KR101413912B1 - 플라즈마 전위를 제어하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

반도체 웨이퍼의 플라즈마 처리를 위한 장치가 제공된다. 그 장치는 챔버를 포함하며, 챔버 내부에는 하부 전극 및 상부 전극이 배치된다. 하부 전극은 챔버를 통해 고주파 전류를 전달하여 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키도록 정의된다. 상부 전극은 하부 전극 위에 배치되고 챔버와 전기적으로 분리된다. 전압원은 상부 전극에 연결된다. 전압원은 챔버에 대해 상부 전극의 전위를 제어하도록 정의된다. 전압원에 의해 제어되는 상부 전극의 전위는 하부 전극과 상부 전극 사이에서 발생되는 플라즈마의 전위에 영향을 미칠 수 있다.

플라즈마 처리, 챔버, 고주파 전류, 전압원

Description

플라즈마 전위를 제어하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING PLASMA POTENTIAL}

반도체 웨이퍼 ("웨이퍼") 의 제조는 종종 플라즈마의 반응 성분들이 웨이퍼의 표면을 변형시키도록 웨이퍼를 플라즈마에 노출시키는 것을 포함한다. 일반적으로, 웨이퍼의 플라즈마 처리는 챔버에서 수행되며, 이 챔버에서는 반응 가스가 고주파 (RF) 전력에 노출되어 플라즈마로 변형된다. 현재, 챔버 내부의 플라즈마 한정은 높은 반응 가스 유속 (flow rate) 에서 손실된다. 이러한 플라즈마 한정의 손실은 플라즈마와 챔버 사이의 영역에서 파센 브레이크다운 (Paschen breakdown) 에 기인하는 것으로 생각된다.

중성 가스로 도입된 전자들은 중성 가스를 투과하는 전계가 있는 경우 에너지를 얻게 된다. 그러나, 이 같은 전자들은 또한 중성 가스 분자들과의 충돌을 통해 에너지를 손실하게 된다. 전자들의 에너지 이득이, 대략, 중성 가스를 이온화시키기에 충분히 큰 경우, 플라즈마 브레이크 다운이 발생하게 된다. 파센 모델에 있어서, 전자들과 중성 가스 분자들 사이의 충돌 효과는 생성물 (P*d) 이 특징이며, 여기서 (P) 는 중성 가스 압력이고, (d) 는 디바이스 특유의 스케일 길이 (더 높은 포텐셜 영역과 접지 사이의 거리) 이다. 파센 모델은 플라즈마의 비한정을 위한 많은 관찰된 반응 가스 유속 임계의 경향들을 질적으로 설명한다. 이에 따라, 플라즈마 한정을 위한 노력은 지금까지 생성물 (P*d) 을 최소화하는데 집중되고 있다. 그러나, 생성물 (P*d) 의 최소화는 종종 기존 플라즈마 처리 시스템의 실질적인 재설계를 요구한다. 이에 따라, 대안의 방법들은 플라즈마 처리 시스템의 재설계를 최소화하면서 플라즈마 한정의 개선을 추구하고 있다.

일 실시형태에 있어서, 반도체 웨이퍼의 플라즈마 처리를 위한 장치가 개시된다. 그 장치는 챔버, 하부 전극 및 상부 전극을 포함한다. 하부 전극은 챔버 내부에 배치되고 챔버를 통해 고주파 전류를 전달하도록 정의된다. 하부 전극은 고주파 전류에 의해 챔버 내부에 발생되는 플라즈마에 노출 시 반도체 웨이퍼를 지지하도록 또한 정의된다. 상부 전극은 하부 전극과 이격된 관계로 하부 전극 위에 배치된다. 상부 전극은 챔버와 전기적으로 분리된다. 또한, 장치는 상부 전극에 연결된 전압원을 포함한다. 전압원은 챔버에 대하여 상부 전극의 전위를 제어하도록 정의된다. 상부 전극의 전위는 하부 전극과 상부 전극 사이에 발생되는 플라즈마의 전위에 영향을 미칠 수 있다. 이와 같이, 상부 전극의 전위 제어를 가능하게 함으로써, 전압원은 또한 플라즈마의 전위를 제어할 수 있다.

