KR102153141B1 - 플라즈마 균일성 튜닝을 위한 멀티-무선주파수 임피던스 제어 - Google Patents
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Abstract
웨이퍼들을 처리하기 위하여 회로들, 방법들, 챔버들, 시스템들, 및 컴퓨터 프로그램들이 제공된다. 웨이퍼 처리 장치는 처리 챔버 내부의 상부 및 하부 전극들; 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 무선 주파수 (RF) 전력 소스들; 및 하나 이상의 공진 회로들을 포함한다. 제 1, 제 2, 및 제 3 RF 전력 소스들은 하부 전극에 커플링된다. 상부 전극은 제 4 RF 전력 소스로, 전기적 접지로, 또는 하나 이상의 공진 회로들에 커플링될 수도 있다. 상부 전극 및 전기적 접지 사이에서 커플링되는, 하나 이상의 공진 회로들의 각각은, 공진 회로에 의하여 제공되는 주파수-의존적 임피던스를 변경하도록 동작가능한 튠-인 엘리먼트를 포함한다. 웨이퍼 처리 장치는, 웨이퍼에 대한 플라즈마 및 에칭 균일성을 제공하기 위하여, 웨이퍼 처리 동작들에 대한 RF 전력 소스들 및 상부 전극으로의 접속들을 선택하도록 구성가능하다.
Description
관련 출원들에의 상호-참조
본 출원은, 그 기술의 요지가, 2011 년 11 월 21 일자로 출원되었고 발명의 명칭이 "TRIODE REACTOR DESIGN WITH MULTIPLE RADIOFREQUENCY POWERS" 이며 그 전부가 참조로서 본 명세서에 통합되는 미국 특허 출원 번호 제 13/301,725 호와 관련된다.
본 발명의 분야
본 실시형태들은 웨이퍼 처리 장치, 및 좀 더 자세하게 설명하면 웨이퍼 처리 장치 내에서 웨이퍼를 처리하기 위한, 장치, 방법들, 및 컴퓨터 프로그램들에 관련한다.
집적 회로들의 제조는 도핑된 실리콘의 구역을 포함하는 실리콘 기판들 (웨이퍼들) 을 화학적-반응성 플라즈마들로 침습시키는 것을 포함하는데, 여기에서 서브미크론 (submicron) 디바이스 피쳐들 (예를 들어, 트랜지스터들, 커패시터들 등) 이 표면 상에 에칭된다. 제 1 계층이 제조되면, 수 개의 절연 (유전체 (dielectric)) 계층들이 제 1 계층의 상부에 제작되며, 여기에서는 비아들이라고도 지칭되는 홀들, 및 트렌치들이 통전하는 상호커넥터들의 배치를 위하여 재료 내로 에칭된다.
반도체 웨이퍼 제작에서 이용되는 현재의 플라즈마 처리 시스템들은 매우 상호의존적인 제어 파라미터들에 의존하여, 라디칼 분리, 라디칼 플럭스, 이온 에너지, 및 웨이퍼로 전달되는 이온 플럭스를 제어한다. 예를 들어, 현재의 플라즈마 처리 시스템들은 웨이퍼의 존재 시에 생성되는 단일 플라즈마를 제어함으로써, 필요한 라디칼 분리, 라디칼 플럭스, 이온 에너지, 및 이온 플럭스를 달성하려고 시도한다. 불행하게도, 화학적 분해 및 라디칼 형성은, 이온 생산 및 플라즈마 밀도에 커플링되며, 종종, 원하는 플라즈마 처리 조건들을 달성하기 위하여 서로 협력하여 동작하지 않는다.
몇 개의 반도체 처리 장비가 광범위한 애플리케이션들에서 이용될 수도 있다. 그러나, 애플리케이션들 각각에 대한 요구 사항들은 실질적으로 변경될 수도 있으며, 웨이퍼 처리 프로세스를 구성하기 위한 (예를 들어, 챔버 내의 플라즈마 화학 반응을 제어하기 위한) 적절한 제어들이 없이 동일한 처리 장비 내에 모든 애플리케이션들을 수용하는 것은 어려울 수도 있다. 챔버 내의 이온 에너지에 대한 제어가 부족한 것은 원하는 프로세스 화학 반응의 제어를 제한한다. 제어들이 적절하지 않으면, 웨이퍼 상의 불균일한 에칭과 함께 불균일한 증착이 초래될 수도 있다.
바로 이러한 콘텍스트에서 실시형태들이 도래한다.
본 개시물의 실시형태들은 웨이퍼들을 처리하기 위한 회로들, 방법들, 시스템들, 및 컴퓨터 프로그램들을 제공한다. 본 실시형태들이 다양한 방식들로, 예컨대 프로세스, 장치, 시스템, 디바이스 또는 컴퓨터 판독가능 매체 상의 방법으로 구현될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 수 개의 실시형태들이 이하 설명된다.
일 실시형태에서는, 웨이퍼 처리 장치는 처리 챔버의 상부 및 하부 전극들, 제 1 무선 주파수 (RF) 전력 소스, 제 2 RF 전력 소스, 제 3 RF 전력 소스, 제 4 RF 전력 소스, 및 하나 이상의 공진 회로들을 포함한다. 제 1, 제 2, 및 제 3 RF 전력 소스들은 하부 전극에 커플링된다. 상부 전극 (top electrode) 은 제 4 RF 전력 소스로, 전기적 접지로, 또는 하나 이상의 공진 회로들에 커플링될 수도 있다. 하나 이상의 공진 회로들의 각각은, 하부 전극에 커플링되는 RF 전력 소스들의 주파수들 중 하나에서 공진한다. 일 실시형태에서는, 제 1 공진이 상부 전극 및 전기적 접지에서 커플링되고, 제 1 공진 회로는 제 1 공진 회로의 주파수 의존적 임피던스를 변경시키도록 동작가능한 튠-인 엘리먼트를 포함한다. 웨이퍼 처리 장치는, 웨이퍼에 대한 플라즈마 및 에칭 균일성을 제공하기 위하여, 웨이퍼 처리 동작들에 대한 RF 전력 소스들 및 상부 전극으로의 접속들을 선택하도록 구성가능하다.
다른 실시형태에서는, 웨이퍼 처리 장치는 처리 챔버의 상부 및 하부 전극들, 제 1 무선 주파수 (RF) 전력 소스, 제 2 RF 전력 소스, 제 3 RF 전력 소스, 제 4 RF 전력 소스, 제 1 공진 회로, 제 1 스위치, 제 2 스위치, 및 제 3 스위치를 포함한다. 제 1, 제 2, 및 제 3 RF 전력 소스들은 하부 전극에 커플링된다. 더 나아가, 제 1 스위치는 상부 전극을 제 4 RF 전력 소스에 커플링하도록 동작가능하고, 제 2 스위치는 상부 전극을 제 1 공진 회로에 커플링하도록 동작가능하며, 그리고 제 3 스위치는 상부 전극을 제 1 전압에 커플링하도록 동작가능하다. 일 실시형태에서는, 제 1 전압은 전기적 접지이다.
또 다른 실시형태에서는, 처리 챔버의 상부 전극 및 하부 전극을 포함하는 웨이퍼 처리 장치 내에서 웨이퍼를 처리하기 위한 방법은, 웨이퍼를 처리하기 위한 레시피를 수신하기 위한 동작 및 제 1 무선 주파수 (RF) 전력, 제 2 RF 전력, 제 3 RF 전력, 및 제 4 RF의 각각을 상기 레시피에 기초하여 인에이블 또는 디스에이블하기 위한 동작을 포함한다. 제 1, 제 2, 및 제 3 RF 전력들은 하부 전극에 커플링된다. 또한, 제 1 스위치의 포지션은 상기 레시피에 기초하여 설정되어 상부 전극을 제 4 RF 전력으에 커패시터 또는 디커플링하고, 그리고 제 2 스위치의 포지션은 상기 레시피에 기초하여 설정되어 상부 전극을 제 1 공진 회로에 커플링 또는 디커플링한다. 더 나아가, 이러한 방법은 제 3 스위치의 포지션을 상기 레시피에 기초하여 설정하여 상부 전극을 전기적 접지에 커플링 또는 디커플링하기 위한 동작, 및 웨이퍼를 처리하기 위한 동작을 포함한다.
다른 양태들은, 첨부 도면들과 공동으로 파악되는 후속하는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용으로부터 명백해 질 것이다.
실시형태들은 첨부 도면들과 공동으로 파악되는 후술하는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 참조함으로써 최적으로 이해될 수도 있다.
도 1 은 일 실시형태에 따르는 에칭 챔버를 도시한다.
도 2a 내지 도 2e 는 하나 이상의 공진 회로들을 가지는 에칭 챔버의 수 개의 실시형태들을 도시한다.
도 3a 는 일 실시형태에 따르는 공진 회로를 도시한다.
도 3b 는 일 실시형태에 따르는, 공진 회로의 임피던스를 연산하기 위한 공식을 도시한다.
도 4a 내지 도 4c 는 일 실시형태에 따르는, 60 MHz 공진 회로를 가지는 처리 장치의 성능과 관련된 차트들을 제공한다.
도 5a 및 도 5b 는 일 실시형태에 따르는, 2 MHz 공진 회로를 가지는 처리 장치의 성능과 관련된 차트들을 제공한다.
도 6a 및 도 6b 는 일 실시형태에 따르는, 27 MHz 공진 회로를 가지는 처리 장치의 성능과 관련된 차트들을 제공한다.
도 7 은 일 실시형태에 따르는 반도체 웨이퍼 처리 장치를 도시한다.
도 8a 및 도 8b 는 일 실시형태에 따르는, 처리 챔버의 상부 전극 및 하부 전극을 포함하는 웨이퍼 처리 장치 내에서 웨이퍼를 처리하기 위한 알고리즘들의 흐름들을 도시한다.
도 9 는 여기에서 설명되는 실시형태들을 구현하기 위한 컴퓨터 시스템의 간략화된 개략도이다.
도 1 은 일 실시형태에 따르는 에칭 챔버를 도시한다.
도 2a 내지 도 2e 는 하나 이상의 공진 회로들을 가지는 에칭 챔버의 수 개의 실시형태들을 도시한다.
도 3a 는 일 실시형태에 따르는 공진 회로를 도시한다.
도 3b 는 일 실시형태에 따르는, 공진 회로의 임피던스를 연산하기 위한 공식을 도시한다.
도 4a 내지 도 4c 는 일 실시형태에 따르는, 60 MHz 공진 회로를 가지는 처리 장치의 성능과 관련된 차트들을 제공한다.
도 5a 및 도 5b 는 일 실시형태에 따르는, 2 MHz 공진 회로를 가지는 처리 장치의 성능과 관련된 차트들을 제공한다.
도 6a 및 도 6b 는 일 실시형태에 따르는, 27 MHz 공진 회로를 가지는 처리 장치의 성능과 관련된 차트들을 제공한다.
도 7 은 일 실시형태에 따르는 반도체 웨이퍼 처리 장치를 도시한다.
도 8a 및 도 8b 는 일 실시형태에 따르는, 처리 챔버의 상부 전극 및 하부 전극을 포함하는 웨이퍼 처리 장치 내에서 웨이퍼를 처리하기 위한 알고리즘들의 흐름들을 도시한다.
도 9 는 여기에서 설명되는 실시형태들을 구현하기 위한 컴퓨터 시스템의 간략화된 개략도이다.
