KR20210102989A - 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 피보나치 코일 - Google Patents

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KR20210102989A
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션 펑
오스카 로페즈
댄 마롤
안드라스 쿠씨
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램 리써치 코포레이션
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Abstract

반도체 기판들을 프로세싱하기 위한 시스템이 프로세싱 챔버, 코일, 및 생성기를 포함한다. 프로세싱 챔버는 유전체 윈도우를 포함하고, 유도 결합 플라즈마를 사용하여 반도체 기판을 프로세싱하도록 구성된다. 코일은 유전체 윈도우 상에 배치된다. 코일은 원형 중심 부분을 포함한다. 코일은 유전체 윈도우에 평행한 원형 중심 부분으로부터 외측으로 나선형으로 연장하는 복수의 레그들을 포함한다. 레그들 각각은 피보나치 나선이다. 생성기는 프로세스 가스가 프로세싱 챔버에 공급될 때 프로세싱 챔버 내에서 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위해 코일의 원형 중심 부분에 RF 전력을 공급하도록 구성된다.

Description

플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 피보나치 코일
본 개시는 일반적으로 기판 프로세싱 시스템들에 관한 것이고, 보다 구체적으로 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 피보나치 코일에 관한 것이다.
본 명세서에 제공된 배경기술 기술 (description) 은 본 개시의 맥락을 일반적으로 제시할 목적이다. 이 배경기술 섹션에 기술된 정도의 본 명세서에 명명된 발명자들의 업적, 뿐만 아니라 출원 시 종래 기술로서 달리 인증되지 않을 수도 있는 본 기술의 양태들은 본 개시에 대한 종래 기술로서 명시적으로나 암시적으로 인정되지 않는다.
기판 프로세싱 시스템들은 통상적으로 반도체 웨이퍼들과 같은 기판들 상에서 처리들을 수행하도록 사용된다. 처리들의 예들은 증착, 에칭, 세정, 및 다른 프로세스들을 포함한다. 에칭은 보통 습식 화학적 에칭 또는 건식 에칭을 포함한다. 건식 에칭은 유도 결합 플라즈마 (Inductively-Coupled Plasma; ICP) 에 의해 생성된 플라즈마를 사용하여 수행될 수도 있다. ICP는 유전체 윈도우에 인접하게 프로세싱 챔버 외부에 배치된 코일들에 의해 생성될 수도 있다. 프로세싱 챔버 내부를 흐르는 프로세스 가스 혼합물들은 플라즈마를 생성하기 위해 점화된다.
관련 출원들에 대한 교차 참조
본 출원은 2019년 1월 9일에 출원된 미국 특허 가출원 번호 제 62/790,191 호의 이익을 주장한다. 상기 참조된 출원의 전체 개시는 참조로서 본 명세서에 인용된다.
반도체 기판들을 프로세싱하기 위한 시스템이 유도 결합 플라즈마를 사용하여 반도체 기판을 프로세싱하도록 구성된 프로세싱 챔버를 포함한다. 프로세싱 챔버는 유전체 윈도우를 포함한다. 시스템은 유전체 윈도우 상에 배치된 코일을 더 포함한다. 코일은 원형 중심 부분 및 유전체 윈도우에 평행한 원형 중심 부분으로부터 외측으로 나선형으로 연장하는 복수의 레그들 (legs) 을 갖는다. 레그들 각각은 피보나치 나선 (Fibonacci spiral) 이다. 시스템은 프로세싱 챔버로 공급되는 프로세스 가스에 응답하여 프로세싱 챔버 내에서 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위해, 코일의 원형 중심 부분으로 RF 전력을 공급하도록 구성된 생성기를 더 포함한다.
다른 특징들에서, 복수의 레그들은 코일의 원형 중심 부분으로부터 시계 방향으로 외측으로 나선형으로 연장하거나, 복수의 레그들은 코일의 원형 중심 부분으로부터 반시계 방향으로 외측으로 나선형으로 연장한다.
다른 특징들에서, 복수의 레그들 각각은 미리 결정된 길이를 갖고, 코일의 원형 중심 부분 둘레에 미리 결정된 수의 턴들 (turns) 을 만들고, 그리고 미리 결정된 수의 턴들은 미리 결정된 범위 내에 있다.
다른 특징들에서, 복수의 레그들 각각은 직접 접지되고, 복수의 레그들 각각은 고정 커패시터를 통해 접지되고, 또는 복수의 레그들 각각은 가변 커패시터를 통해 접지된다.
또 다른 특징에서, 시스템은 생성기 및 코일의 임피던스들을 매칭시키도록 구성된 매칭 회로를 더 포함한다.
다른 특징들에서, 코일은 유전체 윈도우의 상단 표면에 평행한 제 1 평면을 따라 배치된다. 유전체 윈도우의 상단 표면은 제 2 평면에 평행하고 이를 따라 반도체 기판이 유전체 윈도우 밑의 프로세싱 챔버에 위치된 기판 지지부 상에 배치된다.
또 다른 특징에서, 유전체 윈도우는 원형이고, 코일보다 큰 직경을 갖는다.
또 다른 특징에서, 프로세싱 챔버는 프로세싱 챔버 내로 프로세스 가스를 주입하기 위해 유전체 윈도우의 둘레에 배치된 주입기를 더 포함하고, 코일의 원형 중심 부분은 주입기 둘레에 장착된다.
또 다른 특징에서, 프로세싱 챔버는 프로세싱 챔버 내로 프로세스 가스를 측방향으로 공급하기 위한 복수의 유입구들을 더 포함한다.
다른 특징들에서, 복수의 레그들은 직접, 고정 커패시터를 통해, 가변 커패시터를 통해, 또는 이들의 조합을 사용하여 접지된다. 시스템은 코일의 원형 중심 부분이 가스 주입기 둘레에 장착되는 프로세싱 챔버 내로 프로세스 가스를 주입하기 위해 유전체 윈도우의 중심에 배치된 주입기를 더 포함한다. 시스템은 프로세싱 챔버 내로 프로세스 가스를 측방향으로 공급하기 위한 복수의 유입구들을 더 포함한다.
시스템은 복수의 가변 커패시터들을 사용하여 생성기 및 코일의 임피던스들을 매칭시키도록 구성된 매칭 회로를 더 포함한다. 시스템은 주입기와 복수의 유입구들을 통해 공급된 프로세스 가스, 복수의 레그들 중 하나에 접속된 가변 커패시터, 및 매칭 회로의 복수의 가변 커패시터들 중 하나 이상을 제어함으로써, 유도 결합 플라즈마 및 유도 결합 플라즈마를 사용하여 반도체 기판 상에서 수행된 프로세스의 레이트를 제어하도록 구성된 제어기를 더 포함한다.
또 다른 특징들에서, 반도체 기판을 프로세싱하기 위한 프로세싱 챔버 내에서 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위한 코일이 평면에 평행한 원형 중심 부분을 포함한다. 원형 중심 부분은 반도체 기판을 프로세싱하기 위해 프로세싱 챔버 내에서 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위해 RF 전력을 수용하도록 구성된다. 코일은 평면에 평행한 원형 중심 부분으로부터 외측으로 나선형으로 연장하는 복수의 레그들을 더 포함한다. 레그들 각각은 피보나치 나선이다.
다른 특징들에서, 복수의 레그들은 코일의 원형 중심 부분으로부터 시계 방향으로 외측으로 나선형으로 연장하거나, 복수의 레그들은 코일의 원형 중심 부분으로부터 반시계 방향으로 외측으로 나선형으로 연장한다.
다른 특징들에서, 복수의 레그들 각각은 미리 결정된 길이를 갖고, 코일의 원형 중심 부분 둘레에 미리 결정된 수의 턴들을 만들고, 그리고 미리 결정된 수의 턴들은 미리 결정된 범위 내에 있다.
다른 특징들에서, 복수의 레그들 각각은 직접 접지되고, 복수의 레그들 각각은 고정 커패시터를 통해 접지되고, 또는 복수의 레그들 각각은 가변 커패시터를 통해 접지된다.
다른 특징들에서, 반도체 기판들을 프로세싱하기 위한 시스템이 코일을 포함한다. 코일의 복수의 레그들은 직접, 고정 커패시터를 통해, 가변 커패시터를 통해, 또는 이들의 조합을 사용하여 접지된다. 시스템은 유도 결합 플라즈마를 사용하여 프로세싱 챔버 내의 기판 지지부 상에 배치된 반도체 기판을 프로세싱하도록 구성된 프로세싱 챔버를 더 포함한다. 프로세싱 챔버는 반도체 기판 위에 위치된 유전체 윈도우를 포함한다. 코일은 유전체 윈도우 상에 배치된다. 유전체 윈도우 및 반도체 기판은 코일의 평면에 평행하게 배치된다. 시스템은 프로세싱 챔버로 공급되는 프로세스 가스에 응답하여 프로세싱 챔버 내에서 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위해, 코일의 원형 중심 부분으로 RF 전력을 공급하도록 구성된 생성기를 더 포함한다.
