KR100474752B1 - 전기적으로가변가능한밀도분포를갖는플라즈마소스 - Google Patents

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Abstract

작동중 기판에 플라즈마 밀도 분포가 중앙에서 최대가 되도록, 플라즈마 캐비티에 관련되어 설정되고 배치된 제 1 안테나; 작동중 기판에 가운데가 텅빈 플라즈마 밀도 분포를 만들어 주도록, 플라즈마 챔버에 관련되어 설정되고 배치된 제 2 안테나를 포함하는, 플라즈마 캐비티가 형성된 챔버 몸체를 가지고 기판을 처리하는 플라즈마 시스템.

Description

전기적으로 가변가능한 밀도 분포를 갖는 플라즈마 소스
본 발명은 밀도 분포(density profile)가 조절될 수 있는 플라즈마 소스에 관한 것이다.
유전(誘電)적으로 결합된 플라즈마 소스들이, 소재들의 식각(蝕刻) 또는 증착을 위해 저압 전기(Te ~ 수 eV)에서 고밀도 플라즈마 (ne~1×1011 - 2×1012/㎤)를 생산하는데 사용된다. 측면 또는 윗쪽(또는 그 사이의 가변위치) 코일 안테나가 진공 챔버의 경계를 이루는 유전체 윈도우 인접한 곳에 배치되며, RF 전류가 그 코일 안테나에 가해진다. 플라즈마는 안테나의 전압이 유전체 윈도우로 향한 진공 챔버 주변을 둘러싸면서 생긴 정전장(靜電場)이 충분히 높아질 때 생성된다. 이 안테나에 가해지는 RF 전류가 더욱 증가하게 되면 유도된 전기장이 임계치를 초과할 때 전적으로 유도 결합되는 고밀도 플라즈마가 형성될 수도 있다.
원래 이 안테나의 종류와 도형 (예: 형상 및 크기)은 특정 처리과정과 작용 체제를 최선으로 만들어 준다. 그러나 이렇게 되면 특정 하드웨어의 설정을 위한 윈도우를 조작하는 과정을 제한할 수도 있다. 예를 들면, 양전성 플라즈마속에서 낮은 압력(<5 mTorr)으로 작용되기 최고의 상태로 된 플라즈마가 낮은 압력에서 작용하는 동안 큰 공간에 대해 매우 엷은 플라즈마 밀도 분포를 갖게 될 수도 있으나, 높은 압력에서 또는 음전성 가스로 작용하게 되면 식각의 균일성이 떨어질 수도 있다.
균일성이 떨어지는 것은 안테나 인근에서 전기가 결합하는 그 구역으로부터 내부로의 전자의 확산력이 부실한데 기인한다. 부실한 전자 확산은 압력이 높아진 결과로 일어나는 전자 충돌의 빈도가 늘어나는데 기인한다. 높은 전원으로 작용할 경우 플라즈마의 침투가 부실한 것도 역시 유도된 RF 전기장의 침투가 줄어든데 기인한다. (예: 플라즈마의 높은 전도성으로 인해 엷어진 피막) 이 두가지 현상은 모두 "중앙이 중공된" 밀도 분포를 초래한다. 그밖에도 음전성 플라즈마(예: 불소, 염소 또는 산소를 함유한 분위기의 플라즈마)도 "중앙이 중공된" 밀도 분포를 만들어준다.
처리과정중의 특정 조건들에서 플라즈마 밀도의 균일성이 저하되는 것을 막는데는 여러가지 기법이 사용된다. 예를 들어, 일부의 플라즈마 처리과정에서는 높은 소스가 사용되고, 다른 처리과정에서는 낮은 소스가 사용된다. 소스의 높이가 늘어나면 벽 손실이 늘어나는 경향이 있으며, 이렇게 되면 중공 센터가 보상된다. 반대로 소스의 높이가 낮아지면 전극쪽으로 끝쪽의 손실이 늘어나는 경향이 있으며, 이렇게 되면 그 기판(基板) 중심부의 플라즈마 밀도가 줄어든다. 또한, 전극의 간격 배치도 플라즈마의 균일성에 영향이 있으며, 균일성을 더 낫게 하기 위해 특정 처리에서와 처리조건들에 대해 전극 간격이 선택된다. 챔버 내에서 가스의 흐름의 비율을 조정함으로써도 균일성에 영향을 주는 것이 가능하다. 그러나 후자의 방법은 처리과정에 근본적 영향을 미치기도 한다. 그밖에, 이런 기법들중 진행중인 특정 플라즈마 처리를 위해 개별적으로 마련한 기법의 대부분이 처리환경이 바뀌면 소기의 결과를 가져다 주는 것은 아니다.
일반적으로, 본 발명의 일 실시예로서, 본 발명은 플라즈마 캐비티가 형성된 챔버 몸체; 동작시 상기 기판 위에서 중앙이 최대가 되는 플라즈마 밀도 분포를 형성하도록, 플라즈마 캐비티에 대해 구성되고 위치된 제 1 안테나; 및 동작시 상기 기판 위에 중앙이 중공된 플라즈마 밀도 분포를 형성하도록, 플라즈마 캐비티에 대해 구성되고 위치된 제 2 안테나를 포함하는 플라즈마 시스템이다.
바람직한 실시예들은 다음과 같은 특징들을 갖고 있다. 플라즈마 시스템은 또한 제 1 및 제 2 안테나 모두에게 관련되는 전원을 가지고 있다. 이 전원은 작용중 제 1 및 제 2 안테나 양쪽에 전력을 전달하여 기판위에 순량의 플라즈마 밀도 분포(net plasma density profile)를 만들어 준다. 이 전원은 RF 발생기를 가지고 있으며, 플라즈마 시스템은 나아가서 RF 발생기에서 전력을 받아 그 받은 전력을 제 1 안테나와 제 2 안테나에 배분해 주는 전력 분할기 기능도 가지고 있다. 선택적으로 이 전원은 제 1 안테나에 전기를 주는 제 1 RF 안테나와, 제 2 안테나에 전기를 주는 제 2 RF 안테나를 가진다.
