KR102570642B1 - 에지-국부화된 이온 궤적 제어 및 플라즈마 동작을 통한 선단 에지 시스 및 웨이퍼 프로파일 튜닝 - Google Patents

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Abstract

제 1 RF 전력 공급부로의 전기적 연결을 위해 구성되는 ESC (electrostatic chuck) 를 둘러싸도록 구성된 에지 링으로서, ESC는 기판을 지지하기 위한 상단면 및 상단면을 둘러싸는 환형 단차를 갖고, 환형 단차는 상단면보다 보다 낮은 환형 선반을 규정하는, 에지 링; 환형 단차 내의 에지 링 아래 그리고 환형 선반 위에 배치된 환형 전극; ESC로부터 환형 전극을 격리시키기 위해 환형 전극 아래에 배치되고, 환형 선반 위의 환형 단차 내에 배치된, 유전체 링; 및 ESC를 통해 그리고 유전체 링을 통해 배치된 복수의 절연된 커넥터들로서, 복수의 절연된 커넥터들 각각은 제 2 RF 전력 공급부와 환형 전극 사이에 전기적 연결을 제공하는, 복수의 절연된 커넥터들을 포함하는, 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 에지 링 어셈블리가 제공된다.

Description

에지-국부화된 이온 궤적 제어 및 플라즈마 동작을 통한 선단 에지 시스 및 웨이퍼 프로파일 튜닝{EXTREME EDGE SHEATH AND WAFER PROFILE TUNING THROUGH EDGE-LOCALIZED ION TRAJECTORY CONTROL AND PLASMA OPERATION}
본 실시예들은 반도체 웨이퍼 프로세싱 장비 툴들, 보다 구체적으로, 플라즈마 프로세스 챔버들 내에서 사용된 에지 링 어셈블리들에 관한 것이다.
웨이퍼에 걸친 균일성의 추구의 진보에도 불구하고, 웨이퍼의 에지 및 선단 에지 구역들에서의 에칭 거동은 계속 난제이다. 다이의 적어도 10 %는 웨이퍼의 이 구역에 영향을 미치고 경제적 영향은 증가하는 다이 당 비용을 고려하면 특히 상당할 수 있다. 약 1 내지 5 ㎜의 에지 배제를 가진 (예를 들어, 300 ㎜ 웨이퍼의 반경을 따라 140 내지 150 ㎜에서의) 먼 에지 효과들은 웨이퍼 균일성의 달성을 위한 현 제작 노력들의 실제적 주안점이다.
대부분의 프로세스들이 이송 구동되는 경향이 있기 때문에, 에칭 성능은 웨이퍼의 특정한 영역 위의 플라즈마 조성에 따라 결정되고, 임의의 플라즈마 소스에서, 본질적으로 챔버 벽들로부터의 일부 불균일성 및 영향들이 있을 것이다. 웨이퍼의 에지에서의 중성자들 및 이온들의 플라즈마 종 조성은 전기적 불연속성 및 화학적 불연속성을 유발하는 '유한한 웨이퍼 사이즈'로부터 발생한 불연속성들에 기인하여 웨이퍼의 중심과 비교할 때 상이한 경향이 있다. 중성자의 플럭스에서 구배들과 결합 시, 선단 웨이퍼 에지에서의 에칭 거동은 웨이퍼의 나머지와 꽤 상이할 수 있다.
전압 구배들은 바이어싱된 표면으로부터 접지되거나 플로팅된 (floating) 표면으로의 변화에 기인하여 웨이퍼 에지에서 생성된다. 웨이퍼와 챔버 재료들 (특히 에지 링) 사이의 상이한 전기적 특성들에 따라, 결과는 시스 벤딩 및 오프-노멀 (off-normal) 이온 플럭스 및 웨이퍼에 대한 이온 포커싱이다. 이것은 피처 틸팅 및/또는 임계 치수 (CD) 변동을 통한 불균일성을 나타내는 에칭 피처 상의 바람직하지 않은 효과들을 유발한다.
현재 반응성 이온 에칭 챔버들 (예를 들어, Lam Research Corporation에 의해 제작된 Kiyo® 시리즈 프로세스 챔버들) 에서 가변하는 전도도를 가진 유전체 에지 링들은 프로세싱 플라즈마에 ESC (electrostatic chuck) 를 노출시키는 것을 방지하고 본질적으로 재료 특성들의 변화에 기인하여 웨이퍼 에지 근방의 전기적 불연속성의 증가를 제공하도록 사용된다. 부가적인 튜닝 노브는 전기적 특성들의 이 불연속성에 기인하여 플라즈마 시스의 벤딩에 의해 유발된 이온 포커싱 및 이온 궤적들을 완화시키기 위해 존재하지 않고 따라서 피처 틸팅뿐만 아니라 CD 불균일성들의 이슈들이 지속된다.
본 개시들의 실시예들은 이 맥락에서 발생한다.
본 개시의 실시예들은 에지-국부화된 이온 궤적 제어를 용이하게 하고 이로써 통상적으로 대략 120 내지 150 ㎜ (300 ㎜ 웨이퍼에 대해 반경을 따라) 범위 그리고 그 범위를 넘어서 (약 0 내지 5 ㎜의 범위의 에지 배제) 선단 웨이퍼 에지에서의 웨이퍼 프로파일의 튜닝을 제공하기 위해 선단 웨이퍼 에지에서의 플라즈마 시스 경계에 걸친 제어를 가능하게 하고 제어를 획득하도록 방법들, 장치, 및 시스템들을 제공한다. 이온 궤적에 걸친 제어를 달성하는 것 및 웨이퍼 에지 근방에서의 시스 벤딩에 기인하여 유발된 발생하는 이온 포커싱 효과들을 최소화하는 것은, 이온 궤적들을 웨이퍼에 대해 조작할 뿐만 아니라 이온 대 중성자의 플럭스 비 (즉, 이온 대 에천트 및/또는 이온 대 패시번트 (passivant)) 를 조작할 수 있다. 그 결과, (예를 들어, 에지 링 및 ESC (예를 들어, Lam Research Corporation에 의해 제작된 Hydra Uniformity System) 의) 온도 및 패시번트 구배 프로파일 (예를 들어, RTC) 과 같은 부가적인 튜닝 파라미터들을 사용하여, CDU (임계 치수 균일성) 가 또한 감소된 기술 노드들에 대해 최적화될 수 있다.
일부 구현예들에서, 이온 플럭스 및 궤적들의 선단 웨이퍼 에지 제어는, 전극이 웨이퍼를 둘러싸는 에지 링 내부에 매립되고 저 RF 주파수 (전압들은 저주파수들로 높음) 로 전력 공급된, RF 전력 공급된 에지 링을 통해 달성된다. 매립된 전극 상에서 충분히 높은 제어 전압을 사용함으로써, 선단 웨이퍼 에지 부근의 플라즈마 시스 경계는 에지 링 위의 시스 연속성을 가능하게 함으로써 수정될 수 있다. 저주파수 RF 전력 공급된 에지 링에 기인한 수정된 시스 경계의 존재는 웨이퍼 에지에서의 이온 틸팅 및 이온 포커싱을 감소시킨다.
일 구현예에서, 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 에지 링 어셈블리가 제공되고, 에지 링 어셈블리는: 제 1 RF 전력 공급부로의 전기적 연결을 위해 구성되는 ESC를 둘러싸도록 구성된 에지 링으로서, ESC는 기판을 지지하기 위한 상단면 및 상단면을 둘러싸는 환형 단차부를 갖고, 환형 단차부는 상단면보다 보다 낮은 환형 선반부를 형성하는, 에지 링; 에지 링 아래 그리고 환형 선반부 위에 배치된 환형 전극; ESC로부터 환형 전극을 격리시키기 위해 환형 전극 아래에 배치되고, 환형 선반부 위에 배치된, 유전체 링; 및 ESC를 통해 그리고 유전체 링을 통해 배치된 복수의 절연된 커넥터들로서, 복수의 절연된 커넥터들 각각은 제 2 RF 전력 공급부와 환형 전극 사이에 전기적 연결을 제공하는, 복수의 절연된 커넥터들을 포함한다.
일 구현예에서, 복수의 절연된 커넥터들 각각은 동축 커넥터로 규정된다.
일 구현예에서, 복수의 절연된 커넥터들은 제 1 RF 전력 공급부로부터 제 2 RF 전력 공급부를 격리시키도록 구성된다.
일 구현예에서, 에지 링은 에지 링의 내경에서 형성된 단차형 에지를 가진 상단면을 갖고, 단차형 에지의 하부 부분은, 기판이 존재할 때 기판이 단차형 에지의 하부 부분 위로 연장하도록, ESC의 상단면보다 보다 낮은 높이에 놓이도록 구성된다.
일 구현예에서, 환형 전극의 적어도 일부분은 에지 링의 단차형 에지 아래에 배치된다.
일 구현예에서, 플라즈마 프로세싱 동안 환형 전극으로의 RF 전력의 인가는 플라즈마 프로세싱 동안 형성된 플라즈마 시스로 하여금 에지 링 위에 실질적으로 형성된 공간적 구역 내에서 방사상으로 연장되게 한다.
일 구현예에서, 플라즈마 프로세싱 동안 환형 전극으로의 RF 전력의 인가는 기판의 에지 구역에서의 이온 포커싱을 감소시킨다.
일 구현예에서, 플라즈마 프로세싱 동안 환형 전극으로의 RF 전력의 인가는 기판의 상단면에 대해 직각을 벗어나는 기판의 에지 구역에서의 이온 궤적들의 틸팅 (tilting) 을 감소시킨다.
일 구현예에서, 환형 전극은 약 5 내지 28 ㎜의 방사상의 폭을 갖는다.
일 구현예에서, 환형 전극은 약 0.5 ㎜ 내지 5 ㎜의 두께를 갖는다.
일 구현예에서, 환형 전극은 복수의 동심원의 전극들에 의해 형성되고, 복수의 동심원의 전극들 각각은 제 2 RF 전력 공급부에 전기적으로 연결된다.
일 구현예에서, 환형 전극은 전도성 재료의 메시-형 구조로 형성된다.
일 구현예에서, 환형 전극은 에지 링과 통합된다.
일 구현예에서, 환형 전극은 적어도 에지 링의 방사상의 폭만큼 넓은 방사상의 폭을 갖는다.
