KR20210129719A

KR20210129719A - Vhf 플라즈마 공정을 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20210129719A
Application number: KR1020217032347A
Authority: KR
Inventors: 바턴 레인
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2019-03-19
Filing date: 2020-02-05
Publication date: 2021-10-28
Also published as: US11515122B2; CN113597660A; JP2022525938A; TW202044403A; WO2020190400A1; US20200303164A1; JP7473760B2

Abstract

본 개시물은 반도체 소자를 제조하기 위해 사용되는 플라즈마 공정 챔버 내부에 공진 VHF 정재파를 활성화시키도록 설계된 전달 안테나를 사용하는 VHF 플라즈마 공정을 위한 플라즈마 공정 시스템에 관한 것이다. 시스템은, 전원에 연결된 인입 전력 라인에 전자기적으로 결합될 수 있는 전달 요소를 포함한다. 전달 요소, 전력 전달 라인, 및 전원은, 전달 요소 상에 VHF 정재파를 활성화시킬 수 있는 공진 회로를 형성한다. 전달 요소(들)가 플라즈마 공정 챔버 내부에 위치될 수 있도록, 안테나의 풋프린트를 감소시키기 위해 전달 요소가 접힌다. 전달 안테나는 3개의 부분을 가지며, 제1 부분은 전력 전달 라인에 전자기적으로 결합되고, 제2 부분은 플라즈마에 결합되며, 제3 부분은 전달 요소의 풋프린트를 감소시키는 접힌 부분이다.

Description

VHF 플라즈마 공정을 위한 시스템 및 방법

관련 출원

본 출원은 "VHF 플라즈마 공정을 위한 시스템 및 방법"이라는 명칭으로 2019년 3월 19일자로 출원된 미국 정규 특허출원 제16/357,731호에 대한 우선권을 주장하며, 이는 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.

본 발명은 반도체 공정 장비 기술에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 반도체 기판을 처리하기 위해 사용되는 플라즈마를 제어하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

마이크로 전자 형상부(microelectronic feature)의 기하학적 구조는 더 작은 크기로 계속 비례 축소되고 있고, 복잡도가 계속 증가하고 있다. 따라서, 마이크로 전자 소자를 제조하기 위한 패터닝 기술은, 반도체 기판 상에 더 작은 형상부를 생성하기 위해 보다 정밀해질 것이다. 정밀한 패터닝에서, 공정이 경제적으로 성공적이도록 충분한 수의 처리된 다이가 작동 칩을 산출하기 위해, 웨이퍼 상의 각각의 지점에서 이온 및 라디칼 플럭스(radical flux)와 같은 공정 파라미터를 더 엄격하게 제어해야 한다. 패터닝 공정의 일 양태는, 기판으로부터 재료를 선택적으로 제거하기 위해, 플라즈마를 사용하여 형상부를 에칭하는 단계를 포함한다. 플라즈마 에칭 기술을 개선하는 한 가지 접근법은, 예측 가능하고 균일한 방식으로 플라즈마를 제어하는 것과 관련된다. 예를 들어, VHF 주파수 범위(30 MHz 내지 300 MHz)의 전자기파는 고밀도 플라즈마(본원에서 "VHF 플라즈마"로 지칭됨)를 생성하는 것으로 알려져 있다. 추가적으로, VHF 플라즈마는 플라즈마 에지와 기판 사이에 비교적 얇은 낮은 에너지 시스(sheath)를 형성하여, 기판 상의 막을 동역학적으로 제거 또는 에칭하기 위해 사용되는 이온을 위한 더 느린 이온 가속도를 가능하게 한다. 더 낮은 이온 에너지는 선택성을 개선할 수 있으며, 하부 막의 손상을 감소시킬 수 있다. 그러나, VHF 플라즈마 공정은 불균일한 공간 플라즈마 프로파일로 인해 장려되지 않았다. 이러한 불균일성은, 파장이 공정 챔버 치수와 유사한 VHF 전자기파의 특성, 및 전자기파와 플라즈마 사이의 비선형 상호 작용으로 인한 것이다. 이러한 특성에 따라, 웨이퍼에 걸쳐서 균일한 밀도 프로파일을 달성하는 것이 어렵고, 웨이퍼의 크기보다 더 짧은 스케일 길이에 대해 밀도 프로파일을 조정하려고 시도하는 것(이는 가스 분포와 같은 다른 원인으로부터 비롯되는 불균일성을 보정하기 위해 흔히 바람직함)이 매우 어렵다. 따라서, 플라즈마 균일성(예를 들어, 공간 프로파일)을 개선하고, 웨이퍼보다 더 작은 길이 스케일에 대해 플라즈마 밀도 프로파일을 제어할 수 있게 하는, VHF 시스템 및 방법이 바람직하다.

마이크로 전자 소자 제조를 위한 플라즈마 공정을 위한 시스템 및 방법이 본원에 개시된다. 특히, 전형적인 VHF 파장(1000 mm 내지 10,000 mm)에 비하여 크기(200 mm 내지 500 mm)가 유사한 공정 챔버 또는 공정 공간 내에서 가스를 이온화시키기 위해, 초고주파(VHF)(예를 들어, 30 내지 300 MHz) 전자기파가 사용된다. 일반적으로, VHF 플라즈마 공정은, 저주파 플라즈마 발생 기술과 비교하여, 비교적 얇은 낮은 에너지 플라즈마 시스를 형성하는 고밀도 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 플라즈마 시스는 기판과 플라즈마 사이의 전위차로서 관찰되며, 플라즈마로부터의 이온이 이를 통하여 가속되어 기판과 동역학적으로 상호 작용한다. VHF 공정에 의해 활성화되는 시스 크기가 더 작을수록, 비-VHF 공정에 비해 이온의 운동 에너지가 감소된다. 더 낮은 에너지 이온은 더 적은 에너지를 기판에 부여하며, 이에 따라, 가급적 하부 막을 거의 제거하지 않으면서 상부 막의 제거를 최대화함으로써 선택성이 개선되도록, 상부 및 하부 막 사이의 에칭 선택성을 개선할 수 있다. 선택성 개선에 따라, 기판 상의 더 작은 및/또는 더 복잡한(예를 들어, 3D 구조물) 형상부를 패터닝할 수 있다.

본원에 설명된 시스템 및 방법은, 공정 챔버 내에서 가스를 이온화시키기 위해 별도로 또는 집합적으로 각각 제어될 수 있는 하나 이상의 플라즈마 생성 요소를 사용하여, 더 작은 면적 또는 풋프린트(footprint) 내에 VHF 에너지의 효과를 집중시킴으로써, 공간 프로파일 문제를 개선하도록 의도된다. 시스템은, 기판 홀더 위의 공정 챔버 내에 배치된 전력 전달 요소(power transmission element)를 포함하며, 전력 전달 요소는, 전력 전달 요소 내에 배치된 공진 안테나와 VHF 전원(들) 사이에 공진 회로(들)를 형성할 수 있다. 공진 안테나에 전력이 인가되는 경우, 공정 챔버 내로 흐르는 가스에 에너지가 전달되어, 플라즈마(예를 들어, 이온화된 가스)를 형성하며, 저주파 여기(excitation) 기술(예를 들어, <30 MHz)과 비교하여, 플라즈마와 기판 사이의 더 작은 플라즈마 시스 및 비교적 높은 플라즈마 밀도를 달성하기 위해, 전력은 비교적 더 높은 VHF 주파수를 포함한다. 이온은 플라즈마 시스에 흡인될 수 있으며, 플라즈마 시스를 통하여 기판을 향해 가속되어, 기판과 동역학적으로 상호 작용할 수 있다.

일 실시형태에서, 전달 요소는, 유전체 재료 내에 배치된 전도성 재료로 형성된 한 쌍의 공진 안테나를 포함할 수 있으며, 이에 따라, 안테나들이 서로 물리적으로 접촉되는 것이 아니라, 용량성 결합 구성 요소를 통해 서로 전기적으로 결합될 수 있다. 안테나(들)는 개방 루프로 배치된 전도성 재료를 사용하여 형성될 수 있으며, 안테나의 다양한 부분은, 공정 챔버(예를 들어, 유도성 부분) 내의 가스 및 인입 전원 공급기(예를 들어, 용량성 부분)에 동시에 선택적으로 결합될 수 있다. 유도성 부분은 플라즈마 공정 영역 또는 기판 홀더와 평행하게 연장되도록 배치될 수 있으며, 용량성 부분은 유도성 부분에 대향하게 위치되고, 안테나에 전기 에너지를 공급하는 인입 전력 전달 라인에 평행하게 연장되도록 배치된다.

