KR20150037621A - 고 주파수 무선 주파수에 대한 전극 임피던스를 튜닝하고 저 주파수 무선 주파수를 접지로 종단하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

고 주파수 무선 주파수에 대한 전극 임피던스를 튜닝하고 저 주파수 무선 주파수를 접지로 종단하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예들은 기판의 플라즈마 프로세스 동안 증착되는 필름들의 균일성 및 필름 응력을 개선하기 위한 장치에 관한 것이다. 실시예들에 따르면, 장치는, 전극의 고 주파수 RF 임피던스를 튜닝하고 저 주파수 RF를 접지로 종결하기 위해 가변 캐패시터에 전기적으로 결합되는 튜닝 전극(tuning electrode) 및/또는 튜닝 링(tuning ring)을 포함한다. 플라즈마 프로파일 및 결과적인 필름 두께는, 가변 캐패시터의 캐패시턴스 및 튜닝 전극의 결과적인 임피던스를 조정함으로써 제어될 수 있다. 기판 상에 증착되는 필름의 필름 응력은, 프로세싱 동안 저 주파수 RF를 종결시킴으로써 제어될 수 있다, 즉 증가될 수 있다.

Description

고 주파수 무선 주파수에 대한 전극 임피던스를 튜닝하고 저 주파수 무선 주파수를 접지로 종결하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TUNING ELECTRODE IMPEDANCE FOR HIGH FREQUENCY RADIO FREQUENCY AND TERMINATING LOW FREQUENCY RADIO FREQUENCY TO GROUND}
본 발명의 실시예들은 일반적으로, 기판들을 프로세싱하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 실시예들은 고 주파수 무선 주파수(RF)에 대한 전극 임피던스(electrode impedance)를 튜닝하고 저 주파수 RF를 접지(ground)로 종결하기(terminating) 위한 장치에 관한 것이다.
플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)과 같은 플라즈마 프로세싱은, 반도체 웨이퍼들과 같은 기판들 상에 블랭킷(blanket) 유전체 필름들과 같은 재료들을 증착하는 데에 이용된다. 현재의 플라즈마 프로세싱 챔버들 및 프로세스들에 대한 과제는 플라즈마 증착 프로세스들 동안 임계 치수 균일성을 제어하는 것을 포함한다. 하나의 도전은, 현재의 플라즈마 프로세싱 챔버들 및 기술들을 이용하여 증착되는 필름들 내에서의 기판의 중심 대 에지(center to edge)의 두께 균일성을 포함한다. 부가적인 도전은, 현재의 플라즈마 프로세싱 챔버들 및 기술들을 이용하여 증착되는 필름들 내에서의 필름 응력(film stress)을 제어하는 것을 포함한다.
따라서, 플라즈마 프로세싱 동안 증착되는 필름들의 필름 응력과 중심 대 에지의 두께 균일성을 모두 개선하기 위한 장치를 개발하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에서, 플라즈마 프로세싱 장치는, 프로세스 용적(process volume)을 둘러싸는, 챔버 바디(chamber body) 및 전력공급형 가스 분배 매니폴드(powered gas distribution manifold); 기판을 지지하기 위해 프로세스 용적 내에 배치되는 페디스털(pedestal); 및 페디스털 내에 배치되는 튜닝 전극(tuning electrode) ― 튜닝 전극은 제 1 캐패시터, 및 접지(ground)로의 제 1 인덕터에 전기적으로 결합되고, 제 1 캐패시터 및 제 1 인덕터는 병렬로 구성됨 ― 을 포함한다.
다른 실시예에서, 플라즈마 프로세싱 장치에서 이용하기 위한 기판 지지 어셈블리는, 기판 지지 페디스털; 기판 지지 페디스털 내에 배치되는 튜닝 전극; 튜닝 전극에 전기적으로 결합되는 제 1 캐패시터; 및 제 1 캐패시터와 병렬로 구성되는 인덕터를 포함한다.
본 발명의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로 앞서 간략히 요약된 본 발명의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들 중 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 발명의 단지 전형적인 실시예들을 도시하는 것이므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 발명이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
도 1은 일 실시예에 따른 플라즈마 프로세싱 챔버의 개략도이다.