바람직한 실시예들에서는 또한, 제 1 및 제 2 안테나 두개 모두가 플라즈마 캐비티의 외부에 있다. 이 공동에는 제 1 유전체 윈도우와 제 2 유전체 윈도우가 있으며, 제 1 안테나는 플라즈마 캐비티의 외부, 제 1 유전체 윈도우 인근에 위치해 있고, 제 2 안테나는 플라즈마 캐비티 외부, 제 2 유전체 윈도우 인근에 위치해 있다. 제 1 안테나와 제 2 안테나는 코일 안테나이다. 예를 들면, 제 1 안테나는 동작시 기판과 실질적으로 평행해 위치해 있는 평면 나선형 코일이고, 제 2 안테나는 석영으로 이루어진 유전체 윈도우로서 작용하는, 원통형 몸체에 권선된 원통형 코일이다.
일반적으로, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 본 발명은, 외부 영역으로 둘러싸인 중앙의 내부 영역을 가진, 플라즈마 캐비티가 형성된 챔버 몸체; 외부 영역보다 중앙 영역으로 에너지를 더 효율적으로 결합시키도록 플라즈마 캐비티(空洞)에 대해 구성되고 위치된 제 1 안테나; 및 중앙 영역보다 외부 영역으로 에너지를 더 효율적으로 결합시키도록 플라즈마 캐비티에 대해 구성되고 위치된 제 2 안테나를 포함하는 플라즈마 시스템이다.
바람직한 실시예들로서, 상기 챔버 몸체는 상기 기판 위에 위치한 유전체 윈도우를 포함하며, 제 1 및 제 2 안테나가 플라즈마 캐비티의 외부, 유전체 윈도우 가까운 곳에 위치해 있다. 더욱 구체적으로, 제 2 안테나는 제 1 안테나내에 동심으로 위치한다.
일반적으로, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 본 발명은, 플라즈마 캐비티가 형성된 챔버 몸체; 동작시 상기 캐비티내의 플라즈마로 에너지를 결합시키도록 플라즈마 캐비티에 대해 위치된 제 1 안테나; 동작시 상기 캐비티내의 플라즈마로 에너지를 결합시키도록 플라즈마 캐비티에 대해 위치된 제 2 안테나; 입력 라인과; 제 1 및 제 2 출력 라인을 갖는 전력 분할기 - 상기 제 1 출력 라인은 상기 제 1 안테나에 연결되고 상기 제 2 출력 라인은 제 2 안테나에 연결됨 -; 및 상기 전력 분할기의 입력 라인으로 전력을 공급하는 전력 발생기를 포함하며, 상기 전력 분할기는 상기 전력 발생기로부터 수신된 전력을 상기 제 1 및 제 2 출력 라인으로 분배하는, 플라즈마 시스템이다.
일반적으로 말해서, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 본 발명은, 기판을 처리하기 위한 플라즈마 시스템 내의 플라즈마 이온 밀도 분포를 조정하는 방법이다. 이 방법은 제 1 안테나를 통해 제 1 RF 전력을 플라즈마로 결합시키고; 제 2 안테나를 통해 제 2 RF 전력을 플라즈마로 결합시키며; 그리고 플라즈마 처리중 기판위에 거의 균일한 이온 밀도 분포를 형성하도록, 제 2 RF 전력에 대한 제 1 RF 전력의 비율을 조정한다.
상술한 시스템을 사용함으로써, RF 전류가 상부와 측면 코일 안테나로 분할되어 큰 웨이퍼의 직경 전체까지 평평한 플라즈마 밀도 분포를 만들어준다. 더욱이, 안테나들의 전류들의 위상이 소정의 상수 값으로 유지될 수 있어서, RF 전류 분할과는 별개로, 안테나 코일들과 플라즈마 간에 일정한 유도성 결합 관계 및 용량성(容量性) 결합 관계를 유지시켜 준다.
본 발명은 많은 잇점을 제공해준다. 일반적으로 플라즈마 처리 (예: 식각 처리)에서 높은 압력과 높은 전기작용을 하게 해주며, 플라즈마 밀도 분포에서 과도한 불균일성 없이, 양전적 및 음전적 플라즈마로 작용케 해준다. 나아가, 균일한 밀도 작용의 더 넓은 윈도우를 가진 플라즈마 소스를 제공한다. 또한, 사용자로 하여금 광범위한 처리 상태에서 실시간 (實時間)상으로 그 밀도 분포를 조정할 수 있게 해준다. 그밖에, 둘 또는 그 이상의 안테나가 동일하거나 다른 RF 전류로도 구동될 수 있으며, 전류와 그에 따른 안테나 전압 사이에 소기의 위상 관계를 유지하면서, 사용자가 두개 또는 그 이상의 안테나 코일 사이에 RF 전류의 분할을 조정할 수 있게 해준다.
본 발명은 아주 큰 기판을 플라즈마 처리(예: 플라즈마 식각)시 더 균일한 플라즈마 이온 밀도 분포를 형성하는데 특히 유용하다.
그밖의 장점과 특징들은 바람직한 구체 예에 대한 아래의 설명과 청구 내용에서 더욱 밝혀질 것이다.
도 1을 보면 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 시스템은 원통형 몸체(10)를 가지고 있다. 이 원통형 몸체는 유전체 물질(예: 석영, Al2O3, 또는 세라믹)로 이루어지며, 금속 진공 챔버 위에 놓여있다. 원통형몸체(10)의 한쪽 끝에는 몸체에 부착해주는 플랜지가 있으며, O링으로 챔버 몸체(12)와의 진공 밀폐를 해준다. 원형의 유전체 플레이트(14)는 원통의 다른 쪽 끝(10)을 밀폐해줌으로써 플라즈마 처리가 수행되는 밀폐된 캐비티(16)를 형성한다. 서로 결합해서 일반적으로 돔이라고 불리우는 원통형 몸체(10)와 유전체 플레이트(14)는 다음에 설명할 적정 배치된 안테나에 의해 RF 전력이 통과하여 챔버 안으로 결합될 수 있는 윈도우를 제공한다.
