같은, 기계식, 자기식, 전자기식, 압전식 등일 수 있는 액추에이터(570)를 통해 조정된다. 상부 하우징(515)과 하부 하우징(517)의 상대 위치들을 조정하는 것은, 각각, 갭(510)의 높이가 증가하거나 감소하게 한다. 공동(507)은 갭(510) 및 유전체 플레이트(520)를 포함하는 것으로 한정될 수 있고, 따라서, 조정가능한 유전체 층(530)이 시스템(550)(도 11)의 공동(505)을 조정하는 것과 유사한 방식으로, 액추에이터(570)의 신장 및 수축이 공동(507)을 조정하는 데에 사용될 수 있다. 도 5a에 예시된 RF 개스킷, 또는 도 5b에 예시된 RF 초크들 중 하나가, 상부 하우징(515)과 하부 하우징(517) 사이의 계면에 설치될 수 있고, 따라서, 영역(B)에 뿐만 아니라 영역(B')에도(예를 들어, B 및 B'는 하우징들(515, 517)의 둘레 주위에 서로로부터 180 도에 있음) 존재할 수 있다.
이제, 논의된 방법은 처리 동안의 불균일성들의 국부적인 효과들을 완화하는 수단을 제공한다. 치수 변동들, 물질 불균일성들, 장치 비대칭들 등은 프로세스 챔버의 특정 영역들이 다른 영역들보다 더 많은 강한 플라즈마 작용을 갖게 할 수 있다. 이러한 효과들은 시스템 내에서 국부화되거나 일반화될 수 있는데; 즉, 일부 프로세스 불균일성들은 사전에 예측하기 어려운 개별 위치들에 영향을 미칠 수 있는 반면, 다른 불균일성들은 도파로(210)의 원통 형태에 대해 예측가능하게 방사상 또는 방위각일 수 있다. 이러한 효과들이 발생할 때, 플라즈마에 의해 처리되는 작업물(50)의 대응하는 영역들이 불균일하게 처리될 수 있다.
도 13은 작업물(50)(예를 들어, 반도체 웨이퍼) 상의 프로세스 변형의 예시적인 패턴을 예시한다. 영역(580)은 공칭 결과들로 처리된 반면, 영역(588)은 파라미터들, 예컨대, 가스 분배 균일성, 전기장 균일성에서의 하나 이상의 작은 변동, 프로세스 챔버 물질들의 변동, 및/또는 프로세스 챔버와 연관된 비대칭 요소들, 예컨대, 센서들, 접근 포트들, 작업물 취급 장비 등의 존재로 인해 열화된 결과들로 처리된다. 영역들(580 및 588) 사이의 외관의 상당한 차이는 오직 예시적인 목적들을 위한 것이다. 즉, 영역(588)은 영역(580)에서 받은 것과 단지 몇 퍼센트만 상이할 수 있는 처리(예를 들어, 식각 또는 증착)를 받을 수 있지만, 그 퍼센트를 가능한 많이 감소시키는 것이 여전히 바람직할 것이다.
실시예들에서, 영역(588)의 효과들은 순수한 전기적 수단을 통해 작업물(50)에 대해 회전하도록 만들어질 수 있는 반면에, 작업물(50) 자체는 고정 상태로 남는다. 도 14는 작업물(50)의 처리 시에 느린 회전 파동 프로세스의 효과를 예시한다. "느린 회전" 또는 "느리게 회전"이라는 용어들은 본원에서, 전자기 방사선의 전파 주파수보다 훨씬 더 낮은(예를 들어, 많아야 1/1000) 주파수 또는 속도로 시간에 걸쳐 변하는 파동 패턴들을 의미하는 데에 사용된다. 예를 들어, 본원의 공칭 마이크로파 주파수들은 약 2.5 GHz일 수 있지만, 느린 회전 모드는 <1 MHz, 그리고 종종 <10 KHz의 주파수들을 가질 것이다.
588'로 표시된, 영역(588)의 희미한 윤곽은, 도시된 바와 같이, 반시계 방향으로 작업물(50) 위에서 회전하도록 만들어질 수 있다(그리고 시계 방향으로 유사하게 회전할 수 있다). 회전 영역(588')은 영역(588)에 원래 존재하는 효과들을 매끄럽게 하거나 지워내는 것으로 보일 수 있고, 그래서 작업물(50)의 어느 부분도 원래 영역(588)과 동일한 정도로 영향을 받지 않는다. 도시된 예에서, 영역(588')은 작업물(50)의 내측 및 외측 영역들 위에서 회전하지 않으므로, 이러한 영역들은 영역들(580')로서 지정된 상태로 유지된다. 영역(588')의 작은 부분이 작업물의 내측 및 외측 영역들 근처의 대역들(582) 위에서 회전하는 반면, 영역(588')의 큰 부분은 대역들(582) 사이의 대역(584) 위에서 회전한다. (오직 예시적인 목적들을 위해 작업물(50)이 대역들을 갖는 것으로 도시된 것을 이해해야 하며; 처리 효과들은 대역들(582 및/또는 584)의 에지들에서 계단 함수 변경들을 하는 대신에, 점진적으로 서로 희미해질 것이다.) 이에 따라, 본래 영역(588)에 존재하는 프로세스 효과들은, 본래 영역(588)의 그러한 프로세스 효과들의 농도와 비교하여, 더 넓은 영역들에 걸쳐 퍼질 수 있고, 대역들(582, 584)에 걸쳐 감소될 것이다.
