KR20210031760A - 아크 방지 또는 억제를 위한 화학적 기상 증착 - Google Patents

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카를 프레드릭 리저
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Abstract

기판 페데스탈과 기판 사이의 아크를 억제하거나 완전히 제거하는 화학적 기상 증착 (CVD) 툴. CVD 툴은 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마에 의해 발생된 것과 동일하거나 실질적으로 동일한 DC 바이어스 전압으로 프로세싱 챔버 내에 제공된 기판 페데스탈을 유지하도록 구성된 직류 (DC) 바이어스 제어 시스템을 포함한다. 기판 페데스탈 및 기판을 플라즈마와 동일한 전위를 갖는 동일하거나 실질적으로 동일한 전압 전위로 유지함으로써, 아크가 억제되거나 완전히 제거된다.

Description

아크 방지 또는 억제를 위한 화학적 기상 증착
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2018년 8월 7일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 16/057,383 호의 우선권의 이익을 주장하고, 이는 모든 목적들을 위해 참조로서 본 명세서에 인용된다.
플라즈마 향상된 화학적 기상 증착 (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 툴들은 기판들 상에 박막들을 증착하기 위해 사용된다. CVD 툴은 통상적으로 프로세싱 챔버, 프로세싱 챔버 내에서 기판을 지지하기 위한 기판 페데스탈, 및 샤워헤드를 포함한다. 동작 동안, 샤워헤드는 프로세싱될 기판의 표면 위에 반응물질 가스를 분배한다. 무선 주파수 (Radio Frequency; RF) 전위가 플라즈마를 생성하기 위해 통상적으로 샤워헤드 및/또는 기판 페데스탈 상에 제공된 2 개의 전극들 사이에 인가된다. 에너자이징된 (energized) 전자들은 플라즈마로부터 반응물질 가스들을 이온화하거나 해리하여 (예를 들어, "열분해 (crack)"), 화학적으로 반응성인 라디칼들을 생성한다. 이들 라디칼들이 반응할 때, 이들은 기판 상에 박막을 증착하고 형성한다.
아크 (arcing) 는 상이한 전압 전위들에서 2 개의 표면들 사이의 갭에 제공된 통상적으로 비 전도성 가스의 분해 (breakdown) 에 의해 유발된 공지된 전기적 현상이다. 아크가 발생할 때, 비 전도성 가스는 분해되고, 강한 전류 또는 방전이 두 표면들 사이의 갭에 걸쳐 잠깐 급등한다.
PECVD 툴들을 사용하면, 아크는 중대한 문제이다. 전기적으로 저항성인 재료들 (예를 들어, 유전체 막) 은 통상적으로 기판과 페데스탈 사이에 제공된다. 툴의 동작 동안, 프로세싱 챔버 내의 플라즈마 및 기판은 RF 전위가 인가될 때 본질적으로 직류 (Direct Current; DC) 바이어스 전압을 발생시킨다. 결과로서, 저항성 재료들로 인해 기판과 기판 페데스탈 사이에 0이 아닌 DC 전압이 존재한다.
DC 전압의 차가 특정한 문턱값을 초과하면, 전기 항복 (electrical breakdown) 이 기판과 기판 페데스탈 사이의 가스에서 발생할 수도 있다. 박막들이 기판들 상에 증착됨에 따라, DC 바이어스 전압의 크기는 증가하는 경향이 있다. 결과로서, 전기 항복 가능성이 상당히 증가한다. 반도체 웨이퍼들과 같은 특정한 타입들의 기판들을 사용하면, 갑작스러운 방전 또는 아크의 폭발은 민감한 회로를 파괴할 수 있다. 반도체 웨이퍼 상 회로의 파괴는 수율을 감소시키고, 잠재적으로 상당한 제조 손실들 및 증가된 비용들을 발생시킨다.
따라서 기판과 기판 페데스탈 사이의 아크를 억제하거나 완전히 제거하는 CVD 툴이 필요하다.
기판 페데스탈과 기판 사이의 아크를 억제하거나 완전히 제거하는 화학적 기상 증착 (CVD) 툴이 개시된다. 툴은 프로세싱 챔버, 프로세싱 챔버 내에서 기판을 지지하기 위한 기판 페데스탈, 및 프로세싱 챔버 내에 위치된 샤워헤드를 포함한다. 샤워헤드는 무선 주파수 (RF) 전위에 응답하여 DC 바이어스 전압을 발생시키는, 플라즈마로 변하는 가스를 디스펜싱하도록 구성된다. 툴은 또한 플라즈마에 의해 발생된 DC 바이어스 전압과 동일하거나 실질적으로 동일한 DC 바이어스 전압으로 기판 페데스탈을 유지하도록 구성된 직류 (DC) 바이어스 제어 시스템을 포함한다.
비 배타적인 실시 예에서, DC 바이어스 제어 시스템은 플라즈마와 기판 페데스탈 사이의 DC 전류를 측정하고, 접지와 기판 사이의 저항이 일정하게 유지될 때 DC 전류를 일정하게 유지함으로써 기판 페데스탈의 DC 바이어스 전압을 조정한다.
