KR20230042824A - 플라즈마 제어 장치 및 플라즈마 처리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 제어 장치는 정합 회로, 공진 회로 및 컨트롤러를 포함한다. 상기 정합 회로는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 플라즈마 챔버의 상기 제1 전극에 연결되고, 제1 주파수를 갖는 제1 무선 주파수(radio frequency, 이하 'RF')에 기초한 RF 구동 신호에 의한 RF 파워의 임피던스를 상기 상부 전극의 임피던스와 정합시킨다. 상기 공진 회로는 상기 제2 전극과 접지 전압 사이에 연결되고, 상기 제1 주파수와 관련된 고조파들에 대한 공진을 제공하고, 상기 제2 전극과 상기 접지 전압 사이의 접지 임피던스를 조절하여 상기 플라즈마 챔버 내의 플라즈마 분포를 제어한다. 상기 컨트롤러는 상기 공진과 관련되는 커패시턴스 제어 신호 및 상기 접지 임피던스와 관련되는 스위치 제어 신호들을 상기 공진 회로에 제공한다.

Description

플라즈마 제어 장치 및 플라즈마 처리 시스템{Plasma control device and plasma processing system}
본 발명은 반도체 제조 공정에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플라즈마 제어 장치 및 플라즈마 처리 시스템에 관한 것이다.
플라즈마를 이용하는 반도체 공정에 있어서 플라즈마 제어의 중요성은 더욱 커지고 있다. 이온 에너지와 플라즈마 밀도를 독립 제어하기 위해 서로 다른 주파수를 갖는 두 개 이상의 RF(radio frequency) 파워가 사용되며, 식각률(etching rate) 및 프로필(profile)을 개선하기 위해 펄스 형태로 RF 파워가 인가되고 있다. 식각률의 증가를 위해 고주파수의 소스 RF 파워를 인가하는 경우 중심 파워가 에지 파워보다 큰(center-high) 분포가 발생할 수 있다. 이런 분포 특성은 소스 RF 파워와 플라즈마의 비선형성에 의해 발생하는 고조파에서 기인하는 부분을 포함하고 있으므로, 소스 RF 파워의 고조파를 제거함으로써 플라즈마의 균일성(uniformity)을 제어하는 방법을 적용할 수 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은, 효율적으로 플라즈마 특성을 개선할 수 있는 플라즈마 제어 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 일 목적은, 효율적으로 플라즈마 특성을 개선할 수 있는 플라즈마 처리 시스템을 제공하는 것이다.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 제어 장치는 정합 회로, 공진 회로 및 컨트롤러를 포함한다. 상기 정합 회로는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 플라즈마 챔버의 상기 제1 전극에 연결되고, 제1 주파수를 갖는 제1 무선 주파수(radio frequency, 이하 'RF')에 기초한 RF 구동 신호에 의한 RF 파워의 임피던스를 상기 상부 전극의 임피던스와 정합시킨다. 상기 공진 회로는 상기 제2 전극과 접지 전압 사이에 연결되고, 상기 제1 주파수와 관련된 고조파들에 대한 공진을 제공하고, 상기 제2 전극과 상기 접지 전압 사이의 접지 임피던스를 조절하여 상기 플라즈마 챔버 내의 플라즈마 분포를 제어한다. 상기 컨트롤러는 상기 공진과 관련되는 커패시턴스 제어 신호 및 상기 접지 임피던스와 관련되는 스위치 제어 신호들을 상기 공진 회로에 제공한다.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 처리 시스템은 플라즈마 챔버, 무선 주파수(radio frequency, 이하 'RF') 파워 생성기, 정합 회로, 공진 회로 및 컨트롤러를 포함한다. 상기 플라즈마 챔버는 제1 전극 및 제2 전극을 포함한다.
상기 RF 파워 생성기는 제1 주파수를 갖는 제1 RF 신호에 기초한 제1 RF 구동 신호와 상기 제1 주파수보다 작은 제2 주파수를 갖는 제2 RF 신호에 기초한 제2 RF 구동 신호를 생성하고 상기 제1 RF 구동 신호와 상기 제2 RF 구동 신호를 상기 제1 전극에 인가한다.
상기 정합 회로는 상기 제1 RF 구동 신호에 의한 RF 파워의 임피던스를 상기 제1 전극의 임피던스와 정합시키고, 상기 제2 RF 구동 신호에 의한 RF 파워의 임피던스를 상기 제1 전극의 임피던스와 정합시킨다.
상기 공진 회로는 상기 제2 전극과 접지 전압 사이에 연결되고, 상기 제1 주파수와 관련된 고조파들에 대한 공진을 제공하고, 상기 제2 전극과 상기 접지 전압 사이의 접지 임피던스를 조절하여 상기 플라즈마 챔버 내의 플라즈마 분포를 제어한다. 상기 컨트롤러는 상기 공진과 관련되는 커패시턴스 제어 신호 및 상기 접지 임피던스와 관련되는 스위치 제어 신호들을 상기 공진 회로에 제공한다.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 제어 장치는 정합 회로, 공진 회로 및 컨트롤러를 포함한다. 상기 정합 회로는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 플라즈마 챔버의 상기 제1 전극에 연결되고, 제1 주파수를 갖는 제1 무선 주파수(radio frequency, 이하 'RF')에 기초한 RF 구동 신호에 의한 RF 파워의 임피던스를 상기 상부 전극의 임피던스와 정합시킨다. 상기 공진 회로는 상기 제2 전극과 접지 전압 사이에 연결되고, 상기 제1 주파수와 관련된 고조파들에 대한 공진을 제공하고, 상기 제2 전극과 상기 접지 전압 사이의 접지 임피던스를 조절하여 상기 플라즈마 챔버 내의 플라즈마 분포를 제어한다. 상기 컨트롤러는 상기 공진과 관련되는 커패시턴스 제어 신호 및 상기 접지 임피던스와 관련되는 스위치 제어 신호들을 상기 공진 회로에 제공한다.
상기 공진 회로는 인덕터, 가변 커패시터 및 스위칭 저항 회로를 포함한다. 상기 인덕터는 상기 제2 전극에 연결되는 제1 노드와 상기 접지 전압에 연결되는 접지 노드 사이에 연결되며 고정된 인덕턴스 값을 가진다. 상기 가변 커패시터는 상기 제1 노드와 상기 접지 노드 사이에 상기 인덕터와 병렬로 연결된다. 상기 스위칭 저항 회로는 상기 제1 노드와 상기 접지 노드 사이에 상기 가변 커패시터와 병렬로 연결되고, 상기 스위치 제어 신호들에 응답하여 상기 서로 다른 저항값을 제공하여 상기 접지 임피던스를 조절한다.
상기 스위칭 저항 회로는 상기 제1 노드에 병렬로 연결되는 복수의 저항들 및 상기 접지 노드에 병렬로 연결되며 상기 복수의 저항들 중 상응하는 하나와 연결되는 복수의 스위치들을 포함한다. 상기 복수의 스위치들은 상기 스위치 제어 신호들 각각에 응답하여 선택적으로 연결된다.
본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 제어 장치 및 플라즈마 처리 시스템은 제1 전극에 RF 구동 신호를 인가하고, 제2 전극과 접지 전압 사이에 연결되는 공진 회로에서 고조파들에 대한 공진을 제공하면서, 제2 전극과 접지 전압 사이의 접지 임피던스의 최대값을 조절하여 플라즈마 균일성을 향상시키고, 플라즈마 챔버의 특성의 변경에도 쉽게 대응할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 처리 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예들에 따른 도 1의 플라즈마 처리 시스템을 보다 상세히 나타내는 블록도이다.
도 2b는 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 처리 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 도 2a의 플라즈마 처리 시스템에서 공진 회로의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 도 3의 공진 회로에서 공진 시의 스위칭 저항 회로가 제공하는 저항값과 공진 회로의 임피던스 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 도 3의 공진 회로에서 공진 시의 스위칭 저항 회로가 제공하는 저항값과 공진 시의 공진 주파수의 반치전폭(full width half maximum 'FWHM') 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 플라즈마 챔버 내의 웨이퍼에 대한 전기장의 세기를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 처리 시스템의 예를 나타내는 블록도이다.
도 8은 RF 구동 신호 신호의 생성의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 제1 RF 구동 신호 신호, 제2 RF 구동 신호 신호 및 고조파 제어 신호를 나타낸다.
도 10a는 비교예에 따른 고조파 제어 신호를 나타내고, 도 10b는 본 발명의 실시예들에 따른 고조파 제어 신호를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 도 7 플라즈마 처리 시스템에서고조파 제어 회로의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 12 및 13은 각각 본 발명의 실시예들에 따른 제1 RF 구동 신호 신호, 제2 RF 구동 신호 신호 및 고조파 제어 신호를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 처리 시스템의 예를 나타내는 블록도이다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 도 13의 플라즈마 처리 시스템에서 필터 회로의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 16은 플라즈마 챔버 내의 웨이퍼에 대한 식각율을 보여주는 그래프이다.
도 17은 매칭 회로와 플라즈마 챔버의 상부 전극을 연결하는 전송 라인의 RF 파워의 주파수들 중 초단파의 기본파와 고조파 성분들을 보여주는 그래프이다.
도 18은 플라즈마 제어 회로에 의한 임피던스 제어를 통해 고조파의 전압 변화와 식각율의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 19는 도 14의 플라즈마 처리 시스템에서, 플라즈마 챔버 내의 중심 부분의 식각율의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 20은 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 21은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 처리 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 플라즈마 처리 시스템(50)은 무선 주파수(radio frequency, 이하 'RF') 파워 생성기(100), 정합 회로(300), 플라즈마 챔버(200), 공진 회로(400) 및 컨트롤러(500)를 포함할 수 있다.
