KR20140048816A

KR20140048816A - 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치

Info

Publication number: KR20140048816A
Application number: KR1020130121761A
Authority: KR
Inventors: 레이 수; 투키앙 니; 자오후이 시
Original assignee: 어드밴스드 마이크로 패브리케이션 이큅먼트 인코퍼레이티드, 상하이
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2013-10-14
Publication date: 2014-04-24
Also published as: CN103730316A; TWI474364B; CN103730316B; TW201417138A; JP2014082205A; JP5871875B2; US20140106572A1; KR101478626B1; US9275870B2

Abstract

본 발명은 플라즈마 처리 장치용 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다. 플라즈마 처리 장치는 반응 챔버, 반응 챔버에 RF 전기장을 인가하기 위해 서로 다른 RF 주파수 출력들을 가진 다수의 RF 파워 서플라이들을 구비하고, 적어도 하나의 펄스 RF 파워 서플라이의 출력은 다수의 출력 상태를 가진다. 플라즈마 처리 방법은 매치 주파수 획득 단계와 펄스 처리 단계를 포함한다. 매치 주파수 획득 단계에서, 펄스 RF파워 서플라이의 출력 상태는 반응 챔버가 다수의 임피던스들을 가져서 펄스 처리 단계의 임피던스를 여기시키도록 절환된다. 가변 주파수 RF 파워 서플라이의 출력 주파수들은 여기된 임피던스와 매칭되도록 조절된다. 조절된 출력 주파수들은 매치 주파수들로 저장된다. 연속 펄스 처리 단계에서, 신속하게 절환된 임피던스들은 저장된 매치 주파수들에 의해 즉각적으로 매칭된다.

Description

플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치{Plasma processing method and plasma processing device}

본 출원은 2012. 10. 16.자로 중국 특허청에 출원된 중국 특허 출원 번호 제201210393470.X호의 "플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치"의 우선권을 향유하고, 그 내용은 인용에 의해 본 출원에 합체된다.

본 발명은 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게, 플라즈마 처리 장치에 RF 파워를 제공하는 무선 주파수(RF) 파워 서플라이 및 RF 파워 서플라이를 제어하는 방법에 관한 것이다.

현존하는 반도체 공정에 있어서, 플라즈마 처리 장치들은 마이크로 규모의 반도체 장치들과 도전 접속을 얻기 위하여, 반도체 웨이퍼를 처리하는데 광범위하게 사용되고 있다. 플라즈마 장치는 일반적으로 축전 결합 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma :CCP) 반응 챔버 또는 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma : ICP) 반응 챔버를 포함한다. 이러한 장치들은 일반적으로 2개의 RF 파워 서플라이들을 가지며, 이들 중 하나는 반응 챔버 속으로 입력된 반응 가스를 이온화시켜 플라즈마를 생성시키는데 사용되고, 다른 하나는 웨이퍼의 표면에 입사되는 이온 에너지를 제어하는데 사용된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마 처리 장치는 반응 챔버(100)를 포함한다. 베이스(22)는 반응 챔버에 의해 포위되어 있고, 하부 전극은 베이스에 포함되어 있다. 정전 척(electrostatic chuck)(21)과 같이, 처리될 기재를 고정하기 위한 고정 장치는 하부 전극에 마련되고, 웨이퍼(20)는 정전 척(21)의 상면에 고정된다. 정전 척과 웨이퍼를 둘러싸는 에지 링(10) 역시 마련된다. 반응 챔버(100)에 있어서, 가스 샤워헤드(11)는 베이스 바로 위에 마련되고, 가스 샤워헤드는 가스 공급원(110)에 연결되어 반응 챔버에 가스를 균일하게 공급한다. 용량 연결은 베이스에서 상부 전극과 하부 전극으로서 기능하는 가스 샤워헤드에 의해 형성된다. 제1 RF 파워 서플라이는 매치 1을 통해 하부 전극에 전기적으로 연결되고, 제2 RF 파워 서플라이는 매치 2를 통해 하부 전극에 전기적으로 연결되며, 제1 RF 파워 서플라이와 제2 RF 파워 서플라이 모두는 고정된 RF 주파수를 가진다. 플라즈마의 가스 압력, RF 파워 및 플라즈마 농도와 같은 파라미터들이 변화될 때 플라즈마의 임피던스 역시 변화되기 때문에, 반사 파워(reflected power)를 최소화시키기 위해 입력 파워와 임피던스의 파라미터는 연속적으로 조절될 필요가 있다. 플라즈마 공정에 있어서, 제1 RF 파워 서플라이(31)와 제2 RF 파워 서플라이(32) 모두는 하부 전극에 파워를 공급하고, RF 반사 파워를 최소화시키기 위해 매치 1과 매치 2는 내부의 조절 가능한 구성요소들을 통해 각각 임피던스를 조절할 수 있다. RF 파워 소스(31)(32)의 주파수는 입력 임피던스를 조절하기 위해 훨씬 더 신속히 조절될 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같은 매치 1 및 매치 2의 임피던스의 조절과 RF 파워 소스(31)(32)의 주파수의 조절 모두는 기계에 의해 구동되는 가변 커패시터 또는 가변 인덕터와 같이 기계 부품들의 이동에 의해 얻어진다. 또한, 반사 파워를 최소화시키는 절차에 있어서, 전술한 기계적 부품들이 모든 방향으로 이동한 후, 기계 부품은 반사 파워의 피드백 값에 따른 적절한 위치로 이동되도록 조절되기 때문에, 매치의 임피던스 또는 RF 파워 서플라이의 주파수 조정(sweeping)을 위한 절차는 장시간에 걸쳐 발생되어, 1초보다 더 큰 시간과 같은 제2 레벨에 도달하게 된다.

