KR20120059515A - 국부 플라즈마 한정 및 압력 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

기판 처리 동안 처리 챔버 내에서 압력 제어를 실시하기 위한 장치가 제공된다. 장치는, 적어도 기판 처리 동안 기판을 식각하기 위한 플라즈마를 유지하도록 구성되는 한정된 챔버 체적을 둘러싸도록 구성된 주변 링을 포함한다. 주변 링은 적어도 기판 처리 동안 한정된 챔버 체적으로부터 처리 부산물 가스를 배기시키도록 구성되는 복수의 슬롯들을 포함한다. 장치는 또한 주변 링 옆에 위치되고 복수의 슬롯들을 포함하도록 구성되는 전도성 제어 링을 포함한다. 주변 링 상의 제 1 슬롯과 전도성 제어 링 상의 제 2 슬롯이 제로 오프셋 내지 풀 오프셋의 범위에서 서로에 대하여 오프셋되도록 전도성 제어 링을 주변 링에 대하여 이동시킴으로써 압력 제어가 달성된다.

Description

국부 플라즈마 한정 및 압력 제어 장치 및 방법{A LOCAL PLASMA CONFINEMENT AND PRESSURE CONTROL ARRANGEMENT AND METHODS THEREOF}
플라즈마 처리의 진보는 반도체 산업의 성장을 촉진시켜 왔다. 오늘날 경쟁적인 시장에서, 제조 업체는 폐기물을 최소화하고 고 품질의 반도체 디바이스를 생산할 수 있어야 한다. 일반적으로, 기판 처리 동안 만족스러운 결과를 달성하기 위해서 처리 파라미터의 엄격한 제어가 요구된다.
처리 챔버 내에서, 가스는 기판 처리 동안 무선 주파수 (RF) 전류와 상호작용하여 플라즈마를 형성할 수도 있다. 플라즈마 형성을 제어하고 처리 챔버 벽을 보호하기 위해서, 플라즈마는, 주변 링 내의 영역과 같은 한정된 챔버 체적으로 한정될 수도 있다. 한정 영역 (주변 링 내의 체적) 으로부터 중성 가스 종을 배기시키기 위해서, 주변 링은 복수의 슬롯들을 포함할 수도 있다. 각각의 슬롯은, 중성 가스 종이 한정 영역에서 나가 슬롯들을 통해 이동함으로써 터보 펌프를 향해 흐를 수 있도록 충분히 크게 구성되는 기하학적 구조를 갖는다. 일반적으로, 한정 영역 내에서 플라즈마를 한정하는데 효과가 있기 위해서, 각각의 슬롯은 플라즈마 쉬스 두께의 2배보다 작은 단면적을 갖는 경향이 있다. 플라즈마 쉬스는 슬롯들의 각 측면에 존재할 수 있다. 따라서, 총 쉬스 두께가 슬롯 폭보다 더 큰 경우, 쉬스 중간에 어떠한 대량의 플라즈마도 존재하지 않으므로 슬롯에 의해 플라즈마가 성공적으로 핀치된다. 슬롯 폭이 2*쉬스 두께보다 더 크다면, 플라즈마가 슬롯 내부에 존재할 수 있다.
당업자는, 기판 처리 동안 필요한 바람직한 플라즈마를 생성하기 위해서 각각의 레시피/레시피 단계는, 유지되어야 할 특정 압력 체적/레벨을 요구한다는 것을 인식한다. 그러나, 기판 처리 동안, 특정 조건 (예를 들어, 챔버 조건) 이 압력 체적/레벨을 변동시킬 수도 있다. 압력 체적/레벨을 제어하기 위해서, 한정 영역으로부터 하류에 위치되지만 터보 펌프로부터 상류에 위치되는 진공 밸브가 채용될 수도 있다. 예를 들어, 압력 체적/레벨을 증가시키기 위해서, 진공 밸브가 꽉 조여질 수도 있다.
불행하게도, 압력이 증가함에 따라서, 플라즈마 쉬스가 붕괴하는 경향이 있고 플라즈마 쉬스의 사이즈가 더 작아질 수도 있다. 어떤 상황에서, 각각의 슬롯의 단면적 사이즈는 수축 플라즈마 쉬스의 사이즈의 2배보다 더 클 수도 있다. 플라즈마 쉬스가 수축한다면, 슬롯은 더 이상 한정 영역 내에서 플라즈마를 한정하지 못할 수도 있다. 결과적으로, 플라즈마가 슬롯을 통해 이동할 수도 있고 한정 영역 외측에 형성될 수도 있다. 이는 특히, 진공 밸브를 꽉 조이는 것이 한정 영역 내에서 압력 체적/레벨을 증가시킬 뿐만 아니라, 챔버 체적 외측 (한정 영역의 외측 영역) 의 압력 체적/레벨을 증가시킨다는 점에서 사실이다. 따라서, 챔버 체적 외측의 고압 환경은 비한정된 플라즈마 형성에 대하여 전도성일 수도 있다.
따라서, 주변 링에 의해 형성된 영역 내로 플라즈마 형성을 제한하면서 압력 제어를 하는 장치가 바람직하다.
본 발명은, 동일한 도면 부호는 유사한 엘리먼트를 지칭하는 첨부된 도면들에서 예시의 방식으로 설명되며, 이것으로 제한되지 않는다.
도 1은, 본 발명의 실시형태의, 국부 압력 제어 및 플라즈마 한정 장치를 구비한 처리 챔버의 부분도를 단순화한 도면이다.
도 2a, 도 2b, 및 도 2c는, 본 발명의 실시형태의, 국부화된 압력 제어를 실시하기 위해 사용될 수도 있는 상이한 정도의 오프셋의 예시를 도시한다.
