KR20200118225A - 반도체 공정들 및 장비를 위한 자기 유도 플라즈마 소스 - Google Patents

반도체 공정들 및 장비를 위한 자기 유도 플라즈마 소스 Download PDF

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KR20200118225A
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순욱 정
중훈 김
사또루 고바야시
케네스 디. 슈아츠
수남 박
드미트리 루보미르스키
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

플라즈마 생성물들을 생성하기 위한 예시적인 자기 유도 플라즈마 시스템들이 제공된다. 자기 유도 플라즈마 시스템은, 복수의 제1 구획들 및 복수의 제2 구획들을 포함하는 제1 플라즈마 소스를 포함할 수 있으며, 그 구획들은, 제1 플라즈마 소스 내부에 생성되는 플라즈마 생성물들의 적어도 일부분이 제1 플라즈마 소스 내부에서 복수의 제1 구획들 중 적어도 하나 및 복수의 제2 구획들 중 적어도 하나를 통해 순환할 수 있도록 교번하는 방식으로 배열되고 서로 유체유동적으로 결합된다. 복수의 제2 구획들 각각은 유전체 물질을 포함할 수 있다. 시스템은 복수의 제1 자기 요소들을 더 포함할 수 있으며, 이들 각각은 폐쇄 루프를 정의할 수 있다. 복수의 제2 구획들 각각은, 내부에 복수의 제1 자기 요소들 중 하나를 수용하기 위한 복수의 함몰부들을 정의할 수 있다.

Description

반도체 공정들 및 장비를 위한 자기 유도 플라즈마 소스
관련 출원들에 대한 상호-참조
본 출원은 2018년 3월 1일자로 출원된 미국 가출원 제15/909,812호를 우선권으로 주장하며, 상기 가출원은 모든 목적들을 위해 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
본 기술은 반도체 공정들 및 장비에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 기술은, 반도체 공정들 및 장비를 위한 자기 유도 플라즈마 소스들에 관한 것이다.
집적 회로들은 기판 표면들 상에 복잡하게 패터닝된 물질 층들을 생성하는 공정들에 의해 가능해진다. 기판 상에 패터닝된 물질을 생성하는 것은, 노출된 물질의 제거를 위한 제어된 방법들을 요구한다. 포토레지스트에서의 패턴을 아래에 놓인 층들로 전사하거나, 층들을 박형화하거나, 또는 표면 상에 이미 존재하는 피쳐들의 측방향 치수들을 박형화하는 것을 포함하는 다양한 목적들을 위해 화학적 식각이 사용된다. 종종, 하나의 물질을 다른 물질보다 빠르게 식각하여, 예컨대, 패턴 전사 공정을 용이하게 하는 식각 공정을 갖는 것이 바람직하다. 그러한 식각 공정은 제1 물질에 대해 선택적이라고 일컬어진다. 물질들, 회로들 및 공정들의 다양성의 결과로서, 식각 공정들은 다양한 물질들에 대한 선택성을 갖게 개발되어 왔다.
식각 공정들은 공정에서 사용되는 물질들에 기반하여 습식 또는 건식으로 지칭될 수 있다. 습식 HF 식각은 다른 유전체들 및 물질들에 비해 산화규소를 우선적으로 제거한다. 그러나, 습식 공정들은 일부 제약된 트렌치들에 침투하는 데 어려움을 겪을 수 있으며, 또한, 때로는 잔여 물질을 변형시킬 수도 있다. 기판 처리 영역 내에 형성되는 국부적 플라즈마들에서 야기되는 건식 식각들은, 더 제약된 트렌치들에 침투할 수 있고, 민감한 잔여 구조들의 더 적은 변형을 나타낼 수 있다. 그러나, 국부적 플라즈마들은 그들이 방전될 때의 전기 아크들의 생성을 통해 기판을 손상시킬 수 있다.
따라서, 고품질 디바이스들 및 구조들을 생성하기 위해 사용될 수 있는 개선된 시스템들 및 방법들에 대한 필요성이 존재한다. 이들 및 다른 필요성들이 본 기술에 의해 다루어진다.
플라즈마 생성물들을 생성하기 위한 예시적인 시스템들은 자기 유도 플라즈마 시스템들을 포함할 수 있다. 자기 유도 플라즈마 시스템은 제1 플라즈마 소스를 포함할 수 있다. 제1 플라즈마 소스는, 하나 이상의 제1 구획 및 하나 이상의 제2 구획을 포함할 수 있다. 하나 이상의 제1 구획 및 하나 이상의 제2 구획은, 제1 플라즈마 소스 내부에 생성된 플라즈마 생성물들의 적어도 일부분이 하나 이상의 제1 구획 중 적어도 하나를 통해 순환할 수 있도록 서로 유체유동적으로(fluidly) 결합될 수 있다. 제2 플라즈마 소스 내부에 생성된 플라즈마 생성물들의 적어도 일부분이 또한 제1 플라즈마 소스 내부에서 하나 이상의 제2 구획 중 적어도 하나를 통해 순환할 수 있다. 하나 이상의 제2 구획 각각은 유전체 물질을 포함할 수 있다. 하나 이상의 제1 구획 및 하나 이상의 제2 구획은, 하나 이상의 제1 구획이 하나 이상의 제2 구획에 의해 적어도 부분적으로 서로 전기적으로 절연될 수 있도록 교번하는 방식으로 배열될 수 있다.
일부 실시예들에서, 자기 플라즈마 유도 시스템은 하나 이상의 제1 자기 요소를 더 포함할 수 있다. 하나 이상의 제1 자기 요소 각각은 폐쇄 루프를 정의할 수 있고, 하나 이상의 제2 구획 중 하나 주위에 위치될 수 있다. 제1 플라즈마 소스는 제1 토로이드(toroidal) 형상을 정의할 수 있다. 제1 토로이드 형상은, 제1 토로이드 연장부, 및 제1 토로이드 연장부에 수직인 제1 토로이드 축을 포함할 수 있다. 하나 이상의 제1 구획 각각은 제1 토로이드 축과 평행한 제1 치수를 포함할 수 있다. 하나 이상의 제2 구획 각각은 제1 토로이드 축과 평행한 제2 치수를 포함할 수 있다. 제1 치수는, 하나 이상의 제2 구획이 하나 이상의 함몰부를 정의할 수 있도록 제2 치수보다 클 수 있다. 하나 이상의 함몰부 각각은, 하나 이상의 제1 자기 요소 중 하나의 적어도 일부분을 수용하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 제1 구획 각각은, 제1 개구 및 제2 개구를 포함할 수 있다. 하나 이상의 제1 구획 각각 및 대응하는 제1 및 제2 개구들은, 제1 플라즈마 소스 내부에 플라즈마 생성물들을 생성하기 위한 전구체가 제1 개구를 통해 각각의 제1 구획 내로 유동될 수 있고 생성된 플라즈마 생성물들의 적어도 일부분이 제2 개구를 통해 각각의 제1 구획 밖으로 유동될 수 있도록, 제1 토로이드 축과 평행한 유동 통로를 정의할 수 있다.
일부 실시예들에서, 자기 유도 플라즈마 시스템은, 하나 이상의 제1 유전체 링 부재 및 하나 이상의 제2 유전체 링 부재를 더 포함할 수 있다. 자기 유도 플라즈마 시스템이 반도체 처리 챔버에 통합될 수 있고 제1 토로이드 축을 따라 반도체 처리 챔버의 금속 구성요소들 사이에 위치될 수 있을 때, 하나 이상의 제1 구획이 서로 전기적으로 절연될 수 있도록, 하나 이상의 제1 유전체 링 부재가 제1 개구들 위에 위치될 수 있고, 하나 이상의 제2 유전체 링 부재가 제2 개구들 아래에 위치될 수 있다.
일부 실시예들에서, 반도체 처리 챔버는 가스 유입구 조립체 및 가스 분배 조립체를 포함할 수 있다. 가스 유입구 조립체는 자기 유도 플라즈마 시스템의 상류에 위치될 수 있다. 가스 분배 조립체는 자기 유도 플라즈마 시스템의 하류에 위치될 수 있다. 하나 이상의 제1 유전체 링 부재는, 제1 평면형 지지 표면을 정의할 수 있고 가스 유입구 조립체를 지지하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 제2 유전체 링 부재는, 제2 평면형 지지 표면을 정의할 수 있고 가스 분배 조립체를 지지하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 제1 구획 각각은 궁형(arcuate) 튜브형 몸체를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 제2 구획 각각은, 각각의 제2 구획의 2개의 대향하는 단부에 구성되고 각각의 제2 구획을 2개의 인접한 제1 구획과 결합시키도록 구성될 수 있는 플랜지들의 쌍을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 제1 구획 각각은, 제1 토로이드 연장부를 따른 제1 연장부를 포함할 수 있다. 하나 이상의 제2 구획 각각은, 제1 토로이드 연장부를 따른 제2 연장부를 포함할 수 있다. 제1 연장부 대 제2 연장부의 비는, 제1 플라즈마 소스 내부에서의 플라즈마 생성물들의 적어도 일부분의 순환이 용이해질 수 있도록, 약 10:1 내지 약 2:1일 수 있다.
일부 실시예들에서, 자기 유도 플라즈마 시스템은 제2 플라즈마 소스를 더 포함할 수 있다. 제2 플라즈마 소스는 제2 토로이드 형상을 정의할 수 있다. 제2 토로이드 형상은, 제2 토로이드 연장부, 및 제2 토로이드 연장부에 수직인 제2 토로이드 축을 포함할 수 있다. 제2 토로이드 축은 제1 토로이드 축과 정렬될 수 있다. 제2 플라즈마 소스는 제1 플라즈마 소스로부터 반경방향으로 내측에 위치될 수 있다. 제2 플라즈마 소스는 제3 구획 및 제4 구획을 포함할 수 있다. 제3 구획 또는 제4 구획 중 적어도 하나는 유전체 물질을 포함할 수 있다. 제2 플라즈마 소스는 적어도 하나의 제2 자기 요소를 더 포함할 수 있다. 적어도 하나의 제2 자기 요소는, 폐쇄 루프를 정의할 수 있고 제3 구획 또는 제4 구획 중 적어도 하나 주위에 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 제2 자기 요소는, 하나 이상의 제1 자기 요소 각각에 의해 생성되는 전기장과 적어도 하나의 제2 자기 요소에 의해 생성되는 전기장 사이의 간섭이 감소될 수 있도록, 하나 이상의 제1 자기 요소 각각의 방위각과 상이한 방위각으로 위치될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제1 플라즈마 소스 및 제2 플라즈마 소스는, 제1 플라즈마 소스를 빠져나가는 플라즈마 생성물들이 기판의 제1 영역 상으로 확산될 수 있고 제2 플라즈마 소스를 빠져나가는 플라즈마 생성물들이 기판의 제2 영역 상으로 확산될 수 있도록 구성될 수 있다. 제1 영역은 실질적인 환형 형상을 정의할 수 있다. 제2 영역은 실질적인 원형 형상을 정의할 수 있다. 제1 영역 및 제2 영역은 겹칠 수 있다.
일부 실시예들에서, 자기 유도 플라즈마 시스템은, 하나 이상의 전기적으로 결합된 제1 코일, 및 제2 코일을 더 포함할 수 있다. 하나 이상의 전기적으로 결합된 제1 코일 각각은, 하나 이상의 제1 자기 요소 각각의 적어도 일부분 주위에 구성될 수 있다. 제2 코일은, 적어도 하나의 제2 자기 요소의 적어도 일부분 주위에 구성될 수 있다. 자기 유도 플라즈마 시스템은, LLC 공진 하프 브릿지 회로에 의해 구동될 수 있다. LLC 공진 하프 브릿지 회로는, 제1 주파수에서, 하나 이상의 전기적으로 결합된 제1 코일에 제1 전류를 공급하도록 구성될 수 있다. LLC 공진 하프 브릿지 회로는, 제2 주파수에서 제2 코일에 제2 전류를 공급하도록 구성될 수 있다. 제1 주파수는 제2 주파수와 매칭될 수 있다. 일부 실시예들에서, LLC 공진 하프 브릿지 회로는, 약 100 kHz 내지 약 20 MHz의 주파수에서 제1 전류 및 제2 전류를 공급하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, LLC 공진 하프 브릿지 회로는, 하나 이상의 전기적으로 결합된 제1 코일에 제1 전력을 공급하고 제2 코일에 제2 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 제1 전력은 제2 전력보다 클 수 있다.
본 기술은 또한, 플라즈마 생성물들을 생성하는 방법들을 포함할 수 있다. 방법들은, 플라즈마 소스 내로 전구체를 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법들은, 플라즈마 생성물들을 생성하기 위해 전구체로부터 플라즈마를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 플라즈마 소스는 제1 토로이드 형상을 정의할 수 있다. 제1 토로이드 형상은, 제1 토로이드 연장부, 및 제1 토로이드 연장부에 수직인 제1 토로이드 축을 포함할 수 있다. 플라즈마 소스는, 하나 이상의 제1 구획 및 하나 이상의 제2 구획을 포함할 수 있다. 하나 이상의 제1 구획 및 하나 이상의 제2 구획은, 플라즈마 생성물들의 제1 부분이, 플라즈마 소스의 내부에서 실질적으로 제1 토로이드 연장부를 따라 하나 이상의 제1 구획 중 적어도 하나를 통해 순환할 수 있도록, 제1 토로이드 연장부를 따라 서로 유체유동적으로 결합될 수 있다. 플라즈마 생성물들의 제1 부분은, 플라즈마 소스 내부에서 실질적으로 제1 토로이드 연장부를 따라 하나 이상의 제2 구획 중 적어도 하나를 통해 추가로 순환할 수 있다. 하나 이상의 제2 구획 각각은 유전체 물질을 포함할 수 있다. 하나 이상의 제1 구획 및 하나 이상의 제2 구획은, 하나 이상의 제1 구획이 하나 이상의 제2 구획에 의해 적어도 부분적으로 서로 전기적으로 절연될 수 있도록 교번하는 방식으로 배열될 수 있다.
