KR20080113159A - 동적 조절가능한 플라즈마 소오스 동력 공급기를 갖춘플라즈마 반응로 - Google Patents

동적 조절가능한 플라즈마 소오스 동력 공급기를 갖춘플라즈마 반응로 Download PDF

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Abstract

피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응로는 천정을 포함하는 외피와 상기 천정에 일반적으로 수직한 대칭 수직 축선을 갖는 처리 챔버와, 상기 천정과 일반적으로 대향되게 상기 챔버의 내측에 놓이는 피가공재 지지 받침대와, 상기 챔버에 연결되는 공정 가스 분사 장치, 및 상기 챔버에 연결되는 진공 펌프를 포함한다. 상기 반응로는 내측 반경 방향 공급기부와 외측 반경 방향 공급기부 및 상기 내측 및 외측 반경 방향 공급기부에 연결되는 RF 동력 장치를 가지며 상기 천정의 위에 놓이는 플라즈마 소오스 동력 공급기(applicator), 및 적어도 상기 외측 공급기부를 지지하며 대칭 축선에 대해 수직인 반경 방향 축선 주위에서 적어도 상기 외측 반경 방향 공급기부를 기울일 수 있고 대칭 축선 주위에서 적어도 상기 외측 반경 방향 공급기부를 기울일 수 있는 기울임 장치를 더 포함한다. 상기 반응로는 대칭 수직 축선을 따라 서로에 대해 내측 및 외측 반경방향 공급기부의 위치를 변경시킬 수 있는 상승(elevation) 장치를 더 포함한다. 바람직한 실시예에서, 상기 상승 장치는 대칭의 수직 축선을 따라 상기 내측 공급기부를 상승 및 하강시키기 위한 리프트 작동기를 포함한다.

Description

동적 조절가능한 플라즈마 소오스 동력 공급기를 갖춘 플라즈마 반응로 {PLASMA REACTOR WITH A DYNAMICALLY ADJUSTABLE PLASMA SOURCE POWER APPLICATOR}
대형 피가공재 전반에 걸쳐서 나노미터-규모의 피쳐 사이즈를 형성하기 위한 플라즈마 공정을 포함하는 반도체 장치의 제작에 있어서, 기본적인 문제점은 플라즈마의 균일화에 있다. 예를 들어, 피가공재는 300 mm 반도체 웨이퍼 또는 장방형 석영 마스크(예를 들어, 152.4 mm × 152.4 mm)일 수 있기 때문에, (예를 들어)300 mm 직경의 웨이퍼의 전체 면적에 걸쳐 나노미터-규모 피쳐에 대한 균일한 에칭률을 유지하는 것은 극히 어렵다. 그러한 어려움은 공정의 복잡성으로부터도 적어도 일부 유발된다. 플라즈마 강화 에칭 공정은 통상적으로, 증착과 에칭의 동시 경합 공정을 포함한다. 이들 공정은 공정 가스 조성, 챔버 압력, (플라즈마 밀도와 용해를 일차적으로 결정하는)플라즈마 소오스 동력 수치, (피가공재 표면에 대한 이온 충돌 에너지를 일차적으로 결정하는)플라즈마 바이어스 동력 수치, 피가공재의 표면 전반에 걸친 공정 가스 흐름 패턴과 웨이퍼 온도에 의해 영향을 받는다. 공정의 균일도 및 에칭률 분포에 영향을 끼치는 플라즈마 이온 밀도의 분포는 전도체 소자의 분포, 챔버 전체에 걸친 리액턴스(특히 접지에 대한 커패시턴스)의 분포, 및 진공 펌프로의 가스 흐름의 균일도와 같은 반응 챔버의 RF 특성에 의해 자체 영 향을 받는다. 후자는 통상적으로 진공 펌프가 폄핑 환형 구역의 바닥에 있는 하나의 특정 위치에 놓이기 때문에 특정 문제를 유발하는데, 상기 위치는 피가공재 또는 챔버에 대해 비대칭이다. 모든 상기 요소들은 피가공재 및 원통형의 대칭 챔버에 대한 비대칭성을 포함하기 때문에, 플라즈마 이온 분포 및/또는 에칭률 분포와 같은 중요 변수들이 상당히 비대칭화되는 경향이 있다.
