KR102552807B1 - ICP (Inductively Coupled Plasma) 프로세싱 챔버 내에서 저 바이어스 전압을 사용하여 기판 근방에서 보충 플라즈마 밀도 생성 - Google Patents

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Abstract

기판이 ICP (inductively coupled plasma) 프로세싱 챔버의 플라즈마 프로세싱 볼륨 내에서 기판 지지 구조체 상에 을 포지셔닝된다 (positioning). 기판에 노출하여 플라즈마를 생성하도록, 제 1 RF 신호가 제 1 RF 신호 생성기로부터 플라즈마 프로세싱 볼륨 외부에 배치된 코일로 공급된다. 제 2 RF 신호가 기판 지지 구조체 내의 전극에 제 2 RF 신호 생성기로부터 공급된다. 제 1 RF 신호 생성기 및 제 2 RF 신호 생성기는 서로 독립적으로 제어된다. 제 2 RF 신호는 약 27 ㎒ 이상의 주파수를 갖는다. 제 2 RF 신호는 플라즈마 프로세싱 볼륨 내 기판의 레벨에서 보충 플라즈마 밀도를 생성하는 한편, 기판의 레벨에서 약 200 V보다 낮은 바이어스 전압을 생성한다.

Description

ICP (Inductively Coupled Plasma) 프로세싱 챔버 내에서 저 바이어스 전압을 사용하여 기판 근방에서 보충 플라즈마 밀도 생성
본 발명은 반도체 디바이스 제조에 관한 것이다.
많은 최신 반도체 칩 제조 프로세스들은 플라즈마에 노출된 기판의 표면 상의 변화에 직접적으로 또는 간접적으로 영향을 주는데 사용하기 위한 이온들 및/또는 라디칼 구성물들이 도출되는 플라즈마의 생성을 포함한다. 예를 들어, 다양한 플라즈마-기반 프로세스들은 기판 표면으로부터 재료를 에칭하고, 기판 표면 상으로 재료를 증착하고, 또는 기판 표면 상에 이미 존재하는 재료를 개질하도록 사용될 수 있다. 플라즈마는 종종 프로세스 가스가 에너자이징되고 (energize) 목표된 플라즈마로 변환되도록 제어된 분위기의 프로세스 가스에 RF (radiofrequency) 전력을 인가함으로써 생성된다. 플라즈마의 특성들은 이로 제한되는 것은 아니지만, 무엇보다도, 프로세스 가스의 재료 조성, 프로세스 가스의 플로우 레이트, 플라즈마 생성 영역 및 주변 구조체들의 기하적 특징들, 프로세스 가스 및 주변 재료들의 온도들, 인가된 RF 전력의 주파수, 및 인가된 RF 전력의 크기를 포함하는 많은 프로세스 파라미터들에 의해 영향을 받는다. 따라서, 특히 플라즈마 생성 영역으로 RF 전력의 전달과 관련하여, 생성된 플라즈마의 특성들에 영향을 줄 수도 있는, 프로세스 파라미터들 중 일부를 이해하고, 모니터링하고, 그리고/또는 제어하는 것에 관심이 있다. 이러한 맥락에서 본 발명이 발생한다.
일 예시적인 실시예에서, ICP (inductively coupled plasma) 프로세싱 챔버를 동작시키는 방법이 개시된다. 방법은, ICP 프로세싱 챔버의 플라즈마 프로세싱 볼륨 내에서 기판 지지 구조체 상에 기판을 포지셔닝하는 (positioning) 단계를 포함한다. 방법은 또한 ICP 프로세싱 챔버의 플라즈마 프로세싱 볼륨 외부에 배치된 코일로 제 1 RF 신호 생성기로부터의 제 1 RF 신호를 공급하는 단계를 포함한다. 제 1 RF 신호는 기판에 노출하여 플라즈마를 생성한다. 방법은 또한 코일로 제 1 RF 신호 생성기로부터의 제 1 RF 신호를 공급하는 것과 동시에 기판 지지 구조체 내의 전극에 제 2 RF 신호 생성기로부터의 제 2 RF 신호를 공급하는 단계를 포함한다. 제 1 RF 신호 생성기 및 제 2 RF 신호 생성기는 서로 독립적으로 제어된다. 제 2 RF 신호는 약 27 ㎒ 이상의 주파수를 갖는다. 제 2 RF 신호는 플라즈마 프로세싱 볼륨 내 기판의 레벨에서 보충 플라즈마 밀도를 생성한다. 제 2 RF 신호는 기판의 레벨에서 약 200 V보다 낮은 바이어스 전압을 생성한다.
일 예시적인 실시예에서, ICP 프로세싱 시스템이 개시된다. 시스템은 플라즈마 프로세싱 볼륨을 둘러싸는 챔버를 포함한다. 챔버는 상부 윈도우 구조체를 포함한다. 시스템은 또한 RF 신호들로 하여금 코일로부터 상부 윈도우 구조체를 통해 플라즈마 프로세싱 볼륨 내로 송신을 허용하는 위치에서 챔버 외부에 배치된 코일을 포함한다. 시스템은 또한 챔버 내에 배치된 기판 지지 구조체를 포함한다. 기판 지지 구조체는 플라즈마 프로세싱 볼륨에 노출하여 기판을 홀딩하도록 구성된다. 시스템은 또한 기판 지지 구조체 내에 배치된 전극을 포함한다. 시스템은 또한 코일로 제 1 RF 신호를 공급하도록 연결된 제 1 RF 신호 생성기를 포함한다. 시스템은 또한 기판 지지 구조체 내 전극으로 제 2 RF 신호를 공급하도록 연결된 제 2 RF 신호 생성기를 포함한다. 제 2 RF 신호 생성기는 제 1 RF 신호 생성기에 대해 독립적으로 제어가능하다. 제 2 RF 신호는 약 27 ㎒ 이상의 주파수를 갖는다. 제 2 RF 신호는 기판 지지 구조체 상에 존재한다면 기판의 레벨에서 보충 플라즈마 밀도를 생성하도록 규정된다. 제 2 RF 신호는 기판 지지 구조체 상에 존재한다면 기판의 레벨에서 약 200 V 미만의 바이어스 전압을 생성한다.
본 발명의 다른 양태들 및 장점들은 본 발명을 예로서 예시하는, 첨부된 도면들과 함께 취해진 이하의 상세한 기술로부터 보다 자명해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른, ICP 프로세싱 챔버의 예시적인 도면을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 도 1의 예시적인 코일의 평면도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 2 개의 독립적으로 제어된 존들을 포함하는 멀티-존 코일을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 3 개의 RF 신호 생성기들을 갖는 ICP 프로세싱 챔버를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 제 2 바이어스 RF 신호 생성기를 포함하는 도 4의 ICP 프로세싱 챔버의 수정을 도시한다.
도 6a는 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 기판에 걸쳐 중심-에지 방사상 거리의 함수로서 기판 상의 아르곤 이온 플럭스의 플롯들 (plots) 을 도시한다.
도 6b는 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 기판 레벨에서 RF 전력의 공급 없이, 코일에만 10 ㎒의 주파수의 3.5 ㎾의 RF 전력의 공급에 대한 이온 에너지 대 이온 각 분포의 플롯을 도시한다.
도 6c는 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 기판 (111) 레벨에서 60 ㎒의 주파수 500 W의 RF 전력의 공급과 함께, 코일로 10 ㎒의 주파수 1 ㎾의 RF 전력의 공급에 대한 이온 에너지 대 이온 각 분포의 플롯을 도시한다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른, ICP 프로세싱 챔버를 동작시키기 위한 방법의 플로우차트를 도시한다.
이하의 기술에서, 다수의 특정한 상세들이 본 발명의 전체적인 이해를 제공하기 위해 진술된다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이들 특정한 상세들 중 일부 또는 전부를 사용하지 않고 실시될 수도 있다는 것이 자명할 것이다. 다른 예들에서, 공지의 프로세스 동작들이 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세히 기술되지 않았다.
반도체 산업계에서, 반도체 기판들은 ICP (inductively coupled plasma) 플라즈마 프로세싱 챔버에서 제조 동작들을 겪을 수 있다. ICP 프로세싱 챔버는 또한 TCP (transformer coupled plasma) 프로세싱 챔버로서 참조될 수 있다. 본 명세서에서 논의의 용이성을 위해, ICP 프로세싱 챔버는 ICP 프로세싱 챔버 및 TCP 프로세싱 챔버 모두를 참조하도록 사용될 것이다. 도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른, ICP 프로세싱 챔버 (100) 의 예시적인 도면을 도시한다. ICP 프로세싱 챔버 (100) 는 ICP 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마를 생성하기 위해 RF 신호들이 ICP 프로세싱 챔버 외부에 배치된 코일로부터 ICP 프로세싱 챔버 내 프로세스 가스로 송신되는, 임의의 타입의 ICP 프로세싱 챔버일 수 있고, 플라즈마는 플라즈마에 노출하여 기판의 상태의 변화에 영향을 주도록 사용된다는 것이 이해되어야 한다. 도 1은 기판 (111) 에 노출하여 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 내에 플라즈마 (102) 를 생성하도록 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 내로 RF 신호들이 송신되는 코일 (121) 을 도시한다.
일부 실시예들에서, 기판 (111) 은 제조 절차를 겪는 반도체 웨이퍼이다. 그러나, 다양한 실시예들에서, 기판 (111) 은 플라즈마-기반 제조 프로세스를 겪는 본질적으로 임의의 타입의 기판일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 기판 (111) 은 사파이어, GaN, GaAs 또는 SiC, 또는 다른 기판 재료들로 형성된 기판들을 지칭할 수 있고, 그리고 유리 패널들/기판들, 금속 포일들, 금속 시트들, 폴리머 재료들, 등을 포함할 수 있다. 또한, 다양한 실시예들에서, 본 명세서에서 참조된 바와 같은 기판 (111) 은 형태, 형상 및/또는 사이즈가 가변할 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 본 명세서에 참조된 기판 (111) 은 200 ㎜ (millimeters) 반도체 웨이퍼, 300 ㎜ 반도체 웨이퍼, 또는 450 ㎜ 반도체 웨이퍼에 대응할 수도 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 본 명세서에서 참조된 기판 (111) 은 비-원형 기판, 예컨대 다른 형상들보다도, 플랫 패널 디스플레이를 위한 직사각형 기판에 대응할 수도 있다.
