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KR102810824B1 - 플라즈마 안정성을 개선하기 위한 튜닝 방법들 - Google Patents

플라즈마 안정성을 개선하기 위한 튜닝 방법들 Download PDF

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KR102810824B1
KR102810824B1 KR1020227009705A KR20227009705A KR102810824B1 KR 102810824 B1 KR102810824 B1 KR 102810824B1 KR 1020227009705 A KR1020227009705 A KR 1020227009705A KR 20227009705 A KR20227009705 A KR 20227009705A KR 102810824 B1 KR102810824 B1 KR 102810824B1
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Abstract

본원에서 설명되는 실시예들은 플라즈마 안정성을 개선하기 위해 반도체 프로세스들 내에서 튜닝하는 방법들에 관한 것이다. 이러한 실시예들에서, 다수의 매칭 네트워크들이 제공된다. 매칭 네트워크들 각각은 RF(radio frequency) 소스를 전극 상에 로케이팅된 다수의 연결 포인트들 중 하나에 커플링한다. 튜닝 파라미터 정보 및 물리적 기하학적 구조 정보에 기반하여, 제어기는 다수의 매칭 네트워크들에 대한 튜닝 시퀀스를 결정한다. 따라서, 매칭 네트워크들 중 일부는 튜닝되는 반면, 다른 매칭 네트워크들은 로킹된다. 다수의 매칭 네트워크들을 사용하는 것은 프로세스 챔버의 프로세스 볼륨 내에서 더 균일한 플라즈마로 이어진다. 개선된 플라즈마 균일성은 더 적은 기판 결함들 및 더 양호한 디바이스 성능으로 이어진다. 추가적으로, 이러한 실시예들에서, 매칭 네트워크들 각각을 일정 시퀀스로 튜닝하는 능력은 매칭 네트워크들 사이에서 발생하는 간섭을 감소시키거나 방지한다.

Description

플라즈마 안정성을 개선하기 위한 튜닝 방법들
[0001] 본원에서 설명되는 실시예들은 일반적으로, 반도체 프로세스들 내에서 튜닝하는 방법들에 관한 것으로, 더 상세하게는, 플라즈마 안정성을 개선하기 위해 반도체 프로세스들 내에서 튜닝하는 방법들에 관한 것이다.
[0002] 플라즈마 챔버들은 일반적으로, 전자 디바이스들, 이를테면, 반도체들, 디스플레이들, 및 태양 전지들을 제작하기 위한 프로세스들을 수행하는 데 사용된다. 그러한 플라즈마 제작 프로세스들은, 기판의 표면 상의 반도체, 전도체, 또는 유전체 층들의 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition), 또는 기판 표면 상의 그러한 층들의 선택된 부분들의 에칭을 포함한다. 플라즈마 제작 프로세스가 기판의 표면에 걸쳐 높은 공간적 균일성으로 수행되는 것이 중요하다. 증착 프로세스는, 증착된 재료가 기판의 표면 상의 모든 포지션들에서 균일한 두께 및 품질을 갖도록 수행되어야 한다. 마찬가지로, 에칭 프로세스들은 그러한 모든 포지션들에서 균일한 레이트로 재료를 에칭해야 한다.
[0003] 이를테면, 많은 반도체 디바이스들의 제작 스테이지들 동안 사용되는 종래의 RF(radio frequency) 플라즈마 프로세싱에서, RF 에너지는 RF 에너지 소스를 통해 기판 프로세스 챔버에 제공된다. RF 에너지 소스의 임피던스와 프로세스 챔버에서 형성되는 플라즈마 사이의 미스매칭들로 인해, RF 에너지는 RF 에너지 소스로 다시 반사되어, RF 에너지의 비효율적인 사용 및 에너지 낭비를 초래하며, 그에 따라, 프로세스 챔버 또는 RF 에너지 소스에 대한 잠재적인 손상을 야기하고, 기판 프로세싱과 관련하여 잠재적인 불일치/비-반복성 문제들을 야기한다. 따라서, RF 에너지는 대개, 플라즈마의 임피던스를 RF 에너지 소스의 임피던스에 더 근접하게 매칭시킴으로써, 반사되는 RF 에너지를 최소화하도록 동작하는 고정된 또는 튜닝가능한 매칭 네트워크를 통해 프로세스 챔버 내의 플라즈마에 커플링된다.
[0004] 매칭 네트워크들은 플라즈마에 커플링된 에너지의 양을 최대화하기 위해(예컨대, "튜닝"으로 지칭됨) RF 소스의 출력이 플라즈마에 효율적으로 커플링되도록 시도하고 보장한다. 그러나, 종래의 프로세스들에서, 단지 하나의 RF 매칭 네트워크만이 대개 사용된다. 특히, 이를테면, 디스플레이 및 태양광 애플리케이션을 위한 대형 기판 챔버에 대해 하나의 RF 매칭 네트워크를 사용할 때, 플라즈마 불균일성이 대개 문제가 된다. 다수의 피드(feed)들을 갖는 다수의 RF 매칭 네트워크들을 사용하려고 시도하는 프로세스들은 대개, 매칭 네트워크들 사이에서 대개 간섭이 발생하기 때문에, 플라즈마 안정성 문제로 이어진다. 위상 제어와 같은 현재의 접근법들은 모든 간섭 문제들을 해결하는 것은 아니며, 튜닝할 때 대개 불량한 결과들을 초래한다.
[0005] 따라서, 플라즈마 안정성을 개선하기 위해 반도체 프로세스들 내에서 튜닝하는 방법들이 당해 기술 분야에 필요하다.
