KR20140113530A - Dc 펄스 에처 - Google Patents

Abstract

본 발명은 DC 펄스 에처를 이용하여 화학적 프로세스를 선택적으로 활성화하는 방법에 관한 것이다. 프로세싱 챔버는 그 내부에 화학적 프로세싱을 위한 기판을 포함한다. 이 방법은 플라즈마 함유 양이온을 생성하기 위하여, 프로세싱 챔버 내의 프로세스 가스에 에너지를 결합하는 단계를 포함한다. 펄스화된 DC 바이어스는 기판에 인가되고, 이 기판은 프로세싱 챔버 내의 기판 지지부 상에 배치된다. 주기적으로, 기판은 제1 바이어스 레벨과 제2 바이어스 레벨 사이에서 바이어싱되며, 제1 바이어스 레벨은 제2 바이어스 레벨보다 더 네가티브적이다. 기판이 제1 바이어스 레벨로 바이어스되면, 단일 에너지의 양 이온은 기판을 향하여 플라즈마로부터 끌어당겨지며, 단일 에너지의 양 이온은 선택된 화학적 에칭 프로세스를 향상시키기 위하여 선택적일 수 있다.

Description

DC 펄스 에처{DC PULSE ETCHER}

본 발명은 플라즈마 프로세싱 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판 에칭을 위한 플라즈마 프로세싱 시스템 및 방법에 관한 것이다.

반도체 프로세싱 동안에, 플라즈마는 반도체 기판 상에 패터닝된 컨택트 또는 비아 내에서 또는 미세한 라인을 따라서 재료의 이방성적 제거를 용이하게 함으로써 에칭 프로세스를 지원하는데 종종 이용된다. 이러한 플라즈마 지원된(plasma-assisted) 에칭의 예는 반응성 이온 에칭(reactive ion etching,“RIE”)을 포함하며, 이는 본질적으로 이온 활성화된 화학적 에칭 프로세스이다.

RIE가 수십 년간 사용되어져 왔지만, 이것의 성숙은, (a) 넓은 이온 에너지 분포(ion energy distribution,“IED”); (b) 여러 가지 전하 유도 부작용; 및 (c) 피처(feature) 형상 로딩 효과(즉, 마이크로 로딩)을 포함하는 일부 네가티브 피처에 의해 달성된다. 예컨대, 넓은 IED는 이용가능하게 되는 너무 적거나 또는 너무 많은 에너지를 가지는 이온을 함유하며, 너무 많은 에너지는 기판 손상을 야기하기 쉽다. 게다가, 넓은 IED는 원하는 화학적 반응을 선택적으로 활성화하는 것을 어렵게 하며, 사이드 반응이 원하지 않는 에너지의 이온에 의해 종종 트리거된다. 또한, 기판 상의 포지티브 전하 빌드업(buildup)은 기판 위에 입사된 이온을 발생시켜 몰아낸다. 대안으로, 전하 빌드업은 기판 상의 해로운 전류에 영향을 주는 로컬 전하 차분을 생성할 수 있다. 전하 빌드업은, 부분적으로, 비도전적 기판 상에, 또는 기판을 지지하고 플라즈마로부터 양이온을 끌어당기는데 이용되는 척(chuck) 또는 테이블 상에 네가티브 바이어스를 생성하는데 이용되는 RF 에너지로 인한 것일 수 있다. 이러한 RF 주파수는 통상적으로 포지티브 또는 근접 중성 전위가 충분한 시간 동안에 존재하게 하여 전자를 끌어당겨, 기판 상에 축적된 양전하를 중성화시키기에 너무 높다. 기판의 표면 전체에 걸친 전하의 비균일한 축적은, 기판 상에, 형성되는 디바이스에 유해한 것이 될 수 있는 전류를 야기할 수 있는 전위차를 생성할 수 있다.

이러한 문제점을 처리하기 위한 하나의 공지된, 종래의 접근 방식은 중성 빔 프로세싱을 이용하는 것이었다. 진정한 중성빔 프로세스가, 화학적 반응물, 첨가물 및/또는 에천트로서 참가하는 어떤 중성의 열적 종 없이 본질적으로 발생한다. 한편, 기판에서의 화학적 에칭 프로세스는 입사된, 방향적으로 활동적인 중성종의 운동 에너지에 의해 활성화된다. 입사된 방향의 활동적이며 반응적인 중성종은 또한 반응물 또는 에천트로서 기능한다.

중성 빔 프로세싱의 하나의 자연적인 결과는 마이크로 로딩이 없다는 것이다. 즉, RIE에서 열적 종이 에천트로서 기능하는 프로세스이기 때문에, 입사된 중성종에서 비교적 적은 플럭스 각도 변화가 존재한다. 그러나, 마이크로 로딩의 부족은, 통일된 에칭 효율 또는 최대 에칭 수율을 야기하며, 여기서 하나의 입사된 중성종은 하나의 에칭 반응만을 명목상으로 촉진한다. 그러나, RIE에 있어서, 풍부한 열적 중성 에천트 종은 모두 필름의 에칭에 참가하며, 하나의 활동적인 입사된 이온에 의한 활성화는 10, 100, 및 심지어 1000의 에칭 효율을 달성할 수 있는 반면에, 마이크로 로딩을 감수하도록 강제된다.

