KR20180127535A - 플라즈마 한정 피쳐들을 갖는 기판 지지 페디스털 - Google Patents

플라즈마 한정 피쳐들을 갖는 기판 지지 페디스털 Download PDF

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Abstract

가열형 기판 지지 페디스털을 위한 방법 및 장치가 제공된다. 일 실시예에서, 가열형 기판 지지 페디스털은, 세라믹 재료를 포함하는 바디, 바디 내에 캡슐화되는 복수의 가열 엘리먼트들, 및 바디의 최하부 표면에 커플링되는 스템을 포함한다. 복수의 가열기 엘리먼트들, 최상부 전극, 및 차폐 전극이 바디 내에 배치된다. 최상부 전극은 바디의 최상부 표면에 인접하게 배치되는 한편, 차폐 전극은 바디의 최하부 표면에 인접하게 배치된다. 전도성 로드가 스템을 통해 배치되고, 전도성 로드는 최상부 전극에 커플링된다.

Description

플라즈마 한정 피쳐들을 갖는 기판 지지 페디스털
[0001] 본원에 개시된 실시예들은 일반적으로, 플라즈마 한정 피쳐(plasma confinement feature)들을 갖는 기판 지지 페디스털(pedestal)에 관한 것이다.
[0002] 반도체 프로세싱은, 미세한(minute) 집적 회로들이 기판 상에 생성될 수 있게 하는 다수의 상이한 화학적 및 물리적 프로세스들을 수반한다. 집적 회로를 구성하는 재료들의 층들은, 화학 기상 증착, 물리 기상 증착, 에피택셜(epitaxial) 성장 등에 의해 생성된다. 재료의 층들 중 일부는, 포토레지스트 마스크들 및 습식 또는 건식 에칭 기법들을 사용하여 패터닝(pattern)된다. 집적 회로들을 형성하기 위해 활용되는 기판은, 실리콘, 갈륨 비소, 인듐 인화물, 유리, 또는 다른 적절한 재료일 수 있다.
[0003] 집적 회로들의 제조에서, 다양한 재료 층들의 증착 또는 에칭을 위해 플라즈마 프로세스들이 종종 사용된다. 플라즈마 프로세싱은, 열적 프로세싱에 비해 많은 이점들을 제공한다. 예컨대, 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD; plasma enhanced chemical vapor deposition)은, 유사한 열적 프로세스들에서 달성가능한 것보다 더 낮은 온도들 및 더 높은 증착 레이트들에서 증착 프로세스들이 수행되게 한다. 따라서, PECVD는, VLSI(very large scale integrated circuit) 또는 ULSI(ultra-large scale integrated circuit) 디바이스 제조에 대해서와 같이, 엄격한 열 버짓(thermal budget)들을 갖는 집적 회로 제조에 유리하다.
[0004] 이러한 프로세스들에서 사용되는 프로세싱 챔버들은 전형적으로, 프로세싱 동안 기판을 지지하도록 내부에 배치되는 기판 지지부 또는 페디스털, 및 프로세싱 챔버 내에 프로세스 가스를 도입하기 위한, 면판(faceplate)을 갖는 샤워헤드(showerhead)를 포함한다. 플라즈마는 2개의 RF 전극들에 의해 생성되며, 여기서, 면판은 최상부 전극으로서 기능한다. 일부 프로세스들에서, 페디스털은, 최하부 전극의 역할을 하는 매립형(embedded) 금속 메쉬(mesh) 및 매립형 가열기를 포함할 수 있다. 프로세스 가스가 샤워헤드를 통해 유동하고, 2개의 전극들 사이에 플라즈마가 생성된다. 종래의 시스템들에서, 플라즈마를 통해 샤워헤드 최상부 전극으로부터 가열기 최하부 전극으로 RF 전류가 흐른다. RF 전류는, 페디스털의 니켈 RF 로드(rod)를 통과하고 그리고 페디스털 구조를 통해 내측 챔버 벽으로 다시 리턴(return)될 것이다. 긴 RF 경로는 RF 전력 손실로 이어진다. 그러나, 더 중요하게, 긴 니켈 RF 로드는 높은 인덕턴스를 갖고, 이는 높은 최하부 전극 전위를 초래하며, 이는 결국, 최하부 챔버 라이트-업(light-up), 즉, 기생 플라즈마 생성을 촉진시킬 수 있다.
[0005] 따라서, 플라즈마 프로세싱 챔버의 개선된 RF 리턴 경로에 대한 필요성이 존재한다.
[0006] 가열형(heated) 기판 지지 페디스털을 위한 방법 및 장치가 제공된다. 일 실시예에서, 가열형 기판 지지 페디스털은, 세라믹 재료를 포함하는 바디(body), 바디 내에 캡슐화(encapsulate)되는 복수의 가열 엘리먼트들, 바디의 최하부 표면에 커플링되는 스템(stem)을 포함한다. 복수의 가열기 엘리먼트들, 최상부 전극, 및 차폐 전극이 바디 내에 배치된다. 최상부 전극은 바디의 최상부 표면에 인접하게 배치되는 한편, 차폐 전극은 바디의 최하부 표면에 인접하게 배치된다. 전도성 로드가 스템을 통해 배치되고, 전도성 로드는 최상부 전극에 커플링된다.
[0007] 본 개시내용의 상기 인용된 특징들이 상세하게 이해될 수 있는 방식으로, 위에서 간략하게 요약된 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있으며, 이러한 실시예들 중 일부가 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 하지만, 첨부된 도면들은 단지 전형적인 실시예들을 예시하는 것이므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 유의되어야 하는데, 이는 본원에 개시된 실시예들이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0008] 도 1은 플라즈마 시스템의 일 실시예의 부분 횡단면도이다.
[0009] 도 2는, 도 1의 플라즈마 시스템에서 페디스털로서 활용될 수 있는 다중-구역 가열기에 대한 일 실시예의 개략적인 평면도이다.
[0010] 도 3은, 도 1의 플라즈마 시스템에서 페디스털에 활용될 수 있는 접지에 대한 일 실시예의 개략적인 측면도이다.
[0011] 도 4a는, 도 1의 플라즈마 시스템에서 사용될 수 있는 다중-구역 가열기의 일 실시예에 대한 횡단면 개략도이다.
[0012] 도 4b는, 도 1의 플라즈마 시스템에서 사용될 수 있는 다중-구역 가열기의 제2 실시예에 대한 횡단면 개략도이다.
[0013] 도 5는, 최상부 RF 피드(feed)를 갖는 플라즈마 시스템을 위한 짧아진 RF 로드를 갖는 다중-구역 가열기의 일 실시예의 횡단면 개략도이다.
[0014] 도 6은, 최상부 RF 피드 경로를 갖는 다중-구역 가열기의 일 실시예의 횡단면 개략도이다.
[0015] 도 7은, 최하부 RF 피드 경로를 갖는 다중-구역 가열기의 일 실시예의 횡단면 개략도이다.
[0016] 도 8a-8d는 최상부 전극 다중-구역 가열기에 대한 다양한 실시예들을 예시한다.
[0017] 도 9는, 최하부 메쉬 RF 경로를 갖는 다중-구역 가열기의 일 실시예의 횡단면 개략도이다.
[0018] 도 10은, 최하부 메쉬 RF 경로에 대한 제2 실시예를 갖는 다중-구역 가열기의 또 다른 실시예의 횡단면 개략도이다.
[0019] 도 11은, 최하부 메쉬 RF 경로에 대한 제3 실시예를 갖는 다중-구역 가열기의 또 다른 실시예의 횡단면 개략도이다.
[0020] 이해를 용이하게 하기 위해, 가능한 경우, 도면들에 대해 공통된 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예에 개시된 엘리먼트들은, 특정 언급 없이 다른 실시예들 상에서 유리하게 활용될 수 있음이 고려된다.