정합 회로(300), 공진 회로(400) 및 컨트롤러(500)는 플라즈마 제어 장치(PCD)를 구성할 수 있다. 실시예에 있어서, 플라즈마 제어 장치(PLD)는 RF 파워 생성기(100)를 더 포함할 수 있다.
플라즈마 챔버(200)는 반도체 공정이 수행되는 내부 공간을 구비할 수 있고, 상부 전극(228) 및 하부 전극(236)을 구비할 수 있고, 하부 전극(236)을 포함하는 기판 고정부에 웨이퍼 또는 식각 대상 기판(70)이 고정될 수 있다.
플라즈마 챔버(200)는 전기 전도성과 충분한 강성 및 강도를 갖는 금속물질로 구성되는 개방형 입체로 제공되어 내부에 플라즈마 식각 공정을 수행하기 위한 내부 공간을 갖는다.
RF 파워 생성기(100)는 제1 주파수를 갖는 RF 신호를 기초로 RF 구동 신호(RFDS)를 생성할 수 있다. RF 파워 생성기(100)는 교류 전원을 포함하여 RF 신호를 생성할 수 있고, RF 신호를 스위칭하여 RF 구동 신호(RFDS)를 생성할 수 있다. RF 파워 생성기(100)는 접지 전압(VSS)에 연결될 수 있다.
정합 회로(300)는 RF 파워 생성기(100)와 상부 전극(228) 사이에 연결되고, RF 구동 신호(RFDS)에 의한 RF 파워의 임피던스를 상부 전극(228)의 임피던스와 정합시켜 전송 파워를 최대화시킬 수 있다.
공진 회로(400)는 하부 전극(236)에 연결되고 접지 전압(VSS)에 연결될 수 있다. 즉, 공진 회로(400)는 하부 전극(236)과 접지 전압(VSS) 사이에 연결되고, 제1 주파수와 관련된 고조파들에 대한 공진을 제공하고, 접지 임피던스를 조절하여 플라즈마 챔버(200) 내의 플라즈마 분포를 제어할 수 있다.
컨트롤러(500)는 공진과 관련되는 커패시턴스 제어 신호(VCS) 및 접지 임피던스와 관련되는 복수의 스위치 제어 신호들(RCS)을 생성하고, 커패시턴스 제어 신호(VCS) 및 스위치 제어 신호들(RCS)을 공진 회로(400)에 제공할 수 있다.
도 1에서 상부 전극(228)은 제1 전극에 해당하고, 하부 전극(236)은 제2 전극에 해당할 수 있다.
도 2a는 본 발명의 실시예들에 따른 도 1의 플라즈마 처리 시스템을 보다 상세히 나타내는 블록도이다.
도 2a를 참조하면, RF 파워 생성기(100)는 접지 전압(VSS)에 연결되어 제1 주파수를 갖는 RF 신호(SRF)을 생성하는 발진기(111a) 및 펄스 스위치(113a)를 포함할 수 있다.
펄스 스위치(113a)는 RF 신호(SRF)를 스위칭하여 RF 구동 신호(RFDS)를 상부 전극(228)에 인가할 수 있다.
도 2a를 참조하면, 플라즈마 챔버(200)는 플라즈마 챔버(210)의 상부에 배치되는 소스 가스 공급기(220), 플라즈마 챔버(210)의 하부에 배치되어 웨이퍼 또는 식각 대상 기판(70)이 고정되는 기판 고정부(230)를 포함할 수 있다.
플라즈마 챔버(200)의 상부에는 식각용 소스 가스를 공급하는 소스 공급관(224)이 관통하고 하부에는 기판 고정부(230)의 연장부가 플라즈마 챔버(200)의 외부로 관통하여 배치된다.
플라즈마 챔버(200)의 상판과 소스 공급관 사이에는 상부 절연체(222)가 배치되어 플라즈마 챔버(200)의 외부와 내부 공간을 절연시키고 플라즈마 챔버(200)의 바닥판과 기판 고정부(230)의 연장부 사이에는 하부 절연체(232)가 배치되어 플라즈마 챔버(200)의 외부와 내부 공간을 절연시킨다. 도시되지는 않았지만, 플라즈마 챔버(200)의 측부에는 기판(70)을 기판 고정부(230)로 로딩/언로딩하기 위한 챔버 게이트(미도시)가 구비될 수 있다. 내부 공간에서 플라즈마 식각 공정이 수행되는 동안 플라즈마 챔버(200)는 접지 수단에 의해 접지되도록 구성될 수 있다.
플라즈마 챔버(200)의 바닥판 일부에는 배기 포트(215, exhaust port)가 배치된다. 예를 들면, 배기 포트(215)는 진공 펌프(미도시)에 연결되어 플라즈마 챔버(200) 내부의 압력은 배기 포트(215) 및 상기 진공 펌프에 의하여 조절될 수 있다. 또한, 플라즈마 챔버(200) 내에서 발생되는 공정 부산물들 및/또는 잔여 공정 가스가 배기 포트(215)를 통하여 배출될 수 있다.
소스 가스 공급기(220)는 플라즈마 챔버(200)의 외부에 배치된 소스 가스 저장부(240)와 연결되어 플라즈마 식각을 수행하기 위한 소스가스를 공급하고 식각 플라즈마(PLA)를 형성한다.
일 실시예에서, 소스 가스 공급기(220)는 소스 가스를 공급하는 소스 공급관(224), 소스 공급관(224)과 일체로 구비되어 상기 소스 가스를 플라즈마 챔버(200)의 내부로 분사하는 샤워헤드(226) 및 샤워헤드(226)의 내부에 배치되어 상기 소스 가스를 플라즈마(PLA)로 생성하기 위한 소스 파워를 인가하거나 접지 전압을 인가하는 상부 전극(228)을 구비한다.
예를 들면, 샤워헤드(226)는 알루미늄과 같이 도전성이 우수한 금속물질로 이루어지는 입체형상을 갖고 배면에는 상기 소스 가스를 내부 공간으로 공급하는 다수의 분사 홀(225)을 구비할 수 있다.
샤워헤드(226)에는 상부 전극(228)이 배치되고 상부전극(226)은 소스 공급관(224)을 따라 플라즈마 챔버(200)의 외부로 연장하여 정합 회로(300)와 전기적으로 연결될 수 있다.
따라서, 식각용 소스 가스는 소스 공급관(224)을 통하여 샤워헤드(226)로 전송되고 분사 홀(225)을 통하여 플라즈마 챔버(200)의 내부 공간으로 분사될 수 있다. 플라즈마 챔버(220) 내부의 소스 가스는 상부 전극(228)에 인가되는 RF 파워에 의해 플라즈마(PLA)로 변환되어 식각용 에천트로 기능할 수 있다.
기판 고정부(230)는 소스 가스 공급기(220)에 대응하여 플라즈마 챔버(200)의 하부에 배치된다. 예를 들면, 기판 고정부(230)는 정전기력 또는 진공에 의해 기판(70)을 고정하는 정전 척(electrostatic chuck) 또는 진공 척(vacuum chuck)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 기판 고정부(230)는 기판(70)이 고정되는 서셉터(234) 및 서셉터(234)의 내부에 배치되어 정전기력을 발생하는 매립 전극(미도시)과 상기 소스 가스를 플라즈마(PLA)로 생성하고 상기 플라즈마를 기판(70)으로 유도하기 위해 RF 파워 또는 접지 전압이 인가되는 하부 전극(236)을 구비하는 정전 척으로 구성될 수 있다.
따라서, 상부 전극(228)으로 플라즈마(PLA)를 생성하기 위한 RF 파워가 인가되면, 플라즈마 챔버(200)의 내부 공간에 유동하는 상기 소스 가스는 샤워헤드(226)와 기판(70) 사이의 내부공간에서 플라즈마(PLA)로 변환되어 기판(70)과 샤워헤드(226) 사이에 플라즈마 쉬스(plasma sheath)를 형성하게 된다.
도 2b는 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 처리 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2b을 참조하면, 플라즈마 처리 시스템(50a)은 RF 파워 생성기(100), 정합 회로(300), 플라즈마 챔버(200), 공진 회로(400) 및 컨트롤러(500)를 포함할 수 있다.
도 2b의 플라즈마 처리 시스템(50a)은 정합 회로(300)와 플라즈마 챔버(200)의 하부 전극(236)에 연결되어, RF 구동 신호(RFDS)를 하부 전극(236)에 인가하고, 공진 회로(400)가 플라즈마 챔버(200)의 상부 전극(228)과 접지 전압(VSS) 사이에 연결되어 상부 전극(228)과 접지 전압(VSS) 사이의 임피던스를 조절한다는 점이 도 1의 플라즈마 처리 시스템(50)과 차이가 있다.
즉 도 2b에서는 상부 전극(228)은 제2 전극에 해당하고, 하부 전극(136)은 제1 전극에 해당할 수 있다.
즉 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 제어 장치(PDC)는 RF 파워 생성기(100)가 RF 신호에 기초하여 RF 구동 신호(RFDS)를 생성하고, 정합 회로(300)를 통하여 RF 구동 신호(RFDS)를 플라즈마 챔버(100)의 제1 전극에 인가하여 플라즈마 챔버(100) 내에 플라즈마(PLA)를 생성하고, 공진 회로(400)는 플라즈마 챔버(100)의 제2 전극과 접지 전압(VSS) 사이에 연결되어, RF 구동 신호(RFDS)의 주파수로 인한 고조파들에 대하여 공진을 제공하면서, 제2 전극과 접지 전압(VSS) 사이의 접지 임피던스를 조절하여 플라즈마 챔버(100) 내의 플라즈마 분포를 제어할 수 있다.
