KR20130140035A - 프로세스 챔버 비대칭성의 영향이 감소된 플라즈마 프로세싱 장치 - Google Patents

프로세스 챔버 비대칭성의 영향이 감소된 플라즈마 프로세싱 장치 Download PDF

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Abstract

프로세싱 장치 내에서 비대칭적인 플라즈마 분배를 제공하는 플라즈마 프로세싱 장치가 본원에서 제공된다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 프로세싱 장치는 기판 지지부가 내부에 배치된 프로세싱 부피를 가지는 프로세스 챔버; 및 상기 기판 지지부 위에 배치되어 RF 에너지를 상기 프로세싱 부피 내로 커플링시키기 위한 제 1 RF 코일을 포함하고, 상기 제 1 RF 코일을 따라서 이동하는 상기 RF 에너지에 의해서 발생된 전기장이 상기 기판 지지부의 중심 축에 대해 비대칭적이다. 일부 실시예들에서, 펌프 포트가 상기 프로세싱 챔버에 대해서 비대칭적으로 배치되어 상기 프로세싱 챔버로부터 하나 또는 둘 이상의 가스들을 제거한다. 일부 실시예들에서, 제 1 RF 코일이 상기 기판 지지부의 중심 축 주위로 비대칭적으로 배치된다.

Description

프로세스 챔버 비대칭성의 영향이 감소된 플라즈마 프로세싱 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS WITH REDUCED EFFECTS OF PROCESS CHAMBER ASYMMETRY}
본원 발명의 실시예들은 일반적으로 기판 프로세싱 장비(equipment)에 관한 것이고, 보다 구체적으로 플라즈마 강화된(enhanced) 기판 프로세싱 장치에 관한 것이다.
일부 기판 프로세스 챔버들은 프로세스 챔버의 프로세싱 부피에 대해서 비대칭적으로 배치된 펌핑 포트를 가질 수 있을 것이다. 그러한 프로세스 챔버들은, 프로세싱 부피 내에서 플라즈마를 점화(ignite)하기 위해서, 유도 결합된 또는 용량 결합된 전극들을 추가적으로 포함할 수 있을 것이다. 유도형 코일 또는 용량형 전극은 전형적으로 프로세스 챔버 주위로 비대칭적으로 배치되어, 예를 들어 프로세스 챔버의 상부 부분에 근접하여 배치되어 균일한 전기장을 제공하고, 그에 따라 프로세스 챔버 내에서 보다 균일한 플라즈마를 제공한다. 그러나, 본원 발명자들은 프로세싱 부피에 대한 펌프 포트의 비대칭적인 위치가 프로세스 챔버 내에서 플라즈마 불균일성들을 초래할 수 있다는 것을 발견하였고, 그러한 불균일성들은 바람직하지 못하게 프로세스 챔버 내에서의 기판의 불균일한 프로세싱을 초래할 수 있다는 것을 발견하였다. 예를 들어, 본원 발명자들은 심각한 프로세싱 불균일성들이 높은 동작 압력들(예를 들어, 약 25 millitorr(mTorr) 보다 큰 압력들)에서 실시되는 에칭 프로세스들을 초래할 수 있다는 것을 발견하였다. 그러한 펌핑 비대칭성의 영향을 감소시키기 위한 시도에는, 배플들(baffles) 또는 유동 분할이 포함된다. 그러나, 본원 발명자들은 이러한 해결책들이 프로세스 챔버 내의 유동 전도도(conductance)를 바람직하지 못하게 제한하고 그리고 가용 프로세싱 윈도우를 감소시킬 수 있다는 것을 발견하였다.
그에 따라, 본원 발명자들은 유동 전도도 및 프로세스 윈도우를 유지하면서 펌핑 비대칭성의 영향들 중 적어도 일부를 감소시킬 수 있는 개선된 플라즈마 프로세싱 장치를 제공하였다.
프로세싱 장치 내에서 비대칭적인 플라즈마 분배를 제공하는 플라즈마 프로세싱 장치의 실시예들이 본원에서 제공된다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 프로세싱 장치는 기판 지지부가 내부에 배치된 프로세싱 부피를 가지는 프로세스 챔버, 및 상기 기판 지지부 위에 배치되어 RF 에너지를 상기 프로세싱 부피 내로 커플링시키기 위한 제 1 RF 코일을 포함하고, 상기 제 1 RF 코일을 따라서 이동하는 상기 RF 에너지에 의해서 발생된 전기장이 상기 기판 지지부의 중심 축 주위에서 비대칭적이다. 일부 실시예들에서, 펌프 포트가 상기 프로세싱 챔버에 대해서 비대칭적으로 배치되어 상기 프로세싱 챔버로부터 하나 또는 둘 이상의 가스들을 제거한다. 일부 실시예들에서, 제 1 RF 코일이 상기 기판 지지부의 중심 축 주위로 비대칭적으로 배치된다. 일부 실시예들에서, 제 1 RF 코일은 상기 기판 지지부의 중심 축 주위의 그리고 상기 기판 지지부의 중심 축에 근접하여 배치된 제 1 단부로부터 제 2 단부까지 상기 프로세싱 부피의 주변부(periphery)를 향하는 적어도 하나의 전도체 권선(winding)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 프로세싱 장치는 상기 프로세싱 부피 위에 배치된 제 2 RF 코일을 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 제 1 RF 코일은 상기 기판 지지부의 중심 축 주위로 비대칭적으로 배치된 외측 코일이고 그리고 상기 제 2 RF 코일은 상기 기판 지지부 주위로 대칭적으로 배치된 내측 코일이다.