[0006] 본원에서 설명되는 하나 이상의 실시예들은 일반적으로, 플라즈마 안정성을 개선하기 위해 반도체 프로세스들 내에서 튜닝하는 방법들에 관한 것이다.
[0007] 일 실시예에서, 플라즈마 프로세스 동안 튜닝하는 방법은, 제어기에 의해, 다수의 매칭 네트워크들의 각각의 매칭 네트워크로부터 튜닝 파라미터 정보를 수신하는 단계 ― 다수의 매칭 네트워크들의 각각의 매칭 네트워크는 RF(radio frequency) 전력 소스를 전극의 다수의 연결 포인트들 중 하나에 커플링함 ―; 제어기에 의해 수신된 튜닝 파라미터 정보에 기반하여 다수의 매칭 네트워크들에 대한 튜닝 시퀀스를 결정하는 단계; 및 다수의 매칭 네트워크들 중 하나를 튜닝하면서 다수의 매칭 네트워크들 중 각각의 나머지 매칭 네트워크들을 동시에 로킹(locking)하는 단계를 포함한다.
[0008] 다른 실시예에서, 플라즈마 프로세스 동안 튜닝하는 방법은, 제어기에 의해, 다수의 매칭 네트워크들로부터 물리적 기하학적 구조 정보(physical geometry information)를 수신하는 단계 ― 다수의 매칭 네트워크들의 각각의 매칭 네트워크는 RF(radio frequency) 전력 소스를 전극의 다수의 연결 포인트들 중 하나에 커플링함 ―; 제어기에 의해 수신된 물리적 기하학적 구조 정보에 기반하여 다수의 매칭 네트워크들에 대한 튜닝 시퀀스를 결정하는 단계; 및 다수의 매칭 네트워크들의 쌍을 함께 튜닝하면서 다수의 매칭 네트워크들 중 각각의 나머지 매칭 네트워크들을 동시에 로킹하는 단계를 포함한다.
[0009] 다른 실시예에서, 플라즈마 프로세스 동안 튜닝하는 방법은, 제어기에 의해, 다수의 매칭 네트워크들의 각각의 매칭 네트워크로부터 튜닝 파라미터 정보 및 물리적 기하학적 구조 정보를 수신하는 단계 ― 다수의 매칭 네트워크들의 각각의 매칭 네트워크는 RF(radio frequency) 전력 소스를 전극의 다수의 연결 포인트들 중 하나에 커플링함 ―; 제어기에 의해 수신된 물리적 기하학적 구조 정보 및 튜닝 파라미터 정보에 기반하여 다수의 매칭 네트워크들에 대한 튜닝 시퀀스를 결정하는 단계; 및 다수의 매칭 네트워크들의 쌍을 함께 튜닝하면서 다수의 매칭 네트워크들 중 각각의 나머지 매칭 네트워크들을 동시에 로킹하는 단계를 포함한다.
[0010] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시내용의 단지 전형적인 실시예들만을 예시하는 것이므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0011] 도 1은 본원에서 설명되는 적어도 하나의 실시예에 따른 프로세스 시스템의 개략적인 측단면도이고;
[0012] 도 2는 본원에서 설명되는 적어도 하나의 실시예에 따른 프로세스 시스템의 개략적인 평면도이고;
[0013] 도 3은 본원에서 설명되는 적어도 하나의 실시예에 따른 프로세스 시스템의 개략적인 평면도이고;
[0014] 도 4는 본원에서 설명되는 적어도 하나의 실시예에 따른 방법의 흐름도이고; 그리고
[0015] 도 5는 본원에서 설명되는 적어도 하나의 실시예에 따른 스미스 차트(smith chart) 예시이다.
[0016] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 특징들이 추가의 언급없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있음이 고려된다.
[0017] 다음 설명에서는, 본 개시내용의 실시예들의 보다 철저한 이해를 제공하도록 다수의 특정 세부사항들이 제시된다. 그러나, 본 개시내용의 실시예들 중 하나 이상은 이러한 특정 세부사항들 중 하나 이상 없이 실시될 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 다른 경우들에는, 본 개시내용의 실시예들 중 하나 이상을 불명료하게 하는 것을 피하기 위해, 잘 알려진 특징들은 설명되지 않았다.
[0018] 본원에서 설명되는 실시예들은 일반적으로, 플라즈마 안정성 및 프로세싱 결과들을 개선하기 위해 반도체 프로세스 동안 RF(radio frequency) 전력을 전달하는 방법들에 관한 것이다. 이러한 실시예들에서, 플라즈마 프로세싱 챔버의 프로세싱 구역에 전력을 바람직하게 전달하기 위해 다수의 매칭 네트워크들이 제공된다. 매칭 네트워크들 각각은, 플라즈마 프로세싱 챔버에 전기적으로 커플링된 전극 상에 로케이팅된 다수의 연결 포인트들 중 하나에 RF(radio frequency) 소스를 커플링한다. 일부 실시예들에서, 제어기는, 매칭 네트워크들 중 하나 이상의 매칭 네트워크들의 매칭 파라미터들을 조정하여 플라즈마 프로세싱 챔버의 프로세싱 구역으로의 전력의 전달을 제어하기 위해, 매칭 튜닝 파라미터 정보 및 전극의 물리적 기하학적 구조 정보 및/또는 전극 상의 연결 포인트 기하학적 구조 정보를 활용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 튜닝 파라미터 정보는, 아래에서 설명되는 바와 같이, 임피던스 매칭을 위해, 이를테면, 소스 전력 레벨 임피던스 및 부하 전력 레벨 임피던스를 결정하기 위해 사용되는 전압/전류(V/I) 크기 및 위상 정보일 수 있다. 추가적으로, 수신된 튜닝 파라미터 정보는 아래에서 또한 설명되는 주파수 매칭을 위해 사용되는 구동 주파수 정보(driven frequency information)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 물리적 기하학적 구조 정보는 서로에 대한 전극 상의 다수의 연결 포인트들의 로케이션에 기반할 수 있다. 수신된 튜닝 파라미터 정보 및 물리적 기하학적 구조 정보에 기반하여, 제어기는 다수의 매칭 네트워크들 중 하나 이상에 대한 튜닝 시퀀스를 결정한다. 따라서, 매칭 네트워크들 중 하나 이상에서 제어되고 있는 매칭 파라미터들 중 일부는 조정되는 한편, 다른 매칭 네트워크들에서 제어되고 있는 매칭 파라미터들은 고정된 포인트 또는 포지션에 로킹된다. 일부 실시예들에서, 하나의 매칭 네트워크 내의 매칭 파라미터들은 조정되는 한편, 나머지 매칭 네트워크들은 고정된 포인트 또는 포지션에 동시에 로킹된다. 다른 실시예들에서, 한 쌍의 매칭 네트워크들 각각에서의 매칭 파라미터들은 튜닝되는 한편, 나머지 매칭 네트워크들은 고정된 포인트 또는 포지션에 동시에 로킹된다.
