KR20210112412A - 플라즈마 처리 장치 내의 각을 이룬 인젝터를 갖는 가스 공급부 - Google Patents
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Abstract
플라즈마 처리 장치 및 관련 방법이 제공된다. 일 예시적인 구현에서, 플라즈마 처리 장치는 유도 결합 플라즈마 처리 장치와 같은 플라즈마 처리 장치의 처리 챔버 내의 가스 공급부를 구비할 수 있다. 가스 공급부는 하나 이상의 인젝터를 구비할 수 있다. 상기 하나 이상의 인젝터 각각은 상기 워크피스의 중심에 수직인 방향에 대해 회전 가스 유동을 생성하도록 상기 워크피스의 반경에 평행한 방향에 대해 각을 이룰 수 있다. 이러한 가스 공급부는 워크피스 상의 입자 증착을 감소시키기 위해 처리 챔버 내의 프로세스 균일성, 워크피스 에지 임계 치수 튜닝, 가스 이온화 효율, 및/또는 대칭 유동을 개선시킬 수 있고, 또한 정체된 흐름으로부터 열 국소화를 감소시킬 수 있다.
Description
본 출원은 2019년 2월 7일자로 출원한 미국출원 16/270,063호에 기초하여 우선권을 주장하고, 이는 본원에 참고로 편입된다.
본 개시내용은 일반적으로 플라즈마 처리 장치 및 시스템을 위한 가스 공급부에 관한 것이다.
플라즈마 처리 툴은 집적 회로, 마이크로기계 장치, 평판 디스플레이, 및 다른 장치와 같은 장치의 제조에 사용될 수 있다. 현대의 플라즈마 에칭 및/또는 스트립 응용에 사용되는 플라즈마 처리 툴은, 독립적인 플라즈마 프로파일, 플라즈마 밀도, 및 이온 에너지 제어를 포함하는, 높은 플라즈마 균일성 및 복수의 플라즈마 제어를 제공하기 위해 요구된다. 일부 경우에, 웨이퍼 에지 임계 치수 튜닝의 양호한 제어 및 웨이퍼에 대한 양호하고 균일한 커버리지를 제공하기 위해 플라즈마 프로세싱 툴이 요구될 수 있다.
본 개시내용의 실시예의 관점 및 이점은 하기의 설명에서 부분적으로 설명되거나, 그 설명으로부터 알 수 있거나, 본 발명의 실시를 통해 학습될 수 있다.
본 개시내용의 일 예시적인 관점은 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다. 플라즈마 처리 장치는 워크피스 지지부를 갖는 처리 챔버를 구비할 수 있다. 상기 워크피스 지지부는 플라즈마 처리 동안 워크피스를 지지할 수 있다. 상기 플라즈마 처리 장치는 처리 챔버 내의 프로세스 가스에서 플라즈마를 유도하기 위한 유도 결합 플라즈마 소스를 구비할 수 있다. 상기 플라즈마 처리 장치는 프로세스 가스를 처리 챔버로 전달하기 위한 가스 공급부를 구비할 수 있다. 상기 가스 공급부는 하나 이상의 인젝터를 구비할 수 있다. 상기 하나 이상의 인젝터 각각은 상기 워크피스의 중심에 수직인 방향에 대해 회전 가스 유동을 생성하도록 상기 워크피스의 반경에 평행한 방향에 대해 각을 이룰 수 있다.
본 개시내용의 다른 예시적인 관점은 워크피스를 처리하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 처리 챔버에서 워크피스 지지부 상에 워크피스를 배치하는 단계를 구비할 수 있다. 상기 방법은 가스 공급부를 통해, 프로세스 가스를 처리 챔버 내로 도입하는 단계를 구비할 수 있다. 상기 방법은 처리 챔버 내의 프로세스 가스에서 플라즈마를 생성하는 단계를 구비할 수 있다. 상기 방법은 상기 플라즈마에 의해 생성된 하나 이상의 종(species)에 상기 워크피스를 노출시키는 단계를 구비할 수 있다. 상기 가스 공급부는 하나 이상의 인젝터를 구비할 수 있다. 상기 하나 이상의 인젝터 중 각각의 인젝터는 워크피스의 중심에 수직인 방향에 대해 회전 가스 유동을 생성하도록 워크피스의 반경에 평행한 방향에 대해 각을 이룰 수 있다.
본 개시내용의 예시적인 실시예에 변형 및 수정이 이루어질 수 있다.
다양한 실시예의 이들 및 다른 특징, 관점 및 이점은 하기의 설명 및 첨부된 청구범위를 참조하여 더 잘 이해될 것이다. 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부된 도면은 본 개시내용의 실시예를 예시하며, 설명과 함께, 관련된 원리를 설명하는 역할을 한다.
본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 관련된 실시예의 상세한 논의는 본 명세서에 기술되어 있으며, 이는 첨부된 도면들을 참조한다.
도 1은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 플라즈마 처리 장치를 도시한다.
도 2는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 가스 공급부를 도시한다.
도 3은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 가스 공급부를 도시한다.
도 4는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 플라즈마 처리 장치를 도시한다.
도 5는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 가스 공급부를 도시한다.
도 6은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 에지 가스 인젝터의 예시적인 단면도를 도시한다.
도 7은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 에지 가스 인젝터의 예시적인 단면도를 도시한다.
도 8은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 플라즈마 처리 장치를 도시한다.
도 9는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다.
도 10은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 가스 공급부와 예시적인 가스 공급부 간의 예시적인 가스 속도 비교를 도시한다.
도 11은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 가스 공급부와 예시적인 가스 공급부 간의 예시적인 질량 분율 비교를 도한다.
도 12는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 가스 공급부와 예시적인 가스 공급부 간의 워크피스 표면 분배에 대한 가스 질량 분율의 예시적인 비교를 도시한다.
도 1은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 플라즈마 처리 장치를 도시한다.
도 2는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 가스 공급부를 도시한다.
도 3은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 가스 공급부를 도시한다.
도 4는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 플라즈마 처리 장치를 도시한다.
도 5는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 가스 공급부를 도시한다.
도 6은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 에지 가스 인젝터의 예시적인 단면도를 도시한다.
도 7은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 에지 가스 인젝터의 예시적인 단면도를 도시한다.
도 8은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 플라즈마 처리 장치를 도시한다.
도 9는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다.
도 10은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 가스 공급부와 예시적인 가스 공급부 간의 예시적인 가스 속도 비교를 도시한다.
도 11은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 가스 공급부와 예시적인 가스 공급부 간의 예시적인 질량 분율 비교를 도한다.
도 12는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 가스 공급부와 예시적인 가스 공급부 간의 워크피스 표면 분배에 대한 가스 질량 분율의 예시적인 비교를 도시한다.
이하, 도면에 제시된 하나 이상의 실시예를 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명할 것이다. 각각의 실시예는 본 개시내용을 제한하는 것이 아니며, 구현예의 설명으로서 제공된다. 사실상, 본 개시내용의 범위 또는 사상으로부터 벗어나지 않고 구현예에 대한 다양한 개질 및 변형이 이루어질 수 있다는 것이 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 일 구현예의 일부로서 예시되거나 설명된 특징들은 또 다른 구현예를 산출하기 위해 다른 구현예와 함께 사용될 수 있다. 따라서, 본 개시내용의 관점은 이러한 수정 및 변형을 포함하도록 의도된다.
본 개시내용의 예시적인 관점은 플라즈마 처리 장치 및 관련된 방법에 관한 것이다. 플라즈마 처리 장치는 유도 결합 플라즈마 처리 장치와 같은 플라즈마 처리 장치의 처리 챔버 내의 가스 공급부를 구비할 수 있다. 가스 공급부는 하나 이상의 인젝터(예를 들어, 가스 노즐)를 구비할 수 있다. 하나 이상의 인젝터 각각은 워크피스의 중심에 수직인 방향에 대해 회전 가스 유동을 생성하도록 워크피스의 반경에 평행한 방향에 대해 각을 이룰 수 있다. 가스 공급부의 인젝터가 워크피스의 에지에 대해 수직하지 않고, 인젝터가 대칭적인 가스 주입 패턴으로 배열되지 않기 때문에, 이러한 가스 공급부는 공정 균일성(예를 들어, 어크로스-워크피스 균일성(across-workpiece uniformity), 워크피스의 에지에서의 방위각 에칭 균일성, 워크피스의 에지에서의 에천트 질량 분율 균일성, 및/또는 워크피스의 표면에서의 유속 균일성), 워크피스 에지 임계 치수 튜닝, 가스 이온화 효율, 및/또는 워크피스 상의 입자 증착을 감소시키기 위해 처리 챔버 내의 대칭적인 유동을 개선할 수 있고, 또한 정체 유동으로부터 열 국소화(heat localization)를 감소시킬 수 있다.