구체적인 일 실시형태에서, 용량성 부분은, 안테나가 VHF 전원과 공진 회로를 형성할 수 있게 하기에 충분한 길이를 유지하면서 안테나의 전체 풋프린트를 감소시키기 위해, 한 번 이상의 접힘(fold)으로 접힐 수 있다. 이러한 방식으로, 안테나가 접힘에 따라, 더 작은 풋프린트, 수평 표면적, 또는 체적을 갖는 안테나를 사용함으로써, 비교적 긴 전기 길이의 VHF 안테나가 공정 챔버 내에 배치될 수 있다. 더 작은 풋프린트 안테나는, 비교적 작은 플라즈마 공정 영역 내에서 비교적 큰 파장을 갖는 VHF 에너지를 사용할 수 있게 하며, 이는 과거에 가능하지 않았다. 공진 회로는, 전체 안테나 내에 전류를 주입시키는 교류 전원에 용량성 결합되도록 구성되거나 배치되는 용량성 부분에 적어도 부분적으로 기초하여 형성될 수 있다. 알려진 공진 원리에 따라, 공진 회로는, 안테나 내에서 비교적 더 많은 전류 흐름을 달성하기 위해, 인입 전력 신호를 증폭시킬 것이다. 루프의 유도성 부분을 통하여 주입된 전류는 유전체 재료에 인접한 가스에 유도성 결합될 수 있으므로, 결합에 따라, 루프의 유도성 부분을 통하는 전류 흐름에 의해 제어되는 이온화된 가스 내의 전류 흐름을 유도한다. 즉, 안테나는, 공정 챔버 내에 플라즈마를 발생시키도록 공정 챔버 가스와 안테나를 결합시키기 위해, 유전체 재료 내에서, 루프의 제2 부분(예를 들어, 유도성 부분)의 위치의 방향 설정 및 루프의 제1 부분(예를 들어, 용량성 부분)과의 결합을 통해, VHF 전원과 공진 회로를 형성하기에 충분한 길이 및/또는 크기로 설계될 수 있다.

일 실시형태에서, 플라즈마 공정 챔버는, VHF 에너지가 공진 주파수로 인가되는 경우, 공진 요소와 전원 사이에 공진 회로를 형성하는, 유전체 재료 내에 배치된 안테나에 VHF 에너지를 인가하는 교류 전원을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 공진 요소는, 전기장이 플라즈마 시스와 평행한 유도성 필드를 발생시킬 수 있으며, 이에 따라, 필드가 플라즈마 내로 관통할 수 있다. 안테나 및/또는 전원에 의해 발생된 필드는 플라즈마 내로 관통할 수 있지만, 이들은 자연적으로 전파되어 안테나로부터의 반응기 거리의 부분에 에너지를 제어되지 않는 방식으로 분산시키는, 플라즈마 시스에 수직인 분극을 갖는 표면 모드를 방지할 수 있다. 과거에는, 더 높은 진폭 에너지를 사용함으로써, 방향성 제어 문제가 상쇄되었을 수 있지만, 더 높은 진폭은 비선형 방식으로 필드를 주입시킬 수 있으므로, 공정 및 하드웨어 복잡성을 증가시키고, VHF 플라즈마 공정을 사용하는 비용/품질 이점을 없앤다. 예를 들어, 제한 없이, 공진 요소는, 전도성 구조물을 위한 물리적 지지를 제공하고 공정 동안 공정 화학 물질로부터 이를 절연시키는, 유전체 재료 내에 내장되는 개방 루프로 배치된 전도성 구조물(예를 들어, 용량성 부분, 유도성 부분, 및 도관 부분)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전달 요소의 유전체 구성 요소는, 상부 표면, 및 상부 표면에 대향하는 하부 표면을 갖는 외부 표면을 포함할 수 있으며, 상부 표면은 인입 VHF 신호에 가장 가깝고, 하부 표면은 플라즈마 공정 챔버 내의 기판 홀더에 대향한다. 유전체 구성 요소는, 유전체 구조물 내에 내장된 하나 이상의 전달 안테나(transmission antenna)를 포함할 수 있으며, 이에 따라, 전달 안테나가 유전체 구성 요소의 외부 표면과 물리적으로 절연되므로, 전류가 유전체 재료를 통하여 전원으로부터 전달 안테나로 직접 흐르지 않는다. 대체로, 일 실시형태에서, 전달 안테나는, 유전체 구성 요소의 하부 표면에 대향하는 전달 안테나의 제1 부분(예를 들어, 유도성 부분); 유전체 구성 요소의 상부 표면에 대향하는 전달 안테나의 제2 부분(예를 들어, 용량성 부분); 및 제1 부분과 제2 부분 사이에 배치되고 제1 부분 및 제2 부분에 연결되는 전달 안테나의 제3 부분(예를 들어, 도관 부분)을 포함하는 루프형 전도성 구조물일 수 있다. 전달 안테나의 제1 부분, 제2 부분, 및 제3 부분은, 전달 안테나가 전원에 용량성 결합되는 경우, 각각의 부분 사이로 전류가 흐를 수 있도록, 연속적인 전도성 요소를 형성할 수 있다.

일 실시형태에서, 제1 부분이 하부 표면에 평행할 수 있고, 제2 부분이 상부 표면에 평행할 수 있으며, 제3 부분이 제1 및 제2 부분 사이에 배치될 수 있도록, 전달 안테나가 배치될 수 있으므로, 전달 안테나가 둘러싸이는 풋프린트, 면적, 또는 체적을 감소시키는 방식으로 제3 부분이 지향될 수 있거나 접힐 수 있다. 어떤 경우에는, 제3 부분은 제1 부분 또는 제2 부분보다 더 긴 길이를 가질 수 있지만, 제1 부분 또는 제2 부분의 동일한 또는 유사한 풋프린트 내로 제3 부분의 풋프린트 또는 수평 표면적을 제한하기 위해, 접힐 수 있다. 구체적인 일 실시형태에서, 제1 부분은, 전도성 재료의 10 ㎛ 내지 100 ㎛의 두께 및 적어도 50 mm의 길이를 갖는다. 전달 안테나의 접힌 부분은 전달 안테나의 연속적인 전도성 구조물의 일부이지만, 안테나의 제2 부분의 임의의 중첩 또는 접힌 섹션 간의 단락을 방지하기 위해, 유전체 재료에 의해 분리될 수 있다. 유전체 재료는, 알루미나, 석영, 실리콘 탄화물, 또는 이들의 조합물과 같은 재료를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는, 접힌 섹션 간의 단락을 최소화할 수 있는 임의의 재료를 포함할 수 있다. 어떤 경우에는, 유전체 재료는, 유전체 재료와 공정 화학 물질 사이의 화학 반응성을 최소화하기 위해, 적어도 하나의 표면 상의 산화이트륨 코팅을 가질 수 있다.

다른 실시형태에서, 2개 이상의 전달 안테나가 유전체 구성 요소에 내장될 수 있으며, 전달 안테나와 유전체 구성 요소의 조합물은 전달 요소로 지칭된다. 전달 안테나는, 각각의 전달 안테나에 인접하게 배치된 결합 구성 요소를 포함할 수 있으며, 이에 따라, 결합 구성 요소는, 전달 안테나가 서로 간에 또는 결합 구성 요소와 직접 물리적으로 접촉되지 않으면서 또는 접촉되면서, 전달 안테나에 전기적으로 결합될 수 있거나, 전달 안테나 사이에 커패시터를 형성할 수 있다. 결합 구성 요소에 따라, 하나 이상의 전원으로부터 병렬 또는 역병렬(anti-parallel) 방식으로 전달 안테나에 전력 공급될 수 있다. 예를 들어, 전달 안테나에 인가된 전력 전달이 동위상(예를 들어, 병렬)인 경우, 중첩 원리를 통해, 방출된 신호 강도를 증폭시키고, 마찬가지로, 각각의 전달 안테나로의 인입 전력이 위상 반전(예를 들어, 역병렬)인 경우, 방출된 신호가 변조될 수 있다. 2개의 전달 안테나 간의 용량성 결합은 분극 축퇴(polarization degeneracy)를 차단시킴으로써, 병렬 및 역병렬 모드가 상이한 주파수를 가지며, 2개의 주파수의 적절한 조합을 선택함으로써, 공정 챔버 내의 이온화 영역의 두께를 제어할 수 있게 한다. 그러나, 공정 챔버는, 플라즈마 밀도 또는 공간 프로파일을 제어하기 위해 하나의 전달 요소만을 사용하는 것으로 제한되지 않는다.

본원에 설명된 바와 같은 전달 요소는 공정 챔버 내에 함께 배치되어, 기판 처리 동안 공간 프로파일 제어 및/또는 플라즈마 밀도에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 전달 요소는, 기판 홀더가 내부 체적 내에 배치되는 내부 체적, 및 전달 안테나의 일부분에 대향하는 전력 구성 요소(들)에 전력을 제공하는 전원을 갖는 플라즈마 공정 챔버 내에 배치될 수 있다. 전력 구성 요소는, 전원에 의해 제공된 전류를 사용하여 전자기장을 발생시키도록 설계 및 위치될 수 있으므로, 전자기장이 전달 안테나(들) 내의 전류 흐름을 유도한다. 예를 들어, 전원은, 특정 공진 주파수로 전력이 인가되는 경우, 전달 안테나와 공진 회로를 형성할 수 있는 전자기장을 방출하는 하나 이상의 전력 안테나를 포함하는 전력 구성 요소에 전기적으로 연결될 수 있다. 공진 회로는, 전달 안테나의 임피던스, 또는 전달 안테나, 전력 안테나, 및 전원 사이의 임피던스 정합에 적어도 부분적으로 기초하여 활성화된다. 대부분의 VHF 실시형태에서, 전력 구성 요소와 전달 요소의 조합물은, 전원이 30 MHz 내지 300 MHz로 작동되는 경우 공진 주파수를 달성하도록 설계된다.