일부 실시예들에서, 플라즈마 프로세싱 장치는 기판 지지부가 내부에 배치된 프로세싱 부피 및 상기 기판 지지부 위에 배치된 천장을 가지는 프로세스 챔버; 상기 프로세싱 부피의 외부에서 상기 천장에 근접하여 배치되어 RF 에너지를 상기 프로세싱 부피 내로 커플링시키기 위한 외측 RF 코일로서, 상기 외측 RF 코일이 상기 기판 지지부의 중심 축 주위로 비대칭적으로 배치된 적어도 하나의 제 1 전도체를 포함하는, 외측 RF 코일; 상기 프로세싱 부피 외부의 상기 천장 근처에서 RF 에너지를 상기 프로세싱 부피 내로 커플링시키기 위한 내측 RF 코일로서, 상기 내측 RF 코일이 상기 기판 지지부의 중심 축 주위로 대칭적으로 배치된 제 2 전도체를 포함하는, 내측 RF 코일; 및 상기 프로세싱 부피에 대해서 비대칭적으로 배치된 펌프 포트로서, 전기장이, 상기 펌프 포트에 대항하는 프로세싱 부피의 제 2 부분 위에서 보다, 상기 펌프 포트 근처의 프로세싱 부피의 제 1 부분 위에서 더 약한, 펌프 포트를 포함한다.
일부 실시예들에서, 플라즈마 프로세싱 장치는 기판 지지부가 내부에 배치된 프로세싱 부피를 가지는 프로세스 챔버; 상기 프로세싱 부피에 대해서 비대칭적으로 배치된 펌프 포트; 및 플라즈마 발생기를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 플라즈마 발생기가 신호 발생기; 및 상기 신호 발생기에 커플링되어, 상기 신호 발생기로부터의 에너지 인가시에 상기 프로세싱 부피 내에서 전기장을 생성하기 위한 전극으로서, 상기 전기장이 상기 기판 지지부의 중심 축에 대해서 비대칭적인 기하형태(geometry)를 가지는, 전극을 포함한다.
본 발명의 다른 그리고 추가적인 실시예들이 이하에서 설명된다.
본원 발명의 앞서 인용한 특징들이 구체적으로 이해될 수 있는 방식으로, 첨부된 도면들에 일부가 도시된 실시예들을 참조하여, 앞서서 간략하게 요약한 본원 발명의 보다 특별한 설명이 이루어진다. 그러나, 본원 발명이 다른 동일한 효과의 실시예들에 대해서도 인정되기 때문에, 첨부 도면들이 본원 발명의 전형적인 실시예들만을 도시한 것이고 그에 따라 본원 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것을 주지하여야 할 것이다.
도 1은 본원 발명의 일부 실시예들에 따른 플라즈마 반응기의 개략적인 측면도이다.
도 2a-b는 본원 발명의 일부 실시예들에 따른 플라즈마 반응기의 평면도들이다.
도 3a-3b는 본원 발명의 일부 실시예들에 따른 플라즈마 반응기를 도시한 도면이다.
프로세싱 장치 내에서 비대칭적인 플라즈마 분배를 제공하는 플라즈마 프로세싱 장치의 실시예들이 본원에서 제공된다. 일부 실시예들에서, 본원 발명에 따른 장치는, 프로세스 챔버 내의 프로세싱에 부정적인 영향을 미치지 않고, 프로세스 챔버 내의 비대칭성을 유리하게 극복할 수 있을 것이다. 예를 들어, 본원 발명의 적어도 일부 실시예들은, 프로세스 챔버의 유동 전도도 및/또는 프로세스 윈도우에 대해서 부정적인 영향을 미치지 않고, 프로세스 챔버 내의 비대칭성을 유리하게 극복할 수 있을 것이다. 본원 발명에 따른 장치의 실시예들은, 에칭, 또는 증착, 등과 같은 임의의 플라즈마 보조형 기판 프로세스들에 대해서 유리할 수 있을 것이다. 적합한 프로세스들의 비-제한적인 예들은 마이크로전자기계적(microelectromechanical) 시스템들(MEMS) 디바이스들 또는 쓰루(thru) 실리콘 비아(TSV) 적용예들에서 이용되는 딥(deep) 실리콘(Si) 에칭 프로세스들을 포함한다.
도 1은 본원에서 설명되는 바와 같은 본원 발명의 실질적인 실시예들에 대해서 이용될 수 있는 종류의 예시적인 에칭 반응기(100)의 개략적인 도면을 도시한다. 반응기(100)는 단독으로 이용될 수 있고, 또는 보다 전형적으로, 통합형 반도체 기판 프로세싱 시스템 또는 미국 캘리포니아 산타클라라에 소재하는 Applied Materials, Inc.로부터 이용가능한, CENTURA® 통합형 반도체 기판 프로세싱 시스템과 같은 클러스터 툴(cluster tool)의 프로세싱 모듈로서 이용될 수 있을 것이다. 본원에서 제공된 교시내용들에 따라서 변경될 수 있는 적합한 에칭 반응기들의 예들에는, 또한 Applied Materials, Inc.로부터 이용가능한, 에칭 반응기들(예를 들어, AdvantEdge S 또는 AdvantEdge HT)의 ADVANTEDGE™ 라인(line), 에칭 반응기들(예를 들어, DPS®, DPS® II, DPS® AE, DPS® HT, DPS® G3 폴리 에칭기)의 DPS® 라인, 또는 다른 에칭 반응기들이 포함된다. 증착, 또는 표면 처리 등을 위해서 이용되는 프로세싱 장비와 같이 프로세스 챔버 내에서 비대칭적인 유동 조건들을 가지는, 다른 제조자들로부터 이용가능한 것들을 포함하는, 다른 에칭 반응기들 또는 비-에칭 플라즈마 프로세싱 장비가 또한 본원에서 제공된 교시내용들에 따라서 변경될 수 있을 것이다.