플라즈마 프로세스의 과정 동안 많은 필드 회전들이 발생하도록 Ω를 선택하는 것은, 대응하는 플라즈마 불균일성이 회전되는 것을 허용하고, 따라서, 작업물 상의, 불균일성에 의해 야기된 (예를 들어, 영역(588)과 같은) "핫" 또는 "콜드" 처리 점들의 효과를 매끄럽게 한다. Ω는 또한, 측정된 프로세스 균일성 결과들에 따라, 사용자에 의해 경험적으로 조정될 수 있다.
인접한 프로세스 챔버에 생성된 플라즈마에 대한, 도파로 공동 내의 회전 파동 패턴의 효과들은 또한, 회전의 속도에 따라 상이할 수 있다. Ω가 약 100 Hz 미만일 때, 플라즈마 점화는 필드 회전을 밀접하게 따를 수 있다. 결과적으로, 필드들뿐만 아니라 플라즈마도 회전 주파수(Ω)로 회전한다. Ω가 약 1000 Hz를 초과하면, 플라즈마는 필드를 따를 수 없지만, 전기장 강도의 전체 분포에 여전히 민감하여, 방사상 대칭의 균일한 플라즈마 분포를 생성한다. 약 100 Hz와 1000 Hz 사이의 중간 값들에서, 효과는 회전과 방사상 대칭의 플라즈마 분포들의 혼합이다. 또한, 무작위 원인들로 인한 국부화된 플라즈마 효과들과 회전 주파수 사이에 상호작용들이 있을 수 있고, 그에 의해 종종, 회전 주파수(Ω)를 조정하는 것이 국부적인 처리 불균일성들을 증가시키거나 감소시킨다. 이러한 상호작용들은, 다양한 회전 주파수들(Ω)에 대해 프로세스 성능을 특징화하고, 최상의 균일성을 제공하는 Ω의 값을 선택함으로써 발견될 수 있다. 유리하게, 이러한 효과들은, 예를 들어, 원하는 값을 사용자가 간단히 입력하게 하고 프로세스 장비(예를 들어, 신호 생성기(215))의 제어기가 아래의 논의에 따라 적절한 마이크로파 신호들을 계산하게 함으로써, 순수히 전자적으로 구현될 수 있다. 즉, 기계적인 장비 수정이 필요하지 않다.
이제, 도 3의 시스템(300)에 도시된 좌표계의 상황 속에서, 위에서 언급된 시스템들(200, 300, 400, 470, 480, 495, 500, 550 및 560) 중 임의의 시스템의 구성들을 고려한다. 논의된 실시예들 중 일부에서, 처리 동안 불균일성들의 국부적인 효과들을 완화시키는 수단으로서, 일반화된 TE 및 TM 모드(예를 들어, TE mnl /TM mnl )에 대해 회전 각주파수(Ω)를 갖는 느린 파동 회전이 제공된다.
마이크로파들이 도 3의 시스템(300)의 마이크로파 입력들(P 및 Q)로부터, 각각, 및 에 비례하는 시변 진폭을 갖는 반송 주파수로 주입된다고 가정한다. 여기서, 는 나중에 결정될 시간 위상 지연을 나타내고, t는 시간을 나타낸다. 마이크로파 입력(P)으로부터의 주입에 의해 여기된, 원통형 공동에서의 TE mnl /TM mnl 모드는 다음:
과 같이 표현될 수 있고, 여기서, 방사상(r) 및 축방향(z) 좌표들에 따른 항들은 계수 a에 포함되고, m은 양의 정수이다.
식 (1)은 또한, 복소수 형태로 작성될 수 있다.
식 (2)
동일한 방식으로, 마이크로파 입력(Q)으로부터의 주입에 의해 여기된 TE mnl /TM mnl 모드는 다음과 같이 복소수 형태로 설명될 수 있다.
식 (3)
식 (2) 및 (3)을 재작성하면 다음과 같다.
식 (4)
식 (5)
그러므로, 공동에 결과로 생성된 파동은 다음으로 주어진다.
식 (6)
반시계 방향 회전을 제공하기 위해, 다음의 조건이 충족되어야 한다.
또는, 동등하게,
이고, 여기서 r 및 s는 임의 정수들이다.
식 (9) 및 (10)을 동시에 풀면, 반시계 방향 회전을 위한 조건은 다음과 같이 표현될 수 있다
동일한 방식으로, 시계 방향 회전의 경우, 식 (7) 및 (8)은,
가 되고, 식 (9) 및 (10)은,
이 된다.
식 (15) 및 (16)을 동시에 풀면, 시계 방향 회전을 위한 조건은 다음과 같이 표현될 수 있다.
식 (11) 및 (12)와 (17) 및 (18)을 비교하면, 포트(Q)의 각도(θq)는 동일한 형태를 갖는 반면에, 시간 위상 지연들( 및 )은 반시계 방향 회전과 시계 방향 회전 사이에 π만큼 상이하다.
명백히, 식 (11) 및 (12), (17) 및 (18)은 다음과 같이 풀 수 있다.
제1 경우: r=1, s=0
제2 경우: r=2, s=0
반시계 방향 회전의 경우로 다시 돌아가면, 식 (6)의 결과적인 필드는 복소수 형태로
식 (21)
으로 표현될 수 있고, 실수 형태로는,
식 (4) 및 (5)는 반시계 방향 회전 하에서 다음으로 표현될 수 있다.
실수 형태들로,
이다.
포트들(P 및 Q)에서의 입력 파형들을 도출하기 위해, P 및 Q의 좌표들을 다음과 같이 θ로 대체해야 된다.
가 된다.
식들 (21) 내지 (25-2)에 대응하는, 시계 방향 회전을 위한 식들은, 각각, 다음으로 표현된다.
식 (26)
이다.