다중 전달 안테나 실시형태에서, 2개 이상의 전달 안테나가 단일 유전체 구성 요소 내에 배치될 수 있으며, 유전체 구성 요소 내에 배치된 결합 구성 요소를 통해 서로 전기적으로 결합되도록 배치될 수 있다. 일 실시형태에서, 결합 구성 요소는, 2개의 전달 안테나 사이에 커패시터를 형성하도록 배치된 전도성 요소이다. 결합 구성 요소는 전달 안테나와 물리적으로 접촉될 수 있거나 접촉되지 않을 수 있다. 그러나, 구체적인 일 실시형태에서, 결합 구성 요소는, 전달 안테나가 내장된 유전체 재료에 의해 전달 안테나와 분리된다.

본원에 개시된 전달 요소는, 전기 소자, 디스플레이, 및/또는 태양 전지판의 제조를 위해 사용되는 반도체 기판을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 임의의 유형의 플라즈마 공정을 위해 사용될 수 있다. 방법은, 플라즈마 챔버 내에서 부압으로 유지되는 가스에 전기 에너지를 인가하거나 이온화시킴으로써 발생된 플라즈마로 처리되는 임의의 기판 상에 구현될 수 있다. 일 실시형태에서, 기판은 플라즈마 챔버에 수용될 수 있으며, 플라즈마 챔버가 원하는 압력, 온도, 및/또는 시간에 공정 화학 물질(예를 들어, 가스)을 수용하도록 준비되는 동안, 기판 홀더에 고정될 수 있다. 하나 이상의 전달 안테나를 포함하는 전달 요소 또는 유전체 구조물에 대향하는 전력 전달 라인 내에 전달 전류를 유도하기 위해, 플라즈마 공정 챔버에 결합된 전원(예를 들어, 교류 전원)으로부터 전기 에너지를 인가함으로써, 에너지가 플라즈마 챔버 내로 도입될 수 있다. 전력 전달 라인 및 전달 요소는, 전력 구성 요소의 전달 전류로 인해 유발된 전기장에 적어도 부분적으로 기초하여, 전력 전달 라인 전류가 하나 이상의 전달 안테나 내에 전류 흐름을 유도하도록 배치된다. 특정 경우에, 전달 안테나(들)의 임피던스, 및 전원에 의해 발생된 전기 에너지의 주파수(예를 들어, 공진 주파수)에 적어도 부분적으로 기초하여, 전원, 전력 전달 라인, 및 전달 안테나(들) 사이에 공진 회로가 형성될 수 있다. 공진 효과는, 전력 전달 라인에 의해 발생된 필드가 전달 안테나(들)로부터 방출되는 전자기장의 진폭보다 더 낮은 진폭을 갖도록, 공정 챔버 내의 가스로의 전달 안테나의 인입 전력을 증폭시킬 것이다. 대부분의 경우, 전달 안테나에 의해 전달되는 전자기 에너지는, 전달 안테나(들)와 기판 사이에 배치된 가스를 이온화시키기에 충분한 에너지를 가질 것이며, 이온화된 가스(예를 들어, 플라즈마)는 기판을 처리하기 위해 사용된다.

본 명세서에 포함되어 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부된 도면은 본 발명의 실시형태를 도시하며, 위에 주어진 본 발명의 전반적인 설명 및 아래에 주어지는 상세한 설명과 함께, 본 발명을 설명하는 역할을 한다. 추가적으로, 참조 번호의 가장 왼쪽 숫자(들)는 참조 번호가 처음 나타나는 도면을 식별한다.
도 1은 본 개시물의 하나 이상의 실시형태에 따라, 전력 구성 요소, 전달 요소, 및 기판 홀더를 포함하는 플라즈마 챔버의 개략적인 단면도를 도시하는 플라즈마 공정 시스템의 전형적인 실시형태의 예시이다.
도 2는 본 개시물의 하나 이상의 실시형태에 따라, 유전체 구조물 내에 배치된 전달 안테나를 갖는 전달 요소, 및 전력 전달 라인을 갖는 전력 구성 요소의 측면 단면도 및 평면 단면도를 포함한다.
도 3은 본 개시물의 하나 이상의 역병렬 실시형태에 따라, 전력 안테나, 각각의 전달 안테나, 및 전달 안테나를 위한 결합 구성 요소를 통하는 전류 흐름 방향을 강조 표시하는 평면 및 측면 단면도를 포함한다.
도 4는 본 개시물의 하나 이상의 병렬 실시형태에 따라, 전력 안테나, 각각의 전달 안테나, 및 전달 안테나를 위한 결합 구성 요소를 통하는 전류 흐름 방향을 강조 표시하는 평면 및 측면 단면도를 포함한다.

도면의 이하의 상세한 설명은 본 개시물의 일반적 특성을 완전히 나타내는 예시적인 실시형태를 포함하며, 관련 기술분야(들)의 당업자의 지식을 적용함으로써, 본 개시물의 범위를 벗어나지 않으면서, 과도한 실험 없이, 다른 사람들이 그러한 예시적인 실시형태를 용이하게 변경할 수 있거나/변경할 수 있고, 다양한 적용예를 위해 조정할 수 있다. 따라서, 그러한 조정 및 변경은, 본원에 제시된 교시 및 지침에 기초하는 예시적인 실시형태의 복수의 등가물 및 의미 내에 있는 것으로 의도된다. 본원의 표현 또는 용어는, 본 명세서의 용어 또는 표현이 본원의 교시를 고려하여 관련 기술분야(들)의 당업자에 의해 해석되도록, 설명의 목적을 위한 것이며 제한적인 것이 아님을 이해해야 한다.

도 1은 플라즈마 챔버(102)의 내부 체적 내부에 배치된 공정 화학 물질에 전자기 에너지를 인가함으로써 형성된 플라즈마(도시되지 않음)를 사용하여, 기판을 처리하기 위한 플라즈마 공정 시스템(100)을 도시한다. 공정 화학 물질은 가스 전달망(104)을 통해 플라즈마 챔버(102)에 도입될 수 있으며, 가스 전달망(104)은, 플라즈마 챔버(102) 내로의 가스 유량을 제어하기 위해, 체크 밸브, 질량 흐름 제어기와 통합된 가스 도관 등을 포함할 수 있다. 추가적으로, 플라즈마 챔버(102)와 유체 연통하는 진공 시스템(106)은, 플라즈마 발생 동안 부압을 유지하고 처리 공정으로부터의 부산물을 제거함으로써, 가스 전달망(104)과 함께 압력 또는 가스 유량을 공동으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 제한 없이, 진공 시스템(106)은, 플라즈마 챔버(102) 내의 압력을 제어하기 위해, 하나 이상의 펌프 및 제어 시스템(예를 들어, N₂ 밸러스트 시스템, 버터플라이 밸브 시스템)을 포함할 수 있다.

대체로, 전자기 에너지(예를 들어, 전원(들)(108))를 전기적으로 중성 가스에 인가하여, 상실된 전자의 결과로 양으로 하전된 상태로 유지되는 가스 분자(예를 들어, 이온)로부터 전자가 방출되게 함으로써, 플라즈마 발생이 이루어질 수 있다. 이온은, 전자의 총 수가 양전하를 야기하는 양성자의 총 수와 동일하지 않는, 분자 또는 원자를 특징으로 할 수 있다. 또한, 분자 또는 원자 라디칼(예를 들어, 적어도 하나의 홀전자를 갖는 분자 또는 원자)은, 전기적으로 중성 가스로부터 발생될 수 있다. 일반적으로, 라디칼은 중성 전하를 가질 수 있으며, 이온에 비하여 높은 화학 반응성을 가질 수 있다. 시간이 지남에 따라, 가스 혼합물 내의 증가하는 전자 충돌 및 전자기 에너지는, 가스 혼합물 내의 이온화된 분자 및 라디칼의 밀도를 증가시킬 수 있으며, 기판(110)을 처리하기 위해 사용될 수 있다.

