KR20170088309A - 용량 결합형 플라즈마 처리 장치의 에지 링의 rf 진폭 제어 - Google Patents

용량 결합형 플라즈마 처리 장치의 에지 링의 rf 진폭 제어 Download PDF

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KR20170088309A
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제임스 로저스
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본 개시는 일반적으로 에지 링의 RF 진폭을 제어하는 장치들 및 방법들에 관한 것이다. 이 장치들 및 방법들은 가변 커패시터를 통해 접지에 결합되는 전극을 포함한다. 전극은 링 형상일 수 있고, 정전 척을 포함하는 기판 지지부에 매립될 수 있다. 전극은 기판 및/또는 에지 링의 둘레 아래에 포지셔닝될 수 있다. 에지 링 부식으로 인해 플라즈마 시스가 에지 링에 인접하게 떨어질 때, 기판의 에지 근처의 RF 진폭에 영향을 주도록 가변 커패시터의 커패시턴스가 조정된다. 전극 및 가변 커패시터를 통한 RF 진폭의 조정은 기판 둘레 근처에서 플라즈마 시스의 조정을 야기한다.

Description

용량 결합형 플라즈마 처리 장치의 에지 링의 RF 진폭 제어{CONTROLLING THE RF AMPLITUDE OF AN EDGE RING OF A CAPACITIVELY COUPLED PLASMA PROCESS DEVICE}
[0001] 본 개시의 양상들은 일반적으로 프로세싱 챔버에서 에지 링의 RF 진폭을 제어하기 위한 장치들 및 방법들에 관한 것이다.
[0002] 에지 링은 프로세스 챔버에서 처리하는 동안 반도체 웨이퍼와 같은 기판의 둘레를 둘러싸는 원형 컴포넌트이다. 프로세스 챔버 내의 플라즈마에 에지 링의 노출로 인해, 에지 링은 미리 결정된 간격 후에 부식될 수 있고 교체 또는 다른 예방적 유지 보수를 필요로 할 수 있다. 에지 링이 너무 많이 부식되면, 기판 에지의 플라즈마 시스(sheath)가 아래로 떨어져 기판의 에지에서 플라즈마 처리 특성들을 변화시킨다. 플라즈마 처리 특성들의 변화는 기판의 에지에서 바람직하지 않은 처리 영향들을 야기하고, 따라서 기판의 에지 근처에서 사용 가능한 공간(real estate)을 감소시킨다.
[0003] 따라서 에지 링 부식을 해결하는 장치들 및 방법들이 필요하다.
[0004] 한 양상에서, 기판 지지부는, 정전 척 ― 정전 척은 기판을 정전 척에 척킹하기 위해 정전 척 내부에 매립된 하나 또는 그 초과의 척킹 전극들을 가짐 ―; 정전 척 위에 배치된 세라믹 층; 세라믹 층 주위에 포지셔닝된 세라믹 링; 세라믹 링에 매립된 전극; 및 하나 또는 그 초과의 송신선들을 통해 전극에 결합된 가변 커패시터를 포함한다.
[0005] 다른 양상에서, 프로세스 챔버는, 챔버 본체; 챔버 본체 상에 배치된 덮개; 덮개 위에 포지셔닝된 유도 결합형 플라즈마 장치; 및 챔버 본체 내에 포지셔닝된 기판 지지부를 포함하며, 기판 지지부는, 정전 척 ― 정전 척은 기판을 정전 척에 척킹하기 위해 정전 척 내부에 매립된 하나 또는 그 초과의 척킹 전극들을 가짐 ―; 정전 척 위에 배치된 세라믹 층; 세라믹 층 주위에 포지셔닝된 세라믹 링; 세라믹 링에 매립된 전극을 포함하며, 전극은 하나 또는 그 초과의 송신선들을 통해 가변 커패시터에 결합된다.
[0006] 다른 양상에서, 기판을 처리하는 방법은, 플라즈마 시스를 사용하여 미리 결정된 양의 기판들을 처리하는 단계 ― 처리하는 단계는 에지 링의 부식을 야기함 ―; 플라즈마 시스를 리포지셔닝하기 위해 부식 이후 에지 링에서 RF 전압을 증가시키는 단계; 및 에지 링의 부식을 변경하기 위해 RF 전압을 증가시킨 후에 추가 기판들을 처리하는 단계를 포함한다.
