KR20200039840A - 전원식 에지 링을 이용한 프로세싱 - Google Patents

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KR20200039840A
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아누라그 쿠마르 미쉬라
올리비에 루에르
라진더 딘사
제임스 로저스
데니스 엠. 쿠사우
수닐 스리니바산
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 기판들 상에 구조들을 형성하기 위한, 이를테면, 기판 위에 형성된 하나 이상의 층들 내에 고종횡비 구조들을 에칭하기 위한 방법들 및 관련된 프로세스 장비에 관한 것이다. 본원에서 설명되는 방법들 및 관련된 장비는, 기판의 주변부 근처의 플라즈마-시스 경계의 곡률을 제어함으로써, 예컨대 전체 기판에 걸쳐(즉, 중심에서 에지까지) 실질적으로 평평한 플라즈마-시스 경계를 생성함으로써, 기판들 상의 구조들의 형성을 개선할 수 있다. 아래에서 설명되는 방법들 및 관련된 장비는, 별개의 그리고 독립적인 RF 전력 소스를 사용하여 기판을 둘러싸는 에지 링에 RF 전력을 인가하는 것에 의한 평평한 플라즈마-시스 경계의 생성을 포함하는, 플라즈마-시스 경계의 곡률에 대한 제어를 제공할 수 있다.

Description

전원식 에지 링을 이용한 프로세싱
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 반도체 디바이스들을 형성하기 위한 고종횡비 구조들과 같은 구조들을 기판들 상에 형성하기 위한 방법들에 관한 것이다.
[0002] RIE(Reactive Ion Etch)는, 반도체 디바이스들을 형성하기 위한 고종횡비 구조들과 같은 구조들을 기판들 상에 생성하기 위해 층들의 부분들을 제거하는 데 사용된다. 기판은 전형적으로 프로세스 챔버 내의 ESC(electrostatic chuck) 상에 배치되고, 정전 척 어셈블리 내에 배치된 전도성 엘리먼트에 RF 전압이 인가되어 기판 위에 플라즈마를 생성한다. RF 전력은 또한, 플라즈마를 생성하기 위해 프로세스 챔버의 최상부 상에 배치된 하나 이상의 유도성 코일들에 인가될 수 있다. 기판은 대개 에지 링에 의해 둘러싸이며, 에지 링은 ESC에 공급된 RF 에너지를 에지 링 위의 프로세스 챔버 내의 구역들에 커플링하여 기판의 주변부 근처의 플라즈마-시스 경계(plasma-sheath boundary)의 곡률에 대한 제어를 제공하는 데 사용될 수 있다. 에지 링들의 사용에도 불구하고, 전체 기판에 걸쳐 균일한 RIE 결과들을 획득하는 것은 난제로 남아있다. 예컨대, 에지 링들을 사용하더라도, 에칭 레이트들은 기판의 에지와 기판의 중심의 위치들 사이에서 변화할 수 있다. 게다가, 기판의 중심에서 생성된 피처들(예컨대, 고종횡비 구조들)의 형상은, RIE 프로세스의 결과로서 기판의 에지에서 생성된 피처들의 형상과 상이할 수 있다. RIE에 의해 생성된 이러한 가변적인 에칭 레이트들 및 피처 형상들은 균일한 결과들이 획득되는 것을 막고, 기판의 표면 상의 상이한 위치들에서 형성되는 다이에 대한 디바이스 성능의 변화들을 초래할 수 있다.
[0003] 따라서, 프로세싱된 기판들에 걸쳐, 예컨대 기판의 중심으로부터 기판의 에지들까지, 더 균일한 에칭 결과들을 생성하기 위해서는 개선된 RIE 프로세스 및 관련된 장비가 필요하다.
[0004] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 기판들 상에 구조들을 형성하기 위한, 이를테면, 기판 위에 형성된 하나 이상의 층들 내에 고종횡비 구조들을 에칭하기 위한 방법들 및 관련된 프로세스 장비에 관한 것이다. 일 실시예에서, 기판 지지 어셈블리가 제공된다. 기판 지지 어셈블리는, 전극을 포함하는 정전 척 어셈블리 ― 전극은 제1 RF 전력 소스에 전기적으로 연결됨 ―; 정전 척 어셈블리 둘레에 배치된 에지 링; 및 에지 링의 표면에 부착된 분배기를 포함하며, 분배기는 제2 RF 전력 소스에 직접적으로 연결된다.
[0005] 다른 실시예에서, 플라즈마 프로세싱 시스템이 제공된다. 플라즈마 프로세싱 시스템은, RF 전력 소스 어셈블리 ― RF 전력 소스 어셈블리는, 제1 RF 전력 소스; 및 제2 RF 전력 소스를 포함함 ―; 및 기판 지지 어셈블리를 포함하며, 기판 지지 어셈블리는, 전극을 포함하는 정전 척 어셈블리 ― 전극은 제1 RF 전력 소스에 전기적으로 연결됨 ―; 및 정전 척 어셈블리 둘레에 배치된 에지 링을 포함하며, 에지 링은 제2 RF 전력 소스에 전기적으로 연결된다.
[0006] 또 다른 실시예에서, 기판을 프로세싱하는 방법이 제공된다. 방법은, 하나 이상의 가스들을 플라즈마 챔버의 프로세스 볼륨에 공급하는 단계 ― RF 전력이 제1 전극에 제공될 때 전자기 에너지를 프로세스 볼륨에 제공하도록 제1 전극이 포지셔닝되고; 프로세스 볼륨 내에 배치된 정전 척 어셈블리 상에 제1 기판이 배치되고, 정전 척 어셈블리는 전극을 포함하고, 그리고 정전 척 어셈블리 둘레에 에지 링이 배치됨 ―; 제1 전극에 전기적으로 연결된 제1 RF 전력 소스를 에너자이징(energizing)함으로써, 플라즈마 챔버의 프로세스 볼륨 내에서 하나 이상의 가스들의 플라즈마를 생성하는 단계; 및 플라즈마를 생성한 후에, 에지 링에 전기적으로 연결된 제2 RF 전력 소스를 에너자이징하고 그리고 정전 척 어셈블리의 전극에 전기적으로 연결된 제3 RF 전력 소스를 에너자이징함으로써, 제1 기판의 부분을 에칭하는 단계를 포함한다.
[0007] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시내용의 단지 전형적인 실시예들을 예시하는 것이므로 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0008] 도 1a는, ESC(electrostatic chuck) 상에 배치되고 그리고 플라즈마 프로세싱 동안 플라즈마에 의해 프로세싱되는 제1 디바이스 기판의 부분 단면도이다.
[0009] 도 1b는 도 1a의 제1 디바이스 기판의 구역의 단면도를 도시한다.
[0010] 도 1c는 정전 척 상에 배치되고 그리고 플라즈마 프로세싱 동안 플라즈마에 의해 프로세싱되는 제2 디바이스 기판의 부분 단면도이다.
[0011] 도 1d는 도 1c의 제2 디바이스 기판의 구역의 단면도를 도시한다.
[0012] 도 1e는 정규화된 에칭 레이트 대 기판 상의 반경방향 포지션에 대한 시스 전압 반경방향 프로파일을 조정하는 효과를 예시하는 플롯이다.
[0013] 도 1f는 정규화된 CD(critical dimension) 바이어스 대 기판 상의 반경방향 포지션에 대한 시스 전압 반경방향 프로파일을 조정하는 효과를 예시하는 플롯이다.
[0014] 도 2a는 일 실시예에 따른, 플라즈마 프로세스를 수행하기 위한 에칭 프로세스 챔버를 포함하는 예시적인 에칭 프로세스 시스템에 대한 단순화된 절개도이다.
[0015] 도 2b는 일 실시예에 따른, 도 2a의 에지 링 어셈블리에 의해 둘러싸이고 ESC 상에 배치된 도 2a의 디바이스의 평면도이다.
[0016] 도 2c는 일 실시예에 따른, 도 2b의 단면선 2c를 따라 취해진, 디바이스, ESC, 및 에지 링 어셈블리의 부분 단면도이다.
[0017] 도 2d는 일 실시예에 따른, 프로세싱 동안 사용될 수 있는 RF 전력 전달 타이밍 시퀀스를 예시한다.