다른 실시형태에 있어서, 반도체 웨이퍼의 플라즈마 처리를 위한 장치가 개시된다. 그 장치는 챔버, 하부 전극, 상부 전극 및 임피던스 제어 디바이스를 포함한다. 하부 전극은 챔버 내부에 배치되고 챔버를 통해 고주파 전류를 전달하도록 정의된다. 하부 전극은 고주파 전류에 의해 챔버 내부에 발생되는 플라즈마에 노출 시 반도체 웨이퍼를 지지하도록 또한 정의된다. 상부 전극은 하부 전극과 이격된 관계로 하부 전극 위에 배치된다. 플라즈마는 하부 전극과 상부 전극 사이에서 발생되며 하부 전극과 상부 전극 사이의 체적에 한정된다. 임피던스 제어 디바이스는 상부 전극의 중앙 영역과 기준 접지 사이에 연결된다. 임피던스 제어 디바이스는 상부 전극의 중앙 영역을 통한 고주파 전류 전달 경로를 제어하도록 정의된다. 임피던스 제어 디바이스에 의한 고주파 전류 전달 경로의 제어는 플라즈마의 한정 제어를 가능하게 한다.

다른 실시형태에 있어서, 반도체 웨이퍼의 플라즈마 처리를 위한 장치가 개시된다. 그 장치는 챔버 내부에 배치된 하부 전극을 포함한다. 하부 전극은 챔버를 통해 고주파 전류를 전달하도록 정의된다. 하부 전극은 고주파 전류에 의해 챔버 내부에 발생되는 플라즈마에 노출 시 반도체 웨이퍼를 지지하도록 또한 정의된다. 상부 전극은 하부 전극과 이격된 관계로 하부 전극 위에 배치된다. 상부 전극은 도핑된 반도체 재료에 의해 정의된다. 상부 전극 내부의 도핑 농도는 상부 전극의 중앙으로부터 주변으로 방사상으로 변화한다.

다른 실시형태에 있어서, 플라즈마 한정을 제어하는 방법이 개시된다. 그 방법은 하부 전극과 상부 전극 사이의 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키는 동작을 포함한다. 또한, 그 방법은 상부 전극과 챔버 사이에 연결된 전압원을 제어하는 동작을 포함한다. 전압원의 제어는 상부 전극 상의 전위를 차례로 제어한다. 플라즈마의 전위는 상부 전극 상의 전위 제어에 응답한다. 플라즈마의 전위는 챔버 내부에서 플라즈마의 한정에 영향을 미친다.

본 발명의 다른 양태 및 이점은 본 발명의 실시예로서 설명되는 첨부 도면들과 함께 다음의 상세한 설명으로부터 더 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 반도체 웨이퍼 처리용 플라즈마 처리 시스템을 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 반도체 웨이퍼 처리용 플라즈마 처리 시스템을 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 반도체 웨이퍼 처리용 플라즈마 처리 시스템을 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따라 임피던스 제어 디바이스를 포함하는 반도체 웨이퍼 처리용 플라즈마 처리 시스템을 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따라 플라즈마 한정을 제어하는 방법의 플로우챠트를 나타내는 도면이다.

다음의 설명에 있어서, 많은 특정 상세들은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 설명된다. 그러나, 이 특정 상세들의 일부 또는 전부 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 다른 예시에 있어서, 주지된 공정 동작들은 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세하게 설명되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 반도체 웨이퍼 처리용 플라즈마 처리 시스템 (100) 을 나타내는 도면이다. 플라즈마 처리 시스템 (100) 은 기판 (104) 에 노출 시 내부에 플라즈마 (109) 가 발생될 수 있는 플라즈마 처리 챔버 ("챔버") (101) 를 포함한다. 기판 (104) 은, 전자 소자들이 정의되는 반도체 웨이퍼 또는 임의의 다른 유형의 기판을 나타낼 수 있다. 챔버 (101) 는 하부 전극 (103) 및 상부 전극 (105) 을 포함한다. 동작 동안, 고주파 (RF) 전력은 RF 전원 (117) 에 의해 발생되고 매칭 네트워크 (115) 로부터 하부 전극 (103) 으로 접속부 (119 및 121) 를 통해 전달된다. 매칭 네트워크 (115) 는 RF 전력이 RF 전원 (117) 으로부터 부하로 적절히 전달되는 것을 보장하기 위해 적절한 임피던스 매칭을 제공하도록 정의된다. 하부 전극 (103) 에서 수신된 RF 전력은 챔버 (101) 의 체적을 통해 상부 전극 (105) 에 전달되는데, 상부 전극 (105) 은 기준 접지에 대하여 제어된 전위로 유지된다. 일 실시형태에 있어서, 챔버 (101) 는 기준 접지로서 작용한다.

