KR20220153073A - 원격 플라즈마 프로세스들을 위한 방전 모드 및 대칭 중공 캐소드 전극을 위한 방법들 및 장치 - Google Patents

원격 플라즈마 프로세스들을 위한 방전 모드 및 대칭 중공 캐소드 전극을 위한 방법들 및 장치 Download PDF

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사라바나 쿠마르 나타라잔
케네스 디. 샤츠
드미트리 루보미르스키
사마르타 수브라마냐
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Abstract

원격 플라즈마 공급원(RPS)에서의 입자 생성을 감소시키기 위한 방법들 및 장치는 제1 전극 및 제2 전극을 갖는 제1 플라즈마 공급원을 갖는 RPS - 제1 전극 및 제2 전극은 중공 공동들 내에 중공 캐소드 효과를 유도하도록 구성된 중공 공동들과 대칭이고, RPS는 처리 용적 내에 라디칼들 또는 이온들을 제공함 -, 및 RPS의 애노드 사이클 및 캐소드 사이클을 생성하기 위해 제1 전극 및 제2 전극 상에 대칭 구동 파형을 제공하도록 구성된 무선 주파수(RF) 전력 공급원 - 애노드 사이클 및 캐소드 사이클은 중공 캐소드 효과 모드로 작동함 - 을 포함한다.

Description

원격 플라즈마 프로세스들을 위한 방전 모드 및 대칭 중공 캐소드 전극을 위한 방법들 및 장치
본 원리들의 실시예들은 일반적으로, 반도체 프로세스들에서 사용되는 반도체 챔버들에 관한 것이다.
일부 프로세스 챔버들은 라디칼들 및/또는 이온화된 종들이 전달될 프로세스 챔버로부터 원격으로 플라즈마를 형성하기 위한 원격 플라즈마 공급원(RPS)을 포함할 수 있다. 통상적으로, RPS는, 챔버로의 전달 이전에, RPS에 의해 제공되는 프로세스 가스 스트림을 희석제(또는 캐리어) 가스 또는 다른 유체들과 혼합하기 위한 혼합 저장소를 통해 처리 챔버에 연결된다. 그 다음, 식각 또는 세정과 같은 프로세스들을 수행하기 위해, 이온들 또는 라디칼들이 프로세스 챔버의 처리 용적 내로 분산될 수 있다. RPS는 중공 공동을 갖는 RF 전극, 및 평평한 접지 플레이트로 구성되는 접지 전극을 포함할 수 있다. 중공 공동을 갖는 RF 전극은 중공 공동 내에서의 전자 충격 이온화를 향상시키는 중공 캐소드 모드를 생성한다. 평평한 접지 플레이트를 갖는 접지 전극은 글로 방전 모드를 생성한다. 본 발명자들은, 사인파 구동 시스템이 그러한 RPS에 사용되는 경우, 처리 중인 웨이퍼들 상에 결함들을 야기하는 입자들이 글로 방전 모드 동안 생성될 수 있다는 것을 관찰하였다.
따라서, 본 발명자들은 입자들을 생성하지 않고서 원격 플라즈마를 생성하기 위한 개선된 방법들 및 장치를 제공하였다.
원격 플라즈마 생성 동안의 입자 생성의 감소를 위한 방법들 및 장치가 본원에 제공된다.
일부 실시예들에서, 기판을 처리하기 위한 장치는, 처리 용적을 에워싸는 챔버 몸체를 갖는 프로세스 챔버, 제1 전극 및 제2 전극을 갖는 제1 플라즈마 공급원을 갖는 원격 플라즈마 공급원(RPS) - 제1 전극 및 제2 전극은, 중공 공동들 내에 중공 캐소드 효과를 유도하도록 구성된 중공 공동들과 대칭이고, RPS는 처리 용적 내에 라디칼들 또는 이온들을 제공함 -; 및 RPS의 애노드 사이클 및 캐소드 사이클을 생성하기 위해 제1 전극 및 제2 전극 상에 대칭 구동 파형을 제공하도록 구성된 무선 주파수(RF) 전력 공급원 - 애노드 사이클 및 캐소드 사이클은 중공 캐소드 효과 모드로 작동함 - 을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 장치는, 대칭 구동 파형이 사인파 파형 또는 구형파 파형인 것, 제1 전극과 제2 전극 사이의 아이솔레이터, 아이솔레이터는 링 형상인 것, 아이솔레이터는 제1 전극 및 제2 전극으로부터의 생성된 플라즈마에 노출되도록 구성된 적어도 하나의 홈을 링 형상의 방사상 내측 상에 갖는 것, 아이솔레이터는 세라믹 물질로 형성되는 것, 제1 전극 및 제2 전극은 제1 직경 개구부를 갖는 제1 단부 및 제2 직경 개구부를 갖는 제2 단부를 갖는 원뿔 형상을 갖는 중공 공동들을 갖는 것, 제2 직경 개구부는 제1 직경 개구부보다 큰 것, 전극의 제2 직경 개구부는 제2 전극의 제2 직경 개구부를 향하도록 구성되는 것, 제1 플라즈마 공급원과 처리 용적 사이에 위치된 혼합 저장소, 제3 전극 및 제4 전극을 갖는 제2 플라즈마 공급원, 제3 전극 및 제4 전극은 중공 공동들 내에 중공 캐소드 효과를 유도하도록 구성된 중공 공동들과 대칭인 것, 및/또는 제1 플라즈마 공급원 및 제2 플라즈마 공급원은, 처리 용적에 유체 연결되는 혼합 저장소 내에 라디칼들 또는 이온들을 제공하는 것을 더 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 기판을 처리하기 위한 장치는, 제1 전극 및 제2 전극을 갖는 제1 플라즈마 공급원을 갖는 원격 플라즈마 공급원(RPS) - 제1 전극 및 제2 전극은, 중공 공동들 내에 중공 캐소드 효과를 유도하도록 구성된 중공 공동들과 대칭임 -, 및 