KR20030029130A - 외부에서 여기된 토로이드형 플라즈마 소오스 - Google Patents

Abstract

진공 챔버를 정의하는 봉합부, 봉합부의 상부에 위치하는 부분과 대항하는 봉합부 내의 워크피스 지지체, 워크피스 지지체의 통상의 대향면 주변 둘레에 적어도 제 1 및 제 2 개방부를 갖는 봉합부를 포함하는, 워크피스를 공정 처리하기 위한 플라즈마 반응기. 하나 이상의 할로우 콘딧은 제 1 및 제 2 개방부에 접속된다. 폐쇄 토로이드 경로는 콘딧을 통과하여 제공되고, 웨이퍼 표면에 걸친 제 1 및 제 2 개방부 사이로 연장된다. 공정 가스를 토로이드 경로로 제공하기 위해, 공정 가스 공급부가 챔버의 내부에 결합된다. 코일 안테나는 RF 전력 소오스에 결합되고, 할로우 콘딧의 내부에 유도성 결합되며, 토로이드 경로 내의 플라즈마를 유지할 수 있다.

Description

외부에서 여기된 토로이드형 플라즈마 소오스{EXTERNALLY EXCITED TORROIDAL PLASMA SOURCE}

마이크로 전자회로에서, 고밀도 및 소형화 경향은 장치의 플라즈마 공정을 더욱 어렵게 만든다. 예를 들어, 홀의 깊이가 증가되면서, 콘택홀 (contact hole) 의 직경이 감소된다. 실리콘 웨이퍼 상의 유전막을 플라즈마 강화 에칭 (plasma enhanced etching) 하는 동안, 포토레지스트용 유전 재료 (예를 들면, 실리콘 디옥사이드) 의 에칭 선택성은, 홀을 한정하는 포토레지스트 마스크를 방해하지 않고, 깊이의 10 내지 15 배인 콘택홀의 직경을 에칭하는 에칭 공정에 충해리야 한다. 더욱 정교한 포토리소그래피 (photolithography) 용 단파장광에 대한 최근의 경향은 더 얇은 포토레지스트 층을 필요로 하기 때문에, 이러한 작업이 더욱 어려워지므로, 유전층 대 포토레지스트 에칭 선택성이 종래보다 증가되어야 한다. 용량성 결합형 플라즈마를 이용하는 유전체 에칭 공정과 같이, 상대적으로 낮은 에칭 속도를 갖는 공정을 이용하여, 이러한 조건을 더욱 쉽게 만족시킨다. 용량성 결합형 플라즈마의 밀도는 유도성 결합형 플라즈마의 플라즈마 밀도보다 상대적으로 작고, 용량성 결합형 플라즈마 에칭 공정은 우수한 유전 대 포토레지스트 에칭 선택성을 나타낸다. 용량성 결합형의 공정의 문제점은 매우 느리므로, 상대적으로 낮은 생산성을 갖는데 있다. 에칭 공정에서 발생하는 다른 문제점은 비균일 플라즈마 분포에 있다.

생산성 또는 에칭 속도를 증가시키기 위해, 고밀도 플라즈마를 이용해왔다. 통상적으로, 고밀도 플라즈마는 유도성 결합형 플라즈마이다. 그러나, 고밀도 플라즈마는, 포토레지스트에 대한 에칭 선택성을 감소시키는 종 (species) 인 프리 플루오르 (free fluore) 의 고플라즈마 콘텐츠를 형성하면서, 공정 전조 가스는 더 빨리 해리시킨다. 이러한 경향을 감소시키기 위해, 플라즈마에서 플루오르 함유 에천트종과 포토레지스트 같은 비산화물 함유 표면상에 축적되는, 하나 이상의 폴리머 (polymer) 종으로 해리시키는 CF₂와 같은 플루오르-카본 공정 가스가 이용된다. 이것은 에칭 선택성을 쉽게 증가시킨다. 비산소 함유 재료 (즉, 포토레지스트) 가 계속적으로 폴리머에 의해 피복되어 에천트로부터 보호되는 동안 유전 재료를 에칭하도록, 산소 함유 유전 재료의 산소는 유전체상의 폴리머의 열해리 (pyrolization) 를 촉진하여 폴리머를 제거한다. 더욱 개량된 장치를 수용하기 위한 콘택 개방부 깊이의 증가와 포토레지스트 두께 감소는, 유전체 에칭동안 포토레지스트 층을 손상시키기 쉬운 고밀도 플라즈마 공정을 유발하는 문제점을 갖는다. 에칭 속도를 향상시키기 위해 플라즈마 밀도를 높일수록, 산소 함유 유전표면으로부터 폴리머의 제거율이 특히 좁은 콘택 개방부의 바닥과 같이 한정된 영역에서 상당히 낮게 되도록, 다량의 폴리머 함유 플라즈마가 포토레지스트와 같은 비산소 함유 재료를 보호하도록 이용되어야 한다. 그 결과, 포토레지스트가 상당히 보호되며, 콘택 개방부가 소정의 깊이에 도달하는 경우, 폴리머 축적에 의해 방해되는 에칭 공정의 가능성을 증가시킨다. 통상적으로, 에칭 정지 깊이는 장치가 고장나는 콘택 개방부의 깊이 이하로 만든다. 중간 절연 실리콘 디옥사이드층을 통해 상부 폴리실리콘 도체층과 하부 실리콘 도체층 사이에, 콘택 개방부는 접속을 제공할 수도 있다. 예를 들어, 에칭 정지 깊이가 상부 실리콘 층과 하부 실리콘 층 사이의 거리 이하인 경우, 장치의 고장이 발생한다. 또한, 10:1 또는 15:1 의 비율의 콘택 개방부를 갖는 더욱 개량된 장치가 되도록, 실제 또는 신뢰성을 갖는 애플리케이션에 협소하게 만드는 에칭 멈춤이 없이, 고밀도 플라즈마를 성취하기 위한 공정 윈도우가 발생한다.

현재의 바람직한 반응기는, 유도성 결합형 플라즈마 반응기 (고밀도 플라즈마를 갖음) 의 에칭 속도과 용량성 결합형 반응기의 선택성을 갖는다. 단일 장치에서, 2 가지 형태 반응기의 이점을 실현하기는 어려웠다.

고밀도 유도성 결합형 플라즈마 반응기, 특히 웨이퍼 또는 워크피스에 대향하는 오버헤드 (overhead) 코일 안테나를 갖는 형태의 문제점은, 에칭 속도를 강화시키기 위해 코일 안테나에 인가되는 전압을 증가시킬수록, 웨이퍼상의 플라즈마 영역에 전력이 흡수되도록 웨이퍼-대-실링 갭 (ceiling gap) 이 충분히 커져야 한다는 것이다. 이것은 강한 RF 필드에 기인하여 웨이퍼상에 장치의 손상의 위험을 방지한다. 또한, 오버헤드 코일 안테나에 인가되는 RF 전력의 높은 레벨에 있어서, 웨이퍼-대-실링 갭이 상대적으로 크므로, 작은 갭의 이점이 구현될 수 없다.

실링이 유도성 결합형 반응기의 RF 필드에 대한 반도체 윈도우 또는 용량성 결합형 반응기의 도체성 전극인 경우, 작은 웨이퍼-대-실링 갭의 이점은, 실링이 상대적으로 작은 갭 거리 (즉, 1 또는 2 인치 (inch) 치수) 에서 웨이퍼의 면에 걸쳐서 제공하는 강화된 전위 또는 그라운드 기준 (reference) 이다.

그러므로, 예를 들어, 유도성 결합형 반응기의 이온 밀도 및 에칭 속도과 용량성 결합형 반응기의 선택성을 갖는 반응기 뿐만 아니라, 예를 들어 플라즈마 시스 (sheath) 두께와 같은 근본적인 한계 이외에 웨이퍼-대-실링 갭 길이에 대한 종래의 어떠한 제한을 갖지 않는 반응기를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 인가된 RF 플라즈마 소오스 전력을 증가시키지 않고 이온 밀도 및 에칭 속도를 강화시키는, 용량성 결합형 반응기의 선택성와 유도성 결합형 반응기의 에칭 속도를 갖는 반응기를 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명은 마이크로 전자회로, 플랫 패널 디스플레이 등과 같은 장치의 제조시, 공정 워크피스 (workpiece) 를 가공하는데 이용되는 플라즈마 반응기에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 이를 위한 플라즈마 소오스에 관한 것이다.

도 1 은 오버헤드 토로이드 플라즈마 전류 경로를 유지하는 제 1 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 2 은 도 1 의 실시형태에 대응하는 실시형태의 측면도이다.

도 3 은 웨이퍼-대-실링 갭거리에 따른 플라즈마의 프리 플루오르 농도의 반응을 나타내는 그래프이다.

도 4 은 워크피스에 인가된 RF 바이아스 전력에 따른 플라즈마의 프리 플루오르 농도의 반응을 나타내는 그래프이다.

도 5 은 코일 안테나에 인가된 RF 소오스 전력에 따른 플라즈마의 프리 플루오르 농도의 반응을 나타내는 그래프이다.

도 6 은 반응 챔버의 압력에 따른 플라즈마의 프리 플루오르 농도의 반응을 나타내는 그래프이다.

도 7 은 아르곤과 같은 비활성 희석 가스의 분압에 따른 플라즈마 프리 플루오르 농도의 반응을 나타내는 그래프이다.

도 8 은 유도성 결합형 반응기와 본 발명의 반응기에 있어서 소오스 전력에따른 공정 가스의 해리도를 나타내는 그래프이다.

도 9 은 도 1 의 실시형태의 변형을 나타내는 도면이다.

도 10 및 도 11 은 폐쇄 자기 코어가 이용되는 도 1 의 실시형태의 변형을 나타내는 도면이다.

도 12 은 토로이드 플라즈마 전류 경로가 반응 챔버 하부를 통과하는 본 발명의 또 다른 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 13 은, 플라즈마 소오스 전력이 원심부 폐쇄 자기 코어주위에 감긴 코일에 인가되는, 도 10 의 실시형태의 변형을 나타내는 도면이다.

도 14 은 2 개의 평행 토로이드 플라즈마 전류를 생성시키는 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 15 은 복수의 독자적으로 제어되는 평행 토로이드 플라즈마 전력을 생성시키는 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 16 은, 실링보다 수직 측벽을 통해, 평행 토로이드 플라즈마 전류가 인입하는 도 15 의 실시형태의 변형을 나타내는 도면이다.

