KR102251093B1 - Rf 펄스 매칭 방법 및 이의 장치, 펄싱 플라즈마 생성 시스템 - Google Patents

Rf 펄스 매칭 방법 및 이의 장치, 펄싱 플라즈마 생성 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 가공 기술 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 RF(radio frequency) 펄스 매칭 방법, RF 펄스 장치 및 펄싱 플라즈마 생성 시스템에 관한 것이다. 상기 RF 펄스 매칭 방법은 매칭 임계 값을 미리 설정하고, 펄스 카운트 값을 펄스 기준 값으로 초기화하는 단계 S1; 상부 전극과 하부 전극에 각각 펄스 전력을 인가하는 단계 S2; 상부 RF 전원의 펄스 신호를 수집하고, 매칭 매개변수를 계산하는 단계 S3; 매칭 매개변수와 매칭 임계 값의 크기를 판단하고, 매칭 매개변수와 매칭 임계 값의 크기에 따라 펄스 카운트 값을 설정하는 단계 S4; 펄스 카운트 값과 펄스 기준 값의 일관성에 따라, 상부 매처가 상부 RF 전원에 대해 매칭을 수행하거나 하부 매처가 하부 RF 전원 중 어느 하나에 대해 매칭을 수행하도록 만드는 단계 S5; 및 상부 RF 전원과 하부 RF 전원이 모두 매칭을 구현할 때까지 단계 S4와 단계 S5를 반복하는 단계 S6을 포함한다. 상기 RF 펄스 매칭 방법 및 이의 장치는 펄싱 플라즈마 매칭 속도가 비교적 빠르고, 펄스 플라즈마가 두 전극의 영향을 적게 받으며 안정성이 높다.

Description

RF 펄스 매칭 방법 및 이의 장치, 펄싱 플라즈마 생성 시스템
본 발명은 반도체 가공 기술 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 RF(radio frequency) 펄스 매칭 방법, RF 펄스 장치 및 펄싱 플라즈마 생성 시스템에 관한 것이다.
반도체 장비에서 실리콘 에칭 공정에 사용되는 펄싱 플라즈마(pulsing plasma) 디바이스는 통상적으로 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma, ICP)의 원리를 응용한다. RF 전원에서 RF 에너지를 반응 챔버 내에 제공해 고진공 상태의 특수 가스를 이온화하여, 대량의 전자, 이온, 여기된 원자, 분자 및 자유 라디칼 등 활성 입자를 포함하는 플라즈마를 생성한다. 이러한 활성 입자는 챔버 내에 배치되어 플라즈마 환경에 노출되는 웨이퍼와 복잡한 상호 작용을 일으켜, 웨이퍼 물질 표면의 각종 물리적, 화학적 특성을 변화시켜 웨이퍼의 에칭 공정을 완료한다.
집적 회로가 더욱 발전하면서 기존의 기술적 해결책으로는 20nm 이하의 에칭 공정 요건을 충족시킬 수 없었으나, 펄싱 플라즈마 신기술의 적용으로 미세화 공정에서 획기적인 발전을 이루었다. 펄싱 플라즈마 기술은 연속파 RF 에너지로 인한 플라즈마 유도 손상(Plasma Induced Damage, PID)을 줄이고, 에칭 공정에서 부하 효과(loading effect)를 개선하며 에칭 선택비(Selectivity)를 현저하게 향상시키는 데 사용되고, 공정 조정 수단과 윈도우를 증가시키므로 펄싱 플라즈마 소스에 대한 설계가 매우 중요하다.
도 1에서는 대형 웨이퍼(직경 300mm 이상)의 에칭 공정에 사용되는 펄스형 유도 결합 플라즈마 디바이스를 도시하였다. 상기 펄스형 유도 결합 플라즈마 디바이스는 반응 챔버(1), 반응 챔버(1) 내부에 위치한 정전 척(2), 반응 챔버(1) 꼭대기부에 위치한 유전체 윈도우(4) 및 유전체 윈도우(4) 꼭대기부에 배치된 유도 결합 코일을 포함하고, 유도 결합 코일은 내부 코일(31) 및 외부 코일(32)을 포함한다. 정전 척(2)은 하부 매처(matcher)(9) 및 하부 RF 전원(10)에 전기적으로 연결되고, 정전 척(2) 상에는 웨이퍼(5)가 장착된다. 상부 RF 전원(8)은 전류 분배 기능을 가진 상부 매처(7)를 통해 에너지를 각각 내부 코일(31) 및 외부 코일(32)로 출력한다. 여기에서 상부 RF 전원(8)과 하부 RF 전원(10)은 펄스 RF 신호를 생성하는 전원 장치를 구비하고, 2개 전원 사이에는 펄스 동기화선(12)(펄스 신호 위상차 제어선)이 연결되고, 전체 시스템은 펄스 RF 신호를 챔버에 인가하여 펄스형 플라즈마(6)를 생성하여 웨이퍼(5)에 사용함으로써 에칭 공정을 구현한다.
도 2에서는 전형적인 이중 코일 유도 결합 플라즈마 디바이스를 도시하였다. 여기에서 도 1과 다른 점은, 상부 RF 전원(8)이 상부 매처(7)를 통해 전류 분배 유닛(70)에 다시 연결되어 에너지를 각각 내부 코일(31)과 외부 코일(32)로 출력하고, RF 에너지는 노즐(11)로부터 입력된 가스를 이온화하여 플라즈마(6)를 생성하며 이를 웨이퍼(5)에 사용하여 공정을 수행한다는 것이다. 상부 RF 전원(8)과 하부 RF 전원(10)은 펄스형 RF 신호를 출력하는 펄스 RF 전원이고, 2개 전원 사이에는 펄스 동기화선(12)이 연결된다. 상기 디바이스는 펄스 기술을 채택하여 RF 에너지를 챔버로 출력함으로써 플라즈마 손상을 줄이고 공정 성능을 개선한다. 펄스 응용 방법은 상부 전극 시스템(상부 RF 전원(8), 상부 매처(7) 및 전류 분배 유닛(70)을 포함함)에 펄스파 RF 에너지를 사용하는 동시에, 하부 전극 시스템(하부 RF 전원(10) 및 하부 매처(9)를 포함함)에도 펄스파 RF 에너지를 사용하는 것이다. 여기에서 상부 및 하부 전극에 의해 인가되는 RF 에너지는 주파수가 동일하고, RF 파형의 위상이 동기화되며, RF 에너지의 펄스 주파수와 듀티 사이클도 동일하다. 상부 및 하부 전극의 펄싱 동기화를 통해 플라즈마의 입자 속도와 입자 온도를 크게 감소시켜, 웨이퍼(5)에 충돌하는 입자의 에너지를 크게 감소시킨다. 이는 도 3에 도시 된 바와 같다. 여기에서 인가 신호의 펄스 온(Pulse on, 펄스 시작 주기)은 시간 길이가 Tm이고, 펄스 오프(Pulse off, 펄스 정지 주기)는 시간 길이가 Tn이다. 펄스 주파수는 f=1/(Tm+Tn)이고, 펄스 듀티 사이클은 D=Tm/(Tm+Tn)이다.