여기서, 제1 전극은 상부 전극(228) 및 하부 전극(236) 중 하나에 해당할 수 있고, 제2 전극은 상부 전극(228) 및 하부 전극(236) 중 하나에 해당할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 도 2a의 플라즈마 처리 시스템에서 공진 회로의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 3을 참조하면, 공진 회로(400)는 하부 전극(236)에 연결되는 제1 노드(N11)와 접지 전압(VSS)에 연결되는 접지 노드(GN) 사이에 병렬로 연결되는 인덕터(410), 가변 커패시터(420) 및 스위칭 저항 회로(430)를 포함할 수 있다.
인덕터(410)는 고정된 인덕턴스 값을 가지고, 제1 노드(N11)와 접지 노드(GN)에 연결된다.
가변 커패시터(420)는 인덕터(410)와 병렬로 제1 노드(N11)와 접지 노드(GN) 사이에 연결된다. 가변 커패시터(420)는 제1 노드(N11)에 연결되는 상부 전극 및 접지 노드(GN)에 연결되는 하부 전극을 구비할 수 있다. 가변 커패시터(420)는 커패시턴스 제어 신호(VCS)에 응답하여 상부 전극과 하부 전극의 간격을 조절하여 커패시턴스를 조절하는 공진 커패시터로 구현될 수 있다.
스위칭 저항 회로(430)는 가변 커패시터(420)와 병렬로 제1 노드(N11)와 접지 노드(GN) 사이에 연결된다. 스위칭 저항 회로(430)는 제1 노드(N11)에 병렬로 연결되는 복수의 저항들(441, 442, …, 44k, k는 3 이상의 자연수) 및 접지 노드(GN)에 병렬로 연결되며, 복수의 저항들(441, 442, …, 44k) 중 대응하는 하나에 연결되는 복수의 스위치들(451, 452, …, 45k)을 포함할 수 있다.
복수의 저항들(441, 442, …, 44k)은 서로 다른 저항값을 가질 수 있다. 복수의 저항들(441, 442, …, 44k)은 1kΩ 내지 10 kΩ 저항값들 중에서 서로 다른 저항값들을 가질 수 있다. 복수의 스위치들(451, 452, …, 45k)은 스위치 제어 신호들(RCS1, RCS2, …, RCSk) 각각에 응답하여 선택적으로 연결되어, 상응하는 저항을 제1 노드(N11)와 접지 노드(GN) 사이에 연결시킬 수 있다.
즉, 공진 회로(400)는 RLC 병렬 공진 회로의 구성을 가진다.
인덕터(410)와 가변 커패시터(420)에 의하여 플라즈마 챔버(200)의 제1 전극에 인가되는 RF 구동 신호(RFDS)의 제1 주파수와 관련된 고조파들에 대한 공진이 제공되면, 공진 회로(400)의 접지 임피던스는 스위칭 저항 회로(430)가 제공하는 저항값에 의하여만 결정될 수 있다. 공진 회로(400)가 공진을 제공할 때의 공진 주파수는 인덕터(410)의 인덕턴스와 가변 커패시터(420)의 커패시턴스에 의하여 결정된다는 것이 잘 알려져 있다.
따라서 공진 조건은 제어하기 쉬운 가변 커패시터(420)의 커패시턴스를 조절하여 만족시키고, 공진 회로(400)의 접지 임피던스는 스위칭 저항 회로(430)가 제공하는 저항값에 의하여 조절하면, 플라즈마 챔버(200)의 특성이 변경되어도 접지 임피던스를 쉽게 조절할 수 있다. 따라서, 하부 전극(236)과 접지 전압(VSS) 사이의 접지 임피던스에 따라 조절되는 플라즈마 챔버(200) 내의 플라즈마 분포도 쉽게 조절할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 도 3의 공진 회로에서 공진 시의 스위칭 저항 회로가 제공하는 저항값과 공진 회로의 임피던스 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4에서 가로축은 공진 시의 스위칭 저항 회로(430)가 제공하는 저항값을 나타내고, 세로축은 저항값의 변화에 따른 공진 회로(400)의 임피던스를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 공진 시의 스위칭 저항 회로(430)가 제공하는 저항값이 증가함에 따라 공진 회로(400)의 임피던스가 실질적으로 선형적으로 증가함을 알 수 있다.
따라서, 공진 시의 스위칭 저항 회로(430)가 제공하는 저항값을 조절하여 공진 회로(400)의 임피던스를 증가시켜, 플라즈마 챔버(100) 내의 전기장의 분포 차이를 감소시킬 수 있다. 플라즈마 챔버(100) 내의 전기장의 분포 차이가 감소되면, 플라즈마 챔버(100) 내의 플라즈마 분포의 균일성을 증가시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 도 3의 공진 회로에서 공진 시의 스위칭 저항 회로가 제공하는 저항값과 공진 시의 공진 주파수의 반치전폭(full width half maximum 'FWHM') 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5에서 가로축은 공진 시의 스위칭 저항 회로(430)가 제공하는 저항값을 나타내고, 세로축은 저항값에 따른 공진시의 공진 주파수의 FWMH를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 공진 시의 스위칭 저항 회로(430)가 제공하는 저항값이 감소함에 따라 공진 주파수의 FWMH가 증가함을 알 수 있다. 즉, 스위칭 저항 회로(430)의 저항값을 조절하여, 플라즈마 챔버(200)의 민감도를 감소시킬 수 있다.
도 6은 플라즈마 챔버 내의 웨이퍼에 대한 전기장의 세기를 나타내는 그래프이다.
도 6에서 가로축은 웨이퍼의 반지름(R)을 나타내고, 세로축은 전기장(E-field)의 세기를 나타내되, 정규화되어 표시되고 있다.
도 6에서 참조번호(521)은 본 발명의 실시예들에 따른 공진 회로(400)가 하부 전극(236)과 접지 전압(VSS) 사이에 연결되지 않는 제1 경우를 나타내고, 참조 번호(521)는 본 발명의 실시예들에 따른 공진 회로(400)가 하부 전극(236)과 접지 전압(VSS) 사이에 연결되는 제2 경우를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 참조 번호(523)가 나타내는 바와 같이 공진 회로(400)가 하부 전극(236)과 접지 전압(VSS) 사이에 연결되어 접지 임피던스를 조절하는 경우에 전기장(E-field)의 세기의 변화가 웨이퍼의 반지름(R)이 증가함에 따라 참조 번호(521)에서보다 감소됨을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 처리 시스템의 예를 나타내는 블록도이다.
도 7을 참조하면, 플라즈마 처리 시스템(50a)은 RF 파워 생성기(100 a), 매칭 회로(300a), 고조파 제어 회로(600), 플라즈마 챔버(200), 공진 회로(400) 및 컨트롤러(500a)를 포함할 수 있다.
플라즈마 챔버(200)는 반도체 공정이 수행되는 내부 공간을 구비할 수 있고, 상부 전극(228) 및 하부 전극(236)을 구비할 수 있고, 하부 전극(236)을 포함하는 기판 고정부에 웨이퍼 또는 식각 대상 기판(70)이 고정될 수 있다. 플라즈마 챔버(200)에 대한 설명은 도 2를 참조하여 상술하였으므로 생략한다.
정합 회로(300a), 공진 회로(400) 및 컨트롤러(500a)는 플라즈마 제어 장치(PCDa)를 구성할 수 있다. 실시예에 있어서, 플라즈마 제어 장치(PLDa)는 RF 파워 생성기(100a)를 더 포함할 수 있다.
RF 파워 생성기(100a)는 제1 RF 생성기(110) 및 제2 RF 생성기(120)를 포함할 수 있다.
제1 RF 생성기(110)는 접지 전압(VSS)에 연결되어 제1 주파수를 갖는 제1 RF 신호(SRF1)을 생성하는 발진기(111) 및 펄스 스위치(113)를 포함할 수 있다. 펄스 스위치(113)는 제1 펄스 타이밍 신호(SPT1)에 응답하여 제1 RF 신호(SRF1)를 스위칭하여 제1 RF 구동 신호(RFDS1)를 상부 전극(228)에 인가할 수 있다.
제2 RF 생성기(120)는 접지 전압(VSS)에 연결되어 제1 주파수보다 작은 제2 주파수를 갖는 제2 RF 신호(SRF2)을 생성하는 발진기(121) 및 펄스 스위치(123)를 포함할 수 있다. 펄스 스위치(123)는 제2 펄스 타이밍 신호(SPT2)에 응답하여 제2 RF 신호(SRF2)를 스위칭하여 제2 RF 구동 신호(RFDS2)를 상부 전극(228)에 인가할 수 있다.
정합 회로(300a)는 제1 서브 정합 회로(SMC1, 310) 및 제2 서브 정합 회로(SMC2, 320)을 포함할 수 있다.
제1 서브 정합 회로(310)는 제1 RF 생성기(110)와 상부 전극(228) 사이에 연결되고, 제1 RF 구동 신호(RFDS1)에 의한 RF 파워의 임피던스를 상부 전극(228)의 임피던스와 정합시켜 전송 파워를 최대화시킬 수 있다. 제2 서브 정합 회로(320)는 제2 RF 생성기(120)와 상부 전극(228) 사이에 연결되고, 제2 RF 구동 신호(RFDS2)에 의한 RF 파워의 임피던스를 상부 전극(228)의 임피던스와 정합시켜 전송 파워를 최대화시킬 수 있다.