RPS의 애노드 사이클 및 캐소드 사이클을 생성하기 위해 제1 전극 및 제2 전극 상에 대칭 구동 파형을 제공하도록 구성된 무선 주파수(RF) 전력 공급원 - 애노드 사이클 및 캐소드 사이클은 중공 캐소드 효과 모드로 작동함 - 을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 장치는, 대칭 구동 파형은 사인파 파형 또는 구형파 파형인 것, 제1 전극과 제2 전극 사이의 아이솔레이터, 아이솔레이터는 링 형상을 갖고, 세라믹 기재의 물질로 형성되는 것, 아이솔레이터는 제1 전극 및 제2 전극으로부터의 생성된 플라즈마에 노출되도록 구성된 적어도 하나의 홈을 링 형상의 방사상 내측 상에 갖는 것, 제1 전극 및 제2 전극은 제1 직경 개구부를 갖는 제1 단부 및 제2 직경 개구부를 갖는 제2 단부를 갖는 원뿔 형상을 갖는 중공 공동들을 갖는 것, 제2 직경 개구부는 제1 직경 개구부보다 큰 것, 제1 전극의 제2 직경 개구부는 제2 전극의 제2 직경 개구부를 향하도록 구성되는 것, 및/또는 제3 전극 및 제4 전극을 갖는 제2 플라즈마 공급원 - 제3 전극 및 제4 전극은 중공 공동들 내에 중공 캐소드 효과를 유도하도록 구성된 중공 공동들과 대칭이고, 제1 플라즈마 공급원 및 제2 플라즈마 공급원은 프로세스 챔버의 처리 용적에 유체 연결되는 혼합 저장소 내에 라디칼들 또는 이온들을 제공함 - 을 더 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 프로세스 챔버를 위한 원격 플라즈마를 생성하는 방법은, 제1 플라즈마 공급원에 대해 무선 주파수(RF) 전력 공급원으로 대칭 구동 파형을 생성하는 단계, 및 대칭 구동 파형을 제1 플라즈마 공급원의 제1 전극 및 제2 전극에 인가함으로써 제1 플라즈마 공급원에 플라즈마를 형성하는 단계 - 제1 전극 및 제2 전극은 대칭 구동 파형에 의해 구동될 때 중공 공동들 내에 중공 캐소드 효과를 유도하도록 구성된 중공 공동들과 대칭임 - 를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 방법은, 대칭 구동 파형을 제2 플라즈마 공급원의 제3 전극 및 제4 전극에 인가함으로써 제2 플라즈마 공급원에 플라즈마를 형성하는 단계 - 제3 전극 및 제4 전극은, 대칭 구동 파형에 의해 구동될 때 중공 공동들 내에 중공 캐소드 효과를 유도하도록 구성된 중공 공동들과 대칭임 -; 및/또는 제1 플라즈마 공급원 및 제2 플라즈마 공급원에 의해 생성된 라디칼들 또는 이온들을 프로세스 챔버의 처리 용적에 유체 결합된 혼합 저장소에서 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 및 추가의 실시예들이 아래에 개시된다.
위에서 간략히 요약되고 아래에서 더 상세히 논의되는, 본 원리들의 실시예들은 첨부 도면들에 도시된, 본 원리들의 예시적인 실시예들을 참조하여 이해될 수 있다. 그러나, 본 원리들은 동등한 효과의 다른 실시예들을 허용할 수 있기 때문에, 첨부 도면들은 본 원리들의 전형적인 실시예들만을 예시하고 그러므로 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
도 1은 본 원리들의 일부 실시예들에 따른 원격 플라즈마 공급원을 갖는 프로세스 챔버의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 2는 본 원리들의 일부 실시예들에 따른 대칭 전극들을 갖는 플라즈마 공급원의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 3은 본 원리들의 일부 실시예들에 따른 대칭 전극들 및 아이솔레이터를 갖는 플라즈마 공급원의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 4는 본 원리들의 일부 실시예들에 따른 아이솔레이터의 등각도를 도시한다.
도 5는 본 원리들의 일부 실시예들에 따른 대칭 전극들을 갖는 다수의 플라즈마 공급원들을 갖는 원격 플라즈마 공급원의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 6은 본 원리들의 일부 실시예들에 따른 다수의 플라즈마 공급원들을 갖는 원격 플라즈마 공급원의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 7은 본 원리들의 일부 실시예들에 따라 프로세스 챔버를 위한 플라즈마를 원격으로 생성하는 방법이다.
도 8은 본 원리들의 일부 실시예들에 따른 대칭 구동 파형의 그래프를 도시한다.
도 9는 본 원리들의 일부 실시예들에 따른 중공 캐소드 효과 공동을 도시한다.
이해를 용이하게 하기 위해, 가능한 경우, 도면들에 공통된 동일한 요소들을 지시하는 데에 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 도면들은 축척에 맞게 도시되지 않았고, 명확성을 위해 간략화될 수 있다. 일 실시예의 요소들 및 특징들이 추가의 언급 없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있다.