[0021] 본 개시물의 실시예들은 아래에서 플라즈마 챔버들을 참조하여 예시적으로 설명되지만, 본원에 설명된 실시예들은 다른 챔버 타입들 및 다수의 프로세스들에서 활용될 수 있다. 일 실시예에서, 플라즈마 챔버는 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD) 시스템에서 활용된다. 예시적인 실시예가 2개의 프로세싱 구역들을 포함하지만, 본원에 개시된 실시예들은 단일 프로세싱 구역 또는 2개 초과의 프로세싱 구역들을 갖는 시스템들에서 유리하게 사용될 수 있다는 것이 고려된다. 또한, 본원에 개시된 실시예들은, 다른 것들 중에서도, 물리 기상 증착(PVD; physical vapor deposition) 챔버들, 원자 층 증착(ALD; atomic layer deposition) 챔버들, 에칭 챔버들을 포함하는 다른 플라즈마 챔버들에서 유리하게 활용될 수 있다는 것이 고려된다.
[0022] 도 1은 프로세싱 챔버(100)의 부분 횡단면도이다. 프로세싱 챔버(100)는 일반적으로, 한 쌍의 프로세싱 구역들(120A 및 120B)을 정의하는, 챔버 측벽들(112), 최하부 벽(116), 및 공유된 내부 측벽(101)을 갖는 프로세싱 챔버 바디(102)를 포함한다. 프로세싱 구역들(120A-B) 각각은 유사하게 구성되며, 간략화를 위해, 프로세싱 구역(120B)의 컴포넌트들만이 설명될 것이다.
[0023] 프로세싱 챔버(100)의 최하부 벽(116)에 형성되는 통로(122)를 통해 페디스털(128)이 프로세싱 구역(120B)에 배치된다. 페디스털(128)은, 자신의 상부 표면 상에 기판(도시되지 않음)을 지지하도록 적응되는 가열기를 제공한다. 페디스털(128)은, 원하는 프로세스 온도로 기판 온도를 가열 및 제어하기 위해, 가열 엘리먼트들, 예컨대 저항성 가열 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 대안적으로, 페디스털(128)은, 램프(lamp) 어셈블리와 같은 원격 가열 엘리먼트에 의해 가열될 수 있다.
[0024] 페디스털(128)은, 플랜지(flange)(133)에 의해 스템(126)에 커플링된다. 스템(126)은, 페디스털(128)을 전력 아웃렛(outlet) 또는 전력 박스(103)에 커플링시킨다. 전력 박스(103)는, 프로세싱 구역(120B) 내에서의 페디스털(128)의 높이(elevation) 및 이동을 제어하는 드라이브 시스템을 포함할 수 있다. 스템(126)은 또한, 페디스털(128)에 전력을 제공하기 위한 전력 인터페이스들을 포함한다. 예컨대, 스템(126)은, 전력 박스(103)로부터의 전력을 페디스털(128)에 배치된 하나 이상의 가열기들에 제공하기 위한 전기적 인터페이스들을 가질 수 있다. 스템(126)은 또한, 전력 박스(103)에 분리가능하게 커플링되도록 적응되는 베이스 어셈블리(129)를 포함할 수 있다. 전력 박스(103) 위에 원주방향 링(circumferential ring)(135)이 도시된다. 일 실시예에서, 원주방향 링(135)은, 전력 박스(103)의 상부 표면과 베이스 어셈블리(129) 사이에 기계적 인터페이스를 제공하도록 구성되는 기계적 스톱(stop) 또는 랜드(land)로서 적응되는 숄더(shoulder)이다.
[0025] 프로세싱 구역(120B)의 최하부 벽(116)에 형성된 통로(124)를 통해 로드(130)가 배치되고, 로드(130)는, 페디스털(128)을 통해 배치된 기판 리프트 핀(lift pin)들(161)을 포지셔닝하는 데 활용된다. 기판 리프트 핀들(161)은, 기판 이송 포트(160)를 통해 기판을 프로세싱 구역(120B) 안팎으로 이송하기 위해 활용되는 로봇(도시되지 않음)을 통한 기판의 교환을 가능하게 하기 위해, 기판을 페디스털로부터 선택적으로 이격시킨다.
[0026] 챔버 바디(102)의 최상부 부분에 챔버 덮개(lid)(104)가 커플링된다. 덮개(104)는, 덮개(104)에 커플링되는 하나 이상의 가스 분배 시스템들(108)을 수용한다. 가스 분배 시스템(108)은, 샤워헤드 어셈블리(142)를 통해 프로세싱 구역(120B) 내에 반응물 및 세정 가스들을 전달하는 가스 인렛(inlet) 통로(140)를 포함한다. 샤워헤드 어셈블리(142)는, 면판(146)에 대해 중간에 배치되는 차단 플레이트(blocker plate)(144)를 갖는 환형 베이스 플레이트(148)를 포함한다.
[0027] 라디오 주파수(RF; radio frequency) 소스(165)가 샤워헤드 어셈블리(142)에 커플링된다. 이러한 구성은, RF 피드 경로에 대한 최상부 피드로 일컬어진다. 면판(146)은, RF 소스(165)에 대한 최상부 전극으로서 작용할 수 있다. RF 소스(165)는, 가열된 페디스털(128)과 샤워헤드 어셈블리(142)의 면판(146) 사이에서의 플라즈마의 생성을 가능하게 하기 위해 샤워헤드 어셈블리(142)에 전력을 공급한다. 일 실시예에서, RF 소스(165)는 HFRF(high frequency radio frequency) 전력 소스, 이를테면 13.56 MHz RF 생성기일 수 있다. 다른 실시예에서, RF 소스(165)는 HFRF 전력 소스 및 LFRF(low frequency radio frequency) 전력 소스, 이를테면 300 kHz RF 생성기를 포함할 수 있다. 대안적으로, RF 소스는, 플라즈마 생성을 가능하게 하기 위해, 프로세싱 챔버 바디(102)의 다른 부분들, 이를테면 페디스털(128)에 커플링될 수 있다.
[0028] RF 전력이 덮개(104)로 전도되는 것을 방지하기 위해, 덮개(104)와 샤워헤드 어셈블리(142) 사이에 유전체 격리기(isolator)(158)가 배치된다. 페디스털(128)의 원하는 높이에서 기판에 맞물리는 섀도우 링(shadow ring)(106)이 페디스털(128)의 주변부(periphery) 상에 배치될 수 있다.
[0029] 선택적으로, 동작 동안 환형 베이스 플레이트(148)를 냉각시키기 위해, 냉각 채널(147)이 가스 분배 시스템(108)의 환형 베이스 플레이트(148)에 형성된다. 물, 에틸렌 글리콜, 가스 등과 같은 열 전달 유체가 냉각 채널(147)을 통해 순환될 수 있으며, 이로써, 베이스 플레이트(148)는 미리 정의된 온도로 유지된다.
[0030] 챔버 라이너(liner) 어셈블리(127)는, 프로세싱 구역(120B) 내의 프로세싱 환경에 대한 챔버 측벽들(101, 112)의 노출을 방지하기 위해, 챔버 바디(102)의 챔버 측벽들(101, 112)에 매우 가까이 근접하게 프로세싱 구역(120B) 내에 배치된다. 라이너 어셈블리(127)는, 프로세싱 구역(120B)으로부터 가스들 및 부산물들을 배기하고 그리고 프로세싱 구역(120B) 내의 압력을 제어하도록 구성되는 펌핑 시스템(164)에 커플링된 원주방향 펌핑 캐비티(circumferential pumping cavity)(125)를 포함한다. 복수의 배기 포트들(131)이 챔버 라이너 어셈블리(127) 상에 형성될 수 있다. 배기 포트들(131)은, 프로세싱 챔버(100) 내의 프로세싱을 촉진시키는 방식으로, 프로세싱 구역(120B)으로부터 원주방향 펌핑 캐비티(125)로의 가스들의 유동을 허용하도록 구성된다.
