KR20060129543A - 반도체 기판 처리 챔버에서 가스 유동을 제어하기 위한장치 - Google Patents

반도체 기판 처리 챔버에서 가스 유동을 제어하기 위한장치 Download PDF

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Abstract

반도체 기판 처리 챔버에서 처리 영역 및 배출 포트 사이에서 가스의 유동을 제어하기 위한 장치가 제공된다. 이 장치는 반도체 처리 챔버 내에서 지지되고 기판 지지 페데스탈을 적어도 부분적으로 둘러싸는 하나 이상의 제한기 플레이트를 포함한다. 이 제한기 플레이트는 처리 영역 및 배출 포트 사이에서 흐르는 하나 이상의 가스의 유동을 제어하도록 구성된다.

Description

반도체 기판 처리 챔버에서 가스 유동을 제어하기 위한 장치 {APPARATUS FOR CONTROLLING GAS FLOW IN A SEMICONDUCTOR SUBSTRATE PROCESSING CHAMBER}
본 발명은 반도체 기판 처리 시스템에 관한 것이다. 특히 본 발명은 반도체 기판 처리 챔버 내에서 가스의 유동을 제어하기 위한 유동 제어 어셈블리에 관한 것이다.
직접 회로는 복합 기구로 발전되어 왔는데 이 복합기구는 수많은 구성요소(예를 들어 트랜지스터, 커패시터, 레지스터, 및 이와 유사한 것)를 하나의 칩(chip) 위에 포함할 수 있다. 칩 설계의 발전은 더 빠른 회로 및 더 큰 회로 밀도를 계속적으로 요구한다. 더 큰 회로 밀도에 대한 요구는 직접 회로 구성요소의 치수에서의 감소를 필요로 한다. 이러한 기구의 특징의 최소 치수는 임계 치수로서 이 기술에서 일반적으로 일컬어진다. 임계 치수는 선, 칼럼(column), 개구, 선 사이의 공간, 및 이와 유사한 것과 같은 특징의 최소 폭을 일반적으로 포함한다.
이러한 임계 치수 축소로서, 기판에 걸쳐 공정 균일성은 높은 수율을 유지하도록 최고이어야 한다. 직접 회로의 제작에서 사용되는 종래의 플라즈마 에칭 공정과 관련된 한 문제점은, 기판에 걸친 에칭률이 불균일하다는 것이고, 이는 부분적으로 에칭되는 기판 및 반응 종 사이의 측면 오프셋(offset) 때문일 수 있다. 기판의 중심으로부터 오프셋되는 반응 종의 경향에 공헌하는 한 요소는, 챔버 배출 포트의 방사상 위치이다. 가스가 배출 포트에 가장 가까운 챔버의 지역으로부터 더욱 쉽게 펌프됨에 따라, 반응 종은 배출 포트를 향해 끌려가게 되고, 이에 의해 챔버의 중심 및 그 안에 위치한 기판에 대해 오프셋 된다. 이러한 오프셋은 기판의 표면에 걸친 에칭 균일성을 해치게 되고, 이는 직접 회로 제조의 비용을 증가시키고 그 성능에 중요한 악영향을 미칠 수 있다.
따라서 직접 회로의 제작 동안 재료층을 에칭하기 위한 향상된 장치가 본 기술 분야에서 필요하다.
본 발명은 반도체 기판 처리 챔버를 통해 가스의 유동을 제어하기 위한 장치를 일반적으로 제공한다. 일 실시예에서, 장치(유동 제어기)는 처리 챔버의 바닥부에 의해 지지되도록 구성된 베이스 및 수직으로 이격된 방향으로 베이스에 결합된 지지 링을 포함한다. 지지 링은 페데스탈(pedestal)을 둘러싸고 이 위에서 기판이 챔버 내에서 지지된다. 적어도 하나의 제한기 플레이트가 지지 링에 결합되고 이로부터 방사상으로 연장한다. 제한기 플레이트는 기판 위에 위치한 처리 영역 및 진공 펌프에 결합된 배출 포트 사이에 위치한다. 제한기 플레이트는 처리 영역으로부터 배출 포트로 흐르는 가스의 유동을 제어하도록 구성된다.
상기 언급된 본 발명의 특징, 장점 및 목적 그리고 상기에서 간략하게 요약된 본 발명의 상세한 설명은 첨부된 도면에서 도시된 실시예를 참조하여 얻어질 수 있고 이해될 수 있다.
첨부된 도면은 본 발명의 단지 전형적인 예시일 뿐이고 따라서 그 범위를 제한한다고 생각해선 안되며, 다른 동등한 효과적인 실시예를 인정할 수 있다.