위의 유도들은 입력을 전자장치 세트들에 제공하기 위한 기초로서 사용될 수 있고, 그에 의해, 마이크로파 공동 내의 주어진 파동 패턴은 시간에 따라 회전될 수 있다. 예를 들어, 주파수(ω)의 마이크로파들을 송신하고, 결과로 생성된 파동 패턴을 Ω의 각주파수로 회전시키는 것이 바람직할 수 있다. 도 3을 참조하면, 전자기 방사선이 전자장치 세트들(225(1) 및 225(2))로부터 전달되는 상대 위치들(P 및 Q)이 알려져 있다. 신호 생성기(215)가 ω 및/또는 Ω를 선택하도록 프로그래밍될 수 있거나, 이들은, 사용자 입력 디바이스(314)를 사용하여 사용자 선호도로서 입력될 수 있다. 이러한 파라미터들 모두가 알려져 있다면, 신호 생성기(215)는 회전이 반시계 방향인 경우에 식들(25-2)에 따라, 또는 회전이 반시계 방향인 경우에 식들(30-2)에 따라 A p 및 A q 를 계산하고, 계산된 A p 및 A q 에 따라 입력 신호들(220(1) 및 220(2))을 제공한다.
특정 균일성 문제들은 또한, 방사상 플라즈마 특성들을 변경하기 위해, 위에서 논의된 수직 고유모드들과 반대로, 마이크로파 공동 내에서 상이한 방사상 고유모드들을 여기함으로써 해결될 수 있다. 예를 들어, 특성화가, 도 13의 영역(588)과 같은 영역이 존재하는 것을 밝혀졌다는 것을 보여준다고 가정한다. 영역(588)은 작업물(50) 내에 중심에 위치되지 않지만, 어느 정도 그 중심과 에지 사이에 있다. 종래의 마이크로파 공급원들로는, 영역(588)을 야기하는 불균일성을 제거하기 어렵다.
불균일성을 제거하기 위한 새로운 제안은, 도 15에 예시된 바와 같이, 에지가 높은 비대칭의 윤곽을 갖는 전기장(590)을 사용하여 플라즈마(60)를 생성하는 것이다. 플라즈마(60)의 분포는 주어진 위치에서 전기장의 제곱에 의해 결정될 것이다. 도 15에 예시된 필드는, 도 16에 도시된 바와 같이, 제1 TE 모드, 예컨대, TE 111 모드(591)를 상이한 차수의 제2 TE 모드, 예컨대, TE 011 모드(591) 상에 중첩함으로써 만들어질 수 있다. TE 011 모드(591)의 방사상 성분은 항상 0이기 때문에, 전기장(Eθ)의 방위각 성분만이 고려된다. 이는, TE 111 모드(591) 및 TE 011 모드(593)의 공진 주파수들이 살짝 상이한 것으로 이어질 수 있다. 예를 들어, 약 400 mm 직경의 특정 공동의 경우, TE 111 모드(593)의 공진 주파수 == 2.431 GHz인 반면, 동일한 공동에 대해서, TE 011 모드(591)의 공진 주파수 == 2.467 GHz이다. 그러므로, 결과로 생성된 필드(590)(도 15)의 형상이 시간에 따라 변할 것이다. 이를 회피하기 위해, 전자기 방사선 주파수들(ω 111 및 ω 011 ) 간의 위상 차이가 주기적으로 0으로 재설정되어야 한다.
상이한 차수의 TE 모드들은 또한, 위에서 논의된 바와 같이 느린 회전에 의해 공급될 수 있다. 예를 들어, TE 111 모드(591)를 위한 입력 전력이 지점들(P 및 Q)(도 3)에서,
의 형태들로 주입되어, 반시계 방향 회전을 생성할 수 있다. 불균일성을 완화시키기 위해, 시간 의존적인 느린 회전 각주파수(Ω)가 할당될 수 있다. 그러나, TE 011 모드(593)가 방위각 대칭이기 때문에, TE 011 모드(593)를 위한 전력 주입은 자유도를 갖는다. TE 011 모드(593)를 위한 입력 전력을 제공하는 하나의 대표적인 형태는 다음의 형태들을 사용하는 것이다.
Ω의 시간 의존적인 할당은 신호 생성기(215)에 의해 구현될 수 있다. 일반적으로, 상이한 차수의 모드들, 예컨대, TE 11x 및 TE 01x (여기서, x=1 또는 2)간의 주파수 차이들은, 전력공급되는 챔버의 크기에 따라, 약 30 내지 140 MHz에 걸쳐있다. 그러한 모드들의 서로에 대한 시간 위상들을 결정하고 재설정하기 위해, 가능한 컴퓨터 처리 하드웨어, 예컨대, 마이크로프로세서들 또는 FPGA들이 신호 생성기(215) 내에 구현될 수 있다.
