KR19980042053A - 주파수 서보잉 및 파워, 전압, 전류 또는 ｄＩ／ｄＴ 제어를사용한 ＲＦ 플라즈마 반응기의 ＲＦ 동조 방법 - Google Patents

주파수 서보잉 및 파워, 전압, 전류 또는 ｄＩ／ｄＴ 제어를사용한 ＲＦ 플라즈마 반응기의 ＲＦ 동조 방법 Download PDF

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Abstract

가공 가스 인입구, 가공물 지지부, 상기 챔버의 내부와 마주 대하는 RF 신호 애플리케이터 및 상기 RF 신호 애플리케이터의 입력에 연결되며 제어가능한 RF 주파수 및 RF 신호출력을 가진 RF 신호 발생기를 가지고 있는 반응기 챔버를 포함하는 RF 플라즈마 반응기에서, 본 발명은 상기 신호 발생기 또는 상기 신호 애플리케이터에서 RF 파라미터를 감지하고, 상기 파라미터를 최적화하도록 상기 RF 신호 발생기의 주파수를 조정함으로써 상기 RF 신호 발생기를 플라즈마가 인가된 RF 신호 애플리케이터에 동조시킨다. 본 발명은 또한 동일 RF 파라미터 또는 다른 RF 파라미터의 값을 최적화함으로써 RF 신호 발생기 출력 크기(파워, 전류 또는 전압)를 제어한다. 반응기는 바람직하게 상기 RF 신호 발생기와 상기 RF 신호 애플리케이터사이에 고정 동조 회로를 포함한다.

Description

주파수 서보잉 및 파워, 전압, 전류 또는 ｄＩ／ｄＴ 제어를 사용한 ＲＦ 플라즈마 반응기의 ＲＦ 동조 방법
본 발명은, 예들 들어, 인가된 전류, 전압 또는 전력 등과 같은 선택된 파라미터의 값을 최적화하기 위하여, 고정 동조 회로를 사용하여 RF 주파수를 서보잉(servoing)하므로써 RF 신호 발생기를 안테나 또는 전극 등과 같은 플라즈마 반응기의 플라즈마 적재된 RF신호 애플리케이터에 RF 신호 발생기에 동조시키는 것에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼를 처리할 때 사용되는 RF 플라즈마 반응기는 진공챔버내에서 플라즈마를 유지하기 위해 매우 큰 RF 파워를 필요로 하며, 전형적으로 수 메가헤르츠 정도의 RF 주파수에서 1000와트 정도의 파워를 필요로 한다. 고밀도 플라즈마를 유지하기 위해서, RF 파워는 상부 코일 안테나를 통해 안테나에 양호하게 유도성 결합되며, 플라즈마 이온 에너지는 처리된 반도체 웨이퍼의 파워를 제어함으로써 제어된다. 전형적으로, RF 신호원은 리액턴스가 없는 50Ω의 출력 임피던스를 가진 RF 발생기이다. 플라즈마 로드 코일 안테나에 의해 제공된 입력 임피던스는 전형적으로 50Ω이 아니고 실질적으로 리액턴스를 가져서, 실질적인 임피던스는 매칭되지 않는다. 예를 들어, 코일 안테나는 전형적으로 RF 신호의 1/4 파장보다 훨씬 작은 길이를 가져서, 코일 안테나는 RF 발생기의 임피던스의 실수부보다 훨씬 작은 실수부와 매우 높은 유도성 리액턴스를 가진 임피던스를 제공한다. 상기 미스매칭은 RF 파워가 플라즈마에 전달되어지기보다는 상기 RF 발생기에 대한 재반사에 의해 낭비되도록 하고, 그 결과 플라즈마에 전달되는 RF 파워의 양을 제어하기가 어렵다. 결과적으로, 공정 제어는 복잡하게 된다. 이런 문제에 대한 한가지 해결책은 RF 전압과 전류 사이의 제로 위상각을 유지하도록 다량의 반응성 엘리먼트를 가지는 고정된 RF 매칭 회로를 제공하는 것이다. 더욱이, 임의로 변압기가 상기출력과 입력 임피던스진폭 사이의 매칭을 제공하도록 사용될 수 있다.
상기 고정된 매칭 회로를 사용하는 문제는 상기 플라즈마 적재된 코일 안테나의 입력 임피던스가 반응기 챔버 내부의 공정 조건이 변화할 때 변화한다는 것이다. 그러므로, 플라즈마 조건의 변화가 상기 플라즈마 적재된 안테나 임피던스를 변화시킬 때, 상기 매칭 회로는 더 이상 그것의 기능을 수행할 수 없고, 플라즈마에 전달된 RF 파워는 떨어진다. 이런 전달된 RF 파워의 감소는 전형적으로 웨이퍼의 플라즈마 처리를 왜곡시켜 많은 경우에 받아들이기 어렵게 된다. 그러므로, 종래의 가장 좋은 해결책은 안테나의 플라즈마 적재된 임피던스의 변화에 응답하여 임피던스 매칭을 조절하는 RF 임피던스 매칭 장치를 제공하는 것이다.
가변 RF 임피던스 매칭 회로를 가지는 일반적 플라즈마 반응기는 도 1a에 도시되어 있다. 상기 플라즈마 반응기는 펌프(105)에 의해 진공화되는 반응기 챔버(100), 웨이퍼(115)가 배치될 수 있는 웨이퍼 지지용 받침대(110), 오버헤드 코일 안테나(120), 및 처리 가스 공급원(130)에 결합된 상기 챔버(100)내의 가스 인입구(125)를 포함한다. RF 플라즈마 소스 신호 발생기(140)는 RF 바이어스 신호 발생기(160)가 다른 RF 임피던스 매칭 박스(170)를 통해 상기 웨이퍼 받침대(110)에 접속되는 반면 RF 임피던스 매칭 박스(150)를 통해 웨이퍼 받침대(110)에 접속된다. 상기 플라즈마 소스 신호 발생기(140)에 의해 인가된 파워는 상기 챔버(100)내의 플라즈마이온 밀도를 제어하는 반면, 상기 바이어스 신호 발생기(160)에 의해 인가된 파워는 상기 웨이퍼(115) 근처의 플라즈마 이온 밀도를 제어한다. 일부의 경우에, 상기 코일(120)의 단부는 둘다 도 1a에서 점선으로 도시된 개별 캐패시터를 통해 접지에 접속될 수 있다.
상기 RF 임피던스 매칭 박스(150과 170)는 일반적으로 동일하고 상기 RF 임피던스 매칭 박스(150)에 기준하여 기술될 것이다. 상기 임피던스 매칭은 직렬 인덕터(190)의 어느 측면상의 한쌍의 병렬 캐패시터(180, 185)(실제 캐패시터 회로가 되는)로 이루어지는 일반적 파이-네트워크에 의해 제공된다. 각각의 캐패시터 회로(180, 185)는 임피던스 매칭 제어기(200)에 의해 제어된다. 상기 제어기(200)는 상기 RF 입력(150a)에서 일반적 방향 커플러(210)를 동해 상기 순방향 전압, 역방향 전압 및 전류/전압 위상각을 모니터링하고 네트워크 모델(220)을 사용하여 이런 세 가지 파라미터로부터 각각의 가변 캐패시터 회로(180, 185)의 캐패시터에 대한 교정을 계산한다. 상기 제어기(200)는 그것의 제어 출력(200a, 200b)에서 이들의 캐패시턴스 값의 이들의 요구된 교정을 달성하기 위하여 상기 가변 캐패시터(180, 185)에 제어 신호를 발생한다. 각각의 상기 가변 캐패시터(180, 185)는 도면에 도시된 바와 같이 기계적인 가변 캐패시터 또는 전기적 가변 캐패시터 회로가 될 수 있고, 후자 선택이 바람직하다. 도 1a는 후자 경우의 한 예를 도시하는데, 각각의 가변 캐패시터 회로(180, 185)는 고정된 캐패시터(240)와 병렬로 접속된 전기적 가변 인덕터(230)로 이루어져 있다. 상기 가변 인덕터(230)는 1차 권선(232), 자기적으로 투과할 수 있는 코어(234) 및 가변 전류 소스(238)에 접속된 유사한 제어 권선(236)으로 이루어진 포화가능한 리액터이다. 상기 각각의 제어 출력(200a, 200b)은 상기 전류 소스(238)의 입력에 접속된다. 상기 제어기(200)는 상기 제어 권선(236)에 의해 상기 D.C. 또는 저주파수 전류를 증가시킴으로써 상기 가변 캐패시터(180)의 캐패시턴스를 감소시킬 수 있다. 이것은 차례로 상기 코어9230)의 도자율을 감소시켜(상기 1차 권선(232)의 수반하는 자계 파동으로부터 상기 코어의 자기 도메인을 금지함으로써), 상기 1차 권선(232)에 의해 제공된 인덕턴스를 감소시키며, 그 결과 상기 유도성 리액턴스에 걸쳐 상기 고정된 캐패시터(240)에 의해 제공된 유도성 리액턴스의 도자율을 감소시킨다. 이런 변화는 상기 가변 캐패시터(180)에 대한 캐패시턴스의 효과적 감소를 나타낸다. 상기 반대 과정은 캐패시턴스의 증가를 형성한다.
이런 디바이스의 하나의 단점은 순방향과 역방향 전압 및 이들 사이의 위상 측정, 또는 전류와 전압 및 이들 사이의 위상 측정을 요구한다는 것이다. 다른 단점은 부피가 크고 비용이 많이 든다는 것이다. 또다른 중요한 단점은 부하 임피던스가 변할 때 변화하는 각각의 코어(234)에서 히스테리시스 손실이 있다는 것이다. 도 1b를 참조하면, 상기 인가된 자계(H)(상기 제어 권선(236)으로부터)가 증가한 다음에 감소할 때, 상기 코어 자기 도메인의 분극화를 고정하는 유도 자계(B)는 서로 다른 비율로 변화하고, 그 결과 상기 유도된 자계의 각각의 주기로 에너지의 네트 손실이 따른다. 도 1c를 참조하면, 상기 매칭 네트워크의 복잡한 임피던스 평면은 상기 임피던스 매칭 제어기가 임피던스 매칭 문제에 대해 이론상으로 정확한 해결책을 제공하는 동조 공간(300)을 포함한다. 상기 신호 발생기 출력 임피던스가 순수하게 저항성(50Ω)이라고 가정하여, 상기 제어기(200)가 상기 제어 권선(236)을 통해 더 높은 전류를 흐르게 한다면, 그것은 상기 파이-네트워크(180, 185, 190)에 의해 제공된 상기 임피던스를 상기 제어 공간 영역(310)의 더 낮은 임피던스로 이동시킨다. 이런 경우에 상기 자기 코어(234)는 도 1b의 히스테리시스 루프의 기원 근처에서 파동치고 상기 손실은 미소해진다. 다른 한편 상기 제어기(200)가 더낮은 제어 전류를 흐르도록 한다면, 상기 나머지 임피던스는 상기 제어 평면의 더 높은 저항성 영역(320)에서 발견될 수 있고, 상기 코어(234)의 파동은 도 1b의 히스테리시스 루프의 외부 가장자리에 도달할 수 있고, 이런 경우에 상기 코어(234)의 손실은 상당하다. 그러므로, 상기 코일 안테나(120)에 전달된 파워는 상기 코일 안테나(120)의 플라즈마 적재된 임피던스가 변화할 때 필수적으로 변화할 것이고 중요한 단점이라는 것을 알 수 있다.