이온화 및 화학 작용의 분리는, RF 전극에 인가된 전압이 대략 1.5 ㎸이고, 자기 바이어스 전압이 대략 - 700 V이면 달성될 수도 있다. 그러나, 많은 프로세스 및 디바이스는 높은 이온 에너지를 용납하지 않는다.

이러한 단점 즉, 에칭 효율, 마이크로 로딩, 전하 손상 등을 치유하도록 많은 시도가 행하여져 왔지만, 여전히 이러한 단점은 남아 있고, 에칭 커뮤니티는 이러한 문제에 대하여 신규하고, 실용적인 솔루션을 계속해서 탐구한다.

본 발명은 위에서 설명한 종래 기술의 플라즈마 에칭 시스템의 문제 및 기타 단점을 극복한다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, DC 펄스 에처를 이용하여 화학적 프로세스를 선택적으로 활성화하는 방법이, 내부에 화학적 프로세싱을 위한 기판을 가지는 프로세싱 챔버 내에서 수행된다. 이 방법은, 양이온을 함유하는 플라즈마를 생성하기 위하여 프로세싱 챔버 내의 프로세스 가스에 에너지를 결합하는 단계를 포함한다. 프로세싱 챔버 내의 기판 지지부 상에 배치되는 기판에 펄스화된 DC 바이어스를 인가한다. 주기적으로, 기판은 제1 바이어스 레벨과 제2 바이어스 레벨 사이에서 바이어스되며, 여기서, 제1 바이어스 레벨은 제2 바이어스 레벨보다 더욱 네가티브적이다. 기판이 제1 바이어스 레벨로 바이어스될 때, 단일 에너지의 양이온은 기판을 향하여 플라즈마로부터 끌어당겨지며, 이 단일 에너지의 양이온은 선택된 화학적 에칭 프로세스를 향상시키기 위하여 선택될 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태는, 플라즈마 프로세싱 챔버 내의 기판 지지부 상에 기판을 지지하는 플라즈마 프로세싱 방법을 포함한다. 이 기판 지지부는 플라즈마 프로세싱 챔버의 제1 단부에 배치된다. 플라즈마는 전기적으로 플라즈마 발생 전극에 의해 동력을 공급받으며(energized), 이 플라즈마 발생 전극은 플라즈마 프로세싱 챔버의 제1 단부에 대향하며, 이 챔버의 제2 단부 가까이에 배치된다. 플라즈마 발생 전극과 기판 사이에서 플라즈마가 형성된다. 제1 전압과 제2 전압에서 기판을 바이어싱하기 위하여 기판에 펄스화된 DC 파형을 인가한다. 기판이 제1 전압에서 펄싱되면, 양이온이 기판을 향하여 플라즈마로부터 끌어당겨진다. 주기적으로 그리고 제1 전압보다 덜 네가티브적인 제2 전압에서 기판이 펄싱되면, 전자는 기판을 향하여 플라즈마로부터 끌어당겨진다.

본 발명의 또 다른 실시형태는, 플라즈마 프로세싱 챔버 및 그 챔버 내에 그리고 그챔버의 제1 단부에 배치되는 기판 지지부를 포함하는 플라즈마 에칭 장치에 관한 것이다. 플라즈마 발생 전극은, 제1 단부와 대향하는, 플라즈마 프로세싱 챔버의 제2 단부 가까이에 배치된다. 플라즈마 발생 전극은 이 플라즈마 발생 전극에 동력을 공급하도록 구성되는 플라즈마 발생 전극에 동작가능하게 결합되며, 이 전극은 플라즈마를 형성하도록 플라즈마 프로세싱 챔버에 용량적으로 전력을 결합한다. 플라즈마는 플라즈마 발생 전극과 기판 사이에 배치된다. 기판 지지부는 DC 펄스 발생기에 동작가능하게 결합되며, 이 DC 펄스 발생기는, 펄스화된 DC 바이어스 전압을 기판 지지부 상에 배치되는 기판에 인가하도록 구성된다. DC 펄스 발생기는, 제1 전압 동안에, 양이온이 기판으로 끌어당겨지고, 제2 전압 동안에, 전자가 기판으로 끌어당겨지도록, 기판에 제1 전압 및 제2 전압을 주기적으로 인가한다.

본 발명은 어떤 실시형태와 관련하여 설명될 것이지만, 본 발명은 이러한 실시형태로 한정되지 않음을 이해해야 한다. 이와 반대로, 본 발명은 본 발명의 범위 내에 포함될 수 있는 바와 같이, 모든 대안물, 변형물 및 등가물을 포함한다.