본 개시내용의 예시적인 관점에 따르면, 가스 공급부는 플라즈마 처리 챔버의 측벽과 통합될 수 있다. 가스 공급부는 워크피스 에지 임계 치수 및/또는 균일성 튜닝을 위해 방위각 대칭 가스 주입 패턴으로 배열된 인젝터를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 가스 공급부는 하나 이상의 가스 매니폴드를 구비할 수 있다. 각각의 가스 매니폴드는 플라즈마 처리 챔버 쉴드 및/또는 라이너와 통합될 수 있다. 각각의 가스 매니폴드는 워크피스 평면과 평행할 수 있다. 가스 매니폴드와 워크피스 평면 사이의 거리는 연산 및/또는 다양한 프로세스 테스트 결과를 통해 결정될 수 있다. 각각의 가스 매니폴드는 워크피스의 외주 주위로 또는 그를 향해 가스 유동을 전달하기 위한 하나 이상의 가스 인젝터를 구비할 수 있다. 각각의 가스 매니폴드 내의 각각의 인젝터는 워크피스의 중심에 수직인 방향에 대해 회전 가스 유동을 생성하도록 워크피스의 반경에 평행한 방향에 대해 각을 이룰 수 있다. 일 예로서, 인젝터는 워크피스의 중심에 수직인 방향에 대해 시계방향 또는 반시계방향 가스 유동을 생성하기 위해 시계방향 또는 반시계방향으로 각을 이룰 수 있다. 워크피스의 반경에 평행한 방향과 각각의 인젝터 간의 각도는 약 60도 이하, 예컨대 약 15도 내지 45도일 수 있다. 일부 실시예에서, 가스 매니폴드의 적어도 하나의 인젝터는 워크피스로 상향 또는 하향으로 각을 이룰 수 있다. 일부 실시예에서, 가스 매니폴드의 인젝터는 워크피스 평면에 대한 대각선 방향에 있을 수 있다.
일부 실시예에서, 플라즈마 처리 챔버 라이너는 하나의 가스 매니폴드를 가질 수 있다. 가스 매니폴드는 한 세트의 인젝터(예를 들어, 약 4 내지 약 30개의 개별 인젝터)를 구비할 수 있다. 인젝터는 워크피스의 에지를 조준하도록 배치될 수 있고, 워크피스의 반경에 평행한 방향에 대해 각을 이룰 수 있다. 인젝터는 또한 워크피스의 중심에 수직인 방향에 대해 회전 가스 유동을 생성하기 위해 워크피스 평면과 하향으로 각을 이룰 수 있다. 이는 워크피스 에지 근처의 가스 유동 농도를 조정 또는 미세 튜닝하는 방식으로 될 수 있다. 이는 또한 상부 가스 흐름 및 에지 가스 흐름 주입과 조합하여 챔버 유동 조건을 변경할 수 있다.
일부 실시예에서, 적어도 입구 포트는 원형 가스 매니폴드에 사용될 수 있다. 예를 들어, 가스 매니폴드로 가스를 유동시키기 위해 2개의 입구가 사용될 수 있다. 2개의 입구 포트는 작은 크기의 티 어댑터/피팅(tee adapter/fitting)이 단일 전달 라인으로부터 가스를 전달하는데 사용될 수 있도록 서로 근접하게 구성될 수 있다. 가스 매니폴드 내에서, 각각의 입구 포트로부터 가스 입자는 서로 충돌되거나 멀어지게 푸시될 수 있다. 결과적으로, 2-포트 설계는 단일 가스 포트 설계보다 인젝터에 대한 더 나은 가스 분배를 제공할 수 있다.
본 개시내용의 예시적인 관점에 따르면, 가스 공급부는 플라즈마 처리 챔버의 천장에(예를 들어, 처리 챔버의 상부 돔 상에) 위치될 수 있다. 인젝터는 가스 공급부의 중앙 및/또는 하나 이상의 에지에 위치될 수 있다. 인젝터는 워크피스의 중심에 수직인 방향에 대해 방위각 대칭 가스 주입 패턴으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 각각의 인젝터는 워크피스의 중심에 수직인 방향에 대해 회전 가스 유동을 생성하도록 워크피스의 반경에 평행한 방향에 대해 각을 이룰 수 있다. 일 예로서, 인젝터는 워크피스의 중심에 수직인 방향에 대해 시계방향 또는 반시계방향 가스 유동을 생성하기 위해 시계방향 또는 반시계방향으로 각을 이룰 수 있다. 워크피스의 반경에 평행한 방향과 각각의 인젝터 간의 각도는 약 60도 이하, 예컨대 약 15도 내지 45도일 수 있다. 일부 실시예에서, 적어도 하나의 인젝터는 워크피스로 상향 또는 하향으로 각을 이룰 수 있다.
본 개시내용의 일 예시적인 관점은 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다. 처리 챔버는 플라즈마 처리 동안 워크피스를 지지하기 위한 워크피스 지지부를 구비할 수 있다. 처리 챔버는 처리 챔버 내의 프로세스 가스에서 플라즈마를 유도하기 위해 유도 결합 플라즈마 소스를 구비할 수 있다. 처리 챔버는 프로세스 가스를 처리 챔버로 전달하기 위한 가스 공급부를 구비할 수 있다. 가스 공급부는 하나 이상의 인젝터를 구비할 수 있다. 하나 이상의 인젝터 각각은 워크피스의 중심에 수직인 방향에 대해 회전 가스 유동을 생성하도록 워크피스의 반경에 평행한 방향에 대해 각을 이룰 수 있다.
일부 실시예에서, 가스 공급부는 처리 챔버의 측벽과 통합될 수 있다. 일부 실시예에서, 가스 공급부는 적어도 하나의 가스 매니폴드를 구비할 수 있고, 적어도 하나의 가스 매니폴드는 하나 이상의 인젝터를 구비할 수 있다. 일부 실시예에서, 적어도 하나의 인젝터는 유도 결합 플라즈마 소스로부터의 하류 위치에서 프로세스 가스를 전달할 수 있다. 일부 실시예에서, 인젝터는 워크피스의 중심에 수직인 방향에 대해 시계방향 또는 반시계방향 가스 유동을 생성하기 위해 시계방향 또는 반시계방향으로 각을 이룰 수 있다. 각각의 인젝터와 워크피스의 반경에 평행한 방향 간의 각도는 약 60도 이하, 예컨대 약 15도 내지 약 45도일 수 있다. 일부 실시예에서, 적어도 하나의 인젝터는 워크피스로 상향 또는 하향으로 각을 이룰 수 있다.
본 개시내용의 일 예시적인 관점은 워크피스를 처리하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 처리 챔버에서 워크피스 지지부 상에 워크피스를 배치하는 단계를 구비할 수 있다. 상기 방법은 가스 공급부를 통해, 프로세스 가스를 처리 챔버 내로 도입시키는 단계를 구비할 수 있다. 상기 방법은 처리 챔버 내의 프로세스 가스에서 플라즈마를 생성하는 단계를 구비할 수 있다. 상기 방법은 상기 플라즈마에 의해 생성된 하나 이상의 종에 워크피스를 노출시키는 단계를 구비할 수 있다. 가스 공급부는 하나 이상의 인젝터를 구비할 수 있다. 하나 이상의 인젝터 중 각각의 인젝터는 워크피스의 중심에 수직인 방향에 대해 회전 가스 유동을 생성하도록 워크피스의 반경에 평행한 방향에 대해 각을 이룰 수 있다.
