KR20110019743A - Ｒｆ 전력 전달을 위한 시간 분석된 조정 방식을 이용하는 펄스화된 플라즈마 처리를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예들은 일반적으로 넓은 프로세스 윈도우에 걸쳐서 펄스화된 플라즈마 처리를 위한 방법 및 장치를 제공한다. 일부 실시예들에서, 장치는 주파수 조정을 갖는 RF 전력 공급부, 및 상기 RF 전력 공급부로 재반사되는 반사 RF 전력을 판독하기 위한 공통 센서를 공유하고 상기 RF 전력 공급부에 결합된 정합망을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 장치는 주파수 조정을 갖는 RF 전력 공급부, 및 RF 전력 공급부로 재반사되는 반사 RF 전력을 판독하기 위한 공통 센서 및 RF 전력 공급부와 정합망을 각각 조정하기 위한 공통 제어기를 공유하고 RF 전력 공급부에 결합된 정합망을 포함할 수 있다.

Description

ＲＦ 전력 전달을 위한 시간 분석된 조정 방식을 이용하는 펄스화된 플라즈마 처리를 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PULSED PLASMA PROCESSING USING A TIME RESOLVED TUNING SCHEME FOR RF POWER DELIVERY}
본 발명의 실시예들은 일반적으로 반도체 기판 처리 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 펄스화된(plused) 플라즈마를 이용하여 기판들을 처리하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
반도체 집적회로(IC) 제조에서, 컴포넌트 트랜지스터들과 같은 소자(device)들은 전형적으로 실리콘으로 제조되는 반도체 웨이퍼 기판 상에 형성된다. 제조 프로세스 동안, 다양한 물질들은 목표된 집적회로를 형성 또는 구축하기 위해 상이한 층들 상에 증착된다. 다양한 층들은 금속배선(metallization line)들에 의해 상호연결된 소자들을 한정(define)한다. 소자들 및 금속배선들을 이미 포함하는 웨이퍼들(기판들로도 종래기술에서 지칭됨) 상에 수행되는 특정 플라즈마 강화 프로세스들 동안, 많은 양의 전하(charge)가 웨이퍼의 표면 상에 축적될 수 있다. 이러한 전하 축적은 웨이퍼에 걸쳐서 균일하지 않을 수 있다. 따라서, 전하 축적은 금속배선 물질들의 일부에 유도되는 파괴성(destructive) 전류들을 유발하거나 및/또는 유전체층들 내에 아킹(arcing)을 유발할 수 있다. 상기 전류들 및/또는 아킹은 웨이퍼 상에 미리 형성되었던 특정 소자들을 파괴 또는 손상시킬 수 있다. 하전(charging) 효과들을 경감하고 하전 손상을 방지하기 위하여, 플라즈마 강화 반응기 내의 플라즈마에 공급되는 전력은 펄스화될 수 있다. 따라서, 플라즈마에 결합되는 전력은 플라즈마 강화 프로세스의 일부 또는 전부 동안 펄스화된다. 식각 반응기에 사용하기 위한 그러한 기술의 일 예는 2001년 7월 3일자로 등록된 미국특허번호 제6,255,221호에 제시되어 있다.
펄스화된 플라즈마 식각 반응기를 사용하는 한가지 단점은 RF 발생기 또는 RF 소스로부터의 전력이 동적으로 조정되는(tuned) 정합망(matching network)을 통하여 플라즈마 반응기 내의 안테나 또는 전극에 결합되어야 한다는 점이다. 펄스화된 전력은 안테나 또는 전극으로부터 반응기 내부의 프로세스 가스들에 결합되어 식각 프로세스를 위해 사용되는 플라즈마를 형성한다. 정합망은 RF 소스의 출력이 플라즈마에 결합되는 에너지의 양을 극대화하기에 충분하게 플라즈마에 결합되도록 보장한다. 정합망은 플라즈마의 복소 임피던스에 전형적으로 50옴을 정합시킨다. 처리 동안 플라즈마 특성이 변화함에 따라 동적 정합을 원활하게 하기 위해, 정합망은 처리 전반에 걸쳐서 정합이 달성 및 유지되도록 보장하기 위해 연속적으로 조정가능하다.
일반적으로, 프로세스 방법을 실행하는 제어기는 정합망을 제어한다. 제어기는 또한 정합망으로부터의 반사 전력을 모니터링한다. 정합망으로부터의 반사 전력이 상승되는 경우, 제어기는 챔버 내부의 존재하는 플라즈마에 대한 RF 소스의 보다 충분한 정합을 달성하기 위해 정합망의 커패시턴스 또는 인덕턴스를 조정한다. 고전력 RF 에너지를 플라즈마에 결합하기 위한 정합망들은 일반적으로 기계적으로 조정가능한(tunable) 엘리먼트들(즉, 커패시터들 및/또는 인덕터들)을 포함하기 때문에, 조정 프로세스는 플라즈마에 결합되도록 목표되는 RF 펄스의 펄스 길이에 비해 느릴 수 있다. 따라서, 정합망이 각각의 펄스로 조정됨에 따라 전력을 정합망에 펄싱할 때, 반사 전력은 실제 반사 전력과 불일치하거나 또는 돌발적(sporadic)일 수 있어서, 제어기가 정합망을 과소(under) 또는 과도(over)하게 조정하도록 유발한다. 그러한 연속적인 조정은 과도한 반사 전력 및 플라즈마 전력 결합 효율의 감소를 유발할 수 있다.
따라서, 펄스화된 전력을 이용하는 플라즈마 강화 반도체 웨이퍼 처리 동작을 위한 개선된 방법 및 장치가 종래기술에 필요하다.
본 발명의 실시예들은 일반적으로 넓은 프로세스 윈도우 동안 펄스화된 플라즈마 처리를 위한 방법 및 장치를 제공한다. 일부 실시예들에서, 장치는 주파수 조정(frequency tuning)을 갖는 RF 전력 공급부, 및 상기 RF 전력 공급부에 결합되고 상기 RF 전력 공급부로 재반사되는 반사 RF 전력을 판독하기 위한 공통 센서를 공유하는 정합망을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 장치는 주파수 조정을 갖는 RF 전력 공급부, 상기 RF 전력 공급부에 결합되고 상기 RF 전력 공급부로 재반사되는 반사 RF 전력을 판독하기 위한 공통 센서를 공유하는 정합망, 및 상기 RF 전력 공급부와 상기 정합망을 각각 조정하기 위한 공통 제어기를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 광범위한 프로세스 방법들, 또는 파라미터들에 걸쳐서 펄스화된 플라즈마 처리를 가능하게 하기 위한 조정 프로시저가 제공된다. 일부 실시예들에서, 조정 프로시저는 고정 주파수의 소스 및 바이어스 발생기들과 자동 모드의 정합망들을 가지면서, 지속파(continuous wave: CW) 모드로 플라즈마를 점화(igniting)하는 단계를 포함할 수 있다. 정합망들이 소스 및 바이어스 둘다로부터 최소 반사 전력을 보장하도록 조정되면(약 2-3초), 바이어스 정합망을 자동 모드로 유지하면서 소스 정합망 파라미터들은 일정하게 유지된다. 그 후에 바이어스 발생기에 대한 주파수 조정을 오프로 유지하면서 소스 발생기에 대한 주파수 조정을 턴온한다. 약 1초 후에, 펄싱 모드가 턴온된 다음, 바이어스 발생기에 대한 주파수 조정을 턴온하고, 소스 정합망을 자동 모드로 복귀(sending back)시킨다. 시스템이 안정화되고 최소 반사 전력을 달성하는데 또 다른 2-4초가 걸린다(정합망의 사전설정들과 방법의 파라미터들에 따라).
일부 실시예들에서, 각각 주파수 조정할 수 있고 소스 정합망과 바이어스 정합망을 통하여 프로세스 챔버에 각각 결합되는 마스터/슬레이브 배열(master/slave arrangement)의 소스 RF 전력 공급부 및 바이어스 RF 전력 공급부를 사용하여 플라즈마 프로세스를 동작하는 시스템을 조정하기 위한 방법이 제공된다. 방법은 소스 RF 전력 공급부 및 바이어스 RF 전력 공급부를 사용하여 프로세스 챔버 내에 플라즈마를 먼저 점화하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 소스 RF 전력 공급부 및 상기 바이어스 RF 전력 공급부는 지속파 모드 또는 고정 주파수 모드로 각각 설정되고, 소스 정합망 및 바이어스 정합망은 자동 조정 모드로 각각 설정된다. 그 다음, 소스 정합망은 홀드(hold) 모드로 변경되면서, 정합망들이 소스 RF 발생기 및 바이어스 RF 발생기 둘다로부터의 반사 전력을 감소시키도록 조정된 후에 바이어스 정합망을 자동 모드로 유지할 수 있다. 주파수 조정은 소스 RF 전력 공급부에 대해 턴온되면서 바이어스 발생기에 대해 오프로 유지될 수 있다. 펄싱 모드는 소스 RF 전력 공급부 및/또는 바이어스 RF 전력 공급부에 대해 턴온될 수 있다. 그 다음, 바이어스 RF 전력 공급부는 주파수 조정 모드가 될 수 있다.
일부 실시예들에서, 조정 프로시저는 목표된 펄싱 주파수를 갖지만 약 90% 듀티 사이클(duty cycle)을 갖는 펄싱 모드로 발생기들을 설정하는 단계를 포함할 수 있다. 바이어스 및 소스 둘다에 대해 주파수 조정을 턴온하고 정합망들을 자동 모드로 설정한다. 이와 같이 한 후에, RF 발생기들을 턴온한다. 시스템이 안정화되고 최소 반사 전력으로 자체 조정하는데 약 2-3초가 걸릴 것이다. 그 후에, 발생기들이 여전히 온되면서, 약 90%에서부터 동작 윈도우 내의 목표된 듀티 사이클로 듀티 사이클을 변경한다. 시스템이 자체 조정한 다음, 목표된 펄싱 모드에서 동작 대기하는데 또 다른 2-3초가 걸릴 것이다.
