KR102586592B1 - 고온 rf 가열기 페디스털들 - Google Patents

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데이비드 벤자민슨
시쿤 왕
드미트리 루보미르스키
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

기판 지지 표면을 갖는 기판 지지 조립체를 포함할 수 있는 반도체 처리 시스템들이 설명된다. 예시적인 기판 지지 조립체들은, 기판 지지 표면을 정의하는 세라믹 가열기를 포함할 수 있다. 조립체들은 접지 판을 포함할 수 있으며, 접지 판 상에 세라믹 가열기가 안착된다. 조립체들은, 접지 판과 결합되는 스템을 포함할 수 있다. 조립체들은, 기판 지지 표면으로부터 일정 깊이에서 세라믹 가열기 내에 매립된 전극을 포함할 수 있다. 챔버들 또는 시스템들은 또한, 스템을 통해 AC 전류 및 RF 전력을 전극에 제공하도록 구성되는 RF 매치를 포함할 수 있다. RF 매치는 스템을 따라 기판 지지 조립체와 결합될 수 있다. 기판 지지 조립체 및 RF 매치는 반도체 처리 시스템 내에서 수직으로 병진이동가능할 수 있다.

Description

고온 RF 가열기 페디스털들
관련 출원들에 대한 상호 참조들
본 출원은 2018년 9월 17일자로 출원된 미국 특허 출원 제16/132,806호에 대한 우선권의 권익을 주장하며, 상기 특허 출원의 내용들은 모든 목적들을 위해 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
본 기술은 반도체 제조를 위한 구성요소들 및 장치들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 기술은, 기판 페디스털 조립체들 및 다른 반도체 처리 장비에 관한 것이다.
집적 회로들은 기판 표면들 상에 복잡하게 패터닝된 물질 층들을 생성하는 공정들에 의해 가능해진다. 기판 상에 패터닝된 물질을 생성하는 것은, 물질을 형성하고 제거하기 위한 제어된 방법들을 요구한다. 이러한 공정들이 발생하는 온도는 최종 제품에 직접 영향을 미칠 수 있다. 기판 온도들은 종종, 처리 동안 기판을 지지하는 조립체로 제어되고 유지된다. 부가적으로, 기판 수준 플라즈마들이 형성되어, 기판 처리에서 사용될 수 있는 라디칼 유출물들을 생성할 수 있다. 기판 처리가 더 복잡해짐에 따라, 많은 플라즈마 동작들이 구조들을 손상시키는 전력 수준들에서 발생하고, 플라즈마 특성들에 대한 충분한 제어를 제공하지 못할 수 있으며, 이는 성능의 변동으로 이어진다. 변동의 정도에 따라, 공정들은 기판 표면에 걸쳐 균일하게 수행되지 못할 수 있고, 응용들에 의해 야기되는 불일치들로 인해 디바이스 장애가 발생할 수 있다.
부가적으로, 반도체 처리 챔버 내에 수납된 구조들은 챔버 내에서 수행되는 공정들에 의해 영향을 받을 수 있다. 예컨대, 챔버 내에 생성된 플라즈마 유출물들이 다른 챔버 구성요소들에 충격을 가하거나 다른 방식으로 그와 상호작용할 수 있으며, 이는 부식 또는 침식으로 이어질 수 있다.
그에 따라, 이들 및 다른 이유들로 인해, 반도체 처리 챔버들 내의 개선된 장비 및 조립체들에 대한 필요성이 존재한다. 이들 및 다른 필요성들이 본 기술에 의해 다루어진다.
기판 지지 표면을 갖는 기판 지지 조립체를 포함할 수 있는 반도체 처리 시스템들이 설명된다. 예시적인 기판 지지 조립체들은, 기판 지지 표면을 정의하는 세라믹 가열기를 포함할 수 있다. 조립체들은 접지 판을 포함할 수 있으며, 접지 판 상에 세라믹 가열기가 안착된다. 조립체들은, 접지 판과 결합되는 스템을 포함할 수 있다. 조립체들은, 기판 지지 표면으로부터 일정 깊이에서 세라믹 가열기 내에 매립된 전극을 포함할 수 있다. 챔버들 또는 시스템들은 또한, 스템을 통해 AC 전류 및 RF 전력을 전극에 제공하도록 구성되는 RF 매치를 포함할 수 있다. RF 매치는 스템을 따라 기판 지지 조립체와 결합될 수 있다. 기판 지지 조립체 및 RF 매치는 반도체 처리 시스템 내에서 수직으로 병진이동가능할 수 있다.
일부 실시예들에서, 전극이 세라믹 가열기에 매립되는 기판 지지 표면으로부터의 깊이는 약 5 mm 이하일 수 있다. 기판 지지 조립체는, 약 200 ℃ 이상의 온도로 기판을 가열하도록 구성될 수 있다. 기판 지지 표면은, 산화이트륨을 포함하는 플라즈마 저항성 물질로 코팅될 수 있다. 처리 시스템은, RF 매치와 기판 지지 조립체 사이에서 연장되는 RF 로드(rod)를 더 포함할 수 있다. 처리 시스템은, 세라믹 가열기와 확산 접합되고 스템 내에 배치되는 세라믹 샤프트 내에 위치되는 제2 RF 로드를 더 포함할 수 있다. 기판 지지 조립체는, RF 로드와 전극 사이에 10개보다 적은 수의 결합을 포함할 수 있다. RF 매치는, RF 전원을 RF 로드와 결합하는 RF 스트랩을 포함할 수 있다. RF 매치는, AC 전원을 RF 로드와 결합하는 RF 필터를 포함할 수 있다. RF 필터는 인덕터 및 커패시터를 포함할 수 있다. 인덕터는 페라이트 코어이거나 그를 포함할 수 있다. 인덕터는 적어도 2 μH의 인덕턴스를 제공할 수 있다. RF 매치는 펄싱 RF 전력을 제공하도록 구성될 수 있다. 전극은, 기판 지지 조립체 위의 반도체 처리 시스템 내의 용적 내에 RF 바이어스 플라즈마를 생성하도록 구성될 수 있다.
본 기술의 일부 실시예들은 또한, 기판 지지 표면을 갖는 기판 지지 조립체들을 포함할 수 있다. 기판 지지 조립체는, 기판 지지 표면을 정의하는 세라믹 가열기를 포함할 수 있다. 기판 지지 조립체는 접지 판을 포함할 수 있으며, 접지 판 상에 세라믹 가열기가 안착된다. 기판 지지 조립체는, 접지 판과 결합되는 스템을 포함할 수 있다. 기판 지지 조립체는, 기판 지지 표면으로부터 일정 깊이에서 세라믹 가열기 내에 매립된 전극을 포함할 수 있다. 전극은, 기판 지지 조립체 위의 용적 내에 RF 바이어스 플라즈마를 생성하도록 구성될 수 있다. 기판 지지 조립체는 또한, 스템을 통해 AC 전류 및 RF 전력을 전극에 제공하도록 구성되는 RF 매치를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, RF 매치는 약 100 W 이하의 플라즈마 전력을 전극에 제공하도록 구성될 수 있다. RF 매치는, RF 전원을 RF 매치와 기판 지지 조립체 사이에서 연장되는 RF 로드와 결합하는 RF 스트랩을 포함할 수 있다. RF 매치는, AC 전원을 RF 로드와 결합하는 RF 필터를 포함할 수 있다. RF 필터는 인덕터 및 커패시터를 포함할 수 있다. 기판 지지 조립체는, 약 400 ℃ 이상의 온도로 기판을 가열하도록 구성될 수 있다.
본 기술의 일부 실시예들은 또한 반도체 처리 시스템들을 포함할 수 있다. 시스템들은, 기판 지지 표면을 갖는 기판 지지 조립체를 포함할 수 있다. 기판 지지 조립체는, 기판 지지 표면을 정의하는 세라믹 가열기를 포함할 수 있다. 기판 지지 조립체는 접지 판을 포함할 수 있으며, 접지 판 상에 세라믹 가열기가 안착된다. 기판 지지 조립체는, 접지 판과 결합되는 스템을 포함할 수 있다. 기판 지지 조립체는 또한, 기판 지지 표면으로부터 일정 깊이에서 세라믹 가열기 내에 매립된 전극을 포함할 수 있다. 전극은, 기판 지지 조립체 위의 용적 내에 RF 바이어스 플라즈마를 생성하도록 구성될 수 있다. 시스템들은 또한, 스템을 통해 AC 전류 및 RF 전력을 전극에 제공하도록 구성되는 RF 매치를 포함할 수 있다. RF 매치는 스템을 따라 기판 지지 조립체와 결합될 수 있다. RF 매치는 약 50 W 이하의 플라즈마 전력을 전극에 제공하도록 구성될 수 있다. RF 매치와 전극 사이의 전기적 결합들은 약 1 W 이하의 동작 시 손실들에 의해 특성화될 수 있다. 기판 지지 조립체 및 RF 매치는 반도체 처리 시스템 내에서 수직으로 병진이동가능할 수 있다.