후속하는 실시형태들은 웨이퍼 처리 장치 내에서 웨이퍼를 처리하기 위한 장치, 방법들 및 컴퓨터 프로그램들을 설명한다. 본 개시물의 실시형태들은, 트라이오드 리액터 구성 (triode reactor configuration) 에서 4 개까지의 상이한 RF 전력들 및 상부 전극에 커플링된 하나 이상의 공진 회로들을 이용한다. 본 실시형태들이 이러한 특정 세부 사항들 중 일부 또는 전부가 없이 실시될 수도 있다는 것이 명백해 질 것이다. 다른 경우에서는, 본 실시형태들을 불필요하게 불명확하게 하지 않기 위하여, 주지된 프로세스 동작들은 상세하게 설명되지 않았다.
도 1 은, 일 실시형태에 따르는 에칭 챔버를 도시한다. 전기장을 두 개의 전극들 사이에서 여기시키는 것은, 에칭 챔버 내에서 RF 가스 방전을 획득하기 위한 방법들 중 하나이다. 전극들 사이에 진동 전압 (oscillating voltage) 이 인가되면, 획득되는 방전은 용량성 커플링된 플라즈마 (Capacitive Coupled Plasma; CCP) 방전이라고 지칭된다.
플라즈마는 안정한 공급원료 가스들 (feedstock gases) 을 사용하여, 전자-중성 충돌들 (electron-neutral collisions) 에 의하여 야기되는 다양한 분자들의 분해에 의하여 생성되는 다양한 화학적으로 반응성인 부산물들을 획득하여 생성될 수 있다. 에칭의 화학적 양태는, 중성 가스 분자들 및 그들의 분해된 부산물들의 에칭될 표면의 분자들과의 반응, 및 밖으로 펌핑될 수 있는 휘발성 분자들을 생성하는 것을 수반한다. 플라즈마가 생성되면, 양의 이온들이 플라즈마로부터 그 플라즈마를 벽들로부터 분리시키는 공간-전하 쉬스 (sheath) 를 가로질러서 가속되어, 물질을 웨이퍼의 표면으로부터 제거하기에 충분한 에너지를 가지고 웨이퍼 표면을 타격한다. 이것은 이온 충격 (ion bombardment) 또는 이온 스퍼터링 (ion sputtering) 이라고 알려져 있다. 그러나, 몇 개의 산업적인 플라즈마들은 순전히 물리적인 수단에 의하여 효율적으로 표면을 에칭할 정도로 충분한 에너지를 가지는 이온들을 생성하지 않는다.
일 실시형태에서는, 플루오로카본 가스들, 예컨대 CF4 및 C-C4F8 이 그들의 이방성 (anisotropic) 및 선택적 에칭 능력들 때문에 유전적 에치 프로세스에서 이용되자만, 여기에서 설명되는 원리들은 다른 플라즈마-생성 가스들에 적용될 수 있다. 플루오로카본 가스들은 용이하게 더 작은 분자들 및 원자 라디칼들로 분해된다. 이러한 화학적으로 반응성인 부산물들은 유전적 재료를 에칭하는데, 이것은 일 실시형태에서는 저-k 디바이스들 (low-k devices) 에 대하여 SiO2 또는 SiOCH 일 수 있다.
도 1 의 챔버는 상부 전극 (104) 및 하부 전극 (108) 을 가지는 처리 챔버를 예시한다. 상부 전극 (104) 은 접지되거나 또는 RF 생성기 (120) 에 커플링될 수도 있고, 하부 전극 (108) 은 RF 생성기 (118) 에 매칭 네트워크 (114) 를 통하여 커플링된다. RF 생성기 (118) 는 한 개, 두 개, 또는 세 개의 RF 주파수들에서 RF 전력을 제공한다. 특정한 동작을 위한 챔버의 구성에 따르면, 제 1, 제 2, 또는 제 3 RF 주파수들 중의 어느 하나는 턴온되거나 또는 턴오프될 수도 있다. 도 1 에 도시된 실시형태에서는, RF 생성기 (118) 는 2 MHz, 27 MHz, 및 60 MHz 주파수들을 제공하지만, 다른 주파수들도 역시 가능하다.
도 1 의 챔버는 가스를 챔버 내로 입력하기 위한 가스 샤워헤드를 상부 전극 (104) 상에 그리고 가스가 챔버 밖으로 펌핑되도록 허용하는 천공성 구속체 (perforated confinement) 링 (112) 을 포함한다. 기판 (106) 이 챔버 내에 존재하면, 실리콘 초점 링 (110) 이 기판 옆에 위치되어, 웨이퍼의 표면 상의 균일한 에칭을 위하여 플라즈마 (102) 의 하부 표면에 균일한 RF 필드가 존재하도록 한다.
상위 전극 (upper electrode) (104) 은 접지에 커플링되거나 RF 전력 소스 (120) 에 커플링될 수도 있다. 스위치 (122) 는, 상부 전극 (104) 을, 스위치가 제 1 포지션에 있을 때에는 접지로 연결하고, 또는 스위치가 제 2 포지션에 있을 때에는 RF 전력 소스 (120) 로 연결하도록 동작가능하다. 매칭 네트워크 (116) 는 스위치 (122) 가 제 2 포지션에 있는 경우에 상부 RF 전력 소스 (120) 를 상부 전극에 커플링하기 위하여 이용된다.
도 1 의 실시형태는, 상부 전극이 대칭적 RF 접지 전극 (124) 으로 둘러싸이는 트라이오드 리액터 구성을 도시한다. 절연체 (126) 는 접지 전극 (124) 을 상부 전극 (104) 으로부터 분리시키는 유전체이다. 일 실시형태에서는, RF 전력 소스 (120) 는 400 kHz의 주파수를 갖지만, 다른 주파수들도 역시 가능하다. 상부 전극 상의 저주파수 RF 전력은 상부 챔버 상의 그리고 리액터 벽들 상의 이온 에너지를 제어한다. 이것은 챔버 내의 플라즈마 화학반응의 다른 제어를 제공하여, 웨이퍼 처리를 위한 레시피로 전력 설정의 동작-대-동작의 조절을 인에이블한다.
각각의 주파수는 웨이퍼 제조 프로세스에서 특정한 목적을 위하여 선택될 수도 있다. 도 1 의 예에서는, 2 MHz, 27 MHz, 및 60 MHz의 RF 전력들이 있으며, 2 MHz RF 전력은 이온 에너지 제어를 제공하고, 27 MHz 및 60 MHz 전력이 플라즈마 밀도 및 화학반응의 분해 패턴들의 제어를 제공한다. 각각의 RF 전력이 턴온되거나 또는 턴오프될 수도 있는 이러한 구성은, 웨이퍼들 상의 극-저 이온 에너지를 이용하는 어떤 프로세스들, 및 이온 에너지가 (100 또는 200 eV 아래로) 낮아야 하는 어떤 프로세스들 (예를 들어, 저-k 재료들에 대한 소프트 에치 (soft etch)) 을 인에이블한다.
다른 실시형태에서는, 60 MHz RF 전력이 상부 전극 상에 이용되어 극-저 에너지들 및 매우 높은 밀도를 획득한다. 이러한 구성은, 정전 척 (electro static chuck; ESC) 표면 상에서의 스퍼터링을 최소화하면서, 챔버 내에 웨이퍼가 없을 때에 고밀도 플라즈마를 이용한 챔버 세척을 허용한다. ESC 표면은 웨이퍼가 존재하지 않을 때에 노출되고, 그리고 표면 상의 임의의 이온 에너지가 회피되어야만 하는데, 이것이 하부의 2 MHz 및 27 MHz 전원들이 세척 동안에 오프되는 이유이다.
4 개의 RF 전력들을 가지는 챔버는 플라즈마 화학반응들에 대한, 그리고 플라즈마 밀도 및 균일성에 대한 하드웨어 제어들을 제공한다. 예를 들어, 방사상 균일성 (radial uniformity) 이 상부에 있는 독립 RF 소스를 이용하여 제어될 수도 있다.
도 2a 내지 도 2e 는 하나 이상의 공진 회로들을 가지는 에칭 챔버의 수 개의 실시형태들을 도시한다. 상부 전극에 커플링되는 하나 이상의 공진 회로들의 추가를 포함하는 실시형태들은, 챔버 내의 플라즈마의 균일성 및 에칭 레이트에 대한 제어들을 제공한다. 상위 전극의 RF 임피던스를 제어함으로써, 하부 전극에서 생성된 RF 주파수들 (예를 들어, 2 MHz, 27 MHz, 및 60 MHz) 에 대한 방사상 균일성 제어를 제공하는 것이 가능하다.
공진이란 몇 개의 주파수들에서 다른 것들에서보다 더 큰 진폭에서 진동하는 시스템의 경향이다. 이것들은 시스템의 공진 주파수들 (resonant frequencies) (또는 공진 주파수들 (resonance frequencies)) 이라고 알려진다. 이러한 주파수들에서는, 시스템이 진동적 에너지 (vibrational energy) 를 저장하기 때문에, 작은 주기적 구동력들도 큰 진폭의 진동들을 생산할 수 있다. 여기에서 사용될 때, 공진 회로는 하나 이상의 인덕터들 및 하나 이상의 커패시터들을 포함하고, 인가된 무선주파수와 함께 변경하는 임피던스를 나타내며, 회로의 공진 주파수에서 무한대의 임피던스를 나타내는 전자적 회로이다.
이상적인 공진 회로에서는, 저항에 기인한 에너지의 소모가 없지만, 실제로는 인덕터들 및 커패시터들 내의 작은 저항 엘리먼트들이 에너지의 작은 손실들을 초래한다. 이것은 공진 주파수에서의 임피던스가 무한대가 되지 않을 것이지만, 임피던스는 매우 큰 값을 가질 것이라는 것을 의미한다. 그러므로, 공진 주파수에서의 임피던스는 임의의 주파수에 대한 그 회로의 임피던스의 최고 값 (즉, 최대) 이 될 것이다. 만일 공진 회로 내의 엘리먼트들이 완벽하기만 하다면, 그러면 임피던스는 무한대가 될 것이다.
때때로, 웨이퍼의 에칭은 챔버 전체에 걸친 플라즈마 밀도의 변동들에 기인하여, 웨이퍼의 전체 표면에 걸쳐서 균일하지 않다. 균일성을 제어하기 위한 한 가지 방식은 간극 (gap) 을 변화시키는 것이다. 그러나, 만일 간극이 짧아진다면, 플라즈마는 압축되고 웨이퍼의 중심으로부터의 거리에 기초하는 에칭 비율 내에 W 패턴이 존재할 수도 있다. 더 나아가, 몇 개의 레시피들은 간극 내의 변화에 민감하지 않으며, 간극을 변화시키는 것은 이러한 레시피들에 대한 에치 균일성에 제어를 제공하지 않을 것이다.
균일성을 제어하는 다른 방식은 외부 전극 (124) 스텝을 변화시키는 것인데, 이것은 웨이퍼의 에지 상의 에칭에 영향을 줄 수도 있다. 그러나, 스텝을 변화시키는 것은 쓰루풋의 관점에서는 고비용의 동작인데, 그것은 이 스텝이 프로세스의 상이한 동작들에 대하여 수 차례 조절될 필요가 있을 수도 있기 때문이다.
