KR20000068062A

KR20000068062A - 내부 유도 코일 안테나 및 전기적 전도성 챔버 벽을 갖는 ｒｆ 플라즈마 에칭 반응기

Info

Publication number: KR20000068062A
Application number: KR1019997000972A
Authority: KR
Inventors: 얀 예; 도널드 올가도; 애비 텝만; 다이아나 마; 제럴드 인; 피터 로웬하르트; 정에이치. 황; 스티브 맥
Original assignee: 조셉 제이. 스위니; 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 1997-06-05
Filing date: 1998-06-02
Publication date: 2000-11-25
Also published as: EP0931329A1; JP2000516405A; US6270687B1; US6071372A; WO1998056027A1; TW419743B

Abstract

본 발명은 전기적 전도서 벽을 갖는 에칭 챔버 및 상기 챔버의 내부에 마주하는 벽의 일부를 형성하는 보호층을 구비하는 RF 플라즈마 에칭 반응기에 관한 것이다. 상기 보호층은 챔버내에 형성된 플라즈마에 의한 챔버 벽으로부터 재료의 스퍼터링을 방지한다. 또한 상기 에칭 반응기는 에칭 챔버내에 배치되어 유도 결합에 의해 플라즈마를 발생하는데 사용되는 유도 코일 안테나를 갖는다. 챔버 벽처럼, 상기 유도 코일 안테나는 플라즈마에 의한 안테나 형성 재료의 스퍼터링을 방지하도록 구성된다. 상기 코일 안테나는 챔버내의 요구된 파워 증착 패턴을 얻는데 필요한 어떤 구성(예를 들면, 위치, 형상, 방향)을 취할 수 있다. 요구된 파워 증착 패턴을 얻기 위한 가능한 코일 안테나 구성의 보기는 단일체 또는 세그먼트 구조를 갖는 코일 안테나의 구성을 포함한다. 상기 세그먼트 구조는 적어도 2개의 코일 세그먼트의 사용을 포함하고, 각각의 세그먼트는 다른 세그먼트로부터 전기적으로 절연되고 개별 RF 파워 신호에 연결된다. 단일 코일 안테나 또는 각각의 코일 세그먼트는 플래너형, 실린더형, 절단된 원뿔형, 돔형, 또는 어떤 이들의 조합을 가질 수 있다. 상기 전도성 벽은 제품의 표면에 바이어스 전압을 형성하기 위해 RF 파워 소스에 연결되는 제품 지지용 페데스탈을 위한 전기적 접지(예를 들면, 애노드)로서 소용되도록 전기적으로 접지된다.

Description

내부 유도 코일 안테나 및 전기적 전도성 챔버 벽을 갖는 ＲＦ 플라즈마 에칭 반응기 {RF PLASMA ETCH REACTOR WITH INTERNAL INDUCTIVE COIL ANTENNA AND ELECTRICALLY CONDUCTIVE CHAMBER WALLS}

현재 이용가능한 타입의 통상적인 유도 결합 플라즈마 에칭 반응기가 도 1에 도시되어 있다. 상기 반응기는 유도 코일(12)에 의해 둘러싸인 진공 챔버(10)를 갖는다. 일반적으로 반도체 웨이퍼인 제품(14)은 챔버(10) 내부의 페데스탈(16)상에 지지된다. 유도 코일 안테나(12)는 챔버(10)의 외측에 감겨지며 RF 파워를 챔버에 공급하기 위해 임피던스 정합 회로(20)를 통해 RF 파워 발생기(18)에 연결된다. 또한, 바이어스 RF 파워 발생기(22) 및 연관된 임피던스 정합 회로(24)는 페데스탈(16)에 연결되고 제품(14)상에 바이어스를 부가하는데 사용된다. 챔버 벽(30)은 챔버(10)에 결합된 RF 파워의 감쇠를 최소화하기 위해, 통상적으로 수정 또는 세라믹과 같은 전기적 절연 물질로 구성된다. 챔버 벽(30) 하부 및 페데스탈(16) 둘레에는 전도성 물질로 이루어진 챔버의 일부분(34)이 놓여있다. 전도부(34)는 전기적으로 접지되고 페데스탈(16)에 공급된 RF 파워용 접지로서의 역할을 한다. 또한 전도부(34) 내부에는 냉각 채널(32)이 형성된다. 냉각 유체는 챔버 온도가 수행되는 에칭 처리를 위해 요구되는 적정 레벨로 유지될 수 있도록 챔버의 내부로부터 열을 전달하기 위해 채널(32)을 통해 펌핑된다. 챔버 벽(30)의 외부도 동일한 이유 때문에 냉각된다. 그러나, 수정 및 세라믹과 같은 절연 물질은 내부 냉각 채널과 함께 용이하게 형성될 수 없고, 챔버 벽(30)의 외면은 통상적으로 강제 공기 대류 방식으로 냉각된다. 에천트 가스는 가스 주입 포트(26)를 통해 챔버(10)에 유입된다. 진공 펌프(28)는 챔버(10)를 요구된 챔버 압력까지 진공화시킨다.

동작중. 에천트 가스가 챔버(10)의 내부로 유입되며 코일(12)과 유도결합된 RF 파워가 챔버내에 플라즈마를 발생시킨다. 플라즈마는 제품(14)을 에칭시키는 데 사용되는 에천트 가스로부터 에천트 종(예로서, 이온 및 라디칼)을 생성한다. 이방성 에칭 처리의 주성분은 플라즈마에서 생성된 이온으로 제품(14)에 충격을 가하는 것이다. 플라즈마 내부의 이온 및 그 밀도에 의해 나타난 에너지 및 방향성은 최종 에칭된 제품(14)의 질을 결정하는 중요한 인자이다. 이들 인자는 에칭 균일도, 에칭율, 포토레지스트 선택도, 에칭 프로파일의 직선 정도 및 에칭 형상 측벽의 평탄도를 결정하는 인자이다. 예로서, 제품(14) 표면의 고 플라즈마 이온 에너지는 등방성 에칭을 방지하고 에칭율을 최대화하는데 바람직하다. 그러나, 지나치게 높은 이온 에너지는 높은 포토레지스트 손실과 같은 열악한 에칭 결과를 초래하며, 제품(14)상에 형성되는 디바이스에 손상을 줄 수 있다. 그러므로, 플라즈마 이온 에너지는 디바이스 손상이 수용할 수 없을 정도로 되고 및/또는 에칭 특성이 상당히 열악하게 되기 시작하는 거의 임계치 근처 또는 임계치 이하로 유지되는 것이 이상적이다. 마찬가지로, 높은 플라즈마 이온 밀도가 높은 에칭율을 달성하는데 바람직하다. 본질적으로, 이온의 에너지와 무관하게 이온이 더 많을수록 제품(14)은 더욱 고속으로 에칭된다.

도 1의 유도 결합 반응기에서, 플라즈마 이온 밀도는 코일(12)을 통해 챔버내부에 결합되는 RF 파워양에 의해 제어된다. 대부분, 더 많은 파워가 결합될 수록, 이온 밀도는 더 높아진다. 따라서, 대부분의 경우에, 플라즈마 이온 밀도는 RF 파워 발생기(18)에 의해 코일(12)에 공급되는 적절한 RF 파워양을 선택하므로써 요구된 레벨로 유지될 수 있다. 코일(12)에 의해 챔버 내부에 연결된 RF 파워는 제품(14)의 표면에서 플라즈마 이온 에너지에 큰 영향을 미치지 않는다. 제품 표면에서의 플라즈마 이온 에너지 제어는 통상적으로 바이어스 RF 파워 발생기(22)를 이용하여 페데스탈(16)를 통해 챔버내부로 RF 파워를 용량 결합시킴으로써 달성된다. 이상적으로, 페데스탈(16)에 공급된 바이어스 파워는 챔버(10)에서 생성된 이온 밀도에 큰 영향을 미치지 않으며, 이에 의해 이온밀도와 이온 에너지의 제어를 분리시킨다.

페데스탈(16)에 인가된 바이어스 RF 파워에 제어된 플라즈마 이온 에너지는 챔버의 접지부(34)의 표면 영역에 대한 페데스탈의 표면 영역의 비율에 의해 영향을 받는다. 페데스탈(16)은 캐소드로서의 역할을 하고 접지부(34)는 용량 결합된 회로를 형성하기 위해 애노드로서의 역할을 한다. 다수의 챔버(10) 내부 표면은 코일(12)로부터 챔버 내부로의 파워의 유도 결합을 최대화하기 위해 절연 챔버 벽(30)에 의해 형성되고, 접지부(34)와 연관된 표면 영역은 전형적으로 페데스탈(16)의 표면영역 보다 너무 크지않도록 필수적으로 제한된다. 종래의 유도 결합 에칭 반응기에서 접지부(34)와 페데스탈의 표면 영역은 크기가 비슷하므로 이온 에너지 제어 문제가 생긴다. 페데스탈(16)의 표면 영역이 접지부(34)의 표면 영역 보다 작을 때, 페데스탈(16)의 표면에서의 평균 전압(흔히 DC 바이어스 전압으로서 칭함)은 네거티브이다. 이런 평균 네거티브 전압은 포지티브로 충전된 이온을 플라즈마로부터 제품(14)으로 끌어내는데 사용된다. 그러나, 페데스탈(16)의 표면 영역이 접지부(34)의 표면 영역 보다 약간 클 때(전형적으로 종래의 유도 결합된 플라즈마 에칭 반응기의 경우에서와 같이), 제품(14)의 표면에서의 평균 네거티브 전압은 상당히 작다. 이러한 작은 바이어스 전압은 약한 인력을 초래하게 되며, 따라서 비교적 작은 평균 이온 에너지를 갖는다. 최대 에칭율을 보장하고 제품(14)에 형성되는 디바이스에 어떠한 커다란 손상도 없도록 플라즈마 이온 에너지를 최적화하기 위해, 종래의 유도 결합 플라즈마 에칭 반응기를 이용하여 얻어질 수 있는 것보다 더 네거티브 바이어스 전압값이 필요하다. 이상적으로, 접지부(34)의 표면 영역은 예를 들어 피크-피크 전압의 1/2이 되는, 제품(14) 표면에서의 최대로 가능한 평균 네거티브 전압을 형성하기 위해 페데스탈(16)의 영역과 비교할 때 상당히 크다.