본 개시내용의 예시적인 관점들은 다수의 기술적 효과 및 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 처리에서의 가스 공급부의 인젝터는 워크피스의 중심에 수직인 방향에 대해 회전 가스 유동을 생성하기 위해 워크피스의 반경에 평행한 방향에 대해 각을 이룰 수 있다. 이와 같이, 이러한 가스 공급부는 더 넓은 프로세스 윈도우를 갖는 에칭 양 및 임계 치수 방위각 대칭성을 개선시킬 수 있다. 가스 공급부는 또한 워크피스 에지 임계 치수 조정가능성, 어크로스-워크피스 균일성, 및 챔버 벽 플라즈마 건식 세정 효율을 개선시킬 수 있다. 가스는 또한 워크피스 이송 또는 단계 전이 동안 워크피스 및 가스 퍼지 시간 상의 입자 증착을 감소시킬 수 있다.
본 개시내용의 예시적인 관점은 예시 및 논의의 목적을 위해 유도 플라즈마 소스를 참조하여 논의된다. 당업자는 본 명세서에 제공된 개시내용을 사용하여, 다른 플라즈마 소스들이 본 개시내용의 범위로부터 벗어나지 않고 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 플라즈마 처리 장치는 정전 쉴드를 갖는 유도 결합 플라즈마 소스를 구비할 수 있다. 플라즈마 처리 장치는 정전 쉴드가 없는 유도 결합 플라즈마 소스를 구비할 수 있다. 플라즈마 처리 장치는 (예를 들어, 페데스탈 또는 워크피스 지지부 내에 배치된 바이어스를 사용하여) 용량성 결합 플라즈마 소스를 구비할 수 있다.
본 개시내용의 관점은 예시 및 논의의 목적을 위해 "반도체 웨이퍼"인 "워크피스"를 참조하여 설명된다. 당업자는 본 명세서에 제공된 개시내용을 사용하여, 본 개시내용의 예시적인 관점이 임의의 반도체 기판 또는 다른 적절한 기판과 관련하여 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 수치값과 관련하여 용어 "약" 의 사용은 언급된 수치의 10% 내에 있는 것으로 의도된다. "페디스털"은 워크피스를 지지하는데 사용될 수 있는 임의의 구조체를 지칭한다.
도 1은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 플라즈마 처리 장치(100)를 도시한다. 플라즈마 처리 장치(100)는 내부 공간(102)을 형성하는 처리 챔버를 구비한다. 페디스털 또는 워크피스 홀더(104)는 내부 공간(102) 내에 반도체 웨이퍼와 같은 워크피스(106)를 지지하는데 사용된다. 유전체 윈도우(110)는 워크피스 홀더(104) 위에 위치된다. 유전체 윈도우(110)는 상대적으로 평탄한 중앙 부분(112) 및 경사진 주변 부분(114)을 구비한다. 유전체 윈도우(110)는 프로세스 가스를 내부 공간(102)으로 공급하기 위해 샤워헤드(120)를 위한 중앙 부분(112) 내의 공간을 구비한다.
장치(100)는 내부 공간(102)에 유도 플라즈마를 발생시키기 위한 1차 유도성 소자(130) 및 2차 유도성 소자(140)와 같은 복수의 유도성 소자를 더 구비한다. 유도성 소자(130, 140)는 RF 전력을 공급할 때 플라즈마 처리 장치(100)의 내부 공간(102) 내의 프로세스 가스에서 플라즈마를 유도하는 코일 또는 안테나 소자를 구비할 수 있다. 예를 들어, 제1 RF 생성기(160)는 매칭 네트워크(162)를 통해 1차 유도성 소자(130)에 전자기 에너지를 제공하도록 구성될 수 있다. 제2 RF 생성기(170)는 매칭 네트워크(172)를 통해 2차 유도성 소자(140)에 전자기 에너지를 제공하도록 구성될 수 있다.
본 개시내용이 1차 유도성, 및 2차 유도성을 참조하지만, 당업자는, 용어 1차 및 2차가 단지 편의상 이용된다는 것을 이해해야 한다. 2차 코일은 1차 코일과 독립적으로 동작될 수 있고, 그 반대도 가능하다.
본 개시내용이 1차 유도성, 및 2차 유도성을 참조하지만, 당업자는 장치가 이들 모두를 구비할 필요가 없다는 것을 이해해야 한다. 상기 장치는 1차 유도성 소자 및 2차 유도성 소자 중 하나 이상(예를 들어, 1개 또는 2개)을 구비할 수 있다.
장치(100)는 2차 유도성 소자(140) 주위에 배치된 금속 쉴드부(152)를 구비할 수 있다. 금속 쉴드부(152)는 1차 유도성 소자(130)와 2차 유도성 소자(140)를 분리하여 유도성 소자(130, 140)들 사이의 크로스토크를 감소시킬 수 있다. 장치(100)는 1차 유도성 소자(130)와 유전체 윈도우(130) 사이에 배치된 패러데이 쉴드(154)를 더 구비할 수 있다. 패러데이 쉴드(154)는 1차 유도성 소자(154)와 처리 챔버(102) 사이의 용량성 결합을 감소시키는 슬롯형 금속 쉴드일 수 있다. 도시된 바와 같이, 패러데이 쉴드(154)는 유전체 쉴드(110)의 각진 부분 위에 끼워질 수 있다.
특정 실시예에서, 금속 쉴드(152) 및 패러데이 쉴드(154)는 제조 용이성 및 다른 목적을 위해 단일 바디(150)를 형성할 수 있다. 1차 유도성 소자(130)의 멀티-턴 코일은 단일 바디 금속 쉴드/패러데이 쉴드(150)의 패러데이 쉴드 부분(154)에 인접하여 위치될 수 있다. 2차 유도성 소자(140)는 금속 쉴드/패러데이 쉴드 단일 바디(150)의 금속 쉴드부(152) 근방, 예를 들어 금속 쉴드부(152)와 유전체 윈도우(110) 사이에 위치될 수 있다.
금속 쉴드부(152)의 대향 측부 상의 1차 유도성 소자(130) 및 2차 유도성 소자(140)의 배열은 1차 유도성 소자(130) 및 2차 유도성 소자(140)가 별개의 구조적 구성을 갖도록 하고 상이한 기능을 수행하도록 한다. 예를 들어, 1차 유도성 소자(130)는 프로세스 챔버의 주변 부분에 인접하여 위치된 멀티-턴 코일을 구비할 수 있다. 1차 유도성 소자(130)는 본래의 과도 점화 단계 동안 기본적인 플라즈마 발생 및 신뢰성 있는 시작을 위해 사용될 수 있다. 1차 유도성 소자(130)는 강력한 RF 생성기 및 고가의 자동-튜닝 매칭 네트워크에 연결될 수 있고, 약 13.56 MHz 와 같은 증가된 RF 주파수에서 동작될 수 있다.
2차 유도성 소자(140)는 교정 및 지지 기능을 위해 그리고 정상 상태 동작 동안 플라즈마의 안정성을 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 2차 유도성 소자(140)가 주로 교정 및 지지 기능을 위해 사용될 수 있고, 정상 상태 동작 동안 플라즈마의 안정성을 개선시키는데 사용될 수 있기 때문에, 2차 유도성 소자(140)는 1차 유도성 소자(130)와 같은 RF 생성기에 결합되어야 할 필요는 없으며, 이전의 설계와 관련된 어려움을 극복하기 위해 상이하게 그리고 비용 효율적으로 설계할 수 있다. 일부 경우에서, 2차 유도성 소자(140)는 또한 약 2 MHz와 같은 더 낮은 주파수에서 동작될 수 있어서, 2차 유도성 소자(140)가 매우 컴팩트되게 하고 유전체 윈도우의 상부 상의 제한된 공간에 적합하게 할 수 있다.