여러 가지 다른 임피던스 매칭 기술이 앞서 말한 것에 부가적으로 공지되어 있다. 예를 들면, 상기 포화가능한리액터 코어의 부하 의존성 손실 문제를 방지하기 위하여, 상기 포화가능한 리액터는 기계적 가변 캐패시터를 위해 포기될 수 있다. 그러나, 이런 기계적 동조 가능한 디바이스는 상대적으로 느리고 기계적 파손을 겪게 된다. 주파수 동조는 상기 플라즈마 적재된 안테나의 공진 주파수를 따라가도록 RF 발생기 주파수가 변화되는 기술이다. 이런 기술의 주요한 단점은 그것이 임의 리액턴스에 거의 무관하게 부하 임피던스를 유지하는데 성공했지만, 상기 RF 발생기 주파수가 변화할 때 임피던스 진폭 미스매칭에 기인하는 전달된 RF 파워의 변화를 초래한다는 것이다. 다른 기술은 부하 파워 서보인데, 전달된 파워가 모니터링되며, 상기 RF 발생기 파워이 거의 일정한 레벨로 상기 전달된 파워를 유지하도록 필요에 따라 변경된다. 이런 기술의 단점은 증가된 비용과 낭비를 표현하는 상기 RF 파워과 열 소실 요구가 상기 RF 파워 발생 시스템이 상당히 확장될 때 강요된다는 것이다. 다른 단점은 전압, 전류 및 이들 사이의 위상 측정을 수반하는 파워의 측정을 요구한다는 것이다. 상기 전달된 파워 서보 기술은 상기 주파수 서보 기술과 일부 장점으로 조합될 수 있다.
모든 앞서 말한 일반적 기술에서 고유의 더욱 기본적 문제는 제어 파라미터(예를 들면, 공진 주파수, 전달된 파워 등)가 상기 RF 발생기가 접속되는 대상물(오버헤드 코일 안테나, 전극 또는 웨이퍼 받침대 중 어느 하나)에 의해 제어되는 플라즈마 특성에 직접 영향을 끼치지 않는다는 것이다. 특히, 그것은 주로 플라즈마 밀도를 제어하는 전류 변화의 시간 비이며, 주로 웨이퍼에서의 이온 밀도를 제어하는 웨이퍼 전압이다. 그러므로, 앞서 말한 일반적 기술은 이들이 단지 균일하거나 일정한 공정 프로파일을 간접적으로만 유지하는 단점을 가진다.
본 발명의 목적은 앞서 말한 문제점을 방지하면서 상기 RF 발생기 입력(부하)을 플라즈마 적재된 코일 안테나 입력에 동조하는 것이다. 특히, 방지될 문제는 기계적으로 조절가능한 리액턴스 엘리먼트(기계적 결함을 받게되는), 부하 의존성 효율 변화, 포화 가능한 리액터와 같은 부피가 큰 자기 성분, 부하 임피던스 변화로 인한 전달된 파워의 변화, 3가지 파라미터(예를 들면, 순방향과 역방향 전압과 위상 및/또는 전류, 전압 및 위상) 측정의 필요성이다.
본 발명의 다른 목적은 파라미터에 기준하여 앞서 말한 웨이퍼 표면에서의 플라즈마 이온 밀도와 웨이퍼 받침대에서의 플라즈마 이온 밀도를 포함하여 가장 중요한 플라즈마 특성을 직접 제어하는 동조 기능을 제공하는 것이다.
도 1a는 종래 기술의 RF 임피던스 매칭 박스를 포함하는 플라즈마 반응기의 개략도.
도 1b는 수평축은 공급된 자기장 H이며, 수직 축은 유도된 자기장 B를 나타내어, 도 1a의 RF 임피던스 매칭 박스의 포화 가능한 반응기에서의 자기적 히스테리시스 손실을 도시한 도면.
도 1c는 실수 성분은 수평축이고 허수 성분은 수직 축으로 나타낸 RF 임피던스 매칭 회로의 복소 평면상의 임피던스를 도시한 도면.
도 2a는 본 발명에 관한 동조 처리를 수행할 수 있는 주파수 동조 임피던스 매칭 장치의 제 1 실시예를 도시한 도면.
도 2b는 RF 발생기의 주파수에 대한 (제공된 파워과 같은) 선택된 측정 파라미터의 크기를 도시한 그래프.
도 2c는 반응기의 코일 안테나와 총괄된 동조 소자들에 의해 형성된 공진 회로를 도시한 도면.
도 3은 수평축은 이온 에너지이고, 수직 축은 이온들의 수를 나타내어, 웨이퍼 표면에서의 플라즈마 이온 에너지의 분포를 도시한 도면.
도 4는 도 2a의 반응기에서의 웨이퍼 전압의 파형을 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 관한 복수개의 스위칭된 권선을 갖는 트랜스포머를 사용한 제 2 실시예를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 관한 복수개의 스위칭된 권선을 갖는 트랜스포머를 사용한 제 3 실시예를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 기본 모드에 관한 동작 개념을 설명한 순서도.
도 8은 소스 신호 주파수 서보에 의해 수행되는 처리의 일 실시예를 도시한 순서도.
도 9는 바이어스 신호 주파수 서보에 의해 수행되는 처리의 일 실시예를 도시한 순서도.
도 10은 본 발명에 관한 바람직한 실시예의 개략도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
170 : 임피던스 매칭 박스 200 : 임피덩스 매칭 제어기
410, 410' : 전류 센서 420, 420', 450 : 주파수 서보
445 : 고정 바이어스 동조 회로
460 : 전압 센서
처리 가스 주입구, 워크피스 지지대, 챔버의 내부 부분과 마주하는 RF 신호 애플리케이터(예를 들어 플라즈마 소스 신호를 방사시키기 위한 코일 안테나, 플라즈마 소스 신호 또는 바이어스 신호를 방사시키기 위한 전극 또는 플라즈마 바이어스 신호를 웨이퍼에 결합시키는 웨이퍼 지지대) 및 제어 가능한 RF 주파수와 상기 RF신호 애플리케이터와 결합된 RF 신호 출력단을 포함하는 RF 신호 발생기를 갖는 반응기 챔버를 포함하는 RF 플라즈마 반응기에 있어서, 본 발명은 (예를 들어, 신호 애플리케이터가 플라즈마 소스 파워를 제공하는 경우,) 플라즈마 이온 밀도 또는 (예를 들어 신호 애플리케이터가 플라즈마 바이어스 파워를 공하는 경우,) 관련 이온 에너지에 관련된 파라미터를 감지하여, RF 신호 발생기를 플라즈마 적재된 RF 신호 애플리케이터에 동조시키고, 최적(예를 들어 최대 또는 최소의) 레벨에서의 파라미터를 찾아 유지하기 위하여, 상술한 주파수 범위내로 상기 신호 발생기의 주파수를 조정한다. 상기 반응기는 바람직하게 RF 신호 발생기와 RF 신호 애플리케이터 사이에 고정 동조 회로를 포함한다.
파라미터는 신호 발생기에서 반사된 파워일 수 있으며, 상기 파워는 신호 애플리케이터로 인가되며, 전류는 신호 애플리케이터를 통해 흐르며, 상기 신호 애플리케이터를 통해 흐르는 전류의 변화에 대한 신호 비의 크기, 상기 신호 애플리케이터를 통해 흐르는 전류와 주파수의 곱, 또는 신호 발생기에서 반사된 전압, 신호 애플리케이터에 인가된 전압, 또는 퓨리에 성분 또는 RF 신호 애플리케이터에 인가된 전압 또는 RF신호 애플리케이터를 통하는 전류의 함수일 수 있다. 상기 반사된 전압 또는 인가된 전압은 유도적으로 결합된 라디에이터(플라즈마 소스 파워를 공하는 코일 안테나와 같은)나 또는 용량적으로 결합된 신호 애플리케이터(플라즈마 소스 파워를 가하는 전극 또는 바이어스 파워를 가하는 웨이퍼 받침대 전극 등과 같은) 경우에서의 파라미터에 따라 선택될 수 있다. 전류 또는 전류의 변화에 대한 시간의 비율는 용량적으로 결합된 신호 애플리케이터 경우에서 파라미터에 따라 선택될 수 있다. 반사된 전압, 인가된 전압 또는 전압의 퓨리에 성분은 용량적으로 결합된 신호 애플리케이터의 경우에서 파라미터에 따라 선택될 수 있다.
선택된 주파수-동조 파라미터가 RF 신호 애플리케이터로 인가된 전압일 경우에, 상술한 RF 신호 발생기를 RF 신호 애플리케이터에 동조시키는 것은 RF 신호 발생기의 출력 임피던스를 RF 신호 애플리케이터의 부하 임피던스로의 임피던스 매칭을 구성한다.
파라미터의 크기가 적어도 거의 최적화된 주파수에 주파수가 도달하면, 선택된 파라미터를 목표 값으로 세팅하고 유지하기 위하여, 추가의 보상은 바람직한 목표 값에 관계되어 선택된 파라미터(RF 신호 애플리케이터에 인가된 RF 파워)의 크기를 감지하고 신호 발생기의 RF 신호 출력 레벨을 변화시키므로써 달성된다. 상술한 주파수 서보잉은 출력과 부하 임피던스 크기 사이에 이상적인 매칭을 제공하지 않는 경우에, 이러한 특성은 특별히 유용하다.
출력과 부하 임피던스 크기 사이에 미스매칭을 보상하기 위한 이같은 파워 서보잉에 부가적으로 또는 대신에, 트랜스포머가 RF 신호 발생기와 RF 신호 애플리케이터 사이에 제공된다. 트랜스포머는 예상된 출력/부하 임피던스 크기의 비율 (또는 예상된 비율의 범위에서의 평균 비율)에 해당하는 트랜스포머의 비를 갖는다. (이같은 비율은 플라즈마 적재된 신호 애플리케이터와 RF 신호 발생기의 출력 임피던스의 부하 임피던스 크기 사이의 비율이다.) 선택적으로, 트랜스포머는 RF 신호 발생기와 RF 신호 애플리케이터 사이에서 다수개의 선택 가능한 트랜스포머 비율을 갖는다. 이러한 경우에, 본 발명은 예상된 부하/출력 임피던스 크기 비율에 최상으로 해당하는 하나의 비율을 선택하는 방법을 포함한다.
상기 트랜스포머는 다수개의 복수개의 트랜스포머 비율중 개별적인 하나에 해당하는 트랜스포머 권선과 RF 신호 애플리케이터에 해당하는 트랜스포머 권선 중 개별적인 하나에 연결된 복수개의 스위치를 포함할 수 있다. 상기 스위치는 자동 제어 하에 있을 수 있고, RF 스위치, 기계적 또는 전기적 스위치일 수 있다. 일 실시예에서, 복수개의 트랜스포머의 권선은 2차 권선이며, 트랜스포머 장치는 추가로 RF 신호 발생기에 결합된 1차 권선을 포함한다. 그러나 바람직하게 복수개의 트랜스포머 권선은 다선 전송 라인 트랜스포머내에 존재한다.
