KR20230150396A - 플라즈마 시스템을 위한 나노초 펄서 rf 절연 - Google Patents

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KR20230150396A
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티모시 젬바
케니스 밀러
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이글 하버 테크놀로지스, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명의 일부 실시 예는 플라즈마 시스템을 포함한다. 플라즈마 시스템은 플라즈마 챔버; RF 주파수로 플라즈마 챔버로 버스트를 구동하도록 구성된 RF 드라이버; 펄스 반복 주파수로 펄스를 플라즈마 챔버로 구동하도록 구성된 나노초 펄서 - 펄스 반복 주파수는 RF 주파수보다 작음- ; RF 드라이버와 플라즈마 챔버 사이에 배치된 고역 통과 필터; 및 나노초 펄서와 플라즈마 챔버 사이에 배치된 저역 통과 필터를 포함한다.

Description

플라즈마 시스템을 위한 나노초 펄서 RF 절연 {NANOSECOND PULSER RF ISOLATION FOR PLASMA SYSTEMS}
반도체 장치 제조 공정은 반도체 장치를 제조하기 위해 서로 다른 단계에서 플라즈마 처리를 사용한다. 이러한 반도체 장치는 프로세서, 메모리, 집적 회로, 및 기타 유형의 집적 회로 및 장치를 포함할 수 있다. 다양한 다른 프로세스는 플라즈마 처리를 활용한다. 플라즈마 처리는 가스 혼합물에 RF(무선 주파수) 에너지를 도입하여 가스 분자에 에너지를 전달하여 가스 혼합물에 에너지를 공급하는 작업을 포함한\된다. 이 가스 혼합물은 일반적으로 플라즈마 챔버라고 하는 진공 챔버에 포함되며 RF 에너지는 일반적으로 전극을 통해 플라즈마 챔버에 도입된다.
일반적인 플라즈마 공정에서, RF 발생기는 3kHz 및 300GHz 범위 내에 있는 것으로 널리 이해되는 무선 주파수에서 전력을 생성하며, 이 전력은 RF 케이블과 네트워크를 통해 플라즈마 챔버로 전송된다. RF 발생기에서 플라즈마 챔버로 전력을 효율적으로 전달하기 위해, 중간 회로는 RF 발생기의 고정 임피던스를 플라즈마 챔버의 가변 임피던스와 일치시키는 데 사용된다. 이러한 중간 회로는 일반적으로 RF 임피던스 매칭 네트워크 또는 더 간단히 매칭 네트워크라고 한다.
본 발명의 일부 실시 예는 플라즈마 시스템을 포함한다. 플라즈마 시스템은 플라즈마 챔버; RF 주파수로 플라즈마 챔버로 버스트를 구동하도록 구성된 RF 드라이버; 펄스 반복 주파수로 플라즈마 챔버로 펄스를 구동하도록 구성된 나노초 펄서 - 펄스 반복 주파수는 RF 주파수보다 작음- ; RF 드라이버와 플라즈마 챔버 사이에 배치된 고역 통과 필터; 및 나노초 펄서와 플라즈마 챔버 사이에 배치된 저역 통과 필터를 포함한다.
일부 실시 예에서, 고역 통과 필터는 커패시터를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 저역 통과 필터는 인덕터를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, RF 드라이버는 나노초 펄서를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시 예는 플라즈마 시스템을 포함한다. 플라즈마 시스템은 복수의 벽 및 웨이퍼 지지체를 포함할 수 있다. 플라즈마 챔버 내에서 플라즈마가 생성될 때, 상기 플라즈마와 상기 복수의 벽들 중 적어도 하나 사이에 벽 플라즈마 시스가 형성되고, 상기 플라즈마와 상기 웨이퍼 지지체 상에 배치된 웨이퍼 사이에 웨이퍼 플라즈마 시스가 형성된다. 상기 벽 플라즈마 시스의 커패시턴스는 상기 웨이퍼 플라즈마 시스의 커패시턴스보다 적어도 약 10배 더 크다. RF 드라이버는 RF 주파수로 상기 플라즈마 챔버로 버스트를 구동한다. 나노초 펄서는 펄스 반복 주파수로 상기 플라즈마 챔버로 펄스를 구동하고, 상기 펄스 반복 주파수는 상기 RF 주파수보다 작다. 제 1 필터는 상기 RF 드라이버와 상기 플라즈마 챔버 사이에 배치되고, 제2 필터는 상기 나노초 펄서와 상기 플라즈마 챔버 사이에 배치된다.
일부 실시 예에서, 상기 웨이퍼 플라즈마 시스의 커패시턴스는 약 1nF 미만이다. 일부 실시 예에서, 상기 RF 드라이버는 약 1kV보다 큰 피크 전압과 약 1Mhz보다 큰 주파수로 버스트를 구동한다. 일부 실시 예에서, 상기 나노초 펄서는 약 1kV보다 큰 피크 전압 및 상기 RF 발생기에 의해 발생된 상기 버스트의 주파수보다 낮은 주파수로 펄스를 구동한다. 일부 실시 예에서, 상기 제1 필터는 고역 통과 필터를 포함하고 상기 제2 필터는 저역 통과 필터를 포함한다. 일부 실시 예에서, 상기 제2 필터는 접지와 결합된 커패시터를 포함한다. 일부 실시 예에서, 상기 커패시터는 약 500pF 미만의 커패시턴스를 갖는다.
본 발명의 일부 실시 예는 플라즈마 시스템을 포함한다. 플라즈마 시스템은 플라즈마 챔버; RF 주파수로 버스트를 상기 플라즈마 챔버로 구동하는, 상기 플라즈마 챔버와 전기적으로 결합된 RF 드라이버; 펄스 반복 주파수로 펄스를 상기 플라즈마 챔버로 구동하는, 상기 플라즈마 챔버와 전기적으로 결합된 나노초 펄서 - 상기 펄스 반복 주파수는 상기 RF 주파수보다 작음 - ; 상기 RF 드라이버와 상기 플라즈마 챔버 사이에 배치된 커패시터; 및 상기 나노초 펄서와 상기 플라즈마 챔버 사이에 배치된 인덕터를 포함한다.
일부 실시 예에서, 상기 커패시터는 약 100pF 미만의 커패시턴스를 갖는다. 일부 실시 예에서, 상기 인덕터는 약 10nH 미만의 인덕턴스를 갖는다. 일부 실시 예에서, 상기 인덕터는 약 5pF 미만의 표유 커패시턴스를 갖는다.
일부 실시 예에서, 상기 플라즈마 챔버는 복수의 벽 및 웨이퍼 지지체를 포함하여 상기 플라즈마 챔버 내에 플라즈마가 생성될 때, 상기 플라즈마와 상기 복수의 벽들 중 적어도 하나 사이에 벽 플라즈마 시스가 형성되고, 상기 플라즈마와 상기 웨이퍼 지지체 상에 배치된 웨이퍼 사이에 웨이퍼 플라즈마 시스가 형성되도록 하고, 상기 벽 플라즈마 시스의 커패시턴스는 상기 웨이퍼 플라즈마 시스의 커패시턴스보다 적어도 약 10배 더 크다
일부 실시 예에서, 상기 플라즈마 챔버는 복수의 벽 및 웨이퍼 지지체를 포함하여 상기 플라즈마 챔버 내에서 플라즈마가 생성될 때 상기 플라즈마와 상기 복수의 벽들 중 적어도 하나 사이에 벽 플라즈마 시스가 형성되고, 상기 플라즈마와 상기 웨이퍼 지지체 상에 배치된 웨이퍼 사이에 웨이퍼 플라즈마 시스가 형성되도록 하고, 상기 벽 플라즈마 시스의 커패시턴스는 상기 웨이퍼 플라즈마 시스의 커패시턴스 보다 적어도 약 50배 더 크다.
본 발명의 일부 실시 예는 플라즈마 시스템을 포함한다. 플라즈마 시스템은 플라즈마 챔버; 약 200kHz보다 큰 RF 주파수 및 1kV보다 큰 피크 전압으로 펄스를 상기 플라즈마 챔버로 구동하도록 구성된 RF 드라이버; 상기 플라즈마 챔버와 전기적으로 연결된 에너지 싱크 회로; 상기 정류 다이오드가 상기 RF 드라이버에 의해 생성된 파형을 정류하도록 상기 플라즈마 챔버와 상기 RF 드라이버 사이에 전기적으로 연결된 정류 다이오드; 및 직렬로 배열된 드룹 제어 인덕터 및 드룹 제어 저항기 - 상기 드룹 제어 인덕터와 상기 드룹 제어 저항기의 상기 직렬 배열은 상기 정류 다이오드와 병렬로 배열됨 - 를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 상기 에너지 싱크 회로는 저항성 출력단 회로를 포함한다. 일부 실시 예에서, 상기 에너지 싱크 회로는 에너지 회수 회로를 포함한다. 일부 실시 예에서, 상기 드룹 제어 인덕터는 약 10mH 미만의 인덕턴스를 갖는다. 일부 실시 예에서, 상기 드룹 저항은 약 500Ω 미만이다.
이러한 예시적인 실시 예는 본 개시를 제한하거나 정의하기 위해 언급된 것이 아니라, 그의 이해를 돕기 위한 예를 제공하기 위해 언급된다. 추가 실시 예는 상세한 설명에서 논의되고, 추가 설명도 제공된다. 다양한 실시 예 중 하나 이상에 의해 제공되는 이점은 본 명세서를 검토하거나 제시된 하나 이상의 실시 예를 실행함으로써 더욱 이해될 수 있다.
본 개시의 이들 및 다른 특징, 측면, 및 이점은 첨부 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명을 읽으면 더 잘 이해될 것이다.
도 1a는 일부 실시 예에 따른 나노초 펄서로부터의 펄스를 도시한다.
도 1b는 일부 실시 예에 따른 나노초 펄서로부터의 펄스의 버스트를 도시한다.
도 2a는 일부 실시 예에 따른 RF 드라이버로부터의 버스트를 도시한다.
도 2b는 일부 실시 예에 따른 RF 드라이버로부터의 복수의 버스트를 도시한다.
도 3은 일부 실시 예에 따른 플라즈마 시스템의 개략도이다.
도 4는 일부 실시 예에 따른 플라즈마 시스템의 개략도이다.
도 5는 일부 실시 예에 따른 플라즈마 시스템의 개략도이다.
도 6은 일부 실시 예에 따른 플라즈마 시스템의 개략도이다.
도 7은 일부 실시 예에 따른 필터링된 RF 드라이버 및 나노초 펄서의 예시적인 회로도이다.
도 8은 일부 실시 예에 따른 필터링된 RF 드라이버 및 나노초 펄서의 예시적인 회로도이다.
도 9는 일부 실시 예에 따른 필터링된 RF 드라이버 및 나노초 펄서의 예시적인 회로도이다.
도 10은 일부 실시 예에 따른 필터링된 RF 드라이버 및 나노초 펄서의 예시적인 회로도이다.
도 11은 일부 실시 예에 따른 필터링된 RF 드라이버 및 나노초 펄서의 예시적인 회로도이다.
도 12는 일부 실시 예에 따른 필터링된 RF 드라이버의 예시적인 회로도이다.
도 13은 RF 드라이버에 의해 생성된 파형을 도시한다.
도 14는 RF 드라이버에 의해 생성된 파형을 도시한다.
