KR20090082493A - 고속 가스 스위칭 플라즈마 프로세싱 장치 - Google Patents
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Abstract
전극을 갖는 플라즈마 한정 구역을 갖는 플라즈마 챔버가 제공된다. 제 1 가스 및 제 2 가스를 제공하기 위한 가스 분배 시스템이 플라즈마 챔버에 연결되고, 여기서 가스 분배 시스템은 플라즈마 영역 내의 일 가스를 1s 미만의 기간 내에 다른 가스로 실질적으로 대체할 수 있다. 제 1 주파수 범위에서 전극에 전력을 제공하기 위한 제 1 주파수 튜닝된 RF 전원은 적어도 하나의 전극에 전기적으로 연결되고, 여기서 제 1 주파수 튜닝된 RF 전력 소스는 반사된 RF 전력을 최소화할 수 있다. 제 2 주파수 범위에서 플라즈마 챔버에 전력을 제공하기 위한 제 2 주파수 튜닝된 RF 전원은 제 1 주파수 범위 외에 있고, 여기서 제 2 주파수 튜닝된 RF 전원은 반사된 RF 전력을 최소화할 수 있다.
플라즈마 프로세싱 챔버, 가스 분새 시스템, 주파수 튜닝, RF 전원
Description
기술 배경
반도체 구조물은 플라즈마 프로세싱 챔버, 챔버 안으로 프로세스 가스를 공급하는 가스 소스, 및 프로세스 가스로부터 플라즈마를 생성하는 에너지 소스를 포함하는 플라즈마 프로세싱 장치 내에서 프로세싱된다. 반도체 구조물은 이러한 장치 내에서 건식 에칭 프로세스, 증착 프로세스 (예를 들어, 금속, 유전체 및 반도체 재료의 화학적 기상 증착 (CVD), 물리적 기상 증착, 또는 플라즈마-강화된 화학적 기상 증착 (PECVD)) 및 레지스트 스트리핑 프로세스를 포함하는 기술에 의해 프로세싱된다. 상이한 프로세스 가스가 이들 프로세싱 기술, 및 반도체 구조물의 상이한 재료의 프로세싱에 이용된다.
개요
이를 달성하기 위해, 그리고 본 발명의 목적에 따라 플라즈마 웨이퍼 프로세싱 기구가 제공된다. 체적을 갖는 플라즈마 한정 구역 및 적어도 하나의 전극을 갖는 플라즈마 챔버가 제공된다. 제 1 가스 및 제 2 가스를 제공하기 위한 가스 분배 시스템이 플라즈마 챔버에 연결되고, 여기서 가스 분배 시스템은 플라즈마 한정 구역 내의 제 1 가스 및 제 2 가스 중 일 가스를 1 s 미만의 기간 내에 제 1 가스 및 제 2 가스 중 다른 가스로 실질적으로 대체할 수 있고, 여기서 제 1 가 스로부터 플라즈마 한정 구역 내에 형성된 제 1 플라즈마가 제 1 임피던스 부하를 제공하며, 제 2 가스로부터 플라즈마 한정 구역 내에 형성된 제 2 플라즈마가 제 1 임피던스 부하와 상이한 제 2 임피던스 부하를 제공한다. 적어도 하나의 전극에 제 1 주파수 범위 내에서 전력을 제공하기 위한 제 1 주파수 튜닝된 RF 전원이 적어도 하나의 전극에 전기적으로 접속되고, 여기서 제 1 주파수 튜닝된 RF 전원은 반사된 RF 전력을 수신하고 출력 RF 주파수를 튜닝하여 반사된 RF 전력을 최소화 할 수 있다. 플라즈마 챔버에 제 2 주파수 범위에서 전력을 제공하기 위한 제 2 주파수 튜닝된 RF 전원은 제 1 주파수 범위 외의 범위에 이르고, 여기서 제 2 주파수 튜닝된 RF 전원은 반사된 RF 전력을 수신하고 출력 RF 주파수를 튜닝하여 반사된 RF 전력을 최소화 할 수 있다.
본 발명의 다른 명시에서 플라즈마 프로세싱 장치가 제공된다. 약 1/2 리터 내지 4 리터의 내부 체적과 내측 구역 및 외측 구역을 갖는 샤워헤드 전극 어셈블리를 포함하는 플라즈마 프로세싱 챔버가 제공된다. 가스 분배 시스템은 샤워헤드 전극 어셈블리의 내측 구역 및 외측 구역과 유체 소통하고, 여기서 가스 분배 시스템은 플라즈마 한정 구역 내의 제 1 프로세스 가스 또는 제 2 프로세스 가스를 약 1 s 미만의 기간 내에 제 1 프로세스 가스 또는 제 2 프로세스 가스 중 다른 가스로 실질적으로 대체하도록 동작 가능하다. 가스 분배 시스템은, 제 1 프로세스 가스 및 제 2 프로세스 가스를 제공하는 가스 공급 시스템, 가스 공급 시스템과 유체 소통하여 제 1 프로세스 가스의 흐름을 제 1 프로세스 가스의 내측 구역 흐름 및 제 1 프로세스 가스의 외측 구역 흐름으로 분할하고, 제 2 프로세스 가 스의 흐름을 제 2 프로세스 가스의 내측 구역 흐름 및 제 2 프로세스 가스의 외측 구역 흐름으로 분할하는 흐름 제어 시스템, 및 흐름 제어 시스템과 가스 분배 부재의 내측 구역과 가스 분배 부재의 외측 구역 사이에 유체 접속하는 스위칭부로서, 스위칭부는, 가스 분배 부재의 내측 구역으로의 흐름을 제 1 프로세스 가스의 내측 구역 흐름과 제 2 프로세스 가스의 내측 구역 흐름 간에 스위칭하고, 가스 분배 부재의 외측 구역으로의 흐름을 제 1 프로세스 가스의 외측 구역 흐름과 제 2 프로세스 가스의 외측 구역 흐름 간에 스위칭한다. 제 1 주파수 튜닝된 RF 전원은 제 1 주파수 범위 내에서 플라즈마 프로세싱 장치에 전력을 제공하기 위한 것으로서, 제 1 주파수 튜닝된 RF 전원은 반사된 RF 전력을 수신하고 출력 RF 주파수를 튜닝하여 반사된 RF 전력을 최소화 할 수 있다. 제 2 주파수 튜닝된 RF 전원은 제 1 주파수 범위 외의 제 2 주파수 범위에서 플라즈마 프로세싱 장치에 전력을 제공하기 위한 것으로서, 제 2 주파수 튜닝된 RF 전원은 반사된 RF 전력을 수신하고 출력 RF 주파수를 튜닝하여 반사된 RF 전력을 최소화 할 수 있다.
본 발명의 다른 명시에서, 플라즈마 프로세싱 챔버 내에서 반도체 구조물을 프로세싱하는 방법이 제공된다. a) 제 1 프로세스 가스를 플라즈마 프로세싱 챔버 안으로 공급하는 동안 제 2 프로세스 가스를 바이-패스 라인으로 전환하고, 플라즈마 프로세싱 챔버는 적어도 하나의 층 및 이 층 위에 놓이는 패터닝된 레지스트 마스크를 포함하는 반도체 기판을 포함한다. b) 제 1 프로세스 가스를 에너자이징하여 제 1 임피던스 부하를 갖는 제 1 플라즈마를 생성하고, (i) 층 내에 적어도 하나의 피처 (feature) 를 에칭하거나 (ii) 마스크 상에 폴리머 증착물을 형성한다. c) 제 1 임피던스 부하를 매칭하기 위해 제 1 RF 전원을 제 1 주파수로 튜닝한다. d) 제 1 임피던스 부하를 매칭하기 위해 제 2 RF 전원을 제 1 주파수와 상이한 제 2 주파수로 튜닝한다. e) 제 1 프로세스 가스를 바이-패스 라인으로 전환하는 동안 제 2 프로세스 가스는 플라즈마 프로세싱 챔버 안으로 공급되도록, 제 1 프로세스 가스 및 제 2 프로세스 가스의 흐름이 스위칭되고, 제 1 프로세스 가스는 약 1 s 미만의 기간 내에 제 2 프로세스 가스에 의해 플라즈마 프로세싱 챔버의 플라즈마 한정 구역 내에서 실질적으로 대체된다. f) 제 2 프로세스 가스는 에너자이징되어 제 1 임피던스 부하와는 상이한 제 2 임피던스 부하를 갖는 제 2 플라즈마를 생성하고, (ⅲ) 층 내에 적어도 하나의 피처를 에칭하거나 (ⅳ) 층과 마스크 상에 폴리머 증착물을 형성한다. g) 제 2 임피던스 부하를 매칭하기 위해, 제 1 RF 전원을 제 1 주파수 및 제 2 주파수와 상이한 제 3 주파수로 튜닝한다. h) 제 2 임피던스 부하를 매칭하기 위해, 제 2 RF 전원을 제 1, 제 2, 및 제 3 주파수와 상이한 제 4 주파수로 튜닝한다. i) 제 1 프로세스 가스가 플라즈마 프로세싱 챔버 안으로 공급되는 동안 제 2 프로세스 가스를 바이-패스 라인으로 전환하도록, 제 1 프로세스 가스 및 제 2 프로세스 가스의 흐름이 스위칭되고, 제 2 프로세스 가스는 약 1 s 미만의 기간 내에 제 1 프로세스 가스에 의해 플라즈마 프로세싱 챔버의 플라즈마 한정 구역에서 실질적으로 대체된다. j) 반도체 기판에 대해 b) 내지 i) 를 복수 회 반복한다.
본 발명의 이들 및 다른 특징들은 다음의 도면을 참조하고 이하의 본 발명의 상세한 설명에서 더욱 상세히 설명될 것이다.
도면의 간단한 설명
본 발명은 첨부된 도면의 그림에서 제한적 방식이 아닌 예시적 방식으로 나타내어지며, 첨부 도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.
도 1 은 가스 분배 시스템의 바람직한 실시형태가 함께 이용될 수 있는 플라즈마 프로세싱 장치의 예시적인 실시형태의 단면도이다.
도 2 는 가스 분배 시스템의 바람직한 실시형태를 나타낸다.
도 3 은 가스 분배 시스템의 가스 공급부의 바람직한 실시형태를 도시한다.
도 4 는 가스 분배 시스템의 흐름 제어부의 바람직한 실시형태를 도시한다.
도 5 는 가스 분배 시스템의 가스 스위칭부의 제 1 바람직한 실시형태를 도시한다.
도 6 은 가스 분배 시스템의 가스 스위칭부의 제 2 바람직한 실시형태를 도시한다.
도 7 은 가스 분배 시스템의 가스 스위칭부의 제 3 바람직한 실시형태를 도시한다.
상세한 설명
반도체 기판 (예를 들어, 실리콘 웨이퍼) 상에 형성된 반도체 디바이스와 같은 반도체 재료를 프로세싱하기 위한 플라즈마 프로세싱 장치는 플라즈마 프로세싱 챔버 및 플라즈마 프로세싱 챔버 안으로 프로세스 가스를 공급하는 가스 분배 시스템을 포함한다. 가스 분배 시스템은 플라즈마 프로세싱 동안 기판의 표면에 걸 친 단일 구역 또는 다수의 구역으로 가스를 분배할 수 있다. 가스 분배 시스템은 구역으로의 동일 또는 상이한 프로세스 가스, 또는 가스 혼합물의 유량을 제어하도록 흐름 제어기를 포함할 수 있고, 이에 의해 프로세스 중에 기판에 걸친 가스 흐름 균일도 및 가스 조성의 균일도를 조정할 수 있도록 한다.