방법들 및 장치는 대칭 RF 구동 시스템의 애노드 및 캐소드 사이클들을 위한 중공 캐소드 효과 모드들을 생성하는 대칭 중공 전극들을 갖는 개선된 원격 플라즈마 공급원(RPS)을 제공한다. 개선된 RPS는, 웨이퍼 결함들 및 더 낮은 웨이퍼 출력으로 이어지는, 프로세스 챔버에서의 입자 생성을 야기하는 전형적인 RPS 시스템들에서 발견되는 애노드 사이클들에 대한 글로 방전 모드를 제거한다. 본 원리들의 방법들 및 장치는 중공 캐소드 방전 모드들을 생성하기 위해 대칭 구동 전압 파형과 함께 대칭 전극 구성을 사용한다. 대칭 전극 및 구동 구성은 입자 생성 없이 더 높은 전력이 사용되는 것을 가능하게 하고, 처리량을 증가시킨다. 추가적으로, 글로 방전 모드의 제거는 전극들 사이에 사용되는 아이솔레이터 상의 축적을 방지함으로써 RF 시스템의 수명을 증가시킨다. 대칭 중공 공동 전극들은 캐소드 및 애노드 사이클들 양쪽 모두에 대한 중공 캐소드 효과 모드를 가능하게 하기 위해 수십 킬로헤르츠 내지 수백 킬로헤르츠 범위의 주파수들을 갖는 대칭 구동 파형들을 갖는 RF 전력 시스템들과 함께 사용될 수 있다. 본 발명자들은, 대칭 파형이, 이전 사이클에서 축적되는 하전 입자들을 중화시키는 이점을 갖는다는 것을 발견했다. 대칭 파형은 사인파 파형 또는 구형파 파형 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
일부 프로세스 챔버들은, 캐소드 및 애노드 사이클들에 대한 글로 방전 모드 및 중공 캐소드 모드로 구성되는 2개의 상이한 방전 모드들을 제공하는 비대칭 전극 구성을 갖는다. 본 발명자들은, 글로 방전 모드가, 고에너지 이온 충격으로 인해 전극들의 스퍼터링으로부터 입자들이 생성되게 한다는 것을 발견하였다. 생성된 입자들은 웨이퍼 상에 떨어질 수 있고 반도체의 성능에 영향을 줄 수 있다. 더 높은 RF 전력에서 입자 성능이 훨씬 더 나쁘다는 것을 발견했는데, 입자 성능을 증가시키고 입자 생성을 감소시키기 위해 RF 전력이 감소되어야 하기 때문에 처리량을 심각하게 제한한다.
방법들 및 장치는 상이한 유형들의 프로세스 챔버들, 예컨대, 사전 세정 챔버들 또는 식각 챔버들 등에 사용될 수 있다. 예시적인 챔버 사용으로서, 도 1은 일부 실시예들에 따른 원격 플라즈마 공급원(164)을 갖는 프로세스 챔버(100)의 단면도를 도시한다. 프로세스 챔버(100)는 기판 처리 동안 내부 용적(102) 내에서 대기압 미만의 압력들을 유지하도록 적응된 진공 챔버이다. 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버(100)는 대략 1 mTorr 내지 100 Torr의 압력을 유지할 수 있다. 프로세스 챔버(100)는 내부 용적(102)의 상반부에 위치된 처리 용적(108)을 에워싸는 챔버 몸체(106)를 포함한다. 챔버 몸체(104)는 금속, 예컨대, 알루미늄 등으로 만들어질 수 있다. 챔버 몸체(104)는 접지부(110)에의 결합을 통해 접지될 수 있다.
기판 지지부(112)는 기판(114), 예컨대, 반도체 웨이퍼, 예를 들어, 또는 다른 그러한 기판을 지지하고 유지하기 위해 내부 용적(102) 내에 배치된다. 기판 지지부(112)는 일반적으로, 페디스털(116) 및 페디스털(116)을 지지하기 위한 중공 지지 샤프트(118)를 포함할 수 있다. 페디스털(116)은 알루미늄 기재의 물질 또는 세라믹 기재의 물질 등으로 구성될 수 있다. 세라믹 기재의 물질로 형성된 페디스털은 고온 프로세스들에 사용될 수 있다. 중공 지지 샤프트(118)는, 예를 들어, 후면 가스들, 프로세스 가스들, 유체들, 냉각제들, 전력 등을 페디스털(116)에 제공하기 위한 도관을 제공한다. 일부 실시예들에서, 기판 지지부(112)는 기판(114)의 에지에서의 프로세스 균일성을 향상시키기 위해 페디스털(116) 주위에 배치된 포커스 링(120)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 포커스 링(120)은 석영 기재의 물질들로 만들어진다. 일부 실시예들에서, 포커스 링(120)은 세라믹 기재의 물질들로 만들어진다. 세라믹 기재의 물질은 고압 프로세스 능력들을 용이하게 한다. 기판(114)을 내부 용적(102) 안팎으로 이송하는 것을 용이하게 하기 위해 슬릿 밸브(122)가 챔버 몸체(104)에 결합될 수 있다.