1차 유도성 소자(130) 및 2차 유도성 소자(140)는 상이한 주파수에서 동작될 수 있다. 주파수는 1차 유도성 소자(130)와 2차 유도성 소자(140) 간의 크로스-토크(cross-talk)를 감소시키기 위해 충분히 상이할 수 있다. 1차 유도성 소자(130) 및 2차 유도성 소자(140)에 인가될 수 있는 상이한 주파수로 인해, 유도성 소자들(130, 140) 간의 간섭이 감소된다. 보다 구체적으로, 유도성 소자(130, 140) 간의 플라즈마에서의 유일한 상호작용은 플라즈마 밀도를 통해 이루어진다. 따라서, 1차 유도성 소자(130)에 결합된 RF 발생기(160)와 2차 유도성 소자(140)에 결합된 RF 발생기(170) 간의 위상 동기화가 필요하지 않다. 전력 제어는 유도성 소자들 사이에 독립적이다. 부가적으로, 유도성 소자(130, 140)가 뚜렷하게 상이한 주파수에서 동작하고 있기 때문에, 플라즈마 내로의 전력 전달을 매칭시키기 위해 RF 발생기(160, 170)의 주파수 튜닝을 사용하는 것은 실용적이며, 임의의 추가적인 매칭 네트워크의 설계 및 비용을 크게 단순화시킨다.
예를 들어(도 1에 도시되지 않음), 2차 유도성 소자(140)는 평면 코일 및 자속 집중기를 구비할 수 있다. 자속 집중기는 페라이트 재료로 제조될 수 있다. 적절한 코일을 갖는 자속 집중기의 사용은 2차 유도성 소자(140)의 높은 플라즈마 결합 및 양호한 에너지 전달 효율을 제공하며, 금속 쉴드(150)로의 결합을 상당히 감소시킨다. 2차 유도성 소자(140) 상의 약 2 MHz와 같은 더 낮은 주파수의 사용은 스킨층을 증가시키고, 이는 또한 플라즈마 가열 효율을 개선한다.
일부 실시예에서, 상이한 유도성 소자(130, 140)는 상이한 기능을 수행할 수 있다. 특히, 1차 유도성 소자(130)만이 점화 동안 플라즈마 발생의 가장 중요한 기능을 수행하며, 2차 유도성 소자(140)에 충분한 프라이밍을 제공한다. 이러한 1차 유도성 소자(130)는 유도 결합 플라즈마(ICP) 툴의 동작에 참여할 수 있고, 플라즈마 전위를 안정화시키기 위해 플라즈마 및 접지된 쉴드에 대한 결합을 가져야 한다. 1차 유도성 소자(130)와 연관된 패러데이 쉴드(154)는 윈도우 스퍼터링을 회피할 수 있고 접지에 결합을 공급하는데 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 개시내용의 예시적인 관점에 의하면, 가스 공급부(190)는 프로세스 가스를 공정 챔버(102)로 전달한다. 가스 공급부(190)는 처리 챔버(102)의 측벽와 통합된다. 가스 공급부(190)는 공급 가스 포트를 갖는 복수의 가스 인젝터(122)를 구비한다. 각각의 인젝터는 워크피스(106)의 중심에 수직인 방향에 대해 회전 가스 유동을 생성하도록 워크피스(106)의 반경에 평행한 방향에 대해 각을 이룰 수 있다. 일부 실시예에서(도 1에 도시되지 않음), 가스 공급부(190)는 하나 이상의 가스 매니폴드를 구비할 수 있다. 각각의 가스 매니폴드는 처리 챔버 쉴드 및/또는 라이너(102)와 통합될 수 있다. 각각의 가스 매니폴드는 워크피스(106)와 평행할 수 있다. 가스 매니폴드와 워크피스(106) 사이의 거리는 연산 및/또는 다양한 프로세스 테스트 결과를 통해 결정될 수 있다. 각각의 가스 매니폴드는 워크피스(106)의 외주 주위로 또는 그를 향해 가스 유동을 전달하기 위한 하나 이상의 가스 인젝터(122)를 구비할 수 있다. 일 예로서, 인젝터(122)는 워크피스(106)의 중심에 수직인 방향에 대해 시계방향 또는 반시계방향 가스 유동을 생성하도록 시계방향 또는 반시계방향으로 각을 이룰 수 있다. 각각의 인젝터와 워크피스(106)의 반경에 평행한 방향 간의 각도는 약 60도 이하, 예컨대 15도 내지 약 45 도의 범위일 수 있다. 일부 실시예에서, 가스 매니폴드의 적어도 하나의 인젝터는 워크피스로 상향 또는 하향으로 각을 이룰 수 있다. 일부 실시예에서, 가스 매니폴드의 인젝터(122)는 워크피스 평면을 향해 대각선 방향으로 있을 수 있다. 예는 도 2 및 3에 추가로 기술된다.
일부 실시예에서(도 1에 도시되지 않음), 적어도 입구 포트는 원형 가스 매니폴드에 사용될 수 있다. 예를 들어, 가스 매니폴드로 가스를 유동시키기 위해 2개의 입구가 사용될 수 있다. 2개의 입구 포트는 작은 크기의 티 어댑터/피팅이 단일 전달 라인으로부터 가스를 전달하는데 사용될 수 있도록 서로 근접하게 구성될 수 있다. 가스 매니폴드 내에서, 각각의 입구 포트로부터 가스 입자는 서로 충돌되거나 멀어지게 푸시될 수 있다. 결과적으로, 2-포트 설계는 단일 가스 포트 설계보다 인젝터에 대한 더 나은 가스 분배를 제공할 수 있다. 예는 도 2 및 3에 추가로 기술된다.
도 2는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 가스 공급부(200)를 도시한다. 가스 공급부(200)는 도 1에 도시된 가스 공급부(190)의 실시예들 중 하나일 수 있다. 가스 공급부(200)는 가스 매니폴드(210)를 구비한다. 가스 매니폴드(210)는 한 세트의 가스 인젝터(220)(예를 들어, 약 15개의 가스 인젝터)를 구비한다. 인젝터(220)는 워크피스(예를 들어, 도 1에 도시된 워크피스(106))의 에지를 조준하도록 배열된다. 각각의 인젝터(220)는 워크피스의 반경에 평행한 방향(250)에 대해 각을 이룬다. 예를 들어, 워크피스의 반경에 평행한 방향(250)과 인젝터(220) 간의 각도(255)는 약 60도 이하, 예컨대 15도 내지 약 45도의 범위일 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 인젝터(220)는 워크피스의 중심에 수직인 방향(260)에 대해 반시계방향 가스 흐름(230)을 생성하기 위해 반시계방향으로 각을 이룬다. 일부 실시예에서(도 2에 도시되지 않음), 인젝터(220) 중 하나 이상은 반시계방향 가스 흐름(230)을 생성하기 위해 워크피스에 상향 또는 하향으로 각을 이룰 수 있다. 일부 실시예에서(도 2에 도시되지 않음), 인젝터(220)는 워크피스로 향하는 대각선 방향에 있을 수 있다. 이는 워크피스의 에지 근처의 가스 유동 농도를 조정 또는 미세 튜닝하는 방식으로 될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 가스 매니폴드(210)는 2개의 입구(240)를 구비한다. 2개의 입구(240)는 가스를 가스 매니폴드(210) 내로 유동시키기 위해 사용된다. 2개의 입구 포트(240)는 서로 근접하여 작은 크기의 티 어댑터/피팅이 단일 전달 라인으로부터 가스를 전달하는데 사용될 수 있다. 가스 매니폴드 내에서, 각각의 입구 포트로부터 가스 입자는 서로 충돌하거나 또는 멀어지게 푸시될 수 있다. 결과적으로, 2-포트 설계는 인젝터(220)에 대한 더 나은 가스 분배를 제공할 수 있다.
