KR20240008318A - 플라즈마 공정 성능을 제어하기 위한 실시간 펄스 측정 및 펄스 타이밍 조정을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents
플라즈마 공정 성능을 제어하기 위한 실시간 펄스 측정 및 펄스 타이밍 조정을 위한 시스템 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
펄스형 플라즈마를 제어하기 위한 시스템 및 방법의 다양한 실시형태가 본원에 설명된다. 플라즈마 공정 챔버 내에서 동적으로 제어되는 펄스의 시퀀스 동안 기판의 플라즈마 노출을 제어하기 위해, 측정 장치(들)로부터 수신된 측정 데이터에 기초하여, 플라즈마 발생 소스의 펄스 타이밍 파라미터(예를 들어, 펄스 온 시간 및/또는 펄스 오프 시간)가 제어될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 기판의 플라즈마 노출을 제어하기 위해, 측정 장치(들)로부터 수신된 측정 데이터에 기초하여, 펄스 타이밍 파라미터(예를 들어, 펄스 온 시간 및/또는 펄스 오프 시간)가 소스 전력, 바이어스 전력, 및/또는 둘 모두에 적용될 수 있다. 펄스 타이밍 변경은 피드포워드 또는 피드백 방식으로 이루어질 수 있다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2021년 5월 12일자로 출원된 미국 정규출원 번호 제17/318,116호의 이익을 주장하며, 그 전체 내용은 본원에 참조로 포함된다.
본 개시물은 플라즈마 공정 장치에서의 기판의 공정(processing)에 관한 것이다. 특히, 이는 플라즈마 공정 장치에서 발생된 플라즈마의 펄스 타이밍을 모니터링 및 조정하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다.
기판(예를 들어, 반도체 웨이퍼)의 공정을 위한 플라즈마 시스템의 사용은 잘 알려져 있다. 플라즈마 공정 시스템은 흔히 플라즈마 에칭 및/또는 플라즈마 증착 공정에서 사용된다. 예를 들어, 플라즈마 공정 시스템은 마이크로 전자 소자 또는 마이크로 기계 소자를 형성하도록 기판을 에칭하기 위해 사용될 수 있다. 플라즈마 공정 시스템은, 플라즈마 공정 챔버 내의 가스를 이온화하기 위해 플라즈마 공정 챔버 내의 가스 혼합물에 고주파 전력을 공급함으로써 플라즈마를 발생시킨다. 통상적인 하드웨어 및 공정 기술은 기판에 걸쳐서 플라즈마 밀도 또는 이온의 불균일한 분포를 초래할 수 있다. 또한, 통상적인 시스템은 특정 공정 조건에서 및/또는 특정 플라즈마 가스를 사용하여 충분한 플라즈마 밀도를 제공하지 못할 수 있다.
플라즈마 공정은 다수의 기술적 과제를 나타내며, 기판 상의 구조물 및 층의 기하학적 구조가 계속 축소됨에 따라, 플라즈마의 제어가 점점 더 중요해지고 있다. 플라즈마 공정의 성능은, 플라즈마 종, 플라즈마 밀도, 이온의 운동 에너지, 반응성 중성자 등을 포함하는 다수의 변수에 의해 영향을 받는다. 플라즈마 공정 장비의 변수 설정은, 플라즈마 특성을 변경하여 원하는 공정 성능을 달성하도록 조정될 수 있다. 이러한 설정은, 당업계에 모두 알려져 있는 바와 같이, 가스 유량, 가스 압력, 플라즈마 여기(excitation)를 위한 전력, 바이어스 전압 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 이러한 설정은 플라즈마 특성과 직접적으로 관련되지 않기 때문에, 흔히 원하는 공정 성능을 달성하기 위한 플라즈마 특성의 제어는 어렵다. 기판 공정의 요건이 점점 더 까다로워지고 있기 때문에, 플라즈마 특성의 보다 적절한 제어가 필요하다.
플라즈마 제어 최적화는, 동적으로 제어되는 일련의 공정 단계 전반에 걸쳐서 수행되며, 제어 방법은, 기판 표면이 지속적으로 변화하는 동안, 플라즈마 분포 균일성, 프로파일 제어 및 플라즈마 밀도 프로파일을 유지하는 요소이다. 통상적인 하드웨어 및 공정 기술은, 에칭 또는 증착 공정 시퀀스 동안 플라즈마의 응답 제어를 위한 충분한 메커니즘을 제공하지 못한다. 특정 시스템 아키텍처에서, 또는 특정 적용예에서, 특정 에칭 가스 화학의 사용 시에, 고정된 플라즈마 파라미터 설정의 문제가 악화될 수 있다. 종래의 시스템은 그러한 환경에서 지속적으로 안정적이고 최적인 플라즈마 필드를 제공하기 위한 설비를 제대로 갖추고 있지 않다. 결과적으로, 제품 품질 및 처리량이 저하될 수 있다.
펄스형(plused) 플라즈마를 제어하기 위한 시스템 및 방법의 다양한 실시형태가 본원에 설명된다. 플라즈마 공정 챔버 내에서 동적으로 제어되는 펄스의 시퀀스 동안 기판의 플라즈마 노출을 제어하기 위해, 측정 장치(들)로부터 수신된 측정 데이터에 기초하여, 플라즈마 발생 소스의 펄스 타이밍 파라미터(예를 들어, 펄스 온 시간(on time) 및/또는 펄스 오프 시간(off time))가 제어될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 기판의 플라즈마 노출을 제어하기 위해, 측정 장치(들)로부터 수신된 측정 데이터에 기초하여, 펄스 타이밍 파라미터(예를 들어, 펄스 온 시간 및/또는 펄스 오프 시간)가 소스 전력, 바이어스 전력, 및/또는 둘 모두에 적용될 수 있다. 펄스 타이밍 변경은 피드포워드(feedforward) 또는 피드백 방식으로 이루어질 수 있다.
일 실시형태에 따라, 기판을 처리하기 위한 시스템에서 플라즈마 성능을 제어하기 위한 방법이 본원에서 제공되며, 시스템은 하나 이상의 전원을 포함한다. 일반적으로, 방법은, 펄스형 플라즈마 공정으로 기판을 처리하기 위해, 플라즈마 공정 챔버 내에서 플라즈마를 발생시키도록, 하나 이상의 전원으로부터의 제1 전력 신호를 플라즈마 공정 챔버에 공급하는 단계; 및 하나 이상의 전원으로부터의 제2 전력 신호를 플라즈마 공정 챔버에 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 전력 신호는, 제1 전력 신호에 대한 펄스 온 시간 및 펄스 오프 시간을 지정하는 제1 세트의 타이밍 파라미터를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 제2 전력 신호는, 제2 전력 신호에 대한 펄스 온 시간 및 펄스 오프 시간을 지정하는 제2 세트의 타이밍 파라미터를 포함할 수 있다. 또한, 방법은, 제1 전력 신호, 제2 전력 신호, 플라즈마, 및/또는 챔버 압력에 해당하는 측정 데이터를 생성하는 단계를 포함할 수 있으며, 측정 데이터는 펄스형 플라즈마 공정이 수행됨에 따라 실시간으로 생성된다. 또한, 방법은, 측정 데이터에 응답하여, 플라즈마 공정 동안 플라즈마의 하나 이상의 특성을 제어하기 위해, 제1 전력 신호의 펄스 폭 및/또는 제2 전력 신호의 펄스 폭을 변경하도록, 제1 전력 신호의 하나 이상의 타이밍 파라미터, 제2 전력 신호의 하나 이상의 타이밍 파라미터, 및/또는 챔버 압력을 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 상기 제1 전력 신호를 공급하는 단계 및 상기 제2 전력 신호를 공급하는 단계는, 단일 전원으로부터 제1 전력 신호 및 제2 전력 신호를 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서, 상기 제1 전력 신호를 공급하는 단계는, 제1 전원으로부터 제1 전력 신호를 공급하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 제2 전력 신호를 공급하는 단계는, 제1 전원과 상이한 제2 전원으로부터 제2 전력 신호를 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 상기 측정 데이터를 생성하는 단계는, 현장(in-situ) 측정 데이터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 측정 데이터를 생성하는 단계는, 플라즈마 공정 챔버 내에서 발생된 플라즈마의 광 강도 또는 광 방출 스펙트럼; 및/또는 플라즈마 공정 챔버 내에서 발생된 플라즈마의 직류 전압(Vdc) 레벨 중 하나 이상을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 상기 측정 데이터를 생성하는 단계는, 현장외(ex-situ) 측정 데이터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 측정 데이터를 생성하는 단계는, 제1 전력 신호의 전력, 전압, 전류 및/또는 위상; 제2 전력 신호의 전력, 전압, 전류 및/또는 위상; 및 제1 전력 신호 및/또는 제2 전력 신호의 적어도 하나의 고조파의 전력, 전압, 전류 및/또는 위상 중 하나 이상을 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 상기 측정 데이터를 생성하는 단계는, 제1 전원 및 제2 전원의 최대 5개의 고조파의 전압, 전류 및 위상 및 기본 주파수 전력 레벨을 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 실시형태에서 생성된 측정 데이터는, 개별적으로 또는 조합하여 선택적으로 사용될 수 있다.
상기 하나 이상의 타이밍 파라미터를 조정하는 단계 동안 제어되는 플라즈마의 하나 이상의 특성은, 플라즈마 밀도, 전자 온도, 가스 해리, 에칭 재료 선택비, 플라즈마의 이온 플럭스 및/또는 이온 에너지를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
일부 실시형태에서, 제1 전력 신호는 소스 전력 신호일 수 있으며, 상기 조정하는 단계는, 플라즈마의 플라즈마 밀도를 제어하기 위해, 제1 전력 신호의 펄스 온 시간을 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 예시적인 일 실시형태에서, 상기 조정하는 단계는, 펄스형 플라즈마 공정의 사이클 동안, 사이클 동안 생성된 측정 데이터에 기초하여, 실시간으로 제1 전력 신호의 펄스 온 시간을 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 측정 데이터를 생성하는 단계는, 펄스형 플라즈마 공정의 사이클 동안, 제1 전력 신호의 상승 에지(rising edge)를 탐지하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 조정하는 단계는, 지정된 플라즈마 밀도를 유지하도록, 제1 전력 신호의 펄스 온 시간을 제어하기 위해, 펄스형 플라즈마 공정의 사이클 동안, 제1 전력 신호의 하강 에지(falling edge)를 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 제2 전력 신호는 바이어스 전력 신호일 수 있으며, 상기 조정하는 단계는, 플라즈마의 이온 플럭스 및/또는 이온 에너지를 제어하기 위해, 제2 전력 신호의 펄스 온 시간을 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 예시적인 일 실시형태에서, 상기 조정하는 단계는, 펄스형 플라즈마 공정의 사이클 동안, 사이클 동안 생성된 측정 데이터에 기초하여, 실시간으로 제2 전력 신호의 펄스 온 시간을 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 측정 데이터를 생성하는 단계는, 펄스형 플라즈마 공정의 각각의 사이클 동안, 제2 전력 신호의 상승 에지를 탐지하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 조정하는 단계는, 지정된 이온 플럭스 및/또는 이온 에너지를 유지하도록, 제2 전력 신호의 펄스 온 시간을 제어하기 위해, 펄스형 플라즈마 공정의 각각의 사이클 동안, 제2 전력 신호의 하강 에지를 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 펄스형 플라즈마 공정의 현재 사이클 동안, 제2 전력 신호의 펄스 온 시간이 조정되는 경우, 상기 조정하는 단계는, 현재 사이클 동안 이루어진 조정에 기초하여, 펄스형 플라즈마 공정의 다음 사이클에서 제2 전력 신호의 펄스 온 시간 및 펄스 오프 시간을 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 상기 조정하는 단계는, 제1 전력 신호와 제2 전력 신호 간의 상대적 타이밍을 제어하도록 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 조정하는 단계는, 제1 전력 신호의 펄스 오프 시간과 제2 전력 신호의 펄스 온 시간 간의 시간을 제어하도록 수행될 수 있다.
일부 실시형태에서, 상기 측정 데이터를 생성하는 단계는, 단일 측정 장치를 사용하여, 플라즈마 공정 챔버에 공급된 다수의 플라즈마 펄싱 피드(pulsing feed)로부터 플라즈마 내의 펄스를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 상기 측정 데이터를 생성하는 단계는, (a) 제1 전력 신호의 전력, 전압 또는 전류, (b) 제2 전력 신호의 전력, 전압 또는 전류, 및/또는 (c) 제1 전력 신호 또는 제2 전력 신호의 고조파의 전력, 전압 또는 전류를 측정하는 동안, 플라즈마의 광 방출 스펙트럼을 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 방법은, 플라즈마의 광 방출 스펙트럼을 (a) 제1 전력 신호의 전력, 전압 또는 전류, (b) 제2 전력 신호의 전력, 전압 또는 전류, 또는 (c) 제1 전력 신호 또는 제2 전력 신호의 고조파의 전력, 전압 또는 전류와 비교하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 상기 측정 데이터를 생성하는 단계는, 플라즈마 공정 챔버 내의 챔버 압력을 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 상기 조정하는 단계는, 플라즈마의 하나 이상의 특성을 제어하기 위해, 플라즈마 공정 동안 챔버 압력을 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 실시형태에 따라, 기판을 처리하기 위한 시스템이 본원에서 제공된다. 일반적으로, 시스템은, 플라즈마 공정 챔버, 하나 이상의 전원, 하나 이상의 측정 장치, 및 제어기를 포함할 수 있다. 일반적으로, 플라즈마 공정 챔버는, 펄스형 플라즈마 공정으로 기판을 처리하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 전원은, 플라즈마 공정 챔버 내에서 플라즈마를 발생시키기 위해, 제1 전력 신호 및 제2 전력 신호를 플라즈마 공정 챔버에 공급하도록 결합될 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 전력 신호는, 제1 전력 신호에 대한 펄스 온 시간 및 펄스 오프 시간을 지정하는 제1 세트의 타이밍 파라미터를 포함할 수 있으며, 제2 전력 신호는, 제2 전력 신호에 대한 펄스 온 시간 및 펄스 오프 시간을 지정하는 제2 세트의 타이밍 파라미터를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 제1 전력 신호 및 제2 전력 신호는 단일 전원으로부터 공급될 수 있다. 다른 실시형태에서, 제1 전력 신호는 제1 전원으로부터 공급될 수 있으며, 제2 전력 신호는 제1 전원과 상이한 제2 전원으로부터 공급될 수 있다.
하나 이상의 측정 장치는, 제1 전력 신호, 제2 전력 신호, 플라즈마 또는 챔버 압력에 해당하는 측정 데이터를 생성하도록 구성될 수 있으며, 측정 데이터는, 펄스형 플라즈마 공정이 플라즈마 공정 챔버 내에서 수행됨에 따라 실시간으로 생성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 하나 이상의 측정 장치에 의해 생성된 측정 데이터는, (a) 제1 전력 신호의 전력, 전압, 전류 및/또는 위상; (b) 제1 전력 신호의 고조파의 전력, 전압 또는 전류; (c) 제2 전력 신호의 전력, 전압, 전류 및/또는 위상; (d) 제2 전력 신호의 고조파의 전력, 전압 또는 전류; (e) 플라즈마 공정 챔버 내에서 발생된 플라즈마의 광 강도 또는 광 방출 스펙트럼; (f) 플라즈마 공정 챔버 내에서 발생된 플라즈마의 직류 전압(Vdc) 레벨; 및 (g) 플라즈마 공정 챔버 내의 챔버 압력 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
제어기는 하나 이상의 전원 및 하나 이상의 측정 장치에 결합될 수 있다. 측정 데이터에 응답하여, 제어기는, 플라즈마 공정 동안 하나 이상의 플라즈마 특성을 제어하기 위해, 제1 전력 신호의 펄스 폭 및/또는 제2 전력 신호의 펄스 폭을 변경하도록, 제1 전력 신호의 하나 이상의 타이밍 파라미터, 제2 전력 신호, 및/또는 챔버 압력을 조정하도록 구성될 수 있다.
일부 실시형태에서, 제1 전력 신호는 소스 전력 신호일 수 있으며, 제어기는, 플라즈마의 플라즈마 밀도를 제어하기 위해, 제1 전력 신호의 펄스 온 시간을 조정하도록 구성될 수 있다. 예시적인 일 실시형태에서, 제어기는, 펄스형 플라즈마 공정의 사이클 동안, 사이클 동안 하나 이상의 측정 장치에 의해 생성된 측정 데이터에 기초하여, 실시간으로 제1 전력 신호의 펄스 온 시간을 조정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 측정 장치는, 펄스형 플라즈마 공정의 사이클 동안, 제1 전력 신호의 상승 에지를 탐지하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 측정 장치에 의해 탐지된 제1 전력 신호의 상승 에지에 기초하여, 제어기는, 지정된 플라즈마 밀도를 유지하도록, 제1 전력 신호의 펄스 온 시간을 제어하기 위해, 펄스형 플라즈마 공정의 사이클 동안 제1 전력 신호의 하강 에지를 조정하도록 구성될 수 있다.