상기 제1 주파수는 플라즈마 밀도를 제어하기 위한 것으로서 상대적으로 높은 주파수이고, 상기 제2 주파수는 이온 에너지를 제어하기 위한 것으로서 상대적으로 낮은 주파수 일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 주파수는 수 MHz 내지 수십 MHz 범위를 가질 수 있고, 상기 제2 주파수는 수백 kHz 내지 수 MHz 범위를 가질 수 있다.
공진 회로(400)는 하부 전극(236)에 연결되고 접지 전압(VSS)에 연결될 수 있다. 즉, 공진 회로(400)는 하부 전극(236)과 접지 전압(VSS) 사이에 연결되고, 고조파들에 대한 공진을 제공하고, 접지 임피던스를 조절하여 플라즈마 챔버(200) 내의 플라즈마 분포를 제어할 수 있다.
컨트롤러(500a)는 공진과 관련되는 커패시턴스 제어 신호(VCS) 및 접지 임피던스와 관련되는 복수의 스위치 제어 신호들(RCS)을 생성하고, 커패시턴스 제어 신호(VCS) 및 스위치 제어 신호들(RCS)을 공진 회로(400)에 제공할 수 있다.
컨트롤러(500a)는 또한 제1 RF 구동 신호 신호(RFDS1)에 포함되는 제1 펄스들의 타이밍을 제어하기 위한 제1 펄스 타이밍 신호(SPT1), 제2 RF 구동 신호 신호(RFDS2)에 포함되는 제2 펄스들의 타이밍을 제어하기 위한 제2 펄스 타이밍 신호(SPT2) 및 상기 제1 펄스들 및 상기 제2 펄스들의 타이밍에 기초하여 고조파 제어 펄스들을 포함하는 고조파 제어 신호(SHC)를 생성할 수 있다.
고조파 제어 회로(600)는 정합 회로(300a)와 상부 전극(228) 사이에 연결될 수 있다. 고조파 제어 회로(600)는 고조파 제어 신호(SHC)에 기초하여 구동되어 제1 RF 구동 신호 신호(RFDS1) 및 제2 RF 구동 신호 신호(RFDS2)에 의한 고조파 성분을 감소시킬 수 있다.
도시하지는 않았지만, 도 7에서 고조파 제어 회로(600)는 하부 전극(236)에 연결될 수 있고, 공진 회로(500)는 상부 전극(228)에 연결될 수 있다.
도 8은 RF 구동 신호 신호의 생성의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 제1 발진기(111)는 제1 DC 전압(VDC1)을 중심으로 하여 제1 주파수로 진동하는 제1 RF 신호(SRF1)를 생성하고, 제2 발진기(121)는 제2 DC 전압(VDC2)을 중심으로 하여 제2 주파수로 진동하는 제2 RF 신호(SRF2)를 생성할 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 제1 주파수는 플라즈마 밀도를 제어하기 위한 것으로서 상대적으로 높은 주파수이고, 상기 제2 주파수는 이온 에너지를 제어하기 위한 것으로서 상대적으로 낮은 주파수 일 수 있다.
제1 펄스 스위치(113)는 제1 타이밍 신호(SPT1)에 응답하여 제1 RF 신호(SRF1)를 스위칭하여 제1 펄스들(PS11, PS12)을 포함하는 제1 RF 구동 신호(RFDS1)를 생성할 수 있다. 즉 제1 타이밍 신호(SPT1)가 제1 논리 레벨(예를 들어, 논리 하이 레벨)인 동안 제1 펄스 스위치(312)가 턴온되어 제1 RF 신호(SRF1)를 통과시키고 제2 논리 레벨(예를 들어, 논리 로우 레벨)인 동안 제1 펄스 스위치(312)가 턴오프되어 제1 RF 신호(SRF1)를 차단하는 방식으로 제1 RF 구동 신호(RFDS1)의 제1 펄스들(PS11, PS12)을 생성할 수 있다.
제2 펄스 스위치(123)는 제2 타이밍 신호(SPT2)에 응답하여 제2 RF 신호(SRF2)를 스위칭하여 제2 펄스들(PS21, PS22)을 포함하는 제2 RF 구동 신호 신호(RFDS2)를 발생할 수 있다. 즉 제2 타이밍 신호(SPT2)가 제1 논리 레벨(예를 들어, 논리 하이 레벨)인 동안 제2 펄스 스위치(123)가 턴온되어 제2 RF 신호(SRF2)를 통과시키고 제2 논리 레벨(예를 들어, 논리 로우 레벨)인 동안 제2 펄스 스위치(123)가 턴오프되어 제2 RF 신호(SRF2)를 차단하는 방식으로 제2 RF 구동 신호(RFDS2)의 제2 펄스들(PS21, PS22)을 발생할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 제1 RF 구동 신호 신호, 제2 RF 구동 신호 신호 및 고조파 제어 신호를 나타낸다.
도 9에는 제1 RF 구동 신호 신호(RFDS1) 및 제2 RF 구동 신호 신호(RFDS2)의 예시적인 타이밍 및 이에 기초한 고조파 제어 신호(SHC)의 타이밍의 일 실시예가 도시되어 있다.
도 7 및 도 9를 참조하면, 컨트롤러(500a)는 제1 펄스(PS11)는 시점(T1)에서 활성화되고 시점(T4)에서 비활성화되며, 제2 펄스(PS21)는 시점(T2)에서 활성화되고 시점(T4)에서 비활성화되도록 제1 RF 구동 신호 신호(RFDS1) 및 제2 RF 구동 신호 신호(RFDS2)의 타이밍을 제어할 수 있다.
한편, 컨트롤러(500a)는 제1 RF 펄스(PS11) 및 제2 RF 펄스(PS21)의 중첩 구간(POVL)이 시작되는 시점(T2)부터 지연 시간(tD)이 경과한 시점(T3)에서 고조파 제어 펄스(PSH1)가 활성화되도록 고조파 제어 신호(SHC)의 타이밍을 제어할 수 있다. 도 8에는 제1 펄스(PS11) 및 제2 펄스(PS21)가 비활성화되는 시점(T4)보다 고조파 제어 펄스(PSH1)가 비활성화되는 시점(T5)이 늦은 것으로 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 고조파 제어 펄스(PSH1)는 제1 펄스(PS11) 및 제2 펄스(PS21)가 비활성화되는 시점(T4)에서 함께 비활성화될 수도 있다.
제1 RF 구동 신호 신호(RFDS1)의 제1 펄스들(PS11, PS12), 제2 RF 구동 신호 신호(RFDS2)의 제2 펄스들(PS21, PS22) 및 고조파 제어 신호(SHC)의 고조파 제어 펄스들(PSH1, PSH2)은 모두 동일한 펄스 주파수(tPC)를 가질 수 있다. 따라서, 제1 펄스(PS11), 제2 펄스(PS21) 및 고조파 제어 펄스(PSH1)의 타이밍 관계는 제1 펄스(PS12), 제2 펄스(PS22) 및 고조파 제어 펄스(PSH2)의 타이밍 관계와 동일할 수 있다.
지연 시간(tD)은 제1 RF 펄스들(PS11, PS12) 및 제2 RF 펄스들(PS21, PS22)에 의해 플라즈마 챔버 내에 형성되는 플라즈마가 포화되기 위한 플라즈마 포화 시간(plasma saturation time) 이상으로 설정될 수 있다. 일 실시예에서 지연 시간(tD)은 5㎲ 이상일 수 있다.
이와 같이, 제1 RF 펄스들(PS11, PS12) 및 제2 RF 펄스들(PS21, PS22)의 중첩 구간(POVL)이 시작되는 시점부터 지연 시간이 경과한 시점에서 고조파 제어 펄스들(PSH1, PSH2)을 활성화하는 방식으로, 제1 RF 펄스들(PS11, PS12) 및 제2 RF 펄스들(PS21, PS22)의 타이밍에 기초하여 고조파 제어 펄스들(PSH1, PSH2)을 포함하는 고조파 제어 신호(SHC)를 발생할 수 있다.
도 10a는 비교예에 따른 고조파 제어 신호를 나타내고, 도 10b는 본 발명의 실시예들에 따른 고조파 제어 신호를 나타낸다.
도 10a에는 고조파 제어 신호(SHCa)가 항상 활성화되어 있는 경우가 도시되어 있고, 도 10b에는 도 9를 참조하여 설명한 바와 같이 고조파 제어 신호(SHCb)가 주기적으로 활성화되는 경우가 도시되어 있다.
도 10b에서는 제1 RF 구동 신호 신호(RFDS1a) 및 제2 RF 구동 신호 신호(RFDS2a)는 도 10b의 제1 RF 구동 신호 신호(RFDS1b) 및 제2 RF 구동 신호 신호(RFDS2b)와 동일하고, 따라서, 두 가지 경우들에서 공급되는 RF 파워는 동일하다.
도 10a의 경우에 고조파 제어 신호(SHCa)가 항상 활성화되어 있으므로 후술하는 고조파 제어 회로가 항상 인에이블 상태 또는 온(ON) 상태를 유지한다. 반면에 도 10b의 경우는 고조파 제어 신호(SHCb)가 주기적으로 활성화 및 비활성화되고, 이 경우 상기 고조파 제어 회로는 온(ON) 상태 및 오프(OFF) 상태를 주기적으로 반복한다.