펄싱 동기화 매칭을 적용한 공정 프로세스는 도 5에 도시된 바와 같다. 여기에서 상부 전극 펄스 신호와 하부 전극 펄스 신호는 동시에 챔버로 인가된다. 상부 전극과 하부 전극 펄스 신호 사이의 결합에 따른 상호 영향으로 인해 상부 전극 임피던스와 하부 전극 임피던스가 모두 지속적인 변동 상태에 놓이며, 상부 전극의 글로우(glow) 방전 매칭과 하부 전극의 글로우 방전 매칭이 구현된 후에야 플라즈마 임피던스가 안정된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 도 2에서 플라즈마 디바이스의 펄스 매칭에 있어서, 상부 전극 시스템과 하부 전극 시스템이 동시에 RF 펄스 신호를 인가하여 플라즈마를 여기시킨다. 펄스 모드에서 전력 인가 시간이 비교적 짧기 때문에 플라즈마는 글로우 방전(ignition)을 구현하기가 비교적 어렵고, 상부 전극과 하부 전극이 동시에 매칭될 때 플라즈마가 2개의 매칭 시스템에 따라 변하므로 변동이 비교적 크고 매칭 시간이 비교적 길다. 또한 펄스 모드에서 챔버 플라즈마의 플라즈마 불안정성과 임피던스 변동은 매칭을 쉽게 실효시킬 수 있어 디바이스의 공정 적용 윈도우를 작아지게 만든다.
따라서 비교적 바람직한 RF 펄스 매칭 방법을 설계하여 펄스 매칭 속도를 높이고 플라즈마 안정성을 강화하는 것은 시급히 해결해야 할 기술적 문제가 되었음을 알 수 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 종래 기술의 상기 단점을 보완하기 위해, 플라즈마 매칭 속도와 플라즈마 불안정 문제를 적어도 부분적으로 해결할 수 있는 RF 펄스 매칭 방법, RF 펄스 장치 및 펄싱 플라즈마 생성 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 양상은 RF 전원의 펄스 매칭 방법을 더 제공하며, 여기에는 이하 단계가 포함된다.
단계 S1: 매칭 임계 값을 미리 설정하고, 펄스 카운트 값을 펄스 기준 값으로 초기화한다.
단계 S2: 상부 전극과 하부 전극에 각각 펄스 전력을 인가하며, 상기 상부 전극은 상부 RF 전원 및 이에 대응하는 상부 매처를 포함하고, 상기 하부 전극은 하부 RF 전원 및 이에 대응하는 하부 매처를 포함한다.
단계 S3: 상기 상부 RF 전원에 의해 인가된 펄스 전력의 펄스 신호를 수집하고, 상기 펄스 신호에 따라 상기 상부 매처의 매칭 매개변수를 계산한다.
단계 S4: 상기 매칭 매개변수와 상기 매칭 임계 값의 크기를 판단하고, 상기 매칭 매개변수와 상기 매칭 임계 값의 크기에 따라 펄스 카운트 값을 재설정한다.
단계 S5: 재설정된 펄스 카운트 값과 상기 펄스 기준 값의 일관성에 따라, 상부 매처가 상기 상부 RF 전원에 대해 매칭을 수행하거나 하부 매처가 하부 RF 전원 중 어느 하나에 대해 매칭을 수행하도록 만든다.
단계 S6: 상기 상부 RF 전원과 상기 하부 RF 전원의 매칭이 모두 구현될 때까지 단계 S3 내지 단계 S5를 반복한다.
바람직하게는, 단계 S4는 구체적으로 이하 단계를 포함한다.
즉, 상기 상부 RF 전원의 각 펄스 주기 상승 에지에서, 상기 매칭 매개변수의 상기 매칭 임계 값에 상대적인 크기에 대해 모두 1회 판단을 수행하고, 판단 결과에 따라 상기 펄스 카운트 값을 일관되게 유지하거나 일관되지 않게 변경하도록 재설정한다.
바람직하게는, 단계 S1에서 상기 펄스 기준 값을 제1 상수로 초기화한다.
단계 S4에서 상기 매칭 매개변수가 상기 매칭 임계 값보다 크면 상기 펄스 카운트 값을 제1 상수 또는 상기 제1 상수 패리티와 동일한 값으로 재설정하고, 상기 매칭 매개변수가 상기 매칭 임계 값보다 작거나 같으면 상기 펄스 카운트 값을 제2 상수로 재설정하고, 상기 제2 상수는 상기 제1 상수와 다르거나 상기 제1 상수와 다른 패리티를 갖는다.
단계 S5에서 상기 펄스 카운트 값이 상기 펄스 기준 값과 같거나 상기 펄스 기준 값의 패리티와 같으면 상기 상부 매처가 상기 상부 RF 전원에 대해 매칭을 수행하고, 상기 펄스 카운트 값이 상기 펄스 기준 값과 다르거나 상기 펄스 기준 값의 패리티와 다르면 상기 하부 매처가 상기 하부 RF 전원에 대해 매칭을 수행한다.
바람직하게는, 상기 매칭 임계 값은 상기 매처의 정재파비 임계 값, 반사 계수 임계 값 또는 임피던스 임계 값 중 어느 하나를 포함하고, 상기 매칭 매개변수는 그에 대응하는 상기 매처의 정재파비, 반사 계수 또는 임피던스 중 어느 하나이다.
바람직하게는, 상기 매칭 임계 값이 상기 상부 매처의 정재파비 임계 값인 경우, 상기 정재파비 임계 값의 범위는 1 내지 10이다.
바람직하게는, 상기 상부 전극과 상기 하부 전극에 인가되는 펄스 전력의 RF 신호 주파수가 동일하고, 펄스 신호 주파수가 동일하며, 펄스 신호 듀티 사이클이 동일하다.
본 발명의 제2 양상은 RF 펄스 장치를 제공하며, 여기에는 상부 전극과 하부 전극을 포함하고, 상기 상부 전극은 상부 RF 전원과 그에 대응하는 상부 매처를 포함하고, 상기 하부 전극은 하부 RF 전원과 그에 대응하는 하부 매처를 포함하고, 상기 상부 RF 전원과 상기 하부 RF 전원은 펄스 동기화선이 연결된다. 여기에서 상기 상부 매처와 상기 하부 매처 사이에 펄스 매칭 타이밍 제어선과 타이밍 매칭 모듈이 설치되고, 상기 타이밍 매칭 모듈은 전처리 유닛, 인가 유닛, 획득 유닛, 판단 유닛 및 매칭 유닛을 포함한다.
여기에서 상기 전처리 유닛은 매칭 임계 값을 미리 설정하고 펄스 카운트 값을 펄스 기준 값으로 초기화하도록 구성된다.
상기 인가 유닛은 상기 상부 전극과 상기 하부 전극에 각각 펄스 전력을 인가하도록 구성된다.
상기 획득 유닛은 상기 상부 RF 전원에 의해 인가된 펄스 전력의 펄스 신호를 수집하고, 상기 펄스 신호에 따라 상기 상부 매처의 매칭 매개변수를 계산하도록 구성된다.
상기 판단 유닛은 상기 매칭 매개변수와 상기 매칭 임계 값의 크기를 판단하고, 상기 매칭 매개변수와 상기 매칭 임계 값의 크기에 따라 펄스 카운트 값을 재설정하도록 구성된다.
상기 매칭 유닛은 재설정된 펄스 카운트 값과 상기 펄스 기준 값의 일관성에 따라, 상부 매처가 상기 상부 RF 전원에 대해 매칭을 수행하거나 하부 매처가 하부 RF 전원에 대해 매칭을 수행하도록 구성된다.
