KR20230041816A - 펄스 전압 및 라디오 주파수 전력을 사용한 플라즈마 프로세싱 - Google Patents

펄스 전압 및 라디오 주파수 전력을 사용한 플라즈마 프로세싱 Download PDF

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레오니드 도르프
라진더 딘자
제임스 로저스
다니엘 상 변
예브게니 카메네츠키
유에 구오
카르틱 라마스와미
발렌틴 엔. 토도로우
올리비에 루에르
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Abstract

본원에서 제공되는 본 개시내용의 실시예들은 프로세싱 챔버 내의 기판의 플라즈마 프로세싱을 위한 장치 및 방법을 포함한다. 더 구체적으로, 본 개시내용의 실시예들은, 라디오 주파수(RF: radio frequency) 생성기로부터의 RF 생성 RF 파형을 프로세싱 챔버 내의 하나 이상의 전극들에 제공하도록 구성되는 바이어싱 방식, 및 하나 이상의 펄스 전압(PV: pulsed-voltage) 생성기들로부터 프로세싱 챔버 내의 하나 이상의 전극들로 전달되는 펄스 전압(PV: pulsed-voltage) 파형을 설명한다. 본원에서 개시되는 플라즈마 프로세스(들)는 이온 에너지 분포 함수(IEDF: ion energy distribution function)의 형상 및 플라즈마 프로세싱 동안의 기판의 표면과 플라즈마의 상호작용을 제어하는 데 사용될 수 있다.

Description

펄스 전압 및 라디오 주파수 전력을 사용한 플라즈마 프로세싱
[0001] 본원에서 설명되는 실시예들은 일반적으로, 반도체 디바이스 제조 하드웨어 및 프로세스들에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 반도체 제조에서 사용되는 플라즈마 프로세싱 챔버에서 형성되는 플라즈마로의 전력의 전달을 제어하는 장치 및 방법들에 관한 것이다.
[0002] 고 종횡비 피처(high aspect ratio feature)들을 신뢰성 있게 생성하는 것은 반도체 디바이스들의 차세대 VLSI(very large scale integration) 및 ULSI(ultra large scale integration)에 대한 핵심 기술 난제들 중 하나이다. 고 종횡비 피처들을 형성하는 하나의 방법은 기판의 재료 층, 이를테면 유전체 층에 고 종횡비 개구들을 형성하기 위해 플라즈마 보조 에칭 프로세스, 이를테면 반응성 이온 에칭(RIE: reactive ion etch) 플라즈마 프로세스를 사용한다. 통상적인 RIE 플라즈마 프로세스에서는, RIE 프로세싱 챔버에서 플라즈마가 형성되고, 플라즈마로부터의 이온들이 기판의 표면을 향해 가속되어, 기판의 표면 상에 형성된 마스크 층 아래에 배치된 재료 층에 개구들이 형성된다.
[0003] 통상적인 반응성 이온 에칭(RIE) 플라즈마 프로세싱 챔버는 라디오 주파수(RF: radio frequency) 바이어스 생성기를 포함하며, 이는 "전력 전극"(예를 들어, 바이어싱 전극), 이를테면 "캐소드"로 더 일반적으로 지칭되는 "정전 척"(ESC: electrostatic chuck) 어셈블리에 인접하게 포지셔닝된 금속 플레이트에 RF 전압을 공급한다. 전력 전극은 ESC 어셈블리의 일부인 유전체 재료(예를 들어, 세라믹 재료)의 두꺼운 층을 통해 프로세싱 시스템의 플라즈마에 용량 결합(capacitively couple)될 수 있다. 용량 결합 가스 방전에서, 반사 전력을 최소화하고 전력 전달 효율을 최대화하기 위해 겉보기 부하(apparent load)를 50 Ω으로 튜닝하는 RF 매칭 네트워크("RF 매치")를 통해 RF 전극에 결합되는 라디오 주파수(RF) 생성기를 사용함으로써 플라즈마가 생성된다. 전력 전극으로의 RF 전압의 인가는, 프로세싱 동안 ESC 어셈블리의 기판 지지 표면 상에 포지셔닝된 기판의 프로세싱 표면 위에 전자-반발 플라즈마 시스(electron-repelling plasma sheath)("캐소드 시스"로 또한 지칭됨)가 형성되게 한다. 플라즈마 시스의 비-선형 다이오드-유사 성질은 인가된 RF 필드의 정류를 초래하며, 따라서 기판과 플라즈마 사이에 직류(DC) 전압 강하 또는 "자기-바이어스(self-bias)"가 나타나서 기판 전위를 플라즈마 전위에 대해 네거티브로 만든다. 이러한 전압 강하는 기판을 향해 가속되는 플라즈마 이온들의 평균 에너지를 결정하고, 따라서 에칭 이방성을 결정한다. 더 구체적으로, 이온 방향성, 피처 프로파일, 및 마스크 및 정지-층에 대한 에칭 선택성은 이온 에너지 분포 함수(IEDF: Ion Energy Distribution Function)에 의해 제어된다. RF 바이어스를 갖는 플라즈마들에서, IEDF는 통상적으로, 2개의 비-이산 피크들(하나는 저 에너지의 피크이고, 하나는 고 에너지의 피크임), 및 2개의 피크들 사이에서 연장되는 에너지들의 범위를 갖는 이온 집단(ion population)을 갖는다. IEDF의 2개의 피크들 사이의 이온 집단의 존재는, 기판과 플라즈마 사이의 전압 강하가 RF 바이어스 주파수에서 진동(oscillate)한다는 사실을 반영한다. 더 높은 자기-바이어스 전압들을 달성하기 위해 더 낮은 주파수 RF 바이어스 생성기가 사용될 때, 이러한 2개의 피크들 사이의 에너지의 차이는 상당할 수 있고; 저 에너지 피크에서의 이온들로 인한 에칭 프로파일이 더 등방성이기 때문에, 이는 잠재적으로, 에칭된 피처 벽들의 휨(bowing)으로 이어질 수 있다. 고-에너지 이온들과 비교하여, 저-에너지 이온들은 (예를 들어, 대전 효과로 인해) 에칭된 피처의 최하부의 코너들에 도달하는 데 덜 효과적이지만, 마스크 재료의 스퍼터링을 덜 야기한다. 이는 하드-마스크 개구 또는 유전체 몰드 에칭과 같은 고 종횡비 에칭 애플리케이션들에서 중요하다. 피처 사이즈들이 계속해서 감소하고 종횡비가 증가하면서, 피처 프로파일 제어 요건들이 더 엄격해지기 때문에, 프로세싱 동안 기판 표면에 잘 제어된 IEDF를 갖는 것이 더 바람직하게 된다.
[0004] 다른 종래의 플라즈마 프로세스들 및 프로세싱 챔버 설계들은 또한, 다수의 상이한 RF 주파수들을 플라즈마 프로세싱 챔버 내의 전극들 중 하나 이상에 전달하는 것이 다양한 플라즈마 특성들, 이를테면 플라즈마 밀도, 이온 에너지 및/또는 플라즈마 케미스트리를 제어하는 데 사용될 수 있다는 것을 밝혔다. 그러나 상이한 RF 주파수들을 제공하도록 각각 구성된 2개 이상의 RF 소스들로부터의 다수의 종래의 정현파 파형들의 전달은 시스 특성들을 적절하게 또는 바람직하게 제어할 수 없으며, 바람직하지 않은 아킹 문제들로 이어질 수 있다는 것이 밝혀졌다. 더욱이, 프로세싱 동안의 RF 소스들 사이의 직접 또는 용량 결합으로 인해, 각각의 RF 소스는 연결된 다른 RF 소스(들)의 출력에 제공되는 RF 전류(예를 들어, "크로스-토크"로 종종 지칭됨)를 유도하여서, 전력이 의도된 부하(플라즈마)로부터 우회되게 할 뿐만 아니라 어쩌면 RF 소스들 각각에 대한 손상을 야기할 수 있다.
[0005] 따라서, 거의 일정한 시스 전압을 유지하는 것을 가능하게 하고 이에 따라 기판의 표면에 바람직하고 반복 가능한 IEDF를 생성하여, IEDF의 형상 및 일부 경우들에서 기판의 표면에 형성된 피처들의 에칭 프로파일에 대한 정밀 제어를 가능하게 하는, 신규하고 강건하며 신뢰성 있는 플라즈마 프로세싱 및 바이어싱 방법들에 대한 필요가 당업계에 있다.
[0006] 본 개시내용은 일반적으로, 기판 지지 어셈블리, 펄스 전압 파형 생성기, 제1 필터 어셈블리, 라디오 주파수(RF) 생성기 및 제2 필터 어셈블리를 포함하는 플라즈마 프로세싱 챔버를 포함한다. 기판 지지 어셈블리는 기판 지지 표면, 지지 베이스, 및 지지 베이스와 기판 지지 표면 사이에 배치된 바이어싱 전극을 포함하며, 제1 유전체 층이 지지 베이스와 바이어싱 전극 사이에 배치되고, 제2 유전체 층이 바이어싱 전극과 기판 표면 사이에 배치된다. 펄스 전압 파형 생성기는 바이어싱 전극에 전기적으로 결합되고, 펄스 전압 파형을 포함하는 펄스 전압 신호를 생성하도록 구성된다. 제1 필터 어셈블리는 펄스 전압 파형 생성기와 바이어싱 전극 사이에 전기적으로 결합된다. 라디오 주파수(RF) 생성기는 지지 베이스 또는 바이어싱 전극에 전기적으로 결합되고, RF 파형을 포함하는 RF 신호를 생성하도록 구성된다. 제2 필터 어셈블리는 라디오 주파수 생성기와 지지 베이스 또는 바이어싱 전극 사이에 전기적으로 결합된다. 일부 구성들에서, 제2 필터 어셈블리는 라디오 주파수 생성기와 라디오 주파수 매치 사이에 전기적으로 결합되며, 라디오 주파수 매치는 라디오 주파수 생성기와 지지 베이스 또는 바이어싱 전극 사이에 전기적으로 결합된다. 일부 다른 구성들에서, 라디오 주파수 매치가 제2 필터 어셈블리와 지지 베이스 또는 바이어싱 전극 사이에 배치된다.
[0007] 본 개시내용의 실시예들은, 플라즈마 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법을 추가로 제공할 수 있으며, 방법은, 라디오 주파수 생성기의 사용에 의해, 기판 지지 어셈블리 내에 배치된 지지 베이스에 라디오 주파수 신호를 전달하는 단계 ― 라디오 주파수 생성기는 펄스 전압 필터 어셈블리를 통해 지지 베이스에 전기적으로 결합됨 ―, 및 제1 펄스 전압 파형 생성기의 사용에 의해, 기판 지지 어셈블리 내에 배치된 바이어싱 전극에서의 제1 펄스 전압 파형을 설정하는 단계 ― 제1 펄스 전압 파형 생성기는 제1 라디오 주파수 필터 어셈블리를 통해 바이어싱 전극에 전기적으로 결합됨 ― 를 포함한다. 바이어싱 전극은 지지 베이스와 기판 지지 어셈블리의 기판 지지 표면 사이에 배치된다. 지지 베이스와 바이어싱 전극 사이에 제1 유전체 층이 배치되고, 그리고 바이어싱 전극과 기판 지지 표면 사이에 제2 유전체 층이 배치된다.
[0008] 본 개시내용의 실시예들은, 플라즈마 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법을 추가로 제공할 수 있으며, 방법은, 라디오 주파수 생성기의 사용에 의해, 기판 지지 어셈블리 내에 배치된 지지 베이스에 라디오 주파수 신호를 전달하는 단계 ― 라디오 주파수 생성기는 펄스 전압 필터 어셈블리를 통해 지지 베이스에 전기적으로 결합됨 ―, 제1 펄스 전압 파형 생성기의 사용에 의해, 기판 지지 어셈블리 내에 배치된 바이어싱 전극에서의 제1 펄스 전압 파형을 설정하는 단계 ― 제1 펄스 전압 파형 생성기는 제1 라디오 주파수 필터 어셈블리를 통해 바이어싱 전극에 전기적으로 결합됨 ― , 및 제2 펄스 전압 파형 생성기의 사용에 의해, 기판 지지 어셈블리 내에 배치된 에지 제어 전극에서의 제2 펄스 전압 파형을 설정하는 단계 ― 제2 펄스 전압 파형 생성기는 제2 라디오 주파수 필터 어셈블리를 통해 에지 제어 전극에 전기적으로 결합됨 ― 를 포함한다. 바이어싱 전극은 지지 베이스와 기판 지지 어셈블리의 기판 지지 표면 사이에 배치된다. 지지 베이스와 바이어싱 전극 사이에 제1 유전체 층이 배치되고, 바이어싱 전극과 기판 지지 표면 사이에 제2 유전체 층이 배치되고, 그리고 에지 제어 전극은 바이어싱 전극의 적어도 일부를 둘러싼다.
[0009] 본 개시내용의 실시예들은, 기판 지지 어셈블리, 펄스 전압 파형 생성기, 라디오 주파수 필터 어셈블리, 라디오 주파수 생성기, 및 펄스 전압 필터 어셈블리를 포함하는 플라즈마 프로세싱 챔버를 추가로 제공할 수 있다. 기판 지지 어셈블리는 기판 지지 표면, 지지 베이스, 및 지지 베이스와 기판 지지 표면 사이에 배치된 제1 바이어싱 전극을 포함하며, 제1 유전체 층이 지지 베이스와 제1 바이어싱 전극 사이에 배치되고, 제2 유전체 층이 제1 바이어싱 전극과 기판 지지 표면 사이에 배치된다. 펄스 전압 파형 생성기는 제1 전기 전도체를 통해 제1 바이어싱 전극에 전기적으로 결합되고, 제1 바이어싱 전극에서의 펄스 전압 파형을 설정하도록 구성된다. 라디오 주파수 필터 어셈블리는 펄스 전압 파형 생성기와 제1 전기 전도체 사이에 전기적으로 결합된다. 라디오 주파수 생성기는 제2 전기 전도체를 통해 지지 베이스 또는 제1 바이어싱 전극에 전기적으로 결합되고, 지지 베이스 또는 제1 바이어싱 전극에서의 라디오 주파수 전압 파형을 설정하도록 구성된다. 펄스 전압 필터 어셈블리는 라디오 주파수 생성기와 제2 전기 전도체 사이에 전기적으로 결합된다.
[0010] 본 개시내용의 실시예들은, 기판 지지 어셈블리, 제1 펄스 전압 파형 생성기, 제1 라디오 주파수 필터 어셈블리, 제2 펄스 전압 파형 생성기, 제2 라디오 주파수 필터 어셈블리, 라디오 주파수 생성기 및 펄스 전압 필터 어셈블리를 포함하는 플라즈마 프로세싱 챔버를 추가로 제공할 수 있다. 기판 지지 어셈블리는 기판 지지 표면, 지지 베이스, 및 지지 베이스와 기판 지지 표면 사이에 배치된 제1 바이어싱 전극 ― 제1 유전체 층이 지지 베이스와 제1 바이어싱 전극 사이에 배치되고, 제2 유전체 층이 제1 바이어싱 전극과 기판 지지 표면 사이에 배치됨 ―, 및 에지 제어 전극을 포함한다. 제1 펄스 전압 파형 생성기는 제1 전기 전도체를 통해 제1 바이어싱 전극에 전기적으로 결합되고, 제1 바이어싱 전극에서의 펄스 전압 신호 파형을 설정하도록 구성된다. 제1 라디오 주파수 필터 어셈블리는 제1 펄스 전압 파형 생성기와 제1 전기 전도체 사이에 전기적으로 결합된다. 제2 펄스 전압 파형 생성기는 제2 전기 전도체를 통해 에지 제어 전극에 전기적으로 결합되고, 에지 제어 전극에서의 펄스 전압 파형을 설정하도록 구성된다. 제2 라디오 주파수 필터 어셈블리는 제2 펄스 전압 파형 생성기와 제2 전기 전도체 사이에 전기적으로 결합된다. 라디오 주파수 생성기는 제3 전기 전도체를 통해 지지 베이스 또는 제1 바이어싱 전극에 전기적으로 결합되고, 지지 베이스 또는 제1 바이어싱 전극에서의 RF 파형을 설정하도록 구성된다. 펄스 전압 필터 어셈블리는 라디오 주파수 생성기와 제3 전기 전도체 사이에 전기적으로 결합된다.
[0011] 본 개시내용의 실시예들은, 펄스 전압 생성 유닛 인클로저 및 정션 박스 인클로저(junction box enclosure)를 포함하는 펄스 전압 서브시스템 어셈블리를 제공할 수 있다. 펄스 전압 생성 유닛 인클로저는 제1 생성기 출력 결합 어셈블리에 전기적으로 결합된 제1 펄스 전압 파형 생성기를 포함할 수 있다. 정션 박스 인클로저는 제1 바이어스 보상 모듈 구획 및 라디오 주파수 필터 구획을 포함할 수 있다. 제1 바이어스 보상 모듈 구획은 제1 바이어스 보상 모듈 구획 출력 결합 어셈블리와 제1 생성기 출력 결합 어셈블리 사이에 전기적으로 결합된 제1 차단 커패시터, 및 포지티브 단자 및 네거티브 단자를 갖는 제1 DC 전력 공급부를 포함하고, 포지티브 단자 또는 네거티브 단자는 제1 바이어스 보상 모듈 구획 출력 결합 어셈블리에 전기적으로 결합된다. 라디오 주파수 필터 구획은 제1 라디오 주파수 필터 출력 결합 어셈블리와 제1 바이어스 보상 모듈 구획 출력 결합 어셈블리 사이에 전기적으로 결합된 제1 라디오 주파수 필터 어셈블리를 포함한다. 펄스 전압 서브시스템 어셈블리는 플라즈마 프로세싱 챔버에 결합되도록 구성된다. 제1 라디오 주파수 필터 출력 결합 어셈블리는 플라즈마 프로세싱 챔버에 배치된 제1 전극에 전기적으로 결합되도록 구성된다.
[0012] 본 개시내용의 실시예들은, 펄스 전압 생성 유닛 인클로저 및 정션 박스 인클로저를 포함하는 펄스 전압 서브시스템 어셈블리를 추가로 제공할 수 있다. 펄스 전압 생성 유닛 인클로저는 제1 생성기 출력 결합 어셈블리에 전기적으로 결합된 제1 펄스 전압 파형 생성기, 및 제2 생성기 출력 결합 어셈블리에 전기적으로 결합된 제2 펄스 전압 파형 생성기를 포함한다. 정션 박스 인클로저는 제1 바이어스 보상 모듈 구획, 제2 바이어스 보상 모듈 구획 및 라디오 주파수 필터 구획을 포함한다. 제1 바이어스 보상 모듈 구획은 제1 바이어스 보상 모듈 구획 출력 결합 어셈블리와 제1 생성기 출력 결합 어셈블리 사이에 전기적으로 결합된 제1 차단 커패시터, 및 포지티브 단자 및 네거티브 단자를 갖는 제1 DC 전력 공급부를 포함하고, 포지티브 단자 또는 네거티브 단자는 제1 바이어스 보상 모듈 구획 출력 결합 어셈블리에 전기적으로 결합된다. 제2 바이어스 보상 모듈 구획은 제2 바이어스 보상 모듈 구획 출력 결합 어셈블리와 제2 생성기 출력 결합 어셈블리 사이에 전기적으로 결합된 제2 차단 커패시터, 및 포지티브 단자 및 네거티브 단자를 갖는 제2 DC 전력 공급부를 포함하고, 포지티브 단자 또는 네거티브 단자는 제2 바이어스 보상 모듈 구획 출력 결합 어셈블리에 전기적으로 결합된다. 라디오 주파수 필터 구획은 제1 라디오 주파수 필터 출력 결합 어셈블리와 제1 바이어스 보상 모듈 구획 출력 결합 어셈블리 사이에 전기적으로 결합된 제1 라디오 주파수 필터 어셈블리, 및 제2 라디오 주파수 필터 출력 결합 어셈블리와 제2 바이어스 보상 모듈 구획 출력 결합 어셈블리 사이에 전기적으로 결합된 제2 라디오 주파수 필터 어셈블리를 포함한다. 펄스 전압 서브시스템 어셈블리는 플라즈마 프로세싱 챔버에 결합되도록 구성된다. 제1 라디오 주파수 필터 출력 결합 어셈블리는 플라즈마 프로세싱 챔버에 배치된 제1 전극에 전기적으로 결합되도록 구성되고, 플라즈마 프로세싱 챔버에 배치된 제2 전극에 전기적으로 결합되도록 구성된다.
[0013] 본 개시내용의 위에서 언급된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 위에서 간략히 요약된 본 개시내용의 더욱 상세한 설명이 실시예들을 참조함으로써 이루어질 수 있으며, 이러한 실시예들 중 일부는 첨부된 도면들에 예시된다. 그러나 첨부된 도면들이 단지 예시적인 실시예들만을 예시하므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하며, 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있다는 것이 주목되어야 한다.
