KR101514942B1 - 반도체 장치의 ｒｆ 전력 전달 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예들은 프로세싱 챔버 내에 양호한 RF 균일성을 제공하는 장치를 제공한다. 일 실시예에서, 장치가 기판 지지 조립체, 터미널, 및 유전성 절연체를 포함한다. 기판 지지 조립체는 중심 축을 따라 형성되는 중앙 통로를 포함한다. RF 전송 라인이 제공된다. RF 전송 라인은 실질적인 수직 부분 및 실질적인 수평 부분을 포함하며, 터미널은 상기 RF 전송 라인의 실질적인 수평 부분에 결합된다. 유전성 절연체는 상기 RF 전송 라인의 실질적인 수평 부분을 둘러싼다. 상기 유전성 절연체는 상기 터미널이 관통하는 제1 개구를 가진다.

Description

반도체 장치의 ＲＦ 전력 전달 시스템 {RF POWER DELIVERY SYSTEM IN A SEMICONDUCTOR APPARATUS}
본 발명의 실시예들은 전체적으로 반도체 기판 프로세싱 장치 등의 RF 전달 시스템(RF delivery system)에 관련된다.
반도체 웨이퍼와 같은 기판상의 서브마이크론(submicron) 피처(feature)를 기판 전체에 걸쳐 양호한 균일성(uniformity)으로 식각하는 것에 대한 요구를 포함하여, 더 빠르고, 더 강력한 집적 회로(IC) 장치에 대한 요구는 IC 제조 기술 분야의 새로운 과제로 떠올랐다. 예를 들어, 일부 D램(dynamic random access memory) 분야에서 사용되는 깊은 트랜치(trench) 저장 구조체는 깊고 높은 종횡비(aspect ratio)의 트랜치가 반도체 기판 내로 식각될 필요가 있다. 깊은 실리콘 트랜치 식각은 반응성 이온 식각(reactive ion etching)(RIE) 프로세스에서 통상적으로 수행된다.
도 1은 기판(144) 상에 배치되는 물질 층을 식각하여 기판 내에 피처를 형성하기 위해 사용되는 종래의 프로세싱 챔버(100)를 도시하고 있다. 프로세싱 챔버(100)는 프로세싱 챔버(100)의 내부 용적(interior volume)(106)에 배치되는 기판 지지 조립체(148)를 가진다. 기판 지지 조립체(148)는 정전 척(166), 기부 플레이트(164) 및 설비 플레이트(facility plate)(190)를 포함한다. 기부 플레이트(164) 및 설비 플레이트(190)는 그 사이에 배치되는 절연 물질(192)에 의하여 전기적으로 절연된다. 대안적으로, 전기적 절연을 제공하도록 기부 플레이트(164)와 설비 플레이트(190) 사이에 갭(gap) 또는 공간(space)이 형성될 수 있다. 유전성 절연체 링(dielectric insulator ring)(120)이 설비 플레이트(190)의 에지에 부착될 수 있다. 정전 척(166) 및 기부 플레이트(164)는 일반적으로 세라믹 또는 유사한 유전성 물질로 형성된다. 가열 부재(176)는 정전 척(166) 또는 기부 플레이트(164) 내에 배치되며, 기판 지지 조립체(148) 상에 배치된 기판의 온도를 제어하는데 사용된다. 가열 부재(176)는 기판 지지 조립체(148)의 중심 영역에 배치된 와이어(wire)에 의해서 가열기 전력 소스(178)에 연결된다.
하나 이상의 클램핑 전극(clamping electrode)(180)이 정전 척(166) 또는 기부 플레이트(164) 내에 배치된다. 클램핑 전극(180)은 기판 지지 조립체(148)의 중앙 부분을 통해서 처킹(chucking) RF 전력 소스(182)에 결합된다. 정전 척(166) 또는 기부 플레이트(164) 중 하나에 배치된 RF 전극(182)은 정합 회로(matching circuit)(188)을 통해서 그리고 RF 전송 라인(150)을 통해서 하나 또는 다수의 RF 전력 소스(184, 186)에 결합되어 프로세싱 챔버(100) 내에 플라스마를 유지시킨다. RF 전송 라인(150)은 기판 지지 조립체(148)를 통해서 기판 지지 조립체(148)의 중심 축으로부터 오프셋된 위치에 배치된다. RF 전송 라인(150)은 RF 전력 소스(184, 186)로부터 공급된 RF 전력을 RF 전극(182)으로 전송하는데 사용된다. 일부 기판 지지 설비(utility)가 기판 지지 조립체(148)의 중심 축을 따른 공간을 차지하므로, RF 전송 라인(150)은 기판 지지 조립체(148)에 배치된 금속 플레이트(154)에 결합된다. 금속 플레이트(154)는 오프셋된 RF 전송 라인(150)으로부터 기판 지지 조립체(148)의 중심을 통해 이어지는 중앙 피드스루(feed through)(152)로 RF 전력을 전도하는데 사용된다.
통상적으로, 플라스마 균일성을 향상시키기 위해 기판 표면 전역에 걸쳐 균일한 전기장을 생성하는 방식으로 기판 표면에 RF 전력을 인가하는 것이 바람직하다. 기판 표면 전역에 걸친 해리된 이온 플라스마 및 전기장의 균일한 분포는 기판 표면 전역에 걸쳐 균일한 식각 거동(behavior)을 제공한다. 균일한 전기장 및 플라스마 분포를 유지하기 위해서는, RF 전력이 프로세싱 챔버의 중앙 영역을 통해, 예를 들어 샤워헤드(showerhead) 전극 및/또는 기판 지지 전극을 통해 기판으로 공급되는 것이 바람직하다. 위에서 설명한 바와 같이, 기판 지지 조립체(148)의 중심 부분은 설비가 차지하고 있고/있거나 (도시되지 않은) 리프트 핀을 작동시키기 위해 사용되는 샤프트를 경로 안내하고 있다. RF 전송 라인(150)은 기판 지지 조립체(148)의 중심으로부터 오프셋될 필요가 있다. 따라서, 종래의 구성에서는, RF 전송 라인(150)이 기판 지지 조립체(148)의 중심 축에 대해 오프셋된 위치에서 기부 플레이트(164)에 통상적으로 결합된다. 따라서 금속 플레이트(154)는 오프셋된 RF 전송 라인(150)으로부터 기판 지지 조립체에 배치된 중심 도관(152)을 통해 기판 지지 조립체(148)의 중심 영역으로 RF 전력을 전달하는데 사용된다.