일부 실시예들에서, 플라즈마 소스는 하나 이상의 제1 자기 요소를 더 포함할 수 있다. 하나 이상의 제1 자기 요소 각각은, 폐쇄 루프를 정의할 수 있고 하나 이상의 제2 구획 중 하나 주위에 위치될 수 있다. 하나 이상의 제1 구획 각각은 제1 토로이드 축과 평행한 제1 치수를 포함할 수 있다. 하나 이상의 제2 구획 각각은 제1 토로이드 축과 평행한 제2 치수를 포함할 수 있다. 제1 치수는, 하나 이상의 제2 구획이 하나 이상의 함몰부를 정의할 수 있도록 제2 치수보다 클 수 있다. 하나 이상의 함몰부 각각은, 하나 이상의 제1 자기 요소 중 하나의 적어도 일부분을 수용하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 플라즈마 생성물들을 생성하기 위한 방법은, 플라즈마 소스 내의 압력을 약 1 mTorr 내지 약 500 Torr로 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 소스는, 하나 이상의 전기적으로 결합된 코일을 더 포함할 수 있다. 하나 이상의 전기적으로 결합된 코일 각각은, 하나 이상의 제1 자기 요소 각각의 적어도 일부분 주위에 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 방법은, 약 100 kHz 내지 약 20 MHz의 주파수에서 LLC 공진 하프 브릿지 회로에 의해, 하나 이상의 전기적으로 결합된 코일에 전류를 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방법은, 플라즈마 소스 내부에서 전구체로부터 생성물들을 생성하기 위해, 하나 이상의 전기적으로 결합된 코일에 LLC 공진 하프 브릿지 회로에 의해 약 100 W 내지 약 1,000 W의 전력을 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 기술은 또한, 자기 유도 플라즈마 시스템을 포함하는 반도체 처리 챔버를 포함할 수 있다. 자기 유도 플라즈마 시스템은, 제1 토로이드 형상을 갖는 제1 플라즈마 소스를 포함할 수 있다. 제1 플라즈마 소스는, 제1 토로이드 형상의 제1 환형 함몰부를 정의할 수 있다. 자기 유도 플라즈마 시스템은 제1 자기 요소를 더 포함할 수 있다. 제1 자기 요소는, 폐쇄 루프를 형성할 수 있고 제1 플라즈마 소스의 일부분 주위에 위치될 수 있다. 제1 자기 요소의 적어도 일부분은 제1 환형 함몰부 내에 수용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 플라즈마 소스는, 제1 플라즈마 소스 내부에서 전구체로부터 플라즈마 생성물들을 생성하기 위한 전구체에 대한 제1 유입구를 포함할 수 있다. 제1 플라즈마 소스는, 생성된 플라즈마 생성물들에 대한 제1 배출구를 더 포함할 수 있다. 제1 유입구, 제1 배출구, 및 제1 플라즈마 소스는, 제1 토로이드 형상의 반경 방향을 따라 측정되는 공통 폭 치수를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 자기 유도 플라즈마 시스템은, 제2 토로이드 형상을 갖는 제2 플라즈마 소스를 더 포함할 수 있다. 제2 플라즈마 소스 및 제1 플라즈마 소스는 공통 토로이드 축을 가질 수 있다. 제2 플라즈마 소스는 제1 플라즈마 소스로부터 반경방향으로 내측에 위치될 수 있다. 제2 플라즈마 소스는, 제2 토로이드 형상의 제2 환형 함몰부를 정의할 수 있다. 자기 유도 플라즈마 시스템은 제2 자기 요소를 더 포함할 수 있다. 제2 자기 요소는, 폐쇄 루프를 형성할 수 있고 제2 플라즈마 소스의 일부분 주위에 위치될 수 있다. 제2 자기 요소의 적어도 일부분은 제2 환형 함몰부 내에 수용될 수 있다. 제2 플라즈마 소스는, 제2 플라즈마 소스 내부에서 전구체로부터 플라즈마 생성물들을 생성하기 위한 전구체에 대한 제2 유입구, 및 생성된 플라즈마 생성물들에 대한 제2 배출구를 포함할 수 있다. 제2 유입구, 제2 배출구, 및 제2 플라즈마 소스는, 제2 토로이드 형상의 반경 방향을 따라 측정되는 공통 폭 치수를 가질 수 있다. 제1 자기 요소는 제1 방위각으로 위치될 수 있다. 제2 자기 요소는 제2 방위각으로 위치될 수 있다. 제1 방위각은 제2 방위각과 상이할 수 있다.
그러한 기술은, 종래의 시스템들 및 기법들에 비해 많은 이점들을 제공할 수 있다. 예컨대, 본원에 설명된 자기 유도 플라즈마 시스템들은, 낮은 구동 전력을 허용할 수 있고 높은 전력 전달 효율을 산출할 수 있다. 부가적으로, 구동 전력, 주파수, 및 전류는, 생성된 플라즈마의 조성 및 특성의 조절을 허용하도록 완전히 조정가능할 수 있다. 더욱이, 자기 유도 플라즈마 시스템들은, 수십 mTorr 내지 수백 Torr 범위의 넓은 동작 압력에서 플라즈마를 생성하도록 동작할 수 있다. 이들 및 다른 실시예들은, 그 실시예들의 많은 이점들 및 특징들과 함께, 아래의 설명 및 첨부된 도면들과 함께 더 상세히 설명된다.
본 명세서의 나머지 부분들 및 도면들을 참조하여, 개시된 기술의 속성 및 이점들의 추가적인 이해가 실현될 수 있다.
도 1은 본 기술의 실시예들에 따른 예시적인 처리 시스템의 일 실시예의 상부 평면도를 도시한다.
도 2a는 본 기술의 실시예들에 따른 예시적인 처리 챔버의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 2b는 본 기술의 실시예들에 따른, 도 2a에 예시된 처리 챔버의 일부분의 상세도를 도시한다.
도 3은 본 기술의 실시예들에 따른 예시적인 샤워헤드 구성들의 개략도들을 도시한다.
도 4a 내지 도 4f는 본 기술의 실시예들에 따른 예시적인 플라즈마 시스템의 개략도들을 도시한다.
도 5a 내지 도 5c는 본 기술의 실시예들에 따른 예시적인 플라즈마 시스템의 개략도들을 도시한다.
도 6a 내지 도 6c는 본 기술의 실시예들에 따른 예시적인 플라즈마 시스템의 개략도들을 도시한다.
도 7a 내지 도 7c는 본 기술의 실시예들에 따른 동작에서의 예시적인 플라즈마 시스템의 개략도들을 도시한다.
도 8a 내지 도 8c는 본 기술의 실시예들에 따른 동작에서의 예시적인 플라즈마 시스템의 개략도들을 도시한다.
도면들 중 몇몇은 개략도들로서 포함된다. 도면들은 예시의 목적들을 위한 것이며, 실측인 것으로 구체적으로 언급되지 않는 한 실측인 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다. 부가적으로, 개략도들로서, 도면들은 이해를 돕기 위해 제공되며, 현실적인 표현들과 비교하여 모든 양상들 또는 정보를 포함하지는 않을 수 있으며, 예시의 목적들을 위해 과장된 자료를 포함할 수 있다.
첨부된 도면들에서, 유사한 구성요소들 및/또는 특징들은 동일한 참조 라벨을 가질 수 있다. 추가로, 동일한 유형의 다양한 구성요소들은, 유사한 구성요소들 사이를 구별하는, 참조 라벨에 후속하는 문자에 의해 구별될 수 있다. 본 명세서에서 오직 제1 참조 라벨만이 사용되는 경우, 그 설명은, 문자와는 무관하게 동일한 제1 참조 라벨을 갖는 유사한 구성요소들 중 임의의 구성요소에 적용가능하다.
종래의 플라즈마 생성 시스템들은 전형적으로 풀 브릿지 회로 구동 방식을 활용할 수 있으며, 이는, 구동 회로에서의 전력 손실로 인해 많은 양의 전력을 소모할 수 있고, 동작하기 위해 매우 많은 비용이 들 수 있다. 부가적으로, 풀 브릿지 회로에 의해 구동되는 종래의 플라즈마 생성 시스템들은 일반적으로, 플라즈마를 생성 및 유지하기 위해 10,000 W의 높은 전력 또는 더 높은 전력을 요구할 수 있다.
본원에 설명된 자기 유도 플라즈마 시스템의 다양한 실시예들은, 특별히 구성된 LLC 공진 하프 브릿지 회로 구동 방식을 활용할 수 있다. LLC 공진 하프 브릿지 회로는 일반적으로, 플라즈마 생성을 위한 종래의 풀 브릿지 회로와 비교하여 더 신뢰가능하고 비용 효과적일 수 있다. LLC 공진 하프 브릿지 회로는 또한, 풀 브릿지 회로 구동 방식을 사용하는 종래의 플라즈마 생성 시스템과 비교하여 더 높은 전력 전달 효율을 산출할 수 있다. 풀 브릿지 회로 구동 방식을 사용하는 종래의 플라즈마 생성 시스템에서, 구동 회로 상에서의 에너지 손실이 상당할 수 있다. 본원에 설명된 자기 유도 플라즈마 시스템들은, LLC 공진 하프 브릿지 회로 구동 방식이 전구체 가스들의 유사한 해리를 산출하면서 플라즈마를 점화 및/또는 유지하기 위해 상당히 더 낮은 전력을 요구할 수 있다는 것을 고려하면, 전원으로부터 플라즈마로의 더 큰 에너지 전달 효율을 산출할 수 있다. 추가로, 본원에 설명된 자기 유도 플라즈마 시스템들은, 0 W 내지 약 1,000 W 또는 그보다 높은 전력 조정을 허용할 수 있다. 전력 출력을 조정함으로써, 전구체 가스들의 해리율이 플라즈마 생성물들의 원하는 조성을 달성하도록 조절될 수 있다. 본원에 설명된 자기 유도 플라즈마 시스템들은 추가로, 안정한 플라즈마가 생성 및 유지될 수 있는, 수십 kHz 내지 수십 MHz 이상의 넓은 동작 주파수 범위, 및 수십 mTorr 내지 수백 Torr 이상의 넓은 동작 압력 범위를 허용할 수 있다.
도 1은 실시예들에 따른, 증착, 식각, 베이킹, 및 경화 챔버들의 처리 시스템(100)의 일 실시예의 상부 평면도를 도시한다. 도면에서, 한 쌍의 전방 개방 통합 포드(FOUP)들(102)이 다양한 크기들의 기판들을 공급하며, 기판들은, 로봇 팔들(104)에 의해 수용되어, 탠덤 구획들(109a-c)에 위치된 기판 처리 챔버들(108a-f) 중 하나 내에 배치되기 전에 저압 유지 영역(106) 내에 배치된다. 제2 로봇 팔(110)은 기판 웨이퍼들을 유지 영역(106)으로부터 기판 처리 챔버들(108a-f)로 그리고 그로부터 다시 이송하는 데 사용될 수 있다. 각각의 기판 처리 챔버(108a-f)는, 주기적 층 증착(CLD), 원자 층 증착(ALD), 화학 기상 증착(CVD), 물리 기상 증착(PVD), 식각, 사전 세정, 탈기, 배향, 다른 기판 공정들에 더하여 본원에 설명된 건식 식각 공정들을 포함하는 다수의 기판 처리 동작들을 수행하도록 갖추어질 수 있다.
기판 처리 챔버들(108a-f)은, 기판 웨이퍼 상에 유전체 또는 금속성 막을 증착, 어닐링, 경화, 및/또는 식각하기 위한 하나 이상의 시스템 구성요소를 포함할 수 있다. 일 구성에서, 두 쌍의 처리 챔버들(예컨대, 108c-d 및 108e-f)은 기판 상에 물질을 증착하는 데 사용될 수 있고, 제3 쌍의 처리 챔버들(108a-b)은 증착된 물질을 식각하는 데 사용될 수 있다. 다른 구성에서, 세 쌍의 챔버들(예컨대, 108a-f) 모두가 기판 상의 유전체 또는 금속성 막을 식각하도록 구성될 수 있다. 설명되는 공정들 중 임의의 하나 이상의 공정은 상이한 실시예들에 도시된 제조 시스템으로부터 분리된 챔버(들)에서 수행될 수 있다. 유전체 막들을 위한 증착, 식각, 어닐링, 및 경화 챔버들의 부가적인 구성들이 시스템(100)에 의해 고려된다는 것이 인식될 것이다.
도 2a는 처리 챔버 내에 파티셔닝된 플라즈마 생성 영역들이 있는 예시적인 공정 챔버 시스템(200)의 단면도를 도시한다. 막 식각 동안, 예컨대, 질화티타늄, 질화탄탈럼, 텅스텐, 구리, 코발트, 규소, 폴리실리콘, 산화규소, 질화규소, 산질화규소, 규소 옥시카바이드 등의 공정 가스가 가스 유입구 조립체(205)를 통해 제1 플라즈마 영역(215) 내로 유동될 수 있다. 원격 플라즈마 시스템(RPS)(201)은 임의적으로 시스템에 포함될 수 있고, 제1 가스를 처리할 수 있으며, 제1 가스는 이어서 가스 유입구 조립체(205)를 통해 이동한다. 유입구 조립체(205)는, 제2 채널(도시되지 않음)이, RPS(201)가 포함된 경우 이를 우회할 수 있는 2개 이상의 별개의 가스 공급 채널을 포함할 수 있다.
냉각 판(203), 면판(217), 이온 억제기(223), 샤워헤드(225), 및 상부에 기판(255)이 배치되는 기판 지지부(265)가 도시되며, 이들 각각이 실시예들에 따라 포함될 수 있다. 페디스털(265)은 열 교환 채널을 가질 수 있고, 열 교환 채널을 통해 열 교환 유체가 유동하여 기판의 온도를 제어하며, 이는, 처리 동작들 동안 기판 또는 웨이퍼를 가열하고/거나 냉각시키도록 동작될 수 있다. 알루미늄, 세라믹, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는 페디스털(265)의 웨이퍼 지지 플래터는 또한, 매립된 저항성 가열기 요소를 사용하여 약 100 ℃ 또는 최대 100 ℃ 내지 약 600 ℃ 또는 그 초과와 같은 비교적 높은 온도를 달성하기 위해 저항식으로 가열될 수 있다.
면판(217)은, 피라미드형, 원뿔형일 수 있거나, 좁은 최상부 부분이 넓은 최하부 부분으로 확장되는 다른 유사한 구조를 가질 수 있다. 면판(217)은 부가적으로, 도시된 바와 같이 평평할 수 있고, 공정 가스들을 분배하는 데 사용되는 복수의 관통 채널들을 포함할 수 있다. 플라즈마 생성 가스들 및/또는 플라즈마 여기 종들은, RPS(201)의 사용에 따라, 제1 플라즈마 영역(215) 내로의 더 균일한 전달을 위해, 면판(217)의 복수의 홀들(도 2b에 도시됨)을 통과할 수 있다.
