KR102161857B1 - Ｖｈｆ 주파수들에서 방사 에칭 비-균일도를 튜닝하기 위한 전자 노브 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼의 플라즈마 프로세싱을 위한 시스템 및 방법들은 그 상에 정의된 지지 표면 및 외측 에지 영역을 갖는 전극을 갖춘 챔버를 포함한다. 무선 주파수 전력은 도전성 전달 접속을 통해 전극에 통신되고, 도전성 복귀 접속을 통해 복귀된다. 전극을 서라운딩하는 유전체 서라운드 구조에 커플링된 도전성 전달 접속의 제 2 단부에서 적절한 용량성 조정 및 반대의 임피던스 조정을 초래하는 커패시턴스가 제 1 단부에 적용된다. 유전체 서라운드 구조는 전극의 외측 에지 근방에서 반대의 임피던스 조정을 제공하여, 제 1 단부에서 커패시턴스를 증가시키는 것이 제 2 단부에서의 임피던스의 대응하는 증가 및 전극의 지지 표면의 중심을 향해 감소하는 전극의 외측 에지 영역 근방에서 전압 분포에서의 대응하는 증가를 초래하게 한다.

Description

ＶＨＦ 주파수들에서 방사 에칭 비-균일도를 튜닝하기 위한 전자 노브{ELECTRONIC KNOB FOR TUNING RADIAL ETCH NON-UNIFORMITY AT VHF FREQUENCIES}
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은, 발명의 명칭이 "Dual Zone Temperature Control of Upper Electrodes" 으로 2012년 3월 15일자로 출원된 미국 특허 출원 제 13/420,949호, 발명의 명칭이 "Multi Zone Gas Injection Upper Electrode System" 으로 2012년 4월 3일자로 출원된 미국 특허 출원 제 13/438,473호, 및 발명의 명칭이 "Peripheral RF Feed and Symmetric RF Return for Symmetric RF Delivery" 으로 2012년 2월 23일자로 출원된 미국 특허 출원 제 13/403,760호에 관련되는, 2012년 8월 24일자로 출원된 13/594,768호에 대한 35 U.S.C.§119(e) 하에서의 이점 및 우선권을 주장하며, 그 출원들의 개시물들은 여기에 참조로써 포함된다.
본 실시형태는 웨이퍼 프로세싱 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는, 플라즈마 에칭 챔버에서 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다.
집적 회로들의 제조는, 피처 (feature) 들을 에칭하기 위해 기판들 (예를 들어, 웨이퍼들) 을 화학적으로-반응성인 플라즈마들로 노출시키는 것을 포함한다. 그 후, 피처들은 트랜지스터들, 커패시터들, 비아들, 트렌치들 등을 정의하기 위해 프로세싱된다. 비아들 및 트렌치들은 통전 (conducting) 상호접속부들을 배치시키기 위해 사용된다.
비-균일 에칭은 웨이퍼 수율에 악영향을 줄 수 있다. 비-균일 에칭은, 에칭 프로세스 동안 사용된 무선 주파수 (RF) 전자기파들에 의해 초래된 플라즈마 반응기에서 관측되는 전자기 정상파 효과에 기여될 수 있다. 플라즈마 반응기 내에서의 특히 30MHz 이상의 매우 높은 주파수에서 강한 중앙-높은 에칭 레이트 패턴의 형성을 초래한다는 전자기 정상파 효과가 통지된다. 적어도 몇몇 경우들에서, 정상파 효과 및 그에 따른 중앙-높은 에칭 레이트 패턴은, 반응기 직경이 플라즈마 반응기에서 제공되는 유효한 RF 파장의 절반과 비교가능할 경우 상당한 것으로 발견된다. 특히, 동일한 웨이퍼로부터 더 높은 수의 디바이스들의 제조를 용이하게 하기 위해 임계 치수의 사이즈가 각각의 새로운 세대의 디바이스들에 관해 감소하고 웨이퍼 사이즈들이 증가함에 따라, 플라즈마 반응기 내의 정상파 효과를 해결함으로써 에칭 프로세스에서 비-균일도를 제어하는 것이 유리할 것이다. 따라서, 더 진보된 기술의 노드들이 비용-효율적인 방식으로 대량 제조될 수 있게 하기 위해 비-균일도를 제어하는 것이 중요하다.
본 발명의 실시형태들이 이러한 맥락에서 발생된다.
본 발명의 실시형태들은 RF 매치 출력에서 가변 커패시터를 사용함으로써 RF 전력을 사용하여 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 장치 및 방법들을 제공한다. 커패시터는 RF 매치와 플라즈마 프로세싱 장치 사이의 계면에 도입된다. 본 발명의 실시형태들이 프로세스, 장치, 시스템, 디바이스, 또는 컴퓨터 판독가능 매체 상의 방법과 같은 다수의 방식들로 구현될 수 있음을 인식해야 한다. 수 개의 실시형태들이 후술된다.
일 실시형태에서, 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 방법이 제공된다. 방법은 웨이퍼의 플라즈마 프로세싱을 위한 챔버를 제공하는 단계를 포함한다. 챔버는 지지부 표면 및 그 상에 정의된 외측 에지 영역을 갖는 전극을 포함한다. 무선 주파수 전력은 챔버의 전극에 인가된다. RF 전력은 도전성 전달 접속 및 도전성 복귀 접속을 통해 전극에 통신된다. 도전성 전달 접속은, 동작 주파수에서 임피던스 변환을 초래하는 유효 전기 길이로 사이징 (size) 된다. 커패시턴스는 도전성 전달 접속의 제 1 단부에 인가된다. 인가된 커패시턴스는 도전성 전달 접속의 제 2 단부에서 반대의 임피던스 조정을 초래하도록 조정가능하다. 제 2 단부는 전극을 둘러싸는 유전체 서라운드 (surround) 구조에 커플링된다. 유전체 서라운드 구조는 전극의 외측 에지 영역 근방에 반대의 임피던스 조정을 제공하여서, 제 1 단부에서 커패시턴스를 증가시키는 것이 제 2 단부에서 커패시턴스의 감소 및 임피던스의 대응하는 증가를 초래하게 한다. 제 2 단부에서 임피던스를 증가시키는 것은, 전극의 지지부 표면의 중심을 향해 감소하는 전극의 외측 에지 영역 근방에서 전압 분포를 증가시킨다.
또 다른 실시형태에서, 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 장치가 기재된다. 장치는 웨이퍼의 플라즈마 프로세싱을 위한 챔버를 포함한다. 챔버는 지지부 표면 및 그 상에 정의된 외측 에지 영역을 갖는 전극을 탑재한다. 장치는 도전성 전달 접속 및 도전성 복귀 접속을 통해 전극에 RF 전력을 제공하기 위한 무선 주파수 (RF) 전력 소스를 또한 포함한다. 도전성 전달 접속은, 동작 주파수에서 임피던스 변환을 초래하는 유효 전기 길이로 사이징 (size) 된다. RF 전력 소스는 RF 전력을 생성하기 위한 RF 생성기, 생성기로부터 웨이퍼로의 RF 전력의 전달을 최적화하기 위해 RF 생성기에 커플링된 RF 매치 회로, 및 도전성 전달 접속의 제 1 단부에 커패시턴스를 인가하기 위해 RF 매치 회로 출력에 커플링된 가변 커패시터를 포함한다. 제 1 단부에 인가된 커패시턴스는, 도전성 전달 접속의 제 2 단부에서 반대의 임피던스 조정을 초래하도록 조정가능하다. 도전성 전달 접속의 제 2 단부는 전극을 둘러싸는 유전체 서라운드 구조에 커플링된다. 유전체 서라운드 구조는 전극의 외측 에지 영역 근방에 반대의 임피던스 조정을 제공하여서, 제 1 단부에서 커패시턴스를 증가시키는 것이 제 2 단부에서 임피던스의 대응하는 증가를 초래하게 한다. 제 2 단부에서 임피던스를 증가시키는 것은, 전극의 지지부 표면의 중심을 향해 감소하는 전극의 외측 에지 영역 근방에서 전압 분포를 증가시킨다.
다른 양태들이 첨부한 도면들과 함께 취해지는 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
실시형태들은 첨부한 도면들과 함께 취해지는 다음의 설명을 참조하여 최상으로 이해될 수도 있다.
