KR20120134825A

KR20120134825A - 필드 강화 유도 결합 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 형성 방법

Info

Publication number: KR20120134825A
Application number: KR1020110054004A
Authority: KR
Inventors: 이수현
Original assignee: (주)스마텍
Priority date: 2011-06-03
Filing date: 2011-06-03
Publication date: 2012-12-12
Also published as: KR101251930B1; CN102810444B; TW201250822A; CN102810444A; TWI460790B

Abstract

필드 강화 유도 결합 플라즈마 처리 장치는 유전체 리드를 가지는 공정 챔버와 유전체 리드 위에 배치되는 플라즈마 소스 조립체를 포함한다. 플라즈마 소스 조립체는 공정 챔버 내에 플라즈마를 형성하여 유지하도록 상기 공정 챔버 내로 RF 에너지를 유도적으로 결합하도록 구성된 적어도 하나 이상의 수평 유도 코일, 상기 공정 챔버 내로 RF 에너지를 용량적으로 결합하도록 상기 수평 유도 코일에 전기적으로 연결되는 적어도 하나 이상의 전력 인가 전극, 상기 전력 인가 전극에 결합되어 상기 전력 인가 전극의 수평 위치를 변경하는 제 1 위치 조절 메카니즘, 및 상기 적어도 하나 이상의 전력 인가 전극에 결합되는 RF 발생기를 포함한다.
소정의 실시예에서, 필드 강화 유도 결합 플라즈마 처리 장치는 수평 유도 코일과 연결되고 유전체 리드 측면 위에 배치되는 수직 유도 코일, 및 수직 유도 코일의 수직 위치를 전체적으로 이동하거나 수직 유도 코일의 간격을 변화시키는 제 2 위치 조절 메카니즘을 더 포함한다.

Description

필드 강화 유도 결합 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 형성 방법{Apparatus and method for generating Inductively Coupled Plasma}

본 발명의 실시예들은 반도체 처리 장비에 관한 것으로, 특히 유도 결합된 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 형성 방법에 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.

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 처리 장치 및 플라즈마 형성 방법의 실시예가 제공된다.

소정의 실시예에서, 필드 강화 유도 결합 플라즈마 처리 장치는 유전체 리드를 가지는 공정 챔버와 유전체 리드 위에 배치되는 플라즈마 소스 조립체를 포함한다. 플라즈마 소스 조립체는 공정 챔버 내에 플라즈마를 형성하여 유지하도록 상기 공정 챔버 내로 RF 에너지를 유도적으로 결합하도록 구성된 적어도 하나 이상의 수평 유도 코일, 상기 공정 챔버 내로 RF 에너지를 용량적으로 결합하도록 상기 수평 유도 코일에 전기적으로 연결되는 적어도 하나 이상의 전력 인가 전극, 상기 전력 인가 전극에 결합되어 상기 전력 인가 전극의 수평 위치를 변경하는 제 1 위치 조절 메카니즘, 및 상기 적어도 하나 이상의 전력 인가 전극에 결합되는 RF 발생기를 포함한다.

소정의 실시예에서, 필드 강화 유도 결합 플라즈마 처리 장치는 수평 유도 코일과 연결되고 유전체 리드 측면 위에 배치되는 수직 유도 코일, 및 수직 유도 코일의 수직 위치를 전체적으로 이동하거나 수직 유도 코일의 간격을 변화시키는 제 2 위치 조절 메카니즘을 더 포함한다.