시스템은 프로세싱 챔버 내로 프로세스 가스를 주입하기 위해 유전체 윈도우의 중심에 배치된 주입기를 더 포함한다. 코일의 원형 중심 부분은 주입기 둘레에 장착된다. 시스템은 프로세싱 챔버 내로 프로세스 가스를 측방향으로 공급하기 위한 복수의 유입구들을 더 포함한다.
시스템은 복수의 가변 커패시터들을 사용하여 생성기 및 코일의 임피던스들을 매칭시키도록 구성된 매칭 회로를 더 포함한다. 시스템은 주입기와 복수의 유입구들을 통해 공급된 프로세스 가스, 복수의 레그들 중 하나에 접속된 가변 커패시터, 및 매칭 회로의 복수의 가변 커패시터들 중 하나 이상을 제어함으로써, 유도 결합 플라즈마 및 유도 결합 플라즈마를 사용하여 반도체 기판 상에서 수행된 프로세스의 레이트를 제어하도록 구성된 제어기를 더 포함한다.
본 개시의 추가 적용 가능성의 영역들은 상세한 기술, 청구항들 및 도면들로부터 명백해질 것이다. 상세한 기술 및 구체적인 예들은 단지 예시의 목적들을 위해 의도되고, 본 개시의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
본 개시는 상세한 기술 및 첨부된 도면들로부터 보다 완전히 이해될 것이다.
도 1은 반도체 웨이퍼들과 같은 기판들을 에칭하기 위해 유도 결합 플라즈마를 사용하는 프로세싱 챔버를 포함하는 기판 프로세싱 시스템의 예를 도시한다.
도 2a는 피보나치 나선의 예를 도시한다.
도 2b는 피보나치 나선을 생성하기 위한 방법의 예를 도시한다.
도 3은 피보나치 나선을 생성하기 위한 방법의 또 다른 예를 도시한다.
도 4는 피보나치 나선들에 기초한 코일 설계의 예를 도시한다.
도 5a 내지 도 5d는 피보나치 나선들에 기초한 코일 설계들의 부가적인 예들을 도시한다.
도 6a는 프로세싱 챔버의 유전체 윈도우 상에 장착된 피보나치 코일의 예를 도시한다.
도 6b 내지 도 6d는 피보나치 코일이 프로세싱 챔버의 유전체 윈도우 상에 장착될 수 있는 상이한 방식들의 예들을 도시한다.
도 7a 내지 도 7c는 피보나치 코일이 프로세싱 챔버의 유전체 윈도우 상에 장착될 때 피보나치 코일의 레그들이 종단될 수 있는 상이한 방식들의 예들을 도시한다.
도 8a는 피보나치 코일에 전력을 공급하기 위한 시스템의 예를 도시한다.
도 8b는 도 8a의 시스템에 사용된 매칭 회로의 예를 도시한다.
도 9는 도 6a에 도시된 어셈블리의 개략적인 표현을 도시한다.
도면들에서, 참조 번호들은 유사한 그리고/또는 동일한 엘리먼트들을 식별하기 위해 재사용될 수도 있다.
기판 프로세싱 시스템들은 통상적으로 반도체 웨이퍼들과 같은 기판들 상의 박막을 에칭하도록 사용된다. 기판 프로세싱 시스템들은 처리 동안 기판을 지지하고 홀딩하기 위해 정전 척 (electrostatic chuck; ESC) 과 같은 페데스탈을 갖는 프로세싱 챔버를 포함한다. 프로세싱 챔버는 유전체 윈도우를 포함할 수도 있다. 하나 이상의 코일들이 유전체 윈도우에 인접하게 프로세싱 챔버의 외부에 배치된다. 이하에 상세히 설명된 바와 같이, 복수의 코일들이 통상적으로 사용되지만, 본 개시는 피보나치 수열 Xn = Xn-1 + Xn-2에 기초하여 설계된 단일 코일을 사용한다. 유도 결합 플라즈마는 RF 생성기를 사용하여 코일에 RF 전력을 공급함으로써 생성될 수도 있다. 프로세싱 챔버 내부를 흐르는 프로세스 가스 혼합물들은 플라즈마를 생성하기 위해 점화된다. 단지 예를 들면, 기판 프로세싱 시스템은 전도성 막 또는 유전체 막을 에칭하도록 사용될 수도 있다.
코일은 일반적으로 유전체 윈도우의 외측 표면 위에 그리고 외측 표면에 평행하게 위치되는 평면에 배치된다. RF 전력은 코일에 접속되는 전도성 라인들에 의해 코일로 (예를 들어, 이하에 설명된 바와 같이 코일의 중심에 위치된 단자들로) 전달된다. 전도성 라인들 및 단자들은 일반적으로 코일을 포함하는 평면에 수직으로 접속된다. RF 전력에 의해 여기될 때, 코일은 유전체 윈도우를 통해 이동하고 프로세스 가스 혼합물을 점화시키는, 강한 자기장을 생성한다.
보다 구체적으로, 본 개시는 피보나치 수열 Xn = Xn-1 + Xn-2에 기초하여 설계된 코일들에 관한 것이다. 이하에 상세히 설명된 바와 같이, 피보나치 수열을 사용하여 설계된 코일들은 다른 코일 설계들에 비해 개선된 전력 분배, 플라즈마 분배, 및 균일성을 제공한다. 에칭 레이트들은 이하에 상세히 설명된 바와 같이, 턴들 (turns) 의 수, 레그들 (legs) 의 수, 및 피보나치 코일의 길이를 변경함으로써 개선될 수 있다.
본 개시는 다음과 같이 구체화된다. 반도체 웨이퍼들과 같은 기판들을 에칭하기 위해 유도 결합 플라즈마를 사용하는 프로세싱 챔버의 예가 도 1을 참조하여 기술된다. 피보나치 수열에 기초한 코일 설계들을 설명하기 전에, 피보나치 나선이 도 2a 및 도 2b를 참조하여 기술되고, 피보나치 나선들의 예들이 도 3 및 도 4를 참조하여 기술된다. 피보나치 코일 설계들의 예들이 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 기술된다. 프로세싱 챔버의 유전체 윈도우 상에 장착된 피보나치 코일의 예가 도 6a 내지 도 6d를 참조하여 기술된다. 피보나치 코일의 레그들을 종단하기 위한 구성들의 다양한 예들이 도 7a 내지 도 7c를 참조하여 기술된다. 매칭 회로를 사용하여 피보나치 코일에 전력을 공급하기 위한 시스템의 예가 도 8a 및 도 8b를 참조하여 기술된다. 피보나치 코일의 동작 원리들 및 피보나치 코일에 의해 제공된 에칭 레이트들의 결과적인 개선들이 도 9를 참조하여 기술된다.
도 1은 본 개시에 따른 기판 프로세싱 시스템 (100) 의 예를 도시한다. 기판 프로세싱 시스템 (100) 은 코일 구동 회로 (110) 를 포함한다. 일부 예들에서, 코일 구동 회로 (110) 는 RF 소스 (112), 펄싱 회로 (114), 및 튜닝 회로 (즉, 매칭 회로) (113) 를 포함한다. 펄싱 회로 (114) 는 RF 소스 (112) 에 의해 생성된 RF 신호의 TCP (Transformer Coupled Plasma) 엔벨로프 (envelope) 를 제어하고, 동작 동안 1 ％와 99 ％ 사이에서 TCP 엔벨로프의 듀티 사이클을 가변시킨다. 인식될 수 있는 바와 같이, 펄싱 회로 (114) 및 RF 소스 (112) 는 결합되거나 분리될 수 있다.
튜닝 회로 (113) 는 유도 코일 (116) 에 직접 접속될 수도 있다. 일부 기판 프로세싱 시스템들이 복수의 코일들 (예를 들어, 내측 코일들 및 외측 코일들) 을 사용하는 반면, 기판 프로세싱 시스템 (100) 은 이하에 기술된 다양한 피보나치 수열 기반 설계들 중 하나를 갖는 단일 코일을 사용한다. 튜닝 회로 (113) 는 RF 소스 (112) 의 출력을 목표된 주파수 및/또는 목표된 위상으로 튜닝하고, 코일 (116) 의 임피던스를 매칭시킨다.
유전체 윈도우 (124) 가 프로세싱 챔버 (128) 의 상단측을 따라 배치된다. 프로세싱 챔버 (128) 는 기판 (134) 을 지지하기 위한 기판 지지부 (또는 페데스탈) (132) 를 더 포함한다. 기판 지지부 (132) 는 정전 척 (ESC), 또는 기계적 척 또는 다른 유형의 척을 포함할 수도 있다. 프로세스 가스가 프로세싱 챔버 (128) 로 공급되고, 플라즈마 (140) 가 프로세싱 챔버 (128) 내부에서 생성된다. 플라즈마 (140) 는 기판 (134) 의 노출된 표면을 에칭한다. RF 소스 (150), 펄싱 회로 (151), 및 바이어스 매칭 회로 (152) 가 이온 에너지를 제어하기 위한 동작 동안 기판 지지부 (132) 를 바이어싱하도록 사용될 수도 있다.