결과적으로, 본 발명의 실시예들에 따라서, RF 파워의 공급 타이밍, 즉 제1 펄스들 및 제2 펄스들의 타이밍에 기초하여 고조파 제어를 하는 도 10b의 경우의 RF 파워 감소(PWDb)는 고조파 제어를 항상 유지하는 도 10a의 경우의 RF 파워 감소(PWDa)보다 작음을 알 수 있다.
고조파 성분은 주로 플라즈마 쉬스(sheath)를 포함하는 비선형성에 의해 생성되므로 플라즈마 특성에 따라 달라질 수 있다. 플라즈마 쉬스 특성은 낮은 주파수의 RF 펄스에 의존적이며, 고조파 성분은 플라즈마 포화 시간(plasma saturation time)이 지났을 때 보다 명확하게 특정 지을 수 있다. 항상 균일하게 동작하고 있는 고조파 성분 제어의 경우, 실제 유효한 고조파 성분이 적은 구간에 대해서 작동하여 본연의 의도와는 달리 불필요한 RF 파워의 감쇄를 유발할 수 있으며 이는 식각률의 감쇄로 이어진다.
본 발명은 고조파 제어에 있어 RF 펄스들에 따라서 온/오프(On/Off) 구동하여 제어하며, 낮은 주파수 RF Power의 펄스에 플라즈마 포화 시간(plasma saturation time) 이상의 지연을 가짐으로써, 식각률의 손실을 최소화 하면서 본연의 역할인 고조파 성분 제어를 가능하도록 한다.
본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 균일성 제어 방법 및 플라즈마 프로세싱 시스템은 RF 구동 신호들의 타이밍에 기초하여 고조파를 제어함으로써 식각률의 손실을 최소화하고, 접지 임피던스를 저항값으로 조절할 수 있어 플라즈마 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 도 7 플라즈마 처리 시스템에서고조파 제어 회로의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 11을 참조하면, 고조파 제어 회로(600)는 복수의 임피던스 회로들(621~624) 및 스위치 컨트롤러(610)를 포함하여 구현될 수 있다.
복수의 임피던스 회로들(621~624)은 복수의 스위치 신호들(S1~Sn)의 각각에 응답하여 RF 구동 신호 신호(RFDS)가 전달되는 경로에 전기적으로 연결된다. 도 11에 도시된 RF 파워 공급부(RFPWS)는 전술한 제1 RF 생성기(110) 및 제2 RF 생성기(120) 중 하나에 해당하고 도 11에 도시된 전극(ELECTRODE)는 전술한 상부 전극(228)에 해당할 수 있다.
스위치 컨트롤러(610)는 고조파 성분을 감소하기 위해 설정된 총 임피던스 및 고조파 제어 신호(SHC)에 기초하여 복수의 스위치 신호들(S1~Sn)을 생성한다.
실시예에 있어서, 복수의 임피던스 회로들(621~624)의 각각은 스위치들(SW1~SWn)의 각각 및 부하들(C1~Cn)의 각각을 포함할 수 있다. 도 11에는 예시적으로 용량성 부하들, 즉 커패시터들(C1~Cn)을 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 부하들은 용량성 부하들, 유도성 부하들 또는 이들의 다양한 조합으로 구현될 수 있다.
고조파 성분을 감소하기 위해 설정된 총 임피던스는 고조파 제어 신호(SHC)에 응답하여 활성화되는 스위치 신호들(S1~Sn)의 적어도 일부의 조합으로서 표현될 수 있다.
예를 들어, 상기 총 임피던스가 C1+C2인 경우에는 제1 스위치 신호(S1) 및 제2 스위치 신호(S2)만이 고조파 제어 신호(SHC)에 동기하여 활성화될 수 있고 나머지 스위치 신호들(S3~Sn)은 고조파 제어 신호(SHC)에 관계 없이 항상 비활성화될 수 있다. 이 경우, C1+C2의 총 임피던스가 고조파 제어 신호(SHC)에 응답하여 주기적으로 RF 파워가 전달되는 경로 상에 부가되어 고조파 성분을 누설 경로를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 부하들(C1~Cn)의 임피던스는 단위 임피던스로서 모두 동일할 수 있고 이 경우 총 임피던스는 고조파 제어 신호(SHC)에 응답하여 인에이블되는 임피던스 회로들의 개수 및 상기 단위 임피던스의 곱으로 표현될 수 있다. 다른 실시예에서, 부하들(C1~Cn) 중 적어도 2개의 임피던스들은 서로 다른 값으로 설정될 수 있다.
도 12 및 13은 각각 본 발명의 실시예들에 따른 제1 RF 구동 신호 신호, 제2 RF 구동 신호 신호 및 고조파 제어 신호를 나타낸다.
도 12 및 도 13에는 제1 RF 구동 신호 신호(RFDS1) 및 제2 RF 구동 신호 신호(RFDS2)의 예시적인 타이밍 및 이에 기초한 고조파 제어 신호(SHC)의 타이밍의 일 실시예가 도시되어 있다.
도 7 및 12를 참조하면, 컨트롤러(500a)는 제1 펄스(PS11)는 시점(T1)에서 활성화되고 시점(T3)에서 비활성화되며, 제2 펄스(PS21)는 시점(T2)에서 활성화되고 시점(T3)에서 비활성화되도록 제1 RF 구동 신호 신호(RFDS1) 및 제2 RF 구동 신호 신호(RFDS2)의 타이밍을 제어할 수 있다.
한편, 컨트롤러(500a)는 제1 RF 펄스(PS11) 및 제2 RF 펄스(PS21)의 중첩 구간(POVL)이 시작되는 시점(T2)에서 고조파 제어 펄스(PSH1)가 활성화되도록 고조파 제어 신호(SHC)의 타이밍을 제어할 수 있다.
도 12에는 제1 펄스(PS11) 및 제2 펄스(PS21)가 비활성화되는 시점(T3)에서 고조파 제어 펄스(PSH1)가 비활성화되는 것으로 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 고조파 제어 펄스(PSH1)는 제1 펄스(PS11) 및 제2 펄스(PS21)가 비활성화되는 시점(T3)보다 늦은 시점에서 비활성화될 수도 있다.
제1 RF 구동 신호 신호(RFDS1)의 제1 펄스들(PS11, PS12), 제2 RF 구동 신호 신호(RFDS2)의 제2 펄스들(PS21, PS22) 및 고조파 제어 신호(SHC)의 고조파 제어 펄스들(PSH1, PSH2)은 모두 동일한 펄스 주파수(tPC)를 가질 수 있다.
따라서, 제1 펄스(PS11), 제2 펄스(PS21) 및 고조파 제어 펄스(PSH1)의 타이밍 관계는 제1 펄스(PS12), 제2 펄스(PS22) 및 고조파 제어 펄스(PSH2)의 타이밍 관계와 동일할 수 있다.
이와 같이, 제1 RF 펄스들(PS11, PS12) 및 제2 RF 펄스들(PS21, PS22)의 중첩 구간(POVL)이 시작되는 시점에서 고조파 제어 펄스들(PSH1, PSH2)을 활성화하는 방식으로, 제1 RF 펄스들(PS11, PS12) 및 제2 RF 펄스들(PS21, PS22)의 타이밍에 기초하여 고조파 제어 펄스들(PSH1, PSH2)을 포함하는 고조파 제어 신호(SHC)를 발생할 수 있다.
도 7 및 13을 참조하면, 컨트롤러(500a)는 제2 펄스(PS21)는 시점(T1)에서 활성화되고 시점(T3)에서 비활성화되며, 제1 펄스(PS11)는 시점(T2)에서 활성화되고 시점(T4)에서 비활성화되도록 제1 RF 구동 신호 신호(RFDS1) 및 제2 RF 구동 신호 신호(RFDS2)의 타이밍을 제어할 수 있다.
한편, 컨트롤러(500a)는 제1 RF 펄스(PS11) 및 제2 RF 펄스(PS21)의 중첩 구간(POVL)이 시작되는 시점(T2)에서 고조파 제어 펄스(PSH1)가 활성화되도록 고조파 제어 신호(SHC)의 타이밍을 제어할 수 있다. 실시예에서 따라서, 도 9를 참조하여 전술한 바와 같이, 컨트롤러(500a)는 제1 RF 펄스(PS11) 및 제2 RF 펄스(PS21)의 중첩 구간(POVL)이 시작되는 시점(T2)부터 지연 시간(tD)이 경과한 시점에서 고조파 제어 펄스(PSH1)가 활성화되도록 고조파 제어 신호(SHC)의 타이밍을 제어할 수도 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(500a)는 제1 RF 펄스(PS11) 및 제2 RF 펄스(PS21)의 중첩 구간(POVL)이 종료되는 시점(T3)에서 고조파 제어 펄스(PSH1)가 비활성화되도록 고조파 제어 신호(SHC)의 타이밍을 제어할 수 있다. 결과적으로, 고조파 제어 펄스(PSH1)가 적어도 중첩 구간(POVL)에 포함되도록 함으로써 고조파 제어에 따른 불필요한 RF 파워의 감소를 방지할 수 있다.
제1 RF 구동 신호 신호(RFDS1)의 제1 펄스들(PS11, PS12), 제2 RF 구동 신호 신호(RFDS2)의 제2 펄스들(PS21, PS22) 및 고조파 제어 신호(SHC)의 고조파 제어 펄스들(PSH1, PSH2)은 모두 동일한 펄스 주파수(tPC)를 가질 수 있다.
따라서, 제1 펄스(PS11), 제2 펄스(PS21) 및 고조파 제어 펄스(PSH1)의 타이밍 관계는 제1 펄스(PS12), 제2 펄스(PS22) 및 고조파 제어 펄스(PSH2)의 타이밍 관계와 동일할 수 있다.