[0007] 본 개시의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로 앞서 간략히 요약된 본 개시의 보다 구체적인 설명이 양상들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 양상들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나 첨부된 도면들은 단지 예시적인 양상들만을 예시하는 것이며 따라서 그 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하며, 본 개시는 다른 동등하게 유효한 양상들을 허용할 수 있다는 것이 주목되어야 한다.
[0008] 도 1은 본 개시의 한 양상에 따른 프로세스 챔버의 개략적인 단면도이다.
[0009] 도 2a와 도 2b는 도 1에 도시된 기판 지지부의 확대된 개략도들을 예시한다.
[0010] 도 3a - 도 3c는 본 개시의 양상들에 따른, 기판 둘레에 대한 플라즈마 시스의 개략도들이다.
[0011] 도 4a와 도 4b는 본 개시의 한 양상에 따른 개략적인 회로도들을 예시한다.
[0012] 도 5는 본 개시의 한 양상에 따라 기판들을 처리하는 방법을 예시하는 흐름도이다.
[0013] 이해를 용이하게 하기 위해, 가능한 경우, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 가리키기 위해 동일한 참조 부호들이 사용되었다. 한 양상의 엘리먼트들 및 특징들은 추가 언급 없이 다른 양상들에 유리하게 포함될 수 있다는 것이 고려된다.
[0014] 본 개시는 일반적으로 에지 링의 RF 진폭을 제어하는 장치들 및 방법들에 관한 것이다. 이 장치들 및 방법들은 가변 커패시터를 통해 접지에 결합되는 전극을 포함한다. 전극은 링 형상일 수 있고, 정전 척을 포함하는 기판 지지부에 매립될 수 있다. 전극은 기판 및/또는 에지 링의 둘레 아래에 포지셔닝될 수 있다. 에지 링 부식으로 인해 플라즈마 시스가 에지 링에 인접하게 떨어질 때, 기판의 에지 근처의 RF 진폭에 영향을 주도록 가변 커패시터의 커패시턴스가 조정된다. 전극 및 가변 커패시터를 통한 RF 진폭의 조정은 기판 둘레 근처에서 플라즈마 시스의 조정을 야기한다.
[0015] 도 1은 본 개시의 한 양상에 따른 프로세스 챔버(100)의 개략적인 단면도이다. 프로세스 챔버(100)는, 내부 용적을 함께 한정하는, 챔버 본체(101) 및 그 위에 배치된 덮개(103)를 포함한다. 챔버 본체(101)는 일반적으로 전기 접지(107)에 결합된다. 기판 지지부(111)가 내부 용적 내에 배치되어 기판(109)을 그 위에 지지한다. 프로세스 챔버(100)는 또한, 프로세스 챔버(100) 내에 플라즈마 영역(118)을 생성하기 위한 유도 결합형 플라즈마 장치(102) 및 프로세스 챔버 (100)의 양상들을 제어하도록 적응된 제어기(155)를 포함한다.
[0016] 기판 지지부(111)는 매칭 네트워크(120)를 통해 바이어스 소스(119)에 결합된 하나 또는 그 초과의 전극들(134) 및 가변 커패시터(140)를 통해 접지에 결합된 원형 전극(139)을 포함한다. 유도 결합형 플라즈마 장치(102)는 일반적으로 덮개(103) 위에 배치되며 RF 전력을 프로세스 챔버(100)에 유도 결합하도록 구성된다. 유도 결합형 플라즈마 장치(102)는 덮개(103) 위에 배치된 제 1 및 제 2 코일들(110, 112)을 포함한다. 각각의 코일(110, 112)의 직경들의 비, 상대적 위치 및/또는 각각의 코일(110, 112)의 턴들의 수는 예를 들어, 플라즈마 영역(118)의 프로파일 또는 밀도를 제어하도록 각각 조정될 수 있다. 제 1 및 제 2 코일들(110, 112) 각각은 RF 피드 구조(106)를 거쳐 매칭 네트워크(114)를 통해 RF 전력 공급부(108)에 결합된다. RF 전력 공급부(108)는 일례로, 50㎑ 내지 13.56㎒ 범위의 튜닝 가능한 주파수에서 약 4000와트까지 생산하는 것이 가능할 수 있다. 그러나 다른 주파수들 및 전력들이 특정 애플리케이션들에 대해 원하는 대로 제공될 수 있다.
[0017] 일부 양상들에서는, 각각의 제 1 및 제 2 코일들(110, 112)에 제공되는 RF 전력의 상대적인 양을 제어하기 위해 RF 피드 구조(106)와 RF 전력 공급부(108) 사이에 분배 커패시터와 같은 전력 분배기(105)가 제공될 수 있다. 일부 양상들에서, 전력 분배기(105)는 매칭 네트워크(114)에 포함될 수 있다.