RF 전송 라인(150)의 상부 부분(156)은 기판 지지 조립체(148)의 중심 축에 대해 오프셋된 영역(158)에서 설비 플레이트(190) 바로 아래에 위치하므로, 영역(158) 주위에 생성되는 전기장은 접촉된 영역(158) 외부의 다른 영역과는 특히 상이하다. 예를 들어, RF 전송 라인(150) 바로 위의 영역(158)에서는, 통상적으로 전기장이 RF 전송 라인(150)이 인접해 있지만 바로 아래에 위치하지는 않는 다른 영역에서 펼쳐진 전기장보다는 약하다. 오프셋된 RF 전송 라인(150)은 종종 비-균일한 전기장을 초래하며, 이에 의해 기판 표면 전체에 걸쳐 비대칭적인 패턴(skew pattern)의 전기장을 형성하게 된다.
도 2는 기판 지지 조립체에 RF 전력을 인가하면서 기판 지지 조립체(148) 상에 위치하는 기판(144)의 표면에 걸쳐 측정된 전기장 분포를 도시하고 있다. RF 전송 라인(150)이 위치하는 영역(158)에서의 전기장은 기판 전역에 걸친 다른 영역(160)에서의 전기장보다 상대적으로 약하고, 이로써 바람직하지 않은 비대칭적인 전기장이 초래된다. 전기장의 비대칭성은 기판 표면 전체에 걸쳐 비-균일한 이온 해리 및 플라스마 분포의 원인이 되어, 조악한 식각 균일성을 초래하게 된다.
따라서 기판 표면 전체에 걸쳐 균일한 전기장 분포를 제공하기 위한 향상된 장치가 요구된다.
본 발명의 실시예들은 식각 반응기에 사용하기에 적합한, 기판 지지 조립체와 같은, 장치를 제공한다. 본 발명에서는 이러한 장치가 증착(deposition), 어닐링(annealing), 주입(implanting), 및 기판 지지부 주위에 균일한 전기장이 요구되는 기타 프로세스를 위한 반응기와 같은, 다른 유형의 반응기에도 사용될 수 있는 것으로 고려하고 있다.
본 발명의 실시예들은 프로세싱 챔버 내에 양호한 RF 균일성을 제공하는 장치를 제공한다. 일 실시예에서, 장치가 기판 지지 조립체, 터미널(terminal), 및 유전성 절연체(dielectric insulator)를 포함한다. 기판 지지 조립체는 중심 축을 따라 형성되는 중앙 통로를 포함한다. 실질적인 수직 부분 및 실질적인 수평 부분을 포함하는 RF 전송 라인(transmission line)이 제공된다. 터미널은 상기 RF 전송 라인의 실질적인 수평 부분에 결합된다. 유전성 절연체는 상기 RF 전송 라인의 실질적인 수평 부분을 둘러싼다. 상기 유전성 절연체는 상기 터미널이 관통하여 상기 RF 전송 라인의 실질적인 수평 부분과 결속하는 제1 개구를 가진다.
다른 실시예에서는, 정전 척(electrostatic chuck), 전도성 기부, 및 전도성 설비 플레이트(facility plate)를 구비하는 기판 지지 조립체가 제공된다. 정전 척, 전도성 기부 및 전도성 설비 플레이트를 통해 중앙 통로가 형성된다. 설비 플레이트 및 RF 전송 라인에 터미널이 결합된다. 유전성 절연체는 RF 전송 라인의 적어도 일부를 둘러싼다. 유전성 절연체는 상기 터미널이 관통하여 RF 전송 라인과 결속하는 제1 개구 및 상기 제1 개구와 동심적으로 정렬되는 제2 개구를 가진다. 하우징 조립체는 유전성 절연체를 설비 플레이트에 고정시킨다. 고 전압 전력 급송부가 상기 하우징 조립체의 구멍, 상기 유전성 절연체의 제1 및 제2 개구, 및 터미널을 통해서 처킹 전극으로 연장하며, 상기 고 전압 전력 급송부는 RF 전송 라인으로부터 절연된다.
또 다른 실시예에서는, 기판 지지 조립체, 상기 기판 지지 조립체의 중심 축에 대해 오프셋된(offset) 영역에서 상기 기판 지지 조립체의 하부에 결합되는 RF 전송 라인, 및 상기 RF 전송 라인으로부터 전송되는 RF 전력을 상기 기판 지지 조립체로 전환시키도록 구성되는, 상기 RF 전송 라인에 결합되는 금속 플레이트로서, 기부 상에 배치되는 다수의 도관을 구비하는 금속 플레이트를 포함하는 장치가 제공된다.
상술한 본 발명의 특징이 상세히 이해될 수 있도록 하기 위하여, 위에서 간략히 요약한 본 발명의 더욱 구체적인 설명이 실시예를 참조하여 이루어지며, 이들 실시예 중 일부는 첨부된 도면에 도시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면은 본 발명의 전형적인 실시예들을 도시할 뿐이며, 따라서 본 발명은 균등한 다른 효과의 실시예들을 허용할 수 있으므로 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
도 1은 종래 프로세싱 챔버의 단면도를 도시한다.