[0018] 이해를 촉진시키기 위해, 도면들에 대해 공통적인 동일한 엘리먼트들을 가리키기 위해 가능한 경우 동일한 도면부호들이 사용되었다. 일 실시예에 개시된 엘리먼트들은 특정한 설명 없이 다른 실시예들에 유리하게 이용될 수 있다는 점이 고려된다. 본원에서 참조되는 도면들은, 구체적으로 언급되지 않는 한, 실척대로 도시된 것으로 이해되지 않아야 한다. 또한, 도면들은 대개 간략화되고, 제시 및 설명의 명확성을 위해 세부사항들 또는 컴포넌트들이 생략된다. 도면들 및 논의는 아래에서 논의되는 원리들을 설명하는 역할을 하며, 여기서, 유사한 지정들은 유사한 엘리먼트들을 나타낸다.
[0019] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 기판들 상에 구조들을 형성하기 위한, 이를테면, 기판 위에 형성된 하나 이상의 층들 내에 고종횡비 구조들을 에칭하기 위한 방법들 및 관련된 프로세스 장비에 관한 것이다. 아래에서 설명되는 방법들 및 관련된 장비는, 기판의 주변부 근처의 플라즈마-시스 경계의 곡률을 제어함으로써, 예컨대 전체 기판에 걸쳐(즉, 중심에서 에지까지) 실질적으로 평평한 플라즈마-시스 경계를 생성함으로써, 기판들 상의 구조들의 형성을 개선할 수 있다. 아래에서 설명되는 방법들 및 관련된 장비는, 기판을 둘러싸는 에지 링에 인가되는 RF 전력을 독립적으로 제어함으로써 평평한 플라즈마-시스 경계를 생성하는 것을 포함하는, 플라즈마-시스 경계의 곡률에 대한 제어를 제공할 수 있다. 다음의 개시내용이 유도성으로 커플링된 플라즈마 프로세싱 챔버 내에 배치된 에지 링에 RF 전력을 인가하는 방법들을 설명하지만, 본 개시내용은 유도성으로 또는 용량성으로 커플링된 프로세스 챔버 플라즈마 소스를 포함하는 임의의 프로세스 챔버 구성에 동일하게 적용가능하다.
[0020] 전형적인 RIE(Reactive Ion Etch) 플라즈마 프로세싱 챔버는, RF(radio frequency) 바이어스 생성기를 포함하며, RF 바이어스 생성기는 RF 전압을 "전력 전극(power electrode)"에 공급하며, 전력 전극은, ESC("electrostatic chuck") 어셈블리 내에 매립된 금속 베이스플레이트일 수 있고, 더 일반적으로는 "캐소드(cathode)"로 지칭될 수 있다. 전력 전극은 ESC 어셈블리의 부분인 세라믹 층을 통해 프로세싱 시스템의 플라즈마에 용량성으로 커플링된다. 플라즈마 시스의 비-선형의 다이오드 같은 성질은, 인가되는 RF 필드의 정류를 유발하여, 캐소드와 플라즈마 사이에 DC(direct-current) 전압 강하 또는 "셀프-바이어스(self-bias)"가 나타나게 한다. 시스(또는 "시스 전압")에 걸친 이 전압 강하는, 캐소드 쪽으로 가속된 플라즈마 이온들의 평균 에너지뿐만 아니라 평균 시스 두께(차일드-랭뮤어 법칙(Child-Langmuir Law)에 따라, 0차 순서 근사(zeroth order approximation)에서)를 결정한다. 시스 내의 전기장은, 플라즈마 전위에 대응하는 등전위 표면을 정의하는 플라즈마-시스 경계에 대해 대체로 수직이다. 기판 및 주변 표면들의 상대 높이들은 구조적 및/또는 프로세싱 이유들로 고정되어 있기 때문에, 시스 전압 강하의 가능한 반경방향 변화들 및 시스 두께의 뒤따르는 변화들은 플라즈마-시스 경계의 벤딩(bending)을 초래한다. 추가적으로, 기판 및 주변 표면들의 상대 높이들의 차이들은 또한, 시스 두께가 균일한 경우에도 플라즈마-시스 경계의 벤딩을 초래할 수 있다. 결국, 이온 궤적들이 플라즈마 시스 경계에 대해 실질적으로 수직이어서 기판의 에지에서 이온들의 포커싱 또는 디포커싱을 초래한다는 점에서, 시스 경계 곡률은 이온 궤적들을 결정한다. 도 1a 및 도 1c에 예시된 바와 같이, 순효과(net effect)는 시스 전압 및 두께뿐만 아니라 플라즈마-대향 표면들의 높이들이 기판의 에지 너머의 반경에 따라 감소하는지 증가하는지에 따라 좌우된다. 본 특허 출원의 여기 저기에서, "에지에서"는, 기판의 반경에 수 밀리미터(예컨대, 3 mm)를 각각 더한 것/뺀 것과 동일한 외측/내측 반경들을 갖는 환형 구역을 정의한다는 점을 유의한다.
[0021] 도 1a는 RIE 플라즈마 프로세싱 동안 ESC(electrostatic chuck) 어셈블리(45) 상에 배치되어 있는 디바이스 기판(10)(예컨대, 반도체 기판의 부분)의 개략적인 부분 단면도이다. 개략적으로 도시된 바와 같이, 정전 척 어셈블리(45)는 일반적으로, 에지 링(40)을 지지하는 유전체 함유 지지 구역(45A) 및 기판(10)을 지지하는 유전체 함유 지지 구역(45B)을 포함하는 지지 구조를 포함하며, 유전체 함유 지지 구역(45A) 및 유전체 함유 지지 구역(45B) 모두는 구조적 엘리먼트(45C)에 의해 지지되고, 구조적 엘리먼트(45C)는 일반적으로, RF 전력 소스에 커플링된 금속 베이스플레이트를 포함한다. 에지 링(40)은 디바이스 기판(10)의 외측 에지(15) 둘레에 배치된다. 생성된 플라즈마(71)는 플라즈마-시스 경계(75)를 포함한다. 프로세싱 동안, 플라즈마(71)에서 형성된 이온들은 시스를 통과한다. 이온들의 기원에 따라, 이온들은 플라즈마-시스 경계(75)로부터 디바이스 기판(10)의 표면 및 에지 링(40)의 표면으로 연장되는 상이한 궤적들(81)을 가질 것이다. 위에서 논의된 바와 같이, 이온 궤적들은 플라즈마 시스 경계에 대해 실질적으로 수직하며, 따라서, 플라즈마 시스 경계 곡률에 의해 결정된다. 디바이스 기판(10)은, 디바이스 기판(10)의 외측 에지(15) 근처의 구역(11)(도 1b) 및 디바이스 기판(10)의 중심에 더 가까운 구역(12)을 포함한다.
[0022] 도 1b는 도 1a의 디바이스 기판(10)의 구역(11)의 확대 단면도를 예시한다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 구역(11)의 피처들은 디바이스 기판(10) 위에 형성된 스톱층(stop-layer)(51), 스톱층(51) 위에 형성된 하나 이상의 디바이스 층들(52), 및 하나 이상의 디바이스 층들(52) 위에 형성된 마스크(53)를 포함한다. 플라즈마(71)(도 1a)가 생성되는 RIE 플라즈마 프로세스는, 디바이스 기판(10)으로부터 하나 이상의 디바이스 층들(52)의 부분을 제거하여 복수의 고종횡비 구조들(91)을 생성하는 데 사용된다. 아래에서 추가로 논의될 바와 같이, 프로세싱 동안의 이온들의 비스듬한(angled) 궤적들(81)은 구역(11)의 복수의 고종횡비 구조들(91)이 비스듬하게 한다. 대조적으로, 구역(12)의 복수의 고종횡비 구조들은 실질적으로 수직일 것이다.
[0023] 도 1c는 RIE 플라즈마 프로세싱 동안 정전 척 어셈블리(45) 상에 배치되어 있는 디바이스 기판(20)의 개략적인 부분 단면도이다. 도 1c에 개략적으로 예시된 정전 척 어셈블리(45)는 일반적으로 지지 구조를 포함하며, 지지 구조는 에지 링(40')을 지지하는 유전체 지지 구역(45A) 및 기판(20)을 지지하는 유전체 지지 구역(45B)을 포함하며, 유전체 지지 구역(45A) 및 유전체 지지 구역(45B) 모두는 구조적 엘리먼트(45C)에 의해 지지된다. 디바이스 기판(20)은, 디바이스 기판(20)의 외측 에지(25) 근처의 구역(21)(도 1d), 및 구역(21)이 디바이스 기판(20)의 외측 에지(25)에 대해 있는 것보다 디바이스 기판(20)의 외측 에지(25)로부터 더 멀리 있는 구역(22)을 포함한다. 도 1c는, ESC 어셈블리 및/또는 에지 링 구성이 도 1a와 상이한 것 ― 이는 플라즈마-시스 경계(76)가 대안적인 프로파일 또는 형상을 갖게 함 ― 을 제외하고는 도 1a와 유사하다. 디바이스 기판(20)은 디바이스 기판(10)과 실질적으로 유사할 수 있다(즉, 동일한 재료들, 피처들, 및 치수들을 포함함). 에지 링(40')의 구성(예컨대, 에지 링(40')의 임피던스에 영향을 미칠 두께 및/또는 재료 조성) 및/또는 에지 링의 지지 구조(예컨대, 에지 링 아래에 배치된 유전체 지지 구역(45A)의 특성들)는, 플라즈마-시스 경계(76)의 프로파일을, 도 1a에 도시된 프로파일로부터 변경시켰다.