그러한 비대칭화와 관련된 문제점은 피가공재의 표면 전반에 걸친 플라즈마 에칭률(또는 증착률)의 분포를 조절하기 위한 종래의 제어 특징들에 의해 원통형 챔버 또는 피가공재 또는 피가공재 지지대에 대해 대칭이 되게 조절 또는 보정될 수 있다는 점이다. (그러한 종래의 특징들에 대한 예로는 독립 구동되는 내측 및 외측 반경 방향 소오스-동력 구동 코일, 챔버의 천정에 있는 독립 공급되는 내측 및 외측 반경 방향 가스 분사 오리피스 어레이 등을 포함된다.) 그러한 특징들은 통상적으로 플라즈마 이온 밀도의 불균일한 분포를 경합적으로 보정하거나 (예를 들어)피가공재 전반에 걸친 에칭률의 불균일한 분포를 보정할 수 없다. 그 이유는 실제 적용에 있어서 그러한 불균일성은 피가공재 또는 반응 챔버에 대해 비대칭이기 때문이다.
그러므로, (예를 들어, 피가공재 전반에 걸친 에칭률의 분포, 또는 에칭의 미세 적재, 또는 플라즈마 이온 밀도 등)플라즈마 공정 변수의 조절을 위한 종래 제어 특징들에 의해 실제 플라즈마 공정 환경에서 직면할 수 있는 비대칭 불균일함을 보정할 수 있게 해야할 필요가 있다.
피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응로는 천정을 포함하는 외피와 상기 천정에 일반적으로 수직한 대칭 수직 축선을 갖는 처리 챔버와, 상기 천정과 일반적으로 대향되게 상기 챔버의 내측에 놓이는 피가공재 지지 받침대와, 상기 챔버에 연결되는 공정 가스 분사 장치, 및 상기 챔버에 연결되는 진공 펌프를 포함한다. 상기 반응로는 내측 반경 방향 공급기부와 외측 반경 방향 공급기부 및 상기 내측 및 외측 반경 방향 공급기부에 연결되는 RF 동력 장치를 가지며 상기 천정의 위에 놓이는 플라즈마 소오스 동력 공급기(applicator), 및 적어도 상기 외측 공급기부를 지지하며 대칭 축선에 대해 수직인 반경 방향 축선 주위에서 적어도 상기 외측 반경 방향 공급기부를 기울일 수 있고 대칭 축선 주위에서 적어도 상기 외측 반경 방향 공급기부를 기울일 수 있는 기울임 장치를 더 포함한다. 상기 반응로는 대칭 수직 축선을 따라 서로에 대해 내측 및 외측 반경방향 공급기부의 위치를 변경시킬 수 있는 상승(elevation) 장치를 더 포함한다. 바람직한 실시예에서, 상기 상승 장치는 대칭의 수직 축선을 따라 상기 내측 공급기부를 상승 및 하강시키기 위한 리프트 작동기를 포함한다.
도 1은 바람직한 제 1 실시예의 반응로를 도시하는 도면이며,
도 2a 및 도 2b는 도 1의 실시예에 있는 기울임 조절 기구의 작동을 도시하는 도면이며,
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 도 1의 실시예의 연속 작동 단계들을 도시하는 도면이며,
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 도 3a, 도 3b 및 도 3c의 각각의 단계에서 얻은 피가공재의 표면 전반에 걸친 에칭률 분포를 도시하는 도면이며,
도 5는 바람직한 제 2 실시예의 반응로를 도시하는 도면이며,
도 6은 다른 실시예에 따른 반응로를 도시하는 도면이며,
도 7은 본 발명의 제 1 방법을 도시하는 흐름도이며,
도 8은 본 발명의 제 2 방법을 도시하는 흐름도이다.
본 발명은 피가공재 표면의 전반에 걸친 (에칭률과 같은)플라즈마 공정 변수의 공간적 분포가 (피가공재 또는 챔버에 대해)비대칭 분포로부터 대칭 분포로 변환될 수 있다는 발명자들의 발견을 기초로 한다. 그러한 변환에 따라서, 분포(예를 들어, 에칭률 분포)는 피가공재 또는 챔버에 대해 대칭으로 작동하는 조절 특징들을 사용함으로써 균일한(또는 거의 균일한) 분포로 용이하게 보정될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 피가공재 전반에 걸친 (예를 들어)에칭률의 공간적 분포는 에칭률 분포가 챔버 또는 피가공재의 원통형 대칭에 대해 대칭이 되는 각도로 피가공재에 대해 오버헤드 플라즈마 소오스 동력 공급기를 기울임으로써 비대칭 분포로부터 대칭 분포로 변환된다. 예를 들어, 비대칭 방식으로 초기에 분포될 수 있는 에칭률은 피가공재 전반에 걸쳐서 중앙이 높거나 중앙이 낮은 에칭률 분포로 변환될 수 있다. 그 결과로 중앙이 높거나 중앙이 낮은 에칭률 분포는 오버헤드 소오스 동력 공급기의 외측부에 대해 오버헤드 소오스 동력 공급기의 내측부를 조절함으로써 완전 균일(또는 거의 균일)하게 된다. 바람직한 실시예에서, 소오스 동력 공급기는 (적어도)내측 반경 방향으로 대칭으로 감긴 전도체 코일 및 상기 내측 코일과 동심으로 외측 반경 방향으로 대칭으로 감긴 전도체 코일로 구성되는 유도 결합 소오스 동력 공급기이다. 일 실시예에서, 외측 코일에 대한 내측 코일의 조절은 피가공재에 대한 내측 및 외측 코일의 상이한 높이를 조절함으로써 수행된다.