도 17a 은 워크피스의 표면에 걸쳐서 한쌍의 상호 직교 토로이드 플라즈마 전류를 유지하는 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 17b 은 도 17a 의 실시형태에서 복수 레디얼 베인 (vane) 의 이용을 나타내는 도면이다.

도 18 및 도 19 은, 토로이드 플라즈마 전류가 큰 기판을 공정 처리하는데 적당한 광경로를 걸쳐서 연장하는 광벨트인 본 발명의 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 20 은 토로이드 플라즈마 전류 경로의 외부가 제한되는 도 18 의 실시형태의 변형을 나타내는 도면이다.

도 21 은 웨이퍼를 걸쳐서 이온 밀도 분포를 조절할 수 있는 원통형 자기 코어의 축위치를 이용하는 도 18 의 실시형태의 변형을 나타내는 도면이다.

도 22 은 한쌍의 권선이 원통형 자기 코어의 한쌍의 그룹 주위에 감겨지는 도 21 의 변형을 나타내는 도면이다.

도 23 은 단일 공통 권선이 2 그룹 코어 주위에 감겨지는 도 22 의 변형을 나타내는 도면이다.

도 24 및 도 25 은 큰 웨이퍼를 공정에 적당한 광벨트인 한쌍의 상호 직교 토로이드 플라즈마 전류를 유지하는 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 26 은 자기 코어가 유도성 결합을 강화시키는데 이용되는 도 25 의 실시형태의 변형을 나타내는 도면이다.

도 27 은 직교 플라즈마 벨트가 수평 실링보다 수직 측벽을 통해 반응 챔버를 인입하는 도 24 의 실시형태의 변형을 나타내는 도면이다.

도 28a 은 회전 토로이드 플라즈마 전류를 생성하는 도 24 의 실시형태의 변형을 나타내는 도면이다.

도 28b 은 자기 코어를 구비하는 도 28a 의 실시형태의 변형을 나타내는 도면이다.

도 29 은 연속적인 원형 배관 (plenum) 이 토로이드 플라즈마 전류를 둘러싸기 위해 제공되는 본 발명의 최선의 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 30 은 도 29 에 대응하는 상부 단면도이다.

도 31a 및 도 31b 은 도 30 에 대응하는 전방 및 측면 단면도이다.

도 32 은 120 도 간격에서 대향하는 연속적인 배관 아래의 3 개의 독립적인 구동 RF 코일을 이용하는 도 29 의 실시형태의 변형을 나타내는 도면이다.

도 33 은, 방위 회전 플라즈마를 제공하기 위해 2 개의 RF 코일이 120 도 간격으로 구동되는 도 32 의 실시형태의 변형을 나타내는 도면이다.

도 34 은, 대응하는 에지가 대칭적으로 분포된 각에서 배관 아래에 수평적으로 연장하며, RF 코일이 각각의 자기 코어의 수직 외부 에지에 감겨지는 도 33 의 실시형태의 변형을 나타내는 도면이다.

도 35 은 도 20 의 실시형태와 같이 상호 교축 할로우 콘딧이 좁은 도 17 의 실시형태의 변형을 나타내는 도면이다.

도 36 은, 각각의 RF 전력 소오스의 접속을 위해 주위에 각각의 권선 (3630, 3640) 이 감겨진 한쌍의 자기 코어 (3610, 3620) 을 이용하는 도 24 의 실시형태의 변형을 나타내는 도면이다.

도 37 은, 챔버에 대한 총 6 개의 리-엔트런트에서 2 개 대신에 3 개의 엔트런트를 갖는, 도 35 의 실시형태에 대응하는 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 38 은, 챔버에 대한 총 6 개의 리-엔트런트에서 2 개 대신에 3 개의 엔트런트를 갖는, 도 38 의 실시형태에 대응하는 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 39 은 공통 배관 (3910) 에서 외부 콘딧이 결합하는 도 35 의 실시형태에대응하는 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 40 은 공통 배관 (4010) 에서 외부 콘딧이 결합하는 도 36 의 실시형태에 대응하는 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 41 은 공통 배관 (4110) 에서 외부 콘딧이 결합하는 도 37 의 실시형태에 대응하는 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 42 은 공통 배관 (4210) 에서 외부 콘딧이 결합하는 도 38 의 실시형태에 대응하는 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 43 은 공통 배관 (4310) 에서 외부 콘딧이 결합하는 도 17 의 실시형태에 대응하는 실시형태를 나타내는 도면이다.

워크피스를 공정 처리하기 위한 플라즈마 반응기는 봉합부 (enclosure), 봉합부 상부에 대향하는 봉합부 내의 워크피스 지지체를 포함하고, 워크피스 지지체와 상기 봉합부의 상부는 상기 웨이퍼 지지체의 직경에 걸쳐서 일반적으로 그 사이에 연장하는 공정 영역을 한정한다. 일반적으로, 봉합부는 상기 워크피스 지지체의 대향면을 통해 적어도 제 1 개방부 및 제 2 개방부를 구비한다. 콘딧을통하며 공정 영역에 걸친 제 1 토로이드 (torridal) 경로를 제공하며, 제 1 개방부 및 제 2 개방부에 상기 공정 영역 외부의 하나 이상의 할로우 콘딧 (hollow conduit) 이 연결된다. RF 전력을 받아들이도록 제조된 제 1 코일 안테나는 할로우 콘딧의 내부에 있는 유도성 결합형 반응기이며, 토로이드 경로에서 플라즈마를 유지할 수 있다.

플라즈마 반응 챔버의 개관:

도 1 을 참조하면, 원통형 측벽 (105) 에 둘러싸인 플라즈마 반응 챔버 (100) 와 실링 (110) 은 반도체 웨이퍼 또는 워크피스 (120) 를 지지하기 위한 웨이퍼 기반체 (pedestal; 115) 을 제공한다. 공정 가스 공급부 (125) 는 측벽 (105) 을 통해 연장된 가스 입구 노즐 (130a 내지 130d) 을 통해 챔버 (100) 에 공정 가스를 공급한다. 진공 펌프 (135) 는 챔버 (100) 내의 압력을 제어하며, 통상적으로 0.5mT (밀리토르) 이하로 압력을 유지한다. 하프-토로이드 할로우 튜브 봉합부 또는 콘딧 (150) 은 반원으로 실링 (11) 위에서 연장된다. 실링 (110) 의 외부로 연장할지라도, 콘딧 (150) 은 반응기의 부분이며, 챔버의 벽을 형성한다. 내부적으로, 콘딧은 반응기의 어떠한 곳으로 배기되는 동일한 진공 대기를 공유한다. 사실상, 진공 펌프 (135) 는, 도 1에 나타난 바와 같이, 현재에는 바람직하지 않지만, 챔버의 주요 부분의 하부에 결합되는 대신, 콘딧 (150) 과 결합될 수도 있다. 콘딧 (150) 은, 반응기 실링 (110) 내의 제 1 개방부 (155) 둘레에 밀봉된 일 개방 단부 (150a) 및 반응기 실링 (110) 내의 제 2 개방부 (160) 둘레에 밀봉된 다른 단부 (150b) 를 갖는다. 통상, 2개의 개방부 또는 포트 (150, 160) 는 웨이퍼 지지체 기반체 (115) 의 대향면 상에 위치된다. 일 개방부에 챔버의 주요 부분을 여기하는 흐름 경로를 제공하도록 리-엔트란트되고, 다른 개방부에 리-엔터한다. 본 명세서에서, 콘딧 (150) 은, 플라즈마가 웨이퍼 지지체 기반체 (115) 상에 위치하는 전체 공정 영역에 걸쳐 흐름으로써 전체 경로를 완성하도록 흐를 수 있도록, 속이 비고, 폐쇄 경로 부분이 제공된, 하프-토로이드된 것으로 설명될 수 있다. Atorroidal@을 이용함에도 불구하고, 경로 또는 콘딧 (150) 의 단면 형태와 마찬가지로, 경로의 궤도는 원형 또는 비원형이거나, 사각형, 직사각형 또는 규칙적 또는 비규칙적인 다른 형상이 될 수 있다.

외부 콘딧 (150) 은, 시트 금속과 같은 비교적 얇은 전도체로 형성되지만, 챔버내의 진공을 견디기에 충분히 강하다. 할로우 콘딧 (150) 의 시트 금속 내의 에디 (eddy) 전류를 억제하기 위한 (그리고, 콘딧 (150) 내부로 RF 유도장의 결합을 조장하는), 절연갭 (152) 은, 할로우 콘딧 (150) 을 가로질러 통과하고 연장시킴으로써, 이를 2개의 관 부분으로 해리시킨다. 갭 (152) 은, 시트 금속 스킨 대신 세라믹과 같은 절연 재료의 링 (154) 으로 충진됨으로써, 빈틈없이 진공화된다. 제 2 절연갭 (153) 을 제공하여, 콘딧 (153) 의 일부분이 전기적으로 접속되지 않도록 (floating) 할 수 있다. 바이어스 RF 생성기 (162) 는 RF 바이어스 전력을 임피던스 매칭 소자 (164) 로 통과시켜 웨이퍼 지지체 (115) 및 웨이퍼 (120) 에 인가한다.

또한, 할로우 콘딧 (hollow conduity; 150) 은 전도성 시트 금속 대신에 비전도성 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 비 전도성 재료는 세라믹일 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 갭 (152 또는 153) 은 필요하지 않다.

할로우 콘딧 (150) 의 일 면상에 배치되고, 하프 토로이드 튜브의 대칭축에 평행한 축 주위에 감겨지는 권선 또는 코일 (165) 과 같은 안테나 (170) 는 RF 소오스 (180) 에 대한 임피던스 매칭 소자 (175) 를 통해 접속된다. 안테나 (170) 는 할로우 콘딧 (150) 의 대향면에 배치되고 양 권선으로부터의 자기장이 구조적으로 추가될 수 있도록 제 1 권선 (165) 과 동일한 방향으로 감겨진 제 2 권선 (185) 을 더 포함할 수 있다.