[0031] 도 2는, 도 1의 프로세싱 챔버(100)에서 페디스털(128)로서 활용될 수 있는 다중-구역 가열기(즉, 페디스털(200))에 대한 일 실시예의 개략적인 평면도이다. 페디스털(200)은, 외측 둘레(284) 및 중심(202)을 가질 수 있다. 페디스털(200)은, 페디스털(200)의 각각의 구역의 온도가 독립적으로 제어될 수 있도록 개별적으로 가열될 수 있는 복수의 구역들을 포함한다. 일 실시예에서, 페디스털(200)은, 온도 메트릭(metric)들에 대해 개별적으로 모니터링될 수 있고 그리고/또는 원하는 온도 프로파일을 획득하도록 필요에 따라 조정될 수 있는 다수의 가열 구역들을 포함한다.
[0032] 페디스털(200)에 형성되는 구역들의 개수는 원하는 대로 변할 수 있다. 도 2에 도시된 실시예에서, 페디스털(200)은, 6개의 구역들, 이를테면, 내측 구역(210), 중간 구역(220), 및 외측 구역(280)(외측 구역(280)은 추가로, 4개의 외측 구역들(230, 240, 250, 260)로 분할됨)을 갖는다. 일 실시예에서, 구역들(210, 220, 및 280) 각각은 동심을 이룰 수 있다. 일 예로서, 내측 구역(210)은, 페디스털(200)의 중심(202)으로부터 연장되는 약 0 내지 약 85 밀리미터(mm)의 내측 반경(204)을 포함할 수 있다. 중간 구역(220)은, 내측 구역(210)의 내측 반경(204)과 실질적으로 유사한, 이를테면, 약 0 내지 약 85 밀리미터의 내부 반경을 포함할 수 있다. 중간 구역(220)은, 내측 반경(204)으로부터 약 123 mm의 외측 반경(206)까지 연장될 수 있다. 외측 구역(280)은, 중간 구역(220)의 외측 반경(206)과 실질적으로 동일한 내측 둘레 반경을 포함할 수 있다. 외측 구역(280)은, 외측 반경(206)으로부터, 약 150 mm 또는 그 초과, 이를테면 약 170 mm, 예컨대 약 165 mm의 외측 둘레 반경(208)까지 연장될 수 있다.
[0033] 페디스털(200)의 외측 구역(280)이 4개의 외측 구역들(230, 240, 250, 260)로 분할되어 도시되지만, 구역들의 개수는 4개보다 많거나 적을 수 있다. 일 실시예에서, 페디스털(200)은 4개의 외측 구역들(230, 240, 250, 260)을 갖는다. 따라서, 페디스털(200)을 6개 가열기 구역 페디스털이게 한다. 외측 구역들(230, 240, 250, 260)은, 링-세그먼트(ring-segment)들로 형상화될 수 있고 그리고 내측 구역(210) 및 중간 구역(220) 주위에 분포될 수 있다. 4개의 외측 구역들(230, 240, 250, 260) 각각은, 형상 및 사이즈가 서로 실질적으로 유사할 수 있다. 대안적으로, 4개의 외측 구역들(230, 240, 250, 260) 각각의 형상 및 사이즈는, 챔버(100)의 프로세싱 환경에서 비대칭(asymmetry)들로 정렬되도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 4개의 외측 구역들(230, 240, 250, 260)은, 원형 형상일 수 있고 그리고 중간 구역(220)으로부터 외측 둘레(284)까지 동심으로 배열될 수 있다.
[0034] 페디스털(200)의 각각의 구역(210, 220, 230, 240, 250, 260) 내의 온도를 제어하기 위해, 각각의 구역은, 하나 이상의 독립적으로 제어가능한 가열기와 연관된다. 독립적으로 제어가능한 가열기들은 아래에서 추가로 논의된다.
[0035] 도 3은, 도 1의 플라즈마 시스템에서 페디스털에 활용될 수 있는 접지에 대한 일 실시예의 개략적인 측면도이다. 접지는, RF 에너지를 컨테이닝(contain)하거나 또는 RF 에너지가 접지를 통과하는 것을 허용하기에 적절할 수 있다. 접지는, 전도성 플레이트, 메쉬, 또는 다른 적절한 전극의 형태일 수 있으며, 이후 접지 메쉬(320)로 지칭된다. 접지 메쉬(320)는 페디스털(128) 내의 다양한 위치들에 배치될 수 있으며, 접지 메쉬(320)에 대한 몇몇 예시적인 위치들이 아래에서 도면들을 참조하여 논의될 것이다. 접지는 부가적으로 접지 블록(331)을 갖는다. 접지 블록(331)은, 접지에 직접 커플링될 수 있거나 또는 RF 소스(165)의 RF 매치(match)를 통해 접지에 커플링될 수 있다. 접지 블록(331), 접지 메쉬(320)는, 알루미늄, 몰리브덴, 텅스텐, 또는 다른 적절한 전도성 재료로 형성될 수 있다.
[0036] 접지 메쉬(320)는, 접지 튜브(375)에 의해 접지 블록(331)에 커플링될 수 있다. 대안적으로, 접지 메쉬(320)는, 복수의 송신 리드(transmission lead)들, 이를테면, 접지 블록(331)과 접지 메쉬(320) 사이에 배치되는 제1 송신 리드(370) 및 제2 송신 리드(371)를 가질 수 있다. 접지 메쉬(320)는, RF 송신 로드(372)가 접지 메쉬(320)를 통과할 수 있게 하기 위한 통로를 포함할 수 있다. 접지 튜브(375), 송신 리드들(370, 371), 및 RF 송신 로드(372)는, 알루미늄, 티타늄, 니켈, 또는 다른 적절한 전도성 재료로 형성될 수 있고 그리고 접지 메쉬(320)를 접지 블록(331)에 전기적으로 커플링시킬 수 있다. 접지 튜브(375)는, 내측 중공(hollow) 부분을 갖는 실린더형(cylindrical) 형상일 수 있으며, 챔버 컴포넌트들, 이를테면, RF 애노드, 캐소드, 가열기 전력, 냉각 라인들 등이 그 내측 중공 부분을 통과할 수 있다. 송신 리드들(370)은, 전술된 챔버 컴포넌트들을 둘러싸는 방식으로 유사하게 배열될 수 있다.
[0037] 도 4a는, 도 1의 플라즈마 시스템에서 사용될 수 있는, 일 실시예에 따른 다중-구역 가열기, 즉, 페디스털(128)의 횡단면 개략도이다. 도 4a에 예시된 페디스털(128)은 최하부 RF 피드를 갖는다. 그러나, 페디스털(128)은 최상부 RF 피드를 위한 것으로 용이하게 재구성될 수 있다는 것이 인식되어야 하며, 최상부 RF 피드와 최하부 RF 피드 사이의 차이들이 도 6 및 도 7에 예시된다. 페디스털(128)은 유전체 바디(415)를 갖는다. 유전체 바디(415)는, 세라믹 재료, 이를테면, AlN 또는 다른 적절한 세라믹으로 형성될 수 있다. 유전체 바디(415)는, 상부에 기판을 지지하도록 구성되는 최상부 표면(482)을 갖는다. 유전체 바디(415)는, 최상부 표면(482)에 대향하는 최하부 표면(484)을 갖는다. 페디스털(128)은, 유전체 바디(415)의 최하부 표면(484)에 부착되는 스템(126)을 포함한다. 스템(126)은, 튜브형 부재, 이를테면, 중공 유전체 샤프트(shaft)(417)로서 구성된다. 스템(126)은, 프로세싱 챔버(100)에 대한 페디스털(128)에 커플링된다.
[0038] 페디스털(128)은, 중앙 가열기(400A), 중간 가열기(400B), 및 하나 이상의 외측 가열기들(도 4a에서 400C-F로 예시적으로 도시됨)을 갖는 다중-구역 가열기로서 구성된다. 중앙 가열기(400A), 중간 가열기(400B), 및 외측 가열기들(400C-F)은, 페디스털(128) 내에 다수의 독립적으로 제어가능한 가열 구역들을 제공하기 위해 활용될 수 있다. 예컨대, 페디스털(128)은, 각각의 가열기가, 예컨대, 도 2에 도시된 페디스털(200)의 구역들(210, 220, 230, 240, 250, 260)과 같은 페디스털의 가열 구역들과 정렬되어 그 가열 구역들을 정의하도록, 중앙 가열기(400A)로 구성되는 중앙 구역, 중간 가열기(400B)로 구성되는 중간 구역, 및 외측 가열기들(400C-F)로 구성된 하나 이상의 외측 구역들을 포함할 수 있다.