그러한 기술은, 종래의 장비에 비해 많은 이점들을 제공할 수 있다. 예컨대, 본 기술의 일부 실시예들에 따른 조립체들은, 종래의 디바이스들보다 더 높은 온도들에서 동작하는 것이 가능할 수 있다. 부가적으로, 본 기술의 시스템들은, 저전력에서 안정한 플라즈마들을 생성하여, 종래의 디바이스들에 비해 증가된 제어를 제공할 수 있다. 이들 및 다른 실시예들은, 그 실시예들의 많은 이점들 및 특징들과 함께, 아래의 설명 및 첨부된 도면들과 함께 더 상세히 설명된다.
본 명세서의 나머지 부분들 및 도면들을 참조하여, 개시된 실시예들의 속성 및 이점들의 추가적인 이해가 실현될 수 있다.
도 1은 본 기술의 일부 실시예들에 따른 예시적인 처리 툴의 일 실시예의 상부 평면도를 도시한다.
도 2a는 본 기술의 일부 실시예들에 따른 페디스털이 발견될 수 있는 처리 챔버의 일 실시예의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 2b는 본 기술의 일부 실시예들에 따른, 도 2a에 예시된 처리 챔버의 일부분의 상세도를 도시한다.
도 3은 본 기술의 실시예들에 따른 예시적인 샤워헤드의 하부 평면도를 도시한다.
도 4는 본 기술의 일부 실시예들에 따른 기판 지지 조립체의 사시 단면 개략도를 예시한다.
도 5는 본 기술의 일부 실시예들에 따른 기판 지지 조립체의 단면 개략도를 예시한다.
도 6은 본 기술의 일부 실시예들에 따른 기판 지지 조립체의 부분 단면 개략도를 도시한다.
도 7은 본 기술의 일부 실시예들에 따른 RF 매치의 개략도를 예시한다.
도 8은 본 기술의 일부 실시예들에 따른 RF 매치의 개략도를 예시한다.
도 9는 본 기술의 일부 실시예들에 따른 RF 매치의 개략도를 예시한다.
도면들 중 몇몇은 개략도들로서 포함된다. 도면들은 예시의 목적들을 위한 것이며, 실측인 것으로 구체적으로 언급되지 않는 한 실측인 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다. 부가적으로, 개략도들로서, 도면들은 이해를 돕기 위해 제공되며, 현실적인 표현들과 비교하여 모든 양상들 또는 정보를 포함하지는 않을 수 있으며, 예시의 목적들을 위해 부가적이거나 과장된 물질을 포함할 수 있다.
첨부된 도면들에서, 유사한 구성요소들 및/또는 특징들은 동일한 참조 라벨을 가질 수 있다. 추가로, 동일한 유형의 다양한 구성요소들은, 유사한 구성요소들 사이를 구별하는, 참조 라벨에 후속하는 문자에 의해 구별될 수 있다. 본 명세서에서 오직 제1 참조 라벨만이 사용되는 경우, 그 설명은, 문자와는 무관하게 동일한 제1 참조 라벨을 갖는 유사한 구성요소들 중 임의의 구성요소에 적용가능하다.
디바이스 피쳐들의 크기가 계속 감소하고 복잡도가 계속 증가함에 따라, 물질의 제어된 제거가 점점 더 중요해지고 있다. 제거의 하나의 방법은, 다중-파트 식각 공정들로 순차적으로 얇은 물질 층들을 제거하는 것을 수반한다. 이전의 그러한 식각 공정은, 물질을 불활성 플라즈마 유출물들과 접촉시킴으로써 제거될 물질 또는 피쳐의 표면을 개질하는 것을 포함할 수 있는데, 이는, 물질의 접합을 손상시킬 수 있고, 고온에서 수행될 수 있는 후속하는 화학적 공정에서 제거를 용이하게 할 수 있다. 개질 동작은, 노출된 피쳐들 및 물질들의 충격을 허용하는 웨이퍼 또는 기판 수준 플라즈마를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 일부 공정들은 얇은 물질 층들, 이를테면, 옹스트롬 또는 나노미터의 물질을 제거하는 데 사용되며, 그에 따라, 제어 및 최소화된 제거가 추구될 수 있다.
많은 종래의 플라즈마 시스템들은, 페디스털 또는 기판 지지부를 핫(hot) 전극으로서 활용하여, 기판 수준에서, 제어된 낮은 수준의 바이어스 플라즈마를 생성할 수 없다. 플라즈마 소스들 및 매칭 회로들에 대한 제한들로 인해, 그 기술들은 저전력에서 플라즈마를 일관되고 충분하게 유지할 수 없다. 복잡한 결합들 및 시스템들은 저전력 플라즈마에 대해 너무 큰 손실들을 야기할 수 있다. 부가적으로, 동일한 결합들 및 물질들이 사용되어 페디스털 조립체 상의 또는 그 내의 저항성 가열기에 대해 전류를 전달할 수 있다. 전류 성분들은 플라즈마 전력으로부터의 간섭을 가질 수 있고, 추가적인 손실들이 발생할 수 있다. 부가적으로, 페디스털 구성에 따라, 페디스털 내의 결합은 고온에서의 동작을 허용하지 않을 수 있고, 이는 척 상의 접합을 손상시킬 수 있다.
본 기술의 실시예들은, 페디스털 내의 결합을 최소화할 수 있는 특정 구성요소들 및 구성들을 활용함으로써 이들 및 다른 문제들을 극복한다. 부가적으로, RF 매치에 부가적인 필터들을 포함시키는 것은, 잡음을 감소시켜 손실들 및 간섭을 추가로 감소시킬 수 있다. 마지막으로, 페디스털에서 활용되는 물질들은, 제한하지 않으면 더 높은 온도 동작 조건들에서 발생할 수 있는 인터페이스 접합 손상을 제한하도록 선택되는 물질들을 포함할 수 있다. 본 기술의 일부 실시예들에 따른 페디스털들이 배치될 수 있는 예시적인 시스템을 설명한 후에, 본 개시내용은 다양한 기판 지지 조립체들의 다수의 특징들을 설명할 것이다.
도 1은 실시예들에 따른, 증착, 식각, 베이킹, 및 경화 챔버들의 처리 시스템(100)의 일 실시예의 상부 평면도를 도시한다. 도면에서, 한 쌍의 전방 개방 통합 포드(FOUP)들(102)이 다양한 크기들의 기판들을 공급하며, 기판들은, 로봇 팔들(104)에 의해 수용되어, 탠덤 구획들(109a-c)에 위치된 기판 처리 챔버들(108a-f) 중 하나 내에 배치되기 전에 저압 유지 영역(106) 내에 배치된다. 제2 로봇 팔(110)은 기판 웨이퍼들을 유지 영역(106)으로부터 기판 처리 챔버들(108a-f)로 그리고 그로부터 다시 이송하는 데 사용될 수 있다. 각각의 기판 처리 챔버(108a-f)는, 주기적 층 증착(CLD), 원자 층 증착(ALD), 화학 기상 증착(CVD), 물리 기상 증착(PVD), 식각, 사전 세정, 탈기, 배향, 다른 기판 공정들에 더하여 본원에 설명된 건식 식각 공정들을 포함하는 다수의 기판 처리 동작들을 수행하도록 갖추어질 수 있다.
기판 처리 챔버들(108a-f)은, 기판 웨이퍼 상에 유전체 막을 증착, 어닐링, 경화, 및/또는 식각하기 위한 하나 이상의 시스템 구성요소를 포함할 수 있다. 일 구성에서, 두 쌍의 처리 챔버들(예컨대, 108c-d 및 108e-f)은 기판 상에 유전체 물질을 증착하는 데 사용될 수 있고, 제3 쌍의 처리 챔버들(예컨대, 108a-b)은 증착된 유전체를 식각하는 데 사용될 수 있다. 다른 구성에서, 세 쌍의 챔버들(예컨대, 108a-f) 모두가 기판 상의 유전체 막을 식각하도록 구성될 수 있다. 설명되는 공정들 중 임의의 하나 이상의 공정은 상이한 실시예들에 도시된 제조 시스템으로부터 분리된 챔버(들)에서 수행될 수 있다. 유전체 막들을 위한 증착, 식각, 어닐링, 및 경화 챔버들의 부가적인 구성들이 시스템(100)에 의해 고려된다는 것이 인식될 것이다.
도 2a는 처리 챔버 내에 파티셔닝된 플라즈마 생성 영역들이 있는 예시적인 공정 챔버 시스템(200)의 단면도를 도시한다. 막 식각 동안, 예컨대, 질화티타늄, 질화탄탈럼, 텅스텐, 규소, 폴리실리콘, 산화규소, 질화규소, 산질화규소, 규소 옥시카바이드 등의 공정 가스가 가스 유입구 조립체(205)를 통해 제1 플라즈마 영역(215) 내로 유동될 수 있다. 원격 플라즈마 시스템(RPS)(201)은 임의적으로 시스템에 포함될 수 있고, 제1 가스를 처리할 수 있으며, 제1 가스는 이어서 가스 유입구 조립체(205)를 통해 이동한다. 유입구 조립체(205)는, 제2 채널(도시되지 않음)이, RPS(201)가 포함된 경우 이를 우회할 수 있는 2개 이상의 별개의 가스 공급 채널을 포함할 수 있다.
