KR20240023131A - 프로세스 챔버들의 라디오 주파수 전극 임피던스들을 제어하기 위한 방법들 및 장치 - Google Patents

프로세스 챔버들의 라디오 주파수 전극 임피던스들을 제어하기 위한 방법들 및 장치 Download PDF

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Abstract

프로세스 챔버에서 플라즈마를 제어하기 위한 방법들 및 장치는 접지에 대한 RF 경로를 제공하는 RF 종결 필터를 활용한다. 일부 실시예들에서, 장치는 DC 전력 공급기와 정전 척에 매립된 전극들 사이에 전기적으로 연결되도록 구성된 DC 필터 ― DC 필터는 DC 전력 공급기로부터의 DC 전류가 DC 필터를 통해 흐르는 것을 차단하도록 구성됨 ―; 및 DC 필터와 프로세스 챔버의 RF 접지 사이에 전기적으로 연결되도록 구성된 RF 종결 필터를 포함할 수 있고, RF 종결 필터는 RF 접지에 대한 전극들의 임피던스를 조정하도록 구성된다.

Description

프로세스 챔버들의 라디오 주파수 전극 임피던스들을 제어하기 위한 방법들 및 장치
[0001] 본 원리들의 실시예들은 일반적으로 반도체 제조에 관한 것이다.
[0002] 일부 반도체 프로세스 챔버들에서, 기판들 상에 막들을 증착하기 위해 플라즈마가 사용된다. 플라즈마는 기판뿐만 아니라 프로세스 챔버 차폐 상에도 타깃 재료를 스퍼터링한다. 타깃 재료가 금속 산화물인 경우, RF 전력은 전형적으로 타깃을 스퍼터링하여 기판 상에 유전체 재료를 증착하는 데 사용된다. 증착 동안, 프로세스 챔버 차폐가 또한 유전체 재료로 코팅된다. 프로세스 챔버 내부에 유전체 재료의 빌드업(buildup)은 RF용 접지에 대한 높은 임피던스 경로를 생성한다. 임피던스가 증가함에 따라, RF는 접지에 대한 더 낮은 임피던스 경로들을 찾을 것이며, 이는 프로세스 챔버의 프로세싱 볼륨 외부에의 플라즈마의 형성을 야기할 수 있다. 누출된 플라즈마는 프로세싱 볼륨에서 한정된 플라즈마의 밀도를 감소시켜, 저품질의 증착들을 야기한다. RF에 대한 더 낮은 일부 임피던스 경로들은 손상된 챔버 컴포넌트들로 이어질 수 있다.
[0003] 따라서, 발명자들은 막 성능, 챔버 컴포넌트 지속성(chamber component longevity) 및 기판 수율들을 증가시키는, 프로세스 챔버에 낮은 임피던스 RF 경로를 제공하기 위한 개선된 방법들 및 장치를 제공하였다.
[0004] 프로세스 챔버들에 대한 낮은 임피던스 RF 경로들을 제공하기 위한 방법들 및 장치가 본원에서 제공된다.
[0005] 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버에서 RF 전류를 제어하기 위한 장치는, 정전 척에 매립된 적어도 하나의 전극과 DC 전력 공급기 사이에 전기적으로 연결되도록 구성된 DC 필터 ― DC 필터는 DC 전력 공급기로부터의 DC 전류가 DC 필터를 통해 흐르는 것을 차단하도록 구성됨 ―, 및 DC 필터와 프로세스 챔버의 RF 접지 사이에 전기적으로 연결되도록 구성된 RF 종결 필터를 포함할 수 있으며, 여기서 RF 종결 필터는 RF 접지에 대한 적어도 하나의 전극의 임피던스를 조정하도록 구성된다.
[0006] 일부 실시예들에서, 장치는, DC 필터는 DC 전력 공급기의 양의 리드(lead)와 RF 종결 필터 사이에 연결된 적어도 하나의 커패시터 및 DC 전력 공급기의 음의 리드와 RF 종결 필터 사이에 연결된 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 것, RF 종결 필터는 DC 필터와 RF 접지 사이에 배치되도록 구성되는 병렬의 복수의 커패시터들을 포함하는 것, RF 종결 필터의 임피던스는 튜닝 가능한 것, RF 종결 필터는 RF 종결 필터의 임피던스의 튜닝을 제공하기 위해 RF 종결 필터의 공진 주파수의 변경을 허용하도록 구성되는 적어도 하나의 가변 커패시터 및 적어도 하나의 인덕터를 포함하는 것, RF 종결 필터는 전압/전류 센서를 포함하는 것, 전압/전류 센서는 RF 종결 필터에 연결되는 제어기에 연결되고, 제어기는 RF 종결 필터의 임피던스의 조정을 통해 적어도 하나의 전극의 임피던스를 자동으로 변경하도록 구성되는 것, 제어기는 RF 종결 필터에 걸리는 전압 레벨을 유지하거나 RF 종결 필터를 통하는 전류 레벨을 유지하기 위해 적어도 하나의 전극의 임피던스를 자동으로 변경하는 것, 그리고/또는 RF 종결 필터의 전압 또는 전류는 챔버 프로세스 조건 드리프트에 적어도 부분적으로 기초하여 제어기에 의해 조정되도록 구성되는 것을 더 포함할 수 있다.
[0007] 일부 실시예들에서, 기판들을 프로세싱하기 위한 장치는, 플라즈마를 한정하도록 구성된 프로세싱 볼륨을 갖는 프로세스 챔버, RF 전력 공급기에 전기적으로 연결된 프로세스 챔버의 상부 전극, 정전 척 조립체에 매립되고 RF 필터를 통해 DC 전력 공급기에 전기적으로 연결된 프로세스 챔버의 적어도 하나의 하부 전극, 적어도 하나의 AC 필터를 통해 AC 전력 공급기에 전기적으로 연결되는 정전 척 조립체에 매립된 프로세스 챔버의 적어도 하나의 AC 히터, DC 전력 공급기의 RF 필터와 정전 척 조립체에 매립된 적어도 하나의 하부 전극 사이에 전기적으로 연결되도록 구성된 DC 필터 ― DC 필터는 DC 전력 공급기로부터의 DC 전류가 DC 필터를 통해 흐르는 것을 차단하도록 구성됨 ―, 및 DC 필터와 프로세스 챔버의 RF 접지 사이에 전기적으로 연결되도록 구성된 RF 종결 필터를 포함할 수 있으며, RF 종결 필터는 RF 접지에 대한 적어도 하나의 하부 전극의 임피던스를 변경하도록 구성된다.
