KR102370012B1 - 바이어스 동작에 대한 rf 맞춤조정된 전압 - Google Patents

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Abstract

공정 챔버에서 이온 충격 공정 동안 샤워헤드 상에서의 입자 생성을 감소시키기 위한 방법, 시스템, 및 장치가 제공된다. RF 발생기로부터 공정 챔버 내의 기판 지지부에 매립된 전극으로 제1 및 제2 RF 신호들이 공급된다. 제2 RF 신호는, 제1 RF 진폭, 제2 RF 진폭, 제1 RF 위상, 및 제2 RF 위상의 측정에 대한 응답으로 제1 RF 신호에 대해 조정된다. 기판에 대한 이온 충격이 최대화되고, 샤워헤드 상에서 생성되는 입자들의 양이 최소화된다. 본원에 설명된 방법들 및 시스템들은, 샤워헤드로부터 생성되는 잔해 입자들의 양을 감소시키면서 개선된 이온 식각 특성들을 제공한다.

Description

바이어스 동작에 대한 RF 맞춤조정된 전압
본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 공정 챔버에서 플라즈마를 제어하는 방법들 및 시스템들에 관한 것이다.
처리 챔버들은 통상적으로, 기판들의 플라즈마 처리, 이를테면, 식각 또는 증착 공정들을 수행하는 데 사용된다. 식각 또는 증착 공정들 동안, 처리 챔버 내의 샤워헤드 상에 입자들이 퇴적될 수 있다. 샤워헤드 상에 퇴적된 물질은 아래의 기판 또는 기판 지지부 상으로 떨어져 기판 및 챔버 내의 처리 용적을 오염시킬 수 있다.
따라서, 처리 챔버에서의 입자 생성을 제어하고 감소시킬 필요성이 존재한다.
본 개시내용은 일반적으로, 샤워헤드로부터의 입자 생성을 감소시키기 위한 방법, 시스템, 및 장치를 설명한다. 일 예에서, 기판 처리 방법이 제공된다. 방법은, 제1 주파수, 제1 진폭, 및 제1 위상을 갖는 제1 무선 주파수(RF) 신호를 공급하는 단계를 포함한다. 제1 RF 신호는, RF 발생기로부터 공정 챔버 내에 배치되는 기판 지지부에 매립된 전극에 공급된다. 제2 주파수, 제2 진폭, 및 제2 위상을 갖는 제2 RF 신호가 RF 발생기로부터 전극에 공급된다. 방법은, 이온들을 생성하기 위해 제1 RF 신호에 대해 제2 RF 신호를 조정하는 단계를 더 포함한다. 제2 RF 신호를 조정하는 단계는, 제1 진폭, 제1 위상, 제2 진폭, 및 제2 위상의 측정에 대한 응답으로 수행된다.
다른 예에서, 기판을 처리하기 위한 시스템이 개시된다. 시스템은 공정 챔버를 포함하며, 공정 챔버의 처리 용적 내에 기판 지지부가 배치된다. 공정 챔버의 처리 용적 내의 기판 지지부 위에 샤워헤드가 배치된다. 기판 지지부의 기판 지지 표면에 전극이 매립된다. 제1 주파수, 제1 진폭, 및 제1 위상을 갖는 제1 RF 신호, 및 제2 주파수, 제2 진폭, 및 제2 위상을 갖는 제2 RF 신호를 제1 전극에 공급하기 위해 RF 발생기가 제1 전극에 결합된다. 제1 및 제2 진폭들 및 위상들의 측정에 대한 응답으로 제1 RF 신호들에 대해 제2 RF 신호를 조정하여 기판을 식각하기 위한 이온들을 생성하기 위해 제어기가 RF 발생기에 연결된다.
다른 예에서, 기판을 처리하기 위한 장치가 개시된다. 장치는 공정 챔버를 포함하며, 공정 챔버의 처리 용적 내에 기판 지지부가 배치된다. 공정 챔버의 처리 용적 내의 기판 지지부 위에 샤워헤드가 배치된다. 기판 지지부의 기판 지지 표면에 전극이 매립된다. 제1 주파수, 제1 진폭, 및 제1 위상을 갖는 제1 RF 신호, 및 제2 주파수, 제2 진폭, 및 제2 위상을 갖는 제2 RF 신호를 제1 전극에 공급하기 위해 RF 발생기가 제1 전극에 결합된다. 제1 및 제2 진폭들 및 위상들의 측정에 대한 응답으로 제1 RF 신호에 대해 제2 RF 신호를 조정하여, 기판 지지 표면에 인접하여 최대화되고 샤워헤드에 인접하여 최소화되는 이온들을 생성하기 위해 제어기가 RF 발생기에 연결된다.
본 개시내용의 상기 언급된 특징들이 상세하게 이해될 수 있는 방식으로, 위에서 간략하게 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있으며, 이러한 실시예들 중 일부가 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 단지 예시적인 실시예들을 예시하는 것이므로 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 유의되어야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
도 1은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 처리 시스템의 개략도를 도시한다.
도 2는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 계산된 RF 전압 형태들을 예시한다.
도 3은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 계산된 RF 전압 형태들을 예시한다.
도 4a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 계산된 DC 자기-바이어스 전압 형태를 예시한다.
도 4b는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 계산된 벌크 플라즈마 전위 전압 형태를 예시한다.
도 5는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 처리 시스템의 개략도를 도시한다.
도 6은 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 목표 RF 전압 파라미터들을 획득함으로써 RF 맞춤조정된 전압(RF tailored voltage)을 식별하기 위한 알고리즘의 흐름도를 도시한다.
