KR102468738B1 - 다전극 기판 지지 조립체 및 위상 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

본원에서 설명되는 구현들은 플라즈마 챔버 내의 플라즈마의 튜닝을 가능하게 하는 기판 지지 조립체를 제공한다. 일 실시예에서, 챔버에서 플라즈마를 튜닝하기 위한 방법이 제공된다. 방법은, 기판 지지 조립체 내의 제1 전극에 제1 무선 주파수 전력 및 직류 전력을 제공하는 단계, 기판 지지 조립체에서 제1 전극과 상이한 위치에 있는 제2 전극에 제2 무선 주파수 전력을 제공하는 단계, 제1 및 제2 무선 주파수 전력의 파라미터들을 모니터링하는 단계, 및 모니터링된 파라미터들에 기초하여 제1 및 제2 무선 주파수 전력 중 하나 또는 둘 모두를 조정하는 단계를 포함한다.

Description

다전극 기판 지지 조립체 및 위상 제어 시스템
[0001] 본원에서 개시되는 실시예들은 일반적으로, 반도체 제조에 관한 것이고, 더 구체적으로, 기판 지지 조립체, 및 그 기판 지지 조립체를 사용하는 방법에 관한 것이다.
[0002] 디바이스 패턴들의 피처(feature) 사이즈가 더 작아지게 됨에 따라, 이들 피처들의 임계 치수(CD) 요건들은, 안정적이고 반복가능한 디바이스 성능에 대해 매우 중요한 기준이 된다. 프로세싱 챔버 내에서 프로세싱되는 기판에 걸친 허용가능한 CD 변동은, 챔버 및 기판 온도, 유동 전도도, 및 RF 필드들과 같은 챔버 비대칭들로 인해, 달성하기 어렵다.
[0003] 현재의 반도체 제조 업계에서, 트랜지스터 구조들은, 예컨대 FinFet 기술의 개발에 따라, 점점 더 복잡하고 어렵게(challenging) 되었다. 기판 프로세싱 레벨에서, 미세한 국부화된 프로세스 튜닝(tuning)뿐만 아니라 전체 기판에 걸친 전역적인 프로세싱 튜닝을 가능하게 하기 위해, 프로세스 균일성 제어의 진보들에 대한 필요성이 존재한다. 기판에 걸친 트랜지스터 밀도가 반경의 제곱(square of the radius)에 따라 증가됨에 따라, 다수의 재료 계면들 및/또는 다수의 기하학적인 형상들의 존재로 인해 전자기장 및 플라즈마 밀도 및 화학 작용(chemistry)이 변화되는 기판 에지에서 프로세스를 제어하는 성능에 대한 요구가 존재한다.
[0004] 따라서, 프로세스 튜닝을 개선하는 양상들을 제공하는 개선된 기판 지지 조립체에 대한 필요성이 존재한다.
[0005] 본원에서 개시되는 구현들은 플라즈마 챔버 내의 플라즈마의 튜닝을 가능하게 하는 방법들 및 장치를 제공한다. 일 실시예에서, 챔버에서 플라즈마를 튜닝하기 위한 방법이 제공된다. 방법은, 기판 지지 조립체의 기판 지지 표면 근처의 제1 전극에 제1 무선 주파수 전력 및 직류 전력을 제공하는 단계, 기판 지지 조립체에서 지지 표면으로부터 더 먼 위치에 있는 제2 전극에 제2 무선 주파수 전력을 제공하는 단계, 제1 및 제2 무선 주파수 전력의 파라미터들을 모니터링하는 단계, 및 모니터링된 파라미터들에 기초하여 제1 및 제2 무선 주파수 전력 중 하나 또는 둘 모두를 조정하는 단계를 포함한다.
[0006] 다른 실시예에서, 챔버에서 플라즈마를 튜닝하기 위한 방법이 제공된다. 방법은, 기판 지지 조립체의 기판 지지 표면 근처의 제1 전극에 제1 무선 주파수 전력 및 직류 전력을 제공하는 단계, 기판 지지 조립체에서 지지 표면으로부터 더 먼 위치에 있는 제2 전극에 제2 무선 주파수 전력을 제공하는 단계, 제1 및 제2 무선 주파수 전력의 파라미터들을 모니터링하는 단계, 및 모니터링된 파라미터들에 기초하여 제1 및 제2 무선 주파수 전력 중 하나 또는 둘 모두의 위상을 시프팅하는 단계를 포함한다.
[0007] 다른 실시예에서, 기판 지지 조립체가 제공된다. 기판 지지 조립체는, 척킹 전극이 내부에 매립된 바디(body)를 포함하며, 척킹 전극은 바디의 기판 지지 표면 근처에 배치된 제1 무선 주파수 전극을 포함한다. 바디는 또한, 기판 지지 조립체에서 지지 표면으로부터 더 먼 위치에 배치된 제2 무선 주파수 전극을 포함한다. 기판 지지 조립체는 또한, 기판 지지 조립체에 커플링된 전력 인가 시스템을 포함한다. 전력 인가 시스템은, 정합 네트워크를 통해 제1 및 제2 무선 주파수 전극들 중 하나 또는 둘 모두에 커플링된 무선 주파수 전력 소스, 및 제1 및 제2 무선 주파수 전극들과 정합 회로 사이에 커플링된 센서를 포함한다.