반응기(100)는 기판 지지부(116)가 내부에 배치된 프로세싱 부피(115)를 가지는 프로세스 챔버(110), 및 사용중에, 상기 프로세싱 부피(115) 내에서 또는 프로세싱 부피(115)로 전달될 수 있는, 플라즈마를 생성 및/또는 유지하기 위한 발생기를 포함한다. 일부 실시예들에서, 전도성 본체(벽)(130) 위에 배치된 돔-형상의 유전체 천장(120)(유전체 윈도우라고도 지칭된다)이 챔버(110)로 공급될 수 있을 것이다. 그 대신에, 천장(120)이, 예를 들어, 실질적으로 편평한 것과 같은 다른 기하형태들을 가질 수 있을 것이다. 프로세싱 부피(115)가 전도성 본체(130)와 천장(120) 내에서 둘러싸일 수 있을 것이다. 펌프 포트(125)가 프로세싱 부피(115)에 대해서 비대칭적으로 배치되어 프로세싱 부피(115)로부터 하나 또는 둘 이상의 가스들을 제거할 수 있을 것이다. 예를 들어, 펌프 포트(125)가 프로세싱 부피(115)의 일 측부(side)로 배치될 수 있고, 그에 따라, 사용 중에, 프로세싱 부피(115) 내에서 고압 및 저압의 비대칭적인 영역들(예를 들어, 펌프 포트(125) 근처의 프로세싱 부피(115)의 영역들 내의 저압 영역들, 펌프 포트(125)로부터 원격지의 고압 영역들, 및 상기 고압 영역들과 저압 영역들 사이에 배치된 중간 압력의 영역들)이 형성될 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 고압, 저압, 및 중간 압력은 서로에 대한 상대적인 표현(terms)이 되도록 의도된 것이고 그리고 임의의 특별한 압력의 절대적인 표현이 되는 것은 아니다. 프로세싱 부피 내의 다양한(variant) 압력들이 프로세싱 부피 내의 다양한 가스 유량들을 유발할 수 있고, 그러한 다양한 가스 유량들은 프로세싱 부피(115) 내에 배치된 기판에 대한 프로세싱 결과들에 대해서 바람직하지 못한 영향을 미칠 수 있을 것이다. 다양한 압력 및 가스 유량들은 프로세싱 부피 내의 플라즈마의 위치를 바람직하지 못하게 밀어내고/당기거나 다른 방식으로 영향을 미칠 수 있으며, 그러한 영향은 불균일한 프로세스 결과들을 유도할 수 있을 것이다. 그 대신에, 또는 그와 조합하여, 기판을 프로세스 챔버(110)의 내외로 이송하기 위한 슬릿 밸브(102)와 같은 다른 챔버 성분들, 및/또는 프로세스 챔버(110) 자체의 기하형태가, 프로세스 챔버(110) 내의 임의 유동 비대칭성을 유발하거나 그에 기여할 수 있을 것이며, 그러한 비대칭성은 본원에 개시된 본원 발명에 따른 장치의 이용에 의해서 완화될 수 있을 것이다. 비록, 본원에서 프로세스 챔버 내의 유동 비대칭성들과 관련하여 주로 설명하지만, 본원 발명의 실시예들은 또한 프로세스 챔버 내의 플라즈마 또는 프로세싱에 영향을 미치는 다른 비대칭성들을 보상하기 위해서도 이용될 수 있을 것이다.
플라즈마 발생기는 무선 주파수(RF) 플라즈마 발생기, 마이크로파 플라즈마 발생기, 또는 원격 플라즈마 발생기 등과 같은 임의의 적합한 플라즈마 발생기일 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 발생기는 전극에 커플링된 신호 발생기(118)를 포함한다. 일반적으로, 신호 발생기(118)는, 프로세스 챔버(110)의 프로세싱 부피(115)로 공급되는 프로세스 가스들로부터, 프로세스 챔버 내에서 또는 프로세스 챔버로부터 원격지에서 플라즈마를 형성 및/또는 유지하기에 적합한 주파수의 에너지를 제공한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 신호 발생기(118)는 약 50 kHz 내지 약 2.45 GHz 주파수의(예를 들어, RF로부터 마이크로파 스펙트럼 내의) 신호를 제공할 수 있을 것이다. 플라즈마 발생기는, 챔버 내의 비대칭적 압력/유동 조건들을 보상할 수 있는, 비대칭적인 플라즈마를 프로세스 챔버 내에서 제공하도록 구성된다. 신호 발생기(118)는, 사용 중에 반사되는 전력(power)을 최소화하기 위해서, 제 1 매칭 네트워크(119)를 통해서 전극으로 커플링될 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 전극이 적어도 하나의 RF 코일을 포함하는 안테나(111)일 수 있을 것이다. 안테나(111)가 기판 지지부(116) 위쪽에 배치될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 안테나(111)가 천장(120)의 위쪽에 배치될 수 있고 그리고 챔버(110)의 프로세싱 부피(115)로 제공되는 프로세스 가스로 RF 에너지를 유도 결합시키도록 구성될 수 있을 것이다. 안테나(111)가 제 1 매칭 네트워크(119)를 통해서 신호 발생기(118)로 커플링될 수 있을 것이다.