플라즈마 캐비티(16) 안에는 처리시 기판 (20)(예: 반도체 웨이퍼)을 고정하는 정전성(靜電性) 척 조립물(E-chuck) (18)이 있다. E-척 (18)의 외부 주변은 플라즈마의 부식성 영향, 및 E-척 (18)을 둘러싸고 있는 유전성 칼라 링 (22)에 의한 E-척과 플라즈마 사이의 누전(淚電)으로부터 보호된다. 유전성 칼라 링 (22)의 외부에는 환형 플레이트 (24)가 있으며, 원통형 몸체(10)로 상향 연장되는 플레이트(24)의 외주변 둘레에는 원통형 라이너(26)가 있다. 환형 플레이트 (24)와 라이너 (26)는 둘 다 동작시 플라즈마로부터 챔버 몸체(12)의 나머지 내면들을 보호한다. 환형 플레이트 (24)와 라이너 (26)는 어플리케이션과 다른 설계 요건들에 따라 유전체 물질(예: 석영, Al2O3 또는 세라믹)이나 전도성 물질(예: 실리콘, 실리콘 탄화물, 그래파이트, 탄소 섬유재, 또는 알루미늄 등)로 이루어진다. 전술한 실시예에서, 상판(上板) (14)도 역시 완전히 유전체 물질로 이루어지고, 플레이트 (24)와 라이너 (26)가 모두 전도성 물질로 이루어져 있어서, E-척에 인가되는 RF 바이어스를 위한 귀환 경로에 충분한 전도성 영역을 제공한다. 좀 더 자세히 설명하면, 환형 플레이트 (24)는 실리콘 또는 실리콘 탄화물로 이루어지고, 라이너(26)는 탄소 물질로 이루어져 있다.
E-척 (18)은 그 상면에 형성된 유전성/절연성 층을 가진 금속 페디스털을 가지고 있다. 그 위에 형성되는 플라즈마와 관련되는 척에 전압을 가함으로써 그에 따라 그 전면에 발생된 정전장(靜電場)이 척의 상부에 기판을 견고히 고정한다. 전술한 실시예에서, 냉각 가스(예: 헬륨)가 E-척 몸체 내의 도관(導管 : 미도시)을 통해 기판(20)의 후면으로 공급된다.
챔버 바닥에 있는 이동식 플랫폼 (32)에 연결되어 있는 핀(pin)들 (30)은 E-척 (18)을 관통하는 홀(34)들을 통해 연장된다. 이 핀들은 플라즈마 처리에 앞서 기판을 E-척으로 하강시키고 그 후에 기판을 E-척으로부터 승강시키는데 사용된다. 챔버 밑에 있는 기압식 또는 전동식 조립체(미도시)가 이동식 플랫폼 (32)을 승하강시킨다.
RF 전기가 두개의 안테나, 즉 상부 코일 안테나 (40)와 측면 코일 안테나 (42)를 통해 플라즈마 캐비티로 공급된다. 안테나들 (40, 42)은 둘 다 구리 와이어로 이루어져 있다. 상부 코일 안테나 (40)는 평면의 나선형으로 감긴 코일로서, 상부 유전체 플레이트 (14)의 상측에 인접해 있다. 측면 코일 안테나 (42)는 원통형의 코일로서, 원통형 몸체의 외측벽에 권선된다. RF 전력은 두 안테나의 연결점 (44a)와 (44b)를 통해 상부 안테나 (40)에 공급되고, 또 다른 두 안테나 연결점 (46a)과 (46b)를 통해 측면 안테나로 공급된다.
절연체 커버 플레이트 (48)는 상부 안테나 (40)를 덮는다. 이것은 상부 안테나 (40)와 같은 나선형을 가지고, 커버 플레이트 (48)가 상판 (14)에 배치될 때 상부 안테나 (40)를 완전히 덮어주는, 그 저면에 형성된 홈 (50)을 포함한다. 커버 플레이트 (48)는 챔버 내의 플라즈마에 대해 고정된 위치에서 상부 안테나 (40)를 기계적으로 고정시켜주며, 턴들 사이에 아크현상이 발생되지 않도록 코일의 턴들을 전기적으로 서로 분리시켜준다. 커버 플레이트 (48)는 가열 엘리먼트 (52)를 포함한다. 커버 플레이트 (48)에 인접한 바로 위에는 에어 갭 (54), 및 가열된 커버 플레이트(48)에 의해 분산되는 열을 위한 열 싱크(heat sink)로서 작용하는 수냉식 냉각 어셈블리(56)가 있다. 가열 엘리먼트 (52)와 냉각 어셈블리 (56)는 동작시 커버 플레이트 (48)와 상판 (14)을 가열 또는 냉각해주거나 사전 조율된 온도를 유지시켜주는데 사용된다.
원통형 슬리브 (45)는 원통형 몸체 (10)를 둘러싸고 있다. 이것은 측면 코일 안테나 (42)의 턴들을 고정시켜주기 위해 그 내부 표면에 형성된 홈(43)을 가지고 있다. 슬리브 (45)는 기계적인 안정을 주고 플라즈마와 관련된 턴의 위치를 설정하며, 아크를 방지해주는 코일의 턴들 사이에 절연 역할을 해준다.
슬리브 (45)의 저면 근처에는, 처리작업중 플라즈마 처리에 안정을 주기 위해 원통형 몸체(10)의 벽에 간접적인 가열을 해주는데 사용되는 히터(49)가 있다. 슬리브 (45) 위에 위치하며 이에 접촉되는 열 전도 칼라 (51)는 챔버 상부의 냉각까지 열 흐름 통로를 형성함으로써 가열된 슬리브에 대한 열 싱크를 제공한다. 예를 들어, 몇몇 처리과정에서, 챔버에서 발생된 폴리머 프리커서들이 돔의 벽보다 기판 위에서 끝나도록, 상기 챔버 벽을 충분히(약 200℃로 가열) 높게 가열시키는 것이 바람직하다.