[0008] 일부 실시예들에서, 장치는, DC 필터는 RF 필터의 양의 단자와 RF 종결 필터 사이에 연결된 적어도 하나의 커패시터 및 RF 필터의 음의 단자와 RF 종결 필터 사이에 연결된 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 것, RF 종결 필터는 DC 필터와 RF 접지 사이에 배치되도록 구성되는 병렬의 복수의 커패시터들을 포함하는 것, RF 종결 필터의 임피던스는 튜닝 가능한 것, RF 종결 필터는 RF 종결 필터의 임피던스 및 하부 전극의 임피던스의 튜닝을 제공하기 위해 RF 종결 필터의 공진 주파수의 변경을 허용하도록 구성되는 적어도 하나의 가변 커패시터 및 적어도 하나의 인덕터를 포함하는 것, RF 종결 필터는 전압/전류 센서를 포함하고, 전압/전류 센서는 RF 종결 필터에 연결되는 제어기에 연결되고, 제어기는 RF 종결 필터의 임피던스의 조정을 통해 프로세스 챔버 내 하부 전극의 임피던스를 자동으로 조정하도록 구성되는 것, 그리고/또는 제어기는 RF 종결 필터에 걸리는 전압 레벨을 유지하거나 RF 종결 필터를 통하는 전류 레벨을 유지하기 위해 프로세스 챔버 내 하부 전극의 임피던스를 자동으로 조정하도록 구성되는 것을 더 포함할 수 있다.
[0009] 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버에서 RF 전류를 제어하는 방법은, 프로세스 챔버의 정전 척 내 전극들과 DC 전력 공급기 사이에 접지에 대한 RF 경로를 설정하는 단계, DC 전력 공급기로부터 발생된 DC 전류가 접지에 대한 RF 경로에 진입하는 것을 차단하는 단계, 및 RF 종결 필터의 임피던스 값에 적어도 기초하여 RF 전류 흐름을 제어하도록 구성된 RF 종결 필터를 사용하여 접지에 대한 RF 경로를 통해 흐르는 RF 전류를 조정함으로써 정전 척 내 전극들의 임피던스를 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
[0010] 일부 실시예들에서, 방법은, RF 종결 필터를 통한 전류 레벨 또는 RF 종결 필터에 걸리는 전압 레벨에 적어도 기초하여 접지에 대한 RF 경로를 통해 흐르는 RF 전류를 제어하는 단계, RF 종결 필터의 임피던스 값을 자동으로 변경함으로써 프로세스 챔버 내 전극들의 임피던스를 자동으로 변경하는 단계, 및/또는 챔버 프로세스 조건 드리프트에 적어도 기초하여 RF 종결 필터의 임피던스 값을 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.
[0011] 다른 및 추가 실시예들이 아래에서 개시된다.
[0012] 위에서 간략히 요약되고 아래에서 더 상세히 논의되는 본 원리들의 실시예들은 첨부된 도면들에 묘사된 본 원리들의 예시적인 실시예들을 참조하여 이해될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 원리들의 단지 전형적인 실시예들을 예시하는 것이므로 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하는데, 이는 본 원리들이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0013] 도 1은 본 원리들의 일부 실시예들에 따른 프로세스 챔버의 단면도를 도시한다.
[0014] 도 2는 본 원리들의 일부 실시예들에 따라 하강된 페데스탈을 갖는 프로세스 챔버의 섹션의 단면도를 묘사한다.
[0015] 도 3은 본 원리들의 일부 실시예들에 따라 상승된 페데스탈을 갖는 프로세스 챔버의 섹션의 단면도를 묘사한다.
[0016] 도 4는 본 원리들의 일부 실시예들에 따른 AC 히터 EMI 회로의 개략도를 묘사한다.
[0017] 도 5는 본 원리들의 일부 실시예들에 따른 장치의 블록 개략도를 묘사한다.
[0018] 도 6은 본 원리들의 일부 실시예들에 따른 정적 장치의 개략도를 묘사한다.
[0019] 도 7은 본 원리들의 일부 실시예들에 따른 프로세스 챔버 내 전압들의 그래프를 묘사한다.
[0020] 도 8은 본 원리들의 일부 실시예들에 따른 프로세스 챔버 내 컴포넌트들의 온도들의 그래프를 묘사한다.
[0021] 도 9는 본 원리들의 일부 실시예들에 따른 프로세스 챔버에서 RF 전류를 제어하는 방법이다.
[0022] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 도면들은 실척대로 그려지지 않으며, 명확성을 위해 단순화될 수 있다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 특징들은 추가의 언급없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있다.