이와 같이, 제1 RF 펄스들(PS11, PS12) 및 제2 RF 펄스들(PS21, PS22)의 중첩 구간(POVL)이 시작되는 시점에서 고조파 제어 펄스들(PSH1, PSH2)을 활성화하고 중첩 구간(POVL)이 종료하는 시점에서 고조파 제어 펄스들(PSH1, PSH2)을 비활성화는 방식으로, 제1 RF 펄스들(PS11, PS12) 및 제2 RF 펄스들(PS21, PS22)의 타이밍에 기초하여 고조파 제어 펄스들(PSH1, PSH2)을 포함하는 고조파 제어 신호(SHC)를 발생할 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 처리 시스템의 예를 나타내는 블록도이다.
도 14를 참조하면, 플라즈마 처리 시스템(50c)은 RF 파워 생성기(100 b), 매칭 회로(300b), 필터 회로(700), 플라즈마 챔버(200), 공진 회로(400) 및 컨트롤러(500b)를 포함할 수 있다.
플라즈마 챔버(200)는 반도체 공정이 수행되는 내부 공간을 구비할 수 있고, 상부 전극(228) 및 하부 전극(236)을 구비할 수 있고, 하부 전극(236)을 포함하는 기판 고정부에 웨이퍼 또는 식각 대상 기판(70)이 고정될 수 있다. 플라즈마 챔버(200)에 대한 설명은 도 2를 참조하여 상술하였으므로 생략한다.
정합 회로(300b), 공진 회로(400), 필터 회로(700) 및 컨트롤러(500ㅠ)는 플라즈마 제어 장치(PCDb)를 구성할 수 있다. 실시예에 있어서, 플라즈마 제어 장치(PLDb)는 RF 파워 생성기(100b)를 더 포함할 수 있다.
RF 파워 생성기(100a)는 제1 RF 생성기(110), 제2 RF 생성기(120) 및제3 RF 생성기(130)를 포함할 수 있다.
제1 RF 생성기(110)는 접지 전압(VSS)에 연결되어 제1 주파수를 갖는 제1 RF 신호(SRF1)을 생성하는 발진기(111) 및 펄스 스위치(113)를 포함할 수 있다. 펄스 스위치(113)는 제1 펄스 타이밍 신호(SPT1)에 응답하여 제1 RF 신호(SRF1)를 스위칭하여 제1 RF 구동 신호(RFDS1)를 상부 전극(228)에 인가할 수 있다.
제2 RF 생성기(120)는 접지 전압(VSS)에 연결되어 제1 주파수보다 작은 제2 주파수를 갖는 제2 RF 신호(SRF2)을 생성하는 발진기(121) 및 펄스 스위치(123)를 포함할 수 있다. 펄스 스위치(123)는 제2 펄스 타이밍 신호(SPT2)에 응답하여 제2 RF 신호(SRF2)를 스위칭하여 제2 RF 구동 신호(RFDS2)를 상부 전극(228)에 인가할 수 있다.
제3 RF 생성기(130)는 접지 전압(VSS)에 연결되어 제3 주파수를 갖는 제3 RF 신호(SRF3)을 생성하는 발진기(131) 및 펄스 스위치(133)를 포함할 수 있다. 펄스 스위치(133)는 제3 펄스 타이밍 신호(SPT3)에 응답하여 제3 RF 신호(SRF3)를 스위칭하여 제3 RF 구동 신호(RFDS3)를 상부 전극(228)에 인가할 수 있다.
정합 회로(300a)는 제1 서브 정합 회로(SMC1, 310), 제2 서브 정합 회로(SMC2, 320) 및 제3 서브 정합 회로(SMC3, 330)을 포함할 수 있다.
제1 서브 정합 회로(310)는 제1 RF 생성기(110)와 상부 전극(228) 사이에 연결되고, 제1 RF 구동 신호(RFDS1)에 의한 RF 파워의 임피던스를 상부 전극(228)의 임피던스와 정합시켜 전송 파워를 최대화시킬 수 있다.
제2 서브 정합 회로(320)는 제2 RF 생성기(120)와 상부 전극(228) 사이에 연결되고, 제2 RF 구동 신호(RFDS2)에 의한 RF 파워의 임피던스를 상부 전극(228)의 임피던스와 정합시켜 전송 파워를 최대화시킬 수 있다.
제3 서브 정합 회로(330)는 제3 RF 생성기(130)와 상부 전극(228) 사이에 연결되고, 제3 RF 구동 신호(RFDS3)에 의한 RF 파워의 임피던스를 상부 전극(228)의 임피던스와 정합시켜 전송 파워를 최대화시킬 수 있다.
상기 제1 주파수는 플라즈마 밀도를 제어하기 위한 것으로서 상대적으로 높은 주파수이고, 상기 제2 주파수는 이온 에너지를 제어하기 위한 것으로서 상대적으로 낮은 주파수 일 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 주파수는 수 MHz 내지 수십 MHz 범위를 가질 수 있고, 상기 제2 주파수는 수백 kHz 내지 수 MHz 범위를 가질 수 있다. 상기 제3 주파수는 제1 RF 신호(RFS1)의 RF 파워 및/또는 제2 RF 신호(RFS2)의 RF 파워의 기능을 강화하는 역할을 할 수 있다.
공진 회로(400)는 하부 전극(236)에 연결되고 접지 전압(VSS)에 연결될 수 있다. 즉, 공진 회로(400)는 하부 전극(236)과 접지 전압(VSS) 사이에 연결되고, 고조파들에 대한 공진을 제공하고, 접지 임피던스를 조절하여 플라즈마 챔버(200) 내의 플라즈마 분포를 제어할 수 있다.
컨트롤러(500b)는 공진과 관련되는 커패시턴스 제어 신호(VCS) 및 접지 임피던스와 관련되는 복수의 스위치 제어 신호들(RCS)을 생성하고, 커패시턴스 제어 신호(VCS) 및 스위치 제어 신호들(RCS)을 공진 회로(400)에 제공할 수 있다.
컨트롤러(500b)는 또한 제1 RF 구동 신호 신호(RFDS1)에 포함되는 제1 펄스들의 타이밍을 제어하기 위한 제1 펄스 타이밍 신호(SPT1), 제2 RF 구동 신호 신호(RFDS2)에 포함되는 제2 펄스들의 타이밍을 제어하기 위한 제2 펄스 타이밍 신호(SPT2) 및 제3 RF 구동 신호 신호(RFDS3)에 포함되는 제3 펄스들의 타이밍을 제어하기 위한 제2 펄스 타이밍 신호(SPT3)를 생성할 수 있다.
필터 회로(700)는 매칭 회로(300b)와 상부 전극(228) 사이에 연결되고, RF 파워의 주파수들 중 초단파(예를 들어, 제1 주파수)에 대한 고조파들을 제어하여 플라즈마 챔버(200) 내의 플라즈마 분포를 조절할 수 있다.
필터 회로(700)는 매칭 회로(300b)로부터 출력된 RF 파워의 주파수들 중 특정 범위의 주파수만 통과시키는 필터링 기능을 할수 있다. 필터 회로(700)는 매칭 회로(300b)로부터 고조파 성분들을 차단할 수 있다.
도시하지는 않았지만, 도 14에서 필터 회로(700)는 하부 전극(236)에 연결될 수 있고, 공진 회로(500)는 상부 전극(228)에 연결될 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 도 13의 플라즈마 처리 시스템에서 필터 회로의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 15를 참조하면, 필터 회로(700)는 로우 패스 필터(LPF, 710) 및 하이 패스 필터(HPF, 720)를 포함할 수 있다.
로우 패스 필터(710)는 매칭 회로(300b)의 출력단에 배치되고, 매칭 회로(300b)로부터의 제1 내지 제3 RF 구동 신호들(RFDS1, RFDS2, RFDS3)의 주파수들 각각의 기본파(fundamental wave)를 통과시키고 그 이외의 성분을 차단할 수 있다. 다시 말해서, 로우 패스 필터(710)는 제1 내지 제3 RF 구동 신호들(RFDS1, RFDS2, RFDS3)의 주파수들 각각의 고조파 성분들을 차단할 수 있다.
하이 패스 필터(720)는 로우 패스 필터(710)와 플라즈마 챔버(100) 사이에 배치될 수 있다. 전술한 바와 같이, 로우 패스 필터(710)를 통해 제1 내지 제3 RF 구동 신호들(RFDS1, RFDS2, RFDS3)의 주파수들의 고조파 성분들의 대부분이 차단될 수 있다.
그러나 RF 파워와 플라즈마의 비선형성 특성에 의해 고조파들이 발생할 수 있고, 또한, 로우 패스 필터(710)에 의해 차단되지 않은 고조파들이 있을 수도 있다. 이러한 고조파들은 플라즈마 챔버(100)의 플라즈마 분포를 불균일하게 만들 수 있다. 이에 따라, 하이 패스 필터(720)는 공진 회로(400)와 고조파들에 대하여 공진을 만드는 데에 기여할 수 있다.
실시예에 있어서, 필터 회로(700)는 하이 패스 필터(720)를 포함하지않고, 로우 패스 필터(710) 만을 포함할 수 있다.
도 16은 플라즈마 챔버 내의 웨이퍼에 대한 식각율을 보여주는 그래프이다.
도 16에서 가로축은 웨이퍼의 반지름(R)을 나타내고, 세로축은 식각율(ER: Etch Rate)를 나타낸다.
