KR20130004916A - 가변 용량성 튜너와 피드백 회로를 갖는 물리적 기상 증착법 - Google Patents

가변 용량성 튜너와 피드백 회로를 갖는 물리적 기상 증착법 Download PDF

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Abstract

받침대(pedestal) 상에 지지되는 웨이퍼에 플라즈마 처리를 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 그 장치는 웨이퍼가 지지될 수 있는 받침대, 가변 캐패시턴스를 갖는 가변 캐패시터, 가변 캐패시터에 부착되어 가변 캐패시터의 캐패시턴스를 변화시키는 모터, 모터에 연결되어 모터를 회전시키는 모터 제어기 및 받침대에 연결된 가변 캐패시터의 출력부을 포함한다. 가변 캐패시터의 원하는 상태는 공정 컨트롤러의 공정 레시피와 관련된다. 공정 레시피가 실행될 때, 가변 캐패시터는 원하는 상태에 놓이게 된다.

Description

가변 용량성 튜너와 피드백 회로를 갖는 물리적 기상 증착법{PHYSICAL VAPOR DEPOSITION WITH A VARIABLE CAPACITIVE TUNER AND FEEDBACK CIRCUIT}
플라즈마(Plasma) 공정은 예를 들어 집적회로, 집적회로의 포토리소그래픽(photolithographic) 공정에 쓰이는 마스크, 플라즈마 디스플레이 및 태양광 기술의 제조에 사용된다. 집적회로의 제조에서 반도체 웨이퍼는 플라즈마 챔버에서 처리된다. 이 공정은 예를 들면 RIE(Reactive Ion etch) 공정, 플라즈마 강화 화학적 기상 증착(PECVD) 공정, 또는 플라즈마 강화 물리적 기상 증착(PEPVD) 공정일 수 있다. 최근 집적회로의 기술적 진보는 피쳐 크기(feature size)가 32나노미터 미만으로 줄어들고 있다. 그 이상의 축소는 플라즈마 이온 에너지 스펙트럼, 플라즈마 이온 에너지 방사상 분포(균일도), 플라즈마 이온 밀도와 플라즈마 이온 밀도 방사상 분포(균일도)를 포함하여, 웨이퍼 표면에서 공정 파라미터(parameter)에 걸쳐 보다 정밀한 제어가 요구될 것이다. 게다가, 동일한 디자인의 리액터(reactor) 사이에서는 그러한 파라미터들에서 더 많은 일관성이 요구된다. 예를 들면, 웨이퍼 표면에서 이온 밀도는 증착 속도와 경쟁적 식각 속도(competing etch rate)를 결정하기 때문에, PEPVD 공정에서 이온 밀도는 중요하다. 타겟 표면에서, 타겟 소비율(스퍼터링)은 타겟 표면의 이온 밀도와 이온 에너지에 의해 영향을 받는다.
웨이퍼 표면 전체에 걸친 이온 밀도 방사상 분포와 이온 에너지 방사상 분포는 스퍼터링 주파수 디펜던트 전원(sputtering frequency dependent power source)의 임피던스 튜닝(impedance tuning)에 의해 조절될 수 있다. 측정된 공정 파라미터에 의거하여 반복 가능한 방법으로 임피던스 제어를 위한 적어도 하나의 튜닝 파라미터를 설정할 필요가 있다.
플라즈마 리액터는 반도체 웨이퍼와 같은 워크피스(workpiece)에 물리적 기상 증착을 수행하기 위하여 제공된다. 상기 리액터는 측벽과 천장(ceiling), RF 접지(ground)에 연결된 측벽을 포함하는 챔버를 포함한다.
워크피스 서포트(support)는 천장을 마주보는 지지면과 지지면 아래에 있는 바이어스 전극을 갖는 챔버 내에 제공된다. 스퍼터 타겟은 스퍼터 타겟에 연결된 주파수 fs의 RF 소스 파워 서플라이(RF source power supply)를 갖는 천장에 제공된다. 주파수 fb의 RF 바이어스 파워 서플라이는 바이어스 전극에 연결된다. 제1 다중 주파수 임피던스 제어기(multi-frequency impedance controller)는 RF 접지와 (a) 바이어스 전극, (b) 스퍼터 타겟, 제1 세트의 주파수들로 조정 가능한 임피던스를 제공하는 제어기, 차단될 제1 세트의 주파수들과 허용될 제1 세트의 주파수들을 포함하는 제1 주파수 세트 중 하나 사이에 연결된다. 상기 제1 다중 주파수 임피던스 제어기는 병렬로 연결되고 허용되는 제1 세트의 주파수들에 대해 튜닝되는 밴드 패스 필터(band pass filter)의 세트와, 직렬로 연결되고 차단될 제1 세트의 주파수들에 대해 튜닝되는 노치 필터(notch filter) 세트를 포함한다.
하나의 실시예에서, 상기 밴드 패스 필터는 직렬로 연결된 유도성 요소와 용량성 요소들로 구성되는 반면에, 상기 노치 필터는 병렬로 연결된 유도성 부품과 용량성 부품들로 구성된다. 상기 밴드 패스 필터와 노치 필터의 용량성 요소들은 하나의 실시예에 따라 변화할 수 있다.
상기 리액터는 바이어스 전극과 RF 접지 사이에 연결되고 주파수들의 제2 세트에서 조절 가능한 임피던스를 공급하는 제2 다중 주파수 임피던스 제어기를 더 포함할 수 있고, 제1 세트의 상기 주파수들은 적어도 소스 공급 주파수 fs로 구성된다. 제1 세트의 상기 주파수들은, 하나의 실시예에서 fs의 고조파, fb의 고조파 및 fs와 fb의 상호변조곱을 포함하는 주파수들의 세트로부터 선택된다.
본 발병의 다른 측면에 따라, 플라즈마 처리 장비를 위해 자동, 모터 구동형 가변 캐패시터 튜너 회로가 제공된다. 상기 회로는 주어진 세트 포인트(전압, 전류, 포지셔널 등)에 대해 웨이퍼 상에 이온 에너지를 조절하거나 매치시키기 위해 제공되는 제어된 피드백 회로가 제공되는 프로세서를 가질 수 있기 때문에, 챔버 간에 매치되도록 공정 결과를 허용하고 그 결과 웨이퍼 처리가 개선된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라, 물리적 기상 증착 플라즈마 리액터는 RF 접지에 연결된 측벽과 천장을 포함하는 챔버, 상기 챔버 내에서 천장을 마주보는 지지면과 상기 지지면 아래에 있는 바이어스 전극을 갖는 워크피스 서포트, 상기 천장에서의 스퍼터 타겟, 상기 스퍼터 타겟에 연결된 제1 주파수의 RF 소스 파워 서플라이와 상기 바이어스 전극에 연결된 제2 주파수의 RF 바이어스 파워 서플라이, RF 접지와 바이어스 전극 중 하나의 사이에 연결되고 제1 세트의 주파수들로 적어도 조정 가능한 제1 임피던스를 제공하는 다중 주파수 임피던스 제어기를 포함하고, 상기 다중 주파수 임피던스 제어기는 다른 캐패시턴스들을 갖는 가변 캐패시터의 적어도 두 상태 중 모터에 의해 적어도 한 상태에 놓이도록 하는 가변 캐패시터로 구성된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라, 상기 물리적 기상 증착 플라즈마 리액터는 가변 캐패시터와 직렬로 연결된 유도성 요소(inductive element)를 더 포함하는 다중 주파수 임피던스 제어기를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라, 상기 물리적 기상 증착 플라즈마 리액터는 가변 캐패시터의 모터를 제어하는 프로세서를 더 포함하는 다중 주파수 임피던스 제어기를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라, 상기 물리적 기상 증착 플라즈마 리액터는 가변 캐패시터의 모터를 제어하는 전류 센서를 더 포함하는 다중 주파수 임피던스 제어기를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라, 상기 물리적 기상 증착 플라즈마 리액터는 가변 캐패시터의 모터를 제어하는 전압 센서를 더 포함하는 다중 주파수 임피던스 제어기를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라, 상기 물리적 기상 증착 플라즈마 리액터에 있어서 상기 가변 캐패시터의 상태가 공정 컨트롤러의 공정 레시피와 관련된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라, 상기 물리적 기상 증착 플라즈마 리액터는 가변 캐패시터에 대한 하우징(housing)을 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라, 상기 물리적 기상 증착 플라즈마 리액터에 있어서 상기 가변 캐패시터의 출력은 상기 하우징에 연결된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라, 상기 물리적 기상 증착 플라즈마 리액터에 있어서 상기 하우징은 그라운드(ground)에 연결된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라, 상기 물리적 기상 증착 플라즈마 리액터에 있어서 공정 레시피는 챔버간 편차(chamber-to-chamber variation)를 조절하는 공통의 공정 레시피이다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 플라즈마 리액터는 RF 접지에 연결된 측벽과 천장을 포함하고 재료 증착을 위한 플라즈마를 유지하는 챔버, 상기 챔버 내에서 상기 천장을 마주보는 지지면과 상기 지지면 아래에 있는 바이어스 전극을 갖는 워크피스 서포트(workpiece support), 상기 천장에서의 소스 파워 어플리케이터(source power applicator), 상기 소스 파워 어플리케이터에 연결된 제1 주파수의 RF 소스 파워 서플라이와 상기 바이어스 전극에 연결된 제2 주파수의 RF 바이어스 파워 서플라이, RF 접지와 상기 바이어스 전극 사이에 연결되고 제1 세트의 주파수들로 적어도 조정 가능한 제1 임피던스를 제공하는 다중 주파수 임피던스 제어기를 포함하고, 상기 다중 주파수 임피던스 제어기는 다른 캐패시턴스들을 갖는 가변 캐패시터의 적어도 두 상태 중 모터에 의해 적어도 한 상태에 놓이도록 하는 가변 캐패시터로 구성된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라, 플라즈마 리액터는 가변 캐패시터와 직렬로 연결된 유도성 요소를 더 포함하는 다중 주파수 임피던스 제어기를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라, 플라즈마 리액터는 가변 캐패시터의 모터를 제어하는 프로세서를 더 포함하는 다중 주파수 임피던스 제어기를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라, 플라즈마 리액터는 가변 캐패시터의 모터를 제어하는 전류 센서를 더 포함하는 다중 주파수 임피던스 제어기를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라, 플라즈마 리액터는 가변 캐패시터의 모터를 제어하는 전압 센서를 더 포함하는 다중 주파수 임피던스 제어기를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라, 플라즈마 리액터에 있어서 상기 가변 캐패시터의 상태가 공정 컨트롤러의 공정 레시피와 관련된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라, 플라즈마 리액터는 가변 캐패시터에 대한 하우징(housing)을 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라, 플라즈마 리액터에 있어서 상기 가변 캐패시터의 출력은 상기 하우징에 연결된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라, 플라즈마 리액터에 있어서 상기 하우징은 그라운드(ground)에 연결된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라, 플라즈마 리액터에 있어서 공정 레시피는 챔버간 편차에 대해 조절되는 공통의 공정 레시피이다.