[0023] 방법들 및 장치는 RF 전극들의 임피던스를 튜닝하고 접지에 대한 RF 종결을 제공하기 위한 혁신적인 튜닝 하드웨어 및 프로세스들을 제공한다. 본 원리들의 방법들 및 장치는 한정된 모드(타깃, 페데스탈 및 주변 차폐부들에 의해 정의된 바람직한 메인 플라즈마 프로세싱 볼륨 내에 한정됨)로부터 한정되지 않은 플라즈마 또는 누출 모드로 이동하는 플라즈마를 해결(resolving)하고 페데스탈 히터들을 위한 AC 라인들에 사용되는 EMI(electromagnetic interference) 필터의 RF 과열 및 연소를 또한 해결하는 데 용이하다. 일부 프로세스 챔버들에서, 정전 척(ESC) 전극들로부터 페데스탈 내 가열 엘리먼트들, 및 최종적으로는 AC 히터 EMI 필터들 내부의 접지 경로까지의 용량성 커패시터를 통해 RF 종결이 간접적으로 달성된다. 상업적으로 입수 가능한 EMI 필터들은 크기가 콤팩트하고, 예컨대, 13.56MHz 등과 같은 RF 주파수들에서의 동작을 위해 설계되지 않았다. RF 주파수들에서 EMI 필터들의 임피던스는 매우 높진 않아, 상당한 RF 가열, 빠른 온도 상승, 때로는 심각한 상황에서 EMI 필터들의 연소를 야기한다. 본 원리들의 방법들 및 장치는 누출된 플라즈마 및 EMI 필터들의 RF 과열에 대한 솔루션들을 제공한다. 혁신적인 튜닝 하드웨어 및 프로세스들은 전극들 및 또한, AC 가열 엘리먼트들에서 RF 전압들을 실질적으로 감소시켜 한정된 플라즈마를 달성하고 EMI 라인 필터들 상의 RF 가열을 실질적으로 감소시키도록, 접지로 RF를 종결시키고 RF 접지에 대한 전극들의 임피던스를 추가로 튜닝하기 위한 경로를 제공한다.
[0024] 도 1은 일부 실시예들에 따른 프로세스 챔버(102)의 단면도(100)를 묘사한다. 프로세스 챔버(102)는 플라즈마(152)가 형성되는 프로세싱 볼륨(112)을 포함한다. 플라즈마(152)는 타깃(104)에 연결된 매칭 네트워크(170)를 통해 RF 전원(106)에 의해 공급되는 RF 전력을 사용하여 생성된다. 일부 실시예들에서, 펄스형 DC 전원은 금속 재료 타깃과 함께 사용될 수 있다. 마그네트론 조립체(108)는 또한 플라즈마를 생성하는 데 사용될 수 있다. 마그네트론 조립체(108)는 z축으로 회전하고 매우 강한 로컬 자기장을 생성하여 플라즈마 밀도를 향상시키기 위해 플라즈마 내 전자들을 한정한다. 타깃(104)은 접지된 프로세스 챔버(102)의 나머지로부터 타깃(104)을 전기적으로 격리하기 위한 아이솔레이터들(110)을 갖는 상부 또는 최상부 전극으로서 작용한다. 기판(120)은 기판(120)을 정전기적으로 척킹하기 위한 전극들(122)을 포함하는 페데스탈(126)에 의해 지지된다. 일부 실시예들에서, 전극들(122)은 원형 또는 다른 패턴(미도시)으로 배열된 다수의 패드들을 포함할 수 있다. 전극들(122)은 고전압 DC 전력 공급기(134)로부터의 RF 전류들을 차단하는 RF 필터(132)를 통해 고전압 DC 전력 공급기(134)에 DC 도관들(130)을 통해 연결된다.
[0025] 전극들(122)은 기판의 정전 척킹을 위해 DC 전류를 전도하고 플라즈마 생성 동안 최하부 RF 전극으로서 이중 목적을 수행할 수 있다. 일부 경우들에서, 전극들(122) 상의 RF는 전극들(122) 상의 RF 전압이 높아지고 AC 라인들과 결합될 때 히터(124)에 용량 결합될 수 있다. 그 후, RF는 AC 라인들을 따라 EMI(electromagnetic interference) 필터들(138)에서 접지로 전해진다. 고전압 DC 전력 공급기(134)는 양의 리드(154), 음의 리드(156) 및 기준 접지(158)를 갖는다. 고전압 DC 전력 공급기(134)는 증착 프로세싱 동안 기판을 페데스탈(126)에 정전기적으로 홀딩하기 위해 페데스탈(126)의 표면 상에 양의 DC 전하 및 음의 DC 전하를 생성한다. 페데스탈(126)은 또한 증착 프로세스들 동안 기판(120)을 가열할 수 있는, 전극들(122) 아래에 매립된 히터들(124)을 포함한다. 히터들(124)은 AC 도관들(128)에 의해 하나 이상의 EMI 필터들(138)을 통해 AC 히터 전력 공급기(136)에 연결된다. EMI 필터들(138)은 AC 전력 라인들을 통해 이동하는 임의의 RF를 차단하려고 시도한다. 일부 실시예들에서, 히터(124)는 내부 존 및 외부 존으로 분할되어 상이한 존들의 상이한 온도 제어를 허용할 수 있다.
[0026] 초기에, 프로세싱 동안, 프로세스 차폐부(118)는 양호한 RF 접지 경로를 제공한다. 프로세스 차폐부(118)는 스테인레스 스틸 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세스 차폐부는 프로세스 차폐부의 접지 표면적을 증가시키는 데 도움이 되도록 '물결 모양(wavy)' 벽들(미도시)로 형성될 수 있다. 타깃의 증착 후, 프로세스 차폐부(118)는 프로세스 차폐부(118)의 RF 임피던스를 상승시키는 유전체 재료로 코팅되고, RF는 더 낮은 RF 임피던스들을 갖는 접지에 대한 다른 경로들을 찾는다. 접지에 대한 하나의 이러한 RF 경로는 AC 히터 전력 공급기(136)에 대한 EMI 필터들(138)을 통하는 것이다. 전극들(122)의 RF 전력은 히터들(124)과 결합되고, RF 전류는 AC 도관들을 통해 그리고 EMI 필터들(138)로 흐른다. 도 4의 도면(400)에 묘사된 바와 같이, EMI 필터들(138)은 AC 히터 라인들로부터 EMI를 필터링하기 위해 커패시터들(C1, C2)과 병렬의 저항기들(R1, R2)과 함께 인덕터들(L1, L2)을 갖는다. 커패시터들(C3, C4, C5)은 라인들로부터 접지로 연결되고 RF 전류들에 대해 접지(150)에 대한 제1 대안 RF 경로를 제공한다. RF 전류들이 EMI 필터들(138)을 통해 접지로 이동함에 따라, RF 전류들은 EMI 필터들(138)을 가열하여 EMI 필터들(138)의 상당한 가열 및 가능한 열적 손상을 야기한다. EMI 필터들(138)의 가열을 감소시키기 위해 RF 전류 흐름을 감소시키도록 커패시터들(C3, C4, C5)의 커패시터 값들이 감소되는 경우, RF 전류는 접지에 대한 덜 제한적인 다른 경로를 찾도록 강제된다. 즉, EMI 필터의 RF 가열을 감소시키기 위해, 더 높은 임피던스가 필요로 되고, RF 전류들에 대해 접지에 대한 더 양호한 경로를 획득하기 위해 더 낮은 임피던스가 필요하다. 상당한 절충들 없이는 상충되는 요건들이 동시에 해결될 수 없다.
