KR20110046256A - 조정가능한 위상 코일 어셈블리를 갖는 듀얼 모드 유도 결합 플라즈마 반응기 - Google Patents

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발렌틴 엔. 토도로우
케네쓰 에스. 콜린스
앤드류 엔구옌
마틴 제프 살리나스
즈이강 첸
안쿠르 아가르왈
아니루드하 팔
티세-치앙 왕
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Abstract

듀얼 모드 유도 결합 플라즈마 반응기들 및 이를 사용하는 방법들의 실시예들이 본 명세서에 제공된다. 몇몇 실시예들에서, 듀얼 모드 유도 결합 플라즈마 프로세싱 시스템은 유전체 리드를 갖는 프로세스 챔버, 및 유전체 리드 위에 배치되는 플라즈마 소스 어셈블리를 포함할 수 있다. 플라즈마 소스 어셈블리는 내부에 플라즈마를 형성하여 유지하기 위하여 프로세스 챔버로 RF 에너지를 유도 결합하도록 구성되는 다수의 코일들, 다수의 코일들의 각각의 코일에 인가되는 RF 전류의 상대적 위상을 제어하기 위한 다수의 코일들에 결합되는 위상 제어기, 및 다수의 코일들 및 위상 제어기에 결합되는 RF 생성기를 포함한다.

Description

조정가능한 위상 코일 어셈블리를 갖는 듀얼 모드 유도 결합 플라즈마 반응기{DUAL MODE INDUCTIVELY COUPLED PLASMA REACTOR WITH ADJUSTABLE PHASE COIL ASSEMBLY}
본 발명의 실시예들은 일반적으로 반도체 프로세싱 장비와 관련되며, 특히, 유도 결합 플라즈마 프로세싱 시스템들과 관련된다.
유도 결합 플라즈마(ICP: Inductively coupled plasma) 프로세스 반응기들은 일반적으로 프로세스 챔버 외부에 배치되는 하나 이상의 유도 코일들을 통해 프로세스 챔버 내에 배치되는 프로세스 가스에서 전류를 유도함으로써 플라즈마들을 형성한다. 유도 코일들은 외부에 배치되고, 예를 들어, 유전체 리드에 의하여 챔버로부터 전기적으로 분리될 수 있다. 몇몇 플라즈마 프로세스들에 대하여, 히터 엘리먼트는 프로세스들 동안에 그리고 프로세스들 사이에 유전체 리드의 일정한 온도를 유지하는 것을 용이하게 하기 위하여 유전체 리드 위에 배치될 수 있다.
예를 들어, 2개의 코일들은 내부 코일 및 외부 코일을 형성하도록 동축 정렬된다. 각각의 코일들은 동일한 방향으로 - 시계 반대방향으로 또는 시계 방향으로 - 권선된다. 2개의 코일들은 공통 무선 주파수(RF) 소스로 구동된다. 통상적으로, RF 정합 회로는 RF 소스로부터 RF 분할기로 RF 전력을 결합한다. RF 전력은 내부 코일 및 내부 코일 모두에 동시에 인가된다.
특정 프로세스 조건들 하에서, 그러한 ICP 프로세스 반응기들은 M-자형 식각률을 생성할 수 있으며, 여기서 웨이퍼의 중앙 및 에지들은 환형인 웨이퍼의 중앙 부분보다 느리게 식각된다. 몇몇 프로세스들에 대하여, 그러한 식각률 프로파일은 전혀 문제가 되지 않는다. 그러나, 예를 들어, 얕은 트렌치 절연(STI: shallow trench isolation) 프로세스들에서, 깊이 균일성은 중요하다. 마찬가지로, M-자형 식각률 프로파일은 정확한 집적 회로 생성에 불리할 수 있다. 또한, 기술이 더 정밀 피쳐들을 향해 이동함에 따라, 기판에 걸친 식각률 균일성은 보다 중요하게 되었다. 다른 불균일한 프로세싱 결과들 중에서도 M-자형은 그러한 정밀 제어를 제한하고, 따라서 디바이스의 전체 전기적 성능을 저하시킨다.
따라서, 본 출원인은 ICP 소스들의 강화된 RF 제어를 통해 강화된 식각률 균일성을 갖는 유도 결합 플라즈마 반응기를 제공하였다.
듀얼 모드 유도 결합 플라즈마 반응기들 및 이를 사용하는 방법들의 실시예들이 본 명세서에 제공된다. 몇몇 실시예들에서, 듀얼 모드 유도 결합 플라즈마 프로세싱 시스템은 유전체 리드를 갖는 프로세스 챔버, 및 유전체 리드 위에 배치되는 플라즈마 소스 어셈블리를 포함할 수 있다. 플라즈마 소스 어셈블리는 내부에 플라즈마를 형성하여 유지하기 위하여 프로세스 챔버로 RF 에너지를 유도 결합하도록 구성되는 다수의 코일들을 포함한다. 플라즈마 소스 어셈블리는 다수의 코일들의 각각의 코일에 인가되는 RF 전류의 상대적 위상을 제어하기 위한 다수의 코일들에 결합되는 위상 제어기를 더 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 듀얼 모드 유도 결합 플라즈마 프로세싱 시스템은 유전체 리드를 갖는 프로세스 챔버; 유전체 리드에 근접하게 배치되는 환형(annular) 히터; 및 유전체 리드 위에 배치되는 플라즈마 소스 어셈블리를 포함할 수 있으며, 플라즈마 소스 어셈블리는, 제1 방향으로 권선되는 제1 코일 및 제2 방향으로 권선되는 제2 코일 ― 제1 코일 및 제2 코일은 내부에 플라즈마를 형성하여 유지하기 위하여 프로세스 챔버에 RF 에너지를 유도적으로 결합하도록 구성됨 ― ; 각각의 코일에 인가되는 RF 전류의 상대적 위상을 제어하기 위한 제1 코일 및 제2 코일에 결합되는 위상 제어기; 내부에 플라즈마를 형성하기 위하여 프로세스 챔버에 RF 에너지를 용량성으로 결합하도록 구성되는 하나 이상의 전극들 ― 하나 이상의 전극들은 하나 이상의 코일들 중 하나에 전기적으로 결합됨 ― ; 및 중앙 공급장치(central feed)를 통해 각각의 코일들 및 위상 제어기에 결합되는 RF 생성기를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 제1 방향 및 제2 방향은 서로 대향한다.
몇몇 실시예들에서, 플라즈마를 형성하는 방법은, 유전체 리드를 갖고 리드상에 배치되는 다수의 코일들을 갖는 프로세스 챔버의 내부 체적에 프로세스 가스를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. RF 전력은 RF 전력 소스로부터 하나 이상의 코일들에 제공된다. 플라즈마는 하나 이상의 코일들에 의하여 프로세스 가스에 유도적으로 결합되는 RF 전력 소스에 의하여 제공되는 RF 전력을 사용하여 프로세스 가스로부터 형성된다. 위상 제어기는 각각의 코일에 인가되는 RF 전류의 상대적 위상을 제어한다.
본 발명의 상기 언급된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 상기 간략히 요약된 발명의 더욱 특별한 설명은 실시예들을 참고로 하여 취해질 수 있으며, 이들 중 일부는 첨부된 도면들에 예증된다. 그러나, 첨부된 도면들은 단지 본 발명의 전형적 실시예들만을 예증하고, 따라서 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않으며, 동등한 효과의 다른 실시예들을 인정할 수 있다는 것을 유념해야 한다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 듀얼 모드 유도 결합 플라즈마 반응기의 개략적 측면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 전력 소스 어셈블리의 개략도를 도시한다.
도 3a-b는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 듀얼 모드 유도 결합 플라즈마 반응기의 개략적인 부분적 측면도를 도시한다.
도 4a-b는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 RF 공급 구조물을 도시한다.
도 5a-b는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 유도 결합 플라즈마 장치의 개략적인 최상부도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 플라즈마를 형성하는 방법에 대한 흐름도를 도시한다.
도 7은 동상(in-phase) 전력을 사용하는 개별적 식각률 프로파일들 및 반전-위상(out-of-phase) 전력을 사용하는 식각률 프로파일의 예시를 도시한다.
이해를 용이하게 하기 위하여, 도면들에 공통적인 동일한 엘리먼트들을 지시하기 위하여 가능한 한 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 도면들은 일정 비유로 도시되지 않으며, 명료성을 위해 간략화될 수 있다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 피쳐들은 추가적 언급 없이 다른 실시예들에 바람직하게 통합될 수 있음이 예상된다.
