KR102409327B1 - 다중 매립 전극들을 갖는 기판 지지부 - Google Patents

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필립 앨런 크라우스
타이 쳉 추아
재용 조
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Abstract

플라즈마 보조 프로세싱 챔버에서 기판의 구역들을 바이어싱하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 기판 또는 그 기판의 구역들을 바이어싱하는 것은 프로세싱 챔버에 형성된 플라즈마와 기판 사이의 전위차를 증가시킴으로써, 플라즈마로부터 기판 구역들의 활성 표면들 쪽으로 이온들을 가속시킨다. 본원의 복수의 바이어스 전극들은 기판에 걸친 프로세싱 결과들의 균일성을 관리하는 데 유리한 패턴으로 기판 지지부에 걸쳐 공간적으로 배열된다.

Description

다중 매립 전극들을 갖는 기판 지지부{SUBSTRATE SUPPORT WITH MULTIPLE EMBEDDED ELECTRODES}
[0001] 본원에서 설명되는 실시예들은 일반적으로, 반도체 제조에서 사용되는 프로세싱 챔버들, 특히, 기판을 바이어싱하도록 구성된 기판 지지 조립체를 갖는 프로세싱 챔버들, 및 기판을 바이어싱하는 방법에 관한 것이다.
[0002] 고 종횡비 피처(high aspect ratio feature)들을 신뢰성 있게 생성하는 것은 반도체 디바이스들의 차세대 초대규모 집적 회로(VLSI) 및 극대규모 집적 회로(ULSI)에 대한 핵심 기술 난제들 중 하나이다. 고 종횡비 피처들을 형성하는 하나의 방법은, 기판의 재료 층, 이를테면 유전체 층에 고 종횡비 개구들을 형성하기 위해, 플라즈마 보조 에칭 프로세스를 사용한다. 전형적인 플라즈마 보조 에칭 프로세스에서, 프로세싱 챔버에서 플라즈마가 형성되고, 그리고 플라즈마로부터의 이온들이 기판 및 그 기판 상의 마스크에 형성된 개구들 쪽으로 가속되어, 마스크 표면 아래의 재료 층에 개구들을 형성한다. 전형적으로, 400 kHz 내지 2 MHz의 범위의 저 주파수 RF 전력을 기판에 커플링시켜서 그 기판 상에 바이어스 전압을 생성함으로써, 이온들이 기판 쪽으로 가속된다. 그러나, 기판에 RF 전력을 커플링시키는 것은 플라즈마에 대하여 기판에 단일 전압을 인가하지 않는다. 일반적으로 사용되는 구성들에서, 기판과 플라즈마 사이의 전위차는 RF 전력의 주파수로 거의 제로(zero) 값으로부터 최대 음의 값까지 진동한다. 플라즈마로부터 기판으로 이온들을 가속시키는 단일 전위의 결여는, 기판 표면에서, 그리고 그 기판 표면의 재료 층들에 형성되는 개구들(피처들) 내에서, 넓은 범위의 이온 에너지들을 초래한다. 부가하여, RF 바이어싱으로부터 기인하는 이종 이온 궤도들은 기판 표면에 대한 이온들의 넓은 각도 분포들을 생성한다. 고 종횡비 피처들의 개구들을 에칭할 때 넓은 범위들의 이온 에너지들은 바람직하지 않은데, 이는 이온들이 바람직한 에칭 레이트들을 유지할 정도로 충분히 높은 에너지들로 피처들의 최하부에 도달하지 않기 때문이다. 기판 표면에 대한 이온들의 넓은 각도 분포들은 바람직하지 않은데, 이는 넓은 각도 분포들이 피처 프로파일들의 변형들, 이를테면, 피처의 수직 측벽들에서의 네킹(necking) 및 보잉(bowing)을 초래하기 때문이다.
[0003] 따라서, 플라즈마 보조 에칭 프로세스 동안 기판의 재료 표면에 낮은 각도 분포들로 좁은 범위들의 고 에너지 이온들을 제공하는 능력이 본 기술분야에 필요하다.
[0004] 본 개시내용은 일반적으로, 플라즈마 보조 또는 플라즈마 강화 프로세싱 챔버들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본원의 실시예들은 플라즈마 보조 또는 플라즈마 강화 반도체 제조 프로세스들 동안 기판의 구역들에 개별 펄스(주기적인(cyclic)) DC 전압들을 제공하도록 구성된 정전 척킹(ESC) 기판 지지부들, 및 기판의 구역들을 바이어싱하는 방법들에 관한 것이다.
[0005] 일 실시예에서, 기판 지지 조립체가 제공되며, 그 기판 지지 조립체는 기판 지지부를 포함하고, 그 기판 지지부는, 기판 지지부 내의 복수의 제1 전극들 ― 복수의 제1 전극들 중 각각의 전극은 복수의 제1 전극들 중 모든 각각의 다른 전극으로부터 전기적으로 절연되고, 그리고 복수의 제1 전극들 중 모든 각각의 다른 전극과 동일 평면에 있고, 복수의 제1 전극들 중 각각의 전극은, 기판의 구역과의 용량성 커플링을 통해, 기판의 구역에 펄스 DC 전력을 제공하도록 구성됨 ―; 및 기판 지지부에 기판을 전기적으로 클램핑하기 위해, 기판 지지부 내에 배치되고, 복수의 제1 전극들로부터 전기적으로 절연된 제2 전극을 포함한다.
