KR101033374B1 - 펄스화된 ｖｈｆ 동작에 의한 플라즈마 종 및 균일성 제어 - Google Patents

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Abstract

기판을 처리하기 위한 장치는 챔버, 고주파수 전력 소스, 및 저주파수 전력 소스를 구비한다. 챔버는 내부에 배치된 제 1 및 제 2 전극을 구비한다. 고주파수 전력 소스는 제 1 RF 신호를 제공하기 위해 제 1 또는 제 2 전극 중 하나에 전기적으로 결합된다. 저 주파수 전력 소스는 제 2 RF 신호를 제공하기 위해 제 1 또는 제 2 전극 중 하나에 전기적으로 결합된다. 제 1 RF 신호는 온 및 오프로 펄스화되어 챔버 내의 전자 손실을 강화한다.

Description

펄스화된 ＶＨＦ 동작에 의한 플라즈마 종 및 균일성 제어{PLASMA SPECIES AND UNIFORMITY CONTROL THROUGH PULSED VHF OPERATION}
본 발명은 기판 처리 챔버에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 펄스화된 VHF에 의한 플라즈마 종 및 균일성의 제어에 관한 것이다.
플라즈마 에칭 및 반응성 이온 에칭(RIE)은 반도체 소자의 제조에 있어서 기판과 같은 임의의 워크피스의 정밀한 에칭에서 중요한 공정이 되었다. 일반적으로 동일한 장비에서 수행될 수 있는 플라즈마 에칭과 반응성 이온 에칭 간의 차이는 통상적으로, 사용되는 상이한 압력 범위, 및 공정 챔버 내의 여기된 반응 종(reactant species)의 평균 자유 경로(mean free path)에 있어서의 결과적인 차이에 기인한다. 두 공정은 공동으로 본원에서 플라즈마 에칭이라고 언급된다. 플라즈마 에칭은 "건식 에칭(dry etching)" 기술이며, 일반적으로 워크피스를 액체 에천트(etchant) 물질의 용기에 침지하는 종래의 습식 에칭에 비해 많은 장점을 가진다. 장점들 중 일부는, 낮은 비용, 감소된 오염 문제, 감소된 위험한 화학 약품과의 접촉, 증가된 차원 제어(dimensional control), 증가된 균일성, 향상된 에칭 선택도, 및 증가된 공정 유연성을 포함한다.
집적 회로 밀도가 증가함에 따라, 소자 피쳐 크기는 0.25 마이크론 이하로 감소하고, 소자의 종횡비(즉, 피쳐 폭에 대한 피쳐 높이의 비)는 10:1 이상으로 증가한다. 높은 종횡비를 갖는 작은 소자 피쳐를 형성하기 위해 에칭 공정의 향상된 정밀도가 요구된다. 또한, 생산성을 향상시키고 집적 회로를 생산하기 위한 비용을 줄이기 위해 증가된 에칭 속도가 요구된다.
플라즈마 에칭 챔버의 한 가지 타입은 플레이트 전극 사이에 공정 가스들의 플라즈마를 생성하고 유지하기 위해 2개의 평행한 플레이트 전극을 이용한다. 통상적으로 평행 플레이트 플라즈마 에칭 챔버는 상부 전극과 하부 전극을 포함한다. 하부 전극은 통상적으로 기판 홀더로 기능하며, 기판(또는 웨이퍼)은 하부 전극 상에 배치된다. 에칭 공정은 플라즈마에 노출된 기판 표면에 수행된다.
통상적으로 하나 이상의 전극들이 전력 소스와 연결된다. 특히 평행 플레이트 리액터에서, 이러한 전극들은 고주파수 전력 소스들과 연결된다. 상부 전극에 연결된 전력 소스는 통상적으로 하부 전극에 연결된 전력 소스보다 더 높은 주파수에서 동작된다. 이러한 구성은 기판 손상을 피하기 위해 기판 상에 이온 에너지 및 이온 플럭스를 디커플링(decoupling)한다고 알려졌다.
다른 평행 플레이트 리액터는 하부 전극에 연결된 2개의 전력 소스를 구비한다. 전력 소스들은 처리될 기판 상에 생기는 에칭 특성을 제어하기 위해서 각자 다른 주파수로 동작된다.