[0024] 도 1d는 디바이스 기판(20)의 구역(21)의 단면도를 예시한다. 도 1d에 예시된 바와 같이, 디바이스 기판(20)은 기판(20) 위에 형성된 스톱층(61), 스톱층(61) 위에 형성된 하나 이상의 디바이스 층들(62), 및 하나 이상의 디바이스 층들(62) 위에 형성된 마스크(63)를 포함한다. 스톱층(61), 하나 이상의 디바이스 층들(62), 마스크(63)는, 도 1b에 예시된 스톱층(51), 하나 이상의 디바이스 층들(52), 및 마스크(53)와 동일한 재료들로 각각 형성될 수 있다. 플라즈마(72)(도 1c)가 생성되는 RIE 플라즈마 프로세스는, 디바이스 기판(20)으로부터 하나 이상의 디바이스 층들(62)의 부분을 제거하여 복수의 고종횡비 구조들(92)을 생성하는 데 사용된다. 아래에서 추가로 논의될 바와 같이, 프로세싱 동안의 이온들의 비스듬한 궤적들(82)은 구역(21)의 복수의 고종횡비 구조들(92)이 구역(22)에 비해 비스듬하게 한다.
[0025] 위에서 논의된 바와 같이, 시스를 통해 연장되는 이온 궤적들이 플라즈마 시스 경계에 대해 실질적으로 수직이어서 기판의 에지에서 이온들의 포커싱 또는 디포커싱을 초래한다는 점에서, 시스 경계 곡률은 이온 궤적들을 결정한다. 따라서, 기판의 에지에서의 시스 전압 및 두께 반경방향 프로파일들을 제어함으로써, 시스 경계 곡률을 제어하고, 그에 따라 기판의 에지에서의 이온 궤적들을 제어할 수 있다. 도 1b-도 1f에 도시된 바와 같이, 기판의 에지에서의 이온 궤적들에 대한 제어는 매우 바람직한 능력인데, 왜냐하면, 에지에서의 이온 궤적들이 CD(critical dimension) 바이어스(이는 블랭킷 에칭 레이트 반경방향 프로파일과 상관됨) 및 피처들의 경사각과 같은 프로세스 메트릭들에 영향을 미치기 때문이다. 게다가, 기판의 에지 너머의 시스 전압에 대한 독립적인 제어는 연장된 시간 기간들에 걸쳐 축적된 마모로 인한 주변 컴포넌트들의 표면들의 하향 드리프트(downward drift)를 보상하는 추가 능력을 제공한다. 즉, 기판을 둘러싸는 컴포넌트 위에 고정된 시스 전압 및 두께를 갖는 프로세스의 경우, 이 컴포넌트가 마모로 인해 더 얇아질 때, 컴포넌트의 최상부 표면은 플라즈마-시스 경계와 함께 하향으로 이동한다. 이러한 하향 이동은 결국 기판의 에지에서 플라즈마-시스 경계의 곡률 및 이온 궤적들을 변화시키고, 매우 바람직하지 않은 장기적인 프로세스 드리프트들을 야기한다. 그러나, 표면의 하강에 따라 주변 컴포넌트 위의 시스 전압 및 두께를 증가시킴으로써, 플라즈마-시스 경계가 하향으로 드리프트되는 것이 방지될 수 있다. 전압 및 두께의 이러한 증가는, 기판의 에지에서 미리-정의된 시스 경계 곡률 및 이온 궤적들을 유지하고 그리고 장기적인 프로세스 드리프트들을 회피하는 것을 가능하게 한다. (A1) 원거리-에지 프로세스 튜닝가능성 및 (A2) 컴포넌트들의 마모로 인한 주변 표면들의 하향 드리프트에 대한 보상을 포함하는 이러한 능력들은, 종래의 플라즈마 에칭 툴들에는 전형적으로 존재하지 않으며, 그러한 정도의 제어를 달성하기 위해서는 특별한 독창적인 기법들이 사용된다.
[0026] 도 1e 및 도 1f는, 기판의 에지에서의 시스 전압 및 두께 반경방향 프로파일들을 제어 및/또는 조정하는 능력으로 인해 제어될 수 있는 일부 추가적인 프로세싱 결과들의 예들을 예시한다. 도 1e는 정규화된 에칭 레이트 대 기판(예컨대, 300mm 기판) 상의 반경방향 포지션에 대한 시스 전압 반경방향 프로파일을 조정하는 효과를 예시하는 플롯이다. 도 1e에 도시된 예에서 예시되는 바와 같이, 기판의 에지 구역 대 기판의 중심 구역에서의 시스 전압 반경방향 프로파일을 조정함으로써, 정규화된 에칭 레이트는, 곡선(36)에 도시된 바와 같이 기판의 에지에서 감소될 수 있다. 대안적으로, 기판의 에지 구역 대 기판의 중심 구역에서의 시스 전압 반경방향 프로파일을 조정함으로써, 정규화된 에칭 레이트는, 곡선(35)에 도시된 바와 같이 기판 에지에서 증가될 수 있다. 따라서, 기판의 에지 구역에서의 시스 전압 반경방향 프로파일의 곡률을 조정함으로써, 정규화된 에칭 레이트, 및 그에 따른, 기판으로부터 에칭되는 재료의 프로파일이 기판의 에지에서 제어되는 것을 가능하게 할 것이다.
[0027] 도 1f는 정규화된 CD(critical dimension) 바이어스 대 300mm 기판 상의 반경방향 포지션에 대한 시스 전압 반경방향 프로파일을 조정하는 효과를 예시하는 플롯이다. CD 바이어스가 일반적으로 초기 마스크 이미지(즉, 에칭 전)의 CD(critical dimension)와 최종 에칭 패턴(즉, 에칭 후)의 CD의 차이에 의해 정의된다는 것이 주목될 것이다. 도 1f에 도시된 예에서 예시되는 바와 같이, 기판의 에지 구역 대 중심 구역에서의 시스 전압 반경방향 프로파일을 조정함으로써, CD 바이어스는, 곡선(38)에 도시된 바와 같이 기판의 에지에서 감소될 수 있다. 대안적으로, 기판의 에지 구역 대 기판의 중심 구역에서의 시스 전압 반경방향 프로파일을 조정함으로써, CD 바이어스는, 곡선(37)에 도시된 바와 같이 에지에서 증가될 수 있다. 따라서, 기판의 에지 구역에서의 시스 전압 반경방향 프로파일의 곡률을 조정함으로써, 기판의 에지에서 생성되는 CD 바이어스가 제어될 수 있다.
[0028] ESC 금속 베이스플레이트(예컨대, 도 1a 및 도 1c의 엘리먼트(45C)) 및 세라믹 층의 직경은 대개 기판의 직경보다 더 크게 만들어지며, 이 경우, 기판 너머로 연장되는 ESC 표면의 부분은 "에지-링"으로 지칭되는 소비재 주변 컴포넌트(예컨대, 도 1a 및 도 1c의 에지 링(40 또는 40') 및 도 2a-도 2c의 아이템(271))로 커버된다. 이 에지-링은 보통 ESC 최상부 표면 바로 위에 배치되므로, 에지-링은, 전형적으로 수 mm 두께(예컨대, 3 mm)인 세라믹 층(예컨대, 구역(45A) 참조)을 통해 금속 베이스플레이트에 용량성으로 커플링된다. 일 예에서, 세라믹 층은 알루미나와 같은 재료로 제조될 수 있다. 세라믹 층의 높은 유전 상수(예컨대, 10) 및 비교적 작은 두께로 인해, 커플링 커패시턴스는 보통 상당히 높으며(예컨대, 175 - 200 pF) 일반적으로는 시스 커패시턴스(예컨대, 20 - 130 pF)보다 더 높다. 에지 링의 축을 따르는 링의 저항성 임피던스가 시스 용량성-저항성 임피던스보다 상당히 더 작음을 보장하기 위해, 에지-링은 또한 전형적으로 실리콘 카바이드와 같은 중간 저항률 재료로 제조된다. 결과적으로, 링 두께에 걸친 전압 강하가 거의 없고, 링 하부 표면에 용량성으로 커플링된 모든 RF-전압은 링 위의 시스에 걸쳐 강하된다. 금속 베이스플레이트에 대한 강한 용량성 커플링 및 에지 링의 축을 따르는 에지-링의 비교적 작은 저항성 임피던스로 인해, 링 위의 시스에 걸친 RF 및 DC 전압들이 기판 위의 시스에 걸친 RF 및 DC 전압들에 필적한다는 점에서, 링에는 기판과 유사하게 효과적으로 RF-전력이 공급된다.
