KR102329971B1 - 인―시츄 웨이퍼 에지 및 후측면 플라즈마 세정용 시스템 및 방법들 - Google Patents
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Abstract
하부 전극 플레이트가 무선주파수 전력을 수신한다. 제 1 상부 플레이트가 하부 전극 플레이트와 평행하면서 이격되게 위치한다. 접지된 제 2 상부 플레이트가 제 1 상부 플레이트 근처에 위치한다. 유전체 지지부가 하부 전극 플레이트와 제 1 상부 플레이트 간의 영역 내에서 작업피스를 지지한다. 퍼지 가스가 제 1 상부 플레이트의 중앙 위치에서 공급된다. 프로세스 가스가 제 1 상부 플레이트의 주변부에 공급된다. 작업피스의 상단 표면에 걸쳐서 프로세스 가스가 유동하는 것을 방지하고 프로세스 가스가 작업피스의 주변 둘레로 그리고 작업피스 아래로 유동하도록, 퍼지 가스가 작업피스의 상단 표면에 걸쳐서 유동하게 되게, 유전체 지지부는 업피스를 제 1 상부 플레이트에 평행하면서 근처의 위치로 위시시킨다.
Description
반도체 칩 제조 동안에, 기판 상에 다양한 도전체 재료 및 유전체 재료의 패턴을 축적하여서 궁극적으로 기능적 집적 회로 디바이스를 형성하도록 기판이 일련의 재료 성막 (deposition) 및 제거 프로세스를 받는다. 다양한 재료 제거 프로세스들, 즉 에칭 프로세스들 동안에, 에칭 부산 물질이 플라즈마 밀도가 때로 낮은 기판의 에지 영역에 쌓이게 된다. 에칭 부산물질은 반도체 칩의 제조 시에 사용되는 임의의 타입의 재료일 수 있으며 때로 다른 것들 중에서도 탄소, 산소, 질소, 불소를 포함하는 폴리머들을 포함한다. 에칭 부산 물질이 기판의 주변 에지 근처에 쌓일 경우에, 에칭 부산 물질은 불안정하고 기판으로부터 벗겨지거나 탈착되어서, 반도체 칩이 제조되고 있는 기판의 다른 부분들의 잠재적 물질 오염의 원천이 되게 된다. 또한, 다양한 제조 동안에, 부산 물질들이 기판의 후측면 표면의 노출된 임의의 노출된 부분들에 부착되어서, 기판의 중요 부분의 잠재적 물질 오염의 다른 원천이 되게 된다. 따라서, 기판 상의 반도체 디바이스 제조 동안에, 기판의 주변 에지 및 기판의 후측면으로부터 문제가 되는 부산 물질들을 제거하는 것이 필요하다. 이러한 맥락에서 본 발명이 출현한 것이다.
일 실시예에서, 반도체 프로세싱 시스템이 개시된다. 이 시스템은 하부 전극 플레이트; 및 상기 하부 전극 플레이트에 무선주파수 전력을 공급하도록 접속된 무선주파수 전원을 포함한다. 이 시스템은 상기 하부 전극 플레이트와 평행하고 상기 하부 전극 플레이트로부터 이격되게 위치된 유전체 상부 플레이트를 포함한다. 이 시스템은 상기 유전체 상부 플레이트가 상기 하부 전극 플레이트 및 상부 전극 플레이트 간에 위치하도록 상기 유전체 상부 플레이트 근처에 위치한 상기 상부 전극 플레이트를 포함한다. 상기 상부 전극 플레이트는 기준 접지 전위에 전기적으로 접속된다. 이 시스템은 상기 하부 전극 플레이트와 상기 유전체 상부 플레이트 간의 영역 내에서 작업피스 (workpiece) 를 전기적으로 격리된 방식으로 지지하도록 구성된 유전체 지지부를 더 포함한다. 이 시스템은 상기 유전체 상부 플레이트의 중앙 위치에서 상기 하부 전극 플레이트와 상기 유전체 상부 플레이트 간의 영역으로 퍼지 가스를 공급하도록 형성된 퍼지 가스 공급 채널을 더 포함한다. 이 시스템은 상기 유전체 상부 플레이트의 주변부에서 상기 하부 전극 플레이트와 상기 유전체 상부 플레이트 간의 영역으로 프로세스 가스를 공급하도록 형성된 프로세스 가스 공급 채널을 더 포함한다. 상기 작업피스가 상기 유전체 지지부 상에 위치할 때에, 상기 작업피스의 상단 표면에 걸쳐서 상기 프로세스 가스가 유동하는 것을 방지하고 상기 프로세스 가스가 상기 작업피스의 주변 둘레로 그리고 상기 작업피스 아래로 상기 작업피스의 하단 표면과 상기 하부 전극 플레이트 간의 영역 내로 유동하도록, 상기 퍼지 가스가 상기 퍼지 가스 공급 채널로부터 상기 유전체 상부 플레이트와 상기 작업피스의 상단 표면 간에서 상기 작업피스의 상단 표면에 걸쳐서 유동하게 되게, 상기 유전체 지지부는 상기 작업피스를 상기 유전체 상부 플레이트에 실질적으로 평행하면서 상기 유전체 상부 플레이트 근처에 위치시키도록 구성된다.
일 실시예에서, 작업피스의 하단 표면과 주변 영역을 플라즈마 세정하는 방법이 개시된다. 이 방법은 하부 전극 플레이트의 상부 표면과 유전체 상부 플레이트의 하부 표면 간의 영역 내에서 상기 작업피스를 전기적으로 격리된 방식으로 지지하도록 구성된 유전체 지지부 상에 상기 작업피스의 하단 표면을 위치시키는 단계를 포함한다. 상기 상부 전극 플레이트가 상기 상부 유전체 플레이트의 상부 표면 근처에 위치한다. 상기 하부 전극 플레이트는 무선주파수 전력을 수신하도록 접속된다. 상기 상부 전극 플레이트는 기준 접지 전위에 전기적으로 접속된다. 이 방법은 상기 작업피스의 상단 표면이 상기 유전체 상부 플레이트의 상기 하부 표면으로부터 좁은 갭 (narrow gap) 만큼 이격되도록 그리고 상기 작업피스의 상기 하단 표면과 상기 하부 전극 플레이트의 상기 상부 표면 간에 개방 영역이 존재하도록 상기 유전체 지지부를 위치시키는 단계를 포함한다. 이 방법은 퍼지 가스가 상기 좁은 갭의 중앙 위치로부터 상기 작업피스의 주변부로 향하는 방향으로 상기 좁은 갭을 통해서 유동하도록, 상기 작업피스의 상기 상단 표면과 상기 유전체 상부 플레이트의 상기 하부 표면 간의 상기 좁은 갭 내의 상기 중앙 위치로 퍼지 가스를 유동시키는 단계를 포함한다. 이 방법은 상기 좁은 갭 외부에 위치한 상기 작업피스의 주변 영역으로 프로세스 가스를 유동시키는 단계를 더 포함한다. 상기 프로세스 가스가 상기 작업피스의 상기 하단 표면과 상기 하부 전극 플레이트의 상기 상부 표면 간의 영역 내로 유동한다. 이 방법은 상기 작업피스의 주변 영역 둘레에서 그리고 상기 작업피스의 상기 하단 표면과 상기 하부 전극 플레이트의 상기 상부 표면 간의 영역 내에서 상기 프로세스 가스를 플라즈마로 변환시키도록 상기 하부 전극 플레이트에 무선주파수 전력을 공급하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 반도체 프로세싱 시스템이 개시된다. 이 시스템은 프로세스 가스를 플라즈마로 변환시키기 위한 내부 영역을 갖는 하부 샤워헤드 전극 플레이트를 포함한다. 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트는 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트의 상부 표면으로부터 상기 내부 영역까지 연장된 다수의 벤트들 (vents) 을 갖는다. 이 시스템은 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트의 상기 내부 영역으로 프로세스 가스를 공급하도록 형성된 프로세스 가스 공급 채널을 더 포함한다. 이 시스템은 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트의 상기 내부 영역 내에서 상기 프로세스 가스를 플라즈마로 변환시키도록 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트에 무선주파수 전력을 공급하도록 접속된 무선주파수 전원을 더 포함한다. 이 시스템은 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트와 평행하고 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트로부터 이격되게 위치된 제 1 상부 플레이트를 더 포함한다. 이 시스템은 상기 제 1 상부 플레이트가 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트와 제 2 상부 플레이트 간에 위치하도록 상기 제 1 상부 플레이트 근처에 위치한 상기 제 2 상부 플레이트를 더 포함한다. 상기 제 2 상부 플레이트는 기준 접지 전위에 전기적으로 접속된다. 이 시스템은 작업피스의 하단 표면의 주변 영역과 접촉하면서 이를 지지하며 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트의 상부 표면과 상기 제 1 상부 플레이트의 하부 표면 간의 영역 내에서 작업피스를 전기적으로 격리된 방식으로 지지하도록 구성된, 환상 형상을 갖는 유전체 에지 링을 더 포함한다. 이 시스템은 상기 제 1 상부 플레이트의 중앙 위치에서 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트의 상부 표면과 상기 제 1 상부 플레이트의 하부 표면 간의 영역으로 퍼지 가스를 공급하도록 형성된 퍼지 가스 공급 채널을 포함한다. 상기 작업피스가 상기 유전체 에지 링 상에 위치할 때에, 상기 플라즈마의 반응성 구성성분들이 상기 작업피스의 상단 표면에 도달하는 것을 방지하게, 상기 퍼지 가스가 상기 퍼지 가스 공급 채널로부터 상기 제 1 상부 플레이트의 하부 표면과 상기 작업피스의 상단 표면 간에서 상기 작업피스의 상단 표면에 걸쳐서 유동하게 되도록, 상기 유전체 에지 링은 상기 작업피스를 상기 제 1 상부 플레이트에 실질적으로 평행하면서 상기 제 1 상부 플레이트 근처에 위치시키도록 구성된다.
일 실시예에서, 작업피스의 하단 표면을 플라즈마 세정하는 방법이 개시된다. 이 방법은 작업피스의 하단 표면의 주변 영역과 접촉하면서 이를 지지하도록 구성된, 환상 형상을 갖는 유전체 에지 링 상에 상기 작업피스를 위치시키는 단계를 포함한다. 상기 유전체 에지 링은 하부 샤워헤드 전극 플레이트의 상부 표면과 제 1 상부 플레이트의 하부 표면 간의 영역 내에서 작업피스를 전기적으로 격리된 방식으로 지지하도록 구성된다. 제 2 상부 플레이트가 상기 제 1 상부 플레이트의 상부 표면 근처에 위치한다. 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트는 무선주파수 전력을 수신하도록 접속된다. 상기 제 2 상부 플레이트는 기준 접지 전위에 전기적으로 접속된다. 이 방법은 상기 작업피스의 상단 표면이 상기 제 1 상부 플레이트의 상기 하부 표면으로부터 좁은 갭 (narrow gap) 만큼 이격되도록 그리고 상기 유전체 에지 링 내측에 위치한 상기 작업피스의 상기 하단 표면과 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트의 상기 상부 표면 간에 개방 영역이 존재하도록 상기 유전체 에지 링을 위치시키는 단계를 포함한다. 이 방법은 퍼지 가스가 상기 좁은 갭의 중앙 위치로부터 상기 작업피스의 주변부로 향하는 방향으로 상기 좁은 갭을 통해서 유동하도록, 상기 좁은 갭 내의 상기 중앙 위치로 퍼지 가스를 유동시키는 단계를 더 포함한다. 이 방법은 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트의 내부 영역으로 프로세스 가스를 유동시키는 단계를 더 포함한다. 이 방법은 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트의 내부 영역 내에서 상기 프로세스 가스를 플라즈마로 변환시키도록 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트에 무선주파수 전력을 공급하는 단계로서, 이로써 상기 플라즈마의 반응성 구성성분들이 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트의 내부 영역으로부터 벤트들을 통해서 상기 유전체 에지 링 내측에 위치한 상기 작업피스의 하단 표면과 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트의 상기 상부 표면 간의 상기 개방 영역 내로 유동하는, 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트에 무선주파수 전력을 공급하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양태들 및 장점들이 예시적으로 본 발명을 예시하는 첨부 도면들과 함께 취해지는 다음의 상세한 설명 부분으로 보다 명백해질 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 반도체 프로세싱 시스템을 도시한다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 1a에 표시된 A-A에 따라 취해진 수평 단면도이다.
도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 프로세스 가스 공급 채널이 유전체 상부 플레이트의 주변부 근처의 다양한 위치들에서 유전체 상부 플레이트를 통과하도록 구성된 반도체 프로세싱 시스템의 변형을 도시한다.
도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 1c에 표시된 A-A에 따라 취해진 수평 단면도이다.
도 1e는 본 발명의 일 실시예에 따른, 원격 플라즈마 소스를 사용하도록 구성된 도 1a의 반도체 프로세싱 시스템의 변형을 도시한다.
도 1f는 본 발명의 일 실시예에 따른, 작업피스의 주변 에지를 플라즈마 프로세싱하기 위해서 작업피스가 하부 전극 어셈블리 상에 안착되게 하강된 구성에서의 도 1a의 반도체 프로세싱 시스템을 도시한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 반도체 프로세싱 시스템을 도시한다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 2a에 표시된 B-B에 따라 취해진 수평 단면도이다.
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 유전체 에지 링이 벤트들을 형성하는 공간들만큼 서로 이격된 환상 링들의 스택으로서 구성된 예시적인 실시예를 도시한다.
도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른, 원격 플라즈마 소스를 사용하도록 구성된 도 2a의 반도체 프로세싱 시스템의 변형을 도시한다.