[0039] 유전체 바디(415)는 또한, 페디스털(128) 위의 인접 프로세싱 구역에서의 플라즈마 생성에 사용하기 위한 전극(410)을 내부에 포함할 수 있다. 전극(410)은, 페디스털(128)의 유전체 바디(415)에 매립된 메쉬 재료 또는 전도성 플레이트일 수 있다. 마찬가지로, 가열기들(400A, 400B, 400C-F) 각각은, 페디스털(128)의 유전체 바디(415)에 매립된 와이어 또는 다른 전기 전도체일 수 있다. 유전체 바디(415)는 부가적으로 접지 메쉬(320)를 포함할 수 있다. 접지 메쉬(320)는, 가열기들(400A-F)에 대한 접지 차폐를 제공할 수 있다.
[0040] 가열기들(400A, 400B, 400C-F)뿐만 아니라 전극(410) 및 접지 메쉬(320)에 대한 전기 리드들, 이를테면, 와이어들이, 스템(126)을 통해 제공될 수 있다. 페디스털(128)의 다양한 구역들을 모니터링하기 위해, 플렉서블 열전대(thermocouple)들과 같은 온도 모니터링 디바이스들(도시되지 않음)이 스템(126)을 통해 유전체 바디(415)로 라우팅(route)될 수 있다. 전력 소스(464)가 필터(462)를 통해 전기 리드들에 커플링될 수 있다. 전력 소스(464)는, 페디스털(128)에 교류 전류를 제공할 수 있다. 필터(462)는, 약 13.56 MHz와 같은 단일 주파수 필터일 수 있거나, 전력 소스(464)로부터의 챔버(100) 내의 RF 주파수들을 필터링하기 위한 다른 적절한 필터일 수 있다. 가열기들(400A-F)은, RF 전력이 광 연결부들을 통해 밖으로 이동하여 챔버(100) 외부의 장비를 손상시키는 것을 방지하기 위해 광 통신으로 제어될 수 있다.
[0041] 접지 메쉬(320)는, 기생 플라즈마가 페디스털(128)의 최하부 표면(484) 아래에 형성되는 것을 감소시키거나 방지하도록 기능한다. 접지 튜브(375)는 또한, 페디스털(128)의 스템(126)을 따른 기생 플라즈마 형성을 억제하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 플라즈마 생성에 사용되는 전극(410)은, 스템(126)의 중앙에 전력 리드(412)를 가질 수 있다. RF 전력 리드(412)는, 챔버의 접지 블록(331)을 통해, 매칭 회로(414)를 통해서 RF 전력 소스(416)로 연장된다. 전력 소스(416)는, 플라즈마를 드라이빙하기 위한 직류 전류를 제공할 수 있다. 접지 메쉬(320)는 접지 플레이트를 제공하고 그리고 전력 소스(416) 및 전극(410)을 페디스털(128)의 최하부 표면(484) 아래의 챔버(100)의 부분들로부터 격리시키며, 이에 의해, 챔버 컴포넌트들에 대한 원치 않는 증착 또는 손상을 야기할 수 있는, 페디스털(128) 아래의 플라즈마 형성 가능성이 감소된다.
[0042] RF 전력 리드(412)는, 페디스털(128)의 스템(126)에 인접한 플라즈마에 대한 커플링을 방지하기 위해, 접지 튜브(375) 사이에 배치된다. 전기 리드들은 부가적으로, 복수의 가열기 전력 공급 라인들(450A-F) 및 가열기 전력 리턴 라인들(451A-F)을 포함한다. 가열기 전력 라인들(450A-F)은, 구역들 중 하나 이상에서 페디스털(128)을 가열하기 위해 전력 소스(464)로부터의 전력을 제공한다. 예컨대, 가열기 전력 공급 라인(450A) 및 가열기 전력 리턴 라인(451A)(총괄적으로, 가열기 송신 라인들(450, 451))은, 중앙 가열기(400A)를 전력 소스(464)에 연결한다. 마찬가지로, 가열기 전력 공급 라인들(450B, 450C-F) 및 가열기 전력 리턴 라인들(451B, 451C-F)은, 전력 소스(464)로부터의 전력을 중간 가열기(400B) 및 외측 가열기들(400C-F)에 제공할 수 있다. 송신 리드들(370) 또는 접지 튜브(375)는, 두 가열기 전력 라인들(450A-F) 모두와 RF 전력 리드(412)(이를테면, 도 3에 예시된 로드(372)) 사이에 배치될 수 있다. 따라서, 가열기 전력 라인 캐소드들(450A-F)이 RF 전력 리드(412)로부터 격리될 수 있다.
[0043] APF(advanced patterning film)들을 만드는 데 활용되는 많은 재료들은 기판의 온도 프로파일에 매우 민감하며, 원하는 원인 온도 프로파일로부터의 편차들은, 증착되는 막들의 성능 및 특성들의 스큐잉(skewing) 및 다른 균일성들을 초래할 수 있다. 온도 프로파일의 제어를 향상시키기 위해, 페디스털(128)은, 페디스털(128)의 최상부 표면(482)에 대한 고도로 플렉서블하고 튜닝가능한 온도 프로파일 제어를 제공하기 위한 6개 이상의 가열기들(400A-F)(각각의 가열기는, 페디스털(128)의 개개의 가열 구역과 연관되고 개개의 가열 구역을 정의함)로 구성될 수 있으며, 그에 따라, 기판에 걸친 프로세스 결과들의 우수한 제어를 허용함으로써, 프로세스 스큐가 제어된다. 접지 메쉬(320)는, 접지 튜브(375)와 함께, RF 에너지를 스크리닝(screen)하고 플라즈마를 기판의 평면 위로 한정하기 위한 접지 차폐를 제공하며, 페디스털(128)의 스템(126)에 인접한 그리고 최하부 표면(484)을 따른 기생 플라즈마 형성이 실질적으로 방지된다.
[0044] 도 4b는, 도 1의 플라즈마 시스템에서 사용될 수 있는, 제2 실시예에 따른 다중-구역 가열기, 즉, 페디스털(128)의 횡단면 개략도이다. 페디스털(128)은, 유전체 바디(415)에 배치되는, 제1 구역 가열기(401A), 제2 구역 가열기(401B), 및 제3 구역 가열기(401C-F)로 구성된다. 페디스털(128)은 부가적으로, 유전체 바디(415)의 전극(310)에 전기적으로 커플링되는, 스템(126)에 배치되는 RF 튜브(413)를 갖는다. 접지 튜브(375) 및 접지 메쉬(320)가 또한 페디스털(128)에 배치된다. 가열기들(401A-F)은 광학적으로 제어될 수 있다. 가열기들(401A-F)을 제어하기 위한 피드백을 제공하기 위해, 온도 프로브(도시되지 않음)가 또한 유전체 바디(415)에 배치될 수 있다.
[0045] 제1 구역 가열기(401A)는, 페디스털(128)의 최상부 표면(482) 전체에 가열 소스를 제공하도록 구성된다. 제1 구역 가열기(401A)는, 대략 실온 또는 그 미만의 온도로부터 약 섭씨 400 도 또는 그 초과의 온도, 이를테면 섭씨 450 도로 페디스털을 가열하도록 동작가능할 수 있다. 제1 구역 가열기(401A)는 저항성 가열기일 수 있다. 제1 구역 가열기(401A)의 저항은 온도 의존적일 수 있으며, 온도가 증가할수록 증가한다. 제1 구역 가열기(401A)는, 약 2 Ω(옴)보다 큰 저항, 이를테면, 약 6 Ω 내지 약 7 Ω의 저항을 가질 수 있다. 전력 소스(464)는, 제1 구역 가열기(401A)를 에너자이징(energize)하기 위해 전력 리드들(452A, 453A)을 통해 커플링된다. 예컨대, 전력 소스(464)는, 열을 생성하기 위해, 제1 구역 가열기(401A)의 저항기(resister)들에 208 볼트를 제공할 수 있다.
