KR20120068847A - 플라즈마 한정을 실시하기 위한 다중 주변 링 장치 - Google Patents

플라즈마 한정을 실시하기 위한 다중 주변 링 장치 Download PDF

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KR20120068847A
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라진더 딘드사
아키라 코시시
알렉세이 마라크타노프
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램 리써치 코포레이션
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Abstract

기판 처리 동안 처리 챔버 내에서 플라즈마 한정을 실시하기 위한 장치가 제공된다. 이 장치는 2차 주변 링 옆에 위치된 제 1 주변 링을 포함한다. 제 1 주변 링은 기판을 식각하기 위한 플라즈마를 유지하는 한정된 챔버 체적을 둘러싼다. 제 1 주변 링은 한정된 챔버 체적으로부터 처리 부산물 가스를 배기시키기 위한 제 1 복수의 슬롯을 포함한다. 제 2 주변 링은, 제 2 복수의 슬롯들이 1 복수의 슬롯들과 중첩하지 않도록 제 1 복수의 슬롯들 옆에 위치되는 제 2 복수의 슬롯들을 포함함으로써, 한정된 챔버 체적 내에서부터 챔버 체적 외측 (제 1 주변 링 외측의 영역) 으로의 직시선을 방지한다. 이 장치는 또한, 한정된 챔버 체적으로부터 처리 부산물 가스를 배기시키는 경로를 제공하기 위해 2개의 링들을 접속시키는 매니폴드를 포함한다.

Description

플라즈마 한정을 실시하기 위한 다중 주변 링 장치{A MULTI-PERIPHERAL RING ARRANGEMENT FOR PERFORMING PLASMA CONFINEMENT}
플라즈마 처리의 진보는 반도체 산업의 성장을 촉진시켜 왔다. 플라즈마 처리 시스템의 사용으로, 기판은 MEMS (micro electro-mechanical system) 디바이스와 같은 다양한 디바이스들로 변환될 수도 있다. 경쟁적인 이익을 얻기 위해서, 제조 회사는, 폐기물을 최소화하고 고 품질의 반도체 디바이스를 생성하기 위해서 프로세스 파라미터의 엄격한 제어를 유지할 수 있어야 한다.
논의의 편의를 위해서, 도 1은 주변 링 장치를 구비한 프로세싱 챔버 (100) 의 단순화한 도면의 일부를 도시한다. 기판 (106) 이 처리 챔버 (100) 내에서 처리되고 있는 상황을 고려한다. 기판 (106) 은 하부 전극 (104) 위에 위치될 수도 있다. 처리 챔버 (100) 내에서, 기판 처리 동안 기판 (106) 과 상부 전극 (102) 사이에서 플라즈마 (108) 를 형성하기 위해 가스가 무선 주파수 (RF) 전류와 상호작용할 수도 있다. RF 전류는 RF 소스 (122) 로부터 케이블 (120) 과 RF 매치 (120) 를 통해 흘러 처리 챔버 (100) 로 들어갈 수도 있다.
플라즈마 형성을 제어하고 처리 챔버 벽을 보호하기 위해, 플라즈마 (108) 는, 주변 링 (112) 에 의해 둘러싸인 영역과 같은 제한된 챔버 체적 (110) 으로 한정될 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.
한정 영역 (한정된 챔버 체적 (110)) 으로부터 (중성 가스 종과 같은) 가스를 배기시키기 위해, 주변 링 (112) 은 (슬롯 (126a, 126b, 및 126c) 과 같은) 복수의 슬롯들을 포함할 수도 있다. 각각의 슬롯은 고정된 기하학적 구조를 가지며 (중성 가스 종과 같은) 처리 부산물 가스가 한정된 챔버 체적 (110) 에서 나갈 수 있도록 충분히 크게 구성된다. 즉, (중성 가스 종과 같은) 처리 부산물 가스는, 터보 펌프 (134) 를 통해서 처리 챔버 (100) 외부로 펌핑되기 이전에, 한정된 챔버 체적 (110) 으로부터 슬롯을 통해서 처리 챔버 (100) 의 (챔버 체적 외측의) 외부 영역 (132) 으로 이동할 수 있다.
슬롯이 처리 챔버 (100) 의 한정된 챔버 체적 (110) 으로부터 외부 영역 (132) 으로 직시선 (direct line-of-sight) 을 제공하기 때문에, RF 전류가, 처리 챔버 (100) 의 외부 영역 (132) 을 통해 누설될 수도 있고 외부 영역 (132) 에서 존재를 확립시킬 수도 있다. 특정 조건 하에서, RF 장의 존재는 챔버 체적 외측의 플라즈마 (142) 와 반응하고 점화시키는 (한정된 챔버 체적 (110) 으로부터 처리 챔버 (100) 의 외부 영역으로 배기되는)(중성 가스 종과 같은) 처리 부산 가스를 발생시킬 수도 있다.