소정의 실시예에서, 플라즈마 형성방법은 유전체 리드를 가지며 상기 유전체 리드 위에 배치되는 적어도 하나 이상의 수평 유도 코일, 상기 수평 유도 코일과 결합되는 적어도 하나 이상의 수직 유도 코일 및 상기 수평 유도 코일과 전기적으로 연결되는 적어도 하나 이상의 전력 인가 전극을 가지는 공정 챔버의 내부 용적으로 공정 가스를 제공하는 단계; RF 전원으로부터 상기 전력 인가 전극에 RF 전력을 제공하는 단계; 상기 수평 유도 코일과 상기 수직 유도 코일에 의해 상기 공정 가스에 유도적으로 용량적으로 결합되는 상기 RF 전력을 이용하여 상기 공정 가스로부터 플라즈마를 형성하는 단계; 및 상기 전력 인가 전극의 수평 위치, 상기 수평 유도 코일의 간격, 상기 수직 유도 코일의 수직 위치 및 상기 수직 유도 코일의 간격들 중 적어도 하나를 변경하여 플라즈마 균일도 또는 이온 밀도 중 적어도 하나 이상을 제어하는 단계를 포함한다.

따라서, 필드 강화 유도 결합 플라즈마 반응기 및 이용 방법이 본 명세서에서 제공된다. 본 발명의 필드 강화유도 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 청구범위에 의해 결정된다.

도 1은 본 발명의 소정의 실시예에 따른 필드 강화 유도 결합 플라즈마 반응기의 개략적인 측면도,
도 2는 본 발명의 소정의 실시예에 따른 필드 강화 유도 결합 플라즈마 반응기의 수평 유도 코일, 수직 유도 코일 및 전력 인가 전극의 개략적인 평면도,
도 3는 본 발명의 소정의 실시예에 따른 필드 강화 유도 결합 플라즈마 반응기의 수평 유도 코일과 수직 유도 코일의 개략적인 사시도,
도 4은 본 발명의 소정의 실시예에 따른 필드 강화 유도 결합 플라즈마 반응기의 히터 요소의 개략적인 평면도,
도 5는 본 발명의 소정의 실시예에 따른 플라즈마를 형성하는 방법에 대한 흐름도를 도시한다.

본 발명에 따른 유도결합 플라즈마 반응기는 플라즈마를 충돌시키기 위해 이용가능한 증가된 무선 주파수(RF) 에너지를 제공할 수 있다. 예를 들면, 개선 또는 강화된 플라즈마 충돌 윈도우를 제공한다. 또한, 본 발명에 따른 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(100)를 개략적으로 나타낸 측면도이다. 필드 강화 유도 결합 플라즈마 반응기(100)는 집적 반도체 기판 처리 시스템의 처리 모듈로서 단독으로 또는 반도체 웨이퍼 처리 시스템과 같은 집합 장비를 이용할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 변형으로서 유도 결합 플라즈마 에칭 반응기를 포함한다. 위에서 리스트된 반도체 장비는 단지 예시적이고, 다른 에칭 반응기, 및 비-에칭 반응기인 CVD 반응기, 또는 다른 반도체 처리 장비에 적절히 변형될 수 있다.

반응기(100)는 함께 처리 용적을 형성하는 전도성 몸체(130) 및 유전체 리드(120), 처리 용적 내에 배치되는 기판 지지 페데스탈(116), 플라즈마 소스 조립체(160), 및 제어기(140)를 가지는 공정 챔버(110)를 포함한다. 전도성 몸체(130)는 전기 접지부(134)에 결합된다. 지지 페데스탈(캐쏘오드)(116)은 제 1 정합 네트워크(124)를 통하여 바이어스 전원(122)으로 결합될 수 있다. 비록 다른 주파수 및 전력이 특별한 분야에 대해 바람직한 것으로 제공될 수 있지만, 바이어스 전원(122)은 예시적으로 연속 또는 펄스형 파워를 생산할 수 있는 약 13.56 MHz의 주파수에서 1000 W 까지의 전원일 수 있다. 다른 실시예로서, 바이어스 전원(122)은 DC 또는 펄스형 DC 전원일 수 있다.