[0029] 기판의 에지 구역에 걸친 시스 전압 및 두께 반경방향 프로파일(및 그에 따른, 시스 경계 곡률)을 제어하고 그리고 위에서 논의된 능력들 A1 및 A2를 달성하기 위해, 우리는: (B1) 에지-링 위의 시스에서 캐소드-구동(cathode-driven) RF 및 DC 전압들을 상당히 감소시키거나 제거하기 위하여 에지-링과 금속 베이스플레이트 사이의 커플링 커패시턴스를 최소화(즉, 링을 캐소드로부터 디커플링)하는 것; 및 (B2) 에지-링 위의 시스의 전압 및 두께를 기판 위의 시스의 전압 및 두께와 독립적으로 제어하기 위하여 전력 소스(RF 생성기)로부터 에지-링으로 RF- 전압을 인가하는 것을 제안한다. 일부 구성들에서, 에지-링은, 프로세싱 동안 기판 아래에 배치된 금속 베이스 플레이트를 구동하도록 구성된 RF 전력 소스로부터 분리된 RF 전력 소스에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 일부 대안적인 구성들에서, 에지-링 및 금속 베이스 플레이트 둘 모두는, 제어된 비례적인 양의 전력을 에지-링 및 금속 베이스 플레이트에 제공하는 데 사용되는 회로를 포함하는 RF 전력 분할기에 커플링된 단일 RF 전력 소스를 사용함으로써 제어된 비례적 방식으로 구동될 수 있다. 이러한 RF 전력 전달 구성들 중 어느 하나는, 기판의 에지에서의 플라즈마-시스 경계의 곡률 및 이온 궤적들에 대한 제어를 허용할 것이며, 이는 결국, 적어도, 위에서 설명된 매우 바람직한 추가적인 능력들 (A1) 및 (A2)를 산출한다.
[0030] 도 2a는 일 실시예에 따른, 디바이스 기판(102)(예컨대, 반도체 디바이스) 상에서 RIE 프로세스와 같은 플라즈마 프로세싱을 수행하기 위한 에칭 프로세스 챔버(201)를 포함하는 예시적인 에칭 프로세스 시스템(200)에 대한 단순화된 절개도이다.
[0031] 에칭 프로세스 챔버(201)는, 내부에 프로세스 볼륨(202)이 정의되어 있는 챔버 바디(205)를 포함한다. 챔버 바디(205)는, 전기 접지(226)에 커플링되는 측벽들(212) 및 최하부(218)를 갖는다. 측벽들(212)은 에칭 프로세스 챔버(201)의 유지보수 사이클들 사이의 시간을 연장시키기 위해 보호용 내측 라이너(protective inner liner)(215)를 갖는다. 챔버 바디(205), 및 에칭 프로세스 챔버(201)의 관련 컴포넌트들의 치수들은 제한되지 않으며, 일반적으로는 내부에서 프로세싱되는 디바이스 기판(102)의 사이즈보다 비례적으로 더 크다.
[0032] 챔버 바디(205)는 프로세스 볼륨(202)을 밀봉(enclose)하기 위해 챔버 덮개 어셈블리(210)를 지지한다. 챔버 바디(205)는 알루미늄 또는 다른 적합한 재료들로 제조될 수 있다. 액세스 포트(213)가 챔버 바디(205)의 측벽들(212)을 관통해 형성되어, 에칭 프로세스 챔버(201) 내외로의 디바이스 기판(102)의 이송을 용이하게 한다.
[0033] 에칭 프로세스 챔버(201)는, 에지 링 어셈블리(270) 및 기판 지지 페디스털(235)을 포함하는 기판 지지 어셈블리(234)를 포함한다. 기판 지지 페디스털(235)은 프로세싱 동안 디바이스 기판(102)을 지지하기 위해 프로세스 챔버(201) 내에 배치된다. 기판 지지 페디스털(235)은, 이송 로봇(도시되지 않음) 또는 다른 적합한 이송 메커니즘에 의한 디바이스 기판(102)으로의 액세스를 용이하게 하기 위해, 디바이스 기판(102)을 기판 지지 페디스털(235) 위로 리프팅하기 위하여 기판 지지 페디스털(235)을 통해 선택적으로 이동될 수 있는 리프트 핀들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판 지지 페디스털(235)은 석영 파이프(272)에 의해 둘러싸일 수 있다.
[0034] 기판 지지 페디스털(235)은 ESC(electrostatic chuck) 어셈블리(220)(이하, ESC(220))를 포함할 수 있다. ESC(220)는 금속 베이스플레이트(229), 및 금속 베이스플레이트(229) 상에 배치된 유전체 바디(222)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 유전체 바디(222)는 세라믹으로 형성될 수 있고 척킹 전극(221)을 포함할 수 있다.
[0035] 금속 베이스플레이트(229)는 매칭 회로(224)와 통합되는 RF 전력 소스(225)에 커플링될 수 있다. RF 전력 소스(225)는 바이어스를 금속 베이스플레이트(229)에 제공하며, 그 바이어스는 플라즈마의 생성을 보조하고, 그리고 또한, 프로세스 볼륨(202) 내의 프로세스 가스들에 의해 형성된 플라즈마 이온들을 ESC(220)의 기판 지지 표면 및 그 위에 포지셔닝된 디바이스 기판(102)으로 끌어당긴다. RF 전력 소스(225)는, 대략 50W 내지 대략 9000W의 전력 레벨들에서 대략 400 kHz 내지 대략 200 MHz의 주파수들로 RF 에너지를 공급할 수 있다. RF 전력 소스(225)는 에칭 프로세스 시스템(200)에 포함된 제어기(265)에 의해 제어될 수 있다. 일부 실시예들에서, RF 전력 공급부(225)는 RF 전력의 펄스들을 금속 베이스플레이트(229)에 공급한다.
[0036] ESC(220)는 디바이스 기판(102)을 기판 지지 페디스털(235)에 홀딩하기 위해 정전 인력을 사용한다. 일부 구성들에서, ESC(220)의 유전체 바디(222)의 전극(221)은 DC 전력 소스(250)에 커플링된다. DC 전력 소스(250)는, 디바이스 기판(102)을 척킹 및 디-척킹하기 위해 제어기(265)에 의해 제어될 수 있다. 따라서, 일부 경우들에서, 전극(221)은, 프로세싱 동안 디바이스 기판(102)을 제 위치에 정전기적으로 홀딩하는 데 사용된다.
[0037] ESC(220)는, ESC(220) 내부에 배치되고 그리고 디바이스 기판(102)을 가열하기 위한 히터 전력 소스(도시되지 않음)에 연결되는 히터 엘리먼트들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 열 전달 베이스(도시되지 않음)가 ESC(220)에 포함될 수 있고, ESC(220) 및 ESC(220) 상에 배치된 디바이스 기판(102)의 온도를 유지하기 위해 열 전달 유체를 순환시키기 위한 도관들을 포함할 수 있다. ESC(220)는, 디바이스 기판(102) 상에 제조되는 디바이스의 열적 버짓에 의해 요구되는 온도 범위에서 수행하도록 구성된다. 예컨대, ESC(220)는 특정 실시예들에 대해 디바이스 기판(102)을 대략 -20℃ 내지 대략 90℃의 온도로 유지하도록 구성될 수 있다.
[0038] 에지 링 어셈블리(270)는 ESC(220) 상에 그리고 기판 지지 페디스털(235)의 주변부 주위에 배치되며, 그에 따라 에지 링 어셈블리(270)는 프로세싱 동안 디바이스 기판(102)을 둘러싼다. 에지 링 어셈블리(270)는 디바이스 기판(102)의 에지(들)에서의 균일한 프로세싱을 촉진하도록(그러나 이에 제한되지는 않음) 구성되며, 그에 따라 디바이스 기판(102)의 에지(들) 주위에서의 프로세싱은 디바이스 기판(102)의 나머지, 이를테면, 디바이스 기판(102)의 중심에 걸친 프로세싱과 일치한다. 전통적으로, 에지 링들은 금속 베이스플레이트(229)로부터 제공된 RF 에너지를 에지 링 위의 프로세스 볼륨 내의 구역들에 용량성으로 커플링하는 데 사용된다.