도 15는 일부 실시 예에 따른 필터링된 RF 드라이버의 예시적인 회로도이다.
플라즈마 시스템이 개시된다. 플라즈마 시스템은 플라즈마 챔버; RF 주파수로 플라즈마 챔버로 RF 버스트를 구동하도록 구성된 RF 드라이버; 펄스 반복 주파수로 플라즈마 챔버로 펄스를 구동하도록 구성된 나노초 펄서 - 펄스 반복 주파수가 RF 주파수보다 작음 - ; RF 드라이버와 플라즈마 챔버 사이에 배치된 고역 통과 필터; 및 나노초 펄서와 플라즈마 챔버 사이에 배치된 저역 통과 필터를 포함한다.
도 1a는 나노초 펄서로부터의 예시적인 펄스를 도시한다. 도 1b는 나노초 펄서로부터의 펄스의 버스트를 도시한다. 버스트는 짧은 시간 프레임 내에서 복수의 펄스를 포함할 수 있다. 나노초 펄서의 버스트는 약 10kHz, 50Hz, 100kHz, 500kHz, 1MHz 등의 펄스 반복 주파수를 가질 수 있다.
도 2a는 일부 실시 예에 따른 RF 드라이버로부터의 예시적인 버스트를 도시한다. 도 2b는 일부 실시 예에 따른 RF 드라이버로부터의 예시적인 복수의 버스트를 도시한다. 각각의 버스트는 예를 들어 2MHz, 13.56MHz, 27MHz, 60MHz, 및 80MHz와 같은 200kHz 및 800MHz의 RF 주파수를 갖는 사인파 버스트를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 버스트 반복 주파수(예를 들어, 버스트의 주파수)는 약 10kHz, 50Hz, 100kHz, 500kHz, 1MHz 등일 수 있으며, 예를 들어 400kHz일 수 있다. 일부 실시 예에서, RF 드라이버는 연속 사인파 버스트를 제공할 수 있다.
도 3은 플라즈마 시스템(300)의 개략도이다. 일부 실시 예에서, 플라즈마 시스템(300)은 일부 실시 예에 따라 RF 드라이버(105) 및 나노초 펄서(115)를 갖는 플라즈마 챔버(110)를 포함할 수 있다. RF 드라이버(105)는 플라즈마 챔버(110) 내에 위치된 전극(120)과 결합될 수 있다. 나노초 펄서(115)는 플라즈마 챔버(110) 내부 또는 외부에 위치한 전극(120)과 결합될 수 있다. 일부 실시 예에서, 전극(120)은 정전 척의 일부이거나 정전 척과 결합될 수 있다.
일부 실시 예에서, 플라즈마 챔버(110)는 플라즈마 챔버(110)에서 진공 상태를 유지하는 진공 펌프를 포함할 수 있다. 예를 들어, 진공 펌프는 특수 호스 또는 스테인리스 스틸 배관으로 플라즈마 챔버(110)에 연결될 수 있다. 진공 펌프는 기계의 릴레이 또는 통과 플러그에 의해 기계에 의해 수동 또는 자동으로 제어될 수 있다. 일부 실시 예에서, 플라즈마 챔버(110)는 예를 들어 플라즈마 증착 시스템, 반도체 제조 시스템, 플라즈마 스퍼터링 시스템 등과 같은 반도체 프로세싱 챔버에 대해 이상화되거나 효과적인 회로로 표현될 수 있다.
일부 실시 예에서, 플라즈마 챔버(110)는 RF 전력이 공급되기 전, 후에, 또는 될 때, 챔버 내로 가스(또는 입력 가스의 혼합물)를 도입할 수 있는 입력 가스 소스를 포함할 수 있다. 가스의 이온은 플라즈마를 생성하고 가스는 진공 펌프를 통해 배출된다.
일부 실시 예에서, 플라즈마 시스템은 플라즈마 증착 시스템, 플라즈마 에칭 시스템, 또는 플라즈마 스퍼터링 시스템을 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 전극(또는 척)과 웨이퍼 사이의 커패시턴스는 약 1000nF, 500nF, 200nF, 100nF, 50nF, 10nF, 5000pF, 1000pF, 100pF 등 미만의 커패시턴스를 가질 수 있다. .
RF 드라이버(105)는 전극(120)에 인가되는 RF 전력을 생성하는 임의의 유형의 디바이스를 포함할 수 있다. RF 드라이버(105)는, 예를 들면, 나노초 펄서, 하프 브리지 또는 풀 브리지 회로에 의해 구동되는 공진 시스템, RF 증폭기, 비선형 전송 라인, RF 플라즈마 발생기 등을 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, RF 드라이버(105)는 매치 네트워크를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, RF 드라이버(105)는 예를 들어, 2MHz, 13.56MHz, 27MHz, 60MHz 및 80MHz와 같은 복수의 상이한 RF 주파수로 RF 전력 신호를 생성할 수 있는 하나 이상의 RF 드라이버를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전형적인 RF 주파수는 200kHz와 800MHz 사이의 주파수를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, RF 드라이버(105)는 플라즈마 챔버(110) 내에서 플라즈마를 생성하고 유지할 수 있다. 예를 들어, RF 드라이버(105)는 플라즈마를 생성하기 위해 챔버 내의 다양한 가스 및/또는 이온을 여기시키기 위해 전극(120)(및/또는 안테나(180, 아래 참조))에 RF 신호를 제공한다.
일부 실시 예에서, RF 드라이버(105)는 도 8에 도시된 RF 드라이버(800) 및 도 9에 도시된 RF 드라이버(900)의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, RF 드라이버(105)는 RF 드라이버(105)의 출력 임피던스를 50Ω의 동축 케이블 또는 임의의 케이블의 산업 표준 특성 임피던스에 매칭할 수 있는 임피던스 매칭 회로와 결합되거나 이를 포함할 수 있다.
나노초 펄서(115)는 하나 이상의 나노초 펄서를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 나노초 펄서(115)는 모든 목적을 위해 본 개시에 통합된, "고전압 나노초 펄서"라는 제목의 미국 특허 출원 일련 번호 14/542,487에 설명된 임의의 장치의 전부 또는 일부, 또는 모든 목적을 위해 본 개시에 통합된, "갈바닉 절연 출력 가변 펄스 발생기 공개"라는 제목의 미국 특허 출원 일련 번호 14/635,991에 설명된 장치의 전체 또는 일부, 또는 모든 목적을 위해 본 개시에 통합된, "가변 펄스 폭 및 펄스 반복 주파수를 갖는 고전압 나노초 펄서"라는 제목의 미국 특허 출원 일련 번호 14/798,154에 설명된 장치의 전체 또는 일부, 또는 모든 목적을 위해 본 개시에 통합된, "가변 출력 임피던스 RF 생성기"라는 제목의 미국 특허 출원 일련 번호 16/697,173에 설명된 장치의 전체 또는 일부를 포함할 수 있다.
나노초 펄서(115)는, 예를 들면, 나노초 펄서(1100) 또는 나노초 펄서(1000)를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 나노초 펄서(115)는 약 1kV 내지 약 40kV의 진폭으로 전압을 펄싱할 수 있다. 일부 실시 예에서, 나노초 펄서(115)는 약 2,000kHz까지의 펄스 반복 주파수로 스위칭할 수 있다. 일부 실시 예에서, 나노초 펄서는 약 400kHz의 펄스 반복 주파수로 스위칭할 수 있다. 일부 실시 예에서, 나노초 펄서(115)는 약 2000ns에서 약 1나노초로 변화하는 펄스 폭의 단일 펄스를 제공할 수 있다. 일부 실시 예에서, 나노초 펄서(115)는 약 10kHz보다 큰 펄스 반복 주파수로 스위칭할 수 있다. 일부 실시 예에서, 나노초 펄서(115)는 부하에서 약 400ns 미만의 상승 시간으로 동작할 수 있다.
일부 실시 예에서, 나노초 펄서(115)는 2kV보다 큰 전압, 부하에서 약 400ns보다 작은 상승 시간, 및 약 10kHz보다 큰 펄스 반복 주파수로 전원 공급 장치로부터 펄스를 발생할 수 있다.
일부 실시 예에서, 나노초 펄서(115)는 하나 이상의 고체 상태 스위치(예를 들어, IGBT, MOSFET, SiC MOSFET, SiC 접합 트랜지스터, FET, SiC 스위치, GaN 스위치, 광전도성 스위치 등과 같은 고체 상태 스위치), 하나 이상의 스너버 저항기, 하나 이상의 스너버 다이오드, 하나 이상의 스너버 커패시터, 및/또는 하나 이상의 프리휠링 다이오드를 포함할 수 있다. 하나 이상의 스위치 및/또는 회로는 병렬 또는 직렬로 배열될 수 있다. 일부 실시 예에서, 하나 이상의 나노초 펄서는 직렬 또는 병렬로 함께 결합되어 나노초 펄서(115)를 형성할 수 있다. 일부 실시 예에서, 복수의 고전압 스위치는 나노초 펄서(115)를 형성하기 위해 직렬 또는 병렬로 함께 결합될 수 있다.
일부 실시 예에서, 나노초 펄서(115)는 예를 들어 저항성 출력 스테이지, 싱크, 또는 에너지 회수 회로와 같은 빠른 시간 스케일에서 용량성 부하로부터 전하를 제거하기 위한 회로를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 전하 제거 회로는 예를 들어 빠른 시간 규모로, 부하로부터 전하를 소산시킬 수 있다(예: 1ns, 10ns, 50ns, 100ns, 250ns, 500ns, 1,000ns 등의 시간 척도).
일부 실시 예에서, DC 바이어스 전원 공급단은 출력 전압을 전극(120)에 양으로 또는 음으로 바이어스하기 위해 포함될 수 있다. 일부 실시 예에서, 커패시터는 전하 제거 회로 또는 그 외 회로 요소로부터 DC 바이어스 전압을 격리/분리하는 데 사용될 수 있다. 또한 회로의 한 부분에서 다른 부분으로의 잠재적인 이동을 가능하게 수 있다. 일부 응용에서는 전위 이동을 사용하여 웨이퍼를 제자리에 고정할 수 있다.
일부 실시 예에서, RF 드라이버(105)는 나노초 펄서(115)에 의해 생성된 펄스의 펄스 반복 주파수보다 더 큰 RF 주파수로 버스트를 생성할 수 있다. 일부 실시 예에서, 커패시터(130)는 RF 드라이버(105)와 전극(120) 사이에 (예를 들어, 직렬로) 배치될 수 있다. 커패시터(130)는 예를 들어 나노초 펄서(115)로부터의 저주파 신호를 필터링하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 저주파 신호는 예를 들어, 약 10 Mhz와 같이, 100 kHz 및 10 MHz의 주파수 (예를 들어, 스펙트럼 콘텐츠의 대부분)를 가질 수 있다. 커패시터(130)는, 예를 들어, 약 100pF 미만과 같이, 약 1pF 내지 1nF의 값을 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 인덕터(135)는 나노초 펄서(115)와 전극(120) 사이에 (예를 들어, 직렬로) 배치될 수 있다. 인덕터(135)는 예를 들어 RF 드라이버(105)로부터의 고주파수 신호를 필터링하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 고주파수 신호는, 예를 들어, 약 1 MHz 또는 10 MHz 초과와 같이, 약 1 MHz 내지 200 MHz의 주파수를 가질 수 있다. 인덕터(135)는 예를 들어, 약 1μH 초과와 같이 약 10 nH 내지 10μH의 값을 가질 수 있다. 일부 실시 예에서, 인덕터(135)는 그 양단의 낮은 결합 커패시턴스를 가질 수 있다. 일부 실시 예에서, 커플링 커패시턴스는 1nF 미만일 수 있다.