처리 챔버 (100) 내에 고압 체적/레벨이 존재한다면 처리 챔버 (100) 의 외부 영역 (132) 에서 플라즈마 형성 환경의 가능성이 매우 높다. 예를 들어, 기판 처리 동안, 압력 체적/레벨은 (레시피 단계에 의해 확립된 것과 같은) 수용가능한 임계 범위보다 낮게 떨어질 수도 있다. 한정된 챔버 체적 (110) 내의 압력 체적/레벨을 증가시키기 위해서, 진공 밸브 (138) 가 단단히 조여질 수도 있다. 불행하게도, 진공 밸브 (138) 의 조정은 한정된 챔버 체적 (110) 내의 압력 체적/레벨을 증가시킬뿐만 아니라 처리 챔버 (100) 의 외부 영역 (132) 내 압력 체적/레벨을 증가시킬 수도 있다. 따라서, (고압 환경과 같은) 이러한 타입의 환경에서, RF 장의 존재는 한정된 챔버 체적 (110) 외측의 영역에서 플라즈마 (142) 와 반응하여 점화시키는 (중성 가스 종과 같은) 처리 부산 가스를 발생시킬 수도 있다.
따라서, 플라즈마 한정을 실시하는 장치가 요구된다.
본 발명은, 동일한 도면 부호는 유사한 엘리먼트를 지칭하는 첨부된 도면들에서 예시의 방식으로 설명되며, 이것으로 제한되지 않는다.
도 1은 주변 링 장치를 구비한 처리 챔버 (100) 의 부분도를 단순화한 도면이다.
도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d는, 본 발명의 일 실시형태의, 처리 챔버 내에서 플라즈마 한정을 실시하기 위한 다중 주변 링 장치를 도시하는 단순화한 도면이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시형태의, 압력 제어 및 플라즈마 한정을 실시하기 위한 전도성 제어 링을 구비한 다중 주변 링 장치를 구비한 처리 챔버 환경을 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 속하는 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.
배경 기술 부분에서 언급한 바와 같이, RF 전류 (RF 장) 가 한정 영역 (주변 링에 의해 둘러싸인 영역) 밖으로 누설될 수도 있다. 정상적인 압력 환경의 경우, RF 전류는 (중성 가스 종과 같은) 처리 부산물 가스를 점화시켜 비한정된 플라즈마 (즉, 한정 영역 외측의 플라즈마) 를 형성할 수도 있다. 비한정된 플라즈마는 프로세스 윈도우를 좁힐 수도 있고 또한 처리 챔버 벽을 손상시킬 수도 있기 때문에, 장치는 RF 장 누설의 가능성을 최소화해야 한다.
본 발명의 일 양태에서, 본원의 발명자는, 한정 영역으로부터 챔버 체적 외측으로의 직시선을 제거함으로써, RF 장 누설이 실질적으로 제거될 수도 있다는 것을 인식하였다. 본 발명의 실시형태에 따르면, 플라즈마 한정을 위한 장치가 제공된다. 본 발명의 실시형태는 RF 장을 관리하기 위한 다중 주변 링 장치를 포함한다.
본 발명의 실시형태에서, 플라즈마 처리 시스템의 처리 챔버 내에서 플라즈마 한정을 실시하기 위한 다중 주변 링 장치가 제공된다. 일 실시형태에서, 다중 주변 링 장치는 용량 결합 플라즈마 (CCP) 처리 시스템 내에서 구현될 수도 있다.
본 발명의 실시형태에서, 다중 주변 링 장치는 제 2 주변 링 옆의 제 1 주변 링을 포함할 수도 있다. 본원에 논의된 바와 같이, 용어 "옆"은, 다른 것의 위에 적층되고, 다른 것과 인접하게 있고, 작은 갭에 의해 분리되는 등의 (안과 밖에 안착되는 링, 다른 링 안에 안착되는 링과 같은) 안착 장치를 갖는 링을 지칭하지만 이것으로 한정되지 않을 수도 있다. 바람직한 실시형태에서, 다중 주변 링 장치는 제 2 주변 링의 상부에 적층된 제 1 주변 링을 포함할 수도 있다. 제 1 주변 링은 유전체 재료 또는 반(semi)-전도성 재료로 이루어질 수도 있다. 비슷하게, 제 2 주변 링은 유전체 재료로 이루어질 수도 있다. 제 2 주변 링은 또한 스테인리스 스틸과 같은 전도성 재료로 이루어질 수도 있다.