도 1은 이중 주파수 용량성 플라즈마 소스 반응기의 개략 측면도이다.
도 2A는 유동 제어기의 일례의 부분적인 분해 사시도이다.
도 2B는 도 2A의 유동 제어기의 유동 제한기 플레이트의 일 실시예의 평면도이다.
도 3은 유동 제어기의 일 실시예를 활용하는 처리 챔버의 평면 단면도이다.
도 4A는 유동 제어기의 다른 실시예를 활용하는 처리 챔버의 평면 단면도이다.
도 4B는 도 4A의 유동 제어기의 제한기 플레이트의 일 실시예의 평면도이다.
도 5A는, 유동 제어기가 없는 반도체 기판 처리 챔버에서 처리 동안 기판에 걸친 에칭률의 균일성을 나타내는 그래프이다.
도 5B는, 유동 제어기를 가진 반도체 기판 처리 챔버에서 처리 동안 기판에 걸친 에칭률의 균일성을 나타내는 그래프이다.
본 발명은 플라즈마 반응기에서 반도체 기판에 걸친 공정 균일성을 개선하기 위한 장치와 일반적으로 관련이 있다. 당업자는, 반응성 이온 에칭(reactive ion etch, RIE) 챔버, 전자 사이클로트론 공명(electron cyclotron resonance, ECR) 챔버, 및 이와 유사한 것과 같은 플라즈마 에칭 챔버의 다른 형태가 본 발명을 수행 하는데 사용될 수 있다고 이해할 것이다. 또한, 본 발명은 원자 층 증착(atomic layer deposition, ALD) 챔버, 화학 기상 증착(CVD) 챔버, 플라즈마 향상 화학 기상 증착(PECVD) 챔버, 자성 촉진 플라즈마 처리 챔버(magnetically enhanced plasma processing chamber) 및 이와 유사한 것과 같이, 유동 제어가 처리 동안 기판의 표면에 걸쳐 공정 균일성을 개선할 수 있는 어떠한 처리 챔버에서도 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명을 활용하는 이중 주파수 용량성 플라즈마 소스 반응기의 개략적인 단면도를 도시한다. 일 실시예에서, 본 발명의 유동 제어기는 기판 지지대 아래에 위치한 배출 포트 또는 챔버 배출구 및 기판 지지대 위에 위치한 가스 입구를 갖는 챔버와 함께 작동한다. 유동 제어기는 처리 챔버를 통한 제어된 가스 유동이 요구되는 경우라면 언제든지 유용하다. 본 발명을 사용하는데 적당한 처리 챔버의 일례는, 미국 캘리포니아주 산타 클라라에 있는 어플라이드 머티어리얼스사(Applied Materials, Inc., of Santa Clara, California)로부터 구입 가능한 ENABLERTM 처리 챔버이다.
일 실시예에서, 반응기(102)는 전기적 접지(134)에 연결된 전도성 챔버 벽(130)을 갖는 처리 챔버(110)를 포함한다. 적어도 하나의 솔레노이드 세그먼트(112)는 챔버 벽(130)의 외부에 위치한다. 챔버 벽(130)은 챔버(110)의 세척을 촉진하는 세라믹 라이너(131)를 포함한다. 각각의 기판이 처리된 후 에칭 공정의 부산물 및 잔여물은 라이너(131)로부터 쉽게 제거된다. 솔레노이드 세그먼트 (solenoid segment, 112)는, 적어도 5V를 발생시킬 수 있는 DC 전원(154)에 의해 제어된다.
또한, 처리 챔버(110)는 샤워헤드(132)로부터 이격되어 있고 처리 챔버(110)의 바닥부(108) 상에 배치된 기판 지지 페데스탈(116)을 포함하며, 이 사이에서 처리 영역(180)을 한정한다. 기판 지지 페데스탈(116)은, 샤워헤드(132) 아래에서 페데스탈(116)의 표면(140) 상에 기판(114)을 보유하기 위한 정전기적 처크(chuck, 126)를 포함한다.
정전기적 처크(126)는, 정합 회로(124)를 통해, RF 바이어스 소스(122)에 결합된 지지 페데스탈(116) 및 DC 전원(120)에 의해 제어된다. 바이어스 소스(122)는, 0 내지 5000와트의 전력 및 50kHz 내지 13.56MHz의 조정 가능한 주파수를 갖는 RF 신호를 일반적으로 만들 수 있다. 선택적으로, 바이어스 소스(122)는 DC 또는 펄스형 DC 소스일 수 있다.