또 다른 비 배타적인 실시 예에서, DC 바이어스 제어 시스템은 기판의 프로세싱의 시작 시 DC 전류를 측정하고, 이어서 저항의 드리프트를 보상하기 위해 기판 프로세싱의 나머지 동안 측정된 DC 전류를 유지하기 위해 DC 바이어스 전압을 조정하도록 더 구성된다.
다양한 비 배타적인 실시 예들에서, 플라즈마와 전극 사이의 전류 경로는 (a) 기판 페데스탈에 의해 지지된 기판, (b) 기판 상에 형성된 임의의 박막(들), (c) 기판 페데스탈, (d) 기판 페데스탈에 커플링된 전력 공급부 중 하나 이상을 포함한다. 저항은 (f) 기판, (g) 기판 상에 형성된 임의의 박막(들), (h) 기판 페데스탈 및 (i) 기판 페데스탈에 커플링된 전력 공급 시스템의 저항성 컴포넌트 중 하나 이상으로 구성된다.
본 출원, 및 이의 장점들은 첨부된 도면들과 함께 취해진 이하의 기술 (description) 을 참조하여 가장 잘 이해될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 비 배타적인 실시 예에 따른 CVD 챔버의 블록도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 비 배타적인 실시 예에 따른 기판 페데스탈의 평면도 (top-down view) 및 단면도이다.
도 3은 본 발명의 비 배타적인 실시 예에 따라 아크가 어떻게 억제되거나 방지되는지를 예시하는 도면이다.
도 4는 시간이 흐름에 따라 툴에서 플라즈마에 의해 발생된 DC 바이어스 전압의 예측 불가능성을 예시하는 플롯이다.
도 5는 본 발명에 따른 기판 페데스탈을 위한 액티브 DC 바이어스 제어 시스템을 예시하는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 비 배타적인 실시 예에 따른 복수의 기판 페데스탈들을 갖는 CVD 챔버의 도면이다.
도 7은 본 발명의 비 배타적인 실시 예에 따른 CVD 툴을 제어하기 위해 사용된 시스템 제어기의 블록도이다.
도면들에서, 유사한 참조 번호들은 때때로 유사한 구조적 엘리먼트들을 지정하기 위해 사용된다. 도면들의 도시들은 도식적이고, 반드시 축척대로일 필요는 없다는 것이 또한 인식되어야 한다.
본 출원은 첨부된 도면들에 예시된 바와 같이 이들의 몇몇 비배타적인 실시 예들을 참조하여 이제 상세히 기술될 것이다. 이하의 기술에서, 본 개시의 완전한 이해를 제공하기 위해 수많은 구체적 상세들이 제시된다. 그러나, 본 개시가 이들 구체적인 상세들의 일부 또는 전부 없이 실시될 수도 있다는 것이 당업자들에게 명백할 것이다. 다른 예들에서, 공지된 프로세스 단계들 및/또는 구조체들은 본 개시를 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해 상세히 기술되지 않았다.
도 1을 참조하면, 화학적 기상 증착 (Chemical Vapor Deposition; CVD) 툴 (10) 의 블록도가 예시된다. 툴 (10) 은 프로세싱 챔버 (12), 샤워헤드 (14), 프로세싱될 기판 (18) 을 위치시키기 위한 기판 페데스탈 (16), 무선 주파수 (Radio Frequency; RF) 소스 생성기 (20), 가스 소스 (22), 시스템 제어기 (24), 기판 페데스탈 (16) 및 직류 (DC) 바이어스 제어 시스템 (28) 에 커플링된 ESC 전력 공급부 (26) 을 포함한다. 다양한 실시 예들에서, CVD 툴은 PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), PEALD (Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition) 또는 플라즈마를 사용하는 임의의 다른 타입의 CVD 툴일 수도 있다.
동작 동안, 반응 가스(들)는 가스 소스 (22) 로부터 샤워헤드 (14) 를 통해 프로세싱 챔버 (12) 내로 공급된다. 샤워헤드 (14) 내에서, 가스(들)는 기판 (18) 의 표면 위의 영역에서 챔버 (12) 내로 하나 이상의 플레넘들 (미도시) 을 통해 분배된다. RF 생성기 (20) 에 의해 생성된 RF 전위가 기판 페데스탈 (16) 상의 하나 이상의 전극(들) (보이지 않음) 에 인가된다. RF 전위는 가스로 하여금 프로세싱 챔버 (12) 내부에서 이온화하고 플라즈마를 생성하게 한다. 플라즈마 내에서, 에너자이징된 (energized) 전자들은 반응물질 가스(들)로부터 해리되어 (즉, "열분해 (crack)"), 화학적으로 반응성인 라디칼들을 생성한다. 이들 라디칼들이 반응할 때, 이들은 기판 (18) 상에 박막을 증착하고 형성한다.