일부 실시예들에서, 각각 주파수 조정할 수 있고 소스 정합망과 바이어스 정합망을 통하여 프로세스 챔버에 각각 결합되는 마스터/슬레이브 배열의 소스 RF 전력 공급부 및 바이어스 RF 전력 공급부를 사용하여 플라즈마 프로세스를 동작하는 시스템을 조정하기 위한 방법이 제공된다. 방법은, (a) 소스 정합망 및 바이어스 정합망을 자동 조정 모드로 하면서, 주파수 조정 모드에서 약 85% 내지 95%의 초기 듀티 사이클 및 목표된 펄싱 주파수에서 소스 RF 전력 공급부 및/또는 바이어스 RF 전력 공급부로부터 RF 전력을 제공함으로써 프로세스 챔버 내에 플라즈마를 형성하는 단계; 및 (b) 소스 RF 전력 공급부 및 바이어스 RF 전력 공급부를 여전히 온(on)하면서, 소스 RF 발생기 및 바이어스 RF 발생기 둘다로부터의 반사 전력을 감소시키도록 정합망들이 조정된 후에 초기 듀티 사이클을 목표된 듀티 사이클로 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 각각 주파수 조정할 수 있고 소스 정합망 및 바이어스 정합망을 통하여 프로세스 챔버에 각각 결합되는 소스 RF 전력 공급부 및 바이어스 RF 전력 공급부를 사용하여 시간 분석되는 방식으로 플라즈마 프로세스를 동작하는 시스템을 조정하기 위한 방법이 제공될 수 있다. 방법은 소스 RF 전력 공급부 및 바이어스 RF 전력 공급부를 사용하여 프로세스 챔버 내에 플라즈마를 점화하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 소스 RF 전력 공급부 및 상기 바이어스 RF 전력 공급부는 지속파 모드 또는 펄싱 모드로부터 선택된 제 1 동작 모드, 및 고정 주파수 모드 또는 주파수 조정 모드로부터 선택된 제 1 조정 모드로 각각 독립적으로 설정되고, 소스 정합망 및 바이어스 정합망은 자동 조정 모드 또는 홀드 모드로부터 선택된 제 1 정합 모드로 각각 독립적으로 설정된다. 제 1 시간 기간(period of time)이 종료될 때, 소스 RF 전력 공급부 및 바이어스 RF 전력 공급부 중 하나 또는 둘의 제 1 동작 모드는 스위칭(switch)될 수 있다. 제 2 시간 기간이 종료될 때, 소스 RF 전력 공급부 및 바이어스 RF 전력 공급부 중 하나 또는 둘의 제 1 조정 모드는 스위칭될 수 있다. 제 3 시간 기간이 종료될 때, 소스 정합망 및 바이어스 정합망 중 하나 또는 둘의 제 1 정합 모드는 스위칭될 수 있다. 제 1, 제 2 및 제 3 시간 기간은 소스 RF 전력 공급부 및 바이어스 RF 전력 공급부로 재반사되는 반사 전력을 감소시키도록 선택된다.
다른 실시예들 및 추가적인 실시예들은 이하의 상세한 설명에 제공된다.
본 발명의 앞서 언급된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간단히 요약된 본 발명의 보다 특정한 설명은 그 일부가 첨부된 도면들에 도시된 실시예들을 참조로 이루어질 수 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 발명의 전형적인 실시예들만을 도시하고, 이에 따라서 그 범주의 제한으로서 간주되어서는 안되며 본 발명은 다른 동일하게 유효한 실시예들에 적용될 수 있다는 점을 유의한다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 반도체 웨이퍼 처리 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 정합망들 및 RF 발생기들의 독립적인 타이밍 특징들을 도시하는 개략적인 도표이다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들과 연계하여 사용하기 위해 적합한 예시적인 정합 회로이다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예들과 연계하여 사용하기 위해 적합한 예시적인 정합 회로이다.
본 발명은 펄스화된 플라즈마를 사용하여 기판들을 처리하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 일부 실시예들에서, 바이어스 및 소스 중 하나 또는 둘다에 대한 플라즈마 펄싱 프로세스는 트렌칭(trenching) 및 노칭(notching) 문제들을 감소시킬 뿐만 아니라 웨이퍼 레벨에서의 적은 손상으로 보다 양호한 성능(보다 양호한 식각 균일성 및 선택성)을 촉진시킬 수 있다. 본 발명의 실시예들은 동적 정합망들과 조합되는 주파수 조정(주파수 스윕(sweep)으로도 지칭됨)을 갖는 RF 발생기들을 사용하여 펄싱 모드에 대한 동작의 안정한 윈도우를 가능하게 하는 프로시저들을 제공한다. 시스템이 조정되는데 필요한 시간은 식각 프로세스 동안 중요하기(critical) 때문에, 이러한 프로시저들의 한가지 장점은 펄싱 동안 약 6초 미만 내에서 조정할 수 있고, 이에 따라 그 중에 웨이퍼가 불안정한 플라즈마에 노출되는 시간을 최소화할 수 있다. 이하의 설명은 특정 프로세스들, RF 주파수들, 및 RF 전력들을 참조할 수 있지만, 본 명세서에서 제공되는 사상들은 일반적으로 다른 프로세스들, 다른 주파수들, 및 다른 전력 레벨들에 비해 장점을 갖기 위해 사용될 수 있다.
도 1은 일 실시예에서 반도체 웨이퍼들(122)(또는 다른 기판들 및 소재들)을 식각하기 위해 사용되는 플라즈마 강화 반도체 웨이퍼 처리 시스템(100)이다. 본 발명의 제시된 실시예들은 식각 반응기 및 프로세스의 범주에서 설명되지만, 본 발명은 플라즈마 강화 프로세스 동안 펄스화된 전력을 사용하는 임의의 형태의 플라즈마 프로세스에 적용가능하다. 그러한 반응기들은 플라즈마 어닐링, 플라즈마 강화 화학적 기상 증착, 물리적 기상 증착, 플라즈마 세정 등을 포함한다.
예시적인 시스템(100)은 식각 반응기(101), 프로세스 가스 공급부(126), 제어기(114), 제 1 RF 전력 공급부(112), 제 2 RF 전력 공급부(116), 제 1 정합망(110), 및 제 2 정합망(118)을 포함한다. 제 1 및 제 2 RF 공급부(112, 116) 중 어느 하나 또는 둘다는 고속 주파수 조정을 위해 구성될 수 있다(예, 소스는 반사 전력을 최소화하기 위해 감지된 반사 전력 측정에 응답하여 약 ±5% 내에서 주파수를 가변할 수 있음). 그러한 주파수 조정은 주어진 정상 상태(steady state)에서 플라즈마로부터 반사 전력을 최소화하기 위해 약 100㎲ 또는 휠씬 그 이하를 요구할 수 있다. 각각의 RF 전력 공급부(112, 116)는 지속파(CW) 또는 펄스 모드로 동작가능할 수 있다. 펄스 모드에 있을 때, 전력원(112, 116)은 약 100kHz 까지의 펄스 주파수 또는 일부 실시예들에서 약 100Hz 내지 약 100kHz의 펄스 주파수에서 펄스화될 수 있다. 전력원(112, 116)은 약 10% 내지 약 90%의 듀티 사이클(예, 주어진 사이클에서 온(on) 시간 및 오프(off) 시간의 합계 중에서 온 시간의 퍼센티지)에서 동작될 수 있다.
식각 반응기(101)는 웨이퍼(122)에 대한 페디스털(pedestal)을 형성하는 캐소드 페디스털(120)을 포함하는 진공 용기(102)를 포함한다. 프로세스 챔버의 루프(roof) 또는 리드(lid)(103)는 루프(103)에 인접하는 적어도 하나의 안테나 어셈블리(104)를 갖는다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 안테나 어셈블리(104)는 한 쌍의 안테나들(106, 108)을 포함한다. 본 발명의 다른 실시예들은 하나 이상의 안테나들을 사용할 수 있거나 또는 RF 에너지를 플라즈마에 결합하기 위해 안테나 대신에 전극을 사용할 수 있다. 이러한 특정한 예시적인 실시예에서, 안테나들(106, 108)은 프로세스 가스 공급부(126)에 의해 용기(102) 내부에 공급되는 프로세스 가스 또는 가스들에 에너지를 유도성으로(inductively) 결합한다. 안테나들(106, 108)에 의해 공급되는 RF 에너지는 웨이퍼(122) 위의 반응 구역에 플라즈마(124)를 형성하기 위해 프로세스 가스들에 유도성으로 결합된다. 반응성 가스들은 웨이퍼(122) 상의 물질들을 식각할 것이다.
일부 실시예들에서, 안테나 어셈블리(104)로의 전력은 플라즈마를 점화하고 캐소드 페디스털(120)에 결합된 전력은 플라즈마(124)를 제어한다. 따라서, RF 에너지는 안테나 어셈블리(104) 및 캐소드 페디스털(120) 둘다에 결합된다. 제 1 RF 전력 공급부(112)(소스 RF 전력 공급부로도 지칭됨)는 제 1 정합망(110)에 에너지를 공급한 다음 에너지를 안테나 어셈블리(104)에 결합시킨다. 유사하게, 제 2 RF 전력 공급부(116)(바이어스 RF 전력 공급부로도 지칭됨)는 제 2 정합망(118)에 에너지를 결합시키고 캐소드 페디스털(120)에 에너지를 결합시킨다. 제어기(114)는 제 1 및 제 2 정합망(110, 118)을 조정할 뿐만 아니라 RF 전력 공급부들(112, 116)을 활성화(activating) 및 비활성화(deactivating)하는 타이밍을 제어한다. 안테나 어셈블리(104)에 결합된 전력은 소스 전력으로 공지되어 있고, 캐소드 페디스털(120)에 결합된 전력은 바이어스 전력으로 공지되어 있다. 본 발명의 실시예들에서, 소스 전력, 바이어스 전력, 또는 이 둘다는 지속파(CW) 모드 또는 펄스 모드로 동작될 수 있다.
일부 실시예들에서, 링크(140)는 하나의 소스의 동작을 다른 소스의 동작에 동기화시키는 것을 촉진시키도록 제 1 및 제 2 RF 공급부(112, 116)를 결합시키기 위해 제공될 수 있다. 어느 하나의 RF 소스는 리드(lead) 또는 마스터(master) RF 발생기일 수 있는 반면에, 다른 발생기는 후속(follow)하거나 또는 슬레이브이다. 링크(140)는 완전한 동기화, 또는 목표된 오프셋, 또는 위상 차이에서 제 1 및 제 2 RF 공급부(112, 116)의 동작을 추가적으로 촉진시킬 수 있다.