본 발명의 예시적인 실시예에 이르고 상세하게 이해하는 방법으로, 상기에서 간략하게 요약된 본 발명의 보다 상세한 내용은 첨부되는 도면에 도시된 그 실시예들을 참조하면 될 것이다. 본 발명을 명확하게 하기 위하여 특정 공지된 공정들은 여기서 언급되지 않는다는 것을 인정한다.
도 1은 제1 실시예에 따른 플라즈마 리액터를 도시한다.
도 2는 도 1의 리액터에서 멀티 주파수 임피던스 제어기의 구조를 도시한다.
도 3은 도 2의 타겟 다중 주파수 임피던스 제어기의 회로 구현을 도시한다.
도 4는 도 2의 받침대(pedestal) 다중 주파수 임피던스 제어기의 회로 구현을 도시한다.
도 5는 타겟과 받침대 다중 주파수 임피던스 제어기의 하나의 실시예를 도시한다.
도 6는 하나의 실시예에 따른 제1 방법을 도시하는 블록도이다.
도 7은 도 1의 리액터에서 타겟 다중 주파수 임피던스 제어기에 의해 제어되는 RF 바이어스 파워에 대한 다른 접지 리턴 경로(ground return path)를 도시한다.
도 8은 도 1의 리액터에서 캐소드(cathode) 다중 주파수 임피던스 제어기에 의해 제어되는 RF 소스 파워에 대한 다른 접지 리턴 경로를 도시한다.
도 9는 도 1의 리액터에서 다중 주파수 임피던스 제어기를 조정함으로써 제조될 수 있는 웨이퍼나 타켓 표면 전체에 걸친 이온 에너지의 다른 방사상 분포를 도시하는 그래프이다.
도 10 은 도 1의 리액터에서 다중 주파수 임피던스 제어기를 조정함으로써 제조될 수 있는 웨이퍼나 타켓 표면 전체에 걸친 이온 밀도의 다른 방사상 분포를 도시하는 그래프이다.
도 11은 하나의 실시예에 따른 다른 방법을 도시하는 블록도이다.
도 12는 본 발명의 일측면에 따라 피드백 회로와 함께 가변 캐패시터 튜닝 회로를 도시한다.
도 13은 본 발명의 다른 측면에 따라 선택적 출력을 갖는 출력 회로를 도시한다.
도 14는 가변 캐패시터를 조절하는 스텝 모터의 다양한 위치에 대한 가변 캐패시터의 전압 출력과 전류 출력을 도시한다.
도 15 내지 도 17은 본 발명의 다양한 측면에 따라 가변 캐패시터 튜너를 사용하여 50매 웨이퍼의 공정진행 결과를 도시한다.
쉽게 이해할 수 있도록, 가능하면 도면에서 공통의 동일 구성요소들을 지정하기 위해 동일한 참조 번호를 사용하였다. 하나의 실시예의 구성요소들과 특징들은 추가 설명 없이도 다른 실시예들에 유리하도록 일부 포함될 수 있을 것으로 생각된다. 그러나 첨부된 도면은 단지 본 발명의 예시적인 실시예들만 도시된 것이며, 이에 따라 본 발명이 다른 동일하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있는 범위를 제한하지 않는다는 것에 유념한다.
하나의 실시예에서, 제1 다중 주파수 임피던스 제어기는 PVD 리액터(reactor)의 스퍼터 타겟과 RF 접지(ground) 사이에 연결된다. 선택적 그리고 추가적으로, 제2 다중 주파수 임피던스 제어기는 웨이퍼 서셉터(susceptor) 또는 캐소드와 RF 접지 사이에 연결된다.
제1 다중 주파수 임피던스 제어기(천장 또는 스퍼터 타겟에 연결된)는 천장(스퍼터 타겟)과 측벽을 통해 접지되는 임피던스의 비율을 통제한다. 낮은 주파수에서, 이 비율은 웨이퍼 전체에 걸쳐 이온 에너지의 방사상 분포(radial distribution)에 영향을 끼친다. 매우 높은 주파수에서, 이 비율은 웨이퍼 전체에 걸쳐 이온 밀도의 방사상 분포에 영향을 끼친다.
제2 다중 주파수 임피던스 제어기(캐소드 또는 웨이퍼 서셉터에 연결된)는 캐소드와 측벽을 통해 접지되는 임피던스의 비율을 통제한다. 낮은 주파수에서, 이 비율은 천장 또는 스퍼터 타겟 전체에 걸쳐 이온 에너지의 방사상 분포에 영향을 끼친다. 매우 높은 주파수에서, 이 비율은 천장 또는 스퍼터 타겟 전체에 걸쳐 이온 밀도의 방사상 분포에 영향을 끼친다.
각 다중 주파수 임피던스 제어기는, 예를 들어 바이어스 파워 주파수의 고조파(harmonics), 소스 파워 주파수의 고조파, 소스와 바이어스 파워 주파수의 상호변조곱(inter-modulation products)과 그들의 고조파를 포함하여, 플라즈마에 있는 다른 주파수들의 캐소드(제2 제어기의 경우) 또는 천장(제1 제어기의 경우)을 통하여 접지되는 임피던스를 통제한다. 고조파와 상호변조곱은 같은 디자인의 리액터 사이에서 성능의 불일치를 최소화하기 위하여, 다중 주파수 임피던스 제어기에 의해 플라즈마로부터 선택적으로 통제될 수 있다. 이들 고조파와 상호변조곱의 일부는 동일한 디자인의 리액터 사이에서 리액터 성능의 불일치의 원인이 된다고 믿고 있다.
매우 높은 주파수에 대하여, 천장이나 타겟(접지된 측벽을 통하는 임피던스를 참조하여)을 통하여 접지되는 제1 다중 주파수 임피던스 제어기의 임피던스는 정교한 조정으로 변화되는 웨이퍼 표면 전체에 걸쳐 이온 밀도의 방사상 분포를 제어한다. 낮은 주파수에 대해서, 천장이나 타겟(접지된 측벽을 통하는 임피던스를 참조하여)을 통하여 접지되는 제1 다중 주파수 임피던스 제어기의 임피던스는 정교한 조정으로 변화되는 웨이퍼 표면 전체에 걸쳐 이온 에너지의 방사상 분포를 제어한다.
매우 높은 주파수에 대하여, 웨이퍼나 캐소드(접지된 측벽을 통하는 임피던스를 참조하여)를 통하여 접지하는 제2 다중 주파수 임피던스 제어기의 임피던스는 천장이나 스퍼터 타겟 전체에 걸친 이온 밀도의 방사상 분포를 제어한다. 낮은 주파수에 대하여, 웨이퍼나 캐소드(접지된 측벽을 통하는 임피던스를 참조하여)를 통하여 접지하는 제2 다중 주파수 임피던스 제어기의 임피던스는 천장이나 스퍼터 타겟 전체에 걸친 이온 에너지의 방사상 분포를 제어한다. 상술한 특징들은 리액터의 성능과 균일도(uniformity)를 제어하는 공정 제어 메카니즘을 제공한다.