도 3은, 본 발명의 실시형태의, 국부화된 압력 제어 및 플라즈마 한정을 자동으로 실시하기 위한 방법을 도시하는 단순화된 흐름도를 도시한다.
이제, 첨부된 도면에 도시된 바와 같은 몇몇 실시형태들을 기준으로 하여 상세하게 본 발명을 설명할 것이다. 다음 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위하여 많은 세부 사항을 제시한다. 그러나, 본 발명은 이러한 상세한 설명의 일부 또는 전부 없이도 실시될 수도 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 다른 예로, 본 발명의 불필요하게 불명료하게 하지 않기 위해서 널리 공지된 프로세스 단계 및/또는 구조는 상세하게 설명하지 않는다.
이하, 방법 및 기술들을 포함하는 다양한 실시형태들을 설명한다. 본 발명은 또한 신규한 기술의 실시형태를 실시하는 컴퓨터 판독가능 명령들이 저장되는 컴퓨터 판독가능 매체를 포함하는 제조품을 포함한다는 것을 명심한다. 이 컴퓨터 판독가능 매체는 예를 들어, 컴퓨터 판독가능 코드를 저장하는 반도체, 자기, 광자기, 광학, 또는 다른 형태의 컴퓨터 판독가능 매체를 포함할 수도 있다. 또한, 본 발명은 본 발명의 실시형태를 실시하는 장치를 포함할 수도 있다. 이러한 장치는 본 발명의 실시형태에 관련된 작업을 실행하는 전용 및/또는 프로그램 가능 회로들을 포함할 수도 있다. 이러한 장치의 예는 적절하게 프로그래밍되는 범용 컴퓨터 및/또는 전용 컴퓨팅 디바이스를 포함할 수도 있고 본 발명의 실시형태에 속하는 다양한 작업에 적합한 전용/프로그래머블 회로와 컴퓨터/컴퓨팅 디바이스의 조합을 포함할 수도 있다.
전술된 바와 같이, 종래 기술에서, 진공 밸브를 조정함으로써 압력 제어가 제공된다. 진공 밸브는 한정 영역으로부터 떨어져서 위치되는 경향이 있기 때문에, 진공 밸브의 조정은 한정 영역 내에서 압력 체적/레벨을 변경시킬 뿐만 아니라 주변 링의 외측의 압력 체적/레벨을 변경시키는 경향이 있다. 본 발명의 일 양태에서, 본원의 발명자는, 한정 영역의 외측의 압력 체적/레벨을 변경시키지 않고 주변 링 내의 압력 체적/레벨을 조정하기 위해서 국부 제어가 요구된다는 것을 인식하게 되었다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 주변 링에 의해 형성된 영역 내에서 플라즈마를 한정하면서 압력을 제어하는 장치가 제공된다. 본 발명의 실시형태는 국부 압력 제어 및 플라즈마 한정 장치를 포함한다. 본 발명의 실시형태는 또한 국부 압력 제어 및 플라즈마 한정 장치를 관리하기 위한 자동 피드백 장치 및 그 방법을 포함한다.
본 발명의 실시형태에서, 플라즈마 처리 시스템의 처리 챔버 내에 국부 압력 제어 및 플라즈마 한정 장치가 제공된다. 일 실시형태에서, 국부 압력 제어 및 플라즈마 한정 장치는 용량 결합 플라즈마 (CCP) 처리 시스템 내에서 구현될 수도 있다. 국부 압력 제어 및 플라즈마 한정 장치는, 일 실시형태에서, 고정된 주변 링 및 적어도 하나의 이동식 전도성 제어 링을 포함한다. 개구의 사이즈를 제어하여 한정 영역으로부터 가스를 배기시키기 위해 2 이상의 이동식 전도성 제어링이 사용될 수도 있지만, 비용의 고려와 물리적인 공간 제한에 의해, 각각의 주변 링에 대한 2 이상의 이동식 전도성 제어 링의 구현이 경제적으로 그리고/또는 물리적으로 보다 덜 실용적인 것이 될 수도 있다.
본 문헌에서, 예시로서 하나의 주변 링을 이용하는 다양한 구현들이 논의될 수도 있다. 그러나, 본 발명은 하나의 주변 링으로 제한되지 않고 하나 이상의 주변 링을 구비한 플라즈마 처리 시스템에 적용될 수도 있다. 대신에, 본 논의는 예시인 것으로 여겨지며 본 발명은 제시된 실시예들로 제한되지 않는다.
실시형태에서, 전도성 제어 링은 한정 영역의 내부 또는 외측 중 어느 하나에 위치될 수도 있다 (한정 영역은 주변 링에 의해 둘러싸인 주변부를 지칭한다). 전도성 제어 링은 주변 링 옆에 위치된다. 본원에 논의된 바와 같이, 용어 "옆"은, 안과 밖에 안착되는 것, 다른 것의 내부에 안착되는 것, 인접한 것, 작은 갭에 의해 분리된 것 등을 지칭할 수도 있지만 이것으로 한정되지 않는다. 바람직한 실시형태에서, 전도성 제어 링은 주변 링을 둘러싼다. 즉, 전도성 제어 링은 챔버 체적 외측에 더 가깝게 위치됨으로써, 플라즈마 비한정의 가능성에 대비하는 베리어를 제공한다.
주변 링은 (고정 사이즈이거나 가변 사이즈일 수도 있는) 복수의 슬롯을 가질 수도 있다. 일 실시형태에서, 전도성 제어 링 상의 슬롯들의 수 및 슬롯들의 위치선정은 변할 수도 있다. 일 실시형태에서, 전도성 제어 링 상의 슬롯들의 수 및 슬롯들의 위치선정은 주변 링 상의 슬롯들의 수와 슬롯들의 위치 선정과 일치할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 전도성 제어 링 상의 슬롯들의 수 및/또는 슬롯들의 위치선정은 주변 링의 그것과는 상이할 수도 있다. 한정 영역 내의 압력을 제어하기 위해서, 전도성 제어 링을 주변 링에 대하여 작동/이동/회전시켜 주변 링 상의 각각의 슬롯의 개구를 조정할 수도 있다.