위에 설명한 구체 예에서, 유전성 슬리브 (45)와 커버 플레이트 (48)는 둘 다 알루미나 또는 Al2O3와 같은 세라믹으로 만들어져 있다.
상부 안테나 (40)는 캐비티 (16)의 중앙 영역 (17a)을 둘러싼 외곽 둘레 영역 (17b)에 비해 상대적으로 더 많은 양의 RF 전력을 전달한다. 만일 자체적으로 사용된다면, 상부 안테나 (40)는 기판 (20)의 표면 위에 중앙이 솟은(center-peaked) 플라즈마 밀도 분포를 형성하도록 구성되고 배치된다. 이와 대조적으로, 측면 안테나 (42)는 캐비티 (16)의 중앙 영역 (17a)을 둘러싼 외곽 둘레 영역 (17b)에 비해 상대적으로 더 많은 양의 RF 전력을 가져다 준다. 만일 자체적으로 사용된다면, 측면 안테나 (42)는 기판 (20)의 표면 위에 중앙이 텅빈(hollow-centered) 플라즈마 밀도 분포를 형성하도록 구성되고 배치된다. 두 안테나 (40)와 (42)가 함께 작동되고 RF 전력이 적당히 이것들에 배분된다면, 기판 (20) 위에 더욱 균일한 플라즈마 밀도 분포를 형성하도록 공동 작용한다.
도 2를 보면, 먼저 설명한 구체 예에서는, 두 안테나 (40)과 (42) 모두가 현제의 구체 예에서는 단 한개의 RF 발생기 (60)를 가지고 있는 RF 전원에 의해 작동된다. 50 옴 출력 임피던스를 가진 RF 발생기 (60)는 50 옴의 동축 케이블(62)을 통해 RF 정합부 (64) 및 전력 분할기 (66)까지 연결된다. 전력 분할기 (66)는 두개의 출력 라인들 (68a)과 (68b)가 있는데, 하나는 상부 코일 (40)의 단자에, 또 하나는 측면 코일 (42)의 단자에 연결되어 있다. 상부 안테나 (40) 또 다른 단자는 커패시터 C2를 통해 접지로 연결되고, 이와 비슷하게, 측면 코일 (42)의 또 하나의 단자는 커패시터 C4를 통해 접지로 연결된다.
일반적으로, RF 정합부는 한개 또는 그 이상의 가변 리액턴스 컴포넌트들(예: 인덕터 또는 커패시터)를 가지고 있어서, 이것으로 RF 정합부의 임피던스를 조정해 RF 케이블 (62)과 전력 분할기 (66) 사이의 정합 조건을 이룸으로써, 챔버 안의 플라즈마로 전달되는 RF 전력의 양을 최대화해준다. RF 정합구간 (64) 내의 RF 검출기는 챔버로 들어가는 전력 전달을 감시하며, RF 정합구간 (64) 안에 가변 리액턴스 컴포넌트의 값을 조정해주는 제어 신호를 만들어 줌으로써 정합 조건을 이루고 유지해준다.
플라즈마 처리 시스템에서 사용할 수 있는 RF 정합부의 설계와 구조는 이 기술분야에 조예가 있는 사람들에게는 잘 알려져 있다. 적합한 RF 정합 회로에 관해서는 Collins 팀이 미 합중국특허 5,392,018에 잘 설명하고 있으며, 적합한 RF 정합 조정 시스템에 대해서는 Collins 팀이 미 합중국특허 5,187,454 에 잘 설명하고 있다. 이 두 특허는 참조로 본 발명에 포함된다.
전력 분할기 (66)는 부하(負荷)들의 전류 또는 전압들 사이에 원하는 위상 관계를 유지하면서, 단일 RF 발생기로부터의 RF 전력을 두개의 부하들로 분할해 준다. 전력 분할기 (66)로 보내지는 제어 신호(70)는 사용자가 두개의 안테나에 RF 전기를 보내주는 방법을 조절해줌으로써 기판 위의 플라즈마 밀도 분포를 조절할 수 있게 해준다. 제어 신호(70)는 전력 분할기(66)의 두개의 출력 라인들 (68a)와 (68b) 상의 전압들의 비율을 설정해준다. 예를 들어, 균일한 분포와 같이 소기의 플라즈마 밀도 분포를 이루기 위해 처리 이전에 고정된 전력 분포를 형성하길 원할 수 있다. 선택적으로, 그와 달리 플라즈마 처리 동안에 전력 분포를 변경함으로써 실시간(實時間)으로 플라즈마 밀도 분포를 변경하고 싶어한다. 전력 분할기의 출력신호는 두 출력신호 사이의 전압 비율이 조정됨에 따라 서로 비교적으로 꾸준한 위상관계를 유지한다. 그뿐 아니라 전압 분할 비율은 두 부하들의 임피던스가 동적으로 변하는 것에 비교적으로 영향을 받지 않는다. 적합한 RF 전력 분할기에 대해서는 Collins 팀의 합중국특허 5,349,313에 설명되어 있으며, 여기에 참조로 포함된다.
E-척으로의 RF 바이어스 전력은 동축 케이블 (82)을 통해 다른 RF 정합부 (84)에 연결된 다른 RF 발생기(80)에 의해 공급된다. RF 정합부(84)의 출력은 정전 척킹을 위해 전압 구동기(driver: 88)로부터 DC 전압으로 결합되어 있는 필터 (86)를 통과한다. 필터 (86)로부터의 출력 신호는 E-척(18)를 바이어스시킨다. RF 신호는 플라즈마에 관련된 E-척 (18) 상에 자체 유도된 바이어스를 만들어준다. 전압 구동기 (88)는 E-척 (18)에 나타나는 순량의(net) DC 바이어스를 만드는데 사용되는 여분의 DC 바이어스를 가해준다. 필터 (86)는 동작을 방해하는 회로의 DC측으로 RF 신호가 진입하는 것을 방지한다.
