KR20070009709A

KR20070009709A - 고속 가스 스위칭 능력을 가진 가스 분배 시스템

Info

Publication number: KR20070009709A
Application number: KR1020067024058A
Authority: KR
Inventors: 지쑹 후앙; 호세 통 샘; 에릭 렌츠; 라진더 딘드사; 레자 사드자디
Original assignee: 램 리써치 코포레이션
Priority date: 2004-04-30
Filing date: 2005-04-22
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2025-04-22
Also published as: WO2005112093A3; JP2014042041A; KR101155839B1; US20100159707A1; IL178463A0; JP5922076B2; EP1741128A4; TW200607016A; CN1969060A; IL178463A; JP2007535819A; CN1969060B; US7708859B2; EP1741128A2; JP5709344B2; TWI389192B; US20050241763A1; EP1741128B1; WO2005112093A2; US8673785B2

Abstract

상이한 가스 조성물을 플라즈마 프로세싱 장치의 플라즈마 프로세싱 챔버와 같은 챔버에 공급하기 위한 가스 분배 시스템이 제공된다. 가스 분배 시스템은 가스 공급부, 흐름 제어부, 및 스위칭부를 포함할 수 있다. 가스 공급부는 제 1 및 제 2 가스의 챔버로의 흐름을 제어하는 흐름 제어부에 제 1 및 제 2 가스, 통상적으로는 가스 혼합물을 제공한다. 챔버는 다수 존을 포함할 수 있고, 흐름 제어부는 가스의 원하는 흐름 비율로 제 1 및 제 2 가스를 다수 존에 공급할 수 있다. 가스 분배 시스템은 스위칭부에 제 1 및 제 2 가스를 연속적으로 공급할 수 있고, 스위칭부는, 제 1 및 제 2 가스 중 하나가 바이패스 라인에 공급되는 동안, 제 1 및 제 2 프로세스 가스 중 다른 하나가 챔버에 공급된 후, 가스 흐름을 스위칭하도록 제 1 및 제 2 가스의 흐름을 스위칭하도록 동작한다. 바람직하게는, 스위칭부는, 어떤 가스 흐름의 원하지 않는 압력 서지 또는 흐름 불안정 없이, 제 1 및 제 2 가스의 고속 스위칭을 허용하도록 신속하게 개폐하도록 동작가능한 고속 스위칭 밸브를 포함한다.

가스 분배 시스템, 고속 가스 스위칭, 플라즈마 프로세싱 챔버

Description

고속 가스 스위칭 능력을 가진 가스 분배 시스템{GAS DISTRIBUTION SYSTEM HAVING FAST GAS SWITCHING CAPABILITIES}

배경기술

반도체 구조는 플라즈마 프로세싱 챔버, 프로세스 가스를 챔버에 공급하는 가스 소스, 및 프로세스 가스로부터 플라즈마를 생성하는 에너지 소스를 포함하는 플라즈마 프로세싱 장치에서 프로세싱된다. 반도체 구조는 이러한 장치에서 건식 에칭 프로세스, 금속, 유전체 및 반도체 재료의 화학 기상 증착 (CVD), 물리 기상 증착, 또는 플라즈마 화학 기상 증착 (PECVD) 과 같은 증착 프로세스, 및 레지스트 스트리핑 프로세스를 포함하는 기술에 의해 프로세싱된다. 상이한 프로세스 가스가 반도체 구조의 상이한 재료를 프로세싱하는 것뿐만 아니라, 이들 프로세싱 기술에 이용된다.

개요

플라즈마 프로세싱 챔버와 같은 진공 챔버에 선택된 가스를 공급하도록 동작가능한 가스 분배 시스템이 제공된다. 가스는 에칭 가스 조성물 및/또는 증착 가스 조성물일 수 있다. 가스 분배 시스템의 바람직한 실시형태는 고속 가스 스위칭 능력을 제공할 수 있고, 이는 바람직하게는 어떤 가스의 원하지 않는 압력 서지 (pressure surge) 및 흐름 불안정 없이, 시스템으로 하여금 짧은 시간 주기 내에서 진공 챔버에 공급된 상이한 가스 사이를 변경하게 한다. 가스 분배 시 스템의 몇몇 바람직한 실시형태는, 상이한 가스 화학제 및/또는 흐름 레이터를 포함하여, 선택된 가스 흐름을 진공 챔버 내부의 상이한 존에 제공할 수 있다.

가스 분배 시스템의 바람직한 실시형태는, 제 1 가스 라인과 유체 소통하도록 구성된 제 1 가스 통로와 제 2 가스 통로, 및 제 2 가스 라인과 유체 소통하도록 구성된 제 3 가스 통로와 제 4 가스 통로를 포함한다. 제 1 가스 통로 및 제 3 가스 통로는 진공 챔버 내부에 가스를 공급하도록 구성되고, 제 2 가스 통로 및 제 4 가스 통로는 바이패스 라인에 가스를 공급하도록 구성된다. 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 고속 스위칭 밸브는 각각 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 가스 통로를 따라 배열된다. 제 2 및 제 3 고속 스위칭 밸브가 폐쇄되어, 제 1 가스를 제 1 가스 라인 및 제 1 및 제 3 가스 통로를 통해 진공 챔버에 공급하는 동시에, 제 2 가스가 제 2 가스 라인 및 제 2 및 제 4 가스 통로를 통해 바이패스 라인에 공급되는 동안에, 제 1 및 제 4 고속 스위칭 밸브는 신호를 수신하여 개방되도록 구성된다. 제 1 및 제 4 고속 스위칭 밸브가 폐쇄되어, 제 2 가스를 제 2 가스 라인 및 제 3 가스 통로를 통해 진공 챔버에 공급하는 동시에, 제 1 가스가 제 1 가스 라인 및 제 2 가스 통로를 통해 바이패스 라인에 공급되는 동안에, 제 2 및 제 3 고속 스위칭 밸브는 신호를 수신하여 개방되도록 구성된다.

서로 격리된 흐름인 내부 존 및 외부 존을 가진 가스 분배 부재를 포함하는 플라즈마 프로세싱 챔버에 가스를 공급하기 위한 가스 분배 시스템의 다른 바람직한 실시형태가 제공되며, 제 1 프로세스 가스 소스, 내부 존 및 바이패스 라인과 유체 소통하도록 구성된 제 1 가스 통로; 제 1 프로세스 가스 소스, 외부 존 및 바 이패스 라인과 유체 소통하도록 구성된 제 2 가스 통로; 제 2 프로세스 가스 소스, 내부 존 및 바이패스 라인과 유체 소통하도록 구성된 제 3 가스 통로; 및 제 2 프로세스 가스 소스, 외부 존 및 바이패스 라인과 유체 소통하도록 구성된 제 4 가스 통로를 포함한다. 가스 분배 시스템은 (ⅰ) 제 2 프로세스 가스가 제 3 및 제 4 가스 통로를 통해 바이패스 라인에 공급되는 동안에 제 1 및 제 2 가스 통로를 통해 내부 및 외부 존에 제 1 프로세스 가스를 공급하고, (ⅱ) 제 1 프로세스 가스가 제 1 및 제 2 가스 통로를 통해 바이패스 라인에 공급되는 동안에, 제 1 및 제 2 프로세스 가스의 흐름을 변경하여, 제 3 및 제 4 가스 통로를 통해 내부 및 외부 존에 제 2 프로세스 가스를 공급하도록, 신호를 수신하여 개폐하도록 구성된 고속 스위칭 밸브를 포함한다.

서로 격리된 흐름인 내부 및 외부 존을 가진 가스 분배 부재를 포함하는 플라즈마 프로세싱 챔버에 가스를 공급하기 위한 가스 분배 시스템의 더 바람직한 실시형태가 제공되며, 복수의 제 1 가스 통로를 포함하는 가스 스위칭부를 포함하는데, 이들 각각은 (ⅰ) 하나 이상의 제 1 가스 통로 및/또는 하나 이상의 제 2 가스 통로와 유체 소통하고 (ⅱ) 가스 분배 부제의 내부 존, 가스 분배 부재의 외부 존, 및 바이패스 라인 중 하나 이상과 유체 소통하도록 구성된다. 또한, 가스 스위칭부는 (ⅲ) 제 2 프로세스 가스가 제 1 그룹의 제 1 가스 통로를 통해 바이패스 라인으로 전환되는 동안에, 제 1 프로세스 가스를 내부 및 외부 존에 공급하기 위해, 제 1 그룹의 고속 스위칭 밸브를 개방하고 제 2 그룹의 고속 스위칭 밸브를 폐쇄하는 신호, 및 (ⅳ) 제 1 프로세스 가스가 제 2 그룹의 제 1 가스 통로를 통해 바이패스 라인으로 전환되는 동안에, 내부 및 외부 존에 제 2 프로세스 가스를 공급하도록 제 1 및 제 2 프로세스 가스 흐름을 스위칭하기 위해 제 1 그룹의 고속 스위칭 밸브를 폐쇄하고 제 2 그룹의 고속 스위칭 밸브를 개방하는 신호를 수신하도록 구성된 고속 스위칭 밸브 배열을 포함한다.

플라즈마 프로세싱 챔버에서 반도체 구조를 프로세싱하는 방법의 바람직한 실시형태가 제공되며, a) 제 2 프로세스 가스를 바이패스 라인으로 전환하는 동안에 플라즈마 프로세싱 챔버에 제 1 프로세스 가스를 공급하는 단계로서, 플라즈마 프로세싱 챔버는 하나 이상의 층 및 그 층 위에 놓인 패터닝된 레지스트 마스크를 포함하는 반도체 기판을 포함하는, 상기 제 1 프로세스 가스의 공급 단계, b) 제 1 프로세스 가스를 에너자이징하여 제 1 플라즈마를 생성하고 (ⅰ) 층에 하나 이상의 피처를 에칭하거나 (ⅱ) 마스크상에 폴리머 증착을 형성하는 단계; c) 제 1 및 제 2 프로세스 가스의 흐름을 스위칭하는 단계로서, 제 1 프로세스 가스가 바이패스 라인으로 전환되는 동안에 제 2 프로세스 가스가 플라즈마 프로세싱 챔버에 공급되도록, 제 1 프로세스 가스는 약 1 s 미만, 또는 약 200 ms 미만의 주기 내에서 플라즈마 프로세싱 챔버의 플라즈마 한정 존에서 제 2 프로세스 가스로 실질적으로 대체되는, 상기 스위칭 단계; d) 제 2 프로세스 가스를 에너자이징하여 제 2 플라즈마를 생성하고 (ⅲ) 층에 하나 이상의 피처를 에칭하거나 (ⅳ) 층 및 마스크상에 폴리머 증착을 형성하는 단계; e) 제 1 및 제 2 프로세스 가스의 흐름을 스위칭하는 단계로서, 제 2 프로세스 가스가 바이패스 라인으로 전환되는 동안에 제 1 프로세스 가스가 플라즈마 프로세싱 챔버로 공급되도록, 제 2 프로세스 가스는 1 s 미 만, 또는 약 200 ms 미만의 주기 내에서 플라즈마 프로세싱 챔버의 플라즈마 한정 존에서 제 1 프로세스 가스로 실질적으로 대체되는, 상기 스위칭 단계; 및 f) 상기 기판에 대해 a)-e) 단계를 복수 회 반복하는 단계를 포함한다.