예시적인 구성들은, 가스들/종들이 면판(217)의 홀들을 통해 제1 플라즈마 영역(215) 내로 유동하도록, 면판(217)에 의해 제1 플라즈마 영역(215)으로부터 파티셔닝되는 가스 공급 영역(258) 내로 개방되는 가스 유입구 조립체(205)를 갖는 것을 포함할 수 있다. 구조적 및 동작적 특징들은, 제1 플라즈마 영역(215)으로부터 다시 공급 영역(258), 가스 유입구 조립체(205), 및 유체 공급 시스템(210) 내로의 유의한 플라즈마 역류를 방지하도록 선택될 수 있다. 면판(217) 또는 챔버의 전도성 최상부 부분, 및 샤워헤드(225)는 피쳐들 사이에 위치되는 절연 링(220)과 함께 도시되며, 이러한 절연 링은, 샤워헤드(225) 및/또는 이온 억제기(223)에 대해 면판(217)에 AC 전위가 인가될 수 있게 한다. 면판(217)과 샤워헤드(225) 및/또는 이온 억제기(223) 사이에 절연 링(220)이 위치되어, 제1 플라즈마 영역에, 용량성 결합된 플라즈마(CCP)가 형성되는 것을 가능하게 할 수 있다. 부가적으로, 배플(도시되지 않음)이 제1 플라즈마 영역(215)에 위치되거나 또는 다른 방식으로 가스 유입구 조립체(205)와 결합되어, 가스 유입구 조립체(205)를 통한 그 영역 내로의 유체의 유동에 영향을 줄 수 있다.
이온 억제기(223)는, 대전되지 않은 중성 또는 라디칼 종들이 억제기와 샤워헤드 사이의 활성화된 가스 전달 영역 내로 이온 억제기(223)를 통과하는 것을 허용하면서, 제1 플라즈마 영역(215) 밖으로의 이온성으로 대전된 종들의 이동을 억제하도록 구성되는 구조 전체에 걸쳐 복수의 애퍼쳐들을 정의하는 판 또는 다른 기하학적 구조를 포함할 수 있다. 실시예들에서, 이온 억제기(223)는 다양한 애퍼쳐 구성들을 갖는 천공된 판을 포함할 수 있다. 이러한 대전되지 않은 종들은 덜 반응성인 캐리어 가스와 함께 애퍼쳐들을 통해 운반되는 고도로 반응성인 종들을 포함할 수 있다. 위에 언급된 바와 같이, 홀들을 통한 이온성 종들의 이동이 감소될 수 있고, 일부 경우들에서는 완전히 억제될 수 있다. 이온 억제기(223)를 통과하는 이온성 종들의 양을 제어하는 것은 유리하게, 기저 웨이퍼 기판과 접촉하게 되는 가스 혼합물에 비해 증가된 제어를 제공할 수 있고, 이는 차례로, 가스 혼합물의 증착 및/또는 식각 특성들의 제어를 증가시킬 수 있다. 예컨대, 가스 혼합물의 이온 농도의 조정들은, 가스 혼합물의 식각 선택성, 예컨대, SiNx:SiOx 식각 비, Si:SiOx 식각 비 등을 상당히 변경할 수 있다. 증착이 수행되는 대안적인 실시예들에서, 유전체 물질들에 대한 형상추종-대-유동가능 양식 증착들(conformal-to-flowable style depositions)의 균형을 이동시킬 수 있다.
이온 억제기(223)의 복수의 애퍼쳐들은, 이온 억제기(223)를 통한 활성화된 가스, 즉, 이온성, 라디칼, 및/또는 중성 종들의 통과를 제어하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 홀들의 종횡비, 또는 홀 직경 대 길이, 및/또는 홀들의 기하학적 구조는, 이온 억제기(223)를 통과하는 활성화된 가스 중의 이온성으로 대전된 종들의 유동이 감소되도록 제어될 수 있다. 이온 억제기(223)의 홀들은 플라즈마 여기 영역(215)과 대면하는 테이퍼링된 부분 및 샤워헤드(225)와 대면하는 원통형 부분을 포함할 수 있다. 원통형 부분은, 샤워헤드(225)로 전달되는 이온성 종들의 유동을 제어하도록 형상화되고 치수가 정해질 수 있다. 억제기를 통한 이온성 종들의 유동을 제어하기 위한 부가적인 수단으로서 조정가능한 전기적 바이어스가 또한 이온 억제기(223)에 인가될 수 있다.
이온 억제기(223)는, 플라즈마 생성 영역으로부터 기판으로 이동하는 이온성으로 대전된 종들의 양을 감소시키거나 제거하도록 기능할 수 있다. 대전되지 않은 중성 및 라디칼 종들은 여전히 이온 억제기의 개구들을 통과하여 기판과 반응할 수 있다. 실시예들에서, 기판을 둘러싸는 반응 영역 내의 이온성으로 대전된 종들의 완전한 제거가 수행되지 않을 수 있다는 것이 유의되어야 한다. 특정 경우들에서, 이온성 종들은 식각 및/또는 증착 공정을 수행하기 위해 기판에 도달하도록 의도된다. 이러한 경우들에서, 이온 억제기는 반응 영역 내의 이온성 종들의 농도를 공정에 도움이 되는 수준으로 제어하는 것을 도울 수 있다.
이온 억제기(223)와 조합된 샤워헤드(225)는, 제1 플라즈마 영역(215)에 존재하는 플라즈마가 기판 처리 영역(233)에서 가스들을 직접 여기시키는 것을 피할 수 있게 하면서, 여기된 종들이 여전히 챔버 플라즈마 영역(215)으로부터 기판 처리 영역(233) 내로 이동할 수 있게 한다. 이러한 방식으로, 챔버는 플라즈마가 식각되고 있는 기판(255)과 접촉하는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 이는 유리하게, 생성된 플라즈마에 의해 직접 접촉되는 경우 손상되거나, 전위되거나 또는 다른 방식으로 뒤틀릴 수 있는, 기판 상에 패터닝된 다양한 복잡한 구조들 및 막들을 보호할 수 있다. 부가적으로, 플라즈마가 기판과 접촉하거나 기판 수준에 접근하도록 허용될 때, 산화물 종이 식각하는 식각률이 증가할 수 있다. 따라서, 물질의 노출된 영역이 산화물인 경우, 이러한 물질은 플라즈마를 기판으로부터 멀리 유지하는 것에 의해 추가로 보호될 수 있다.
처리 시스템은, 처리 챔버와 전기적으로 결합되어 제1 플라즈마 영역(215) 또는 처리 영역(233)에 플라즈마를 생성하기 위한 전력을 면판(217), 이온 억제기(223), 샤워헤드(225), 및/또는 페디스털(265)에 제공하는 전력 공급부(240)를 더 포함할 수 있다. 전력 공급부는, 수행되는 공정에 따라, 조정가능한 양의 전력을 챔버에 전달하도록 구성될 수 있다. 그러한 구성은 수행되고 있는 공정들에서 조율가능한 플라즈마가 사용되는 것을 허용할 수 있다. 온 또는 오프 기능성과 함께 종종 제시되는 원격 플라즈마 유닛과 달리, 조율가능한 플라즈마는 특정 양의 전력을 플라즈마 영역(215)에 전달하도록 구성될 수 있다. 이는 차례로, 전구체들이 특정 방식들로 해리될 수 있게 하여 이러한 전구체들에 의해 생성되는 식각 프로파일들이 향상되도록, 특정 플라즈마 특성들의 개발을 허용할 수 있다.
플라즈마는 샤워헤드(225) 위의 챔버 플라즈마 영역(215)에서 또는 샤워헤드(225) 아래의 기판 처리 영역(233)에서 점화될 수 있다. 플라즈마는, 예컨대, 플루오린 함유 전구체 또는 다른 전구체의 유입으로부터 라디칼 전구체들을 생성하기 위해 챔버 플라즈마 영역(215)에 존재할 수 있다. 증착 동안 챔버 플라즈마 영역(215) 내에 플라즈마를 점화하기 위해, 면판(217)과 같은 처리 챔버의 전도성 최상부 부분과 샤워헤드(225) 및/또는 이온 억제기(223) 사이에 전형적으로 무선 주파수(RF) 범위 내의 AC 전압이 인가될 수 있다. RF 전력 공급부는 13.56 MHz의 높은 RF 주파수를 생성할 수 있지만, 또한, 다른 주파수들을 단독으로 또는 13.56 MHz 주파수와 조합하여 생성할 수 있다.
도 2b는 면판(217)을 통한 처리 가스 분배에 영향을 주는 피쳐들의 상세도(253)를 도시한다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 면판(217), 냉각판(203), 및 가스 유입구 조립체(205)가 교차하여 가스 공급 영역(258)을 정의하며, 공정 가스들이 가스 유입구(205)로부터 이러한 가스 공급 영역 내로 전달될 수 있다. 가스들은 가스 공급 영역(258)을 채울 수 있고, 면판(217)의 애퍼쳐들(259)을 통해 제1 플라즈마 영역(215)으로 유동할 수 있다. 애퍼쳐들(259)은 유동을 실질적인 단방향 방식으로 지향시키도록 구성될 수 있으며, 이에 따라, 공정 가스들은, 처리 영역(233) 내로 유동할 수 있지만, 면판(217)을 횡단한 후의 가스 공급 영역(258) 내로의 역류는 부분적으로 또는 완전히 방지될 수 있다.
처리 챔버 구획(200)에서 사용하기 위한 샤워헤드(225)와 같은 가스 분배 조립체들은 이중 채널 샤워헤드(DCSH)들로 지칭될 수 있으며, 도 3에 설명된 실시예들에서 부가적으로 상세히 설명된다. 이중 채널 샤워헤드는, 처리 영역(233) 내로 전달되기 전에 챔버 구성요소들 및 서로와의 제한된 상호작용을 제공하기 위해, 처리 영역 외부로의 식각제들의 분리를 허용하는 식각 공정들을 제공할 수 있다.
샤워헤드(225)는 상부 판(214) 및 하부 판(216)을 포함할 수 있다. 판들은 판들 사이에 용적(218)을 정의하도록 서로 결합될 수 있다. 판들의 결합은, 상부 및 하부 판들을 통한 제1 유체 채널들(219) 및 하부 판(216)을 통한 제2 유체 채널들(221)을 제공하도록 이루어질 수 있다. 형성된 채널들은 제2 유체 채널들(221)을 단독으로 경유하여 하부 판(216)을 통한 용적(218)으로부터의 유체 접근을 제공하도록 구성될 수 있으며, 제1 유체 채널들(219)은 판들과 제2 유체 채널들(221) 사이의 용적(218)으로부터 유체유동적으로 격리될 수 있다. 용적(218)은 가스 분배 조립체(225)의 측부를 통해 유체유동적으로 접근가능할 수 있다.
도 3은 실시예들에 따른, 처리 챔버와 함께 사용하기 위한 샤워헤드(325)의 저면도이다. 샤워헤드(325)는 도 2a에 도시된 샤워헤드(225)와 대응할 수 있다. 제1 유체 채널들(219)의 뷰를 나타내는 관통 홀들(365)은 샤워헤드(225)를 통한 전구체들의 유동을 제어하고 그에 영향을 주기 위해 복수의 형상들 및 구성들을 가질 수 있다. 제2 유체 채널들(221)의 뷰를 나타내는 작은 홀들(375)은, 샤워헤드의 표면에 걸쳐, 심지어 관통 홀들(365) 사이에서도 실질적으로 고르게 분포될 수 있고, 전구체들이 샤워헤드에서 빠져나갈 때 다른 구성들에 비해 더 균일한 전구체들의 혼합을 제공하는 것을 도울 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는, 위에 설명된 처리 챔버(200)에서 사용되거나 그에 통합될 수 있는 자기 유도 플라즈마 시스템(400)의 일 실시예의 개략적인 상부 평면도들을 예시한다. 도 4a는 플라즈마가 생성 또는 점화될 수 있기 전의 자기 유도 플라즈마 시스템(400)을 예시하고; 도 4b는 플라즈마 점화 동안의 자기 유도 플라즈마 시스템(400)을 예시하며; 도 4c는 플라즈마가 자기 유도 플라즈마 시스템(400)에 의해 유지될 수 있을 때의 자기 유도 플라즈마 시스템(400)을 예시한다. 도 4a를 참조하면, 자기 유도 플라즈마 시스템(400)은, 환형 단면에 의해 특성화되는 플라즈마 소스 또는 방전 튜브(410), 및 플라즈마 소스(410) 주위에 위치되는 하나 이상의 자기 요소(420a, 420b, 420c, 420d)를 포함할 수 있다. 플라즈마 소스(410)는 환형 형상에 의해 특성화될 수 있고, 실질적인 토로이드 형상에 의해 특성화될 수 있으며, 토로이드 형상은, 토로이드 형상의 중심에서 토로이드 축(1)(도 4a에서 점으로 도시됨)을 갖고 도 4a와 같이 도시된 평면에 수직으로 연장된다. 도 4a에 또한 도시된 바와 같이, 설명의 용이성을 위한 부가적인 유용한 참조들은, 플라즈마 소스(410)의 중심 축으로부터 반경방향으로 외측으로 연장되는 방향을 나타내는, 토로이드 축(1)에 수직인 반경 방향(2), 및 토로이드 축(1)을 중심으로 하는 회전 방향을 나타내는 방위각 방향(3)을 포함할 수 있다. 토로이드 연장부 또는 토로이드 방향(4)은, (아래에서 더 상세히 설명될 바와 같이) 플라즈마 전류가 그를 따라 플라즈마 소스(410) 내부에 형성될 수 있는 플라즈마 소스(410)의 연장부 또는 방향으로서 정의될 수 있다.
도 4d 내지 도 4f에 도시된 바와 같이, 이들은 각각, 플라즈마 점화 전의, 플라즈마 점화 동안의, 그리고 플라즈마 유지 동안의 자기 요소(420)의 측면도들을 개략적으로 예시한다. 자기 요소들(420)은 각각 폐쇄 루프를 형성할 수 있다. 자기 요소(420)는 중공 중심(422)을 정의할 수 있으며, 이를 통해, 플라즈마 소스(410)의 일부분이 그를 통과하여 연장될 수 있다. 자기 요소(420)는, 폐쇄 루프를 정의할 수 있는 자기 몸체(424)를 포함할 수 있다. 자기 몸체(424)는, 페라이트 또는 다른 자화가능 물질들로 형성될 수 있다. 도 4d 내지 도 4f에 또한 도시된 바와 같이, 자기 유도 플라즈마 시스템(400)은, 각각의 자기 요소(420)의 자기 몸체(424)의 적어도 일부부 둘레에 권취되는 코일(430)(도 4a 내지 도 4c에 도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다. 플라즈마 소스(410) 내부에 플라즈마를 생성하기 위한 전기 에너지가 각각의 코일(430)에 공급될 수 있다. 구체적으로, 코일들(430)에 공급되는 전기 에너지는 각각의 자기 요소(420) 내부에 자기장을 생성할 수 있고, 각각의 자기 요소(420)는 차례로, 도 4a 및 도 4d에 도시된 바와 같이 전기장(E)을 유도할 수 있다.