실시예
본 발명은 플라즈마 이온 밀도 또는 웨이퍼에서의 이온 에너지와 같은 플라즈마의 특징을 최적화하기 위하여, RF 주파수를 서보 제어함으로써, RF 발생기의 출력을 신호 애플리케이터 부하에 동조시킨다. 본 발명은 최적화되는 플라즈마 특성과 직접 관련된 측정된 파라미터(파워, 전압 또는 전류)에 따라 주파수를 서보제어함으로써, 얻어진다. 주파수는 파라미터의 크기가 최적값(파라미터에 의존하는 주파수 범위 내에서 최소 또는 최대인)에 도달할 때까지, 그 범위 내에서 서보제어된다. 본 발명은 또한 RF 신호발생기(예를 들어, 출력 파워, 출력 전류 또는 출력 전압)의 출력 크기를 제어하여, 같은 RF 파라미터 또는 다른 RF 파라미터를 최적화하게 된다. 유도적으로 연결된 신호 애플리케이터(코일 안테나와 같은)에 대해서는, 최적화되는 플라즈마 특성은 플라즈마 이온 밀도이고, 관련된 파라미터(들)은 발생기 출력(최소치에서 최적화되는)에서 반사된 파워일 수 있고, 또는 전달 파워 또는 전류 흐름 (Ⅰ) 또는 신호 애플리케이터를 통한 전류변화의 시간비율(dⅠ＼dt) 또는 전류 및 주파수의 산출치(최대에서 최적인 어느것)일 수 있다. 유도적으로 연결된 신호 애플리케이터(전극과 같은)에 대해서는, 최적화된 플라즈마 특성은 플라즈마 이온 밀도(만약, 전극이 플라즈마 소스 파워를 방사한다면) 또는 이온 에너지(만약, 전극이 웨이퍼 받침대-전극인 경우에서와 같이 바이어스 파워를 방사한다면)일 수 있다. 이런 경우에는, 상관 파라미터(들)은, 반사 파워, 전달 파워, 반사 전압 또는 전달 전압 또는 퓨리에 성분 또는 전압 또는 전류의 다른 함수일 수 있다. 만약 주파수 제어를 위해 선택된 파라미터가 전달 파워이면, 앞서 기술한 동조 공정은 임피던스 매칭을 구성한다.
동작시에, 주파수 서보 제어 루프 및 발생기 출력 진폭(파워, 전압 또는 전류) 서보 제어 루프가 사용된다. 먼저, 주파수 제어 루프는 파라미터(예를 들면, 파라미터 . , 유도 플라즈마 소스 신호 애플리케이터를 통하는 전류의 변화의 시간율 등)가 특정 주파수 범위내의 국소 최소값에 이르는 RF 발생기 출력 주파수를 검색함으로써 아주 큰 초기 임피던스 미스매칭을 극복한다. 이것이 달성되거나 최소한 거의 달성되면, 주파수 제어 루프가 계속 동작하는 동안 다른 제어 루프가 동작하기 시작할 수 있다. 아울러, 두 개의 제어 루프는 RF 신호 애플리케이터에 대한 부하 상태가 변화함에도 불구하고 적정한 플라즈마 특성을 최적화한다. 이와 같이 변화하는 부하 상태는 일반적으로 반응기 챔버 내부의 민감한 변화에 기여한다(예를 들면, 챔버 벽등에 물질을 증착함).
이러한 주파수 동조는 선택된 파라미터를 완전히 최적화하는 것을 방해할 수도 있다. 예를 들면, 최적 주파수에 도달한 후에도 부하와 출력 임피던스 진폭 사이의 미스매칭을 방치할 수도 있다. 그러므로, 제 2 제어 루프로서 인용되며 신호 발생기 출력 진폭(출력 파워, 출력 전류 또는 출력 전압)을 제어하는 서보 제어 루프는 다른 최적화를 제공한다. 바람직하게는, 제 2 제어 루프는 적정한 세트 포인트 또는 진폭에서 선택된 파라미터(또는 다른 파라미터)를 세팅하고 유지하기 위하여 RF 발생기의 출력 파워를 조절한다.
본 발명은 제어될 플라즈마 특성을 조정하기 위하여 주파수를 동조할 수 있다. 예를 들면, 하나의 플라즈마 특성, 즉 플라즈마 이온 밀도를 취한다: 플라즈마 이온 밀도는 다음과 같은 측정가능한 파라미터, 즉 플라즈마 소스 신호 발생기 출력에서의 플라즈마 소스 파워(즉, 반사된 파워의 역함수 및 전달된 파워의 함수); 유도 신호 애플리케이터에서의 전류 흐름의 변화(. )의 시간율, 또는 사인파 파형과 등가, 전류 흐름(I)과 주파수의 곱 등과 같은 파라미터의 함수이다. 본 발명은 이들 파라미터를 최적화하기 위하여 주파수를 서보하기 때문에, 적정한 플라즈마 특성(예를 들면 플라즈마 이온 밀도)을 직접 제어한다는 상당한 이점이 있다.
유사한 분석은 다른 플라즈마 특성, 즉 웨이퍼에서의 이온 에너지에 대하여 사실을 유지한다: 웨이퍼에서의 이온 에너지는 다음과 같은 측정가능한 파라미터, 즉 바이어스 파워(바이어스 발생기 츨력에서의 전달된 파워의 함수 및 반사된 파워의 역함수); 웨이퍼 전압(정전기 웨이퍼 척에 걸쳐 AC 결합된 측정에서 감지됨) 등과 같은 파라미터의 함수이다. 웨이퍼 전압 자체는 바이어스 발생기 출력에서 반사된 전압의 역함수 및 바이어스 발생기 출력에서 전달된 전압의 함수이다. 본 발명은 이들 후자의 파라미터를 최적화하기 위하여 주파수를 서보하기 때문에, 적정한 플라즈마 특성(예를 들면, 이온 에너지)을 직접 제어하는 상당한 이점을 갖는다.
플라즈마 소스 파워의 주파수 서보링:
도 2a에 도시된 실시예에 대하여 언급하면, RF 플라즈마 소스 신호 애플리케이터(120)는 코일 안테나 또는 솔레노이드의 형태인 유도 애플리케이터이다. 본 발명은 플라즈마 소스 신호 애플리케이터로서 용량성 전극을 사용하는 반응기에서 유용하다. RF 플라즈마 소스 신호 발생기(140)는 변화가능하거나 제어가능한 주파수를 가지며 어떤 적당히 고정된 동조회로가 사용된다 할지라도, 직렬 캐패시터(402), 병렬 캐패시터(404) 및/또는 직렬 캐패시터(406)와 같은 반응 소자로 이루어진 고정된 동조 네트워크(400)를 통하여 코일 안테나(120)에 접속되어 있다. 유도 코일 안테나(120)와 아울러 용량성 소자는 LC 동조 네트워크를 제공한다. 전류 센서(410)는 코일 안테나(120)로 흐르는 RF 전류를 모니터링한다. 주파수 서보(420)는 전류 센서(410)에 의해 감지된 코일 안테나 전류를 주기적으로 샘플링하며 RF 소스 신호 발생기(140)의 주파수를 제어하기 위한 정보를 사용한다. 주파수 서보(420)는 제어 방법을 실행하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 주파수 서보(420)는 제어 방법을 실행하도록 프로그램된 집적회로 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 숙련자는 안테나를 밸런싱하기 위해 도 2a에 도시된 것보다 더 적당한 많은 회로 형태들 중에서 선택할 수 있다.
일반적으로, 이 제어 방법은 플라즈마 소스 파워, 즉 플라즈마 이온 밀도에 의해 최초로 제어된 하나의 플라즈마 특성을 최적화하기 위하여 RF 소스 신호 주파수가 서보되는 것이다. 플라즈마 이온 밀도는 코일 안테나 전류의 변화의 시간율(. )의 크기에 의해 좀 더 상세하게 그리고 코일 안테나의 전류(I)에 의해 영향을 받는다. 그러므로, 프로세스는 코일 안테나 전류, 또는 전류(I) 및 RF 주파수의 곱이나 코일 안테나 전류의 변화의 크기(. )를 최적화하기 위하여 플라즈마 소스 신호 주파수를 제어한다.
이 프로세스의 제 1 실시예에서, 주파수 서보(420)는 부하 임피던스의 민감한 느린 변화에도 불구하고, 저주파에서 고주파로의 범위내의 주파수에 대하여 코일 안테나 전류를 최대화하도록 코일 안테나 전류의 변화에 응답하여 발생기(140)의 주파수를 변화시키고, 최적 상태를 유지한다. 이러한 변화는 플라즈마 프로세스 상태(예를 들면, 챔버 벽에 폴리머 또는 다른 물질을 증착 또는 제거함으로써 기인함)에서 비교적 점진적인 변화에 의해 초래된다.
이 프로세스의 제 2 실시예에서, 주파수 서보(420)는 저주파로부터 고주파로의 주파수 범위내의 주파수에 대하여 코일 안테나 전류의 변화의 시간율(. )을 최적화하는 방법으로 코일 안테나 전류의 변화에 응답하여 발생기(140)의 주파수를 변화시킨다. 이 실시예에서, 주파수 서보(420)는 저주파에서 고주파까지의 범위내의 주파수에 대하여 RF 주파수(F)에 의해 승산된 코일 안테나 전류(I)의 곱을 최적화하기 위하여 주파수를 변화시킨다. 코일 전류가 일반적으로 사인파 형태이기 때문에, 곱 I·f는 최소한 . 의 근사값이다.
이 프로세스의 제 3 실시예에서, 주파수 서보(420)는 저주파에서 고주파까지의 주파수 범위 내에서 전달된 파워를 최대화하거나 반사된 파워를 최소화하도록, 전달 또는 잔사된 파워(발생기(140)의 신호 출력에서 측정된 바와 같이)의 변화에 응답하여 발생기(140)의 주파수를 변화시킨다.
도 2c는 코일 안테나(120)의 인덕턴스 L, 병렬 캐패시터(404)의 캐패시턴스 CS및 코일 안테나(120)의 접지단에서의 직렬 캐패시터(406)의 캐패시턴스 CL를 포함하는 일반적인 동조 회로를 도시한다. 캐패시턴스 CS및 CL는 챔버 천장에 가장 가까운 권선에 대한 전압이 가장 낮게 되도록 선택된다. 상기한 것 이외에도 많은 다른 회로장치들이 본 발명을 수행하는데 사용될 수 있다.
플라즈마 소스 파워의 파워 서보:
상기한 바와 같이, 주파수 서보는 일부 선택된 파워를 유도하는 부하 및 출력 임피던스의 크기 사이의 미스매칭을 방치할 수 있다. 이러한 반사된 파워 손실을 보상하기 위하여, 발생기(140)의 신호 출력 레벨을 제어하는 도 2a에 도시된 파워 서보(430)는 전달된 파워를 결정하기 위하여 방향 결합기(440)를 통해 소스 신호 발생기(140)의 출력에서 감지된 순방향 및 반사된 RF 전압(VF및 VR)을 모니터링한다. 파워 서보(430)는 적정한 세트 포인트에서 상기 언급된 측정 파라미터(예를 들면, 전달된 RF 파워, 전류, 전류×주파수의 곱이나 전류의 시간 변화율)중 하나를 유지하기 위하여 발생기(140)의 출력 파워를 변화시킨다. 파워 서보(430)는 이 기능을 수해하기 위하여 프로그램된 집적회로 마이크로프로세서를 포함할 수 있다.