제 1 표시자 디바이스(indicator device) 또는 센서(150) 및 제 2 표시자 디바이스 또는 센서(152)는 플라즈마(124)에 정합하기 위한 정합망들(110, 118)의 능력의 유효성(effectiveness)을 결정하기 위해 사용된다. 일부 실시예들에서, 표시자 디바이스들(150, 152)은 각각의 정합망들(110, 118)로부터 반사되는 반사 전력을 모니터링한다. 이러한 디바이스들은 일반적으로 정합망들(110, 118) 또는 전력 공급부들(112, 115) 내에 통합된다. 그러나, 설명을 목적으로, 이들은 정합망들(110, 118)로부터 분리된 것으로 여기에 도시된다. 반사 전력이 표시자로서 사용될 때, 디바이스들(150, 152)은 공급부들(112, 116)과 정합망들(110, 118) 사이에 결합된다. 반사 전력을 나타내는 신호를 생성하기 위하여, 디바이스들(150, 152)은 정합 유효성 표시자 신호가 반사 전력의 크기를 나타내는 전압이도록 하기 위해 RF 검출기에 결합된 지향성 커플러(directional coupler)들이다. 큰 반사 전력은 정합되지 않은 상황을 나타낸다. 디바이스들(150, 152)에 의해 생성되는 신호들은 제어기(114)에 결합된다. 표시자 신호에 응답하여, 제어기(114)는 정합망들(110, 118)에 결합되는 조정 신호(정합망 제어 신호)를 생성한다. 이러한 신호는 정합망들(110, 118)의 커패시터 또는 인덕터들을 조정하기 위해 사용된다. 조정 프로세스는 표시자 신호에서 표시되는 바와 같은 예를 들어 특정 반사 전력 레벨을 달성 또는 최소화하려고 노력한다. 정합망들(110, 118)은 전형적으로 주어진 정상 상태에서 플라즈마로부터의 반사 전력을 최소화하기 위해 약 100㎲ 내지 약 수 ms를 요구할 수 있다.
도 3은 예를 들어 제 1 RF 정합망(110)으로서 사용되는 예시적인 정합망의 개략도를 도시한다. 이러한 특정한 실시예는 단일 입력(400) 및 이중 출력(즉, 메인 출력(402) 및 보조 출력(404))을 갖는다. 각각의 출력은 2개의 안테나들 중 하나를 구동하기 위해 사용된다. 정합 회로(406)는 C1, C2 및 L1으로 형성되고 용량성(capacitive) 전력 분배기(408)는 C3 및 C4로 형성된다. 용량성 분배기 값들은 각각의 안테나에 공급될 특정한 전력량을 달성하도록 설정된다. 커패시터들 C1 및 C2의 값들은 정합망(110)의 정합을 조절하기 위해 기계적으로 조정된다. C1 또는 C2 중 어느 하나 또는 둘다는 정합망의 동작을 조절하기 위해 조정될 수 있다. 하위 전력 시스템들에서, 커패시터들은 기계적으로 조정되기 보다는 전자적으로 조정될 수 있다. 정합망의 다른 실시예들은 조정가능한(tunable) 인덕터를 가질 수 있다. 이러한 소스 전력 공급부는 펄스 또는 CW 모드에서 동작될 수 있다. 정합망(110)에 의해 정합되는 소스 전력은 약 13.56 MHz에서 약 3000W까지의 전력 레벨을 갖는다. 그러한 정합망은 콜로라드주 Fort Collins의 AE, Inc.의 NAVIGATOR 3013-ICP85 모델에서 이용가능하다. 정합망들의 또 다른 다양한 구성들은 본 명세서에서 제공되는 사상들에 따라 사용될 수 있다.
도 4는 예를 들어 제 2 정합망(118)으로서 사용되는 예시적인 정합망의 일 실시예의 개략도를 도시한다. 이러한 특정 실시예는 단일 입력(500) 및 단일 출력(502)을 갖는다. 출력은 페디스털을 구동하기 위해 사용된다. 정합망은 커패시터들 C1, C2, C3, L1 및 L2를 포함한다. 커패시터들 C2 및 C3의 값들은 정합망(116)의 정합을 조절하기 위해 기계적으로 조정된다. C2 또는 C3 중 어느 하나 또는 둘다는 정합망의 동작을 조절하기 위해 조정될 수 있다. 하위 전력 시스템들에서, 커패시터들은 기계적으로 조정되기 보다는 전자적으로 조정될 수 있다. 정합망의 다른 실시예들은 조정가능한 인덕터를 가질 수 있다. 이러한 바이어스 전력 공급부(116)는 펄스 또는 CW 모드로 동작될 수 있다. 펄스 모드에서, 펄스들은 100 Hz 내지 100 KHz의 주파수와 10-90%의 듀티 사이클에서 발생될 수 있다. 일 실시예에서, 바이어스 전력은 약 13.56 MHz의 주파수를 갖고 약 1500W의 전력 레벨을 갖는다. 그러한 정합망은 콜로라드주 Fort Collins의 AE, Inc.의 NAVIGATOR 1013-L35Z 모델에서 이용가능하다. 정합망들의 또 다른 다양한 구성들은 본 명세서에서 제공되는 사상들에 따라 사용될 수 있다.
제어기(114)는 중앙 처리 유닛(CPU)(130), 메모리(132) 및 지원회로들(134)을 포함한다. 제어기(114)는 식각 프로세스의 제어를 원활하게 하기 위해 시스템(100)의 다양한 컴포넌트들에 결합된다. 제어기(114)는 아날로그, 디지털, 유선, 무선, 광, 및 광섬유 인터페이스들로서 광범위하게 설명될 수 있는 인터페이스들을 통하여 챔버 내에서의 처리를 조절 및 모니터링한다. 이하에서 설명되는 바와 같이 챔버의 제어를 원활하게 하기 위해, CPU(130)는 다양한 챔버들 및 서브프로세서들을 제어하기 위한 산업적 세팅에서 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서 중 하나일 수 있다. 메모리(132)는 CPU(130)에 결합된다. 메모리(132), 또는 컴퓨터 판독가능 매체는 랜덤 액세스 메모리, 리드 온리 메모리, 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 임의의 다른 형태의 로컬 또는 원격 디지털 저장장치와 같은 하나 이상의 용이하게 이용가능한 메모리 소자들일 수 있다. 지원회로들(134)은 종래의 방식으로 프로세서를 지원하기 위해 CPU(130)에 결합된다. 이러한 회로들은 캐시, 전력 공급부들, 클록 회로들, 입력/출력 회로 및 관련 서브시스템들 등을 포함한다.
식각 또는 다른 프로세스 명령들은 전형적으로 방법(recipe)으로 공지된 소프트웨어 루틴으로서 메모리(132) 내에 일반적으로 저장된다. 소프트웨어 루틴은 또한 CPU(130)에 의해 제어되는 하드웨어로부터 원격지에 위치되는 제 2 CPU(미도시됨)에 의해 실행 및/또는 저장될 수 있다. 소프트웨어 루틴은 CPU(130)에 의해 실행될 때, 식각 프로세스 동안 플라즈마를 제어하기 위한 것과 같은 시스템 동작을 제어하는 특정 목적의 컴퓨터(제어기)(114)로 범용 컴퓨터를 변환시킨다. 본 발명의 프로세스는 소프트웨어 루틴으로서 구현될 수 있지만, 본 명세서에서 제시되는 방법 단계들의 일부는 소프트웨어 제어기에 의해서 뿐만 아니라 하드웨어로 수행될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 컴퓨터 시스템에서 실행되는 소프트웨어, 주문형 집적회로 또는 다른 타입의 하드웨어 구현으로서 하드웨어, 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합으로 구현될 수 있다.
종래의 정합망들과 발생기들은 전형적으로 독립적인 각각의 시스템들을 조정하기 위해 사용되는 제어 알고리즘들을 각각 포함한다. 따라서, 각각의 알고리즘은 이들이 발생기로의 반사 전력을 감소시키는 것을 목적으로 해야 하는 방식 또는 시간과 관련하여 다른 것에 링크되지 않는다. 그러한 링크의 결여는 2개의 조정 알고리즘들 간의 큰 경합(competition)을 유발할 수 있고, 이에 따라 시스템 불안정성들을 유발할 수 있다. 이러한 문제를 극복하기 위하여, 본 발명의 일부 실시예들에서, 통합형(integrated) 정합망은 주파수 조정 능력을 갖는 RF 발생기(예, 제 1 또는 제 2 RF 소스(112 또는 116)) 내에 내장될 수 있는 반면에, RF 사이클을 갖는 주파수 뿐만 아니라 정합망을 조정하기 위해 사용되는 알고리즘들은 모두 발생기 출력에서 측정되는 바와 같은(예, 공유된 센서를 이용하여) 동일한 판독값들(readings)에 기초하여 제어될 수 있다. 이와 같이 함으로써, 2개의 독립적인 알고리즘들 간의 경합은 제거될 수 있고, 펄스화된-플라즈마 기반 반응기들에 대한 동작 윈도우가 증가될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 RF 소스(112)와 제 1 정합망(110)(및/또는 제 2 RF 소스(116)와 제 2 정합망(118))은 물리적으로 통합될 수 있거나, 또는 그 둘간의 조정 경합을 제거하고 전체 시스템의 조정 효율을 극대화하기 위해 디바이스들의 쌍에 대한 조정 프로세스를 명령하는 제어기를 단지 공유할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 RF 소스(112)와 제 1 정합망(110)(및/또는 제 2 RF 소스(116)와 제 2 정합망(118))은 이들이 적어도 동일한 판독값의 반사 전력 오프를 최소화하기 위해 조정되도록 반사 전력을 판독하기 위한 공통 센서를 단지 공유할 수 있다.
도 2는 광범위한 펄스화된 플라즈마 프로세스들에 걸쳐서 RF 소스의 임피던스에 플라즈마의 임피던스를 정합하는 것을 원활하게 하기 위해 시간 동안 독립적으로 제어될 수 있는 변수들의 도면을 도시한다. 도 2는 소스 발생기, 소스 정합, 바이어스 발생기, 및 바이어스 정합 각각을 위한 시간 독립적인 동작 파라미터들을 도시한다. 이러한 파라미터들은 분리되어 독립적으로 제어될 수 있다. 소스 및 바이어스 발생기들은 고정 주파수 모드 또는 주파수 스윕(또는 주파수 조정) 모드로 동작될 수 있다. 또한, 소스 및 바이어스 발생기들은 CW RF 모드 또는 펄싱 RF 모드로 동작될 수 있다. 각각의 발생기는 동작 모드들 간에 독립적으로 목표된 시간에 스위칭될 수 있고 함께 동작되도록 동기화될 수 있거나, 또는 소스 RF 온 및 바이어스 RF 온 시간들 사이의 소스/바이어스 지연으로 나타낸 것처럼, 목표된 양만큼 오프셋될 수 있다. 그러한 동기화 또는 제어되는 위상반전(out of phase) 동작은 또한 발생기들의 임의의 동작 모드들(예를 들어, 둘다 펄싱 RF 모드에 있을 때)에서의 동작에 적용될 수 있다.