도면의 간단한 설명

도 1 은 가스 분배 시스템의 바람직한 실시형태가 이용될 수 있는 플라즈마 프로세싱 장치의 예시적인 실시형태의 단면도이다.

도 2 는 가스 분배 시스템의 바람직한 실시형태를 도시한다.

도 3 은 가스 분배 시스템의 가스 공급부의 바람직한 실시형태를 도시한다.

도 4 는 가스 분배 시스템의 흐름 제어부의 바람직한 실시형태를 도시한다.

도 5 는 가스 분배 시스템의 가스 스위칭부의 바람직한 제 1 실시형태를 도시한다.

도 6 은 가스 분배 시스템의 가스 스위칭부의 바람직한 제 2 실시형태를 도시한다.

도 7 은 가스 분배 시스템의 가스 스위칭부의 바람직한 제 3 실시형태를 도시한다.

상세한 설명

반도체 기판, 예를 들어, 실리콘 웨이퍼 상에 형성된 반도체 디바이스와 같은 반도체 재료를 프로세싱하기 위한 플라즈마 프로세싱 장치는 플라즈마 프로세싱 챔버, 및 프로세스 가스를 플라즈마 프로세싱 챔버에 공급하는 가스 분배 시스템을 포함한다. 가스 분배 시스템은 플라즈마 프로세싱 동안에 기판의 표면에 걸쳐 단일 존 또는 다수 존에 가스를 분배할 수 있다. 가스 분배 시스템은 존으로의 동일 또는 상이한 프로세스 가스 또는 가스 혼합물의 흐름 비율을 제어하는 흐름 제어기를 포함함으로써, 프로세스 중에 기판 전면의 가스 흐름 및 가스 조성의 균일도를 조절하게 한다.

다수-존 가스 분배 시스템이 단일-존 시스템과 비교하여 개선된 흐름 제어를 제공할 수 있을지라도, 가스 조성 및/또는 가스 흐름이 짧은 시간의 주기 내에서 변경될 수 있는 기판 프로세싱 동작을 허용하는 배열의 시스템을 제공하는 것이 요청될 수도 있다.

상이한 가스 조성 및/또는 흐름 비율을 챔버에 공급하기 위한 가스 분배 시스템이 제공된다. 바람직한 실시형태에서, 가스 분배 시스템은, 플라즈마 프로세싱 장치의 플라즈마 프로세싱 챔버와 같은 진공 챔버의 내부와 유체 소통하고, 프로세싱 동작 동안 상이한 가스 화학제 및/또는 가스 유량을 진공 챔버에 공급하는 능력을 제공하도록 구성된다. 플라즈마 프로세싱 장치는 RF 에너지, 마이크로웨이브 에너지, 자계 등을 이용하여 플라즈마를 생성하는 에너지 소스를 포함하는 저밀도, 중밀도 또는 고밀도 플라즈마 리액터일 수 있다. 예를 들어, 고밀도 플라즈마는 유도 결합 플라즈마 리액터, 전자-사이클로트론 공명 (ECR) 플라즈마 리액터, 용량형 방출 등으로도 알려진 트랜스포머 커플드 플라즈마 (TCP^TM) 리액터에서 생성될 수 있다. 가스 분배 시스템의 바람직한 실시형태가 이용될 수 있는 예시적인 플라즈마 리액터는, Lam Research Corporation (캘리포니아의 프리 몬트에 위치) 로부터 입수가능한 2300 Excelan^TM 플라즈마 리액터와 같은 Exelan^TM 플라즈마 리액터를 포함한다. 플라즈마 에칭 프로세스 동안, 다수의 주파수가 전극 및 정전척 (electrostatic chuck) 을 통합한 기판 지지대에 인가될 수 있다. 다른 방법으로는, 듀얼-주파수 플라즈마 리액터에서, 상이한 주파수가 샤워헤드 전극과 같은 기판으로부터 이격된 전극 및 기판 지지대에 인가될 수 있다.

가스 분배 시스템의 바람직한 실시형태는, 진공 챔버의 내부에 제 1 가스를 단일 존 또는 다수 존을 통해, 바람직하게는, 프로세싱될 기판의 노출된 표면에 근접한 가스 분배 부재의 적어도 내부 존 및 외부 존을 통해 공급할 수 있다. 내부 및 외부 존은 방사형으로 배치되고, 바람직하게는 플라즈마 프로세싱 챔버에서 서로 격리된 흐름이다. 가스 분배 시스템은 제 1 가스와 상이한 제 2 가스를 진공 챔버 바이패스 라인으로 동시에 전환할 수 있다. 바이패스 라인은 진공 펌프 등과 유체 소통할 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 제 1 가스는 제 1 프로세스 가스이고, 제 2 가스는 상이한 프로세스 가스이다. 예를 들어, 제 1 가스는 제 1 에칭 가스 화학제 또는 증착 가스 화학제일 수 있고, 제 2 가스는 상이한 에칭 가스 화학제 또는 증착 가스 화학제일 수 있다. 가스 분배 시스템은, 제 2 가스가 바이패스 라인으로 전환되는 동안 제 1 가스의 상이한 제어된 유량을 내부 존 및 외부 존에 각각 동시에 제공할 수 있으며, 그 역도 가능하다. 이들 가스 중 하나를 바이패스 라인으로 전환함으로써, 진공 챔버로 공급되는 가스의 변경은 짧은 시간의 주기 내에서 달성될 수 있다.

가스 분배 시스템은, 단일 존을 포함하거나 다수 존을 포함하는 진공 챔버의 내부에 공급되는 제 1 및 제 2 가스 사이를 짧은 시간의 주기로 가스 스위칭 즉, 가스 변환을 허용하는 스위칭 디바이스를 포함한다. 다수-존 시스템의 경우, 가스 분배 시스템은 제 2 가스가 바이패스 라인으로 전환되는 동안에 제 1 가스를 내부 존 및 외부 존에 공급한 후, 제 1 가스가 바이패스 라인으로 전환되는 동안에 제 2 가스가 내부 존 및 외부 존으로 공급되도록 짧은 시간의 주기 내에서 가스 분배를 스위칭할 수 있다. 가스 분배 시스템은, 상이한 가스 화학제를 이용하는 상이한 프로세싱 동작 사이의 신속한 변환, 예를 들어, 반도체 디바이스의 프로세싱 방법의 교대 단계를 허용하는 원하는 시간의 주기 동안 각각 제 1 및 제 2 가스를 진공 챔버의 내부에 교대로 공급할 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 방법 단계는 상이한 에칭 단계, 예를 들어, 메인 에칭과 같은 고속 에칭 단계 및 오버 (over) 에칭 단계와 같은 비교적 저속 에칭 단계; 에칭 단계 및 재료 증착 단계; 또는 상이한 재료를 기판상에 증착하는 상이한 재료 증착 단계일 수 있다.

가스 분배 시스템의 바람직한 실시형태에서, 진공 챔버 내의 한정된 영역, 바람직하게는 플라즈마 한정 존에서의 다량의 가스 조성물은 짧은 시간의 주기 내에서 진공 챔버에 도입된 다른 가스 조성물로 대체 (즉, 플러싱 아웃) 될 수 있다. 이런 가스 대체는 가스 분배 시스템에서 고속 스위칭 능력을 가진 밸브를 제공함으로써 바람직하게는, 약 1 s 미만, 더 바람직하게는, 약 200 ms 미만 내에 달성될 수 있다. 플라즈마 한정 존은 200 ㎜ 또는 300 ㎜ 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 플라즈마 프로세싱 챔버에 대해 약 1/2 리터 내지 약 4 리터의 가스 볼륨을 가질 수 있다. 플라즈마 한정 존은 공유인 미국특허번호 제 5,534,751호에 개시된 바와 같이 한정 링의 스택에 의해 정의될 수 있으며, 여기에 전부 참조로서 포함될 수 있다.

도 1 은 가스 분배 시스템 (100) 의 실시형태가 이용될 수 있는 예시적인 반도체 재료 플라즈마 프로세싱 장치 (10) 를 도시한다. 그 장치 (10) 는 기판 (16) 이 플라즈마 프로세싱 동안 지지되는 기판 지지대 (14) 를 포함하는 내부를 가진 진공 챔버 또는 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 를 포함한다. 기판 지지대 (14) 는 클램핑 디바이스, 바람직하게는 프로세싱 동안 기판 지지대 (14) 상의 기판 (16) 을 클램핑하도록 동작가능한 정전척 (18) 을 포함한다. 기판은, 여기에 전부 참조로서 포함된, 공유인 미국특허출원 공개공보 제 2003/0029567호에 개시된 부분과 같이, 포커스 링 및/또는 에지 링, 그라운드 익스텐션 또는 다른 부분에 의해 포위될 수 있다.

바람직한 실시형태에서, 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 는 약 1/2 리터 내지 약 4 리터, 바람직하게는 약 1 리터 내지 약 3 리터의 볼륨을 가진 플라즈마 한정 존을 포함한다. 예를 들어, 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 는, 여기에 전부 참조로서 포함된, 공유인 미국특허번호 제 5,534,751호에 개시된 바와 같이 플라즈마 한정 존을 정의하는, 한정 링 배열을 포함할 수 있다. 가스 분배 시스템은 실질적인 역확산 없이, 약 1 s 미만, 바람직하게는 약 200 ms 미만의 주기 내에서 플라즈마 한정 존의 다량의 가스를 다른 가스로 대체할 수 있다. 한정 메커니즘은 플라즈마 볼륨의 유체 소통을, 플라즈마 볼륨의 외부에 있는, 플라즈마 프로세 싱 챔버 (12) 의 내부 부분으로 제한할 수 있다.