샤워헤드(132)는 다수의 가스 분배 구역을 포함할 수 있고, 이에 의해 특정한 가스 분배 기울기를 이용하여 다양한 가스가 챔버(110)의 처리 영역(180)에 공급될 수 있으며, 샤워헤드는 지지 페데스탈(116)을 대향하는 상부 전극(128)에 장착된다. 상부 전극(128)은 임피던스 변압기(impedance transformer, 119)(예를 들어 1/4 파장 정합 스텁(matching stub))를 통해 RF 소스(118)에 연결된다. 소스(118)는, 약 0 내지 2000 와트 사이의 전력 및 약 162MHz의 조정 가능한 주파수를 갖는 RF 신호를 일반적으로 만들 수 있다.
챔버(110)의 내부는 고진공 용기(vessel)이고 이는 챔버 벽(130)에서 형성된 배출 포트(135)를 통해 진공 펌프(136)에 연결된다. 배출 포트(135)에 배치된 스로틀 밸브(throttle valve, 127)는 진공 펌프(136)와 함께 사용되고, 이에 의해 처리 챔버(110) 내부의 압력을 제어한다.
유동 제어기(100)는 챔버 벽(130) 및 지지 페데스탈(116)과 관련하여 이격된 채 지지 페데스탈(116)을 둘러싼다. 유동 제어기(100)는 처리 영역(180) 및 배출 포트(135) 사이에서 흐르는 가스의 유동을 제어한다. 유동 제어기(100)는, 일정한 공정 조건 하에서 또는 특별한 챔버 내에서, 유동 특징을 제어하도록 일반적으로 배치된다. 유동 제어기는 원하는 비대칭 가스 유동을 유지하도록 또는 특별한 챔버 내에서 가스 유동 특징을 동등하게 하도록 배치될 수 있다. 이는 유동 제어기를 예정된 높이, 폭, 및 형상으로 배치함에 의해 이루어지고, 이는 챔버의 바닥부(108)에 대해 예정된 높이에서 유동 제어기를 유지시키고, 유동 제어기(100)의 외부 에지 및 챔버 벽(130)의 내부 에지 사이의 정해진 갭(158)과 유동 제어기(100)의 내부 에지 및 지지 페데스탈(116)의 외부 에지 사이의 정해진 갭(160)을 생성한다. 유동 제어기는 갭(158, 160)의 모두 또는 어느 하나가 유동 제어기(100)의 원주를 따라 폭을 변화시킬 수 있도록 배치될 수 있다.
도 2A는 유동 제어기(100)의 일 실시예의 등척(isometric) 부분 분해도를 도시한다. 유동 제어기(100)는 베이스 플레이트(202), 다수의 지지 핀(204), 지지 링(206), 및 적어도 하나의 제한기 플레이트(208)를 포함한다. 베이스 플레이트(202)는 처리 챔버(110)(도 1에서 도시됨)의 바닥부(108) 상에 배치되고 일반적으로 기판 지지 페데스탈(116)을 둘러싼다. 베이스 플레이트(202)는 볼트, 스크류, 접착제, 용접, 클램프, 및 이와 유사한 것에 의해 적절한 방법으로 바닥부(108)에 고정될 수 있다. 도 2에서 도시된 실시예에서, 베이스 플레이트(202)를 통해 제공되는 네 개의 홀(210)은 처리 챔버(110)의 바닥부(108)에 대해 베이스 플레이트(202)를 볼트로 죄는 것을 쉽게 한다. 다수의 베이스 플레이트는 챔버 바닥부(108) 상에서 유동 제어기(100)를 지지하는데 사용될 수 있다.
지지 핀(204)은 베이스 플레이트(202) 및 지지 링(206) 사이에 결합되고, 이로써 지지 링(206)이 베이스 플레이트(202) 위로 간격을 두고 단단히 위치하게 한다. 지지 핀(204)은 용접, 스크류, 말뚝(staking), 끼워 맞춤(interference fit), 볼트, 결합, 및 이와 유사한 것과 같은 것에 의해 적절한 방법으로 지지 링(206) 및 베이스 플레이트(202)에 결합될 수 있다. 대안적으로 지지 핀(204)은, 한 블록의 재료로 기계 가공, 단조, 주조, 성형과 같은 방법으로, 베이스 플레이트(202) 또는 지지 링(206) 중 어느 하나 또는 모두의 일체형 부품일 수 있다. 도 2A에서 도시된 실시예에서, 지지 핀(204)은 죔쇠(260)(하나 도시됨)에 의해 지지 핀(204)의 각각의 아래에서 베이스 플레이트(202)에 형성된 홀(262)을 통해 베이스 플레이트(202)에 대해 거의 수직으로 볼트로 죄어진다. 지지 핀(204)은, 지지 링(206)을 지지 핀(204)에 볼트로 죄기 위한 홀(214)을 갖는 다수의 돌출부(212)를 따라 지지 링(206)에 결합된다.