냉각 판(203), 면판(217), 이온 억제기(223), 샤워헤드(225), 및 상부에 기판(255)이 배치되는 기판 지지부(265)가 도시되며, 이들 각각이 실시예들에 따라 포함될 수 있다. 페디스털(265)은 열 교환 채널을 가질 수 있고, 열 교환 채널을 통해 열 교환 유체가 유동하여 기판의 온도를 제어하며, 이는, 처리 동작들 동안 기판 또는 웨이퍼를 가열하고/거나 냉각시키도록 동작될 수 있다. 알루미늄, 세라믹, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는 페디스털(265)의 웨이퍼 지지 플래터는 또한, 매립된 저항성 가열기 요소를 사용하여 약 100 ℃ 또는 최대 100 ℃ 내지 약 1100 ℃ 또는 그 초과와 같은 비교적 높은 온도를 달성하기 위해 저항식으로 가열될 수 있다.
면판(217)은, 피라미드형, 원뿔형일 수 있거나, 좁은 최상부 부분이 넓은 최하부 부분으로 확장되는 다른 유사한 구조를 가질 수 있다. 면판(217)은 부가적으로, 도시된 바와 같이 평평할 수 있고, 공정 가스들을 분배하는 데 사용되는 복수의 관통 채널들을 포함할 수 있다. 플라즈마 생성 가스들 및/또는 플라즈마 여기 종들은, RPS(201)의 사용에 따라, 제1 플라즈마 영역(215) 내로의 더 균일한 전달을 위해, 면판(217)의 복수의 홀들(도 2b에 도시됨)을 통과할 수 있다.
예시적인 구성들은, 가스들/종들이 면판(217)의 홀들을 통해 제1 플라즈마 영역(215) 내로 유동하도록, 면판(217)에 의해 제1 플라즈마 영역(215)으로부터 파티셔닝되는 가스 공급 영역(258) 내로 개방되는 가스 유입구 조립체(205)를 갖는 것을 포함할 수 있다. 구조적 및 동작적 특징들은, 제1 플라즈마 영역(215)으로부터 다시 공급 영역(258), 가스 유입구 조립체(205), 및 유체 공급 시스템(210) 내로의 유의한 플라즈마 역류를 방지하도록 선택될 수 있다. 면판(217) 또는 챔버의 전도성 최상부 부분, 및 샤워헤드(225)는 피쳐들 사이에 위치되는 절연 링(220)과 함께 도시되며, 이러한 절연 링은, 샤워헤드(225) 및/또는 이온 억제기(223)에 대해 면판(217)에 AC 전위가 인가될 수 있게 한다. 면판(217)과 샤워헤드(225) 및/또는 이온 억제기(223) 사이에 절연 링(220)이 위치되어, 제1 플라즈마 영역에, 용량성 결합된 플라즈마(CCP)가 형성되는 것을 가능하게 할 수 있다. 부가적으로, 배플(도시되지 않음)이 제1 플라즈마 영역(215)에 위치되거나 또는 다른 방식으로 가스 유입구 조립체(205)와 결합되어, 가스 유입구 조립체(205)를 통한 그 영역 내로의 유체의 유동에 영향을 줄 수 있다.
이온 억제기(223)는, 대전되지 않은 중성 또는 라디칼 종들이 억제기와 샤워헤드 사이의 활성화된 가스 전달 영역 내로 이온 억제기(223)를 통과하는 것을 허용하면서, 제1 플라즈마 영역(215) 밖으로의 이온성으로 대전된 종들의 이동을 억제하도록 구성되는 구조 전체에 걸쳐 복수의 애퍼쳐들을 정의하는 판 또는 다른 기하학적 구조를 포함할 수 있다. 실시예들에서, 이온 억제기(223)는 다양한 애퍼쳐 구성들을 갖는 천공된 판을 포함할 수 있다. 이러한 대전되지 않은 종들은 덜 반응성인 캐리어 가스와 함께 애퍼쳐들을 통해 운반되는 고도로 반응성인 종들을 포함할 수 있다. 위에 언급된 바와 같이, 홀들을 통한 이온성 종들의 이동이 감소될 수 있고, 일부 경우들에서는 완전히 억제될 수 있다. 이온 억제기(223)를 통과하는 이온성 종들의 양을 제어하는 것은 유리하게, 기저 웨이퍼 기판과 접촉하게 되는 가스 혼합물에 비해 증가된 제어를 제공할 수 있고, 이는 차례로, 가스 혼합물의 증착 및/또는 식각 특성들의 제어를 증가시킬 수 있다. 예컨대, 가스 혼합물의 이온 농도의 조정들은, 가스 혼합물의 식각 선택성, 예컨대, SiNx:SiOx 식각 비, Si:SiOx 식각 비 등을 상당히 변경할 수 있다. 이는 또한, 증착이 수행되는 대안적인 실시예들에서, 유전체 물질들에 대한 형상추종-대-유동가능 양식 증착들의 균형을 이동시킬 수 있다.
이온 억제기(223)의 복수의 애퍼쳐들은, 이온 억제기(223)를 통한 활성화된 가스, 즉, 이온성, 라디칼, 및/또는 중성 종들의 통과를 제어하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 홀들의 종횡비, 또는 홀 직경 대 길이, 및/또는 홀들의 기하학적 구조는, 이온 억제기(223)를 통과하는 활성화된 가스 중의 이온성으로 대전된 종들의 유동이 감소되도록 제어될 수 있다. 이온 억제기(223)의 홀들은 플라즈마 여기 영역(215)과 대면하는 테이퍼링된 부분 및 샤워헤드(225)와 대면하는 원통형 부분을 포함할 수 있다. 원통형 부분은, 샤워헤드(225)로 전달되는 이온성 종들의 유동을 제어하도록 형상화되고 치수가 정해질 수 있다. 억제기를 통한 이온성 종들의 유동을 제어하기 위한 부가적인 수단으로서 조정가능한 전기적 바이어스가 또한 이온 억제기(223)에 인가될 수 있다.
이온 억제기(223)는, 플라즈마 생성 영역으로부터 기판으로 이동하는 이온성으로 대전된 종들의 양을 감소시키거나 제거하도록 기능할 수 있다. 대전되지 않은 중성 및 라디칼 종들은 여전히 이온 억제기의 개구들을 통과하여 기판과 반응할 수 있다. 실시예들에서, 기판을 둘러싸는 반응 영역 내의 이온성으로 대전된 종들의 완전한 제거가 수행되지 않을 수 있다는 것이 유의되어야 한다. 특정 경우들에서, 이온성 종들은 식각 및/또는 증착 공정을 수행하기 위해 기판에 도달하도록 의도된다. 이러한 경우들에서, 이온 억제기는 반응 영역 내의 이온성 종들의 농도를 공정에 도움이 되는 수준으로 제어하는 것을 도울 수 있다.
이온 억제기(223)와 조합된 샤워헤드(225)는, 제1 플라즈마 영역(215)에 존재하는 플라즈마가 기판 처리 영역(233)에서 가스들을 직접 여기시키는 것을 피할 수 있게 하면서, 여기된 종들이 여전히 챔버 플라즈마 영역(215)으로부터 기판 처리 영역(233) 내로 이동할 수 있게 한다. 이러한 방식으로, 챔버는 플라즈마가 식각되고 있는 기판(255)과 접촉하는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 이는 유리하게, 생성된 플라즈마에 의해 직접 접촉되는 경우 손상되거나, 전위되거나 또는 다른 방식으로 뒤틀릴 수 있는, 기판 상에 패터닝된 다양한 복잡한 구조들 및 막들을 보호할 수 있다. 부가적으로, 플라즈마가 기판과 접촉하거나 기판 수준에 접근하도록 허용될 때, 산화물 종이 식각하는 식각률이 증가할 수 있다. 따라서, 물질의 노출된 영역이 산화물인 경우, 이러한 물질은 플라즈마를 기판으로부터 멀리 유지하는 것에 의해 추가로 보호될 수 있다.
처리 시스템은, 처리 챔버와 전기적으로 결합되어 제1 플라즈마 영역(215) 또는 처리 영역(233)에 플라즈마를 생성하기 위한 전력을 면판(217), 이온 억제기(223), 샤워헤드(225), 및/또는 페디스털(265)에 제공하는 전력 공급부(240)를 더 포함할 수 있다. 전력 공급부는, 수행되는 공정에 따라, 조정가능한 양의 전력을 챔버에 전달하도록 구성될 수 있다. 그러한 구성은 수행되고 있는 공정들에서 조율가능한 플라즈마가 사용되는 것을 허용할 수 있다. 온 또는 오프 기능성과 함께 종종 제시되는 원격 플라즈마 유닛과 달리, 조율가능한 플라즈마는 특정 양의 전력을 플라즈마 영역(215)에 전달하도록 구성될 수 있다. 이는 차례로, 전구체들이 특정 방식들로 해리될 수 있게 하여 이러한 전구체들에 의해 생성되는 식각 프로파일들이 향상되도록, 특정 플라즈마 특성들의 개발을 허용할 수 있다.