듀얼 모드 유도 결합 플라즈마 반응기들 및 그것의 사용 방법의 실시예들이 본 명세서에 제공된다. 본 발명의 유도 결합 플라즈마 반응기들은 바람직하게는 반응기의 개별적 코일들에 인가되는 무선 주파수(RF) 전류의 상대적 위상의 제어를 통해 강화된 및/또는 제어된 플라즈마 프로세싱(예를 들어, 식각 균일성과 같은)을 제공할 수 있다. 또한, 본 명세서에 제공되는 본 발명의 유도 결합 플라즈마 반응기들은 바람직하게는 2개 코일들 모두에서의 전류가 동상인 표준 모드에서, 그리고 예컨대 2개 코일들 모두에서의 RF 전류들이 동상에서 이위상(out-of-phase)으로 스위칭될 수 있도록 유도 RF 코일들의 쌍에서 흐르는 RF 전류의 위상이 제어될 수 있는 위상 제어 모드에서 동작할 수 있다. 그러한 듀얼 모드 동작은 몇몇 프로세스들에 대하여 강화된 성능을 필요로 하나, 상기 프로세스를 구동하도록 자격이 주어지지 않는 새로운 장비상에서 구동하기를 원하지 않는 다른 프로세스들을 수행하는 고객들에게 바람직할 수 있으며, 그들은 이미 표준 모드의 동작으로 수용가능한 성능을 달성한다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 듀얼 모드 유도 결합 플라즈마 반응기(반응기(100))의 개략적 측면도를 도시한다. 반응기(100)는 단독으로 이용되거나, 또는 집적 반도체 기판 프로세싱 시스템의 프로세싱 모듈, 또는 캘리포니아 산타 클라라의 어플라이드 머티리얼스사로부터 이용가능한 CENTURA® 집적 반도체 웨이퍼 프로세싱 시스템과 같은 클러스터 툴로서 이용될 수 있다. 바람직하게 본 발명의 실시예들에 따른 변형으로부터 이익을 얻을 수 있는 적합한 플라즈마 반응기의 실시예들은 또한 어플라이드 머티리얼스사로부터 이용가능한 반도체 장비의 DPS® 라인(DPS®, DPS® II, DPS® AE, DPS® G3 폴리 식각기, DPS® G5, 등과 같은)과 같은 유도 결합 플라즈마 식각 반응기들을 포함한다. 반도체 장비의 상기 나열은 단지 예시적인 것으로서, 다른 식각 반응기들 및 비-식각 장비(CVD 반응기들, 또는 다른 반도체 프로세싱 장비와 같은)가 또한 본 발명의 교지에 따라 적합하게 변형될 수 있다.
플라즈마 반응기는 프로세스 챔버(110) 꼭대기에 플라즈마 소스 어셈블리(160)를 포함한다. 어셈블리(160)는 정합망(119), 위상 제어기(104) 및 다수의 코일들, 예컨대, 제1 또는 내부 RF 코일(109) 및 제2 또는 외부 RF 코일(111)을 포함한다. 어셈블리(160)는 다수의 RF 코일들, 예컨대 제1 RF 코일 및 제2 RF 코일(109, 111)에 RF 전력 공급부(118)를 결합하기 위한 RF 공급 구조물(106)을 더 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 다수의 RF 코일들은 프로세스 챔버(110) 근처에 (예를 들어, 프로세스 챔버 위에) 동축으로 배치되고, 프로세스 챔버(110) 내부에 제공되는 프로세스 가스들로부터 플라즈마를 형성하기 위하여 프로세스 챔버(110)내에 RF 전력을 유도적으로 결합하도록 구성된다.
RF 전력 공급부(118)는 정합망(119)를 통해 RF 공급 구조물(106)에 결합된다. 위상 제어기(104)는 제1 RF 코일 및 제2 RF 코일(109, 111)에 각각 전달되는 RF 전력을 조정하도록 제공될 수 있다. 위상 제어기(104)는 정합망(119)와 RF 공급 구조물(106) 사이에 결합될 수 있다. 대안적으로, 위상 제어기는 정합망(119)의 일부일 수 있으며, 이러한 경우에 정합망은 RF 공급 구조물(106)에 결합되는 2개 출력들을 가질 수 있다 - 출력은 각각의 RF 코일(109, 111)에 대응한다.
RF 공급 구조물(106)은 위상 제어기(104)(또는 위상 제어기가 내부에 통합되는 정합망(119))로부터 개별적인 RF 코일들로 RF 전류를 결합한다. 몇몇 실시예들에서, RF 공급 구조물(106)은 RF 전류가 RF 코일들의 중앙축에 대하여 지리학적으로 대칭적 구조로 각각의 코일에 결합되도록, 대칭 방식으로 RF 코일들에 RF 전류를 제공하도록 구성될 수 있다. RF 공급 구조물의 몇몇 실시예들이 도 4a-b에 대하여 하기에 보다 상세히 설명된다.
반응기(100)는 일반적으로 (프로세싱 체적을 함께 한정하는) 도전성 몸체(벽)(130) 및 유전체 리드(120)를 갖는 프로세스 챔버(110), 프로세싱 체적 내에 배치되는 기판 지지 페데스탈(116), 플라즈마 소스 어셈블리(160), 및 제어기(140)를 포함한다. 벽(130)은 통상적으로 전기 접지(134)에 결합된다. 몇몇 실시예들에서, 지지 페데스탈(캐소드)(116)는 제1 정합망(124)를 통해 바이어싱 전력 소스(122)에 결합될 수 있다. 바이어싱 소스(122)는 다른 주파수들 및 전력들이 특정 애플리케이션들에 대하여 원하는 바에 따라 제공될 수 있으나, 예시적으로 연속적 또는 펄스형 전력을 생성할 수 있는 대략 13.56 MHz의 주파수에서 1000 W에 달하는 소스일 수 있다. 다른 실시예들에서, 소스(122)는 DC 또는 펄스형 DC 소스일 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 링크(170)는 하나의 소스로부터 다른 소스로의 동작의 동기화를 용이하게 하기 위하여 RF 전력 공급부(118) 및 바이어싱 소스(122)를 결합하기 위하여 제공될 수 있다. RF 소스는 다른 생성기들이 뒤따르는, 리드(lead) 또는 마스터 RF 생성기이거나, 또는 슬레이브(slave)일 수 있다. 링크(170)는 추가로 완벽한 동기화에서, 또는 원하는 오프셋 또는 위상차에서 RF 전력 공급부(118) 및 바이어싱 소스(122)의 작동을 용이하게 할 수 있다. 위상 제어는 RF 소스들 사이에 링크(170) 내에 또는 RF 소스 중 하나 또는 둘 모두 내에 배치되는 회로에 의하여 제공될 수 있다. 소스와 바이어스 RF 생성기들(예를 들어, 117, 122) 사이의 이러한 위상 제어는 RF 전력 공급부(118)에 결합되는 다수의 RF 코일들에서 흐르는 RF 전류에 대한 위상 제어와 무관하게 제공되고 제어될 수 있다. 소스와 바이어스 RF 생성기들 사이에 위상 제어에 관한 추가적 세부 사항들은 "METHOD AND APPARATUS FOR PULSED PLASMA PROCESSING USING A TIME RESOLVED TUNING SCHEME FOR RF POWER DELIVERY"라는 제목의, S. Banna 등에 의하여 2009년 5월 13일자로 출원된, 공동 소유된 미국 특허 출원 번호 제12/465,319호에서 발견될 수 있으며, 이 모든 내용은 본 명세서에 참조로서 통합된다.