안테나(111)의 실시예들이 도 2a-b에 보다 구체적으로 도시되어 있으며, 그러한 도 2a-b는 본원 발명의 일부 실시예들에 따른 반응기(100)의 평면도들을 도시한다. 명료함을 위해서, 안테나(111)의 하나 또는 둘 이상의 실시예들에 포함될 수 있는 각각의 RF 코일(112)이 분리되어 도시되어 있다. 그러나, 도 1에 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 양 RF 코일들(112, 148)이 반응기(100) 내에 동시에 포함될 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 안테나(111)는, 도 1 및 2b에 도시된 바와 같이, 기판 지지부(116) 위쪽에 배치된 제 1 RF 코일(112)을 포함할 수 있을 것이다. 제 1 RF 코일(112)로의 RF 에너지의 인가시에, 제 1 RF 코일(112)은 기판 지지부(116)의 (그리고 기판이 지지부 상부에 배치될 때 그 기판의) 중심 축(113) 주위로 비대칭적인 전기장을 생성할 수 있을 것이다. 비대칭적인 전기장은 프로세싱 부피(115) 내의 비대칭적인 유동 패턴(예를 들어, 비대칭적인 펌프 포트(125)로 인한 고압 및 저압의 영역들)과 상호관련되도록 구성될 수 있을 것이다. 예를 들어, 사용 중에 프로세싱 부피(115) 내에서 생성되는 전기장이 펌프 포트(125)에 반대되는 프로세싱 부피(115)의 제 2 부분(121)(예를 들어, 고압 영역) 위쪽 보다 펌프 포트(125) 근처의 프로세싱 부피(115)의 제 1 부분(117)(예를 들어, 저압 영역) 위쪽에서 더 약하도록, 제 1 RF 코일(112)이 구성될 수 있을 것이다. 제 1 RF 코일(112)에 의해서 생성되는 전기장이, 제 1 부분(117)과 제 2 부분(121) 사이에 배치된 프로세싱 부피(115)의 제 3 부분(123)(예를 들어, 중간 압력의 영역들) 위쪽에서 중간 강도가 되도록, 구성될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 제 1 RF 코일(112)에 의해서 생성된 전기장이, 프로세싱 부피(115)의 보다 낮은 압력들의 영역들에서 가장 약하도록 그리고 프로세싱 부피(115)의 보다 높은 압력들의 영역들에서 가장 강하도록, 구성될 수 있을 것이다. 그에 따라, 프로세싱 부피(115)에 대한 펌프 포트(125)의 위치로부터 초래되는 비대칭적인 펌핑으로 인한 유동 불균일성을 적어도 부분적으로 보상할 수 있는, 제 1 RF 코일(112)을 따라 유동하는 RF 에너지에 의해서 생성되는 비대칭적인 전기장을 제공하도록, 제 1 RF 코일(112)이 구성될 수 있을 것이다. 다시, 비대칭적인 전기장은 보다 강한 그리고 보다 약한 전기장들의 상응하는 영역들 내에서 보다 높은 및 보다 낮은 플라즈마 밀도의 영역들을 가지는 비대칭적인 플라즈마를 제공한다. 본원 발명자들은 비대칭적인 플라즈마가 프로세싱 부피 내에서 비대칭적인 압력/유동 조건들에 의해서 재분배될 수 있을 것이고, 결과적으로 보다 균일한 플라즈마, 및 그에 따른, 보다 균일한 프로세싱 결과들을 초래할 수 있는 것으로 믿는다. 이러한 장점을 제공함으로써, 챔버 내에서 배플들(baffles) 및/또는 유동 분배기들을 이용하지 않고도, 본원 발명에 따른 장치는, 바람직하게, 챔버 내의 전도도에 영향을 미치지 않고 또는 보다 좁은 유동/압력 한계치들로 인해서 프로세싱 윈도우를 감소시키지 않는다.
상기 펌프 포트(125) 근처의 프로세싱 부피(115)의 제 1 부분(117)은 펌프 포트(125)에 대한 근접도로 인해서 저압 영역이 될 수 있을 것이다. 상기 제 1 부분(117)에 반대되는 프로세싱 부피(115)의 제 2 부분(121)은, 펌프 포트(125)로부터 가장 먼 거리에 있는 제 2 부분(121)의 위치로 인해서, 고압 영역이 될 수 있을 것이다. 상기 제 1 부분(117)과 상기 제 2 부분(121) 사이에 위치된 프로세싱 부피(115)의 제 3 부분(123)은, 제 1 부분(117) 내의 압력 보다 높고 제 2 부분(121)의 압력 보다 낮은, 중간 압력의 영역이 될 수 있을 것이다. 따라서, 일부 실시예들에서, 전술한 전기장의 비대칭성이 제 1 부분(117) 위쪽에서 가장 약하도록 그리고 반대쪽의 제 2 부분(121) 위쪽에서 가장 강하도록 구성될 수 있을 것이다.
제 1 RF 코일(112)을 따른 RF 에너지의 유동으로 인해서 생성되는 비대칭적인 전기장이 기판 지지부의 중심 축(113) 주위로 비대칭적으로 배치된 제 1 RF 코일(112)로부터 초래될 수 있을 것이다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 제 1 RF 코일(112)은, 기판 지지부(116)의 중심 축(113) 주위로 권선 적어도 하나의 전도체(129)(도 2b는 3개의 전도체들(129)을 가지는 RF 코일(112)을 도시한다)를 포함할 수 있을 것이다. 적어도 하나의 전도체(129)가 기판 지지부(116)의 중심 축(113) 근처에 배치된 제 1 단부(131)로부터 제 2 단부(133)까지 상기 프로세싱 부피(115)의 둘레를 향해서 권선될 수 있을 것이다. RF 에너지는 제 1 단부(131) 또는 제 2 단부(133) 중 어느 하나에서 적어도 하나의 전도체(129)에 (예를 들어, 신호 발생기(118) 및 제 1 매칭 네트워크(119)를 통해서) 커플링될 수 있을 것이고, 제 1 또는 제 2 단부들(131, 133) 중 다른 하나가 접지에 커플링될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, RF 에너지가 적어도 하나의 전도체의 제 1 단부(131)에 커플링되고, 제 2 단부(133)가 접지에 커플링된다.
일부 실시예들에서, 그리고 도 2b에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 전도체(129)의 최외측 권선(135)이, 거리(137)에 의해서 도시된 바와 같이, 프로세싱 부피(115)의 둘레로부터 내측으로 배치될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 전도체(129)의 최외측 권선(135)이 프로세싱 부피(115)의 둘레로부터 내측으로 배치될 수 있을 것이다. 적어도 하나의 전도체(129)의 최외측 권선(135)이 프로세싱 부피(115)의 둘레로부터 내측으로 배치되는 거리(137)는 프로세스 챔버 기하형태, 유전체 윈도우 기하형태(예를 들어, 편평한, 돔형의, 등), 및 기판 크기(예를 들어, 200 mm 또는 300 mm 웨이퍼들, 또는 정사각형이나 직사각형 패널들 등)와 같은 여러 가지 인자들에 의존할 수 있을 것이다. 적어도 하나의 전도체(129)의 최외측 권선(135)이 기판 지지부(116)의 외측 지름과 관련하여 방사상 내측에 또는 외측에 배치될 수 있을 것이다.