본 명세서에 포함되며, 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은, 위에 주어진 본 발명의 일반적인 설명과 함께, 본 발명의 실시형태를 나타내며, 이하에 주어진 실시형태의 상세한 설명은 본 발명의 원리를 설명하도록 기능한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 화학적 프로세싱 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 도 1의 시스템의 DC 및 RF 전압원을 구동하는데 이용하기 적합한 DC 전압 파형 및 RF 전압 파형의 그래프 표현이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 화학적 프로세싱 시스템의 개략도이다.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 화학적 프로세싱 시스템의 개략도이다.
도 4b는 도 4a의 화학적 프로세싱 시스템의 대안에 대한 개략도이다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 화학적 프로세싱 시스템의 개략도이다.
도 5b는 도 5a의 화학적 프로세싱 시스템의 대안에 대한 개략도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 화학적 프로세싱 시스템의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 화학적 프로세싱 시스템의 개략도이다.

이하의 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 용이하게 하고, 제한이 아니라 설명을 위하여, 플라즈마 프로세싱 시스템의 특정 지오메트리 및 시스템 구성요소의 여러 가지 설명과 같은 특정 세부사항이 설명된다. 그러나, 본 발명은 이러한 특정 세부사항으로부터 벗어나는 다른 실시형태로 실행될 수도 있음을 이해하여야 한다.

그렇기는 하지만, 일반적인 개념의 발명의 본질이 설명되었음에도 불구하고, 또한 발명의 본질이 되는 특징부가 설명부 내에 포함되어 있다는 것을 인식해야 한다.

일 실시형태에 따르면, 그 중에서도, 상기 식별된 문제점 중 일부 또는 전부를 경감시키기 위하여, 기판의 플라즈마 활성화된 화학적 프로세싱을 수행하기 위한 방법 및 시스템이 제공된다. 플라즈마 활성화된 화학적 프로세싱은 운동 에너지 활성화(즉, 열적 대전 종)를 포함하므로, 이는 높은 반응성 또는 에칭 효율을 달성한다. 그러나, 여기에 제공된 바와 같이, 플라즈마 활성화된 화학적 프로세싱은 또한 단색의 또는 좁은 밴드 IED, 단일 에너지의 활성화, 공간 전하 중립, 및 하드웨어 실용성을 달성한다.

이제 도면을 참조하여, 특히 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 화학적 프로세싱 시스템(10)을 도시하고 상세히 설명한다. 화학적 프로세싱 시스템(10)은 화학적 프로세싱 시스템(10)의 프로세싱 챔버(14) 내에 배치되는 기판(12)의 플라즈마 지원된 또는 플라즈마 활성화된 화학적 프로세싱을 수행하도록 구성된다. 화학적 프로세싱 시스템(10)은, 프로세싱 챔버(14)에 유동적으로 결합된 가스 공급부(16)를 더 구비하며, 프로세싱 챔버(14) 내의 프로세싱 공간(18)에 그리고, 기판 지지부(200) 상에 배치되는 경우에서의 기판(12) 위에 하나 이상의 프로세싱 가스를 공급하도록 구성된다. 진공 펌프(19)는 프로세싱 공간(18)을 진공 상태로 만든다.

3개의 전극(22, 24, 26)은 프로세싱 챔버(14) 내에 존재한다. 제1 전극(22)은 기판 지지부(20)에 포함되거나 또는 이를 구비할 수 있는 반면에, 제2 전극(24)은 기판(12)과 대향하면서 프로세싱 챔버(14) 내에 배치된다. 옵션이 되는 제3 전극(26)은 프로세싱 챔버(14)의 하나 이상의 벽을 따라 배치될 수 있으며, 접지될 수도 있다.

제1 전극(22)은 DC 펄스 발생기(28)로부터의 DC 펄스에 의해 바이어싱되는 반면에 제2 전극(24)은 플라즈마 소스(30)에 포함되어, 능동적으로 전력 공급을 받는다. 보다 상세하게는, 특별히 도시된 바와 같이, 제1 전극(22)은 예컨대 릴레이 회로(34)를 통해 음성의 DC 전압원(32)을 거쳐 접지에 전자적으로 결합되는 반면에, 제2 전극(24)은 RF 전원일 수 있는 AC 전압원(36)에 결합된다.

사용시에, AC 전압원(36)은 임피던스 매칭 회로(38)를 통하여 제2 전극(24)에 전자적으로 결합될 수 있고, 제2 전극(24)에 연속적인 AC 전력을 인가하도록 구성된다. 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 13.56 ㎒에서 동작하는 음성의 AC RF 전압(40)은 프로세싱 공간(18) 내의 용량적으로 결합된 플라즈마(42)를 점화시키기 위한 제2 전극(24)에 인가될 수도 있다. 일반적으로, 플라즈마(42), 특히 플라즈마(42) 내의 전자들은, 접지된 제3 전극(26)에 가장 가까운 프로세싱 챔버(14) 내에 유지된다. 이러한 그리고 다른 예시적인 실시형태에서, 일반적인 임피던스 매칭 회로(38)가 도시되지만, 당업자는 전기적 접속의 다른 방식들이 이용될 수도 있다는 것을 쉽게 알 수 있다.