플라즈마는 샤워헤드(225) 위의 챔버 플라즈마 영역(215)에서 또는 샤워헤드(225) 아래의 기판 처리 영역(233)에서 점화될 수 있다. 플라즈마는, 예컨대, 플루오린 함유 전구체 또는 다른 전구체의 유입으로부터 라디칼 전구체들을 생성하기 위해 챔버 플라즈마 영역(215)에 존재할 수 있다. 증착 동안 챔버 플라즈마 영역(215) 내에 플라즈마를 점화하기 위해, 면판(217)과 같은 처리 챔버의 전도성 최상부 부분과 샤워헤드(225) 및/또는 이온 억제기(223) 사이에 전형적으로 무선 주파수(RF) 범위 내의 AC 전압이 인가될 수 있다. RF 전력 공급부는 13.56 MHz의 높은 RF 주파수를 생성할 수 있지만, 또한, 다른 주파수들을 단독으로 또는 13.56 MHz 주파수와 조합하여 생성할 수 있다.
도 2b는 면판(217)을 통한 처리 가스 분배에 영향을 주는 피쳐들의 상세도(253)를 도시한다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 면판(217), 냉각판(203), 및 가스 유입구 조립체(205)가 교차하여 가스 공급 영역(258)을 정의하며, 공정 가스들이 가스 유입구(205)로부터 이러한 가스 공급 영역 내로 전달될 수 있다. 가스들은 가스 공급 영역(258)을 채울 수 있고, 면판(217)의 애퍼쳐들(259)을 통해 제1 플라즈마 영역(215)으로 유동할 수 있다. 애퍼쳐들(259)은 유동을 실질적인 단방향 방식으로 지향시키도록 구성될 수 있으며, 이에 따라, 공정 가스들은, 처리 영역(233) 내로 유동할 수 있지만, 면판(217)을 횡단한 후의 가스 공급 영역(258) 내로의 역류는 부분적으로 또는 완전히 방지될 수 있다.
처리 챔버 구획(200)에서 사용하기 위한 샤워헤드(225)와 같은 가스 분배 조립체들은 이중 채널 샤워헤드(DCSH)들로 지칭될 수 있으며, 도 3에 설명된 실시예들에서 부가적으로 상세히 설명된다. 이중 채널 샤워헤드는, 처리 영역(233) 내로 전달되기 전에 챔버 구성요소들 및 서로와의 제한된 상호작용을 제공하기 위해, 처리 영역 외부로의 식각제들의 분리를 허용하는 식각 공정들을 제공할 수 있다.
샤워헤드(225)는 상부 판(214) 및 하부 판(216)을 포함할 수 있다. 판들은 판들 사이에 용적(218)을 정의하도록 서로 결합될 수 있다. 판들의 결합은, 상부 및 하부 판들을 통한 제1 유체 채널들(219) 및 하부 판(216)을 통한 제2 유체 채널들(221)을 제공하도록 이루어질 수 있다. 형성된 채널들은 제2 유체 채널들(221)을 단독으로 경유하여 하부 판(216)을 통한 용적(218)으로부터의 유체 접근을 제공하도록 구성될 수 있으며, 제1 유체 채널들(219)은 판들과 제2 유체 채널들(221) 사이의 용적(218)으로부터 유체유동적으로 격리될 수 있다. 용적(218)은 가스 분배 조립체(225)의 측부를 통해 유체유동적으로 접근가능할 수 있다.
도 3은 실시예들에 따른, 처리 챔버와 함께 사용하기 위한 샤워헤드(325)의 저면도이다. 샤워헤드(325)는 도 2a에 도시된 샤워헤드(225)와 대응할 수 있다. 제1 유체 채널들(219)의 뷰를 나타내는 관통 홀들(365)은 샤워헤드(225)를 통한 전구체들의 유동을 제어하고 그에 영향을 주기 위해 복수의 형상들 및 구성들을 가질 수 있다. 제2 유체 채널들(221)의 뷰를 나타내는 작은 홀들(375)은, 샤워헤드의 표면에 걸쳐, 심지어 관통 홀들(365) 사이에서도 실질적으로 고르게 분포될 수 있고, 전구체들이 샤워헤드에서 빠져나갈 때 다른 구성들에 비해 더 균일한 전구체들의 혼합을 제공하는 것을 도울 수 있다.
플라즈마 또는 비-플라즈마 동작들이 수행될 수 있는 임의의 다른 챔버와 함께 앞서 논의된 챔버는, 앞서 설명된 바와 같은 식각 방법들을 포함하는 예시적인 방법들을 수행하는 데 사용될 수 있는 부가적인 기판 지지 조립체들을 포함할 수 있다. 도 4를 참조하면, 본 기술의 일부 실시예들에 따른 기판 지지 조립체(400)의 사시 단면도가 예시된다. 지지 조립체(400)는, 기판 지지부(405) 및 스템(410)을 포함할 수 있다. 기판 지지부(405)는, 반도체 처리 동작 동안 기판을 지지하도록 구성되는 기판 지지 표면(407)을 정의할 수 있다. 기판 지지 표면(407)은 금속, 이를테면, 알루미늄 또는 세라믹 또는 다른 물질로 만들어질 수 있고, 예컨대, 개선된 내부식성, 기판과의 개선된 접촉, 또는 플라즈마 유출물들로부터의 감소된 침식을 제공하는 다른 물질들로 처리 또는 코팅될 수 있다.
스템(410)은 기판 지지 표면(407)에 대향하게 기판 지지부(405)에 부착될 수 있다. 스템(410)은, 온도 제어된 유체들, 가압된 유체들, 가스들을 전달 및 수용할 뿐만 아니라, 열전대들, 로드들, 및 다른 연결 요소들을 포함하는 구성요소들에 대한 도관을 제공하도록 구성되는 하나 이상의 내부 채널(412)을 포함할 수 있다. 기판 지지부는 다수의 구성요소들을 포함할 수 있고, 세라믹 가열기 또는 임의의 다른 유형의 전도성 물질일 수 있는 가열기 판(415)을 포함할 수 있다. 가열기 판(415)은 아래에서 추가로 설명될 매립된 전극을 포함할 수 있으며, 이는, 가열기(415)의 온도 제어를 위한 전류를 수신할 수 있다. 부가적으로, 기판 지지부는 접지 판(417)을 포함할 수 있고, 접지 판(417) 상에 가열기 판(415)이 위치될 수 있다. 접지 판(417)은 스템(410)과 결합될 수 있고, 가열기 판 내에 매립된 전극으로부터 전기적으로 격리될 수 있다. 예컨대, 전류가 전극에 전달될 수 있기 때문에, 앞서 언급된 바와 같이 세라믹일 수 있는 가열기(415)는 전극으로부터의 단락을 제한하기 위한 절연체로서 동작할 수 있다.
스템(410)의 일부는 나사형일 수 있거나 스크류 나사산 프로파일(413)을 포함할 수 있으며, 이는, 기판 지지 조립체(400)가 모터 작동식의 유사하게 나사형인 메커니즘(414)을 이용하여 수직으로 위아래로 병진이동하는 것을 허용할 수 있다. 수직 병진이동을 제공하는 것은, 플라즈마 처리 영역을 정의하는 대향하는 전극과 페디스털 사이의 갭의 감소를 허용함으로써 다수의 이점들을 제공할 수 있다. 플라즈마 윈도우를 조정함으로써, 처리 동안 더 많은 제어가 제공될 수 있다. 많은 종래의 지지 조립체들, 특히, RF 플라즈마 능력들을 갖는 것들은 제자리에 고정될 수 있고, 이동이 가능하지 않으며, 이는, 부가적인 결합을 요구할 수 있거나, RF 매치와 같은 고정 결합을 요구하는 별개로 위치된 플라즈마 구성요소들에 기반하여 실용적이지 않을 수 있다. 본 기술은, 많은 연관된 구성요소들을 이동가능한 페디스털과 결합함으로써 조정가능한 플라즈마 윈도우를 허용한다. 이러한 디바이스들은 페디스털 그 자체와 함께 이동할 수 있으며, 이는, 그렇지 않다면 고정되어 있을 구성요소들의 이동을 허용할 수 있다.