일 실시형태에서, 전도성 제어 링을 작동 및/또는 회전시키기 위해서 (스테퍼 모터와 같은) 모터가 채용될 수도 있다. 기판 처리 동안, 모터는 전도성 제어 링을 이동시켜 주변 링의 슬롯 사이즈를 제어할 수도 있다. 일례로, 주변 링 상의 슬롯들의 소정의 사이즈는, 전도성 제어 링 상의 각각의 슬롯의 위치를 주변 링 상의 각각의 슬롯의 위치와 일치하도록 설정함으로써 (중성 가스 종과 같은) 처리 부산물 가스를 배기시키기는 데에 이용가능할 수도 있다. 그러나, 주변 링 상의 슬롯들의 사이즈를 감소시키기 위해서, 주변 링 상의 슬롯들이 전도성 제어 링 상의 슬롯들만큼 오프셋되도록 전도성 제어 링이 이동될 수도 있다.
일 실시형태에서, 오프셋은 제로 오프셋 내지 풀 (full) 오프셋의 범위일 수도 있다. 본원에 논의된 바와 같이, 제로 오프셋은, 배기 가스를 위한 차단해제 통로를 제공하도록, 주변 링 상의 제 1 슬롯이 적어도 전도성 제어 링 상의 제 1 슬롯과 일치하는 상황을 지칭한다. 본원에 논의된 바와 같이, 풀 오프셋은, 배기 가스를 위한 통로가 차단되도록, 주변 링 상의 적어도 하나의 슬롯이 전도성 제어 링 상의 슬롯에 의해 덮이는 상황을 지칭할 수도 있다. 전술한 것으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 주변 링과 도전성 제어 링 간의 오프셋 관계는 또한, 배기 가스를 위한 통로의 적어도 일부가 이용가능하도록 부분 오프셋을 포함할 수도 있다.
당업자는, 제조 환경은 일반적으로 동적인 환경이라는 것을 인식한다. 기판 처리 동안, 압력 체적/레벨은 변동할 수도 있다. 일 실시형태에서, 국부 압력 제어 및 플라즈마 한정 장치는 한정 영역에 대한 국부 압력 제어를 제공하도록 구성된다. 전도성 제어 링을 조정함으로써, 국부 압력 제어가 실시될 수도 있다. 일례로, 한정 링 내의 압력 체적/레벨을 증가시키기 위해서, 주변 링 상의 각각의 슬롯의 사이즈가 감소되도록 전도성 제어 링이 주변 링에 대하여 작동/회전됨으로써, 챔버 체적 외측의 압력을 증가시키지 않고 한정 영역 내의 압력을 증가시킬 수도 있다.
일 실시형태에서, 국부 압력 제어 및 플라즈마 한정 장치는 플라즈마를 한정 영역 내에 한정시키도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 챔버 조건으로 인해서, 주변 링 상의 슬롯들은 플라즈마 쉬스의 사이즈의 2배보다 더 커진다. 종래 기술에서, 플라즈마 쉬스의 붕괴는 플라즈마가 슬롯을 통해 챔버 체적 외측으로 이동할 수 있게 할 수도 있다. 그러나, 이동식 전도성 제어 링을 조종함으로써, 주변 링 상의 슬롯들은 플라즈마의 사이즈의 2배보다 더 작은 채로 있을 수도 있다. 즉, 이동식 전도성 제어 링을 회전/작동시킴으로써, 전도성 제어링이 주변 링 상의 각각의 슬롯의 개구를 오프셋시킴으로서, 슬롯들의 사이즈를 효율적으로 감소시키고 플라즈마가 챔버 체적 외측으로 누설되는 것을 실질적으로 방지한다.
본 발명의 실시형태에서, 국부 압력 제어 및 플라즈마 한정 장치는, 한정 영역 내에서 압력 체적/레벨을 모니터링하기 위해 내부에 센서가 채용될 수도 있는 자동 피드백 장치이다. 센서에 의해 수집된 데이터는, 분석을 위해, 처리 모듈 제어기를 포함할 수도 있는 제어 모듈로 전송될 수도 있다. 압력 데이터는 미리결정된 임계치 범위와 비교될 수도 있다. 압력 체적/레벨이 임계치 범위 밖에 있는 경우, 한정 영역 내의 압력 체적/레벨을 국부적으로 변경시키기 위해 명령들을 모터로 전송하여 전도성 제어 링을 작동/회전시킬 수도 있다.
압력 제어를 실시하는 장치를 제공함으로써, 챔버 체적 외측 (한정 영역의 외측 영역) 의 압력 체적/레벨에 영향을 미치지 않고 압력 체적/레벨이 주변 링의 한정된 챔버 체적 내에서 조정될 수도 있다. 국부 압력 제어를 이용하여, 기판 처리 동안 기판 위에 안정된 플라즈마가 유지되는 한편, 플라즈마가 주변 링의 슬롯을 통해 이동하여 한정 영역의 외측에 형성되는 것을 제한할 수도 있다. 이외에도, 장치의 자동 피드벡 특징은 사람의 간섭 없이 압력 제어 및/또는 플라즈마 한정을 자동으로 발생시킬 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점은 다음의 특징 및 논의를 참고로 하여 더욱 잘 이해될 수도 있다.