도 1a는 본 발명의 실시형태에 따른 플라즈마 반응기의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 1b는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 가변 커패시터가 탑재된 플라즈마 반응기 챔버의 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 플라즈마 프로세싱 챔버 내에서 웨이퍼를 프로세싱하기 위해 사용된 상이한 컴포넌트들을 식별하는 전체 시스템을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른, 매우 높은 주파수 RF 전력을 사용하는 웨이퍼 프로세싱에 수반된 다양한 전기 컴포넌트들을 식별하는 전기 회로의 개략적 표현을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 플라즈마 에칭 챔버 내의 전극에 공급된 RF 전력을 조정하기 위해 컴퓨팅 시스템에 접속된 플라즈마 에칭 챔버의 단면도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 도 3의 전기도의 컴포넌트들에 대응하는 플라즈마 반응기 내의 절연 벌크 (bulk) 의 다양한 컴포넌트들을 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른, 웨이퍼에 걸친 전압의 최적의 분포를 위한 임피던스 및 커패시턴스/임피던스 값의 유효한 변환을 도시한다.
도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 일 실시형태에서, 커패시턴스 튜닝의 결과로서 웨이퍼 레벨에서의 전기장 패턴을 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에서, 튜닝가능한 커패시턴스의 결과로서 전기장의 방사 의존도의 그래프를 도시한다.
도 9는 여기에 설명된 실시형태들을 구현하기 위한 컴퓨터 시스템의 간략화된 개략도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시형태에서, 플라즈마 챔버 내의 웨이퍼에 걸친 전압의 최적의 분포를 제공하는데에 수반된 다양한 동작들의 흐름도를 도시한다.
다음의 실시형태들은 RF 생성기로부터의 RF 전력을 공급받는 플라즈마 에칭 챔버에서 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 장치 및 방법들을 설명한다. 본 발명의 실시형태들이 이들 특정한 세부사항들 중 일부 또는 전부 없이 실시될 수도 있음은 명백할 것이다. 다른 예들에서, 잘 알려진 프로세스 동작들은 본 발명의 실시형태들을 불필요하게 불명료하게 하지 않기 위해 상세히 설명되지 않는다.
2개의 전극들 사이의 전기장을 여기시키는 것은, 에칭 챔버에서 RF 가스 방전을 획득하기 위한 방법들 중 하나이다. 오실레이팅 전압이 전극들 사이에 인가될 경우, 획득된 방전은 용량성 커플링된 플라즈마 (CCP) 방전으로서 지칭된다.
전자-중성자 충돌들에 의해 초래된 다양한 분자들의 해리에 의해 생성된 광범위하게 다양한 화학적으로 반응성인 부산물들을 획득하기 위해 안정된 공급재료 (feedstock) 가스들을 이용하여 플라즈마가 생성될 수 있다. 에칭의 화학적 양태는 중성 가스 분자들 및 그들의 해리된 부산물들의 에칭될 표면의 분자들과의 반응, 및 펌핑 어웨이 (pump away) 될 수 있는 휘발성 분자들을 생성하는 것을 수반한다. 플라즈마가 생성될 경우, 양 이온들은 웨이퍼의 표면 및 벽들로부터 플라즈마를 분리시키는 공간-전하 외장 (sheath) 에 걸쳐 플라즈마로부터 가속되어, 웨이퍼의 표면으로부터 노출된 재료를 제거시키는데 충분한 에너지로 웨이퍼 표면을 충격한다.
일 실시형태에서, CF4 및 C-C4F8과 같은 탄화플루오르 가스들은 그들의 이방성 및 선택적 에칭 능력들을 위해 유전체 에칭 프로세스에서 사용되지만, 여기에 설명된 원리들은 다른 플라즈마-생성 가스들에 적용될 수 있다. 탄화플루오르 가스들은 더 작은 분자 및 원자 라디칼들로 용이하게 해리된다. 이들 화학적으로 반응성인 부산물들은, 일 실시형태에서 낮은-k 디바이스들에 대한 SiO2 또는 SiOCH 일 수 있는 유전체 재료를 에칭 어웨이 (etch away) 시킨다.
간략하게 말하면, RF 생성기는 플라즈마 에칭 챔버에 필요한 RF 전력을 제공한다. RF 생성기로부터의 RF 전력은, 플라즈마 챔버의 입력 임피던스와 매칭하는 임피던스를 초래하기 위해 RF 매치 회로에 송신된다. RF 매치 회로로부터 출력된 RF 전력은, 도전성 전달 접속 (그렇지 않으면, RF 전달 송신 라인으로 지칭됨) 을 통해 웨이퍼에 인가되고, 도전성 복귀 접속 (그렇지 않으면, RF 외측 복귀 송신 라인으로 지칭됨) 을 통해 복귀된다. 일 실시형태에서, RF 전달 송신 라인으로 하여금 임피던스 변환기로서 작동하게 하는 가변 커패시터는, RF 전달 송신 라인의 입력 단부의 RF 매치 출력에 부가된다. 가변 커패시터는, RF 전달 송신 라인의 전달 단부에서 반대의 임피던스 조정을 초래하기 위해 RF 송신 라인의 입력 단부에서 조정가능하다. 또한, 가변 커패시터의 튜닝은, 그 튜닝에 의존하여, 높음으로부터 낮음으로 또는 낮음으로부터 높음으로의 웨이퍼 레벨에서의 임피던스의 변화 및 웨이퍼에서 RF 전류 페이즈 (phase) 의 변화를 초래한다. 웨이퍼 레벨에서의 전류 페이즈 및 임피던스의 변환은, 웨이퍼에 걸친 상이한 전기장 패턴들의 형성 및 제어, 예를 들어, 형상화, 또는 중앙-높은 정상파 패턴의 제거를 허용한다. 이러한 제어는, 커패시턴스 값을 조정함으로써 중앙-높은 정상파 패턴을 전기적으로 조정할 수 있는 노브의 타입을 제공함으로써 달성될 수 있다. 웨이퍼 상에 형성된 전기장 패턴들은 웨이퍼 상에서 이온 플럭스 분포 및 에칭 레이트 패턴을 결정할 시에 중요한 역할을 담당한다. 따라서, 가변 커패시터는 웨이퍼 표면 위에 더 균일한 전기장 패턴의 형성을 가능하게 하도록 조정되며, 그에 의해, 웨이퍼 표면 위에 균등한 이온 플럭스 분포를 정의한다.
더 상세히 설명될 바와 같이, 다양한 실시형태들은, 가능한 비-균일 에칭 패턴 이슈들을 해결할 시에 도움을 주기 위한 간단하고 효율적인 전기적 접근법을 제공하기 위해 기존의 RF 회로 및 송신 라인을 사용한다. 일 실시형태에서, 시스템에 대한 변화는 작을 수 있으며, 기존의 시스템으로 용이하게 통합될 수 있다. 비-균일 에칭 패턴 이슈를 해결하기 위해 외부 공진 인덕터 및 커패시터 회로 엘리먼트들을 도입하는 대안적인 접근법들은 높은 순환 전류로 인해 상당한 전력 손실을 초래했다. 대조적으로, 여기에 기재된 바와 같이, 매치 회로 출력에서의 가변 커패시터의 부가로 인한 전력 손실은 최소이다. 전류 실시형태들의 교시들은, 약 30 내지 300MHz 사이의 순서로 매우 높은 주파수들 (VHF) 에서 동작되는 임의의 용량성 커플링된 플라즈마 반응기에서 유사한 이슈들을 해결하도록 확장될 수 있다.
본 발명의 다양한 이점들을 이해하기 위해, 웨이퍼를 프로세싱하기 위해 사용된 플라즈마 반응기가 도 1a를 참조하여 이제 설명될 것이다. 도 1a는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 플라즈마 반응기의 단면도를 도시한다. 반응기는 서라운딩 챔버 벽 (12) 에 의해 정의된 서라운딩 챔버 (10), 및 하부 전극으로서 작동하는 하부 척 어셈블리 (18) 및 상부 전극 어셈블리 (16) 에 의해 정의된 플라즈마 한정 챔버 (14) 를 포함한다. 척 어셈블리 (18) 는, 자신의 기판 지지 표면 및 기판 지지 표면의 외주변에 정의된 외측 에지 영역 (또는, 간단히 "외측 영역") 에 기판의 정전 클램핑을 제공하기 위해 자신의 상부 측면 상에 기판 지지 표면을 갖는 정전척 (ESC) (20) 을 포함한다. ESC (20) 는 척 어셈블리 벽 (30) 에 의해 정의된다. 가열, 냉각, 리프트 핀들의 제어, 및 정전 클램핑에 관한 컴포넌트들과 같은 다양한 설비 컴포넌트들은 설비판 (미도시) 에 커플링되며, 그 설비판은 차례로, 기판 지지 표면 반대의 측면 상에서 ESC (20) 에 커플링된다. ESC의 저부 부분은 보울 (bowl) 의 형상이다.