할로우 콘딧 (150) 은 챔버 (100) 로부터의 공정 가스들로 충진된다. 또한, 해리 공정 가스 공급부 (190) 는 가스 입구 (195) 를 통해 할로우 콘딧 (150) 으로 공정 가스들을 직접 공급할 수 있다. 외부 할로우 콘딧 (150) 내의 튜브내의 RF 필드가 가스들을 이온화시켜 플라즈마를 생성한다. 원형 코일 안테나 (170) 에 의해 유도된 RF 필드는 튜브 (150) 내에 형성된 플라즈마가 웨이퍼 (120) 와 실링 (110) 사이의 영역을 통해 도달하여 하프-토로이드 할로우 콘딧 (half-torroid hollow conduity; 150) 을 구비하는 토로이드 경로를 완성한다. 여기에서 이용되는 바와 같이, Atorroidal@는 경로의 폐쇄 (closed) 및 솔리드 (solid)특성에 관한 것이지만, 원형 또는 비원형이거나 정사각형 등일 수 있는 단면의 형상 또는 궤적에 관한 것이거나 이를 제한하는 것은 아니다. 플라즈마는 플라즈마 폐쇄 회로 (closed plasma circuit) 로 간주되는 완전한 토로이드 경로 또는 영역을 통해 순환한다. 토로이드 영역은 웨이퍼 (120) 의 직경을 가로질러 확장되고, 일부 실시예들에 있어서는 전체 웨이퍼 표면을 덮도록 웨이퍼의 평면상에 충분한 폭을 갖는다.

코일 안테나 (170) 으로부터의 RF 유도성 필드는 (모든 자기장들이 그러하듯이) 그 자체가 폐쇄 자기장을 포함하므로, 이하에서 설명되는 폐쇄 토로이드 경로를 따라 플라즈마 전류를 유도한다. RF 유도성 필드로부터의 전력은, 플라즈마 이온들이 모두 경로를 따라 생성되도록 일반적으로 폐쇄 경로를 따른 모든 위치에서 흡수된다. RF 전력 흡수 및 플라즈마 이온 생성의 비는 많은 요인들에 따라 폐쇄 경로를 따른 다른 위치들 사이에서 변한다. 그러나, 전류 밀도가 변할 수는 있지만, 전류는 일반적으로 폐쇄 경로 길이에 따라서는 균일하다. 이 전류는 안테나 (170) 에 인가된 RF 신호의 주파수에서 교번한다. 그러나, RF 자기장에 의해 유도된 전류는 폐쇄되기 때문에, 폐쇄 경로의 임의의 부분에서 흐르는 전류의 양이 일반적으로 경로의 다른 어떤 부분에서와 동일하도록 전류는 폐쇄 경로의 회로 주위에서 보존되어야 한다. 이하에서 설명되는 바와 같이, 이러한 사실은 본 발명에서 큰 이점으로 이용된다.

플라즈마 전류가 흐르는 폐쇄된 토로이드 경로는 경로를 제한하는 다양한 전도성 표면에서 형성되는 플라즈마 시스에 의해 제한된다. 이 전도성 표면들은할로우 콘딧 (150) 의 시트 금속, 웨이퍼 (및/또는 웨이퍼 지지 기반체) 및 웨이퍼상부에 위치된 실링 (ceiling) 을 포함한다. 이 전도성 표면상에 형성되는 플라즈마 시스는, 작은 질량의 음이온들이 더 큰 이동성을 갖고 큰 질량의 양이온들이 더 작은 이동성을 갖는다는 것에 기인하여 전하 불균형의 결과 생성되는 전하 고갈 영역들이 된다. 그러한 플라즈마 시스는 시스상에 놓이는 국부적인 표면에 수직인 전기장을 갖는다. 따라서, 웨이퍼상에 놓이는 공정 영역 또는 공정 존 (zone) 을 통과하는 RF 플라즈마 전류는 웨이퍼에 면하는 실링의 표면 및 가스 분배 플레이트에 대향하는 웨이퍼의 표면에 수직인 2개의 전기장들에 의해 제한되고, 이 전기장들 사이를 통과한다. (워크피스 또는 다른 전극에 인가되는 RF 바이어스를 갖는) 시스의 두께는 전기장이 웨이퍼와 같은 작은 영역에 대하여 포커싱되는 곳에서 더 크고, 실링 및 큰 인접 챔버 벽 표면들을 커버하고 있는 다른 위치들에서 다른 위치들에서 더 작다. 따라서, 웨이퍼상에 놓이는 플라즈마 시스는 훨씬 더 두껍다. 웨이퍼 및 실링/가스 분배 플레이트 시스들의 전기장들은 통상 서로 평행하고, 공정 영역에서 RF 플라즈마 전류가 흐르는 방향에 대하여 수직이다.

RF 전력이 먼저 코일 안테나 (170) 에 인가될 때, 갭 (152) 을 가로질러 방전이 발생하여 할로우 콘딧 (150) 내의 가스들로부터 용량적으로 결합된 플라즈마를 점화한다. 이 후, 할로우 콘딧 (150) 을 통한 플라즈마 전류가 증가함에 따라, RF 필드의 유도성 결합이 더 우세하게 되어, 플라즈마는 유도적으로 결합된 플라즈마가 된다. 또한, 플라즈마는 워크피스 지지 또는 다른 전극에 인가된 RF바이어스와 같은 다른 수단에 의해 개시될 수 있다.

웨이퍼 둘레에서의 에지 효과들을 피하기 위해, 포트 (150, 160) 는 웨이퍼의 직경을 초과하는 거리에 의해 해리된다. 예를 들어, 12인치 직경의 웨이퍼에 대해, 포트 (150, 160) 는 약 16 내지 22인치 만큼 떨어져 있게 된다. 8인치 직경의 웨이퍼에 대해, 포트 (150, 160) 는 약 10 내지 16인치 만큼 떨어져 있게 된다.

본 발명의 이점들:

중요한 이점은 RF 유도성 필드로부터의 전력이 상대적으로 긴 (웨이퍼 및 반응기 실링 사이의 갭 길이에 대하여 상대적으로 긴) 폐쇄 토로이드 경로를 통해 흡수되어, RF 전력 흡수가 큰 영역에 대하여 분포된다는 것이다. 그 결과, 웨이퍼-실링간 갭에 인접한 곳 (즉, 도 2 에서 잘 나타나는 공정 영역 (121) 이며, 절연 갭 (152) 와 혼동되지 않도록 한다) 에서의 RF 전력은 상대적으로 낮으므로, RF 필드들로부터의 장치의 손상 등을 감소시킬 수 있다. 대조적으로, 이전에 유도적으로 결합된 반응기들에서, 모든 RF 전력은 웨이퍼-실링간 갭 내에서 흡수되어, 그 영역에 크게 포커싱된다. 또한, 이러한 사실은 (다른 이점들을 획득하는데 있어) 종종 웨이퍼-실링간 갭을 좁히는 능력을 제한하거나, 웨이퍼의 영역에서의 RF 전력의 흡수의 더 큰 포커싱을 필요로 한다. 따라서, 본 발명은 당업계에서 오랜동안 지속되어온 한계를 극복한다. 이 관점은 여기에서 설명되는 바와 같이 웨이퍼 상에 놓이는 공정 영역에서의 체적에 있어서의 극적인 감소를 통해 반응 가스들의 체류 시간을 감소시킴으로써 공정 성능을 강화한다.

관련되고 훨씬 중요한 이점은 웨이퍼 표면에서의 플라즈마 밀도가 코일 안테나 (170) 에 인가된 RF 전력을 증가시키지 않고 극적으로 증가될 수 있다 (이는 효율을 더 크게 한다) 는 것이다. 이것은 기반체 표면 및 토로이드 경로의 나머지와 관련된 웨이퍼 (120) 에 인접한 곳의 토로이드 경로의 단면적을 감소시킴으로써 달성된다. 단지 웨이퍼에 가까운 플라즈마 전류의 토로이드 경로를 제한함으로써, 웨이퍼 표면에 가까운 플라즈마의 밀도가 비례하여 증가된다. 이것은 할로우 콘딧 (150) 을 통한 토로이드 경로의 플라즈마 전류가 기반체-실링간 (웨이퍼-실링간) 갭을 통한 플라즈마 전류와 적어도 거의 동일하기 때문이다.

종래 기술과의 중요한 차이는 워크피스로부터 떨어져 있는 RF 필드만 있는 것은 아니며, RF 필드를 증가시키지 않고 웨이퍼 표면에서의 이온 밀도가 증가될 수 있을 뿐만 아니라, 플라즈마 이온 밀도 및/또는 인가된 RF 필드가 최소한의 웨이퍼-실링간 갭 길이를 증가시키지 않고 증가될 수 있다. 이전에는, 플라즈마 밀도에서의 그러한 증가는 웨이퍼-실링간 갭이 웨이퍼 표면에서의 강한 필드들을 피할 것을 필요하였다. 대조적으로, 본 발명에서는, 웨이퍼-실링간 갭에서의 어떤 증가가 웨이퍼 표면에서의 RF 자기장들에서의 부수하는 증가를 피하는 것을 필요로 하지 않고도 강화된 플라즈마 밀도가 구현된다. 이것은 RF 필드가 웨이퍼로부터 떨어져 인가되고, 웨이퍼 표면에서의 플라즈마 밀도의 증가를 구현하기 위해 증가될 필요가 없기 때문이다. 그 결과, 웨이퍼-실링간 갭은 많은 이점들을 달성할 수 있는 기초적인 한계치까지 감소될 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼상의 실링 표면이 전도성이면, 웨이퍼-실링간 갭을 감소시키는 것은 전도성 실링 표면에 의해 제공되는 전기적인 또는 접지 기준을 개선한다. 웨이퍼-실링간 갭의 최소 길이에 관한 기초적인 제한은 웨이퍼 표면 및 실링 표면상의 플라즈마 시스들의 두께들의 합이다.

본 발명의 또 다른 이점은, (이상에서 설명된 바와 같이, 흡수가 분포되도록) RF 유도성 필드가 플라즈마 전류의 전체 토로이드의 경로를 따라 인가되기 때문에, 대부분의 다른 유도적으로 전력이 공급되는 반응기들과는 달리 챔버 실링 (110) 은 유도성 필드에 대한 윈도우로서 기능할 필요가 없고, 따라서, 높은 전도성을 갖고 두꺼운 금속과 같은 임의의 원하는 재료로 형성될 수 있으며, 예를 들어 이하에서 설명되는 전도성 가스 분배 플레이트를 포함할 수 있다. 그 결과, 실링 (110) 은 기반체 또는 웨이퍼 (120) 의 전체 평면에 대한 신뢰성 있는 전위 또는 접지 기준을 용이하게 제공한다.