지지 핀(204)은 길이에 있어서 일반적으로 거의 동일하고, 처리 챔버(110)의 바닥부(108) 위로 높이(h)에서 바닥부에 거의 평행하게 지지 링(206)을 지지한다. 일반적으로 높이(h)는 특별한 처리 챔버에서 펌프에 대한 가스 유동 특징을 최적화 시키도록 변한다. 예를 들면, 높이는 제한기 플레이트(208)가 페데스탈(116) 상에 배치된 기판(114)의 윗면에 대해 거의 평행하고 동일한 높이가 되도록 선택될 수 있다. 대안적으로 높이는 유동 특징 및 처리 챔버 결합구조에 의존하여 높아지거나 낮아질 수 있다. 유동 시뮬레이션 소프트웨어 패키지는 유동 제어기(100)에 대해 최적의 높이(h)를 결정하는데 사용될 수 있다. 대안적으로 서로 다른 길이로 만들어진 다수의 지지 핀(204) 세트는 최적의 높이(h)를 결정하기 위한 실험적인 공정을 실행하는데 사용될 수 있다. 대안적으로 지지 핀(204)은 잭 스크류와 같은 것에 의해 길이가 조정 가능할 수 있고, 이에 의해 서로 다른 지지 핀(204)을 사용하지 않고 높이(h)를 변화시킬 수 있다. 또 다른 실시예에서, 높이가 변하는 지지 핀은 페데스탈 표면(140)에 대해 제한기 플레이트(208)의 각을 배향하는데 사용될 수 있고, 이에 의해 제한기 플레이트(208)는 처리되는 기판의 표면 및 페데스탈 표면(140)과 평행하지 않게 된다.
적어도 하나의 제한기 플레이트(208)가 방해물로서 작용하고, 이에 의해 그 주위로 그리고 이를 통과하는 가스의 유동을 변경시킨다. 제한기 플레이트(208)는 가스 입구로부터 배출 포트로 흐르는 가스를 제한하고, 배출 포트의 반대로 흐르도록 최소의 제한 및 배출 포트의 근처에서 가스 유동의 최대 제한을 제공함에 의해 기판(114)의 표면 위로의 균일한 가스 유동을 제공하도록 구성된다. 균일한 가스 유동은 배출 포트를 향하여 끌어 당겨지는 플라즈마의 경향을 완화한다.
일 실시예에서 적어도 하나의 제한기 플레이트(208)는 배출 포트를 향해 배향된 환형 링 세그먼트이고 배출 포트와 대향하는 지역은 개방된 채 남겨둔다. 대 안적으로 적어도 하나의 제한기 플레이트(208)는, 서로 인접하여 배치된 변하는 방사상 폭 또는 동일한 폭의 다수의 환형 링 세그먼트일 수 있고, 이는 원하는 크기 및 형상의 환형 링 세그먼트를 형성하여 처리 동안 챔버 내에서 가스 유동을 최적화시킨다. 대안적으로 제한기 플레이트(208)는, 균일하거나 또는 변하는 방사상 폭을 갖는 하나의 플레이트일 수 있고, 최대 가스 유동 제한이 배출 포트 가까이에 있고 최소 가스 유동 제한이 배출 포트와 반대에 있도록 배향된다. 서로 다른 결합 구조 및 변하는 배출 포트 위치 및/또는 숫자를 가진 처리 챔버에서는, 다른 구성이 활용될 수 있다.
적어도 하나의 제한기 플레이트(208)가 지지 링(206)에 결합되고, 볼트, 스크류, 결합, 테이핑(taping) 및 이와 유사한 것과 같은 종래의 방법으로 부착될 수 있다. 제한기 플레이트는 지지 핀(204) 또는 베이스(202)에 직접적으로 결합될 수 있다. 도 2A에서 도시된 실시예에서, 제한기 플레이트(208)는 지지 링(206)에서 돌출부(212)에 형성된 홀을 통해 볼트로 죄어지고, 이에 의해 제한기 플레이트(208a, 208b, 208c)의 내부 에지(220)가 기판 지지 페데스탈(116)의 외부 에지에 거의 인접하여 유지되고, 이로써 그 사이에 내부 갭(160)을 한정한다.(도 1에서 도시된 것과 같음) 내부 갭(160)은 일반적으로 충분히 작아서 가스 유동이 이를 통과하는 것을 거의 막지만, 특별한 처리 챔버에서 가스 유동을 최적화시키기 위해 크기가 변경될 수 있다.