도시된 바와 같이, 상부 전극 어셈블리 (16) 는 플라즈마 한정 챔버 (14) 로 프로세스 가스를 피딩하기 위한 샤워헤드 (11) 를 포함한다. 상부 전극 어셈블리는 또한, 플라즈마 한정 챔버 (14) 를 정의하기 위해 척 어셈블리 (18) 와 인게이지 (engage) 된 덮개 (shroud) (13) 를 포함한다. 천공들 (15) 은 플라즈마 한정 챔버 (14) 를 나가는 가스 흐름을 위해 덮개 (13) 에 정의된다.
중공 RF 피드 (24) 는 RF 소스로부터 기판 지지 표면에 클램핑된 기판으로 RF 전력을 제공하도록 정의된다. 따라서, 중공 RF 피드 (24) 는 RF 소스로부터 ESC 어셈블리의 저부 단부로 연장하는 관상 부분 및 관상 부분으로부터 상향으로 연장하는 보울-형상 부분을 포함한다. RF 피드 (24) 의 보울-형상 부분은 ESC 어셈블리의 보울-형상 부분의 형상을 서라운딩하고 그 형상에 일치한다. RF 피드 (24) 의 관상 부분의 제 1 단부는 RF 소스의 RF 매치 회로에 커플링된다. 보울-형상 부분에 정의된 제 2 단부 (102) 는, ESC (20) 의 외측 영역을 통해 RF 전력을 웨이퍼에 전달하기 위해 ESC (20) 를 서라운딩하는 유전체 서라운드 구조에 커플링된다. RF 전력을 ESC (20) 의 주변에 제공하는 것에 관한 더 많은 정보에 대해, 발명의 명칭이 "Peripheral RF Feed and Symmetric RF Return for Symmetric RF Delivery" 으로 2012년 2월 23일자로 출원되고 여기에 인용으로써 포함되는 미국 특허 제 13/403,760호에 대한 참조가 행해질 수 있다. ESC의 주변으로부터 기판에 RF 전력을 제공하는 것은 ESC의 설비판의 내부 부분을 우회하는 것을 가능하게 하며, 그에 의해, RF 전력으로부터 설비판에 커플링된 컴포넌트들을 절연시킨다. 부가적으로, 척 어셈블리 상에 위치된 기판으로의 RF 전달의 그러한 형태는 높은 방위각 균일도를 달성하는 것을 초래한다.
제 1 단부 (101) 로부터 RF 피드 (24) 의 보울-형상 부분으로 연장하는 RF 피드 (24) 의 길이 "L" 은 제 2 단부에서 동작 주파수의 임피던스 변환을 초래하도록 사이징된다. 일 실시형태에서, RF 피드의 사이즈는 약 1.25미터 또는 60MHz에서 약 1/4 파장이다. RF 피드의 사이즈는 주파수를 변화시킴에 따라 변한다. 임피던스 변환은 외측 링 영역으로 송신된다.
접지 쉴드 (28) 는 실질적으로 대칭인 RF 복귀를 용이하게 하도록 제공된다. 일 실시형태에서, 접지 쉴드 (28) 는 RF 피드 (24) 의 관상 부분의 제 1 단부로부터 보울-형상 부분의 저부 단부까지 연장하는 중공 RF 피드 (24) 의 영역을 서라운딩하도록 정의된다. 접지 쉴드 (28) 는 ESC 어셈블리 벽 (30) 을 통해 접지 회로에 접속된다.
도 1b는 본 발명의 일 실시형태에서, RF 피드 (24) 의 제 2 단부에서 반대의 용량성 조정을 초래하기 위해 RF 피드 (24) 의 제 1 단부에서 조정가능한 커패시턴스를 제공하기 위한 가변 커패시터가 탑재된 플라즈마 반응기의 단면도를 도시한다. 상술된 바와 같이, RF 피드 (24) 는, RF 소스에 의해 공급된 RF 전력에 대한 내부 송신 라인 및 외측 복귀 라인을 포함한다. RF 전력을 송신하는 내부 송신 라인은 "RF 핫 로드 (hot rod)" 로 지칭된다. ESC 어셈블리의 보울-형상 부분을 서라운딩하는 유전체 서라운드 구조는 세라믹 및 석영 컴포넌트들 양자로 구성된다. 예를 들어, 석영 포커스 링 (미도시) 은 ESC (20) 의 외측 에지 영역 (그렇지 않으면 "외측 링" 으로 지칭됨) 에 인접하게 정의되고, 기초 (underlying) 석영 컴포넌트들에 커플링된다. 기초 석영 컴포넌트들은 차례로, 하나 이상의 세라믹 컴포넌트들에 커플링된다. 유전체 서라운드 구조는 챔버 벽 (30) 을 통해 접지 회로에 접속된다. 부가적인 접지는, 전극을 접지 회로에 접속시키는 구리 등과 같은 도전성 재료로 구성된 C-스트랩을 통해 전극에 제공된다.
플라즈마 영역은 상부 전극과 ESC 사이의 플라즈마 한정 챔버 (14) 내에 정의된다. 덮개 (152) 는 플라즈마와 ESC/상부 전극의 기판 지지 표면 사이에 형성된다. 가변 커패시터가 제 1 단부에서 튜닝될 경우, 내부 송신 라인은, 가변 커패시터에서 셋팅된 커패시턴스 값에 기초하여, 낮음으로부터 높음으로 또는 높음으로부터 낮음으로 웨이퍼 레벨에서의 임피던스 및 웨이퍼에서의 RF 전류 페이즈를 변환하는 임피던스 변환기와 같이 작동한다. 석영 및 세라믹 엘리먼트들의 유전체 서라운드 구조를 갖는 석영 엘리먼트들의 어느 한 측면 상에 제공된 금속 컴포넌트들의 쌍은 유도성 엘리먼트 L1 을 정의한다.
도 2는 본 발명의 실시형태에서, 플라즈마 챔버로의/로부터의 RF 전달 및 복귀 경로를 더 상세히 도시한다. 도시된 바와 같이, 시스템은 RF 전력을 플라즈마 챔버에 제공하기 위한 RF 소스를 포함한다. RF 소스는 RF 생성기 (110), 및 RF 전력을 수신하고, 기판 지지 표면 상의 웨이퍼에 RF 전력을 송신하기 전에 매칭 임피던스를 제공하기 위한 RF 매칭 회로 박스 (120) 를 포함한다. 매치 회로 박스 (120) 는 매치 회로 (120-a), 및 RF 피드 (24) 를 통해 RF 전력을 송신하기 전에 제 1 단부에서 가변 커패시턴스를 적용하기 위해 매치 회로 (120-a) 와 RF 피드 (24) 사이에 접속된 튜닝가능한 커패시터 (120-b) 를 포함한다. 매칭 회로 박스 (120) 내의 매치 회로는 플라즈마 챔버의 내부 임피던스를 RF 생성기의 임피던스와 매칭하는 임피던스를 갖는다. RF 전력은, RF 피드 (24) 의 내부 송신 라인 (140-a) 을 통해 플라즈마 챔버 내의 ESC (210) 의 기판 지지 표면 상에 배치된 웨이퍼 (200) 로 송신된다. RF 전력은, 복귀 경로 회로를 완성하기 위해 접지 회로에 접속되는 매칭 회로 박스 (120) 에 커플링된 외측-복귀 라인 (140-b) 을 통해 복귀된다. 시스템은 또한, 복수의 서브-인터페이스들을 갖는 사용자 인터페이스 (150) 를 갖춘 컴퓨팅 디바이스를 포함한다. 서브-인터페이스들 중 하나는, 플라즈마 챔버로 송신될 RF 전력의 양을 제어하는 RF 전력 입력 서브-인터페이스 (150a) 이다. 또 다른 서브-인터페이스는, (예를 들어, 커패시턴스 값을 셋팅하기 위한) 가변 커패시터의 파라미터들을 조정하기 위한 커패시턴스 입력 인터페이스 (150b) 이다. 일 실시형태에서, 컴퓨팅 디바이스는 커패시턴스 세트 제어 모듈 (130) 에 접속되며, 그 모듈은 차례로, 서브-인터페이스 (150b) 에 제공된 입력에 기초하여 가변 커패시턴스의 커패시턴스 값을 조정하기 위해 가변 커패시터에 커플링된다. 가변 커패시터 상의 커패시턴스 값은 기계적으로 또는 전자적으로 조정될 수도 있다. 예를 들어, 기계적 조정의 경우, 세트 제어 모듈 (130) 은 모터 메커니즘과 같은 메커니즘을 포함할 수도 있거나, 적어도 가변 커패시터의 커패시턴스 값을 제어하도록 제어한다. 가변 커패시터의 파라미터들을 조정하기 위한 RF 전력 입력 서브-인터페이스 (150a) 및 커패시턴스 입력 서브-인터페이스 (150b) 에 부가하여, 사용자 인터페이스 (150) 는 부가적인 서브-인터페이스들 (150c 내지 150f) 을 포함할 수도 있다. 부가적인 서브-인터페이스들은, 플라즈마 챔버에서 플라즈마를 생성하고 및/또는 이들 파라미터들 중 하나 이상을 렌더링하기 위해 사용되는 공급재료 가스들의 파라미터들을 조정하는 것을 포함한 웨이퍼 프로세싱과 연관되는 하나 이상의 파라미터들을 제어하는데 사용될 수도 있다.