다수-구역 가스 분배 시스템이 단일-구역 시스템과 비교하여 개선된 흐름 제어를 제공할 수 있을 지라도, 가스 조성 및/또는 가스 흐름이 짧은 기간 내에 변화될 수 있는 기판 프로세싱 동작을 가능하게 하는 구성을 갖는 시스템을 제공하는 것이 바람직할 수도 있다.
가스 분배 시스템은 상이한 가스 조성 및/또는 유량을 챔버에 공급하기 위해 제공된다. 바람직한 실시형태에서, 가스 분배 시스템은 플라즈마 프로세싱 장치의 플라즈마 프로세싱 챔버와 같은 진공 챔버의 내부와 유체 소통되고, 프로세싱 동작 동안 상이한 가스 화학물질 및/또는 가스 유량을 진공 챔버에 공급하는 성능을 제공하도록 구성된다. 플라즈마 프로세싱 장치는, RF 에너지, 마이크로파 에너지, 자기장 등을 이용하여 플라즈마를 생성하는 에너지 소스를 포함하는 저-밀도, 중-밀도 또는 고-밀도 플라즈마 리액터 (reactor) 일 수 있다. 예를 들어, 고-밀도 플라즈마는 유도 결합 플라즈마 리액터, ECR (electron-cyclotron resonance) 플라즈마 리액터, 용량형 방전 등으로 알려진 TCPTM (transformer coupled plasma) 리액터에서 생성될 수 있다. 가스 분배 시스템의 바람직한 실시형태가 이용될 수 있는 예시적인 플라즈마 리액터는, 미국 캘리포니아의 프레몬 트에 위치한 Lam Research Corporation 으로부터 이용 가능한 2300 ExcelanTM 플라즈마 리액터와 같은 ExcelanTM 플라즈마 리액터를 포함할 수 있다. 플라즈마 에칭 프로세스 동안, 다수의 주파수가 전극 및 정전척을 통합하는 기판 지지부에 인가될 수 있다. 대안적으로, 듀얼-주파수 플라즈마 리액터에서, 상이한 주파수는 기판으로부터 이격된, 샤워헤드 전극과 같은 전극 및 기판 지지부에 인가될 수 있다.
가스 분배 시스템의 바람직한 실시형태는, 단일 구역 또는 다수의 구역, 바람직하게, 프로세싱될 기판의 노출된 면에 인접한 가스 분배 부재의 적어도 내측 구역 및 외측 구역을 통해 플라즈마 프로세싱 챔버와 같은 진공 챔버의 내부로 제 1 가스를 공급할 수 있다. 내측 구역 및 외측 구역은 방사형으로 이격되고, 바람직하게 플라즈마 프로세싱 챔버 내에서 서로 격리된 흐름이다. 가스 분배 시스템은 제 1 가스와 상이한 제 2 가스를 진공 챔버 바이-패스 라인으로 동시에 전환할 수 있다. 바이-패스 라인은 진공 펌프 등과 유체 소통할 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 제 1 가스는 제 1 프로세스 가스이고 제 2 가스는 상이한 프로세스 가스이다. 예를 들어, 제 1 가스는 제 1 에칭 가스 화학물질 또는 증착 가스 화학물질 일 수 있고, 제 2 가스는 상이한 에칭 가스 화학물질 또는 증착 가스 화학물질 일 수 있다. 가스 분배 시스템은, 상이하게 제어된 유량의 제 1 가스를 제 2 가스가 바이-패스 라인으로 전환되는 동안에 내측 구역 및 외측 구역 각각으로 제공할 수 있고, 그 반대의 경우도 가능하다. 이들 가스들 중 하나의 가스를 바이-패스 라인으로 전환함으로써, 진공 챔버에 공급되는 가스의 변경은 짧은 기간 내에 달성될 수 있다.
가스 분배 시스템은, 단일 구역을 포함하거나 다수의 구역을 포함하는 진공 챔버의 내부에 공급되는 제 1 가스와 제 2 가스 간에 짧은 기간 내에 가스 스위칭 또는 가스 변경을 가능하게 하는 스위칭 디바이스를 포함한다. 다수-구역 시스템에 있어서, 가스 분배 시스템은 제 2 가스가 바이-패스 라인으로 전환되는 동안에 제 1 가스를 내측 구역 및 외측 구역에 공급하고, 그 다음에 제 1 가스가 바이-패스 라인으로 전환되는 동안에 제 2 가스가 내측 구역 및 외측 구역에 공급되도록 짧은 기간 내에 가스 분배를 스위칭 할 수 있다. 가스 분배 시스템은, 상이한 가스 화학물질을 이용하는 상이한 프로세싱 동작들 (예를 들어, 반도체 디바이스의 프로세싱 방법의 교대 단계들) 사이에서 빠른 변경을 가능하게 하는 원하는 기간 동안 각각 제 1 가스 및 제 2 가스를 진공 챔버의 내부로 교대로 공급할 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 방법 단계들은 상이한 에칭 단계들, 예를 들어 주요 에칭과 같은 고속 에칭 단계, 및 오버 에칭 단계와 같은 상대적으로 저속 에칭 단계; 에칭 단계 및 재료 증착 단계; 또는 기판 위에 상이한 재료를 증착하는 상이한 재료 증착 단계들일 수 있다.
가스 분배 시스템의 바람직한 실시형태에서, 진공 챔버 내의 한정된 영역, 바람직하게 플라즈마 한정 구역 내의 가스 조성물의 체적은 짧은 기간 내에 진공 챔버 안으로 유입된 다른 가스 조성물에 의해 대체 (즉, 플러싱 아웃) 될 수 있다. 바람직하게, 이러한 가스 대체는 가스 분배 시스템 내에 고속 스위칭 능력을 갖 는 밸브를 제공함으로써 약 1 s 미만, 더 바람직하게는 약 200 ms 미만 내에 달성될 수 있다. 플라즈마 한정 구역은 200 mm 또는 300 mm 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 플라즈마 프로세싱 챔버에서 약 1/2 리터 내지 약 4 리터의 가스 체적을 가질 수 있다. 플라즈마 한정 구역은, 공유인 (commonly-owned) 미국특허 제 5,534,751 호에 개시된 바와 같이 한정 링의 스택에 의해 정의될 수 있으며, 그 전체가 참조로서 본 명세서에 통합될 수 있다.
도 1 은 가스 분배 시스템 (100) 의 실시형태가 이용될 수 있는 예시적인 반도체 재료 플라즈마 프로세싱 장치 (10) 를 도시한다. 이 장치 (10) 는, 플라즈마 프로세싱 동안 기판 (16) 이 지지되는 기판 지지부 (14) 를 포함하는 내부를 갖는 진공 챔버 또는 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 를 포함한다. 기판 지지부 (14) 는, 프로세싱 동안 기판 지지부 (14) 상의 기판 (16) 을 클램핑하도록 동작 가능한 클램핑 디바이스, 바람직하게는 정전척 (18) 을 포함한다. 기판은, 그 전체가 참조로서 본 명세서에 통합되는 공유인 미국 공개특허공보 제 2003/0029567 호에 개시된 부분과 같이 포커스 링 및/또는 에지 링, 그라운드 연장부 또는 다른 부분들에 의해 둘러싸일 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 는 약 1/2 리터 내지 약 4 리터, 바람직하게는 약 1 리터 내지 약 3 리터의 체적을 갖는 플라즈마 한정 구역을 포함한다. 예를 들어, 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 는, 그 전체가 참조로서 본 명세서에 통합되는 공유인 미국특허번호 제 5,534,751 호에 개시된 바와 같이 플라즈마 한정 구역을 정의하는 한정 링 배열을 포함할 수 있다. 가스 분 배 시스템은, 실질적인 역확산 (back diffusion) 없이 약 1 s 미만, 바람직하게는 약 200 ms 미만의 기간 내에 플라즈마 한정 구역 내의 이러한 체적의 가스를 다른 가스로 대체할 수 있다. 한정 링 (120) 과 같은 한정 메커니즘은, 플라즈마 체적으로부터 유체 소통을 플라즈마 체적의 바깥 쪽에 있는 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 의 내부의 부분들로 제한할 수 있다.
기판 (16) 은 실리콘 웨이퍼와 같은 기본 재료; 기본 재료 위에서 프로세싱 (예를 들어, 에칭) 될 재료의 중간층; 및 중간층 위의 마스킹층을 포함할 수도 있다. 중간층은 도전체, 유전체, 또는 반도체 재료일 수도 있다. 마스킹층은, 중간층 및/또는 하나 이상의 다른 층들 내에 원하는 피처 (예를 들어, 홀, 비아 및/또는 트렌치) 를 에칭하기 위해 개구 패턴을 갖는 패터닝된 포토레지스트 재료일 수 있다. 기판은, 기본 재료상에 형성된 반도체 디바이스의 유형에 따라 기본층과 마스킹층 사이에 도전체, 유전체, 또는 반도체 재료의 추가층을 포함할 수 있다.
프로세싱될 수 있는 예시적인 유전체 재료들은, 예를 들어, 플루오로화 실리콘 옥사이드와 같은 도핑된 실리콘 옥사이드; 실리콘 다이옥사이드와 같은 도핑되지 않는 실리콘 옥사이드; 스핀-온 글래스; 실리케이트 글래스; 도핑 또는 도핑되지 않은 열 실리콘 옥사이드; 및 도핑 또는 도핑되지 않은 TEOS 증착된 실리콘 옥사이드이다. 이러한 유전체 재료는, 다결정 실리콘과 같은 도전체 또는 반도체층; 알루미늄, 구리, 티타늄, 텅스텐, 몰리브덴 및 그 합금과 같은 금속; 티타늄 질화물과 같은 질화물; 및 티타늄 규화물, 텅스텐 규화물 및 몰리브덴 규화물과 같 은 금속 규화물들 위에 놓일 수 있다.
도 1 에 도시된 예시적인 플라즈마 프로세싱 장치 (10) 는, 플라즈마 챔버의 벽을 형성하는 지지판 (20), 및 지지판에 부착된 샤워헤드를 갖는 샤워헤드 (22) 전극 어셈블리를 포함한다. 배플 (baffle) 어셈블리가 샤워헤드 (22) 와 지지판 (20) 사이에 배치되어, 샤워헤드의 후면 (28) 에 프로세스 가스를 균일하게 분배한다. 배플 어셈블리는 하나 이상의 배플판을 포함할 수 있다. 실시형태에서, 배플 어셈블리는 배플판들 (30A, 30B, 및 30C) 을 포함한다. 개방 플레넘들 (48A, 48B 및 48C) 은 배플판들 (30A, 30B, 및 30C) 사이; 및 배플판 (30C) 과 샤워헤드 (22) 사이에서 정의된다. 배플판들 (30A, 30B 및 30C) 및 샤워헤드 (22) 는 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 의 내부로 프로세스 가스를 흐르게하기 위한 관통로 (through passage) 를 포함한다.
제 1 주파수 튜닝된 RF 전원 (104) 은 제어기 (500) 에 제어 가능하게 접속되고, 제 1 기계적 매치 박스 (106) 를 통해 샤워헤드 전극 (22) 에 전력을 제공한다. 제 1 주파수 튜닝된 RF 전원 (104) 은 가변 주파수를 제공하고, 본 실시형태에서 가변 주파수는 1.7 MHz 내지 2.2 MHz 의 범위에 이르므로, 2 MHz 는 가변 주파수 범위 내에 놓인다. 제 1 주파수 튜닝된 RF 전원은 출력 전력을 수신하고 반사된 RF 전력을 측정하여, 1.7 MHz 내지 2.2 MHz 의 주파수 범위에서 주파수를 변화시켜, 제 1 주파수 튜닝된 RF 전원 (104) 으로부터 반사된 RF 전력을 최소화하도록 형성된다.