[0046] 제2 구역 가열기(401B)는, 유전체 바디(415)에서 제1 구역 가열기(401A)로부터 이격된다. 일 실시예에서, 제2 구역 가열기(401B)는, 제1 구역 가열기(401A) 위로 이격된다. 제2 구역 가열기(401B)는 저항 가열기일 수 있으며, 약 2 Ω(옴)보다 큰 저항, 이를테면, 약 5 Ω 내지 약 6 Ω의 저항을 가질 수 있다. 제2 구역 가열기(401B)는, 제2 구역 가열기(401B)로부터 제공되는 열이 페디스털(128)의 전체 최상부 표면(482)을 따라 전달되게 하는 방식으로, 유전체 바디(415)를 통해 연장될 수 있다. 전력 소스(464)는, 제2 구역 가열기(401B)를 에너자이징하기 위해 전력 리드들(452B, 453B)을 통해 커플링된다. 전력 소스(464)는, 유전체 바디(415)의 온도를 섭씨 450 도를 초과하여, 이를테면, 섭씨 550 도 또는 그 초과로 상승시키기 위한 부가적인 열을 생성하기 위해, 제2 구역 가열기(401B)의 저항기들에 208 볼트를 제공할 수 있다. 제2 구역 가열기(401B)는, 제1 구역 가열기(401A) 또는 유전체 바디(415)가 미리 결정된 온도를 달성한 이후 동작을 시작할 수 있다. 예컨대, 제2 구역 가열기(401B)는, 유전체 바디(415)가 약 섭씨 400 도 또는 그 초과의 온도, 이를테면 섭씨 450 도의 온도를 달성한 이후 턴 온(turn on)될 수 있다.
[0047] 제3 구역 가열기(401C-F)는, 유전체 바디(415)에서 제2 구역 가열기(401B)로부터 (이를테면, 제1 및 제2 구역 가열기들(401A, 401B) 위로) 이격된다. 제3 구역 가열기(401C-F)는 도 4a의 외측 가열기들(400C-F)과 실질적으로 유사할 수 있으며, 도 2에 도시된 유전체 바디(415)의 4개의 외측 구역들(230, 240, 250, 260)에서 동작하도록 구성될 수 있다. 제3 구역 가열기(401C-F)는 저항 가열기들일 수 있으며, 약 2 Ω(옴)보다 큰 저항, 이를테면, 약 5 Ω 내지 약 6 Ω의 저항을 가질 수 있다. 제3 구역 가열기(401C-F)는 유전체 바디(415)의 둘레 상에서 동작하며, 페디스털(128)의 최상부 표면(482)의 온도 프로파일을 튜닝할 수 있다. 전력 소스(464)는, 제3 구역 가열기(401C-F)를 에너자이징하기 위해 전력 리드들(452C-F, 453C-F)을 통해 커플링된다. 전력 소스(464)는, 유전체 바디(415)의 최상부 표면(482)의 온도 프로파일을 조정하기 위한 부가적인 열을 생성하기 위해, 제3 구역 가열기(401C-F)의 저항기들에 208 볼트를 제공할 수 있다. 가열기들(401A-F)의 동작은 유리하게, 더 적은 전력을 활용하여 페디스털의 최상부 표면(482)을 가열한다.
[0048] 전극(310)에 커플링되는 RF 전력 리드(412)가 짧아지고, 스템(126)을 통해 연장되지 않는다. RF 튜브(413)는 RF 전력 리드(412)에 커플링된다. 예컨대, RF 튜브(413)는, 납땜, 용접, 크림핑(crimping), 및 3D 프린팅에 의해, 또는 다른 적절한 전도성 기법들을 통해, RF 전력 리드(412)에 커플링될 수 있다. RF 튜브(413)는, 알루미늄, 스테인리스 강, 니켈, 또는 다른 적절한 전도성 재료로 형성될 수 있으며, 전극(310)을 RF 전력 소스(416)에 전기적으로 커플링시킨다.
[0049] RF 튜브(413)는 실린더형 형상일 수 있다. RF 튜브(413)는 내측 영역(431) 및 외측 영역(432)을 갖는다. 챔버 컴포넌트들, 전력 리드들(452A-F, 453A-F) 등은, RF 튜브(413)로부터 챔버 컴포넌트들로 최소의 RF 에너지를 전달하면서 RF 튜브(413)의 내측 영역(431)을 통과할 수 있다. RF 튜브(413)의 외측 영역(431)은, 접지 튜브(475)에 의해 경계 지어질 수 있다. 전력 리드들(452A-F, 453A-F) 둘레에 배치되는 RF 튜브(413)는, 가열기들(401A-F) 및 그들 개개의 전력 리드들(452A-F, 453A-F)이 RF 안테나들이 되는 것을 방지한다. 접지 튜브(475)는, RF 튜브(413)로부터의 RF 에너지가 스템에 인접한 페디스털 외부에서 플라즈마를 점화시키는 것을 방지한다. 유리하게, RF 튜브(413)는, 가열기들이 RF 안테나들이 되는 것을 그리고 페디스털(128)에 인접하게 플라즈마가 점화되는 것을 방지하면서, 최소의 기생 전력 손실을 갖는, RF 에너지에 대한 짧은 송신 경로를 제공한다.
[0050] 도 5는, 종래의 시스템들에서 사용되는 것보다 짧은 RF 로드(512)를 갖는, 도 2 및 도 4에 예시된 다중-구역 가열기 페디스털(128)의 일 실시예의 횡단면 개략도이다. RF 로드(512)는, 니켈 또는 다른 적절한 전도성 재료로 형성될 수 있다. RF 로드(512)는 단부(514)를 갖는다. RF 로드(512)의 단부(514)에 또는 그에 근접하게 선택적 커패시터(540)가 배치될 수 있다. 커패시터(540)는 대안적으로 상이한 위치에 로케이팅될 수 있다. 커패시터(540)는, 가열기 인덕턴스와의 공진(resonance)을 효과적으로 생성하도록 기능하여 기판에서의 전위를 최소화하며, 그에 따라, 최하부 기생 플라즈마를 감소시키기 위한 가상 접지를 형성한다.
[0051] RF 전류는, 플라즈마를 통해 샤워헤드 최상부 전극(즉, 도 1의 면판(146))으로부터 페디스털(128)에 배치된 전극(510)으로 흐른다. RF 전류는, 전극(510)으로부터 RF 로드(512)로 지나갈 것이다. RF 로드(512)는 RF 에너지를 다시 RF 애노드로, 즉, 챔버 측벽(112), 라이너 어셈블리(127), 또는 접지로 송신한다. RF 에너지는, RF 로드(512)로부터 페디스털 벨로우즈(bellows), 접지 스트랩(strap)들, 또는 다른 전도성 경로를 통해 RF 애노드로 전달될 수 있다. 이는, 상이한 RF 주파수들과 연관된 송신 라인 손실, RF 전력 손실로 이어지는 긴 RF 경로이다. 긴 종래의 RF 로드는, 고주파수 RF 플라즈마에서 높은 인덕터를 형성하며, 이는, 최하부 챔버 라이트-업 및 기생 플라즈마 생성으로 이어지는 높은 최하부 전극 전위를 초래한다. RF 로드(512)는, 보다 긴 종래의 RF 로드들과 비교하여 짧아진다. 예컨대, RF 로드(512)는, 종래의 RF 로드들의 길이의 약 ½ 내지 약 ⅓로 짧아질 수 있다. 예컨대, RF 로드(512)는, 약 2 인치 내지 약 5 인치, 이를테면, 약 2.85 인치의 길이를 가질 수 있다. RF 로드(512)를 짧아지게 하는 것의 효과는, RF 로드(512)의 임피던스가 종래의 RF 로드들부터 극적으로 감소된다는 것이다. 예컨대, RF 로드(512)의 임피던스는, 약 3 옴(Ω) 내지 약 7.5 Ω, 이를테면, 약 4.5 Ω일 수 있다. 접지 메쉬(320)의 전위는 매우 낮은 전위를 갖도록 제어될 수 있으며, 이는, 챔버(100)의 최하부에 대한 가상 접지를 생성한다. 스템(126)은 부가적으로, 높은 온도 애플리케이션들 동안 O-링에 의한 진공 시일링(sealing)을 허용하도록 냉각될 수 있다.