일부 실시형태에서, 제2 전력 신호는 바이어스 전력 신호일 수 있으며, 제어기는, 플라즈마의 이온 플럭스 및/또는 이온 에너지를 제어하기 위해, 제2 전력 신호의 펄스 온 시간을 조정하도록 구성될 수 있다. 예시적인 일 실시형태에서, 제어기는, 펄스형 플라즈마 공정의 사이클 동안, 사이클 동안 생성된 측정 데이터에 기초하여, 실시간으로 제2 전력 신호의 펄스 온 시간을 조정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 측정 장치는, 펄스형 플라즈마 공정의 사이클 동안, 제2 전력 신호의 상승 에지를 탐지하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 측정 장치에 의해 탐지된 제2 전력 신호의 상승 에지에 기초하여, 제어기는, 지정된 이온 플럭스 및/또는 이온 에너지를 유지하도록, 제2 전력 신호의 펄스 온 시간을 제어하기 위해, 펄스형 플라즈마 공정의 사이클 동안 제2 전력 신호의 하강 에지를 조정하도록 구성될 수 있다.
일부 실시형태에서, 펄스형 플라즈마 공정의 현재 사이클 동안, 제2 전력 신호의 펄스 온 시간이 조정되는 경우, 제어기는, 현재 사이클 동안 이루어진 조정에 기초하여, 펄스형 플라즈마 공정의 다음 사이클에서 제2 전력 신호의 펄스 온 시간 및 펄스 오프 시간을 조정하도록 추가로 구성될 수 있다.
일부 실시형태에서, 하나 이상의 측정 장치는, 펄스형 플라즈마 공정 동안 플라즈마 공정 챔버 내의 챔버 압력을 측정하도록 구성될 수 있으며, 제어기는, 지정된 플라즈마 밀도, 이온 플럭스 및/또는 이온 에너지를 유지하기 위해, 펄스형 플라즈마 공정 동안 챔버 압력을 조정하도록 구성될 수 있다.
또 다른 실시형태에 따라, 기판을 처리하기 위한 다른 시스템이 제공되고, 시스템은, 플라즈마 공정 챔버, 제1 전원, 제2 전원, 하나 이상의 측정 장치, 및 제어기를 포함한다. 일반적으로, 플라즈마 공정 챔버는 펄스형 플라즈마 공정으로 기판을 처리하도록 구성될 수 있으며, 제1 전력 전달 시스템 및 제2 전력 전달 시스템을 포함할 수 있다. 제1 전원은, 플라즈마 공정 챔버 내에서 플라즈마를 발생시키기 위해, 제1 전력 신호를 제1 전력 전달 시스템에 공급하도록 결합될 수 있으며, 제2 전원은, 제2 전력 신호를 제2 전력 전달 시스템에 공급하도록 결합될 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 전력 신호는, 제1 전력 신호에 대한 펄스 온 시간 및 펄스 오프 시간을 지정하는 제1 세트의 타이밍 파라미터를 포함할 수 있으며, 제2 전력 신호는, 제2 전력 신호에 대한 펄스 온 시간 및 펄스 오프 시간을 지정하는 제2 세트의 타이밍 파라미터를 포함할 수 있다.
하나 이상의 측정 장치는, 펄스형 플라즈마 공정이 플라즈마 공정 챔버 내에서 수행됨에 따라 실시간으로 측정 데이터를 생성하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 측정 데이터는, (a) 제1 전력 신호 및/또는 제2 전력 신호에 해당하는 현장외 측정 데이터, 및 (b) 플라즈마 공정 챔버 내의 챔버 압력 또는 플라즈마에 해당하는 현장 측정 데이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 현장외 측정 데이터는, 제1 전력 신호의 전력, 전압, 전류 및/또는 위상; 제1 전력 신호의 고조파의 전력, 전압 또는 전류; 제2 전력 신호의 전력, 전압, 전류 및/또는 위상; 및 제2 전력 신호의 고조파의 전력, 전압 또는 전류 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 현장 측정 데이터는, 플라즈마 공정 챔버 내에서 발생된 플라즈마의 광 강도 또는 광 방출 스펙트럼; 플라즈마 공정 챔버 내에서 발생된 플라즈마의 직류 전압(Vdc) 레벨; 및 플라즈마 공정 챔버 내의 챔버 압력 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
제어기는 제1 전원, 제2 전원, 및 하나 이상의 측정 장치에 결합될 수 있다. 측정 데이터에 응답하여, 제어기는, 플라즈마 공정 동안 하나 이상의 플라즈마 특성을 제어하기 위해, 제1 전력 신호의 펄스 폭 및/또는 제2 전력 신호의 펄스 폭을 변경하도록, 제1 전력 신호의 하나 이상의 타이밍 파라미터, 제2 전력 신호의 하나 이상의 타이밍 파라미터, 및/또는 챔버 압력을 조정하도록 구성될 수 있다.
또한, 상이한 또는 추가적인 특징, 변형, 및 실시형태가 구현될 수 있으며, 관련 시스템 및 방법도 사용될 수 있다.
본 발명 및 이의 장점의 보다 완전한 이해는 첨부된 도면과 함께 고려되는 이하의 설명을 참조함으로써 달성될 수 있으며, 첨부된 도면에서 유사한 참조 번호는 유사한 특징부를 나타낸다. 그러나, 첨부된 도면은 개시된 개념의 예시적인 실시형태만을 도시하므로 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안되며, 개시된 개념에 대해 동일하게 효과적인 다른 실시형태가 허용될 수 있음을 유의해야 한다.
도 1은 예시적인 플라즈마 공정 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 2a 및 도 2b는 플라즈마 공정 시스템에서 플라즈마 공정 성능을 제어하기 위한 시스템의 예시적인 실시형태를 도시하는 블록도이다.
도 3a는 플라즈마 공정 시스템에서 플라즈마 공정 성능을 제어하기 위한 시스템의 다른 실시형태를 도시하는 블록도이다.
도 3b는 도 1, 도 2a 및 도 2b 및 도 3a에 도시된 시스템 중 어느 하나에 포함될 수 있는 하나 이상의 측정 장치로부터 획득될 수 있는 측정 데이터의 실시예를 도시하는 그래프이다.
도 4는 플라즈마 공정 성능을 제어하기 위한 제어 루프를 도시하는 블록도이다.
도 5는 플라즈마 공정 챔버에 공급될 수 있는 전력 신호에 해당하는 다양한 타이밍 파라미터, 또는 측정된 플라즈마 파라미터를 도시하는 그래프이다.
도 6은 본원에 설명된 기술에 따라 플라즈마 공정 챔버에 공급되는 전력 신호의 하나 이상의 타이밍 파라미터를 조정하기 위해 사용될 수 있는 다양한 제어 방법을 도시하는 그래프이다.
도 7은 본원에 설명된 기술에 따라 플라즈마 성능을 제어하기 위한 방법의 일 실시형태를 도시하는 흐름도이다.
도 1은 예시적인 플라즈마 공정 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 2a 및 도 2b는 플라즈마 공정 시스템에서 플라즈마 공정 성능을 제어하기 위한 시스템의 예시적인 실시형태를 도시하는 블록도이다.
도 3a는 플라즈마 공정 시스템에서 플라즈마 공정 성능을 제어하기 위한 시스템의 다른 실시형태를 도시하는 블록도이다.
도 3b는 도 1, 도 2a 및 도 2b 및 도 3a에 도시된 시스템 중 어느 하나에 포함될 수 있는 하나 이상의 측정 장치로부터 획득될 수 있는 측정 데이터의 실시예를 도시하는 그래프이다.
도 4는 플라즈마 공정 성능을 제어하기 위한 제어 루프를 도시하는 블록도이다.
도 5는 플라즈마 공정 챔버에 공급될 수 있는 전력 신호에 해당하는 다양한 타이밍 파라미터, 또는 측정된 플라즈마 파라미터를 도시하는 그래프이다.
도 6은 본원에 설명된 기술에 따라 플라즈마 공정 챔버에 공급되는 전력 신호의 하나 이상의 타이밍 파라미터를 조정하기 위해 사용될 수 있는 다양한 제어 방법을 도시하는 그래프이다.
도 7은 본원에 설명된 기술에 따라 플라즈마 성능을 제어하기 위한 방법의 일 실시형태를 도시하는 흐름도이다.
플라즈마 공정 시스템에서 플라즈마 공정 성능을 제어하기 위한 시스템 및 방법의 다양한 실시형태가 본원에 제공된다. 본 개시물에 따른 시스템은, 하나 이상의 전력 신호를 생성하기 위한 하나 이상의 전원을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 하나의 전원이 하나 이상의 전력 신호를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 다른 실시형태에서, 둘 이상의 전원이 둘 이상의 전력 신호를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 예시적인 일 실시형태에서, 시스템은, 플라즈마 공정 챔버 내에서 플라즈마를 발생시키기 위해 제1 전력 신호를 플라즈마 공정 챔버에 공급하도록 결합된 제1 전원, 및 제2 전력 신호를 플라즈마 공정 챔버에 공급하도록 결합된 제2 전원을 포함할 수 있다. 또한, 시스템은, 제1 전력 신호, 제2 전력 신호 또는 플라즈마에 해당하는 측정 데이터를 생성하도록 결합된 하나 이상의 측정 장치, 및 플라즈마 공정 챔버 내에서 발생된 플라즈마의 다양한 특성을 제어하기 위해, 측정 장치(들)에 의해 생성된 측정 데이터를 사용하도록 결합된 제어기를 포함할 수 있다. 측정 데이터는, 플라즈마 공정이 플라즈마 공정 챔버 내에서 수행됨에 따라 측정 장치(들)에 의해 생성되어 실시간으로 제어기에 제공될 수 있다. 실시간 데이터를 사용함으로써, 제어기는, 플라즈마 공정의 성능을 제어하기 위해, 제1 전원 및/또는 제2 전원의 하나 이상의 파라미터를 실시간으로 조정하도록 구성될 수 있다.
일부 실시형태에서, 제1 전원 및 제2 전원은, 시스템 요건 및 플라즈마 성능에 따라 가변될 수 있는 한 세트의 파라미터(예를 들어, 진폭, 주파수, 위상, 펄스 온 시간, 펄스 오프 시간 등)를 사용하여, 전력 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 일 실시형태에서, 제1 전원은 제1 세트의 파라미터의 소스 전력을 공급하도록 구성될 수 있으며, 제2 전원은 제2 세트의 파라미터의 바이어스 전력을 플라즈마 공정 챔버에 공급하도록 구성될 수 있다. 제1 세트의 파라미터 및 제2 세트의 파라미터는, 제어기 내에 저장된 전력 방식(power recipe)에 지정될 수 있다.
다른 실시형태에서, 제1 전원은, 시스템 요건 및 플라즈마 성능에 따라 가변될 수 있는 한 세트의 파라미터(예를 들어, 진폭, 주파수, 위상, 펄스 온 시간, 펄스 오프 시간 등)를 사용하여, 복수의 전력 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 일 실시형태에서, 제1 전원은, 제1 세트의 파라미터의 소스 전력 및 제2 세트의 파라미터의 바이어스 전력을 플라즈마 공정 챔버에 공급하도록 구성될 수 있다. 제1 세트의 파라미터 및 제2 세트의 파라미터는, 제어기 내에 저장된 전력 방식에 지정될 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 제어기는, 플라즈마 공정 챔버 내에서 발생된 플라즈마의 플라즈마 밀도를 제어하기 위해, 측정 장치(들)로부터 수신된 측정 데이터에 기초하여, 소스 전력의 하나 이상의 타이밍 파라미터(예를 들어, 펄스 온 시간 및/또는 펄스 오프 시간)를 조정할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제어기는, 발생된 플라즈마의 이온 플럭스 및/또는 이온 에너지를 제어하기 위해, 측정 장치(들)로부터 수신된 측정 데이터에 기초하여, 바이어스 전력의 하나 이상의 타이밍 파라미터(예를 들어, 펄스 온 시간 및/또는 펄스 오프 시간)를 조정할 수 있다. 발생된 플라즈마의 다양한 특성을 제어하기 위해, 측정 데이터에 기초하여, 소스 전력 및/또는 바이어스 전력의 다른 파라미터(예를 들어, 진폭, 주파수, 위상 등)가 제어기에 의해 조정될 수도 있다.
일 실시형태에서, 펄스형 플라즈마 시스템을 위한 다상 펄스 패턴에서, 2개의 펄스 간의 위상 관계 및 전력 펄스 형상이 제어될 수 있다. 2개의 펄스는 하나의 전력 전달 시스템으로부터 공급될 수 있거나, 소스 전원 및 바이어스 전원과 같은, 하나보다 많은 전력 전달 시스템으로부터 공급될 수 있다. 펄스 형상 및 위상 변경은, 펄스 온 시간 및/또는 펄스 오프 시간을 변경하는 단계를 포함할 수 있다. 플라즈마 및 공정 작업에 관한 실시간 정보를 제공하는 시스템 측정 장치로부터의 데이터에 기초하여, 피드포워드 실시간 조정으로 변경이 수행될 수 있다. 일부 실시형태에서, 후속 펄스를 제어하기 위해 펄스 형상 및 위상 변경이 제공되도록, 피드백 제어가 사용될 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 피드포워드 및 피드백 제어 둘 모두가 함께 제공될 수 있다. 펄스 형상 및 변경은 진폭 변경을 더 포함할 수 있다. 펄스 형상의 변경을 통해, 동적으로 제어되는 펄스의 시퀀스 동안 기판의 플라즈마 노출은, 펄스 시퀀스 전반에 걸쳐서 플라즈마 밀도, 총 이온 플럭스 및 에너지를 유지 및/또는 변경시킬 것이다. 따라서, 에칭 공정 동안 파라미터를 자동으로 조정할 수 있는 기능을 갖는 실시간 펄스 타이밍 제어가 달성될 수 있다. 이러한 기술은, 에칭 단계 동안의 기판 로딩 효과, 챔버 상태 가변성, 기판 대 기판, 전력 시스템의 전기 가변성, 가스 유량 가변성 등과 같은, 다양한 효과를 보정할 수 있다.
본원에 설명된 기술은 다양한 플라즈마 공정 시스템 내에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 기술은 플라즈마 에칭 공정 시스템, 플라즈마 증착 공정 시스템, 또는 임의의 다른 플라즈마 공정 시스템 내에서 사용될 수 있다.
도 1은 개시된 기술과 관련하여 사용될 수 있고 예시적인 목적으로만 제공되는 플라즈마 공정 시스템(100)의 예시적인 일 실시형태를 제공한다. 도 1에 도시된 플라즈마 공정 시스템(100)은 용량성 결합 플라즈마(CCP) 공정 시스템이지만, 본원에 설명된 기술은 유도성 결합 플라즈마(ICP) 공정 시스템, 마이크로파 플라즈마 공정 시스템, 방사형 라인 슬롯 안테나(RLSATM) 마이크로파 플라즈마 공정 시스템, 전자 사이클로트론 공명(ECR) 플라즈마 공정 시스템, 또는 다른 유형의 공정 시스템, 또는 시스템들의 조합으로 수행될 수 있음을 당업자라면 인식할 것이다. 예를 들어, 단일 전원만을 갖는 플라즈마 공정 시스템이 사용될 수 있다. 따라서, 본원에 설명된 기술은 다양한 플라즈마 공정 시스템 중 어느 하나에 사용될 수 있음을 당업자라면 인식할 것이다. 또한, 도 1에 도시된 플라즈마 공정 시스템(100)은, 에칭, 증착, 세척, 플라즈마 중합, 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD), 원자층 증착(ALD) 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 다양한 작업을 위해 사용될 수 있다.
도 1을 보다 상세히 참조하면, 플라즈마 공정 시스템(100)은, 플라즈마 공정으로 기판(110)을 처리하기 위한 플라즈마 공정 챔버(105)를 포함한다. 플라즈마 공정 챔버(105)는 당업계에 알려져 있는 바와 같은 압력 제어 챔버일 수 있다. 기판(110)(예를 들어, 반도체 웨이퍼)은 플라즈마 공정 챔버(105) 내에 배치된 스테이지 또는 척(115) 상에 홀딩될 수 있다. 일부 실시형태에서, 기판(110)은 포커스 링(focus ring)(도시되지 않음)에 의해 둘러싸일 수 있다. 플라즈마 공정 시의 포커스 링의 사용은 잘 알려져 있다. 예를 들어, 기판(110)이 웨이퍼인 경우, 포커스 링은 전형적으로 웨이퍼를 둘러싸는 환형 구조물이다. 포커스 링은 플라즈마(예를 들어, 플라즈마(160))를 제한하는 역할을 하여, 프린징(fringing) 효과로 인한 웨이퍼의 표면 상의 바이어스 전위의 불연속성을 개선하며, 웨이퍼의 주변부에서의 균일하고 만족스러운 플라즈마 공정을 제공하도록 돕는다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 전극(120) 및 하부 전극(125)이 플라즈마 공정 챔버(105)에 구비될 수 있다. 하부 전극(125) 및 척(115)은 별개의 구성 요소로서 도시되지만, 하나의 일체형 유닛으로 형성될 수 있음을 인식할 것이다. 상부 전극(120)은 단일 구성 요소로서 도시되지만, 다수의 전력 결합 요소(예를 들어, 다수의 안테나)를 포함하는 전력 전달 시스템으로서 구현될 수 있음을 추가로 인식할 것이다. 따라서, "전극"이라는 용어는, 단일 결합 요소, 또는 다수의 전력 결합 요소를 포함하는 전력 전달 시스템을 지칭하기 위해 본원에서 사용될 것이다. 또한, 도시되지는 않지만, 예를 들어 가스 샤워헤드 등과 같이, 공정 가스를 플라즈마 공정 챔버(105)에 공급하기 위한 다양한 가스 분사 시스템 기구가 또한 제공될 수 있음을 인식할 것이다.