다양한 실시 예들에서, RF 생성기 (20) 는 단일 RF 생성기 또는 고 RF 주파수, 중간 RF 주파수 및/또는 저 RF 주파수를 생성할 수 있는 복수의 RF 생성기일 수도 있다. 예를 들어, 고 주파수들의 경우, RF 생성기 (20) 는 2 내지 100 ㎒, 바람직하게 13.56 ㎒ 또는 27 ㎒ 범위의 주파수들을 생성할 수도 있다. 저 주파수들이 생성될 때, 범위는 50 ㎑ 내지 2 ㎒, 및 바람직하게 350 ㎑ 내지 600 ㎑이다. 대안적인 실시 예들에서, RF 소스는 기판 페데스탈 (16) 대신 샤워헤드 (14) 또는 샤워헤드 (14) 및 기판 페데스탈 (16) 모두 상에 제공된 RF 전극에 커플링될 수도 있다.
시스템 제어기 (24) 는 일반적으로 CVD 툴 (10) 의 전체 동작을 제어하고 증착, 증착 후 (post deposition), 그리고/또는 다른 프로세스 동작들 동안 프로세스 조건들을 관리하도록 사용된다.
비 배타적인 실시 예에서, 기판 페데스탈 (16) 은 정전 척 (Electrostatic Chucking; ESC) 타입 기판 페데스탈이다. ESC 전력 공급부 (26) 는 기판 (18) 을 클램핑하기 위해 필요한 정전기력을 발생시키기에 충분한 크기의 반대 전압을 기판 페데스탈 (16) 의 클램핑 표면에 임베딩된 전극 (도 1에 미도시) 에 공급하기 위해 제공된다.
RF 전위가 프로세싱 챔버 (12) 내에서 반응 가스(들)와 함께 인가될 때, 플라즈마가 발생한다. 플라즈마는 RF 전위에 응답하여 통상적으로 (0) 내지 (-100) V 범위의 DC 바이어스를 발생시킨다. 기판 (18) 이 플라즈마에 노출되면, 기판은 플라즈마와 동일하거나 실질적으로 동일한 DC 바이어스 전압을 발생시킨다. 통상적으로 기판 페데스탈 (16) 은 통상적으로 상이한 전압으로 유지된다. 기판 페데스탈 (16) 과 기판 (18) 사이의 전압 차는 아크를 발생시킬 수 있다 (susceptible).
DC 바이어스 제어 시스템 (28) 은 플라즈마 및 기판 (18) 에 의해 발생된 것과 동일하거나 실질적으로 동일한 DC 바이어스 전압으로 기판 페데스탈 (16) 을 유지하도록 제공된다. 따라서 기판 페데스탈 (16) 과 기판 (18) 사이의 전압 차는 0이거나 0에 가깝다. 결과로서, 기판 페데스탈 (16) 과 기판 (18) 사이의 아크가 억제되거나 완전히 제거된다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 기판 페데스탈 (16) 의 비 배타적인 실시 예의 평면도 및 단면도가 도시된다. 이 특정한 실시 예에서, 기판 페데스탈 (16) 의 바디 (29) 는 알루미늄 나이트라이드와 같은 비전도성 세라믹 재료로 이루어진다. 기판 (18) 을 클램핑하기 위해, ESC 표면 (30) 이 기판 페데스탈 (16) 내로 임베딩된다.
도 2a에 가장 잘 예시된 바와 같이, 전극 (30) 은 기판 페데스탈 (16) 내로 임베딩되고, 한 쌍의 "D-형상 (D-shaped)" ESC 클램핑 전극들 (32A 및 32B) 을 포함한다. 클램핑 동안, 반대 극성의 전압 (예를 들어, +/- 500 V) 이 2 개의 전극들 (32A 및 32B) 각각에 제공된다. 발생되는 정전기력은 기판 페데스탈 (16) 의 클램핑 표면 (30) 에 기판 (18) 을 클램핑한다.
기판 페데스탈 (16) 은 또한 주변부에 임베딩되고 주변부 주위에 제공되며 상단 표면 (30) 의 중심을 통하는 RF 전극 (34) 을 포함한다. 전극들 (32A, 32B, 및 34) 은 RF 소스 (20) 에 커플링되고, 프로세싱 챔버 (12) 로 공급된 반응물질 가스(들)를 이온화하고 플라즈마를 생성하기 위해 필요한 RF 전위를 제공하도록 구성된다. 도 2b에 가장 잘 예시된 바와 같이, 단면은 ESC 클램핑 전극들 (32A 및 32B) 및 RF 전극 (32A, 32B, 및 34) 이 기판 페데스탈 (16) 의 바디 (29) 에 임베딩되는 것을 도시한다.
아크를 억제하거나 방지하기 위해, DC 바이어스 제어 시스템 (26) 은 좌측 전극 및 우측 전극 (32A 및 32B) 에 바이어스 전압을 제공한다. 예를 들어, 전극들 (32A 및 32B) 각각에 인가된 (+/- 500 V) 의 ESC 클램핑 전압을 고려한다. 프로세싱 챔버 (12) 내 플라즈마가 (-10 V) 의 바이어스를 발생시키면, 동일하거나 유사한 크기의 바이어스 전압 VDC가 전극들 (32A 및 32B) 에 인가된다. 즉, 전극 (32A) 은 490 V (500-10) 로 유지되고, 전극 (32B) 은 -510 V (-500-10) 로 유지된다. 또 다른 비 배타적인 실시 예에서, 동일한 바이어스 전압 VDC (예를 들어, -10V) 가 또한 전극 (34) 에 인가될 수 있다.
