KR20110038150A - 필드 강화 유도 결합 플라즈마 반응기 - Google Patents

필드 강화 유도 결합 플라즈마 반응기 Download PDF

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사머 반나
카르틱 라마스와미
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

필드 강화 유도 결합 플라즈마 반응기 및 이의 이용 방법의 실시예가 제공된다. 소정의 실시예에서, 필드 강화 유도 결합 플라즈마 처리 시스템은 유전체 리드 및 유전체 리드 위에 배치된 플라즈마 소스 조립체를 포함할 수 있다. 플라즈마 소스 조립체는 공정 챔버 안에 플라즈마를 형성하여 유지하도록 공정 챔버 내로 RF 에너지를 유도적으로 결합하도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 코일, 공정 챔버 안에 플라즈마를 형성하도록 공정 챔버 내로 RF 에너지를 용량적으로 결합하도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 전극을 포함하며, 하나 또는 둘 이상의 전극은 하나 또는 둘 이상의 코일 중 하나에 전기적으로 결합되며, RF 발생기는 하나 또는 둘 이상의 유도성 코일 및 하나 또는 둘 이상의 전극으로 결합된다. 소정의 실시예에서, 히터 요소는 유전체 리드와 플라즈마 소스 조립체 사이에 배치될 수 있다.

Description

필드 강화 유도 결합 플라즈마 반응기 {FIELD ENHANCED INDUCTIVELY COUPLED PLASMA (FE-ICP) REACTOR}
본 발명의 실시예들은 반도체 처리 장비에 관한 것으로, 더욱 특별하게는 유도 결합된 플라즈마 처리 시스템에 관한 것이다.
유도 결합 플라즈마(ICP) 공정 반응기는 일반적으로 공정 챔버의 외부에 배치되는 하나 또는 둘 이상의 유도 코일을 경유하여 공정 챔버 내에 배치된 공정 가스 내로 전류를 유도함으로써 플라즈마를 형성한다. 유도 코일은 예를 들면 유전체 리드에 의해 챔버로부터 외부로 배치되어 전기적으로 분리될 수 있다. 소정의 플라즈마 공정에 대해, 히터 요소는 공정 동안 그리고 공정들 사이의 챔버 내의 일정한 온도 유지를 용이하게 하도록 유전체 리드 위에 배치될 수 있다.
히터는 개방 단절형 히터(open break heater)(예를 들면, 비 폐쇄형 전기 루프) 또는 비 단절형 히터(no break heater)(예를 들면, 폐쇄형 전기 루프)일 수 있다. 히터 요소가 개방 단절형 히터 요소인 실시예에서, 히터 요소는 예를 들면 처리되는 기판의 비 균일 에칭률 또는 에칭 패턴에서 비대칭을 초래할 수 있는 플라즈마 비-균일도를 도입한다. 이러한 플라즈마 비 균일도는 개방 단절형 히터 요소를 비 단절형 히터 요소로 대체함으로써 제거될 수 있다. 그러나, 히터 요소가 비 단절형 히터 요소인 실시예에서, 유도 코일로 전달되는 RF 에너지는 또한 비 단절형 히터 요소로 유도적으로 결합하여, 바람직하지 않게는 공정 챔버 내에 플라즈마를 형성하기 위해 이용가능한 에너지를 감소시킨다(예를 들면, 비 단절형 히터 요소는 플라즈마 충돌 윈도우(plasma strike window)를 감소시킨다).
따라서, 개선된 유도 결합 플라즈마 반응기에 대한 요구가 있다.
필드 강화 유도 결합 플라즈마 반응기 및 이 반응기의 이용 방법의 실시예가 여기에서 제공된다. 소정의 실시예에서, 필드 강화 유도 결합 플라즈마 처리 시스템은 유전체 리드 및 유전체 리드 위에 배치되는 플라즈마 소스 조립체를 가지는 공정 챔버를 포함할 수 있다. 플라즈마 소스 조립체는 그 안에 플라즈마를 형성하여 유지하도록 공정 챔버 내로 RF 에너지를 유도 결합하도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 코일, 그 안에 플라즈마를 형성하도록 공정 챔버 내로 RF 에너지를 용량적으로(capacitively) 결합하도록 구성되고 하나 또는 둘 이상의 코일 중 하나의 코일에 전기적으로 결합되는 하나 또는 둘 이상의 전극, 및 하나 또는 둘 이상의 유도 코일 및 하나 또는 둘 이상의 전극에 결합된 RF 발생기를 포함한다. 소정의 실시예에서, 히터 요소는 유전체 리드와 플라즈마 소스 조립체 사이에 배치될 수 있다.