일부 실시 예에서, 커패시터(130) 및 인덕터(135) 중 하나 또는 둘 모두는 나노초 펄서(115)에 의해 생성된 펄스로부터 RF 드라이버(105)에 의해 생성된 펄스를 분리할 수 있다. 예를 들어, 커패시터(130)는 RF 드라이버(105)에 의해 생성된 펄스로부터 나노초 펄서(115)에 의해 생성된 펄스를 분리할 수 있다. 인덕터(135)는 RF 드라이버(105)에 의해 생성된 펄스를 나노초 펄서(115)에 의해 생성된 펄스로부터 분리할 수 있다.
도 4는 플라즈마 시스템(400)의 개략도이다. 플라즈마 시스템(400)은 일부 실시 예에 따라 RF 드라이버(105) 및 필터링된 나노초 펄서(115)를 갖는 플라즈마 챔버(110)를 포함한다. 플라즈마 시스템(400)의 부분들은 도 3의 플라즈마 시스템(300)과 유사할 수 있다. 이 실시 예에서, 필터(140)는 커패시터(130)를 대체할 수 있고/있거나 필터(145)는 인덕터(135)를 대체할 수 있다. 필터는 NSP 바이어스 생성기에 의해 생성된 펄스로부터 RF 드라이버를 보호하고 RF 드라이버에 의해 생성된 RF로부터 나노초 펄서를 교대로 보호한다. 이를 달성하기 위해 다양한 필터를 사용할 수 있다.
일부 실시 예에서, RF 드라이버(105)는 나노초 펄서(115)에 의해 생성된 각각의 버스트에서 펄스 반복 주파수보다 더 큰 RF 주파수 fp로 버스트를 생성할 수 있다.
일부 실시 예에서, 필터(140)는 RF 드라이버(105)와 전극(120) 사이에 (예를 들어, 직렬로) 배치될 수 있다. 필터(140)는 예를 들어, 약 1MHz 또는 10MHz와 같이, 약 1MHz 내지 200MHz의 주파수로 고주파수 펄스를 가능하게 하는 고역 통과 필터일 수 있다. 필터(140)는, 예를 들어, 이러한 고주파수 신호를 통과시킬 수 있는 임의의 유형의 필터를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 필터(145)는 나노초 펄서(115)와 전극(120) 사이에 (예를 들어, 직렬로) 배치될 수 있다. 필터(145)는 예를 들어, 약 10MHz와 같이 약 100kHz 및 10MHz 미만의 주파수로 저주파 펄스를 가능하게 하는 저역 통과 필터일 수 있다. 예를 들어, 필터(145)는 이러한 저주파 신호를 통과시킬 수 있는 임의의 유형의 필터를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 필터(140) 및 필터(145) 중 하나 또는 둘 모두는 나노초 펄서(115)에 의해 생성된 펄스로부터 RF 드라이버(105)에 의해 생성된 펄스를 분리할 수 있다. 예를 들어, 필터(140)는 RF 드라이버(105)에 의해 생성된 펄스로부터 나노초 펄서(115)에 의해 생성된 펄스를 분리할 수 있다. 필터(145)는 RF 드라이버(105)에 의해 생성된 펄스를 나노초 펄서(115)에 의해 생성된 펄스로부터 분리할 수 있다.
도 5는 플라즈마 시스템(500)의 개략도이다. 플라즈마 시스템(500)은 일부 실시 예에 따라 RF 드라이버(105) 및 나노초 펄서(115)를 갖는 플라즈마 챔버(110)를 포함할 수 있다.
RF 드라이버(105)는 안테나(180)에 인가되는 RF 전력을 생성하는 임의의 유형의 디바이스를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, RF 드라이버(105)는 예를 들어, 2MHz, 13.56MHz, 27MHz, 및 60MHz와 같이, 복수의 상이한 RF 주파수로 RF 전력 신호를 생성할 수 있는 하나 이상의 RF 드라이버를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, RF 드라이버(105)는 RF 드라이버(105)의 출력 임피던스와 일치할 수 있으며, 플라즈마 부하의 가변 임피던스에 대해 일반적으로 50Ω이고, 일반적으로 훨씬 작고 반응성이 있는, 임피던스 매칭 회로와 결합되거나 이를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, RF 드라이버(105)는 하나 이상의 나노초 펄서를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 나노초 펄서(115)는 도 1과 관련하여 설명된다. 일부 실시 예에서, 나노초 펄서(1000)는 도 10에 설명되고 나노초 펄서(1100)는 도 11에서 설명된다.
일부 실시 예에서, RF 드라이버(105)는 나노초 펄서(115)에 의해 생성된 펄스의 펄스 반복 주파수보다 더 큰 RF 주파수로 펄스를 생성할 수 있다.
일부 실시 예에서, 커패시터(150)는 RF 드라이버(105)와 안테나(180) 사이에 (예를 들어, 직렬로) 배치될 수 있다. 커패시터(150)는 예를 들어 나노초 펄서(115)로부터의 저주파 신호를 필터링하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 저주파 신호는 예를 들어 약 10MHz와 같이, 약 100kHz 및 10MHz 미만의 주파수를 가질 수 있다. 커패시터(150)는, 예를 들어, 약 100pF 미만과 같이, 약 1pF 내지 1nF의 값을 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 인덕터(155)는 나노초 펄서(115)와 전극(120) 사이에 (예를 들어, 직렬로) 배치될 수 있다. 인덕터(135)는 예를 들어 RF 드라이버(105)로부터의 고주파수 신호를 필터링하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 고주파수 신호는, 예를 들어, 약 1MHz 또는 10MHz보다 큰 것과 같이, 약 1MHz 내지 200MHz보다 큰 주파수를 가질 수 있다. 인덕터(155)는, 예를 들어, 약 1μH 초과와 같이, 약 10nH 미만 내지 10μH 미만의 값을 가질 수 있다. 일부 실시 예에서, 인덕터(155)는 양단에 낮은 결합 커패시턴스를 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 커패시터(150) 및 인덕터(155) 중 하나 또는 둘 모두는 나노초 펄서(115)에 의해 생성된 펄스로부터 RF 드라이버(105)에 의해 생성된 펄스를 분리할 수 있다. 예를 들어, 커패시터(150)는 나노초 펄서(115)에 의해 생성된 펄스를 RF 드라이버(105)에 의해 생성된 펄스로부터 분리할 수 있다. 인덕터(155)는 RF 드라이버(105)에 의해 생성된 펄스를 나노초 펄서(115)에 의해 생성된 펄스로부터 분리할 수 있다.
도 6은 일부 실시 예에 따른 RF 드라이버(105) 및 나노초 펄서(115)를 갖는 플라즈마 시스템(600)의 개략도이다. RF 드라이버(105)는 임의의 유형의 RF 드라이버를 포함할 수 있다. 플라즈마 시스템(600)의 부분들은 도 5의 플라즈마 시스템(500)과 유사할 수 있다. 필터(140)는 커패시터(150)를 대체할 수 있고/있거나 필터(145)는 도 5에 사용된 인덕터(135)를 대체할 수 있다.
플라즈마 시스템(600)은 플라즈마 챔버(725)를 포함한다. RF 드라이버(105) 및/또는 나노초 펄서(115)는 플라즈마 챔버(725) 내에서 플라즈마를 구동하는 버스트 및/또는 펄스를 생성한다. 플라즈마 챔버(725)는 플라즈마 및 플라즈마 챔버의 이상화된 및/또는 효과적인 회로 표현이다.
일부 실시 예에서, RF 드라이버(105)는 나노초 펄서(115)에 의해 생성된 펄스의 펄스 반복 주파수보다 더 큰 RF 주파수로 버스트를 생성할 수 있다.
일부 실시 예에서, 필터(140)는 RF 드라이버(105)와 전극(120) 사이에 (예를 들어, 직렬로) 배치될 수 있다. 필터(140)는 예를 들어, 약 1MHz 또는 10MHz보다 큰 주파수와 같이, 약 1MHz 내지 200MHz보다 큰 주파수로 고주파수 펄스를 가능하게 하는 고역 통과 필터일 수 있다. 필터(140)는, 예를 들어, 이러한 고주파수 신호를 통과시킬 수 있는 임의의 유형의 필터를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 필터(145)는 나노초 펄서(115)와 전극(120) 사이에 (예를 들어, 직렬로) 배치될 수 있다. 필터(145)는 예를 들어, 약 10MHz와 같이 약 100kHz 및 10MHz 미만의 주파수로 저주파 펄스를 가능하게 하는 저역 통과 필터일 수 있다. 예를 들어, 필터(145)는 이러한 저주파 신호를 통과시킬 수 있는 임의의 유형의 필터를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 필터(140) 및 필터(145) 중 하나 또는 둘 모두는 나노초 펄서(115)에 의해 생성된 펄스로부터 RF 드라이버(105)에 의해 생성된 펄스를 분리할 수 있고/있거나 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 예를 들어, 필터(140)는 RF 드라이버(105)에 의해 생성된 펄스로부터 나노초 펄서(115)에 의해 생성된 펄스를 분리할 수 있다. 필터(145)는 RF 드라이버(105)에 의해 생성된 펄스를 나노초 펄서(115)에 의해 생성된 펄스로부터 분리할 수 있다.
도 7은 일부 실시 예에 따른 플라즈마 챔버(725) 내에서 플라즈마를 구동하는 나노초 펄서(115) 및 RF 드라이버(105)의 예시적인 회로도(700)이다. 일부 실시 예에서, RF 드라이버(105)는 약 60MHz의 주파수에서 동작할 수 있다.
일부 실시 예에서, 임피던스 필터(140)는 또한 나노초 펄서(720)의 출력으로부터 RF 드라이버(105)를 보호하는 고역 통과 필터의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 커패시터(720)는 나노초 펄서(720)의 출력을 필터링할 수 있다. RF 드라이버(105)는 예를 들어, 1MHz, 10MHz, 100MHz, 1,000MHz 등보다 큰 주파수에서 동작할 수 있다. 예를 들어, 임피던스 매칭 네트워크는 고역 통과 필터의 역할을 할 수 있는 임의의 유형의 임피던스 매칭 네트워크를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 임피던스 매칭 네트워크는 예를 들어 10nF, 1nF, 100pF, 10pF, 1pF 미만인 직렬 커패시턴스를 포함하는 경우와 같이 고역 통과 필터(예: 필터(140))의 역할을 할 수도 있다.
플라즈마 챔버(110)는 효과적인(또는 이상화된) 플라즈마 챔버(725) 내에 도시된 다수의 등가 회로 요소로 표현될 수 있다.
일부 실시 예에서, 플라즈마 챔버(725)는 예를 들어 플라즈마 증착 시스템, 반도체 제조 시스템, 플라즈마 스퍼터링 시스템 등과 같은 반도체 프로세싱 챔버를 위한 이상화되거나 효과적인 회로로 표현될 수 있다. 커패시터(730)는 예를 들어 웨이퍼가 안착될 수 있는 척의 커패시턴스를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 척은 유전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 커패시터(730)는 작은 커패시턴스(예를 들어, 약 10pF, 100pF, 500pF, 1nF, 10nF, 100nF 등)를 가질 수 있다.