2 개의 전극들 (32A 및 32B) 사이의 전압 차는 동일하게 유지되기 때문에, 바이어스 전압 VDC는 ESC 클램핑력에 영향을 주지 않는다. 그러나, 기판 페데스탈 (16) 과 기판 (18) 사이의 전압 차는 0 또는 0에 매우 가깝게 감소되어, 아크를 억제하거나 완전히 제거한다.
도 3을 참조하면, 아크가 어떻게 방지되거나 억제되는지를 도시하는 도면이 예시된다. 샤워헤드 (14) 는 하나 이상의 반응물질 가스(들)를 프로세싱 챔버 (12) 내로 도입한다. 기판 페데스탈 (16) 내에 임베딩된 전극 (34) 에 의해 제공된 RF 전위는 플라즈마를 생성하는 반응물질 가스(들)의 이온화를 발생시킨다.
이 특정한 예에서, 금속 또는 전도성 탄소 층과 같은 전기 전도성 박막 (36) 이 유전체 층 (38) 위에 증착된다. 증착 동안, 층들 또는 막들 (36, 38) 은 기판 (18) 의 상단 표면 및 기판 페데스탈 (16) 의 주변 부분 모두 위에 형성된다. 전도성 층 (36) 이 형성될 때, 문자 "e"로 지정된 음의 표면 전하들은 기판 (18) 의 표면 상에 축적된다.
플라즈마에 의해 발생된 DC 바이어스 전압과 동일한 DC 바이어스 전압 "VDC"가 기판 페데스탈 (16) 의 전극들 (32A 및 32B) (미도시) 에 인가된다. 기판 (18) 과 기판 페데스탈 (16) 사이의 전압 차가 동일하거나 실질적으로 동일하기 때문에, 기판 (18) 상의 표면 전하들 "e"는 기판 페데스탈 (16) 로 끌리지 않는다. 결과로서, 특히 아크가 가장 잘 발생할 수 있는 위치인 경향이 있는, 타원형 (40) 에 의해 도시된 영역에서 아크가 억제되거나 완전히 제거된다.
프로세싱 챔버 (12) 내에서 기판들 (18) 의 프로세싱 동안, 플라즈마에 의해 발생된 DC 바이어스 전압은 시간이 흐름에 따라 예측할 수 없이 가변하는 경향이 있다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼 상의 전도성 (예를 들어, 탄소) 층의 증착 동안, 플라즈마는 전도성 층을 전극으로 "본다". 연장된 증착에 걸쳐, 층은 웨이퍼 및 기판 페데스탈 (16) 의 주변 상단 표면 모두 상에서 시간이 흐름에 따라 보다 넓고 보다 두껍게 성장하는 경향이 있다. 이 성장의 결과로서, 플라즈마는 확산되는 경향이 있어서, 플라즈마에 의해 발생된 DC 바이어스 전압을 변화시킨다. 그러나, 플라즈마에 의해 발생된 DC 바이어스 전압은 통상적으로 선형이 아니다. 결과로서, 플라즈마의 발생된 DC 바이어스 전압이 시간이 흐름에 따라 어떻게 변할 것인지를 예측하는 것은 매우 어렵다.
도 4는 증착 동안 CVD 툴에서 플라즈마에 의해 발생된 DC 바이어스 전압의 예측 불가능성을 예시하는 예시적인 플롯이다. 플롯은 시간이 흐름에 따라, DC 바이어스 전압이 감소하는 (예를 들어, 대략 -5.0 V 내지 대략 -20.0 V로) 경향이 있다는 것을 보여준다. 그러나, 감소는 선형이 아니다. 따라서 플롯은 고정된 바이어스 전압 VDC가 전극들 (32A, 32B 및/또는 34) 에 인가되면, 플라즈마의 DC 바이어스 전압이 가변함에 따라 가끔 전압 차가 기판 (18) 과 기판 페데스탈 (16) 사이에 존재할 수도 있다는 것을 도시한다. 전압 차가 존재할 때마다, 기판 (18) 은 아크를 발생시킬 수 있다. 도시된 플롯은 단지 예시적인 것이고, DC 바이어스 전압 감소의 비선형성을 도시하도록 제공된다. 실제 실시 예들에서, 플롯은 광범위하게 가변할 것이지만, 통상적으로 DC 바이어스 전압의 감소를 도시할 것이라는 것이 이해되어야 한다.
0이 아닌 전압 차가 존재할 때, DC 전류는 플라즈마와 접지된 전극 사이의 유한한 저항으로 인해 플라즈마와 접지된 전극 사이로 흐른다. 플라즈마와 전극 사이의 전류 경로는: (a) 기판 페데스탈 (16) 에 의해 지지된 기판 (18); (b) 기판 (18) 상에 형성된 임의의 박막(들); (c) 기판 페데스탈 (16) 상에 제공된 전극들 (32A, 32B 및 34); (d) 기판 페데스탈 (16) 에 커플링된 전력 공급부 (26), 및 (e) 기판 페데스탈 (16) 중 하나 이상을 포함한다.