[0008] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 본원에서 개시되는 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 단지 본 개시내용의 전형적인 구현들을 도시하는 것이므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 구현들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0009] 도 1은 기판 지지 조립체의 일 실시예를 갖는 예시적인 에칭 프로세싱 챔버의 개략적인 단면도이다.
[0010] 도 2는 전력 인가 시스템 및 기판 지지 조립체의 다른 실시예를 갖는 프로세싱 챔버의 다른 실시예의 개략적인 부분 단면도이다.
[0011] 도 3은 전력 인가 시스템 및 기판 지지 조립체의 다른 실시예를 갖는 프로세싱 챔버의 다른 실시예의 개략적인 부분 단면도이다.
[0012] 도 4는 일 실시예에 따른, 제1 파형 및 제2 파형을 도시하는 예시적인 위상도이다.
[0013] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 경우에 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 구현에서 개시되는 엘리먼트들이 구체적인 설명이 없이도 다른 구현들에서 유익하게 사용될 수 있다는 것이 고려된다.
[0014] 본원에서 개시되는 실시예들은 프로세싱 챔버 내의 플라즈마의 튜닝을 가능하게 하는 전력 인가 시스템 및 기판 지지 조립체를 제공한다. 기판 지지 조립체는 챔버 내의 플라즈마의 위상 제어를 가능하게 하는 전력 인가 시스템에 커플링된 다수의 전극들을 포함할 수 있다. 위상 제어는 챔버 내의 플라즈마 균일성 및/또는 플라즈마 분포를 조작하기 위해 사용될 수 있다. 제어된 플라즈마 분포는 기판에 걸쳐 반경방향으로 플라즈마 밀도를 튜닝하기 위해 활용될 수 있다. 예컨대, 플라즈마는 기판의 중앙의 밀도에 비하여 기판의 에지의 밀도가 더 높은 프로파일, 및 그 반대의 프로파일을 갖도록 튜닝될 수 있다. 아래에서는 기판 지지 조립체 및 전력 인가 시스템이 에칭 프로세싱 챔버에 있는 것으로 설명되지만, 기판 지지 조립체 및 전력 인가 시스템은, 다른 타입들의 플라즈마 프로세싱 챔버들, 이를테면, 특히 물리 기상 증착 챔버들, 화학 기상 증착 챔버들, 이온 주입 챔버들, 스트리핑 챔버들, 뿐만 아니라, 플라즈마 프로파일의 튜닝이 바람직한 다른 플라즈마 시스템들에서 활용될 수 있다.
[0015] 도 1은 기판 지지 조립체(101)를 갖는 예시적인 에칭 프로세싱 챔버(100)의 개략적인 단면도이다. 위에서 논의된 바와 같이, 기판 지지 조립체(101)는 다른 프로세싱 챔버들, 예컨대, 특히, 플라즈마 처리 챔버들, 화학 기상 증착 챔버들, 이온 주입 챔버들, 스트리핑 챔버들, 뿐만 아니라, 기판의 표면에서의 플라즈마 프로파일을 제어하는 능력이 바람직한 다른 시스템들에서 활용될 수 있다.
[0016] 프로세싱 챔버(100)는 접지된 챔버 바디(102)를 포함한다. 챔버 바디(102)는 벽들(104), 바닥(106), 및 덮개(108)를 포함하며, 벽들(104), 바닥(106), 및 덮개(108)는 내부 볼륨(124)을 에워싼다. 기판 지지 조립체(101)는 내부 볼륨(124)에 배치되고, 프로세싱 동안에 그 위에 기판(134)을 지지한다. 프로세싱 챔버(100)의 벽들(104)은 개구(미도시)를 포함하며, 그 개구를 통해, 기판(134)이 내부 볼륨(124) 내외로 로봇식으로 이송될 수 있다. 펌핑 포트(110)가 챔버 바디(102)의 바닥(106) 또는 벽들(104) 중 하나에 형성되고, 펌핑 시스템(미도시)에 유체적으로 연결된다. 펌핑 시스템은, 프로세싱 부산물들을 제거하면서 프로세싱 챔버(100)의 내부 볼륨(124) 내에 진공 환경을 유지하기 위해 활용된다.
[0017] 가스 패널(112)은, 챔버 바디(102)의 벽들(104) 또는 덮개(108) 중 적어도 하나를 통해 형성된 하나 또는 그 초과의 유입구 포트들(114)을 통해, 프로세싱 챔버(100)의 내부 볼륨(124)에 프로세스 및/또는 다른 가스들을 제공한다. 가스 패널(112)에 의해 제공된 프로세스 가스는 플라즈마(122)를 형성하도록 내부 볼륨(124) 내에서 에너자이징된다(energized). 플라즈마(122)는 기판 지지 조립체(101) 상에 배치된 기판(134)을 프로세싱하기 위해 활용된다. 프로세스 가스들은, 챔버 바디(102) 외부에 위치된 플라즈마 애플리케이터(plasma applicator)(120)로부터 프로세스 가스들에 유도성 커플링된 RF 전력에 의해 에너자이징될 수 있다. 도 1에서 도시된 예시적인 실시예에서, 플라즈마 애플리케이터(120)는 정합 회로(118)를 통해 RF 전력 소스(116)에 커플링된 동축 코일들의 쌍이다. 다른 실시예들(미도시)에서, 플라즈마 애플리케이터는 용량성 커플링 플라즈마 시스템에서 사용될 수 있는 전극, 이를테면 샤워헤드일 수 있다. 플라즈마(122)는 또한, 다른 기법들을 활용하여 형성될 수 있다.