몇몇 실시예들에서, 유전체 리드(120)는 실질적으로 평평할 수 있다. 챔버(110)의 다른 변형들은 예를 들어, 돔-형태 리드 또는 다른 형태들과 같은 다른 타입의 리드들을 가질 수 있다. 플라즈마 소스 어셈블리(160)는 통상적으로 리드(120) 위에 배치되며, 프로세스 챔버(110)로 RF 전력을 유도적으로 결합하도록 구성된다. 플라즈마 소스 어셈블리(160)는 다수의 유도 코일들 및 플라즈마 전력 소스를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 하나 이상의 전극들(112A 및 112B)은 또한 하기에서 보다 상세히 개시되는 바와 같이 다수의 코일들 중 하나 이상에 결합될 수 있다. 다수의 유도 코일들은 유전체 리드(120) 위에 배치될 수 있다. 도 1에 도시되는 바와 같이, 2개의 코일들(내부 코일(109) 및 외부 코일(111))은 예시적으로 리드(120) 위에 배치되는 것으로 도시된다. 예를 들어, 외부 코일(111) 내에 배치되는 내부 코일(109)을 갖는 코일들은 중심이 같도록 정렬될 수 있다. 상대적인 위치, 각각의 코일의 직경들의 비율, 및/또는 각각의 코일의 권선의 횟수 는 가각 예를 들어, 형성중인 플라즈마의 밀도 또는 프로파일을 제어하기 원하는 바에 따라 조정될 수 있다. 다수의 유도 코일들(예를 들어, 도 1에 도시되는 바와 같이 코일들(109, 111))의 각각의 코일은 제2 정합망(119)를 통해 플라즈마 전력 소스(118)에 결합된다. 다른 주파수들 및 전력들이 특정 애플리케이션들에 대하여 요구되는 바에 따라 제공될 수 있으나, 플라즈마 소스(118)는 예시적으로 50 kHz 내지 13.56 MHz의 범위의 조정가능한 주파수에서 4000 W에 이르는 전력을 생성할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 위상 제어기(104)는 개별적인 코일들로 플라즈마 전력 소스(118)에 의하여 제공되는 RF 전력의 상대적인 양을 제어하고, 인가된 전류의 상대적 위상을 제어하기 위하여 코일들(109 및 111)에 인가되는 RF 전력을 분배한다. 예를 들어, 도 1에 도시되는 바와 같이, 위상 제어기(104)는 각각의 코일에 제공되는 RF 전력의 양 및 위상을 제어하기 위해 (이에 의해 식각률 균일성의 제어 뿐 아니라 내부 코일 및 외부 코일에 대응하는 영역들의 플라즈마 특징의 제어를 용이하게 하기 위해) 내부 코일(109) 및 외부 코일(111)을 결합하는 라인에 배치된다. 플라즈마에 결합되는 전력의 양을 최대화하기 위하여, 정합망(119)는 RF 소스(118)와 위상 제어기(104) 사이에 배치된다.
하나 이상의 선택적 전극들이 다수의 유도 코일들 중 하나(예를 들어, 도 1에 도시되는 바와 같이 내부 코일(109) 또는 외부 코일(111) 중 하나)에 전기적으로 결합된다. 예시적인 비-제한적 일 실시예에서, 도 1에 도시되는 바와 같이, 플라즈마 소스 어셈블리(160)의 하나 이상의 전극들은 내부 코일(109)과 외부 코일(111) 사이에 그리고 유전체 리드(120) 근처에 배치되는 2개의 전극들(112A, 112B)일 수 있다. 각각의 전극(112A, 112B)은 내부 코일(109) 또는 외부 코일(111) 중 하나에 전기적으로 결합될 수 있다. 도 1에 도시되는 바와 같이, 각각의 전극(112A, 112B)은 개별적인 전기 커넥터들(113A, 113B)을 통해 외부 코일(111)에 결합된다. RF 전력은 그들이 결합되는 유도 코일(예를 들어, 도 1의 내부 코일(109) 또는 외부 코일(111))을 통해 플라즈마 전력 소스(118)를 통하여 하나 이상의 전극에 제공될 수 있다. 그러한 전극들의 사용에 대한 설명은 "Field Enhanced Inductively Coupled Plasma (FE-ICP) Reactor"라는 제목의 V. Todorow 등에 의하여 2008년 7월 30일자로 출원된 공동으로 허여된 미국 특허 출원 제12/182,342호에 포함된다.
몇몇 실시예들에서, 그리고 도 1에 도시되는 바와 같이, 배치 메커니즘들(115A, 115B)은 (전극들(112A, 112B)의 팬텀 확장자(phantom extension) 및 수직 화살표(102)에 의하여 표시되는 바와 같이) 그것의 위치 및 배향을 독립적으로 제어하기 위하여 각각의 전극들(예를 들어, 전극들(112A, 112B))에 결합될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 배치 메커니즘(들)은 하나 이상의 전극들의 각각의 전극의 수직 위치를 독립적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 도 4a에 도시되는 바와 같이, 전극(112A)의 위치는 배치 메커니즘(115B)에 의하여 제어되는 바와 같이 전극(112B)의 위치에 독립적으로 배치 메커니즘(115A)에 의하여 제어될 수 있다. 또한, 배치 메커니즘들(115A, 115B)은 전극들의 각도 또는 기울기(또는 하나 이상의 전극들에 의하여 한정되는 전극 평면)를 추가로 제어할 수 있다.
히터 엘리먼트(121)는 프로세스 챔버(110)의 내부의 가열을 용이하게 하기 위하여 유전체 리드(120)의 꼭대기에 배치될 수 있다. 히터 엘리먼트(121)는 유전체 리드(120)와 유도 코일들(109, 111) 및 전극들(112A-B) 사이에 배치될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 히터 엘리먼트(121)는 저항성 가열 엘리먼트를 포함할 수 있으며, 약 섭씨 50도 내지 약 섭씨 100도 사이이도록 히터 엘리먼트(121)의 온도를 제어하기에 충분한 에너지를 제공하도록 구성되는, AC 전력 공급부와 같은 전력 공급부(123)에 결합될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 히터 엘리먼트(121)는 개방 브레이크 히터일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 히터 엘리먼트(121)는 환형 엘리먼트와 같은 노 브레이크(no break) 히터를 포함할 수 있어, 프로세스 챔버(110) 내에 균일한 플라즈마 형성을 용이하게 할 수 있다.
동작 동안에, 기판(114)(반도체 웨이퍼 또는 플라즈마 프로세싱에 적합한 다른 기판과 같은)은 페데스탈(116)상에 위치될 수 있으며, 프로세스 가스들은 프로세스 챔버(110) 내에 기체 혼합물(150)을 형성하기 위하여 엔트리 포트들(126)을 통해 가스 패널(138)로부터 공급될 수 있다. 기체 혼합물(150)은 플라즈마 소스(118)로부터 유도 코일들(109, 111)로 그리고 사용된다면 하나 이상의 전극들(예를 들어, 112A 및 112B)로 전력을 인가함으로써, 프로세스 챔버(110)에서 플라즘(155)로 점화(ignite)될 수 있다. 위상 제어기(104)는 각각의 코일에 대한 RF 전력의 상대적 위상을 조정하도록 제어기(140)에 의하여 지시되고, 따라서, 식각률 프로파일을 제어한다. 몇몇 실시예들에서, 바이어스 소스(122)로부터의 전력이 페데스탈(116)에 또한 제공될 수 있다. 챔버(110) 내부 안의 압력은 쓰로틀 밸브(127) 및 진공 펌프(136)를 사용하여 제어될 수 있다. 챔버 벽(130)의 온도는 벽(130)을 통해 뻗어나가는 액체-포함 도관들(미도시)을 사용하여 제어될 수 있다.
웨이퍼(114)의 온도는 지지 페데스탈(116)의 온도를 안정화시킴으로써 제어될 수 있다. 일 실시예에서, 가스 소스(148)로부터의 헬륨 가스는 가스 도관(149)을 통해 페데스탈 표면에 배치되는 홈(groove)들(미도시)과 웨이퍼(114)의 후면 사이에 한정되는 채널들로 제공될 수 있다. 헬륨 가스는 페데스탈(116)과 웨이퍼(114) 사이에 열 전달을 용이하게 하는데 사용된다. 프로세싱 동안에, 페데스탈(116)은 페데스탈 내에 저항성 히터(미도시)에 의하여 일정한 상태 온도로 가열될 수 있으며, 헬륨 가스는 웨이퍼(114)의 균일한 가열을 용이하게 할 수 있다. 그러한 열적 제어를 사용하여, 웨이퍼(114)는 예를 들어, 0도에서 500도 사이의 온도에서 유지될 수 있다.
제어기(140)는 중앙 처리 유닛(CPU)(144), 메모리(142), 및 CPU(144)에 대한 지원 회로들(146)을 포함하며, 반응기(100)의 컴포넌트들의 제어 및 마찬가지로 본 명세서에서 논의된 바와 같은 플라즈마를 형성하는 방법의 제어를 용이하게 한다. 제어기(140)는 다양한 챔버들 및 서브-프로세서들을 제어하기 위한 상업적 설정에서 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세스 중 하나일 수 있다. CPU(144)의 메모리, 또는 컴퓨터-판독가능 매체(142)는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 로컬 또는 원격의 임의의 다른 형태의 디지털 저장부와 같은 쉽게 이용가능한 메모리 중 하나 이상일 수 있다. 지원 회로들(146)은 종래의 방식으로 프로세서를 지원하기 위해 CPU(144)에 결합된다. 이러한 회로들은 캐시, 전력 공급부들, 클록 회로들, 입력/출력 회로 및 서브시스템들 등을 포함한다. 본 발명의 방법은 상기 개시되는 방식으로 반응기(100)의 동작을 제어하기 위하여 실행되거나 인보크(invoke)될 수 있는 소프트웨어 루틴으로서 메모리(142)에 저장될 수 있다. 특히, 제어기(140)는 코일들(109, 111)에 결합되는 RF 전력의 상대적 위상을 조정하기 위하여 위상 제어기를 제어한다. 소프트웨어 루틴은 또한 CPU(144)에 의하여 제어되고 있는 하드웨어로부터 원격에 위치되는 제2 CPU(미도시)에 의하여 저장 및/또는 실행될 수 있다.