도 1은, 본 발명의 실시형태의, 국부 압력 제어 및 플라즈마 한정 장치를 구비한 처리 챔버 (100) 의 부분도를 단순화한 도면을 도시한다. 예를 들어, 기판 (106) 이 처리 챔버 (100) 내에서 처리되고 있는 상황을 고려한다. 실시형태에서, 처리 챔버 (100) 는 용량 결합 플라즈마 처리 챔버일 수도 있다. 기판 (106) 이 하부 전극 (104) 위에 위치될 수도 있다. 기판 처리 동안, 기판 (106) 을 식각하기 위해서 사용될 수도 있는 플라즈마 (108) 가 기판 (106) 과 상부 전극 (102) 사이에 형성될 수도 있다.
플라즈마 형성을 제어하고 처리 챔버 벽을 보호하기 위해서, 주변 링 (112) 이 사용될 수도 있다. 주변 링 (112) 은 규소, 폴리실리콘, 탄화 규소, 탄화 붕소, 세라믹, 알루미늄 등과 같은 전도성 재료로 이루어질 수도 있다. 일반적으로, 주변 링 (112) 은, 내부에 플라즈마 (108) 를 형성시키기 위한 한정된 챔버 체적 (110) 의 주변을 둘러싸도록 구성될 수도 있다. 주변 링 (112) 이외에도, 한정된 챔버 체적 (110) 의 주변은 또한 상부 전극 (102), 하부 전극 (104), 에지 링 (114), 절연체 링 (116 및 118), 및 챔버 지지 구조체 (128) 에 의해 정의될 수도 있다.
기판 처리 동안, 가스가 가스 분배 시스템 (미도시) 으로부터 한정된 챔버 체적 (110) 으로 흘러 RF 전류와 상호작용하여 플라즈마 (108) 를 생성할 수도 있다. RF 전류는 RF 소스 (122) 로부터 케이블 (124) 및 RF 매치 (120) 를 통해 하부 전극 (104) 으로 흐를 수도 있다. 당업자는, (상부 전극, 하부 전극, 절연체 링, 에지 링, 챔버 지지체 등과 같은) 챔버 컴포넌트들 중 일부는 도시된 것과는 다른 구성을 가질 수도 있다는 것을 인식한다. 또한, RF 소스 및 RF 매치의 수 또한 플라즈마 처리 시스템에 따라 변할 수도 있다.
한정 영역 (한정된 챔버 체적 (110)) 으로부터 (중성 가스 종과 같은) 처리 부산물 가스를 배기시키기 위해서, 주변 링 (112) 은 (슬롯들 (126a, 126b, 126c, 128a, 128b, 128c, 130a, 13Ob, 및 130c) 과 같은) 복수의 슬롯들을 포함할 수도 있다. (중성 가스 종과 같은) 처리 부산물 가스는, 터보 펌프 (134) 를 통해서 처리 챔버 (100) 외부로 펌핑되기 이전에, 한정된 챔버 체적 (110) 으로부터 처리 챔버 (100) 의 (챔버 체적 외측의) 외부 영역 (132) 으로 이동할 수 있다.
주변 링 (112) 상의 슬롯들은, 다른 구성이 사용될 수도 있지만, 방사상의 형상을 가질 수도 있다. 각각의 슬롯의 기하학적 구조는 (중성 가스 종과 같은) 처리된 부산물 가스가 한정된 챔버 체적 (110) 에서 나갈 수 있도록 충분히 크게 구성된다. 슬롯들의 수와 슬롯들의 사이즈는 처리 챔버에 대한 전도도의 원하는 속도에 의존할 수도 있다. 그러나, 각각의 슬롯은 일반적으로 플라즈마 쉬스 (미도시) 2배보다 작은 단면적을 갖는다.
당업자는, 처리 챔버 (100) 가 동적인 환경을 갖는다는 것을 인식한다. 결과적으로, 압력 체적/레벨은 기판 처리 동안 변동할 수도 있다. 전술된 바와 같이, 종래 기술에서, 압력 제어를 실시하기 위해서 진공 밸브 (138) 가 사용될 수도 있다. 그러나, 진공 밸브 (138) 가 꽉 조여지는 경우와 같은 특정 조건에서, 고압 체적/레벨은 플라즈마 쉬스 (미도시) 를 붕괴시킬 수도 있다. 플라즈마 쉬스가 붕괴함에 따라서, 주변 링 (112) 상의 슬롯들의 단면적은 수축 플라즈마 쉬스의 사이즈의 2배보다 더 커질 수도 있다. 결과적으로, 플라즈마가 비한정될 수도 있고 슬롯들을 통해 이동하여 처리 챔버 (100) 의 외부 영역 (132) 안으로 빠져나갈 수도 있다. 압력 체적/레벨의 변경이 한정된 챔버 체적 (110) 내에서 국부화되지 않기 때문에, 처리 챔버 (100) 의 외부 영역 (132)(챔버 체적의 외측) 은 이제 플라즈마 형성을 위해 전도성인 고압 환경을 가질 수도 있다.
일반적으로 양질의 반도체 디바이스를 제조하기 위해 압력 체적/레벨과 같은 처리 파라미터의 엄격한 제어가 요구되기 때문에, 한정된 챔버 체적 (110) 내에 압력 체적/레벨을 제어하기 위한 장치 및/또는 방법이 요구된다. 실시형태에서, 국부 압력 제어를 제공하기 위해서 전도성 제어 링 (136) 이 사용될 수도 있다. 일 실시형태에서, 전도성 제어 링 (136) 은 주변 링 (112) 옆에 위치될 수도 있다. 본원에 논의된 바와 같이, 용어 "옆"은 안과 밖에 안착되는 것, 다른 것의 내부에 안착되는 것, 인접한 것, 작은 갭에 의해 분리된 것 등을 지칭하지만 이것으로 한정되지 않을 수도 있다. 예를 들어, 전도성 제어 링 (136) 은 유전체 재료로 이루어질 수도 있고 주변 링 (112) 에 인접하게 위치될 수도 있다. 다른 실시예에서, 플라즈마가, 한정된 챔버 체적 (110) 으로부터 처리 챔버 (100) 의 외부 영역 (132) 로 흐르는 것을 차단하기 위해서 전도성 제어 링 (136) 이 사용될 수도 있도록, 전도성 제어 링 (136) 이 주변 링 (112) 을 둘러쌀 수도 있다.