[0018] 기판 지지 조립체(101)는 일반적으로, 적어도 기판 지지부(132)를 포함한다. 기판 지지부(132)는 진공 척, 정전 척, 서셉터(susceptor), 또는 다른 기판 지지 표면일 수 있다. 도 1의 실시예에서, 기판 지지부(132)는 정전 척이고, 이하에서 정전 척(126)으로서 설명될 것이다.
[0019] 기판 지지 조립체(101)는 부가적으로, 가열기 조립체(170)를 포함할 수 있다. 기판 지지 조립체(101)는 또한, 냉각 베이스(130)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 냉각 베이스(130)는 기판 지지 조립체(101)로부터 분리될 수 있다. 기판 지지 조립체(101)는 지지 페데스탈(pedestal)(125)에 제거가능하게 커플링될 수 있다. 페데스탈 베이스(128) 및 설비 플레이트(180)를 포함할 수 있는 지지 페데스탈(125)은 챔버 바디(102)에 탑재된다. 페데스탈 베이스(128)는 기판 지지 조립체(101)의 전기 전도성 부분들을 챔버 바디(102)로부터 전기적으로 절연시키는 유전체 재료를 포함할 수 있다. 기판 지지 조립체(101)는, 기판 지지 조립체(101)의 하나 또는 그 초과의 컴포넌트들의 개장(refurbishment)을 가능하게 하기 위해, 지지 페데스탈(125)로부터 주기적으로 제거될 수 있다.
[0020] 기판 지지 조립체(101)는 전도성 재료의 메시(mesh)일 수 있는 척킹 전극(136)을 포함한다. 정전 척(126)은 탑재 표면(131), 및 탑재 표면(131) 반대편의 기판 지지 표면(133)을 갖는다. 척킹 전극(136)은 척킹 전력 소스(138)에 커플링되며, 척킹 전극(136)은, 에너자이징되는 경우에, 워크피스(workpiece) 지지 표면(133)에 기판(134)을 정전기적으로 클램핑한다. 정전 척(126)은 일반적으로, 유전체 퍽 또는 바디(150)에 매립된 척킹 전극(136)을 포함한다. 유전체 바디(150), 뿐만 아니라, 지지 페데스탈(125) 및 기판 지지 조립체(101)의 다른 부분들은 절연체 링(143) 내에 배치될 수 있다. 절연체 링(143)은 유전체 재료, 이를테면 석영, 또는 프로세스 양립가능한 다른 유전체 재료일 수 있다. 포커스 링(145)이 유전체 바디(150)의 주변부 주위에 배치될 수 있다. 포커스 링(145)은 유전체 또는 전도성 재료일 수 있고, 기판(134)과 동일한 재료를 포함할 수 있다. 포커스 링(145)은 플라즈마(122)의 전자기장에 대하여 기판(134)의 표면을 연장시키기 위해 활용될 수 있다. 포커스 링(145)은 또한, 기판(134)의 에지에서의 전자기장의 강화를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 재료들의 변화로 인한 그 계면에서의 화학 영향(chemistry effect)들을 최소화할 수 있다.
[0021] 척킹 전극(136)은 단극성 또는 양극성 전극으로서 구성될 수 있거나, 또는 다른 적합한 어레인지먼트(arrangement)를 가질 수 있다. 척킹 전극(136)은 RF 필터(182)를 통해 척킹 전력 소스(138)에 커플링되며, 척킹 전력 소스(138)는 유전체 바디(150)의 상부 표면에 기판(134)을 정전기적으로 고정시키기 위해 직류(DC) 전력을 제공한다. RF 필터(182)는 프로세싱 챔버(100) 내에 플라즈마(122)를 형성하기 위해 활용되는 RF 전력이 전기 장비를 손상시키거나 또는 챔버 외부에 전기 위험 요소를 제공하는 것을 방지한다. 유전체 바디(150)는 세라믹 재료, 이를테면 AlN 또는 Al2O3로 제작될 수 있다. 대안적으로, 유전체 바디(150)는 폴리머, 이를테면 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리아릴에테르케톤 등으로 제작될 수 있다.