[0014] 도 1a는 일 실시예에 따른, 본원에서 설명되는 방법들을 실시하도록 구성된 프로세싱 챔버의 개략적인 단면도이다.
[0015] 도 1b는 일 실시예에 따른, 본원에서 설명되는 방법들을 실시하도록 구성된 프로세싱 챔버의 개략적인 단면도이다.
[0016] 도 1c는 일 실시예에 따른, 프로세싱 챔버에 결합된 패키징 어셈블리의 개략적인 단면도이다.
[0017] 도 1d는 일 실시예에 따른, 프로세싱 챔버에 결합된 패키징 어셈블리의 대안적인 버전의 개략적인 단면도이다.
[0018] 도 2는 일 실시예에 따른, 도 1a 또는 도 1b에 예시된 프로세스 챔버에 사용될 수 있는 바이어싱 방식의 단순화된 개략도이다.
[0019] 도 3a는 일 실시예에 따른, 도 1a 또는 도 1b에 예시된 프로세스 챔버에서 수행될 수 있는 네거티브 펄스 바이어싱 방식의 기능적으로 등가 회로도이다.
[0020] 도 3b는 일 실시예에 따른, 도 1a 또는 도 1b에 예시된 프로세스 챔버에서 수행될 수 있는 포지티브 펄스 바이어싱 방식의 기능적으로 등가 회로도이다.
[0021] 도 3c는 일 실시예에 따른, 도 1a 또는 도 1b에 예시된 프로세스 챔버에서 사용될 수 있는 쿨롱 정전 척(ESC: coulombic electrostatic chuck)의 기능적으로 등가 회로도이다.
[0022] 도 3d는 일 실시예에 따른, 도 1a 또는 도 1b에 예시된 프로세스 챔버에서 사용될 수 있는 존센-라벡 ESC의 기능적으로 등가 회로도이다.
[0023] 도 4a는 일 실시예에 따른, 바이어싱 전극 및 기판에 설정된 네거티브 펄스 전압(PV: pulsed voltage) 파형들의 예를 예시한다.
[0024] 도 4b는 하나 이상의 실시예들에 따른 일련의 펄스 전압(PV) 파형 버스트들의 예를 예시한다.
[0025] 도 4c는 하나 이상의 실시예들에 따른 일련의 펄스 전압(PV) 파형 버스트들의 예를 예시한다.
[0026] 도 4d는 하나 이상의 실시예들에 따른, 일련의 펄스 전압(PV) 파형 버스트들에 의해 형성된 이온 에너지 분포 함수(IEDF)의 예를 예시한다.
[0027] 도 5a는 일 실시예에 따른, 바이어싱 전극에 설정된 네거티브 펄스 전압(PV) 파형의 예를 예시한다.
[0028] 도 5b는 일 실시예에 따른, 바이어싱 전극에 설정된 성형 펄스 전압(PV) 파형의 예를 예시한다.
[0029] 도 5c는 일 실시예에 따른, 바이어싱 전극에 설정된 포지티브 펄스 전압(PV) 파형의 예를 예시한다.
[0030] 도 5d는 일 실시예에 따른, 프로세싱 동안 기판에 설정된 네거티브 펄스 전압(PV) 파형과 포지티브 펄스 전압(PV) 파형의 비교를 예시한다.
[0031] 도 6a는 일 실시예에 따른 라디오 주파수(RF) 파형의 예를 예시한다.
[0032] 도 6b는 일 실시예에 따른 펄스 라디오 주파수(RF) 파형의 예를 예시한다.
[0033] 도 6c는 하나 이상의 실시예들에 따른, 하나 이상의 전극들에 제공될 수 있는 라디오 주파수(RF) 파형 및 펄스 전압(PV) 파형들의 예를 예시한다.
[0034] 도 6d 내지 도 6h는 각각, 하나 이상의 실시예들에 따른, 하나 이상의 전극들에 제공될 수 있는 라디오 주파수(RF) 파형 및 펄스 전압(PV) 파형의 예들을 예시한다.
[0035] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 특징들이 추가적인 언급 없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있는 것으로 고려된다.
[0036] 본원에서 제공되는 본 개시내용의 실시예들은 프로세싱 챔버 내의 기판의 플라즈마 프로세싱을 위한 장치 및 방법을 포함한다. 더 구체적으로, 본 개시내용의 실시예들은, 라디오 주파수(RF: radio frequency) 생성기로부터의 RF 생성 RF 파형을 프로세싱 챔버 내의 하나 이상의 전극들에 제공하도록 구성되는 바이어싱 방식, 및 하나 이상의 펄스 전압(PV: pulsed-voltage) 생성기들로부터 프로세싱 챔버 내의 하나 이상의 전극들로 전달되는 펄스 전압(PV: pulsed-voltage) 파형을 설명한다. 일반적으로, 생성된 RF 파형은 프로세싱 챔버 내에 플라즈마를 설정 및 유지하도록 구성되고, 전달된 PV 파형(들)은, 기판의 표면에 걸쳐 거의 일정한 시스 전압을 설정하고 따라서 프로세싱 챔버 내에서 수행되는 하나 이상의 플라즈마 프로세싱 단계들 동안 기판의 표면에 바람직한 이온 에너지 분포 함수(IEDF: distribution function)를 생성하도록 구성된다. 본원에서 개시되는 플라즈마 프로세스(들)는, IEDF의 형상 및 이에 따른 프로세싱 동안 기판의 표면과 플라즈마의 상호작용을 제어하는 데 사용될 수 있다. 일부 구성들에서, 본원에서 개시되는 플라즈마 프로세스(들)는 프로세싱 동안 기판의 표면에 형성되는 피처들의 프로파일을 제어하는 데 사용된다. 일부 실시예들에서, 펄스 전압 파형은, 플라즈마 프로세싱 챔버 내에 배치된 기판 지지 어셈블리 내에 배치된 바이어싱 전극에 전기적으로 결합된 PV 생성기에 의해 설정된다.
[0037] 일부 반도체 플라즈마 프로세스들 동안, 기판 지지 어셈블리(136)의 최상부에 배치된 기판 위에 형성되는 전자 반발 시스(electron-repelling sheath)에서의 전압 강하에 의해, 이온들이 기판을 향해 의도적으로 가속된다(도 1a 내지 도 1c). 본원에서 제공되는 본 개시내용의 범위에 대해 제한하는 것으로 의도되지는 않지만, 기판 지지 어셈블리(136)는 종종, 본원에서 "캐소드 어셈블리" 또는 "캐소드"로 지칭된다. 일부 실시예들에서, 기판 지지 어셈블리(136)는 기판 지지부(105) 및 지지 베이스(107)를 포함한다. 기판 지지부(105)는 기판 수용 표면(105A) 상에 기판을 척킹(예를 들어, 유지)하도록 구성된 정전 척(ESC) 어셈블리를 포함할 수 있다.
[0038] 본원에서 제공되는 본 개시내용의 일부 실시예들에서, 프로세싱 챔버는 용량 결합 가스 방전을 제공하도록 구성되며, 따라서 RF 매칭 네트워크("RF 매치")를 통해 RF 전극에 결합된 RF 생성기를 포함하는 RF 생성기 어셈블리의 사용에 의해 플라즈마가 생성된다. RF 매칭 네트워크는, 반사 전력을 최소화하고 전력 전달 효율을 최대화하기 위해 겉보기 부하를 50 Ω으로 튜닝하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, RF 전극은 기판의 플라즈마 대면 표면에 평행하게 포지셔닝된 금속 플레이트를 포함한다.
[0039] 부가적으로, 본원에서 개시되는 플라즈마 프로세싱 방법들 동안, 기판 지지 어셈블리(136) 내에 배치된 하나 이상의 바이어싱 전극들(104)(도 1a 및 도 1b)에서의 펄스 전압 파형을 설정하도록 구성되는 펄스 전압(PV) 생성기의 사용에 의해 플라즈마 프로세싱 동안 이온 가속 캐소드 시스가 일반적으로 형성된다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 바이어싱 전극들(104)은, 기판 지지 어셈블리(136)(예를 들어, 정전 척(ESC) 어셈블리) 내에 형성된 유전체 재료의 얇은 층에 의해 기판으로부터 분리되는 척킹 전극, 및 선택적으로는 기판(103)이 기판 지지 어셈블리(136)의 기판 지지 표면(105A) 상에 배치될 때 기판(103)을 둘러싸는 에지 링(114) 내에 또는 그 아래에 배치되는 에지 제어 전극을 포함한다. 아래에서 추가로 논의될 바와 같이, 이 펄스 전압 파형(PVWF: pulsed-voltage waveform)은 PV 파형의 펄스 기간의 상당한 부분 동안 거의 일정한 시스 전압(예를 들어, 플라즈마 전위와 기판 전위 사이의 차이)이 형성되게 하도록 구성될 수 있으며, 이는 본원에서 "이온-전류 위상(ion-current phase)"으로 또한 지칭되는 펄스 기간의 이 부분 동안 기판에 도달하는 이온들의 단일(좁은) 피크 포함 이온 에너지 분포 함수(IEDF)에 대응한다.
[0040] 그러나 위에서 언급된 바와 같이, 프로세싱 동안 RF 생성기 어셈블리와 PV 생성기 어셈블리 사이의 직접적 또는 용량 결합으로 인해, RF 생성기 및 PV 생성기(들)로부터의 생성된 출력들 사이의 상호작용은 전력이 의도된 (플라즈마) 부하로부터 멀어지게 우회되게 할 뿐만 아니라, 어쩌면, 본원에서 개시되는 필터링 방식 및/또는 프로세싱 방법의 사용 없이 RF 소스 및 PV 소스(들) 각각에 대한 손상을 야기할 것이다. 따라서, 본원에서 개시되는 장치 및 방법들은, 적어도, 하나 이상의 파형 종속적 필터 어셈블리들을 통해 각각의 생성기를 자신의 개개의 전극에 결합하고 따라서 하나 이상의 파형 종속적 필터 어셈블리들이 자신들의 개개의 RF 및 PV 생성기들로부터 플라즈마로 제공되는 전력 전달을 크게 방해하지 않게 함으로써, 플라즈마 프로세싱 챔버의 하나 이상의 전극들(예를 들어, 캐소드(들))에 RF 및 PV 전력을 조합하는 방법을 제공하도록 구성된다.
플라즈마 프로세싱 챔버 예
[0041] 도 1a는 복합 부하(complex load)(130)(도 3a 및 도 3b)가 플라즈마 프로세싱 동안 형성되는 프로세싱 챔버(100)의 개략적인 단면도이다. 도 3a 및 도 3b 각각은, 프로세싱 챔버(100)에서 발견되는 컴포넌트들을 사용하여 수행될 수 있는 펄스 전압 및 RF 바이어싱 방식의 단순화된 전기 회로(140)의 예들이다. 프로세싱 챔버(100)는 하나 이상의 실시예들에 따라 본원에서 제안된 바이어싱 방식들 중 하나 이상을 실시하도록 구성된다. 일 실시예에서, 프로세싱 챔버는 플라즈마 프로세싱 챔버, 이를테면 반응성 이온 에칭(RIE) 플라즈마 챔버이다. 일부 다른 실시예들에서, 프로세싱 챔버는 플라즈마 강화 증착 챔버, 예를 들어, 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD: plasma-enhanced chemical vapor deposition) 챔버, 플라즈마 강화 물리 기상 증착(PEPVD: plasma enhanced physical vapor deposition) 챔버, 또는 플라즈마 강화 원자 층 증착(PEALD: plasma-enhanced atomic layer deposition) 챔버이다. 일부 다른 실시예들에서, 프로세싱 챔버는 플라즈마 처리 챔버, 또는 플라즈마 기반 이온 주입 챔버, 예를 들어 플라즈마 도핑(PLAD: plasma doping) 챔버이다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 소스는, 기판 지지 어셈블리(136)에 대면하는, 프로세싱 볼륨에 배치된 전극(예를 들어, 챔버 덮개(chamber lid)(123))을 포함하는 용량 결합 플라즈마(CCP: capacitively coupled plasma) 소스이다. 도 1a에 예시된 바와 같이, 기판 지지 어셈블리(136)에 대향하게 포지셔닝된 대향 전극, 이를테면 챔버 덮개(123)는 접지에 전기적으로 결합된다. 그러나 다른 대안적인 실시예들에서, 도 1b에 예시된 바와 같이, 대향 전극은 RF 생성기에 전기적으로 결합된다. 또 다른 실시예들에서, 프로세싱 챔버는 대안적으로 또는 부가적으로, 라디오 주파수(RF) 전력 공급부에 전기적으로 결합된 유도성 결합 플라즈마(ICP: inductively coupled plasma) 소스를 포함할 수 있다.
[0042] 프로세싱 챔버(100)는 또한, 챔버 덮개(123), 하나 이상의 측벽들(122) 및 챔버 베이스(124)를 포함하는 챔버 바디(113)를 포함하며, 이들은 프로세싱 볼륨(129)을 정의한다. 하나 이상의 측벽들(122) 및 챔버 베이스(124)는 일반적으로, 프로세싱 챔버(100)의 엘리먼트들에 대한 구조적 지지부를 형성하도록 크기결정되고 형상화되며 그리고 프로세싱 동안 프로세싱 챔버(100)의 프로세싱 볼륨(129)에서 유지되는 진공 환경 내에서 플라즈마(101)가 생성되는 동안 프로세싱 챔버(100)의 엘리먼트들에 인가되는 부가적인 에너지 및 압력을 견디도록 구성되는 재료들을 포함한다. 일 예에서, 하나 이상의 측벽들(122) 및 챔버 베이스(124)는 금속, 이를테면 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 스테인리스 강으로 형성된다. 챔버 덮개(123)를 통해 배치된 가스 유입구(128)는, 함께 유체 연통하는 프로세싱 가스 소스(119)로부터 프로세싱 볼륨(129)으로 하나 이상의 프로세싱 가스들을 제공하기 위해 사용된다. 기판(103)은 하나 이상의 측벽들(122) 중 하나에 있는 개구(도시되지 않음)를 통해 프로세싱 볼륨(129) 내로 로딩되고 프로세싱 볼륨(129)으로부터 제거되며, 이 개구는 기판(103)의 플라즈마 프로세싱 동안 슬릿 밸브(도시되지 않음)로 밀봉된다. 본원에서 기판(103)은 리프트 핀 시스템(도시되지 않음)을 사용하여 ESC 기판 지지부(105)의 기판 수용 표면(105A)으로 그리고 기판 수용 표면(105A)으로부터 이송된다.
[0043] 일부 실시예들에서, RF 생성기 어셈블리(160)는 ESC 기판 지지부(105)에 근접하게 그리고 기판 지지 어셈블리(136) 내에 배치된 지지 베이스(107)에 RF 전력을 전달하도록 구성된다. 지지 베이스(107)에 전달되는 RF 전력은 프로세싱 볼륨(129) 내에 배치된 프로세싱 가스들의 사용에 의해 형성된 프로세싱 플라즈마(101)를 점화 및 유지하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 지지 베이스(107)는, 둘 다 RF 생성기 어셈블리(160) 내에 배치되는 RF 매칭 회로(161) 및 제1 필터 어셈블리(162)를 통해, RF 생성기(118)에 전기적으로 결합되는 RF 전극이다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 생성기 어셈블리(160) 및 RF 생성기(118)는, 프로세싱 볼륨(129)에 배치된 프로세싱 가스들 및 RF 생성기(118)에 의해 지지 베이스(107)에 제공되는 RF 전력에 의해 생성된 필드들을 사용하여, 프로세싱 플라즈마(101)를 점화 및 유지하는 데 사용된다. 프로세싱 볼륨(129)은 진공 배출구(120)를 통해 하나 이상의 전용 진공 펌프들에 유체적으로 결합되며, 하나 이상의 전용 진공 펌프들은 프로세싱 볼륨(129)을 대기압-미만(sub-atmospheric pressure) 조건들로 유지하고 프로세싱 볼륨(129)으로부터 프로세싱 및/또는 다른 가스들을 배기한다. 프로세싱 볼륨(129)에 배치된 기판 지지 어셈블리(136)는 지지 샤프트(138) 상에 배치되며, 지지 샤프트(138)는 접지되고 챔버 베이스(124)를 통해 연장된다. 그러나 일부 실시예들에서, RF 생성기 어셈블리(160)는 지지 베이스(107)에 비해 기판 지지부(105)에 배치된 바이어싱 전극(104)에 RF 전력을 전달하도록 구성된다.
[0044] 위에서 간략히 논의된 바와 같이, 기판 지지 어셈블리(136)는 일반적으로, 기판 지지부(105)(예를 들어, ESC 기판 지지부) 및 지지 베이스(107)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 기판 지지 어셈블리(136)는 부가적으로, 아래에서 추가로 논의되는 바와 같이, 절연체 플레이트(111) 및 접지 플레이트(112)를 포함할 수 있다. 기판 지지부(105)는 지지 베이스(107)에 열적으로 결합되고 지지 베이스(107) 상에 배치된다. 일부 실시예들에서, 지지 베이스(107)는 기판 프로세싱 동안 기판 지지부(105) 및 기판 지지부(105) 상에 배치된 기판(103)의 온도를 조절하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 지지 베이스(107)는 내부에 배치된 하나 이상의 냉각 채널들(도시되지 않음)을 포함하며, 하나 이상의 냉각 채널들은 냉각제 소스(도시되지 않음), 이를테면 비교적 높은 전기 저항을 갖는 냉매 소스 또는 워터 소스에 유체적으로 결합되고 냉각제 소스(도시되지 않음)와 유체 연통한다. 일부 실시예들에서, 기판 지지부(105)는 자신의 유전체 재료에 임베딩된 저항성 가열 엘리먼트와 같은 가열기(도시되지 않음)를 포함한다. 본원에서, 지지 베이스(107)는 내식성(corrosion resistant) 열 전도성 재료, 이를테면, 내식성 금속, 예를 들어, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 스테인레스 강으로 형성되고, 접착제를 이용하여 또는 기계적 수단에 의해 기판 지지부에 결합된다.
[0045] 지지 베이스(107)는 절연체 플레이트(111)에 의해 챔버 베이스(124)로부터 전기적으로 격리되고, 접지 플레이트(112)는 절연체 플레이트(111)와 챔버 베이스(124) 사이에 개재된다. 일부 실시예들에서, 프로세싱 챔버(100)는, 부식성 프로세싱 가스들 또는 플라즈마, 세정 가스들 또는 플라즈마, 또는 이들의 부산물들과의 접촉으로부터 ESC 기판 지지부(105) 및/또는 지지 베이스(107)의 부식을 방지하기 위해 기판 지지 어셈블리(136)의 부분들을 적어도 부분적으로 에워싸는 석영 파이프(110) 또는 칼라(collar)를 더 포함한다. 통상적으로, 석영 파이프(110), 절연체 플레이트(111) 및 접지 플레이트(112)는 라이너(108)에 의해 에워싸인다. 본원에서, ESC 기판 지지부(105)의 기판 수용 표면과 대략 동일 평면에 있는 플라즈마 스크린(109)은 하나 이상의 측벽들(122)과 라이너(108) 사이의 볼륨에 플라즈마가 형성되는 것을 방지한다.
[0046] 기판 지지부(105)는 통상적으로, 유전체 재료, 이를테면 벌크 소결된 세라믹 재료, 이를테면 내부식성 금속 산화물 또는 금속 질화물 재료, 예를 들어 알루미늄 산화물(Al2O3), 알루미늄 질화물(AlN), 티타늄 산화물(TiO), 티타늄 질화물(TiN), 이트륨 산화물(Y2O3), 이들의 혼합물들, 또는 이들의 조합들로 형성된다. 본원의 실시예들에서, 기판 지지부(105)는 자신의 유전체 재료에 임베딩된 바이어싱 전극(104)을 더 포함한다. 일 구성에서, 바이어싱 전극(104)은, 본원에서 ESC 기판 지지부로 또한 지칭되는 기판 지지부(105)의 기판 수용 표면(105A)에 기판(103)을 고정(척킹)하고, 본원에서 설명되는 펄스 전압 바이어싱 방식들 중 하나 이상을 사용하여 프로세싱 플라즈마(101)에 대해 기판(103)을 바이어싱하는 데 사용되는 척킹 폴이다. 통상적으로, 바이어싱 전극(104)은 하나 이상의 전기 전도성 부분들, 이를테면 하나 이상의 금속 메시들, 포일들, 플레이트들, 또는 이들의 조합들로 형성된다. 일부 실시예들에서, 바이어싱 전극(104)은 척킹 모듈(116)에 전기적으로 결합되며, 척킹 모듈(116)은 동축 송신 라인106(예를 들어, 동축 케이블)과 같은 전기 전도체를 사용하여 약 -5000 V 내지 약 5000 V의 정적 DC 전압과 같은 척킹 전압을 바이어싱 전극(104)에 제공한다. 아래에서 추가로 논의될 바와 같이, 척킹 모듈(116)은 바이어스 보상 회로 엘리먼트들(116A)(도 3a 및 도 3b), DC 전력 공급부(155) 및 차단 커패시터(153)를 포함한다. 본원에서 차단 커패시터(153)로 또한 지칭되는 척킹 모듈 차단 커패시터가 펄스 전압 파형 생성기(PVWG)(150)의 출력과 바이어싱 전극(104) 사이에 배치된다.