또 다른 구현예에서, 플라즈마 프로세싱을 위한 시스템이 제공되고, 플라즈마 프로세싱을 위한 시스템은: 프로세스 챔버; 프로세스 챔버 내에 배치된 ESC로서, ESC는 플라즈마 프로세싱 동안 기판을 지지하도록 구성된 상단면을 갖고, ESC는 상단면을 둘러싸는 환형 단차부를 더 포함하고, 환형 단차부는 상단면보다 보다 낮은 높이에서 환형 선반부를 형성하고, 환형 선반부는 에지 링 어셈블리를 수용하도록 구성되고, 에지 링 어셈블리는 ESC를 둘러싸도록 구성된 에지 링을 포함하고, 환형 전극은 에지 링 아래에 배치되고, 그리고 유전체 링은 환형 전극 아래 그리고 환형 선반부 위에 배치되는, ESC; ESC 내에 배치되고, 기판 상에서 바이어스 전압을 생성하도록 제 1 RF 전력 공급부로부터 RF 전력을 수신하도록 구성되는, 바이어스 전극; 및 ESC를 통해 배치되고, 유전체 링을 통해 배치되도록 구성된 복수의 절연된 커넥터들로서, 복수의 절연된 커넥터들 각각은 제 2 RF 전력 공급부와 환형 전극 사이에 전기적 연결을 제공하도록 구성된, 복수의 절연된 커넥터들을 포함한다.
일 구현예에서, 복수의 절연된 커넥터들 각각은 동축 커넥터로 규정된다.
일 구현예에서, 복수의 절연된 커넥터들은 제 1 RF 전력 공급부로부터 제 2 RF 전력 공급부를 격리시키도록 구성된다.
또 다른 구현예에서, 플라즈마 프로세싱을 위한 시스템이 제공되고, 플라즈마 프로세싱을 위한 시스템은: 프로세스 챔버; 프로세스 챔버 내에 배치된 ESC로서, ESC는 플라즈마 프로세싱 동안 기판을 지지하도록 구성된 상단면을 갖고, ESC는 상단면을 둘러싸는 환형 단차부를 더 포함하고, 환형 단차부는 상단면보다 보다 낮은 높이에서 환형 선반부를 형성하고, 환형 선반부는 에지 링 어셈블리를 수용하도록 구성되고, 에지 링 어셈블리는 ESC를 둘러싸도록 구성된 에지 링을 포함하고, 에지 링 어셈블리는 유전체 링을 더 포함하는, ESC; ESC 내에 배치되고, 기판 상에서 바이어스 전압을 생성하도록 제 1 RF 전력 공급부로부터 RF 전력을 수신하도록 구성되는, 바이어스 전극; ESC 내에 배치되고, ESC의 상단면의 주변 구역 아래에 배치된, 환형 전극; 및 ESC를 통해 배치된 복수의 절연된 커넥터들로서, 복수의 절연된 커넥터들 각각은 제 2 RF 전력 공급부와 환형 전극 사이에 전기적 연결을 제공하도록 구성된, 복수의 절연된 커넥터들을 포함하고, 유전체 링은 환형 전극 아래 그리고 환형 선반부 위에 배치된다.
일 구현예에서, 환형 전극 및 복수의 절연된 커넥터들은 제 1 RF 전력 공급부로부터 제 2 RF 전력 공급부를 격리시키도록 구성된다.
일 구현예에서, 환형 전극의 제 1 부분은 ESC의 상단면 상에 기판이 존재할 때 기판 아래에 배치되고, 환형 전극의 제 2 부분은 기판의 직경을 넘어 방사상으로 연장된다.
일 구현예에서, 제 1 RF 전력 공급부 및 제 2 RF 전력 공급부는 미리 규정된 위상각 차로 RF 전력들을 각각 제공하도록 구성된다. 위상각 차는 바람직한 이온 플럭스 및 결과로서 발생한 에칭 프로파일들을 달성하도록 동적으로 튜닝될 수 있다.
도 1a는 본 개시의 일 실시예에 따른, 에칭 동작들을 위한 플라즈마 프로세싱 시스템 (100) 의 아키텍처 도면을 도시한다.
도 1b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 플라즈마 프로세싱 시스템 (100) 의 설계도를 도시한다.
도 2a는 본 개시의 구현예들에 따른, 플라즈마 프로세스 챔버 내에 배치되도록 구성된 ESC 및 에지 링 어셈블리의 단면을 개념적으로 예시한다.
도 2b-1은 본 개시의 구현예들에 따른, ESC 및 에지 링 어셈블리의 확대된 단면도를 예시한다.
도 2b-2는 본 개시의 구현예들에 따른, ESC 및 에지 링 어셈블리의 컷어웨이 도면 (cutaway view) 을 예시한다.
도 2c는 본 개시의 구현예들에 따른, 에지 링 및 ESC의 단면을 예시한다.
도 2d는 본 개시의 구현예들에 따른, 에지 링 및 ESC의 단면을 예시한다.
도 2e는 본 개시의 구현예들에 따른, 내부에 임베딩된 (embedded) 복수의 동심원의 전극들을 가진 에지 링의 단면을 예시한다.
도 3a는 본 개시의 구현예들에 따른, 플라즈마 프로세스 동작 동안 생성된 플라즈마 시스를 개념적으로 예시한다.
도 3b는 본 개시의 구현예들에 따른, 플라즈마 프로세스 동작 동안 생성된 플라즈마 시스를 개념적으로 예시한다.
도 4a, 도 4b, 도 4c, 도 4d, 및 도 4e는 본 개시의 구현예들에 따른, 플라즈마 프로세싱을 겪는 기판의 에지 구역의 단면도들을 예시한다.
도 5a는 도 4a 내지 도 4e의 구현예들에 따른, 기판의 상단면을 따른 방사상의 위치에 대한 Ar 이온 플럭스의 플롯을 예시한다.
도 5b는 도 4a 내지 도 4e의 구현예들에 따른, 약 13 내지 15 ㎝ 범위 내의 (300 ㎜ 직경 기판에 대해 에지 근방에서) 방사상의 위치들에 대한 기판을 따른 방사상의 위치에 대한 Ar 이온 플럭스의 플롯을 예시한다.
도 6은 본 개시의 구현예들에 따른, 에지 링 환형 전극으로 인가된 상이한 전압들에 대해 300 ㎜ 웨이퍼를 따른 방사상의 위치에 대한 정규화된 에칭 레이트의 플롯을 예시한다.
도 7은 본 개시의 구현예들에 따른, 에지 링 및 페데스탈/ESC를 예시한다.
도 8은 본 개시의 구현예들에 따른, 플라즈마 프로세스 챔버 내에 배치되도록 구성된 ESC 및 에지 링의 단면을 개념적으로 예시한다.
도 9는 본 개시의 구현예들에 따른, 플라즈마 프로세스 챔버 내에 배치되도록 구성된 ESC 및 에지 링의 단면을 개념적으로 예시한다.
도 10은 본 개시의 구현예들에 따른, ESC에 인가된 전력과 환형 전극에 인가된 전력 사이의 다양한 위상 차들의 결과를 예시한다.
도 11a는 본 개시의 구현예들에 따른, 에지 링 어셈블리의 컷어웨이 도면을 예시한다.
도 11b 및 도 11c는 본 개시의 구현예들에 따른, 플라즈마 프로세스 챔버의 하부 볼 (bowl) 의 내부 도면들을 예시한다.
도 12a는 본 개시의 구현예들에 따른, 에지 링 어셈블리의 단면을 예시한다.
도 12b는 본 개시의 구현예들에 따른, 에지 링 어셈블리의 단면을 예시한다.
도 13은 본 개시의 구현예들에 따른, HBr 플라즈마 프로세스에 대한 에칭 레이트 프로파일들을 예시한다.
도 14는 본 개시의 시스템들을 제어하기 위한 제어 모듈 (1400) 을 도시한다.
본 개시의 실시예들은 에지-국부화된 이온 궤적 제어 및 플라즈마 동작을 통해 선단 에지 시스 및 웨이퍼 프로파일 튜닝을 가능하게 하기 위한 방법들, 장치, 및 시스템들을 제공한다. 본 실시예들은 프로세스, 장치, 시스템, 디바이스, 또는 방법과 같은 수많은 방식들로 구현될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 몇몇의 실시예들은 이하에 기술된다.
일부 구현예들에서, 이온 플럭스 및 궤적들의 선단 웨이퍼 에지 제어는 RF 전력 공급된 에지 링 어셈블리를 통해 달성되고, 전극은 웨이퍼 또는 ESC 세라믹의 선단 에지를 둘러싸고 (400 ㎑, 2㎒ 내지 13.56 ㎒와 같은) 저 RF 주파수들로 전극에 전력 공급하는 에지 링 어셈블리 내부에 임베딩된다. 전극이 ESC로부터 전기적으로 분리되고 ESC 상의 RF 전력으로부터 따로따로 제어 가능한 RF 전력이 제공된다면, 에지 링의 내부에 제조될 수 있거나, 유전체들 사이에 샌드위치될 수도 있다. 이하에 더 상세히 논의되는 바와 같이, RF 전력은 ESC의 주변에서 형성될 수도 있는 피드들 (feeds) 을 통해 제공될 수 있다.
임베딩된 전극 상에서 충분히 높은 전압을 사용함으로써, 선단 웨이퍼 에지 부근의 플라즈마 시스 경계는 에지 링 위의 시스 연속성을 가능하게 함으로써 수정될 수 있다. RF 전력 공급된 에지 링에 기인한 수정된 시스 경계의 존재는 웨이퍼 에지에서의 이온 틸팅 및 이온 포커싱을 감소시킨다. 매립된 전극들 내의 RF 전압의 인가는 ESC로의 주요 RF 공급부와 동일한 위상일 수 있거나 위상 차가 있을 수 있다. 2개의 RF 전압들 사이의 위상 차를 활용하는 것은 시스로 하여금 선단 웨이퍼 에지에서 이온 궤적들을 제어하는 방식으로 수정되게 할 수 있는 웨이퍼 에지 근방에 측면 전기장을 생성할 것이다.
RF 전력 공급된 에지 링 어셈블리는 웨이퍼 에지 그리고 웨이퍼 에지 근방의 플라즈마가 영향을 받을 수 있도록 ESC 주위의 영역에 배치된다. 플라즈마에 관한 영향은 에지 배제부 근방의 영역들 그리고 웨이퍼의 물리적인 에지 외부에서 플라즈마 시스의 균일성 및 연속성을 제공하는 것을 도울 수 있다. 균일성을 최대로 제공하고 배제부를 포함하는 것의 이점은, 보다 많은 사용 가능한 집적 회로들이 웨이퍼 당 형성될 수 있다는 것이고, 이는 제조 수율을 증가시킨다.
보다 높은 전압들은 고 플라즈마 밀도들이 보다 고 RF 주파수들을 사용함으로써 달성될 수 있는 동안 저 RF 주파수들을 사용함으로써 획득된다. 선단 웨이퍼 에지에서 국부적인 패시베이션 종을 생성하는 경우에, 27 ㎒ 이상의 고 RF 주파수를 사용하여 전력 공급된 에지 링을 설계할 수 있지만 이것은 항상 바람직하지 않을 수도 있다. 특히 전압 제어를 위해 그리고 시스 경계를 수정하기 위해, 보다 좁은 범위 (400 ㎑ 내지 13.56 ㎒) 의 RF 주파수들이 활용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 연장된 ESC 세라믹 단차는 웨이퍼 에지 위의 시스를 조작하기 위해 전극과 에지 링 주변 사이에 방사상의 오버랩이 있도록 매립된 전극을 수용하기 위해 활용될 수 있다.