도 2b는 최소화되는 선택된 파라미터(예를 들면, 전달된 파워 또는 유도 코일 전류의 시간변화율)의 동작을 실선으로 도시한, 선택된 파라미터 대 주파수의 크기의 그래프이다. 한정된 주파수 범위내에서 파라미터는 주파수 서보(420)가 검색하는 국소 최소치를 나타낸다는 것을 주지한다. 이 그래프는 최소화될 다른 파라미터(예를 들면, 반사된 파워)의 동작을 실선으로 도시한다. 한정된 주파수 범위 내에서, 이 다른 파라미터는 주파수 서보(420)가 검색하는 국소 최소치를 나타낸다.
파워 서보(430)에 의해 불필요한 파워 조절을 최소화하기 위하여, 파워 서보(430)는 주파수 서보(420)가 소정의 임계 최대 레벨(또는 파라미터형태에 따라서 최소 레벨)에서 선택된 파라미터를 서보할 때까지 디스에이블될 수 있다. 이것은 아주 큰 비동조 상태나 미스매칭이 존재할 때(예를 들면, 시스템이 먼저 턴온될 때), 주파수 서보(420)는 파워 서보(430)가 어떤 잔류 임피던스 크기 미스매칭을 보상하기 위하여 RF 파워를 증가시키기 전에 적당한 초기 동조 상태나 정합을 검색하기 위하여 스스로 동작한다는 것을 보장한다. 이것은 파워 서보(430)가 RF 파워를 증가시키는 초기 양을 감소시킨다. 이 특징은 다양한 방법으로 숙련자에 의해 쉽게 실시된다. 예를 들면, 시스템은 주파수 서보(420)가 초기 크기로부터 선택된 파라미터의 크기의 소정의 퍼센트 증가를 달성할 때까지 파워 서보(430)를 인에이블시키기 않도록 프로그램될 수 있다.
바이어스 파워의 주파수 서보:
도 2a를 다시 참조하면, 바이어스 신호 발생기(160)는 캐패시터 및/또는 인덕터와 같은 반응소자로 이루어진 고정된 바이어스 동조회로(445)를 통해 일반적으로 웨이퍼 받침대인 바이어스 신호 애플리케이터에 접속된다. D.C. 차단 캐패시터(점선으로 도시)는 받침대(110)와 회로(445) 사이에 접속될 수 있다. 이상적으로, 웨이퍼 받침대(110)를 구동하는 RF 바이어스 주파수 신호 발생기(160)의 주파수는 받침대(110)에 인가되는 바이어스 파워, 즉 웨이퍼 전압에 의해 최초로 제어된 하나의 플라즈마 파라미터를 최적화하도록 서보된다. 그러나, 정전척의 존재는 (DC 결합된) 웨이퍼 전압의 직접 측정을 방해하기 때문에, AC 결합된 웨이퍼 전압의 어떤 성분이 실제 웨이퍼 전압의 지침을 제공하기 위하여 측정될 수 있다. 예를 들면, 파라미터는 웨이퍼 받침대에서 측정된 전압의 푸리에 성분(예를 들면, 제 1또는 제 2 고조파)일 수 있다. 이 경우, 바이어스 파워 주파수는 저주파에서 고주파까지의 주파수 범위의 주파수에 대하여 웨이퍼 전압(A.C. 결합을 통해 측정)이나 받침대의 선택된 성분과 같은 D.C. 바이어스 전압(상기한 바와 같이 직접 측정될 수 없음)에 관련된 양을 최적화하기 위하여 서보된다. 이 성분은 예를 들면, 전압의 고조파(예를 들면 제 2 고조파)일 수 있다. 상기한 바와 같이, 웨이퍼 전압은 AC 결합을 통해서만 측정가능하며, 그로 인해 그 D.C. 바이어스 레벨은 직접 측정될 수 없다. 그러나, 받침대(또는 반도체 가공물이나 웨이퍼)의 D.C. 바이어스 전압은 당해분야에서 공지된 기술을 이용하여 추정될 수 있다. 도 3 및 도 4에 대하여 아래에 기술되는 바와 같이, 받침대 전압 파형은 반파 정류된 파형과 유사하며, 반파정류된 사인파형의 D.C.바이어스 레벨은 반파정류된 사인파형의 퓨리에 성분으로부터 계산될 수 있다는 것은 공지이다. 본 경우에 있어서, 받침대이나 웨이퍼 전압이 반파 정류된 파형과 어느 정도 유사하며, 그 D.C. 바이어스 전압은 그 푸리에 성분으로부터 추정될 수 있다.
다른 실시예에서, 웨이퍼 받침대(110)를 구동하는 RF 바이어스 신호 발생기(160)의 주파수는 저주파에서 고주파까지의 주파수 범위 내에서 반사된 파워(바이어스 신호 발생기(160)의 신호출력에서 측정될 때)를 최소화하도록 하는 방법으로 서보 된다.
바람직한 프로세스를 실행함에 있어서, RF 바이어스 신호 발생기(160)의 출력 주파수를 제어하는 바이어스 파워 주파수 서보(450)는 웨이퍼 받침대9110)에 접속된 전압 센서(460)의 출력에 응답한다. 바이어스 파워 주파수 서보(450)는 웨이퍼 전압이 특정 성분으로 분해되고 바이어스 주파수가 그 성분을 최소화하도록 서보되는 프로세스를 실행한다. 이 바이어스 주파수 서보(450)는 상기 프로세스를 실행하도록 프로그램된 집적회로 마이크로프로세서를 포함할 수 있다.
일반적으로 고정된 바이어스 동조회로(445)는 직렬 인덕터(448)의 각측에 걸쳐 접속된 한 쌍의 병렬 캐패시터(446),(447)으로 이루어진 파이-네트워크(도면에 도시)일 수 있거나, L-네트워크일 수 있다. 도 2d는 플라즈마-부하 코일 안테나 코일(120)의 부하 임피던스에 의해 제공된 입력 임피던스의 크기가 RF 바이어스 발생기(160)의 출력 임피던스의 크기 보다 작을 경우, 캐패시터(447)가 어떻게 제거될 수 있는지를 도시한다. 도 2e는 부하 임피던스의 자기장이 발생기(160)의 자기장 보다 더 클 경우 캐패시터(446)가 어떻게 제거될 수 있는지를 도시한다. 도 2f는 도 2e의 회로가 동일한 결과를 달성하기 위하여 어떻게 반전될 수 있는지를 설명한다. 도 2a의 파이-네트워크는 플라즈마 부하 안테나 입력 임피던스가 발생기 출력 임피던스보다 높거나 낮게 변화할 수 있을 경우 바람직하다. 일반적으로, 어떤 적합한 동조회로 형태가 본 발명을 실행하는데 사용될 수 있다.
도 3은 수직축이 이온수이고 수평축이 이온 에너지인 플라즈마 이온 에너지의 분포를 나타낸다. 거기에는 두 개의 피크가 있는데, 하나는 낮은 이온 에너지에, 다른 하나는 높은 이온 에너지에 있다. 도 3에 도시된 분포의 형상은 RF 바이어스 파워 주파수를 포함하는 다양한 상태로 변화하려는 경향이 있다. 도 3은 RF 바이어스 주파수가 충분히 낮고 전자 온도가 낮은 고밀도 플라즈마에 전형적이며, 그로 인해 대부분의 플라즈마 이온이 단일 RF 사이클의 외장을 통과하고 음극 및 양극이 서로 다른 유효 면적을 가지며 전압은 더 작은 전극에서 측정된다. 도 4는 플라즈마 내의 웨이퍼의 전압의 동작을 설명하며, 상기 전압은 반파정류된 사인파 전압과 어느 정도 유사한 파형을 갖는다. 이것은 웨이퍼 표면 주위의 플라즈마 이온 에너지를 주도적으로 조정하는 더 높은 전압 피크이다. 다른 말로, 도 3의 플라즈마 이온 에너지 분배는 도 4의 웨이퍼 전압, 특히 더 높은 피크 전압에 의해 영향을 받게 된다. 도 4의 웨이퍼 전압 파장형태(또는 그것의 성분)의 피크를 제어하는 바이어스 파워 주파수를 제어함으로써, 도 3의 이온 에너지 분배가 제어되어, 플라즈마 이온 에너지를 제어하게 된다. 어떤 장치에 있어서는, 더 높은 RF 바이어스 주파수를 채용하게 됨으로써, 피크 전압보다는 직류 바이어스 전압을 제어하는 것이 더 낫다.
바이어스 파워의 파워 서보제어:
소스 파워 주파수 서보(420)를 참조로 하여 논의된 바와 같이, 주파수 서보제어는 임피던스 크기 내의 미스매칭을 보상하지 않고, 바이어스 신호 발생기(160)의 주파수 서보제어의 경우에 적용된다. 바이어스 신호 발생기(160)의 경우에 보상하기 위해, 바이어스 파워 서보(470)는 발생기 출력과 직렬로 연결되어 있는 방향 커플러(480)로부터의 발생기 출력에서 전방으로 반사된 전압을 받아들이게 된다. 파워 서보(470)는 바이어스 발생기(160)의 출력 파워를 변화시킴으로써, 요구되는 설정점에서 선택된 파라미터(웨이퍼 전압 또는 전달 바이어스 파워)를 설정하고 유지하게 된다. 서보(470)는 발생기 파워를 서보제어할 필요가 없으나, 그 대신에 출력 전류 또는 출력 전압과 같은 파워보다는 다른 발생기 출력 파라미터를 서보제어할 수 있어서, 파워 서보보다는 발생기 전류 서보 또는 발생기 전압 서보일 수 있다는 것이 주목된다.
스위치를 갖는 파워 서보제어 및 다중 변압기:
플라즈마 소스 파워 서보(430)에 의해 수행되는 임피던스 크기 미스매칭 보상을 용이하게 하기 위해, RF 변압기는 소스 신호 발생기(140)와 저항 미스매칭을 보상하기 위기에 적합한 변압비를 갖는 코일 안테나(120) 사이에서 직렬로 연결될 수 있다. 예를 들어, 변압비은, 발생기와 동조 네트워크(140) 및 특정 플라즈마 공정을 위한 플라즈마-로딩된 코일 안테나(120)에 의해 제시되는 로드 임피던스 사이에의 저항 미스매칭의 예상되는 범위의 중간과 대응하게 된다. 도 5는 이 개념을 설명하고 있다. 도 5에서는, 소스 신호 발생기(140)는, 코일 안테나(120)가 각각의 RF 스위치(520)를 통해 다른 변압비를 제공하는 몇 개의 제 2권선(510)중 하나에 연결될 수 있는 동안, 변압기(505)의 제 1변압기 권선(500)에 연결된다. 각각의 제 2권선은 반응기가 사용될 수 있는 특정 플라즈마 공정에 적합한 변압비를 제공한다. 다음으로 수행되는 공정에 따라, RF 스위치들(520)들 중 적합한 하나가, 다른 것들이 개방되는 동안, 폐쇄된다. 선택적으로, 스위치들(520)들 중 몇 개의 조합은 저항 매칭 범위의 2n선택을 제공하기 위해 폐쇄될 수 있고, 여기서, n은 제 2권선 및 RF 스위치의 수이다. RF 스위치(520)의 각각은 PIN 다이오드, 포화가능한 반응기 또는 기구적 스위치 또는 릴레이일 수 있고, 당해 기술분야에서 잘 알려진 수단의 몇 가지 본보기일 수 있다.