도 7은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 주파수 발생기의 블록도를 도시한다.
도 8은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 진폭 및 위상 발생기의 블록도를 도시한다.
도 9는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 RF 전압 모니터의 블록도를 도시한다.
도 10은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 IQ 검출기의 블록도를 도시한다.
도 11은 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 공정 챔버에서 이온 충격을 제어하는 방법을 도시한다.
이해를 용이하게 하기 위해서, 도면들에 공통된 동일한 요소들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예의 요소들 및 특징들은 추가적인 언급이 없이도 다른 실시예들에 유익하게 포함될 수 있는 것으로 고려된다.
본 개시내용은 일반적으로, 기판들의 플라즈마 처리, 이를테면, 기판들의 식각 및 증착에 관한 것이다. 식각 및 증착 공정들 동안, 2개의 전극, 예컨대, 기판 지지부 내에 배치되는 제1 전극과 샤워헤드에 있는 제2 전극 사이에 용량성 결합된 플라즈마가 생성된다. 기판 지지 전극은 RF 발생기에 연결되고, 샤워헤드 전극은 전기 접지 또는 RF 리턴에 연결된다. 공정 챔버 내에 생성된 플라즈마는, 기판으로부터의 물질의 식각 또는 기판 상으로의 물질의 증착을 용이하게 한다.
본 개시내용의 양상들은, 샤워헤드 또는 다른 상부 전극으로부터의 입자 생성(예컨대, 박피)을 감소시키면서 기판에 대한 증착 또는 식각을 동시에 제어하기 위해 RF 신호의 위상 및 전압을 제어하는 것에 관한 것이다. 더욱이, 본원에서의 양상들은, 샤워헤드 또는 다른 상부 전극으로부터의 입자 생성(예컨대, 박피)을 감소시키면서 기판에 대한 증착 또는 식각에서의 증가를 용이하게 하기 위해 주파수들 사이의 위상차들을 식별하는 것에 관한 것이다.
공정 챔버에서 이온 충격 공정 동안 샤워헤드로부터의 입자 생성을 감소시키기 위한 방법들 및 시스템들이 제공된다. RF 발생기로부터 공정 챔버 내에 배치되는 기판 지지부에 매립된 제1 전극으로 제1 RF 신호 및 제2 RF 신호가 공급된다. 제2 RF 신호는, 제1 및 제2 RF 신호들의 측정된 특성들, 예컨대, 제1 RF 신호의 제1 진폭 및 제1 위상, 및 제2 RF 신호의 제2 진폭 및 제2 위상에 대한 응답으로 제1 RF 신호에 대해 조정된다. 위에 설명된 하나 이상의 실시예와 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 기판에 대한 이온 충격이 증가되고, 샤워헤드로부터 생성되는 입자들의 양이 감소된다. 본원에서의 방법들 및 시스템들은, 샤워헤드로부터 생성되는 잔해 입자들의 양을 감소시키면서 이온 충격의 활용을 통한 식각을 가능하게 한다. 게다가, RF 매치로부터의 정보를 조합함으로써 RF 전압/전류 모니터의 정확성을 증가시키는 방법이 논의된다.
도 1은, 공정 챔버(101)에서 다중-주파수 바이어스 동작을 수행하기 위한 처리 시스템(100)의 개략도를 도시한다. 처리 시스템(100)은, n-주파수 RF 매치(102)를 통해 다수의 RF 발생기들(108)에 연결되는 공정 챔버(101)를 포함한다. 공정 챔버(101)는, 내부에 배치되고 전기 접지(107)(또는 RF 리턴)에 연결되는 샤워헤드(103)를 포함한다. 기판 지지부(104)는 공정 챔버(101) 내에 샤워헤드(103)에 대향하게 배치된다. 기판(137)은 기판 지지부(104)에 의해 지지된다. 전극(105)이 기판 지지부(104) 내에 매립된다. 전극(105)은 n-주파수 RF 매치(102)에 연결된다. n-주파수 RF 매치(102)는, 각각의 개개의 주파수(fi)에 대해 개개의 전압(Vi) 및 위상(
Figure 112020061023783-pct00001
)에서 전극(105)에 전력을 인가한다. 전극(105) 및 샤워헤드(103)는, 용량성 결합된 플라즈마(106)의 생성을 용이하게 한다.
위에 설명된 하나 이상의 실시예와 조합될 수 있는 일 실시예에 따르면, 다중-주파수 바이어스 동작이 공정 챔버(101)에서 수행된다. 처리 동안, 전극(105)은 n-주파수 RF 매치(102)를 통해 다수의 주파수들(예컨대, 2개의 상이한 주파수)에 의해 바이어싱되는 한편, 샤워헤드(103)(예컨대, 제2 전극)는 RF 리턴을 용이하게 하기 위해 전기 접지(107)에 연결된다. 일 예에서, n-주파수 RF 매치(102)에 의해 인가되는 주파수들은 서로의 정수 배수들일 수 있는데, 예컨대, RF 에너지는 13.56 MHz의 제1 주파수 및 27.12 MHz의 제2 주파수 둘 모두에서 인가될 수 있다. 위에 설명된 하나 이상의 실시예와 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 제1 주파수 및 제2 주파수는 고조파 주파수들이다. 위에 설명된 하나 이상의 실시예와 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 제1 주파수 및 제2 주파수는 인접한 고조파 주파수들이다.
부가적으로, 샤워헤드(103)의 표면적은 기판 지지부(104)의 표면적보다 크다.