도 1을 참조하면, 피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응로는 원통형 측벽(105), 천정(110) 및 바닥(115)에 의해 한정되는 진공 챔버(100)로 구성된다. 바닥(115) 위의 피가공재 지지 받침대(120)는 (예를 들어)반도체 웨이퍼 또는 석영 마스크인 피가공재(125)를 유지할 수 있다. 공정 가스 공급원(130)은 소정의 흐름비로 공정가스를 가스 분사 장치(135)를 통해 챔버(100)의 내측으로 공급하며, 상기 가스 분사 장치는 도시된 바와 같이 측벽(105)이나 천정(110)에 제공될 수 있다. 펌핑 환형대(140)는 피가공재 지지 받침대(120)와 측벽(105) 사이에 형성되며, 가스가 드로틀 밸브(150)의 제어하에서 챔버(100)로부터 상기 펌핑 환형대(140)를 거쳐 진공 펌프(145)로 배기된다. 플라즈마 RF 소오스 동력은 천정(110) 위에 놓이는 RF 플라즈마 소오스 동력 공급기(160)에 의해 챔버(100)의 내측으로 가스로 연결된다. 도 1에 도시된 바람직한 실시예에서, 소오스 동력 공급기(160)는 각각의 임피던스 정합회로(170,172)를 통해 각각의 RF 소오스 동력 발생기(166,168)에 의해 구동되는, 내측 RF 코일 또는 나선형 전도체 권선(162) 및 외측 RF 코일 또는 나선형 전도체 권선(164)으로 구성된다. RF 플라즈마 바이어스 동력은 임피던스 정합회로(185)를 통해 RF 바이어스 동력 발생기(180)에 의해 인가되는 바이어스 동력을 갖는, 피가공재 지지 받침대(120) 내측의 전극 또는 전도체 그리드(175)에 의해 플라즈마와 연결된다.
피가공재(125)의 표면 전반에 걸쳐서 플라즈마 공정의 균일 분포를 조절하기 위해서, 외측 코일(164)은 어떤 선택된 반경 방향 축선(즉, 챔버의 원통형 또는 수직한 대칭 축선(190)을 통해 그리고 수직하게 연장하는 축선) 주위에 회전될 수 있다. 이러한 특징의 하나의 장점으로서, 최적의 반경방향 축선 주위에서 최적의 각도로 수행된다면, 외측 코일(164)의 그러한 회전은 플라즈마 공정 변수(예를 들어, 에칭률)의 비대칭 불균일한 공간적 분포로부터 대칭의 불균일한 분포(즉, 대칭인 수직 또는 원통형 축선(190)에 대해 대칭)로 변경될 것이다. 이러한 기울임 회전에 대한 "최적" 반경 방향 축선 및 "최적" 각도는 다른 것들 중에도 특정 반응 챔버의 개개의 특성에 의존하며 피가공재의 처리 공정 이전에 경험적으로(예를 들어, 시도 및 에러 시험에 의해) 결정된다.
일단 에칭률 분포가 이러한 방식으로 대칭화되면, 그의 분균일함은 외측 코일(164)에 대한 내측 코일(162)의 효과를 조절함으로써 용이하게 보정된다. 바람직한 실시예에서, 이러한 조절은 다른 하나와 관련된 코일(162,164) 중의 하나에 대한 천정 위의 높이를 변경함으로써 수행될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 내측 코일(162)은 외측 코일(및 피가공재(125)와 전체 챔버(100))에 대해 대칭인 원통형 축선(190)을 따라 병진운동할 수 있다. 예를 들어 에칭률 분포가 통상적인 비대칭 분포로부터 대칭인 중앙이 높은 분포로 변경되면, 피가공재(125)의 중심 위로 플라즈마 이온 밀도를 감소시키도록 수직 상방향으로(천정(110)으로부터 이격되는) 내측 코일(162)을 병진운동시킴으로써 불균일도가 감소(또는 제거)된다. 역으로, 예 를 들어 에칭률 분포가 통상적인 비대칭 분포로부터 대칭의 중앙이 낮은 분포로 변환되면, 피가공재(125)의 중심 위로 플라즈마 이온 밀도를 증가시키도록 수직 하방향(천정(110)쪽)으로 내측 코일(162)을 병진운동시킴으로써 이러한 불균일도가 감소(또는 제거)된다.