소정의 실시예에서, 플라즈마 형성 방법은 유전체 리드를 가지고 리드 위에 배치되는 하나 또는 둘 이상의 코일 및 하나 또는 둘 이상의 전극을 가지는 공정 챔버의 내부 용적으로 공정 가스를 제공하는 단계를 포함하며 하나 또는 둘 이상의 전극은 하나 또는 둘 이상의 코일 중 하나의 코일에 전기적으로 결합된다. RF 전력은 RF 전원으로부터 하나 또는 둘 이상의 코일 및 하나 또는 둘 이상의 전극으로 제공된다. 플라즈마는 각각 하나 또는 둘 이상의 코일 및 하나 또는 둘 이상의 전극에 의해 공정 가스로 유도적으로 그리고 용량적으로 결합되는 RF 전원에 의해 제공된 RF 전력을 이용하여 공정 가스로부터 형성된다.
본 발명의 상술된 특징이 상세하게 이해될 수 있도록, 위에서 간단하게 요약된 본 발명의 더욱 특별한 설명이 실시예들을 참조할 수 있으며, 이 실시예들 중 일부는 첨부된 도면에 도시된다. 그러나, 첨부된 도면은 본 발명의 단지 통상적인 실시예들이며 따라서 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 고려되지 않으며, 본 발명에 대해 다른 균등적으로 효과적인 실시예들이 인정될 수 있다.
도 1은 본 발명의 소정의 실시예에 따른 필드 강화 유도 결합 플라즈마 반응기의 개략적인 측면도이며,
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 소정의 실시예에 따른 필드 강화 유도 결합 플라즈마 반응기의 코일 및 전극의 개략적인 평면도이며,
도 3은 본 발명의 소정의 실시예에 따른 필드 강화 유도 결합 플라즈마 반응기의 히터 요소의 개략적인 평면도이며,
도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 소정의 실시예예 따른 도 1의 필드 강화 유도 결합 플라즈마 반응기의 플라즈마 소스 조립체의 다양한 구성의 개략적인 도면을 각각 도시하며,
도 5는 본 발명의 소정의 실시예에 따른 플라즈마를 형성하는 방법에 대한 흐름도를 도시한다.
이해를 용이하게 하도록, 가능하게는 도면에 공통하는 동일한 요소들을 표시하도록 동일한 도면 부호가 이용된다. 도면은 스케일대로 도시되지 않으며 명료성을 위해 단순화될 수 있다. 일 실시예의 요소들 및 피쳐가 추가의 인용 없이 다른 실시예에 유익하게 결합될 수 있는 것이 고려된다.
필드 강화 유도 결합 플라즈마 반응기 및 이를 이용하는 방법의 실시예들이 여기서 제공된다. 본 발명의 유도 결합 플라즈마 반응기는 유용하게는 플라즈마를 충돌시키기 위해 이용가능한 증가된 무선 주파수(RF) 에너지를 제공할 수 있다(예를 들면, 증가된 또는 강화된 플라즈마 충돌 윈도우). 또한, 본 발명의 유도 결합 플라즈마 반응기는 실질적으로 플라즈마의 균일도, 밀도 또는 다른 바람직한 특성을 변경하지 않고 유용하게는 우수한 플라즈마 충돌 성능을 제공한다.
도 1은 본 발명의 동일한 실시예들에 따른 필드 강화 유도 결합 플라즈마 반응기(반응기(100))의 개략적인 측면도이다. 반응기(100)는 집적 반도체 기판 처리 시스템의 처리 모듈로서, 홀로 또는 미국 캘리포니아 산타 클라라의 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드로부터 입수가능한 센츄라(CENTURA)(등록상표) 집적 반도체 웨이퍼 처리 시스템과 같은 클러스터 툴을 이용할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 변형으로부터 유용하게는 유익할 수 있는 적절한 플라즈마 반응기의 예는 또한 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드로부터 입수가능한 반도체 장비의 DPS(등록상표) 계열(DPS(등록상표), DPS(등록상표) II, DPS(등록상표) G3 폴리 에처(poly etcher), DPS(등록상표) G5, 등과 같은)과 같은 유도 결합 플라즈마 에칭 반응기를 포함한다. 위에서 리스트된 반도체 장비는 단지 예시직이고, 다른 에칭 반응기, 및 비-에칭 반응기(CVD 반응기, 또는 다른 반도체 처리 장비와 같은)가 또한 본 발명의 사상에 따라 적절히 변형될 수 있다.
반응기(100)는 일반적으로 전도성 바디(벽)(130) 및 유전체 리드(120)(함께 처리 용적을 형성함), 처리 용적 내에 배치되는 기판 지지 페데스탈(116), 플라즈마 소스 조립체(160), 및 제어기(140)를 가지는 공정 챔버(110)를 포함한다. 벽(130)은 토앙적으로 전기 접지부(134)에 결합된다. 소정의 실시예에서, 지지 페데스탈(캐쏘오드)(116)은 제 1 정합 네트워크(124)를 통하여 바이어싱 전원(122)으로 결합될 수 있다. 비록 다른 주파수 및 전력이 특별한 분야에 대해 바람직한 것으로 제공될 수 있지만, 바이어싱 전원(122)은 예시적으로 연속 또는 펄스형 파워를 생산할 수 있는 약 13.56 MHz의 주파수에서 1000 W 까지의 전원일 수 있다. 다른 실시예에서, 전원(122)은 DC 또는 펄스형 DC 전원일 수 있다.