일부 실시예들에서, 중공 지지 샤프트(118)는 상부 처리 위치와 하부 이송 위치 사이의 페디스털(116)의 수직 이동을 제공하는 리프트 액추에이터(124), 예컨대, 모터에 결합된다. 기판 리프트(126)는, 기판(114)이 페디스털(116) 상에 배치되거나 페디스털로부터 제거될 수 있도록 기판 리프트(126)를 상승 및 하강시키기 위해 제2 리프트 액추에이터(134)에 결합되는 샤프트(132)에 연결된 플랫폼(130) 상에 장착된 리프트 핀들(128)을 포함할 수 있다. 페디스털(116)은 리프트 핀들(128)을 수용하기 위한 관통 홀들을 포함할 수 있다. 중공 지지 샤프트(118)는 후면 가스 공급부(136) 및/또는 RF 전력 공급부(138)를 페디스털(116)에 결합하기 위한 가스 도관(194)을 위한 경로를 제공한다. 일부 실시예들에서, RF 전력 공급부(138)는 바이어스 전력을 매칭 네트워크(140)를 통해 전력 도관(142)에 그리고 페디스털(116)에 제공한다. 일부 실시예들에서, RF 전력 공급부(138)에 의해 공급되는 RF 에너지는 약 2 MHz 이상의 주파수를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, RF 전력 공급부(138)는 약 13.56 MHz의 주파수를 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 후면 가스 공급부(136)는 챔버 몸체(104)의 외부에 배치되고 페디스털(116)에 가스를 공급한다. 일부 실시예들에서, 페디스털(116)은 가스 채널(144)을 포함하고, 주어진 온도를 유지하기 위해 가스가 기판(114)의 후면과 상호작용하는 것을 허용한다. 가스 채널(144)은 후면 가스, 예컨대, 질소(N), 아르곤(Ar), 또는 헬륨(He)을 열 전달 매질로서 작용하기 위해 페디스털(116)의 상부 표면(146)에 제공하도록 구성된다. 가스 채널(144)은 사용 동안 기판(114)의 온도 및/또는 온도 프로파일을 제어하기 위해 가스 도관(194)을 통해 후면 가스 공급부(136)와 유체 연통한다. 예를 들어, 후면 가스 공급부(136)는 사용 동안 기판(1114)을 냉각시키고/거나 가열하기 위한 가스를 공급할 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판(114)은 대략 섭씨 60 도 내지 대략 섭씨 450 도로 가열될 수 있다.
프로세스 챔버(100)는, 다양한 챔버 구성요소들과 오염물질들 사이의 원치 않는 반응을 방지하기 위해 그러한 구성요소들을 둘러싸는 프로세스 키트를 포함한다. 프로세스 키트는 상부 차폐부(148)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상부 차폐부(148)는 금속, 예컨대, 알루미늄으로 만들어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세스 키트는 석영으로 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 혼합 저장소(156)는 처리 용적(108)에 결합되고 그와 유체 연통한다. 혼합 저장소(156)는 또한, RPS(164)에 유체 연결된다. 혼합 저장소(156)는 플라즈마 가스들과, 가스 전달 시스템(150)에 의해 제공되는 다른 가스들의 혼합을 허용한다. 가스 전달 시스템(150)으로부터의 다른 가스들의 유량은 제1 유동 밸브(188)에 의해 제어될 수 있다.
샤워헤드(158)는 처리 용적(108) 위에 그리고 챔버 몸체(104)의 천장(162) 아래에 위치된다. 샤워헤드(158)는 가스들을 혼합 저장소(156)로부터 처리 용적(108) 내로 유동시키기 위한 관통 홀들(160)을 포함한다. RPS(164)는 이온화된 가스들이 RPS(164)로부터 혼합 저장소(156) 내로, 샤워헤드(158)를 통해, 처리 용적(108) 내로 유동하는 것을 허용하기 위해 혼합 저장소(156)에 유체 연결된다. 플라즈마는 RPS(164)에 RF 에너지를 제공하는 플라즈마 RF 전력 공급원(166)에 의해 RPS(164)에서 생성된다. 플라즈마를 형성하는 데 사용되는 프로세스 가스들은 프로세스 가스 공급원(170)에 의해 공급되고, 제2 유동 밸브(186)에 의해 제어된다. 프로세스 가스 공급원(170)에 의해 공급되는 플라즈마 가스들은 수소, 헬륨 및/또는 아르곤 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. RPS(164)는 기판(114)의 처리를 용이하게 하기 위해 프로세스 가스의 이온들 및 라디칼들을 생성한다.
펌프 포트(172)는 내부 용적(102)으로부터 입자들 및 가스들의 제거를 용이하게 하도록 구성된다. 프로세스 챔버(100)는 프로세스 챔버(100)를 배기하는 데 사용되는 스로틀 밸브(도시되지 않음) 및 펌프(도시되지 않음)를 포함하는 진공 시스템(174)에 결합되고 그와 유체 연통한다. 일부 실시예들에서, 진공 시스템(174)은 챔버 몸체(104)의 바닥 표면(176) 상에 배치된 펌프 포트(172)에 결합된다. 프로세스 챔버(100) 내부의 압력은 스로틀 밸브 및/또는 진공 펌프를 조정함으로써 조절될 수 있다. 일부 실시예들에서, 펌프는 대략 1900 리터/초 내지 대략 3000 리터/초의 유량을 갖는다. 일부 실시예들에서, 진공 시스템(174)은 기판 온도의 조절을 용이하게 하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제어기(178)는 프로세스 챔버(100)의 작동을 위해 사용된다. 제어기(178)는 프로세스 챔버(100)의 직접 제어를 사용하거나, 대안적으로, 프로세스 챔버(100)와 연관된 컴퓨터들(또는 제어기들)을 제어함으로써 프로세스 챔버(100)의 간접 제어를 사용할 수 있다. 작동 시에, 제어기(178)는 프로세스 챔버(100)의 성능을 최적화하기 위해, 프로세스 챔버(100)로부터의 데이터 수집 및 피드백을 가능하게 한다. 제어기(178)는 일반적으로, 중앙 처리 유닛(CPU)(180), 메모리(182) 및 지원 회로(184)를 포함한다. CPU(180)는 산업 현장에서 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서일 수 있다. 지원 회로(184)는 통상적으로, CPU(180)에 결합되고, 캐시, 클럭 회로들, 입력/출력 하위시스템들, 전력 공급부들 등을 포함할 수 있다. 소프트웨어 루틴들, 예컨대, 아래에서 설명되는 바와 같은 방법은 메모리(182)에 저장될 수 있고, CPU(180)에 의해 실행될 때, CPU(180)를 특정 목적 컴퓨터(제어기(178))로 변환한다. 소프트웨어 루틴들은 또한, 프로세스 챔버(100)로부터 원격에 위치되는 제2 제어기(도시되지 않음)에 의해 저장되고/거나 실행될 수 있다.