다른 실시예에 있어서, 외측 코일에 대한 내측 코일의 효과를 조절하는 것은 상이한 코일(162,164)에 인간된 상대적인 RF 동력 베벨을 조절함으로써 수행된다. 이는 내측 코일(162)의 수직 병진운동에 추가되거나 대체될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 외측 코일(164)의 기울임 회전은 도 2a 및 도 2b에 도시된 편심 링(200)의 쌍, 즉 상부 링(202)과 하부 링(204)에 의한 극히 미세한 회전각에 걸친 매우 정밀한 제어로 수행된다. 외측 코일(164)은 상부 링(202)에 의해 지지되고 (바람직하게) 상부 링(202)에 의해 회전한다. 상부 링과 하부 링(202,204)은 수평에 대해 약간의 각도 "A"로 경사진 평면(206) 내에 분할된 단일 환형 링으로 형성된다고 생각될 수 있다. 두 개의 링(202,204) 중에 하나가 원통형 축선(190) 주위에서 다른 것에 대해 회전되므로, 상부 링(202)의 상부면은 도 2a의 최초 회전량으로부터 도 2b의 최대 회전량으로 경사진다. 이러한 목적을 위해, 두 개의 링(202,204)은 각각의 상부 및 바닥 회전 작동기(210,215)에 의해 원통형 축선(190) 주위에서 다른 하나와 독립적으로 회전된다. 어느 하나의 링(202,204)이 축선(190) 주위에서 어느 한 방향(시계 방향, 반시계 방향)으로 회전되는 반면에, 다른 하나의 링은 여전히 현 상태를 유지한다. 또한, 두 개의 링이 경사각으로의 가장 빠른 변경 중에 대향 회전 방향으로 동시에 회전될 수 있다. 또한, 경사 방향의 방위를 조절하기 위해, 두 개의 링(202,204)은 소정의 경사각이 설정된 이전이나 이후에 작동기(210,215)에 의해 일체로 동시에 회전될 수 있다. 따라서, 통상적인 시퀀스는 소정의 경사 각에 도달할 때까지 반대 방향으로 링(202,204)을 회전시킴으로써 소정의 경사각을 설정할 수 있으며, 그 후 경사 방향이 의도한 대로 지향될 때까지 동일한 방향으로 일체로 링(202,204)을 동시에(또는 비 동시에)회전시킴으로써 경사각의 방위각(예를 들어, 북쪽, 남쪽, 동쪽, 서쪽)을 설정할 수 있다.
도 1의 바람직한 실시예에서 단지 외측 코일(164)만이 상부 링(202)과 연결되지만, 다른 실시예에서는 내측 및 외측 코일(162,164) 모두가 기울임 작동기(210,215)에 의해 경사지도록 상부 링(202)에 연결된다.
내측 코일(162)의 축방향(수직) 병진운동(상향 또는 하향)은 도 1에 도시된 나사 구동 작동기(220)와 같은 기계식 작동기에 의해 수행된다. 나사 구동 작동기(220)는 비 전도성 재료로 형성될 수 있으며 내측 코일(162)에 연결되는 나사형성된 암형(female) 라이더(222) 및 상기 라이더(222)와 나사 결합되는 회전가능한 나사형성된 스크류(223)로 구성된다. 상기 스크류(223)는 수직의 병진운동 모터(224)에 의해 시계 방향 및/또는 반시계 방향으로 회전된다. 이와는 달리, 상기 작동기(220)는 코일(162) 위의 지지 구조물(도시않음) 상에 장착될 수 있다.
다른 실시예(그러나, 바람직하진 않음)에서, 상부 링(202)은 내측 및 외측 코일(162,164)을 모두 지지하여, 내측 및 외측 코일(162,164)은 함께 동시에 경사진다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 기본 공정을 나타낸다. 초기에, 외측 코일(162)은 도 3a에 도시된 바와 같이, 천정(110) 및 피가공재 지지대(120)의 평면에 대해 필연적인 레벨에 있다. 에칭률 분포는 도 4a에 도시한 바와 같이, 비대칭의 불균일한 패턴을 갖는 경향이 있다. 외측 코일(164)은 도 4a의 에칭률 불균일함의 비대칭 패턴을 도 4b의 불균일함의 대칭 분포로 변경시키기에 충분히 최적화된 특정 각도만큼 특정 반경 방향 축선 주위에서 기울여진다(도 3b). 그러한 축방향 대칭 분포(도 4b)는 (예를 들어)중앙이 높거나 중앙이 낮은 에칭률 분포를 반영한다. 이러한 불균일함은 도 3c에 나타낸 바와 같이, 수직 축선(190)을 따라 상향 또는 하향으로 내측 코일(162)을 병진운동시킴으로써 도 4c의 완전 균일한 분포를 생성하는 것을 감소 또는 제거할 수 있다. 바람직하게, 내측 코일(162)은 외측 코일(164)과 함께 기울어지지 않는다. 그러나, 양 코일(162,164)이 함께 기울어진다면, 내측 코일(162)의 상향/하향 병진운동은 원통형 축선(190)에 대해 약간의 각도를 갖는 궤적을 따라 수행될 것이다.