도 1에 도시된 실시형태에서, 상부 전극(120)은 제1 정합망(155)을 통해 제1 전원(130)에 전기적으로 결합되며, 하부 전극(125)은 제2 정합망(157)을 통해 제2 전원(140)에 전기적으로 결합된다. 일부 실시형태에서, 제1 전원(130)은 상위 주파수(fU)의 소스 전압(135)을 제1 정합망(155)에 제공할 수 있으며, 제2 전원(140)은 하위 주파수(fL)의 바이어스 전압(145)을 제2 정합망(157)에 제공할 수 있다. 일부 실시형태에서, 전압(도시되지 않음)이 척(115)에 인가될 수도 있다.
일부 실시형태에서, 제1 정합망(155) 및 제2 정합망(157)은, 반사 전력을 감소시킴으로써, 제1 및 제2 전원으로부터 플라즈마 공정 챔버(105) 내에서 발생된 플라즈마(160)로의 전력의 전달을 개선할 수 있다. 정합망 토폴로지(예를 들어, L-타입, π-타입, T-타입 등) 및 자동 제어 방법은 당업자에게 잘 알려져 있다. 일부 실시형태에서, 제1 및 제2 전원은 무선 주파수(RF) 전원일 수 있다. RF 소스로서 구현된 경우, 제1 및 제2 전원은, 하나 이상의 주파수의 RF 전력을 상부 및 하부 전극에 공급하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 전원은, 당업계에 알려져 있는 바와 같이, 연속파 소스 또는 펄스형 소스로서 구현될 수 있다.
도 1에 도시된 플라즈마 공정 시스템(100)의 구성 요소는 제어 장치(170)에 연결되어 제어 장치(170)에 의해 제어될 수 있으며, 제어 장치(170)는 해당 메모리 저장 장치(도시되지 않음) 및 사용자 인터페이스(도시되지 않음)에 차례로 연결될 수 있다. 다양한 플라즈마 공정 작업이 사용자 인터페이스를 통해 실행될 수 있으며, 다양한 플라즈마 공정 방식 및 작업은 메모리 저장 장치에 저장될 수 있다. 따라서, 주어진 기판은 다양한 미세 가공 기술로 플라즈마 공정 챔버(105) 내에서 처리될 수 있다. 제어 장치(170)는 플라즈마 공정 시스템(100)의 다양한 구성 요소로부터 입력을 수신하고 다양한 구성 요소에 출력을 제공하도록 결합될 수 있음을 인식할 것이다. 예를 들어, 제어 장치(170)는, 플라즈마 공정 챔버(105) 내의 구성 요소, 제1 전원(130), 제2 전원(140), 제1 정합망(155), 및 제2 정합망(157)에 결합될 수 있다. 또한, 제어 장치(170)는, 플라즈마 공정 시스템(100) 내에 포함될 수 있는 다양한 센서 및 측정 장치에 결합될 수 있다.
제어 장치(170)는 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 제어 장치(170)는 컴퓨터일 수 있다. 다른 실시예에서, 제어 장치는, 본원에 설명된 기능을 제공하도록 프로그래밍된 하나 이상의 프로그래밍 가능 집적 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서(예를 들어, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 중앙 처리 장치 등), 프로그래밍 가능 논리 소자(예를 들어, 복합 프로그래밍 가능 논리 소자(CPLD), 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이(FPGA) 등), 및/또는 다른 프로그래밍 가능 집적 회로는, 플라즈마 공정 방식의 기능을 구현하기 위한 소프트웨어 또는 다른 프로그래밍 명령으로 프로그래밍될 수 있다. 소프트웨어 또는 다른 프로그래밍 명령은, 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(예를 들어, 메모리 저장 장치, 플래시 메모리, 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM), 재프로그래밍 가능 저장 장치, 하드 드라이브, 플로피 디스크, DVD, CD-ROM 등)에 저장될 수 있으며, 프로그래밍 가능 집적 회로로 하여금, 본원에 설명된 공정, 기능, 및/또는 성능을 수행하게 하도록, 프로그래밍 가능 집적 회로에 의해 실행될 수 있음을 추가로 유의한다. 다른 변형예도 구현될 수 있다.
작동 시에, 플라즈마 공정 시스템(100)은, 제1 RF 전원(130) 및 제2 RF 전원(140)으로부터의 전력을 상부 및 하부 전극에 각각 인가함으로써, 플라즈마 공정 챔버(105) 내에 플라즈마(160)를 발생시킨다. 경우에 따라, 플라즈마 공정 챔버(105)의 본체에 전력을 인가하기 위해, 에지 소스(도시되지 않음)가 사용될 수도 있다. 전력을 인가함으로써, 상부 전극(120)과 하부 전극(125) 사이에 고주파 전기장을 발생시키고, 이는 플라즈마 공정 챔버(105)에 전달된 공정 가스(들)를 해리시켜서 플라즈마(160)로 변환한다. 발생된 플라즈마(160)는, 이에 제한됨이 없이, 플라즈마 에칭, 증착 및/또는 스퍼터링과 같은, 다양한 유형의 처리 시에 타겟 기판(예를 들어, 기판(110) 또는 처리될 임의의 재료)을 처리하기 위해 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 예시적인 플라즈마 공정 시스템(100)에서, 2개의 RF 전원은, 플라즈마 공정 챔버(105) 내에서 고주파 전기장을 발생시키기 위해 사용된다. 일부 실시형태에서, 제1 RF 전원(130)은, 플라즈마 공정 챔버(105)에 전달된 공정 가스(들)를 플라즈마(160)로 변환하기 위해, 그리고 플라즈마 밀도를 제어하기 위해, 비교적 높은 주파수(fU)의 소스 전력을 제공할 수 있는 반면에, 제2 RF 전원(140)은 발생된 플라즈마의 이온 플럭스 및 이온 에너지를 제어하기 위해 바이어스 전력을 제공한다. 당업계에 알려져 있는 바와 같이, 소스 전력 및 바이어스 전력은, 연속파(CW) 플라즈마를 발생시키기 위해 연속적으로 각각 인가될 수 있거나, 플라즈마 공정 챔버(105) 내에서 펄스형 플라즈마를 발생시키기 위해 펄스화될 수 있다. 펄스형 플라즈마는, 시간, 진폭 및/또는 위상으로 소스 전력 및/또는 바이어스 전력을 변조함으로써 발생될 수 있다.
일부 실시형태에서, 상부 전극(120)에 공급되는 소스 전압(135) 및 하부 전극(125)에 공급되는 바이어스 전압(145)을 펄스화함으로써, 펄스형 플라즈마 공정이 플라즈마 공정 챔버(105) 내에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 제어 장치(170)(또는 다른 펄스형 신호 제어기)는, 제1 RF 전원(130)으로부터 출력된 소스 전압(135) 및/또는 제2 RF 전원(140)으로부터 출력된 바이어스 전압(145)을 오프 상태와 온 상태 간에 원하는 펄스 주파수 및 듀티비(duty ratio)로 펄스화할 수 있다. 소스 전압(135) 및/또는 바이어스 전압(145)을 변조함으로써(즉, 펄스 주파수 및/또는 듀티비를 가변시킴으로써), 연속파(CW) 플라즈마로 생성된 것과는 현저하게 상이한 플라즈마 특성을 달성하는 것이 가능하다. 예를 들어, 소스 전압(135)의 RF 전력 변조는, 시간 평균 플라즈마 밀도에 대한 제어를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 마찬가지로, 바이어스 전압(145)의 RF 전력 변조는, 시간 평균 이온 플럭스 및 이온 에너지에 대한 제어를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 제1 RF 전원(130)은, 약 3 MHz 내지 150 MHz(또는 그 이상)의 고주파 범위의 약 0 내지 3000 W의 소스 전력을 상부 전극(120)에 제공하도록 구성될 수 있으며, 제2 RF 전원(140)은, 약 0.2 MHz 내지 60 MHz의 저주파(LF) 범위의 약 0 내지 1400 W의 바이어스 전력을 하부 전극(125)에 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 제1 RF 전원(130)에 의해 제공되는 소스 전력은 0% 내지 100%의 듀티비를 갖는 펄스형 RF 전력 신호일 수 있으며, 제2 RF 전원(140)에 의해 제공되는 바이어스 전력은 0% 내지 100%의 듀티비를 갖는 펄스형 RF 전력 신호일 수 있다. 제1 RF 전원(10) 및 제2 RF 전원(140)은, 연속파(CW) 또는 펄스형 전원으로서 작동될 수 있다. 또한, 소스 및 바이어스 소스는, 듀티 사이클을 가변시킴으로써, 다수의 전력 레벨로 펄스화할 수 있다. 또한, 플라즈마 공정 시스템의 유형, 및 그 안에서 수행되는 처리의 유형(예를 들어, 에칭, 증착, 스퍼터링 등)에 따라, 상이한 작동 범위가 사용될 수 있다.
일부 실시형태에서, 하나 이상의 측정 장치(예를 들어, 센서 또는 계측 장치)는, 실시간 데이터를 수집하기 위해 플라즈마 공정 챔버(105)에 결합될 수 있으며, 실시간 데이터는, RF 전원(들)에 의해 제공된 전력 신호(들)의 하나 이상의 파라미터를 조정함으로써, 다양한 플라즈마 특성(예를 들어, 플라즈마 밀도, 이온 플럭스, 이온 에너지, 전자 온도(Te), 라디칼 농도, 및 가스의 비율 등)을 제어하기 위해 제어 장치(170)에 의해 사용될 수 있다. 조정될 수 있는 예시적인 파라미터는, 예를 들어, 진폭, 주파수, 위상, 펄스 온 시간(즉, 펄스 폭), 전력 레벨 간의 멀티-레벨 펄스, 및 소스/바이어스 전력 신호의 펄스 오프 시간 및 지속시간을 포함한다. 일부 실시형태에서, 소스 및 바이어스 전력 신호 간의 시간은, 플라즈마의 특성을 제어하기 위해 조정될 수 있는 다른 파라미터일 수 있다. 예를 들어, 소스 전력 신호 및/또는 바이어스 전력 신호의 펄스 온 시간 및/또는 펄스 오프 시간은, 서로에 대하여 조정될 수 있다. 예시적인 일 실시형태에서, 소스 전력 신호의 오프 시간과 바이어스 전력 신호의 온 시간 간의 시간은, 소스가 턴 오프되거나 감소된 후에, 바이어스의 점화를 제어하도록 정밀하게 제어될 수 있다. 바이어스가 예측 가능하게 그리고 반복적으로 점화되지 않는 경우, 바이어스에 의해 추출되는 이온 선량은 변경될 것이다.
RF 전원(130/140)과 플라즈마 공정 챔버(105) 간의 신호 전송 경로 및/또는 플라즈마 공정 챔버(105)로부터 실시간 데이터를 수집하기 위해, 다양한 측정 장치가 사용될 수 있다. 측정 장치의 실시예는, 전력 샘플링 센서, 3점 센서, 전자기(EM) 센서, 광 센서, 전압/전류 센서(V-I 센서), 직류 전압(Vdc) 센서 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 실시간 데이터를 수집하기 위해 다른 측정 장치가 추가적으로 또는 대안적으로 사용될 수 있으며, 실시간 데이터는, 플라즈마(160)의 다양한 특성을 제어하기 위해 제어 장치(170)에 의해 사용될 수 있음을 인식한다.
일부 실시형태에서, 예를 들어, 제1 V-I 센서(180) 및 제2 V-I 센서(182)는, 상부 및 하부 전극에 공급된 전력 신호의 전류(I) 및/또는 전압(V)을 감지하기 위해 플라즈마 공정 챔버(105)에 결합될 수 있다. 도 1에 도시된 예시적인 플라즈마 공정 시스템(100)에서, 제1 V-I 센서(180)는, 상부 전극(120)에 공급된 소스 전력의 전류 및/또는 전압을 감지하기 위해, 제1 정합망(155)과 상부 전극(120) 사이에 결합된다. 제2 V-I 센서(182)는, 하부 전극(125)에 공급된 바이어스 전력의 전류 및/또는 전압을 감지하기 위해, 제2 정합망(157)과 하부 전극(125) 사이에 결합된다.
일부 실시형태에서, 제1 V-I 센서(180) 및 제2 V-I 센서(182)는 별도의 전력 전달 시스템 내에 각각 포함될 수 있으며, 이를 통하여 전파되는 전력 신호의 전류 및/또는 전압을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 V-I 센서(180)는, 제1 정합망(155)과 플라즈마 공정 챔버(105) 사이에 결합된 제1 전력 전달 시스템 내에 포함될 수 있다. 제1 V-I 센서(180)는, 제1 전력 전달 시스템을 통하여 전파되는 전력 신호(예를 들어, 소스 전력)의 전류 및/또는 전압을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 제1 V-I 센서(180)는, 동일한 전력 전달 시스템 내에 다수의 V-I 센서를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 제2 V-I 센서(182)는, 제2 정합망(157)과 플라즈마 공정 챔버(105) 사이에 결합된 제2 전력 전달 시스템 내에 포함될 수 있다. 제2 V-I 센서(182)는, 제2 전력 전달 시스템을 통하여 전파되는 전력 신호(예를 들어, 바이어스 전력)의 전류 및/또는 전압을 측정하기 위해 사용될 수 있다. V-I 센서의 예시적인 실시형태는, 2020년 6월 26일자로 출원된 "RF 전압 및 전류(V-I) 센서 및 측정 방법"이라는 명칭의 미국 특허출원 번호 제16/913,526호, 및 2020년 6월 26일자로 출원된 "RF 전압 및 전류(V-I) 센서 및 측정 방법"이라는 명칭의 미국 특허출원 번호 제16/913,545호에서 설명되며, 이들 각각은 그 전체가 본원에 명시적으로 포함된다.
일부 실시형태에서, 플라즈마 공정 챔버(105)에 공급된 다수의 플라즈마 펄싱 피드로부터 플라즈마 내의 펄스를 측정하기 위해, 단일 V-I 센서가 사용될 수 있다. 예를 들어, 제2 V-I 센서(182)는, 소스 전력 및 바이어스 전력으로부터 기판 상에 발생된 전압을 측정하기 위해 사용될 수 있으므로, 제2 V-I 센서(182)가 하나의 센서를 사용하여 소스 및 바이어스 발생기로부터 발생된 두 펄스를 모두 측정할 수 있다. 일부 실시형태에서, 소스 및/또는 바이어스 전압을 발생시키기 위해 다수의 주파수가 사용되는 경우, 제1 고조파, 제2 고조파, 및 제3 고조파로부터의 바이어스 전압은, 제1 고조파의 소스 전압과 상이할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 기본 이중 펄스 소스/바이어스 또는 삼중 펄스 형상의 타이밍을 측정하기 위해, 하나의 V-I 센서가 사용될 수 있다.
일부 실시형태에서, V-I 분석기(190)는, 제1 V-I 센서(180) 및 제2 V-I 센서(182)로부터 출력된 미가공 파형을 수신할 수 있다. V-I 분석기(190)는, V-I 센서로부터 출력된 미가공 파형으로부터 다양한 RF 신호 특성을 추출하도록 프로그래밍된 신호 프로세서(예를 들어, 디지털 신호 프로세서)일 수 있다. V-I 분석기(190)에 의해 추출될 수 있는 RF 신호 특성의 실시예는, 전압의 크기(|V|), 전류의 크기(|I|), V와 I 간의 위상각(Φ), 및 피크 RF 전력(|V||I| cos Φ)을 포함한다. 이러한 RF 신호 특성은, 예를 들어, 자유 전자 및 이온 밀도 및 이온/라디칼 플럭스 및 에너지와 같은, 다양한 플라즈마 임피던스 및 플라즈마 특성을 나타낼 수 있다. 일부 실시형태에서, V-I 분석기(190)는, V-I 센서로부터 출력된 미가공 파형으로부터 다수의 주파수 성분을 추출하기 위해 고조파 분석을 수행할 수 있다. V-I 분석기(190)는 도 1에 도시된 제어 장치(170)에 RF 신호 특성을 제공할 수 있다.