기판 지지 조립체(400)는 부가적으로, 이를테면, 기판 지지 조립체가 그를 통해 연장되는 챔버 최하부(403) 아래의 스템(410)의 부분과 결합될 수 있는 RF 매치(420)를 포함할 수 있다. RF 매치(420)는 이 도면에서 비어 있는 것으로 도시되지만, RF 매치에 포함되는 구성요소들이 아래에서 더 상세히 설명될 것이다. RF 매치(420)는 전달되는 RF 전력에 대한 임피던스 매칭 네트워크로서 동작할 수 있다. 전형적으로, 매칭 네트워크는, 세라믹 가열기 내에 매립된 전극일 수 있는 부하와 소스 사이에 연결될 수 있다. 회로는, 예컨대, 부하에 가능한 한 많은 전력을 전달하면서 소스의 출력 임피던스의 켤레 복소수와 동일한 입력 임피던스, 이를테면 50 옴을 나타내도록 설계 및 구성될 수 있다. 저전력 시스템들에서, RF 매치를 개선하는 것은, 생성된 플라즈마의 안정성을 개선할 수 있고, 구성 부품들을 통해 나타나는 다른 소스들에 대한 간섭을 감소시킬 수 있다. RF 매치(420)는, 매립된 전극에 RF 전력을 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, RF 매치(420)는 또한, 저항성 가열 요소를 동작시키기 위한 전류, 이를테면 AC 전류를 제공할 수 있으며, 저항성 가열 요소는 또한 세라믹 가열기 내에 매립된 전극일 수 있다. RF 매치(420)의 설계 및 구성들은 아래에서 더 상세히 설명될 것이다.
RF 매치(420)는, 스템(410)을 통해 AC 전류 및/또는 RF 전력을 가열기 판(415) 내에 매립된 전극에 제공할 수 있다. RF 매치(420)는 도시된 바와 같이 기판 지지 조립체와 결합될 수 있고, 스템에 직접 결합될 수 있다. 그에 따라서, 매치는 페디스털 조립체와 함께 이동하여, 조립체를 통한 RF 경로를 복잡하게 함이 없이 페디스털 조립체의 수직 병진이동을 허용할 수 있다. 도시되진 않지만, 약 400 kHz 내지 약 60 MHz, 그리고 더 넓은 범위 내에 포함되는 임의의 더 좁은 주파수 범위들을 포함하여 400 kHz, 2 MHz, 13.56 MHz, 27 MHz, 40 MHz, 60 MHz뿐만 아니라 임의의 다른 포함된 주파수를 포함할 수 있는 다양한 동작 주파수들에서 RF 전력을 제공하기 위한 RF 생성기가 RF 매치에 연결될 수 있다. RF 매치(420)는, 일부 실시예들에서, 구체적으로는 저전력 플라즈마일 수 있는 특정 플라즈마 전력을 동작시키거나 제공하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 5 kW RF 매치는 5 W의 안정한 플라즈마를 생성하는 것이 가능하지 않을 수 있는 반면, 본 기술의 실시예들에 따른 RF 매치들은 저전력에서 안정한 플라즈마를 생성하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 본 기술의 실시예들에 따른 RF 매치(420)는, 약 1 kW 이하의 RF 플라즈마 전력으로 동작하도록 구성될 수 있고, 구체적으로는, 약 500 W 이하, 약 100 W 이하, 약 90 W 이하, 약 80 W 이하, 약 70 W 이하, 약 60 W 이하, 약 50 W 이하, 약 40 W 이하, 약 30 W 이하, 약 20 W 이하, 약 10 W 이하, 약 9 W 이하, 약 8 W 이하, 약 7 W 이하, 약 6 W 이하, 약 5 W 이하, 약 4 W 이하, 약 3 W 이하, 또는 그 미만의 RF 플라즈마 전력으로 동작하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 수직 병진이동 능력들에 기인한 챔버 내에서의 플라즈마 윈도우에 대한 제어 및 감소된 손실들에 기반하여, 본 기술에 따른 RF 매치들은, 본 기술의 실시예들에서, 약 5 W 내지 약 100 W의 범위에서 안정한 플라즈마를 생성할 수 있다. 더 낮은 수준 전력 플라즈마들, 이를테면, 국부적 플라즈마들이 생성될 때, 기판의 피쳐들에 걸쳐 더 적은 구조적 손상이 발생할 수 있고, 더 정밀한 조정의 제거가 제공될 수 있다. 예컨대, 더 낮은 전력은 기판 표면들에서의 이온 침투를 제한할 수 있으며, 이는, 손상 및 제거의 깊이를 제한할 수 있다.
RF 매치(420)와 매립된 전극 사이의 결합은, 페디스털을 통한 RF 전력 전달 경로를 제공하는 다수의 구성요소들 및 결합들을 포함할 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에서, 구성요소들 및 경로는, 시스템 내의 결합들, 턴들, 및 다른 손실 원인들을 감소시키도록 특정될 수 있다. 제1 RF 로드(425)는 RF 매치(420) 및 조립체 스템(410) 내에 위치될 수 있고, RF 매치(420)와 페디스털 사이에서 연장될 수 있다. 제1 RF 로드(425)는 빔 로드(430)와 결합될 수 있으며, 이는, 제1 RF 로드(425)와 결합되는 간극 구성요소 사이를 포함하여 제1 RF 로드(425)와 제2 RF 로드(435) 사이에 직접 또는 간접 결합을 제공할 수 있는 결합 또는 다른 연결 구조일 수 있다. 제2 RF 로드(435)는 스템을 통해 기판 지지부(405) 내로 연장될 수 있으며, 여기서, 제2 RF 로드(435)는 가열기 판(415) 내에 매립된 전극과 결합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 RF 로드(435)는 스템을 통해 견고하게 위로 연장될 수 있고, 단일 또는 다중 부품 구성요소일 수 있다. 구성요소들 중 임의의 구성요소가 전도성일 수 있고, 시스템을 통한 손실들을 최소화하도록 의도될 수 있다.
위에 언급된 바와 같이, 저전력 플라즈마 시스템들에서, 손실들은 극적일 수 있다. 예컨대, 3 kW 시스템에서, 1 W의 손실을 차지하는 손실들은 1 % 미만의 손실처럼 우수한 것일 수 있다. 그러나, 5 W 플라즈마 전력을 제공하는 시스템에서, 결합들 및 물질들로부터의 1 W의 손실은 20 % 손실이며, 이는, 플라즈마의 안정성을 제한할 수 있고 다수의 성능 문제들을 야기할 수 있다. 결합들, 연결들, 및 물질들은 각각이 손실들뿐만 아니라 다른 간섭의 원인이 될 수 있으며, 이는 아래에서 추가로 논의될 것이다. 일부 실시예들에서, 본 기술에 따른 시스템들은, 페디스털 내에 포함되고 챔버의 처리 영역 내에서 기판 지지 표면 위의 용적 내에 플라즈마를 생성하도록 동작하는 전극과 RF 생성기 사이에 10개 미만의 결합들을 가질 수 있다.
결합들은 RF 매치를 통한 결합들을 포함할 수 있거나, 기판 지지부 내의 전극과 RF 로드(425)에서의 매치 사이의 다수의 결합들을 포함할 수 있다. 부가적으로, 시스템들 또는 이러한 위치들 중 임의의 위치는, 약 9개 이하의 결합, 약 8개 이하의 결합, 약 7개 이하의 결합, 약 6개 이하의 결합, 약 5개 이하의 결합, 약 4개 이하의 결합, 약 3개 이하의 결합, 또는 약 2개 이하의 결합을 포함할 수 있으며, 여기서, 생성기 또는 RF 매치는 전극과 결합되는 단일 요소를 포함할 수 있다. RF 로드들 또는 임의의 결합들에 활용되는 물질들은 구리, 알루미늄, 은, 금을 포함할 수 있으며, 이는, 덜 비싼 물질들 상에 이러한 물질들 중 하나를 도금하는 것을 포함할 수 있다. 부가적으로, 시스템에서 활용되는 케이블은 50 옴 동축 케이블일 수 있다. RF 매치로부터 전극까지의 턴들의 수가 또한 손실들에 영향을 미칠 수 있는데, 증가된 턴들은 손실들을 증가시킬 수 있으며, 일부 실시예들에서, RF 전달 경로들은 전달 경로 내의 하나의 구성요소로부터 다음 구성요소까지 약 10개 이하의 턴으로 특성화될 수 있고, 일부 실시예들에서는, 약 9개 이하의 턴, 약 8개 이하의 턴, 약 7개 이하의 턴, 약 6개 이하의 턴, 약 5개 이하의 턴, 약 4개의 이하의 턴, 약 3개의 이하의 턴, 약 2개 이하의 턴, 약 1개 이하의 턴, 또는 턴이 없는 것으로 특성화될 수 있다.