저항은 상기 규정된 전류 경로 상에 제공된: (a) 기판 (18); (b) 기판 (18) 상에 형성된 임의의 박막(들); (c) 기판 페데스탈 (16) 상에 제공된 전극들 (32A, 32B 및 34) 및 (d) 기판 페데스탈 (16) 에 커플링된 전력 공급부 (26) 중 하나 이상으로 구성된다.
프로세싱 챔버 (12) 내의 조건들이 변화함에 따라, 플라즈마의 DC 바이어스 전압은 상기 주지된 바와 같이 변화한다. 저항이 고정될 때, 측정된 전류의 변화들은 플라즈마의 DC 바이어스 전압의 변화들을 나타낼 것이다. 결과로서, ΔVDC 값의 변화들은 시간이 흐름에 따라 플라즈마에 의해 발생된 DC 바이어스 전압의 변화들에 비례한다. ΔVDC를 계속해서 측정하고 전극들 (32A, 32B, 및/또는 34) 에 인가함으로써, 기판 페데스탈의 DC 바이어스 전압은 프로세싱 조건들이 변화함에 따라 플라즈마 및 기판 (18) 에 의해 발생된 DC 바이어스를 실질적으로 추적할 수 있다. 즉, 기판 페데스탈 (16) 과 기판 (18) 사이의 전압 차는 프로세싱 챔버 (12) 의 조건들이 변화함에 따라 0으로 유지되거나 0에 가깝다.
도 5를 참조하면, DC 바이어스 제어 시스템 (28) 을 예시하는 블록도가 예시된다. 시스템 (28) 은 전류 측정 디바이스 (50) 및 ESC 전력 공급부 (26) 를 포함한다. 전류 측정 디바이스 (50) 는 플라즈마와 접지된 전극 사이의 전류의 샘플들을 측정한다. DC 전력 공급부 (52) 가 일정한 전류를 유지하도록 ESC 전력 공급부 (26) 를 통해 전극들 (32A, 32B, 및/또는 34) 에 인가된 바이어스 전압을 조정한다. 일정한 전류를 유지함으로써, 기판 (18) 과 기판 페데스탈 사이의 전압 차는 0 또는 0에 가깝다.
다양한 실시 예들에서, 전류 샘플들을 측정하기 위한 미리 결정된 샘플링 레이트는 광범위하게 가변할 수도 있다. 예를 들어, 샘플 레이트는 1 ms 내지 10 초의 범위일 수 있다. 일반적으로, 보다 높은 샘플링 레이트일수록, 플라즈마에 의해 발생된 실제 DC 바이어스의 변화들을 추적하도록 바이어스 전압이 보다 정밀하게 조정될 수 있다. 결과로서, 보다 높은 정도의 아크 억제가 실현될 가능성이 높다.
상기에 기초하여, 아크를 억제하거나 완전히 방지하는 많은 방법들이 있다. 예를 들어:
● 기판 (18) 과 기판 페데스탈 (16) 사이의 전압을 일정하게 (0 또는 0 V에 가깝게) 유지함으로써, 아크가 제거되거나 상당히 제한될 수 있다. 그러나, 플라즈마의 DC 바이어스 전압이 시간이 흐름에 따라 변화할 때, 페데스탈과 기판 사이의 전압 차가 증가할 수도 있다. 결과로서, 아크 가능성이 또한 증가할 수도 있다.
● 샘플링된 전류를 측정하기 위해 피드백 루프를 사용하고, ESC 전력 공급부 (26) 를 통해 전극들 (32A, 32B, 및/또는 34) 에 인가된 바이어스 전압을 조정하기 위해 DC 바이어스 공급부 (52) 를 제어함으로써, 측정된 전류는 미리 규정된 상수 값이 유지될 수 있다. 이 방법이 플라즈마의 DC 바이어스 전압이 시간이 흐름에 따라 변화하더라도 작동하지만, 저항이 변화하면 영향받기 쉽다. 예를 들어, 일 기판으로부터 다음 기판으로 또는 층들이 기판에 부가될 때 저항이 변화한다면, 아크 발생 가능성이 증가할 수도 있다.
● 전류를 한 번 측정하고, 이를 기판 각각에 대한 설정점으로 사용한다. 그 후에, 상기 기술된 피드백 루프는 전극들 (32A, 32B, 및/또는 34) 에 인가된 바이어스 전압을 조정하도록 사용된다. 다음 기판을 사용하여, 설정점이 다시 측정되고, 이에 따라 바이어스 전압이 조정된다. 기판 각각에 대한 전류를 측정함으로써, 설정점은 시스템의 드리프트를 보상하도록 업데이트된다. 이 방법을 사용하면, 시간이 흐름에 따라 플라즈마의 DC 바이어스가 변화하고 그리고/또는 챔버 (12) 의 조건들이 변화하더라도, 아크의 가능성은 상당히 억제된다.