[0006] 다른 실시예들은 프로세싱 챔버를 제공하며, 그 프로세싱 챔버는, 프로세싱 볼륨을 정의하는, 하나 이상의 측벽들 및 최하부; 및 기판 지지부를 포함한다. 기판 지지부는, 기판 지지부 내의 복수의 제1 전극들 ― 복수의 제1 전극들 중 각각의 전극은 복수의 제1 전극들 중 모든 각각의 다른 전극으로부터 전기적으로 절연되고, 그리고 복수의 제1 전극들 중 모든 각각의 다른 전극과 동일 평면에 있고, 복수의 제1 전극들 중 각각의 전극은, 기판의 구역과의 용량성 커플링을 통해, 기판의 구역에 펄스 DC 바이어스를 제공하도록 구성됨 ―; 및 기판 지지부에 기판을 전기적으로 클램핑하기 위해, 기판 지지부 내에 배치되고, 복수의 제1 전극들로부터 전기적으로 절연된 제2 전극을 포함한다.
[0007] 다른 실시예에서, 복수의 주기적인 DC 전압들로 기판을 바이어싱하는 방법이 제공된다. 방법은, 프로세싱 챔버 내로 프로세싱 가스를 유동시키는 단계; 프로세싱 가스로부터 플라즈마를 형성하는 단계; 프로세싱 챔버에 배치된 기판 지지부에 기판을 전기적으로 클램핑하는 단계; 및 복수의 구역들에 걸쳐 기판을 바이어싱하는 단계를 포함한다. 복수의 구역들에 걸쳐 기판을 바이어싱하는 단계는, 기판 지지부의 제1 유전체 층의 커패시턴스를 통해, 기판 지지부에 배치된 복수의 바이어스 전극들에 스위칭 시스템을 통해 제공되는 복수의 주기적인 DC 전압들을 기판의 각각의 구역들에 용량성 커플링시키는 단계를 포함한다. 본원의 복수의 주기적인 DC 전압들은 다양한 주파수들 및/또는 다수의 극성들을 포함한다.
[0008] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시내용의 단지 전형적인 실시예들을 예시하는 것이므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0009] 도 1은 일 실시예에 따른, 정전 척킹(ESC) 기판 지지 조립체가 내부에 배치된 프로세싱 챔버의 개략적인 단면도이다.
[0010] 도 2a는 도 1의 프로세싱 챔버에서 사용되는 기판 지지 조립체의 확대 단면도이다.
[0011] 도 2b는 도 2a에 도시된 기판 지지 조립체의 평면도이다.
[0012] 도 3은 본원에서 설명되는 실시예들에 따른, 플라즈마 보조 프로세싱 동안 기판의 구역들을 바이어싱하는 방법을 예시하는 흐름도이다.
[0013] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 플라즈마 프로세싱 챔버들, 이를테면 플라즈마 보조 또는 플라즈마 강화 프로세싱 챔버들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본원의 실시예들은 플라즈마 보조 또는 플라즈마 강화 반도체 제조 프로세싱 동안, 상부에 배치된 기판에 용량성 커플링 펄스 DC 전압을 제공하도록 구성된 정전 척킹(ESC) 기판 지지부들에 관한 것이다. 주기적인 DC 전력 소스에 대한 기판의 용량성 커플링(기판 상에 펄스 DC 바이어스를 배치함)은 프로세싱 챔버에 형성된 플라즈마와 기판 사이의 전위차를 증가시킴으로써, 플라즈마로부터 기판의 활성 표면 쪽으로 이온들을 가속시킨다. RF 바이어싱과 대조적으로, 펄스 DC 바이어싱은 이온들이 플라즈마로부터 기판으로 가속하기 위한 단일 전위를 제공한다. 본원의 기판 지지부들은 복수의 바이어스 전극들을 포함하며, 그 복수의 바이어스 전극들은 펄스 DC 전력 공급 스위칭 시스템의 부분들에 각각 독립적으로 커플링되고, 그리고 기판의 구역과의 용량성 커플링을 통해, 기판의 구역의 튜닝가능 바이어싱을 제공하도록 각각 구성된다. 본원의 복수의 바이어스 전극들은 기판에 걸친 프로세싱 결과들의 균일성을 관리하는 데 유리한 패턴들로 기판 지지부에 걸쳐 공간적으로 배열된다.
[0014] 도 1은 일 실시예에 따른, 정전 척킹(ESC) 기판 지지 조립체(200)가 내부에 배치된 프로세싱 챔버(100)의 개략적인 단면도이다. 이 실시예에서, 프로세싱 챔버(100)는 플라즈마 프로세싱 챔버, 이를테면 플라즈마 에칭 챔버, 플라즈마-강화 증착 챔버, 예컨대 플라즈마-강화 화학 기상 증착(PECVD) 챔버 또는 플라즈마-강화 원자 층 증착(PEALD) 챔버, 또는 플라즈마 기반 이온 주입 챔버, 예컨대 플라즈마 도핑(PLAD) 챔버이다.