바람직하게는, 상기 판단 유닛은 상기 상부 RF 전원의 각 펄스 주기 상승 에지에서, 상기 매칭 매개변수의 상기 매칭 임계 값에 상대적인 크기에 대해 모두 1회 판단을 수행하고, 판단 결과에 따라 상기 펄스 카운트 값을 일관되게 유지하거나 일관되지 않게 변경하도록 재설정한다.
바람직하게는, 상기 전처리 유닛은 상기 펄스 기준 값을 제1 상수로 초기화한다.
상기 판단 유닛은 상기 매칭 매개변수가 상기 매칭 임계 값보다 크면 상기 펄스 카운트 값을 제1 상수 또는 상기 제1 상수 패리티와 동일한 값으로 재설정하고, 상기 매칭 매개변수가 상기 매칭 임계 값보다 작거나 같으면 상기 펄스 카운트 값을 제2 상수로 재설정하고, 상기 제2 상수는 상기 제1 상수와 다르거나 상기 제1 상수와 다른 패리티를 갖는다.
상기 펄스 카운트 값이 상기 펄스 기준 값과 같거나 상기 펄스 기준 값의 패리티와 같으면 상기 매칭 유닛은 상기 상부 매처가 상기 상부 RF 전원에 대해 매칭을 수행하도록 만들고, 상기 펄스 카운트 값이 상기 펄스 기준 값과 다르거나 상기 펄스 기준 값의 패리티와 다르면 상기 매칭 유닛은 상기 하부 매처가 상기 하부 RF 전원에 대해 매칭을 수행하도록 만든다.
바람직하게는, 상기 전처리 유닛에서, 상기 매칭 임계 값은 상기 상부 매처의 정재파비 임계 값, 반사 계수 임계 값 또는 임피던스 임계 값 중 어느 하나를 포함한다.
상기 획득 유닛에서, 상기 매칭 매개변수는 그에 대응하는 상기 상부 매처의 정재파비, 반사 계수 또는 임피던스 중 어느 하나이다.
바람직하게는, 상기 매칭 임계 값이 상기 상부 매처의 정재파비 임계 값인 경우, 상기 정재파비 임계 값의 범위는 1 내지 10이다.
본 발명의 제 3 양상은 상기 RF 펄스 장치를 포함하는 펄싱 플라즈마 생성 시스템을 제공한다.
본 발명의 유익한 효과는 상기 RF 펄스 정합 방법 및 RF 펄스 장치, 펄싱 플라즈마 생성 시스템이 펄싱 플라즈마 매칭 속도가 빠르며 펄싱 플라즈마가 두 전극으로부터 받는 영향이 적고 변동이 적어 안정성이 높다는 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 펄스형 유도 결합 플라즈마 시스템의 구조도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 이중 코일 유도 결합 플라즈마 시스템의 구조도이다.
도 3은 도 2에서 이중 코일 유도 결합 플라즈마 장치의 펄스 타이밍 다이어그램이다.
도 4는 도 2에서 펄싱 동기화의 경우 펄스 신호 파형과 정재파비의 타이밍 다이어그램이다.
도 5는 도 2에서 펄싱 동기화의 경우의 공정 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 RF 펄스 매칭 방법의 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 펄스 매칭의 공정 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 펄스 매칭의 하나의 타이밍 다이어그램이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 펄스 매칭의 다른 하나의 타이밍 다이어그램이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 하나의 펄싱 플라즈마 생성 시스템의 구조도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 다른 하나의 펄싱 플라즈마 생성 시스템의 구조도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 RF 펄스 장치의 구조도이다.
도면에 사용된 부호는 다음과 같다.
1- 반응 챔버, 2- 정전 척, 3- 유도 결합 코일, 31- 내부 코일, 32- 외부 코일, 4- 유전체 윈도우, 5- 웨이퍼, 6- 플라즈마, 7- 상부 매처, 70-전류 분배 유닛, 8- 상부 RF 전원, 9- 하부 매처, 10- 하부 RF 전원, 11-노즐.
12- 펄스 동기화선, 13- 펄스 매칭 제어선.
14- 전처리 유닛, 15- 획득 유닛, 16- 판단 유닛, 17- 매칭 유닛.
본 발명이 속한 기술분야의 당업자가 본 발명의 기술적 해결책을 더 잘 이해할 수 있도록 돕기 위해, 이하에서는 첨부 도면과 구체적인 실시예를 참고하여 본 발명의 RF 펄스 매칭 방법, RF 펄스 장치 및 펄싱 플라즈마 생성 시스템을 더욱 상세히 설명한다.
본 실시예는 상부 매처와 하부 매처를 제어하여 각각 상부 RF 전원과 하부 RF 전원의 펄스 타이밍을 매칭시키는 데 사용되는 RF 펄스 매칭 방법을 제공한다. 이를 통해 본 발명은 상부 전극과 하부 전극의 매처 타이밍을 제어함으로써 임피던스 변동 및 2개 매처 간의 상호 간섭을 줄이고 펄스 매칭 속도를 향상시키며, 매칭이 실효되는 상황이 발생하는 것을 효과적으로 방지하여 플라즈마 안정성을 강화하는 목적을 달성한다.
본 실시예의 RF 펄스 매칭 방법 및 RF 펄스 장치에서 2개 전극 간 펄스 매칭의 상호 간섭을 방지하기 위해 채택하는 기술적 구상은 이하의 규칙을 따른다.
1) 상부 전극은 펄스 매칭을 구현하여 안정적인 플라즈마를 형성한 후에야 하부 전극의 펄스 매칭을 시작할 수 있다. 상부 전극이 매칭되지 않으면 이때 플라즈마가 불안정하고 하부 전극 임피던스 변동에 비교적 큰 영향을 미쳐 글로우 방전과 매칭을 구현하기 비교적 어렵기 때문이다.
2) 상부 전극이 매칭된 후 플라즈마는 안정 상태에 도달한다. 이때 하부 전극의 글로우 과정은 상부 전극의 플라즈마 임피던스에 영향을 미치고 변동을 일으킨다. 그러므로, 상부 매처가 매칭을 지속할 때 하부 매처도 동시에 매칭을 수행하여 이 둘이 임피던스의 지속적인 변동을 유발하며, 변동의 중첩으로 인해 그 매칭 시간이 각각의 개별적인 매칭 시간보다 길어지게 된다. 두 매처 사이에 펄스 매칭 타이밍 제어선을 설치함으로써 이 둘 간의 실시간 통신과 선택적 매칭 제어를 구현할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 상부 매처와 하부 매처의 타이밍을 제어하여 엇갈린 펄스 매칭 동작을 수행하는 과정에서, 상기 RF 펄스 매칭 방법은 이하 단계를 포함한다.
단계 S1: 매칭 임계 값을 미리 설정하고, 펄스 카운트 값을 펄스 기준 값으로 초기화한다.
단계 S2: 상부 전극과 하부 전극에 각각 펄스 전력을 인가하며, 상부 전극은 상부 RF 전원 및 이에 대응하는 상부 매처를 포함하고, 하부 전극은 하부 RF 전원 및 이에 대응하는 하부 매처를 포함한다.
단계 S3: 상부 RF 전원에 의해 인가된 펄스 전력의 펄스 신호를 수집하고, 상기 펄스 신호에 따라 상부 매처의 매칭 매개변수를 계산한다.
단계 S4: 매칭 매개변수와 매칭 임계 값의 크기를 판단하고, 매칭 매개변수와 매칭 임계 값의 크기에 따라 펄스 카운트 값을 재설정한다.