조합하여, 이러한 물질들은, 아래에 설명될 바와 같은 필터와 함께, 시스템 내의 손실들을 제한하도록 조합될 수 있다. 손실들은 RF 플라즈마에 대한 전력 출력에 상대적일 수 있다. 예컨대, 1 W의 손실은 100 W 플라즈마 구성에서 1 % 손실을 나타낼 수 있지만, 5 W 플라즈마 구성에서는 20 % 손실을 나타낼 수 있다. 그에 따라서, 본 기술은, 플라즈마 전력에 관계없이 약 10 W 이하의 동작 시 손실들을 생성할 수 있고, 약 9 W 이하, 약 8 W 이하, 약 7 W 이하, 약 6 W 이하, 약 5 W 이하, 약 4 W 이하, 약 3 W 이하, 약 2 W 이하, 약 1 W 이하, 또는 그 미만의 손실들을 생성할 수 있다. 유사하게, RF 매치가 동작되는 특정 플라즈마 전력에 기반하여, 시스템은, 약 20 % 이하의 동작 시 손실들을 제공하도록 구성될 수 있고, 약 18 % 이하, 약 16 % 이하, 약 14 % 이하, 약 12 % 이하, 약 10 % 이하, 약 9 % 이하, 약 8 % 이하, 약 7 % 이하, 약 6 % 이하, 약 5 % 이하, 약 4 % 이하, 약 3 % 이하, 약 2 % 이하, 약 1 % 이하, 또는 그 미만의 손실들을 제공할 수 있다.
도 5는 본 기술의 일부 실시예들에 따른 기판 지지 조립체(400)의 부분 단면도를 예시한다. 예시된 바와 같이, 조립체는 기판 지지부(405) 및 스템(410)을 포함할 수 있다. 접지 판(417)이 스템과 결합될 수 있다. 예시된 바와 같이, 구성요소들 사이의 단락을 제한하기 위해 접지 판(417)과 가열기 판(415) 사이에 갭이 형성될 수 있다. 도면은 또한, 스템(410) 내에 형성될 수 있는 다수의 채널들을 예시한다. 채널들(412a)은, 기판 지지부와 결합될 수 있는, 퍼지 가스 또는 진공 척킹을 비롯한 다른 유체 통로들과 같은 통로들에 대한 연통을 제공할 수 있다. 부가적으로, 채널(412b)은, 세라믹일 수 있는 가열기 판(415), 및 매립된 전극과 결합될 수 있는 제2 RF 로드(435)와의 결합을 제공하도록 포함될 수 있다. 동작 동안 정확한 온도 측정들을 제공하기 위해 열전대(440)가 또한 페디스털 내에 포함될 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 본 기판 지지 조립체는 기판의 고온 가열을 허용하도록 구성될 수 있다. 많은 종래의 페디스털들은 정전 척 또는 다른 기판 지지부 상의 특정 연결들에 대해 실리콘 접합을 활용한다. 이러한 실리콘 접합은 전형적으로 약 200 ℃ 초과의 온도들에서 열화된다. 본 기술의 실시예들은 기판 지지부 내에 실리콘 접합을 포함하지 않을 수 있고, 구성요소들 사이의 확산 접합을 포함할 수 있다. 예컨대, 가열기 판(415)은 세라믹 가열기, 이를테면 세라믹 판일 수 있다. 임의의 결합이 사용될 수 있지만, 일부 실시예들에서, 채널(412b)은 세라믹 샤프트일 수 있고, 이를 통해 제2 RF 로드(435)가 배치될 수 있다. 채널(412b)은 가열기 판(415)과의 확산 접합을 포함할 수 있어서, 고온 처리를 견디도록 구성되는 접합이 생성된다. 그에 따라서, 본 기술의 실시예들에 따른 페디스털들은, 약 200 ℃ 이상의 온도들로 기판을 가열하고 그 온도들을 견디도록 구성될 수 있고, 약 250 ℃ 이상, 약 300 ℃ 이상, 약 350 ℃ 이상, 약 400 ℃ 이상, 약 450 ℃ 이상, 약 500 ℃ 이상, 약 550 ℃ 이상, 약 600 ℃ 이상, 약 650 ℃ 이상, 약 700 ℃ 이상, 또는 그보다 높은 온도들로 기판을 가열하고 그 온도들을 견디도록 구성될 수 있다. 매립된 저항성 가열기를 사용하는 많은 종래의 페디스털들은 이러한 온도들로 동작할 수 없거나, 구성요소들을 분리시키거나 뒤틀리게 할 수 있는 결합 파괴를 당할 수 있지만, 본 기술은, 이러한 범위들 내에서 성능 또는 구조적 열화 없이 안전하게 동작하도록 구성될 수 있다.
도 6은 본 기술의 일부 실시예들에 따른 기판 지지 조립체(400)의 부분 단면도를 도시한다. 도면은 가열기 판(415) 및 스템(410)을 예시하며, 구성요소들이 기판 지지부 내에서 종결될 수 있는 경우의 제2 RF 로드(435) 및 열전대(440)의 연결들의 도면들을 제공한다. 도면은 부가적으로, 이를테면 진공 연결들(445)을 통한 척킹 능력을 예시할 수 있으며, 이는, 기판 또는 웨이퍼를 기판 지지부 상에 클램핑하는 것을 허용할 수 있다. 부가적으로, 앞서 논의된 바와 같이, 기판 지지 조립체는, 기판 지지 표면(407)으로부터 일정 깊이에서 가열기 판 내에 매립된 전극(450)을 포함할 수 있다. 전극(450)은, RF 바이어스 플라즈마가 기판 지지 표면 위의 공간의 용적 내에 생성될 수 있게 하는 RF 전극으로서 동작할 수 있고, 기판 지지 표면과 다른 전극, 이를테면, 앞서 설명된 바와 같은 가스 분배 조립체 또는 면판 사이에 생성되는 엔벨로프 내에 있을 수 있다. 고정된 면판에 대한 것일 수 있는, 페디스털의 수직 병진이동 능력을 제공함으로써, 예컨대, 플라즈마 윈도우가 수정되어, 형성된 플라즈마의 더 큰 제어를 제공할 수 있다. 전극(450)은 전도성 물질들, 이를테면, 구리, 텅스텐, 알루미늄, 또는 메쉬, 필라멘트, 또는 다른 구성을 포함하는 임의의 다수의 폼 팩터들의 다른 물질들이거나 그를 포함할 수 있다. 전극(450)은, RF 바이어스를 생성하기 위한 전극뿐만 아니라 전류를 수신하고 판(415)의 온도를 제어하기 위한 열을 생성할 수 있는 저항성 요소 둘 모두로서 동작할 수 있다.
전극(450)은 일부 실시예들에서 가열 판(415) 내에 매립될 수 있고, 구성요소 내에 일정 깊이에서 매립될 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 전극(450)은, 기판 지지 조립체의 세라믹 가열기 판 내에 약 5 mm 이하의 깊이에서 매립될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전극은 표면에 더 가깝게 매립될 수 있고, 약 4 mm 이하, 약 3 mm 이하, 약 2 mm 이하, 약 1 mm 이하, 약 0.5 mm 이하, 또는 그 미만의 가열기 판 내의 깊이에 매립될 수 있다. 최상부 표면, 이를테면 기판 지지 표면 근처에 전극을 매립함으로써, 전극과 그에 대향하는 전극 사이에 더 적은 거리가 부가될 수 있고, 기판은 전극에 더 가깝게 위치될 수 있다.
가열기 판은 또한, 부식 또는 침식 중 하나 또는 둘 모두를 감소시키거나 제한하기 위해 하나 이상의 코팅을 포함할 수 있다. 식각 중 일부가 물리적 공정 및 화학적 공정 둘 모두를 포함할 수 있기 때문에, 기판 지지부는, 기판과 함께, 침식성 플라즈마 성분들뿐만 아니라 부식성 화학 식각제들 둘 모두에 노출될 수 있다. 그에 따라, 세라믹은, 이러한 물질들로부터 보호하기 위해 하나 이상의 물질로 코팅될 수 있다. 코팅은 부식을 제한하기 위한 물질 또는 침식을 제한하기 위한 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 층 및 제2 층을 포함할 수 있는 혼성체 코팅이 사용될 수 있지만, 어느 하나의 층이 본 기술의 일부 실시예들에 따라 기판 지지부들 상에 단독으로 형성될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
예컨대, 혼성체 코팅의 제1 층은 기판 지지부에 걸쳐 형상추종적으로 연장될 수 있다. 제1 층은, 할로겐 함유 유출물들 또는 식각제 물질들을 포함하는 반응성 식각제들로부터 기판 지지부를 보호하도록 구성되는 내부식성 층일 수 있다. 제1 층은, 실시예들에서, 양극산화, 무전해 니켈 도금, 산화알루미늄, 또는 티타늄산바륨이거나 그를 포함할 수 있다. 내부식성 코팅들에 대한 형성 공정으로 인해, 기판 지지부(405)의 완전한 피복이 달성될 수 있다. 기판 상의 단일 코팅일 수도 있는, 혼성체 코팅의 제2 층이 또한 제1 층 외부에 포함될 수 있다. 제2 층은, 산화이트륨, 또는 알루미늄, 지르코늄, 또는 다른 물질들을 포함하는 다른 고성능 물질들, 이를테면, e-빔 코팅 또는 산화이트륨을 포함할 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, RF 매치(420)는 RF 전력 및 AC 전류 둘 모두를 전극(450)에 제공하는 데 사용될 수 있다. 둘 모두가 함께 전달될 때, 간섭이 생성될 수 있다. 그에 따라서, RF 매치(420)는 간섭을 감소시키도록 구성되는 필터를 포함할 수 있다. 나머지 도면들은 RF 매치(420)에 대한 변형들을 설명할 것이다. 도 7은 본 기술의 일부 실시예들에 따른 RF 매치(700)의 도면을 예시한다. RF 매치는, 다수의 구성요소들이 배치될 수 있는 하우징(705)을 포함할 수 있다. 하우징(705)은 다수의 입력 포트들을 포함할 수 있고, 이는, RF 전력 입력(710) 및 AC 전력 입력(715)을 포함할 수 있다. RF 매치는 2개의 인렛 사이에 위치된 분할기(720)를 가질 수 있으며, 이는, 단자 연결들에 근접한 분할기를 통해 형성된 윈도우를 통해 위로 RF 매치를 따른 분리를 유지할 수 있는데, 이를테면, 여기서, 제1 RF 로드는, 이를테면, 예시된 바와 같이 디바이스의 후면을 통해 RF 매치의 측벽으로부터 연장될 수 있다.