기판 (16) 은 실리콘 웨이퍼와 같은 베이스 재료; 베이스 재료상의 프로세싱, 예를 들어 에칭될 재료의 중간층; 및 중간층상의 마스킹 층을 포함할 수도 있다. 중간층은 도전성, 유전체, 또는 반도체 재료로 이루어질 수도 있다. 마스킹 층은, 중간층 및/또는 하나 이상의 다른 층에, 원하는 피처, 예를 들어, 홀, 비아 및/또는 트렌치를 에칭하기 위해 개구 패턴을 가진 패터닝된 포토레지스트 재료일 수 있다. 기판은 베이스 재료상에 형성된 반도체 디바이스의 타입에 따라, 베이스층과 마스킹 층 사이에 추가적인 층인 도전성, 유전체 또는 반도체 재료를 포함할 수 있다.

프로세싱될 수 있는 예시적인 유전체 재료는, 예를 들어, 플루오르화된 실리콘 산화물과 같은 도핑된 실리콘 산화물; 실리콘 이산화물과 같은 도핑되지 않은 실리콘 산화물; 도핑 또는 도핑되지 않은 열 실리콘 산화물; 및 도핑 또는 도핑되지 않은 TEOS 증착된 실리콘 산화물이다. 그런 유전체 재료는 폴리크리스탈린 실리콘과 같은 도전성 또는 반도체 층; 알루미늄, 구리, 티타늄, 텅스텐, 몰리브덴 및 그 합금과 같은 금속; 티타늄 질화물과 같은 질화물; 및 티타늄 규화물, 텅스텐 규화물 및 몰리브덴 규화물과 같은 금속 규화물 위에 놓일 수 있다.

도 1 에 도시된 예시적인 플라즈마 프로세싱 장치 (10) 는 플라즈마 챔버의 벽을 형성하는 지지판 (20) 및 그 지지판에 부착된 샤워헤드 (22) 를 갖는 샤워헤드 전극 어셈블리를 포함한다. 배플 (baffle) 어셈블리는 샤워헤드 (22) 와 지지판 (20) 사이에 위치하여 프로세스 가스를 샤워헤드의 이면 (28) 에 균일하게 분 배한다. 배플 어셈블리는 하나 이상의 배플 판을 포함할 수 있다. 실시형태에서, 배플 어셈블리는 배플 판 (30A, 30B 및 30C) 을 포함한다. 개방 플레넘 (open plenum; 48A, 48B 및 48C) 은 배플 판 (30A, 30B 및 30C) 사이에서 정의되고; 배플 판 (30C) 과 샤워헤드 (22) 사이에서 정의된다. 배플 판 (30A, 30B 및 30C) 및 샤워헤드 (22) 는 프로세스 가스가 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 의 내부로 흐르기 위한 관통로 (through passage) 를 포함한다.

실시형태에서, 지지판 (20) 과 배플판 (30A) 사이의 플레넘 및 배플 판 (30A, 30B 및 30C) 사이의 플레넘 (48A, 48B 및 48C) 은 O-링과 같은 실 (seal; 38A, 38B, 38C 및 38D) 에 의해 내부 존 (42) 과 외부 존 (46) 으로 분리된다. 바람직하게는 제어기 (500) 의 제어하에, 내부 존 (42) 및 외부 존 (46) 에는 가스 분배 시스템 (100) 에 의해 상이한 각각의 가스 화학제 및/또는 유량을 가진 프로세스 가스가 공급될 수 있다. 내부 존 가스 공급부 (40) 에서 내부 존 (42) 으로 가스가 공급되고, 외부 존 가스 공급부 (44) 에서 환상(環狀) 채널 (44A) 로 가스가 공급된 후, 외부 존 (46) 으로 공급된다. 프로세스 가스는 배플 판 (30A, 30B 및 30C) 및 샤워헤드 (22) 의 통로를 통해 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 의 내부로 흐른다. 프로세스 가스는 전극 (22) 을 구동하는 RF 소스와 같은 전원 또는 기판 지지대 (14) 의 전극을 구동하는 전원에 의해 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 에서 플라즈마 상태로 에너자이징된다. 전극 (22) 에 인가된 RF 전력은, 상이한 가스 조성물이, 바람직하게는 약 1 s 미만, 더 바람직하게는 약 200 ms 미만의 시간 주기 내에서 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 로 공급되는 경우에 변화될 수 있다.

다른 바람직한 실시형태에서, 플라즈마 프로세싱 장치 (10) 는 프로세스 가스를 플라즈마 프로세싱 챔버에 주입하기 위한 가스 주입기 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 가스 주입기 시스템은, 공유인 미국특허출원번호 제 09/788,365호, 미국특허출원번호 제 10/024,208호, 미국특허번호 제 6,013,155호 또는 미국특허번호 제 6,270,862호에 개시된 바와 같은 구성을 가질 수 있으며, 여기에 전부 참조로서 포함될 수 있다.

도 2 는 가스 분배 시스템 (100) 이 서로 유체 소통하는 가스 공급부 (200), 흐름 제어부 (300) 및 가스 스위칭부 (400) 를 포함하는 바람직한 실시형태를 도시한다. 또한, 바람직하게는, 가스 분배 시스템 (100) 은 가스 공급부 (200), 흐름 제어부 (300), 및 가스 스위칭부 (400) 의 동작을 제어하는 제어 소통하도록 접속된 제어기 (500, 도 1) 를 포함한다.

가스 분배 시스템 (100) 에서, 가스 공급부 (200) 는 제 1 및 제 2 프로세스 가스와 같은 상이한 가스를 각각 제 1 및 제 2 가스 라인 (235, 245) 을 통해 흐름 제어부 (300) 에 공급할 수 있다. 제 1 및 제 2 가스는 서로 상이한 조성물 및/또는 가스 유량을 가질 수 있다.

흐름 제어부 (300) 는 스위칭부 (400) 에 공급될 수 있는 상이한 가스의 유량을 제어하도록 동작가능하고, 옵션으로, 그 상이한 가스의 조성을 조절하도록 동작가능하다. 흐름 제어부 (300) 는 제 1 및 제 2 가스의 상이한 유량 및/또는 화학제를 각각 가스 통로 (324, 326 및 364, 366) 를 통해 스위칭부 (400) 에 제공 할 수 있다. 또한, (터보 펌프와 러핑 펌프 사이와 같이, 진공 펌핑 시스템과 유체 소통할 수 있는 바이패스 라인 (50) 으로 다른 가스가 전환되는 동안에) 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 에 공급되는 제 1 가스 및/또는 제 2 가스의 유량 및/또는 화학제가 내부 존 (42) 및 외부 존 (46) 에서 상이할 수 있다. 따라서, 흐름 제어부 (300) 는 기판 (16) 에 걸쳐 원하는 가스 흐름 및/또는 가스 화학제를 제공함으로써, 기판 프로세싱 균일도를 향상시킬 수 있다.

가스 분배 시스템 (100) 에서, 스위칭부 (400) 는, 제 1 가스를 바이패스 라인으로 동시에 전환하는 동안에, 단일 존 또는 다수 존, 예를 들어, 내부 존 (42) 및 외부 존 (46) 에서 제 1 가스가 제 2 가스로 대체되도록 하는 짧은 시간의 주기 내에서 제 1 가스에서 제 2 가스로 스위칭하거나 역인 경우에 동작가능하다. 바람직하게는, 가스 스위칭부 (400) 는 가스 흐름의 원하지 않는 압력 서지 및 흐름 불안정 없이 제 1 가스와 제 2 가스 사이를 스위칭할 수 있다. 원하면, 가스 분배 시스템 (100) 은 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 를 통해 실질적으로 일정한 제 1 및 제 2 가스의 연속하는 볼륨 유량을 유지할 수 있다.

도 3 은 가스 분배 시스템 (100) 의 가스 공급부 (200) 의 바람직한 실시형태를 도시한다. 바람직하게는, 가스 공급부 (200) 는 밸브 및 흐름 제어기와 같은 흐름 제어 컴포넌트의 동작을 제어하는 제어기 (500) 에 접속되어, 가스 공급부 (200) 에 의해 공급될 수 있는 2 개 이상의 가스 조성의 제어를 허용한다. 실시형태에서, 가스 공급부 (200) 는 다수의 가스 소스 (202, 204, 206, 208, 210, 212, 214 및 216) 를 포함하며, 각각은 제 1 가스 라인 (235) 및 제 2 가스 라인 (245) 과 유체 소통한다. 이와 같이, 가스 공급부 (200) 는 많은 상이한 원하는 가스 혼합물을 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 에 공급할 수 있다. 가스 분배 시스템 (100) 에 포함된 가스 소스의 수는 가스 소스의 임의의 특정 수에 제한되지 않지만, 바람직하게는, 2 개 이상의 상이한 가스 소스를 포함한다. 예를 들어, 가스 공급부 (200) 는 도 3 에 도시된 실시형태에 포함된 8 개 초과 또는 미만의 가스 소스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가스 공급부 (200) 는 2, 3, 4, 5, 10, 12, 16, 또는 그 이상의 가스 소스를 포함할 수 있다. 각각의 가스 소스에 의해 제공될 수 있는 상이한 가스는 CF₄, CH₃F 등과 같은 가스 플루오로카본 및/또는 플루오로하이드로카본 컴파운드 뿐만 아니라, 0₂, Ar, H₂, Cl₂, N₂ 등과 같은 개별적인 가스를 포함한다. 바람직한 일 실시형태에서, 플라즈마 프로세싱 챔버는 에칭 챔버이고, 가스 소스 (202-216) 는 (임의의 적절한 순서로) Ar, O₂, N₂, Cl₂, CH₃, CF₄, C₄F₈, 및 CH₃F 또는 CHF₃ 를 공급할 수 있다. 각각의 가스 소스 (202-216) 에 의해 공급되는 특정 가스는 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 에서 수행되는 원하는 프로세스, 예를 들어, 특정 건식 에칭 및/또는 재료 증착 프로세스에 기초하여 선택될 수 있다. 가스 공급부 (200) 는 에칭 프로세스 및/또는 재료 증착 프로세스를 수행하기 위해 공급될 수 있는 가스의 선택에 관하여 광범위한 다목적성을 제공할 수 있다.