[0018] 히터 엘리먼트(113)가 덮개(103) 상부에 배치되어 프로세스 챔버(100)의 내부 가열을 가능하게 할 수 있다. 히터 엘리먼트(113)는 덮개(103)와 제 1 및 제 2 코일들(110, 112) 사이에 배치될 수 있다. 일부 양상들에서, 히터 엘리먼트(113)는 저항성 가열 엘리먼트를 포함할 수 있고, 원하는 범위 내에서 히터 엘리먼트(113)의 온도를 제어하기에 충분한 에너지를 제공하도록 구성된 전력 공급부(115), 예컨대 AC 전력 공급부에 결합될 수 있다.
[0019] 동작 동안, (반도체 웨이퍼 또는 플라즈마 처리에 적합한 다른 기판과 같은) 기판(109)이 기판 지지부(111) 상에 배치될 수 있고, 가스 패널(116)로부터 진입 포트들(117)을 통해 프로세스 가스들이 공급될 수 있다. RF 전력 공급부(108)로부터의 전력을 제 1 및 제 2 코일들(110, 112)에 인가함으로써 프로세스 챔버(100) 내의 플라즈마 영역(118)으로 프로세스 가스들이 점화될 수 있다. 일부 양상들에서는, RF 또는 성형 펄스 소스와 같은 바이어스 소스(119)로부터의 전력이 또한 매칭 네트워크(120)를 통해 기판 지지부(111) 내의 전극들(134)에 공급될 수 있다. 프로세스 챔버(100) 내부 내의 압력은 밸브(121) 및 진공 펌프(122)를 사용하여 제어될 수 있다. 챔버 본체(101)의 온도는 챔버 본체(101)를 통해 이어지는(run) (도시되지 않은) 유체 함유 도관들을 사용하여 제어될 수 있다.
[0020] 프로세스 챔버(100)는 처리 중에 프로세스 챔버(100)의 양상들을 제어하기 위한 제어기(155)를 포함한다. 제어기(155)는 중앙 처리 유닛(CPU: central processing unit)(123), 메모리(124), 및 CPU(123)에 대한 지원 회로들(125)을 포함한다. 제어기(155)는 프로세스 챔버(100)의 컴포넌트들의 제어를 가능하게 한다. 제어기(155)는 다양한 챔버들 및 서브-프로세서들을 제어하기 위해 산업 환경에서 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 중 하나일 수 있다. 메모리(124)는 본 명세서에서 설명되는 방식들로 프로세스 챔버(100)의 동작을 제어하도록 실행되거나 호출될 수 있는 소프트웨어(소스 또는 객체 코드)를 저장한다.
[0021] 도 2a와 도 2b는 도 1에 도시된 기판 지지부(111)의 확대된 개략도들을 예시한다. 기판 지지부(111)는, 수직 스택으로 조립된, 절연 층(227), 설비 판(228) 및 정전 척(229)을 둘러싸는 접지 판(226)을 포함한다. RF 고온 정전 척(229)을 접지 판(226)으로부터 절연시키도록 석영 파이프 링(230)이 설비 판(228) 및 정전 척(229)을 둘러싼다. 플라즈마 차폐부(231)가 석영 파이프 링(230)의 상부 표면 상에 배치되어 (도 1에 도시된) 프로세스 챔버(100)에서의 플라즈마 밀폐를 가능하게 한다. 석영 링(232)이 플라즈마 차폐부(231)의 상부 표면 상에 포지셔닝되며, 석영 파이프 링(230)과 맞물리기 위한 하부 리세스를 포함한다.
[0022] 설비 판(228)은 접지 판(226)의 하위 부분과 정전 척(229) 사이에 포지셔닝된다. 설비 판(228)은 기판 지지부(111)의 온도 제어를 가능하게 하도록 유체가 제공되게 하는 하나 또는 그 초과의 채널들(233)(4개가 도시됨)을 포함한다. 정전 척(229)은 절연 재료(236)에 매립된 복수의 전극들(134)(4개가 도시됨)을 포함한다. 전극들(134)은 (도 1에 도시된) 바이어스 소스(119)에 결합되어 정전 척(229)의 상부 표면으로의 기판(109)의 척킹을 가능하게 한다. 일부 양상들에서, 전극들(134)은 매칭 네트워크(120)를 통해 바이어스 소스(119)에 결합된 캐소드들이다. 바이어스 소스(119)는 예시적으로는, 예를 들어 대략 13.56㎒의 주파수에서 약 1000W(그러나 약 1000W로 제한되지는 않음)까지의 RF 에너지의 소스일 수 있지만, 특정 애플리케이션들에 대해 원하는 대로 다른 주파수들 및 전력들이 제공될 수 있다. 바이어스 소스(119)는 연속 또는 펄스 전력 중 어느 하나 또는 둘 다를 생산하는 것이 가능할 수 있다. 일부 양상들에서, 바이어스 소스(119)는 DC 또는 펄스 DC 소스일 수 있다. 일부 양상들에서, 바이어스 소스(119)는 13.56㎒ 및 2㎒와 같은 다수의 주파수들을 제공하는 것이 가능할 수 있다.