도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른, 작업피스의 주변 에지를 플라즈마 프로세싱하기 위해서 작업피스가 하부 전극 어셈블리 상에 안착되게 하강된 구성에서의 도 2a의 반도체 프로세싱 시스템을 도시한다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 반도체 프로세싱 시스템을 도시한다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 원격 플라즈마 소스를 사용하도록 구성된 도 3a의 반도체 프로세싱 시스템의 변형을 도시한다.
도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 작업피스의 주변 에지를 플라즈마 프로세싱하기 위해서 작업피스가 하부 전극 어셈블리 상에 안착되게 하강된 구성에서의 도 3a의 반도체 프로세싱 시스템을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 3a에 대해서 기술된 반도체 프로세싱 시스템의 변형인 반도체 프로세싱 시스템을 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 3a에 대해서 기술된 반도체 프로세싱 시스템의 또한 변형인 반도체 프로세싱 시스템을 도시한다.
도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 원격 플라즈마 소스를 사용하도록 구성된 도 5a의 반도체 프로세싱 시스템의 변형을 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 작업피스의 하단 표면을 플라즈마 세정하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 작업피스의 하단 표면을 플라즈마 세정하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 공통 플라즈마 프로세싱 시스템 내에서 작업피스 베벨 에지 플라즈마 세정 프로세스 및 후측면 세정 프로세스 모두를 수행하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 1a에 표시된 A-A에 따라 취해진 수평 단면도이다.
도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 프로세스 가스 공급 채널이 유전체 상부 플레이트의 주변부 근처의 다양한 위치들에서 유전체 상부 플레이트를 통과하도록 구성된 반도체 프로세싱 시스템의 변형을 도시한다.
도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 1c에 표시된 A-A에 따라 취해진 수평 단면도이다.
도 1e는 본 발명의 일 실시예에 따른, 원격 플라즈마 소스를 사용하도록 구성된 도 1a의 반도체 프로세싱 시스템의 변형을 도시한다.
도 1f는 본 발명의 일 실시예에 따른, 작업피스의 주변 에지를 플라즈마 프로세싱하기 위해서 작업피스가 하부 전극 어셈블리 상에 안착되게 하강된 구성에서의 도 1a의 반도체 프로세싱 시스템을 도시한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 반도체 프로세싱 시스템을 도시한다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 2a에 표시된 B-B에 따라 취해진 수평 단면도이다.
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 유전체 에지 링이 벤트들을 형성하는 공간들만큼 서로 이격된 환상 링들의 스택으로서 구성된 예시적인 실시예를 도시한다.
도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른, 원격 플라즈마 소스를 사용하도록 구성된 도 2a의 반도체 프로세싱 시스템의 변형을 도시한다.
도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른, 작업피스의 주변 에지를 플라즈마 프로세싱하기 위해서 작업피스가 하부 전극 어셈블리 상에 안착되게 하강된 구성에서의 도 2a의 반도체 프로세싱 시스템을 도시한다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 반도체 프로세싱 시스템을 도시한다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 원격 플라즈마 소스를 사용하도록 구성된 도 3a의 반도체 프로세싱 시스템의 변형을 도시한다.
도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 작업피스의 주변 에지를 플라즈마 프로세싱하기 위해서 작업피스가 하부 전극 어셈블리 상에 안착되게 하강된 구성에서의 도 3a의 반도체 프로세싱 시스템을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 3a에 대해서 기술된 반도체 프로세싱 시스템의 변형인 반도체 프로세싱 시스템을 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 3a에 대해서 기술된 반도체 프로세싱 시스템의 또한 변형인 반도체 프로세싱 시스템을 도시한다.
도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 원격 플라즈마 소스를 사용하도록 구성된 도 5a의 반도체 프로세싱 시스템의 변형을 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 작업피스의 하단 표면을 플라즈마 세정하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 작업피스의 하단 표면을 플라즈마 세정하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 공통 플라즈마 프로세싱 시스템 내에서 작업피스 베벨 에지 플라즈마 세정 프로세스 및 후측면 세정 프로세스 모두를 수행하기 위한 방법의 흐름도이다.
다음의 설명에서, 다수의 특정 세부사항들이 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나, 본 발명은 이러한 특정 세부사항 전부 또는 일부 없이도 실시될 수 있음이 본 기술 분야의 당업자에게 자명하다. 다른 실례에서, 잘 알려진 프로세스 동작들을 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 하기 위해서 세부적으로는 기술되지 않았다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 반도체 프로세싱 시스템 (100) 을 도시한다. 시스템은 챔버 (101) 를 포함한다. 챔버 (101) 내에, 유전체 상부 플레이트 (105) 가 하부 전극 플레이트 (103) 와 평행하면서 이격되게 위치한다. 유전체 상부 플레이트 (105) 가 하부 전극 플레이트 (103) 및 상부 전극 플레이트 (107) 간에 위치하도록, 상부 전극 플레이트 (107) 가 유전체 상부 플레이트 (105) 에 인접하여 위치한다. 상부 전극 플레이트 (107) 는 전기 접속부 (129) 로 표시된 바와 같이 기준 접지 전위 (128) 에 전기적으로 접속된다. 유전체 상부 플레이트 (105) 및 상부 전극 플레이트 (107) 는 함께 상부 전극 어셈블리 (108) 를 형성한다.
무선주파수 (RF) 전원 (123) 이 전기 접속부 (127) 로 표시된 바와 같이 매칭 회로 (125) 를 통해서 하부 전극 플레이트 (103) 로 RF 전력을 공급하도록 접속된다. 공급된 RF 전력이 영역 (140) 을 통해서 효율적으로 전송될 수 있도록, 매칭 회로 (125) 는 전기 접속부 (127) 를 통한 전기적 임피던스를 제어하도록 구성되는 것이 이해되어야 한다. 하부 전극 플레이트 (103) 는 외측 베이스 플레이트 (136) 에 의해서 유지되는 내측 베이스 플레이트 (135) 내에 배치된다. 외측 베이스 플레이트 (136) 는 전기 접속부 (137) 로 표시된 바와 같이 기준 접지 전위 (138) 에 전기적으로 접속된다. 내측 베이스 플레이트 (135) 는, 무선 주파수 전력이 공급되는 하부 전극 플레이트 (103) 를 외측 베이스 플레이트 (136) 로부터 전기적으로 분리시키도록, 유전체 재료로 형성된다. 하부 전극 플레이트 (103), 내측 베이스 플레이트 (135) 및 외측 베이스 플레이트 (136) 는 함께 하부 전극 어셈블리 (104) 를 형성한다.
상부 전극 어셈블리 (108) 는 하부 전극 플레이트 (103) 의 상부 표면과 유전체 상부 플레이트 (105) 의 하부 표면 간의 영역 (140) 만큼 하부 전극 어셈블리 (104) 로부터 분리된다. 유전체 지지부가 하부 전극 플레이트 (103) 와 유전체 상부 플레이트 (105) 간의 영역 (140) 내에서 전기적으로 격리된 방식으로 작업피스 (109) 를 지지하도록 구성된다. 도 1a의 실시예에서, 유전체 지지부는 하부 전극 플레이트 (103) 와 유전체 상부 플레이트 (105) 간의 영역 (140) 내에서 전기적으로 격리된 방식으로 작업피스 (109) 를 지지하도록 하부 전극 플레이트 (103) 를 통해서 연장하는 유전체 리프팅 핀들 (lifting pins) (111) 의 세트로서 구성된다. 작업피스 (109) 가 유전체 리프팅 핀들 (lifting pins) (111) 의 세트 상에서 지지되는 이러한 구성에서, 작업피스 (109) 는 플로팅 전위에 있다. 일 실시예에서, 유전체 리프팅 핀들 (lifting pins) (111) 의 세트는 전기적 도전성이 없는 세라믹 재료로 형성된다.
유전체 리프팅 핀들 (111) 의 세트는 작업피스 (109) 가 유전체 리프팅 핀들 (111) 의 세트 상에 존재하는 때에 작업피스 (109) 의 상단 표면과 유전체 상부 플레이트 (105) 간의 갭 (113) 을 형성하는 거리 (112) 를 제어하도록 하부 전극 플레이트 (103) 와 유전체 상부 플레이트 (105) 간의 영역 (140) 내에서 제어가능한 방식으로 연장하도록 구성된다. 일 실시예에서, 작업피스 (109) 의 상단 표면과 유전체 상부 플레이트 (105) 간의 거리 (112) 는 약 0.35 mm이다. 그러나, 다른 실시예들에서, 작업피스 (109) 의 상단 표면과 유전체 상부 플레이트 (105) 간의 거리 (112) 는 필요한 만큼 설정될 수 있음이 이해되어야 한다. 또한, 작업피스 (109) 의 상단 표면과 유전체 상부 플레이트 (105) 간의 거리 (112) 는 플라즈마 프로세싱 동작들 동안 및/또는 간에 조절가능함이 이해되어야 한다.
몇몇 실시예들에서, 유전체 상부 플레이트 (105) 는 작업피스 (109) 의 온도 제어를 제공하는 가열 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어서, 몇몇 실시예들에서, 유전체 상부 플레이트 (105) 는 갭 (113) 에 걸쳐서 작업피스 (109) 의 복사 가열 (radiative heating) 을 제공하는 복사 가열 요소들을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 유전체 상부 플레이트 (105) 는 유전체 상부 플레이트 (105) 에 대해 가열을 제공하며 이로써 작업피스 (109) 에 대해 복사 및/또는 대류 가열을 제공하는 저항성 가열기들을 포함할 수 있다.
퍼지 가스 공급 채널 (115) 이 유전체 상부 플레이트 (105) 의 중앙 영역에서 유전체 상부 플레이트 (105) 와 하부 전극 플레이트 (103) 간의 영역 (140) 으로 퍼지 가스를 공급하도록 형성된다. 일 실시예에서, 도 1a의 실례에서 도시된 바와 같이, 퍼지 가스 공급 채널 (115) 은 유전체 상부 플레이트 (105) 의 중앙 영역에서 그리고 작업피스가 유전체 리프팅 핀들 (111) 의 세트 상에 위치할 때에 작업피스 (109) 의 상단 표면의 실질적으로 중앙 영역에서 퍼지 가스를 분사하도록, 상부 전극 플레이트 (107) 와 유전체 상부 플레이트 (105) 모두를 통해서 형성된다. 퍼지 가스 공급 채널 (115) 은 퍼지 가스를 수용하는 퍼지 가스 공급부 (117) 에 유체적으로 연결된다.
플라즈마 프로세싱 동작들 동안에, 퍼지 가스는 작업피스 (109) 의 상단 표면의 주변에서 작업피스 (109) 의 상단 표면과 유전체 상부 플레이트 (105) 의 하단 표면 간의 갭 (113) 으로 플라즈마 (102) 의 반응성 구성성분들이 들어가는 것을 방지하도록, 작업피스 (109) 중앙 영역에서 작업피스 (109) 주변부를 향해서 작업피스 (109) 의 상단 표면에 걸쳐서 갭 (113) 을 통해서 방사상 외측으로 유동한다. 또한, 플라즈마 프로세싱 동작들 동안에, 퍼지 가스는 작업피스 (109) 에 대한 냉각을 제공할 수 있다. 유전체 상부 플레이트 (105) 내의 가열 컴포넌트들을 사용하는 몇몇 실시예들에서, 갭 (113) 내의 퍼지 가스에 의해서 제공되는 냉각은 작업피스 (109) 온도의 전반적인 제어를 제공하도록 가열 컴포넌트들에 의해서 제공된 가열과 결합된다. 다양한 실시예들에서, 퍼지 가스는 다른 것들 중에서도 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 가스로서 규정된다. 그러나, 퍼지 가스가 플라즈마 프로세스와 화학적으로 양립하고 작업피스 (109) 의 상단 표면에 걸친 영역으로부터 반응성 플라즈마 구성성분을 배제시키고 요구된 온도 제어 효과를 제공할 수 있다면, 다른 실시예들에서 다른 가스들 또는 가스 혼합물들이 퍼지 가스로서 사용될 수 있다.
프로세스 가스 공급 채널 (119) 이 프로세스 가스를 수용하는 프로세스 가스 공급부 (121) 에 유체적으로 연결된다. 프로세스 가스는 RF 전력에 노출되는 때에 플라즈마 (102) 로 변환되도록 구성된다. 프로세스 가스 공급 채널 (119) 은 유전체 상부 플레이트 (105) 의 주변 근처의 위치들로 프로세스 가스를 공급하도록 형성된다. 프로세스 가스 공급 채널 (119) 로부터 방출되는 프로세스 가스는 하부 전극 플레이트 (103) 와 유전체 상부 플레이트 (105) 간의 영역 (140) 내로 확산된다. 도 1a의 예시적인 실시예에서, 프로세스 가스 공급 채널 (119) 은 상부 전극 플레이트 (107) 를 통과하여서 형성되고 상부 전극 플레이트 (107) 와 유전체 상부 플레이트 (105) 간에 형성된 개방 영역 (119A) 을 포함한다.