바로 위에서 논의된 계획은 또한, 장비 능력들 또는 다른 프로세스 제약들이 단순한 방사상 처리 불균일성을 야기하는 상황들에 적용가능하다. 예를 들어, 도 21a는, 내측 영역(720)에서와 상이한 결과를 외측 영역(710)에 생성하는 공칭 플라즈마 프로세스를 이용한 처리 이후의 작업물(50)을 예시한다. 식각 프로세스의 경우에, 영역(720)은 공칭 식각을 경험할 수 있는 반면, 영역(710)은 감소된 식각을 경험하지만, 이러한 각본은 또한 반전될 수 있거나, 다른 프로세스 유형(예를 들어, 증착 프로세스)에 적용될 수 있다. 공칭 프로세스에, t1의 식각 시간으로 TE 011 모드에 의해 여기된 플라즈마가 제공된다면, 에지가 높은 모드, 예컨대, TE 211 에 의해 여기된 플라즈마가 식각에 제공되는 프로세스에 추가의 식각 시간(t2)이 추가될 수 있다. 위의 프로세스 계획들과 같이, 이는 전자 수단만을 통해서 쉽게 구현되는데, 즉, 신호 생성기(215)는 TE 011 , TE 211 및/또는 다른 모드들을 제공하기 위해 적절한 주파수, 위상 및/또는 진폭 변동들을 제공할 수 있다. 어떠한 기계적 장비 변화들도 필요하지 않다. 도 21b는, 제1 프로세스 세그먼트(730)(예를 들어, TE 011 모드를 사용하는 공칭 식각 프로세스)는 시간(t1)까지 공칭 전력으로 진행되고 그 이후에 제2 프로세스 세그먼트(740)(예를 들어, TE 211 및/또는 다른 모드를 사용하는, 에지가 높은 맞춤 식각 프로세스)는 시간 증분(t2) 동안에 계속되는 이 프로세스 계획을 구현하는 프로그램을 개략적으로 예시한다. 플라즈마 전력은, 세그먼트(730)와 비교할 때, 세그먼트(740)에서 감소되는 것으로 도시되지만, 이는 그럴 필요는 없으며, 전력은 동등할 수 있거나, 심지어, 세그먼트(730)에서보다 세그먼트(740)에서 더 클 수 있다. 추가의 프로세스 세그먼트들이 또한 추가될 수 있다. 관련 기술분야의 통상의 기술자는, 이 기법의 대안들, 동등물들, 수정들, 기능확장들 및 중간 조합들을 쉽게 인식할 것이다.
챔버 기하형상 및/또는 구성은 또한, 특히, 동일한 주파수가 2개의 상이한 공동들에서(예를 들어, 도 10, 11 및 12의 시스템들(500, 550 및 560)에서) 공진해야 할 때, 느린 회전 및/또는 다중 차수 TE 모드들의 구현을 어렵게 할 수 있다. 이 난제를 해결하기 위한 하나의 방법은, 낮은 품질 인자를 갖는 공진 공동들 중 하나 또는 둘 모두를 설계하여, 공진 피크가 진폭에서는 덜 두드러지지만 주파수 측면에서는 더 넓어지는 것이다.
도 17은, 작업물을 처리하기 위해 플라즈마를 생성하는 방법(600)의 흐름도이다. 방법(600)은 본원에 개시된 시스템들(100, 400, 500, 550 및 560) 중 하나 이상을 사용하여 구현될 수 있다. 방법(600)의 제1 단계(602)는 하나 이상의 프로세스 가스를 프로세스 챔버(예를 들어, 프로세스 챔버(130 또는 430)) 내에 도입한다. 프로세스 챔버는, 프로세스 챔버의 배기에 대응하는 압력 차이를 지지할 수 있는 유전체 플레이트(예를 들어, 유전체 플레이트들(169, 469, 520))에 의해 적어도 부분적으로 밀봉된다. 방법(600)의 제2 단계(604)는, 전자기 방사선을 (예를 들어, 전자장치 세트들(225(2), 225(2))로부터) 프로세스 챔버에 인접하여 배치된 도파로 공동(예를 들어, 공동(167 또는 467)) 내로 전파한다. 도파로 공동은, 프로세스 챔버와 대면하고 프로세스 챔버로부터 도파로 공동에 걸쳐 배치된 제1 전도성 플레이트(예를 들어, 전도성 플레이트(420))에 의해 적어도 부분적으로 경계가 정해진다. 공동은 또한, 도파로 공동과 유전체 플레이트 사이에 배치된 제2 전도성 플레이트(예를 들어, 플레이트(437))에 의해 적어도 부분적으로 경계가 정해진다. 제2 전도성 플레이트는, 전자기 방사선이 제2 전도성 플레이트를 통해, 유전체 플레이트를 통해 챔버 내로 전파되는 것을 허용하는 복수의 애퍼쳐들(예를 들어, 슬롯들(168))을 형성한다. 제3 단계(606)는 프로세스 가스들로부터 플라즈마를 점화한다. 제4 단계(608)는 제2 전도성 플레이트의 애퍼쳐들을 통해 프로세스 챔버 내로 전파된 전자기 방사선에 의해 공급된 전력으로 플라즈마를 유지한다.
방법(600)은, 본원에 개시된 장비 변동들 중 임의의 것 ― 이들은, 나열된 바와 같은 단계들(602 내지 608)과 양립가능함 ― 을 사용하기 위해 변화될 수 있다. 관련 기술분야의 통상의 기술자는, 본 개시내용을 읽고 이해할 때, 본원에 개시된 개념들 및 장비 능력들에 기초하여, 구체적으로 나열된 바와 같은 방법(600)을 실시할 수 있을 뿐만 아니라, 개시된 단계들의 대안들, 동등물들, 수정들, 기능확장들 및 중간 조합들을 쉽게 인식할 것이다.