도 2a 는, 하부 전극으로 인가되는 3 개의 RF 전력들 (118) 및 상부 전극에 연결되는 3 개의 대응하는 공진 회로들 (202, 204, 및 206) 을 가지는 에칭 챔버의 일 실시형태이다. 각각의 공진 회로는 하부 전극 (108) 으로 인가되는 RF 전력들의 주파수들 중 하나에서 공진한다. 각각의 공진 회로가 고 임피던스 (완벽한 공진 회로에 대해서는 무한대의 임피던스) 를 나타내기 때문에, 하부 전극으로 인가되는 RF 전력은 접지로의 다른 경로를 "검색" 하고 있을 수도 있으며, 이것은 상부 전극의 RF 전력이 영향받을 수도 있다는 것을 의미한다. 일 실시형태에서는, 필터 (208) 가 상부 전극과 매칭 회로 (116) 사이에서, 상부 전극 (104) 에 커플링되는 RF 전력 소스 (120) 와 연관되어 배치되어서, 하부 전극으로부터의 RF 전력들이 상부 전극의 RF 전력 소스에 도달하는 것을 차폐한다.
각각의 공진 회로 (202, 204, 또는 206) 는 주파수-의존적 임피던스를 가지는데, 이러한 임피던스의 최대 값은 공진 주파수, 예를 들어, 하부 전극 상의 RF 전력들 중 하나의 주파수에 대응한다. 예를 들어, 공진 회로 (202) 는 주파수-의존적 임피던스를 나타내는데, 여기서 공진 회로 (202) 의 주파수-의존적 임피던스의 최대 값은 하부 전극에서의 RF 전력의 주파수 (예를 들어, 2 메가헤르쯔) 에 대응한다. 만일 공진 회로 (202) 가 이상적 컴포넌트들로 (예를 들어, 저항성 컴포넌트가 없이) 제작된다면, 공진 회로 (202) 는 공진하는 주파수 (예를 들어, 2 메가헤르쯔) 에서 무한대의 임피던스를 나타낼 것이다. 더 많은 세부 사항들은 RF 전력의 임피던스의 연산과 관련하는 도 3a 및 도 3b 를 참조하여 아래에 제공된다.
각각의 공진 회로는 하부 전극에 인가되는 주파수들 중 하나에서 공진하도록 설계된다. 공진 회로들은 상위 전극의 쉬스에, 즉, 쉬스의 전압, 및 쉬스의 위상에 영향을 미친다. 또한, 공진 회로들은 플라즈마 내의 RF 전류에도 영향을 미친다.
반도체 처리 시스템은 각각의 반도체 처리 동작에서 구성될 수도 있는데, 여기에서 상이한 전력들이 상부 및 하부 전극들로 인가될 수도 있고, 상이한 공진 회로들이 상부 전극에 커플링될 수도 있다. 이것이 웨이퍼의 처리에서의 유연성을 제공하는데, 이것은 각각의 웨이퍼 처리 동작에 대해서 상이한 요구 사항들 (예를 들어, 전력 레벨들, 에칭 레이트들, 전압 레벨들 등) 을 가질 수도 있다.
도 2a 내지 도 2e 는 반도체 챔버의 가능한 구성들 중 몇 개를 예시한다. 도 2a 내지 도 2e 에서 도시되는 실시형태들은 예시적인 것이며 챔버의 모든 가능한 구성들의 망라적인 리스트를 나타내는 것이 아니라는 점에 주의한다. 각각의 RF 전력 소스, 상부 및 하부, 및 각각의 공진 회로가 특정 동작 동안에 사용될 수도 있다. 또한, 상부 전극도 역시 몇 가지 실시형태들에서는 전기적 접지에 커플링될 수도 있다. 한층 더 나아가, 상부 및 하부 전극으로 인가되는 RF 전력들은 여기에서 예시된 것들과는 다른 주파수들에서 동작할 수도 있다. 따라서, 도 2a 내지 도 2e 에서 도시되는 실시형태들은, 배타적인 또는 한정적인 것으로 해석되어서는 안되며, 오히려 예시적인 또는 도시적인 것으로 해석되어야 한다.
예를 들어, 도 2b 는, 하부 전극으로는 3 개의 RF 전력들이 인가되고, 상부 전극으로는 어떠한 RF 전력도 인가되지 않는 챔버를 도시한다. 또한, 챔버는 상부 전극 (104) 과 전기적 접지 사이에서 병렬로 배치되는 3 개의 공진 회로들 (202, 204, 및 206) 을 포함한다.
RF 전력이 상부 전극 (예를 들어, 도 2a 의 챔버) 로 인가되면, 상부 전극 상에 RF 전력을 가지지 않는 도 2b 의 챔버의 경우보다, 플라즈마로 인가되는 더 많은 RF 전력이 존재한다. 이것이 도 2a 및 도 2b 의 챔버에 대한 상이한 동작 체제들 (operating regimes) 을 야기한다. 이러한 프로세스에 의존하여, 시스템은 상부 전극 상에 RF 전력를 사용할 수도 있고 또는 사용하지 않을 수도 있다. 또한, 몇 가지 실시형태들에서는 상위 전극의 임피던스는 공진 회로들을 사용함으로써 조절되는데, 이것이 상위 전극에서의 쉬스의 다른 제어를 인에이블한다.
도 2c 의 챔버는 하부 전극 상에 3 개의 RF 전력들을 그리고 상부 전극 상에 하나의 RF 전력을 포함하며, 상부 전극에 커플링되는 하나의 60 메가헤르쯔에서의 공진 회로 (206) 가 존재한다. 이러한 구성은, 2 메가헤르쯔 및 27 메가헤르쯔에 대한 RF 전력들이 상부 전극 상에서 접지까지의 경로를 가지도록 허용하지만, 60 메가헤르쯔 RF 전력은 상부 전극을 통과하지 않는, 전기적 접지로의 상이한 경로를 추종해야 할 것이다. 다시 말하면, 도 2c 의 챔버는 하부 전극으로 인가되는 RF 전력들 중 오직 하나에 플라즈마의 임피던스 제어를 제공한다.
도 2d 는, (하나는 상부 상에 그리고 세 개는 하부 상에 있는) 4 개의 RF 전력 소스들 및 상부 전극에 커플링되는 두 개의 공진 회로들 (202 및 206) 을 가지는 챔버의 일 실시형태를 도시한다. 이러한 챔버에서는, 2 메가헤르쯔 RF 전력에 대한 공진 회로가 존재하지 않는다. 도 2e 는 상부 전극에 RF 전력이 없으며 27 메가헤르쯔 및 60 메가헤르쯔 주파수들에 대한 공진 회로들을 가지는 반도체 처리 챔버이다. 두 개의 공진 회로들 (204 및 206) 은 상부 전극 (104) 과 전기적 접지 사이에서 병렬로 연결된다. 이러한 실시형태에서는, RF 전력이 상부 전극 (104) 으로 인가되지 않는다.
도 3a 는 일 실시형태에 따르는 공진 회로를 도시한다. 도 3a 는 60 메가헤르쯔 RF 전력에 대한 공진 회로를 도시하며, 다른 주파수들에 대한 공진 회로들은 컴포넌트들의 유사한 배치를 갖지만, 그 공진 회로 내의 인덕터들 및 커패시터들에 대한 상이한 값들을 가지고 제작될 수도 있다. 또한, 도 3a 에서 도시되는 실시형태는 예시적인 것이라는 것에 주의한다. 회로가 원하는 주파수에서 공진 (예를 들어, 완벽한 컴포넌트들이 사용되었다면 회로가 원하는 주파수에서 무한대의 임피던스를 제공) 하는 한, 다른 실시형태들은 회로 엘리먼트들의 상이한 배치 및 그 회로 엘리먼트들에 대한 상이한 값들을 사용할 수도 있다. 따라서, 도 3a 에서 도시되는 실시형태는 배타적이거나 제한하는 것으로 해석되어서는 안되며, 오히려 예시적이거나 또는 도시적인 것으로 해석되어야 한다. 일 실시형태에서는, 개별 공진 회로들을 가지는 것 대신에 두 개 이상의 공진 주파수들을 가지는 회로가 사용된다.
몇 가지 실시형태들에서는 상부 및 하부 전극들이 절연체들을 통하여 접지로부터 분리되기 때문에 (예를 들어 도 2a 내지 도 2e 를 참조), 접지와 상부 전극 사이에 커패시턴스가 존재하는데, 이것은 여기에서 부유 커패시턴스 (stray capacitance) (Cs) 라고 지칭된다. 또한, 공진 회로는 인덕턴스 (L) 및 가변 커패시턴스 (Cx) 를 포함한다.
가변 커패시터 (Cx) 의 커패시턴스 값은 공진 회로에 대한 원하는 공진 주파수를 획득하기 위하여 조절된다. Cx 에 대한 값의 연산에 대한 세부 사항들이 이하 도 3b 를 참조하여 제공된다. 챔버의 임피던스는 Cx 의 상이한 값들에 대해서 연산되고, 그리고 회로를 원하는 주파수에서 공진시키는 Cx 의 값이 사용된다. 다시 말하면, Cx 의 커패시턴스의 값은 원하는 공진 주파수가 달성될 때까지 조절된다. 공진 회로를 정밀-튜닝하기 위하여 아래의 도 8b 를 참조하여 더 많은 세부 사항들을 본다.
또한, Cx 의 값이 변화할 때, 상위 및 하위 전극들 내의 전압들의 값들도 역시 변화한다. 일 실시형태에서는, 인덕턴스 (L) 는 0.1 uH 및 1 uH 사이의 값을 갖지만, 다른 값들도 역시 가능하다. 다른 실시형태에서는, Cx 의 값은 3 내지 34 pF의 범위 내에 있지만, 다른 값들도 역시 가능하다. 하나의 실험에서, 부유 커패시턴스 (Cs) 는 577 pF의 값을 가지는 것으로 측정되었다.
도 3b 는 일 실시형태에 따르는, 공진 회로의 임피던스를 연산하기 위한 공식 (304) 을 예시한다. Z1 은 부유 커패시턴스 (Cs) 에 대한 임피던스 값이고 그리고 Z1 은 다음 수학식 1 에 따라서 연산된다:
Z2 는 인덕턴스 (L) 및 가변 커패시터 (Cx) 의 직렬 조합의 임피던스이다. 커패시터 및 인덕턴스가 직렬로 연결되기 때문에, 조합의 임피던스 Z2 는 다음 수학식 2 에 따라서 연산될 수도 있다.
Z3 은 공진 회로의 임피던스이고 다음 수학식 3 에 따라서 병렬인 두 임피던스들 (Z1 및 Z2) 의 연산을 적용함으로써 연산될 수도 있다:
수학식들 (1), (2) 및 (3) 을 결합하면, Z3 의 값이 다음 수학식 4 와 같이 연산될 수도 있다:
수학식 4 의 분모가 0 이라면, 그러면 Z3 는 무한대의 값 (또는 커패시터들 및 인덕턴스 내의 어떤 저항적 엘리먼트에 기인하여 컴포넌트들이 이상적이지 않는 경우에는 매우 높은 임피던스) 을 가진다. 동일한 공진하는 주파수에 대하여, L 의 더 높은 인덕턴스 값들이 더 낮은 Cx 로 변환된다는 것에 주의한다. 다시 말하면, 인덕턴스 (L) 에 대하여 사용되는 값들과 커패시터 (Cx) 에 대하여 요구되는 값 사이에 트레이드오프가 존재한다.