제 2 주파수 튜닝된 RF 전원 (108) 은 제어기 (500) 에 제어 가능하게 접속 되고, 제 2 기계적 매치 박스 (110) 를 통해 샤워헤드 전극 (22) 에 전력을 제공한다. 제 2 주파수 튜닝된 RF 전원 (108) 은 가변 주파수를 제공하고, 본 실시형태에서 가변 주파수는 26.7 MHz 내지 27.2 MHz 범위에 이르므로, 27 MHz 는 가변 주파수 범위 내에 놓인다. 제 2 주파수 튜닝된 RF 전원은 출력 전력을 수신하고 반사된 RF 전력을 측정하여, 26.7 MHz 내지 27.2 MHz 의 주파수 범위에서 주파수를 변화시켜, 제 2 주파수 튜닝된 RF 전원 (108) 으로부터 반사된 RF 전력을 최소화하도록 형성된다.
제 3 주파수 튜닝된 RF 전원 (112) 은 제어기 (500) 에 제어 가능하게 접속되고, 제 3 기계적 매치 박스 (114) 를 통해 샤워헤드 전극 (22) 에 전력을 제공한다. 제 3 주파수 튜닝된 RF 전원 (112) 은 가변 주파수를 제공하고, 본 실시형태에서 가변 주파수는 59.7 MHz 내지 60.2 MHz 범위에 이르므로, 60 MHz 는 가변 주파수 범위 내에 놓인다. 제 3 주파수 튜닝된 RF 전원 (112) 은 출력 전력을 수신하고 반사된 RF 전력을 측정하여, 59.7 MHz 내지 60.2 MHz 의 주파수 범위에서 주파수를 변화시켜, 제 3 주파수 튜닝된 RF 전원 (112) 으로부터 반사된 RF 전력을 최소화하도록 형성된다.
본 실시예에서, 제 1, 제 2, 및 제 3 주파수 튜닝된 RF 전원은 0.5 MHz 의 범위에 걸쳐 주파수를 변화시켜, RF 튜닝을 제공한다. 다른 실시형태에서, 주파수 튜닝된 RF 전원은 2 MHz 미만의 범위에 걸쳐 주파수를 변화시킨다. 더 바람직하게, 주파수 튜닝된 RF 전원은 1 MHz 미만의 범위에 걸쳐 주파수를 변화시킨다. 튜닝 범위는 반사된 전력을 최소화할 만큼 충분히 커야 하고, 고속 튜닝을 허용할 만큼 충분히 작아야 한다.
본 실시형태에서, 판 (20) 과 배플판 (30A) 사이의 플레넘, 및 배플판들 (30A, 30B 및 30C) 사이의 플레넘들 (48A, 48B 및 48C) 은 O-링과 같은 실들 (38a, 38b, 38c 및 38d) 에 의해 내측 구역 (42) 및 외측 구역 (46) 으로 분할된다. 바람직하게는 제어기 (500) 의 제어 하에서, 내측 구역 (42) 및 외측 구역 (46) 에는 가스 분배 시스템 (100) 에 의해 상이한 개별 가스 화학물질 및/또는 유량을 갖는 프로세스 가스가 공급될 수 있다. 내측 구역 가스 공급기 (40) 에서 내측 구역 (42) 안으로 가스가 공급되고, 외측 구역 가스 공급기 (44) 에서 고리 모양의 채널 (44a) 안으로 가스가 공급된 후 외측 구역 (46) 으로 공급된다. 배플판들 (30A, 30B 및 30C) 및 샤워헤드 (22) 내의 통로를 통해 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 의 내부로 프로세스 가스가 흘러 들어간다.
다른 바람직한 실시형태에서, 플라즈마 프로세싱 장치 (10) 는 플라즈마 프로세싱 챔버 안으로 프로세스 가스를 주입하기 위한 가스 주입 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 가스 주입 시스템은, 공유인 미국특허출원 제 09/788,365 호, 미국특허출원 제 10/024,208 호, 미국특허 제 6,013,155 호, 또는 미국특허 제 6,270,862 호에 개시된 바와 같은 구성을 가질 수 있으며, 그 전체가 참조로서 본 명세서에 각각 통합된다.
프로세스 가스는, 전극 (22) 을 구동하는 RF 전원와 같은 전원, 또는 기판 지지부 (14) 내의 전극을 구동하는 전원에 의해 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 내에서 플라즈마 상태로 에너자이징 (energizing) 된다. 전극 (22) 에 인가되는 RF 전력은, 상이한 가스 조성물이 바람직하게 약 1 s 미만, 더 바람직하게는 약 200 ms 미만의 기간 내에 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 안으로 공급될 때 변화될 수 있다. 가스 조성물에서의 변화는 가스로부터의 부하 또는 임피던스를 변경할 수 있다. 제 1, 제 2, 및 제 3 RF 전원 (104, 108, 112) 은 기계적 임피던스 매칭 디바이스를 가질 수도 있으나, 이러한 디바이스는, 상이한 가스 조성물이 약 1 s 미만의 기간들 동안 제공될 때 변경 임피던스를 매칭하기에 충분히 고속이 아닐 수도 있다. 그러므로, 제 1, 제 2, 및 제 3 RF 전원은 가변 주파수를 가지며, 출력 및 반사된 RF 전력을 측정하고 반사된 RF 전력을 최소화하도록 주파수를 변화시킬 수 있다. 반사된 RF 전력을 최소화하는 것은 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마로부터의 부하 임피던스를 매치박스를 통한 RF 전원과 매칭시킨다.
도 2 는 가스 분배 시스템 (100) 이 서로 유체 소통되는 가스 공급부 (200), 흐름 제어부 (300), 및 가스 스위칭부 (400) 를 포함하는 바람직한 실시형태를 나타낸다. 또한 바람직하게, 가스 분배 시스템 (100) 은 가스 공급부 (200), 흐름 제어부 (300) 및 가스 스위칭부 (400) 의 동작을 제어하기 위해 제어 통신되어 접속되는 제어기 (500, 도 1) 를 포함한다.
가스 분배 시스템 (100) 에서, 가스 공급부 (200) 는 제 1 프로세스 가스 및 제 2 프로세스 가스와 같은 상이한 가스를 각각 제 1 가스 라인 (235) 및 제 2 가스 라인 (245) 을 통해 흐름 제어부 (300) 에 공급할 수 있다. 제 1 가스 및 제 2 가스는 서로 상이한 조성 및/또는 가스 유량을 가질 수 있다.
흐름 제어부 (300) 는 스위칭부 (400) 에 공급될 수 있는 상이한 가스들의 유량을 제어하고, 또한 선택적으로 그 조성을 조정하도록 동작 가능하다. 흐름 제어부 (300) 는 제 1 가스 및 제 2 가스의 상이한 유량 및/또는 화학물질을 가스 통로들 (324, 326 및 364, 366) 각각을 통해 스위칭부 (400) 에 제공할 수 있다. 또한, (터보 펌프와 러핑 펌프 (roughing pump) 사이와 같이 진공 펌핑 시스템과 유체 소통될 수 있는 바이-패스 라인 (50) 으로 다른 가스가 전환되는 동안에) 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 에 공급되는 제 1 가스 및/또는 제 2 가스의 유량비 및/또는 화학물질은 내측 구역 (42) 및 외측 구역 (46) 에서 상이할 수 있다. 따라서, 흐름 제어부 (300) 는 기판 (16) 에 걸쳐 원하는 가스 흐름 및/또는 가스 화학물질을 제공할 수 있고, 이에 의해 기판 프로세싱 균일도를 향상시킬 수 있다.
가스 분배 시스템 (100) 에서, 스위칭부 (400) 는, 제 1 가스를 바이-패스 라인으로 동시에 전환하는 동안에 하나의 구역 또는 다수의 구역 (예를 들어, 내측 구역 (42) 및 외측 구역 (46)) 에서 제 1 가스가 제 2 가스로 대체되도록 하는 짧은 기간 내에 제 1 가스에서 제 2 가스로 스위칭되거나, 그 반대의 경우가 동작 가능 하다. 바람직하게, 가스 스위칭부 (400) 는 다른 가스의 흐름에서 원하지 않은 압력 서지 (surge) 및 흐름 불안정의 발생 없이 제 1 가스와 제 2 가스 사이에서 스위칭 할 수 있다. 원한다면, 가스 분배 시스템 (100) 은 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 를 통해 실질적으로 일정한 제 1 가스 및 제 2 가스의 연속 체적의 유량을 유지할 수 있다.
도 3 은 가스 분배 시스템 (100) 의 가스 공급부 (200) 의 바람직한 실시형태를 나타낸다. 바람직하게, 가스 공급부 (200) 는 밸브 및 흐름 제어기와 같 은 흐름 제어 컴포넌트의 동작을 제어하는 제어기 (500) 에 접속되어, 가스 공급부 (200) 에 의해 공급될 수 있는 2 개 이상의 가스의 조성물의 제어를 가능하게 한다. 본 실시형태에서, 가스 공급부 (200) 는 다수의 가스 소스들 (202, 204, 206, 208, 210, 212, 214 및 216) 을 포함하고, 각 가스 소스는 제 1 가스 라인 (235) 및 제 2 가스 라인 (245) 과 유체 소통된다. 이와 같이, 가스 공급부 (200) 는 많은 상이한 원하는 가스 혼합물을 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 에 공급할 수 있다. 가스 분배 시스템 (100) 에 포함된 가스 소스의 개수는 임의의 특정 가스 소스 개수에 한정되지 않지만, 바람직하게는 적어도 2 개의 상이한 가스 소스를 포함한다. 예를 들어, 가스 공급부 (200) 는 도 3 에 도시된 실시형태에 포함된 8 개의 가스 소스보다 많거나 적은 가스 소스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가스 공급부 (200) 는 2 개, 3 개, 4 개, 5 개, 10 개, 12 개, 16 개, 또는 이보다 많은 가스 소스를 포함할 수 있다. 각각의 가스 소스에 의해 제공될 수 있는 상이한 가스들은 O2, Ar, H2, Cl2, N2 등과 같은 개별 가스, 및 CF4, CH3F 등과 같은 가스 상태의 플루오로카본 및/또는 플루오로하이드로카본 화합물을 포함한다. 바람직한 실시형태에서, 플라즈마 프로세싱 챔버는 에칭 챔버이고, 가스 소스들 (202-216) 은 Ar, O2, N2, Cl2, CH3, CF4, C4F8 및 CH3F 또는 CHF3 를 (이들의 임의의 적합한 순서로) 공급할 수 있다. 각 가스 소스들 (202-216) 에 의해 공급된 특정 가스는, 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 내에서 수행되는 원하는 프로세스 (예를 들어, 특정 건식 에칭 및/또는 재료 증착 프로세스) 에 기초하여 선택될 수 있다. 가스 공급부 (200) 는, 에칭 프로세스 및/또는 재료 증착 프로세스를 수행하기 위해 공급될 수 있는 가스의 선택에 관하여 광범위한 다목적성을 제공할 수 있다.
또한 바람직하게, 가스 공급부 (200) 는 적어도 하나의 튜닝 가스 소스를 포함하여, 가스 조성을 조정한다. 튜닝 가스는, 예를 들어 O2, 아르곤과 같은 불활성 가스, 또는 플루오로카본이나 플루오로하이드로카본 가스 (예를 들어, C4F8) 와 같은 반응성 가스일 수 있다. 도 3 에 도시된 실시형태에서, 가스 공급부 (200) 는 제 1 튜닝 가스 소스 (218) 및 제 2 튜닝 가스 소스 (219) 를 포함한다. 후술되는 바와 같이, 제 1 튜닝 가스 소스 (218) 및 제 2 튜닝 가스 소스 (219) 는 튜닝 가스를 공급하여, 가스 스위칭부 (400) 에 공급된 제 1 가스 및/또는 제 2 가스의 조성을 조정할 수 있다.