다양한 유도성 및 용량성 부재(예를 들어, 캐패시터(404, 406) 또는 동조 회로(445)의 각각의 용량성 및/또는 유도성 부재)는 고정될 수 있거나, 그것들은 별개로 변환되거나 가변될 수 있다(예를 들어, 동력화될 수 있다). 비록 이들 부재들이 가변적일지라도, 그것들은 주어진 공정 단계 동안 고정 유지되는 특정값으로 설정됨으로써, 그들이 제공하는 동조는 고정된 동조이다. 그래서, 예를 들어, 동조 회로(445)는 주어진 공정 단계에 대해 고정된 동조 회로이다. 일반적으로, 다양한 유도성 및 용량성 부재들은, 주파수 범위 내의 다양한 점들에서 RF 동조 조건(또는 임피던스 매칭)의 근사치에 대해 특정 주파수 범위 내의 근사공명을 위해 선택된다. 그리고, 플라즈마 로드 조건들은 변하게 될 때, 주파수 서보 루프(예를 들어, 450) 및 그 크기(즉, 파워, 전압 또는 전류) 서보 루프(예를 들어, 470)는 RF 동조 조건을 유지하게 된다. 이와 마찬가지로, 스위치들(520)은 전체 플라즈마 공정을 플라즈마 처리 조건의 특정 설정에 대해 최적 설정치로 설정할 수 있고, 그 시스템은 주파수 및 크기 서보 루프(450, 470)에 의존하여 플라즈마 로드 조건을 변화시키는 것을 보상하게 된다.
도 5는 다중 RF 스위치들을 갖는 다중 비율 변압기의 동일한 형태가 바이어스 RF 신호 발생기와 웨이퍼 받침대 사이의 다중 선택가능한 변압비를 제공하는 동일한 방식 내에 채용되는 방법을 설명하고 있다.
도 6은 다른 변압비가 동일한 다선(multi-filar) 전달 라인 변압기(바룬)의 다른 권선에 의해 제공되는 개념의 바람직한 수행을 설명하고 있다. 그래서, 각 변압기(505, 505')는, 다수의 권선을 갖는 종래의 다선 전달 라인 변압기(600, 600')에 의해 대체된다. 선택적으로, 직렬 캐패시터들은 도 6의 점선으로 도시되는 방식으로 추가될 수 있다. 도 6은, 당해 기술분야에서 주지되어 있고 본 명세서에서 더 이상 논의될 필요가 없는 다선 전달 라인 변압기의 종래 기술을 도시하여 설명하고 있다.
도 6은 또한, 다중 RF 스위치들(520'')을 갖는 동일한 다선 전달 라인 변압기(600'')가 바이어스 신호 발생기(160)와 웨이퍼 받침대(110) 사이의 선택가능한 변압비를 제공하는 동일한 방식으로 채용되는 방법을 설명하고 있다. 도 6이, 스위치들 및 변압기(520'', 600'')가 고정된 동조 회로(445)의 출력측으로 연결되는 실시예를 설명하고 있는 동안, 스위치들 및 변압기(520'', 600'')는 대신 고정된 동조 회로(예를 들어, 고정된 동조 회로(445) 및 발생기(160))의 입력측으로 연결될 수 있다. 더욱이, 스위치들 및 변압기(520'', 600'')는 고정된 동조 회로(445)의 유도 부재를 구성할 수 있다.
바람직하게는, 동조 캐패시터(404)는 변압기(600)의 출력측 상에 놓여짐으로써, 공명점은 스위치들(520)의 변환과 함께 바뀌지 않게 된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 코일 안테나(120)에 의해 둘러싸여 있고 그 중심이 같은 제 2코일 안테나(120')가 제공되어, 자기 자신의 매칭 회로/변압기(500', 505', 510', 404', 406', 410', 420', 430', 440')를 통해 자신의 독립 소스 파워 공급기(140')로 연결된다. 소스 신호 발생기(140, 140')의 주파수 F1, F2의 범위는 바람직하게는 상호 배타적이고, 바이어스 신호 발생기(160)의 주파수 범위와 배타적이다. 그래서, 바람직한 실시예에서는, 본 발명은 세 개의 상호 배타적인 주파수 범위, 각 발생기들(140, 140' 및 160)중 하나를 채용한다. 일 실시예에서는, 바이어스 신호 발생기(160)의 범위는 1.5 MHz 내지 1.9 MHz이고, 소스 신호 발생기(140)의 범위는 1.9 내지 2.1 MHz이며, 소스 신호 발생기(140')의 범위는 2.2 내지 2.4 MHz이다.
주파수 서보 제어 알고리듬
도 7은 본 발명의 작동의 기본 개념을 도시하는 순서도이다. 작동(도 7의 블록(650))내의 제 1단계는 RF 발생기 출력치를 초기 파워 레벨 및 주파수로 세팅하는 것이다. 다음 단계(블록 660)는 선택된 파라미터의 크기를 샘플링하는 것이다. 위에서 논의된 바와 같이, 이 파라미터는 반사된 파워, 전달 파워, 반사되거나 전방향 전압 또는 그 사이의 위상 각도, 반사된 전류, 전방 전류 또는 그들 사이의 위상 각도 또는 전압 및 전류 및 그들 사이의 위상 각도 또는 전압 또는 전류의 퓨리에 성분과 같은 발생기 출력에서 측정될 수 있다. 또한, 이 파라미터는, 유도 코일 안테나 또는 시간 변화 비율 또는 RF 주파수를 갖는 산출치의 전류 흐름, 또는 웨이퍼 받침대 전압 또는 받침대 전압의 퓨리에 성분과 같은 그 밖의 것에서 측정될 수 있다. 다음 단계(블록 670)는 이들 파라미터 중 하나를 최적화하기 위해 주파수를 조정하는 것이다. 그러나, 몇 개의 예제에서와 같이, 두 개의 상관 파라미터(예를 들어, 전류 및 전압) 사이의 위상차는 최소화될 수 있고, 또는 반사된 파워가 최소화될 수 있으며, 또는 전달 파워 또는 전압이 최대화되는 등으로 될 수 있다. 적어도 제 2단계의 요구되는 목표를 충족시킴으로써, 마지막 단계(블록 680)는 발생기 신호 출력 레벨을 조정하여, 같은 파라미터 또는 요구되는 설정점에서 상기에서 리스팅된 다른 파라미터들의 크기를 유지하는 것이다. 그 이후에, 블록 670의 단계가 반복되는 임피던스(예를 들어, 위상) 미스 매칭(블록 685)이 존재하게 되면, 그리고 선택된 파라미터의 크기가 요구되는 설정점(블록 690)으로부터 변하게 되면, 블록(680)의 단계는 반복된다.
도 8 및 도 9는 소스 파워 주파수 서보(420) 및 바이어스 파워 주파수 서보(450)에 의해 반복적으로 수행되는 공정을 도시하는 순서도이다. 도 8을 참조로 하여, 소스 파워 주파수 서보는 다음 예제에서 전류 센서(블록 700)에 의해 감지되는 RF 전류의 피크 크기인 특정 파라미터를 주기적으로 샘플링하고 저장한다. (선택된 파라미터는 이전에 리스팅된 파라미터들 중 하나일 수 있다.) 그것은 동시에 발생기의 RF 주파수의 대응(전류)을 저장하고, 그것이 저장하는(블록 705) 전류-주파수 산출치를 계산한다. 서보는, n 샘플 시간(블록 710) 상의 차이의 소정 임계치를 초과하는 전류-주파수 산출치 내에서 상향 또는 하향 경향이 존재하는지 여부를 n 전류-주파수 산출치로부터 결정한다. 만약 그런 경향이 검출되면(블록(710)의 YES 브랜치), 서보는 경향의 방향(시간 위에서 증가 또는 감소하는 산출치)에 주목하게 되고, 균일한 단계(블록 720) 내의 RF 주파수를 증가시키기 시작한다. 서보는 증가 또는 감소 주파수의 경향이 샘플링 시간(블록 730)의 소정 수 m 후에, 느리게 되는지(또는 반대로 되는지) 여부를 결정하게 된다. 만약 그러하다면(블록 730의 YES 브랜치), 서보는 주파수-전류 산출치가 요구되는 값(블록 740)의 소정 허용오차 내에서 재저장될 때까지 RF 주파수를 계속하여 증가시키게 된다. 블록 730으로 돌아가서, 만약 RF 주파수를 증가시키는 것이 검출된 경향(블록 730의 NO 브랜치)을 감속시키지 않는다면, 서보는 주파수-전류 산출치가 요구되는 값(블록 750)의 소정 허용오차 내에서 저장될 때까지 RF 주파수를 계속하여 증가시키게 된다.
도 9를 참조로 하여, 바이어스 파워 주파수 서보는 다음 예제에서 전압 센서(블록 800)에 의해 감지되는 웨이퍼 전압의 크기인 특정 파라미터를 샘플링하여 저장하게 되고, 다음 예제에서 웨이퍼 전압의 선택된 퓨리에 성분인 상관 파라미터 상에 제어를 기본으로 두게 된다. (도 8의 예제에서와 같이, 도 9의 선택된 파라미터는 이전에 리스팅된 파라미터들 중 하나일 수 있고, 그 제어는 선택된 함수 또는 퓨리에 성분과 같은 파라미터의 선택된 기능 상에 기본을 둘 수 있다.) 주파수 서보는 동시에 그것이 저장하는(블록 805) 바이어스 발생기의 RF 주파수의 대응(현재)값을 감지한다. 서보는, 전류 샘플 시간에 대해, 이전에 샘플링 저장된 (블록 808) k에 기본을 두는 웨이퍼 전압의 퓨리에 성분을 유도한다. 서보는, n 샘플 시간(블록 810) 상의 차이의 소정 임계치를 초과하는 퓨리에 성분 내에서 상향 또는 하향 경향이 존재하는지 여부를 마지막 n 샘플 시간의 퓨리에 성분으로부터 결정한다. 만약 그런 경향이 검출되면(블록(810)의 YES 브랜치), 서보는 경향의 방향(시간 위에서 퓨리에 성분의 증가 또는 감소하는 샘플)에 주목하게 되고, 균일한 단계(블록 820) 내의 RF 주파수를 증가시키기 시작한다. 서보는 증가 또는 감소 주파수의 경향이 샘플링 시간(블록 830)의 소정 수 m 후에, 느리게 되는지(또는 반대로 되는지) 여부를 결정하게 된다. 만약 그러하다면(블록 830의 YES 브랜치), 서보는 퓨리에 성분이 요구되는 값(블록 840)의 소정 허용오차 내에서 재저장될 때까지 RF 주파수를 계속하여 증가시키게 된다. 만약, RF 주파수를 증가시키는 것이 검출된 경향(블록 830의 NO 브랜치)을 감속시키지 않는다면, 서보는 퓨리에 성분이 요구되는 값(블록 850)의 소정 허용오차 내에서 저장될 때까지 RF 주파수를 계속하여 증가시키게 된다.