소정의 실시예에서, 유전체 리드(120)는 실질적으로 평면형일 수 있다. 챔버(100)의 다른 변형은 예를 들면 돔형 리드 또는 다른 형상과 같은 다른 타입의 리드를 가질 수 있다. 플라즈마 소스 조립체(160)는 통상적으로 리드(120) 위에 배치되며 처리 챔버(110) 내로 RF 전력을 유도적으로 결합하도록 구성된다. 플라즈마 소스 조립체(160)는 하나 또는 둘 이상의 유도 코일, 하나 또는 둘 이상의 전극, 및 플라즈마 전원을 포함한다. 하나 또는 둘 이상의 유도 코일은 유전체 리드(120) 위에 배치될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 리드(120) 위에 배치된 두 개의 코일이 예시적으로 배치된다(내부 코일(109) 및 외부 코일(111)). 다중 코일이 제공되면, 코일은 동심으로 배치되고 예를 들면 외부 코일(111) 내에 배치되는 내부 코일(109)을 가진다. 상대적 위치, 각각의 코일의 직경의 비율, 및/또는 각각의 코일에서 감김 개수는 각각 예를 들면 형성되는 플라즈마의 밀도 또는 프로파일을 제어하도록 원하는 대로 조정될 수 있다. 하나 또는 둘 이상의 유도 코일(예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같은 코일(109))의 각각의 코일이 제 2 정합 네트워크(119)를 통하여 플라즈마 전원(118)으로 결합된다. 비록 다른 주파수 및 전력이 특별한 분야에 대해 원하는 대로 제공될 수 있지만, 플라즈마 소스(118)는 예시적으로 50 kHz 내지 13.56 MHz의 범위에서 조정가능한 주파수에서 최고 4000 W를 생산할 수 있다.
소정의 실시예에서, 분할 축전지와 같은 전력 분할기는 각각의 코일로 플라즈마 전원(118)에 의해 제공된 RF 전력의 상대적인 양을 제어하도록 하나 또는 둘 이상의 유도 코일의 코일들 사이에 제공될 수 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 전력 분할기(104)는 각각의 코일로 제공된 RF 전력의 양을 제어하기 위해 플라즈마 전원(118)으로 내부 코일(118) 및 외부 코일(111)을 결합하는 라인 내에 배치될 수 있다(이에 의해 내부 및 외부 코일에 대응하는 구역 내의 플라즈마 특징의 제어를 용이하게 한다).
하나 또는 둘 이상의 전극은 하나 또는 둘 이상의 유도 코일 중 하나(예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 내부 코일(109) 또는 외부 코일(111))로 전기적으로 결합된다. 하나의 전형적인 비-제한적인 실시예에서, 그리고 도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마 소스 조립체(160)의 하나 또는 둘 이상의 전극은 내부 코일(109) 및 외부 코일(111) 사이에 그리고 유전체 리드(120)에 인접하게 배치된 두 개의 전극(112A, 112B)일 수 있다. 각각의 전극(112A, 112B)은 내부 코일(109) 또는 외부 코일(111)에 전기적으로 결합될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 전극(112A, 112B)은 각각의 전기 커넥터(113A, 113B)를 경유하여 외부 코일(111)에 결합된다. RF 전력은 유도 코일을 경유하여 플라즈마 전원(118)을 경유하여 하나 또는 둘 이사의 전극으로 제공될 수 있으며, 유도 코일로 전극들이 결합된다(예를 들면, 도 1의 내부 코일(109) 또는 외부 코일(111)).
소정의 실시예에서, 하나 또는 둘 이상의 전극은 서로에 대해 및/또는 유전체 리드(120)에 대해 하나 또는 둘 이상의 전극의 상대적인 위치설정을 용이하게 하도록 하나 또는 둘 이상의 유도 코일 중 하나로 가동적으로 결합될 수 있다. 예를 들면, 하나 또는 둘 이상의 위치설정 메카니즘은 이들의 위치를 제어하도록 적어도 하나의 전극들 중 하나 또는 둘 이상에 결합될 수 있다. 위치설정 메카니즘은 리드 스크류, 선형 베어링, 스테퍼 모터, 웨지 등을 포함하는 장치와 같이, 원하는 대로 하나 또는 둘 이상의 전극의 위치설정을 용이하게 할 수 있는, 수동 또는 자동화된 소정의 적절한 장치일 수 있다. 특별한 유도 코일로 하나 또는 둘 이상의 전극을 결합하는 전기 커넥터는 이 같은 상대적인 운동을 용이하게 하도록 가요적일 수 있다. 예를 들면, 소정의 실시예에서, 전기 커넥터는 꼰 와이어 또는 다른 전도체와 같은, 하나 또는 둘 이상의 가요성 메카니즘을 포함할 수 있다.