[0047] 바이어싱 전극(104)은, 기판 지지부(105)의 유전체 재료의 층에 의해, 기판 지지부(105)의 기판 수용 표면(105A)으로부터 그리고 따라서 기판(103)으로부터 이격된다. 프로세싱 동안 기판(103)을 유지하기 위해 기판 지지부(105) 내에서 활용되는 정전 척킹 방법의 타입, 이를테면, 쿨롱 ESC 또는 존센-라벡 ESC에 따라, 플라즈마(101)에 대한 바이어싱 전극(104)의 전기적 결합을 모델링하는 데 사용되는 유효 회로 엘리먼트들은 변할 것이다. 도 3c 및 도 3d는, 각각, 쿨롱 ESC 또는 존센-라벡 ESC가 플라즈마 프로세싱 동안 활용될 때 생성되는 유효 회로 엘리먼트들(191)을 예시한다. 일반적으로, 약 5nF 내지 약 50nF의 유효 커패시턴스(CE)를 통상적으로 가질 수 있는 유전체 재료의 층과 바이어싱 전극(104)에 의해 평행한 플레이트형 구조가 형성된다. 통상적으로, 유전체 재료(예를 들어, 알루미늄 질화물(AlN), 알루미늄 산화물(Al2O3) 등)의 층은 약 0.1mm 내지 약 1mm, 이를테면 약 0.1mm 내지 약 0.5mm, 예를 들어 약 0.3mm의 두께를 갖는다. 본원에서, 바이어싱 전극(104)은 지지 샤프트(138) 내에 배치된 외부 전도체, 이를테면 송신 라인(106)을 사용하여 펄스 전압 파형 생성기(PVWG)(150)의 출력에 전기적으로 결합된다. 일부 실시예들에서, 유전체 재료 및 층 두께는, 유전체 재료의 층의 척 커패시턴스(CESC)가 예를 들어 약 5nF 내지 약 50nF, 이를테면 약 7 내지 약 10nF가 되도록 선택될 수 있다.
[0048] 도 3d에 예시된 존센-라벡 ESC의 더 복잡한 모델에서, 회로 모델은 도시된 바와 같이 ESC 유전체 재료 척 커패시턴스(CESC), ESC 유전체 재료 저항(RCER), 갭 커패시턴스(Cabt), 기판 커패시턴스(Csub) 및 기판 저항(Rsub)의 조합을 포함한다. 갭 커패시턴스들(Cabt)은 일반적으로, 기판 지지부(105) 상에 포지셔닝되는 기판 위 및 아래의 가스 함유 공간들을 설명할 것이다. 갭 커패시턴스(Cabt)는 척 커패시턴스(CESC)와 동일한 범위의 커패시턴스를 갖는 것으로 예상된다.
[0049] 일부 애플리케이션들에서, 기판(103)은 통상적으로 반도체 재료 및/또는 유전체 재료의 얇은 층으로 제조되기 때문에, 기판(103)은 전기적으로 바이어싱 전극(104)과 기판 수용 표면(105A) 사이에 배치된 ESC 유전체 층의 일부인 것으로 간주될 수 있다. 따라서, 일부 애플리케이션들에서, 척 커패시턴스(CESC)는 ESC와 기판의 결합된 직렬 커패시턴스(즉, 기판 커패시턴스(Csub))에 의해 근사화된다. 그러나 쿨롱 척의 경우, 기판 커패시턴스(Csub)가 통상적으로 매우 크거나(> 10nF) 또는 기판이 전도성(무한 커패시턴스)일 수 있기 때문에, 직렬 커패시턴스는 주로 커패시턴스(CESC)에 의해 결정된다. 이 경우, 도 3c에 예시된 바와 같이, 유효 커패시턴스(CE)는 척 커패시턴스(CESC)와 사실상 동일하다. "존센-라벡 ESC"의 경우, ESC 유전체 층은, 예를 들어 유전체 재료가 약 9의 유전율(ε)을 갖는 도핑된 알루미늄 질화물(AlN)일 수 있기 때문에 ESC 유전체 층이 완벽한 절연체가 아니고 약간의 전도율을 갖는다는 점에서, "누설"된다. 그러나 존센-라벡 ESC의 유효 커패시턴스는 쿨롱 척과 유사해야 한다. 일 예에서, 존센-라벡 ESC 내의 유전체 층의 체적 저항률은 약 1012옴-cm(Ω-cm) 미만, 또는 약 1010Ω-cm 미만, 또는 심지어 108Ω-cm 내지 1012Ω-cm의 범위이다.
[0050] 기판 지지 어셈블리(136)는 에지 제어 전극(115)을 더 포함하며, 에지 제어 전극(115)은 에지 링(114) 아래에 포지셔닝되고, 그리고 바이어싱될 때, 기판(103)에 대한 바이어싱 전극(104)의 포지션으로 인해 바이어싱 전극(104)이 기판(103)의 에지에 있거나 또는 기판(103)의 에지 외부에 있는 생성된 플라즈마(101)의 일부분에 영향을 미치거나 또는 이를 변경할 수 있도록 바이어싱 전극(104)을 둘러싼다. 에지 제어 전극(115)은, 바이어싱 전극(104)을 바이어싱하는 데 사용되는 펄스 전압 파형 생성기(PVWG)(150)와 상이한 펄스 전압 파형 생성기(PVWG)(150)의 사용에 의해 바이어싱될 수 있다. 일 구성에서, 제1 PV 소스 어셈블리(196)의 제1 PV 파형 생성기(150)는 바이어싱 전극(104)을 바이어싱하도록 구성되고, 제2 PV 소스 어셈블리(197)의 제2 PV 파형 생성기(150)는 에지 제어 전극(115)을 바이어싱하도록 구성된다. 일 실시예에서, 도 1a에 도시된 바와 같이, 에지 제어 전극(115)은 기판 지지부(105)의 구역 내에 포지셔닝된다. 일반적으로, 원형 기판들을 프로세싱하도록 구성된 프로세싱 챔버들(100)의 경우, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 에지 제어 전극(115)은 형상이 환형이고, 전도성 재료로 제조되며, 바이어싱 전극(104)의 적어도 일부를 둘러싸도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 도 1a에 예시된 바와 같이, 에지 제어 전극(115)은 기판 지지부(105)의 표면(105A)으로부터 바이어싱 전극(104)과 유사한 거리(즉, Z-방향)에 배치된 전도성 메시, 포일 또는 플레이트를 포함한다. 일부 다른 실시예들에서, 에지 제어 전극(115)은, 도 1b에 도시된 바와 같이, 기판 지지부(105) 및/또는 바이어싱 전극(104)의 적어도 일부를 둘러싸는 유전체 파이프(110)(예를 들어, AlN 또는 Al2O3)의 구역 상에 또는 구역 내에 포지셔닝된 전도성 메시, 포일 또는 플레이트를 포함한다. 대안적으로, 일부 다른 실시예들에서, 에지 제어 전극(115)은 기판 지지부(105)에 인접하게 배치된 에지 링(114) 내에 포지셔닝되거나 또는 에지 링(114)에 결합된다. 이러한 구성에서, 에지 링(114)은 반도체 또는 유전체 재료(예를 들어, AlN, Al2O3 등)로 형성된다.
[0051] 도 1b를 참조하면, 일부 실시예들에서, 기판 지지부(105)는 복수의 전도성 비아들(114V)의 사용에 의해 바이어싱 전극(104)에 전기적으로 결합되는 이차 전극(104L)(예를 들어, 금속 메시, 포일 또는 플레이트)을 더 포함한다. 비아들(114V) 중 하나 이상은 바이어싱 전극(104)과 전기적으로 접촉하는 제1 단부 및 이차 전극(104L)과 전기적으로 접촉하는 제2 단부를 갖는다. 바이어싱 전극(104) 아래에 배치되는 이차 전극(104L)은 프로세싱 동안 기판(103)의 표면에 걸친 플라즈마 균일성 및/또는 플라즈마 시스의 제어를 개선하도록 정렬, 포지셔닝 및 크기결정된다. 일부 구성들에서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 에지 제어 전극(115)은, 조합하여 사용될 때 바이어싱 전극(104), 이차 전극(114L) 및 에지 제어 전극(115)이 기판(103)의 에지에 있거나 또는 기판(103)의 에지 외부에 있는 생성된 플라즈마(101)를 바람직하게 변경하도록, 2차 전극(104L)에 인접하게 포지셔닝된다.
[0052] 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 지지 베이스(107)는 유전체 재료의 일부분에 의해 바이어싱 전극(104)으로부터 이격된다. 일부 구성들에서 유전체 재료의 일부분은 기판 지지부(105)를 형성하는 데 사용되는 유전체 재료이며, 기판 지지부(105)의 후면으로부터 바이어싱 전극(104)으로 연장된다. 기판 지지부(105)의 유전체 재료의 일부분은, 도 3a 및 도 3b에 개략적으로 예시된 바와 같이, ESC 커패시턴스(CE)와 직렬인 지지 베이스 커패시턴스(CCL)를 갖는다. 일부 실시예들에서, 지지 베이스(107)와 바이어싱 전극(104) 사이에 배치된 유전체 재료의 일부분의 두께는 바이어싱 전극(104)과 기판(103) 사이에 배치된 유전체 재료의 두께보다 더 두껍고, 유전체 재료들은 기판 지지부(105)의 일부를 형성하고 그리고/또는 기판 지지부(105)와 동일한 재료이다. 일 예에서, 지지 베이스(107)와 바이어싱 전극(104) 사이에 배치된 기판 지지부(105)의 유전체 재료의 일부분(예를 들어, Al2O3 또는 AlN)은 1mm 초과의 두께, 이를테면, 약 1.5mm 내지 약 20mm 두께이다.
[0053] 일반적으로, 프로세싱 챔버(100)의 프로세싱 볼륨(129)에 형성된 낮은 압력은 내부에 배치된 하드웨어 컴포넌트들의 표면들 사이, 이를테면 기판 지지부(105)의 유전체 재료와 기판 지지부(105)의 기판 수용 표면 상에 배치된 기판(103) 사이의 불량한 열 전도를 초래하고, 이는 기판(103)을 가열 또는 냉각시키는 데 있어서 기판 지지부의 유효성을 감소시킨다. 따라서, 일부 프로세스들에서, 열 전도성 불활성 열 전달 가스, 통상적으로 헬륨이 기판(103)의 비-디바이스 측 표면과 기판 지지부(105)의 기판 수용 표면(105A) 사이에 배치된 볼륨(도시되지 않음) 내로 도입되어 이들 사이의 열 전달을 개선한다. 열 전달 가스 소스(도시되지 않음)에 의해 제공되는 열 전달 가스는, 지지 베이스(107)를 통해 배치되고 기판 지지부(105)를 통해 추가로 배치된 가스 연통 경로(도시되지 않음)를 통해 후면 볼륨으로 유동한다.
[0054] 프로세싱 챔버(100)는 본원에서 프로세싱 챔버 제어기로 또한 지칭되는 제어기(126)를 더 포함한다. 본원에서, 제어기(126)는 중앙 프로세싱 유닛(CPU: central processing unit)(133), 메모리(134) 및 지원 회로들(135)을 포함한다. 제어기(126)는 본원에서 설명되는 기판 바이어싱 방법들을 포함하여 기판(103)을 프로세싱하는 데 사용되는 프로세스 시퀀스를 제어하는 데 사용된다. CPU(133)는 프로세싱 챔버 및 이와 관련된 서브-프로세서들을 제어하기 위해 산업 현장에서 사용하도록 구성된 범용 컴퓨터 프로세서이다. 일반적으로 비-휘발성 메모리인, 본원에서 설명되는 메모리(134)는 랜덤 액세스 메모리, 판독 전용 메모리, 플로피 또는 하드 디스크 드라이브, 또는 로컬 또는 원격의 다른 적합한 형태들의 디지털 저장부를 포함할 수 있다. 지원 회로들(135)은 CPU(133)에 통상적으로 결합되고, 캐시, 클록 회로들, 입력/출력 서브시스템들, 전력 공급부들 등, 및 이들의 조합들을 포함한다. 소프트웨어 명령들(프로그램) 및 데이터는 CPU(133) 내의 프로세서에 명령하기 위해 메모리(134) 내에 코딩 및 저장될 수 있다. 제어기(126) 내의 CPU(133)에 의해 판독 가능한 소프트웨어 프로그램(또는 컴퓨터 명령들)은 어느 태스크들이 프로세싱 챔버(100) 내의 컴포넌트들에 의해 수행 가능한지를 결정한다. 바람직하게는, 제어기(126) 내의 CPU(133)에 의해 판독 가능한 프로그램은, 프로세서(CPU(133))에 의해 실행될 때, 본원에서 설명되는 전극 바이어싱 방식의 모니터링 및 실행에 관련된 태스크들을 수행하는 코드를 포함한다. 프로그램은, 본원에서 설명되는 전극 바이어싱 방식을 구현하는 데 사용되는 다양한 프로세스 태스크들 및 다양한 프로세스 시퀀스들을 수행하기 위해 프로세싱 챔버(100) 내의 다양한 하드웨어 및 전기 컴포넌트들을 제어하는 데 사용되는 명령들을 포함할 것이다.
[0055] 프로세싱 동안, 제1 PV 소스 어셈블리(196) 및 제2 PV 소스 어셈블리(197)의 PV 파형 생성기들(150) 내의 PV 생성기들(314)은 프로세싱 챔버(100)에 배치된 부하(예를 들어, 복합 부하(130))에 대한 펄스 전압 파형을 설정한다. 본원에서 제공되는 본 개시내용에 대해 제한하는 것으로 의도하는 것이 아니라 논의를 단순화하기 위해, 에지 제어 전극(115)을 바이어싱하는 데 사용되는, 제2 PV 소스 어셈블리(197) 내의 컴포넌트들은 도 3a 및 도 3b에 개략적으로 도시되지 않는다. PV 파형 생성기들(150) 각각으로부터의 PV 파형의 전달의 전체 제어는 제어기(126)로부터 제공되는 신호들의 사용에 의해 제어된다. 일 실시예에서, 도 3a에 예시된 바와 같이, PV 파형 생성기(150A)는, 자신의 내부 스위치(S1)를 미리 결정된 레이트로 반복적으로 폐쇄 및 개방함으로써, 미리 결정된 길이의 규칙적으로 반복되는 시간 인터벌들 동안 자신의 출력에 걸쳐(즉, 접지에 대해) 미리 결정된 실질적으로 일정한 포지티브 전압을 유지하도록 구성된다. 대안적으로, 일 실시예에서, 도 3b에 예시된 바와 같이, PV 파형 생성기(150B)는, 자신의 내부 스위치(S1)를 미리 결정된 레이트로 반복적으로 폐쇄 및 개방함으로써, 미리 결정된 길이의 규칙적으로 반복되는 시간 인터벌들 동안 자신의 출력에 걸쳐(즉, 접지에 대해) 미리 결정된 실질적으로 일정한 네거티브 전압을 유지한다. 도 3a 및 도 3b에서, PV 파형 생성기(150A, 150B)는 바이어싱 전극(104)에서의 원하는 펄스 전압 파형을 설정하는 데 있어서의 PV 파형 생성기(150A, 150B)의 역할을 이해하는 데 중요한 컴포넌트들의 최소 조합으로 축소된다. 도 3a 및 도 3b에 개략적으로 예시된 바와 같이, 각각의 PV 파형 생성기(150)는 출력(350)에 PV 파형을 제공하도록 구성된, 높은 반복 레이트 스위치들, 커패시터들(도시되지 않음), 인덕터들(도시되지 않음), 플라이백 다이오드들(도시되지 않음), 전력 트랜지스터들(도시되지 않음) 및/또는 저항기들(도시되지 않음)과 같은 하나 이상의 전기 컴포넌트들 및 PV 생성기(314)(예를 들어, DC 전력 공급부)를 포함할 것이다. 나노초 펄스 생성기로서 구성될 수 있는 실제 PV 파형 생성기(150)는 임의의 수의 내부 컴포넌트들을 포함할 수 있고, 도 3a 및 도 3b에 예시된 것보다 더 복잡한 전기 회로에 기초할 수 있다. 도 3a 및 도 3b의 개략도들은 각각, 단지, PV 파형 생성기(150)의 동작, 프로세싱 볼륨 내의 플라즈마와 PV 파형 생성기(150)의 상호작용, 및 바이어싱 전극(104)에서의 입력 펄스 전압 파형(401, 431, 441)(도 4a 내지 도 4c)과 같은 펄스 전압 파형을 설정하는 데 있어서의 PV 파형 생성기(150)의 역할의 기본 원리를 설명하기 위해 요구되는 만큼, PV 파형 생성기(150)의 컴포넌트들 및 이의 전기 회로부의 기능적으로 등가 표현을 제공한다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 개략도로부터 추론될 수 있는 바와 같이, 스위치(S1)가 개방(오프) 포지션으로부터 폐쇄(온) 포지션으로 이동할 때, 스위치(S1)는 PV 파형 생성기(150)의 출력을 자신의 PV 생성기(314)에 연결하며, 이는 실질적으로 일정한 출력 전압을 생성한다. PV 파형 생성기(150)는 주로, 정전압 소스가 아니라 전하 주입기(전류 소스)로서 사용될 수 있고; 따라서, 스위치가 폐쇄(온) 포지션으로 유지되는 경우에도 출력 전압이 시간상 변할 수 있다는 점에서, 출력 전압의 안정성에 대해 엄격한 요건들을 부과할 필요가 없다. 추가로, 일부 구성들에서, PV 생성기(314)는, 한 방향으로만 전류를 통과시킨다는(예를 들어, 출력이 커패시터를 충전할 수 있지만 방전하지 않을 수 있다는) 점에서, 기본적으로 소싱(sourcing) 공급부이지만 싱킹(sinking) 공급부는 아니다. 부가적으로, 스위치(S1)가 개방(오프) 포지션으로 유지될 때, PV 파형 생성기(150)의 출력에 걸친 전압(V0)은 PV 생성기(314)에 의해 제어되지 않고, 대신 다른 회로 엘리먼트들과 자신의 내부 컴포넌트들의 상호작용에 의해 결정된다.
[0056] 전류 리턴 출력 스테이지(314A)는 접지에 연결된 하나의 단부, 및 PV 파형 생성기(150)의 출력에서 연결 포인트(즉, 생성기 출력 결합 어셈블리(도시되지 않음)의 일 측)에 연결된 다른 단부를 갖는다. 전류 리턴 출력 스테이지(314A)는 다음의 엘리먼트들: 저항기, 직렬로 연결된 저항기 및 인덕터, 스위치(S2), 및/또는 병렬 커패시터들을 포함하는 전기 엘리먼트들의 더 복잡한 조합을 포함할 수 있으며, 이는 접지를 향한 포지티브 전류 흐름을 허용한다.
[0057] PV 송신 라인(157)(도 1a 및 도 1b)의 일부를 형성하는 송신 라인(131)은 PV 파형 생성기(150)의 출력(350)을 제2 필터 어셈블리(151)에 전기적으로 연결한다. 아래의 논의는 PV 파형 생성기(150)를 바이어싱 전극(104)에 결합하는 데 사용되는 제1 PV 소스 어셈블리(196)의 PV 송신 라인(157)을 주로 논의하지만, PV 파형 생성기(150)를 에지 제어 전극(115)에 결합하는 제2 PV 소스 어셈블리(197)의 PV 송신 라인(158)은 동일한 또는 유사한 컴포넌트들을 포함할 것이다. 따라서, 일반적으로, PV 파형 생성기(150)의 출력(350)은 말단이며, 여기서 PV 펄스 생성기(314)의 출력은 내부 전기 전도체를 통해 출력(350) 및 전류 리턴 출력 스테이지(314A)에 연결된다. 송신 라인(131)은, PV 파형 생성기(150)의 출력(350)에 포지셔닝된 생성기 출력 결합 어셈블리(181)(도 1c)를 제2 필터 어셈블리(151)에 연결한다. PV 송신 라인(157, 158)의 다양한 부분들 내의 전기 전도체(들)는 (a) 강성 동축 송신 라인과 직렬로 연결된 가요성 동축 케이블을 포함할 수 있는 동축 송신 라인(예를 들어, 동축 라인(106)), (b) 절연된 고전압 코로나-내성 훅업 와이어(insulated high-voltage corona-resistant hookup wire), (c) 베어 와이어(bare wire), (d) 금속 로드, (e) 전기 커넥터, 또는 (f) (a) - (e)의 전기 엘리먼트들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 바이어싱 전극(104) 및 지지 샤프트(138) 내의 PV 송신 라인(157)의 일부분과 같은 PV 송신 라인(157)의 외부 전도체 부분(예를 들어, 제1 전기 전도체)은 접지에 대한 일부 결합된 스트레이 커패시턴스(Cstray)(도 3a 및 도 3b)를 가질 것이다. 도면들에 도시되지 않았지만, 에지 제어 전극(115) 및 PV 송신 라인(158)의 외부 전도체 부분(예를 들어, 제2 전기 전도체)은 또한 접지에 대한 일부 결합된 스트레이 커패시턴스(Cstray)를 가질 것이다. PV 파형 생성기(150)의 내부 전기 전도체는 외부 전기 전도체와 동일한 기본 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 대부분의 실제 애플리케이션들에서, 송신 라인(131)은, PV 파형 생성기(150)의 내부 컴포넌트들에 의해 생성되는 부분(즉, 생성기 출력 결합 어셈블리(181)(도 3a 및 도 3b)의 좌측) 및/또는 PV 파형 생성기(150)를 제2 필터 어셈블리(151)에 연결하는 외부 라인/케이블들에 의해 생성되는 부분(즉, 생성기 출력 결합 어셈블리(181)의 우측)을 포함할 수 있는 라인 인덕턴스(159)를 포함할 것이다.