플라즈마 소스(410)는, 비-전도성 물질들 또는 매우 낮은 전도성을 갖거나 전도성이 거의 없는 물질들, 이를테면, 세라믹, 석영, 사파이어 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 유전체 물질들로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 소스(410)는, 전도성 물질들, 이를테면, 알루미늄, 스테인리스 강 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 금속들로 형성될 수 있고, 자기 유도 플라즈마 시스템(400)은, 플라즈마 소스(410)의 구획 또는 구획들을 형성하는 하나 이상의 유전체 구획 또는 유전체 브레이크(dielectric break)(440)를 더 포함할 수 있다. 어느 구성에 대해서든, 플라즈마 소스(410)는 폐쇄된 전도성 몸체를 형성하지 않을 수 있고, 유도된 전기장(E)은, 도 4b 및 도 4e에 도시된 바와 같이 플라즈마를 형성하기 위해 플라즈마 소스(410)에 공급될 수 있는 가스 또는 가스 혼합물을 점화 또는 이온화하기 위한 임계 값으로 증가할 수 있다. 일단 플라즈마가 점화될 수 있으면, 도 4c 및 도 4f에 도시된 바와 같이, 이온화된 또는 대전된 플라즈마 생성물들의 적어도 일부분이 플라즈마 소스(410) 내부에서 순환되어 폐쇄 루프 전류(450)를 형성할 수 있다. 그 때, 코일들(430) 및 플라즈마 전류(450)는 변압기의 일차 코일 및 이차 코일이 동작할 수 있는 방식과 유사한 방식으로 동작할 수 있다. 전기 에너지가 코일들(430)에 지속적으로 공급될 수 있으므로, 공급된 전기 에너지는 플라즈마 전류(450)에 전달될 수 있고, 안정한 플라즈마가 유지될 수 있다.
도 4d를 참조하면, 자기 몸체(424)는 외측 표면(426) 및 내측 표면(428)을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 정사각형 형상 단면을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 외측 표면(426) 및 내측 표면(428)은 다른 다각형 형상 단면들, 원형, 또는 난형 단면들 등을 포함할 수 있다. 원형 또는 난형 단면들을 갖는 자기 몸체들(424)은 자기 몸체(424) 내부에 생성된 자기 플럭스를 실질적으로 모두 수용하고 누설 플럭스를 제한하거나 방지할 수 있으며, 그에 의해 자기 유도 플라즈마 시스템(400)의 효율이 개선되는 반면, 다각형 단면들을 갖는 자기 몸체들(424)의 모서리들에서는 코일들(430)에 의해 생성된 자기 플럭스가 이탈하거나 누설될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 폐쇄 루프들을 형성하는 자기 몸체들(424)은 일반적으로, 폐쇄 루프들을 형성하지 않는 개방형 자기 몸체들과 비교하여, 자기 플럭스가 폐쇄 루프를 형성하지 않을 수 있고 플라즈마를 생성하기 위한 전기장을 유도함이 없이 이탈할 수 있기 때문에, 자기 유도 플라즈마 시스템(400)에 대해 더 높은 효율을 제공할 수 있다.
도 4a 내지 도 4f에 도시되진 않지만, 플라즈마 소스(410)는, 자기 요소(420)의 단면 형상들과 유사한 또는 상이한 단면 형상들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 소스(410)는, 정사각형 또는 다른 다각형 단면들을 포함할 수 있는 내측 및 외측 표면들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 소스(410)는, 원형 또는 난형 단면들을 포함할 수 있는 내측 및 외측 표면들을 포함할 수 있고, 플라즈마 소스(410)는 원형 튜브로서 형성될 수 있다.
자기 요소들(420)은, 다양한 위치들 또는 방위각들로 플라즈마 소스(410) 주위에 위치될 수 있다. 도 4a 내지 도 4c는, 자기 유도 플라즈마 시스템(400)이 4개의 자기 요소(420)를 포함할 수 있음을 예시한다. 자기 유도 플라즈마 시스템(400)은 4개보다 더 많거나 더 적은 자기 요소(420)를 포함할 수 있지만, 적어도 하나의 자기 요소(420)를 포함할 수 있다. 자기 요소들(420)은, 임의의 2개의 인접한 자기 요소(420) 사이의 방위각이 동일할 수 있도록 서로로부터 동일한 거리로 플라즈마 소스(410)의 토로이드 연장부를 따라 위치될 수 있다. 예컨대, 도 4a 내지 도 4c에 도시된 실시예에서, 자기 유도 플라즈마 시스템(400)은 4개의 자기 요소(420)를 포함할 수 있고, 임의의 2개의 인접한 자기 요소(420)는, 플라즈마 소스(410)의 토로이드 연장부의 약 1/4의 거리만큼 또는 약 90 도의 방위각만큼 서로 떨어져 위치될 수 있다.
자기 유도 플라즈마 시스템(400)이 포함할 수 있는 자기 요소(420)의 수에 따라, 임의의 2개의 인접한 자기 요소(420) 사이의 방위각이 90 도보다 크거나 그보다 작을 수 있고, 임의의 2개의 인접한 자기 요소(420) 사이의 거리가 플라즈마 소스(410)의 토로이드 연장부의 1/4보다 크거나 그보다 작을 수 있다. 도 4a 내지 도 4c는, 자기 요소들(420)이 동일한 거리로 또는 동일한 방위각으로 이격될 수 있음을 예시하지만, 일부 실시예들에서, 자기 요소들(420)은 동일하지 않은 거리 또는 동일하지 않은 방위각으로 이격될 수 있다. 다시 말해서, 플라즈마 소스(410)의 토로이드 연장부를 따른 2개의 인접한 자기 요소(420) 사이의 거리 또는 2개의 인접한 자기 요소(420) 사이의 방위각은, 다른 2개의 인접한 자기 요소(420) 사이의 거리 또는 방위각과 상이할 수 있다. 그러나, 동일한 거리 또는 방위각으로 자기 요소들(420)을 위치시키는 것은, 플라즈마 소스(410) 내부에 생성되는 플라즈마 생성물들의 균일성을 개선할 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 포함된 자기 요소(420)의 수에 관계없이, 자기 요소들은 플라즈마 소스(410) 둘레에 등거리로 이격될 수 있다.
하나의 유전체 구획(440)만이 도 4a 내지 도 4c에 도시되지만, 자기 유도 플라즈마 시스템(400)은 하나 초과의 유전체 구획(440)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 자기 유도 플라즈마 시스템(400)은, 자기 요소들(420)과 동일한 수의 유전체 구획들(440)을 포함할 수 있다. 다수의 유전체 구획들(440)이 플라즈마 소스(410)의 토로이드 연장부를 따라 동일한 거리 또는 동일하지 않은 거리들로 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 자기 유도 플라즈마 시스템(400)은 자기 요소들(420)보다 더 많은 유전체 구획들(440)을 포함할 수 있다. 도 4a 내지 도 4c에 도시된 실시예에서, 자기 요소들(420) 각각은, 유전체 구획(440)과 상이한 방위각으로 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 자기 요소들(420) 중 적어도 하나는 유전체 구획(440)과 동일한 방위각으로 위치되거나 그와 정렬될 수 있다. 자기 유도 플라즈마 시스템(400)이 동일한 수의 자기 요소들(420) 및 유전체 구획들(440)을 포함할 수 있는 실시예들에서, 각각의 자기 요소(420)는 유전체 구획(440)과 정렬될 수 있다.
도 5a는, 위에 설명된 처리 챔버(200)에서 사용되거나 그에 통합될 수 있는 자기 유도 플라즈마 시스템(500)의 실시예의 사시도를 개략적으로 예시한다. 자기 유도 플라즈마 시스템(500)은, 실질적인 토로이드 형상을 정의하는 플라즈마 소스(510)를 포함할 수 있다. 도 5a에 도시되진 않지만, 도 5a에 도시된 실시예의 설명을 위해, 도 4a에 도시된 바와 같은 토로이드 축, 반경 방향, 방위각 방향, 및 토로이드 연장부 또는 방향을 포함하는 유사한 참조들이 사용될 수 있다. 반경 방향을 따라 측정되는 폭 치수를 갖는 토로이드 연장부를 따른 균일하거나 일관된 폭 치수, 및 토로이드 축과 평행하게 측정된 균일하고 일관된 높이 치수를 포함할 수 있는 도 4a 내지 도 4c에 도시된 플라즈마 소스(410)와 상이하게, 플라즈마 소스(510)는 토로이드 연장부를 따른 가변적인 높이 치수들 및/또는 가변적인 폭 치수들을 포함할 수 있다. 구체적으로, 플라즈마 소스(510)는, 금속 구획들이거나 이를 포함할 수 있는 하나 이상의 제1 구획(515), 및 유전체 구획들 또는 유전체 브레이크들이거나 이를 포함할 수 있는 하나 이상의 제2 구획(540)을 포함할 수 있다. 제1 구획들(515) 및 제2 구획들(540)은, 제1 구획들(515)이 제2 구획들(540)에 의해 서로 전기적으로 격리 또는 절연될 수 있도록 교번하는 방식으로 배열될 수 있다. 제1 구획들(515) 및 제2 구획들(540)은 서로 상이한 폭 및 높이 치수들을 포함할 수 있다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 제1 구획들(515)은 각각 제1 폭 치수를 포함할 수 있고, 제2 구획들(540)은 각각 제1 폭 치수보다 작을 수 있는 제2 폭 치수를 포함할 수 있다. 제1 구획들(515)은 각각 제1 높이 치수를 더 포함할 수 있고, 제2 구획(540)은 각각 제1 높이 치수보다 작을 수 있는 제2 높이 치수를 더 포함할 수 있다. 따라서, 제2 구획들(540)은 하나 이상의 환형 함몰부를 정의할 수 있으며, 이들 각각은, 도 5a의 선(5B-5B)을 따라 본 제2 구획(540)의 단면도를 예시하는 도 5b에 도시된 바와 같이, 자기 요소(520)의 적어도 일부분을 내부에 수용하도록 구성될 수 있다. 각각의 제2 구획(540)은, 각각의 제2 구획(540)의 대향하는 단부들에서 플랜지들(542a, 542b)의 쌍(도 5a에 도시됨)을 더 포함할 수 있다. 플랜지들(542)은, 각각의 제2 구획(540)을 2개의 인접한 제1 구획(515)과 결합시키도록 구성될 수 있다. 예컨대, 제1 구획들(515) 각각은, 대향하는 단부들에 내측 립들 또는 플랜지들이 있도록 구성될 수 있다. 제2 구획들(540)의 플랜지들(542) 및 제1 구획들(515)의 내측 립들 또는 플랜지들은, 볼트들, 스크류들, 아교, 접착제, 용접, 경납땜, 및 임의의 적합한 접착 또는 결합 메커니즘을 통해 서로 결합될 수 있다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 제2 구획들(540)은 각각 원통형 몸체로서 형성될 수 있다. 자기 요소들(520)은 또한 각각, 제2 구획(540)과 동심으로 위치될 수 있는 원통형 몸체로서 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 구획들(540) 및/또는 자기 요소들(520)은 다각형일 수 있는 단면 형상들로 형성될 수 있다. 위에 논의된 바와 같이, 원형 또는 난형 형상 자기 요소들(520)은 자기 플럭스 누설을 제한할 수 있고, 그에 의해, 자기 유도 플라즈마 시스템(500)의 효율을 개선한다. 따라서, 자기 요소들은, 일부 실시예들에서, 타원형 단면들에 의해 특성화될 수 있다.
도 5c는, 도 5a의 선(5C-5C)을 따라 본 제1 구획(515)의 단면도를 예시한다. 도 5c에 도시된 바와 같이, 제1 구획들(515)은 각각 직사각형 또는 정사각형 단면을 포함할 수 있다. 제1 구획들(515) 각각은 제1 벽 또는 내측 벽(512), 제2 벽 또는 외측 벽(514), 제3 벽 또는 상부 벽(516), 및 제4 벽 또는 하부 벽(518)을 포함할 수 있다. 각각의 제1 구획(515)의 폭 치수는, 내측 및 외측 벽들(512, 514)의 외측 표면들 사이의 거리에 의해 정의될 수 있다. 각각의 제1 구획(515)의 높이 치수는, 상부 및 하부 벽들(516, 518)의 외측 표면들 사이의 거리에 의해 정의될 수 있다.
일부 실시예들에서, 적어도, 각각의 제1 구획(515)의 높이 치수는 대략 각각의 자기 요소(520)의 외경이거나 그보다 크도록 구성될 수 있으며, 이에 따라, 자기 요소들(520)이 제2 구획들(540) 주위에 위치되고 제2 구획들(540)에 의해 정의된 환형 함몰부들 내에 적어도 부분적으로 수용될 수 있을 때, 자기 요소(520)는 제1 구획(515)의 상부 벽(516) 위로 또는 하부 벽(518) 아래로 연장되지 않을 수 있다. 이러한 구성으로, 자기 유도 플라즈마 시스템(500)이 챔버 시스템(200)에 통합될 수 있을 때, 제1 구획들(515)의 상부 벽들(516) 및 하부 벽들(518)은 다른 챔버 구성요소들 및/또는 자기 유도 플라즈마 시스템(500)을 지지하기 위한 지지 또는 하중-지탱 표면들을 제공할 수 있는 반면, 자기 요소들(520)은 챔버 시스템(200)의 인접한 또는 인근의 챔버 구성요소들과 접촉하거나 그 중량을 지탱하지 않을 수 있다. 추가로, 자기 요소들(520)이 상부 및 하부 벽들(516, 518)을 넘어 연장되지 않을 수 있기 때문에, 자기 유도 플라즈마 시스템(500)의 최상위 및 최하위 표면 프로파일들은 실질적으로, 실질적으로 평평할 수 있는 상부 및 하부 벽들(516, 518)에 의해 각각 정의될 수 있다. 이러한 프로파일은, 몇몇 구성요소들이 판형 구조 또는 평면형 표면, 이를테면, 면판(217), 이온 억제기(223), 샤워헤드(225) 등을 포함할 수 있다는 것을 고려하면, 챔버 시스템(200)과의 자기 유도 플라즈마 시스템(500)의 상용성을 개선할 수 있다.