도 3 에 도시된 가스 공급부 (200) 의 실시형태에서, 흐름 제어 디바이스 (240) 는 바람직하게 가스 소스들 (202, 204, 206, 208, 210, 212, 214 및 216) 각각과 유체 소통하는 가스 통로들 (222, 224, 226, 228, 230, 232, 234 및 236) 각각에 배치되고, 또한 제 1 튜닝 가스 소스 (218) 및 제 2 튜닝 가스 소스 (219) 각각과 유체 소통하는 가스 통로들 (242, 244) 에 배치된다. 흐름 제어 디바이스 (240) 는 연관된 가스 소스들 (202-216 및 218, 219) 에 의해 공급된 가스의 흐름을 제어하도록 동작 가능하다. 바람직하게 흐름 제어 디바이스 (240) 는 질량 흐름 제어기 (MFC) 이다.
도 3 에 도시된 실시형태에서, 밸브 (250, 252) 는 가스 소스들 (202-216) 각각의 하류의 가스 통로를 따라 위치한다. 밸브들 (250, 252) 은 바람직하게 제어기 (500) 의 제어 하에서 선택적으로 개폐되어, 상이한 가스 혼합물이 제 1 가스 라인 (235) 및/또는 제 2 가스 라인 (245) 으로 흘러 들어가도록 할 수 있다. 예를 들어, 가스 소스들 (202-216) 중 하나 이상과 연관된 밸브 (252) 를 개방함으로써 (반면, 가스 소소들 (202-216) 중 다른 가스 소스들과 연관된 나머지 밸브 (252) 는 닫힘), 제 1 가스 혼합물은 제 1 가스 라인 (235) 에 공급될 수 있다. 마찬가지로, 다른 가스 소스들 (202-216) 중 하나 이상과 연관된 밸브들 (250) 을 개방함으로써 (반면, 가스 소스들 (202-216) 중 다른 가스 소스들과 연관된 나머지 밸브들 (250) 은 폐쇄됨), 제 2 가스 혼합물은 제 2 가스 라인 (245) 에 공급될 수 있다. 따라서, 제 1 가스 및 제 2 가스의 각종 혼합물 및 질량 유량은 가스 공급부 (200) 의 제어된 동작에 의해 제 1 가스 라인 (235) 및 제 2 가스 라인 (245) 에 공급될 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 가스 공급부 (200) 는 제 1 가스 라인 (235) 및 제 2 가스 라인 (245) 각각을 통해 제 1 가스 및 제 2 가스의 연속적인 흐름을 제공하도록 동작 가능하다. 제 1 가스 또는 제 2 가스는 다른 가스가 바이-패스 라인으로 전환되는 동안에 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 로 흐른다. 바이-패스 라인은 진공 펌프 등에 연결될 수 있다. 제 1 가스 및 제 2 가스 양자 모두를 연속적으로 흐르게 함으로써, 가스 분배 시스템 (100) 은 가스 흐름의 신속한 변경을 달성할 수 있다.
도 4 는 가스 분배 시스템 (100) 의 흐름 제어부 (300) 의 바람직한 실시형태를 나타낸다. 흐름 제어부 (300) 는 가스 공급부 (200) 로부터의 제 1 가스 라인 (235) 과 유체 소통되는 제 1 흐름 제어부 (305), 및 제 2 가스 공급부 (200) 로부터의 제 2 가스 라인 (245) 과 유체 소통되는 제 2 흐름 제어부 (315) 를 포함한다. 흐름 제어부 (300) 는, 제 2 가스가 바이-패스 라인으로 전환되는 동안에 내측 구역 (42) 및 외측 구역 (46) 각각에 공급된 제 1 가스의 비율을 제어하고, 제 1 가스가 바이-패스 라인으로 전환되는 동안에 내측 구역 (42) 및 외측 구역 (46) 각각에 공급된 제 2 가스의 비율을 제어하도록 동작 가능하다. 제 1 흐름 제어부 (305) 는 제 1 가스 라인 (235) 에서 유입된 제 1 가스의 흐름을 2 개의 분리된 제 1 가스 유출 흐름으로 분할하고, 제 2 흐름 제어부 (315) 는 제 2 가스 라인 (245) 에서 유입된 제 1 가스의 흐름을 2 개의 분리된 제 2 가스 유출 흐름으로 분할한다. 제 1 가스 흐름 제어부 (305) 는 스위칭 시스템 (400) 을 통해 내측 구역 (42) 및 외측 구역 (46) 각각과 유체 소통되는 제 1 가스 통로 (324) 및 제 2 가스 통로 (326) 를 포함하고, 제 2 흐름 제어부 (315) 는 스위칭 시스템 (400) 을 통해 내측 구역 (42) 및 외측 구역 (46) 각각과 유체 소통되는 제 1 가스 통로 (364) 및 제 2 가스 통로 (366) 를 포함한다.
바람직한 배열에서, 제 1 흐름 제어부 (305) 및 제 2 흐름 제어부 (315) 각각은 적어도 2 개의 흐름 제한기 (restrictor) 를 포함한다. 각각의 흐름 제한기는 바람직하게 흐름 제한기를 통한 가스 흐름을 위해 고정된 제한 크기를 갖는다. 바람직하게 흐름 제한기는 오리피스 (orifice) 이다. 흐름 제한기는 가스 흐름을 제한하고 오리피스 근방 및 상류의 가스 통로 영역에서 거의 일정한 가스 압력을 유지한다. 바람직하게, 제 1 흐름 제어부 (305) 및 제 2 흐름 제어부 (315) 각각은 오리피스의 네트워크, 예를 들어, 2 개, 3 개, 4 개, 5 개 이상의 오리피스의 네트워크를 포함하고, 바람직하게 오리피스들 각각은 상이한 단면 제한 크기, 예를 들어, 상이한 직경 또는 상한 단면적을 갖는다. 오리피스의 제한 크기는 가스 분배 시스템 (100) 의 가스 흐름 경로의 다른 부분의 단면적 보다 더 작다. 바람직하게, 오리피스는 소닉 (sonic) 오리피스이다. 바람직하게, 가스 흐름은 흐름 제어부 (300) 에서 중요한 흐름 방식에서 동작하여 소정의 오리피스의 흐름 컨덕턴스는 오리피스의 제한 크기 및 상류 압력에 의해 단독으로 결정된다. 오리피스의 흐름 컨덕턴스가 증가함에 따라, 압력은 오리피스에 걸쳐 하강하여 오리피스의 하강을 통해 소정의 유량을 달성한다.
도 4 에 도시된 실시형태에서, 제 1 흐름 제어부 (305) 및 제 2 흐름 제어부 (315) 각각은 5 개의 오리피스들 (330, 332, 334, 336 및 338) 을 포함한다. 예를 들어, 오리피스들 (330, 332, 334, 336 및 338) 은 상대적인 제한 크기, 예를 들어 1, 2, 4, 8, 및 16 의 직경을 가질 수 있다. 따라서, 5 개의 오리피스들 (330-338) 을 통해 가스 흐름이 발생하는 경우, 4 개의 오리피스들 (330-336) 은 1 개의 오리피스 (338) 의 컨덕턴스와 거의 동일한 총 컨덕턴스를 갖는다. 대안적으로, 제 1 가스 흐름 및 제 2 가스 흐름의 상이한 비율을 내측 구역 (42) 및 외측 구역 (46) 으로 공급하기 위해서, 4 개의 오리피스들 (330-336) 중 3 개까지 개방되어 오리피스 (338) 의 컨덕턴스와 비교하여 상이한 총 컨덕턴스의 비율의 오리 피스들 (330-336) 을 제공할 수 있다.
다른 실시형태는 상이한 개수의 오리피스들, 예를 들어 다수의 오리피스들 (330-336) 을 대체하는 오리피스 (338) 및 제 2 오리피스를 포함하는 총 2 개의 오리피스를 포함할 수 있다. 바람직하게, 제 2 오리피스는 오리피스 (338) 와 동일한 제한 크기를 갖는다. 이러한 실시형태에서, 내측 구역 (42) 및 외측 구역 (46) 에 공급된 제 1 가스 및/또는 제 2 가스의 흐름 비율은 거의 1:1 이다.
바람직하게, 밸브 (320) 는 개별 오리피스들 (330-338) 각각의 상류에 배치되어, 제 1 가스 및 제 2 가스의 흐름을 제어한다. 예를 들어, 제 1 흐름 제어부 (305) 및/또는 제 2 흐름 제어부 (315) 에서, 밸브들 (320) 중 하나 이상이 개방되어, 제 1 가스 및/또는 제 2 가스가 하나 이상의 연관된 오리피스(들) (330-336) 로 흐르도록 하는 동안에, 다른 밸브 (320) 가 개방되어 제 1 가스 및/또는 제 2 가스가 오리피스(들) (338) 로 흐르도록 할 수 있다.
제 1 흐름 제어부 (305) 에서, 오리피스들 (330-336) 은 가스 통로 (322) 와 유체 소통된다. 가스 통로 (322) 는 가스 스위칭부와 유체 소통되는 제 1 가스 통로 (324) 및 제 2 가스 통로 (326) 로 나누어진다. 한 쌍의 밸브 (320) 는 제 1 가스 통로 (324) 및 제 2 가스 통로 (326) 내에 배치되어, 제 1 흐름 제어부 (305) 의 오리피스들 (330-336) 중 하나 이상을 통해 내측 구역 (42) 및/또는 외측 구역 (46) 으로 흐르는 제 1 가스의 흐름을 제어한다. 대안적인 실시형태에서, 가스 통로들 (324, 326) 을 따라 배치된 한 쌍의 밸브 (320) 는 단일의 사방 밸브에 의해 대체될 수 있다.
제 1 흐름 제어부 (305) 에서, 오리피스 (338) 는 가스 통로 (319) 를 따라 배열된다. 가스 통로 (319) 는 제 1 가스 통로 (324) 및 제 2 가스 통로 (326) 각각과 유체 소통되는 가스 통로들 (331, 333) 로 나누어진다. 한 쌍의 밸브 (320) 는 가스 통로들 (331, 333) 내에 배치되어, 오리피스 (338) 를 통해 제 1 가스 통로 (324) 및 제 2 가스 통로 (326) 로 흐르는 제 1 가스의 흐름을 제어한다. 대안적인 실시형태에서, 가스 통로들 (331, 333) 을 따라 배치된 한 쌍의 밸브 (320) 는 단일의 사방 밸브에 의해 대체될 수 있다.
제 2 흐름 제어부 (315) 에서, 한 쌍의 밸브 (320) 는 제 1 가스 통로 (364) 및 제 2 가스 통로 (366) 을 따라 배치되어, 오리피스들 (330-336) 중 하나 이상을 통해 플라즈마 프로세싱 챔버의 내측 구역 (42) 및 외측 구역 (46) 으로 흐르는 제 2 가스의 흐름을 제어한다. 대안적인 실시형태에서, 가스 통로들 (364, 366) 을 따라 배치된 한 쌍의 밸브 (320) 는 단일의 사방 밸브에 의해 대체될 수 있다.
제 2 흐름 제어부 (315) 에서, 오리피스 (338) 는 가스 통로 (359) 를 따라 배열된다. 가스 통로 (359) 는 제 1 가스 통로 (364) 및 제 2 가스 통로 (366) 각각과 유체 소통되는 가스 통로들 (372, 374) 로 분할된다. 한 쌍의 밸브 (320) 가 가스 통로들 (372, 374) 내에 배치되어, 오리피스 (338) 을 통해 제 1 가스 통로 (364) 및/또는 제 2 가스 통로 (366) 로 흐르는 제 2 가스의 흐름을 제어한다. 대안적인 실시형태에서, 가스 통로들 (372, 374) 을 따라 배치된 한 쌍의 밸브 (320) 는 단일의 사방 밸브에 의해 대체될 수 있다.