상부 전극 (105) 은 접속부 (125) 를 통해 직류 (DC) 전압원 (123) 에 연결된다. DC 전압원 (123) 은 접속부 (127) 를 통해 기준 접지에 차례로 연결된다. 필터 네트워크 (122) 는 상부 전극 (105) 과 기준 접지 사이에 연결되어 RF 전류가 DC 전압원 (123) 주위에서 접지에 직접 라우팅되는 수단을 제공한다. 상부 전극 (105) 은 챔버 (101) 와 전기적으로 분리됨을 알아야 한다. 일 실시형태에 있어서, 상부 전극 (105) 은 유전체 재료 (113) 에 의해 챔버 (101) 와 전기적으로 분리된다. 상부 전극이 디스크 형상인 실시형태에 있어서, 유전체 재료 (113) 는 링 형상일 수 있다. 상부 전극 (105) 은 전기적으로 분리되기 때문에, 접지에 대한, 즉 챔버 (101) 에 대한 상부 전극 (105) 의 전위는 DC 전압원 (123) 에 의해 제어될 수 있다. 또한, 플라즈마 (109) 의 전위는 상부 전극 (105) 의 전위에 의해 영향을 받기 때문에, DC 전압원 (123) 을 통해 상부 전극 (105) 의 전위를 제어하면 플라즈마 (109) 의 전위를 제어할 수 있다.

동작 동안, 반응 가스는 제어된 방식으로 챔버 (101) 의 체적에 공급된다. 챔버 (101) 의 체적을 통해, 즉 반응 가스를 통해 하부 전극 (103) 으로부터 상부 전극 (105) 에 전달된 RF 전력은 반응 가스를 플라즈마 (109) 로 변형시킨다. 챔버 (101) 내부의 특정 위치에서의 플라즈마 (109) 의 밀도는 챔버 (101) 내부의 특정 위치를 통해 전달되는 RF 전력량에 비례한다. 이에 따라, 챔버 (101) 내부의 특정 위치를 통한 증가된 RF 전력의 전달은 챔버 (101) 내부의 특정 위치에서의 증가된 플라즈마 (109) 의 밀도를 야기하게 되며, 그 반대의 경우도 가능하다.

일 세트의 한정링들 (111) 은 챔버 (101) 내부에 위치되어 하부 전극 및 상부 전극 (103/105) 사이의 기판 (104) 을 덮는 체적을 둘러싼다. 도 1은 예시적인 개수의 한정링들 (111) 을 나타냄을 알 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 도 1에 나타낸 것보다 많거나 적은 한정링들 (111) 이 있을 수도 있다. 한정링들 (111) 은 기판 (104) 을 덮는 체적에 플라즈마 (109) 를 한정시킨다. 더 상세하게, 플라즈마 (109) 는 한정링들 (111) 사이의 슬롯에서 소멸한다. 한정링들 (111) 사이의 슬롯의 내부 둘레 및 외부 둘레 사이의 전위는 슬롯의 플라즈마 (109) 를 한정시키려는 능력에 영향을 미친다. 이에 따라, 한정링들 (111) 외측의 영역에 대하여 플라즈마 (109) 의 전위를 제어하면 플라즈마 (109) 의 한정을 제어할 수 있다. 일반적으로, 챔버 (101) 에 비해 더 낮은 플라즈마 (109) 의 전위는 플라즈마 (109) 의 한정을 보다 용이하게 한다.