RF 전원이 RF 매치와 결합될 수 있는 RF 인렛(710)으로부터 RF 스트랩(725)이 이어질 수 있으며, 이는, 예컨대 구리와 같은 앞서 설명된 물질들 중 임의의 물질이거나 그를 포함할 수 있다. RF 스트랩(725)은 RF 매치(700)와 페디스털 사이의 결합일 수 있는 주 결합(730)으로 연장될 수 있는데, 이를테면, 여기서, 제1 RF 로드가 연장될 수 있다. AC 인렛(715)으로부터, AC 전원을 RF 필터(740)에 결합하는 배선(735)이 이어질 수 있다. 이어서, 배선(745)은 필터로부터 주 결합(730)으로 연장될 수 있다. 그에 따라서, 주 결합(730)은 RF 전력 및 AC 전력 둘 모두를 RF 로드에 연결할 수 있으며, 여기서, 전력은 기판 지지부 내에 매립된 전극으로 전달될 수 있다.
RF 필터(740)는, 인덕터들 및 커패시터들의 세트를 포함하는 인덕터 및 커패시터를 필터 내에 함께 포함할 수 있다. 필터의 구성요소들은 동작 동안 RF 초킹 또는 RF 간섭을 제한하도록 동작할 수 있다. 도면에 예시된 바와 같이, 인덕터(742)는 도넛 형상일 수 있고, 페라이트 코어일 수 있으며, 그를 중심으로, 이를테면 각각의 인덕터에 대해 다수의 권선들이 만들어질 수 있다. 페라이트는 망가니즈-아연 또는 니켈-아연 철 (III) 산화물일 수 있다. 인덕터는 적어도 약 2 μH의 인덕턴스를 제공하도록 동작할 수 있으며, 이는, 유도된 자기장을 국한시키고 디바이스에서의 와전류들을 제한할 수 있다. 커패시터들은 접지로의 경로로서 연장될 수 있고, 약 0.005 μF 이상의 커패시턴스를 제공할 수 있다. 도 7의 필터는 더 낮은 효율의 필터링을 제공할 수 있고, 동작 RF 전력에 따라, 필터는 간섭 감소에 있어서 제한될 수 있다. 그에 따라서, 인덕턴스를 증가시키기 위해 부가적인 구성들이 사용될 수 있다.
도 8은 본 기술의 일부 실시예들에 따른 RF 매치(800)의 도면을 예시한다. RF 매치(800)는 RF 매치(700)의 구성요소들 중 많은 구성요소를 포함할 수 있고, 위에 설명된 구성요소들 및 물질들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 예컨대, RF 매치(800)는, RF 입력(810), AC 입력(815), 분할기(820), 및 주 결합(830)을 포함할 수 있다. RF 매치(800)는 또한, 인덕터들 및 커패시터들의 세트를 포함할 수 있는 필터(840)를 포함할 수 있다. 인덕터들(842)은 인덕터들의 다수의 부가적인 턴들을 포함할 수 있고, 원통형 설계를 포함할 수 있다. 인덕터들은 10 μH 초과의 인덕턴스를 제공할 수 있고, 커패시터들은 0.01 μF 초과의 커패시턴스를 제공할 수 있다. 도 8의 설계는 동작 조건들에서 필터링 효율을 증가시킬 수 있고, 간섭 감소들을 개선할 수 있다.
도 9는 본 기술의 일부 실시예들에 따른 RF 매치(900)의 도면을 예시한다. RF 매치(900)는 RF 매치(700 및 800)의 구성요소들 중 많은 구성요소를 포함할 수 있고, 위에 설명된 구성요소들 및 물질들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, RF 매치(900)는 RF 매치(700) 및 RF 매치(800) 둘 모두의 인덕터들을 포함할 수 있다. 예컨대, RF 매치(900)는, RF 입력(910), AC 입력(915), 분할기(920), 및 주 결합(930)을 포함할 수 있다. RF 필터(900)는 또한 필터(940)를 포함할 수 있으며, 이는, RF 매치(800)의 인덕터들과 유사할 수 있는 초기 인덕터 세트(942)를 포함할 수 있다. 이어서, RF 필터(900)는 추가적인 인덕턴스를 제공할 수 있는 페라이트 코어(944)를 포함할 수 있다. 필터는 약 20 μH 이상의 인덕턴스를 제공할 수 있고, 커패시터들은 약 0.02 μF 이상의 커패시턴스를 제공할 수 있다.
본 기술의 일부 실시예들에 따른 반도체 처리 시스템들은 또한, RF 매치에 의해 제공될 수 있는 펄싱 RF 전력으로 동작될 수 있다. 펄싱은 플라즈마 특성들에 대한 증가된 제어를 제공할 수 있다. 원격 플라즈마가 챔버의 일 부분에 형성될 수 있고 국부적 플라즈마가 챔버 위의 용적 내에 형성될 수 있는 일부 실시예들에서, 계단형 RF 펄싱이 수행되어 이온 에너지 및 라디칼 밀도를 제어할 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 일부 식각 동작들은, RF 바이어스 플라즈마로, 손상을 가하는 불활성 플라즈마를 국부적으로 형성하는 것을 포함할 수 있으며, 이는 개질된 표면들을 생성할 수 있다. 이어서, 이러한 표면들은 원격 플라즈마 영역에서 형성된 반응성 화학물질들로 제거될 수 있다. 그에 따라서, 일부 실시예들에서, 이온 충격을 이용하여 개질 동작이 수행될 수 있는 한편, 이온들은 원격 플라즈마 영역에서 형성된 라디칼 식각제들로부터 제거될 수 있다. 온 및 오프 펄싱을 조정하는 것, 이를테면, 듀티 사이클 또는 펄싱 주파수를 조정하는 것은, 식각제 물질들의 조정을 허용할 수 있다. 이는, 이온들 및 라디칼들의 비에 대한 제어를 허용할 수 있다. 이러한 변경들은 동기화된 또는 비-동기화된 펄싱으로 수행될 수 있다. 그러므로, 부가적인 이온 발생을 위해, RF 바이어스 플라즈마의 펄싱은 더 긴 온 사이클들을 포함할 수 있고, 증가된 식각제 라디칼들을 위해, 원격 플라즈마의 펄싱은 더 긴 온 사이클들을 포함할 수 있다. 펄싱에 대한 이들 및 임의의 다른 변형들이 본 기술의 실시예들에 따른 챔버들에서 수행될 수 있다. RF 매치 및 경로 전달을 개선함으로써, 본 기술은 더 낮은 동작 전력들에서 더 안정한 플라즈마들을 허용할 수 있으며, 이는, 반도체 피쳐들의 개선된 정밀한 조정의 식각을 제공할 수 있다.
앞선 설명에서, 본 기술의 다양한 실시예들의 이해를 제공하기 위해서 다수의 세부사항들이 설명의 목적들을 위해 기재되었다. 그러나, 특정 실시예들은 이러한 세부사항들 중 일부가 없이, 또는 부가적인 세부사항들과 함께 실시될 수 있다는 것이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
수 개의 실시예들이 개시되었지만, 개시된 실시예들의 사상으로부터 벗어나지 않으면서 다양한 수정들, 대안적인 구성들 및 등가물들이 사용될 수 있다는 것이 관련 기술분야의 통상의 기술자들에 의해 인지될 것이다. 부가적으로, 본 기술을 불필요하게 불명료하게 하는 것을 피하기 위해, 다수의 잘 알려진 공정들 및 요소들은 설명되지 않았다. 따라서, 위의 설명은 본 기술의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
값들의 범위가 제공되는 경우, 맥락이 명확히 다르게 지시하지 않는 한, 그 범위의 상한과 하한 사이에서 하한의 단위의 최소 분율까지, 각각의 중간 값이 또한 특정적으로 개시된다는 것이 이해된다. 언급된 범위의 임의의 언급된 값 또는 중간 값과 그 언급된 범위의 임의의 다른 언급된 또는 중간 값 사이의 각각의 더 작은 범위가 포함된다. 그러한 더 작은 범위들의 상한 및 하한은 독립적으로 범위 내에 포함되거나 제외될 수 있고, 더 작은 범위들에 한계치들 중 어느 하나가 포함되거나, 한계치들 중 어느 한계치도 포함되지 않거나, 한계치들 둘 모두가 포함되는 각각의 범위가 또한 언급된 범위에서의 임의의 특정적으로 제외된 한계치를 조건으로 본 발명 내에 포함된다. 언급된 범위가 한계치들 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 경우, 그 포함된 한계치들 중 어느 하나 또는 둘 모두를 제외한 범위들이 또한 포함된다.