플라즈마 이온 밀도를 증가시키는 단계:

웨이퍼에 대한 플라즈마 경로 단면적을 감소시킴으로써 웨이퍼 표면 가까이에서 더 높은 플라즈마 밀도를 구현하는 한 방법은 웨이퍼-실링간 갭 길이를 감소시키는 것이다. 이것은 단순히 실링의 높이를 감소시키거나 웨이퍼상에 전도성 가스 분배 플레이트 또는 샤워헤드 (shower head) 를 도입함으로써 달성된다. 도 2 의 가스 분배 샤워헤드 (210) 는 가스 공급부 (125) 에 접속되고 복수의 가스 노즐 개방부들 (230) 을 통해 웨이퍼 (120) 상의 공정 영역과 통신하는 가스 분배 배관 (220) 으로 구성된다. 전도성 샤워헤드 (210) 의 이점은 2가지 면이 있다: 첫 번째는, 웨이퍼에 대한 그 밀접한 위치에 의해, 그것은 웨이퍼 표면상의 플라즈마 경로를 제한함으로써 인접한 곳에서의 플라즈마 전류 밀도를 증가시키는 것이다. 두 번째, 그것은 전체 웨이퍼 표면에 밀접하거나 이에 대한 균일한 전위 기준 또는 접지면을 제공한다.

바람직하게는, 개방부들 (230) 을 가로지르는 아치형으로 되는 것을 피하기 위해, 각각의 개방부 (230) 는 밀리미터의 단위 (order) 로 상대적으로 작다 (바람직한 홀 직경은 약 0.5mm이다). 인접 개방부들 사이의 간격은 수 밀리미터의 단위이다.

플라즈마 시스는 플라즈마내에 담겨있는 샤워헤드 표면의 부분의 주위에 형성되기 때문에, 전도성 샤워헤드 (210) 는 그 자체를 통한 단락 회로를 제공하기 보다는 플라즈마 전류 경로를 제한한다. 시스는 웨이퍼 (120) 와 샤워헤드 (210) 사이에 더 큰 임피던스를 가지므로, 모든 플라즈마 전류는 전도성 샤워헤드 (210) 주위를 흐른다.

토로이드 플라즈마 전류, 또는 웨이퍼 상에 놓이는 공정 영역에 인접한 곳의 경로를 제한하기 위해, 샤워헤드 (예를 들어, 샤워헤드 (210)) 를 이용하는 것은 필요하지 않다. 경로 제한, 및 결과로서 발생하는 공정 영역에서의 플라즈마 이온 밀도의 증가는 웨이퍼-실링간 높이를 유사하게 감소시킴으로써 샤워헤드 (210) 없이 달성될 수 있다. 샤워헤드 (210) 가 이러한 방식으로 제거된다면, 공정 가스들이 종래의 가스 입구 노즐들 (도면에 미도시) 에 의해 챔버 내부로 공급될 수 있다.

샤워헤드 (210) 의 일 이점은, 예를 들어 포토레지스트에 대한 플라즈마 효과의 균일성을 미세하게 조정하기 위해, 활성 및 비활성의 공정 가스 비율들의 다른 혼합들이 다른 반경들에 있는 다른 구멍 (230) 을 통해 도입될 수 있다. 따라서, 활성 가스에 대한 비활성 가스의 더 큰 비율이 중앙 반경의 외부에 위치된 구멍 (230) 에 공급되는 동안, 비활성 가스에 대한 활성 가스의 더 큰 비율이 중앙 반경내의 구멍들 (230) 에 공급될 수 있다.

이하에서 설명되는 바와 같이, 토로이드 플라즈마 전류 경로가 (웨이퍼에 대한 플라즈마 이온 밀도를 증가시키기 위해) 웨이퍼 상에 놓이는 공정 영역에서 제한될 수 있는 또 다른 방법은 웨이퍼 지지 기반체에 인가되는 RF 바이어스 전력을 증가시킴으로써 웨이퍼상의 플라즈마 시스 두께를 증가시키는 것이다. 이상에서 설명되는 바와 같이, 공정 영역에 대한 플라즈마 전류는 웨이퍼 표면에서의 플라즈마 시스과 실링 (또는 샤워헤드) 표면에서의 플라즈마 시스 사이에 한정되기 때문에, 웨이퍼 표면에서의 플라즈마 시스 두께를 증가시키는 것은 공정 영역내의 토로이드 플라즈마 전류의 부분의 단면을 필연적으로 감소시킨다. 따라서, 이 명세서의 이하의 부분에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 웨이퍼 지지 기반체 상의 RF 바이어스 전력이 증가되면, 웨이퍼 표면 가까이의 플라즈마 이온 밀도가 마찬가지로 증가된다.

높은 에칭 속도에서의 높은 에칭 선택성:

본 발명은, 종종 높은 밀도의 플라즈마를 갖고 발생하는 불량한 에칭 선택성의 문제를 해결한다. 도 1 및 도 2 의 반응기는 용량적으로 결합된 플라즈마 반응기만큼 높은 (약 7:1) 실리콘 디옥사이드-포토레지스트간의 에칭 선택성을 갖는 한편, 높은 에칭 속도를 제공함으로써 높은 밀도로 유도적으로 결합된 플라즈마 반응기에 접근하게 된다. 이 결과에 대한 이유는 도 1 및 도 2 의 반응기 구조가 웨이퍼 (120) 의 플라즈마 영역내의 프리 플루오르의 입사를 감소시키기 위해 통상 플루오르화탄소 가스인 활성 공정 가스의 해리 (dissociation) 의 정도를 감소시키기 때문이라고 생각되었다. 따라서, 플루오르화탄소로부터 해리된 다른 종들에 대한 플라즈마내의 프리 플루오르의 비는 바람직하게 감소된다. 그러한 다른 종들은 플루오르화탄소 공정 가스로부터 플라즈마내에 형성되고 보호용 폴리머 코팅으로서 포토레지스트상에 배치되는 보호용의, 카본이 풍부한 폴리머 전구체 종들을 포함한다. 그것들은, 플루오르화탄소 공정 가스로부터 플라즈마내에 형성되는 CF 및 CF₂와 같은 적게 활성된 에칭 용액 종들을 포함한다. 프리 플루오르는 그것이 실리콘 디옥사이드를 공격할 때 만큼이나 강하게 포토레지스트 및 그 위에 형성되는 보호용 폴리머 코팅을 공격하는 경향이 있으므로, 산소-포토레지스트 에칭 선택성을 감소시킨다. 반면, CF 및 CF₂와 같은 적게 활성된 에칭 종류들은 포토레지스트 및 그 위에 형성된 보호용 폴리머 코팅을 공격하는 더 천천히 경향이 있으므로, 월등한 에칭 선택성을 제공한다.

플라즈마내의 활성 가스의 체류 시간을 감소시킴으로써 프리 플루오르에 대한 플라즈마 종들의 해리에서 있어서의 감소가 본 발명에서 달성된다. 이것은 CF 및 CF₂와 같은 플루오르화탄소 공정 가스로부터 플라즈마내에서 초기에 해리된 더 복잡한 종들이 결국에는 플라즈마내의 가스의 체류 시간에 따라 이러한 최종 해리 단계 정도로 프리 플루오르를 포함하는 더 단순한 종들로 스스로 해리되기 때문이다. 이 명세서에 이용되는 "체류 시간 (residecy time) 또는 "거주 시간 (residence time)" 이라는 용어는 일반적으로 공정 가스 분자들 및 그 분자로부터 해리된 종들이 워크피스 또는 웨이퍼 상에 위치되는 공정 영역에 존재하는 평균 시간에 대응한다. 이 시간 또는 기간은, 이상에서 설명된 토로이드 폐쇄 경로를 따른, 공정 영역으로의 분자의 초기 투입으로부터 분자 및/또는 그것의 결과물이 프로세싱 존을 통하여 연장되는 공정 영역 밖으로 통과될 때까지 걸리는 시간이다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명은 플루오르화탄소 공정 가스의 공정 영역내의 체류 시간을 감소시킴으로써 에칭 선택성을 강화한다. 체류 시간에 있어서의 감소는 웨이퍼 (120) 와 실링 (110) 사이의 플라즈마 체적을 제한함으로써 달성된다.

웨이퍼-실링간 갭 또는 체적에 있어서의 감소는 소정의 유리한 효과들을 갖는다. 첫 째, 그것은 웨이퍼에 대한 플라즈마 밀도를 증가시키고, 에칭 속도를 강화시킨다. 둘 째, 체류 시간은 체적이 증가함에 따라 감소된다. 이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 있어서는, 종래의 유도적으로 결합된 반응기들과는 달리 RF 소스 전력이 웨이퍼 상에 위치되는 공정 영역의 용기 내에 설치되지 않고 오히려 전력 설치가 플라즈마 전류의 전체 토로이드 폐쇄 경로를 따라 분포되기 때문에, 체적 감소가 가능해진다. 이 후, 웨이퍼-실링간 갭이 RF 유도성 필드의 표피 깊이보다 더 작을 수 있고, 사실, 공정 영역으로 유입된 활성 가스들의 체류 시간을 크게 감소시킬 수 있을 정도로 작게 될 수 있는데, 이것은 중요한 이점이 된다.

플라즈마 경로 단면적을 감소시키고, 그에 따라 웨이퍼 (120) 에 대한 체적을 감소시키는 2가지 방법이 있다. 하나는 웨이퍼-샤워헤드 갭 거리를 감소시키는 것이다. 다른 하나는, 이상에서 간단히 설명된 바와 같이 RF 바이어스 전력 발전기 (162) 에 의해 웨이퍼 기반체 (115) 에 인가되는 바이어스 RF 전력을 증가시킴으로써 웨이퍼에 대한 플라즈마 시스 두께를 증가시키는 것이다. 양 방법은 광학적 방출 분광 (optical emission spectroscopy; OES) 기술을 이용하여 관찰되는 바와 같이 웨이퍼 (120) 에 인접한 곳의 프리 플루오르 함량의 감소 (및 유전체-포토레지스트 에칭 선택성에서의 결과적인 증가) 를 유발한다.