다양한 실시예들에서, 프로세스 가스는 다른 것들 중에서도, 산소 기반 화학물질, 불소 기반 화학물질, 염소 기반 화학물질 중 하나 이상으로서 규정된다. 그러나, 프로세스 가스가 전기 접속부 (127) 를 통해서 공급된 RF 전력에 노출되는 때에 적합한 반응성 구성성분 특성들을 갖는 플라즈마 (102) 로 변환되도록 구성되기만 하면, 다른 실시예들에서는 다른 가스들 또는 가스 혼합물들이 프로세스 가스로서 사용될 수 있음이 이해되어야 한다. 또한, 다양한 실시예들에서, 프로세스 가스는 사용될 RF 전력의 특성, 예를 들어서 주파수, 전력 및 듀티 사이클, 챔버 (101) 내에 인가될 압력, 챔버 (101) 내에 인가될 온도, 및 플라즈마 (102) 에 대해 노출 시에 작업피스 (109) 의 일부분들 상에서 특정 반응을 실현하는데 필요한 반응성 구성성분들의 타입에 따라서 그 조성이 변할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, RF 전력은 60 MHz 이상의 주파수에서 공급된다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 1a에 표시된 A-A에 따라 취해진 수평 단면도이다. 도 1b에서 도시된 바와 같이, 퍼지 가스 공급 채널 (115) 은 유전체 상부 플레이트 (105) 아래의 실질적으로 중앙 영역에서 퍼지 가스를 분사하도록 구성된다. 또한, 프로세스 가스가 분사되는, 상부 전극 플레이트 (107) 와 유전체 상부 플레이트 (105) 간에 형성된 개방 영역은, 프로세스 가스가 유전체 상부 플레이트 (105) 의 주변부를 둘러서 실질적으로 균일한 방식으로 분사되도록, 유전체 상부 플레이트 (105) 의 주변부를 둘러서 실질적으로 균일한 방식으로 구성된다.
도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 프로세스 가스 공급 채널 (119) 이 통로들 (119B) 에 의해서 표시된 바와 같이, 유전체 상부 플레이트 (105) 의 주변부 근처의 다양한 위치들에서 유전체 상부 플레이트 (105) 를 통과하도록 구성된 반도체 프로세싱 시스템 (100) 의 변형을 도시한다. 도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 1c에 표시된 A-A에 따라 취해진 수평 단면도이다. 도 1d에서 도시된 바와 같이, 프로세스 가스가 유전체 상부 플레이트 (105) 의 주변부를 둘러서 실질적으로 균일한 방식으로 분사되도록, 프로세스 가스가 유동하는 통로들 (119B) 도 유전체 상부 플레이트 (105) 의 주변부를 둘러서 실질적으로 균일한 방식으로 위치한다. 또한, 도 1d가 퍼지 가스가 다수의 통로들 (115A) 을 통해서 유전체 상부 플레이트 (105)의 중앙 영역 아래의 위치로 공급되는 다른 실시예를 도시한다는 것이 주목되어야 한다.
도 1a를 다시 참조하면, 반도체 프로세싱 시스템 (100) 내에서의 플라즈마 프로세싱 동작들 동안에, 퍼지 가스는 퍼지 가스 공급 채널 (115) 을 통해서 유동하며 프로세스 가스는 프로세스 가스 공급 채널 (119) 을 통해서 유동한다. 작업피스 (109) 가 유전체 리프팅 핀들 (111) 의 세트 상에 위치할 때에, 작업피스 (109) 의 상단 표면에 걸쳐서 프로세스 가스가 유동하는 것을 방지하고 프로세스 가스가 작업피스 (109) 의 주변 에지 둘레로 그리고 작업피스 (109) 아래로 작업피스 (109) 의 하단 표면과 하부 전극 플레이트 (103) 간의 영역 내로 유동하도록, 퍼지 가스가 퍼지 가스 공급 채널 (115) 로부터 유전체 상부 플레이트 (105) 와 작업피스 (109) 의 상단 표면 간에서 작업피스 (109) 의 상단 표면에 걸쳐서 유동하게 되게, 유전체 리프팅 핀들 (111) 의 세트로서 구성된 유전체 지지부는 작업피스 (109) 를 유전체 상부 플레이트 (105) 에 실질적으로 평행하면서 그 근처에 위치시키도록 구성된다.
유전체 상부 플레이트 (105) 의 주변부에서의 퍼지 가스 유출은 프로세스 가스 및 플라즈마 (102) 의 임의의 반응성 구성성분이 작업피스 (109) 의 상단 표면에 걸친 영역으로 들어가는 것을 방지한다. 프로세스 가스는 작업피스 (109) 를 둘러서 그리고 아래로 유동하여 전기 접속부 (127) 를 통해서 하단 전극 플레이트 (103) 에 전송된 RF 전력에 의해서 플라즈마 (102) 로 변환된다. 작업피스 (109) 의 주변 에지 및 작업피스 (109) 의 하단 표면과 반응하여서 이 영역들로부터 원하지 않는 물질들을 제거하도록, 플라즈마 (102) 는 작업피스 (109) 의 주변 에지 및 작업피스 (109) 의 하단 표면에 노출된다. 프로세스 가스, 퍼지 가스, 및 플라즈마 (102) 반응 부산 물질들은 화살표 (139) 로 표시된 바와 같이, 배기부 (131) 에 의해서 포트 (133) 를 통해서 챔버 (101) 로부터 배기된다.
플라즈마 (102) 의 반응성 구성성분에 노출된 시스템 (100) 의 다양한 컴포넌트들의 임의의 부분은 플라즈마 침식 내성 재료들을 사용하고/하거나 Y2O3 또는 다른 세라믹 코팅과 같은 보호성 코팅을 사용하여서 필요하면 보호될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 몇몇 실시예들에서, 하부 전극 어셈블리 (104) 와 같은 구조체들은, 하부 전극 플레이트 (103) 로부터 플라즈마 (102) 로의 RF 전력 전달이 얇은 석영 플레이트에 의해서 교란되지 않도록 보장하면서, 얇은 석영 플레이트에 의해서 피복될 수 있다.
시스템 (100) 을 사용하는 플라즈마 프로세싱 동작들 동안에, 작업피스 (109) 의 하단 표면으로부터의 재료의 에칭 레이트는 챔버 (101) 내의 프로세스 가스의 압력 및 프로세스 가스에 인가된 RF 전력의 부분적 함수이다. 보다 구체적으로, 보다 높은 RF 전력이 작업피스 (109) 의 하단 표면으로부터의 재료의 보다 높은 에칭 레이트를 산출하며 그 반대의 경우도 된다. 또한, 챔버 (101) 내의 프로세스 가스의 보다 낮은 압력이 작업피스 (109) 의 하단 표면으로부터의 재료의 보다 높은 에칭 레이트를 산출하며 그 반대의 경우도 된다. 추가적으로, 작업피스 (109) 의 하단 표면에 걸쳐서 재료 에칭 레이트 균일성이 챔버 (101) 내의 보다 낮은 프로세스 가스 압력에서 개선된다.
다양한 실시예들에서, RF 전력이 약 100 W 에서 10 kW에 이르는 범위 내에서 RF 전원 (123) 에 의해서 공급된다. 몇몇 실시예들에서, RF 전력은 약 1 kW 내지 약 3 kW에 이르는 범위 내에서 RF 전원 (123) 에 의해서 공급된다. 몇몇 실시예들에서, RF 전력은 약 2 MHz 내지 약 60 MHz에 이르는 주파수 범위 내에서 RF 전원 (123) 에 의해서 공급된다. 몇몇 실시예들에서, 직류 (DC) 전력이 또한 하부 전극 플레이트 (103) 에 인가될 수 있다. 또한, 몇몇 실시예들에서, 다수의 RF 전력 주파수들이 예를 들어서 반복적인 방식으로 (in cyclical manner) 동일한 시간 또는 상이한 시간들에 하부 전극 플레이트 (103) 에 공급될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 챔버 내의 프로세스 가스의 압력은 약 50 millTorr (mT) 에서 약 10 Torr (T) 에 이르는 범위 내에서 제어된다. 몇몇 실시예들에서, 챔버 내의 프로세스 가스의 압력은 약 2 Torr (T) 에 달하는 범위 내에서 제어된다. 몇몇 실시예들에서, 프로세스 가스는 약 0.1 slm (standard liter per minute) 에서 약 5 slm에 이르는 범위 내의 유동 레이트 (flow rate) 로 플라즈마 (102) 생성 공간으로 공급된다. 몇몇 실시예들에서, 프로세스 가스는 약 1 slm (standard liter per minute) 에서 약 5 slm에 이르는 범위 내의 유동 레이트로 플라즈마 (102) 생성 공간으로 공급된다.
도 1e는 본 발명의 일 실시예에 따른, 원격 플라즈마 소스 (184) 를 사용하도록 구성된 도 1a의 반도체 프로세싱 시스템의 변형을 도시한다. 원격 플라즈마 소스 (184) 는 챔버 (101) 의 외부에서 플라즈마 (102) 의 반응성 구성성분을 생성하고 화살표 (182) 로 표시된 바와 같이, 플라즈마 (102) 의 반응성 구성성분을 도관 (180) 을 통해서 작업피스 (109) 아래의 영역으로 유동시키도록 구성된다. 또한, 이 실시예에서, 작업피스 (109) 의 주변 에지 근처의 영역에서 플라즈마 (102) 의 반응성 구성성분을 보다 많이 생성하기 위해서, 전기적 접속부 (127A) 에 의해서 표시된 바와 같이, RF 전력이 RF 전원 (123) 으로부터 외측 베이스 플레이트 (136) 로 공급된다. 이 실시예에서, 외측 베이스 플레이트 (136) 의 RF 전력 공급되는 부분들은 기준 접지 전위 (138) 로부터 전기적으로 격리됨이 이해되어야 한다.
다양한 실시예들에서, RF 전력이 약 1 kW 에서 10 kW에 이르는 범위 내에서 RF 전원 (123) 에 의해서 공급된다. 몇몇 실시예들에서, RF 전력은 약 5 kW 내지 약 8 kW에 이르는 범위 내에서 RF 전원 (123) 에 의해서 공급된다. 몇몇 실시예들에서, RF 전력은 약 2 MHz 내지 약 60 MHz에 이르는 주파수 범위 내에서 RF 전원 (123) 에 의해서 공급된다. 몇몇 실시예들에서, 직류 (DC) 전력이 또한 하부 전극 플레이트 (104) 에 인가될 수 있다. 또한, 몇몇 실시예들에서, 다수의 RF 전력 주파수들이 예를 들어서 반복적인 방식으로 (in cyclical manner) 동일한 시간 또는 상이한 시간들에 외측 베이스 플레이트 (136) 에 공급될 수 있다.
또한, 이 실시예에서, 플라즈마 (102) 의 반응성 구성성분들이 작업피스 (109) 의 상단 표면에 걸쳐서 흘러서 이와 반응하는 것을 방지하도록, 퍼지 가스가 퍼지 가스 공급 채널 (115) 로부터 유전체 상부 플레이트 (105) 와 작업피스 (109) 의 상단 표면 간에서 작업피스 (109) 의 상단 표면에 걸쳐서 유동하도록 된다. 프로세스 가스, 퍼지 가스, 플라즈마 (102) 반응 부산 물질들이 화살표 (139) 로 표시된 바와 같이 배기부 (131) 에 의해서 포트 (133) 를 통해서 챔버 (101) 로부터 배기된다. 다양한 실시예들에서, 원격 플라즈마 소스 (184) 는 RF 전력, 마이크로웨이브 전력 또는 이들의 조합을 사용하여서 플라즈마 (102) 의 반응성 구성성분들을 생성하도록 구성된다. 또한, 다양한 실시예들에서, 원격 플라즈마 소스 (184) 는 용량 결합형 플라즈마 소스 또는 유도 결합형 플라즈마 소스로서 구성된다.
몇몇 실시예들에서, 원격 플라즈마 소스 (184) 내의 프로세스 가스의 압력은 약 0.1 Torr (T) 에서 약 10 Torr (T) 에 이르는 범위 내에서 제어된다. 몇몇 실시예들에서, 원격 플라즈마 소스 (184) 내의 프로세스 가스의 압력은 약 1 Torr (T) 에서 약 10 Torr (T) 에 이르는 범위 내에서 제어된다. 몇몇 실시예들에서, 프로세스 가스는 약 0.1 slm (standard liter per minute) 에서 약 5 slm에 이르는 범위 내의 유동 레이트로 원격 플라즈마 소스 (184) 로 공급된다. 몇몇 실시예들에서, 프로세스 가스는 약 1 slm (standard liter per minute) 에서 약 5 slm에 이르는 범위 내의 유동 레이트로 원격 플라즈마 소스 (184) 로 공급된다.
도 1f는 본 발명의 일 실시예에 따른, 작업피스 (109) 의 주변 에지를 플라즈마 프로세싱하기 위해서 작업피스 (109) 가 하부 전극 어셈블리 (104) 상에 안착되게 하강된 구성에서의 반도체 프로세싱 시스템 (100) 을 도시한다. 이 실시예에서, 퍼지 가스는 퍼지 가스 공급 채널 (115) 을 통해서 유동되고 프로세스 가스는 프로세스 가스 공급 채널 (119) 을 통해서 유동된다. 프로세스 가스가 작업피스 (109) 의 상단 표면에 걸쳐서 유동하지 못하게 하고 프로세스 가스가 작업피스 (109) 의 주변 에지 근처로 유동하게 하도록, 퍼지 가스가 퍼지 가스 공급 채널 (115) 로부터 상부 유전체 플레이트 (105) 와 작업피스 (109) 의 상단 표면 간에서 작업피스 (109) 의 상단 표면에 걸쳐서 유동하게, 작업피스 (109) 가 유전체 상부 플레이트 (105) 와 실질적으로 평행하면서 그에 근접하여서 하부 전극 어셈블리 (104) 상에 안착되도록 유전체 리프팅 핀들 (111) 의 세트가 최고로 후퇴된다 (retracted).