도 2는 도 1의 종래 프로세싱 챔버 내에 배치되는 기판 표면 전역에 걸친 전기장 프로파일을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 프로세싱 챔버의 일 실시예에 대한 단면도를 도시한다.
도 4a는 본 발명에 따른 기판 지지 조립체의 단면도를 도시한다.
도 4b는 도 4a의 기판 지지 조립체에 결합되는 RF 전송 라인의 단면도를 도시한다.
도 4c는 도 4a의 RF 전송 라인 상에 장착되는 RF 터미널의 사시도를 도시한다.
도 4d는 도 4a의 RF 전송 라인의 수평 통로의 단면도를 도시한다.
도 5a는 본 발명에 따른 기판 지지 조립체의 다른 실시예의 단면도를 도시한다.
도 5b는 도 5a의 기판 지지 조립체의 평면도를 도시한다.
이해를 돕기 위하여 도면에서 공통되는 동일한 구성요소를 표시하는 데 있어서는 가능한 한 동일한 참조부호가 사용되었다. 일 실시예의 구성요소 및 특징들은 다른 언급이 없더라도 다른 실시예에 유리하게 사용될 수 있는 것이 고려된다.
그러나 첨부된 도면은 단지 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 따라서 본 발명은 다른 균등한 실시예에 대해서도 허용할 수 있으므로 이러한 실시예들이 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것이 아님에 유의해야 한다.
도 3은 기판 표면 전역에 걸쳐서 균일한 전기장을 제공할 수 있어서 기판 표면 전역에 걸쳐서 높은 식각 균일성을 제공하는 프로세싱 챔버(300)의 일 실시예에 대한 단면도를 도시하고 있다. 프로세싱 챔버(300)가 우수한 식각 성능을 가능하게 하는 다수의 특징들을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명에서는, 비-식각 반도체 프로세싱 응용 분야에 사용되는 것들을 포함하여, 다른 프로세싱 챔버들도 본 명세서에 개시된 본 발명의 특징 중 하나 또는 다수로부터 이점을 얻을 수 있도록 조정될 수 있는 것으로 고려하고 있다.
프로세싱 챔버(300)는 내부 용적(306)을 둘러싸는 챔버 몸체(302) 및 덮개(lid)(304)를 포함한다. 챔버 몸체(302)는 통상적으로 알루미늄, 스테인리스 스틸 또는 다른 적절한 재료로 제조된다. 챔버 몸체(302)는 일반적으로 측벽(308) 및 바닥(310)을 포함한다. (도시되지 않은) 기판 접근 포트(access port)가 측벽(308) 내에 일반적으로 형성되고 슬릿 밸브(slit valve)에 의해 선택적으로 밀봉되어 프로세싱 챔버(300)로부터의 기판(344)의 도입 및 배출을 용이하게 한다. 배기 포트(326)가 챔버 몸체(302)에 형성되고 내부 용적(306)을 펌프 시스템(328)에 결합시킨다. 펌프 시스템(328)은 일반적으로 프로세싱 챔버(300)의 내부 용적(306)의 압력을 배기(evacuate)시키고 또한 조절하는데 사용되는 하나 또는 다수의 펌프 및 스로틀 밸브를 포함한다. 일 실시예에서, 펌프 시스템(328)은 내부 용적(306) 내부의 압력을 통상적으로 약 10 mTorr 내지 약 20 Torr 사이인 작동 압력으로 유지한다.
덮개(304)는 챔버 몸체(302)의 측벽(308)상에서 밀봉식으로(sealingly) 지지된다. 덮개(304)는 프로세싱 챔버(300)의 내부 용적(306)의 초과(excess)를 허용하도록 개방될 수 있다. 덮개(304)는 광학 프로세스 모니터링을 용이하게 하는 윈도우(window)(342)를 포함한다. 일 실시예에서, 윈도우(342)는 광학 모니터링 시스템(340)에 의해 사용되는 신호에 대해 투과성인 석영 또는 다른 적절한 재료로 이루어진다. 광학 모니터링 시스템(340)은 윈도우(342)를 통해서 기판 지지 조립체(348) 상에 배치된 기판(344)을 관찰하도록 배치된다. 본 발명의 이점을 얻을 수 있도록 조정될 수 있는 한가지 광학 모니터링 시스템으로는, 캘리포니아 산타 클라라(Santa Clara)에 소재하는 어플라이드 머티어리얼스사(Applied Materials, Inc.)로부터 구입할 수 있는 EyeD® 풀-스펙트럼(full-spectrum), 간섭 계측 모듈(interferometric metrology module)이 있다. 광학 모니터링의 예를 사용하는 방식에 관한 세부적인 내용은, 본 출원인에 공통으로 양도된 발명의 명칭 "Method and System for Monitoring an Etch Process"으로 2003년 6월 18일에 출원된 미국 특허 출원 60/479,601, 발명의 명칭 "Film Thickness Control Using Spectral Interferometry"로 2002년 7월 2일 공고된 미국 특허 6,413,837호, 발명의 명칭 "Process Control Enhancement and Fault Detection Using In-Situ and Ex-Situ Metrologies and Data Retrieval In Multiple Pass Wafer Processing"으로 2003년 4월 11일에 출원된 미국 특허 출원 60/462,493호에 개시되어 있다.
가스 패널(358)은 프로세싱 챔버(300)에 결합되어 내부 용적(306)으로 프로세스 및/또는 세정 가스를 제공한다. 도 3에 도시된 실시예에서, 유입 포트(332', 332")가 덮개(304) 내에 제공되어 가스 패널(358)로부터 프로세싱 챔버(300)의 내부 용적(306)으로 가스가 전달될 수 있게 한다.