ICP 프로세싱 챔버 (100) 의 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 은 주변 구조체 (103) 내에 상부 윈도우 구조체 (105) 아래에 그리고 기판 지지 구조체 (107) 위에 형성된다. 일부 실시예들에서, 주변 구조체 (103) 는 ICP 프로세싱 챔버 (100) 의 동작 동안 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 내에 존재하는 재료들 및 분위기와 기계적으로 그리고 화학적으로 양립가능한, 금속과 같은 전기 전도성 재료로 형성된다. 이들 실시예들에서, 주변 구조체 (103) 는 기준 접지 전위 (109) 에 전기적으로 접속될 수 있다.
기판 지지 구조체 (107) 는 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 내에서 생성된 플라즈마 (102) 에 노출하여 안전한 방식으로 기판 (111) 을 지지하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 기판 지지 구조체 (107) 는 기판 지지 구조체 (107) 상으로 기판 (111) 을 클램핑하기 위한 정전기장을 생성하도록 전기 전력이 공급될 수 있는 하나 이상의 클램프 전극들 (109) 을 포함하는 정전척이다. 다양한 실시예들에서, 하나 이상의 클램프 전극들 (109) 로 공급된 전기 전력은 RF 전력, DC 전력, 또는 RF 전력 및 DC 전력 둘의 조합일 수 있다.
기판 지지 구조체 (107) 는 또한 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 내 기판 (111) 레벨에서 바이어스 전압 (Vb) 을 생성하도록 RF 바이어스 전력이 공급될 수 있는, 바이어스 전극 (113) 을 포함할 수 있다. 바이어스 전극 (113) 으로부터 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 내로 송신된 RF 전력은 바이어스 RF 전력으로 참조된다. 일부 실시예들에서, 바이어스 RF 전력은 바이어스 RF 신호 생성기 (115) 에 의해 생성되고 임피던스 매칭 회로 (117) 를 통해 그리고 송신 로드 (transmission rod) (119) 를 통해 바이어스 전극 (113) 으로 송신된다. 송신 로드 (119) 는 ICP 프로세싱 챔버 (100) 의 주변 구조체 (103) 로부터 전기적으로 절연된다. 매칭 회로 (117) 는 송신 로드 (119) 에서 바이어스 RF 신호 생성기 (115) 에 의해 본 임피던스가 바이어스 RF 신호 생성기 (115) 가 동작하게 설계되는, 부하 임피던스에 충분히 가깝다는 것을 보장하도록 구성된 커패시터들 및/또는 인덕터들의 배열을 포함하여, 바이어스 RF 신호 생성기 (115) 에 의해 생성되고 송신된 RF 신호들이 효율적인 방식으로, 즉, 용인가능하지 않은 반사 없이, 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 내로 송신된다.
ICP 프로세싱 챔버 (100) 는 하나 이상의 프로세스 가스들을 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 내로 흘리는 단계에 의해, 그리고 기판 (111) 상의 재료 또는 표면 상태의 변화에 영향을 주기 위해, 하나 이상의 프로세스 가스들을 기판 (111) 에 노출하여 플라즈마 (102) 로 변환하도록 코일 (121) 로부터 하나 이상의 프로세스 가스들로 RF 전력을 인가하는 단계에 의해 동작한다. 코일 (121) 은 상부 윈도우 구조체 (105) 위에 배치된다. 도 1의 예에서, 코일 (121) 은 도면의 페이지 내로 돌아 들어가는 (turning into) 코일 (121) 의 색칠된 부분들 (shaded parts) 을 갖고 도면의 페이지로부터 돌아 나오는 (turning out) 코일 (121) 의 색칠되지 않은 부분들 (unshaded parts) 을 갖는, 방사상 코일 어셈블리로 형성된다. 도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 도 1의 예시적인 코일 (121) 의 평면도를 도시한다. 그러나, 다른 실시예들에서, 코일 (121) 은 상부 윈도우 구조체 (105) 를 통해 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 내로 RF 전력을 송신하기 적합한 본질적으로 임의의 구성일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 다양한 실시예들에서, 코일 (121) 은 상부 윈도우 구조체 (105) 를 통해 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 내로 RF 신호들의 필수적인 송신을 제공하는 것이 요구되는, 임의의 수의 회전 (turns) 및 임의의 단면 사이즈 및 형상 (원형, 타원, 직사각형, 사다리꼴, 등) 을 가질 수 있다.
코일 (121) 로부터 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 내로 송신된 RF 전력은 플라즈마 주 (primary) RF 전력으로 지칭된다. 플라즈마 주 RF 전력은 주 RF 신호 생성기 (123) 에 의해 생성되고 임피던스 매칭 회로 (125) 를 통해 그리고 전기적 접속부 (127) 를 통해 코일 (121) 로 송신된다. 매칭 회로 (125) 는 코일 (121) 에서 주 RF 신호 생성기 (123) 에 의해 본 임피던스가 주 RF 신호 생성기 (123) 가 동작하게 설계되는, 부하 임피던스에 충분히 가깝다는 것을 보장하도록 구성된 커패시터들 및/또는 인덕터들의 배열을 포함하여, 주 RF 신호 생성기 (123) 에 의해 코일 (121) 로 공급된 RF 신호들이 효율적인 방식으로, 즉, 용인가능하지 않은 반사 없이, 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 내로 송신된다.
또한, 일부 실시예들에서, 코일 (121) 은 복수의 섹션들 또는 존들 각각이 공급되는 RF 신호들의 전력 및 주파수와 관련하여 독립적으로 제어가능한, 복수의 섹션들 또는 존들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 2 개의 독립적으로 제어된 존들을 포함하는, 멀티존 코일 (121A) 을 도시한다. 도 3의 예에서, 멀티존 코일 (121A) 은 내측 존 (301) 및 외측 존 (303) 을 포함한다. 내측 존 (301) 은 대응하는 매칭 회로 (307) 및 전기적 접속부 (308) 에 의해 대응하는 주 RF 신호 생성기 (305) 로부터 RF 신호들을 수신하도록 연결된다. 매칭 회로 (307) 는 코일 (121A) 의 내측 존 (301) 에서 주 RF 신호 생성기 (305) 에 의해 본 임피던스가 주 RF 신호 생성기 (305) 가 동작하게 설계되는, 부하 임피던스에 충분히 가깝다는 것을 보장하도록 구성된 커패시터들 및/또는 인덕터들의 배열을 포함하여, 주 RF 신호 생성기 (305) 에 의해 생성되고 송신된 RF 신호들이 효율적인 방식으로, 즉, 용인가능하지 않은 반사 없이, 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 내로 송신된다.
그리고, 외측 존 (303) 은 대응하는 매칭 회로 (311) 및 전기적 접속부 (312) 에 의해 대응하는 주 RF 신호 생성기 (309) 로부터 RF 신호들을 수신하도록 연결된다. 매칭 회로 (311) 는 코일 (121A) 의 외측 존 (303) 에서 주 RF 신호 생성기 (309) 에 의해 본 임피던스가 주 RF 신호 생성기 (309) 가 동작하게 설계되는, 부하 임피던스에 충분히 가깝다는 것을 보장하도록 구성된 커패시터들 및/또는 인덕터들의 배열을 포함하여, 주 RF 신호 생성기 (309) 에 의해 생성되고 송신된 RF 신호들이 효율적인 방식으로, 즉, 용인가능하지 않은 반사 없이, 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 내로 송신된다.
도 3의 멀티존 코일 (121A) 이 예로서 제시되었다는 것이 이해되어야 한다. 다양한 실시예들에서, 멀티존 코일 (121A) 은 임의의 수의 존들을 포함할 수 있고, 존 각각은 상부 윈도우 구조체 (105) 위로 특정된 대응하는 방사상 크기 (extent) 에 걸친다. 또한, 예시적인 코일 (121A) 의 회전 수는 예로서 제시되었다는 것이 이해되어야 한다. 다양한 실시예들에서, 코일 (121A) 은 상부 윈도우 구조체 (105) 를 통해 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 내로 RF 신호들의 필수적인 송신을 제공하는 것이 요구되는, 임의의 수의 회전 및 임의의 단면 사이즈 및 형상 (원형, 타원, 직사각형, 사다리꼴, 등) 을 가질 수 있다.
ICP 프로세싱 챔버 (100) 는 예로서, 다양한 플라즈마-기반 반도체 제조 적용예들, 예컨대 플라즈마 에칭에서, 플라즈마 프로세스 제어에서 특정한 장점들을 갖는다. ICP 프로세싱 챔버 (100) 는 플라즈마 밀도 (이온 플럭스/라디칼 플럭스) 및 이온 에너지의 분리된 제어를 제공한다. 구체적으로, 플라즈마 밀도는 코일 (121) 로부터 상부 윈도우 구조체 (105) 를 통해 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 내로 송신되는 플라즈마 주 RF 전력에 의해 특정한 크기로 제어될 수 있다. 그리고, 이온 에너지는 바이어스 전극 (113) 으로부터 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 내로 송신된 바이어스 RF 전력에 의해 기판 레벨에서 생성되는 바이어스 전압 (Vb) 에 의해 제어될 수 있다. (이온 플럭스 및 라디칼 플럭스에 직접적으로 상관되는) 플라즈마 밀도 및 이온 에너지의 분리된 제어는 일부 반도체 제조 적용예들에서 특히 유용하다. 예를 들어, 패터닝 적용예들에서, 요구된 에칭 레이트를 달성하기 위해 고 플라즈마 밀도가 필요하고, 포토레지스트 재료와 같은 기판 상에 존재하는 하나 이상의 재료들에 대한 손상을 감소시키기 위해 저 이온 에너지가 요구된다. 패터닝 적용예들에 더하여, 많은 다른 플라즈마-기반 반도체 제조 적용예들이 또한 플라즈마 밀도 및 이온 에너지의 분리된 제어로부터 유리할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
ICP 프로세싱 챔버 (100) 를 사용하여, 플라즈마 밀도는 코일 (121) 에 공급된 플라즈마 주 RF 전력의 제어를 통해 상승될 수 있고, 바이어스 전압 (Vb) 은 바이어스 전극 (113) 에 공급된 바이어스 RF 전력의 제어를 통해 제어될 수 있다. 또한, 플라즈마 주 RF 전력/주파수 및 바이어스 RF 전력/주파수는 목표된 결과를 달성하기 위해 동시에 상이한 방식들로 제어되어야 할 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 저 이온 에너지와 함께 상승된 플라즈마 밀도를 획득하기 위해, 플라즈마 주 RF 전력은 높아야 하고 동시에 바이어스 RF 전력은 낮아야 한다. 플라즈마 밀도 및 이온 에너지의 분리된 제어는 CCP 프로세싱 챔버들에서 플라즈마 밀도 및 이온 에너지는 동일한 RF 전력 소스(들)에 의해 제공되고/제어되기 때문에, CCP (capacitively coupled plasma) 프로세싱 챔버들 (ICP 프로세싱 챔버들과 반대로) 에서 가용하지 않다는 것이 인식될 것이다.