가스 분배 시스템 (100) 이 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 안으로 흐르는 가 스를 제 1 가스에서 제 2 가스로 변경하는 경우 및 그 반대의 경우, 오리피스들 (330-338) 은 흐름 제어부 (300) 내에 포함되어, 가스 흐름에서 압력 서지 및 흐름 불안정을 방지한다.
도 4 에 도시된 실시형태에서, 제 1 튜닝 가스 소스 (218, 도 3) 의 가스 통로 (242) 는 제 1 튜닝 가스를 제 1 흐름 제어부 (305) 의 제 1 가스 통로 (324) 및/또는 제 2 가스 통로 (326) 에 공급하여, 제 1 가스 조성을 조정하도록 배열된다. 제 2 튜닝 가스 소스 (219, 도 3) 의 가스 통로 (244) 는 제 2 흐름 제어부 (315) 의 제 1 가스 통로 (364) 및/또는 제 2 가스 통로 (366) 에 제 2 튜닝 가스를 공급하여, 제 2 가스 조성을 조정하도록 배열된다. 제 1 튜닝 가스 및 제 2 튜닝 가스는 동일한 튜닝 가스 또는 상이한 튜닝 가스일 수 있다.
흐름 제어 디바이스 (340), 바람직하게 MFC 는 가스 통로 (242) 를 따라 배열된다. 밸브 (320) 는 가스 통로들 (337, 339) 을 따라 배치되어, 제 1 튜닝 가스의 흐름을 가스 통로들 (326, 324) 내로 각각 제어한다. 대안적인 실시형태에서, 가스 통로들 (337, 339) 을 따라 배치된 한 쌍의 밸브 (320) 는 단일의 사방 밸브에 의해 대체될 수 있다.
흐름 제어 디바이스 (340), 바람직하게 MFC 는 가스 통로 (244) 를 따라 배열된다. 밸브 (320) 는 가스 통로들 (376, 378) 를 따라 배치되어, 제 2 튜닝 가스의 흐름을 가스 통로들 (366, 364) 내로 각각 제어한다. 대안적인 실시형태에서, 가스 통로들 (376, 378) 을 따라 배치된 한 쌍의 밸브 (320) 는 단일의 사방 밸브에 의해 대체될 수 있다.
도 4 에 도시된 흐름 제어부 (300) 의 실시형태에서, 제 1 흐름 제어부 (305) 및 제 2 흐름 제어부 (315) 는 동일한 구성에 배열된 동일한 컴포넌트를 포함한다. 그러나, 가스 분배 시스템 (100) 의 다른 바람직한 실시형태에서, 제 1 흐름 제어부 (305) 및 제 2 흐름 제어부 (315) 는 서로 상이한 컴포넌트 및/또는 상이한 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 흐름 제어부 (305) 및 제 2 흐름 제어부 (315) 는 서로 상이한 개수의 오리피스 및/또는 상이한 제한 크기를 갖는 오리피스들을 포함할 수 있다.
가스 분배 시스템 (100) 에서, 가스 스위칭 시스템 (400) 은 흐름 제어부 (300) 와 유체 소통되고, 제 1 가스 및 제 2 가스가 흐르는 바이-패스 라인과 진공 챔버의 내부와 유체 소통된다. 가스 스위칭 시스템 (400) 의 바람직한 제 1 실시형태는 도 5 에 도시된다. 가스 스위칭 시스템 (400) 은 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 의 내측 구역 (42) 및 외측 구역 (46) 양자 모두에 제 1 가스 및 제 2 가스를 교대로 공급할 수 있다. 가스 스위칭 시스템 (400) 은 제 1 흐름 제어부 (305) 의 제 1 가스 통로 (324) 와 제 2 가스 통로 (326) 와 유체 소통되고, 제 2 흐름 제어부 (315) 의 제 1 가스 통로 (326) 와 제 2 가스 통로 (366) 와 유체 소통된다. 오리피스 (430) 는 가스 통로들 (324, 326, 364 및 366) 각각을 따라 배열되어, 제 1 가스 및 제 2 가스를 변경하는 동안 원하지 않는 압력 서지를 방지한다.
제 1 흐름 제어부 (305) 의 제 1 가스 통로 (324) 는 가스 통로들 (448, 450) 으로 나누어진다; 제 1 흐름 제어부 (305) 의 제 2 가스 통로 (326) 는 가스 통로들 (442, 444) 로 나누어진다; 제 2 흐름 제어부 (315) 의 제 1 가스 통로 (364) 는 가스 통로들 (452, 454) 로 나누어진다; 또한, 제 2 흐름 제어부 (315) 의 제 2 가스 통로 (366) 는 가스 통로들 (456, 458) 로 나누어진다. 본 실시형태에서, 가스 통로 (442) 는 플라즈마 챔버 (12) 의 외측 구역 (46) 과 유체 소통되고, 가스 통로 (448) 는 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 의 내측 구역 (42) 과 유체 소통되며, 가스 통로 (444) 는 바이-패스 라인을 제공한다. 가스 통로 (456) 는 외측 구역 (46) 으로의 가스 통로 (442) 와 유체 소통된다. 가스 통로 (452) 는 내측 구역 (42) 으로의 가스 통로 (448) 와 유체 소통된다. 가스 통로들 (450, 454 및 458) 은 바이-패스 라인으로의 가스 통로 (444) 와 유체 소통된다.
가스 통로들 (442, 444, 448, 450, 452, 454, 456, 및 458) 의 각각을 따라 밸브 (440) 가 배열된다. 대안적인 실시형태에서, 가스 통로들 (442, 444; 448, 450; 452, 454; 및 456, 458) 을 따라 배치된 한 쌍의 밸브들 (440) 각각이 단일의 사방 밸브에 의해 대체될 수 있다. 밸브 (440) 는 바람직하게 제어기 (500) 의 제어 하에서 선택적으로 개폐되어, 다른 가스를 바이-패스 라인으로 동시에 전환하는 동안 제 1 가스 또는 제 2 가스를 챔버에 공급할 수 있다.
예를 들어, 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 의 내측 구역 (42) 및 외측 구역 (46) 에 제 1 가스를 공급하고 제 2 가스를 바이-패스 라인으로 전환하기 위해서, 가스 통로들 (444, 450 및 452, 456) 을 따른 밸브 (440) 가 폐쇄되는 동안 가스 통로들 (442, 448 및 454, 458) 을 따른 밸브 (440) 가 개방된다. 제 1 가스가 바이-패스 라인으로 전환되는 동안, 제 2 가스가 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 의 내측 구역 (42) 및 외측 구역 (46) 에 공급되고, 가스 통로 (442, 448 및 454, 458) 를 따른 밸브 (440) 가 폐쇄되는 동안 가스 통로 (444, 450 및 452, 456) 를 따른 밸브 (440) 가 개방되도록 가스 흐름을 스위칭한다. 다시 말하면, 제 1 그룹의 밸브 (440) 는 개방되고 제 2 그룹의 밸브 (440) 는 폐쇄되어, 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 에 제 1 가스를 공급하고, 그 다음에, 동일한 제 1 그룹의 밸브가 폐쇄되고 동일한 제 2 그룹의 밸브 (440) 가 개방되어 플라즈마 프로세싱 챔버로 제 2 가스를 공급하도록 가스 흐름을 변경한다.
가스 스위칭 시스템 (400) 에서, 밸브 (440) 는 고속 스위칭 밸브이다. 본 명세서에 이용된 바와 같이, 고속 스위칭 밸브라는 용어는, 제어기 (500) 로부터 개방 또는 폐쇄하라는 신호를 수신한 후, 짧은 기간, 바람직하게는 약 100 ms 미만, 더 바람직하게는 약 50 ms 미만 내에서 개방되거나 폐쇄될 수 있는 밸브를 의미한다. 바람직하게, 밸브 (440) 는 제어기 (500) 로부터 개방 또는 폐쇄하라는 신호를 수신함으로써 전자적으로 제어 및 작동된다. 가스 스위칭 시스템 (400) 에 이용될 수 있는 적절한 "고속-스위칭 밸브" 는 미국 캘리포니아 산타 클라라에 위치한 Fujikin of America 사로부터 입수 가능한 밸브 모델 넘버 FSR-SD-71-6.35 이다.
따라서, 가스 스위칭 시스템 (400) 은, 제 2 가스를 바이-패스 라인으로 전환하는 동안에 예를 들어, 진공 챔버의 내부에 제 1 가스를 공급하고, 그 다음에, 바람직하게 제어기 (500) 의 제어 하에서 이들 가스 흐름을 빠르게 스위칭하고, 제 1 가스를 바이-패스 라인으로 전환하는 동안 제 2 가스를 진공 챔버로 공급한다. 가스가 스위칭되기 전에 제 1 가스 또는 제 2 가스가 진공 챔버에 공급되는 시간의 양은 제어기 (500) 에 의해 제어될 수 있다. 바람직하게, 연관된 오리피스들 (430) 과 밸브들 (440) 사이의 가스 통로들 (324, 326, 364, 및 366) 의 체적은 약 10 cm3 미만이다. 전술된 바와 같이, 가스 분배 시스템은 약 1 s 미만, 더 바람직하게는 약 200 ms 미만의 기간 내에 약 1/2 리터 내지 약 4 리터의 가스 체적을 대체하는 플라즈마 한정 구역을 포함하는 플라즈마 프로세싱 챔버와 함께 이용됨으로써 시스템을 안정시킨다.
제 2 바람직한 실시형태에 따른 가스 스위칭 시스템 (1400) 이 도 6 에 도시된다. 가스 스위칭 시스템 (1400) 에서, 밸브 (440) 및 밸브 (440) 의 하류에 배치되는 오리피스 (430) 는 가스 통로들 (442-458) 각각을 따라 배열된다. 이와 다르게, 가스 스위칭 시스템 (1400) 은 가스 스위칭 시스템 (400) 과 동일한 구성을 가질 수 있다. 오리피스 (430) 는 가스의 스위칭 동안 원하지 않는 압력 서지를 방지한다. 대안적인 실시형태에서, 가스 통로들 (442, 444; 448, 450; 452, 454; 및 456, 458) 을 따라 배치된 밸브 (440) 의 쌍들 각각은 단일의 사방 밸브로 대체될 수 있다.
제 3 바람직한 실시형태에 따른 가스 스위칭 시스템 (2400) 이 도 7 에 도시된다. 본 실시형태에서, 가스 스위칭 시스템 (2400) 은 제 1 가스 통로 (405) 및 제 2 가스 통로 (415) 와 유체 소통된다. 제 1 가스 통로 (405) 및 제 2 가 스 통로 (415) 는, 예를 들어 도 4 에 도시된 흐름 제어부 (300) 와 달리 내부 및 외측 구역 가스 유출구 모두를 포함하지 않는, 예를 들어, 각각 흐름 제어부의 제 1 가스 유출구 및 제 2 가스 유출구일 수 있다. 오리피스 (430) 는 제 1 가스 통로 (405) 및 제 2 가스 통로 (415) 각각을 따라 배치된다. 제 1 가스 통로 (405) 는 가스 통로들 (422, 424) 로 나누어지고, 제 2 가스 통로 (445) 는 가스 통로들 (426, 428) 로 나누어진다. 가스 통로들 (422 및 426) 은 진공 챔버의 내부와 유체 소통되고, 가스 통로들 (424 및 428) 은 바이-패스 라인과 유체 소통된다. 밸브 (440) 는 가스 통로들 (422, 424 및 426, 428) 각각을 따라 배치된다. 대안적인 실시형태에서, 가스 통로들 (422, 424; 및 426, 428) 을 따라 배치된 각 쌍의 밸브 (440) 는 단일의 사방 밸브에 의해 대체될 수 있다.