[0052] 도 6은, 최상부 RF 피드 경로를 갖는 다중-구역 가열기의 일 실시예의 횡단면 개략도이다. 챔버(600)는 최상부 RF 피드 경로를 예시한다. RF 회로에서, 샤워헤드 어셈블리(142)는 핫(hot), 즉, 캐소드이고, 전극(510)은 접지, 즉, 애노드이다. 페디스털(128)은 프로세싱 챔버(600) 내에 제공된다. 프로세싱 챔버(600)는, 사용 및 구성이 챔버(100)와 실질적으로 유사하거나 또는 심지어 동일할 수 있다. 페디스털(128)에는 접지 커버(626)가 제공된다. 페디스털(128)은 선택적으로, 플라즈마 스크린(624)을 가질 수 있다. 플라즈마 스크린(624)이 존재하는 실시예들에서, 플라즈마 스크린(624)과 챔버 측벽(112) 사이에 갭(625)이 형성될 수 있다. 기판(618)을 프로세싱하기 위한 플라즈마(611)는, 페디스털(128) 상에 배치된 기판(618) 위로 한정될 수 있다.
[0053] 플라즈마 스크린(624)은, 바닥 챔버 환경(650)으로의 플라즈마 침투(penetration)를 방지하기 위해, RF 접지 경로 흐름을 제공하면서 프로세스 가스 전달을 허용하는 개구들 또는 홀(hole)들을 갖는다. 결과적으로, 플라즈마(611)가 기판(618)의 최상부로 한정되어 기판(618)의 레벨 위의 막 증착을 개선한다. 플라즈마 스크린(624)은, 전도성을 제공하기 위해, 아래에 논의되는 접지 커버(626)와 유사한 재료들, 이를테면 Al로 형성될 수 있다. 플라즈마 스크린(624)은, 챔버 애노드, 이를테면, 접지 커버(626) 또는 챔버 측벽(112)에 전기적으로 커플링될 수 있다. 플라즈마 스크린(624)은, 접지 스트랩들을 이용하여, 또는 이를테면, 갭(625)을 거의 제로(zero)로 최소화하는 다른 적절한 기법들에 의해 챔버 측벽(112)에 전기적으로 커플링될 수 있다. 일 실시예에서, 플라즈마 스크린은, 챔버 측벽(112)으로부터 약 10 mil에 있다. 다른 실시예에서, 플라즈마 스크린(624)은 챔버 측벽(112)에 터치되는데, 즉, 갭은 0.0 mil이다.
[0054] 접지 커버(626)는, 짧은 RF 흐름 경로를 생성함으로써, 리턴되는 RF 흐름을 최적화한다. 접지 커버(626)는, 매립된 RF 전극(510)을 프로세싱 챔버(600)의 최하부 챔버 환경(650)으로부터 차폐한다. 접지 커버(626)는, 세라믹 가열기, 즉, 페디스털(128)을 커버하는 전도성 차폐부이다. 접지 커버(626)는, 스테인리스 강, 알루미늄, 실리콘 카바이드(SiC)와 같은 전도성 세라믹, 또는 고온들에 적절한 다른 전도성 재료로 형성될 수 있다. 이러한 접지 커버(626)는, RF 리턴 루프를 갖는 RF 접지의 역할을 한다. 접지 커버(626)는 부가적으로, 프로세싱 챔버의 페디스털 및 최하부를 통해 라우팅되는 것과 비교하여 유익하게 짧은 RF 흐름 경로를 형성하는 플라즈마 스크린(624)에 연결될 수 있다.
[0055] 접지 커버(626)는, 고온 환경들에서 사용하기에 적절한 두꺼운 Al 층으로 형성될 수 있다. 부가적으로, 접지 커버(626)는 선택적으로, 내부에 매립된 냉각제(coolant) 채널들(도시되지 않음)을 가질 수 있다. 대안적으로, 접지 커버(626)는, 매우 높은 온도들에서 사용하기에 적절한, 실리콘 카바이드(SiC), 매우 전도성인 세라믹으로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 접지 커버(626)의 표면은, 이트륨 알루미늄 가넷(YAG), 알루미늄 산화물/실리콘/마그네슘/이트륨(AsMy) 등과 같은 높은 불소 내부식성 재료로 코팅될 수 있다. 접지 커버(626)는 페디스털(128)에 터치될 수 있거나, 페디스털(128)과의 사이에, 약 5 mil 내지 약 30 mil과 같은 작은 갭을 가질 수 있다. 접지 커버(626)와 페디스털(128) 사이에 실질적으로 작은 갭을 유지하는 것은, 갭 내부에서의 플라즈마 생성을 방지한다. 일 실시예에서, 전체 최하부 가열기 표면이 니켈과 같은 금속 층으로 코팅된다. 유리하게, 접지 커버(626)는, 짧은 RF 리턴 경로를 제공하고 그리고 최하부 기생 플라즈마 및 측부 기생 플라즈마 둘 모두를 실질적으로 제거한다. 접지 커버(626)와 함께 사용되는 플라즈마 스크린(624)은, RF 리턴 경로를 더 짧게 하고 그리고 플라즈마를 페디스털(128) 위로 한정한다.
[0056] 도 7은, 최하부 RF 피드 경로를 갖는 다중-구역 가열기의 일 실시예의 횡단면 개략도이다. 챔버(700)는, RF 피드 위치를 제외하고 챔버(600)와 실질적으로 유사하다. 챔버(700)는 최하부 RF 피드 경로를 예시한다. 페디스털(128)의 전극(410)은, 전력 리드(412)에 의해 매치 회로들(414)을 통해 RF 전력 소스(416)에 커플링된다. 전극(410)은, 플라즈마(611)를 유지하기 위해 플라즈마(611)에 RF 에너지를 제공한다. 전극(410)에서의 캐소드로부터 플라즈마(611)를 통해 샤워헤드 어셈블리(142)에서의 애노드로 RF 회로가 형성된다. RF 회로에서, 샤워헤드 어셈블리(142)는 접지, 즉, 애노드이고, 전극(410)은 RF 핫, 즉, 캐소드이다. 도 7의 RF 회로는, 도 6에 개시된 회로의 반전(reverse)이다.
[0057] 페디스털(128)은, 접지 커버(626) 및 플라즈마 스크린(624)을 갖도록 다른 방식으로 유사하게 구성될 수 있다. 플라즈마 스크린(624)은 페디스털(128) 위에 플라즈마를 유지한다. 접지 커버(626)는, 전력 리드(412) 및 전극(410)으로부터의 RF 에너지가 스템(126)에 인접한 가스를 점화하여 기생 플라즈마를 형성하는 것을 방지한다. 도 6 및 도 7은, 페디스털(128)의 유전체 바디(415)에서 접지를 부가(즉, 변경)하는 것을 수반하지 않는 비용 효율적인 방식으로 기생 플라즈마의 형성을 유리하게 억제하는 실시예들을 예시한다.