도 4a 내지 도 4c 는, 일 실시형태에 따르는, 60 MHz가 하부 전극 상에 있고 그리고 60 MHz 공진 회로가 상부 전극 상에 있는 처리 장치의 성능과 관련된 차트들을 제공한다. 도 4a 는, 기판의 중심으로부터의 거리 (반경) 의 함수로서의 이온 포화 전류 밀도 (mA/cm2) 를 도시하는 차트이다. 일 실시형태에서는, 기판은 직경에 있어서 300 mm 이지만 동일한 원리들이 임의의 사이즈의 웨이퍼들에 적용된다. 도 4a 는 두 개의 라인들: 상부 전극이 전기적으로 플로팅될 때의 제 1 라인, 및 상부 전극이 60 메가헤르쯔 공진 회로를 포함할 때의 제 2 라인을 포함한다. 상부 전극이 플로팅하면, 이온 밀도는 약 100 mm 로부터 180 mm 까지에서 증가한다. 그러나, 상부 전극이 60 MHz 공진 회로를 가지면, 이온 밀도는 0 으로부터 150 mm 넘어서까지 실질적으로 일정하다. 이온 밀도는 150 mm 밖에서는 감소하여 웨이퍼 상의 에칭에 영향을 주지 않는데, 이는 웨이퍼가 150 mm의 반경을 가지기 때문이다. 그러므로, 공진 회로를 이용할 때 웨이퍼의 표면 상에 균일성이 존재한다.
도 4b 는 60 MHz 공진 회로를 상부 전극 상에 이용하는 경우 또는 전기적으로 플로팅하는 상부 전극을 이용하는 경우의 에치 레이트를 도시한다. 상부 전극이 플로팅하면, 에치 레이트는 약 75 밀리미터의 반경을 넘어갈 때 급속도로 증가하는데, 이것은 에치 레이트가 기판의 표면 전체에서 균일하지 않다는 것을 의미한다. 그러나, 60 메가헤르쯔 공진 회로가 상부 전극에 커플링되면, 에치 레이트는 기판의 전 표면 전체에서 실질적으로 균일한 에칭 레이트를 보인다.
도 4a 및 도 4b 에 대하여 도시된 측정들은 선결정된 조건들 하에서 에칭 챔버의 특정 구성에 대한 예들이라는 것에 주목한다. 측정들은 공진 회로를 가지는 챔버 및 가지지 않은 챔버 간의 차이들을 평가하기 위하여 이루어졌다. 그러나, 챔버 상의 실제 밀도 및 에칭 레이트들은, 프로세스에 대한 상이한 레시피들을 사용할 경우 수반되는 다른 인자들에 기인하여 도 4a 및 도 4b 에 도시된 차트들로부터 변경될 수도 있다. 그러므로, 도 4a 내지 도 4b 에서 도시되는 실시형태들은 배타적이거나 제한하는 것으로 해석되어서는 안되며, 오히려 예시적이거나 또는 도시적인 것으로 해석되어야 한다.
도 4c 는 60 메가헤르쯔 공진 회로를 상위 전극 상에 이용할 경우의 상위 전극의 임피던스를 도시한다. 이 차트는, 조절가능한 커패시터 (Cx) 의 커패시턴스 값의 함수로서, 60 메가헤르쯔 전력 소스를 하부 전극에서 이용할 때의 상위 전극 임피던스 및 상위 전극의 DC 포텐셜을 도시한다.
일 실시형태에서는, 커패시터가 약 30 pF의 값을 가지는 경우에 임피던스는 매우 커진다. 또한, 상위 전극의 DC 포텐셜은 약 -40 볼트로 떨어진다. 상위 전극 임피던스의 최소는 60 메가헤르쯔에서의 공진 포인트를 표시한다. 또한, 일 실시형태에서는, RF 신호의 위상도 역시 공진 포인트에서 변화한다는 것에 주목한다.
공진이 존재하면, 임피던스는 무한대로 접근하는데, 이것이 RF가 상위 전극으로 가는 것을 막으며, RF 신호는 접지까지의 상이한 경로를 찾아야 한다. 공진 포인트 직전 및 직후에서 임피던스 라인의 빠른 기울기 때문에 공진 포인트에서 동작하는 것이 어렵다는 것에 주목한다.
공진 포인트에서 동작하기 위하여, 커패시턴스 (Cx) 는 전압에 대한 최소가 발견될 때까지 변화된다. 하지만, 임피던스 곡선의 첨예한 기울기에 기인하여, 안정성에 대한 문제점들이 존재할 수도 있다. 일 실시형태에서는, (공진 포인트에서의 기울기에 관련되는) 곡선의 Q가 낮아져서 회로가 공진 포인트에서 안정하게 된다. 이것은 회로 내에 어떤 저항성 컴포넌트들을 추가하여 Q 를 낮추는 것을 도움으로써 달성된다.
도 5a 및 도 5b 는, 일 실시형태에 따르는, 하부 전극 상의 2 MHz 전력 및 2 MHz 공진 회로를 가지는 처리 장치의 성능과 관련된 차트들을 제공한다. 도 5a 및 도 5b 는 2 메가헤르쯔의 하나의 단일 RF 전력을 사용하는 챔버의 결과들을 도시한다. 도 5a 는 2 메가헤르쯔 RF 전력을 하부 전극 상에서 이용하는 경우의, 기판의 중심으로부터의 거리의 함수로서의 플라즈마 밀도를 도시한다. 상부 전극이 플로팅하면 (예를 들어, 전력 또는 전기적 접지에 커플링되지 않으면), 기판의 표면 전체의 밀도는 균일하다.
2 메가헤르쯔 공진 회로를 상부 상에 이용할 경우에는, 밀도는 중심에서 더 높고, 50 으로부터 150 mm 까지 거의 선형적으로 감소한다. 보통 상위 및 하위 전극 플라즈마 쉬스들은 위상이 상이하다. 2 메가헤르쯔에서는, 쉬스 상에 고 전압들이 존재하고 공진 회로가 사용되면 두 쉬스들의 위상에 변화가 존재하는데, 이것은 몇 가지 물리적 효과들을 야기할 수도 있다. 이것이 전자 트래핑 (trapping) 플라즈마 및 밀도 향상을 가져오는데, 그 이유는 공진 회로를 사용하는 경우에 플라즈마 밀도가 더 높기 때문이다. 공진이 존재할 경우에는, 두 개의 쉬스들이 동위상이거나 또는 거의 동위상이기 때문에 중심 상에 높은 에치 레이트가 존재한다. 이것은, 2 메가헤르쯔 공진 회로가 어떤 프로세스들에 대하여 웨이퍼의 표면 상에 프로세스 균일성을 제공하는 데에는 유용하지 않을 수도 있지만, 다른 프로세스들에 대해서는 이것이 중심의 저 에치 레이트를 보상할 수도 있다는 것을 의미한다.
도 5b 는, 상부 전극이 플로팅하는 경우에, 에치 레이트가 웨이퍼의 중심에서 더 높고 웨이퍼의 에지를 향해서 점진적으로 감소한다는 것을 도시한다. 그러나, 공진 회로가 상부 전극에 커플링되면, 이러한 효과는 실질적으로 증가하고, 웨이퍼의 에지에서의 에치 레이트는 웨이퍼의 중심에서의 에치 레이트보다 훨씬 적다.
상부 쉬스로부터 플라즈마로 되반사되는 더 많은 전자들이 존재하기 때문에, 공진 회로를 이용할 경우에 증가되는 밀도에 기인하여 하부에서 생성되는 더 많은 이차 전자들이 존재한다. 이것이 추가적인 이온화에 기인한 플라즈마 밀도에서의 증가를 야기한다. 또한, 더 높은 쉬스 포텐셜 및 음의 방향으로 더 낮은 상위 전극 전압들에 기인하여, 상부 전극에서 생성되는 더 많은 이차 전자들이 존재하여, 추가적인 이온화 및 플라즈마 밀도에서의 증가가 초래된다.
도 6a 및 도 6b 는, 일 실시형태에 따르는 27 MHz 공진 회로를 가지는 처리 장치의 성능과 관련된 차트들을 제공한다. 도 6a 및 도 6b 는, 하부 전극에서 27 메가헤르쯔의 단일 RF 전력을 사용할 경우의 챔버 내의 성능 측정들의 결과들을 도시한다. 도 6a 에서 관찰되는 바와 같이, 플라즈마 밀도는 상부 전극이 공진 회로를 포함할 경우보다 상부 전극이 접지되는 경우에 더 높다.
상부 전극이 접지되는 경우에는 밀도는 약 130 mm까지 실질적으로 균일하고, 밀도는 130 mm 이후에는 신속하게 감소한다. 공진 회로를 사용하는 경우에는 밀도는 몇 가지 변동을 제공하지만, 접지된 상부 전극의 경우에서와 같이 웨이퍼의 에지에 이러한 첨예한 감소가 존재하지 않는다.
도 6b 는 기판의 표면 전체에서의 에치 레이트에서의 변동을 도시한다. 상부 전극이 접지되는 경우에는, 웨이퍼의 중심 및 에지에서의 에치 레이트들 사이에는 첨예한 차이가 존재한다. 공진 회로를 상부 상에 이용하는 경우에는, 에치 레이트는 W 형상을 나타내며, 이것은 접지된 전극의 경우에서보다 웨이퍼 전체에 더 많은 균일성을 제공한다. W 형상에 대한 이유는 기본파 (fundamental) (27 메가헤르쯔) 및 그의 고조파들 양측 모두가 에치 균일성에 영향을 미치기 때문인 것으로 여겨진다.
도 4a 내지 도 6b 를 참조하여 위에서 설명된 바와 같은 공진 회로들의 상이한 효과들을 비교함으로써, 웨이퍼 전체의 에치 균일성을 증가시키기 위하여 60 메가헤르쯔 공진 회로가 사용될 수도 있는 것으로 보인다. 27 메가헤르쯔 및 60 메가헤르쯔는 에치 레이트에 이러한 커다란 영향을 제공하지 않는데, 그 이유는 쉬스 전압이 더 작기 때문에 쉬스 내의 전극들의 트래핑에 대한 이러한 영향이 없기 때문이다.
도 7 은 일 실시형태에 따르는 반도체 웨이퍼 처리 장치를 도시한다. 도 7 의 챔버는 RF 주파수들 (f1, f2, f3) 을 개별적으로 가지는 RF 전력 소스들 (720, 722, 및 724) 을 포함하는데, 이들은 각각 대응하는 매칭 네트워크들 (M1, M2, 및 M3) 을 통하여 개별적으로 하부 전극 (108) 으로 연결된다. 상부 전극 (104) 은 스위치 (122) 및 매칭 네트워크 (116) 를 통하여 RF 주파수 (f4) 를 가지는 제 4 RF 전력 소스 (120) 로 연결된다. 스위치 (122) 는 제 4 RF 전력 소스를 상부 전극 (104) 에 커플링 또는 디커플링한다. 일 실시형태에서, 필터 (208) 는 다른 RF 주파수들이 제 4 RF 전력 소스 (120) 에 도달하는 것을 걸러내기 위하여 사용된다.
더 나아가, 챔버는 상부 전극 (104) 으로의 접속들을 구성하기 위한 수 개의 스위치들을 포함한다. 스위치 (726) 는 2 메가헤르쯔 공진 회로 (202) 를 상부 전극으로 연결 또는 연결해제하도록 동작가능하다. 스위치 (728) 는 27 메가헤르쯔 공진 회로 (204) 를 상부 전극으로 연결 또는 연결해제하도록 동작가능하다. 더 나아가, 스위치 (730) 는 60 메가헤르쯔 공진 회로 (206) 를 상부 전극으로 연결 또는 연결해제하도록 동작가능하다. 또한, 상부 전극은, 상부 전극을 전기적 접지로 연결 또는 연결해제하는 스위치 (732) 를 통하여 접지될 수도 있다.
제 1 히터 (718) 는 상부 전극 (104) 위에 위치되고, 그리고 제 2 히터 (716) 는 접지 전극 (124) 위에 위치된다. 히터들은 알루미늄 질화물 재료의 층에 의하여 상부 전극 및 접지 전극으로부터 분리되자만, 다른 절연체들도 역시 사용될 수도 있다. 히터 (716) 는 접지 전극의 외부 영역에서의 온도를 제어하고, 히터 (718) 는 상위 전극의 온도를 제어한다. 각각의 히터는 웨이퍼 처리 동작 동안에 독립적으로 턴온되거나 또는 턴오프되도록 동작가능하다.