RF 생성기는 RF 전력 입력 서브-인터페이스 (150a) 로부터 입력값을 수신하고, 입력값에 기초하여, 플라즈마 챔버로의 송신을 위해 적절한 RF 전력을 생성한다. 매칭 회로 박스는 전력 반사들을 최소화시키기 위해 플라즈마 챔버에서 임피던스를 매칭하도록 매칭 임피던스를 제공한다. 가변 커패시터 (120-b) 는 매치 회로에 커플링된다. 가변 커패시터 (120-b) 의 커패시턴스는 커패시턴스 세트 제어 모듈 (130) 로부터 수신된 커패시턴스 세트값에 기초하여 변경된다. 커패시턴스 세트 제어 모듈 (130) 은 커패시턴스 세트값을 생성하기 위해 컴퓨팅 디바이스의 커패시턴스 입력 인터페이스 (150b) 로부터 입력을 수신한다. 가변 커패시터 (120-b) 에 대해 셋팅될 커패시턴스 값은 RF 전력 및 RF 피드 (24) 의 지오메트리에 기초하여 계산되며, 이는 도 4를 참조하여 더 상세히 설명된다. 제 1 단부에서의 커패시턴스의 조정은 제 2 단부에서 커패시턴스 및 임피던스에 대한 대응하는 조정을 초래한다. 조정된 임피던스는 ESC의 외측 에지 영역에 송신된다. 외측 에지 영역에서의 임피던스는 외측 에지에서 전압 증가를 초래하며, 상부 전극, 챔버 벽, 송신 라인 및 매칭 회로를 포함하는 2개의 상이한 RF 복귀 경로들에 따라 RF 전류가 플라즈마를 통해 다시 접지로 이동함에 따라 전압이 감소한다.
도 3은 도 2에 도시된 시스템의 표현인 간략화된 전기 회로 (300) 를 도시한다. 전기 회로 (300) 의 다양한 엘리먼트들은 도 5를 참조하여 추가적으로 설명될 것이다. 도 2의 가변 커패시터 (120-b) 는 전기 회로 (300) 의 용량성 엘리먼트 C0로서 표현된다. 용량성 엘리먼트 C1은 가변 커패시터 (120-b) 의 커패시턴스 값 C0를 조정함으로써 초래된 반대의 용량성 조정을 표현한다. 유도성 엘리먼트 L1은 RF 전달 및 접지 금속 표면의 인덕턴스를 표현한다. 용량성 엘리먼트 Csh는 플라즈마 챔버에서 정의된 덮개에 의해 나타내는 커패시턴스를 표현한다. 저항성 엘리먼트 Rp는 플라즈마의 저항 컴포넌트를 표현한다. 유도성 엘리먼트 Lp는 플라즈마 챔버에서 형성된 플라즈마의 인덕턴스를 표현한다. 이전에 설명된 바와 같이, 제 1 단부에서 가변 커패시터 (120-b) 의 커패시턴스 값 C0를 변경시키는 것은, 제 2 단부에 배치된 출력 커패시턴스에서의 반대의 용량성 조정값 C1을 초래할 것이다. 예를 들어, 제 1 단부에서의 높은 커패시턴스 값 C0에 가변 커패시터를 튜닝하는 것은, 제 1 단부에서는 낮은 임피던스 Z0, 제 2 단부에서는 대응하는 낮은 커패시턴스 값 C1 및 높은 임피던스 Z1을 초래한다. 전기 회로 (300) 는 접지 회로로의 복귀 경로에 의해 완성된다. RF 전력은 접지 회로로의 2개의 복귀 경로들을 따른다. 제 1 복귀 경로는 척 어셈블리 벽 (30), 접지 쉴드 (28) 및 접지 회로를 통한다. 제 2 경로는 플라즈마를 통해 상부 전극, C-덮개 및 접지로 유전체 서라운드 구조의 절연 벌크를 통한 것이다.
본 발명의 실시형태들은, 매치 회로의 출력 단부에서 가변 커패시터를 도입하도록 기존의 전기 회로를 최소로 변경시킴으로써 이온 플럭스에서의 균일도 또는 조정을 초래하기 위해 웨이퍼 레벨에서 임피던스를 조정하기 위한 방식을 제공한다. 일 실시형태에서, 매치 회로의 출력 단부에 가변 커패시터를 도입하는 것에 부가하여, 송신 라인의 길이는 웨이퍼 레벨에서 동작 주파수의 임피던스 변환을 초래하기 위해 유효한 전기 길이로 사이징될 수도 있다. 일 실시형태에서, 유효 전기 길이 "L"은 송신 라인에 제공된 RF 주파수에 의존한다. 일 실시형태에서, 예를 들어, 송신 라인에 제공된 RF 전력이 약 60MHz일 때 송신 라인의 관상 부분이 약 1/4 파장으로 만곡/조정될 경우 최적의 결과가 관측된다. 일 실시형태에서, 60MHz RF 전력에 대해, 관상 부분의 길이는 약 1미터이며, 보울형상 부분을 서라운딩하는 수직 부분의 사이즈는 약 0.25미터이다. 또 다른 실시형태에서, 송신 라인의 총 길이는 60MHz RF 전력에 대해 약 1.25미터이다. 상술된 바와 같이, 유효한 전기 길이는 송신 라인을 통해 공급된 RF 주파수에 의존하여 변할 수도 있다.
도 4는, 제 2 단부에서 높은 임피던스 및 플라즈마 반응기의 전극의 외측 에지 근방의 높은 전압 분포를 초래하기 위해, 제 1 단부에서 높은 커패시턴스를 제공하는데 사용되는 그 내에 포함된 플라즈마 반응기의 단면을 갖는 시스템의 다양한 컴포넌트들을 도시한다. 도시된 바와 같이, 플라즈마 반응기는 챔버를 둘러싼다. 플라즈마 반응기는 챔버의 챔버 벽에 의해 서라운딩된다. 플라즈마 한정 챔버는 상부 전극 어셈블리 및 하부 정전척 어셈블리에 의해 플라즈마 반응기에 정의된다. 상부 전극 어셈블리는, 플라즈마 한정 챔버를 정의하기 위해 척 어셈블리를 인게이지하도록 한정 챔버 및 덮개로 프로세스 가스를 공급하기 위한 샤워헤드를 포함한다. 덮개는 플라즈마 한정 챔버로 나가는 프로세스 가스 흐름을 위한 천공들을 포함한다.
척 어셈블리는, 기판 지지 표면 및 상부 측면 상에 정의된 외측 링을 제공하는 정전척 및 ESC의 기판 지지 표면에 대향하는 측면에 커플링된 다양한 컴포넌트들을 포함한다. 외측 링은 기판 지지 표면의 주변 주위에 정의된다. 다양한 컴포넌트들은 몇몇을 예를 들자면, 가열, 냉각, 리프트 핀들의 제어, 정전 클램핑에 관련된 컴포넌트들을 포함할 수도 있다. 상기 리스트는 예시적이며, 제한적인 것으로 고려되지는 않아야 한다. ESC 어셈블리는 석영 엘리먼트들, 세라믹 엘리먼트들 및 알루미늄 엘리먼트들로 구성된 유전체 서라운드 구조에 의해 서라운딩된다. 유전체 서라운드 구조 (또한 "절연 벌크" 로 지칭됨) 는 접지 회로에 접속된다.