[0019] 다수의 매칭 네트워크들을 사용하는 것은 프로세스 챔버의 프로세스 볼륨 내에 더 균일한 플라즈마로 이어진다. 개선된 플라즈마 균일성은 더 적은 기판 결함들 및 더 양호한 디바이스 성능으로 이어진다. 추가적으로, 이러한 실시예들에서, 매칭 네트워크들 각각에서 매칭 파라미터들을 일정 시퀀스로 조정하는 능력은 매칭 네트워크들에 의한 전력의 전달에 영향을 미치는 전기 간섭을 감소시키거나 방지한다. 따라서, 당해 기술 분야의 종래의 접근법들과 비교하여 이러한 실시예들에서 더 양호한 프로세싱 결과들이 달성된다.
[0020] 도 1은 본원에서 설명되는 적어도 하나의 실시예에 따른 프로세스 시스템(100)의 측단면도이다. 프로세스 시스템(100)은 프로세스 챔버(102) 내의 기판 지지부(106) 상에 지지된 기판(108)을 포함한다. 프로세스 챔버(102)는, 전자 디바이스들, 이를테면, 반도체 디바이스들, 디스플레이 디바이스들(예컨대, TFT들), 태양 전지들, 또는 솔리드 스테이트 LED(light emitting diode)들을 기판(108) 상에 제작하기 위한 플라즈마 프로세스를 기판(108)에 적용하도록 의도된다. 프로세스 챔버(102) 내에서 프로세싱될 기판(108)의 예들은, 평판 디스플레이들이 제작되는 직사각형 유리 기판 또는 집적 회로들이 제작되는 원형 반도체 기판을 포함한다.
[0021] 프로세스 챔버(102)는, 프로세스 볼륨(110)을 둘러싸는, 알루미늄과 같은 재료로 제조된 전기 전도성 측벽들(103), 최하부 벽(105), 및 최상부 벽(107)을 갖는다. 전형적으로, 챔버 벽들의 모든 부분들은 전기적으로 함께 연결되고 전기적으로 접지된다. 기판(108)에 대해 플라즈마 프로세스를 수행할 때, 하나 이상의 프로세스 가스들이 가스 소스(미도시)로부터 프로세스 챔버(102) 내로 분배된다. 그런 다음, 프로세스 가스들은, 이러한 실시예들에서 전극(104)으로서 기능하는 샤워헤드 내의 다수의 개구들을 통해 프로세스 볼륨(110) 내로 분배된다.
[0022] 도 1에 도시된 바와 같이, 전력 공급부들(120, 122, 124, 126) 각각의 출력들은 개개의 매칭 네트워크들(112, 114, 116, 118)을 통해 전극(104) 상의 개개의 연결 포인트들(128, 130, 132, 134)에 연결된다. RF 전력은 개개의 전력 공급부들(120, 122, 124, 126)의 출력들로부터 전극(104) 상의 개개의 연결 포인트들(128, 130, 132, 134)로 흐른다. RF 전력은, 프로세스 볼륨(110) 내에서 전극(104)과 기판 지지부(106) 사이에 플라즈마를 형성하도록 전극(104)에 커플링된다. 매칭 네트워크들(112, 114, 116, 118) 각각은, 원하는 매칭을 제공하여 프로세싱 챔버의 프로세싱 구역에 RF 전력을 바람직하게 전달하기 위해, 하나 이상의 가변 커패시터들 및/또는 인덕터들을 포함하는 회로들을 포함할 수 있다. 4개의 전력 공급부들, 매칭 네트워크들, 및 연결 포인트들이 도 1에 도시되지만, 임의의 다른 수의 전력 공급부들, 매칭 네트워크들 및 연결 포인트들이 사용될 수 있는데, 이를테면, 예컨대 2개, 3개, 5개, 또는 10개의 전력 공급부들, 매칭 네트워크들 및 연결 포인트들이 사용된다.