도 5a에 도시되진 않지만, 제1 구획들(515)은, 내부에 플라즈마를 생성하기 위해 플라즈마 소스(510) 내로 하나 이상의 전구체를 도입하거나 유동시키기 위한, 상부 벽들(516)에 형성되는 애퍼쳐들을 포함할 수 있다. 제1 구획들(515)은, 플라즈마 소스(510) 내부에 생성된 플라즈마 생성물들의 적어도 부분들을 방출하기 위한, 하부 벽들(518)에 형성되는 애퍼쳐들을 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 구획들(515)은 상부 및 하부 벽들(516, 518)을 포함하지 않을 수 있다. 플라즈마 소스(510)는, 내측 및 외측 벽(512, 514)에 의해 부분적으로 그리고 챔버 시스템(200)의 챔버 구성요소들의 인접한 판들 또는 표면들에 의해 부분적으로 형성될 수 있다.
도 4a 내지 도 4f 및 도 5a 내지 도 5c에서 도시된 실시예들의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본원에서 사용되는 토로이드 또는 토로이드 형상이라는 용어는, 토로이드 형상의 연장부를 따라 균일하거나 일관된 폭 및/또는 높이 치수들을 갖는 원환체 또는 토로이드 형상으로 제한되지 않는다. 추가로, 일부 실시예들에서, 토로이드 형상은, 도 4a 내지 도 4f에 도시된 실시예들과 같이 토로이드 형상의 연장부를 따라 일관되거나 유사한 단면들을 포함할 수 있는 한편, 일부 실시예들에서, 토로이드 형상은, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 실시예들과 같이 토로이드 형상의 연장부를 따라 가변적인 단면들을 포함할 수 있다. 더욱이, 일부 실시예들에서, 토로이드 연장부는, 도 4a에 도시된 실시예의 토로이드 연장부와 같이 실질적인 원형 형상을 정의할 수 있는 한편, 토로이드 연장부는, 하나 이상의 원호 및 하나 이상의 실질적인 직선 세그먼트를 포함할 수 있는 다면 형상을 정의할 수 있다. 예컨대, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 실시예들의 제1 구획들(515)은 궁형 연장부들이거나 이를 포함할 수 있는 한편, 제2 구획들(540)은 실질적인 직선 연장부들이거나 이를 포함할 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 플라즈마 소스는 궁형 구획들을 포함하지 않을 수 있고, 제1 및/또는 제2 구획들 둘 모두는 실질적인 직선 연장부들이거나 이를 포함할 수 있다. 따라서, 플라즈마 소스는 모든 궁형 구획들, 모든 실질적인 직선 구획들, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
도 6a는, 자기 유도 플라즈마 시스템(610)을 포함할 수 있는 예시적인 공정 챔버 시스템(600)의 선택적 구성요소들을 예시한다. 공정 챔버 시스템(600)은, 자기 유도 플라즈마 시스템(610)의 상류에 위치된 가스 유입구 조립체(605) 및 면판(617), 및 자기 유도 플라즈마 시스템(610)의 하류에 위치된 가스 분배 구성요소(615)를 더 포함할 수 있다. 공정 챔버 시스템(600)은 도 2a를 참조하여 설명된 것들과 유사한 가스 분배 구성요소(615), 이를테면 하나 이상의 가스 분배 구성요소의 하류의 부가적인 구성요소들, 기판 처리 영역을 정의하는 다양한 구성요소들, 기판 지지부 등을 포함할 수 있으며, 이들은 도 6a에 예시되지 않지만, 예시된 구성요소들을 포함하는 챔버 내에 포괄될 것으로 용이하게 인식될 것이다.
막 식각, 증착, 및/또는 다른 반도체 공정들 동안, 하나 이상의 전구체가 가스 유입구 조립체(605)를 통해 가스 공급 영역(658) 내로 유동될 수 있다. 전구체들은, 공정 가스들, 처리 가스들, 캐리어 가스들, 또는 반도체 처리를 위한 임의의 적합한 가스 또는 가스 혼합물들을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 반도체 처리에 유용할 수 있는 임의의 가스 또는 유체를 포함할 수 있다. 면판(617)은, 가스 공급 영역(658)으로부터 자기 유도 플라즈마 시스템(610) 내로의 전구체들의 균일한 분배를 용이하게 할 수 있다. 도 2a 및 도 2b를 참조하여 위에 설명된 면판(217)과 유사하게, 면판(617)은, 유동을 실질적인 단방향 방식으로 지향시키도록 구성되는 애퍼쳐들(659)을 포함할 수 있으며, 이에 따라, 전구체들은 자기 유도 플라즈마 시스템(610) 내로 유동할 수 있지만, 면판(617)을 횡단한 후의 가스 공급 영역(658) 내로의 역류는 부분적으로 또는 완전히 방지될 수 있다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 자기 유도 플라즈마 시스템(610)은, 면판(617)의 부분들 또는 선택적 영역들 또는 영역들과만 정렬되거나 교차할 수 있는 하나 이상의 유동 통로(612)를 정의할 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 애퍼쳐들(659)은, 도 6a에 도시된 바와 같이, 정의된 유동 통로들(612)에 대응하는 면판(617)의 선택적 영역들에만 형성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 애퍼쳐들(659)은, 선택적 영역들 외부에, 이를테면, 면판(617)의 실질적인 전체 표면 영역 또는 중앙 영역에 걸쳐 또는 그 전체에 걸쳐 형성될 수 있다. 자기 유도 플라즈마 시스템(610) 내로 전구체들의 유동을 지향시키거나 자기 유도 플라즈마 시스템(610) 외부로의 전구체들의 유동을 제한하거나 방지하기 위해, 공정 챔버(600)는 임의적으로 중간 판(614)을 포함할 수 있다. 중간 판(614)은, 선택적 영역들 외부에 형성된 애퍼쳐들(659)을 통한 전구체들의 유동을 방지하거나 차단하기 위해, 면판(617)의 하류에 면판(617)과 접하는 관계로 위치될 수 있다. 중간 판(614)은, 자기 유도 플라즈마 시스템(610) 내로 전구체들이 유동할 수 있게 하기 위해 자기 유도 플라즈마 시스템(610)에 의해 정의된 유동 통로들(612)의 개구들과 정렬될 수 있는 하나 이상의 절단부(616)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 중간 판(614)은, 구성요소에 걸친 더 균일한 애퍼쳐 분포를 정의하는 면판 설계들에 대한 개장(retrofit) 동작들을 용이하게 할 수 있지만, 일부 실시예들에서 중간 판(614)은 생략될 수 있다.
단일 판이 도 6a에 예시되지만, 가스 분배 구성요소(615)는, 자기 유도 플라즈마 시스템(610) 내부에 생성된 플라즈마 생성물들의 기판 처리 영역 내로의 하류로의 분배를 제어할 수 있는 하나 이상의 판을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 가스 분배 구성요소(615)는, 자기 유도 플라즈마 시스템(610)으로부터의 활성화된 가스의 통과를 제어하도록 구성되는, 도 2를 참조하여 위에 설명된 이온 억제기(223)와 유사한 이온 억제기를 포함할 수 있다. 활성화된 가스는, 이온성, 라디칼, 및/또는 중성 종들을 포함할 수 있으며, 이들은 또한 총괄적으로 플라즈마 생성물들로 지칭될 수 있다. 이온 억제기(223)와 유사하게, 가스 분배 구성요소(615)의 이온 억제기는, 대전되지 않은 중성 또는 라디칼 종들이 이온 억제기를 통과하는 것을 허용하면서 자기 유도 플라즈마 시스템(610) 밖으로의 대전된 입자들 또는 종들의 이동을 제어 또는 억제하기 위한 다양한 애퍼쳐 구성들을 갖는 천공된 판을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 가스 분배 구성요소(615)는, 도 2를 참조하여 위에 설명된 가스 분배 조립체 또는 이중 채널 샤워헤드(225)와 유사한 가스 분배 조립체 또는 샤워헤드를 더 포함할 수 있다. 가스 분배 구성요소(615)의 샤워헤드는, 전구체들이 샤워헤드를 빠져나갈 때의 그들의 고른 혼합을 용이하게 하면서, 처리 영역으로 전달되기 전에 기판 처리 영역 외부로의 다양한 전구체들의 분리를 허용할 수 있다.
이온 억제기 및 샤워헤드 둘 모두가 가스 분배 구성요소(615)가 포함할 수 있는 예시적인 부분들로서 본원에 설명되지만, 일부 실시예들에서, 가스 분배 구성요소(615)는 이온 억제기 또는 샤워헤드 중 하나만을 포함하고 다른 하나는 포함하지 않을 수 있거나, 이온 억제기 또는 샤워헤드 중 어느 하나를 포함하지 않을 수 있다. 일부 실시예들에서, 가스 분배 구성요소(615)는 다른 적합한 판들 또는 가스 분배 제어 메커니즘들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 가스 분배 구성요소(615)는 임의의 가스 분배 제어 메커니즘을 포함하지 않을 수 있다. 일부 실시예들에서, 공정 챔버 시스템(600)은 가스 분배 구성요소(615)를 전혀 포함하지 않을 수 있다. 다시 말해서, 자기 유도 플라즈마 시스템(610) 내부에 생성된 플라즈마는, 임의의 분배 제어 또는 필터링 메커니즘을 통과함이 없이 기판 처리 영역 내로 직접 분배될 수 있다.
도 6b 및 도 6c를 참조하여, 자기 유도 플라즈마 시스템(610)이 더 상세히 설명될 것이다. 도 6b는 자기 유도 플라즈마 시스템(610)의 상부 사시도를 도시하고, 도 6c는 도 6b의 선(6C-6C)을 따라 본 자기 유도 플라즈마 시스템(610)의 단면도를 도시한다. 도 6b 및 도 6c에 도시되진 않지만, 도 6b 및 도 6c에 도시된 실시예의 설명을 위해, 도 4a에 도시된 바와 같은 토로이드 축, 반경 방향, 방위각 방향, 및 토로이드 연장부 또는 방향을 포함하는 유사한 참조들이 사용될 수 있다. 도 6b 및 도 6c에 도시된 실시예들과 도 4a 내지 도 5c에 도시된 실시예들 사이의 하나의 차이는, 자기 유도 플라즈마 시스템(610)이 2개의 플라즈마 소스, 즉, 제1 플라즈마 소스(620) 및 제2 플라즈마 소스(630)를 포함할 수 있다는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 플라즈마 소스(620)는 앞서 설명된 소스들이거나 그들의 특성들 중 임의의 특성을 포함할 수 있고, 제1 플라즈마 소스(620)의 내측 환형 반경 내에 제2 플라즈마 소스(630)를 포함할 수 있다. 제1 플라즈마 소스(620) 및 제2 플라즈마 소스(630)는 공통 중심 및 공통 토로이드 축을 갖는 2개의 토로이드 형상을 정의할 수 있다. 제2 플라즈마 소스(630)는 제1 플라즈마 소스(620)로부터 반경방향으로 내측에 위치될 수 있다. 따라서, 제1 플라즈마 소스(620)는 또한 외측 플라즈마 소스(620)로 지칭될 수 있고, 제2 플라즈마 소스(630)는 또한 내측 플라즈마 소스(630)로 지칭될 수 있다.
도 6b를 참조하면, 제1 및 제2 플라즈마 소스들(620, 630) 각각은 다수의 구획들을 포함할 수 있다. 제1 플라즈마 소스(620)는, 전도성 구획들이거나 이를 포함할 수 있는 하나 이상의 제1 구획(622), 및 유전체 구획들 또는 유전체 브레이크들이거나 이를 포함할 수 있는 하나 이상의 제2 구획(624)을 포함할 수 있으며, 이들은, 제1 구획들(622)이 제2 구획들(624)에 의해 서로 전기적으로 격리 또는 절연될 수 있도록 교번하는 방식으로 배열된다. 제1 구획들(622) 및 제2 구획들(624)은, 제1 플라즈마 순환 채널을 정의하도록 서로 유체유동적으로 결합될 수 있다. 플라즈마 생성물들의 이온화된 또는 대전된 종들의 적어도 일부분은 제1 플라즈마 순환 채널의 내부에서 순환할 수 있고, 제1 플라즈마 소스(620)의 토로이드 연장부를 따라, 적어도, 제1 구획들(622)의 일부분 또는 부분들 및/또는 제2 구획(624)의 일부분 또는 부분들을 통과할 수 있다.
유사하게, 제2 플라즈마 소스(630)는, 전도성 구획들이거나 이를 포함할 수 있는 하나 이상의 제3 구획(632), 및 유전체 구획들 또는 유전체 브레이크들이거나 이를 포함할 수 있는 하나 이상의 제4 구획(634)을 포함할 수 있으며, 이들은, 제3 구획들(632)이 제4 구획들(634)에 의해 서로 전기적으로 격리 또는 절연될 수 있도록 교번하는 방식으로 배열된다. 제3 구획들(632) 및 제4 구획들(634)은, 제2 플라즈마 순환 채널을 정의하도록 서로 유체유동적으로 결합될 수 있다. 제2 플라즈마 소스(630) 내부에 생성된 플라즈마 생성물들의 이온화된 또는 다른 대전된 종들의 적어도 일부분은, 제2 플라즈마 소스(630)의 토로이드 연장부를 따라, 적어도, 제3 구획들(632)의 일부분 또는 부분들 및/또는 제4 구획(634)의 일부분 또는 부분들을 통해 순환할 수 있다.
도 6b에 도시된 실시예들에서, 제1 플라즈마 소스(620)는 4개의 제1 구획(622) 및 4개의 제2 구획(624)을 포함할 수 있고, 제2 플라즈마 소스(630)는 2개의 제3 구획(632) 및 2개의 제4 구획(634)을 포함할 수 있다. 제1 플라즈마 소스(620)에 대해 4개의 제1 구획(622) 및 4개의 제2 구획(624)이 도시되지만, 제1 플라즈마 소스(620)는 더 많거나 더 적은 제1 구획(622) 및/또는 제2 구획(624)을 포함할 수 있다. 유사하게, 제2 플라즈마 소스(630)에 대해 2개의 제3 구획(632) 및 2개의 제4 구획(634)이 도시되지만, 제2 플라즈마 소스(630)는 더 많거나 더 적은 제3 구획(632) 및/또는 제4 구획(634)을 포함할 수 있다.