특정의 시간 간격에서, 예를 들어, 원하는 파형에 따르면, 제1 전극(22)에 결합된 릴레이 회로(34)는 제1 전극(22)에 펄스화된 DC 바이어스를 인가하도록 스위칭된다. 예컨대 그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 펄스화된 네가티브 바이어스(46)는, 어떤 양이온이 기판(12)을 향하여 끌어당겨지는 동안에, 제1 전극에 인가될 수도 있다. 네가티브 바이어스(46)의 간격들 사이에서 제1 전극에 인가되는 덜 네가티브한 바이어스(44)(심지어 포지티브 바이어스)의 펄스화된 기간에서는, 제1 전극(22) 및 기판(12)을 향하여, 제3 전극(26)에 가장 가까운 프로세싱 공간(18)으로부터 전자를 끌어당긴다. 그 결과, DC 펄스 바이어스는 네가티브 바이어스(46) 동안에 기판(12)의 단일 에너지의 이온을 여기시키고, 더 많은 포지티브 바이어스(44)를 통하여 기판(12) 위에 활동적인 전자 덤프(dump)를 달성하여 기판(12) 상의 양전하를 중성화시킨다. DC 펄스(V_RF(t))에 대한 파형은 DC 펄스 주파수[약 1 ㎐ 내지 약 1 ㎓, 보다 상세하게는, 약 100 ㎑ 내지 약 1 ㎒]에서 변할 수 있고, 듀티 사이클(약 1% 내지 약 99%)은 DC 펄스가 인가되는 총 펄스 간격의 일부이며, 특정의 활동적인 전자 덤프 필요성에 대하여 조정될 수 있고, 여기서, 펄스 듀티 사이클은, 총 펄스 기간에 대하여, 인가된 네가티브 바이어스(즉, 이온을 끌어당기는 것)의 시간에 대한 비율로서 정의된다. 변화하는 듀티 사이클은 기판의 단일 에너지의 이온 여기 방식을 제어하는데 이용될 수 있다. 일반적으로, 듀티 사이클은, 가능한한, 기판 상의 어떤 성능 저하적인 차지업(charge-up) 효과의 발생 없이, 단일 에너지의 이온 에너지로서 유지하기에 충분히 크게 유지되어야 한다. 플라즈마에서의 전자의 높은 이동성으로 인해, 90%, 95% 또는 심지어 95%의 듀티 사이클은, 기판 상에 제공된 어떤 높은 애스펙트비("HAR") 특징에서, 전자가 이온 충돌로부터 생성된 전하를 중성화하기에 충분한 시간을 제공할 수도 있다.

이제 도 3을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 화학적 프로세싱 시스템(50)을 도시하고, 상세히 설명한다. 화학적 프로세싱 시스템(50)은, 프로세싱 공간(52)에 프로세스 가스를 공급하는 가스 공급부(16)[도 1에 도시됨, 도 3에는 도시되지 않음], 및 동일하게 진공 상태로 만드는 진공 펌프(19)[도 1에 도시됨, 도 3에는 도시되지 않음]를 구비하는 도 1의 화학적 프로세싱 시스템과 유사하다. 기판 지지부(54)는 챔버(58) 내의 기판(56)을 지지한다. 또한, 3개의 전극(60, 62, 64)은 프로세싱 공간(52)에 제공되고, 도 1의 시스템(10)에 대하여 전술한 방식으로 배향된다. 도시된 바와 같이, 제2 전극(62)은, 이 제2 전극(62)이 원형의 중앙 전극(62a), 및 환형의 절연링(66)을 둘러싸며 이 절연링(66)에 의해 중앙 전극(62a)으로부터 절연된 환형의 주변 전극(62b)을 포함하도록, 2개의 파트로 나눠진다. 제2 전극(62)은 임피던스 매칭 회로(70)를 통하여 AC 전압원(68)에 결합되며, 별도로 제공가능하며 연속적인 AC 바이어스를 전극 파트(62a, 62b)에 인가하도록 구성된다.