플라즈마 챔버 시스템(100)은, 이온화된 분자가 플라즈마 챔버(102) 내의 전위차에 의해 영향을 받을 수 있도록, 기판을 향하는 이온 및/또는 라디칼의 흐름의 양에 영향을 주기 위해, 특정 공정 조건을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 챔버(102) 내의 전위차는, 이온화된 분자(또는 원자 또는 라디칼)를 기판(110)을 향해 지향시킬 수 있다. 이온 및 라디칼은 기판(110)과 상호 작용할 수 있으며, 플라즈마에 노출되는 상부 막 또는 기판(110)의 일부분을 제거할 수 있거나 기판(110)의 표면을 변화시킬 수 있다. 특정 적용예에서, 플라즈마 처리 선택성 및 제어는, 전자 소자를 위한 점점 더 작아지는 형상부 크기를 패터닝하기 위한 중요한 요소이다. 더 낮은 이온 에너지는, 기판(110) 상의 2개의 중첩 막 사이의 선택성을 개선할 수 있으므로, 하부 막에 대한 손상 또는 제거를 최소화하면서, 상부 막이 충분히 제거된다. 더 높은 에칭 선택성을 달성하기 위한 한 가지 접근법은 더 낮은 이온 에너지를 사용하는 것이다. 이는 이온 및 전자의 순 플럭스(net flux)가 정상 상태에 도달하는 경우, 플라즈마와 기판(110)의 표면 사이에 형성되는 전위 장벽 또는 플라즈마 시스를 최소화함으로써 달성된다. 플라즈마 시스가 주어진 플라즈마 밀도에 대해 더 큰 경우, 이온이 시스를 통과할 때 얻는 에너지의 양은 더 커질 것이다. 그러나, 더 높은 이온 에너지는, 선택성 및 균일성 목적을 위해 제어하기가 더 어려운 보다 공격적인 처리를 유발할 수 있다. VHF 플라즈마 공정은, 더 낮은 이온 에너지를 가능하게 하는 비교적 작은 플라즈마 시스 및 고밀도 플라즈마를 생성하는 것으로 알려져 있다. 그러나, VHF 플라즈마의 특성(예를 들어, 고주파)은, 공정 챔버(102)와 유사한 파장을 갖는 전파 파동에 적어도 부분적으로 기초하여, 불균일한 공간 플라즈마 프로파일을 유발할 수 있다. 파장은 공정 챔버 치수와 유사하기 때문에, 중심과 같은 웨이퍼의 특정 영역에 걸친 필드가 웨이퍼의 에지의 전자기장보다 더 크므로, 플라즈마 밀도의 유사한 불균일성을 유발한다. 반면에, 파장이 공정 챔버 치수와 유사하다는 점은, 높은 필드의 영역이 원하는 면적이도록 파동의 위상을 조정하는 것이 가능하더라도, 플라즈마 밀도가 제어될 수 있는 길이 스케일이 웨이퍼 치수와 유사하므로, 예를 들어, 가스 분포, 에칭 부산물 배출, 웨이퍼 온도 불균일성, 또는 보정되어야 하는 이전의 공정 단계로부터 발생하는 불균일성으로 인해 유발되는 다른 불균일성을 오프셋시키기 위한 국부적인 제어가 가능하지 않음을 의미한다. 따라서, 파장 크기로 인해, 플라즈마 챔버(102) 내에서 제어 가능한 방식으로 고밀도 및 작은 시스 효과를 국부화시키는 것이 문제가 된다.

VHF 플라즈마 공정은, 제어 가능한 공간 밀도 프로파일 및 비교적 작은 시스 크기를 가능하게 함으로써, 적은 손상, 고도로 선택적인 공정을 가능하게 할 수 있는 본원에 개시된 시스템 및 방법을 사용하여, 기존의 공정 기술에 대한 실질적인 대안이 될 수 있다. 시스템은, 전력 구성 요소(114)와 기판 홀더(118) 사이에 배치된 전달 요소(들)(116) 내의 하나 이상의 안테나(들)(도시되지 않음) 내에 전류 흐름을 유도하는 전력 구성 요소(들)(114)를 따라 전자기장을 형성하기 위해, VHF 에너지를 인가하는 교류 전원(예를 들어, 전원(들)(108))을 포함할 수 있다. VHF 에너지는 공진 주파수로 인가되어, 전력 구성 요소(114)와 전달 요소(116) 사이에 공진 회로를 형성함으로써, 기판(110)에 대향하는 플라즈마(120) 및 해당 플라즈마 시스(122)(일정한 비율로 도시되지 않음)를 발생시킬 수 있다. 플라즈마 시스(122)는 기판(110)과 플라즈마(120) 간의 전위차로서 관찰되며, 기판(110)으로의 전자 및 이온 흐름을 평형시키도록 작용한다. 이온은 자연적으로 이러한 시스에 걸쳐서 가속되지만, 기판(110)과 동역학적으로 상호 작용하도록 플라즈마 시스(122)에 걸쳐서 이온을 가속시키기 위해 추가적인 에너지를 부여하기 위한 하나 이상의 바이어싱 기술(예를 들어, 기판 홀더 바이어싱)을 사용함으로써, 이들의 최종 에너지가 증가될 수 있다.

전력 구성 요소(114)와 전달 요소(116) 사이에 형성된 공진 회로는, 전기장 분극이 플라즈마 시스 에지(122)에 평행한 유도성 필드를 발생시킬 수 있으며, 이에 따라, 필드가 플라즈마를 관통할 수 있고, 플라즈마 시스(122)에 수직인 분극을 갖는 표면 모드를 방지할 수 있다. 안테나 및/또는 전원에 의해 발생된 필드는 플라즈마를 관통할 수 있지만, 이들은 기판(110) 상의 불균일한 에칭을 유발하는 이온의 방향성 제어에 영향을 줄 수 있는 플라즈마 시스(122)에 수직인 분극을 갖는 표면 모드를 방지할 수 있다. 과거에는, 더 높은 진폭 에너지를 사용함으로써, 방향성 제어 문제가 상쇄되었을 수 있지만, 더 높은 진폭은 비선형 방식으로 필드를 주입시킬 수 있으므로, 공정 및 하드웨어 복잡성을 증가시키고, VHF 플라즈마 공정을 사용하는 비용/품질 이점을 없앤다.

도 1에서, 플라즈마 챔버(102) 단면도(124)는, 기판(110)에 인접한 영역 내로 전자기 에너지(예를 들어, 마이크로파 에너지, RF 에너지) 및 가스 혼합물(도시되지 않음)의 전달을 가능하게 하는 전력 구성 요소(114)의 일 실시형태를 도시한다. 가스 혼합물은, 전달 요소(116)와 기판 홀더(118) 사이의 플라즈마 공정 영역 내로 도입될 수 있다. 또한, 플라즈마 공정 영역(예를 들어, 플라즈마(120))은, 전달 요소(116)로부터 공진 응답을 유도하기 위해 사용되는 VHF 에너지 소스(126)로부터 에너지를 수용할 수 있다. 전자기 에너지는, VHF 에너지 소스(126)로부터 전력 구성 요소(114)로, 전기 도관(도시되지 않음)을 통해 전달될 수 있는 전자기 에너지(예를 들어, <300 MHz의 무선 주파수(RF) 에너지)를 포함할 수 있다. 도 1의 실시형태에서, 전달 요소(116) 내의 안테나(도시되지 않음) 내에 병렬 전류 흐름을 유도할 수 있는, 전력 구성 요소(114) 둘레의 해당 전자기장을 발생시키는 단일 VHF 에너지 소스(126)에 의해, 전력 구성 요소(114)를 통하는 전류 흐름이 주입된다. 이 경우, 단일 전력 구성 요소(114)가 다수의 전달 요소(116)에 에너지를 인가하도록 설계될 수 있다. 그러나, 다른 실시형태에서, 국부적인 플라즈마 밀도 또는 시스 크기의 원하는 적용예 또는 정도에 따라, 다수의 전력 구성 요소(114)가 하나 이상의 전달 요소(114)에 전력을 인가할 수 있다. 따라서, 도 2 및 도 3의 설명에서 설명되는, 전력 구성 요소(114)와 전달 요소(116) 사이의 임피던스(예를 들어, 안테나 설계)에 따라, 2개 이상의 VHF 에너지 소스(126)가 상이한 공진 주파수의 전력 신호를 인가하도록 배치될 수 있다.

VHF 에너지 소스(126)와 더불어, 플라즈마 공정 영역 내의 가스 혼합물은, 기판(110)에 인접한 플라즈마 특성에 영향을 주기 위해, 기판 홀더(118) 및/또는 기판(110)을 바이어스시킬 수 있는 제2 소스(예를 들어, 바이어스 전원(128))로부터도 전자기 에너지를 수용할 수 있다. 일부 실시형태에서, 바이어스 전원(128) 및 VHF 에너지 소스(126)는, 플라즈마 공정 영역 내에 플라즈마(120)를 발생시키기 위해, 합동하여 또는 단독으로 작동될 수 있다. 일 실시형태에서, 바이어스 전원(128)은, 10 MHz 이상에서 50 W 초과의 전력을 제공할 수 있는 RF 전원일 수 있다. 전력 구성 요소(114) 및 기판 홀더(118)의 바이어싱은, 플라즈마 공정 영역 내의 플라즈마 발생을 가능하게 하는 공정 순서를 조정할 수 있는 제어기(130)를 사용함으로써 구현될 수 있다.