단계 S5: 재설정된 펄스 카운트 값과 펄스 기준 값의 일관성에 따라, 상부 매처가 상부 RF 전원에 대해 매칭을 수행하거나 하부 매처가 하부 RF 전원 중 어느 하나에 대해 매칭을 수행하도록 만든다.
단계 S6: 상부 RF 전원과 하부 RF 전원이 모두 매칭을 구현할 때까지 단계 S3 내지 단계 S5를 반복한다.
상부 매처와 하부 매처의 타이밍은 엇갈린 펄스 매칭을 수행한다. 즉, 상부 매처와 하부 매처는 동시에 펄스 매칭 동작을 수행하지 않는다. 예를 들어 상부 전극이 매칭을 수행할 때 하부 전극은 이전 상태를 유지한다. 반대로 하부 전극이 매칭을 수행할 때 상부 전극이 이전 상태를 유지하는 방식을 통해, 상호 결합 신호가 플라즈마 임피던스 변동에 영향을 미치고, 나아가 매칭 시간에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
단계 S4에 있어서, 상부 RF 전원의 각 펄스 주기 상승 에지에서, 매칭 매개변수의 매칭 임계 값에 상대적인 크기에 대해 모두 1회 판단을 수행하고, 판단 결과에 따라 펄스 카운트 값을 일관되게 유지하거나 일관되지 않게 변경하도록 재설정한다. 여기에서 일관성은 값이 동일하거나 값의 패리티가 동일한 것일 수 있다. 물론 다른 성질일 수도 있으며 여기에서는 예시일 뿐이므로 이를 제한하지 않는다. 예를 들어, 판단 결과에 따라 펄스 카운트 값을 재설정하여 동일하게 유지하거나 1을 더한다. 또는 판단 결과에 따라 펄스 카운트 값의 패리티를 재설정하여 동일하게 유지하거나 반대 패리티로 변경한다.
매칭 과정에서 구현하는 주요 단계는 이하와 같다.
단계 S1에서 펄스 기준 값을 제1 상수로 초기화한다.
단계 S4에서 매칭 매개변수가 매칭 임계 값보다 크면 펄스 카운트 값을 제1 상수 또는 제1 상수 패리티와 동일한 값으로 재설정하고, 매칭 매개변수가 매칭 임계 값보다 작거나 같으면 펄스 카운트 값을 제2 상수로 재설정한다. 제2 상수는 제1 상수와 다르거나 제1 상수와 다른 패리티를 갖는다.
단계 S5에서 펄스 카운트 값이 펄스 기준 값과 같거나 펄스 기준 값의 패리티와 같으면 상부 매처가 상부 RF 전원에 대해 매칭을 수행한다. 펄스 카운트 값이 펄스 기준 값과 다르거나 펄스 기준 값의 패리티와 다르면 하부 매처가 하부 RF 전원에 대해 매칭을 수행한다.
이하에서는 두 가지 간단한 예시를 들어 설명한다.
먼저 펄스 기준 값을 0으로 초기화한다.
매칭 매개변수를 계산하여 획득한 후, 매칭 매개변수가 매칭 임계 값보다 크면 펄스 카운트 값은 변경되지 않고 유지된다. 매칭 매개변수가 매칭 임계 값보다 작거나 같으면 펄스 카운트 값은 1이 더해진다.
그런 다음 펄스 카운트 값에 따라, 펄스 카운트 값과 펄스 기준 값이 모두 짝수이면 상부 매처는 상부 RF 전원에 대한 매칭을 수행하고, 펄스 카운트 값과 펄스 기준 값이 모두 홀수이면 하부 매처는 하부 RF 전원에 대한 매칭을 수행한다.
또는 이하와 같다.
먼저 펄스 기준 값을 0으로 초기화한다.
매칭 매개변수를 계산하여 획득한 후, 매칭 매개변수가 매칭 임계 값보다 크면 펄스 카운트 값은 변경되지 않고 유지되며, 매칭 매개변수가 매칭 임계 값보다 작거나 같으면 펄스 카운트 값은 상기 RF 전원의 각 펄스 주기 상승 에지에서 순차적으로 순환하며 1을 더하고 1을 빼는 동작을 수행한다.
그런 다음 펄스 카운트 값에 따라, 펄스 카운트 값과 펄스 기준 값이 모두 0이면 상부 매처는 상부 RF 전원에 대한 매칭을 수행하고, 펄스 카운트 값과 펄스 기준 값이 모두 1이면 하부 매처는 하부 RF 전원에 대한 매칭을 수행한다.
여기에서, 매칭 임계 값은 상부 매처의 정재파비 임계 값, 반사 계수 임계 값 또는 임피던스 임계 값 중 어느 하나를 포함하고, 이에 상응하여 매칭 매개변수는 그에 대응하는 상부 매처의 정재파비(Voltage Standing Wave Ratio, VSWR), 반사 계수 또는 임피던스 중 어느 하나이다. 즉, 상부 매처와 하부 매처의 작업 레벨은 정재파비 임계 값(VSWR)(또는 반사 계수(Γ), 임피던스(Z) 등)과 펄스 카운트 값(i)에 의해 제한된다. 여기에서 정재파비 임계 값(VSWR), 반사 계수 임계 값(Γ) 또는 임피던스 임계 값(ZL)은 식 (1) 및 (2)에 의해 변환되어 계산될 수 있다.
이는 다음과 같다.
VSWR=(1+|Γ|)/(1-|Γ|) (1)
Γ=(ZL-Z0)/(ZL+Z0) (2)
여기에서 Z0는 특성 임피던스 값이며, 일반적으로 50Ω이다.
통상적인 상황에서 VSWR의 매칭 임계 값 범위는 1 내지 10이며, 바람직하게는 VSWR의 매칭 임계 값 범위는 1 내지 10 사이의 어느 하나의 정수이다. 반사 계수 임계 값(Γ) 또는 임피던스 임계 값(ZL)은 식 (1) 및 (2)에 따라 계산하여 획득할 수 있다.
상부 전극과 하부 전극 펄싱 동기화(Pulsing synchronize)의 매칭에 있어서, 2개 매처 사이는 작업 레벨에 의해 제어되고, 작업 레벨은 매처 내부의 독립적인 알고리즘 프로그램에 의해 구현된다. 정재파비를 매칭 매개변수로 사용하는 예시는 도 7을 참고하며, 본 실시예의 RF 펄스 매칭 방법의 구체적인 공정 흐름은 이하와 같다.
상부 매처는 펄스 신호를 감지한 후 매칭을 시작하며, 상부 매처의 정재파비(VSWR_1)와 매칭 임계 값(VSWR_0)(일반적으로 1 내지 10이다. 플라즈마 글로우 방전 상태를 나타내고, 임피던스는 비교적 안정적임)의 관계를 판단한다.
Case 1: VSWR_1이 임계 값(VSWR_0)보다 크면, 상부 매처의 작업 레벨은 하이 레벨 1이고 상부 매처는 매칭을 수행하며, 펄스 카운트 값(i)은 변경되지 않고 유지되어 여전히 i=0이다. 펄스 카운트 값(i)은 상부 RF 전원의 각 펄스 주기 상승 에지에서 변경 없이 유지할지 1을 더할지에 대해 모두 1회 판단해야 한다. 동시에 하부 매처 작업 레벨은 로우 레벨 0이고 현재 상태를 유지하며 매칭을 수행하지 않는다.