또한, 바람직하게는, 가스 공급부 (200) 는 가스 조성을 조절하기 위해 하나 이상의 튜닝 가스 소스를 포함한다. 튜닝 가스는, 예를 들어, 0₂, 아르곤과 같은 불활성 가스 또는 플루오로카본 또는 플루오로하이드로카본 가스와 같은 반응성 가스, 예를 들어, C₄F₈ 일 수 있다. 도 3 에 도시된 실시형태에서, 가스 공급부 (200) 는 제 1 튜닝 가스 소스 (218) 및 제 2 튜닝 가스 소스 (219) 를 포함한다. 이하 설명하는 바와 같이, 제 1 튜닝 가스 소스 (218) 및 제 2 튜닝 가스 소스 (219) 는 튜닝 가스를 공급하여, 가스 스위칭부 (400) 에 공급되는 제 1 가스 및/또는 제 2 가스의 조성을 조절한다.

도 3 에 도시된 가스 공급부 (200) 의 실시형태에서, 바람직하게는, 흐름 제어 디바이스 (240) 는, 가스 소스 (202, 204, 206, 208, 210, 212, 214 및 216) 와 각각 유체 소통하는 가스 통로 (222, 224, 226, 228, 230, 232, 234 및 236) 의 각각에 배치되고, 또한, 제 1 튜닝 가스 소스 (218) 및 제 2 튜닝 가스 소스 (219) 와 각각 유체 소통하는 가스 통로 (242, 244) 에 배치된다. 흐름 제어 디바이스 (240) 는 관련된 가스 소스 (202-216 및 218, 219) 에 의해 공급되는 가스의 흐름을 제어하도록 동작가능하다. 바람직하게는, 흐름 제어 디바이스 (240) 는 질량 흐름 제어기 (MFC) 이다.

도 3 에 도시된 실시형태에서, 밸브 (250,252) 는 가스 소스 (202-216) 각각의 하방의 가스 통로를 따라 위치한다. 밸브 (250, 252) 는 바람직하게는 제어기 (500) 의 제어 하에 선택적으로 개폐되어, 상이한 가스 혼합물이 제 1 가스 라인 (235) 및/또는 제 2 가스 라인 (245) 에 흐르도록 할 수 있다. 예를 들어, (다른 가스 소스 (202-216) 와 관련된 잔여 밸브 (252) 가 폐쇄되는 동안) 하나 이상의 가스 소스 (202-216) 와 관련된 밸브 (252) 를 개방함으로써, 제 1 가스 혼합물은 제 1 가스 라인 (235) 에 공급될 수 있다. 이와 같이, (다른 가스 소스 (202-216) 와 관련된 잔여 밸브 (250) 가 폐쇄되는 동안) 하나 이상의 다른 가스 소스 (202-216) 와 관련된 밸브 (250) 을 개방함으로써, 제 2 가스 혼합물은 제 2 가스 라인 (245) 에 공급될 수 있다. 따라서, 제 1 가스 및 제 2 가스의 다양한 혼합물 및 질량 유량은 가스 공급부 (200) 의 제어된 동작에 의해 제 1 가스 라인 (235) 및 제 2 가스 라인 (245) 에 공급될 수 있다.

바람직한 실시형태에서, 가스 공급부 (200) 는 각각 제 1 가스 라인 (235) 및 제 2 가스 라인 (245) 을 통해 제 1 가스 및 제 2 가스의 연속적인 흐름을 제공하도록 동작가능하다. 제 1 가스 또는 제 2 가스는 다른 가스가 바이패스 라인으로 전환되는 동안에 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 로 흐른다. 바이패스 라인은 진공 펌프 등에 접속될 수 있다. 제 1 가스 및 제 2 가스 모두를 연속하여 흐르게 함으로써, 가스 분배 시스템 (100) 은 가스 흐름의 신속한 변경을 달성할 수 있다.

도 4 는 가스 분배 시스템 (100) 의 흐름 제어부 (300) 의 바람직한 실시형태를 도시한다. 흐름 제어부 (300) 는 가스 공급부 (200) 로부터의 제 1 가스 라인 (235) 과 유체 소통하는 제 1 흐름 제어부 (305) 및 가스 공급부 (200) 로부터의 제 2 가스 라인 (245) 과 유체 소통하는 제 2 흐름 제어부 (315) 를 포함한다. 흐름 제어부 (300) 는, 제 2 가스가 바이패스 라인으로 전환되는 동안에 내부 존 (42) 및 외부 존 (46) 에 각각 공급되는 제 1 가스의 비율을 제어하고, 제 1 가스가 바이패스 라인으로 전환되는 동안에 내부 존 (42) 및 외부 존 (46) 에 각각 공급되는 제 2 가스의 비율을 제어하도록 동작가능하다. 제 1 흐름 제어부 (305) 는 제 1 가스 라인 (235) 에서 도입된 제 1 가스의 흐름을 2 개의 별개의 제 1 가스의 아웃렛 흐름으로 분리하고, 제 2 흐름 제어부 (315) 는 제 2 가스 라인 (245) 에서 도입된 제 2 가스의 흐름을 2 개의 별개의 제 2 가스의 아웃렛 흐름으로 분리한다. 제 1 흐름 제어부 (305) 는 스위칭 시스템 (400) 을 통해, 각각 내부 존 (42) 및 외부 존 (46) 과 유체 소통하는 제 1 및 제 2 가스 통로 (324, 326) 를 포함하고, 제 2 흐름 제어부 (315) 는 스위칭 시스템 (400) 을 통해, 각각 내부 존 (42) 및 외부 존 (46) 과 유체 소통하는 제 1 및 제 2 가스 통로 (364, 366) 를 포함한다.

바람직한 배열에서, 제 1 흐름 제어부 (305) 및 제 2 흐름 제어부 (315) 는 각각 2 개 이상의 흐름 제한기 (restrictor) 를 포함한다. 바람직하게는, 각 흐름 제한기는 가스가 흐르기 위한 고정된 제한 사이즈를 가진다. 바람직하게는, 흐름 제한기는 오리피스 (orifice) 이다. 흐름 제한기는 가스 흐름을 제한하고 오리피스 근방 및 상방의 가스 통로 영역에서 대략적으로 일정한 가스 압력을 유지한다. 바람직하게는, 제 1 흐름 제어부 (305) 및 제 2 흐름 제어부 (315) 의 각각은 오리피스의 네트워크, 예를 들어, 2, 3, 4, 5 또는 그 이상의 오리피스의 네트워크를 포함하고, 바람직하게는, 이들 각각은 상이한 단면의 제한 사이즈, 예를 들어, 상이한 지름 또는 상이한 단면적을 가진다. 오리피스의 제한 사이 즈는 가스 분배 시스템 (100) 의 가스 흐름 경로의 다른 부분의 단면적 보다 더 작다. 바람직하게는, 오리피스는 소닉 (sonic) 오리피스이다. 바람직하게는, 가스 흐름은 흐름 제어부 (300) 에서 중요한 흐름 방식으로 동작하여, 소정의 오리피스의 흐름 컨덕턴스는 제한 사이즈 및 상방 압력에 의해 단독으로 결정된다. 오리피스의 흐름 컨덕턴스가 증가함에 따라, 압력은 오리피스에 걸쳐 하강하여 오리피스의 하강을 통해 소정의 유량을 달성한다.

도 4 에 도시된 실시형태에서, 제 1 및 제 2 흐름 제어부 (305, 315) 는 각각 5 개의 오리피스 (330, 332, 334, 336 및 338) 를 포함한다. 예를 들어, 오리피스 (330, 332, 334, 336 및 338) 는 상대적인 제한 사이즈, 예를 들어, 각각 1, 2, 4, 8 및 16의 지름을 가질 수 있다. 따라서, 5 개의 오리피스 (330-338) 모두를 통해 가스 흐름이 발생하는 경우, 4 개의 오리피스 (330-336) 는 단일 오리피스 (338) 와 대략적으로 동일한 총 컨덕턴스를 가진다. 다른방법으로는, 제 1 가스 흐름 및 제 2 가스 흐름의 상이한 비율을 내부 존 (42) 및 외부 존 (46) 에 공급하기 위해, 4 개의 오리피스 (330-336) 중 3 개까지는 개방되어, 오리피스 (338) 의 컨덕턴스와 비교하여 오리피스 (330-336) 의 총 컨덕턴스의 상이한 비율을 제공할 수 있다.

다른 실시형태는 상이한 수의 오리피스, 예를 들어, 다수의 오리피스 (330-336) 를 대체하는 제 2 오리피스 및 오리피스 (338) 를 포함하는 총 2 개의 오리피스를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 제 2 오리피스는 오리피스 (338) 와 동일한 제한 사이즈를 가진다. 이런 실시형태에서, 내부 존 (42) 및 외부 존 (46) 에 공급되는 제 1 가스 및/또는 제 2 가스의 흐름 비율은 대략 1:1 이다.

바람직하게는, 밸브 (320) 는 각각의 오리피스 (330-338) 의 상방에 위치하여 오리피스로의 제 1 가스 및 제 2 가스의 흐름을 제어한다. 예를 들어, 제 1 흐름 제어부 (305) 및/또는 제 2 흐름 제어부 (315) 에서, 하나 이상의 밸브 (320) 는 개방되어 제 1 가스 및/또는 제 2 가스가 하나 이상의 관련된 오리피스 (330-336) 로 흐르도록 하는 동안에, 다른 밸브 (320) 가 개방되어 제 1 가스 및/또는 제 2 가스가 오리피스 (338) 로 흐르도록 할 수 있다.

제 1 흐름 제어부 (305) 에서, 오리피스 (330-336) 는 가스 통로 (322) 와 유체 소통한다. 가스 통로 (322) 는, 가스 스위칭부와 유체 소통하는 제 1 및 제 2 가스 통로 (324, 326) 로 분리된다. 한 쌍의 밸브 (320) 는 제 1 및 제 2 가스 통로 (324, 326) 에 위치하여 제 1 흐름 제어부 (305) 의 하나 이상의 오리피스 (330-336) 를 통해 내부 존 (42) 및/또는 외부 존 (46) 에 흐르는 제 1 가스의 흐름을 제어한다. 다른 실시형태에서, 가스 통로 (324, 326) 를 따라 위치한 한 쌍의 밸브 (320) 는 단일의 사방 밸브 (four-way valve) 로 대체될 수 있다.