플라즈마 시스는 전자 및 이온 손실의 균형을 맞추기 위해 중성이 아닌 영역을 포함할 수 있는 플라즈마 챔버 내에 형성될 수 있다. 웨이퍼 시스 커패시터(740)는 플라즈마와 웨이퍼의 상부 표면 사이에 형성될 수 있는 플라즈마 시스의 커패시턴스를 나타낸다. 예를 들어, 저항기(750)는 플라즈마 및 웨이퍼의 시스 저항을 나타낼 수 있다. 인덕터(745)는 예를 들어 플라즈마와 웨이퍼 사이의 시스 인덕턴스를 나타낼 수 있다. 전류 소스(760)는, 예를 들어, 시스를 통한 이온 전류를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼 시스 커패시터(740)는 작은 정전용량(예를 들어, 약 10pF, 100pF, 500pF, 1nF, 10nF, 100nF 등)을 가질 수 있다.
벽면 시스 캐패시터(735)는 플라즈마와 플라즈마 챔버의 벽들 중 하나 이상 사이에 형성될 수 있는 벽 외장의 커패시턴스를 나타낸다. 예를 들어, 저항기(750)는 처리 챔버 벽의 플라즈마와 플라즈마 사이의 저항을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 전류 소스(755)는 플라즈마 내의 이온 전류를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 벽면 시스 커패시턴스(C1)(예를 들어, 벽면 시스 커패시터(735)의 커패시턴스)는 작은 커패시턴스(예를 들어, 약 10pF, 100pF, 500pF, 1nF, 10nF, 100nF 등)를 가질 수 있다.
챔버 또는 전극들의 부분들과 플라즈마 사이에 다양한 다른 플라즈마 시스가 형성될 수 있다.
시스 커패시턴스는 Child-Langmuir 시스으로부터 추정될 수 있다. Child-Langmuir 시스은 다음으로부터 계산될 수 있다:
여기서 λD는 Debye 길이, s는 시스 길이, Te는 전자 온도, -V0은 경계의 바이어스 전압, αe는 시스 가장자리에서 전자 밀도 감소 계수이다. 시스 커패시턴스는 다음과 같이 계산할 수 있다:
여기서 A는 시스 경계의 면적이고 ε0은 자유 공간의 유전율이다.
일부 실시 예에서, 벽면 시스 커패시턴스 C1(예: 커패시터(735)의 커패시턴스)는 웨이퍼 시스 커패시턴스 C3(예를 들어, 커패시터(740)의 커패시턴스)보다 클 수 있다 ((C1>C3). 예를 들어, 벽면 시스 캐패시턴스(C1)를 웨이퍼 시스 캐패시턴스(C3)로 나눈 비율은 10보다 클 수 있다(C1/C3>10). 다른 예로, 벽면 시스 정전용량 C1은 웨이퍼 시스 정전용량 C3의 10배가 된다(C1>10*C3). 다른 예로, 벽면 시스 캐패시턴스(C1)를 외장 캐패시턴스(C3)로 나눈 비율은 50보다 클 수 있다(C1/C3>50). 다른 예로, 벽면 시스 캐패시턴스 C1은 외장 캐패시턴스 C3의 50배가 되어야 한다(C1>50*C3).
RF 드라이버(105)는 플라즈마 챔버(725)의 전극에 인가되는 RF 전력을 생성하는 임의의 유형의 디바이스를 포함할 수 있다. RF 드라이버(105)는, 예를 들면, 나노초 펄서, 하프 브리지 또는 풀 브리지 회로에 의해 구동되는 공진 시스템, RF 증폭기, 비선형 전송 라인, RF 플라즈마 발생기 등을 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, RF 드라이버(105)는 예를 들어, 2MHz, 13.56MHz, 27MHz, 60MHz, 80MHz 등과 같은, 복수의 상이한 RF 주파수로 RF 전력 신호를 생성할 수 있는 하나 이상의 RF 드라이버를 포함할 수 있다. 예를 들어 일반적인 RF 주파수는 200kHz와 800MHz 사이의 주파수를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, RF 드라이버(105)는 플라즈마 챔버(725) 내에서 플라즈마를 생성하고 유지할 수 있다. 예를 들어, RF 드라이버(105)는 플라즈마를 생성하기 위해 챔버 내의 다양한 가스 및/또는 이온을 여기시키기 위해 전극(및/또는 안테나, 아래 참조)에 RF 신호를 제공할 수 있다.
일부 실시 예에서, RF 드라이버(105)는 일반적으로 50Ω인 RF 드라이버(105)의 출력 임피던스를 일반적으로 훨씬 더 작고 반응성일 수 있는 플라즈마 부하의 가변 임피던스에 일치시킬 수 있는, 매칭 네트워크와 결합되거나 이를 포함할 수 있다.
나노초 펄서(720)는 하나 이상의 나노초 펄서를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 나노초 펄서(720)는 모든 목적을 위해 본 개시에 통합된, "고전압 나노초 펄서"라는 제목의 미국 특허 출원 일련 번호 14/542,487에 설명된 임의의 장치의 전부 또는 일부, 또는 모든 목적을 위해 본 개시에 통합된, "갈바닉 절연 출력 가변 펄스 발생기 공개"라는 제목의 미국 특허 출원 일련 번호 14/635,991에 설명된 장치의 전체 또는 일부, 또는 모든 목적을 위해 본 개시에 통합된, "가변 펄스 폭 및 펄스 반복 주파수를 갖는 고전압 나노초 펄서"라는 제목의 미국 특허 출원 일련 번호 14/798,154에 설명된 장치의 전체 또는 일부를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 나노초 펄서(720)는 약 1kV 내지 약 40kV의 진폭을 갖는 전압을 펄싱할 수 있다. 일부 실시 예에서, 나노초 펄서(720)는 약 2,000kHz까지의 펄스 반복 주파수로 스위칭할 수 있다. 일부 실시 예에서, 나노초 펄서는 약 400kHz의 펄스 반복 주파수로 스위칭할 수 있다. 일부 실시 예에서, 나노초 펄서(720)는 약 2000ns에서 약 1나노초까지 변화하는 펄스 폭의 단일 펄스를 제공할 수 있다. 일부 실시 예에서, 나노초 펄서(720)는 약 10kHz보다 큰 펄스 반복 주파수로 스위칭할 수 있다. 일부 실시 예에서, 나노초 펄서(720)는 부하에서 약 400ns 미만의 상승 시간으로 동작할 수 있다.
일부 실시 예에서, 나노초 펄서(720)는 전압이 2kV보다 크고, 상승 시간이 약 80ns 미만이고, 펄스 반복 주파수가 약 10kHz보다 큰 펄스를 전원 공급 장치로부터 발생할 수 있다.
일부 실시 예에서, 나노초 펄서(720)는 하나 이상의 솔리드 스테이트 스위치(예를 들어, IGBT, MOSFET, SiC MOSFET, SiC 접합 트랜지스터, FET, SiC 스위치, GaN 스위치, 광전도성 스위치 등과 같은 솔리드 스테이트 스위치), 하나 이상의 스너버 저항기, 하나 이상의 스너버 다이오드, 하나 이상의 스너버 커패시터, 및/또는 하나 이상의 프리휠링 다이오드를 포함할 수 있다. 하나 이상의 스위치 및/또는 회로는 병렬 또는 직렬로 배열될 수 있다. 일부 실시 예에서, 하나 이상의 나노초 펄서가 직렬 또는 병렬로 함께 모여 나노초 펄서(720)를 형성할 수 있다. 일부 실시 예에서, 복수의 고전압 스위치는 나노초 펄서(720)를 형성하기 위해 직렬 또는 병렬로 함께 묶일 수 있다.
일부 실시 예에서, 나노초 펄서(720)는 예를 들어 저항성 출력 스테이지, 싱크, 또는 에너지 회수 회로와 같은 빠른 시간 스케일에서 용량성 부하로부터 전하를 제거하기 위한 회로를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 전하 제거 회로는 예를 들어 빠른 시간 규모에서 부하에서 전하를 소산시킬 수 있다(예: 1ns, 10ns, 50ns, 100ns, 250ns, 500ns, 1,000ns 등 시간 척도).
도 8은 일부 실시 예에 따른 플라즈마 챔버(725) 내에서 플라즈마를 구동하는 예시적인 RF 드라이버(800)의 회로도이다. 이 예에서, RF 드라이버(800)는 RF 드라이버(105)의 일 예이다. RF 드라이버(800)는 나노초 펄서(115) 및 필터(145)와 연결될 수 있다.
이 예에서는, RF 드라이버(800)는 RF 소스(805), 공진 회로(810), 반파장 정류기(815), 저항성 출력 스테이지(820), 및/또는 바이어스 보상 회로(825)를 포함할 수 있다. RF 소스(805)는 풀 브리지 드라이버(또는 하프 브리지 드라이버)일 수 있다. RF 소스(805)는 DC 전압 소스(예를 들어, 용량성 소스, AC-DC 변환기 등)일 수 있는 입력 전압 소스(807)를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, RF 소스(805)는 4개의 스위치(861, 862, 863, 864)를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, RF 소스(805)는 직렬 또는 병렬로 복수의 스위치(861, 862, 863, 864)를 포함할 수 있다. 이러한 스위치(861, 862, 863, 864)는 예를 들어 IGBT, MOSFET, SiC MOSFET, SiC 접합 트랜지스터, FET, SiC 스위치, GaN 스위치, 광전도성 스위치와 같은 임의의 유형의 고체 상태 스위치를 포함할 수 있다. 이들 스위치(861, 862, 863, 864)는 고주파수에서 스위칭될 수 있고/있거나 고전압 펄스를 생성할 수 있다. 이러한 주파수는 예를 들어 약 400kHz, 0.5MHz, 2.0MHz, 4.0MHz, 13.56MHz, 27.12MHz, 40.68MHz, 50MHz 등의 주파수를 포함할 수 있다.
스위치(861, 862, 863, 864)의 각각의 스위치는 각각의 다이오드(871, 872, 873, 및/또는 874)와 병렬로 연결될 수 있고 인덕터(851, 852, 853, 854)로 표시되는 표유 인덕턴스를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 인덕터(851, 852, 853 및 854)의 인덕턴스는 동일할 수 있다. 일부 실시 예에서, 인덕터(851, 852, 853, 854)의 인덕턴스는 약 50nH, 100nH, 150nH, 500nH, 1,000nH 등 미만일 수 있다. 스위치(861, 862, 863, 864)와 각각의 다이오드(871, 872, 873, 874)의 조합은 각각의 인덕터(851, 852, 853 또는 854)와 직렬로 연결될 수 있다. 인덕터(853, 854)는 접지와 연결된다. 인덕터(851)는 스위치(864) 및 공진 회로(810)와 연결된다. 그리고 인덕터(852)는 스위치(863)와 공진회로(810)의 반대쪽에 연결된다.