도 2는, 튜닝 전극에 결합된 가변 캐패시터(variable capacitor)에서의 총 캐패시턴스의 캐패시턴스 비율의 함수로서 플롯팅된(plotted), 도 1의 튜닝 전극의 총 전류 및 총 임피던스의 예시적인 도면이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 플라즈마 프로세싱 챔버의 예시적인 도면이다.
도 4는, 튜닝 전극에 결합된 가변 캐패시터에서의 총 캐패시턴스의 캐패시턴스 비율의 함수로서 플로팅된, 도 1 및 도 3으로부터의 페디스털의 상부 표면(top surface)에서 계산된 총 저 주파수 임피던스의 예시적인 도면이다.
본 발명의 실시예들은 기판의 플라즈마 프로세스 동안 증착되는 필름들의 균일성 및 필름 응력을 개선하기 위한 장치에 관한 것이다. 실시예들에 따르면, 장치는, 전극의 고 주파수 RF 임피던스를 튜닝하고 저 주파수 RF를 접지로 종결하기 위해 가변 캐패시터에 전기적으로 결합되는 튜닝 전극 및/또는 튜닝 링(tuning ring)을 포함한다. 플라즈마 프로파일 및 결과적인 필름 두께는, 가변 캐패시터의 캐패시턴스 및 튜닝 전극의 결과적인 임피던스를 조정함으로써 제어될 수 있다. 기판 상에 증착되는 필름의 필름 응력은, 프로세싱 동안 저 주파수 RF를 종결시킴으로써 제어될 수 있다, 즉 증가될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 프로세싱 장치의 개략적인 단면도이다. 장치는 챔버(100)를 포함하며, 이러한 챔버(100) 내에서 하나 또는 그 초과의 필름들이 기판(110) 상에 증착될 수 있다. 챔버는 챔버 바디(102) 및 가스 분배 어셈블리(104)를 포함하며, 가스 분배 어셈블리(104)는 프로세스 용적(106) 내로 가스들을 균일하게 분배한다. 페디스털(108)이 프로세스 용적(106) 내에 배치되어, 기판(110)을 지지한다. 페디스털(108)은 가열 엘리먼트(미도시)를 포함한다. 페디스털(108)은 스템(stem)(114)에 의해 프로세스 용적(106) 내에서 이동가능하게 배치되며, 스템(114)은 챔버 바디(102)를 통해 연장하며, 스템(114)은 페디스털(108)을 상승시키고(raising), 하강시키고(lowering), 및/또는 회전시키기 위해 구동 시스템(103)에 연결된다.
가스 분배 어셈블리(104)는, 가스 유동 제어기(120)로부터 가스 분배 매니폴드(118) 내로 가스를 전달하는 가스 입구 통로(gas inlet passage)(116)를 포함한다. 가스 분배 매니폴드(118)는 복수의 노즐들(미도시)을 포함하며, 이러한 복수의 노즐들을 통해 프로세싱 동안 가스 혼합물(gaseous mixture)들이 주입된다.
고 주파수 RF 전력 소스(126) 및 저 주파수 RF 전력 소스(127)는 가스 분배 매니폴드(118)에 전력을 공급(power)하기 위해 매치 회로(129)를 통해 전자기 에너지를 제공하며, 가스 분배 매니폴드(118)는, 가스 분배 매니폴드(118)와 페디스털(108) 사이에서의 플라즈마의 생성을 촉진시키기 위해, 전력공급형 전극으로서의 역할을 한다. 페디스털(108)은, RF 로드(rod)(122)를 통해 전기적으로 접지되는 튜닝 전극(112)을 포함하며, 이에 따라 챔버(100) 내에서 전력공급형 가스 분배 매니폴드(118)와 튜닝 전극(112) 사이에서 전기장이 생성된다. 일 실시예에서, 튜닝 전극(112)은, 알루미늄 또는 몰리브덴 메쉬(mesh)와 같은, 전도성 메쉬를 포함한다.