상기한 유도 결합 에칭 반응기는 제품(14)의 표면으로부터 알루미늄을 에칭하는데 사용되어 왔다. 이러한 에칭 처리가 생성한 부산물로는 반응기 챔버(10)의 벽에 증착하려는 경향이 있는 포토레지스트의 파편 및 알루미늄 염화물(AlCl_x)을 포함한다. 알루미늄 에칭 처리의 부산물은 플라즈마 특성(예로서, 플라즈마 이온 밀도 및 에너지)이 거의 전체적으로 비전도성이므로 플라즈마 특성에 어떠한 큰 영향도 미치지 않는다. 그러나, 제품(14)의 표면으로부터 구리(Cu), 백금(Pt), 탄탈(Ta), 로듐(Rh), 티타늄(Ti)과 같은 다른 금속의 에칭이 요구될 수 있다. 이러한 금속의 에칭은 이들 금속에 대한 에칭 부산물이 전도성을 띠는 경향이 있기 때문에 도 1의 종래의 에칭 반응기를 이용할 때 문제가 발생된다. 따라서, 전도성 코팅이 챔버 벽에 형성된다. 전도성 코팅은 코일(12)에 의해 챔버 내부에 결합된 RF 파워를 감쇠시키는 결과를 가져온다. 코일(12)은 파워가 챔버 내부에 결합되게 하는 자계를 형성한다. 코일(12) 하부에 챔버의 내부 표면이 전도성 물질로 코팅될 때, 와전류가 이 물질에 형성되어, 자계를 어느 정도 감쇠시키며 챔버(10)의 내부에 결합된 파워 양을 감소시킨다. 연속적인 에칭 처리동안 전도성 코팅이 두껍게 축적됨에 따라, 감쇠는 점진적으로 증가하고 플라즈마 내부로의 파워 결합은 점진적으로 감소한다. 100개의 제품을 처리한후 플라즈마에 결합된 파워의 10 내지 20 퍼센트 감소가 발생한다. 또한, 전도성 코팅은 챔버의 접지된 애노드부(34)에 전기적으로 연결되며, 이렇게하여 애노드 영역을 효율적으로 증가시킨다. 이런 애노드 영역의 증가는 차례로 상기한 네거티브 DC 바이어스 전압을 증가시킨다. 변경된 유효 애노드 영역에 기인한 바이어스 전압의 변화는 페데스탈로부터 RF 파워의 용량 결합에서의 예상치 못한 증가를 초래한다.

유도 결합 RF 파워의 점진적 감소 및 용량 결합 RF 파워의 증가는 에칭 처리에 해로운 결과를 가져온다. 예로서, 플라즈마 이온 밀도는 유도 결합 RF 파워의 점진적 감소에 기인하여 낮아지고 플라즈마 이온 에너지는 용량 결합 RF 파워의 증가에 기인하여 증가한다. RF 파워 레벨은 플라즈마 이온 밀도 및 에너지를 최적화하기 위해 통상적으로 에칭 처리 이전에 설정되기 때문에, 임의의 변화는 에칭 특성에 바람직하지 못한 영향을 미친다. 전도성 에칭 부산물 코팅에 의해 야기된 파워 결합에서의 변화는 기타 에칭 처리 파라미터 및 플라즈마 특성에 영향을 미친다. 예로서, 포토레지스트 선택도가 낮아지고, 각각의 에칭 정지 깊이가 감소되며, 이온 전류/에너지 분배 및 에칭율이 악영향을 받게 된다. 이들 변화된 파라미터 및 특성은 서로다른, 흔히 수용불가능한 제품 에칭 특성(양호하지 못한 포토레지스트 선택도, 양호하지 못한 에칭율 균일도 또는 에칭율 변화 및 디바이스 손상)을 초래한다. 단지 2개 또는 3개 제품(14)이 에칭된 후 에칭 프로파일에서 원치 않는 변화가 관측될 수 있다. 에칭 프로세스 파라미터 및 플라즈마 특성에 치명적인 영향을 미치는 이외에, 챔버(10) 내부로의 감소된 RF 파워의 유도적 결합은 플라즈마의 점화 및 유지와 관련한 문제점을 발생시킨다.

물론, 유도 결합 파워의 감소는 코일(12)에 공급된 RF 파워를 증가시킴으로써 보상될 수 있다. 마찬가지로, 용량 결합 파워의 증가는 페데스탈(16)에 공급된 RF 파워를 감소시키므로써 보상될 수 있다. 또한, 챔버 벽은 에칭물질이 알루미늄과 같은 비전도성 부산물을 생성될 때 통상적으로 필요이상으로 더 빈번히 세척될 필요가 있다. 그러나, 이런 타입의 작업 환경은 일반적으로 비실용적이다. 에칭 반응기의 사용자는 통상적으로 반응기 제조자에 의해 공급된 소위 "조작법"에 따라 각각의 RF 파워 레벨을 설정하는 것을 좋아한다. 전도성 증착물의 형성을 보상하기 위해 조작법으로부터 벗어나는 것은 대부분의 사용자에게 수용할 수 없는 것으로 될 것이다. 또한, 상기한 유해한 결과는 예측불가능하게 되고, 그러므로 보상에 필요한 RF 파워 설정에 요구되는 변화는 예측될 수 없다. 따라서, 사용자가 어떤 형상의 모니터링 체계를 사용하지 않는다면, RF 파워 입력에 요구되는 보상 변화는 사용자가 구현하기에 불가능할 뿐이다. 실제적으로, 실행가능한 해결책은 각각의 에칭 동작 완료 후 단지 챔버를 자주 세척하는 것 뿐이다. 그러나, 이런 세척 빈도의 증가는(예로서, 알루미늄을 에칭할 때 필요한 것 보다 빈번히) 수율을 낮추고 비용을 상당히 증가시키기 때문에 대부분의 사용자에게는 수용불가하다.

도 1에 도시된 바와 같은 종래의 유도 결합 에칭 반응기와 관련된 다른 결점은 상기 구조물이 챔버(10)내에서의 파워 증착과 에천트 종의 확산에 대한 제한 문제를 제기한다는 것이다. 에칭 반응기 챔버(10)에서의 파워 증착은 챔버 내부에서의 파워 분포에 관련한다. 예를 들면, 도 1에 점선으로 표시된 영역(11)은 코일(12)에 대한 파워의 근접으로 인하여 고레벨의 파워 증착을 나타낸다. 반면에, 이들 영역으로부터 멀리 떨어진, 제품(14) 근접에서와 같은 파워 증착은 무척 더 낮다. 그러나, 많은 응용에서, 제품(14)의 노출된 표면에 바로 인접한 챔버의 영역이 고파워 증착을 나타내는 것이 바람직하다. 예로서, 제품(14)의 노출 표면에 바로 인접한 고레벨 파워 증착은 상기 영역에서 높은 플라즈마 이온 밀도를 생성하기 위해 유익하게 사용될 수 있다. 챔버의 형상은 코일(12)을 이동시키도록 변경될 수 있을 것이며, 따라서 고레벨 파워 증착 영역이 제품(14)에 더욱 가깝게 될 수 있다. 다양한 챔버 형상이 공지되어 있다. 예로서, 돔 형상의 챔버가 사용될 수 있고, 여기서 외측 둘레의 코일 랩은 돔 형상을 형성한다. 그러나, 고레벨 파워 증착 영역이 제품에 대해 가장 유리한 위치에 있도록 하는데 있어서 챔버의 형상이 어떻게 될 수 있는지에 제한이 따른다. 이들 제한사항은 챔버의 형상이 플라즈마의 특성 및 그와 연관된 에칭 처리 파라미터에 상당한 영향력을 가진다는 사실로부터 생긴다. 따라서, 챔버의 형상와 그 안의 요구된 파워 증착 패턴 사이의 절충안이 취해져야 한다. 통상적으로, 이것은 챔버 내부의 파워 증착의 최적화를 배제한다.

이미 언급된 다른 인자는 에천트 종 확산이다. 상기 용어는 에천트 종이 고파워 증착 영역과 같은, 상당한 양의 에천트 종이 형성되려는 고농도 영역으로부터 저농도 영역으로 이동하는 경향을 일컫는다. 확산 패턴은 포함된 적정 타입의 에천트 종에 좌우되고, 어떤 것으로부터 다른 것으로 상당히 변화할 수 있다. 따라서, 플라즈마내에 형성된 에천트 종의 확산 특성의 이점을 취하기 위해 챔버내의 파워 증착 프로파일을 변형함으로써 제품(14)의 노출된 표면에 인접한 플라즈마의 형성에 영향을 미칠 수 있다. 결과적으로, 상기 표면에 인접하는 영역에 요구된 플라즈마 특성을 형성하면서, 제품(14)의 노출된 표면으로부터 원격에 있는 고레벨 파워 증착 영역(11)을 가질 수 있다. 그러나, 제품(14)에 인접한 영역에 확산되어 질 것이 요구되는 적정 에천트 종이 비교적 짧은 수명을 가질 때 문제가 발생하며, 이런 수명 단축으로 단순한 확산 과정이 제품에 인접한 영역내로 에천트 종을 유도할 수 있는 시간만큼 더 길게 존재하지 않는다. 게다가, 다르게 형성된 챔버 사용이 고파워 증착 영역(11)을 제품(14)에 더욱 가깝도록 할 수 있고, 그결과 요구된 단기 수명의 에천트 종이 여전히 존재하면서 제품에 도달하게 할 것이다. 그러나, 이런 형상 변경은 챔버 형상이 그와 관련된 플라즈마 특성에 영향을 미치는 것에 대해 비교 평가되어야 한다. 대다수의 공지된 단기 수명의 에천트 종들이 제품(14)의 표면에 존재하는 것을 보장하는 데 필요한 정도로 챔버가 형상 변경될 수 없음을 알게 되었다. 예를 들면, 도 1에 도시된 종래 반응기 구성을 사용할때, 염소와 같은 전형적 에천트 가스, 고파워 증착 영역(11)에 형성되는 여기된 상태의 Cl⁺및 Cl₂ ⁺과 같은 단기 수명 종은 소멸되기 이전에 제품(14)에 인접한 영역으로 확산하지 않을 것이다.

도 1에 도시된 바와 같은 종래의 유도 결합 에칭 반응기와 관련된 다른 결점은 챔버(10) 벽의 냉각을 포함한다. 에칭 처리는 챔버 온도가 좁은 범위로 유지되는 경우에만 안정하고 유효하다. 그러나, 플라즈마의 형성은 요구되는 좁은 범위 보다 높게 챔버 온도를 상승할 수 있는 열을 발생시킨다. 결과적으로, 수행되는 에칭 처리와 연관된 최적의 온도 범위를 유지하기 위해 챔버(10)로부터 열을 제거하는 것이 바람직할 수 있다. 상기한 바와 같이, 이것은 챔버(10)의 전도성부(34) 내부에 형성된 냉각 채널(32)을 통해 냉각 유체가 흐르게 함으로써 그리고 절연 챔버 벽(30)의 외부에 공기가 흐르게 함으로써 수행된다. 낮은 열 전도성을 나타내는 챔버 벽을 형성하기 위해 사용되는 수정 또는 세라믹과 같은 전기적 절연 물질에서 문제가 발생한다. 따라서, 챔버 벽은 열적으로 절연성을 가지게 되고 챔버(10)의 내부로부터 열을 추출하고 이것을 벽의 외부로 흐르는 공기 내부로 덤핑시키는 이상적인 열 전달 매체를 만들지 못한다. 결과적으로, 챔버(10)로부터의 열 전달이 느리기 때문에 챔버 온도는 절연성 챔버 벽에 인접한 영역에 요구되는 것 이상으로 요동하려는 경향이 있다. 종종 온도 요동은 효율적인 에칭 처리를 위해 필요한 좁은 범위를 초과한다. 또한, 이런 과도한 요동은 다른 문제를 발생시킨다. 상기한 바와 같이, 에칭 부산물은 에칭 처리 동안 챔버에 증착되려고 할 것이다. 절연 챔버 벽(30)의 공기 냉각에 의한 챔버 온도 제어 방법에서, 챔버 벽 온도 및 그 내부 표면에 형성된 에칭 부산물 층은 순환하는 경향이 있다. 이러한 순환은 에칭 부산 재료층에 열적 스트레스를 초래하여, 균열을 발생시키고 이런 재료의 조각이 벽을 박편화시켜 챔버내로 떨어지게 한다. 느슨한 증착 재료는 제품를 오염시키거나, 챔버의 바닥부에 정착될 수 있고, 이렇게하여 빈번한 챔버 벽 세척을 필요로 한다.