가스 전달 시스템 (156) 이 프로세싱 챔버 (128) 로 프로세스 가스 혼합물을 공급하도록 사용될 수도 있다. 가스 전달 시스템 (156) 은 프로세스 및 불활성 가스 소스들 (157), 밸브들 및 질량 유량 제어기들과 같은 가스 계량 시스템 (158), 및 매니폴드 (159) 를 포함할 수도 있다. 가스 주입기 (163) 가 유전체 윈도우 (124) 의 중심에 배치될 수도 있고, 가스 전달 시스템 (156) 으로부터 프로세싱 챔버 (128) 내로 가스 혼합물들을 주입하기 위해 사용된다. 부가적으로 또는 대안적으로, 가스 혼합물들은 프로세싱 챔버 (128) 의 측면으로부터 주입될 수도 있다 (예를 들어, 도 6a 참조).
히터/냉각기 (164) 가 기판 지지부 (132) 를 미리 결정된 온도로 가열/냉각하도록 사용될 수도 있다. 배기 시스템 (165) 이 프로세싱 챔버 내의 압력을 제어하고 그리고/또는 퍼지 또는 배기에 의해 프로세싱 챔버 (128) 로부터 반응 물질들을 제거하기 위한 밸브 (166) 및 펌프 (167) 를 포함한다.
제어기 (154) 가 에칭 프로세스를 제어하도록 사용될 수도 있다. 제어기 (154) 는 시스템 파라미터들을 모니터링하고, 가스 혼합물의 전달, 플라즈마의 스트라이킹, 유지, 및 소화, 반응 물질들의 제거, 냉각 가스의 공급, 등을 제어한다. 부가적으로, 이하에 기술된 바와 같이, 제어기 (154) 는 코일 구동 회로 (110), RF 소스 (150), 및 바이어스 매칭 회로 (152), 등의 다양한 양태들을 제어할 수도 있다. 프로세싱 챔버 (128) 의 상단부로부터 가스 주입기 (163) 를 통해 그리고/또는 프로세싱 챔버 (128) 의 측면으로부터 가스 혼합물들을 공급함으로써, 그리고 주어진 에칭 프로세스에 적합한 피보나치 수열 기반 설계를 갖는 코일 (116) 을 사용함으로써, 에칭 레이트는 이하에 상세히 기술된 바와 같이 개선될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 피보나치 나선 (또한 로그 나선으로 지칭됨) 을 도시한다. 로그 나선은 극 방정식이 다음과 같이 주어지는 나선이다:
Figure pct00001
(1)
여기서 r은 원점으로부터의 거리, θ는 x 축으로부터의 각도이고, 여기서 a 및 b는 상수들이다. 로그 나선은 다음과 같이 파라미터로 표현될 수 있다.
Figure pct00002
(2)
Figure pct00003
(3)
도 2b는 로그 나선이 일 광선을 따른 지점에서 시작하여 이웃 광선에 수직으로 그림으로써 동일하게 이격된 광선들로부터 구성될 수 있다는 것을 도시한다. 광선들의 수가 무한대에 가까워짐에 따라, 세그먼트들의 시퀀스는 평활한 로그 나선에 가까워진다.
로그 나선 반경의 변화율은 다음과 같다:
Figure pct00004
(4)
이 지점 (r, θ) 에서 접선과 방사상 선 (radial line) 사이의 각도는 다음과 같다:
Figure pct00005
(5)
따라서,
Figure pct00006
및　
Figure pct00007
와 같이, 나선은 원에 가까워진다.
P가 나선 상의 임의의 지점이라면, P로부터 원점까지 나선의 길이는 유한하다. 지점 P가 반경 벡터를 따라 측정된 원점으로부터 거리 r에 있다면, 나선을 따라 P로부터 극점까지의 거리는 호의 길이이다. 원점으로부터의 반경들은 기하학적으로 진행되는 거리들에서 나선과 만난다.
원점, 곡률 및 로그 나선의 접선 각도로부터 측정된 호 길이는 다음과 같이 주어진다:
Figure pct00008
(6)
Figure pct00009
(7)
Figure pct00010
(8)
호 길이와 곡률 반경으로 곡선을 표현하는 Cesaro 방정식은 다음과 같이 주어진다:
Figure pct00011
(9)
도 3은 반경 1, 반경 2, 반경 3, 반경 5 및 반경 8의 원들을 사용하는 피보나치 나선을 생성하는 일 방식을 도시하고, 반경들은 피보나치 수열 Xn = Xn-1 + Xn-2를 따른다. 이하에 기술된 피보나치 수열 기반 코일 설계들은 코일의 원형 중심으로부터 연장하는 복수의 레그들을 포함한다 (예를 들어, 도 4 참조). 이하의 도면들에 도시되고 이하에 기술된 코일 설계들에서 코일의 레그 각각은 피보나치 나선이거나, 코일의 원형 중심으로부터 피보나치 나선의 경로를 따른다. 따라서, 이하에 기술된 코일 설계 각각은 피보나치 코일로 지칭된다. 이하에 기술된 피보나치 코일들 중 임의의 코일이 도 1의 코일 (116) 로서 사용될 수 있다.
도 4는 본 개시에 따른 피보나치 코일 (400) 의 예를 도시한다. 도시된 예에서, 피보나치 코일 (400) 은 4 개의 레그들 (402-1, 402-2, 402-3, 및 402-4) (집합적으로 레그들 (402)) 을 갖는다. 레그 (402) 각각은 도 2a 내지 도 3을 참조하여 기술된 바와 같이 피보나치 나선이다. 레그 (402) 각각은 도시된 바와 같이 피보나치 코일 (400) 의 중심 (404) 으로부터 피보나치 나선으로서 연장한다. 피보나치 코일 (400) 의 중심 (404) 은 원이다. 4 개의 레그들이 단지 예로서 도시되지만, 피보나치 코일 (400) 은 4 개보다 적거나 4 개보다 많은 레그들을 가질 수 있다 (예를 들어, 도 5a 내지 도 5d 참조).
또한, 단지 예를 들면, 레그들 (402) 이 중심 (404) 으로부터 연장하는 방향은 반시계 방향으로 도시된다. 대안적으로, 레그들 (402) 은 중심 (404) 으로부터 시계 방향으로 연장할 수 있다 (예를 들어, 도 5a 내지 도 5d 참조). 또한, 레그 (402) 의 중심 (404) 으로부터 단부 (즉, 종단 지점) 까지 레그 (402) 의 턴들의 수는 가변할 수 있다. 단지 예를 들면, 레그 (402) 각각의 턴들의 수는 0보다 큰 임의의 수일 수도 있다 (예를 들어, 1/4 턴, 1/2 턴, 3/4 턴, 1 턴; 1.25 턴, 1.5 턴, 1.75 턴, 2 턴 등; 변동은 반드시 1/4 턴 증분들일 필요는 없다).
도 5a 내지 도 5d는 본 개시에 따른 피보나치 코일들의 부가적인 예들을 도시한다. 다시, 도시된 코일들의 레그 각각은 코일의 원형 중심으로부터 연장하는 피보나치 나선이다. 도 5a는 4 개의 레그들을 갖는 피보나치 코일 (500) 의 예를 도시한다. 피보나치 코일 (500) 의 레그 각각은 1 턴의 3/4을 만든다. 따라서, 피보나치 코일 (500) 은 4 레그, 3/4 턴 피보나치 코일이다. 도 5b는 4 개의 레그들을 갖는 피보나치 코일 (502) 의 예를 도시한다. 피보나치 코일 (502) 의 레그 각각은 1 턴을 만든다. 따라서, 피보나치 코일 (502) 은 4 레그, 1 턴 피보나치 코일이다. 도 5c는 8 개의 레그들을 갖는 피보나치 코일 (504) 의 예를 도시한다. 피보나치 코일 (504) 의 레그 각각은 1 턴을 만든다. 따라서, 피보나치 코일 (504) 은 8 레그, 1 턴 피보나치 코일이다. 상이한 수의 레그들 및 턴들을 포함하고 반시계 방향을 갖는 부가적인 구성들이 고려된다.
도 5d는 각각 원형 중심으로부터 연장하는 복수의 레그들을 갖는, 2 개의 피보나치 코일들 (506 및 508) 의 예를 도시한다. 다시, 도시된 코일들의 레그 각각은 원형 중심으로부터 연장하는 피보나치 나선이다. 피보나치 코일들 (506 및 508) 은 유전체 윈도우 (124) 위에 장착될 때 서로의 상단부에 스택되기 때문이 아니라, 이들의 레그들이 원형 중심으로부터 연장하는 반대 방향들을 예시하고 대조하기 위해 서로의 상단부에 그려진다. 도시된 바와 같이, 피보나치 코일 (506) 의 레그들은 피보나치 나선들이 피보나치 코일 (506) 의 원형 중심으로부터 반시계 방향으로 연장하는 한편, 피보나치 코일 (508) 의 레그들은 피보나치 나선들이 피보나치 코일 (508) 의 원형 중심으로부터 시계 방향으로 연장한다.