각각의 주변 링은 한정 영역으로부터 (중성 가스 종과 같은) 처리 부산물 가스를 배기시키는데 사용될 수도 있는 복수의 슬롯을 구비할 수도 있다. 본원에 논의된 바와 같이, 용어 "처리 부산물 가스"는 처리의 부산물이어서 배기될 필요가 있는 임의의 가스 종을 지칭한다. 실시형태에서, 각각의 슬롯은 방사상의 기하학적 구조를 갖는다. 그러나, 이 슬롯들은 방사상의 형상으로 제한되지 않고 주연 (peripheral) 기하학적 구조를 비롯한 다른 구성을 가질 수도 있다.
일 실시형태에서, 슬롯들의 수/형상/사이즈는 주변 링들 둘 모두에 관하여 동일한 기하학적 구조 및 치수를 가질 수도 있다. 다른 실시형태에서, 제 1 주변 링 상의 슬롯들의 수/형상/사이즈는 2차 주변 링 상의 슬롯들과 상이할 수도 있다. 일례로, 1차 주변 링 상의 슬롯의 형상은 방사상의 기하학적 구조를 가질 수도 있지만 2차 링의 슬롯은 주연 기하학적 구조를 가질 수도 있다. 추가적으로 또는 대안으로, 슬롯 사이즈는 2개의 주변 링들 간에 상이할 수도 있다. 일례로, 1차 주변 링의 슬롯 사이즈가 2차 주변 링의 슬롯 사이즈보다 더 클 수도 있다. 비슷하게, 2차 주변 링의 슬롯 사이즈가 1차 주변 링의 슬롯 사이즈보다 더 클 수도 있다. 그럼에도 불구하고, 일 실시형태에서, 2차 주변 링의 슬롯이 1차 주변 링의 슬롯에서 떨어지게 오프셋되어 한정 링으로부터 챔버 체적 외측으로의 직시선을 방지한다. 직시선이 없다면, RF 전류가 한정 영역에서 새어 나가는 것을 실질적으로 차단한다. 따라서, 처리 챔버의 외부 영역에 RF 장이 존재하지 않는다면, 챔버 체적 외측의 상태는 일반적으로 플라즈마 형성을 지원할 수 없다.
도 2a는, 본 발명의 일 실시형태의, 플라즈마 한정을 실시하기 위한 다중 주변 링 장치를 구비하는 처리 챔버 (200) 의 부분도를 단순화한 도면을 도시한다. 예를 들어, 기판 (206) 이 처리 챔버 (200) 내에서 처리되는 상황을 고려한다. 실시형태에서, 처리 챔버 (200) 는 용량 결합 플라즈마 처리 챔버일 수도 있다. 기판 (206) 은 하부 전극 (204) 위에 위치될 수도 있다. 기판 처리 동안, 기판 (206) 을 식각하는데 사용될 수도 있는 플라즈마 (208) 가 기판 (206) 과 상부 전극 (202) 사이에 형성될 수도 있다.
플라즈마 형성을 제어하고 처리 챔버 챔버 벽을 보호하기 위해서, 1차 주변 링 (212) 이 사용될 수도 있다. 1차 주변 링 (212) 은 유전체 재료 또는 반(semi)-전도성 재료로 이루어질 수도 있다. 통상적으로, 1차 주변 링 (212) 은, 내부에서 플라즈마 (208) 가 형성되는 한정된 챔버 체적 (210) 의 주변을 둘러싸도록 구성될 수도 있다. 주변 링 (212) 이외에도, 한정된 챔버 체적 (210) 의 주변은 또한 상부 전극 (202), 하부 전극 (204), 에지 링 (214), 절연체 링 (216 및 218), 및 챔버 지지 구조체 (228) 에 의해 정의될 수도 있다.