일 실시형태에서, 전도성 제어 링 (136) 상의 슬롯들 (140a, 140b, 140c, 142a, 142b, 142c, 144a, 144b, 및 144c) 의 수는 주변 링 (112) 상의 슬롯들 (126a, 126b, 126c, 128a, 128b, 128c, 130a, 130b, 및 130c) 의 수와 일치할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 슬롯들의 수가 일치하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 전도성 제어 링 (136) 상의 슬롯들의 수가 주변 링 (112) 상의 슬롯들의 수보다 클 수도 있다. 전도성 제어 링 (136) 을 작동/회전시킴으로써, 전도성 제어 링 (136) 의 슬롯들과 주변 링 (112) 의 슬롯들 간의 오프셋 정도가 조종되어 국부 압력 제어를 제공할 수도 있다. 전술한 것으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 주변 링 (112) 상의 각각의 슬롯에 대한 오프셋의 정도는 전도성 제어 링 상의 슬롯들의 수 및/또는 슬롯들의 위치선정에 따라 변할 수도 있다.
논의의 편의를 위해서, 도 2a, 도 2b 및 도 2c는, 본 발명의 실시형태의, 국부화된 압력 제어를 실시하기 위해 사용될 수도 있는 상이한 정도의 오프셋의 예시를 도시한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 도 2a는 0 정도의 오프셋 (200) 을 가진 국부 압력 제어 및 플라즈마 한정 장치의 부분도를 도시한다. 일 실시형태에서, 전도성 제어 링 (136) 이 주변 링 (112) 을 둘러싸고, 전도성 제어 링 (136) 의 슬롯들 (140a, 140b 및 140c) 은 주변 링 (112) 의 슬롯들 (126a, 126b 및 126c) 바로 아래에 위치될 수도 있다. 이 구성에서, 주변 링 (112) 의 슬롯들 (126a, 126b 및 126c) 은 최대 사이즈로 되어 있다. 즉, 전도성 제어 링 (136) 이 지속적으로 부존재하는 듯이, 주변 링 (112) 의 슬롯들 (126a, 126b 및 126c) 이 동일한 사이즈로 되어 있다. 이러한 구성은, 플라즈마 쉬스가 수축되지 않고 플라즈마 비한정의 가능성이 희박한 경우에 바람직할 수도 있다.
그러나, 기판 처리 동안, 한정된 챔버 체적 내의 조건이 변할 수도 있다. 실시예에서, 압력 체적/레벨은 기판 처리 동안 수용가능한 임계치 범위 밖으로 떨어질 수도 있다. 압력 제어를 실시하기 위해서, (도 2b의 장치 (210) 에 도시된 바와 같이) 전도성 제어 링 (136) 상의 슬롯들 (140a, 140b, 및 140c) 이 주변 링 (112) 상의 대응하는 슬롯들 (126a, 126b 및 126c) 을 덮도록, 전도성 제어 링 (136) 이 조정될 수도 있다. 즉, 전도성 제어 링 (136) 의 작동/회전은 슬롯들 (126a, 126b 및 126c) 을 (슬롯들 (204a, 204b 및 204c) 로 도시된 바와 같은) 복수의 가변 사이즈의 슬롯들로 변환시킬 수도 있다.
(고압 환경에서와 같은) 특정 조건 하에서, 주변 링 (112) 상의 슬롯들 (126a, 126b 및 126c) 의 사이즈가 붕괴 플라즈마 쉬스의 사이즈의 2배보다 더 커지도록 플라즈마 쉬스의 두께가 수축할 수도 있다. 일 실시형태에서, 전도성 제어 링 (136) 을 작동/회전시킴으로서, 주변 링 (112) 상의 슬롯들 (126a, 126b 및 126c) 의 기하학적 구조 (예를 들어, 사이즈) 가 오프셋될 수도 있음으로써, (더 작은 개구들 (204a-c) 로 도시된 바와 같이) 개구들이 외부 영역 (136) 쪽으로 감소할 수도 있다.
일 실시형태에서, 한정된 챔버 체적 내에서 특히 고압 체적/레벨이 요구되는 경우, (중성 가스 종과 같은) 처리 부산물 가스를 한정된 챔버로부터 배기시키는 전도도의 속도는 실질적으로 0으로 감소될 수도 있다. 고압 환경을 생성하기 위해서, 주변 링 (112) 의 슬롯들 (126a, 126b 및 126c) 의 개구들을 폐쇄시키기 위해 전도성 제어 링 (136) 을 조종할 수도 있다. 즉, (도 2c의 장치 (220) 에 도시한 바와 같이) 전도성 제어 링 (136) 상의 각각의 슬롯 (140a, 140b 및 140c) 을 주변 링 (112) 상의 대응하는 슬롯 (126a, 126b 및 126c) 옆에 위치시킴으로써, 100 퍼센트 정도의 오프셋이 확립될 수도 있다.