도 18은, 프로세스 챔버의 플라즈마에 전력공급하기 위해 전자기 방사선을 제공하는 방법의 흐름도(610)이다. 방법(610)은 본원에 개시된 시스템들(100, 400, 470, 480, 490, 500, 550 및 560) 중 하나 이상을 사용하여 구현될 수 있다. 방법(600)의 제1 단계(612)는 하나 이상의 프로세스 가스를 프로세스 챔버(예를 들어, 프로세스 챔버(130 또는 430)) 내에 도입한다. 방법(610)의 제2 단계(614)는, (예를 들어, 전자장치 세트들(225(2), 225(2))로부터의) 전자기 방사선을 적어도 2개의 위치들(P 및 Q)(도 4)로부터, 프로세스 챔버에 인접하여 배치된 도파로 공동(예를 들어, 공동(167 또는 467)) 내로 전파한다. 도파로 공동은, 도파로 공동을 배기하지 않고 프로세스 챔버가 배기될 수 있고 도파로 공동 내의 전자기 방사선이 프로세스 챔버 내로 여전히 전파될 수 있도록 (예를 들어, 유전체 플레이트, 예컨대, 유전체 플레이트들(169, 469, 520)에 의해) 프로세스 챔버로부터 분리된다. 위치들(P 및 Q)은 도파로 공동(도 4)의 둘레 주위에 각각의 각도들(θp 및 θq)로 배치되고, 전자기 방사선은 도파로 공동 내에 회전 주파수(Ω)와 마이크로파 주파수(ω)로 제공된다(식들(1-32)). 제3 단계(616)는 프로세스 가스들로부터 플라즈마를 점화한다. 제4 단계(618)는 도파로로부터 프로세스 챔버 내로 전파된 전자기 방사선에 의해 공급된 전력으로 플라즈마를 유지한다.
방법(610)은, 본원에 개시된 장비 변동들 중 임의의 것 ― 이들은, 나열된 바와 같은 단계들(612 내지 618)과 양립가능함 ― 을 사용하기 위해 변화될 수 있다. 관련 기술분야의 통상의 기술자는, 본 개시내용을 읽고 이해할 때, 본원에 개시된 개념들 및 장비 능력들에 기초하여, 구체적으로 나열된 바와 같은 방법(610)을 실시할 수 있을 뿐만 아니라, 개시된 단계들의 대안들, 동등물들, 수정들, 기능확장들 및 중간 조합들을 쉽게 인식할 것이다.
도 19는, 프로세스 챔버에서의 플라즈마 처리를 위한 방법(620)의 흐름도이다. 방법(620)은 본원에 개시된 시스템들(100, 400, 470, 480, 490, 500, 550 및 560) 중 하나 이상을 사용하여 구현될 수 있다. 방법(620)의 제1 단계(622)는 하나 이상의 프로세스 가스를 프로세스 챔버(예를 들어, 프로세스 챔버(130 또는 430)) 내에 도입한다. 프로세스 챔버는 도파로 공동(예를 들어, 공동(167 또는 467))에 인접하여 배치되고, 도파로 공동은, 도파로 공동 내의 전자기 방사선이 프로세스 챔버 내로 전파되는 것을 차단하지 않고 (예를 들어, 유전체 플레이트, 예컨대, 유전체 플레이트들(169, 469, 520)에 의해) 프로세스 챔버로부터 분리된다. 방법(620)의 제2 단계(624)는, 전자기 방사선을 (예를 들어, 전자장치 세트들(225(2), 225(2))로부터) 도파로 공동 내로 전파한다. 전자기 방사선은 마이크로파 주파수(ω)로 제공된다. 도파로 공동 내에 공급된 전력의 제1 부분은, 도파로 공동 내에서 제1 TE 모드로 공진하는 전자기 방사선의 부분에 의해 공급되고, 도파로 공동 내에 공급된 전력의 제2 부분은, 도파로 공동 내에서 제2 TE 모드로 공진하는 전자기 방사선의 부분에 의해 공급된다(도 15, 16). 제3 단계(626)는 프로세스 가스들로부터 플라즈마를 점화한다. 제4 단계(628)는 도파로로부터 프로세스 챔버 내로 전파된 전자기 방사선에 의해 공급된 전력으로 플라즈마를 유지한다.
방법(620)은, 본원에 개시된 장비 변동들 중 임의의 것 ― 이들은, 나열된 바와 같은 단계들(622 내지 628)과 양립가능함 ― 을 사용하기 위해 변화될 수 있다. 관련 기술분야의 통상의 기술자는, 본 개시내용을 읽고 이해할 때, 본원에 개시된 개념들 및 장비 능력들에 기초하여, 구체적으로 나열된 바와 같은 방법(620)을 실시할 수 있을 뿐만 아니라, 개시된 단계들의 대안들, 동등물들, 수정들, 기능확장들 및 중간 조합들을 쉽게 인식할 것이다.
도 20은, 프로세스 챔버에서 작업물을 처리하기 위한 방법(630)의 흐름도이다. 방법(630)은 본원에 개시된 시스템들(100, 400, 470, 480, 490, 500, 550 및 560) 중 하나 이상을 사용하여 구현될 수 있다. 방법(620)의 제1 단계(622)는 작업물을 프로세스 챔버(예를 들어, 프로세스 챔버(130 또는 430))에 배치한다. 프로세스 챔버는 도파로 공동(예를 들어, 공동(167 또는 467))에 인접하여 배치되고, 도파로 공동은, 도파로 공동 내의 전자기 방사선이 프로세스 챔버 내로 전파되는 것을 차단하지 않고 프로세스 챔버로부터 분리된다. 방법(630)의 제2 단계(634)는 제1 플라즈마(예를 들어, 플라즈마(60))를 이용하여 프로세스 챔버에서 작업물을 처리한다. 단계(634)는, 하나 이상의 프로세스 가스를 프로세스 챔버 내에 도입하고, 전자기 방사선을 (예를 들어, 전자장치 세트들(225(2), 225(2))로부터) 도파로 공동 내에 전파하고, 프로세스 가스들로부터 플라즈마를 점화하고, 도파로 공동으로부터 프로세스 챔버 내로 전파된 전자기 방사선에 의해 공급된 전력으로 플라즈마를 유지하는 것을 포함한다. 제1 플라즈마를 위한 전력의 적어도 일부는, 도파로 공동 내에서 제1 TE 모드로 공진하는 전자기 방사선에 의해 공급된다. 방법(630)의 제3 단계(636)는 제2 플라즈마(예를 들어, 플라즈마(60))를 이용하여 프로세스 챔버에서 작업물을 처리한다. 단계(636)는, 하나 이상의 프로세스 가스를 프로세스 챔버 내에 도입하고, 전자기 방사선을 (예를 들어, 전자장치 세트들(225(2), 225(2))로부터) 도파로 공동 내에 전파하고, 프로세스 가스들로부터 플라즈마를 점화하고, 도파로 공동으로부터 프로세스 챔버 내로 전파된 전자기 방사선에 의해 공급된 전력으로 플라즈마를 유지하는 것을 포함한다. 제1 플라즈마를 위한 전력의 적어도 일부는, 도파로 공동 내에서 제2 TE 모드로 공진하는 전자기 방사선에 의해 공급된다. 제1 TE 모드는 제2 TE 모드와 상이한 차수이다.