소정의 실시예에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 위치설정 메카니즘(115A, 115B)은 수직 화살표(102) 및 전극(112A, 112B)의 점선 연장부에 의해 표시된 위치 및 배향을 독립적으로 제어하도록 전극들(예를 들면, 전극(112A, 112B)) 각각에 결합될 수 있다. 소정의 실시예에서, 위치설정 메카니즘(들)은 하나 또는 둘 이상의 전극의 각각의 전극의 수직 위치를 독립적으로 제어할 수 있다. 예를 들면, 도 4a에 도시된 바와 같이, 전극(112A)의 위치는 위치설정 메카니즘(115B)에 의해 제어되는 바와 같이, 전극(112B)의 위치와 관계없이 메카니즘(115A)을 위치설정함으로써 제어될 수 있다. 또한, 위치설정 메카니즘(115A, 115B)은 전극(또는 하나 또는 둘 이상의 전극에 의해 형성된 전극 평면)의 각도 또는 기울기를 추가로 제어할 수 있다. 예를 들면, 도 4b에 도시된 바와 같이, 전극(112A, 112B)에 의해 형성된 평면(404)의 각도는 위치설정 메카니즘(115A, 115B) 중 하나 또는 둘다에 의해 기준 평면(402)(예를 들면, 챔버 리드(120)에 대해 평행한)에 대해 제어될 수 있다. 선택적으로, 개별 메카니즘(도시안됨)은 전극의 기울기를 제어하도록 제공될 수 있다. 다른 전극에 대한 하나의 전극의 수직 위치에 대한 독립 제어 및/또는 전극 평면의 기울기 또는 각도의 제어는 전극에 의해 제공된 상대적인 양의 용량성 결합을 용이하게 한다(예를 들면, 전극의 부분에 의한 더 많은 용량성 결합은 공정 챔버의 처리 용적에 더 근접하게 배치되고 전극의 부분에 의한 더 적은 용량성 결합은 공정 챔버의 처리 용적으로부터 추가로 배치된다).
예를 들면, 소정의 실시예에서, 전극은 도 1에 도시된 바와 같이 유전체 리드에 대해 실질적으로 평행한 평면에 그리고 코일의 베이스에 근접하게 위치될 수 있어, 전극에 의해 제공되는 용량성 결합을 증가시킨다. 전극의 다른 구성은 유전체 리드(120) 및 서로에 대해 상이한 각도 및/또는 상이한 수직 거리에 배치된 전극을 가지는 것과 같은 것이 가능하다. 플라즈마 소스 조립체(160)의 하나 또는 둘 이상의 전극에 의해 제공되는 RF 전력의 용량성 결합의 양에 대한 제어는 챔버 내의 플라즈마 특성의 제어를 용이하게 한다. 예를 들면, 플라즈마 소스 조립체(160)의 하나 또는 둘 이상의 전극에 의해 제공된 증가된 용량성 결합은 플라즈마 충돌 윈도우를 증가시키며(더 넓은 범위의 처리 상태에 걸쳐 플라즈마와 충돌하도록 용량을 강화한) 유도 결합 플라즈마의 원하는 특성을 유지한다. 하나 또는 둘 이상의 전극의 위치에 대한 선택적인 제어는 단지 충분한 용량성 결합이 한번 형성된 플라즈마 내로 매우 많은 RF 에너지를 결합하지 않고 플라즈마와의 충돌을 용이하게 하여, 플라즈마의 특성(예를 들면, 밀도, 해리 분율, 이온/중성자 비율, 등)을 바람직하지 않게 변경한다. 더욱이, 하나 또는 둘 이상의 전극의 상대적 위치 또는 기울기에 대한 제어는 비-균일 플라즈마로 리드할 수 있는 공정 효과에 대한 보상을 추가로 용이하게 한다(비대칭 가스 전달 및/또는 펌핑에 의한 챔버 내의 비균일 가스 속도와 같은). 예를 들면, 더 높은 플라즈마 밀도의 영역에 대해 저 플라즈마 밀도의 영역 내의 용량성 결합을 증가시킴으로써, 챔버 내의 전체 플라즈마 분포는 더욱 균일하게 형성될 수 있어, 더 균일한 처리를 용이하게 한다.
플라즈마 소스 조립체(160)의 하나 또는 둘 이상의 전극은 플라즈마로의 RF 에너지의 균일한 결합을 증진하도록 유전체 덮개(120)의 상부에 대칭으로 배치될 수 있다. 소정의 실시예에서, 하나 또는 둘 이상의 전극은 전류가 하나 또는 둘 이상의 전극 내에 유도될 수 있는 연속 경로를 제공하지 않도록 구성된다. 따라서, 단일 전극이 이용되는 실시예에서, 전극은 유전성 단절(dielectric break)을 포함할 수 있어 전극이 전도성 고리형 링을 형성하지 않도록 한다. 그러나, 이 같은 특이한 단절은 형상의 비대칭에 의해 플라즈마 비-균일도를 초래할 수 있다. 단일 전극이 이용되는 전극에서, 전극 내에서 유전성 단절은 챔버의 펌프 포트에 근접하거나 상대적으로 높은 플라즈마 밀도의 영역에 대응하도록, 챔버 내의 자연적 플라즈마 분포에 대해 보상하도록 위치될 수 있다.