[0058] 도 1a를 다시 참조하면, 프로세싱 챔버(100)는 접지된 챔버 덮개(123)를 포함한다. 일반적으로 종래의 플라즈마 프로세싱 챔버 설계들과 상이한 이러한 구성에서, RF 전력은 대신 기판 지지부를 통해 전달된다. 따라서, RF 생성기(118)를 지지 베이스(107)에 결합함으로써, 기능적으로 캐소드 어셈블리의 일부인 ESC의 전체 바디가 최상부 전극이 접지되는 것을 가능하게 하고, 전류 리턴 영역이 최대화될 수 있게 한다. RF 전력 전달 및 PV 파형 전달을 활용하는 플라즈마 프로세스들의 경우, 플라즈마 프로세싱 챔버 내의 접지된 표면적 및 이에 따른 전류 리턴 영역을 최대화하는 것은, PV 파형 생성기(150)의 출력에 의해 생성된 PV 파형 사이클의 ESC-재충전/시스-붕괴 위상 동안의 플라즈마 전위 점프를 최소화하며, 이는 아래에서 추가로 논의된다. 따라서, 본원에서 제공되는 장치 및 방법들은 챔버 벽들에 대한 전력 손실들을 최소화할 것이고, 플라즈마 프로세싱 효율을 개선한다. 본원에서 설명되는 RF 전력 및 PV 펄스 파형 전달 방법들은 또한, 특정 프로세스 이점들을 제공하는데, 그 이유는 이들이 플라즈마 특성들 및 라디칼 생성에 영향을 미치고 이에 대한 개선된 제어를 가능하게 하기 때문이다. 그러나 위에서 언급된 바와 같이, ESC 세라믹 층을 통해 지지 베이스(107)와 바이어싱 전극(104) 사이에 뿐만 아니라, RF 송신 라인(167)과 PV 송신 라인(157) 사이에 강한 용량 결합이 있으며, 따라서 기판 지지 어셈블리(136)(즉, 캐소드 어셈블리)를 통해 두 타입들의 전력이 모두 전달될 때, 각각의 생성기는 다른 생성기를 통해 전류를 유도하여, 전력이 의도된 (플라즈마) 부하로부터 멀어지게 우회되게 할 뿐만 아니라, 생성기들 둘 모두에 대한 가능한 손상을 야기할 것이다.
[0059] 본원에서 개시되는 다른 실시예들 중 하나 이상에 사용될 수 있는 다른 대안적인 챔버 덮개(123) 구성에서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 챔버 덮개(123)(즉, 대향 전극)는 하나 이상의 측벽들(122)로부터 전기적으로 격리되고, 플라즈마 생성기 어셈블리(160)를 통해 RF 생성기(118)에 전기적으로 결합된다. 이러한 구성에서, 챔버 덮개(123)는, 프로세싱 볼륨(129) 내의 프로세싱 플라즈마(101)를 점화 및 유지하기 위해, RF 생성기(118)에 의해 구동될 수 있다. 일 예에서, RF 생성기(118)는 약 300kHz 초과의 RF 주파수, 이를테면 약 300kHz 내지 60MHz, 또는 심지어 약 2MHz 내지 약 40MHz 범위의 주파수의 RF 신호를 챔버 덮개(123)에 제공하도록 구성된다.
바이어싱 서브시스템 어셈블리
[0060] 도 1c는 기판 지지 어셈블리(136)와 같은, 프로세싱 챔버(100) 내의 하나 이상의 전극들에 대해 라디오 주파수 파형(들) 및 펄스 전압 파형(들)을 제어, 생성 및 전달하는 데 사용되는 다양한 전기 컴포넌트들을 인클로징하고 개별적으로 격리시키도록 구성된 바이어싱 서브시스템 어셈블리(170)를 포함하는 프로세싱 챔버(100)의 개략도이다. 적어도 프로세스 챔버(100) 내의 바이어싱 서브시스템 어셈블리(170)의 구성 및 포지셔닝으로 인해, 생성된 RF 및 PV 파형들의 더 반복가능하고 효율적인 전달이 프로세싱 동안 달성될 수 있다. 복수의 유사하게 구성된 프로세스 챔버들 각각 내에서의 바이어싱 서브시스템 어셈블리(170)의 사용은 또한, 많은 프로세싱 챔버들을 포함하는 기판 프로세싱 설비 및 많은 프로세싱 챔버들을 포함하는 전세계의 다른 기판 프로세싱 설비들에서 발견되는 프로세스 결과 변동성을 감소시키는 것을 도울 수 있다고 여겨진다.
[0061] 바이어싱 서브시스템 어셈블리(170)는 일반적으로 펄스 전압 생성 유닛 인클로저(172) 및 정션 박스 인클로저(169)를 포함할 것이다. 바이어싱 서브시스템 어셈블리(170)는 일반적으로, 수동 컴포넌트들을 포함하는 전기 회로들뿐만 아니라 능동 전력 및 전압 소스들을 포함할 것이다. 능동 소스들은 하나 이상의 펄스 전압 파형 생성기들, 하나 이상의 RF 생성기들 및/또는 하나 이상의 DC 전력 소스들을 포함할 수 있다. 전기 회로들 내의 수동 컴포넌트들은 저항기들, 커패시터들, 인덕터들 및 다이오드들을 포함할 수 있다. 사용 시 바이어싱 서브시스템 어셈블리(170)는 상이한 종류들의 전력 소스들의 출력이 동일한 부하(예를 들어, 복합 부하(130))에 인가될 수 있도록 이들을 결합하는 데 사용될 수 있다. 부하는, 프로세싱 챔버(100)에서 형성된 플라즈마(101), 캐소드 시스, 캐소드 및 이의 전력 전달 시스템(예를 들어, 송신 라인(들))뿐만 아니라 스트레이 유도성 및 용량성 엘리먼트들을 포함할 수 있다.
[0062] 일부 실시예들에서, 정션 박스 인클로저(169)는 하나 이상의 바이어스 보상 모듈 구획들(171) 및 라디오 주파수(RF) 필터 구획(173)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 바이어싱 서브시스템 어셈블리(170)는 또한 RF 전달 인클로저(174)를 포함한다. 구획들(171, 172 및 173) 및 RF 전달 인클로저(174) 각각은 하나 이상의 벽들(171A, 172A, 173A 및 174A)을 각각 포함하며, 하나 이상의 벽들(171A, 172A, 173A 및 174A)은 각각, 프로세스 챔버(100) 외부의 환경 및 인접하게 포지셔닝된 인클로저들에서 발견되는 전기 컴포넌트들로부터 이들의 내부 전기 컴포넌트들을 적어도 부분적으로 인클로징하고, 분리하고 격리시키도록 구성된다. 통상적으로, 인접한 구획들을 서로 격리시키기 위해 단일 벽만이 사용된다. 도 1c 및 도 1d는 일부 구역들에서 바로 인접한 관계로 포지셔닝된 2개의 벽들을 개략적으로 예시하지만, 이는 본원에서 제공되는 본 개시내용의 범위에 대해 제한하는 것으로 의도되지 않는데, 그 이유는 단일 벽이 2개의 별개의 접한 벽들 대신에 사용될 수 있기 때문이다. 바이어싱 서브시스템 어셈블리(170)는, 컴포넌트들을 강성으로 장착하고, 컴포넌트들 사이의 거리를 반복 가능하게 정의하며, 프로세스 챔버(100) 내의 다른 컴포넌트들과 바이어싱 서브시스템 어셈블리(170) 사이에 제공된 임의의 연결부들(예를 들어, 기판 지지 어셈블리(136)에 대한 연결부들)에 대한 변형(strain)을 회피하기 위해, 프로세스 챔버(100)의 벽들 중 하나 이상, 이를테면 베이스(124) 상에 포지셔닝되거나 또는 이에 결합된다. 일부 실시예들에서, 바이어싱 서브시스템 어셈블리(170)의 표면(예를 들어, 벽들(173A)의 노출된 표면)은 프로세스 챔버(100)의 벽들 중 하나 이상(예를 들어, 베이스(124))에 인접하게 포지셔닝된다. 일부 실시예들에서, 바이어싱 서브시스템 어셈블리(170)의 노출된 표면(예를 들어, 벽(173A)의 표면)은 베이스(124)로부터 24 인치 미만, 이를테면 12 인치 미만, 또는 심지어 6 인치 미만의 거리(124A)(도 1c)에 포지셔닝된다. 일 예에서, 벽들(173A)의 노출된 표면은 베이스(124)의 하부 표면에 직접 결합된다. 라우팅을 최적화하고, 그리고 바이어싱 서브시스템 어셈블리(170)의 RF 전달 인클로저(174) 및/또는 구획들(171, 172, 및 173) 내의 전기 컴포넌트들을 상호연결하는 전류 운반 엘리먼트들, 이를테면 라디오 주파수 필터 구획(173) 내의 컴포넌트들과 바이어스 보상 구획 컴포넌트들 사이의 연결부들의 연결부 길이들을 최소화함으로써, 시스템의 이러한 영역들 각각에 형성된 스트레이 인덕턴스 및 스트레이 커패시턴스가 최소화될 수 있는 것으로 여겨진다. 실제로, 바이어싱 서브시스템 어셈블리(170)는, 생성 및 설정된 파형들의 진동들을 상당히 감소시키고 따라서 프로세스 챔버(100) 내의 전극들, 이를테면 기판 지지 어셈블리(136) 내의 전극들에 제공되는 고전압 신호들의 무결성 및 반복성을 개선하는 데 사용될 수 있다.
[0063] 펄스 전압 생성 유닛 인클로저(172)는, 적어도 벽(들)(172A)에 의해, 바이어스 보상 모듈 구획(171), 라디오 주파수 필터 구획(173) 및 RF 전달 인클로저(174)에서 발견되는 전기 컴포넌트들로부터 격리되는 적어도 하나의 PV 파형 생성기(150)를 포함한다. 벽(들)(172A)은, 하나 이상의 PV 파형 생성기들(150)을 지지하고 프로세스 챔버(100) 외부에 있고 그리고/또는 RF 전달 인클로저(174) 내의 컴포넌트들에 의해 생성되는 임의의 전자기 간섭으로부터 하나 이상의 PV 파형 생성기들(150)을 격리시키도록 구성되는 접지된 시트 금속 박스(예를 들어, 알루미늄 또는 SST 박스)를 포함할 수 있다. 펄스 전압 생성 유닛 인클로저(172)와 바이어스 보상 모듈 구획(171) 사이의 계면에서, PV 파형 생성기(150)의 출력(350)을 송신 라인(131)의 제1 부분 및 바이어스 보상 모듈 구획(171) 내에 배치된 전기 컴포넌트들(예를 들어, 차단 커패시터(153))에 연결하는 데 생성기 출력 결합 어셈블리(181)가 사용된다. 본원에서 사용되는 바와 같은 "결합 어셈블리"라는 용어는 일반적으로, 하나 이상의 전기 컴포넌트들, 이를테면, 하나 이상의 전기 커넥터들, 이산 전기 엘리먼트들(예를 들어, 커패시터, 인덕터 및 저항기), 및/또는 2개 이상의 전기 컴포넌트들을 함께 전기적으로 결합하는 전류 운반 엘리먼트들을 연결하도록 구성된 전도성 엘리먼트들을 설명한다.
[0064] 하나 이상의 바이어스 보상 모듈 구획들(171)은, 적어도 벽(들)(171A)에 의해, 펄스 전압 생성 유닛 인클로저(172), 라디오 주파수 필터 구획(173) 및 RF 전달 인클로저(174)에서 발견되는 전기 컴포넌트들로부터 격리되는 바이어스 보상 회로 엘리먼트들(116A)(도 3a 및 도 3b) 및 차단 커패시터(153)를 포함한다. 일 실시예에서, 바이어스 보상 회로 엘리먼트들(116A)은, 벽(171A)에 형성된 바이어스 보상 모듈 구획 DC 소스 결합 어셈블리(185)의 사용에 의해, 외부에 위치된 DC 전력 공급부(155)에 결합된다. 대안적으로, 일 실시예(도시되지 않음)에서, 바이어스 보상 회로 엘리먼트들(116A) 및 DC 전력 공급부(155) 둘 모두는 바이어스 보상 모듈 구획(171) 내에 배치되고 그리고 벽(171A)에 의해 인클로징된다. 벽(들)(171A)은, 프로세스 챔버(100) 외부에 있고 그리고/또는 RF 전달 인클로저(174) 및 펄스 전압 생성 유닛 인클로저(172) 내의 컴포넌트들에 의해 생성되는 임의의 전자기 간섭으로부터 바이어스 보상 모듈 구획(171) 내의 컴포넌트들을 격리시키도록 구성되는 접지된 시트 금속 박스를 포함할 수 있다. 바이어스 보상 모듈 구획(171)과 라디오 주파수 필터 구획(173) 사이의 계면에서, 바이어스 보상 회로 엘리먼트들(116A), DC 전력 공급부(155) 및 차단 커패시터(153)를 라디오 주파수 필터 구획(173) 내에 배치된 전기 컴포넌트들(예를 들어, 제2 필터 어셈블리(151)) 및 송신 라인(131)의 제2 부분에 연결하는 데 바이어스 보상 모듈 구획 출력 결합 어셈블리(182)가 사용된다.
[0065] 라디오 주파수 필터 구획(173)은, 적어도 벽(들)(173A)에 의해, 펄스 전압 생성 유닛 인클로저(172), 하나 이상의 바이어스 보상 모듈 인클로저들(171) 및 RF 전달 인클로저(174)에서 발견되는 전기 컴포넌트들로부터 격리된 챔버 상호연결 컴포넌트들 및 하나 이상의 제2 필터 어셈블리들(151)을 포함한다. 벽(들)(173A)은, 프로세스 챔버(100) 외부에 있고 그리고/또는 RF 전달 인클로저(174) 및 펄스 전압 생성 유닛 인클로저(172) 내의 컴포넌트들에 의해 생성되는 임의의 전자기 간섭으로부터 라디오 주파수 필터 구획(173) 내의 컴포넌트들을 격리시키도록 구성되는 접지된 시트 금속 박스를 포함할 수 있다. 프로세스 챔버(100)의 베이스(124)와 라디오 주파수 필터 구획(173) 사이의 계면에서, 프로세스 챔버(100) 내의 전극들 중 하나, 이를테면 기판 지지 어셈블리(136) 내의 전극들 중 하나에 바이어싱 서브시스템 어셈블리(170)를 전기적으로 연결하는 PV 송신 라인들(157, 158)의 일부분에 라디오 주파수 필터 구획(173)의 출력 연결부(들)를 연결하는 데 캐소드 결합 어셈블리(183)가 사용된다.
[0066] RF 전달 인클로저(174)는 RF 매칭 회로(161), 제1 필터 어셈블리(162), 선택적으로 RF 생성기(118), 및 적어도 벽(들)(174A)에 의해 하나 이상의 바이어스 보상 모듈 인클로저들(171) 및 펄스 전압 생성 유닛 인클로저(172)에서 발견되는 전기 컴포넌트들로부터 격리되는 다른 챔버 상호연결 컴포넌트들을 포함한다. 벽(들)(174A)은, 프로세스 챔버(100) 외부에 있고 그리고/또는 펄스 전압 생성 유닛 인클로저(172) 내의 컴포넌트들에 의해 생성되는 임의의 전자기 간섭으로부터 RF 전달 인클로저(174) 내의 컴포넌트들을 격리시키도록 구성되는 접지된 시트 금속 박스를 포함할 수 있다. 프로세스 챔버(100)의 베이스(124)와 RF 전달 인클로저(174) 사이의 계면에서, 프로세스 챔버(100) 내의 전극들 중 하나, 이를테면 기판 지지 어셈블리(136) 내의 전극들 중 하나에 바이어싱 서브시스템 어셈블리(170)의 RF 전달 인클로저(174)를 전기적으로 연결하는 RF 송신 라인(167)의 일부분에 RF 전달 인클로저(174)의 출력 연결부(들)를 연결하는 데 캐소드 결합 어셈블리(184)가 사용된다. 지지 베이스(107) 및 지지 샤프트(138) 내의 RF 송신 라인(167)의 일부분과 같은 RF 송신 라인(167)의 외부 전도체 부분(예를 들어, 제3 전기 전도체)은 접지에 대한 일부 결합된 스트레이 커패시턴스(Cstray)를 가질 것이다.
[0067] 도 1d는 도 1c에 예시된 바이어싱 서브시스템 어셈블리(170)의 대안적인 버전을 포함하는 프로세싱 챔버(100)의 개략도이다. 도 1d에 도시된 바와 같이, 제1 필터 어셈블리(162)는 RF 전달 인클로저(174)로부터 제거되고 라디오 주파수 필터 구획(173) 내에 리포지셔닝되었다. 이 구성에서, RF 생성기(118)는 RF 매칭 회로(161), 캐소드 결합 어셈블리(184), 제1 RF 결합 어셈블리(186), 제1 필터 어셈블리(162), 제2 RF 결합 어셈블리(187), RF 송신 라인(167)을 통해, 그리고 그 다음 기판 지지 어셈블리(136)를 갖는 전극으로 RF 파형을 전달하도록 구성된다. 이러한 구성에서, 라디오 주파수 필터 구획(173)은 하나 이상의 제2 필터 어셈블리들(151), 제1 필터 어셈블리(162) 및 다른 챔버 상호연결 컴포넌트들을 포함한다.
플라즈마 프로세싱 바이어싱 방식들 및 프로세스들
[0068] 도 2는 도 1a 또는 도 1b에 예시된 프로세스 챔버에 사용될 수 있는 바이어싱 방식의 단순화된 개략도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, RF 생성기(118) 및 PV 파형 생성기들(150)은 RF 파형 및 펄스 전압 파형들을 프로세싱 챔버(100)의 챔버 바디(113) 내에 배치된 하나 이상의 전극들에 각각 전달하도록 구성된다. 일 실시예에서, RF 생성기(118) 및 PV 파형 생성기들(150)은 RF 파형 및 펄스 전압 파형(들)을 기판 지지 어셈블리(136) 내에 배치된 하나 이상의 전극들에 동시에 전달하도록 구성된다. 하나의 비-제한적인 예에서, 위에서 논의된 바와 같이, RF 생성기(118) 및 PV 파형 생성기(150)는 RF 파형 및 펄스 전압 파형을 지지 베이스(107) 및 바이어싱 전극(104)에 각각 전달하도록 구성되며, 이들 둘 모두는 기판 지지 어셈블리(136)에 배치된다. 다른 예에서, RF 생성기(118), 제1 PV 파형 생성기(150) 및 제2 PV 파형 생성기(150)는 RF 파형, 제1 펄스 전압 파형 및 제2 펄스 전압 파형을 지지 베이스(107), 바이어싱 전극(104) 및 에지 제어 전극(115)에 각각 전달하도록 구성되며, 이들 모두는 기판 지지 어셈블리(136)에 배치된다.
[0069] 도 2에 예시된 바와 같이, RF 생성기(118)는, RF 매칭 회로(161) 및 제1 필터 어셈블리(162)를 포함하는 플라즈마 생성기 어셈블리(160)를 통해, 정현파 RF 파형(601)(도 6a 내지 도 6g)을 포함하는 RF 신호를 전달함으로써, 챔버 바디(113)에 배치된 하나 이상의 전극들에 정현파 RF 파형을 제공하도록 구성된다. 부가적으로, PV 파형 생성기들(150) 각각은, 제2 필터 어셈블리(151)를 통해 바이어싱 전극(104)에서의 PV 파형(401(도 4a, 도 5a), 441(도 5b), 또는 431(도 5c))을 설정함으로써, 챔버 바디(113)에 배치된 하나 이상의 전극들에, 통상적으로 일련의 전압 펄스들(예를 들어, 나노초 전압 펄스들)을 포함하는 PV 파형을 제공하도록 구성된다. 척킹 모듈(116) 내의 컴포넌트들은 선택적으로, 각각의 PV 파형 생성기(150)와 제2 필터 어셈블리(151) 사이에 포지셔닝될 수 있다.