[0027] 발명자들에 의해 관찰된 다른 이슈는 일부 프로세스 챔버들에 의해 생산된 증착 막들의 유형에 기인한다. 프로세스 챔버(102)는 폭넓은 애플리케이션들을 위해 TiO2 및 AlO2O3와 같은 금속 산화물 막들, PZT(lead zirconate titanate) 및 PMNPT(lead magnesium niobate-lead titanate)와 같은 압전 막들을 증착하는 데 사용되는 PVD(physical vapor deposition) 플라즈마 프로세스 챔버일 수 있다. 증착들은 일반적으로 프로세스 챔버(102)의 프로세싱 볼륨(112)과 페데스탈(126) 아래의 프로세싱 볼륨(112) 외부 영역들 사이에 간격 또는 갭을 형성하기 위해 더 높은 전력(예컨대, 2500W 이상) 및 페데스탈(126)의 상승을 요구한다. 도 2의 단면도(200)에서, 페데스탈(126)은 하강된 상태에 있고 커버 링(202)은 프로세스 차폐부(118)의 위쪽 립 상에 놓인다. 커버 링(202) 및 프로세스 차폐부(118)가 접촉할 때, 프로세싱 볼륨(112) 내 플라즈마가 페데스탈(126) 아래의 영역들에 진입하도록 허용하는 갭이 존재하지 않는다. 플라즈마(152)는 필수적으로 타깃(104), 프로세스 차폐부(118) 및 페데스탈(126)에 의해 프로세싱 볼륨(112) 내에서 '한정'된다. 플라즈마(152)가 프로세싱 볼륨(112) 내에 있을 때, 플라즈마는 한정된 영역(114)에서 '한정된 플라즈마'로서 표시된다.
[0028] 일부 증착 프로세스들은 도 3의 도면들(300A 및 300B)에 묘사된 갭(308)을 요구하기 때문에, 일부 잔류 이온화된 종들(306)은 프로세싱 볼륨(112) 및 한정된 영역(114)으로부터 페데스탈(126) 아래의 하부 구역 및 한정되지 않은 영역(116)으로 누출될 수 있다. 갭(308)은 도면들(300A 및 300B)의 기판 부분(304)에 도시된다. 프로세스 챔버(102)에서 RF 동작에 대한 주요 난제들 중 하나는 프로세싱 볼륨(112) 내에 한정된 안정적이고 한정된 플라즈마를 달성하고 유지하는 것이다. 더 많은 증착이 실행됨에 따라 하이-K(High-K) 유전체 막들이 접지된 프로세스 차폐부들 상에 코팅되고 유효 접지된 표면적은 증착들에 의해 크게 감소된다. 전력 공급된 전극 대 접지된 전극의 영역들의 비가 증가함에 따라, 접지 전극 위의 플라즈마 시스(plasma sheath)에 걸리는 전압 강하가 증가하여 플라즈마 전위를 상승시킨다. 결과적으로, ESC 아래에 매립된 가열 엘리먼트들 및 ESC 전극들 상의 RF 전압들은 위쪽으로 플로팅된다. 높은 RF 전압들은 한정되지 않은 영역들(116) 내 프로세스 챔버(102)의 최하부의 플라즈마를 조명하고 유지하기 위한 전원을 제공한다. 페데스탈 아래에 형성된 플라즈마는 누출된 또는 '한정되지 않은 플라즈마'(302)로서 표시된다. 발명자들은 더 많은 기판이 프로세싱됨에 따라, 증착 프로세스들이 한정된 플라즈마 모드로부터 한정되지 않은 플라즈마 또는 누출 모드(예컨대, RF 시간(hour)들이 대략 3.6kWh 이상을 초과할 때 발생하는 누출 플라즈마)로 트랜지션하는 것이 보다 쉽다는 것을 발견했다. 한정되지 않은 플라즈마 조건들이 존재하면, 한정된 영역(114) 내 플라즈마(152)는 상당히 덜 조밀해지며 프로세스 이상들 및 막 증착 이상들이 발생하게 한다.
[0029] 위에서 논의된 바와 같이, RF PVD 프로세스 챔버들의 기존 RF 종결은 전극들(122)로부터 페데스탈에 매립된 히터들(124)로의 용량성 결합을 통해 간접적으로 달성되며, 이 히터들(124)은 AC 히터 전력 공급기(136)를 위한 EMI 필터(138)에 추가로 연결된다. 전극들(122)로부터의 RF는 결국 EMI 필터들(138) 내부의 션트 커패시터들(C3-C5)을 통해 종결될 것이다(예컨대, 도 4 참조). 대부분의 프로세스 챔버들은 크기가 매우 콤팩트하고 13.56MHz 등과 같은(그러나 이에 제한되지 않음) 고주파 RF에서의 동작을 위해 설계되지 않은 상업적으로 입수 가능한 EMI 필터들을 사용한다. 접지에 대한 RF 임피던스는 수백 옴 정도이며 RF 전류 흐름을 감소시킬 만큼 충분히 높지 않다. EMI 필터에 결합되고 션트되는 RF는 그 후, 빠른 온도 상승으로 EMI 필터의 상당히 가열 및 심지어, 심각한 상황들에서 EMI 필터의 연소를 야기할 수 있다. 더욱이 어레인지먼트는 두 가지 상충되는 요건들에 의해 크게 제한되는데 ― 양호한 RF 종결은 필터 상의 증가된 RF 가열로 이어질 수 있는 EMI 필터의 더 낮은 임피던스가 요구하고, 더 적은 RF 가열 및 필터에 대한 더 적은 RF 누출은 훨씬 더 높은 임피던스를 요구한다. 발명자들은 두 가지 요건들의 균형을 맞추기 위해 중간 지점을 선택하는 것이 어렵다는 것을 관찰했다.