에칭 처리 가스를 고파워 증착 영역에 직접 주입하는 것이 바람직하다. 도 1에 도시된 종래의 에칭 반응기에서, 이들 영역(11)은 코일(12)에 바로 인접한다. 그러나, 가스 주입 포트(26)를 수용하기 위한 통로는 유도 코일(12)과 물리적으로 간섭하지 않고 고파워 증착 영역에 인접한 챔버 벽에 형성될 수 없다. 따라서, 가스는 코일 아래 또는 코일 최상부의 보이드에 주입되어져야 한다. 가스의 흐름이 이들 포트(26)로부터 고파워 증착 영역(11)을 향하여 지향될 수 있더라도, 이 방법은 이들 영역에 에천트 가스의 최적 농도를 보장하는데 불충분하다는 것이 발견되었다.

또한 종래의 유도 결합 RF 플라즈마 에칭 반응기는 종래의 용량 결합 에칭 반응기(10 토르까지 작동될 수 있는)와 비교할 때 상대적으로 저압(예로서, 100밀리토르 이하)에서 작동되어야 한다. 종종 에칭 처리는 종래의 유도 결합 RF 플라즈마 에칭 반응기의 범위보다 높은 압력 범위에서 수행되는 경우에 가장 양호할 것이다. 또한, 상대적으로 높은 RF 파워 레벨은 절연 챔버 벽에 의해 생성된 임피던스를 극복하기 위해 그리고 그 내부에 플라즈마를 점화하여 유지하기 위해 챔버 벽에 충분한 파워를 공급하도록 코일 안테나에 공급되어야 한다. 따라서, 대용량성 RF 파워 공급원이 반드시 사용되어야 한다.

따라서, 챔버의 내부에 증착되는 전도성 에칭 부산물에 의해 영향을 받지 않는 RF 플라즈마가 필요하다. 또한, 제품의 표면에 대한 이온 충격을 최적화할 자기 바이어스 전압을 생성할 수 있고, 챔버 벽의 형상에 의해 부과되는 제한사항 없이 챔버내에서 파워 증착을 변경할 수 있게 하는 에칭 반응기가 바람직하다. 또한, 에칭 반응기는 증착물의 벗겨짐을 방지하고 에칭 처리를 최적화하는 좁은 온도 범위내에서 유지될 수 있는 챔버 벽을 갖는 것이 바람직 할 것이다. 또한, 가스 주입 유입구가 챔버 벽의 임의의 장소에 위치될 수 있는 것이 바람직하다. 마지막으로, 에칭 반응기는 100밀리토르를 초과하는 압력에서 동작할 수 있고 종래의 유도결합 RF 플라즈마 에칭 반응기의 코일 안테나에 공급될 것이 요구되는 것 보다 낮은 RF 파워 레벨을 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명은 RF 플라즈마 에칭 반응기에 관한 것으로, 특히 내부 유도 코일 안테나 및 전기적 전도성 챔버 벽을 사용하는 반응기에 관한 것이다.

도 1은 실린더형 챔버와 유도성 결합된 통상적인 RF 플라즈마 에칭 반응기의 단면도이다.

도 2는 세척 전극을 이용하는 돔형 챔버와 유도적으로 결합된 RF 에칭 반응기의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성된 RF 플라즈마 반응기의 단면도이다.

도 4는 전기적으로 절연되고, 분리되어 파워가 공급되는 유도성 코일 안테나 세그먼트를 이용하는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성된 RF 플라즈마 에칭 반응기의 단면도이다.

도 5a-b는 전기적으로 절연되고, 분리되어 파워가 공급되는 유도성 코일 안테나 세그먼트 및 시일딩 엘리먼트를 이용하는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성된 RF 플라즈마 에칭 반응기의 단면도이다.

도 6은 전기적으로 절연되고, 분리되어 파워가 공급되는 유도성 코일 안테나 세그먼트 및 차단 자계를 발생시키는 자계 발생기를 이용하는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성된 RF 플라즈마 에칭 반응기의 단면도이다.

상기한 목적은 전기적 전도성 벽을 갖는 에칭 챔버와 챔버의 내부에 마주하는 벽의 일부를 형성하는 보호층을 갖는 RF 플라즈마 에칭 반응기에 의해 실현된다. 보호층은 물질이 챔버 내부에 형성된 플라즈마에 의한 챔버 벽의 스퍼터링을 방지한다. 이 보호층이 없는 경우, 벽으로부터 스퍼터링된 물질은 에칭 처리 특성을 저하시키고 에칭중에 있는 제품를 오염시키며, 그결과 그 위에 형성되는 디바이스에 손상을 준다. 바람직하게, 전기적 전도성 챔버 벽은 알루미늄으로 이루어지고 보호층은 알루미늄 산화물(즉, 양극처리된 알루미늄)이다. 그러나, 보호층은 붕소 탄화물과 같은 전도성 세라믹 재료가 될 수 있다. 또한 에칭 반응기는 유도 결합에 의해 플라즈마를 발생시키는데 사용돠는 에칭 챔버내에 배치된 유도성 코일 안테나를 갖는다. 챔버 벽에서와 같이, 유도성 코일 안테나는 플라즈마에 의한 안테나를 형성하는 재료의 스퍼터링을 방지하도록 구성된다, 예로서, 코일 안테나는 붕소 탄화물과 같은 전도성 세라믹으로 완전히 제조될 수 있거나, 전도성 세라믹 물질로 형성된 외부 재킷을 갖춘 금속 코어(예로서, 알루미늄)를 갖도록 구성될 수 있다. 또한, 코일 안테나는 공동 내부 채널을 갖춘 튜브형 구조를 가질 수 있다. 이 채널은 안테나를 냉각시키기 위해 그것을 관통하는 냉각 유체의 흐름을 지탱하는데 사용될 수 있고 그것을 적정 온도 범위로 유지시킨다.

상기한 에칭 반응기는 종래의 유도 결합 플라즈마 에칭 반응기에 비해 이점을 갖는다. 유도성 코일 안테나는 그 외부에서 둘러싸이기 보다는 에칭 챔버의 내부에 있기 때문에, 챔버 벽의 내부 표면상에 증착하는 임의의 전도성 에칭 부산물이 플라즈마에 유도적으로 결합된 파워의 양에 영향을 미치지 않는다. 이것은, 이후에 상세히 설명되는 전기적으로 접지된 전도성 챔버 벽의 사용과 함께, 상기한 플라즈마 특성에서의 원치않는 변화를 방지한다. 또한, 내부 유도성 코일 안테나의 이용은 챔버의 형상에 대한 안테나의 형상와 방향에 관련하는 문제를 해결한다. 전술한 코일 안테나 형상과 방향 및 챔버내의 대응하는 파워 증착 패턴을 고려하지 않고도 챔버는 모든 바람직한 형상(예를 들어, 돔 형상, 실린더 형상, 절단된 원뿔 형상 또는 이들의 결합 형상)을 취할 수 있다. 유사하게, 코일 안테나는 적정 파워 증착 패턴을 얻는데 필요한 어떠한 구조(예를 들어, 위치, 형상, 방향)를 취할 수 있다. 전술한 바와 같이, 적정 파워 증착 패턴은 챔버내에서 에칭되는 제품의 표면에 인접한 최적 플라즈마 특성을 제공하는 패턴이다. 이들 플라즈마 특성은 플라즈마 이온 밀도, 플라즈마 이온 에너지, 이온 방향 및 에천트 합성물등이다. 적정 파워 증착 패턴을 얻기 위한 코일 안테나 구조의 예는 단일 RF 파워 소스에 의하여 RF 파워가 공급되는 단일 구조(즉, 하나의 전기적으로 연속되는 나선형으로 감긴 도체)를 가진 코일 안테나 또는 분할된 구조를 가지는 안테나를 포함한다. 분할된 구조는 각각의 세스먼트가 다른 세그먼트로부터 전기적으로 절연되고 별도의 RF 파워 신호에 연결되는 적어도 2개의 코일 세그먼트를 사용한다. 개별 파워 신호는 다수의 인점한 출력을 가진 단일 RF 소스 또는 다수의 인접한 별도 RF 소스로부터 인입될 수 있다. 단일 코일 안테나 또는 각각의 코일 세그먼트는 평면 형상, 실린터 형상, 끝이 절단된 원뿔 형상, 돔 형상 또는 이들의 결합 형상일 수 있다. 또한, 이들은 적정 파워 증착 패턴을 얻기위하여 필요에 따라 챔내에 배치될 수 있다.

본 발명에 따라 형성된 에칭 반응기의 다른 장점은 예를 들어 알루미늄으로 형성된 유도성 챔버 벽과 관련된다. 유도성 코일 안테나는 에칭 챔버내부에 배치되기 때문에, 안테나가 챔버 외부를 감쌀 때 챔버를 절연 물질로 만들 필요가 없다. 전도성 물질이 몇가지 이유에서 챔버 벽으로 선택된다. 첫째, 전도성 벽은 전기적으로 접지될 수 있다. 따라서, 벽은 제품 표면에 바이어스 전압을 만들기 위하여 RF 파워 소스에 연결된 전술한 제품 지지 페데스탈에 대하여 전기 접지(즉, 애노드)로서 작용할 수 있다. 챔버 벽 내부 표면 영역은 페데스탈 외부면 영역 보다 상당히 크다, 따라서, 통상적인 유도 결합 플라즈마 에칭 반응기에 비하여 큰 네거티브 바이어스 전압이 발생하며 상대적으로 강한 이온 충돌을 얻을 수 있다. 또한, 챔버 벽은 이미 전도성이기 때문에, 반응기에서 수행되는 에칭 고정에서 챔버 벽에 증착되는 어떠한 전도성 부산물도 플라즈마 특성에 악영향을 주지 않는다. 예를 들어, RF 파워의 유도성 결합 및 에너지가 공급된 제품 페데스탈에 대하여 애노드로서 작용하는 반응기의 접지 영역에 대한 증착물의 전기적 결합에 의하여 야기되는 이온 에너지가 갑자기 증가되지 않는다. 따라서, 내부 유도성 코일 안테나와 함께 전기적으로 접지된 전도성 챔버 벽을 이용함으로써, 에칭 공정이 챔버 내벽을 전도성 부산물로 코팅할 때에도 플라즈마 특성은 변화되지 않는다.

알루미늄과 같이 전도성 물질로 만들어진 챔버 벽은 통상적으로 이용되는 수정 또는 세라믹과 같은 전기 절연 물질에 비하여 상당히 큰 열 전도율을 가진다. 이는 챔버 내부로부터 챔버 벽에 형성된 냉각 채널을 통하여 흐르는 냉각제 유체로의 열 전도를 빠르게 한다. 따라서, 좁은 챔버 온도 범위를 유지하는 것이 쉬우며 또한 챔버 벽으로부터 증착물의 균열 및 벗겨짐과 관련된 통상적인 에칭 반응기에서의 문제를 제거할 수 있다. 또한, 통상적인 수정 벽에 비하여 알루미늄 챔버 벽에 냉각 채널을 형성하는 것이 용이하고 또한 저렴하다.