도 2는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 플라즈마 소스 어셈블리(150)의 개략도를 도시한다. 어셈블리(160)는 정합망(119), 위상 제어기(104) 및 다수의 코일들, 예를 들어, 코일들(109, 111)을 포함한다. 정합망(119)는 사인 실시예들에서 고정 인덕터(2020에 직렬로 결합되는 가변 커패시터(220)(션트(shunt) 커패시터)를 포함하는 종래의 망(network)일 수 있다. 커패시터(200) 및 인덕터(202)는 입력부(204)로부터 접지(206)로 결합된다. 일련의 접속된 가변 커패시터(208)(직렬 커패시터)는 정합망(119)의 출력에 입력을 접속한다. 커패시터들(200, 208) 및 인덕터(202)는 정합망(110)의 L-망 형태를 형성한다. 다른 실시예들은 L-자형, ㅠ-자형, 또는 다른 형태의 망들로 가변 인덕터들 및/또는 고정 커패시터들을 사용할 수 있다.
정합망(119)의 출력은 코일들(109 및 111) 및 위상 제어기(104)에 결합된다. 회로의 저항성 컴포넌트는 엘리먼트들(210, 212)에 의하여 표현된다. 본 발명의 몇몇 실시예들에서, 외부 코일(111) 및 내부 코일(109)은 직렬로 접속된다. 외부 코일(111)의 제1 단자(214)는 정합망(119)에 결합된다. 제2 단자(216)는 내부 코일(109)의 제1 단자(220) 및 접지(206)로의 커패시터(218)에 결합된다. 내부 코일(109)의 제2 단자(222)는 가변 커패시터(224)를 통해 접지(206)에 결합된다. 가변 커패시터(224)는 내부 및 외부 코일들(109, 111) 각각을 통해 흐르는 RF 전류의 전류 비율을 제어하는 분배 커패시터일 수 있다. 커패시터들(218 및 224)은 각각의 코일(109, 111)을 통해 흐르는 RF 전류의 상대적 위상을 제어하는 위상 제어기(104)를 형성한다. 몇몇 실시예들에서, 커패시터(218)는 고정된 값을 가질 수 있으며, 커패시터(224)는 가변적일 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 커패시터(218)는 약 100 pF 내지 약 2000 pF 사이의 고정된 값을 가질 수 있으며, 커패시터(224)는 약 100 pF 내지 약 2000 pF 사이에 임의의 범위의 값을 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 커패시터들(218 및 224) 모두는 가변적이다.
몇몇 실시예들에서, 외부 코일(111) 및 내부 코일(109)이 직렬로 접속될 때, 코일들 사이의 커넥터들은 반응기의 플라즈마 스트라이킹(striking) 용량을 향상시킬 수 있는 용량성 RF 전극들로서 기능할 수 있다(예를 들어, 코일들 사이의 접속은 상기 논의된 바와 같이 전극들(112)일 수 있음).
도 2의 실시예에서, 커패시터(224)의 조정은 각각의 코일에서 RF 전류의 상대적 위상을 변경한다. 커패시터들(218)은 동상 동작에 대한 세트 포인트를 설장하고, 그 후, 각각의 코일에 대한 이위상(out-of-phase) 전류 애플리케이션을 달성하기 위해 상대적 위상을 변경한다. 전류의 위상을 변경함으로서, 코일들에 의하여 생성되는 자계들 사이의 간섭이 변경된다. 간섭은 상대적인 전류 위상에 따라 건설적이거나(constructive) 파괴적(destructive)일 수 있다. 간섭은 특정 프로세스 결과들을 달성하기 위하여 튜닝될 수 있다. 소스 어셈블리의 전체 전기 회로 또는 코일 어셈블리(160)의 공명 또는 근사(near) 공명을 야기할 수 있는 커패시터(224 또는 218)의 커패시턴스 값들의 범위가 존재한다. 이러한 공명에 근접한 작동은 커패시터들 및/또는 코일들상에 고전압을 생성할 수 있어, 상기 범위에서의 작동은 제한되거나 방지되어야 한다. 그 결과, 커패시턴스는 통상적으로 식극 레이트에서 M-자형 패턴의 감소 및 얕은 트렌치 절연(STI) 애플리케이션들에 대한 깊이 균일성 및 셀 마이크로-로딩의 제어와 같은, 특정 프로세스 결과들을 달성하기 위하여 동상 전류 애플리케이션 또는 180°이상 전류 애플리케이션을 야기하도록 선택된다.
본 발명의 몇몇 실시예들에서, 코일들(109, 111)은 대향 방향들로 (예를 들어, 각각 시계 방향 및 시계 반대 방향) 권선될 수 있다. 예시적인 일 실시예에서, 내부 코일은 2 또는 4 또는 8 또는 16개 권선들 및 약 5 인치의 직경을 갖는 반면, 외부 코일은 2 또는 4 또는 8 또는 16개 권선들 및 약 15 인치의 직경을 갖는다. 권선들의 개수 및 코일 직경은 코일의 인덕턴스를 좌우하며, 원하는 바에 따라 선택될 수 있다. 또한, 각각의 코일들은 다수의 레그(leg)들, 예를 들어, 공통 공급장치에 결합되는 다수의 병렬 접속된 코일들로 구성될 수 있으며, 여기서 각각의 레그는 접지에, 또는 접지로의 커패시터에 결합된다(예를 들어, 도 5a-b에 대한 하기의 논의 참고). 레그들의 개수는 설계의 기하학적 대칭성을 유지시키면서 원하는 인덕턴스를 달성하도록 선택될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 공통 공급장치는 중앙 공급장치일 수 있다(예를 들어, 도 4a-b에 대한 하기 논의 참고). 그러한 중앙에 공급된 코일 어셈블리는 Z. Chen 등에 의하여 2009년 10월 26일자로 출원된 "RF FEED STRUCTURE FOR PLASMA PROCESSING"라는 제목의 미국 특허 출원 제61/254,838호 및 V. N. Todorow 등에 의하여 2009년 10월 26일자로 출원된 "INDUCTIVELY COUPLED PLASMA APPARATUS WITH PHASE CONTROL"라는 제목의 미국 특허 출원 제61/254,833호에서 발견될 수 있으며, 이들 각각은 본 명세서에 참조로서 통합된다.
몇몇 실시예들에서, RF 전력 공급부(118)에 의하여 제1 RF 코일 또는 제2 RF 코일 각각에 제공되는 RF 신호의 위상은 코일들에 결합되는 위상 시프팅 디바이스를 사용하여 제어될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 특정 RF 코일을 통해 흐르는 RF 전류의 위상을 시프트하기 위해 제1 또는 제2 RF 코일 중 하나에 결합될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 위상 제어기(302)는 RF 코일들 중 하나로 가는 RF 신호를 제어가능하게 지연시키기에 적합한, 예컨대 커패시터들 및 인덕터들에 기초하는 시간 지연 회로일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 도 3a에 예시되는 바와 같이, 위상 제어기(302)는 제1 코일(109)을 통해 흐르는 RF 전류의 위상을 시프트하기 위해 RF 공급 구조물(106)과 제1 코일(109) 사이에 배치될 수 있다. 그러나, 위상 제어기(302)의 예증은 단지 예시적인 것으로, 위상 제어기는 제1 RF 코일(109) 대신에 제2 RF 코일(111)에 결합될 수 있다.