본원 발명자들은, 적어도 하나의 전도체(129)가 대칭적(미도시)인 경우에도, 최외측 권선(135)을 프로세싱 부피(115)의 둘레로부터 내측으로 배치함으로써 프로세스 균일성 개선을 달성할 수 있다는 것을, 예상치 못하게 발견하였다. 예를 들어, 통상적인 프로세싱 장치에서, 대칭적인 전도체 코일의 최외측 권선이 전형적으로 프로세싱 장치의 프로세싱 부피의 둘레 근처에 배치된다. 그러나, 본원 발명자들은, 대칭적인 전도체 코일의 최외측 권선을 프로세싱 장치의 둘레로부터 멀리 이동시킴으로써, 에칭 프로세스에서의 프로세스 균일성이 약 25 퍼센트 만큼 예상치 못하게 개선되었다는 것을 발견하였다. 본원 발명자들은, 적어도 하나의 전도체(129)로 비대칭성을 도입함으로써, 추가적인 프로세스 균일성 개선이 달성될 수 있다는 것을 추가적으로 발견하였다.
예를 들어, 도 1 및 2b에 도시된 바와 같이, 제 1 RF 코일(112)의 적어도 하나의 전도체(129)가 기판 지지부(116)의 중심 축(113) 주위로 비대칭적으로 배치될 수 있을 것이다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 제 1 RF 코일(112)이 복수의 전도체들(129)(도 2b에는 3개의 전도체들(129)이 도시되어 있다)을 포함할 수 있을 것이고, 이때 각각의 전도체(129)가 중심 축(113) 주위로 비대칭적으로 배치될 수 있을 것이다. 그러나, 도 2b의 실시예는 본원 발명의 단지 하나의 예시적인 실시예이다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 복수의 전도체들(129) 중 하나 또는 임의 수의 전도체가 비대칭적으로 배치되어, RF 에너지가 제 1 RF 코일(112)의 복수의 전도체들(129)의 각각을 따라서 유동할 때 비대칭적인 전기장을 제공할 수 있을 것이다.
도 2b에서 중심 축(113) 주위로 비대칭적으로 권선된 코일로서 도시된 적어도 하나의 전도체(129)가 도시된 바와 같이 중심 축(113) 주위의 복수의 권선들을 포함할 수 있을 것이다. 예를 들어, 적어도 하나의 전도체(129)가 예를 들어 적어도 하나의 전도체(129)의 최내측 권선(139)과 같은 제 1 권선, 및 예를 들어 최외측 권선(135)과 같은 제 2 권선을 포함할 수 있을 것이다. 비록, 단지 2개의 권선들, 예를 들어 최내측 권선(139) 및 최외측 권선(135)만이 도 2b의 제 1 RF 코일(112)의 예시적인 실시예들에서 도시되어 있지만, 적어도 하나의 전도체(129)가 전술한 바와 같은 전기장의 희망하는 특성들을 제공하기 위해서 필요한 임의의 희망하는 수의 권선들을 포함할 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 제 1 권선과 제 2 권선 사이의 거리가 변화될 수 있을 것이다. 예를 들어, 거리(141)는 최내측 권선(139)과 최외측 권선(135) 사이에서 발산된다(diverge). 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 전도체(129)의 권선들 사이의 거리가 펌프 포트(125) 근처의 프로세싱 부피(115)의 제 1 부분(117) 위쪽에서 가장 크다. 예를 들어, 적어도 하나의 전도체(129)의 최내측 권선(139)과 최외측 권선(135) 사이의 거리(143)가 프로세싱 부피(115)의 제 1 부분(117) 위쪽에서 가장 클 수 있을 것이다.
복수의 전도체들(129)이 이용되는 일부 실시예들에서, 근처의 전도체들(129) 사이의 거리가 근처의 전도체들의 각각의 상응하는 길이들을 따라서 일정할 수 있을 것이다. 예를 들어, 근처의 전도체들(129) 사이의 거리가 근처의 전도체들(129)의 각각의 길이들을 따라서 일정할 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 그리고 도 1 및 2a에 도시된 바와 같이, 안테나(111)는, 기판 지지부(116) 위에 배치되고 프로세스 챔버(110)의 프로세싱 부피(115)로 제공되는 프로세스 가스 내로 RF 에너지를 유도 결합시키도록 구성된 제 2 RF 코일(148)을 더 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 RF 코일(112) 및 제 2 RF 코일(148) 모두가 제 1 매칭 네트워크(119)를 통해서 신호 발생기(118)에 커플링될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 신호 발생기(118)로부터 제 1 RF 코일(112) 및 제 2 RF 코일(148)로 전달되는 RF 전력의 퍼센티지를 제어하기 위해서, 제 1 RF 코일(112)과 제 2 RF 코일(148) 사이에서 전력을 분배하기 위한 디바이스(예를 들어, 분할 커패시터 등, 미도시)가 제 1 매칭 네트워크(119)의 배출구에 배치될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 그러한 디바이스가 제어기(140)에 의해서 제어되어 프로세싱 동안에 제 1 RF 코일(112) 및 제 2 RF 코일(148)의 각각으로 공급되는 RF 전력의 양을 선택적으로 조정할 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 제 2 RF 코일(148)이 중심 축(113) 주위로 대칭적으로 배치된 내측 코일일 수 있고 그리고 제 1 RF 코일(112)이 (상기 내측 코일에 대한) 외측 코일일 수 있을 것이다. 제 1 RF 코일(112)의 실시예들은 앞서서 설명하였다. 제 1 RF 코일(112)과 유사하게, 제 2 RF 코일(148)은 기판 지지부의 중심 축(113) 주위로 그리고 상기 중심 축(113) 근처에 배치된 제 1 단부(150)로부터 제 2 단부(152)까지 프로세싱 부피(115)의 둘레를 향해서 권선된 적어도 하나의 전도체(149)를 포함할 수 있을 것이다. RF 에너지는, 제 1 단부(150) 또는 제 2 단부(152) 중 어느 하나에서 적어도 하나의 전도체(149)에 (예를 들어, 신호 발생기(118) 및 제 1 매칭 네트워크(119)를 통해서) 커플링될 수 있을 것이고, 제 1 또는 제 2 단부들(150, 152) 중 다른 하나가 접지에 커플링될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, RF 에너지가 적어도 하나의 전도체의 제 1 단부(150)에 커플링되고, 제 2 단부(152)가 접지에 커플링된다.