DC 전류를 측정하고, 기판 페데스탈 (16) 의 전극들 (32A, 32B 및/또는 34) 에 DC 바이어스 전압을 조정하고 인가하는 능력은 다수의 이점들을 제공한다. 첫째로, 기판 페데스탈 (16) 과 기판 (18) 사이의 전압 차는 기판 (18) 이 챔버 (12) 내에서 프로세싱되는 시간의 지속기간 동안 0 또는 0에 가깝게 유지된다. 두 번째로, 일 기판 (18) 이 프로세싱을 위해 또 다른 기판으로 교체될 때, 전류가 측정될 수 있고 DC 바이어스 전압은 프로세싱 챔버 (12) 내의 전류 조건들과 매칭하도록 조정된다. 세 번째로, DC 바이어스 제어 시스템 (28) 은 툴 (10) 및/또는 프로세스 챔버 (12) 와 무관하게 DC 바이어스 전압을 조정하는 능력을 갖는다. 따라서, 일 CVD 툴 (10) 로부터 다음 툴로, 또는 일 프로세싱 챔버 (12) 로부터 다음 프로세싱 챔버로의 모든 변동들은, DC 바이어스 제어 시스템 (28) 이 일 툴로부터 다음 툴로 조건들이 어떻게 가변할 수도 있는지에 상관 없이 DC 바이어스 전압을 조정하는 능력을 갖기 때문에 문제가 되지 않는다.
도 6을 참조하면, 복수의 기판 페데스탈들 (16) 을 갖는 CVD 챔버 (12) 의 도면이 예시된다. 이 특정한 실시 예에서, CVD 툴 (10) 은 프로세싱 챔버 (12) 내에 4 개의 기판 페데스탈들 (16A 내지 16D) 을 갖기 때문에 "쿼드 (quad)" 툴로 지칭된다. 따라서 DC 바이어스 제어 시스템 (28) 은 4 개의 기판 페데스탈들 (16A 내지 16D) 각각에 대해 상기 기술된 바와 같이 각각 계산된, 4 개의 (A 내지 D) 바이어스 전압 ΔVDC (+/-) 을 제공한다. 예시된 바와 같이 쿼드 툴 (10) 은 단지 예시적인 것이고, 일 방식으로 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다. 아크를 억제하거나 제거하기 위한 시스템은 임의의 수의 기판 페데스탈들을 갖는 CVD 툴에서 사용될 수도 있다.
도 7은 시스템 제어기 (24) 를 도시하는 고 레벨 블록도이다. 컴퓨터 시스템 (24) 은 집적 회로, 인쇄 회로 기판, 소형 휴대용 디바이스, 개인용 컴퓨터, 서버, 슈퍼 컴퓨터 범위의 많은 물리적 형태들을 가질 수도 있고, 이들 중 임의의 것은 하나 또는 복수의 프로세서들을 가질 수도 있다. 컴퓨터 시스템은 (그래픽, 텍스트, 및 다른 데이터를 디스플레이하기 위한) 전자 디스플레이 디바이스 (804), 비일시적인 메인 메모리 (806) (예를 들어, RAM (Random Access Memory)), 저장 디바이스 (808) (예를 들어, 하드 디스크 드라이브), 이동식 저장 디바이스 (810) (예를 들어, 광학 디스크 드라이브), 사용자 인터페이스 디바이스들 (812) (예를 들어, 키보드들, 터치 스크린들, 키패드들, 마우스들 또는 다른 포인팅 디바이스들, 등), 및 통신 인터페이스 (814) (예를 들어, 무선 네트워크 인터페이스) 를 더 포함할 수 있다. 통신 인터페이스 (814) 는 소프트웨어 및 데이터로 하여금 링크를 통해 시스템 제어기 (24) 와 외부 디바이스들 사이에서 이송되게 한다. 시스템은 제어기 (24) 는 또한 전술한 디바이스들/모듈들이 연결되는 통신 인프라스트럭처 (816) (예를 들어, 통신 버스, 크로스-오버 바, 또는 네트워크) 를 포함할 수도 있다.
용어 "비일시적인 컴퓨터 판독 가능 매체"는 일반적으로 메인 메모리, 보조 메모리, 이동식 저장장치, 및 하드 디스크들, 플래시 메모리, 디스크 드라이브 메모리, CD-ROM 및 다른 형태들의 영구 메모리와 같은 저장 디바이스들과 같은 매체를 지칭하도록 사용되고, 반송파들 또는 신호들과 같은 일시적 주제를 커버하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
특정한 실시 예들에서, 시스템 소프트웨어 또는 코드를 실행하거나 (run) 실행하는 (excute) 시스템 제어기 (24) 는, 프로세싱 동작들의 타이밍, RF 생성기 (20) 의 동작 주파수 및 동작 전력, 프로세싱 챔버 (12) 내의 압력, 프로세스 챔버 (12) 내로의 가스(들)의 플로우 레이트들, 농도들 및 온도들 및 이들의 상대적인 혼합, 기판 홀더 (16) 에 의해 지지된 기판 (18) 의 온도를 제어하는 것과 같은 액티비티들을 포함하여, 툴 (10) 의 액티비티들의 전부 또는 거의 대부분을 제어한다.