동작에서, RF 신호는 RF 전력 공급부(118)에 의하여 생성된다. RF 신호는 정합망(119)(그리고 몇몇 실시예들에서, 다수의 RF 코일들 각각에 공급되는 RF 전류의 비율을 제어하는 전력 분배기(105))를 통해 이동하고, 여기서 신호는 분배되고 각각의 RF 코일들에 공급된다. 몇몇 실시예들에서, 전력 분배기는 분배 커패시터일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, RF 신호는 추가적 변형 없이 제2 RF 코일(111)에 진입할 수 있다. 그러나, 제1 RF 코일(109)에 결합되는 RF 신호는 먼저 위상 제어기(302)에 진입하고, RF 신호의 위상은 제1 RF 코일(109)에 진입하기 이전에 제어될 수 있다. 따라서, 위상 제어기(302)는 0과 360도 사이의 임의의 양만큼 제2 RF 코일(111)에 관하여 제1 RF 코일(109)을 통해 흐르는 RF 전류의 상대적 위상의 제어를 허용한다. 플라즈마의 전계의 따라서, 건설적 또는 파괴적 간섭의 양은 제어될 수 있다. 위상이 동상이도록 제어될 때(또는 0도만 위상이 달라질 때(out of phase)), 장치는 표준 모드에서 작동가능할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제1 RF 코일(109)을 통해 흐르는 RF 전류는 제2 RF 코일(111)을 통해 흐르는 RF 전류와 180도만큼 위상이 달라질(out of phase) 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 예를 들어, 도 3b에 도시되는 바와 같이, RF 코일들 중 하나 또는 둘 모두는 개별적인 코일과 접지 사이에 배치되는 블로킹 커패시터를 추가로 가질 수 있다. 예를 들어, 도 3b에서, 블로킹 커패시터(302)가 제1 RF 코일(109)과 접지 사이에 결합되어 도시되고, 블로킹 커패시터(304)는 제2 RF 코일(111)과 접지 사이에 결합되어 도시된다. 대안적으로, 블로킹 커패시터는 RF 코일들 중 단지 하나에 결합될 수 있다. 각각의 코일이 다수의 도전성 엘리먼트들을 포함하는 실시예들에서(도 5a-b에 대해 하기에 보다 상세히 논의되는 바와 같이), 블로킹 커패시터는 각각의 도전성 엘리먼트와 접지 사이에 제공될 수 있다. 블로킹 커패시터들은 고정된 값을 가질 수 있거나, 가변적일 수 있다. 가변적이라면, 블로킹 커패시터들은 추가로 (제어기(140)와 같은) 제어기를 통해 또는 수동적으로 조정될 수 있다. 단일 RF 코일에 결합되는 블로킹 커패시터(들)의 값에 대한 제어, 또는 2개 RF 코일들 모두에 결합되는 블로킹 커패시터(들)의 개별적 값들에 대한 제어는 RF 코일들을 통해 흐르는 RF 전류의 위상에 대한 제어를 용이하게 한다.
도 4a-b는 예시적인 RF 공급 구조물(106)의 실시예들을 개시한다. 예시적인 RF 공급 구조물에 관한 추가적인 세부사항들은 이전에 통합된 미국 특허 출원 번호 제61/254,838호에서 발견될 수 있다. 예를 들어, 도 4a-b는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 RF 공급 구조물(106)을 도시한다. 도 4a에 도시되는 바와 같이, RF 공급 구조물(106)은 제1 RF 공급(402)에 관하여 동축으로 배치되는 제1 RF 공급(402) 및 제2 RF 공급(404)를 포함할 수 있다. 제1 RF 공급(402)는 제2 RF 공급(404)로부터 전기적으로 절연된다. 몇몇 실시예들에서, RF 공급 구조물(106)은 중심축(401)을 가지고 실질적으로 선형적일 수 있다. 본 명세서에서 사용될 때, 실질적으로 선형이라는 것은 예를 들어, 정합망의 출력부 또는 위상 제어기 중 하나로의, 또는 RF 코일들의 입력부로의 결합을 용이하게 하기 위하여 RF 공급 구조물의 축 길이를 따른 기하학을 지칭하고, RF 공급 구조물 엘리먼트들의 단부들 근처에 형성될 수 있는 임의의 플랜지(flange)들 또는 다른 피쳐들을 배제한다. 몇몇 실시예들에서, 그리고 도시되는 바와 같이, 제1 및 제2 RF 공급들(402, 404)은 실질적으로 선형적일 수 있으며, 제2 RF 공급(404)는 제1 RF 공급(402)에 관하여 동축으로 배치된다. 제1 및 제2 RF 공급들(402, 404)은 RF 전력을 RF 코일들에 결합하기 위하여 임의의 적절한 도전성 물질로 형성될 수 있다. 예시적인 도전성 물질들은 구리, 알루미늄 이들의 합금 등을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 RF 공급들(402, 404)은 공기, 불소중합체(Teflon®, 폴리에틸렌 등과 같은)와 같은 하나 이상의 절연 물질들로 전기적으로 절연될 수 있다.
제1 RF 공급(402) 및 제2 RF 공급(404)는 제1 또는 제2 RF 코일들(109, 111) 중 다른 하나에 각각 결합된다. 몇몇 실시예들에서, 제1 RF 공급(402)는 제1 RF 코일(109)에 결합될 수 있다. 제1 RF 공급(402)는 도전성 와이어, 케이블, 바, 튜브, 또는 RF 전력을 결합하기에 적합한 다른 도전성 엘리먼트 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제1 RF 공급(402)의 횡단면은 실질적으로 원형일 수 있다. 제1 RF 공급(402)는 제1 단부(4060 및 제2 단부(407)를 포함할 수 있다. 제2 단부(407)는 정합망(119)의 출력부에(도시되는 바와 같이), 전력 분배기에(도 3에 도시되는 바와 같이), 또는 위상 제어기에(도 1에 도시되는 바와 같이) 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 4a에 도시되는 바와 같이, 정합망(119)는 2개의 출력부들(432, 434)을 갖는 전력 분배기(430)를 포함할 수 있으며, 제1 RF 공급(402)의 제2 단부(407)는 2개 출력부들 중 하나(예를 들어, 432)에 결합된다.
제1 RF 공급(402)의 제1 단부(406)는 제1 코일(109)에 결합될 수 있다. 제1 RF 공급(402)의 제1 단부(406)는 직접 또는 몇몇 개입 지원 구조(베이스(408)가 도 4a에 도시된다)를 통해 제1 코일(109)에 결합될 수 있다. 베이스(408)는 원형이거나 다른 형태일 수 있으며, 제1 코일(109)을 거기에 결합하기 위한 대칭적으로 정렬되는 결합 포인트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4a에서, 2개 단자들(428)이 (클램프들, 용접 등과 같은 임의의 적절한 결합이 제공될 수 있으나) 예컨대 나사들(429)을 통해 제1 RF 코일의 2개 부분들에 결합하기 위한 베이스(408)의 대향 측면들상에 배치되어 도시된다.
몇몇 실시예들에서, 그리고 하기에 도 5a-b와 관련하여 추가로 논의되는 바와 같이, 제1 RF 코일(109)(및/또는 제2 RF 코일(111))은 다수의 행간 삽입된(interlineated) 대칭적으로 정렬되는 적층 코일들(예를 들어, 둘 이상)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 RF 코일(109)은 코일로 권선되는 다수의 도선들을 포함할 수 있으며, 각각의 도선은 동일한 원통형 평면을 점유한다. 각각의 행간 삽입된 적층 코일은 코일의 중심축을 향해 그들로부터 안쪽으로 확장되는 레그(410)를 더 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 각각의 레그는 코일의 중심축 쪽으로 코일로부터 안쪽으로 방사상으로 확장된다. 각각의 레그(410)는 서로에 대하여 제1 RF 공급(402) 및/또는 베이스(408)에 대하여 대칭적으로 정렬될 수 있다(예를 들어, 180도 떨어진 2개 레그들, 120도 떨어진 3개 레그들, 90도 떨어진 4개 레그들 등). 몇몇 실시예들에서, 각각의 레그(410)는 제1 RF 공급(402)와 전기적으로 접촉하기 위하여 내부로 확장하는 개별적인 RF 코일 도선의 일부일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제1 RF 코일(109)은 대칭적으로 정렬되는 결합 포인트들의 개별적인 결합 포인트에서(예를 들어, 단자들(428)) 베이스(408)에 결합하기 위하여 코일로부터 안쪽으로 확장되는 레그(410)를 각각 갖는 다수의 도선들을 포함할 수 있다.
제2 RF 공급(404)는 제1 RF 공급(402) 근처에 동축으로 배치되는 도전성 튜브(403)일 수 있다. 제2 RF 공급(404)는 제1 RF 코일 및 제2 RF코일(109, 111)에 근접한 제1 단부(412) 및 제1 단부(412)에 대향하는 제2 단부(414)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제2 RF 코일(111)은 플랜지(416)를 통해 제1 단부(412)에서 제2 RF 공급(404)에, 또는 대안적으로 제2 RF 공급(404)(미도시)에 직접 결합될 수 있다. 플랜지(416)는 원형이거나 다른 형태일 수 있으며, 제2 RF 공급(404) 근처에 동축으로 배치될 수 있다. 플랜지(416)는 제2 RF 코일(111)을 거기 결합하기 위하여 대칭적으로 정렬되는 결합 포인트들을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4a에서, 2개 단자들이 (단자들(428)에 관하여 상기 개시되는 것과 같이, 임의의 적절한 결합이 제공될 수 있으나) 예컨대 나사들(427)을 통해 제2 RF 코일의 2개 부분들에 결합하기 위한 제2 RF 공급(404)의 대향 측면들상에 배치되어 도시된다.