Case2: VSWR_1이 임계 값(VSWR_0)보다 작거나 같으면, 펄스 카운트 값(i)은 각 펄스 주기 상승 에지에서 모두 1을 더하거나 1 더하기 또는 1 빼기 동작을 순환하며 수행한다. 펄스 카운트 값(i)이 짝수이면(0 포함), 상부 매처 작업 레벨은 하이 레벨 1이고 상부 매처의 매칭 동작이 수행되며, 하부 매처 작업 레벨은 로우 레벨 0이고 하부 매처는 이전 상태를 유지하며 변동되지 않는다. 펄스 카운트 값(i)이 홀수이면, 상부 매처 작업 레벨은 로우 레벨 0이고 상부 매처는 이전 상태를 유지하며 변동되지 않고, 하부 매처 작업 레벨은 1이고 하부 매처는 매칭 동작을 수행한다. 매회 매칭에서 플라즈마는 다른 전극 매처에 의해 유발되는 임피던스 변동 영향을 받지 않기 때문에, 작업 레벨이 하이 레벨인 매처만 임피던스 매칭을 수행하므로 매칭 속도가 비교적 빠르다.
펄스 카운트 값(i)을 0으로 초기화하며, 도 8에 도시된 매칭 타이밍 다이어그램에 대한 설명은 이하와 같다.
1) 시간 0부터 시작하여, 상부 전극이 펄스 전력을 인가하고, 하부 전극이 펄스 전력을 인가한다.
2) 펄스 주기 1에서 상부 매처는 펄스 신호를 감지한 후 상부 전극 정재파비(VSWR_1)가 임계 값(VSWR_0)보다 크다고 판단하므로, 펄스 카운트 값(i)은 0이고, 펄스 카운트 값은 펄스 기준 값과 동일하다. 이때 상부 매처 작업 레벨이 하이 레벨 1이므로 상부 매처는 매칭 동작을 수행하고 상부 전극의 정재파비는 VSWR_1로부터 매칭점 VSWR_T1에 지속적으로 가까워진다. 동시에 펄스 주기 1에서 하부 매처 작업 레벨이 로우 레벨 0이기 때문에 하부 매처는 이전 상태를 변경하지 않고 유지한다.
3) 펄스 주기 2에서 상부 매처는 정재파비(VSWR_1)가 임계 값(VSWR_0)보다 크다고 판단하며, 펄스 카운트 값은 변경 없이 유지되고, 여전히 i=0이며, 펄스 카운트 값은 펄스 기준 값과 동일하다. 이때 상부 매처 작업 레벨은 하이 레벨 1이며 매칭 동작을 계속 수행하고, 시간(T3)에서 매칭을 수행한다(VSWR-1=VSWR-T1). 동시에 하부 매처 작업 레벨은 로우 레벨 0이므로 이전 상태를 변경하지 않고 유지한다.
4) 펄스 주기 3에서 상부 매처는 정재파비(VSWR_1)가 임계 값(VSWR_0)보다 작거나 같다고 판단하며, 펄스 카운트 값(i)은 1이고, 펄스 카운트 값은 펄스 기준 값 패리티와 다르다. 이때 상부 매처의 작업 레벨이 0이며 매칭 동작이 수행되지 않고 상부 매처는 이전 상태를 변동 없이 유지한다. 동시에 펄스 카운트 값(i)이 1이고 하부 매처 작업 레벨이 하이 레벨 1이므로, 하부 매처는 매칭 동작을 수행하여 VSWR-2가 VSWR-T2에 가까워지도록 만든다.
5) 펄스 주기 4에서 상부 매처는 정재파비(VSWR_1)가 임계 값(VSWR_0)보다 작거나 같다고 판단하며, 펄스 카운트 값(i)은 2이고, 펄스 카운트 값은 펄스 기준 값과 같다. 이때 상부 매처의 작업 레벨이 1이며 매칭 동작이 수행된다. 동시에 펄스 카운트 값(i)이 2이고 하부 매처 작업 레벨이 로우 레벨 0이므로, 하부 매처는 매칭 동작을 수행하지 않고 이전 상태를 변동 없이 유지한다.
6) 펄스 주기 5에서 상부 매처는 정재파비(VSWR_1)가 임계 값(VSWR_0)보다 작거나 같다고 판단하며, 펄스 카운트 값(i)은 3이고, 펄스 카운트 값은 펄스 기준 값 패리티와 다르다. 이때 상부 매처의 작업 레벨이 0이며 상부 매처는 매칭 동작을 수행하지 않고 이전 상태를 변동 없이 유지한다. 동시에 펄스 카운트 값(i)이 3이고 하부 매처 작업 레벨이 하이 레벨 1이므로, 하부 매처는 매칭 동작을 수행하여 시간(T4)에서 임피던스 매칭을 구현한다(VSWR-2=VSWR-T2).
7) 이러한 방식으로 후속 펄스 주기는 공정이 완료되어 매칭이 종료될 때까지 끊임없이 순환 판단하여 매칭을 수행함으로써 임피던스 안정을 유지한다.
또 다른 예시에서 마찬가지로 펄스 카운트 값(i)을 0으로 초기화하며, 도 9에 도시된 매칭 타이밍 다이어그램에 대한 설명은 이하와 같다.
1) 시간 0부터 시작하여, 상부 전극이 펄스 전력을 인가하고, 하부 전극이 펄스 전력을 인가한다.
2) 펄스 주기 1에서 상부 매처는 펄스 신호를 감지한 후 상부 전극 임피던스 정재파비(VSWR_1)가 임계 값(VSWR_0)보다 작다고 판단하며, 펄스 카운트 값(i)은 0이고, 펄스 카운트 값은 펄스 기준 값과 동일하다. 이때 상부 매처 작업 레벨이 하이 레벨 1이므로 상부 매처는 매칭 동작을 수행하고 상부 전극의 임피던스 정재파비는 VSWR_1로부터 매칭점 VSWR_T1에 지속적으로 가까워지며 도달한다. 동시에 하부 매처 작업 레벨이 로우 레벨 0이며 하부 매처는 매칭 동작을 수행하지 않으므로 이전 상태를 변경하지 않고 유지한다.
3) 펄스 주기 2에서 상부 매처는 정재파비(VSWR_1)가 임계 값(VSWR_0)보다 작다고 판단하며, 펄스 카운트 값(i)은 1이고, 펄스 카운트 값은 펄스 기준 값과 다르다. 이때 상부 매처 작업 레벨은 로우 레벨 0이며 이전 상태를 변동 없이 유지한다. 동시에 하부 매처 작업 레벨은 하이 레벨 1이므로 하부 매처는 매칭 동작을 수행하여 VSWR-2가 VSWR-T2에 가까워지도록 만든다.
4) 펄스 주기 3에서 상부 매처는 정재파비(VSWR_1)가 임계 값(VSWR_0)보다 작다고 판단하며, 펄스 카운트 값(i)은 0이고, 펄스 카운트 값은 펄스 기준 값과 같다. 이때 상부 매처의 작업 레벨이 1이며 상부 매처는 매칭 동작을 수행한다. 동시에 펄스 카운트 값(i)이 2이고 하부 매처 작업 레벨이 로우 레벨 0이므로, 하부 매처는 매칭 동작을 수행하지 않고 이전 상태를 변동 없이 유지한다.