예를 들어, 진공 챔버로 제 1 가스를 공급하고 동시에 제 2 가스를 바이-패스 라인으로 라우팅하기 위해, 유체 통로들 (422 및 428) 을 따른 밸브 (440) 가 개방되고, 가스 통로들 (424 및 426) 을 따른 밸브 (440) 가 폐쇄된다. 제 2 가스가 진공 챔버에 공급되고 제 1 가스가 바이-패스 라인으로 전환되도록 가스 흐름을 스위칭하기 위해서, 유체 통로 (424 및 426) 를 따른 밸브 (440) 가 개방되고 유체 통로 (422 및 428) 를 따른 밸브 (440) 가 폐쇄된다.
가스 스위칭 시스템의 다른 바람직한 실시형태에서, 도 7 에 도시된 실시형태는, 밸브 (440) 의 상류의 제 1 가스 통로 (405) 및 제 2 가스 통로 (415) 내에 배열된 오리피스 (430) 를 제거하고, 대신에 연관된 밸브 (440) 의 하류의 가스 통로들 (422, 424, 426 및 428) 각각에 오리피스를 배열함으로써 변형될 수 있다.
가스 분배 시스템 (100) 의 바람직한 실시형태는 상이한 가스 화학물질 및/또는 유량을 플라즈마 진공 챔버 (12) 에 공급하여, 각종 에칭 및/또는 증착 프로세스를 수행하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 가스 분배 시스템 (100) 은 플라즈마 프로세싱 챔버에 프로세스 가스를 공급하여 UV 레지스트 마스크와 같은 위에 놓인 마스크에 의해 보호된 SiO2 층과 같은 실리콘 옥사이드 내에 피처를 에칭할 수 있다. SiO2 층은, 200 mm 또는 300 mm 의 직경을 갖는 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 웨이퍼 상에 형성될 수 있다. 피처는 예를 들어, 비아 및/또는 트렌치일 수 있다. 이러한 에칭 프로세스 동안, SiO2 에서 에칭된 피처가 원하는 형상을 갖기 위해, 예를 들어, 비아가 둥근 단면을 갖기 위해 줄무늬 (striation), 예를 들어 크랙 또는 균열 (fissure) 을 보수하도록 (즉, 줄무늬를 채우도록) 마스크의 일부 상에 폴리머를 증착하는 것이 요청된다. 줄무늬가 보수되지 않으면 줄무늬는 마스크의 아래에 놓인 층에 결국 도달하고, 사실상 에칭 동안 그 층으로 이동될 수 있다. 또한, 폴리머는 피처의 측벽 상에 증착될 수 있다.
그러나, 측벽에 증착된 폴리머의 두께 및 에칭된 피처의 베이스는 에칭 레이트에 영향을 주는 것으로 결정된다. 이방성 에칭 프로세스에서, 피처의 하부에 증착된 폴리머는 에칭 동안 실질적으로 제거된다. 그러나, 폴리머가 측벽 및/또는 베이스 상에서 너무 두꺼워지면, SiO2 의 에칭 레이트가 감소되고 완전히 정지될 수도 있다. 또한, 폴리머는 너무 두꺼워지면 표면에서 조각으로 벗겨질 수도 있다. 따라서, 바람직하게 마스크 및 피처 상에 증착된 폴리머를 형성하기 위한 가스 혼합물이 플라즈마 프로세싱 챔버 안으로 공급되는 시간량이 제어되고, 이에 의해 SiO2 상에 형성된 폴리머 증착물의 두께를 제어하며 또한 마스크의 충분한 보수 및 보호를 제공한다. SiO2 층의 에칭 동안, 폴리머는 마스크로부터 주기적으로 제거된다. 따라서, 바람직하게 폴리머는 SiO2 층의 에칭 주기 사이에서 마스크 상에 증착되어, 마스크의 충분한 보수 및 보호를 달성하게 한다.
가스 분배 시스템 (100) 은 플라즈마 프로세싱 챔버 안으로 프로세스 가스를 공급하여, 피처 상에 증착된 폴리머의 두께 제어 및 마스크의 보수 및 보호로 위에 놓인 마스크, 예를 들어, UV 레지스트 마스크에 의해 보호된 SiO2 를 에칭하는데 이용될 수 있다. 가스 분배 시스템 (100) 의 가스 스위칭 시스템은, SiO2 를 에칭하는데 이용되는 제 1 프로세스 가스가 제 1 기간 동안 플라즈마 프로세싱 챔버 안으로 공급되는 한편 폴리머 증착물을 형성하는데 이용되는 제 2 가스 혼합물은 바이-패스 라인으로 전환되고, 그 다음에 가스 흐름을 신속하게 스위칭하여 제 2 가스 혼합물이 플라즈마 프로세싱 챔버 안으로 공급되어 폴리머 증착물을 형성하는 한편 제 1 가스 혼합물이 바이-패스 라인으로 공급되도록 동작 가능하다. 바람직하게, 플라즈마 프로세싱 챔버의 플라즈마 한정 구역으로 공급되는 제 1 가스 혼합물은 약 1 s 미만, 더 바람직하게는 약 200 ms 미만의 기간 내에 제 2 가스 혼합물로 적어도 실질적으로 대체된다. 바람직하게, 플라즈마 한정 구역은 약 1/2 리터 내지 약 4 리터의 체적을 갖는다.
SiO2 를 에칭하는데 이용된 제 1 가스 혼합물은 예를 들어, C4F8, O2, 및 아르곤과 같은 플루오로카본 종들을 포함할 수 있다. C4F8/O2/아르곤의 흐름 비율은 예를 들어, 20/10/500 sccm 일 수 있다. 전력은, 60 MHz, 27 MHz, 및 2 MHz 주파수의 조합으로, 50 내지 5000 W 의 범위에 이를 수 있는 전력으로 제공된다. 폴리머 증착물을 형성하는데 이용되는 제 2 가스 혼합물은, 예를 들어 CH3F, 및 아르곤과 같은 플루오로하이드로카본 종을 포함할 수 있다. CH3F/아르곤의 흐름 비율은 예를 들어, 15/500 sccm 일 수 있다. 또한, 제 2 가스 혼합물은 선택적으로 O2 를 포함할 수 있다. 전력은, 60 MHz, 27 MHz, 및 2 MHz 주파수의 조합에서, 50 내지 5000 W 의 범위에 이를 수 있는 전력으로 제공된다. 200 mm 또는 300 mm 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 용량성-결합 플라즈마 에칭 반응기에 있어서, 챔버 압력은 예를 들어, 70-90 mTorr 일 수 있다. 바람직하게, 제 1 가스 혼합물이 챔버 안으로 유입되는 각각의 시간 동안 (제 2 가스는 바이-패스 라인으로 전환되는 동안) 제 1 가스 혼합물은 약 5 초 내지 약 20 초 동안 플라즈마 프로세싱 챔버 안으로 흐르고, 바람직하게, 제 2 가스 혼합물이 챔버 안으로 유입되는 각각의 시간 동안 (제 1 가스는 바이-패스 라인으로 전환되는 동안) 제 2 가스 혼합물은 약 1 초 내지 약 3 초 동안 플라즈마 프로세싱 챔버 안으로 흐른다. 기판 상의 SiO2 의 에칭 동안, 에칭 주기 및/또는 폴리머 증착 주기의 길이는 바람직한 기간 내에 증가 또는 감소될 수 있다. 바람직하게, 폴리머 증착은 통상적으 로 약 3 분까지 지속되는 에칭 프로세스 동안 약 100 옹스트롬보다 작은 최대 두께에 도달한다. 에칭 동안, 폴리머는 마스크 상에 증착되어 줄무늬를 보수하고 마스크 보호를 제공할 수 있다. 따라서, 바람직하게 마스크 내의 개구의 형상은 에칭 프로세스 동안 유지될 수 있다.
제 1, 제 2, 및 제 3 기계적 매치 박스 (106, 110, 114) 는 제 1, 제 2, 및 제 3 주파수 튜닝된 RF 전원 (104, 108, 112) 과 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 내의 부하 사이에 그로스 (gross) 임피던스 매칭을 제공하는데 이용된다. 제 1, 제 2, 및 제 3 기계적 매치 박스 (106, 110, 114) 는 빠르게 변경된 레시피에 의해 야기된 빠른 변경 임피던스 부하를 정확하게 매칭시킬 수 없다. 그러므로, 본 발명은 제 1, 제 2, 및 제 3 주파수 튜닝된 RF 전원 (104, 108, 112) 에 의해 제공된 주파수 튜닝을 이용하여, 제 1, 제 2, 및 제 3 주파수 튜닝된 RF 전원 (104, 108, 112) 의 임피던스와 제 1, 제 2, 및 제 3 기계적 매치 박스 (106, 110, 114) 및 부하의 빠르게 변하는 임피던스를 빠르고 정확하게 매칭시킨다.
플라즈마 상태는 증착과 성형 (에칭) 사이에서 매우 고속으로 스위칭되야 하기 때문에, 함께 동작해야 하는 몇몇 하드웨어 특징들이 존재한다. 가스 체적은 작아서 프로세싱 챔버 내의 가스 전이 시간을 감소시켜야 한다. 이는, 한정 링을 이용하여 가능한 작은 플라즈마 체적을 만듦으로써 달성된다. 또한, RF 발생기는 빠르게 변하는 플라즈마 상태를 빠르게 튜닝할 수 있어야 한다. 이는, 종래의 기계적 매칭 유닛 보다는 전자적으로 주파수 튜닝된 발생기를 이용함으로써 달성된다. 최선의 임계 치수 제어 (CD) 및 균일도 제어를 위해, 주요 가 스는 분할되고 에지 가스 흐름에 대한 중심 가스 흐름의 비는 선택 가능하다. 최종적으로, 튜닝 가스는, 주요 가스와 동일하거나 상이할 수 있는 튜닝 가스가 필요하고, 이 튜닝 가스는 웨이퍼의 에지 또는 중심으로 선택가능한 흐름으로 공급될수 있다. 따라서, 전술된 하드웨어 전체의 조합이 본 문헌에서 전개된 적용된 프로세스에 대해 소망되는 모든 수행을 구성한다.
본 발명은 몇몇 바람직한 실시형태의 관점에서 설명되었으나, 본 발명의 범위를 벗어난 변경, 치환 및 등가물이 존재한다. 또한, 본 발명의 방법 및 장치를 구현하는 많은 대안의 방식들이 존재하는 것이 주목된다. 그러므로, 이하의 첨부된 청구항들은 본 발명의 사상 및 범위 내에 있는 모든 이러한 변경, 치환, 및 대체의 등가물을 포함하는 것으로 해석되는 것으로 의도된다.