또 다른 평행 플레이트 리액터는 3개의 전극을 포함한다. 제 1 전극은 기판을 지지하도록 적응되고 저주파수 AC 전력 소스와 연결된다. 제 2 전극은 제 1 전극과 평행 관계로 배치되고 접지에 연결된다. 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 배치된 제 3 전극(즉, 챔버 몸체)은 고주파수 AC 전력 소스에 의해 전력이 공급된다.
다른 종래 장치는 단일 전원 전극 리액터(single powered electrode reactor)를 제공한다. 고주파수 및 저주파수 전력 공급기는 공정 유동성, 제어 및 잔류물 제거를 증가시키기 위해서 단일 전극에 결합된다. 단일 전극 리액터는 다단계 수동 필터 네트워크를 포함한다. 네트워크는 두 전력 공급기를 전극에 결합하는 기능, 저주파수 전력 공급기를 고주파수 전력 공급기와 절연하는 기능 및 반응기에 의해 나타난 비선형 부하에서 두 주파수의 혼합에 의해 생성된 바람직하지 않은 주파수를 감쇠하는 기능을 수행하도록 의도된다.
전극에 인가된 주파수는 VHF일 수 있다. 그러나 기판의 크기가 증가함에 따라서 플라즈마 리액터도 함께 리액터의 크기가 더 이상 무시할 수 없는 지점까지 점점 커지고 있다. 플라즈마 환경에서, 전자기 파장은 이의 자유 공간 파장으로부터 대략 5배만큼 감소되어, 이의 4분의 1 파장은 플라즈마 챔버의 치수에 도달할 수도 있다. 결과적으로 리액터를 가로지르는 플라즈마 밀도는 더 이상 균일하지 않을 수 있다. 이러한 정상파(standing wave) 현상은 자유 공간 여기 주파수(excitation frequency)가 증가하고 파장이 감소함에 따라 더욱 우세해지고 있다. 게다가 높은 플라즈마 밀도를 생성하는 고주파수는 리액터 갭(gap) 크기에 비해 작아질 수 있는 표면 깊이(skin depth)를 감소시킬 수 있다. 결과적으로 표피 효과(skin effect)는 발생할 수 있으며, 최대 플라즈마 가열(plasma heating)이 방 전(discharge) 에지(edge)에서 관측될 수 있다.
챔버 내의 플라즈마 밀도의 불균형은 챔버 내의 공정 파라미터들의 변동을 야기하며, 일관되지 않거나 불균일한 기판 처리를 초래한다. 그러므로 고주파수에서 발생하는 전자기 효과의 관점에서 공정 균일성을 실질적으로 유지할 수 있는 평행 플레이트 플라즈마 에칭 시스템이 필요하다.
기판을 처리하기 위한 방법과 장치가 개시된다. 용량성으로 결합된 공정 챔버는 제 1 전극 및 제 2 전극을 구비한다. 제 2 전극은 기판을 지지하는데 사용될 수 있다. 제 1 전극은 제 2 전극에 평행하게 기판 위에 배치될 수 있다. 고주파수 전력 소스는 제 1 RF 신호를 제공하기 위해 제 1 전극 또는 제 2 전극 중 하나에 전기적으로 결합된다. 저주파수 전력 소스는 제 2 RF 신호를 제공하기 위해 제 1 전극 또는 제 2 전극 중 하나에 전기적으로 결합된다. 제 1 RF 신호는 온 및 오프로 펄스화되어 챔버 내의 전자 손실을 발생시키고 챔버내의 공간 플라즈마 균일성을 제어한다.
다음의 설명은 본 발명의 몇 가지 실시예들에 대한 훌륭한 이해를 제공하기 위해서 특정 시스템들, 구성요소들, 방법들 등의 예시와 같은 다양한 특정 세부사항들을 설명한다. 그러나 본 발명의 적어도 일부의 실시예들은 이러한 특정 세부사항들 없이도 실시될 수 있다는 것을 본 기술분야의 당업자에게는 자명할 것이다. 그 밖의 예시에서, 공지된 구성요소들 또는 방법들은 본 발명을 불필요하게 불명료하게 하는 것을 피하기 위해서 상세히 기술되지 않았으며 또는 간단히 블록 다이어그램 포맷으로 제시하였다. 따라서 특정 세부사항들은 단지 예시적으로 설명된다. 특정 구현들은 이러한 예시적인 세부사항들로부터 변경될 수 있으며, 또한 본 발명의 사상과 범위 내에 포함될 것을 의도한다.