도 3은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 가스 공급부(300)를 도시한다. 가스 공급부(300)는 도 1에 도시된 가스 공급부(190)의 실시예들 중 하나일 수 있다. 가스 공급부(300)는 가스 매니폴드(310)를 구비한다. 가스 매니폴드(310)는 가스 인젝터(320)의 세트(예를 들어, 약 15개의 가스 인젝터)를 구비한다. 인젝터(320)는 워크피스(예를 들어, 도 1에 도시된 워크피스(106))의 에지를 조준하도록 배열된다. 각각의 인젝터(320)는 워크피스의 반경에 평행한 방향(350)에 대해 각을 이룬다. 예를 들어, 워크피스의 반경에 평행한 방향(350)과 인젝터(320) 간의 각도(355)는 약 60도 이하, 예컨대 15도 내지 약 45도의 범위일 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 인젝터(320)는 워크피스의 중심에 수직인 방향(360)에 대해 시계방향 가스 흐름(330)을 생성하도록 시계방향으로 각을 이룬다. 일부 실시예에서(도 3에 도시되지 않음), 하나 이상의 인젝터(320)는 시계방향 가스 유동(330)을 생성하기 위해 워크피스에 상향 또는 하향으로 각을 이룰 수 있다. 일부 실시예에서(도 3에 도시되지 않음), 인젝터(320)는 워크피스에 대해 대각선 방향으로 있을 수 있다. 이는 워크피스의 에지 근처의 가스 유동 농도를 조정 또는 미세 튜닝하는 방식으로 될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 가스 매니폴드(310)는 2개의 입구(340)를 구비한다. 2개의 입구(340)는 가스를 가스 매니폴드(310) 내로 유동시키기 위해 사용된다. 2개의 입구 포트(340)는 서로 근접하여 작은 크기의 티 어댑터/피팅이 단일 전달 라인으로부터 가스를 전달하는데 사용될 수 있다. 가스 매니폴드 내에서, 각각의 입구 포트로부터 가스 입자는 서로 충돌하거나 멀어지게 푸시될 수 있다. 결과적으로, 2-포트 설계는 인젝터(320)에 대한 더 나은 가스 분배를 제공할 수 있다.
도 4는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 플라즈마 처리 장치(400)를 도시한다. 플라즈마 처리 장치(400)는 도 1의 플라즈마 처리 장치(100)와 유사하다.
보다 구체적으로, 플라즈마 처리 장치(400)는 내부 공간(102)을 형성하는 처리 챔버를 구비한다. 페디스털 또는 워크피스 홀더(104)는 내부 공간(102) 내에서 반도체 웨이퍼와 같은 워크피스(106)를 지지하는데 사용된다. 유전체 윈도우(110)는 워크피스 홀더(104) 위에 위치된다. 유전체 윈도우(110)는 비교적 평탄한 중앙부(112) 및 각진 주변부(114)를 구비한다. 유전체 윈도우(110)는 가스 공급부(410)를 위한 중앙 부분(112) 내의 공간을 구비하여 프로세스 가스를 내부 공간(102)으로 공급한다.
장치(100)는 내부 공간(102)에 유도 플라즈마를 발생시키기 위한 1차 유도성 소자(130) 및 2차 유도성 소자(140)와 같은 복수의 유도성 소자를 더 구비한다. 유도성 소자(130, 140)는 RF 전력을 공급할 때 플라즈마 처리 장치(100)의 내부 공간(102) 내의 프로세스 가스에서 플라즈마를 유도하는 코일 또는 안테나 소자를 구비할 수 있다. 예를 들어, 제1 RF 생성기(160)는 매칭 네트워크(162)를 통해 1차 유도성 소자(130)에 전자기 에너지를 제공하도록 구성될 수 있다. 제2 RF 생성기(170)는 매칭 네트워크(172)를 통해 2차 유도성 소자(140)에 전자기 에너지를 제공하도록 구성될 수 있다.
장치(100)는 2차 유도성 소자(140) 주위에 배치된 금속 쉴드부(152)를 구비할 수 있다. 금속 쉴드부(152)는 1차 유도성 소자(130)와 2차 유도성 소자(140)를 분리하여 유도성 소자(130, 140)들 사이의 크로스토크를 감소시킬 수 있다. 장치(100)는 1차 유도성 소자(130)와 유전체 윈도우(130) 사이에 배치된 패러데이 쉴드(154)를 더 구비할 수 있다. 패러데이 쉴드(154)는 1차 유도성 소자(154)와 처리 챔버(102) 사이의 용량성 결합을 감소시키는 슬롯형 금속 쉴드일 수 있다. 도시된 바와 같이, 패러데이 쉴드(154)는 유전체 쉴드(110)의 각진 부분 위에 끼워질 수 있다.
특정 실시예에서, 금속 쉴드(152) 및 패러데이 쉴드(154)는 제조 용이성 및 다른 목적을 위해 단일 바디(150)를 형성할 수 있다. 1차 유도성 소자(130)의 멀티-턴 코일은 단일 바디 금속 쉴드/패러데이 쉴드(150)의 패러데이 쉴드부(154)에 인접하여 위치될 수 있다. 2차 유도성 소자(140)는 금속 쉴드부/패러데이 차폐 단일 바디(150)의 금속 쉴드부(152) 근방, 예를 들어 금속 쉴드부(152)와 유전체 윈도우(110) 사이에 위치될 수 있다.
금속 쉴드부(152)의 대향 측부 상의 1차 유도성 소자(130) 및 2차 유도성 소자(140)의 배열은 1차 유도성 소자(130) 및 2차 유도성 소자(140)가 별개의 구조적 구성을 갖도록 하고 상이한 기능을 수행하도록 한다. 예를 들어, 1차 유도성 소자(130)는 프로세스 챔버의 주변 부분에 인접하여 위치된 멀티-턴 코일을 구비할 수 있다. 1차 유도성 소자(130)는 본래의 과도 점화 단계 동안 기본적인 플라즈마 발생 및 신뢰성 있는 시작을 위해 사용될 수 있다. 1차 유도성 소자(130)는 강력한 RF 생성기 및 고가의 자동-튜닝 매칭 네트워크에 연결될 수 있고, 약 13.56 MHz와 같은 증가된 RF 주파수에서 동작될 수 있다.
2차 유도성 소자(140)는 교정 및 지지 기능을 위해 그리고 정상 상태 동작 동안 플라즈마의 안정성을 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 2차 유도성 소자(140)는 주로 교정 및 지지 기능을 위해 사용될 수 있고, 정상 상태 동작 동안 플라즈마의 안정성을 개선시킬 수 있다. 2차 유도성 소자(140)는 1차 유도성 소자(130)와 같은 RF 생성기에 결합되어야 할 필요는 없으며, 이전의 설계와 관련된 어려움을 극복하기 위해 상이하게 그리고 비용 효율적으로 설계할 수 있다. 일부 경우에서, 2차 유도성 소자(140)는 또한 약 2 MHz와 같은 더 낮은 주파수에서 동작될 수 있어서, 2차 유도성 소자(140)가 매우 컴팩트하게 하고 유전체 윈도우의 최상부 상의 제한된 공간에 적합하게 할 수 있다.
1차 유도성 소자(130) 및 2차 유도성 소자(140)는 상이한 주파수에서 동작될 수 있다. 주파수는 1차 유도성 소자(130)와 2차 유도성 소자(140) 사이의 크로스-토크를 감소시키기 위해 충분히 상이할 수 있다. 1차 유도성 소자(130) 및 2차 유도성 소자(140)에 인가될 수 있는 상이한 주파수로 인해, 유도성 소자(130,1 40)들 사이의 간섭이 감소된다. 보다 구체적으로, 유도성 소자(130, 140)들 사이의 플라즈마에서의 유일한 상호작용은 플라즈마 밀도를 통해 이루어진다. 따라서, 1차 유도성 소자(130)에 결합된 RF 발생기(160)와 2차 유도성 소자(140)에 결합된 RF 발생기(170) 사이의 위상 동기화가 필요하지 않다. 전력 제어는 유도성 소자들 사이에 독립적이다. 부가적으로, 유도성 소자(130, 140)가 뚜렷하게 상이한 주파수에서 동작하고 있기 때문에, 플라즈마 내로의 전력 전달을 매칭시키기 위해 RF 발생기들(160, 170)의 주파수 튜닝을 사용하는 것은 실용적이며, 임의의 추가적인 매칭 네트워크의 설계 및 비용을 크게 단순화시킨다.