[0030] 발명자들은 RF 필터(132)와 전극들(122) 사이에 고전압 DC 전력 공급기(134)의 음 및 양의 공급기들에 연결된 RF 종결 조립체(160)를 구현함으로써 이슈들에 대한 해결책을 발견했다. RF 종결 조립체(160)는 접지(148)에 대한 제2의 대안적인 RF 경로를 제공한다. RF 종결 조립체(160)는 DC 전류가 RF 종결 조립체(160)를 통해 흐르는 것을 차단하기 위한 DC 필터(140) 및 접지로 흐르는 RF 전류를 제어하는 RF 종결 필터(142)를 포함한다. 일부 실시예들에서, RF 종결 조립체(160)의 전부 또는 일부들은 프로세스 챔버의 AC 박스(144)에 물리적으로 로케이팅될 수 있고 그리고/또는 AC 박스(144) 외부에 물리적으로 로케이팅될 수 있다. 도 5의 도면(500)에 묘사된 바와 같이, DC 필터(140)는 양의 DC 전력 공급기로부터의 DC 전류를 차단하기 위한 하나 이상의 커패시터들(C1(502)) 및 음의 DC 전력 공급기로부터의 DC 전류를 차단하기 위한 하나 이상의 커패시터들(C2(504))을 포함할 수 있다. 제1 변형 RF 종결 필터(142A)는 전극들(122)의 임피던스의 제어를 제공하기 위해 고정된 값을 갖는 하나 이상의 커패시터들(C1(506))을 포함할 수 있다. 도 6의 도면(600)에 묘사된 바와 같이, 제3 변형 RF 종결 필터(142C)는 더 높은 RF 전류 부하들을 처리하고 신뢰성을 개선하기 위해 병렬의 복수의 커패시터들(예컨대, C1-C4(602-608))을 포함할 수 있다. 병렬 커패시터들은 각각이 제3 변형 RF 종결 필터(142C)의 기능을 잃지 않고 동작 동안 하나 이상의 커패시터 장애들을 허용하기 위해 정격 전류 부하의 30% 이하를 처리하도록 선택될 수 있다. 각각의 커패시터 상의 감소된 전류 부하는 커패시터들 상의 스트레스들을 또한 감소시켜, 커패시터들의 수명이 늘리고 MTBF(mean time between failures)를 증가시킨다. 일부 실시예들에서, 고정된 커패시터들은 세라믹 커패시터들이다.
[0031] 도 5의 제2 변형 RF 종결 필터(142B)에서, 제2 변형 RF 종결 필터(142B)는 인덕터(L1(510)) 및 가변 커패시터(C1(512))(예컨대, 가변 진공 커패시터)을 포함한다. 가변 커패시터(C1(512))는 접지에 대한 전극들(122)의 RF 임피던스를 변경/조정하기 위해 제2 변형 RF 종결 필터(142B)의 공진 주파수를 변경하도록 변동될 수 있다. 일부 실시예들에서, 선택적인 전압/전류(V/I) 센서(508)는 전극들(122)의 전압들 및/또는 RF 종결 필터(142)를 통해 흐르는 전류를 모니터링하는 데 사용될 수 있다. 제1 변형 RF 종결 필터(142A)가 제2 변형 RF 종결 필터(142B)보다 물리적으로 더 콤팩트하고 생산하는데 비용이 훨씬 덜 들지만, 제2 변형 RF 종결 필터(142B)는 프로세싱된 웨이퍼들의 수(챔버 프로세스 조건 드리프트를 보상함), 특정 프로세스 레시피 및/또는 특정 타깃 재료 등에 기초하여 전극 RF 임피던스를 튜닝하는 데 더 큰 유연성을 제공한다. 선택적 V/I 센서(508)는 제어기(162)(도 1 및 도 5 참조)에 전압 및/또는 전류 정보를 전송할 수 있으며, 이 제어기(162)는 이 정보를 이용하여 전극들(122)의 임피던스 및 후속적으로, 전극들 상의 RF 전압 레벨 및/또는 전극들(122)에 흐르는 RF 전류를 추가로 미세 튜닝하기 위해 가변 커패시터(C1(512))를 자동으로 조정/튜닝할 수 있다. 제어기(162)는 직접 제어를 이용하여 또는 대안적으로, 프로세스 챔버(102)와 연관된 다른 컴퓨터들(또는 제어기들)을 제어함으로써 프로세스 챔버(102)의 동작을 제어한다.
[0032] 동작에서, 제어기(162)는 프로세스 챔버(102)의 성능을 최적화하기 위해 개개의 장치 및 시스템들로부터의 데이터 수집 및 피드백과 함께 전극들(122)의 임피던스, 전압 및/또는 전류의 제어를 가능하게 할 수 있다. 제어기(162)는 일반적으로 CPU(Central Processing Unit)(164), 메모리(166), 및 지원 회로(168)를 포함한다. CPU(164)는 산업 현장에서 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서일 수 있다. 지원 회로(168)는 통상적으로 CPU(164)에 결합되고, 캐시, 클록 회로들, 입력/출력 서브시스템들, 전력 공급기들 등을 포함할 수 있다. 본 원리들의 장치를 사용하는 전극 RF 임피던스 튜닝 방법들과 같은 소프트웨어 루틴들은 메모리(166)에 저장될 수 있으며, 이는 CPU(164)에 의해 실행될 때 CPU(164)를 특수 목적 컴퓨터(제어기(162))로 변형시킨다. 또한, 소프트웨어 루틴들은 프로세스 챔버(102)로부터 원격으로 로케이팅된 제2 제어기(미도시)에 의해 저장 및/또는 실행될 수 있다.