[0015] 프로세싱 챔버(100)는 챔버 덮개(103), 하나 이상의 측벽들(102), 및 챔버 최하부(104)를 특징으로 하며, 이들은 프로세싱 볼륨(120)을 정의한다. 복수의 개구들(118)이 관통하여 배치된 샤워헤드(112)가 챔버 덮개(103)에 배치되고, 그리고 가스 유입구(114)로부터 프로세싱 볼륨(120) 내로 프로세싱 가스들을 균일하게 분배하는 데 사용된다. 샤워헤드(112)는 프로세싱 가스들과의 용량성 커플링을 통해 프로세싱 가스들로부터 플라즈마(135)를 형성하는 RF 전력 공급부(142) 또는 일부 실시예들에서는 VHF 전력 공급부에 커플링된다. 프로세싱 볼륨(120)은 진공 유출구(152)를 통해 진공, 이를테면 하나 이상의 전용 진공 펌프들에 유동적으로 커플링되며, 그 진공은 프로세싱 볼륨(120)을 대기압-미만 조건(sub-atmospheric condition)들로 유지하고, 그리고 프로세싱 볼륨(120)으로부터 프로세싱 및 다른 가스들을 진공배기시킨다. 프로세싱 볼륨(120)에 배치된 기판 지지 조립체(200)는 챔버 최하부(104)를 통해 밀봉식으로 연장되는 지지 샤프트(124) 상에 배치된다. 지지 샤프트(124)는 제어기(140)에 커플링되며, 제어기(140)는 지지 샤프트(124) 및 그 지지 샤프트(124) 상에 배치된 기판 지지 조립체(200)를 상승 및 하강시켜서, 기판(115)의 프로세싱, 및 프로세싱 챔버(100)로 그리고 프로세싱 챔버(100)로부터의 기판(115)의 이송을 가능하게 한다. 전형적으로, 기판 지지 조립체(200)가 상승 또는 프로세싱 포지션에 있을 때, 기판(115)은 샤워헤드(112)로부터 약 0.75 인치 내지 1.75 인치, 이를테면 약 1.25 인치만큼 이격된다.
[0016] 기판(115)은 하나 이상의 측벽들(102) 중 하나 내의 개구(126)를 통해 프로세싱 볼륨(120) 내에 로딩되며, 개구(126)는 기판(115) 프로세싱 동안 도어 또는 밸브(미도시)에 의해 통상적으로 밀봉된다. 리프트 핀 후프(134) 위에 배치된 복수의 리프트 핀들(136)은, 기판 지지 조립체(200)로 그리고 기판 지지 조립체(205)로부터의 기판(115)의 이송을 가능하게 하기 위해, 기판 지지 조립체(205)를 통해 이동가능하게 배치된다. 리프트 핀 후프(134)는 챔버 최하부(104)를 통해 밀봉식으로 연장되는 리프트 후프 샤프트(131)에 커플링되며, 리프트 후프 샤프트(131)는 액추에이터(130)에 의해 리프트 핀 후프(134)를 상승 및 하강시킨다. 기판 지지 조립체(200)는 기판 지지부(227)를 가지며, 기판 지지부(227) 상에 기판이 프로세싱을 위해 배치된다. 리프트 핀 후프(134)가 상승 포지션에 있을 때, 복수의 리프트 핀들(136)은 기판 지지부(227)의 표면 위로 연장되어, 기판 지지부(227)로부터 기판(115)을 리프팅하고, 로봇 핸들러(미도시)가 기판(115)에 접근할 수 있게 한다. 리프트 핀 후프(134)가 하강 포지션에 있을 때, 복수의 리프트 핀들(136)은 기판 지지부(227)의 표면과 동일한 높이에 있거나 또는 기판 지지부(227)의 표면 아래에 있고, 기판(115)은 프로세싱을 위해 기판 지지부(227) 바로 위에 놓인다.
[0017] 본원의 기판 지지 조립체(200)는 냉각 베이스(125)를 포함한다. 기판 지지부(227)는 냉각 베이스(125)에 열적으로 커플링되어 냉각 베이스(125) 상에 배치된다. 기판 지지 조립체(200)의 냉각 베이스(125)는, 프로세싱 동안, 기판 지지부(227)의 온도를 조절하여, 기판 지지 표면(203) 상에 배치된 기판(115)의 온도를 조절하는 데 사용된다. 본원에서, 냉각 베이스(125)는 냉각 베이스(125)에 배치된 하나 이상의 유체 도관들(137)을 포함할 수 있으며, 유체 도관들(137)은 냉각제 소스(133), 이를테면 냉매 소스 또는 물 소스에 유동적으로 커플링되고, 그 냉각제 소스(133)와 유체 연통한다. 전형적으로, 냉각 베이스(125)는 내부식성 열 전도성 재료, 이를테면 내부식성 금속, 예컨대 알루미늄, 알루미늄 합금, 또는 스테인리스 강으로 형성되고, 그리고 접착제 또는 기계적 수단에 의해 기판 지지부(227)에 열적으로 커플링된다.
[0018] 프로세싱 동안, 기판(115)의 이온 충격은, 프로세싱 볼륨(120)의 낮은 압력이 기판(115)과 기판 지지 표면(203) 사이의 불량한 열 전도를 초래하기 때문에 잠재적으로 바람직하지 않은 높은 온도들로 기판(115)을 가열할 것이다. 따라서, 본원의 실시예들에서, 프로세싱 동안, 기판 지지 표면(203)과 기판(115) 사이에 배면 가스(backside gas)가 제공되며, 여기서, 배면 가스는 기판 지지 표면(203)에 기판(115)을 열적으로 커플링시키고, 기판 지지 표면(203)과 기판(115) 사이의 열 전달을 증가시킨다. 전형적으로, 기판 지지 표면(203)은 기판 지지 표면(203)으로부터 연장되는 복수의 돌출부들(228)을 포함하며, 돌출부들(228)은, 기판(115)이 기판 지지 표면(203) 상에 배치될 때, 배면 가스가 기판(115)과 기판 지지 표면(203) 사이로 유동하거나 또는 기판(115)과 기판 지지 표면(203) 사이의 공간을 점유할 수 있게 한다. 배면 가스는 기판 지지부(227)를 통해 배치된 하나 이상의 가스 도관들(147)을 통해 기판 지지 표면(203)으로 유동한다. 본원에서, 하나 이상의 가스 도관들(147)은 열 전도성 불활성 배면 가스 소스(146), 이를테면 헬륨 가스 소스에 커플링된다.