일부 제조 적용예들에서 기판 상에서 상승된 상호작용을 획득하기 위해, 기판 근방에서 증가된 이온 플럭스 및/또는 증가된 라디칼 플럭스를 획득하기 위해 기판 레벨에서 고 밀도 플라즈마가 필요하고, 동시에, 기판 상의 재료에 대한 손상을 방지하고 그리고/또는 기판에 입사하는 이온 플럭스의 지향성을 감소시키도록, 즉, 기판 레벨에서 보다 등방성 이온 플럭스를 갖도록, 기판 레벨에서 저 이온 에너지가 필요하다. 이들 제조 적용예들에서, 기판 레벨에서 바이어스 전압 (Vb) 을 상승시키지 않고 플라즈마 밀도는 기판 레벨에서 상승되어야 한다. 예를 들어, 패터닝 적용예에서, 에칭 동작 동안 기판의 일부들 위에 보호 코팅을 제공하도록 포토레지스트 재료가 사용될 수 있다. 이 상황에서, 고 바이어스 전압 (Vb) 이 포토레지스트 재료 상에 입사하는 이온들이 기판의 포토레지스트 재료 분리 (off) 를 스퍼터링할 지점까지 이온 에너지를 상승시킬 수 있다. 그리고, 에칭 프로세스 전체를 통해 포토레지스트 재료가 남아 있어야 하기 때문에, 포토레지스트 재료의 스퍼터링 및 포토레지스트 재료의 예상보다 빠른 손실을 방지하도록, 예를 들어, 200 V (volts) 미만의 낮은 기판 레벨로 바이어스 전압 (Vb) 을 유지하는 것에 관심이 있다.
일부 상황들에서, 코일 (121) 로부터 상부 유전체 윈도우 (105) 를 통해 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 내로 송신된 플라즈마 주 RF 전력은 필수적인 에칭 레이트 및/또는 에칭 선택도를 획득하기 위해 기판 레벨에서 충분한 플라즈마 밀도를 제공하지 않는다. 이의 일 이유는 코일 (121) 로부터 송신된 플라즈마 주 RF 전력에 의해 생성된 플라즈마 (102) 의 밀도가 코일 (121) 로부터 거리가 증가될수록 감소된다는 것이다. 따라서, 코일 (121) 과 기판 지지 구조체 (107) 사이의 거리가 증가하면, 기판 레벨에서 요구된 플라즈마 밀도를 획득하는 것이 보다 어려워진다. 또한, 바이어스 전극 (113) 에 인가되는 보다 낮은 주파수의 바이어스 RF 전력은 기판 (111) 근방에서 플라즈마 밀도에 더 기여하지 않고 기판 (111) 상에서 DC 바이어스 전압 (Vb) 을 생성한다.
부가적으로, 상부 윈도우 구조체 (105) 의 오버히팅 (overheating) 으로 유발된 잠재적인 손상으로 인해, 약 3 ㎾ (kiloWatts) 와 같이 특정된 최대량을 넘어 코일 (121) 에 공급된 플라즈마 주 RF 전력을 단순히 상승시키는 것은 가능하지 않을 수도 있다. 또한, 코일 (121) 과 기판 지지 구조체 (107) 사이의 거리를 감소시키는 것은 고가의 ICP 프로세싱 챔버 (100) 재설계를 필요로 할 것이고, 잠재적으로 기판 (111) 레벨에서 플라즈마 균일도와 관련한 문제들을 유발하고, 다른 과제들을 제공한다.
기판 (111) 레벨에서 이온 에너지의 상승을 유발하지 않고 기판 (111) 레벨에서 플라즈마 밀도의 상승을 제공하기 위한 시스템들 및 방법들이 본 명세서에 개시된다. 본 명세서에 개시된 방법들 및 시스템들은 ICP 프로세싱 챔버 (100) 를 사용하여 구현될 수 있고 코일 (121) 로 플라즈마 주 RF 전력의 공급의 상승을 필요로 하지 않는다. 본 명세서에 개시된 방법들 및 시스템들은 기판 (111) 레벨에서 이온 에너지를 상승시키지 않고 기판 (111) 레벨에서 국부적으로 보충 플라즈마 밀도를 생성하도록 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 내로 특별하게 제어된 RF 신호들을 송신하기 위해 바이어스 전극 (113) 을 사용한다.
바이어스 RF 신호 생성기 (115) 에 의해 기판 (111) 레벨에서 인가된 바이어스 RF 전력은 기판 (111) 레벨, 즉, 기판 바로 위에서 일정한 양의 플라즈마 밀도를 생성한다. 일반적으로, 바이어스 RF 신호 생성기 (115) 에 의해 공급된 RF 신호들에 의해 생성된 바이어스 전압 (Vb) 은 RF 신호들의 주파수 (f) 에 반비례한다 (Vb ∝ 1/f). 바이어스 RF 전력 (Pb) 이 바이어스 전압 (Vb) 과 바이어스 전류 (Ib) 의 곱, 즉, (Pb = Vb*Ib) 으로 주어지기 때문에, 바이어스 전압 (Vb) 이 낮아지면, 바이어스 전류 (Ib) 는 동일한 바이어스 RF 전력 (Pb) 을 갖도록 대응하여 보다 높아져야 한다. 따라서, 미리 결정된 바이어스 RF 전력 (Pb) 으로부터 보다 높은 플라즈마 밀도를 달성하기 위해, 보다 낮은 바이어스 전압 (Vb) 및 대응하여 보다 높은 바이어스 전류 (Ib) 를 갖는 것이 필요하다. 그리고, 미리 결정된 바이어스 RF 전력 (Pb) 에 대해 보다 낮은 바이어스 전압 (Vb) 을 획득하기 위해 바이어스 전압 (Vb) 이 바이어스 RF 신호들의 주파수 (f) 에 반비례하기 때문에, 바이어스 RF 신호들의 주파수 (f) 가 상승될 수 있다. 따라서, 기판 (111) 레벨에서 생성된 플라즈마 밀도의 상승을 획득하기 위해, 동시에 바이어스 전압 (Vb) 을 낮게 유지하면서, 보다 높은 주파수 (f) 의 RF 신호들이 바이어스 전극 (113) 으로 공급될 수 있다.
기판 (111) 레벨에서, 효과적인 플라즈마 밀도는 플라즈마 주 RF 전력에 의해 생성된 플라즈마 밀도와 바이어스 전극 (113) 에 공급된 RF 신호들에 의해 생성된 플라즈마 밀도의 합이다. 기판 (111) 레벨에서 이온 에너지를 상승시키지 않고 기판 (111) 레벨에서 보다 높은 플라즈마 밀도가 필요한 일부 실시예들에서, 저 저 바이어스 전압 (Vb) (예를 들어, 약 200 V 미만) 을 사용하여 기판 (111) 레벨에서 보충 플라즈마 밀도를 생성하도록 보충 플라즈마 밀도 RF 전력이 고 주파수 (예를 들어, 약 27 ㎒ (megaHertz) 이상) 로 바이어스 전극 (113) 에 공급되고, 또한 바이어스 전압 (Vb) 의 제어를 제공하기 위해 바이어스 RF 전력이 저 주파수 (예를 들어, 약 15 ㎒ 이하) 로 바이어스 전극 (113) 에 공급되고, 그리고 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 내에서 플라즈마 (102) 를 생성하도록 코일 (121) 에 플라즈마 주 RF 전력이 공급된다.
ICP 프로세싱 챔버 (100) 내에서 고 주파수 (예를 들어, 약 27 ㎒ 이상) 의 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 RF 전력의 사용은 이러한 고 주파수로 RF 신호들을 바이어스 전극 (113) 으로 공급하는 것이 관습적으로 RF 신호들을 바이어스 전극 (113) 으로 공급하는 것이 주 목적인, 인식가능한 양의 바이어스 전압 (Vb) 을 생성하지 않기 때문에, 직관적 (intuitive) 이지 않다는 것이 인식되어야 한다. 또한, 고 주파수 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 RF 전력에 의해 생성되는 보충 플라즈마에 존재하는 이온들은 플라즈마 시스에서 보다 많은 이온 스캐터링으로 인해 보다 넓은 각 분포를 갖도록 보다 확산성이 된다는 것을 주의해야 한다.
일부 실시예들에서, 개선된 프로세스 제어를 제공하기 위해 특히, 플라즈마 내 이온 밀도 및 이온 에너지의 분리된 제어를 제공하기 위해, 3 개의 RF 신호 생성기들이 ICP 프로세싱 챔버 (100) 와 함께 활용된다. 도 4는 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 3 개의 RF 신호 생성기들을 갖는 ICP 프로세싱 챔버 (100) 를 도시한다. 주 RF 신호 생성기 (123) 는 플라즈마 주 RF 전력을 코일 (121) 에 공급하도록 사용된다. 도 4에서 점선으로 나타낸 바와 같이, 기판 (111) 레벨에서 이온들의 에너지를 인식가능하게 상승시키지 않고, 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 RF 신호 생성기 (401) 가 기판 (111) 레벨에서 보충 플라즈마 (402) 를 생성하기 위해 바이어스 전극 (113) 으로 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 RF 전력을 공급하도록 사용된다. 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 RF 신호 생성기 (401) 는 대응하는 임피던스 매칭 회로 (403) 를 통해 송신 로드 (119) 로 고 주파수 (예를 들어, 약 27 ㎒ 이상) 의 RF 신호들을 송신한다. 또한, 바이어스 RF 신호 생성기 (405) 가 기판 (111) 레벨에서 이온 에너지를 제어하기 위해 기판 (111) 레벨에서 바이어스 전압 (Vb) 을 생성하기 위해 바이어스 전극 (113) 으로 바이어스 RF 전력을 공급하도록 사용된다. 바이어스 RF 신호 생성기 (405) 는 대응하는 임피던스 매칭 회로 (407) 를 통해 송신 로드 (119) 로 저 주파수 (예를 들어, 약 15 ㎒ 이하) 의 RF 신호들을 송신한다.