유전체 상부 플레이트 (105) 의 주변부에서의 퍼지 가스 유출은 플라즈마 (102A) 의 임의의 반응성 구성성분들 및 프로세스 가스가 작업피스 (109) 의 상단 표면에 걸친 영역으로 들어가지 못하게 한다. 프로세스 가스는 작업피스 (109) 의 주변 에지 주변으로 유동하여서 전기 접속부 (127) 를 통해서 하부 전극 플레이트 (103) 로 전송된 RF 전력에 의해서 플라즈마 (102A) 로 변환된다. 플라즈마 (102A) 는 작업피스 (109) 의 주변 에지 영역과 반응하여서 이로부터 원하지 않는 재료들을 제거하도록 작업피스 (109) 의 주변 에지에 노출된다. 프로세스 가스, 퍼지 가스, 플라즈마 (102A) 반응 부산 물질들이 화살표 (139) 로 표시된 바와 같이 배기부 (131) 에 의해서 포트 (133) 를 통해서 챔버 (101) 로부터 배기된다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 반도체 프로세싱 시스템 (200) 을 도시한다. 도 1a의 시스템 (100) 에서와 같이, 반도체 프로세싱 시스템 (200) 은 챔버 (101), 상부 전극 어셈블리 (108) 및 하부 전극 어셈블리 (104) 를 포함한다. 상부 전극 어셈블리 (108) 는 유전체 상부 플레이트 (105) 및 상부 전극 플레이트 (107) 를 포함한다. 상부 전극 플레이트 (107) 는 전기 접속부 (129) 로 표시된 바와 같이 기준 접지 전위 (128) 에 전기적으로 접속된다. 퍼지 가스 공급 채널 (115) 이 유전체 상부 플레이트 (105) 아래의 중앙 위치로 퍼지 가스를 공급하도록 퍼지 가스 공급부 (117) 로부터 상부 전극 어셈블리 (108) 를 통해서 연장된다. 프로세스 가스 공급 채널 (119) 이 작업피스 (109) 의 주변 에지로 프로세스 가스를 공급하도록 프로세스 가스 공급부 (121) 로부터 상부 전극 어셈블리 (108) 를 통해서 연장된다.
하부 전극 어셈블리 (104) 는 외측 베이스 플레이트 (136) 에 의해서 지지된, 내측 베이스 플레이트 (135) 에 의해서 지지되는 하부 전극 플레이트 (103) 를 포함한다. 하부 전극 플레이트 (103) 는 매칭 회로 (125) 및 전기적 접속부 (127) 에 의해서 RF 전원 (123) 으로부터 RF 전력을 수신하도록 전기적으로 접속된다. 외측 베이스 플레이트 (136) 는 전기 도전성 재료로 형성되며 기준 접지 전위 (137) 에 전기적으로 접속된다. 내측 베이스 플레이트 (135) 는 RF 전력이 공급되는 하부 전극 플레이트 (103) 를 접지된 외측 베이스 플레이트 (136) 로부터 전기적으로 격리시키도록 유전체 재료로 형성된다.
시스템 (200) 은 챔버 (101) 내에 작업피스 (109) 를 배치하고 챔버 (101) 로부터 작업피스 (109) 를 제거하는 동안에 작업피스 (109) 를 핸들링하는 리프팅 핀들 (111A) 의 세트를 더 포함한다. 그러나, 시스템 (100) 에서의 유전체 리프팅 핀들 (111) 의 세트와는 달리, 시스템 (200) 에서의 리프팅 핀들 (111A) 의 세트는 챔버 (101) 내에서의 플라즈마 프로세싱 동작들 동안에 작업피스 (109) 를 지지하는 유전체 지지부로서 사용되지 않는다. 대신에, 시스템 (200) 은 작업피스 (109) 용 유전체 지지부 역할을 하는 유전체 에지 링 (201) 을 포함한다. 유전체 에지 링 (201) 은 유전체 재료로 형성되며 작업피스 (109) 의 하단 표면의 주변 영역과 접촉하여서 이를 지지하도록 구성된 상부 표면을 갖는 환상 형상체를 갖는다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 2a에 표시된 B-B에 따라 취해진 수평 단면도이다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 유전체 에지 링 (201) 은 작업피스 (109) 의 하단 표면과 하부 전극 플레이트 (103) 의 상단 표면 간의 영역 내에서 생성될 플라즈마 (203) 를 한정하도록 환형 형상체를 갖는다. 이로써, 유전체 에지 링 (201) 은 플라즈마 배제 존 (PEZ) 링으로서 구성된다.
다시 도 2a로 돌아가면, 작업피스 (109) 가 유전체 에지 링 (201) 상에 존재할 때에 작업피스 (109) 의 상단 표면과 유전체 상부 플레이트 (105) 간의 거리 (112) 를 제어하도록, 유전체 에지 링 (201) 은 하부 전극 플레이트 (103) 와 유전체 상부 플레이트 (105) 간의 영역 (140) 내로 제어가능하게 연장되도록 구성된다. 유전체 에지 링 (201) 의, 하부 전극 플레이트 (103) 와 유전체 상부 플레이트 (105) 간의 영역 (140) 내로의 연장은 또한 작업피스 (109) 아래 및 하부 전극 플레이트 (103) 위에 플라즈마 생성 공간을 형성하며, 이로써 작업피스 (109) 의 하단 표면이 플라즈마 생성 공간과 함께 생성된 플라즈마 (203) 에 노출될 수 있다. 이로써, 유전체 에지 링 (201) 은 플라즈마 (203) 를 작업피스 (109) 아래의 플라즈마 생성 공간으로 한정하는 기능도 한다. 몇몇 실시예들에서, 하부 전극 플레이트 (103) 에 대한 유전체 에지 링 (201) 의 위치는 조절가능하며, 이로써 작업피스 (109) 와 하부 전극 플레이트 (103) 간의 플라즈마 프로세싱 공간의 크기의 조절을 제공한다는 것이 이해되어야 한다.
유전체 에지 링 (201) 은 작업피스 (109) 가 유전체 에지 링 (201) 상에 존재할 때에, 프로세스 가스의, 프로세스 가스 공급 채널 (119) 의 출력으로부터 하부 전극 플레이트 (103) 와 작업피스 (109) 의 하단 표면 간의 영역으로의 유동을 가능하게 하도록 구성된 벤트들 (vents) 을 포함한다. 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 유전체 에지 링 (201) 이 벤트들 (205) 을 형성하는 공간들만큼 서로 이격된 환상 링들 (201A) 의 스택으로서 구성된 예시적인 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 환상 링들 (201A) 은 환상 링들 (201A) 의 원주에 걸친 복수의 위치들에서 다양한 환상 링들 (201A) 에 연결되는 구조적 부재들 (204) 에 의해서 서로 이격되는 관계로 유지될 수 있다. 또한, 몇몇 실시예들에서, 구조적 부재들 (204) 은 환상 링들 (201A) 을 고정된 공간적 구성으로 유지시키도록 구성될 수 있다. 또한, 몇몇 실시예들에서, 구조적 부재들 (204) 은, 벤트들 (205) 을 형성하는 다양한 환상 링들 (201A) 간의 이격부의 크기가 조절될 수 있도록, 서로에 대한 환상 링들 (201A) 의 공간적 구성의 제어된 변화를 제공하도록 구성될 수 있다.
도 2c의 유전체 에지 링 (201) 실시예는 수많은 가능한 유전체 에지 링 (201) 실시예들 중 하나임이 이해되어야 한다. 예를 들어서, 다른 실시예들에서, 유전체 에지 링 (201) 은 작업피스 (109) 아래의 플라즈마 프로세싱 공간으로부터 가스들을 벤팅하기 위한 방사상으로 배향된 통로들을 포함하는 단일 일체형 구조체일 수 있다. 그러나, 특정 실시예와 상관없이, 유전체 에지 링 (201) 은 유전체 재료로 형성되고, 작업피스 (109) 의 하단 표면의 방사상 주변부에서 작업피스 (109) 를 지지하도록 구성된 상단 표면을 가지며, 유전체 에지 링 (201) 이 작업피스 (109) 아래의 플라즈마 프로세싱 공간으로부터 빠져나가는 프로세스 가스 및 플라즈마 프로세스 부산 물질들에 대한 베플 (baffle) 역할을 하도록 관통-홀들, 벤트들 또는 다른 타입의 통로들들 포함한다는 것이 이해되어야 한다.
프로세스 가스 공급 채널 (119) 을 통해서 프로세스 가스를 공급하는 동안에, 프로세스 가스가 유전체 에지 링 (201) 의 벤트들 (205) 을 통해서 작업피스 (109) 아래의 플라즈마 생성 공간 내로 확산될 수 있도록 배기부 (131) 는 턴 오프될 수 있다. 이어서, 퍼지 가스가 프로세스 가스를 작업피스 (109) 위의 갭 (113) 으로부터 퍼지하도록 퍼지 가스 공급 채널 (115) 를 통해서 공급될 수 있다. RF 전력이 매칭 회로 (125) 및 전기적 접속부 (127) 에 의해서 RF 전원 (123) 으로부터 하부 전극 플레이트 (103) 로 공급되어서, 작업피스 (109) 아래의 플라즈마 생성 공간 내의 프로세스 가스를 플라즈마 (203) 로 변환시키고, 이로써 플라즈마 (203) 의 반응성 구성성분들이 작업피스 (109) 의 하단 표면과 반응하여서 작업피스 (109) 로부터 원하지 않는 재료들을 제거한다. 이어서, 챔버 (101) 내로부터 퍼지 가스 및 프로세스 가스를 배기하고, 프로세스 가스 및 플라즈마 프로세싱 부산 물질들을 작업피스 (109) 아래의 플라즈마 생성 공간으로부터 화살표 (139) 로 표시된 바와 같이, 유전체 에지 링 (201) 의 벤트들 (205) 를 통해서 배기 포트 (133) 로 배기시키도록, 배기부 (131) 가 턴 온될 수 있다. 또한, 몇몇 실시예들에서, 플라즈마 (203) 를 생성하기 위해서 RF 전력을 공급하는 동안에 배기부 (131) 가 턴 온되어서, 플라즈마 프로세싱 동작 동안에 프로세스 가스, 퍼지 가스 및 플라즈마 프로세싱 부산 물질들의 배기를 제공할 수도 있다.
플라즈마 (203) 의 반응성 구성성분에 노출된 시스템 (200) 의 다양한 컴포넌트들의 임의의 부분은 플라즈마 침식 내성 재료들을 사용하고/하거나 Y2O3 또는 다른 세라믹 코팅과 같은 보호성 코팅을 사용하여서 필요하면 보호될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 몇몇 실시예들에서, 하부 전극 어셈블리 (104) 와 같은 구조체들은, 하부 전극 플레이트 (103) 로부터 플라즈마 (102) 로의 RF 전력 전달이 얇은 석영 플레이트에 의해서 교란되지 않도록 보장하면서, 얇은 석영 플레이트에 의해서 피복될 수 있다.
시스템 (200) 을 사용하는 플라즈마 프로세싱 동작들 동안에, 작업피스 (109) 의 하단 표면으로부터의 재료의 에칭 레이트는 챔버 (101) 내의 프로세스 가스의 압력 및 프로세스 가스에 인가된 RF 전력의 부분적 함수이다. 보다 구체적으로, 보다 높은 RF 전력이 작업피스 (109) 의 하단 표면으로부터의 재료의 보다 높은 에칭 레이트를 산출하며 그 반대의 경우도 된다. 또한, 챔버 (101) 내의 프로세스 가스의 보다 낮은 압력이 작업피스 (109) 의 하단 표면으로부터의 재료의 보다 높은 에칭 레이트를 산출하며 그 반대의 경우도 된다. 추가적으로, 작업피스 (109) 의 하단 표면에 걸쳐서 재료 에칭 레이트 균일성이 챔버 (101) 내의 보다 낮은 프로세스 가스 압력에서 개선된다.
다양한 실시예들에서, RF 전력이 약 100 W 에서 10 kW에 이르는 범위 내에서 RF 전원 (123) 에 의해서 공급된다. 몇몇 실시예들에서, RF 전력은 약 1 kW 내지 약 3 kW에 이르는 범위 내에서 RF 전원 (123) 에 의해서 공급된다. 몇몇 실시예들에서, RF 전력은 약 2 MHz 내지 약 60 MHz에 이르는 주파수 범위 내에서 RF 전원 (123) 에 의해서 공급된다. 몇몇 실시예들에서, 직류 (DC) 전력이 또한 하부 전극 플레이트 (103) 에 인가될 수 있다. 또한, 몇몇 실시예들에서, 다수의 RF 전력 주파수들이 예를 들어서 반복적인 방식으로 (in cyclical manner) 동일한 시간 또는 상이한 시간들에 하부 전극 플레이트 (103) 에 공급될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 챔버 내의 프로세스 가스의 압력은 약 50 millTorr (mT) 에서 약 10 Torr (T) 에 이르는 범위 내에서 제어된다. 몇몇 실시예들에서, 챔버 내의 프로세스 가스의 압력은 약 2 Torr (T) 에 달하는 범위 내에서 제어된다. 몇몇 실시예들에서, 프로세스 가스는 약 0.1 slm (standard liter per minute) 에서 약 5 slm에 이르는 범위 내의 유동 레이트로 플라즈마 (102) 생성 공간으로 공급된다. 몇몇 실시예들에서, 프로세스 가스는 약 1 slm (standard liter per minute) 에서 약 5 slm에 이르는 범위 내의 유동 레이트로 플라즈마 (102) 생성 공간으로 공급된다.
도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른, 원격 플라즈마 소스 (184) 를 사용하도록 구성된 도 2a의 반도체 프로세싱 시스템의 변형을 도시한다. 원격 플라즈마 소스 (184) 는 챔버 (101) 의 외부에서 플라즈마 (203) 의 반응성 구성성분을 생성하고 화살표 (182) 로 표시된 바와 같이, 플라즈마 (203) 의 반응성 구성성분을 도관 (180) 을 통해서 작업피스 (109) 아래의 영역으로 유동시키도록 구성된다.