기판 지지부(54)의 일부를 형성하는 것으로서 재도시된 제1 전극(60)은, 릴레이 회로(76)를 통하여 DC 전압원(74)에 전기적으로 결합되며, 이 릴레이 회로(76)는 위에서 더 상세히 설명한 방식으로 스위칭되도록 동작될 수 있다. 제2 전극(62)을 분할함으로써, 플라즈마 형성 및 균일성을 더 크게 제어할 수 있다. 즉, 플라즈마 형성의 분배는 프로세싱 공간(52)의 벽을 향하여 바깥쪽으로 방사상으로 제어될 수도 있다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 2개의 관련 실시형태를 나타낸다. 예시의 편의를 위하여, 이후에 프라임 부호를 가지는 동일한 참조 숫자는, 실시형태의 대응하는 구성요소를 지정한다. 도 4a의 실시형태의 구체적인 참조에 있어서, 화학적 프로세싱 시스템(80)이 도시되며, 이 시스템(80)은, 예시의 편의를 위하여 모든 구성요소가 도시되어 있지는 않지만, 일반적으로 전술한 프로세싱 챔버와 유사한 프로세싱 챔버(82)를 포함한다. 화학적 프로세싱 시스템(80)은 3개의 전극(84, 86, 88)을 포함하지만, 해당 화학적 프로세싱 시스템(80)의 제1 전극(84)은, 이중 스로우(throw) 릴레이 회로(94)를 통하여, 네가티브 DC 전압원(90) 또는 병렬의 포지티브 DC 전압원(92)을 거쳐 접지에 교대로 연결된다. 이 릴레이 회로(94)는, DC 전압 펑션(function)을 예를 들어, 포지티브 바이어스가 후속하는 네가티브 바이어스를 제1 전극(84)에 교대로 인가하여, 네가티브 펄스 동안에 기판(96) 위에 단일 에너지의 양이온을 끌어당기도록 스위칭되는 반면에, 포지티브 바이어스는 네가티브 펄스 사이에서 기판(96)에 전극 또는 네가티브 이온을 끌어당겨, 네가티브 펄스 동안에 기판(96) 상에 축적될 수 있는 포지티브 전하를 중성화한다.

도 4b는, 전술한 바와 같이, 제2 전극(86′)은 중앙부(86a)와 동심원의 외부 부분(86b)으로 분할되며, 이들 사이에 절연링(87)을 가지는 점을 제외하고 도 4a와 유사하다. 도 4a의 임피던스 매칭 회로를 가진 플라즈마 발생 소스(98)는 도 4b에서의 전극 파트(86a, 86b)에 별도로 제어가능하며 연속적인 AC 바이어스를 인가하도록 구성될 수도 있다.

플라즈마 프로세싱 전극은 RF 기반으로 될 필요는 없다. 그 대신에, 도 5a에 도시된 바와 같이, 도 1의 화학적 프로세싱 시스템과 유사하지만, 플라즈마 소스(30)(도 1)를 가진, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따라 기판(111)를 프로세싱하기 위한 화학적 프로세싱 시스템(110)은, 이미 설명되어 있으며, 제2 전극(114)에 전력 공급하는 DC 소스(112)를 포함하는 반면에, 제1 및 제3 전극(116, 118)은, 각각 DC 전압원(119)과 접지에 전기적으로 연결된다. DC 소스(112)에 있어서, 플라즈마 소스가 제2 전극(24)(도 1)에 RF 바이어스를 인가하는 실시형태에서 옵션이 되는 접지된 제3 전극(118)은, 일반적으로 요구된다. 제3 전극은, 부분적으로, 프로세싱 챔버(120)의 접지된 벽을 포함할 수 있거나, 또는 프로세싱 챔버(120) 내에 배치되거나 또는 일부 구성에서 있어서, 프로세싱 챔버(120)의 외부에 배치되는 별도로 구성된 전극일 수 있다.

도 5b는 도 5a의 화학적 프로세싱 시스템과 유사한 화학적 프로세싱 시스템(110′)을 나타내며, 이후에 프라임 부호를 가지는 동일한 참조 숫자는 실시형태의 대응하는 구성요소를 지정한다. 그러나, 도 5d에 있어서, 제2 전극(114′)은 릴레이 회로(122)를 통하여 네가티브 DC 전압원(112′)을 거쳐 접지에 전자적으로 연결된다. 그것과 관련하여, 펄스화된 DC 전압도 제2 전극(114′)에 인가될 수 있다.

게다가, 도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 화학적 프로세싱 시스템(130)을 나타내며, 여기서 이후에 프라임 부호를 가지는 동일한 참조 숫자는 실시형태의 대응하는 구성요소를 지정한다. 예시적인 화학적 프로세싱 시스템(130)은, 도 1의 시스템(10)과 또한 유사하지만, 중앙의 전극 세그먼트(22a), 중앙의 전극 세그먼트(22a)를 동심적으로 둘러싸는 중간의 환형 전극 세그먼트(22b), 및 중앙 및 중간의 전극 세그먼트(22a, 22b)를 동심적으로 둘러싸는 외부 전극 세그먼트(22c)를 포함하도록 나눠진 제1 전극(22)을 포함한다. 전극 세그먼트(22a, 22b, 22c)는 환형의 절연링(132, 143)에 의해 분리되며, 릴레이 스위치(76a, 76b, 76c)를 통하여 별도의 제어가능한 DC 바이어스 전압원(74a, 74b, 74c)에 의해 각각 바이어스된다. DC 소스(74a, 74b, 74c)는, 일반적으로 동일한 주파수 및 동상(同相)으로, 제1 전극(22)의 전극 세그먼트(22a, 22b, 22c)에 펄스화된 DC 전압을 각각 인가하지만, 예컨대 변화하는 펄스폭 또는 듀티 사이클에 의해 조정되어, 방사상의 균일성을 향상시킨다.