도 3a는 전력 분할기 (70)의 내부설계의 세부를 보여준다. 지적한 바와 같이 전력 분할기 (66)는 직렬, 및 동 위상으로 연결되어 있는 3개의 상호 결합된 인덕터들 L1, L2 및L3로 이뤄져 있다. 도 3의 각 인덕터 측면에 있는 점은 비슷한 마크가 되어 있는 단자들과 같은 위상인 인덕터 단자를 말한다. 세 인덕터 간의 결합계수는 가능한 만큼 (예: 0.8 또는 그 이상) 높다. 인덕터 L1과 L2는 공용 연결점 (90)을, 그리고 L2과L3는 공용 연결점을 함께 쓴다. 측면 안테나 (42) (예: 상부 단자 46a)의 한 단자는 연결점(90)에, 그리고 상부 안테나 (40) (예: 외부 단자 44b)의 한 단자는 연결점(92)에 연결되어 있다. 위에서 이미 지적한 바와 같이, 측면 안테나 (42)와 상부 안테나 (40)의 다른 한쪽 단자는 커패시터 C4와 C2를 통해 접지로 각각 연결된다. 분로(分路) 커패시터 C1와 C2도 또한 연결점 (90)과 (92)로부터 접지로 각각 연결된다. 복소수 임피던스 Z를 가지고 있는 가변 리액턴스(94)는 L3의 미연결 단자와 접지에 연결된다.
RF 전력은 L1의 미연결 단자를 통해 전력 분할기 (66)로 전달되어 안테나 (40)와 (42) 두곳으로 분배된다. 이 설정에서 연결점 (90)과 (92)에 있는 안테나 (40)과 (42)로 가는 출력 신호는 각각 위상에서 서로 180도가 된다. 물론 안테나 코일들은 각각 감겨 있어 안테나를 향한 입력신호 사이의 180도 위상 차이를 고려하면서 서로 공통의(예: 챔버의 축 방향을 따라 두 코일로부터 나온 B 필드는 같은 방향으로 합쳐짐) B 필드를 형성한다.
인덕터와 커패시터의 적정한 값을 정확하게 선택하는 것은 플라즈마 시스템의 특징과 안테나의 기하학적 구조를 포함하는 여러가지 요소에 관계가 있다. 적당한 값을 선택하는 방법은 통상의 당업자에게 잘 알려져 있다. 이것에 유용한 추가의 정보는 이미 언급한 바 있고 참조로 본 발명에 포함되는 Collins 팀의 미 합중국특허 5,349,313호와 5,392,018호에서 볼 수 있다.
몇몇 어플리케이션들에서, 기판 위에 첨탑형의 필드 (또는 첨탑형상의 플라즈마 밀도 분포)를 만들어 주는 대향하는 B 필드를 형성하도록 코일들을 권선하는 것이 역시 바람직할 수 있다.
리액턴스 컴포넌트 (94) 내의 가변 임피던스 엘리먼트를 가변시킴으로써, 안테나 전류들과 그 결과로 유도되는 자기장 및 전기장들간에 거의 일정한 위상 관계를 유지하면서, 두 개의 코일 안테나들 사이의 전압 분할 비율이 조정될 수 있다.
도 3b는 출력 전압이 서로에 대해 0도의 위상 시프트를 갖도록 전력 분할기 (66)를 구성하는 또 다른 방법을 보여준다. 이것은 상부 안테나 40과 가변 리액턴스 컴포넌트 (94)의 연결을 단지 교체하는 것만으로 가능하다. 즉, 가변 리액턴스 컴포넌트 (94)를 연결점 (92)에, 그리고 상부 안테나(40)를 인덕터 L3의 미연결 측에 연결하면 된다.
도 3a와 3b에서 보여주고 있는 두개의 설정에는 안테나 (40)와 (42)를 전력 분할기에 연결하거나 안테나 (40)와 (42)의 단자를 전력 분할기 (66)에 연결하는 여러가지 대체용 결합방법이 있다. 예를 들어, 출력 라인 (68a)을 상부 단자 (46a)에 연결하기보다 하부 단자 (46b)에 연결할 수도 있다. 유사하게, 상부 안테나(40)에 대해, 출력 라인(68b)을 외부 단자(44b)로 연결하지 않고, 내부 단자(44a)로 연결할 수 있다. 응용 가능한 다른 접속 방법들을 용이하게 도출할 수 있음은 자명하다. 물론 챔버 안에서 만들어진 B 필드가 서로 공동 작용하도록 특정한 연결 배치를 선택하는 것이 바람직하다. 그러므로 어떤 연결법을 선택할까를 결정할 때 안테나 코일의 권선 방향을 고려할 필요가 있게 된다.
안테나 소스의 기하학적 구조학적 구조는 이미 설명한 것처럼 원통형이거나 또는 광범위한 임의의 선택적인 기하학적 구조일 수도 있다. 일반적으로 한개의 안테나는 중앙이 최대가 되는(center-peaked) 플라즈마 밀도 분포를 만들도록 설계할 수도 있고, 한편 또 다른 안테나는 중앙이 중공된(hollow-centered) 플라즈마 밀도 분포를 만들도록 설계함으로써, 양자가 함께 더욱 균일한 플라즈마 밀도 분포를 만들도록 동작될 수 있다. 대체 소스의 기하학적 구조의 예들은 도 4a-d에 나타나 있다.
도 4a는 두 안테나 (140)과 (142)가 상판 (14) 위에 위치해 있는 플라즈마 챔버의 구성을 보여준다. 이러한 예에서, 안테나 (140)과 (142)는 모두 단선으로 감은 원통형 솔레노이드 형태의 안테나이다. 내부 안테나라고도 불리는 안테나 (140)는 RF 전기를 챔버 가운데로 보내줌으로써 중앙이 최대가 되는 플라즈마 밀도 분포를 주는가 하면 한편 외부 안테나 (142)는 챔버 외부 둘레에 전기를 보내줌으로써 중앙이 텅빈 플라즈마 밀도 분포를 만들어 준다. 역시 유의할 것은 만일 두 안테나가 챔버 위에 위치하고 있으면 RF 에너지가 챔버 안으로 들어가게 해주는 윈도우를 필요로 하지 않으므로 금속으로 만들어진 원통형체 (11)를 사용할 수 있다.