프로세스 가스, 퍼지 가스, 플라즈마 (203) 반응 부산 물질들이 화살표 (139) 로 표시된 바와 같이 배기부 (131) 에 의해서 포트 (133) 를 통해서 챔버 (101) 로부터 배기된다. 다양한 실시예들에서, 원격 플라즈마 소스 (184) 는 RF 전력, 마이크로웨이브 전력 또는 이들의 조합을 사용하여서 플라즈마 (203) 의 반응성 구성성분들을 생성하도록 구성된다. 또한, 다양한 실시예들에서, 원격 플라즈마 소스 (184) 는 용량 결합형 플라즈마 소스 또는 유도 결합형 플라즈마 소스로서 구성된다.
몇몇 실시예들에서, 원격 플라즈마 소스 (184) 내의 프로세스 가스의 압력은 약 0.1 Torr (T) 에서 약 10 Torr (T) 에 이르는 범위 내에서 제어된다. 몇몇 실시예들에서, 원격 플라즈마 소스 (184) 내의 프로세스 가스의 압력은 약 1 Torr (T) 에서 약 10 Torr (T) 에 이르는 범위 내에서 제어된다. 몇몇 실시예들에서, 프로세스 가스는 약 0.1 slm (standard liter per minute) 에서 약 5 slm에 이르는 범위 내의 유동 레이트로 원격 플라즈마 소스 (184) 로 공급된다. 몇몇 실시예들에서, 프로세스 가스는 약 1 slm (standard liter per minute) 에서 약 5 slm에 이르는 범위 내의 유동 레이트로 원격 플라즈마 소스 (184) 로 공급된다.
도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른, 작업피스 (109) 의 주변 에지를 플라즈마 프로세싱하기 위해서 작업피스 (109) 가 하부 전극 어셈블리 (104) 상에 안착되게 하강된 구성에서의 반도체 프로세싱 시스템 (200) 을 도시한다. 이 실시예에서, 퍼지 가스는 퍼지 가스 공급 채널 (115) 을 통해서 유동되고 프로세스 가스는 프로세스 가스 공급 채널 (119) 을 통해서 유동된다. 프로세스 가스가 작업피스 (109) 의 상단 표면에 걸쳐서 유동하지 못하게 하고 프로세스 가스가 작업피스 (109) 의 주변 에지 근처로 유동하게 하도록, 퍼지 가스가 퍼지 가스 공급 채널 (115) 로부터 상부 유전체 플레이트 (105) 와 작업피스 (109) 의 상단 표면 간에서 작업피스 (109) 의 상단 표면에 걸쳐서 유동하게, 작업피스 (109) 가 유전체 상부 플레이트 (105) 와 실질적으로 평행하면서 그에 근접하여서 하부 전극 어셈블리 (104) 상에 안착되도록 유전체 에지 링 (201) 이 최고로 후퇴된다 (retracted).
유전체 상부 플레이트 (105) 의 주변부에서의 퍼지 가스 유출은 플라즈마 (203A) 의 임의의 반응성 구성성분들 및 프로세스 가스가 작업피스 (109) 의 상단 표면에 걸친 영역으로 들어가지 못하게 한다. 프로세스 가스는 작업피스 (109) 의 주변 에지 주변으로 유동하여서 전기 접속부 (127) 를 통해서 하부 전극 플레이트 (103) 로 전송된 RF 전력에 의해서 플라즈마 (203A) 로 변환된다. 플라즈마 (203A) 는 작업피스 (109) 의 주변 에지 영역과 반응하여서 이로부터 원하지 않는 재료들을 제거하도록 작업피스 (109) 의 주변 에지에 노출된다. 프로세스 가스, 퍼지 가스, 플라즈마 (203A) 반응 부산 물질들이 화살표 (139) 로 표시된 바와 같이 배기부 (131) 에 의해서 포트 (133) 를 통해서 챔버 (101) 로부터 배기된다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 반도체 프로세싱 시스템 (300) 을 도시한다. 시스템 (300) 은 챔버 (101) 및 상부 전극 어셈블리 (306) 를 포함하며, 상부 전극 어셈블리는 유전체 상부 플레이트 (105A) 및 상부 전극 플레이트 (107) 를 포함한다. 상부 전극 플레이트 (107) 는 전기 접속부 (129) 에 의해서 표시된 바와 같이, 기준 접지 전위 (128) 에 전기적으로 접속된다. 퍼지 가스 공급 채널 (115) 은 유전체 상부 플레이트 (105A) 아래의 중앙 위치에서 퍼지 가스를 공급하도록 퍼지 가스 공급부 (117) 로부터 상부 전극 어셈블리 (306) 를 통해서 연장된다.
시스템 (300) 은 또한 프로세스 가스를 플라즈마 (302) 로 변환시키기 위한 내부 영역 (303) 을 갖는 하부 샤워헤드 전극 플레이트 (301) 를 포함하는 하부 전극 어셈블리 (304) 를 더 포함한다. 하부 샤워헤드 전극 플레이트 (301) 는 하부 샤워헤드 전극 플레이트 (301) 의 상부 표면으로부터 내부 영역 (303) 으로 연장된 복수의 벤트들 (vents) (305) 을 포함한다. 하부 샤워헤드 전극 플레이트 (301) 는 외측 베이스 플레이트 (136) 에 의해서 지지되는 내측 베이스 플레이트 (135) 에 의해서 지지된다. 하부 샤워헤드 전극 플레이트 (301) 는 매칭 회로 (125) 및 전기적 접속부 (127) 에 의해서 RF 전원 (123) 으로부터 RF 전력을 수신하도록 전기적으로 접속된다. 외측 베이스 플레이트 (136) 는 전기 도전성 재료로 형성되며 기준 접지 전위 (137) 에 전기적으로 접속된다. 내측 베이스 플레이트 (135) 는 RF 전력이 공급되는 하부 샤워헤드 전극 플레이트 (301) 를 접지된 외측 베이스 플레이트 (136) 로부터 전기적으로 격리시키도록 유전체 재료로 형성된다. 하부 샤워헤드 전극 플레이트 (301) 는 프로세스 가스 분배 플레이트 및 RF 전송 전극 역할을 겸함이 이해되어야 한다.
프로세스 가스 공급 채널 (307) 은 화살표 (309) 에 의해서 표시된 바와 같이, 프로세스 가스를 프로세스 가스 공급부 (311) 로부터 하부 샤워헤드 전극 플레이트 (301) 의 내부 영역 (303) 으로 공급하도록 하부 전극 어셈블리 (304) 를 통과하여서 형성된다. 하부 샤워헤드 전극 플레이트 (301) 에 공급된 RF 전력은 하부 샤워헤드 전극 플레이트 (301) 의 내부 영역 (310) 내에서 프로세스 가스를 플라즈마 (302) 로 변화시키는 역할을 한다.
전술한 바를 고려하면, 유전체 상부 플레이트 (105A) 는 하부 샤워헤드 전극 플레이트 (301) 와 평행하게 이로부터 이격되게 위치된 제 1 상부 플레이트를 나타내며, 제 1 상부 플레이트는 유전체 재료로 형성된다. 상부 전극 플레이트 (107) 는 제 1 상부 플레이트가 하부 샤워헤드 전극 플레이트 (301) 와 제 2 상부 플레이트 간에 위치하도록 제 1 상부 플레이트 근처에 위치하는 제 2 상부 플레이트를 나타내며, 제 2 상부 플레이트는 기준 접지 전위 (128) 와 전기적으로 접속된다.
시스템 (300) 은 챔버 (101) 내에 작업피스 (109) 를 배치하고 챔버 (101) 로부터 작업피스 (109) 를 제거하는 동안에 작업피스 (109) 를 핸들링하는 리프팅 핀들 (111A) 의 세트를 더 포함한다. 그러나, 시스템 (100) 에서의 유전체 리프팅 핀들 (111) 의 세트와는 달리, 시스템 (300) 에서의 리프팅 핀들 (111A) 의 세트는 챔버 (101) 내에서의 플라즈마 프로세싱 동작들 동안에 작업피스 (109) 를 지지하는 유전체 지지부로서 사용되지 않는다. 대신에, 시스템 (200) 에서와 같이, 시스템 (300) 은 작업피스 (109) 용 유전체 지지부 역할을 하는 유전체 에지 링 (201) 을 포함한다.
상술한 바와 같이, 유전체 에지 링 (201) 은 유전체 재료로 형성되며 작업피스 (109) 의 하단 표면의 주변 영역과 접촉하여서 이를 지지하도록 구성된 상부 표면을 갖는 환상 형상체를 가지며 하부 샤워헤드 전극 플레이트 (301) 의 상부 표면과 유전체 상부 플레이트 (105A), 즉 제 1 상부 플레이트의 하부 표면 간의 영역 (340) 내에서 작업피스 (109) 를 전기적으로 격리된 방식으로 지지한다. 또한, 전술한 바와 같이, 유전체 에지 링 (201) 은 프로세스 가스 및 플라즈마 프로세스 부산 물질들의 작업피스 (109) 아래의 영역으로부터의 유동을 가능하게 하도록 구성된 벤트들 (205) 을 포함한다. 유전체 에지 링 (201) 은 유전체 재료로 형성되며, 작업피스 (109) 의 하단 표면의 방사상 주변부에서 작업피스 (109) 를 지지하도록 구성된 상단 표면을 가지며, 유전체 에지 링 (201) 이 작업피스 (109) 아래의 영역으로부터 빠져나가는 프로세스 가스 및 플라즈마 프로세스 부산 물질들에 대한 베플 (baffle) 역할을 함이 이해되어야 한다.
시스템 (300) 에서, 작업피스 (109) 가 유전체 에지 링 (201) 상에 존재할 때에 작업피스 (109) 의 상단 표면과 유전체 상부 플레이트 (105A) 간의 거리 (112) 를 제어하도록, 유전체 에지 링 (201) 은 하부 샤워헤드 전극 플레이트 (301) 와 유전체 상부 플레이트 (105A) 간의 영역 (340) 내로 제어가능하게 연장되도록 구성된다. 작업피스 (109) 가 유전체 에지 링 (201) 상에 존재할 때에, 플라즈마 (302) 의 반응성 구성성분들이 작업피스 (109) 의 상단 표면에 도달하는 것을 방지하도록, 퍼지 가스가 퍼지 가스 공급 채널 (115) 로부터 유전체 상부 플레이트 (105A) (제 1 상부 플레이트) 의 하부 표면과 작업피스 (109) 의 상단 표면 간의 갭 (113) 을 통해서 작업피스 (109) 의 상단 표면에 걸쳐서 유동하게, 유전체 에지 링 (201) 이 작업피스 (109) 를 유전체 상부 플레이트 (105A) (제 1 상부 플레이트) 와 실질적으로 평행하면서 그 근처에 위치시키도록 구성된다.
유전체 에지 링 (201) 의, 하부 샤워헤드 전극 플레이트 (301) 와 유전체 상부 플레이트 (105A) 간의 영역 (340) 내로의 연장은 또한 작업피스 (109) 아래 및 하부 샤워헤드 전극 플레이트 (301) 위에 플라즈마 생성 공간을 형성하며, 이로써 작업피스 (109) 의 하단 표면이 플라즈마 생성 공간과 함께 생성된 플라즈마 (302) 에 노출될 수 있다. 이로써, 유전체 에지 링 (201) 은 플라즈마 (302) 를 작업피스 (109) 아래의 플라즈마 생성 공간으로 한정하는 기능도 한다. 몇몇 실시예들에서, 하부 샤워헤드 전극 플레이트 (301) 에 대한 유전체 에지 링 (201) 의 위치는 조절가능하며, 이로써 작업피스 (109) 와 하부 샤워헤드 전극 플레이트 (301) 간의 플라즈마 프로세싱 공간의 크기의 조절을 제공한다는 것이 이해되어야 한다.
플라즈마 프로세싱 동작들을 수행하는 시스템 (300) 의 동작 동안에, 퍼지 가스는 퍼지 가스 공급부 (117) 로부터 퍼지 가스 공급 채널 (115) 을 통해서 작업피스 (109) 의 상단 표면에 걸쳐서 유동하며 이로써 플라즈마 (302) 의 반응성 구성성분들이 작업피스 (109) 의 상단 표면에 도달하는 것을 방지한다. 또한, 프로세스 가스가 프로세스 가스 공급부 (311) 로부터 프로세스 가스 공급 채널 (307) 을 통해서 하부 샤워헤드 전극 플레이트 (301) 의 내부 영역 (303) 으로 유동하며, 이 동안에 RF 전력이 매칭 회로 (125) 및 전기적 접속부 (301) 에 의해서 RF 전원 (123) 으로부터 하부 샤워헤드 전극 플레이트 (301) 으로 공급된다. RF 전력은 하부 샤워헤드 전극 플레이트 (301) 의 내부 영역 (303) 내의 프로세스 가스를 플라즈마 (302) 로 변환시키고, 플라즈마 (302) 의 반응성 구성성분들이 작업피스 (109) 의 하단 표면과 반응하여서 작업피스 (109) 로부터 원하지 않는 재료를 제거한다. 프로세스 가스 및 퍼지 가스를 챔버 (101) 내로부터 배기하고, 프로세스 가스 및 플라즈마 프로세싱 부산 물질들을 작업피스 (109) 아래의 플라즈마 생성 공간으로부터 화살표 (139) 로 표시된 바와 같이 유전체 에지 링 (201) 의 벤트들 (205) 을 통해서 배기 포트 (133) 로 배기하도록, 배기부 (131) 가 동작한다.
플라즈마 (302) 의 반응성 구성성분에 노출된 시스템 (300) 의 다양한 컴포넌트들의 임의의 부분은 플라즈마 침식 내성 재료들을 사용하고/하거나 Y2O3 또는 다른 세라믹 코팅과 같은 보호성 코팅을 사용하여서 필요하면 보호될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 몇몇 실시예들에서, 하부 샤워헤드 전극 어셈블리 (301) 와 같은 구조체들은 얇은 석영 플레이트에 의해서 피복될 수 있다.