소스 및 바이어스 정합망들(예, 도 2의 소스 정합 및 바이어스 정합)은 각각 자동조정(autotuning) 모드 또는 홀드(hold) 모드(여기서, 정합망은 정합망의 컴포넌트들의 값들을 고정시키고 반사 전력을 최소화하도록 조정되지 않음)로 독립적으로 동작할 수 있다. 각각의 이러한 모드들 간의 스위칭은 반사 전력을 최소화하고 이하에서 보다 상세히 논의되는 바와 같이 넓은 프로세스 윈도우에 걸쳐서 펄스화된 플라즈마 프로세스들 동안 플라즈마 처리를 안정화시키는 것을 원활하게 하도록 독립적으로 제어될 수 있다. 따라서, 펄스화된 플라즈마 프로세스들 동안, 이하의 제어 "노브(knob)들"은 광범위한 프로세스들에 걸쳐서 효율적인 동작을 원활하게 하기 위해 제공될 수 있다: 각각의 정합망은 자동조정 또는 홀드 모드로 독립적으로 실행될 수 있고; 각각의 RF 발생기의 주파수 조정은 온 또는 오프될 수 있으며; 시간 A(약 90% 또는 CW에서 시작한 다음, 시간 A 후에 펄싱으로 스위칭); 시간 B(주파수 조정이 오프되면서 시작한 다음, 시간 B 후에 이를 턴온); 시간 C(정합망이 초기에 자동조정 모드에 있을 수 있고, 그 다음에 시간 C 후에 고정될 수 있거나 최소화된 RF 전력 반사의 위치를 탐색). 또한, 모드들 사이의 스위칭을 수행하기 위한 "타임아웃(timeout)" 또는 시간은 스위칭이 발생하지 않도록 설정될 수 있거나(예, 수행될 프로세스의 지속시간보다 더 긴 지속시간으로 스위칭하도록 시간을 설정), 또는 스위칭된 모드가 즉각적인(immediate) 동작 모드이도록 설정될 수 있다(예, 제로로 스위칭하도록 시간을 설정). 이러한 노브들에 대한 각각의 시간들은 독립적이기 때문에, 각 파라미터의 제어는 광범위한 프로세스들에 걸쳐서 펄스화된 플라즈마 동작을 원활하게 하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 이하에서 상세히 논의되는 것처럼, RF 전력 전달을 위한 시간-분석되는 조정 프로시저가 본 명세서에서 제공되어, 광범위한 프로세스 화학제들, 압력들, 전력 레벨들 등에 걸쳐서 안정적인 펄스화된 플라즈마 처리를 가능하게 한다. 그러한 방식의 시간 의존적인 특성은 다양한 플라즈마-기반 프로세스들에 대한 펄스화된 플라즈마 동작 동안 RF 전달을 최적화하기 위해 상이한 노브들의 동작 시퀀스의 결정을 가능하게 한다.
상기 "타임아웃들"을 사용하여, 시스템(100)은 상기 변수들의 제어에 의해 시간 분석되는 방식으로 조정될 수 있는 다양한 RF 모드들로 동작될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 각각 주파수 조정할 수 있고 소스 정합망 및 바이어스 정합망을 통하여 프로세스 챔버에 각각 결합되는, 소스 RF 전력 공급부와 바이어스 RF 전력 공급부를 사용하여 시간 분석되는 방식으로 플라즈마 프로세스를 동작하는 시스템을 조정하기 위한 방법이 제공될 수 있다. 방법은 소스 정합망 및 바이어스 정합망을 자동 조정 모드 또는 홀드 모드로부터 선택된 제 1 정합 모드로 각각 독립적으로 설정하면서, 지속파 모드 또는 펄싱 모드로부터 선택된 제 1 동작 모드, 및 고정 주파수 모드 또는 주파수 조정 모드로부터 선택된 제 1 조정 모드로 각각 독립적으로 설정되는 소스 RF 전력 공급부 및 바이어스 RF 전력 공급부를 사용하여 프로세스 챔버에서 플라즈마를 점화하는 단계를 포함할 수 있다. 제 1 시간 기간이 종료될 때, 소스 RF 전력 공급부 및 바이어스 RF 전력 공급부 중 하나 또는 둘다의 제 1 동작 모드는 스위칭될 수 있다. 제 2 시간 기간이 종료될 때, 소스 RF 전력 공급부 및 바이어스 RF 전력 공급부 중 하나 또는 둘다의 제 1 조정 모드는 스위칭될 수 있다. 제 3 시간 기간이 종료될 때, 소스 정합망 및 바이어스 정합망 중 하나 또는 둘다의 제 1 정합 모드는 스위칭될 수 있다. 제 1, 제 2 및 제 3 시간 기간은 소스 RF 전력 공급부 및 바이어스 RF 전력 공급부로 재반사되는 반사 전력을 감소시키도록 선택된다.
예를 들어, 상기 "타임아웃들"을 사용하여, 시스템(100)은 상기 변수들의 제어에 따라 다양한 RF 모드들로 동작될 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템(100)은 CW 모드의 어느 하나의 RF 발생기(예, RF 전력 공급부(112 또는 116))로 동작될 수 있다. 그러한 모드에서, 각각의 발생기는 고정 모드, CW 모드, 및 마스터 모드이다. 이러한 모드는 소스 및 바이어스 발생기들 둘다에 적용되고 각각의 발생기는 독립적으로 동작한다.
일부 실시예들에서, 시스템(100)은 CW-펄스 모드의 어느 하나의 RF 발생기로 동작될 수 있다. 그러한 모드에서, 각각의 발생기는 고정 모드 및 마스터 모드이다. 각각의 발생기는 컨피규어러블(configurable) 타임아웃 "CW/펄스 시간" 동안 CW 모드이고 이러한 타임아웃 후에 펄싱 모드로 스위칭한다. 이러한 모드는 소스 및 바이어스 발생기들 둘다에 적용되고 각각의 발생기는 독립적으로 동작한다.
일부 실시예들에서, 시스템(100)은 CW-주파수 모드의 어느 하나의 RF 발생기로 동작될 수 있다. 그러한 모드에서, 각각의 발생기는 CW 모드 및 마스터 모드이다. 발생기는 컨피규어러블 타임아웃 "고정 주파수 시간" 동안 고정 모드이고 이러한 타임아웃 후에 주파수 조정을 턴온한다. 이러한 모드는 소스 및 바이어스 발생기들 둘다에 적용되고 각각의 발생기는 독립적으로 동작한다.
일부 실시예들에서, 시스템(100)은 CW-주파수-펄스 모드의 어느 하나의 RF 발생기로 동작될 수 있다. 그러한 모드에서, 각각의 발생기는 컨피규어러블 타임아웃 "CW/펄스 시간" 동안 CW 모드이고 이러한 타임아웃 후에 펄싱 모드로 스위칭한다. 발생기는 또한 컨피규어러블 타임아웃 "고정 주파수 시간" 동안 고정 모드이고 이러한 타임아웃 후에 주파수 조정을 턴온한다. 발생기는 마스터 모드이므로 독립적으로 동작한다. 이러한 모드는 소스 및 바이어스 발생기들 둘다에 적용된다.
일부 실시예들에서, 시스템(100)은 펄스-주파수-펄스 모드의 어느 하나의 RF 발생기로 동작될 수 있다. 그러한 모드에서, 각각의 발생기는 컨피규어러블 타임아웃 "CW/펄스 시간" 동안 펄싱 모드이고(예를 들어, 90%의 높은 듀티 사이클) 이러한 타임아웃 후에 목표된 펄스 파라미터들로 스위칭한다. 발생기는 또한 컨피규어러블 타임아웃 "고정 주파수 시간" 동안 고정 모드이고 이러한 타임아웃 후에 주파수 조정을 턴온한다. 발생기는 마스터 모드이므로 독립적으로 동작한다. 이러한 모드는 소스 및 바이어스 발생기들 둘다에 적용된다.
일부 실시예들에서, 시스템(100)은 CW-주파수-싱크펄스(SyncPulse) 모드로 동작될 수 있다. 그러한 모드에서, 소스 발생기는 마스터 모드인 반면에 바이어스 발생기는 슬레이브 모드이다. 소스 발생기는 컨피규어러블 타임아웃 "CW/펄스 시간" 동안 CW 모드이고 이러한 타임아웃 후에 펄싱 모드로 스위칭한다. 소스 발생기는 컨피규어러블 타임아웃 "고정 주파수 시간" 동안 고정 모드이고 이러한 타임아웃 후에 주파수 조정을 턴온한다. 바이어스 발생기는 소스 발생기와 동일한 펄스 주파수 및 듀티 사이클에서 펄싱한다. 소스 및 바이어스는 마스터/슬레이브 지연이 초기에 제로로 설정되면서 완전히 동기화된다. 펄스들 간의 지연은 360도까지 위상 제어를 제공하는 컨피규어러블 타임아웃 "슬레이브 바이어스 RF를 위한 펄싱 지연"에 의해 제어된다. 마스터/슬레이브 지연은 특정 방법 내에서 모든 동기화된 펄싱 스텝(step)들에 적용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 시스템(100)은 CW-주파수-싱크펄스 모드로 동작될 수 있다. 그러한 모드에서, 소스 발생기는 마스터 모드인 반면에 바이어스 발생기는 슬레이브 모드이다. 소스 발생기는 컨피규어러블 타임아웃 "CW/펄스 시간" 동안 펄싱 모드(90% 듀티 사이클)이고, 이러한 타임아웃 후에 목표된 펄스 파라미터들로 스위칭한다. 소스 발생기는 컨피규어러블 타임아웃 "고정 주파수 시간" 동안 고정 모드이고 이러한 타임아웃 후에 주파수 조정을 턴온한다. 바이어스 발생기는 소스 발생기와 동일한 펄싱 주파수 및 듀티 사이클에서 펄싱한다. 소스 및 바이어스 발생기들은 마스터/슬레이브 지연이 초기에 제로로 설정되면서 완전히 동기화된다. 펄스들 간의 지연은 360도까지 위상 제어를 제공하는 컨피규어러블 타임아웃 "슬레이브 바이어스 RF를 위한 펄싱 지연"에 의해 제어된다. 마스터/슬레이브 지연은 특정 방법 내에서 모든 동기화된 펄싱 스텝들에 적용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 정합망 동작이 적절하게 제어되는 경우, 가능한 최저 반사 전력이 제공될 수 있다. CW/펄스 동작 모드들에서, 저합은 2개의 메인 모드들 중 어느 하나, 즉 자동 모드 또는 홀드 모드일 수 있다. 자동 모드는 정합망이 펄스 내에서의 빠른 변화들을 따라갈 수(track) 없으므로 펄스 주파수가 매우 낮지 않는 한 불량한(poor) 조정이 달성되기 때문에, 펄스 모드 동안 단독으로 동작하도록 권장되지 않는다. 일부 실시예들에서, 정합망은 여분의 노브가 주파수 조정과 함께 시스템을 조정할 결정적인 필요성이 없는 한, 시스템이 펄스 모드일 때마다 홀드 모드로 동작될 수 있다.