[0058] 도 8a-8d는 최상부 전극 다중-구역 가열기 페디스털에 대한 다양한 실시예들을 예시한다. 도 8a는, 페디스털(128A)에 매립된 전극(510)을 갖는 최상부 드라이브형 RF 회로를 예시한다. 전극(510)은, 접지 로드(512)에 의해 접지 블록(331)에 직접 커플링된다. 도 8b는, 페디스털(128B)에 매립된 전극(510)을 갖는 최상부 드라이브형 RF 회로를 예시한다. 전극(510)은, 임피던스를 변화시키기 위한 커패시터(540)를 갖는 접지 로드(512)에 커플링된다. 전극(510)의 성능을 튜닝하기 위해 임피던스를 제어하기 위한 다른 회로 엘리먼트들(이를테면, 인덕터)은 전극(510)과 접지 사이에 배치될 수 있다. 도 8c는, 페디스털(128C)에 매립된 전극(410)을 갖는 최하부 드라이브형 RF 회로를 예시한다. 도 8d는, 페디스털(128D)에 매립된 전극(510)을 갖는 최상부 드라이브형 RF 회로를 예시한다. 전극(510)은, 접지 블록(331)을 통과하는 로드(512)를 갖는다. 제2 RF 접지 메쉬(320)가 페디스털(128D)에 매립된다. 단자가 제2 RF 접지 메쉬(320)에 납땜될 수 있다. 스템(126)에 배치되는 중공 슬리브(sleeve)(812)가 제2 RF 접지 메쉬(320)에 연결될 수 있다. 슬리브(812)는, 알루미늄(Al) 또는 다른 적절한 전도성 재료로 형성될 수 있다. 슬리브(812)는 RF 로드(512)를 둘러싸며, 따라서, 고전압 RF 애플리케이션들에서 E 필드(E field)를 차폐할 것이다. 이러한 방식으로, 기생 플라즈마가 스템(126) 주위에 형성되는 것이 실질적으로 방지될 수 있다. 부가적으로, 접지 튜브(375)는, 접지 메쉬(320)에 대한 연결 없이 접지 블록(332)으로부터 연장된다. 이러한 구성은, 스템(126)을 따른 접지가 로드(512) 또는 가열기 송신 라인들(450, 451)에 커플링되는 RF 에너지로부터 추가적으로 격리될 수 있게 한다.
[0059] 페디스털들(128A-128D)의 이점들 및 동작들이 도 9 내지 도 11에 개시된 차폐를 위한 구성들과 관련하여 추가로 논의될 것이다. 도 9는, 최하부 메쉬 RF 경로를 갖는 다중-구역 가열기의 일 실시예의 횡단면 개략도이다. 도 10은, 최하부 메쉬 RF 경로에 대한 제2 실시예를 갖는 다중-구역 가열기의 또 다른 실시예의 횡단면 개략도이다. 도 11은, 최하부 메쉬 RF 경로에 대한 제3 실시예를 갖는 다중-구역 가열기의 또 다른 실시예의 횡단면 개략도이다. 도 9 내지 도 11은, 접지 메쉬(320)에 의해 제공되는 최하부 차폐부 및 RF 송신 라인 구조에 대한 대안적인 실시예들을 포함하는 페디스털들(928, 1028, 1128)(즉, 가열기들)을 예시한다. 페디스털들(928, 1028, 1128)은 복수의 가열기들(400)을 갖고, 부가적으로, 전극(410)을 구비한다. 일 실시예에서, 가열기들(400)은, 도 2 및 도 4에 예시된 바와 같이 가열하는 9개의 구역들에 대해 구성된다. 그러나, 가열기들(400)에 대한 구성들은 하나의 가열 엘리먼트, 2개의 가열 엘리먼트, 또는 다중-가열 엘리먼트들을 가질 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 이러한 구성들은, 단일 구역 가열기, 이중 구역 가열기, 및 고도로 플렉서블한 온도 제어를 허용하는 다중-구역 가열기들로 이어진다. 또한, 페디스털들(928, 1028, 1128)은, RF가 최상부 드라이브형이거나 최하부 드라이브형일 수 있는 방식으로 예시된다. 따라서, 실시예들의 논의가 최하부 드라이브형 RF에 대하여 이루어지지만, 도 9-11에 개시된 실시예들은, 최상부 드라이브형 또는 최하부 드라이브형 둘 모두의 RF 플라즈마 시스템들에 대해 동일하게 적합하다.
[0060] 다음의 논의는 도 9에 도시된 페디스털(928)에 대한 것이다. 페디스털(928)은, 금속 메쉬(920)의 제2 층을 갖는다. 금속 메쉬(920)는, 페디스털(928)의 유전체 바디(415)에서 가열기들(400)과 전극(410) 사이에 배치된다. 금속 메쉬(920)는 송신 라인들(970, 971)을 갖는다. 송신 라인들(970, 971)은, 금속 메쉬(920)에 연결된 금속 슬리브, 이를테면, 전도성 실린더(cylinder)일 수 있다. 송신 라인들(970, 971)은, RF 전력 리드(412)와 가열기 애노드(451) 및 캐소드(450) 사이에 배치된다. 금속 슬리브, 즉, 송신 라인들(970, 971)은, RF 전력 리드(412)를 둘러쌀 수 있다. 금속 메쉬(920) 위의, 금속 메쉬의 제1 층인 전극(410)은 RF 핫으로서 기능한다. RF 메쉬의 이러한 이중 층(금속 메쉬(920) 및 전극(410))은, RF 신호에 대한 송신 라인 구조를 형성한다. 송신 라인의 길이는, 기판에서의 전위 및/또는 전압 정재 파비(VSWR; voltage standing wave ratio)를 조정하는 데 사용될 수 있다. 송신 라인들(970, 971)은, 스템(126)에 인접한 기생 플라즈마 형성을 유리하게 제어하기 위한 RF 접지 차폐부의 역할을 한다.
[0061] 다음의 논의는 도 10에 도시된 페디스털(1028)에 대한 것이다. 페디스털(1028)은, 금속 메쉬(1020)의 제2 층을 갖는다. 금속 메쉬(1020)는 송신 라인들(1070, 1071)을 갖는다. 금속 메쉬(1020)는, 페디스털(1028)의 유전체 바디(415)에서 가열기들(400)과 전극(410) 둘 모두 아래에 배치된다. 이러한 금속 메쉬(1020)는, 유전체 바디(415)의 최하부에 소결(sinter)된다. 송신 라인들(1070, 1071)은, 금속 메쉬(1020)에 연결된 금속 슬리브, 이를테면, 전도성 실린더일 수 있다. 송신 라인들(1070, 1071)은, RF 전력 리드(412)뿐만 아니라 가열기 애노드(451) 및 캐소드(450)(즉, 가열기 송신 라인들)의 외부에 배치된다. 금속 슬리브, 즉, 송신 라인들(1070, 1071)은, RF 전력 리드(412)뿐만 아니라 가열기 애노드(451) 및 캐소드(450)를 둘러쌀 수 있다. 따라서, RF 전력 리드(412) 및 전극(410)으로부터의 RF 에너지는 금속 메쉬(1020)뿐만 아니라 송신 라인들(1070, 1071)에 의해 컨테이닝된다. 부가적으로, 가열기 애노드(451) 및 캐소드(450)뿐만 아니라 가열기들(400)에 대한 RF 에너지의 임의의 커플링은, 금속 메쉬(1020) 및 송신 라인들(1070, 1071)에 컨테이닝된다. 이러한 구성은, 기생 플라즈마를 방지하면서, 기판에서의 전위 및/또는 전압 정재 파비를 조정하는 데 사용될 수 있는 송신 라인의 길이를 허용한다.
[0062] 다음의 논의는 도 11에 도시된 페디스털(1128)에 대한 것이다. 페디스털(1128)은, 금속 메쉬(1120)의 제2 층을 갖는다. 금속 메쉬(1120)는 송신 라인들(1170, 1171)을 갖는다. 금속 메쉬(1120)는, 페디스털(1128)의 유전체 바디(415)에서 가열기들(400)과 전극(410) 둘 모두 아래에 배치된다. 송신 라인들(1170, 1171)은, 금속 메쉬(1120)에 연결된 금속 슬리브, 이를테면, 전도성 실린더일 수 있다. 송신 라인들(1170, 1171)은, RF 전력 리드(412)와 가열기 애노드(451) 및 캐소드(450) 사이에 배치된다. 금속 슬리브, 즉, 송신 라인들(1170, 1171)은, RF 전력 리드(412)를 둘러쌀 수 있고, RF 전력 리드(412)가 가열기 애노드(451) 및 캐소드(450)와 커플링되거나 스템(126)에 인접하게 기생 플라즈마를 형성하는 것을 방지할 수 있다. RF 에너지는, 금속 메쉬(1020)뿐만 아니라 송신 라인들(1070, 1071)에 의해 컨테이닝된다. 또한, 송신 라인의 길이는, 기생 플라즈마를 방지하면서, 기판에서의 전위 및/또는 전압 정재 파비를 조정하는 데 사용될 수 있다. 부가적으로, 가열기(400) 제어기 배선에 이용가능한 공간이 만들어진다.