에칭 선택성을 개선하기 위해 프리 플루오르 함량을 감소시키기 위한 본 발명의 3 가지 또 다른 방법들이 있다. 한 방법은 아르곤과 같은 비화학적으로 활성인 희석제 가스를 플라즈마로 도입시키는 것이다. 바람직하게는, 아르곤 가스가 제 2 공정 가스 공급부 (190) 로부터 할로우 콘딧 (150) 으로 직접 주입시킴으로써 공정 영역 외부 및 그 상부에서 도입되는 한편, 화학적으로 활성인 공정 가스들 (플루오르화탄소 가스들) 이 샤워헤드 (210) 을 통해서만 챔버로 들어간다. 이 유리한 구성들로 인하여, 아르곤 이온들, 중성단들, 및 여기된 중성단들이 토로이드 경로 플라즈마 전류 내에서 웨이퍼 표면에 걸친 공정 영역을 통해 전파하여 새로이 도입된 활성 (예를 들어, 플루오르화탄소) 가스들을 희석하여 웨이퍼에 대한 체류 시간을 효과적으로 감소시킨다. 플라즈마 프리 플루오르 함량을 감소시키는 또 다른 방법은 챔버 압력을 감소시키는 것이다. 또 다른 방법은 코일안테나 (170) 에 인가되는 RF 소스 전력을 감소시키는 것이다.

도 3 은 웨이퍼-샤워헤드간 갭 간격이 감소함에 따라, 플라즈마의 프리 플루오르 함량이 감소하는, 본 발명에서 관찰되는 추이을 나타내는 그래프이다. 도 4 는 플라즈마 프리 플루오르 함량이 웨이퍼 기반체 (115) 에 인가되는 플라즈마 바이어스 전력을 감소시킴으로써 감소되는 것을 나타내는 그래프이다. 도 5 는 플라즈마 프리 플루오르 함량이 코일 안테나 (170) 에 인가되는 RF 소스 전력을 감소시킴으로써 감소되는 것을 나타내는 그래프이다. 도 6 은 프리 플루오르 함량이 챔버 압력을 감소시킴으로써 감소되는 것을 나타내는 그래프이다. 도 7 은 튜브형 봉합부 (150) 로 희석제 (아르곤 가스) 유량을 증가시킴으로써 플라즈마 프리 플루오르 함량이 감소되는 것을 나타내는 그래프이다. 도 3 내지 7의 그래프들은 단지 많은 OES 관찰들로부터 추론되는 플라즈마 동작 추이를 나타내는 것이며, 실제의 데이타를 도시하는 것은 아니다.

본 발명의 와이드 공정 윈도우:

바람직하게는, 챔버 압력은 0.5T 보다 낮고, 1mT 만큼 낮을 수 있다. 챔버로 유입되는 공정 가스는 가수 분배 샤워헤드를 통해 150cc/m의 아르곤과 함께 약 15cc/m의 유량 (floe rate) 의 C₄F₈일 수 있고, 챔버 압력은 약 20mT에서 유지된다. 또한, 아르곤 가스 유량은 650cc/m으로 증가될 수 있고, 챔버 압력은 60mT으로 증가될 수 있다. 안테나 (170) 는 130MHz에서 약 500W RF 전력으로 여기될 수 있다. 웨이퍼-샤워헤드 간 갭은 액 0.3인치 내지 2인치일 수 있다.웨이퍼 기반체에 인가된 바이어스 RF 전력은 2000W에서 13MHz일 수 있다. 주파수를 달리 선택할 수 있다. 코일 안테나 (170) 에 인가되는 소스 전력은 50kHz만큼 낮거나 13MHz의 몇 배 또는 그 이상만큼 높을 수 있다. 동일한 사실이 웨이퍼 기반체에 인가되는 바이어스 전력에 대해서도 성립한다.

도 1 및 도 2 의 반응기의 공정 윈도우는 종래의 유도성 결합형 반응기의 공정 윈도우보다 훨씬 더 넓다. 이를 도 8 의 그래프에 나타내며, 도 8 은 종래의 유도성 반응기 및 도 1 및 도 2 의 반응기에 대한 RF 소오스 전력의 함수로서 프리 플루오르의 특정한 중립 플럭스를 나티낸다. 종래의 유도성 결합형 반응기에 있어서, 도 8 은 소오스 전력이 50 내지 100 와트 사이를 초과할 때, 프리 플루오르의 특정 플럭스가 급속하게 증가하기 시작함을 나타낸다. 이와 반대로, 도 1 및 도 2 의 반응기는, 프리 플루오르의 특정 플럭스가 급속하게 증가하기 이전에 1000W에 근접하는 소오스 전력 레벨들을 수용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 소오스 전력 공정 윈도우는, 대략 종래의 유도성 결합형 반응기의 크기보다 더 넓은 크기의 오더와 현저한 이점을 가진다.

본 발명의 2 가지 이점:

웨이퍼 또는 워크 피스 부근의 토로이드 플라즈마 전류 경로의 단축에 의해, 다른 성능 기준들의 임의의 현저한 트레이오프 (tradoff) 없이 2 개의 독립적인 이점들을 생성한다: (1) 웨이퍼 전반에 걸친 플라즈마 밀도는 임의의 플라즈마 소오스 전력의 증가를 요구하지 않고 증가되고, (2) 상술한 바와 같이, 포토레지스트 또는 다른 재료들의 에칭 선택성이 증가된다. 종래의 플라즈마 반응기들에서는, 에칭 선택성을 증가시키는 동일한 단계에 의해 플라즈마 이온 밀도를 증가시킬 수 없기 때문에 비실용적이었다. 따라서, 본 발명의 토로이드 플라즈마 소오스로 실현되는 2 가지 이점들이 종래 기술로부터 크게 현저하게 나타난다.

다른 바람직한 실시형태들:

도 9 는 사이드 안테나 (170) 가 실링 (110) 과 할로우 콘딧 (150) 사이의 빈 공간 내부에 알맞은 보다 작은 안테나 (910) 에 의해 대체되는, 도 1 의 실시형태의 변경에 대한 일 실시형태를 나타낸다. 바람직하게는, 안테나 (910) 는 할로우 콘딧 (150) 의 중심에 있는 단일 코일 권선이다.

도 10 및 도 11 은 실링 (110) 과 할로우 콘딧 (150) 사이의 공간을 통하여 연장되는, 자기적으로 폐쇄된 투과 코어 (1015) 의 부가에 의해 도 1 의 실시형태가 어떻게 강화될 수 있는지를 나타낸다. 코어 (1015) 는 안테나 (170) 로부터 할로우 콘딧 (150) 내부의 플라즈마로의 유도성 결합을 개선시킨다.

임피던스 매치는 임피던스 매치 회로 (175) 없이, 그 대신에 동조 커패시터 (1130) 양단에 접속된 코어 (1015) 주변의 2 차 권선 (1120)을 이용함으로써 달성될 수 있다. RF 전력 소오스 (180) 의 주파수로 2 차 권선을 공진시키도록, 동조 커패시터 (1130) 의 커패시턴스를 선택한다. 고정된 동조 커패시터 (1130) 에서, 동적 임피던스 매칭은 주파수 동조 및/또는 순방향 전력 서보잉 (servoing) 에 의해 제공될 수 있다.

도 12 는 할로우 튜브 봉합부 (1250) 가 반응기의 하부 주변으로 연장되고, 챔버의 하부 플로어의 한 쌍의 개구 (1260, 1265) 에 의해 챔버의 내부와 이어져있는, 본 발명의 실시형태를 나타낸다. 코일 안테나 (1270) 는 도 1 의 실시형태의 방식으로 할로우 튜브 봉합부 (1250) 에 의해 제공된 사이드 토로이드 경로를 따른다. 도 12 는 메인 챔버의 하부에 연결된 진공 펌프 (135) 를 나타내지만, 그 대신에 하부의 콘딧 (1250) 이 연결될 수도 있다.

도 13 은 안테나 (170) 가 코어 (1015) 의 상부를 둘러싸는 유도성 권선 (1320) 으로 대체될 수 있는, 도 10 및 도 11 의 실시형태의 변경에 대한 일 실시형태를 나타낸다. 바람직하게도, 권선 (1320) 은 (콘딧 (150) 의 아래 보다는 오히려) 콘딧 (150) 위에 있는 코어 (1015) 의 부분을 둘러싼다. 그러나, 권선 (1320) 은 코어 (1015) 의 임의의 부분을 둘러쌀 수 있다.

도 14 는 제 2 할로우 튜브 봉합부 (1450) 가 제 1 할로우 콘딧 (150) 과 평행하게 이어져 있고, 제 2 토로이드 플라즈마 전류에 대하여 평행한 토로이드 경로를 제공하는, 도 13 의 컨셉의 확장에 대한 일 실시형태를 나타낸다. 튜브 봉합부 (1450) 는 실링 (110) 의 각 개구들을 통하여 그 단부들의 각각에서 챔버 내부와 이어져 있다. 자기 코어 (1470) 는 코일 안테나 (170) 를 관통하며, 2 개의 튜브 봉합부 (150, 1450) 아래로 연장되어 있다.

도 15 는 평행하게 배열된 할로우 튜브 봉합부들 (150a, 150b, 150c, 150d) 이 반응 챔버를 통하여 다수의 토로이드 플라즈마 전류 경로들을 제공하는, 도 14 의 컨셉의 확장에 대한 일 실시형태를 나타낸다. 도 15 의 실시형태에서, 플라즈마 이온 밀도는, 각각 독립적인 RF 전력 소오스 (180a 내지 180d) 에 의해 구동된, 개별 코일 안테나 (170a 내지 170d) 각각에 의해 개별적인 할로우 콘딧 (150a내지 150d) 각각에서 독립적으로 제어된다. 개별적인 원통모양의 개구 코어들 (1520a 내지 1520d) 은 각각의 코일 안테나들 (170a 내지 170d) 내에 개별적으로 삽입될 수 있다. 이 실시형태에서, 개별 RF 전력 소오스 (180a 내지 180d) 의 전력 레벨들을 개별적으로 조정함으로써 관련된 중심 내지 에지 이온 밀도 분포를 조절할 수 있다.

도 16 은 튜브 봉합부들 (150a 내지 150d) 의 배열이 실링 (110) 을 통하기 보다는 오히려 반응기의 측벽을 통하여 연장되어 있는, 도 15 의 실시형태의 변경에 대한 일 실시형태를 나타낸다. 도 16 에 나타낸 또 다른 변경 실시형태는 튜브 봉합부들 (150a 내지 150d) 모두에 인접하며 주변을 감싸는 안테나 (170) 가지는 단일 공통 자기 코더 (1470) 를 사용함에 의해, 단일 RF 소오스가 튜브 봉합부들 (150a 내지 150d) 모두에서 플라즈마를 여기시킴을 나타낸다.