도 8 및 도 9의 방법 또는 알고리듬이 파라미터의 연속 샘플들 사이에서의 크기의 변화의 양극성을 사용하여 주파수 내의 변화의 필요한 방향의 유래를 찾는 동안, 어떤 장치에서는, 대안은 전압과 발생기 출력치에서 전류 사이의 위상 각도의 표시와 같은 위상 각도의 표시로부터 주파수 내의 필요한 변화의 방향을 추론하는 것이다.
바람직하게는, 동조 회로 및 변압기(600)의 비율 내의 리액턴스와 같은 고정된 부재의 값은 수행되는 공정의 전형적인 작동 조건을 제공하기 위해 선택된다. 코일 안테나 상의 플라즈마 로딩된 임피던스는, 예를 들어, 주어진 공정에 대해 예측가능하게 됨으로써, 고정된 값은 인접한 임피던스 매칭을 제공하기 위해 용이하게 선택된다. 플라즈마는 웨이퍼 받침대 상의 바이어스 RF 파워를 사용하여 점화되어 약한 용량성 결합 플라즈마를 생성하게 된다. 플라즈마 점화 후에는, 소스 파워는 코일 안테나에 적용됨으로써, 플라즈마 이온 밀도는 안테나에서 플라즈마 로딩된 임피던스가 매칭회로가 구성되는 정상 작동 조건에 접근하기 시작하는 레벨로 증가하게 된다. 정상 플라즈마 이온 밀도가 얻어진 후에는, 플라즈마 로딩 안테나 임피던스와 고정된 부품의 매칭 조건 사이의 차이는 상대적으로 작게 되고, 주파수 서보의 작동에 의해 용이하게 보상된다.
도 10을 참조로 하여, 외부 및 내부 솔레노이드 및 웨이퍼 받침대에 각각 연결된 각 출력 주파수 F1, F2 및 F3과 함께 RF 신호 발생기(140, 140' 및 160)은 상업적으로 유용한 형태의 단일의 RF 발생기 시스템(1000) 내에서 제공될 수 있다. 플라즈마 소스 파워 주파수 서보(420, 420'), 바이어스 파워 주파수 서보(450), 플라즈마 소스 파워 서보(430, 430') 및 바이어스 파워 서보(470)는 RF 발생기 시스템(1000) 내의 소프트웨어 모듈로서 프로그램화된다. 내부 및 외부 코일(120',120)은 캐패시터 쌍(404a, 404b 및 404a', 404b')에 의해 각각 형성되는 전기 pi-네트워크를 통해 발생기 출력치로 연결된다. 웨이퍼 받침대 전압 센서(460)로부터의 전압 센서 출력은 신속한 퓨리에 변화 회로(1010) 내에서 처리되어, 상기한 바와 같이, 받침대 전압의 선택된 퓨리에 성분을 제공하게 된다. 많은 다른 파라미터들은 도 10의 실시예 내에서 발명을 수행함으로써, 선택될 수 있다. 이것은 상업적으로 유용한 발생기 시스템이, 각 RF 출력치에 대해, 발생기 출력치(전방 및 역방향 파워, 로드 전압, 로드 전류, 그들 사이의 위상 각도, 전방 및 역방향 전압, 그들 사이의 위상 각도)에서 측정되는 파라미터들의 다음 설정치들 중 적어도 하나를 측정할 수 있는 방향성 커플러 또는 센서를 포함하기 때문이다. 하나의 (바람직하지는 않지만)실질적인 선택은 전달 소스 파워 또는 전달 바이어스 파워를 서보제어하는 것이다.
본 발명은 소스 또는 바이어스 RF 신호 발생기 주파수를 조정하여, 발생기 출력치 또는 RF 파워 애플리케이터에서 측정되는 선택된 RF 발생기 파라미터를 최적화한다. 본 발명은 또한, 주파수보다는 선택된 RF 발생기 파라미터 또는 다른 RF 발생기 파라미터일 수 있는 다른 RF 발생기 파라미터를 조정하여, 동일하거나 다른 RF 발생기 파라미터를 최적화하게 된다. RF 발생기 파라미터라는 용어는 전달 전압, 전달 전류, 전달 파워, 반사된 파워, 전류의 시간변화 비율, 전류 × 주파수의 산출치, 전압 또는 전류의 퓨리에 성분, 전압 및 전류 사이의 위상 각도, 또는 두 개의 다른 파라미터들 사이의 위상 각도, RF 신호 발생기 출력치 또는 RF 신호 애플리케이터(코일 안테나, 웨이퍼 받침대 또는 전극) 또는 그들 사이의 전달 라인을 따라 어디에서든지 측정될 수 있는 것을 포함한다. 그것은, 바이어스 RF 신호 애플리케이터(예를 들어, 웨이퍼 받침대) 및 소스 RF 신호 애플리케이터(예를 들어, 코일 안테나)와 같은 두 개 이상의 신호 애플리케이터에서 이 모든 것을 동시에 수행할 수 있다.
어떤 경우에는, 주파수 서보는 배제되거나 또는 적어도 그 기능이 감소된다. 예를 들어, 만약, 신호 애플리케이터의 플라즈마 로딩된 임피던스는 요구되는 플라즈마 처리 조건의 예측되는 범위 상에서 거의 변하지 않는다. 그래서, 주파수 서보 루프가 작동하는 것 위의 주파수의 범위는 감소될 수 있다. 실제로, 그것은 0으로 감소되어, 플라즈마 처리 조건이 거의 변하지 않게 됨으로써, 고정된 동조 회로 및 신호 애플리케이터의 조합이 공명 또는 근접-공명 외부로 도출되지 않게 된다. 이러한 목적을 위해, 숙련공은 플라즈마 로딩된 신호 애플리케이터와 조합되어 선택된 주파수에서 중앙에 있는 상대적으로 넓은 공명 밴드를 갖는 고정된 동조 회로를 선택할 수 있다. 이 명세서에서 기술된 바와 같이, 고정된 동조 회로는 일괄 유도 및/또는 전기 부재(회로 또는 별개의 부재의 방식으로) 또는 분배된 유도 및/또는 전기 부재(전달 라인의 방식으로)로 이루어질 수 있다. 고정 동조 회로의 유도 및/또는 전기 값이 선택됨으로써, 고정된 동조 회로 및 플라즈마 로딩된 신호 애플리케이터의 조합은 근접 공명 또는 선택된 RF 주파수에서 작동한다. 주파수 서보가 배제될 수 있는 이상적인 경우에는, 이 공명 또는 근접 공명은 플라즈마 처리 조건의 전범위 위에서 얻어진다. 작동이 충분히 공명에 근접하여 있는지 여부는 많은 조건 즉 : (a) 관심 있는 파워 레벨에서 신호 발생기의 VSWR 한계가 초과되는 지 여부, 또는 (b) 신호 애플리케이터 상의 전압 또는 전류 한계가 초과되는 지 여부와 관련하여 평가될 수 있다. 후자의 조건은, 전도체 대 전도체가 호광를 이루거나 플라즈마에 용량성 연결됨으로써 과도한 스퍼터링 손상을 일으키는 신호 애플리케이터 내에서 유도되는 고전압 때문에, 상승할 수 있다. 후자의 조건은, 또한 I2R 손실을 일으키는 신호 애플리케이터 내에서 유도되는 고전류 때문에, 상승할 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예를 참조로 구체적으로 기술되는 한편, 다양한 변형 및 수정이 본 발명의 영역을 벗어나지 않고 만들어질 수 있다.
이상에서는 본 발명의 양호한 일 실시예에 따라 본 발명이 설명되었지만, 첨부된 청구 범위에 의해 한정되는 바와 같은 본 발명의 사상을 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게는 명백하다.
본 발명은 상기 신호 발생기 또는 상기 신호 애플리케이터에서 RF 파라미터를 감지하고, 상기 파라미터를 최적화하도록 상기 RF 신호 발생기의 주파수를 조정함으로써 상기 RF 신호 발생기를 플라즈마가 인가된 RF 신호 애플리케이터에 동조시키고, 동일 RF 파라미터 또는 다른 RF 파라미터의 값을 최적화함으로써 RF 신호 발생기 출력 크기(파워, 전류 또는 전압)를 제어할 수 있다.