메모리(182)는, CPU(180)에 의해 실행될 때 반도체 프로세스들 및 장비의 작동을 용이하게 하기 위한 명령어들을 포함하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체의 형태이다. 메모리(182)에 있는 명령어들은, 본 원리들의 방법을 구현하는 프로그램과 같은 프로그램 제품의 형태이다. 프로그램 코드는 다수의 상이한 프로그래밍 언어들 중 임의의 것을 따를 수 있다. 일 예에서, 본 개시내용은 컴퓨터 시스템과 함께 사용하기 위한 컴퓨터 판독가능한 저장 매체 상에 저장된 프로그램 제품으로서 구현될 수 있다. 프로그램 제품의 프로그램(들)은 (본원에 설명된 방법들을 포함하는) 양상들의 기능들을 정의한다. 예시적인 컴퓨터 판독가능한 저장 매체는: 정보가 영구적으로 저장되는 기입 불가능한 저장 매체(예를 들어, 컴퓨터 내의 판독 전용 메모리 디바이스들, 예컨대, CD-ROM 드라이브에 의해 판독가능한 CD-ROM 디스크들, 플래시 메모리, ROM 칩들, 또는 임의의 유형의 고체 상태 비휘발성 반도체 메모리); 및 변경가능한 정보가 저장되는 기입가능한 저장 매체(예를 들어, 디스켓 드라이브 내의 플로피 디스크들 또는 하드 디스크 드라이브 또는 임의의 유형의 고체 상태 랜덤 액세스 반도체 메모리)를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 그러한 컴퓨터 판독가능한 저장 매체는, 본원에 설명된 방법들의 기능들을 지시하는 컴퓨터 판독가능 명령어들을 보유하는 경우, 본 원리들의 양상들이다.
도 2는 일부 실시예들에 따른, 상부 대칭 전극(202A) 및 하부 대칭 전극(202B)을 갖는 플라즈마 공급원(200)의 단면도를 도시한다. RPS(164)의 작동 동안, 가스는 가스 포트(210)에 진입하고, 플라즈마 관련 생성물들은 확산기 홀(208)을 통해 혼합 저장소(156) 내로 빠져나간다. 확산기 홀(208)은 대략 0.1 인치 내지 대략 0.2 인치의 직경을 가질 수 있다. 상부 대칭 전극(202A) 및 하부 대칭 전극(202B)은 중공 캐소드 효과를 생성하도록 구성되는 각각의 상부 대칭 공동(204A) 및 각각의 하부 대칭 공동(204B)을 갖는다. 상부 대칭 전극(202A) 및 하부 대칭 전극(202B)은 갭(206)에 의해 분리된다. 갭(206)은 상부 대칭 전극(202A)과 하부 대칭 전극(202B)을 대략 0.2 인치 내지 대략 0.5 인치의 거리만큼 분리시킬 수 있다. 상부 대칭 공동(204A) 및 하부 대칭 공동(204B)은 도 9의 등각도에 예시된 바와 같이 원뿔 형상(902)을 갖는다. 도 9는 일부 실시예들에 따른 중공 캐소드 효과 공동(900)을 도시한다.
도 9에서, 원뿔 형상(902)은 중심에 수직 축(904)을 갖는다. 가스 공급부(예를 들어, 프로세스 가스 공급원(170))와 유체 연결되기 위한 개구부가 제1 단부(910)에 있다. 제1 단부(910)에서의 개구부는 대략 0.1 인치 내지 대략 0.2 인치의 직경을 가질 수 있다. 상부 대칭 전극(202A)과 하부 대칭 전극(202B) 사이의 갭(206)과 유체 연결되는 더 큰 나팔형 개구부가 제2 단부(912)에 있다. 일부 실시예들에서, 원뿔 형상(902)은 대략 10 도 내지 대략 30 도의 제1 각도(906)를 갖는 제1 원뿔 섹션(914)을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 원뿔 형상(902)은 대략 10 도 내지 대략 60 도의 제2 각도(908)를 갖는 더 큰 나팔형 개구부를 갖는 제2 원뿔 섹션(916)을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 원뿔 형상(902)의 높이(918)는 대략 1.5 인치 내지 대략 2 인치일 수 있다.
플라즈마 RF 전력 공급원(166)은 도 8의 그래프(800)에 예시된 바와 같이 대칭 구동 파형(802)(예를 들어, 비제한적인 예로서 사인파 파형이 도시됨)을 생성한다. 캐소드 기간(806) 동안, 상부 대칭 공동(204A)에 의해 야기되는 중공 캐소드 모드는 플라즈마(212)를 형성한다. 애노드 기간(804) 동안, 하부 대칭 공동(204B)에 의해 야기되는 중공 캐소드 모드는 플라즈마(212)를 형성한다. 하부 전극에 대한 접지 플레이트를 갖는 종래의 시스템들에서는, 애노드 기간(804)은 그 대신에, 접지 플레이트로 인해 글로 방전 모드를 생성하고, 반도체 성능에 유해할 입자들을 생성할 것이다. 본 원리들의 상부 대칭 전극(202A) 및 하부 대칭 전극(202B)으로 인해, 입자 성능이 실질적으로 증가된다. 시험 동안, 본 발명자들은, 상부 대칭 공동(204A) 및 하부 대칭 공동(204B)이 중공 캐소드 효과를 생성하도록 구성될 때, RPS(164)가, 대칭 구동 파형(802)의 애노드 및 캐소드 기간들 양쪽 모두 동안 글로 방전을 생성한 평행한 평평한 평면 전극들을 갖는 RPS와 비교하여, 우수한 입자 성능을 가졌다는 것을 발견했다.