플라즈마 처리 챔버 (101) 및 플라즈마 처리 시스템 (100) 은, 본 발명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해 본 명세서에서 설명되지 않은 많은 다른 특징들 및 컴포넌트들을 포함함을 알아야 한다. 본 발명은 주로 챔버 (101) 를 통한 RF 전력 전달 경로 및/또는 상부 전극 (105) 의 전위를 제어함으로써 챔버 (101) 내부에서 플라즈마 (109) 의 전위를 제어하는 것과 관련된다.

도 1의 실시형태에 있어서, DC 전압원 (123) 은 상부 전극 (105) 의 중앙 근방에 연결된다. DC 전압원 (123) 에 의해 제어되는 상부 전극 (105) 의 전위는 챔버 (101) 에 대한 플라즈마 (109) 의 전위를 감소시킬 수 있다. 이와 같이, DC 전압원 (123) 은 챔버 (101) 에 대한 플라즈마 (109) 의 전위를 "바이어싱" 할 수 있다. DC 전압원 (123) 의 극성은 플라즈마 (109) 의 전위를 바이어싱하도록 설정되어, 한정링들 (111) 과 챔버 (101) 사이에 존재하는 전계가 감소된다. 한정링들 (111) 과 챔버 (101) 사이의 전계 강도의 감소는 플라즈마 한정 능력을 증가시킨다. DC 전압원 (123) 의 전압 레벨은 플라즈마 한정을 최적화하도록 설정될 수 있다. 플라즈마 한정을 최적화하는데 요구되는 특정 전압 레벨, 즉 최적의 전압 레벨은 챔버의 특정 구성 상세에 따라 변화할 수 있다. 그러나, 최적의 전압 레벨은 챔버 (101) 에 대한 플라즈마 (109) 의 전위보다 더 작아야 한다.

일 실시형태에 있어서, DC 전압원 (123) 은 RF 전류에 관해 단락으로 나타나는 "이상적" 전압원으로서 정의된다. 다른 실시형태에 있어서, DC 전압원 (123) 은 "이상적" 은 아니지만, RF 전류에 대해 낮은 임피던스를 나타내도록 정의된다. 또 다른 실시형태에 있어서, DC 전압원 (123) 은 RF 전류에 대해 일정한 임피던스를 나타내도록 정의된다.

한정된 플라즈마 처리 시스템에 관하여 알려진 어려움은 높은 반응 가스 유속에서의 플라즈마 한정의 손실이다. DC 전압원 (123) 에 의해 제공되는 플라즈마 (109) 의 전위를 제어하면 한정링들 (111) 과 챔버 (101) 사이의 전계를 감소시킬 수 있으므로, 플라즈마 한정 윈도우를 확장시킨다. 확장된 플라즈마 한정 윈도우는 플라즈마가 더 높은 반응 가스 유속으로 한정되도록 한다. 이에 따라, DC 전압원 (123) 에 의해 제공되는 확장된 플라즈마 한정 윈도우는 가스 유속과 같은 플라즈마 처리 파라미터들을 확립하는데 있어서 적응성 (flexibility) 을 증가시킨다.

플라즈마 전위의 개선된 제어는 가스 유속에서의 허용가능한 증가 그 이상으로도 개선된 처리 제어를 제공함을 알아야 한다. 예를 들어, 플라즈마 전위의 개선된 제어는 웨이퍼 (104) 의 표면 상에 입사하는 이온 에너지 분포의 조정을 가능하게 할 수 있다. 웨이퍼 (104) 의 표면 상에 입사하는 이온 에너지 분포의 조정은 웨이퍼 (104) 의 표면에 걸쳐 획득된 식각 프로파일에 영향을 미친다. 보다 상세하게, 플라즈마 (109) 와 하부 전극 (103) 의 표면 사이의 전위는 플라즈마 (109) 와 웨이퍼 (104) 사이의 영역, 즉 시스 (sheath) 를 통해 이동하는 이온들에 의해 획득될 에너지를 결정한다. DC 전압원 (123) 에 의해 제공된 플라즈마 전위의 조종을 통해, 시스에 걸친 전위차를 조종하는 것이 가능하다. 시스에 걸친 전위차의 조종은 웨이퍼 (104) 와 접촉하는 이온 에너지 분포에 직접적으로 영향을 미친다.