공정 챔버(101)를 다중-고조파 주파수들로 동작시킬 때, 기판 지지부(104) 상에 형성된 VDC의 시간 평균 자기-바이어스 DC 전압으로, Vpla의 시간 평균 벌크 플라즈마 전위를 갖는 플라즈마(106)가 생성된다. 이중 주파수 플라즈마 생성을 사용할 때, 특정 위상 값(
Figure 112020061023783-pct00002
)에서,
Figure 112020061023783-pct00003
에 의해 정의되는 기판(137)에 대한 이온 충격이 거의 최대가 되는 것으로 여겨진다. 동시에,
Figure 112020061023783-pct00004
에 의해 정의되는, 플라즈마(106)의 접지 측(예컨대, 샤워헤드(103))에 대한 이온 충격이 거의 최소가 된다. 그에 따라 공정 챔버를 동작시키는 것은, 기판(137) 상의 식각을 최대화하면서 동시에 샤워헤드(103)로부터의 입자 생성을 최소화하는 것을 가능하게 한다.
Figure 112020061023783-pct00005
을 거의 최대 값으로 조정하고
Figure 112020061023783-pct00006
을 거의 최소 값으로 조정하는 것은, 이후 RF 맞춤조정된 전압으로 지칭될 것이다.
전극(105)은, n-주파수 RF 매치(102)를 통해 각각 f1, f2, ...... fn의 주파수들에서의 RF 발생기들(1081, 1082, 108n)에 연결된다. 일반적으로, 기판 지지부(104)에서의 RF 전압은 다음의 수학식 (1)에 의해 표현된다:
Figure 112020061023783-pct00007
(1)
여기서, Vi 및
Figure 112020061023783-pct00008
는 각각
Figure 112020061023783-pct00009
에서의 전압 및 위상이고, ωi는 각주파수이다. 상응하는 RF 주기들을 유지하기 위해, 주파수 fi는 기본 주파수 f1의 i 번째 고조파 주파수이다:
Figure 112020061023783-pct00010
, 여기서, i = 1, 2, ...... n (2)
수학식 (2)는, 하드웨어에서의 타이밍 클록의 구현을 용이하게 한다.
공정 챔버(101)에서, Vpla의 시간 평균 벌크 플라즈마 전위로 플라즈마(106)가 생성된다. 공정 챔버(101) 내의 플라즈마 생성의 결과로서, VDC의 시간 평균 자기-바이어스 DC 전압이 기판(137)의 표면 상에 형성된다.
모델링 예시를 위해, 수학식 (1)은 추가로 다음의 형태로 가정된다:
Figure 112020061023783-pct00011
(3)
또한, 수학식 (3)이 n = 2로 제한될 때, 다음과 같다:
Figure 112020061023783-pct00012
(4)
수학식 (3)에서, 고조파의 진폭은 기본 고조파의 진폭에 의해 정규화된다. 고조파 차수가 증가함에 따라, 진폭이 감소하는데, 예컨대, n 번째 고조파의 진폭은 기본 고조파의 1/n이다. 처리를 위한 기본 고조파, 및
Figure 112020061023783-pct00013
이 거의 최대 값이고
Figure 112020061023783-pct00014
이 거의 최소 값인 RF 맞춤조정된 전압 조건을 만족시키기 위한 조정된 항들로서의 다른 고조파들을 주로 동작시키는 것이 유리한 것으로 여겨진다.
이중 주파수 시스템에서, 예컨대, f1 = 13.56 MHz이고 f2 = 27.12 MHz일 때, 2개의 주파수 사이의 위상차는 다음에 의해 정의된다:
Figure 112020061023783-pct00015
(5)
도 2 및 도 3은, 일 예에 따른 계산된 RF 전압 형태들을 예시한다. V1 = 200 V 및
Figure 112020061023783-pct00016
= 0과 함께 도 1의 기하학적 구조에 자기-일관적 플라즈마 모델링을 적용할 때, 도 2 및 도 3에서의 정규화된 시간의 함수들로서
Figure 112020061023783-pct00017
= 0°, 90°, 180°, 270°에 대한 전압 파형 결과들이 획득된다.
도 4a는 일 예에 따른 계산된 DC 자기-바이어스 전압 형태를 예시한다. 도 1에 예시된 기판 지지부(104) 상에 형성되는 계산된 VDC가 도 4a에서
Figure 112020061023783-pct00018
의 함수로서 도시된다. 계산된 Vpla는 도 4b에서
Figure 112020061023783-pct00019
의 함수로서 도시된다. 도 4a 및 도 4b에 예시된 바와 같이, 약
Figure 112020061023783-pct00020
= 100°에서,
Figure 112020061023783-pct00021
의 최소치는 약 60 V이고,
Figure 112020061023783-pct00022
의 최대치는 약 360 V이다.
전극(105) 및 샤워헤드(103)에 대한 이온 충격 전압들이 각각
Figure 112020061023783-pct00023
및
Figure 112020061023783-pct00024
로 주어지므로,
Figure 112020061023783-pct00025
= 100°에서의 플라즈마 처리는, 샤워헤드(103)에 대해 거의 최소의 이온 충격을 제공하여 그에 따라 샤워헤드(103)로부터의 입자 생성을 감소시키고, 기판 지지부(104) 상의 기판(137)에 대해 거의 최대의 충격을 제공하여 기판(137) 상에서의 이온 식각을 향상시킨다. 다시 말해서,
Figure 112020061023783-pct00026
= 100°에서 동작시키는 것은, 기판(137) 상에서의 식각률을 최대화하면서 동시에 샤워헤드(103)로부터의 입자 생성을 최소화한다. 따라서, 이중 주파수 플라즈마 처리 동작 동안 위상차(
Figure 112020061023783-pct00027
)를 변화시킴으로써 샤워헤드(103)로부터의 입자 생성이 최소화된다.