[0033] 메모리(166)는, CPU(164)에 의해 실행되는 경우, 반도체 프로세스들 및 장비의 동작을 용이하게 하기 위한 명령들을 포함하는 컴퓨터-판독가능 저장 매체들의 형태이다. 메모리(166) 내 명령들은 전극 RF 임피던스를 적절하게 튜닝하기 위한 장치의 성능 파라미터들을 포함하는 전극 임피던스 튜닝 방법들 등을 구현하는 프로그램과 같은 프로그램 제품의 형태이다. 프로그램 코드는 다수의 상이한 프로그래밍 언어들 중 임의의 하나를 준수할 수 있다. 일 예에서, 본 개시내용은 컴퓨터 시스템과 함께 사용하기 위한, 컴퓨터-판독가능 저장 매체들 상에 저장된 프로그램 제품으로서 구현될 수 있다. 프로그램 제품의 프로그램(들)은 (본원에서 설명되는 방법들을 포함하는) 양상들의 기능들을 정의한다. 예시적인 컴퓨터-판독가능 저장 매체들은: 정보가 영구적으로 저장되는 비-기록가능 저장 매체들(예컨대, 컴퓨터 내의 판독-전용 메모리 디바이스들, 이를테면, CD-ROM 드라이브에 의해 판독가능 CD-ROM 디스크들, 플래시 메모리, ROM 칩들, 또는 임의의 유형의 솔리드-스테이트 비-휘발성 반도체 메모리); 및 변경 가능한 정보가 저장되는 기록가능 저장 매체들(예컨대, 하드-디스크 드라이브 또는 디스켓 드라이브 내의 플로피 디스크들 또는 임의의 유형의 솔리드-스테이트 랜덤 액세스 반도체 메모리)을 포함한다(그러나 이에 제한되지는 않음). 그러한 컴퓨터-판독가능 저장 매체들은, 전극 RF 임피던스 튜닝 방법들과 같은 기능들을 지시하는 컴퓨터-판독가능 명령들을 보유할 때, 본 원리들의 양상들이다.
[0034] 발명자들은, 프로세스 차폐물이 하이-k 유전체로 코팅됨에 따라, 프로세스 차폐물을 통해 접지로 더 적은 RF가 전달되고 RF의 증가가 페데스탈을 통과하고 일부가 프로세스 챔버 최하부를 통과(플라즈마 누출로 이어짐)한다는 것을 관찰했다. 프로세스 챔버(102)에 RF 종결 조립체(160)를 추가하는 것은 RF가 접지로 이동하는 제어 가능한 대안 경로를 제공하여, EMI 필터들을 통과하고 프로세스 챔버의 최하부를 통과하는 RF의 전부 또는 적어도 일부를 제거한다. 대안적인 RF 경로는 EMI 필터들의 RF 가열(및 어쩌면, 연소) 및/또는 프로세스 챔버 내 누출된 플라즈마의 형성을 감소 또는 제거한다(그리고 한정된 영역(114)에서 플라즈마 밀도를 증가시킴). RF 종결 조립체(160)의 유효성을 결정하기 위해, 고전압 프로브들이 EMI 필터 케이스 상의 온도 센서들과 함께 타깃, 전극(122) 상의 테스트 포인트(TP1 172), AC 입력 와이어 상의 테스트 포인트(TP2 174) 상에 설치되었다. 제2 변형 RF 종결 필터(142B)는 전극들(122)의 임피던스의 튜닝을 허용하는 데 사용되었다. RF 종결 조립체(160)가 없는 기본 조건들에서, 타깃-웨이퍼 간격을 감소시킬 때, 갭 개방이 증가하고 플라즈마는 한정된 플라즈마에서 누출된(한정되지 않은) 플라즈마로 이동한다.
[0035] 한정되지 않은 플라즈마 상태가 발생할 때, 타깃 전압이 증가한다. 한정된 플라즈마 데이터(704)를 한정되지 않은 플라즈마 데이터(706)와 비교할 때 타깃 전압의 증가가 도 7의 그래프(700)에서 묘사된다(그래프(700)의 y축(702)은 피크-피크 전압임). 타깃 전압의 증가는 프로세싱 볼륨(112)(플라즈마(152))에서 더 낮은 플라즈마 밀도 및 더 높은 플라즈마 임피던스의 결과이다. 더 높은 타깃 전압은 더 높은 플라즈마 전위를 산출하며, 이는 전극들(122) 및 히터들(124) 상의 더 높은 플로팅 전위를 산출하며, 결과적으로 전극들(122)(TP1 172) 및 히터들(124)(TP2 174) 상의 RF 전압들이 증가한다. RF 종결 조립체(160)(제2 변형 RF 종결 필터(142B)를 가짐)가 프로세스 챔버(102)에 구현되고 커패시터들(C1(512))이 5% 값 근처로 설정된 경우, 개방 갭을 통해 이전에 누출된 플라즈마가 한정되고 한정되지 않은 영역(116)으로 더 이상 누출되지 않는다. 전극(122)(TP1 172) 및 히터(124)(TP2 174) 상의 대응하는 RF 전압들은 RF 종결 데이터(708)와 갭의 그래프(700)에 나타난 바와 같이 실질적으로 감소된다. 특히, EMI 필터(138)의 TP2 174에서의 RF 전압은 4배 넘게 감소되어, 대략 18배 만큼 EMI 필터(138) 상의 RF 가열의 감소를 야기하고 훨씬 더 적은 온도 상승을 동반한다. 일부 실시예들에서, RF 종결 조립체(160)를 통한 RF 전류는 대략 5암페어 내지 대략 8.5암페어였다. 대략 5암페어 이상의 암페어 수의 RF는 다른 RF 경로들에서 접지로 흐르는 전류를 크게 감소시켜, 한정되지 않은 플라즈마를 중지하고 그리고/또는 EMI 필터들의 가열을 크게 감소시킨다.