일부 상태에 있어서, 플라즈마 전위를 보다 공간적으로 제어하는 것이 바람직하다. 플라즈마 전위의 증가된 공간적 제어는 상부 전극 (105) 에 걸친 전위의 공간적 제어를 증가시킴으로써 실현될 수 있다. 도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 반도체 웨이퍼 처리용 플라즈마 처리 시스템을 나타내는 도면이다. 도 2의 플라즈마 처리 시스템은 상부 전극 (105) 과 DC 전압원 (123) 을 제외하고, 도 1에 대하여 이전에 설명된 것과 본질적으로 동일하다. 도 2의 실시형태에 있어서, 상부 전극은 중앙 부분 (105A1), 환형 부분 (105A2) 및 환형 부분 (105A3) 에 의해 정의되고, 환형 부분들은 중앙 부분 외측에 동심으로 배치된다. 상부 전극의 인접 부분들은 유전체 재료 영역들 (129A 및 129B) 에 의해 서로 전기적으로 이격된다. 도 2의 실시형태에서 도시된 바와 같이 상부 전극의 특정 구획화는 예시적인 것이며 한정하려는 것이 아님을 알아야 한다. 다른 실시형태에 있어서, 상부 전극 부분들 및 대응하는 DC 전압원들의 개수와 크기는 플라즈마 처리 요건들을 충족시키는데 필요한 임의의 방식으로 본질적으로 확립될 수 있다.

상부 전극의 각 부분 (105A1, 105A2 및 105A3) 은 각각의 DC 전압원 (123A, 123B 및 123C) 에 연결된다. DC 전압원 (123A, 123B 및 123C) 은 도 1의 실시형태에 대하여 이전에 설명된 DC 전압원 (123) 과 동일한 방식으로 정의된다. 필터 네트워크 (122) 는 상부 전극의 각 부분 (105A1, 105A2, 105A3) 과 기준 접지 사이에 연결되어 RF 전류가 DC 전압원 (123A, 123B, 123C) 주위에서 접지에 직접 라우팅될 수 있는 수단을 제공한다. DC 전압원 (123A~123C) 은 상부 전극의 그 각각의 부분을 챔버 (101) 에 대해 상이한 전위로 유지하기 위해 사용될 수 있다. 이와 같이, 상부 전극을 구획화하면 플라즈마 (109) 위의 전위 분포를 확립할 수 있다. 플라즈마 (109) 내부의 전위 분포에 영향을 미침으로써, 구획화된 상부 전극의 전위 분포는 웨이퍼 (104) 에 걸쳐 식각 특성들에 관련된 영향을 미친다.

도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 반도체 웨이퍼 처리용 플라즈마 처리 시스템을 나타내는 도면이다. 도 3의 플라즈마 처리 시스템은 상부 전극 (105) 과 DC 전압원 (123) 을 제외하고 도 1에 대하여 이전에 설명된 것과 본질적으로 동일하다. 도 3의 실시형태에 있어서, 상부 전극은 도핑된 반도체 재료, 예를 들어 도핑된 실리콘에 의해 정의되며, 상부 전극 내부의 도핑 농도는 상부 전극의 중앙으로부터 주변으로 방사상으로 변화한다. 예를 들어, 일 실시형태에 있어서, 상부 전극은 중앙 부분 (105B1) 에서의 제1 도핑 농도, 환형 부분 (105B2) 에서의 제2 도핑 농도, 및 환형 부분 (105B3) 에서의 제3 도핑 농도를 포함하는데, 여기서 환형 부분들은 중앙 부분 외측에 동심으로 배치된다. 도 3의 실시형태에 도시된 바와 같이, 상부 전극의 특정 구획화는 예시이며 한정하려는 것이 아님을 알아야 한다. 다른 실시형태에 있어서, 상부 전극은 구획화되어 플라즈마 처리 요건들을 충족시키는데 필요한 임의의 도핑 프로파일을 본질적으로 가질 수 있다.