플라즈마 처리는, 2개 초과의 상이한 주파수를 사용하는 n-주파수 RF 매치(102)로 또는 제1 주파수의 정수 배수인 제2 주파수로 발생할 수 있는 것으로 고려되며, 여기서, 정수 배수는 1보다 크다. 예컨대, 수학식 (4)에서, 더 높은 차수의 고조파(f2)가 13.56 MHz인 f1의 제3 고조파(즉, f2 = 40.68 MHz)로 대체될 수 있다.
도 5는, 위에 설명된 하나 이상의 실시예와 조합될 수 있는 본 개시내용의 실시예에 따른 처리 시스템(500)의 개략도를 도시한다. 처리 시스템(500)은 처리 시스템(100)과 유사하지만, 단일 n-주파수 발생기(508), n-주파수 RF 발생기(508)에 결합되고 그 하류에 있는 n-주파수 RF 매치(502), 및 n-주파수 RF 매치(502)에 결합되고 그 하류에 있는 전압 모니터(509)를 포함한다. 단일 RF 발생기(508)가 도시되지만, 처리 시스템(500)에서 다수의 RF 발생기들이 이용될 수 있는 것으로 고려된다.
처리 파라미터들의 더 정확한 제어 및 조정을 가능하게 하기 위해, 전압 모니터(509)는, n-주파수 RF 매치(502) 하류의 전압을 검출하며, 이 전압은, 공정 챔버(501)의 기하학적 구조에 의해 결정된 선형 관계에 의해 전극(105)에 인가되는 전압에 대응한다(이후 설명됨). n-주파수 RF 매치(502) 하류의 전압을 검출하는 것은, 공정 챔버(501)에서의 조건들의 더 정확한 표시를 제공하며, 따라서, 처리 파라미터들에 대해 이루어지는 조정들이 개선된다.
공정 제어를 용이하게 하기 위해, n-주파수 RF 발생기(508)는 연결(510)을 통해 전압 모니터(509)로부터 신호를 수신한다. 그에 대한 응답으로, RF 발생기(508)는, 전극들(105 및 103)에서의 RF 맞춤조정된 전압 조건 동작을 만족시키기 위한 각각의 주파수에서 RF 전력 신호들을 생성한다. n-주파수 RF 발생기(508)는 또한, 연결(512)을 통해 RF 매치(502)로부터 신호를 수신할 수 있다.
위상 및 진폭 조정의 결정은, 위에 설명된 바와 같이, 파라미터들(Vi 및
Figure 112020061023783-pct00028
, i = 1, 2, ... n)을 활용하며, 이들은 기판 지지부(104)에서 정의된다. 그러나, 처리 시스템(500)에서, RF 전압들 및 위상들은 Vim 및
Figure 112020061023783-pct00029
(i = 1, 2, ... n)과 같이 포스트-매치(즉, RF 매치(502)의 하류)여야 한다. 그러므로, 수학식 (1)에서의 도출된 값들 Vi 및
Figure 112020061023783-pct00030
는 Vim 및
Figure 112020061023783-pct00031
으로서 정의되는 포스트 RF 매치(502) 값들로 변환되며, 이는, 다음의 변환 행렬에 의해 계산된다:
Figure 112020061023783-pct00032
(6)
여기서, 모든 값들은 복소수들로서 정의된다. 그러므로, 수학식 (1)에서의 값들은 다음의 형태로 변환된다:
Figure 112020061023783-pct00033
(7)
Figure 112020061023783-pct00034
는 기판 지지부(104)에서 정의되고, 예컨대, 도 2, 도 3, 도 4a, 및 도 4b에 예시된 모델링에 기반하여 계산된다. ABCD 행렬은, 공정 챔버(501)의 기하학적 구조, 및 더 구체적으로는, 일련의 송신 라인들 및 커패시터들과 인덕터들의 일부 조합으로부터 계산될 수 있다.
Figure 112020061023783-pct00035
은 임의성을 갖는다는 것이 유의된다. 따라서,
Figure 112020061023783-pct00036
은 일반성을 잃지 않으면서
Figure 112020061023783-pct00037
= 0으로서 정의될 수 있다. 동작 동안, RF 전압 파라미터들(Vi 및
Figure 112020061023783-pct00038
)의 포스트 RF 매치(502)가 n-주파수 RF 전압 모니터(509)에 의해 측정되어, Vime 및
Figure 112020061023783-pct00039
로서 측정된 값들이 표시된다. RF 전압 파라미터들의 실험적 결정은, RF 맞춤조정된 전압의 결정을 가능하게 한다.