소정의 실시예로서 유전체 리드(120)는 실질적으로 평면형일 수 있다. 필드 강화 유도 결합 플라즈마 반응기(100)는 예를 들면 돔형 리드 또는 다른 형태의 리드를 가질 수 있다. 플라즈마 소스 조립체(160)는 통상적으로 유전체 리드(120) 위에 배치되며 처리 챔버(110) 내로 RF 전력을 유도적으로 결합하도록 구성된다. 플라즈마 소스 조립체(160)는 적어도 하나 이상의 수평 유도 코일, 적어도 하나 이상의 수평 유도 코일에 연결된 적어도 하나 이상의 수직 코일, 적어도 하나 이상의 전력 인가 전극, 및 플라즈마 전원을 포함한다. 적어도 하나 이상의 수평 유도 코일은 유전체 리드(120) 위에 배치될 수 있다. 적어도 하나 이상의 수직 유도 코일은 적어도 하나 이상의 수평 유도 코일과 연결되어 유전체 리드(120) 측면 위에 배치될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 유전체 리드(120) 위에 배치된 적어도 하나 이상의 수평 유도 코일(109, 111)이 예시적으로 배치된다.

다중 수평 유도 코일(109, 111)은 예를 들어 나선형으로 배치된다. 제 1 수평 유도 코일(109)의 일단이 중심을 기준으로 좌측에 있는 경우 다른 일단은 중심을 기준으로 우측에 위치한다. 제 2 수평 유도 코일(111)의 일단이 중심을 기준으로 우측에 있는 경우 다른 일단은 중심을 기준으로 좌측에 위치한다. 적어도 하나 이상의 수평 유도 코일(109,111)은 서로 소정의 간격을 유지하면서 맞물려 배치된다. 제1 수평 유도 코일과 제2 수평 유도 코일 사이의 간격, 수직 유도 코일 사이의 간격, 각 코일의 권취 개수는 예를 들면 플라즈마의 밀도 또는 프로파일을 제어하기 위하여 적절히 선택될 수 있다.

제1 수평 유도 코일(109)과 제2 수평 유도 코일(111)은 정합 네트워크(119)를 통하여 플라즈마 전원(118)으로 각각 결합된다. 비록 다른 주파수 및 전력이 특별한 분야에 대해 원하는 대로 제공될 수 있지만, 플라즈마 전원(118)은 예시적으로 50 kHz 내지 13.56 MHz의 범위에서 조정가능한 주파수에서 최고 4000W를 생성할 수 있다.

소정의 실시예에서, 전력 분할기(104)는 캐퍼시터 결합에 의하여 각각의 코일로 플라즈마 전원(118)에 의해 제공된 RF 전력의 상대적인 양을 분배하도록 적어도 하나 이상의 수평 유도 코일 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)과 제1 수평 유도 코일(109) 및 제2 수평 유도 코일(111)에 각각 연결되는 전력 인가 전극(102, 103) 사이에 배치될 수 있다.

적어도 하나 이상의 전력 인가 전극(102, 103)은 예를 들면 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 수평 유도 코일(109) 또는 제2 수평 유도 코일(111)에 각각 전기적으로 결합된다.

RF전력은 플라즈마 전원(118)에서 적어도 하나 이상의 전력 인가 전극(102, 103)을 경유하여 제1 수평 유도 코일과 제2 수평 유도 코일에 각각 제공될 수 있다.

소정의 실시예에서, 적어도 하나 이상의 전력 인가 전극(102, 103)은 서로에 대해 및/또는 유전체 리드(120)에 대해 상대적인 위치설정을 용이하게 하도록 적어도 하나 이상의 수평 유도 코일 중 하나와 가동적으로 결합될 수 있다. 예를 들면, 적어도 하나 이상의 제 1 위치 조절 메카니즘(비도시)은 적어도 하나 이상의 전력 인가 전극(102, 103)에 결합되어 제1 수평 유도 코일과 제2 수평 유도 코일과 접속되는 수평 위치를 변경할 수 있다. 제 1 위치 조절 메카니즘(비도시)은 리드 스크류, 선형 베어링, 스테퍼 모터, 웨지 등을 포함하는 장치를 포함하여 전력 인가 전극(102, 103)의 수평 위치 설정을 변경할 수 있는 수동 또는 자동 장치일 수 있다.