[0019] 도 2a는 도 1의 프로세싱 챔버(100)에서 사용되는 기판 지지 조립체(200)의 확대 단면도이다. 도 2b는 도 2a에 도시된 기판 지지 조립체(200)의 평면도이다. 본원에서, 기판 지지부(227)는 제1 층(227A) 및 제2 층(227B)을 포함하며, 여기서, 각각의 층(227A 및 227B)은, 금속 산화물 또는 금속 질화물을 포함하는 유전체 재료, 또는 금속 산화물들 또는 금속 질화물들의 혼합물을 포함하는 유전체 층, 이를테면, Al2O3, AlN, Y2O3, 또는 이들의 조합들로 형성된다. 일부 실시예들에서, 제1 층(227A)은 약 20 V/μm 내지 약 200 V/μm, 이를테면 약 100 V/μm 내지 약 200V/μm, 또는 약 20 V/μm 내지 약 100 V/μm의 브레이크다운 전압을 갖는 유전체 재료로 형성된다. 일 실시예에서, 제1 층(227A)은 약 160 μm에서 약 9 kV의 브레이크다운 전압을 갖는 99.5% 알루미나로 형성된다. 일부 실시예들에서, 기판 지지부(227)는, 제1 층(227A)을 형성하기 위해, 벌크 유전체 재료를 원하는 두께(D)까지 그라인딩하기 전에, 제2 층(227B) 및 그 제2 층(227B) 내에 또는 상에 배치된 복수의 전극들에 벌크 유전체 재료를 접합함으로써 형성된다. 전형적으로, 제1 층(227A)의 두께(D)는 약 5 μm 내지 약 300 μm, 이를테면 약 100 μm 내지 약 300 μm, 예컨대 약 160 μm이다. 다른 실시예들에서, 제1 층(227A)은 임의의 적합한 코팅 방법, 이를테면, CVD, PECVD, ALD, PEALD, 증발, 스퍼터링, 플라즈마 아크 코팅, 에어로졸 코팅, 또는 이들의 조합들을 사용하여 형성된다.
[0020] 본원의 기판 지지부에 배치 및/또는 매립된 복수의 전극들은 복수의 바이어스 전극들(238A 내지 238C) 및 일체형 ESC 전극(222)을 포함한다. 복수의 바이어스 전극들 중 각각의 전극은 복수의 바이어스 전극들 중 모든 각각의 다른 전극 및 일체형 ESC 전극(222)으로부터 전기적으로 절연된다. 본원의 복수의 바이어스 전극들(238A 내지 238C) 중 각각의 전극은, 기판(115)의 각각의 구역들과의 용량성 커플링을 통해, 기판(115)의 각각의 구역들에 하나 이상의 독립적인 펄스 DC 바이어스들을 제공하도록 구성된다. 일체형 ESC 전극(222)은 기판(115)과 기판 지지 표면(203) 사이에 전위를 제공함으로써, 기판(115)과 기판 지지 표면(203) 사이에 클램핑력을 제공한다. 전형적으로, ESC 전극은 정적 DC 전력 공급부에 커플링되며, 본원에서, 정적 DC 전력 공급부는 약 -5000 V 내지 약 5000 V, 이를테면 약 100 V 내지 약 4000 V, 이를테면 약 1000 V 내지 약 3000 V, 예컨대 약 2000V를 제공한다.
[0021] 본원의 실시예들에서, 기판 지지부(227)는 300 mm 직경 기판을 지지하도록 구성될 수 있고, 그리고 2개 내지 20개의 바이어스 전극들, 이를테면 도시된 3개의 바이어스 전극들(238A 내지 238C)을 포함할 수 있지만, 더 큰 기판들 및/또는 상이한 형상들의 기판들을 프로세싱하기 위한 더 큰 기판 지지부들이 임의의 수의 바이어스 전극들을 포함할 수 있다. 복수의 바이어스 전극들(238A 내지 238C)은 각각, 하나 이상의 전기 전도성 재료 파트들, 이를테면 금속 메시, 포일, 플레이트, 또는 이들의 조합들로 형성된다. 일부 실시예들에서, 복수의 바이어스 전극들(238A 내지 238C) 각각은, 기판 지지부(227)에 배치된 하나 이상의 커넥터들(미도시)과 전기적으로 커플링된 하나 초과의 불연속 전기 전도성 재료 파트들, 이를테면 복수의 금속 메시들, 포일들, 플레이트들, 또는 이들의 조합들로 형성되고, 그에 따라, 전기적으로 커플링된 불연속 재료 파트들은 단일 전극, 이를테면 중심 바이어스 전극(238A), 중간 바이어스 전극(238B), 또는 외측 바이어스 전극(238C)을 구성한다.