예를 들어(도 4에 도시되지 않음), 2차 유도성 소자(140)는 평면 코일 및 자속 집중기를 구비할 수 있다. 자속 집중기는 페라이트 재료로 제조될 수 있다. 적절한 코일을 갖는 자속 집중기의 사용은 2차 유도성 소자(140)의 높은 플라즈마 커플링 및 양호한 에너지 전달 효율을 제공하며, 금속 쉴드(150)로의 결합을 상당히 감소시킨다. 2차 유도성 소자(140) 상의 약 2 MHz와 같은 더 낮은 주파수의 사용은 스킨층을 증가시키고, 이는 또한 플라즈마 가열 효율을 개선한다.
일부 실시예에서, 상이한 유도성 소자(130, 140)는 상이한 기능을 수행할 수 있다. 특히, 1차 유도성 소자(130)만이 점화 동안 플라즈마 발생의 가장 중요한 기능을 수행하며, 2차 유도성 소자(140)에 충분한 프라이밍을 제공한다. 이러한 1차 유도성 소자(130)는 유도 결합 플라즈마(ICP) 툴의 동작에 참여할 수 있고, 플라즈마 전위를 안정화시키기 위해 플라즈마 및 접지된 쉴드에 대한 결합을 가져야 한다. 1차 유도성 소자(130)와 연관된 패러데이 쉴드(154)는 윈도우 스퍼터링을 회피할 수 있고 접지에 결합을 공급하는데 사용될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 개시내용의 예시적인 관점에 따르면, 가스 공급부(410)는 처리 챔버(102)의 천장에(예를 들어, 처리 챔버(102)의 상부 돔 상에)위치된다. 가스 공급부(410)는 하나 이상의 가스 인젝터(도 4에 도시되지 않음)를 구비할 수 있다. 인젝터는 가스 공급부(410)의 중앙 및/또는 하나 이상의 에지에 위치될 수 있다. 인젝터는 워크피스(10)의 중심에 수직인 방향(420)에 대해 방위각 대칭 가스 주입 패턴으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 각각의 인젝터는 방향(420)에 대해 회전 가스 유동을 생성하도록 워크피스(106)의 반경에 평행한 방향에 대해 각을 이룰 수 있다. 일 예로서, 인젝터는 방향(420)에 대해 시계방향 또는 반시계방향 가스 유동을 생성하도록 시계방향 또는 반시계방향으로 각을 이룰 수 있다. 각각의 인젝터와 워크피스의 반경에 평행한 방향 간의 각도는 약 60도 이하, 예컨대 15도 내지 약 45도의 범위일 수 있다. 일부 실시예에서, 적어도 하나의 인젝터는 워크피스(106)에 대해 상향 또는 하향으로 각을 이룰 수 있다.
도 5는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 가스 공급부(510)를 도시한다. 가스 공급부(510)는 도 5에 도시된 가스 공급부(420)의 실시예들 중 하나일 수 있다. 도 5는 축방향 단면도를 도시한다. 축방향 단면도에 도시된 바와 같이, 가스 공급부(510)는 에지 가스 인젝터(512), 및 중앙 가스 인젝터(514, 516)를 구비한다. 에지 가스 인젝터(512)는 워크피스(예를 들어, 도 4의 워크피스(106))의 중심에 수직인 방향에 대해 회전 가스 유동을 생성할 수 있다. 중앙 가스 인젝터(514, 516)는 워크피스의 중심을 향해 가스 흐름을 생성할 수 있다. 일부 실시예에서(도 5에 도시되지 않음), 에지 가스 인젝터(512)는 반시계방향으로 배열될 수 있다. 일부 실시예에서(도 5에 도시되지 않음), 에지 인젝터(512)는 시계방향으로 배열될 수 있다. 일부 실시예에서(도 5에 도시되지 않음), 하나 이상의 인젝터(512)는 반시계방향 가스 흐름(528) 또는 시계방향 가스 흐름(538)을 생성하기 위해 워크피스로 상향 또는 하향으로 각을 이룰 수 있다.
도 6은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 에지 가스 인젝터들의 예시적인 단면도(520)를 도시한다. 에지 가스 인젝터(512)는 반시계방향으로 배열될 수 있다. 단면도(520)에 도시된 바와 같이, 에지 가스 인젝터(522)는 에지 가스 인젝터들(512)의 일 실시예일 수 있다. 에지 가스 인젝터(512) 각각은 워크피스의 반경에 평행한 방향(524)에 대해 각을 이룬다. 예를 들어, 인젝터(522)와 방향(524) 간의 각도(526)는 약 60도 이하, 예컨대 15도 내지 약 45도의 범위일 수 있다. 에지 가스 인젝터(522)는 워크피스의 중심에 수직인 방향(518)(도 5에도 도시됨)에 대해 반시계방향 가스 흐름(528)을 생성하기 위해 반시계방향으로 각을 이룬다.
도 7은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 에지 가스 인젝터의 예시적인 단면도(530)를 도시한다. 에지 인젝터(512)는 시계방향으로 배열될 수 있다. 단면도(530)에 도시된 바와 같이, 에지 가스 인젝터(532)는 에지 가스 인젝터들(512)의 일 실시예일 수 있다. 에지 가스 인젝터(532) 각각은 워크피스의 반경에 평행한 방향(524)에 대해 각을 이룬다. 예를 들어, 인젝터(532)와 방향(524) 간의 각도(526)는 약 60도 이하, 예컨대 15도 내지 약 45도의 범위일 수 있다. 에지 가스 인젝터(532)는 방향(518)에 대해 시계방향 가스 흐름(538)을 생성하기 위해 시계방향으로 각을 이룬다.
도 8은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 플라즈마 처리 장치(600)를 도시한다. 플라즈마 처리 장치(600)는 도 1의 플라즈마 처리 장치(100) 및 도 4의 장치(400)와 유사하다.
보다 구체적으로, 플라즈마 처리 장치(400)는 내부 공간(102)을 형성하는 처리 챔버를 구비한다. 페디스털 또는 워크피스 홀더(104)는 내부 공간(102) 내에서 반도체 웨이퍼와 같은 워크피스(106)를 지지하는데 사용된다. 유전체 윈도우(110)는 워크피스 홀더(104) 위에 위치된다. 유전체 윈도우(110)는 비교적 평탄한 중앙부분(112) 및 각진 주변 부분(114)을 구비한다. 유전체 윈도우(110)는 가스 공급부(410)를 위한 중앙 부분(112) 내의 공간을 구비하여 프로세스 가스를 내부 공간(102)으로 공급한다.
장치(100)는 내부 공간(102)에 유도 플라즈마를 발생시키기 위한 1차 유도성 소자(130) 및 2차 유도성 소자(140)와 같은 복수의 유도성 소자를 더 구비한다. 유도성 소자(130, 140)는 RF 전력을 공급할 때 플라즈마 처리 장치(100)의 내부 공간(102) 내의 프로세스 가스에서 플라즈마를 유도하는 코일 또는 안테나 소자를 구비할 수 있다. 예를 들어, 제1 RF 생성기(160)는 매칭 네트워크(162)를 통해 1차 유도성 소자(130)에 전자기 에너지를 제공하도록 구성될 수 있다. 제2 RF 생성기(170)는 매칭 네트워크(172)를 통해 2차 유도성 소자(140)에 전자기 에너지를 제공하도록 구성될 수 있다. 가스 공급부(190)는 처리 챔버(102)의 측벽과 통합된다.
장치(100)는 2차 유도성 소자(140) 주위에 배치된 금속 쉴드부(152)를 구비할 수 있다. 금속 쉴드부(152)는 1차 유도성 소자(130)와 2차 유도성 소자(140)를 분리하여 유도성 소자(130, 140)들 사이의 크로스토크를 감소시킬 수 있다. 장치(100)는 1차 유도성 소자(130)와 유전체 윈도우(130) 사이에 배치된 패러데이 쉴드(154)를 더 구비할 수 있다. 패러데이 쉴드(154)는 1차 유도성 소자(154)와 처리 챔버(102) 사이의 용량성 결합을 감소시키는 슬롯형 금속 쉴드일 수 있다. 도시된 바와 같이, 패러데이 쉴드(154)는 유전체 쉴드(110)의 각진 부분 위에 끼워질 수 있다.