일부 실시 예에서, RF 소스(805)는 공진 회로(810)와 결합될 수 있다. 공진 회로(810)는 변압기(814)와 결합된 공진 인덕터(811) 및/또는 공진 커패시터(812)를 포함할 수 있다. 공진 회로(810)는, 예를 들어, RF 소스(805)와 공진 회로(810) 사이의 임의의 리드의 표유 저항을 포함할 수 있는 공진 저항기(813) 및/또는 예를 들어, 공진 커패시터(812), 공진 저항기(813) 및/또는 공진 인덕터(811)와 같은 공진 회로(810) 내의 임의의 구성요소를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 공진 저항기(813)은 와이어, 트레이스 또는 회로 요소의 표유 저항만을 포함할 수 있다. 다른 회로 소자의 인덕턴스 및/또는 커패시턴스가 구동 주파수에 영향을 미칠 수 있지만, 구동 주파수는 공진 인덕터(811) 및/또는 공진 커패시터(812)의 선택에 의해 크게 설정될 수 있다. 표유 인덕턴스 또는 표유 커패시턴스에 비추어 적절한 구동 주파수를 생성하기 위해서는 추가 개선 및/또는 조정이 필요할 수 있다. 또한, 변압기(814)에 걸친 상승 시간은 공진 인덕터(811(L)) 및/또는 공진 커패시터(812(C))를 변경하여 조정할 수 있다:
일부 실시 예에서, 공진 인덕터(811)에 대한 큰 인덕턴스 값은 더 느리거나 더 짧은 상승 시간을 초래할 수 있다. 이 값은 버스트 엔벨로프에도 영향을 줄 수 있다. 각 버스트는 과도 및 정상 상태 펄스를 포함할 수 있다. 각 버스트 내의 과도 펄스는 정상 상태 펄스 동안 전체 전압에 도달할 때까지 공진 인덕터(811) 및/또는 시스템의 Q에 의해 설정될 수 있다.
RF 소스(805)의 스위치가 공진 주파수 fresonant에서 스위칭되면, 변압기(814)의 출력 전압이 증폭된다. 일부 실시 예에서, 공진 주파수는 약 400kHz, 0.5MHz, 2.0MHz, 4.0MHz, 13.56MHz, 27.12MHz, 40.68MHz, 50MHz 등일 수 있다
일부 실시 예에서, 공진 커패시터는 변압기(814)의 표유 커패시턴스 및/또는 물리적 커패시터를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 공진 커패시터는 약 10μF, 1μF, 100nF, 10nF 등의 커패시턴스를 가질 수 있다. 일부 실시 예에서, 공진 인덕터(811)는 변압기(814) 및/또는 물리적 인덕터의 표유 인덕턴스를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 공진 인덕터(811)는 약 50nH, 100nH, 150nH, 500nH, 1,000nH 등의 인덕턴스를 가질 수 있다. 일부 실시 예에서, 공진 저항기(813)는 약 10Ω, 25Ω, 50Ω, 100Ω, 150Ω, 500Ω 등의 저항을 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 변압기(814)는 선택적일 수 있다. 일부 실시 예에서, 저항기(813), 공진 인덕터(811), 및/또는 공진 커패시터(812) 중 하나 이상이 변압기(814)의 2차측에 배치될 수 있다.
일부 실시 예에서, 공진 저항기(813)는 물리적 회로 내의 와이어, 트레이스 및/또는 변압기 권선의 표유 저항을 나타낼 수 있다. 일부 실시 예에서, 공진 저항기(813)는 약 10mΩ, 50mΩ, 100mΩ, 200mΩ, 500mΩ 등의 저항을 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 변압기(814)는 "고전압 변압기"라는 제목의 미국 특허 출원 번호 15/365,094에 개시된 변압기를 포함할 수 있으며, 이는 모든 목적을 위해 이 문서에 통합되어 있다. 일부 실시 예에서, 공진 회로(810)의 출력 전압은 스위치(861, 862, 863, 및/또는 864)의 듀티 사이클(예를 들어, 스위치 "온" 시간 또는 스위치가 전도하는 시간)을 변경함으로써 변경될 수 있다. 예를 들어, 듀티 사이클이 길수록 출력 전압이 높아진다. 듀티 사이클이 짧을수록 출력 전압이 낮아진다. 일부 실시 예에서, 공진 회로(810)의 출력 전압은 RF 소스(805)에서 스위칭의 듀티 사이클을 조정함으로써 변경되거나 튜닝될 수 있다.
예를 들어, 스위치의 듀티 사이클은 스위치(861)를 열고 닫는 신호 Sig1의 듀티 사이클을 변경하고; 스위치(862)를 열고 닫는 신호 Sig2의 듀티 사이클을 변경하고; 스위치(863)를 열고 닫는 신호 Sig3의 듀티 사이클을 변경하고; 스위치(864)를 열고 닫는 신호 Sig4의 듀티 사이클을 변경함으로써, 조정될 수 있다. 예를 들어, 스위치(861, 862, 863 또는 864)의 듀티 사이클을 조정함으로써, 공진 회로(810)의 출력 전압 또는 부하의 전압은 실시간으로 제어될 수 있다.
일부 실시 예에서, RF 소스(805)의 각 스위치(861, 862, 863, 또는 864)는 독립적으로 또는 하나 이상의 다른 스위치와 함께 전환될 수 있다. 예를 들어, 신호 Sig1은 신호 Sig3과 동일한 신호일 수 있다. 다른 예로서, 신호 Sig2는 신호 Sig4와 동일한 신호일 수 있다. 다른 예로, 각 신호는 독립적일 수 있고 각 스위치(861, 862, 863 또는 864)를 독립적으로 또는 개별적으로 제어할 수 있다.
일부 실시 예에서, 공진 회로(810)는 정류 다이오드(816)를 포함할 수 있는 반파장 정류기(815)와 결합될 수 있다.
일부 실시 예에서, 반파장 정류기(815)는 저항성 출력단(820)과 연결될 수 있다. 저항성 출력단(820)은 당업계에 공지된 임의의 저항성 출력단을 포함할 수 있다. 예를 들어, 저항성 출력단(820)은 "고전압 저항성 출력단 회로"라는 제목의 미국 특허출원 제16/178,538호에 설명된 임의의 저항성 출력단을 포함하며, 이는 모든 목적을 위해 전체적으로 본 개시에 통합된다.
예를 들어, 저항성 출력단(820)은 인덕터(821), 저항기(822), 저항기(823) 및 커패시터(824)를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 인덕터(821)는 약 5μH 내지 약 25μH의 인덕턴스를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 저항기(823)는 약 50Ω 내지 약 250Ω의 저항을 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 저항기(822)는 저항 출력 스테이지(820)의 표유 저항을 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 저항기(823)는 직렬 및/또는 병렬로 배열된 복수의 저항을 포함할 수 있다. 커패시터(824)는 배열 직렬 및/또는 병렬 저항의 커패시턴스를 포함하는 저항기(823)의 표유 커패시턴스를 나타낼 수 있다. 표유 커패시터(824)의 커패시턴스는 예를 들어 500pF, 250pF, 100pF, 50pF, 10pF, 1pF 등 미만일 수 있다. 예를 들어, 부유 커패시터(824)의 커패시턴스는 부하 커패시턴스보다 작을 수 있으며, 예를 들어, 캐패시터(735), 캐패시터(730) 및/또는 캐패시터(740)의 캐패시턴스보다 작다.
일부 실시 예에서, 저항기(823)는 부하(예를 들어, 플라즈마 시스 커패시턴스)를 방전할 수 있다. 일부 실시 예에서, 저항성 출력 스테이지(820)는 각 펄스 사이클 동안 평균 전력의 약 1킬로와트 이상 및/또는 각 펄스 사이클에서 줄 이하의 에너지를 방전하도록 구성될 수 있다. 일부 실시 예에서, 저항성 출력단(820)에서 저항기(823)의 저항은 200Ω보다 작을 수 있다. 일부 실시 예에서, 저항기(823)는 약 200pF 미만의 결합 커패시턴스(예를 들어, 커패시터(824))를 갖는 직렬 또는 병렬로 배열된 복수의 저항기를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 저항성 출력 스테이지(820)는 부하에 대한 전압 파형의 형상을 제어하는 데 사용될 수 있는 회로 요소의 집합을 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 저항성 출력 스테이지(820)는 수동 소자(예를 들어, 저항기, 커패시터, 인덕터 등)만을 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 저항성 출력 스테이지(820)는 능동 회로 소자(예를 들어, 스위치) 및 수동 회로 소자를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 저항성 출력 스테이지(820)는 예를 들어 파형의 전압 상승 시간 및/또는 파형의 전압 하강 시간을 제어하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시 예에서, 저항성 출력 스테이지(820)는 용량성 부하(예를 들어, 웨이퍼 및/또는 플라즈마)를 방전할 수 있다. 예를 들어, 이러한 용량성 부하는 작은 정전용량(예: 약 10pF, 100pF, 500pF, 1nF, 10nF, 100nF 등)을 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 저항 출력단은 펄스 전압이 높은 것(예: 1kV, 10kV, 20kV, 50kV, 100kV 등보다 큰 전압) 및/또는 고주파수(예: 1kHz, 10kHz, 100kHz, 200kHz, 500kHz, 1MHz 등보다 큰 주파수) 및/또는 약 400kHz, 0.5MHz, 2.0MHz, 4.0MHz, 13.56MHz, 27.12MHz, 40.68MHz, 50MHz 등의 주파수를 갖는 펄스로 회로에서 사용할 수 있다.
일부 실시 예에서, 저항성 출력단은 높은 평균 전력, 높은 피크 전력, 빠른 상승 시간 및/또는 빠른 하강 시간을 처리하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 평균 전력 등급은 약 0.5kW, 1.0kW, 10kW, 25kW 등보다 클 수 있고/있거나 피크 전력 등급은 약 1kW, 10kW, 100kW, 1MW 등보다 클 수 있다.
일부 실시 예에서, 저항성 출력 스테이지(820)는 수동 구성요소의 직렬 또는 병렬 네트워크를 포함할 수 있다. 예를 들어, 저항성 출력단(820)은 일련의 저항, 커패시터 및 인덕터를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 저항성 출력 스테이지(820)는 인덕터와 병렬인 캐패시터 및 저항과 직렬인 캐패시터 인덕터 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 인덕터(821)는 정류기에서 전압이 나올 때 저항성 출력단에 상당한 에너지가 주입되지 않도록 충분히 크게 선택될 수 있다. 저항기(822) 및 저항기(823)의 값은 L/R 시간이 RF 주파수보다 빠르게 부하에서 적절한 커패시터를 소모할 수 있도록 선택될 수 있다.
일부 실시 예에서, 저항성 출력 스테이지(820)는 바이어스 보상 회로(825)와 결합될 수 있다. 바이어스 보상 회로(825)는 당업계에 공지된 임의의 바이어스 및/또는 바이어스 보상 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 바이어스 보상 회로(825)는 "NANOSECOND PULSER BIAS COMPENSATION"이라는 제목의 미국 특허 출원 번호 16/523,840에 설명된 임의의 바이어스 및/또는 바이어스 보상 회로를 포함할 수 있으며, 이는 모든 목적을 위해 본 개시에 전체적으로 통합된다. 일부 실시 예에서, 저항성 출력 스테이지(820) 및/또는 바이어스 보상 회로(825)는 선택적일 수 있다.