코일 안테나 또는 코일 세그먼트의 위치, 형상 및 방향 이외의 방법이 에칭 챔버내의 파워 증착 패턴을 조절하기 위하여 이용될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 전기적으로 접지된 시일딩 엘리먼트가 안테나 또는 안테나 세그먼트 및 제품사이에 배치되어 에칭 시일딩 엘리먼트를 벗어난 플라즈마 영역으로 유도적으로 결합된 RF 파워 양을 감소시킬 수 있다. 이들 시일딩 엘리먼트는 전기적으로 접지된 패러디 시일드 또는 전도성 스크린 형상을 취할 수 있다. 선택적으로, 자계 발생기는 챔버내에 차단 자계를 발생시키기 위하여 이용될 수 있다. 자계는 유도성 코일 안테나(또는 세그먼트) 및 제품사이를 이동하도록 허용된 플라즈마에 의하여 형성된 에천트 가스 이온 수를 감소시키는 방향을 가질 수 있다. 자계 발생기는 영구 자석 또는 전자석을 포함할 수 있으며, 바람직하게 유도성 코일 안테나(또는 세그먼트) 및 제품사이에서 이동하도록 허용된 에천트 가스 이온의 수를 조절하도록 자계를 가변할 수 있다.

다른 방법은 코일 세그먼트(사용될 경우)에 공급되는 RF 파워 신호의 파워 레벨을 개별적으로 선택하여 에칭 챔버내의 파워 증착 패턴를 추가로 조정하는 것이다. 예를 들어, 적정 코일 세그먼트에 공급되는 높은 파워 레벨의 RF 파워 신호는 낮은 파워 레벨의 RF 신호가 공급되는 다른 유사한 구조의 세그먼트에 인접한 영역에 비하여 상기 적정 코일에 인접한 영역에 높은 파워 증착을 가지도록 한다.

본 발명에 따라 만들어진 에칭 반응기의 다른 장점은 챔버 벽에 에천트 가스 포트 또는 인입구가 배치될 수 있는 가용성과 관련된다. 통상적인 유도성으로 결합된 플라즈마 에칭 반응기에서, 유도성 코일 안테나는 외부적으로 감싸인 코일에 인접한 챔버 벽의 일부 가스 인입구를 결합하는 것을 방해한다. 이는 코일 안테나 바로 인접하여 형성되는 고파워 증착 영역으로 에천트 가스를 가끔 주입할 필요가 있기 때문에 문제가 된다. 본 발명에서는 유도성 코일 안테나는 본 발명에 따른 반응기의 챔버내에 배치되기 때문에, 에천트 가스 인입구의 배치가 가능하다. 따라서, 인입구는 챔버 벽의 내부 어느 곳에나 배치될 수 있으며, 특히 높은 파워 증착 영역에 바로 인접한 위치에 배치될 수 있다.

본 발명에 따라 구성된 플라즈마 에칭 반응기의 전술한 장점과 관련하여, 챔버에 유도적으로 그리고 용량성으로 결합된 RF 파워 양은 유도성 코일 안테나(또는 세그먼트) 및 에너지가 공급된 페데스탈에 공급되는 RF 파워 양을 조정함으로써 간단히 변화될 수 있다. 예를 들어, 용량성으로 결합된 플라즈마는 페테스탈(및/또는 전도성 챔버 벽)에 단독으로 RF 파워를 제공함으로써 형성될 수 있다. 반대로, 순수하게 유도적으로 결합된 플라즈마는 유도성 코일 안테나 또는 필요에 따라, 하나 이상의 독립적으로 파워가 공급되는 코일 세그먼트에 단독으로 RF 파워를 제공함으로써 형성될 수 있다. 또는, 반응기는 유도적으로 그리고 용량성으로 결합된 RF 파워를 적절히 혼합하여 동작될 수 있다. 따라서, 반응기는 유도 결합 모드, 용량 결합 모드 또는 혼합 모드로 동작될 수 있다. 이는 반응기가 넓은 공정 영역에서 여러 가지 에칭 동작을 수행할 수 있도록 한다.

전술한 장점 이외에, 본 발명의 목적 및 장점은 첨부된 도면을 참조로 상세한 설명으로부터 명백하다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시예의 설명에서, 본 명세서의 일부이며 본 발명이 구현되는 적정 실시예가 도시된 도면을 참조한다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 실시예가 이용될 수 있으며 구조적인 변경이 이루어질 수 있다.

챔버 내벽상의 유도성 에칭 부산물의 형성 때문에 플라즈마 에칭 반응기의 챔버와의 RF 파워의 유도 결합이 감소되는 문제는 몇가지 방법으로 접근될 수 있다. 예를 들어, 챔버 벽이 에칭 공정 중에 전도성 증착물이 세척되는 자기 세척 공정이 이용될 수 있다. 이러한 자기 세척 공정은 챔버 벽의 일부를 대체하는 RF 파워 공급 전극을 이용하는 것과 관련된다. 도 2의 돔형 챔버(10') 및 유도성 코일 안테나(12')를 가지는 반응기에 도시된 바와 같이, 전극(36)은 코일(12')의 정점에 배치된 중심 보이드내에서 챔버(10')의 상부에 배치될 수 있다. 전극(36)은 RF 정합 네트워크(40)를 통하여 RF 파워 발생기(38)를 통하여 에너지가 공급된다. 전극(36)은 전극(36) 위에 또는 바로 근접한 영역에 전도성 에칭 부산물이 형성되는 것을 방지하도록 에칭 공정 중에 저전압에서 발생기를 통하여 에너지가 공급된다. 상기 전압은 에너지 공급된 전극(36)이 에칭 공정에 영향을 미치지 않을 만큼 낮아야 한다. 그러나, 챔버 벽 영역인 전극(36)으로부터 멀어지면, 세척 효과가 적어지고 전도성 증착물이 더 많이 형성된다. 따라서, 효율적으로 되도록, 다중 전극이 이용되어야 하며 코일에 인접한 챔버의 전체 내부면이 전도성 에칭 부산물의 형성으로부터 보호되기에 충분할 정도로 서로 인접하게 배치되어야 한다. 하지만, 전극 전압은 실질적으로 에칭 처리에 영향을 미치지 않도록 낮은 레벨로 유지되어야 하고, 코일(12')의 상부와 하부에 단순히 위치한 전극은 코일(12')에 인접한 전체 챔버 벽이 증착에서 자유롭게 되도록 하기에 충분하지 않다는 것이 발견되었다. 게다가, 반응 챔버(10')내에 파워의 유도 결합을 방해함 없이 코일(12')에 인접한(즉, 바로 하부에 위치하는) 내부벽상에 전극을 위치시키는 것은 불가능하다. 따라서, 이러한 방법은 문제점을 감소시키기는 하지만 완전하게 제거할 수는 없고, 또한 이하에서 설명될 다른 방법과 같이 바람직하지 않다.

전도성 에칭 부산물 증착 문제점을 해결하고자 하는 다른 방법은 문제를 야기하는 적정 전도성 에칭 부산물의 증착 온도이상의 온도로 챔버 벽을 가열하는 것이다. 하지만, 이러한 방법 또한 단점을 가진다. 도 1에 도시된 것과 같은 전형적인 유도성 결합 에칭 챔버의 챔버 벽에 대한 최고 가능 온도는 대략 200℃로 가열하는 것이다. 더 높은 온도는 챔버에 대한 여러 접근 포인트를 챔버에 시일링하는데 일반적으로 사용되는 유기체 시일을 열화시킨다. 앞에서 설명된 에칭될 금속의 일부는 200℃를 초과하는 증착 온도를 가지는 전도성 부산물을 형성한다. 예를 들면, 구리와 백금의 에칭은 600℃를 초과하는 증착 온도를 가진 전도성 부산물을 형성한다. 전형적으로 사용된 유기체 시일을 금속으로 구성된 시일로 교체하는 것이 가능하다. 하지만, 이러한 금속 시일은 일반적으로 하나의 에칭에만 유효한데, 그 이유는 챔버에 밀봉되는 능력을 열화시키는 고온에서 금속 구조물내에서 변화 또는 물리적 변형을 받기 쉽기 때문이다. 예를 들면, 전형적인 알루미늄 시일은 대략 400℃에서 변형되고, 이는 재사용할 수 없다. 모든 에칭 동작이 대부분의 사용자에게 수용되지 않게 된 이후에 에칭 챔버내의 시일을 교체할 필요가 있다. 따라서, 이러한 방법이 유도 결합 RF 파워의 열화를 야기하는 전도성 에칭 부산물의 증착 온도가 비교적 낮을 때 (예를 들면, 알루미늄 시일이 사용된다면 400℃이하) 사용 가능하지만, 더욱 종합적인 솔루션이 바람직하다.

도 3은 반응 챔버(10''')의 내부 벽상의 전도성 에칭 부산물의 축적으로 인한 RF 파워의 유도 결합이 감소되는 문제점을 해결하기 위해 가장 바람직한 솔루션에 따라 제조된 RF 플라즈마 에칭 반응기를 도시한다. 통상적인 유도성 결합 플라즈마 에칭 반응기(예를 들면, 도 1)와 같이, 진공 반응기(10'''), 제품(14)을 지지하기 위한 축(16), 챔버(10''')를 진공화하기 위해 제품(14)상에 RF 바이어스를 인가하기 위한 바이어스 RF 파워 발생기(22)와 관련 임피던스 정합 회로(24) 및 원하는 챔버 압력으로 챔버(10''')를 진공화하기 위한 진공 펌프(28)로 구성된다. 이는 코일을 임의의 전도성 에칭 부산물 코팅을 지나 챔버의 내부벽상에 위치시킨다. 따라서, 전도성 코팅은 전류가 통하는 코일(44)(또는 적어도 챔버의 플라즈마 영역 내부로 향하는 일부)에 의해 발생된 자계를 저하시키지 못하기 때문에, 이러한 영역에 대한 RF 파워의 유도 결합은 감소되지 않는다. 결과적으로, 플라즈마 특성에 나쁜 영향을 미치지 않고, 챔버내에서 플라즈마를 점화시키고 유지하는데 어려움이 없다. 물론, 에칭 처리 동안 코일(44)에 전류가 흐르기 때문에, 파워의 유도 결합을 방해하는 어떠한 에칭 부산물도 증착되지 않는다. 게다가, 안테나가 챔버의 내부에 있기 때문에 RF 파워의 더 낮은 레벨을 사용하여 플라즈마를 발생시킬 수 있는데, 그 이유는 챔버 벽의 임피던스가 통상적인 유도성 결합 플라즈마 에칭 반응기의 경우에서와 같이 극복되어야 할 필요가 없기 때문이다.