기판 처리 동안, 가스가 가스 분배 시스템 (미도시) 으로부터 한정된 챔버 체적 (210) 으로 흐르고 RF 전류와 상호작용하여 플라즈마 (208) 를 생성할 수도 있다. RF 전류는 RF 소스 (222) 로부터 케이블 (224) 을 통해 RF 매치 (220) 로 흐를 수도 있다. RF 매치 (224) 로부터, RF 전류는 하부 전극 (204) 을 통해 흐를 수도 있고 플라즈마 형성을 위해 한정된 챔버 체적 (210) 내에서 이용가능할 수도 있다. 당업자는, (상부 전극, 하부 전극, 절연체 링, 에지 링, 챔버 지지 구조체 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 (210)) 으로부터 (중성 가스 종과 같은) 처리 부산물 가스를 배기시키기 위해, 1차 주변 링 (212) 은 (슬롯 (226a, 226b, 226c 및 226d) 과 같은) 복수의 슬롯을 포함할 수도 있다. (중성 가스 종과 같은) 처리 부산물 가스는, 터보 펌프 (234) 를 통해서 처리 챔버 (200) 외부로 펌핑되기 이전에, 한정된 챔버 체적 (210) 으로부터 처리 챔버 (200) 의 (챔버 체적 외측의) 외부 영역 (232) 으로 이동할 수도 있다.
다른 구성이 사용될 수도 있지만, 1차 주변 링 (212) 상의 슬롯은 방사상의 형상을 가질 수도 있다. 각각의 슬롯은 고정된 기하학적 구조를 가지며 (중성 가스 종과 같은) 처리 부산물 가스가 한정된 챔버 체적 (210) 에서 나갈 수 있도록 충분히 크게 구성된다. 언급된 바와 같이, 각각의 슬롯은 통상적으로 플라즈마 쉬스 (미도시) 의 2배보다 작은 단면을 갖는다.
슬롯의 사이즈와 관계없이, 각각의 슬롯은 직선형 개구를 갖는 경향에 의해, 처리 챔버 (200) 의 한정된 챔버 체적 (210) 과 (챔버 체적 외측의) 외부 영역 (232) 사이에 직시선을 제공한다. 결과적으로, RF 장의 전자는 슬롯에 의해 제공된 개구들을 통해 이동할 수 있고 처리 챔버 (200) 의 외부 영역 (232) 으로 누설된다. (고압 환경과 같은) 특정 조건인 경우, 챔버 체적 외측의 RF 장의 존재는 처리 부산물 가스로 하여금 외부 영역 (232) 에서 플라즈마를 점화시키고 플라즈마를 형성하게 할 수도 있다. 이와 같이, 플라즈마 비한정이 발생할 수도 있다.
일 실시형태에서, 플라즈마 비한정을 방지하기 위해서 다중 주변 링 장치가 제공된다. 다중 주변 링 장치는 1차 주변 링 (212) 을 둘러싸는 2차 주변 링 (270) 을 포함할 수도 있다. (중성 가스 종과 같은) 처리 부산물 가스가 배기되는 경로를 생성하기 위해서 1차 주변 링 (212) 과 2차 주변 링 (270) 사이에 매니폴드 (284) 가 존재할 수도 있다.
일 실시형태에서, 2차 주변 링 (270) 은 유전체 재료로 이루어질 수도 있다. 다른 실시형태에서, 예를 들어, 2차 주변 링 (270) 은 스틸과 같은 전도성 재료로 이루어질 수도 있다.
일 실시형태에서, 제 2 주변 링 (270) 의 치수는 변할 수도 있다. 일례로, 주변 링들 둘 모두는 동일한 치수를 가질 수도 있다. 다른 예에서, 제 2 주변 링 (270) 은 1차 주변 링 (212) 보다 큰 치수를 가질 수도 있다. 일 실시형태에서, 2차 주변 링 (270) 이 1차 주변 링 (212) 보다 더 작은 치수를 가질 수도 있지만; 그러나, 2차 주변 링 (270) 의 치수는 RF 전류가 챔버 체적 외측으로 빠져나가는 것을 방지하도록 충분히 크게 구성되는 것이 바람직하다.
2차 주변 링 (270) 은 (슬롯 (276a, 276b, 276c, 276d, 및 276e) 과 같은) 복수의 슬롯을 포함할 수도 있다. 2차 주변 링 (270) 상의 슬롯들의 형상은 방사상의 기하학적 구조 및 주연 형상으로 변할 수도 있지만, 이것으로 제한되지 않는다. 일 실시형태에서, 2차 주변 링 (270) 및 1차 주변 링 (212) 의 슬롯들은 동일한 기하학적 구조를 가질 수도 있다. 그러나, 다중 주변 링 장치는 또한 상이한 슬롯 형상을 주변 링들에 제공할 수도 있다. 주변 링들 둘 모두 상의 슬롯들의 기하학적 구조의 설계와 관계없이, 슬롯들은, 챔버 체적 외측에서의 플라즈마의 형성을 방지하는 한편, 처리 부산물 가스 (예를 들어, 중성 가스 종) 가, 한정된 챔버 체적 (210) 으로부터 배기될 수 있도록 충분히 크게 구성된다. 일례로, 각각의 슬롯은 플라즈마 쉬스의 사이즈의 두배 보다 더 작을 수도 있다.