[0023] 이러한 실시예들에서, 제어기(136)는, 매칭 네트워크들(112, 114, 116, 118)에서의 매칭 파라미터들의 튜닝뿐만 아니라 전력 공급부들(120, 122, 124, 126)로부터의 RF 전력의 전달의 타이밍을 제어한다. 제어기(136)는, RF 전력을 전달하여 프로세싱 챔버에서 플라즈마를 생성 및/또는 유지하기 위한 매칭 네트워크들(112, 114, 116, 118)의 능력의 유효성을 결정하는 데 사용된다. 프로세싱 동안, 제어기(136)는 각각의 매칭 네트워크(112, 114, 116, 118)로부터 튜닝 파라미터 정보를 수신하고, 수신된 튜닝 파라미터 정보, 및 연결 포인트 기하학적 구조의 지식에 기반하여 매칭 네트워크들(112, 114, 116, 118)에 대한 튜닝 시퀀스를 결정한다. 튜닝 파라미터 정보의 예는, 전압 및 전류의 측정에 기반하여 개개의 매칭 네트워크들(112, 114, 116, 118)로부터 반사되는 전력이다. 반사된 전력이 표시자로서 사용될 때, 큰 반사된 전력은 매칭되지 않은 상황을 표시한다. 따라서, 제어기(136)는 먼저, 매칭 네트워크들(112, 114, 116, 118) 중에서 가장 큰 반사된 전력이 수신되는 하나의 또는 한 쌍의 매칭 네트워크들에 대한 튜닝 신호를 생성할 수 있다.
[0024] 매칭 네트워크들(112, 114, 116, 118) 중 하나의 또는 한 쌍의 매칭 네트워크들을 동시에 튜닝하는 동안, 제어기(136)는 나머지 매칭 네트워크들(112, 114, 116, 118)을 로킹하도록 구성된다. 매칭 네트워크들(112, 114, 116, 118) 중 하나의 또는 한 쌍의 매칭 네트워크들을 한 번에 튜닝하는 것은 유리하게, 매칭 네트워크들(112, 114, 116, 118)이 서로 격리되어 있기 때문에, 매칭 네트워크들(112, 114, 116, 118) 사이에서 간섭이 발생하는 것을 감소시키거나 방지한다. 따라서, 제어기(136)는 현재 튜닝되고 있는 원하는 매칭 네트워크(들)(112, 114, 116, 118)에 대한 튜닝 파라미터 정보만을 프로세싱하고, 다른 네트워크들로부터의 튜닝 파라미터 정보를 계속 모니터링한다. 따라서, 제어기(136)는 개선된 결과들로 이어지는 더 정확한 판독들을 수신한다.
[0025] 이러한 실시예들에서, 프로세스 시스템(100)은 플라즈마 안정성을 개선하기 위한 튜닝 방법으로서 임피던스 튜닝을 사용할 수 있다. 예컨대, 매칭 네트워크들(112, 114, 116, 118) 각각은, 원하는 전달 전력을 제공하기 위해, 반사되는 전력을 보상하기 위하여 원하는 순방향 전력을 생성하는 전력 공급부들(120, 122, 124, 126)에 의해 튜닝될 수 있다. 각각의 매칭 네트워크(112, 114, 116, 118) 내의 V/I 프로브/센서(미도시)는 부하 전력 레벨 임피던스(ZL)를 검출할 수 있다. 예컨대, (매칭 네트워크들(112, 114, 116, 118) 각각의 입력 측으로부터 측정된) ZL은 50 옴으로 조정될(또는 튜닝될) 수 있다. 따라서, 임피던스(ZL)가 소스 전력 임피던스(ZS)에 대해 실질적으로 공액(conjugate)이 되도록 ZL의 추가의 튜닝이 수행된다. 따라서, 매칭 네트워크들(112, 114, 116, 118)은, 임피던스(ZS)와 임피던스(ZL)가 실질적으로 공액이 되도록 임피던스들(ZL)을 미세 튜닝한다.
[0026] 이러한 실시예들에서, "실질적으로"는, 측정된 임피던스들이 정확히 동일하지는 않지만 특정 임계 범위 내에 있을 수 있는 상황들을 커버하도록 의도된다. 일부 실시예들에서, 임계치는 ZS 및 ZL에 대한 SWR의 반경의 특정된 또는 미리 결정된 퍼센티지일 수 있다. 임계치는 ZS와 ZL 사이의 SWR 에러를 제어할 것이다. 즉, ZL(통상적으로는 50 옴과 동일함)과 ZS의 차이가 임계 범위 내에 있다면, 튜닝은 중단될 것이다. ZL SWR이 특정 임계치 내에서 ZS SWR과 동일하지 않거나, ZS 및 ZL에 대한 SWR 델타가 특정 임계치를 초과하여 변화하면, RF 매칭은 ZS와 ZL의 차이가 임계 범위 내에 있을 때까지 다시 튜닝을 시작할 것이다. 위에서 설명된 임피던스 튜닝을 사용하는 예들은 매칭 네트워크들(112, 114, 116, 118) 각각에 사용될 수 있고, 쌍들의 시퀀스로 또는 일정 시퀀스로 한 번에 하나씩 각각의 매칭 네트워크(112, 114, 116, 118)에 적용될 수 있다.
[0027] 임피던스 튜닝에 추가하여, 프로세스 시스템(100)은 또한, 플라즈마 안정성을 개선하기 위한 튜닝 방법으로서 주파수 튜닝을 사용할 수 있다. 예컨대, 제1 RF 전력은 전력 공급부들(120, 122, 124, 126) 중 하나에 의해 프로세스 챔버(102)에 제공될 수 있다. 제1 주파수는 제1 RF 전력과 연관될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 주파수는 제1 RF 전력에서 마지막으로 알려진 튜닝된 주파수로서 제어기(136)에 저장될 수 있다. 그 후에, 제1 주파수는 제1 RF 전력 레벨에서 새로운 튜닝된 상태를 달성하기 위해 제어기(136)에 의해 제2 주파수로 조정될 수 있으며, 이는 전력 공급부들(120, 122, 124, 126) 중 하나와 ZL 사이의 제1 RF 전력에서 원하는 임피던스를 달성한다. 구체적으로, 제1 주파수는, 전력 공급부들(120, 122, 124, 126) 중 하나로부터의 반사되는 전력을 감소시켜 매칭 네트워크들(112, 114, 116, 118) 중 하나의 매칭 네트워크의 새로운 튜닝된 상태를 달성하기 위해 제2 주파수로 조정될 수 있다. 반사된 전력은 전형적으로, 튜닝된 상태를 달성하기 위해 전력 공급부들(120, 122, 124, 126) 중 하나에 의해 제공되는 순방향 전력의 약 0%의 타깃으로 감소된다. 위에서 설명된 주파수 튜닝을 사용하는 예들은 매칭 네트워크들(112, 114, 116, 118) 각각에 사용될 수 있고, 쌍들의 시퀀스로 또는 일정 시퀀스로 한 번에 하나씩 각각의 매칭 네트워크(112, 114, 116, 118)에 적용될 수 있다.