제 1 흐름 제어부 (305) 에서, 오리피스 (338) 는 가스 통로 (319) 를 따라 배열된다. 가스 통로 (319) 는 제 1 및 제 2 가스 통로 (324, 326) 와 각각 유체 소통하는 가스 통로 (331, 333) 로 분리된다. 한 쌍의 밸브 (320) 는 가스 통로 (331, 333) 에 위치하여 오리피스 (338) 를 통해 제 1 및 제 2 가스 통로 (324, 326) 에 흐르는 제 1 가스의 흐름을 제어한다. 다른 실시형태에서, 가스 통로 (331, 333) 를 따라 위치한 한 쌍의 밸브 (320) 는 단일의 사방 밸브로 대체 될 수 있다.

제 2 흐름 제어부 (315) 에서, 한 쌍의 밸브 (320) 는 제 1 및 제 2 가스 통로 (364, 366) 를 따라 위치하여, 하나 이상의 오리피스 (330-336) 를 통해 플라즈마 프로세싱 챔버의 내부 존 (42) 및 외부 존 (46) 으로 흐르는 제 2 가스의 흐름을 제어한다. 다른 실시형태에서, 가스 통로 (364, 366) 를 따라 위치한 한 쌍의 밸브 (320) 는 단일의 사방 밸브로 대체될 수 있다.

제 2 흐름 제어부 (315) 에서, 오리피스 (338) 는 가스 통로 (359) 를 따라 배열된다. 가스 통로 (359) 는 제 1 및 제 2 가스 통로 (364, 366) 와 각각 유체 소통하는 가스 통로 (372, 374) 로 분리된다. 한 쌍의 밸브 (320) 는 가스 통로 (372, 374) 에 위치하여 오리피스 (338) 를 통해 제 1 가스 통로 및/또는 제 2 가스 통로 (364, 366) 로 흐르는 제 2 가스의 흐름을 제어한다. 다른 실시형태에서, 가스 통로 (372, 374) 를 따라 위치한 한 쌍의 밸브 (320) 는 단일의 사방 밸브로 대체될 수 있다.

오리피스 (330-338) 는 흐름 제어부 (300) 에 포함되어, 가스 분배 시스템 (100) 이 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 로 흐르는 가스를 제 1 가스에서 제 2 가스로 변경하고, 그리고 그 역의 경우, 가스 흐름의 압력 서지 및 흐름 불안정을 방지한다.

도 4 에 도시된 실시형태에서, 제 1 튜닝 가스 소스 (218, 도 3) 의 가스 통로 (242) 는, 제 1 튜닝 가스를 제 1 흐름 제어부 (305) 의 제 1 가스 통로 (324) 및/또는 제 2 가스 통로 (326) 에 공급하여 제 1 가스 조성을 조절하도록 배열된 다. 제 2 튜닝 가스 소스 (219, 도 3) 의 가스 통로 (244) 는 제 2 흐름 제어부 (315) 의 제 1 가스 통로 (364) 및/또는 제 2 가스 통로 (366) 에 제 2 튜닝 가스를 공급하여 제 2 가스 조성을 조절하도록 배열된다. 제 1 튜닝 가스 및 제 2 튜닝 가스는 동일한 튜닝 가스 또는 상이한 튜닝 가스일 수 있다.

흐름 제어 디바이스 (340), 바람직하게는 MFC 는 가스 통로 (242) 를 따라 배열된다. 밸브 (320) 는 가스 통로 (337, 339) 를 따라 위치하여 각각 가스 통로 (326, 324) 로의 제 1 튜닝 가스의 흐름을 제어한다. 다른 실시형태에서, 가스 통로 (337, 339) 를 따라 위치한 한 쌍의 밸브 (320) 는 단일의 사방 밸브로 대체될 수 있다.

흐름 제어 디바이스 (340), 바람직하게는 MFC 는 가스 통로 (244) 를 따라 배열된다. 밸브 (320) 는 가스 통로 (376, 378) 를 따라 위치하여 각각 가스 통로 (366, 364) 로의 제 2 튜닝 가스의 흐름을 제어한다. 다른 실시형태에서, 가스 통로 (376, 378) 를 따라 위치한 한 쌍의 밸브 (320) 는 단일의 사방 밸브로 대체될 수 있다.

도 4 에 도시된 흐름 제어부 (300) 의 실시형태에서, 제 1 흐름 제어부 (305) 및 제 2 흐름 제어부 (315) 는 동일한 구성에 배열된 동일한 컴포넌트를 포함한다. 그러나, 가스 분배 시스템 (100) 의 다른 바람직한 실시형태에서, 제 1 및 제 2 흐름 제어부 (305, 315) 는 서로 상이한 컴포넌트 및/또는 상이한 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 흐름 제어부 (305, 315) 는 서로 상이한 수의 오리피스 및 서로 상이한 제한 사이즈를 갖는 오리피스를 포함할 수 있다.

가스 분배 시스템 (100) 에서, 가스 스위칭 시스템 (400) 은 흐름 제어부 (300) 와 유체 소통하고, 제 1 및 제 2 가스가 흐르는 바이패스 라인과 진공 챔버의 내부와 유체 소통한다. 가스 스위칭 시스템 (400) 의 바람직한 제 1 실시형태는 도 5 에 도시된다. 가스 스위칭 시스템 (400) 은 제 1 및 제 2 가스를 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 의 내부 존 (42) 및 외부 존 (46) 모두에 교대로 공급할 수 있다. 가스 스위칭 시스템 (400) 은 제 1 흐름 제어부 (305) 의 제 1 가스 통로 (324) 및 제 2 가스 통로 (326) 와 유체 소통하고, 제 2 흐름 제어부 (315) 의 제 1 가스 통로 (364) 및 제 2 가스 통로 (366) 와 유체 소통한다. 오리피스 (430) 는 가스 통로 (324, 326, 364 및 366) 의 각각을 따라 배열되어, 제 1 및 제 2 가스의 변경 동안의 원하지 않는 압력 서지를 방지한다.

제 1 흐름 제어부 (305) 의 제 1 가스 통로 (324) 는 가스 통로 (448, 450) 로 분리되고, 제 1 흐름 제어부 (305) 의 제 2 가스 통로 (326) 는 가스 통로 (442, 444) 로 분리되고, 제 2 흐름 제어부 (315) 의 제 1 가스 통로 (364) 는 가스 통로 (452, 454) 로 분리되며, 제 2 흐름 제어부 (315) 의 제 2 가스 통로 (366) 는 가스 통로 (456, 458) 로 분리된다. 실시형태에서, 가스 통로 (442) 는 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 의 외부 존 (46) 과 유체 소통하고, 가스 통로 (448) 는 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 의 내부 존 (42) 과 유체 소통하며, 가스 통로 (444) 는 바이패스 라인을 제공한다. 가스 통로 (456) 는 외부 존 (46) 으로의 가스 통로 (442) 와 유체 소통한다. 가스 통로 (452) 는 내부 존 (42) 으로의 가스 통로 (448) 와 유체 소통한다. 가스 통로 (450, 454 및 458) 는 바이패스 라인으로의 가스 통로 (444) 와 유체 소통한다.

밸브 (440) 는 가스 통로 (442, 444, 448, 450, 452, 454, 456 및 458) 의 각각을 따라 배열된다. 다른 실시형태에서, 가스 통로 (442, 444; 448, 450; 452, 454; 및 456, 458) 를 따라 위치한 한 쌍의 밸브 (440) 의 각각은 단일의 사방 밸브로 대체될 수 있다. 밸브 (440) 는, 바람직하게는, 제어기 (500) 의 제어 하에 선택적으로 개폐되어, 다른 가스를 바이패스 라인으로 동시에 전환하는 동안 제 1 또는 제 2 가스를 챔버에 공급할 수 있다.

예를 들어, 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 의 내부 존 (42) 및 외부 존 (46) 에 제 1 가스를 공급하고 제 2 가스를 바이패스 라인으로 전환하기 위해, 가스 통로 (444, 450 및 452, 456) 를 지나는 밸브 (440) 가 폐쇄되는 동안, 가스 통로 (442, 448 및 454, 458) 를 지나는 밸브 (440) 가 개방된다. 제 1 가스는 바이패스 라인으로 전환되는 동안, 제 2 가스가 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 의 내부 존 (42) 및 외부 존 (46) 에 공급되고, 가스 통로 (442, 448 및 454, 458) 를 지나는 밸브 (440) 가 폐쇄되는 동안, 가스 통로 (444, 450 및 452, 456) 를 지나는 밸브 (440) 는 개방되도록, 가스 흐름을 스위칭한다. 즉, 제 1 그룹의 밸브 (440) 는 개방되고 제 2 그룹의 밸브 (440) 는 폐쇄되어 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 에 제 1 가스를 공급한 후, 동일한 제 1 그룹의 밸브는 폐쇄되고 동일한 제 2 그룹의 밸브 (440) 는 개방되어, 플라즈마 프로세싱 챔버에 제 2 가스를 공급하는 가스 흐름을 변경한다.

가스 스위칭 시스템 (400) 에서, 밸브 (440) 는 고속-스위칭 밸브이다. 여기서는, 용어 "고속-스위칭 밸브"는, 제어기 (500) 로부터의 개폐하는 신호를 수신한 이후에, 짧은 시간의 주기, 바람직하게는 약 100 ms 미만, 더 바람직하게는 약 50 ms 미만 내에 개폐될 수 있는 밸브를 의미한다. 바람직하게는, 밸브 (440) 는 전기적으로 제어되고, 제어기 (500) 로부터의 개폐하는 신호를 수신함으로써 작동된다. 가스 스위칭 시스템 (400) 에서 이용될 수 있는 적절한 "고속-스위칭 밸브"는 캘리포니아의 산타 클라라에 위치한 Fujikin of America 로부터 입수가능한 밸브 모델 넘버 FSR-SD-71-6.35 이다.