제어기(130)는, 플라즈마 공정 시스템(100) 구성 요소(예를 들어, 전원(108), 가스 전달(104) 등)를 제어하기 위해, 전기 통신망(136)을 통해 제공될 수 있는 컴퓨터 판독 가능 명령을 실행하도록 컴퓨터 프로세서(132) 및 메모리(134)를 사용할 수 있다. 하나 이상의 컴퓨터 프로세서(132)는, 제한 없이, 중앙 처리 장치(CPU), 디지털 신호 프로세서(DSP), 축소 명령 세트 컴퓨터(RISC), 복합 명령 세트 컴퓨터(CISC), 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이(FPGA), 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 메모리(136)는, 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 저장 매체("CRSM")를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 하나 이상의 메모리는, 랜덤 액세스 메모리("RAM"), 플래시 RAM, 솔리드 스테이트 매체 등과 같은, 비-일시적 매체를 포함할 수 있다. 대체로, 제어기(130)는, 기판(110)에 노출될 수 있는 상이한 유형의 플라즈마 간에 전환시키기 위해 또는 플라즈마 발생을 가능하게 하는 공정 이벤트의 순서를 제어할 수 있다.

도 2는 공정 챔버(102)의 내부 체적 내에 플라즈마를 발생시키기 위해 사용되는 전달 요소(116) 및 전력 구성 요소(114)의 하나의 조합물의 측면 단면도(200) 및 평면도(202)을 포함한다. 대부분의 경우, 도 2에 도시된 바와 같은 이러한 구성 요소의 설계 및 배치는, 기판 홀더(118) 상에 배치된 마이크로 전자 기판(110)을 처리하기 위한 고밀도 및 낮은 이온 에너지 플라즈마를 발생시키도록 공정 화학 물질과 상호 작용하는, 하나 이상의 전원(108)(예를 들어, VHF 에너지 소스(126))으로부터의 인입 VHF 전력 신호를 증폭시키는 공진 회로를 형성하는 기능에 적어도 부분적으로 기초한다. 일반적으로, 회로의 용량성 리액턴스 및 유도성 리액턴스가 회로의 용량성 요소(예를 들어, 전달 요소(116))를 충전시키는 전류를 발생시키도록 유도성 요소(예를 들어, 전력 구성 요소(114))로부터 붕괴 자기장을 유발하는 동일한 크기인 경우, 공진 조건이 존재하며, 용량성 요소의 해당 충전을 추진시키는 유도성 요소 내에 진동 자기장을 발생시키는 교류로 인해, 공정이 반복된다.

전력 구성 요소(114)의 해당 전력 전달 라인(204a) 및 전달 안테나(206a)를 포함하는 전달 요소(116) 중 하나를 통하는 단면을 도시하도록 의도된 단면도(200)를 참조한다. 전달 안테나(들)(206a) 및 전력 전달 라인(들)(204a)은 서로 전자기적으로 결합되도록 설계 및 배치됨으로써, 전력 전달 라인(204)을 통하는 교류 흐름에 의해 발생된 자기장이 전달 안테나(들)(206a) 내에 반대 전류 흐름을 유도한다. 전력 전달 라인(204a)은, 전력 전달 라인(204)에 인접하게 또는 주위에 형성되거나 배치된 절연 구조물(208)에 의해, 전달 요소(116)와 전기적으로 또는 물리적으로 절연될 수 있다. 절연 구조물(208)은, 제어된 및/또는 예측 가능한 방식으로(예를 들어, 전달 요소(116)와의 단락 없이), 전류가 전력 전달 라인(204)을 통해 흐를 수 있게 하는 임의의 비-전도성 재료로 제조될 수 있다. 그러나, 절연 구조물은, 전력 전달 라인(204)과 해당 전달 안테나(206a) 간의 전자기 결합을 여전히 가능하게 할 것이다. 유사하게, 전달 안테나(206a)는, 전력 전달 라인(204a)을 통해 흐르는 전류가 전달 안테나(206a)를 통해 흐르지 않도록, 전달 안테나(206a)를 전력 구성 요소(114)와 물리적으로 절연시키는 유전체 구조물(210) 내에 배치될 수 있다. 그러나, 유전체 구조물(210) 및 절연 구조물(208)은, 전달 안테나(206a) 내에 전류 흐름을 유도하기 위해, 전력 전달 라인(204a)을 통하는 전류 흐름에 의해, 전력 전달 라인(204a) 둘레의 자기장이 발생될 수 있게 하도록 설계 및 배치된다. 유전체 구조물(210)은, 전달 안테나(206a)를 전력 전달 라인(204a)과 전기적으로 절연시키지만, 전력 구성 요소(114)에 의해 발생된 자기장이 전달 안테나(206a) 내의 전류 흐름을 유도할 수 있게 하는, 임의의 유전체 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 유전체 구조물(210)은, 알루미나, 석영, 실리콘 탄화물, 또는 이들의 조합물로 제조될 수 있으며, 기판 처리 동안 플라즈마 또는 공정 화학 물질에 노출될 수 있는 적어도 하나의 표면(예를 들어, 노출된 표면(212)) 상의 산화이트륨 코팅을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 노출된 표면(212)은, 절연 구조물(208)과 유전체 구조물(210) 사이의 계면(214)에 대향하거나 기판 홀더(118)에 대향하는 유전체 구조물(210)의 부분일 수 있다. 도 2의 실시형태에서, 계면(214)은 전력 구성 요소(114)와 전달 요소(116) 사이에 공기 갭 또는 중간 층을 포함하지 않지만, 다른 실시형태에서는, 전기 절연을 향상시키거나, 전력 구성 요소(114)를 플라즈마 또는 공정 화학 물질과 절연시키기 위해, 공기 갭 또는 중간 층이 존재할 수 있다.

추가적으로, 전력 구성 요소(114) 및 전달 안테나(206a)의 설계 및 배치는, 전달 안테나(206a) 부근에서 전자기장을 증폭시키는 공진 조건을 달성하도록 의도되며, 이러한 필드는, 전원(들)(108)으로부터 방출되어 전력 구성 요소(114)에 의해 결합되는 전자기 전력으로부터 비롯된다. 공진 조건은, 전달 안테나(206a)의 임피던스, 전력 전달 라인(204)의 임피던스, VHF 전원(126)의 작동 주파수, 및/또는 절연 구조물(208) 및 유전체 구조물(210)의 유전 상수를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는, 하나 이상의 설계 기준의 조합에 적어도 부분적으로 기초하여 존재할 수 있다. 임피던스는, 교류 흐름에 대한 전도성 요소의 저항 또는 리액턴스의 표시이다. 보다 구체적으로, 데카르트 형식에서, 임피던스는, 회로(예를 들어, 전력 전달 라인(204), 전달 안테나(206a) 등)의 인덕턴스 또는 커패시턴스에 적어도 부분적으로 기초하는 전류 또는 전압의 변화에 대한 회로의 저항 및 회로의 저항으로서 간주될 수 있다. 따라서, 임피던스는 회로의 구성 요소의 크기, 형상, 및 조성에 따라 좌우되지만, 회로 내의 전류 및 전압 변화율에 의해 영향을 받을 수도 있다. 따라서, 임피던스는, 회로를 통하는 전류의 변화에 대한 저항(예를 들어, 유도성 리액턴스), 및 전압의 변화에 대한 저항(예를 들어, 용량성 리액턴스)으로서 측정될 수 있는 회로의 물리적 설계 및 작동 조건의 반영이다. 공진 조건에서, 회로의 용량성 리액턴스 및 유도성 리액턴스는, 회로의 용량성 요소(예를 들어, 전달 요소(116))를 충전시키는 전류를 발생시키기 위해, 유도성 요소(예를 들어, 전력 구성 요소(114))로부터 붕괴 자기장을 유발하는 동일한 크기이며, 유도성 요소에서 진동 자기장을 발생시키는 교류로 인해 공정이 반복된다. 전형적으로, 공진 조건은, 예측 가능하고 제어 가능한 방식으로 공진 조건을 개시하는 특정 공진 주파수(예를 들어, 전원(108) 작동 주파수)로 달성된다. 공진 조건의 결과로서, 공진 회로(예를 들어, 전달 안테나(206a), 전력 전달 라인(204a), VHF 에너지 소스(126))로부터 방출되는 전자기장의 진폭은, 전력 구성 요소(114)로의 인입 전력 신호의 진폭보다 더 클 것이다. 그러나, 당업자에 의해 이해되는 바와 같은, 다른 설계 고려 사항이 다수의 전달 요소(116) 실시형태에서 고려될 수 있다.