도 2a 및 도 2b는 2차 주변 링 (270) 이 1차 주변 링 (212) 보다 더 많은 슬롯을 갖는 것으로 도시하였지만, 다른 구성이 존재할 수도 있다. 일 실시형태에서, 1차 주변 링 (212) 은 2차 주변 링 (270) 과 같은 수의 슬롯을 가질 수도 있다. 다른 실시형태에서, 1차 주변 링 (212) 은 2차 주변 링 (270) 보다 더 적은 슬롯은 가질 수도 있다. 1차 주변 링 (212) 과 비교하여 2차 주변 링 (270) 상의 슬롯의 수는 제조자의 선호에 의존할 수도 있다.
일 실시형태에서, 2차 주변 링 (270) 은 1차 주변 링 (212) 에 대하여 고정된 위치에 위치될 수도 있고, 2차 주변 링 (270) 의 벽은 RF 전류의 흐름을 차단하도록 구성된다. 따라서, (슬롯 (276a, 276b, 276c, 276d, 및 276e) 과 같은) 2차 주변 링 (270) 의 슬롯은 (도 2b에 도시된 바와 같은) 1차 주변 링 (212) 의 슬롯 (226a, 226b, 226c 및 226d) 에 대하여 오프셋된다.
즉, RF 장으로부터의 전자가 (도 2c의) 방향 (280) 으로 1차 주변 링 (212) 의 슬롯 (226a) 을 통과하여 이동한다면, 전자가 매니폴드 (284) 를 통과하여 2차 주변 링 (270) 상의 (슬롯 (276a, 276b, 276c, 276d, 및 276e) 과 같은) 슬롯들 중 하나 대신 벽 (282) 의 구획과 마주칠 수도 있다. 따라서, 다중 주변 링 장치에 의해, 처리 챔버의 한정된 챔버 체적 (210) 으로부터 외부 영역 (232) 으로의 직시선이 실질적으로 제거된다. 대신, RF 장의 전자가 한정된 챔버 체적 (210) 으로 다시 우회될 (deflected) 수도 있다.
일 실시형태에서, DC 바이어스의 작은 레벨 (예를 들어, 네거티브 10 내지 포지티브 100) 또는 저 주파수 RF 전류가 2차 주변 링 (270) 에 인가되어 벽 (282) 에 전하를 생성할 수도 있다. 벽 (282) 상에 쌓아 올려진 전하는, 전자가 한정된 챔버 체적 (210) 으로 다시 우회되도록 도울 수도 있다. 따라서, 외부 영역 (232) 의 압력 환경이 (고압 환경과 같이) 플라즈마의 점화를 위한 전도성이라 하더라도, RF 장의 부재는 한정된 챔버 체적 (210) 외부에서 플라즈마 점화 가능성을 실질적으로 제거한다.
슬롯들이 주변 링 (212 및 270) 각각의 하부에만 위치되는 것으로 도시되었지만, 다른 구성들이 존재할 수도 있다. 각각의 구획 (250, 252, 및 254) 은 (도 2d에 도시된 바와 같이) 중성 가스 종과 같은, 처리 부산물 가스와 같은 처리 부산물 가스를 배기시키는데 사용될 수도 있다. 사용될 수도 있는 구획들의 수는, 요구되는 전도도의 속도에 의존할 수도 있다. 예를 들어, 정상 속도의 전도도를 갖는 챔버에서, 슬롯들이 하나의 구획에만 위치될 수도 있다. 그러나, 고속의 배기를 요구하는 처리 챔버에 있어서, 2 이상의 구획이 사용될 수도 있다. 따라서, 다중 주변 링 장치는 (중성 가스 종과 같은) 처리 부산물 가스를 배기시키기 위해 사용되는 구획들로 확장될 수도 있다.
도 3은, 본 발명의 일 실시형태의, 전도성 제어 링을 구비한 다중 주변 링 장치를 갖는 처리 챔버 환경의 부분도의 단순화된 도면을 도시한다. 압력 제어로서 전도성 제어 링 및 플라즈마 한정 장치에 대한 논의는, 명칭이 "A Local Plasma Confinement and Pressure Control Arrangement and Methods Thereof"이고 참조로서 본원에 포함되는 출원 관리 번호 P1990P/LMRX-P185P1에서 논의된다.