따라서, 가스 스위칭 시스템 (400) 은, 제 2 가스를 바이패스 라인으로 전환하는 동안 제 1 가스를, 예를 들어, 진공 챔버의 내부에 공급한 후, 바람직하게는, 제어기 (500) 의 제어하에, 이들 가스 흐름을 신속하게 스위칭하고, 제 1 가스를 바이패스 라인으로 전환하는 동안 제 2 가스를 진공 챔버에 공급한다. 가스가 스위칭되기 전에 제 1 가스 또는 제 2 가스가 진공 챔버에 공급되는 시간의 양은 제어기 (500) 에 의해 제어될 수 있다. 바람직하게는, 관련된 오리피스 (430) 와 밸브 (440) 사이의 가스 통로 (324, 326, 364 및 366) 의 볼륨은 약 10 ㎤ 미만이다. 상술한 바와 같이, 가스 분배 시스템은, 약 1 s 미만, 더 바람직하게는 약 200 ms 미만의 주기 내에서 약 1/2 리터 내지 약 4 리터의 가스 볼륨을 대체하는 플라즈마 한정 존을 포함하는 플라즈마 프로세싱 챔버와 함께 이용됨으로써 시스템을 안정화할 수 있다.

바람직한 제 2 실시형태에 의한 가스 스위칭 시스템 (1400) 은 도 6 에 도시 된다. 가스 스위칭 시스템 (1400) 에서, 밸브 (440) 및 밸브 (440) 의 하방에 위치한 오리피스 (430) 는 가스 통로 (442-458) 의 각각을 따라 배열된다. 이와 달리, 가스 스위칭 시스템 (1400) 은 가스 스위칭 시스템 (400) 과 동일한 구성을 가질 수 있다. 오리피스 (430) 는 가스의 스위칭 동안 원하지 않는 압력 서지를 방지한다. 다른 실시형태에서, 가스 통로 (442, 444; 448, 450; 452, 454; 및 456, 458) 를 따라 위치한 각각의 쌍의 밸브 (440) 는 단일의 사방 밸브로 대체될 수 있다.

바람직한 제 3 실시형태에 의한 가스 스위칭 시스템 (2400) 이 도 7 에 도시된다. 이 실시형태에서, 가스 스위칭 시스템 (2400) 은 제 1 가스 통로 (405) 및 제 2 가스 통로 (415) 와 유체 소통한다. 제 1 및 제 2 가스 통로 (405, 415) 는, 도 4 에 도시된 흐름 제어부 (300) 와 달리 내부 및 외부 존 가스 아울렛 모두를 포함하지 않는, 예를 들어, 각각, 흐름 제어부의 제 1 가스 아울렛 및 제 2 가스 아울렛일 수 있다. 오리피스 (430) 는 제 1 가스 통로 (405) 및 제 2 가스 통로 (415) 의 각각을 따라 위치한다. 제 1 가스 통로 (405) 는 가스 통로 (422, 424) 로 분리되고, 제 2 가스 통로 (445) 는 가스 통로 (426, 428) 로 분리된다. 가스 통로 (422 및 426) 는 진공 챔버의 내부와 유체 소통하고 가스 통로 (424 및 428) 는 바이패스 라인과 유체 소통한다. 밸브 (440) 는 가스 통로 (422, 424 및 426, 428) 의 각각을 따라 위치한다. 다른 실시형태에서, 가스 통로 (422, 424; 및 426, 428) 를 따라 위치한 각각의 쌍의 밸브 (440) 는 단일의 사방 밸브로 대체될 수 있다.

예를 들어, 제 1 가스를 진공 챔버에 공급하고, 동시에 제 2 가스를 바이패스 라인에 발송하기 위해, 유체 통로 (422 및 428) 를 지나는 밸브 (440) 가 개방되고, 가스 통로 (424 및 426) 를 지나는 밸브 (440) 가 폐쇄된다. 가스 흐름을 스위칭하여 제 2 가스가 진공 챔버에 공급되고 제 1 가스가 바이패스 라인으로 전환되도록 하기 위해, 유체 통로 (424 및 426) 를 지나는 밸브 (440) 는 개방되고 유체 통로 (422 및 428) 를 지나는 밸브 (440) 가 폐쇄된다.

가스 스위칭 시스템의 또 다른 바람직한 실시형태에서, 도 7 에 도시된 실시형태는, 밸브 (440) 상방의 제 1 가스 통로 (405) 및 제 2 가스 통로 (415) 에 배열된 오리피스 (430) 를 제거하고, 대신에 관련된 밸브 (440) 의 하방 및 가스 통로 (422, 424, 426 및 428) 의 각각에 오리피스를 배열함으로써 변형될 수 있다.

가스 분배 시스템 (100) 의 바람직한 실시형태는 플라즈마 프로세싱 챔버 (12) 에 상이한 가스 화학제 및/또는 유량을 공급하여 다양한 에칭 및/또는 증착 프로세스를 수행하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 가스 분배 시스템 (100) 은 프로세스 가스를 플라즈마 프로세싱 챔버에 공급하여 UV 레지스트 마스크와 같은 위에 놓인 마스크에 의해 보호되는 SiO₂ 층과 같은 실리콘 산화물에 피처를 에칭할 수 있다. SiO₂ 층은, 200 mm 또는 300 mm 의 지름을 갖는 실리콘 웨이퍼와 같은, 반도체 웨이퍼상에 형성될 수 있다. 피처는 예를 들어, 비아 및/또는 트렌치일 수 있다. 이런 에칭 프로세스 동안, SiO₂ 에서 에칭되는 피처가 원하는 형상을 가지도록, 예를 들어, 비아가 둥근 단면을 가지도록, 줄무늬 (striation), 예를 들어, 크랙 또는 균열 (fissure) 을 회복시키기 위해 (즉, 줄무늬를 채우기 위해) 마스크의 부분상에 폴리머를 증착하는 것이 요청된다. 줄무늬가 회복되지 않으면, 줄무늬는 마스크의 아래에 놓인 층에 결국 도달하고, 사실상 에칭 동안 그 층으로 이동될 수 있다. 또한, 폴리머는 피처의 측벽에 증착될 수 있다.

그러나, 측벽에 증착된 폴리머의 두께 및 에칭된 피처의 베이스는 에칭 레이트에 영향을 미친다. 이방성 에칭 프로세스에서, 피처의 저부에 증착된 폴리머는 에칭 동안 실질적으로 제거된다. 그러나, 폴리머가 측벽 및/또는 베이스에서 너무 두껍게 되면, SiO₂ 의 에칭 레이트는 감소하고, 완전히 정지할 수도 있다. 또한, 폴리머는 너무 두껍게 되면, 표면을 플레이크 오프 (flake off) 시킬 수도 있다. 따라서, 바람직하게는, 마스크 및 피처의 폴리머 증착을 형성하기 위한 가스 혼합물이 플라즈마 프로세싱 챔버에 공급되는 시간의 양이 제어됨으로써 SiO₂ 층 상에 형성된 폴리머 증착의 두께를 제어하며, 또한, 마스크의 충분한 회복 및 보호를 제공한다. SiO₂ 층의 에칭 동안, 폴리머는 마스크로부터 주기적으로 제거된다. 따라서, 바람직하게는, 폴리머는 SiO₂ 층의 에칭의 주기 사이에 마스크상에 증착되어 마스크의 충분한 회복 및 보호가 달성된다는 것을 보증한다.

가스 분배 시스템 (100) 은 프로세스 가스를 플라즈마 프로세싱 챔버에 공급하여, 피처에 증착된 폴리머의 두께 제어 및 마스크의 회복 및 보호로 위에 놓인 마스크, 예를 들어, UV 레지스트 마스크에 의해 보호되는 SiO₂ 를 에칭하는데 이용 된다. 가스 분배 시스템 (100) 의 가스 스위칭 시스템은 SiO₂ 를 에칭하는데 이용되는 제 1 프로세스 가스가 제 1 시간 주기 동안 플라즈마 프로세싱 챔버에 공급되는 동안, 폴리머 증착을 형성하는데 이용되는 제 2 가스 혼합물이 바이패스 라인으로 전환된 후, 가스 흐름을 신속히 스위칭하여 제 2 가스 혼합물이 플라즈마 프로세싱 챔버에 공급되어 폴리머 증착을 형성하고, 제 1 가스 혼합물이 바이패스 라인에 공급되도록 동작가능하다. 바람직하게는, 플라즈마 프로세싱 챔버의 플라즈마 한정 존에 공급되는 제 1 가스 혼합물은 약 1 s 미만, 더 바람직하게는 약 200 ms 미만의 주기 내에서 제 2 가스 혼합물로 적어도 실질적으로 대체된다. 바람직하게는, 플라즈마 한정 존은 약 1/2 리터 내지 4 리터의 볼륨을 가진다.

SiO₂ 를 에칭하는데 이용되는 제 1 가스 혼합물은 예를 들어, C₄F₈, 0₂ 및 아르곤과 같은 플루오로카본 종을 함유할 수 있다. C₄F₈/0₂/아르곤의 흐름 비율은 예를 들어 20/10/500 sccm 일 수 있다. 폴리머 증착을 형성하는데 이용되는 제 2 가스 혼합물은, 예를 들어, CH₃F 및 아르곤과 같은 플루오르하이드로카본 종을 함유할 수 있다. CH₃F/아르곤의 흐름 비율은 예를 들어 15/500 sccm 일 수 있다. 또한, 제 2 가스 혼합물은 옵션으로 O₂ 를 포함할 수 있다. 200 mm 또는 300 mm 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 용량 결합 플라즈마 에칭 리액터의 경우, 챔버 압력은 예를 들어 70-90 mTorr 일 수 있다. 바람직하게는, 제 1 가스 혼합물은 챔버에 도입될 때마다 (제 2 가스가 바이패스 라인으로 전환되는 동안) 약 5 초 내지 약 20 초 동안 플라즈마 프로세싱 챔버에 흐르고, 제 2 가스 혼합물은 챔버에 도입될 때마다 (제 1 가스가 바이패스 라인으로 전환되는 동안) 약 1 초 내지 약 3 초 동안 플라즈마 프로세싱 챔버에 흐른다. 기판상에 SiO₂ 의 에칭 동안, 에칭 주기 및/또는 폴리머 증착 주기의 길이는 바람직한 시간 주기 내에서 증가 또는 감소할 수 있다. 바람직하게는, 포릴머 증착은 통상적으로 약 3 분까지 지속되는 에칭 프로세스 동안 약 100 옹스트롬 미만의 최대 두께에 도달한다. 에칭 동안, 폴리머는 마스크상에 증착되어 줄무늬를 회복시키고 마스크 보호를 제공할 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 마스크의 개구의 형상은 에칭 프로세스 동안 유지될 수 있다.