일부 실시형태에서, 플라즈마 공정 챔버 내에서 발생된 플라즈마(160)의 직류 전압(Vdc) 측정을 제공하기 위해, Vdc 센서(184)가 플라즈마 공정 챔버(105) 내에 포함될 수 있다. Vdc 센서(184)는, 플라즈마 공정 시스템 포커스 링(도시되지 않음), 척(115) 또는 기판(110)에 결합될 수 있다. Vdc 센서는 플라즈마 공정 챔버(105)의 다른 영역에 위치될 수도 있음을 인식할 것이다. Vdc 센서(184)에 의해 획득된 Vdc 측정 신호는 제어 장치(170)에 공급되어 공정 제어를 위해 사용될 수 있다. Vdc 센서의 예시적인 실시형태는 미국 특허출원 공개 번호 제US 2021/0013005호에서 설명되며, 이는 그 전체가 명시적으로 본원에 참조로 포함된다.
일부 실시형태에서, 플라즈마 공정 챔버 내에서 발생된 플라즈마(160)의 강도를 탐지하기 위해, 광 센서(186)(예를 들어, 광 포토다이오드)가 플라즈마 공정 챔버(105) 내에 포함될 수 있다. 일부 실시형태에서, 광 센서(186)는, 플라즈마 공정 챔버(105)에 결합되어 플라즈마 공정 챔버(105) 내의 전자기 방사선의 균일한 분포를 제공하기 위해 사용되는 유전체(예를 들어, 도 3a의 유전체(318))에 결합될 수 있다. 다른 실시형태에서, 광 센서(186)는, 그 안에서 발생된 플라즈마(160)의 광 강도를 측정하기 위해 플라즈마 공정 챔버(105)에/내에 직접 결합될 수 있다.
대안적인 실시형태에서, 광 센서는, 예를 들어, 특정 방출선 및 방출선의 조합 및 비율을 사용하여 라디칼 농도를 측정함으로써, 플라즈마(160)의 광 방출 스펙트럼을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 이는 광 필터 또는 통상적으로 알려진 다른 방법을 사용함으로써 달성될 수 있다. 광 센서를 사용하여 플라즈마(160)의 광 방출 스펙트럼을 측정함으로써, 전기적 펄스형 전력 입력 신호(예를 들어, 소스 또는 바이어스 전력 신호의 전력, 전압 또는 전류)와 비교될 수 있는 실시간 광 플라즈마 응답을 제공할 수 있다. 광 센서에 의해 제공된 광 신호는, 최적의 플라즈마를 기판 표면에 제공하도록 제어될 수 있는 시간 관계의 다른 측정을 가능하게 한다.
일부 실시형태에서, 플라즈마 공정 챔버 내의 챔버 압력을 측정 및 제어하기 위해, 압력 제어기 및 측정 시스템(188)이 플라즈마 공정 챔버(105)에 결합될 수 있다. 일부 실시형태에서, 압력 측정치가 제어 장치(170)에 제공되어 펄스형 플라즈마 공정의 제어의 일부로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 펄스형 플라즈마 공정 동안, 펄스 파라미터(예를 들어, 펄스 온 시간 또는 펄스 크기) 및/또는 챔버 압력이 조정될 수 있으므로, 플라즈마 측정을 제어할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 플라즈마 공정 시스템에서 플라즈마 공정 성능을 제어하기 위해 사용될 수 있는 시스템(200)의 다양한 실시형태를 도시한다. 일 실시형태에서, 도 2a 또는 도 2b에 도시된 시스템(200)은, 도 1에 도시된 플라즈마 공정 시스템(100)과 일체형으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 전반적으로 시스템(200)은, 플라즈마 공정 챔버 내에서 플라즈마(160)를 발생시키기 위해, 제1 전력 신호 및 제2 전력 신호를 플라즈마 공정 챔버(105)에 공급하도록 결합된 하나 이상의 전원(예를 들어, 제1 전원(202) 및/또는 제2 전원(204)); 제1 전력 신호, 제2 전력 신호 또는 플라즈마(160)에 해당하는 실시간 데이터를 수집하도록 결합된 하나 이상의 측정 장치(206); 및 플라즈마 공정 챔버(105) 내에서 발생된 플라즈마(160)의 다양한 특성을 제어하기 위해, 측정 장치(들)(206)에 의해 수집된 실시간 데이터를 사용하도록 결합된 전원 제어기(208)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 시스템(200)의 양태는 시스템(100)과 별개의 부가 특징 또는 추가 특징으로서 구현될 수 있다. 예를 들어, 측정 장치는, 플라즈마 상태에 관한 데이터를 획득하기 위해 플라즈마 공정 챔버에 결합될 수도 있으며, 이러한 데이터는 또한 펄스 타이밍 파라미터를 제어하기 위한 것이다.
일부 실시형태에서, 복수의 전원은, 제1 전력 신호 및 제2 전력 신호를 생성하여 플라즈마 공정 챔버(105)에 공급하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 2a에 도시된 바와 같이, 제1 전원(202)은 제1 전력 신호를 공급하도록 결합될 수 있으며, 제2 전원(204)은 제2 전력 신호를 플라즈마 공정 챔버(105)에 공급하도록 결합될 수 있다. 다른 실시형태에서, 제1 전력 신호 및 제2 전력 신호는 단일 전원으로부터 생성되어 공급될 수 있다. 예를 들어, 도 2b에 도시된 바와 같이, 제1 전원(202)은 제1 전력 신호 및 제2 전력 신호를 플라즈마 공정 챔버(105)에 공급하도록 결합될 수 있다. 도 2b에 도시된 실시형태에서, 제1 전원(202)은, 플라즈마 공정 챔버에 전력을 제공하기 위해 제1 전력 신호 및 제2 전력 신호를 단일 전극에 공급할 수 있다.
제1 전원(202) 및 제2 전원(204)은, RF 및/또는 DC 전원 또는 발전기, 및/또는 DC 전력 공급기일 수 있다. 보다 구체적으로는, 제1 전원(202) 및 제2 전원(204)은, 시스템 요건 및 플라즈마 성능에 따라 가변될 수 있는 한 세트의 파라미터(예를 들어, 진폭, 주파수, 위상, 펄스 온 시간 또는 펄스 폭, 펄스 오프 시간 등)를 사용하여, 전력 신호를 생성하도록 각각 구성될 수 있다. 일 실시형태에서, 제1 전원(202)은 제1 세트의 파라미터의 소스 전력을 공급할 수 있으며, 제2 전원(204)은 제2 세트의 파라미터의 바이어스 전력을 플라즈마 공정 챔버(105)에 공급할 수 있다. 아래에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 플라즈마 공정 챔버(105) 내에서 발생된 플라즈마(160)의 플라즈마 밀도를 제어하기 위해, 소스 전력의 하나 이상의 타이밍 파라미터(예를 들어, 펄스 온 시간 및/또는 펄스 오프 시간)가 조정될 수 있다. 마찬가지로, 발생된 플라즈마의 이온 플럭스/에너지를 제어하기 위해, 바이어스 전력의 하나 이상의 타이밍 파라미터(예를 들어, 펄스 온 시간 및/또는 펄스 오프 시간)가 조정될 수 있다.
하나 이상의 측정 장치(206)는, 플라즈마 챔버의 현장 및/또는 현장외 측정 데이터를 생성하도록 결합 및 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 하나 이상의 측정 장치(206)는, 플라즈마 공정 챔버(105)에 공급된 전력의 하나 이상의 특성을 측정함으로써 현장외 측정 데이터를 생성하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 측정 장치(206)는, 전력 신호(들), 챔버 압력 및/또는 공정 챔버에 전달된 가스(들)에 대한 플라즈마 공정 챔버(105) 내에서 발생된 플라즈마(160)의 응답을 측정함으로써, 현장 측정 데이터를 생성하도록 구성될 수 있다. 측정 장치(들)(206)의 실시예는 도 1 및 도 3에 도시되며, 본원에서 추가로 설명된다. 측정 장치(들)(206)에 의해 수집된 측정 데이터는 전원 제어기(208)에 제공된다.
전원 제어기(208)는 측정 장치(들)(206)에 의해 수집된 측정 데이터를 수신하도록 결합되며, 측정 데이터에 응답하여, 제1 전원(202)의 하나 이상의 파라미터, 제2 전원(204)의 하나 이상의 파라미터, 또는 챔버 압력을 제어하도록 구성된다. 일부 실시형태에서, 플라즈마 공정이 수행됨에 따라, 측정 데이터가 측정 장치(들)(206)에 의해 수집되어 실시간으로 전원 제어기(208)에 제공될 수 있다. 실시간 데이터를 사용함으로써, 전원 제어기(208)는, 플라즈마 공정의 성능을 제어하기 위해, 제1 전원의 파라미터(들), 제2 전원의 파라미터(들), 및/또는 챔버 압력을 실시간으로 조정하도록 구성될 수 있다. 일 실시형태에서, 전원 제어기(208)는 도 1에 도시된 제어 장치(170) 내에 구현될 수 있다.
일 실시형태에서, 기판(110) 상에서 플라즈마 공정(예를 들어, 플라즈마 증착, 에칭, 스퍼터링 등)을 수행하기 위해 사용될 수 있는 플라즈마(160)를 발생시키기 위해, 제1 전원(202)은 제1 세트의 파라미터의 소스 전력을 공급할 수 있으며, 제2 전원(204)은 제2 세트의 파라미터의 바이어스 전력을 플라즈마 공정 챔버(105)에 공급할 수 있다. 측정 장치(들)(206)는, 플라즈마 공정이 수행됨에 따라, 소스 전력의 하나 이상의 특성, 바이어스 전력의 하나 이상의 특성, 및/또는 소스/바이어스 전력에 대한 플라즈마 공정 챔버(105) 내에서 발생된 플라즈마(160)의 응답을 실시간으로 측정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 측정 장치(들)(206)는, RF 전원과 플라즈마 공정 챔버(105) 간에 전달되는 RF 전력 신호의 전력(P)(예를 들어, 순방향 전력, 반사 전력, 정재파 전력, 총 전력 등); 플라즈마(160)를 발생시키기 위해 플라즈마 공정 챔버(105)에 공급된 RF 전력 신호의 전압(V), 전류(I) 및/또는 위상(Φ); 플라즈마 공정 챔버(105) 내에서 발생된 플라즈마(160)의 강도 또는 광 방출 스펙트럼; 및 플라즈마 공정 챔버(105) 내에서 발생된 플라즈마(160)의 직류 전압(Vdc) 레벨 중 하나 이상을 측정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 측정 장치(들)는, 플라즈마 공정 챔버(105) 내의 챔버 압력을 측정하도록 추가적으로 구성될 수 있다.
일 실시형태에서, 전원 제어기(208)는, 플라즈마 공정 동안 플라즈마 공정 챔버(105) 내에서 발생된 플라즈마(160)의 다양한 특성을 제어하기 위해, 제1 전원(202)에 의해 사용되는 제1 세트의 파라미터, 제2 전원(204)에 의해 사용되는 제2 세트의 파라미터, 및/또는 챔버 압력을 조정하도록, 측정 장치(들)(206)에 의해 제공된 측정 데이터를 사용할 수 있다. 예를 들어, 전원 제어기(208)는, 플라즈마 공정 챔버(105) 내에서 발생된 플라즈마(160)의 플라즈마 밀도를 제어하기 위해, 제1 전원(202)에 의해 공급되는 소스 전력의 진폭, 주파수, 위상, 펄스 온 시간(즉, 펄스 폭), 및/또는 펄스 오프 시간을 조정할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 전원 제어기(208)는, 플라즈마 공정 챔버(105) 내에서 발생된 플라즈마(160)의 이온 플럭스/에너지를 제어하기 위해, 제 2 전원(204)에 의해 공급되는 바이어스 전력의 진폭, 주파수, 위상, 펄스 온 시간(즉, 펄스 폭), 및/또는 펄스 오프 시간을 조정할 수 있다. 일부 실시형태에서, 전원 제어기(208)는, 플라즈마 밀도를 추가로 제어하거나 추가하기 위해, 바이어스 전력을 저전력으로 유지할 수 있다. 바이어스 전력을 저전력으로 유지함으로써, 플라즈마 공정 챔버(105) 내에서 발생된 플라즈마는, (a) 에칭을 수행하는 바이어스의 더 높은 전력 펄스 후에 기판 위에 부유되는 입자; 및 (b) 부산물을 생성하여, 플라즈마 시스(sheath)가 완전히 붕괴되지 않으면서, 부산물이 플라즈마 공정 챔버의 밖으로 펌핑될 시간을 제공하는 측면에서, 모두 보다 안정적일 수 있다.
챔버 압력은, 측정 장치(들)(206)에 의해 제공된 측정 데이터의 펄스 크기, 기울기 및 지속시간(또는 펄스 폭)에 영향을 준다. 일부 실시형태에서, 전원 제어기(208)는, 소스 전력, 바이어스 전력, 및/또는 소스/바이어스 전력에 대한 플라즈마 응답(이들 모두는 챔버 압력에 민감함)의 다양한 특성(들)을 제어하기 위해, 플라즈마 공정 동안 플라즈마 공정 챔버(105) 내의 챔버 압력을 조정할 수 있다. 예를 들어, 전원 제어기(208)는, 펄스 폭을 증가시키고 제2 전원(204)에 의해 제공된 전류 신호의 펄스 진폭을 감소시키면서, 제2 전원(204)(예를 들어, 바이어스 전원)으로부터 측정된 반사 전력의 양을 감소시키기 위해 플라즈마 공정 동안 챔버 압력을 증가시킬 수 있다. 또한, 챔버 압력의 증가는, 플라즈마 공정 챔버(105) 내에서 발생된 플라즈마(160)의 광 강도의 진폭 및 펄스 폭을 증가시킬 수 있다. 또한, 소스 전력, 바이어스 전력, 및/또는 소스/바이어스 전력에 대한 플라즈마 응답의 다른 특성이 챔버 압력을 조정함으로써 변경될 수 있다.
일부 실시형태에서, 제1 전원(202) 및 제2 전원(204)은 동일한 플라즈마 발생 장치(예를 들어, 소스 또는 바이어스)에 연결될 수 있으며, 제1 및 제2 전원에 의해 공급된 전력 신호는 중첩될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 전원 제어기(208)는, 플라즈마 공정 챔버(105)에 연속적인 전력 또는 펄스형 전력을 제공하도록 제1 전원(202)을 제어할 수 있으며, 제1 전원(202)을 통해 펄스를 인가하기 위해 최적의 플라즈마 특성을 유지하기 위한 최소값 초과로 유지하도록, 제2 전원(204)의 전력 또는 시간, 또는 심지어 제1 전원(202)의 전력을 조정함으로써, 제2 전원(204)의 온 시간을 일정하게 조정할 수 있다.
도 3a는 플라즈마 공정 시스템에서 플라즈마 공정 성능을 제어하기 위한 시스템(300)의 다른 실시형태를 도시한다. 도 3a에 도시된 실시형태에서, 시스템(300)은, 전력 신호를 발생시키기 위한 전원(302); 전원(302)에 의해 발생된 전력 신호를 플라즈마 공정 챔버(105)로 전파하기 위한 다양한 시스템 구성 요소; 및 플라즈마 공정 챔버(105)에 공급된 전력 신호에 대한 플라즈마 공정 챔버(105) 내에서 발생된 플라즈마(160)의 응답 및/또는 플라즈마 공정 챔버(105)에 공급된 전력 신호의 하나 이상의 양태를 측정하기 위한 다수의 측정 장치를 포함한다. 도 3a에 도시된 실시형태에서, 전력 신호를 플라즈마 공정 챔버(105)로 전파하기 위해 사용되는 시스템 구성 요소는, 믹서(mixer)(304), 전력 증폭기(306), 동축 케이블(coax) 대 도파관 론치(launch)(308), 전력 전송 커플링(310), 기계적 동조 장치(312), 전력 커플러(coupler)(314), 전력 론치(316), 및 유전체(318)를 포함한다. 그러나, RF 및/또는 DC 전력 신호를 플라즈마 공정 챔버(105)에 전달하기 위해 추가적인 또는 대안적인 구성 요소가 또한 사용될 수 있음을 인식한다.
일부 실시형태에서, 도 3a에 도시된 RF 전원(302)은 하나의 전력 신호를 발생시키기 위한 단일 출력을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 3a에 도시된 전원(302)은, 도 2a 또는 도 2b를 참조하여 전술한 제1 전원(202) 또는 제2 전원(204)일 수 있다. 이러한 실시형태에서, 시스템(300)은, 제1 전원(202) 및 제2 전원(204)을 위한 한 세트의 측정 장치 및 한 세트의 시스템 구성 요소를 포함할 수 있다.