도 6은, 목표 RF 전압 파라미터들(Vim 및
Figure 112020061023783-pct00040
)을 획득함으로써 RF 맞춤조정된 전압을 식별하기 위한 알고리즘의 흐름도를 도시한다. 일부 실시예들에서, Vim 및
Figure 112020061023783-pct00041
은 사용자 정의 목표 파라미터들이다. 다른 실시예들에서, Vim 및
Figure 112020061023783-pct00042
은 제2 RF 신호의 측정된 파라미터들이다. 동작(620) 동안, 실험적 파라미터들(Vime 및
Figure 112020061023783-pct00043
)은 n-주파수 RF 전압 모니터(509)에 의해 측정된다. 동작(621) 동안, 측정된 실험적 파라미터들(Vime 및
Figure 112020061023783-pct00044
)이 수학식들 (8) 및 (9)의 조건들을 만족시키는지 여부가 결정된다:
Figure 112020061023783-pct00045
(8)
Figure 112020061023783-pct00046
(9)
측정된 파라미터들(Vime 및
Figure 112020061023783-pct00047
)이 사용자 정의 공차 내에서 수학식들 (8) 및 (9)를 만족시키는 경우, n-주파수 RF 발생기(508) 상에서 어떠한 조정들도 수행되지 않는다. 사용자 정의 공차는 전형적으로 경험적이다. 진폭 비(수학식 (8))의 사용자 정의 공차는, 약 5 퍼센트, 예컨대, 약 3 퍼센트 내지 약 7 퍼센트, 이를테면, 약 4 퍼센트 내지 약 6 퍼센트이다. 상대각(수학식 (9))에 대한 사용자 정의 공차는, 약 3 도 내지 약 8 도, 예컨대, 약 4 도 내지 약 6 도이다. 그러나, 동작(621)의 알고리즘이 Vime 및
Figure 112020061023783-pct00048
의 측정된 값들에 의해 만족되지 않는 경우, 동작(622)에 예시된 바와 같이, 마이크로 제어 유닛(MCU) 내부에서 수행되는 네거티브 피드백 제어, 예컨대, 비례 적분 미분(PID) 제어기를 통해, n-주파수 RF 발생기(508) 내부에서 시드 RF 전압(도 7 참조)의 진폭(A'i) 및 위상(
Figure 112020061023783-pct00049
)이 생성된다. 달리 말하면, PID 및 MCU는, 측정된 값들(Vime 및
Figure 112020061023783-pct00050
)에 대한 응답으로, n-주파수 RF 발생기(508)의 조정을 용이하게 하여, RF 매치(502) 하류에 원하는 전압 및 위상이 달성된다. 피드백 제어는, 각각의 주파수 fi에 대해 수행되며, 여기서, i = 2, 3, ... n인 한편 A'1 및
Figure 112020061023783-pct00051
은 일정하다.
일 예에서, 동작(620)에 후속하여 동작(621)이 이어진다. 동작(621)이 만족되는 경우, 기판의 처리는 전압 및 위상에 대한 조정 없이 진행된다. 동작(621)이 만족되지 않는 경우, 동작(622)이 수행되고, 동작(621)이 만족될 때까지 동작들(620-622)이 반복된다.
일부 예들에서, n-주파수 RF 전압 모니터(509)는 40 MHz를 초과하는 주파수들에서는 충분히 정밀하지 않을 수 있는데, 그 이유는, RF 매치(502) 하류의 RF 전압 및 전류 둘 모두가 비교적 높고, 이들 둘 사이의 위상각이 90 도에 가깝기 때문이다. 약 90 도의 위상각에서, 작은 차이, 예컨대 1 도는 전력에서 큰 차이를 초래하고, RF 전압 및/또는 전류의 잘못된 판독들로 이어질 수 있다. 그러한 경우에서,
Figure 112020061023783-pct00052
에 의해 복소 값 임피던스 Zime(도 7에 도시됨)가 결정되며, 여기서, Yime는 주파수 fi에서의 어드미턴스이고, 이는, n-주파수 RF 매치(502) 내부의 RF 매칭 조건으로부터 도출되고, 수학식 (10)에서 Vime를 계산하는 데 사용될 수 있다:
Figure 112020061023783-pct00053
(10)
여기서, Pime는, 주파수 fi에서 공정 챔버, 이를테면, 도 5에 도시된 공정 챔버(501)에 전달되는 전력이다. Zime의 측정치는, RF 매치(502)에 배치된 벡터 네트워크 분석기(도시되지 않음)에 의해 교정된다. 따라서, 수학식 (10)은 매우 정확하다.
n-주파수 RF 전압 모니터(509)는 위상각들(
Figure 112020061023783-pct00054
)을 측정하는 데 사용되고, 이는, 위상각들의 절대 값을 측정할 때 계통적 오차들을 포함한다는 것이 유의된다. 그러나, 계통적 오차는 수학식 (9)에서의 감산에 의해 소거된다. 부가적으로, 도출된 값들의 계통적 오차는 시간 평균 변수들을 사용함으로써 감소되며, 따라서, 도출된 결과들의 정확성이 개선된다. 결과적으로, 수학식 (9)에서의 오차의 영향이 완화될 수 있다.
도 7은, 도 5에 예시된 n-주파수 RF 발생기(508)의 블록도이다. n-주파수 RF 발생기(508)는, 위상 고정 루프(PLL) 회로(720), 주파수 분할기(722), MCU(724), 사용자 인터페이스(726), 하나 이상의 발생기(728a-728c)(3개가 도시됨), 및 각각이 개개의 발생기(728a-728c)에 연결되는 하나 이상의 전력 증폭기(711)(3개가 도시됨)를 포함한다. PLL 회로(720)는, 수정 발진기 또는 외부 클록 발생기(710)로부터 신호를 수신하여 CLK = N·fn의 클록 신호를 생성하며, 여기서, N은 임의의 정수, 예컨대, 22 - 26이다. CLK 신호는 주파수 분할기(722)에 송신되어 한 세트의 CLK 신호들(CLK i, i = 1, ... n)을 생성하며, 이들 각각은, fi의 주파수에서 진폭 및 위상을 생성하도록 구성되는 개개의 발생기(728a-728c)에 송신된다.