상위 전극의 온도를 제어하는 것이 챔버의 응답을 조절하기 위하여 사용될 수도 있다. 그러나, 온도를 제어하는 것은 온도가 신속하게 변화될 수 없다는 제한을 가진다. 그러므로, 온도 제어는 챔버 내의 변화들에 대한 느린 응답을 제공한다. 상부 전극의 온도 제어를 사용하여 각각의 웨이퍼-처리 동작을 제어하는 것은 어렵다. 또한, 챔버 내의 실리콘 표면들에 인가될 수 있는 온도에 상한이 존재한다.
더 나아가, 웨이퍼 처리 장치는 시스템 제어기 (702), 상위 전극 전력 및 임피던스 제어기 (302), 및 f1, f2, 및 f3 각각에 대한 전력 제어기들 (710, 712, 및 714) 을 포함한다. 시스템 제어기 (702) 는 플라즈마 레시피 (704) 를 수신하는데, 이것은 챔버 상에서 수행되는 상이한 동작들에 대한 명령어들을 포함한다. 웨이퍼의 처리는 다중 동작들에서 이루어질 수도 있고, 각각의 동작은 챔버 내에서 상이한 설정들을 요구할 수도 있다. 예를 들어, 어떤 동작에서는 4 개의 RF 전력 소스들 모두가 턴온되는데, 반면에 다른 동작들에서는 3 개만, 또는 2 개만, 또는 1 개 등의 RF 전력 소스들만이 턴온된다.
상위 전극 전력 및 임피던스 제어기 (302) 는, 상부 전극에 커플링되는 스위치들 (122, 726, 728, 730, 및 732) 의 포지션을 설정하여, 상부 전극이 챔버 내의 상이한 처리 동작들에서 구성되도록 인에이블하도록 동작가능하다. 또한, 상위 전극 전력 및 임피던스 제어기 (302) 는, 주어진 동작에 대하여 RF 전력 소스가 요구되지 않는 경우에는 RF 전력 소스 (120) 를 턴오프하도록 동작가능하다. 시스템 제어기 (702) 는 상위 전극 전력 및 임피던스 제어기 (302) 와 상호작용하여, 수신된 플라즈마 레시피 (704) 에 기초하여 챔버 내의 적합한 파라미터들을 설정한다.
플라즈마 레시피 (704) 에 기초하여, 시스템 제어기는, 어떤 RF 전력 소스들이 턴온되거나 또는 턴오프되는지, 그들의 전압들 및 그들의 전력 설정들, 스위치들 (122, 726, 728, 730, 및 732) 의 설정들, 히터들 (716, 718) 에 대한 설정들, 챔버에서 이용되는 가스들, 챔버 상의 압력, 웨이퍼-처리 동작의 지속기간 등을 포함하는, 챔버의 동적 파라미터들을 설정한다. 일 실시형태에서는, 시스템 제어기 (702) 는 상부 전극 상의 전력의 구성을 위하여 명령들을 상위 전극 전력 및 임피던스 제어기 (302) 로 전송하는데, 이것은 스위치들의 포지션의 설정, RF 전력 (120) 의 턴온 또는 턴오프, 그리고 동작 동안에 RF 전력 (120) 에 대한 전력 레벨을 설정하는 것을 포함한다.
또한, 시스템 제어기 (702) 는 전력 제어기들 (710, 712, 및 714) 과 인터페이싱하는데, 이것은 대응하는 RF 전력들 (720, 722, 및 724) 이 턴온되는지 또는 턴오프되는지 여부를 조정 (regulate) 하고, 만일 전력이 턴온되면, 어떤 전력 설정으로 턴온될지 조정한다. 일 실시형태에서는, RF 전력 소스 (120) 의 주파수는 400 kHz이다. 다른 실시형태에서는, 주파수는 400 kHz로부터 2 MHz까지의 범위 내에 있는데, 반면에 또 다른 실시형태에서는 주파수는 100 kHz로부터 10 MHz까지의 범위 내에 있다. 몇 개의 동작들에서는, 3 개의 하부 RF 전력들은 동시에 턴온되는데, 이것이 상부 RF 에서 더 높은 주파수를 가지는 것을 허용한다. 일 실시형태에서는, RF 전력 소스 (120) 의 주파수는 챔버 내에서 공진을 회피하기 위하여 하부에서의 주파수들 (f1-f3) 과는 상이하다.
일 실시형태에서는, 챔버 내의 압력은 20 mTorr 와 60 mTorr 사이의 값을 가진다. 다른 실시형태에서는, 상부 전력 소스의 전압은 수백 볼트들의 범위 (예를 들어, 100 V 내지 2000 V 이상) 내에 있을 수 있고, 하부 RF 전력 소스들은 6000 V 이상에 달하는 전압을 가질 수 있다. 일 실시형태에서는, 전압은 1000 V 이다. 다른 실시형태에서는, 상부 RF 전력 소스의 전압은 100 V 와 600 V 사이의 값을 가지며, 하부 RF 전력 소스들의 전압은 1000 V 와 6000 V 사이의 값을 가진다. 상부 챔버 및 하부 챔버에서의 압력은 10 mTorr 와 500 mTorr 사이의 값을 가질 수 있다. 일 실시형태에서는, 챔버는 15 mTorr의 압력에서 동작한다.
도 7 에 도시되는 실시형태는 예시적이라는 것에 주의한다. 다른 실시형태들은 챔버들의 상이한 타입들, 상이한 주파수들, 레시피에 기초한 챔버 구성에 대한 조절들의 다른 타입들, 챔버 내의 상이한 압력들 등을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 일 실시형태에서는, 챔버는 CCP 플라즈마 챔버이다. 더욱이, 반도체 웨이퍼 처리 장치 내의 위에서 설명된 모듈들 중 복수 개는 단일 모듈로 통합될 수도 있고, 또는 단일 모듈의 기능성은 몇 개의 모듈들에 의하여 수행될 수도 있다. 예를 들어, 일 실시형태에서는, 전력 제어기들 (710, 712, 및 714) 은 시스템 제어기 (302) 내에 통합되자만, 다른 구성들도 역시 가능하다. 그러므로, 도 7 에서 도시된 실시형태는 배타적이거나 제한하는 것으로 해석되어서는 안되며, 오히려 예시적이거나 또는 도시적인 것으로 해석되어야 한다.
도 8a 는 일 실시형태에 따르는, 처리 챔버 (예를 들어, 도 7 의 챔버) 의 상부 및 하부 전극을 포함하는 웨이퍼 처리 장치 내에서 웨이퍼를 처리하기 위한 알고리즘의 흐름을 도시한다. 동작 (802) 에서는, 웨이퍼를 처리하기 위한 레시피가 수신된다. 동작 (802) 으로부터, 방법은 동작 (804) 으로 진행하여, 제 1 RF 전력이 인에이블되어야 하는지 여부를 결정하는 점검이 이루어진다. 만일 제 1 RF 전력이 인에이블되어야 한다면, 방법은 동작 (806) 으로 진행하여, 제 1 RF 전력이 턴온되고, 만일 제 1 RF 전력이 인에이블되지 않아야 한다면, 방법은 동작 (808) 으로 진행하여, 제 1 RF 전력이 턴오프된다.
동작 (810) 에서는, 제 2 RF 전력이 인에이블되어야 하는지를 결정하는 점검이 이루어진다. 만일 제 2 RF 전력이 인에이블되어야 한다면, 방법은 동작 (812) 으로 진행하여, 제 2 RF 전력이 턴온되고, 만일 제 2 RF 전력이 인에이블되지 않아야 한다면, 방법은 동작 (814) 으로 진행하여, 제 2 RF 전력이 턴오프된다.
동작 (816) 에서는, 제 3 RF 전력이 인에이블되어야 하는지를 결정하는 점검이 이루어진다. 만일 제 3 RF 전력이 인에이블되어야 한다면, 방법은 동작 (818) 으로 진행하여, 제 3 RF 전력이 턴온되고, 만일 제 3 RF 전력이 인에이블되지 않아야 한다면, 방법은 동작 (820) 으로 진행하여, 제 3 RF 전력이 턴오프된다.
동작 (822) 에서는, 제 4 RF 전력이 인에이블되어야 하는지를 결정하는 점검이 이루어진다. 만일 제 4 RF 전력이 인에이블되어야 한다면, 방법은 동작 (824) 으로 진행하여, 제 4 RF 전력이 턴온되고, 만일 제 4 RF 전력이 인에이블되지 않아야 한다면, 방법은 동작 (826) 으로 진행하여, 제 4 RF 전력이 턴오프된다.
4 개의 RF 전력들이 턴온되거나 또는 턴오프된 이후에, 방법은 레시피에 기초하여 제 1 스위치의 포지션이 상부 전극을 제 4 RF 전력에 커플링하거나 또는 디커플링하도록 설정되는 동작 (828) 으로 진행한다. 동작 (828) 으로부터, 방법은, 제 2 스위치의 포지션이 레시피에 기초하여 상부 전극을 제 1 공진 회로에 커플링하거나 또는 디커플링하도록 설정되는 동작 (830) 으로 진행한다.
동작 (830) 으로부터, 방법은 계속하여, 제 1 스위치의 포지션이 레시피에 기초하여 상부 전극을 전기적 접지에 커플링하거나 또는 디커플링하기 위하여 설정되는 동작 (832) 으로 진행한다. 동작 (834) 에서는 웨이퍼가 처리된다.
도 8b 는, 일 실시형태에 따르는 공진 회로 (예를 들어, 도 3a 에서의 가변 커패시터 (Cx) 를 가지는 공진 회로를 참조한다) 를 튜닝하기 위한 방법을 도시한다. 동작 (852) 에서는, 플라즈마가 처리 챔버 내에서 타격된다. 플라즈마가 타격된 이후에, 동작 (854) 에서는, 공진 회로 내의 가변 커패시터는 상위 전극 상에 최소 전압이 획득될 때까지 조절된다. 가변 커패시터의 이러한 제 1 조절은 거친 튜닝 (coarse tuning) 이라고 지칭된다.
동작 (854) 으로부터, 방법은, 가변 커패시터가 재조절되어, 안정 체제 (stable regime) 에서 실행하기 위하여 상위 전극 상의 전압을 공진 포인트로부터 멀리 천이시키는 동작 (856) 으로 진행한다. 공진 회로가 공진 포인트 근처에 있기 때문에, 공진 RF 주파수에 대한 임피던스는 여전히 매우 높지만, 임피던스 내의 임의의 작은 변동이 상위 전극의 전압에서의 큰 변화를 야기하지 않을 것이기 때문에 회로는 더욱 안정할 것이다. 가변 커패시터의 제 2 조절은 정밀 튜닝 (fine tuning) 이라고 지칭된다.
가변 커패시터에 대한 값이 거친 튜닝 및 정밀 튜닝의 동작 동안에 설정된 이후에, 기판은 챔버 내에서 정밀-튜닝된 공진 회로를 이용하여 처리된다.