일부 실시예들에서, 주 RF 신호 생성기 (123) 는 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 내에서 플라즈마 (102) 를 생성하기 위해 약 10 ㎒로부터 약 15 ㎒로 확장하는 범위 내 주파수로 RF 신호들을 생성하도록, 그리고 약 1 ㎾로부터 약 4 ㎾로 확장하는 범위 내 플라즈마 주 RF 전력을 공급하도록 동작된다. 본 명세서에서 언급된 RF 신호들의 주파수와 관련하여, 용어 "약"은 언급된 주파수 값의 ±10 ％을 나타낸다. 또한, 본 명세서에 언급된 RF 전력 값들과 관련하여, 용어 "약"은 언급된 RF 전력 값의 ±10 ％을 나타낸다. 일부 실시예들에서, 주 RF 신호 생성기 (123) 는 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 내에서 플라즈마 (102) 를 생성하기 위해 약 13.56 ㎒의 주파수의 RF 신호들을 생성하도록, 그리고 약 1 ㎾로부터 약 4 ㎾로 확장하는 범위 내 플라즈마 주 RF 전력을 공급하도록, 동작된다.
일부 실시예들에서, 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 RF 신호 생성기 (401) 는 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 내에서 기판 (111) 레벨의 보충 플라즈마 밀도 (402) 를 생성하기 위해, 약 27 ㎒로부터 약 140 ㎒로 확장하는 범위 내 고 주파수, 그리고 약 1 ㎾까지 확장하는 범위 내 RF 전력의 RF 신호들을 생성하도록 동작된다. 일부 실시예들에서, 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 RF 신호 생성기 (401) 는 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 내에서 기판 (111) 레벨의 보충 플라즈마 밀도 (402) 를 생성하기 위해, 약 27 ㎒ 또는 약 60 ㎒의 고 주파수, 그리고 약 1 ㎾ 이하 또는 약 500 W (Watts) 이하 또는 약 200 W 이하 또는 약 100 W 이하의 RF 전력의 RF 신호들을 생성하도록 동작된다.
일부 실시예들에서, 바이어스 RF 신호 생성기 (405) 는 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 내에서 기판 (111) 레벨의 바이어스 전압 (Vb) 을 생성하기 위해, 약 100 ㎑ (kiloHertz) 로부터 약 15 ㎒로 확장하는 범위 내 저 주파수, 그리고 약 5 W로부터 약 6 ㎾로 확장하는 범위 내 RF 전력의 RF 신호들을 생성하도록 동작된다. 일부 실시예들에서, 바이어스 RF 신호 생성기 (405) 는 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 내에서 기판 (111) 레벨의 바이어스 전압 (Vb) 을 생성하기 위해, 약 13.56 ㎒ 또는 약 1 ㎒의 저 주파수, 그리고 약 5 W로부터 약 6 ㎾로 확장하는 범위 내 또는 약 3 ㎾까지 확장하는 범위 내 RF 전력의 RF 신호들을 생성하도록 동작된다.
도 4의 ICP 프로세싱 챔버 (100) 구성에서, 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 RF 신호 생성기 (401) 는, 바이어스 전압 (Vb) 의 생성에 실질적으로 기여하지 않고, 즉, 기판 (111) 레벨에서 이온들의 에너지를 상승시키지 않고 기판 (111) 레벨에서 이온 플럭스 및/또는 라디칼 플럭스를 상승시키도록 기판 (111) 레벨에서 보충 플라즈마 밀도를 생성하도록 보다 높은 주파수에서 동작된다는 것이 이해되어야 한다. 그리고, 바이어스 RF 신호 생성기 (405) 는 기판 지지 구조체 (107) 의 상단 표면에 수직인 기준 방향에 대해 기판 (111) 레벨에서 이온들의 지향성 (입사각) 및 에너지를 제어하도록 기판 (111) 레벨에서 바이어스 전압 (Vb) 을 생성하도록 보다 낮은 주파수에서 동작된다.
본 발명의 일부 실시예들에서, ICP 프로세싱 챔버 (100) 는 도 4와 관련하여 상기 기술된 3 개의 RF 신호 생성기들과 함께 제 4 RF 신호 생성기를 포함한다. 예를 들어, 도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 제 2 바이어스 RF 신호 생성기 (501) 를 포함하는, 도 4의 ICP 프로세싱 챔버 (100) 의 수정을 도시한다. 이 구성에서, 바이어스 RF 신호 생성기 (405) 는 제 1 바이어스 RF 신호 생성기 (405) 로서 참조된다. 제 2 바이어스 RF 신호 생성기 (501) 는 대응하는 임피던스 매칭 회로 (503) 를 통해 송신 로드 (119) 로 저 주파수의 RF 신호들을 송신한다. 제 1 바이어스 RF 신호 생성기 (405) 와 같이, 제 2 바이어스 RF 신호 생성기 (501) 는 또한 기판 (111) 레벨에서 이온 에너지를 제어하기 위해 기판 (111) 레벨에서 바이어스 전압 (Vb) 을 생성하기 위해 바이어스 전극 (113) 으로 바이어스 RF 전력을 공급하도록 사용된다. 그러나, 기판 (111) 레벨에서 이온 에너지 분포 및 기판 (111) 레벨에서 이온 각 분포 모두에 대한 상승된 프로세스 제어를 제공하도록 제 2 바이어스 RF 신호 생성기 (501) 가 제 1 바이어스 RF 신호 생성기 (405) 와 상이한 주파수에서 동작할 수 있다는 것이 이해되고 인식되어야 한다. 또한, 제 2 바이어스 RF 신호 생성기 (501) 및 제 1 바이어스 RF 신호 생성기 (405) 의 주파수들 및/또는 전력 레벨들이 연속 파 동작에서 혼합될 수 있고 그리고/또는 상이한 레벨들로 펄싱될 수 있다는 것이 이해되고 인식되어야 한다.
일부 실시예들에서, 제 1 바이어스 RF 신호 생성기 (405) 및 제 2 바이어스 RF 신호 생성기 (501) 는 상이한 주파수들에서 동작된다. 예를 들어, 제 2 바이어스 RF 신호 생성기 (501) 는 기판 (111) 의 평면에 대해 보다 수직으로 배향되는 방향으로 이온들이 기판 (111) 에 도달하도록, 기판 (111) 레벨에서 보다 낮은 이온 각 분포를 제공하기 위해 제 1 바이어스 RF 신호 생성기 (405) 에 대해 보다 낮은 주파수로 동작할 수 있다. 무엇보다도 고 종횡비 에칭 적용예들에서와 같이, 기판 (111) 레벨에서 이온 플럭스의 보다 큰 지향성을 필요로 하는, 일부 플라즈마-기반 제조 적용예들에서 보다 낮은 이온 각도 분포가 유용하다는 것이 인식되어야 한다. 일 예시적인 실시예에서, 제 1 바이어스 RF 신호 생성기 (405) 는 약 13.56 ㎒의 주파수로 동작되고 제 2 바이어스 RF 신호 생성기 (501) 는 약 1 ㎒ 이하의 주파수로 동작된다. 그러나, 다른 실시예들에서, 제 1 바이어스 RF 신호 생성기 (405) 및 제 2 바이어스 RF 신호 생성기 (501) 는 기판 (111) 레벨에서 요구된 이온 에너지 분포 및 이온 각 분포를 획득해야 하기 때문에 다른 주파수들에서 동작될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 다양한 실시예들에서, 제 1 바이어스 RF 신호 생성기 (405) 및 제 2 바이어스 RF 신호 생성기 (501) 모두 약 5 W로부터 약 6 ㎾로 확장하는 범위 내 또는 약 3 ㎾까지 확장하는 범위 내 RF 전력에서 동작된다.
도 4 및 도 5 모두의 ICP 프로세싱 챔버 (100) 는 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 RF 생성기 (401) 및 제 1 바이어스 RF 신호 생성기 (405) 및 제 2 바이어스 RF 신호 생성기 (501) 및 주 RF 신호 생성기 (123) 각각의 주파수 및 전력을 제어하도록 구성되는 제어 시스템 (409) 을 포함한다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 계측 디바이스들 (411) 은 기판 (111) 레벨로 존재하는 바이어스 전압 (Vb) 의 실시간 측정값을 획득하기 위해 ICP 프로세싱 챔버 (100) 내에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 계측 디바이스들 (411) 은 하나 이상의 이온 에너지 분석기(들)로서 구현될 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 계측 디바이스들 (411) 은 플라즈마 전위를 측정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 계측 디바이스들 (411) 은 하나 이상의 전압 프로브(들)가 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 에 인가된 다양한 주파수들의 RF 전력에 대해 각각 캘리브레이팅될 때 구현될 수 있다. 하나 이상의 계측 디바이스들 (411) 은 플라즈마 (102) 및 보충 플라즈마 (402) 의 생성 및 제어에 부정적으로 영향을 주지 않는다는 것을 보장하는 것을 고려하여, 하나 이상의 계측 디바이스들 (411) 은 본질적으로 기판 지지 구조체 (107) 내를 포함하여, ICP 프로세싱 챔버 (100) 내 어디에나 배치될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
다양한 실시예들에서, 미리 결정된 ICP 프로세싱 챔버 (100) 구성에 대해, RF 전력 대 이온 에너지 대 이온 밀도의 주파수-종속 경향들은 다양한 프로세스 파라미터 조합들 (예컨대 프로세스 가스 화학물질, 프로세스 가스 플로우 레이트, 온도, 압력, 등의 조합들) 에 대해 경험적으로 생성될 수 있다. 이들 주파수-종속 경향들은 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 RF 생성기 (401) 및 제 1 바이어스 RF 신호 생성기 (405) 및 제 2 바이어스 RF 신호 생성기 (501) 및 주 RF 신호 생성기 (123) 각각의 주파수 및 전력의 정적인 또는 동적인 (실시간) 제어를 제공하도록 제어 시스템 (409) 내에서 활용될 수 있다.