[0063] 본원에 개시된 실시예들은, 프로세싱 챔버(이를테면, PECVD 챔버)에서 기판 위로 RF 플라즈마를 한정하기 위한 방법 및 장치를 개시한다. 장치는, 가열기 페디스털 및 가열기 페디스털의 RF 차폐 구성, 및 최적화된 RF 성능 및 RF 일관성을 허용하는 RF 리턴 루프를 포함한다. 일부 실시예들에서, RF 전류는, 샤워헤드 최상부 전극으로부터 가열기 최하부 전극으로 플라즈마를 통해 흐르며, 여기서, 최하부 전극은, RF 회로를 완성(complete)하고 내측 챔버 벽으로 다시 RF를 리턴하기 위해, 짧아진 니켈 RF 로드에 커플링된다. RF 접지 경로를 짧아지게 하기 위한 개시된 기법들, 이를테면, 짧은 RF 로드, 전도성 코팅, 플라즈마 차폐부는, RF 전력 손실을 실질적으로 방지한다. 부가적으로, 개시된 기법들은, 최하부 챔버 라이트-업 및 기생 플라즈마 생성을 방지하는 보다 낮은 최하부 전극 전위를 형성한다. 따라서, 방법 및 장치는, 면판과 기판 사이로 플라즈마를 한정하여, 최하부 기생 플라즈마를 제거한다.
[0064] 전술한 내용이 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 실시예들이 본 개시내용의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 안출될 수 있으며, 본 개시내용의 범위는 하기의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 기판 지지 페디스털(pedestal)로서,
    최상부 표면 및 최하부 표면을 갖는 세라믹 바디(body);
    상기 바디의 최하부 표면에 커플링되는 스템(stem);
    상기 바디 내에 배치되는 최상부 전극 ― 상기 최상부 전극은 상기 바디의 최상부 표면에 인접하게 배치됨 ―;
    상기 바디 내에 배치되는 차폐 전극 ― 상기 차폐 전극은 상기 바디의 최하부 표면에 인접하게 배치됨 ―;
    상기 스템을 통해 배치되고 그리고 상기 최상부 전극에 커플링되는 전도성 로드(rod); 및
    상기 바디 내에 배치되는 복수의 가열기 엘리먼트들을 포함하는, 기판 지지 페디스털.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 바디 내에 배치되는 접지 메쉬(ground mesh) ― 상기 접지 메쉬는 상기 바디의 최하부 표면에 인접하게 배치됨 ―; 및
    상기 접지 메쉬에 커플링되는, 상기 스템을 통해 배치되는 접지 튜브를 더 포함하며,
    상기 접지 튜브는 내측 중공(hollow) 부분을 갖고,
    상기 전도성 로드는 상기 접지 튜브의 상기 내측 중공 부분을 통해 배치되는, 기판 지지 페디스털.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가열기 엘리먼트들에 커플링되는 가열기 전력 공급 라인들을 더 포함하며,
    상기 가열기 전력 라인들은 상기 스템을 통해 배치되는, 기판 지지 페디스털.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가열기 전력 공급 라인들은 상기 접지 튜브의 상기 내측 중공 부분을 통해 배치되는, 기판 지지 페디스털.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 가열기 전력 공급 라인들은 상기 접지 튜브의 상기 내측 중공 부분 외부에 배치되는, 기판 지지 페디스털.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 로드는 실린더형(cylindrical) 형상을 갖는 RF 튜브이고,
    상기 가열기 전력 공급 라인들은 상기 RF 튜브 내부에 배치되는, 기판 지지 페디스털.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 로드는, 상기 최상부 전극에 대향하는 단부에 배치되는 커패시터를 갖고,
    상기 로드는 상기 커패시터를 통해 접지에 커플링되고,
    상기 커패시터는 상기 로드의 임피던스를 변화시키도록 구성되는, 기판 지지 페디스털.
  8. 반도체 프로세싱 챔버로서,
    측벽들, 덮개(lid), 및 최하부를 갖는 바디 ― 상기 측벽들, 상기 덮개, 및 상기 최하부는 내부 프로세싱 환경을 정의함 ―;
    면판(faceplate)을 갖는 샤워헤드(showerhead) 어셈블리 ― 상기 면판은 RF 소스에 대한 캐소드를 제공함 ―; 및
    상기 프로세싱 환경 내에 배치되는 페디스털을 포함하며,
    상기 페디스털은,
    스템,
    최상부 표면 및 최하부 표면을 갖는, 세라믹 재료를 포함하는 바디 ― 상기 최하부 표면은 상기 스템에 커플링됨 ―,
    상기 최상부 표면에 인접하게 배치되고 그리고 중앙 전극을 갖는, 상기 바디 내에 캡슐화(encapsulate)되는 전극 ― 상기 중앙 전극은 상기 스템을 통해 배치됨 ―,
    상기 스템을 통해 배치되는 가열기 전극들을 갖는, 상기 바디 내에 캡슐화되는 복수의 가열기 엘리먼트들, 및
    상기 바디 내에 캡슐화되는 최하부 메쉬(mesh)
    를 포함하고,
    상기 중앙 전극은, 상기 최하부 메쉬의 송신 및 리턴 전극 사이에 배치되는, 반도체 프로세싱 챔버.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 최하부 메쉬에 커플링되는, 상기 스템을 통해 배치되는 접지 튜브를 더 포함하며,
    상기 접지 튜브는 내측 중공 부분을 갖고, 상기 내측 중공 부분을 통해 상기 중앙 전극이 배치되고,
    상기 가열기 전극들은, 상기 접지 튜브의 상기 내측 중공 부분을 통해 배치되는, 반도체 프로세싱 챔버.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가열기 전극들은, 상기 접지 튜브의 상기 내측 중공 부분 외부에 배치되는, 반도체 프로세싱 챔버.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 중앙 전극은 실린더형 형상을 갖는 RF 튜브인, 반도체 프로세싱 챔버.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 RF 튜브 내부에 가열기 전력 공급 라인들이 배치되는, 반도체 프로세싱 챔버.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 RF 튜브 외부에 가열기 전력 공급 라인들이 배치되는, 반도체 프로세싱 챔버.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 중앙 전극은, 가상 접지를 형성하는, 상기 전극에 대향하는 단부에 배치되는 커패시터를 갖고,
    상기 중앙 전극은 상기 커패시터를 통해 접지 로드에 커플링되고,
    상기 커패시터는, 상기 중앙 전극의 임피던스를 변화시키도록 구성되는, 반도체 프로세싱 챔버.
  15. 기판 지지 페디스털로서,
    최상부 표면 및 최하부 표면을 갖는 세라믹 바디;
    상기 바디의 최하부 표면에 커플링되는 스템;
    상기 바디 내에 배치되는 최상부 전극 ― 상기 최상부 전극은 상기 바디의 최상부 표면에 인접하게 배치됨 ―;
    상기 최상부 전극과의 사이에서 상기 바디 내에 배치되는 복수의 가열기 엘리먼트들;
    상기 바디 내에 배치되는 차폐 전극 ― 상기 차폐 전극은 상기 바디의 최하부 표면에 인접하게 배치됨 ―;
    상기 차폐 전극에 커플링되는, 상기 스템에 배치되는 접지 튜브 ― 상기 접지 튜브는 실린더(cylinder)의 형상임 ―;
    상기 복수의 가열기 엘리먼트에 커플링되고 그리고 상기 접지 튜브의 실린더 내에 배치되는 복수의 가열기 송신 라인들; 및
    상기 스템에서 상기 접지 튜브 내에 배치되고 그리고 상기 최상부 전극에 전기적으로 커플링되는 RF 튜브를 포함하며,
    상기 RF 튜브는, 실린더형 형상이고 그리고 상기 가열기 송신 라인들이 내부에 배치되는, 기판 지지 페디스털.
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