도 2A에서 도시된 실시예에서, 제한기 플레이트는 지지 링(206)에 결합된 일련의 플레이트(208a, 208b, 208c)를 포함하고 원하는 크기의 호(arc)를 형성하도록 서로 인접하여 옆으로 배열된다. 호의 특정 크기 또는 스윕각(sweep angle)은 처리 챔버 결합 구조에 의존하여 변할 것이다. 도 2A에서 도시된 제한기 플레이트(208)는 45도의 각을 차지하고, 세 개의 제한기 플레이트(208a, 208b, 208c)는 함께 135도를 포함한다. 제한기 플레이트는 더 크거나 또는 더 작을 수 있고, 또는 형상이 변할 수 있으며, 필요에 따라 더 크거나 더 작은 갭을 남겨둘 수 있고, 이로써 특별한 챔버에서 압력 및 유동을 최적화시킨다.
예를 들면, 도 2B는 유동 제어기(100)에서 사용되는 제한기 플레이트(208)의 일 실시예의 평면도를 도시한다. 제한기 플레이트(208)의 크기는 중점(250)으로부터 측정된 각(α)과 중점(250)에 대해 방사상으로 측정되는 폭(w)에 의해 정해진다. 각(α)을 변화시키는 것은 하나의 플레이트에 의해 에어 유동의 방해를 더 크게 또는 더 작게 할 것이다. 더 작은 각(α)은 유동 제한기의 더 큰 미세 조정을 가능하게 하고, 더 큰 각(α)은 부품을 감소시킨다. 이는 최적의 배치를 찾도록 조정된다. 또한, 특정한 배치가 결정되면, 하나의 제한기 플레이트(208)는, 홀로 원하는 지역을 덮는데 필요한 각(α)으로 제작될 수 있다.
또한, 폭(w)을 변화시키는 것은 제한기 플레이트(208)의 외부 에지(216) 및 챔버 벽(130)의 라이너(131) 사이에서 한정된 갭(158)(도 1에서 도시된 것과 같음)의 크기를 변화시킨다. 이는 갭(158)을 통해 그리고 유동 제한기의 외부 에지(216)를 주위로 가스 유동을 제어하는 것을 가능하게 한다. 일 실시예에서, 제한기 플레이트(208)의 폭(w)은 갭(158)에 거의 인접할 정도이고, 이에 의해 갭(158)을 통한 가스 유동을 거의 제한한다. 갭(158)은 균일할 수 있거나 또는 유동 제한 기 플레이트 또는 플레이트의 주위를 따라 변할 수 있다. 뾰족한 폭을 갖춘 하나 이상의 제한기 플레이를 사용하는 것에 의해, 갭(158)의 크기의 변화는 매끄러울 수 있다. 대안적으로, 갭(158)의 크기의 변화는 각각 서로 다른 폭을 갖는 다수의 제한기 플레이트를 사용함에 의해 단계적으로 될 수 있다.
도 3은 처리 챔버(310)에 배치된 유동 제어기(300)의 일 실시예의 평면도를 도시한다. 이 실시예는 일련의 제한기 플레이트(308a, 308b, 308c, 308d, 308e)가 어떻게 지지 링(306) 상에 배치될 수 있는 지를 도시하고, 이에 의해 처리 챔버(310)에서 페데스탈(316) 상에 배치된 기판(미도시)의 표면 위로 흐르는 에어의 압력 및 속도를 제어한다.
이러한 실시예에서 다섯 개의 제한기 플레이트(308a, 308b, 308c, 308d, 308e)는 서로 접하고 페데스탈(316)을 거의 둘러싼다. 각각의 제한기 플레이트는 약 45도의 각(α)을 가지고, 조립된 제한기 플레이트(308)는 약 225도, 또는 페데스탈(316)의 약 5/8을 둘러싼다. 또한, 각각의 제한기 플레이트는 제한기 플레이트(308)의 외부 에지 및 챔버 벽(330) 사이에 한정된 갭(358)에 거의 인접하기에 충분한 폭(w)을 가진다. 제한기 플레이트(308)는 제한기 플레이트의 내부 에지 및 페데스탈(316)의 외부 에지 사이에 한정된 갭(362)이 거의 닫히도록 배치된다. 제한기 플레이트(308)는 이들이 개구(360)를 남기도록 배치되고, 이 개구는 처리 챔버에서 배치된 배출 포트(355)의 위치와 거의 정반대로 위치하며, 이에 의해 에어가 갭(358, 362)을 통한 것보다 개구(360)를 통해 페데스탈을 지나 더욱 자유롭게 흐르게 할 수 있다.