바람직한 실시형태를 참조하여 본 발명을 설명하였다. 그러나, 본 발명의 사상을 벗어나지 않고, 상술한 바와 상이한 특정 형태로 본 발명을 구현하는 것이 가능하다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 바람직한 실시형태는 예시적인 것이며, 임의의 방법으로도 제한적이라고 간주되지 않는다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 첨부된 청구항에 의해 주어지고, 청구항 범위 내의 모든 변형 및 동등물은 이를 포함하도록 의도된다.

Claims

진공 챔버에 가스를 공급하기 위한 가스 분배 시스템으로서,

제 1 가스 라인과 유체 소통하도록 구성된 제 1 가스 통로 및 제 2 가스 통로;

제 2 가스 라인과 유체 소통하도록 구성된 제 3 가스 통로 및 제 4 가스 통로로서, 상기 제 1 및 제 3 가스 통로는 상기 진공 챔버에 가스를 공급하도록 구성되고, 상기 제 2 및 제 4 가스 통로는 바이패스 라인에 가스를 공급하도록 구성된, 상기 제 3 가스 통로 및 상기 제 4 가스 통로;

상기 제 1 가스 통로를 따라 배열된 제 1 고속 스위칭 밸브;

상기 제 2 가스 통로를 따라 배열된 제 2 고속 스위칭 밸브;

상기 제 3 가스 통로를 따라 배열된 제 3 고속 스위칭 밸브; 및

상기 제 4 가스 통로를 따라 배열된 제 4 고속 스위칭 밸브를 포함하며,

상기 제 1 및 제 4 고속 스위칭 밸브는, 상기 제 2 및 제 3 고속 스위칭 밸브가 폐쇄되는 동안 개방하는 신호를 수신하여, 제 2 가스가 상기 제 2 가스 라인 및 상기 제 2 및 제 4 가스 통로를 통해 상기 바이패스 라인에 공급되는 동안, 제 1 가스가 상기 제 1 가스 라인 및 상기 제 1 및 제 3 가스 통로를 통해 상기 진공 챔버에 공급되도록 구성되고,

상기 제 2 및 제 3 고속 스위칭 밸브는, 상기 제 1 및 제 4 고속 스위칭 밸브가 폐쇄되는 동안 개방하는 신호를 수신하여, 상기 제 1 가스가 상기 제 1 가스 라인 및 상기 제 2 가스 통로를 통해 상기 바이패스 라인에 공급되는 동안, 상기 제 2 가스가 상기 제 2 가스 라인 및 상기 제 3 가스 통로를 통해 상기 진공 챔버에 공급되도록 구성된, 가스 분배 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 고속 스위칭 밸브 상방의 상기 제 1 가스 라인을 따라 배열되도록 구성된 제 1 흐름 제한기; 및

상기 제 3 및 제 4 고속 스위칭 밸브 상방의 상기 제 2 가스 라인을 따라 배열되도록 구성된 제 2 흐름 제한기를 더 포함하며,

상기 제 1 및 제 2 흐름 제한기는, 상기 제 1 및 제 2 흐름 제한기의 근방 및 그 상방의 상기 제 1 및 제 2 가스 라인의 영역에서 대략적으로 일정한 가스 압력을 유지하도록 구성된, 가스 분배 시스템.
제 2 항에 있어서,

상기 제 1 가스 라인은 약 10 ㎤ 미만인 상기 제 1 흐름 제한기와 상기 제 1 및 제 2 고속 스위칭 밸브 사이의 볼륨을 가지고,

상기 제 2 가스 라인은 약 10 ㎤ 미만인 상기 제 2 흐름 제한기와 상기 제 3 및 제 4 고속 스위칭 밸브 사이의 볼륨을 가지는, 가스 분배 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 고속 스위칭 밸브 하방의 상기 제 1 가스 통로를 따라 배열되도록 구성된 제 3 흐름 제한기;

상기 제 2 고속 스위칭 밸브 하방의 상기 제 2 가스 통로를 따라 배열되도록 구성된 제 4 흐름 제한기;

상기 제 3 고속 스위칭 밸브 하방의 상기 제 3 가스 통로를 따라 배열되도록 구성된 제 5 흐름 제한기; 및

상기 제 4 고속 스위칭 밸브 하방의 상기 제 4 가스 통로를 따라 배열되도록 구성된 제 6 흐름 제한기를 더 포함하며,

상기 제 3, 제 4, 제 5 및 제 6 흐름 제한기는, 상기 제 1, 제 2, 제 3, 제 4, 제 5 및 제 6 흐름 제한기 각각의 근방 및 그 상방의 상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 가스 통로의 영역에서 대략적으로 일정한 가스 압력을 유지하도록 구성된, 가스 분배 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 고속 스위칭 밸브의 개폐를 제어하도록 동작가능한 제어기를 더 포함하는, 가스 분배 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 고속 스위칭 밸브는, 신호를 수신한 이후에, 약 100 ms 미만, 또는 약 50 ms 미만의 주기 내에서 개방 및/또는 폐쇄될 수 있는, 가스 분배 시스템.
샤워헤드 전극 어셈블리를 포함하고, 약 1/2 리터 내지 약 4 리터의 볼륨을 갖는 플라즈마 한정 존을 가지는 플라즈마 프로세싱 챔버; 및

상기 플라즈마 프로세싱 챔버와 유체 소통하는 제 1 항에 기재된 가스 분배 시스템을 포함하며;

상기 가스 분배 시스템은, 약 1 s 미만, 또는 약 200 ms 미만의 주기 내에서 상기 플라즈마 한정 존의 제 1 가스 또는 제 2 가스를 상기 제 1 가스 또는 상기 제 2 가스의 다른 것으로 실질적으로 대체할 수 있는, 플라즈마 프로세싱 장치.
서로 격리된 흐름인 내부 및 외부 존을 갖는 가스 분배 부재를 포함하는 플라즈마 프로세싱 챔버에 가스를 공급하기 위한 가스 분배 시스템으로서,

제 1 프로세스 가스 소스, 상기 플라즈마 프로세싱 챔버의 상기 가스 분배 부재의 상기 내부 존 및 바이패스 라인과 유체 소통하도록 구성된 제 1 가스 통로;

상기 제 1 프로세스 가스 소스, 상기 플라즈마 프로세싱 챔버의 상기 가스 분배 부재의 상기 외부 존 및 상기 바이패스 라인과 유체 소통하도록 구성된 제 2 가스 통로;

제 2 프로세스 가스 소스, 상기 내부 존 및 상기 바이패스 라인과 유체 소통하도록 구성된 제 3 가스 통로;

상기 제 2 프로세스 가스 소스, 상기 외부 존 및 상기 바이패스 라인과 유체 소통하도록 구성된 제 4 가스 통로; 및

개폐하는 신호를 수신하여 (ⅰ) 상기 제 2 프로세스 가스가 상기 제 3 및 제 4 가스 통로를 통해 상기 바이패스 라인에 공급되는 동안에, 상기 제 1 프로세스 가스는 상기 제 1 및 제 2 가스 통로를 통해 상기 내부 및 외부 존에 공급되게 하고, (ⅱ) 상기 제 1 및 제 2 프로세스 가스의 흐름을 변경하여, 상기 제 1 프로세스 가스가 상기 제 1 및 제 2 가스 통로를 통해 상기 바이패스 라인에 공급되는 동안에, 상기 제 2 프로세스 가스가 상기 제 3 및 제 4 가스 통로를 통해 상기 내부 및 외부 존에 공급되도록 구성된 복수의 고속 스위칭 밸브를 포함하는, 가스 분배 시스템.
제 8 항에 있어서,

상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 프로세스 가스 통로의 각각을 따라 배열된 하나 이상의 흐름 제한기를 더 포함하며,

상기 흐름 제한기는 상기 흐름 제한기 근방 및 그 상방의 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 가스 통로의 영역에서 대략적으로 일정한 가스 압력을 유지하도록 구성된, 가스 분배 시스템.
제 8 항에 있어서,

상기 고속 스위칭 밸브는 신호를 수신한 이후에, 약 100 ms 미만, 또는 50 ms 미만의 주기 내에서, 개방 및/또는 폐쇄될 수 있는, 가스 분배 시스템.
샤워헤드 전극 어셈블리를 포함하고, 내부 및 외부 존과 약 1/2 리터 내지 4 리터의 내부 볼륨을 갖는 플라즈마 프로세싱 챔버; 및

상기 샤워헤드 전극 어셈블리의 상기 내부 및 외부 존과 유체 소통하는 제 8 항에 기재된 가스 분배 시스템을 포함하며,

상기 가스 분배 시스템은, 약 1 s 미만, 또는 약 200 ms 미만의 주기 내에서 플라즈마 한정 존의 제 1 프로세스 가스 또는 제 2 프로세스 가스를 상기 제 1 프로세스 가스 또는 상기 제 2 프로세스 가스의 다른 것으로 실질적으로 대체하도록 동작가능한, 플라즈마 프로세싱 장치.
서로 격리된 흐름인 내부 및 외부 존을 가진 가스 분배 부재를 포함하는 플라즈마 프로세싱 챔버에 프로세스 가스를 공급하기 위한 가스 분배 시스템으로서,

각각이 (ⅰ) 하나 이상의 제 1 가스 통로 및/또는 하나 이상의 제 2 가스 통로와 유체 소통하도록 구성되고, (ⅱ) 상기 플라즈마 프로세싱 챔버의 상기 가스 분배 부재의 상기 내부 존, 상기 플라즈마 프로세싱 챔버의 상기 가스 분배 부재의 상기 외부 존, 및 바이패스 라인 중 하나 이상과 유체 소통하도록 구성된, 복수의 제 1 가스 통로; 및