상부 및 하부 링(162,164)의 모든 가능한 회전 및 내측 코일(162)의 수직 병진운동의 모든 모드 또는 조합에 대한 탁월한 선택을 가능하게 하기 위해(즉, 외측 코일(164)의 원통형 축선 주위에서의 경사 및/또는 회전을 위해), 공정 제어기(250)는 각각의 회전 작동기(210,215) 및 병진 운동 작동기(220)뿐만 아니라 RF 발생기(166,168,180)를 독립적으로 제어한다.
도 5는 외측 코일(164)이 (도 1에서 처럼 상부 링(202) 상에 놓여진다기 보다는)상부 링(202)에 연결되는 지지대(255)의 바닥으로부터 현수되는 다른 대체 실 시예를 도시한다.
도 6은 내측 코일(162)과 외측 코일(164) 사이에 놓여지는 중간 코일(260)이 도입되는 다른 실시예를 도시하며, 상기 중간 코일은 임피던스 정합회로(264)를 통해 RF 소오스 동력 발생기(262)에 의해 독립 구동된다. 이러한 실시예는 플라즈마 발생 영역의 RF 동력 밀도 분포에 있어서 상이한 최대값과 최소값을 설정하기 위해 세 개의 코일 각각이 상이한 RF 위상으로 구동되는 본 발명의 공정에 따른 특정 단계를 수행하는데 사용될 수 있다. 이는 차례로, 피가공재(125)의 표면 전반에 걸친 에칭률 분포에 있어서 상이한 패턴을 반영한다. 예를 들어, 중간 코일(260)은 내측 및 외측 코일(162,164)로부터 180도 위상 반전되어 구동될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, (적어도)외측 코일(164)이 피가공재(125) 및 전체 챔버(100)에 대해 반경 방향 축선 주위에서 회전(기울어짐)되는 장치 및 방법을 참조하여 바람직한 실시예가 설명되었지만, 역작동도 유사한 결과를 달성하기 위해 수행될 수 있다. 특히, 피가공재(125)와 피가공재 지지대(120)는 외측 코일(164)을 기울이기 보다는(또는 추가하여) 소오스 동력 공급기(120)(및 전체 챔버(100))에 대해 기울어질 수 있다. 이러한 목적으로, 상부 링(362)과 하부 링(364)으로 구성되는 한 쌍의 (도 1의 링(162,164)과 동일한)동심의 편심 링(360)이 웨이퍼 지지 받침대(120)를 지지하도록 하부에 제공되어서, 받침대(120)는 외측 코일(164)과 관련하여 전술한 방식으로 기울어질 수 있다. 각각의 상부 및 하부 작동기(366,368)는 원통형 축선(190) 주위에서의 상부 링과 하부 링(362,364)의 회전을 별도로 제어한다.
도 7은 본 발명의 제 1 방법을 나타내는 흐름도이다. 제 1 단계(블록 400)는 비대칭 불균일 분포(도 4a)로부터 축방향 대칭 불균일 분포(도 4b)로 플라즈마 공정 변수(예를 들어, 에칭률)의 불균일 분포를 변경시키기 위해 챔버(100) 또는 피가공재(125)에 대해 RF 소오스 동력 공급기(160)(또는 적어도 공급기의 외측 또는 코일(164))를 기울이는 것이다. 제 2 단계(블록 402)는 공정 변수(예를 들어, 에칭률)의 축방향 대칭 불균일 분포(도 4b)를 균일 분포(도 4c)로 변형시키기 위해 외측 RF 소오스 동력 공급기(예를 들어, 외측 코일(164)) 또는 천정(110) 또는 피가공재(125)에 대해 내측 RF 소오스 동력 공급기(예를 들어, 내측 코일(162))를 수직으로 병진운동시키는 것이다.