[0036] 도 8의 그래프(800)에 도시된 바와 같이, 온도(810)는 수직 축 상에 플로팅되고, 시간(812)은 수평 축 상에 플로팅된다. RF 종결이 없는 EMI 필터 와이어의 온도(802)는 대략 0.25C/초의 레이트로 빠르게 상승한 반면; RF 종결을 갖는 EMI 필터 와이어에 대한 온도(806)는 동일한 기간 동안 대략 0.0086C/초(29.5배까지 감소됨)의 레이트로 거의 상승하지 않고, 온도는 6000초 동안 6개의 웨이퍼들을 가동시킨 후 대략 섭씨 40도 미만의 정상 상태 온도에 도달한다. 유사하게, 덜 극적이지만, EMI 필터의 케이스가 모니터링될 때 온도 변화들이 발생한다. RF 종결이 없는 EMI 필터 케이스의 온도(804)는 RF 종결을 갖는 EMI 필터 케이스의 온도(808)보다 훨씬 빠르게 상승한다. EMI 필터 케이스의 온도 결과들은 RF 전류들에 의한 금속 EMI 필터 케이스들의 훨씬 더 느린 가열로 인해 EMI 필터 와이어의 결과들로부터 스케일이 감소되었다(scaled down).
[0037] 도 9는 일부 실시예들에 따라 프로세스 챔버에서 RF 전류를 제어하는 방법(900)이다. 블록(902)에서, 프로세스 챔버의 정전 척 내 전극들과 DC 전력 공급기 사이에 접지에 대한 RF 경로가 설정된다. 일부 실시예들에서, 접지에 대한 RF 경로는 DC 전력 공급기의 RF 필터와 정전 척 내 전극들 사이에 설정될 수 있다. 블록(904)에서, DC 전력 공급기로부터 발생된 DC 전류는 접지에 대한 RF 경로에 진입하는 것을 차단된다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 용량성 엘리먼트들은 DC 전력 공급기로부터 발생된 각각의 전력 리드에 대해 사용될 수 있다(예컨대, 양의 리드에 대한 하나 이상의 용량성 엘리먼트들 및 음의 리드에 대한 하나 이상의 용량성 엘리먼트들). 블록(906)에서, 접지에 대한 RF 경로를 통한 RF 전류 흐름은 RF 종결 필터의 임피던스 값에 적어도 기초하여 RF 전류 흐름을 제어하도록 구성된 RF 종결 필터를 사용하여 변동되거나 전극들의 임피던스 값에 적어도 기초하여 RF 전류 흐름을 제어하도록 구성된 RF 종결 필터를 사용하여 변동된다. 일부 실시예들에서, RF 종결 필터는 고정된 용량성 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, RF 종결 필터는 전극들의 임피던스를 변동시키기 위해 가변 용량성 엘리먼트와 직렬의 유도성 엘리먼트를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어기는 이를테면, 챔버 프로세스 조건 드리프트를 보상하기 위해 기판 및 전극들을 통한 RF 전류의 자동 조정을 위해 전압 및/또는 전류의 모니터링을 허용하도록 전압-전류 센서와 함께 사용될 수 있다.
[0038] 본 원리들에 따른 실시예들은 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 실시예들은 또한, 하나 이상의 프로세서들에 의해 판독 및 실행될 수 있는, 하나 이상의 컴퓨터 판독가능 매체들을 사용하여 저장된 명령들로서 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는 기계(예컨대, 컴퓨팅 플랫폼 또는 하나 이상의 컴퓨팅 플랫폼들 상에서 실행되는 "가상 기계")에 의해 판독 가능한 형태로 정보를 저장하거나 송신하기 위한 임의의 메커니즘을 포함할 수 있다. 예컨대, 컴퓨터 판독가능 매체는 임의의 적합한 형태의 휘발성 또는 비-휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 컴퓨터 판독가능 매체들은 비-일시적인 컴퓨터-판독가능 매체를 포함할 수 있다.
[0039] 전술한 바가 본 원리들의 실시예들에 관한 것이지만, 본 원리들의 다른 및 추가적인 실시예들이 본 원리들의 기본 범위로부터 벗어나지 않으면서 고안될 수 있다.

Claims (20)

  1. 프로세스 챔버에서 RF 전류를 제어하기 위한 장치로서,
    정전 척에 매립된 적어도 하나의 전극과 DC 전력 공급기 사이에 전기적으로 연결되도록 구성된 DC 필터 ― 상기 DC 필터는 상기 DC 전력 공급기로부터의 DC 전류가 상기 DC 필터를 통해 흐르는 것을 차단하도록 구성됨 ―; 및
    상기 DC 필터와 상기 프로세스 챔버의 RF 접지 사이에 전기적으로 연결되도록 구성된 RF 종결 필터를 포함하고, 상기 RF 종결 필터는 상기 RF 접지에 대한 상기 적어도 하나의 전극의 임피던스를 조정하도록 구성되는,
    프로세스 챔버에서 RF 전류를 제어하기 위한 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 DC 필터는 상기 DC 전력 공급기의 양의 리드(lead)와 상기 RF 종결 필터 사이에 연결된 적어도 하나의 커패시터 및 상기 DC 전력 공급기의 음의 리드와 상기 RF 종결 필터 사이에 연결된 적어도 하나의 커패시터를 포함하는,
    프로세스 챔버에서 RF 전류를 제어하기 위한 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 RF 종결 필터는 상기 DC 필터와 상기 RF 접지 사이에 배치되도록 구성되는 병렬의 복수의 커패시터들을 포함하는,
    프로세스 챔버에서 RF 전류를 제어하기 위한 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 RF 종결 필터의 임피던스는 튜닝 가능한,
    프로세스 챔버에서 RF 전류를 제어하기 위한 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 RF 종결 필터는 상기 RF 종결 필터의 임피던스의 튜닝을 제공하기 위해 상기 RF 종결 필터의 공진 주파수의 변경을 허용하도록 구성되는 적어도 하나의 가변 커패시터 및 적어도 하나의 인덕터를 포함하는,
    프로세스 챔버에서 RF 전류를 제어하기 위한 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 RF 종결 필터는 전압/전류 센서를 포함하는,
    프로세스 챔버에서 RF 전류를 제어하기 위한 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 전압/전류 센서는 상기 RF 종결 필터에 연결되는 제어기에 연결되고, 상기 제어기는 상기 RF 종결 필터의 임피던스의 조정을 통해 상기 적어도 하나의 전극의 임피던스를 자동으로 변경하도록 구성되는,
    프로세스 챔버에서 RF 전류를 제어하기 위한 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 RF 종결 필터에 걸리는 전압 레벨을 유지하거나 상기 RF 종결 필터를 통하는 전류 레벨을 유지하기 위해 상기 적어도 하나의 전극의 임피던스를 자동으로 변경하는,
    프로세스 챔버에서 RF 전류를 제어하기 위한 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 RF 종결 필터의 전압 또는 전류는 챔버 프로세스 조건 드리프트에 적어도 부분적으로 기초하여 제어기에 의해 조정되도록 구성되는,
    프로세스 챔버에서 RF 전류를 제어하기 위한 장치.