내부 코일(44)이 단일 평탄한 구성을 가지며 챔버(10''')의 상부에 인접하여 위치하는 것이 도 3에 도시되어 있다. 이러한 실시예에서 코일은 전기적으로 연속적이고 나선형으로 감긴 전도체로 구성되는 단일체이다. 하지만, 코일은 형상과 챔버내의 위치를 선택적으로 다양하게 할 수 있다. 게다가, 코일은 절연되고 개별적으로 파워를 공급받는 세그먼트들을 가지며 세그먼트들로 분할된다. 도 4a 내지 도 4f는 이러한 분할되고 개별적으로 파워을 공급받는 내부 코일을 사용하는 에칭 반응기의 예를 도시한다. 모든 이러한 예는 제 1 코일 세그먼트(46a-46f)와 제 2 코일 세그먼트(48a-48f)를 가진다. 제 1 코일 세그먼트(46a-46f)는 제 1 RF 파워 발생기(50a-50f)와 제 1 임피던스 정합 회로(52a-52f)를 가진 외부 RF 파워 공급원을 통해 전류를 공급받는다. 제 2 코일 세그먼트(48a-48f)는 제 2 RF 파워 발생기(54a-54f)와 제 2 임피던스 정합 회로(56a-56f)를 가진 외부 RF 파워 공급원을 통해 전류를 공급받는다. 분리된 파워원이 각각의 코일 세그먼트(46a-46f, 48a-48)뿐만 아니라 축(16)에도 RF 파워를 공급하는 것이 도시된다. 이는 파워 양뿐만 아니라 주파수 또한 이러한 각각의 엘리먼트를 위해 개별적으로 설정되도록 한다. 예를 들면, 다른 RF 파워 레벨 또는 주파수가 플라즈마 이온 밀도 공간 분포를 조정하기 위해 결합된 분리 RF 파워 발생기에 의해 다른 코일 세그먼트에 공급될 수 있다. 원한다면, 공통의 파워 공급원 또한 앞에서 언급된 임의의 또는 전체 엘리먼트에 사용될 수 있다. 바람직하게는 이러한 공통 파워 공급원은 다른 파워 레벨과 주파수로 개별 엘리먼트에 RF 파워를 공급하는 능력을 가진다. 도 4a 내지 도 4f에 도시된 각각의 코일 (뿐만 아니라 도 3의 단일 코일) 세그먼트의 권선수는 예시를 위한 것임을 알아야 할 것이다. 코일 또는 코일 세그먼트는 실질적으로 임의의 권선수를 가진다.

도 4a 내지 도 4f에 도시된 바와 같이, 반응기 사이의 주된 차이점은 코일 세그먼트(46a-46f, 48a-48f)의 형상과 위치이다. 도 4a에서, 제 1 코일 세그먼트(46a)는 플래너 형상이고 챔버(10''')의 상부에 인접하여 위치하는 반면에 제 2 코일 세그먼트(48a)는 실린더 형상이고 챔버의 측벽에 인접하여 위치한다. 도 4b에서, 제 1 및 제 2 코일 세그먼트(46b, 48b)는 평탄하고 챔버(10''')의 상부에 인접하는데, 제 1 코일 세그먼트(46b)는 제 2 코일 세그먼트(48b)의 중앙 보이드내에 동심원으로 위치한다. 도 4c는 제 2 코일 세그먼트(48c)인 제품(14)에 인접한 챔버내에서 아래로 위치한다는 점을 제외하면 도 4b에 도시된 코일 세그먼트 구성과 동일하다. 도 4d의 반응기에서, 제 1 코일 세그먼트(46d)는 플래너 형상이고 챔버(10''')의 상부에 인접하여 위치하는 반면에, 제 2 코일 세그먼트(48d)는 제품(14)을 감싸도록 위치하는 반전되고 절단된 원뿔형 형상을 가진다. 도 4a 내지 도 4d의 반응기는 실린더형 챔버(10''')를 가지는 것으로 도시된다. 하지만, 이는 바람직하지 않다. 유도성 코일 안테나가 챔버(10''') 내부에 위치하기 때문에, 챔버의 형상은 플라즈마에 대한 영향을 최대로 활용하도록 설계될 수 있다. 다시 말해, 코일의 형상은 챔버 설계에 있어서의 주된 고려점이 아니고, 챔버는 원하는 적절한 형상, 바람직하게는 반응기를 가지고 수행될 에칭 동작을 위해 요구되는 적정 플라즈마 특징을 강화할 수 있는 형상으로 설계할 수 있다. 예를 들면, 도 4e와 도 4f는 절단된 원추형 형상의 챔버(10''') 를 가진 반응기를 도시한다. 도 4e에서, 제 1 코일 세그먼트(46e)는 평탄하고 챔버(10''')의 상부에 인접하여 위치하는 반면에 제 2 코일 세그먼트(48e)는 절단된 원뿔형 형상을 가지고 챔버(10''')의 측벽에 인접하여 위치한다. 도 4f의 반응기는 제 2 코일 세그먼트(48f)가 반전되고 절단된 원뿔형 형상이고 제품(15)에 인접한 챔버(10''')내에서 더욱 아래로 위치한다는 점을 제외하고는 도 4e와 동일하다. 물론, 다른 챔버 형상 예를 들면, 돔형 또는 앞에서 언급된 돔형, 실린더형 및 절단된 원뿔형 형상중 둘 이상을 조합한 조합물이 가능하다. 수행될 에칭의 형상에 대해 원하는 플라즈마 특징을 최대로 활용할 챔버의 적정 형상은 본 발명의 범위를 벗어나기 때문에, 여기서는 상세히 설명하지 않을 것이다. 게다가, 유도성 코일 안테나 또는 세그먼트는 장착 또는 챔버 벽으로 이들을 부유시키는 것과 같은 공지된 방법으로 챔버내에 위치시킬 수 있다. 이러한 방법은 또한 공지되어 있고 본 발명의 진보성을 나타내지 않기 때문에, 추가로 상세히 설명하지는 않을 것이다.

도 4a 내지 도 4f는 개별적으로 파워이 공급된 코일 세그먼트를 가진 유도성 코일 안테나를 도시한다. 하지만, 본 발명은 이러한 두 세그먼트에 제한되지는 않는다. 개별적으로 파워이 공급된 코일 세그먼트가 임의의 수로 사용 가능하다. 게다가, 챔버의 형상과 같이, 코일 또는 코일 세그먼트 또한 임의의 바람직한 형상을 나타낼 수 있다. 유도성 코일 안테나가 챔버(10''') 내부에 위치하기 때문에, 챔버의 형상과는 무관하게 임의의 원하는 형상을 나타낸다. 따라서, 코일의 형상과 챔버 사이의 앞에서 설명된 절충 문제는 더이상 문제점이 아니다. 비록 플래너, 실린더형 및 절단된 원뿔형 코일과 코일 세그먼트가 도 3과 도 4a 내지 도 4f에 도시되었지만, 본 발명은 이러한 형상에 제한되지 않는다. 돔형 또는 앞에서 언급된 플래너, 돔형, 실린더형 및 절단된 원뿔형 형상중 둘 이상을 조합한 조합물과 같은 임의의 바람직한 형상을 가질 수 있다. 게다가, 챔버내에서 코일 또는 코일 세그먼트가 위치하는 위치가 도시된 실시예에 제한되는 것은 의도하는 바가 아니다. 코일과 코일 세그먼트는 원하는 바람직한 구성으로 위치되고 방향을 가질 수 있다.

챔버내에 유도 코일 안테나를 위치시키는 것의 특별한 장점은 챔버 형상에 의한 제한없이 파워 증착이 챔버내에서 실행될 원하는 에칭 처리를 위해 최적화될 수 있다는 것이다. 챔버 내부에 코일과 코일 세그먼트를 위치시킴으로써 파워 증착 패턴의 형상을 결정하는데 상당한 융통성을 가질 수 있게 한다.

코일 또는 각각의 코일 세그먼트의 형상, 위치 및 방향과 같은 인자들은 챔버내의 최적의 파워 증착 패턴을 형성하도록 선택될 수 있다. 또한 이런 인자들은 예상된 확산 특성과 반응기를 위해 계획된 특별한 에칭 프로세스에 포함되는 에천트 종의 수명을 고려하여 선택될 수 있다. 더욱이, 코일 또는 코일 세그먼트에 공급되는 RF 파워 양은 파워 증착 및 에천트 종 분포를 개조하도록 변경될 수 있고, 그결과 동일한 코일 구성이 광범위한 에천트 종 타입의 확산 특성을 조정할 수 있도록 한다. 특별한 코일 또는 코일 세그먼트 구성 및 수행될 수 있는 특별한 에칭 프로세스를 위한 파워 증착과 에천트 종 확산을 최적화시킬 RF 파워 입력 세팅은 본 발명의 범위를 벗어난다. 따라서, 이런 상세는 여기에 개시되지 않는다.

파워 증착과 챔버내의 에천트 종 확산 패턴을 최적화하는 노력으로 조종될 수 있는 형상, 위치 및 방향과 같은 인자와 관련된 코일에 부가적으로, 시일딩 엘리먼트 또는 필드가 이런 패턴을 추가로 개조하기 위해 도입될 수 있다. 예를 들면, 시일딩 엘리먼트 또는 자계가 챔버의 특별한 영역내의 플라즈마 이온 에너지를 감소시키는데 사용될 수 있다. 도 5a-b(도 4a-b와 관련하여 개시된 반응기와 대응하는)는 하나 이상의 코일 세그먼트와 제품 사이에 배치된 시일딩 엘리먼트(58a-b)를 도시한다. 상기 시일딩 엘리먼트(58a-b)는 바람직하게 패러디 타입의 시일드 또는 전도성 스크린 형상을 취한다. 어떤 경우에 상기 시일딩 엘리먼트(58a-b)는 전기적으로 접지된다. 접지된 엘리먼트(58a-b)는 인접한 코일 세그먼트에 의해 발생되는 자계를 감쇠시켜서, 시일드의 다른 측면에서의 플라즈마에 대한 RF 파워의 유도 결합을 감소시킨다. 이런 방법으로 시일딩 엘리먼트(58a-b)의 범위를 벗어나는 영역에서의 파워 분포는 상기 영역에서의 플라즈마 이온 에너지를 감소시키기 위해 요구된 바와 같이 감소될 수 있다. 도 5a에서, 실린더형 제2 코일 세그먼트(48a)에 인접한 실린더형 시일딩 엘리먼트(58a)는 챔버(10'") 중앙에서의 플라즈마 영역에서 상기 세그먼트에 의해 유도 결합되는 RF 파워를 감소시키는데 사용된다. 이것은 단지 코일 세그먼트중 하나가 두드러지게 영향을 받는 경우의 예이다. 도 5b는 다중 코일 세그먼트(이런 경우에 2개)로부터의 유도 결합된 RF 파워가 시일딩 엘리먼트(58b)를 사용하여 감쇠되는 실시예를 보여준다. 상기 시일딩 엘리먼트(58b)는 챔버내에서 제1 및 제2 코일 세그먼트(46b, 48b)의 하부에 수평적으로 배치된다. 이런 수평 배치는 시일드 엘리먼트(58b)의 반대쪽에 있는 제품(14)에 직접 중첩하는 플라즈마 영역에 각각의 세그먼트 (46b, 48b)에 의해 유도 결합된 RF 파워의 감소를 초래한다. 그러므로, 상기 시일딩 엘리먼트는 반응기에 사용되는 하나 이상의 모든 코일에 영향을 미치는데 사용될 수 있다. 부가적으로, 하나 이상의 시일딩 엘리먼트가 요구된다면 이런 작업을 수행하는데 사용될 수 있다.

파워 증착을 다루는 다른 방법은 제2 자계를 챔버에 도입하는 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 이것은 챔버(10'")의 외부에 자계 발생기(60)를 부가함으로써 달성될 수 있다. 상기 발생기(60)는 전자기 또는 영구 자석중 하나를 포함할 수 있고, 챔버내에 이온 통과를 차단하는 자계를 형성한다. 그러므로, 자계 차단이 유도 코일 안테나(44)(또는 본 발명의 일부 실시예의 경우가 될 수 있는 바와 같은 그것의 세그먼트)와 제품(14) 사이에 부과되는 경우, 이온은 제품에 도달될 수 없다. 자계가 더 강해질수록, 통과되어 제품의 표면에 충돌할 수 있는 이온은 더 적어진다. 자계 차단의 강도를 변화시키기 위하여 발생기(60)가 조절가능한 것이 바람직하다. 이런 방법으로 제품(14)까지 통과되는 이온의 양이 조절될 수 있다. 따라서, 이온 밀도와 이온 에너지와 같은 플라즈마 특성은 제품(14)의 표면에서 자계 차단의 강도를 조절함으로써 제어될 수 있다.