도 8은 다수의 상이한 변형예를 포함하는 본 발명의 다른 방법을 나타내는 흐름도이다. 제 1 단계(블록 404)는 반경 방향 축선 주위에서 RF 소오스 동력 공급기(160)(또는 적어도 그의 외측 코일(164))를 회전(기울임)시키는 것이다. 하나의 변형예에서, 이러한 단계는 초기, 즉 생산된 피가공재의 처리(블록 404a) 이전에 수행된다. 이러한 단계는 챔버(100)의 기준면에 대해 소오스 동력 공급기(160)(또는 외측 코일(164))를 수평화하기 위해 수행될 수 있다(블록 404-a). 또한, 이러한 단계는 본 명세서에서 전술한 바와 같이, 원통형 축선(190) 주위에서 에칭률 분포를 대칭으로(또는 적어도 거의 그렇게) 하기 위해 수행될 수 있다(블록 404a-2). 또한 이러한 단계는 피가공재(125)의 평면에 대해 상기 코일(164)의 기준면을 지향시키도록 수행될 수 있다(블록 404a-3). 다른 변형예에 있어서, 이러한 단계는 처리 공정중에 연속으로 수행될 수 있다(블록 404b). 이와는 달리, 이 러한 단계는 비연속 또는 산발적으로 수행될 수 있다(블록 404c).
대체 실시예에 있어서, 블록 404 단계의 목적은 피가공재(125)의 평면에 대해 소오스 동력 공급기(160)(또는 적어도 그의 외측 코일(164))의 평면을 기울이고자 하는 것이며, 이 경우 어느 하나의 코일(164)이 (도 1의 회전 작동기(210,215)를 사용하여)기울어지거나 피가공재 지지대(120)가 (회전 작동기(366,368)를 사용하여)기울어진다. 또한, 다른 하나의 평면에 대한 하나의 평면의 소정의 상대 방위가 달성될 때까지 외측 코일(164)과 피가공재 지지대(120)를 동시에 기울이는 것도 가능하다. 전술한 바와 같이, 최적 방위는 에칭률과 같은 플라즈마 변수의 피가공제 전반에 걸친 분포가 대칭의 수직 축선(190)에 대해 적어도 거의 대칭인 하나의 방위이다. 이는 플라즈마 공정 변수 분포가 적어도 거의 균일하게 될 수 있도록 플라즈마 분포의 대칭 조정을 가능하게 한다. 그러한 대칭 조정은 내측 코일 및 외측 코일(162,164)의 상대 높이를 변경시키거나 예를 들어, 두 개의 코일에 인가된 상대적인 RF 동력 레벨의 변경 또는 상기 피가공재(125) 위에 놓이는 처리 영역의 내측 및 외측 부분들에 대한 각각의 공정 가스 흐름비에 있어서의 변경을 초래한다. 그러한 조정은 후술하는 몇몇 단계에서 수행된다.
다음 단계는 서로에 대해 또는 피가공재(125)에 대해 내측 및/또는 외측 RF 소오스 동력 공급기의 수직 레벨을 조절하는 것이다(블록 406). 이러한 단계는 본 명세서에서 전술한 바와 같이, 피가공재(125) 전반에 걸친 원통 대칭인 불균일 에칭률 분포를 균일한 분포(또는 거의 균일한 분포)로 변형시킬 목적으로 수행될 수 있다.
다음 단계는 처리 공정 중에 수직 축선 주위에서 RF 소오스 동력 공급기(160)(또는 적어도 그의 외측 코일 또는 부분(164))을 회전시키는 것이다(블록 408). 본 명세서에서 전술한 바와 같이, 그러한 단계는 두 개의 편심 링(202,204)을 일체로 동시에 회전시킴으로써 수행될 수 있다. 이러한 단계는 처리 공정 중에 연속적으로 수행될 수 있다(블록 40a). 이와는 달리, 이러한 단계는 처리 공정 중의 소정의 결과에 따라 비 연속적으로 또는 산발적으로 수행될 수 있다(블록 408b). 그러한 단계는 주어진 플라즈마 처리 단계 중에 다수의 회전에 걸쳐 피가공재(125)의 표면 전반의 소오스 동력 공급기(160)의 불균일 효과를 평균화할 수 있다. 소오스 동력 공급기(160)(또는 적어도 그의 외측부(164)는 기울임 작동 이전, 중에 또는 이후에 수행될 수 있다. 그 차이는 기울임에는 상부 및 하부 링(202,204)의 대칭 축선 주위에서의 상대적인 회전 운동을 필요로 하는 반면에, 외측 공급기부(164)에 의한 대칭 축선 주위에서의 순수 회전 운동에는 두 개의 링(202,204) 사이의 비 상대적인 운동에 따른 두 개의 링(202,204)의 일체적인 회전을 필요로 한다는 점이다. 이러한 두 개의 운동 모드는 두 형태의 상대적인 링 운동을 조합함으로써 동시에 수행될 수 있다. 외측 공급기부(164)가 이미 기울어져 있어 그의 대칭 축선이 수직 축선(190)과 일치하지 않더라도, (링(202,204)이 일체로 회전할 때)그의 회전 운동은 그럼에도 불구하고 수직 축선(190) 주위에서 발생하는 것과 같이 본 명세서에 정의된다.