[0022] 복수의 바이어스 전극들(238A 내지 238C)은 기판(115)에 걸친 프로세싱 결과들의 균일성을 관리하는 데 유리한 패턴으로 기판 지지부(227)에 걸쳐 공간적으로 배열된다. 도 2a에 도시된 실시예에서, 중심 바이어스 전극(238A)의 원형 플레이트, 및 바이어스 전극들(238B 및 238C)의 불연속 환형부들은 복수의 동심 구역들을 정의한다. 스포크 패턴들, 격자 패턴들, 라인 패턴들, 나선형 패턴들, 인터디지테이트(interdigitated) 패턴들, 랜덤 패턴들, 또는 이들의 조합들을 포함하는 다른 공간 어레인지먼트들이 사용될 수 있다. 본원의 복수의 바이어스 전극들(238A 내지 238C) 중 각각의 전극은 복수의 바이어스 전극들 중 모든 각각의 다른 전극 및 일체형 ESC 전극(222)과 동일 평면에 있다. 일체형 ESC 전극(222)은 기판 지지부(227)와 평면적으로 배치되고, 기판 지지 표면(203)에 평행하다. 복수의 바이어스 전극들(238A 내지 238C) 중 각각의 전극은, 일체형 ESC 전극(222)에 형성된 개구들, 및 복수의 바이어스 전극들(238A 내지 238C) 중 각각의 전극과 일체형 ESC 전극(222) 사이에 배치된 기판 지지부(227)의 유전체 재료에 의해, 일체형 ESC 전극(222)으로부터 전기적으로 절연된다. 다른 실시예들에서, 복수의 바이어스 전극들(238A 내지 238C) 중 각각의 전극 또는 그 각각의 전극의 일부는 복수의 바이어스 전극들 중 모든 각각의 다른 전극의 적어도 일부와 동일 평면에 있으며, 복수의 바이어스 전극들(238A 내지 238C)은 일체형 ESC 전극(222)보다 기판 지지 표면(203)에 더 근접하다.
[0023] 본원에서, 복수의 바이어스 전극들(238A 내지 238C) 각각은 DC 전력 공급 스위칭 시스템(150)의 부분들에 독립적으로 전기적으로 커플링되며, DC 전력 공급 스위칭 시스템(150)은, 고 전압(HV) DC 전력을 약 10 Hz 또는 그 미만 내지 약 100 kHZ의 주파수를 갖는 주기적인 DC 전압으로 변환시킬 수 있는 복수의 솔리드 스테이트 펄서/스위처들, 본원에서는 복수의 제1 스위치들(S1, S3, S5) 및 복수의 제2 스위치들(S2, S4, S6)을 포함한다. 복수의 제1 스위치들(S1, S3, S5) 및 복수의 제2 스위치들(S2, S4, S6)은 추가로, 고 전압(HV) DC 전력을 2% 내지 98%의 범위의 듀티 사이클을 갖는 주기적인 DC 전압으로 변환시킬 수 있다. 스위치들(S1 내지 S6)은 일정 주파수로 주기적으로 동작되거나, 또는 임의의 패턴에 따라 또는 패턴 없이 필요에 따라 동작된다. 복수의 바이어스 전극들 각각은 복수의 제1 스위치들(S1, S3, S5) 중 하나, 및 복수의 제2 스위치들(S2, S4, S6) 중 하나에 전기적으로 커플링된다.
[0024] 본원에서, 복수의 제1 스위치들(S1, S3, S5)은, 예컨대 양(+ve) 전압 소스일 수 있는 제1 DC 전압 소스(156B)에 전기적으로 커플링되며, 복수의 제2 스위치들(S2, S4, S6)은, 예컨대 음(-ve) 전압 소스일 수 있는 제2 DC 전압 소스(156A)에 전기적으로 커플링된다. 다른 실시예들에서, 2개의 전압 소스들(156A 및 156B)은 둘 모두 양 또는 둘 모두 음인 상이한 전압들의 소스들일 수 있다. 본원의 제1 및 제2 DC 전압 소스들(156B 및 156A)은, 이들 각각의 전압 크기들이 약 0 V 내지 약 10 kV인 양 또는 음의 DC 바이어스를 제공한다.
[0025] 스위치들의 각각의 세트, 이를테면 S1과 S2, S3과 S4, 또는 S5와 S6은 독립적으로 동작하여, 기판 지지부(227)의 각각의 바이어스 전극들(238A 내지 238C)에 양 또는 음의 극성의 주기적인 DC 전압들의 개별 주파수들, 패턴들, 또는 동작을 제공하고, 그리고 그 주기적인 DC 전압들과의 용량성 커플링을 통해, 기판 지지부(227) 상에 배치된 기판(115)의 각각의 구역들에 개별 펄스 DC 바이어스를 제공한다. 전형적으로, 기판 구역에 음의 DC 펄스를 커플링시키는 것은 기판 구역과 플라즈마(135) 사이의 전위차를 증가시킬 것이며, 여기서, 펄스 동안, 기판 구역은 플라즈마보다 더 음인 전위에 있다. 이러한 음의 DC 바이어스의 경우에, 플라즈마 내의 양으로 하전된 종이 기판 구역의 표면 쪽으로 가속하여, 기판 구역의 프로세싱에 영향을 미칠 것이다. 기판 구역에 양의 DC 펄스를 커플링시키는 것은 기판 구역과 플라즈마(135) 사이의 전위차를 증가시킬 것이며, 여기서, 펄스 동안, 기판 구역은 플라즈마보다 더 양인 전위에 있다. 이러한 양의 DC 바이어스의 경우에, 플라즈마 내의 음으로 하전된 종이 기판 구역의 표면 쪽으로 가속하여, 기판 구역의 프로세싱에 영향을 미칠 것이다. 양 및 음의 DC 바이어스 조건들 둘 모두에 대해, 상이한 기판 구역들에 제공되는 주기적인 DC 전압들의 주파수, 듀티 사이클, 및/또는 지속기간을 조정하는 능력은 기판에 걸친 프로세싱 균일성의 튜닝 및 기판에 걸친 프로세싱 균일성의 개선을 가능하게 한다. 다른 유용한 속성들 중에서, 양 및 음의 DC 바이어스 펄스들 둘 모두를 인가하는 능력은 기판 구역들의 전하 중화를 제공하며, 여기서, 기판 구역의 표면은 주기적으로 중성 전하 상태로 될 수 있다.