[0028] 도 2는 본원에서 설명되는 적어도 하나의 실시예에 따른 프로세스 시스템(200)의 개략도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전력 공급부들(212, 214, 216, 218) 중 각각의 전력 공급부들(212, 214, 216, 218)의 개개의 출력들은 개개의 매칭 네트워크들(204, 206, 208, 210)을 통해 유전체 윈도우(202) 상의 개개의 연결 포인트들(220, 222, 224, 226)에 연결된다. 이러한 실시예들에서, RF 전력은 프로세스 챔버(미도시)에서 유전체 윈도우(202) 아래에 로케이팅된 플라즈마에 유도성으로 커플링된다. 따라서, 각각의 연결 포인트(220, 222, 224, 226)는 개개의 유도성 코일(228, 230, 232, 234)을 포함한다. RF 전력은 개개의 전력 공급부들(212, 214, 216, 218)의 출력들로부터 유전체 윈도우(202) 상의 개개의 연결 포인트들(220, 222, 224, 226)로 흐른다. 도 1에서 설명된 실시예들과 유사하게, 매칭 네트워크들(204, 206, 208, 210) 각각은 원하는 매칭을 제공하기 위해 하나 이상의 가변 커패시터들 및/또는 인덕터들을 포함하는 회로들일 수 있다. 4개의 전력 공급부들, 매칭 네트워크들, 및 연결 포인트들이 도 2에 도시되지만, 임의의 다른 수의 전력 공급부들, 매칭 네트워크들, 및 연결 포인트들이 사용될 수 있다.
[0029] 이러한 실시예들에서, 도 1에서 설명된 실시예들과 유사하게, 제어기(236)는 매칭 네트워크들(204, 206, 208, 210)을 튜닝하는 것뿐만 아니라 전력 공급부들(212, 214, 216, 218)을 활성화 및 비활성화시키는 타이밍을 제어한다. 제어기(236)는 플라즈마를 매칭시키기 위한 매칭 네트워크들(204, 206, 208, 210)의 능력의 유효성을 결정하는 데 사용된다. 제어기(236)는 각각의 매칭 네트워크(204, 206, 208, 210)로부터 튜닝 파라미터 정보를 수신하고, 수신된 튜닝 파라미터 정보에 기반하여 매칭 네트워크들(204, 206, 208, 210)에 대한 튜닝 시퀀스를 결정한다. 튜닝 파라미터 정보의 일 예는, 전압 및 전류 및 그의 위상각을 측정하는 것에 기반하여 개개의 매칭 네트워크들(204, 206, 208, 210)로부터 반사되는 전력이다. 반사된 전력이 표시자로서 사용될 때, 큰 반사된 전력은 매칭되지 않은 상황을 표시한다. 따라서, 제어기(236)는 먼저, 매칭 네트워크들(204, 206, 208, 210) 중에서 가장 큰 반사된 전력이 수신되는 하나의 또는 한 쌍의 매칭 네트워크들에 대한 튜닝 신호를 생성할 수 있다. 매칭 네트워크들(204, 206, 208, 210) 중 하나의 또는 한 쌍의 매칭 네트워크들을 동시에 튜닝하는 동안, 제어기(236)는 나머지 매칭 네트워크들(204, 206, 208, 210)을 로킹하도록 구성된다. 매칭 네트워크들(204, 206, 208, 210) 중 하나의 또는 한 쌍의 매칭 네트워크들을 한 번에 튜닝하는 것은 유리하게, 매칭 네트워크들(204, 206, 208, 210) 사이에서 발생하는 간섭을 감소시키거나 방지한다.
[0030] 도 3은 본원에서 설명되는 적어도 하나의 실시예에 따른 프로세스 시스템(300)의 개략도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 전력 공급부들(312, 314, 316, 318) 중 각각의 전력 공급부들(312, 314, 316, 318)의 개개의 출력들은 개개의 매칭 네트워크들(304, 306, 308, 310)을 통해 전극(302) 상의 개개의 연결 포인트들(320, 322, 324, 326)에 연결된다. 이러한 실시예들에서, RF 전력은 프로세스 챔버(미도시)에서 전극(302) 아래에 로케이팅된 플라즈마에 용량성으로 커플링된다. RF 전력은 개개의 전력 공급부들(312, 314, 316, 318)의 출력들로부터 전극(302) 상의 개개의 연결 포인트들(320, 322, 324, 326)로 흐른다. 도 1 - 도 2에서 설명된 실시예들과 유사하게, 매칭 네트워크들(304, 306, 308, 310) 각각은 원하는 매칭을 제공하기 위해 하나 이상의 가변 커패시터들 및/또는 인덕터들을 포함하는 회로들일 수 있다. 4개의 전력 공급부들, 매칭 네트워크들, 및 연결 포인트들이 도 3에 도시되지만, 임의의 다른 수의 전력 공급부들, 매칭 네트워크들, 및 연결 포인트들이 사용될 수 있다.