전기적으로 분할된 제1 전극(22′)를 가지는 도 6의 화학적 프로세싱 시스템(130)에 사용하기 위한 기판(12′)의 도전율은, 다른 실시형태에 대하여 사용하기 적합한 기판보다 덜 도전적이어야 한다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 화학적 프로세싱 시스템(140)을 나타낸다. 또한, 3개의 전극(142, 144, 146)은 프로세싱 챔버(148)에 동작가능하게 연결된다. 제1 전극(142)은 제1 프로세싱 챔버(148) 내의 기판(150)을 지지할 수 있지만, 제2 전극(144)은 일반적으로 기판(150)에 대향하는 프로세싱 챔버(148)의 측면 가까이에 배치된다.

도시된 바와 같이, 제2 전극(144)은 분할되며, 중앙부(144a), 제1의 환형 절연체(152)에 의해 중앙부(144a)로부터 분리된 중간부(144b), 및 제2의 환형 절연체(154)에 의해 중간부(114b)로부터 분리된 외부 부분(144c)을 포함한다. 제2 전극(144)의 각 부분(144a, 144b, 144c)은, 릴레이 스위치(158a, 158b, 158c)를 통하여 별도의 제어가능한 DC 바이어스 전압원(156a, 156b, 156c)에 의해 각각 바이어스된다.

제1 전극(142)은 내부에 RF 전원(162)를 가지는 하나 이상의 AC 전압원(160)에 전기적으로 연결된다. AC 전압원(160)은 임피던스 매칭 회로(164)를 통하여 제2 전극(144)에 전자적으로 연결될 수 있고, 제2 전극(144)에 연속적인 AC 바이어스를 인가하도록 구성된다.

위에서 상세히 설명된 본 발명의 여러 가지 실시형태는, 좁은 이온 에너지 분포를 가지는 기판 위에 이온의 흐름을 제공한다. 이는 많은 플라즈마 프로세스에 있어서, 특히 이온 활성화된 화학적 에칭 프로세스에 있어서 유리하며, 이온의 에너지는, 활성화될 수 있는 화학적 프로세스를 선택함에 있어서의 요인이 된다. 따라서, 화학적 프로세스는 단일 에너지의 이온에 의해 즉, 에너지 분포가 좁아지면, 선택되어 제어될 수 있다. 본 발명에 있어서, 이는 기판을 바이어스하는데 이용되는 DC 펄스의 레벨을 제어함으로써 달성될 수 있다.

또한, 바이어스 전압이 더욱 네가티브적인 경우에 발생하는 이온 충격 동안에 기판 상의 포지티브 전하의 빌드업은, 기판에 바이어스를 펄싱하고, 더욱 포지티브적이거나 덜 네가티브적인, 펄스화된 파형의 레벨을 제어함으로써 중성화될 수 있다. 파형의 펄스폭(또는 듀티 사이클)을 확립하여, 기판에 끌어당겨지는 네가티브 전하량을 제어함으로써 기판을 중성화시킨다. 전하는 전자일 수 있거나 또는, 펄스폭이 충분히 넓으면, 네가티브 이온들이 플라즈마 내에 존재할 때, 네가티브 이온일 수 있다.

본 발명은 여러 가지 실시형태의 설명에 의해 예시되었고, 이러한 실시형태들은 매우 상세히 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 신규한 교시 및 이점을 실질적으로 벗어나지 않고 예시적인 실시형태에서 많은 변형이 이루어질 수 있음을 쉽게 알 수 있다. 따라서, 더 넓은 양태에 있어서의 본 발명은, 특정 세부사항 및 도시되고 설명된 예시적인 일례로 한정되지 않는다. 그러므로, 본 발명의 범위를 일탈하지 않고 이러한 세부사항으로부터 벗어날 수 있다.