도 9 는 여기에서 설명된 실시형태들을 구현하기 위한 컴퓨터 시스템의 간략화된 개략도이다. 여기에서 설명된 방법들이 디지털 처리 시스템, 예컨대 종래의, 범용 컴퓨터 시스템을 이용하여 수행될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 오직 하나의 기능만을 수행하도록 설계되거나 또는 프로그램되는 특수 목적 컴퓨터들이 대안에서 이용될 수도 있다. 컴퓨터 시스템은 중앙 처리 유닛 (CPU) (904) 을 포함하는데, 이것은 버스 (910) 를 통하여 랜덤 액세스 메모리 (RAM) (928), 판독-전용 메모리 (ROM) (912), 및 대용량 스토리지 디바이스 (914) 에 커플링된다. 전력 및 임피던스 제어 프로그램 (908) 은 랜덤 액세스 메모리 (RAM) (928) 에 상주하지만, 대용량 스토리지 (914) 또는 ROM (912) 에 상주할 수도 있다.
대용량 스토리지 디바이스 (914) 는 지속적 (persistent) 데이터 스토리지 디바이스, 예컨대 플로피 디스크 드라이브 또는 고정식 디스크 드라이브를 나타내는데, 이것은 로컬 디바이스일 수도 있고 원격 디바이스일 수도 있다. 네트워크 인터페이스 (930) 는 네트워크 (932) 를 통한 접속들을 제공하는데, 이것이 다른 디바이스들과의 통신들을 허용한다. CPU (904) 가 범용-목적 프로세서, 특수 목적 프로세서, 또는 특수하게 프로그램된 로직 디바이스 내에 구현될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 입력/출력 (I/O) 인터페이스는 상이한 주변 장치들과의 통신을 제공하고 버스 (910) 를 통하여 CPU (904), RAM (928), ROM (912), 및 대용량 스토리지 디바이스 (914) 와 연결된다. 샘플 주변 장치들은 디스플레이 (918), 키보드 (922), 커서 제어 (924), 착탈식 미디어 디바이스 (934) 등을 포함한다.
디스플레이 (918) 는 여기에서 설명된 사용자 인터페이스들을 디스플레이하도록 구성된다. 명령 선택들에서 정보를 CPU (904) 로 통신하기 위하여, 키보드 (922), 커서 제어 (924), 착탈식 미디어 디바이스 (934), 및 다른 주변 장치들은 I/O 인터페이스 (920) 에 커플링된다. 외부 디바이스들로 및 이로부터의 데이터가 I/O 인터페이스 (920) 를 통하여 통신될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 실시형태들은, 태스크들이 유선-기초 또는 무선 네트워크를 통하여 링크되는 원격 처리 디바이스들에 의하여 수행되는 분산 컴퓨팅 환경들에서 실시될 수 있다.
여기에서 설명되는 실시형태들은, 핸드-헬드 디바이스들, 마이크로프로세서 시스템들, 마이크로프로세서-기초 또는 프로그래밍가능한 소비자 전자 장치, 미니컴퓨터들, 메인프레임 컴퓨터들 및 기타 등등을 포함하는 다양한 컴퓨터 시스템 구성들을 이용하여 실시될 수도 있다. 또한, 실시형태들은 태스크들이 네트워크를 통하여 링크되는 원격 처리 디바이스들에 의하여 수행되는 분산 컴퓨팅 환경들에서 실시될 수 있다.
위의 실시형태들을 염두에 두면서, 실시형태들이, 컴퓨터 시스템들 내에 저장되는 데이터를 수반하는 다양한 컴퓨터-구현 동작들을 채택할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 이러한 동작들은 물리량들의 물리적 조작을 요구하는 것들이다. 실시형태들 중 일부를 형성하는, 여기에서 설명되는 동작들 중 임의의 것은 유용한 기계 동작들이다. 또한, 실시형태들은 이러한 동작들을 수행하기 위한 디바이스 또는 장치와 관련한다. 또한, 실시형태들은 이러한 동작들을 수행하기 위한 디바이스 또는 장치에 관련한다. 장치는 특수 목적 컴퓨터와 같이, 요구된 목적에 대하여 특수하게 구성될 수도 있다. 특수 목적 컴퓨터로서 정의되는 경우에는, 컴퓨터는, 여전히 그 특수 목적을 위하여 동작할 수 있는 동안에 그러한 특수 목적의 일부가 아닌 다른 처리, 프로그램 실행 또는 루틴들도 역시 수행할 수 있다. 대안적으로는, 동작들은 컴퓨터 메모리, 캐시 내에 저장되거나 네트워크 상에서 획득되는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들에 의하여 선택적으로 활성화되거나 구성되는 범용 목적 컴퓨터에 의하여 처리될 수도 있다. 데이터가 네트워크 상에서 획득되는 경우에는, 데이터는 네트워크 상의 다른 컴퓨터들, 예를 들어, 컴퓨팅 리소스들의 클라우드에 의하여 처리될 수도 있다.
또한, 하나 이상의 실시형태들은 컴퓨터 판독가능 매체 상의 컴퓨터 판독가능 코드로서 제작될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는 데이터를 저장할 수 있는 임의의 데이터 스토리지 디바이스인데, 이것은 그 이후에 컴퓨터 시스템에 의하여 판독될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체의 예들은 하드 드라이브들, 네트워크 부착된 스토리지 (network attached storage; NAS), 판독-전용 메모리, 임의-접근 메모리, CD-ROM들, CD-R들, CD-RW들, 자기적 테이프들 및 다른 광학적 및 비-광학적 데이터 스토리지 디바이스들을 포함한다. 컴퓨터 판독가능 매체는, 컴퓨터 판독가능 코드가 분산 방식으로 저장되고 실행될 수 있도록, 네트워크-커플링된 컴퓨터 시스템 상에서 분산된 컴퓨터 판독가능한 유형 매체를 포함할 수 있다.
비록 방법 동작들이 특정한 순서에서 설명되었지만, 다른 하우스키핑 (housekeeping) 동작들이 동작들 사이에서 수행될 수도 있고, 또는 동작들이 상이한 시점들에서 발생하도록 그들이 조절될 수도 있으며, 또는 오버레이 동작들 (overlay operations) 의 처리가 원하는 방식으로 수행되는 한, 처리와 연관된 다양한 인터벌들에서의 처리 동작들의 발생을 허용하는 시스템 내에서 분산될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
비록 앞선 실시형태들이 이해의 명확화의 목적들을 위하여 어느 정도 상세히 설명되었지만, 어떠한 변화들 및 수정들이 첨부된 특허청구범위들의 범위 내에서 실시될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 이에 상응하여, 본 실시형태들은 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니라고 간주되어야 하며, 그리고 실시형태들은 여기에서 제공되는 세부 사항들로 제한되어서는 안되고, 오히려 첨부된 특허청구범위들의 범위 및 균등물들 내에서 수정될 수도 있다.
Claims (37)
- 처리 챔버의 상부 전극 및 하부 전극을 포함하는 웨이퍼 처리 장치로서:
제 1 무선 주파수 (RF) 전력 소스, 제 2 RF 전력 소스, 및 제 3 RF 전력 소스로서, 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 RF 전력 소스들은 상기 하부 전극에 커플링되는, 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 RF 전력 소스들;
상기 상부 전극에 커플링되는 제 4 RF 전력 소스로서, 부유 커패시턴스 (stray capacitance) 가 접지와 상기 상부 전극 사이에 구성되는, 상기 제 4 RF 전력 소스;
상기 상부 전극에 바로 커플링되고 전기적 접지에 바로 커플링된 제 1 공진 회로로서, 상기 제 1 공진 회로는 단일 물리적 용량성 엘리먼트를 포함하고 그리고 상기 상부 전극에 커플링된 인덕터 및 상기 물리적 용량성 엘리먼트로서 가변 커패시터를 포함하고, 상기 가변 커패시터는 직렬로 전기적 접지에 바로 연결되고 상기 인덕터에 바로 연결되고, 상기 가변 커패시터는 상기 제 1 공진 회로의 주파수 의존적 임피던스를 변경시키도록 동작가능한 튜닝 엘리먼트이고, 상기 제 1 공진 회로의 상기 주파수 의존적 임피던스는 상기 제 1 RF 전력 소스의 주파수에서 최대 값을 나타내도록 규정되고, 상기 가변 커패시터는 상기 가변 커패시터 및 상기 인덕터의 조합과만 병렬 커플링된 상기 부유 커패시턴스의 임피던스에 기초하여 상기 제 1 공진 회로의 상기 주파수 의존적 임피던스를 설정하도록 튜닝되는, 상기 제 1 공진 회로;
상기 상부 전극과 전기적 접지 사이에 커플링된 제 2 공진 회로로서, 상기 제 2 공진 회로의 주파수 의존적 임피던스는 상기 제 2 RF 전력 소스의 주파수에서 최대 값을 나타내도록 규정되는, 상기 제 2 공진 회로;
상기 상부 전극과 전기적 접지 사이에 커플링된 제 3 공진 회로로서, 상기 제 3 공진 회로의 주파수 의존적 임피던스는 상기 제 3 RF 전력 소스의 주파수에서 최대 값을 나타내도록 규정되고, 상기 제 1 RF 전력 소스, 상기 제 2 RF 전력 소스, 및 상기 제 3 RF 전력 소스는 병렬로 커플링되는, 상기 제 3 공진 회로; 및
상기 상부 전극과 상기 제 4 RF 전력 소스 사이에 커플링된 필터로서, 상기 필터의 제 1 단부는 상기 상부 전극 및 상기 제 1 공진 회로, 상기 제 2 공진 회로, 그리고 상기 제 3 공진 회로에 커플링되고, 상기 필터의 제 2 단부는 상기 제 4 RF 전력 소스에 커플링되고, 상기 필터는 상기 하부 전극으로부터의 전력이 상기 제 4 RF 전력 소스에 도달하는 것을 차폐하는, 상기 필터를 포함하는, 웨이퍼 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
시스템 제어기로서, 상기 시스템 제어기는 상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 RF 전력 소스들 각각을 독립적으로 웨이퍼 처리 동작 동안에 턴온됨 또는 턴오프됨 중 하나로 설정하도록 동작가능하고, 상기 시스템 제어기는 상기 제 1 공진 회로를 상기 상부 전극에 커플링 또는 디커플링하도록 동작가능한, 상기 시스템 제어기를 더 포함하는, 웨이퍼 처리 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 시스템 제어기는, 추가로, 상기 상부 전극을 전기적 접지에 커플링 또는 디커플링하도록 동작가능한, 웨이퍼 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 웨이퍼 처리 장치는:
60 MHz의 주파수로 설정가능한 상기 제 1 RF 전력 소스;
27 MHz의 주파수로 설정가능한 상기 제 2 RF 전력 소스;
2 MHz의 주파수로 설정가능한 상기 제 3 RF 전력 소스; 및