웨이퍼 표면과 천장(타겟) 표면 전체에 걸쳐 이온 에너지 및/또는 이온 밀도의 분포를 통제하는 것 이외에, 다중 주파수 임피던스 제어기는 또한 적합한 주파수(예를 들면, 이온 에너지에 대한 낮은 주파수와 이온 밀도에 대한 매우 높은 주파수)에서 접지하는 임피던스의 관리를 통하여 이들 표면에서 종합적(전체적)인 이온 밀도와 이온 에너지를 통제한다. 따라서 상기 제어기들은 웨이퍼와 타겟 표면에서 공정률(process rate)을 결정한다. 선택된 고조파는 플라즈마 내에서 그들의 존재를 증대시킬지 억압할지를 원하는 효과에 따라 조정된다. 고조파 조정은 웨이퍼에서 이온 에너지에 영향을 끼치고, 그에 따라 공정 균일도에 영향을 끼친다. PVD 리액터에서, 이온 에너지의 조정은 스텝 커버리지(step coverage), 오버행(overhang)의 기하학적 구조 및 그레인(grain) 크기, 결정 방향, 필름 밀도, 거칠기(roughness)와 필름 조성과 같은 물리적인 필름 특성에 영향을 끼친다. 각 다중 주파수 임피던스 제어기는 또한, 본 명세서에서 상세하게 기술되듯이, 선택된 주파수에 대해 접지하는 임피던스의 적합한 조정에 의해 타겟, 또는 웨이퍼 또는 둘 다의 증착, 에칭 또는 스퍼터링을 가능하게 하거나 방지하도록 적용될 수 있다. 예를 들면, 하나의 모드에서 웨이퍼에 증착이 수행되는 동안 타겟은 스퍼터된다. 다른 모드에서, 예를 들면, 타겟의 스퍼터링이 방지되는 동안 웨이퍼는 에치된다.
도 1은 제1 실시예에 따라 PEPVD 플라즈마 리액터를 나타낸다. 상기 리액터는 원통형의 측벽(102), 천장(104)과 바닥(106)으로 둘러싸인 진공 챔버(100)을 포함한다. 챔버(100) 내에 워크피스 서포트 받침대(workpiece support pedestal: 108)는 반도체 웨이퍼(110)와 같은 워크피스를 지지하기 위한 지지면(108a)을 갖고 있다. 서포트 받침대(108)는 절연(예를 들어 세라믹) 탑 레이어(top layer: 112)와 절연 탑 레이어(112)를 지지하는 전도성의 베이스(base:114)로 구성될 수 있다.
전도성의 평판 그리드(grid; 116)는 ESC(electrostatic clamping electrode) 전극으로 사용되기 위하여 절연 탑 레이어(112) 내에 밀폐될 수 있다. 직류 클램핑 전압 소스(D.C. clamping voltage source: 118)는 ESC 전극(116)에 연결된다. 바이어스 주파수(fb)의 RF 플라즈마 바이어스 파워 제너레이터(Plasma bias power generator:120)는 임피던스 매치(match:122)를 통해 ESC 전극(116)이나 전도성 베이스(114)에 연결될 수 있다. 전도성 베이스(114)는 예를 들면 내부 쿨런트 채널(coolant channel, 도시되지 않음)과 같은 특정 유틸리티를 갖고 있을 수 있다. 만약 바이어스 임피던스 매치(122)와 바이어스 제너레이터(120)가 전도성 베이스(114) 대신 ESC 전극(116)에 연결된다면, D.C. 척킹 파워 서플라이(D.C. chucking power supply: 118)로부터 임피던스 매치(122)와 RF 바이어스 제너레이터(120)를 격리시키기 위하여 부가적 캐패시터(capacitor:119)가 제공될 수 있다.
공정 가스는 적절한 가스 분산 장치에 의해 챔버(100)로 유입된다. 예를 들면, 도 1의 실시예에서 가스 분산 장치는 측벽(102)에 있는 가스 인젝터(gas injector: 124)와 다른 공정 가스(도시되지 않음)들의 다양한 공급을 포함하는 가스 분배 패널(128)에 연결된 링 매니폴드(ring manifold: 127)에 의해 공급되는 가스 인젝터들로 구성된다. 상기 가스 분배 패널(128)은 매니폴드(126)에 공급되는 공정 가스들의 혼합과 챔버(100)로의 가스 유입률을 조절한다. 챔버(100) 내의 가스 압력은 바닥(106)에 있는 펌핑 포트(pumping port: 132)를 통해 챔버(100)에 연결된 진공 펌프(130)에 의해 조절된다.
PVD 스퍼터 타겟(140)은 천장(104)의 내부 표면 상에 지지된다. 유전체 링(105)은 접지된 측벽(102)으로부터 천장(104)을 절연시킨다. 상기 스퍼터 타겟(140)은 전형적으로 웨이퍼(110) 표면에 증착되는 금속과 같은 물질이다. 고전압 D.C.파워 소스(142)는 플라즈마 스퍼터링을 촉진시키기 위해 타겟(14)에 연결될 수 있다. RF 플라즈마 소스 파워는 임피던스 매치(146)을 통해 주파수(fs)의 RF 플라즈마 파워 소스 제너레이터(144)로부터 타겟(140)에 인가될 수 있다. 캐패시터(143)는 D.C. 파워 소스(142)로부터 RF 임피던스 매치(146)를 격리시킨다. 타겟(140)은 챔버(100)에서 RF 소스 파워를 전기 용량성으로 플라즈마로 결합시키는 전극으로서 기능을 한다.
제1(혹은 타겟) 다중 주파수 임피던스 제어기(150)는 타겟(140)과 RF 접지 사이에 연결된다. 선택적으로, 제2(혹은 바이어스) 다중 주파수 임피던스 제어기(170)는 바이어스 매치(122)(즉, 어떤 것이 바이어스 제너레이터(120)에 의해 구동되는 것인지에 따라, 전도성 베이스(114)이나 그리드 전극(116)으로)의 출력부 사이에 연결된다. 공정 컨트롤러(101)는 두 개의 임피던스 제어기(150, 170)를 제어한다. 공정 컨트롤러는 제1과 제2 다중 주파수 임피던스 제어기(150, 170)중 하나를 통하여 선택된 주파수의 접지에 대한 임피던스를 증가시키거나 감소시키도록 사용자 명령에 대응할 수 있다.
도 2를 참조하여, 제1 다중 주파수 임피던스 제어기(150)는 가변 밴드 리젝트("노치", notch) 필터 어레이(152)와 가변 밴드 패스("패스", pass) 필터 어레이(154)를 포함한다. 노치 필터 어레이(152)는 좁은 주파수 대역(frequency band)을 차단하는 각 노치 필터, 각 관심 주파수에 대해 제공되는 하나의 노치 필터의 많은 노치 필터들로 구성된다. 각 노치 필터에 의해 나타나는 임피던스는 각 관심 주파수에 대한 임피던스의 전체적인 조절을 제공하도록 변화할 수 있다. 관심 주파수들은 바이어스 주파수(fb), 소스 주파수(fs), fs의 고조파, fb의 고조파, fs와 fb의 상호변조곱 및 상호변조곱의 고조파를 포함한다. 패스 필터 어레이(154)는 좁은 주파수 대역을 지나는(낮은 임피던스를 나타내는) 각 패스 필터, 각 관심 주파수에 대해 제공되는 하나의 패스 필터의 많은 패스 필터로 구성된다. 각 패스 필터에 의해 나타나는 임피던스는 각 관심 주파수에 대한 임피던스의 전체적인 조절을 제공하도록 변화할 수 있다. 관심 주파수들은 바이어스 주파수(fb), 소스 주파수(fs), fs의 고조파, fb의 고조파, fs와 fb의 상호변조곱 및 상호변조곱의 고조파를 포함한다.
도 2를 계속 참조하여, 제2 다중 주파수 임피던스 제어기(170)는 가변 밴드 리젝트(노치) 필터 어레이(172)와 가변 밴드 패스(패스) 필터 어레이(174)를 포함한다. 노치 필터 어레이(172)는 좁은 주파수 대역을 차단하는 각 노치 필터, 각 관심 주파수에 대해 제공되는 하나의 노치 필터의 많은 노치 필터로 구성된다. 각 노치 필터에 의해 나타나는 임피던스는 각 관심 주파수에 대한 임피던스의 전체적인 조절을 제공하도록 변화할 수 있다. 관심 주파수들은 바이어스 주파수(fb), 소스 주파수(fs), fs와 fb의 고조파 및 fs와 fb의 상호변조곱을 포함한다. 패스 필터 어레이(174)는 좁은 주파수 대역을 지나는(낮은 임피던스를 나타내는)각 패스 필터, 각 관심 주파수에 대해 제공되는 하나의 패스 필터의 많은 패스 필터로 구성된다. 각 패스 필터에 의해 나타나는 임피던스는 각 관심 주파수에 대한 임피던스의 전체적인 조절을 제공하도록 변화할 수 있다. 관심 주파수들은 바이어스 주파수(fb), 소스 주파수(fs), fs와 fb의 고조파 및 fs와 fb의 상호변조곱을 포함한다.