시스템 (300) 을 사용하는 플라즈마 프로세싱 동작들 동안에, 작업피스 (109) 의 하단 표면으로부터의 재료의 에칭 레이트는 챔버 (101) 내의 프로세스 가스의 압력 및 프로세스 가스에 인가된 RF 전력의 부분적 함수이다. 보다 구체적으로, 보다 높은 RF 전력이 작업피스 (109) 의 하단 표면으로부터의 재료의 보다 높은 에칭 레이트를 산출하며 그 반대의 경우도 된다. 또한, 챔버 (101) 내의 프로세스 가스의 보다 낮은 압력이 작업피스 (109) 의 하단 표면으로부터의 재료의 보다 높은 에칭 레이트를 산출하며 그 반대의 경우도 된다. 추가적으로, 작업피스 (109) 의 하단 표면에 걸쳐서 재료 에칭 레이트 균일성이 챔버 (101) 내의 보다 낮은 프로세스 가스 압력에서 개선된다.
다양한 실시예들에서, RF 전력이 약 100 W 에서 10 kW에 이르는 범위 내에서 RF 전원 (123) 에 의해서 공급된다. 몇몇 실시예들에서, RF 전력은 약 1 kW 내지 약 3 kW에 이르는 범위 내에서 RF 전원 (123) 에 의해서 공급된다. 몇몇 실시예들에서, RF 전력은 약 2 MHz 내지 약 60 MHz에 이르는 주파수 범위 내에서 RF 전원 (123) 에 의해서 공급된다. 몇몇 실시예들에서, 직류 (DC) 전력이 또한 하부 전극 플레이트 (103) 에 인가될 수 있다. 또한, 몇몇 실시예들에서, 다수의 RF 전력 주파수들이 예를 들어서 반복적인 방식으로 (in cyclical manner) 동일한 시간 또는 상이한 시간들에 하부 전극 플레이트 (103) 에 공급될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 챔버 내의 프로세스 가스의 압력은 약 50 millTorr (mT) 에서 약 10 Torr (T) 에 이르는 범위 내에서 제어된다. 몇몇 실시예들에서, 챔버 내의 프로세스 가스의 압력은 약 2 Torr (T) 에 달하는 범위 내에서 제어된다. 몇몇 실시예들에서, 프로세스 가스는 약 0.1 slm (standard liter per minute) 에서 약 5 slm에 이르는 범위 내의 유동 레이트로 플라즈마 (102) 생성 공간으로 공급된다. 몇몇 실시예들에서, 프로세스 가스는 약 1 slm (standard liter per minute) 에서 약 5 slm에 이르는 범위 내의 유동 레이트로 플라즈마 (102) 생성 공간으로 공급된다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 원격 플라즈마 소스 (184) 를 사용하도록 구성된 도 3a의 반도체 프로세싱 시스템 (300) 의 변형을 도시한다. 원격 플라즈마 소스 (184) 는 챔버 (101) 의 외부에서 플라즈마 (302) 의 반응성 구성성분을 생성하고 화살표 (182) 로 표시된 바와 같이, 플라즈마 (302) 의 반응성 구성성분을 도관 (180) 을 통해서 하부 샤워헤드 전극 플레이트 (301) 의 내부 영역 (303) 으로 유동시키고 결국에는 작업피스 (109) 아래의 영역으로 유동시키도록 구성된다.
프로세스 가스, 퍼지 가스, 및 플라즈마 (302) 반응 부산 물질들은 화살표 (139) 로 표시된 바와 같이, 배기부 (131) 에 의해서 포트 (133) 를 통해서 챔버 (101) 로부터 배기된다. 다양한 실시예들에서, 원격 플라즈마 소스 (184) 는 RF 전력, 마이크로웨이브 전력 또는 이들의 조합을 사용하여서 플라즈마 (302) 의 반응성 구성성분들을 생성하도록 구성된다. 또한, 다양한 실시예들에서, 원격 플라즈마 소스 (184) 는 용량 결합형 플라즈마 소스 또는 유도 결합형 플라즈마 소스로서 구성된다.
다양한 실시예들에서, 원격 플라즈마 소스 (184) 내의 플라즈마 (302) 를 생성하는데 약 1 kW 에서 10 kW에 이르는 범위 내의 RF 전력이 사용된다. 몇몇 실시예들에서, 약 5 kW 내지 약 8 kW에 이르는 범위 내의 RF 전력이 원격 플라즈마 소스 (184) 내의 플라즈마 (302) 를 생성하는데 사용된다. 몇몇 실시예들에서, 약 2 MHz 내지 약 60 MHz에 이르는 주파수 범위 내의 RF 전력이 원격 플라즈마 소스 (184) 내의 플라즈마 (302) 를 생성하는데 사용된다. 몇몇 실시예들에서, 직류 (DC) 전력이 또한 하부 샤워헤드 전극 플레이트 (301) 에 인가될 수 있다. 또한, 몇몇 실시예들에서, 다수의 RF 전력 주파수들이 예를 들어서 반복적인 방식으로 (in cyclical manner) 동일한 시간 또는 상이한 시간들에 원격 플라즈마 소스 (184) 내의 플라즈마 (302) 를 생성하는데 사용될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 원격 플라즈마 소스 (184) 내의 프로세스 가스의 압력은 약 0.1 Torr (T) 에서 약 10 Torr (T) 에 이르는 범위 내에서 제어된다. 몇몇 실시예들에서, 원격 플라즈마 소스 (184) 내의 프로세스 가스의 압력은 약 1 Torr (T) 에서 약 10 Torr (T) 에 이르는 범위 내에서 제어된다. 몇몇 실시예들에서, 프로세스 가스는 약 0.1 slm (standard liter per minute) 에서 약 5 slm에 이르는 범위 내의 유동 레이트로 원격 플라즈마 소스 (184) 로 공급된다. 몇몇 실시예들에서, 프로세스 가스는 약 1 slm (standard liter per minute) 에서 약 5 slm에 이르는 범위 내의 유동 레이트로 원격 플라즈마 소스 (184) 로 공급된다.
도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 작업피스 (109) 의 주변 에지를 플라즈마 프로세싱하기 위해서 작업피스 (109) 가 하부 전극 어셈블리 (304) 상에 안착되게 하강된 구성에서의 반도체 프로세싱 시스템 (300) 을 도시한다. 이 실시예에서, 퍼지 가스는 퍼지 가스 공급 채널 (115) 을 통해서 유동되고 프로세스 가스는 프로세스 가스 공급 채널 (119) 을 통해서 유동된다. 프로세스 가스가 작업피스 (109) 의 상단 표면에 걸쳐서 유동하지 못하게 하고 프로세스 가스가 작업피스 (109) 의 주변 에지 근처로 유동하게 하도록, 퍼지 가스가 퍼지 가스 공급 채널 (115) 로부터 상부 유전체 플레이트 (105A) 와 작업피스 (109) 의 상단 표면 간에서 작업피스 (109) 의 상단 표면에 걸쳐서 유동하게, 작업피스 (109) 가 유전체 상부 플레이트 (105A) 와 실질적으로 평행하면서 그에 근접하여서 하부 전극 어셈블리 (304) 상에 안착되도록 유전체 에지 링 (201) 이 최고로 후퇴된다.
유전체 상부 플레이트 (105) 의 주변부에서의 퍼지 가스 유출은 플라즈마 (302A) 의 임의의 반응성 구성성분들 및 프로세스 가스가 작업피스 (109) 의 상단 표면에 걸친 영역으로 들어가지 못하게 한다. 프로세스 가스는 작업피스 (109) 의 주변 에지 주변으로 유동하여서 전기 접속부 (127) 를 통해서 하부 샤워헤드 전극 플레이트 (301) 로 전송된 RF 전력에 의해서 플라즈마 (302A) 로 변환된다. 플라즈마 (302A) 는 작업피스 (109) 의 주변 에지 영역과 반응하여서 이로부터 원하지 않는 재료들을 제거하도록 작업피스 (109) 의 주변 에지에 노출된다. 프로세스 가스, 퍼지 가스, 플라즈마 (302A) 반응 부산 물질들이 화살표 (139) 로 표시된 바와 같이 배기부 (131) 에 의해서 포트 (133) 를 통해서 챔버 (101) 로부터 배기된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 3a에 대해서 기술된 반도체 프로세싱 시스템 (300) 의 변형인 반도체 프로세싱 시스템 (400) 을 도시한다. 구체적으로, 도 4의 시스템 (400) 은, 유전체 상부 플레이트 (105A) 가 전기 도전성 재료로 형성된 도전성 상부 플레이트 (105B) 로 교체된 것을 제외하면 도 3a의 시스템 (300) 과 동일하다. 도 4의 시스템 (400) 의 다른 모든 특징부들은 도 3a의 시스템 (300) 에 대해서 상술한 것들과 동일하다. 도전성 상부 플레이트 (105B) 는 기준 접지 전위 (128) 에 전기적으로 접속된다. 따라서, 시스템 (400) 에서, 작업피스 (109) 는 도전성 상부 플레이트 (105B) 에 매우 근접함으로써 기준 접지 전위에 용량성으로 결합된다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 3a에 대해서 기술된 반도체 프로세싱 시스템 (300) 의 또한 변형인 반도체 프로세싱 시스템 (500) 을 도시한다. 구체적으로, 도 5a 및 도 5b의 시스템 (500) 은, 상부 전극 어셈블리 (306) 가 구성가능한 상부 전극 어셈블리 (510) 로 교체되고 상부 프로세스 가스 공급부 (501) 가 제공된 것을 제외하면, 도 3a의 시스템 (300) 과 동일하다. 도 5a 및 도 5b의 시스템 (500) 의 다른 모든 특징부들은 도 3a의 시스템 (300) 에 대해서 상술한 것들과 동일하다.
시스템 (500) 에서, 구성가능한 상부 전극 어셈블리 (510) 는 전기 도전성 내부 전극 플레이트 (505), 유전체 부재 (503) 및 상부 전극 플레이트 (107) 를 포함한다. 유전체 부재 (503) 는 전기 도전성 내부 전극 플레이트 (505) 를 상부 전극 플레이트 (107) 로부터 전기적으로 격리시키는 역할을 한다. 상부 전극 플레이트 (107) 는 전기 접속부 (129) 에 의해서 기준 접지 전위 (128) 에 전기적으로 접속된다. 전기 도전성 내부 전극 플레이트 (505) 는 전기 접속부 (507) 에 의해서 스위치 (509) 에 전기적으로 접속되며, 이어서 스위치 (509) 는 기준 접지 전위 (512) 에 전기적으로 접속된다. 이로써, 스위치 (509) 는 전기 도전성 내부 전극 플레이트 (505) 의 기준 접지 전위 (512) 로의 전기적 접속의 제어를 제공한다.
또한, 시스템 (500) 은 도 1a의 시스템 (100) 에 대해서 상술한 바와 같이 상부 전극 어셈블리 (108) 를 통해서 형성된 프로세스 가스 공급 채널 (119) 과 유사하게, 구성가능한 상부 전극 어셈블리 (501) 를 통과하여 형성된 프로세스 가스 공급 채널 (119) 을 포함한다. 프로세스 가스 공급 채널 (119) 은 프로세스 가스를 수용하는 상부 프로세스 가스 공급부 (501) 에 유체적으로 연결된다. 프로세스 가스는 RF 전력에 노출된 때에 플라즈마 (302) 로 변환되도록 구성된다. 프로세스 가스 공급 채널 (119) 은 작업피스 (109) 가 유전체 에지 링 (201) 상에 존재하는 때에 작업피스 (109) 의 주변부 근처의 위치들로 프로세스 가스를 공급하도록 형성된다. 상부 프로세스 가스 공급부 (501) 로부터의 프로세스 가스 유동이 작업피스 (109) 의 후측면 플라즈마 세정을 수행하는 동안에 턴 오프되고 작업피스 (109) 의 베벨 에지 플라즈마 세정을 수행하는 동안에 턴 온되도록, 프로세스 가스 공급 채널 (119) 을 통한 프로세스 가스 유동을 제어하는 밸브 (502) 가 제공된다.
도 5a는 작업피스 (109) 의 후측면 플라즈마 세정을 수행하기 위한 구성에서의 시스템 (500) 을 도시한다. 이 구성에서, 유전체 에지 링 (201) 은 작업피스 (109) 아래의 플라즈마 프로세싱 공간을 생성하도록 상승되며, 작업피스 (109) 아래에 플라즈마 (302) 를 생성하도록 프로세스 가스가 하부 프로세스 가스 공급부 (311) 로부터 하부 샤워헤드 전극 플레이트 (301) 의 내부 영역 (303) 으로 공급된다. 또한, 이 구성에서, 상부 프로세스 가스 공급부 (501) 로부터의 프로세스 가스의 유동을 턴 오프하도록 밸브 (502) 가 폐쇄된다. 이 구성에서, 플라즈마 (302) 의 반응성 구성성분들이 작업피스 (109) 의 상단 표면에 도달하는 것을 막기 위해서, 퍼지 가스가 퍼지 가스 공급부 (117) 로부터 구성가능한 상부 전극 어셈블리 (510) 와 작업피스 (109) 간의 갭 (113) 으로 공급된다. 또한, 이 구성에서, 스위치 (509) 는 전기 도전성 내부 전극 플레이트 (505) 를 기준 접지 전위 (512) 로 전기적으로 접속시키도록 설정된다. 이로써, 작업피스 (109) 는 전기 도전성 내부 전극 플레이트 (505) 를 통해서 기준 접지 전위 (512) 에 용량성으로 결합된다. 이와 달리, 시스템 (500) 을 사용하는 작업피스 (109) 의 후측면 플라즈마 세정은 도 3a의 시스템 (300) 에 대해서 상술한 것들과 실질적으로 동일하다.