다른 시험 동안, 본 발명자들은, 중공 공동을 갖는 최상부 전극 및 플레이트 전극인 바닥 전극(즉, "비대칭 전극들")이 접지로서 사용될 때, 플라즈마 공급원이 대칭 파형으로 구동되었을 때 2개의 상이한 플라즈마 모드들이 생성되었다는 것을 발견했다. 애노드 기간(804) 동안, 접지로서 사용되는 플레이트 전극의 최상부 상에 바로 얇은 플라즈마가 형성된다. 캐소드 기간(806) 동안, 강한 중공 캐소드 효과가 최상부 전극의 중공 공동의 중심에서 발생하고 중심에 플라즈마를 형성한다("중공 캐소드 효과"). 본 발명자들은 중공 캐소드 모드가 식각 성능을 개선했다는 것을 발견했다. 캐소드 기간들만이 존재하도록(반 사인파 파형) 구동 파형이 변화되었을 때, 본 발명자들은 개선된 식각 성능을 발견했지만, 또한, 플라즈마 공급원의 최상부 및 바닥 전극들을 분리하는 갭 내에서의 물질의 축적이라는 부정적인 부작용을 발견했다.
전극들이, 사이에 갭을 갖는 평행한 평평한 전극들로 변경되었을 때, 애노드 및 캐소드 기간들 양쪽 모두 동안 글로 방전 모드가 생성되었고, 식각 성능의 감소 및 상당한 개수의 입자들의 생성을 초래했다. 본 발명자들은, 애노드 및 캐소드 기간들 동안 중공 캐소드 효과 모드들을 생성하도록 구성된 중공 공동들을 갖는 대칭 전극들을 사용하는 것이, 단일 원뿔 형상의 중공 전극에 비해 실질적으로 식각 성능을 개선했다는 것을 발견하였다. 일부 실시예들에서, 세라믹 링(아래의 도 3 참고)이, 갭(206)에서의 글로 방전 모드를 더 감소시키는 데 사용되며, 여기서 전극들은 (원뿔 형상 공동들로부터 멀리) 평행 표면들(220)을 형성한다. 일부 실시예들에서, 적어도, 평행 표면들(220)(바닥 전극의 최상부 평행 표면(220A) 또는 최상부 전극의 바닥 평행 표면(220B)) 중 하나 상의 세라믹 코팅(222)은, 전극들이 (원뿔 형상 공동들로부터 멀리) 평행 표면들(220)을 형성하는 갭(206)에서의 글로 방전 모드를 더 감소시키는 데 사용된다.
도 3은 일부 실시예들에 따른, 상부 대칭 전극(202A)과 하부 대칭 전극(202B) 사이에 선택적 아이솔레이터(302)를 갖는 플라즈마 공급원(300)의 단면도를 도시한다. 본 발명자들은, 갭(206)에 선택적 아이솔레이터(302)를 사용하는 것이, 상부 대칭 전극(202A)과 하부 대칭 전극(202B) 사이의 전기장들을 감소시킴으로써 갭(206)의 표면들 상에서의 입자 축적을 감소시키는 것을 용이하게 한다는 것을 발견했다. 일부 실시예들에서, 선택적 아이솔레이터(302)는 링 형상일 수 있고 세라믹 기재의 물질로 형성될 수 있다. 선택적 아이솔레이터(302)의 내부 상의 표면적을 증가시키기 위해, 선택적 홈(304)이 선택적 아이솔레이터(302)의 내부 표면(402) 내에 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 초과의 선택적 홈(304)이 선택적 아이솔레이터(302)의 내부 표면(402) 내에 형성될 수 있다. 일부 경우들에서, 선택적 아이솔레이터(302)의 내부 표면(402) 상에서 니켈 축적이 발생할 수 있다. 선택적 홈(304)의 추가는 내부 표면(402)의 표면적을 증가시키고, 니켈 축적을 통한 전기 아킹을 감소시키고 상부 대칭 전극(202A)과 하부 대칭 전극(202B) 사이의 방전을 회피한다. 도 4는 일부 실시예들에 따른 선택적 아이솔레이터(302)의 등각도(400)를 도시한다. 내부 표면(402)은 또한, 하나 이상의 선택적 홈(도시되지 않음, 도 3 참고)을 가질 수 있다.