[0026] 도 3은 본원에서 설명되는 실시예들에 따른, 플라즈마 보조 프로세싱 동안 기판의 구역들을 바이어싱하는 방법(300)을 예시하는 흐름도이다. 310에서, 방법(300)은 프로세싱 챔버 내로 프로세싱 가스를 유동시키는 단계를 포함하고, 320에서, 방법은 프로세싱 가스로부터 플라즈마를 형성하는 단계를 포함한다.
[0027] 330에서, 방법(300)은, 기판 지지부에 배치된 척킹 전극을 사용하여, 프로세싱 챔버에 배치된 기판 지지부에 기판을 전기적으로 클램핑하는 단계를 포함하며, 기판 지지부는 제1 유전체 층 및 제2 유전체 층을 포함한다.
[0028] 340에서, 방법(300)은 기판 지지부에 배치된 복수의 바이어스 전극들에 복수의 주기적인 DC 전압들을 제공하는 단계를 포함하며, 여기서, 각각의 주기적인 DC 전압 각각은 기판의 구역과의 용량성 커플링을 통해 기판의 구역에 개별 펄스 DC 바이어스를 제공한다. 일부 실시예들에서, 복수의 주기적인 DC 전압들은 하나 초과의 극성, 하나 초과의 주파수, 하나 초과의 듀티 사이클, 및/또는 하나 초과의 지속기간을 포함한다. 펄스 DC 바이어스는 320에서 형성된 플라즈마 내의 이온들이 기판 쪽으로 가속하게 하여, 기판에 대해 재료 프로세스, 이를테면 증착 또는 제거를 수행하게 한다. 플라즈마가 또한, 320 후, 330 후, 340 후, 또는 350 후에 형성될 수 있다는 것이 유의되어야 한다.
[0029] 본원에서 설명되는 기판 지지 조립체 및 방법들은, 플라즈마 보조 프로세싱 동안, 정전 클램핑력의 사용과 양립가능한, 개별 기판 구역들의 용량성 커플링 펄스 DC 바이어싱을 가능하게 한다. 펄스 DC 바이어싱은 기판 표면 및/또는 기판 표면의 구역들에서의 그리고 기판 표면에 형성된 피처 개구들 내에서의 이온 에너지 및 각도 분포의 증가된 제어를 가능하게 한다. 이러한 증가된 제어는, 적어도, 고 종횡비 피처들 및/또는 정사각 에칭 프로파일을 요구하는 피처들의 형성, 이를테면, 섈로우 트렌치 아이솔레이션(STI) 애플리케이션들 또는 FinFET 기술들에서 사용되는 실리콘 핀들을 위한 실리콘 에칭에 바람직하다. 변화되는 주파수, 듀티 사이클, 극성, 및/또는 지속기간의 DC 펄스들을 기판의 상이한 구역들에 인가하는 능력은 기판에 걸친 프로세싱 균일성의 튜닝 및 기판에 걸친 프로세싱 균일성의 개선을 가능하게 한다.
[0030] 전술한 바가 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 및 추가적인 실시예들이 본 개시내용의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 고안될 수 있고, 본 개시내용의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (17)

  1. 기판을 프로세싱하기 위한 방법으로서,
    프로세싱 챔버의 프로세싱 볼륨 내에 배치된 기판 지지부 상에 상기 기판을 위치시키는 단계;
    상기 프로세싱 볼륨으로 프로세싱 가스를 유동시키는 단계;
    상기 프로세싱 가스의 플라즈마를 형성하는 단계; 및
    상기 기판의 복수의 구역들을, 대응하는 복수의 주기적인(cyclic) DC 전압들을 사용하여 바이어싱하는(biasing) 단계
    를 포함하고,
    상기 대응하는 복수의 주기적인 DC 전압들 각각은, 복수의 스위칭 쌍들을 포함하는 펄스 DC 바이어스 스위칭 시스템을 사용하여 독립적으로 제어되며,
    상기 복수의 스위칭 쌍들 각각에서 제1 스위치는 제1 DC 전압 소스에 전기적으로 커플링되고, 상기 복수의 스위칭 쌍들 각각에서 제2 스위치는 제2 DC 전압 소스에 전기적으로 커플링되는,
    기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판 지지부는 유전체 재료로 형성되고,
    ESC 전극이 상기 기판 지지부에 배치되며,
    복수의 공간적으로 배열된 바이어스 전극들이 상기 기판 지지부에 배치되고,
    상기 복수의 공간적으로 배열된 바이어스 전극들 각각은, 상기 바이어스 전극들과 상기 ESC 전극 사이에 배치된 상기 기판 지지부의 유전체 재료에 의해, 서로 그리고 상기 ESC 전극으로부터 전기적으로 절연되고,
    상기 대응하는 복수의 주기적인 DC 전압들 각각은 DC 전력 스위칭 시스템을 사용하여 독립적으로 제어되며, 상기 DC 전력 스위칭 시스템은 제1 DC 전력 소스에 커플링된 복수의 제1 솔리드 스테이트 스위치들 및 제2 DC 전력 소스에 커플링된 복수의 제2 솔리드 스테이트 스위치들을 포함하고,
    각각의 바이어스 전극은 상기 복수의 제1 솔리드 스테이트 스위치들 중 하나의 제1 솔리드 스테이트 스위치 및 상기 복수의 제2 솔리드 스테이트 스위치들 중 하나의 제2 솔리드 스테이트 스위치에 전기적으로 커플링되는,