  10. 기판들을 프로세싱하기 위한 장치로서,
    플라즈마를 한정하도록 구성된 프로세싱 볼륨을 갖는 프로세스 챔버;
    RF 전력 공급기에 전기적으로 연결된 상기 프로세스 챔버의 상부 전극;
    정전 척 조립체에 매립되고 RF 필터를 통해 DC 전력 공급기에 전기적으로 연결된 상기 프로세스 챔버의 적어도 하나의 하부 전극;
    적어도 하나의 AC 필터를 통해 AC 전력 공급기에 전기적으로 연결되는 상기 정전 척 조립체에 매립된 상기 프로세스 챔버의 적어도 하나의 AC 히터;
    상기 DC 전력 공급기의 RF 필터와 상기 정전 척 조립체에 매립된 적어도 하나의 하부 전극 사이에 전기적으로 연결되도록 구성된 DC 필터 ― 상기 DC 필터는 상기 DC 전력 공급기로부터의 DC 전류가 상기 DC 필터를 통해 흐르는 것을 차단하도록 구성됨 ―; 및
    상기 DC 필터와 상기 프로세스 챔버의 RF 접지 사이에 전기적으로 연결되도록 구성된 RF 종결 필터를 포함하고,
    상기 RF 종결 필터는 상기 RF 접지에 대한 상기 적어도 하나의 하부 전극의 임피던스를 변경하도록 구성되는,
    기판들을 프로세싱하기 위한 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 DC 필터는 상기 RF 필터의 양의 단자와 상기 RF 종결 필터 사이에 연결된 적어도 하나의 커패시터 및 상기 RF 필터의 음의 단자와 상기 RF 종결 필터 사이에 연결된 적어도 하나의 커패시터를 포함하는,
    기판들을 프로세싱하기 위한 장치.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 RF 종결 필터는 상기 DC 필터와 상기 RF 접지 사이에 배치되도록 구성되는 병렬의 복수의 커패시터들을 포함하는,
    기판들을 프로세싱하기 위한 장치.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 RF 종결 필터의 임피던스는 튜닝 가능한,
    기판들을 프로세싱하기 위한 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 RF 종결 필터는 상기 RF 종결 필터의 임피던스 및 상기 하부 전극의 임피던스의 튜닝을 제공하기 위해 상기 RF 종결 필터의 공진 주파수의 변경을 허용하도록 구성되는 적어도 하나의 가변 커패시터 및 적어도 하나의 인덕터를 포함하는,
    기판들을 프로세싱하기 위한 장치.
  15. 제10 항에 있어서,
    상기 RF 종결 필터는 전압/전류 센서를 포함하고, 상기 전압/전류 센서는 상기 RF 종결 필터에 연결되는 제어기에 연결되고, 상기 제어기는 상기 RF 종결 필터의 임피던스의 조정을 통해 상기 프로세스 챔버 내 상기 하부 전극의 임피던스를 자동으로 조정하도록 구성되는,
    기판들을 프로세싱하기 위한 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 RF 종결 필터에 걸리는 전압 레벨을 유지하거나 상기 RF 종결 필터를 통하는 전류 레벨을 유지하기 위해 상기 프로세스 챔버 내 상기 하부 전극의 임피던스를 자동으로 조정하도록 구성되는,
    기판들을 프로세싱하기 위한 장치.
  17. 프로세스 챔버에서 RF 전류를 제어하는 방법으로서,
    상기 프로세스 챔버의 정전 척 내 전극들과 DC 전력 공급기 사이에 접지에 대한 RF 경로를 설정하는 단계;
    상기 DC 전력 공급기로부터 발생된 DC 전류가 상기 접지에 대한 RF 경로에 진입하는 것을 차단하는 단계; 및
    RF 종결 필터의 임피던스 값에 적어도 기초하여 RF 전류 흐름을 제어하도록 구성된 상기 RF 종결 필터를 사용하여 상기 접지에 대한 RF 경로를 통해 흐르는 RF 전류를 조정함으로써 상기 정전 척 내 상기 전극들의 임피던스를 조정하는 단계를 포함하는,
    프로세스 챔버에서 RF 전류를 제어하는 방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 RF 종결 필터를 통한 전류 레벨 또는 상기 RF 종결 필터에 걸리는 전압 레벨에 적어도 기초하여 상기 접지에 대한 RF 경로를 통해 흐르는 RF 전류를 제어하는 단계를 더 포함하는,
    프로세스 챔버에서 RF 전류를 제어하는 방법.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 RF 종결 필터의 임피던스 값을 자동으로 변경함으로써 상기 프로세스 챔버 내 상기 전극들의 임피던스를 자동으로 변경하는 단계를 더 포함하는,
    프로세스 챔버에서 RF 전류를 제어하는 방법.
  20. 제17 항에 있어서,
    챔버 프로세스 조건 드리프트에 적어도 기초하여 상기 RF 종결 필터의 임피던스 값을 변경하는 단계를 더 포함하는,
    프로세스 챔버에서 RF 전류를 제어하는 방법.
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