Claims (31)
- 체적을 갖는 플라즈마 한정 구역 및 적어도 하나의 전극을 갖는 플라즈마 챔버;제 1 가스 및 제 2 가스를 제공하기 위한 가스 분배 시스템으로서, 상기 가스 분배 시스템은, 상기 플라즈마 한정 구역 내의 상기 제 1 가스 및 상기 제 2 가스 중 일 가스를 1 s 미만의 기간 내에 상기 제 1 가스 및 상기 제 2 가스 중 다른 가스로 실질적으로 대체할 수 있고, 상기 제 1 가스로부터 상기 플라즈마 한정 구역 내에 형성된 제 1 플라즈마가 제 1 임피던스 부하를 제공하며, 상기 제 2 가스로부터 상기 플라즈마 한정 구역 내에 형성된 제 2 플라즈마가 상기 제 1 임피던스 부하와 상이한 제 2 임피던스 부하를 제공하는, 상기 가스 분배 시스템;상기 적어도 하나의 전극에 제 1 주파수 범위 내에서 전력을 제공하기 위한 제 1 주파수 튜닝된 RF 전원으로서, 상기 제 1 주파수 튜닝된 RF 전원은 반사된 RF 전력을 수신하고 출력 RF 주파수를 튜닝하여 상기 반사된 RF 전력을 최소화할 수 있는, 상기 제 1 주파수 튜닝된 RF 전원; 및상기 플라즈마 챔버에 상기 제 1 주파수 범위 외의 제 2 주파수 범위 내에서 전력을 제공하기 위한 제 2 주파수 튜닝된 RF 전원으로서, 상기 제 2 주파수 튜닝된 RF 전원은 반사된 RF 전력을 수신하고 출력 RF 주파수를 튜닝하여 상기 반사된 RF 전력을 최소화할 수 있는, 상기 제 2 주파수 튜닝된 RF 전원을 포함하는, 플라즈마 웨이퍼 프로세싱 도구.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 주파수 튜닝된 RF 전원은, 상기 제 1 임피던스 부하를 임피던스 매칭하기 위한 제 1 주파수, 및 상기 제 2 임피던스 부하를 임피던스 매칭하기 위한 제 2 주파수를 제공할 수 있고, 상기 제 1 주파수는 상기 제 2 주파수와 상이한, 플라즈마 웨이퍼 프로세싱 도구.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 2 주파수 튜닝된 RF 전원은, 상기 제 1 임피던스 부하를 임피던스 매칭하기 위한 제 3 주파수, 및 상기 제 2 임피던스 부하를 임피던스 매칭하기 위한 제 4 주파수를 제공할 수 있고, 상기 제 4 주파수는 상기 제 1 주파수, 상기 제 2 주파수, 및 상기 제 3 주파수와 상이한, 플라즈마 웨이퍼 프로세싱 도구.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 가스 분배 시스템은, 상기 플라즈마 한정 구역 내의 상기 제 1 가스 또는 상기 제 2 가스를 200 ms 미만의 기간 내에 상기 제 1 가스 또는 상기 제 2 가스 중 다른 가스로 실질적으로 대체할 수 있는, 플라즈마 웨이퍼 프로세싱 도구.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 플라즈마 챔버는,상기 플라즈마 챔버 내에서 웨이퍼를 지지하는 기판 지지부; 및상기 기판 지지부로부터 3 cm 미만 이격된 챔버 상부를 더 포함하는, 플라즈마 웨이퍼 프로세싱 도구.
- 제 5 항에 있어서,상기 챔버 상부와 상기 기판 지지부 사이에 이격된 한정 링들을 더 포함하는, 플라즈마 웨이퍼 프로세싱 도구.
- 제 6 항에 있어서,상기 한정 링들, 상기 기판 지지부, 및 상기 챔버 상부의 내부들은 상기 플라즈마 한정 구역을 정의하는, 플라즈마 웨이퍼 프로세싱 도구.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 주파수 튜닝된 RF 전원 및 상기 제 2 주파수 튜닝된 RF 전원은 상기 출력 RF 주파수를 1 MHz 미만의 범위에 걸쳐 튜닝하는, 플라즈마 웨이퍼 프로세싱 도구.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 가스 분배 시스템은,제 1 가스 라인과 유체 소통하도록 구성된 제 1 가스 통로 및 제 2 가스 통 로;제 2 가스 라인과 유체 소통하도록 구성된 제 3 가스 통로 및 제 4 가스 통로;상기 제 1 가스 통로를 따라 배열된 제 1 고속 스위칭 밸브;상기 제 2 가스 통로를 따라 배열된 제 2 고속 스위칭 밸브;상기 제 3 가스 통로를 따라 배열된 제 3 고속 스위칭 밸브; 및상기 제 4 가스 통로를 따라 배열된 제 4 고속 스위칭 밸브를 포함하며,상기 제 1 가스 통로 및 상기 제 3 가스 통로는 상기 진공 챔버로 가스를 공급하도록 구성되고, 상기 제 2 가스 통로 및 상기 제 4 가스 통로는 바이-패스 (by-pass) 라인으로 가스를 공급하도록 구성되고,상기 제 1 고속 스위칭 밸브 및 상기 제 4 고속 스위칭 밸브는 상기 제 2 고속 스위칭 밸브 및 상기 제 3 고속 스위칭 밸브가 폐쇄되는 동안 개방하라는 신호를 수신하도록 구성되어, 상기 제 2 가스가 상기 제 2 가스 라인 및 상기 제 2 가스 통로와 상기 제 4 가스 통로를 통해 상기 바이-패스 라인으로 공급되는 동안 상기 제 1 가스는 상기 제 1 가스 라인 및 상기 제 1 가스 통로와 상기 제 3 가스 통로를 통해 상기 진공 챔버로 공급되도록 하며,상기 제 2 고속 스위칭 밸브 및 상기 제 3 고속 스위칭 밸브는 상기 제 1 고속 스위칭 밸브 및 상기 제 4 고속 스위칭 밸브가 폐쇄되는 동안 개방하라는 신호를 수신하도록 구성되어, 상기 제 1 가스가 상기 제 1 가스 라인 및 상기 제 2 가스 통로를 통해 상기 바이-패스 라인으로 공급되는 동안 상기 제 2 가스는 상기 제 2 가스 라인 및 상기 제 3 가스 통로를 통해 상기 진공 챔버로 공급되도록 하는, 플라즈마 웨이퍼 프로세싱 도구.
- 제 9 항에 있어서,상기 가스 분배 시스템은,상기 제 1 고속 스위칭 밸브 및 상기 제 2 고속 스위칭 밸브의 상류의 상기 제 1 가스 라인을 따라 배열되도록 구성된 제 1 흐름 제한기; 및상기 제 3 고속 스위칭 밸브 및 상기 제 4 고속 스위칭 밸브의 상류의 상기 제 2 가스 라인을 따라 배열되도록 구성된 제 2 흐름 제한기를 더 포함하고,상기 제 1 흐름 제한기 및 상기 제 2 흐름 제한기는, 상기 제 1 흐름 제한기 및 상기 제 2 흐름 제한기의 상류 및 가까이에 있는 상기 제 1 가스 라인 및 상기 제 2 가스 라인의 영역 내에 대략 일정한 가스 압력을 유지하도록 구성되는, 플라즈마 웨이퍼 프로세싱 도구.
- 제 10 항에 있어서,상기 제 1 가스 라인은 상기 제 1 흐름 제한기와 상기 제 1 고속 스위칭 밸브 및 상기 제 2 고속 스위칭 밸브 사이에 약 10 cm3 미만의 체적을 갖고,상기 제 2 가스 라인은 상기 제 2 흐름 제한기와 상기 제 3 고속 스위칭 밸브 및 상기 제 4 고속 스위칭 밸브 사이에 약 10 cm3 미만의 체적을 갖는, 플라즈마 웨이퍼 프로세싱 도구.
- 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 가스 분배 시스템은,상기 제 1 고속 스위칭 밸브의 하류에 상기 제 1 가스 통로를 따라 배열되도록 구성된 제 3 흐름 제한기;상기 제 2 고속 스위칭 밸브의 하류에 상기 제 2 가스 통로를 따라 배열되도록 구성된 제 4 흐름 제한기;상기 제 3 고속 스위칭 밸브의 하류에 상기 제 3 가스 통로를 따라 배열되도록 구성된 제 5 흐름 제한기; 및상기 제 4 고속 스위칭 밸브의 하류에 상기 제 4 가스 통로를 따라 배열되도록 구성된 제 6 흐름 제한기를 더 포함하며,상기 제 3 흐름 제한기, 상기 제 4 흐름 제한기, 상기 제 5 흐름 제한기 및 상기 제 6 흐름 제한기는 각각의 상기 제 1 흐름 제한기, 상기 제 2 흐름 제한기, 상기 제 3 흐름 제한기, 상기 제 4 흐름 제한기, 상기 제 5 흐름 제한기 및 상기 제 6 흐름 제한기의 상류 및 가까이의 상기 제 1 가스 통로, 상기 제 2 가스 통로, 상기 제 3 가스 통로 및 상기 제 4 가스 통로의 영역 내에 대략 일정한 가스 압력을 유지하도록 구성되는, 플라즈마 웨이퍼 프로세싱 도구.
- 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 고속 스위칭 밸브, 상기 제 2 고속 스위칭 밸브, 상기 제 3 고속 스위칭 밸브 및 상기 제 4 고속 스위칭 밸브의 개폐를 제어하도록 동작 가능한 제어기를 더 포함하는, 플라즈마 웨이퍼 프로세싱 도구.
- 제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 고속 스위칭 밸브, 상기 제 2 고속 스위칭 밸브, 상기 제 3 고속 스위칭 밸브 및 상기 제 4 고속 스위칭 밸브는, 신호를 수신한 후 약 100 ms 미만의 기간 내에 개방 및/또는 폐쇄될 수 있는, 플라즈마 웨이퍼 프로세싱 도구.
- 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,서로 흐름이 격리되는 내측 구역 및 외측 구역을 갖는 가스 분배 부재를 더 포함하는, 플라즈마 웨이퍼 프로세싱 도구.
- 제 15 항에 있어서,상기 가스 분배 시스템은,상기 제 1 가스 및 상기 제 2 가스를 제공하는 가스 공급 시스템;상기 가스 공급 시스템과 유체 소통하는 흐름 제어 시스템으로서, 상기 제 1 가스의 흐름을 상기 제 1 가스의 내측 구역 흐름 및 상기 제 1 가스의 외측 구역 흐름으로 분할하고, 상기 제 2 가스의 흐름을 상기 제 2 가스의 내측 구역 흐름 및 상기 제 2 가스의 외측 구역 흐름으로 분할하는, 상기 흐름 제어 시스템; 및상기 흐름 제어 시스템과 상기 가스 분배 부재의 상기 내측 구역 및 상기 외측 구역 사이에 유체 접속하고 있는 스위칭부로서, 상기 스위칭부는, 상기 가스 분배 부재의 상기 내측 구역으로의 흐름을 상기 제 1 가스의 상기 내측 구역 흐름과 상기 제 2 가스의 상기 내측 구역 흐름 간에 스위칭하고, 상기 가스 분배 부재의 상기 외측 구역으로의 흐름을 상기 제 1 가스의 상기 외측 구역 흐름과 상기 제 2 가스의 상기 외측 구역 흐름 간에 스위칭하는, 상기 스위칭부를 포함하는, 플라즈마 웨이퍼 프로세싱 도구.
- 제 16 항에 있어서,바이-패스 라인을 더 포함하고,상기 스위칭부는 또한, 상기 제 1 가스의 상기 내측 구역 흐름, 상기 제 2 가스의 내측 구역 흐름, 상기 제 1 가스의 상기 외측 구역 흐름, 및 상기 제 2 가스의 상기 외측 구역 흐름을 상기 바이-패스 라인으로 스위칭하는, 플라즈마 웨이퍼 프로세싱 도구.
- 제 17 항에 있어서,상기 흐름 제어 시스템은,상기 제 1 가스의 흐름이 상기 제 1 가스의 상기 내측 구역 흐름 및 상기 제 1 가스의 상기 외측 구역 흐름으로 분할된 후에, 상기 제 1 가스의 내측 구역 흐름 또는 상기 제 1 가스의 외측 구역 흐름 중 적어도 하나의 흐름과 유체 접속하는 튜 닝 가스 소스를 더 포함하는, 플라즈마 웨이퍼 프로세싱 도구.