일부 실시예들에서, 그리고 도 2a에 도시된 바와 같이, 제 2 RF 코일(148)이 중심 축(113) 주위로 대칭적으로 배치된 하나의 전도체(149)를 포함할 수 있을 것이다. 그 대신에, (미도시된) 제 2 RF 코일(148)이 복수의 전도체들(149)을 포함할 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, (미도시된) 복수의 전도체들(149) 내의 각각의 전도체(149)가 기판 지지부(116)의 중심 축(113) 주위에 대칭적으로 배치될 수 있을 것이다.
비록 유도 결합된 프로세싱 장치와 관련된 표현들로 본원에서 예시적으로 설명되었지만, 일부 실시예들에서, 전극이 프로세스 챔버에 대해서 에너지를 용량 결합하도록 구성될 수 있을 것이다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 전극은, 에너지가 희망하는 영역들에서 프로세스 챔버로 커플링되도록 하는 또는 고밀도 플라스마가 요구되는 영역들에서 프로세스 챔버로 많은 에너지가 커플링되도록 하고 저밀도 플라즈마가 요구되는 프로세스 챔버로 적은 에너지가 커플링되도록 하는, 기하형태를 가지는 플레이트 전극(미도시) 등일 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 예를 들어 마이크로파 주파수를 가지는 신호를 제공할 때, 전극이 생략될 수 있고, 그리고 마이크로파 에너지를 희망하는 위치로 경로 설정하여(route) 프로세스 가스들을 에너지화하고(energize) 플라즈마를 형성하기 위해서 도파관이 제공될 수 있을 것이다.
플라즈마가 하나의 위치 또는 희망하는 위치들에서 생성 또는 제공되도록, 전극, 또는 도파관의 위치가 구성될 수 있을 것이다. 예를 들어, 도 3a 및 3b는 프로세스 챔버로 플라즈마를 제공하도록 그리고 프로세스 챔버 내의 유동 비대칭성들을 보상하기 위한 그러한 비대칭적인 방식을 제공하도록 구성된 원격 플라즈마 공급원을 도시한다. 도 3a는 비대칭적인 펌프 포트(125)를 가지는 프로세스 챔버(110)를 도시한다. 기판(114)을 상부에서 지지하기 위한 기판 지지부(116)가 프로세스 챔버 내에 배치되고 그리고 중심 축(113)을 가진다. 원격 플라즈마 공급원은 튜브 또는 다른 한정된 영역과 같은 플라즈마 챔버(302)를 포함할 수 있고, 플라즈마 챔버(302) 주위로 랩핑된(wrapped) 전도성 코일(304)을 가질 수 있을 것이다. 전도성 코일(304)이 신호 발생기(118)에 커플링될 수 있을 것이다. 플라즈마 챔버(302)가 가스 패널(138)에 그리고 프로세스 챔버에 커플링된다. 동작 중에, 가스 패널(138)로부터 제공되는 가스가 플라즈마 챔버(302)를 통과하고 그리고 신호 발생기(118)에 의한 전도성 코일(304)에 대한 에너지의 인가에 의해서 플라즈마로 에너지화된다. 플라즈마 챔버(302)가 중심 축(113)에 대해서 비대칭적으로 배치된다. 전술한 바와 같이, 플라즈마 챔버(302)가 배치되는 특정 위치는 프로세스 챔버(110) 내의 유동 조건들에 의존한다. 예를 들어, 펌프 포트(125)로부터 더 먼 위치에서 보다 높은 플라즈마 밀도가 요구되는 실시예들에서, 도 3a에 도시된 바와 같이, 플라즈마 챔버(302)가 펌프 포트(125) 반대쪽의 중심 축(113)의 측부에 배치될 수 있을 것이다. 펌프 포트(125)에 더 근접한 위치에서 보다 높은 플라즈마 밀도가 요구되는 실시예들에서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 플라즈마 챔버(302)가 펌프 포트(125)와 동일한 중심 축(113)의 측부에 배치될 수 있을 것이다. 다른 코일들, 또는 전극들이 또한 도면부호 '306'으로 부여된 점선들로서 도 3a-b에서 예시적으로 도시된 바와 같이 이용될 수 있을 것이다. 또한, 기판 지지부가 RF 에너지 공급원(도시된 바와 같음) 또는, 도 1과 관련하여 이하에서 설명하는 것과 유사한, 다른 에너지 공급원과 같은 에너지 공급원에 커플링될 수 있을 것이다. 그 대신에, 기판 지지부가 접지에 커플링될 수 있을 것이다.
다시 도 1을 참조하면, 기판 지지부(116)(예를 들어, 음극)가, 제 2 매칭 네트워크(124)를 통해서, 바이어싱(biasing) 전력 공급원(122)으로 커플링될 수 있을 것이다. 일반적으로, 바이어싱 공급원(122)은 적절한 주파수의 1500 W의 RF 에너지까지 생성할 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 바이어싱 전력 공급원에 의해서 제공되는 신호의 주파수가 약 400 kHz 내지 약 13.56 MHz 일 수 있을 것이다. 바이어싱 전력이 연속적인 전력 또는 펄스형 전력일 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 바이어싱 전력 공급원(122)이 DC 또는 펄스형 DC 일 수 있을 것이다.