[0039] 본원에 개시된 일부 실시예들에서, 에지 링 어셈블리(270)는, 에지 링 어셈블리(270) 내의 하나 이상의 컴포넌트들에 인가되는 RF 바이어스의 제어를 가능하게 하기 위해, 별개의 RF 전력 소스(285)에 연결된다. 일부 실시예들에서, RF 전력 소스(285)는 매칭 회로(284)를 통해 에지 링 어셈블리(270) 내의 전도성 엘리먼트들에 연결된다. RF 전력 소스(285)는, 대략 10 W 내지 대략 2000W의 전력 레벨들에서 대략 400 kHz 내지 대략 200 MHz의 주파수들로 RF 에너지를 공급할 수 있다. RF 전력 소스(285)는, 프로세스 볼륨(202) 내의 시스를 제어하기 위해 제어기(265)에 의해 제어될 수 있다. RF 전력 소스(285)에 의해 에지 링 어셈블리(270)에 공급된 RF 전력은 RF 전력 소스(225)에 의해 금속 베이스플레이트(229)에 공급되는 RF 전력과 독립적으로 조정될 수 있어서, (1) 디바이스 기판(102)의 에지 구역들에 걸쳐 시스 특징들(이를테면, 시스 경계 곡률)의 튜닝을 가능하게 하고, 그리고 (2) 에지 링 어셈블리(270)의 유효 수명 전체에 걸쳐 에지 링 어셈블리(270)의 마모를 보상하는 것을 가능하게 한다. 일부 실시예들에서, 에지 링 어셈블리(270)는, 저항성 히터와 같은 온도 제어부를 포함하도록, 또는 에지 링 어셈블리의 부분을 통해 열적 제어 유체를 유동시키도록 구성될 수 있다. 에지 링 어셈블리(270)에 대한 추가의 세부사항들은 아래에서 도 2b 및 도 2c를 참조하여 아래에서 설명된다.
[0040] 에칭 프로세스 챔버(201)는 챔버 바디(205)의 측벽들(212) 중 하나 이상을 관통해 형성된 펌핑 포트(245)를 더 포함할 수 있다. 펌핑 포트는 프로세스 볼륨(202)에 연결된다. 펌핑 디바이스(도시되지 않음)는, 프로세스 볼륨(202) 내의 압력을 제어하기 위해 펌핑 포트(245)를 통해 프로세스 볼륨(202)에 커플링된다. 프로세싱 동안 압력은 대략 1 mTorr 내지 대략 200 mTorr 사이에서 제어될 수 있다.
[0041] 가스 패널(260)은, 프로세스 볼륨(202) 내로 가스들을 공급하기 위해 가스 라인(267)에 의해 챔버 바디(205)에 커플링된다. 가스 패널(260)은 하나 이상의 프로세스 가스 소스들(261, 262, 263)을 포함할 수 있고, 희석 가스 소스(264)를 추가로 포함할 수 있다. 가스 패널(260)에 의해 제공될 수 있는 프로세스 가스들의 예들은 O2, N2, CF4, CH2F2, CHF3, CL2, HBr, 및 SiCL4를 포함한다(그러나 이에 제한되지 않음). 밸브들(266)은 가스 패널(260)의 가스 소스들(261, 262, 263, 264)로부터의 프로세스 가스들의 유동을 제어하며, 제어기(265)에 의해 관리된다. 가스 패널(260)로부터 프로세스 볼륨(202)으로 공급되는 가스들의 유동은 가스들의 조합들을 포함할 수 있다.
[0042] 챔버 덮개 어셈블리(210)는 노즐(214)을 포함할 수 있다. 노즐(214)은 가스 패널(260)의 가스 소스들(261, 262, 263, 264)로부터 프로세스 볼륨(202) 내로 프로세스 가스들 및 불활성 가스들을 도입하기 위한 하나 이상의 포트들을 갖는다. 프로세스 가스들이 에칭 프로세스 챔버(201) 내로 도입된 후에, 가스들은 이온화되어 플라즈마를 형성한다. 하나 이상의 인덕터 코일들과 같은 안테나(248)가 에칭 프로세스 챔버(201)에 인접하게, 이를테면, 덮개 어셈블리(210) 위에 제공될 수 있다. 안테나 RF 전력 소스(242)는 매칭 회로(241)를 통해 안테나(248)에 전력을 인가하여 RF 에너지와 같은 에너지를 프로세스 가스에 유도성으로 커플링함으로써, 프로세스 가스로부터 형성된 플라즈마를 에칭 프로세스 챔버(201)의 프로세스 볼륨(202) 내에서 유지시킨다. RF 전력 소스(242)는, 대략 50W 내지 대략 6000W의 전력 레벨들에서 대략 400 kHz 내지 대략 200 MHz의 주파수들로 RF 에너지를 공급할 수 있다. 안테나 RF 전력 소스(242)의 동작은, 에칭 프로세스 챔버(201) 내의 다른 컴포넌트들의 동작을 또한 제어하는 제어기(265)와 같은 제어기에 의해 제어될 수 있다.
[0043] 제어기(265)는, 프로세스 시퀀스를 제어하여 가스 패널(260)로부터 에칭 프로세스 챔버(201) 내로의 가스 유동들 및 다른 프로세스 파라미터들, 이를테면, 금속 베이스플레이트(229), 에지 링 어셈블리(270), 및 안테나들(248)에 제공되는 주파수들 및 전력을 조절하는 데 활용될 수 있다. 제어기(265)는 일반적으로, 에칭 프로세스 시스템(200)의 제어 및 자동화를 용이하게 하도록 설계되며, 유선 또는 무선 연결들을 통해 에칭 프로세스 시스템(200)과 연관된 다양한 센서들, 액추에이터들, 및 다른 장비와 통신할 수 있다. 시스템 제어기(265)는 전형적으로, CPU(central processing unit)(도시되지 않음), 메모리(도시되지 않음), 및 지원 회로들(또는 I/O)(도시되지 않음)을 포함한다.
[0044] CPU는, 다양한 시스템 기능들, 기판 이동, 챔버 프로세스들, 및 제어 지원 하드웨어(예컨대, 센서들, 내부 및 외부 로봇들, 모터들, 가스 유동 제어부 등)를 제어하기 위해 그리고 시스템에서 수행되는 프로세스들(예컨대, RF 전력 측정들, 챔버 프로세스 시간, I/O 신호들 등)을 모니터링하기 위해 산업 환경(industrial settings)에서 사용되는 임의의 형태의 컴퓨터 프로세서들 중 하나일 수 있다. 메모리는 CPU에 연결되며, 용이하게 이용가능한 메모리, 이를테면, RAM(random access memory), ROM(read only memory), 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 로컬 또는 원격의, 임의의 다른 형태의 디지털 저장소 중 하나 이상일 수 있다. 소프트웨어 명령들 및 데이터는 CPU에 명령하기 위해 코딩되고 메모리 내에 저장될 수 있다.
[0045] 지원 회로들은 또한, 종래의 방식으로 프로세서를 지원하기 위해 CPU에 연결된다. 지원 회로들은 캐시, 전력 공급부들, 클록 회로들, 입력/출력 회로, 서브시스템들 등을 포함할 수 있다. 제어기(265)에 의해 판독가능한 프로그램(또는 컴퓨터 명령들)은, 어떤 태스크들이 에칭 프로세스 챔버(201) 내의 반도체 디바이스 상에서 수행가능한지를 결정한다. 바람직하게, 프로그램은, 에칭 프로세스 챔버(201) 내에서 수행되는 다양한 프로세스 레시피 태스크들(예컨대, 플라즈마 생성, 가스 전달, 검사 동작들, 프로세싱 환경 제어들) 및 다양한 챔버 프로세스 레시피 동작들과 함께 기판의 이동, 지지 및/또는 포지셔닝의 모니터링, 실행 및 제어와 관련된 태스크들을 수행하기 위한 코드를 포함하는, 제어기(195)에 의해 판독가능한 소프트웨어이다. 소프트웨어 루틴들은, 제어기(265)의 CPU에 의해 실행될 때, CPU를, 프로세스들이 수행되도록 에칭 프로세스 챔버(201)를 제어하는 특수 목적 컴퓨터(제어기)로 변환시킨다. 소프트웨어 루틴들은 또한, 제2 제어기(도시되지 않음)에 의해 저장 및/또는 실행될 수 있다.