챔버내의 유도 코일 안테나 배치의 또다른 장점은 챔버가 절연 재료로 제조될 필요가 없다는 점이다. 이전에 설명된 바와 같이, 유도 코일 안테나 아래의 챔버 벽의 일부는 챔버내에서의 RF 유도 결합을 감소시킬 코일에 의해 발생된 자계의 두드러진 감쇠를 방지하기 위해 비전도성 재료, 전형적으로 수정 또는 세라믹으로 제조되어 왔다. 챔버 내부의 코일로 이런 문제는 더 이상 고려할 필요가 없다. 그러므로, 챔버 벽은 알루미늄과 같은 전도성 재료로 제조될 수 있다. 전도성 챔버 벽의 제조는 많은 바람직한 효과를 가진다. 첫째, 도 3에 도시된 바와 같이 챔버(10'")는 전기적으로 접지될 수 있고 페데스탈(16)을 통해 공급된 RF 파워에 대한 전기적 접지로서 사용된다. 챔버 벽의 표면적은 이전에 사용된 접지된 영역보다 상당히 더 크다. 부가적으로, 전동성 및 접지된 챔버 벽의 내부 표면적은 RF 에너자이징 페데스탈(16)의 표면적을 상당히 초과할 것이다. 이것은 더 큰 네거티브 바이어스 전압을 형성할 것이고, 그결과 더욱 최적의 플라즈마 이온 에너지 및 제품의 표면으로의 지향성을 형성하는 것이 용이하다.

전도성 챔버 벽의 또다른 장점은 플라즈마 특성(예를 들면, 플람즈마 이온 에너지와 지향성)이 전도성 증착물이 챔버의 접지된 영역과 전기적으로 결합될때 발생되는 전압 시프트에 의해 악영향을 받게 되는 전도성 부산물의 증착에 의해 초래되는 문제를 해결한다는 것이다. 챔버 벽이 이미 전도성이고 전기적으로 접지되기 때문에, 챔버의 내부 표면에서의 부가적 전도성 재료의 증착은 관계가 없고 바이어스 전압 또는 플라즈마 특성에 영향을 끼치지 않는다.

전도성 챔버 벽의 사용과 관련하여 논의될 최종 장점은 증진된 벽 냉각 능력이 제공될 수 있다는 것이다. 예를 들면, 알루미늄으로 제조된 챔버 벽은 종래의 유도 결합된 플라즈마 에칭 반응기의 수정 벽과 비교하여 훨씬 더 높은 열전도성을 나타낸다(예를 들면, 수정에 대한 0.8W/mK과 비교할때 알루미늄에 대해 204 W/mK). 부가적으로, 냉각 채널(32)이 알루미늄 챔버 측벽에 쉽게 형성될 수 있고 전체 챔버가 알루미늄으로 제조되기 때문에, 냉각 채널이 챔버 벽의 도처에 분포될 수 있다. 이것은 종래의 유도 결합된 RF 플라즈마 에칭 반응기에서 요구되었던 챔버 벽 외부의 대기 냉각의 필요성을 제거시킨다. 내부 냉각 채널을 통한 냉각제의 흐름은 훨씬 더 효율적인 열 전달 방법이다. 챔버 벽으로부터 챔버 벽에 형성된 냉각 채널(32)로 흐르는 냉각 유체로의 열 전달은 휠씬 더 빠르다. 이런 증가된 열 전달 속도는 챔버 온도를 훨씬 작게 변화시킨다. 결과적으로, 챔버 온도는 효율적인 에칭 처리를 보장하고 챔버 벽으로부터 오염 증착물의 깨짐과 박편화를 방지하는데 필요한 한정된 범위내에서 쉽게 유지될 수 있다.

그러나, 알루미늄과 같은 금속으로 제조된 전도성 챔버 벽은 잠재적인 단점을 가진다. 이런 재료들은 일부 에칭 처리 조건하에서 스퍼터링되려는 경향이 있다. 챔버 벽의 스퍼터링된 재료는 제품을 오염시킬 수 있고 그 위에 형성되는 소자를 손상시킬 수 있다. 이런 잠재적인 문제는 도 3에 도시된 바와 같이 챔버 벽의 내부 표면 위에 보호용 코팅(45)를 형성함으로써 방지된다. 이런 코팅(45)은 플라즈마의 효과에 견딜수 있도록 설계되어 전도성 재료가 챔버(10'")내로 스퍼터링되지 못하도록 한다. 추가로, 상기 코팅(45)은 벽에 의해 나타나는 전기적이고 열적인 특성에 무관한 효과를 가지도록 설계될 수 있다. 챔버 벽이 알루미늄인 경우에, 내부 표면은 양극 처리되는(예를 들어, 알루미늄 산화물층으로 코팅되는) 것이 바람직하다. 양극 처리된 알루미늄 층은 이미 개시된 보호 특성을 제공할 것이다. 대안적으로, 전도성 세라믹 재료는 챔버 벽에서의 스퍼터링과 표면 반응을 방지하기 위해 챔버 내부벽을 코팅하도록 선택될 수 있다. 예를 들면, 붕소 탄화물이 적당한 선택이 될 수 있다.

이전에 개시된 유도 코일 안테나 또는 세그먼트와 유사한 스퍼터링 문제가 존재한다. 코일 또는 코일 세그먼트가 금소으로 제조될 수 있는 경우에, 플라즈마에 의한 원치않는 금속의 스퍼터링은 제품을 오염시킬 수 있고, 코일 구조물을 빠르게 부식시킬 것이다. 한가지 해결책은 "비스퍼터링" 전도성 재료, 이를테면 붕소 탄화물과 같은 전도성 세라믹으로 코일 또는 코일 엘리먼트를 제조하는 것이다. 다른 가능성은 "비스퍼터링" 코팅에 의해 둘러싸인 금속 코어를 사용하는 것이다. 예를 들면, 알루미늄 코어는 붕소 탄화물 재킷으로 커버된다. 어떤 실시예에서, 상기 코일은 플라즈마의 스퍼터링 효과로부터 보호될 것이고 제품의 오염이 방지된다. 또한 에칭 처리동안 코일의 온도가 종종 제어되어애 한다는 것에 유의하라. 이런 경우에, 상기 코일은 공동의 튜브형 구조물로 구성될 수 있다. 이것은 냉각 유체가 코일의 내부에 의해 형성된 채널을 통해 펌핑될 수 있도록 하고, 그결과 코일을 냉각시켜 요구된 동작 온도를 유지시킨다.

유도 결합 플라즈마 에칭 반응기의 챔버내에 유도 코일 안테나를 배치하는 또다른 장점은 코일이 더이상 에칭 가스 포트가 배치될 수 있는 장소를 지시하지 않는다는 것이다. 이전에 설명된 바와 같이 에칭 가스 포트는 코일이 물리적으로 필요한 채널링과 가스 주입 포트에 에천트 가스를 공급하는데 필요한 공급 구조물과 간섭할 수 있기 때문에 외부 유도 코일에 인접한 챔버 벽에 배치될 수 없다. 이것은 종종 외부 코일에 인접한 챔버 벽의 내부에만 형성되는 높은 파워 증착의 영역내에 에천트 가스를 유입하는 것이 요구되기 때문에 불리하다. 코일이 더이상 챔버 벽을 통한 챔버 내부로의 접근을 차단하지 않기 때문에, 주입 포트가 배치될 수 있는 위치는 상당히 증가될 수 있다. 결과적으로, 가스 주입 포트는 에천트 가스가 높은 파워 증착의 영역 근처에 또는 이런 영역으로부터 멀리 유입되도록 배치될 수 있다. 예를 들면, 도 3은 유도 코일 안테나(44)에 인접하여 배치되는 가스 주입 포트(26)를 도시하는데, 이들은 코일 안테나 근처의 높은 파워 증착 영역(47)에 가스를 주입시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 구성된 반응기로 융통성 있는 포트 배치가 가능하다.

개시된 바와 가은 본 발명에 따라 구성된 에칭 반응기의 장점에 부가적으로, 또한 반응기가 용량 결합 모드, 유도 결합 모드, 또는 어떤 이들의 조합으로 동작될 수 있다는 것을 암시한다. 다시 한번 도 3과 도 4a-f를 참조하면, RF 파워가 코일 안테나(44) 또는 세그먼트(46, 48)에 RF 파워를 공급하지않고 페데스탈(16)에 공급되는 경우, 상기 반응기는 용량 결합 모드로 동작될 수 있다. 이것은 페데스탈(16)과 전도성 부분(34) 사이의 이전에 개시된 부적당한 영역 비율 때문에 도 1에 도시된 바와 같은 종래 유도 결합 플라즈마 에칭 반응기에서는 불가능하다. 종래 반응기들에서 볼 수 있는 영역 비율은 챔버내에 플라즈마를 발생하기에 불충분하다고 알려져 왔던 빈약한 용량성 파워 결합을 형성한다.

대안적으로, RF 파워는 RF 파워를 페데스탈(16)에 공급하지않고 코일 안테나(44) 또는 세그먼트(46, 48)에 공급될 수 있다.

유도 결합은 1 내지 100 밀리토르 범위의 압력에서 더욱 효율적일 것이고, 용량 결합은 100 밀리토르 내지 10 토르 범위의 압력에서 효율적일 것이다. 일부 에칭 처리는 유도 결합으로 구성되는 더 낮은 압력에서 양호하게 수행되고, 반면에 다른 에칭 처리는 용량 결합으로 구성되는 더 높은 압력에서 양호하게 수행된다. 그러므로, 본 발명에 따라 구성된 반응기는 훨씬 더 넓은 압력 범위에 걸쳐 에칭 처리를 지원할 수 있기 때문에 종래 유도 결합 또는 용량 결합 플라즈마 에칭 반응기보다 더 큰 융통성을 가진다. 부가적으로, 유도 결합은 더 많은 이온을 발생할 것이고, 반면에 용량 결합은 더 많은 반응성 중립 종들을 생성할 것이다. 서로 다른 에칭 처리 또는 처리 단계는 종종 요구된 결과에 의존하여 더 많은 이온 또는 더많은 반응성 중립 종을 요구한다. 본 발명에 따라 구성된 반응기는 챔버(10)에서 유도 및 용량 결합 RF 파워의 양이 페데스탈(16)과 내부 코일 안테나(44)(또는 안테나 세그먼트 46, 48)에 공급되는 파워의 양을 변화시킴으로써 쉽게 변경되기 때문에 종래 유도 결합 또는 용량 결합 에칭 반응기로 가능하지않은 방식으로 플라즈마의 성분을 제어할 수 있다. 예를 들면, 에칭 처리의 일부 단계들은 이온이 풍부한 플라즈마를 형성하기 위해 보다 뛰어난 유도 결합으로 수행될 수 있고, 반면에 다른 단계들은 반응성 중립종이 풍부한 플라즈마를 형성하기 위해 보다 뛰어난 용량 결합으로 수행될 수 있다. 더욱이, 유도 코일 안테나(44)(또는 세그먼트 46, 48)는 플라즈마를 유지하기 위해 사용되는 소스가 될 필요가 없다. 오히려, 플라즈마는 에너자이징 페데스탈(16)을 사용하여 용량 결합을 통해 적어도 부분적으로 유지될 수 있다. 이것은 안테나(또는 세그먼트)에 공급되는 RF 파워가 플라즈마를 유지하는데 필요한 파워와 무관하게 요구된 에천트 종 농도를 생성하도록 조절되도록 한다.