선단 웨이퍼 에지 제어는 에지 링 위의 전압을 제어하고 선단 웨이퍼 에지에서의 용량성 커플링에 영향을 미치는 저주파수 RF 전력 공급된 에지 링을 통해 가능하다. 이것은 선단 웨이퍼 에지의 전기적 불연속성 및 화학적 불연속성의 영향들을 완화시킨다는 점에서 기술적 이점을 제공한다.
도 1a는 본 개시의 일 실시예에 따른, 에칭 동작들을 위한 플라즈마 프로세싱 시스템 (100) 의 아키텍처 도면을 도시한다. 도 1b는 본 개시의 일 실시예에 따른, 플라즈마 프로세싱 시스템 (100) 의 설계도를 도시한다. 시스템 (100) 은 ESC (103) 를 포함한 챔버 (101), 및 유전체 윈도우 (107) 를 포함한다. 도 1b의 실시예에서 ESC (103) 가 챔버 (101) 의 측면으로부터 연장하는 측면 암으로부터 지지되지만, ESC (103) 는 또한 하단부로부터, 챔버 (101) 의 베이스로부터 연장하는 지지부를 통해, 또는 하부 측면 개구부를 통해 지지될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, RF 전력은 ESC (103) 의 하단부로부터 ESC (103) 로 공급될 수 있고, 그리고 이러한 RF 전력은 ESC (103) 에 대칭으로 전달될 수 있다. ESC (103) 는 플라즈마 프로세싱 동작들 동안 기판 (105) 을 지지하도록 형성된다. 본 명세서에서 지칭되는 바와 같이, 기판은 제한 없이, 특히 반도체 디바이스 제조 동안 제공된 기판의 임의의 다른 타입 중에서, 반도체 웨이퍼들, 하드 드라이브 디스크들, 광 디스크들, 유리 기판들, 평판 디스플레이 표면들, 액정 디스플레이 표면들을 의미한다. 일 실시예에서, ESC (103) 는 기판 (105) 을 지지하고 홀딩하기 위한 정전 ESC이다. 또 다른 실시예에서, ESC (103) 는 물리적인 억제에 의해 기판 (105) 을 홀딩하도록 형성된다. ESC (103) 는 바이어스 매칭 회로 (113) 및 IEADF (ion energy and angular distribution function) 제어 회로 (115) 에 의해, 바이어스 RF 전력 공급부 (111) 로부터 무선 주파수 (RF) 전력을 수신하도록 연결된 하나 이상의 바이어스 전극들 (104) (이하에 바이어스 전극 (104)) 을 포함한다. 바이어스 RF 전력 공급부 (111) 는 전기적 연결들 (119A 및 119B) 로 나타낸 바와 같이, 기준 접지 전위 (117) 와 바이어스 매칭 회로 (113) 사이에 연결된다. 바이어스 매칭 회로 (113) 는 IEADF 제어 회로 (115) 에 전기적으로 연결되고, IEADF 제어 회로 (115) 는 결국 전기적 연결 (119C) 로 나타낸 바와 같이, 바이어스 전극 (104) 에 전기적으로 연결된다.
ESC (103) 는 기판 (105) 의 척킹 및 척킹 해제를 가능하게 하도록 클램프 전극들 (미도시) 을 포함한다. 또한, 이 실시예에서, 필터 및 직류 (DC) 클램프 전력 공급부는 클램프 전극들에 의한 ESC (103) 에 대한 기판 (105) 의 정전 클램핑을 수행하도록 제공된다. 또한, ESC (103) 는 기판 (105) 을 수용하고, 기판 (105) 을 ESC (103) 상으로 하강하고, 그리고 ESC (103) 로부터 기판 (105) 을 리프팅하기 위해 리프팅 핀들 등과 같은 다른 제어 시스템들을 포함할 수 있다. 부가적으로, 도시되지 않았지만, 펌프들은 챔버 (101) 내의 압력의 제어, 그리고 플라즈마 프로세싱 동작들 동안 챔버 (101) 로부터의 가스 부산물들의 배기를 제공하도록 챔버 (101) 에 연결된다.
다양한 실시예들에서, 유전체 윈도우 (107) 는 그 중에서도 세라믹 재료 또는 석영과 같은 유전체 재료로 형성된다. 다른 실시예들에서 유전체 윈도우 (107) 가 챔버 (101) 내에서 플라즈마 프로세싱 동작들 동안 노출되는 조건들을 견딜 수 있다면, 유전체 윈도우 (107) 는 다른 유전체 재료들로 형성될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 일부 플라즈마 프로세싱 동작들에서, 챔버 (101) 는 약 50 ℃ 내지 약 120 ℃의 온도 범위 내의 상승된 온도들에서 동작된다. 일반적으로, 챔버 (101) 내의 온도는 수행된 특정한 에칭 프로세스에 따라 결정될 것이다. 또한, 챔버 (101) 는 약 1 mT (milliTorr) 내지 약 100 mT의 압력 범위 내의 감소된-압력 조건들에서 동작할 수 있다.
시스템 (100) 은 또한 챔버 (101) 외부에서 유전체 윈도우 (107) 위에 배치된 TCP (transformer coupled plasma) 코일 (109) 을 포함한다. TCP 코일 (109) 은 TCP 매칭 회로 (123) 에 의해, TCP RF 전력 공급부 (121) 로부터 RF 전력을 수신하도록 연결된다. 특히, TCP RF 전력 공급부 (121) 는 전기적 연결들 (127A 및 127B) 에 의해 나타낸 바와 같이, 기준 접지 전위 (125) 와 TCP 매칭 회로 (123) 사이에서 전기적으로 연결된다. TCP 매칭 회로 (123) 는 전기적 연결들 (127B 및 127C) 에 의해 나타낸 바와 같이, TCP RF 전력 공급부 (121) 와 TCP 코일 (109) 사이에서 전기적으로 연결된다. TCP 매칭 회로 (123) 는 TCP 코일 (109) 로의 RF 전력의 효율적인 전송을 제공하도록, TCP 코일 (109) 에 대한 RF 전력 전송 경로의 임피던스를 제어하기 위해 형성된다.
플라즈마 프로세싱 동작들 동안, 프로세스 가스는 챔버 (101) 내로 흐르고, RF 전력은 TCP RF 전력 공급부 (121) 로부터 TCP 코일 (109) 로 공급된다. TCP 코일 (109) 을 통과한 RF 전력은 챔버 (101) 내에서 전자기 전류를 유도하고, 전자기 전류는 플라즈마 (129) 를 생성하도록 프로세스 가스에 대해 작용한다. 이 방식으로, TCP 코일 (109) 은 변압기의 1차 코일로서 거동하고, 플라즈마 (129) 는 변압기의 2차 코일로서 거동한다. 플라즈마 (129) 는 기판 (105) 과 콘택트할 시 기판 (105) 으로부터 재료들을 제거, 즉, 에칭하는 역할을 하는, 라디칼들 및 이온들 (양 및 음) 과 같은, 반응성 구성물들을 포함한다.
챔버 (101) 가 제조 설비 내에 설치될 때, 챔버 (101) 는 챔버 (101) 로의 프로세스 가스들의 공급, 챔버 (101) 로부터 프로세스 가스들 및 부산물들의 배기, 챔버 (101) 내의 압력의 모니터링 및 제어, 챔버 (101) 내의 온도의 모니터링 및 제어, 및 환경적 입자 제어를 제공하는 시스템들에 커플링된다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 챔버 (101) 가 챔버 (101) 내로의 기판 (105) 의 로봇식 이송 및 챔버 (101) 로부터의 기판 (105) 의 로봇식 제거를 제공하도록 형성된 이송 챔버에 커플링될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
동작 동안, RF 전력은 기판 (105) 상에 존재하는 직류 (DC) 바이어스 전압을 생성 및 제어하도록, 바이어스 매칭 회로 (113) 및 IEADF 제어 회로 (115) 에 의해 바이어스 RF 전력 공급부 (111) 로부터 바이어스 전극 (104) 으로 전송되고, 직류 (DC) 바이어스 전압은 결국 기판 (105) 위에서 생성된 플라즈마 (129) 내에 존재하는 이온 집단에 가해진 힘을 제어한다. 바이어스 전극 (104) 으로 전송된 RF 전력은 바이어스 전극 (104) 에 인가된 RF 바이어스 전압에 대응한다. 기판 (105) 상에 구축된 (build up) DC 바이어스 전압 및 바이어스 전극 (104) 으로 인가된 RF 바이어스 전압 양자는 바이어스 매칭 회로 (113) 및 IEADF 제어 회로 (115) 에 의해, 바이어스 RF 전력 공급부 (111) 로부터 바이어스 전극 (104) 으로 RF 전력을 인가한 결과로서 동시에 발생한다. 따라서, 바이어스 RF 전력 공급부 내의 IEADF 제어 회로 (115) 는 기판 (105) 상의 DC 바이어스 전압 및 바이어스 전극 (104) 상의 RF 바이어스 전압 양자에 영향을 미친다.
DC 바이어스 전압은 기판 (105) 상의 특정한 지점에서의 평균 이온 에너지의 표현이다. 기판 (105) 대전이 발생함에 따라 DC 바이어스 전압이 기판 (105) 상에 구축된다. IEADF 제어 회로 (115) 는 DC 바이어스 전압이 펄싱된 바이어스 RF 전력 공급 모드에서 발생하는 레이트를 제어한다. 연속파 (CW) 바이어스 RF 전력 공급 모드에서, 기판 (105) 상의 DC 바이어스 전압은 정상 상태에 이르게 된다. 따라서, CW 바이어스 RF 전력 공급 모드에서, 기판 (105) 상의 DC 바이어스 전압에 대한 IEADF 제어 회로 (115) 의 영향은 의미가 없다. 또한, (바이어스 매칭 회로 (113) 및 ESC (103) 내의 모든 용량성 층들 (capacitive layers) 후에) 플라즈마 (129) 시스 에지 (sheath edge) 에서 본 RF 파형은 IEADF 제어 회로 (115) 에 의해 제어될 것이라는 것이 이해되어야 한다. 그리고, 이온들이 기판 (105) 을 향해 가속됨에 따라서 IEADF를 구성하기 (populate) 위해 이온들이 플라즈마 (129) 시스 에지에서 RF 파형에 반응한다.
다양한 실시예들에서, RF 전력 공급부 (111) 는 단일의 RF 생성기 또는 복수의 RF 생성기들을 포함하도록 형성될 수 있다. 또한, RF 전력 공급부 (111) 는 하나 이상의 주파수들로 RF 전력을 생성하도록 형성될 수 있다. 그리고, 복수의 RF 생성기들의 경우에, RF 전력 공급부 (111) 는 동시의 방식으로 복수의 주파수들로 RF 전력을 생성할 수 있다. 바이어스 매칭 회로 (113) 는 바이어스 전극 (104) 으로 RF 전력의 효율적인 전송을 제공하도록, 바이어스 전극 (104) 으로의 RF 전력 전송 경로의 임피던스를 제어하도록 형성된다.