다시 도 1을 참고하면, 후방 c-형상 국부 압력 제어 및 플라즈마 한정 장치를 도시하였지만, 국부 압력 제어 및 플라즈마 한정 장치는 다른 구성을 가질 수도 있다. 당업자는, 전도도의 속도가 각각의 처리 챔버에서 변할 수도 있다는 것을 인식한다. 정상 속도의 전도도를 갖는 챔버에서, 슬롯들이 구획들 (150, 152 또는 154) 중 어느 하나에 위치될 뿐일 수도 있다. 실시예에서, 하부 배기가 요구되는 경우, 슬롯들 (126a, 126b 및 126c) 이 구획 (150) 내에 위치될 수도 있다. 슬롯들이 구획 (150) 내에 위치될 뿐이기 때문에, 국부 압력 제어를 실시하기 위해 전도성 제어 링 (136) 의 슬롯들 (140a, 140b 및 140c) 만이 요구될 수도 있다.
다른 실시형태에서, 국부 압력 제어 및 플라즈마 한정 장치는 국부화된 압력 제어를 실시하기 위한 2개의 구획들을 포함할 수도 있다. 일례로, 가스를 배기시키기 위해 고 전도도 속도를 요구하는 처리 챔버에 있어서, 예를 들어, 구획 (150 및 152) 은, (중성 가스 종과 같은) 처리 부산물 가스를 배기시키기 위해 이용가능한 슬롯들 (126a, 126b, 126c, 128a, 128b 및 128c) 을 가질 수도 있다. 앞에서 언급한 실시예와 비슷하게, 압력 제어를 실시하기 위해서 전도성 제어 링 (136) 상의 대응하는 슬롯들 (140a, 140b, 140c, 142a, 142b 및 142c) 이 사용될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에서, 특히 높은 전도도 속도를 요구하는 처리 챔버에서 후방 c-형상 국부 압력 제어 및 플라즈마 한정 장치가 사용될 수도 있다. 전술한 것으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, c-형상 구성을 가진 처리 챔버에 대한 압력 제어를 실시하기 위해서 3개의 구획들 (150, 152 및 154) 모두가 사용될 수도 있다.
본 발명의 실시형태에서, 국부 압력 제어 및 플라즈마 한정 장치는 자동 피드백 장치이다. 도 3은, 본 발명의 실시형태의, 국부된 압력 제어 및 플라즈마 한정을 자동으로 실시하기 위한 방법을 도시하는 단순화된 흐름도를 도시한다. 도 3은 도 1, 도 2a, 2b 및 2c와 관련하여 논의된다.
제 1 단계 302에서, 국부 압력 제어 및 플라즈마 한정 장치가 초기 설정점 위치로 설정된다. 일례로, (도 2a에 도시된 바와 같이) 주변 링 (112) 의 슬롯들 아래에 전도성 제어 링 (136) 의 슬롯들이 적층되도록 전도성 제어 링 (136) 이 초기 설정점 위치로 이동된다. 본 발명의 실시형태에서, 전도성 제어 링 (136) 의 초기 설정 위치를 기록하기 위해서 인코더 (미도시) 와 같은 위치 모듈이 사용될 수도 있고 초기 설정 위치는 (처리 모듈 제어기와 같은) 제어 모듈 (162) 로 전송될 수도 있다.
다음 단계 304에서, 기판 처리가 시작된다. 당업자는, 레시피를 입력할 수도 있다는 것을 이해한다. 레시피는 압력 파라미터를 비롯하여 상이한 처리 파라미터에 대한 요건을 정의할 수도 있다. 제조 동안, 기판을 처리하기 위해서 입력된 바와 같은 레시피가 사용될 수도 있다.
다음 단계 306에서, 기판 처리 동안 압력 체적/레벨이 모니터링된다. 일 실시형태에서, 한정된 챔버 체적 (110) 내의 압력 레벨을 모니터링하기 위해 센서 (164) 가 사용될 수도 있다. 압력에 대한 처리 데이터는 분석을 위해서 제어 모듈 (162) 로 전송될 수도 있다.
다음 단계 308에서, 전도성 제어 링 (136) 을 조정함으로써 기판 처리 동안 압력 체적/레벨이 유지된다. 제어 모듈 (162) 이 압력 데이터를 계속해서 수집하고 있기 때문에, 제어 모듈 (162) 은, 한정된 챔버 체적 (110) 내의 압력 체적/레벨이 수용가능한 임계치 범위 밖으로 떨어지는 시기를 결정할 수 있다. 일단 문제점이 식별되면, 제어 모듈 (162) 은, 압력 체적/레벨을 수용가능한 임계치 이내로 가져가도록 새로운 설정점 위치를 재산출할 수도 있다. 새로운 설정 위치가 현재 설정점 위치에 기초하여 산출될 수도 있다.
일 실시형태에서, 제어 모듈 (162) 은 전도성 제어 링 (136) 을 작동/회전시키도록 구성되는 명령들의 세트를 모터 (160) 에 전송할 수도 있다. 일 실시형태에서, 전도성 제어 링을 이동시키기 위한 명령들의 세트는 방향 신호 및 스텝 신호를 포함할 수도 있다. 일례로, 모터에 의해 수신된 명령은, 전도성 제어 링 (136) 이 2개의 스테퍼 펄스들만큼 좌측 방향을 향해 이동되어야 한다는 것을 나타낼 수도 있다 (스테퍼 모터에 대한 스텝 신호는 통상적으로 스테퍼 펄스들의 수로 표현된다).
명령들의 세트를 수신할 때, 모터 (160) 가 전도성 제어 링 (136) 을 원하는 위치로 작동/회전시킴으로서, 주변 링 (112) 상의 각각의 슬롯의 개구의 사이즈를 변경시킬 수도 있다. 따라서, 각각의 슬롯의 개구의 사이즈를 조정하는 것은 전도도의 속도를 변경시킴으로써, 챔버 체적 외측의 압력 체적/레벨에 영향을 미치지 않고 국부 압력 제어를 제공한다.