또한, 도 5의 예가 일 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 RF 생성기 (401) 를 구현하지만, 다양한 실시예들에서 2 이상의 독립적으로 제어가능한 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 RF 생성기가 구현될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 이들 다른 실시예들에서, 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 RF 생성기 각각은 대응하는 매칭 회로를 가질 것이고 RF 신호를 자신의 매칭 회로를 통해 바이어스 전극 (113) 으로 공급하도록 연결될 것이다. 또한, 도 5의 예는 2 개의 바이어스 RF 신호 생성기들 (405 및 501) 을 구현하지만, 다양한 실시예들에서 3 이상의 독립적으로 제어가능한 바이어스 RF 신호 생성기들이 구현될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 이들 다른 실시예들에서, 바이어스 RF 생성기 각각은 대응하는 매칭 회로를 가질 것이고, RF 신호를 자신의 매칭 회로를 통해 바이어스 전극 (113) 으로 공급하도록 연결될 것이다.
도 6a, 도 6b, 및 도 6c는 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 RF 생성기 (401) 를 사용하는 것의 효과를 입증하는 시뮬레이션 결과들을 도시한다. 아르곤은 도 6a, 도 6b, 및 도 6c의 시뮬레이션 결과들을 생성하기 위한 프로세스 가스로서 사용된다. 도 6a는 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 기판에 걸친 중심-에지 방사상 거리의 함수 (웨이퍼 반경) (㎝ 단위로) 로서 기판 (웨이퍼) 상의 아르곤 이온 플럭스의 플롯들 (초당 ㎠당 이온들의 단위로) 을 도시한다. 구체적으로, 도 6a는 임의의 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 RF 생성기 (401) 및 제 1 바이어스 RF 신호 생성기 (405) 및 제 2 바이어스 RF 신호 생성기 (501) 의 동작 없이, 10 ㎒의 주파수 및 1 ㎾의 전력에서 주 RF 신호 생성기 (123) 의 동작에 대응하는, 기판에 걸친 중심-에지 방사상 거리의 함수로서 기판 상의 아르곤 이온 플럭스의 플롯을 도시한다. 도 6a는 또한 임의의 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 RF 생성기 (401) 및 제 1 바이어스 RF 신호 생성기 (405) 및 제 2 바이어스 RF 신호 생성기 (501) 의 동작 없이, 10 ㎒의 주파수 및 3.5 ㎾의 전력에서 주 RF 신호 생성기 (123) 의 동작에 대응하는, 기판에 걸친 중심-에지 방사상 거리의 함수로서 기판 상의 아르곤 이온 플럭스의 플롯을 도시한다. 도 6a는 또한 제 1 바이어스 RF 신호 생성기 (405) 또는 제 2 바이어스 RF 신호 생성기 (501) 의 동작 없이, 60 ㎒의 주파수 및 500 W의 전력에서 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 RF 생성기 (401) 의 동작과 함께 10 ㎒의 주파수 및 1 ㎾의 전력에서 주 RF 신호 생성기 (123) 이 동작에 대응하는 기판에 걸친 중심-에지 방사상 거리의 함수로서 기판 상의 아르곤 이온 플럭스의 플롯을 도시한다.
도 6a의 시뮬레이션 결과들은 10 ㎒의 주파수의 1 ㎾ RF 전력의 코일 (121) 로의 공급과 함께 기판 (111) 레벨, 즉, 바이어스 전극 (113) 으로 60 ㎒의 주파수로 공급된 500 W RF 전력을 사용하여, 기판 (111) 표면 상의 이온 플럭스가 10 ㎒의 주파수의 1 ㎾ RF 전력만을 코일 (121) 로 공급함으로써 획득되는 것보다 약 4배 크다는 것을 나타낸다. 따라서, 도 6a에 도시된 결과들은, 플라즈마 밀도 및 이온 플럭스는 기판 레벨에서 60 ㎒의 주파수의 500 W RF 전력만의 공급으로 상승한다는 것을 입증한다. 도 6a는 또한 코일 (121) 로 10 ㎒의 주파수의 1 ㎾ RF 전력의 공급과 함께 기판 (111) 레벨에서 60 ㎒의 주파수로 공급된 500 W RF 전력을 공급함으로써 획득된 플라즈마 밀도를 매칭시키도록 코일 (121) 만을 사용하기 위해, 단독으로 동작하는 코일 (121) 에 10 ㎒의 주파수의 3.5 ㎾의 RF 전력이 공급되어야 한다는 것을 도시한다. 코일 (121) 로 이러한 고 RF 전력, 예를 들어, 3.5 ㎾의 인가는 상부 윈도우 구조체 (105) 의 열-유도된 손상과 관련한 우려들, 및/또는 다른 우려들로 인해, 코일 (121) 에 안전하게 공급될 수 있는 최대 허용 RF 전력을 초과할 수도 있다는 것이 인식되어야 한다. 또한, 기판 레벨에서 동일한 보충 플라즈마 밀도를 생성하도록 수천 W에서 코일 (121) 을 동작시키는 것과 비교하여, 수백 W에서 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 RF 생성기 (401) 를 동작시킴으로써 기판 레벨에서 보충 플라즈마 밀도를 생성하기 위해 보다 에너지 효율적이라는 것이 인식되어야 한다.
도 6b는 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 기판 (111) 레벨, 즉, 바이어스 전극 (113) 으로 RF 전력의 공급 없이, 코일 (121) 에만 10 ㎒의 주파수의 3.5 ㎾의 RF 전력의 공급을 위한, 이온 에너지 (eV) 대 (기판 (111) 의 평면에 수직인 기준 방향에 대한) 이온 각 분포의 플롯을 도시한다. 도 6c는 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 기판 (111) 레벨, 즉, 바이어스 전극 (113) 으로 60 ㎒의 주파수의 500 W의 RF 전력의 공급과 함께, 코일 (121) 로 10 ㎒의 주파수의 1 ㎾의 RF 전력의 공급을 위한, 이온 에너지 (eV) 대 (기판 (111) 의 평면에 수직인 기준 방향에 대한) 이온 각 분포의 플롯을 도시한다. 도 6b 및 도 6c는 고 주파수 RF 전력을 바이어스 전극 (113) 으로 공급하기 위한 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 RF 생성기 (401) 의 동작이 50 V의 저 바이어스 전압 (Vb) 문턱값을 초과하지 않고 이루어질 수 있다는 것을 나타낸다. 60 ㎒의 주파수에서 동작하는 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 RF 생성기 (401) 에 의해 생성된 바이어스 전압 (Vb) 은 13.56 ㎒의 저 주파수의 RF를 바이어스 전극 (113) 에 공급함으로써 획득될 바이어스 전압 (Vb) 보다 4 내지 10배 작다. 또한, 이와 비교하여, 500 W의 RF 전력 및 60 ㎒의 주파수의 바이어스에서 동작하는 CCP 프로세싱 챔버가 200 V보다 큰 바이어스 전압 (Vb) 을 생성한다.
일부 실시예들에서, 주 RF 신호 생성기 (123) 에 의해 코일 (121) 로 공급된 플라즈마 주 RF 전력 및 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 RF 생성기 (401) 에 의해 공급된 보충 플라즈마 밀도 RF 전력 모두 기판 (111) 에 걸쳐 규정된 플라즈마 밀도 분포를 제공하도록 통합된 방식으로 제어된다. 예를 들어, 도 3의 멀티존 코일 (121A) 을 사용하여, 코일 (121A) 의 내측 존 (301) 및 외측 존 (303) 이 바이어스 전극 (113) 으로 보충 플라즈마 밀도 RF 전력을 공급하기 위해 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 RF 생성기 (401) 의 동작에 의해 도입될 수도 있는 기판 (111) 에 걸친 플라즈마 밀도 분포의 교란들을 보상하기 위해 독립적으로 동작될 수 있다. 예를 들어, 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 RF 생성기 (401) 의 동작이 기판 (111) 의 주변부에 비해 기판 (111) 의 중심 근방에서 플라즈마 밀도의 보다 높은 상승을 유발한다면, 기판 (111) 에 걸쳐 보다 균일한 플라즈마 밀도 분포를 획득하기 위해, 즉, 기판 (111) 에 걸쳐 중심-에지 플라즈마 균일도를 제어하기 위해, 코일 (121A) 의 외측 존 (303) 으로 공급된 플라즈마 주 RF 전력이 상승될 수 있고 그리고/또는 코일 (121A) 의 내측 존 (301) 으로 공급된 플라즈마 주 RF 전력이 감소될 수 있다.
본 명세서에 개시된 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 생성 방법들 및 시스템들은 기판 표면 근방에서 이온 에너지의 상승 없이 기판 표면 근방에서 보다 높은 플라즈마 밀도가 필요한 플라즈마-기반 제조 적용예들에서 특히 유용할 수 있다. 본 명세서에 개시된 방법들 및 시스템들에 대한 예시적인 타깃 적용예는 아래에 놓인 옥사이드 및/또는 나이트라이드 층 에칭 동작들이 고 이온 에너지 및 기판을 향해 상승된 이온 지향성을 요구하고, 포토레지스트 측방향 트림 (trim) 동작들이 기판 레벨에서 고 플라즈마 밀도 및 저 이온 에너지 모두를 요구하는, 3D NAND 스테어 (stair) 에칭 적용예이다. 이러한 예시적인 타깃 적용예에서, 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 RF 신호 생성기 (401) 는, 포토레지스트 측방향 트림 동작들 동안 바이어스 전극 (113) 으로 보다 높은 주파수 (27 ㎒ 이상) RF 신호들을 공급하도록 동작될 수 있고 아래에 놓인 옥사이드 및/또는 나이트라이드 층 에칭 동작들 동안 턴오프될 수 있다. 또한, 이러한 예시적인 타깃 적용예에서, 제 1 바이어스 RF 신호 생성기 (405) 및 제 2 바이어스 RF 신호 생성기 (501) 중 하나 또는 모두는 포토레지스트 측방향 트림 동작들 동안 턴오프될 수 있고 아래에 놓인 옥사이드 및/또는 나이트라이드 층 에칭 동작들 동안 보다 낮은 주파수 (15 ㎒ 이하) RF 신호들을 바이어스 전극 (113) 으로 공급하도록 동작될 수 있다. 포토레지스트 측방향 트림 동작들 동안 바이어스 전극 (113) 으로 고 주파수 RF 전력을 공급하기 위한 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 RF 신호 생성기 (401) 의 사용은, 저 바이어스 전압 (Vb) 및 대응하여 생성되는 대응하는 저 이온 에너지로 인한 아래에 놓인 층들로 손상을 유발하지 않고 3D NAND 스테어 에칭 적용예에서 에칭 레이트를 100 ％ 이상 상승시킬 수 있고, 이는 전체 제조 쓰루풋을 30 ％ 이상 개선할 수 있다.