Claims (26)

1. 프로세싱 챔버 내에서의 기판의 플라즈마 지원된(plasma-assisted) 화학적 에칭 프로세싱에 대한 화학적 프로세스를 선택적으로 활성화하는 방법에 있어서,
   상기 프로세싱 챔버 내의 프로세스 가스에 에너지를 결합하여 내부에 양이온을 함유하는 플라즈마를 생성하는 단계와,
   상기 프로세싱 챔버 내의 기판 지지부 상에 배치되는 기판에 펄스화된 DC 바이어스를 인가하는 단계와,
   상기 기판 지지부 상에 배치되는 기판을, 제1 바이어스 레벨과 제2 바이어스 레벨 사이에서 주기적으로 바이어싱하는 단계로서, 상기 제1 바이어스 레벨은 상기 제2 바이어스 레벨보다 더 네가티브적인 것인 기판을 주기적으로 바이어싱하는 단계를 포함하며,
   상기 기판 및 기판 지지부는, 상기 제1 바이어스 레벨로 바이어싱될 때, 상기 플라즈마로부터의 단일 에너지의 양이온을 상기 기판을 향하여 끌어당기고, 상기 기판의 표면에서의 선택된 화학적 에칭 프로세스를 향상시키도록 동작될 수 있는 것인 화학적 프로세스를 선택적으로 활성화하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 기판 지지부 상에 배치되는 기판을 상기 제2 바이어스 레벨로 주기적으로 바이어싱하는 단계를 더 포함하며, 상기 주기적 바이어싱은 상기 플라즈마로부터의 음전하를 상기 기판을 향하여 끌어당기며, 상기 기판의 표면 상의 축적된 양전하를 중성화시키도록 동작될 수 있도록 구성되는 크기 및 기간(duration)을 가지는 것인 화학적 프로세스를 선택적으로 활성화는 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 기판 지지부는 상기 프로세싱 챔버의 일 단부에 배치되는 펄스화된 DC 바이어스 전극을 포함하며,
   상기 프로세싱 챔버는, 펄스화된 DC 바이어스 전극에 대향하는 프로세싱 챔버의 측면에 배치되며, 상기 프로세스 가스에 에너지를 용량적으로 결합하도록 구성되는 능동적으로(actively) 전력 공급되는 플라즈마 발생 전극을 더 포함하는 화학적 프로세스를 선택적으로 활성화하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 플라즈마 발생 전극은 DC 전력 공급되며, 상기 방법은, 상기 플라즈마에 동작가능하게 결합된 프로세싱 챔버에 그라운딩 전극을 제공하는 단계를 더 포함하는 화학적 프로세스를 선택적으로 활성화하는 방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 플라즈마 발생 전극은 RF 전력 공급되며, 상기 프로세스 가스에 에너지를 용량적으로 결합하도록 구성되는 것인 화학적 프로세스를 선택적으로 활성화하는 방법.
6. 제2항에 있어서, 상기 제2 바이어스 레벨은, 상기 제1 바이어스 레벨이 확립되는 경우 상기 기판을 향하여 상기 플라즈마로부터 끌어당겨진 이온들의 에너지와는 다른 에너지를 가진 기판을 향한 플라즈마로부터의 이온의 끌림을 최소화하는 전위에서 확립되는 것인 화학적 프로세스를 선택적으로 활성화하는 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 펄스화된 DC 바이어스는 50 ㎑ 내지 40 ㎒의 범위에 있는 주파수로 인가되는 것인 화학적 프로세스를 선택적으로 활성화하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 펄스화된 DC 바이어스는 10 ㎒ 내지 20 ㎒의 범위에 있는 주파수로 인가되는 것인 화학적 프로세스를 선택적으로 활성화하는 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마에 동작가능하게 결합된 프로세싱 챔버에 그라운딩 전극을 제공하는 단계를 더 포함하는 화학적 프로세스를 선택적으로 활성화하는 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 그라운딩 전극에 인가된 전압 전위를 스위칭하는 것, 펄스화된 DC 전압을 상기 그라운딩 전극에 인가하는 것, 또는 AC 전압을 상기 그라운딩 전극에 인가하는 것 중 하나에 의해 상기 그라운딩 전극에 변동 전위를 인가하는 단계를 더 포함하는 화학적 프로세스를 선택적으로 활성화하는 방법.
11. 플라즈마 프로세싱 방법에 있어서,
    플라즈마 프로세싱 챔버 내부에 그리고 상기 플라즈마 프로세싱 챔버의 제1 단부에서 기판 지지부 상에 기판을 지지하는 단계와,
    플라즈마 발생 전극과 상기 기판 사이에 플라즈마를 생성하는 것에 용량적으로 에너지를 결합하도록, 상기 프로세싱 챔버의 상기 제1 단부에 대향하는 제2 단부에서의 플라즈마 발생 전극에 전기적으로 동력 공급하는 단계와,