[0031] 이러한 실시예들에서, 도 1 - 도 2에서 설명된 실시예들과 유사하게, 제어기(328)는 매칭 네트워크들(304, 306, 308, 310)을 튜닝하는 것뿐만 아니라 전력 공급부들(312, 314, 316, 318)을 활성화 및 비활성화시키는 타이밍을 제어한다. 제어기(328)는 플라즈마를 매칭시키기 위한 매칭 네트워크들(304, 306, 308, 310)의 능력의 유효성을 결정하는 데 사용된다. 제어기(328)는 각각의 매칭 네트워크(304, 306, 308, 310)로부터 튜닝 파라미터 정보를 수신하고, 수신된 튜닝 파라미터 정보에 기반하여 매칭 네트워크들(304, 306, 308, 310)에 대한 튜닝 시퀀스를 결정한다. 튜닝 파라미터 정보의 일 예는, 전압 및 전류 및 그의 위상각에 기반하여 개개의 매칭 네트워크들(304, 306, 308, 310)로부터 반사되는 전력이다. 반사된 전력이 표시자로서 사용될 때, 큰 반사된 전력은 매칭되지 않은 상황을 표시한다. 따라서, 제어기(328)는 먼저, 매칭 네트워크들(304, 306, 308, 310) 중에서 가장 큰 반사된 전력이 수신되는 하나의 또는 한 쌍의 매칭 네트워크들에 대한 튜닝 신호를 생성할 수 있다. 매칭 네트워크들(304, 306, 308, 310) 중 하나의 또는 한 쌍의 매칭 네트워크들을 동시에 튜닝하는 동안, 제어기(328)는 나머지 매칭 네트워크들(304, 306, 308, 310)을 로킹하도록 구성된다. 매칭 네트워크들(304, 306, 308, 310) 중 하나 또는 한 쌍의 매칭 네트워크들을 한 번에 튜닝하는 것은 유리하게, 매칭 네트워크들(304, 306, 308, 310) 사이에서 발생하는 간섭을 감소시키거나 방지한다.
[0032] 도 4는 본원에서 설명되는 적어도 하나의 실시예에 따른 방법(400)의 흐름도이다. 이러한 실시예들에서, 방법(400)은 도 1 - 도 3에 설명된 시스템들 및 디바이스들로 수행되지만, 이러한 시스템들 및 디바이스들로 제한되지 않고, 다른 유사한 시스템들 및 디바이스들로 수행될 수 있다.
[0033] 블록(402)에서, 전극에 다수의 연결 포인트들이 제공된다. 전극은 도 1 - 도 3에서 전술된 전극(104, 202, 또는 302)일 수 있다. 다수의 연결 포인트들은, 도 1에서 설명된 연결 포인트들(128, 130, 132, 134), 도 2에서 설명된 연결 포인트들(220, 222, 224, 226), 또는 도 3에서 설명된 연결 포인트들(320, 322, 324, 326)일 수 있다.
[0034] 블록(404)에서, 다수의 매칭 네트워크들이 제공된다. 매칭 네트워크들은, 도 1에서 설명된 매칭 네트워크들(112, 114, 116, 118), 도 2에서 설명된 매칭 네트워크들(204, 206, 208, 210), 또는 도 3에서 설명된 매칭 네트워크들(304, 306, 308, 310)일 수 있다. 이러한 실시예들에서, 각각의 매칭 네트워크는 RF 전력 공급부를 연결 포인트들 중 하나에 커플링한다. RF 전력 공급부들은, 도 1에서 설명된 전력 공급부들(120, 122, 124, 126), 도 2에서 설명된 전력 공급부들(212, 214, 216, 218), 또는 도 3에서 설명된 전력 공급부들(312, 314, 316, 318)일 수 있다.
[0035] 블록(406)에서, 다수의 연결 포인트들의 물리적 기하학적 구조 정보가 제어기에 의해 수신된다. 제어기는 도 1 - 도 3에서 전술된 제어기(136, 236, 또는 328)일 수 있다. 제어기에 의해 수신된 물리적 기하학적 구조 정보는 서로에 대한 연결 포인트들 각각의 포지셔닝과 관련될 수 있다. 예컨대, 연결 포인트들 각각 사이의 간격과 관련된 정보가 제어기에 의해 수신될 수 있다.
[0036] 블록(408)에서, 매칭 네트워크들 각각으로부터의 튜닝 파라미터 정보가 제어기에 의해 수신된다. 이러한 실시예들에서, 수신된 튜닝 파라미터 정보는 임피던스 매칭을 위해 사용되는 V/I 정보, 이를테면, 위에서 설명된 ZS 및 ZL을 결정하기 위한 V/I 정보일 수 있다. 추가적으로, 수신된 튜닝 파라미터 정보는 위에서 설명된 주파수 매칭을 위해 사용되는 주파수 정보일 수 있다.