도 1은 평행 플레이트 처리 시스템(100)의 일 실시예에 대한 결선도이다. 처리 시스템(100)은 처리 시스템 플랫폼에 부착될 수 있으며, 에칭 공정과 같은 특정 공정을 수행하도록 구성된 다목적 챔버를 포함할 수 있다. 본 발명이 특정 구성에 대하여 기술될지라도, 본 발명은 다양한 구성과 설계에 적용될 수 있다는 것을 이해해야한다. 또한 시스템은 간략화된 개념적 표현이며, 처리 시스템(100)의 일부일 수 있는 몇 가지 요소들은 도시되지 않았음을 이해해야 한다. 예를 들면, 액추에이터(actuator), 밸브, 밀봉 조립체(sealing assembly) 등은 도시되지 않았다. 본 기술분야의 당업자는 이러한 그리고 다른 요소들이 처리 시스템(100) 안에 통합될 수 있음을 쉽게 인식할 것이다.
처리 시스템(100)은 일반적으로 공동(103)을 구비한 챔버(102)를 포함하며, 공동(103)의 적어도 일부는 처리 영역이다. 개구(미도시)는 챔버(102)의 벽에 형성될 수 있으며, 처리 시스템(100)의 안으로 그리고 밖으로 기판을 이송하는 것을 용이하게 한다. 챔버(102)의 하부는 챔버(102)로부터 가스들을 배기하기 위한 출구(outlet; 130)를 포함할 수 있다. 배기 시스템(132)은 챔버(102) 하부의 출구에 부착될 수 있다. 배기 시스템(132)은 스로틀 밸브 및 진공 펌프와 같은 구성요소들을 포함할 수 있다. 일단 챔버(102)가 밀봉되면, 배기 시스템(132)은 공동(103) 내에 진공을 생성하고 유지하도록 동작될 수 있다.
상부 플레이트 전극(104)은 챔버(102)의 상단에 배치된다. 일 실시예에서, 플레이트 전극(104)은 보호 코팅을 포함할 수 있으며 보호 코팅은 챔버 내의 플라즈마에 의해 야기된 플레이트 전극(104) 물질의 부식(erosion)을 방지하거나 또는 감소시킨다. 보호 코팅은 수정, 사파이어, 알루미나, SiC, SiN, 및 Si와 같은 물질을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상부 플레이트 전극(104)은 가스 분배 시스템의 샤워헤드를 포함할 수 있다. 이러한 구성에서, 상부 플레이트 전극(104)은 공동(103) 안으로 가스를 분배하도록 적응된 리드 조립체(lid assembly)의 일부일 수 있다. 따라서 도 1은 상부 플레이트 전극(104)과 결합된 가스 소스(124)를 도시한다. 가스 소스(124)는 챔버(102)에서 기판(108)을 처리하는데 이용될 전구체(precursor) 또는 공정 가스를 포함할 수 있다. 가스 소스(124)는, 하나 이상의 액체 전구체 및 액체 전구체들을 기체 상태로 기화시키기 위한 하나 이상의 기화기(vaporizer)를 포함한, 하나 이상의 액체 앰플(ampoule)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라서, 상부 플레이트 전극(104)과 챔버는 접지될 수 있다.
상부 플레이트 전극(104)이 평행 플레이트 전극 플라즈마 리액터의 상부 전극으로 기능하며, 기판 지지부(106)는 하부 전극으로 기능한다. 기판 지지부(106)는 공동(103) 내에 배치되며, 정전기 척 또는 진공 척과 같은, 기판(108)(예컨대 웨이퍼 또는 마스크)을 지지하기에 적합한 임의의 구조일 수 있다. 기판 지지부(106)는 기판 지지 표면을 형성한 지지 플레이트(미도시)를 포함할 수 있으며, 기판 지지 표면은 일반적으로 그 위에 지지될 기판(108)의 모양에 상응하는 형상이다. 예시적으로, 기판 지지 표면은 실질적으로 원형 기판을 지지하기 위해 일반적으로 원형이다. 일 실시예에서, 기판 지지 표면은, 저항성 가열 코일 및/또는 가열 또는 냉각 유체 시스템에 연결된 유체 통로들과 같은 기판 온도 제어 시스템에 열적으로 연결된다.