Claims (88)

  1. 가공 가스 인입구, 가공물 지지부, 상기 챔버의 내부와 마주 대하는 RF 신호 애플리케이터 및 상기 RF 신호 애플리케이터의 입력에 연결되며 제어가능한 RF 주파수 및 RF 신호출력을 가진 RF 신호 발생기를 가지고 있는 반응기 챔버를 포함하는 RF 플라즈마 반응기에서 사용되는 동조 방법에 있어서,
    (a) 상기 신호 발생기의 출력과 (b) 상기 신호 애플리케이터의 출력중 하나 또는 이들 사이에서 파라미터 조절 플라즈마 이온 밀도를 측정하는 단계; 및
    소정 주파수 범위내의 최대 또는 최소값중 하나에 상기 RF 발생기 파라미터를 최적화하도록 상기 주파수 범위 내로 상기 RF 신호 발생기의 주파수를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 RF 신호 발생기와 상기 RF 신호 애플리케이터사이에 동조 회로를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 파라미터는 상기 RF 신호 애플리케이터에 흐르는 RF 전류 크기의 퓨리에 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 퓨리에 성분은 (a) 제 1고조파 및 (b) 제 2고조파중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 파라미터는 상기 RF 신호 애플리케이터에 흐르는 RF 전류에서의 시간변화비율 크기를 포함하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 파라미터는 상기 RF 전류와 상기 RF를 곱한 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 RF 신호 애플리케이터는 상기 반응기 챔버에 인접한 유도성 코일 안테나를 포함하며 상기 RF 신호 발생기는 RF 플라즈마 소스 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 RF 신호 애플리케이터는 상기 반응기 챔버에 인접한 용량성 전극을 포함하며 상기 RF 신호 발생기는 RF 플라즈마 소스 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 RF 신호 발생기는 조정가능한 RF 신호 출력 레벨을 가지며, 상기 방법은:
    소정 설정 포인트 근처에서 상기 파라미터를 설정하고 유지하도록 상기 RF 신호 출력 레벨을 가변시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 반응기는 상기 가공물 지지부에 연결된 제어가능한 RF바이어스 주파수 및 바이어스 신호 출력을 가진 바이어스 RF 신호 발생기를 더 포함하며, 상기 방법은:
    상기 가공물 근처에서 상기 가공물의 전압과 관련된 바이어스 신호 파라미터를 측정하는 단계; 및
    최대 또는 최소값중 하나에 상기 파라미터를 최적화하도록 소정 주파수 범위 내로 상기 RF 신호 발생기의 주파수를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 바이어스 RF 신호 발생기와 상기 웨이퍼 지지부사이에 고정 동조 회로를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 바이어스 신호 파라미터는 상기 가공물 전압의 퓨리에 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 퓨리에 성분은 (a) 제 1고조파, (b) 제 2고조파 및 (c) D.C. 성분중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  14. 제 10항에 있어서, 상기 바이어스 RF 신호 발생기는 조정가능한 바이어스 RF 신호 출력 레벨을 가지며, 상기 방법은:
    소정 설정 포인트 근처에서 상기 바이어스 신호 파라미터를 설정하고 유지하도록 상기 바이어스 RF 신호 출력 레벨을 가변시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 RF 신호 발생기와 상기 RF 신호 애플리케이터사이에 변압기를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 변압기는 상기 RF 신호 애플리케이터의 입력에서의 부하 임피던스 및 상기 RF 신호 애플리케이터의 출력 임피던스의 크기사이의 관련비율에 상응하는 변압비를 가지는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  17. 제 1항에 있어서,
    상기 RF 신호 발생기 및 상기 RF 신호 애플리케이터사이에 다수의 선택가능한 변압비를 가진 변압기 장치를 제공하는 단계; 및
    상기 변압비중 상기 RF 신호 애플리케이터의 입력에서의 부하 임피던스 및 상기 RF 신호 애플리케이터의 출력 임피던스의 크기사이의 관련비율에 상응하는 적합한 변압비를 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  18. 제 10항에 있어서, 상기 바이어스 RF 신호 발생기와 상기 웨이퍼 지지부 사이에 바이어스 변압기를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 바이어스 변압기는 상기 웨이퍼 지지부에서의 상기 바이어스 부하 임피던스 및 상기 바이어스 RF 신호 발생기의 출력 임피던스 크기 사이의 관련비율에 상응하는 바이어스 변압비를 가지는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  20. 제 10항에 있어서,
    상기 바이어스 RF 신호 발생기 및 상기 웨이퍼 지지부사이에 다수의 선택가능한 바이어스 변압비를 가진 바이어스 변압기 장치를 제공하는 단계; 및
    상기 바이어스 변압비중 상기 웨이퍼 지지부에서의 바이어스 부하 임피던스 및 상기 바이어스 RF 신호 애플리케이터의 출력 임피던스의 크기사이의 관련비율에 상응하는 적합한 바이어스 변압비를 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  21. 처리될 가공물을 수용하며, 가공 가스 인입구, 상기 챔버의 내부와 마주 대하는 RF 신호 애플리케이터 및 상기 RF 신호 애플리케이터의 입력에 연결된 제어가능한 RF 주파수와 RF 신호 출력을 가진 RF 신호 발생기를 가진 반응기 챔버를 포함하는 RF 플라즈마 반응기에서 사용되는 동조 방법에 있어서,
    상기 가공물의 전압과 관련된 파라미터를 감지하는 단계; 및
    소정 주파수 범위내의 최대 또는 최소값중 하나에 상기 파라미터를 최적화하도록 상기 주파수 범위 내로 상기 RF 신호 발생기의 주파수를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 RF 신호 애플리케이터는 용량성 전극인 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  23. 제 21항에 있어서, 상기 반응기는 상기 챔버 내에 가공물 지지부를 포함하며 상기 RF 신호 발생기는 상기 가공물 지지부에 연결되어, 상기 RF 신호 애플리케이터가 상기 가공물 지지부를 포함하도록 하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  24. 제 21항에 있어서, 상기 RF 신호 발생기와 상기 RF 신호 애플리케이터사이에 고정 동조 회로를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  25. 제 21항에 있어서, 상기 파라미터는 상기 RF 신호 애플리케이터의 RF 전압의 퓨리에 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  26. 제 25항에 있어서, 상기 퓨리에 성분은 (a) 제 1고조파, (b) 제 2고조파 및 (c) D.C. 성분중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  27. 제 21항에 있어서, 상기 바이어스 RF 신호 발생기는 조정가능한 바이어스 RF 신호 출력 레벨을 가지며, 상기 방법은:
    소정 설정 포인트 근처에서 상기 파라미터의 크기를 설정하고 유지하도록 상기 바이어스 RF 신호 출력 레벨을 가변시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  28. 제 21항에 있어서, 상기 RF 신호 발생기와 상기 RF 신호 애플리케이터사이에 변압기를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  29. 제 28항에 있어서, 상기 변압기는 상기 RF 신호 애플리케이터의 입력에서의 부하 임피던스 및 상기 RF 신호 애플리케이터의 출력 임피던스의 크기사이의 관련비율에 상응하는 변압비를 가지는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  30. 제 21항에 있어서,
    상기 RF 신호 발생기 및 상기 RF 신호 애플리케이터사이에 다수의 선택가능한 변압비를 가진 변압기 장치를 제공하는 단계; 및
    상기 변압비중 상기 RF 신호 애플리케이터의 입력에서의 부하 임피던스 및 상기 RF 신호 애플리케이터의 출력 임피던스의 크기사이의 관련비율에 상응하는 적합한 변압비를 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  31. RF 플라즈마 반응기에 있어서,
    가공가스 인입구를 가진 반응기 챔버;
    상기 챔버내의 가공물 지지부;
    상기 지지부위에 배치되며 상기 챔버 내부와 마주 보는 RF 신호 애플리케이터;
    RF 주파수 제어 입력 및 RF 신호 출력을 가지며, 상기 RF 신호 애플리케이터에 연결되는 RF 신호 발생기;
    상기 RF 신호 애플리케이터의 전류 경로에 연결되며 상기 RF 신호 애플리케이터의 RF 전류에 관련된 파라미터에 응답하는 센서; 및
    ` 상기 주파수 제어 입력에 연결되며, 소정 주파수 범위 내로 상기 RF 신호 발생기의 주파수를 조정하여 상기 주파수 범위내의 최대 또는 최소치중 하나에 상기 파라미터를 최적화하도록 프로그램된 주파수 서보를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  32. 제 31항에 있어서, 상기 RF 신호 발생기와 상기 RF 신호 애플리케이터사이에 고정 동조 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  33. 제 31항에 있어서, 상기 파라미터는 상기 RF 신호 애플리케이터에 흐르는 RF 전류 크기의 퓨리에 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  34. 제 33항에 있어서, 상기 퓨리에 성분은 (a) 제 1고조파 및 (b) 제 2고조파중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  35. 제 31항에 있어서, 상기 파라미터는 상기 RF 신호 애플리케이터에 흐르는 RF 전류에서의 시간변화비율 크기를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  36. 제 35항에 있어서, 상기 파라미터는 상기 RF 전류와 상기 RF를 곱한 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  37. 제 31항에 있어서, 상기 RF 신호 애플리케이터는 상기 반응기 챔버에 인접한 유도성 코일 안테나를 포함하며 상기 RF 신호 발생기는 RF 플라즈마 소스 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  38. 제 31항에 있어서, 상기 RF 신호 애플리케이터는 상기 반응기 챔버에 인접한 용량성 전극을 포함하며 상기 RF 신호 발생기는 RF 플라즈마 소스 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  39. 제 31항에 있어서, 상기 RF 신호 발생기는 조정가능한 RF 신호 출력 레벨을 가지며, 상기 반응기는:
    최소한 소정 설정 포인트 근처에서 상기 파라미터의 값을 설정하고 유지하도록 상기 RF 신호 출력 레벨을 가변시키도록 프로그램된 RF 신호 서보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  40. 제 31항에 있어서,
    상기 가공물 지지부에 연결된 제어가능한 RF 바이어스 주파수 입력 및 바이어스 신호 출력을 가진 바이어스 RF 신호 발생기;
    RF 그라운드에 대하여 상기 가공물의 전압과 관련된 바이어스 신호 파라미터에 반응하는 센서; 및
    최대 또는 최소값중 하나에 상기 파라미터를 최적화하도록 소정 주파수 범위 내로 상기 RF 신호 발생기의 주파수를 조정하도록 프로그램된 바이어스 주파수 서보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  41. 제 40항에 있어서, 상기 바이어스 RF 신호 발생기와 상기 웨이퍼 지지부사이에 고정 동조 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  42. 제 40항에 있어서, 상기 바이어스 신호 파라미터는 상기 가공물 전압의 퓨리에 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  43. 제 42항에 있어서, 상기 퓨리에 성분은 (a) 제 1고조파, (b) 제 2고조파 및 (c) D.C. 성분중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  44. 제 40항에 있어서, 상기 바이어스 RF 신호 발생기는 바이어스 RF 신호 레벨 제어 입력을 가지며, 상기 반응기는:
    상기 센서에 연결되며, 소정 설정 포인트 근처에서 상기 바이어스 신호 파라미터를 설정하고 유지하도록 상기 바이어스 RF 신호 출력 레벨을 가변시키도록 프로그램된 바이어스 신호 서보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  45. 제 31항에 있어서, 상기 RF 신호 발생기와 상기 RF 신호 애플리케이터사이에 변압기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  46. 제 45항에 있어서, 상기 변압기는 상기 RF 신호 애플리케이터의 입력에서의 부하 임피던스 및 상기 RF 신호 애플리케이터의 출력 임피던스의 크기사이의 관련비율에 상응하는 변압비를 가지는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  47. 제 31항에 있어서,
    상기 RF 신호 발생기 및 상기 RF 신호 애플리케이터사이에 다수의 선택가능한 변압비를 가진 변압기 장치를 더 포함하며,
    상기 변압비중 적어도 하나의 변압비는 상기 RF 신호 애플리케이터의 입력에서의 부하 임피던스 및 상기 RF 신호 애플리케이터의 출력 임피던스의 크기사이의 관련비율에 상응하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  48. 제 40항에 있어서, 상기 바이어스 RF 신호 발생기와 상기 웨이퍼 지지부 사이에 바이어스 변압기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  49. 제 48항에 있어서, 상기 바이어스 변압기는 상기 웨이퍼 지지부에서의 상기 바이어스 부하 임피던스 및 상기 바이어스 RF 신호 발생기의 출력 임피던스 크기 사이의 관련비율에 상응하는 바이어스 변압비를 가지는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  50. 제 40항에 있어서,