다음 단계(블록 410)는 플라즈마 처리 변수(예를 들어, 에칭률)의 반경 방향 분포 또는 RF 소오스 동력 공급기(160)의 유효 면적을 제어하기 위해서 내측 및 외 측 코일(162,164)로 분배되는 각각의 RF 동력값을 조절하는 것일 수 있다. 하나의 가능한 예로서, 이러한 단계는 피가공재 표면 전반에 걸친 대칭의 불균일 에칭률 분포를 보정하도록 수행될 수 있다. 그와 같이, 이러한 단계는 전술한 바와 같이 내측 코일(162)의 수직 병진 운동으로 보완(또는 대체)될 수 있다.
다른 단계(블록 412)는 플라즈마 처리 변수(예를 들어, 에칭률)의 반경 방향 분포를 제어하기 위해 상이한(내측/외측) 소오스 동력 공급기부(예를 들어, 도 6의 다중의 동심 코일(162,164,260)) 사이의 RF 위상차를 조절하는 것일 수 있다. 상이한 RF 동력 분포는 다중 코일들 사이의 상이한 위상 관련성으로 달성될 수 있으며, 일부는 특정 예에 있어서 어떤 소정의 처리 결과에 최적일 수 있다.
최적인 다른 단계(블록 414)에서, 공정 가스 공급원(130,131)으로부터 내측 및 외측 가스 입구(130a,131a)(도 6에 도시)로의 공정 가스 흐름비가 플라즈마 이온 밀도의 반경방향 분포를 조절하도록 서로에 대해 조절될 수 있다. (내측 및 외측 코일(162,164)의 상대적인 축방향 위치를 조절하는)블록 406, (내측 및 외측 코일(162,164)로 인가되는 상대적인 RF 동력 레벨을 조절하는)블록 410 및 (내측 및 외측 코일(162,164)로의 상대적인 가스 흐름비를 조절하는)블록 414는 수직 축선(190)에 대해 모두 대칭이며(도 1), 에칭률 분포가 블록 404의 기울임 단계에 의해 대칭적인 것으로 변형되었다면 (예를 들어)에칭률 분포를 균일하게 하는데 사용될 수 있다.
본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명되었지만, 본 발명의 변형 및 변경예들이 본 발명의 진정한 사상과 범주로부터 이탈함이 없이 창안될 수 있다고 이해해야 한다.

Claims (20)

  1. 피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응로로서,
    천정을 포함하는 외피와 상기 천정에 일반적으로 수직한 대칭 수직 축선을 가지는 외피, 상기 천정과 일반적으로 대향되게 상기 챔버의 내측에 놓이는 피가공재 지지 받침대, 상기 챔버에 연결되는 공정 가스 분사 장치, 및 상기 챔버에 연결되는 진공 펌프를 포함하는 처리 챔버와,
    내측 반경 방향 공급기부와 외측 반경 방향 공급기부 및 상기 내측 및 외측 반경 방향 공급기부에 연결되는 RF 동력 장치를 가지며 상기 천정의 위에 놓이는 플라즈마 소오스 동력 공급기, 및
    적어도 상기 외측 공급기부를 지지하며 대칭 축선에 대해 수직인 반경 방향 축선 주위에서 적어도 상기 외측 반경 방향 공급기부를 기울일 수 있고 대칭 축선 주위에서 적어도 상기 외측 반경 방향 공급기부를 기울일 수 있는 기울임 장치를 포함하는,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 대칭 수직 축선을 따라 서로에 대해 내측 및 외측 반경방향 공급기부의 위치를 변경시킬 수 있는 상승 장치를 더 포함하는,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응로.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 상승 장치는 상기 대칭 수직 축선을 따라 상기 내측 공급기부를 상승 및 하강시키는 리프트 작동기를 포함하는,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기울임 장치는 ,
    상기 천정 위에 놓이며 경사면을 따라 서로로부터 분리되는, 상부 링과 하부 링을 포함하는 한 쌍의 링을 분할되는 링, 및
    상기 상부 링과 하부 링 중의 적어도 하나를 회전시키도록 연결되는 링 회전 작동기를 포함하는,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응로.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 링 회전 작동기는 상기 대칭 수직 축선 주위에서 상기 상부 링을 회전 시키는 제 1 링 회전 작동기, 및 상기 상부 링의 회전과 무관하게 상기 수직 축선 주위에서 상기 하부 링을 회전시키는 제 2 링 회전 작동기를 포함하는,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응로.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 대칭 수직 축선을 따라 상기 내측 공급기부를 상승 및 하강시키는 리프트 작동기, 및
    상기 리프트 작동기, 상기 제 1 및 제 2 링 회전 작동기, 및 상기 RF 동력 장치를 관리하는 제어 프로세서를 더 포함하는,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응로.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 RF 장치는 상기 내측 및 외측 작동기부의 각각의 하나에 연결되는 독립 제어가능한 RF 동력 출력측을 포함하며, 상기 제어 프로세서는 상기 내측 및 외측 작동기부에 인가되는 RF 동력의 상대적인 양을 변경시키도록 프로그램가능한,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응로.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 소오스 동력 공급기는 상기 내측 및 외측 공급기부들 사이에 중간 공급기부를 더 포함하며, 상기 RF 동력 장치는 상기 중간 동력 공급기부로 연결되는 다른 독립적인 RF 동력 출력측을 더 포함하는,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응로.