예를 들어, 한정된 챔버 체적 (310) 내의 압력 체적/레벨이 수용가능한 임계 값보다 낮은 상황을 고려한다. 종래 기술에서, 압력 제어를 실시하기 위해서, 진공 밸브가 사용될 수도 있다. 그러나, 진공 밸브를 사용하는 압력 제어는 국부 제어를 제공하지 않는다. 대신, 한정된 챔버 체적 (310) 내에 압력 체적/레벨에 변화가 있을뿐만 아니라 처리 챔버 (300) 의 (챔버 체적 외측의) 외부 영역 (332) 의 압력 환경 또한 영향을 받는다. 따라서, RF 전류가 한정된 챔버 체적 (310) 으로부터 누설되어 나갈 수 있다면, RF 전류는 (중성 가스 종과 같은) 처리 부산물 가스와 반응하여 비한정 플라즈마를 점화시킬 수도 있다.
본 발명의 실시형태에서, 국부 압력 제어를 제공하기 위해 전도성 제어 링 (320) 이 사용된다. 전도성 제어 링 (320) 은, 유전체 재료로 이루어질 수도 있고, 일례로, 1차 주변 링 (312) 과 2차 주변 링 (314) 을 포함하는 다중 주변 링 장치 옆에 위치될 수도 있다. 바람직한 실시형태에서, 전도성 제어 링은 주변 링들 중 적어도 하나를 둘러싼다. 즉, 전도성 제어 링이 챔버 체적 외측에 더 가까이 위치됨으로써, 플라즈마 비한정의 가능성에 대비하는 베리어를 제공한다.
실시형태에서, 전도성 제어 링 (320) 상의 슬롯의 수와 슬롯의 위치선정은 변할 수도 있다. 전도성 제어 링 (320) 상의 슬롯의 수와 슬롯의 위치선정은 2차 주변 링 (314) 상의 슬롯의 수와 슬롯의 위치선정과 일치할 수도 있다. 다른 실시예에서, 전도성 제어 링 (320) 상의 슬롯의 수 및/또는 슬롯의 위치선정은 2차 주변 링 (314) 의 그것과는 상이할 수도 있다. 전도성 제어 링 (320) 을 동작/회전시킴으로써, 전도성 제어 링 (320) 의 슬롯과 2차 주변 링 (314) 의 슬롯 간의 오프셋의 정도가 조종되어 국부적인 압력 제어를 제공할 수도 있다.
일 실시형태에서, 오프셋의 정도는 제로 오프셋 내지 풀 (full) 오프셋의 범위일 수도 있다. 본원에 논의된 바와 같이, 제로 오프셋은, 배기 가스를 위한 차단해제 통로를 제공하도록, 2차 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, 2차 주변 링 상의 적어도 하나의 슬롯이 전도성 제어 링 상의 슬롯에 의해 덮이는 상황을 지칭한다. 전술한 것으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 2차 주변 링과 도전성 제어 링 간의 오프셋 관계는 또한, 배기 가스를 위한 통로의 적어도 일부가 이용가능하도록 부분 오프셋을 포함할 수도 있다.
종래 기술에서, 한정된 챔버 체적 내의 고압 환경은 또한 플라즈마 쉬스의 사이즈를 줄여 플라즈마가, 한정된 챔버 체적에서 빠져나갈 수 있게 할 수도 있다. 한정된 챔버 체적 내에서 압력 체적/레벨의 변경이 국부적이지 않기 때문에, 이제, 챔버 체적 외측은 비한정 플라즈마를 유지하기 위해 전도성인 환경을 가질 수도 있다.
일 실시형태에서, 전도성 제어 링 (320) 은, 플라즈마가 처리 챔버 (300) 의 (챔버 체적 외측의) 외부 영역 (332) 안으로 흐르는 것을 실질적으로 방지하기 위해 다중 주변 링 장치를 둘러쌀 수도 있다. 전도성 제어 링 (320) 을 조종함으로써, 2차 주변 링 (314) 상의 각각의 슬롯의 개구는 변경될 수도 있다. 일례로, 한정된 챔버 체적 (310) 내의 압력 레벨/체적을 증가시키기 위해서, 전도성 제어 링 (314) 상의 슬롯을 2차 주변 링 (314) 상의 슬롯들의 일부와 중첩시키기 위해 전도성 제어 링 (320) 이 작동/회전될 수도 있다. 따라서, (중성 가스 종과 같은) 처리 부산물 가스를 배기시키는데 이용 가능한 복수의 고정 사이즈의 슬롯 대신, 전도성 제어 링 (320) 의 작동/회전은 고정 사이즈의 슬롯을 복수의 가변 사이즈의 슬롯으로 변환시킨다.