소정의 실시예에서, 두 개 이상의 전극은 전극들 사이의 유전체 공간에 의해 발생되는 소정의 플라즈마 영향을 대칭적으로 분배하기 위해 이용된다. 예를 들면, 도 2a는 서로로부터 실질적으로 균일한 간격으로 이격된 두 개의 아치형 전극(112A, 112B)을 가지는 반응기(100)의 하나의 전형적인 실시예의 개략적인 평면도를 도시한다. 전극의 표면적은 전극에 의해 제공된 용량성 결합에 대한 제어로 팩터링된다(factor). 이와 같이, 전극은 평면형 또는 실질적으로 평면형일 수 있다. 소정의 실시예에서, 전극은 전극들 사이에 유전체 공간을 유지하기에 그리고 유도성 코일들 사이에 조립하기에 적절한 아크 길이 및 폭일 수 있다. 폭은 따라서 각각의 전극의 표면적, 및 공정 챔버(110) 내로 용량적으로 결합될 수 있는 RF 에너지의 정도를 한정하는 목적을 위해 선택될 수 있다.
비록 도 1 및 도 2a의 한 쌍의 전극으로서 도시되었지만, 3개, 4개, 또는 5개 이상과 같이 다른 양 및 형상의 전극이 가능하다. 예를 들면, 도 2b에 도시된 바와 같이, 4개의 1/4 링-형상 전극(117A, 117B, 117C, 117D)이 내부 코일 원주위를 따라 내부 코일(109)을 실질적으로 둘러싸도록 제공될 수 있다. 4개의 1/4 링-형상 전극은 서로로부터 실질적으로 균일한 간격으로 이격될 수 있으며 내부 코일(109)과 외부 코일(111) 사이에 배치될 수 있다. 각각의 전극(117A-D)은 각각의 전기 커넥터(125A-D)를 경유하여 외부 코일(111)(또는 내부 코일(109))로 결합될 수 있다. 전기 커넥터(125A-D)는 도 1에 대해 아래에서 논의되는 전기 커넥터(113A-B)로 실질적으로 균일할 수 있다.
도 1을 참조하면, 히터 요소(121)는 공정 챔버(100)의 내부 가열을 용이하게 하도록 유전체 리드(120) 상부에 배치될 수 있다. 히터 요소(121)는 유전체 리드(120) 및 유도성 코일(109, 111) 및 전극(112A-B) 사이에 배치될 수 있다. 소정의 실시예에서, 히터 요소(121)는 저항성 가열 요소를 포함할 수 있고 약 50 내지 약 100 ℃가 되도록 히터 요소(121)의 온도를 제어하기에 충분한 에너지를 제공하도록 구성된, AC 전원과 같은, 전원(123)으로 결합될 수 있다. 소정의 실시예에서, 히터 요소(121)는 개방 단절형 히터일 수 있다. 소정의 실시예에서, 히터 요소(121)는 고리형 요소와 같은 비 단절형 히터를 포함할 수 있어, 공정 챔버(110) 내의 균일한 플라즈마 형성을 용이하게 한다.
예를 들면, 도 3은 본 발명의 소정의 실시예에 따른 히터 요소(121)의 평면도를 도시한다. 히터 요소(121)는 이로부터 내측으로 연장하는 핀(302)을 가지는 고리형 부분(300)을 포함할 수 있다. 소정의 실시예에서, 고리형 부분(300)은 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같은 유전체 리드(120)의 주변을 따라 배치될 수 있다(예를 들면, 고리형 부분(300)은 유전체 리드(120)의 외경과 실질적으로 동일한 외경을 가질 수 있다). 소정의 실시예에서, 고리형 부분(300)은 유전체 리드(120)의 외경 보다 크거나 작은 외경을 가질 수 있다. 유전체 리드(120)의 실질적으로 균일한 가열을 허용하는 고리형 부분(300)의 다른 적절한 구성이 이용될 수 있다. 핀(302)은 공정 챔버(100)의 열의 원하는 양 및 분포를 제공하도록 고리형 부분(300)에 대해 소정의 적절한 폭, 길이, 개수, 및/또는 위치일 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 핀(302)은 히터 요소(121)의 고리형 부분(300)에 대해 대칭으로 배치될 수 있고 이로부터 내측 방사상으로 연장할 수 있다.
도 1을 참조하면, 작업 동안, 기판(114)(반도체 웨이퍼 또는 플라즈마 처리를 위해 적절한 다른 기판과 같은)이 페데스탈(116) 상에 배치될 수 있고 공정 가스는 공정 챔버(110) 내의 가스상태의 혼합물을 형성하도록 유입 포트(126)를 통하여 가스 패널(138)로부터 공급될 수 있다. 가스상태의 혼합물(150)은 도 5에 대해 아래에서 더 상세하게 논의되는 바와 같이, 전력을 플라즈마 소스(118)로부터 유동성 코일(109, 111) 및 하나 또는 둘 이상의 전극(예를 들면 112A 및 112B)으로 공급함으로써 공정 챔버(110)의 플라즈마(155) 내로 점화될 수 있다. 소정의 실시예에서, 바이어스 소스(122)로부터의 전력이 또한 페데스탈(116)에 제공될 수 있다. 챔버(110)의 내부 내의 압력은 트로틀 밸브(127) 및 진공 펌프(136)를 이용하여 제어될 수 있다. 챔버 벽(130)의 온도는 벽(130)을 통하여 형성되는 액체-포함 도관(도시안됨)을 이용하여 제어될 수 있다.