도 6a는 프로세싱 챔버 (128) 의 유전체 윈도우 (124) 의 상단부 상에 장착된 피보나치 코일의 예를 도시한다. 단지 예를 들면, 도시된 피보나치 코일은 도 5b에 도시된 4 레그, 1 턴 피보나치 코일 (502) 이다. 대안적으로, 본 개시 전반에 걸쳐 도시되고 기술된 임의의 피보나치 코일들이 사용될 수 있다. 프로세싱 챔버 (128) 의 상단 플레이트 (600) (예를 들어, 알루미늄과 같은 금속으로 제조됨) 는 유전체 윈도우 (124) (예를 들어, 세라믹과 같은 유전체 재료로 제조됨) 를 홀딩한다.
피보나치 코일 (502) 의 중심은 가스 주입기 (163) 둘레의 유전체 윈도우 (124) 의 상단부 상에 (즉, 프로세싱 챔버 (128) 외부에) 장착된다. 즉, 피보나치 코일 (502) 의 원형 중심은 가스 주입기 (163) 를 둘러싼다. 단지 예를 들면, 유전체 윈도우 (124) 의 상단 표면은 4 개의 장착 포스트들 (mounting posts) (601-1, 601-2, 601-3, 및 601-4) (집합적으로 장착 포스트들 (601)) 을 포함할 수도 있다. 단지 예를 들면, 피보나치 코일 (502) 은 유전체 윈도우 (124) 상의 장착 포스트들 (601) 과 메이팅하는 (mate) 원형 중심 부분 상에 4 개의 장착 홀들을 포함할 수도 있다.
유전체 윈도우 (124) 상의 장착 포스트들 (601) 및 피보나치 코일 (502) 의 원형 중심 상의 대응하는 장착 홀들은 임의의 방식으로 배치될 수도 있다. 단지 예를 들면, 유전체 윈도우 (124) 상의 장착 포스트들 (601) 및 피보나치 코일 (502) 의 원형 중심 상의 대응하는 장착 홀들은 이들의 대각선이 피보나치 코일 (502) 의 원형 중심의 반경과 동일한 사각형의 4 개의 꼭짓점들 상에 놓일 수도 있다. 대안적으로, 유전체 윈도우 (124) 상의 장착 포스트들 (601) 및 피보나치 코일 (502) 의 원형 중심 상의 대응하는 장착 홀들은 직사각형 또는 임의의 다른 사각형의 4 개의 꼭짓점들 상에 놓일 수도 있다. 유전체 윈도우 (124) 상에 피보나치 코일들을 장착하기 위한 부가적인 장착 배열들이 도 6b 내지 도 6d에 도시되고, 이하에 기술된다.
피보나치 코일 (502) 의 4 개의 레그들은 전기 전도성 스트랩들 (602-1, 602-2, 602-3, 및 602-4) (집합적으로 전도성 스트랩들 (602)) 을 사용하여 상단 플레이트 (600) 에 접속된다. 예를 들어, 전도성 스트랩들 (602) 은 구리와 같은 금속으로 제조될 수도 있다. 레그들을 종단하기 위한 다양한 대안적인 구성들 (예를 들어, 직접 접지, 고정 커패시터들을 통한 접지, 및/또는 가변 커패시터들을 통한 접지) 이 도 7a 내지 도 7c를 참조하여 이하에 도시되고 기술된다.
RF 전력은 (604-1 및 604-2) 에 도시된 전기적 콘택트들 (집합적으로 전기적 콘택트들 (604)) 을 통해 매칭 회로를 통해 피보나치 코일 (502) 의 중심에 공급된다. RF 생성기 및 매칭 회로를 포함하는 시스템이 도 8a 및 도 8b를 참조하여 이하에 도시되고 기술된다.
가스 혼합물들은 상단부로부터 가스 주입기 (163) 를 통해 가스 라인 (606) 을 통해 그리고/또는 프로세싱 챔버 (128) 의 측면으로부터 가스 라인들 (608) 을 통해, 가스 전달 시스템 (156) 으로부터 프로세싱 챔버 (128) 로 공급될 수 있다. 가스 라인들 (606 및 608) 은 도 1에 도시된 가스 전달 시스템 (156) 에 연결된다. 가스 라인 (606) 은 가스 주입기 (163) 를 가스 전달 시스템 (156) 에 연결한다.
가스 혼합물들의 공급을 제어하고 그리고 수행될 에칭 프로세스에 적합한 피보나치 코일 (502) 의 설계 (예를 들어, 턴들의 수, 레그들의 수, 레그들의 종단들, 등) 를 선택함으로써, 프로세싱 챔버 (128) 내 플라즈마 생성은 목표된 에칭 레이트들을 산출하도록 제어될 수 있다.
도 6b 내지 도 6d는 유전체 윈도우 (124) 의 상단부 상에 본 개시의 피보나치 코일들을 장착하도록 사용될 수 있는 장착 배열들의 많은 다른 예들을 도시한다. 예시의 간략함을 위해, 가스 주입기 (163) 는 유전체 윈도우 (124) 의 중심에 도시되지 않는다.
예를 들어, 도 6b에서, 유전체 윈도우 (124) 의 상단 표면은 도 6a에 도시된 4 개의 장착 포스트들 (601) 을 포함할 수도 있고, 피보나치 코일 (502) 은 유전체 윈도우 (124) 상의 장착 포스트들 (601) 과 메이팅하는 원형 중심 상에 4 개의 장착 홀들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 유전체 윈도우 (124) 상의 4 개의 장착 포스트들 (601) 및 피보나치 코일 (502) 의 원형 중심 상의 대응하는 장착 홀들은 이들의 대각선이 피보나치 코일 (502) 의 원형 중심의 반경과 동일한 사각형의 4 개의 꼭짓점들 상에 놓일 수도 있다. 대안적으로, 유전체 윈도우 (124) 상의 장착 포스트들 (601) 및 피보나치 코일 (502) 의 원형 중심 상의 대응하는 장착 홀들은 직사각형 또는 임의의 다른 사각형의 4 개의 꼭짓점들 상에 놓일 수도 있다.
도 6c에서, 예를 들어, 유전체 윈도우 (124) 의 상단 표면은 3 개의 장착 포스트들을 포함할 수도 있고, 피보나치 코일 (502) 은 유전체 윈도우 (124) 상의 3 개의 장착 포스트들과 메이팅하는 원형 중심 상에 3 개의 장착 홀들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 유전체 윈도우 (124) 상의 3 개의 장착 포스트들 및 피보나치 코일 (502) 의 원형 중심 상의 대응하는 장착 홀들은 삼각형의 3 개의 꼭짓점들 상에 놓일 수도 있다. 예를 들어, 삼각형은 정삼각형 또는 임의의 다른 삼각형일 수도 있다.
도 6d에서, 예를 들어, 유전체 윈도우 (124) 의 상단 표면은 8 개의 장착 포스트들을 포함할 수도 있고, 피보나치 코일 (502) 은 유전체 윈도우 (124) 상의 8 개의 장착 포스트들과 메이팅하는 원형 중심 상에 8 개의 장착 홀들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 유전체 윈도우 (124) 상의 8 개의 장착 포스트들 및 피보나치 코일 (502) 의 원형 중심 상의 대응하는 장착 홀들은 팔각형의 8 개의 꼭짓점들 상에 놓일 수도 있다.
많은 다른 장착 배열들이 고려된다. 이들 장착 배열들을 사용하면, 피보나치 코일의 턴들의 수는 코일을 시계 방향 또는 반시계 방향으로 감음으로써 (turn) 변경될 수 있다. 예를 들어, 피보나치 코일은 하나 이상의 장착 포스트들에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 감길 수도 있다. 즉, 레그들이 종단되는 동안, 피보나치 코일의 중심은 턴들의 수를 증가시키거나 감소시키기 위해 기존 위치로부터 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전될 수 있다. 예를 들어, 피보나치 코일의 레그들이 시계 방향으로 연장한다면, 피보나치 코일의 중심을 시계 방향으로 회전시키는 것은 턴들의 수를 감소시킬 것이고, 피보나치 코일의 중심을 반시계 방향으로 회전시키는 것은 턴들의 수를 증가시킬 것이다. 반대로, 피보나치 코일의 레그들이 반시계 방향으로 연장한다면, 피보나치 코일의 중심을 시계 방향으로 회전시키는 것은 턴들의 수를 증가시킬 것이고, 피보나치 코일의 중심을 반시계 방향으로 회전시키는 것은 턴들의 수를 감소시킬 것이다.