중공 RF 피드는 유전체 서라운드 구조를 통해 ESC의 외측 링에 RF 전력을 전달하기 위해 ESC 어셈블리의 주변 부분에 커플링된다. RF 피드는 보울-형상 부분 (122) 및 관상 부분 (124) 을 포함한다. 보울-형상 부분 (122) 은 ESC 어셈블리의 형상에 일치하는 ESC 어셈블리를 서라운딩하며, 관상 부분은 보울-형상 부분의 저부에 접속되고, ESC 어셈블리로부터 플라즈마 반응기의 챔버 벽 (30) 으로 측방향으로 이격하여 연장한다. 챔버 벽 (30) 의 외부로 연장하는 RF 피드의 관상 부분 (124) 에 정의된 제 1 단부 (101) 는 매치 회로 박스 (120) 에 접속되며, 매치 회로 박스 (120) 가 RF 생성기 (132) 와 RF 피드 사이에 존재하도록 RF 생성기 (132) 에 커플링된다. 매치 회로 박스 (120) 는 챔버 (30) 의 기계적인 벽까지 접속되며, 접지 회로에 접속함으로써 접지된다. 매치 회로 박스는 매칭 회로 (120-a) 및 관상 커패시터 (120-b) 를 하우징한다. RF 피드는 내부 송신 라인 및 외측 벽을 포함한다. 내부 송신 라인은 매치 회로 박스 (120) 로부터의 출력에 접속된다. RF 피드의 외측 벽은 RF 복귀 경로를 완성하기 위해 접지 회로에 접속된다.
컴퓨터 시스템은, 플라즈마 반응기에 제공된 RF 전력을 제어 및 관리하기 위해 RF 생성기 (132) 에 접속된다. 컴퓨터 시스템은 또한, 매치 회로 (120-a) 의 출력 단부에 접속된 가변 커패시터 (120-b) 의 튜닝을 제어하도록 커패시턴스 세트 제어 모듈 (126) 을 통해 매치 회로 박스 (120) 에 접속된다. 튜닝은 기계적 (즉, 모터 구동됨) 이거나 전자적일 수도 있으며, 커패시턴스 세트 제어 모듈 (126) 을 통해 컴퓨터 시스템으로부터 입력된 커패시턴스 값에 기초한다. 컴퓨터 시스템은 플라즈마 반응기 챔버에서 수행된 에칭 프로세스의 하나 이상의 속성들을 제어하기 위해 복수의 서브-사용자 인터페이스들 (150a-150f) 을 갖는 사용자 인터페이스 (150) 를 포함할 수도 있다. 인터페이스에 대한 데이터는 또한, 정의된 레시피 (recipe) 에 기초하여 프로그래밍될 수도 있다. 예를 들어, 서브-사용자 인터페이스 (150b) 는 매치 회로 박스에서 가변 커패시터를 튜닝하기 위해 모터를 구동하는 커패시턴스 세트 제어 모듈 (126) 로 커패시턴스 셋팅 값들을 제공하는데 사용될 수도 있다. 일단 최적의 셋팅값이 가변 커패시터에 대해 발견되면, 그 최적의 셋팅값이 챔버에서 수행되는 전체 에칭 프로세스 동안 사용됨을 유의해야 한다. 대안적으로, 셋팅은 에칭 사이클 동안 주기적으로 또는 에칭 프로세스의 상이한 페이즈들에서 조정될 수 있다.
매치 회로 박스에서 제공된 가변 커패시터가 존재하지 않는 종래의 시스템에서, 제 1 단부에서의 커패시턴스는 낮다. 그 결과, RF 피드의 제 1 단부에서의 임피던스는 높으며, 유전체 서라운드 구조에 의해 표현된 절연 벌크에 걸친 임피던스는 낮다. 외측 링 근방의 퇴출 영역에서의 낮은 임피던스의 존재로 인해, 절연 벌크를 나가는 전류에 대한 낮은 임피던스가 존재하며, 그에 의해, 전류가 챔버 벽을 향해 용이하게 흐르게 한다. 이러한 경계 조건은 도 8의 커브 1에 의해 도시된 바와 같이, 웨이퍼에 걸친 제 1 종류 [1] 의 0차 베셀 함수 (0th order Bessel function) 에 의해 설명된 중앙-높은 전기장 프로파일을 효율적으로 설정한다. 전기장 패턴에서의 변화는 에칭 레이트 패턴에 영향을 준다. 더 균등한 에칭 레이트 패턴을 제공하기 위해 RF 전력을 조정하는 것은 도 8의 커브 2에 의해 도시된 바와 같이, 중심-높은 전기장 패턴의 완만한 (modest) 감소를 초래할 것이지만, 비-균일 에칭 레이트 패턴을 완전히 해결하지는 않는다.
에칭 레이트에서의 이러한 비-균일도를 제어하기 위해, 임피던스는 에지들에서 전기장 및 전압의 증가를 강제하도록 절연 벌크에 걸쳐 증가되어야 한다. 절연 벌크가 절연된 절연체가 아니라 RF 송신 라인 시스템의 통합된 부분이므로, 임피던스는 RF 피드의 제 1 단부에서의 커패시턴스를 조정함으로써 제 2 단부에서 조정될 수 있다. 커패시턴스를 조정하는 것은, RF 송신 라인이 제 1 단부에서의 낮은 임피던스를 제 2 단부에서의 높은 임피던스로 그리고 그 역으로 전사하는 임피던스 변환기와 같이 작동하게 할 것이다. 가변 커패시터는, RF 피드의 내부 송신 라인을 통해 RF 전력을 송신하기 전에 제 1 단부에서의 커패시턴스를 조정하기 위해 RF 매치 회로에 부가된다. RF 피드의 제 1 단부 (101) 에서의 가변 커패시터의 커패시턴스 값 C0는 사용자 인터페이스 (150b) 를 사용하여 증가된다. 도 4에 도시된 일 실시형태에서, C0는 0 피코 패럿 (pF) 으로부터 약 150pF 로 증가된다. 이것은 송신 라인이, 제 1 단부에서의 낮은 임피던스 Z0를 초래하는 임피던스 변환기로 제 2 단부 (102) 에서의 대응하는 낮은 커패시턴스 C1 및 높은 임피던스 Z1 를 변환하게 한다. 낮은 커패시턴스 C1 및 높은 임피던스 Z1은 절연 벌크에 걸쳐 외측 링의 퇴출 포인트 (104) 로 운반된다. 일 실시형태에서, 외측 링은 본질적으로, 챔버 내의 기판 처리 영역을 서라운딩하는 포커스 링이다. 외측 링에서의 퇴출 포인트 (104) 와 챔버 벽 사이의 퇴출 영역에서의 높은 임피던스로 인해, 웨이퍼의 에지에서의 전압 그에 따른 전기장은 높으며, 그것이 중심을 향해 확산됨에 따라 감소한다. 웨이퍼 표면에 걸친 전압의 분포는 도 5에 도시되어 있다.
이제 도 5를 참조하면, 플라즈마 반응기의 절연 벌크 (500) 가 도시되어 있다. 전기 회로 (300) 의 엘리먼트들 중 몇몇은 절연 벌크의 상이한 엘리먼트들에 관해 설명될 것이다. 예를 들어, 그 중간에 절연 벌크를 갖는 도전성 금속층들 (120 및 106)의 조합은 용량성 엘리먼트 C1의 일부이다. 금속층들의 인덕턴스는 유도성 엘리먼트 L1의 일부이다. 제 1 단부에 적용된 높은 커패시턴스 C0는 ESC (즉, 전극)의 외측 영역에 운반하는 절연 벌크에서의 낮은 커패시턴스 C1 및 더 높은 임피던스 Z1을 초래한다. 지지 표면의 외측 영역 (즉, 주변) 에서 절연 벌크로부터 퇴출하는 전압은, 외측 영역에서 더 높은 임피던스에 직면한다. 전압 및 그에 따른 전기장은 외측 에지 근방에서 높으며, 여기서, 전압은 절연 벌크에서 나오고, 그것이 챔버의 중심을 향해 이동할 경우 강도에서 감소한다. 전압 분포는 도 5의 상부 부분에 수직 화살표들에 의해 도시되어 있다. 웨이퍼 표면에 걸친 전압의 강도에서의 감소는 에지로부터 챔버의 중심을 향한 수직 화살표들의 높이에서의 감소에 의해 표현된다. 이러한 실시형태에서 정의된 전압 분포는 도 8의 커브 3에 의해 표현된다. 이상적인 목표는 도 8의 커브 4에 의해 도시된 바와 같이, 웨이퍼 레벨에서 더 균등한 전기장 패턴을 달성하기 위해, 밸런스된 전압 분포를 획득하는 것이다. 상술된 바와 같이, 전기장 패턴은 웨이퍼 상의 에칭 레이트 패턴 및 이온 플럭스 분포를 구동시킨다.