갭(206)의 평행 표면들(220)은 작동 동안 중공 공동들에 비해 매우 강한 전기장 강도를 갖는다. 강한 전기장 강도는 높은 이온 에너지들을 야기하고, 이는 이온들이 평행 표면들(220)에 반복적으로 충돌하게 하고, 전극 표면들로부터 물질을 스퍼터링한다. 일부 실시예들에서, 전극들은 니켈 기재의 물질로 형성되거나 니켈 기재의 물질로 코팅되고, 이는 그 다음, 갭의 평행 표면 영역들에서 고에너지 이온들에 의해 스퍼터링된다. 스퍼터링은 이온 충격으로 인해 니켈 입자들 또는 니켈 축적을 야기할 수 있다. 선택적 아이솔레이터(302) 또는 세라믹 코팅(222)의 사용을 통해 전기장들을 감소시킴으로써 스퍼터링이 감소되거나 제거될 수 있다. 본 발명자들은, 갭의 평행 표면 영역들에서 전기장들을 감소시킴으로써, 더 많은 전류가 중공 공동 영역들을 통해 흐르고 중공 공동들의 중공 캐소드 효과를 증폭하고, 식각 성능을 실질적으로 증가시킬 것임을 발견했다. 예를 들어, 본 발명자들은, 대칭 전극들을 사용하는 것이 식각 속도를 대략 20 퍼센트 내지 대략 40 퍼센트만큼 증가시킬 수 있다는 것을 발견했다. 본 발명자들은, 갭(206)의 평행 표면 영역들에서 전기장들을 감소시킴으로써, 식각 속도가 500 퍼센트 이상 증가될 수 있음을 발견했다.
도 5는 일부 실시예들에 따른 대칭 전극들을 갖는 다수의 플라즈마 공급원들(164A, 164B)을 갖는 원격 플라즈마 공급원(500)의 단면도를 도시한다. RPS(500)에서 둘 이상의 플라즈마 공급원들을 사용함으로써 처리량이 증가될 수 있다. 일부 실시예들에서, 다수의 플라즈마 공급원들(164A, 164B)이 혼합 저장소(156A)의 돔 천장(502)에 장착된다. 돔 천장(502)은 혼합 저장소(156A)를 피딩하는 다수의 유닛들의 연결을 허용하는 각도로 다수의 플라즈마 공급원들(164A, 164B)이 장착되는 것을 허용한다. 플라즈마 RF 전력 시스템(504)은 전력 제어기(508)에 의해 결정된 것과 함께 또는 그와 독립적으로 전력을 제공할 수 있는 하나 이상의 플라즈마 RF 전력 공급부(506A, 506B)를 가질 수 있다. 도 6은 일부 실시예들에 따른 다수의 플라즈마 공급원들(602A, 602B)을 갖는 원격 플라즈마 공급원(600)의 단면도를 도시한다. 처리량은 증가되지만 대칭 전극들을 갖는 것의 이점들은 없다.
도 7은 일부 실시예들에 따라 프로세스 챔버를 위한 플라즈마를 원격으로 생성하는 방법(700)이다. 블록(702)에서, RPS의 제1 플라즈마 공급원을 위한 RF 전력 공급원에 의해 대칭 구동 파형이 생성된다. 일부 실시예들에서, 대칭 구동 파형은 사인파 파형 또는 구형파 파형 등일 수 있다. 대칭 파형은 이전 사이클에서 축적되는 하전 입자들을 중화시키는 이점을 갖는다. 블록(704)에서, 대칭 구동 파형을 제1 플라즈마 공급원의 제1 전극 및 제2 전극에 인가함으로써, 제1 플라즈마 공급원에 플라즈마가 형성된다. 제1 전극 및 제2 전극은 대칭이고, 대칭 구동 파형에 의해 구동될 때 중공 공동들 내에 중공 캐소드 효과를 유도하도록 구성되는 중공 공동들을 갖는다. 일부 실시예들에서, 플라즈마로부터의 이온들 및/또는 라디칼들은, 추가적인 가스들이 혼합될 수 있는 혼합 저장소 내로 유동한다. 그 다음, 결과적인 혼합물은 기판을 처리하기 위해 프로세스 챔버의 처리 용적 내로 유동한다.
일부 실시예들에서, 하나 초과의 플라즈마 공급원이 사용될 수 있다. 본원의 예들은 간결성을 위해 2개의 플라즈마 공급원들을 예시할 수 있지만, 임의의 개수의 플라즈마 공급원이 사용될 수 있다. 선택적 블록(706)에서, 대칭 구동 파형을 제2 플라즈마 공급원의 제3 전극 및 제4 전극에 인가함으로써, 제2 플라즈마 공급원에 플라즈마가 형성된다. 제3 전극 및 제4 전극은 대칭이고, 대칭 구동 파형에 의해 구동될 때 중공 공동들 내에 중공 캐소드 효과를 유도하도록 구성되는 중공 공동들을 갖는다. 선택적 블록(708)에서, 제1 플라즈마 공급원 및 제2 플라즈마 공급원에 의해 생성된 라디칼들 또는 이온들은 프로세스 챔버의 처리 용적에 유체 결합된 혼합 저장소에서 혼합된다. 2개의 플라즈마 공급원들의 혼합은 RPS가 처리량 및/또는 이온/라디칼 밀도를 증가시키는 것을 허용한다.
본 원리들에 따른 실시예들은 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 실시예들은 또한, 하나 이상의 프로세서에 의해 판독되고 실행될 수 있는, 하나 이상의 컴퓨터 판독가능 매체를 사용하여 저장된 명령어들로서 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는, 기계(예를 들어, 컴퓨팅 플랫폼 또는 하나 이상의 컴퓨팅 플랫폼 상에서 실행되는 "가상 기계")에 의해 판독가능한 형태로 정보를 저장하거나 송신하기 위한 임의의 메커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 판독가능 매체는 임의의 적합한 형태의 휘발성 또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 컴퓨터 판독가능 매체는 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체를 포함할 수 있다.
전술한 내용은 본 원리들의 실시예들에 관한 것이지만, 본 원리들의 다른 및 추가적인 실시예들이 그의 기본 범위로부터 벗어나지 않고 안출될 수 있다.