소정의 실시예에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 위치조절 메카니즘(비도시)은 수평 화살표(102)에 의하여 전력 인가 전극(102, 103)의 수평 위치를 독립적으로 제어하도록 전력 인가 전극(102, 103)에 각각 결합될 수 있다.

소정의 실시예에서, 제 1 위치 조절 메카니즘(비도시)은 제1 수평 유도 코일(109)과 제2 수평 유도 코일(111)의 간격을 변경할 수 있도록 제1 수평 유도 코일(109)과 제2 수평 유도 코일(111)에 각각 결합될 수 있다.

전력 인가 전극의 수평 위치에 대한 독립 제어 및/또는 수평 유도 코일 사이의 간격의 제어는 상대적인 RF 전력의 용량성 결합을 용이하게 하여 플라즈마의 밀도 및/또는 플라즈마의 면적을 제어한다. 예를 들면, 전력 인가 전극의 수평 위치가 코일의 중심에 가까울 수록 플라즈마의 밀도는 높아지고 수평 유도 코일 사이의 간격이 클 수록 플라즈마의 밀도는 낮아지지만 플라즈마 면적은 증가한다.

플라즈마 소스 조립체(160)의 RF 전력의 용량성 결합의 양에 대한 제어는 챔버 내의 플라즈마 특성의 제어를 용이하게 한다. 예를 들면, 플라즈마 소스 조립체(160)의 용량성 결합을 제어하여 플라즈마 충돌 윈도우를 변화시키며 원하는 유도 결합 플라즈마의 특성을 유지한다. 수평 유도 코일 사이의 간격 또는 전력 인가 전극의 위치에 대한 선택적인 제어는 충분한 용량성 결합이 한번 형성된 플라즈마 내로 많은 RF 에너지를 결합하지 않고 플라즈마와의 충돌을 용이하게 하여, 플라즈마의 특성(예를 들면, 밀도, 해리 분율, 이온/중성자 비율, 등)을 바람직하게 변경시킨다. 또한, 이러한 변경으로 인하여 비대칭 가스 전달 및/또는 펌핑에 의한 챔버 내의 비균일 가스 속도와 같은 비 균일 플라즈마로 리드할 수 있는 공정 효과에 대한 보상을 추가로 용이하게 한다. 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 리드(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 수평 유도 코일(109, 111)은 유전체 공간에 의해 발생되는 소정의 플라즈마 영향을 대칭적으로 분배하기 위해 서로 맞물려 배치된다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 실질적으로 균일한 간격으로 이격된 두 개의 나선형 수평 유도 코일(109, 111)과 두 개의 전력 인가 전극(102, 103)을 나타내는 개략적인 평면도를 나타내고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 수직 유도 코일(113)은 수평 유도 코일(109, 111)중 적어도 하나와 연결되어 있다. 소정의 실시예에서, 수직 유도 코일(113)은 제 2 위치 조절 메카니즘(비도시)에 의하여 수직 방향으로 위치를 전체적으로 이동하거나 그 사이의 간격을 변화될 수 있다. 예를 들면, 제2 위치 조절 메카니즘(비도시)은 리드 스크류, 선형 베어링, 스테퍼 모터, 웨지 등을 포함하는 장치를 포함하여 수직 유도 코일(113)의 위치 또는 간격을 변경할 수 있는 수동 또는 자동 장치일 수 있다.