현재, 펄스 플라즈마 공정 기술은 많은 플라즈마 공정에 필요하다. 공정의 몇몇 시간 구간에서, RF 파워 서플라이는 연속적으로 파워를 공급하지 못하고, 출력 파워는 온 상태와 오프 상태 사이에서 또는 높은 파워 상태와 낮은 파워 상태 사이에서 교호적으로 변화될 것이며; 출력 파워의 파형이 펄스 형태이기 때문에, 펄스 플라즈마 공정이라 한다. 교류 주파수들은 일반적으로 대략 10KHz 내지 100KHz이고, 온-오프 상태의 듀티 사이클은 조건에 따라 10%-90%의 범위에서 조절될 수 있다. 이러한 방식에 있어서, 온 상태와 오프 상태 사이 또는 높은 파워 상태와 낮은 파워 상태 사이의 각각의 절환은 반응 챔버의 임피던스의 급속한 변화를 초래할 것이고, 각각의 변화 시간은 밀리세컨드 레벨 또는 마이크로세컨드 레벨까지 미칠 수 있다. 선행기술에 있어서, 매치 회로 또는 RF 파워 서플라이에서 자동 주파수 튜닝(auto frequency tuning :AFT)이 사용되고, 응답 시간이 밀리세컨드 레벨보다 훨씬 길기 때문에, 펄스 플라즈마 공정의 조건이 만족될 수 없다.

따라서, 전술한 이유들에 의해, 현존하는 하드웨어만을 사용하거나 현존하는 하드웨어 조건을 간단히 조절함에 의해 펄스 플라즈마 공정에서 신속하게 임피던스를 매칭하는 방법의 필요성이 있다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 착상된 것으로서, 펄스 플라즈마 공정에 적용될 수 있는 플라즈마 처리 장치를 위한 플라즈마 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 플라즈마 처리 장치를 위한 플라즈마 처리 방법이 제공된다. 플라즈마 처리 장치는 반응 챔버를 포함하고, 베이스는 반응 챔버 내부에 포함되고 처리될 기재는 베이스에 고정되고, 플라즈마 처리 장치는 반응 챔버에 RF 전기장을 부여하기 위해 다른 RF 주파수 출력을 가진 다수의 RF 파워 서플라이들을 더 포함하고, 다수의 RF 파워 서플라이들 중에서 적어도 하나의 펄스 RF 파워 서플라이의 출력 파워는 다수의 파워 출력 상태를 가진다. 본 발명의 공정 방법은: 매치 주파수 획득 단계와 펄스 처리 단계를 포함하고,

매치 주파수 획득 단계는: 다수의 RF 파워 서플라이들에 의해 각각 반응 챔버에 RF 전기장들을 동시에 출력시키고, 반응 챔버에 형성될 제1 임피던스를 만들기 위해 제1 파워 출력 상태가 될 펄스 RF 파워 서플라이의 출력을 조절하고, 제1 임피던스와 매칭되는 제1 매치 주파수를 얻기 위해 적어도 하나의 가변 주파수 RF 파워 서플라이의 주파수 튜닝 요소를 조절하는 단계; 반응 챔버에 형성된 제2 임피던스를 만들기 위해 제2 파워 출력으로 될 펄스 RF 파워 서플라이의 출력을 조절하고, 제2 임피던스와 매칭되는 제2 매치 주파수를 얻기 위해 적어도 하나의 가변 주파수 RF 파워 서플라이의 주파수 튜닝 요소를 조절하는 단계를 포함하고;

펄스 처리 단계는: 다수의 RF 파워 서플라이들에 의해 반응 챔버에 RF 전기장들을 출력시키고, 제1 파워 출력 상태로 될 펄스 RF 파워 서플라이의 출력을 설정하는 한편, 제1 매치 주파수에서 가변 주파수 파워 서플라이의 출력을 설정하는 단계; 제2 파워 출력 상태로 될 펄스 RF 파워 서플라이의 출력을 설정하는 한편, 제2 매치 주파수에서 가변 주파수 파워 서플라이의 출력을 설정하는 단계를 포함한다.

펄스 처리 단계에 있어서, 펄스 RF 파워 서플라이의 출력 파워의 상태들 사이의 절환 시간은 0.5초 보다 짧다. 제1 매치 주파수 또는 제2 매치 주파수를 얻기 위해 적어도 하나의 가변 주파수 RF 파워 서플라이의 주파수 튜닝 요소를 조절하기 위한 시간은 0.5초 및 1초보다 길고, 가변 주파수 RF 파워 서플라이의 주파수 튜닝 요소는 기계적으로 구동되는 가변 인덕터 또는 가변 커패시터일 수 있다.