[0070] 위에서 간략히 논의된 바와 같이, 도 3a 및 도 3b는 각각, 본원에서 제안된 펄스 전압 및 RF 바이어싱 방식의 기능적으로 등가인 단순화된 전기 회로(140)의 예들이고, 이는 또한 프로세스 볼륨 내의 플라즈마의 표현을 포함한다. 도 3a는 바이어싱 전극(104)에서의 PV 파형, 이를테면 PV 파형(431)(도 5c)을 설정하는 프로세스의 일부분 동안 포지티브 전압을 제공하도록 구성된, 제1 PV 소스 어셈블리(196) 내의 PV 파형 생성기(150)를 활용하는 펄스 전압 및 RF 바이어싱 방식의 단순화된 전기 회로(140)를 묘사한다. 도 3b는 바이어싱 전극(104)에서의 PV 파형, 이를테면 PV 파형(401)(도 4a 및 도 5a)을 설정하는 프로세스의 일부분 동안 네거티브 전압을 제공하도록 구성된, 제1 PV 소스 어셈블리(196) 내의 PV 파형 생성기(150)를 활용하는 펄스 전압 및 RF 바이어싱 방식의 단순화된 전기 회로(140)를 묘사한다. 이러한 회로들은 제1 PV 소스 어셈블리(196)의 펄스 전압 파형 생성기(150)와 프로세싱 챔버(100) 내의 RF 생성기(118)의 상호작용의 단순화된 모델을 예시하고, 프로세스 챔버(100)의 동작 동안 사용되는 기본 엘리먼트들을 일반적으로 예시한다. 명료성 목적들로, 다음의 정의들이 본 개시내용 전반에 걸쳐 사용된다: (1) 기준이 특정되지 않는 한, 모든 전위들은 접지를 기준으로 하며; (2) (기판 또는 바이어싱 전극과 같은) 임의의 물리적 지점에서의 전압은 마찬가지로, 접지(제로 전위 지점)에 대한 이 지점의 전위로서 정의되며; (3) 캐소드 시스는 플라즈마에 대한 네거티브 기판 전위에 대응하는 전자 반발 이온 가속 시스인 것으로 암시되며; (4) 시스 전압(때때로 "시스 전압 강하"로 또한 지칭됨)(Vsh)은 플라즈마와 (예를 들어, 기판 또는 챔버 벽의) 인접한 표면 사이의 전위차의 절대 값으로서 정의되고; 그리고 (5) 기판 전위는 플라즈마에 대면하는 기판 표면에서의 전위이다.
[0071] 도 3a 및 도 3b에 예시된 복합 부하(130)는 3개의 직렬 엘리먼트들로서 프로세싱 플라즈마(101)를 표현하는 표준 전기 플라즈마 모델로서 도시된다. 제1 엘리먼트는 기판(103)에 인접한 전자 반발 캐소드 시스(electron-repelling cathode sheath)(우리는 때때로 "플라즈마 시스" 또는 단지 "시스"로 또한 지칭함)이다. 캐소드 시스는 도 3a 및 도 3b에서 통상적인 3-부분 회로 엘리먼트에 의해 표현되며, 3-부분 회로 엘리먼트는 (a) 개방될 때 시스 붕괴를 표현하는 다이오드(DSH); (b) 시스의 존재 시 기판으로 흐르는 이온 전류를 표현하는 전류 소스(Ii), 및 (c) 이온 가속 및 에칭이 발생하는, 바이어싱 사이클의 메인 부분(즉, PV 파형의 이온 전류 위상)에 대한 시스를 표현하는 커패시터(CSH)(예를 들어, ~100-300pF)를 포함한다. 제2 엘리먼트는 단일 저항기(Rplasma)(예를 들어, 저항기(146) = ~ 5 - 10옴)로 표현되는 벌크 플라즈마이다. 제3 엘리먼트는 챔버 벽들에 형성되는 전자 반발 벽 시스이다. 벽 시스는 마찬가지로, 3-부분 회로 엘리먼트에 의해 도 3에서 표현되며, 3-부분 회로 엘리먼트는 (a) 다이오드(Dwall), (b) 벽으로의 이온 전류를 표현하는 전류 소스(Iiwall), 및 (c) (본문에서 나중에 설명되는) PV 파형의 ESC 재충전 위상 동안의 벽 시스를 주로 표현하는 커패시터(Cwall)(예를 들어, ~5 ~ 10nF)를 포함한다. 접지된 금속 벽들의 내부 표면은 또한, 도 3에서 대형 커패시터(Ccoat)(예를 들어, ~300-1000nF)로 표현되는 유전체 재료의 얇은 층으로 코팅되는 것으로 간주될 수 있다.
[0072] 도 3a 및 도 3b에 예시된 바와 같이, RF 생성기(118)는, 생성된 RF 전력을 제1 필터 어셈블리(162), RF 매칭 회로(161), 라인 인덕턴스(LLine), 지지 베이스 커패시턴스(CCL) 및 유효 커패시턴스(CE)를 통해 전달함으로써, RF 신호를 지지 베이스(107) 및 궁극적으로는 복합 부하(130)에 제공하도록 구성된다. 일 실시예에서, RF 매칭 회로(161)는, 제어기(126)로부터의 입력에 의해 제어될 수 있는 조정가능 션트 커패시턴스 엘리먼트(CShunt) 및 조정가능 직렬 커패시턴스 엘리먼트(CSER) 및 직렬 인덕턴스 엘리먼트(LSER)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 대안적으로, RF 매칭 회로(161)는 예를 들어 L 네트워크, 파이 네트워크 또는 트랜스매치 회로들과 같은 다른 회로 엘리먼트 구성들의 사용에 의해 형성될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, RF 매칭 회로(161)는 일반적으로, RF 생성기(118)로부터의 RF 신호의 전달에 의해 생성되는 반사 전력을 최소화하고 반사 전력의 전력 전달 효율을 최대화하기 위해 겉보기 부하를 50 Ω으로 튜닝하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, RF 매칭 회로(161)는 선택적이며, 이러한 경우들에서, 복합 부하(130)에 RF 전력을 비효율적으로 전달하는 것을 방지하기 위해 기판의 플라즈마 프로세싱 동안 다른 RF 신호 매칭 기법들(예를 들어, 가변 주파수 튜닝)이 사용될 수 있다.
[0073] 본원에서 펄스 전압 필터 어셈블리로 또한 지칭되는 제1 필터 어셈블리(162)는, PV 파형 생성기(150)의 출력에 의해 생성된 전류가 RF 송신 라인(167)을 통해 흘러서 RF 생성기(118)를 손상시키는 것을 실질적으로 방지하도록 구성된 하나 이상의 전기 엘리먼트들을 포함한다. 제1 필터 어셈블리(162)는 PV 파형 생성기(150) 내의 PV 펄스 생성기(314)로부터 생성된 PV 신호에 대해 하이 임피던스(예를 들어, 하이 Z)로서 작용하고, 따라서 RF 생성기(118)로의 전류의 흐름을 억제한다. 일 실시예에서, 제1 필터 어셈블리(162)는 RF 매칭 회로(161)와 RF 생성기(118) 사이에 배치되는 차단 커패시터(CBC)를 포함한다. 이 구성에서, RF 매칭 엘리먼트(161)는 차단 커패시터(CBC)가 RF 생성기(118)에 겉보기인 부하를 튜닝할 때 차단 커패시터(CBC)의 커패시턴스를 보상하도록 구성된다. 일 예에서, PV 파형 생성기(150)로부터 제공되는 나노초 PV 파형(예를 들어, 펄스 기간 10-100 ns)이 RF 생성기(118)를 손상시키는 것을 방지하기 위해, 제1 필터 어셈블리(162)는 35-100pF 커패시터를 포함한다. 다른 예에서, 제1 필터 어셈블리(162)는 50pF 미만의 커패시턴스를 갖는 차단 커패시터(CBC)를 포함한다.
[0074] 일부 실시예들에서, 상이한 RF 주파수들의 RF 전력을 지지 베이스(107) 또는 기판 지지 어셈블리(136) 내의 다른 전극들에 개별적으로 제공하도록 각각 구성된 RF 생성기들(118) 및 RF 플라즈마 생성기 어셈블리들(160)의 2개 이상의 세트들을 활용하는 것이 바람직할 수 있다. 일 예에서, 제1 RF 생성기(118A)(도시되지 않음) 및 제1 RF 플라즈마 생성기 어셈블리(160A)(도시되지 않음)는 약 300kHz 내지 13.56MHz의 RF 주파수의 RF 신호를 지지 베이스(107)에 제공하도록 구성되고, 제2 RF 생성기(118B)(도시되지 않음) 및 제2 RF 플라즈마 생성기 어셈블리(160B)(도시되지 않음)는 약 40MHz 이상의 RF 주파수의 RF 신호를 지지 베이스(107)에 제공하도록 구성된다. 이 예에서, RF 생성기 어셈블리들(160A, 160B) 각각은, PV 파형 생성기(150)의 출력에 의해 생성되는 전류가 개개의 송신 라인들을 통해 흘러서 개개의 RF 생성기들 각각을 손상시키는 것을 방지하도록 적응되는 유사하게 구성된 제1 필터 어셈블리(162)(예를 들어, 커패시턴스(CBC)를 갖는 차단 커패시터를 포함함)를 포함할 것이다. 이외에도, RF 생성기 어셈블리들(160A, 160B) 각각은 또한, 제2 필터 어셈블리(151)와 같은 별개의 RF 필터 어셈블리를 포함할 수 있으며, 제2 필터 어셈블리(151)는 자신들의 개개의 RF 생성기 어셈블리와 직렬로 연결되고, 그리고 다른 RF 생성기들의 출력에 의해 생성되는 RF 전류들이 송신 라인을 통해 흘러서 이들의 개개의 RF 생성기를 손상시키는 것을 부가적으로 방지하기 위해, 다른 RF 생성기 어셈블리들로부터 전달되는 다른 RF 주파수들을 차단하도록 구성된다. 이 구성에서, 별개의 RF 필터 어셈블리는 생성된 RF 파형이 다른 RF 생성기(들)에 의해 생성되는 RF 파형(들)을 통과 및 차단하도록 할 수 있는 저역 통과 필터, 노치 필터 또는 고역 통과 필터를 포함할 수 있다.
[0075] 일부 실시예들에서, PV 파형을 바이어싱 전극(104) 및/또는 에지 제어 전극(115)에 개별적으로 제공하도록 각각 구성된 PV 생성기들의 2개 이상의 세트들을 활용하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 이 예에서, PV 파형 생성기들(150)(도 3a 또는 도 3b에서는 하나만이 도시됨) 각각은, 다른 PV 생성기(들)의 출력에 의해 생성된 전류가 개개의 PV 송신 라인들(157)을 통해 흘러서 개개의 PV 생성기들 각각을 손상시키는 것을 방지하도록 적응되는 PV 필터 어셈블리(예를 들어, 커패시턴스(CBC)를 갖는 차단 커패시터를 포함함)를 포함할 것이다. 이외에도, PV 파형 생성기들(150) 각각은 또한, 각각의 개개의 PV 파형 생성기들과 직렬로 연결되고 다른 PV 파형 생성기들로부터 전달되는 RF 주파수들을 차단하도록 구성된 RF 필터 어셈블리, 이를테면 제2 필터 어셈블리(151)를 포함할 것이다.
[0076] 일부 실시예들에서, 도 1a 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, PV 파형 생성기들(150) 각각은, 생성된 펄스 전압 파형들을 척킹 모듈(116)의 차단 커패시터(153) 및 제2 필터 어셈블리(151), 고전압 라인 인덕턴스(LHV), 및 유효 커패시턴스(CE)를 통해 전달함으로써, 펄스 전압 파형 신호를 바이어싱 전극(104) 및 궁극적으로는 복합 부하(130)에 제공하도록 구성된다. 이 경우, 시스템은 선택적으로, ESC 기판 지지부의 기판 수용 표면에 기판을 척킹, 이를테면 "전기적으로 클램핑"하기 위해 사용되는 척킹 모듈(116)을 포함한다. 기판을 척킹하는 것은, 기판 수용 표면과 기판의 비-디바이스 측 표면 사이의 갭을 헬륨 가스(He)로 충전할 수 있도록 하며, 이는 기판 수용 표면과 기판의 비-디바이스 측 표면 사이의 우수한 열 접촉을 제공하고 그리고 ESC 기판 지지부의 온도를 조절함으로써 기판 온도 제어를 허용하기 위해 행해진다. 바이어싱 전극(104)에서 척킹 모듈(116)에 의해 생성된 DC 척킹 전압을 PV 파형 생성기(150)에 의해 생성된 펄스 전압과 결합하는 것은 척킹 모듈에 의해 생성된 DC 척킹 전압과 동일한 펄스 전압 파형의 부가적인 전압 오프셋을 초래할 것이다. 부가적인 전압 오프셋은 도 4a, 및 도 5a 및 도 5b에 예시된 오프셋(ΔV)으로부터 가산 또는 감산될 수 있다. PV 파형 생성기(150)의 PV 펄스 생성기(314)의 동작에 대한 척킹 모듈(116)의 영향은, 적절하게 큰 차단 커패시터(153) 및 차단 저항기(154)를 선택함으로써 무시 가능하게 될 수 있다. 차단 저항기(154)는 척킹 모듈(116)을 송신 라인(131) 내의 지점에 연결하는 컴포넌트들 내에 포지셔닝된 저항기를 개략적으로 예시한다. 단순화된 전기 회로에서 차단 커패시터(153)의 메인 기능은, 차단 커패시터(153)에 걸쳐 강하하고 PV 파형 생성기의 출력을 교란시키지 않는, DC 전력 공급부(155)에 의해 생성된 DC 전압으로부터 PV 펄스 생성기(314)를 보호하는 것이다. 차단 커패시터(153)의 값은, DC 전압만을 차단하면서 펄스 바이어스 생성기의 펄스 전압 출력에 어떠한 부하도 제공하지 않도록 선택된다. 충분히 큰 차단 커패시터(153) 커패시턴스(예를 들어, 10 - 80nF)를 선택함으로써, 차단 커패시터(153)는, 예를 들어 PV 파형 생성기(150)에 의해 생성되는 400kHz PV 파형 신호에 대해, 이것이 시스템에서의 임의의 다른 관련 커패시턴스보다 훨씬 더 크고 그리고 척 커패시턴스(CE) 및 시스 커패시턴스(CSH)와 같은 다른 관련 커패시터들에 걸친 전압 강하와 비교하여 이 엘리먼트에 걸친 전압 강하가 매우 작다는 점에서, 거의 투명하다. 부가적으로, 일부 실시예들에서, 차단 커패시터(153)는 제1 필터 어셈블리(162)에서 발견되는 차단 커패시터(CBC)의 커패시턴스보다 상당히 더 큰 커패시턴스를 갖는다. 일부 실시예들에서, 차단 커패시터(153)는 제1 필터 어셈블리(162)에서 발견되는 차단 커패시터(CBC)보다 적어도 10배, 또는 적어도 10의 2승배, 또는 약 10의 3승배 더 큰 커패시턴스를 갖는다. 일 예에서, 차단 커패시터(CBC)의 커패시턴스는 약 38pF이고, 차단 커패시터(153)의 커패시턴스는 약 40nF이다.
[0077] 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 척킹 모듈(116) 내의 차단 저항기(154)의 목적은, 고주파 펄스 바이어스 생성기의 전압을 차단하고 고주파 펄스 바이어스 생성기가 DC 전압 공급부(155)에서 유도하는 전류를 최소화하는 것이다. 이 차단 저항기(154)는 자신을 통과하는 전류를 효율적으로 최소화하기에 충분히 크게 크기결정된다. 예를 들어, PV 파형 생성기(150)로부터 척킹 모듈(116)로의 400kHz 전류를 무시 가능하게 만들기 위해 1MOhm 이상의 저항이 사용된다. 일 예에서, 차단 저항기는 약 500kOhm 초과의 저항을 갖는다. 대략 0.5-1mA의 결과적인 평균 유도 전류는 실제로, 약 5mA DC 전류인, 척킹 모듈 전력 공급부들에 대한 통상적인 제한보다 훨씬 더 작다. 커패시턴스(155B), 다이오드(155C), 저항기(155A) 및 차단 저항기(154)를 포함하는 바이어스 보상 회로 엘리먼트들(116A)의 컴포넌트들은 함께, 펄스 전압에 대한 전류 억제/필터링 회로를 형성하고, 따라서 펄스 전압이 척킹 모듈(116)을 통해 전류를 유도하지 않는다. 차단 저항기(154)는 DC 전력 공급부(155)와 출력(350) 및/또는 생성기 출력 결합 어셈블리(181)(도 1c) 사이에 배치된다. 일부 실시예들에서, 다이오드(155C)는 차단 저항기(154)와 병렬로 연결되며, 다이오드(155C)는, 다이오드(155C)의 애노드 측이 PV 송신 라인(157)에 연결되도록 배향된다.
[0078] 제2 필터 어셈블리(151)는, RF 생성기(118)의 출력에 의해 생성된 전류가 PV 송신 라인(157)을 통해 흘러서 PV 파형 생성기(150)의 PV 펄스 생성기(314)를 손상시키는 것을 방지하도록 구성된 하나 이상의 전기 엘리먼트들을 포함한다. 위에서 논의된 바와 같이, PV 송신 라인(157)은 동축 송신 라인(106) 및 송신 라인(131)을 포함하는 어셈블리이다. 일 실시예에서, 제2 필터 어셈블리(151)는, 병렬로 연결되고 PV 펄스 생성기(314)와 바이어싱 전극(104) 사이의 송신 라인(157)에 배치되는, 커패시턴스(CFC)를 갖는 필터 커패시터(151A)와 인덕턴스(LFL)를 갖는 필터 인덕터(151B)를 포함한다. 일부 구성들에서, 제2 필터 어셈블리(151)는 척킹 모듈(116)의 차단 커패시터(153)와 바이어싱 전극(104) 사이에 배치된다. 제2 필터 어셈블리(151)는 RF 파형 생성기(118)로부터 생성된 RF 신호에 대해 하이 임피던스(예를 들어, 하이 Z)로서 작용하고, 따라서 PV 펄스 생성기(314)로의 전류의 흐름을 억제한다. 일부 실시예들에서, 필터 커패시터(151A)의 커패시턴스(CFC)는 차단 커패시터(153)의 커패시턴스보다 상당히 더 작은데, 이를테면, 차단 커패시터(153)의 커패시턴스보다 적어도 10배, 또는 적어도 10의 2승배, 또는 10의 3승배 더 작다. 일 예에서, 필터 커패시터(151A)의 커패시턴스(CFC)는 약 51pF이고, 차단 커패시터(153)의 커패시턴스는 약 40nF이다.
[0079] 위에서 논의된 바와 같이, 제2 필터 어셈블리(151)는 RF 신호 및 임의의 연관된 고조파들이 PV 펄스 생성기(314)로 가는 것을 차단하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, RF 생성기에 의해 생성된 RF 신호는 400kHz 초과의 RF 주파수, 이를테면 1MHz 이상, 또는 2MHz 이상, 또는 13.56MHz 이상, 또는 40MHz 이상의 RF 주파수를 전달하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, RF 생성기(118)로부터 제공되는 RF 전력이 PV 펄스 생성기(314)를 손상시키는 것을 방지하기 위해, 제2 필터 어셈블리(151)는 약 25pF 내지 100pF 범위의 커패시턴스를 갖는 필터 커패시터(151A) 및 약 0.1 내지 1μH 범위의 인덕턴스를 갖는 필터 인덕터(151B)를 포함한다. 일 예에서, 40MHz의 주파수로 RF 생성기(118)로부터 제공된 RF 전력이 PV 펄스 생성기(314)를 손상시키는 것을 방지하기 위해, 제2 필터 어셈블리(151)는 약 51pF의 커패시턴스를 갖는 필터 커패시터(151A) 및 약 311 nH의 인덕턴스를 갖는 필터 인덕터(151B)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 제1 필터 어셈블리(162)의 차단 커패시터(CBC)는 제2 필터 어셈블리(151)의 필터 커패시터(151A)의 커패시턴스 값의 10배 이내인 커패시턴스 값을 갖는다.
[0080] 일부 실시예들에서, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 제2 필터 어셈블리(151)는, 송신 라인(157)과 접지 사이에 결합되는, 인덕턴스(L2)를 갖는 제2 필터 인덕터(151C) 및 커패시턴스(C2)를 갖는 제2 필터 커패시터(151E)를 더 포함하며, 그리고 또한, 송신 라인(157)과 접지 사이에 또한 결합되는, 인덕턴스(L3)를 갖는 제3 필터 인덕터(151D) 및 커패시턴스(C3)를 갖는 제3 필터 커패시터(151F)를 포함한다. 일부 구성들에서, 제2 필터 인덕터(151C) 및 제3 필터 인덕터(151D)는 약 0.1 내지 1μH의 인덕턴스를 가질 수 있고, 제2 필터 커패시터(151E) 및 제3 필터 커패시터(151F)는 약 25pF 내지 100pF의 커패시턴스를 갖는다.