본원에서 그리고 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 맥락이 명확히 달리 지시하지 않는 한, 단수 형태들은 복수의 참조들을 또한 포함한다. 그에 따라, 예컨대, "물질"에 대한 참조는 복수의 그러한 물질들을 포함하고, "채널"에 대한 참조는 하나 이상의 채널 및 관련 기술분야의 통상의 기술자들에게 알려져 있는 그의 등가물에 대한 참조를 포함하는 등, 그런 식이다.
또한, "구비한다", "구비하는", "함유한다", "함유하는", "포함한다", "포함하는" 및 "포함"이라는 단어들이 본 명세서 및 다음의 청구항들에서 사용될 때, 언급된 특징들, 정수들, 구성요소들, 또는 단계들의 존재를 특정하도록 의도되지만, 이들은 하나 이상의 다른 특징, 정수, 구성요소, 단계, 작용, 또는 그룹의 존재 또는 부가를 배제하지 않는다.

Claims (15)

  1. 반도체 처리 시스템으로서,
    기판 지지 표면을 갖는 기판 지지 조립체 - 상기 기판 지지 조립체는,
    상기 기판 지지 표면을 정의하는 세라믹 가열기,
    상기 세라믹 가열기가 상부에 안착되는 접지 판,
    상기 접지 판과 결합되는 스템,
    AC 전원,
    RF 전원, 및
    상기 기판 지지 표면으로부터 일정 깊이에서 상기 세라믹 가열기 내에 매립된 전극을 포함함 -; 및
    상기 AC 전원에 대한 제1 입력 및 상기 RF 전원에 대한 제2 입력을 포함하고, 상기 스템을 통해 AC 전류 및 RF 전력을 상기 전극에 제공하도록 구성되는 RF 매치를 포함하며,
    상기 RF 매치는, 하우징, 상기 하우징의 벽 상에 장착된 AC 전력 입력부, 상기 하우징의 벽 상에 장착된 RF 전력 입력부, 상기 AC 전류 및 상기 RF 전력을 출력하기 위해 상기 하우징의 벽 상에 장착된 주 결합, 상기 AC 전력 입력부를 상기 주 결합과 결합하는 RF 필터, 상기 RF 전력 입력부를 상기 주 결합과 결합하는 RF 스트랩, 상기 AC 전력 입력부, 상기 RF 필터 및 상기 RF 전력 입력부 사이에 배치된 영역들을 포함하고,
    상기 RF 매치는 상기 제1 입력과 상기 제2 입력 사이의 분할기를 포함하고, 상기 스템을 따라 상기 기판 지지 조립체와 결합되고, 상기 기판 지지 조립체 및 상기 RF 매치는 상기 반도체 처리 시스템 내에서 수직으로 병진이동가능한, 반도체 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극이 상기 세라믹 가열기에 매립되는 상기 기판 지지 표면으로부터의 깊이는 5 mm 이하인, 반도체 처리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판 지지 조립체는 200 ℃ 이상의 온도로 기판을 가열하도록 구성되는, 반도체 처리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판 지지 표면은 산화이트륨을 포함하는 플라즈마 저항성 물질로 코팅되는, 반도체 처리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 RF 매치의 상기 주 결합과 상기 기판 지지 조립체 사이에서 연장되는 RF 로드(rod)를 더 포함하는, 반도체 처리 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 세라믹 가열기와 확산 접합되고 상기 스템 내에 배치되는 세라믹 샤프트 내에 위치되는 제2 RF 로드를 더 포함하는, 반도체 처리 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 기판 지지 조립체는 상기 RF 로드와 상기 전극 사이에 10개 미만의 결합들을 포함하는, 반도체 처리 시스템.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 RF 필터는 인덕터 및 커패시터를 포함하고, 상기 인덕터는 페라이트 코어를 포함하고, 상기 인덕터는 적어도 2 μH를 제공하는, 반도체 처리 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 RF 매치는 펄싱 RF 전력을 제공하도록 구성되고, 상기 전극은 상기 기판 지지 조립체 위의 상기 반도체 처리 시스템 내의 용적 내에 RF 바이어스 플라즈마를 생성하도록 구성되는, 반도체 처리 시스템.
  12. 기판 지지 표면을 갖는 기판 지지 조립체로서,
    상기 기판 지지 표면을 정의하는 세라믹 가열기;
    상기 세라믹 가열기 내에 매립된 저항성 가열 요소;
    상기 세라믹 가열기가 상부에 안착되는 접지 판;
    상기 접지 판과 결합되는 스템;
    상기 기판 지지 표면으로부터 일정 깊이에서 상기 세라믹 가열기 내에 매립된 전극 - 상기 전극은 상기 기판 지지 조립체 위의 용적 내에 RF 바이어스 플라즈마를 생성하도록 구성됨 -; 및
    상기 스템을 통해 AC 전류를 상기 저항성 가열 요소에 제공하고, RF 전력을 상기 전극에 제공하도록 구성되는 RF 매치를 포함하고,
    상기 RF 매치는, 하우징, 상기 하우징의 벽 상에 장착된 AC 전력 입력부, 상기 하우징의 벽 상에 장착된 RF 전력 입력부, 상기 AC 전류 및 상기 RF 전력을 출력하기 위해 상기 하우징의 벽 상에 장착된 주 결합, 상기 AC 전력 입력부를 상기 주 결합과 결합하는 RF 필터, 상기 RF 전력 입력부를 상기 주 결합과 결합하는 RF 스트랩, 상기 AC 전력 입력부, 상기 RF 필터 및 상기 RF 전력 입력부 사이에 배치된 영역들을 포함하는, 기판 지지 조립체.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 RF 매치는 100 W 이하의 플라즈마 전력을 상기 전극에 제공하도록 구성되고, 상기 RF 매치의 상기 주 결합은 상기 RF 매치와 상기 기판 지지 조립체 사이에서 연장되는 RF 로드와 결합되는, 기판 지지 조립체.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 RF 필터는 인덕터 및 커패시터를 포함하는, 기판 지지 조립체.
  15. 반도체 처리 시스템으로서,
    기판 지지 표면을 갖는 기판 지지 조립체 - 상기 기판 지지 조립체는,
    상기 기판 지지 표면을 정의하는 세라믹 가열기,
    상기 세라믹 가열기가 상부에 안착되는 접지 판,
    상기 접지 판과 결합되는 스템, 및
    상기 기판 지지 표면으로부터 일정 깊이에서 상기 세라믹 가열기 내에 매립된 전극을 포함하고, 상기 전극은 상기 기판 지지 조립체 위의 용적 내에 RF 바이어스 플라즈마를 생성하도록 구성됨 -; 및
    상기 스템을 통해, 상기 전극을 저항식으로 가열하기 위해 AC 전류를 상기 전극에 제공하고 RF 전력을 상기 전극에 제공하도록 구성되는 RF 매치를 포함하며,
    상기 RF 매치는, 하우징, 상기 하우징의 벽 상에 장착된 AC 전력 입력부, 상기 하우징의 벽 상에 장착된 RF 전력 입력부, 상기 AC 전류 및 상기 RF 전력을 출력하기 위해 상기 하우징의 벽 상에 장착된 주 결합, 상기 AC 전력 입력부를 상기 주 결합과 결합하는 RF 필터, 상기 RF 전력 입력부를 상기 주 결합과 결합하는 RF 스트랩, 상기 AC 전력 입력부, 상기 RF 필터 및 상기 RF 전력 입력부 사이에 배치된 영역들을 포함하고,
    상기 RF 매치는 상기 스템을 따라 상기 기판 지지 조립체와 결합되고, 상기 RF 매치는 50 W 이하의 플라즈마 전력을 상기 전극에 제공하도록 구성되고, 상기 RF 매치와 상기 전극 사이의 전기적 결합들은 1 W 이하의 동작 시 손실들에 의해 특성화되고, 상기 기판 지지 조립체 및 상기 RF 매치는 상기 반도체 처리 시스템 내에서 수직으로 병진이동가능한, 반도체 처리 시스템.
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