Claims

RF 플라즈마 에칭 반응기에 있어서,

챔버 벽을 가지는 에칭 챔버를 구비하는데, 상기 에칭 챔버는 상기 챔버의 내부에 마주한 상기 챔버 벽의 일부를 형성하는 보호층을 가지고, 상기 보호층은 상기 챔버내에 형성되는 플라즈마에 의한 상기 챔버 벽의 스퍼터링을 방지할 수 있으며;

상기 에칭 챔버의 내부로 에천트 가스를 유입할 수 있는 에천트 가스 주입 장치;

에칭될 제품을 홀딩하기 위해 상기 에칭 챔버내에 배치되는 페데스탈; 및

상기 에칭 챔버내에 배치되는 유도 코일 안테나를 포함하며, 상기 안테나는 상기 챔버내에 유도 결합에 의해 플라즈마를 발생하도록 상기 에천트 가스에 RF 에너지를 방출할 수 있고 상기 플라즈마에 의한 상기 안테나의 스퍼터링을 방지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 1항에 있어서, 상기 유도 코일 안테나는 단일 구조물을 가지고 RF 파워 소스에 연결되는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 1항에 있어서, 상기 유도 코일 안테나는 다수의 세그먼트를 포함하며, 상기 세그먼트는 다른 세그먼트로부터 전기적으로 절연되고 개별 RF 파워 신호에 연결되는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 3항에 있어서, 각각의 RF 파워 신호는 공통 RF 파워 소스에 의해 발생되며, 상기 공통 파워 소스는 서로 다른 파워 레벨과 주파수로 각각의 RF 파워 신호를 공급할 수 있는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 3항에 있어서, 각각의 RF 파워 신호는 서로 다른 RF 파워 소스에 의해 발생되며, 각각의 RF 파워 소스는 서로 다른 파워 레벨과 주파수를 가지는 RF 파워 신호를 공급할 수 있는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 1항에 있어서, 상기 에칭 챔버는 (ⅰ) 돔 형상, (ⅱ) 실린더 형상, 또는 (ⅲ) 절단된 원뿔 형상중 한가지의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 1항에 있어서, 상기 에칭 챔버는 (ⅰ) 돔 형상, (ⅱ) 실린더 형상, 또는 (ⅲ) 절단된 원뿔 형상중 적어도 2가지의 형상을 포함하는 집합적인 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 2항에 있어서, 상기 유도 코일 안테나의 위치, 형상 및 방향은 상기 챔버내에서의 RF 파워 증착 패턴을 변경할 수 있도록 선택되고, 상기 파워 분포 패턴은 상기 챔버에서 에칭되는 제품 표면에 인접한 최적의 플라즈마 특성을 제공하도록 변경되는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 8항에 있어서, 상기 유도 코일 안테나로부터 각각의 시일딩 엘리먼트를 벗어나는 플라즈마 영역에 유도 결합되는 RF 파워의 양을 감소시킬 수 있는 전기적으로 접지된 적어도 하나의 시일딩 엘리먼트를 더 포함하는데, 상기 시일딩 엘리먼트는 각각 상기 챔버내의 RF 파원 증착 패턴을 추가로 변경하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 9항에 있어서, 상기 시일딩 엘리먼트는 (ⅰ) 패러디 시일드, 또는 (ⅱ) 전도성 스크린중 하나인 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 8항에 있어서, 상기 유도 코일 안테나와 제품 사이의 플라즈마 이동에 의해 형성되는 에천트 가스 이온의 수를 감소시키도록 지향되는 차단 자계를 챔버내에 발생시킬 수 있는 자계 발생기를 더 포함하는데, 상기 자계 발생기는 챔버내의 패턴 증착 RF 파워를 추가로 변경하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 11항에 있어서, 상기 자계 발생기는 (ⅰ) 영구 자석, 또는 (ⅱ) 전자석중 하나인 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 11항에 있어서, 상기 자계 발생기에 의해 발생된 차단 자계는 상기 유도 코일 안테나와 제품 사이의 이동이 허용되는 에천트 가스 이온의 수를 조절하도록 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 3항에 있어서, 상기 유도 코일 안테나의 각각의 세그먼트의 위치, 형상 및 방향은 상기 챔버내의 RF 파워 증착 패턴을 변경하도록 선택되며, 상기 파워 분배 패턴은 상기 챔버에서 에칭되는 제품 표면에 인접한 최적의 플라즈마 특성을 제공하도록 변경되는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 14항에 있어서, 상기 RF 파워 신호는 상기 챔버내의 RF 파워 증착 패턴을 추가로 변경하도록 개별적으로 선택되는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 14항에 있어서, 상기 유도 코일 안테나의 세그먼트중 적어도 하나로부터 각각의 시일딩 엘리먼트를 벗어나는 플라즈마 영역에 유도 결합되는 RF 파워의 양을 감소시킬 수 있는 전기적으로 접지된 적어도 하나의 시일딩 엘리먼트를 더 포함하는데, 상기 시일딩 엘리먼트는 각각 상기 챔버내의 RF 파워 증착 패턴을 추가로 변경하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 16항에 있어서, 상기 시일딩 엘리먼트는 (ⅰ) 패러디 시일드, 또는 (ⅱ) 전도성 스크린중 하나인 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 14항에 있어서, 상기 적어도 하나의 유도 코일 안테나 세그먼트와 제품 사이의 플라즈마 이동에 의해 형성되는 에천트 가스 이온의 수를 감소시키도록 지향되는 차단 자계를 챔버내에 발생시킬 수 있는 자계 발생기를 더 포함하는데, 상기 자계 발생기는 챔버내의 RF 파워 증착 패턴을 추가로 변경하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 18항에 있어서, 상기 자계 발생기는 (ⅰ) 영구 자석, 또는 (ⅱ) 전자석중 하나인 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 18항에 있어서, 상기 자계 발생기에 의해 발생된 차단 자계는 적어도 하나의 상기 유도 코일 안테나 세그먼트와 제품 사이의 이동이 허용되는 에천트 가스 이온의 수를 조절하도록 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 2항에 있어서, 상기 유도 코일 안테나는 (ⅰ) 플래너 형상, (ⅱ) 실린더 형상, (ⅲ) 절단된 원뿔 형상, 또는 (ⅳ) 돔 형상중 하나인 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 2항에 있어서, 상기 유도 코일 안테나는 (ⅰ) 플래너 형상, (ⅱ) 실린더 형상, (ⅲ) 절단된 원뿔 형상, 또는 (ⅳ) 돔 형상중 적어도 2가지 형상을 포함하는 집합적인 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 3항에 있어서, 상기 유도 코일 안테나의 각각의 세그먼트는 (ⅰ) 플래너 형상, (ⅱ) 실린더 형상, (ⅲ) 절단된 원뿔 형상, 또는 (ⅳ) 돔 형상중 하나의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 3항에 있어서, 상기 유도 코일 안테나의 다수의 세그먼트중 적어도 하나는 (ⅰ) 플래너 형상, (ⅱ) 실린더 형상, (ⅲ) 절단된 원뿔 형상, 또는 (ⅳ) 돔 형상중 적어도 2가지의 형상을 포함하는 집합적인 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 1항에 있어서, 상기 보호층을 형성하지않는 챔버 벽 부분은 전기적으로 접지된 전도성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 25항에 있어서, 상기 전기적으로 접지된 전도성 재료는 알루미늄을 포함하며, 상기 보호층은 알루미늄 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 25항에 있어서, 상기 보호층은 전도성 세라믹 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 25항에 있어서, 상기 보호층은 붕소 탄화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 25항에 있어서, 상기 페데스탈은 상기 제품 표면에서의 바이어스 전압을 형성하도록 RF 파워 소스에 연결되며, 상기 페데스탈은 바이어스 전압이 최대 가능한 네거티브 값을 갖는 상기 에칭 챔버 벽의 내부 표면에서보다 충분히 더 작은 외부 표면 영역을 가지는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 25항에 있어서, 상기 전도 재료는 고도의 열전도성을 나타내고, 상기 에칭 챔버의 벽은 챔버 내부로부터 냉각 유체로 열을 전달하도록 냉각 유체의 흐름을 지탱할 수 있는 냉각 채널을 포함하며, 상기 냉각 채널은 상기 챔버에서의 적정 온도 범위를 유지하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 1항에 있어서, 상기 에천트 가스 주입 장치는 상기 에칭 챔버의 벽 내부에 배치된 가스 주입용 유입구를 포함하는데, 상기 유입구는 상대적으로 높은 파워 증착을 나타내는 상기 챔버내의 영역에 아주 근접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 1항에 있어서, 상기 유도 코일 안테나는 전도성 세라믹 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 1항에 있어서, 상기 유도 코일 안테나는 붕소 탄화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 1항에 있어서, 상기 유도 코일 안테나는 금속으로 제조된 코어 및 전도성 세라믹 재료로 제조된 외부 재킷을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 34항에 있어서, 상기 전도성 세라믹 재료는 붕소 탄화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 1항에 있어서, 상기 유도 코일 안테나는 공동 내부를 갖는 튜브형 구조를 가지며, 상기 공동 내부에 의해 형성된 채널은 상기 안테나의 적정 온도를 유지하도록 냉각 유체의 흐름을 지탱할 수 있는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
RF 플라즈마 에칭 반응기에 있어서,

챔버 벽을 가지는 에칭 챔버;

상기 에칭 챔버의 내부로 에천트 가스를 유입시킬 수 있는 에천트 가스 주입 장치;

에칭될 제품을 홀딩하기 위해 상기 에칭 챔버내에 배치된 페데스탈; 및

유니트식 구조물을 갖는 유도 코일 안테나를 포함하며, 상기 유도 코일 안테나는 상기 에칭 챔버내에 배치되고 유도 결합에 의해 플라즈마를 발생하기 위해 상기 에천트 가스내에 RF 에너지를 방출하기 위한 RF 파워 소스에 연결되는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 37항에 있어서, 상기 유도 코일 안테나의 위치, 형상 및 방향은 상기 챔버에서 에칭되는 제품의 표면 근처에 적정 플라즈마 특성을 형성하는 상기 챔버내의 적정 RF 파워 증착 패턴을 형성하기 위하여 결합하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 38항에 있어서, 상기 유도 코일 안테나로부터 각각의 시일딩 엘리먼트를 벗어나는 플라즈마 영역에 유도 결합되는 RF 파워의 양을 감소시킬 수 있는 전기적으로 접지된 적어도 하나의 시일딩 엘리먼트를 더 포함하는데, 상기 시일딩 엘리먼트는 각각 상기 챔버내의 적정 RF 파워 증착 패턴 형성을 보조하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 38항에 있어서, 상기 유도 코일 안테나와 상기 제품 사이의 플라즈마 이동에 의해 형성되는 에천트 가스 이온의 수를 감소시키도록 지향되는 차단 자계를 챔버내에 발생시킬 수 있는 자계 발생기를 더 포함하는데, 상기 자계 발생기는 챔버내의 적정 RF 파워 증착 패턴 형성을 보조하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 40항에 있어서, 상기 자계 발생기에 의해 발생된 차단 자계는 상기 유도 코일 안테나와 제품 사이의 이동이 허용되는 에천트 가스 이온의 수를 조절하도록 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 37항에 있어서, 상기 유도 코일 안테나는 (ⅰ) 플래너 형상, (ⅱ) 실린더 형상, (ⅲ) 절단된 원뿔 형상, 또는 (ⅳ) 돔 형상중 하나인 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 37항에 있어서, 상기 유도 코일 안테나는 (ⅰ) 플래너 형상, (ⅱ) 실린더 형상, (ⅲ) 절단된 원뿔 형상, 또는 (ⅳ) 돔 형상중 적어도 2가지 형상을 포함하는 집합적인 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
RF 플라즈마 에칭 반응기에 있어서,