웨이퍼 표면에 걸친 더 밸런스된 전압 분포를 획득하기 위해, 가변 커패시터가 제 1 단부에서 튜닝된다. 전압의 밸런스된 분포는 도 8의 커브 4에 의해 도시된 바와 같이, 웨이퍼 표면 위의 더 평평하게 된 전기장 패턴의 형성을 초래할 것이다. 일 실시형태에서, 밸런스된 분포를 달성하기 위해, 가변 커패시터는 송신 라인에 제공된 RF 전력 및 송신 라인의 유효 전기 길이에 기초하여 튜닝된다. 일 실시형태에서, 유효 전기 길이는 RF 피드의 수평 길이 "L1" 및 수직 길이 "L2" 의 합으로서 정의된다. 예를 들어, RF 피드의 수평 길이는 입력 단부 (즉, 도 4의 A'에 의해 표현된 제 1 단부) 로부터 송신 라인의 관상 부분의 거리 L1 으로서 정의되며, 여기서, 송신 라인은 A''에 의해 표현된 RF 피드의 보울-형상 부분의 저부까지 가변 커패시터를 갖는 매치 회로 박스에 커플링된다. RF 피드의 수직 부분은, RF 전력이 절연 벌크에 진입하는 도 4에서, A''에 의해 표현된 RF 피드의 보울-형상 부분의 저부로부터 B'에 의해 표현된 포인트 (102) 까지의 길이 L2로서 정의된다. 또 다른 실시형태에서, 유효 전기 길이는 입력 단부 (즉, 제 1 단부) 로부터 송신 라인의 길이로서 정의되며, 여기서, 송신 라인은 제 2 단부로의 가변 커패시터를 갖는 매치 회로 박스에 커플링되고, 여기서, RF 전력은 절연 벌크에 공급된다. 일 실시형태에서, 송신 라인의 관상 부분의 지오메트리는 제안된 RF 전력과 함께 사용자 인터페이스로 입력되며, 컴퓨팅 디바이스는 전압의 밸런스된 분포를 초래할 튜닝 커패시터의 범위값을 계산한다. 또 다른 실시형태에서, 송신 라인의 유효 전기 길이는 제안된 RF 전력과 함께 사용자 인터페이스로 입력되며, 컴퓨팅 디바이스는 웨이퍼 레벨에서의 전압의 밸런스된 분포를 초래할 튜닝 커패시터의 범위값을 계산한다. 일 실시형태에서, RF 전력의 60MHz에 대해, 컴퓨팅 디바이스에 의해 계산된 커패시턴스 세트값이 약 50피코 패럿 (pF) 내지 약 500pF 에 있을 경우, 전압의 바람직한 분포가 관측된다. 커패시턴스 값이 약 75pF 내지 약 300pF 에 있을 경우 전압의 더 바람직한 분포가 관측되며, 커패시턴스 값이 약 100pF 내지 약 200pF 사이에 있을 경우 전압의 최적의 분포가 관측된다.
도 6은 플라즈마 하의 웨이퍼에 걸친 전기장/전압의 최적의 분포를 제공하는 커패시턴스/임피던스 값의 유효한 변환을 도시한다. 상자형 (boxed) 섹션은, 종래의 방법들을 사용하는 웨이퍼의 프로세싱 동안 사용된 커패시턴스 및 대응하는 임피던스의 값을 표현한다. 본 발명의 일 실시형태에서, 최적의 값은 포인트들 (A 및 B) 사이의 커브 세그먼트에 의해 도시되어 있다.
도 7a-7f는, 커패시턴스 값이 0pF 로부터 200pF 까지의 범위에 있을 경우의 웨이퍼 레벨 상의 전기장 패턴을 도시한다. 도 7a-7f로부터 관측될 수 있는 바와 같이, 일 실시형태에서, 최적의 전기장 패턴 및 그에 따른 균일한 이온 플럭스는, 60MHz RF 전력이 사용된 때에 커패시턴스 값이 150pF 으로 셋팅된 경우 달성된다. 최적의 커패시턴스 값이 사용된 RF 전력의 특징들, 송신 라인 및 플라즈마 특성들에 기초함을 유의해야 한다. 그 결과, 상이한 RF 전력 및/또는 송신 라인의 유효한 전기 길이에 대해, 최적의 커패시턴스 값은 상이할 수도 있다.
일 실시형태에서, 전기 길이가 유효 전기 길이보다 짧아지거나 길어질 경우, 전기 길이는 유전체 재료 또는 금속을 경로에 부가함으로써 조정된다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 송신 라인의 전기 길이가 유효 전기 길이보다 길 경우, 유전체 재료는 송신 라인의 전기 길이를 감소시키도록 부가된다. 유사하게, 송신 라인의 전기 길이가 유효 전기 길이보다 짧아질 경우, 적절한 금속이 송신 라인의 전기 길이를 증가시키도록 부가될 수도 있다.
도 9는 여기에 설명된 실시형태들을 구현하기 위한 컴퓨팅 시스템의 간략화된 개략도이다. 여기에 설명된 방법들이 종래의 범용 컴퓨터 시스템과 같은 디지털 프로세싱 시스템을 이용하여 수행될 수도 있음을 인식해야 한다. 하나의 기능만을 수행하도록 설계 또는 프로그래밍된 특수 목적 컴퓨터들이 대안적으로 사용될 수도 있다. 컴퓨터 시스템은, 랜덤 액세스 메모리 (RAM) (1028), 판독-전용 메모리 (ROM) (1012), 및 대용량 저장 디바이스 (1014) 에 버스 (1010) 를 통해 커플링된 중앙 프로세싱 유닛 (CPU) (1004) 을 포함한다. 커패시턴스 제어 프로그램 (1008) 뿐만 아니라 RF 전력 제어 프로그램은 랜덤 액세스 메모리 (RAM) (1028) 에 상주하지만, 대용량 저장부 (1014) 또는 ROM (1012) 에 또한 상주할 수 있다.
대용량 저장 디바이스 (1014) 는, 로컬 또는 원격일 수도 있는 플로피 디스크 드라이브 또는 고정형 디스크 드라이브와 같은 영속적인 데이터 저장 디바이스를 표현한다. 네트워크 인터페이스 (1030) 는 네트워크 (1032) 를 통한 접속들을 제공하여, 다른 디바이스들과의 통신들을 허용한다. CPU (1004) 가 범용 프로세서, 특수 목적 프로세서, 또는 특수하게 프로그래밍된 로직 디바이스로 구현될 수도 있음을 인식해야 한다. 입력/출력 (I/O) 인터페이스는 버스 (1010) 를 통해, 상이한 주변기기들과의 통신을 제공하고, CPU (1004), RAM (1028), ROM (1012), 및 대용량 저장 디바이스 (1014) 와 접속된다. 간단한 주변기기들은 디스플레이 (1018), 키보드 (1022), 커서 제어부 (1024), 착탈형 미디어 디바이스 (1034) 등을 포함한다.
디스플레이 (1018) 는 여기에 설명된 사용자 인터페이스를 디스플레이하도록 구성된다. 키보드 (1022), 커서 제어부 (1024), 착탈형 미디어 디바이스 (1034), 및 다른 주변기기들은 커맨드 선택들의 정보를 CPU (1004) 에 통신하기 위해 I/O 인터페이스 (1020) 에 커플링된다. 외부 디바이스들로의 및 외부 디바이스들로부터의 데이터가 I/O 인터페이스 (1020) 를 통해 통신될 수도 있음을 인식해야 한다. 실시형태들은 또한, 태스크들이 유선-기반 또는 무선 네트워크를 통해 링크되는 원격 프로세싱 디바이스들에 의해 수행되는 분산된 컴퓨팅 환경들에서 실시될 수 있다.
여기에 설명된 실시형태들은 핸드-헬드 디바이스들, 마이크로프로세서 시스템들, 마이크로프로세서-기반 또는 프로그래밍가능 소비자 전자기기, 미니 컴퓨터들, 메인프레임 컴퓨터들 등을 포함하는 다양한 컴퓨터 시스템 구성들을 이용하여 실시될 수도 있다. 실시형태들은 또한, 태스크들이 네트워크를 통해 링크되는 원격 프로세싱 디바이스들에 의해 수행되는 분산된 컴퓨팅 환경들에서 실시될 수도 있다.
다양한 실시형태들의 전술된 상세한 설명에 관해, 챔버에서 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 방법이 이제 도 10을 참조하여 설명될 것이다. 도 10은 매우 높은 주파수 RF 전력을 사용하여 플라즈마 에칭 챔버에서 웨이퍼를 프로세싱하는 것에 수반된 다양한 프로세스 동작들을 도시한다. 프로세스는 동작 (1110) 에서 시작하며, 여기서, 그 상에 지지 표면 및 외측 영역을 갖는 전극을 갖춘 챔버가 제공된다. 챔버는 웨이퍼의 플라즈마 프로세싱을 위해 정의된다. RF 전력은 동작 (1120) 에 도시된 바와 같이, 챔버의 전극에 인가된다. 인가된 RF 전력은 도전성 전달 접속을 통해 챔버로 통신되고, RF 피드의 도전성 복귀 접속을 통해 복귀된다. 도전성 전달 접속은 동작 주파수에서 최적의 임피던스 변환을 초래하는 길이로 사이징된다.