도 5b는 작업피스 (109) 의 베벨 에지 플라즈마 세정을 수행하기 위한 구성에서의 시스템 (500) 을 도시한다. 이 구성에서, 유전체 에지 링 (201) 은 작업피스 (109) 가 하부 샤워헤드 전극 플레이트 (301) 상에 직접적으로 안착되도록 최고로 하강된다. 또한, 이 구성에서, 하부 전극 어셈블리 (304) 및 구성가능한 상부 전극 어셈블리 (510) 는, 갭 (113) 을 형성하도록 작업피스 (109) 의 상단 표면이 구성가능한 상부 전극 어셈블리 (510) 에 매우 근접하게 위치하게, 서로에 대해서 이동한다. 이 구성에서, 상부 프로세스 가스 공급부 (501) 로부터의 프로세스 가스의 작업피스 (109) 의 주변 영역으로의 유동을 턴 온하도록 밸브 (502) 가 개방된다. 또한, 이 구성에서, 플라즈마 (302) 의 반응성 구성성분들이 작업피스 (109) 의 상단 표면에 도달하는 것을 막기 위해서, 퍼지 가스가 퍼지 가스 공급부 (117) 로부터 구성가능한 상부 전극 어셈블리 (510) 와 작업피스 (109) 간의 갭 (113) 으로 공급된다.
또한, 도 5b의 구성에서, RF 전력이 RF 전원 (123) 으로부터 하부 샤워헤드 전극 플레이트 (301) 로 공급된다. RF 전력은 하부 샤워헤드 전극 플레이트 (301) 로부터 접지된 외측 베이스 플레이트 (137) 및 접지된 상부 전극 플레이트 (107) 양자로 연장된 전송 경로들을 통해서 전파되어서, 작업피스 (109) 의 주변 영역으로 공급된 프로세스 가스를 플라즈마 (513) 로 변환시킨다. 이러한 바가 발생할 때에, 퍼지 가스는 퍼지 가스 공급 채널 (115) 의 중앙에 위치한 분사 위치로부터 갭 (113) 을 통해서 방사상 외측으로 작업피스 (109) 의 주변부로 향하여 유동하며 이로써 플라즈마 (513) 의 반응성 구성성분들이 갭 (113) 으로 진입하여서 작업피스 (109) 의 상단 표면과 반응하는 것을 막는다. 또한, 도 5b의 구성에서, 프로세스 가스는 하부 프로세스 가스 공급부 (311) 로부터 하부 샤워헤드 전극 플레이트 (301) 의 내부 영역 (303) 으로 공급되지 않는다.
또한, 도 5b의 구성에서, 스위치 (509) 는 전기 도전성 내부 전극 플레이트 (505) 를 기준 접지 전위 (512) 로 전기적으로 분리시켜서, 전기 도전성 내부 전극 플레이트 (505) 가 플로팅 전위를 갖게 하도록 설정된다. 이로써, RF 전력이 공급된 하부 샤워헤드 전극 플레이트 (301) 가 구성가능한 상부 전극 어셈블리 (510) 에 매우 근접함으로 인해서 갭 (113) 내에서 아크가 발생하거나 다른 원하지 않는 현상이 발생하는 것을 방지하도록, 작업피스 (109) 는 기준 접지 전위 (512) 에 용량성으로 결합되지 않는다. 또한, 도 5b의 구성에서, 프로세스 가스, 퍼지 가스, 및 플라즈마 프로세싱 부산 물질들을, 플라즈마 (513) 가 생성된 작업피스 (109) 의 주변 영역으로부터 멀어지게, 화살표 (139) 로 표시된 바와 같이, 배기 포트 (133) 쪽으로 흡입하도록 배기부 (131) 가 동작한다.
도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 원격 플라즈마 소스 (184) 를 사용하도록 구성된 도 5a의 반도체 프로세싱 시스템 (500) 의 변형을 도시한다. 원격 플라즈마 소스 (184) 는 챔버 (101) 의 외부에서 플라즈마 (302) 의 반응성 구성성분을 생성하고 화살표 (182) 로 표시된 바와 같이, 플라즈마 (302) 의 반응성 구성성분을 도관 (180) 을 통해서 하부 샤워헤드 전극 플레이트 (301) 의 내부 영역 (303) 으로 유동시키고 결국에는 작업피스 (109) 아래의 영역으로 유동시키도록 구성된다.
프로세스 가스, 퍼지 가스, 및 플라즈마 (302) 반응 부산 물질들은 화살표 (139) 로 표시된 바와 같이, 배기부 (131) 에 의해서 포트 (133) 를 통해서 챔버 (101) 로부터 배기된다. 다양한 실시예들에서, 원격 플라즈마 소스 (184) 는 RF 전력, 마이크로웨이브 전력 또는 이들의 조합을 사용하여서 플라즈마 (302) 의 반응성 구성성분들을 생성하도록 구성된다. 또한, 다양한 실시예들에서, 원격 플라즈마 소스 (184) 는 용량 결합형 플라즈마 소스 또는 유도 결합형 플라즈마 소스로서 구성된다.
다양한 실시예들에서, 원격 플라즈마 소스 (184) 내의 플라즈마 (302) 를 생성하는데 약 1 kW 에서 10 kW에 이르는 범위 내의 RF 전력이 사용된다. 몇몇 실시예들에서, 약 5 kW 내지 약 8 kW에 이르는 범위 내의 RF 전력이 원격 플라즈마 소스 (184) 내의 플라즈마 (302) 를 생성하는데 사용된다. 몇몇 실시예들에서, 약 2 MHz 내지 약 60 MHz에 이르는 주파수 범위 내의 RF 전력이 원격 플라즈마 소스 (184) 내의 플라즈마 (302) 를 생성하는데 사용된다. 몇몇 실시예들에서, 직류 (DC) 전력이 또한 하부 샤워헤드 전극 플레이트 (301) 에 인가될 수 있다. 또한, 몇몇 실시예들에서, 다수의 RF 전력 주파수들이 예를 들어서 반복적인 방식으로 (in cyclical manner) 동일한 시간 또는 상이한 시간들에 원격 플라즈마 소스 (184) 내의 플라즈마 (302) 를 생성하는데 사용될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 원격 플라즈마 소스 (184) 내의 프로세스 가스의 압력은 약 0.1 Torr (T) 에서 약 10 Torr (T) 에 이르는 범위 내에서 제어된다. 몇몇 실시예들에서, 원격 플라즈마 소스 (184) 내의 프로세스 가스의 압력은 약 1 Torr (T) 에서 약 10 Torr (T) 에 이르는 범위 내에서 제어된다. 몇몇 실시예들에서, 프로세스 가스는 약 0.1 slm (standard liter per minute) 에서 약 5 slm에 이르는 범위 내의 유동 레이트로 원격 플라즈마 소스 (184) 로 공급된다. 몇몇 실시예들에서, 프로세스 가스는 약 1 slm (standard liter per minute) 에서 약 5 slm에 이르는 범위 내의 유동 레이트로 원격 플라즈마 소스 (184) 로 공급된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 작업피스의 하단 표면을 플라즈마 세정하기 위한 방법의 흐름도이다. 이 방법은 동작 (601) 을 포함하며, 이 동작은 하부 전극 플레이트의 상부 표면과 유전체 상부 플레이트의 하부 표면 간의 영역 내에서 작업피스를 전기적으로 격리된 방식으로 지지하도록 구성된 유전체 지지부 상에 작업피스의 하단 표면을 위치시키며, 상부 전극 플레이트가 상부 유전체 플레이트의 상부 표면 근처에 위치한다. 또한, 하부 전극 플레이트는 무선주파수 전력을 수신하도록 접속된다. 상부 전극 플레이트는 기준 접지 전위에 전기적으로 접속된다. 이 방법은 또한 동작 (603) 을 포함하며, 이 동작은 작업피스의 상단 표면이 유전체 상부 플레이트의 하부 표면으로부터 좁은 갭 (narrow gap) 만큼 이격되도록 그리고 작업피스의 하단 표면과 하부 전극 플레이트의 상부 표면 간에 개방 영역이 존재하도록 유전체 지지부를 위치시킨다.
이 방법은 또한 동작 (605) 을 포함하며, 이 동작은 퍼지 가스가 좁은 갭의 중앙 위치로부터 작업피스의 주변부로 향하는 방향으로 좁은 갭을 통해서 유동하도록, 작업피스의 상단 표면과 유전체 상부 플레이트의 하부 표면 간의 좁은 갭 내의 중앙 위치로 퍼지 가스를 유동시시킨다. 이 방법은 또한 동작 (607) 을 포함하며, 이 동작은 좁은 갭 외부에 위치한 작업피스의 주변 영역으로 프로세스 가스를 유동시켜서, 프로세스 가스가 작업피스의 하단 표면과 하부 전극 플레이트의 상부 표면 간의 영역 내로 유동하게 한다. 퍼지 가스가 작업피스의 중앙 위치로부터 멀어지는 방향으로 좁은 갭을 통해서 작업피스의 주변부를 향해서 유동하는 것은 프로세스 가스가 이 좁은 갭 내로 진입하여서 작업피스의 상단 표면에 걸쳐서 유동하는 것을 방지한다는 것이 이해되어야 한다.
이 방법은 또한 동작 (609) 을 포함하며, 이 동작은 작업피스의 주변 영역 둘레에서 그리고 작업피스의 하단 표면과 하부 전극 플레이트의 상부 표면 간의 영역 내에서 프로세스 가스를 플라즈마로 변환시키도록 하부 전극 플레이트에 무선주파수 전력을 공급한다. 이 방법은 또한 플라즈마 에칭 부산 물질들이 작업피스로부터 멀어지도록 이동되게 하부 전극 플레이트의 상부 표면 위의 영역으로부터 가스들을 배기시키는 동작을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 유전체 지지부는 상기 하부 전극 플레이트의 상부 표면과 상기 유전체 상부 플레이트의 하부 표면 간의 영역 내에서 상기 작업피스를 전기적으로 격리된 방식으로 지지하도록 상기 하부 전극 플레이트를 통과해서 연장된 유전체 리프팅 핀들 (lifting pins) 의 세트로서 구성된다. 이 실시예에서, 동작 (603) 에서 상기 작업피스의 상단 표면이 상기 유전체 상부 플레이트의 하부 표면으로부터 상기 좁은 갭만큼 이격되도록 상기 유전체 지지부를 위치시키는 것은 상기 유전체 리프팅 핀들 (lifting pins) 의 세트를 상기 유전체 상부 플레이트의 하부 표면을 향해서 이동시킴으로써 수행된다.
이 방법의 다른 실시예에서, 유전체 지지부는 상기 작업피스의 상기 하단 표면의 주변 영역과 접촉하면서 이를 지지하도록 구성된 상부 표면을 갖는, 환상 형상을 갖는 유전체 에지 링으로서 구성된다. 유전체 에지 링은 상기 프로세스 가스의 상기 하부 전극 플레이트의 상부 표면과 상기 작업피스의 하단 표면 간의 영역으로의 유동을 가능하게 하며 하부 전극 플레이트의 상부 표면 위의 영역으로부터 가스를 배기시키는 것을 가능하게 하도록 구성된 벤트들 (vents) 을 포함한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 작업피스의 하단 표면을 플라즈마 세정하기 위한 방법의 흐름도이다. 이 방법은 또한 동작 (701) 을 포함하며, 이 동작은 작업피스의 하단 표면의 주변 영역과 접촉하면서 이를 지지하도록 구성된, 환상 형상을 갖는 유전체 에지 링 상에 작업피스를 위치시킨다. 유전체 에지 링은 하부 샤워헤드 전극 플레이트의 상부 표면과 제 1 상부 플레이트의 하부 표면 간의 영역 내에서 작업피스를 전기적으로 격리된 방식으로 지지하도록 구성된다. 제 2 상부 플레이트가 제 1 상부 플레이트의 상부 표면 근처에 위치한다. 하부 샤워헤드 전극 플레이트는 무선주파수 전력을 수신하도록 접속된다. 제 2 상부 플레이트는 기준 접지 전위에 전기적으로 접속된다.
이 방법은 또한 동작 (703) 을 포함하며, 이 동작은 작업피스의 상단 표면이 제 1 상부 플레이트의 하부 표면으로부터 좁은 갭 (narrow gap) 만큼 이격되도록 그리고 유전체 에지 링 내측에 위치한 작업피스의 하단 표면과 하부 샤워헤드 전극 플레이트의 상부 표면 간에 개방 영역이 존재하도록 유전체 에지 링을 위치시시킨다. 이 방법은 또한 동작 (705) 을 포함하며, 이 동작은 퍼지 가스가 좁은 갭의 중앙 위치로부터 작업피스의 주변부로 향하는 방향으로 좁은 갭을 통해서 유동하도록, 좁은 갭 내의 중앙 위치로 퍼지 가스를 유동시킨다. 이 방법은 또한 동작 (707) 을 포함하며, 이 동작은 하부 샤워헤드 전극 플레이트의 내부 영역으로 프로세스 가스를 유동시킨다.