펄스 RF 파워 서플라이에 의해 부가되는 제1 파워 출력 상태의 출력 파워는 제2 파워 출력 상태의 출력 파워의 1/2보다 적거나 제1 파워 출력 상태의 펄스 RF 파워 서플라이의 출력 파워는 제로(0)이다.

펄스 RF 파워 서플라이들의 수는 2개 이상이다. 제1 펄스 RF 파워 서플라이의 출력과 제2 펄스 RF 파워 서플라이의 출력은 중첩되어 제2 파워 출력을 생성하여 반응 챔버가 제3 임피던스를 가지도록 하고, 가변 주파수 파워 서플라이의 주파수 튜닝 요소는 제3 매치 주파수를 얻도록 조절된다. 낮은 파워 출력에서 제1 RF 파워 서플라이 또는 제2 펄스 RF 파워 서플라이의 출력 파워가 제로(0)보다 더 크면, 제1 펄스 RF 파워 서플라이 또는 제2 펄스 RF 파워 서플라이는 가변 주파수 RF 파워 서플라이가 될 수 있다.

본 발명의 방법에 의해 제어되는 펄스 플라즈마 처리 장치에 있어서, 하드웨어에 큰 변화를 가하지 않고 신속한 교류 임피던스의 매칭이 수행될 수 있다. 펄스 처리 단계에서 나타나게 될 임피던스와 매칭되는 매치 주파수를 얻기 위해, 펄스 처리 단계 전에, 가변 주파수 RF 파워 서플라이는 수 초내에 튜닝된다. 이어서, 펄스 처리 단계에서, 교호적 방식으로 변화되는 플라즈마 반응 챔버의 임피던스는 매치 주파수를 직접 사용함에 의해 매칭된다.

펄스 RF 파워 서플라이의 교호적으로 변경된 파워 출력은, 교호적으로 변경된 출력 주파수가 될 수 있으므로, 출력 주파수의 제1 출력 주파수와 제2 출력 주파수 사이에서 절환되고, 그 절환 시간은 0.5초 이하이다. 제1 출력 주파수는 제2 출력 주파수의 0.5배이다. 펄스 RF 파워 서플라이의 출력 상태가 절환될 때, 출력 파워가 일정하게 유지되는 동안 펄스 RF 파워 서플라이 이외의 가변 주파수 RF 파워 서플라이가 주파수 튜닝을 수행하지만, 반사 파워 및 출력 주파수는 펄스 RF 파워 서플라이의 출력 상태의 변경과 동시에 변경된다.

본 발명은 하드웨어만을 사용하거나 하드웨어 조건을 간단히 조절시킴으로써, 펄스 플라즈마 공정에서 신속한 임피던스의 매칭이 가능하다.

첨부된 도면들과 함께 비제한적인 실시예들의 상세한 설명을 읽을 때, 본 발명의 다른 특징들, 목적 및 장점들이 보다 더 자명해질 것이다.
도 1은 선행기술의 플라즈마 처리 장치의 개략적 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 RF 파워 서플라이 및 제2 RF 파워 서플라이의 출력 파워들의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 RF 파워 서플라이 및 제2 RF 파워 서플라이의 출력 파워들의 개략도이다.