제1 코일(109)과 유사하게, 그리고 또한 도 5a-b에 관하여 하기에 추가로 논의되는 바와 같이, 제2 RF 코일(111)은 다수의 행간 삽입된 대칭적으로 정렬되는 적층형 코일들을 포함할 수 있다. 각각의 적층형 코일은 대칭적으로 정렬된 결합 포인트들 각각에서 플랜지(416)에 결합하기 위해 그들로부터 연장되는 레그(418)를 가질 수 있다. 따라서, 각각의 레그(418)는 플랜지(216) 및/또는 제2 RF 공급(404) 주변에 대칭적으로 정렬될 수 있다.
제2 RF 공급(404)의 제2 단부(414)는 정합망(119)(미도시)에, 전력 분배기에(도 3에 도시된 바와 같이), 또는 위상 제어기에(도 1에 도시되는 바와 같이) 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 4a에 도시되는 바와 같이, 정합망(119)는 2개의 출력부들(432, 434)을 갖는 전력 분배기(430)를 포함한다. 제2 RF 공급(404)의 제2 단부(414)는 정합망(119)의 2개 출력들 중 하나(예를 들어, 434)에 결합될 수 있다. 제2 RF 공급(404)의 제2 단부(414)는 도전성 엘리먼트(420)(도전성 스트랩과 같은)를 통해 정합망(119)에 결합될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제2 RF 공급(4040의 제1 단부 및 제2 단부(412, 414)는 도전성 엘리먼트(420)에 의하여 야기될 수 있는 임의의 자계 비대칭의 효과들을 제한하기에 충분한 길이(422)만큼 분리될 수 있다. 요구되는 길이는 프로세스 챔버(110)에서 사용되도록 의도되는 RF 전력에 좌우될 수 있으며, 공급되는 더 많은 전력은 더 긴 길이를 요구한다. 몇몇 실시예들에서, 길이(422)는 약 2 내지 약 8 인치 사이(약 5 내지 약 20cm)일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 길이는 제1 RF 공급 및 제2 RF 공급을 통해 RF 전류가 흐름으로써 형성되는 자계가 제1 RF 코일 및 제2 RF 코일(109, 111)를 통해 RF 전류가 흐름으로써 자계의 대칭성에 실질적으로 영향을 미치지 않도록 구성된다.
몇몇 실시예들에서, 도 4b에 예시되는 바와 같이, 환형 디스크(424)는 그것이 제2 단부(414) 근처에 제2 RF 공급(404)에 결합될 수 있다. 디스크(424)는 제2 RF 공급(414) 근처에 동축으로 배치될 수 있다. 도전성 엘리먼트(420), 또는 다른 적절한 커넥터는 정합망(또는 전력 분배기, 또는 위상 제어기)의 출력에 디스크(424)를 결합시키는데 사용될 수 있다. 디스크(424)는 제2 RF 공급와 동일한 종류의 물질들로부터 제작될 수 있으며, 제2 RF 공급(404)와 동일하거나 상이한 물질일 수 있다. 디스크(424)는 (도시되는 바와 같이) 제2 RF 공급(404)의 필수적 부분일 수 있으며, 또는 대안적으로, 그들 사이에 강한 전기적 접속을 제공하는 임의의 적절한 수단에 의하여 제2 RF 공급(404)에 결합될 수 있으며, 임의의 적절한 수단은 이에 제한되는 것은 아니나, 볼트 결합, 용접, 립(lip)의 프레스 핏(press fit), 또는 제2 RF 공급(404) 근처의 확장부 등을 포함한다. 디스크(424)는 바람직하게는 정합망(119)로부터(또는 전력 분배기 또는 위상 제어기로부터) 출력되는 오프셋으로 인하여 임의의 자계 비대칭성을 경감시키거나 제거하는 전기 차폐물을 제공한다. 따라서, 디스크(424)가 RF 전력을 결합하기 위하여 이용될 때, 제2 RF 공급(204)의 길이(422)는 도전성 엘리먼트(420)가 제2 RF 공급(404)에 직접 결합될 때보다 짧을 수 있다. 그러한 실시예들에서, 길이(422)는 약 1 내지 약 6 인치 사이(약 2 내지 약 15cm)일 수 있다.
도 5a-b는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 유도 결합 플라즈마 장치(102)의 내려다보았을 때의 개략적인 도면이다. 상기 논의되는 바와 같이, 제1 및 제2 코일들(109, 111)은 단일 연속 코일일 필요가 없으며, 각각 다수의(예를 들어, 둘 이상의) 행간 삽입된 대칭적으로 정렬된 적층 코일 엘리먼트들일 수 있다. 추가로, 제2 RF 코일(111)은 제1 RF 코일(111)에 관하여 동축으로 배치될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제2 RF 코일(111)은 도 5a-b에 도시되는 바와 같이, 제1 RF 코일(111) 근처에 동축으로 배치된다.
몇몇 실시예들에서, 그리고 도 5a에 도시되는 바와 같이, 제1 코일(109)은 2개의 행간 삽입된 대칭적으로 정렬되는 적층된 제1 코일 엘리먼트들(502A, 502B)을 포함할 수 있으며, 제2 코일(111)은 4개의 행간 삽입된 대칭적으로 정렬되는 적층된 제2 코일 엘리먼트들(508A, 508B, 508C, 및 508D)을 포함한다. 제1 코일 엘리먼트들(502A, 502B)은 그로부터 안쪽으로 연장되고 제1 RF 공급(402)에 결합되는 레그들(504A, 504B)을 더 포함할 수 있다. 레그들(504A, 504B)은 상기 논의되는 레그들(410)에 실질적으로 동등하다. 레그들(504A, 504B)은 제1 RF 공급(402) 근처에 대칭적으로 정렬된다(예를 들어, 그들은 서로 대향한다). 통상적으로, RF 전류는 제1 RF 공급(402)로부터 레그들(502A, 502B)을 통해 제1 코일 엘리먼트들(502A, 502B)로, 그리고 궁극적으로 제1 코일 엘리먼트들(502A, 502B)의 단자 단부들에 각각 결합되는 접지 포스트(post)들(506A, 506B)에 흐를 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 코일들(109, 111)에서의 전계 대칭성과 같은 대칭성을 지키기 위하여, 접지 포스트들(506A, 506B)은 레그들(502A, 502B)과 실질적으로 유사한 대칭적 배향으로 제1 RF 공급 구조물(402) 근처에 배치될 수 있다. 예를 들어, 그리고 도 5a에 도시되는 바와 같이, 접지 포스트들(506A, 506B)은 레그들(502A, 502B)과 동일 라인에 배치된다.
제1 코일 엘리먼트들과 유사하게, 제2 코일 엘리먼트들(508A, 508B, 508C, 및 508D)은 그로부터 연장되고 제2 RF 공급(204)에 결합되는 레그들(510A, 510B, 510C, 및 510D)을 더 포함할 수 있다. 레그들(510A, 510B, 510C, 및 510D)은 실질적으로 상기 논의된 레그들(418)과 동등하다. 레그들(510A, 510B, 510C, 및 510D)은 제2 RF 공급(404) 근처에 대칭적으로 정렬된다. 통상적으로, RF 전류는 제2 RF 공급(404)로부터 레그들(510A, 510B, 510C, 및 510D)을 통해 각각 제2 코일 엘리먼트들(508A, 508B, 508C, 및 508D)로, 그리고 궁극적으로 제2 코일 엘리먼트들(508A, 508B, 508C, 및 508D)의 단자 단부들에 각각 결합되는 접지 포스트들(512A, 512B, 512C, 및 512D)로 흐를 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 코일들(109, 111)에서의 자계 대칭성과 같은 대칭성을 보존하기 위하여, 접지 포스트들(512A, 512B, 512C, 및 512D)은 레그들(510A, 510B, 510C, 및 510D)과 실질적으로 유사한 대칭적 배향으로 제1 RF 공급 구조물(402) 근처에 배치될 수 있다. 예를 들어, 그리고 도 5a에 도시되는 바와 같이, 접지 포스트들(512A, 512B, 512C, 및 512D)은 레그들(510A, 510B, 510C, 및 510D)과 동일 라인으로 배치된다.
몇몇 실시예들에서, 그리고 도 5a에 도시되는 바와 같이, 제1 코일(109)의 레그들/접지 포스트들은 제2 코일(111)의 레그들/접지 포스트들에 대하여 한 각도에 배향될 수 있다. 그러나, 이것은 단지 예시일 뿐으로, 제2 코일(111)의 레그들/접지 포스트들과 동일 라인으로 배치되는 제1 코일(109)의 레그들/접지 포스트들과 같은 임의의 대칭적 배향이 이용될 수 있다는 것을 고려해야 한다.