전도성 제어 링 (136) 대신, 진공 밸브 (138) 와 같은 다른 컴포넌트에 의해 압력 제어가 또한 실시되고 있는 경우에도, 전도성 제어 링 (136) 을 조종하는 것도 플라즈마 한정을 위한 효율적인 장치이다. 일례로, 진공 밸브 (138) 를 조정함으로써, 압력 체적/레벨이 (한정된 챔버 체적 (110) 과 외부 영역 (132) 을 포함하는) 처리 챔버 (100) 에서 증가할 수도 있다. 일례로, 플라즈마 쉬스가 붕괴하기 시작함에 따라서, 주변 링 (112) 상의 슬롯들의 개수들을 감소시키기 위해서 전도성 제어 링 (136) 이 사용될 수도 있다.
단계들 304 내지 308은 반복적인 단계들이고 기판 처리 동안 반복될 수도 있다.
전술한 바로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 하나 이상의 실시형태들은 국부 압력 제어 및 플라즈마 한정 장치를 제공한다. 국부 압력 제어 장치를 제공함으로서, 압력 체적/레벨의 변경이 주변 링 내의 챔버 체적으로 한정된다. 압력 제어가 국부화되기 때문에, 기판을 식각하기 위해 사용된 플라즈마는 더욱 신속한 속도로 안정화된다. 추가적으로 또는 대안으로, 본 장치는 플라즈마가 챔버 체적 외측에 확립되는 가능성을 실질적으로 제거하도록 구성되기 때문에, 국부 압력 제어 및 플라즈마 한정 장치는 더 넓은 처리 윈도우를 제공한다. 이와 같이, 국부 압력 제어 및 플라즈마 한정 장치는 챔버 컴포넌트를 비한정된 플라즈마 전개로부터 보호함으로써 소유 비용을 최소화한다.
본 발명은 여러 가지 바람직한 실시형태에 관하여 설명되었지만, 본 발명의 범위 안에서 있는 변경, 치환, 및 등가물이 존재한다. 다양한 실시예가 본원에 제공되지만, 이러한 실시예는 예시적이고 본 발명에 대하여 제한하지 않도록 의도된다. 이외에도, 본 발명이 용량 결합 플라즈마 (CCP) 처리 시스템에 관하여 설명되었지만, 본 발명은 또한 유도 결합 플라즈마 처리 시스템 또는 하이브리드 플라즈마 처리 시스템과 관련하여 적용될 수도 있다.
비록 여기에 제공된 명칭과 요약은 편의를 위한 것이고 청구항의 범위를 해석하기 위해 사용되어서는 안 된다. 나아가, 요약서는 고도로 단축된 형식으로 쓰여졌고 편의를 위해 제공된 것이므로 청구항에 설명된 전체적인 발명을 설명 또는 제한하기 위해 사용되어서는 안 된다. 용어 "설정" 은 0, 1, 또는 1 보다 큰 수를 포함하는 일반적으로 이해되는 수학적인 의미를 가지는 것으로 의도된다. 또한, 본 발명의 방법들과 장치들을 구현하는 많은 대안의 방식들이 있는 것을 알아야 한다. 따라서 다음의 청구항들은 본 발명의 진정한 사상 및 내에 포함되는 모든 변경, 치환, 및 등가물을 포함하는 것으로 해석되는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 기판의 처리 동안 플라즈마 처리 시스템의 처리 챔버 내에서 압력 제어를 실시하는 장치로서,
    한정된 챔버 체적을 둘러싸도록 적어도 구성된 주변 링으로서, 상기 한정된 챔버 체적은 기판 처리 동안 상기 기판을 식각하기 위한 플라즈마를 유지할 수 있고, 상기 주변 링은 제 1 복수의 슬롯들을 포함하고, 상기 제 1 복수의 슬롯들은 상기 기판의 처리 동안 상기 한정된 챔버 체적으로부터 처리 부산물 가스를 배기시키기도록 적어도 구성되는, 상기 주변 링; 및
    상기 주변 링 옆에 위치되고 제 2 복수의 슬롯들을 포함하도록 구성되는 전도성 제어 링으로서, 상기 주변 링의 상기 제 1 복수의 슬롯들 중 제 1 슬롯과 상기 전도성 제어 링의 상기 제 2 복수의 슬롯들 중 제 2 슬롯이 제로 오프셋 내지 풀 (full) 오프셋의 범위에서 서로에 대하여 오프셋되도록 상기 전도성 제어 링을 상기 주변 링에 대하여 이동시킴으로써 상기 압력 제어가 달성되는, 상기 전도성 제어 링을 포함하는, 압력 제어를 실시하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 제어 링을 이동시켜 상기 압력 제어를 실시하도록 구성되는 모터를 더 포함하는, 압력 제어를 실시하기 위한 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 한정된 챔버 체적 내의 압력 체적에 대한 처리 데이터를 수집하도록 구성된 센서들의 세트를 더 포함하는, 압력 제어를 실시하기 위한 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    적어도,
    상기 센서들의 세트로부터 상기 처리 데이터를 수신하고,
    상기 처리 데이터를 분석하고,
    상기 전도성 제어 링에 대한 새로운 위치를 결정하고, 그리고
    상기 새로운 위치를 명령들의 세트의 일부로서 상기 모터에 전송하도록
    구성된 제어 모듈을 더 포함하는, 압력 제어를 실시하기 위한 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 모터는 상기 명령들의 세트를 수신하고 상기 전도성 제어 링을 이동시켜 상기 한정된 챔버 체적 내의 상기 압력 체적을 조정하도록 구성되는, 압력 제어를 실시하기 위한 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전도성 제어 링이 상기 주변 링을 둘러싸도록 상기 주변 링이 상기 전도성 제어 링 내부에 안착되는, 압력 제어를 실시하기 위한 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전도성 제어링은 유전체 재료로 이루어지는, 압력 제어를 실시하기 위한 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 시스템은 용량 결합 플라즈마 처리 시스템인, 압력 제어를 실시하기 위한 장치.