유전체 윈도우 (124) 상의 장착 포스트들의 수 및 피보나치 코일의 원형 중심 상의 홀들의 수는 피보나치 코일의 턴들의 수가 변경될 수 있는 분해능을 결정한다. 예를 들어, 유전체 윈도우 (124) 상에 N 개의 장착 포스트들이 있고 피보나치 코일의 원형 중심 상에 N 개의 홀들이 있다면, 피보나치 코일이 감길 수 있는 가장 작은 각도는 360/N이다. 또한, 피보나치 코일은 360/N의 정수 배인 임의의 각도로 감길 수 있다.
더욱이, 유전체 윈도우 (124) 상의 장착 포스트들의 수와 피보나치 코일의 원형 중심 상의 홀들의 수 사이의 대응은 일대일 (one-to-one) 대응일 필요는 없다. 예를 들어, 도 6b에서, 유전체 윈도우 (124) 상의 장착 포스트들의 수는 2 개일 수도 있는 한편, 피보나치 코일의 원형 중심 상의 홀들의 수는 4 개일 수도 있고, 그 반대일 수도 있다. 예를 들어, 도 6d에서, 유전체 윈도우 (124) 상의 장착 포스트들의 수는 4 개일 수도 있는 한편, 피보나치 코일의 원형 중심 상의 홀들의 수는 8 개일 수도 있고, 그 반대일 수도 있다.
유전체 윈도우 (124) 상의 장착 포스트들의 수와 피보나치 코일의 원형 중심 상의 홀들의 수 사이의 다른 대안적인 대응 관계들은 제공된 유전체 윈도우 (124) 상의 장착 포스트들의 수가 피보나치 코일에 물리적 안정성을 제공하기에 충분하다면 사용될 수도 있다. 전기적 콘택트들 (예를 들어, 도 6a에 도시된 전기적 콘택트들 (604)) 의 위치들은 피보나치 코일의 원형 중심 상의 홀들의 수 및 위치들에 따라 선택될 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 피보나치 코일의 레그들이 종단될 수 있는 다양한 방식들을 도시한다. 단지 예를 들면, 도시된 코일은 도 4의 피보나치 코일 (400) 이다. 그러나, 이하의 교시들은 본 개시에 따른 임의의 피보나치 코일로 확장될 수 있다.
예를 들어, 도 7a는 피보나치 코일 (400) 의 모든 레그들이 접지에 직접 접속될 수 있다는 것을 도시한다. 도 7b는 피보나치 코일 (400) 의 모든 레그들이 고정 커패시터를 통해 접지에 접속될 수 있다는 것을 도시한다. 도 7c는 피보나치 코일 (400) 의 모든 레그들이 가변 커패시터를 통해 접지에 접속될 수 있다는 것을 도시한다. 제어기 (예를 들어, 도 8a 및 도 8b를 참조하여 이하에 기술된 엘리먼트 (806) 참조) 가 피보나치 코일의 레그 각각을 개별적으로 튜닝하도록 가변 커패시터 각각을 조정할 수 있다.
피보나치 코일의 레그들을 종단하는 많은 다른 방식들이 고려된다. 예를 들어, 피보나치 코일 (400) 의 레그들 중 일부 (하나 이상) 는 접지에 직접 접속될 수 있는 한편, 피보나치 코일 (400) 의 나머지 (하나 이상) 레그들은 고정 커패시터를 통해 접지에 접속될 수 있다. 다른 예들에서, 피보나치 코일 (400) 의 레그들 중 일부 (하나 이상) 는 가변 커패시터를 통해 접지에 접속될 수 있는 한편, 피보나치 코일 (400) 의 나머지 (하나 이상) 레그들은 고정 커패시터를 통해 접지에 접속될 수 있다. 또 다른 예들에서, 피보나치 코일 (400) 의 레그들 중 일부 (하나 이상) 는 접지에 직접 접속될 수 있는 한편, 피보나치 코일 (400) 의 나머지 (하나 이상) 레그들은 가변 커패시터를 통해 접지에 접속될 수 있다. 부가적인 예들에서, 피보나치 코일 (400) 의 레그들 중 일부 (하나 이상) 는 접지에 직접 접속될 수 있고, 피보나치 코일 (400) 의 일부 다른 (하나 이상) 레그들은 고정 커패시터를 통해 접지에 접속될 수 있고, 피보나치 코일 (400) 의 또 다른 (하나 이상) 레그들은 가변 커패시터 등을 통해 접지에 접속될 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 본 개시에 따른 피보나치 코일에 RF 전력을 공급하기 위한 시스템 (800) 을 도시한다. 피보나치 코일은 본 개시에 도시되고 기술된 임의의 코일일 수 있다. 도 8a에서, 시스템 (800) 은 RF 생성기 (802), 매칭 회로 (804), 제어기 (806), 및 피보나치 코일 (808) 을 포함한다. RF 생성기 (802) 는 RF 전력을 생성하고, 도 1에 도시된 엘리먼트들 (112 및 114) 과 유사하다. 매칭 회로 (804) 는 피보나치 코일 (808) 의 임피던스를 RF 생성기 (802) 에 매칭시킨다. 매칭 회로 (804) 는 도 1에 도시된 엘리먼트 (113) 와 유사하다. 매칭 회로 (804) 는 피보나치 코일 (808) 의 중심으로 (예를 들어, 도 4에 도시된 엘리먼트 (404) 로 또는 도 6a에 도시된 엘리먼트들 (604) 로) RF 전력을 전달한다.
제어기 (806) 는 도 1에 도시된 제어기 (154) 와 유사하고, 피보나치 코일 (808) 과 RF 생성기 (802) 의 임피던스들을 매칭시키도록 매칭 회로 (804) (예를 들어, 도 8b에 도시된 매칭 회로 (804) 의 가변 커패시터들 (C1 및 C3) 을 제어한다. 가변 커패시터들 (C1 및 C3) 은 미리 결정된 범위의 값들을 가질 수 있다. 미리 결정된 범위는 특정한 피보나치 코일 설계에 대해 캘리브레이팅될 (calibrate) 수 있다. 예를 들어, 특정한 수의 레그들을 갖는 피보나치 코일이 X 턴들과 Y 턴들 사이의 피보나치 코일을 가질 수 있으면 (여기서 X 및 Y는 양의 정수들 및 분수들을 포함함), 제어기 (806) 는 사용된 턴들의 수와 무관하게 피보나치 코일의 임피던스를 매칭시키도록 미리 결정된 범위 내에서 가변 커패시터들 (C1 및 C3) 의 값들을 조정할 수 있다. 제어기 (806) 는 가변 커패시터들 (C1 및 C3) 의 값들을 자동으로 조정할 수 있거나, 피보나치 코일의 턴들의 수를 변경한 후 또는 피보나치 코일을 다른 피보나치 코일로 교체한 후 오퍼레이터로 하여금 가변 커패시터들 (C1 및 C3) 에 대한 값들을 시스템 (800) 내로 수동으로 입력하게 할 수 있다.
따라서, 피보나치 코일의 턴들의 수는 매칭 회로 (804) 를 변화시키지 않고 미리 결정된 범위 내 (예를 들어, X 턴들과 Y 턴들 사이) 에서 변경될 수 있다. 도 9를 참조하여 이하에 설명된 바와 같이, 기하학적 구조 및/또는 피보나치 코일의 턴들의 수의 변화들로 인한 인덕턴스의 변화는 변화들이 가변 커패시터들 (C1 및 C3) 에 의해 처리될 수 있는 범위 내에 있는 한, 매칭 회로 (804) 에 의해 튜닝된다 (즉, 보상된다).
일부 구현 예들에서, 상이한 설계를 갖는 피보나치 코일이 사용되면 상이한 매칭 회로가 사용될 수도 있다. 대안적으로, 또 다른 가변 커패시터 또는 커패시터들이 적합한 스위칭 배열을 사용하여 가변 커패시터들 (C1 및 C3) 에 직렬로 또는 병렬로 부가될 수도 있다. 제어기 (806) 는 상기 기술된 방식으로 상이한 설계를 갖는 코일의 임피던스를 매칭시키도록, 상이한 매칭 회로 또는 부가된 커패시터 또는 커패시터들을 제어할 수 있다.
제어기 (806) 는 또한 피보나치 코일의 하나 이상의 레그들에 접속된 하나 이상의 가변 커패시터들을 제어할 수 있다 (도 7c 참조). 제어기 (806) 는 프로세싱 챔버의 중심을 통해 (예를 들어, 도 1 및 도 6a에 도시된 주입기 노즐 (163) 을 통해) 그리고/또는 프로세싱 챔버의 측면을 통해 (예를 들어, 도 6a에 도시된 엘리먼트들 (608) 을 통해) 프로세싱 챔버로의 가스 공급을 부가적으로 제어할 수 있다. 따라서, 코일 설계, (코일 및 하나 이상의 레그들 모두의) 매칭, 및/또는 가스 공급 (공급량/공급 레이트 및/또는 공급 위치 모두) 의 조합을 제어함으로써, 상이한 에칭 프로세스들에 대한 에칭 레이트들은 개선될 수 있다.