도 4A는 처리 챔버(410)에 배치된 유동 제어기(00)의 다른 실시예의 평면도이다. 이 실시예에서, 제한기 플레이트(408)는 단일 구성요소이고, 이는 처리 챔버(410)에서 페데스탈(416) 상에 배치된 기판이 표면에 걸쳐 에어 압력 및 속도를 최적화시키기 위한 환형 형상을 갖는다. 제한기 플레이트(408)의 폭은 어떤 반경 섹션을 따라 매끄럽게 또는 불연속적으로 일정 량만큼 변할 수 있다. 예를 들면, 도 4B는 도 4A의 제한기 플레이트(408)의 평면도를 되하고, 여기서 제한기 플레이트(408)의 폭(w)은 최대 폭(w1)으로부터 정반대의 최소 폭(w2)으로 매끄럽게 뾰족해진다. 도 4A에서 도시된 실시예에서, 제한기 플레이트(408)는 최대 폭이 배출 포트(445)에 인접하여 배치되도록 배향되고, 이는 배출 포트 가까이에 작은 갭(458) 및 배출 포트(445)에 대향하여 배치된 더 큰 개구(460) 만을 남긴다.
예를 들면, 22 인치의 챔버 벽(430) 내부 지름 및 거기에 배치된 15 인치 지름의 페데스탈(416)을 갖는 챔버(410)에서, 페데스탈(416) 및 챔버 벽(430) 사이의 결과적인 채널은 3과 1/2 인치의 폭을 갖는다. 예시적인 유동 제어기(400)는 18 인치의 외부 지름을 갖는 원형 형태를 갖도록 배치될 수 있고, 이 경우 2와 3/4 인치의 최대 폭(w1) 및 1/4 인치의 정반대의 최소 폭(w2)을 가지고, 이 사이에는 균일하게 뾰족해지는 폭을 갖는다. 유동 제어기(400)는 챔버(410)에 위치할 수 있고, 이로써 최대 폭(w1)은 배출 포트(445)에 인접하여 위치하며, 펌프 포트(445)에 인접한 영역에서 1/2 인치의 최소 갭(458)을 남긴다. 펌프 포트(445)에 대향하는 개구(460)는 3과 1/4인치의 폭을 갖는다.
대안적으로, 제한기 플레이트(408)는 근사한 형상의 서로 다른 폭을 갖는 다수의 링 세그먼트로 이루어질 수 있다. 근사는 매끄럽거나 또는 계단식일 수 있다. 제한기 플레이트(408)의 형상은 유동 모델링 소프트웨어 패키지를 통해 또는 원하는 형상이 얻어질 때까지 다수의 제한기 플레이트를 이용한 실험을 통해 얻어질 수 있다.
다른 실시예에서, 단일의 제한기 플레이트는 다른 타원형의 형상일 수 있다. 여기서 사용되는 타원체는 넓게 해석되어야하고, 어떤 장원형(oblong), 타원형(elliptical), 원형, 아치형 또는 둥근 형태를 의미한다. "형상"이란 용어는 전체의 일반적인 형태를 의미하고, 기판 지지 페데스탈에 유동 제한기를 접하게 하기 위해 잘려진 부분을 포함할 수 있다.
도 1 및 2A로 돌아가면, 작동시 기판(114)은 지지 페데스탈(116) 상에 위치하고, 챔버(10)의 내부 공기는 대기 압력 미만의 압력으로 펌프되고, 발화될 때 플라즈마를 만드는 가스(150)(예를 들어 아르곤, 염소처리된 가스, 플루오르처리된 가스 및 이와 유사한 것)는 샤워헤드(132)를 통해 가스패널(138)로부터 처리 챔버(110)로 제공된다. RF 소스(118)로부터 상부 전극(128)으로 전력을 가함에 의해, 처리 챔버(110)에서 가스(150)가 발화되어 플라즈마(152)로 된다. 자기장이 솔레노이드 세그먼트(112)를 통해 플라즈마(152)로 가해지고, 지지 페데스탈(116)은 바이어스 소스(122)로부터 전력을 가함에 의해 바이어스된다.