[0046] 도 2b는 일 실시예에 따른, ESC(220)(도 2a) 상에 배치되고 그리고 에지 링 어셈블리(270)에 의해 둘러싸이는 디바이스 기판(102)의 평면도이다. 에지 링 어셈블리(270)는, 프로세싱 동안 디바이스 기판(102)의 에지(들)를 둘러싸는 에지 링(271)을 포함한다. 에지 링(271), 및 에지 링 어셈블리(270)의 다른 컴포넌트들에 대한 추가적인 세부사항들은 도 2c를 참조하여 아래에서 설명된다.
[0047] 도 2c는 본원에서 제공되는 개시내용의 일 실시예를 예시하며, 위에서 논의된 아이디어들 (B1) 및 (B2)가 어떻게 구현될 수 있는지의 예를 제공한다. 도 2c는, 도 2b의 단면선 2C-2C를 따라 취해진, 디바이스 기판(102), ESC(220), 및 에지 링 어셈블리(270)의 부분 단면도이다. 에지 링 어셈블리(270)는, 에지 링(271), 및 에지 링(271)과 유전체 바디(222) 사이에 배치된 복수의 절연 스탠드오프(insulating standoff)들(274)을 포함한다. ESC(220)의 유전체 바디(222)는, 주변으로 연장되어 유전체 바디(222)의 외측 주변부를 형성하는 외측 렛지(outer ledge)(223)를 포함한다. 외측 렛지(223)는, 프로세싱 동안 디바이스 기판(102)이 배치되는, 유전체 바디(222)의 최상부 표면(227)에 비해 높이가 오목할 수 있다. 절연 스탠드오프들(274)은 외측 렛지(223) 상에 배치될 수 있다. 에지 링(271)은, 아이디어들 (B1) 및 (B2)와 관련하여 위에서 개시된 방법들에 따라, 플라즈마 프로세싱 동안 ESC(220)의 부분들로부터 에지 링(271)을 전기적으로 디커플링시키기 위해 절연 스탠드오프들(274) 상에 배치될 수 있다. 단지 하나의 절연 스탠드오프(274)가 도시되지만, 유전체 바디(222)의 외측 렛지(223) 구역과 에지 링(271) 사이에 복수의 진공 갭들을 도입하기 위해, 복수의 절연 스탠드오프들(274)이 외측 렛지(223) 주위에 방위각으로 분포될 수 있다. 이러한 진공 갭들은 절연 스탠드오프들(274) 사이에 형성된 진공 갭들에서 발견되는 작은 진공 유전 상수(1과 동일)로 인해 에지 링(271)과 ESC(220) 사이에 형성된 커플링 커패시턴스를 상당히 감소시킨다. 게다가, 이러한 진공 갭들은 복수의 절연 스탠드오프들보다 더 큰 볼륨을 포함할 수 있다. 예컨대, 스탠드오프들(274)은 원주 또는 다른 둘레 주위에 균일하게 분포될 수 있고, 스탠드오프들(274)은 그 원주 또는 다른 둘레의 5% 이하 상에만 배치될 수 있다. 절연 스탠드오프들(274)의 감소된 풋프린트는 추가로, ESC(220)의 부분들과 에지 링(271) 사이에 형성된 커플링 커패시턴스를 감소시키는 것을 도울 수 있다.
[0048] 유전체 바디(222)는, 프로세싱 동안 디바이스 기판(102)이 배치되는 최상부 표면(227)을 포함한다. 디바이스 기판(102)은, 디바이스 기판(102)의 에지(103)가 유전체 바디(222)의 최상부 표면(227)과 접촉하지 않도록, ESC(220)의 유전체 바디(222)의 최상부 표면(227)을 지나 연장된다. 에지 링(271)은 ESC(220)의 유전체 바디(222)의 최상부 표면(227)을 지나 연장되는 디바이스 기판(102)의 부분 아래로 연장되는 내측 렛지(273)를 포함한다. 절연 스탠드오프들(274)의 두께는, 에지 링(271)의 내측 렛지(273)의 최상부 표면과 디바이스 기판(102)의 에지(103)의 최하부 표면 사이에 여전히 충분한 수직 갭(230)(예컨대, 0.5 mm)이 있도록, 선택된다. 이러한 충분한 갭은 에지 링(271)과 디바이스 기판(102) 사이의 용량성 커플링을 최소화하고, 따라서 디바이스 기판(102)의 중심 구역 위의 시스에 대한, 에지-링(271)에 인가되는 RF-전력의 영향을 감소시킨다.
[0049] 에지 링 어셈블리(270)는 전력 분배기(276) 및 본딩 층(275)을 더 포함할 수 있다. 본딩 층(275)은 전력 분배기(276)를 에지 링(271)의 최하부 표면(278)에 부착하는 데 사용된다. 전력 분배기(276)는 전도체(277), 이를테면, 전기 절연 와이어에 연결된다. 전도체(277)는 전력 분배기(276)를 RF 전력 소스(285)(도 2a 참조)에 연결한다. 전도체(277)는 전력 분배기(276)에 물리적으로 커플링될 수 있다(예컨대, 금속 세트-스크루를 이용하여 제 위치에 고정됨). 전력 분배기(276)는 환형 형상을 가질 수 있다. 전력 분배기는, 1x10-7 옴-미터(Ω-m) 미만의 저항률을 갖는 재료, 예컨대 양극산화처리된 알루미늄과 같은, 낮은 벌크 저항률(low bulk resistivity)을 갖는 재료로 형성될 수 있다.
[0050] 중간-저항률 에지 링(271)의 경우, 에지 링(271)의 방위각 방향의 저항은 상당히 높을 수 있고(예컨대, 수천 옴(k-Ohms)), 이는 시스 저항성-용량성 임피던스보다 더 높거나 또는 그에 필적할 수 있다. 따라서, 중간-저항률 에지 링(271)의 경우, 전력 분배기(276)를 사용하지 않고서 RF 전력 소스(285)로부터 직접적으로 에지 링(271)으로 외부 RF 전력을 연결하는 것은 에지 링(271) 위의 시스 전압 및 두께에서 상당한 방위각적 불균일성들을 초래할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력 분배기(276)의 사용은 고도로-도핑된 실리콘 카바이드와 같은 낮은 저항률(예컨대, 0.5 옴-cm 미만)을 갖는 재료로 에지 링(271)을 제조함으로써 회피될 수 있음을 주목한다.
[0051] 도 2c에 도시된 바와 같이, 전력 분배기(276)는 본딩 층(275)을 통해 에지 링(271)에 용량성으로 커플링된다. 일 실시예에서, 본딩 층(275)은 양면에 배치된 접착제(예컨대, 실리콘 접착제)를 갖는 Kapton® 테이프와 같은 폴리이미드 막일 수 있다. 본딩 층(275)은, 전력 분배기(276)를 에지 링(271)의 최하부 표면(278)으로부터 현수시키는 데 사용될 수 있다. 본딩 층(275)은 시스 용량성-저항성 임피던스에 비해 상당히 작은 용량성 임피던스(예컨대, 300 옴)를 도입하며, 이는 예컨대 1-2 mm 두께의 시스의 경우 468 - 90j Ω이고 그리고 5 - 7 mm 두께의 시스의 경우 3424 - 3045j Ω일 수 있다. 이러한 상당히 작은 용량성 임피던스는 외부 생성기로부터 인가되는 전체 RF-전압에 비해 작은 RF-전압 강하 내지 중간 정도의 RF-전압 강하(예컨대, 20-25% 미만)를 초래한다. 에지 링(271)의 축(즉, Z-방향)을 따르는 에지 링(271)의 저항성 임피던스는 시스 용량성-저항성 임피던스보다 훨씬 더 작다. 전력 분배기(276)를 에지 링(271)에 본딩하는 것의 장점들 중 하나는, 이러한 2개의 컴포넌트들 사이에 형성될 수 있는 임의의 잠재적 진공 갭들을 폐쇄한다는 것이다. 25 미크론만큼 작은 진공 갭이 (전력 분배기(276)와 에지 링(271) 사이의 계면의 전체 둘레에 대해) ~ 300 옴의 유효 용량성 임피던스를 도입하므로, 불규칙한 진공 갭들은 인가된 RF-전압의 시스 분율(sheath fraction)의 상당한 방위각적 불균일성들을 초래할 수 있음을 주목한다. 본딩 층(275)은 계면의 둘레에 걸쳐 용량성 임피던스를 균일하게 도입하므로, 본딩 층(275)이 인가된 전압 강하의 상당한 분율을 발생시키더라도, 총 인가된 RF 전압을 단순히 증가시킴으로써 원하는 시스 전압 강하가 여전히 획득될 수 있음을 또한 주목한다.