도 9는 프로세싱 챔버 (128) 의 유전체 윈도우 (124) (예를 들어, 도 6a 참조) 상에 장착된 피보나치 코일 (900) 의 개략적인 표현을 도시한다. 피보나치 코일 (900) 은 본 개시에서 상기 및 이하에 기술된 임의의 피보나치 코일일 수 있다. 도 9에서, h는 피보나치 코일 (900) 의 높이를 나타내고 (denote), d는 피보나치 코일 (900) 의 직경을 나타내고, n은 피보나치 코일 (900) 의 턴들의 수를 나타내고, 그리고 s는 유전체 윈도우 (124) 아래 플라즈마의 표피 깊이를 나타낸다. 피보나치 코일 (900) 은 유전체 윈도우 (124) 보다 직경이 작다.
일반적으로, 플라즈마 챔버 내 웨이퍼의 평면을 따른 플라즈마 밀도는 플라즈마 소스에 종속된다. 구체적으로, 프로세싱 챔버 내 플라즈마 밀도는 프로세싱 챔버 내의 에너지 균형에 종속된다. 부가적으로, 프로세싱 챔버 내 플라즈마 밀도 분포는 프로세싱 챔버 내의 입자 균형에 종속된다. 각각이 이하에 차례로 설명된다.
보다 구체적으로, 플라즈마 밀도는 코일에 의해 플라즈마에 축적된 전력의 양 및 플라즈마로부터의 에너지 손실들에 종속된다. 플라즈마에 축적된 전력의 양은 임피던스 매칭 및 코일의 효율에 따라 다르고, 이는 결국 기하학적 구조, 턴들의 수, 및 턴들의 수, 레그들의 수, 레그들의 종단들, 등과 같은 코일의 다른 설계 파라미터들에 의해 영향을 받는다. 본 개시의 피보나치 코일 설계들은 전력이 플라즈마 내로 축적되는 효율을 상승시키고, 이는 결국 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마 밀도를 상승시킨다.
플라즈마 밀도에 영향을 주는 에너지 손실들은 대체로 프로세싱 챔버의 벽들의 엔탈피/열 손실들로 인해 발생한다. 이들 손실들은 이온 밀도 변화도에 의해 구동되는 이온 확산 손실로부터 발생한다. 이들 손실들은 유전체 윈도우 근방에 얼마나 많은 전력이 축적되는지에 종속된다. 이하에 설명된 바와 같이, 이들 손실들은 본 개시의 피보나치 코일 설계들을 사용함으로써 감소될 수 있다.
프로세싱 챔버 내 입자 균형에 종속되는 플라즈마 밀도 분포는 프로세싱 챔버 내의 플라즈마 소스 및 싱크 (즉, 손실) 분포 및 플라즈마 소스로부터 웨이퍼의 거리에 종속된다. 플라즈마 밀도 분포는 균일성에 강하게 영향을 준다.
플라즈마 소스 (즉, 코일) 가 유전체 윈도우에 가까울 때, 전자 밀도는 유전체 윈도우 근방에서 피크가 되지만 전자 온도는 프로세싱 챔버에 걸쳐 보다 균일하다. 부가적으로, 전력 축적은 유전체 윈도우 아래 플라즈마의 표피 깊이 내에서만 발생한다. 따라서, 코일이 유전체 윈도우로부터 보다 멀리 이동하면, 1 차 코일로서 작용하는 코일과 2 차 코일로서 작용하는 플라즈마 사이의 커플링이 감소된다. 그 결과, 플라즈마에서 동일한 전류를 유지하기 위해 보다 많은 전류가 코일에 공급되어야 한다. 그러나, 코일의 보다 높은 전류는 보다 높은 손실들을 초래한다.
손실들은 방지될 수 있고, 코일에 공급된 전류는 코일을 유전체 윈도우에 가깝게 장착하고 에칭 프로세스에 적합한 코일 설계 (예를 들어, 턴들의 수, 레그들의 수, 레그들의 종단들, 등) 를 선택함으로써 감소될 수 있다 (즉, 코일의 효율이 상승될 수 있다). 예를 들어, 프로세싱 챔버에서 피크 플라즈마 밀도를 상승시키기 위해, 코일 면적은 유전체 윈도우보다 작은 코일 직경을 유지하면서 레그들의 수, 턴들의 수, 및/또는 피보나치 코일의 길이를 증가시킴으로써 증가될 수 있다.
코일의 효율 n은 다음의 방정식에 의해 주어진다 (방정식에 사용된 변수들에 대해 도 9 참조):
Figure pct00012
상기 방정식은 플라즈마 생성을 위한 코일의 효율만을 고려한다. 방정식은 포화가 없고 이온 에너지를 유지하기 위해 충분한 바이어스 전력이 공급된다고 가정한다. 방정식은 또한 웨이퍼에 대한 화학 물질 및 온도의 영향들을 무시한다.
상기 설명된 바와 같이, 주어진 플라즈마 전류에 대해, 코일과 플라즈마 사이의 커플링이 감소함에 따라, 코일을 통한 전류는 증가되어야 하고, 이는 코일에서 구리 손실들을 증가시키고 코일의 효율을 감소시킨다. 커플링은 또한 코일의 턴들의 수가 증가될 때 약간 감소되고, 이는 코일의 효율 손실을 초래한다. 또한, 코일의 기하학적 구조 (예를 들어, 길이, 턴들의 수, 레그들의 수 등) 가 변화될 때, 코일의 인덕턴스가 변화한다. 그러나, 인덕턴스의 변화는 상기 기술된 바와 같이 매칭 회로에 의해 튜닝되고 (즉, 보상됨), 코일의 효율에 거의 영향을 주지 않는다. 따라서, 상기 방정식에 따라, 코일의 효율은 가장 큰 직경 (유전체 윈도우의 직경보다 작음) 을 갖고 가장 적은 턴들의 수를 갖는 피보나치 코일을 사용함으로써, 그리고 유전체 윈도우에 가장 가까운 코일을 장착함으로써 최대화될 수 있다.
에칭 레이트 (ER) 와 코일의 효율 (n) 사이의 관계는 다음의 방정식에 의해 주어진다:
Figure pct00013
여기서 n은 코일의 효율이고, Pgen은 RF 생성기에 의해 출력된 전력이고, 용어
Figure pct00014
은 엔탈피 손실들을 나타내고,
Figure pct00015
는 프로세싱 챔버의 벽들로의 이온 플럭스이다.
RF 생성기에 의해 출력된 전력 중 일부는 다양한 손실들로 인해 손실되고, RF 생성기에 의해 출력된 나머지 전력은 플라즈마를 생성하는데 활용된다. 따라서, 이온화 (즉, 플라즈마 생성) 에 가용한 전력은 RF 생성기에 의해 출력된 전력에서
Figure pct00016
로 나타낸 에너지 효율들을 뺀 것에서 엔탈피 손실들을 뺀 것과 같다. 복사 손실들은 엔탈피 손실들에 포함되고, 주어진 가스 조성에 대해 감소될 수 없다. 플라즈마가 유전체 윈도우 아래 플라즈마의 표피 깊이보다 더 멀리 프로세싱 챔버의 벽들 및/또는 유전체 윈도우로부터 멀리 생성된다면, 엔탈피 손실들은 감소될 수 있다.
일반적으로, 플라즈마를 생성하기 위해, 많은 다른 코일 설계들은 본 개시의 피보나치 코일 설계들보다 높은 전압을 필요로 한다. 보다 높은 전압은 유전체 윈도우 근방의 시스 전압 및 엔탈피를 증가시킨다. 반대로, 본 개시의 피보나치 코일들은 다른 코일 설계들보다 낮은 인덕턴스를 갖고, 따라서 다른 코일 설계들보다 낮은 전압들에서 보다 높은 전류들을 생성할 수 있다.
다른 코일 설계들보다 낮은 전압들에서 동일한 전류를 전달함으로써 플라즈마를 생성하는 피보나치 코일들의 능력으로 인해,
Figure pct00017
용어는 다른 코일들보다 피보나치 코일들에 대해 보다 낮다. 부가적으로, 다른 코일 설계들보다 낮은 전압들에서 동일한 전류를 전달함으로써 플라즈마를 생성하는 피보나치 코일들의 능력으로 인해, 1 턴 미만의 턴을 갖는 레그들을 갖는 피보나치 코일들이 플라즈마를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 본 개시의 피보나치 코일들은 손실들을 감소시키고, 코일 효율 및 에칭 레이트를 개선한다.