[0022] 냉각 베이스(130)는 기판 지지 조립체(101)의 온도를 제어하기 위해 사용된다. 냉각 베이스(130)는 열 전달 유체 소스(144)에 커플링될 수 있다. 열 전달 유체 소스(144)는, 냉각 베이스(130)에 배치된 하나 또는 그 초과의 도관들(160)을 통해 순환되는 열 전달 유체, 이를테면 액체, 가스, 또는 이들의 조합을 제공한다. 이웃하는 도관들(160)을 통해 유동하는 유체는 냉각 베이스(130)의 상이한 구역들과 정전 척(126) 사이의 열 전달의 국부적인 제어를 가능하게 하기 위해 격리될 수 있는데, 이는 기판(134)의 측방향 온도 프로파일을 제어하는 것을 보조한다. 기판 지지 조립체(101)는 또한, 가열기 조립체(170)를 포함할 수 있으며, 가열기 조립체(170)는 그 내부에 봉지된(encapsulated) 하나 또는 그 초과의 저항성 가열기들(미도시)을 포함한다. 가열기 조립체(170)는 저항성 가열기들로의 전력을 제어하기 위해 사용될 수 있는 가열기 전력 소스(156)에 커플링된다. 가열기 전력 소스(156)는 RF 필터(184)를 통해 커플링될 수 있다. RF 필터(184)는 RF 에너지로부터 가열기 전력 소스(156)를 보호하기 위해 사용될 수 있다. 정전 척(126)은, 냉각 베이스(130)의 동작들을 제어하기 위한 그리고 가열기 전력 소스(156)에 의해 인가되는 전력을 제어하기 위한 제어기(148)에 온도 피드백 정보를 제공하기 위한 하나 또는 그 초과의 온도 센서들(미도시)을 포함할 수 있다.
[0023] 정전 척(126)의 기판 지지 표면(133)은, 정전 척(126)의 기판 표면(133)과 기판(134) 사이에 정의된 개재 공간(interstitial space)에 배면 열 전달 가스를 제공하기 위한 가스 통로들(미도시)을 포함할 수 있다. 정전 척(126)은 또한, 프로세싱 챔버(100) 내외로의 로봇식 이송을 가능하게 하기 위해 정전 척(126)의 기판 지지 표면(133) 위로 기판(134)을 상승시키기 위한 리프트 핀들을 수용하기 위한 리프트 핀 홀들(리프트 핀들 및 리프트 핀 홀들 둘 모두 도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
[0024] 전력 인가 시스템(135)이 기판 지지 조립체(101)에 커플링된다. 전력 인가 시스템(135)은 척킹 전력 소스(138), 제1 무선 주파수(RF) 전력 소스(142), 및 제2 RF 전력 소스(178)를 포함할 수 있다. 전력 인가 시스템(135)의 실시예들은 부가적으로, 제어기(148) 및 센서 디바이스(181)를 포함할 수 있으며, 센서 디바이스(181)는 제어기(148) 및 제1 RF 전력 소스(142)와 제2 RF 전력 소스(178) 둘 모두와 통신한다.
[0025] 제어기(148)는, 다양한 서브프로세서들 및 서브제어기들을 제어하기 위해 산업 현장에서 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 데이터 프로세싱 시스템 중 하나일 수 있다. 일반적으로, 제어기(148)는, 다른 일반적인 컴포넌트들 중에서, 입력/출력(I/O) 회로(176) 및 메모리(174)와 통신하는 중앙 프로세싱 유닛(CPU)(172)을 포함한다. 제어기(148)의 CPU에 의해 실행되는 소프트웨어 커맨드들은 프로세싱 챔버로 하여금, 예컨대, 내부 볼륨(124) 내로 에천트 가스 혼합물(즉, 프로세싱 가스)을 도입하게 한다. 제어기(148)는 또한, 기판(134) 상의 재료의 층을 에칭하도록, 플라즈마 애플리케이터(120), 제1 RF 전력 소스(142), 및 제2 RF 전력 소스(178)로부터의 RF 전력의 인가에 의해 프로세싱 가스로부터의 플라즈마(122)를 제어하기 위해 활용될 수 있다.
[0026] 위에서 설명된 바와 같이, 기판 지지 조립체(101)는, 일 양상에서 기판(134)을 척킹하도록 기능할 수 있는 한편 제1 RF 전극으로서 또한 기능할 수 있는 척킹 전극(136)을 포함한다. 가열기 조립체(170)는 또한, 제2 RF 전극(154)을 포함할 수 있고, 척킹 전극(136)과 함께, 플라즈마(122)를 튜닝하기 위해 RF 전력을 인가한다. 제1 RF 전력 소스(142)는 제2 RF 전극(154)에 커플링될 수 있는 한편, 제2 RF 전력 소스(178)는 척킹 전극(136)에 커플링될 수 있다. 제1 정합 네트워크(151) 및 제2 정합 네트워크(152)가 각각, 제1 RF 전력 소스(142) 및 제2 RF 전력 소스(178)를 위해 제공될 수 있다. 제2 RF 전극(154)은 도시된 바와 같이 전도성 재료의 솔리드(solid) 금속 플레이트일 수 있다. 대안적으로, 제2 RF 전극(154)은 전도성 재료의 메시일 수 있다.