본 발명의 실시P들은 첨부된 도면들과 관련하여 아래에서 더욱 상세히 설명될 것이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예를 설명한다. 도 2의 제1 RF 파워 서플라이(RF1)와 제2 RF 파워 서플라이(RF2)의 무선 주파수(RF) 파워들은 각각 도 1의 제1 RF 파워 서플라이(31)와 제2 RF 파워 서플라이(32)의 출력 파워들을 나타낸다. 플라즈마 공정에 있어서, 먼저 플라즈마가 점화된 후, 몇몇 가능한 천이 단계들 후, 메인 플라즈마 처리 단계 즉, 연속 처리 단계가 수행된다. 플라즈마 점화 단계와 같은 단계들은 선행기술에서 일반적인 단계이고 본 발명에 직접적인 영향을 주지 않기 때문에, 도 2에서 점선으로만 도시되어 있다. 따라서, 연속 처리 단계에서, 제1 RF 파워 서플라이(RF1)와 제2 RF 파워 서플라이(RF2) 모두는, 반응 챔버의 광학 디텍터가 플라즈마 공정이 특정 레벨에 도달했는지 예를 들어, 플라즈마 에칭에 있어서 특정 물질층의 70% 이상이 에칭되어 낮은 속도 에칭 단계로 들어갈 필요가 있을 때까지 높은 파워 상태이다. 이때, 플라즈마 공정 조건을 위해 펄스 처리 단계는 들어갈 필요가 있다. RF2로부터 출력된 RF 파워는 특정 펄스 주파수(10K 내지 100K)에서 높은 파워 출력과 낮은 파워 출력 사이에서 절환되고, 몇몇 경우에, 낮은 파워 출력 역시 제로(0)가 될 수 있고, 즉, RF2는 높은 파워 출력과 오프 파워 출력 사이에서 절환된다. 전술한 두 형태의 펄스 RF 파워 출력 모두는 반응 챔버(100)의 플라즈마의 상태의 변화를 초래할 것이고, 임피던스의 변화를 더 초래할 것이다. 낮은 파워 출력이 높은 파워 출력보다 어느 정도 더 낮은 한, 예를 들어, 낮은 파워 출력이 높은 파워 출력 단계에서 출력 파워의 1/2보다 낮은 경우, 반응 챔버의 플라즈마는 엄청나게 변경될 것이고, 임피던스 매칭은 신속히 조절될 필요가 있다. 본 발명은 다음과 같은 점에 특징이 있다. 즉, RF2는 일반적인 연속 처리 단계에서 낮은 파워 시간 주기를 가지고, 낮은 파워 시간 주기에서 RF2의 출력 파워는 이어지는 펄스 처리 단계의 낮은 출력 파워와 동일하고, 낮은 파워 시간 주기의 시간 길이(t1)는 충분히 길다(예를 들어, 1초 이상). 이러한 방식에 있어서, 일반적인 자동 주파수 튜닝(AFT)을 사용함으로써, RF 파워 서플라이(RF1)의 출력 주파수는 임피던스 매칭을 달성하도록 조정될 수 있고, 낮은 파워 단계에 상응하는 매치 주파수 즉, RF1-MFL(낮은 파워 레벨에서 RF1 매치 주파수)가 획득되어 제1 RF 소스(31)의 저장 유니트 또는 RF 소스(31)의 출력을 제어할 수 있는 다른 컨트롤러에 저장된다. 유사하게, 연속 처리 단계에서, 주기는 RF1과 RF2 출력 파워 모두 높은 파워 레벨이 되도록 설정되고, 이러한 주기에서 제1 RF 파워 서플라이(31)의 자동 주파수 튜닝을 이용함으로써, 이어지는 펄스 매칭 단계의 높은 파워 단계에 채택된 매치 주파수 즉, RF1-MFH(높은 파워 레벨에서 RF1 매치 주파수)가 얻어질 수 있다. 연속 처리 단계에서, 낮은 파워 단계(RF1-MFL)의 매치 주파수와 높은 파워 단계(RF1-MFH)의 매치 주파수가 얻어진 후, RF1의 출력 매치 주파수(RF1-MFL, RF1-MFH)는 직접 저장될 수 있고, 매치 주파수(RF1-MFH/MFL)는 앞선 AFT를 사용하여 다시 조절하지 않고서도 이어지는 펄스 처리 단계에서 상응하는 높고/낮은 파워 단계에 적용될 수 있다. 이러한 방식에서, 펄스 처리 단계에서 높은 주파수 절환을 위해 양호한 매칭이 수행될 수 있다. 펄스 공정에서, 다수의 주기 펄스들이 있고, 각각의 펄스는 도 2에 도시된 바와 같은 시간 주기(t2)를 가진 낮은 RF 파워 스텝 및 높은 RF 파워 스텝을 포함한다. 높은 파워 스텝의 시간 주기와 단일 펄스 주기의 시간 주기의 비를 나타내는 듀티 사이클은 필요한 경우 조절될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 2MHz의 RF2는 입사 플라즈마 에너지를 조절하기 위한 낮은 주파수 RF 파워일 수 있고, RF2는 플라즈마 농도를 제어하기 위한 소스 RF 파워이고 대략 60MHz의 주파수를 가질 수 있다. 전술한 제1 실시예에 의해 설명된 바와 같이, 이어지는 처리 단계에서 제1 RF 파워 서플라이의 2회의 AFT 절차에 의해, RF1 및 RF2 서플라이 파워 모두가 높을 때 높은 파워 스텝 동안 57.8MHz의 제1 매치 주파수가 얻어지고, RF1만 높은 파워를 공급할 때 낮은 파워 스텝 동안 58.2MHz의 제2 매치 주파수가 얻어진다. 이어지는 펄스 처리 단계에서, RF 파워 서플라이의 자동 조절 기능이 불가능하므로, RF 파워 서플라이(31)의 출력 주파수는 RF 파워 서플라이(32)의 출력 파워의 펄스 타입 절환에 상응하는 57.8MHz와 58.2MHz 사이에서 절환되고, 출력 파워는 높은 파워 출력과 낮은 파워 출력 사이에서 절환된다.

본 발명에 있어서, 제1 실시예에서 설명된 바와 같이 낮은 주파수 RF 파워 서플라이(RF2)의 출력 파워의 펄스 타입 절환을 수행하는 것 외에, 펄스 타입 절환은 높은 주파수 RF 파워 서플라이(RF1)의 출력 파워에서도 수행될 수 있다. 이 경우, 2MHz의 RF 파워 서플라이 및 60MHz의 펄스 타입 절환 파워 서플라이에 상응하는 1.92MHz 및 1.95MHz와 같은 2개의 매치 주파수들이 얻어진다. 특정의 파리미터들은 반응 챔버의 하드웨어 파리미터들 및 입력 가스와 RF 에너지의 파라미터들에 종속된다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예를 설명하고, RF1과 RF2 모두는 펄스 처리 단계에서 높은 파워 출력과 낮은 파워 출력 사이에서 펄스 타입 절환을 수행한다. RF2의 낮은 파워 스텝의 시간 주기(t2)는 RF1의 낮은 파워 스텝의 시간 주기(t3) 보다 더 크기 때문에, 제1 실시예의 상태와 비교하여, 플라즈마 상태 즉, RF1과 RF2 모두 낮은 파워인 상태가 된다. 펄스 처리 단계에서 플라즈마 상태의 임피던스를 매칭시키기 위해, 임피던스 매치 주파수 튜닝 단계는 이어지는 처리 단계에서 수행되고, 이 단계에서 RF1 및 RF2 파워 모두는 낮은 파워(400W 이하)로 설정되고, 58.0MHz와 같은 플라즈마 상태에 상응하는 매치 주파수는 AFT에 의해 얻어진다. 획득된 매치 주파수는 펄스 처리 단계가 들어갈 때까지 저장 유니트에 저장되고, 제1 RF 파워 소스의 출력 주파수는 RF1과 RF2 모두가 낮은 파워를 출력할 때 58.0MHz로 설정되고, 전체 펄스 공정이 완료될 때까지, 제1 RF 파워 소스의 출력 주파수는 58.2MHz와 57.8MHz로 연속적으로 절환된다.