[0037] 블록(410)에서, 제어기에 의해 수신된 물리적 기하학적 구조 정보 및/또는 튜닝 파라미터 정보에 기반하여, 다수의 매칭 네트워크들에 대한 튜닝 시퀀스가 결정된다. 일부 실시예들에서, 제어기에 의해 수신된 물리적 기하학적 구조 정보에 기반하여, 제어기는 어느 매칭 네트워크 또는 매칭 네트워크들을 먼저 매칭시킬지를 결정할 수 있다. 예컨대, 제어기는, 서로 가장 멀리 떨어져 로케이팅된 연결 포인트들을 갖는 한 쌍의 매칭 네트워크들이 먼저 함께 튜닝되도록 결정할 수 있다. 더 멀리 이격된 매칭 네트워크들을 튜닝하는 것은 유리하게, 매칭 네트워크들 사이에서 발생하는 간섭을 감소시키거나 방지한다. 따라서, 전극 상에서 서로 대각선으로 로케이팅된 한 쌍의 매칭 네트워크들, 이를테면, 도 2에 도시된 연결 포인트들(220 및 226)을 갖는 매칭 네트워크들(204 및 210) 및 연결 포인트들(222 및 224)을 갖는 매칭 네트워크들(206 및 208), 또는 도 3에 도시된 연결 포인트들(320 및 326)을 갖는 매칭 네트워크들(304 및 310) 및 연결 포인트들(322 및 324)을 매칭 네트워크들(306 및 308)이 먼저 함께 튜닝될 수 있다.
[0038] 다른 예에서, X 방향으로 서로 분리된 한 쌍의 매칭 네트워크들, 이를테면, 도 2에 도시된 연결 포인트들(220 및 222)을 갖는 매칭 네트워크들(204 및 206) 및 연결 포인트들(224 및 226)을 갖는 매칭 네트워크들(208 및 210), 또는 도 3에 도시된 연결 포인트들(320 및 322)을 갖는 매칭 네트워크들(304 및 306) 및 연결 포인트들(324 및 326)을 갖는 매칭 네트워크들(308 및 310)이 먼저 함께 튜닝될 수 있다.
[0039] 다른 예에서, Y 방향으로 서로 분리된 한 쌍의 매칭 네트워크들, 이를테면, 도 2에 도시된 연결 포인트들(220 및 224)을 갖는 매칭 네트워크들(204 및 208) 및 연결 포인트들(222 및 226)을 갖는 매칭 네트워크들(206 및 210), 또는 도 3에 도시된 연결 포인트들(320 및 324)을 갖는 매칭 네트워크들(304 및 308) 및 연결 포인트들(322 및 326)을 갖는 매칭 네트워크들(306 및 310)이 먼저 함께 튜닝될 수 있다. 제1 쌍의 매칭 네트워크들을 튜닝한 후에, 그런 다음, 모든 매칭 네트워크들이 튜닝될 때까지, 다음 쌍의 매칭 네트워크들이 튜닝될 수 있다.
[0040] 일부 실시예들에서, 제어기에 의해 수신된 튜닝 파라미터 정보에 기반하여, 제어기는 어느 매칭 네트워크 또는 매칭 네트워크들을 먼저 매칭시킬지를 결정할 수 있다. 예컨대, ZS와 ZL 사이의 차이와 같은 튜닝 파라미터 정보는, 어느 매칭 네트워크 또는 매칭 네트워크들을 먼저 매칭시킬지를 결정하는 데 사용될 수 있다. 추가적으로, 주파수들의 차이와 같은 튜닝 파라미터 정보는, 어느 매칭 네트워크 또는 매칭 네트워크들을 먼저 매칭시킬지를 결정하는 데 사용될 수 있다. 예컨대, 임피던스들에서 가장 큰 차이를 갖는, 도 2에 도시된 매칭 네트워크(204, 206, 208, 210) 또는 도 3에 도시된 매칭 네트워크(304, 306, 308, 310)가 먼저 튜닝될 수 있다. 제1 매칭 네트워크를 튜닝한 후에, 임피던스들에서 가장 큰 차이를 갖는 다음 매칭 네트워크가 다음에 튜닝될 수 있다. 이 프로세스는 모든 매칭 네트워크들이 매칭될 때까지 반복될 수 있다. 다른 실시예들에서, 제어기에 의해 수신된 튜닝 파라미터 정보 및 물리적 기하학적 구조 정보 둘 모두는 매칭 네트워크들의 튜닝 시퀀스를 결정할 수 있다.
[0041] 블록(412)에서, 하나의 매칭 네트워크 또는 한 쌍의 매칭 네트워크들이 튜닝되는 한편, 나머지 매칭 네트워크들은 동시에 로킹된다. 따라서, 각각의 매칭 네트워크 또는 매칭 네트워크들의 쌍은 다른 매칭 네트워크들로부터의 간섭 없이 튜닝된다. 위에서 논의된 바와 같이, 매칭 네트워크들 각각을 일정 시퀀스로 튜닝하는 능력은 매칭 네트워크들 사이에서 발생하는 간섭을 감소시키거나 방지하여 개선된 플라즈마 균일성으로 이어지며, 개선된 플라즈마 균일성은 더 적은 기판 결함들 및 더 양호한 디바이스 성능을 산출한다.
[0042] 도 5는 본원에서 설명되는 적어도 하나의 실시예에 따른 스미스 차트(500)이다. 스미스 차트(500)는 당해 기술 분야의 종래의 접근법들 및 방법들로부터 기인하는 종래의 튜닝 범위(502)를 예시한다. 비교하여, 스미스 차트(500)는 본원의 방법(400)에서 설명된 실시예들에 기인하는 좁아진 튜닝 범위(504) 및 임피던스(506)를 예시한다. 좁아진 튜닝 범위(504)는, 불량한 임피던스 매칭을 보여주는 더 큰 반사된 전력을 나타내는 종래의 튜닝 범위(502)와 비교하여 개선된 임피던스 매칭을 보여주는 더 적은 반사된 전력을 나타낸다. 따라서, 당해 기술 분야의 종래의 접근법들 및 방법들과 비교하여 이러한 실시예들에서 더 양호한 결과들이 달성된다.