도 1을 참조하면, 히터 요소(121)는 공정 챔버(110)의 내부 가열을 용이하게 하도록 유전체 리드(120) 상부에 배치될 수 있다. 히터 요소(121)는 유전체 리드(120) 및 수평 유도 코일(109, 111) 및 전력 인가 전극(102, 103) 사이에 배치될 수 있다. 소정의 실시예에서, 히터 요소(121)는 저항성 가열 요소를 포함할 수 있고 히터 요소(121)의 온도를 약 50 내지 약 100 ℃로 제어하도록 충분한 에너지를 제공하는 AC 전원과 같은 전원(123)에 연결될 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 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 외경보다 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. 도 5에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 전력을 플라즈마 전원(118)로부터 수평 유도 코일(109, 111) 및 수직 유도 코일(113)에 공급하여, 가스상태의 혼합물(150)은 공정 챔버(110)의 플라즈마(155) 내로 점화될 수 있다. 소정의 실시예에서, 바이어스 소스(122)로부터의 전력이 또한 페데스탈(116)에 제공될 수 있다. 공정 챔버(110)의 내부 내의 압력은 트로틀 밸브(127) 및 진공 펌프(136)를 이용하여 제어될 수 있다. 전도성 몸체(130)의 온도는 전도성 몸체(130)를 통하여 형성되는 도관(도시안됨)을 이용하여 제어될 수 있다.

웨이퍼(114)의 온도는 지지 페데스탈(116)의 온도를 안정화시켜 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. 공정 처리 동안 지지 페데스탈(116)은 그 내부의 저항성 히터(도시안됨)에 의해 안정상태 온도로 가열할 수 있고 헬륨 가스는 웨이퍼(114)의 균일한 가열을 용이하게 할 수 있다. 이 같은 열 제어를 이용하여, 웨이퍼(114)는 예시적으로 0℃ 내지 500℃의 온도로 유지될 수 있다.

제어기(140)는 중앙 처리 유닛(CPU)(144), 메모리(142), 및 CPU(144)를 위한 지지 회로(146)를 포함하며 반응기(100)의 부품과 플라즈마 형성 방법의 제어를 용이하게 한다. 제어기(140)는 다양한 챔버 및 서브프로세서를 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 플라즈마 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 4는 본 발명의 소정의 실시예에 따른, 상술된 플라즈마 반응기(100)에 유사한, 필드 강화 유도 결합 반응기 내에 플라즈마를 형성하는 방법(400)을 도시한다. 상기 방법은 일반적으로 공정 가스(또는 가스들)가 공정 챔버(110)로 제공되는 "402"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. 전도성 몸체(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 공정 처리시 원하는 온도로 공정 챔버(110)를 유지하도록 제어될 수 있다.

다음으로, "404"에서, RF 전원(118)으로부터의 RF 전력은 공정 가스 혼합물(150)로 각각 유도적으로 용량적으로 결합되도록 수평 유도 코일 및 수직 유도 코일에 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.

소정의 실시예에서, 제 1 양의 RF 전력은 "406"에서 도시된 바와 같이, 수평 유도 코일과 수직 유도 코일을 경유하여 공정 가스로 유도적으로 결합될 수 있다. 수평 유도 코일(109)에 인가되는 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, 수평 유도 코일(111)에 인가되는 제 2 양의 RF 전력은 "508"에 도시된 바와 같이, 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.

"410"에서, 플라즈마(155)는 각각 수평 유도 코일(109, 111) 및 수직 유도 코일에 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(400)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, 수평 이동 코일에 연결된 전력 인가 전극(102, 103)은 공정 동안 공정 챔버 내로 RF 전력의 용량적 결합을 변경시키도록 수평으로 이동되거나 수평 이동 코일이 그 간격을 변화될 수 있고 수직 이동 코일은 그 수직 위치를 변화하거나 그 간격을 변화하여 공정 챔버(100) 내로 RF 전력의 용량적 결합을 변화시킬 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.