제어기(140)는, 여러 가지 챔버들을 제어하기 위해서 산업적인 셋팅에서 이용될 수 있는 임의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서 및 하위(sub)-프로세서들 중 하나가 될 수 있을 것이다. 일반적으로, 제어기(140)는 중앙 처리 유닛(CPU)(144), 메모리(142), 및 CPU(144)에 대한 지원 회로들(146)을 포함하고 그리고, 이하에서 더 구체적으로 설명한 바와 같이, 챔버(110)의 성분들의 그리고 그러한 챔버 성분들로서의(as such) 에칭 프로세스의 제어를 돕는다. CPU(144)의 메모리(142) 또는 컴퓨터-판독가능 매체는, 근거리 또는 원거리의, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 리드 온리 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 임의의 다른 형태의 디지털 저장장치와 같은 하나 또는 둘 이상의 용이하게 이용가능한 메모리일 수 있을 것이다. 지원 회로들(146)은 통상적인 방식으로 CPU(144)에 커플링되어 프로세서를 지원한다. 이러한 회로들은 캐시, 전력 공급부들, 클록 회로들, 입/출력 회로망 및 보조 시스템들(subsystems) 등을 포함한다. 본원 발명에 따른 장치의 동작 방법들이 소프트웨어 루틴으로서 메모리(142) 내에 저장될 수 있을 것이다. 또한, 소프트웨어 루틴은 CPU(144)에 의해서 제어되는 하드웨어로부터 원격으로 위치되는 제 2 CPU(미도시)에 의해서 저장 및/또는 실행될 수 있을 것이다.
동작 중에, 반도체 기판(114)이 기판 지지부(116) 상에 배치되고 그리고 프로세스 가스들이 가스 패널(138)로부터 유입 포트(126)를 통해서 공급되고 가스상 혼합물(151)을 형성한다. 신호 발생기(118) 및 바이어싱 전력 공급원(122)으로부터 제 1 및 제 2 RF 코일들(112, 148) 및 음극(116)으로 각각 인가함으로써, 가스상 혼합물(151)이 챔버(110) 내에서 플라즈마(155)로 점화(ignite)된다. 챔버(110) 내부의 압력은 스로틀 밸브(127) 및 진공 펌프(136)를 이용하여 제어된다. 전형적으로, 챔버 벽(130)이 전기적 접지(134)에 커플링된다. 벽(130) 근처에 또는 벽(130) 내에 배치된 액체-포함 도관들, 또는 저항형 히터들 등(미도시)과 같은 임의의 적합한 열 전달 메커니즘을 이용하여, 벽(130)의 온도가 제어될 수 있을 것이다.
기판(114)의 온도는 기판 지지부(116)의 온도를 안정화함으로써 제어된다. 일부 실시예들에서, 가스 공급원(154)으로부터의 헬륨 가스가 가스 도관(156)을 통해서 상기 기판(114) 아래의 기판 지지 표면 내에 형성된 채널들(미도시)로 제공된다. 헬륨 가스는 기판 지지부(116)와 기판(114) 사이의 열 전달을 돕기 위해서 이용된다. 프로세싱 동안에, 기판 지지부(116)가 받침대 내의 저항형 히터(미도시)에 의해서 정상 상태 온도까지 가열될 수 있고 이어서 헬륨 가스가 기판(114)의 균일한 가열을 도울 수 있을 것이다. 그러한 열적 제어를 이용하여, 기판(114)을 약 -30 내지 약 60 ℃의 온도에서 유지할 수 있을 것이다.
그에 따라, 플라즈마 프로세싱 장치의 실시예들이 본원에서 제공된다. 일부 실시예들에서, 본원 발명에 따른 장치는, 프로세스 챔버의 유동 전도도 및/또는 프로세스 윈도우에 대해서 부정적인 영향을 미치지 않고, 프로세스 챔버 내의 비대칭성, 예를 들어 프로세스 챔버의 프로세싱 부피에 대해서 비대칭적으로 배치된 펌프 포트로 인한 유동 비대칭성들을 유리하게 극복할 수 있을 것이다. 본원 발명에 따른 장치의 실시예들은 에칭, 또는 증착 등과 같은 임의의 플라즈마 보조형 기판 프로세스들에 대해서 유리할 수 있을 것이다. 적합한 프로세스들의 비-제한적인 예들에는, MEMS 디바이스들 또는 쓰루 실리콘 비아(TSV) 적용예들에서 이용되는 딥 실리콘(Si) 에칭 프로세스들이 포함된다.