본 명세서에 개시된 방법들 및 시스템들에 대한 또 다른 예시적인 타깃 적용예는 매우 작은 두께의 EUV 포토레지스트 재료 (통상적으로 약 20 ㎚ (nanometers) 이하) 로 인해 포토레지스트 재료에 대한 DARC (dielectric antireflective coating) 재료의 충분한 크기의 선택도를 달성하는 것이 어려운, 로직 디바이스들 및/또는 DRAM 디바이스들을 제조하기 위한 EUV (extreme ultraviolet) 리소그래피 적용예이다. EUV 리소그래피 적용예에서, EUV 포토레지스트 재료를 보호하기 위해 폴리머 증착을 제공하도록 기판 레벨에서 고 라디칼 밀도 (즉, 고 플라즈마 밀도) 가 필요하고, EUV 포토레지스트 재료로의 손상을 방지하기 위해 저 이온 에너지가 필요하다. EUV 리소그래피 적용예에서, 고 주파수 RF 전력을 바이어스 전극 (113) 으로 공급하기 위해 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 RF 신호 생성기 (401) 의 사용은 기판 레벨에서 이온 에너지를 상승시키지 않고 기판 레벨에서 플라즈마 밀도를 상승시킬 것이다.
3D NAND 스테어 에칭 및 EUV 리소그래피가 본 명세서에 개시된 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 생성 방법들 및 시스템들이 유용할 수 있는 타깃 적용예들의 예들이지만, 본 명세서에 개시된 방법들 및 시스템들로 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 명세서에 개시된 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 생성 방법들 및 시스템들은 기판 레벨에서 저 바이어스 전압 (Vb) 을 유지하는 동안 보다 높은 플라즈마 밀도가 기판 레벨에서 필요한 ICP 프로세싱 챔버 내에서 수행된 프로세싱 적용예에 기초하여 임의의 플라즈마-기반 프로세싱 적용예에서 사용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른, ICP 프로세싱 챔버 (100) 를 동작시키는 방법의 플로우 차트를 도시한다. 방법은 ICP 프로세싱 챔버 (100) 의 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 내 기판 지지 구조체 (107) 상에 기판 (111) 을 포지셔닝하기 위한 동작 701을 포함한다. 방법은 제 1 RF 신호 생성기 (123) 로부터 ICP 프로세싱 챔버 (100) 의 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 의 외부에 배치된 코일 (121/121A) 로 제 1 RF 신호를 공급하기 위한 동작 703을 포함한다. 제 1 RF 신호는 기판 (111) 에 노출하여 플라즈마 (102) 를 생성한다. 일부 실시예들에서, 제 1 RF 신호는 약 10 ㎒로부터 약 15 ㎒로 확장하는 범위 내 주파수로 공급되고, 제 1 RF 신호는 약 1 ㎾로부터 약 4 ㎾로 확장하는 범위 내 전력으로 공급된다.
방법은 또한 제 1 RF 신호 생성기 (123) 로부터 코일 (121/121A) 로 제 1 RF 신호의 공급과 동시에 제 2 RF 신호 생성기 (401) 로부터 기판 지지 구조체 (107) 내 전극 (113) 으로 제 2 RF 신호를 공급하기 위한 동작 705를 포함한다. 제 1 RF 신호 생성기 및 제 2 RF 신호 생성기 (123 및 401) 는 서로 독립적으로 제어된다. 제 2 RF 신호는 약 27 ㎒ 이상의 주파수를 갖는다. 제 2 RF 신호는 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 내에서 기판 (111) 레벨의 보충 플라즈마 밀도 (402) 를 생성한다. 제 2 RF 신호는 기판 (111) 레벨에서 약 200 V 미만의 바이어스 전압 (Vb) 을 생성한다.
일부 실시예들에서, 제 2 RF 신호는 약 27 ㎒로부터 약 140 ㎒로 확장하는 범위 내 주파수로 공급되고, 제 2 RF 신호는 약 5 W로부터 약 1 ㎾로 확장하는 범위 내 전력으로 공급된다. 일부 실시예들에서, 제 2 RF 신호는 약 27 ㎒의 주파수로 공급되고, 제 2 RF 신호는 약 5 W로부터 약 1 ㎾로 확장하는 범위 내 전력으로 공급된다. 일부 실시예들에서, 제 2 RF 신호는 약 60 ㎒의 주파수로 공급되고, 제 2 RF 신호는 약 5 W로부터 약 1 ㎾로 확장하는 범위 내 전력으로 공급된다.
일부 실시예들에서, 코일 (121A) 은 복수의 독립적으로 제어가능한 방사상 존들 (301, 303, 등) 을 포함한다. 방법은 제 2 RF 신호에 의해 기판 (111) 레벨로 생성된 보충 플라즈마 밀도에 의해 유발된 기판 (111) 에 걸친 플라즈마 밀도 프로파일의 교란을 보상하기 위해 코일 (121A) 의 복수의 독립적으로 제어가능한 방사상 존들 (301, 303, 등) 로 공급된 RF 신호들을 제어하는 것을 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 방법은 또한 기판 (111) 상에서 수행된 프로세스 레시피에 따라 제 3 RF 신호 생성기 (405) 로부터 기판 지지 구조체 (107) 내 전극 (113) 으로 제 3 RF 신호를 공급하기 위한 동작 707을 포함한다. 제 1 RF 신호 생성기 및 제 2 RF 신호 생성기 및 제 3 RF 신호 생성기 (123 및 401 및 405) 가 서로 독립적으로 제어된다. 일부 실시예들에서, 제 3 RF 신호는 약 100 ㎑로부터 약 15 ㎒로 확장하는 범위 내 주파수를 갖는다, 제 3 RF 신호는 약 5 W로부터 약 6 ㎾로 확장하는 범위 내 전력으로 공급된다. 제 3 RF 신호는 기판 (111) 레벨의 약 200 V 이상의 바이어스 전압 (Vb) 을 생성한다.
일부 실시예들에서, 제 3 RF 신호는 약 13.56 ㎒의 주파수를 갖는다. 일부 실시예들에서, 제 3 RF 신호는 기판 (111) 의 지향성 이온-기반 프로세싱 동안 기판 지지 구조체 (107) 내 전극 (113) 으로 제 3 RF 신호 생성기 (405) 로부터 공급되고, 제 3 RF 신호는 기판 (111) 의 등방성 프로세싱 동안 기판 지지 구조체 (107) 내 전극 (113) 으로 제 3 RF 신호 생성기 (405) 으로부터 공급되지 않는다.
일부 실시예들에서, 방법은 또한 기판 (111) 상에서 수행된 프로세스 레시피에 따라 제 4 RF 신호 생성기 (501) 로부터 기판 지지 구조체 (107) 내 전극 (113) 으로 제 4 RF 신호를 공급하기 위한 동작 709을 포함한다. 제 1 RF 신호 생성기, 제 2 RF 신호 생성기, 제 3 RF 신호 생성기 및 제 4 RF 신호 생성기 (123, 401, 405, 및 501) 는 서로 독립적으로 제어된다. 일부 실시예들에서, 제 4 RF 신호는 약 100 ㎑로부터 약 1 ㎒로 확장하는 범위 내 주파수를 갖고, 제 4 RF 신호는 약 5 W로부터 약 6 ㎾로 확장하는 범위 내 전력으로 공급된다. 일부 실시예들에서, 제 4 RF 신호는 기판 (111) 레벨에서 이온들의 지향성을 제어한다. 일부 실시예들에서, 제 3 RF 신호는 약 13.56 ㎒의 주파수를 갖고, 제 4 RF 신호는 약 1 ㎒의 주파수를 갖는다.
ICP 프로세싱 시스템이 본 명세서에 개시된다는 것이 이해되어야 한다. 시스템은 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 을 둘러싸는 플라즈마 프로세싱 챔버 (100) 를 포함한다. 챔버 (100) 는 상부 윈도우 구조체 (105) 를 갖는다. 코일 (121) 은 코일 (121) 로부터 상부 윈도우 구조체 (105) 를 통해 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 내로 RF 신호들의 송신을 허용하는 위치에서 챔버 (100) 외부에 배치된다. 기판 지지 구조체 (107) 는 챔버 (100) 내에 배치된다. 기판 지지 구조체 (107) 는 플라즈마 프로세싱 볼륨 (101) 에 노출하여 기판 (111) 을 홀딩하도록 구성된다. 전극 (113) 은 기판 지지 구조체 (107) 내에 배치된다.
제 1 RF 신호 생성기 (123) 가 코일 (121) 로 제 1 RF 신호를 공급하도록 연결된다. 제 2 RF 신호 생성기 (401) 가 기판 지지 구조체 (107) 내 전극 (113) 으로 제 2 RF 신호를 공급하도록 연결된다. 제 2 RF 신호 생성기 (401) 는 제 1 RF 신호 생성기 (123) 에 대해 독립적으로 제어가능하다. 제 2 RF 신호는 약 27 ㎒ 이상의 주파수를 갖는다. 제 2 RF 신호는 기판 지지 구조체 (107) 상에 존재하는 경우 기판 (111) 레벨에서 보충 플라즈마 밀도를 생성하도록 규정된다. 제 2 RF 신호는 기판 지지 구조체 (107) 상에 존재한다면, 기판 (111) 레벨에서 약 200 V 미만의 바이어스 전압 (Vb) 을 생성한다.