제1 플라즈마 소스(620)의 4개의 제2 구획(624)은 제1 플라즈마 소스(620)의 토로이드 연장부를 따라 서로로부터 동일한 거리로 위치될 수 있고, 약 90 도의 방위각만큼 서로로부터 떨어져 위치될 수 있다. 제2 플라즈마 소스(630)의 2개의 제4 구획(634)이 또한 제2 플라즈마 소스(630)의 토로이드 연장부를 따라 서로로부터 동일한 거리로 위치될 수 있고, 약 180 도의 방위각만큼 서로로부터 떨어져 위치될 수 있다. 부가적으로, 제2 플라즈마 소스(630)의 제4 구획들(634) 각각은, 제1 플라즈마 소스(620)의 제2 구획들(624) 각각과 상이한 방위각으로 위치될 수 있다. 제2 플라즈마 소스(630)의 제4 구획들(634)은, 제1 플라즈마 소스(620)의 2개의 인근 제2 구획(624)의 방위각들과 약 45 도 또는 임의의 다른 적합한 각도만큼 상이한 방위각으로 위치될 수 있다. 제1 플라즈마 소스(620)의 제2 구획들(624) 및 제2 플라즈마 소스(630)의 제4 구획들(634)을 상이한 방위각들로 위치시키는 것은, 특히, 플라즈마 점화 기간 동안 높은 전압들이 인가될 수 있을 때, 제1 플라즈마 소스(620)의 제1 구획들(622)과 제2 플라즈마 소스(630)의 제3 구획들(632) 사이의 간섭 또는 아킹 문제들을 제한할 수 있다.
개개의 제1 및 제2 플라즈마 소스들(620, 630)의 토로이드 연장부를 따른 각각의 제1 구획(622)의 연장부 및 각각의 제3 구획(632)의 연장부는 궁형 형상에 의해 특성화될 수 있는 한편, 각각의 제2 구획(624)의 연장부 및 각각의 제4 구획(634)의 연장부는 실질적으로 직선일 수 있다. 제1 플라즈마 소스(620)에 관하여, 각각의 제1 구획(622)의 연장부 대 각각의 제2 구획(624)의 연장부의 비는 약 1.5:1, 2:1, 2.5:1, 3:1, 3.5:1, 4:1, 4.5:1, 5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1, 10:1 이상이거나 그보다 클 수 있다. 제2 플라즈마 소스(630)에 관하여, 각각의 제3 구획(632)의 연장부 대 각각의 제4 구획(634)의 연장부의 비는 약 1.5:1, 2:1, 2.5:1, 3:1, 3.5:1, 4:1, 5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1, 10:1 이상이거나 그보다 클 수 있다. 궁형 제1 구획들(622) 대 실질적으로 직선인 제2 구획들(624)의 연장부의 비가 클수록, 또는 궁형 제3 구획들(632) 대 실질적으로 직선인 제4 구획들(634)의 연장부의 비가 클수록, 플라즈마 전류의 순환을 용이하게 하기 위해 원형과 비슷할 수 있는 플라즈마 전류에 대한 제1 및 제2 플라즈마 소스들(620, 630) 내부의 순환 채널이 가까워지고, 내부에 생성된 플라즈마가 안정해지고 균일해질 수 있다. 그러나, 제2 및/또는 제4 구획들(624, 634)의 연장부는, 제2 또는 제4 구획(624, 634)의 양측과 결합된 제1 및/또는 제3 구획들(622, 632) 사이의 잠재적 아크 장애들 또는 특히 플라즈마 점화 동안 높은 전압에 의해 야기될 수 있는 다른 아킹 문제들이 제한 또는 제거될 수 있도록, 적어도 임계 값을 초과하여 유지될 수 있다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 플라즈마 소스(510)의 제2 구획들(540)과 유사하게, 제2 및/또는 제4 구획들(624, 634) 각각은, 자기 요소(도 6b 및 도 6c에 도시되지 않음)의 적어도 일부분을 내부에 수용하기 위한 환형 함몰부를 정의할 수 있다. 위에 논의된 바와 같이, 환형 함몰부들은, 자기 요소들이 내부에 수용될 수 있을 때, 자기 유도 플라즈마 시스템(610)이 챔버 시스템(600)에 통합될 수 있을 때에는 자기 요소들이 상부 및 하부 챔버 구성요소들과 접촉하지 않을 수 있도록 구성될 수 있다. 코일들은 각각의 자기 요소의 적어도 일부분 둘레에 권취될 수 있다. 제1 플라즈마 소스(620) 및 제2 플라즈마 소스(630) 각각 내부에 플라즈마를 생성하기 위한 전기 에너지가 코일들에 공급될 수 있다. 일단 제1 및 제2 플라즈마 소스들(620, 630) 내부에 플라즈마가 생성될 수 있으면, 플라즈마 생성물들의 이온화된 또는 대전된 종들의 적어도 일부분은 제1 및 제2 플라즈마 소스들(620, 630)의 토로이드 연장부를 따라 유도된 전기장 하에서 제1 및 제2 플라즈마 채널들 내부에서 순환할 수 있는 한편, 생성물들의 중성 또는 라디칼 종들뿐만 아니라 이온화된 또는 대전된 종들의 일부분은 유동 통로들(612)을 통해 기판 처리 영역 내로 유동할 수 있다.
도 6b를 참조하고, 제1 플라즈마 소스(620)의 제1 구획들(622) 및 제2 구획들(624)을 예로서 사용하여, 제1 구획들(622)과 제2 구획들(624) 사이의 결합 및 제3 구획들(632)과 제4 구획들(634) 사이의 결합이 더 상세히 설명될 것이다. 제2 구획들(624) 각각은, 제1 플라즈마 소스(620)의 토로이드 연장부를 따라 배향되는 중공 원통형 몸체(640), 및 중공 원통형 몸체(640)의 대향하는 단부들에 구성되는 2개의 플랜지(642a, 642b)를 포함할 수 있다. 제1 구획들(622) 각각은, 제1 플라즈마 소스(620)의 토로이드 축과 평행하게 연장되는 궁형 튜브형 몸체(644)를 포함할 수 있다. 궁형 튜브형 몸체(644)는, 도 6a를 참조하여 위에 설명된 유동 통로들(612) 중 하나 이상을 정의할 수 있다. 유동 통로들(612)은, 실질적으로 일관된 폭 치수를 포함할 수 있다. 따라서, 전구체들이 제1 플라즈마 소스(620) 내로 유동하기 위한 각각의 제1 구획(622)의 개구, 및 생성된 플라즈마 생성물들을 방출하기 위한 각각의 제1 구획(622)의 개구는, 궁형 튜브형 몸체(644)와 실질적으로 동일한 폭 치수들을 포함할 수 있으며, 폭 치수들은 반경 방향을 따라 측정된다.
제1 구획(622)은, 궁형 제1 또는 내측 벽(646), 궁형 제2 또는 외측 벽(648), 및 내측 벽(646) 및 외측 벽(648)의 단부들을 연결하는 2개의 측벽(650)(도 6b에서 하나만 라벨링됨)을 포함할 수 있다. 내측 벽(646), 외측 벽(648), 및 측벽들(650)은 함께 튜브형 몸체(644)를 형성할 수 있다. 측벽들(650) 각각은 자신을 통해 형성되는 애퍼쳐(652)를 포함할 수 있으며, 이는, 제1 구획들(622)과 제2 구획들(624) 사이의 유체 연통이 설정될 수 있도록 인접한 제2 구획들(624)의 원통형 몸체들(640)의 중공 중심들과 정렬될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 구획(622)의 측벽들(650)은, 제2 구획들(624)의 플랜지들(642)과 결합되기 위한 충분한 표면 영역을 제공하기 위한 플랜지형 또는 외측으로 테이퍼링된 부분들(654)을 포함할 수 있다. 제1 구획(622)의 측벽들(650) 및 제2 구획들(624)의 플랜지들(642)은, 볼트들, 스크류들, 아교, 접착제, 용접, 경납땜, 및 임의의 적합한 접착 또는 결합 메커니즘을 통해 서로 결합될 수 있다. 가스 누설을 방지하기 위해, 각각의 측벽(650)의 외부 표면은, 제1 구획들(622) 및 제2 구획들(624)이 서로 결합될 수 있을 때 그들 사이에 밀봉을 생성하기 위해 플랜지들(642)에 대하여 눌러질 수 있는 밀봉 링, 이를테면 O-링 또는 임의의 다른 적합한 밀봉 요소들을 수용하기 위한 환형 함몰부(656)(도 6c에 도시됨)를 갖게 형성될 수 있다.
도 6c를 참조하면, 제1 구획들(622) 각각은, 반경 방향을 따른 내측 벽(646) 및 외측 벽(648)의 내측 표면들 사이의 거리로서 정의될 수 있는 내측 폭 치수를 포함할 수 있다. 제2 구획들(624) 각각은, 원통형 몸체(640)의 내경으로서 정의될 수 있는 내경을 포함할 수 있다. 각각의 제1 구획(622)의 내측 폭 치수는 각각의 제2 구획(624)의 내경과 실질적으로 동일하거나 유사할 수 있으며, 이에 따라, 제1 플라즈마 소스(620) 내부에서의 플라즈마 생성물들의 이온화된 또는 대전된 종들의 유동이 내부에 생성된 플라즈마를 유지하는 데 용이해질 수 있다. 제1 구획들(622) 각각은, 토로이드 축과 평행한 제1 구획들(622)의 연장부로서 정의될 수 있는 높이 치수를 포함할 수 있다. 각각의 제1 구획(622)의 높이 치수는, 각각의 제1 구획(622)의 내측 폭 치수 또는 각각의 제2 구획들(624)의 내경과 유사하거나 그보다 클 수 있다. 각각의 제1 구획(622)의 높이 치수 대 그의 내측 폭 치수 또는 각각의 제2 구획(624)의 내경의 비는 약 1:1, 1.5:1, 2:1, 2.5:1 3:1 이상이거나 그보다 클 수 있다. 제2 플라즈마 소스(630)의 제3 구획들(632) 각각은 제1 플라즈마 소스(620)의 제1 구획들(622)의 것들과 동일하거나 유사한 내측 폭 치수 및 높이 치수를 갖도록 구성될 수 있고, 제2 플라즈마 소스(630)의 제4 구획들(634)은 제1 플라즈마 소스(620)의 제2 구획들(624)의 내경과 동일하거나 유사한 내경을 갖도록 구성될 수 있다. 결과적으로, 각각의 제3 구획(632)의 높이 치수는, 제2 플라즈마 소스(630)의 각각의 제3 구획(632)의 내측 폭 치수 또는 각각의 제4 구획들(634)의 내경과 유사하거나 그보다 클 수 있다. 각각의 제3 구획(632)의 높이 치수 대 그의 내측 폭 치수 또는 각각의 제4 구획(634)의 내경의 비는 약 1:1, 1.5:1, 2:1, 2.5:1 3:1 이상이거나 그보다 클 수 있다.
각각의 제1 및/또는 제3 구획들(622, 632)의 높이 치수를 그의 내측 폭 치수보다 크게 구성하고 그에 따라 각각의 제2 및/또는 제4 구획들(624, 634)의 내경보다 크게 구성하는 것은, 내부에 자기 요소들을 수용하기 위한 제2 및/또는 제4 구획들(624, 634) 주위의 환형 함몰부들을 생성할 수 있을 뿐만 아니라, 제1 및 제2 플라즈마 소스들(620, 630)의 토로이드 연장부를 따라 원통형 몸체들(640) 및 제1 및 제3 구획들(622, 632)을 통해 순환하는 플라즈마 전류를 유지하는 데 또한 도움이 될 수 있다. 이는 부분적으로, 플라즈마 전류뿐만 아니라 전류를 유도하는 전기장이 위의 면판(617)으로부터 일정 거리로 떨어져 그리고 아래의 가스 분배 구성요소(615)로부터 일정 거리로 떨어져 유지될 수 있기 때문일 수 있으며, 이들 각각은 금속들로 구성될 수 있고, 플라즈마 전류 흐름 또는 전기장에 영향을 미칠 수 있다.
일부 실시예들에서, 자기 유도 플라즈마 시스템(610)은, 궁형 튜브형 몸체들(644)의 대향하는, 예컨대 최상부 및 최하부 림들에 결합되는 유전체 링 부재들(660a, 660b)(도 6b 참조)을 더 포함할 수 있다. 유전체 링 부재들(660a, 660b)은, 자기 유도 플라즈마 시스템(610)이 챔버 시스템(600)에 포함될 수 있을 때, 제1 및 제3 구획들(622, 632)을 자기 유도 플라즈마 시스템(610)에 인접한 다른 금속 챔버 구성요소들로부터 전기적으로 격리 또는 절연시킬 수 있다. 유전체 링 부재들(660a, 660b)은, 자기 유도 플라즈마 시스템(610)이 챔버 시스템(600)에 포함될 수 있고 챔버 시스템(600)의 다른 금속 구성요소들과 접촉할 수 있을 때, 제1 구획들(622)을 추가로 서로 전기적으로 격리 또는 절연시킬 수 있고, 제3 구획들(632)을 서로 절연시킬 수 있다. 궁형 튜브형 몸체들(644)의 최상부에 결합된 유전체 링 부재들(660a)은 제1 평면형 지지 표면을 정의할 수 있고, 자기 유도 플라즈마 시스템(610)이 챔버 시스템(600)에 포함될 수 있을 때, 제1 평면형 지지 표면에서 가스 유입구 조립체(605) 또는 면판(617) 중 적어도 하나를 지지하도록 구성될 수 있다. 궁형 튜브형 몸체들(644)의 최하부에 결합된 유전체 링 부재들(660b)은 제2 평면형 지지 표면을 정의할 수 있고, 자기 유도 플라즈마 시스템(610)은 제2 평면형 지지 표면에서 가스 분배 구성요소(615)에 의해 지지될 수 있다.