Claims (20)

  1. 기판을 처리하기 위한 장치로서,
    처리 용적을 에워싸는 챔버 몸체를 갖는 프로세스 챔버;
    제1 전극 및 제2 전극을 갖는 제1 플라즈마 공급원을 갖는 원격 플라즈마 공급원(RPS) - 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 중공 공동들 내에 중공 캐소드 효과를 유도하도록 구성된 중공 공동들과 대칭이고, 상기 RPS는 상기 처리 용적 내에 라디칼들 또는 이온들을 제공하도록 구성됨 -; 및
    상기 RPS의 애노드 사이클 및 캐소드 사이클을 생성하기 위해 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 상에 대칭 구동 파형을 제공하도록 구성된 무선 주파수(RF) 전력 공급원 - 상기 애노드 사이클 및 상기 캐소드 사이클은 중공 캐소드 효과 모드로 작동함 -
    을 포함하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 대칭 구동 파형은 사인파 파형 또는 구형파 파형인, 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 아이솔레이터를 더 포함하는, 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 아이솔레이터는 링 형상을 갖는, 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 아이솔레이터는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로부터의 생성된 플라즈마에 노출되도록 구성되는 적어도 하나의 홈을 상기 링 형상의 방사상 내측 상에 갖는, 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 아이솔레이터는 세라믹 물질로 형성되는, 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 제1 직경 개구부를 갖는 제1 단부 및 제2 직경 개구부를 갖는 제2 단부를 갖는 원뿔 형상을 갖는 중공 공동들을 갖고, 상기 제2 직경 개구부는 상기 제1 직경 개구부보다 큰, 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 전극의 제2 직경 개구부는 상기 제2 전극의 제2 직경 개구부를 향하도록 구성되는, 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 플라즈마 공급원과 상기 처리 용적 사이에 위치된 혼합 저장소를 더 포함하는, 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    제3 전극 및 제4 전극을 갖는 제2 플라즈마 공급원을 더 포함하고, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극은 중공 공동들 내에 중공 캐소드 효과를 유도하도록 구성된 중공 공동들과 대칭인, 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 플라즈마 공급원 및 상기 제2 플라즈마 공급원은 상기 처리 용적에 유체 연결되는 혼합 저장소 내에 라디칼들 또는 이온들을 제공하는, 장치.
  12. 기판을 처리하기 위한 장치로서,
    제1 전극 및 제2 전극을 갖는 제1 플라즈마 공급원을 갖는 원격 플라즈마 공급원(RPS) - 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 중공 공동들 내에 중공 캐소드 효과를 유도하도록 구성된 중공 공동들과 대칭임 -; 및
    상기 RPS의 애노드 사이클 및 캐소드 사이클을 생성하기 위해 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 상에 대칭 구동 파형을 제공하도록 구성된 무선 주파수(RF) 전력 공급원 - 상기 애노드 사이클 및 상기 캐소드 사이클은 중공 캐소드 효과 모드로 작동함 -
    을 포함하는, 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 대칭 구동 파형은 사인파 파형 또는 구형파 파형인, 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 아이솔레이터를 더 포함하고, 상기 아이솔레이터는 링 형상을 갖고, 세라믹 기재의 물질로 형성되며, 상기 아이솔레이터는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로부터의 생성된 플라즈마에 노출되도록 구성되는 적어도 하나의 홈을 상기 링 형상의 방사상 내측 상에 갖는, 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 제1 직경 개구부를 갖는 제1 단부 및 제2 직경 개구부를 갖는 제2 단부를 갖는 원뿔 형상을 갖는 중공 공동들을 갖고, 상기 제2 직경 개구부는 상기 제1 직경 개구부보다 큰, 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 전극의 제2 직경 개구부는 상기 제2 전극의 제2 직경 개구부를 향하도록 구성되는, 장치.
  17. 제12항에 있어서,
    제3 전극 및 제4 전극을 갖는 제2 플라즈마 공급원을 더 포함하고, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극은 중공 공동들 내에 중공 캐소드 효과를 유도하도록 구성된 중공 공동들과 대칭이고, 상기 제1 플라즈마 공급원 및 상기 제2 플라즈마 공급원은 프로세스 챔버의 처리 용적에 유체 연결된 혼합 저장소 내에 라디칼들 또는 이온들을 제공하는, 장치.
  18. 프로세스 챔버를 위한 원격 플라즈마를 생성하는 방법으로서,
    제1 플라즈마 공급원에 대해 무선 주파수(RF) 전력 공급원으로 대칭 구동 파형을 생성하는 단계; 및
    상기 대칭 구동 파형을 상기 제1 플라즈마 공급원의 제1 전극 및 제2 전극에 인가함으로써 상기 제1 플라즈마 공급원에 플라즈마를 형성하는 단계 - 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 상기 대칭 구동 파형에 의해 구동될 때 중공 공동들 내에 중공 캐소드 효과를 유도하도록 구성된 중공 공동들과 대칭임 -
    를 포함하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 대칭 구동 파형을 제2 플라즈마 공급원의 제3 전극 및 제4 전극에 인가함으로써 상기 제2 플라즈마 공급원에 플라즈마를 형성하는 단계 - 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극은 상기 대칭 구동 파형에 의해 구동될 때 중공 공동들 내에 중공 캐소드 효과를 유도하도록 구성된 중공 공동들과 대칭임 - 를 더 포함하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1 플라즈마 공급원 및 상기 제2 플라즈마 공급원에 의해 생성되는 라디칼들 또는 이온들을 프로세스 챔버의 처리 용적에 유체 결합된 혼합 저장소에서 혼합하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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