특정 실시예에서, 금속 쉴드(152) 및 패러데이 쉴드(154)는 제조 용이성 및 다른 목적을 위해 단일 바디(150)를 형성할 수 있다. 1차 유도성 소자(130)의 멀티-턴 코일은 단일 바디 금속 쉴드/패러데이 쉴드(150)의 패러데이 쉴드부(154)에 인접하여 위치될 수 있다. 2차 유도성 소자(140)는 금속 쉴드부/패러데이 차폐 단일 바디(150)의 금속 쉴드부(152) 근방, 예를 들어 금속 쉴드부(152)와 유전체 윈도우(110) 사이에 위치될 수 있다.
금속 쉴드부(152)의 대향 측부 상의 1차 유도성 소자(130) 및 2차 유도성 소자(140)의 배열은 1차 유도성 소자(130) 및 2차 유도성 소자(140)가 별개의 구조적 구성을 갖도록 하고 상이한 기능을 수행하도록 한다. 예를 들어, 1차 유도성 소자(130)는 프로세스 챔버의 주변 부분에 인접하여 위치된 멀티-턴 코일을 구비할 수 있다. 1차 유도성 소자(130)는 본래의 과도 점화 단계 동안 기본적인 플라즈마 발생 및 신뢰성 있는 시작을 위해 사용될 수 있다. 1차 유도성 소자(130)는 강력한 RF 생성기 및 고가의 자동-튜닝 매칭 네트워크에 연결될 수 있고, 약 13.56 MHz와 같은 증가된 RF 주파수에서 동작될 수 있다.
2차 유도성 소자(140)는 교정 및 지지 기능을 위해 그리고 정상 상태 동작 동안 플라즈마의 안정성을 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 2차 유도성 소자(140)는 주로 교정 및 지지 기능을 위해 사용될 수 있고, 정상 상태 동작 동안 플라즈마의 안정성을 개선시킬 수 있다. 2차 유도성 소자(140)는 1차 유도성 소자(130)와 같은 RF 생성기에 결합되어야 할 필요는 없으며, 이전의 설계와 관련된 어려움을 극복하기 위해 상이하게 그리고 비용 효율적으로 설계할 수 있다. 일부 경우에서, 2차 유도성 소자(140)는 또한 약 2 MHz와 같은 더 낮은 주파수에서 동작될 수 있어서, 2차 유도성 소자(140)가 매우 컴팩트하게 하고 유전체 윈도우의 상부 상의 제한된 공간에 적합하게 할 수 있다.
1차 유도성 소자(130) 및 2차 유도성 소자(140)는 상이한 주파수에서 동작될 수 있다. 주파수는 1차 유도성 소자(130)와 2차 유도성 소자(140) 사이의 크로스-토크를 감소시키기 위해 충분히 상이할 수 있다. 1차 유도성 소자(130) 및 2차 유도성 소자(140)에 인가될 수 있는 상이한 주파수로 인해, 유도성 소자(130, 140)들 사이의 간섭이 감소된다. 보다 구체적으로, 유도성 소자(130, 140)들 사이의 플라즈마에서의 유일한 상호작용은 플라즈마 밀도를 통해 이루어진다. 따라서, 1차 유도성 소자(130)에 결합된 RF 발생기(160)와 2차 유도성 소자(140)에 결합된 RF 발생기(170) 사이의 위상 동기화가 필요하지 않다. 전력 제어는 유도성 소자들 사이에 독립적이다. 부가적으로, 유도성 소자(130, 140)가 뚜렷하게 상이한 주파수에서 동작하고 있기 때문에, 플라즈마 내로의 전력 전달을 매칭시키기 위해 RF 발생기(160, 170)의 주파수 튜닝을 사용하는 것은 실용적이며, 임의의 추가적인 매칭 네트워크들의 설계 및 비용을 크게 단순화시킨다.
예를 들어(도 8에 도시되지 않음), 2차 유도성 소자(140)는 평면 코일 및 자속 집중기를 구비할 수 있다. 자속 집중기는 페라이트 재료로 제조될 수 있다. 적절한 코일을 갖는 자속 집중기의 사용은 2차 유도성 소자(140)의 높은 플라즈마 커플링 및 양호한 에너지 전달 효율을 제공하며, 금속 쉴드(150)로의 결합을 상당히 감소시킨다. 2차 유도성 소자(140) 상의 약 2 MHz와 같은 더 낮은 주파수의 사용은 스킨층을 증가시키고, 이는 또한 플라즈마 가열 효율을 개선한다.
일부 실시예에서, 상이한 유도성 소자(130, 140)은 상이한 기능을 수행할 수 있다. 특히, 1차 유도성 소자(130)만이 점화 동안 플라즈마 발생의 가장 중요한 기능을 수행하며, 2차 유도성 소자(140)에 충분한 프라이밍을 제공한다. 이러한 1차 유도성 소자(130)는 유도 결합 플라즈마(ICP) 툴의 동작에 참여할 수 있고, 플라즈마 전위를 안정화시키기 위해 플라즈마 및 접지된 쉴드에 대한 결합을 가져야 한다. 1차 유도성 소자(130)와 연관된 패러데이 쉴드(154)는 윈도우 스퍼터링을 회피할 수 있고 접지에 결합을 공급하는데 사용될 수 있다
도 9는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 방법(700)의 흐름도를 도시한다. 방법(700)은 예를 들어 도 1의 플라즈마 처리 장치(100)를 참조하여 논의될 것이다. 방법(700)은 임의의 적절한 플라즈마 처리 장치에서 구현될 수 있다. 도 9는 예시 및 논의를 위해 특정 순서로 수행되는 단계들을 도시한다. 본 명세서에 제공된 개시사항들을 사용하여, 당업자는 본 명세서에 설명된 방법들 중 임의의 방법의 다양한 단계들이 생략되거나, 확장되거나, 동시에 수행되거나, 재배열되거나, 및/또는 본 개시내용의 범위로부터 벗어나지 않고 다양한 방식으로 수정될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않고 다양한 단계들(도시되지 않음)이 수행될 수 있다.
단계(710)에서, 상기 방법은 처리 챔버에서 워크피스 지지부 상에 워크피스를 배치하는 단계를 구비할 수 있다. 예를 들어, 워크피스(106)는 처리 챔버(102)내의 워크피스 지지부(104)에 배치될 수 있다.
단계(720)에서, 상기 방법은 가스 공급부를 통해, 처리 챔버 내로 프로세스 가스를 도입하는 단계를 구비할 수 있다. 예를 들어, 처리 챔버(102)의 측벽과 통합된 가스 공급부(190) 및/또는 처리 챔버(102)의 천장 상의 가스 공급부(410)는 프로세스 가스를 처리 챔버(102) 내로 도입할 수 있다. 가스 공급부(190) 또는 가스 공급부(410)는 하나 이상의 인젝터를 구비할 수 있다. 각각의 인젝터는 워크피스(106)의 반경에 평행한 방향에 대해 (예를 들어, 시계방향 또는 반시계방향으로) 각을 이룰 수 있다. 인젝터의 이러한 배열은 워크피스(106)의 중심에 수직인 방향에 대해 회전 가스 흐름(예를 들어, 시계방향 가스 흐름 또는 반시계방향 가스 흐름)을 생성할 수 있다.
단계(730)에서, 상기 방법은 처리 챔버 내의 프로세스 가스에서 플라즈마를 생성하는 단계를 구비할 수 있다. 예를 들어, 1차 유도성 소자(130), 및/또는 2차 유도성 소자(140)는 처리 챔버(102) 내의 프로세스 가스에서 플라즈마를 생성할 수 있다.
단계(740)에서, 상기 방법은 상기 플라즈마에 의해 생성된 하나 이상의 종에 상기 워크피스를 노출시키는 단계를 구비할 수 있다. 예를 들어, 워크피스(106)는 플라즈마에 의해 생성된 하나 이상의 종에 노출될 수 있다.