방법(630)은, 본원에 개시된 장비 변동들 중 임의의 것 ― 이들은, 나열된 바와 같은 단계들(632 내지 636)과 양립가능함 ― 을 사용하기 위해 변화될 수 있다. 관련 기술분야의 통상의 기술자는, 본 개시내용을 읽고 이해할 때, 본원에 개시된 개념들 및 장비 능력들에 기초하여, 구체적으로 나열된 바와 같은 방법(630)을 실시할 수 있을 뿐만 아니라, 개시된 단계들의 대안들, 동등물들, 수정들, 기능확장들 및 중간 조합들을 쉽게 인식할 것이다.
여러 실시예들을 설명하였지만, 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않고 다양한 수정들, 대안적인 구성들, 및 등가물들이 사용될 수 있음을 관련 기술분야의 통상의 기술자들이 인식할 것이다. 추가적으로, 본 발명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 회피하기 위해, 다수의 잘 알려진 프로세스들 및 요소들은 설명되지 않았다. 이에 따라, 위의 설명은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
값들의 범위가 제공되는 경우, 맥락이 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 그 범위의 상한과 하한 사이에서 하한의 단위의 10분의 1까지, 각각의 중간 값이 또한 구체적으로 개시된다는 점을 이해해야 한다. 언급된 범위의 임의의 언급된 값 또는 중간 값과, 그 언급된 범위의 임의의 다른 언급된 값 또는 중간 값 사이의 각각의 더 작은 범위가 포함된다. 이러한 더 작은 범위들의 상한 및 하한은 그 범위에 독립적으로 포함되거나 제외될 수 있고, 더 작은 범위들에 그 한계치들 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두가 포함되는, 또는 양쪽 모두가 포함되지 않는 각각의 범위는 또한, 언급된 범위의 임의의 구체적으로 제외된 한계치를 조건으로 하여 본 발명 내에 포함된다. 언급된 범위가 한계치들 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두를 포함하는 경우, 그러한 포함된 한계치들 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두를 제외한 범위들이 또한 포함된다.
본원 및 첨부된 청구항들에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는, 맥락이 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 복수의 지시대상들을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "프로세스"에 대한 언급은 복수의 그러한 프로세스들을 포함하고, "전극"에 대한 언급은 하나 이상의 전극 및 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 알려진 그의 등가물들을 포함하는 등이다. 또한, "포함"이라는 단어는, 본 명세서 및 이하의 청구항들에서 사용될 때, 언급된 특징들, 정수들, 구성요소들, 또는 단계들의 존재를 명시하도록 의도되지만, 이는 하나 이상의 다른 특징, 정수, 구성요소, 단계, 작용, 또는 군의 추가 또는 존재를 배제하지 않는다.
Claims (20)
- 작업물을 처리하기 위해 플라즈마를 생성하는 시스템으로서,
배기되도록 작동가능한 프로세스 챔버;
도파로 공동을 한정하는 하우징;
상기 하우징 내에 배치된 제1 전도성 플레이트 ― 상기 제1 전도성 플레이트는 상기 프로세스 챔버와 대면하고, 상기 프로세스 챔버로부터 상기 도파로 공동의 원위 측 상에 배치됨 ―;
상기 제1 전도성 플레이트 및 상기 하우징과 결합된 하나 이상의 조정 디바이스 ― 상기 하나 이상의 조정 디바이스는 위치들의 범위 내에서 상기 제1 전도성 플레이트의 적어도 위치를 조정하도록 작동가능함 ―;
상기 하우징과 결합되고 상기 도파로 공동과 상기 프로세스 챔버 사이에 개재된 제2 전도성 플레이트 ― 상기 제2 전도성 플레이트는 애퍼쳐들을 통해 상기 도파로 공동 내의 전자기 방사선이 상기 프로세스 챔버 내로 전파되는 것을 허용하기 위해, 내부에 복수의 애퍼쳐들을 형성함 ―;
상기 프로세스 챔버가 배기될 때 상기 도파로 공동이 배기되지 않도록 상기 프로세스 챔버를 상기 도파로 공동으로부터 밀봉하는 유전체 플레이트; 및