도 6b 및 도 6c를 추가로 참조하면, 제1 플라즈마 소스(620)는, 제1 구획들(622)의 외측 벽들(648)에 구성되는 하나 이상의 모니터링 윈도우 또는 애퍼쳐(662)를 포함할 수 있다. 도시되진 않지만, 제2 플라즈마 소스(630)가 또한 제3 구획들(632)의 벽들에 구성되는 하나 이상의 모니터링 윈도우 또는 애퍼쳐를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 플라즈마 소스들(620, 630) 내부에 생성된 플라즈마의 특성들을 모니터링하기 위한, 광학적, 전기적, 화학적, 또는 다른 적합한 프로브들 또는 모니터링 메커니즘들이 모니터링 윈도우(662)에 결합될 수 있다. 모니터링 메커니즘에 의해 수집된 데이터는, 원하는 특성들 및/또는 조성의 플라즈마 생성물들이 생성된 안정한 플라즈마를 생성하도록 코일들에 공급되는 전력, 전류 등을 자동적으로 조정하기 위한 폐쇄 루프 또는 피드백 제어를 설정하는 데 활용될 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 본 기술의 실시예들에 따른 동작에서의 예시적인 플라즈마 시스템의 개략도들을 도시한다. 도 7a는, 도 5를 참조하여 위에 설명된 것과 유사한 자기 유도 플라즈마 시스템(710)을 포함하는 공정 챔버 시스템(700)의 상면도를 개략적으로 예시한다. 도 7b는, 직접 플라즈마 소스로서 자기 유도 플라즈마 시스템(710b)을 포함하는 공정 챔버 시스템(700b)의 단면도를 개략적으로 예시한다. 도 7c는, 원격 플라즈마 소스로서 자기 유도 플라즈마 시스템(710)을 포함하는 공정 챔버 시스템(700c)의 단면도를 개략적으로 예시한다.
도 7b를 참조하면, 자기 유도 플라즈마 시스템(710b)은, 내부에서 기판이 페디스털(730)에 의해 지지될 수 있는 기판 처리 영역(720) 바로 위에 위치될 수 있다. 하나 이상의 전구체는 가스 유입구 조립체(705)를 통해 자기 유도 플라즈마 시스템(710b) 내로 유동될 수 있다. 전구체들로부터 플라즈마를 생성하기 위한 전기 에너지를 자기 유도 플라즈마 시스템(710b)에 공급하기 위한 전원(715)이 자기 유도 플라즈마 시스템(710b)과 결합될 수 있다. 자기 유도 플라즈마 시스템(710b)은, 이온성, 라디칼, 및/또는 중성 종들뿐만 아니라 임의의 캐리어 가스들을 포함하는 플라즈마 생성물들이 처리될 기판 상에 직접 유동될 수 있도록 개방형 최하부를 갖게 구성될 수 있는 플라즈마 소스를 포함할 수 있다. 자기 유도 플라즈마 시스템(710b)을 빠져나가는 플라즈마 생성물들은, 플라즈마 생성물들이 페디스털(730)에 도달할 때까지 플라즈마 생성물들이 처리될 기판의 전체 표면 영역 상으로 확산될 수 있도록, 원뿔형 형상 체적으로 확산될 수 있다.
자기 유도 플라즈마 시스템(710b)과 페디스털(730) 사이의 거리, 처리될 기판의 크기, 및 다른 인자들에 따라, 자기 유도 플라즈마 시스템(710b)은, 플라즈마 생성물들에 의해 처리될 기판의 전체 적용범위(coverage)가 보장될 수 있고 플라즈마 생성물들을 생성하기 위한 전구체들의 낭비가 최소화될 수 있도록, 적절한 폭 치수를 갖게 구성될 수 있다. 위에 논의된 바와 같이, 폭 치수는, 내측 및 외측 벽들의 내측 표면들 사이의 거리로서 정의될 수 있으며, 도 7a에서 W로 표시된다. 일부 실시예들에서, 폭 치수는, 도 7a에서 R로 표시된 공정 챔버(700)의 반경의 약 10 % 이상일 수 있다. 일부 실시예들에서, 폭 치수는, 공정 챔버(700)의 반경(R)의 약 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 % 이상이거나 그보다 클 수 있다.
도 7c를 참조하면, 자기 유도 플라즈마 시스템(710c)은, 원격 플라즈마 소스로서 챔버 시스템(700c)에 통합될 수 있다. 챔버 시스템(700c)은, 생성되는 플라즈마 생성물들의 통과를 제어하도록 구성되는 이온 억제기(740)를 포함할 수 있다. 도 2를 참조하여 위에 논의된 이온 억제기(223)와 유사하게, 이온 억제기(740)는, 대전되지 않은 중성 또는 라디칼 종들이 이온 억제기(740)를 통과하는 것을 허용하면서 자기 유도 플라즈마 시스템(710c) 밖으로의 대전된 입자들 또는 종들의 이동을 제어 또는 억제하기 위한 다양한 애퍼쳐 구성들을 갖는 천공된 판을 포함할 수 있다. 챔버 시스템(700)은, 도 2를 참조하여 위에 설명된 가스 분배 조립체 또는 이중 채널 샤워헤드(225)와 유사한 가스 분배 조립체 또는 샤워헤드(750)를 더 포함할 수 있다. 샤워헤드(750)는, 처리 영역(720) 내로의 그리고 처리될 기판 상으로의 중성 또는 라디칼 종들의 고른 분배를 용이하게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 샤워헤드(750)는 추가로, 전구체들이 샤워헤드(750)를 빠져나갈 때의 그들의 고른 혼합을 용이하게 하면서, 처리 영역으로 전달되기 전에 기판 처리 영역(720) 외부로의 다양한 전구체들의 분리를 허용할 수 있다. 이온 억제기(740) 및/또는 샤워헤드(750)가 처리 영역(720) 내로의 그리고 기판 상으로의 선택적 플라즈마 생성물들의 고른 분배를 용이하게 할 수 있다는 것을 고려하면, 자기 유도 플라즈마 시스템(710c)은, 직접 플라즈마 소스로서 구성될 때, 자기 유도 플라즈마 시스템(710b)의 폭 치수와 유사하거나 그 미만일 수 있는 폭 치수를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 자기 유도 플라즈마 시스템(710c)의 폭 치수는, 공정 챔버(700)의 반경(R)의 약 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 % 이상이거나 그보다 클 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는 본 기술의 실시예들에 따른 동작에서의 예시적인 플라즈마 시스템의 개략도들을 도시한다. 도 8a는, 도 6을 참조하여 위에 설명된 자기 유도 플라즈마 시스템(610)과 유사한 자기 유도 플라즈마 시스템(810)을 포함하는 공정 챔버 시스템(800)의 상면도를 개략적으로 예시한다. 도 8b는, 직접 플라즈마 소스로서 자기 유도 플라즈마 시스템(810b)을 포함하는 공정 챔버 시스템(800b)의 단면도를 개략적으로 예시한다. 도 8c는, 원격 플라즈마 소스로서 자기 유도 플라즈마 시스템(810c)을 포함하는 공정 챔버 시스템(800c)의 단면도를 개략적으로 예시한다.
공정 챔버 시스템들(800b, 800c)의 구성은, 자기 유도 플라즈마 시스템(810b, 810c)이 각각 2개의 토로이드 형상 플라즈마 소스, 즉, 내측 플라즈마 소스(812) 및 외측 플라즈마 소스(814)를 포함할 수 있다는 것을 제외하고는, 각각 공정 챔버 시스템들(700b, 700c)의 구성들과 유사할 수 있다. 내측 플라즈마 소스들(812b, 812c)에 의해 생성되는 플라즈마 생성물들은 처리될 기판의 원형 중앙 영역 상으로 유동될 수 있고, 외측 플라즈마 소스들(814b, 814c)에 의해 생성되는 플라즈마 생성물들은 중앙 영역의 적어도 주변 부분을 둘러싸거나 그와 겹치는 기판의 환형 또는 외측 영역 상으로 유동될 수 있다.
내측 및 외측 플라즈마 소스들(812, 814)로부터 방출되는 플라즈마 생성물들에 의한 기판의 전체 적용범위를 보장하기 위해, 내측 및 외측 플라즈마 소스들(812, 814)의 폭 치수들은 각각 공정 챔버(800)의 반경의 약 5 %, 10 %, 15 %, 20 %, 25 %, 30 %, 35 %, 40 %, 45 % 이상이거나 그보다 클 수 있다. 도 8c의 실시예에서, 이온 억제기(840) 및/또는 샤워헤드(850)가 기판 상으로의 플라즈마 생성물들의 고른 분배를 용이하게 할 수 있기 때문에, 내측 및 외측 플라즈마 생성물들(812c, 814c)의 폭 치수들은 도 8b의 실시예의 내측 및 외측 플라즈마 소스들(812b, 814b)의 폭 치수들보다 작을 수 있다. 플라즈마 소스들(812, 814)이 플라즈마 생성물에 의한 기판의 전체 적용범위를 보장하기 위해 더 큰 폭 치수들을 갖도록 구성될 수 있지만, 폭 치수들은, 내측 및 외측 플라즈마 소스들(812, 814) 내부의 플라즈마 전류들에 의해 생성되는 자기장들 사이의 간섭이 최소화될 수 있도록 특정 값들 아래로 유지될 수 있다. 그러한 간섭을 추가로 제한하기 위해, 내측 및 외측 플라즈마 소스들(812, 814) 사이의 충분한 거리가 또한 유지될 수 있다. 일부 실시예들에서, 내측 및 외측 플라즈마 소스들(812, 814)은 각각, 공정 챔버(800)의 반경의 약 10 % 내지 약 30 %의 폭 치수들을 갖도록 구성될 수 있다. 내측 및 외측 플라즈마 소스들(812, 814) 사이의 거리는, 플라즈마 소스들(812, 814)의 폭 치수의 약 50 % 이상으로 유지될 수 있다. 내측 및 외측 플라즈마 소스들(812, 814)이 실질적으로 유사한 폭 치수들을 갖는 것으로 예시되지만, 내측 및 외측 플라즈마 소스들(812, 814)은 다르거나 상이한 폭 치수들을 가질 수 있다.
위에 설명된 자기 유도 플라즈마 시스템의 다양한 실시예들은, LLC 공진 하프 브릿지 회로 구동 방식을 활용할 수 있다. 종래의 플라즈마 생성 시스템들은 전형적으로 풀 브릿지 회로 구동 방식을 활용할 수 있다. LLC 공진 하프 브릿지 회로는 일반적으로, 플라즈마 생성을 위한 종래의 풀 브릿지 회로와 비교하여 더 신뢰가능하고 비용 효과적일 수 있다. LLC 공진 하프 브릿지 회로는 본원에 설명된 자기 유도 플라즈마 시스템에 대한 더 높은 전력 전달 효율을 산출할 수 있다. 풀 브릿지 회로 구동 방식을 사용하는 종래의 플라즈마 생성 시스템과 비교하여, 자기 유도 플라즈마 시스템에 대한 LLC 공진 하프 브릿지 회로 구동 방식은, 전구체 가스들의 유사한 해리를 산출하면서 플라즈마를 점화 및/또는 유지하는 데 상당히 더 낮은 전력을 요구할 수 있다. 예컨대, 본원에 설명된 자기 유도 플라즈마 시스템은, 약 1,000 W, 800 W, 600 W, 400 W, 200 W 이하의 플라즈마 점화 전력을 요구할 수 있고, 점화 전력의 1/2, 1/3 이하의 플라즈마 유지 전력만을 요구할 수 있다. 대조적으로, 풀 브릿지 회로 구동 방식을 활용하는 플라즈마 생성 시스템은, 부분적으로는 구동 회로 상에서의 에너지 손실로 인해, 플라즈마 점화 및/또는 유지를 위해 10,000 W 이상을 요구할 수 있다.
추가로, 풀 브릿지 회로 구동 방식을 활용하는 종래의 플라즈마 생성 시스템들은 제한된 전력 조정을 허용할 수 있다. LLC 공진 하프 브릿지 회로 구동 방식을 활용하는 자기 유도 플라즈마 시스템들은, 0 W 내지 약 1,000 W 또는 그보다 높은 전력 조정을 허용할 수 있다. 예컨대, 전력은, 구동 전압, 전류, 및/또는 주파수를 조정함으로써 조절될 수 있다. 구동 전압 및/또는 전류를 증가시키는 것은 전력 출력을 증가시킬 수 있는 한편, 구동 주파수를 감소시키는 것은 전력 출력을 증가시킬 수 있다. 일반적으로, 더 높은 전력 출력은 전구체 가스들의 더 높은 해리율을 산출할 수 있다. 전력 출력을 조정함으로써, 전구체 가스들의 해리율이 플라즈마 생성물들의 원하는 조성을 달성하도록 조절될 수 있다.
더욱이, 자기 유도 플라즈마 시스템이 내측 토로이드 플라즈마 소스 및 외측 토로이드 플라즈마 소스를 포함할 수 있는 실시예들에서, 상이한 수준들의 전력이 내측 및 외측 토로이드 플라즈마 소스들에 공급될 수 있다. 예컨대, 상대적으로 더 높은 전력, 이를테면 약 300 W 내지 약 1,000 W가 외측 토로이드 플라즈마 소스에 공급될 수 있는 반면, 상대적으로 더 낮은 전력, 이를테면 약 100 W 내지 약 600 W가 내측 토로이드 플라즈마 소스에 공급될 수 있다. 상이한 수준들의 전력이 내측 및 외측 토로이드 플라즈마 소스들에 공급될 수 있지만, 내측 및 외측 토로이드 플라즈마 소스들에 대한 구동 주파수들은, 내측 및 외측 토로이드 플라즈마 소스들에서의 또는 근처에서의 유도된 전기장들이 서로를 상쇄시키지 않을 수 있도록 매칭될 수 있다.
본원에 설명된 자기 유도 플라즈마 시스템들은, 약 50 kHz 내지 약 500 MHz의 넓은 주파수 범위에서 플라즈마를 생성하도록 동작할 수 있다. 그러나, 더 낮은 주파수가 더 높은 전력 전달 효율을 산출할 수 있는데, 그 이유는, 높은 주파수가 자기 요소들에서의 전력 손실로 이어질 수 있기 때문이다. 일부 실시예들에서, LLC 공진 하프 브릿지 회로는, 약 100 kHz 내지 약 20 MHz, 약 200 kHz 내지 약 10 MHz, 약 400 kHz 내지 약 1 MHz, 또는 임의의 적합한 범위의 주파수에서 복수의 코일들에 전류를 공급할 수 있다. 자기 유도 플라즈마 시스템들은 또한 매우 넓은 압력 범위에서 동작할 수 있다. 토로이드 플라즈마 소스들 내부의 동작 압력은 약 1 mTorr 내지 약 500 Torr, 또는 훨씬 더 높은 압력으로 유지될 수 있다. 전구체는, 플라즈마 소스 내의 압력이 약 1 mTorr 내지 약 500 Torr, 또는 약 10 mTorr 내지 약 300 Torr, 또는 약 15 mTorr 내지 약 200 Torr, 또는 임의의 적합한 범위로 유지될 수 있도록, 다양한 유량들로 플라즈마 소스 내로 유동될 수 있다. 다양한 전력 수준들, 주파수 범위들, 및/또는 압력 범위들에서 본원에 설명된 자기 유도 플라즈마 시스템에 의해 매우 안정한 플라즈마들이 생성 및 유지될 수 있다. 이는 부분적으로, 일단 플라즈마가 점화될 수 있으면, 코일 및 플라즈마 전류가 변압기의 일차 및 이차 코일들과 유사한 방식으로 동작하여 생성된 플라즈마를 안정한 상태로 유지할 수 있기 때문일 수 있다.