도 3의 실시형태에 있어서 상부 전극 내부의 소정 위치에서의 도핑 농도는 상부 전극의 소정 위치를 통해 전기 저항을 제어하도록 정의된다. 상부 전극의 소정 위치를 통한 전기 저항은 소정 위치에서 상부 전극의 전위에 영향을 미칠 수 있다. 이와 같이, 도핑 프로파일을 갖는 상부 전극은 플라즈마 (109) 위의 전위 분포의 확립을 가능하게 한다. 이미 언급한 바와 같이, 플라즈마 (109) 내부의 전위 분포에 영향을 미침으로써, 상부 전극의 전위 분포는 웨이퍼 (104) 에 걸쳐 식각 특성들에 관련된 영향을 미친다. 일 실시형태에 있어서, 상부 전극 (105B1~105B3) 은 챔버 (101) 와 전기적으로 분리된다. 이 실시형태에 있어서, 하나 이상의 전압원은 상부 전극에 연결되어 상부 전극에 걸쳐 전위 분포를 제어할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따라, 임피던스 제어 디바이스 (133) 를 포함하는 반도체 웨이퍼 처리용 플라즈마 처리 시스템을 나타내는 도면이다. 도 4의 플라즈마 처리 시스템은 DC 전압원 (123) 을 제외하고, 도 1에 대하여 이전에 설명된 것과 본질적으로 동일하다. 도 4의 실시형태는 DC 전압원 (123) 을 필요로 하지 않지만, 일부 실시형태는 DC 전압원 (123) 을 구현할 수도 있다. 도 4의 플라즈마 처리 시스템은 상부 전극의 중앙 영역과 기준 접지, 예를 들어 챔버 (101) 사이에 연결된 임피던스 제어 디바이스 (133) 를 포함한다. 임피던스 제어 디바이스 (133) 는 상부 전극 (105) 의 중앙 영역을 통한 RF 전류 전달 경로를 제어하도록 정의된다. RF 전류 전달 경로를 제어하면 플라즈마의 한정을 제어할 수 있다.

예를 들어, 일 실시형태에 있어서, 하부 전극은 2MHz 및 27MHz 양자에서 RF 전력을 송신하도록 제어된다. 이 실시형태에 있어서, 임피던스 제어 디바이스 (133) 는 필터 네트워크, 즉 병렬의 캐패시터 및 인덕터로서 정의되며, 이는 상부 전극 (105) 의 중앙 영역을 통과하는 2MHz RF 전류에 높은 임피던스를 제공한다. 이에 따라, 임피던스 제어 디바이스 (133) 는 2MHz RF 전류에 의해 상부 전극 (105) 의 주변 근방에 전달 경로를 부여함으로써, 상부 전극 (105) 의 주변 근방에서 증가 전력 축적을 야기시킨다. 상부 전극 (105) 의 주변 근방에서의 증가된 전력 축적은 플라즈마 (109) 의 한정을 개선, 즉 강화시킨다.

도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따라, 플라즈마 한정을 제어하는 방법의 플로우챠트를 나타내는 도면이다. 도 5의 방법은 도 1 및 도 2에 대하여 이전에 설명한 플라즈마 처리 시스템을 사용하여 구현될 수 있다. 그 방법은 하부 전극과 상부 전극 사이의 챔버 내부에 플라즈마를 발생하는 동작 (501) 을 포함한다. 또한, 그 방법은 상부 전극 상의 전위가 제어되도록 상부 전극과 챔버 사이에 연결된 전압원을 제어하는 동작 (503) 을 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 전압원은 RF 전류에 대하여 낮은 임피던스를 갖는 DC 전압원이다. 발생된 플라즈마의 전위는 상부 전극 전위의 제어에 응답한다. 플라즈마의 전위는 챔버 내부에서 플라즈마의 한정에 영향을 미친다.