[0023] 히터(235)가 정전 척(229)의 상부 표면 상에 배치되어 기판(109)의 온도 제어를 가능하게 한다. 히터(235)는 예를 들어, 복수의 저항성 가열 엘리먼트들이 내장된 저항성 히터일 수 있다. 실리콘 탄화물 또는 알루미나와 같은 세라믹 층(237)이 히터(235)의 상부 표면 위에 배치되고 히터(235)와 기판(109) 사이에 보호 계면을 제공한다. 세라믹 링(238)이 세라믹 층(237)의 반경 방향 외향 에지들을 둘러싸며 이들에 접한다. 세라믹 링(238)은 예를 들어, 실리콘 이산화물 또는 실리콘 질화물로 만들어질 수 있으며, 약 1㎜ 내지 약 2㎜ 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 원형 전극(139)이 세라믹 링(238)에 매립된다. 원형 전극(139)은 세라믹 링(238)의 상부 표면으로부터 약 0.5㎜ 내지 약 1㎜, 예컨대 약 0.75㎜에 포지셔닝될 수 있다. 원형 전극(139)은 약 3㎜ 내지 약 20㎜, 예컨대 약 6㎜의 폭을 가질 수 있다.
[0024] 원형 전극(139)은 기판(109) 둘레의 반경 방향 외측으로 그리고 에지 링(242) 아래에 포지셔닝된다. 일례로, 원형 전극(139)은 200㎜를 초과하는, 또는 300㎜를 초과하는, 또는 400㎜를 초과하는 내경을 가질 수 있다. 원형 전극(139)은 가변 커패시터(140)를 통해 접지에 전기 결합된다. 원형 전극(139)은 다수의 송신선들(141)(1개가 도시됨)을 통해 가변 커패시터(140)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 원형 전극(139)은 원형 전극(139)을 중심으로 균등한 간격들(즉, 120도)로 이격된 3개의 송신선들(141)을 통해 가변 커패시터(140)에 결합될 수 있다. 일례로, 다수의 송신선들(141)의 이용은 송신선들의 임의의 비대칭성들을 보다 높은 차수 및 보다 낮은 진폭으로 함으로써 RF 또는 온도 불균일성들의 발생을 감소시킬 수 있다.
[0025] 에지 링(242)은 세라믹 링(238) 위에 포지셔닝되고 세라믹 링(238) 및 세라믹 층(237)과 접촉한다. 일례로, 에지 링(242)은 실리콘 탄화물, 실리콘 탄화물로 코팅된 흑연, 또는 저 저항률 도핑 실리콘으로 형성될 수 있다. 에지 링(242)의 상부 표면은 석영 링(232)의 돌출형 레지(overhanging ledge)의 하부 표면과 접촉한다. 에지 링(242)은 기판(109)을 둘러싸고, 기판(109)의 반경 방향 외향 에지들에서 재료의 바람직하지 않은 에칭 또는 증착을 감소시킨다. 일례로, 기판(109)은 에지 링(242)으로부터 반경 방향으로 이격되어 정전 척(229)에 대한 기판(109)의 차폐를 가능하게 한다.
[0026] 도 2b를 참조하면, 처리 중에, 플라즈마 시스(245)가 기판(109)의 표면 위에 형성될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 처리 조건들은 에지 링(242)의 상위 부분을 부식시켜, 기판(109)의 에지의 바람직하지 않은 처리, 예컨대 롤오버를 야기할 수 있다. 바람직하지 않은 처리는 디바이스 수율을 감소시키고 기판 간 균일성에 영향을 미친다. 이러한 바람직하지 않은 영향들을 줄이기 위해, 종래의 접근 방식들은 에지 링(242)을 빈번하게 교체했다. 그러나 에지 링(242)의 빈번한 교체는 소모품들의 관점에서 고가이며, 추가로 상당한 다운 시간을 필요로 한다.