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 중간 공급기부는 상기 외측 공급기부와 함께 회전되도록 상기 상부 회전 링에 결합되는,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응로.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 기울임 장치는 상기 내측 및 외측 공급기부를 모두 지지함으로써 상기 내측 및 외측 공급기부가 상기 기울임 장치에 의해 함께 기울어질 수 있는,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응로.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 피가공재 지지 받침대를 지지하며 상기 피가공재 지지 받침대를 반경 방향 기울임 축선 주위에서 회전시키고 상기 피가공재 지지 받침대를 상기 수직 축선 주위에서 회전시킬 수 있는 제 2 기울임 장치를 더 포함하는,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응로.
  12. 피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응로로서,
    천정을 포함하는 외피와 상기 천정에 일반적으로 수직한 대칭 수직 축선을 가지는 외피, 상기 천정과 일반적으로 대향되게 상기 챔버의 내측에 놓이는 피가공재 지지 받침대, 상기 챔버에 연결되는 공정 가스 분사 장치, 및 상기 챔버에 연결되는 진공 펌프를 포함하는 처리 챔버와,
    내측 반경 방향 공급기부와 외측 반경 방향 공급기부 및 상기 내측 및 외측 반경 방향 공급기부에 연결되는 RF 동력 장치를 가지며 상기 천정의 위에 놓이는 플라즈마 소오스 동력 공급기, 및
    적어도 상기 피가공재 지지 받침대를 지지하며 대칭 축선에 대해 수직인 반경 방향 축선 주위에서 적어도 상기 피가공재 지지 받침대를 기울일 수 있고 대칭 축선 주위에서 적어도 상기 피가공재 지지 받침대를 기울일 수 있는 기울임 장치를 포함하는,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응로.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 대칭 수직 축선을 따라 서로에 대해 내측 및 외측 반경방향 공급기부의 위치를 변경시킬 수 있는 상승 장치를 더 포함하는,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응로.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 기울임 장치는 ,
    경사면을 따라 서로로부터 분리되는, 상부 링과 하부 링을 포함하는 한 쌍의 링을 분할되는 링, 및
    상기 상부 링과 하부 링 중의 적어도 하나를 회전시키도록 연결되는 링 회전 작동기를 포함하는,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응로.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 링 회전 작동기는 상기 대칭 수직 축선 주위에서 상기 상부 링을 회전시키는 제 1 링 회전 작동기, 및 상기 상부 링의 회전과 무관하게 상기 수직 축선 주위에서 상기 하부 링을 회전시키는 제 2 링 회전 작동기를 포함하는,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응로.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 대칭 수직 축선을 따라 상기 내측 공급기부를 상승 및 하강시키는 리프트 작동기, 및
    상기 리프트 작동기, 상기 제 1 및 제 2 링 회전 작동기, 및 상기 RF 동력 장치를 관리하는 제어 프로세서를 더 포함하는,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응로.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 RF 장치는 상기 내측 및 외측 작동기부의 각각의 하나에 연결되는 독립 제어가능한 RF 동력 출력측을 포함하며, 상기 제어 프로세서는 상기 내측 및 외측 작동기부에 인가되는 RF 동력의 상대적인 양을 변경시키도록 프로그램가능한,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응로.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제어 프로세서는 소정의 양만큼 상기 내측 공급기부의 수직 고도를 변 경하도록 프로그램가능한,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응로.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 소오스 동력 공급기는 상기 내측 및 외측 공급기부들 사이에 중간 공급기부를 더 포함하며, 상기 RF 동력 장치는 상기 중간 동력 공급기부로 연결되는 다른 독립적인 RF 동력 출력측을 더 포함하는,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응로.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 중간 공급기부는 상기 기울임 장치에 연결되는,
    피가공재를 처리하기 위한 플라즈마 반응로.
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