기판 지지부(106)는 챔버(102) 내에 플라즈마(128)를 생성하고 유지하기 위한 고주파수 RF 전력 소스(116) 및 저주파수 RF 전력 소스(118)에 연결될 수 있다. 다른 실시예에 따라서, 3가지 다른 주파수들이 캐소드와 결합될 수 있으며, 이들은 저주파수(LF), 중간주파수(MF) 및 초고주파수(VHF)이다. 저주파수 RF 전력 소스(116)는 저주파수 매칭 네트워크(112)를 통해 기판 지지부(106)에 연결되고 기판(108)에서 이온 보조 에칭(ion assisted etching)을 강화할 수 있다. 고주파수 RF 전력 소스(116), 또는 VHF 전력 소스는 고주파수 매칭 네트워크(120), 또는 VHF 매칭 네트워크를 통해 기판 지지부(106)에 연결되어 공정 가스들의 해리 및 플라즈마 밀도를 강화할 수 있다. 본 기술분야의 당업자는 각각의 매칭 네트워크들(120, 122)이 하나 이상의 커패시터, 인덕터 및 기타 회로 컴포넌트들을 포함할 수 있음을 인식할 것이다. 저주파수 RF 전력 소스(118)는 RF 전력을 약 20 MHz 이하의 주파수로 기판 지지부(106)에 전달할 수 있으며, 반면에 고주파수 RF 전력 소스(116)는 RF 전력을 13.56 MHz 이상의 주파수로 기판 지지부(106)에 전달할 수 있다. 일 실시예에서, 저주파수 RF 전력 소스(122)는 RF 전력을 약 100 kHz 내지 약 20 MHz 사이의 주파수로 기판 지지부(106)에 전달하고, 반면에 고주파수 RF 전력 소스(116), 또는 VHF 전력 소스는 RF 전력을 약 27 MHz 내지 약 200 MHz 사이의 주파수로 기판 지지부(106)에 전달한다. 고주파수와 저주파수는 동작 중에 겹치지 않는 것이 바람직하다. 즉, 저주파수 RF 전력 소스(118)는 고주파수 RF 전력 소스(116), 또는 VHF 전력 소스의 주파수보다 낮게 동작된다.
주기적인 고주파수 펄스 소스(112)는 고주파수 RF 전력 소스(116)를 주기적으로 턴온(turn on) 및 턴오프(turn off) 할 수 있다. 주기적인 고주파수 펄스 소스(112)는 고주파수 RF 전력 소스를 턴온하면, 기판 지지부(106)에 인가되는 RF 전압의 진폭은 가스 소스(124)로부터의 가스를 플라즈마 상태(128)로 여기하기위한 전자기장을 생성할 수 있을 정도로 충분히 높다. 주기적인 고주파수 펄스 소스(112)는 고주파수 RF 전력 소스를 턴오프하면, 기판 지지부(106)에 인가되는 RF 전압의 진폭은 가스 소스(124)로부터의 가스를 플라즈마 상태(128)로 여기하기에 충분하지 못하다.
컨트롤러(110)는 고주파수 펄스 소스(112)에 연결된다. 컨트롤러(110)는 고주파수 RF 소스(116)의 듀티 신호(duty signal)를 제어하기 위해서 고주파수 펄스 소스(112)에 신호를 보낸다. 또한 컨트롤러(110)는 펄스화(pulsing)가 발생하는 시구간과 펄스화가 발생하지 않는 시구간을 제어하는데 사용될 수 있다.
다른 실시예에 따라서, 저주파수 RF 전력 소스(118) 및 저주파수 매칭 네트워크(122)는 상부 또는 하부 전극 중 하나에 연결될 수 있다. 도 1은 저주파수 RF 전력 소스(118)와 저주파수 매칭 네트워크(122)가 하부 전극, 예컨대 기판 지지부(106)에 연결된 일 실시예를 도시한다.
다른 실시예에 따라서, 고주파수 펄스 소스(122), 고주파수 RF 전력 소스(116) 및 고주파수 매칭 네트워크(120)는 상부 또는 하부 전극 중 하나에 연결될 수 있다. 도 1은 고주파수 펄스 소스(122), 고주파수 RF 전력 소스(116) 및 고주파수 매칭 네트워크(120)가 하부 전극, 예컨대 기판 지지부(106)에 연결된 일 실시 예를 도시한다.