[0027] 제1 RF 전력 소스(142) 및 제2 RF 전력 소스(178)는 동일한 주파수 또는 상이한 주파수로 전력을 생성할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제1 RF 전력 소스(142)와 제2 RF 전력 소스(178) 중 하나 또는 둘 모두는 13.56 메가헤르츠(MHz)의 주파수 또는 2 MHz의 주파수로 전력을 생성할 수 있다. 다른 실시예들에서, 제1 RF 전력 소스(142)가 13.56 MHz의 주파수로 전력을 생성할 수 있고, 제2 RF 전력 소스(178)는 2 MHz의 주파수로 전력을 생성할 수 있거나, 또는 그 반대일 수 있다. 제1 RF 전력 소스(142)와 제2 RF 전력 소스(178) 중 하나 또는 둘 모두로부터의 RF 전력은 플라즈마(122)를 튜닝하기 위해 변화될 수 있다. 예컨대, 센서 디바이스(181)는 제1 RF 전력 소스(142)와 제2 RF 전력 소스(178) 중 하나 또는 둘 모두로부터의 RF 에너지를 모니터링하기 위해 사용될 수 있다. 센서 디바이스(181)로부터의 데이터는 제어기(148)에 통신될 수 있고, 제어기(148)는 제1 RF 전력 소스(142) 및 제2 RF 전력 소스(178)에 의해 인가되는 전력을 변화시키기 위해 활용될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 RF 전력 소스(142)와 제2 RF 전력 소스(178) 중 하나 또는 둘 모두의 위상 각도가 모니터링되고, 그리고 플라즈마(122)를 튜닝하기 위해 조정된다.
[0028] 위상 각도를 변화시킴으로써, 플라즈마 균일성이 튜닝될 수 있다. 위상 각도를 변화시키는 것은 척킹 전극(136) 및 제2 RF 전극(154)에 걸친 전압/전류 분포를 변화시킬 것이다. 위상 각도를 변화시키는 것은 또한, 기판(134)에 걸친 플라즈마의 공간적인 분포를 튜닝할 수 있다. 예컨대, 위상 각도는, 에칭 레이트가 중심에서 빠르게 되든지, 또는 에지에서 빠르게 되든지, 또는 균일하게 되든지 간에, 프로세스를 미세 튜닝하기 위해 활용될 수 있다. 위상 각도를 조정하는 것은 또한, 시스 동역학(sheath dynamics)에 영향을 미칠 수 있고, 이는 프로세싱 결과들에 직접적으로 영향을 미친다. 척킹 전극(136)이 제2 RF 전극(154)과 비교하여 플라즈마(122) 및 기판(134)의 표면에 더 근접하게 됨에 따라, 그 양상에 따른 플라즈마의 제어는 극도로 효과적일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 전력 인가 시스템(135)은 3개의 제어 모드들을 제공하며, 그 3개의 제어 모드들은 척킹 전극(136)으로의 RF 전력(예컨대, 주파수 및/또는 와트량(wattage))을 제어하는 것, 제2 RF 전극(154)으로의 RF 전력(예컨대, 주파수 및/또는 와트량)을 제어하는 것, 및 척킹 전극(136)과 제2 RF 전극(154) 사이의 위상의 제어를 포함한다. 이러한 제어 체계는 더 큰 프로세스 튜닝 능력 및/또는 효과적인 에지 제어를 위한 성능을 제공한다. 증가되는 에지 제어는 2개의 동심 전극들의 사이즈 차이 및/또는 2개의 동심 전극들에 인가되는 RF 전력의 위상 제어로 인한 것일 수 있다.
[0029] 몇몇 실시예들에서, 제2 RF 전극(154)의 표면 면적은 척킹 전극(136)의 표면 면적보다 더 클 수 있다. 예컨대, 척킹 전극(136)은 제1 치수 또는 직경을 포함할 수 있는 한편, 제2 RF 전극(154)은 제2 치수 또는 직경(이는 제1 직경보다 더 큼)을 갖는다. 일 실시예에서, 척킹 전극(136)은 기판(134)의 직경과 실질적으로 동일한 제1 직경을 갖는다. 제2 RF 전극(154)은 제1 직경보다 더 큰 제2 직경을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 RF 전극(154)은 척킹 전극(136)의 표면 면적보다 약 50 %만큼 더 큰 표면 면적을 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 제2 RF 전극(154)은 척킹 전극(136)의 표면 면적보다 약 70 % 내지 약 80 %만큼 더 큰 표면 면적을 가질 수 있다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 표면 면적의 차이는 기판(134)의 상이한 위치들에서 프로세스 레이트를 제어하기 위해 활용될 수 있다. 예컨대, 제2 RF 전극(154)에 전달되는 전력이 증가되는 경우에, 기판(134)의 에지의 프로세싱 레이트가 증가된다. 척킹 전극(136)에 전달되는 전력이 증가되는 경우에, 기판(134)의 에지에 거의 영향을 미치지 않으면서, 기판(134)의 중앙 영역이 더 빠른 레이트로 에칭될 수 있다. 따라서, 전체 기판(134) 상의 별개의 구역들에 대한 차등 제어가 달성된다.