5) 펄스 주기 4에서 상부 매처는 정재파비(VSWR_1)가 임계 값(VSWR_0)보다 작다고 판단하며, 펄스 카운트 값(i)은 1이고, 펄스 카운트 값은 펄스 기준 값과 다르다. 이때 상부 매처의 작업 레벨이 0이며 상부 매처는 매칭 동작을 수행하지 않고 이전 상태를 변동 없이 유지한다. 동시에 펄스 카운트 값(i)이 3이고 하부 매처 작업 레벨이 하이 레벨 1이므로, 하부 매처는 매칭 동작을 수행하여 시간(T5)에서 임피던스 매칭을 구현한다(VSWR-2=VSWR-T2).
6) 이러한 방식으로 후속 펄스 주기는 공정이 완료되어 매칭이 종료될 때까지 끊임없이 순환 판단하여 매칭을 수행함으로써 임피던스 안정을 유지한다.
이에 비해, 종래 기술의 도 4에서는 상부 전극과 하부 전극이 인가하는 동기적 펄스 신호가 주파수와 듀티 사이클이 동일한 신호이다. 시간 0에서 동기화가 트리거되고, 상부 전극이 펄스 전력을 인가하는 하이 레벨 시간 구간에서 상부 매처가 펄스 매칭을 수행한다. 상부 전극 임피던스의 정재파비(VSWR_1)가 목표 값(VSWR_T1)에 계속 접근하고, 복수의 펄스 주기를 거친 후 T1 시점에서 매칭이 구현된다. 동시에 하부 전극이 펄스 전력을 동기적으로 인가하는 하이 레벨 시간 구간에서 하부 매처도 펄스 매칭을 수행한다. 상부 전극에서 임피던스 매칭을 구현한 후 플라즈마가 안정화되는 경향을 보이고, 하부 전극 임피던스의 정재파비(VSWR_2)도 목표 값(VSWR_T2)에 계속 접근하며, 다시 복수의 펄스 주기를 거친 후 T2 시점에서 매칭이 구현된다. 본 실시예는 펄스 매칭 타이밍 제어 방식을 채택하므로 2개 매처가 정확한 제어를 구현하며, T4(또는 T5) 시점에서 매칭을 구현하고, 매칭 시간(T4)이 종래 기술의 매칭 시간(T2)보다 짧거나 같기 때문에 매칭 속도가 크게 향상된다는 것을 알 수 있다.
바람직하게는, 상부 전극과 하부 전극에 인가되는 펄스 전력의 RF 신호 주파수가 동일하고, 펄스 신호 주파수가 동일하며, 펄스 신호 듀티 사이클이 동일하다. 예를 들어 펄스 주파수는 100Hz 또는 기타 펄스 주파수이고, 듀티 사이클은 50 % 또는 기타 듀티 사이클이다. 전극에 의해 인가되는 RF 주파수는 13.56MHz로 제한되지 않으며 400kHz, 2MHz, 27MHz, 40MHz, 60MHz 또는 100MHz와 같은 고주파 주파수도 포함된다. 동시에 2MHz 및 13.56MHz와 같은 2개 이상의 주파수 신호도 인가될 수 있다.
이에 상응하여 본 실시예는 RF 펄스 장치 및 상기 RF 펄스 장치를 포함하는 펄싱 플라즈마 생성 시스템을 더 제공한다. 상기 RF 펄스 장치는 상부 전극과 하부 전극을 포함한다. 상부 전극은 상부 RF 전원 및 이에 대응하는 상부 매처를 포함하고, 하부 전극은 하부 RF 전원 및 이에 대응하는 하부 매처를 포함한다. 상부 RF 전원과 하부 RF 전원은 펄스 동기화선에 연결되고, 상부 매처와 하부 매처 사이에 펄스 매칭 타이밍 제어선과 타이밍 매칭 모듈이 설치되어, 매칭 시 타이밍을 정확하게 제어한다. 여기에서 타이밍 매칭 모듈은 상부 매처에 설치된 프로그램을 통해 구현될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 펄싱 플라즈마 생성 시스템의 구조도이다. 도 10에서 알 수 있듯이, 플라즈마 챔버에서 정전 척(2)은 반응 챔버(1)의 하부에 위치하고, 유전체 윈도우(4)(예를 들어 세라믹 물질 또는 석영 물질)는 반응 챔버(1)의 상부에 위치한다. 유전체 윈도우(4)의 중심에는 가스 노즐(11)이 있으며, 가스 노즐(11)을 통해 가스(아르곤(Ar), 헬륨(He), 질소(N2), 수소(H2), 산소(O2), 염소(Cl2), 브롬화수소(HBr), 삼염화붕소(BCl3), 퍼플루오로사이클로부탄(perfluorocyclobutane, C4F8), 테트라플루오로메탄(tetrafluoromethane, CF4), 육불화황(SF6) 등)를 챔버에 주입한다. RF 에너지는 노즐(11)로부터 입력된 가스를 이온화하여 플라즈마(6)를 생성한 후 웨이퍼(5)에 적용하여 공정을 수행한다. 유도 결합 코일(3)은 외부 코일(32)과 내부 코일(31) 2세트의 서브 코일로 구성되며, 2개의 서브 코일은 유전체 윈도우(4) 상에서 중심 축에 수직인 평면 구조이다. 상부 전극 RF 시스템은 전류 분배 기능이 있는 상부 매처(7)에 연결된 다음 유도 결합 코일(3)에 연결되어 에너지를 각각 내부 코일(31)과 외부 코일(32)에 출력하는 RF 전원이다. 하부 전극은 RF 전원에 의해 하부 매처(9)에 연결된 다음 정전 척(2)에 연결되어 하부 전극의 RF 전력 공급을 구현하며, 웨이퍼(5)는 정전 척(2)의 바로 상방에 거치된다. 상부 RF 전원(8)과 하부 RF 전원(10)은 펄스 위상차 동기화 제어를 위해 펄스 동기화선(12)에 연결되고, 동시에 상부 매처(7)와 하부 매처(9) 사이에는 2개 매처 간의 펄스 매칭 타이밍 제어를 위해 펄스 매칭 제어선(13)이 연결된다. 챔버 내에서 상부 및 하부 전극에 의해 형성된 전자기장은 노즐(11)을 통과한 특수 가스를 이온화하여 플라즈마(6)를 생성한 후 웨이퍼(5)에 작용하여 공정을 구현한다.
물론, 펄싱 플라즈마 생성 시스템은 노즐 방식이 아닌 구조일 수도 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 디바이스는 반응 챔버(1), 정전 척(2) 및 유도 결합 코일 등으로 구성되고, 유도 결합 코일은 내부 코일(31)과 외부 코일(32)로 구성되며, 모두 유전체 윈도우(4)의 상방에 위치한다. 정전 척(2)은 반응 챔버(1)의 내부에 위치하며, 하부 매처 (9) 및 하부 RF 전원(10)에 연결되고, 정전 척(2) 상에 웨이퍼(5)가 장착된다. 상부 RF 전원(8)은 전류 분배 기능을 갖는 이중 출력 매처를 통해 에너지를 각각 내부 코일(31)과 외부 코일(32)에 출력한다. 여기에서 상부 RF 전원(8)과 하부 RF 전원(10)은 펄스 RF 신호를 발생시키는 전원 장치를 구비한다. 2개의 전원 사이에는 펄스 동기화선(12)이 연결되고, 2개 매처 사이에는 펄스 매칭 제어선(13)이 연결된다. 전체 시스템은 펄스 RF 신호를 챔버에 인가하고 펄스형 플라즈마(6)를 생성하여 웨이퍼(5)에 적용함으로써 에칭 공정을 구현한다.