    기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 대응하는 복수의 주기적인 DC 전압들 중 적어도 하나는, 상기 대응하는 복수의 주기적인 DC 전압들 중 다른 하나와 상이한 주파수, 듀티 사이클, 펄스 지속기간, 극성 또는 이들의 조합을 포함하는,
    기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    기판 프로세싱 동안 상기 주기적인 DC 전압들 중 적어도 하나의 극성을 반전시키는 단계를 더 포함하는,
    기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판 지지부는 유전체 재료 내에 임베딩된 복수의 바이어스 전극들을 포함하고,
    상기 복수의 바이어스 전극들 각각은, 상기 유전체 재료에 의해 상기 복수의 바이어스 전극들 중 각각의 다른 전극으로부터 전기적으로 절연되며,
    상기 기판의 상기 복수의 구역들을 바이어싱하는 단계는, 상기 복수의 바이어스 전극들 중 대응하는 바이어스 전극들을 상기 구역들과 용량성 커플링시키는 단계를 포함하는,
    기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기판 지지부는 일체형 전도성 재료 파트로 형성된 척킹(chucking) 전극을 더 포함하고,
    상기 척킹 전극은, 상기 척킹 전극과 상기 바이어스 전극들 사이에 배치된 상기 기판 지지부의 유전체 재료에 의해 상기 복수의 바이어스 전극들로부터 전기적으로 절연되는,
    기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 유전체 재료 내에 임베딩된 척킹 전극을 사용하여 상기 기판 지지부에 상기 기판을 전기적으로 척킹하는 단계를 더 포함하는,
    기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 대응하는 복수의 주기적인 DC 전압들 각각은, 상기 복수의 스위칭 쌍들 중 대응하는 하나의 스위칭 쌍을 사용하여 상기 복수의 바이어스 전극들 중 대응하는 바이어스 전극으로 전달되는,
    기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  9. 기판을 프로세싱하기 위한 방법으로서,
    프로세싱 챔버의 프로세싱 볼륨 내에 배치된 기판 지지부 상에 상기 기판을 위치시키는 단계;
    상기 프로세싱 볼륨으로 프로세싱 가스를 유동시키는 단계;
    상기 프로세싱 가스의 플라즈마를 형성하는 단계; 및
    상기 기판의 복수의 구역들을, 대응하는 복수의 주기적인 DC 전압들을 사용하여 바이어싱하는 단계
    를 포함하고,
    상기 대응하는 복수의 주기적인 DC 전압들 각각은 독립적으로 제어되며, 상기 기판 지지부는 유전체 재료 내에 임베딩된 복수의 바이어스 전극들을 포함하고,
    상기 복수의 바이어스 전극들 각각은, 상기 유전체 재료에 의해 상기 복수의 바이어스 전극들 중 각각의 다른 전극으로부터 전기적으로 절연되며,
    상기 기판의 복수의 구역들을 바이어싱하는 단계는, 상기 복수의 바이어스 전극들 중 대응하는 바이어스 전극들을 상기 구역들과 용량성 커플링시키는 단계를 포함하고,
    상기 대응하는 복수의 주기적인 DC 전압들 각각은, 복수의 스위치 쌍들 중 대응하는 하나의 스위칭 쌍을 사용하여, 상기 복수의 바이어스 전극들 중 대응하는 바이어스 전극으로 전달되며,
    상기 복수의 스위칭 쌍들 각각에서 복수의 제1 스위치들은 제1 DC 전압 소스에 전기적으로 커플링되고, 상기 복수의 스위칭 쌍들 각각에서 복수의 제2 스위치들은 제2 DC 전압 소스에 전기적으로 커플링되며, 상기 제1 DC 전압 소스의 극성은 상기 제2 DC 전압 소스의 극성과 반대인,
    기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  10. 기판을 프로세싱하기 위한 방법으로서,
    프로세싱 챔버의 프로세싱 볼륨 내에 배치된 기판 지지부 상에 상기 기판을 위치시키는 단계;
    상기 프로세싱 볼륨으로 프로세싱 가스를 유동시키는 단계;
    상기 프로세싱 가스의 플라즈마를 형성하는 단계; 및
    펄스 DC 바이어싱 시스템을 사용하여 상기 기판의 복수의 구역들을 바이어싱하는 단계
    를 포함하고,
    상기 펄스 DC 바이어싱 시스템은 상기 기판 지지부 내에 배치된 복수의 제1 전극들을 포함하며,
    상기 복수의 제1 전극들의 각 전극은 상기 복수의 제1 전극들의 각각의 다른 전극과 전기적으로 절연되고,
    상기 복수의 제1 전극들의 각 전극은, 상기 기판의 구역과의 용량성 커플링을 통해 상기 기판의 구역을 바이어싱하도록 구성되며,
    상기 복수의 제1 전극들의 각 전극은, 상기 펄스 DC 바이어싱 시스템의 개개의 스위칭 쌍에 독립적으로 전기적으로 커플링되고,
    각각의 스위칭 쌍은 개별적인 제1 스위치와 개별적인 제2 스위치를 포함하며,
    각각의 스위칭 쌍은 다른 대응하는 스위칭 쌍들과 독립적으로 동작하도록 구성되고,