도 17a 는 각 코일 안테나들 (170-1 및 170-2) 에 의해 여기되며, 실링 (110) 내의 각 포트들을 통하여 연장되는 한 쌍의 직교 튜브 봉합부들 (150-1 및 150-2) 을 나타낸다. 개별 코어들 (1015-1 및 1015-2) 은 각각의 코일 안테나들 (170-1 및 170-2) 내에 있다. 이 실시형태는 웨이퍼 (120) 전반에 걸쳐 2 개의 상호 직교 토로이드 플라즈마 전류 경로들을 생성하여 균일성을 증가시킨다. 2 개의 직교 토로이드 또는 폐쇄 경로들은 도시된 바와 같이 개별적이고 독립적으로 전원 공급되지만, 웨이퍼 위에 놓인 공정 영역과 교차하고, 그 외에는 상호 작용하지 않는다. 직교 경로들 각각에 인가된 플라즈마 소오스 전력의 개별 제어를 보증하기 위하여, 도 17 의 각 RF 생성기들 (180a, 180b) 의 주파수가 서로 다르므로, 임피던스 매칭 회로들 (175a, 175b) 의 동작이 해리된다. 예를 들어, RF 생성기 (180a) 는 11 ㎒ 의 RF 신호를 생성할 수 있지만, RF 생성기 (180b) 는 12 ㎒ 의 RF 신호를 생성할 수 있다. 선택적으로, 2 개의 RF 생성기 (180a, 180b) 의 위상들을 오프셋함으로써 독립적인 동작을 달성할 수 있다.

도 17b 는 레디얼 베인 (radial vane; 18) 이 웨이퍼 지지부 위에 있는 프로세싱 영역을 통하여 2 개의 콘딧 (150-1, 150-2) 각각의 토로이드 플라즈마 전류들을 안내하는데 사용되는 방법을 나타낸다. 챔버의 측면 부근의 각 콘딧의 개구들 사이의 레디얼 베인 (181) 들은 웨이퍼 지지부의 에지까지 연장되어 있다. 레디얼 베인 (181) 들은 하나의 토로이드 경로로부터 다른 토로이드 경로로의 플라즈마의 전환을 방지하므로, 2 개의 플라즈마 경로들은 단지 웨이퍼 지지부 위에 있는 프로세싱 영역내에서 교차한다.

큰 직경 웨이퍼에 적합한 실시형태들:

더 작은 장치 크기 및 더 높은 장치 밀도를 향한 최근 산업 경향들에 더하여, 또 다른 경향은 보다 큰 웨이퍼 직경들에 관한 것이다. 예를 들어, 12 인치 직경의 웨이퍼들이 현재 제조 중에 있고, 아마 더 큰 직경의 웨이퍼들이 앞으로 나타나게 된다. 그 이점은 웨이퍼 당 직접 회로 단위의 개수가 크기 때문에 더 높은 처리량을 가진다는 점이다. 단점은, 플라즈마 프로세싱에서, 큰 직경 웨이퍼 양단의 플라즈마를 균일하게 유지하는 것이 매우 어렵다는 것이다. 본 발명의 다음의 실시형태들은, 특히 12-인치 직경의 웨이퍼와 같은 큰 직경 웨이퍼의 전체 표면에 걸쳐 균일한 플라즈마 이온 밀도 분포를 제공하기 위하여 적응된다.

도 18 및 도 19 는 절연 갭 (1852) 을 포함하는 도 1 의 할로우 콘딧 (150) 의 넓고 평평한 직사각형 버전 (1850) 인 할로우 튜브 봉합부 (180) 를 나타낸다. 이 버전은 12-인치 직경 웨이퍼 또는 워크피스와 같이 큰 직경 웨이퍼를 균일하게 도포하는데 매우 적합한 넓은 플라즈마 "벨트"를 생성한다. 실링 (110) 의 튜브 봉합부 및 한 쌍의 개구들 (1860, 1862) 의 폭 W 은 약 5% 이상 정도 웨이퍼를 초과하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 웨이퍼 직경이 10 인치인 경우에, 직사각형 튜브 봉합부 (1850) 및 개구들 (1860, 1862) 의 폭 W 은 약 11 인치이다. 도 20 은 외부 튜브 봉합부 (1850) 의 부분 (1864) 이 수축된 도 18 및 도 19 의 직사각형 튜브 봉합부 (1850) 의 변경된 버전 (1850) 을 나타낸다. 그러나, 도 18 및 도 19 의 비수축된 버전이 바람직하다.

도 20 은 봉합부 (1850) 의 수축 및 비수축 부분들 사이에서 천이하는 포커싱 자석 (1870) 들의 선택적인 사용을 추가적으로 나타낸다. 포커싱 자석 (1870) 들은 봉합부 (1850) 의 수축된 및 비수축된 부분들 사이에서 플라즈마의 보다 나은 움직임을 조장하며, 특히 튜브 봉합부 (1850) 의 수축된 부분 (1864) 및 비수축된 부분 사이의 천이에 따라 그 자석이 이동할 때, 플라즈마를 더욱 균일하게 확산시키는 것을 조장한다.

도 21 은 다수의 원통모양의 자기 코어 (2110) 들이 어떻게 튜브 봉합부 (1850) 에 의해 제한된 외부 영역 (2120) 을 통해 삽입될 수 있는지를 나타낸다. 원통모양의 코어 (2110) 들은 일반적으로 튜브 봉합부 (1850) 의 대칭축에 평행하다. 도 22 는 튜브 봉합부 (1850) 에 의해 둘러싸인 외부 영역 (2120) 을 하여완전하게 연장된 코어 (2110) 들이 외부 영역 (2120) 의 각 절반에서 단축된 코어들 (2210, 2220) 쌍에 의해 대체되는, 도 21 의 실시형태의 변경에 대한 일 실시형태를 나타낸다. 사이드 코일들 (165, 186) 은 각각의 코어 쌍 (2210, 2220) 을 둘러싸는 한 쌍의 코일 권선 (2230, 2240) 에 의해 대체된다. 이 실시형태에서, 코어 쌍들 (2210, 2220) 사이의 변위 D 를 변경시켜, 웨이퍼 주변의 이온 밀도에 대한 웨이퍼 중심 부근의 이온 밀도를 조정한다. 더 넓은 변위 D 는 웨이퍼 중심 부근에서 유도성 결합을 감소시키므로, 웨이퍼 중심에서의 플라즈마 이온 밀도가 감소된다. 따라서, 부가적인 제어 소자를 제공하여 웨이퍼 표면에 따라 공간 분포된 이온 밀도를 정확하게 조정할 수 있다. 도 23 은 개별 권선 (2230, 2240) 이 코어 쌍들 (2210, 2220) 의 중심에 놓인 단일 중심 권선 (2310) 으로 대체된다.

도 24 및 도 25 는 웨이퍼 표면 전반에 걸친 플라즈마 이온 밀도 분포의 균일성을 더욱 향상하기 위한 실시형태를 나타낸다. 도 24 및 도 25 의 실시형태에서, 서로 횡단하며, 바림직하게 서로 직교하는 2 개의 토로이드 플라즈마 전류 경로들을 확립한다. 이는 제 1 튜브 봉합부 (1850) 에 대하여 가로로 그리고 바람직하기로는 직교하여 연장되는 제 2 넓은 직사각형 할로우 봉합부 (2420) 를 제공함으로써 달성된다. 제 2 튜브 봉합부 (2420) 는 실링 (110) 을 통한 한 쌍의 개구들 (2430, 2440) 을 통하여 챔버 내부와 이어져 있으며, 절연 갭 (2452) 을 포함한다. 제 2 튜브 봉합부 (2420) 의 사이드들에 따른 한 쌍의 사이드 코일 권선들 (2450, 2460) 은 플라즈마를 유지하며, 임피던스 매칭 회로 (2480) 를통한 제 2 RF 전원 (2470) 에 의해 구동된다. 도 24 에 나타낸 바와 같이, 2 개의 직교 플라즈마 전류들은 웨이퍼 표면 전반에 걸쳐서 일치하며, 웨이퍼 표면 전반에 걸쳐서 더욱 균일한 플라즈마 도포성을 제공한다. 특히 10 인치 이상의 큰 웨이퍼 직경들을 처리하기 위하여 이 실시형태를 유리하게 사용할 수 있다.

도 17 의 실시형태와 같이, 도 24 의 실시형태는 웨이퍼 (120) 에 걸쳐 2 개의 상호 직교 토로이드 플라즈마 전류 경로들을 생성하여 균일성을 증가시킨다. 2 개의 직교 토로이드 또는 폐쇄 경로들은 도시된 바와 같이 해리되며 독립적으로 전원 공급되지만, 웨이퍼 위에 놓인 공정 영역과 교차하며, 그 외에는 상호작용하지 않거나 그렇지 않은 경우에는 서로 전환되거나 확산된다. 직교 경로들 각각에 인가된 플라즈마 소오스 전력의 개별 제어를 보증하기 위하여, 도 24 의 각 RF 생성기들 (180, 2470) 의 주파수가 서로 다르게 되므로, 임피던스 매치 회로들 (175, 2480) 의 동작이 해리된다. 예를 들어, RF 생성기 (180) 는 11 ㎒의 RF 신호를 생성할 수 있지만, RF 생성기 (2470) 는 12 ㎒의 RF 신호를 생성할 수 있다. 선택적으로, 독립 동작은 2 개의 RF 생성기들 (180, 2470) 의 위상들을 오프셋시킴으로써 달성될 수 있다.

도 26 은 절연 갭 (2658) 을 포함하는 변경된 직사각형 봉합부 (2650) 가, 실링 (110) 을 통하기 보다는 오히려 챔버 측벽 (105) 을 통하여 챔버 내부와 이어져 있는, 도 18 의 실시형태의 변경에 대한 일 실시형태이다. 이를 위하여, 직사각형 봉합부 (2650) 는 아래쪽으로 연장되는 레그들 (2654) 중 하나 각각의 하부 단부로부터 측벽 (105) 의 각 개구 (2670, 2680) 로 각각 연장되는, 수평 상부(2652), 그 상부 (2652) 의 각 단부들에서 아래쪽으로 연장된 한 쌍의 레그 (2654), 및 수평으로 안쪽으로 연장된 한쌍의 레그 (2656) 을 가진다.