몇몇 실시예들에서, 그리고 도 5b에 도시되는 바와 같이, 제1 코일(109)은 4개의 한줄식 떨어지고 대칭적으로 정렬되는 적층된 제1 코일 엘리먼트들(502A, 502B, 502C, 및 502D)을 포함할 수 있다. 제1 코일 엘리먼트들(502A, 502B)과 유사하게, 부가적인 제1 코일 엘리먼트들(502C, 502D)은 그로부터 연장되고 제1 RF 공급(402)에 결합되는 레그들(504C, 504D)을 더 포함할 수 있다. 레그들(504C, 504D)은 상기 논의되는 레그들(410)과 실질적으로 동등하다. 레그들(504A, 504B, 504C, 및 504D)은 제1 RF 공급(402) 근처에 대칭적으로 정렬된다. 제1 코일 엘리먼트들(502A, 502B)과 유사하게, 제1 코일 엘리먼트들(502C, 502D)은 레그들(504C, 504D)과 동일 라인에 배치되는 접지 포스트들(506C, 506D)에서 종결된다. 예를 들어, 제1 및 제2 코일들(109, 111)에서의 자계 대칭성과 같은 대칭성을 보존하기 위하여, 접지 포스트들(506A, 506B, 506C, 및 506D)은 레그들(502A, 502B, 502C, 및 502D)과 실질적으로 유사한 대칭적 배향으로 제1 RF 공급 구조물(402) 근처에 배치될 수 있다. 예를 들어, 그리고 도 5b에 도시되는 바와 같이, 접지 포스트들(506A, 506B, 506C, 및 506D)은 각각 레그들(502A, 502B, 502C, 및 502D)과 동일한 라인으로 배치된다. 제2 코일 엘리먼트들(508A, 508B, 508C, 및 508D) 및 그것의 모든 컴포넌트들(예를 들어, 레그들/접지 포스트들)은 도 5b에서 도 5a에서와 그리고 상기 설명된 바와 동일하다.
몇몇 실시예들에서, 그리고 도 5b에 개시되는 바와 같이, 제1 코일(109)의 레그들/접지 포스트들은 제2 코일(111)의 레그들/접지 포스트들에 관하여 한 각도에 배향된다. 그러나, 이것은 단지 예시적인 것으로서, 제2 코일(111)의 레그들/접지 포스트들과 동일 라인으로 배치되는 제1 코일(109)의 레그들/저지 포스트들과 같은 임의의 대칭적 배향이 이용될 수 있음을 고려할 수 있다.
각각의 코일에 2개의 또는 4개의 적층된 엘리먼트들의 실시예들을 사용하여 상기 개시되나, 임의의 개수의 코일 엘리먼트들은 3개, 6개, 또는 제1 및 제2 RF 공급들(402, 404) 주변에 대칭성을 보존하는 임의의 적절한 개수 및 정렬과 같은, 제1 코일 및 제2 코일(109, 111) 중 하나 또는 둘 모두와 함께 이용될 수 있음을 고려한다. 예를 들어, 3개 코일 엘리먼트들이 인접한 코일 엘리먼트에 관하여 각각 120도 회전된 코일에 제공될 수 있다.
도 5a-b에 개시되는 제1 및 제2 코일들(109, 111)의 실시예들이 상기 개시되는 바와 같이 제1 코일 및 제2 코일 사이에 위상을 변경하기 위하여 실시예들 중 임의의 것과 함께 이용될 수 있다. 또한, 각각의 제1 코일 엘리먼트들(502)은 제1 코일 엘리먼트들을 통해 흐르는 RF 전류가 제2 코일 엘리먼트들을 통해 흐르는 RF 전류와 위상이 달라지도록(out of phase), 제2 코일 엘리먼트들(508) 각각에 대하여 대향하는 방향으로 권선될 수 있다. 위상 제어기가 사용될 때, 제1 및 제2 코일 엘리먼트들(502, 508)은 동일한 방향으로 또는 대향 방향으로 권선될 수 있다.
도 6은 본 발명의 몇몇 실시예들에 다른, 상기 개시된 반응기(100)와 유사한 듀얼 모드 유도 결합 반응기에 플라즈마를 형성하는 방법(600)을 개시한다. 방법은 일반적으로, 프로세스 챔버(110)에 프로세스 가스(또는 가스들)가 제공되는 602에서 시작된다. 프로세스 가스 또는 가스들은 엔트리 포트들(126)을 통해 가스 패널(138)로부터 공급될 수 있으며, 챔버(110)의 기체 혼합물(150)을 형성할 수 있다. 벽(130), 유전체 리드(120) 및 지지 페데스탈(116)과 같은 챔버 컴포넌트들은 프로세스 가스들이 제공되기 이전 또는 이후에 원하는 온도로 가열될 수 있다. 유전체 리드(120)는 전력 소스(123)로부터 히터 엘리먼트(121)로 전력을 공급함으로써 가열될 수 있다. 공급된 전력은 프로세싱 동안에 원하는 온도에서 프로세스 챔버(110)를 유지시키기 위하여 제어될 수 있다.
그 다음, 604에서, RF 전력 소스(118)로부터의 RF 전력은 개별적으로 유도적으로, 그리고 선택적으로 용량성으로 프로세스 가스 혼합물(150)에 결합될 다수의 유도 코일들 및 선택적으로 하나 이상의 전극들에 제공될 수 있다. RF 전력은 예시적으로 다른 전력들 및 주파수들이 플라즈마를 형성하는데 이용될 수 있으며, 50 kHz 내지 13.56 MHz의 범위에서 조정가능한 주파수에서 4000 W에까지 이르도록 제공될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, RF 전력은 다수의 유도 코일들 및 하나 이상의 전극들 모두에 동시에 제공될 수 있으며, 여기서 하나 이상의 전극들은 유도 코일들에 전기적으로 결합된다.
몇몇 실시예들에서, 제1 양의 RF 전력은 406에서 도시되는 바와 같이, 다수의 유도 코일들을 통해 프로세스 가스로 유도 결합될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제2 양의 RF 전력은 다수의 유도 코일들 중 하나에 결합되는 하나 이상의 전극들을 통해 프로세스 가스에 용량성 결합될 수 있다. 프로세스 가스에 용량성으로 결합되는 제2 양의 RF 전력은 예를 들어, 각각의 전극(예를 들어, 전극들(112A, 112B))과 유전체 리드(120) 사이에 거리를 증가시키거나(용량성 결합을 감소시키기 위해) 또는 감소시킴으로써(용량성 결합을 증가시키기 위해) 제어될 수 있다. 상기 논의되는 바와 같이, 하나 이상의 전극들의 위치는 전극들이 유전체 리드로부터 동일하게 또는 동일하게 않게 이격될 수 있도록 독립적으로 제어될 수 있다. 각각의 전극과 히터 엘리먼트(121) 사이의 거리는 또한 그들 사이의 아킹(arcing)을 방지하도록 제어될 수 있다.
프로세스 가스에 용량성으로 결합되는 제2 양의 RF 전력은 또한 제어될 수 있는데, 예를 들어, 전극 평면(예를 들어, 전극들(112A, 112B)의 바닥부)와 유전체 리드(120) 사이에 예를 들어, 기울기 또는 각도를 제어한다. 하나 이상의 전극들(예를 들어, 112A, 112B)의 평면 배향은 프로세스 챔버(110)의 특정 영역들에 프로세스 가스 혼합물(150)에 용량성으로 결합되는 제2 양의 RF 전력의 조정을 용이하게 하기 위하여 제어될 수 있다(예를 들어, 전극 평면이 기울어지기 때문에, 하나 이상의 전극들의 몇몇 부분들이 다른 부분들보다 유전체 리드(120)에 더 가까울 것이다).
610에서, 플라즈마(155)는 각각 유도 코일들(109, 111) 및 선택적 전극들(112A-B)에 의하여 제공되는 제1 및 선택적으로 제2 양의 RF 전력을 사용하여 프로세스 가스 혼합물(150)로부터 형성된다.
612에서, 다수의 코일들에 인가되는 RF 전류의 상대적 위상은 프로세스를 최적화시키기 위해 조정된다. 예를 들어, 동상 또는 이위상(180° 시프트)되도록 위상을 선택하는 것은 특정 프로세스에 대한 기판에 걸친 식각률 균일성을 향상시킬 수 있다. 다수의 코일들에 인가되는 RF 전류의 상대적 위상은 (예를 들어, 특정 프로세스의 수행을 예상하여) 다수의 코일들에 RF 전류를 인가하기 이전에 조정(또는 선택 및 설정)될 수 있다. 또한, 다수의 코일들에 인가되는 RF 전류의 상대적 위상은 예를 들어, 프로세스 레시피 단계 내에, 프로세싱 단계들 사이에서, 등과 같이 프로세싱 동안에 원하는 바에 따라 변경될 수 있다.