세라믹 링(123)이 가스 분배 매니폴드(118) 아래에 위치된다. 튜닝 링(124)이 세라믹 링(123)과 격리기(isolator)(125) 사이에 배치되며, 격리기(125)는 챔버 바디(102)로부터 튜닝 링(124)을 격리시킨다. 튜닝 링(124)은 알루미늄과 같은 전도성 재료로 만들어진다. 도 1에 도시된 바와 같이, 튜닝 링(124)은 기판(110)의 프로세싱 동안 페디스털(108) 및 기판(110) 주위에 동심으로(concentrically) 위치된다. 튜닝 링(124)은 가변 진공 캐패시터와 같은 가변 캐패시터(128)에 전기적으로 결합되며, 인덕터(L1)를 통해 접지로 종결된다. 제 2 인덕터(L2)가 가변 캐패시터(128)에 대해 평행하게 전기적으로 결합되어, 저 주파수 RF에 대한 접지로의 경로를 제공한다. 또한, 튜닝 링(124)과 가변 캐패시터(128)를 통한 전류 흐름을 제어하는 데에 이용하기 위해, VI 센서와 같은 센서(130)가 튜닝 링(124)과 가변 캐패시터(128) 사이에 위치된다.
튜닝 전극(112)은 가변 진공 캐패시터와 같은 가변 캐패시터(139)에 전기적으로 결합되며, 인덕터(L3)를 통해 접지로 종결된다. 제 2 인덕터(L4)가 가변 캐패시터(139)에 대해 평행하게 전기적으로 결합되어, 저 주파수 RF에 대한 접지로의 경로를 제공한다. 또한, 튜닝 전극(112)과 가변 캐패시터(139)를 통한 전류 흐름을 제어하는 데에 이용하기 위해, VI 센서와 같은 센서(140)가 튜닝 전극(112)과 가변 캐패시터(139) 사이에 위치된다.
시스템 제어기(134)는 다양한 컴포넌트들, 이를 테면 RF 전력 소스들(126 및 127), 구동 시스템(103) 및 가변 캐패시터들(128 및 139)의 기능들을 제어한다. 시스템 제어기(134)는 메모리(138) 내에 저장된 시스템 제어 소프트웨어를 실행시킨다.
따라서, 전력공급형 가스 분배 매니폴드(118)와 튜닝 전극(112) 사이에 플라즈마를 거쳐 RF 경로가 확립된다. 또한, 가변 캐패시터(139)의 캐패시턴스를 변화시킴으로써, 튜닝 전극(112)을 통한 RF 경로에 대한 임피던스가 변하게 되며, 결국, 튜닝 전극(112)에 결합된 RF 필드의 변화를 야기한다. 따라서, 플라즈마 프로세싱 동안, 기판(110)의 표면에 걸쳐 프로세스 용적(106) 내의 플라즈마가 조절될(modulated) 수 있다.
또한, 전력공급형 가스 분배 매니폴드(118)와 튜닝 링(124) 사이에 부가적인 RF 경로가 확립된다. 부가적으로, 가변 캐패시터(128)의 캐패시턴스를 변화시킴으로써, 튜닝 링(124)을 통한 RF 경로에 대한 임피던스가 변하게 되며, 결국, 튜닝 링(124)에 결합된 RF 필드의 변화를 야기한다. 예를 들어, 튜닝 링(124)의 최대 전류 및 대응하는 최소 임피던스는, 가변 캐패시터(128)의 총 캐패시턴스를 변경함으로써 달성될 수 있다. 따라서, 플라즈마 프로세싱 동안, 기판(110)의 표면에 걸쳐 프로세스 용적(106) 내의 플라즈마가 조절될 수 있다.