상기 프로세스 챔버 내에 적어도 하나의 프로세스 가스가 있고 상기 전자기 방사선이 상기 도파로 공동으로부터 상기 프로세스 챔버 내로 전파될 때 플라즈마가 형성되도록, 상기 전자기 방사선을 상기 도파로 공동 내로 송신하는 하나 이상의 전자장치 세트를 포함하는, 플라즈마를 생성하는 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 도파로 공동은 상기 제1 전도성 플레이트가 상기 위치들의 범위 내에서 고유모드 위치로 조정될 때 고유모드를 지지할 수 있고, 상기 하나 이상의 전자장치 세트는 상기 전자기 방사선을 상기 도파로 공동 내로 송신하는, 플라즈마를 생성하는 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 프로세스 챔버는 상기 하우징 내에 배치되는, 플라즈마를 생성하는 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 조정 디바이스는 3개의 조정 디바이스들로 이루어지고, 그에 의해, 3개의 조정 디바이스들을 조정하는 것은 상기 위치들의 범위 내에서 상기 제1 전도성 플레이트의 위치 및 상기 하우징에 대한 상기 제1 전도성 플레이트의 경사 양쪽 모두를 조정하는, 플라즈마를 생성하는 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 조정 디바이스와 일대일 대응하는 하나 이상의 전도성 벨로우즈를 더 포함하고, 상기 하나 이상의 전도성 벨로우즈는 그의 각각의 조정 디바이스를 둘러싸고 상기 제1 전도성 플레이트를 상기 하우징과 전기적으로 연결시키는, 플라즈마를 생성하는 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 조정 디바이스 각각은, 제1 전도성 플레이트와 결합된, 나사산 가공된 막대, 기어식 디바이스, 자기 액추에이터, 스테퍼 모터, 또는 압전 액추에이터를 포함하는, 플라즈마를 생성하는 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 제1 전도성 플레이트와 상기 하우징 사이의 갭을 통한 마이크로파 누설을 감소시키기 위해, 상기 제1 전도성 플레이트와 함께 배치된 RF 개스킷 또는 RF 초크를 더 포함하는, 플라즈마를 생성하는 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 제1 전도성 플레이트와 상기 하우징 사이의 갭을 통한 마이크로파 누설을 감소시키기 위해, 상기 제1 전도성 플레이트와 함께 배치된 RF 초크를 더 포함하고, 상기 RF 초크는:
상기 제1 전도성 플레이트의, 상기 제2 전도성 플레이트를 등진 측 상에서 상기 제1 전도성 플레이트의 주연부 주위에 배치된 전도성 홀더; 및
상기 전도성 홀더에 의해 상기 제1 전도성 플레이트에 대해 고정된 유전체 물질 ― 상기 유전체 물질은 측방향 치수()를 갖고, 여기서, ε1은 상기 유전체 물질의 유전 상수이고, λ는 상기 전자기 방사선의 파장이고, m은 0 초과의 임의의 정수임 ― 을 포함하는, 플라즈마를 생성하는 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 전자장치 세트 각각은, 그 구동 임피던스를, 상기 도파로 공동에 의해 상기 전자기 방사선에 제공되는 임피던스에 정합하는, 플라즈마를 생성하는 시스템. - 제1항에 있어서,
신호 생성기를 더 포함하고, 상기 신호 생성기는 적어도:
제1 마이크로파 신호를 상기 하나 이상의 전자장치 세트 중 제1 전자장치 세트에, 그리고
제2 마이크로파 신호를 상기 하나 이상의 전자장치 세트 중 제2 전자장치 세트에 제공하고,
상기 제1 및 제2 마이크로파 신호들은 공통 주파수를 갖고;
상기 제1 및 제2 전자장치 세트들은, 상기 전자기 방사선을 제공하기 위해, 상기 제1 및 제2 마이크로파 신호들을 각각 증폭시키는, 플라즈마를 생성하는 시스템. - 제10항에 있어서,
적어도 2개의 모니터링 안테나들 ― 상기 모니터링 안테나들 각각은, 상기 제1 및 제2 전자장치 세트들이 상기 전자기 방사선을 상기 도파로 공동 내로 송신하는 위치들로부터, 상기 도파로의 둘레 주위에, 적어도 30 도 떨어져 배치됨 ―; 및
신호 제어기를 더 포함하고, 상기 신호 제어기는:
상기 적어도 2개의 모니터링 안테나들로부터 아날로그 신호들을 수신하고;
적어도, 상기 적어도 2개의 모니터링 안테나들로부터의 상기 아날로그 신호들에 기초하여 디지털 보정 신호를 결정하고;
상기 디지털 보정 신호를 상기 신호 생성기로 송신하며,
상기 신호 생성기는 상기 디지털 보정 신호에 응답하여 상기 제1 및 제2 마이크로파 신호들의 위상 및 진폭 중 적어도 하나를 조정하는, 플라즈마를 생성하는 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 제1 전자장치 세트는:
상기 제1 전자장치 세트의 구동 임피던스를, 상기 도파로 공동에 의해 제공되는 임피던스에 정합하는 조정기;
의사 부하; 및
상기 도파로 공동으로부터 상기 제1 전자장치 세트로 다시 반사되는 임의의 전력을 상기 의사 부하로 분류시키는 순환기를 포함하고,
서로 동시에, 상기 신호 생성기는 상기 제1 및 제2 마이크로파 신호들의 위상 및 진폭 중 적어도 하나를 조정하고 상기 조정기는 상기 구동 임피던스를 정합하는, 플라즈마를 생성하는 시스템. - 제10항에 있어서,