도 10은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 가스 공급부(1010)와 예시적인 가스 공급부(1020) 간의 예시적인 가스 속도 비교를 도시한다. 도 10에서 알 수 있는 바와 같이, 가스 공급부(1010)는 중앙 가스 인젝터, 에지 가스 인젝터 및 측면 가스 인젝터를 구비한다. 에지 가스 인젝터 및/또는 측면 가스 인젝터는 워크피스의 반경에 평행한 방향으로 배열된다. 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 가스 공급부(1020)는 중앙 가스 인젝터, 에지 가스 인젝터 및 측면 가스 인젝터를 구비한다. 에지 가스 인젝터 및/또는 측면 가스 인젝터는 워크피스의 중심에 수직인 방향에 대해 회전 가스 유동을 생성하도록 워크피스의 반경에 평행한 방향에 대해 각을 이룬다. 도 10으로부터 알 수 있는 바와 같이, 예시적인 가스 공급부(1020)는 정체된 가스 유동 영역을 감소시킬 수 있다.
도 11은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 가스 공급부(1110)와 예시적인 가스 공급부(1120) 간의 예시적인 질량 분율 비교를 도시한다. 가스 공급부(1110)는 워크피스의 중심 라인을 향해 표준 측면 가스 인젝터를 구비한다. 예시적인 가스 공급부(1120)는 워크피스의 중심에 수직인 방향에 대해 회전 가스 유동을 생성하기 위해 워크피스의 반경에 평행한 방향에 대해 각을 이룬 측면 가스 인젝터를 구비한다. 도 11로부터 알 수 있는 바와 같이, 예시적인 가스 공급부(1120)는 처리 챔버 내의 질량-분율 차이를 감소시킬 수 있다.
도 12는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 가스 공급부와 예시적인 가스 공급부 간의 워크피스 표면 분배에 대한 질량 분율의 예시적인 비교를 도시한다. 워크피스(1210)와 연관된 가스 공급부는 워크피스의 중심 라인을 향해 표준 측면 가스 인젝터를 구비한다. 워크피스(1220)와 연관된 예시적인 가스 공급부는 워크피스의 중심에 수직인 방향에 대해 회전 가스 유동을 생성하도록 워크피스의 반경에 평행한 방향에 대해 각을 이룬 측면 가스 인젝터를 구비한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 워크피스(1220)와 연관된 예시적인 가스 공급부는 워크피스(1210)의 표면에서 질량-분율 불균일성을 감소시킬 수 있다.
본 요지가 특정 예시적인 구현예에 대해 상세하게 설명되었지만, 당업자는 상술한 내용을 이해할 때, 이러한 구현예에 대한 대체물, 변형물 및 등가물을 용이하게 생성할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시내용의 범위는 제한이 아닌 예시로서 해석되어야 하며, 본 개시내용은 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명백한 바와 같이, 본 개시내용의 주제에 대한 그러한 변경, 변형 및/또는 추가의 포함을 배제하지 않는다.
Claims (20)
- 플라즈마 처리 장치에 있어서,
플라즈마 처리 동안 워크피스를 지지하도록 구성된 워크피스 지지부를 갖는 처리 챔버;
상기 처리 챔버 내의 프로세스 가스 내에 플라즈마를 유도하도록 구성된 유도 결합 플라즈마 소스; 및
상기 프로세스 가스를 상기 처리 챔버로 전달하도록 구성된 가스 공급부로서, 상기 가스 공급부는 하나 이상의 인젝터를 포함하는, 상기 가스 공급부
를 포함하고,
상기 하나 이상의 인젝터 각각은 상기 워크피스의 중심에 수직인 방향에 대해 회전 가스 유동을 생성하도록 상기 워크피스의 반경에 평행한 방향에 대해 각을 이루는,
플라즈마 처리 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 가스 공급부는 상기 가스 공급부가 상기 처리 챔버의 상부로부터 상기 처리 챔버 내로 상기 프로세스 가스를 전달하도록 상기 처리 챔버의 천장에 위치되는,
플라즈마 처리 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 가스 공급부는 상기 처리 챔버의 측벽과 통합되는,
플라즈마 처리 장치.
- 제3항에 있어서,
상기 하나 이상의 인젝터 중 적어도 하나의 인젝터는 상기 유도 결합 플라즈마 소스로부터의 하류 위치에서 상기 프로세스 가스를 전달하는,
플라즈마 처리 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 인젝터 중 적어도 하나의 인젝터는 상기 워크피스에 대해 상방으로 각을 이루는,
플라즈마 처리 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 가스 공급부는 적어도 하나의 가스 매니폴드를 포함하고, 상기 적어도 하나의 가스 매니폴드는 상기 하나 이상의 인젝터를 포함하는,
플라즈마 처리 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 인젝터는 상기 워크피스의 중심에 수직인 방향에 대해 시계방향 가스 유동을 생성하기 위해 시계방향으로 각을 이루는,
플라즈마 처리 장치.
- 제7항에 있어서,
상기 하나 이상의 인젝터 중 각각의 인젝터와 상기 워크피스의 반경에 평행한 방향 사이의 각도는 약 60도 이하인,
플라즈마 처리 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 인젝터는 상기 워크피스의 중심에 수직인 방향에 대해 반시계방향 가스 유동을 생성하기 위해 반시계방향으로 각을 이루는,
플라즈마 처리 장치.
- 제9항에 있어서,
상기 하나 이상의 인젝터 중 각각의 인덱터와 상기 워크피스의 반경에 평행한 방향 사이의 각도는 약 60도 이하인,
플라즈마 처리 장치.
- 워크피스를 처리하는 방법에 있어서,
처리 챔버 내의 워크피스 지지부 상에 상기 워크피스를 배치하는 단계;
가스 공급부를 통해, 상기 처리 챔버 내로 프로세스 가스를 도입하는 단계;
상기 처리 챔버 내의 상기 프로세스 가스 내에 플라즈마를 발생시키는 단계; 및
상기 플라즈마에 의해 생성된 하나 이상의 종(species)에 상기 워크피스를 노출시키는 단계
를 포함하고,
상기 가스 공급부는 하나 이상의 인젝터를 포함하고, 상기 하나 이상의 인젝터 중 각각의 인젝터는 상기 워크피스의 중심에 수직인 방향에 대해 회전 가스 유동을 생성하도록 상기 워크피스의 반경에 평행한 방향에 대해 각을 이루는,
방법.
- 제11항에 있어서,
상기 가스 공급부는, 상기 가스 공급부가 상기 처리 챔버의 상부로부터 상기 처리 챔버 내로 상기 프로세스 가스를 전달하도록 상기 처리 챔버의 천장과 통합되는,
방법.
- 제11항에 있어서,
상기 가스 공급부는 상기 처리 챔버의 측벽과 통합되는,
방법.
- 제13항에 있어서,
상기 하나 이상의 인젝터 중 적어도 하나의 인젝터는 상기 플라즈마를 유도하는 플라즈마 소스로부터의 하류 위치에서 상기 프로세스 가스를 전달하는,
방법.
- 제11항에 있어서,
상기 하나 이상의 인젝터 중 적어도 하나의 인젝터는 상기 워크피스에 대해 상방으로 각을 이루는,
방법.
- 제11항에 있어서,
상기 가스 공급부는 적어도 하나의 가스 매니폴드를 포함하고, 상기 적어도 하나의 가스 매니폴드는 상기 하나 이상의 인젝터를 포함하는,
방법.
- 제11항에 있어서,
상기 하나 이상의 인젝터는 상기 워크피스의 중심에 수직인 방향에 대해 시계방향 가스 유동을 생성하기 위해 시계방향으로 각을 이루는,
방법.
- 제11항에 있어서,
상기 하나 이상의 인젝터 중 각각의 인젝터와 상기 워크피스의 반경에 평행한 방향 사이의 각도는 약 60도 이하인,
방법.
- 제11항에 있어서,
상기 하나 이상의 인젝터는 상기 워크피스의 중심에 수직인 방향에 대해 반시계방향 가스 유동을 생성하기 위해 반시계방향으로 각을 이루는,
방법.
- 제11항에 있어서,
상기 하나 이상의 인젝터 중 각각의 인젝터와 상기 워크피스의 반경에 평행한 방향 사이의 각도는 약 60도 이하인,
방법.
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