    상기 바이어스 RF 신호 발생기 및 상기 웨이퍼 지지부사이에 다수의 선택가능한 바이어스 변압비를 가진 바이어스 변압기 장치를 더 포함하며,
    상기 바이어스 변압비중 적어도 하나의 변압비는 상기 웨이퍼 지지부에서의 바이어스 부하 임피던스 및 상기 바이어스 RF 신호 애플리케이터의 출력 임피던스의 크기사이의 관련비율에 상응하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  51. 제 47항에 있어서, 상기 변압기 장치는:
    상기 다수의 변압비중 각각의 하나에 대응하는 다수의 변압기 권선; 및
    상기 RF 신호 애플리케이터에 상기 변압기 권선의 각각을 연결하는 다수의 RF 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  52. 제 51항에 있어서, 상기 다수의 변압기 권선은 이차 권선이며, 상기 변압기 장치는 상기 RF 신호 발생기에 연결된 일차 권선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  53. 제 51항에 있어서, 상기 다수의 변압기 권선은 다선 전송 라인 변압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  54. 제 40항에 있어서, 상기 바이어스 변압기 장치는:
    상기 다수의 바이어스 변압비중 각각의 하나에 대응하는 다수의 바이어스 변압기 권선; 및
    상기 가공물 지지부에 상기 변압기 권선의 각각을 연결하는 다수의 바이어스 RF 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  55. 제 54항에 있어서, 상기 다수의 바이어스 변압기 권선은 이차 바이어스 권선이며, 상기 바이어스 변압기 권선은 다선 전송 라인 바이어스 변압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  56. 제 54항에 있어서, 상기 다수의 바이어스 변압기 권선은 다선 전송 라인 바이어스 변압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  57. RF 플라즈마 반응기에 있어서,
    가공가스 인입구를 가지며 처리될 가공물을 수용하는 반응기 챔버;
    상기 챔버 내부와 마주 보는 RF 신호 애플리케이터;
    상기 RF 신호 애플리케이터의 입력에 연결되며 RF 주파수 제어 입력 및 RF 신호 출력을 가진 RF 신호 발생기;
    상기 RF 신호 애플리케이터에 연결되며 상기 RF 신호 애플리케이터의 RF 전압에 관련된 파라미터에 응답하는 센서; 및
    상기 센서에 응답하며, 소정 주파수 범위 내로 상기 RF 신호 발생기의 주파수를 조정하여 상기 주파수 범위내의 최대 또는 최소치중 하나에 상기 파라미터를 최적화하도록 프로그램된 주파수 서보를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  58. 제 57항에 있어서, 상기 RF 신호 애플리케이터는 용량성 전극인 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  59. 제 57항에 있어서, 제 58항에 있어서, 상기 반응기는 상기 챔버 내에 가공물 지지부를 포함하며 상기 RF 신호 발생기는 상기 가공물 지지부에 연결되어, 상기 RF 신호 애플리케이터가 상기 가공물 지지부를 포함하도록 하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  60. 제 57항에 있어서, 상기 RF 신호 발생기와 상기 RF 신호 애플리케이터사이에 고정 동조 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  61. 제 57항에 있어서, 상기 파라미터는 상기 RF 신호 애플리케이터의 RF 전압의 퓨리에 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  62. 제 61항에 있어서, 상기 퓨리에 성분은 (a) 제 1고조파, (b) 제 2고조파 및 (c) D.C.성분중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  63. 제 57항에 있어서, 상기 바이어스 RF 신호 발생기는 RF 신호 레벨 제어 입력을 가지며, 상기 반응기는:
    상기 신호 제어 입력에 연결되며, 소정 설정 포인트 근처에서 상기 바이어스 신호 파라미터를 설정하고 유지하도록 상기 바이어스 RF 신호 출력 레벨을 가변시키도록 프로그램된 바이어스 신호 서보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  64. 제 57항에 있어서, 상기 RF 신호 발생기와 상기 RF 신호 애플리케이터사이에 변압기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  65. 제 64항에 있어서, 상기 변압기는 상기 RF 신호 애플리케이터의 입력에서의 부하 임피던스 및 상기 RF 신호 애플리케이터의 출력 임피던스의 크기사이의 관련비율에 상응하는 변압비를 가지는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  66. 제 57항에 있어서,
    상기 RF 신호 발생기 및 상기 RF 신호 애플리케이터사이에 다수의 선택가능한 변압비를 가진 변압기 장치를 더 포함하며,
    상기 변압비중 적어도 하나의 변압비는 상기 RF 신호 애플리케이터의 입력에서의 부하 임피던스 및 상기 RF 신호 애플리케이터의 출력 임피던스의 크기사이의 관련비율에 상응하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  67. 가공 가스 인입구, 가공물 지지부, 상기 챔버의 내부와 마주 대하는 RF 신호 애플리케이터 및 상기 RF 신호 애플리케이터에 연결된 제어가능한 RF 주파수 및 RF 신호 출력을 가진 RF 신호 발생기를 가지고 있는 반응기 챔버를 포함하는 RF 플라즈마 반응기에서 상기 RF 신호 애플리케이터에 상기 RF 신호 발생기를 동조시키는 방법에 있어서,
    (a) 상기 신호 발생기의 출력과 (b) 상기 신호 애플리케이터중 하나 또는 이들 사이에서 제 1 RF 발생기 파라미터를 측정하는 단계; 및
    소정 주파수 범위내의 최대 또는 최소값중 하나에 상기 RF 발생기 파라미터를 최적화하도록 상기 주파수 범위 내로 상기 RF 신호 발생기의 주파수를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  68. 제 67항에 있어서,
    (a) 상기 신호 발생기의 출력과 (b) 상기 신호 애플리케이터중 하나 또는 이들 사이에서 제 2 및 3 RF 발생기 파라미터를 측정하는 단계; 및
    상기 주파수 범위의 소정값에 대하여 제 3발생기 파라미터를 최적화하도록 상기 제 2 RF 발생기 파라미터를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  69. 제 68항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 RF 발생기 파라미터는 동일한 RF 발생기 파라미터인 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  70. 제 68항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 RF 발생기 파라미터중 적어도 하나는 다른 두 개와 다른 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  71. 제 68항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 RF 발생기 파라미터 각각은 서로 각각 다른 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  72. 제 68항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 RF 발생기 파라미터는 전달 전압, 전달 전류, 전달 파워, 반사 파워, 전류 시간 변화율, 전압의 퓨리에 성분, 전압과 전류사이의 위상각 및 2개의 RF 발생기 파라미터사이의 위상각 중에서 각각 선택되는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  73. 제 67항에 있어서, 상기 신호 애플리케이터는 RF 소스 신호 애플리케이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  74. 제 67항에 있어서, 상기 신호 애플리케이터는 RF 바이어스 신호 애플리케이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  75. 제 73항에 있어서, 상기 반응기는 바이어스 신호 애플리케이터 및 상기 바이어스 신호 애플리케이터에 연결된 바이어스 RF 신호 발생기를 더 포함하며, 상기 방법은:
    (a) 상기 바이어스 신호 발생기의 출력과 (b) 상기 바이어스 신호 애플리케이터중 하나 또는 이들 사이에서 제 4 RF 발생기 파라미터를 측정하는 단계; 및
    소정 주파수 범위내의 최대 또는 최소값중 하나에 상기 제 4 RF 발생기 파라미터를 최적화하도록 상기 주파수 범위 내로 상기 바이어스 신호 발생기의 주파수를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  76. 제 75항에 있어서,
    (a) 상기 바이어스 신호 발생기의 출력과 (b) 상기 바이어스 신호 애플리케이터중 하나 또는 이들 사이에서 제 및 6 RF 발생기 파라미터를 측정하는 단계; 및
    상기 주파수 범위의 소정값에 대하여 제 6발생기 파라미터를 최적화하도록 상기 바이어스 신호 발생기의 제 5 RF 발생기 파라미터를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  77. 제 76항에 있어서, 상기 제 4, 제 5 및 제 6 RF 발생기 파라미터는 동일한 RF 발생기 파라미터인 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  78. 제 76항에 있어서, 상기 제 4, 제 5 및 제 6 RF 발생기 파라미터중 적어도 하나는 다른 두 개와 다른 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  79. 제 76항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 RF 발생기 파라미터 각각은 서로 각각 다른 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  80. 제 76항에 있어서, 상기 제 4, 제 5 및 제 6 RF 발생기 파라미터는 전달 전압, 전달 전류, 전달 파워, 반사 파워, 전류 시간 변화율, 전압의 퓨리에 성분, 전압과 전류사이의 위상각 및 2개의 RF 발생기 파라미터사이의 위상각 중에서 각각 선택되는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  81. RF 플라즈마 반응기에 있어서,
    가공가스 인입구를 가지며 처리될 가공물을 수용하는 반응기 챔버;
    상기 챔버 내부와 마주 보는 RF 신호 애플리케이터;
    상기 RF 주파수 제어 입력 및 RF 신호를 발생시키는 RF 신호 출력을 가진 RF 신호 발생기;
    상기 RF 신호 발생기와 상기 RF 신호 애플리케이터사이에 연결된 고정 동조 회로;
    (a) 상기 RF 신호 애플리케이터와 (b) 상기 RF 신호 출력중 적어도 하나 또는 이들 사이에 연결되며, (a) 상기 RF 신호 애플리케이터와 (b) 상기 RF 신호 출력중 하나의 근처 또는 이들 사이에서의 측정가능한 RF 파라미터에 응답하는 센서; 및
    ` 상기 센서에 응답하며, 상기 RF 신호 발생기의 RF 신호 출력에서 발생된 RF 신호 크기를 조정하여 소정값에 상기 파라미터를 최적화하도록 프로그램된 RF 신호 크기 서보를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  82. 제 81항에 있어서, 상기 파라미터의 상기 소정값은 최대값 또는 최소값중 하나인 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  83. 제 81항에 있어서, 상기 RF 신호 크기 서보는 전달 전압, 전달 전류, 전달 파워, 반사 파워, 전류 시간 변화율, 전류와 전압의 곱, 전압의 퓨리에 성분, 전압과 전류사이의 위상각 및 2개의 RF 발생기 파라미터사이의 위상각중 하나의 크기를 조정하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  84. 제 81항에 있어서, 상기 파라미터는 전달 전압, 전달 전류, 전달 파워, 반사 파워, 전류 시간 변화율, 전류와 전압의 곱, 전압의 퓨리에 성분, 전압과 전류사이의 위상각 및 2개의 RF 발생기 파라미터사이의 위상각중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 플라즈마 반응기.
  85. 가공될 가공물을 수용하며, 가공 가스 인입구, 상기 챔버의 내부와 마주 대하는 RF 신호 애플리케이터 및 상기 RF 주파수 제어 입력 및 RF 신호를 발생시키는 RF 신호 출력을 가지는 RF 신호 발생기를 가지고 있는 반응기 챔버를 포함하는 RF 플라즈마 반응기에서 상기 RF 신호 애플리케이터에 상기 RF 신호 출력을 동조시키는 방법에 있어서,
    상기 RF 신호 발생기와 상기 RF 신호 애플리케이터사이에 연결된 고정 동조 회로를 제공하는 단계;
    (a) 상기 RF 신호 애플리케이터와 (b) 상기 RF 신호 출력중 하나의 근처 또는 이들 사이에서 측정가능한 RF 파라미터를 감지하는 단계; 및
    센서에 응답하여, 상기 센서에 의하여 감지된 소정값에 상기 파라미터를 최적화하도록 상기 RF 신호 발생기의 상기 RF 신호 출력에서 발생한 상기 RF 신호의 크기를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  86. 제 85항에 있어서, 상기 파라미터의 상기 소정값은 최대값 또는 최소값중 하나인 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  87. 제 85항에 있어서, 상기 조정 단계는 전달 전압, 전달 전류, 전달 파워, 반사 파워, 전류 시간 변화율, 전류와 전압의 곱, 전압의 퓨리에 성분, 전압과 전류사이의 위상각 및 2개의 RF 발생기 파라미터사이의 위상각중 하나의 크기를 조정하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
  88. 제 85항에 있어서, 상기 파라미터는 전달 전압, 전달 전류, 전달 파워, 반사 파워, 전류 시간 변화율, 전류와 전압의 곱, 전압의 퓨리에 성분, 전압과 전류사이의 위상각 및 2개의 RF 발생기 파라미터사이의 위상각중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 동조 방법.
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