챔버 (101) 는 플라즈마 프로세싱 동작들 동안 기판 (105) 의 노출된 표면에 도착하는 에너제틱 이온 집단을 생성하고 에너제틱 이온 집단을 제어하기 위해 다양한 주파수들로 RF 전력 공급부 (111) 에 의해 생성된 RF 바이어스 전력을 활용한다. 수행되는 특정한 에칭 애플리케이션에 따라서, 기판 (105) 에 도착하는 이온 집단의 일부를 다양한 에너지들 및 연관된 IEADF로 제어하는 것이 중요할 수도 있다. 바이어스 RF 전력 공급부 (111) 의 펄싱 (pulsing), 즉, 바이어스 펄싱이 기판 (105) 에서 IEADF를 생성하기 위해 활용될 수 있다. 바이어스 펄싱 동작은 공급된 바이어스 RF 전력의 펄스 반복 주파수 (PRF) 및 펄스 듀티 사이클 (D.C.) 과 연관된 시간 기간 동안 기판 (105) 을 향하는 다양한 에너지들로부터의 이온 집단들의 이동 (transit) 을 유발한다. 그러나, 바이어스 펄싱 동작 동안 기판 (105) 상에서 특정한 플라즈마 프로세싱 결과를 획득하기 위해 기판 (105) 이 노출되는 IEADF를 제어하는 것이 또한 필요하다. 본 개시의 다양한 실시예들에 따라, 기판 (105) 이 노출되는 저 에너지 이온들의 집단 및 고 에너지 이온들의 집단을 제어하기 위해 바이어스 펄싱 동작 동안 IEADF를 제어하도록 IEADF 회로 (115) 가 형성되고 동작된다.
논의된 바와 같이, 바이어스 RF 전력은 바이어스 RF 전력 공급부 (111) 로부터, 바이어스 매칭 회로 (113) 를 통해, IEADF 회로 (115) 를 통해, 바이어스 전극 (104) 으로 공급된다. 바이어스 전극 (104) 으로부터, 바이어스 RF 전력은 전기적으로 접지된 챔버 (101) 의 주변 구조체들로 플라즈마 (129) 를 통해 전송된다. 바이어스 매칭 회로 (113) 내의 회로 컴포넌트들 (component) 은 플라즈마 (129) 를 통한 바이어스 RF 전력의 효율적인 전송을 가능하게 하는 임피던스 매칭을 제공한다. 바이어스 RF 전력 공급부 (111) 는 연속파 바이어스 RF 전력 공급부 모드 또는 펄싱된 바이어스 RF 전력 공급부 모드로 동작될 수 있다.
도 2a는 본 개시의 구현예들에 따른, 플라즈마 프로세스 챔버 내에 배치되도록 구성된 ESC 및 에지 링의 단면을 개념적으로 예시한다. 예시된 구현예에서, ESC (103) 는 플라즈마 프로세싱 동안 기판 (미도시) 을 지지하도록 구성된 상단면 (130) 을 갖는다. 또한 ESC (103) 의 상단면 (130) 아래에 배치된 바이어스 전극 (104) 이 도시된다. 바이어스 전극 (104) 은 바이어스 RF 전력 공급부 (111) 로부터 RF 전력을 수신한다. 일부 구현예들에서, 바이어스 RF 전력 공급부 (111) 는 13.56 ㎒의 주파수로 동작되지만, 다른 구현예들에서, 바이어스 RF 전력 공급부 (111) 는 수행되는 플라즈마 프로세스에 적합한 다른 주파수들로 동작될 수 있다.
ESC (103) 는 환형 선반부 (134) 를 형성하는 환형 단차부 (132) 를 갖는다. 환형 선반부 (134) 의 높이는 ESC (103) 의 상단면 (130) 의 높이보다 보다 낮다. 에지 링 어셈블리 (200) 는 환형 단차부 (132) 에 의해 형성된 환형 선반부 (134) 위에 적어도 부분적으로 배치된다.
예시된 구현예에서, 에지 링 어셈블리 (200) 는 RF 소스/생성기 (204) 로부터 전력을 수신하는 환형 전극 (202) 을 포함한다. 일부 구현예들에서, 환형 전극 (202) 은 에지 링 어셈블리 (200) 내에 완전히 캡슐화/매립된다. 즉, 환형 전극 (202) 의 어떠한 표면도 플라즈마 프로세싱 동안 챔버 환경에 노출되지 않는다. 일부 구현예들에서, 환형 전극 (202) 은 전도성 재료 (예를 들어, 구리, 알루미늄, 전도성 합금들, 등) 의 고체 부분으로 이루어진 단일의 환형 구조로서 형성된다. 이러한 구현예에서 환형 전극 (202) 은 납작해진 링-형상의 구조를 가질 수 있다.
상기에 기술된 구현예의 환형 전극 (202) 이 연속적으로 견고한 환형의 구조를 가질 수 있지만, 다른 구현예들에서, 환형 전극 (202) 은 몇몇의 방사상의 세그먼트들로 이루어진 비원주형으로 연속적인 환형의 구조, 도처에 분포된 홀들을 가진 다공성 구조, 전도성 스트랜드들/리본들/등의 섞어 짜인 구조, 몇몇의 상호연결된 엘리먼트들 (elements) (예를 들어, 상호연결부들을 가진 몇몇의 동심원의 환형 엘리먼트들) 을 형성하는 그릴-형 구조, 등과 같은 다른 타입들의 구조들을 가질 수 있다는 것이 이해될 것이다.
일부 구현예들에서, 복수의 동심으로 배치된 환형 전극들은 에지 링 어셈블리 (200) 내에 임베딩된다. 이들 환형 전극들 각각은 동일한 RF 소스/생성기 (204) 에 의해, 또는 별개의 RF 소스들/생성기들에 의해 전력 공급될 수 있다. 또한, 전극 각각의 RF 전력은 개별적으로 튜닝될 수도 있고 상이한 전압들/주파수들로 전력 공급될 수도 있다.
상기에 언급된 바와 같이, 일 구현예에서, 바이어스 전극 (104) 은 13.56 ㎒의 주파수로 전력 공급된다. 환형 전극 (202) 은 바이어스 전극 (104) 과 동일한 주파수 (현재 예에서 13.56 ㎒) 로, 또는 상이한 주파수 (예를 들어, 0.4 ㎒, 1 ㎒, 2 ㎒, 27 ㎒, 60 ㎒, 등) 로 전력 공급될 수도 있다. 부가적으로, 바이어스 전극 (104) 에 인가된 RF 전력은 연속파일 수 있거나 펄싱될 수 있다. 바이어스 전극 (104) 에 인가된 RF 전력이 연속파일 때 환형 전극 (202) 에 인가된 RF 전력도 또한 연속파이어야 한다. 바이어스 전극 (104) 에 인가된 RF 전력이 펄싱될 때, 그러면 환형 전극 (202) 에 인가된 RF 전력은 펄싱될 수도 있거나 연속파일 수도 있다.
도 2a를 계속 참조하면, ESC (103) 내에 형성되고 ESC (103) 를 통과하는 에지 링 RF 피드 (206) 가 또한 도시된다. 에지 링 RF 피드 (206) 는 RF 소스 (204) 에 전기적으로 연결되고, 그리고 RF 전력을 RF 소스 (204) 로부터 에지 링 어셈블리 (200) 로, 그리고 보다 구체적으로 에지 링 어셈블리 (200) 내에 배치된 환형 전극 (202) 으로 전달하도록 구성된다. 단일의 에지 링 RF 피드 (206) 가 도시되지만, ESC (103) 내에 배치된 몇몇의 이러한 RF 피드 구조체들이 있을 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 일부 구현예들에서, 복수의 에지 링 RF 피드 구조체들은 ESC (103) 를 중심으로 대칭으로 배치된다. 에지 링 RF 피드는 ESC (103) 로부터 전기적 절연을 제공하도록 구성된 절연된 동축 커넥터에 의해 형성될 수 있다.
일 구현예에서, 에지 링 RF 피드 (206) 는 환형 전극 (202) 과의 연결을 위해 ESC (103) 를 통해 그리고 에지 링 어셈블리 (200) 내에 형성된 쓰루-홀 (이하에 더 기술됨) 을 통해 연장하도록 구성된다.
일 구현예에서, 에지 링 RF 피드 (206) 는 환형 선반부 (134) 로 연장하고, 여기서 환형 선반부 (134) 는 환형 전극 (202) 에 연결된 또 다른 커넥터와 연결된다. 몇몇의 에지 링 RF 피드들 (206) 이 있을 수도 있기 때문에, 유사하게 몇몇의 이러한 대응하는 연결 지점들이 있을 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 에지 링 RF 피드 (206) 는 ESC (103) 의 나머지로부터 차폐되어야 하고, 따라서 일부 구현예들에서, 에지 링 RF 피드 (206) 는 절연되고 그리고/또는 동축 커넥터/케이블로서 형성된다.
도 2b-1은 본 개시의 구현예들에 따른, 에지 링 어셈블리 (200) 의 확대된 단면도를 예시한다. 일부 구현예들에서, 에지 링 어셈블리 (200) 는 상단면 (213) 을 가진 에지 링 (210), 뿐만 아니라 에지 링 (210) 아래에 배치된 유전체 링 (211) 을 포함한다. 부분 (212) 은 또한 유전체 링 (211) 아래에 배치된다. 환형 전극 (202) 은 에지 링 (210) 과 유전체 링 (211) 사이에 배치된다.
일반적으로 말하면, 에지 링 (210) 은 내경 (참조 부호 220) 으로부터 외경 (참조 부호 222) 으로 연장하는 환형 형상의 구조를 갖는다. 에지 링 (210) 의 내경은 기판/웨이퍼 (105) 의 직경보다 보다 작거나 보다 클 수 있다. 단차형 에지 (232) 는 에지 링 (210) 의 내경에서 형성되고, 그리고 에지 링 (210) 의 상단면 (213) 으로부터 단차 다운을 형성한다. 기판 (105) 이 하부 부분 (233) 위로 연장하도록, 단차형 에지 (232) 의 하부 부분 (233) 은 ESC (103) 의 상단면 (130) 보다 보다 낮은 높이에 있도록 형성된다. 하부 부분 (233) 과 상단면 (213) 사이의 높이 차는 예시된 구현예에서 도시된 바와 같이 포켓 깊이 (D1) 를 형성한다. 일부 구현예들에서, 포켓 깊이 (D1) 는 약 2.5 내지 3 ㎜ 범위 내에 있다. 일부 구현예들에서, 포켓 깊이 (D1) 는 약 2.75 ㎜이다. 일부 구현예들에서, 포켓 깊이 (D1) 는 약 0.7 내지 4.5 ㎜ 범위 내에 있다. 다양한 구현예들에서, 에지 링 어셈블리 (200) 의 다양한 부분들이 석영, SiC, 등과 같은 재료들로 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다.