일부 실시예들에서, 주어진 펄스 주파수에 대한 90% 듀티 사이클은 CW 모드와 유사하게 동작한다는 것이 발견되었다. 따라서, 시스템을 조정하는 것은 상대적으로 용이하다. 그러나, 펄스 모드인 시스템의 장점을 여전히 갖는다. 따라서, 특정 조건들에서, 펄스-주파수-펄스 또는 펄스-주파수-싱크펄스 모드는 CW-주파수-펄스 또는 CW-주파수-싱크펄스 모드들보다 더 낮은 반사 전력을 달성할 수 있다. 펄스 파라미터들(펄스 주파수 및 듀티 사이클) 중 어느 하나가 제로로 설정되면, 발생기는 CW 모드로 동작할 것이다.
펄스 모드가 상이한 조건들(압력/전력 레벨들/화학제들) 하에서 사용될 수 있기 때문에, 전형적인 타임아웃들을 권장할 수 있지만, 각각의 새로운 방법에서 일부 최적화는 최저 반사 전력으로 안정한 플라즈마를 보장하도록 수행될 필요가 있다. 펄스 모드들에서 전형적인 권장된 동작 모드들은 다음과 같이 제공된다: 소스 펄싱 & 바이어스 CW, 바이어스 펄싱 & 소스 CW, 또는 동기화된 소스 및 바이어스 펄싱. 그러나, 다른 모드들은 상이한 애플리케이션들에 적용될 수 있다. 타임아웃 세팅들은 프로세스 화학제들, 챔버 압력들, RF 전력 레벨들, 분배기 캡(divider cap) 세팅들 및 펄스 파라미터들과 같은 프로세스 파라미터들을 변경할 때 변화될 필요가 있을 수 있다.
예시적인 일 예로서, 일부 실시예들에서, 시스템(100)은 펄싱 모드의 소스 발생기 및 CW 모드의 바이어스 발생기로 동작될 수 있다. 그러한 실시예들에서, 소스 발생기는 CW-주파수-펄스 모드로 설정될 수 있다. CW/펄스 시간은 발생기가 얼마나 오래동안 CW 모드인지를 제어하도록 선택될 수 있다(예, 6초). 이러한 시간은 시스템이 펄싱 모드로 스위칭하기 전에 CW 모드에서 조정되도록 보장하기 위해 4초 이상(no less than)까지 감소될 수 있다. 고정/주파수 시간은 발생기가 주파수 조정을 스위칭 온하기 전에 얼마나 오래동안 고정 모드인지를 제어하도록 선택될 수 있다(예, 5초). 일부 실시예들에서, 주파수 조정은 펄싱 모드가 시작되기 전/후에 약 1초 동안 턴온될 수 있다(대응하는 정합은 홀드상태라고 가정함). 일부 실시예들에서, 정합망은 주파수 조정과 함께 자동 모드이지 않아야 하기 때문에, 정합망은 주파수 조정을 턴온하기 이전에 홀드 모드로 둘 수 있다. 펄스화된 플라즈마 동작을 위한 최상의 조정 위치를 보장하기 위해, 예를 들어 5초 이하와 같은 짧은 시간 동안 오버랩(overlap)이 발생할 수 있다.
바이어스 발생기는 CW-주파수(Freq)로 설정된다. 바이어스 정합망은 자동-홀드 모드로 설정될 수 있다. 홀드 시간은 정합망이 "홀드"로 스위칭하기 전에 얼마나 오래동안 "자동(Auto)" 모드일지를 제어하도록 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 정합 시간은 발생기 CW/펄스 시간 및 고정 주파수 시간보다 더 짧은 적어도 1초일 수 있다. 정합 홀드 시간은 시스템이 조정할 충분한 시간을 갖는 것을 방해하는 적절한 값 미만, 예를 들어 약 3초 미만이 되지 않아야 한다.
일부 실시예들에서, 사용되는 화학제에 따라, CW 모드에서 펄싱 모드로의 전환은 플라즈마 부하 면에서 매우 두드러질 수 있다(pronounced). 그러한 경우에, 펄스_주파수_펄스 모드는 소스 펄싱을 위해 효과적으로 사용될 수 있다. 시스템이 90% 듀티 사이클에서 조정되면, 목표된 듀티 사이클(예, 50%)로의 전환은 CW로부터의 스위칭보다 더 원활하다. 일부 실시예들에서, 이러한 기술은 저압(예, 10mTorr 미만)에서 동작하는 프로세스들을 위해 사용될 수 있다.
대안적으로, 일부 실시예들에서, 시스템(100)은 펄싱되는 바이어스 발생기 및 고정된 소스 발생기로 동작될 수 있다. 바이어스 발생기가 CW-주파수-펄스 모드로 설정될 때, CW/펄스 시간은 발생기가 얼마나 오래동안 CW 모드인지를 제어하도록 선택될 수 있다(예, 6초). 이러한 시간은 시스템이 펄싱 모드로 스위칭하기 전에 CW 모드에서 조정되도록 보장하기 위해 4초 이상까지 감소될 수 있다. 고정/주파수 시간은 발생기가 주파수 조정을 스위칭 온하기 전에 얼마나 오래동안 고정 모드인지를 제어하도록 선택될 수 있다(예, 약 5초). 일부 실시예들에서, 주파수 조정은 펄싱 모드가 시작되기 전/후에 약 1초간 턴온될 수 있다(대응하는 정합은 홀드상태라고 가정함). 일부 실시예들에서, 정합망은 주파수 조정과 함께 자동 모드이지 않아야 하기 때문에, 정합망은 주파수 조정을 턴온하기 이전에 홀드 모드로 둘 수 있다. 펄스화된 플라즈마 동작을 위한 최상의 조정 위치를 보장하기 위하여, 예를 들어 5초 이하의 짧은 시간 동안 오버랩이 발생할 수 있다.
그러한 동작 모드에서, 소스 발생기는 CW 모드 또는 CW-주파수 모드로 제공될 수 있다. 소스 발생기가 CW 모드이고 주파수 조정되지 않을 때, 이의 대응하는 정합망은 자동-홀드 모드일 수 있다. 그러나, 정합망은 바이어스 발생기가 펄스 모드로 스위칭한 후에 소스가 조정되도록 허용하기 위해 시간 기간(예, 약 8초) 이후에 홀드로 스위칭할 수 있다. 일부 실시예들에서, 소스 발생기는 CW 모드 보다는 CW-주파수 모드로 설정될 수 있다. 따라서, 소스 정합은 자동-홀드 모드로 설정될 수 있다. 홀드 시간은 전형적으로 임의의 가능한 경합을 방지하기 위해 고정-주파수-시간 미만이다. 정합 홀드 시간은 발생기 CW/펄스 시간 및 고정-주파수 시간보다 더 짧은 적어도 약 1초일 수 있다. 정합 자동-홀드 시간은 시스템이 조정할 충분한 시간을 갖도록 보장하기 위하여 예를 들어 약 3초 이상과 같은 충분한 지속시간이어야 한다.
일부 실시예들에서, 사용되는 화학제에 따라, CW 모드에서 펄싱 모드로의 전환은 플라즈마 부하 면에서 매우 두드러질 수 있다. 그러한 경우, 펄스_주파수_펄스 모드는 소스 펄싱을 위해 효과적으로 사용될 수 있다. 시스템이 90% 듀티 사이클에서 조정되면, 목표된 듀티 사이클(예를 들어, 30%)로의 전환은 CW로부터의 스위칭보다 더 원활하다. 일부 실시예들에서, 이러한 기술은 저압(예, 10mTorr 미만)에서 동작하는 프로세스들을 위해 사용될 수 있다.
대안적으로, 일부 실시예들에서, 시스템(100)은 동기식 펄싱 모드로 동작될 수 있다. 그러한 모드에서, 소스 및 바이어스 발생기들은 둘다 동일한 RF 모드 및 마스터/슬레이브 컨피규레이션이어야 한다. 슬레이브 발생기가 동기화 신호를 수신하도록 보장하기 위하여 펄스 지속시간보다 더 짧은 슬레이브 지연이 제공될 수 있다.
소스 및 바이어스 펄싱에 대한 경우처럼, 펄스-주파수-싱크펄스를 사용할 수 있으며, 여기서 시스템은 90% 듀티 사이클을 가지면서 동기화되는 방식으로 펄스 모드로의 동작을 시작한 다음, 목표된 듀티 사이클로 스위칭한다. 이는 저압 프로세스들(예, 약 10mTorr 미만)을 위해 주로 권장된다.
대안적으로, 일부 실시예들에서, 시스템(100)은 연속적인(back-to-back) RF 펄싱 모드로 동작될 수 있으며, 그 동안 펄스 주파수 및/또는 듀티 사이클은 처리 동안 변경된다. 그러한 모드에서, 제 1 스텝은 안정화 스텝으로서 사용될 수 있다. 제 2 스텝은 동일한 고려사항들로 본 명세서에서 논의되는 것들과 유사한 동기화된 펄싱 스텝이다. 두 발생기들에서의 주파수 조정은 제 2 스텝에서 RF를 턴온시키는 것으로부터 5초 후에 온으로 스위칭한다. 6초 후에, 시스템은 3 kHz 및 60% 듀티 사이클에서 펄싱을 시작한다. 시스템이 자신의 정상 상태에 도달하면, 즉 조정이 달성되면, 소스 및/또는 바이어스 발생기들의 실제 주파수는 주파수 조정이 온됨에 따라 공칭값(예, 13.56 MHz)과 상이할 수 있다. 제 3 스텝에서, 시스템의 동일하게 조정되는 조건이 유지되면서 발생기들의 듀티 사이클을 일부 다른 값으로 스위칭할 수 있다. 주파수 조정을 상실(lose)하지 않기 위해, RF는 제 2 스텝의 종료까지 온으로 유지된다(RF를 턴오프하고 프로세스를 다시 시작하는 것과 비교하여). 제 3 스텝에서, 동일한 RF 모드들은 제 2 스텝에서와 같이 선택된다. 그러나, 주파수 조정 모드 뿐만 아니라 펄스 모드로 발생기들을 유지하기 위해, "CW/펄스" 및 "고정/주파수"에 대한 타임아웃들은 소스 및 바이어스 발생기들 둘다에서 제로로 설정될 수 있다. 이와 같이 함으로써, 제 2 스텝에서 달성되는 주파수 조정은 유지되고, 시스템은 조정되는 시스템 및 RF 전력을 제공하는 발생기들 없이 시작하는 경우보다 더 신속하게 제 3 스텝에서 자신의 정상 상태에 도달한다. 정합이 제 2 스텝의 종료까지 홀드였던 경우, 제 3 스텝에서도 홀드 모드이어야 한다.