샤워헤드 조립체(330)가 덮개(304)의 내부 표면(314)에 결합된다. 샤워헤드 조립체(330)는 프로세싱 챔버(300) 내에서 처리되는 기판(344)의 표면 전역에 걸쳐서 예정된 분포로 가스가 샤워헤드 조립체(330)를 통해서 유입 포트(332)로부터 프로세싱 챔버(300)의 내부 용적(306)으로 유동할 수 있게 하는 다수의 구멍 및 중앙 통로(338)를 포함한다. 일 실시예에서, 샤워헤드 조립체(330)는 프로세싱 챔버(300)의 내부 용적(306)으로 유동하는 가스의 개별적 제어를 할 수 있게 하는 다수의 구역을 구비하여 구성된다. 도 3에 도시된 실시예에서, 샤워헤드 조립체(330)는 개별적인 유입구(332)를 통해서 가스 패널(358)에 개별적으로 결합되는 내부 구역(334) 및 외부 구역(336)을 갖는다.
샤워헤드 조립체(330) 아래의 프로세싱 챔버(300)의 내부 용적(306)에 기판 지지 조립체(348)가 배치된다. 기판 지지 조립체(348)는 프로세싱 동안에 기판(344)을 유지한다. 기판 지지 조립체(348)는 일반적으로 관통 배치되는 (도시되지 않은) 다수의 리프트 핀(lift pin)을 포함하는데, 이는 통상적인 방식으로 기판 지지 조립체(348)로부터 기판을 상승시키고 (도시되지 않은) 로봇에 의하여 기판(344)의 교체를 용이하게 하도록 구성된다.
일 실시예에서, 기판 지지 조립체(348)는 기부 플레이트(base plate)(364)에 부착되는 정전 척(electrostatic chuck)(366)을 포함한다. 정전 척(366)은 기부 플레이트(364) 상에 배치되어 포커스 링(focus ring)(346)에 의해 둘러싸인다. 기부 플레이트(364)에는 설비 플레이트(facility plate)(309)가 부착된다. 기부 플레이트(364) 및 설비 플레이트(309)는 절연 물질(301)에 의해 전기적으로 절연된다. 대안적으로, 기부 플레이트(364) 및 설비 플레이트(309)는 그 사이에 형성되는 갭(gap) 또는 간극에 의해 전기적으로 절연될 수도 있다. 설비 플레이트(309)의 하부 표면에는 유전성 절연 링(dielectric insulating ring)(320)이 결합된다. 특히 유체, 전력 라인 및 센서 리드(lead)와 같은 전달 설비(routing utility)가 유전성 절연 링(320)을 통해서 기부 플레이트(364) 및 정전 척(366)에 결합된다.
기부 플레이트(364) 또는 정전 척(366) 중 하나 이상은, 기판 지지 조립체(348)의 측면 온도 프로파일을 제어하기 위하여, 하나 이상의 선택적인 매설 히터(embedded heater)(376), 하나 이상의 선택적인 매설 절연체(374) 및 다수의 도관(368, 370)을 구비할 수 있다. 도관(368, 370)은 온도 조절 유체를 관통 순환시키는 유체 소스(372)에 유체 소통식으로(fluidly) 결합된다. 매설 히터(376)는 전력 소스(378)에 의해 조절된다. 도관(368, 370) 및 매설 히터(376)는 기부 플레이트(364)의 온도를 조절하고 정전 척(366)을 가열 및/또는 냉각시키는데 사용된다. 일 실시예에서, 도관 및 히터는, 적어도 부분적으로, 정전 척(366) 상에 배치된 기판(344)의 온도를 제어한다. 기부 플레이트(364) 및 정전 척(366)의 온도는 제어기(350)에 의해 제어되는 다수의 센서(392)를 사용하여 모니터되어 기부 플레이트(364) 및 정전 척(366)의 상이한 영역들에서의 온도를 탐지한다.
정전 척(366)은 일반적으로 세라믹 또는 유사한 유전성 물질로 형성되며, 처킹 전력 소스(chucking power source)(382)를 사용하여 제어되는 하나 이상의 클램핑 전극(clamping electrode)(380)을 포함한다. RF 전극(381)은, 프로세싱 챔버(300) 내의 프로세스 및/또는 기타 가스로부터 형성되는 플라스마를 유지하기 위한 정합 회로(matching circuit)(388)를 통해서 전도성 피드 스루(feed through)(383)를 통해 하나 또는 다수의 RF 전력 소스(384, 386)에 결합된다. 설비 플레이트(309)는 기판 지지 조립체(348)의 중심 부분에 형성된 통로(318)를 통해서 RF 전극(381)에 에너지를 가하기 위하여 RF 전송 시스템(312)을 통해 RF 전력 소스(384, 386)에 결합된다. 설비 플레이트(309)는 RF 전력 소스(384, 386)로부터 중심 통로(318)를 통해 정전 척(366) 내에 배치된 RF 전극(381)으로 RF 전력을 전기적으로 및 전도성으로(conductively) 운반할 수 있는 전도성 물질로 제조된다. 상기 실시예에서, RF 전력 소스(384, 386)는 일반적으로 약 50 kHz 내지 약 3 GHz 의 주파수 및 약 10,000 Watts 까지의 전력을 가지는 RF 신호를 생성할 수 있다. 정합 네트워크(matching network)(488)는 RF 전력 소스(384, 386)의 임피던스를 플라스마 임피던스에 정합시킨다.