100: 플라즈마 반응기 102, 103: 전력 인가 전극
104: 전력 분할기 109: 제 1 수평 유도 코일
110: 공정 챔버 111: 제 2 수평 유도 코일
113: 수직 유도 코일 114: 기판
116: 기판 지지 페데스탈 118: 플라즈마 전원
120: 유전체 리드 121: 히터 요소
122: 바이어스 전원 123: 전원
126: 유입 포트 127: 트로틀 밸브
130: 전도성 몸체 134; 전기 접지부
136: 진공 펌프 138: 가스 패널
140: 제어기 142: 메모리
144: CPU 146: 지지 회로
148: 가스 소스 155: 플라즈마
160: 플라즈마 소스 조립체 300: 고리형 부분

Claims

필드 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 적어도 하나 이상의 수평 유도 코일;
상기 공정 챔버 내로 RF 에너지를 용량적으로 결합하도록 상기 수평 유도 코일에 전기적으로 연결되는 적어도 하나 이상의 전력 인가 전극;
상기 전력 인가 전극에 결합되어 상기 전력 인가 전극의 수평 위치를 변경하는 제 1 위치 조절 메카니즘; 및
상기 적어도 하나 이상의 전력 인가 전극에 결합되는 RF 발생기를 포함하는 필드 강화 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 위치 조절 메카니즘은 상기 전력 인가 전극의 수평 위치를 변화시키는 필드 강화 유도 결합 플라즈마 처리 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 위치 조절 메카니즘은 상기 수평 유도 코일에 결합되어 수평 유도 코일의 간격을 변화시키는 필드 강화 유도 결합 플라즈마 처리 시스템.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 수평 유도 코일은
나선형으로 일단이 중심을 기준으로 좌측에 있고 다른 일단은 중심을 기준으로 우측에 위치하는 제 1 수평 유도 코일;
나선형으로 일단이 중심을 기준으로 우측에 있고 다른 일단은 중심을 기준으로 좌측에 위치하는 제 2 수평 유도 코일을 포함하는 필드 강화 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
제 4 항에 있어서,
캐퍼시터 결합에 의하여 상기 제 1 수평 유도 코일과 상기 제 2 수평 유도 코일에제공되는 RF 전력의 상대적인 양을 분배하는 전력 분할기를 더 포함하는 필드 강화 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
제 1 항 내지 제 3 항에 있어서,
상기 수평 유도 코일과 연결되고 유전체 리드 측면 위에 배치되는 수직 유도 코일을 더 포함하는 필드 강화 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 수직 유도 코일의 수직 위치를 전체적으로 이동하거나 상기 수직 유도 코일의 간격을 변화시키는 제 2 위치 조절 메카니즘을 더 포함하는 필드 강화 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 제 1 위치 조절 메카니즘과 상기 제 2 위치 조절 메카니즘은 리드 스크류, 선형 베어링, 스테퍼 모터 및 웨지 중 적어도 하나를 포함하는 필드 강화 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
제 1 항 내지 제 3 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 장치.
플라즈마 형성 방법으로서,
유전체 리드를 가지며 상기 유전체 리드 위에 배치되는 적어도 하나 이상의 수평 유도 코일, 상기 수평 유도 코일과 결합되는 적어도 하나 이상의 수직 유도 코일 및 상기 수평 유도 코일과 전기적으로 연결되는 적어도 하나 이상의 전력 인가 전극을 가지는 공정 챔버의 내부 용적으로 공정 가스를 제공하는 단계;
RF 전원으로부터 상기 전력 인가 전극에 RF 전력을 제공하는 단계;
상기 수평 유도 코일과 상기 수직 유도 코일에 의해 상기 공정 가스에 유도적으로 용량적으로 결합되는 상기 RF 전력을 이용하여 상기 공정 가스로부터 플라즈마를 형성하는 단계; 및
상기 전력 인가 전극의 수평 위치, 상기 수평 유도 코일의 간격, 상기 수직 유도 코일의 수직 위치 및 상기 수직 유도 코일의 간격들 중 적어도 하나를 변경하여 플라즈마 균일도 또는 이온 밀도 중 적어도 하나 이상을 제어하는 단계를 포함하는 플라즈마 형성 방법.
제 7 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.