상기 신호 생성기는 상기 유전체 플레이트 내의 고유모드를 지지하기 위해 상기 공통 주파수를 조정하는, 플라즈마를 생성하는 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 제2 전도성 플레이트는 상기 유전체 플레이트에 인접하고 그와 직접 접촉하는, 플라즈마를 생성하는 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 제2 전도성 플레이트는 상기 유전체 플레이트와 평행하고, 상기 제2 전도성 플레이트와 상기 유전체 플레이트 사이에 갭을 갖는, 플라즈마를 생성하는 시스템. - 제15항에 있어서,
신호 생성기를 더 포함하고, 상기 신호 생성기는 적어도:
제1 마이크로파 신호를 상기 하나 이상의 전자장치 세트 중 제1 전자장치 세트에, 그리고
제2 마이크로파 신호를 상기 하나 이상의 전자장치 세트 중 제2 전자장치 세트에 제공하고,
상기 제1 및 제2 마이크로파 신호들은 공통 주파수를 갖고;
상기 제1 및 제2 전자장치 세트들 각각은, 상기 전자기 방사선을 제공하기 위해, 상기 제1 및 제2 마이크로파 신호들을 각각 증폭시키고;
상기 신호 생성기는 상기 유전체 플레이트 및 상기 갭에 의해 형성된 공동 내의 고유모드를 지지하기 위해 상기 공통 주파수를 조정하는, 플라즈마를 생성하는 시스템. - 제15항에 있어서,
상기 유전체 플레이트, 조정가능한 유전체 층, 및 상기 갭에 의해 형성된 공동 내의 고유모드 조건을 조정하기 위해, 상기 갭 내에 배치된, 액체 유전체를 포함하는 상기 조정가능한 유전체 층; 및
상기 조정가능한 유전체 층의 두께를 조정하기 위해 상기 액체 유전체의 부분들을 추가하거나 제거하도록 구성된 제어기를 더 포함하는, 플라즈마를 생성하는 시스템. - 제15항에 있어서,
상기 하우징은 상부 하우징이고,
상기 프로세스 챔버를 포함하는 하부 하우징 ― 상기 유전체 플레이트는 상기 하부 하우징과 결합됨 ―; 및
상기 하부 하우징에 대한 상기 상부 하우징의 상대 위치를 조정하도록 작동가능한 액추에이터를 더 포함하고,
상기 유전체 플레이트 및 상기 갭에 의해 형성된 공동 내의 상기 전자기 방사선의 고유모드를 지지하기 위해, 상기 하부 하우징에 대한 상기 상부 하우징의 상대 위치를 조정하는 것은, 상기 제2 전도성 플레이트와 상기 유전체 플레이트 사이의 상기 갭의 거리를 조정하는 것을 초래하는, 플라즈마를 생성하는 시스템. - 플라즈마 처리 시스템으로서,
배기되도록 작동가능한 프로세스 챔버;
하나 이상의 프로세스 가스를 상기 프로세스 챔버 내에 도입하기 위한 하나 이상의 프로세스 가스 공급부;
도파로 공동을 한정하는 하우징;
전자기 방사선을 상기 도파로 공동 내로 송신하도록 작동가능한 하나 이상의 전자장치 세트 ― 상기 하나 이상의 전자장치 세트 각각은, 그 구동 임피던스를, 상기 도파로 공동에 의해 상기 전자기 방사선에 제공되는 임피던스에 정합함 ―;
상기 하우징 내에 그리고 상기 프로세스 챔버로부터 상기 도파로 공동의 원의 측 상에 배치된 제1 전도성 플레이트;
상기 제1 전도성 플레이트 및 상기 하우징과 결합된 적어도 3개의 조정 디바이스들 ― 상기 적어도 3개의 조정 디바이스들은 위치들의 범위 내에서 상기 제1 전도성 플레이트의 적어도 위치를, 그리고 상기 하우징에 대한 상기 제1 전도성 플레이트의 경사를 조정하도록 작동가능함 ―;
상기 하우징과 결합되고 상기 도파로 공동과 상기 프로세스 챔버 사이에 개재된 제2 전도성 플레이트 ― 상기 도파로 공동 내의 상기 전자기 방사선이 애퍼쳐들을 통해 상기 프로세스 챔버 내로 전파되는 것을 허용하기 위해, 상기 제2 전도성 플레이트는 내부에 복수의 애퍼쳐들을 형성함 ―; 및
상기 프로세스 챔버가 배기될 때 상기 도파로 공동은 배기되지 않도록 상기 프로세스 챔버를 상기 도파로 공동으로부터 밀봉하는 유전체 플레이트를 포함하고,
상기 제1 전도성 플레이트가 위치들의 범위 내에서 고유모드 위치로 조정될 때 상기 도파로 공동은 상기 제1 및 제2 전도성 플레이트들 간의 고유모드를 지지할 수 있고, 상기 하나 이상의 전자장치 세트는 상기 전자기 방사선을 상기 도파로 공동 내로 송신하고;
상기 프로세스 챔버 내에 하나 이상의 프로세스 가스가 있고 상기 전자기 방사선이 상기 도파로 공동으로부터 상기 프로세스 챔버 내로 전파될 때 플라즈마가 형성되는, 플라즈마 처리 시스템. - 제19항에 있어서,
신호 생성기를 더 포함하고, 상기 신호 생성기는 적어도:
제1 마이크로파 신호를 상기 하나 이상의 전자장치 세트 중 제1 전자장치 세트에, 그리고
제2 마이크로파 신호를 상기 하나 이상의 전자장치 세트 중 제2 전자장치 세트에 제공하고,
상기 제1 및 제2 마이크로파 신호들은 공통 주파수를 갖고;
상기 제1 및 제2 전자장치 세트들은, 상기 전자기 방사선을 제공하기 위해, 상기 제1 및 제2 마이크로파 신호들을 각각 증폭시키고;
상기 제1 및 제2 전자장치 세트들 각각은, 그의 각각의 구동 임피던스를, 상기 도파로 공동에 의해 상기 전자기 방사선에 제공되는 임피던스에 정합하는, 플라즈마 처리 시스템.
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