웨이퍼(114)의 온도는 지지 페데스탈(116)의 온도를 안정화함으로써 제어될 수 있다. 일 실시예에서, 가스 소스(148)로부터의 헬륨 가스에는 페데스탈 표면에 배치된 웨이퍼(114)의 후면과 그루브(도시안됨) 사이에 형성된 채널로 가스 도관(149)을 경유하여 제공될 수 있다. 헬륨 가스는 페데스탈(116)과 웨이퍼(114) 사이의 열 전달을 용이하게 하도록 이용된다. 처리 동안, 페데스탈(116)은 페데스탈 내의 저항성 히터(도시안됨)에 의해 안정 상태 온도로 가열할 수 있고 헬륨 가스는 웨이퍼(114)의 균일한 가열을 용이하게 할 수 있다. 이 같은 열 제어를 이용하여, 웨이퍼(114)는 예시적으로 0도 내지 500도의 온도로 유지될 수 있다.
제어기(140)는 중앙 처리 유닛(CPU)(144), 메모리(142), 및 CPU(144)를 위한 지지 회로(146)를 포함하며 본 명세서에서 논의되는 바와 같이 반응기(100)의 부품 및 또한 플라즈마 형성 방법의 제어를 용이하게 한다. 제어기(140)는 다양한 챔버 및 부-프로세서를 제어하기 위해 산업적 세팅에서 이용될 수 있다. CPU(144)의 메모리, 또는 컴퓨터 판독가능 매체는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 리드 온리 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 국부 또는 원격의 디지털 저장의 어떠한 다른 형태와 같은 하나 또는 둘 이상의 용이하게 이용가능한 메모리일 수 있다. 지지 회로(146)는 종래의 방식으로 프로세서를 지지하기 위해 CPU(144)로 결합된다. 이러한 회로는 캐시(cache), 전원, 클록 회로, 입력/출력 회로 및 서브시스템 등을 포함한다. 본 발명의 방법은 아래에서 설명되는 방식으로 반응기(100)의 작동을 제어하도록 실행되거나 실시할 수 있는 소프트웨어 루틴으로서 메모리(142) 내에 저장될 수 있다. 소프트웨어 루틴은 또한 CPU(144)에 의해 제어되는 하드웨어로부터 원격에 위치되는 제 2 CPU(도시안됨)에 의해 저장 및/또는 실행될 수 있다.
도 5는 본 발명의 소정의 실시예에 따른, 상술된 반응기(100)에 유사한, 필드 강화 유도 결합 반응기 내에 플라즈마를 형성하는 방법(500)을 도시한다. 상기 방법은 일반적으로 공정 가스(또는 가스들)가 공정 챔버(110)로 제공되는 "502"에서 시작된다. 공정 가스 또는 가스들은 유입 포트(126)를 통하여 가스 패널(138)로부터 공급될 수 있고 챔버(110) 내에 가스상태 혼합물(150)을 형성한다. 벽(130), 유전체 리드(120) 및 지지 페데스탈(116)과 같은, 챔버 부품은 공정 가스가 제공되기 전 또는 후 원하는 온도로 상술된 바와 같이 가열될 수 있다. 유전체 리드(120)는 전원(123)으로부터 히터 요소(121)로 전력을 공급함으로써 가열될 수 있다. 공급된 전력은 처리 동안 원하는 온도로 공정 챔버(110)를 유지하도록 제어될 수 있다.
다음으로, "504"에서, RF 전원(118)으로부터의 RF 전력은 공정 가스 혼합물(150)로 각각 유도적으로 그리고 용량적으로 결합되도록 하나 또는 둘 이상의 유도 코일 및 하나 또는 둘 이상의 전극으로 제공될 수 있다. 다른 전력 및 주파수가 플라즈마를 형성하도록 이용될 수 있지만, RF 전력은 예시적으로 최고 4000 W 및 50 kHz 내지 13.56 MHz의 조정가능한 주파수로 제공될 수 있다. 하나 또는 둘 이상의 전극이 하나 도는 둘 이상의 유도성 코일로 전기적으로 결합될 때 RF 전력은 하나 또는 둘 이상의 유도성 코일 및 하나 또는 둘 이상의 전극 둘다에 동시에 제공된다.