일부 실시 예에서, 나노초 펄서는 저항성 출력 스테이지(820)와 유사한 저항성 출력 스테이지를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 바이어스 보상 회로(825)는 바이어스 커패시터(826), 차단 커패시터(826), 차단 다이오드(827), 스위치(828)(예를 들어, 고전압 스위치), 오프셋 공급 전압(830), 저항기(831), 및/또는 저항기(829)를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 스위치(828)는 "나노초 펄스를 위한 고전압 스위치"라는 제목의 미국 특허 출원 제82/717,637호 및/또는 "나노초 펄스를 위한 고전압 스위치"라는 제목의 미국 특허 출원 번호 16/178,565에 기재된 고전압 스위치를 포함하며, 이들은 모든 목적을 위해 본 개시에 전체적으로 통합된다.
일부 실시 예에서, 오프셋 공급 전압(830)은 출력 전압을 양으로 또는 음으로 바이어스할 수 있는 DC 전압 소스를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 차단 커패시터(826)는 저항 출력 스테이지(820) 및/또는 다른 회로 요소들로부터 오프셋 공급 전압(830)을 분리/분리할 수 있다. 일부 실시 예에서, 바이어스 보상 회로(825)는 회로의 한 부분에서 다른 부분으로의 잠재적인 전력 이동을 허용할 수 있다. 일부 실시 예에서, 바이어스 보상 회로(825)는 고전압 펄스가 챔버 내에서 활성화될 때 웨이퍼를 제자리에 유지하기 위해 사용될 수 있다. 저항기(831)은 드라이버로부터 DC 바이어스 전원을 보호/분리할 수 있다.
일부 실시 예에서, 스위치(828)는 RF 소스(805)가 펄싱되는 동안 개방될 수 있고 RF 소스(805)가 펄싱되지 않을 때 폐쇄될 수 있다. 스위치(828)는 폐쇄된 동안, 예를 들어 차단 다이오드(827)를 양단의 단락 전류일 수 있다. 이 전류를 단락시키면 웨이퍼와 척 사이의 바이어스가 2kV 미만이 될 수 있으며, 이는 허용 가능한 허용 오차 내에 있을 수 있다.
도 9는 일부 실시 예에 따른 플라즈마 챔버(725) 내에서 플라즈마를 구동하는 RF 구동기 회로(900)의 회로도이다. 이 예에서, RF 드라이버(900)는 RF 드라이버(105)의 일 예이다. RF 드라이버 회로(900)는 나노초 펄서(115) 및 필터(145)와 연결될 수 있다.
이 예에서, RF 드라이버 회로(900)는 RF 소스(805), 공진 회로(810), 반파장 정류기(815), 에너지 회수 회로(905), 및/또는 바이어스 보상 회로(825)를 포함할 수 있다. RF 소스(805)는 풀 브리지 드라이버(또는 하프 브리지 드라이버)일 수 있다.
RF 드라이버(900)는 저항성 출력 스테이지(820)가 에너지 회수 회로(905)로 대체된 RF 드라이버(800)와 유사하다. 저항성 출력단(820) 및 에너지 회수 회로(905)는 에너지 싱크 회로로 지칭될 수 있다. 일부 실시 예에서, 에너지 회수 회로(905) 및/또는 바이어스 보상 회로(825)는 선택적일 수 있다.
이 예에서, 에너지 회수 회로(905)는 변압기(814)의 2차 측 상에 위치되거나 전기적으로 결합될 수 있다. 에너지 회수 회로(905)는 예를 들어 변압기(814)의 2차 측 양단에 다이오드(930)(예를 들어, 크로우바 다이오드)를 포함할 수 있다. 에너지 회수 회로(905)는, 예를 들어, 다이오드(915) 및 인덕터(910)(직렬로 배열됨)를 포함할 수 있으며, 이는 전류가 변압기(814)의 2차측으로부터 흘러 전원(806)을 충전하고 전류가 플라즈마 챔버(725)로 흐르게 할 수 있다. 다이오드(915) 및 인덕터(910)는 변압기(814)의 2차측과 전기적으로 연결되고 전원(806)과 연결될 수 있다. 일부 실시 예에서, 에너지 회수 회로(905)는 변압기(814)의 2차측과 전기적으로 결합된 다이오드(920) 및/또는 인덕터(925)를 포함할 수 있다. 인덕터(910)는 표유 인덕턴스를 나타낼 수 있고/있거나 변압기(814)의 표유 인덕턴스를 포함할 수 있다.
펄서 스테이지(1010)가 켜질 때(펄싱), 전류가 플라즈마 챔버(725)를 충전할 수 있다(예를 들어, 커패시터(735), 커패시터(730), 또는 커패시터(740)를 충전). 일부 전류는 예를 들어 변압기(814)의 2차측 전압이 전원(806)의 충전 전압보다 높게 상승할 때 인덕터(910)를 통해 흐를 수 있다. 나노초 펄서가 턴오프될 때, 전류는 인덕터(910) 양단의 전압이 0이 될 때까지 전원(806)을 충전하기 위해 인덕터(910)를 통해 플라즈마 챔버(725) 내의 커패시터로부터 흐를 수 있다. 다이오드(930)는 플라즈마 챔버(725) 내의 커패시터가 플라즈마 챔버(725) 또는 바이어스 보상 회로(825)의 인덕턴스와 링잉하는 것을 방지할 수 있다.
다이오드(915)는 예를 들어 전원(806)으로부터 플라즈마 챔버(725) 내의 커패시터로 전하가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
인덕터(910)의 값은 현재 하강 시간을 제어하도록 선택될 수 있다. 일부 실시 예에서, 인덕터(910)는 1μH - 500μH 사이의 인덕턴스 값을 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 에너지 회수 회로(905)는 인덕터(910)를 통한 전류의 흐름을 제어하는 데 사용될 수 있는 스위치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스위치는 인덕터(910)와 직렬로 배치될 수 있다.
에너지 회수 회로(905)의 스위치는 예를 들어, 예를 들어 2018년 11월 1일자로 출원된 "절연 전력의 고전압 스위치"라는 미국 특허출원 제16/178,565호에 개시된 고전압 스위치와 같은 고전압 스위치를 포함할 수 있으며, 이는 2018년 8월 10일자로 출원된 미국 예비 특허출원 제62/717,637호에 대한 우선권을 주장하고, 둘 다 전체적으로 참조로 통합된다. 일부 실시 예에서, RF 소스(805)는 RF 소스(805)에 도시된 다양한 구성요소 대신에 또는 이에 추가하여 고전압 스위치를 포함할 수 있다.
도 10은 일부 실시 예에 따른 플라즈마 챔버(725) 내에서 플라즈마를 구동하는 나노초 펄서(1000)의 회로도이다. 이 예에서, 나노초 펄서(1000)는 나노초 펄서(115)의 일 예이다. 나노초 펄서(1000)는 RF 드라이버(105) 및 필터(140)와 연결될 수 있다. 이 예에서, 나노초 펄서(1000)는 펄서 스테이지(1010), 저항성 출력 스테이지(820), 및/또는 바이어스 보상 회로(825)를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 나노초 펄서(1000)(또는 펄서 스테이지(1010))는 전압이 1kV, 10kV, 20kV, 50kV, 100kV, 1,000kV 등보다 크고, 상승 시간이 약 1ns, 10ns, 50ns, 100ns, 250ns, 500ns, 1,000ns 등 미만이고, 하강 시간이 약 1ns, 10ns, 50ns, 100ns, 250ns, 500ns, 1,000ns 등 미만이고, 주파수가 약 1kHz, 10kHz, 100kHz, 200kHz, 500kHz, 1MHz 등을 초과하는, 펄스를 부하 스테이지로 도입할 수 있다.
일부 실시 예에서, 펄서 스테이지(1010)는, 예를 들어, 500V보다 큰 펄스, 10A보다 큰 피크 전류, 또는 약 10,000ns, 1,000ns, 100ns, 10ns보다 작은 펄스 폭 등을 생성할 수 있는 임의의 장치를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 펄서 스테이지(1010)는 1kV, 5kV, 10kV, 50kV, 200kV 등보다 큰 진폭을 갖는 펄스를 생성할 수 있다. 다른 예로서, 펄서 스테이지(1010)는 상승 시간 또는 하강 시간이 약 5ns, 50ns, 또는 300ns 등보다 작은 펄스를 생성할 수 있다.
일부 실시 예에서, 펄서 스테이지(1010)는 복수의 고전압 버스트를 생성할 수 있다. 예를 들어, 각 버스트는 빠른 상승 시간 및 빠른 하강 시간을 갖는 복수의 고전압 펄스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 고전압 버스트는 약 10Hz 내지 10kHz의 버스트 반복 주파수를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 예를 들어, 복수의 고전압 버스트는 약 10Hz, 100Hz, 250Hz, 500Hz, 1kHz, 2.5kHz, 5.0kHz, 10kHz 등의 버스트 반복 주파수를 가질 수 있다.
복수의 고전압 버스트 각각 내에서, 고전압 펄스는 약 1kHz, 10kHz, 100kHz, 200kHz, 500kHz, 1MHz 등의 펄스 반복 주파수를 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 하나의 버스트로부터 다음 버스트까지의 버스트 반복 주파수 시간. 바이어스 보상 스위치가 작동되는 주파수.
일부 실시 예에서, 펄서 스테이지(1010)는 전압 소스(1020)와 결합된 하나 이상의 고체 상태 스위치(1025)(예를 들어, IGBT, MOSFET, SiC MOSFET, SiC 접합 트랜지스터, FET, SiC 스위치, GaN 스위치, 광전도성 스위치 등과 같은 솔리드 스테이트 스위치)를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 펄서 스테이지(1010)는 하나 이상의 소스 스너버 저항기(1030), 하나 이상의 소스 스너버 다이오드(1037), 하나 이상의 소스 스너버 커패시터(1035), 또는 하나 이상의 소스 프리휠링 다이오드(1040)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 스위치 및/또는 회로를 병렬 또는 직렬로 배열할 수 있다.
일부 실시 예서, 펄서 스테이지(1010)는 고주파수, 빠른 상승 시간, 빠른 하강 시간, 고주파수 등에서 복수의 고전압 펄스를 생성할 수 있다. 펄서 스테이지(1010)는 하나 이상의 나노초 펄서를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 펄서 스테이지(1010)는 고전압 펄싱 전원을 포함할 수 있다.
펄서 스테이지(1010)는 예를 들어, "고전압 나노초 펄서"라는 제목의 미국 특허 출원 일련 번호 14/542,487에 설명된 임의의 펄서를 포함할 수 있으며, 이는 모든 목적을 위해 전체 내용이 본 개시에 통합된다. 펄서 스테이지(1010)는 예를 들어, "효율적인 IGBT 스위칭"이라는 제목의 미국 특허 번호 9,601,283에 기술된 임의의 펄서를 포함할 수 있으며, 이는 모든 목적을 위해 전체적으로 본 개시에 통합된다. 펄서 스테이지(1010)는 예를 들어, "고전압 변압기"라는 제목의 미국 특허 출원 일련 번호 15/365,094에 설명된 임의의 펄서를 포함할 수 있으며, 이는 모든 목적을 위해 전체적으로 본 개시에 통합된다.
펄서 스테이지(1010)는 예를 들어, 고전압 스위치를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 펄서 스테이지(1010)는 예를 들어 "절연 전원의 고전압 스위치"라는 제목으로 2018년 11월 1일에 출원된 미국 특허 출원 일련 번호 16/178,565에 설명된 임의의 스위치를 포함할 수 있으며, 이는 모든 목적을 위해 본 명세서에 전체적으로 통합된다.