통로(318)는 도관(303) 내에 동축으로 배치되는 고 전압(HV) 케이블(305)을 구비한다. 통로(318)는 통로 내에 형성되는 도관(303) 및 케이블(305)에서 각각 처킹 전력(chucking power) 및 RF 전력의 전송을 용이하게 한다. 통로(318)는 처킹 전력 소스(382)로부터 처킹 전극(380)으로 공급되는 처킹 전력의 전송 및 RF 전력 소스(384, 386)로부터 RF 전극(381)으로 공급되는 RF 전력의 전송을 용이하게 한다. RF 전송 시스템(312)이 설비 플레이트(309)에 부착하는 유전성 절연 링(320) 내에 배치된다. 통로(318) 내의 HV 케이블(305)은 전송 시스템(312)의 일부분을 통과하여 처킹 전력 소스(382)로 연장한다. 설비 플레이트(309)의 하부에 하우징 조립체(316)가 결합되어 RF 전송 시스템(312)의 굽힘부(bent portion)를 둘러싼다. 통로(318), RF 전송 시스템(312), 및 하우징(316)에 대한 상세한 내용은 도 4a-d를 참조하여 더 설명될 것이다.
도 4a는 기판 지지 조립체(348) 내에 형성된 통로(318)에 결합되는 예시적인 RF 전송 시스템(312)의 횡단면도를 도시한다. RF 전송 시스템(312)은 기판 지지 조립체(348)의 중심 축과 실질적으로 정렬하도록 결합되는 중심 축(406)을 가진다. RF 전송 시스템(312)은 구부러진 RF 전송 라인(428), 터미널(410), 및 RF 전송 라인(428)의 일부분을 둘러싸는 하우징 조립체(316)를 구비한다. 터미널(410)은 전력 급송부(420)가 통과할 수 있게 하는 중심 구멍을 가진다. 전력 급송부(420)는 기판 지지 조립체(348)의 중심에 형성된 통로(318) 내에 배치된 HV 케이블(305)의 하부 단부에 연결하기 위하여 형성되고 노출되는 상부 단부(414)를 가진다. 전력 급송부(420)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 처킹 전력 소스(382)로부터 HV 케이블(305)을 통해서 정전 척(366) 내에 배치된 클램핑 전극(380)으로 처킹 전력의 전송을 용이하게 한다. 양호한 밀봉 뿐만 아니라 전기적인 절연도 제공하기 위하여 전력 급송부(420)와 터미널(410) 사이에 절연체(412)가 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 절연체(412)는 양호한 밀봉 및 전기적인 절연을 제공할 수 있는, 플라스틱, 중합체, 또는 TEFLON과 같은 플로로카본(fluorocarbon)과 같은 유전성 물질로부터 제조될 수 있다.
일 실시예에서, 터미널(410)은 구부러진 RF 전송 라인(428)으로부터 돌출하며 위로 연장하는 상부 부분(416) 및 구부러진 RF 전송 라인(428)에 배치되는 하부 부분(418)을 가지는 실질적인 종방향 몸체를 가진다. 터미널(410)의 하부 부분(418)은, 예를 들어 (도시되지 않은) 절연체 슬리브(insulator sleeve)에 의하여, 그 내부에 배치된 전력 급송부(420)와 전기적으로 절연된다. 구부러진 RF 전송 라인(428)은 RF 터미널(410)의 하부 부분(418)을 수용하도록 형성되고 크기가 정해지는 제1 구멍(496)을 가지며, RF 전력 소스로부터 터미널(410)을 통하여 RF 전극(381)으로의 RF 전력의 전도(conductance)를 용이하게 한다. 일 실시예에서, 터미널(410)은 구리, 알루미늄, 스테인리스 스틸 및 이들의 조합과 같은 전도성 물질로 제조될 수 있다.
일 실시예에서, 구부러진 RF 전송 라인(428)은 유전성 절연체(424)에 의해 둘러싸이는 RF 로드(rod)(422) 및 커넥터(402)를 구비한다. 우선 도 4b를 참조하면, RF 전송 라인(428)은 유전성 절연체(424)를 구비한다. 절연체(424)는 RF 로드(422) 및 커넥터(402)를 둘러싸는 결합 쉘(mating shell)로 구성된다. 유전성 절연체(424)는, 양호한 밀봉 뿐만 아니라 전기적 절연도 제공할 수 있는, 플라스틱, 중합체 또는 TEFLON 과 같은 유전성 물질로 제조될 수 있다.
유전성 절연체(424)는 구멍(484)과 정렬되는 구멍(482)을 구비한다. 구멍(482, 484)은 중심 축(406)과 동심적으로 정렬된다. 구멍(484)은 터미널(410)이 절연체(424)를 통해 연장하여 커넥터(402)와 결합할 수 있게 한다. 구멍(482)은 전력 급송부(420)가 유전성 절연체(424)의 하부를 통해 연장하고 터미널(410)을 통해 동심적으로 연장할 수 있게 한다. 쉘(424A, 424B)은 일반적으로 쉘(424A, 424B) 사이에서 가시선(line of sight)이 보이는 것을 방지하는 결합 피처(mating feature)(488)를 구비한다.
도 4b에 도시된 실시예에서, 결합 피처(488)는 사개 물림(tongue and groove joint)의 형태이다. 결합 피처(488)는 쉘(424A, 424B)을 함께 고정시키는 프레스 핏 또는 스냅-핏(press or snap-fit)을 포함할 수 있다.
RF 로드(422)는 RF 전력 소스(384, 386)로부터 RF 전력의 전송을 용이하게 하기 위하여 높은 전도성을 가지는 물질로 제조된다. 일 실시예에서 RF 로드(422)는 구리, 은, 금, 및 다른 적절한 금속성 물질로 이루어진 그룹으로부터 선택된 금속 물질로 제조될 수 있다. 구부러진 RF 전송 라인(428)은 실질적으로 수직인 로드(422)에 결합되는, 실질적으로 수평인 배향으로 배치된 커넥터(402)에 의해 형성되는 실질적으로 L자인 형상을 가진다.