도 4b는 도 4a와 매우 흡사한 또 다른 구성을 보여준다. 이것은 둘 다 상판 (14) 위에 위치한 외부 안테나 (152)와 내부 안테나 (150), 두 개의 안테나를 가지고 있다. 다른 점은 각 안테나가 동일 원심으로 병렬권(竝列捲)으로 되어 있는 것이다.
도 4c는 둘 다 평면 원형 안테나이고 외부 안테나 (162) 안에 위치한 내부 안테나 (160)와 함께 상판 위에 위치해 있는 내부 (160)와 외부 안테나(162)의 두개의 안테나 가진 구성을 보여준다. 이 구성에서는 상판 (14)은 그 상측에 내부 안테나 (160)를 수용하는 톱니모양의 만곡부(indentation)를 가지고 있어서, 챔버내에서 생성되는 플라즈마에 가깝게 해준다.
끝으로, 도 4d는 돔 상부 인근에 있는 상부 코일 안테나 (170)와 돔 바닥쪽 인근에 있는 측면 코일 안테나(172)를 갖는 라운드형 유전체 돔(168)을 보여준다.
위에 설명한 각 예에서 보면, 두 안테나가 별도로 전기를 받고 위에서 설명한 것처럼 전력 분할기를 통해 연결된 한개의 RF 발생기에 의해, 또는 동일 주파수로 운전되는 두개의 위상으로 고정된 RF 발생기에 의해, 또는 다른 주파수를 가진 두개 이상의 RF 발생기에 의해 작동된다.
도 4a-d에서 보여준 예들로부터 이미 명백히 나타났듯이, 여기서 설명한 본 발명을 이용하기 위해 유전성 돔과 안테나를 구성하는 방법은 다양하다. 사실 안테나를 두개 이상을 사용하는 것도 가능하다.
두개의 코일을 사용하는 시스템의 성능을 예증하기 위해서 일반적으로 도 5에서 보여주는 것과 같이 구성된 플라즈마 식각 시스템에 관한 특정 실험 결과가 제시될 것이다. 챔버의 상부를 제외하고는 이 시스템은 도 1에서 보는 것과 유사하기 때문에 많은 구성요소들이 도 1의 시스템에 있는 대칭되는 구성요소들의 숫자와 같다. 그러나 이 구체 예에는 원통형 몸체(10)의 상부에 자리잡은 링(200)이 있다. 이것은 전도성 소재 (예: 실리콘, SIC, 그래파이트 등)로 만들어져 있으며, 접지에 연결되어 있다. 챔버 내에 양극(陽極) 영역을 늘려주는 역할을 해주어 양극 옆에 조성된 플라즈마 외피(外皮)가 기판 위의 플라즈마 외피에 비해 그 위로 떨어질 가능성을 적게해 주어 양극 물질의 스퍼터링이 발생하지 않게 해준다. 유전체 플레이트(202)는 링 (200) 위에 얹혀 있으며, 챔버로의 유전체 윈도우를 안테나(40)에 제공한다.
도 5에서 보는 이 시스템의 관련 치수들은 아래와 같다 :
챔버 내부규격 12.5 인치
원통형 몸체 높이 2.1 인치
유전성 상판 (202) 두께 0.5 인치
전도성 링 (200) 두께 0.5 인치
내부규격 8.7 인치
기판 8 인치 직경의 웨이퍼
여기 두개의 안테나는 아래와 같은 특성을 가졌다 :
상부 안테나 (40) : 12 턴
외부 규격 8 인치
내부규격 1 인치
인덕턴스 ~10.96 μH
측면 안테나 (42) : 5 턴
외부규격 13.5 인치
높이 1.5 인치, 그리고
인덕턴스 ~7.55 μH
도 5에 나온 커패시터들은 아래와 같은 값을 가졌다 :
C1 = 2890 pf
C2 = 795 pf
C3 = 5545 pf
C4 = 1011 pf
아래와 같은 조건들에서 이 시스템에 플라즈마가 생성되었다 :
RF 바이어스 전력 없음.
Ar 유량율(流量率) 50 sccm
O2 유량율 50 sccm
서보 압력 5 mTorr
플라즈마가 챔버 내에 존재하는 상태에서 이온의 포화 전류 밀도 (Jion) 웨이퍼 바로 위에 있고 전압이 -100으로 바이어스된 전류 프로브(probe)로 측정했다. 두 지점들에서의 이온 포화 전류 밀도는 웨이퍼의 중심과 웨이퍼의 에지 근처에서 측정된다. 다수의 전력 레벨들(즉, 1kW, 2kW, 및 3kW)에 대해 서로 다른 분할기 제어 전류들로 측정되었다. 두 지점에서의 이온 포화 전류 밀도의 측정은 아래의 표에서 볼 수 있다 :
표 1
이미 앞에서 관찰한 것과 같이 가장자리 이온 전류 밀도에 대한 중앙 이온 전류 밀도의 비율은 전력 분할기 (66)의 제어 전류를 조정함으로써 조절이 가능하다. 예를 들어, 3.9 암페어의 분할기 조정 전류를 가진 전기 레벨 2 kW에서 웨이퍼 중앙에서 측정된 이온 전류는 가장자리 인근에서 측정된 전류에 비해 약 10% 낮았는데 이것은 중앙이 텅빈 플라즈마 밀도 분포이 미미하다는 것을 말해준다. 전력 분할기 제어 전류가 8.3 암페어로 높아졌을 때, 중앙 부근에서 측정한 전류 밀도는 가장자리 인근에서 측정한 전류 밀도보다 높았으며, 이것은 플라즈마 밀도 분포의 중앙부가 더 이상 중공되지 않았음을 나타낸다.