[0030] 도 2는 전력 인가 시스템(205) 및 기판 지지 조립체(101)를 갖는 프로세싱 챔버(200)의 다른 실시예의 개략적인 부분 단면도이다. 프로세싱 챔버(200)의 하부 부분만이 기판 지지 조립체(101)로서 도시되고, 전력 인가 시스템(205)은 다수의 타입들의 프로세싱 챔버들에서 활용될 수 있다. 예컨대, 프로세싱 챔버(200)의 상부 부분은, 특히, 플라즈마 에칭, 화학 기상 증착, 이온 주입, 스트리핑, 물리 기상 증착, 플라즈마 어닐링, 및 플라즈마 처리를 위한 하드웨어로 구성될 수 있다.
[0031] 프로세싱 챔버(200)는, 정합 네트워크(151)를 통해 제1 RF 전력 소스(142)에 커플링된 제2 RF 전극(154)을 갖는 기판 지지 조립체(101)를 포함한다. 척킹 전극(136)은 정합 네트워크(152)를 통해 제2 RF 전력 소스(178)에 커플링된다. 제1 RF 전력 소스(142), 제1 정합 네트워크(151), 및 제2 RF 전극(154)은 전력 인가 시스템(205)의 제1 RF 시스템(210)을 구성(comprise)할 수 있다. 유사하게, 제2 RF 전력 소스(178), 제2 정합 네트워크(152), 및 척킹 전극(136)은 전력 인가 시스템(205)의 제2 RF 시스템(215)을 구성할 수 있다.
[0032] 전력 인가 시스템(205)은, 일 실시예에서 제1 센서(220) 및 제2 센서(225)를 포함하는 센서 디바이스(181)를 포함한다. 제1 센서(220) 및 제2 센서(225) 각각은 전압 및 전류 센서들(예컨대, V/I 센서들)일 수 있다. 따라서, 본원에서 설명되는 실시예들에 따라, 제1 RF 시스템(210) 및 제2 RF 시스템(215) 각각의 전압 및 전류가 모니터링될 수 있고 튜닝될 수 있다. 제1 센서(220) 및 제2 센서(225) 각각으로부터의 신호들이 제어기(148)에 송신될 수 있고, 제1 RF 시스템(210) 및 제2 RF 시스템(215) 각각에 인가되는 전력은 프로세싱 챔버(200) 내의 플라즈마의 밀도 및/또는 분포를 제어하기 위해 변화 및 튜닝될 수 있다.
[0033] 도 3은 전력 인가 시스템(305) 및 기판 지지 조립체(101)를 갖는 프로세싱 챔버(300)의 다른 실시예의 개략적인 부분 단면도이다. 프로세싱 챔버(300)의 하부 부분만이 기판 지지 조립체(101)로서 도시되고, 전력 인가 시스템(305)은 다른 프로세싱 챔버들에 활용될 수 있다. 예컨대, 프로세싱 챔버(300)의 상부 부분은, 특히, 플라즈마 에칭, 화학 기상 증착, 이온 주입, 스트리핑, 물리 기상 증착, 플라즈마 어닐링, 및 플라즈마 처리를 위한 하드웨어로 구성될 수 있다.
[0034] 프로세싱 챔버(300)는 제1 RF 전력 소스(142)에 커플링된 척킹 전극(136)을 갖는 기판 지지 조립체(101)를 포함한다. 그러나, 이 실시예에서, 제2 RF 전극(310)이 또한, 제1 RF 전력 소스(142)에 커플링된다. 제2 RF 전극(310)은 정전 척(126)의 유전체 바디(150)와 냉각 베이스(130) 사이에 위치된 세라믹 플레이트(315)에 배치될 수 있다. 제2 RF 전극(310)은 금속성 접지 플레이트(320)에 의해 척킹 전극(136)으로부터 분리될 수 있다. 금속성 접지 플레이트(320)는 세라믹 플레이트(315)와 유전체 바디(150) 사이에 위치될 수 있다. 금속성 접지 플레이트(320)는 척킹 전극(136)으로부터 제2 RF 전극(310)을 전자기적으로 격리시키기 위해 활용된다. 제2 RF 전극(310)은 전도성 메시(325)일 수 있다. 대안적으로, 제2 RF 전극(310)은 전도성 재료로 제조된 솔리드 플레이트일 수 있다. 금속성 접지 플레이트(320)는 접지 전위에 커플링된 알루미늄 플레이트일 수 있다.
[0035] 제1 RF 전력 소스(142)는 척킹 전극(136)과 제2 RF 전극(310) 둘 모두에 동작가능하게 커플링된다. 단일 정합 네트워크(330)가 척킹 전극(136) 및 제2 RF 전극(310) 각각과 제1 RF 전력 소스(142) 사이에 배치된다. 따라서, 제1 RF 시스템(335) 및 제2 RF 시스템(340)이 제공되고, 각각의 시스템의 척킹 전극(136) 및 제2 RF 전극(310)은 제1 RF 전력 소스(142) 및 정합 네트워크(330)를 공유한다. 센서 디바이스(181)는 다른 실시예들에서와 마찬가지로 제1 센서(220) 및 제2 센서(225)를 포함하지만, 센서 디바이스(181)는 선택적일 수 있거나, 또는 초기 및/또는 주기적인 교정(calibration)을 위해서만 활용될 수 있다. 제어기(345)와 위상 시프터(350) 중 하나 또는 둘 모두가 또한, 제1 RF 시스템(335) 및 제2 RF 시스템(340) 각각에 포함될 수 있다. 예컨대, 위상 시프터(350)는 센서 디바이스(181)로부터의 피드백에 기초하여 위상 각도를 제어하기 위해 활용될 수 있는데, 이는, 제어기(345)가 전력 인가 시스템(305)의 동작을 제어하기 위해 활용될 필요가 없게 할 수 있다.