본 명세서에서 제시된 임의의 펄싱 모드들에 적용가능한 일부 실시예들에서, 내장형 펄싱(embedded pulsing)의 특수한 경우가 사용될 수 있다. 내장형 펄싱 모드에서, 하나의 RF 펄스는 다른 RF 펄스 내에 일시적으로 내장된다. 즉, 제 1 RF 전력 공급부는 제 1 온 시간(on time)을 가질 수 있고, 제 2 RF 전력 공급부는 제 1 온 시간 이하인 제 2 온 시간을 가질 수 있다. 제 2 온 시간은 제 2 RF 전력 공급부의 온 시간이 제 1 RF 전력 공급부의 오프 시간과 오버랩되지 않도록 제 1 온 시간에 대하여 일시적으로 놓이게 될 것이다(situated). 따라서, 하나의 RF 전력 공급부의 펄스에 대한 보다 짧은(또는 동일한) 온 시간은 다른 RF 전력 공급부의 펄스에 대한 더 긴(또는 동일한) 온 시간과 완전히 오버랩된다. 일 예로서, 소스 RF 전력 공급부가 5초의 온 시간과 5초의 오프 시간을 갖는 경우(50% 듀티 사이클), 바이어스 RF 전력 공급부는 소스 RF 전력 공급부가 오프될 때 바이어스 RF 전력 공급부가 결코 온되지 않도록 일시적으로 정렬되는 5초 이하의 온 시간을 가질 수 있다.
펄스화된 플라즈마 처리를 위해 이하에서 설명되는 프로세스들은 소스 전력, 바이어스 전력, 또는 이 둘다에 대한 정합망들에 적용될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들의 기술들은 플라즈마 반응기 내에서 펄스화된 RF 전력을 플라즈마에 효율적으로 인가하기 위한 임의의 조정가능한 정합망 및 조정가능한 주파수 발생기를 동작시키기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 정합망 및 RF 전력 공급부는 RF 전력 공급부의 임피던스를 펄스화된 플라즈마 프로세스들의 더 넓은 윈도우 동안 정합망에 결합되는 안테나 또는 전극에 의해 구동되는 플라즈마의 임피던스에 정합할 수 있다.
RF 펄싱 프로시저들(특정한 비-제한적인 예들)
이전에 언급된 것처럼, 웨이퍼들 상에 수행되는 특정한 플라즈마 강화 프로세스들 동안, 많은 양의 전하가 웨이퍼의 표면 상에 축적될 수 있다. 그러한 축적은 웨이퍼에 대한 큰 손상을 유발할 수 있다. 하전 효과를 경감하고 그 손상을 방지하기 위해, 플라즈마 강화 반응기 내의 플라즈마에 공급되는 전력은 펄스화될 수 있다. 플라즈마 프로세스들을 위해 RF 펄싱을 사용함으로써, RF-펄스화된 발생기들로부터 플라즈마에 결합되는 에너지량을 극대화하기 위해 동적 조정 시스템이 도입되어야 한다.
종래의 플라즈마 프로세스들에서, 지속파(CW) RF 전력이 플라즈마 반응기에 전달된다. 동적 정합망은 RF 소스의 출력이 플라즈마에 충분하게 결합되도록, 즉 발생기로 재반사되는 전력을 최소화하도록 보장한다. 플라즈마 특성들은 처리 동안 변화하기 때문에, 정합망은 처리 전반에 걸쳐서 정합이 달성되고 유지되도록 보장하기 위해 연속적으로 조정가능하며, 이에 따라서 정합망은 자동 모드이다. 일반적으로, 프로세스 방법을 실행하는 제어기는 정합망을 제어하고 정합망의 커패시턴스 및/또는 인덕턴스를 조정하여 보다 양호한 정합, 즉 적은 반사 전력을 달성한다. 커패시턴스 및/또는 인덕턴스의 조정은 커패시터 및/또는 인덕터를 기계적으로 조정함으로써 달성된다. 플라즈마 반응기로 전달되는 RF 전력이 펄스화되면, 종래의 정합망은 조정 프로세스가 RF 펄스 지속시간에 비해 느릴 수 있기 때문에 시스템을 상당히 낮은 반사 전력으로 조정할 수 없을 것이다. 따라서, 펄스화된 RF 신호가 정합망에 인가될 때, 프로세스 동안 플라즈마 임피던스의 변화들을 따라갈 수 없고, 결과적으로 연속적인 조정은 과도한 반사 전력 및 플라즈마 전력 결합 효율의 감소를 유발할 수 있다. 따라서, 펄스화된 RF 신호들을 플라즈마 반응기에 인가할 때 플라즈마 강화 반도체 웨이퍼 처리 시스템에서 효율적인 동작을 보장하기 위한 정합 기술들 및 프로시저들이 결정적으로 필요하다. 정합 문제는 전력을 전달하면서 소스 및 바이어스 발생기들에 RF 펄싱을 인가하려고 시도할 때 분리된(decoupled) 플라즈마 소스 반응기들에서 중요해진다.
본 명세서에 제시된 본 발명의 일부 실시예들은 고속 주파수 조정을 제공하는 펄스화된-RF 발생기에 적용되는 부가적인 특징을 장점으로 갖는다. 이러한 특징을 도입하는 배후의 주 목적은 주어진 범위(~ 5%) 내에서 주 RF 동작 주파수를 조정하고 이에 따라 플라즈마 정합을 위한 동적 범위를 증가시킴으로써 발생기로 반사되는 전력을 감소시키는 것이다. 그러나, 플라즈마 반응기들이 이들의 주 정합 시스템으로서 정합망을 사용하기 위하여, 이러한 주파수 조정의 동적 범위는 좁고, 이에 따라 CW 모드에서 동작할 때 종래의 정합망에 대한 대체물로서 사용될 수 없다. 더욱이, 자동 조정가능한 정합망과 동시에 RF 발생기에서 주파수 조정을 가능하게 하는 것은 2개의 조정 프로시저들 사이의 경합을 생성하기 때문에, CW 모드에서 동작하는 동안 플라즈마로의 RF 전력 결합을 감소시킨다.
펄스화된 RF가 플라즈마 반응기에 인가되면, 주파수 조정 특징이 사용되어 더 낮은 반사 전력을 달성하기 위해 정합망과 공동으로 상호작용할 수 있고, 이에 따라 효율적인 펄스화된 플라즈마 프로세스들을 가능하게 한다. 본 명세서에 제시된 본 발명의 일부 실시예들은 시간-분석되는 조정 방식에 기초하여 RF 펄싱 동안 플라즈마 임피던스 정합을 위한 효율적인 프로시저들을 도입한다. 이러한 프로시저들은 시스템에서 사용될 여분의 장치에 대한 필요성 없이 넓은 동작 윈도우 내에서 안정한 펄스화된 플라즈마를 제공한다. 그러나, 특정한 방법들에서, 이러한 프로시저들 중 하나는 플라즈마 펄싱의 장점을 갖기 위해 짧은-시간 프로세스들을 가능하게 하는 다른 것에 비해 훨씬 더 빨리 조정된 상태로 된다.
Valentin Todorow 외의 미국특허번호 제6,818,562호에서, CW 모드에서 플라즈마를 점화하는 것이 제안되었으며, 플라즈마가 점화되면, 정합망은 최소 반사 전력을 보장하도록 자동으로 자체 조정된다. 목표된 정합이 달성되면, 정합망 조정 파라미터들은 일정하게 유지되고 시스템은 RF 전력이 펄스화되는 펄스 모드로 스위칭된다. 그러나, 이러한 기술에 의해 밝혀진 동작 윈도우는 좁고, 주파수 조정을 사용함이 없이 플라즈마 반응기에서 소스 및 바이어스 둘다를 펄싱하려고 시도할 때 임의의 안정한 펄스 동작을 달성하는 것은 거의 불가능하다.
이하에서, 몇가지 프로시저들이 도입되며, 각각의 프로시저는 펄싱 동안 안정한 동작을 촉진시키는 후속되는 스텝들의 시퀀스를 갖는다. 이러한 프로시저들을 사용함으로써, 플라즈마 펄싱 체제(regime)의 장점을 갖는 더 많은 플라즈마-기반 프로세스들을 가능하게 하는 펄싱 모드에 대한 안정한 동작 윈도우를 크게 향상시킬 수 있다. 본 명세서에서 제시된 프로시저들은 소스 및 바이어스 발생기들이 둘다 펄싱 모드일 때 플라즈마 펄싱을 위해 주로 적용된다. 그러나, 펄스화된 플라즈마 동작을 위한 시간-분석되는 방식으로 동작하는 동적 정합망과 조합되는 고속 주파수 조정을 갖는 주요한 개념은 다양한 애플리케이션들에서 구현될 수 있다. 예를 들어, 시간-분석되는 조정 방식은 이하의 모든 RF 체제들에 적용가능하다: 1) 소스 펄싱 및 CW 모드의 바이어스; 2) 바이어스 펄싱 및 CW 모드의 소스; 3) 비-동기화되는 방식으로 소스 및 바이어스 둘다의 펄싱; 및 4) 완전히 동기화되는 방식으로 또는 위상 제어되는 소스 및 바이어스 둘다의 펄싱.