도 10 및 도 11에 도시된 펄싱 플라즈마 생성 시스템은 모두 RF 펄스 장치가 채택되었으며, 도 12에 도시된 바와 같이, 그 RF 펄스 장치의 타이밍 매칭 모듈에는 전처리 유닛(14), 획득 유닛(15), 판단 유닛(16), 매칭 유닛(17) 및 인가 유닛(18)이 포함된다. 상기 RF 펄스 장치의 구체적인 구조는 이하와 같다.
전처리 유닛(14)은 매칭 임계 값을 미리 설정하고 펄스 카운트 값을 펄스 기준 값으로 초기화하도록 구성된다.
인가 유닛(18)은 상부 전극과 하부 전극에 각각 펄스 전력을 인가하도록 구성된다.
획득 유닛(15)은 상-_부 RF 전원에 의해 인가된 펄스 전력의 펄스 신호를 수집하고, 상기 펄스 신호에 따라 상부 매처의 매칭 매개변수를 계산하도록 구성된다.
판단 유닛(16)은 매칭 매개변수와 매칭 임계 값의 크기를 판단하고, 매칭 매개변수와 매칭 임계 값의 크기에 따라 펄스 카운트 값을 재설정하도록 구성된다.
매칭 유닛(17)은 재설정된 펄스 카운트 값과 펄스 기준 값의 일관성에 따라, 상부 매처가 상부 RF 전원에 대해 매칭을 수행하거나 하부 매처가 하부 RF 전원에 대해 매칭을 수행하도록 구성된다.
여기에서, 판단 유닛(16)은 상부 RF 전원의 각 펄스 주기 상승 에지에서, 매칭 임계 값에 상대적인 매칭 매개변수의 크기에 대해 모두 1회 판단을 수행하고, 판단 결과에 따라 펄스 카운트 값을 일관성이 유지되거나 일관되지 않게 변경하도록 재설정한다.
이는 이하와 같이 더욱 세분화된다.
전처리 유닛(14)은 펄스 기준 값을 제1 상수로 초기화한다.
판단 유닛(16)이 매칭 매개변수가 매칭 임계 값보다 크다고 판단하면 펄스 카운트 값을 제1 상수 또는 제1 상수 패리티와 동일한 값으로 재설정하고, 매칭 매개변수가 매칭 임계 값보다 작거나 같다고 판단하면 펄스 카운트 값을 제2 상수로 재설정한다. 제2 상수는 제1 상수와 다르거나 제1 상수와 다른 패리티를 갖는다.
펄스 카운트 값이 펄스 기준 값과 같거나 펄스 기준 값의 패리티와 같으면, 매칭 유닛(17)은 상부 매처가 상부 RF 전원에 대해 매칭을 수행하도록 만든다. 펄스 카운트 값이 펄스 기준 값과 다르거나 펄스 기준 값의 패리티와 다르면, 매칭 유닛(17)은 하부 매처가 하부 RF 전원에 대해 매칭을 수행하도록 만든다.
여기에서, 전처리 유닛(14)에서 매칭 임계 값은 상부 매처(7)의 정재파비 임계 값, 반사 계수 임계 값 또는 임피던스 임계 값 중 어느 하나를 포함하고, 획득 유닛(15)에서 매칭 매개변수는 그에 대응하는 상부 매처(7)의 정재파비, 반사 계수 또는 임피던스 중 어느 하나이다. 바람직하게는, VSWR의 매칭 임계 값 범위는 1 내지 10이며, 보다 바람직하게는 VSWR의 매칭 임계 값 범위는 1 내지 10 사이의 어느 하나의 정수이고, 반사 계수 임계 값(Γ) 또는 임피던스 임계 값(ZL)은 상기 식 (1) 및 (2)에 따라 계산하여 획득할 수 있으므로, 여기에서 반복하여 설명하지 않는다.
RF 펄스 매칭 방법에 상응하여, 상기 RF 펄스 장치의 상부 전극과 하부 전극에 의해 인가되는 펄스 전력의 RF 신호 주파수는 동일하고, 그 펄스 신호 주파수도 동일하며, 펄스 신호 듀티 사이클도 동일하다.
RF 펄스 매칭 방법 부분의 설명에 덧붙여, 종래 기술의 펄싱 플라즈마 적용에서는 상부 전극과 하부 전극이 펄스 신호를 동시에 인가할 경우 상부 매처와 하부 매처가 동시에 작동하여 임피던스의 연속적인 변동이 발생하게 된다. 2개 매처의 동시 작동에 따른 영향으로 인해 플라즈마 임피던스 변동이 비교적 커지고, 상부 매처와 하부 매처의 매칭 시간도 비교적 길어져 T2 시간에서 매칭이 구현된다. 본 실시예의 RF 펄스 장치는 2개 매처 사이에 펄스 매칭 타이밍 제어선을 추가하여 2개 매처의 동작을 정밀하게 제어하며, 상부 매처와 하부 매처의 동작이 독립적으로 수행된다. 다른 전극 매칭의 영향을 받지 않기 때문에 두 전극 간의 상호 간섭을 줄어들어 매칭 속도가 비교적 빨라지고, 매칭이 실효되는 상황이 일어나는 것을 방지할 수 있어 공정의 안정성이 향상된다. 또한 매칭 속도(Tuning time)이 비교적 빠르고 매칭 안정성(Tuning stability)이 우수하며, 플라즈마 안정성이 비교적 높기 때문에 매처의 매칭이 실효될 위험이 크게 감소하여 하드웨어 윈도우 확대 및 공정 안정성 향상에 유리하다.
상기 내용을 요약하면, 본 발명의 RF 펄스 매칭 방법 및 이의 RF 펄스 장치는 이하 두 가지의 현저한 효과를 나타낸다.
1. 펄싱 플라즈마 매칭 속도가 빠르다.
2. 펄싱 플라즈마는 두 전극의 영향을 비교적 적게 받아 변동이 적기 때문에 안정성이 높다.
본 발명의 RF 펄스 매칭 방법 및 이의 RF 펄스 장치는 그로부터 파생되는 다른 실례도 포함한다. 예를 들어, 플라즈마 시스템의 상부 전극은 다중 평면 또는 입체 코일 세트의 구조일 수 있고, 동시에 펄싱 플라즈마 생성 장치에도 적용 가능하며, ICP 디바이스, CCP(Capacitively Coupled Plasma) 디바이스 및 기타 디바이스에서 사용할 수 있으며 기계에 제한되지 않는다.
상기 실시예는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 예시적인 실시 방식일 뿐이며, 본 발명은 이에 제한되지 않음을 이해해야 한다. 본 발명이 속한 기술분야의 당업자는 본 발명의 사상과 본질을 벗어나지 않고 다양한 수정 및 개선을 수행할 수 있으며, 이러한 수정 및 개선은 본 발명의 보호 범위로 간주된다.