    상기 제1 스위치들은 제1 DC 전압 소스에 전기적으로 커플링되며, 상기 제2 스위치들은 제2 DC 전압 소스들에 전기적으로 커플링되는,
    기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기판의 복수의 구역들을 바이어싱하는 단계는, 기판 프로세싱 동안 상기 제1 전극들 중 적어도 하나의 제1 전극으로 전달되는 주기적인 DC 전압의 극성을 반전시키는 단계를 포함하는,
    기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 기판의 복수의 구역들을 바이어싱하는 단계는, 상기 복수의 제1 전극들 중 적어도 하나의 제1 전극으로, 상기 복수의 제1 전극들 중 다른 하나의 제1 전극으로 전달되는 주기적인 DC 전압과는 상이한 주파수, 듀티 사이클, 펄스 지속기간, 극성 또는 이들의 조합을 갖는 주기적인 DC 전압을 전달하는 단계를 포함하는,
    기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 기판 지지부의 유전체 재료에 임베딩된 제2 전극을 사용하여 상기 기판 지지부에 상기 기판을 정전기적으로 척킹하는 단계를 더 포함하는,
    기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  14. 기판을 프로세싱하기 위한 방법으로서,
    프로세싱 챔버의 프로세싱 볼륨 내에 배치된 기판 지지부 상에 상기 기판을 위치시키는 단계 ― 상기 기판 지지부는 유전체 재료로 형성되며, ESC 전극이 상기 기판 지지부 내에 배치되고, 복수의 공간적으로 배열된 바이어스 전극들이 상기 기판 지지부 내에 배치되며, 상기 복수의 공간적으로 배열된 바이어스 전극들 각각은, 상기 바이어스 전극들과 상기 ESC 전극 사이에 배치된 상기 기판 지지부의 유전체 재료에 의해, 서로 그리고 상기 ESC 전극으로부터 전기적으로 절연됨 ―;
    상기 프로세싱 볼륨으로 프로세싱 가스를 유동시키는 단계;
    상기 프로세싱 가스의 플라즈마를 형성하는 단계;
    상기 ESC 전극을 사용하여 상기 기판 지지부로 상기 기판을 전기적으로 척킹하는 단계; 및
    상기 복수의 공간적으로 배열된 바이어스 전극들 중 대응하는 바이어스 전극들로 전달되는 복수의 주기적인 DC 전압들을 사용하여 상기 기판의 복수의 구역들을 바이어싱하는 단계
    를 포함하고,
    상기 복수의 주기적인 DC 전압들 각각은 DC 전력 공급 스위칭 시스템을 사용하여 독립적으로 제어되며, 상기 DC 전력 공급 스위칭 시스템은 제1 DC 전력 소스에 커플링된 복수의 제1 솔리드 스테이트 스위치들 및 제2 DC 전력 소스에 커플링된 복수의 제2 솔리드 스테이트 스위치들을 포함하고,
    각각의 바이어스 전극은, 상기 복수의 제1 솔리드 스테이트 스위치들 중 하나의 제1 솔리드 스테이트 스위치 및 상기 복수의 제2 솔리드 스테이트 스위치들 중 하나의 제2 솔리드 스테이트 스위치에 전기적으로 커플링되는,
    기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 기판의 복수의 구역들을 바이어싱하는 단계는, 기판 프로세싱 동안 상기 바이어스 전극들 중 적어도 하나의 바이어스 전극으로 전달된 주기적인 DC 전압의 극성을 반전시키는 단계를 포함하는,
    기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 기판의 복수의 구역들을 바이어싱하는 단계는, 상기 복수의 공간적으로 배열된 바이어스 전극들 중 적어도 하나의 바이어스 전극으로, 상기 복수의 공간적으로 배열된 바이어스 전극들 중 다른 하나의 바이어스 전극으로 전달된 주기적인 DC 전압과는 상이한 주파수, 듀티 사이클, 펄스 지속기간, 극성 또는 이들의 조합을 갖는 주기적인 DC 전압을 전달하는 단계를 포함하는,
    기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  17. 기판을 프로세싱하기 위한 방법으로서,
    프로세싱 챔버의 프로세싱 볼륨 내에 배치된 기판 지지부 상에 상기 기판을 위치시키는 단계;
    상기 프로세싱 볼륨으로 프로세싱 가스를 유동시키는 단계;
    상기 프로세싱 가스의 플라즈마를 형성하는 단계; 및
    상기 기판의 복수의 구역들을 대응하는 복수의 주기적인 DC 전압들을 사용하여 바이어싱하는 단계
    를 포함하고,
    상기 대응하는 복수의 주기적인 DC 전압들 각각은, 복수의 스위칭 쌍들을 포함하는 펄스 DC 바이어스 스위칭 시스템을 사용하여 독립적으로 제어되며,
    상기 복수의 스위칭 쌍들 각각에서 제1 스위치는 DC 전압 소스에 전기적으로 커플링되고, 상기 복수의 스위칭 쌍들의 각각에서 제2 스위치는 상기 DC 전압 소스에 전기적으로 커플링되는,
    기판을 프로세싱하기 위한 방법.

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