도 16을 참조하면, 일반적인 플라즈마 공정에서, 웨이퍼의 중심 부분에서 식각율이 높고 웨이퍼의 외곽으로 갈수록 식각율이 낮을 수 있다. 이와 같이, 웨이퍼의 중심 부분에서 식각율이 높아지는 현상을 센터 핫 스팟(center hot spot) 현상이라고 하며, 그래프 상에 센터 핫 스팟이 음영으로 표시되고 있다.
센터 핫 스팟 현상은 RF 파워가 증가할수록 심각해질 수 있다. 또한, 센터 핫 스팟에 기인하여 펀칭(punching), NOP(not open), 분화구(crater), 막힘(clogging) 문제가 발생할 수 있다. 여기서, 펀칭이나 NOP는 플라즈마에의한 식각에서 의도치 않게 막이 뚫리거나 홀이 오픈되지 않은 문제이고, 분화구나 막힘은 센터 핫 스팟 개선을 위한 공정 가스 제어로 인해 표면이 일어나거나 홀 입구가 닫히는 문제일 수 있다.
센터 핫 스팟 현상이 발생하는 구체적인 원인은 명확하지 않다. 하지만 초단파의 고조파 성분들이 웨이퍼(70)의 중심에서 플라즈마 밀도를 증가시킬 수 있다. 따라서, 그러한 증가한 플라즈마 밀도가 웨이퍼(70)의 중심에서 식각율을 높이는 원인으로 작용한 것으로 예측할 수 있다.
참고로, 기존 플라즈마 처리 시스템의 경우. 플라즈마 챔버 내의 위치별 공정 가스의 양을 조절하거나, 또는 상부 전극의 형상을 변경하여 센터 핫 스팟 현상을 해결하고자 하였다.
그러나 공정 가스량을 조절하는 방법은 제어 문제, 및 앞서 언급한 분화구나 막힘 문제들을 야기할 수 있다. 상부 전극의 형상 변경하는 방법은 모든 공정 조건에 따라 매번 변경해야 하는 불편함이 있을 수 있다. 또한, 상부 전극에 식각에 따른 경시 변화가 발생할 수 있는데, 경시 변화에 따른 보상이 불가하고 경시 변화에 의한 예측 역시 불가하다는 문제가 있다.
도 17은 매칭 회로와 플라즈마 챔버의 상부 전극을 연결하는 전송 라인의 RF 파워의 주파수들 중 초단파의 기본파와 고조파 성분들을 보여주는 그래프이다.
도 17에서 가로축은 초단파의 주파수를 나타내고 세로축은 초단파의 세기를 나타낸다.
도 17을 참조하면, 일반적으로, RF 파워가 플라즈마 챔버(100)로 인가될 때, RF 파워의 주파수들 중 고조파 성분들은 로우 패스 필터를 통해 차단되므로, 기본파만이 전송 라인을 통해 플라즈마 챔버(100)로 전달될 수 있다.
그러나, 일부 고조파들은 로우 패스 필터에서 완전히 차단되지 않고 플라즈마 챔버(100)로 전달되거나, 또는 전술한 바와 같이, 초단파의 RF 파워와 플라즈마의 비선형성 특성에 기인하여 초단파의 고조파들이 발생할 수 있다. 이러한 고조파들은 플라즈마 챔버(100) 내의 플라즈마의 분포를 불균일하게 하는 원인으로 작용할 수 있다.
도 17의 그래프는 실제로 전송 라인, 예컨대, RF 로드로 구현된 전송 라인에서 초단파의 고조파들이 검출되는 것을 보여주고 있다. 여기서, 피크 부분들이 각각 초단파의 기본파, 제2 고조파, 제3 고조파 등에 해당할 수 있다. 참고로, 기본파는 제1 고조파에 해당할 수 있다.
도 18은 플라즈마 제어 회로에 의한 임피던스 제어를 통해 고조파의 전압 변화와 식각율의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 18에서 가로축은 플라즈마 제어 회로에 의한 임피던스 제어 레벨을 나타내고, 세로축은 고조파의 전압 또는 파워를 나타낸다. 여기서, [A.U.]는 상대적인 크기만을 나타내는 임의 단위를 의미할 수 있다.
도 18를 참조하면, 플라즈마 제어 회로(PCDb)에 의한 임피던스 제어가 없는 경우(761), 고조파는 어느 정도 일정한 전압 또는 파워로 유지될 수 있다. 한편, 플라즈마 제어 회로(PCDb)를 통해 임피던스 제어를 하는 경우(763), 고조파의 전압을 크게 변동시킬 수 있음을 알 수 있다. 또한, 임피던스 제어를 통해 고조파의 전압을 감소시켜, 임피던스 제어가 없는 때의 고조파의 전압보다 더 낮게 유지되도록 할 수 있음을 알 수 있다.
여기서, 플라즈마 제어 회로(PCDb)에 의해 임피던스의 제어는, 예컨대, 플라즈마 제어 회로(PCDb)를 통해 고조파에 대한 공진을 만들고 접지 임피던스를 조절하는 것일 수 있다. 다시 말해서, 플라즈마 제어 회로(PCDb)를 통해 고조파에 대하여 공진을 만듦으로써, 해당 고조파에 대하여 임피던스를 최소화하고, 접지 임피던스의 최대값을 조절하여 플라즈마 분포를 제어할 수 있다.
도 19는 도 14의 플라즈마 처리 시스템에서, 플라즈마 챔버 내의 중심 부분의 식각율의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 19에서는 도 16과 마찬가지로 가로축은 웨이퍼의 반지름(R)을 나타내고, 세로축은 식각율(ER)을 나타낸다.
도 19를 참조하면, 그래프에서, 굵은 실선은 플라즈마 제어 회로(PCDb)에 의한 임피던스 제어가 없는 경우의 식각율로서 도 16의 그래프와 실질적으로 동일하고, 얇은 실선은 플라즈마 제어 회로(PCDb)에 의한 임피던스 제어에 의한 식각율을 나타낸다.
그래프를 통해 알 수 있듯이, 플라즈마 제어 회로(PCDb)를 통한 임피던스 제어에 의해 웨이퍼(70)의 중심 부분의 식각율을 크게 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 실시예의 플라즈마 처리 시스템(50c)은, 임피던스 제어가 없는 경우에 발생하는 센터 핫 스팟 현상을 플라즈마 제어 회로(PCDb)를 통한 임피던스 제어에 의해 효과적으로 완화 내지 제거할 수 있다.
도 20은 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1, 2a 및 20을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 처리 방법에서, 기판(70)을 플라즈마 챔버(100) 내의 하부 전극(236) 상에 로딩하고(단계 S810), 플라즈마 챔버(100) 내에 공정 가스를 공급한다(단계 S820).
예를 들어, 반도체 웨이퍼와 같은 기판(70)을 플라즈마 챔버(100) 내의 정전척 상에 로딩할 수 있다. 소스 공급관(224)으로부터 공정 가스(예를 들어, 식각 공정 가스)를 플라즈마 챔버(100) 내에 도입하고, 배기 포트(215)에 의해 플라즈마 챔버(100) 내의 압력을 기 설정된 값으로 조정할 수 있다.
이후에, RF 파워 생성기(100)를 이용하여 상부 전극(228)에 RF 구동신호(RFDS)를 인가하여 플라즈마 챔버(100) 내에 플라즈마를 형성한다(단계 S830). 하부 전극(236)과 접지 전압(VSS)에 연결되는 공진 회로(400)에서 고조파들에 대한 공진을 제공하면서, 접지 임피던스를 조절하여 플라즈마 챔버(100) 내의 플라즈마 분포를 조절하고(단계 S850), 기판(70 상의 식각 대상막에 대한 식각 공정을 수행한다(단계 S870). 단계 S850은 도 1 내지 도 19를 참조하여 상술한 공진 회로(400)의 동작에 의하여 수행될 수 있다.
예를 들어, RF 파워 생성기(100)로부터 제1 주파수(예를 들어, 13.56 MHz)를 가지는 RF 구동 신호(RFDS)가 상부 전극(228)에 인가되면, 상부 전극(228)에 의해 유도된 전자기장이 플라즈마 챔버(100) 내로 분사된 소스 가스로 인가되어 플라즈마가 발생될 수 있다.
예를 들어, 공진 회로(400)가 고조파들에 대한 공진을 만들고, 하부 전극(236)과 접지 전압(VSS) 사이의 임피던스의 최대값을 조절하여 전기장의 세기의 분포를 조절하면, 플라즈마 분포의 균일성이 향상될 수 있다. 예를 들어, 상기 식각 대상막은 기판(70) 상에 형성되는 금속막, 금속 질화막, 절연막, 반도체막 등을 포함할 수 있다. 이와 다르게, 기판(70) 자체가 상기 식각 대상막이 될 수도 있다.