이제 도 4d를 참조하면, RF 전송 라인(428)의 커넥터(402)가 터미널(410)의 하부 단부(418)를 수용하도록 구성된 제1 구멍(496) 및 RF 전송 라인(428)의 로드(422)의 상부 단부를 수용하도록 구성된 제2 구멍(498)을 가진다. RF 전송 라인(428) 및 RF 터미널에 대한 세부적인 설명은 아래에서 도 4c를 참조하여 더 설명될 것이다.
다시 도 4a를 참조하면, RF 전송 라인(428)이 바로 아래에 배치되는 것을 방지하는, 기판 지지 조립체(348)의 중심 축(406)의 실질적으로 주변의 공간은 전달 설비(routing utility), 센서 리드(sensor lead) 및 유사 장치, 또는 그 내부에 배치되는 기계적 지지부를 위해 활용될 수 있기 때문에, RF 전송 라인(428)의 L자 형상 및 구부러진 구성은 기판 지지 조립체(348)의 중심을 통해 RF 전력을 효과적으로 전달하면서도 이러한 설비들을 경로 안내하기 위한 공간을 효율적으로 제공할 수 있다. 커넥터(402)의 길이(426)는 로드(422)를 기판 지지 조립체(348)의 중심 아래에 배치된 설비 또는 다른 기계적 지지부로부터 떨어뜨리고, 오프셋(offset)시켜 배치시키기에 충분한 길이이다. 기판 지지 조립체(348)의 중심 부분 아래에 배치된 기계적 지지부 또는 전달 설비(routing utility)가 상대적으로 작은 크기를 가지는 실시예에서는, 커넥터(402)의 길이(426)가 RF 전송 라인(428)에서 RF 전력의 측방향 오프셋을 최소화시키도록 더 짧을 수 있다. 일 실시예에서, 커넥터(402)의 길이(426)는 약 1 인치 내지 약 5 인치와 같이 약 1 인치 내지 약 10 인치로서, 예를 들어 약 1 인치 내지 약 2 인치일 수 있다.
하우징 조립체(316)는 RF 터미널(410)의 하부 부분(418)을 수용하기 위한 중심 개구를 가지는 유전성 절연 링(320) 아래에서 이와 접촉하여 배치된다. 하우징 조립체(316)는 RF 전송 라인(428)의 로드(422)의 상부 부분(430) 및 커넥터(402)를 둘러싼다. 일 실시예에서, 하우징 조립체(316)는, 비-균일한 전기장 분포를 야기할 수 있는 프로세스 동안 RF 전력이 플라스마, 이온, 또는 해리 종(dissociated species)과 상호작용하는 것을 차폐시킬 수 있는 물질로 제조될 수 있다. 하우징 조립체(316)가 RF 전력을 차폐시킬 수 있으므로, 커넥터(402)를 통해 전송된 RF 전력은 프로세싱 챔버(300) 내에 형성된 플라스마와 상호작용하는 것이 효과적으로 차단될 수 있다. 일 실시예에서, 하우징 조립체(316)는 단단하고 비-자기성(non-magnetic)인 스테인리스 스틸로 제조된다. 하우징 조립체(316)는 유전성 절연체(424)의 구멍(482)과 정렬하는 구멍(480)을 구비하여 축(406)을 따라 전력 급송부(420)가 통과할 수 있게 한다. 하우징 조립체(316)는 RF 전송 라인(428)의 상부 단부를 기판 지지 조립체(348)에 고정시킨다. 하우징 조립체(316)는 추가로 커넥터(402)를 덮는 유전성 절연체(424)의 상부 부분을 둘러싼다. 이렇게 해서 하우징은 쉘(424A, 424B)을 함께 고정시키는 것을 보조한다.
따라서, 유전성 절연체(424) 및 하우징 조립체(316)는 RF 전송 라인(428)이 기판 지지 조립체(348)와 직접 접촉하는 것을 실질적으로 방지하여 국부적인 전기장 비-균일성을 회피한다. 커넥터(402)를 둘러싸는 유전성 절연체(424)의 수평 부분에서 유전성 절연체(424)는 RF 전송 라인(428)으로부터의 전자기 전력(electronic magnetic power)이 RF 전력 전송 동안의 기판 표면의 전역에 걸친 전기장 분포와 간섭하는 것을 방지하는 전기 차폐부(electric shield)로서 작용한다.
일 실시예에서, 절연체(432)가 구부러진 RF 전송 라인(428) 위의 하우징 조립체(316)와 RF 터미널(410)의 하부 부분(318) 사이에 배치된다. 절연체(432)는 유전성 절연 링(320), 하우징 조립체(316) 및 RF 전송 라인(428) 사이에 존재할 수 있는 갭 또는 간격을 채우는 것을 보조하며 인접한 챔버 부품에 대한 양호한 밀봉을 제공한다.
도 4c는 RF 전송 라인(428) 상에 배치되는 터미널(410)의 사시도를 도시한다. 터미널(410)의 상부 부분(416)은 설비 플레이트(309)의 하부 표면에 부착되는데 사용되는 환형 구멍을 가진다. 터미널(410)의 하부 부분(418)은 절연체(432)를 통해 연장하여 RF 전송 라인(428)의 개구(496)와 결합한다.