CLK 신호는 또한, fi에서의 Vime 및
Figure 112020061023783-pct00055
를 측정하는 n-주파수 RF 전압 모니터(이를테면, n-주파수 RF 전압 모니터(509))에 송신된다. 수학식 (10)에 도시된 바와 같이, Vime는 n-주파수 RF 매치(502)에서의 전압의 측정치로 대체될 수 있다. Vime 및
Figure 112020061023783-pct00056
의 값들은 MCU(724)에 제공되며, 이는, 측정된 값들(Vime,
Figure 112020061023783-pct00057
) 및 사용자 인터페이스(726)에서 사용자에 의해 입력된 목표 값들(Vim,
Figure 112020061023783-pct00058
)로부터 도 6에 도시된 바와 같은 PID 제어기를 통해 시드 RF 전압에 대한 진폭(A'i) 및 위상(
Figure 112020061023783-pct00059
)을 계산한다. 진폭(A'i) 및 위상(
Figure 112020061023783-pct00060
)은, Vime 및
Figure 112020061023783-pct00061
의 측정된 값들에 대한 조정을 표현한다. 일단 Vime 및
Figure 112020061023783-pct00062
의 측정된 값들이 Vim 및
Figure 112020061023783-pct00063
의 목표 값들과 각각 매칭하면, 도 1 및 도 5에 예시된 전극(105)에 RF 신호가 인가된다.
도 8은, 위에 설명된 하나 이상의 실시예와 조합될 수 있는 본 개시내용의 실시예에 따른 진폭 및 위상 발생기(728a)의 블록도를 도시한다. 발생기들(728b 및 728c)은 유사하게 구성된다는 것이 이해될 것이다. 도 7에 도시된 MCU(724)로부터 수신되는
Figure 112020061023783-pct00064
및
Figure 112020061023783-pct00065
의 정보를 사용하여, CLKi = N·fi에서의 동위상 및 직교 위상(IQ; In-and-Quadrature phase) 변조 동작은
Figure 112020061023783-pct00066
(p = 0, 1, ... N-1)의 디지털 시드 신호를 합성하며, 결국, 디지털-아날로그 변환기(DAC)(830)에서 디지털 시드 신호가
Figure 112020061023783-pct00067
의 아날로그 시드로 변환된다. 도 7에 도시된 바와 같이, RF 발생기로부터의 신호(
Figure 112020061023783-pct00068
)는, 전력 증폭기(711)에 의해
Figure 112020061023783-pct00069
로 증폭된다.
Figure 112020061023783-pct00070
의 증폭된 신호는 n-주파수 RF 매치(502)에 송신되며, 이는, 증폭된 신호를 RF 매치의 출력에서
Figure 112020061023783-pct00071
로 변환한다.
도 9는, n-주파수 RF 발생기(508)로부터 CLK = N·fn의 기본 클록 신호를 수신하는 n-주파수 RF 전압 모니터(509)의 도면이다. 아날로그 전압 검출기(902), 예컨대 용량성 전압 분할기는, fi(i = 1, ... n)의 주파수에서
Figure 112020061023783-pct00072
의 형태로 n-세트의 RF 전압들을 측정하며, 여기서, V'ime 및 Vime가 환산 계수(scale factor)에 의해 관련된다. 주파수 분할기(722)는, n-세트의 CLK i(i = 1, ... n)를 생성하여 fi의 주파수에서 개개의 IQ 검출기들(936a-936c)(3개가 도시됨)을 동작시킨다. IQ 검출기들(936a-936c)은, 입력 RF 전압(
Figure 112020061023783-pct00073
)으로부터 Vime 및
Figure 112020061023783-pct00074
를 도출한다.
도 10은, fi(i = 1, ... n)의 주파수에서의 IQ 검출기(936)의 블록도를 예시한다. 아날로그-디지털 변환기(ADC)(1038)는, 아날로그 전압 검출기(902)로부터의
Figure 112020061023783-pct00075
의 아날로그 입력을
Figure 112020061023783-pct00076
의 디지털 값으로 변환한다. 디지털 값은, ROM(1039)으로부터의
Figure 112020061023783-pct00077
및
Figure 112020061023783-pct00078
와 곱해진다. 변환된 신호는 저역 통과 필터들(LPF)(1040)에 송신된다. 저역 통과 필터들은,
Figure 112020061023783-pct00079
및
Figure 112020061023783-pct00080
의 출력을 생성한다. 저역 통과 필터들의 출력은 디지털 신호 프로세서(DSP)(1041)에 송신된다. DSP(1041)는 좌표 회전 디지털 컴퓨터(CORDIC; coordinate rotation digital computer)를 포함할 수 있다. Vime 및
Figure 112020061023783-pct00081
를 도출하기 위해 CORDIC 알고리즘 및 다른 디지털 신호 처리가 활용된다.
도 11은, 위에 설명된 하나 이상의 실시예와 조합될 수 있는 본 개시내용의 실시예에 따른, 공정 챔버에서 이온 충격을 제어하는 방법(1100)을 도시한다. 동작(1110) 동안, 제1 주파수, 제1 진폭, 및 제1 위상을 갖는 제1 RF 신호가 RF 발생기로부터 공정 챔버 내의 기판 지지부에 매립된 전극으로 송신된다.