도 2는 저주파수 RF 전력 소스(118) 및 저주파수 매칭 네트워크가 하부 전극, 예컨대 기판 지지부(106)에 연결된 다른 실시예를 도시한다. 고주파수 펄스 소스(112), 고주파수 RF 전력 소스(116) 및 고주파수 매칭 네트워크(120)는 상부 전극(104)에 연결된다.
도 3은 일 실시예에 따라서 플라즈마 밀도를 제어하기 위한 방법을 도시하는 흐름도이다. 302에서, 용량성으로 결합된 처리 시스템이 제공된다. 챔버는 상부 및 하부 평면형 전극을 구비한다. 전극들은 서로 평행할 수 있다. 하부 전극은 처리될 기판을 지지하는데 사용될 수 있다. 용량성으로 결합된 처리 시스템의 예는 도 1 및 2에 관하여 상술되었다. 304에서, 고주파수 RF 전력 소스는 상부 또는 하부 전극 중 하나에 결합된다. 306에서, 저주파수 RF 전력 소스는 상부 또는 하부 전극 중 하나에 결합된다. 308에서, 고주파수 RF 전력 소스로부터 상부 또는 하부 전극에 제공된 RF 신호들은 펄스화되어 챔버 내의 플라즈마의 이온 및 전자 밀도를 제어한다. 펄스 듀티 사이클(pulsing duty cycle)의 예는 후술되고 도 6 및 7에 도시된다. 따라서 플라즈마에서의 전자 생성 및 손실은 상부 및/또는 하부 전극에 인가된 RF 전력의 펄스화를 제어함으로써 조절될 수 있다. 전자 손실을 증가시킴으로써, 정상파 효과는 챔버가 고주파수 전력 소스들로 동작될 때 실질적으로 방지될 수 있다. RF 전력 소스들의 펄스화 제어는 플라즈마 에칭 공정의 추가 제어(예컨대 공간 플라즈마 균일성의 제어, 플라즈마 종의 제어, 저에너지 전자의 생성, 감소된 플라즈마 퍼텐셜의 제어 등)를 유도할 수 있다.
일 실시예에 따라서, 챔버 내의 플라즈마 균일성은 펄스화된 고주파수 전력 소스들을 챔버 내의 전극에 인가함으로써 최적화될 수 있다. 펄스화된 고주파수들은 약 27MHz 내지 약 200MHz의 범위일 수 있다. 펄스 주기는 약 1μsec 내지 약 1000μsec일 수 있다. 듀티 사이클은 약 1% 내지 약 100%일 수 있다. 듀티 사이클은 챔버 내의 플라즈마의 플라즈마 밀도 균일성을 제어하는데 사용될 수 있다. 펄스화된 고주파수 용량 플라즈마는 종래의 지속파를 사용하여서는 얻을 수 없었던 새로운 플라즈마 환경을 생성한다.
도 4는 다른 실시예에 따라서 플라즈마 밀도를 제어하기 위한 방법을 도시하는 흐름도이다. 402에서, 용량성으로 결합된 처리 시스템이 제공된다. 챔버는 상부 및 하부 평면형 전극을 구비한다. 전극들은 서로 평행할 수 있다. 하부 전극은 처리될 기판을 지지하는데 사용될 수 있다. 용량성으로 결합된 처리 시스템의 예는 도 1 및 2에 관하여 상술되었다. 404에서, 고주파수 RF 전력 소스는 상부 또는 하부 전극 중 하나에 결합된다. 406에서, 저주파수 RF 전력 소스는 상부 또는 하부 전극 중 하나에 결합된다. 408에서, 첨가물(additive)이 챔버를 위한 가스 레시피(gas recipe)에 부가된다. 첨가물은 챔버 내의 플라즈마의 전자 손실을 발생시키는데 기여하는 임의의 컴포넌트일 수 있다. 예를 들면, 첨가물은 육불화황(SF6) 또는 트리-플루오로메탄(CF4)과 같은 전자 음성 가스 첨가물(electron negative gas addition)일 수 있다. 410에서, 고주파수 RF 전력 소스로부터 상부 또는 하부 전극에 제공된 RF 신호들은 펄스화되어 챔버 내의 플라즈마의 이온 및 전자 밀도를 제어한다. 펄스 듀티 사이클의 예는 후술되고 도 6 및 7에 도시된다. 따라서 플라즈마에서의 전자 손실은, 상부 또는 하부 전극에 인가된 RF 전력의 펄스화를 제어하고 챔버로의 가스 공급을 제어함으로써 강화될 수 있다. 전자 손실을 증가시킴으로써, 정상파 효과는 챔버가 고주파수 전력 소스들로 동작될 때 실질적으로 방지될 수 있다. 가스 공급 조절과 함께 고주파수 RF 전력 소스의 펄스화 제어는 플라즈마 에칭 공정의 추가 제어(예컨대 공간 플라즈마 균일성의 제어, 플라즈마 종의 제어, 저에너지 전자의 생성, 감소된 플라즈마 퍼텐셜의 제어 등)를 유도할 수 있다.