[0043] 전술한 바가 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 실시예들이, 본 개시내용의 기본적인 범위를 벗어나지 않으면서 안출될 수 있으며, 본 개시내용의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 플라즈마 프로세스 동안 튜닝하는 방법으로서,
    제어기에 의해, 다수의 매칭 네트워크들의 각 매칭 네트워크로부터 튜닝 파라미터 정보를 수신하는 단계 ― 상기 다수의 매칭 네트워크들의 각 매칭 네트워크는 상부 전극의 다수의 연결 포인트들 중 하나의 연결 포인트에 RF(radio frequency) 전력 소스를 커플링함 ―;
    상기 제어기에 의해 수신된 상기 튜닝 파라미터 정보에 기반하여 상기 다수의 매칭 네트워크들에 대한 튜닝 시퀀스를 결정하는 단계; 및
    상기 다수의 매칭 네트워크들 중 하나의 매칭 네트워크를 튜닝하면서 상기 다수의 매칭 네트워크들 중 나머지 매칭 네트워크들 각각을 동시에 로킹(locking)하는 단계를 포함하는,
    플라즈마 프로세스 동안 튜닝하는 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 튜닝 파라미터 정보는 임피던스 튜닝을 위해 사용되는 전압 정보, 전류 정보, 및 위상각 정보를 포함하는,
    플라즈마 프로세스 동안 튜닝하는 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 튜닝 파라미터 정보는 주파수 튜닝을 위해 사용되는 주파수 정보를 포함하는,
    플라즈마 프로세스 동안 튜닝하는 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 다수의 연결 포인트들은 4개의 연결 포인트들을 포함하고, 그리고 상기 다수의 매칭 네트워크들은 4개의 매칭 네트워크들을 포함하는,
    플라즈마 프로세스 동안 튜닝하는 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 상부 전극은 샤워헤드인,
    플라즈마 프로세스 동안 튜닝하는 방법.
  6. 플라즈마 프로세스 동안 튜닝하는 방법으로서,
    제어기에 의해, 다수의 매칭 네트워크들로부터 물리적 기하학적 구조 정보(physical geometry information)를 수신하는 단계 ― 상기 다수의 매칭 네트워크들의 각 매칭 네트워크는 상부 전극의 다수의 연결 포인트들 중 하나의 연결 포인트에 RF(radio frequency) 전력 소스를 커플링함 ―;
    상기 제어기에 의해 수신된 상기 물리적 기하학적 구조 정보에 기반하여 상기 다수의 매칭 네트워크들에 대한 튜닝 시퀀스를 결정하는 단계; 및
    상기 다수의 매칭 네트워크들의 쌍을 함께 튜닝하면서 상기 다수의 매칭 네트워크들 중 나머지 매칭 네트워크들 각각을 동시에 로킹하는 단계를 포함하는,
    플라즈마 프로세스 동안 튜닝하는 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 물리적 기하학적 구조 정보는 서로에 대한 상기 다수의 연결 포인트들 각각의 포지셔닝과 관련된 정보를 포함하는,
    플라즈마 프로세스 동안 튜닝하는 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 다수의 연결 포인트들은 4개의 연결 포인트들을 포함하고, 그리고 상기 다수의 매칭 네트워크들은 4개의 매칭 네트워크들을 포함하는,
    플라즈마 프로세스 동안 튜닝하는 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    서로 대각선으로 이격된 한 쌍의 연결 포인트들을 갖는 상기 4개의 매칭 네트워크들의 쌍이 먼저 튜닝되는,
    플라즈마 프로세스 동안 튜닝하는 방법.
  10. 제8 항에 있어서,
    서로 X 방향으로 이격된 한 쌍의 연결 포인트들을 갖는 상기 4개의 매칭 네트워크들의 쌍이 먼저 튜닝되는,
    플라즈마 프로세스 동안 튜닝하는 방법.
  11. 제8 항에 있어서,
    서로 Y 방향으로 이격된 한 쌍의 연결 포인트들을 갖는 상기 4개의 매칭 네트워크들의 쌍이 먼저 튜닝되는,
    플라즈마 프로세스 동안 튜닝하는 방법.
  12. 플라즈마 프로세스 동안 튜닝하는 방법으로서,
    제어기에 의해, 다수의 매칭 네트워크들의 각 매칭 네트워크로부터 튜닝 파라미터 정보 및 물리적 기하학적 구조 정보를 수신하는 단계 ― 상기 다수의 매칭 네트워크들의 각 매칭 네트워크는 상부 전극의 다수의 연결 포인트들 중 하나의 연결 포인트에 RF(radio frequency) 전력 소스를 커플링함 ―;
    상기 제어기에 의해 수신된 상기 물리적 기하학적 구조 정보 및 상기 튜닝 파라미터 정보에 기반하여 상기 다수의 매칭 네트워크들에 대한 튜닝 시퀀스를 결정하는 단계; 및
    상기 다수의 매칭 네트워크들의 쌍을 함께 튜닝하면서 상기 다수의 매칭 네트워크들 중 나머지 매칭 네트워크들 각각을 동시에 로킹하는 단계를 포함하는,
    플라즈마 프로세스 동안 튜닝하는 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 튜닝 파라미터 정보는 임피던스 튜닝을 위해 사용되는 전압 정보, 전류 정보, 및 위상각 정보를 포함하는,
    플라즈마 프로세스 동안 튜닝하는 방법.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 튜닝 파라미터 정보는 주파수 튜닝을 위해 사용되는 주파수 정보를 포함하는,
    플라즈마 프로세스 동안 튜닝하는 방법.
  15. 제12 항에 있어서,
    상기 물리적 기하학적 구조 정보는 서로에 대한 상기 다수의 연결 포인트들 각각의 포지셔닝과 관련된 정보를 포함하는,
    플라즈마 프로세스 동안 튜닝하는 방법.
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