이 방법은 또한 동작 (709) 을 포함하며, 이 동작은 하부 샤워헤드 전극 플레이트의 내부 영역 내에서 프로세스 가스를 플라즈마로 변환시키도록 하부 샤워헤드 전극 플레이트에 무선주파수 전력을 공급하며, 이로써 플라즈마의 반응성 구성성분들이 하부 샤워헤드 전극 플레이트의 내부 영역으로부터 벤트들을 통해서 유전체 에지 링 내측에 위치한 작업피스의 하단 표면과 하부 샤워헤드 전극 플레이트의 상부 표면 간의 개방 영역 내로 유동되게 한다. 이 방법은 또한 유전체 에지 링 내측에 위치한 상기 작업피스의 하단 표면과 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트의 상부 표면 간의 개방 영역으로부터 가스들을 상기 유전체 에지 링 내에 구성된 벤트들 (vents) 을 통해서 배기시키는 동작을 더 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 공통, 즉 단일 플라즈마 프로세싱 시스템 내에서 작업피스에 대한 베벨 에지 플라즈마 세정 프로세스 및 후측면 세정 프로세스 모두를 수행하기 위한 방법의 흐름도이다. 이 방법은 동작 (801) 을 포함하며 이 동작에서 베벨 에지 플라즈마 세정 프로세스가 작업피스에 대해서 수행되며, 이 때에 작업피스의 하단이 RF 전력 공급되는 하부 전극 상에 직접적으로 위치하고 퍼지 가스 유동의 좁은 갭이 작업피스의 상단 표면에 걸쳐서 제공된다. 동작 (801) 에서, 상부 구조적 부재는 작업피스의 상단 표면에 걸친 퍼지 가스 유동의 좁은 갭을 형성하도록 작업피스 위에 제공된다. 일 예시적인 실시예에서, 동작 (801) 의 베벨 에지 플라즈마 세정 프로세스는 13.56 MHz에서의 RF 전력에 의해서 생성된 용량 결합형 플라즈마를 사용하여서 수행된다. 그러나, 다른 실시예들에서, 베벨 에지 플라즈마 세정 프로세스는 다른 주파수들, 전력들 및 듀티 사이클들의 RF 전력을 사용하여서 그리고 임의의 적합한 프로세스 가스와 함께 수행될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
동작 (801) 에서 베벨 에지 플라즈마 세정 프로세스가 완료된 후에, 동작 (803) 이 수행되는데, 이 동작에서 작업피스의 하단 표면 아래에 플라즈마 프로세싱 공간을 형성하도록 작업피스가 하부 전극 위로 상승된다. 또한, 동작 (803) 에서, 퍼지 가스용 좁은 갭이 작업피스의 상단 표면에 걸쳐서 유지된다. 일 실시예에서, 작업피스는 도 1a를 참조하여서 기술된 바와 같은 유전체 리프팅 핀들을 사용하여서 하부 전극 위로 상승된다. 다른 실시예에서, 작업피스는 도 2a를 참조하여서 기술된 바와 같은 벤팅된 유전체 에지 링을 사용하여서 하부 전극 위로 상승된다.
이 방법은 동작 (805) 에서 계속되며 이 동작은 작업피스의 하단 표면을 플라즈마 세정하기 위해서 작업피스의 하단 표면 아래의 플라즈마 프로세싱 공간으로 플라즈마의 반응성 구성성분들을 공급한다. 일 실시예에서, 이 동작 (805) 은 원격으로 생성된 플라즈마를 사용하여서 플라즈마의 반응성 구성성분을 생성하는 동작, 및 작업피스의 하단 표면 아래의 플라즈마 프로세싱 공간으로 플라즈마의 반응성 구성성분들을 전달하는 동작을 포함한다. 다른 실시예에서, 프로세스 가스가 작업피스의 하단 표면 아래의 플라즈마 프로세싱 공간으로 유동하고, RF 전력이 작업피스의 하단 표면 아래의 플라즈마 프로세싱 공간 내에서 프로세스 가스를 플라즈마로 변환시키도록 인가된다. 어느 실시예에서든, 작업피스의 하단 표면 아래의 플라즈마 프로세싱 공간 내에 존재하는 플라즈마의 반응성 구성성분들이 작업피스의 하단 표면으로부터 목표 막 또는 재료와 반응하여서 이를 제거하게 된다. 또한, 동작 (805) 동안에, 플라즈마의 반응성 구성성분들 또는 임의의 다른 부산 물질들이 작업피스의 상단 표면과 접촉 및 상호반응하지 못하게 퍼지 가스 유동이 작업피스의 상단 표면에 걸쳐서 유지된다.
본 명세서에서 개시된 다양한 반도체 프로세싱 시스템들은 단일 툴, 즉 단일 챔버 내에서 베벨 에지 플라즈마 세정 프로세스 및 후측면 플라즈마 세정 프로세스를 모두 수행할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 기술된 후측면 플라즈마 세정 프로세스는 작업피스들의 하단 표면으로부터 탄소, 포토레지스트 및 다른 탄소 관련 폴리머들을 제거하는데 특히 유용한데, 그 이유는 이러한 물질들은 다른 습식 세정 프로세스들에서 제거하기 어렵기 때문이다. 또한, 본 명세서에서 기술된 후측면 플라즈마 세정 프로세스는 다른 습식 세정 프로세스들보다 높은 세정 처리량을 제공할 수 있는데, 그 이유는 후측면 플라즈마 세정 프로세스에서 플라즈마로 달성가능한 보다 높은 에칭 레이트 때문이다.
본 발명이 몇몇 실시예들의 측면에서 기술되었지만, 본 기술 분야의 당업자가 선행하는 명세서를 독해하고 도면들을 연구하면 본 발명의 다양한 대안들, 부가들, 치환들 및 균등 사항들을 실현할 수 있는 것이다. 따라서, 본 발명은 본 발명의 진정한 사상 및 범위 내에 해당되는 이러한 모든 대안들, 부가들, 치환들 및 균등 사항들을 포함한다.
Claims (20)
- 프로세싱 챔버로서,
프로세스 가스를 플라즈마로 변환시키기 위한 내부 영역을 갖는 하부 샤워헤드 전극 플레이트로서, 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트의 상부 표면으로부터 상기 내부 영역으로 연장된 다수의 벤트들 (vents)을 포함하는, 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트,
유전체 재료로 형성되고, 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트를 지지하도록 구성되는 내측 베이스 플레이트,
전기 도전성 재료로 형성되고, 상기 내측 베이스 플레이트를 둘러싸고 지지하도록 구성되는 외측 베이스 플레이트로서, 상기 외측 베이스 플레이트는 기준 접지 전위에 전기적으로 접속된, 상기 외측 베이스 플레이트,
상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트 위에 배치되고 실질적으로 평행한 상부 플레이트로서, 상기 상부 플레이트의 하부 표면을 통해 연장하도록 형성된 가스 공급 채널을 갖는, 상기 상부 플레이트, 및
기판의 하부 표면의 주변 영역과 접촉하면서 이를 지지하도록 형성된 상부 표면을 갖는 유전체 에지 링으로서, 상기 유전체 에지 링은 상기 내측 베이스 플레이트에 의해서 지지되고, 하부 프로세싱 영역이 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트의 상단 표면과 상기 유전체 에지 링의 상기 상부 표면에 대응하는 평면 사이의 상기 유전체 에지 링 내부에 형성되도록, 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트를 둘러싸고 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트 위에서 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트와 상기 상부 플레이트 사이의 영역 내로 제어가능한 방식으로 연장하도록 형성되는, 상기 유전체 에지 링을 포함하는, 상기 프로세싱 챔버;
상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트의 상기 내부 영역으로 연장하도록 구성된 도관;
상기 챔버 외부에서 플라즈마의 반응성 구성성분들을 생성하고 상기 도관을 통해 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트의 상기 내부 영역으로 상기 플라즈마의 상기 반응성 구성성분들을 유동시키도록 구성된 원격 플라즈마 소스; 및
상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트의 상기 내부 영역 내의 프로세스 가스를 추가 플라즈마로 변환시키기 위해 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트로 무선주파수 (radiofrequency) 전력을 공급하도록 접속되는 무선주파수 전력 공급부를 포함하는를 포함하는, 반도체 프로세싱 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 원격 플라즈마 소스는 무선주파수 전력을 사용하여 상기 플라즈마의 반응성 구성성분들을 생성하도록 구성되는, 반도체 프로세싱 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 원격 플라즈마 소스에 의해서 무선주파수 전력은 1 kW에서 10 kW에 이르는 범위 내인, 반도체 프로세싱 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 원격 플라즈마 소스에 의해서 무선주파수 전력은 5 kW에서 8 kW에 이르는 범위 내인, 반도체 프로세싱 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 원격 플라즈마 소스에 의해서 무선주파수 전력은 2 MHz에서 60 MHz에 이르는 범위 내의 하나 이상의 무선주파수 신호들을 사용하여 생성되는, 반도체 프로세싱 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 원격 플라즈마 소스는 마이크로웨이브 전력을 사용하여 상기 플라즈마의 반응성 구성성분들을 생성하도록 구성되는, 반도체 프로세싱 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 원격 플라즈마 소스는 무선주파수 전력과 마이크로웨이브 전력의 조합을 사용하여 상기 플라즈마의 반응성 구성성분들을 생성하도록 구성되는, 반도체 프로세싱 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 원격 플라즈마 소스는 용량 결합형 플라즈마 소스로서 구성되는, 반도체 프로세싱 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 원격 플라즈마 소스는 유도 결합형 플라즈마 소스로서 구성되는, 반도체 프로세싱 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 원격 플라즈마 소스는 0.1 slm (standard liters per minute) 에서 5 slm에 이르는 범위 내의 유동 레이트 (flow rate), 및 0.1 Torr 에서 10 Torr에 이르는 범위 내의 압력으로 공급된 프로세스 가스를 사용하여 상기 플라즈마의 반응성 구성성분들을 생성하도록 구성되는, 반도체 프로세싱 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 유전체 에지 링은 상기 하부 프로세싱 영역으로부터 배기 영역으로 유체 연통하는 벤트들 (vents) 을 형성하는 공간들만큼 서로 이격된 환상 링 구조체들의 스택으로서 구성되는, 반도체 프로세싱 시스템. - 제 11 항에 있어서,
상기 유전체 에지 링은 상기 환상 링 구조체들의 스택에 연결된 복수의 구조적 부재들을 포함하고, 상기 복수의 구조적 부재들은 상기 유전체 에지 링의 원주를 둘러서 이격된 위치들에 위치되는, 반도체 프로세싱 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 복수의 구조적 부재들은 고정된 공간적 구성으로 상기 환상 링 구조체들의 스택을 유지하도록 형성되는, 반도체 프로세싱 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 복수의 구조적 부재들은, 상기 벤트들을 형성하는 상기 환상 링들 사이의 공간들이 상기 복수의 구조적 부재들의 조정에 의해 사이즈 조정가능하도록, 상기 환상 링 구조체들의 스택의 공간적 구성의 제어된 변형을 제공하도록 형성되는, 반도체 프로세싱 시스템. - 제 11 항에 있어서,
환상 링 구조체 각각은 실질적으로 동일한 사이즈 및 형상을 갖는, 반도체 프로세싱 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 상부 플레이트는 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트에 노출하여 위치된 유전체 상부 플레이트를 포함하는, 반도체 프로세싱 시스템. - 제 16 항에 있어서,
상기 상부 플레이트는 전기 도전성 재료로 형성된 상부 전극 플레이트를 포함하고, 상기 유전체 상부 플레이트는 상기 상부 전극 플레이트와 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트 사이에 위치되며, 상기 상부 전극 플레이트는 상기 기준 접지 전위에 전기적으로 접속되는, 반도체 프로세싱 시스템. - 프로세싱 챔버 내의 유전체 에지 링 상에 기판을 위치시키는 단계로서, 상기 유전체 에지 링은 상기 기판의 하부 표면의 주변 영역과 접촉하고 이를 지지하도록 형성된 상부 표면을 갖고, 상기 유전체 에지 링은, 하부 프로세싱 영역이 하부 샤워헤드 전극 플레이트의 상단 표면과 상기 기판의 상기 하부 표면 사이의 상기 유전체 에지 링 내부에 형성되도록, 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트를 둘러싸고 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트 위에서 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트와 상부 플레이트 사이의 영역 내로 제어가능한 방식으로 연장하도록 형성되고, 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트는 프로세스 가스를 플라즈마로 변환시키기 위한 내부 영역을 가지고, 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트는 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트의 상부 표면으로부터 상기 내부 영역으로 연장된 다수의 벤트들 (vents)을 포함하고, 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트는 유전체 재료로 형성되는 내측 베이스 플레이트에 의해 지지되고, 상기 내측 베이스 플레이트는 기준 접지 전위에 접속되고, 전기 도전성 재료로 형성되는 외측 베이스 플레이트에 의해 둘러싸이고 지지되는, 상기 기판을 위치시키는 단계;
상기 챔버 외부의 원격 플라즈마 소스 내에서 플라즈마의 반응성 구성성분들을 생성하는 단계;
도관을 통해 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트의 상기 내부 영역으로 상기 플라즈마의 상기 반응성 구성성분들을 유동시키는 단계; 및
상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트의 상기 내부 영역 내의 프로세스 가스를 추가 플라즈마로 변환시키기 위해 상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트로 무선주파수 (radiofrequency) 전력을 공급하는 단계를 포함하는, 기판을 플라즈마 세정하는 방법. - 제 18 항에 있어서,
상기 기판의 주변 영역으로 상기 프로세스 가스를 유동시키는 단계; 및
상기 상부 플레이트의 중앙 위치를 통해 상기 기판의 상단 표면의 중앙 위치로 퍼지 가스를 유동시키는 단계로서, 상기 퍼지 가스는 상기 기판의 상기 상단 표면의 상기 중앙 위치를 향한 상기 프로세스 가스의 유동을 막는, 상기 퍼지 가스를 유동시키는 단계를 더 포함하고,
상기 하부 샤워헤드 전극 플레이트로 공급된 상기 무선주파수 전력은 상기 기판의 상기 주변 영역에 노출하여 상기 프로세스 가스를 제 2 추가 플라즈마로 변환시키는, 기판을 플라즈마 세정하는 방법. - 삭제
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