요컨대, 본 개시의 피보나치 코일 설계들은 다른 코일 설계들보다 개선된 전력 분포를 제공하고, 이는 보다 높은 에칭 레이트들 및 다른 예들에서, 다른 코일 설계들에 대한 균일성으로 해석된다. 피보나치 코일들은 또한 제거되고, 교체될 수 있고, 이들의 설계는 통상적으로 사용된 내측 코일 및 외측 코일보다 쉽게 변경될 수 있다. 이는 적어도 8 개의 전기적 접속부들을 포함하고 피보나치 코일들보다 많은 장착 하드웨어를 사용하는, 내측 코일 및 외측 코일과 비교하여 보다 적은 전기적 접속부들 및 장착 하드웨어를 사용하기 때문이다. 또한, 피보나치 코일들의 턴들의 수는 코일을 교체하는 대신 미리 결정된 범위 내에서 변경될 수 있다. 내측 코일과 외측 코일은 피보나치 코일들만큼 쉽게 구성 가능하지 않다.
전술한 기술은 본질적으로 단지 예시이고, 어떠한 방식으로도 본 개시, 이의 적용 예, 또는 사용들을 제한하도록 의도되지 않는다. 본 개시의 광범위한 교시들은 다양한 형태들로 구현될 수 있다. 따라서, 본 개시가 특정한 예들을 포함하지만, 본 개시의 진정한 범위는 다른 수정들이 도면들, 명세서, 및 이하의 청구항들의 연구 시 자명해질 것이기 때문에 이렇게 제한되지 않아야 한다. 방법의 하나 이상의 단계들은 본 개시의 원리들을 변경하지 않고 상이한 순서로 (또는 동시에) 실행될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 실시 예들 각각이 특정한 피처들을 갖는 것으로 상기 기술되었지만, 본 개시의 임의의 실시 예에 대해 기술된 이들 피처들 중 임의의 하나 이상의 피처들은, 조합이 명시적으로 기술되지 않더라도 임의의 다른 실시 예들의 피처들에서 그리고/또는 피처들과 조합하여 구현될 수 있다. 즉, 기술된 실시 예들은 상호 배타적이지 않고, 하나 이상의 실시 예들의 다른 실시 예들과의 치환들이 본 개시의 범위 내에 남는다.
엘리먼트들 간 (예를 들어, 모듈들, 회로 엘리먼트들, 반도체 층들, 등 간) 의 공간적 및 기능적 관계들은, "연결된 (connected)", "인게이지된 (engaged)", "커플링된 (coupled)", "인접한 (adjacent)", "옆에 (next to)", "~의 상단에 (on top of)", "위에 (above)", "아래에 (below)", 및 "배치된 (disposed)"을 포함하는, 다양한 용어들을 사용하여 기술된다. "직접적 (direct)"인 것으로 명시적으로 기술되지 않는 한, 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 간의 관계가 상기 개시에서 기술될 때, 이 관계는 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 사이에 다른 중개하는 엘리먼트들이 존재하지 않는 직접적인 관계일 수 있지만, 또한 제 1 엘리먼트와 제 2 엘리먼트 사이에 (공간적으로 또는 기능적으로) 하나 이상의 중개하는 엘리먼트들이 존재하는 간접적인 관계일 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 구 A, B, 및 C 중 적어도 하나는 비배타적인 논리 OR를 사용하여, 논리적으로 (A 또는 B 또는 C) 를 의미하는 것으로 해석되어야 하고, "적어도 하나의 A, 적어도 하나의 B, 및 적어도 하나의 C"를 의미하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
일부 구현 예들에서, 제어기는 상기 기술된 예들의 일부일 수도 있는 시스템의 일부이다. 이러한 시스템들은 프로세싱 툴 또는 툴들, 챔버 또는 챔버들, 프로세싱용 플랫폼 또는 플랫폼들, 및/또는 특정 프로세싱 컴포넌트들 (웨이퍼 페데스탈, 가스 플로우 시스템, 등) 을 포함하는, 반도체 프로세싱 장비를 포함할 수 있다. 이들 시스템들은 반도체 웨이퍼 또는 기판의 프로세싱 이전에, 프로세싱 동안에, 그리고 프로세싱 이후에 그들의 동작을 제어하기 위한 전자장치와 통합될 수도 있다. 전자장치는 시스템 또는 시스템들의 다양한 컴포넌트들 또는 하위부분들을 제어할 수도 있는 "제어기"로서 지칭될 수도 있다. 제어기는, 시스템의 프로세싱 요건들 및/또는 유형에 따라서, 프로세싱 가스들의 전달, 온도 설정사항들 (예를 들어, 가열 및/또는 냉각), 압력 설정사항들, 진공 설정사항들, 전력 설정사항들, 무선 주파수 (RF) 생성기 설정사항들, RF 매칭 회로 설정사항들, 주파수 설정사항들, 플로우 레이트 설정사항들, 유체 전달 설정사항들, 위치 및 동작 설정사항들, 툴 및 다른 이송 툴들 및/또는 특정 시스템과 연결되거나 인터페이싱된 로드록들 내외로의 웨이퍼 이송들을 포함하는, 본 명세서에 개시된 프로세스들 중 임의의 프로세스들을 제어하도록 프로그래밍될 수도 있다.
일반적으로 말하면, 제어기는 인스트럭션들을 수신하고, 인스트럭션들을 발행하고, 동작을 제어하고, 세정 동작들을 가능하게 하고, 엔드포인트 측정들을 가능하게 하는, 등을 하는 다양한 집적 회로들, 로직, 메모리, 및/또는 소프트웨어를 갖는 전자장치로서 규정될 수도 있다. 집적 회로들은 프로그램 인스트럭션들을 저장하는 펌웨어의 형태의 칩들, 디지털 신호 프로세서들 (DSPs), ASICs (Application Specific Integrated Circuits) 로서 규정되는 칩들, 및/또는 프로그램 인스트럭션들 (예를 들어, 소프트웨어) 을 실행하는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 마이크로제어기들을 포함할 수도 있다. 프로그램 인스트럭션들은 반도체 웨이퍼 상에서 또는 반도체 웨이퍼에 대한 특정 프로세스를 실행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정사항들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 제어기로 또는 시스템으로 전달되는 인스트럭션들일 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 동작 파라미터들은 하나 이상의 층들, 재료들, 금속들, 옥사이드들, 실리콘, 실리콘 다이옥사이드, 표면들, 회로들, 및/또는 웨이퍼의 다이들의 제조 동안에 하나 이상의 프로세싱 단계들을 달성하도록 프로세스 엔지니어들에 의해서 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.
제어기는, 일부 구현 예들에서, 시스템과 통합되거나, 시스템에 커플링되거나, 그렇지 않으면 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합으로 될 수 있는 컴퓨터에 커플링되거나 이의 일부일 수도 있다. 예를 들어, 제어기는 웨이퍼 프로세싱의 원격 액세스를 가능하게 할 수 있는 공장 (fab) 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부이거나 "클라우드" 내에 있을 수도 있다. 컴퓨터는 제조 동작들의 현 진행을 모니터링하거나, 과거 제조 동작들의 이력을 조사하거나, 복수의 제조 동작들로부터 경향들 또는 성능 계측치들을 조사하거나, 현 프로세싱의 파라미터들을 변경하거나, 현 프로세싱을 따르는 프로세싱 단계들을 설정하거나, 새로운 프로세스를 시작하기 위해서, 시스템으로의 원격 액세스를 가능하게 할 수도 있다. 일부 예들에서, 원격 컴퓨터 (예를 들어, 서버) 는 로컬 네트워크 또는 인터넷을 포함할 수도 있는 네트워크를 통해 프로세스 레시피들을 시스템에 제공할 수 있다. 원격 컴퓨터는 차후에 원격 컴퓨터로부터 시스템으로 전달될 파라미터들 및/또는 설정사항들의 입력 또는 프로그래밍을 가능하게 하는 사용자 인터페이스를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 제어기는 하나 이상의 동작들 동안 수행될 프로세싱 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정하는, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 파라미터들은 제어기가 제어하거나 인터페이싱하도록 구성되는 툴의 유형 및 수행될 프로세스의 유형에 특정적일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서 상기 기술된 바와 같이, 제어기는 예컨대 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들과 같은, 공동의 목적을 향해 함께 네트워킹되고 작동하는 하나 이상의 개별 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다. 이러한 목적들을 위한 분산형 제어기의 일 예는 챔버 상의 프로세스를 제어하도록 조합되는 (예컨대 플랫폼 레벨에서 또는 원격 컴퓨터의 일부로서) 원격으로 위치한 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 챔버 상의 하나 이상의 집적 회로들일 것이다.