예를 들어, 임피던스와 더불어, 공진 회로의 설계 고려 사항은 인입 전력의 파장을 고려해야 하므로, 전달 안테나(206) 길이는, 인입 ¼ 파장, ½ 파장, 또는 전체 파장의 길이일 수 있다. VHF 적용예(예를 들어, 30 MHz 내지 300 MHz)에서, 전달 안테나(206a) 길이는, ¼ 파장 적용예의 경우 250 mm 내지 2500 mm, 및 ½ 파장 적용예의 경우 500 mm 내지 5000 mm, 및 전체 파장 적용예의 경우 최대 10,000 mm의 범위일 수 있다. 따라서, 어떤 경우에, 전달 안테나(206)의 길이는, 단부 간에 배치된 경우, 공정 챔버(102)의 직경보다 더 클 수 있다. 그러나, 공정 챔버(102)의 직경보다 더 긴 길이에도 불구하고, 비교적 긴 전달 안테나(206a)가 공정 챔버(102) 내에 배치될 수 있게 하기 위해, 유전체 구조물(210) 내에 전달 안테나(206)를 배치하거나 분산시킴으로써, 이러한 문제가 개선될 수 있다. 예를 들어, 전달 안테나(206a)는, 유전체 구조물(210) 내에 증착되거나 내장되는 몇몇 부분을 갖는 연속적인 안테나를 포함할 수 있으므로, 도 2에 도시된 바와 같이, 접히는 안테나 전달 안테나(206a)의 각각의 부분을 따라 전류가 흐를 수 있다. 부분은, 전달 안테나(206a) 내의 전류 흐름을 유도하는 전력 전달 라인(204a)에 전자기적으로 직접 결합될 수 있는 전달 안테나(206a)의 일부분을 포함하도록 배치될 수 있으며, 전달 안테나(206a)의 일부분은 공정 챔버(102) 내의 가스를 이온화시킬 수 있고, 전달 안테나(206a)의 일부분은 전술한 2개의 부분을 함께 연결하기 위해 사용되며, 이러한 부분들의 조합은, VHF 신호로 공진 회로를 형성하도록 전달 안테나(206a)를 위한 충분한 길이를 제공한다.

예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 전달 안테나(206a)는, 유전체 구조물(210)의 하부 표면(222)에 대향하는 제1 부분(220); 상부 표면(216)에 대향하는 제2 부분(예를 들어, 제1 결합 부분(224a), 제2 결합 부분(224b)); 및 제1 부분(220)과 제2 부분 사이에 배치되는 제3 부분(예를 들어, 제1 외부 부분(226a), 제2 외부 부분(226b), 제1 내부 부분(226c), 및 제2 내부 부분(226d))을 포함할 수 있다. 이러한 부분은 다양한 설계 및 구성으로 배치될 수 있으므로, 조합된 및/또는 연속적인 부분의 전체 길이는, 전달 안테나(206a)를 따라 배치되는 VHF 정재파가 공정 챔버(102) 내에 전체적으로 존재할 수 있게 할 것이다. 도 2에 도시된 바와 같은 이러한 구체적인 실시형태에서, 전달 안테나(206a)의 제1 부분(220)은, 하부 표면(222)에 평행한 및/또는 대향하는 평면으로 연속적인 방식으로 연장되며, 제1 단부는 제1 외부 부분(226a)에 연결되고, 대향 단부는 전달 안테나(206a)의 제2 외부 부분(226b)에 연결되며, 제1 결합 부분(224a) 및 제2 결합 부분(224b)의 각각의 단부는, 제1 외부 부분(226a) 또는 제2 외부 부분(226b)의 각각의 단부와 전기적으로 연결되거나 쌍을 이루고, 결합 부분의 대향 단부는, 도 2에 도시된 바와 같이, 전달 안테나(206a)의 제1 내부 부분(226c) 및 제2 내부 부분(226d)의 각각의 단부에 연결된다. 이러한 실시형태에서, 내부 부분(226c, 226d)은 2개의 부분 사이에 배치된 수직축을 따라 서로 대칭이지만, 다른 실시형태서는 대칭일 필요가 없으며, 내부 부분의 일부가 서로 만곡되어, 전달 요소(116) 내에 VHF 정재파를 달성하기 위한 적절한 전체 전달 안테나(206a) 길이를 달성한다. 그러나, 도 2에 도시된 실시형태는 단지 예시적인 것일 뿐이며, 본 개시물의 범위가 이러한 구체적인 실시형태로 제한되어서는 안된다.

일부 실시형태에서, 전달 안테나(206a)를 따라 전파되는 전자기파를 안내하기 위해, 제1 및/또는 제2 내부 부분(226c, 226d)의 만곡된 부분 사이에 도파관 요소(228)가 배치될 수 있다. 어떤 경우에는, 도파관 요소(228)는 전달 안테나(206a)와 유사한 전도성 재료로 제조될 수 있거나, 대안적으로 전달 안테나(206a)와 상이한 재료로 구성될 수 있다. 도파관 요소의 길이 및 방향은, 제1 내부 부분(226c) 및 제2 내부 부분(226d)의 설계에 따라 좌우되며, 제1 부분(220)과 제2 부분 사이에 배치된 제3 부분의 상이한 부분들을 따라 및/또는 사이에 배치될 수 있다. 그러나, 전달 안테나(206)의 제1, 제2 및 제3 부분의 조합된 길이는, 30 MHz 내지 300 MHz의 주파수로 전력 안테나(204a)에 에너지를 인가할 수 있는 전원(108), 전력 안테나(204a), 및 전달 안테나(206a) 사이의 공진 회로 또는 정합 임피던스를 형성하는 것에 적어도 부분적으로 기초한다.

도 2의 실시형태에서, 제1 부분(220)은 공정 화학 물질 또는 플라즈마(120)와 가장 가깝고, 제1 부분(220)으로부터 방출되는 전자기장은, 공정 처리 동안 플라즈마 챔버(102) 내에 배치된 임의의 공정 화학 물질을 이온화시킬 수 있다. 제1 부분(220)의 치수는, 공정 챔버(102), 기판(110)의 크기, 및/또는 원하는 공진 조건(예를 들어, 전달 요소 임피던스, 소스 주파수)에 따라, 50 mm 내지 500 mm의 범위일 수 있다. 대부분의 실시형태에서, 제1 부분의 길이는 200 mm 내지 400 mm이지만, 구체적인 일 실시형태에서, 제1 부분(220)은 약 350 mm일 것이다. 그러나, 도 2의 실시형태는 설명의 목적을 위해 사용되며, 제1 부분 길이는, 평판 디스플레이 또는 다른 산업용 적용예와 같은, 특정 대형 기판 적용예에서 500 mm 초과일 수 있다.

일부 실시형태에서, 전달 요소(116)는, 도 2의 평면도(202)에 도시된 바와 같이, 이중 전달 안테나(206a, 206b)로 구성될 수 있으며, 각각의 전달 요소(116)는 동일하거나 유사한 설계이다. 예시 및 설명의 목적을 위해, 평면도(202)는 전력 구성 요소(114)의 절연 구조물(208)을 제외시키며, 전달 안테나(206a, 206b), 도파관(228), 및 제1 및 제2 결합 계면(예를 들어, 230a, 230b)의 세부 사항을 도시하기 위해, 유전체 구조물(210)이 투명한 것으로 도시된다.

도 2의 실시형태에서, 전달 안테나(206)는 서로 인접할 수 있으며, 하나 이상의 결합 계면(예를 들어, 제1 결합 계면(230a), 제2 결합 계면(230b))을 사용하여 서로 전자기적으로 결합될 수 있다. 도 2의 실시형태에서, 전달 안테나(206)는, 전달 안테나(206a, 206b) 아래로부터 밖으로 수직으로 연장되는 결합 계면(230a, 230b)과 이들의 길이를 따라 각각 평행하게 그리고 인접하게 배치됨으로써, 결합 계면(230a, 230b)은 전달 안테나(206a, 206b)와 평행판 커패시터를 형성한다. 제1 결합 계면(230a)은, 제1 전달 안테나(206a)의 제1 내부 부분(226c) 아래로부터 제2 전달 안테나(206b)의 제1 내부 부분(평면도(202)에 도시되지 않음) 아래까지 연장된다. 유사하게, 제2 결합 계면(230b)은, 제1 전달 안테나(206a)의 제2 내부 부분(226d) 아래로부터 제2 전달 안테나(206b)의 제2 내부 부분(평면도(202)에 도시되지 않음) 아래까지 연장된다. 이러한 실시형태에서, 전달 안테나(206a, 206b)는, 각각의 결합 계면(230a, 230b)과 전달 안테나(206a, 206b) 사이에 평행판 커패시터를 동시에 형성함으로써 서로 결합될 수 있다.

결합 계면(230a, 230b)은, 각각의 전달 안테나(206a, 206b)의 전자기 에너지가 서로 상호 작용할 수 있게 함으로써, 하부 표면(222) 및/또는 공정 챔버(102)에서 공정 화학 물질에 노출되는 전자기 에너지를 중첩 이론을 통해 변조시킬 수 있다. 제1 결합 계면(230a) 및 제2 결합 계면(230b)은, 유전체 구조물(210) 내에 내장되는 결합 구성 요소의 기초를 형성한다. 결합 구성 요소 또는 계면은, 전달 안테나(206a)와 유사하거나 상이한 전도성 재료로 제조될 수 있다. 도 1의 다른 실시형태에서, 각각의 전달 요소(116)는 별도의 전원(108)으로부터 전력 공급되며, 이들 자체의 해당 전력 전달 라인(204)(예를 들어, 전력 전달 안테나)으로부터 전자기 에너지를 수용한다.