일부 실시예들에서, 제 1 RF 신호 생성기 (123) 는 약 10 ㎒로부터 약 15 ㎒로 확장하는 범위 내 주파수, 및 약 1 ㎾로부터 약 4 ㎾로 확장하는 범위 내 전력의 제 1 RF 신호를 생성하도록 구성된다. 또한, 일부 실시예들에서, 제 2 RF 신호 생성기 (401) 는 약 27 ㎒로부터 약 140 ㎒로 확장하는 범위 내 주파수, 약 5 W로부터 약 1 ㎾로 확장하는 범위 내 전력의 제 2 RF 신호를 생성하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, ICP 프로세싱 시스템은 기판 지지 구조체 (107) 내 전극 (113) 으로 제 3 RF 신호를 공급하도록 연결된 제 3 RF 신호 생성기 (405) 를 포함한다. 제 3 RF 신호 생성기 (405) 는 제 1 RF 신호 생성기 및 제 2 RF 신호 생성기 (123 및 401) 에 대해 독립적으로 제어가능하다. 일부 실시예들에서, 제 3 RF 신호는 약 100 ㎑로부터 약 15 ㎒로 확장하는 범위 내 주파수를 갖고, 제 3 RF 신호는 약 5 W로부터 약 6 ㎾로 확장하는 범위 내 전력으로 공급된다. 제 3 RF 신호는 기판 지지 구조체 (107) 상에 존재하는 경우 기판 (111) 레벨에서 약 200 V 이상의 바이어스 전압을 생성한다.
일부 실시예들에서, ICP 프로세싱 시스템은 기판 지지 구조체 (107) 내 전극 (113) 으로 제 4 RF 신호를 공급하도록 연결된 제 4 RF 신호 생성기 (501) 를 포함한다. 제 4 RF 신호 생성기 (501) 는 제 1 RF 신호 생성기 및 제 2 RF 신호 생성기 및 제 3 RF 신호 생성기 (123, 401, 405, 및 501) 에 대해 독립적으로 제어가능하다. 일부 실시예들에서, 제 4 RF 신호는 약 100 ㎑로부터 약 1 ㎒로 확장하는 범위 내 주파수를 갖고, 제 4 RF 신호는 약 5 W로부터 약 6 ㎾로 확장하는 범위 내 전력으로 공급된다. 일부 실시예들에서, 제 4 RF 신호는 기판 지지 구조체 (107) 상에 존재한다면 기판 (111) 레벨에서 이온들의 지향성을 제어한다.
또한, ICP 프로세싱 시스템의 일부 실시예들에서, 코일 (121A) 은 복수의 독립적으로 제어가능한 방사상 존들 (301, 303, 등) 을 포함한다. ICP 프로세싱 시스템은 기판 (111) 이 기판 지지 구조체 (107) 상에 존재하는 경우, 제 2 RF 신호에 의해 기판 (111) 레벨로 생성된 보충 플라즈마 밀도에 의해 유발된 기판 (111) 에 걸친 플라즈마 밀도 프로파일의 교란을 보상하기 위해 코일 (121A) 의 복수의 독립적으로 제어가능한 방사상 존들 (301, 303, 등) 로 공급된 RF 신호들을 제어하도록 구성된 제어 시스템 (409) 을 포함할 수 있다.
본 명세서에 개시된 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 생성 방법들 및 시스템들은 보다 높은 증착 레이트들로부터 발생하는 이온-보조 증착에서의 개선들, ICP 프로세싱 챔버 내 보다 우수한 증착 품질, 및 고 종횡비 적용예들를 포함하는 많은 적용예들에서 프로파일 제어를 위한 보다 우수한 패시베이션/증착을 포함하여, 많은 이점들을 제공한다. 또한, 본 명세서에 개시된 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 생성 방법들 및 시스템들은, 특히, 무엇보다도 쓰루풋, 및/또는 선택도, 및/또는 프로파일 제어, 및/또는 라인 거칠기와 관련하여 과제들이 존재하는, 저 바이어스 전압 (Vb) (저 이온 에너지) 을 활용하고 그리고/또는 요구하는 기존의 플라즈마-기반 제조 적용예들에 통합될 수 있다.
또한, 기판 레벨에서 보충 플라즈마 밀도를 생성하도록 고 주파수 RF 신호들 (약 27 ㎒ 이상) 을 사용함으로써, 기판 근방 플라즈마 내 라디칼 및 이온 종은 상이할 수 있고, 이는 다른 프로세스 파라미터들 및/또는 결과들 중에서, 선택도 제어, 및/또는 프로파일 제어, 및/또는 라인 거칠기 제어와 관련한 개선 기회 뿐만 아니라 기판 표면에서 상승하는 반응 레이트로 인해 보다 높은 쓰루풋의 이점을 제공한다. 부가적으로, 기판 레벨의 플라즈마 밀도에서 동일한 상승을 획득하기 위해 기판으로부터 상당한 거리의 코일 (121) 에 인가된 주 RF 전력을 상승시키는 것과 비교할 때, 기판 레벨에서 보충 플라즈마 밀도를 생성하기 위해 고 주파수 RF 신호들 (약 27 ㎒ 이상) 보다 낮은 RF 전력을 사용하는 것이 보다 에너지 효율적이다. 예를 들어, 미리 결정된 타깃 적용예에서, 코일 (121) 로 3 ㎾의 공급은 기판 지지 구조체 (107) 의 바이어스 전극 (113) 으로 60 ㎒ 500 W의 기판-레벨 보충 플라즈마 RF 전력을 공급함으로써 획득될 수 있는 기판 레벨의 플라즈마 밀도의 동일한 상승을 달성하기 위해 필요할 수도 있다.
본 명세서에 개시된 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 생성 방법들 및 시스템들은 기판 표면 근방에서 상승된 플라즈마 밀도가 필요한 본질적으로 임의의 적용예에서 사용될 수 있다. 그리고, 기판 레벨에서 보충 플라즈마 밀도를 생성하도록 사용된 고 주파수 RF 신호들 (약 27 ㎒ 이상) 이 기판 레벨에서 큰 바이어스 전압 (Vb) 을 생성하지 않기 때문에, 본 명세서에 개시된 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 생성 방법들 및 시스템들은 또한 예로서, 포토레지스트 트림 동작들에서와 같이, 기판으로부터 재료의 증가된 등방성 제거가 목표되는 적용예들에서 사용될 수 있다. 더욱이, 본 명세서에 개시된 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 생성 방법들 및 시스템들은 (예를 들어, 13.56 ㎒, 또는 1 ㎒, 또는 다른 저 주파수의) 보다 낮은 주파수 RF 신호들을 제공하도록 동작하는 바이어스 RF 신호 생성기(들) (405/501) 를 사용하여 (기판을 향한 방향에서) 이온들 및 대응하여 에칭 의 지향성의 분리된 제어를 제공한다는 것이 인식되어야 한다. 그리고, 이온들의 지향성의 이러한 분리된 제어는 기판 표면 근방에 보충 플라즈마 밀도를 생성하도록 바이어스 전극 (113) 으로 고 주파수 RF 신호들을 제공하기 위한 기판-레벨 보충 플라즈마 밀도 RF 신호 생성기의 동작으로부터 시간적으로 분리되어 또는 동시에 수행될 수 있다.
전술한 발명이 이해의 명확성을 목적으로 다소 상세히 기술되었지만, 특정한 변화들 및 수정들이 첨부된 청구항들의 범위 내에서 실시될 수 있다는 것이 자명할 것이다. 이에 따라, 본 실시예들은 예시적이고 비제한적인 것으로 간주되어야 하고, 본 발명은 본 명세서에 제공된 상세들로 제한되지 않고, 기술된 실시예들의 범위 및 등가물 내에서 수정될 수도 있다.