이하의 2개의 예시적인 프로시저들은 소스 및 바이어스 둘다에 펄싱을 적용할 때 조정을 위해 사용될 수 있다. 이하의 2개의 프로시저들은 시간-분석되는 개념의 특수한 경우들이며 특정한 애플리케이션들을 위한 효율적인 프로시저들의 일 예로서 여기에 제공된다. 여기에서 설명되는 프로시저들의 변화들은 가변하는 파라미터들(예, 화학제들, 압력들, 전력 레벨들 등)을 갖는 프로세스들에 대해 사용될 수 있다. 예를 들어, 앞서 설명된 프로세스들은 낮은 반사 전력을 제공 및/또는 유지하기 위해 상이한 시퀀스들로 단계들이 수행되거나 역전(reverse)될 수 있다.
프로시저 #1: CW 대 펄스
본 프로시저에서, 플라즈마는 소스 및 바이어스 발생기들이 고정 주파수(예, 약 13.56MHz)에 있고 정합망들은 자동 모드에 있으면서, CW 모드에서 점화된다. 정합망들이 소스 및 바이어스 둘다로부터 최소 반사 전력을 보장하도록 조정되면(본 프로세스는 약 2-3초가 걸릴 수 있음), 바이어스 정합망을 자동 모드로 유지하면서 소스 정합망 파라미터들은 일정하게 유지된다. 그 후에, 소스 발생기에 대한 주파수 조정을 턴온하면서 바이어스 발생기에 대한 주파수 조정을 오프로 유지한다. 약 1초 후에, 펄싱 모드가 턴온된 다음, 바이어스 발생기에 대한 주파수 조정을 턴온하고 소스 정합망을 자동 모드로 복귀시킨다. 시스템이 안정화되고 최소 반사 전력을 달성하는데 또 다른 약 2-4초가 걸린다(정합망의 사전설정들과 방법의 파라미터들에 따라). 이제 시스템은 펄싱 모드로 동작할 준비가 된다.
요약하면:
1. 동기화된 펄싱 모드를 가능하게 하기 위해 발생기들을 마스터/슬레이브 모드로 설정.
2. 발생기를 고정 주파수로 설정.
3. 소스 발생기의 듀티 사이클 또는 펄싱 주파수 중 하나를 제로로 설정.
4. 정합망들을 자동 모드로 설정.
5. CW 동작을 위한 발생기들을 턴온.
6. CW 모드가 조정됨에 따라 소스 정합망을 홀드로 전환하고 바이어스를 자동 모드로 유지.
7. 소스 발생기에서 주파수 조정을 턴온.
8. 펄싱 모드를 턴온(소스 발생기의 듀티 사이클 및 펄싱 주파수 둘다에서 제로와 상이한 값들을 적용함으로써).
9. 바이어스 발생기에서 주파수 조정을 턴온.
10. 소스 정합망을 자동 모드로 다시 스위칭.
11. 시스템이 펄싱 동작을 위해 준비됨.
12. 시스템이 조정되면, 정합망들을 홀드 모드로 스위칭. 특정 조건들 하에서 단계 10을 스킵하고 단계 6에서 설정된 바와 같이 소스 정합망을 홀드 모드로 유지할 수 있음. 예를 들어, 고압 프로세스들(예, 약 10mTorr 보다 더 큰)과 일부 저압 프로세스들에서, 단계 10을 스킵할 수 있음.
이러한 프로시저를 이용하여, 본 발명자들은 발생기 종료시의 주파수 조정과 정합망 종료시의 자동 모드가 CW 모드 동안 동시에 동작되는 상황에 직면하게 되었고, 이에 따라 불안정성들을 유발할 수 있는 조정 알고리즘 경합을 회피할 수 있다. 바이어스에 대비하여 소스의 조정에 있어서의 차이들은 종래의 분리된 플라즈마 소스 반응기들에서 바이어스에 대한 정합망이 소스보다 더 낮은 반사 전력을 달성하고 임의의 실제적인 목적들을 위하여 바이어스로부터의 반사 전력은 동일하게 제로라는 사실에 기인한 것이다. 따라서, 시스템이 CW 모드인 동안 바이어스 정합망을 홀드 위치로 스위칭하고 주파수 조정을 활성화함으로써, 발생기가 불가능할 때 더 양호한 조정을 달성하려고 시도함에 따라 제로 반사 전력을 변경시켜서 불안정성이 발생할 수 있다. 후자는 주로 저압 프로세스들에서 현저하다. 이러한 문제는 정합망에 의해 달성되는 반사 전력이 작지만 동일하게 제로가 아닐 때 소스에서 발생하지 않으며, 이에 따라 정합망이 CW 모드에서도 온으로 유지되면서 고속 주파수 조정을 적용함으로써 보다 낮은 반사 전력을 달성할 여지가 있다.
프로시저 #2: 펄스 대 펄스
본 프로시저는 거의 임의의 펄싱 주파수(100Hz-50kHz 범위에서 사용되는 전형적인 주파수들)에서 약 90%(또는 약 85% 내지 95%)의 듀티 사이클을 갖는 소스 및 바이어스 둘다에 펄싱을 인가하는 것이 CW 모드와 매우 근사하게 동작하는 것으로 관찰되어, CW 모드에서 실행될 수 있는 동일한 방법에 비해 낮은 반사 전력을 달성하기가 매우 용이하다는 발견에 주로 의존한다. 그러나, 주요한 차이점은 발생기들이 펄싱 모드에서 실행되며, 이에 따라 경합 체제가 되지 않으면서 발생기들에서 주파수 조정과 동시에 자동 모드의 정합망을 가질 수 있다. 본 프로시저들에서 후속될 단계들의 시퀀스는 다음과 같다. 목표된 펄싱 주파수와 약 90%의 듀티 사이클(또는 약 85% 내지 95%)을 갖는 펄싱 모드로 발생기들을 설정한다. 바이어스 및 소스 둘다에 대한 주파수 조정을 턴온하고 정합망들을 자동 모드로 설정한다. 이렇게 한 후에, 발생기들을 턴온한다. 시스템이 안정화되고 최소 반사 전력으로 자체 조정하는데 약 2-3초가 걸릴 것이다. 그 후에, 발생기들이 여전히 온되면서, 듀티 사이클을 약 90%에서 동작 윈도우 내에서 목표된 듀티 사이클로 변경한다. 시스템이 자체 조정된 다음 목표된 펄싱 모드의 동작을 준비하는데 또 다른 2-3초가 걸릴 것이다.
요약하면:
1. 동기화된 펄싱 모드를 가능하게 하기 위해 발생기들을 마스터/슬레이브 모드로 설정.
2. 발생기들을 주파수 스윕으로 설정.
3. 소스 발생기 듀티 사이클을 약 90%(또는 약 85% 내지 95%)로 설정하고 펄싱 주파수를 목표된 동작 주파수로 설정.
4. 정합망들을 자동 모드로 설정.
5. 펄싱 모드들을 위해 발생기들을 턴온.
6. 조정될 때, 듀티 사이클을 목표된 듀티 사이클로 스위칭.
7. 시스템이 펄싱 동작을 동작하도록 준비됨.
8. 시스템이 조정되면(단계 7 후에 2-3초), 정합망들을 홀드 모드로 스위칭. 특정 조건들 하에서 단계 6에서 시스템을 조정한 후 그러나 듀티 사이클을 목표된 값으로 스위칭하기 전에 정합망들을 홀드 모드로 스위칭하는 것이 권장될 것임. 그러한 상황들에서, 단계 8은 필요하지 않고 생략될 수 있음.
전술한 두 프로시저들에서, 펄싱 동안, 소스 및 바이어스 펄스들은 완전히 동기화될 수 있다(예, 펄스들의 엔벌로프(envelope) 사이의 위상은 임의의 주어진 시간에 제로임). 펄스들이 동기화됨이 없이, 소스 및 바이어스가 동시에 펄스화되면서 낮은 반사 전력을 달성하는 것은 훨씬 더 어렵다. 그러나, 이전에 제공된 시간-분석되는 프로시저에 기초하여, 펄스들 간의 위상이 제로가 아닐 때에도 낮은 반사 전력을 달성할 수 있다.
또한, 여기에서 도입되는 프로시저들은 플라즈마 임피던스 정합을 위한 동적 범위를 확장한다. 그러나, 이들은 플라즈마 펄싱에 대한 동작 윈도우를 크게 향상시켜서 보다 많은 수의 프로세스들이 이러한 체제의 장점을 가질 수 있도록 한다. 동적 범위는 주로 2개의 특징들로 기술된다. 첫번재는 정합망의 커패시터들/인덕터들의 동적 범위이다. 두번째는 발생기에서의 주파수 조정 범위이다. 펄싱 모드에 대한 효과적인 동작 윈도우를 변경하기 위해 이러한 2개의 특징들을 변경하는 것이 가능하다.
전술한 프로시저들 중 어느 것이 사용될지를 기술하는 실행 방법을 특성화하는 주요한 파라미터는 압력 설정점이다. 2개의 동작 패밀리들은 구별될 수 있으며, 첫번째는 저압 동작(예를 들어, Si 식각을 위해 약 10 mTorr 미만)이고, 두번째는 고압 동작이다. 전술한 두 프로시저들은 안정한 동작 윈도우 내에서 펄싱 모드로 동작하면서 시스템의 안정한 조정을 가능하게 한다. 고압 동작에서, 두 방법들은 동일한 시간 프레임 내에서 유사한 결과들을 나타낸다. 그러나, 저압 동작에서 두번째 방법이 더 빠르다(3-4초 대 6초).
전술한 설명은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 실시예들 및 추가적인 실시예들은 본 발명의 기본 범주를 벗어남이 없이 안출될 수 있다.