펄스 파형 예들
[0081] 위에서 언급된 바와 같이, 본 개시내용의 실시예들은, 프로세싱 동안 거의 일정한 시스 전압의 유지를 가능하게 하고, 따라서 기판의 표면에 원하는 IEDF를 생성하는 것을 가능하게 하는 한편, 하나 이상의 RF 소스 어셈블리들의 사용에 의해 플라즈마 프로세싱 챔버의 프로세싱 볼륨에 형성되는 플라즈마의 양상들을 개별적으로 제어하는 능력을 또한 제공하는 신규한 기판 바이어싱 방법들을 제공한다. 일부 실시예들에서, 본원에서 개시되는 신규한 기판 바이어싱 장치 및 방법들의 사용에 의해, 프로세싱 동안 기판의 표면에 단일-피크(모노-에너제틱) IEDF가 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 도 4d에 예시된 바와 같이, 본원에서 개시되는 신규한 기판 바이어싱 장치 및 방법들 중 하나 이상의 사용에 의해, 프로세싱 동안 기판의 표면에 2-피크(바이-에너제틱) IEDF가 형성된다. 도 1a에 예시된 바와 같은 본원에서 개시되는 일부 장치 구성(들)에서, 또한, 플라즈마 프로세싱 챔버 내의 접지된 표면의 영역이 최대화될 수 있게 하고, 따라서 챔버 벽들에 대한 전력 손실들을 최소화하고 플라즈마 프로세싱 효율을 개선한다.
[0082] 도 4a 내지 도 4c 및 도 5a 내지 도 5c와 관련하여 아래에서 추가로 논의되는 바와 같이, 플라즈마 프로세싱 동안 거의 일정한 시스 전압의 유지를 가능하게 하는 신규한 기판 바이어싱 방법들은, 플라즈마 프로세싱 챔버에서 수행되는 플라즈마 프로세스 동안 기판에 대해 수행되는 플라즈마 프로세싱 시퀀스 동안 일련의 펄스들 및/또는 펄스들의 버스트들의 전달을 포함한다. 본원에서 제공되는 본 개시내용의 실시예들은, 다수의 상이한 위상들을 각각 포함하는 원하는 펄스 전압 파형(PVWF)을 갖는 펄스들의 전달을 포함한다. 아래에서 추가로 논의되는 바와 같이, 각각의 PV 파형은, PV 파형 생성기(150)로부터 제공되는 전압 신호 또는 일부 경우들에서는 일정한 전류 신호의 전달에 의해 제어되는 다수의 위상들 중 적어도 하나의 위상을 포함한다. 일반적으로, 논의 목적들로, PV 파형의 각각의 펄스는, 도 5a 내지 도 5c에 예시된 바와 같이, 제1 구역(405) 및 제2 구역(406)을 포함하는 2개의 메인 구역들로 세그먼팅될 수 있다. 일반적으로, 각각의 PV 파형은 진폭(Vout), 오프셋(예를 들어, ΔV), 펄스 기간(TP) 및 펄스 반복 주파수(
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)를 포함할 것이다.
[0083] 도 4a는, PV 소스 어셈블리 내의 PV 파형 생성기(150)의 사용에 의해 바이어싱 전극(104) 및/또는 에지 제어 전극(115)에 설정될 수 있는 PV 파형의 네거티브 펄스 바이어싱 방식 타입을 예시한다. 일부 실시예들에서, 도 4a에 예시된 PV 파형은, 제1 PV 소스 어셈블리(196)의 PV 파형 생성기(150) 및 제2 PV 소스 어셈블리(197)의 PV 파형 생성기(150)의 사용에 의해 각각 바이어싱 전극(104) 및 에지 제어 전극(115)에 개별적으로 설정된다. 도 5a는 PV 파형 생성기들(150)이 바이어싱 전극(104) 또는 에지 제어 전극(115)에 PV 파형을 설정하기 위해 다상 네거티브 펄스 파형들(401)의 시리즈(550)의 생성을 제어하도록 구성되는 네거티브 펄스 바이어싱 방식 타입의 펄스 전압 파형을 예시한다. 일부 실시예들에서, 다상 네거티브 펄스 파형들(401)은 일련의 반복 사이클들을 포함하여, 각각의 사이클 내의 파형은 제1 시간 인터벌 동안 발생하는 제1 부분 및 제2 시간 인터벌 동안 발생하는 제2 부분을 갖는다. 다상 네거티브 펄스 파형들(401)은 또한 제1 시간 인터벌의 적어도 일부 동안에만 존재하는 포지티브 전압 펄스를 포함할 것이고, 펄스 전압 파형은 제2 시간 인터벌의 적어도 일부 동안 실질적으로 일정하다. PV 파형 생성기(150)의 출력은 제2 시간 인터벌의 적어도 일부 동안 네거티브 전압 공급부에 연결된다.
[0084] 도 4a에 도시된 바와 같이, 기판 PV 파형(425)은, PV 파형 생성기(150)에 의해 바이어싱 전극(104) 또는 에지 제어 전극(115)에 형성되는 설정된 PV 파형으로 인해 기판에 설정된 일련의 PV 파형들이다. 기판 PV 파형(425)은 프로세싱 동안 기판의 표면에 설정되며, 그리고 예시적인 기판 PV 파형(425)의 지점(420)과 지점(421) 사이에서 연장되는 시스 붕괴 및 ESC 재충전 위상(450)(또는 논의의 단순화를 위해 시스 붕괴 위상(450)), 지점(421)과 지점(422) 사이에서 연장되는 시스 형성 위상(451), 및 지점(422)과 다음으로 순차적으로 설정되는 펄스 전압 파형의 지점(420)의 시작 사이에서 연장되는 이온 전류 위상(452)을 포함한다. 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 플라즈마 전위 곡선(433)은, 하나 이상의 PV 파형 생성기들(150)의 사용에 의해 바이어싱 전극(104) 및/또는 에지 제어 전극(115)에 설정되는 네거티브 펄스 파형들(401)의 전달 동안의 로컬 플라즈마 전위를 예시한다.
[0085] 일부 실시예들에서, 프로세싱 챔버(100)에서의 프로세싱 동안, PV 파형 생성기(150)가 설정된 다상 네거티브 펄스 파형(401)의 위상들 중 2개의 위상들 동안 네거티브 전압의 전달을 공급 및 제어할 때, 다상 네거티브 펄스 파형(401), 이를테면, 네거티브 방향으로 추세를 보이고 그리고/또는 네거티브 전압 레벨(예를 들어, 이온 전류 위상)로 유지되는 PV 파형의 부분들이 형성된다. 예를 들어, 네거티브 펄스 파형(401)의 이러한 네거티브 전압 포함 부분들은, 유추에 의해, 기판 PV 파형(425)에 대해, 도 4a에 예시된 시스 형성 위상(451) 및 이온 전류 위상(452)과 관련될 것이다. 이 경우, 도 4a에 도시된 바와 같이, 다상 네거티브 펄스 파형(401)에 대해, PV 파형 생성기(150)로부터의 네거티브 전압의 전달은 지점(411)(즉, 다상 네거티브 펄스 파형(401)의 피크)과, 지점(413)과 일치하는 기판 PV 파형의 시스 붕괴 위상(450)의 시작 사이에서 또는 이들로부터 연장되는 제2 위상(406) 동안 발생한다. 일부 실시예들에서, 지점들(412 및 413) 사이에 있는 설정된 다상 네거티브 펄스 파형(401)의 부분과 일치하는 이온 전류 위상(452) 동안, PV 파형 생성기(150)는 일정한 네거티브 전압(예를 들어, VOUT)을 제공하도록 구성된다. 예를 들어, 이온 전류 위상(452) 동안 기판 표면 상에 포지티브 전하를 증착하는 이온 전류(Ii)로 인해, 지점들(422 및 420)(도 4a) 사이의 라인의 포지티브 기울기로 보이는 바와 같이, 기판 표면에서의 전압은 시간의 경과에 따라 증가할 것이다. 기판 표면에서의 시간의 경과에 따른 전압 증가는 시스 전압을 감소시키고, 이온 에너지의 확산을 초래할 것이다. 따라서, 시스 전압의 감소 및 이온 에너지의 확산의 영향들을 최소화하기 위해, 적어도 PV 파형 주파수(1/TPD, 여기서 TPD는 PV 파형 기간(도 5a))를 제어 및 세팅하는 것이 바람직하다.
[0086] 도 5b는 PV 파형 생성기(150)가 바이어싱 전극(104) 및/또는 에지 제어 전극(115)에 설정되는 다상 성형 펄스 파형들(441)의 시리즈(551)의 생성을 제어하도록 구성되는, PV 파형의 성형 펄스 바이어싱 방식 타입을 예시한다. 일부 실시예들에서, 다상 성형 펄스 파형(441)은, 하나 이상의 내부 스위치들 및 DC 전력 공급부들의 사용에 의해 전압 펄스의 하나 이상의 위상들(예를 들어, 제1 구역(405)) 동안 포지티브 전압을 공급하고 전압 펄스의 하나 이상의 위상들(예를 들어, 제2 구역(406)) 동안 네거티브 전압을 공급하도록 구성된 PV 파형 생성기(150)에 의해 형성된다.
[0087] 일부 실시예들에서, 도 5c에 예시된 바와 같이, PV 파형 생성기(150)는 다상 포지티브 펄스 파형들(431)의 시리즈(552)를 바이어싱 전극(104) 및 에지 제어 전극(115)에 제공하도록 구성된다. 포지티브 펄스 파형(431)의 각각의 포지티브 펄스는 다수의 위상들, 이를테면 시스 붕괴 위상, ESC 재충전 위상, 시스 형성 위상 및 이온 전류 위상을 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 제1 구역(405)은 일반적으로, 시스 붕괴 위상 및 ESC 재충전 위상을 포함한다. 제2 구역(406)은 일반적으로 시스 형성 위상 및 이온 전류 위상을 포함한다. 일부 실시예들에서, 다상 포지티브 펄스 파형들(431)은 일련의 반복 사이클들을 포함하여, 각각의 사이클 내의 파형은 제1 시간 인터벌 동안 발생하는 제1 부분 및 제2 시간 인터벌 동안 발생하는 제2 부분을 갖는다. 다상 포지티브 펄스 파형들(431)은 또한 제1 시간 인터벌의 적어도 일부 동안에만 존재하는 포지티브 전압 펄스를 포함할 것이고, 다상 포지티브 펄스 파형들(431)은 제2 시간 인터벌의 적어도 일부 동안 실질적으로 일정하다. PV 파형 생성기(150)의 출력은 제1 시간 인터벌의 적어도 일부 동안 포지티브 전압 공급부에 연결된다.
[0088] 도 5a, 도 5b 및 도 5c에 각각 예시된 다양한 펄스 전압 파형들(401, 441 및 431)은 척킹 모듈(116)의 입력에 제공되는 펄스 전압 파형들을 나타내고, 따라서 도 4a에 예시된 바와 같이 바이어싱 전극(104) 및 에지 제어 전극(115)에 설정되는 펄스 전압 파형들과 상이할 수 있다. 각각의 PV 파형에서 발견되는 DC 오프셋(ΔV)은 PV 파형을 설정하는 데 사용되는 PV 파형 생성기(150) 구성의 다양한 특성들에 종속적이다.
[0089] 도 4b는, 펄스 전압 파형들의 일련의 버스트들(462)이 바이어싱 전극(104) 및/또는 에지 제어 전극(115)에 설정되고 그리고 기판 표면에 설정되는 프로세싱 방법을 예시한다. 도 4b에 예시된 예에서, 각각의 버스트(462) 내의 복수의 펄스들(461)은 바이어싱 전극(104) 및/또는 에지 제어 전극(115)에 설정되는 일련의 네거티브 펄스 파형들(401)을 포함한다. 이 예에서, 버스트들(462) 각각은 일관된 펄스 전압 형상을 갖는 PV 파형(예를 들어, 각각의 PV 파형(401)의 일부분 동안 일정한 전압 규모가 제공됨)을 갖는 펄스들(461), 시간의 경과에 따라 하나의 버스트(462)로부터 다른 버스트로 변하지 않는 버스트 전달 길이(TON), 및 시간의 경과에 따라 가변 길이를 갖지 않는 버스트 레스트 길이(burst rest length)(TOFF)를 포함한다. 버스트 레스트 길이(TOFF)는 일정 시간 기간 동안 버스트 전달 길이(TON) 시간 동안 제공되는 PV 파형들의 전달을 중단(halting)시킴으로써 형성된다. 버스트 동안 복수의 펄스들이 전달되는 시간의 길이(즉, 버스트 전달 길이(TON))를 버스트 기간의 지속기간(즉, TBD = TON + TOFF)으로 나눈 비율인, 버스트들(462)의 듀티 사이클이 또한 이 예에서 일정하다. 당업자는, 다른 프로세싱 방법들에서, 복수의 펄스들(461)이 네거티브 펄스 파형들(401), 성형 펄스 파형들(441) 또는 포지티브 펄스 파형들(431), 또는 이들의 조합들을 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 도 4b에 예시된 바와 같이, 버스트 레스트 길이(TOFF) 동안, 바이어싱 전극 전위 곡선(436)은 척킹 모듈(116)에 의해 인가 및 제어되는 척킹 전압에 의해 주로 제어되고, 따라서 플라즈마 전위와 상이한 전압 레벨에 있을 수 있다.
[0090] 도 4c는, 펄스들의 복수의 상이하게 구성된 버스트들, 이를테면 버스트들(462) 및 버스트들(463)이 바이어싱 전극(104) 및/또는 에지 제어 전극(115)에 설정되고 그리고 기판 표면에 설정되는 프로세싱 방법을 예시한다. 도 4d는 플라즈마 프로세싱 동안의 IEDF의 플롯에 대한, 도 4c에 예시된 프로세싱 방법의 수행에 의해 생성된 효과를 예시한다. 반복 사이클 내에서 복수의 상이하게 구성된 버스트들의 전달을 제어함으로써, IEDF가 2개 이상의 이산 IEDF 피크들을 포함하도록, 이를테면, 도 4d에 예시된 2개의 이산 IEDF 피크들이 도 4c에 예시된 프로세싱 방법의 수행에 의해 형성되도록 이온 에너지들의 분포를 제어하는 것이 가능하다고 여겨진다. 대조적으로, RF 바이어싱 방식을 활용하는 종래의 플라즈마 프로세스들에서, IEDF는 통상적으로, 낮은 에너지 및 높은 에너지로 형성되는 2개의 피크들 및 2개의 피크들 사이에 있는 에너지들을 갖는 일부 이온 집단을 갖고, 따라서 바람직하게는 이산 IEDF 피크들을 형성하지 않을 것이다. 종래 방식으로 형성된 IEDF 곡선의 예가 미국 특허 번호 제10,555,412호의 도 1b에 예시되며, 이 미국 특허는 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다. 이러한 종래의 바이어싱 방식들에서, 인가된 RF 전압(이를테면 도 6a에 도시된 것과 같은 파형을 가짐)은 전체 RF 기간에 걸쳐 캐소드 시스를 변조하여, 항상 시스 전압 강하를 과도하게 변화시켜 이중 피크 IEDF를 초래한다. 위에서 논의된 바와 같이, 종래의 프로세스 동안 형성된 2개의 IEDF 피크들(즉, 비-이산 IEDF 피크들의 형성) 사이에서 연장되는 이온 에너지들의 범위는 플라즈마 프로세싱 동안 기판의 표면 내에 형성되는 에칭된 피처 벽들의 프로파일에 영향을 미칠 것이다.
[0091] 도 4c에 예시된 방법의 일부 실시예들에서, 복수의 상이하게 구성된 버스트들은 반복 사이클 길이(TTrain)를 갖는 상이하게 구성된 버스트들의 반복 사이클을 포함한다. 버스트들(462) 및 버스트들(463) 각각은 네거티브 펄스 파형들(401), 성형 펄스 파형들(441) 또는 포지티브 펄스 파형들(431), 또는 이들의 조합들을 포함할 수 있는 복수의 펄스들(461)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 복수의 상이하게 구성된 버스트들은 적어도 2개의 상이하게 구성된 버스트들을 포함하고, 따라서 복수의 상이하게 구성된 버스트들 내의 버스트들 중 적어도 2개의 버스트들 동안 형성된 복수의 펄스들(461)의 적어도 특징들은 상이한 특징들을 갖는다. 일 예에서, 도 4c에 예시된 바와 같이, 버스트들(462)을 갖는 복수의 펄스들(461)의 특징들은 버스트들(463)을 갖는 복수의 펄스들(461)과 상이한 펄스 전압 규모(예를 들어, 상이한 VOUT)를 가지며, 따라서 상이한 피크 높이들을 갖는 2개의 IEDF 피크들(도 4d)을 형성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 펄스들(461)은 약 1 킬로볼트(kV) 내지 약 10kV의 펄스 전압 규모(VOUT)를 갖는다. 일부 실시예들에서, 반복 사이클 내에서 버스트들 중 적어도 2개의 버스트들 사이에서 상이한 복수의 펄스들(461)의 특징들은, 상이한 개별적인 PV 파형 기간들, 상이한 펄스 전압 규모들, 제1 구역(405) 및 제2 구역(406) 내에서의 PV 파형의 적어도 일부의 상이한 형상들(예를 들어, 전압 규모, 기울기(dV/dt)), 또는 다른 PV 파형 특징들을 포함한다. 버스트들(462 및 463) 각각은, 버스트 전달 길이(TON) 및 버스트 레스트 길이(TOFF)를 포함하는 버스트 기간을 갖는다. 추가로, 버스트 기간(TBD) 및 버스트 듀티 사이클(예를 들어, TON/TBD)은 버스트 전달 길이(TON) 및 버스트 기간(TBD)에 기초한다. 일부 실시예들에서, 버스트 전달 길이(TON)는 약 50㎲ 내지 약 50 밀리초(ms), 이를테면 약 200㎲ 내지 약 5ms이고, 버스트 듀티 사이클은 약 5% 내지 약 100%, 이를테면 약 50% 내지 약 95%이다. 일 예에서, 버스트들(462) 및 버스트들(463) 둘 모두에 대해, 버스트 전달 길이(TON)는 약 800㎲이고, 버스트 듀티 사이클은 약 80%이다. 더 구체적으로, 도 4c는 기판 지지 어셈블리(136)의 바이어싱 전극(104)에 제공되는, PV 파형 생성기(150)의 출력에 포지셔닝된 생성기 출력 결합 어셈블리(181)의 생성기 단부로부터 비롯하는 입력 펄스 전압 파형의 다수의 버스트들(각각은 복수의 파형 사이클들을 포함함)의 예를 포함한다. 복수의 상이하게 구성된 버스트들은 상이하게 구성된 오프셋들(ΔV), 버스트 기간들(TBD), 버스트 주파수들(
Figure pct00002
), 및/또는 버스트 듀티 사이클들(
Figure pct00003
)을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. 따라서, 상이하게 구성된 버스트들 중 2개 이상의 버스트들 사이에서 복수의 펄스들(461)의 특징들을 변경함으로써, 2개 이상의 이산 IEDF 피크들이 형성되어, 프로세싱 동안 기판 상에서 달성되는 플라즈마 프로세싱 결과들을 조정 또는 변경할 수 있다.
[0092] 도 5d는, 하나 이상의 PV 파형 생성기들(150)의 사용에 의해, 바이어싱 전극(104) 및/또는 에지 제어 전극(115)에 포지티브 펄스 파형들(431)(도시되지 않음) 또는 네거티브 펄스 파형들(401)(도시되지 않음)을 설정함으로써 프로세싱 동안 기판에 형성된 일련의 PV 파형들을 예시한다. 기판에 형성된 PV 파형들은 네거티브 펄스 파형들(401)의 설정에 의해 형성된 기판 PV 파형들(425), 또는 포지티브 펄스 파형들(431)의 설정에 의해 형성된 기판 PV 파형들(531)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 네거티브 펄스 파형들(401)은, 시간(TN1)과 시간(TN2) 사이에서 바이어싱 전극(104) 및/또는 에지 제어 전극(115)에 네거티브 전압을 설정함으로써 형성된다. 일부 실시예들에서, 바이어싱 전극(104) 및/또는 에지 제어 전극(115)에 제공되는, PV 파형 생성기(들)(150)의 출력(350)에서 제공되는 네거티브 전압은 네거티브 펄스 파형들(401)의 제2 구역(406)의 적어도 일부 동안 실질적으로 일정하다. 일 예에서, PV 파형 생성기(들)(150)의 출력(350)에서 제공되는 네거티브 전압은, 제2 구역(406)의 시작 및/또는 종료에서 발견되는 임의의 스위칭 관련 전압 진동들 또는 트랜지션들을 제외하고, 전체 제2 구역(406)에 대해 실질적으로 일정하다. 도 3b를 참조하면, 시간(TN1)과 시간(TN2) 사이의 시간 기간 동안 스위치(S1)가 폐쇄되고 폐쇄 상태를 유지하게 하고, 동일한 시간 기간 동안 스위치(S2)가 개방되고 개방 상태를 유지하게 함으로써, 네거티브 전압이 제공된다. 시간(TN2)에 시작하고 시간(TN1)에 종료되는 다른 시간 기간 동안, 스위치(S1)는 개방되고 개방 상태로 유지될 것이고, 스위치(S2)는 폐쇄되고 폐쇄 상태로 유지될 것이다.