기판(114)의 처리 동안 플라즈마(152)를 형성하기 위해 가스(150)가 처리 챔버(110)로 유입됨에 따라, 처리 챔버(110)의 작동 압력은 배출 포트(135)에 배치된 스로틀 밸브(127)에 의해 유지되고, 스로틀 밸브는 펌프(136)에 의해 배출 포트(135)를 통해 챔버(110) 밖으로 펌프되는 에어의 부피를 규율한다. 유동 제어기(100)를 사용하지 않는 경우, 가스가 처리 챔버(110) 안으로 그리고 밖으로 흐름에 따라 샤워헤드(132), 페데스탈(116) 및 배출 포트(135)의 위치는 기판(114)의 표면에 걸쳐 압력 및 속도의 불균등한 분포를 일으킨다. 이러한 불균등한 압력 및 속도 분포는 챔버에서 플라즈마(152)의 위치와 기판(114)의 표면으로부터 제거되는 재료의 에칭률에 악영향을 미친다.
도 5A 및 5B는 유동 제어기를 사용하는 경우와 사용하지 않는 경우에 있어서, 기판(114)의 표면에 걸친 에칭률의 균일성을 도시하는 측정 그래프를 도시한다. 도 5A는 유동 제어기를 사용하지 않는 경우 기판(512)의 표면 위의 큰 에칭률(552)의 영역을 도시한다. 도에서 보는 것처럼, 챔버 내에서 불균일한 가스 유동에 의해, 반응 종은 기판(512)의 일 측부로 이동된다. 반응 종의 위치의 이러한 오프셋은 기판이 에칭률에서 불균일성을 일으키고 이는 큰 에칭률(552)의 영역을 나타내는 것과 같다. 도 5B는 유동 제어기를 사용하는 경우, 기판(514)의 표면 상의 높은 에칭률(554)의 개선된 지역을 도시한다. 이 도에서 보는 것처럼, 반응 종은 기판(514)의 표면에 걸쳐 중심으로 모이고, 그 결과 더 큰 에칭률(554)의 더욱 균일한 지역을 나타낸다.
전술한 것은 본 발명의 다양한 실시예에 직접 이용되고, 본 발명의 다른 실시예 및 추가적 실시예는 본 발명의 기본 범위로부터 벗어나지 아니한 채 발명될 수 있으며 이의 범위는 뒤따르는 청구 범위에 의해 결정된다.

Claims (23)

  1. 반도체 기판 처리 챔버에서 배출 포트 및 처리 영역 사이의 가스의 유동을 제어하기 위한 장치로서,
    상기 반도체 처리 챔버 내에서 지지되고 반도체 기판 페데스탈(pedestal)의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치되며 상기 처리 영역 및 상기 배출 포트 사이에서 흐르는 하나 이상의 가스의 유동을 제어하도록 구성된, 하나 이상의 제한기 플레이트를 포함하는,
    반도체 기판 처리 챔버에서 배출 포트 및 처리 영역 사이의 가스의 유동을 제어하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제한기 플레이트가 상기 처리 챔버의 내벽 및 상기 기판 지지 페데스탈로부터 측방향으로 이격되도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
    반도체 기판 처리 챔버에서 배출 포트 및 처리 영역 사이의 가스의 유동을 제어하기 위한 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 챔버의 바닥부에 결합되도록 구성된 베이스; 및
    수직으로 이격된 방향으로 상기 베이스에 결합된 지지 링을 추가로 포함하 고,
    상기 하나 이상의 제한기 플레이트가 상기 지지 링에 결합되는 것을 특징으로 하는,
    반도체 기판 처리 챔버에서 배출 포트 및 처리 영역 사이의 가스의 유동을 제어하기 위한 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 베이스 및 상기 지지 링 사이에 결합된 다수의 지지 다리를 추가로 포함하는,
    반도체 기판 처리 챔버에서 배출 포트 및 처리 영역 사이의 가스의 유동을 제어하기 위한 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 지지 다리가 상기 기판 지지 페데스탈의 기판 지지면에 의해 한정된 평면에 대해 평행하지 않은 방향으로 상기 지지 링을 보유하는 것을 특징으로 하는,
    반도체 기판 처리 챔버에서 배출 포트 및 처리 영역 사이의 가스의 유동을 제어하기 위한 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제한기 플레이트가 상기 기판 지지 페데스탈을 적어도 부 분적으로 둘러싸는 환형 형태를 갖는 하나의 제한기 플레이트인 것을 특징으로 하는,
    반도체 기판 처리 챔버에서 배출 포트 및 처리 영역 사이의 가스의 유동을 제어하기 위한 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제한기 플레이트가 상기 제한기 플레이트의 일부에서의 폭이 상기 제한기 플레이트의 다른 부분에서의 폭보다 넓어지는 폭을 갖는 것을 특징으로 하는,
    반도체 기판 처리 챔버에서 배출 포트 및 처리 영역 사이의 가스의 유동을 제어하기 위한 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 넓은 폭을 갖는 일부가 상기 배출 포트에 인접하여 위치하도록 구성된 것을 특징으로 하는,
    반도체 기판 처리 챔버에서 배출 포트 및 처리 영역 사이의 가스의 유동을 제어하기 위한 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제한기 플레이트가 다수의 제한기 플레이트를 추가로 포함하고,
    각각의 제한기 플레이트가 하나 이상의 다른 제한기 플레이트를 접하는 것을 특징으로 하는,
    반도체 기판 처리 챔버에서 배출 포트 및 처리 영역 사이의 가스의 유동을 제어하기 위한 장치.