다른 레벨의 전기에서 측정했을 때도 유사한 결과가 나왔다.
이 측정 결과들은 각 웨이퍼에 대해 각기 다른 전력 분할기 제어 전류를 사용해 세개의 산화물로 커버된 웨이퍼에 플라즈마 식각을 실행해 얻은 것이다. 이 결과들은 도 6a-c에서 보여주고 있으며, 웨이퍼의 직경을 가로질러 선형 스캔에 따른 위치 함수로서 식각 순(純) 두께(예: 산소의 양을 뺀 측정치)를 나타낸다. 이 작업에는 아래와 같은 조건이 사용됐다 :
전원 : 2.0 Mhz에서 2,800 W
바이어스 전력 : 1.0 Mhz에서 1,600 W
Ar 유동율(流動率) : 50 sccm
O2 유동율(流動率) : 50 sccm
써보 압력 : 5.0 mTorr
식각 시간 : 3 분
도 6a는 상부 안테나에 대해 측면 안테나에 약 9:1의 전력 분할을 해주고 전력 분할기 조정 전류가 3.9 암페어에 설정되었을 때 얻어진 식각 결과이다. 이 도표에서 아랫쪽 수평축은 웨이퍼의 중앙으로부터의 위치를 인치로 보여주고, 오른 쪽의 수직 축은 식각 순(純) 두께(예: 식각으로 제거된 산소의 양을 뺀 측정치)를 나타낸다. 왼쪽의 Y축은 관련 식각의 양으로부터의 오차를 퍼센트로 나타내 준다는데 유의해야 한다. 여기서 알 수 있듯이 이 특정 플라즈마 처리방법은 웨이퍼의 중앙에 더 적게 식각을 했는데, 이것은 구멍의 텅빈 중앙 플라즈마 밀도 분포 배분을 말해주는 것이다.
도 6b는 상부 안테나에 대해 측면 안테나에 약 1:1의 전력 분할을 해주고 전력 분할기 조정 전류가 5.9 암페어에 설정되었을 때 얻어진 식각 결과이다. 이 작업 실행에서 중앙이 가장자리보다 더 많이 식각이 되었는데, 이것은 텅빈 중앙 플라즈마 밀도 분포이 제거됐음을 나타낸다. 실로 이 실행은 중앙에서 최대가 되는 플라즈마 밀도 분포를 보여준다.
끝으로, 도 6c는 전기분할기 조정 전류가 8.3 암페어에 설정되어 상부 안테나에 대해 측면 안테나에 약 1:4의 전류분할이 되었을 때 얻어지는 식각 결과를 보여준다. 이 실행은 플라즈마 밀도 분포이 도 6b에서 보여준 결과의 데이터에서의 것보다 중앙에서 오히려 더 최대가 되는 것을 나타낸다.
더 균일한 플라즈마 밀도 분포를 이루려면 전력 분할기 조정 전류를 3.9에서 5.9 암페어 사이의 어떤 값에 설정할 필요가 있다. 예를 들어 챔버의 종횡비(縱橫比)와 같이 관련 기하학적 구조와 코일 안테나의 특성을 더 수정함으로써 본 시스템의 성능을, 특정 플라즈마 처리상의 요건에 더욱 맞게 수행된다.
여기 설명한 구체 예는 한개의 전력 분할기에 한개의 연결된 RF 발생기를 가진 RF 전원을 사용하는 것을 보여준다. 또 다른 방법으로, 전원이 같은 주파수로 작동되는 별개로 된 두개의 RF 발생기를 가질 수 있고, 그 주파수와 위상이 서로간에 고정되도록 하는 위상 고정 회로부를 제공할 수도 있다. 전기의 위상들을 고정시켜두면 플라즈마 처리 조건들의 안정성과 일관성을 보장해준다.
또 다른 방법으로, 두개의 RF 발생기를 다른 주파수로 설정해 사용할 수도 있다. 이런 경우에는 위상을 고정하는 것은 적합치 않고 처리상의 안정성과 균일성을 확보할 필요도 없다. 만일 두개의 RF 발생기가 다른 주파수로 사용된다면, 위상 고정이 불필요해지기 전에 단지 주파수들을 최소 몇 Khz의 차이로 분리하기만 하면 된다. 각 안테나의 회로를 조정하고 정합(整合)하는데 필요할 필터링의 설계를 단순화시키기 위해 주파수들을 큰 간격으로 분리해주는 것이 바람직할 것이다. 다시 말해, 한 RF 발생기로부터의 신호가 다른 발생기의 RF 정합과 조정 회로의 작동을 방해하는 것을 방지하려면 그 다른 신호를 배제하기 위해 필터링을 사용해야 한다. 두개의 주파수가 가까우면 가까울수록 더욱 분리가 잘 되어 더 복잡하므로 여과가 필수적이다. 두개의 RF 발생기의 RF 주파수들이 약 10% (예: 2.0 Mhz와 1.8MHz)도 분리되면 요구되는 필터링을 수행하기가 비교적 용이하다.
위에 설명한 구체 예가 모두 챔버 외부에 안테나를 가졌다하더라도 안테나를 둘중에 하나만, 또는 두개 다 챔버 내부에 둘 수 있다. 내부 환경이 특히 부식성이 강한 식각처리작업에서는 위에서 설명한 바와 같이 안테나들을 유전체 윈도우 밖에 두는 것이 아마 더 나을 수 있다. 그러나 처리환경이 덜 나쁜 경우에는 안테나들을 내부에 둠으로써 플라즈마에의 결합이 더욱 효율적으로 이뤄지게 하는 것이 바람직하다.
다른 구체 예들은 이하의 청구범위 안에 있다. 예를 들어, 다수의, 별도의 분리된 전력을 가진 안테나들은, 1991년 6월 27일에 제출된 특허 U. S. S. N. 07/722,340의 연속 출원인 1995년 5월 24일에 제출된 미국 특허 U.S.S.N. 08/453,136에 설명된 플라즈마 식각 시스템에 사용하기에 적합하고, 상기 두 특허는 모두 본 발명에 참조로 포함된다.