[0036] 몇몇 실시예들에서, 정합 네트워크(330)는, 제1 RF 전력 소스(142)로부터 척킹 전극(136) 및 제2 RF 전극(310) 각각으로의 전력을 변화시키는 전력 분할기로서 활용될 수 있다. 다전극 구동을 구현하기 위해 위상 제어/지연 회로(예컨대, 위상 시프터(350)) 및 전력 분할 회로(360)와 함께 하나의 RF 생성기를 활용하는 것은 소유 비용들을 감소시킬 수 있다. 다른 실시예들에서, 정합 네트워크(330)의 회로는 2개의 기능들을 제공한다. 제1 기능은 임피던스 정합일 수 있는 한편, 제2 기능은 척킹 전극(136)과 제2 RF 전극(310) 사이의 전력 분할일 수 있다. 전력 분할의 방식은 척킹 전극(136) 또는 제2 RF 전극(310)에 커플링된 가변 임피던스 회로(355)를 통해 제어가능할 수 있다. 가변 임피던스 회로(355)는 척킹 전극(136) 및 제2 RF 전극(310)의 상대적인 임피던스들을 변화시키기 위해 활용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 척킹 전극(136) 및 제2 RF 전극(310)의 상대적인 임피던스들을 변화시키는 것은 척킹 전극(136)과 제2 RF 전극(310) 사이의 전력 분포를 변화시킨다. 제2 RF 전극(310)과 척킹 전극(136) 사이의 전력 분포를 변화시키는 것은 플라즈마를 튜닝하기 위해 활용될 수 있다.
[0037] 몇몇 실시예들에서, 분할 및 정합 후의 제1 RF 전력 소스(142)로부터의 RF 신호들의 위상들은 제1 센서(220) 및 제2 센서(225)에 의해 감지된다. 신호들은 제어기(345)에 송신될 수 있다. 제어기(345)는 척킹 전극(136)과 제2 RF 전극(310) 사이의 위상 차이를 제어하도록 위상 시프터(350)를 제어하기 위해 활용될 수 있다. 위상 시프터(350)는 위상 지연 회로 또는 더 진보된 디바이스, 이를테면 고 RF 전력 벡터 변조기일 수 있다. 이 실시예에서, 2개의 RF 핫(hot) 전극들, 즉 척킹 전극(136) 및 제2 RF 전극(310)은 서로 전기적으로 분리된다. 척킹 전극(136) 또는 제2 RF 전극(310)의 디커플링은 더 용이한 위상 및/또는 전력 제어를 생성할 수 있는데, 이는 다수의 RF 생성기들 사이의 크로스토크(crosstalk)가 감소되기 때문이다. 디커플링은 또한, 더 민감한 및/또는 효과적인 에지 튜닝을 제공할 수 있다. 개선된 에지 튜닝은 제2 RF 전극(310) 및 척킹 전극(136)의 상대적인 사이즈들로 인한 것일 수 있는데, 이는 더 큰 전극이 기판(134)의 중앙 영역에 영향을 덜 미칠 수 있기 때문이다. 부가적으로, 디커플링은 또한, 위상 각도 동작 체제를 강화(increase)시킬 수 있다. 추가로, 전체 시스템이 동일한 규격에 따라 제작되는 경우에, 제1 센서(220) 및 제2 센서(225)는 초기 교정 후에 챔버에 필요하지 않을 수 있다.
[0038] 도 4는 제1 파형(405) 및 제2 파형(410)을 도시하는 예시적인 위상도(400)이다. 제1 파형(405)은 제1 RF 시스템(210)(도 2) 또는 제1 RF 시스템(335)(도 3)으로부터의 RF 신호를 표시할 수 있고, 제2 파형(410)은 제2 RF 시스템(215)(도 2) 또는 제2 RF 시스템(340)(도 3)으로부터의 RF 신호를 표시할 수 있다. 제1 파형(405) 및 제2 파형(410)은 정합 네트워크의 하류에서 제1 센서(220) 및 제2 센서(225)(도 2 또는 도 3)에 의해 측정될 수 있다. 이 예에서, 제1 파형(405) 및 제2 파형(410)이 동일한 주파수 및 진폭을 갖는 것으로 도시되지만, 제1 파형(405) 및 제2 파형(410)은 상이한 주파수 및/또는 진폭을 가질 수 있다.
[0039] 제1 파형(405)과 제2 파형(410) 사이의 위상 차이(θ)는 플라즈마의 원하는 특성들에 기초하여 원하는 대로 변화될 수 있다. 위상 각도는 약 0 도 내지 약 360 도에서 변화될 수 있다. 제1 파형(405) 및 제2 파형(410)은 플라즈마의 원하는 특성들에 기초하여 보강적(constructive) 또는 상쇄적(destructive)일 수 있다.