[0093] 일부 실시예들에서, 포지티브 펄스 파형들(431)은, 시간(TP1)과 시간(TP2) 사이에서 바이어싱 전극(104) 및/또는 에지 제어 전극(115)에 포지티브 전압을 설정함으로써 형성된다. 도 3a를 참조하면, 시간(TP1)과 시간(TP2) 사이의 시간 기간 동안 스위치(S1)가 폐쇄되고 폐쇄 상태를 유지하게 하고, 동일한 시간 기간 동안 스위치(S2)가 개방되고 개방 상태를 유지하게 함으로써, 포지티브 전압이 제공된다. 시간(TP2)에 시작하고 시간(TP1)에 종료되는 다른 시간 기간 동안, 스위치(S1)는 개방되고 개방 상태로 유지될 것이고, 스위치(S2)는 폐쇄되고 폐쇄 상태로 유지될 것이다. 일부 실시예들에서, 바이어싱 전극(104) 및/또는 에지 제어 전극(115)에 제공되는, PV 파형 생성기(들)(150)의 출력(350)에서 제공되는 포지티브 전압은 포지티브 펄스 파형들(431)의 제1 구역(405)의 적어도 일부 동안 실질적으로 일정하다.
[0094] 도 5d에 도시된 바와 같이, 바이어싱 전극(104) 및/또는 에지 제어 전극(115)에 네거티브 펄스 파형들(401) 또는 포지티브 펄스 파형들(431)을 설정하는 프로세스는, 상이한 파형 특징들을 가질 수 있는 기판 PV 파형들(425) 또는 기판 PV 파형들(531)을 각각 형성할 것이다. 일 예에서, 포지티브 펄싱 프로세스 동안 시스가 존재하지 않는(즉, ESC 재충전 위상(570) 동안 형성) 파형 사이클의 더 짧은 시간 기간(TPNSH)을 포함하는 기판 PV 파형들(531)을 형성하는 것에 비하여, 네거티브 펄싱 프로세스를 사용하는 경우 시스가 존재하지 않는(즉, ESC 재충전 위상(560) 동안 형성) 파형 사이클의 더 긴 시간 기간(TNNSH)을 포함하는 기판 PV 파형들(425)을 형성하는 것이 바람직하다. 이 예에서, 네거티브 PV 파형 동안 시스가 존재하지 않는 시간 기간(TNNSH)은 약 175 나노초(ns)일 수 있는 반면, 포지티브 PV 파형 동안 시스가 존재하지 않는 시간 기간(TPNSH)은 약 80 ns일 수 있다.
[0095] 펄스 전압 파형들을 설정하는 프로세스들 중 어느 하나에서, 이를테면, 바이어싱 전극(104) 및/또는 에지 제어 전극(115)에 네거티브 펄스 파형들(401), 성형 펄스 파형들(441) 또는 포지티브 펄스 파형들(431)을 설정하는 것은, 플라즈마 프로세스 동안 기판 프로세싱 시간의 큰 퍼센티지(예를 들어, 85%- 90%) 동안 시스 전압을 거의 일정하게 유지하는 것을 가능하게 할 수 있다. 도 4a 내지 도 5d에 예시된 파형들은 단지, 기판의 플라즈마 프로세싱 동안 사용될 수 있는, 본원에서 설명되는 방법들 중 하나에 사용될 수 있는 펄스 전압 파형의 단순화된 개략적인 표현들을 보여주는 것으로 의도된다. PV 파형 생성기들(150)에 의해 생성된 실제 파형들은 상당히 더 복잡할 수 있고, 도 3a 및 도 3b에 도시되지 않은 다수의 미세-스케일 피처들(예를 들어, 유도성 엘리먼트들의 존재에 의해 야기되는 고주파 진동들)을 포함할 수 있다. 그러나 이러한 미세-스케일 피처들은 본원에서 제안된 펄스 전압 바이어싱 방식 및 제어 방법들에 의해 생성되는 실제 펄스 전압 파형의 일반적인 형상을 결정하는 근본적인 물리적 현상들의 이해에 필수적인 것은 아니다.
펄스 전압 파형 위상들
[0096] 일반적으로, 네거티브 펄스 파형들(401), 성형 펄스 파형들(441) 또는 포지티브 펄스 파형들(431)을 설정하는 것과 같은 펄스 전압 파형들은 전압 오프셋(ΔV) 외에 기간(TPD)으로 반복되는 주기적인 일련의 짧은 펄스들을 포함한다. 일 예에서, 기간(TPD)은 약 1㎲ 내지 약 5㎲, 이를테면 약 2.5㎲일 수 있다. 각각의 기간(반복 사이클) 내의 파형은 다음을 포함한다:
[0097] (1) 시스 붕괴 위상 ― 이 시스 붕괴 위상 동안, 시스 커패시터(Csh)(도 3a 및 도 3b)가 방전되고, 기판 전위가 로컬 플라즈마 전위(예를 들어, 도 4a의 플라즈마 전위 곡선(433))의 레벨이 됨 ―. 시스 붕괴 위상은, ESC 재충전 위상 (2) 동안 플라즈마로부터 제공되는 전자들에 의해 척 커패시터(CE)의 신속한 재충전을 가능하게 한다.
[0098] (2) 기판 표면에 대해 수행된 이온 전류 위상 동안 기판 표면 상에 축적된 총 전하와 반대 극성의 상당량의 전하를 신속하게 주입 또는 축적함으로써, ESC 재충전 위상 동안의 척 커패시터(CE)의 재충전. 이 위상 동안의 플라즈마 전류는 또한, 전자들에 의해 운반되는데, 즉, 캐소드 시스의 부재 시에, 전자들이 기판에 도달하고 표면 전하를 빌드 업(build up)하여 커패시터(CE)를 충전시킨다.
[0099] (3) 시스 형성 위상 동안, 프로세싱 챔버의 스트레이 커패시터를 방전시키고, 시스를 재형성하며, 시스 전압(VSH)의 값을 세팅하기 위한 네거티브 전압 점프. 시스 형성(Csh의 충전)의 시작은, 기판 전위가 로컬 플라즈마 전위 미만으로 감소하기 시작하는 지점으로서 명확하게 식별될 수 있다.
[00100] (4) 일반적으로 긴(예를 들어, PV 파형 사이클 지속기간(T)의 50% 초과, 이를테면, 약 80-90%) 이온 전류 위상 ― 이 이온 전류 위상 동안, 이온 전류는 기판 표면 상에 포지티브 전하의 축적을 야기하고, 시스 및 척 커패시터들을 점진적으로 방전시켜, 시스 전압 강하를 느리게 감소시키고 기판 전위를 제로에 더 가깝게 함 ―. 이는 기판 전압 파형들(425(도 4a) 및 531(도 5d))에서 전압 드룹(voltage droop)을 초래한다. 생성된 시스 전압 드룹은 펄스 파형(들)이 위의 (1) 내지 (3)에서 설명된 다음 사이클로 이동할 필요가 있는 이유이다.
[00101] 위에서 논의된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 프로세싱 챔버(100)는 적어도, 하나 이상의 RF 생성기들(118) 및 이들과 연관된 제1 필터 어셈블리(162), 및 하나 이상의 PV 생성기들(314) 및 이들과 연관된 제2 필터 어셈블리(151)를 포함할 것이며, 이들은 함께, 원하는 파형들을 기판 지지 어셈블리(136) 내에 배치된 하나 이상의 전극들에 전달하도록 구성된다. 제어기(126)의 메모리에 저장된 소프트웨어 명령은 프로세싱 챔버 내에 형성된 플라즈마의 하나 이상의 양상들을 설정, 유지 및 제어하도록 구성되는 RF 파형의 생성을 야기하도록 구성된다. 제어되는 플라즈마의 하나 이상의 양상들은 프로세싱 볼륨(129)에 형성되는 플라즈마의 이온 에너지, 플라즈마 케미스트리 및 플라즈마 밀도를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
[00102] 도 6a는 RF 생성기(118)로부터 제공되는 주파수(즉, 1/TRF)를 갖는 통상적인 정현파 RF 파형(601)을 예시한다. 통상적으로, 플라즈마의 하나 이상의 양상들은, 원하는 RF 주파수 및 RF 전력량, 그리고 일부 경우들에서는, 펄스 RF 신호의 듀티 사이클(즉, 정현파 RF 신호가 "온"인 시간(TRFON)의 퍼센티지 대 정현파 RF 신호가 "오프"인 시간(TRFOFF)의 퍼센티지)을 선택함으로써 제어될 수 있다. 원하는 RF 주파수의 선택은 일반적으로, 선택된 좁은 RF 주파수 범위 내의 하나 이상의 주파수들로 가변량의 RF 전력을 제공하도록 구성된 RF 생성기(예를 들어, 2MHz, 13.56MHz, 또는 40MHz RF 생성기)를 선택함으로써 수행된다.
[00103] 도 6b는 플라즈마 프로세스 동안 RF 생성기(118)로부터 제공될 수 있는 펄스 RF 파형(602)을 예시한다. 형성된 펄스 RF 파형(602)은 RF 펄스 RF 시퀀스 내의 RF 펄스 기간(TRFP), 및 정현파 RF 파형(601)이 RF 생성기(118)에 의해 제공되거나 또는 제공되지 않는 "온" 및 "오프" 시간들(즉, 각각, TRFON 및 TRFOFF)을 가질 수 있다.
[00104] 도 6c는 RF 생성기(118)로부터 제공되는 펄스 RF 파형(602)이 하나 이상의 PV 파형 생성기들(150) 및 제어기(126)의 사용에 의해 바이어싱 전극(104) 및/또는 에지 제어 전극(115)에 제공되는 일련의 버스트들(612, 622 또는 632)과 동기화되는 방법을 예시한다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 각각의 일련의 버스트들(612, 622, 632) 내의 버스트들(615, 625, 635)은 단일의 일관된 타입의 버스트를 포함하지만(즉, 펄스들(461)은 동일한 펄스 특징들을 가짐), 하나 이상의 PV 파형 생성기들(150)에 의해 생성된 각각의 일련의 버스트들 내의 버스트들은 상이하게 구성된 버스트들, 이를테면 도 4c의 버스트들(462, 463)을 포함할 수 있다는 것이 고려된다. 유사하게, 일부 실시예들에서, RF 파형(602) 내의 RF 펄스들은 일련의 상이하게 구성된 RF 펄스들을 포함할 수 있다. 버스트들(615, 625 또는 635)은 각각, 바이어싱 전극(104) 및 에지 제어 전극(115) 중 어느 하나 또는 둘 모두에 설정될 수 있는 네거티브 펄스 파형들(401), 성형 펄스 파형들(441) 또는 포지티브 펄스 파형들(431), 또는 이들의 조합들을 포함할 수 있는 복수의 펄스들(461)을 포함한다.
[00105] 일 예에서, 프로세싱 동안, 복수의 버스트들(615)을 포함하는 일련의 버스트들(612)이 바이어싱 전극(104) 및/또는 에지 제어 전극(115)에 제공되고, 펄스 RF 파형(602)의 전달과 동기화된다. 이 예에서, 복수의 버스트들(615) 각각은, 펄스 RF 파형(602) 내의 RF 펄스들의 RF 펄스 전달 길이(TRFON), RF 펄스 레스트 길이(TRFOFF) 및 RF 펄스 기간(TRFP)과 동일한 버스트 전달 길이, 버스트 레스트 길이 및 버스트 기간을 갖는다.
[00106] 다른 예에서, 프로세싱 동안, 복수의 버스트들(625)을 포함하는 일련의 버스트들(622)이 바이어싱 전극(104) 및/또는 에지 제어 전극(115)에 제공되고, 펄스 RF 파형(602)의 전달과 동기화된다. 이 예에서, 복수의 버스트들(625) 각각은, 펄스 RF 파형(602) 내의 RF 펄스들의 RF 펄스 전달 길이(TRFON), RF 펄스 레스트 길이(TRFOFF) 및 RF 펄스 기간(TRFP)과 동일한 버스트 전달 길이, 버스트 레스트 길이 및 버스트 기간을 갖는다. 그러나 이러한 예에서, 각각의 버스트(625)의 시작이 펄스 RF 파형(602) 내의 RF 펄스 각각의 적어도 일부가 전달된 후의 시간에 발생하도록 지연 기간(TDE)이 제공되며, 이는 본원에서 포지티브 지연 기간으로 또한 지칭된다. 또한 또는 대안적으로, 버스트들(625) 중 적어도 일부가 전달된 후(즉, 네거티브 지연 기간) RF 펄스들의 전달이 발생하도록, 버스트들(625)의 전달에 비해 RF 펄스의 전달을 지연시키는 것이 바람직할 수 있다.
[00107] 다른 예에서, 프로세싱 동안, 복수의 버스트들(635)을 포함하는 일련의 버스트들(632)이 바이어싱 전극(104) 및/또는 에지 제어 전극(115)에 제공되고, 펄스 RF 파형(602)의 전달과 동기화된다. 이 예에서, 복수의 버스트들(635) 각각은 펄스 RF 파형(602) 내의 RF 펄스들과 동일한 버스트 기간을 갖는다. 그러나 이러한 예에서, 버스트 전달 길이 및 버스트 레스트 길이는 펄스 RF 파형(602) 내의 RF 펄스들과 상이하다. 도 6c에 예시된 바와 같이, 각각의 버스트(635)의 버스트 전달 길이는 RF 펄스 전달 길이(TRFON)보다 시간 기간(TDS)만큼 더 길다. 이 경우, 버스트들(635)의 전달과 펄스 RF 파형(602) 사이의 듀티 사이클들은 상이하다.
[00108] 도 6c에 예시된 일련의 버스트들(612, 622, 632)은 각각 일정한 버스트 전달 길이 및 듀티 사이클을 포함하지만, 일련의 버스트들에서의 버스트 전달 길이 및/또는 듀티 사이클이 시간의 경과에 따라 변할 수 있다는 것이 고려된다. 또한, 도 6c에 예시된 일련의 버스트들(622)은 각각 일정한 지연 기간(TDE)을 포함하지만, 일련의 버스트들에서의 지연 기간은 시간의 경과에 따라 변할 수 있다는 것이 고려된다. 또한, 도 6c에 예시된 일련의 버스트들(632)은 각각 일정한 버스트 전달 길이 및 일정한 지연 기간을 포함하지만, 일련의 버스트들에서의 버스트 전달 길이는 시간의 경과에 따라 변할 수 있고 그리고/또는 버스트들(625)의 전달에 대한 RF 펄스들의 전달을 지연시키는 것이 바람직할 수 있다는 것이 고려된다.
[00109] 다른 예에서, 도 6d에 예시된 바와 같이, 프로세싱 동안, 복수의 버스트들(645)을 포함하는 일련의 버스트들(642)이 바이어싱 전극(104) 및/또는 에지 제어 전극(115)에 제공되고, 펄스 RF 파형(602)의 전달과 동기화된다. 이 예에서, 복수의 버스트들(645) 각각은, 펄스 RF 파형(602) 내의 RF 펄스들의 RF 펄스 전달 길이(TRFON) 및 RF 펄스 레스트 길이(TRFOFF)와 상이한 버스트 전달 길이, 버스트 레스트 길이 및 버스트 기간을 갖는다. 이 예에서, 각각의 버스트(645)의 시작이 펄스 RF 파형(602) 내의 RF 펄스 각각의 적어도 일부가 전달된 후의 시간에 발생하도록 시작 지연 기간(TDE)이 제공되고, 또한 RF 펄스 기간(TRFP)이 종료되기 전에 각각의 버스트(645)의 종료가 발생하도록 종료 지연 기간(TED)이 제공된다. 이러한 예에서, 각각의 버스트(645)의 듀티 사이클은 RF 펄스 미만이다.
[00110] 다른 예에서, 도 6e에 예시된 바와 같이, 프로세싱 동안, 복수의 버스트들(655 및 656)을 포함하는 일련의 버스트들(652)이 바이어싱 전극(104) 및/또는 에지 제어 전극(115)에 제공되고, 멀티레벨 펄스 RF 파형(603)의 전달과 동기화된다. 멀티레벨 펄스 RF 파형(603)은, RF 생성기의 사용에 의해 상이한 전력 레벨들로 정현파 RF 파형(601)의 전달에 의해 형성되는 복수의 RF 펄스 전력 레벨들(604 및 605)을 포함한다. 이 예에서, 복수의 버스트들(655 및 656) 각각은 RF 펄스 전력 레벨들(604 및 605)의 변화들과 동기화된다. 복수의 버스트들(655 및 656) 각각은, 버스트들(655 및 656) 각각에 대해 인가된 전압 레벨 피크들 각각의 네거티브 레벨들의 차이에 의해 예시된 바와 같이, 상이한 전압 레벨들로 공급되는 복수의 네거티브 펄스 파형들(401)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 도 6e에 예시된 바와 같이, 버스트들(655 및 656) 및/또는 RF 펄스 전력 레벨들(604 및 605) 사이의 트랜지션들은, 각각, 버스트 레스트 길이(TOFF) 시간 또는 RF 펄스 레스트 길이(TRFOFF) 시간에 의해 분리되지 않는다.
[00111] 도 6e에 예시된 일련의 버스트들(652) 및 멀티레벨 펄스 RF 파형(603)을 포함하는 도 6f는, 일련의 버스트들(652) 및 멀티레벨 펄스 RF 파형(603)의 전달을 동기화하는 데 사용되는 TTL 신호 파형을 개략적으로 예시한다. 일부 실시예들에서, TTL 신호 파형은, 일련의 버스트들(652) 및 멀티레벨 펄스 RF 파형(603)의 전달이 동기화될 수 있도록, 제어기(126)에 의해 각각의 PV 파형 생성기(150) 및 RF 생성기(118)에 제공된다. 다른 실시예들에서, TTL 신호 파형은, 마스터 RF 생성기(118)로부터 제공되는 일련의 버스트들(652) 및 멀티레벨 펄스 RF 파형(603)의 전달이 동기화될 수 있도록, 마스터 RF 생성기(118)로부터 각각의 PV 파형 생성기(150)에 제공된다. TTL 신호 파형은, PV 파형 생성기(150) 및/또는 RF 생성기(118)로부터 제공될 원하는 PV 파형 특징 또는 RF 신호 파형 특징을 결정하기 위해 각각의 PV 파형 생성기(150) 및/또는 RF 생성기(118)에 의해 사용되는 하나 이상의 신호 특징들을 포함하는 멀티레벨 펄스들을 포함할 수 있다. 일 예에서, 프로세싱 시퀀스 동안 다양한 상이한 시간들에서의 신호 파형의 규모(예를 들어, 전압 레벨(들))는, 원하는 PV 파형 출력 전압 레벨을 결정하기 위해 각각의 PV 파형 생성기(150)에 의해 사용되고, 제공될 원하는 RF 전력 레벨을 결정하기 위해 RF 생성기(118)에 의해 사용된다.
[00112] 다른 예에서, 도 6g에 예시된 바와 같이, 프로세싱 동안, 복수의 버스트들(665 및 667)을 포함하는 일련의 버스트들(662)이 바이어싱 전극(104) 및/또는 에지 제어 전극(115)에 제공되고, 멀티레벨 펄스 RF 파형(606)의 전달과 동기화된다. 멀티레벨 펄스 RF 파형(606)은, RF 생성기의 사용에 의해 상이한 전력 레벨들로 정현파 RF 파형(601)의 전달에 의해 형성되는 복수의 RF 펄스 전력 레벨들(607 및 608)을 포함한다. 멀티레벨 펄스 RF 파형(606)은, 제1 전력 레벨(607)로부터 제2 전력 레벨(608)로의 트랜지션 사이에 배치되는, RF 레스트 시간(609)에 의해 예시되는 RF 펄스 레스트 길이(TRFOFF) 시간들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, RF 펄스 전력 레벨들(607 및 608) 사이의 각각의 트랜지션에 RF 펄스 레스트 길이(TRFOFF) 시간이 배치된다. 복수의 버스트들(665 및 667) 각각 사이의 트랜지션들은 RF 펄스 전력 레벨들(607 및 608)의 변화들과 동기화된다. 복수의 버스트들(665 및 667) 각각은, 버스트들(665 및 667) 각각의 피크들 각각의 네거티브 레벨들의 차이에 의해 예시된 바와 같이, 상이한 전압 레벨들로 공급되는 복수의 네거티브 펄스 파형들(401)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 버스트(667)로부터 버스트(665)로의 트랜지션은 버스트 레스트 길이(TOFF) 시간만큼 분리되는 한편, 버스트(665)로부터 버스트(667)로의 트랜지션은 버스트 레스트 길이(TOFF) 시간만큼 분리되지 않는다. 그러나 일부 실시예들에서, 버스트(665)로부터 버스트(667)로의 트랜지션은 버스트 레스트 길이(TOFF) 시간만큼 분리되는 한편, 버스트(667)로부터 버스트(665)로의 트랜지션은 버스트 레스트 길이(TOFF) 시간만큼 분리되지 않는다. 버스트(665)로부터 버스트(667)로의 그리고 버스트(667)로부터 버스트(665)로의 트랜지션들은 각각 버스트 레스트 길이(TOFF) 시간만큼 분리될 수 있다.