도 27 은 절연 갭 (2752) 을 포함하는 제 2 직사각형 튜브 봉합부 (2710) 가 어떻게 도 26 의 실시형태에 부가될 수 있는 지를 나타내며, 제 2 튜브 봉합부 (2710) 는, 직사각향 튜브 봉합부들 (2650, 2710) 이 서로 직교 (또는 적어도 서로 횡단함) 하는 것 이외에, 도 26 의 직사각형 튜브 봉합부 (2650) 와 동일하다. 제 2 직사각형 튜브 봉합부는 개구 (2720) 를 포함하며, 측 벽 (105) 을 통한 각각의 개구들을 통하여 챔버 내부와 이어져 있다. 도 25 의 실시형태와 같이, 튜브 봉합부들 (2650, 2710) 은 넓은 웨이퍼 직경에 걸쳐 우수한 균일성을 제공하도록 웨이퍼 표면에 걸쳐 일치하는 상호 직교 토로이드 플라즈마 전류를 생성한다. 플라즈마 소오스 전력을 각 쌍의 사이드 코일 권선들 (165, 185, 2450, 및 2460) 통하여 튜브 봉합부들의 내부에 인가한다.

도 28a 는 사이드 코일들 (165, 185, 2450, 2460) 이 어떻게 2 개의 직사각형 튜브 봉합부 (2650, 2710) 에 의해 둘러싸인 외부 영역 (2860) 내에 위치하는 한 쌍의 상호 직교 내부 코일들 (2820, 2840) 로 대체(또는 추가)될 수 있는지를 나타낸다. 코일들 (2820, 2840) 각각은 직사각형 튜브 봉합부들 (2650, 2710) 중 대응하는 봉합부에서 토로이드 플라즈마 전류를 생성한다. 코일들 (2820, 2840) 은 동일한 또는 서로 다른 위상에 대하여 서로 다른 주파수들 또는 동일한 주파수로 완전히 독립적으로 구동될 수 있다. 즉, 이들은 동일한 주파수로 구동될 수 있지만, 위상 차이 (즉, 90 도) 로 인해, 결합된 토로이드 플라즈마 전류를 소오스 전력 주파수로 순환시킬 수 있다. 이 경우에, 코일들 (2820, 2840) 은, 도 28a 에 나타낸 바와 같이, 공통 신호 생성기 (2880) 의 사인 및 코사인 성분들에 의해 각각 구동된다. 그 이점은 플라즈마 전류 경로가 플라즈마 이온 주파수를 초과하는 회전 주파수로 웨이퍼 표면에 걸쳐 방위각으로 회전하므로, 비-균일성이 회전이 훨씬 낮은 주파수로 행해지는 MERIE 반응기들과 같은 종래 기술의 방법들 보다 더 억제된다는 것이다.

다음으로, 도 28b 를 참조하면, 플라즈마 이온 밀도의 방사 조정은 일반적으로 코일 (2820) 내에서 서로를 향하여 또는 서로 떨어져 축을 따라 움직일 수 있는 한 쌍의 원통모양의 자기 코어들 (2892, 2894) 및 코일 (2840) 내에서 서로를 향하여 또는 서로 떨어져 축을 따라 움직임일 수 있는 한 쌍의 원통모양의 자기 코어들 (2896, 2898) 을 설치함으로써 제공될 수 있다. 각 코어 쌍이 서로를 향하여 움직임이는 경우에, 직교 플라즈마 전류들 각각의 중심 부근의 유도성 결합이 전류의 에지에 대하여 증가하므로, 일반적으로 웨이퍼 중심의 플라즈마 밀도를 증가시킬 수 있다. 따라서, 중심 내지 에지의 플라즈마 이온 밀도는 코어들 (2892, 2894, 2896, 2898) 을 이동시킴으로써 제어될 수 있다.

도 29 는 2 개의 튜브 봉합부들 (2650, 2710) 이 단일 배관(plenum) 을 구성하는 반응기의 중심축 주변에 360 도 만큼 확장된 단일 봉합부 (2910) 로 함께 합병된, 본 발명의 선택적인 실시형태를 나타낸다. 도 29 의 실시형태에서, 배관 (2910) 은 하프-돔(half-dome) 하부 벽 (2920) 과 그 하부 벽 (2920) 과 일반적으로 합동하는 하프-돔 상부 벽 (2930) 을 가진다. 따라서, 배관 (2910) 은 상부및 하부 하프-돔 벽 (2920, 2930) 사이의 공간이다. 절연 갭 (2921) 은 상부 돔 벽 (2920) 주변으로 연장되거나 및/또는 절연 갭 (2931) 은 하부 돔 벽 (2930) 주변으로 연장될 수 있다. 배관 (2910) 은 챔버의 대칭축 주변에 360 도 만큼 확장된 실링 (110) 내의 환형 개구 (2925) 를 통해 챔버 내부와 이어져 있다.

배관 (2910) 은 실링 (110) 위의 영역 (2950) 을 완전히 둘러싼다. 도 29 의 실시형태에서, 플라즈마 소오스 전력은 한 쌍의 상호 직교 코일들 (2960, 2965) 에 의해 배관 (2910) 의 내부와 연결된다. 코일들 (2960, 2965) 은 배관 (2910) 의 중심을 통과하는 수직 콘딧 (2980) 을 통해 액세스된다. 바람직하기로는, 코일들 (2960, 2965) 은 토로이드 플라즈마 전류를 방위각으로 순환 (즉, 웨이퍼의 평면내의 플라즈마 전류 순환) 시키기 위해, 도 28 의 실시형태와 같이 구적법으로 구동된다. 회전 주파수는 인가된 RF 전력의 주파수이다. 선택적으로, 코일들 (2960, 2965) 은 개별적으로 서로 다른 주파들에 의해 구동될 수 있다. 도 30 은 도 29 의 실시형태의 상단면도이다. 도 31a 및 도 31b 는 각각 도 30 에 대응하는 정면도 및 측면도이다.

한 쌍의 상호 직교 코일들 (2960, 2965) 은, 360/n 도 떨어져 배치된 권선축들에 의해 개별적으로 구동된 코일들의 임의의 개수 n 만큼 대체될 수 있다. 예를 들어, 도 32 는 2 개의 코일들 (2960, 2965) 이 각각의 임피던스 매치 회로들 (3241, 3351, 3261) 을 통한 3 개의 RF 전원 (3240, 3250, 3260) 에 의해 구동되며, 120 도 간격으로 배치된 권선축들을 가진 3 개의 코일 (3210, 3220, 3230) 에 의해 대체되는 경우를 나타낸다. 회전 토로이드 플라즈마 전류를 생성하기 위하여, 3 개의 권선들 (3210, 3220, 3230) 은 도 33 에 나타낸 바와 같이 공통 전원 (3310) 으로부터 120 도 위상으로 구동된다. 도 32 및 도 33 의 실시형태들은 단지 2 개의 코일을 가진 도 29 의 실시형태에 비해 바람직하며, 그 이유는 코일들 사이의 상호 결합이 수직 콘딧 (2980) 에 의해서 보다 오히려 그 주변에서 크게 되기 때문이다.

도 34 는 3 개의 코일이 봉합된 영역 (2950) 의 외부에 있지만, 그 인덕턴스들이 콘딧 (2980) 을 통해 연장된 각각의 수직 자기 코어 (3410) 들에 의해 그 봉합된 영역 (2950) 으로 연결되는 실시형태를 나타낸다. 각 코어 (3410) 는 코일들 (3210, 3220, 3230) 각각이 손상된, 도선 (2980) 위로 연장된 하나의 단부를 가진다. 각 코어의 하부는 봉합된 영역 (2950) 내부에 있고, 수직 레그를 가진다. 3 개의 코어 (3410) 들의 수평 레그들은, 도 32 의 봉합된 영역 내부의 3 개의 코일들에 의해 제공된 결합과 유사한 유도성 결합을 배관 (229) 의 내부에 제공하도록 120 도 간격으로 배향되어 있다.

도 18 내지 도 28 의 실시형태들의 평평한 직사각형 튜브 봉합부들의 이점은, 튜브 봉합부의 넓은 폭 및 비교적 작은 높이로 인해, 토로이드 플라즈마 전류가 직경이 큰 웨이퍼의 전체 표면을 더욱 쉽게 커버하는 플라즈마 벨트를 넓고 얇게 만든다는 것이다. 튜브 봉합부 전체가 최대 폭으로 구비될 필요는 없다. 그 대신, 도 20을 참조하여 개시한 바와 같이, 챔버 내부에서 가장 먼 튜브 봉합부의 외부가 넥 다운 (neck down) 된다. 이 경우, 플라즈마 전류가 내로우부 (narrow portion; 1852) 에서 여기되어 와이드부 (wide portion; 1851) 의 전체 폭에 걸쳐 전체적으로 흩어지도록, 와이드부 (1851) 와 내로우부 (1852) 사이의 트랜지션 코너에 자석 (1870) 을 제공하는 것이 바람직하다. 다음으로, 웨이퍼 표면에서 플라즈마 이온 밀도가 최대화되는 것을 소망한다면, 내로우부 (1852) 의 단면적을, 적어도 와이드부 (1851) 의 단면적만큼 크게 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 와이드부 (1851) 가 그 폭보다 작은 높이를 갖는 반면, 내로우부 (1852) 는 높이와 폭이 거의 동일한 통로일 수 있다.

이하, 자기 코어를 대신하여 에어-코어 코일 (예를 들면, 자기 코어가 없는 코일) 을 갖는 다른 실시형태가 채택될 수 있으며, 첨부된 도면에 나타난 개방-자기-경로형 (arod@ type core) 또는 폐쇄-자기-코어형이 될 수 있다. 또한, 상이한 RF 주파수로 구동되는 2 이상의 토로이드 경로를 갖는, 여기에 설명된 다양한 실시예는, 동일한 주파수, 및 동일한 또는 상이한 위상으로, 대신 구동될 수 있다.

도 35는, 도 20의 실시형태와 같이 상호 횡단하는 할로우 콘딧이 좁은 도 17의 실시형태의 일 태양을 나타내는 도면이다.

도 36은 각각의 RF 전력 소오스의 접속을 위해 주위에 각각의 권선 (3630, 3640) 이 감겨진 한쌍의 자기 코어 (3610, 3620) 을 이용하는 도 24 의 실시형태의 태양을 나타내는 도면이다.

도 37 은, 챔버에 대한 총 6 개의 리-엔트런트 포트에서 2 개의 리-엔트란트 콘딧 대신에 3 개의 엔트런트를 갖는, 도 35 의 실시형태에 대응하는 실시형태를 나타내는 도면이다. 복수개의 대칭적으로 배치된 콘딧과 2개 이상의 리-엔트란트 포트를 갖는 것이, 300mm 직경 이상의 공정 웨이퍼에 대해 유리하다.