다른 실시형태에서, 도 3a에 도시된 전원(302)은, 제1 전력 출력으로 제1 전력 신호를 발생시키기 위한 제1 세트의 파라미터, 및 제2 전력 출력으로 제2 전력 신호를 발생시키기 위한 제2 세트의 파라미터를 사용할 수 있는 다중-출력 RF 또는 DC 전원을 포함할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 다중-출력 전원에 의해 발생된 제1 전력 신호와 제2 전력 신호 간에 스위칭하기 위해 믹서(304)가 포함될 수 있다.
도 3a에 도시된 실시형태에서, 전원(302)에 의해 발생된 전력 신호는 증폭을 위해 전력 증폭기(306)에 제공된다. 예를 들어, 전력 증폭기(306)는, 전원(302)에 의해 발생된 (RF 및/또는 DC) 전력 신호를 플라즈마 공정 챔버(105) 내의 플라즈마 필드를 유지하기 위해 적합한 레벨로 증폭시킬 수 있다. 일부 실시형태에서, 전력 샘플링 센서(322)는 전력 증폭기(306)로부터 출력된 전력 신호를 샘플링할 수 있다. 예를 들어, 전력 샘플링 센서(322)는, 전력 증폭기(306)로부터 출력된 전력 신호의 순방향 전력 및/또는 반사 전력을 측정할 수 있다. 전력 샘플링 센서(322)는, 전력 증폭기(306)로부터 출력된 전력 신호로부터 획득된 현장외 측정 데이터(예를 들어, 순방향 전력 및/또는 반사 전력)를 획득하기 위해 시스템(300) 내에 포함될 수 있는 플라즈마 챔버의 현장외 측정 장치의 일 실시예이다.
전력 증폭기(306)의 출력은, 전력 전달 커플링(310)에 결합된 동축 케이블 대 도파관 론치(308)에 결합된다. 전력 전달 커플링(310)은 일반적으로 도파관을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 3점 센서(324)와 같은 다점 센서가 도파관 내에 형성된 정재파를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 3지점 센서(324)는 정재파의 3개의 지점에서 도파관의 전력을 측정할 수 있으며, 각각의 지점은 알려진 거리로 분리된다. 구체적인 실시형태에서, 알려진 거리는 도파관 내에 형성된 정재파의 파장의 8분의 1(1/8)일 수 있다. 3점 센서(324)는, 도파관 내에서 전파되는 RF 전력 신호로부터 현장외 측정 데이터(예를 들어, 다수의 전력 측정치)를 획득하기 위해 시스템(300) 내에 포함될 수 있는 플라즈마 챔버의 현장외 측정 장치의 다른 실시예이다.
일부 실시형태에서, 전력 전달 커플링(310)은 기계적 동조 장치(312)에 결합될 수 있다. 포함된 경우, 기계적 동조 장치(312)는, 플라즈마 공정 챔버(105)에 공급된 전력 신호에 대한 조정 가능한 기계적 동조를 제공할 수 있다. 예를 들어, 기계적 동조 장치(312)는 전력 신호의 하나 이상의 전기적 특성에 대한 기계적 조정을 제공할 수 있다. 기계적 동조 장치(312)는 조정 가능한 도파관 스터브(stub), 조정 가능한 슬릿, 조정 가능한 아이리스(iris) 등으로 구현될 수 있다. 일 실시형태에서, 기계적 동조 장치(312)는 단일 동조 구성 요소를 포함할 수 있다. 대안적으로, 기계적 동조 장치(312)는 다수의 동조 구성 요소를 포함할 수 있다.
전력 전달 커플링(310)(또는 기계적 동조 장치(312))은 전력 커플러(314)에 결합된다. 일부 실시형태에서, 전자기(EM) 센서(326)가 전력 커플러(314) 내의 전자기 에너지를 측정하도록 결합될 수 있다. 일 실시형태에서, EM 센서(326)는 전계(E-필드) 포착 장치를 포함할 수 있다. 이러한 실시형태에서, EM 센서(326)는 전력 커플러(314)에서 전력 신호의 총 전력을 측정하기 위해 사용될 수 있다. EM 센서(326)는, 전력 커플러(314)에서 전력 신호의 현장외 측정 데이터(예를 들어, 총 전력)를 획득하기 위해 시스템(300) 내에 포함될 수 있는 플라즈마 챔버의 현장외 측정 장치의 또 다른 실시예이다.
일부 실시형태에서, 전력 론치(316)(예를 들어, 슬릿 또는 개구)는, 전력 커플러(314)를 플라즈마 공정 챔버(105)에 결합된 유전체(318)에 연결할 수 있다. 전력 론치(316)를 통하여 방출되는 에너지는, 플라즈마 공정 챔버(105) 내의 전자기 방사선의 균일한 분포를 위해 유전체(318)에 걸쳐서 분포될 수 있다. 일부 실시형태에서, 플라즈마 공정 챔버(105) 내에서 발생된 플라즈마(160)의 광 강도를 탐지하기 위해, 포토다이오드 센서와 같은 광 센서(328)가 유전체(318)에 결합될 수 있다. 다른 실시형태에서, 광 센서(328)는, 도 1을 참조로 전술한 바와 같이, 플라즈마 공정 챔버(105)에 직접 결합될 수 있다. 어느 경우이든, 광 센서(328)는, 예를 들어, 플라즈마 공정 챔버(105) 내에서 발생된 플라즈마(160)의 광 강도와 같은, 플라즈마 챔버의 현장 또는 플라즈마 챔버의 현장외 측정 데이터를 획득하기 위해 시스템(300) 내에 포함될 수 있다.
일부 실시형태에서, 전력 커플러(314), 전력 론치(316), 및 유전체(318) 구성 요소는, 전력 신호를 플라즈마 공정 챔버(105)로 전달하도록 구성 및 결합되는 전력 전달 시스템(320) 내에 구현될 수 있다. 전력 전달 시스템(320)을 통해 전달되는 전류(I) 및 전압(V) 파형은, 위치(x) 및 시간(t)의 함수(I(x, t) 및 V(x, t))이며, 다수의 주파수 성분을 각각 포함할 수 있다. 단일 주파수 성분(f)이 존재하는 경우, 전류(I) 및 전압(V)은, 및 로서 간결하게 작성된 사인파 파형으로 표현될 수 있으며, 여기서 이고, Re는 복소 함수의 실수부이다. 전류(I) 및 전압(V) 파형은 크기(|V| 및 |I|)를 각각 가지며, 각각의 파형은 위상각(Φ)만큼 다른 파형과 분리된다. 본 실시형태와 관련하여 사용될 수 있는 전력 전달 시스템(320)의 실시예는, 2020년 6월 26일자로 출원된 "RF 전압 및 전류(V-I) 센서 및 측정 방법"이라는 명칭의 미국 특허출원 번호 제16/913,526호, 및 2020년 6월 26일자로 출원된 "RF 전압 및 전류(V-I) 센서 및 측정 방법"이라는 명칭의 미국 특허출원 번호 제16/913,545호에서 설명되며, 이들 각각은 그 전체가 본원에 명시적으로 포함된다.
일부 실시형태에서, 하나 이상의 V-I 센서(330)는, 플라즈마 공정 챔버(105)에 공급된 전력 신호(들)의 전류 및 전압을 감지하기 위해, 도 3a에 도시된 전력 전달 시스템(320)에 결합될 수 있다. 하나 이상의 V-I 센서(330)는, 플라즈마 공정 챔버(105)에 공급된 전력 신호(들)로부터 현장외 측정 데이터(예를 들어, 전압, 전류 및/또는 위상)를 획득하기 위해 시스템(300) 내에 포함될 수 있는 현장외 측정 장치의 추가적인 실시예이다. 일반적으로 하나 이상의 V-I 센서(330)는, 전술한 포함된 참고문헌에서 설명된 바와 같이 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 V-I 센서(330)는, 센서의 위치(x)에서 높은 정밀도를 갖는 V 및 I를 제공하기 위해, 기하학적 대칭 및 차동 측정 방법을 사용할 수 있다. 일부 실시형태에서, 전력 전달 시스템(320)을 따라 다양한 위치에서 다수의 V-I 센서(330)를 사용하여, 거기서 신호를 탐색할 수 있다. V 및 I는 위치(x)의 함수이기 때문에, 각각의 V-I 센서는, 각각의 원하는 측정 위치에 가능한 한 가깝게 위치될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 공정 챔버(105)에 제공되는 전력 신호의 전압 및 전류의 정확한 측정치를 사용하여 플라즈마 공정을 모니터링 및 제어하는 것이 바람직한 경우, 그러한 목적을 위해 사용되는 V-I 센서는, 전력 신호가 플라즈마 공정 챔버(105)에 입력되는 곳에 가깝게 위치될 수 있다.
일부 실시형태에서, 플라즈마 공정 챔버 내에서 발생된 플라즈마(160)의 직류 전압(Vdc) 측정 및/또는 공정 챔버 내의 챔버 압력의 측정을 제공하기 위해, Vdc 및/또는 압력 센서(들)(332)가 플라즈마 공정 챔버(105) 내에 포함될 수 있다. 따라서, 일부 실시형태에서, 챔버에 연결된 블록(332)의 센서(들)는, 하나의 센서(Vdc 센서 또는 압력 센서) 또는 다수의 센서(Vdc 센서 및 압력 센서)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 광 센서가 챔버에 추가로 연결될 수 있음을 유의한다. Vdc 및/또는 압력 센서(들)(332)는, 플라즈마 공정 챔버(105) 내에서 발생된 플라즈마(160)의 현장 측정 데이터(예를 들어, Vdc 레벨)를 획득하기 위해 시스템(300) 내에 포함될 수 있는 현장 측정 장치의 다른 실시예이다. 일부 실시형태에서, Vdc 센서는, 도 1을 참조로 전술한 바와 같이, 플라즈마 공정 시스템 포커스 링(도시되지 않음), 척(115) 또는 기판(110)에 결합될 수 있다. Vdc 센서는 플라즈마 공정 챔버(105)의 다른 영역에 위치될 수도 있음을 인식할 것이다. 본 실시형태와 관련하여 사용될 수 있는 Vdc 센서의 일 실시예는, 본원에 참조로 포함되는 미국 특허출원 공개 번호 제US 2021/0013005호에서 설명된다.
도 3a에 도시된 시스템(300)에서, 전력 샘플링 센서(322), 3점 센서(324), EM 센서(326), 광 센서(328), V-I 센서(330), 및 Vdc 및/또는 압력 센서(들)(332)로부터의 측정 데이터가 전원 제어기(208)에 제공된다. 일부 실시형태에서, 전원 제어기(208)는, 이러한 측정 장치 중 하나 이상(예를 들어, 센서(322, 324, 326, 328, 330 및 332) 중 하나 이상)으로부터 수신된 측정 데이터를 사용하여, 플라즈마 공정 챔버(105)에 공급되는 전력 신호를 제어하기 위해 작업 신호를 전원(302)에 제공할 수 있다. 광 센서(328)가 전력 전달 유전체(318)에 결합된 것으로 도 3a에 도시되지만, 플라즈마 챔버(105) 상의 별도의 윈도우를 사용하여 광 센서(328)가 대안적으로 구현될 수 있다.
도 3b는 도 1, 도 2a 및 도 2b 및 도 3a에 도시된 측정 장치 중 하나 이상으로부터 획득될 수 있는 측정 데이터의 실시예를 도시하는 그래프이다. 도 3b에 도시된 그래프는, 그래프의 상부에서 바이어스 반사 전력(340), 소스 전압(350), 소스 전류(352), 바이어스 전압(360), 바이어스 전류(362), 및 광 강도(370)를 표시하며, 그래프의 하부에서 바이어스 위상(364) 및 직류 전압(Vdc)(380)(기판에서 측정됨)을 표시한다. 도 3b에 도시된 신호는, 125 마이크로초(usec) 동안 500 W 소스 전력 신호, 그리고 100 usec 동안 100 W 바이어스 전력 신호를 플라즈마 공정 챔버에 공급하는 동안, 전술한 바와 같은, 다양한 측정 장치로부터 획득되었다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 바이어스 반사 전력(340)은 점화 동안 증가하며, 점화 후에 안정화된다.
예시적인 일 실시형태에서, 전원 제어기(208)는, V-I 센서(들)(330)로부터 수신된 전압(V) 및 전류(I) 신호, Vdc 센서로부터 수신된 Vdc 신호, 압력 센서로부터의 압력 측정치, 및/또는 광 센서(328)로부터 수신된 광 강도 신호를 플라즈마 밀도, 이온 플럭스 및 이온 에너지와 상관시킬 수 있다. 또한, 전원 제어기(208)는 V-I 센서(들)(330), Vdc 및/또는 압력 센서(들)(332), 및/또는 광 센서(328)로부터 수신된 측정 데이터를 사용하여, 플라즈마 공정을 보다 적절히 특성화 및/또는 제어할 수 있다. 예를 들어, 전원 제어기(208)는 수신된 측정 데이터를 사용하여, 플라즈마 공정 동안 원하는 플라즈마 밀도 및/또는 원하는 이온 에너지 또는 플럭스를 유지하도록, 플라즈마 공정 챔버(105)에 공급되는 소스 및/또는 바이어스 전력 신호의 하나 이상의 파라미터(예를 들어, 진폭, 주파수, 위상, 펄스 온 시간, 펄스 오프 시간 등)를 조정할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 전원 제어기(208)는, 플라즈마 공정 동안 원하는 플라즈마 밀도 및/또는 원하는 이온 에너지 또는 플럭스를 유지하도록 챔버 압력을 조정할 수 있다.
일부 실시형태에서, 전원 제어기(208)는 V-I 센서(들)(330)로부터 전압(V), 전류(I) 및/또는 위상(Φ)을 수신할 수 있으며, 그 다음, 기판에 대한 V-I 센서(들)(330)로부터 수신된 V, I 및/또는 Φ 측정치를 RF 임피던스 모델을 통해 변환함으로써, 기판에서의 플라즈마 밀도 및 이온 플럭스를 계산할 수 있다. 즉, V-I 센서(들)(330)는, 기판에서의 가상 측정치를 제공하기 위해 사용되는 전력 신호(들)로부터 실제 측정치(V, I, Φ)를 획득한다.
당업자는 본원에서 설명된 방법 및 공정의 작업을 향상시키기 위해 하나 이상의 추가적인 구성 요소가 도 3a에 도시된 시스템(300)에 추가될 수 있음을 인식할 것이다. 또한, 당업자는 시스템 요건 및 하드웨어 가용성에 따라, 도 3a의 시스템의 하나 이상의 구성 요소가 생략될 수 있음을 인식할 것이다. 도 3a의 실시형태는 본 실시형태와 함께 사용될 수 있는 선택사항의 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위를 임의의 특정 실시형태로 제한하려는 의도가 아니다.
도 4는 플라즈마 공정 성능을 제어하기 위해 도 2a 및 도 2b에 도시된 시스템(200) 및/또는 도 3a에 도시된 시스템(300)에 의해 사용될 수 있는 제어 루프(400)를 도시하는 블록도이다. 일부 실시형태에서, 도 4에 도시된 제어 루프(400)는, 입력으로서 미리 설정된 값을 갖는 지정된 전력 방식(r)(402)을 수신하는 반복 루프로서 구현될 수 있다. 도 4에 도시된 예시적인 제어 루프(400)에서, 도 3a에 도시된 전력 증폭기(306)는, 측정 장치(들)(206)에 의해 모니터링되는 플라즈마(160)를 생성하기 위해, 전력 신호(예를 들어, 소스 전력 신호 및/또는 바이어스 전력 신호)를 플라즈마 공정 챔버(105)에 제공한다. 전력 신호는, 진폭, 주파수, 위상, 펄스 온 시간(즉, 펄스 폭) 및 펄스 오프 시간을 갖는 펄스형 DC 및/또는 RF 신호일 수 있다. 또한, 지정된 전력 방식(r)(402)은 전원에 대한 펄스 타이밍을 포함할 수 있다. 하나의 전원으로 다수의 주파수 및 진폭을 사용하는 경우, 방식(402)은, 펄스 시퀀스의 위상 간의 타이밍 관계 및 펄스 지속시간과 함께 자동으로 조정될 수 있는 전력 범위와 같이, 예를 들어 도 5에 도시된, 조정 가능한 한계를 갖는 시간 종속적 파라미터를 갖는다.