본 발명에 있어서, 펄스 RF 파워 서플라이의 낮은 파워 출력이 제로(0)보다 더 클 때, 상기 펄스 RF파워 서플라이 이외의 가변 주파수 RF 파워 서플라이는 출력 주파수를 조절하고 매치 주파수를 얻기 위해 사용될 수 있고, 또는 펄스 RF 파워 서플라이 그 자체는 출력 주파수를 조절하고 매치 주파수를 얻기 위해 사용될 수 있다. 펄스 RF 파워 서플라이의 낮은 파워 출력이 제로(0)일 때 즉, 펄스 RF 파워 서플라이의 출력이 꺼져 있을 때, 매치 주파수는 다른 가변 주파수 RF 파워 서플라이의 출력 주파수를 조절함으로써 획득될 수 있다. 따라서, 도 3에 도시된 제2 실시예에 있어서, 시간 주기(t1) 동안 RF1과 RF2의 출력 파워들이 작지만 제로(0)보다 더 크면, RF1의 RF 주파수 출력을 조절해서 매치 주파수를 얻을 수 있거나, RF1과 RF2 모두의 출력 주파수들을 조절하여 적정 매치 주파수를 얻을 수도 있다.

본 발명에 있어서, 플라즈마 공정을 제어하기 위해 2개의 RF 파워 서플라이들을 사용하는 것 외에, 제3 RF 파워 서플라이(RF3) 또는 그 이상의 RF 파워 서플라이들이 플라즈마 공정을 더 조절하기 위해 적용될 수 있다. 여분의 RF 파워 서플라이는 연속 파워 서플라이일 수도 있고, 펄스 파워 서플라이일 수 있으며, 이러한 RF 파워 서플라이는 RF 매칭에 있어서 적정 매치 주파수에 영향을 줄 수 있으므로, 상응하는 매치 주파수를 얻기 위해 상응하는 시간 주기는 앞선 연속 처리 단계에서 설정될 필요가 있다.

펄스 처리 단계에서 매치 임피던스의 변화를 초래하게 될 다른 모든 파라미터들은, 펄스 절환 단계의 그것과 동일한 임피던스를 얻기 위해, 작은 시간 주기(t1)에서 동일한 파라미터들을 적용함에 의해 미리 연속 처리 단계에서, 여기될 수 있다. 이어서, 여기된 임피던스와 매칭되는 매치 RF 주파수는 AFT 기능을 사용함에 의해 얻어질 수 있고, AFT 기능은 펄스 처리 단계로 들어갈 때 작동이 멈춘다. 결국, 본 발명은 임피던스 매칭을 신속하게 얻기 위해 상응하는 펄스 스텝들에서 얻어진 매치 RF 주파수들을 순간적으로 사용한다.

본 발명에 있어서, 연속 처리 단계 및 펄스 처리 단계를 포함하는 하나의 플라즈마 공정 절차가 완료될 때, 앞선 단계들에서 획득된 57.8MHz 및 58.0MHz와 같은 매치 주파수는, RF 주파수, 에너지, 반응 챔버의 구조, 가스의 형태와 같이 모든 공정 파라미터들이 이어지는 동일한 플라즈마 공정 절차에서 명백하게 변화되지 않기 때문에, 이어지는 동일한 플라즈마 공정 절차에서 사용될 수 있다. 이러한 방식에서, 전체 공정 효율은 더 향상될 수 있다. 보다 정확한 매치 주파수를 얻기 위해, 펄스 플라즈마 처리 단계의 임피던스는 다수의 유사한 플라즈마 공정 후 다시 모의 실험될 수 있고, 정확한 매치 주파수를 얻기 위해 AFT가 다시 작동된다.

본 발명의 RF 파워 서플라이(31)와 RF 파워 서플라이(32)는 유사한 구조를 가진다. RF 파워 서플라이(31)는 가변 주파수를 생성하기 위해 주파수 발생기를 포함한다. 가변 커패시턴스는 주파수 발생기에 포함된다. 가변 커패시턴스의 파라미터를 변화시키면 출력 주파수의 값을 변화시킬 수 있고, 적정 매치 주파수를 얻기 위해 커패시턴스의 파라미터를 조절하면 AFT를 얻을 수 있다. 발생기에 의해 출력되는 RF 신호는 파워 증폭기에 의해 증폭됨으로써 필요한 파워는 하류의 매치 1으로 출력되어 최종적으로 플라즈마 반응 챔버의 하부 전극에 도달한다. RF 파워 서플라이(31)는 AFT에 의해 획득된 다수의 매치 주파수들을 저장하기 위해 사용될 수 있는 저장 유니트를 더 포함한다. RF 파워 서플라이의 출력 파워를 얻기 위해, 컨트롤러는 파워 증폭기의 증폭 팩터를 제어한다. 펄스 처리 단계에서, 파워 증폭 팩터는 2개의 교호되는 값들 사이에서 절환하기 위해 주기적으로 제어된다. 컨트롤러는 가변 커패시턴스를 조절하여 매치 주파수를 얻는다.