앞선 설명에서, 본 기술의 다양한 실시예들의 이해를 제공하기 위해서 다수의 세부사항들이 설명의 목적들을 위해 기재되었다. 그러나, 특정 실시예들은 이러한 세부사항들 중 일부가 없이, 또는 부가적인 세부사항들과 함께 실시될 수 있다는 것이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
수 개의 실시예들이 개시되었지만, 실시예들의 사상으로부터 벗어나지 않으면서 다양한 수정들, 대안적인 구성들 및 등가물들이 사용될 수 있다는 것이 관련 기술분야의 통상의 기술자들에 의해 인지될 것이다. 부가적으로, 본 기술을 불필요하게 불명료하게 하는 것을 피하기 위해, 다수의 잘 알려진 공정들 및 요소들은 설명되지 않았다. 따라서, 위의 설명은 본 기술의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 부가적으로, 방법들 또는 공정들은 순차적이거나 단계들로서 설명될 수 있지만, 동작들은 동시에 또는 열거된 것과 상이한 순서들로 수행될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
값들의 범위가 제공되는 경우, 맥락이 명확히 다르게 지시하지 않는 한, 그 범위의 상한과 하한 사이에서 하한의 단위의 최소 분율까지, 각각의 중간 값이 또한 특정적으로 개시된다는 것이 이해된다. 언급된 범위의 임의의 언급된 값들 또는 언급되지 않은 중간 값들과 그 언급된 범위의 임의의 다른 언급된 또는 중간 값 사이의 임의의 더 좁은 범위가 포함된다. 그러한 더 작은 범위들의 상한 및 하한은 독립적으로 범위 내에 포함되거나 제외될 수 있고, 더 작은 범위들에 한계치들 중 어느 하나가 포함되거나, 한계치들 중 어느 한계치도 포함되지 않거나, 한계치들 둘 모두가 포함되는 각각의 범위가 또한 언급된 범위에서의 임의의 특정적으로 제외된 한계치를 조건으로 본 기술 내에 포함된다. 언급된 범위가 한계치들 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 경우, 그 포함된 한계치들 중 어느 하나 또는 둘 모두를 제외한 범위들이 또한 포함된다.
본원에서 그리고 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 맥락이 명확히 달리 지시하지 않는 한, 단수 형태들은 복수의 참조들을 또한 포함한다. 따라서, 예컨대, "전구체"에 대한 참조는 복수의 그러한 전구체들을 포함하고, "층"에 대한 참조는 하나 이상의 층 및 관련 기술분야의 통상의 기술자들에게 알려져 있는 그의 등가물들에 대한 참조를 포함하는 그러한 식이다.
또한, "포함한다", "포함", "함유한다", "함유", "구비한다" 및 "구비"라는 단어들이 본 명세서 및 다음의 청구항들에서 사용될 때, 언급된 특징들, 정수들, 구성요소들, 또는 동작들의 존재를 특정하도록 의도되지만, 이들은 하나 이상의 다른 특징, 정수, 구성요소, 동작, 작용, 또는 그룹의 존재 또는 부가를 배제하지 않는다.

Claims (15)

  1. 자기 유도 플라즈마 시스템으로서,
    복수의 제1 구획들 및 복수의 제2 구획들을 포함하는 제1 플라즈마 소스 ― 상기 복수의 제1 구획들 및 상기 복수의 제2 구획들은, 상기 제1 플라즈마 소스 내부에 생성된 플라즈마 생성물들의 적어도 일부분이 상기 제1 플라즈마 소스 내부에서 상기 제1 복수의 구획들 중 적어도 하나 및 상기 제2 복수의 구획들 중 적어도 하나를 통해 순환하도록 서로 유체유동적으로(fluidly) 결합되고, 상기 복수의 제2 구획들 각각은 유전체 물질을 포함하고, 상기 복수의 제1 구획들 및 상기 복수의 제2 구획들은, 상기 복수의 제1 구획들이 상기 복수의 제2 구획들에 의해 적어도 부분적으로 서로 전기적으로 절연되도록 교번하는 방식으로 배열됨 ―; 및
    복수의 제1 자기 요소들 ― 상기 복수의 제1 자기 요소들 각각은 폐쇄 루프를 정의하고, 상기 복수의 제2 구획들 중 하나 주위에 위치됨 ― 을 포함하며,
    상기 제1 플라즈마 소스는 제1 토로이드(toroidal) 형상을 정의하고, 상기 제1 토로이드 형상은, 제1 토로이드 연장부, 및 상기 제1 토로이드 연장부에 수직인 제1 토로이드 축을 갖고, 상기 복수의 제1 구획들 각각은 상기 제1 토로이드 축과 평행한 제1 치수를 포함하고, 상기 복수의 제2 구획들 각각은 상기 제1 토로이드 축과 평행한 제2 치수를 포함하고, 상기 제1 치수는, 상기 복수의 제2 구획들이 복수의 함몰부들을 정의하도록 상기 제2 치수보다 크고, 상기 복수의 함몰부들 각각은 상기 복수의 제1 자기 요소들 중 하나의 적어도 일부분을 수용하도록 구성되는, 자기 유도 플라즈마 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 구획들 각각은 제1 개구 및 제2 개구를 포함하며, 상기 복수의 제1 구획들 각각 및 대응하는 상기 제1 개구 및 상기 제2 개구는, 상기 제1 플라즈마 소스 내부에 상기 플라즈마 생성물들을 생성하기 위한 전구체가 상기 제1 개구를 통해 각각의 제1 구획 내로 유동되고 생성된 상기 플라즈마 생성물들의 적어도 일부분이 상기 제2 개구를 통해 각각의 제1 구획 밖으로 유동되도록, 상기 제1 토로이드 축과 평행한 유동 통로를 정의하는, 자기 유도 플라즈마 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 자기 유도 플라즈마 시스템이 반도체 처리 챔버에 통합되고 상기 제1 토로이드 축을 따라 상기 반도체 처리 챔버의 금속 구성요소들 사이에 위치될 때, 상기 복수의 제1 구획들이 서로 전기적으로 절연되도록, 제1 개구들 위에 위치되는 복수의 제1 유전체 링 부재들 및 제2 개구들 아래에 위치되는 복수의 제2 유전체 링 부재들을 더 포함하는, 자기 유도 플라즈마 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 반도체 처리 챔버는 가스 유입구 조립체 및 가스 분배 조립체를 포함하며, 상기 가스 유입구 조립체는 상기 자기 유도 플라즈마 시스템의 상류에 위치되고, 상기 가스 분배 조립체는 상기 자기 유도 플라즈마 시스템의 하류에 위치되고, 상기 복수의 제1 유전체 링 부재들은 제1 평면형 지지 표면을 정의하고 상기 가스 유입구 조립체를 지지하도록 구성되고, 상기 복수의 제2 유전체 링 부재들은 제2 평면형 지지 표면을 정의하고 상기 가스 분배 조립체에 의해 지지되도록 구성되는, 자기 유도 플라즈마 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제2 구획들 각각은, 각각의 제2 구획의 2개의 대향하는 단부에 구성되고 각각의 제2 구획을 2개의 인접한 제1 구획과 결합시키도록 구성되는 플랜지들의 쌍을 포함하는, 자기 유도 플라즈마 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 구획들 각각은 상기 제1 토로이드 연장부를 따른 제1 연장부를 포함하고, 상기 복수의 제2 구획들 각각은 상기 제1 토로이드 연장부를 따른 제2 연장부를 포함하고, 상기 제1 연장부 대 상기 제2 연장부의 비는, 상기 제1 플라즈마 소스 내부에서의 상기 플라즈마 생성물들의 적어도 일부분의 순환이 용이해질 수 있도록 약 10:1 내지 약 2:1인, 자기 유도 플라즈마 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    제2 토로이드 형상을 정의하는 제2 플라즈마 소스 ― 상기 제2 토로이드 형상은 제2 토로이드 연장부, 및 상기 제2 토로이드 연장부에 수직인 제2 토로이드 축을 갖고, 상기 제2 토로이드 축은 상기 제1 토로이드 축과 정렬되고, 상기 제2 플라즈마 소스는 상기 제1 플라즈마 소스로부터 반경방향으로 내측에 위치되고, 상기 제2 플라즈마 소스는 제3 구획 및 제4 구획을 포함하고, 상기 제3 구획 또는 상기 제4 구획 중 적어도 하나는 유전체 물질을 포함함 ―; 및
    폐쇄 루프를 정의하고 상기 제3 구획 또는 상기 제4 구획 중 적어도 하나 주위에 위치되는 적어도 하나의 제2 자기 요소를 더 포함하는, 자기 유도 플라즈마 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제2 자기 요소는, 상기 복수의 제1 자기 요소들 각각에 의해 생성되는 전기장과 상기 적어도 하나의 제2 자기 요소에 의해 생성되는 전기장 사이의 간섭이 감소되도록, 상기 복수의 제1 자기 요소들 각각의 방위각과 상이한 방위각으로 위치되는, 자기 유도 플라즈마 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 플라즈마 소스 및 상기 제2 플라즈마 소스는, 상기 제1 플라즈마 소스를 빠져나가는 플라즈마 생성물들이 기판의 제1 영역 상으로 확산되도록 구성되고, 상기 제1 영역은 실질적인 환형 형상을 정의하고, 상기 제2 플라즈마 소스를 빠져나가는 플라즈마 생성물들은 상기 기판의 제2 영역 상으로 확산되고, 상기 제2 영역은 실질적인 원형 형상을 정의하고, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역은 겹치는, 자기 유도 플라즈마 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    복수의 전기적으로 결합된 제1 코일들 ― 상기 복수의 전기적으로 결합된 제1 코일들 각각은 상기 복수의 제1 자기 요소들 각각의 적어도 일부분 주위에 구성됨 ―; 및
    상기 적어도 하나의 제2 자기 요소의 적어도 일부분 주위에 구성되는 제2 코일을 더 포함하며, 상기 자기 유도 플라즈마 시스템은 LLC 공진 하프 브릿지 회로에 의해 구동되고,
    상기 LLC 공진 하프 브릿지 회로는, 상기 LLC 공진 하프 브릿지 회로가 제2 전류를 상기 제2 코일에 공급하도록 구성되는 주파수와 매칭되는 주파수에서 상기 복수의 전기적으로 결합된 제1 코일들에 제1 전류를 공급하도록 구성되는, 자기 유도 플라즈마 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 LLC 공진 하프 브릿지 회로는, 약 100 kHz 내지 약 20 MHz의 주파수에서 상기 제1 전류 및 상기 제2 전류를 공급하도록 구성되는, 자기 유도 플라즈마 시스템
  12. 제10항에 있어서,
    상기 LLC 공진 하프 브릿지 회로는, 상기 복수의 전기적으로 결합된 제1 코일들에 제1 전력을 공급하고 상기 제2 코일에 제2 전력을 공급하도록 구성되며, 상기 제1 전력은 상기 제2 전력보다 큰, 자기 유도 플라즈마 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 LLC 공진 하프 브릿지 회로는, 상기 복수의 전기적으로 결합된 제1 코일들에 약 100 W 내지 약 1,000 W 범위의 제1 전력을 공급하고 상기 제2 코일에 약 100 W 내지 약 1,000 W 범위의 제2 전력을 공급하도록 구성되는, 자기 유도 플라즈마 시스템
  14. 반도체 처리 챔버로서,
    자기 유도 플라즈마 시스템을 포함하며,
    상기 자기 유도 플라즈마 시스템은,
    제1 토로이드 형상을 갖는 제1 플라즈마 소스 ― 상기 제1 플라즈마 소스는 상기 제1 토로이드 형상의 제1 환형 함몰부를 정의함 ―, 및
    폐쇄 루프를 형성하고 상기 제1 플라즈마 소스의 일부분 주위에 위치되는 제1 자기 요소 ― 상기 제1 자기 요소의 적어도 일부분은 상기 제1 환형 함몰부 내에 수용됨 ― 를 포함하고,
    상기 제1 플라즈마 소스는, 상기 제1 플라즈마 소스 내부에서 전구체로부터 플라즈마 생성물들을 생성하기 위한 상기 전구체에 대한 제1 유입구, 및 생성된 상기 플라즈마 생성물들에 대한 제1 배출구를 포함하고, 상기 제1 유입구, 상기 제1 배출구, 및 상기 제1 플라즈마 소스는 상기 제1 토로이드 형상의 반경 방향을 따라 측정되는 공통 폭 치수를 갖는, 반도체 처리 챔버.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 자기 유도 플라즈마 시스템은,
    제2 토로이드 형상을 갖는 제2 플라즈마 소스 ― 상기 제2 플라즈마 소스 및 상기 제1 플라즈마 소스는 공통 토로이드 축을 갖고, 상기 제2 플라즈마 소스는 상기 제1 플라즈마 소스로부터 반경방향으로 내측에 위치되고, 상기 제2 플라즈마 소스는 상기 제2 토로이드 형상의 제2 환형 함몰부를 정의함 ―; 및
    폐쇄 루프를 형성하고 상기 제2 플라즈마 소스의 일부분 주위에 위치되는 제2 자기 요소 ― 상기 제2 자기 요소의 적어도 일부분은 상기 제2 환형 함몰부 내에 수용됨 ― 를 더 포함하며,
    상기 제2 플라즈마 소스는 상기 제2 플라즈마 소스 내부에서 상기 전구체로부터 플라즈마 생성물들을 생성하기 위한 상기 전구체에 대한 제2 유입구, 및 생성된 상기 플라즈마 생성물들에 대한 제2 배출구를 포함하고, 상기 제2 유입구, 상기 제2 배출구, 및 상기 제2 플라즈마 소스는 상기 제2 토로이드 형상의 반경 방향을 따라 측정되는 공통 폭 치수를 갖는, 반도체 처리 챔버.
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