도 5는 또 다른 실시예에 따라서 플라즈마 밀도를 제어하기 위한 방법을 도시하는 흐름도이다. 502에서, 용량성으로 결합된 처리 시스템이 제공된다. 챔버는 상부 및 하부 평면형 전극을 구비한다. 전극들은 서로 평행할 수 있다. 하부 전극은 처리될 기판을 지지하는데 사용될 수 있다. 용량성으로 결합된 처리 시스템의 예는 도 1 및 2에 관하여 상술되었다. 504에서, 고주파수 RF 전력 소스는 상부 또는 하부 전극 중 하나에 결합된다. 506에서, 저주파수 RF 전력 소스는 상부 또는 하부 전극 중 하나에 결합된다. 508에서, 고주파수 및 저주파수 RF 전력 소스들은 제 1 시구간 동안 챔버 내의 전극들에 지속파 RF 신호를 공급할 수 있다. 510에서, 고주파수 RF 전력 소스로부터 상부 또는 하부 전극에 제공된 RF 신호들은 펄스화되어 제 2 시구간 동안 챔버 내의 플라즈마의 이온 및 전자 밀도를 제어한다. 도 4에 기술된 실시예는 동일한 방법으로 지속파와 펄스화된 고주파수 RF 신호들을 적용하는 결합을 도시한다. 예를 들면, 브레이크스루(breakthrough) 및 주요 에칭 공정은 지속파를 이용하여 제 1 시구간에 달성될 수 있다. 과-에칭 공정은 펄스화된 고주파수 RF 신호들을 이용하여 제 2 시구간에 달성될 수 있다.
도 6은 용량성으로 결합된 플라즈마 에칭 챔버 내의 전극에 대한 고주파수 RF 전력 소스의 펄스화를 도시하는 그래프이다. 온 사이클(on cycle; 602)은 RF 전력이 전극이 인가되지 않는 오프 사이클(off cycle; 604)에 의해 분리된다. 온 사이클(602) 동안, 고주파수 RF 전력은 제한된 시간(t1)동안 전극에 인가된다. 오프 사이클(604)은 제한된 시간(t2)동안 지속될 수 있다. 듀티 사이클은 t2에 대한 t1의 비(ratio of t1 over t2)로 정의될 수 있다.
도 7은 다른 실시예에 따른 전극에 대한 고주파수 RF 전력 소스의 펄스화를 도시하는 그래프이다. 제 1 시구간(T1)동안, 지속파 신호(702)가 용량성으로 결합된 플라즈마 에칭 챔버 내의 전극에 인가된다. 제 2 시구간(T2)동안, 펄스화된 RF 신호(704)가 전극에 인가된다.
도 8은 공간 이온 밀도에 대한 펄스화된 전력 소스의 효과를 도시하는 그래프이다.
도 9는 전자 온도에 대한 펄스화된 전력 소스의 효과를 도시하는 그래프이다. 전자 온도는 임의의 플라즈마 손상을 추가로 제어하기 위해서 펄스화된 고주파수 RF 신호들을 사용함으로써 조절되고 감소될 수 있다.
도 10은 플라즈마 퍼텐셜(potential)에 대한 펄스화된 전력 소스의 효과를 도시하는 그래프이다. 플라즈마 퍼텐셜은 소프트 에칭 요건을 위해 펄스화된 고주파수 RF 신호들을 사용함으로써 조절되고 감소될 수 있다. 이것은 로우-k 에칭에 중요할 수 있다.