[0040] RF 위상 차이 및/또는 위상 각도의 제어는 미세 프로세싱 튜닝을 위한 효과적인 노브(powerful knob)를 제공한다. 예컨대, RF 위상 차이 및/또는 위상 각도의 제어는, 평균 에칭 레이트, 에칭 레이트 균일성, 에칭 레이트 스큐(skew), 임계 치수(CD) 균일성, CD 스큐, CD 범위, 및 플라즈마 균일성 및/또는 플라즈마 밀도 중 하나 또는 그 초과를 제어하기 위해 활용될 수 있다.
[0041] 전술한 바가 본 개시내용의 구현들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 및 추가적인 구현들이 본 개시내용의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 고안될 수 있고, 본 개시내용의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 기판 지지 조립체로서,
    척킹 전극이 내부에 매립된 바디(body) ― 상기 척킹 전극은 상기 바디의 기판 지지 표면 근처에 배치된 제1 무선 주파수 전극을 포함함 ―;
    상기 기판 지지 조립체에서 상기 지지 표면으로부터 더 먼 위치에 배치된 제2 무선 주파수 전극 ― 상기 제2 무선 주파수 전극은 상기 제1 무선 주파수 전극의 표면 면적보다 더 큰 표면 면적을 포함함 ―; 및
    상기 기판 지지 조립체에 커플링된 전력 인가 시스템
    을 포함하며,
    상기 전력 인가 시스템은,
    정합 네트워크를 통해 상기 제1 무선 주파수 전극과 상기 제2 무선 주파수 전극 중 하나 또는 둘 모두에 커플링된 무선 주파수 전력 소스; 및
    상기 정합 네트워크와 상기 제1 무선 주파수 전극 및 상기 제2 무선 주파수 전극 사이에 커플링된 센서
    를 포함하는,
    기판 지지 조립체.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 무선 주파수 전극은 상기 제1 무선 주파수 전극의 직경보다 더 큰 직경을 포함하는,
    기판 지지 조립체.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 전력 인가 시스템은 상기 제1 무선 주파수 전극에 커플링된 제1 무선 주파수 전력 소스, 및 상기 제2 무선 주파수 전극에 커플링된 제2 무선 주파수 전력 소스를 포함하는,
    기판 지지 조립체.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 전력 인가 시스템은 상기 제1 무선 주파수 전극과 상기 제2 무선 주파수 전극 둘 모두에 커플링된 단일 무선 주파수 전력 소스를 포함하는,
    기판 지지 조립체.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 무선 주파수 전극과 상기 제2 무선 주파수 전극 둘 모두와 상기 무선 주파수 전력 소스 사이에 커플링된 전력 분할기를 더 포함하는,
    기판 지지 조립체.
  7. 챔버에서 플라즈마를 튜닝(tuning)하기 위한 방법으로서,
    기판 지지 조립체의 기판 지지 표면 근처의 제1 전극에 제1 무선 주파수 전력 및 직류 전력을 제공하는 단계;
    상기 기판 지지 조립체에서 상기 지지 표면으로부터 더 먼 위치에 있는 제2 전극에 제2 무선 주파수 전력을 제공하는 단계 ― 상기 제2 전극은 상기 제1 전극의 표면 면적보다 더 큰 표면 면적을 포함함 ―;
    상기 제1 무선 주파수 전력 및 상기 제2 무선 주파수 전력의 파라미터들을 모니터링하는 단계; 및
    모니터링된 파라미터들에 기초하여, 상기 제1 무선 주파수 전력과 상기 제2 무선 주파수 전력 중 하나 또는 둘 모두를 조정하는 단계
    를 포함하는,
    플라즈마를 튜닝하기 위한 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 조정하는 단계는 상기 제1 무선 주파수 전력과 상기 제2 무선 주파수 전력 중 하나 또는 둘 모두를 위상 시프팅(shifting)하는 단계를 포함하는,
    플라즈마를 튜닝하기 위한 방법.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 무선 주파수 전력 및 상기 제2 무선 주파수 전력은 단일 전력 소스에 의해 제공되는,
    플라즈마를 튜닝하기 위한 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 무선 주파수 전력 및 상기 제2 무선 주파수 전력은 단일 정합 네트워크에 의해 분할되는,
    플라즈마를 튜닝하기 위한 방법.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 조정하는 단계는 상기 제1 무선 주파수 전력과 상기 제2 무선 주파수 전력 중 하나 또는 둘 모두를 위상 시프팅하는 단계를 포함하는,
    플라즈마를 튜닝하기 위한 방법.
  12. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 무선 주파수 전력은 제1 전력 소스에 의해 제공되고, 상기 제2 무선 주파수 전력은 제2 전력 소스에 의해 제공되는,
    플라즈마를 튜닝하기 위한 방법.
  13. 제7 항에 있어서,
    상기 플라즈마는 에칭 프로세스, 증착 프로세스, 또는 스트리핑(stripping) 프로세스를 위해 활용되는,
    플라즈마를 튜닝하기 위한 방법.
  14. 삭제
  15. 제7 항에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 제1 전극의 직경보다 더 큰 직경을 포함하는,
    플라즈마를 튜닝하기 위한 방법.
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