플라즈마 공정 챔버(105)에 제공된 전력 신호의 하나 이상의 특성, 규정된 전력 특성에 대한 플라즈마 응답, 및/또는 챔버 압력을 측정하기 위해, 하나 이상의 측정 장치(206)가 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 하나 이상의 측정 장치(206)는 현장 측정 장치 및/또는 현장외 측정 장치를 포함할 수 있다. 측정 장치(206)로부터 수신된 측정 데이터에 응답하여, 전원 제어기(208)는, 원하는 플라즈마 성능을 달성하기 위해 제어 루프(400)의 하나 이상의 제어 노브(control knob) 또는 제어 설정(예를 들어, 제어 블록(404, 406, 408, 410, 및 412))을 조정할 수 있다. 펄스 시퀀스의 변경은 동시에 또는 별도로 업데이트될 수 있다. 예를 들어, 제어 블록(404 및 410)은, 조정될 필요가 있는 경우 제어 블록(408)과 상호 작용하고 임피던스 정합을 조정하는 고속 제어 루프이다. 일부 실시형태에서, 최적이 아닌 펄스 특성을 보정하고 펄스 지속시간을 연장하기 위해, 펄스 타이밍 설정이 피드포워드 업데이트로 제어 블록(406)에서 조정될 수 있다. 또한, 일부 실시형태에서, 다수의 펄스 간의 그리고 다수의 소스(예를 들어, 소스 전원 및 바이어스 전원) 간의 타이밍 관계를 변경하기 위해, 펄스 타이밍 설정이 피드백 업데이트(도 4에 도시되지 않음)로 제어 블록(406)에서 조정될 수 있다.
일 실시형태에서, 전원 제어기(208)는 제어 블록(404)에서 전자 동조 설정을 조정함으로써 시작될 수 있다. 전자 동조 제어 설정 업데이트는, 전력 방식(r)에 의해 한정된 플라즈마 전력 제어 계획을 위해 조정될 수 있다. 그 다음, 전원 제어기(208)는 제어 블록(406)에서 하나 이상의 타이밍 설정을 조정할 수 있다. 일부 실시형태에서, 전원 제어기(208)는, 플라즈마 공정 챔버 내에서 발생된 플라즈마(160)의 플라즈마 밀도를 제어하기 위해, 플라즈마 공정 챔버(105)에 제공된 소스 전력 펄스의 펄스 온 시간(즉, 펄스 폭)을 조정할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 전원 제어기(208)는, 플라즈마 공정 챔버 내에서 발생된 플라즈마(160)의 이온 플럭스/에너지를 제어하기 위해, 플라즈마 공정 챔버(105)에 제공된 바이어스 전력 펄스의 펄스 온 시간 및/또는 펄스 오프 시간을 조정할 수 있다. 타이밍 설정(들)이 조정된 후에, 전자 동조 설정이 제어 블록(404)에서 다시 업데이트될 수 있다.
그 다음, 전원 제어기(208)는 제어 블록(408)에서 전력 진폭 설정을 조정할 수 있다. 일부 실시형태에서, 전력 진폭 설정은 임계치 플라즈마 측정치가 충족될 때까지 반복적으로 업데이트될 수 있다. 전력 진폭 레벨이 제어 블록(408)에서 조정되면, 전원 제어기(208)는 제어 블록(404)에서 전자 동조 설정을 재조정할 수 있으며, 제어 블록(406)에서 타이밍 설정(들)을 재조정할 수 있다. 그 다음, 전력 진폭 설정은 제어 블록(408)에서 두 번째로 조정될 수 있다.
그 다음, 전원 제어기(208)는 제어 블록(410)에서 주파수 동조 설정을 조정할 수 있다. 일부 실시형태에서, 주파수 동조 설정은, 플라즈마 공정 챔버(105)에 제공된 RF 전력 신호의 주파수를 조정하도록 업데이트될 수 있다. 주파수 동조 설정이 조정되면, 전원 제어기(208)는, 전술한 바와 같이, 제어 블록(404)에서 전자 동조 설정, 제어 블록(406)에서 타이밍 설정(들), 및 제어 블록(408)에서 전력 진폭 설정을 재조정할 수 있다.
그 다음, 전원 제어기(208)는 제어 블록(412)에서 기계적 동조(예를 들어, 압력 제어 작동기 또는 정합기 제어 작동기) 설정을 조정할 수 있다. 일부 실시형태에서, 제어 블록(412)에서 조정되는 기계적 동조 설정은, 플라즈마 공정 챔버 내의 챔버 압력을 조정하기 위해 사용되는 압력 제어 설정일 수 있다. 다른 실시형태에서, 기계적 동조 설정은 임피던스 정합을 조정하기 위해 사용될 수 있다. 기계적 동조 설정이 조정되면, 제어 블록(404)에서의 전자 동조 설정, 제어 블록(406)에서의 타이밍 설정(들), 제어 블록(408)에서의 전력 진폭 설정, 및 제어 블록(410)에서의 주파수 동조 설정을 재조정하는 공정이 반복될 수 있다.
도 2 내지 도 4는 플라즈마 공정을 제어하기 위해 사용될 수 있는 제어 시스템 및 제어 루프의 다양한 실시형태를 제공한다. 일부 실시형태에서, 본원에 설명된 기술은, 실시간 기판 공정 동안 플라즈마 공정을 특성화 및 제어하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 본원에 설명된 기술은, 플라즈마 공정 시스템의 사용 전반에 걸쳐서 공정 제어를 유지하기 위해, 초기에 또는 주기적으로 플라즈마 공정 시스템을 특성화하기 위해 사용될 수 있다. 일반적으로, 본원에 설명된 기술은, 플라즈마 밀도 및 이온 플럭스/에너지를 포함하지만 이에 제한되지 않는, 다양한 플라즈마 특성을 제어하기 위해 사용될 수 있다.
본 개시물의 바람직한 실시형태에서, 플라즈마 공정 동안 원하는 플라즈마 밀도 및/또는 원하는 이온 플럭스/에너지를 유지하도록, 플라즈마 공정 챔버에 공급된 전력 신호(들)의 하나 이상의 타이밍 파라미터를 조정하기 위해, 하나 이상의 측정 장치로부터 획득된 측정 데이터가 사용된다. 특히, 플라즈마 공정을 보다 적절히 제어하고 플라즈마 공정 성능을 개선하도록 플라즈마 공정 동안 전력 신호(들)의 하나 이상의 타이밍 파라미터의 피드포워드 또는 피드백 제어를 제공하기 위해, 하나 이상의 측정 장치로부터 획득된 측정 데이터가 사용될 수 있다.
도 5는 플라즈마 공정 동안 플라즈마 공정 챔버에 공급될 수 있는 전력 신호의 다양한 타이밍 파라미터를 도시한다. 특히, 도 5는 펄스형 플라즈마 공정의 다양한 단계 동안 플라즈마 공정 챔버에 공급될 수 있는 소스 전압(Vsource) 및 바이어스 전압(V1bias 및 V2bias) 펄스에 대한 예시적인 펄스 템플릿을 제공한다. 도 5에 도시된 펄스 템플릿은 소스 및 바이어스 전압 펄스의 다양한 타이밍 파라미터를 도시한다. 이러한 타이밍 파라미터에 대한 초기 값은 전력 방식 설정으로서 전력 방식 내에 지정될 수 있으며, 이는 플라즈마 밀도 및 이온 플럭스/에너지와 같은, 플라즈마의 다양한 특성을 제어하기 위해 펄스형 플라즈마 공정 동안 조정될 수 있다. 일부 실시형태에서, Vsource 및 Vbias의 측정치는, 도 1에 도시된 V-I 센서(180 및 182)와 같은, 2개의 상이한 위치에서의 2개의 별개의 측정 장치로부터 획득될 수 있다. 대안적으로, Vsource 및 Vbias의 측정치는, 중요한 플라즈마 기판 측정치와 관련된 다수의 전원으로부터의 전력 신호를 감지할 수 있도록 하는 방식으로 위치된 단일 측정 장치로부터 획득될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 V-I 센서(182)는, 도 5에 도시된 Vsource 및 Vbias 측정치를 획득하기 위해 사용될 수 있다.
소스 및 바이어스 전압은 도 5에 도시된 예시적인 펄스 템플릿으로 도시되지만, 소스 및 바이어스 전력 신호의 다른 파라미터가 또한 플라즈마 특성을 제어하기 위해 사용될 수 있음을 인식한다. 예를 들어, 소스 및 바이어스 전원으로부터 측정된 전류(I) 또는 전력(P), 플라즈마 공정 챔버로부터 측정된 Vdc 레벨, 및/또는 플라즈마의 광 강도 또는 광 방출 스펙트럼은, 본원에 설명된 기술에 따라 펄스형 플라즈마 공정을 특성화 및 제어하기 위해 사용될 수도 있다.
펄스형 플라즈마 공정의 제1 단계(P1) 동안, 소스 전압(Vsource) 펄스가 플라즈마 공정 챔버에 제공되어 플라즈마를 발생시킨다. Vsource 펄스는, 전력 방식에 지정된 바와 같은, 원하는 진폭 및 원하는 펄스 폭을 갖는다. 예를 들어, 전력 방식은, 최소 전압 피크(Peak Min)와 최대 전압 피크(Peak Max) 사이에 원하는 진폭을 갖고, 최소 온 시간(tmin -on)과 최대 온 시간(tmax -on) 사이에 원하는 펄스 폭을 갖는 것으로 Vsource 펄스를 지정할 수 있다. Vsource 펄스의 진폭 및 펄스 폭은, 발생된 플라즈마의 플라즈마 밀도를 제어하도록 함께 선택 및/또는 조정될 수 있다.
예를 들어, Vsource 펄스의 곡선 아래의 영역은, 시간이 지남에 따른 플라즈마 밀도 변화를 나타내는 측정치 추정일 수 있다. Vsource 펄스 동안 최소값이 충족되지 않는 경우, 전원 제어기는 펄스 온 시간을 tdelay -max로 연장시킬 수 있으며, tmin -on 사양을 유지하기 위해 전력 또는 다른 제어 파라미터의 조정을 수행할 수 있다. 이러한 업데이트는 다수의 펄스에 걸쳐서 평균화될 수 있으며, 그 다음, 펄스 지속시간을 연속적으로 연장하지 않으면서 원하는 펄스 프로파일을 유지하도록, 소스 전압의 제어 파라미터가 업데이트될 수 있다. 일 실시형태에서 플라즈마 밀도를 제어하는 것과 관련하여 본원에 설명되지만, 본원에 설명된 기술을 사용하여 플라즈마 공정의 다른 특성이 유사하게 제어될 수 있음을 인식할 것이다. 다른 특성은, 예를 들어, 전자 온도, 플라즈마의 이온 플럭스 및/또는 이온 에너지를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
펄스형 플라즈마 공정의 후속 단계(들) 동안, 소스 전압은 턴 오프되고, 발생된 플라즈마의 이온 플럭스/에너지를 제어하기 위해, 바이어스 전압이 플라즈마 공정 챔버에 제공된다. 도 5에 도시된 예시적인 펄스 템플릿에서, 제1 바이어스 전압(V1bias) 펄스는 제2 단계(P2) 동안 플라즈마 공정 챔버에 제공되며, 제2 바이어스 전압(V2bias) 펄스는 펄스형 플라즈마 공정의 제3 단계(P3) 동안 플라즈마 공정 챔버에 제공된다. Vsource 펄스와 마찬가지로, 바이어스 전압 펄스는, 전력 방식에 지정된 바와 같은 원하는 진폭 및 원하는 펄스 폭을 각각 가질 수 있다. 예를 들어, 전력 방식은, 프로파일의 측벽의 중합을 제공하는 플라즈마를 달성하기 위해, 최소 전압 피크(Peak1 Min)와 최대 전압 피크(Peak1 Max) 사이에 원하는 진폭을 갖고, 최소 온 시간(t1min -on)과 최대 온 시간(t1max -on) 사이에 원하는 펄스 폭 펄스를 갖는 것으로 V1bias 펄스를 지정할 수 있다. 전력 방식은, 형상부의 하부를 에칭하는 플라즈마의 이온 플럭스/에너지를 제어하기 위해, 최소 전압 피크(Peak2 Min)와 최대 전압 피크(Peak2 Max) 사이에 원하는 진폭을 갖고, 최소 온 시간(t2min -on)과 최대 온 시간(t2max-on) 사이에 원하는 펄스 폭을 갖는 것으로 V2bias 펄스를 추가로 지정할 수 있다. 바이어스 전압 곡선 아래의 영역은 총 이온 선량을 반영한다. 펄스형 플라즈마 공정의 제4 단계(P4) 동안, 소스 및 바이어스 전압은 펄스형 플라즈마 공정의 다음 사이클까지 턴 오프된다.
도 6은 플라즈마 공정 챔버에 공급되는 전력 신호의 하나 이상의 타이밍 파라미터를 조정하기 위해 사용될 수 있는 다양한 제어 방법을 도시하는 그래프이다. 특히, 도 6에 도시된 그래프는, 그 안에서 발생된 플라즈마의 이온 플럭스/에너지 및/또는 플라즈마 밀도를 제어하기 위해, 플라즈마 공정 챔버에 공급되는 전력 신호(들)의 타이밍 파라미터(들)를 조정하기 위해 사용될 수 있는 다양한 피드포워드 및 피드백 제어 방법을 제공한다. 도 6에 도시된 피드포워드 및 피드백 제어 방법은, 플라즈마 공정이 플라즈마 공정 챔버에서 수행됨에 따라, 실시간으로 플라즈마 성능을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 일반적으로, 도 6에 도시된 제어 방법은, 도 1의 제어 장치(170) 또는 도 2 내지 도 4의 전원 제어기(208)와 같은, 제어기에 의해 수행될 수 있다.
도 6에 도시된 그래프는, 펄스형 플라즈마 공정의 하나의 사이클 동안의 소스 전압(Vsource) 펄스 및 바이어스 전압(Vbias) 펄스를 나타낸다. Vf는 Vsource 및 Vbias 펄스에 대한 하강 에지 임계치 전압이고, Vr은 상승 에지 임계치 전압이다. 펄스 파라미터(V1, V2, V3 및 V4)는, Vr에 대한 소스/바이어스 전압 펄스의 설정 시간이다. 일부 실시형태에서, 도 6에 도시된 Vsource 및 Vbias 펄스는, 플라즈마 공정 챔버에 결합된 측정 장치(들)에 의해 모니터링될 수 있다. 예시적인 측정 장치는 도 1 내지 도 4를 참조하여 위에 설명되어 있다. 소스 및 바이어스 전압이 도 6에 도시되지만, 본원에 설명된 제어 방법은, 플라즈마 특성을 제어하기 위해 RF 전력 신호의 다른 파라미터(예를 들어, 전류, 전력, Vdc, 광 강도 등)를 추가적으로 또는 대안적으로 사용할 수 있다.
일부 실시형태에서, 펄스형 플라즈마 공정 동안 원하는 플라즈마 밀도를 유지하도록, 플라즈마 공정 챔버에 공급되는 소스 전압(Vsource)의 타이밍 파라미터를 조정하기 위해, 펄스형 플라즈마 공정의 제1 단계(P1) 동안, 피드포워드 제어 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 전력 방식은, 시간 t1에서 측정된 상승 에지 임계치 전압(Vr)과 시간 t3에서 측정된 하강 에지 임계치 전압(Vf) 사이에서 Vsource 펄스(실선으로 표시됨)가 이상적으로 발생되어야 하는 것으로 지정할 수 있다. 즉, 전력 방식은, Vsource 펄스가 ton = t3 - t1에 해당하는 지정된 펄스 온 시간(또는 펄스 폭)을 갖는 것으로 초기에 지정할 수 있다. 그러나, 실제로, 플라즈마 공정 챔버에 공급되는 Vsource 펄스(점선으로 표시됨)는 시간 t2까지 상승 에지 임계치 전압(Vr1)을 충족시키지 못할 수 있다. 이것이 발생하는 경우, 도 6에 도시된 피드포워드 제어 방법은 시간 t3을 시간 t4로 연장시킬 수 있으므로, 지정된 플라즈마 밀도를 유지하기 위해 더 긴 Vsource 펄스 온 시간(즉, 더 큰 Vsource 펄스 폭)을 제공할 수 있다.
펄스형 플라즈마 공정의 제1 단계(P1) 동안 사용되는 피드포워드 제어 방법은, 측정 장치(들)에 의해 생성되어 그러한 사이클 동안 제어기에 의해 수신되는 측정 데이터에 기초하여, 펄스형 플라즈마 공정의 각각의 사이클 동안, 실시간으로, 소스 전압의 펄스 온 시간(또는 펄스 폭)을 조정하기 위해 사용될 수 있다. 예시적인 일 실시형태에서, 측정 장치(들)는, 펄스형 플라즈마 공정의 각각의 사이클 동안 Vsource 펄스의 상승 에지(예를 들어, Vr 또는 Vr1)를 탐지할 수 있다. 측정 장치(들)에 의해 탐지된 상승 에지에 기초하여, 제어기는, 지정된 플라즈마 밀도를 유지하도록, Vsource 펄스의 펄스 온 시간(또는 펄스 폭)을 제어하기 위해, 펄스형 플라즈마 공정의 해당 사이클 동안 Vsource 펄스의 하강 에지(Vf)를 조정할 수 있다. 예를 들어, Vsource 펄스의 상승 에지(예를 들어, Vr1)가 시간 t2까지 탐지되지 않는 경우, 제어기는 Vsource 펄스의 하강 에지(Vf)를 시간 t4로 시프트시켜서, Vsource 펄스 온 시간을 증가시키고, 원하는 Vsource 펄스 폭을 유지할 수 있다.