일 실시형태에 있어서, 전압원은 플라즈마의 전위가 챔버에 대해 감소되도록 제어된다. 감소된 플라즈마의 전위는 플라즈마의 한정을 유지시킨다. 그 방법은 플라즈마와 챔버 사이의 전계 강도가 감소되도록 전압원의 극성을 확립하는 동작을 더 포함한다. 이러한 전계 강도의 감소는 플라즈마의 한정을 유지시킨다. 다른 실시형태에 있어서, 동작 (503) 은 다중 전압원을 독립적으로 제어하는 단계를 포함하고, 다중 전압원의 각각은 상부 전극의 각 부분의 전위를 제어하도록 정의된다. 상부 전극의 다양한 부분의 전위를 독립적으로 제어하면 상부 전극 전체에 걸쳐 전위 프로파일을 확립할 수 있다. 상부 전극 전체에 걸쳐 확립된 전위 프로파일은 플라즈마의 전위를 대응적으로 제어하기 위해 사용될 수 있다.

상술한 실시형태의 플라즈마 처리 챔버 (101) 는 한정 매커니즘으로서 한정링들 (111) 을 제공한다. 그러나, 플라즈마 처리 챔버 (101) 는 한정링들 (111) 이외에 다른 한정 매커니즘들을 포함할 수 있음을 알아야 한다. 플라즈마 처리 챔버 (101) 내부에서 구현되는 특정 한정 매커니즘들에 관계없이, 한정링들 (111) 을 통해 플라즈마로부터 챔버 벽들로의 전위 강하가 너무 커서 획득된 전계가 이온 한정을 개선시키기에 충분한 경우, 플라즈마 한정이 개선됨을 알 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 처리 챔버 (101) 내부에서 구현되는 특정 한정 매커니즘에 관계없이, 본 명세서에서 제공된 DC 전압원 (123) 은 플라즈마로부터 챔버벽으로의 전위 강하에 영향을 미침으로써 플라즈마 한정을 개선시키는 것을 알아야 한다.

본 발명은 몇몇 실시형태들에 의해 설명되었지만, 당업자가 상기 명세서를 읽고 도면을 연구하면 발명의 다양한 변경, 부가, 치환 및 등가물들을 실현할 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명의 진정한 사상 및 범위 내에 포함되는 이러한 모든 변경, 부가, 치환 및 등가물을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (20)

1. 반도체 웨이퍼의 플라즈마 처리용 장치로서,

   기준 접지 전위에 전기적으로 연결된 챔버;

   상기 챔버 내부에 배치되고, 상기 챔버를 통해 고주파 전류를 전달하도록 정의되며, 상기 고주파 전류에 의해 상기 챔버 내부에 발생되는 플라즈마에 노출 시 상기 반도체 웨이퍼를 지지하도록 정의된 하부 전극;

   상기 하부 전극과 이격된 관계로 상기 하부 전극 위에 배치되며, 상기 챔버와 전기적으로 분리되는 상부 전극;

   상기 상부 전극에 연결되고, 상기 챔버에 대하여 상기 상부 전극의 전위를 제어하도록 정의된 전압원으로서, 상기 전압원에 의해 제어되는 상기 상부 전극의 전위는 상기 하부 전극와 상기 상부 전극 사이의 플라즈마 발생 체적 내에서 발생되는 상기 플라즈마 전위에 영향을 미칠 수 있는, 상기 전압원;

   상기 상부 전극과 상기 기준 접지 전위 사이에 연결된 필터 네트워크로서, 상기 필터 네트워크는 고주파 (RF) 전류를 상기 전압원 주위의 상기 상부 전극으로부터 상기 기준 접지 전위로 라우팅하도록 정의된, 상기 필터 네트워크; 및

   상기 챔버 내부에 위치되어 상기 하부 전극 및 상기 상부 전극 사이의 상기 플라즈마 발생 체적을 둘러싸는 일 세트의 한정링들로서, 상기 일 세트의 한정링들 내의 인접하는 한정링들은 대응하는 슬롯에 의해 서로 이격된, 상기 일 세트의 한정링을 포함하고,