[0027] 종래의 접근 방식들과는 대조적으로, 본 명세서에 설명되는 양상들은 가변 커패시터(140)를 통해 접지에 결합된 원형 전극(139)을 이용하여 에지 링(242) 근처에서 RF 진폭 그리고 이에 따라 플라즈마 시스를 조정한다. 종래의 접근 방식들과는 대조적으로 세라믹 링(238)의 상대적으로 감소된 두께로 인해, 초기에 정전 척(229)으로 전달되는 RF 전력은 에지 링(242)과의 높은 RF 결합을 갖는다. 즉, 에지 링(242) 상의 RF 진폭은 기판(109) 상의 RF 진폭보다 더 높을 수 있다. 가변 커패시터(140)의 커패시턴스의 조정은 에지 링(242)에서의 RF 전압이 기판(109)에 필적할 만큼 충분히 증가된다. 에지 링(242)이 부식됨에 따라, RF 진폭 그리고 이에 따라 시스 두께를 증가시켜 시스의 상부를 거의 동일한 위치에 유지하도록 RF 커패시턴스가 감소될 수 있다. 이로써, RF 진폭의 조정은 부식된 에지 링의 지속적인 이용을 가능하게 하면서 기판(109)에 대한 바람직하지 않은 처리 영향들을 완화시킨다.
[0028] 하나의 선택적인 양상에서, 세라믹 링(238)의 상부 표면과 에지 링(242)의 하부 표면 사이에 갭(253)이 제공될 수 있다. 갭(253)은 원형 전극(139)과 플라즈마 시스(245) 간의 결합을 감소시키는데 이용될 수 있다. 갭(253)의 두께는 원하는 양의 분리를 제공하도록 선택될 수 있다. 다른 양상에서는, 원형 전극(139)은 다른 형상을 가질 수 있거나, 원하는 형상 또는 구성으로 배열될 수 있는 복수의 개별 전극들을 포함할 수 있다는 점이 고려된다.
[0029] 앞서 설명한 양상들 외에도, 본 개시의 다른 양상들이 또한 고려된다. 일례로, 송신선(141)의 길이는 적어도 하나의 주파수에서 매칭된 임피던스를 가능하게 하도록 람다(파장)를 2로 나눈 길이(예를 들어, λ/2)를 가질 수 있다. 다른 양상에서, 전극(139)의 폭은 원하는 대로, 에지 링(242)과의 전기 결합을 증가 또는 감소시키도록 선택될 수 있다는 점이 고려된다. 다른 양상에서, 선택적 갭(253)은 생략될 수 있다는 점이 고려된다. 다른 양상에서, 전도성 열 개스킷, 예를 들어 실리콘 기반 열 개스킷이 갭(253)을 점유할 수 있다는 점이 고려된다. 다른 양상에서, 가변 커패시터(140)는 접지가 아닌 RF 전력 공급부(108)에 결합될 수 있다. 그러한 양상에서, 가변 커패시터 (140)는 앞서 설명한 바와 같이 기생 효과보다는 용량 결합의 조정을 가능하게 할 것이다.
[0030] 도 3a - 도 3c는 본 개시의 양상들에 따른, 기판(109) 둘레에 대한 플라즈마 시스(245)의 개략도들이다. 도 3a는 에지 링(242)의 부식 이전, 에지 링(242) 및 기판(109)에 대한 플라즈마 시스(245)를 예시한다. 플라즈마 시스(245)는 접촉하는 물질의 표면 상의 반대 음전하와 균형을 이루는 높은 밀도의 양이온들, 그리고 이에 따라 전체적으로 과도한 양전하를 갖는 플라즈마 내의 층이다. 도 3a에 예시된 바와 같이, 기판(109) 및 에지 링(242)의 상부 표면은 에지 링(242)의 부식 전에 일반적으로 동일 평면 상에 있다. 에지 링(242)의 부식 전에, 플라즈마 시스(245)는 에지 링(242) 및 기판 (109)의 상부 표면들과 평행하게 그리고 이들로부터 동일하게 이격된다. 도 3a에 도시된 플라즈마 시스(245)의 프로파일은 특히 기판(109)의 반경 방향 외향 에지 근처에서, 기판(109)의 균일한 처리를 야기한다.