도 5a는 기판 표면의 전역에 걸쳐 균일한 전기장을 제공할 수 있는 기판 지지 조립체(500)의 다른 실시예의 단면도를 도시하고 있다. 도 3의 구성과 유사하게, 기판 지지 조립체(500)는 기부 플레이트(364)에 부착되는 정전 척(366)을 구비한다. 유전성 절연 링(320)은 기부 플레이트(364)의 하부 표면에 결합된다. 유전성 절연 링(320)에 의해 둘러싸인 기부 플레이트(364)에 RF 전송 라인(508)이 부착된다. RF 전송 라인(508)으로부터의 RF 전력은 RF 전송 라인(508)에 연결하는 유전성 절연 링(320) 상에 배치되는 금속 플레이트(502)를 통해 기판 지지 조립체(500)로 전송된다. 위에서 설명한 바와 같이, 전달 설비(routing utility) 및/또는 일부 기계적 지지부가 기판 지지 조립체(500) 아래에서 (도 5b에 도시된 바와 같은) 중심축(506) 주위에 배치될 수 있으며, 따라서 RF 전송 라인(508)은 중심 축(506)으로부터 오프셋된 위치(520)에 배치되는 것이 바람직하다. 유전성 절연 링(320)에 배치된 금속 플레이트(502)를 이용함으로써 RF 전송 라인(508)으로부터의 RF 전력이 기판 지지 조립체에 연결된 금속 플레이트(502)를 통해서 기판 지지 조립체(500)로 전달될 수 있다. RF 전송 라인(508)의 오프셋된 부착(offset attachment)으로 인해 야기될 수 있는 비대칭 패턴(skew pattern)을 방지하기 위하여, 금속 플레이트(502)는 기부(510)로부터 위로 돌출된 다수의 도관(504)을 가지도록 구성된다. 도관(504)은 기판 지지 조립체(500)의 RF 전극(512)의 상이한 위치들로 RF 전력을 전달하는데 사용되는 기부(510)에 실질적으로 직각으로 구성된다. 금속 플레이트(502)에 형성되는 각각의 도관(504)은 기판 지지 조립체(500)의 상이한 위치들로 RF 전력을 전달하기 위해 정전 척(366)의 RF 전극에 결합되는 단부를 가진다. 일 실시예에서, 금속 플레이트(502)는 구리, 알루미늄, 스테인리스 스틸 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 금속성 물질로 제조된다.
도 5b는 기판 지지 조립체(500)의 정전 척(366)에 내장된 RF 전극(512)의 상부 사시도를 도시하고 있다. RF 전송 라인(508)은, 점선으로 도시된 바와 같이, 기판 지지 조립체(500) 아래의 영역(520)에 오프셋되어 부착된다. RF 전송 라인(508)의 오프셋된 부착으로 인해 비-균일한 전기장 분포가 초래될 수 있으므로, 도관(504) 분포는 영역(520)을 통과하는 축(522)을 중심축으로서 사용하는 대칭 방식으로 배치된다. 도관(504)의 분포는 기판 표면 전역에 걸쳐 분포되는 전기장을 효과적으로 변경시킬 수 있다. 금속 플레이트(502)의 조정가능하고 변경가능한 도관 분포는 기판 지지 조립체의 표면 전역에 걸친 전기장을 효율적으로 제어하고 재분배시킬 수 있다. 일 실시예에서, 금속 플레이트(502)의 조정가능하고 변경가능한 도관 분포는, RF 전송 라인(508)의 오프셋된 부착으로 인해 야기할 수 있는 잠재적인 국부적 및 비-균일한 전기장 프로파일을 해결한다. 도관(504)은 정전 척(366)의 RF 전극(512) 전역에 걸쳐 상이한 접촉 지점들을 제공하여 정전 척 표면 전역의 상이한 위치들로 RF 전력을 균일하게 전달시킴으로써 RF 전송 라인(508)의 위치 위에 있는 위치(520)에서의 전기장 영향이 균형잡혀 상쇄된다. 도 5b에는 6개의 도관(504)이 도시되어 있지만, 도관(504)의 개수, 분포, 형태 및 위치는 전송 라인 오프셋의 영향을 균형 맞추도록 RF 전력으로부터 생성된 전기장의 균일한 프로파일 및 분포를 제공하기에 적합한 임의의 방식으로도 배치될 수 있음을 유념하여야 한다. 기판 표면 전역에 걸쳐 전기장 분포가 제어되고 균일하게 유지되므로, 균일한 식각 성능이 이로써 이루어질 수 있게 된다.
플라스마 식각을 위해서 챔버에는 프로세스, 직접 분사(direct injection) 및 불활성 가스의 혼합물이 제공된다. 이 혼합물은 HBr, NF3, O2, SiF4, SiCl4 및 Ar 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 혼합 매니폴드로 제공되는 프로세스 가스는 HBr 및 NF3를 포함하고, 한편 O2, SiF4, 및 SiCl4는 선택적으로 제공될 수 있다. 예시적인 실시예에서는, 300 mm 기판 식각에 적합한 프로세스를 위해서 약 50 내지 약 500 sccm의 HBr, 약 10 내지 약 200 sccm의 NF3, 약 0 내지 약 200 sccm의 O2, 약 0 내지 약 200 sccm의 SiF4, 약 0 내지 약 200 sccm의 SiCl4, 약 0 내지 약 200 sccm의 Ar이 혼합 매니폴드로 제공된다. 혼합 가스는 피처 밀도, 크기 및 측면 위치에 상응하게 선택된 유동비(flow ratio)에서 플레넘(plenum)으로 제공된다. SiCl4는 혼합 매니폴드를 우회하는 샤워헤드 조립체의 플레넘에 제공되는 직접 분사 가스로서 사용될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들은 기판 표면 전역에 걸쳐 높은 식각 균일성을 제공하는 방법 및 장치를 제공한다. 구부러진 RF 전송 라인 및/또는 RF 전력 전달을 위한 다수의 접촉 지점에 대한 구성은 종래의 장치에서 발생할 수 있는 전기장 비대칭 패턴을 보상하는 방식을 유리하게 제공한다. 추가로, 구부러진 RF 전송 라인 및/또는 RF 전력 전달을 위한 다수의 접촉 지점에 대한 구성은 기판 표면 전역에 걸쳐 분포된 전기장 프로파일의 균일성을 향상시키고 이로써 전체 식각 균일성을 향상시킨다.