[0052] 본원에서 설명될 수 있는 설계의 일부 구성들에서, 모든 컴포넌트들 사이의 모든 진공 갭들은 잠재적인 아킹(이른바 "플라즈마 라이트-업(plasma light-up)")을 회피하기에 충분히 작게 유지된다.
[0053] ESC(220)의 금속 베이스플레이트(229) 및 에지 링(271)에 각각 연결된 별개의 RF 전력 소스들(225, 285)을 갖는 것은, 에지 링(271)을 통해 시스에 커플링된 RF 전력이, ESC(220)를 통해 시스에 커플링된 RF 전력에 대해 독립적으로 조정되는 것을 가능하게 한다. 따라서, 에지 링(271)에 공급되는 RF 전력은, 에지 링(271) 위의 시스의 두께가 ESC(220)의 벌크 위의 시스의 두께와 실질적으로 매칭되도록 조정될 수 있다. 게다가, 에지 링(271) 위의 시스의 두께가 ESC(220)의 벌크 위의 시스의 두께와 실질적으로 매칭되기 때문에, 플라즈마-시스 경계는 플라즈마-시스 경계들(295)로 표시된 바와 같이 실질적으로 평평할 수 있다. 도 1a-도 1d를 참조하여 위에서 논의된 바와 같이, 기판을 향한 이온 궤적들은 플라즈마-시스 경계에 대해 실질적으로 수직이다. 따라서, 별개의 RF 전력 소스(285)를 에지 링(271)에 커플링하고 RF 전력 소스(285)에 의해 공급되는 RF 전력의 특징들(예컨대, 주파수, 전력 레벨)을 조정함으로써, 전체 기판(102)에 걸쳐 균일한 두께를 갖는 시스가 생성될 수 있다. 게다가, 도 1a 및 도 1c를 참조하여 논의된 바와 같이, 비스듬한 이온 궤적들을 가졌을 에지 구역들은 회피될 수 있고, 결과적으로, 이러한 유형들의 형성된 피처들이 바람직하지 않은 경우들에서, 도 1b 및 도 1d의 비스듬한 고종횡비 구조들(91 및 92)과 같은 비스듬한 피처들의 생성이 또한 회피될 수 있다. 다른 경우들에서, 별개의 RF 전력 소스(285)를 에지 링(271)에 커플링하고 RF 전력 소스(285)에 의해 공급되는 RF 전력의 특징들(예컨대, 주파수, 전력 레벨)을 조정함으로써, 비스듬한 구조들의 생성이 촉진될 수 있다. 에지 링(271)의 최상부 표면이 ESC 상의 디바이스 기판(102)의 최상부 표면과 정렬되지 않는 일부 실시예들에서, 디바이스 기판(102) 및 에지 링(271) 위에 균일한 두께를 갖는 시스와 대조적으로 평평한 플라즈마-시스 경계를 획득하기 위해, 에지 링(271)에 인가되는 RF 전력이 조정될 수 있어서, 이러한 유형들의 형성된 피처들이 바람직하지 않은 경우들에서, 디바이스 기판(102)을 향한 비스듬한 이온 궤적들이 회피될 수 있다.
[0054] 게다가, RF 전력 소스(285)에 의해 에지 링(271)에 공급되는 RF 전력은, 에지 링(271) 위의 시스의 두께가 ESC(220)의 벌크 위의 시스의 두께와 실질적으로 매칭되도록, Z-방향에서의 에지 링(271)의 두께에 기반하여 그리고/또는 최상부 표면(279)의 높이에 기반하여 조정될 수 있다. 에지 링(271)의 두께에 기반하는 그리고/또는 에지 링(271)의 최상부 표면(279)의 높이에 기반하는 이러한 조정들은, 시간의 경과에 따른 에지 링(271)의 마모를 보상하여 에지 링(271)의 유효 수명 전체에 걸쳐 일관된 결과들을 획득하는 것을 보조하는 것을 돕는다.
[0055] 일부 실시예들에서, RF 전력 소스들(225, 285)은 대략 100 Hz 내지 대략 10 kHz의 펄스 주파수들로 에너자이징 및 디-에너자이징될 수 있다. 이러한 펄스 주파수들은 대략 5% 내지 대략 80%의 듀티 사이클을 가질 수 있다. 게다가, RF 전력 소스(285)로부터의 펄스는, 도 2d의 펄스들(225E, 285E) ― 펄스들(225E, 285E) 둘 모두는 시간(T1)에서 에너자이징된 상태를 도시함 ― 에 의해 그리고 시간(T2)에서 디-에너자이징된 상태를 도시하는 펄스들(225D, 285D)에 의해 표시된 바와 같이, RF 전력 소스(225)로부터의 펄스와 동기화될 수 있다. 일 실시예에서, RF 전력 소스들(225, 285)은 마스터-슬레이브 관계에서 동작하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 에지 링(271)에 커플링된 RF 전력 소스(285)(슬레이브)는, RF 전력 소스(225)(마스터)가 에너자이징할 때, 에너자이징하도록 구성될 수 있다. 이러한 마스터-슬레이브 구성에서, RF 전력 소스(285)는 제어기(265)(도 2a 및 도 2c 참조)를 통해, 또는 예컨대 전용 고속 제어기를 통해 RF 전력 소스(225)의 에너자이징된 상태의 상황을 수신할 수 있다. 동기화된 동작에서 ESC(220)에 커플링된 그리고 에지 링(271)에 커플링된 RF 전력을 에너자이징 및 디-에너자이징하는 것은, 시스 경계 곡률 및 그에 따른 디바이스 기판(102)의 에지에서의 이온 궤적들에 대한 효율적인 제어를 가능하게 한다.
[0056] 다른 실시예에서, RF 전력 소스(225) 및 RF 전력 소스(285)는 동일한 RF 주파수로 동위상으로 동작할 수 있다. 그러한 실시예에서, RF 전력 소스(285)에 의해 공급되는 RF 신호의 위상은 RF 전력 소스(225)에 의해 공급되는 RF 신호의 위상과 위상-동기화될(phase-locked) 수 있다. 위상-동기화된 실시예에서, RF 전력 소스(285)에 의해 제공되는 RF 전력의 전력 레벨은, RF 전력 소스(225)에 의해 제공되는 RF 전력의 전력 레벨에 대해 여전히 독립적으로 조정될 수 있다.
[0057] 일부 실시예들에서, ESC(220)의 금속 베이스플레이트(229) 및 에지 링(271)에 공급되는 RF 신호들이 동일한 RF 주파수로 동작하는 것이 바람직할 수 있다. 다른 실시예에서, 단일 RF 전력 소스를 사용하여 ESC(220)의 금속 베이스플레이트(229) 및 에지 링(271)에 RF 전력을 공급하는 것이 바람직할 수 있다. 단일 RF 전력 소스를 사용하는 것은, ESC(220)의 금속 베이스플레이트(229) 및 에지 링(271)에 인가되는 RF 신호의 위상 및 주파수가 동일하다는 것을 보장할 수 있다. 그러한 실시예들에서 단일 RF 전력 소스가 사용될 수 있지만, ESC(220)의 금속 베이스플레이트(229)에 공급되는 RF 신호의 RF 전력은, 단일 RF 소스로부터 제공되는 RF 전력의 비례적인 전달에 의해 에지 링(271)에 제공되는 RF 전력에 대해 여전히 독립적으로 조정될 수 있다.
[0058] 플라즈마-시스 경계의 시스 두께 및 평탄도를 제어하는 것이, ESC(220)의 금속 베이스플레이트(229)에 인가되는 RF 전력의 특징들을 유지하면서 에지 링(271)에 인가되는 RF 전력을 조정한다는 관점에서 대체로 설명되지만, 에지 링(271)에 인가되는 RF 전력의 특징들을 유지하면서 ESC(220)의 금속 베이스플레이트(229)에 인가되는 RF 전력을 조정하는 것이 또한 가능하다. 에지 링(271)에 인가되는 RF 전력이, ESC(220)의 금속 베이스플레이트(229)에 인가되는 RF 전력과 독립적이게 하는 것은, 플라즈마-시스 경계의 시스 두께 및 평탄도의 제어를 가능하게 한다.