  10. 반도체 기판 처리 시스템으로서,
    처리 챔버;
    상기 챔버에 배치된 기판 지지 페데스탈;
    상기 지지 페데스탈 위의 처리 영역으로 처리 가스를 공급하기 위한, 상기 페데스탈 위의 상기 챔버에 형성된 가스 입구;
    상기 챔버의 벽에 형성된 배출 포트; 및
    상기 반도체 처리 챔버 내에서 지지되고 상기 기판 지지 페데스탈의 적어도 일부를 둘러싸며 상기 처리 영역 및 상기 배출 포트 사이를 흐르는 하나 이상의 가스의 유동을 제어하도록 구성된 하나 이상의 제한기 플레이트를 포함하는,
    반도체 기판 처리 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 처리 챔버의 바닥부에 결합되도록 구성된 베이스; 및
    수직으로 이격된 방향으로 상기 베이스에 결합된 지지 링을 추가로 포함하고,
    상기 하나 이상의 제한기 플레이트가 상기 지지 링에 결합되는 것을 특징으로 하는,
    반도체 기판 처리 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 베이스 및 상기 지지 링 사이에 결합된 다수의 지지 다리를 추가로 포함하는,
    반도체 기판 처리 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 지지 다리가 상기 기판 지지 페데스탈의 기판 지지면에 의해 한정된 평면에 대해 평행하지 않은 방향으로 상기 지지 링을 보유하는 것을 특징으로 하는,
    반도체 기판 처리 시스템.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제한기 플레이트가 아치 형태를 갖는 다수의 제한기 플레이트인 것을 특징으로 하는,
    반도체 기판 처리 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 다수의 제한기 플레이트가 상기 기판 지지 페데스탈의 절반 이상을 둘러싸는 것을 특징으로 하는,
    반도체 기판 처리 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 다수의 제한기 플레이트의 외부 에지의 일부 이상은, 상기 배출 포트에 인접한 챔버의 내벽 및 상기 외부 에지 사이에 한정된 갭을 감소시키는 것을 특징으로 하는,
    반도체 기판 처리 시스템.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제한기 플레이트가 하나의 제한기 플레이트인 것을 특징으로 하는,
    반도체 기판 처리 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 하나의 제한기 플레이트가 상기 기판 지지 페데스탈의 절반 이상을 둘러싸는, 적어도 부분적인 환형 형태를 갖는 것을 특징으로 하는,
    반도체 기판 처리 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 하나의 제한기 플레이트가 상기 제한기 플레이트의 일부에서의 폭이 상기 제한기 플레이트의 다른 부분에서의 폭보다 넓어지는 폭을 갖는 것을 특징으로 하는,
    반도체 기판 처리 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 넓은 폭을 갖는 일부가 상기 배출 포트에 인접하여 위치하는 것을 특징으로 하는,
    반도체 기판 처리 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 하나의 제한기 플레이트의 외부 에지의 일부 이상이 상기 배출 포트에 인접한 섹션을 따르는 상기 챔버의 내벽 및 상기 외부 에지 사이에 한정된 갭을 감소시키는 것을 특징으로 하는,
    반도체 기판 처리 시스템.
  22. 제 10 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제한기 플레이트가 상기 기판 지지 페데스탈을 완전히 둘러싸는 환형 형태 및 상기 하나의 제한기 플레이트의 일부에서의 폭이 상기 하나의 제한기 플레이트의 다른 부분에서의 폭보다 넓어지는 폭을 갖는 하나의 제한기 플레이트이고,
    상기 하나의 제한기 플레이트의 외부 에지의 일부가 적어도 상기 배출 포트에 인접한 위치에 있는 상기 챔버의 내벽을 접하는 것을 특징으로 하는,
    반도체 기판 처리 시스템.
  23. 제 10 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제한기 플레이트의 외부 에지의 일부가 상기 배출 포트에 인접한 제 1 위치에서, 상기 제 1 위치보다 상기 배출 포트로부터 멀리 배치된 제 2 위치에서보다, 상기 챔버의 내벽에 더 가까운 것을 특징으로 하는,
    반도체 기판 처리 시스템.
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