도 11은 지속파와 펄스화된 전력 소스에 대한 전자 에너지 확률 함수(electron energy probability function; eepf)의 비교를 도시하는 그래프이다. 전자 에너지 확률 함수(eepf)는 챔버 내의 플라즈마의 해리(dissociation) 레벨을 제어하기 위해 펄스화된 고주파수 RF 신호들을 사용함으로써 조절될 수 있다.
본원의 방법(들)의 동작이 특정 순서로 도시되고 기술되었지만, 각 방법의 동작 순서는 변경되어, 특정 동작들이 반대 순서로 수행될 수도 있고, 또는 특정 동작이 적어도 부분적으로 다른 동작들과 동시에 수행될 수도 있다. 다른 실시예에서, 별개의 동작들의 명령(instruction)들 또는 서브-동작들은 간헐적인(intermittent) 방식 및/또는 교대하는(alternating) 방식으로 수행될 수 있다.
전술한 명세서에서, 본 발명은 특정 예시적인 실시예들을 참조로 기술되었다. 그러나 첨부된 청구범위에서 기술할 본 발명의 더 넓은 사상과 범위를 벗어남 없이 다양한 수정과 변경들이 만들어질 수 있다는 것은 명백할 것이다. 따라서 명세서와 도면은 제한하는 것이 아니라 예시적인 것으로 파악되어야 한다.
본 발명은 첨부한 도면들과 함께 예시적인 방식으로 도시되며 제한하기 위함이 아니다.
도 1은 기판 처리 시스템의 일 실시예를 도시하는 결선도이다.
도 2는 기판 처리 시스템의 다른 실시예를 도시하는 결선도이다.
도 3은 일 실시예에 따라서 플라즈마 밀도를 제어하기 위한 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 4는 다른 실시예에 따라서 플라즈마 밀도를 제어하기 위한 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 5는 또 다른 실시예에 따라서 플라즈마 밀도를 제어하기 위한 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 6은 일 실시예에 따라서 전극에 대한 rf 전력의 펄스화를 도시하는 그래프이다.
도 7은 다른 실시예에 따라서 전극에 대한 rf 전력의 펄스화를 도시하는 그래프이다.
도 8은 공간 이온 밀도에 대한 펄스화된 전력 소스의 효과를 도시하는 그래프이다.
도 9는 전자 온도에 대한 펄스화된 전력 소스의 효과를 도시하는 그래프이다.
도 10은 플라즈마 퍼텐셜에 대한 펄스화된 전력 소스의 효과를 도시하는 그 래프이다.
도 11은 지속파와 펄스화된 전력 소스에 대한 전자 에너지 확률 함수(eepf)의 비교를 도시하는 그래프이다.

Claims (21)

  1. 기판을 처리하기 위한 장치로서,
    내부에 배치된 제 1 전극 및 제 2 전극을 갖는 용량성으로(capacitively) 결합된 챔버;
    제 1 RF 신호를 공급하기 위해 상기 제 1 전극에 전기적으로 결합된 고주파수 전력 소스;
    상기 고주파수 전력 소스에 전기적으로 결합된 고주파수 펄스 소스 ― 상기 고주파수 펄스 소스는 상기 챔버 내에서의 전자 손실을 강화(enhance)하여 상기 챔버 내에서의 정상파(standing wave) 효과를 실질적으로 방지하기 위해 상기 제 1 RF 신호가 온 및 오프로 펄스화되도록 상기 고주파수 전력 소스의 듀티 사이클(duty cycle)을 제어하도록 구성됨 ―; 및
    제 2 RF 신호를 공급하기 위해 상기 제 1 전극에 전기적으로 결합된 저주파수 전력 소스
    를 포함하며, 상기 제 1 RF 신호는 가변 진폭을 갖는,
    기판을 처리하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변 진폭은 펄스들의 형태인, 기판을 처리하기 위한 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 고주파수 전력 소스는 27MHz 내지 200MHz 범위인, 기판을 처리하기 위한 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 펄스들의 주기는 1μsec 내지 1000μsec 범위인, 기판을 처리하기 위한 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 펄스들의 듀티 사이클은 1% 내지 100% 범위인, 기판을 처리하기 위한 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버에 결합된 가스 공급 챔버를 더 포함하며,
    상기 가스 공급 챔버는 전자 손실을 추가적으로 강화하기 위한 전자 음성 가스 첨가물(electron negative gas additive)을 포함하는, 기판을 처리하기 위한 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 상기 기판을 지지하기 위한 상기 제 2 전극과 평행한, 기판을 처리하기 위한 장치.