전술한 내용들이 본원 발명의 예시적인 실시예들에 관한 것이지만, 본원 발명의 다른 그리고 추가적인 실시예들이 본원 발명의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않고도 안출될 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 플라즈마 프로세싱 장치로서:
    기판 지지부가 내부에 배치된 프로세싱 부피를 가지는 프로세스 챔버; 및
    상기 기판 지지부 위에 배치되어 RF 에너지를 상기 프로세싱 부피 내로 커플링시키기 위한 제 1 RF 코일을 포함하고,
    상기 제 1 RF 코일을 따라서 이동하는 상기 RF 에너지에 의해서 발생된 전기장이 상기 기판 지지부의 중심 축에 대해 비대칭적인, 플라즈마 프로세싱 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세싱 부피로부터 하나 또는 둘 이상의 가스들을 제거하기 위한 펌프 포트를 더 포함하고, 상기 펌프 포트가 상기 프로세싱 부피에 대해서 비대칭적으로 배치되는, 플라즈마 프로세싱 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    사용 중에 생성되는 상기 전기장이 상기 펌프 포트에 대향하는 프로세싱 부피의 제 2 부분 위쪽에서보다 상기 펌프 포트 근처의 프로세싱 부피의 제 1 부분 위쪽에서 더 약하도록 상기 제 1 RF 코일이 구성되거나; 또는
    상기 전기장이 상기 프로세싱 부피의 제 1 부분 근처의 프로세싱 부피의 제 3 부분 위쪽에서보다 상기 펌프 포트 근처의 프로세싱 부피의 제 1 부분 위쪽에서 더 약한;
    것 중 하나 이상인, 플라즈마 프로세싱 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 RF 코일이 상기 기판 지지부의 중심 축에 대해 비대칭적으로 배치되는, 플라즈마 프로세싱 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 RF 코일이:
    상기 기판 지지부의 중심 축에 대해 그리고 상기 기판 지지부의 중심 축 근처에 배치된 제 1 단부로부터 제 2 단부까지 상기 프로세싱 부피의 둘레를 향해서 와인딩되는 하나 이상의 전도체를 더 포함하고, 상기 하나 이상의 전도체의 최외측 권선이 상기 프로세싱 부피의 둘레로부터 내측으로 배치되는, 플라즈마 프로세싱 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전도체가:
    제 1 권선; 및
    상기 제 1 권선 근처의 제 2 권선을 더 포함하고,
    상기 제 1 권선과 상기 제 2 권선 사이의 거리가 가변적인, 플라즈마 프로세싱 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 RF 코일이:
    상기 기판 지지부의 중심 축에 대해 그리고 상기 기판 지지부의 중심 축 근처에 배치된 복수의 전도체들의 각각의 제 1 단부들로부터 상기 복수의 전도체들의 각각의 제 2 단부들까지 상기 프로세싱 부피의 둘레를 향해서 와인딩되는 복수의 전도체들을 더 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 전도체들 중 하나 이상이 상기 기판 지지부의 중심 축에 대해 비대칭적으로 배치되거나; 또는
    상기 복수의 전도체들 중 각각의 하나가 상기 기판 지지부의 중심 축에 대해 비대칭적으로 배치되는 것 중 하나이고,
    상기 복수의 전도체들 중 각각의 하나가 서로에 대해서 대칭적으로 배치되는, 플라즈마 프로세싱 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 전도체들 중 각각의 하나가 상기 기판 지지부의 중심 축에 대해 비대칭적으로 배치되고 그리고 상기 복수의 전도체들 중 각각의 하나가 서로에 대해서 대칭적으로 배치되고, 그리고 임의의 2개의 근처의 전도체들 사이의 거리가 상기 근처의 전도체들의 각각의 길이들을 따라서 일정한, 플라즈마 프로세싱 장치.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 프로세싱 부피 내로 RF 에너지를 커플링하기 위해서 상기 기판 지지부 위에 배치되는 제 2 코일을 더 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 RF 코일이 외측 코일이고 상기 제 2 RF 코일이 상기 기판 지지부의 중심 축에 대해 대칭적으로 배치된 내측 코일인, 플라즈마 프로세싱 장치.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 프로세스 챔버가:
    상기 기판 지지부 위쪽에 배치된 돔을 더 포함하고,
    상기 제 1 RF 코일이 상기 프로세싱 부피 외부에서 상기 돔에 대해 배치되는, 플라즈마 프로세싱 장치.
  13. 플라즈마 프로세싱 장치로서:
    기판 지지부가 내부에 배치된 프로세싱 부피 및 상기 기판 지지부 위에 배치된 천장을 가지는 프로세스 챔버;
    상기 프로세싱 부피 외부의 상기 천장 근처에 배치되어 RF 에너지를 상기 프로세싱 부피 내로 커플링시키기 위한 외측 RF 코일로서, 상기 외측 RF 코일이 상기 기판 지지부의 중심 축에 대해 비대칭적으로 배치된 하나 이상의 제 1 전도체를 포함하는, 외측 RF 코일;
    상기 프로세싱 부피의 외부에서 상기 천장에 대해 RF 에너지를 상기 프로세싱 부피 내로 커플링시키기 위한 내측 RF 코일로서, 상기 내측 RF 코일이 상기 기판 지지부의 중심 축에 대해 대칭적으로 배치된 제 2 전도체를 포함하는, 내측 RF 코일; 및
    상기 프로세싱 부피에 대해서 비대칭적으로 배치된 펌프 포트로서, 전기장이 상기 펌프 포트에 대향하는 프로세싱 부피의 제 2 부분 위쪽에서보다 상기 펌프 포트 근처의 프로세싱 부피의 제 1 부분 위쪽에서 더 약한, 펌프 포트를 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 외측 RF 코일이:
    상기 기판 지지부의 중심 축에 대해 그리고 상기 기판 지지부의 중심 축 근처에 배치된 복수의 전도체들의 각각의 제 1 단부들로부터 상기 복수의 전도체들의 각각의 제 2 단부들까지 상기 프로세싱 부피의 둘레를 향해서 와인딩되는 복수의 전도체들을 더 포함하고, 그리고 상기 복수의 전도체들의 최외측 권선이 상기 프로세싱 부피의 둘레로부터 내측으로 배치되는, 플라즈마 프로세싱 장치.
  15. 플라즈마 프로세싱 장치로서:
    기판 지지부가 내부에 배치된 프로세싱 부피를 가지는 프로세스 챔버;
    상기 프로세싱 부피에 대해서 비대칭적으로 배치된 펌프 포트; 및
    플라즈마 발생기를 포함하고,
    상기 플라즈마 발생기가:
    신호 발생기; 및
    상기 신호 발생기에 커플링되어, 상기 신호 발생기로부터의 에너지 인가시에 상기 프로세싱 부피 내에서 전기장을 생성하기 위한 전극으로서, 상기 전기장이 상기 기판 지지부의 중심 축에 대해서 비대칭적인 기하형태를 가지는, 전극을 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치.
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