[0031] 미리 결정된 수의 기판들을 처리한 후, 프로세스 챔버 내의 상태들은 에지 링(242)의 바람직하지 않은 부식을 초래한다. 도 3b는 부식된 에지 링(242)을 예시한다. 일례로, 에지 링 (242)의 상부 표면은 부식됨으로써, 에지 링(242)의 두께를 감소시킬 수 있다. 부식된 에지 링(242)은 더 이상 기판(109)과 동일 평면인 상부 표면을 공유하지 않는다. 에지 링(242)과 플라즈마 내의 하전 입자들 사이의 상호 작용으로 인해, 부식된 에지 링 (242)의 존재시 플라즈마 시스(245)의 프로파일이 변경된다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 플라즈마 시스(245)는 기판(109)과 비교하여 에지 링(242)의 표면으로부터 등거리 간격을 유지하도록 기판(109)과 에지 링(242)의 계면에서 떨어진다. 플라즈마 시스(245)의 프로파일은 기판(109)의 반경 방향 외향 에지의 "라운딩" 또는 다른 바람직하지 않은 프로세싱을 초래할 수 있다. 기판 에지의 라운딩은 기판(109)의 사용 가능한 공간을 감소시켜, 이에 따라 기판당 디바이스 수율을 감소시킨다. 이러한 바람직하지 않은 라운딩은 일반적으로 "롤오버 효과"로 지칭될 수 있다. 종래의 시스템들에서는, 이러한 라운딩을 보정하기 위해, 부식된 에지 링(242)이 대체될 것이고, 따라서 소모성 부품들의 비용을 증가시키면서 처리 다운 시간을 야기할 것이다.
[0032] 대조적으로, 본 개시의 양상들은 원형 전극(139)을 이용하여, 부식된 에지 링(242) 위에서의 RF 진폭 그리고 이에 따라 플라즈마 시스(245)의 위치를 조정한다. (도 2a에 도시된) 가변 커패시터(140)가 조정됨에 따라, 원형 전극(139)에 대한 음의 전압이 변경된다. 접지에 대한 커패시턴스는 정전 척(229)으로부터 에지 링(242)으로의 전력을 결합하는 고정 커패시턴스 및 접지에 대한 가변 커패시턴스를 갖는 용량성 전압 분배기의 일부와 같이 작용한다. 가변 커패시터(140)는 에지 링(242)에 대한 RF 전력을 거의 단락시키도록 조정됨으로써, 에지 링(242) 위의 플라즈마 시스(245)의 높이를 변경시킬 수 있다. 따라서 가변 커패시터(140) 및 원형 전극(139)은 부식된 에지 링(242)의 보상을 가능하게 한다.
[0033] 가변 커패시터(140) 및 원형 전극(139)을 통한 부식된 에지 링(242)의 보상은 플라즈마 시스(245)의 본래(예를 들어, 평면) 프로파일의 재설정을 야기한다. 도 3c는 부식된 에지 링(242)에 인접한 조정된 플라즈마 시스(245)를 예시한다. 조정된 플라즈마 시스(245)는 기판(109)에 "롤오버 효과"를 일으키지 않아, 기판(109)에 대한 손상을 방지하고 기판(109)의 사용 가능한 공간을 최대화한다. 더욱이, 부식된 에지 링(242)이 부식된 상태로 계속 이용될 수 있기 때문에, 예방적 유지 보수들 사이의 시간이 연장됨으로써, 처리 다운 시간을 감소시킨다. 추가로, 부식된 에지 링들(237)은 덜 빈번한 교체를 필요로 함으로써, 소모성 부품들에 대한 비용들을 감소시킨다.
[0034] 도 4a와 도 4b는 본 개시의 한 양상에 따른 개략적인 회로도들을 예시한다. 도 4a와 도 4b는 기판 지지부(111) 내의 엘리먼트 모델(450)을 예시한다. 설명을 용이하게 하기 위해, 도 4a는 기판 지지부(111)의 부분도 위에 오버레이된 엘리먼트 모델(450)을 도시한다. 엘리먼트 모델이라는 용어는 예를 들어, 10 옴-센티미터(Ω-㎝) 미만인 저항률을 갖는 전도성 실리콘 탄화물 층을 사용할 때, 시스템의 컴포넌트들 간의 기능적 관계들을 설명하는데 사용된다.