[00113] 도 6g는 또한, 일련의 버스트들(662) 및 멀티레벨 펄스 RF 파형(606)의 전달을 동기화시키는 것을 돕는 데 사용될 수 있는 TTL 신호 파형을 예시한다. 위에서 유사하게 논의된 바와 같이, 일련의 버스트들(662) 및 멀티레벨 펄스 RF 파형(606)의 전달이 동기화될 수 있도록, TTL 신호 파형은 마스터 RF 생성기(118)로부터 각각의 PV 파형 생성기(150)에 제공되거나, 또는 TTL 신호 파형은 제어기(126)에 의해 각각의 PV 파형 생성기(150) 및 RF 생성기(118)에 제공된다. 도 6g에 도시된 바와 같이, 프로세싱 시퀀스 동안 다양한 상이한 시간들에서의 신호 파형의 규모는, 원하는 PV 파형 출력 전압 레벨을 결정하기 위해 각각의 PV 파형 생성기(150)에 의해 사용되고, 원하는 RF 전력 레벨을 결정하기 위해 RF 생성기(118)에 의해 사용된다. 일부 구성들에서, 도 6g의 레벨(LS2)과 같은, TTL 신호 파형의 레벨들 중 하나 이상에서 제공된 정보는, 버스트들(665 및 667) 중 하나 이상, 이를테면 버스트(667)에 대한 원하는 듀티 사이클, 버스트 내 펄스 수 및/또는 펄스 규모를 결정하는 데 사용되고, 그리고/또는 RF 파형(606)에 대한 듀티 사이클 및/또는 RF 펄스 규모가 TTL 신호 파형의 특징들로부터 결정된다.
[00114] 도 6h는 도 6g에 예시된 펄스 시퀀스의 대안적인 버전을 예시한다. 도 6h에 도시된 펄스 구성은 도 6g에 도시된 하이-로우(HL: High-Low) PV 펄스 시퀀스와 비교할 때 로우-하이(LH: Low-High) PV 펄스 시퀀스로 본원에서 지칭된다. 도 6h에 예시된 바와 같이, 일련의 버스트들(662)의 버스트들(665 및 667), 및 멀티레벨 펄스 RF 파형(606)의 RF 펄스 전력 레벨들(607 및 608)은 시간상 상이하게 순차적으로 포지셔닝된다. 이 구성에서, 버스트들(665 및 667) 및 RF 펄스 전력 레벨들(607 및 608)은, 버스트(667)가 버스트(665)의 전달에 선행하고 RF 펄스 전력 레벨(607)이 RF 펄스 전력 레벨(608)의 전달에 선행하도록, 시간상 재순서화되었다.
[00115] 일부 실시예에서, 일련의 버스트들, 이를테면 일련의 버스트들(612, 622 또는 632)은 하나 이상의 PV 파형 생성기들(150) 및 제어기(126)의 사용에 의해 동기화되어 바이어싱 전극(104) 및 에지 제어 전극(115)에 개별적으로 제공된다. 이외에도, 위에서 논의된 바와 같이, 펄스 RF 파형(602)은, 하나 이상의 PV 파형 생성기들(150) 및 제어기(126)의 사용에 의해 바이어싱 전극(104) 및 에지 제어 전극(115)에 제공될 수 있는 일련의 버스트들(612, 622 또는 632)과 동기화될 수 있다. 일 예에서, 일련의 버스트들(612)이 제1 PV 소스 어셈블리(196)의 PV 파형 생성기(150)로부터 바이어싱 전극(104)에 제공되고, 일련의 버스트들(612)이 제2 PV 소스 어셈블리(197)의 PV 파형 생성기(150)로부터 에지 제어 전극(115)에 제공되며, 이는 펄스 RF 파형(602)의 전달과 동기화된다.
[00116] 일부 실시예들에서, 바이어싱 전극(104)에 제공되는 버스트들 및/또는 일련의 버스트들 및 에지 제어 전극에 제공되는 버스트들 및/또는 일련의 버스트들은 하나 이상의 상이한 특징들을 갖는다. 일 예에서, 바이어싱 전극(104)에 제공되는 버스트에서 제공되는 펄스 전압 파형들은 에지 제어 전극(115)에 동시에 제공되는 버스트에서 제공되는 펄스 전압 파형들과 상이하다. 다른 예에서, 바이어싱 전극(104)에 제공되는 일련의 버스트에서 제공되는 버스트들(예를 들어, 버스트(615))은, 에지 제어 전극(115)에 제공되는 일련의 버스트에서 제공되는 버스트들(예를 들어, 버스트(635))과 상이한 버스트 전달 길이를 갖는다. 다른 예에서, 바이어싱 전극(104)에 제공되는 일련의 버스트에서 제공되는 버스트들은 에지 제어 전극(115)에 제공되는 일련의 버스트에서 제공되는 버스트들로부터 시간상 스태거링(stagger)된다. 이 예에서, 일련의 버스트들(612) 중 버스트들(615)은 바이어싱 전극(104)에 제공되고, 일련의 버스트들(622) 중 버스트들(625)은 에지 제어 전극(115)에 제공되며, 따라서 펄스 RF 파형(602)과 바이어싱 전극(104) 및 에지 제어 전극에 제공되는 버스트들의 전달의 타이밍은 서로에 대해 개별적으로 조정될 수 있다.
[00117] 일부 실시예들에서, 바이어싱 전극(104) 및 에지 제어 전극(115)에 제공되는 PV 파형들은 동기화되고, 각각의 전극에 제공되는 개별적인 펄스들의 진폭들이 상이할 수 있다는 점을 제외하고는 형상이 동일하다. 바이어싱 전극(104) 및 에지 제어 전극(115)에 인가되는 상이한 PV 파형 진폭은 기판 상에 형성되는 에칭된 피처들의 "에지 경사(edge tilt)"를 제어하는 데 사용될 수 있다. 일 예에서, 바이어싱 전극(104) 및 에지 제어 전극(115)에 제공되는 제1 버스트 내의 PV 파형들은 동기화되고 형상이 동일하며, 에지 제어 전극(115)에 인가되는 PV 파형의 피크-대-피크 전압은 바이어싱 전극(104)에 인가되는 PV 파형의 피크-대-피크 전압 초과이다. 다른 예에서, 바이어싱 전극(104) 및 에지 제어 전극(115)에 제공되는 제2 버스트 내의 PV 파형들은 동기화되고 형상이 동일하며, 에지 제어 전극(115)에 인가되는 PV 파형의 피크-대-피크 전압은 바이어싱 전극(104)에 인가되는 PV 파형의 피크-대-피크 전압 미만이다.
[00118] 일부 실시예들에서, 제어기(126)의 메모리에 저장된 소프트웨어 명령들은, 거의 일정한 시스를 설정하고 따라서 프로세싱 챔버에서의 플라즈마 프로세싱 동안 기판의 표면에 원하는 IEDF를 생성하는 데 사용되는 펄스 전압(PV) 파형 및/또는 펄스 전압(PV) 파형들의 버스트들의 생성을 야기하도록 구성된다. 펄스 전압(PV) 파형 및/또는 펄스 전압(PV) 파형들의 버스트들의 제어는 IEDF의 형상 및 IEDF에 대한 피크 수에 대한 정밀 제어를 가능하게 하고, 따라서 기판의 표면에 형성되는 피처들의 프로파일을 더 양호하게 제어한다. 펄스 전압(PV) 파형 및/또는 펄스 전압(PV) 파형들의 버스트들의 제어는 통상적으로, 펄스 전압(PV) 파형들의 위상들 중 하나 이상의 위상들 동안 원하는 전압 신호의 전달을 포함할 것이며, 그 다음, 펄스 전압(PV) 파형의 나머지 위상들의 형상이 파형 기간(TPD)의 레스트 동안 자연스럽게 진화할 수 있도록 한다. 제어기(126)의 메모리에 저장된 소프트웨어는 또한, 프로세싱 챔버(100) 내의 하나 이상의 전극들로의 RF 파형(들), 펄스 전압(PV) 파형들 및/또는 펄스 전압(PV) 파형들의 버스트들의 전달을 동기화하는 데 필요한 다양한 프로세스 태스크들 및 다양한 프로세스 시퀀스들을 수행하기 위해, 프로세싱 챔버(100) 및 프로세싱 챔버가 배치된 프로세싱 시스템 내의 다양한 하드웨어 및 전기 컴포넌트들을 제어하는 데 사용되는 명령들을 포함할 것이다.
[00119] 전술된 내용이 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 기본 범위를 벗어나지 않고 본 개시내용의 다른 그리고 추가 실시예들이 안출될 수 있으며, 본 개시내용의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (20)

  1. 플라즈마 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법으로서,
    라디오 주파수 생성기의 사용에 의해, 기판 지지 어셈블리 내에 배치된 지지 베이스에 라디오 주파수 신호를 전달하는 단계 ― 상기 라디오 주파수 생성기는 펄스 전압 필터 어셈블리를 통해 상기 지지 베이스에 전기적으로 결합됨 ―; 및
    제1 펄스 전압 파형 생성기의 사용에 의해, 상기 기판 지지 어셈블리 내에 배치된 바이어싱 전극에서의 제1 펄스 전압 파형을 설정하는 단계 ― 상기 제1 펄스 전압 파형 생성기는 제1 라디오 주파수 필터 어셈블리를 통해 상기 바이어싱 전극에 전기적으로 결합됨 ― 를 포함하며,
    상기 바이어싱 전극은 상기 지지 베이스와 상기 기판 지지 어셈블리의 기판 지지 표면 사이에 배치되고,
    상기 지지 베이스와 상기 바이어싱 전극 사이에 제1 유전체 층이 배치되고, 그리고
    상기 바이어싱 전극과 상기 기판 지지 표면 사이에 제2 유전체 층이 배치되는,
    플라즈마 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 펄스 전압 파형은 일련의 반복 사이클들을 포함하여,
    각각의 사이클 내의 파형은 제1 시간 인터벌 동안 발생하는 제1 부분 및 제2 시간 인터벌 동안 발생하는 제2 부분을 갖고,
    포지티브 전압 펄스가 상기 제1 시간 인터벌의 적어도 일부 동안에만 존재하고,
    상기 제1 펄스 전압 파형 생성기의 출력이 상기 제2 시간 인터벌의 적어도 일부 동안 네거티브 전압 공급부에 연결되고, 그리고
    상기 펄스 전압 파형은 상기 제2 시간 인터벌의 적어도 일부 동안 실질적으로 일정한,
    플라즈마 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 시간 인터벌은 상기 일련의 반복 사이클들의 각각의 사이클의 적어도 50%를 차지(account for)하는,
    플라즈마 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 펄스 전압 파형은 일련의 반복 사이클들을 포함하여,
    각각의 사이클 내의 파형은 제1 시간 인터벌 동안 발생하는 제1 부분 및 제2 시간 인터벌 동안 발생하는 제2 부분을 갖고,
    포지티브 전압 펄스가 상기 제1 시간 인터벌의 적어도 일부 동안에만 존재하고,
    상기 제1 펄스 전압 파형 생성기의 출력이 제1 시간 인터벌의 적어도 일부 동안 포지티브 전압 공급부에 연결되고, 그리고
    상기 펄스 전압 파형은 상기 제2 시간 인터벌의 적어도 일부 동안 실질적으로 일정한,
    플라즈마 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 펄스 전압 파형은 일련의 반복 사이클들을 포함하여,
    각각의 사이클 내의 파형은 제1 시간 인터벌 동안 발생하는 제1 부분 및 제2 시간 인터벌 동안 발생하는 제2 부분을 갖고,
    포지티브 전압 펄스가 상기 제1 시간 인터벌의 적어도 일부 동안에만 존재하고,
    전압 파형 생성기의 출력이 제1 시간 인터벌의 적어도 일부 동안 포지티브 전압 공급부에 연결되고, 그리고
    상기 제2 시간 인터벌은 상기 제1 시간 인터벌보다 더 긴,
    플라즈마 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 시간 인터벌은 상기 일련의 반복 사이클들의 각각의 사이클의 약 15% 미만을 차지하는,
    플라즈마 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 유전체 층은 유한 저항률을 갖는 재료를 포함하는,
    플라즈마 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 유전체 층은 약 0.1mm 내지 약 2mm의 두께를 갖는,
    플라즈마 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 라디오 주파수 필터 어셈블리를 통해 바이어싱 전극에 결합된 척킹 모듈을 사용하여 상기 기판과 상기 바이어싱 전극 사이에 전압 강하를 설정함으로써 상기 기판을 상기 기판 지지 어셈블리에 척킹하는 단계, 및
    상기 제1 펄스 전압 파형 생성기의 출력을 상기 척킹 모듈에 결합하는 제1 생성기 출력 결합 어셈블리를 더 포함하며,
    상기 제1 생성기 출력 결합 어셈블리는 상기 제1 생성기 출력 결합 어셈블리와 상기 바이어싱 전극 사이에 배치되는 차단 커패시터에 결합되는,
    플라즈마 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법.
  10. 제1 항에 있어서,
    (a) 제1 시간 기간 동안, 상기 바이어싱 전극에서의 펄스 전압 파형들의 제1 버스트를 설정하는 단계 ― 상기 펄스 전압 파형들의 제1 버스트는 상기 제1 펄스 전압 파형을 포함함 ―;
    (b) 제2 시간 기간 동안, 상기 펄스 전압 파형들의 제1 버스트를 설정하는 단계를 중단(halting)하는 단계; 및
    상기 (a) 단계 및 상기 (b) 단계를 적어도 1회 이상 반복하는 단계를 더 포함하는,
    플라즈마 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    (c) 제3 시간 기간 동안, 상기 바이어싱 전극에서의 펄스 전압 파형들의 제2 버스트를 설정하는 단계 ― 상기 펄스 전압 파형들의 제2 버스트는 상기 제1 펄스 전압 파형과 상이한 제2 펄스 전압 파형을 포함함 ―;
    (d) 제4 시간 기간 동안, 상기 펄스 전압 파형들의 제2 버스트를 설정하는 단계를 중단하는 단계; 및
    상기 (c) 단계 및 상기 (d) 단계를 적어도 1회 이상 반복하는 단계를 더 포함하는,
    플라즈마 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 (a) 단계, 상기 (b) 단계, 상기 (c) 단계 및 상기 (d) 단계를 적어도 1회 이상 순차적으로 반복하는 단계를 더 포함하는,
    플라즈마 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 펄스 전압 파형은 일련의 반복 사이클들을 포함하여,
    각각의 사이클 내의 파형은 제1 시간 인터벌 동안 발생하는 제1 부분 및 제2 시간 인터벌 동안 발생하는 제2 부분을 갖고,
    포지티브 전압 펄스가 상기 제1 시간 인터벌의 적어도 일부 동안에만 존재하고,
    상기 제1 펄스 전압 파형 생성기의 출력이 상기 제2 시간 인터벌의 적어도 일부 동안 네거티브 전압 공급부에 연결되고, 그리고
    상기 펄스 전압 파형은 상기 제2 시간 인터벌의 적어도 일부 동안 실질적으로 일정한,
    플라즈마 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 펄스 전압 파형은 일련의 반복 사이클들을 포함하여,
    각각의 사이클 내의 파형은 제1 시간 인터벌 동안 발생하는 제1 부분 및 제2 시간 인터벌 동안 발생하는 제2 부분을 갖고,
    포지티브 전압 펄스가 상기 제1 시간 인터벌의 적어도 일부 동안에만 존재하고,
    상기 제1 펄스 전압 파형 생성기의 출력이 제1 시간 인터벌의 적어도 일부 동안 포지티브 전압 공급부에 연결되고, 그리고
    상기 펄스 전압 파형은 상기 제2 시간 인터벌의 적어도 일부 동안 실질적으로 일정한,
    플라즈마 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법.
  15. 플라즈마 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법으로서,
    라디오 주파수 생성기의 사용에 의해, 기판 지지 어셈블리 내에 배치된 지지 베이스에 라디오 주파수 신호를 전달하는 단계 ― 상기 라디오 주파수 생성기는 펄스 전압 필터 어셈블리를 통해 상기 지지 베이스에 전기적으로 결합됨 ―;
    제1 펄스 전압 파형 생성기의 사용에 의해, 상기 기판 지지 어셈블리 내에 배치된 바이어싱 전극에서의 제1 펄스 전압 파형을 설정하는 단계 ― 상기 제1 펄스 전압 파형 생성기는 제1 라디오 주파수 필터 어셈블리를 통해 상기 바이어싱 전극에 전기적으로 결합됨 ―; 및
    제2 펄스 전압 파형 생성기의 사용에 의해, 상기 기판 지지 어셈블리 내에 배치된 에지 제어 전극에서의 제2 펄스 전압 파형을 설정하는 단계 ― 상기 제2 펄스 전압 파형 생성기는 제2 라디오 주파수 필터 어셈블리를 통해 상기 에지 제어 전극에 전기적으로 결합됨 ― 를 포함하며,
    상기 바이어싱 전극은 상기 지지 베이스와 상기 기판 지지 어셈블리의 기판 지지 표면 사이에 배치되고,
    상기 지지 베이스와 상기 바이어싱 전극 사이에 제1 유전체 층이 배치되고,
    상기 바이어싱 전극과 상기 기판 지지 표면 사이에 제2 유전체 층이 배치되고, 그리고
    상기 에지 제어 전극은 상기 바이어싱 전극의 적어도 일부를 둘러싸는,
    플라즈마 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 펄스 전압 파형은 일련의 반복 사이클들을 포함하여,
    각각의 사이클 내의 파형은 제1 시간 인터벌 동안 발생하는 제1 부분 및 제2 시간 인터벌 동안 발생하는 제2 부분을 갖고,
    포지티브 전압 펄스가 상기 제1 시간 인터벌의 적어도 일부 동안에만 존재하고,
    상기 제1 펄스 전압 파형 생성기의 출력이 상기 제2 시간 인터벌의 적어도 일부 동안 네거티브 전압 공급부에 연결되고, 그리고
    상기 펄스 전압 파형은 상기 제2 시간 인터벌의 적어도 일부 동안 실질적으로 일정한,
    플라즈마 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 제2 펄스 전압 파형은 일련의 반복 사이클들을 포함하여,
    각각의 사이클 내의 파형은 제1 시간 인터벌 동안 발생하는 제1 부분 및 제2 시간 인터벌 동안 발생하는 제2 부분을 갖고,
    포지티브 전압 펄스가 상기 제1 시간 인터벌의 적어도 일부 동안에만 존재하고,
    상기 제1 펄스 전압 파형 생성기의 출력이 상기 제2 시간 인터벌의 적어도 일부 동안 네거티브 전압 공급부에 연결되고, 그리고
    상기 펄스 전압 파형은 상기 제2 시간 인터벌의 적어도 일부 동안 실질적으로 일정한,
    플라즈마 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법.
  18. 제15 항에 있어서,
    (a) 제1 시간 기간 동안, 상기 바이어싱 전극에서의 펄스 전압 파형들의 제1 버스트를 설정하는 단계 ― 상기 제1 버스트의 펄스 전압 파형들은 상기 제1 펄스 전압 파형을 포함함 ―;
    (b) 제2 시간 기간 동안, 상기 펄스 전압 파형들의 제1 버스트를 설정하는 단계를 중단하는 단계; 및
    상기 (a) 단계 및 상기 (b) 단계를 적어도 1회 이상 반복하는 단계를 더 포함하는,
    플라즈마 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 제1 펄스 전압 파형 및 상기 제2 펄스 전압 파형은 각각 일련의 반복 사이클들을 포함하여,
    각각의 사이클 내의 파형은 제1 시간 인터벌 동안 발생하는 제1 부분 및 제2 시간 인터벌 동안 발생하는 제2 부분을 갖고,
    포지티브 전압 펄스가 상기 제1 시간 인터벌의 적어도 일부 동안에만 존재하고,
    상기 제1 펄스 전압 파형 생성기의 출력이 상기 제2 시간 인터벌의 적어도 일부 동안 네거티브 전압 공급부에 연결되고, 그리고
    상기 펄스 전압 파형은 상기 제2 시간 인터벌의 적어도 일부 동안 실질적으로 일정한,
    플라즈마 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법.
  20. 제18 항에 있어서,
    (c) 제3 시간 기간 동안, 상기 바이어싱 전극에서의 펄스 전압 파형들의 제2 버스트를 설정하는 단계 ― 상기 펄스 전압 파형들의 제2 버스트는 상기 제1 펄스 전압 파형과 상이한 제2 펄스 전압 파형을 포함함 ―;
    (d) 제4 시간 기간 동안, 상기 펄스 전압 파형들의 제2 버스트를 설정하는 단계를 중단하는 단계; 및
    상기 (c) 단계 및 상기 (d) 단계를 적어도 1회 이상 반복하는 단계를 더 포함하는,
    플라즈마 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법.
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