일 실시형태에서, 전도성 제어 링 (320) 은 모터 (미도시) 에 의해 이동될 수도 있다. 모터는 자동 피드백 장치의 일부일 수도 있다. 자동 피드백 장치는 또한, 일 실시형태에서, 전도성 제어 링 (320) 이 조정되는 경우, 모터에 명령들을 제공하기 위해 구성된 제어 모듈 (미도시) 을 포함한다. 예를 들어, 한정된 챔버 체적 (310) 내의 압력 체적/레벨이 수용가능한 임계값 바깥쪽으로 떨어진다. 센서 (미도시) 로부터의 데이터에 기초하여, 제어 모듈은 전도성 제어 링 (320) 을 위한 새로운 위치를 계산할 수도 있다. 따라서, 전도성 제어 링 (320) 은 사람의 간섭없이 자동으로 조정될 수도 있다.
일 실시형태에서, 전도성 제어 링의 형상을 변할 수도 있다. 예를 들어, 처리 챔버가 정상 속도의 전도도를 갖는다면, 다중 주변 링 장치는 하나의 구획 (350, 352, 및 354) 만이 (중성 가스 종과 같은) 처리 부산물 가스를 배기시키기 위한 슬롯을 갖는 구성을 가질 수도 있다. 따라서, 전도성 제어 링 (320) 은 동일한 구획 내에서 대응하는 슬롯을 갖도록 구성될 수도 있다. 그러나, 고속의 전도도가 요구되는 경우, 다중 주변 링 장치의 2 이상의 구획이 (중성 가스 종과 같은) 처리 부산물 가스를 배기시키기 위한 슬롯을 가질 수도 있다. 유사하게, 전도성 제어 링 (320) 은 다중 주변 링 장치의 지원에 맞추어서 구성될 수도 있다.
전술한 것으로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 본 발명의 하나 이상의 실시형태는 다중 주변 링 장치를 제공한다. 2차 주변 링을 제공함으로써, 1차 주변 링의 슬롯에 의해 제공된 직시선이 실질적으로 제거된다. 직시선이 없는 경우, RF 장은, 챔버 체적 외측으로 누설되는 것이 실질적으로 방지된다. 따라서, 플라즈마 비한정이 실질적으로 제거되고 기판 처리를 위해 넓은 처리 윈도우가 이용가능할 수도 있다.
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. 또한, 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 플라즈마 한정을 실시하기 위한 장치로서,
    한정된 챔버 체적을 둘러싸도록 적어도 구성된 제 1 주변 링으로서, 상기 한정된 챔버 체적은 기판 처리 동안 상기 기판을 식각하기 위한 플라즈마를 유지하도록 구성되고, 상기 제 1 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 구성되는, 상기 제 1 주변 링;
    상기 제 1 주변 링 옆에 위치되는 제 2 주변 링으로서, 상기 제 2 주변 링은 제 2 복수의 슬롯들을 포함하고, 상기 제 2 복수의 슬롯들 중 제 1 슬롯이 상기 제 1 복수의 슬롯들 중 제 1 슬롯과 중첩되지 않도록 상기 제 2 복수의 슬롯들 중 상기 제 1 슬롯이 상기 제 1 복수의 슬롯들 중 상기 제 1 슬롯 옆에 위치됨으로써, 상기 한정된 챔버 체적 내에서부터 챔버 체적 외측으로의 직시선 (direct line-of-sight) 을 방지하고, 상기 챔버 체적 외측은 상기 제 1 주변 링의 외측 영역인, 상기 제 2 주변 링; 및
    상기 제 1 주변 링을 상기 제 2 주변 링에 접속시키는 매니폴드로서, 상기 매니폴드는 상기 처리 부산물 가스가 상기 한정된 챔버 체적으로부터 배기되는 경로를 제공하도록 적어도 구성되는, 상기 매니폴드를 포함하는, 플라즈마 한정을 실시하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 주변 링에 연결된 전력원을 더 포함하고,
    상기 전력원은 상기 제 2 주변 링 상에 전하를 생성하도록 적어도 구성되어, 전자들이 상기 한정된 챔버 체적 안으로 다시 흘러들어가는 것을 우회 (deflect) 시키는, 플라즈마 한정을 실시하기 위한 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전력원은 무선 주파수 전력원인, 플라즈마 한정을 실시하기 위한 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 전력원은 직류 전력원인, 플라즈마 한정을 실시하기 위한 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 주변 링은 유전체 재료를 포함하는 재료로 이루어지는, 플라즈마 한정을 실시하기 위한 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 주변 링은 반(semi)-전도체 재료를 포함하는 재료로 이루어지는, 플라즈마 한정을 실시하기 위한 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 주변 링은 유전체 재료를 포함하는 재료로 이루어지는, 플라즈마 한정을 실시하기 위한 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 주변 링은 전도성 재료를 포함하는 재료로 이루어지는, 플라즈마 한정을 실시하기 위한 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 시스템은 용량 결합 플라즈마 처리 시스템인, 플라즈마 한정을 실시하기 위한 장치.