일부 실시형태에서, 펄스형 플라즈마 공정 동안 원하는 이온 플럭스/에너지를 유지하도록, 플라즈마 공정 챔버에 공급되는 바이어스 전압(Vbias)의 타이밍 파라미터를 조정하기 위해, 펄스형 플라즈마 공정의 제2 단계(P2) 및 제3 단계(P3) 동안, 다른 피드포워드 제어 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 플라즈마 공정 챔버에 공급되는 Vbias 펄스는, 시간 t2에서 제1 상승 에지 임계치 전압(Vr1), 시간 t4에서 제2 상승 에지 임계치 전압(Vr2), 그리고 시간 t6에서 하강 에지 임계치 전압(Vf)에 도달할 수 있다. 이것이 발생하는 경우, 도 6에 도시된 피드포워드 제어 방법은 시간 t5를 시간 t6로 연장시킬 수 있으므로, 지정된 이온 플럭스/에너지를 유지하기 위해 더 긴 Vbias 온 시간(즉, 더 큰 Vbias 펄스 폭)을 제공할 수 있다.
펄스형 플라즈마 공정의 제2 단계(P2) 및 제3 단계(P3) 동안 사용되는 피드포워드 제어 방법은, 측정 장치(들)에 의해 생성되어 그러한 사이클 동안 제어기에 의해 수신되는 측정 데이터에 기초하여, 펄스형 플라즈마 공정의 각각의 사이클 동안, 실시간으로, 바이어스 전압의 펄스 온 시간(또는 펄스 폭)을 조정하기 위해 사용될 수 있다. 예시적인 일 실시형태에서, 측정 장치(들)는, 펄스형 플라즈마 공정의 각각의 사이클 동안 Vbias 펄스의 상승 에지(예를 들어, Vr1 또는 Vr2)를 탐지할 수 있다. 측정 장치(들)에 의해 탐지된 상승 에지에 기초하여, 제어기는, 지정된 이온 플럭스/에너지를 유지하도록, Vbias 펄스의 펄스 온 시간(또는 펄스 폭)을 제어하기 위해, 펄스형 플라즈마 공정의 해당 사이클 동안 Vbias 펄스의 하강 에지(Vf)를 조정할 수 있다. 예를 들어, Vbias 펄스의 상승 에지(예를 들어, Vr2)가 시간 t4까지 탐지되지 않는 경우, 제어기는 Vbias 펄스의 하강 에지(Vf)를 시간 t6로 시프트시켜서, Vbias 펄스 온 시간을 증가시키고, 원하는 Vbias 펄스 폭을 유지할 수 있다.
일부 실시형태에서, Vbias 펄스 오프 시간을 조정하고 바이어스/소스 펄스 상호 작용을 제어하기 위해, 펄스형 플라즈마 공정의 제4 단계(P4) 동안, 피드백 제어 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 전력 방식은, 펄스형 플라즈마 공정의 다음 사이클이 시간 t1에서 시작될 때까지, 소스 및 바이어스 전압이 시간 t5와 시간 t7 사이에 턴 오프되는 것으로 초기에 지정할 수 있다. 그러나, 펄스형 플라즈마 공정의 현재 사이클에서 Vbias 펄스 온 시간이 조정되는 경우, 도 6에 도시된 피드백 제어 방법은, 현재 사이클 동안 이루어진 조정에 기초하여, 펄스형 플라즈마 공정의 다음 사이클에서 Vbias 펄스의 온 시간 및 오프 시간을 자동으로 조정할 수 있다. 예를 들어, 펄스형 플라즈마 공정의 현재 사이클에서 Vbias 펄스 온 시간이 연장되는 경우, 피드백 제어 방법은, 다음 사이클에서 Vbias 펄스 폭(또는 바이어스 전력)을 제어하기 위해, 펄스형 플라즈마 공정의 다음 사이클에서, 펄스 온 시간을 자동으로 연장하고 Vbias 펄스의 펄스 오프 시간을 감소시킬 수 있다.
도 7은 본원에 설명된 기술에 따라 플라즈마 성능을 제어하기 위한 예시적인 방법을 도시한다. 도 7에 도시된 실시형태는 단지 예시적인 것일 뿐이며, 추가적인 방법이 본원에 설명된 기술을 사용할 수 있음을 인식할 것이다. 또한, 설명된 단계는 한정적인 것으로 의도되지 않기 때문에, 추가적인 단계가 도 7에 도시된 방법에 추가될 수 있다. 더욱이, 상이한 순서로 수행될 수 있거나/수행될 수 있고 다양한 단계가 조합하여 또는 동시에 수행될 수 있기 때문에, 단계의 순서는 도면에 도시된 순서로 제한되지 않는다.
도 7은 기판을 처리하기 위한 시스템에서 플라즈마 공정 성능을 제어하기 위한 방법(700)의 일 실시형태를 도시하는 흐름도로서, 시스템은 하나 이상의 전원을 포함한다. 도 7에 도시된 방법(700)은 일반적으로 플라즈마 공정 시스템에서 수행될 수 있다. 이러한 실시형태로 제한되지는 않지만, 도 1은 방법(700)을 사용할 수 있는 플라즈마 공정 시스템(100)의 일 실시형태를 도시한다. 도 7에 도시된 방법(700)의 다양한 단계는, 플라즈마 공정 시스템에 결합되거나 플라즈마 공정 시스템 내에 포함된 제어기에 의해 수행될 수 있다. 일부 실시형태에서, 예를 들어, 도 1에 도시된 제어 장치(170) 및/또는 도 2 내지 도 4에 도시된 전원 제어기(208)는, 이러한 단계를 수행하기 위해 사용될 수 있다.
일반적으로, 방법(700)은, (단계(710)에서) 펄스형 플라즈마 공정으로 기판을 처리하기 위해, 플라즈마 공정 챔버 내에서 플라즈마를 발생시키도록, 하나 이상의 전원으로부터의 제1 전력 신호를 플라즈마 공정 챔버에 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 일반적으로 제1 전력 신호는, 제1 전력 신호에 대한 펄스 온 시간 및 펄스 오프 시간을 지정하는 제1 세트의 타이밍 파라미터를 포함할 수 있다. 방법(700)은, (단계(720)에서) 하나 이상의 전원으로부터의 제2 전력 신호를 플라즈마 공정 챔버에 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일반적으로, 제2 전력 신호는, 제2 전력 신호에 대한 펄스 온 시간 및 펄스 오프 시간을 지정하는 제2 세트의 타이밍 파라미터를 포함할 수 있다. 제1 전력 신호 및 제2 전력 신호는 단일 전원으로부터 획득될 수 있거나, 복수의 전원으로부터 획득될 수 있다.
방법(700)은, (단계(730)에서) 제1 전력 신호, 제2 전력 신호, 플라즈마 및/또는 챔버 압력에 해당하는 측정 데이터를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 펄스형 플라즈마 공정이 수행됨에 따라, 측정 데이터가 실시간으로 생성될 수 있다. 방법(700)은, (단계(740)에서) 측정 데이터에 응답하여, 플라즈마 공정 동안 플라즈마의 하나 이상의 특성을 제어하기 위해 제1 전력 신호의 펄스 폭 및/또는 제2 전력 신호의 펄스 폭을 변경하도록, 제1 전력 신호의 하나 이상의 타이밍 파라미터, 제2 전력 신호의 하나 이상의 타이밍 파라미터, 및/또는 챔버 압력을 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 엄격하게 이에 제한되는 것은 아니지만, 플라즈마의 하나 이상의 특성은, 플라즈마 밀도, 플라즈마의 이온 플럭스 및/또는 이온 에너지를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 제1 전력 신호는 소스 전력 신호일 수 있다. 이러한 실시형태에서, 방법(700)은, 플라즈마의 플라즈마 밀도를 제어하기 위해, 제1 전력 신호의 펄스 온 시간을 조정함으로써, (단계(740)에서) 제1 전력 신호의 하나 이상의 타이밍 파라미터를 조정할 수 있다. 보다 구체적으로, 방법(700)은, 그러한 사이클 동안 발생된 측정 데이터에 기초하여, 펄스형 플라즈마 공정의 각각의 사이클 동안, 실시간으로, 제1 전력 신호의 펄스 온 시간을 조정함으로써, (단계 740에서) 제1 전력 신호의 하나 이상의 타이밍 파라미터를 조정할 수 있다. 예를 들어, 방법(700)은, 펄스형 플라즈마 공정의 각각의 사이클 동안 제1 전력 신호의 상승 에지를 탐지함으로써 (단계(730)에서) 측정 데이터를 생성할 수 있으며, 지정된 플라즈마 밀도를 유지하도록, 제1 전력 신호의 펄스 온 시간을 제어하기 위해, 펄스형 플라즈마 공정의 각각의 사이클 동안 제1 전력 신호의 하강 에지를 조정함으로써, (단계(740)에서) 제1 전력 신호의 하나 이상의 타이밍 파라미터를 조정할 수 있다.
다른 실시형태에서, 제2 전력 신호는 바이어스 전력 신호일 수 있다. 이러한 실시형태에서, 방법(700)은, 플라즈마의 이온 플럭스 및/또는 이온 에너지를 제어하기 위해, 제2 전력 신호의 펄스 온 시간을 조정함으로써, (단계(740)에서) 제2 전력 신호의 하나 이상의 타이밍 파라미터를 조정할 수 있다. 보다 구체적으로, 방법(700)은, 그러한 사이클 동안 발생된 측정 데이터에 기초하여, 펄스형 플라즈마 공정의 각각의 사이클 동안, 실시간으로, 제2 전력 신호의 펄스 온 시간을 조정함으로써, (단계 740에서) 제2 전력 신호의 하나 이상의 타이밍 파라미터를 조정할 수 있다. 예를 들어, 방법(700)은, 펄스형 플라즈마 공정의 각각의 사이클 동안 제2 전력 신호의 상승 에지를 탐지함으로써 (단계(730)에서) 측정 데이터를 생성할 수 있으며, 지정된 이온 플럭스 및/또는 이온 에너지를 유지하도록, 제2 전력 신호의 펄스 온 시간을 제어하기 위해, 펄스형 플라즈마 공정의 각각의 사이클 동안 제2 전력 신호의 하강 에지를 조정함으로써, (단계(740)에서) 제2 전력 신호의 하나 이상의 타이밍 파라미터를 조정할 수 있다.
일부 실시형태에서, 방법(700)은, 펄스형 플라즈마 공정의 현재 사이클 동안 제2 전력 신호의 펄스 온 시간이 조정되는 경우, (단계(740)에서) 펄스형 플라즈마 공정의 다음 사이클에서 제2 전력 신호의 하나 이상의 타이밍 파라미터를 조정할 수 있다. 예를 들어, 방법(700)은, 현재 사이클 동안 이루어진 조정에 기초하여, 펄스형 플라즈마 공정의 다음 사이클에서 제2 전력 신호의 펄스 온 시간 및 펄스 오프 시간을 조정할 수 있다.
본 명세서 전반에 걸쳐서 "일 실시형태" 또는 "실시형태"라는 언급은 실시형태와 관련하여 설명된 구체적인 특징, 구조, 재료, 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시형태에 포함됨을 의미하지만, 이들이 모든 실시형태에 존재한다는 것을 의미하지 않음을 유의한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸친 다양한 곳에서 "일 실시형태에서" 또는 "실시형태에서"라는 문구의 출현은 반드시 본 발명의 동일한 실시형태를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 구체적인 특징, 구조, 재료, 또는 특성은 하나 이상의 실시형태에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다. 다양한 추가적인 층 및/또는 구조물이 다른 실시형태에 포함될 수 있거나/포함될 수 있고, 설명된 특징이 다른 실시형태에서 생략될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같은 "기판"이라는 용어는 재료가 그 위에 형성된 기재 또는 구조물을 의미하고 포함한다. 기판은 단일 재료, 상이한 재료의 복수의 층, 그 안에 상이한 구조물 또는 상이한 재료의 영역을 갖는 층 또는 층들 등을 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 재료는 반도체, 절연체, 전도체, 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판은 반도체 기판, 지지 구조물 상의 베이스 반도체 층, 하나 이상의 층, 구조물 또는 영역이 그 위에 형성된 반도체 기판 또는 금속 전극일 수 있다. 기판은 통상적인 실리콘 기판, 또는 반도체 재료의 층을 포함하는 다른 벌크 기판일 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같은 "벌크 기판"이라는 용어는 실리콘 웨이퍼 뿐만 아니라, 실리콘-온-글라스(“SOG”) 기판 및 실리콘-온-사파이어("SOS") 기판과 같은, 실리콘-온-절연체("SOI") 기판, 베이스 반도체 토대 상의 실리콘의 에피택셜 층, 그리고 실리콘-게르마늄, 게르마늄, 갈륨 비소, 질화 갈륨, 및 인화 인듐과 같은 다른 반도체 또는 광전자 재료를 의미하고 포함한다. 기판은 도핑될 수 있거나 도핑되지 않을 수 있다.
기판을 처리하기 위한 시스템에서 플라즈마 공정 성능을 제어하기 위한 시스템 및 방법이 다양한 실시형태에서 설명된다. 기판은 소자, 특히 반도체 또는 다른 전자 소자의 임의의 재료 부분 또는 구조물을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 반도체 기판과 같은 베이스 기판 구조물, 또는 박막과 같이 베이스 기판 구조물 상에 있거나 위에 놓이는 층일 수 있다. 따라서, "기판"이라는 용어는 패턴화된 또는 패턴화되지 않은 임의의 특정한 베이스 구조물, 하부층 또는 상부층으로 한정되는 것으로 의도되는 것이 아니라, 오히려 임의의 그러한 층 또는 베이스 구조물, 그리고 층 및/또는 베이스 구조물의 임의의 조합물을 포함하는 것으로 고려된다. 경우에 따라, 소자 웨이퍼 또는 캐리어 웨이퍼와 같은, 패터닝된 또는 패터닝되지 않은 웨이퍼를 설명하기 위해 "기판"이라는 용어가 사용될 수 있다.
관련 기술 분야의 당업자는 다양한 실시형태가 하나 이상의 특정 세부 사항 없이 실시될 수 있거나, 다른 대체 및/또는 추가적인 방법, 재료, 또는 구성 요소와 함께 실시될 수 있음을 인식할 것이다. 다른 경우에, 잘 알려진 구조, 재료, 또는 작업은 본 발명의 다양한 실시형태의 양태를 불명료하게 하는 것을 방지하기 위해 상세히 도시되거나 설명되지 않는다. 유사하게, 설명의 목적으로, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 구체적인 수, 재료, 및 구성이 상술된다. 그럼에도 불구하고, 본 발명은 구체적인 세부 사항 없이 실시될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 다양한 실시형태는 예시적인 표현이며, 반드시 일정한 비율로 도시된 것은 아니라는 점을 이해한다.
설명된 시스템 및 방법의 추가적인 변형예 및 대안적인 실시형태는 본 설명을 고려하는 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 설명된 시스템 및 방법은 이러한 예시적인 방식으로 제한되지 않음을 인식할 것이다. 본원에서 도시되고 설명된 시스템 및 방법의 형태는 예시적인 실시형태로 간주되어야 함을 이해해야 한다. 구현예에서 다양한 변경이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 구체적인 실시형태를 참조하여 본원에 설명되지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한적인 의미가 아니라 예시적인 의미로 간주되어야 하며, 이러한 변형은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다. 또한, 구체적인 실시형태와 관련하여 본원에서 설명된 문제에 대한 임의의 이점, 장점, 또는 솔루션은, 임의의 또는 모든 청구항의 중요한, 필요한 또는 필수적인 특징 또는 요소로 해석되도록 의도되지 않는다.