도 3 및 도 4는 도 2의 평면도(202)에 도시된 이중 전달 안테나의 구현예를 도시한다. 이러한 실시형태에서, 해당 전원(108)은, 전달 요소(116)로부터 전달된 에너지를 변조시키기 위해 상보적 또는 비-상보적 모드로 각각의 전달 안테나(206a, 206b)에 전자기 에너지를 인가한다. 예를 들어, 각각의 전달 안테나(206a, 206b)를 통하는 전류 흐름이 동일한 방향으로(예를 들어, 다른 것과 평행하게) 흐르는 경우, 상보적 상호 작용이 발생함으로써, 더 높은 크기 파동을 발생시키도록, 중첩의 원리에 따라 이해되는 바와 같이, 유사한 주파수 및/또는 위상의 전자기 에너지가 함께 통합된다. 이 경우, 이들의 해당 전달 안테나(206)의 2개의 부분(220)을 통해 흐르는 전류는, 실질적으로 서로 보강되는 전자기장을 생성하여 플라즈마를 수용하는 갭 내에 도달한다. 비-상보적 상호 작용에서, 전류는 반대 방향으로(예를 들어, 서로 역병렬로) 각각의 전달 안테나(206a, 206b)를 통해 흐르므로, 2개의 전자기파는 동일한 주파수 및/또는 진폭을 가질 수 있지만, 동일한 위상각을 갖지 않을 수 있다. 이 경우, 파동의 상호 작용은 공정 화학 물질에 도달하는 전자기 에너지를 변조시키거나 감쇠시킴으로써, 필요에 따라, 에너지의 분포 또는 균일성이 변조되거나 조정될 수 있다. 이 경우, 이들의 해당 전달 안테나(206a, 206b)의 부분(예를 들어, 제1 부분(220))을 통해 흐르는 전류는 반대 방향으로 흐르므로, 이들이 생성하는 전자기장은 서로 실질적으로 대향한다. 2개의 전달 안테나(206a, 206b)로부터 멀리 떨어진 거리에서, 순 필드가 생성되지 않으므로, 필드는 전달 요소(116)에 가까운 영역으로 보다 엄격하게 제한된다.

도 3은 평면도(300)에 도시된 바와 같이, 이중 전달 안테나(예를 들어, 제1 전달 안테나(206a), 제2 전달 안테나(206b)) 간의 비-상보적 상호 작용의 일 실시예를 도시하며, 2개의 전달 안테나(206a, 206b) 사이에 역병렬 전류 흐름을 유사하게 유도할 수 있는 전력 전달 라인(예를 들어, 제1 전력 전달 라인(204a), 제2 전력 전달 라인(204b))에 역병렬 전력 신호가 도입되고, 역병렬 전류는 해당 결합 계면(예를 들어, 제1 결합 계면(230a), 제2 결합 계면(230b))에서 흐른다. 평면도(300)에 도시된 바와 같이, 제1 전력 전류(302a) 흐름은 제2 전력 전류(302b) 흐름과 반대 방향이므로, 전원(108)으로부터의 인입 전류는 반대 방향이다. 마찬가지로, 전력 전달 라인(제1 전력 전달 라인(204a), 제2 전력 전달 라인(204b))의 전류에 의해 해당 전달 안테나(제1 전달 안테나(206a), 제2 전달 안테나(206b))에 유도된 전류는 반대 방향일 것이다.

도 3의 단면도를 다시 참조하면, 제1 전달 요소(206a)의 제1 단면도(304)는, 평면도(300)에 도시된 AA-AA 단면 라인을 통해 나타낸 바와 같이 요소를 바라본 것을 나타낸다. 유사하게, 제2 전달 요소(206b)의 제2 단면도(306)는, 평면도(300)에 도시된 BB-BB 단면 라인을 통해 요소를 바라본 것을 나타낸다. 도 3 및 도 4는 이러한 단면 라인에 대해 삼각 투영 규칙을 사용한다. 제1 단면도(304)에서, 제1 전력 전류(302a)가 제1 전력 전달 라인(204a)을 통해 흐름으로써, 제1 전달 안테나(206a)를 통하는 제1 전달 전류(308a) 흐름을 유도하는 전자기장(도시되지 않음)을 발생시키며, 이러한 전류는 제1 전력 전류(302a)와 유사한 방식으로 진동할 것이다. 마찬가지로, 제1 전력 전류(302a)의 반대 방향으로 흐르는 제2 전력 전류(302b)는, 반대 방향으로 또는 역병렬 방향으로 제2 전달 안테나(206b)를 통하여 제2 전달 전류(308b)를 유도할 것이다. 이러한 방식으로, 교류 전력 신호의 조합은, 결합 계면(230a, 230b)을 통해 활성화되는 전달 요소(206a, 206b) 사이의 용량성 결합에 영향을 주는, 제1 전달 안테나(206a)와 제2 전달 안테나(206b) 사이의 진동 전위차를 발생시키므로, 제1 결합 계면(230a) 및 제2 결합 계면(230b)에서 유도된 전류 흐름도 반대 방향으로 진동하여, 각각의 결합 계면을 따라 진동 전자기장(예를 들어, 제1 결합 필드(310a), 제2 결합 필드(310b))을 형성한다. 화살표 규칙을 사용하여, 결합 요소(230a 및 230b)에서의 RF 전류의 방향을 동시에 표시하며, 전류는 308a 및 308b 위에 화살표로 도시된 방향을 갖는다. 원형의 점은, 전류가 뷰어를 향해 도면의 평면 밖으로 흐르고 있음을 나타내며, 원형 내의 X표는, 전류가 뷰어로부터 이격되게 도면의 평면으로 흐르고 있음을 나타낸다. 따라서, 단면 AA를 참조하면, 제1 전달 전류(308a)는, 제1 결합 계면(230a) 바로 위의 제1 전달 안테나(206a) 요소를 따라 그리고 제1 전달 안테나(206a) 요소까지 흐르며, 전류 흐름(308a)은 제1 결합 계면(230a) 내에 전류 흐름을 유도함으로써, 제1 결합 계면(230a) 둘레에 제1 결합 필드(310a)를 반시계 방향으로 발생시킨다. 따라서, 제2 결합 필드(310b)는, 제1 결합 계면(230a)의 반대 방향으로 흐르는 전류에 기초하여, 시계 방향으로 제2 결합 계면(230b) 둘레에 형성된다.

도 4는 병렬 전력 신호가 전력 전달 라인(예를 들어, 제1 전력 전달 라인(402a), 제2 전력 전달 라인(402b))에 도입되는 평면도(300)에 도시된 바와 같이, 이중 전달 요소(예를 들어, 제1 전달 안테나(206a), 제2 전달 안테나(206b)) 사이의 상보적 상호 작용의 일 실시예를 도시한다. 이 경우 전류가 서로 병렬이기 때문에, 결합 요소(230a 및 230b)에 전류가 흐르지 않는다. 평면도(400)에 도시된 바와 같이, 전원(108)으로부터의 인입 전류는 동일한 방향이다(예를 들어, 제1 병렬 전력 전류(402a), 제2 병렬 전력 전류(402b)). 마찬가지로, 전력 전달 라인 전류에 의해 해당 전달 안테나(제1 전달 안테나(206a), 제2 전달 안테나(206b))에 유도된 전류는, 전력 전달 라인(402a, 402b)을 통해 흐르는 전류의 반대 방향일 것이다.

도 4의 단면도를 다시 참조하면, 제1 전달 안테나(206a)의 제1 단면도(404)는, 평면도(400)에 도시된 CC-CC 단면 라인을 통해 나타낸 바와 같이 요소를 바라본 것을 나타낸다. 유사하게, 제2 전달 안테나(206b)의 제2 단면도(406)는, 평면도(400)에 도시된 DD-DD 단면 라인을 통해 요소를 바라본 것을 나타낸다. 제1 단면도(404)에서, 제1 전력 전류(402a)는 제1 전력 전달 라인(204a)을 통해 흐름으로써, 제1 전달 안테나(206a)를 통하는 제1 병렬 전달 전류(408a) 흐름을 유도하는 전자기장(도시되지 않음)을 발생시키며, 이러한 전류는 제1 병렬 전류(402a)와 유사한 방식으로 진동할 것이다. 마찬가지로, 제1 병렬 전류(402a)와 동일한 방향으로 흐르는 제2 병렬 전류(402b)는, 동일한 방향으로 또는 병렬 방향으로 제2 전달 요소(206b)를 통하여 제2 병렬 전달 전류(408b)를 유도할 것이다. 전류가 전달 안테나(206a 및 206b)에서 동일한 방향으로 흐르기 때문에, 결합 요소(230a 및 230b) 내에 전류가 없다. 이로 인해, 전류가 병렬인 공진 모드와 전류가 역병렬인 공진 모드는, 상이한 공진 주파수를 갖는다. 또한, 한 쌍의 전달 안테나(206a 및 206b) 아래에 발생되는 필드는, 역병렬 전류 흐름의 경우보다 요소로부터 더 멀리 연장되는 병렬 전류의 경우에 상이하다. 정확한 주파수로 구조물을 여기시킴으로써, 필드가 플라즈마 내로 관통하는 거리에 영향을 주는, 원하는 병렬 대 역병렬 모드가 여기될 수 있다. 맥스웰 방정식은 1차이기 때문에, 2개의 해법을 중첩하는 것이 가능하므로, 2개의 모드는, 다른 것과 비교하여 가변되는 상대적 정도(relative degree)로 각각 동시에 여기될 수 있으며, 이에 따라 플라즈마 내로 관통하는 필드의 범위가 연속적으로 가변된다.