일부 실시 예에서, 펄서 스테이지(1010)는 변압기(814)를 포함할 수 있다. 변압기(814)는 변압기 코어(예: 토로이드 또는 비토로이드 코어); 변압기 코어 주위에 한 번 이하로 감긴 적어도 하나의 1차 권선; 및 상기 변압기 코어에 복수회 권선되는 2차 권선을 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 변압기(814)는 변압기 코어 주위에 단일 턴 1차 권선 및 다중 턴 2차 권선을 포함할 수 있다. 예를 들어, 단일 회전 1차 권선은 변압기 코어 주위에 1회 이하로 감긴 하나 이상의 와이어를 포함할 수 있다. 단일 회전 1차 권선은 예를 들어 2,10, 20, 50, 100, 250, 1200개 이상의 개별 단일 회전 1차 권선을 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 1차 권선은 전도성 시트를 포함할 수 있다.
예를 들어, 다중 회전 2차 권선은 변압기 코어 주위에 여러 번 감긴 단일 와이어를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다회전 2차 권선은 변압기 코어에 2, 10, 25, 50, 100, 250, 500회 등 이상으로 권선될 수 있다. 일부 실시 예에서, 복수의 다중 회전 2차 권선이 변압기 코어 주위에 권선될 수 있다. 일부 실시 예에서, 2차 권선은 전도성 시트를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 고전압 변압기는 150나노초 미만 또는 50나노초 미만, 또는 5ns 미만의 빠른 상승 시간으로, 1,000볼트보다 큰 전압을 출력하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시 예에서, 고전압 변압기는 낮은 임피던스 및/또는 낮은 커패시턴스를 가질 수 있다. 예를 들어, 고전압 변압기의 표유 인덕턴스는 1차 측에서 측정했을 때 100nH, 50nH, 30nH, 20nH, 10nH, 2nH, 100pH 미만이고/이거나 변압기는 2차 측에서 측정할 때 100pF, 30pF, 10pF, 1pF 미만의 표유 커패시턴스를 갖는다.
변압기(814)는 "고전압 변압기"라는 제목의 미국 특허 출원 번호 15/365,094에 개시된 변압기를 포함할 수 있으며, 이는 모든 목적을 위해 본 개시에 통합된다.
도 11은 일부 실시 예에 따른 플라즈마 챔버(725) 내에서 플라즈마를 구동하는 나노초 펄서(1100)의 회로도이다. 이 예에서, 나노초 펄서(1000)는 나노초 펄서(115)의 일 예이다. 나노초 펄서(1100)는 RF 드라이버(105) 및 필터(140)와 연결될 수 있다. 이 예에서, 나노초 펄서(1100)는 펄서 스테이지(1010), 에너지 회수 회로(905), 및/또는 바이어스 보상 회로(825)를 포함할 수 있다. 다양한 다른 회로 소자가 포함될 수 있다. 다양한 다른 회로 소자가 포함될 수 있다.
나노초 펄서(1100)는 나노초 펄서(1000)와 유사하지만 저항성 출력 스테이지(820)가 없고 에너지 회수 회로(905)를 포함한다. 일부 실시 예에서, 에너지 회수 회로(905) 및/또는 바이어스 보상 회로(825)는 선택적일 수 있다.
이 예에서, 에너지 회수 회로(905)는 변압기(814)의 2차 측 상에 위치되거나 전기적으로 결합될 수 있다. 에너지 회수 회로(905)는 예를 들어 변압기(814)의 2차 측을 가로지르는 다이오드(930)(예를 들어, 크로우바 다이오드)를 포함할 수 있다. 에너지 회수 회로(905)는 예를 들어 다이오드(915) 및 인덕터(910)(직렬로 배열됨)를 포함할 수 있고, 이는 전원(806)을 충전하기 위해 변압기(814)의 2차측으로부터 전류가 흘러 플라즈마 챔버(725)로 전류가 흐르도록 할 수 있다. 다이오드(915) 및 인덕터(910)는 변압기(814)의 2차측과 전기적으로 연결되고 전원(806)과 연결될 수 있다. 다이오드(915) 및 인덕터(910)는 임의의 순서로 배치될 수 있다. 일부 실시 예에서, 에너지 회수 회로(905)는 변압기(814)의 2차측과 전기적으로 결합된 다이오드(920) 및/또는 인덕터(925)를 포함할 수 있다. 인덕터(910)는 표유 인덕턴스를 나타낼 수 있고/있거나 변압기(814)의 표유 인덕턴스를 포함할 수 있다.
RF 소스(805)가 켜지면, 전류가 플라즈마 챔버(725)를 충전할 수 있다(예를 들어, 커패시터(735), 커패시터(730) 또는 커패시터(740)를 충전한다). 일부 전류는 예를 들어 변압기(814)의 2차측 전압이 전원(806)의 충전 전압보다 높게 상승할 때 인덕터(910)를 통해 흐를 수 있다. 나노초 펄서가 꺼지면, 전류는 인덕터(910) 양단의 전압이 0이 될 때까지 전원(806)을 충전하기 위해 인덕터(910)를 통해 플라즈마 챔버(725) 내의 커패시터로부터 흐를 수 있다. 다이오드(930)는 플라즈마 챔버(725) 내의 커패시턴스가 플라즈마 챔버(725) 또는 바이어스 보상 회로(825) 내의 인덕턴스와 링잉하는 것을 방지할 수 있다.
다이오드(915)는 예를 들어 전원(806)으로부터 플라즈마 챔버(725) 내의 커패시터로 전하가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
인덕터(910)의 인덕턴스 값은 현재 하강 시간을 제어하도록 선택될 수 있다. 일부 실시 예에서, 인덕터(910)는 1μH - 500μH 사이의 인덕턴스 값을 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 에너지 회수 회로(905)는 인덕터(910)를 통한 전류의 흐름을 제어하는 데 사용될 수 있는 스위치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스위치는 인덕터(910)와 직렬로 배치될 수 있다. 에너지 회수 회로(905)의 스위치는 "절연 전원의 고전압 스위치"라는 제목으로, 2018년 11월 1일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 16/178,565에 개시된 고전압 스위치와 같은 고전압 스위치를 포함할 수 있으며, 이는 2018년 8월 10일자로 출원된 미국 가특허출원 제62/717,637호에 대한 우선권을 주장하며, 둘 다 전체적으로 본 개시에 참조로 통합된다.
도 12는 일부 실시 예에 따른 플라즈마 챔버(725)를 구동하는 RF 구동기 회로(1200)의 회로도이다. RF 드라이버 회로(1200)는 RF 드라이버(800)와 유사하다. 변압기(814)가 제거된 상태에서 변압기가 사용될 수 있다.
RF 소스(805)는 공진 인덕터(811), 공진 커패시터(812), 및/또는 공진 저항기(813)의 공진 주파수에서 공진 회로(810)를 구동할 수 있다.
정류 다이오드(816)(드룹(droop) 제어 인덕터(817) 및 드룹 제어 저항기(818) 없음)는 지점(1210)에서 시간에 따라 측정된 전압을 보여주는, 도 13의 파형(1310)에 도시된 바와 같이 RF 소스(805) 및 공진 회로(810)에 의해 생성된 정현파 파형을 정류할 수 있다. 웨이퍼의 결과는 파형(1315)에 표시되며, 이는 지점 1215에서 시간에 따라 측정된 전압을 보여준다. RF 소스(805) 및 공진 회로(810)에 의해 생성된 전압은 파형(1305)에 도시되어 있다. 파형(1315)의 평평한 부분은 약간의 음수 처짐을 가지고 있다. 드룹은 플라즈마의 이온 전류에 의해 발생하는 파형의 평평하지 않은 부분이다. 이 예에서, 처짐은 약 8kV에서 최대 5kV까지 경사진 파형(1315) 부분의 상향 경사이다. 일부 실시 예에서, 파형(1310)의 이 부분을 거의 일정한 전압으로 유지하는 것이 유리할 수 있는데, 이는 이것이 웨이퍼 표면으로 떨어지는 이온 에너지와 직접적으로 상관되기 때문이다.
RF 주파수, RF 전압 및 웨이퍼에 대한 이온 전류에 기초한 드룹 제어 인덕터(817) 및 드룹 제어 저항기(818)의 적절한 선택은 파형(1315)의 드룹을 보상할 수 있다. 드룹 제어 인덕터(817) 및 드룹 제어 저항기(818)는 공진 사인파의 음의 부분의 일부가 지점(1210)으로 흐르도록 할 수 있으며, 이것은 지점(1215)으로 흐르는 이온 전류로 인한 커패시터(730)의 손실 전하를 대체한다. 드룹 제어 인덕터(817) 또는 드룹 제어 저항기(818)은 드룹 제어 커패시터로 대체되거나 드룹 제어 커패시터가 추가될 수 있다. 드룹 제어 저항기(818)는 회로 전체에 걸쳐 표유 저항을 포함하거나 포함할 수 있다. 드룹 제어 인덕터(817) 및 드룹 제어 저항기(818)의 값은 공진 주파수, (예를 들어, 파형(1305)의) 출력 공진 전압 진폭, 및/또는 공진 회로(810)의 웨이퍼 표면 상의 이온 전류의 진폭에 기초하여 선택될 수 있다.
일부 실시 예에서, 드룹 제어 인덕터(817), 드룹 제어 저항기(818) 및/또는 드룹 제어 커패시터는 실시간으로 미리 결정되거나 제어될 수 있다. 예를 들어, 드룹 제어 인덕터(817)는 가변 인덕터를 포함할 수 있고, 드룹 제어 저항기(818)은 가변 저항을 포함할 수 있고, 및/또는 드룹 제어 커패시터는 가변 커패시터를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 주어진 주파수 및 전압에서 드룹 제어 저항기(818) 및/또는 드룹 제어 인덕터(817)의 임피던스는 커패시터(730)의 방전율의 균형을 맞추는 데 필요한 것 이하일 수 있다.
도 14의 파형(1415)에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 상의 드룹은 드룹 제어 인덕터(817) 및 드룹 제어 저항기(818)을 포함하여 제거될 수 있다. 드룹 제어 인덕터(817) 및 드룹 제어 저항기(818)는 전류가 회로를 통해 역류하도록 하여 파형(1410)에서 평평해야 하지만 그렇지 않고 아래쪽으로 기울어지는 부분에 도시된 바와 같이 음의 정류를 야기할 수 있다. 일부 실시 예에서, 파형(1410)의 이 부분이 거의 일정한 전압으로 유지되는 것이 바람직하며, 이는 이것이 웨이퍼 표면으로 떨어지는 이온 에너지와 직접적으로 상관되기 때문이다.
일부 실시 예에서, 드룹 제어 인덕터(817)는 약 100mH, 50mH, 10mH, 5mH 등보다 작은 인덕턴스를 가질 수 있다. 일부 실시 예에서, 드룹 제어 인덕터(817)는 약 0.1mH, 0.5mH, 1mH, 5mH, 10mH 등보다 작은 인덕턴스를 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 드룹 제어 저항기(818)은 약 10mΩ, 50mΩ, 100mΩ, 250mΩ, 500mΩ 등 미만인 저항 또는 표유 저항을 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 드룹 제어 저항기(818)는 약 10Ω, 50Ω, 100Ω, 250Ω, 500Ω 등보다 작은 저항 또는 표유 저항을 포함할 수 있다.