[0059] 본원에서 제공되는 방법(들)의 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버(201)의 프로세싱 볼륨(202) 내에 형성된 플라즈마는, 안테나(248)에 RF 전력을 인가하고 그리고 또한 동시에, 별개의 RF 전력 소스(예컨대, RF 전력 소스(285))로부터 에지 링(271)에 RF 전력을 인가함으로써 생성될 수 있다. 이 경우, 에지 링(271)에 공급된 RF 신호에 의해 공급되는 추가적인 RF 전력에 의해 생성된 플라즈마의 개시에서 안테나(248)를 보조하는 것이 가능할 수 있다. 안테나(248)에 인가된 RF 전력과 함께, 에지 링(271)에 RF 전력을 전달함으로써 플라즈마의 생성을 보조하는 것은, 일부 유형들의 프로세싱 챔버들(예컨대, 유도성으로 커플링된 플라즈마 프로세싱 챔버들)의 프로세싱 볼륨 내에서의 플라즈마 형성의 신뢰성을 개선하는 것, 및/또는 또한 가능하게는 프로세스 챔버 내에서 플라즈마를 개시하는 데 걸리는 시간의 변동성을 감소시키는 것을 도울 수 있다.
[0060] 전술한 바가 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 실시예들이, 본 개시내용의 기본적인 범위를 벗어나지 않으면서 고안될 수 있고, 본 개시내용의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 전극을 포함하는 정전 척 어셈블리 ― 상기 전극은 제1 RF 전력 소스에 전기적으로 연결됨 ―;
    상기 정전 척 어셈블리 둘레에 배치된 에지 링; 및
    상기 에지 링의 표면에 부착된 분배기를 포함하며,
    상기 분배기는 제2 RF 전력 소스에 직접적으로 연결되는,
    기판 지지 어셈블리.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 정전 척 어셈블리와 상기 에지 링 사이에 배치된 복수의 절연 스탠드오프(insulating standoff)들을 더 포함하며,
    상기 절연 스탠드오프들은 서로 이격되어 상기 정전 척 어셈블리와 상기 에지 링 사이에 복수의 갭들을 형성하는,
    기판 지지 어셈블리.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 복수의 갭들은 상기 복수의 절연 스탠드오프들보다 더 큰 볼륨을 포함하는,
    기판 지지 어셈블리.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 분배기는, 상기 제2 RF 전력 소스로부터의 RF 전력을 상기 에지 링을 통해 용량성으로 커플링시키도록 구성된 본딩 층에 의해 상기 에지 링의 표면에 부착되고, 그리고
    상기 본딩 층은 양면 접착 테이프인,
    기판 지지 어셈블리.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 분배기는 1x10-7 옴-m 미만의 저항률을 갖고, 그리고
    상기 분배기는 환형 형상을 갖는,
    기판 지지 어셈블리.
  6. RF 전력 소스 어셈블리 ― 상기 RF 전력 소스 어셈블리는,
    제1 RF 전력 소스; 및
    제2 RF 전력 소스를 포함함 ―; 및
    기판 지지 어셈블리를 포함하며,
    상기 기판 지지 어셈블리는,
    전극을 포함하는 정전 척 어셈블리 ― 상기 전극은 상기 제1 RF 전력 소스에 전기적으로 연결됨 ―; 및
    상기 정전 척 어셈블리 둘레에 배치된 에지 링을 포함하며,
    상기 에지 링은 상기 제2 RF 전력 소스에 전기적으로 연결되는,
    플라즈마 프로세싱 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 에지 링은 0.5 옴-cm 미만의 저항률을 갖는,
    플라즈마 프로세싱 시스템.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 정전 척 어셈블리와 상기 에지 링 사이에 배치된 복수의 절연 스탠드오프들을 더 포함하고,
    상기 절연 스탠드오프들은 서로 이격되어 상기 정전 척 어셈블리와 상기 에지 링 사이에 복수의 갭들을 형성하고, 그리고
    상기 복수의 갭들은 상기 복수의 절연 스탠드오프들보다 더 큰 볼륨을 포함하는,
    플라즈마 프로세싱 시스템.
  9. 제6 항에 있어서,
    제3 RF 전력 소스;
    상기 기판 지지 어셈블리 위에 배치된 하나 이상의 코일들 ― 상기 하나 이상의 코일들은 상기 제3 RF 전력 소스에 전기적으로 커플링됨 ―; 및
    상기 제1 RF 전력 소스, 상기 제2 RF 전력 소스 및 상기 제3 RF 전력 소스에 커플링된 제어기를 더 포함하며,
    상기 제어기는, 상기 제1 RF 전력 소스를 에너자이징(energizing)하지 않으면서 상기 제2 RF 전력 소스를 에너자이징함으로써, 상기 기판 지지 어셈블리 위에 플라즈마를 개시하도록 구성되는,
    플라즈마 프로세싱 시스템.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 RF 전력 소스 및 상기 제2 RF 전력 소스에 커플링된 제어기를 더 포함하며,
    상기 제어기는,
    상기 제1 RF 전력 소스 및 상기 제2 RF 전력 소스를 제1 펄스 주파수로 동작시키고; 그리고
    상기 전극 및 상기 에지 링에 공급되는 RF 에너지의 펄스들을 상기 제1 펄스 주파수로 동기화시키도록 구성되는,
    플라즈마 프로세싱 시스템.
  11. 제6 항에 있어서,
    상기 RF 전력 소스 어셈블리는 전력 분할기 어셈블리에 커플링된 단일 RF 전력 소스를 더 포함하며,
    상기 제1 RF 전력 소스 및 상기 제2 RF 전력 소스는, 상기 전력 분할기 어셈블리 내에 배치된 각각의 별개의 RF 전력 전달 컴포넌트들인,
    플라즈마 프로세싱 시스템.
  12. 하나 이상의 가스들을 플라즈마 챔버의 프로세스 볼륨에 공급하는 단계 ―
    RF 전력이 제1 전극에 제공될 때 전자기 에너지를 상기 프로세스 볼륨에 제공하도록 상기 제1 전극이 포지셔닝되고;
    상기 프로세스 볼륨 내에 배치된 정전 척 어셈블리 상에 제1 기판이 배치되고,
    상기 정전 척 어셈블리는 전극을 포함하고, 그리고
    상기 정전 척 어셈블리 둘레에 에지 링이 배치됨 ―;
    상기 제1 전극에 전기적으로 연결된 제1 RF 전력 소스를 에너자이징함으로써, 상기 플라즈마 챔버의 프로세스 볼륨 내에서 상기 하나 이상의 가스들의 플라즈마를 생성하는 단계; 및
    상기 플라즈마를 생성한 후에, 상기 에지 링에 전기적으로 연결된 제2 RF 전력 소스를 에너자이징하고 그리고 상기 정전 척 어셈블리의 전극에 전기적으로 연결된 제3 RF 전력 소스를 에너자이징함으로써, 상기 제1 기판의 부분을 에칭하는 단계를 포함하는,
    기판을 프로세싱하는 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 전극은 상기 프로세스 볼륨 외측에 배치된 하나 이상의 코일들을 포함하는,
    기판을 프로세싱하는 방법.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 플라즈마는 초기에, 상기 제1 RF 전력 소스 및 상기 제2 RF 전력 소스를 동시에 에너자이징함으로써 생성되는,
    기판을 프로세싱하는 방법.
  15. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 기판의 부분을 에칭한 후에 상기 플라즈마 챔버의 프로세스 볼륨으로부터 상기 제1 기판을 제거하는 단계;
    상기 제1 기판의 제거 후에 상기 플라즈마 챔버의 프로세스 볼륨 내의 정전 척 어셈블리 상에 제2 기판을 포지셔닝하는 단계;
    상기 하나 이상의 가스들을 플라즈마 챔버의 프로세스 볼륨에 공급하는 단계; 및
    상기 제1 전극에 전기적으로 연결된 상기 제1 RF 전력 소스를 에너자이징함으로써, 상기 제2 기판 위에 상기 하나 이상의 가스들의 플라즈마를 생성하는 단계; 및
    상기 제2 기판의 적어도 부분을 에칭하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제2 기판의 적어도 부분을 에칭하는 단계는,
    상기 에지 링에 전기적으로 연결된 상기 제2 RF 전력 소스를 에너자이징하는 단계; 및
    상기 플라즈마를 생성한 후에, 상기 정전 척 어셈블리의 전극에 전기적으로 연결된 상기 제3 RF 전력 소스를 에너자이징하는 단계를 포함하며,
    상기 제2 기판의 에칭 동안 상기 제2 RF 전력 소스로부터 공급되는 RF 신호의 RF 특징들 중 하나 이상은, 상기 에지 링의 특징의 변화에 기반하여 상기 제1 기판의 에칭 동안 상기 제2 RF 전력 소스로부터 공급된 RF 신호의 RF 특징들에 대해 조정되고, 상기 에지 링의 특징은 상기 에지 링의 두께의 변화를 포함하는,
    기판을 프로세싱하는 방법.
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