  10. 기판의 처리 동안 플라즈마 처리 시스템의 처리 챔버 내에서 압력 제어를 실시하기 위한 장치로서,
    플라즈마 한정을 실시하기 위한 다중 주변 링 장치; 및
    전도성 제어 링을 포함하고,
    상기 다중 주변 링 장치는,
    한정된 챔버 체적을 둘러싸도록 적어도 구성된 제 1 주변 링으로서, 상기 한정된 챔버 체적은 기판 처리 동안 상기 기판을 식각하기 위한 플라즈마를 유지하도록 구성되고, 상기 제 1 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 구성되는, 상기 제 1 주변 링;
    상기 제 1 주변 링 옆에 위치되는 제 2 주변 링으로서, 상기 제 2 주변 링은 제 2 복수의 슬롯들을 포함하고, 상기 제 2 복수의 슬롯들 중 제 1 슬롯이 상기 제 1 복수의 슬롯들 중 제 1 슬롯과 중첩되지 않도록 상기 제 2 복수의 슬롯들 중 상기 제 1 슬롯이 상기 제 1 복수의 슬롯들 중 상기 제 1 슬롯 옆에 위치됨으로써, 상기 한정된 챔버 체적 내에서부터 챔버 체적 외측으로의 직시선을 방지하고, 상기 챔버 체적 외측은 상기 제 1 주변 링의 외측 영역인, 상기 제 2 주변 링; 및
    상기 제 1 주변 링을 상기 제 2 주변 링에 접속시키는 매니폴드로서, 상기 매니폴드는 상기 처리 부산물 가스가 상기 한정된 챔버 체적으로부터 배기되는 경로를 제공하도록 적어도 구성되는, 상기 매니폴드
    를 적어도 포함하고,
    상기 전도성 제어 링은 상기 다중 주변 링 장치 옆에 위치되고 제 3 복수의 슬롯들을 포함하도록 구성되고, 다중 링 장치의 상기 제 2 복수의 슬롯들 중 제 1 슬롯이 상기 전도성 제어 링의 상기 제 3 복수의 슬롯들 중 제 2 슬롯에 대하여 오프셋되도록, 상기 전도성 제어 링을 상기 다중 주변 링 장치에 대하여 이동시킴으로써 상기 압력 제어가 달성되고, 상기 오프셋은 제로 오프셋의 범위로부터 풀 (full) 오프셋까지인, 압력 제어를 실시하기 위한 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전도성 제어 링을 이동시켜 상기 압력 제어를 실시하도록 구성되는 모터를 더 포함하는, 압력 제어를 실시하기 위한 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 한정된 챔버 체적 내의 압력 체적에 대한 처리 데이터를 수집하도록 구성된 센서들의 세트를 더 포함하는, 압력 제어를 실시하기 위한 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 센서들의 세트로부터 상기 처리 데이터를 수신하고,
    상기 처리 데이터를 분석하고,
    상기 전도성 제어 링에 대한 새로운 위치를 결정하고, 그리고
    상기 새로운 위치를 명령들의 세트로서 상기 모터에 전송하도록
    적어도 구성된 제어 모듈을 더 포함하는, 압력 제어를 실시하기 위한 장치.
  14. 제 13 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.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전도성 제어 링은 상기 한정된 챔버 체적의 외측에 위치되고,
    상기 전도성 제어 링이 상기 다중 주변 링 장치를 둘러싸도록 상기 다중 주변 링 장치가 상기 전도성 제어 링 내부에 안착되는, 압력 제어를 실시하기 위한 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 전도성 제어링은 유전체 재료로 이루어지는, 압력 제어를 실시하기 위한 장치.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 시스템은 용량 결합 플라즈마 처리 시스템인, 압력 제어를 실시하기 위한 장치.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 주변 링에 연결된 전력원을 더 포함하고,
    상기 전력원은 상기 제 2 주변 링 상에 전하를 생성하도록 적어도 구성되어, 전자들의 세트가 상기 한정된 챔버 체적 안으로 다시 흘러들어가는 것을 우회시키는, 압력 제어를 실시하기 위한 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 전력원은 무선 주파수 전력원인, 압력 제어를 실시하기 위한 장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 전력원은 직류 전력원인, 압력 제어를 실시하기 위한 장치.
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