Claims (35)
- 기판을 처리하기 위한 시스템에서 플라즈마 성능을 제어하기 위한 방법으로서,
상기 시스템은 하나 이상의 전원을 포함하며,
상기 방법은,
펄스형 플라즈마 공정으로 상기 기판을 처리하기 위해 플라즈마 공정 챔버 내에서 플라즈마를 발생시키도록, 상기 하나 이상의 전원으로부터의 제1 전력 신호를 상기 플라즈마 공정 챔버에 공급하는 단계로서, 상기 제1 전력 신호는, 상기 제1 전력 신호에 대한 펄스 온 시간 및 펄스 오프 시간을 지정하는 제1 세트의 타이밍 파라미터를 포함하는, 단계;
상기 하나 이상의 전원으로부터의 제2 전력 신호를 상기 플라즈마 공정 챔버에 공급하는 단계로서, 상기 제2 전력 신호는, 상기 제2 전력 신호에 대한 펄스 온 시간 및 펄스 오프 시간을 지정하는 제2 세트의 타이밍 파라미터를 포함하는, 단계;
상기 제1 전력 신호, 상기 제2 전력 신호, 상기 플라즈마, 및/또는 챔버 압력에 해당하는 측정 데이터를 생성하는 단계로서, 상기 측정 데이터는 상기 펄스형 플라즈마 공정이 수행됨에 따라 실시간으로 생성되는, 단계; 및
상기 측정 데이터에 응답하여, 상기 플라즈마 공정 동안 상기 플라즈마의 하나 이상의 특성을 제어하기 위해, 상기 제1 전력 신호의 펄스 폭 및/또는 상기 제2 전력 신호의 펄스 폭을 변경하도록, 상기 제1 전력 신호의 하나 이상의 타이밍 파라미터, 상기 제2 전력 신호의 하나 이상의 타이밍 파라미터, 및/또는 상기 챔버 압력을 조정하는 단계를 포함하는,
기판을 처리하기 위한 시스템에서 플라즈마 성능을 제어하기 위한 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 전력 신호를 공급하는 단계 및 상기 제2 전력 신호를 공급하는 단계는, 단일 전원으로부터 상기 제1 전력 신호 및 상기 제2 전력 신호를 공급하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 전력 신호를 공급하는 단계는, 제1 전원으로부터 상기 제1 전력 신호를 공급하는 단계를 포함하며,
상기 제2 전력 신호를 공급하는 단계는, 상기 제1 전원과 상이한 제2 전원으로부터 상기 제2 전력 신호를 공급하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 측정 데이터를 생성하는 단계는, 현장 측정 데이터를 생성하는 단계를 포함하는, 방법. - 제4항에 있어서,
상기 측정 데이터를 생성하는 단계는,
상기 플라즈마 공정 챔버 내에서 발생된 상기 플라즈마의 광 강도 또는 광 방출 스펙트럼; 및/또는
상기 플라즈마 공정 챔버 내에서 발생된 상기 플라즈마의 직류 전압(Vdc) 레벨
중 하나 이상을 측정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 측정 데이터를 생성하는 단계는, 현장외 측정 데이터를 생성하는 단계를 포함하는, 방법. - 제6항에 있어서,
상기 측정 데이터를 생성하는 단계는,
상기 제1 전력 신호의 전력, 전압, 전류 및/또는 위상;
상기 제2 전력 신호의 전력, 전압, 전류 및/또는 위상; 및
상기 제1 전력 신호 및/또는 상기 제2 전력 신호의 적어도 하나의 고조파의 전력, 전압, 전류 및/또는 위상
중 하나 이상을 측정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
제어되는 상기 플라즈마의 상기 하나 이상의 특성은, 플라즈마 밀도, 전자 온도, 가스 해리, 에칭 재료 선택비, 상기 플라즈마의 이온 플럭스 및/또는 이온 에너지를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 전력 신호는 소스 전력 신호이며,
상기 조정하는 단계는, 상기 플라즈마의 플라즈마 밀도를 제어하기 위해, 상기 제1 전력 신호의 상기 펄스 온 시간을 조정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제9항에 있어서,
상기 조정하는 단계는, 상기 펄스형 플라즈마 공정의 사이클 동안, 상기 사이클 동안 생성된 상기 측정 데이터에 기초하여, 실시간으로 상기 제1 전력 신호의 상기 펄스 온 시간을 조정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제9항에 있어서,
상기 측정 데이터를 생성하는 단계는, 상기 펄스형 플라즈마 공정의 사이클 동안, 상기 제1 전력 신호의 상승 에지를 탐지하는 단계를 포함하며,
상기 조정하는 단계는, 지정된 플라즈마 밀도를 유지하도록, 상기 제1 전력 신호의 상기 펄스 온 시간을 제어하기 위해, 상기 펄스형 플라즈마 공정의 상기 사이클 동안, 상기 제1 전력 신호의 하강 에지를 조정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제2 전력 신호는 바이어스 전력 신호이며,
상기 조정하는 단계는, 상기 플라즈마의 이온 플럭스 및/또는 이온 에너지를 제어하기 위해, 상기 제2 전력 신호의 상기 펄스 온 시간을 조정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제12항에 있어서,
상기 조정하는 단계는, 상기 펄스형 플라즈마 공정의 사이클 동안, 상기 사이클 동안 생성된 상기 측정 데이터에 기초하여, 실시간으로 상기 제2 전력 신호의 상기 펄스 온 시간을 조정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제12항에 있어서,
상기 측정 데이터를 생성하는 단계는, 상기 펄스형 플라즈마 공정의 각각의 사이클 동안, 상기 제2 전력 신호의 상승 에지를 탐지하는 단계를 포함하며,
상기 조정하는 단계는, 지정된 이온 플럭스 및/또는 이온 에너지를 유지하도록, 상기 제2 전력 신호의 상기 펄스 온 시간을 제어하기 위해, 상기 펄스형 플라즈마 공정의 각각의 사이클 동안, 상기 제2 전력 신호의 하강 에지를 조정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제12항에 있어서,
상기 펄스형 플라즈마 공정의 현재 사이클 동안 상기 제2 전력 신호의 상기 펄스 온 시간이 조정되는 경우, 상기 조정하는 단계는, 상기 현재 사이클 동안 이루어진 상기 조정에 기초하여, 상기 펄스형 플라즈마 공정의 다음 사이클에서 상기 제2 전력 신호의 상기 펄스 온 시간 및 상기 펄스 오프 시간을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 조정하는 단계는, 상기 제1 전력 신호와 상기 제2 전력 신호 간의 상대적 타이밍을 제어하도록 수행되는, 방법. - 제16항에 있어서,
상기 조정하는 단계는, 상기 제1 전력 신호의 상기 펄스 오프 시간과 상기 제2 전력 신호의 상기 펄스 온 시간 간의 시간을 제어하도록 수행되는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 측정 데이터를 생성하는 단계는, 단일 측정 장치를 사용하여, 상기 플라즈마 공정 챔버에 공급된 다수의 플라즈마 펄싱 피드로부터 상기 플라즈마 내의 펄스를 측정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 측정 데이터를 생성하는 단계는, (a) 상기 제1 전력 신호의 전력, 전압 또는 전류, (b) 상기 제2 전력 신호의 전력, 전압 또는 전류, 및/또는 (c) 상기 제1 전력 신호 또는 상기 제2 전력 신호의 고조파의 전력, 전압 또는 전류를 측정하는 동안, 상기 플라즈마의 광 방출 스펙트럼을 측정하는 단계를 포함하며,
상기 방법은, 상기 플라즈마의 상기 광 방출 스펙트럼을 (a) 상기 제1 전력 신호의 상기 전력, 전압 또는 전류, (b) 상기 제2 전력 신호의 상기 전력, 전압 또는 전류, 또는 (c) 상기 제1 전력 신호 또는 상기 제2 전력 신호의 상기 고조파의 상기 전력, 상기 전압 또는 상기 전류와 비교하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 측정 데이터를 생성하는 단계는, 상기 플라즈마 공정 챔버 내의 상기 챔버 압력을 측정하는 단계를 포함하며,
상기 조정하는 단계는, 상기 플라즈마의 상기 하나 이상의 특성을 제어하기 위해, 상기 플라즈마 공정 동안 상기 챔버 압력을 조정하는 단계를 포함하는, 방법. - 기판을 처리하기 위한 시스템으로서,
상기 시스템은,
펄스형 플라즈마 공정으로 상기 기판을 처리하도록 구성된 플라즈마 공정 챔버;
상기 플라즈마 공정 챔버 내에서 플라즈마를 발생시키기 위해, 제1 전력 신호 및 제2 전력 신호를 상기 플라즈마 공정 챔버에 공급하도록 결합된 하나 이상의 전원으로서, 상기 제1 전력 신호는, 상기 제1 전력 신호에 대한 펄스 온 시간 및 펄스 오프 시간을 지정하는 제1 세트의 타이밍 파라미터를 포함하고, 상기 제2 전력 신호는, 상기 제2 전력 신호에 대한 펄스 온 시간 및 펄스 오프 시간을 지정하는 제2 세트의 타이밍 파라미터를 포함하는, 하나 이상의 전원;
상기 제1 전력 신호, 상기 제2 전력 신호, 상기 플라즈마, 또는 챔버 압력에 해당하는 측정 데이터를 생성하도록 구성된 하나 이상의 측정 장치로서, 상기 측정 데이터는, 상기 펄스형 플라즈마 공정이 상기 플라즈마 공정 챔버 내에서 수행됨에 따라 실시간으로 생성되는, 하나 이상의 측정 장치; 및
상기 하나 이상의 전원 및 상기 하나 이상의 측정 장치에 결합된 제어기로서, 상기 측정 데이터에 응답하여, 상기 제어기는, 상기 플라즈마 공정 동안 하나 이상의 플라즈마 특성을 제어하기 위해, 상기 제1 전력 신호의 펄스 폭 및/또는 상기 제2 전력 신호의 펄스 폭을 변경하도록, 상기 제1 전력 신호의 하나 이상의 타이밍 파라미터, 상기 제2 전력 신호의 하나 이상의 타이밍 파라미터, 및/또는 상기 챔버 압력을 조정하도록 구성되는, 제어기를 포함하는,
기판을 처리하기 위한 시스템. - 제21항에 있어서,
상기 제1 전력 신호 및 상기 제2 전력 신호는 단일 전원으로부터 공급되는, 시스템. - 제21항에 있어서,
상기 제1 전력 신호는 제1 전원으로부터 공급되며,
상기 제2 전력 신호는 상기 제1 전원과 상이한 제2 전원으로부터 공급되는, 시스템. - 제21항에 있어서,
상기 측정 데이터는,
상기 제1 전력 신호의 전력, 전압, 전류 및/또는 위상;
상기 제1 전력 신호의 고조파의 전력, 전압 또는 전류;
상기 제2 전력 신호의 전력, 전압, 전류 및/또는 위상;
상기 제2 전력 신호의 고조파의 전력, 전압 또는 전류;
상기 플라즈마 공정 챔버 내에서 발생된 상기 플라즈마의 광 강도 또는 광 방출 스펙트럼;
상기 플라즈마 공정 챔버 내에서 발생된 상기 플라즈마의 직류 전압(Vdc) 레벨; 및
상기 플라즈마 공정 챔버 내의 상기 챔버 압력
중 하나 이상을 포함하는, 시스템. - 제21항에 있어서,
상기 제1 전력 신호는 소스 전력 신호이며,
상기 제어기는, 상기 플라즈마의 플라즈마 밀도를 제어하기 위해, 상기 제1 전력 신호의 상기 펄스 온 시간을 조정하도록 구성되는, 시스템. - 제25항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 펄스형 플라즈마 공정의 사이클 동안, 상기 사이클 동안 상기 하나 이상의 측정 장치에 의해 생성된 상기 측정 데이터에 기초하여, 실시간으로 상기 제1 전력 신호의 상기 펄스 온 시간을 조정하도록 구성되는, 시스템. - 제24항에 있어서,
상기 하나 이상의 측정 장치는, 상기 펄스형 플라즈마 공정의 사이클 동안 상기 제1 전력 신호의 상승 에지를 탐지하도록 구성되며,
상기 하나 이상의 측정 장치에 의해 탐지된 상기 제1 전력 신호의 상기 상승 에지에 기초하여, 상기 제어기는, 지정된 플라즈마 밀도를 유지하도록, 상기 제1 전력 신호의 상기 펄스 온 시간을 제어하기 위해, 상기 펄스형 플라즈마 공정의 상기 사이클 동안 상기 제1 전력 신호의 하강 에지를 조정하도록 구성되는, 시스템. - 제21항에 있어서,
상기 제2 전력 신호는 바이어스 전력 신호이며,
상기 제어기는, 상기 플라즈마의 이온 플럭스 및/또는 이온 에너지를 제어하기 위해, 상기 제2 전력 신호의 상기 펄스 온 시간을 조정하도록 구성되는, 시스템. - 제28항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 펄스형 플라즈마 공정의 사이클 동안, 상기 사이클 동안 생성된 상기 측정 데이터에 기초하여, 실시간으로 상기 제2 전력 신호의 상기 펄스 온 시간을 조정하도록 구성되는, 시스템. - 제28항에 있어서,
상기 하나 이상의 측정 장치는, 상기 펄스형 플라즈마 공정의 사이클 동안 상기 제2 전력 신호의 상승 에지를 탐지하도록 구성되며,
상기 하나 이상의 측정 장치에 의해 탐지된 상기 제2 전력 신호의 상기 상승 에지에 기초하여, 상기 제어기는, 지정된 이온 플럭스 및/또는 이온 에너지를 유지하도록, 상기 제2 전력 신호의 상기 펄스 온 시간을 제어하기 위해, 상기 펄스형 플라즈마 공정의 상기 사이클 동안 상기 제2 전력 신호의 하강 에지를 조정하도록 구성되는, 시스템. - 제28항에 있어서,
상기 펄스형 플라즈마 공정의 현재 사이클 동안 상기 제2 전력 신호의 상기 펄스 온 시간이 조정되는 경우, 상기 제어기는, 상기 현재 사이클 동안 이루어진 상기 조정에 기초하여, 상기 펄스형 플라즈마 공정의 다음 사이클에서 상기 제2 전력 신호의 상기 펄스 온 시간 및 상기 펄스 오프 시간을 조정하도록 추가로 구성되는, 시스템. - 제21항에 있어서,
하나 이상의 측정 장치는, 상기 펄스형 플라즈마 공정 동안 상기 플라즈마 공정 챔버 내의 상기 챔버 압력을 측정하도록 구성되며,
상기 제어기는, 지정된 플라즈마 밀도, 이온 플럭스 및/또는 이온 에너지를 유지하기 위해, 상기 펄스형 플라즈마 공정 동안 상기 챔버 압력을 조정하도록 구성되는, 시스템. - 기판을 처리하기 위한 시스템으로서,
상기 시스템은,
펄스형 플라즈마 공정으로 상기 기판을 처리하도록 구성된 플라즈마 공정 챔버로서, 상기 플라즈마 공정 챔버는 제1 전력 전달 시스템 및 제2 전력 전달 시스템을 포함하는, 플라즈마 공정 챔버;
상기 플라즈마 공정 챔버 내에서 플라즈마를 발생시키기 위해, 제1 전력 신호를 상기 제1 전력 전달 시스템에 공급하도록 결합된 제1 전원으로서, 상기 제1 전력 신호는, 상기 제1 전력 신호에 대한 펄스 온 시간 및 펄스 오프 시간을 지정하는 제1 세트의 타이밍 파라미터를 포함하는, 제1 전원;
제2 전력 신호를 상기 제2 전력 전달 시스템에 공급하도록 결합된 제2 전원으로서, 상기 제2 전력 신호는, 상기 제2 전력 신호에 대한 펄스 온 시간 및 펄스 오프 시간을 지정하는 제2 세트의 타이밍 파라미터를 포함하는, 제2 전원;
상기 펄스형 플라즈마 공정이 상기 플라즈마 공정 챔버 내에서 수행됨에 따라 실시간으로 측정 데이터를 생성하도록 구성된 하나 이상의 측정 장치로서, 상기 측정 데이터는, (a) 상기 제1 전력 신호 및/또는 상기 제2 전력 신호에 해당하는 현장외 측정 데이터, 및 (b) 상기 플라즈마 공정 챔버 내의 챔버 압력 또는 상기 플라즈마에 해당하는 현장 측정 데이터를 포함하는, 하나 이상의 측정 장치; 및
상기 제1 전원, 상기 제2 전원, 및 상기 하나 이상의 측정 장치에 결합된 제어기로서, 상기 측정 데이터에 응답하여, 상기 제어기는, 상기 펄스형 플라즈마 공정 동안 하나 이상의 플라즈마 특성을 제어하기 위해, 상기 제1 전력 신호의 펄스 폭 및/또는 상기 제2 전력 신호의 펄스 폭을 변경하도록, 상기 제1 전력 신호의 하나 이상의 타이밍 파라미터, 상기 제2 전력 신호의 하나 이상의 타이밍 파라미터, 및/또는 상기 챔버 압력을 조정하도록 구성되는, 제어기를 포함하는,
기판을 처리하기 위한 시스템. - 제33항에 있어서,
상기 하나 이상의 측정 장치에 의해 생성된 상기 현장 측정 데이터는,
상기 플라즈마 공정 챔버 내에서 발생된 상기 플라즈마의 광 강도 또는 광 방출 스펙트럼;
상기 플라즈마 공정 챔버 내에서 발생된 상기 플라즈마의 직류 전압(Vdc) 레벨; 및
상기 플라즈마 공정 챔버 내의 상기 챔버 압력
중 하나 이상을 포함하는, 시스템. - 제33항에 있어서,
상기 하나 이상의 측정 장치에 의해 생성된 상기 현장외 측정 데이터는,
상기 제1 전력 신호의 전력, 전압, 전류 및/또는 위상;
상기 제1 전력 신호의 고조파의 전력, 전압, 전류 및/또는 위상;
상기 제2 전력 신호의 전력, 전압, 전류 및/또는 위상; 및
상기 제2 전력 신호의 고조파의 전력, 전압, 전류 및/또는 위상
중 하나 이상을 포함하는, 시스템.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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