동작(1120) 동안, 제2 주파수, 제2 진폭, 및 제2 위상을 갖는 제2 RF 신호가 RF 발생기로부터 전극으로 송신된다. 위에 설명된 하나 이상의 실시예와 조합될 수 있는 일 실시예에서, 제2 RF 신호는 제1 RF 신호의 주파수의 고조파 주파수를 갖는다. 동작(1130) 동안, 제2 RF 신호는, 제1 진폭, 제1 위상, 제2 진폭, 및 제2 위상의 측정에 대한 응답으로 제1 RF 신호에 대해 조정된다. 위에 설명된 하나 이상의 실시예와 조합될 수 있는 일 실시예에서, 위에 논의된 바와 같은 시드 RF 전압에 대한 진폭 및 위상이 제1 RF 신호 및 제2 RF 신호의 측정들에 기반하여 결정된다. 시드 RF 전압의 진폭 및 위상은, 제2 RF 신호를 조정하는 데 사용될 수 있다. 동작(1140)에서, RF 변조의 결과로서, 기판에 대한 이온 충격이 증가하고 챔버 내에 배치된 샤워헤드 상에서의 입자 생성이 감소한다.
플라즈마 처리를 위한 방법(1100)의 활용은, 위에 나타낸 바와 같이,
Figure 112020061023783-pct00082
이 거의 최소가 되는 위상들(
Figure 112020061023783-pct00083
, i = 2, ... n)을 식별함으로써 샤워헤드로부터 생성되는 입자들을 감소시킨다.
Figure 112020061023783-pct00084
(i = 2, ... n)에서,
Figure 112020061023783-pct00085
가 거의 최대가 되는 것이 또한 식별되며, 그에 따라, 기판 상의 증착 또는 식각이 최대화되면서 동시에 샤워헤드로부터의 입자 생성이 감소된다.
Figure 112020061023783-pct00086
은 식각 또는 증착 동안의 기판에 대한 이온화된 입자 충돌에 대응하고,
Figure 112020061023783-pct00087
은 샤워헤드에 대한 이온화된 입자 충돌에 대응한다. 따라서, 기판 지지부 상의 전압이 최대화되고 샤워헤드 상의 전압이 최소화되는 위상들을 식별함으로써, 샤워헤드에서의 이온화된 입자 충돌이 최소화(샤워헤드로부터의 입자 박피가 감소)되는 한편, 기판에서의 또는 그에 인접한 증착 및/또는 식각이 증가 및/또는 최대화된다.
전술한 내용이 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 실시예들이 본 개시내용의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 고안될 수 있으며, 본 개시내용의 범위는 하기의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (21)

  1. 기판을 처리하기 위한 시스템으로서,
    내부에 공정 용적을 정의하는 공정 챔버;
    상기 공정 용적 내에 배치되는 기판 지지부;
    상기 공정 용적 내에 상기 기판 지지부에 대향하게 배치되는 샤워헤드;
    상기 기판 지지부에 매립되는 전극;
    RF 매치에 의해 상기 전극에 결합되는 RF 발생기 - 상기 RF 발생기 및 상기 RF 매치는 제1 주파수, 제1 진폭, 및 제1 위상을 갖는 제1 RF 신호, 및 제2 주파수, 제2 진폭, 및 제2 위상을 갖는 제2 RF 신호를 상기 전극에 공급하도록 구성됨 -;
    상기 RF 매치에 결합되고 상기 RF 매치의 하류에 있으며(downstream), 상기 전극에 인가되는 전압을 검출하도록 구성된 전압 모니터;
    상기 RF 발생기와 상기 전압 모니터에 결합되고 상기 RF 발생기와 상기 전압 모니터 사이에 결합되는 제1 연결부 - 상기 RF 발생기는 상기 제1 연결부를 통해 상기 전압 모니터로부터 제1 신호를 수신하도록 구성됨 -;
    상기 RF 발생기와 상기 RF 매치에 결합되고 상기 RF 발생기와 상기 RF 매치 사이에 결합되는 제2 연결부 - 상기 RF 발생기는 상기 제2 연결부를 통해 상기 RF 매치로부터 제2 신호를 수신하도록 구성됨 -; 및
    상기 RF 발생기에 연결되고, 상기 제1 진폭, 상기 제1 위상, 상기 제2 진폭, 및 상기 제2 위상의 측정에 대한 응답으로 상기 제1 RF 신호에 대해 상기 제2 RF 신호를 조정하여 기판을 식각하기 위한 이온들을 생성하도록 구성되는 제어기를 포함하는, 기판을 처리하기 위한 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판 지지부 상에 배치되는 기판의 표면 상에 생성되는 시간 평균 자기-바이어스 DC 전압을 더 포함하는, 기판을 처리하기 위한 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수 및 상기 제2 주파수는 고조파인, 기판을 처리하기 위한 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 주파수 및 상기 제2 주파수는 인접한 고조파 주파수들인, 기판을 처리하기 위한 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 RF 발생기는 2개 초과의 RF 신호를 상기 전극에 공급하는, 기판을 처리하기 위한 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 2개 초과의 RF 신호는 고조파 주파수들을 포함하는, 기판을 처리하기 위한 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 RF 신호에 대한 조정의 결과로 샤워헤드 상에서의 입자 생성이 최소화되는, 기판을 처리하기 위한 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 식각하기 위한 이온들의 수는 상기 기판 지지부 상에 배치되는 기판에 인접하여 최대화되는, 기판을 처리하기 위한 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기판 지지부의 표면적(surface area)은 상기 샤워헤드의 표면적보다 작은, 기판을 처리하기 위한 시스템.