도 38 은, 챔버에 대한 총 6 개의 리-엔트런트 포트에서 2개의 리-엔트란트 콘딧 대신 3 개를 갖는, 도 38 의 실시형태에 대응하는 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 39 은 공통 배관 (3910) 에서 외부 콘딧이 연결된 도 35 의 실시형태에 대응하는 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 40은 공통 배관 (4010) 내에 외부 콘딧이 연결된 도 36의 실시형태에 대응하는 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 41 은 공통 배관 (4110) 내에 외부 콘딧이 연결된 도 37 의 실시형태에 대응하는 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 42 는 공통 배관 (4210) 내에 외부 콘딧이 연결된 도 38 의 실시형태에 대응하는 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 43 은 공통 배관 (4310) 내에 외부 콘딧이 연결된 도 17 의 실시형태에 대응하는 실시형태를 나타내는 도면이다.

본 발명의 이점

본 발명의 반응기는, 에칭 속도와 같은 다른 성능 특성을 희생시키지 않고 에칭 선택성을 증가시키는 많은 기회를 가질 수 있다. 예를 들면, 웨이퍼의 근처의 토로이드 플라즈마 전력의 형성은 에칭 선택성을 향상시킬뿐 아니라, 동시에, 플라즈마 이온 밀도를 증가시킴으로써 에칭 속도를 증가시킬 수 있다. 종래 기술의 반응기에서는, 워크피스 상의 에칭 속도 또는 플라즈마 이온 밀도를 증가시키는 동일한 메커니즘에 의해, 에칭 선택성은 증가되지 않았다.

웨이퍼 또는 워크피스 주변의 토로이드 플라즈마 전류를 형성함으로써, 에칭 선택성을 향상시키는 것은, 본 발명의 복수개의 방법 중 하나로 달성될 수 있다. 하나의 방법은 기반체-실링간 높이 또는 웨이퍼-실링간 높이를 감소시키는 것이다. 다른 방법은 토로이드 플라즈마 이온 전류의 경로를 압축시키는, 가스 분배 플레이트 또는 샤워헤드를 웨이퍼 상에 도입하는 것이다. 또 다른 방법은, 웨이퍼 또는 워크피스로 인가되는 RF 바이어스 전력을 증가시키는 것이다. 에칭 선택성을 향상시키기 위한 방법의 하나 또는 다른 방법의 조합은 본 발명을 수행하는 당업자에 의해 선택될 수 있다.

본 발명에서, 에칭 선택성은, 비활성 희석 가스 (예를 들면, 아르곤) 를 멀리에서 (예를 들면, 콘딧 또는 배관으로) 주입하면서, 반응성 공정 가스를 국부적으로 주입함으로써, 더욱 향상될 수 있다. 이는 가스 분배 플레이트 또는 샤워헤드를 워크피스 지지체의 바로 위 또는 그와 대향하도록 제공하여, 샤워헤드로 반응성 공정 가스를 독점적으로 (또는, 적어도 주로) 주입함으로써 수행되는 것이 바람직하다. 동시에, 희석 가스는 웨이퍼 또는 워크피스 상의 공정 영역으로부터 이격된 콘딧 웰로 주입된다. 따라서, 토로이드 플라즈마 전류는, 웨이퍼 상의 재료의 반응성 이온 에칭을 위한 플라즈마 이온의 소오스가 될 뿐 아니라, 소망하지 않는 양의 프리 플로라인 (free florine) 이 형성되는 지점에서 플라즈마 유도성 해리 공정을 실시하기 이전에 반응성 공정 가스종 및 플라즈마-해리 산물을 멀리 퍼뜨리기 위한 에이전트 (agent) 가 된다. 반응성 공정 가스종들의 체류 시간의 감소는 포토레지스트 및 다른 재료에 비해 에칭 선택성을 향상시키는 현저한 이점을 갖는다.

본 발명은 토로이드 플라즈마 전류로의 RF 플라즈마 소오스 전력의 인가 시, 높은 유연성을 제공한다. 전술한 바와 같이, 통상, 전력은 토로이드 플라즈마 전류와 안테나에 의해 결합된다. 다수의 실시형태에서, 안테나는 주로 주변 또는 그 옆의 외부 콘딧과 배관된다. 예를 들면, 코일 안테나는 콘딧 또는 배관을 따라 연장될 수 있다. 그러나, 다른 실시형태에서, 안테나는 콘딧 또는 배관과 주요 반응기 봉합부 (예를 들면, 실링) 사이에서 봉합된 영역으로 제한된다. 후자의 경우, 안테나는 콘딧 곁이 아닌, 그 "하부" 로 고려될 수 있다. (콘딧과 메인 챔버 봉합부 사이에서) 봉합된 영역을 통해 연장되고, 봉합된 영역을 초과하는 연장부를 갖는 자기 코어 (또는, 코어들) 을 갖는 실시형태에 의해, 더 큰 가요성이 제공될 수 있더라도, 안테나가 코어 연장부 둘레를 감쌀 수 있다. 이 실시형태에서, 안테나는 자기 코어를 통해 유도성 결합되므로, 콘딧 내에 토로이드 플라즈마 전류와 근접될 필요가 없다. 이와 같은 일 실시형태에서는, 폐쇄 자기 코어가 채택되고, 안테나가 토로이드의 플라즈마 전류 또는 콘딧으로부터 가장 먼 코어부 둘레를 감싼다. 따라서, 안테나는, 자기 코어를 통해 토로이드 전류와 원격으로 결합됨으로써, 플라즈마 챔버로부터 전체적으로 멀리 떨어진 위치와 같은, 어떠한 위치에도 위치될 수도 있다.

마지막으로, 본 발명은 매우 큰 직경의 웨이퍼 또는 워크피스의 표면 상에 균일한 플라즈마 도포를 제공한다. 일 실시형태에서는, 토로이드 플라즈마 전류를 웨이퍼의 폭을 초과하는 폭으로 구비된 넓은 플라즈마 벨트로서 형상화함으로써 수행된다. 다른 실시형태에서, 웨이퍼 표면에 걸친 플라즈마 이온 밀도의 균일성은, 웨이퍼 상의 공정 영역내에서 교차하는 2 이상의 상호 횡단 또는 직교하는 토로이드 플라즈마 전류를 제공함으로써 이루어진다. 토로이드 플라즈마 전류는 서로로부터 상호 오프셋 (offset) 하는 방향으로 360/n으로 흐른다. 각각의 토로이드 플라즈마 전류는, 매우 넓은 직경의 웨이퍼를 피복하는 넓은 밸트의 플라즈마로 형상화될 수 있다. 각각의 토로이드 플라즈마 전류 중 하나는, 일 토로이드 플라즈마 전류의 방향을 따라 정렬된, 해리 코일 안테나에 의해 전력이 인가될 수 있다. 일 바람직한 실시형태에서는, 웨이퍼 상에 위치하는 공정 영역내에서 회전하는 토로이드 플라즈마 전류가 이루어지도록, 각각의 코일 안테나에 다른 위상의 RF 신호를 인가함으로써 균일성을 향상시킬 수 있다. 바람직한 이 실시형태에서, 최적의 구조는, 실링 또는 측벽내에서 원형의 연속적인 고리형 개방부를 통해, 메인 챔버 부분을 통하는, 원형의 연속적인 배관내의 토로이드 플라즈마 전류가 흐르는 것이다. 후자의 특징은 연속의 방법으로 토로이드 플라즈마 전류 전체가 방위각으로 회전하는 것이다.

본 발명을 바람직한 실시형태를 참조로 하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 정신 및 범위에서 벗어남 없이 변화 및 변형이 가해 질 수 있다는 것을 이해해야 할 것이다.

Claims (19)

1. 기판을 공정 처리하기 위해 배기되는 내부 분위기를 한정하는 플라즈마 챔버로서,

   기판 지지체;

   상기 기판 지지체에 대향하여 이격되고, 상기 기판 지지체에 근접하는 챔버 내부 분위기로 공정 가스가 흐르도록 구성된, 개방부를 갖는 가스 분배 플레이트로서, 상기 가스 분배 플레이트와 상기 기판 지지체 사이에 기판 공정 영역이 한정되는, 가스 분배 플레이트; 및

   상기 내부 분위기를 공유하는 내부가 구비되고, 상기 가스 분배 플레이트의 대향면 상의 상기 기판 공정 영역으로 개방된 각각의 단부들을 갖는 할로우 콘딧을 포함하며,

   상기 챔버 내부 분위기 내의 상기 콘딧 내부 둘레 및 상기 기판 공정 영역에 걸쳐 연장되는 경로 내에서 플라즈마를 유지하기 위해, 상기 콘딧은 그 내부에 공정 가스의 RF 필드에 의한 방사를 수용하기에 적합한 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 경로는 리-엔트란트 (re-entrant) 인 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 경로는 토로이드형인 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
4. 제 1 항에 있어서, 플라즈마 전류는 상기 경로 주변을 순환하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 콘딧의 단면적은 상기 기판 공정 영역의 단면적을 실질적으로 초과하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마의 이온 밀도는 상기 기판 지지체에 걸쳐 실질적으로 균일한 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마의 유도성 전기력선들은 상기 기판 플라즈마 공정 영역에 걸쳐 상기 콘딧 단부들 중 하나로부터 다른 것으로 연장되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 전기력선는 일반적으로 평행한 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
9. 제 8항에 있어서, 상기 전기장의 강도는 상기 기판 플라즈마 공정 영역에 걸쳐 균일하게 분포되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 콘딧은, 상기 단부들 사이에서 연속적인 도전 경로가 나타나는 것을 방지하기 위해, 상기 각각의 단부들 사이의 일반적으로 중간에 절연갭을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 콘딧은 상기 챔버의 직경의 현저한 프랙션 (fraction) 으로 외경을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 콘딧의 각각의 단부는, 적어도 상기 기판 지지체보다 더 큰 횡단 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
13. 제 1 항에 있어서, RF 전력 어플리케이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
14. 제 3 항에 있어서, 상기 RF 어플리케이터는 RF 유도성 소오스를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 유도성 소오스는 상기 콘딧에 근접하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
16. 제 1 항에 있어서, 상기 기판 지지체에 결합된 바이어스 RF 전력 소오스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
17. 제 1 항에 있어서, 상기 콘딧으로의 가스 주입구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 가스 주입구는 희석 가스가 흐르도록 구성되고, 상기 가스 분배 플레이트는 주로 반응성 공정 가스가 흐르도록 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
19. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 분배 플레이트는 비활성 및 반응성 공정 가스의 상이한 혼합물들이 상이한 방사 방향으로 흐르도록 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.