도 3은 노치 필터 어레이(152)와 패스 필터 어레이(154)의 하나의 구현과 함께 타겟 다중 주파수 제어기를 나타낸다. 노치 필터 어레이(152)는 직렬로 연결된 m개(여기서 m은 정수)의 개별 노치 필터(156-1~156-m) 세트를 포함한다. 각 개별 노치 필터(156)는 캐패시턴스 C의 가변 캐패시터(158)와 인덕턴스(inductance) L의 인덕터(160)로 구성되며, 상기 개별 노치 필터는 공진 주파수(resonance frequency) fr=1/[2π(LC)1/2]을 갖는다. 각 노치 필터(156)의 리액턴스(reactance) L과 C는 다르며, 특정 노치 필터의 공진 주파수(fr)는 관심 주파수들 중 하나에 대응하도록 선택되고, 각 노치 필터(156)는 다른 공진 주파수를 갖는다. 각 노치 필터(156)의 공진 주파수는 노치 필터(156)에 의해 차단되는 주파수들의 협대역(narrow band)의 중심이다. 도 3의 패스 필터 어레이(154)는 병렬로 연결된 n개(여기서 n은 정수)의 개별 패스 필터(162-1~162-n) 세트를 포함한다. 각 개별 패스 필터(162)는 캐패시턴스 C의 가변 캐패시터(164)와 인덕턴스 L의 인덕터(166)로 구성되며, 상기 패스 필터는 공진 주파수 fr=1/[2π(LC)1/2]를 갖는다. 또한, 선택적으로 각 패스 필터(162)는 원할 때마다 패스 필터를 작동하지 못하게 하는 직렬 스위치(series switch; 163)를 포함할 수 있다. 각 패스 필터(162)의 리액턴스 L과 C는 다르며, 공명 주파수(fr)는 관심 주파수들 중 하나에 대응하도록 선택되고, 각 패스 필터(162)는 다른 공진 주파수를 갖는다. 각 패스 필터(162)의 공진 주파수는 패스 필터(162)에 의해 허용되거나 패스된 주파수들의 협대역의 중심이다. 도 3의 구현에서, 패스 필터 어레이(154)에는 n개의 패스 필터(162)가 있고, 노치 필터 어레이(152)에는 m개의 노치 필터(156)가 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제2 다중 주파수 임피던스 제어기(170)에 대해 노치 필터 어레이(172)와 패스 필터 어레이(174)가 유사한 방법으로 구현될 수 있다. 노치 필터 어레이(172)는 직렬로 연결된 m개(여기서 m은 정수)의 개별 노치 필터(176-1~176-m) 세트를 포함한다. 각 개별 노치 필터(176)는 캐패시턴스 C의 가변 캐패시터(178)와 인덕턴스 L의 인덕터(180)로 구성되며, 상기 개별 노치 필터는 공진 주파수 fr=1/[2π(LC)1/2]를 갖는다. 각 노치 필터(176)의 리액턴스 L과 C는 다르며, 특정 노치 필터의 공진 주파수(fr)는 관심 주파수들 중 하나에 대응하도록 선택되고, 각 노치 필터(176)는 다른 공진 주파수를 갖는다. 각 노치 필터(176)의 공진 주파수는 노치 필터(176)에 의해 차단된 주파수들의 협대역의 중심이다.
도 4의 패스 필터 어레이(174)는 병렬로 연결된 n개(여기서 n은 정수)의 개별 패스 필터(182-1~182-n) 세트를 포함한다. 각 개별 패스 필터(182)는 캐패시턴스 C의 가변 캐패시터(184)와 인덕턴스 L의 인덕터(186)로 구성되며, 상기 패스 필터(182)는 공진 주파수 fr=1/[2π(LC)1/2]를 갖는다. 또한, 선택적으로 각 패스 필터(182)는 원할 때마다 패스 필터를 작동하지 못하도록 하는 직렬 스위치(183)를 포함할 수 있다. 각 패스 필터(182)의 리액턴스 L과 C는 다르며, 공진 주파수(fr)는 관심 주파수들 중 하나에 대응하도록 선택되고, 각 패스 필터(182)는 다른 공진 주파수를 갖는다. 각 패스 필터(182)의 공진 주파수는 패스 필터(182)에 의해 허용되거나 패스된 주파수들의 협대역의 중심이다. 도 4의 구현에서, 패스 필터 어레이(174)에는 n개의 패스 필터(182)가 있고, 노치 필터 어레이(172)에는 m개의 노치 필터(176)가 있다.
선택된 주파수에서 각 다중 주파수 임피던스 제어기를 통과하는 RF 접지 리턴 경로(RF ground return path)의 정확한 조절은 제1 다중 주파수 임피던스 제어기(150)의 가변 캐패시터(158, 164) 각각과 제2 다중 주파수 임피던스 제어기(170)의 가변 캐패시터(178, 184) 각각을 개별적으로 통제하는 공정 컨트롤러(101)에 의해 이루어진다.
도 5를 참조하여, 소스 주파수(fs)와 바이어스 파워 주파수(fb)의 상호변조곱과 고조파인 제1(타겟) 다중 주파수 임피던스 제어기(150)의 패스 필터 어레이(154)에 있는 n개의 패스 필터(162-1~162-11)의 공진 주파수는 다음과 같은 주파수들을 포함할 수 있다: 2fs, 3fs, fb, 2fb, 3fb, fs+fb, 2(fs+fb), 3(fs+fb), fs-fb, 2(fs-fb), 3(fs-fb), 여기서 n=11이다.
또한, 소스 주파수(fs)와 바이어스 파워 주파수(fb)의 상호변조곱과 고조파인 제1 다중 주파수 임피던스 제어기(150)의 노치 필터 어레이(152)에 있는 m개의 노치 필터(156-1~156-12)의 공진 주파수는 다음과 같은 주파수들을 포함할 수 있다: fs, 2fs, 3fs, fb, 2fb, 3fb, fs+fb, 2(fs+fb), 3(fs+fb), fs-fb, 2(fs-fb), 3(fs-fb), 여기서 m=12이다. 공진 주파수 fs를 갖는 노치 필터(156-1)는 임피던스 제어기(150)를 통하여 단락되는 것을 방지하기 위하여 소스 파워 제너레이터(144)의 근본적인 주파수를 차단한다.
도 5를 계속 참조하여, 소스 주파수(fs)와 바이어스 파워 주파수(fb)의 상호변조곱과 고조파인 제2(바이어스) 다중 주파수 임피던스 제어기(170)의 패스 필터 어레이(174)에 있는 n개의 패스 필터(182-1~182-11)의 공진 주파수는 다음과 같은 주파수들을 포함할 수 있다: 2fs, 3fs, fs, 2fb, 3fb, fs+fb, 2(fs+fb), 3(fs+fb), fs-fb, 2(fs-fb), 3(fs-fb), 여기서 n=11이다. 또한, 소스 주파수(fs)와 바이어스 파워 주파수(fb)의 상호변조곱과 고조파인 제2(바이어스) 다중 주파수 임피던스 제어기(170)의 노치 필터 어레이(172)에 있는 m개의 노치 필터(176-1~176-12)의 공진 주파수는 다음과 같은 주파수들을 포함할 수 있다: fb, 2fs, 3fs, fs, 2fb, 3fb, fs+fb, 2(fs+fb), 3(fs+fb), fs-fb, 2(fs-fb), 3(fs-fb), 여기서 m=12이다. 공진 주파수 fb를 갖는 노치 필터(176-1)는 임피던스 제어기(170)를 통하여 단락되는 것을 방지하기 위하여 바이어스 파워 제너레이터(120)의 근본적인 주파수를 차단한다.
상술한 바와 같이, 각 패스 필터(162, 182)는 공진 주파수가 노치 필터에 의해 차단되도록 하는 경우에 패스 필터를 작동하지 못하게 하는 선택적 스위치(각각163, 183)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 3의 각 패스 필터(162)는 직렬 스위치(163)를 포함할 수 있고, 도 4의 각 패스 필터(182)는 직렬 스위치(183)를 포함할 수 있다. 그러나 다중 주파수 임피던스 제어기(150, 170)가 각각의 제어기를 통해 어떤 주파수를 차단하고 허용할 것인지 사전 지식을 갖고 구현된다면, 특정 제어기 내에서 노치 필터는 해당 제어기에 의해 차단된 각 주파수에 대해 공급될 것이고, 차단된 주파수들에 대한 제어기에서 패스 필터는 공급되지 않을 것이다. 이런 구현에 있어서, 패스 필터가 개별 제어기 내에서 허용된 주파수에만 맞춰지는 동안 노치 필터는 차단된 주파수에만 맞춰질 것이고, 하나의 실시예에 있어서 2세트의 주파수는 상호배타적이 된다. 이 구현은 패스 필터 직렬 스위치(163, 183)를 필요로 하지 않을 것이다.
