복수의 이상 전극을 갖는 고주파수 플라즈마 소스 document_id A220623068584

플라즈마는 전기를 통하는 이온화된 가스이다. 플라즈마를 생성하기 위해서, 일반적으로는 특별하게 설계된 챔버(chamber) 내에 포함된 가스에 전기장이 인가된다. 이온과 전자가 오랜 수명을 갖는 진공 챔버에서, 그렇게 하는 것은 비교적 쉽다. 메가 헤르츠(MHz) 범위를 갖는 RF(Radio Frequency) 파워가 챔버에 담긴(immersed) 2개의 금속판, 또는 전극에 인가될 수 있으며, 그 결과 용량성 방전을 생성할 수 있다. 대안으로, 챔버 벽에 부착된 코일로 RF 파워가 인가될 수 있으며, 그 결과 유도결합된 플라즈마를 생성할 수 있다. 반도체 분야에서, 플라즈마는 일반적으로 반도체, 유전체, 및 금속의 표면과 같은 워크피스(workpiece)로부터 재료를 적층(deposition)하고 재료를 에칭하기 위해 이용된다. 이러한 프로세스는 기판에 특별한 전자 소자들을 형성하기 위해 이용된다. 가스는 워크피스가 위치한 진공 플라즈마 프로세싱 챔버로 주입된다. 절연 파괴(elecrtric breakdown)를 겪은 가스는 안테나가 플라즈마 윈도우에 인접한 전류를 운반하는 유도성 소스(inductive source) 및 발진하는 전압을 갖는 하나의 전극(또는 하나 이상의 전극들)을 이용하는 용량성 소스(capacitantive source) 중 어느 하나를 사용하는 여기 영역(excitation region)에 플라즈마를 형성한다. 1990년대 초반까지는 용량성에 기초한 시스템들이 더 선호되었지만, 1991년부터 1995년까지는 유도성 소스가 더 우세하였으며, 그 결과, 금속 에칭 또는 폴리 에칭 어플리케이션에서 유도성 소스가 두드러지게 되었다. 그러나, 유도성 소스 플라즈마는 산화 에칭 어플리케이션에 있어서 문제점이 있었다. 또한, 기본적인 제조에 필요한 성능 및 안정성을 제공하는 산화물 에칭을 위한 유도성 시스템의 설계는 유도성에 기초한 시스템의 비용을 아주 높게 만든다. 1998년경 이러한 시스템 제조자들, 즉 Lam Research Coporation 및 TEL과 같은 회사들은 이 분야에서의 플라즈마 에칭 문제들에 대해 더 값싸고 더 믿을 수 있는 솔루션을 제공하기 위하여 용량성 시스템에 다시 관심을 갖기 시작했다. 또한, 발전으로 인해 유도성 시스템의 비용으로 용량성 시스템이 재도입되었다. 이러한 환경에 있어서 산화물 에칭 어플리케이션에 대한 바람직한 선택으로서 듀얼 주파수 용량성 시스템이 다시 출연하게 되었다. 하나의 주파수 용량성 리액터에서, 더 높은 이온 충돌 에너지(ion bombardment energy)를 얻기 위해 RF 파워를 증가시키는 것이 가능하다는 점이 듀얼 주파수 시스템에 대한 이러한 트랜드의 이유이나, 플라즈마 밀도는 또한 증가할 것이다. 이러한 두 파라미터들은 하나의 주파수 생성기를 사용하여 독립적으로 변할 수 없다. 추가적인 유연성 정도를 제공하기 위해서, 용량성 플라즈마의 하나 이상의 여기 주파수가 제공된다. WO03015123에서 설명된 것처럼 대표적인 접근방법은 각각 하나의 전극에 부착된 두 개의 분리된 파워서플라이(고주파수 서플라이 및 저주파수 서플라이)를 이용한다. 필터링은, 예를 들어, MHz 신호에 대하여 고임피던스가 되는 것처럼 보이지만, KHz 신호에서 상부 전극을 접지시키는 인덕터를 사용하는 것과 같이, 두 신호들 사이의 간섭(interaction)을 최소화하기 위해 이용된다. 유사하게, 캐패시터는 고주파수 신호들에 대하여 하부 전극을 접지시키는데 이용된다. 대안적인 구성은 트라이오드 또는 특별한 방사 형상(radial geometry) 내에 플라즈마가 제한되도록 배치된 제한 장치(confined arrangement)를 포함하며, 양 서플라이들이 동일한 전극에 연결된 추가장치가 또한 더 이용될 수 있다. 모든 경우에 있어서 기판 및 핀(pins), 리프터(lifters), 쿨런트(coolants), 센서(sensors) 등과 같이 필수인 관련 기판 핸들링 소자들이, 그 환경에 부합될 필요가 있는 외부 세상에 연결되도록 RF 구동된다. 이는, 엔지니어링을 더 복잡하게 하며, 필연적으로 비용을 증가시킨다. 공정한 접근을 위해서, 듀얼 주파수 용량성 시스템에서 고주파수 파워는 플라즈마 밀도를 제어한다 : 이는 플라즈마 내부의 저항성 파워(ohmic power)를 증대시키는 더 높고, 더 효율적인 변위 전류 및 외장 가열 메커니즘에 기인한다. 저주파수 여기는 이온 충돌 에너지에 영향을 준다. 그러므로, 유저는 하나의 여기 주파수에서는 그다지 쉽지않은, 이온 충돌 에너지 및 플라즈마 밀도를 분리하여 조정할 수 있는 능력을 갖게 된다. 이러한 디자인의 리액터(reactor)들은 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 및 플라즈마 에칭(plasma etching) 양쪽에 응용된다. 대부분의 알려진 시스템들은 파워를 플라즈마 영역에 인가하기 위한 하나의 전극을 사용한다. TEL(Tokyo Electron Limited)에 양도된 US2004/0168770, US6,962,664 및 US6,884,635는 복수의 전극 세그먼트(segment)들을 갖는 분절된 전극 구조의 사용을 설명하는데, 여기서 각각의 세그먼트는 그에 연결된 RF 파워 서플라이를 갖는다. 제어 시스템은 플라즈마 부하 임피던스를 매칭시키기 위해 임피던스를 다이나믹하게 변화시키는 것으로 설정된다. 이러한 구성들은 전극 소자들이 서로 동상(in-phase)을 나타내도록 하여, 전극들 사이의 간섭을 최소화하도록 특별히 설계된다. 하지만, 모든 경우에 있어서, 플라즈마로 인가되는 네트 전류(net current)가 여전히 인가되며, 이는 높은 동작 주파수에서 전자기 파워 분배(electromagnetic power distribution)에서 파장 효과를 야기할 수 있어, 결과적으로 불균일한 전압 및 전류와, 플라즈마로의 불균일한 파워 적층(deposition), 기판 표면 상의 불균일한 처리 결과(에칭 및 /또는 적층)가 생길 수 있다. 리액터 설계에 있어서 이러한 이점에도 불구하고, 많은 문제점이 여전히 존재한다. 이는, 전압 불균일을 야기하며, 전류가 전극 표면에 병렬적으로 플라즈마로 도입되도록 하는 파장 효과를 포함하며, 이러한 상태하에서 불균일 파워 적층이 또한 존재하여, 이로 인해, 플라즈마의 성능을 떨어뜨리는 불균일 플라즈마 밀도(non-uniform plasma density)가 발생되는 것을 예상될 수 있다. 그러므로, 상술한 문제점 및 다른 문제점을 해결할 수 있는 플라즈마 소스를 제공할 필요가 있다.