400 kHz의 주파수로 설정가능한 상기 제 4 RF 전력 소스를 포함하는 구성 (configuration) 에 따라서 구성되는, 웨이퍼 처리 장치. - 처리 챔버의 상부 전극 및 하부 전극을 포함하는 웨이퍼 처리 장치로서:
제 1 무선 주파수 (RF) 전력 소스, 제 2 RF 전력 소스, 제 3 RF 전력 소스, 및 제 4 RF 전력 소스로서, 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 RF 전력 소스들은 상기 하부 전극에 커플링되고, 부유 커패시턴스가 접지와 상기 상부 전극 사이에 구성되는, 상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 RF 전력 소스들;
상기 상부 전극에 바로 커플링되고 전기적 접지에 바로 커플링된 제 1 공진 회로로서, 상기 제 1 공진 회로는 단일 물리적 용량성 엘리먼트를 포함하고 그리고 상기 상부 전극에 커플링된 인덕터 및 상기 용량성 엘리먼트로서 가변 커패시터를 포함하고, 상기 가변 커패시터는 직렬로 전기적 접지에 바로 연결되고 상기 인덕터에 바로 연결되고, 상기 가변 커패시터는 상기 제 1 공진 회로의 주파수 의존적 임피던스를 변경시키도록 동작가능한 튜닝 엘리먼트이고, 상기 제 1 공진 회로의 상기 주파수 의존적 임피던스는 상기 제 1 RF 전력 소스의 주파수에서 최대 값을 나타내도록 규정되고, 상기 가변 커패시터는 상기 가변 커패시터 및 상기 인덕터의 조합과만 병렬 커플링된 상기 부유 커패시턴스의 임피던스에 기초하여 상기 제 1 공진 회로의 상기 주파수 의존적 임피던스를 설정하도록 튜닝되는, 상기 제 1 공진 회로;
상기 상부 전극과 전기적 접지 사이에 커플링된 제 2 공진 회로로서, 상기 제 2 공진 회로의 주파수 의존적 임피던스는 상기 제 2 RF 전력 소스의 주파수에서 최대 값을 나타내도록 규정되는, 상기 제 2 공진 회로;
상기 상부 전극과 전기적 접지 사이에 커플링된 제 3 공진 회로로서, 상기 제 3 공진 회로의 주파수 의존적 임피던스는 상기 제 3 RF 전력 소스의 주파수에서 최대 값을 나타내도록 규정되고, 상기 제 1 RF 전력 소스, 상기 제 2 RF 전력 소스, 및 상기 제 3 RF 전력 소스는 병렬로 커플링되는, 상기 제 3 공진 회로;
상기 상부 전극과 상기 제 4 RF 전력 소스 사이에 커플링된 필터로서, 상기 필터의 제 1 단부는 상기 상부 전극 및 상기 제 1 공진 회로, 상기 제 2 공진 회로, 그리고 상기 제 3 공진 회로에 커플링되고, 상기 필터의 제 2 단부는 상기 제 4 RF 전력 소스에 커플링되고, 상기 필터는 상기 하부 전극으로부터의 전력이 상기 제 4 RF 전력 소스에 도달하는 것을 차폐하는, 상기 필터; 및
제 1 스위치, 제 2 스위치, 및 제 3 스위치로서, 상기 제 1 스위치는 상기 상부 전극을 상기 제 4 RF 전력 소스에 커플링하도록 동작가능하고, 상기 제 2 스위치는 상기 상부 전극을 상기 제 1 공진 회로 또는 상기 제 2 공진 회로 또는 상기 제 3 공진 회로에 커플링하도록 동작가능하며, 상기 제 3 스위치는 상기 상부 전극을 제 1 전압에 커플링하도록 동작가능한, 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 스위치들을 포함하는, 웨이퍼 처리 장치. - 처리 챔버의 상부 전극 및 하부 전극을 포함하는 웨이퍼 처리 장치로서:
제 1 무선 주파수 (RF) 전력 소스, 제 2 RF 전력 소스, 제 3 RF 전력 소스, 및 제 4 RF 전력 소스로서, 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 RF 전력 소스들은 상기 하부 전극에 커플링되고, 부유 커패시턴스가 접지와 상기 상부 전극 사이에 구성되는, 상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 RF 전력 소스들;
상기 상부 전극에 바로 커플링되고 전기적 접지에 바로 커플링된 제 1 공진 회로로서, 상기 제 1 공진 회로는 단일 물리적 용량성 엘리먼트를 포함하고 그리고 상기 상부 전극에 커플링된 인덕터 및 상기 물리적 용량성 엘리먼트로서 가변 커패시터를 포함하고, 상기 가변 커패시터는 직렬로 전기적 접지에 바로 연결되고 상기 인덕터에 바로 연결되고, 상기 가변 커패시터는 상기 제 1 공진 회로의 주파수 의존적 임피던스를 변경시키도록 동작가능한 튜닝 엘리먼트이고, 상기 제 1 공진 회로의 상기 주파수 의존적 임피던스는 상기 제 1 RF 전력 소스의 주파수에서 최대 값을 나타내도록 규정되고, 상기 가변 커패시터는 상기 가변 커패시터 및 상기 인덕터의 조합과만 병렬 커플링된 상기 부유 커패시턴스의 임피던스에 기초하여 상기 제 1 공진 회로의 상기 주파수 의존적 임피던스를 설정하도록 튜닝되는, 상기 제 1 공진 회로;
상기 상부 전극과 전기적 접지 사이에 커플링된 제 2 공진 회로로서, 상기 제 2 공진 회로의 주파수 의존적 임피던스는 상기 제 2 RF 전력 소스의 주파수에서 최대 값을 나타내도록 규정되는, 상기 제 2 공진 회로;
상기 상부 전극과 전기적 접지 사이에 커플링된 제 3 공진 회로로서, 상기 제 3 공진 회로의 주파수 의존적 임피던스는 상기 제 3 RF 전력 소스의 주파수에서 최대 값을 나타내도록 규정되고, 상기 제 1 RF 전력 소스, 상기 제 2 RF 전력 소스, 및 상기 제 3 RF 전력 소스는 병렬로 커플링되는, 상기 제 3 공진 회로;
상기 상부 전극과 상기 제 4 RF 전력 소스 사이에 커플링된 필터로서, 상기 필터의 제 1 단부는 상기 상부 전극 및 상기 제 1 공진 회로, 상기 제 2 공진 회로, 그리고 상기 제 3 공진 회로에 커플링되고, 상기 필터의 제 2 단부는 상기 제 4 RF 전력 소스에 커플링되고, 상기 필터는 상기 하부 전극으로부터의 전력이 상기 제 4 RF 전력 소스에 도달하는 것을 차폐하는, 상기 필터; 및
제 1 스위치, 제 2 스위치, 제 3 스위치, 제 4 스위치, 및 제 5 스위치로서, 상기 제 1 스위치는 상기 상부 전극을 상기 제 4 RF 전력 소스에 커플링하도록 동작가능하고, 상기 제 2 스위치는 상기 상부 전극을 상기 제 1 공진 회로에 커플링하도록 동작가능하고, 상기 제 3 스위치는 상기 상부 전극을 제 1 전압에 커플링하도록 동작가능하며, 상기 제 4 스위치는 상기 상부 전극을 상기 제 2 공진 회로에 커플링하도록 동작가능하고, 상기 제 5 스위치는 상기 상부 전극을 상기 제 3 공진 회로에 커플링하도록 동작가능한, 상기 제 1, 제 2, 제 3, 제 4, 및 제 5 스위치들을 포함하는, 웨이퍼 처리 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 RF 전력 소스의 주파수는 60 MHz이고, 상기 제 2 RF 전력 소스의 주파수는 27 MHz이며, 상기 제 3 RF 전력 소스의 주파수는 2 MHz이고, 상기 제 4 RF 전력 소스의 주파수는 400 KHz인, 웨이퍼 처리 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 웨이퍼를 처리하기 위한 레시피에 기초하여 상기 제 1 RF 전력 소스를 활성화하도록 동작가능한 제 1 전력 제어기를 더 포함하는, 웨이퍼 처리 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 RF 전력 소스들에 대한 전력 레벨들을 설정하도록 동작가능한 시스템 제어기를 더 포함하는, 웨이퍼 처리 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 4 RF 전력 소스의 주파수는 0.1 내지 10 MHz의 범위 내에 있는, 웨이퍼 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 주파수 의존적 임피던스는로 연산되고, 여기서 L은 상기 인덕터의 인덕턴스이고, Cs는 상기 부유 커패시턴스이고, 그리고 Cx는 상기 가변 커패시터의 커패시턴스인, 웨이퍼 처리 장치. - 제 11 항에 있어서,
상기 주파수 의존적 임피던스가 상기 제 1 RF 전력 소스의 상기 주파수에서 최대 값을 갖게 하도록 상기 가변 커패시터의 커패시턴스 값을 설정하도록 구성된 시스템 제어기를 더 포함하는, 웨이퍼 처리 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 주파수 의존적 임피던스가 상기 제 1 RF 전력 소스의 상기 주파수에서 최대 값을 갖게 하도록 상기 가변 커패시터의 커패시턴스 값을 설정하도록 구성된 시스템 제어기를 더 포함하고,
상기 주파수 의존적 임피던스는로 연산되고, 여기서 L은 상기 인덕터의 인덕턴스이고, Cs는 상기 부유 커패시턴스이고, 그리고 Cx는 상기 가변 커패시터의 커패시턴스인, 웨이퍼 처리 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 주파수 의존적 임피던스가 상기 제 1 RF 전력 소스의 상기 주파수에서 최대 값을 갖게 하도록 상기 가변 커패시터의 커패시턴스 값을 설정하도록 구성된 시스템 제어기를 더 포함하고,
상기 주파수 의존적 임피던스는로 연산되고, 여기서 L은 상기 인덕터의 인덕턴스이고, Cs는 상기 부유 커패시턴스이고, 그리고 Cx는 상기 가변 커패시터의 커패시턴스인, 웨이퍼 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 공진 회로는 단일 물리적 제 2 용량성 엘리먼트를 포함하고 그리고 상기 상부 전극에 커플링된 제 2 인덕터 및 상기 물리적 용량성 엘리먼트로서 제 2 가변 커패시터를 포함하고, 상기 제 2 가변 커패시터는 직렬로 전기적 접지에 바로 연결되고 상기 제 2 인덕터에 바로 연결되고, 상기 제 2 가변 커패시터는 상기 제 2 공진 회로의 상기 주파수 의존적 임피던스를 변경시키도록 동작가능한 튜닝 엘리먼트이고,
상기 제 3 공진 회로는 단일 물리적 제 3 용량성 엘리먼트를 포함하고 그리고 상기 상부 전극에 커플링된 제 3 인덕터 및 상기 물리적 용량성 엘리먼트로서 제 3 가변 커패시터를 포함하고, 상기 제 3 가변 커패시터는 직렬로 전기적 접지에 바로 연결되고 상기 제 3 인덕터에 바로 연결되고, 상기 제 3 가변 커패시터는 상기 제 3 공진 회로의 상기 주파수 의존적 임피던스를 변경시키도록 동작가능한 튜닝 엘리먼트이고, 그리고