도 6은 도 1 내지 3의 리액터 작동 방법을 나타낸다. 상기 방법에 있어서, 웨이퍼로부터의 바이어스 파워 전류는, 도 7에 도시되어 있듯이, 타겟을 향하는 센터 경로(Ic)와 측벽을 향하는 에지 경로(Is)로 나뉜다. 또한, 타겟으로부터의 소스 파워 전류는, 도 8에 도시되어 있듯이, 웨이퍼로 향하는 센터 경로(ic)와 측벽으로 향하는 에지 경로(is)로 나뉜다. 따라서 타겟으로부터 소스 파워 주파수(fs)에서 RF 소스 파워에 대하여, 상기 방법은 바이어스 임피던스 제어기(170)를 거쳐 웨이퍼를 통하는 센터 RF 접지 리턴 경로(center RF ground return path)와 측벽을 통하는 에지 RF 접지 리턴 경로(edge RF ground return path)의 형성을 포함한다(도 6의 블록 200). 웨이퍼 받침대로부터 fb에서 RF 바이어스 파워에 대하여, 상기 방법은 타겟 임피던스 제어기(150)를 거쳐 타겟을 통하는 센터 RF 접지 리턴 경로와 측벽을 통하는 에지 RF 접지 리턴 경로(edge RF ground return path)의 형성을 포함한다(도 6의 블록 210).
상기 방법의 일측면에서, 측벽을 통해 소스 파워 주파수(fs)에서 접지되는 임피던스에 대하여 바이어스 다중 주파수 임피던스 제어기(170)를 통해 fs에서 접지되는 임피던스를 감소시킴으로써, 웨이퍼 에지에 대한 이온 밀도는 감소되는 반면, 웨이퍼 센터에 대한 이온 밀도는 증가한다(도 6의 블록 215). 이는 도 9에서 실선으로 표시된 센터 하이(center high) 이온 밀도 분포에 대한 경향성을 증가시킨다. 이 단계는 패스 필터(182-3)의 공진 주파수를 소스 주파수(fs)에 가깝도록 조정함으로써 달성될 수 있다.
다른 측면에서, 측벽을 통해 fs에서 접지되는 임피던스에 대하여 바이어스 다중 주파수 임피던스 제어기(170)를 통해 fs에서 접지되는 임피던스를 증가시킴으로써, 웨이퍼 에지에 대한 이온 밀도를 증가시키는 반면, 웨이퍼 센터에 대한 이온 밀도는 감소한다(도 6의 블록 220). 이는 도 9에서 점선으로 표시된 센터 로우 에지 하이(center low edge high) 이온 밀도 분포에 대한 경향성을 증가시킨다. 이 단계는 패스 필터(182-3)의 공진 주파수를 소스 주파수(fs)로부터 멀어지도록 조정함으로써 달성될 수 있다.
또 다른 측면에서, 측벽을 통해 fb에서 접지되는 임피던스에 대하여 타겟 다중 주파수 임피던스 제어기(150)를 통해 바이어스 파워 주파수(fb)에서 접지되는 임피던스를 감소시킴으로써, 웨이퍼 에지에 대한 이온 에너지를 감소시키는 반면, 웨이퍼 센터에 대한 이온 에너지는 증가한다(도 6의 블록 225). 이는 도 10에서 실선으로 표시된 센터 하이 이온 에너지 분포에 대한 경향성을 증가시킨다. 이 단계는 패스 필터(162-3)의 공진 주파수를 바이어스 주파수(fb)에 가깝도록 조정함으로써 달성될 수 있다.
또 다른 측면에서, 측벽을 통해 fb에서 접지되는 임피던스에 대하여 타겟 다중 주파수 임피던스 제어기(150)를 통해 fb에서 접지되는 임피던스를 증가시킴으로써, 웨이퍼 에지에 대한 이온 에너지를 증가시키는 반면, 웨이퍼 센터에 대한 이온 에너지는 감소한다(도 6의 블록 230). 이는 도 10에서 점선으로 표시된 센터 로우 에지 하이 이온 에너지 분포에 대한 경향성을 증가시킨다. 이 단계는 패스 필터(162-3)의 공진 주파수를 바이어스 주파수(fb)로부터 멀어지도록 조정함으로써 달성될 수 있다.
도 11은 웨이퍼 표면이나 타겟 표면 중 선택된 하나에서 고조파 및/또는 상호변조곱 또는 그들의 고조파를 억제(suppressing)하는 방법을 도시한다. 다른 주파수들은 다른 표면에서 억제될 수 있다. 예를 들면, 하나의 적용예로서, 이는 동일한 디자인의 리액터들 사이에서서 챔버 매칭(chamber matching)을 최적화시키기 위하여 수행될 수 있다. 특정 고조파 또는 상호변조곱에 대응하여 특정 주파수 부품을 웨이퍼 표면에서 억제시키기 위하여(도 11의 블록 300), 해당 주파수에서 플라즈마 전류 부품은 웨이퍼 표면보다 측벽이나 천장, 또는 타겟과 같은 표면으로 전환된다. 웨이퍼에서 천장으로 원하지 않는 주파수 부품을 전환시키기 위하여, 받침대(pedestal) 다중 주파수 임피던스 제어기(170)를 통해 해당 특정 주파수에서 접지되는 임피던스는 증가된다(도 11의 블록 305). 만약 하나라면, 이는 해당 주파수와 가장 깊게 관련된 패스 필터 어레이(174)에서 하나의 패스 필터를 디튜닝(de-tuning)하거나 작용하지 못하게 함으로써 달성될 수 있다(블록 310). 또한, 노치 필터 어레이(172)에서 해당 노치 필터는 특정 주파수에 더 근접하게 튜닝될 것이다(블록 315). 선택적 또는 추가적으로, 원하지 않는 주파수 부품은 이를 타겟(140)으로 전환시킴으로써 웨이퍼 표면으로부터 사라지게 된다. 이는 타겟(140)을 통해 원하지 않는 부품을 그라운드(ground)로 전환시키고 웨이퍼로부터 멀어지도록 하기 위해, 타겟 다중 주파수 임피던스 제어기(150)를 통해 특정 주파수에서 접지되는 임피던스를 감소시킴으로써 달성될 수 있다(블록 320). 이 후자 단계는 원하지 않는 부품의 주파수에 더 가까운 해당 공진 주파수를 갖는 패스 필터(156) 중 하나를 튜닝함으로써 달성될 수 있다(블록 325).
특정 고조파 또는 상호변조곱에 대응하는 특정 주파수 부품을 타겟 표면에서 억제시키기 위하여(블록 330), 타겟 다중 주파수 임피던스 제어기(150)을 통해 해당 특정 주파수에서 접지되는 임피던스는 증가된다(블록 335). 이는 해당 주파수와 가장 깊게 관련된 패스 필터 어레이(154)에서 하나의 패스 필터를 디튜닝(또는 연결을 끊음)함으로써 달성될 수 있다(블록 340). 또한, 노치 필터 어레이(152)에서 해당 노치 필터는 특정 주파수에 더 근접하게 튜닝될 수 있다(블록 345). 선택적 또는 추가적으로, 그 부품들을 타겟으로부터 멀어져 그라운드로 전환시키기 위해, 받침대 다중 주파수 임피던스 제어기(170)를 통해 해당 동일 주파수에서 접지되는 임피던스는 감소된다(블록 350). 이 후자 단계는 특정 주파수에서 패스 필터 어레이(174) 중 하나의 패스 필터를 튜닝함으로써 달성될 수 있다(블록 355).
상술한 단계 중 일부는 웨이퍼 표면이나 타겟 표면 중 하나에서 원하는 주파수 부품을 촉진시키기 위하여 적용될 수 있다. 플라즈마 전류 주파수 부품은 스퍼터링이나 증착, 또는 에칭과 같은 플라즈마의 특정 활동을 촉진시키거나 증가시키기 위해 선택될 수 있다. 예를 들면, 선택된 플라즈마 전류 주파수 부품은 그 목적을 위해 타겟으로 직접 향하거나 방향 전환할 수 있다. 이 방향(direction)이나 전환(diversion)은 선택된 플라즈마 전류 주파수 부품이 타겟(140)으로 방향 전환하는 블록 325 단계를 수행함으로써 달성될 수 있다. 이 전환은 웨이퍼 표면으로부터 선택된 주파수 부품을 거부하는 블록 315 단계를 부가적으로 수행함으로써 보다 완전해 질 수 있다.