  9. 용량성으로 결합된 처리 챔버에서 플라즈마를 제어하기 위한 방법으로서,
    내부에 배치된 제 1 전극 및 제 2 전극을 갖는 용량성으로 결합된 처리 챔버를 제공하는 단계;
    상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극에 고주파수 전력 소스를 결합하는 단계;
    상기 고주파수 전력 소스에 고주파수 펄스 소스를 결합하는 단계 ― 상기 고주파수 펄스 소스는 상기 챔버 내에서의 전자 손실을 강화하여 상기 챔버 내에서의 정상파 효과를 실질적으로 방지하기 위해 RF 신호가 온 및 오프로 펄스화되도록 상기 고주파수 전력 소스의 듀티 사이클을 제어하도록 구성됨 ―;
    상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극에 저주파수 전력 소스를 결합하는 단계; 및
    플라즈마의 이온 및 전자 밀도를 제어하기 위해 상기 고주파수 전력 소스의 진폭을 변경하는 단계
    를 포함하는 용량성으로 결합된 처리 챔버에서 플라즈마를 제어하기 위한 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 진폭을 변경하는 단계는 상기 고주파수 전력 소스를 온 및 오프로 펄스화(pulsing)하는 단계를 더 포함하는, 용량성으로 결합된 처리 챔버에서 플라즈마를 제어하기 위한 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 고주파수 전력 소스는 27MHz 내지 200MHz 범위이고, 펄스들의 주기는 1μsec 내지 1000μsec 범위이며, 펄스들의 듀티 사이클은 1% 내지 100% 범위인, 용량성으로 결합된 처리 챔버에서 플라즈마를 제어하기 위한 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 펄스화를 통해 상기 챔버 내의 공간 플라즈마 균일성을 제어하는 단계;
    상기 펄스화를 통해 상기 챔버 내의 플라즈마 종(plasma species)을 제어하는 단계;
    상기 펄스화를 통해 상기 챔버 내의 저에너지 전자를 생성하는 단계; 및
    상기 펄스화를 통해 상기 챔버 내의 플라즈마 퍼텐셜(plasma potential)을 감소시키는 단계
    를 더 포함하는, 용량성으로 결합된 처리 챔버에서 플라즈마를 제어하기 위한 방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 펄스화와 더불어 지속파(continuous wave)들을 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극에 인가하는 단계를 더 포함하는, 용량성으로 결합된 처리 챔버에서 플라즈마를 제어하기 위한 방법.
  19. 제 9 항에 있어서,
    상기 챔버 내의 전자 손실을 추가적으로 강화하여 정상파 효과를 실질적으로 방지하기 위해 상기 챔버에 결합된 가스 공급 챔버에 전자 음성 가스 첨가물을 도입하는 단계를 더 포함하는, 용량성으로 결합된 처리 챔버에서 플라즈마를 제어하기 위한 방법.
  20. 용량성으로 결합된 처리 챔버에서 플라즈마를 제어하기 위한 시스템으로서,
    내부에 제 1 전극 및 제 2 전극을 갖는 용량성으로 결합된 처리 챔버; 및
    상기 제 1 전극에 인가되는 초고주파수 및 저주파수의 결과로서 상기 챔버 내의 정상파 효과를 실질적으로 제거하기 위해 상기 챔버 내에 전자 손실을 발생시키기 위한 수단 ― 상기 수단은 상기 챔버에 결합됨 ―
    을 포함하는 용량성으로 결합된 처리 챔버에서 플라즈마를 제어하기 위한 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 전자 손실을 발생시키기 위한 수단은,
    상기 챔버 내의 상기 제 1 전극에 결합된 초고주파수 펄스 소스(pulsing source); 및
    상기 챔버 내의 상기 제 1 전극에 결합된 저주파수 전력 소스
    를 포함하는, 용량성으로 결합된 처리 챔버에서 플라즈마를 제어하기 위한 시스템.
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