본 발명에 있어서, RF 파워 서플라이들(31)(32)의 펄스 변화를 가진 RF 파워 서플라이는 전술한 바와 같은 높은 파워 출력과 낮은 파워 출력 사이에서 절환될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, RF 파워 서플라이(31)(32)는 고주파수 출력과 저 주파수 출력 사이에서 절환될 수도 있다. 예를 들어, RF 파워 서플라이(31)는 펄스 RF 파워 서플라이이고, 그 출력 주파수는 제1 주파수와 제2 주파수 사이에서 절환되고, 제2 RF 파워 서플라이(32)의 출력 주파수는 일정하게 유지된다. 매치 주파수 획득 단계에서, 제2 RF 파워 서플라이(32)의 출력 주파수는 적어도 2개의 임피던스 상태들에 상응하는 매치 주파수들을 얻기 위해 조절된다. 이어지는 펄스 처리 단계에서, 획득된 매치 주파수들을 직접 사용함으로써 신속한 매칭이 이루어진다. 출력 파워를 일정하게 유지하는 제2 RF 파워 서플라이(32)는 펄스 RF 파워 서플라이(31)의 그것과 동일한 구조를 가진 파워 서플라이일 수 있다. RF 파워 서플라이(31)(32)는 적어도 2개의 출력 상태들을 가지며, 출력 상태들의 각각은 적어도 3 세트의 조절 가능한 파라미터들(전방 출력 파워(Pf), 반사 파워(Pr) 및 주파수(Freq))을 포함한다. 펄스 RF 파워 서플라이(31)가 2개의 출력 상태들 사이에서 절환될 때, RF 파워 서플라이(32)의 출력 파워는 일정하게 유지되고, 반사 파워(Pr)는 변화되고, 출력 주파수(Freq)는 AFT 기능의 조절에 의해 변화된다.

본 발명의 구체적 실시예들이 위에서 설명되었다. 본 발명은 이러한 특정의 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 당업자는 본 발명의 본질적 내용에 영향을 미치지 않을 본 발명의 보호 범위 내에서 다양한 변형 또는 개변이 가능함을 이해할 것이다.