비한정적으로, 예시적인 시스템들은 플라즈마 에칭 챔버 또는 모듈, 증착 챔버 또는 모듈, 스핀-린스 챔버 또는 모듈, 금속 도금 챔버 또는 모듈, 세정 챔버 또는 모듈, 베벨 에지 에칭 챔버 또는 모듈, PVD (Physical Vapor Deposition) 챔버 또는 모듈, CVD (Chemical Vapor Deposition) 챔버 또는 모듈, ALD (Atomic Layer Deposition) 챔버 또는 모듈, ALE (Atomic Layer Etch) 챔버 또는 모듈, 이온 주입 챔버 또는 모듈, 트랙 (track) 챔버 또는 모듈, 및 반도체 웨이퍼들의 제조 및/또는 제작 시에 사용되거나 연관될 수도 있는 임의의 다른 반도체 프로세싱 시스템들을 포함할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 툴에 의해서 수행될 프로세스 단계 또는 단계들에 따라서, 제어기는, 반도체 제작 공장 내의 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로부터/로드 포트들로 웨이퍼들의 컨테이너들을 이동시키는 재료 이송 시에 사용되는, 다른 툴 회로들 또는 모듈들, 다른 툴 컴포넌트들, 클러스터 툴들, 다른 툴 인터페이스들, 인접 툴들, 이웃하는 툴들, 공장 도처에 위치한 툴들, 메인 컴퓨터, 또 다른 제어기, 또는 툴들 중 하나 이상과 통신할 수도 있다.

Claims (15)

  1. 반도체 기판들을 프로세싱하기 위한 시스템에 있어서,
    유도 결합 플라즈마를 사용하여 반도체 기판을 프로세싱하도록 구성된 프로세싱 챔버로서, 상기 프로세싱 챔버는 유전체 윈도우를 포함하는, 상기 프로세싱 챔버;
    상기 유전체 윈도우 상에 배치된 코일로서, 상기 코일은 원형 중심 부분 및 상기 유전체 윈도우에 평행한 상기 원형 중심 부분으로부터 외측으로 나선형으로 연장하는 복수의 레그들 (legs) 을 갖고, 상기 레그들 각각은 피보나치 나선 (Fibonacci spiral) 인, 상기 코일; 및
    상기 프로세싱 챔버로 공급되는 프로세스 가스에 응답하여 상기 프로세싱 챔버 내에서 상기 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위해 상기 코일의 상기 원형 중심 부분으로 RF 전력을 공급하도록 구성된 생성기를 포함하는, 반도체 기판 프로세싱 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 레그들은 상기 코일의 상기 원형 중심 부분으로부터 시계 방향으로 외측으로 나선형으로 연장하고, 또는
    상기 복수의 레그들은 상기 코일의 상기 원형 중심 부분으로부터 반시계 방향으로 외측으로 나선형으로 연장하는, 반도체 기판 프로세싱 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 레그들 각각은 미리 결정된 길이를 갖고, 상기 코일의 상기 원형 중심 부분 둘레에 미리 결정된 수의 턴들 (turns) 을 만들고, 그리고 상기 미리 결정된 수의 턴들은 미리 결정된 범위 내에 있는, 반도체 기판 프로세싱 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 레그들 각각은 직접 접지되고,
    상기 복수의 레그들 각각은 고정 커패시터를 통해 접지되고, 또는
    상기 복수의 레그들 각각은 가변 커패시터를 통해 접지되는, 반도체 기판 프로세싱 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 생성기 및 상기 코일의 임피던스들을 매칭시키도록 구성된 매칭 회로를 더 포함하는, 반도체 기판 프로세싱 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 코일은 상기 유전체 윈도우의 상단 표면에 평행한 제 1 평면을 따라 배치되고, 그리고 상기 유전체 윈도우의 상기 상단 표면은 제 2 평면에 평행하고 이를 따라 상기 반도체 기판이 상기 유전체 윈도우 밑의 상기 프로세싱 챔버에 위치된 기판 지지부 상에 배치되는, 반도체 기판 프로세싱 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체 윈도우는 원형이고 상기 코일보다 큰 직경을 갖는, 반도체 기판 프로세싱 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세싱 챔버는 상기 프로세싱 챔버 내로 상기 프로세스 가스를 주입하기 위해 상기 유전체 윈도우의 중심에 배치된 주입기를 더 포함하고, 상기 코일의 상기 원형 중심 부분은 상기 주입기 둘레에 장착되는, 반도체 기판 프로세싱 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세싱 챔버는 상기 프로세싱 챔버 내로 상기 프로세스 가스를 측방향으로 공급하기 위한 복수의 유입구들을 더 포함하는, 반도체 기판 프로세싱 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 레그들은 직접, 고정 커패시터를 통해, 가변 커패시터를 통해, 또는 이들의 조합을 사용하여 접지되고,
    상기 시스템은,
    상기 프로세싱 챔버 내로 상기 프로세스 가스를 주입하기 위해 상기 유전체 윈도우의 중심에 배치된 주입기로서, 상기 코일의 상기 원형 중심 부분은 상기 가스 주입기 둘레에 장착되는, 상기 주입기;
    상기 프로세싱 챔버 내로 상기 프로세스 가스를 측방향으로 공급하기 위한 복수의 유입구들;
    복수의 가변 커패시터들을 사용하여 상기 생성기 및 상기 코일의 임피던스들을 매칭시키도록 구성된 매칭 회로; 및
    상기 주입기와 상기 복수의 유입구들을 통해 공급된 상기 프로세스 가스, 상기 복수의 레그들 중 하나에 접속되는 상기 가변 커패시터, 및 상기 매칭 회로의 상기 복수의 가변 커패시터들 중 하나 이상을 제어함으로써, 상기 유도 결합 플라즈마 및 상기 유도 결합 플라즈마를 사용하여 상기 반도체 기판 상에서 수행된 프로세스의 레이트를 제어하도록 구성된 제어기를 더 포함하는, 반도체 기판 프로세싱 시스템.
  11. 반도체 기판을 프로세싱하기 위한 프로세싱 챔버 내에서 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위한 코일에 있어서,
    평면에 평행한 원형 중심 부분으로서, 상기 원형 중심 부분은 반도체 기판을 프로세싱하기 위해 프로세싱 챔버 내에서 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위해 RF 전력을 수용하도록 구성되는, 상기 원형 중심 부분; 및
    상기 평면에 평행한 상기 원형 중심 부분으로부터 외측으로 나선형으로 연장하는 복수의 레그들로서, 상기 레그들 각각은 피보나치 나선인, 상기 복수의 레그들을 포함하는, 코일.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 레그들은 상기 코일의 상기 원형 중심 부분으로부터 시계 방향으로 외측으로 나선형으로 연장하고, 또는
    상기 복수의 레그들은 상기 코일의 상기 원형 중심 부분으로부터 반시계 방향으로 외측으로 나선형으로 연장하는, 코일.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 레그들 각각은 미리 결정된 길이를 갖고, 상기 코일의 상기 원형 중심 부분 둘레에 미리 결정된 수의 턴들을 만들고, 그리고 상기 미리 결정된 수의 턴들은 미리 결정된 범위 내에 있는, 코일.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 레그들 각각은 직접 접지되고,
    상기 복수의 레그들 각각은 고정 커패시터를 통해 접지되고, 또는
    상기 복수의 레그들 각각은 가변 커패시터를 통해 접지되는, 코일.
  15. 제 11 항에 기재된 코일을 포함하는, 반도체 기판들을 프로세싱하기 위한 시스템에 있어서, 상기 코일의 상기 복수의 레그들은 직접, 고정 커패시터를 통해, 가변 커패시터를 통해, 또는 이들의 조합을 사용하여 접지되고, 상기 시스템은,
    유도 결합 플라즈마를 사용하여 상기 프로세싱 챔버 내의 기판 지지부 상에 배치된 반도체 기판을 프로세싱하도록 구성된 프로세싱 챔버로서, 상기 프로세싱 챔버는 상기 반도체 기판 위에 위치된 유전체 윈도우를 포함하고, 상기 코일은 상기 유전체 윈도우 상에 배치되고, 상기 유전체 윈도우 및 상기 반도체 기판은 상기 코일의 평면에 평행하게 배치되는, 상기 프로세싱 챔버;
    상기 프로세싱 챔버로 공급되는 프로세스 가스에 응답하여 상기 프로세싱 챔버 내에서 상기 유도 결합 플라즈마를 생성하기 위해 상기 코일의 원형 중심 부분으로 RF 전력을 공급하도록 구성된 생성기;
    상기 프로세싱 챔버 내로 상기 프로세스 가스를 주입하기 위해 상기 유전체 윈도우의 중심에 배치된 주입기로서, 상기 코일의 상기 원형 중심 부분은 상기 주입기 둘레에 장착되는, 상기 주입기;
    상기 프로세싱 챔버 내로 상기 프로세스 가스를 측방향으로 공급하기 위한 복수의 유입구들;
    복수의 가변 커패시터들을 사용하여 상기 생성기 및 상기 코일의 임피던스들을 매칭시키도록 구성된 매칭 회로; 및
    상기 주입기와 상기 복수의 유입구들을 통해 공급된 상기 프로세스 가스, 상기 복수의 레그들 중 하나에 접속되는 상기 가변 커패시터, 및 상기 매칭 회로의 상기 복수의 가변 커패시터들 중 하나 이상을 제어함으로써, 상기 유도 결합 플라즈마 및 상기 유도 결합 플라즈마를 사용하여 상기 반도체 기판 상에서 수행된 프로세스의 레이트를 제어하도록 구성된 제어기를 더 포함하는, 반도체 기판 프로세싱 시스템.
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