챔버를 가지는 에칭 챔버;

상기 에칭 챔버의 내부로 에천트 가스를 유입시킬 수 있는 에천트 가스 유입 장치;

에칭될 제품을 홀딩하기 위해 상기 에칭 챔버내에 배치된 페데스탈;

상기 에칭 챔버내에 배치된 다수의 세그먼트를 구비하는 유도 코일 안테나를 포함하고, 각각의 세그먼트는 다른 세그먼트로부터 전기적으로 절연되고 개별 RF 파워 신호에 연결되며, 상기 세그먼트들은 유도 결합에 의해 챔버내에 플라즈마를 발생하기 위해 상기 에천트 가스내에 RF 에너지를 방출할 수 있는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 44항에 있어서, 상기 RF 파워 신호는 공통 RF 파워 소스에 의해 발생되며, 상기 공통 파워 소스는 서로 다른 파워 레벨과 주파수를 갖는 각각의 RF 파워 신호를 공급할 수 있는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 44항에 있어서, 상기 RF 파워 신호는 서로 다른 RF 파워 소스에 의해 발생되며, 각각의 파워 소스는 서로 다른 파워 레벨과 주파수를 갖는 RF 파워 신호를 공급할 수 있는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 44항에 있어서, 상기 유도 코일 안테나의 각각의 세그먼트의 위치, 형상 및 방향은 상기 챔버에서 에칭을 겪는 제품의 표면 근처에 적정 플라즈마 특성을 형성하는 상기 챔버내의 적정 RF 파워 증착 패턴을 형성하기 위하여 결합하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 47항에 있어서, 상기 RF 파워 신호는 상기 챔버에서의 적정 RF 파워 증착 패턴 형성을 보조하도록 개별적으로 선택되는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 47항에 있어서, 상기 유도 코일 안테나 세그먼트중 적어도 하나로부터 각각의 시일딩 엘리먼트를 벗어나는 플라즈마 영역에 유도 결합되는 RF 파워의 양을 감소시킬 수 있는 전기적으로 접지된 적어도 하나의 시일딩 엘리먼트를 더 포함하는데, 상기 시일딩 엘리먼트는 각각 상기 챔버내의 적정 RF 파워 증착 패턴 형성을 보조하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 47항에 있어서, 상기 유도 코일 안테나 세그먼트중 하나와 제품 사이의 플라즈마 이동에 의해 형성되는 에천트 가스 이온의 수를 감소시키도록 지향되는 차단 자계를 챔버내에 발생시킬 수 있는 자계 발생기를 더 포함하는데, 상기 자계 발생기는 챔버내의 적정 RF 파워 증착 패턴 형성을 보조하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 50항에 있어서, 상기 자계 발생기에 의해 발생된 차단 자계는 적어도 하나의 상기 유도 코일 안테나 세그먼트와 제품 사이의 이동이 허용되는 에천트 가스 이온의 수를 조절하도록 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 44항에 있어서, 상기 유도 코일 안테나 세그먼트는 (ⅰ) 플래너 형상, (ⅱ) 실린더 형상, (ⅲ) 절단된 원뿔 형상, 또는 (ⅳ) 돔 형상중 하나인 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
제 44항에 있어서, 상기 유도 코일 안테나 세그먼트는 (ⅰ) 플래너 형상, (ⅱ) 실린더 형상, (ⅲ) 절단된 원뿔 형상, 또는 (ⅳ) 돔 형상중 적어도 2가지 형상을 포함하는 집합적인 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기.
RF 플라즈마 에칭 반응기에 홀딩된 제품을 에칭하는 방법에 있어서,

보호층을 구비하고 챔버 벽을 가지는 에칭 챔버를 사용하는 단계를 포함하는데, 상기 보호층은 상기 에칭 챔버의 내부에 마주하는 상기 챔버 벽의 일부를 형성하고 상기 챔버 벽내에 형성된 플라즈마에 의한 상기 챔버 벽의 스퍼터링을 방지할 수 있으며;

상기 에칭 챔버의 내부로 에천트 가스를 유입하는 단계;

에칭될 제품을 홀딩하기 위해 상기 에칭 챔버내에 배치된 전도성 페데스탈을 사용하는 단계; 및

상기 에칭 챔버내에 배치된 유도 코일 안테나를 사용하여 유도 결합에 의해 상기 챔버내에 플라즈마를 발생하기 위해 상기 에천트 가스내에 RF 에너지를 방출하는 단계를 포함하며, 상기 유도 코일 안테나는 상기 플라즈마에 의한 상기 안테나의 스퍼터링을 방지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기에 홀딩된 제품을 에칭하는 방법.
제 54항에 있어서, 상기 페데스탈을 상기 제품의 표면에 바이어스 전압을 형성하기 위하여 RF 파워 소스에 연결하는 단계를 더 포함하는데, 상기 페데스탈은 상기 에칭 챔버의 벽의 내부 표면보다 충분히 더 작은 외부 표면 영역을 가지고 상기 바이어스 전압은 최대 가능한 네거티브 값을 가지는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기에 홀딩된 제품을 에칭하는 방법.
상기 챔버에 유도적으로 결합된 파워의 양은 상기 유도 코일 안테나에 공급되는 RF 파워의 양을 조절함으로써 조정되고 상기 챔버에 용량 결합되는 파워의 양은 상기 페데스탈에 공급되는 RF 파워의 양을 조절함으로써 조정되며, 상기 유도 결합 및 용량 결합 RF 파워의 양은 상기 챔버내에 플라즈마를 점화하여 지탱하도록 하면서 상기 플라즈마의 에천트 종 성분을 변경하도록 조정되고 상기 반응기가 폭넓은 범위의 압력에 걸쳐 동작되도록 하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기에 홀딩된 제품을 에칭하는 방법.
제 54항에 있어서, 상기 에천트 가스 유입 단계는 상대적으로 높은 파워 증착을 나타내는 상기 챔버내의 영역에 아주 근접한 위치에서 상기 에칭 챔버 벽의 내부에 배치된 유입구로부터의 가스 유입을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기에 홀딩된 제품을 에칭하는 방법.
RF 플라즈마 에칭 반응기내에 홀딩된 제품을 에칭하는 방법에 있어서,

챔버 벽을 가지는 에칭 챔버를 사용하는 단계;

상기 에칭 챔버의 내부로 에천트 가스를 유입하는 단계; 및

상기 에칭 챔버내에 배치된 단일 구조물을 갖는 유도 코일을 사용하여 유도 결합에 의해 상기 챔버내에 플라즈마를 발생하기 위해 상기 에천트 가스내로 RF 에너지를 방출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기내에 홀딩된 제품을 에칭하는 방법.
제 58항에 있어서, 상기 유도 코일 안테나의 위치, 형상 및 방향의 조합을 사용하여 상기 챔버내에 적정 RF 파워 증착 패턴을 형성함으로써 에칭되는 제품의 표면에 인접한 적정 플라즈마 특성을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기내에 홀딩된 제품을 에칭하는 방법.
제 59항에 있어서, 상기 챔버내의 적정 RF 파워 증착 패턴 형성 단계는 상기 유도 코일 안테나로부터 각각의 시일딩 엘리먼트를 벗어나는 플라즈마 영역에 유도 결합되는 RF 파워 양을 감소시킬 수 있는 적어도 하나의 전기적으로 접지된 시일딩 엘리먼트의 사용을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기내에 홀딩된 제품을 에칭하는 방법.
제 59항에 있어서, 상기 챔버내의 적정 RF 파워 증착 패턴 형성 단계는 상기 유도 코일 안테나와 제품 사이의 플라즈마 이동에 의해 형성된 에천트 가스의 수를 감소하도록 지향되는 상기 챔버내의 차단 자계 발생을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기내에 홀딩된 제품을 에칭하는 방법.
제 61항에 있어서, 상기 유도 코일과 제품 사이의 이동이 허용된 에천트 가스 이온의 수를 조절하도록 상기 차단 자계의 변화 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기내에 홀딩된 제품을 에칭하는 방법.
RF 플라즈마 에칭 반응기내에 홀딩된 제품을 에칭하는 방법에 있어서,

챔버 벽을 가지는 에칭 챔버를 사용하는 단계;

상기 에칭 챔버의 내부로 에천트 가스를 유입하는 단계; 및

상기 에칭 챔버내에 배치된 다수의 세그먼트를 포함하는 유도 코일 안테나를 사용하여 유도 결합에 의해 상기 챔버내에 플라즈마를 발생하기 위하여 상기 에천트 가스내로 RF 에너지를 방출하는 단계를 포함하며, 각각의 세그먼트는 다른 세그먼트로부터 전기적으로 절연되고 개별 RF 파워 신호에 연결되는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기내에 홀딩된 제품을 에칭하는 방법.
제 63항에 있어서, 상기 유도 코일 세그먼트의 위치, 형상 및 방향의 조합을 사용하여 상기 챔버내에 적정 RF 파워 증착 패턴을 형성함으로써 에칭되는 제품의 표면에 인접한 적정 플라즈마 특성을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기내에 홀딩된 제품을 에칭하는 방법.
제 64항에 있어서, 상기 챔버내의 적정 RF 파워 증착 패턴 형성 단계는 상기 RF 파워 신호 레벨의 개별적인 설정을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기내에 홀딩된 제품을 에칭하는 방법.
제 64항에 있어서, 상기 챔버내의 적정 RF 파워 증착 패턴의 형성 단계는 적어도 하나의 유도 코일 안테나 세그먼트로부터 각각의 시일딩 엘리먼트를 벗어나는 플라즈마 영역에 유도 결합되는 RF 파워 양을 감소시킬 수 있는 적어도 하나의 전기적으로 접지된 시일딩 엘리먼트의 사용을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기내에 홀딩된 제품을 에칭하는 방법.
제 64항에 있어서, 상기 챔버내의 적정 RF 파워 증착 패턴 형성 단계는 상기 적어도 하나의 유도 코일 안테나 세그먼트와 제품 사이의 플라즈마 이동에 의해 형성된 에천트 가스의 수를 감소하도록 지향되는 상기 챔버내의 차단 자계 발생을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기내에 홀딩된 제품을 에칭하는 방법.
제 67항에 있어서, 상기 적어도 하나의 유도 코일 안테나 세그먼트와 제품 사이의 이동이 허용된 에턴트 가스 이온의 수를 조절하도록 상기 차단 자계를 변화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 에칭 반응기내에 홀딩된 제품을 에칭하는 방법.