  10. 기판을 처리하기 위한 장치로서,
    표면적(surface area)을 갖고 공정 챔버의 공정 용적 내에 배치되는 기판 지지부;
    표면적을 갖고, 상기 공정 챔버의 상기 공정 용적 내에 상기 기판 지지부에 대향하게 배치되는 샤워헤드;
    상기 기판 지지부에 매립되는 전극 - 상기 샤워헤드의 표면적은 상기 기판 지지부의 표면적보다 크고 상기 기판 지지부의 표면적을 향함(face) -;
    RF 매치에 의해 상기 전극에 결합되는 RF 발생기 - 상기 RF 발생기 및 상기 RF 매치는 제1 주파수, 제1 진폭, 및 제1 위상을 갖는 제1 RF 신호, 및 제2 주파수, 제2 진폭, 및 제2 위상을 갖는 제2 RF 신호를 상기 전극에 공급하도록 구성됨 -;
    상기 RF 발생기와 상기 RF 매치에 결합되고 상기 RF 발생기와 상기 RF 매치 사이에 결합되는 제2 연결부 - 상기 RF 발생기는 상기 제2 연결부를 통해 상기 RF 매치로부터 제2 신호를 수신하도록 구성됨 -; 및
    상기 RF 발생기에 연결되고, 상기 제1 진폭, 상기 제1 위상, 상기 제2 진폭, 및 상기 제2 위상의 측정에 대한 응답으로 상기 제1 RF 신호에 대해 상기 제2 RF 신호를 조정하여 이온들을 생성하도록 구성되는 제어기를 포함하며, 상기 이온들의 수는 상기 기판 지지부에 인접하여 최대화되고 상기 샤워헤드에 인접하여 최소화되는, 기판을 처리하기 위한 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 주파수 및 상기 제2 주파수는 고조파인, 기판을 처리하기 위한 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 주파수 및 상기 제2 주파수는 인접한 고조파 주파수들인, 기판을 처리하기 위한 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 RF 발생기는 2개 초과의 RF 신호를 상기 전극에 공급하는, 기판을 처리하기 위한 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 2개 초과의 RF 신호는 고조파 주파수들을 포함하는, 기판을 처리하기 위한 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제2 RF 신호에 대한 조정의 결과로 샤워헤드 상에서의 입자 생성이 최소화되는, 기판을 처리하기 위한 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 기판 지지부 상에 배치되는 기판의 표면 상에 생성되는 시간 평균 자기-바이어스 DC 전압을 더 포함하는, 기판을 처리하기 위한 장치.
  17. 기판을 처리하기 위한 장치로서,
    표면적(surface area)을 갖고 공정 챔버의 공정 용적 내에 배치되는 기판 지지부;
    표면적을 갖고, 상기 공정 챔버의 상기 공정 용적 내에 상기 기판 지지부에 대향하게 배치되는 샤워헤드;
    상기 기판 지지부에 매립되는 전극 - 상기 샤워헤드의 표면적은 상기 기판 지지부의 표면적보다 크고 상기 기판 지지부의 표면적을 향함(face) -;
    RF 매치에 의해 상기 전극에 결합되는 RF 발생기 - 상기 RF 발생기 및 상기 RF 매치는 제1 주파수, 제1 진폭, 및 제1 위상을 갖는 제1 RF 신호, 및 제2 주파수, 제2 진폭, 및 제2 위상을 갖는 제2 RF 신호를 상기 전극에 공급하도록 구성되고, 상기 RF 발생기는 고조파 주파수들을 포함하는 3개 이상의 RF 신호들을 상기 전극에 공급함 -;
    상기 RF 매치에 결합되고 상기 RF 매치의 하류에 있으며(downstream), 상기 전극에 인가되는 전압을 검출하도록 구성된 전압 모니터;
    상기 RF 발생기와 상기 전압 모니터에 결합되고 상기 RF 발생기와 상기 전압 모니터 사이에 결합되는 제1 연결부 - 상기 RF 발생기는 상기 제1 연결부를 통해 상기 전압 모니터로부터 제1 신호를 수신하도록 구성됨 -; 및
    상기 RF 발생기에 연결되고, 상기 제1 진폭, 상기 제1 위상, 상기 제2 진폭, 및 상기 제2 위상의 측정에 대한 응답으로 상기 제1 RF 신호에 대해 상기 제2 RF 신호를 조정하여 이온들을 생성하도록 구성되는 제어기를 포함하며, 상기 이온들의 수는 상기 기판 지지부의 표면적에 인접하여 최대화되고 상기 샤워헤드의 표면적에 인접하여 최소화되는, 기판을 처리하기 위한 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 주파수 및 상기 제2 주파수는 고조파인, 기판을 처리하기 위한 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 주파수 및 상기 제2 주파수는 인접한 고조파 주파수들인, 기판을 처리하기 위한 장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 RF 발생기와 상기 RF 매치에 결합되고 상기 RF 발생기와 상기 RF 매치 사이에 결합되는 제2 연결부 - 상기 RF 발생기는 상기 제2 연결부를 통해 상기 RF 매치로부터 제2 신호를 수신하도록 구성됨 -
    를 더 포함하는, 기판을 처리하기 위한 장치.
  21. 제10항에 있어서,
    상기 RF 매치에 결합되고 상기 RF 매치의 하류에 있는 (downstream) 전압 모니터;
    상기 RF 발생기와 상기 전압 모니터에 결합되고 상기 RF 발생기와 상기 전압 모니터 사이에 결합되는 제1 연결부 - 상기 RF 발생기는 상기 제1 연결부를 통해 상기 전압 모니터로부터 제1 신호를 수신하도록 구성되고, 상기 전압 모니터는 상기 전극에 인가되는 전압을 검출하도록 구성됨 -;
    를 더 포함하는, 기판을 처리하기 위한 장치.
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