다른 선택된 플라즈마 전류 주파수 부품은 유사하거나 다른 목적(예를 들면, 웨이퍼 표면에서 에치 속도, 증착 속도 또는 스퍼터 속도를 증가시키는)을 위해 웨이퍼 표면으로 방향 전환할 수 있다. 이 전환은 선택된 플라즈마 전류 주파수 부품이 웨이퍼 표면으로 방향 전환하는 블록 355 단계를 수행함으로써 달성될 수 있다. 이 전환은 타겟 표면으로부터 선택된 주파수 부품을 거부하는 블록 345 단계를 부가적으로 수행함으로써 보다 완전해 질 수 있다. 일례로써, 선택된 주파수 부품은 스퍼터링과 같은 특정 플라즈마 활동을 촉진시키는 주파수(기본파나 고조파 또는 상호변조곱)일 수 있다. 만약 타겟 스퍼터링 없이 웨이퍼를 스퍼터하려면, 그 주파수 부품은 바이어스 임피던스 제어기(170)를 통해 동일 주파수에서 임피던스를 감소시키는 반면에, 타겟 임피던스 제어기(150)를 통해 그 주파수에서 임피던스를 증가시킴으로써 타겟으로부터 멀어지고 웨이퍼로 방향 전환된다. 반대로, 웨이퍼 스퍼터링 없이 타겟을 스퍼터하려면, 그 주파수 부품은 바이어스 임피던스 제어기(170)를 통해 동일 주파수에서 임피던스를 증가시키는 반면에, 타겟 임피던스 제어기(150)를 통해 그 주파수에서 임피던스를 감소시킴으로써 웨이퍼로부터 멀어지고 타겟으로 방향 전환된다. 원하는 플라즈마 효과는 복수의 주파수 부품들의 특정 세트들과 함께 얻어질 수 있다. 이런 경우에, 복수의 주파수 부품들은 상술한 내용에 따라 동시에 작동되는 복수의 노치 및/또는 패스 필터들을 사용하는 상술한 방법으로 제어된다.
상술한 특징들은 스퍼터 타겟이 부족한 플라즈마 리액터, 예를 들면 물리적 기상 증착 외에 다른 공정에 적용되는 플라즈마 리액터에서 구현될 수 있다. 이런 리액터에서는 예를 들면 도 1의 타겟(140)과 DC 소스(142)가 없고, RF 소스 파워 제너레이터(144)와 매치(146)가 천장(104)에 연결될 수 있다. 이 경우에 천장(104)은 플라즈마 소스 파워를 챔버(100)에 전기 용량성으로 연결하기 위한 전극의 형태로 플라즈마 소스 파워 어플리케이터(applicator)로서 기능한다. 다른 실시예에서, 소스 파워 제너레이터(144)와 매치(146)는 예를 들어 코일 안테나 같은 천장에서 다른 RF 소스 파워 어플리케이터에 연결될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 타겟에 대한 받침대 상에 기판의 용량성 또는 유도 결합의 튜닝(tuning)은 스텝핑 모터와 같은 모터에 의해 설정되어 있는 가변 캐패시터를 적용함으로써 달성된다. 기판 임피던스를 조절함으로써 기판 상에 축적되는 바이어스의 양을 조절한다.
상기에서 임피던스 제어기(170)의 임피던스는 임피던스 제어기(170)에서 가변 캐패시터(178, 184)에 의해 조정될 수 있다는 것을 설명해왔다. 유사 제품이나 기판들을 처리하기 위해 특정한 공통 디자인의 반응 챔버들은 동일하거나 거의 동일한 작동 조건에 놓이는 것이 바람직하다. 이는 동일하거나 거의 동일한 설정의 제어기를 제공하는 오퍼레이터나 프로세서 또는 이 둘의 조합에 의해 달성될 수 있다. 이 설정들은 파워 소스 등과 같은 가동상의 설정을 포함할 수 있다. 공정 챔버의 하나의 실시예에 있어서, 임피던스 제어기에서 공통 임피던스 설정은 적어도 2개의 공정 챔버들에 대해 동일하거나 거의 동일한 작동 조건을 만들기 위한 공통 설정이다. 다른 실시예에서 임피던스 설정은 받침대와 접지 사이에서 가변 임피던스의 임피던스 설정과 관련이 있다. 또 다른 실시예에서 상기 임피던스는 몇 개 중에 하나 또는 다양한 전자 캐패시턴스를 갖도록 작동될 수 있는 가변 캐패시터에 의해 가변된다.
이런 가변 캐패시터들은 공지의 것이며, 예를 들면 캘리포니아 산호세에 있는 Comet 북미 사무실로부터 얻을 수 있다.
공정 챔버들이 동일한 디자인이라고 해도 챔버와 챔버의 차이는 있을 수 있으며, 여기서 개별 파라미터 설정은 동일하거나 거의 동일한 공정 결과를 달성하기 위해 서로 다를 수 있다. 챔버는 원하는 결과를 위해 특정(공통) 레시피와 함께 제공될 수 있다. 챔버의 컨트롤러는 원하는 결과를 달성하기 위해 공지의 차이에 대해 필요한 설정을 조정하는 표준 레시피에서 적어도 하나의 파라미터를 조정할 수 있다.
하나의 실시예에 있어서, 챔버에서 가변 캐패시터의 설정은 표준 레시피와 비교하여 원하는 공정 결과와 관련된 최적의 이온 에너지 또는 밀도 분포를 위해 원하는 임피던스 조절을 달성하기 위한 변화(variation)를 갖도록 결정될 수 있다. 다른 실시예에서, 원하는 캐패시턴스나 캐패시턴스 설정은 챔버 컨트롤러에서 프로그램될 수 있다. 가변 캐패시터는 원하는 캐패시턴스를 위해 특정 위치에 설정될 수 있다. 원하는 세트 포인트(set-point)를 기본으로, 프로세서는 가변 캐패시터를 원하는 설정에 놓기 위해 스텝 모터와 같은 모터를 제어할 수 있다. 가변 캐패시터의 원하는 세트 포인트는 그 세트 포인트에서 전류나 전압 값에 의해 결정될 수 있다. 프로세서는 전류나 전압 값이 도달될 때까지 캐패시터의 캐패시턴스가 변화하도록 프로그램 된다. 그 경우에 가변 캐패시터는 프로세서에 피드백을 제공하는 전압이나 전류 센서와 관련되고, 감지된 전압이나 전류가 원하는 값에 도달될 때까지 가변 캐패시터의 캐패시턴스를 계속 조정한다.
상기에서는 예를 들어 특정 레시피와 관련하여 원하는 공통 결과를 위한 가변 캐패시터의 설정이 계속해서 원하는 결과에 도달하는 동안에, 챔버간 편차에 대해 조절되도록 한다. 또한, 챔버는 자동 컨트롤러로 구동되는 메뉴가 제공되어, 특정 메뉴 옵션이 선택되었을 때 수동으로 파라미터 설정을 조정하는 일없이 유사한 챔버들이 동일하거나 거의 동일한 제품을 처리하거나 전달하도록 제어되고 프로그램 된다. 하나의 실시예에서, 예정된 결과에 도달하기 위해 가변 캐패시터 설정과 같은 설정이 어느 정도 조절되어야 하는지를 결정하는 교정 단계(calibration step)를 거쳐야 할 수도 있다. 일단 교정을 하게 되면, 공정 컨트롤러는 가변 캐패시터를 필요한 위치에 놓도록 프로그램할 것이다. 다른 실시예에서, 가변 캐패시터의 위치는 최적 설정을 하기 위해 인가되는 전류나 전압에 관련될 수 있다. 센서는 원하는 전압이나 전류 값에 대응하는 위치에서 가변 캐패시터가 놓이도록 프로세서와 함께 작동한다.
상기는 이어서 챔버간 편차를 고려하여, 원하고 미리 설정된 결과를 기반으로 챔버의 임피던스 튜닝을 달성한다.
이제 도 12에서 가변 캐패시터를 사용하는 본 발명의 하나 또는 둘 이상의 측면을 설명할 것이다.
도 12는 본 발명의 일측면에 따른 피드백 회로(feedback circuit)를 갖는 가변 캐패시터 튜닝 회로(tuning circuit)를 나타낸다. 이 전기회로망(circuitry)은 다양한 RF 물리적 기상 증착 타입의 챔버에 사용될 수 있다. 예를 들면, 가변 캐패시터(10)는 도 1, 2, 4에서 박스(170)에 사용될 수 있다. 따라서 주지된 바와 같이, 향상된 처리를 위해서는 다른 요소들이 포함될 수 있다고 여겨진다. 그러나 본 발명의 일측면에 따라서, 도 12에 도시된 바와 같이 가변 캐패시터(10)를 조절하는 모터가 포함된다.