통신 인터페이스 (814) 를 통해 전달된 정보는 신호들을 반송하고, 전선 또는 케이블, 광섬유, 전화선, 휴대전화 링크, 무선 주파수 링크, 및/또는 다른 통신 채널들을 사용하여 구현될 수도 있는 통신 링크를 통해, 통신 인터페이스 (814) 에 의해 수신될 수 있는 전자, 전자기, 광학, 또는 다른 신호들과 같은 신호들의 형태일 수도 있다. 이러한 통신 인터페이스를 사용하여, 하나 이상의 프로세서들 (802) 이 네트워크로부터 정보를 수신할 수도 있고, 또는 네트워크에 정보를 출력할 수도 있다는 것이 고려된다. 또한, 방법 실시예들은 프로세서들 상에서만 실행될 수도 있거나, 프로세싱의 일부를 공유하는 원격 프로세서들과 함께 인터넷과 같은 네트워크를 통해 실행될 수도 있다.
본 명세서에 제공된 실시 예들이 단지 예시이고, 어떠한 점으로도 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다. 일반적으로, 본 출원은 2 개의 나선 패턴들을 규정하는 적어도 2 세트의 홀들 및 2 개의 패턴들 각각에 대한 2 개의 플레넘들을 갖는 임의의 샤워헤드를 커버하는 것으로 의도된다.
몇몇 실시 예들만이 상세히 기술되었지만, 본 출원은 본 명세서에 제공된 개시의 정신 또는 범위로부터 벗어나지 않고 많은 다른 형태들로 구현될 수도 있다는 것이 인식되어야 한다. 예를 들어, 기판은 반도체 웨이퍼, 개별 반도체 디바이스, 평판 디스플레이, 또는 임의의 다른 타입의 워크피스일 수 있다.
따라서, 본 실시 예들은 제한적이지 않고 예시적인 것으로 간주되어야 하고, 본 명세서에 제공된 상세들로 제한되지 않고, 첨부된 청구항들의 범위 및 등가물 내에서 수정될 수도 있다.

Claims (23)

  1. 화학적 기상 증착 (Chemical Vapor Deposition; CVD) 툴에 있어서,
    프로세싱 챔버;
    상기 프로세싱 챔버 내에서 상기 기판을 지지하기 위한 기판 페데스탈;
    상기 프로세싱 챔버 내에 위치된 샤워헤드로서, 상기 샤워헤드는 무선 주파수 (Radio Frequency; RF) 전위에 응답하여 상기 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마로 변하는 가스를 디스펜싱하도록 구성되고, 상기 플라즈마는 DC (Direct Current) 바이어스 전압을 발생시키는, 상기 샤워헤드; 및
    상기 프로세싱 챔버 내에서 상기 플라즈마에 의해 발생된 상기 DC 바이어스 전압과 동일하거나 실질적으로 동일한 DC 바이어스 전압으로 상기 기판 페데스탈을 유지하도록 구성된 DC 바이어스 제어 시스템을 포함하는, 화학적 기상 증착 툴.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 DC 바이어스 제어 시스템은 상기 플라즈마에 의해 발생된 상기 DC 바이어스 전압이 변화함에 따라 상기 기판 페데스탈의 상기 DC 바이어스 전압을 조정하도록 더 구성되는, 화학적 기상 증착 툴.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 DC 바이어스 제어 시스템은,
    상기 플라즈마와 접지된 전극 사이의 전류 경로를 따라 전류를 측정하고, 그리고
    상기 측정된 전류를 0으로 또는 일정한 미리 결정된 값으로 유지함으로써 상기 기판 페데스탈의 상기 DC 바이어스 전압을 조정함으로써 상기 기판 페데스탈의 상기 DC 바이어스 전압을 조정하는, 화학적 기상 증착 툴.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 DC 바이어스 제어 시스템은 상기 기판의 프로세싱의 개시에서 설정점으로서 상기 측정된 전류를 사용하도록 그리고 상기 기판의 후속 프로세싱 동안 상기 기판 페데스탈의 상기 DC 바이어스 전압을 조정하도록 더 구성되는, 화학적 기상 증착 툴.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 플라즈마와 상기 전극 사이의 상기 전류 경로는,
    (a) 상기 기판 페데스탈에 의해 지지된 상기 기판;
    (b) 상기 기판 상에 형성된 임의의 박막(들);
    (c) 상기 기판 페데스탈 상에 제공된 전극들;
    (d) 상기 기판 페데스탈에 커플링된 전력 공급부; 및
    (e) 상기 기판 페데스탈 중 하나 이상을 포함하는, 화학적 기상 증착 툴.