전술한 내용은 본 발명의 실시예들에 관한 것이나, 본 발명의 다른 그리고 추가적인 실시예가 본 발명의 기본 범주를 벗어나지 않는 한도 내에서 안출될 수 있을 것이며, 본 발명의 범주는 이하의 청구범위에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 기판 지지 조립체로서,
    기판 지지 조립체의 중심 축을 따라 형성되는 중앙 통로를 포함하는 기판 지지 조립체;
    수직 부분 및 수평 부분을 포함하는 RF 전송 라인으로서, 상기 수평 부분은 제1 단부 및 제2 단부를 갖고, 상기 제2 단부는 상기 수직 부분에 결합되며, 상기 수직 부분은 상기 수평 부분으로부터 하방으로 연장하는, RF 전송 라인;
    상기 기판 지지 조립체의 중앙 통로를 통해 상기 RF 전송 라인의 수평 부분의 제1 단부에 결합되는 터미널; 및
    상기 RF 전송 라인의 수평 부분을 둘러싸는 유전성 절연체로서, 상기 유전성 절연체는 상기 터미널이 관통 배치되는 제1 개구를 가지는, 유전성 절연체;를 포함하는,
    기판 지지 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 RF 전송 라인의 수평 부분이,
    상기 제1 단부에 있는 제1 구멍 및 반대편의 상기 제2 단부에 있는 제2 구멍을 포함하는 전도성 커넥터를 더 포함하고, 상기 터미널이 상기 제1 구멍과 결합하는,
    기판 지지 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 RF 전송 라인의 수직 부분이,
    상기 제2 구멍과 결합하는 전도성 로드를 더 포함하는,
    기판 지지 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유전성 절연체가 상기 제1 개구와 동심으로 정렬되는 제2 개구를 더 포함하는,
    기판 지지 조립체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유전성 절연체의 제1 및 제2 개구를 통해 연장하는 고 전압 전력 급송부를 더 포함하고, 상기 전력 급송부가 상기 터미널을 통과하며 상기 터미널로부터 전기적으로 절연되는,
    기판 지지 조립체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 고 전압 전력 급송부가 상기 기판 지지 조립체의 중앙 통로를 통해 연장하는,
    기판 지지 조립체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 RF 전송 라인이,
    RF 전도성 로드; 및
    상기 RF 전도성 로드에 결합되는 전도성 커넥터;를 더 포함하고,
    상기 유전성 절연체가 상기 전도성 커넥터 및 RF 전도성 로드를 둘러싸는,
    기판 지지 조립체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 RF 전도성 로드가 구리, 은 또는 금 중 하나 이상으로부터 선택된 금속 물질로 제조되는,
    기판 지지 조립체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 유전성 절연체가 플라스틱, 중합체 또는 플로로카본 중 하나 이상으로부터 선택된 소성 재료로 제조되는,
    기판 지지 조립체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 유전성 절연체가 제1 쉘 및 제2 쉘을 더 포함하고,
    상기 쉘들은 상기 RF 전송 라인의 수평 부분을 둘러싸도록 결합하는,
    기판 지지 조립체.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 RF 전송 라인의 수평 부분이 1 인치 내지 5 인치의 길이를 가지는,
    기판 지지 조립체.
  12. 기판 지지 조립체로서,
    기판 지지 조립체의 중심 축을 따라 형성되는 중앙 통로를 포함하는 기판 지지 조립체로서, 정전 척, 전도성 기부 및 전도성 설비 플레이트를 구비하고, 상기 설비 플레이트는 RF 전극에 전기적으로 결합되며, 상기 RF 전극은 상기 정전 척 내에 매설된 처킹 전극으로부터 절연되는, 기판 지지 조립체;
    상기 중심 축과 정렬되는 제1 단부를 갖고, 상기 중심 축으로부터 오프셋된 수직 부분에 대해 측방향으로 연장하는, 수평 부분을 포함하는 RF 전송 라인으로서, 상기 RF 전송 라인의 수직 부분은 상기 정전 척에서 멀어지는 방향으로 상기 수평 부분으로부터 연장하는, RF 전송 라인;
    상기 설비 플레이트에 결합되는 제1 단부 및 상기 RF 전송 라인에 결합되는 제2 단부를 가지는 터미널로서, 상기 중심 축 상에 배치되는, 터미널;
    상기 RF 전송 라인의 수평 부분을 둘러싸는 유전성 절연체로서, 상기 터미널이 관통 배치되는 제1 개구 및 상기 제1 개구와 동심적으로 정렬되는 제2 개구를 가지는, 유전성 절연체;
    상기 유전성 절연체를 상기 설비 플레이트에 고정시키는 하우징 조립체로서, 상기 제2 개구와 정렬되는 구멍을 포함하는, 하우징 조립체; 및
    상기 하우징 조립체의 구멍, 상기 유전성 절연체의 제1 개구와 제2 개구 및 상기 터미널을 통해 상기 처킹 전극으로 연장하는 고 전압 전력 급송부로서, 상기 RF 전송 라인으로부터 절연되고, 상기 터미널과 동심인 상기 중심 축 상에 배치되는, 고 전압 전력 급송부;를 포함하는,
    기판 지지 조립체.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 RF 전송 라인이,
    상기 터미널과 결합하는 제1 단부를 포함하는 전도성 커넥터; 및
    상기 커넥터의 제2 단부와 결합하는 전도성 로드;를 더 포함하는,
    기판 지지 조립체.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전도성 커넥터의 제1 단부가 상기 유전성 절연체의 제1 및 제2 개구와 동심적으로 정렬되는 구멍을 구비하는,
    기판 지지 조립체.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 유전성 절연체가 제1 쉘 및 제2 쉘을 더 포함하고,
    상기 쉘들은 상기 터미널에 결합하는 상기 RF 전송 라인의 부분을 둘러싸도록 결합하는,
    기판 지지 조립체.
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