(ⅲ) 제 2 프로세스 가스가 상기 제 1 그룹의 제 1 가스 통로를 통해 상기 바이패스 라인으로 전환되는 동안, 상기 내부 및 외부 존으로 제 1 프로세스 가스를 공급하기 위해, 제 1 그룹의 고속 스위칭 밸브를 개방하고 제 2 그룹의 고속 스 위칭 밸브를 폐쇄하고, (ⅳ) 상기 제 1 프로세스 가스가 제 2 그룹의 상기 제 1 가스 통로를 통해 상기 바이패스 라인으로 전환되는 동안, 상기 내부 및 외부 존으로 상기 제 2 프로세스 가스를 공급하도록 상기 제 1 및 제 2 프로세스 가스 흐름을 변경하기 위해, 상기 제 1 그룹의 고속 스위칭 밸브를 폐쇄하고 상기 제 2 그룹의 고속 스위칭 밸브를 개방하는 신호를 수신하도록 구성된 고속 스위칭 밸브 배열을 포함하는, 가스 분배 시스템.
제 12 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 그룹의 고속 스위칭 밸브의 개폐를 제어하도록 동작가능한 제어기를 더 포함하는, 가스 분배 시스템.
제 12 항에 있어서,

하나 이상의 제 1 프로세스 가스 소스와 유체 소통하는 제 1 가스 라인과 유체 소통하도록 구성된 하나 이상의 제 2 가스 통로;

상기 제 1 프로세스 가스가 상기 제 1 가스 라인으로부터 상기 하나 이상의 제 2 가스 통로로 공급되도록 동작가능한 하나 이상의 제 1 밸브;

하나 이상의 제 2 프로세스 가스 소스와 유체 소통하는 제 2 가스 라인과 유체 소통하도록 구성된 하나 이상의 제 3 가스 통로; 및

상기 제 2 프로세스 가스가 상기 제 2 가스 라인으로부터 상기 하나 이상의 제 3 가스 통로로 공급되도록 동작가능한 하나 이상의 제 2 밸브를 포함하는, 흐름 제어부를 더 포함하는, 가스 분배 시스템.
제 14 항에 있어서,

복수의 상기 제 1 프로세스 가스 소스와 유체 소통하도록 구성된 상기 제 1 가스 라인;

복수의 상기 제 2 프로세스 가스 소스와 유체 소통하도록 구성된 상기 제 2 가스 라인;

상기 제 1 프로세스 가스가 상기 제 1 및 제 2 가스 라인 중 하나 이상으로 공급되도록 동작가능한 하나 이상의 제 3 밸브; 및

상기 제 2 프로세스 가스가 상기 제 1 및 제 2 가스 라인 중 하나 이상으로 공급되도록 동작가능한 하나 이상의 제 4 밸브를 포함하는, 가스 공급부를 더 포함하는, 가스 분배 시스템.
제 14 항에 있어서,

상기 흐름 제어부는, 각각 제 2 및 제 3 가스 통로와 유체 소통하는 하나 이상의 제 1 흐름 제한기 및 하나 이상의 제 2 흐름 제한기를 포함하며,

상기 제 1 및 제 2 흐름 제한기는, 상기 제 1 및 제 2 흐름 제한기의 근방 및 그 상방 영역에서 대략적으로 일정한 가스 압력을 유지하도록 구성된, 가스 분배 시스템.
제 16 항에 있어서,

상기 하나 이상의 제 1 흐름 제한기는 2 개 이상의 흐름 제한기를 포함하고,

상기 하나 이상의 제 2 흐름 제한기는 하나의 제 2 흐름 제한기를 포함하며,

상기 하나 이상의 제 1 흐름 제한기는 상기 제 2 흐름 제한기와는 상이한 흐름 컨덕턴스를 갖는, 가스 분배 시스템.
제 17 항에 있어서,

상기 제 1 흐름 제한기는, 상기 제 2 흐름 제한기의 흐름 컨덕턴스와 대략적으로 동일한 총 흐름 컨덕턴스를 갖는, 가스 분배 시스템.
제 14 항에 있어서,

상기 제 2 및 제 3 가스 통로는, 상기 제 2 및 제 3 가스 통로 중 하나 이상에 튜닝 가스를 공급하도록 동작가능한 하나 이상의 튜닝 가스 소스와 유체 소통하도록 구성된, 가스 분배 시스템.
제 12 항에 있어서,

상기 가스 스위칭부는, 각각의 고속 스위칭 밸브 상방의 상기 제 1 가스 통로의 각각을 따라 배열된 흐름 제한기를 포함하며,

상기 흐름 제한기는, 상기 흐름 제한기 근방 및 그 상방의 관련 제 1 가스 통로의 영역에서 대략적으로 일정한 가스 압력을 유지하도록 구성된, 가스 분배 시 스템.
제 12 항에 있어서,

상기 고속 스위칭 밸브는, 신호를 수신한 이후에, 약 100 ms 미만, 또는 약 50 ms 미만의 주기 내에서 개방 및/또는 폐쇄될 수 있는, 가스 분배 시스템.
샤워헤드 전극 어셈블리를 포함하고, 약 1/2 리터 내지 약 4 리터의 내부 볼륨을 가진 플라즈마 프로세싱 챔버; 및

상기 플라즈마 프로세싱 챔버와 유체 소통하는 제 12 항에 기재된 가스 분배 시스템을 포함하며,

상기 가스 분배 시스템은, 약 1 s 미만, 또는 약 200 ms 미만의 주기 내에서 플라즈마 한정 존의 제 1 프로세스 가스 또는 제 2 프로세스 가스를 상기 제 1 프로세스 가스 또는 상기 제 2 프로세스 가스의 다른 것으로 실질적으로 대체하도록 동작가능한, 플라즈마 프로세싱 장치.
플라즈마 프로세싱 챔버의 반도체 구조를 프로세싱하는 방법으로서,

a) 제 2 프로세스 가스를 바이패스 라인으로 전환하는 동안 제 1 프로세스 가스를 상기 플라즈마 프로세싱 챔버에 공급하는 단계로서, 상기 플라즈마 프로세싱 챔버는 하나 이상의 층 및 상기 층 위에 놓인 패터닝된 레지스트 마스크를 포함하는 반도체 기판을 포함하는, 상기 제 1 프로세스 가스 공급 단계;

b) 상기 제 1 프로세스 가스를 에너자이징하여 제 1 플라즈마를 형성하고, (ⅰ) 상기 층에 하나 이상의 피처를 에칭하거나 (ⅱ) 상기 마스크상에 폴리머 증착을 형성하는 단계;

c) 상기 제 1 프로세스 가스를 상기 바이패스 라인으로 전환하는 동안, 상기 제 2 프로세스 가스가 상기 플라즈마 프로세싱 챔버로 공급되도록, 상기 제 1 및 제 2 프로세스 가스의 흐름을 스위칭하는 단계로서, 상기 제 1 프로세스 가스는 약 1 s 미만, 또는 약 200 ms 미만의 주기 내에서 상기 제 2 프로세스 가스로 상기 플라즈마 프로세싱 챔버의 플라즈마 한정 존에서 실질적으로 대체되는, 상기 스위칭 단계;

d) 상기 제 2 프로세스 가스를 에너자이징하여 제 2 플라즈마를 생성하고, (ⅲ) 상기 층에 하나 이상의 상기 피처를 에칭하거나 (ⅳ) 상기 층 및 상기 마스크상에 폴리머 증착을 형성하는 단계;

e) 상기 제 2 프로세스 가스를 상기 바이패스 라인으로 전환하는 동안, 상기 제 1 프로세스 가스가 상기 플라즈마 프로세싱 챔버로 공급되도록, 상기 제 1 및 제 2 프로세스 가스의 흐름을 스위칭하는 단계로서, 상기 제 2 프로세스 가스는 약 1 s 미만, 또는 약 200 ms 미만의 주기 내에서 상기 제 1 프로세스 가스로 상기 플라즈마 프로세싱 챔버의 상기 플라즈마 한정 존에서 실질적으로 대체되는, 상기 스위칭 단계; 및

f) 상기 기판에 대해 a)-e) 단계를 복수 회 반복하는 단계를 포함하는, 반도체 구조 프로세싱 방법.
제 23 항에 있어서,

상기 기판에 대해 a)-e) 단계를 복수 회 반복한 이후에 약 100 옹스트롬 미만의 최대 두께로 상기 폴리머 증착이 형성되는, 반도체 구조 프로세싱 방법.
제 23 항에 있어서,

상기 제 1 플라즈마는 상기 층에 상기 하나 이상의 피처를 에칭하고,

상기 제 2 플라즈마는 상기 층 및 상기 마스크 상에 상기 증착을 형성하며,

상기 증착은 상기 마스크의 줄무늬 (striation) 를 회복시키는, 반도체 구조 프로세싱 방법.
제 23 항에 있어서,

상기 플라즈마 한정 존은 약 1/2 리터 내지 약 4 리터의 볼륨을 갖는, 반도체 구조 프로세싱 방법.
제 23 항에 있어서,

제 1 층은 Si0₂ 로 이루어지고;

상기 마스크는 UV-레지스트 마스크이고;

상기 제 1 프로세스 가스는 C₄F₈, O₂ 및 아르곤의 혼합물을 포함하고, 상기 제 1 플라즈마는 상기 층을 에칭하며;

상기 제 2 프로세스 가스는 CH₃F, 아르곤 및 옵션으로 0₂ 의 혼합물을 포함하고, 상기 제 2 플라즈마는 상기 피처 및 마스크 상에 상기 폴리머 증착을 형성하는, 반도체 구조 프로세싱 방법.
제 27 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 프로세스 가스가 각각 상기 플라즈마 프로세싱 챔버에 공급될 때마다, 상기 제 1 프로세스 가스는 약 5 초 내지 약 20 초의 주기 동안 상기 플라즈마 프로세싱 챔버에 공급되고, 상기 제 2 프로세스 가스는 약 1 초 내지 약 3 초의 주기 동안 상기 플라즈마 프로세싱 챔버에 공급되는, 반도체 구조 프로세싱 방법.
제 23 항에 있어서,

상기 플라즈마 프로세싱 챔버는, 내부 존 및 외부 존을 포함하는 샤워헤드 전극 어셈블리를 포함하며,

상기 제 2 프로세스 가스가 상기 바이패스 라인으로 전환되는 동안, 상기 제 1 프로세스 가스는 상기 내부 존 및 상기 외부 존으로 공급되고,

상기 제 1 프로세스 가스가 상기 바이패스 라인으로 전환되는 동안, 상기 제 2 프로세스 가스는 상기 내부 존 및 상기 외부 존으로 공급되는, 반도체 구조 프로 세싱 방법.
제 29 항에 있어서,

상기 제 1 프로세스 가스 및/또는 상기 제 2 프로세스 가스는 상이한 유량으로 상기 내부 존 및 상기 외부 존으로 공급되는, 반도체 구조 프로세싱 방법.