동작 (1130) 에 도시된 바와 같이, 커패시턴스는 도전성 전달 접속의 제 1 단부에 적용되며, 도전성 전달 접속의 제 2 단부에서 반대의 용량성 조정을 초래하기 위해 조정된다. 도전성 전달 접속의 제 2 단부는 전극을 서라운딩하는 유전체 서라운드 구조에 커플링된다. 제 2 단부에 제공된 반대의 용량성 조정은 전극의 외측 영역 근방의 유전체 서라운드 구조에 의해 제공된다. 제 2 단부 및 외측 영역에서의 반대의 용량성 조정은, 커패시턴스가 제 1 단부에서 증가될 경우 웨이퍼 레벨에서 커패시턴스의 감소 및 임피던스의 대응하는 증가를 초래한다. 제 2 단부 및 그에 따른 외측 영역에서 임피던스를 증가시키는 것은 외측 영역 근방의 전압 분포에서의 증가를 초래한다. 전압 분포는, 전압이 임피던스로 인해 외측 영역/챔버 벽으로부터 이격하여 이동함에 따라, 전극의 지지 표면의 중심을 향해 감소한다.
따라서, 본 발명의 다양한 실시형태들은, 가변 커패시터를 시스템에 도입하고 매치 출력으로부터 웨이퍼로의 기존의 송신 라인을 이용함으로써 웨이퍼에서 전류 페이지를 제어하는 용이하고 효율적인 방식을 제공한다. 가변 커패시터를 조정하는 것은 송신 라인이 임피던스 변환기로서 작동하게 한다. 기존의 시스템에 대한 변화는 작고 시스템과 호환가능하며, 가변 커패시터의 통합으로 인한 전력 손실은 무시가능하다. 임피던스 그에 따른 웨이퍼 레벨에서의 전류 페이지의 변환은, 웨이퍼 레벨에서의 상이한 전기장 패턴들의 형성을 허용하고, 중앙-높은 정상파 패턴을 제거할 수 있다. 상이한 전기장 패턴들의 형성으로 인한 이온 플럭스 분포 및 그에 따른 에칭 레이트 패턴은 웨이퍼에서 실질적인 수율 절약을 초래한다.
방법 동작들이 특정한 순서로 설명되었지만, 오버레이 (overlay) 동작들의 프로세싱이 원하는 방식으로 수행되는 한, 다른 관리유지 동작들이 동작들 사이에서 수행될 수도 있거나, 동작들은 그들이 약간 상이한 시간들에서 발생하도록 동작될 수도 있거나, 프로세싱과 연관된 다양한 간격들로 프로세싱 동작들의 발생을 허용하는 시스템에서 분산될 수도 있음을 이해해야 한다.
상기 실시형태들이 이해의 명확화의 목적들을 위해 몇몇 세부사항으로 설명되었지만, 특정한 변경들 및 변형들이 첨부된 청구항들의 범위 내에서 실시될 수 있음은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실시형태들은 제한이 아니라 예시적인 것으로서 고려될 것이며, 실시형태들은 여기에 주어진 세부사항들로 제한되지 않고, 첨부된 청구항들의 범위 및 등가물들 내에서 변경될 수도 있다.

Claims (30)

  1. 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 장치로서,
    상기 웨이퍼의 플라즈마 프로세싱을 위한 챔버로서, 상기 챔버는 지지 표면 및 상기 지지 표면을 서라운딩하는 외측 에지 영역을 포함하는 전극 어셈블리를 갖는, 상기 챔버;
    무선 주파수 (RF) 전력을 상기 전극 어셈블리에 제공하기 위한 RF 전력 소스;
    상기 RF 전력 소스에 커플링된 매칭 회로;
    상기 전극 어셈블리와 상기 매칭 회로의 출력 사이에 커플링된 RF 전력 접속 구조로서, 상기 RF 전력 접속 구조는 상기 RF 전력을 상기 전극 어셈블리에 전달하기 위한 도전성 전달 접속 및 상기 전극 어셈블리로부터 상기 매칭 회로의 상기 출력으로 상기 RF 전력의 적어도 일부를 복귀시키기 위한 도전성 복귀 접속을 포함하고, 상기 RF 전력 접속 구조는 길이, 제 1 단부 및 제 2 단부를 가지며, 상기 제 1 단부는 상기 매칭 회로의 상기 출력에 커플링되고, 상기 제 2 단부는 상기 전극 어셈블리에 커플링되고, 상기 길이가 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부 사이에서 임피던스 변환을 인에이블하도록 상기 길이는 동작 주파수에 대해 셋팅되는, 상기 RF 전력 접속 구조; 및
    상기 매칭 회로의 상기 출력과 상기 RF 전력 접속 구조의 상기 제 1 단부 사이에 연결된 가변 커패시터로서, 상기 가변 커패시터는 인덕터에 커플링되지 않고 공진 회로는 상기 매칭 회로의 상기 출력에서 정의되지 (define) 않는, 상기 가변 커패시터를 포함하는, 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 길이는 상기 동작 주파수의 1/4 파장인, 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 동작 주파수는 60MHz인, 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변 커패시터의 튜닝을 제어하기 위해 상기 가변 커패시터에 커플링된 커패시터 세트 제어 모듈을 더 포함하는, 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 커패시터 세트 제어 모듈은, 상기 제 1 단부에서 커패시턴스의 상기 튜닝을 전자적으로 조정하도록 컴퓨팅 시스템의 커패시턴스-셋팅 사용자 인터페이스에 커플링되는, 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 단부에서 상기 가변 커패시터의 변화들은 상기 제 1 단부에서 임피던스의 변화 및 상기 제 2 단부에서 임피던스의 반대 변화를 생성하는, 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 장치.
  7. 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 장치로서,
    상기 웨이퍼의 플라즈마 프로세싱을 위한 챔버로서, 상기 챔버는 지지 표면 및 상기 지지 표면을 서라운딩하는 외측 에지 영역을 포함하는 전극 어셈블리를 갖는, 상기 챔버;
    무선 주파수 (RF) 전력을 상기 챔버 내의 상기 전극 어셈블리에 제공하기 위한 RF 생성기;
    상기 RF 전력에 매칭 임피던스를 제공하도록 상기 RF 생성기에 커플링된 매칭 회로;
    상기 전극 어셈블리와 상기 매칭 회로의 출력 사이에 커플링된 RF 전력 접속 구조로서, 상기 RF 전력 접속 구조는 상기 RF 전력을 상기 전극 어셈블리에 전달하기 위한 도전성 전달 접속 및 상기 전극 어셈블리로부터 상기 매칭 회로의 상기 출력으로 상기 RF 전력의 적어도 일부를 복귀시키기 위한 도전성 복귀 접속을 포함하고, 상기 RF 전력 접속 구조는 길이, 제 1 단부 및 제 2 단부를 가지며, 상기 제 1 단부는 상기 매칭 회로의 상기 출력에 커플링되고, 상기 제 2 단부는 상기 전극 어셈블리에 커플링되고, 상기 길이가 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부 사이에서 임피던스 변환을 인에이블하도록 상기 길이는 동작 주파수에 대해 셋팅되는, 상기 RF 전력 접속 구조; 및
    상기 매칭 회로의 상기 출력과 상기 RF 전력 접속 구조의 상기 제 1 단부 사이에 배치된 튜닝가능한 커패시터로서, 상기 제 1 단부에서 상기 튜닝가능한 커패시터의 변화들이 상기 제 1 단부에서의 임피던스의 변화 및 상기 제 2 단부에서의 임피던스의 반대 변화를 생성하고, 상기 매칭 회로의 상기 출력에서 상기 튜닝가능한 커패시터는 공진 회로의 일부가 아닌, 상기 튜닝가능한 커패시터를 포함하는, 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 RF 생성기 및 상기 튜닝가능한 커패시터에 통신가능하게 연결된 컴퓨팅 디바이스를 더 포함하고,
    상기 컴퓨팅 디바이스는 상기 RF 생성기에 의해 상기 전극 어셈블리에 공급된 RF 전력을 전자적으로 제어하고 상기 제 1 단부에서 상기 튜닝가능한 커패시터에 의해 제공된 커패시턴스 값을 전자적으로 조정하도록 구성되는, 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 튜닝가능한 커패시터의 커패시턴스 값을 제어하기 위한 커패시턴스 조정 메커니즘을 더 포함하는, 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 도전성 전달 접속의 상기 길이가 유효 전기 길이보다 크거나 작을 때, 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부 사이의 상기 길이는, 상기 유효 전기 길이와 일치시키도록 상기 도전성 전달 접속에 의해 정의된 경로에 유전체 재료 또는 도전성 금속을 부가함으로써 조정되고, 상기 유효 전기 길이는 상기 도전성 전달 접속의 상기 동작 주파수에서 최적의 임피던스 변환을 인에이블하는, 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 도전성 전달 접속의 상기 유효 전기 길이는, 60MHz의 RF 전력에 대해 상기 동작 주파수의 1/4 파장인, 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 튜닝가능한 커패시터는 상기 제 1 단부에서 커패시턴스 값을 50 피코 패럿 (pF) 내지 500pF 로 셋팅하도록 구성되는, 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 장치.