도 2는, 가변 캐패시터(139)에서의 총 캐패시턴스의 캐패시턴스 비율의 함수로서 플롯팅된, 도 1의 튜닝 전극(112)의 총 전류(210) 및 총 임피던스(220)의 예시적인 도면이다. 본 예에서 알 수 있는 바와 같이, 튜닝 전극(112)의 최대 전류(212) 및 대응하는 최소 임피던스(222)(즉, 공진(resonance))는 가변 캐패시터(139)의 총 캐패시턴스의 약 40% 내지 50%에서 달성된다. 이는, 유도성(inductive) RF 로드(122), 인덕터(L3) 및 가변 캐패시터(139)에 의해 형성되는 직렬(series) LC 회로의 공진으로 인한 것이다. 가변 캐패시터(139)를 공진에 대해 튜닝시킴으로써, RF 로드(122)의 유도성 임피던스(inductive impedance)가 상쇄될(canceled) 수 있고, 이러한 RF 리턴 경로(즉, 페디스털(108)의 상부 표면으로부터 튜닝 전극(112)을 통한, 그리고 RF 로드(122)를 통한 경로)에 대한 전체 임피던스가 최소화되며, 결과적으로 튜닝 전극(112)을 통해 최대의 가능한 전류가 흐르게 하며, 이에 의해 증착 레이트를 높인다. 가변 캐패시터(139)의 총 캐패시턴스의 보다 낮은 그리고 보다 높은 비율들에서, 총 전류(210)는 감소하는 한편, 대응하는 총 임피던스(220)는 증가한다. 따라서, 튜닝 전극(112)의 요구되는 전류 및 총 임피던스는, 가변 캐패시터(139)에서의 총 캐패시턴스를 제어함으로써 조절될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 상기 설명된 바와 같이, 인덕터(L4)(예를 들어, 5μH 인덕터)가 가변 캐패시터(139)에 대해 병렬로 결합되어, 저 주파수 RF에 대한 접지로의 경로를 제공한다. 바닥(bottom) 전극(112)을 통한 저 주파수 RF 종결은, 플라즈마 프로세싱 동안 증착되는 필름들 내에서의 필름 응력을 튜닝하는 데에 있어서 보다 큰 감도(sensitivity)를 허용한다. 예를 들어, 저 주파수 RF를 종결시킴으로써, 더 많은 저 주파수 RF가 기판(110)을 통해 전극(112)에 리턴된다. 결과적으로, 기판(110)은 저 주파수 RF에 의해 충격을 받게 되며(bombarded), 결과적으로 기판(110) 상에서 증착되고 있는 필름 내에 더 높은 필름 응력을 초래한다.
도 3은 다른 실시예에 따른 프로세싱 챔버(300)의 예시적인 도면이다. 프로세싱 챔버(300)의 많은 피쳐(feature)들은 프로세싱 챔버(100)의 피쳐들과 동일하며, 여기에서 반복되지 않을 것이다. 프로세싱 챔버(300)에서, 캐패시터(349)가 인덕터(L4)와 직렬로 제공되며, 이에 따라 전극(112)로부터의 저 주파수 RF는 직렬 LC 회로를 통해 종결된다. 일 실시예에서, 캐패시터(349) 및 인덕터(L4)는, 이들이 반대 임피던스를 가지며 공진하여 서로를 상쇄시킴으로써, 전극(112)을 통한 저 주파수 RF의 매우 낮은 총 임피던스를 제공하도록, 선택되고 튜닝된다. 또한, 프로세싱 동안 기판(110)을 페디스털(108)에 정전기적으로 클램핑(clamp)시킬 수 있도록 전극(112)에 척킹 전압(chucking voltage)을 제공하기 위해, 높은 DC 전압 소스(350)가 전극(112)과 전기적으로 결합된다. 캐패시터(349)는, 척킹 전압이 전극(112)에 인가될 수 있도록 하기 위해 요구되는, 접지로부터의 전기적인 격리를 제공한다.
도 4는, 가변 캐패시터(139)에서의 총 캐패시턴스의 캐패시턴스 비율의 함수로서 플롯팅된, 도 1 및 도 3으로부터의 페디스털(108)의 상부 표면에서 계산된 총 저 주파수 임피던스의 예시적인 도면이다. 라인(410)은, 어떠한 저 주파수 접지(grounding)도 없는 상태에서의, 저 주파수에서의 총 임피던스의 도면이다. 알 수 있는 바와 같이, 어떠한 저 주파수 종결도 없기 때문에, 전극(112)을 통한 저 주파수 임피던스가 매우 높고, 이에 따라 기판(110)에서의 저 주파수 충격이 거의 없게(very little) 되며, 결과적으로, 프로세싱 동안 기판(110) 상에 증착되는 필름의 낮은 필름 응력을 초래한다.
라인(420)은 도 1에 도시된 구성에 따른, 즉 인덕터(L4)(예를 들어, 5μH 인덕터)를 통해 저 주파수가 종결되는, 저 주파수에서의 총 임피던스의 도면이다. 알 수 있는 바와 같이, 라인(410)과 비교하여, 총 임피던스가 상당히 낮아지며, 결과적으로, 기판(110)의 상당히 더 높은 저 주파수 충격을 초래하고, 프로세싱 동안 기판(110) 상에 증착되는 필름의 상당히 더 높은 필름 응력을 초래한다.