Claims (20)

  1. ICP (inductively coupled plasma) 프로세싱 챔버를 동작시키는 방법에 있어서,
    ICP 프로세싱 챔버의 플라즈마 프로세싱 볼륨 내에서 기판 지지 구조체 상에 기판을 포지셔닝하는 (positioning) 단계;
    상기 ICP 프로세싱 챔버의 상기 플라즈마 프로세싱 볼륨 외부에 배치된 코일로 제 1 RF 신호 생성기로부터의 제 1 RF 신호를 공급하는 단계로서, 상기 제 1 RF 신호는 상기 기판에 노출하여 플라즈마를 생성하는, 상기 제 1 RF 신호를 공급하는 단계; 및
    상기 코일로 상기 제 1 RF 신호 생성기로부터의 상기 제 1 RF 신호를 공급하는 것과 동시에 상기 기판 지지 구조체 내의 전극에 제 2 RF 신호 생성기로부터의 제 2 RF 신호를 공급하는 단계로서, 상기 제 1 RF 신호 생성기 및 상기 제 2 RF 신호 생성기는 서로 독립적으로 제어되고, 상기 제 2 RF 신호는 약 27 ㎒ 이상의 주파수를 갖고, 상기 제 2 RF 신호는 상기 기판의 레벨에서 바이어스 전압을 실질적으로 변경하지 않고 상기 플라즈마 프로세싱 볼륨 내 상기 기판의 상기 레벨에서 보충 플라즈마 밀도를 생성하는, 상기 제 2 RF 신호를 공급하는 단계를 포함하고, 상기 기판의 상기 레벨은 상기 기판 위에 그리고 상기 기판에 근접한 상기 플라즈마 프로세싱 볼륨 내의 영역인, ICP 프로세싱 챔버를 동작시키는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 RF 신호는 약 10 ㎒로부터 약 15 ㎒로 확장하는 범위의 주파수로 공급되고, 그리고 상기 제 1 RF 신호는 약 1 ㎾로부터 약 4 ㎾로 확장하는 범위의 전력으로 공급되는, ICP 프로세싱 챔버를 동작시키는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 RF 신호는 약 27 ㎒로부터 약 140 ㎒로 확장하는 범위의 주파수로 공급되고, 그리고 상기 제 2 RF 신호는 약 5 W로부터 약 1 ㎾로 확장하는 범위 내의 전력으로 공급되는, ICP 프로세싱 챔버를 동작시키는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 RF 신호는 약 27 ㎒의 주파수로 공급되고, 그리고 상기 제 2 RF 신호는 약 5 W로부터 약 1 ㎾로 확장하는 범위 내의 전력으로 공급되는, ICP 프로세싱 챔버를 동작시키는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 RF 신호는 약 60 ㎒의 주파수로 공급되고, 그리고 상기 제 2 RF 신호는 약 5 W로부터 약 1 ㎾로 확장하는 범위 내의 전력으로 공급되는, ICP 프로세싱 챔버를 동작시키는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 코일은 복수의 독립적으로 제어가능한 방사상 존들을 포함하고, 상기 방법은, 상기 제 2 RF 신호에 의해 상기 기판의 상기 레벨에서 생성된 상기 보충 플라즈마 밀도에 의해 유발된 상기 기판에 걸친 플라즈마 밀도 프로파일의 교란 (perturbation) 을 보상하도록 상기 코일의 상기 복수의 독립적으로 제어가능한 방사상 존들로 공급된 RF 신호들을 제어하는 단계를 더 포함하는, ICP 프로세싱 챔버를 동작시키는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 상에 수행된 프로세스 레시피에 따라 상기 기판 지지 구조체 내에서 상기 전극으로 제 3 RF 신호 생성기로부터의 제 3 RF 신호를 공급하는 단계로서, 상기 제 1 RF 신호 생성기, 상기 제 2 RF 신호 생성기 및 상기 제 3 RF 신호 생성기는 서로 독립적으로 제어되고, 상기 제 3 RF 신호는 약 100 ㎑로부터 약 15 ㎒로 확장하는 범위 내 주파수를 갖고, 상기 제 3 RF 신호는 약 5 W로부터 약 6 ㎾로 확장하는 범위 내 전력으로 공급되고, 상기 제 3 RF 신호는 상기 기판의 상기 레벨에서 200 V보다 큰 바이어스 전압을 생성하는, 상기 제 3 RF 신호를 공급하는 단계를 더 포함하는, ICP 프로세싱 챔버를 동작시키는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 RF 신호는 약 10 ㎒로부터 약 15 ㎒로 확장하는 범위 내 주파수로 공급되고, 그리고 상기 제 1 RF 신호는 약 1 ㎾로부터 약 4 ㎾로 확장하는 범위 내 전력으로 공급되고, 그리고
    상기 제 2 RF 신호는 약 27 ㎒로부터 약 140 ㎒로 확장하는 범위 내 주파수로 공급되고, 그리고 상기 제 2 RF 신호는 약 5 W로부터 약 1 ㎾로 확장하는 범위 내 전력으로 공급되는, ICP 프로세싱 챔버를 동작시키는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 3 RF 신호는 약 13.56 ㎒의 주파수를 갖는, ICP 프로세싱 챔버를 동작시키는 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 3 RF 신호는 상기 기판의 지향성 이온-기반 프로세싱 동안 상기 기판 지지 구조체 내 상기 전극으로 상기 제 3 RF 신호 생성기로부터 공급되고, 그리고 상기 제 3 RF 신호는 상기 기판의 등방성 프로세싱 동안 상기 기판 지지 구조체 내 상기 전극으로 제 3 RF 신호 생성기로부터 공급되지 않는, ICP 프로세싱 챔버를 동작시키는 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 기판 상에서 수행된 상기 프로세스 레시피에 따라 상기 기판 지지 구조체 내 상기 전극으로 제 4 RF 신호 생성기로부터의 제 4 RF 신호를 공급하는 단계로서, 상기 제 1 RF 신호 생성기, 상기 제 2 RF 신호 생성기, 상기 제 3 RF 신호 생성기 및 제 4 RF 신호 생성기는 서로 독립적으로 제어되고, 상기 제 4 RF 신호는 약 100 ㎑로부터 약 1 ㎒로 확장하는 범위 내 주파수를 갖고, 상기 제 4 RF 신호는 약 5 W로부터 약 6 ㎾로 확장하는 범위 내 전력으로 공급되고, 상기 제 4 RF 신호는 상기 기판의 상기 레벨에서 이온들의 지향성을 제어하는, 상기 제 4 RF 신호를 공급하는 단계를 더 포함하는, ICP 프로세싱 챔버를 동작시키는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 RF 신호는 약 10 ㎒로부터 약 15 ㎒로 확장하는 범위 내 주파수로 공급되고, 그리고 상기 제 1 RF 신호는 약 1 ㎾로부터 약 4 ㎾로 확장하는 범위 내 전력으로 공급되고, 그리고
    상기 제 2 RF 신호는 약 27 ㎒로부터 약 140 ㎒로 확장하는 범위 내 주파수로 공급되고, 그리고 상기 제 2 RF 신호는 약 5 W로부터 약 1 ㎾로 확장하는 범위 내 전력으로 공급되는, ICP 프로세싱 챔버를 동작시키는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 3 RF 신호는 약 13.56 ㎒의 주파수를 갖고, 그리고 상기 제 4 RF 신호는 약 1 ㎒의 주파수를 갖는, ICP 프로세싱 챔버를 동작시키는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 RF 신호는 약 60 ㎒의 주파수를 갖는, ICP 프로세싱 챔버를 동작시키는 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 RF 신호는 약 27 ㎒의 주파수를 갖는, ICP 프로세싱 챔버를 동작시키는 방법.
  16. 플라즈마 프로세싱 볼륨을 둘러싸는 챔버로서, 상기 챔버는 상부 윈도우 구조체를 갖는, 상기 챔버;
    RF 신호들로 하여금 코일로부터 상기 상부 윈도우 구조체를 통해 상기 플라즈마 프로세싱 볼륨 내로 송신을 허용하는 위치에서 상기 챔버 외부에 배치된 상기 코일;
    상기 챔버 내에 배치된 기판 지지 구조체로서, 상기 기판 지지 구조체는 상기 플라즈마 프로세싱 볼륨에 노출하여 기판을 홀딩하도록 구성되는, 상기 기판 지지 구조체;
    상기 기판 지지 구조체 내에 배치된 전극;
    상기 코일로 제 1 RF 신호를 공급하도록 연결된 제 1 RF 신호 생성기; 및
    상기 기판 지지 구조체 내 상기 전극으로 제 2 RF 신호를 공급하도록 연결된 제 2 RF 신호 생성기로서, 상기 제 2 RF 신호 생성기는 상기 제 1 RF 신호 생성기에 대해 독립적으로 제어가능하고, 상기 제 2 RF 신호는 약 27 ㎒ 이상의 주파수를 갖고, 상기 제 2 RF 신호는 상기 기판 지지 구조체 상에 존재한다면 상기 기판의 레벨에서 보충 플라즈마 밀도를 생성하도록 규정되고, 상기 기판의 상기 레벨은 상기 기판 위에 그리고 상기 기판에 근접한 상기 플라즈마 프로세싱 볼륨 내의 영역이고, 상기 제 2 RF 신호는 상기 기판 지지 구조체 상에 존재한다면 상기 기판의 상기 레벨에서 바이어스 전압을 실질적으로 변경하지 않고 상기 플라즈마 프로세싱 볼륨 내의 상기 기판의 상기 레벨에서 보충 플라즈마 밀도를 생성하는, 상기 제 2 RF 신호 생성기를 포함하는, ICP 프로세싱 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 RF 신호 생성기는 약 10 ㎒로부터 약 15 ㎒로 확장하는 범위 내 주파수이고 약 1 ㎾로부터 약 4 ㎾로 확장하는 범위 내 전력의 상기 제 1 RF 신호를 생성하도록 구성되고, 그리고
    상기 제 2 RF 신호 생성기는 약 27 ㎒로부터 약 140 ㎒로 확장하는 범위 내 주파수이고, 약 5 W로부터 약 1 ㎾로 확장하는 범위 내 전력의 상기 제 2 RF 신호를 생성하도록 구성되는, ICP 프로세싱 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 기판 지지 구조체 내 상기 전극으로 제 3 RF 신호를 공급하도록 연결된 제 3 RF 신호 생성기를 더 포함하고,
    상기 제 3 RF 신호 생성기는 상기 제 1 RF 신호 생성기 및 상기 제 2 RF 신호 생성기에 대해 독립적으로 제어가능하고, 상기 제 3 RF 신호는 약 100 ㎑로부터 약 15 ㎒로 확장하는 범위 내 주파수를 갖고, 상기 제 3 RF 신호는 약 5 W로부터 약 6 ㎾로 확장하는 범위 내 전력으로 공급되고, 상기 제 3 RF 신호는 상기 기판 지지 구조체 상에 존재하는 경우 상기 기판의 상기 레벨에서 200 V보다 큰 바이어스 전압을 생성하는, ICP 프로세싱 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 기판 지지 구조체 내 상기 전극으로 제 4 RF 신호를 공급하도록 연결된 제 4 RF 신호 생성기를 더 포함하고, 상기 제 4 RF 신호 생성기는 상기 제 1 RF 신호 생성기, 상기 제 2 RF 신호 생성기 및 상기 제 3 RF 신호 생성기에 대해 독립적으로 제어가능하고, 상기 제 4 RF 신호는 약 100 ㎑로부터 약 1 ㎒로 확장하는 범위 내 주파수를 갖고, 상기 제 4 RF 신호는 약 5 W로부터 약 6 ㎾로 확장하는 범위 내 전력으로 공급되고, 상기 제 4 RF 신호는 상기 기판 지지 구조체 상에 존재하는 경우 상기 기판의 상기 레벨에서 이온들의 지향성을 제어하는, ICP 프로세싱 시스템.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 코일은 복수의 독립적으로 제어가능한 방사상 존들을 포함하고, 상기 ICP 프로세싱 시스템은 상기 기판이 상기 기판 지지 구조체 상에 존재하는 경우 상기 제 2 RF 신호에 의해 상기 기판의 상기 레벨에서 생성된 상기 보충 플라즈마 밀도에 의해 유발된 상기 기판에 걸친 플라즈마 밀도 프로파일의 교란을 보상하도록 상기 코일의 상기 복수의 독립적으로 제어가능한 방사상 존들로 공급된 RF 신호들을 제어하도록 구성된 제어 시스템을 포함하는, ICP 프로세싱 시스템.
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