회로는 웨이퍼/기판 상에 금속 또는 비금속층을 증착시킨다. 이하에서 설명될 것처럼, 가변 캐패시터 튜닝 회로는 주어진 세트 포인트(set point)에 대해 자동화될 수 있다. 상기 세트 포인트는 전류, 전압, 또는 가변 캐패시터 캐패시턴스의 전체 규모의 비율일 수 있다. 상기 세트 포인트는 원하는 처리에 따라 결정될 수 있다.
도 12를 참조하여, 본 발명의 조정 튜너 캐피시터 회로(1)는 가변 캐패시터(10), 접지(ground)에 연결될 수 있는 출력부(16; output), 부가 센서회로(18), 부가 인덕터(20), 인터페이스(22), 프로세서(24), 모터 제어기(26) 및 모터(28)를 포함할 수 있다. 상기 회로는 받침대(pedestal)에 연결되도록 접속 포인트(27)를 갖는다. 상기 부가적인 인덕터(20)는 가변 인덕터일 수 있다. 상기 모터(28)는 가변 캐패시터(10)의 캐패시턴스를 다르게 할 수 있는 방법으로 가변 캐패시터(10)에 첨부되는 스텝모터가 바람직하다. 상기 센서(18)는 예를 들어 캐패시터를 통해 전류를 감지하는 회로에 설치될 수 있다.
가변 캐패시터(10)를 통한 전류는 인덕터(20)를 통해 제공될 수 있고, 센서(18)를 통과할 수 있다. 상기 인덕터(20)는 부가적인 것이다. 이는 특정 밴드패스(band-pass) 특성을 갖는 본 발명의 튜너회로를 만들기 위해 제공될 수 있다. 상기 센서(18) 또한 부가적이며, 만일 사용된다면 회로의 27, 12 또는 14 지점에 설치할 수 있다.
가변 캐패시터는 하우징(29) 내에 설치될 수 있다. 상기 하우징은 부가적으로 접지접속(31)을 통해 접지될 수 있다. 상기 가변 캐패시터(10)의 출력(16)은 커넥션(32)을 통해 하우징(29)에 연결될 수 있고, 따라서 그때 출력(16)은 상기 하우징과 같은 포텐셜(potential)을 갖는다. 상기 하우징이 접지되고 커넥션(32)이 존재할 때, 그때 출력(16) 또한 접지의 포텐셜을 갖는다.
본 발명의 다양한 측면에 따라서, 도 12의 회로(1)에는 다른 부품들이 제공될 수 있을 것으로 여겨진다. 상기 센서회로(18)는 부가적인 것이며, 가변 캐패시터(10)의 출력을 결정하기 위한 센서를 포함할 수 있다. 상기 센서들은 전압 센서 또는 전류 센서일 수 있다. 설명될 것처럼, 이들 센서들은 모터를 제어하기 위해 피드백을 제공하고 가변 캐패시터(10)의 작동 세트 포인트를 제어하는데 사용될 것이다.
센서회로(18)가 만약 포함된다면, 인터페이스(22)에 피드백 신호를 제공한다. 상기 인터페이스(22)는 피드백 신호를 프로세서(24)에 제공한다. 상기 프로세서(24)는 전용 전기회로일 수 있고, 또한 회로 기반의 마이크로프로세서나 마이크로컨트롤러일 수 있다. 상기 인터페이스(22)는 부가적인 것이다. 상기 인터페이스(22)는 가변 패캐시터의 위치 설정을 위해 수동 인터페이스를 제공할 수 있다. 상기 인터페이스(22)는 또한 가변 캐패시터의 캐패시턴스 셋팅을 반영하는 신호를 제공할 수 있다. 상기 인터페이스(22)는 가변 캐패시터의 실제 셋팅의 시각적 표시를 나타내는 움직이는 장치를 제공하도록 모터에 연결될 수 있다.
상기 프로세서(24)는 센서들의 출력과 모드 제어 신호에 따라서 모터(28)를 제어하는 모터 제어기(26)를 제어할 수 있다. 상기 모터 제어기(26)는 모터(28), 바람직하게는 스텝모터를 모드 제어 신호 및 센서들의 출력의 기능에 따라 가변 캐패시터(10)의 캐패시턴스를 변화시키도록 모터의 위치들을 통해 움직이게 한다. 따라서 가변 캐패시터는 적어도 제1 캐패시턴스와 제2 캐패시턴스에서 다른 캐패시턴스인 캐패시턴스 값의 범위 내에서 입력할 수 있다. 캐패시턴스의 범위 내에서 가변 캐패시터의 각 캐패시턴스는 가변 캐패시터의 상태에 대응한다. 가변 캐패시터의 상태는 특정 주파수에서 임피던스 값(impedance value)에 상응한다. 하나의 실시예에서, 가변 캐패시터는 제1 주파수에서 임피던스에 도달하도록 제1 상태에 놓인다.
하나의 실시예에서 가변 캐패시터(10)의 상태는 인터페이스(22)의 위치, 또는 모터(28)의 위치나 센서(18)에 의해 측정된 전류 또는 전압, 또는 가변 캐패시터의 상태를 정의하는 다른 현상(phenomenon)으로 정의될 수 있다. 다른 실시예에서 가변 캐패시터(10)의 상태는 챔버의 공정 진행(process run)의 원하는 결과의 레시피에 대한 프로세스 제어장치로 부호화된다. 챔버간 편차에 대해 바람직하게 조정된 가변 캐패시터의 상태는 원하는 결과와 관련된다. 따라서 공정 컨트롤러가 챔버에서 미리 설정된 공정을 진행하도록 시작할 때, 가변 캐패시터의 원하는 상태는, 예를 들어 프로세스 레시피를 저장하고, 예를 들어 가변 캐패시터(10)를 원하는 위치에서 모터 제어기(26)를 통해 모터(28)에 놓이도록 프로세서(24)에 지시하는 메모리로부터 검색된다. 원하는 위치는 전류 또는 전압과 같은 가변 요인(variable factor)에 의해 결정될 수 있다고 여겨진다. 상기 챔버 공정이 진행되는 동안에 상기 전류는 변할 수 있다. 상기 프로세서(24)는 공정 진행 중에 가변 캐패시터가 전류 또는 전압의 변화에 따르거나, 미리 설정된 제어 명령에 따라 전류 또는 전압의 변화에 적응할 수 있게 할 수 있다.
다른 실시예에서, 가변 캐패시터의 상태는 챔버 내의 공정처리 단계와 관련된다. 공정 컨트롤러는 가변 캐패시터의 상태가 예를 들어 공정 단계에 의거한 새로운 상태로 변화하도록 명령을 제공할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일측면에 따른 센서회로(18)의 실시예를 나타낸다. 이 실시예에서, 센서회로(18)는 전류 센서(60), 전압 센서(62) 및 스위치(64)를 포함한다. 상기 스위치(64)는 가변 캐패시터(10)로부터 직접 또는 간접적으로 입력(input)을 수신한다. 상기 스위치(64)로의 입력은 또한 출력(16)에도 제공된다.
상기 스위치(64)는 제어 입력(70)의 신호 값에 따라 입력에 대해 받는 파워를 선택적으로 출력중 하나에 제공한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 제어 입력(70)은 모드 제어 입력 신호에 따라 프로세서(24)에 의해 제공된다.
상기 프로세서(24)는 어떤 세트 포인트가 요구되는지와 도 12에서 온 라인(30)의 입력에 의거하여 스위치(64)를 어떻게 제어할지를 결정한다. 상기 세트 포인트는 만일 일정한 전압이 요구된다면 전압일 수도 있다. 모드 제어 입력 신호가 전압 제어 모드로 지정되는 경우, 프로세서(24)는 스위치(64)가 전압센서(60)를 가변 캐패시터(10)의 출력에 연결되도록 하고, 프로세서(24)는 가변 캐패시터(10)의 출력에 대해 일정한 전압을 유지하기 위해 전압 센서(60)의 출력에 의거하여 모터 제어기(26)를 제어한다.
모드 제어 입력 신호가 전류 제어 모드로 지정되는 경우, 프로세서(24)는 스위치(64)가 전류센서(62)를 가변 캐패시터(10)의 출력에 연결되도록 하고, 가변 캐패시터(10)의 출력에 대해 일정한 전류를 유지하기 위해 전류 센서(62)의 출력에 의거하여 모터 제어기(26)를 제어한다.
모드 제어 입력 신호가 세트 포인트 모드로 지정되는 경우, 프로세서(24)는 모드 제어 입력 신호에 의해 지정된 세트 포인트에 의거하여 지정된 세트 포인트에 따라 모터가 가변 캐패시터의 캐패시턴스를 변화시키게 하도록 모터 제어기를 제어한다.