소정의 실시예에서, 제 1 양의 RF 전력은 "506"에서 도시된 바와 같이, 하나 또는 둘 이상의 유도 코일을 경유하여 공정 가스로 유도적으로 결합될 수 있다. 제 1 양의 RF 전력은 히터 요소(121) 내로 유도적으로 결합되는 제 1 양의 RF 전력의 일 부분에 의해 비 단절형 가열 요소(예를 들면, 히터 요소(121)가 비 단절형 가열 요소)의 존재에 의해 바람직하지 않게 감소될 수 있어, 바람직하지 않게 플라즈마를 충돌시키는 것이 더 어렵게 된다. 그러나, 제 2 양의 RF 전력은 "508"에 도시된 바와 같이, 전극(112A-B)을 경유하여 공정 가스에 용량적으로 결합된다. 제 2 양의 RF 전력이 공정 가스 내로 용량적으로 결합되어 히터 요소(121)에 유도적으로 결합함으로써 감소되지 않을 때, 제 2 양의 RF 플라즈마는 더 넓은 범위의 상태 하에서 플라즈마와 충돌하도록 성능이 개선된다.
예를 들면, 각각의 전극(예를 들면, 전극(112A, 112B) 및 유전체 리드(120) 사이의 거리를 증가(또는 용량적 결합이 감소하도록) 또는 감소(용량적 결합 증가하도록)함으로써, 공정 가스에 용량적으로 결합되는 제 2 양의 RF 전력이 제어될 수 있다. 상술된 바와 같이, 하나 또는 둘 이상의 전극의 위치는 전극이 유전체 리드로부터 균등하게 또는 비균등하게 이격될 수 있도록 독립적으로 제어될 수 있다. 각각의 전극과 히터 요소(121) 사이의 거리는 또한 그 사이의 아킹(arcing)을 방지하도록 제어될 수 있다.
공정 가스로 용량적으로 결합되는 제 2 양의 RF 전력이 또한 제어되며 예를 들면 제 2 평면(예를 들면 전극(112A, 112B)의 바닥) 및 유전체 리드(120) 사이의, 기울기 또는 각도를 제어한다. 하나 또는 둘 이상의 전극의 평면 배향(예를 들면, 전극(112A, 112B))은 공정 챔버(110)의 중앙 영역 내의 공정 가스 혼합물(150)로 용량적으로 결합된 제 2 양의 RF 전력을 조정하는 것을 용이하게 하도록 제어될 수 있다(예를 들면, 전극 평면이 경사질 때, 하나 또는 둘 이상의 전극의 일부 부분은 다른 부분 보다 유전체 리드(120)에 더 근접하게 될 때).
"510"에서, 플라즈마(155)는 각각 유도성 코일(109, 111) 및 전극(112A-B)에 의해 제공된 제 1 양의 RF 전력 및 제 2 양의 RF 전력을 이용하여 공정 가스 혼합물(150)로부터 형성된다. 플라즈마와 충돌하여, 플라즈마 안정화를 얻을 때, 방법(500)은 일반적으로 끝나고 플라즈마 처리가 원하는대로 계속될 수 있다. 예를 들면, 표준 공정 방식 당 RF 전력 세팅 및 다른 공정 매개변수를 이용하여 공정이 적어도 부분적으로 계속될 수 있다. 선택적으로 또는 조합하여, 하나 또는 둘 이상의 전극은 공정 동안 공정 챔버 내로 RF 전력의 용량적 결합을 감소시키도록 유전체 리드(120)로부터 추가로 멀리 이동될 수 있거나, 공정 챔버(100) 내로 RF 전력의 용량적 결합을 증가시키도록 또는 공정 챔버(110)의 영역 내로 용량적으로 결합된 RF 전력의 상대적인 양을 제어하도록 소정의 각도로 기울어질 수 있다.
따라서, 필드 강화 유도 결합 플라즈마 반응기 및 이용 방법이 본 명세서에서 제공된다. 본 발명의 필드 강화 유도 결합 플라즈마 반응기는 유용하게는 플라즈마 균일도 또는 이온 밀도와 같은, 다른 플라즈마 특성을 변경하지 않고 챔버 내의 플라즈마와 충돌시키기 위해 이용가능한 RF 전력을 개선한다. 본 발명의 필드 강화 유도 결합 플라즈마 반응기는 추가로 유용하게는 처리 동안 균일도 및/또는 밀도와 같은 플라즈마 특성을 제어 및/또는 조정할 수 있다.