- 플라즈마 프로세싱 장치로서,약 1/2 리터 내지 4 리터의 내부 체적 및 내측 구역과 외측 구역을 갖는 샤워헤드 전극 어셈블리를 포함하는 플라즈마 프로세싱 챔버;상기 샤워헤드 전극 어셈블리의 상기 내측 구역 및 상기 외측 구역과 유체 소통하는 가스 분배 시스템;제 1 주파수 범위 내에서 상기 플라즈마 프로세싱 장치에 전력을 제공하기 위한 제 1 주파수 튜닝된 RF 전원으로서, 상기 제 1 주파수 튜닝된 RF 전원은 반사된 RF 전력을 수신하고 출력 RF 주파수를 튜닝하여 상기 반사된 RF 전력을 최소화할 수 있는, 상기 제 1 주파수 튜닝된 RF 전원; 및상기 제 1 주파수 범위 외의 제 2 주파수 범위에서 상기 플라즈마 프로세싱 장치에 전력을 공급하기 위한 제 2 주파수 튜닝된 RF 전원으로서, 상기 제 2 주파수 튜닝된 RF 전원은 반사된 RF 전력을 수신하고 출력 RF 주파수를 튜닝하여 상기 반사된 RF 전력을 최소화할 수 있는, 상기 제 2 주파수 튜닝된 RF 전원을 포함하며,상기 가스 분배 시스템은,플라즈마 한정 구역 내의 제 1 프로세스 가스 또는 제 2 프로세스 가스를 약 1 s 미만의 기간 내에 상기 제 1 프로세스 가스 또는 상기 제 2 프로세스 가스 중 다른 가스로 실질적으로 대체하도록 동작 가능하고,상기 제 1 프로세스 가스 및 상기 제 2 프로세스 가스를 제공하는 가스 공급 시스템;상기 가스 공급 시스템과 유체 소통하는 흐름 제어 시스템으로서, 상기 제 1 프로세스 가스의 흐름을 상기 제 1 프로세스 가스의 내측 구역 흐름 및 상기 제 1 프로세스 가스의 외측 구역 흐름으로 분할하고, 상기 제 2 프로세스 가스의 흐름을 상기 제 2 프로세스 가스의 내측 구역 흐름 및 상기 제 2 프로세스 가스의 외측 구역 흐름으로 분할하는, 상기 흐름 제어 시스템; 및상기 흐름 제어 시스템과 가스 분배 부재의 내측 구역과 외측 구역 사이에 유체 접속하고 있는 스위칭부로서, 상기 스위칭부는, 상기 가스 분배 부재의 상기 내측 구역으로의 흐름을 상기 제 1 프로세스 가스의 상기 내측 구역 흐름과 상기 제 2 프로세스 가스의 상기 내측 구역 흐름 간에 스위칭하고, 상기 가스 분배 부재의 상기 외측 구역으로의 흐름을 상기 제 1 프로세스 가스의 상기 외측 구역 흐름과 상기 제 2 프로세스 가스의 상기 외측 구역 흐름 간에 스위칭하는, 상기 스위칭부를 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치.
- 제 19 항에 있어서,바이-패스 라인을 더 포함하고,상기 스위칭부는 또한 상기 제 1 프로세스 가스의 상기 내측 구역 흐름, 상기 제 2 프로세스 가스의 상기 내측 구역 흐름, 상기 제 1 프로세스 가스의 상기 외측 구역 흐름, 및 상기 제 2 프로세스 가스의 상기 외측 구역 흐름을 상기 바이- 패스 라인으로 스위칭하는, 플라즈마 프로세싱 장치.
- 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,상기 흐름 제어 시스템은,상기 제 1 프로세스 가스의 흐름이 상기 제 1 프로세스 가스의 상기 내측 구역 흐름 및 상기 제 1 프로세스 가스의 상기 외측 구역 흐름으로 분할된 후에, 상기 제 1 프로세스 가스의 내측 구역 흐름 또는 상기 제 1 프로세스 가스의 외측 구역 흐름 중 적어도 하나의 흐름과 유체 접속하는 튜닝 가스 소스를 더 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치.
- 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 주파수 튜닝된 RF 전원은, 상기 제 1 프로세스 가스로부터 형성된 플라즈마의 제 1 임피던스 부하를 임피던스 매칭하기 위한 제 1 주파수, 및 상기 제 2 플라즈마 가스로부터 형성된 플라즈마의 제 2 임피던스 부하를 임피던스 매칭하기 위한 제 2 주파수를 제공할 수 있고, 상기 제 1 주파수는 상기 제 2 주파수와 상이하며,상기 제 2 주파수 튜닝된 RF 전원은, 상기 제 1 임피던스 부하를 임피던스 매칭하기 위한 제 3 주파수, 및 상기 제 2 임피던스 부하를 임피던스 매칭하기 위한 제 4 주파수를 제공할 수 있고, 상기 제 4 주파수는 상기 제 1 주파수, 상기 제 2 주파수, 및 상기 제 3 주파수와 상이한, 플라즈마 프로세싱 장치.
- 플라즈마 프로세싱 챔버 내에서 반도체 구조물을 프로세싱하는 방법으로서,a) 제 1 프로세스 가스를 플라즈마 프로세싱 챔버 안으로 공급하는 동안 제 2 프로세스 가스를 바이패스-라인으로 전환하는 단계로서, 상기 플라즈마 프로세싱 챔버는 적어도 하나의 층 및 상기 층 위에 놓인 패터닝된 레지스트 마스크를 포함하는 반도체 기판을 포함하는, 상기 제 1 프로세스 가스를 플라즈마 프로세싱 챔버 안으로 공급하는 동안 제 2 프로세스 가스를 바이패스-라인으로 전환하는 단계;b) 상기 제 1 프로세스 가스를 에너자이징 (energizing) 하여 제 1 임피던스 부하를 갖는 제 1 플라즈마를 생성하고, (i) 상기 층 내에 적어도 하나의 피처 (feature) 를 에칭하거나 (ii) 상기 패터닝된 레지스트 마스크 상에 폴리머 증착물을 형성하는 단계;c) 상기 제 1 임피던스 부하를 매칭하기 위해 제 1 RF 전원을 제 1 주파수로 주파수 튜닝하는 단계;d) 상기 제 1 임피던스 부하를 매칭하기 위해 제 2 RF 전원을 상기 제 1 주파수와 상이한 제 2 주파수로 주파수 튜닝하는 단계;e) 상기 제 1 프로세스 가스를 상기 바이-패스 라인으로 전환하는 동안 상기 제 2 프로세스 가스는 상기 플라즈마 프로세싱 챔버 안으로 공급되도록, 상기 제 1 프로세스 가스 및 상기 제 2 프로세스 가스의 흐름을 스위칭하는 단계로서, 상기 제 1 프로세스 가스는 약 1 s 미만의 기간 내에 상기 제 2 프로세스 가스에 의해 상기 플라즈마 프로세싱 챔버의 플라즈마 한정 구역 내에서 실질적으로 대체되는, 상기 제 1 프로세스 가스 및 상기 제 2 프로세스 가스의 흐름을 스위칭하는 단계;f) 상기 제 2 프로세스 가스를 에너자이징하여 상기 제 1 임피던스 부하와는 상이한 제 2 임피던스 부하를 갖는 제 2 플라즈마를 생성하고, (iii) 상기 층 내에 상기 적어도 하나의 피처를 에칭하거나 (iv) 상기 층 및 상기 패터닝된 레지스트 마스크 상에 폴리머 증착물을 형성하는 단계;g) 상기 제 2 임피던스 부하를 매칭하기 위해, 상기 제 1 RF 전원을 상기 제 1 주파수 및 상기 제 2 주파수와 상이한 제 3 주파수로 주파수 튜닝하는 단계;h) 상기 제 2 임피던스 부하를 매칭하기 위해, 상기 제 2 RF 전원을 상기 제 1 주파수, 상기 제 2 주파수, 및 상기 제 3 주파수와 상이한 제 4 주파수로 주파수 튜닝하는 단계;i) 상기 제 1 프로세스 가스가 상기 플라즈마 프로세싱 챔버 안으로 공급되는 동안 상기 제 2 프로세스 가스를 상기 바이-패스 라인으로 전환하도록, 상기 제 1 프로세스 가스 및 상기 제 2 프로세스 가스의 흐름을 스위칭하는 단계로서, 상기 제 2 프로세스 가스는 약 1 s 미만의 기간 내에 상기 제 1 프로세스 가스에 의해 상기 플라즈마 프로세싱 챔버의 상기 플라즈마 한정 구역 내에서 실질적으로 대체되는, 상기 제 1 프로세스 가스 및 상기 제 2 프로세스 가스의 흐름을 스위칭하는 단계; 및j) 상기 반도체 기판에 대해 단계 b) 내지 단계 i) 를 복수 회 반복하는 단계를 포함하는, 반도체 구조물을 프로세싱하는 방법.
- 제 23 항에 있어서,상기 약 1 s 미만의 기간은 200 ms 미만인, 반도체 구조물을 프로세싱하는 방법.
- 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서,상기 폴리머 증착물은, 상기 반도체 기판에 대해 단계 a) 내지 단계 i) 를 복수 회 반복한 후에 최대 약 100 옹스트롬 미만의 두께로 형성되는, 반도체 구조물을 프로세싱하는 방법.
- 제 23 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 프로세스 가스의 흐름을 내측 구역 흐름 및 외측 구역 흐름으로 분할하는 단계를 더 포함하고,상기 제 1 프로세스 가스를 플라즈마 프로세싱 챔버 안으로 공급하는 동안 제 2 프로세스 가스를 바이-패스 라인으로 전환하는 단계는, 상기 프로세싱 챔버의 내측 구역으로 상기 내측 구역 흐름을 제공하고 상기 프로세싱 챔버의 외측 구역으로 상기 외측 구역 흐름을 제공하는, 반도체 구조물을 프로세싱하는 방법.
- 제 26 항에 있어서,상기 제 1 프로세스 가스의 상기 내측 구역 흐름 및 상기 제 1 프로세스 가스의 상기 외측 구역 흐름 중 적어도 하나의 흐름으로 튜닝 가스를 제공하는 단계 를 더 포함하고, 상기 튜닝 가스는 상기 제 1 프로세스 가스의 흐름을 분할하는 단계 후에 제공되는, 반도체 구조물을 프로세싱하는 방법.
- 제 23 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 플라즈마는 상기 층 내에서 상기 적어도 하나의 피처를 에칭하고, 상기 제 2 플라즈마는 상기 층 및 상기 패터닝된 레지스트 마스크 상에 상기 증착물을 형성하며, 상기 증착물은 상기 패터닝된 레지스트 마스크 내의 줄무늬 (striation) 를 보수 (repairing) 하는, 반도체 구조물을 프로세싱하는 방법.
- 제 23 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 플라즈마 한정 구역은 약 1/2 리터 내지 약 4 리터의 체적을 갖는, 반도체 구조물을 프로세싱하는 방법.
- 제 23 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 층은 SiO2 로 이루어지고;상기 패터닝된 레지스트 마스크는 UV-레지스트 마스크이고;상기 제 1 프로세스 가스는 C4F8, O2 및 아르곤의 혼합물을 포함하고, 상기 제 1 플라즈마는 상기 층을 에칭하며;상기 제 2 프로세스 가스는 CH3F, 아르곤, 및 선택적으로 O2 의 혼합물을 포 함하고, 상기 제 2 플라즈마는 상기 피처 및 상기 패터닝된 레지스트 마스크 상에 상기 폴리머 증착물을 형성하는, 반도체 구조물을 프로세싱하는 방법.
- 제 23 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 임피던스 부하를 매칭하기 위해 상기 제 1 RF 전원을 제 1 주파수로 주파수 튜닝하는 단계 및 상기 제 2 임피던스 부하를 매칭하기 위해 상기 제 1 RF 전원을 제 3 주파수로 주파수 튜닝하는 단계는, 매치박스를 이용하여 상기 제 1 임피던스 부하 및 상기 제 3 임피던스 부하를 부분적으로 매칭하고, 주파수 튜닝을 이용하여 상기 제 1 임피던스 부하 및 상기 제 2 임피던스 부하의 최종 매칭을 제공하는, 반도체 구조물을 프로세싱하는 방법.
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