상기 프로세서(24)는 또한 특정 목적의 인터페이스 회로일 수도 있다. 인터페이스 회로 및 프로세서(24)의 주요 목적은, 단지 설명한 바와 같이 모드 제어 입력, 전압 센서 출력 및 전류 센서 출력의 기능에 따라 모터 제어기를 제어하는 것이다. 만일 모드 제어 입력이 세트 포인트로 지정된다면, 이어서 모터 제어기(26)는 입력에 의해 지정된 캐패시턴스를 생산하도록 제어된다. 만일 모드 제어 입력이 전압 모드로 지정된다면, 이어서 모터 제어기(26)는 캐패시터(10)에서 일정한 전압을 유지하도록 전압 센서(62)의 출력에 따라 모터(28)를 제어한다. 만일 모드 제어 입력이 전류 모드로 지정된다면, 이어서 모터 제어기(26)는 모터(28)를 캐패시터(10)에서 일정한 전류를 유지하도록 제어한다.
상술한 바와 같이, 도 13의 제어 회로는 부가적인 것이다. 선택 가능한 세트 포인트가 요구된다면, 이어서 프로세서(24)는 원하는 세트 포인트를 수신할 수 있고, 그 원하는 세트 포인트에 도달하도록 모터 제어기(26)를 통해 모터(28)를 제어할 수 있다. 이 세트 포인트는 원하는 공정 진행에 의거하여 선택될 수 있다. 만일 일정 전압 세트 포인트가 요구된다면, 그때 전압 센서 또한 제공될 수도 있다. 만일 일정 전류 세트 포인트가 요구된다면, 그때 전류 센서 또한 제공될 수도 있다.
본 발명의 다양한 측면에 따라 어떤 종류의 공지된 전압 센서가 사용될 수 있다. 유사하게, 본 발명의 다양한 측면에 따라 어떤 종류의 공지된 전류 센서가 사용될 수 있다. 전압 센서 및 전류 센서들은 모두 기술 분야에서 공지의 것이다.
도 14는 모터(28)가 모터 제어기(26)에 의해 다양한 위치에 따라 움직임으로써, 가변 캐패시터(10) 전압 출력 V와 전류 출력 I를 나타낸다. 도시된 것으로 알 수 있듯이, 가변 캐패시터(10)는 본 발명의 다양한 측면에 따른 모터 제어기(26) 및 모터(28)에 의해 적절하고 정확하게 제어된다.
도 15 내지 17은 물리적 기상 증착 공정에서 본 발명의 다양한 측면에 따라 피드백을 갖는 가변 캐패시터 튜너를 사용하여 50매 웨이퍼의 공정진행 결과를 나타낸다. RS는 시트 저항이다. 이 용어는 기술 분야에서 공지의 것이다. 저항은 면적에 대해 정규화된 것이므로, 단지 재료의 저항 및 두께에 의해 결정된다. 도 15는 웨이퍼 50매에 대한 RS를 나타낸다. 이는 본 발명의 가변 캐패시터 튜너를 사용하여 RS에서 허용 가능한 편차(acceptable variation)를 나타낸다.
도 16은 물리적 기상 증착 처리에서 본 발명의 가변 캐패시터 튜너회로를 사용하여 50매 웨이퍼에 대해 얻어진 두께 변화를 나타낸다. 또한, 도 16은 본 발명의 가변 튜너회로를 사용하여 웨이퍼 두께에서 허용 가능한 편차를 나타낸다.
도 17은 물리적 증착 처리에서 본 발명의 가변 캐패시터 튜너회로를 사용하여 50매의 웨이퍼에 대해 얻어진 비저항(resistivity) 변화를 나타낸다. 또한, 도 17은 본 발명의 가변 튜너회로를 사용하여 웨이퍼 비저항에서 허용 가능한 편차를 나타낸다.
물리적 기상 증착 또는 받침대 상에 지지되는 웨이퍼 에칭과 같은 플라즈마 처리를 사용하는 새로운 방법 또한 제안된다. 상기 방법은 받침대 상에 웨이퍼를 지지하고, 가변 캐패시터의 캐패시턴스에 의거한 주파수 범위에서 받침대에 파워를 공급하는 것을 포함한다.
입력 신호가 가변 캐패시터에 대한 캐패시턴스를 지정하는 회로에 작동 세트포인트를 지정한다. 상기 방법은 또한 센서로 전압 또는 전류를 감지하고, 가변 캐패시터를 원하는 위치에 놓이도록 모터 제어기를 제어하는 피드백 회로에 센서의 출력을 공급하는 것을 포함한다.
상술한 바와 같이, 상기 센서는 전압 센서일 수 있고, 피드백 회로는 가변 캐패시터의 출력에서 전압을 모니터하며, 가변 캐패시터의 출력에서 일정 값으로 전압을 유지하기 위해 모터 제어기를 제어한다. 상기 센서는 또한 전류 센서일 수 있고, 피트백 회로는 가변 캐패시터의 출력에서 전류를 모니터하며, 가변 캐패시터의 출력에서 일정 값으로 전류를 유지하기 위해 모터 제어기를 제어한다.
상기에서는 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명의 다른 실시예들은 그 기본 범위를 벗어나지 않는 범위에서 고안될 수 있으며, 그 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. RF 접지(ground)에 연결된 측벽과 천장을 포함하는 챔버;
    상기 챔버 내에서 상기 천장을 마주보는 지지면과 상기 지지면 아래에 있는 바이어스 전극을 갖는 워크피스 서포트(workpiece support);
    상기 천장에서의 스퍼터 타겟;
    상기 스퍼터 타겟에 연결된 제1 주파수의 RF 소스 파워 서플라이와 상기 바이어스 전극에 연결된 제2 주파수의 RF 바이어스 파워 서플라이; 및
    제1 세트의 주파수들로 적어도 조정 가능한 제1 임피던스를 제공하는 다중 주파수 임피던스 제어기(multi-frequency impedance controller)를 포함하고,
    상기 다중 주파수 임피던스 제어기는 다른 캐패시턴스들을 갖는 가변 캐패시터의 적어도 두 상태들 중 모터에 의해 적어도 한 상태에 놓이도록 할 수 있는 가변 캐패시터를 포함하는 물리적 기상 증착 플라즈마 리액터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다중 주파수 임피던스 제어기는 상기 가변 캐패시터와 직렬로 연결되는 유도성 요소(inductive element)를 더 포함하는 물리적 기상 증착 플라즈마 리액터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다중 주파수 임피던스 제어기는 상기 가변 캐패시터의 모터를 제어하는 프로세서를 더 포함하는 물리적 기상 증착 플라즈마 리액터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 다중 주파수 임피던스 제어기는 상기 가변 캐패시터의 모터를 제어하는 전류 센서(current sensor)를 더 포함하는 물리적 기상 증착 플라즈마 리액터.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 다중 주파수 임피던스 제어기는 상기 가변 캐패시터의 모터를 제어하는 전압 센서(voltage sensor)를 더 포함하는 물리적 기상 증착 플라즈마 리액터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변 캐패시터의 상태는 공정 컨트롤러의 공정 레시피(process recipe)와 관련되는 물리적 기상 증착 플라즈마 리액터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변 캐패시터에 대한 하우징(housing)을 더 포함하는 물리적 기상 증착 플라즈마 리액터.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 공정 레시피는 챔버간 편차에 대해 조절되는 공통의 공정 레시피인 물리적 기상 증착 플라즈마 리액터.
  9. RF 접지에 연결된 측벽과 천장을 포함하고, 재료 증착을 위한 플라즈마를 유지하는 챔버;
    상기 챔버 내에서 상기 천장을 마주보는 지지면과 상기 지지면 아래에 있는 바이어스 전극을 갖는 워크피스 서포트;
    상기 천장에서의 소스 파워 어플리케이터(source power applicator);
    상기 소스 파워 어플리케이터에 연결된 제1 주파수의 RF 소스 파워 서플라이와 상기 바이어스 전극에 연결된 제2 주파수의 RF 바이어스 파워 서플라이; 및
    제1 세트의 주파수들로 적어도 조정 가능한 제1 임피던스를 제공하는 다중 주파수 임피던스 제어기를 포함하고,
    상기 다중 주파수 임피던스 제어기는 다른 캐패시턴스들을 갖는 가변 캐패시터의 적어도 두 상태 중 모터에 의해 적어도 한 상태에 놓이도록 할 수 있는 가변 캐패시터를 포함하는 플라즈마 리액터.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 다중 주파수 임피던스 제어기는 상기 가변 캐패시터와 직렬로 연결되는 유도성 요소를 더 포함하는 플라즈마 리액터.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 다중 주파수 임피던스 제어기는 상기 가변 캐패시터의 모터를 제어하는 프로세서를 더 포함하는 플라즈마 리액터.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 다중 주파수 임피던스 제어기는 상기 가변 캐패시터의 모터를 제어하는 전류 센서를 더 포함하는 플라즈마 리액터.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 다중 주파수 임피던스 제어기는 상기 가변 캐패시터의 모터를 제어하는 전압 센서를 더 포함하는 플라즈마 리액터.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 가변 캐패시터의 상태가 공정 컨트롤러의 공정 레시피와 관련되는 플라즈마 리액터.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 공정 레시피는 챔버간 편차에 대해 조절되는 공통의 공정 레시피인 플라즈마 리액터.
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