이하의 상세한 설명은 첨부된 도면을 참조하여 본 개시물 내에서 일치하는 예시적인 실시형태를 예시한다. 상세한 설명에서 "일 실시형태", "실시형태", "예시적인 실시형태" 등에 대한 언급은, 설명된 예시적인 실시형태가 특정 특징, 구조, 또는 특성을 포함할 수 있지만, 모든 예시적인 실시형태가 특정 특징, 구조, 또는 특성을 반드시 포함할 필요는 없음을 나타낸다. 또한, 이러한 문구는 반드시 동일한 실시형태를 지칭할 필요는 없다. 또한, 특정 특징, 구조, 또는 특성이 실시형태와 관련하여 설명되는 경우, 명시적으로 설명되는지 여부와 관계없이, 다른 예시적인 실시형태와 관련된 그러한 특징, 구조, 또는 특성에 영향을 준다는 것은 관련 기술분야(들)의 당업자의 지식 내에 있다.

본원에서 사용된 바와 같은 "기판" 또는 "마이크로 전자 기판"은 일반적으로 본원에 설명된 실시형태에 따라 처리되는 대상물을 지칭한다. 마이크로 전자 기판은 소자, 특히 반도체 또는 다른 전자 소자의 임의의 재료 부분 또는 구조물을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 반도체 기판과 같은 베이스 기판 구조물, 또는 박막과 같은 베이스 기판 구조물 위에 있거나 위에 놓이는 층일 수 있다. 따라서, 기판은 패터닝된 또는 패터닝되지 않은 임의의 특정한 베이스 구조물, 하부층 또는 상부층으로 제한되는 것으로 의도되는 것이 아니라, 오히려 임의의 그러한 층 또는 베이스 구조물, 그리고 층 및/또는 베이스 구조물의 임의의 조합물을 포함하는 것으로 고려된다. 아래의 설명은 특정 유형의 기판을 언급할 수 있지만, 이는 단지 예시적인 목적을 위한 것이며 제한 사항이 아니다.

본원에 설명된 예시적인 실시형태는 예시적인 목적을 위해 제공되며, 제한적인 것이 아니다. 다른 실시형태가 가능하며, 본 개시물의 범위 내에서 예시적인 실시형태에 대한 변경이 이루어질 수 있다. 따라서, 상세한 설명은 본 개시물을 제한하려는 의도가 아니다. 오히려, 본 개시물의 범위는 이하의 청구범위 및 이들의 등가물에 따라서만 한정된다.

요약 섹션이 아닌 상세한 설명 섹션은, 청구범위를 해석하기 위해 사용되도록 의도된 것으로 이해되어야 한다. 요약 섹션은 본 개시물의 모든 예시적인 실시형태가 아닌 하나 이상의 예시적인 실시형태를 설명할 수 있으므로, 본 개시물 및 첨부된 청구범위를 임의의 방식으로 제한하려는 의도가 아니다.

본 개시물은 이의 하나 이상의 실시형태의 설명에 의해 예시되었고, 실시형태가 상당히 상세하게 설명되었지만, 이들은 첨부된 청구범위의 범위를 그러한 세부 사항으로 한정하거나 어떤 방식으로든 제한하려는 의도가 아니다. 추가적인 장점 및 변경은 당업자에게 용이하게 확인될 것이다. 따라서, 더 넓은 양태에서의 본 발명은 도시되고 설명된 구체적인 세부 사항, 전형적인 장치 및 방법, 그리고 예시적인 실시예로 제한되지 않는다. 따라서, 전반적인 본 발명의 개념의 범위를 벗어나지 않으면서, 그러한 세부 사항으로부터 변경이 이루어질 수 있다.

Claims

장치로서,
내부 체적, 상기 내부 체적 내에 배치된 기판 홀더, 및 상기 내부 체적의 외부에 배치된 전원을 포함하는 플라즈마 공정 챔버;
상기 플라즈마 공정 챔버에 결합된 전력 구성 요소로서, 상기 전력 구성 요소는, 상기 전원에 전기적으로 연결된 하나 이상의 전력 전달 라인을 포함하는, 전력 구성 요소;
상기 전력 구성 요소와 상기 기판 홀더 사이에 배치된 전달 요소를 포함하며,
상기 전달 요소는,
상기 기판 홀더에 대향하는 표면을 포함하는 유전체 구조물;
상기 유전체 구조물 내에 배치된 하나 이상의 전달 안테나를 포함하는,
장치.
제1항에 있어서,
상기 전달 안테나는, 상기 전력 전달 라인과 전기적으로 결합되도록 배치되는, 장치.
제1항에 있어서,
전력 구성 요소는, 상기 전원에 전기적으로 결합된 2개 이상의 전력 전달 라인을 포함하는, 장치.
제3항에 있어서,
상기 전달 안테나는, 해당 전력 전달 라인과 전기적으로 결합되도록 배치되는 2개 이상의 전달 안테나를 포함하는, 장치.
제1항에 있어서,
상기 유전체 구조물은, 알루미나, 석영, 실리콘 탄화물, 또는 이들의 조합물을 포함하는, 장치.
제1항에 있어서,
상기 유전체 구조물은, 적어도 하나의 표면 상의 산화이트륨 코팅을 포함하는, 장치.
제1항에 있어서,
상기 전달 안테나는, 상기 전력 구성 요소의 해당 전력 전달 라인과 전기적으로 결합되도록 배치되는 2개 이상의 전달 안테나를 포함하며,
상기 유전체 구조물은, 상기 유전체 구조물 내에 배치된 결합 구성 요소를 포함하고,
상기 결합 구성 요소는, 상기 2개의 전달 안테나 사이에 커패시터를 형성하도록 배치된 전도성 요소를 포함하는, 장치.
제1항에 있어서,
상기 전달 안테나는, 상기 전원이 30 MHz 내지 300 MHz의 주파수로 상기 전력 전달 라인에 에너지를 인가하는 경우, 상기 전력 전달 라인 사이에 공진 회로를 형성하는 것에 적어도 부분적으로 기초하는 길이를 포함하는, 장치.
제8항에 있어서,
상기 공진 회로는, 상기 전달 안테나의 임피던스에 적어도 부분적으로 기초하는, 장치.
제1항에 있어서,
상기 전달 안테나는, 상기 전달 안테나, 상기 전력 전달 라인, 및 상기 전원 사이의 임피던스 정합에 적어도 부분적으로 기초하는 길이를 포함하는, 장치.
제1항에 있어서,
상기 전원은, 30 MHz 내지 300 MHz의 작동 주파수 범위를 포함하는, 장치.
제1항에 있어서,
상기 플라즈마 공정 챔버는, 2개 이상의 전달 요소를 포함하는, 장치.
장치로서,
외부 표면을 포함하는 전달 요소로서,
상기 외부 표면은,
상부 표면, 및
상기 상부 표면에 대향하는 하부 표면을 포함하는, 전달 요소;
상기 전달 요소 내에 내장된 하나 이상의 전달 안테나를 포함하며,
이에 따라 상기 전달 안테나는 상기 외부 표면과 전기적으로 절연되고,
상기 전달 안테나는,
상기 하부 표면에 대향하는 상기 전달 안테나의 제1 부분;
상기 상부 표면에 대향하는 상기 전달 안테나의 제2 부분; 및
상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 배치된 상기 전달 안테나의 제3 부분을 포함하는,
장치.
제13항에 있어서,
상기 전달 요소 내에 내장된 결합 구성 요소를 더 포함하며,
상기 결합 구성 요소는, 상기 전달 안테나 중 적어도 2개 사이에 커패시터를 형성하도록 배치된 전도성 요소를 포함하는, 장치.
제13항에 있어서,
상기 제1 부분은 적어도 50 mm의 길이를 포함하는, 장치.
제13항에 있어서,
상기 전달 안테나는, 연속적인 전도성 요소를 형성하는 상기 전달 안테나의 상기 제1 부분, 상기 제2 부분, 및 제3 부분에 적어도 부분적으로 기초하는, 장치.
제13항에 있어서,
상기 전달 안테나는, 전도성 재료의 10 ㎛ 내지 100 ㎛의 두께를 포함하는, 장치.
제13항에 있어서,
상기 제1 부분은 상기 하부 표면에 평행하거나 대향하며,
상기 제2 부분은 상기 상부 표면에 평행하거나 대향하는, 장치.
제18항에 있어서,
상기 제2 부분의 평행하거나 대향하는 영역은, 유전체 재료에 의해 상기 제1 부분과 분리되는, 장치.
제13항에 있어서,
상기 전달 요소는, 상기 상부 표면으로부터 상기 하부 표면으로 연장되는 가스 도관을 포함하는, 장치.