상기 필터의 상기 제 1 단부는 상기 상부 전극, 상기 가변 커패시터와 마주보는 상기 인덕터의 단부에서 상기 제 1 공진 회로의 상기 인덕터, 상기 제 2 가변 커패시터와 마주보는 상기 제 2 인덕터의 단부에서 상기 제 2 공진 회로의 상기 제 2 인덕터, 및 상기 제 3 가변 커패시터와 마주보는 상기 제 3 인덕터의 단부에서 상기 제 3 공진 회로의 상기 제 3 인덕터에 동시에 바로 연결되는, 웨이퍼 처리 장치. - 처리 챔버의 상부 전극 및 하부 전극을 포함하는 웨이퍼 처리 장치로서:
상기 하부 전극과 전기적 접지 사이에 커플링된 제 1 무선 주파수 (RF) 전력 소스로서, 상기 RF 전력 소스는 제 1 전력 제어기에 의해 제어되는, 상기 제 1 RF 전력 소스;
상기 하부 전극과 접지 사이에 커플링된 제 2 RF 전력 소스로서, 상기 제 2 RF 전력 소스는 제 2 전력 제어기에 의해 제어되는, 상기 제 2 RF 전력 소스;
상기 하부 전극과 전기적 접지 사이에 커플링된 제 3 RF 전력 소스로서, 상기 제 3 RF 전력 소스는 제 3 전력 제어기에 의해 제어되는, 상기 제 3 RF 전력 소스;
상기 상부 전극에 커플링된 저주파수 RF 전력 소스;
전기적 접지와 직렬로 커플링된 제 1 스위치 및 상기 상부 전극 사이에 커플링된 제 1 공진 회로로서, 상기 제 1 공진 회로 주파수의 의존적 임피던스는 상기 제 1 RF 전력 소스의 주파수에서 최대 값을 나타내도록 규정되고, 상기 제 1 스위치는 상기 제 1 공진 회로를 상기 상부 전극에 커플링 또는 디커플링하도록 동작하는, 상기 제 1 공진 회로;
전기적 접지와 직렬로 커플링된 제 2 스위치 및 상기 상부 전극 사이에 커플링된 제 2 공진 회로로서, 상기 제 2 공진 회로 주파수의 의존적 임피던스는 상기 제 2 RF 전력 소스의 주파수에서 최대 값을 나타내도록 규정되고, 상기 제 2 스위치는 상기 제 2 공진 회로를 상기 상부 전극에 커플링 또는 디커플링하도록 동작하는, 상기 제 2 공진 회로; 및
전기적 접지와 직렬로 커플링된 제 3 스위치 및 상기 상부 전극 사이에 커플링된 제 3 공진 회로로서, 상기 제 3 공진 회로 주파수의 의존적 임피던스는 상기 제 3 RF 전력 소스의 주파수에서 최대 값을 나타내도록 규정되고, 상기 제 3 스위치는 상기 제 3 공진 회로를 상기 상부 전극에 커플링 또는 디커플링하도록 동작하는, 상기 제 3 공진 회로를 포함하고,
상기 제 1, 상기 제 2, 및 상기 제 3 전력 소스들은 병렬로 커플링되는, 웨이퍼 처리 장치. - 제 16 항에 있어서,
상기 상부 전극과 전기적 접지 사이에 커플링된 제 4 스위치로서, 상기 제 4 스위치는 상기 상부 전극을 전기적 접지에 연결 또는 연결해제하도록 동작하는, 상기 제 4 스위치를 더 포함하는, 웨이퍼 처리 장치. - 제 16 항에 있어서,
상기 상부 전극과 상기 저주파수 RF 전력 소스 사이에 커플링된 필터로서, 상기 필터는 상기 하부 전극이 상기 저주파수 RF 전력 소스에 도달하는 것을 차폐하는, 상기 필터를 더 포함하는, 웨이퍼 처리 장치. - 제 17 항에 있어서,
상기 제 4 스위치는 상기 제 1, 상기 제 2, 및 상기 제 3 스위치들의 동작에 의해 제어될 때 상기 제 1, 상기 제 2, 및 상기 제 3 공진 회로들을 바이패스 또는 패스하도록 동작하는, 웨이퍼 처리 장치. - 제 16 항에 있어서,
상기 제 1 스위치를 제어함으로써 상기 제 1 공진 회로를 상기 상부 전극에 커플링 또는 디커플링하도록 동작가능한 전력 및 임피던스 제어기를 더 포함하고,
상기 전력 및 임피던스 제어기는 상기 제 2 스위치를 제어함으로써 상기 제 2 공진 회로를 상기 상부 전극에 커플링 또는 디커플링하도록 동작가능하고,
상기 전력 및 임피던스 제어기는 상기 제 3 스위치를 제어함으로써 상기 제 3 공진 회로를 상기 상부 전극에 커플링 또는 디커플링하도록 동작가능한, 웨이퍼 처리 장치. - 제 20 항에 있어서,
시스템 제어기로서, 상기 제 1 전력 제어기, 상기 제 2 전력 제어기 및 상기 제 3 전력 제어기를 제어하도록 동작가능하고, 상기 제 1, 상기 제 2, 및 상기 제 3 RF 전력 소스들 각각이 웨이퍼 처리 동작 동안 독립적으로 턴온됨 또는 턴오프됨 중 하나로 설정하도록 동작가능한, 상기 시스템 제어기를 더 포함하는, 웨이퍼 처리 장치. - 제 21 항에 있어서,
상기 제 1 RF 전력 소스는 60 MHz의 주파수로 설정가능하고;
상기 제 2 RF 전력 소스는 27 MHz의 주파수로 설정가능하고;
상기 제 3 RF 전력 소스는 2 MHz의 주파수로 설정가능한, 웨이퍼 처리 장치. - 제 21 항에 있어서,
상기 시스템 제어기는 상기 전력 및 임피던스 제어기를 제어하도록 동작가능하고, 상기 시스템 제어기는 상기 웨이퍼 처리 동작 동안 상기 저주파수 RF 전력 소스를 턴온됨 또는 턴오프됨 중 하나로 설정하도록 동작가능한, 웨이퍼 처리 장치. - 제 23 항에 있어서,
고정 주파수 RF 전력 소스의 주파수는 400 KHz로 설정가능한, 웨이퍼 처리 장치. - 제 16 항에 있어서,
상기 제 1 RF 전력 소스와 상기 하부 전극 사이에 커플링된 제 1 매칭 회로;
상기 제 2 RF 전력 소스와 상기 하부 전극 사이에 커플링된 제 2 매칭 회로;
상기 제 3 RF 전력 소스와 상기 하부 전극 사이에 커플링된 제 3 매칭 회로; 및
상기 상부 전극과 저주파수 RF 전력 소스 사이에 커플링된 제 4 매칭 회로를 더 포함하는, 웨이퍼 처리 장치. - 처리 챔버의 상부 전극 및 하부 전극을 포함하는 웨이퍼 처리 장치로서:
제 1 무선 주파수 (RF) 전력 소스, 제 2 RF 전력 소스, 및 제 3 RF 전력 소스로서, 상기 제 1, 상기 제 2, 및 상기 제 3 RF 전력 소스들은 상기 하부 전극에 커플링되는, 상기 상기 제 1, 상기 제 2, 및 상기 제 3 RF 전력 소스들;
상기 상부 전극과 전기적 접지 사이에 커플링된 제 1 공진 회로로서, 상기 제 1 공진 회로의 주파수 의존적 임피던스는 상기 제 1 RF 전력 소스의 주파수에서 최대 값을 나타내도록 규정되는, 상기 제 1 공진 회로;
상기 상부 전극과 전기적 접지 사이에 커플링된 제 2 공진 회로로서, 상기 제 2 공진 회로의 주파수 의존적 임피던스는 상기 제 2 RF 전력 소스의 주파수에서 최대 값을 나타내도록 규정되는, 상기 제 2 공진 회로; 및
상기 상부 전극과 전기적 접지 사이에 커플링된 제 3 공진 회로로서, 상기 제 3 공진 회로의 주파수 의존적 임피던스는 상기 제 3 RF 전력 소스의 주파수에서 최대 값을 나타내도록 규정되고, 상기 제 1, 상기 제 2, 및 상기 제 3 공진 회로는 상기 상부 전극과 전기적 접지 사이에 병렬로 커플링되는, 상기 제 3 공진 회로를 포함하는, 웨이퍼 처리 장치. - 제 26 항에 있어서,
상기 상부 전극에 커플링된 저주파수 RF 전력 소스를 더 포함하는, 웨이퍼 처리 장치. - 제 27 항에 있어서,
상기 상부 전극과 상기 저주파수 RF 전력 소스 사이에 커플링된 필터를 더 포함하고, 상기 필터는 상기 하부 전극이 상기 저주파수 RF 전력 소스에 도달하는 것을 차폐하는, 웨이퍼 처리 장치. - 제 26 항에 있어서,
한번에 상기 제 1, 상기 제 2, 및 상기 제 3 RF 전력 소스들 중 하나만이 상기 하부 전극에 커플링되도록 상기 제 1, 상기 제 2, 및 상기 제 3 RF 전력 소스들 각각을 독립적으로 턴온됨 또는 턴오프됨으로 설정하도록 동작가능한 시스템 제어기를 더 포함하는, 웨이퍼 처리 장치. - 제 26 항에 있어서,
상기 제 1 RF 전력 소스는 2 MHz의 주파수로 설정가능하고;
상기 제 2 RF 전력 소스는 60 MHz의 주파수로 설정가능한, 웨이퍼 처리 장치. - 제 30 항에 있어서,
상기 제 3 RF 전력 소스는 27 MHz의 주파수로 설정가능한, 웨이퍼 처리 장치. - 제 26 항에 있어서,
상기 제 1 RF 전력 소스는 27 MHz의 주파수로 설정가능하고;
상기 제 2 RF 전력 소스는 60 MHz의 주파수로 설정가능하고;
상기 제 3 RF 전력 소스는 2 MHz의 주파수로 설정가능한, 웨이퍼 처리 장치. - 처리 챔버의 상부 전극 및 하부 전극을 포함하는 웨이퍼 처리 장치 내에서 웨이퍼를 처리하기 위한 방법으로서:
웨이퍼를 처리하기 위한 레시피를 수신하는 단계;
제 1 무선 주파수 (RF) 전력, 제 2 RF 전력, 제 3 RF 전력, 및 제 4 RF 전력 각각을 상기 레시피에 기초하여 인에이블 또는 디스에이블하는 단계로서, 상기 제 1 RF 전력, 상기 제 2 RF 전력, 및 상기 제 3 RF 전력은 상기 하부 전극에 커플링되는, 상기 인에이블 또는 디스에이블하는 단계;
상기 상부 전극을 상기 제 4 RF 전력에 커플링 또는 디커플링하도록 상기 레시피에 기초하여 제 1 스위치의 포지션을 설정하는 단계;
상기 상부 전극을 제 1 공진 회로에 커플링 또는 디커플링하도록 상기 레시피에 기초하여 제 2 스위치의 포지션을 설정하는 단계;
상기 상부 전극을 전기적 접지에 커플링 또는 디커플링하도록 상기 레시피에 기초하여 제 3 스위치의 포지션을 설정하는 단계; 및
상기 웨이퍼를 처리하는 단계를 포함하는, 웨이퍼 처리 방법. - 제 33 항에 있어서,
주파수 의존적 임피던스의 최대 값이 상기 제 1 RF 전력의 주파수에 대응하도록 상기 제 1 공진 회로의 상기 주파수 의존적 임피던스를 설정하는 단계를 더 포함하고,
상기 주파수 의존적 임피던스를 설정하는 단계는, 상기 제 1 공진 회로 내의 튠-인 엘리먼트를 조절하는 단계를 포함하는, 웨이퍼 처리 방법. - 제 33 항에 있어서,
상기 웨이퍼를 처리하기 위한 상기 레시피에서의 다음 동작을 결정하는 단계;
상기 제 1 RF 전력, 상기 제 2 RF 전력, 및 상기 제 3 RF 전력의 각각을 상기 다음 동작에 기초하여 인에이블 또는 디스에이블하는 단계; 및
상기 다음 동작에 기초하여 상기 스위치의 포지션을 설정하는 단계를 더 포함하는, 웨이퍼 처리 방법. - 제 33 항에 있어서,
상기 웨이퍼를 처리하는 단계 이전에, 상기 레시피에 기초하여 상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 RF 전력들에 대한 전력 레벨들을 설정하는 단계; 및
상기 제 1 RF 전력 소스의 주파수에서 공진을 달성하도록 상기 제 1 공진 회로 내의 가변 커패시턴스의 커패시턴스에 대한 값을 설정하는 단계를 더 포함하는, 웨이퍼 처리 방법. - 제 33 항에 있어서,
상기 방법의 동작들은, 하나 이상의 프로세서들에 의하여 실행될 때 컴퓨터 프로그램에 의하여 수행되고, 상기 컴퓨터 프로그램은 비-일시적 컴퓨터-판독가능 스토리지 매체 내에 내장되는, 웨이퍼 처리 방법.
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