라인(430)은 도 3에 도시된 구성에 따른, 즉 LC 직렬 회로(예를 들어, 80nF 캐패시터와 직렬의 27.5μH 인덕터)를 통해 저 주파수가 종결되는, 저 주파수에서의 총 임피던스의 도면이다. 알 수 있는 바와 같이, 총 임피던스가 0에 가깝게 낮아지며, 결과적으로, 기판(110)의 매우 높은 저 주파수 충격을 초래하고, 프로세싱 동안 기판(110) 상에 증착되는 필름의 훨씬 더 높은 필름 응력을 초래한다.
상기 내용이 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 및 추가의 실시예들이 본 발명의 기본적인 범위를 벗어나지 않으면서 안출될 수 있으며, 본 발명의 범위는 하기의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (14)

  1. 플라즈마 프로세싱 장치로서,
    프로세스 용적(process volume)을 둘러싸는, 챔버 바디(chamber body) 및 전력공급형 가스 분배 매니폴드(powered gas distribution manifold);
    기판을 지지하기 위해 상기 프로세스 용적 내에 배치되는 페디스털(pedestal); 및
    상기 페디스털 내에 배치되는 튜닝 전극(tuning electrode) ― 상기 튜닝 전극은 제 1 캐패시터, 및 접지(ground)로의 제 1 인덕터에 전기적으로 결합되고, 상기 제 1 캐패시터 및 상기 제 1 인덕터는 병렬로 구성됨 ―
    을 포함하는,
    플라즈마 프로세싱 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 캐패시터는 가변 캐패시터(variable capacitor)인,
    플라즈마 프로세싱 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 캐패시터는, 상기 제 1 캐패시터의 캐패시턴스를 제어하도록 구성된 제어기 및 센서에 결합되는,
    플라즈마 프로세싱 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 인덕터와 직렬의 제 2 캐패시터를 더 포함하는,
    플라즈마 프로세싱 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 튜닝 전극은 DC 전력 소스에 전기적으로 결합되는,
    플라즈마 프로세싱 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버 바디와 상기 전력공급형 가스 분배 매니폴드 사이에 배치되는 전도성 튜닝 링(conductive tuning ring)을 더 포함하는,
    플라즈마 프로세싱 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 튜닝 링은 제 3 캐패시터, 및 접지로의 제 2 인덕터에 전기적으로 결합되며, 상기 제 3 캐패시터 및 상기 제 2 인덕터는 병렬로 구성되는,
    플라즈마 프로세싱 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 3 캐패시터는 가변 캐패시터인,
    플라즈마 프로세싱 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 3 캐패시터는, 상기 제 3 캐패시터의 캐패시턴스를 제어하도록 구성된 제어기 및 센서에 결합되는,
    플라즈마 프로세싱 장치.
  10. 플라즈마 프로세싱 장치에서 이용하기 위한 기판 지지 어셈블리로서,
    기판 지지 페디스털;
    상기 기판 지지 페디스털 내에 배치되는 튜닝 전극;
    상기 튜닝 전극에 전기적으로 결합되는 제 1 캐패시터; 및
    상기 제 1 캐패시터와 병렬로 구성되는 인덕터
    를 포함하는,
    기판 지지 어셈블리.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 캐패시터는 가변 캐패시터인,
    기판 지지 어셈블리.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 튜닝 전극에 결합되는 센서를 더 포함하는,
    기판 지지 어셈블리.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 인덕터와 직렬의 제 2 캐패시터를 더 포함하는,
    기판 지지 어셈블리.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 튜닝 전극은 전도성 메쉬(conductive mesh)를 포함하는,
    기판 지지 어셈블리.
KR1020140130156A 2013-09-30 2014-09-29 고 주파수 무선 주파수에 대한 전극 임피던스를 튜닝하고 저 주파수 무선 주파수를 접지로 종단하기 위한 장치 및 방법 KR102298032B1 (ko)

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KR1020140130156A KR102298032B1 (ko) 2013-09-30 2014-09-29 고 주파수 무선 주파수에 대한 전극 임피던스를 튜닝하고 저 주파수 무선 주파수를 접지로 종단하기 위한 장치 및 방법

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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010032695A (ko) * 1997-12-01 2001-04-25 조셉 제이. 스위니 혼합 주파수의 화학기상증착 방법 및 장치
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KR20130004916A (ko) * 2010-03-01 2013-01-14 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 가변 용량성 튜너와 피드백 회로를 갖는 물리적 기상 증착법

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