  9. 기판의 처리 동안 플라즈마 처리 시스템의 처리 챔버 내에서 압력 제어를 실시하기 위한 방법으로서,
    상기 처리 챔버는, 한정된 챔버 체적을 둘러싸도록 적어도 구성된 주변 링을 포함하고, 상기 한정된 챔버 체적은 기판 처리 동안 상기 기판을 식각하기 위한 플라즈마를 유지할 수 있고, 상기 주변 링은 제 1 복수의 슬롯들을 포함하고, 상기 제 1 복수의 슬롯들은 상기 기판 처리 동안 상기 한정된 챔버 체적으로부터 처리 부산물 가스를 배기시키도록 적어도 구성되고,
    상기 방법은,
    상기 주변 링 옆에 위치되고 제 2 복수의 슬롯들을 포함하도록 구성되는 전도성 제어 링을 제공하는 단계;
    상기 한정된 챔버 체적 내에서 압력 체적을 모니터링하는 단계;
    상기 압력 체적에 대한 처리 데이터를 제어 모듈로 전송하는 단계;
    상기 처리 데이터를 분석하는 단계;
    상기 한정된 챔버 체적 내의 상기 압력 체적을 미리결정된 임계치 범위와 비교하는 단계;
    상기 압력 체적이 상기 미리결정된 임계치 범위를 넘을 (traverse) 경우, 상기 전도성 제어 링에 대한 새로운 위치를 산출하는 단계; 및
    상기 주변 링의 상기 제 1 복수의 슬롯들 중 제 1 슬롯과 상기 전도성 제어 링의 상기 제 2 복수의 슬롯들 중 제 2 슬롯이 제로 오프셋 내지 풀 (full) 오프셋의 범위에서 서로에 대하여 오프셋되도록 상기 전도성 제어 링을 상기 주변 링에 대하여 이동시킴으로써 상기 한정된 챔버 체적 내의 상기 압력 체적을 조정하는 단계를 포함하는, 압력 제어를 실시하기 위한 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 새로운 위치를 명령들의 세트의 일부로서 모터로 전송하는 단계를 더 포함하고, 상기 모터는 적어도, 상기 전도성 제어 링을 이동시켜 상기 한정된 챔버 체적 내의 상기 압력 체적을 조정하도록 구성되는, 압력 제어를 실시하기 위한 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 한정된 챔버 체적 내의 상기 압력 체적을 모니터링하는 단계는 센서들의 세트에 의해 실시되는, 압력 제어를 실시하기 위한 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 기판 처리의 개시 전에 상기 전도성 제어 링을 초기 설정 위치로 설정하는 단계를 더 포함하는, 압력 제어를 실시하기 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    이전 설정 위치에 기초하여 새로운 설정 위치가 산출되는, 압력 제어를 실시하기 위한 방법.
  14. 기판의 처리 동안 플라즈마 처리 시스템의 처리 챔버 내의 플라즈마 한정 장치로서,
    슬롯들의 제 1 세트를 구비한 주변 링들의 세트로서, 상기 주변 링들의 세트는 기판 처리 동안 플라즈마를 유지할 수 있는 한정된 챔버 체적을 둘러싸고, 상기 슬롯들의 제 1 세트는 상기 기판 처리 동안 상기 한정된 챔버 체적으로부터 처리 부산물 가스를 적어도 배기시키도록 구성되는, 상기 주변 링들의 세트;
    슬롯들의 제 2 세트를 구비한 전도성 제어 링들의 세트로서, 상기 전도성 제어 링들의 세트는 상기 주변 링들의 세트 옆에 위치되는, 상기 전도성 제어 링들의 세트; 및
    상기 주변 링들의 세트의 상기 슬롯들의 제 1 세트 중 제 1 슬롯과 상기 전도성 제어 링들의 세트의 상기 슬롯들의 제 2 세트 중 제 2 슬롯이 제로 오프셋 내지 풀 (full) 오프셋의 범위에서 서로에 대하여 오프셋되도록 상기 전도성 제어 링들의 세트를 상기 주변 링들의 세트에 대하여 이동시키도록 적어도 구성된 모터를 포함하는, 플라즈마 한정 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 한정된 챔버 체적 내에서 처리 데이터를 수집하도록 구성된 센서들의 세트를 더 포함하는, 플라즈마 한정 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    적어도,
    상기 센서들의 세트로부터 상기 처리 데이터를 수신하고,
    상기 처리 데이터를 분석하고,
    상기 전도성 제어 링에 대한 새로운 위치를 결정하고, 그리고
    상기 새로운 위치를 명령들의 세트의 일부로서 상기 모터에 전송하도록
    구성된 제어 모듈을 더 포함하는, 플라즈마 한정 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 모터는 상기 명령들의 세트를 수신하고 상기 전도성 제어 링들의 세트를 조정하여 상기 한정된 챔버 체적 내에서 플라즈마 한정을 유지하도록 구성되는, 플라즈마 한정 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 전도성 제어 링들의 세트가 상기 주변 링들의 세트를 둘러싸도록, 상기 전도성 제어 링들의 세트는 상기 한정된 챔버 체적 외측에 위치되는, 플라즈마 한정 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 전도성 제어 링들의 세트는 유전체 재료로 이루어지는, 플라즈마 한정 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 시스템은 용량 결합 플라즈마 처리 시스템인, 플라즈마 한정 장치.
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