환형 전극 (202) 은 에지 링 (210) 의 환형 구조 내에 임베딩된다. 환형 전극 (202) 의 치수들이 상이한 구현예들에서 가변할 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 예시된 실시예에서와 같이 일부 구현예들에 따르면, 환형 전극 (202) 은 약 5 내지 28 ㎜의 방사상의 폭 (W1) (전극의 내경으로부터 전극의 외경으로의 방사상의 거리) 을 갖는다. 일부 구현예들에서, 환형 전극 (202) 은 약 10 내지 20 ㎜의 방사상의 폭 (W1) 을 갖는다. 일부 구현예들에서, 환형 전극 (202) 은 약 10 내지 15 ㎜의 방사상의 폭 (W1) 을 갖는다. 다양한 구현예들에서, 환형 전극 (202) 의 내경 (226) 은 에지 링 (210) 의 내경 (220) 과 동일하거나 보다 길 수 있다. 다양한 구현예들에서, 환형 전극 (202) 의 외경 (228) 은 에지 링 (210) 의 외경 (222) 과 동일하거나 보다 짧을 수 있다. 따라서, 환형 전극 (202) 의 방사상의 폭 (W1) 은 에지 링 (210) 의 방사상의 폭 (W2) 과 동일하거나 보다 좁을 수 있다.
일부 구현예들에서, 환형 전극 (202) 은 적어도 약 10 내지 15 ㎜의 최소 방사상의 폭 (W1) 을 갖게 규정된다. 최소 방사상의 폭은 에지 링 (210) 위의 플라즈마 시스의 연장의 목표된 레벨을 제공하도록 규정될 수도 있다.
일부 구현예들에서, 환형 전극 (202) 은 약 0.5 ㎜ 내지 10 ㎜의 두께를 갖는다. 일부 구현예들에서, 환형 전극 (202) 은 약 0.75 ㎜ 내지 5 ㎜의 두께를 갖는다. 일부 구현예들에서, 환형 전극 (202) 은 약 2 내지 3 ㎜의 두께를 갖는다. 예시된 구현예에서, 환형 전극 (202) 은 에지 링의 내경 (참조 부호 220) 과 동등한 최소 내경을 가질 수도 있고, 그리고 환형 전극 (202) 은 에지 링의 외경 (참조 부호 222) 과 동등한 최대 외경을 가질 수도 있다.
또한, 다양한 구현예들에서, 환형 전극 (202) 의 상단면의 높이는 ESC (103) 의 상단면 (130) 의 높이에 있거나, 상단면 (130) 의 높이 위에 있거나, 상단면 (130) 의 높이 아래에 있을 수도 있다. 일부 구현예들에서, 환형 전극 (202) 의 상단면의 높이는 ESC (103) 의 상단면 (130) 의 높이 위 아래에서 0 내지 5 ㎜이도록 구성된다. 다른 구현예들에서, 환형 전극 (202) 의 상단면의 높이는 (ESC (103) 의 상단면 (130) 상에 있을 때) 기판의 상단면을 참조하여 규정될 수 있고, 환형 전극 (202) 의 상단면의 높이는 기판 (105) 의 상단면의 높이에 있거나 상단면의 높이 위에 있거나, 상단면의 높이 아래에 있도록 구성될 수도 있다. 일부 구현예들에서, 환형 전극 (202) 의 상단면의 높이는 에지 링 (210) 의 상단면 (213) 아래의 깊이 (D2) 에 있다. 일부 구현예들에서, 전극 깊이 (D2) 는 약 3 내지 6 ㎜ 범위 내에 있다. 일부 구현예들에서, 전극 깊이 (D2) 는 약 4 내지 5 ㎜ 범위 내에 있다. 일부 구현예들에서, 전극 깊이 (D2) 는 4.5 ㎜이다.
환형 전극 (202) 의 일부분은 에지 링 (210) 의 단차형 에지 (232) 아래에 배치될 수 있다. 따라서, 환형 전극 (202) 의 일부분은 또한 기판 (105) 의 일부분 아래에 배치될 수도 있다. 이러한 구현예들에서, ROL (radial overlap) 이 환형 전극 (202) 과 기판 (105) 사이에 존재하도록, 환형 전극 (202) 의 내경 (참조 부호 226) 은 기판 (105) 의 직경 (참조 부호 224) 미만이다. 일부 구현예들에서, 환형 전극 (202) 과 기판 (105) 사이의 ROL은 0 내지 3 ㎜ 범위 내에 있다. 다른 구현예들에서, ROL의 최소량이 약 0 내지 3 ㎜의 범위 내에 있는 것으로 규정된다.
관련된 치수는 기판 직경 (참조 부호 224) 을 넘은 환형 전극 (202) 의 RE (radial extension) 이다. 일부 구현예들에서, RE는 5 내지 25 ㎜의 범위 내에 있다. 다른 구현예들에서 RE는 약 5 내지 10 ㎜ 범위 내의 최소량을 갖는 것으로 규정된다.
일부 구현예들에서, 환형 전극 (202) 은 유전체 링 (211) 의 하부면 (216) 을 따라 배치된 콘택트 (208) 로 종결되는 커넥터 (209) 에 연결된다. 유전체 링 (211) 의 하부면 (216) 은 챔버 (101) 내의 ESC (103) 의 환형 선반부 (134) 위에 배치되도록 구성된다는 것이 이해될 것이다. 커넥터 (209) 는 환형 전극 (202) 으로부터 하부면 (216) 에서의 콘택트 (208) 로 하향으로 연장하도록 구성될 수 있다. 콘택트 (208) 는 ESC (103) 의 환형 선반부 (134) 를 따라 배치되고, 그리고 에지 링 RF 피드 (206) 로 종결되는 대응하는 콘택트 (207) 와 정합한다. 커넥터 (209) 및 에지 링 RF 피드 (206) 는 절연된 동축 커넥터들로서 규정될 수 있다. 콘택트들 (207 및 208) 이 유사하게 커넥터들 (206 및 209) 각각의 내측 컨덕터들 및 관형 차폐 컨덕터들의 정합을 제공하는 동축 콘택트들로서 규정될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 콘택트들은 구리, 알루미늄, 은, 금, 등을 포함한, RF 전력의 고 전도도를 제공하는 임의의 재료로 형성될 수 있다. 콘택트들은 콘택트들 사이의 적합한 표면-대-표면 콘택트를 보장하기 위해 외압을 제공하도록 형성될 수도 있다. 예를 들어, 또 다른 콘택트와 인터페이싱하지 않을 때, 콘택트는 표면 (예를 들어, 환형 선반부 (134) 또는 하부면 (216)) 으로부터 돌출을 나타낼 수도 있다.
도 2b-2는 본 개시의 구현예들에 따른, ESC 및 에지 링 어셈블리의 컷어웨이 도면을 예시한다. 예시된 구현예에서, 에지 링 RF 피드 (206) 는 ESC (103) 를 통해 배치되고, 그리고 ESC (103) 의 환형 선반부 (134) 를 통해 연장하는 커넥터이다. 에지 링 RF 피드 (206) 는 환형 전극 (202) 에 연결되기 위해, 유전체 링 (211) 내에 형성된 쓰루-홀 (236) 을 통해 더 연장한다.
도 2c는 본 개시의 구현예들에 따른, 에지 링 어셈블리 및 ESC의 단면을 예시한다. 예시된 구현예에서, 에지 링 어셈블리 (200) 는 에지 링 (210), 및 유전체 링 (211) 을 포함한다. 에지 링 (210) 과 유전체 링 (211) 사이에 에지 링 어셈블리 (200) 의 전체 방사상의 폭을 연장시키는 환형 전극 (202) 이 배치된다.
도 2d는 본 개시의 구현예들에 따른, 에지 링 어셈블리 및 ESC의 단면을 예시한다. 예시된 구현예에서, 에지 링 어셈블리 (200) 는 에지 링 (210), 및 유전체 링 (211) 을 포함한다. 에지 링 (210) 과 유전체 링 (211) 사이에 에지 링 (210) 의 내경으로부터 연장하지만, 에지 링 어셈블리 (200) 의 전체 방사상의 폭 미만인 방사상의 폭을 가진 환형 전극 (202) 이 배치된다.
도 2e는 본 개시의 구현예들에 따른, 내부에 임베딩된 복수의 동심원의 전극들을 가진 에지 링 어셈블리의 단면을 예시한다. 예시된 구현예에서, 복수의 동심원의 환형 전극들 (240, 242, 및 244) 은 에지 링 어셈블리 (200) 내에 형성된다. 동심원의 환형 전극들 (240, 242, 및 244) 은 유전체 구역들 (241 및 243) 에 의해 분리된다. 동심원의 환형 전극 (240) 은 커넥터 (246) 를 통해 콘택트 (247) 에 연결되고; 동심원의 환형 전극 (242) 은 커넥터 (248) 를 통해 콘택트 (249) 에 연결되고; 그리고 동심원의 환형 전극 (244) 은 커넥터 (250) 를 통해 콘택트 (251) 에 연결된다.
RF 소스 (262) 는 콘택트 (247) 와 정합하는 콘택트 (260) 로 종결되는 RF 피드 (261) 를 통해 동심원의 환형 전극 (240) 에 RF 전력을 공급한다. RF 소스 (265) 는 콘택트 (249) 와 정합하는 콘택트 (263) 로 종결되는 RF 피드 (264) 를 통해 동심원의 환형 전극 (242) 에 RF 전력을 공급한다. RF 소스 (268) 는 콘택트 (251) 와 정합하는 콘택트 (266) 로 종결되는 RF 피드 (267) 를 통해 동심원의 환형 전극 (244) 에 RF 전력을 공급한다. 동심원의 환형 전극들 (240, 242, 및 244) 각각에 공급된 RF 전력은 기판 (105) 의 에지 구역에서 목표된 플라즈마 시스 특성들 및 에칭 특성들을 달성하도록 개별적으로 튜닝될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 3a는 본 개시의 구현예들에 따른, 플라즈마 프로세스 동작 동안 생성된 플라즈마 시스를 개념적으로 예시한다. 일반적으로 말하면, ESC (103) 에 인가된 바이어스 전압에 기인하여, 기판 (105) 의 상단면은 음으로 대전된다. 그러므로, 양 이온들의 증가된 밀도를 가진 층을 형성하는 플라즈마 시스 (300) 는 기판 (105) 의 상단면 위에 실질적으로 생성된다. 그러나, 에지 링 어셈블리 (200) 의 노출된 표면들은 양으로 대전될 수도 있고, 따라서 플라즈마 시스 (300) 는 기판 (105) 의 에지를 넘어 상당히 연장되지 않는다. 기판 에지에서의 플라즈마 시스의 이 불연속성은 기판 (105) 의 에지에서 상단면을 따른 반응성 이온 궤적 및 밀도로 하여금 플라즈마 시스가 연속적이고 지속적으로 형성되는 보다 중심에 위치된 구역들에서의 궤적 및 밀도와 현저히 상이하게 한다.