RF1...제1 RF 파워 서플라이
RF2...제2 RF 파워 서플라이
31...제1 RF 소스
32...제2 RF 소스
100...반응 챔버

Claims

반응 챔버, 상기 반응 챔버 내부에 포함된 베이스 및 상기 베이스 내에 고정되어 처리되는 기재를 구비하고, 반응 챔버에 RF 전기장을 인가하기 위해 제1 RF 주파수 출력을 가진 제1 무선 주파수(RF) 파워 서플라이와 제2 RF 주파수 출력을 가진 제2 RF 파워 서플라이를 더 구비하는 플라즈마 처리 장치용 플라즈마 처리 방법에 있어서:
상기 플라즈마 처리 방법은 매치(match) 주파수 획득 단계 및 펄스 처리 단계를 포함하고;
상기 매치 주파수 획득 단계는:
제1 RF 파워 서플라이에 의해 반응 챔버에 높은 파워의 RF 전기장을 인가시키는 한편 제2 RF 파워 서플라이에 의해 높은 파워의 RF 전기장을 인가시키고; 제1 RF 파워 서플라이의 반사된 파워를 최소화시키기 위해, 제1 RF 파워 서플라이의 출력 주파수를 튜닝하여 제1 매치 주파수를 획득하는 단계;
제1 RF 파워 서플라이에 의해 반응 챔버에 높은 파워의 RF 전기장을 인가시키는 한편 제2 RF 파워 서플라이에 의해 낮은 파워의 RF 전기장을 인가시키고; 제1 RF 파워 서플라이의 반사된 파워를 최소화시키기 위해, 제1 RF 파워 서플라이의 출력 주파수를 튜닝하여 제2 매치 주파수를 획득하는 단계를 포함하고;
상기 펄스 처리 단계에서, 높은 파워의 RF 전기장은 제1 RF 파워 서플라이에 의해 반응 챔버에 인가되고, 제2 RF 파워 서플라이에 의해 반응 챔버에 인가되는 RF 전기장의 파워는 높은 파워 레벨과 낮은 파워 레벨 사이에서 절환되고, 제1 RF 파워 서플라이의 출력 주파수는 제1 매치 주파수와 제2 매치 주파수 사이에서 동시에 절환되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
청구항 1에 있어서,
제1 RF 파워 서플라이는 높은 주파수 RF 전기장을 반응 챔버에 출력시켜 플라즈마를 발생시키고, 제2 RF 파워 서플라이는 낮은 주파수 RF 전기장을 반응 챔버의 베이스에 출력시키며; 높은 주파수 RF는 10MHz보다 더 크고, 낮은 주파수 RF는 10MHz보다 더 작은 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
청구항 1에 있어서,
매치 주파수 획득 단계에 있어서, 제1 매치 주파수 또는 제2 매치 주파수를 획득하기 위해 제1 RF 파워 서플라이의 출력 주파수를 튜닝하기 위한 시간은 1초보다 더 크고, 상기 펄스 처리 단계에서, 절환 시간은 0.5초보다 작은 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 플라즈마 처리 장치는 제1 RF 파워 서플라이와 베이스 사이에서 연결된 제1 매치 회로 및 제2 RF 파워 서플라이와 베이스 사이에 연결된 제2 매치 회로를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 플라즈마 처리 장치는 제1 매치 주파수와 제2 매치 주파수를 얻기 위해 제1 RF 파워 서플라이의 출력 주파수를 튜닝하기 위한 컨트롤러를 더 구비하고, 획득된 제1 매치 주파수와 제2 매치 주파수를 상기 컨트롤러에 저장시키고, 상기 컨트롤러는 펄스 처리 단계의 제1 RF 파워 서플라이와 제2 RF 파워 서플라이의 출력 파워들의 상태들을 판단하고 제1 매치 주파수와 제2 매치 주파수에서 제1 RF 파워 서플라이의 출력 주파수들을 선택하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 플라즈마 처리 방법은 연속 처리 단계와 펄스 처리 단계를 포함하고, 상기 매치 주파수 획득 단계는 상기 연속 처리 단계에 포함된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 매치 주파수 획득 단계는: 제1 RF파워 서플라이에 의해 반응 챔버에 낮은 파워의 RF 전기장을 인가시키는 한편 제2 RF 파워 서플라이에 의해 낮은 파워의 RF전기장을 인가시키며; 제1 RF 파워 서플라이의 반사된 파워를 최소화시키기 위해 제1 RF 파워 서플라이의 출력 주파수를 튜닝하여 제3 매치 주파수를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
청구항 1에 있어서,
제2 RF 파워 서플라이에 의해 인가되는 낮은 파워의 RF 전기장은 상기 높은 파워의 RF 전기장의 강도의 1/2보다 더 작은 강도를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
청구항 8에 있어서,
제2 RF 파워 서플라이에 의해 인가되는 낮은 파워의 RF 전기장은 제로(0)인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
반응 챔버, 상기 반응 챔버에 포함된 베이스, 상기 베이스에 고정되어 처리되는 기재를 구비하고, 상기 반응 챔버에 RF 전기장을 인가하기 위해 제1 RF 주파수 출력을 가진 제1 무서 주파수(RF) 파워 서플라이 및 제2 RF 주파수 출력을 가진 제2 RF 파워 서플라이를 더 구비하고, 상기 제2 RF 파워 서플라이는 높은 파워 출력과 낮은 파워 출력을 가지며, 낮은 파워 출력은 높은 파워 출력보다 더 작고 제로(0)보다 더 크게 구성된 플라즈마 처리 장치용 플라즈마 처리 방법에 있어서:
상기 처리 방법은 매치 주파수 획득 단계 및 펄스 처리 단계를 구비하고;
상기 매치 주파수 획득 단계는:
제1 RF 파워 서플라이와 제2 RF 파워 서플라이에 의해 상기 반응 챔버에 RF 전기장을 인가하고, 제2 RF 파워 서플라이는 낮은 파워 출력을 가진 RF 전기장을 반응 챔버에 인가시키고; 제2 RF 파워 서플라이의 반사된 파워를 최소화시키기 위해, 제2 RF 파워 서플라이의 출력 주파수를 튜닝하여 제1 매치 주파수를 획득하고;
제2 RF 파워 서플라이에 의해 높은 파워 출력을 가진 RF 전기장을 반응 챔버에 인가시키고; 제2 RF 파워 서플라이의 반사된 파워를 최소화시키기 위해 제2 RF 파워 서플라이의 출력 주파수를 튜닝하여 제2 매치 주파수를 획득하는 단계를 포함하고;