[0035] 엘리먼트 모델(450)에서는, V0, 예를 들어 바이어스 소스(119)로부터의 정전 척(229)에서의 전력으로부터 전력이 인가된다. 히터(235) 및 세라믹 링(238)을 통해 기초판(229)과 에지 링(242) 사이에 커패시턴스(C1)가 존재한다. 추가로, 히터(235)와 세라믹 링(238)의 계면을 통해 기초판(229)과 전극(139) 사이에 커패시턴스(C4)가 존재한다. 에지 링(242)과 플라즈마(118) 사이에 커패시턴스(C2)가 존재한다. 커패시턴스(C2)는 플라즈마(118)를 통해 접지에 결합된다. 세라믹(238)을 통해 에지 링(242)과 플라즈마(139) 사이에 커패시턴스(C3)가 존재한다. 하나 또는 그 초과의 송신선들(141)을 통해 전극(139)뿐만 아니라 접지에도 가변 커패시터(140)가 결합된다. 가변 커패시터(140)는 앞서 설명한 바와 같이, 전극(139)에 인가되는 RF 전압을 제어하도록 조정될 수 있다. 엘리먼트 모델(450)은 단지 회로의 일례일 뿐이며, 다른 회로들이 또한 고려된다는 점이 주목되어야 한다.
[0036] 도 5는 본 개시의 한 양상에 따라 기판들을 처리하는 방법(560)을 예시하는 흐름도이다. 이 방법(560)은 동작(562)에서 시작한다. 동작(562)에서, 미리 결정된 수의 기판들이 새로운 또는 재단장(refurbish)된 에지 링을 사용하여 처리된다. 새로운 또는 재단장된 에지 링은 예컨대, 처리되는 기판과 에지 링의 상부 표면에 평행한 알려진 포지션에 플라즈마 시스를 포지셔닝한다. 그러나 미리 결정된 수의 기판들을 처리한 후, 에지 링이 부식하고, 처리 중에 플라즈마 시스의 포지션을 변화시킨다. 이때, 방법(560)은 동작(564)으로 진행하며, 조정 가능한 커패시터가 에지 링의 부식으로 인한 플라즈마 시스의 편차를 보정하도록 튜닝된다. 그 다음, 동작(566)에서, 플라즈마 시스가 조정 가능한 커패시터 및 전극에 의해 보정된 포지션에 유지되면서 추가 기판들이 처리된다. 그 다음, 에지 링이 사용 불가능하거나 튜닝 가능한 커패시터가 충분한 조정을 제공할 수 없을 때까지 동작들(564, 566)이 반복 될 수 있다.
[0037] 도 5는 방법(560)의 한 양상을 설명하지만, 다른 양상들이 또한 고려된다. 예를 들어, 경험적으로 결정될 수 있는 미리 결정된 수의 기판들이 처리된 후에 튜닝 가능한 커패시터를 조정하는 대신에, 플라즈마 시스의 에지 링 두께 또는 포지션이 모니터링되어 동작(564)이 언제 일어날지를 나타낼 수 있다.
[0038] 본 개시의 이점들은 챔버 컴포넌트들을 교체하는 대신에 플라즈마 시스들을 조정함으로써, 디바이스 수율을 향상시키면서 다운 시간을 완화하고 소모품들에 대한 지출을 감소시키는 능력을 포함한다. 추가로, 본 명세서에서 설명된 양상들은 플라즈마 시스가 매칭 네트워크와 독립적으로 조정되게 함으로써, 플라즈마 시스의 조정 및 이를 수행하는데 필요한 하드웨어를 크게 단순화한다.
[0039] 일부 양상들에서, 전극은 정전 척 위에 배치되거나 정전 척에 내장된 세라믹 층에 형성된다. 전극은 하나 또는 그 초과의 위치들에서 고 임피던스 송신선들에 결합된다. 송신선들은 가변 커패시터를 통해 접지에 결합된다. 전극은 정전 척과 전극의 고정 커패시턴스와 접지에 대한 가변 커패시턴스 사이의 용량성 전압 분배기의 중심으로서의 기능을 한다. 가변 커패시터를 통한 커패시턴스는 에지 링이 부식됨에 따라 감소될 수 있어, 에지 링 부식을 보상하는 바람직한 레이트로 에지 링에서의 RF 진폭을 증가시킨다. 에지 링에서의 증가된 RF 전압은 에지 링의 부식을 보정하도록 플라즈마 시스의 위치를 조정한다. 일부 양상들에서, 극단적인 에지 플라즈마 파라미터들을 보상하기 위해, 에지 링에서의 RF 전압은 원하는 대로 기판의 RF 전압보다 크거나 작게 조정될 수 있다.