Claims (15)

  1. 장치로서,
    주파수 조정(frequency tuning)을 갖는 제 1 RF 전력 공급부(power supply);
    상기 제 1 RF 전력 공급부에 결합된 제 1 정합망(matching network); 및
    상기 제 1 RF 전력 공급부로 재반사되는 반사 RF 전력을 판독(reading)하기 위한 제 1 공통 센서 ― 상기 제 1 공통 센서는 상기 제 1 RF 전력 공급부와 상기 제 1 정합망에 결합됨 ―
    를 포함하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    프로세스 챔버의 리드(lid)에 인접하게 배치된 안테나 어셈블리, 및 처리될 기판을 지지하기 위한 캐소드 페디스털(cathode pedestal)을 갖는 프로세스 챔버 ― 상기 제 1 RF 전력 공급부는 상기 안테나 어셈블리에 결합됨 ―;
    상기 캐소드 페디스털에 결합되고 주파수 조정을 갖는 제 2 RF 전력 공급부 ― 제 2 정합망은 상기 제 2 RF 전력 공급부에 결합됨 ―; 및
    상기 제 2 RF 전력 공급부로 재반사되는 반사 RF 전력을 판독하기 위한 제 2 공통 센서 ― 상기 제 2 공통 센서는 상기 제 2 RF 전력 공급부와 상기 제 2 정합망에 결합됨 ―
    를 더 포함하는, 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 공통 센서로부터의 상기 판독에 기초하여 상기 제 1 RF 전력 공급부 및 상기 제 1 정합망을 조정하고, 상기 제 2 정합망, 제 2 RF 전력 공급부, 및 제 2 공통 센서가 존재하는 경우, 상기 제 2 공통 센서로부터의 상기 판독에 기초하여 상기 제 2 RF 전력 공급부 및 상기 제 2 정합망을 조정하기 위한 제어기를 더 포함하는, 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 정합망은 상기 제 1 RF 전력 공급부 내에 내장되고(embedded), 상기 제어기는 상기 제 1 RF 전력 공급부의 출력에서 측정되는 상기 제 1 공통 센서에 의해 제공되는 공통 판독에 기초하여 상기 제 1 RF 전력 공급부의 RF 사이클을 갖는 주파수 뿐만 아니라 상기 제 1 정합망의 조정을 둘다 제어하며,
    상기 제 2 정합망, 제 2 RF 전력 공급부, 및 제 2 공통 센서가 존재하는 경우, 상기 제 2 정합망은 상기 제 2 RF 전력 공급부 내에 내장되고, 상기 제어기는 상기 제 2 RF 전력 공급부의 출력에서 측정되는 상기 제 2 공통 센서에 의해 제공되는 공통 판독에 기초하여 상기 제 2 RF 전력 공급부의 RF 사이클을 갖는 주파수 뿐만 아니라 상기 제 2 정합망의 조정을 둘다 제어하는, 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    하나의 RF 전력 공급부의 동작을 다른 RF 전력 공급부에 동기화하는 것을 원활하게 하기 위해 상기 제 1 RF 전력 공급부 및 상기 제 2 RF 전력 공급부를 결합하는 링크를 더 포함하고, 상기 제 1 RF 전력 공급부 및 상기 제 2 RF 전력 공급부는 완전한 동기화 또는 목표된 위상 차이로 동작하도록 구성되는, 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 RF 전력 공급부 그리고 상기 제 2 RF 전력 공급부가 존재하는 경우 상기 제 2 RF 전력 공급부는 약 100 Hz 내지 약 100 kHz의 펄스 주파수를 갖는 펄스 모드로 동작할 수 있는, 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 RF 전력 공급부 그리고 상기 제 2 RF 전력 공급부가 존재하는 경우 상기 제 2 RF 전력 공급부는 약 10% 내지 약 90%의 듀티 사이클에서 동작할 수 있는, 장치.
  8. 소스 RF 전력 공급부 및 바이어스 RF 전력 공급부를 사용하여 플라즈마 프로세스를 동작하는 시스템을 조정하기 위한 방법으로서,
    상기 소스 RF 전력 공급부 및 상기 바이어스 RF 전력 공급부는 각각 주파수 조정할 수 있고 소스 정합망 및 바이어스 정합망을 통하여 프로세스 챔버에 각각 결합되며, 상기 방법은,
    상기 소스 RF 전력 공급부 및 상기 바이어스 RF 전력 공급부를 사용하여 프로세스 챔버 내에서 플라즈마를 점화하는(igniting) 단계 ― 상기 소스 RF 전력 공급부 및 상기 바이어스 RF 전력 공급부는 지속파(continuous wave) 모드 및 고정 주파수 모드로 각각 설정되고, 상기 소스 정합망 및 상기 바이어스 정합망은 자동 조정 모드로 각각 설정됨 ―;
    상기 정합망들이 상기 소스 RF 전력 공급부 및 상기 바이어스 RF 전력 공급부 둘다로부터의 반사 전력을 감소시키도록 조정된 후에 상기 바이어스 정합망을 자동 모드로 유지하면서 상기 소스 정합망을 홀드(hold) 모드로 변경하는 단계;
    상기 바이어스 RF 전력 공급부에 대한 주파수 조정을 오프(off)로 유지하면서 상기 소스 RF 전력 공급부에 대한 주파수 조정을 턴온하는(turning on) 단계;
    상기 소스 RF 전력 공급부 및/또는 상기 바이어스 RF 전력 공급부에 대한 펄싱 모드(pulsing mode)를 턴온하는 단계; 및
    상기 바이어스 RF 전력 공급부를 주파수 조정 모드에 두는(placing) 단계
    를 포함하는 플라즈마 프로세스를 동작하는 시스템을 조정하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 바이어스 RF 전력 공급부를 주파수 조정 모드에 둔 후에 상기 소스 정합망을 자동 모드로 복귀시키는 단계를 더 포함하는,
    플라즈마 프로세스를 동작하는 시스템을 조정하기 위한 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 소스 RF 전력 공급부 및 상기 바이어스 RF 전력 공급부는 동기식(synchronized) 또는 내장된 동기식 펄싱을 제공하기 위한 마스터/슬레이브 배열이거나, 또는
    상기 소스 RF 전력 공급부 및 상기 바이어스 RF 전력 공급부는 각각, 상기 바이어스 RF 전력 공급부를 지속파 모드로 동작시키면서 상기 소스 RF 전력 공급부를 펄싱 모드로 동작시키거나 상기 소스 RF 전력 공급부를 지속파 모드로 동작시키면서 상기 바이어스 RF 전력 공급부를 펄싱 모드로 동작시키기 위한 마스터 모드인,
    플라즈마 프로세스를 동작하는 시스템을 조정하기 위한 방법.
  11. 소스 RF 전력 공급부 및 바이어스 RF 전력 공급부를 사용하여 플라즈마 프로세스를 동작하는 시스템을 조정하기 위한 방법으로서,
    상기 소스 RF 전력 공급부 및 상기 바이어스 RF 전력 공급부는 각각 주파수 조정할 수 있고 소스 정합망 및 바이어스 정합망을 통하여 프로세스 챔버에 각각 결합되며, 상기 방법은,
    (a) 상기 소스 정합망 및 상기 바이어스 정합망을 자동 조정 모드로 하면서, 약 85% 내지 약 95%의 초기 듀티 사이클과 목표된 펄싱 주파수에서 상기 소스 RF 전력 공급부 및/또는 상기 바이어스 RF 전력 공급부로부터의 RF 전력을 주파수 조정 모드에서 제공함으로써 프로세스 챔버 내에 플라즈마를 형성하는 단계; 및
    (b) 상기 소스 RF 전력 공급부 및 상기 바이어스 RF 전력 공급부가 여전히 온(on)인 동안, 상기 정합망들이 상기 소스 RF 전력 공급부 및 상기 바이어스 RF 전력 공급부 둘다로부터의 반사 전력을 감소시키도록 조정된 후에 상기 초기 듀티 사이클을 목표된 듀티 사이클로 변경하는 단계
    를 포함하는 플라즈마 프로세스를 동작하는 시스템을 조정하기 위한 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    (c) 상기 초기 듀티 사이클을 목표된 듀티 사이클로 변경한 후에 상기 정합망들을 홀드 모드로 스위칭하는 단계를 더 포함하는,
    플라즈마 프로세스를 동작하는 시스템을 조정하기 위한 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    (c) 상기 정합망들이 상기 소스 RF 전력 공급부 및 상기 바이어스 RF 전력 공급부 둘다로부터의 반사 전력을 감소시키도록 조정된 후에 그러나 상기 초기 듀티 사이클을 목표된 듀티 사이클로 변경하기 전에, 상기 정합망들을 홀드 모드로 스위칭하는 단계를 더 포함하는,
    플라즈마 프로세스를 동작하는 시스템을 조정하기 위한 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 소스 RF 전력 공급부 및 상기 바이어스 RF 전력 공급부는 동기식 또는 내장된 동기식 펄싱을 제공하기 위한 마스터/슬레이브 배열이거나, 또는
    상기 소스 RF 전력 공급부 및 상기 바이어스 RF 전력 공급부는 각각, 상기 바이어스 RF 전력 공급부를 지속파 모드로 동작시키면서 상기 소스 RF 전력 공급부를 펄싱 모드로 동작시키거나 상기 소스 RF 전력 공급부를 지속파 모드로 동작시키면서 상기 바이어스 RF 전력 공급부를 펄싱 모드로 동작시키기 위한 마스터 모드인,
    플라즈마 프로세스를 동작하는 시스템을 조정하기 위한 방법.
  15. 소스 RF 전력 공급부 및 바이어스 RF 전력 공급부를 사용하여 시간 분석되는(time resolved) 방식으로 플라즈마 프로세스를 동작하는 시스템을 조정하기 위한 방법으로서,
    상기 소스 RF 전력 공급부 및 상기 바이어스 RF 전력 공급부는 각각 주파수 조정할 수 있고 소스 정합망 및 바이어스 정합망을 통하여 프로세스 챔버에 각각 결합되며, 상기 방법은,
    상기 소스 RF 전력 공급부 및 상기 바이어스 RF 전력 공급부를 사용하여 프로세스 챔버 내에 플라즈마를 점화하는 단계 ― 상기 소스 RF 전력 공급부 및 상기 바이어스 RF 전력 공급부는 지속파 모드 또는 펄싱 모드로부터 선택된 제 1 동작 모드, 그리고 고정 주파수 모드 또는 주파수 조정 모드로부터 선택된 제 1 조정 모드로 각각 독립적으로 설정되고, 상기 소스 정합망 및 상기 바이어스 정합망은 자동 조정 모드 또는 홀드 모드로부터 선택된 제 1 정합 모드로 각각 독립적으로 설정됨 ―;
    제 1 시간 기간이 종료될 때, 상기 소스 RF 전력 공급부 및 상기 바이어스 RF 전력 공급부 중 하나 또는 둘다의 상기 제 1 동작 모드를 스위칭하는 단계;
    제 2 시간 기간이 종료될 때, 상기 소스 RF 전력 공급부 및 상기 바이어스 RF 전력 공급부 중 하나 또는 둘다의 상기 제 1 조정 모드를 스위칭하는 단계; 및
    제 3 시간 기간이 종료될 때, 상기 소스 정합망 및 상기 바이어스 정합망 중 하나 또는 둘다의 상기 제 1 정합 모드를 스위칭하는 단계
    를 포함하고, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 시간 기간은 상기 소스 RF 전력 공급부 및 상기 바이어스 RF 전력 공급부로 재반사되는 반사 전력을 감소시키도록 선택되는,
    플라즈마 프로세스를 동작하는 시스템을 조정하기 위한 방법.
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