도 15는 일부 실시 예에 따른 플라즈마 챔버(725)를 구동하는 RF 구동기 회로(1500)의 회로도이다. RF 구동기 회로(1500)는 저항성 출력단(820)이 에너지 회수 회로(905)로 대체된 RF 구동기 회로(1200)와 유사하다. 저항성 출력단(820) 및 에너지 회수 회로(905)는 에너지 싱크 회로로 지칭될 수 있다. 드룹 제어 인덕터(817) 및 드룹 제어 저항기(818)는 회로의 임의의 드룹을 보정할 수 있다.
다르게 명시되지 않는 한, 용어 "실질적으로"는 언급된 값의 5% 또는 10% 이내 또는 제조 허용 오차 이내를 의미한다. 다르게 명시되지 않는 한, 용어 "약"은 언급된 값의 5% 또는 10% 이내 또는 제조 허용 오차 이내를 의미한다.
접속사 "또는"은 포괄적이다.
청구된 주제에 대한 철저한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부사항이 본 명세서에서 설명된다. 그러나, 당업자라면 청구된 주제가 이러한 특정 세부사항 없이 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 다른 예에서, 통상의 기술자에게 알려진 방법, 장치 또는 시스템은 청구된 주제를 모호하게 하지 않기 위해 상세하게 설명되지 않았다.
*일부 부분은 컴퓨터 메모리와 같은 컴퓨팅 시스템 메모리 내에 저장된 데이터 비트 또는 이진 디지털 신호에 대한 연산의 알고리즘 또는 기호 표현의 관점에서 제시된다. 이러한 알고리즘 설명 또는 표현은 데이터 처리 분야의 당업자가 작업 내용을 해당 기술 분야의 다른 사람에게 전달하기 위해 사용하는 기술의 예이다. 알고리즘은 원하는 결과로 이어지는 일관적인 일련의 작업 또는 유사한 처리이다. 이러한 맥락에서 작업 또는 처리에는 물리량의 물리적 조작이 포함된다. 일반적으로, 반드시 그런 것은 아니지만, 그러한 양은 저장, 전송, 결합, 비교 또는 조작될 수 있는 전기 또는 자기 신호의 형태를 취할 수 있다. 주로 일반적인 사용을 위해 비트, 데이터, 값, 요소, 기호, 문자, 용어, 숫자, 숫자 등과 같은 신호를 참조하는 것이 때때로 편리한 것으로 입증되었다. 그러나 이러한 모든 용어 및 유사한 용어는 적절한 물리량과 관련되어야 하며 단지 편리한 라벨일 뿐이라는 것이 이해될 것이다. 특별히 달리 명시하지 않는 한, 명세서 전반에 걸쳐, "처리", "계산", "계산", "결정" 및 "식별" 등과 같은 용어를 사용하는 설명은 컴퓨팅 플랫폼의 메모리, 레지스터 또는 기타 정보 저장 장치, 전송 장치 또는 디스플레이 장치 내에서 물리적 전자적 또는 자기적 양으로 표현되는 데이터를 조작하거나 변환하는 하나 이상의 컴퓨터 또는 유사한 전자 컴퓨팅 장치 또는 장치와 같은, 컴퓨팅 장치의 작업 또는 프로세스를 나타낸다.
본 명세서에서 논의된 시스템 또는 시스템들은 특정 하드웨어 아키텍처 또는 구성으로 제한되지 않는다. 컴퓨팅 장치는 하나 이상의 입력에 대해 조건화된 결과를 제공하는 구성요소의 임의의 적절한 배열을 포함할 수 있다. 적절한 컴퓨팅 장치는 범용 컴퓨팅 장치에서 본 발명의 하나 이상의 실시 예를 구현하는 특수 컴퓨팅 장치로 컴퓨팅 시스템을 프로그래밍하거나 구성하는 저장된 소프트웨어에 액세스하는 다목적 마이크로프로세서 기반 컴퓨터 시스템을 포함한다. 임의의 적절한 프로그래밍, 스크립팅, 또는 다른 유형의 언어 또는 언어의 조합이 컴퓨팅 장치를 프로그래밍하거나 구성하는 데 사용되는 소프트웨어에 포함된 교시를 구현하는 데 사용될 수 있다.
여기에 개시된 방법의 실시 예는 그러한 컴퓨팅 장치의 동작에서 수행될 수 있다. 위의 예에서 제시된 블록의 순서는 다양할 수 있다. 예를 들어, 블록은 재정렬, 결합 및/또는 하위 블록으로 분할될 수 있다. 특정 블록이나 프로세스는 병렬로 수행될 수 있다.
본 명세서에서 "~에 적응된" 또는 "~에 구성된"를 사용한다는 것은 추가 작업 또는 단계를 수행하도록 적응되거나 구성되는 장치를 금지하지 않는 개방적이고 포괄적인 언어를 의미한다. 또한 "에 기반하는"을 사용한다는 것은 하나 이상의 인용된 조건 또는 값을 "기반으로 하는" 프로세스, 단계, 계산 또는 기타 작업이 실제로는 인용된 것 이상의 추가 조건 또는 값을 기반으로 할 수 있다는 점에서 개방적이고 포괄적인 의미이다. 본 명세서에 포함된 제목, 목록 및 번호 매기기는 설명의 편의를 위한 것이며 제한하려는 것이 아니다.
본 발명의 주제가 그 특정 실시 예와 관련하여 상세하게 설명되었지만, 당업자라면 전술한 내용을 이해하면 이러한 실시 예에 대한 변경, 변형 및 등가물을 쉽게 생성할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서 당업자에게 용이하게 명백한 바와 같이, 본 개시는 제한이 아니라 예시의 목적으로 제시되었으며, 본 주제에 대한 수정, 변형 또는 추가의 포함을 배제하지 않는다는 것이 이해될 것이다.

Claims (18)

  1. 플라즈마 시스템에 있어서,
    복수의 벽 및 웨이퍼 지지체를 포함하여 플라즈마 챔버 내에서 플라즈마가 생성될 때, 상기 플라즈마와 상기 복수의 벽 중 적어도 하나 사이에 벽 플라즈마 시스가 형성되고, 상기 플라즈마와 상기 웨이퍼 지지체 상에 배치된 웨이퍼 사이에 웨이퍼 플라즈마 시스가 형성되도록 하는 플라즈마 챔버 - 상기 벽 플라즈마 시스의 커패시턴스는 상기 웨이퍼 플라즈마 시스의 커패시턴스보다 적어도 약 10배 더 큼 - ;
    RF 주파수로 상기 플라즈마 챔버로 버스트를 구동하는 RF 드라이버;
    펄스 반복 주파수로 펄스를 상기 플라즈마 챔버로 구동하는 나노초 펄서 - 상기 펄스 반복 주파수는 상기 RF 주파수보다 작음 - ;
    상기 RF 드라이버와 상기 플라즈마 챔버 사이에 배치된 제1 필터; 및
    상기 나노초 펄서와 상기 플라즈마 챔버 사이에 배치된 제2 필터
    를 포함하는, 플라즈마 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼 플라즈마 시스의 커패시턴스는 약 1nF 미만인, 플라즈마 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 RF 드라이버는 약 1kV보다 큰 피크 전압과 약 1Mhz보다 큰 주파수로 버스트를 구동하는, 플라즈마 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 나노초 펄서는 약 1kV보다 큰 피크 전압 및 상기 RF 발생기에 의해 발생된 상기 버스트의 주파수보다 낮은 주파수로 펄스를 구동하는, 플라즈마 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 필터는 고역 통과 필터를 포함하고 상기 제2 필터는 저역 통과 필터를 포함하는, 플라즈마 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 필터는 접지와 결합된 커패시터를 포함하는, 플라즈마 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 커패시터는 약 500pF 미만의 커패시턴스를 갖는, 플라즈마 시스템.
  8. 플라즈마 시스템에 있어서,
    플라즈마 챔버;
    RF 주파수로 버스트를 상기 플라즈마 챔버로 구동하는, 상기 플라즈마 챔버와 전기적으로 결합된 RF 드라이버;
    펄스 반복 주파수로 펄스를 상기 플라즈마 챔버로 구동하는, 상기 플라즈마 챔버와 전기적으로 결합된 나노초 펄서 - 상기 펄스 반복 주파수는 상기 RF 주파수보다 작음 - ;
    상기 RF 드라이버와 상기 플라즈마 챔버 사이에 배치된 커패시터; 및
    상기 나노초 펄서와 상기 플라즈마 챔버 사이에 배치된 인덕터
    를 포함하는, 플라즈마 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 커패시터는 약 100pF 미만의 커패시턴스를 갖는, 플라즈마 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 인덕터는 약 10nH 미만의 인덕턴스를 갖는, 플라즈마 시스템.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 인덕터는 약 5pF 미만의 표유 커패시턴스를 갖는, 플라즈마 시스템.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 플라즈마 챔버는 복수의 벽 및 웨이퍼 지지체를 포함하여 상기 플라즈마 챔버 내에 플라즈마가 생성될 때, 상기 플라즈마와 상기 복수의 벽들 중 적어도 하나 사이에 벽 플라즈마 시스가 형성되고, 상기 플라즈마와 상기 웨이퍼 지지체 상에 배치된 웨이퍼 사이에 웨이퍼 플라즈마 시스가 형성되도록 하고, 상기 벽 플라즈마 시스의 커패시턴스는 상기 웨이퍼 플라즈마 시스의 커패시턴스보다 적어도 약 10배 더 큰, 플라즈마 시스템.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 플라즈마 챔버는 복수의 벽 및 웨이퍼 지지체를 포함하여 상기 플라즈마 챔버 내에서 플라즈마가 생성될 때 상기 플라즈마와 상기 복수의 벽들 중 적어도 하나 사이에 벽 플라즈마 시스가 형성되고, 상기 플라즈마와 상기 웨이퍼 지지체 상에 배치된 웨이퍼 사이에 웨이퍼 플라즈마 시스가 형성되도록 하고, 상기 벽 플라즈마 시스의 커패시턴스는 상기 웨이퍼 플라즈마 시스의 커패시턴스 보다 적어도 약 50배 더 큰, 플라즈마 시스템..
  14. 플라즈마 시스템에 있어서,
    플라즈마 챔버;
    약 200kHz보다 큰 RF 주파수 및 1kV보다 큰 피크 전압으로 펄스를 상기 플라즈마 챔버로 구동하도록 구성된 RF 드라이버;
    상기 플라즈마 챔버와 전기적으로 연결된 에너지 싱크 회로;
    상기 정류 다이오드가 상기 RF 드라이버에 의해 생성된 파형을 정류하도록 상기 플라즈마 챔버와 상기 RF 드라이버 사이에 전기적으로 연결된 정류 다이오드; 및
    직렬로 배열된 드룹 제어 인덕터 및 드룹 제어 저항기 - 상기 드룹 제어 인덕터와 상기 드룹 제어 저항기의 상기 직렬 배열은 상기 정류 다이오드와 병렬로 배열됨 -
    를 포함하는, 플라즈마 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 에너지 싱크 회로는 저항성 출력단 회로를 포함하는, 플라즈마 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 에너지 싱크 회로는 에너지 회수 회로를 포함하는, 플라즈마 시스템.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 드룹 제어 인덕터는 약 10mH 미만의 인덕턴스를 갖는, 플라즈마 시스템.
  18. 제 14 항에 있어서, 상기 드룹 저항은 약 500Ω 미만인, 플라즈마 시스템.


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