  6. 제 4 항에 있어서,
    저항 값은,
    (a) 상기 기판;
    (b) 상기 기판 상에 형성된 임의의 박막(들);
    (c) 상기 기판 페데스탈 상에 제공된 전극들; 및
    (d) 상기 기판 페데스탈에 커플링된 전력 공급부 중 하나 이상의 저항으로부터 유도되는, 화학적 기상 증착 툴.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 페데스탈은 반대되는 클램핑 전위들로 유지되는 제 1 전극 및 제 2 전극들을 포함하는 정전 척 (Electrostatic Chuck; ESC) 타입 기판 페데스탈이고, 상기 반대되는 클램핑 전위들은 상기 프로세싱 챔버 내의 상기 플라즈마에 의해 발생되는 DC 바이어스 전압과 동일하거나 실질적으로 동일한 DC 바이어스 전압에 의해 조정되는, 화학적 기상 증착 툴.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 페데스탈은 상기 프로세싱 챔버 내의 상기 플라즈마에 상기 RF 전위를 제공하기 위한 RF 전극을 포함하는, 화학적 기상 증착 툴.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 RF 전극은 상기 프로세싱 챔버 내의 상기 플라즈마에 의해 발생된 것과 동일하거나 실질적으로 동일한 DC 바이어스 전압에 의해 조정되는, 화학적 기상 증착 툴.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 DC 바이어스 제어 시스템은,
    상기 플라즈마와 전극 사이의 전류를 측정하기 위한 전류 측정 디바이스; 및
    상기 전류 측정 디바이스에 응답하여, 상기 기판 페데스탈 상에 제공된 전극들로의 DC 바이어스 전압을 제어하기 위한, 제어된 전력 공급부를 포함하는, 화학적 기상 증착 툴.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 기판 페데스탈 상에 제공된 상기 전극들은 상기 기판 페데스탈에 상기 기판을 정전기적으로 (electro-statically) 클램핑하기 위해 사용되는 양극 및 음극인, 화학적 기상 증착 툴.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세싱 챔버는 2 개 이상의 기판 페데스탈들을 더 포함하는, 화학적 기상 증착 툴.
  13. 제 14 항에 있어서,
    상기 DC 바이어스 제어 시스템은 상기 프로세싱 챔버 내의 상기 플라즈마와 동일하거나 실질적으로 동일한 DC 바이어스 전압으로 상기 2 개 이상의 기판 페데스탈들을 유지하도록 더 구성되는, 화학적 기상 증착 툴.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 실질적으로 동일하다는 것은 상기 플라즈마에 의해 발생된 상기 DC 바이어스 전압 및 상기 기판 페데스탈이 10.0 V 이하의 전압 차를 갖는다는 것을 의미하는, 화학적 기상 증착 툴.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 실질적으로 동일하다는 것은 상기 플라즈마에 의해 발생된 상기 DC 바이어스 전압 및 상기 기판 페데스탈이 0.1 V 이하의 전압 차를 갖는다는 것을 의미하는, 화학적 기상 증착 툴.
  16. 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마에 의해 발생된 것과 동일하거나 실질적으로 동일한 DC 바이어스 전압으로 상기 프로세싱 챔버 내에 제공된 기판 페데스탈을 유지하도록 구성된 DC 바이어스 제어 시스템을 포함하는, 화학적 기상 증착 (CVD) 툴.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 기판 페데스탈은 기판을 상기 기판 페데스탈에 클램핑하기 위해 반대 극성의 정전 클램프 (Electrostatic Clamp; ESC) 전극들을 포함하고, 상기 DC 바이어스 전압은 반대 극성의 상기 ESC 전극들에 인가되는, 화학적 기상 증착 툴.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 DC 바이어스 제어 시스템은 상기 플라즈마에 의해 발생된 상기 DC 바이어스 전압이 상기 프로세싱 챔버 내에서 변화함에 따라 상기 DC 바이어스 전압을 조정하는, 화학적 기상 증착 툴.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 DC 바이어스 제어 시스템은,
    상기 플라즈마와 전극 사이의 전류를 측정하기 위한 전류 측정 디바이스;
    상기 기판 페데스탈 상에 제공된 전극들에 DC 바이어스 오프셋을 인가하기 위한 ESC 전력 공급부로서, 상기 DC 바이어스 오프셋은 상기 측정된 전류에 비례하는, 상기 ESC 전력 공급부를 포함하는, 화학적 기상 증착 툴.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 플라즈마와 상기 전극 사이의 상기 전류에 대한 전류 경로는,
    (a) 상기 기판 페데스탈에 의해 지지된 기판;
    (b) 상기 기판 상에 형성된 임의의 박막(들);
    (c) 상기 기판 페데스탈 상에 제공된 전극들;
    (d) 상기 기판 페데스탈에 커플링된 전력 공급부; 및
    (e) 상기 기판 페데스탈 중 하나 이상을 포함하는, 화학적 기상 증착 툴.
  21. 제 19 항에 있어서,
    저항 값은,
    (a) 기판;
    (b) 상기 기판 상에 형성된 임의의 박막(들);
    (c) 상기 기판 페데스탈 상에 제공된 전극들; 및
    (d) 상기 기판 페데스탈에 커플링된 전력 공급부 중 하나 이상의 저항으로부터 유도되는, 화학적 기상 증착 툴.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 실질적으로 동일하다는 것은 상기 플라즈마에 의해 발생된 상기 DC 바이어스 전압 및 상기 기판 페데스탈이 10.0 V 이하의 전압 차를 갖는다는 것을 의미하는, 화학적 기상 증착 툴.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 실질적으로 동일하다는 것은 상기 플라즈마에 의해 발생된 상기 DC 바이어스 전압 및 상기 기판 페데스탈이 0.1 V 이하의 전압 차를 갖는다는 것을 의미하는, 화학적 기상 증착 툴.
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