전술된 것은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 및 추가의 실시예들은 본 발명의 기본적 범위로부터 벗어나지 않고 발명될 수 있으며, 본 발명의 범위는 아래의 청구범위에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 필드(field) 강화 유도 결합 플라즈마 처리 시스템으로서,
    유전체 리드를 가지는 공정 챔버;
    상기 유전체 리드 위에 배치되는 플라즈마 소스 조립체를 포함하며,
    상기 플라즈마 소스 조립체는 상기 공정 챔버 내에 플라즈마를 형성하여 유지하도록 상기 공정 챔버 내로 RF 에너지를 유도적으로 결합하도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 코일;
    상기 공정 챔버 내에 상기 플라즈마를 형성하도록 상기 공정 챔버 내로 RF 에너지를 용량적으로(capacitively) 결합하도록 구성되고 상기 하나 또는 둘 이상의 코일 중 하나의 코일에 전기적으로 결합되는 하나 또는 둘 이상의 전극; 및
    상기 하나 또는 둘 이상의 코일 및 상기 하나 또는 둘 이상의 전극으로 결합되는 RF 발생기를 포함하는,
    필드 강화 유도 결합 플라즈마 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 또는 둘 이상의 코일은:
    외부 코일, 및
    내부 코일을 더 포함하는,
    필드 강화 유도 결합 플라즈마 처리 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 또는 둘 이상의 전극은:
    동일 거리로 이격되고 상기 내부 코일과 상기 외부 코일 사이에 배치되는 두 개의 전극으로서, 상기 두 개의 전극 각각은 상기 외부 코일에 전기적으로 결합되는, 두 개의 전극을 더 포함하는,
    필드 강화 유도 결합 플라즈마 처리 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 또는 둘 이상의 전극은:
    동일 거리로 이격되고 상기 내부 코일과 상기 외부 코일 사이에 배치되는 4개의 1/4 링-형상 전극으로서, 상기 전극 각각이 상기 외부 코일에 전기적으로 결합되는, 4개의 1/4 링-형상 전극을 더 포함하는,
    필드 강화 유도 결합 플라즈마 처리 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체 리드와 상기 하나 또는 둘 이상의 전극 사이에 형성된 수직 거리를 독립적으로 제어하기 위해 상기 하나 또는 둘 이상의 전극으로 결합되는 하나 또는 둘 이상의 위치 제어 메카니즘을 더 포함하는,
    필드 강화 유도 결합 플라즈마 처리 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체 리드에 대해 상기 하나 또는 둘 이상의 전극에 의해 형성된 전극 평면의 각도가 조정가능한,
    필드 강화 유도 결합 플라즈마 처리 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 소스 조립체의 하나 또는 둘 이상의 전극과 상기 유전체 리드 사이에 배치되는 히터 요소를 더 포함하는,
    필드 강화 유도 결합 플라즈마 처리 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 히터 요소에 결합되는 AC 전원을 더 포함하는,
    필드 강화 유도 결합 플라즈마 처리 시스템.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 히터 요소는 비 단절형 히터 요소(no break heater element)인,
    필드 강화 유도 결합 플라즈마 처리 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    바이어스 전원이 결합되는 상기 공정 챔버 내에 배치되는 지지 페데스탈을 더 포함하는,
    필드 강화 유도 결합 플라즈마 처리 시스템.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 또는 둘 이상의 전극은 동일 간격으로 이격된 두 개의 전극을 더 포함하는,
    필드 강화 유도 결합 플라즈마 처리 시스템.
  12. 플라즈마 형성 방법으로서,
    유전체 리드를 가지며 상기 유전체 리드 위에 배치되는 하나 또는 둘 이상의 코일 및 하나 또는 둘 이상의 전극을 가지는 공정 챔버의 내부 용적으로 공정 가스를 제공하는 단계로서, 상기 하나 또는 둘 이상의 전극이 상기 하나 또는 둘 이상의 코일 중 하나의 코일에 전기적으로 결합되는, 공정 챔버의 내부 용적으로 공정 가스를 제공하는 단계;
    RF 전원으로부터 상기 하나 또는 둘 이상의 코일 및 상기 하나 또는 둘 이상의 전극으로 RF 전력을 제공하는 단계; 및
    상기 하나 또는 둘 이상의 코일 및 상기 하나 또는 둘 이상의 전극 각각에 의해 상기 공정 가스에 유도적으로 그리고 용량적으로 결합되는 상기 RF 전원에 의해 제공되는 상기 RF 전력을 이용하여 상기 공정 가스로부터 플라즈마를 형성하는 단계를 포함하는,
    플라즈마 형성 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 하나 또는 둘 이상의 코일 및 상기 하나 또는 둘 이상의 전극으로 RF 전력을 제공하는 단계는:
    RF 전원으로부터 제 1 양의 RF 전력을 상기 하나 또는 둘 이상의 코일을 경유하여 상기 공정 가스로 유도적으로 결합하는 단계; 및
    상기 RF 전원으로부터 상기 하나 또는 둘 이상의 전극을 경유하여 상기 공정 가스로 제 2 양의 RF 전력을 용량적으로 결합하는 단계를 더 포함하는,
    플라즈마 형성 방법.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 공정 챔버는 상기 유전체 리드 상부에 배치되는 비 단절형 히터 요소를 더 포함하며,
    상기 공정 챔버의 온도를 제어하도록 상기 히터 요소로 전력을 공급하는 단계를 더 포함하는,
    플라즈마 형성 방법.
  15. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 또는 둘 이상의 전극들 중 하나 이상과 상기 유전체 리드 사이의 수직 거리를 조정하는 단계 또는 플라즈마 균일도 또는 이온 밀도 중 하나 이상을 제어하도록 상기 유전체 리드에 대해 상기 하나 또는 둘 이상의 전극에 의해 형성된 전극면의 각도를 조정하는 단계를 더 포함하는,
    플라즈마 형성 방법.
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