플라즈마의 스트라이킹, 및 플라즈마 안정화의 획득시, 방법(600)은 원하는 바에 따라 계속해서 플라즈마를 프로세싱한다. 예를 들어, 프로세스는 적어도 부분적으로 표준 프로세스 레시피마다 RF 전력 셋팅 및 다른 프로세싱 파라미터들을 계속해서 사용할 수 있다. 대안적으로 또는 합동하여, 하나 이상의 전극들은 프로세스 동안에 프로세스 챔버(110)로 RF 전력의 용량성 결합을 감소시키기 위하여 유전체 리드(120)로부터 추가로 멀리 이동될 수 있다. 대안적으로 또는 합동하여, 하나 이상의 전극들은 유전체 리드(120)에 더욱 가깝게 이동될 수 있거나, 또는 프로세스 챔버(110)로의 RF 전력의 용량성 결합을 증가시키기 위하여 또는 프로세스 챔버(110)의 영역들로 용량성으로 결합되는 RF 전력의 상대적 양을 제어하기 위하여 한 각도로 기울어질 수 있다. 또한, 코일 전류 위상 제어는 프로세스 최적화를 추가로 제어하는데 사용될 수 있다.
도 7은 통상적인 식각률 프로파일 그래프(700)와 180도 이위상(out-of-phase) 코일 전류를 사용하여 달성되는 식각률 프로파일 그래프(702)를 비교하는 도면을 개시한다. 그래프(700)에서 식각률 프로파일들은 M-자형태를 가지면서, 전류 위상의 변화에 응답하여, 그래프(702)의 프로파일들은 더 평평한 프로파일을 갖는 것을 유념한다. 특히, 프로파일 그래프(700)는 다수의 프로파일들을 포함하며, 이들 각각은 전류가 동상이면서 코일들 사이에 특정 전류 비율로 웨이퍼에 걸쳐 각각의 식각률을 나타낸다. 다양한 전류 비율들에서의 상이한 M-자형 프로파일은 중간에서 그리고 웨이퍼의 에지에서 더 낮은 에치 레이트를 갖는 것을 유념한다. 대조적으로, 프로파일 그래프(702)는 각각의 코일에 대한 전류가 위상이 달라질(out-of-phase) 때(예를 들어, 음의 전류 비율), 다양한 전류 비율들에서 발생하는 다수의 프로파일들을 개시한다. 프로파일들은 더 이상 M-자형이 아니고, 전류 비율의 조정은 실질적으로 변경된 프로파일들을 달성할 수 있음을 유념한다. 그 결과, 프로세스 동안에 위상 및 전류 비율 모두의 제어는 실질적으로 향상된 프로세스 제어를 제공할 수 있다.
따라서, 듀얼 모드 유도 결합 플라즈마 반응기 및 그것을 사용하는 방법이 본 명세서에 제공되었다. 본 발명의 듀얼 모드 유도 결합 플라즈마 반응기는 바람직하게 코일 전류 위상 변화들을 선택적으로 적용함으로써 식각률 균일성을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 듀얼 모드 통합 플라즈마 반응기는 바람직하게 프로세싱 동안에 균일성 및/또는 밀도와 같은 플라즈마 특징들을 추가로 제어 및/또는 조정할 수 있다.
전술한 것은 본 발명의 실시예들과 관련되며, 본 발명의 다른 그리고 추가적인 실시예들은 본 발명의 기본적 범위를 벗어나지 않고 고안될 수 있다.

Claims (15)

  1. 듀얼 모드 유도 결합 플라즈마 프로세싱 시스템으로서,
    유전체 리드를 갖는 프로세스 챔버; 및
    상기 유전체 리드 위에 배치되는 플라즈마 소스 어셈블리
    를 포함하며, 상기 플라즈마 소스 어셈블리는,
    내부에 플라즈마를 형성하여 유지하기 위하여 상기 프로세스 챔버로 RF 에너지를 유도 결합하도록 구성되는 다수의 코일들;
    상기 다수의 코일들의 각각의 코일에 인가되는 RF 전류의 상대적 위상을 제어하기 위한 상기 다수의 코일들에 결합되는 위상 제어기; 및
    상기 위상 제어기에 결합되는 RF 생성기
    를 포함하는, 듀얼 모드 유도 결합 플라즈마 프로세싱 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다수의 코일들은,
    외부 코일; 및
    내부 코일
    을 더 포함하는, 듀얼 모드 유도 결합 플라즈마 프로세싱 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 소스 어셈블리는 내부에 상기 플라즈마를 형성하기 위하여 상기 프로세스 챔버에 RF 에너지를 용량성으로 결합하도록 구성되는 하나 이상의 전극들을 포함하며, 상기 하나 이상의 전극들은 상기 하나 이상의 코일들 중 하나에 전기적으로 결합되는, 듀얼 모드 유도 결합 플라즈마 프로세싱 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전극들은 등거리로 이격되고 상기 내부 코일과 상기 외부 코일 사이에 배치되는 2개의 전극들을 더 포함하며, 각각의 전극은 상기 외부 코일에 전기적으로 결합되는, 듀얼 모드 유도 결합 플라즈마 프로세싱 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 위상 제어기는 고정 커패시터 및 가변 커패시터를 갖는 커패시터 분배기를 더 포함하는, 듀얼 모드 유도 결합 플라즈마 프로세싱 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 다수의 코일들은 직렬로 접속되며, 상기 다수의 코일들은 제1 방향으로 권선되는 내부 코일 및 제2 방향으로 권선되는 외부 코일을 포함하며, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향은 서로 대향되는, 듀얼 모드 유도 결합 플라즈마 프로세싱 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 리드와 상기 플라즈마 소스 어셈블리의 상기 하나 이상의 전극들 사이에 배치되는 히터 엘리먼트를 더 포함하는, 듀얼 모드 유도 결합 플라즈마 프로세싱 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 위상 제어기는 상기 다수의 코일들에 동상(in-phase) RF 전류 및 180도 이위상(out-of-phase) RF 전류를 선택적으로 공급하는, 듀얼 모드 유도 결합 플라즈마 프로세싱 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 위상 제어기는,
    상기 RF 생성기와 상기 다수의 코일들 사이에 배치되는 전력 분배기; 및
    상기 다수의 코일들 중 하나와 접지 사이에 결합되는 커패시터
    를 더 포함하는, 듀얼 모드 유도 결합 플라즈마 프로세싱 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 다수의 코일들은 병렬로 접속되는, 듀얼 모드 유도 결합 플라즈마 프로세싱 시스템.
  11. 듀얼 모드 유도 결합 플라즈마 프로세싱 시스템으로서,
    유전체 리드를 갖는 프로세스 챔버;
    상기 유전체 리드에 근접하게 배치되는 환형(annular) 히터; 및
    상기 유전체 리드 위에 배치되는 플라즈마 소스 어셈블리
    를 포함하고, 상기 플라즈마 소스 어셈블리는,
    제1 방향으로 권선되는 제1 코일 및 제2 방향으로 권선되는 제2 코일 ― 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일은 내부에 플라즈마를 형성하여 유지하기 위하여 상기 프로세스 챔버에 RF 에너지를 유도적으로 결합하도록 구성됨 ― ;
    각각의 코일에 인가되는 RF 전류의 상대적 위상을 제어하기 위한 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일에 결합되는 위상 제어기;
    내부에 플라즈마를 형성하기 위하여 상기 프로세스 챔버에 RF 에너지를 용량성으로 결합하도록 구성되는 하나 이상의 전극들 ― 상기 하나 이상의 전극들은 상기 하나 이상의 코일들 중 하나에 전기적으로 결합됨 ― ; 및
    중앙 공급장치(central feed)를 통해 상기 각각의 코일들 및 상기 위상 제어기에 결합되는 RF 생성기
    를 포함하는, 듀얼 모드 유도 결합 플라즈마 프로세싱 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향은 서로 대향되는, 듀얼 모드 유도 결합 플라즈마 프로세싱 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 코일 및 상기 제2 코일은 블로킹(blocking) 커패시터와 직렬로 결합되어 상기 제1 코일과 상기 제2 코일 사이에 접지 결합되는, 듀얼 모드 유도 결합 플라즈마 프로세싱 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전극들은 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일을 결합하는 커넥터들에 의하여 형성되는, 듀얼 모드 유도 결합 플라즈마 프로세싱 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 RF 생성기와 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일 사이에 결합되는 정합망을 더 포함하며, 상기 정합망은 분배 커패시터를 갖고, 상기 분배 커패시터 및 상기 블로킹 커패시터는 함께 상기 위상 제어기를 포함하고, 상기 위상 제어기는 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일을 통해 흐르는 상기 RF 전류의 상대적 위상과 더불어 전류 비율을 제어하는, 듀얼 모드 유도 결합 플라즈마 프로세싱 시스템.
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