   상기 전압원은, 상기 하부 전극 및 상부 전극 사이의 상기 플라즈마 발생 체적 내에서 발생되는 상기 플라즈마가 상기 한정링들 사이의 상기 슬롯 내에서 소멸되도록, 상기 일 세트의 한정링들의 내부 주변 및 외부 주변 사이의 전위차를 제어하도록 정의된, 반도체 웨이퍼의 플라즈마 처리용 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전압원은 직류 전압원인, 반도체 웨이퍼의 플라즈마 처리용 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 전압원에 의해 제어되는 상기 상부 전극의 전위는 상기 챔버에 대해 상 기 플라즈마의 전위를 감소시킬 수 있으며, 상기 플라즈마의 전위 감소는 플라즈마 한정을 가능하게 하는, 반도체 웨이퍼의 플라즈마 처리용 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 전압원은 상기 플라즈마의 전위보다 더 작은 레벨로 상기 상부 전극의 전위를 유지하도록 정의되는, 반도체 웨이퍼의 플라즈마 처리용 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 전압원은 상기 챔버를 통하여 전달되는 상기 고주파 전류에 대해 일정한 임피던스를 나타내도록 정의되는, 반도체 웨이퍼의 플라즈마 처리용 장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 상부 전극은 중앙 부분과 상기 중앙 부분 외측에 동심으로 배치된 하나 이상의 환형 부분들에 의해 정의되고, 상기 상부 전극의 인접 부분들은 유전체 재료에 의해 서로 전기적으로 이격되며, 상기 상부 전극의 각 부분은 각각의 전압원에 연결되는, 반도체 웨이퍼의 플라즈마 처리용 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 전압원 각각은 상기 상부 전극의 부분의 전위를 제어하도록 정의되며, 상기 상부 전극의 부분에는 상기 전압원이 연결되어 상기 상부 전극 전체에 걸쳐 전위 프로파일의 확립을 가능하게 하는, 반도체 웨이퍼의 플라즈마 처리용 장치.
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16. 플라즈마 한정을 제어하는 방법으로서,

    하부 전극과 상부 전극 사이의 플라즈마 발생 체적 내에서 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키는 단계로서, 상기 챔버는 기준 접지 전위에 전기적으로 연결된, 상기 플라즈마를 발생시키는 단계; 및

    상기 상부 전극 상의 전위가 제어되도록 상기 상부 전극과 상기 챔버 사이에 연결된 전압원을 제어하는 단계로서, 플라즈마의 전위는 상기 상부 전극 상의 전위의 제어에 응답하며, 상기 플라즈마의 전위는 상기 챔버 내부에서 상기 플라즈마의 한정에 영향을 미치는, 상기 전압원을 제어하는 단계; 를 포함하고,

    상기 전압원은, 상기 하부 전극 및 상부 전극 사이의 상기 플라즈마 발생 체적 내에서 발생되는 상기 플라즈마가 한정링들 사이의 슬롯 내에서 소멸되도록, 일 세트의 한정링들의 내부 주변와 외부 주변 사이의 전위차를 제어하도록 정의되며, 상기 일 세트의 한정링들은 상기 하부 전극과 상부 전극 사이의 상기 플라즈마 발생 체적을 둘러싸도록 상기 챔버 내부에 위치되며, 상기 일 세트의 한정링들 내의 인접하는 한정링들은 대응하는 슬롯에 의해 서로 이격된, 플라즈마 한정을 제어하는 방법.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 전압원은 고주파 전류에 대해 낮은 임피던스를 갖는 직류 전압원인, 플라즈마 한정을 제어하는 방법.
18. 제 16 항에 있어서,

    상기 전압원은 상기 플라즈마의 전위가 상기 챔버에 대해 감소되도록 제어되며, 상기 감소된 플라즈마의 전위는 상기 플라즈마의 한정을 유지시키는, 플라즈마 한정을 제어하는 방법.
19. 제 16 항에 있어서,

    상기 플라즈마와 상기 챔버 사이의 전계 강도가 감소되도록 상기 전압원의 극성을 확립하는 단계를 더 포함하고,

    상기 전계 강도의 감소는 상기 플라즈마의 한정을 유지시키는, 플라즈마 한정을 제어하는 방법.
20. 제 16 항에 있어서,

    상기 전압원을 제어하는 단계는, 다중 전압원을 독립적으로 제어하는 단계를 포함하고,

    상기 전압원의 각각은 상기 상부 전극의 각 부분의 전위를 제어하여 상기 상부 전극 전체에 걸쳐 전위 프로파일의 확립을 가능하게 하도록 정의되는, 플라즈마 한정을 제어하는 방법.

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