    상기 기판 지지부 상의 기판을 펄스화된 DC 파형으로 바이어싱하는 단계로서, 상기 펄스화된 DC 파형은 상기 플라즈마로부터 양이온을 끌어당기는 기판에 그리고 상기 기판 위에 제1 전압을 인가하고, 주기적으로, 상기 플라즈마로부터 전자를 끌어당기는 기판에 그리고 상기 기판 위에 제2 전압을 인가하고, 상기 제1 전압은 상기 제2 전압보다 더 네가티브적인 것인 기판을 바이어싱하는 단계를 포함하는 플라즈마 프로세싱 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 펄스화된 DC 파형은 1% 내지 99%의 범위의 듀티 사이클을 가지는 것인 플라즈마 프로세싱 방법.
13. 제11항에 있어서, 상기 펄스화된 DC 파형은, 기판 상의 차지업 효과(charge-up effect)를 최소화하면서 단일 에너지의 이온 에너지를 유지하기 위하여 선택된 듀티 사이클을 가지는 것인 플라즈마 프로세싱 방법.
14. 제11항에 있어서, 상기 플라즈마 발생 전극은 13.56 ㎒에서 동작하는 RF 전력원(power source)에 의해 동력 공급되는 것인 플라즈마 프로세싱 방법.
15. 제11항에 있어서, 상기 펄스화된 DC 바이어스는 10㎒ 내지 20 ㎒의 범위에 있는 주파수로 인가되는 것인 플라즈마 프로세싱 방법.
16. 플라즈마 에칭 장치로서,
    플라즈마 프로세싱 챔버와,
    상기 플라즈마 프로세싱 챔버 내부에 그리고 상기 플라즈마 프로세싱 챔버의 제1 단부 가까이에 배치된 기판 지지부와,
    상기 플라즈마 프로세싱 챔버의 상기 제1 단부와 대향하는 제2 단부 가까이에 배치되는 플라즈마 발생 전극과,
    상기 플라즈마 발생 전극에 동작가능하게 결합되며, 상기 플라즈마 프로세싱 챔버에 용량적으로 전력을 결합하여 상기 기판과 상기 플라즈마 발생 전극 사이에 플라즈마를 형성하기 위하여 상기 플라즈마 발생 전극에 동력 공급하도록 구성되는 전원과,
    상기 기판 지지부에 동작가능하게 결합되며, 상기 기판 지지부 상의 기판에 펄스화된 DC 바이어스 전압을 인가하도록 구성되는 DC 펄스 발생기를 포함하며,
    상기 DC 펄스 발생기는, 상기 플라즈마로부터 양이온을 끌어당기도록 동작가능한 기판 지지부에 그리고 상기 기판 위에 제1 전압을 인가하고, 상기 플라즈마로부터 전자를 끌어당기도록 동작가능한 기판 지지부에 그리고 상기 기판 위에 제2 전압을 인가하도록 구성되며, 상기 제1 전압은 상기 제2 전압보다 더 네가티브적인 것인 플라즈마 에칭 장치.
17. 제16항에 있어서, 상기 플라즈마 발생 전극에 동작가능하게 결합된 전원은, 13.56 ㎒에서 동작하도록 구성되는 RF 전압원인 것인 플라즈마 에칭 장치.
18. 제16항에 있어서, 상기 플라즈마 발생 전극에 동작가능하게 결합된 전원은, DC 전압원인 것인 플라즈마 에칭 장치.
19. 제18항에 있어서, 상기 DC 전압원은 릴레이 스위치를 통하여 상기 플라즈마 발생 전극에 전기적으로 결합되는 것인 플라즈마 에칭 장치.
20. 제16항에 있어서, 상기 플라즈마 발생 전극은, 복수의 세그먼트를 더 구비하며, 상기 복수의 세그먼트의 각각은 복수의 다른 세그먼트로부터 전기적으로 격리되는 것인 플라즈마 에칭 장치.
21. 제20항에 있어서, 상기 복수의 세그먼트는 동일한 전원에 의해 구동되는 것인 플라즈마 에칭 장치.
22. 제20항에 있어서, 상기 플라즈마 발생 전극에 동작가능하게 결합되는 전원은, 복수의 전원을 더 구비하며, 상기 복수의 전원의 각각은 상기 복수의 세그먼트 중 각각의 하나에 동작가능하게 결합되는 것인 플라즈마 에칭 장치.
23. 제16항에 있어서, 상기 플라즈마 프로세싱 챔버의 벽에 동작가능하게 결합되며, 상기 플라즈마 발생 전극과 상기 기판 지지부 사이에 배치되는 그라운딩 전극을 더 구비하는 플라즈마 에칭 장치.
24. 제16항에 있어서, 상기 기판 지지부는 복수의 세그먼트를 더 구비하며, 상기 복수의 세그먼트의 각각은 복수의 다른 세그먼트로부터 전기적으로 격리되는 것인 플라즈마 에칭 장치.
25. 제24항에 있어서, 상기 복수의 세그먼트는 동일한 전원에 의해 구동되는 것인 플라즈마 에칭 장치.
26. 제24항에 있어서, 상기 DC 펄스 발생기는 복수의 DC 발생기를 더 구비하며, 상기 복수의 DC 펄스 발생기의 각각은 복수의 세그먼트 중 각각의 하나에 동작가능하게 결합되는 것인 플라즈마 에칭 장치.

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