상기 펄스 처리 단계에서, 제2 RF 파워 서플라이에 의해 상기 반응 챔버에 인가되는 RF 전기장의 파워는 낮은 파워 출력과 높은 파워 출력 사이에서 절환되고, 제2 RF 파워 서플라이의 출력 주파수는 제2 RF 파워 서플라이의 출력 파워의 절환과 동시에 제1 매치 주파수와 제2 매치 주파수 사이에서 절환되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
반응 챔버, 상기 반응 챔버에 포함된 베이스, 상기 베이스에 고정되어 처리되는 기재를 구비하고, RF 전기장을 상기 반응 챔버에 인가하기 위해 서로 다른 RF 주파수 출력들을 가진 다수의 RF 파워 서플라이들, 다수의 파워 출력 상태들을 가진 펄스 RF 파워 서플라이로 되어 있는 적어도 하나의 RF 파워 서플라이를 더 구비하는 플라즈마 처리 장치용 플라즈마 처리 방법에 있어서:
상기 처리 방법은 매치 주파수 획득 단계 및 펄스 처리 단계를 구비하고;
상기 매치 주파수 획득 단계는:
다수의 RF 파워 서플라이들에 의해 각각 RF 전기장을 상기 반응 챔버에 동시에 인가시키고; 펄스 RF 파워 서플라이의 출력이 제1 파워 출력 상태가 되도록 조절하여 반응 챔버에 제1 임피던스를 형성시키고; 적어도 하나의 가변 주파수 RF 파워 서플라이의 주파수 튜닝 요소를 조절하여 제1 임피던스에 매칭되는 제1 매치 주파수를 획득하는 단계;
펄스 RF 파워 서플라이의 출력이 제2 파워 출력 상태가 되도록 조절하여 반응 챔버에 제2 임피던스를 형성시키고; 적어도 하나의 가변 주파수 RF 파워 서플라이의 주파수 튜닝 요소를 조절하여 제2 임피던스에 매칭되는 제2 매치 주파수를 획득하는 단계를 포함하고;
상기 펄스 처리 단계는:
다수의 RF 파워 서플라이들에 의해 반응 챔버에 RF 전기장을 출력시키고; 펄스 RF 파워 서플라이의 출력을 제1 파워 출력 상태로 설정하는 한편 가변 주파수 RF 파워 서플라이의 출력이 제1 매치 주파수를 가지도록 설정하는 단계;
펄스 RF 파워 서플라이의 출력이 제2 파워 출력 상태가 되도록 설정하는 한편 가변 주파수 RF 파워 서플라이의 출력이 제2 매치 주파수를 가지도록 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 펄스 처리 단계에서, 펄스 RF 파워 서플라이의 출력 파워의 상태들의 절환 시간은 0.5초보다 더 짧은 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
청구항 11에 있어서,
펄스 RF 파워 서플라이에 의해 인가되는 제1 파워 출력 상태의 파워 출력은 제2 파워 출력 상태의 파워 출력의 1/2보다 더 작은 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
청구항 13에 있어서,
제1 파워 출력 상태의 펄스 RF 전기장은 제로(0)인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
청구항 13에 있어서,
제1 파워 출력 상태의 펄스 RF 전기장은 제로(0)보다 더 크고, 펄스 RF 파워 서플라이와 가변 주파수 RF 파워 서플라이는 동일한 RF 파워 서플라이인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
반응 챔버, 상기 반응 챔버에 포함된 베이스, 상기 베이스에 고정되어 처리되는 기재를 구비하고, RF 전기장을 상기 반응 챔버에 인가하기 위해 서로 다른 RF 주파수 출력들을 가진 다수의 RF 파워 서플라이들, 다수의 파워 출력 상태들을 가진 펄스 RF 파워 서플라이로 되어 있는 적어도 하나의 RF 파워 서플라이를 더 구비하는 플라즈마 처리 장치용 플라즈마 처리 방법에 있어서:
상기 처리 방법은 매치 주파수 획득 단계 및 펄스 처리 단계를 구비하고;
상기 매치 주파수 획득 단계는:
다수의 RF 파워 서플라이들에 의해 각각 RF 전기장을 상기 반응 챔버에 동시에 인가시키고; 펄스 RF 파워 서플라이의 출력이 제1 파워 출력 상태가 되도록 조절하여 반응 챔버에 제1 임피던스를 형성시키고; 적어도 하나의 가변 주파수 RF 파워 서플라이의 주파수 튜닝 요소를 조절하여 제1 임피던스에 매칭되는 제1 매치 주파수를 획득하는 단계;
펄스 RF 파워 서플라이의 출력이 제2 파워 출력 상태가 되도록 조절하여 반응 챔버에 제2 임피던스를 형성시키고; 적어도 하나의 가변 주파수 RF 파워 서플라이의 주파수 튜닝 요소를 조절하여 제2 임피던스에 매칭되는 제2 매치 주파수를 획득하는 단계를 포함하고;
상기 펄스 처리 단계는:
다수의 RF 파워 서플라이들에 의해 반응 챔버에 RF 전기장을 인가시키고; 펄스 RF 파워 서플라이의 출력을 제1 파워 출력 상태로 설정하는 한편 제1 매치 주파수에서 가변 주파수 RF 파워 서플라이의 출력을 설정하는 단계;
펄스 RF 파워 서플라이의 출력이 제2 파워 출력 상태가 되도록 설정하는 한편 제2 매치 주파수에서 가변 주파수 RF 파워 서플라이의 출력을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
청구항 16에 있어서,
펄스 처리 단계에서, 펄스 RF 파워 서플라이의 출력 상태들의 절환 시간은 0.5초보다 짧은 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
청구항 17에 있어서,
제1 출력 상태에서 펄스 RF 파워 서플라이는 제1 RF 주파수를 가지고, 제2 출력 상태에서 펄스 RF 파워 서플라이는 제2 RF 주파수를 가지며, 제1 RF 주파수는 제2 RF 주파수의 1.5배인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
청구항 16에 있어서,
가변 주파수 RF 파워 서플라이는 제1 출력 상태 및 제2 출력 상태를 가지고, 제1 출력 상태와 제2 출력 상태는 다른 반사된 파워들에 상응하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
청구항 19에 있어서,
가변 주파수 RF 파워 서플라이는 제1 출력 상태와 제2 출력 상태에서 동일한 출력 파워를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.