  13. 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 방법으로서,
    지지 표면 및 외측 에지 영역이 정의된 전극 어셈블리를 갖는 챔버를 제공하는 단계로서, 상기 챔버는 상기 웨이퍼의 플라즈마 프로세싱을 위해 정의되는, 상기 챔버를 제공하는 단계;
    도전성 전달 접속을 통해 상기 챔버의 상기 전극 어셈블리에 인가될 RF 전력을 결정하는 단계로서, 상기 도전성 전달 접속은 치수 (dimension) 를 갖는, 상기 RF 전력을 결정하는 단계;
    상기 도전성 전달 접속의 제 1 단부에서 임피던스 조정 및 상기 도전성 전달 접속의 제 2 단부에서 반대의 임피던스 조정을 초래하도록, RF 전력 소스의 매칭 회로와 상기 도전성 전달 접속의 상기 제 1 단부 사이에 배치된 가변 커패시터에서 셋팅될 커패시턴스 값을 결정하는 단계로서, 상기 커패시턴스 값은 인가될 상기 RF 전력 및 상기 도전성 전달 접속의 상기 치수에 기초하여 결정되는, 상기 커패시턴스 값을 결정하는 단계; 및
    상기 제 1 단부에서 상기 가변 커패시터를 상기 커패시턴스 값으로 튜닝하는 단계로서, 상기 튜닝은 상기 도전성 전달 접속의 상기 제 2 단부에서 상기 반대의 임피던스 조정을 초래하고, 상기 반대의 임피던스 조정은 상기 전극 어셈블리의 외측 에지 영역으로 송신되고, 상기 반대의 임피던스 조정은 상기 전극 어셈블리의 상기 외측 에지 영역에서 전압 분포의 대응하는 변화를 초래하는, 상기 가변 커패시터를 상기 커패시턴스 값으로 튜닝하는 단계를 포함하는, 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 도전성 전달 접속의 상기 치수는 상기 RF 전력의 동작 주파수에 대해 정의된 유효 전기 길이와 같고, 상기 유효 전기 길이는 상기 RF 전력에 대해 특정되고 상기 동작 주파수에서 최적의 임피던스 변환을 초래하도록 정의되는, 챔버에서 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 도전성 전달 접속의 상기 치수가 상기 유효 전기 길이보다 클 경우, 상기 도전성 전달 접속의 상기 치수를 상기 유효 전기 길이로 감소시키도록 상기 도전성 전달 접속에 의해 정의된 경로에 유전체 재료를 부가하는, 챔버에서 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 도전성 전달 접속의 상기 치수가 상기 유효 전기 길이보다 작을 경우, 상기 도전성 전달 접속의 상기 치수를 상기 유효 전기 길이로 상승시키도록 상기 도전성 전달 접속에 의해 정의된 경로에 도전성 금속을 부가하는, 챔버에서 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 도전성 전달 접속의 상기 유효 전기 길이는, 60MHz의 RF 전력에 대해 1/4 파장인, 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 방법.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 단부에서 셋팅된 상기 커패시턴스 값은 50 피코 패럿 (pF) 내지 500pF 인, 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 방법.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 매칭 회로의 출력 및 상기 도전성 전달 접속의 상기 제 1 단부에 부가된 상기 가변 커패시터는 인덕터 엘리먼트에 커플링되지 않고 공진 회로의 일부가 아닌, 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 도전성 전달 접속의 상기 제 1 단부에 부가된 상기 가변 커패시터는 상기 도전성 전달 접속으로 하여금 임피던스 변환기로서 작동하게 하는, 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 방법.
  21. 지지 표면 및 외측 에지 영역이 정의된 전극을 가지며, 웨이퍼의 플라즈마 프로세싱을 위해 정의되는 챔버에서 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 방법으로서,
    도전성 전달 접속을 통해 상기 챔버의 상기 전극에 인가될 RF 전력을 결정하는 단계로서, 상기 도전성 전달 접속은 제 1 단부, 제 2 단부 및 연관된 치수를 갖는, 상기 RF 전력을 결정하는 단계;
    상기 RF 전력의 동작 주파수에서 상기 제 1 단부에서의 임피던스 조정 및 상기 제 2 단부에서의 반대의 임피던스 조정을 초래하기 위해, 상기 RF 전력에 기초하여 상기 제 1 단부에서 셋팅될 커패시턴스를 결정하는 단계; 및
    RF 전력 소스와 상기 도전성 전달 접속의 상기 제 1 단부 사이에 배치된 가변 커패시터를 상기 결정된 커패시턴스 값으로 튜닝하는 단계로서, 상기 커패시턴스는 상기 도전성 전달 접속의 상기 제 2 단부에서 상기 반대의 임피던스 조정을 초래하고, 상기 반대의 임피던스 조정은 상기 제 1 단부에서 상기 커패시턴스를 상승시키는 것이 상기 제 1 단부에서 임피던스의 감소 및 상기 제 2 단부에서 임피던스의 상승 그리고 상기 전극의 상기 지지 표면의 중심을 향해 감소하는 상기 전극의 상기 외측 에지 영역 근방에서 전압 분포의 대응하는 상승을 초래하도록, 상기 전극을 서라운딩하는 유전체 서라운드 구조를 통해 상기 전극의 상기 외측 에지 영역에 제공되는, 상기 가변 커패시터를 상기 결정된 커패시턴스 값으로 튜닝하는 단계를 포함하고,
    상기 전극을 서라운딩하는 상기 유전체 서라운드 구조는 상기 제 2 단부에 커플링되는, 챔버에서 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 동작 주파수는 60MHz인, 챔버에서 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 방법.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 도전성 전달 접속의 상기 치수는 상기 RF 전력의 상기 동작 주파수에 대해 정의된 유효 전기 길이와 같고, 상기 유효 전기 길이는 상기 동작 주파수에서 최적의 임피던스 변환을 초래하는, 챔버에서 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 도전성 전달 접속의 상기 치수가 상기 유효 전기 길이보다 클 때, 상기 도전성 전달 접속에 의해 정의된 경로에 유전체 재료를 부가함으로써 상기 유효 전기 길이와 일치시키도록 상기 도전성 전달 접속의 상기 치수를 조정하는, 챔버에서 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 방법.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 도전성 전달 접속의 상기 치수가 상기 유효 전기 길이보다 작을 때, 상기 도전성 전달 접속에 의해 정의된 경로에 도전성 금속을 부가함으로써 상기 유효 전기 길이와 일치시키도록 상기 도전성 전달 접속의 상기 치수를 조정하는, 챔버에서 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 방법.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 도전성 전달 접속의 상기 유효 전기 길이는, 60MHz의 RF 전력에 대해 1/4 파장인, 챔버에서 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 방법.
  27. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 단부에서 셋팅된 상기 커패시턴스는 50 피코 패럿 (pF) 내지 500pF 인, 챔버에서 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 방법.
  28. 제 23 항에 있어서,
    상기 RF 전력 소스는 RF 전력을 제공하기 위한 RF 생성기 및 상기 RF 생성기에 커플링된 매칭 회로를 포함하고, 상기 매칭 회로의 출력은 상기 가변 커패시터에 커플링되는, 챔버에서 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 매칭 회로의 상기 출력과 상기 도전성 전달 접속의 상기 제 1 단부 사이에 배치된 상기 가변 커패시터는 인덕터 엘리먼트에 커플링되지 않고 공진 회로의 일부가 아닌, 챔버에서 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 도전성 전달 접속의 상기 제 1 단부에 부가된 상기 가변 커패시터는 상기 도전성 전달 접속으로 하여금 임피던스 변환기로서 작동하게 하는, 챔버에서 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 방법.
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