Claims (12)

  1. RF 펄스 매칭 방법에 있어서,
    S1: 매칭 임계 값을 미리 설정하고, 펄스 카운트 값을 펄스 기준 값으로 초기화하는 단계;
    S2: 상부 전극과 하부 전극에 각각 펄스 전력을 인가하는 단계-상기 상부 전극은 상부 RF 전원 및 이에 대응하는 상부 매처를 포함하고, 상기 하부 전극은 하부 RF 전원 및 이에 대응하는 하부 매처를 포함함-;
    S3: 상기 상부 RF 전원에 의해 인가된 펄스 전력의 펄스 신호를 수집하고, 상기 펄스 신호에 따라 상기 상부 매처의 매칭 매개변수를 계산하는 단계;
    S4: 상기 매칭 매개변수와 상기 매칭 임계 값의 크기를 판단하고, 상기 매칭 매개변수와 상기 매칭 임계 값의 크기에 따라 펄스 카운트 값을 재설정하는 단계;
    S5: 재설정된 펄스 카운트 값과 상기 펄스 기준 값의 일관성에 따라, 상부 매처가 상기 상부 RF 전원에 대해 매칭을 수행하거나 하부 매처가 하부 RF 전원 중 어느 하나에 대해 매칭을 수행하도록 만드는 단계; 및
    S6: 상기 상부 RF 전원과 상기 하부 RF 전원이 모두 매칭을 구현할 때까지 단계 S3 내지 단계 S5를 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 펄스 매칭 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    단계 S4는 구체적으로,
    상기 상부 RF 전원의 각 펄스 주기 상승 에지에서, 상기 매칭 매개변수의 상기 매칭 임계 값에 상대적인 크기에 대해 모두 1회 판단을 수행하고, 판단 결과에 따라 상기 펄스 카운트 값을 일관되게 유지하거나 일관되지 않게 변경하도록 재설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 펄스 매칭 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    단계 S1에서 상기 펄스 기준 값을 제1 상수로 초기화하고,
    단계 S4에서 상기 매칭 매개변수가 상기 매칭 임계 값보다 크면 상기 펄스 카운트 값을 제1 상수 또는 상기 제1 상수의 패리티와 동일한 값으로 재설정하고, 상기 매칭 매개변수가 상기 매칭 임계 값보다 작거나 같으면 상기 펄스 카운트 값을 제2 상수로 재설정하고, 상기 제2 상수는 상기 제1 상수와 다르거나 상기 제1 상수와 다른 패리티를 가지며,
    단계 S5에서 상기 펄스 카운트 값이 상기 펄스 기준 값과 같거나 상기 펄스 기준 값의 패리티와 같으면 상기 상부 매처가 상기 상부 RF 전원에 대해 매칭을 수행하고, 상기 펄스 카운트 값이 상기 펄스 기준 값과 다르거나 상기 펄스 기준 값의 패리티와 다르면 상기 하부 매처가 상기 하부 RF 전원에 대해 매칭을 수행하는 것을 특징으로 하는 RF 펄스 매칭 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 매칭 임계 값은 상기 상부 매처의 정재파비 임계 값, 반사 계수 임계 값 또는 임피던스 임계 값 중 어느 하나를 포함하고, 상기 매칭 매개변수는 그에 대응하는 상기 상부 매처의 정재파비, 반사 계수 또는 임피던스 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 RF 펄스 매칭 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 매칭 임계 값이 상기 상부 매처의 정재파비 임계 값인 경우, 상기 정재파비 임계 값의 범위는 1 내지 10인 것을 특징으로 하는 RF 펄스 매칭 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상부 전극과 상기 하부 전극에 인가되는 펄스 전력의 RF 신호 주파수가 동일하고, 펄스 신호 주파수가 동일하며, 펄스 신호 듀티 사이클이 동일한 것을 특징으로 하는 RF 펄스 매칭 방법.
  7. RF 펄스 장치에 있어서,
    상부 전극과 하부 전극을 포함하고, 상기 상부 전극은 상부 RF 전원과 그에 대응하는 상부 매처를 포함하고, 상기 하부 전극은 하부 RF 전원과 그에 대응하는 하부 매처를 포함하고, 상기 상부 RF 전원과 상기 하부 RF 전원은 펄스 동기화선이 연결되고, 상기 상부 매처와 상기 하부 매처 사이에 펄스 매칭 타이밍 제어선과 타이밍 매칭 모듈이 설치되고, 상기 타이밍 매칭 모듈은 전처리 유닛, 인가 유닛, 획득 유닛, 판단 유닛 및 매칭 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하고,
    여기에서 상기 전처리 유닛은 매칭 임계 값을 미리 설정하고 펄스 카운트 값을 펄스 기준 값으로 초기화하도록 구성되고,
    상기 인가 유닛은 상기 상부 전극과 상기 하부 전극에 각각 펄스 전력을 인가하도록 구성되고,
    상기 획득 유닛은 상기 상부 RF 전원에 의해 인가된 펄스 전력의 펄스 신호를 수집하고, 상기 펄스 신호에 따라 상기 상부 매처의 매칭 매개변수를 계산하도록 구성되고,
    상기 판단 유닛은 상기 매칭 매개변수와 상기 매칭 임계 값의 크기를 판단하고, 상기 매칭 매개변수와 상기 매칭 임계 값의 크기에 따라 펄스 카운트 값을 재설정하도록 구성되고,
    상기 매칭 유닛은 재설정된 펄스 카운트 값과 상기 펄스 기준 값의 일관성에 따라, 상부 매처가 상기 상부 RF 전원에 대해 매칭을 수행하거나 하부 매처가 하부 RF 전원에 대해 매칭을 수행하도록 구성되는 RF 펄스 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 판단 유닛은 상기 상부 RF 전원의 각 펄스 주기 상승 에지에서, 상기 매칭 매개변수의 상기 매칭 임계 값에 상대적인 크기에 대해 모두 1회 판단을 수행하고, 판단 결과에 따라 상기 펄스 카운트 값을 일관되게 유지하거나 일관되지 않게 변경하도록 재설정하는 것을 특징으로 하는 RF 펄스 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전처리 유닛은 상기 펄스 기준 값을 제1 상수로 초기화하고,
    상기 판단 유닛은 상기 매칭 매개변수가 상기 매칭 임계 값보다 크면 상기 펄스 카운트 값을 제1 상수 또는 상기 제1 상수의 패리티와 동일한 값으로 재설정하고, 상기 매칭 매개변수가 상기 매칭 임계 값보다 작거나 같으면 상기 펄스 카운트 값을 제2 상수로 재설정하고, 상기 제2 상수는 상기 제1 상수와 다르거나 상기 제1 상수와 다른 패리티를 가지며,
    상기 펄스 카운트 값이 상기 펄스 기준 값과 같거나 상기 펄스 기준 값의 패리티와 같으면 상기 매칭 유닛은 상기 상부 매처가 상기 상부 RF 전원에 대해 매칭을 수행하도록 만들고, 상기 펄스 카운트 값이 상기 펄스 기준 값과 다르거나 상기 펄스 기준 값의 패리티와 다르면 상기 매칭 유닛은 상기 하부 매처가 상기 하부 RF 전원에 대해 매칭을 수행하도록 만드는 것을 특징으로 하는 RF 펄스 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 전처리 유닛에서, 상기 매칭 임계 값은 상기 상부 매처의 정재파비 임계 값, 반사 계수 임계 값 또는 임피던스 임계 값 중 어느 하나를 포함하고,
    상기 획득 유닛에서, 상기 매칭 매개변수는 그에 대응하는 상기 상부 매처의 정재파비, 반사 계수 또는 임피던스 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 RF 펄스 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 매칭 임계 값이 상기 상부 매처의 정재파비 임계 값인 경우, 상기 정재파비 임계 값의 범위는 1 내지 10인 것을 특징으로 하는 RF 펄스 장치.
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 RF 펄스 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 펄싱 플라즈마 생성 시스템.
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