도 21은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1, 도 2a 및 도 21을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법에서, 기판(70)에 대한 플라즈마 처리를 수행하고(단계 S910), 플라즈마 처리된 기판(70)을 이용하여 반도체 장치를 생산한다(단계 S930). 단계 S910은 도 20을 참조하여 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 처리 방법에 기초하여 수행될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 저장된 컴퓨터로 판독 가능한 프로그램 코드를 포함하는 제품 등의 형태로 구현될 수도 있다. 상기 컴퓨터로 판독 가능한 프로그램 코드는 다양한 컴퓨터 또는 다른 데이터 처리 장치의 프로세서로 제공될 수 있다. 상기 컴퓨터로 판독 가능한 매체는 컴퓨터로 판독 가능한 신호 매체 또는 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체일 수 있다. 상기 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체는 명령어 실행 시스템, 장비 또는 장치 내에 또는 이들과 접속되어 프로그램을 저장하거나 포함할 수 있는 임의의 유형적인 매체일 수 있다. 예를 들어, 상기 컴퓨터로 판독 가능한 매체는 비일시적(non-transitory) 저장 매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, 비일시적은 저장 매체가 신호(signal)를 포함하지 않으며 실재(tangible)한다는 것을 의미할 뿐 데이터가 저장 매체에 반영구적 또는 임시적으로 저장됨을 구분하지 않는다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 제어 장치 및 플라즈마 처리 시스템은 제1 전극에 RF 구동 신호를 인가하고, 제2 전극과 접지 전압 사이에 연결되는 공진 회로에서 고조파들에 대한 공진을 제공하면서, 제2 전극과 접지 전압 사이의 접지 임피던스의 최대값을 조절하여 플라즈마 균일성을 향상시키고, 플라즈마 챔버의 특성의 변경에도 쉽게 대응할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 반도체 장치 및 반도체 장치의 제조 공정에 유용하게 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 메모리 장치, 프로세싱 장치 등과 같은 다양한 반도체 장치 및 그 제조 공정에 유용하게 적용되며, 또한 상기와 같은 반도체 장치를 포함하는 PC(Personal Computer), 서버 컴퓨터(server computer), 데이터 센터(data center), 워크스테이션(workstation), 노트북(laptop), 핸드폰(cellular), 스마트 폰(smart phone), MP3 플레이어, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(Portable Multimedia Player), 디지털 TV, 디지털 카메라, 포터블 게임 콘솔(portable game console), 네비게이션(navigation) 기기, 웨어러블(wearable) 기기, IoT(Internet of Things) 기기, IoE(Internet of Everything) 기기, e-북(e-book), VR(Virtual Reality) 기기, AR(Augmented Reality) 기기, 드론(drone) 등과 같은 전자 기기 및 그 제조 공정에 더욱 유용하게 적용될 수 있다.
상기에서는 본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (10)

  1. 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 플라즈마 챔버의 상기 제1 전극에 연결되고, 제1 주파수를 갖는 제1 무선 주파수(radio frequency, 이하 'RF')에 기초한 RF 구동 신호에 의한 RF 파워의 임피던스를 상기 상부 전극의 임피던스와 정합시키는 정합 회로;
    상기 제2 전극과 접지 전압 사이에 연결되고, 상기 제1 주파수와 관련된 고조파들에 대한 공진을 제공하고, 상기 제2 전극과 상기 접지 전압 사이의 접지 임피던스를 조절하여 상기 플라즈마 챔버 내의 플라즈마 분포를 제어하는 공진 회로; 및
    상기 공진과 관련되는 커패시턴스 제어 신호 및 상기 접지 임피던스와 관련되는 스위치 제어 신호들을 상기 공진 회로에 제공하는 컨트롤러를 포함하는 플라즈마 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공진 회로는
    상기 제2 전극에 연결되는 제1 노드와 상기 접지 전압에 연결되는 접지 노드 사이에 연결되며 고정된 인덕턴스 값을 가지는 인덕터;
    상기 제1 노드와 상기 접지 노드 사이에 상기 인덕터와 병렬로 연결되는 가변 커패시터; 및
    상기 제1 노드와 상기 접지 노드 사이에 상기 가변 커패시터와 병렬로 연결되고, 상기 스위치 제어 신호들에 응답하여 상기 서로 다른 저항값을 제공하여 상기 접지 임피던스를 조절하는 스위칭 저항 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 스위칭 저항 회로는
    상기 제1 노드에 병렬로 연결되는 복수의 저항들; 및
    상기 접지 노드에 병렬로 연결되며 상기 복수의 저항들 중 상응하는 하나와 연결되는 복수의 스위치들을 포함하고,
    상기 복수의 스위치들은 상기 스위치 제어 신호들 각각에 응답하여 선택적으로 연결되고,
    상기 복수의 저항들 각각은 서로 다른 저항값을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 컨트롤러는
    상기 스위칭 저항 회로가 제공하는 저항값을 증가시켜 상기 플라즈마 챔버 내의 상기 플라즈마 분포의 균일성을 증가시키고,
    상기 스위칭 저항 회로가 제공하는 저항값을 감소시켜 상기 공진이 발생할 때의 공진 주파수에 대한 반치전폭(full width half maximum 'FWHM')을 증가시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 제어 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 가변 커패시터는 상부 전극과 하부 전극을 구비하는 진공 가변 커패시터를 포함하고, 상기 커패시턴스 제어 신호에 응답하여 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이의 간격을 조절하여 커패시턴스를 조절하고,
    상기 가변 커패시터는 50pF 내지 1000pF 사이의 커패시턴스를 제공하고,
    상기 인덕터는 0.5uH 내지 10uH 사이의 인덕턴스를 제공하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극은 상기 플라즈마 챔버의 상부 전극과 하부 전극 중 하나이고, 상기 제2 전극은 상기 플라즈마 챔버의 상부 전극과 하부 전극 중 다른 하나이고,
    상기 RF 구동 신호는 상기 제1 주파수를 갖는 제1 RF 구동 신호 및 상기 제1 주파수보다 낮은 제2 주파수를 갖는 제2 RF 구동 신호를 적어도 포함하고,
    상기 정합 회로는
    상기 제1 RF 구동 신호에 의한 RF 파워를 상기 상부 전극의 임피던스와 정합시키는 제1 서브 정합 회로; 및
    상기 제2 RF 구동 신호에 의한 RF 파워를 상기 상부 전극의 임피던스와 정합시키는 제2 서브 정합 회로를 포함하고,
    상기 플라즈마 제어 장치는 상기 정합 회로로부터의 고조파 성분들을 차단하는 필터 회로를 더 포함하고,
    상기 필터 회로는 상기 제1 주파수와 상기 제2 주파수의 기본파를 통과시키고 상기 고조파 성분들을 차단하는 로우 패스 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 제어 장치.
  7. 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 플라즈마 챔버;
    제1 주파수를 갖는 제1 무선 주파수(radio frequency, 이하 'RF')신호에 기초한 제1 RF 구동 신호와 상기 제1 주파수보다 작은 제2 주파수를 갖는 제2 RF 신호에 기초한 제2 RF 구동 신호를 생성하고 상기 제1 RF 구동 신호와 상기 제2 RF 구동 신호를 상기 제1 전극에 인가하는 RF 파워 생성기;
    상기 제1 RF 구동 신호에 의한 RF 파워의 임피던스를 상기 제1 전극의 임피던스와 정합시키고, 상기 제2 RF 구동 신호에 의한 RF 파워의 임피던스를 상기 제1 전극의 임피던스와 정합시키는 정합 회로;
    상기 제2 전극과 접지 전압 사이에 연결되고, 상기 제1 주파수와 관련된 고조파들에 대한 공진을 제공하고, 상기 제2 전극과 상기 접지 전압 사이의 접지 임피던스를 조절하여 상기 플라즈마 챔버 내의 플라즈마 분포를 제어하는 공진 회로; 및
    상기 공진과 관련되는 커패시턴스 제어 신호 및 상기 접지 임피던스와 관련되는 스위치 제어 신호들을 상기 공진 회로에 제공하는 컨트롤러를 포함하는 플라즈마 처리 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 공진 회로는
    상기 제2 전극에 연결되는 제1 노드와 상기 접지 전압에 연결되는 접지 노드 사이에 연결되며 고정된 인덕턴스 값을 가지는 인덕터;
    상기 제1 노드와 상기 접지 노드 사이에 상기 인덕터와 병렬로 연결되는 가변 커패시터; 및
    상기 제1 노드와 상기 접지 노드 사이에 상기 가변 커패시터와 병렬로 연결되고, 상기 스위치 제어 신호들에 응답하여 상기 서로 다른 저항값을 제공하여 상기 접지 임피던스를 조절하는 스위칭 저항 회로를 포함하고,
    상기 스위칭 저항 회로는
    상기 제1 노드에 병렬로 연결되는 복수의 저항들; 및
    상기 접지 노드에 병렬로 연결되며 상기 복수의 저항들 중 상응하는 하나와 연결되는 복수의 스위치들을 포함하고,
    상기 복수의 스위치들은 상기 스위치 제어 신호들 각각에 응답하여 선택적으로 연결되고,
    상기 복수의 저항들 각각은 서로 다른 저항값을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 정합 회로와 상기 상부 제1 전극 사이에 연결되고, 고조파 제어 신호에 기초하여 구동되어 상기 제1 RF 구동 신호 및 상기 제2 RF 구동 신호 에 의한 고조파 성분을 감소하는 고조파 제어 회로를 더 포함하고,
    상기 컨트롤러는 고조파 제어 펄스들을 포함하는 상기 고조파 제어 신호를 생성하고,
    상기 컨트롤러는 상기 제1 RF 구동 신호의 제1 펄스들 및 상기 제2 RF 구동 신호의 제2 RF 펄스들의 중첩 구간에 기초하여 상기 고조파 제어 펄스들의 타이밍을 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 고조파 제어 회로는
    복수의 스위치 신호들의 각각에 응답하여 상기 제1 RF 구동 신호 또는 상기 제2 RF 구동 신호가 전달되는 경로에 전기적으로 연결되는 복수의 임피던스 회로들; 및
    상기 고조파 성분을 감소하기 위해 설정된 총 임피던스 및 상기 고조파 제어 신호에 기초하여 상기 복수의 스위치 신호들을 생성하는 스위치 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 시스템.
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