도 3b는 본 개시의 구현예들에 따른, 플라즈마 프로세스 동작 동안 생성된 플라즈마 시스를 개념적으로 예시한다. 예시된 구현예에서, 에지 링 어셈블리 (200) 는 RF 전력이 인가되는 환형 전극 (202) 을 포함한다. 이것은 에지 링 어셈블리 (200) 의 노출된 상부면들로 하여금 음 대전을 나타내게 하고, 이는 실질적으로 에지 링 어셈블리 (200) 위의 구역에 형성되도록 플라즈마 시스 (302) 를 방사상으로 외측으로 연장시킨다. 플라즈마 시스 (302) 의 RE의 제공은 감소된 이온 포커싱 및 기판 (105) 의 상단면에 대해 직각에 관한 작은 이온 궤적 틸팅을 제공한다.
도 4a, 도 4b, 도 4c, 도 4d, 및 도 4e는 본 개시의 구현예들에 따른, 플라즈마 프로세싱을 겪는 기판의 에지 구역의 단면도들을 예시한다. 도 4a 내지 도 4e는 다양한 전압들에서 환형 전극 (202) 에 RF 전력을 인가하면서 발생하는 전압 구배들 및 이온 궤적들 (도시된 이온 플럭스 라인들) 을 예시한다. 도 4a 내지 도 4e 각각에 대해, 플라즈마는 10 mT의 압력, 900 W (Watt) 의 유도 코일 전력, 아르곤 (Ar) 의 200 sccm (standard cubic centimeters) 의 가스 플로우, 및 10 ㎒의 주파수로 바이어스 전극 (104) 에 인가된 200 V (Volt) 의 RF 바이어스 전압에서 생성된다. RF 전압은 2 ㎒의 주파수로 환형 전극 (202) 에 인가된다.
도 4a 및 도 4b는 0 V (전압 없음) 및 100 V가 각각 환형 전극 (202) 에 인가될 때의 결과들을 예시한다. 이들 시나리오들 양자에서, 기판 (105) 의 에지 구역에서 상당한 이온 포커싱, 뿐만 아니라 기판 (105) 의 상단면에 대한 직각에 대해 에지 구역에서 이온 궤적들의 상당한 틸팅 (웨이퍼의 에지를 향해 방사상으로 내측으로 틸팅) 이 있다. 도 4c에 도시된 바와 같이, 300 V가 환형 전극 (202) 에 인가될 때, 이온 포커싱은 감소되고, 그리고 방사상으로 내측으로의 이온 궤적들의 틸팅도 감소된다. 도 4d에 도시된 바와 같이, 500 V가 환형 전극 (202) 에 인가될 때, 이온 포커싱 및 이온 궤적 틸팅은 훨씬 더 감소된다. 도 4e에 도시된 바와 같이, 700 V가 환형 전극 (202) 에 인가될 때, 에지 구역에서의 이온 궤적은 이온 궤적의 틸팅을 반전하기 시작하고, 즉, 틸팅은 방사상으로 외측으로 생기고 그리고 기판 에지 구역을 벗어난다. 또한, 이온 포커싱은 완전히 제거되고, 실제로, 이온 확산이 기판 에지 구역에서 관찰된다.
도 5a는 도 4a 내지 도 4e의 구현예들에 따른, 기판의 상단면을 따른 방사상의 위치에 대한 Ar 이온 플럭스의 플롯을 예시한다. 상기에 언급된 바와 같이, 다양한 전압들이 환형 전극 (202) 에 인가되었고, 그리고 Ar 이온 플럭스의 대응하는 플롯들이 도시된다. 도시된 바와 같이, 100 V, 300 V, 500 V, 또는 700 V의 전압들이 인가될 때 0 내지 약 14 ㎝로부터의 방사상의 위치들에 대한 Ar 이온 플럭스는 대체로 유사하다.
도 5b는 약 13 내지 15 ㎝ 범위 내의 (300 ㎜ 직경 기판에 대해 에지 근방에서) 방사상의 위치들에 대한 기판을 따른 방사상의 위치에 대한 Ar 이온 플럭스의 플롯을 예시한다. 도시된 바와 같이, 0 V (참조 부호 500), 100 V (참조 부호 502), 및 300 V (참조 부호 504) 의 전압들이 인가될 때, Ar 이온 플럭스는 방사상의 위치가 기판의 선단 에지에 다가감에 따라 (15 cm에 다가감) 증가한다. 그러나, 500 V (참조 부호 506) 및 700 V (참조 부호 508) 의 전압들이 인가될 때, Ar 이온 플럭스는 방사상의 위치가 선단 기판 에지에 다가감에 따라 (15 cm에 다가감) 감소한다.
도 6은 본 개시의 구현예들에 따른, 환형 전극으로의 상이한 인가된 전압들에 대해 300 ㎜ 웨이퍼를 따른 방사상의 위치에 대한 정규화된 에칭 레이트의 플롯을 예시한다. 플라즈마 프로세싱은 (Lam Research Corporation에 의해 제작된) Kiyo EX/FX 챔버 내에서 다음의 조건들: 40 mT의 압력, (1.3의 TCCT 비로) 900 W (Watt) 의 유도 코일 (TCP) 전력, HBr의 450 sccm, O2의 4 sccm, 및 He의 50 sccm의 가스 플로우, 60 ℃의 ESC 온도, 13.56 ㎒의 주파수로 바이어스 전극 (104) 에 인가된 450 V (Volt) 의 RF 바이어스 전압, 및 2 ㎒의 주파수로 환형 전극 (202) 에 인가된 RF 전압 하에서 블랭킷 웨이퍼에 대해 수행되었다.
커브 600은 0 V가 환형 전극에 인가될 때의 에칭 레이트를 예시한다. 도시된 바와 같이, 에칭 레이트는 약 135 ㎜의 방사상의 위치를 넘어 에지 구역에서 극적으로 증가한다. 커브 602는 400 V가 환형 전극에 인가될 때의 에칭 레이트를 예시한다. 도시된 바와 같이, 에칭 레이트는 여전히 에지 구역에서 상당한 증가를 나타낸다. 커브 604는 560 V가 환형 전극에 인가될 때의 에칭 레이트를 예시한다. 도시된 바와 같이, 에칭 레이트는 에지 구역에서 상당히 일관된다. 커브 606은 700 V가 환형 전극에 인가될 때의 에칭 레이트를 예시한다. 도시된 바와 같이, 에칭 레이트는 이제 에지 구역에서 감소한다. 도시된 실험 결과들은 환형 전극에 인가된 전압이 목표된 에칭 레이트 프로파일을 달성하도록, 예를 들어, 웨이퍼에 걸친 균일성을 촉진하도록 얼마나 튜닝될 수 있는지를 보여준다.
도 7은 본 개시의 구현예들에 따른, 에지 링 및 페데스탈/ESC를 예시한다. 예시된 구현예에서, 에지 링 어셈블리 (200) 의 하단 측면은 ESC (103) 내에 형성된 에지 링 RF 피드들 (206) 을 통해 전송된 RF 전력을 수신하기 위해 구성된 전극 콘택트들 (208) 을 포함하도록 도시된다. 전극 콘택트들 (208) 은 상기에 기술된 바와 같이 에지 링 어셈블리 (200) 내에 형성된 환형 전극으로 RF 전력을 전송한다. ESC (103) 에서 에지 링 RF 피드들 (206) 은 예를 들어, 주변 절연 시스에 의해, 뿐만 아니라 동축 구성을 통해 ESC (103) 로부터 전기적으로 절연된다는 것이 이해될 것이다. 에지 링 RF 피드들 (206) 은 환형 선반부 표면 (134) 으로 연장되고, 그리고 에지 링 어셈블리 (200) 의 전극 콘택트들 (208) 과 정합하기 위해 구성된 피드 콘택트들 (207) 을 형성하도록 표면 (134) 에서 종결된다. 에지 링 RF 피드들 (206) 은 RF 소스 (204) 로부터 RF 전력을 수신한다.
예시된 구현예에서, 4개의 전극 콘택트들 (208) 은 에지 링 어셈블리 (200) 주위에 대칭으로 분포되고, 그리고 4개의 대응하는 피드 콘택트들은 환형 선반부 표면 (134) 주위에 대칭으로 분포된다. 그러나, 다른 구현예들에서, 4개보다 적은 콘택트들 또는 4개보다 많은 콘택트들이 있을 수도 있다. 콘택트들의 특정한 사이즈 및 형상은 가변될 수도 있다.
또 다른 구현예들에서, 에지 링 RF 피드들은 ESC로부터 벗어나서 측면으로 (방사상으로) 연장되도록 형성될 수도 있고 그리고 챔버의 측벽들을 통해 연장될 수도 있다.
도 8은 본 개시의 구현예들에 따른, 플라즈마 프로세스 챔버 내에 배치되도록 구성된 ESC 및 에지 링의 단면을 개념적으로 예시한다. 예시된 구현예에서, ESC (103) 는 플라즈마 프로세싱 동안 기판 (미도시) 을 지지하도록 구성된 상단면 (130) 을 갖는다. 또한 ESC (103) 의 상단면 (130) 아래에 배치된 바이어스 전극 (104) 이 도시된다. 바이어스 전극 (104) 은 바이어스 RF 전력 공급부 (111) 로부터 RF 전력을 수신한다. 현재 구현예에서, 적어도 ESC (103) 의 상부 부분은 ESC 환형 전극 (800) 을 수용하도록 측면으로/방사상으로 연장된다. ESC 환형 전극 (800) 은 바이어스 전극 (104) 을 둘러싸도록 바이어스 전극 (104) 의 반경보다 보다 긴 방사상의 거리에 형성된다. ESC 환형 전극 (800) 은 RF 소스 (802) 로부터, RF 피드 (804) 를 통해 RF 전력을 수신한다. 환형 전극 (800) 에 공급된 RF 전력의 특성들은 웨이퍼 에지 구역에서 목표된 에칭 특성들 (예를 들어, 전압, 주파수, 바이어스 전압에 대한 위상, 연속파/펄싱된 파형을 포함한 RF 전력 특성들) 을 제공하도록 튜닝될 수 있다.
도 9는 본 개시의 구현예들에 따른, 플라즈마 프로세스 챔버 내에 배치되도록 구성된 ESC 및 에지 링의 단면을 개념적으로 예시한다. 예시된 구현예에서, (도 2a를 참조하여 논의된 바와 같은) 에지 링 환형 전극 (202) 과 (도 8을 참조하여 논의된 바와 같은) ESC 환형 전극 (800) 양자는 시스템에 포함된다. ESC 환형 전극 (800) 및 에지 링 환형 전극 (202) 은 RF 소스 (900) 로부터 RF 피드들 (804 및 206) 각각을 통해 RF 전력을 수신한다. 또 다른 구현예에서, ESC 환형 전극 (800) 및 에지 링 환형 전극 (202) 각각은 독립적으로 튜닝될 수 있는 별개의 RF 전력 소스들에 의해 전력 공급된다. ESC 환형 전극 (800) 및 에지 링 환형 전극 (202) 에 공급된 RF 전력의 특성들은 웨이퍼 에지 구역에서 목표된 에칭 특성들 (예를 들어, 전압, 주파수, 바이어스 전압에 대한 위상, 연속파/펄싱된 파형을 포함한 RF 전력 특성들) 을 제공하도록 튜닝될 수 있다.