[0040] 전술한 내용은 본 개시의 양상들에 관한 것이지만, 본 개시의 기본 범위를 벗어나지 않으면서 본 개시의 다른 양상들 및 추가 양상들이 안출될 수 있으며, 본 개시의 범위는 하기의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 기판 지지부로서,
    정전 척 ― 상기 정전 척은 기판을 상기 정전 척에 척킹하기 위해 상기 정전 척 내부에 매립된 하나 또는 그 초과의 척킹 전극들을 가짐 ―;
    상기 정전 척 위에 배치된 세라믹 층;
    상기 세라믹 층 주위에 포지셔닝된 세라믹 링;
    상기 세라믹 링에 매립된 전극; 및
    하나 또는 그 초과의 송신선들을 통해 상기 전극에 결합된 가변 커패시터를 포함하는,
    기판 지지부.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 링에 매립된 전극은 링 형상인,
    기판 지지부.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 링 상에 배치되며 상기 세라믹 링과 접촉하는 에지 링을 더 포함하고,
    상기 하나 또는 그 초과의 척킹 전극들에 인접한 상기 에지 링의 하부 표면과 상기 세라믹 링의 상부 표면과 사이에 갭이 남아 있는,
    기판 지지부.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변 커패시터는 접지에 전기 결합되는,
    기판 지지부.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 정전 척과 실리콘 탄화물 층 사이에 포지셔닝된 히터를 더 포함하는,
    기판 지지부.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 링은 실리콘 이산화물 또는 실리콘 질화물을 포함하는,
    기판 지지부.
  7. 프로세스 챔버로서,
    챔버 본체;
    상기 챔버 본체 상에 배치된 덮개;
    상기 덮개 위에 포지셔닝된 유도 결합형 플라즈마 장치; 및
    상기 챔버 본체 내에 포지셔닝된 기판 지지부를 포함하며,
    상기 기판 지지부는,
    정전 척 ― 상기 정전 척은 기판을 상기 정전 척에 척킹하기 위해 상기 정전 척 내부에 매립된 하나 또는 그 초과의 척킹 전극들을 가짐 ―;
    상기 정전 척 위에 배치된 세라믹 층;
    상기 세라믹 층 주위에 포지셔닝된 세라믹 링;
    상기 세라믹 링에 매립된 전극을 포함하고,
    상기 전극은 하나 또는 그 초과의 송신선들을 통해 가변 커패시터에 결합되는,
    프로세스 챔버.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 세라믹 링에 매립된 전극은 링 형상인,
    프로세스 챔버.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 세라믹 링 상에 배치되며 상기 세라믹 링과 접촉하는 에지 링을 더 포함하고,
    상기 하나 또는 그 초과의 척킹 전극들에 인접한 상기 에지 링의 하부 표면과 상기 세라믹 링의 상부 표면과 사이에 갭이 남아 있는,
    프로세스 챔버.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 가변 커패시터는 접지에 전기 결합되고,
    상기 세라믹 링에 매립된 전극은 약 3㎜ 내지 약 20㎜의 폭을 갖는,
    프로세스 챔버.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 정전 척과 실리콘 탄화물 층 사이에 포지셔닝된 히터를 더 포함하며,
    상기 세라믹 링은 실리콘 이산화물 또는 실리콘 질화물을 포함하는,
    프로세스 챔버.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 척킹 전극들에 결합된 바이어스 소스, 및 상기 유도 결합형 플라즈마 장치에 대한 RF 전력 공급부를 더 포함하는,
    프로세스 챔버.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 송신선들은 3개의 송신선들이고,
    상기 하나 또는 그 초과의 송신선들은 상기 세라믹 링에 매립된 전극에 동일한 간격들로 결합되는,
    프로세스 챔버.
  14. 기판을 처리하는 방법으로서,
    플라즈마 시스(sheath)를 사용하여 미리 결정된 양의 기판들을 처리하는 단계 ― 상기 처리하는 단계는 에지 링의 부식을 야기함 ―;
    상기 플라즈마 시스를 리포지셔닝하기 위해 상기 부식 이후 상기 에지 링에서 RF 전압을 증가시키는 단계; 및
    상기 에지 링의 부식을 변경하기 위해 상기 RF 전압을 증가시킨 후에 추가 기판들을 처리하는 단계를 포함하는,
    기판을 처리하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 RF 전압을 증가시키는 단계는 송신선들에 의해 전극에 결합된 가변 커패시터를 조정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 가변 커패시터는 전기적으로 접지되며,
    상기 전극은 상기 에지 링 아래에 포지셔닝되는,
    기판을 처리하는 방법.
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