도 10은 본 개시의 구현예들에 따른, ESC에 인가된 전력과 환형 전극에 인가된 전력 사이의 다양한 위상 차들의 결과를 예시한다. 예시된 단면 개략도들은 나타낸 바와 같이 다양한 위상각 차들에서의 이온 플럭스를 도시한다. 프로세스 파라미터들은 다음과 같다: 10 mT 압력, 900W TCP, 200 sccm Ar, 10 ㎒로 ESC 주요 전극에 인가된 200 V, 10 ㎒로 환형 전극에 인가된 300 V. 알 수 있는 바와 같이, 위상각의 변화들은 전기 전위 토포그래피 (topography) 에 영향을 미치고, 그 결과 이온 플럭스의 각 및 분포에 영향을 미친다. 따라서, ESC에 인가된 RF 전력 대 환형 전극에 인가된 RF 전력 사이의 위상 차는 또 다른 튜닝 가능한 파라미터를 나타낼 수 있다.
도 11a는 본 개시의 구현예들에 따른, 에지 링 어셈블리의 컷어웨이 도면을 예시한다. 환형 전극 (202) 은 에지 링 (210) 과 유전체 링 (211) 사이에 샌드위치된다 (sandwiched). 환형 전극 (202) 은 콘택트의 역할을 하는 RE (1100) 를 더 포함하고 콘택트를 통해 RF 전력은 환형 전극 (202) 에 전달된다.
도 11b 및 도 11c는 본 개시의 구현예들에 따른, 플라즈마 프로세스 챔버의 하부 볼 (bowl) 의 내부 도면들을 예시한다. RE (1100) (도면에 미도시) 는 절연체 하우징 (1102) 에 의해 커버되고, 이는 아크 (arcing) 를 방지한다. 동축 RF 피드 (1104) 는 챔버의 측벽 (1108) 에 형성된 쓰루-홀 (1106) 을 통해 배치된다. 동축 RF 피드 (1104) 는 환형 전극 (202) 의 RE (1100) 에 연결되고 그리고 RF 전력 소스로부터 RF 전력을 전달한다. 단일의 RE가 도시되지만, 환형 전극에 대한 콘택트들을 형성하는 몇몇의 RE들이 있을 수도 있고, 또한 이러한 RE들이 환형 전극 주위에 대칭으로 분포될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 일 구현예에서, 환형 전극 (202) 은 환형 전극 (202) 주위에 대칭으로 분포된 4개의 RE들을 포함하고, 4개의 RE들 각각은 대응하는 동축 RF 피드에 연결된다. 또 다른 구현예에서, 환형 전극에 대한 동축 RF 피드는 챔버의 측면을 통해서라기보다는 챔버 밑으로부터 보내질 (route) 수 있다.
도 12a는 본 개시의 구현예들에 따른, 에지 링 어셈블리의 단면을 예시한다. 에지 링 어셈블리는 도시된 바와 같이 석영 상단 링 및 석영 하단 링을 포함한다. 석영 상단 링의 상단면의 높이는 도 13을 참조하여 이하에 논의되는 바와 같이, 기판의 에지에서의 에칭 레이트에 영향을 주도록 가변될 수 있다.
도 12b는 본 개시의 구현예들에 따른, 에지 링 어셈블리의 단면을 예시한다. 에지 링 어셈블리는 도시된 바와 같이, 내부에 배치된 전극을 가진 석영 상단 링, 및 석영 하단 링을 포함한다. 석영 상단 링의 상단면의 높이는 도 13을 참조하여 이하에 논의되는 바와 같이, 기판의 에지에서의 에칭 레이트에 영향을 주도록 가변될 수 있다.
도 13은 본 개시의 구현예들에 따른, HBr 플라즈마 프로세스에 대한 에칭 레이트 프로파일들을 예시한다. 예시된 그래프에서, 커브 1300은 2.74 ㎜ (0.108 인치) 의 포켓 깊이를 가진 표준 완전한 석영 에지 링에 대한 정규화된 에칭 레이트를 예시한다. 커브 1302는 4.01 ㎜ (0.158 인치) 의 포켓 깊이를 가진 표준 완전한 석영 에지 링에 대한 정규화된 에칭 레이트를 예시한다. 알 수 있는 바와 같이, 포켓 깊이를 증가시키는 것은 기판 에지 구역에서의 에칭 레이트를 감소시키는 효과를 갖는다. 커브 1304는 에지 링 어셈블리에 대한 정규화된 에칭 레이트를 예시하고 석영 상단 링은 전력이 공급되지 않은 (0 W) 전극을 포함한다. 커브 1306은 에지 링 어셈블리에 대한 정규화된 에칭 레이트를 예시하고 석영 상단 링은 250 W로 전력 공급된 전극을 포함한다. 도시된 바와 같이, 전극에 전력을 공급하는 것은 전력이 공급되지 않은 결과들과 비교할 때 에지 구역에서의 에칭 레이트를 감소시킨다.
도 14는 상기에 기술된 시스템들을 제어하기 위한 제어 모듈 (1400) 을 도시한다. 예를 들어, 제어 모듈 (1400) 은 프로세서, 메모리 및 하나 이상의 인터페이스들을 포함할 수도 있다. 제어 모듈 (1400) 은 부분적으로 센싱된 (sense) 값들에 기초하여 시스템 내의 디바이스들을 제어하도록 채용될 수도 있다. 단지 예를 들면, 제어 모듈 (1400) 은 센싱된 값들 및 다른 제어 파라미터들에 기초하여 밸브들 (1402), 필터 히터들 (1404), 펌프들 (1406), 및 다른 디바이스들 (1408) 중 하나 이상을 제어할 수도 있다. 제어 모듈 (1400) 은 단지 예를 들면, 압력 마노미터들 (1410), 유량계들 (1412), 온도 센서들 (1414), 및/또는 다른 센서들 (1416) 로부터 센싱된 값들을 수신한다. 제어 모듈 (1400) 은 또한 전구체 전달 및 플라즈마 프로세싱 동안 프로세스 조건들을 제어하도록 채용될 수도 있다. 제어 모듈 (1400) 은 통상적으로 하나 이상의 메모리 디바이스들 및 하나 이상의 프로세서들을 포함할 것이다.
제어 모듈 (1400) 은 전구체 전달 시스템 및 플라즈마 프로세싱 장치의 액티비티들을 제어할 수도 있다. 제어 모듈 (1400) 은 프로세스 타이밍, 전달 시스템 온도, 필터들에 걸친 압력차들, 밸브 위치들, 가스들의 혼합물, 챔버 압력, 챔버 온도, 웨이퍼 온도, RF 전력 레벨들, 웨이퍼 ESC 또는 페데스탈 위치, 및 특정한 프로세스의 다른 파라미터들을 제어하기 위한 인스트럭션들의 세트들을 포함한 컴퓨터 프로그램들을 실행한다. 제어 모듈 (1400) 은 또한 압력차를 모니터링할 수도 있고 증기 전구체 전달을 하나 이상의 경로들로부터 하나 이상의 다른 경로들로 자동으로 스위칭할 수도 있다. 제어 모듈 (1400) 과 연관된 메모리 디바이스들 상에 저장된 다른 컴퓨터 프로그램들은 일부 실시예들에서 채용될 수도 있다.
통상적으로 제어 모듈 (1400) 과 연관된 사용자 인터페이스가 있을 것이다. 사용자 인터페이스는 디스플레이 (1418) (예를 들어, 장치 및/또는 프로세스 조건들의 디스플레이 스크린 및/또는 그래픽 소프트웨어 디스플레이들), 및 포인팅 디바이스들, 키보드들, 터치 스크린들, 마이크로폰들, 등과 같은 사용자 입력 디바이스들 (1020) 을 포함할 수도 있다.
프로세스 시퀀스에서 전구체의 전달, 플라즈마 프로세싱 및 다른 프로세스들을 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램들은 예를 들어, 어셈블리 언어, C, C++, 파스칼, 포트란, 또는 다른 것들과 같은 임의의 종래의 컴퓨터 판독 가능한 프로그래밍 언어로 작성될 수 있다. 컴파일링된 객체 코드 또는 스크립트가 프로그램 내에서 식별된 태스크들을 수행하도록 프로세서에 의해서 실행된다.
제어 모듈 파라미터들은 예를 들어, 필터 압력차들, 프로세스 가스 조성 및 플로우 레이트들, 온도, 압력, RF 전력 레벨들과 저주파수 RF 주파수와 같은 플라즈마 조건들, 냉각 가스 압력, 및 챔버 벽 온도와 같은 프로세스 조건들에 관한 것이다.
시스템 소프트웨어는 많은 상이한 방식들로 설계 또는 구성될 수도 있다. 예를 들어, 다양한 챔버 컴포넌트 서브루틴들 또는 제어 객체들이 본 발명의 증착 프로세스들을 수행하기 위해 필요한 챔버 컴포넌트들의 동작을 제어하도록 작성될 수도 있다. 이러한 목적을 위한 프로그램들 또는 프로그램들의 섹션들의 예들은 기판 포지셔닝 (positioning) 코드, 프로세스 가스 제어 코드, 압력 제어 코드, 히터 제어 코드, 및 플라즈마 제어 코드를 포함한다.
기판 포지셔닝 프로그램은 페데스탈 또는 ESC 상으로 기판을 로딩하고, 그리고 가스 유입부 및/또는 타깃과 같은 챔버의 다른 부분들과 기판 사이의 간격을 제어하도록 사용되는 챔버 컴포넌트들을 제어하기 위한 프로그램 코드를 포함할 수도 있다. 프로세스 가스 제어 프로그램은 가스 조성 및 플로우 레이트들을 제어하기 위한, 그리고 챔버 내의 압력을 안정화하기 위해 증착 이전에 챔버 내로 가스를 선택 가능하게 흘리기 위한 코드를 포함할 수도 있다. 필터 모니터링 프로그램은 측정된 차이(들)와 미리 결정된 값(들)을 비교하는 코드 및/또는 경로들을 스위칭하기 위한 코드를 포함한다. 압력 제어 프로그램은, 예를 들어, 챔버의 배기 시스템 내의 쓰로틀 밸브를 조절함으로써 챔버 내의 압력을 제어하기 위한 코드를 포함할 수도 있다. 히터 제어 프로그램은 전구체 전달 시스템 내의 컴포넌트들, 기판 및/또는 시스템의 다른 부분들을 가열하기 위해 가열 유닛들에 대한 전류를 제어하기 위한 코드를 포함할 수도 있다. 대안적으로, 히터 제어 프로그램은 웨이퍼 ESC로의, 헬륨 같은 열 전달 가스의 전달을 제어할 수도 있다.
프로세싱 동안 모니터링될 수도 있는 센서들의 예들은, 이로 제한되지 않지만, 질량 유량 제어 모듈들, 압력 마노미터들 (1410) 과 같은 압력 센서들, 및 전달 시스템 내에 위치된 써모커플들, 페데스탈 또는 ESC (예를 들어 온도 센서들 (1414)) 을 포함한다. 적절하게 프로그래밍된 피드백 및 제어 알고리즘들이 목표된 프로세스 조건들을 유지하기 위해 이러한 센서들로부터의 데이터와 함께 사용될 수도 있다. 전술한 것은 단일 또는 멀티-챔버 반도체 프로세싱 툴에서의 본 개시의 실시예들의 구현예를 기술한다.
실시예들의 전술한 기술은 예시 및 기술의 목적들을 위해 제공된다. 이는 총망라하거나 (exhaustive) 본 발명을 제한하도록 의도되지 않는다. 특정한 실시예의 개별 엘리먼트들 또는 피처들은 일반적으로 특정한 실시예로 제한되지 않지만, 적용 가능한 경우에, 특별히 도시되거나 기술되지 않을지라도, 선택된 실시예에서 교환 가능하거나 사용될 수 있다. 동일한 것이 또한 많은 방식들로 가변될 수도 있다. 이러한 변화들은 본 개시로부터의 일탈로서 간주되지 않고, 모든 이러한 수정들은 본 개시의 범위 내에 포함되도록 의도된다.
전술한 실시예들이 이해의 명료성의 목적들을 위해 일부 상세히 기술될지라도, 특정한 변화들 및 수정들이 첨부된 청구항들의 범위 내에서 실시될 수 있다는 것이 분명할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로서 고려되고, 본 실시예들은 본 명세서에 주어진 상세사항들로 제한되지 않지만, 청구항들의 범위 및 등가물들 내에서 수정될 수도 있다.

Claims (21)

  1. 제 1 RF 전력 공급부로의 전기적 연결을 위해 구성되는 ESC (electrostatic chuck) 를 둘러싸도록 구성된 에지 링으로서, 상기 ESC는 기판을 지지하기 위한 상단면 및 상기 상단면을 둘러싸는 환형 단차부를 갖고, 상기 환형 단차부는 상기 상단면보다 보다 낮은 환형 선반부를 형성하는, 상기 에지 링;
    상기 에지 링 아래 그리고 상기 환형 선반부 위에 배치된 환형 전극;
    상기 ESC로부터 상기 환형 전극을 격리시키기 위해 상기 환형 전극 아래에 배치되고, 상기 환형 선반부 위에 배치된, 유전체 링; 및
    상기 ESC를 통해 그리고 상기 유전체 링을 통해 배치된 복수의 절연된 커넥터들로서, 상기 복수의 절연된 커넥터들 각각은 제 2 RF 전력 공급부와 상기 환형 전극 사이에 전기적 연결을 제공하는, 상기 복수의 절연된 커넥터들을 포함하고,
    상기 제 2 RF 전력 공급부는 상기 제 1 RF 전력 공급부로부터 분리되고 저주파수 RF 전력을 상기 환형 전극에 공급하도록 구성되고, 상기 저주파수 RF 전력은 상기 제 1 RF 전력 공급부로부터 공급된 RF 전력의 주파수보다 더 낮은 주파수를 갖는, 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 에지 링 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 절연된 커넥터들 각각은 동축 커넥터로 규정되는, 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 에지 링 어셈블리.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 절연된 커넥터들은 상기 제 1 RF 전력 공급부로부터 상기 제 2 RF 전력 공급부를 격리시키도록 구성되는, 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 에지 링 어셈블리.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 에지 링은 상기 에지 링의 내경에서 형성된 단차형 에지를 가진 상단면을 갖고, 상기 단차형 에지의 하부 부분은, 상기 기판이 존재할 때 상기 기판이 상기 단차형 에지의 상기 하부 부분 위로 연장하도록, 상기 ESC의 상기 상단면보다 보다 낮은 높이에 놓이도록 구성되는, 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 에지 링 어셈블리.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 환형 전극의 적어도 일부분은 상기 에지 링의 상기 단차형 에지 아래에 배치되는, 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 에지 링 어셈블리.
  6. 제 1 항에 있어서,
    플라즈마 프로세싱 동안 상기 환형 전극으로의 RF 전력의 인가는 상기 플라즈마 프로세싱 동안 형성된 플라즈마 시스로 하여금 상기 에지 링 위에 실질적으로 형성된 공간적 구역 내에서 방사상으로 연장되게 하는, 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 에지 링 어셈블리.
  7. 제 6 항에 있어서,
    플라즈마 프로세싱 동안 상기 환형 전극으로의 상기 RF 전력의 인가는 상기 기판의 에지 구역에서의 이온 포커싱을 감소시키는, 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 에지 링 어셈블리.
  8. 제 7 항에 있어서,
    플라즈마 프로세싱 동안 상기 환형 전극으로의 상기 RF 전력의 인가는 상기 기판의 상단면에 대해 직각을 벗어나는 상기 기판의 상기 에지 구역에서의 이온 궤적들의 틸팅 (tilting) 을 감소시키는, 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 에지 링 어셈블리.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 환형 전극은 5 내지 28 ㎜의 방사상의 폭을 갖는, 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 에지 링 어셈블리.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 환형 전극은 0.5 ㎜ 내지 5 ㎜의 두께를 갖는, 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 에지 링 어셈블리.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 환형 전극은 복수의 동심원의 전극들에 의해 형성되고, 상기 복수의 동심원의 전극들 각각은 상기 제 2 RF 전력 공급부에 전기적으로 연결되는, 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 에지 링 어셈블리.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 환형 전극은 전도성 재료의 메시-형 구조로 형성되는, 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 에지 링 어셈블리.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 환형 전극은 상기 에지 링과 통합되는, 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 에지 링 어셈블리.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 환형 전극은 적어도 상기 에지 링의 방사상의 폭만큼 넓은 방사상의 폭을 갖는, 플라즈마 프로세싱 챔버를 위한 에지 링 어셈블리.
  15. 프로세스 챔버;
    상기 프로세스 챔버 내에 배치된 ESC로서, 상기 ESC는 플라즈마 프로세싱 동안 기판을 지지하도록 구성된 상단면을 갖고, 상기 ESC는 상기 상단면을 둘러싸는 환형 단차부를 더 포함하고, 상기 환형 단차부는 상기 상단면보다 보다 낮은 높이에서 환형 선반부를 형성하고, 상기 환형 선반부는 에지 링 어셈블리를 수용하도록 구성되고, 상기 에지 링 어셈블리는 상기 ESC를 둘러싸도록 구성된 에지 링을 포함하고, 환형 전극은 상기 에지 링 아래에 배치되고, 그리고 유전체 링은 상기 환형 전극 아래 그리고 상기 환형 선반부 위에 배치되는, 상기 ESC;
    상기 ESC 내에 배치되고, 상기 기판 상에서 바이어스 전압을 생성하도록 제 1 RF 전력 공급부로부터 RF 전력을 수신하도록 구성되는, 바이어스 전극; 및
    상기 ESC를 통해 배치되고, 상기 유전체 링을 통해 배치되도록 구성된 복수의 절연된 커넥터들로서, 상기 복수의 절연된 커넥터들 각각은 제 2 RF 전력 공급부와 상기 환형 전극 사이에 전기적 연결을 제공하도록 구성된, 상기 복수의 절연된 커넥터들을 포함하고,
    상기 제 2 RF 전력 공급부는 상기 제 1 RF 전력 공급부로부터 분리되고 저주파수 RF 전력을 상기 환형 전극에 공급하도록 구성되고, 상기 저주파수 RF 전력은 상기 제 1 RF 전력 공급부로부터 공급된 RF 전력의 주파수보다 더 낮은 주파수를 갖는, 플라즈마 프로세싱을 위한 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 복수의 절연된 커넥터들 각각은 동축 커넥터로 규정되는, 플라즈마 프로세싱을 위한 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 복수의 절연된 커넥터들은 상기 제 1 RF 전력 공급부로부터 상기 제 2 RF 전력 공급부를 격리시키도록 구성되는, 플라즈마 프로세싱을 위한 시스템.
  18. 프로세스 챔버;
    상기 프로세스 챔버 내에 배치된 ESC로서, 상기 ESC는 플라즈마 프로세싱 동안 기판을 지지하도록 구성된 상단면을 갖고, 상기 ESC는 상기 상단면을 둘러싸는 환형 단차부를 더 포함하고, 상기 환형 단차부는 상기 상단면보다 보다 낮은 높이에서 환형 선반부를 형성하고, 상기 환형 선반부는 에지 링 어셈블리를 수용하도록 구성되고, 상기 에지 링 어셈블리는 상기 ESC를 둘러싸도록 구성된 에지 링을 포함하고, 상기 에지 링 어셈블리는 유전체 링을 더 포함하는, 상기 ESC;
    상기 ESC 내에 배치되고, 상기 기판 상에서 바이어스 전압을 생성하도록 제 1 RF 전력 공급부로부터 RF 전력을 수신하도록 구성되는, 바이어스 전극;
    상기 ESC 내에 배치되고, 상기 ESC의 상기 상단면의 주변 구역 아래에 배치된, 환형 전극; 및
    상기 ESC를 통해 배치된 복수의 절연된 커넥터들로서, 상기 복수의 절연된 커넥터들 각각은 제 2 RF 전력 공급부와 상기 환형 전극 사이에 전기적 연결을 제공하도록 구성된, 상기 복수의 절연된 커넥터들을 포함하고,
    상기 유전체 링은 상기 환형 전극 아래 그리고 상기 환형 선반부 위에 배치되고,
    상기 제 2 RF 전력 공급부는 상기 제 1 RF 전력 공급부로부터 분리되고 저주파수 RF 전력을 상기 환형 전극에 공급하도록 구성되고, 상기 저주파수 RF 전력은 상기 제 1 RF 전력 공급부로부터 공급된 RF 전력의 주파수보다 더 낮은 주파수를 갖는, 플라즈마 프로세싱을 위한 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 환형 전극 및 상기 복수의 절연된 커넥터들은 상기 제 1 RF 전력 공급부로부터 상기 제 2 RF 전력 공급부를 격리시키도록 구성되는, 플라즈마 프로세싱을 위한 시스템.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 환형 전극의 제 1 부분은 상기 ESC의 상기 상단면 상에 상기 기판이 존재할 때 상기 기판 아래에 배치되고, 상기 환형 전극의 제 2 부분은 상기 기판의 직경을 넘어 방사상으로 연장되는, 플라즈마 프로세싱을 위한 시스템.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 RF 전력 공급부 및 상기 제 2 RF 전력 공급부는 미리 규정된 위상각 차로 RF 전력들을 각각 제공하도록 구성되는, 플라즈마 프로세싱을 위한 시스템.
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