도 1은 플라즈마 식각 시스템의 분포도를 보여준다.;
도 2는 RF 전기를 안테나에 결합시키고 RF 바이어스를 페데스탈에 결합시키는데 있어 RF 회로 도면을 보여준다;
도 3a는 전기 분할기를 상부 또는 측면 안테나에 연결시키는 설정의 세부사항을 보여준다;
도 3b는 전기 분할기를 상부 또는 측면 안테나에 연결시키는 또 하나의 설정의 세부사항을 보여준다;
도 4a-d는 두 안테나와 챔버의 또 다른 설계들을 보여준다.;
도 5는 실험자료를 얻기 위해 사용됐던 챔버의 일반적인 설정을 보여준다; 또한
도 6a-c는 세개의 다른 전기분할기 조정 전류에 따라 웨이퍼 위를 이동하는 기능에 의한 산화 식각의 도표를 보여준다.

Claims (35)

  1. 기판을 처리하기 위한 플라즈마 시스템으로서,
    플라즈마 캐비티가 형성된 챔버 몸체;
    동작시 기판 상부에서 중앙이 최대가 되는 플라즈마 밀도 분포를 형성하도록 상기 플라즈마 캐비티에 대해 구성되고 위치된 제 1 안테나;
    동작시 상기 기판 상부에서 중앙이 중공된 플라즈마 밀도 분포를 형성하도록 상기 플라즈마 챔버에 대해 구성되고 위치된 제 2 안테나; 및
    상기 두 개의 안테나들간의 전압 분할 비율과 상기 분할되는 전압들의 위상들을 조절하기 위한 가변 리액턴스 컴포넌트를 갖는 가변 임피던스 엘리먼트
    를 포함하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 안테나 모두에 연결되는 전원을 더 포함하며, 상기 전원은, 동작시 상기 제 1 및 제 2 안테나 모두에 전력을 전달하고, 상기 기판상에 순량의 플라즈마 밀도 분포를 형성하는 것을 특징으로 하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 전원은 상기 제 1 및 제 2 안테나 모두에 RF 전력을 전달하는 것을 특징으로 하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 전원은 RF 발생기를 포함하며, 상기 플라즈마 시스템은, 입력 라인과 제 1 및 제 2 출력 라인을 갖는 전력 분할기를 더 포함하며, 상기 입력 라인은 상기 RF 발생기로부터 전력을 수신하고, 상기 제 1 출력 라인은 상기 제 1 안테나와 연결되고, 상기 제 2 출력 라인은 상기 제 2 안테나에 연결되며, 상기 전력 분할기는 상기 RF 발생기로부터 수신되는 전력을 상기 제 1 및 제 2 출력 라인으로 분배하는 것을 특징으로 하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 전원은, 상기 제 1 안테나로 전력을 전달하는 제 1 RF 발생기, 및 상기 제 2 안테나로 전력을 전달하는 제 2 RF 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 안테나는 상기 플라즈마 캐비티 외부에 위치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 챔버 몸체는 제 1 유전체 윈도우와 제 2 유전체 윈도우를 포함하고, 상기 제 1 안테나는 상기 플라즈마 캐비티의 외부에 위치되고 상기 제 1 유전체 윈도우에 인접하며, 상기 제 2 안테나는 상기 플라즈마 캐비티의 외부에 위치되고 상기 제 2 유전체 윈도우에 인접하는 것을 특징으로 하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 안테나 및 제 2 안테나는 코일 안테나인 것을 특징으로 하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 안테나는 동작시 상기 기판에 대체로 평행하게 위치되는 평면 나선형 코일 안테나인 것을 특징으로 하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 유전체 윈도우는 상기 플라즈마 캐비티를 둘러싸는, 중공을 가진 원통형 몸체이며, 상기 제 2 안테나는 상기 원통형 몸체에 권선되는 원통형 코일인 것을 특징으로 하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 유전체 윈도우는 상기 원통형 몸체의 일단에 대해 위치된 플레이트이고, 상기 제 1 안테나는 상기 플레이트에 인접하여 위치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 원통형 몸체는 석영으로 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 플레이트는 석영으로 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  14. 제 6 항에 있어서, 상기 챔버 몸체는 상기 기판 상부에 위치한 유전체 윈도우를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 안테나는 상기 플라즈마 캐비티의 외부에 위치하고 상기 유전체 윈도우에 인접해 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 제 2 안테나는 상기 제 1 안테나 내에 동심으로 위치하는 것을 특징으로 하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  16. 외부 영역으로 둘러싸인 중앙의 내부 영역을 갖고, 플라즈마 캐비티가 형성된 챔버 몸체;
    상기 외부 영역보다 상기 중앙 영역으로 에너지를 더 효과적으로 결합시키도록, 상기 플라즈마 캐비티에 대해 구성되고 위치된 제 1 안테나;
    상기 중앙 영역보다 상기 외부 영역으로 에너지를 더 효과적으로 결합시키도록, 상기 플라즈마 챔버에 대해 구성되고 위치된 제 2 안테나; 및
    상기 두 개의 안테나들간의 전압 분할 비율과 상기 분할되는 전압들의 위상들을 조절하기 위한 가변 리액턴스 컴포넌트를 갖는 가변 임피던스 엘리먼트
    를 포함하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 안테나 모두에 연결된 전원을 더 포함하고, 상기 전원은 동작시 상기 제 1 및 제 2 안테나 모두에 전력을 전달하고 상기 기판 상부에 순량의 플라즈마 밀도 분포를 형성하는 것을 특징으로 하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 전원은 RF 발생기를 포함하고, 상기 플라즈마 시스템은, 입력 라인과 제 1 및 제 2 출력 라인을 갖는 전력 분할기를 더 포함하며, 상기 입력 라인은 상기 RF 발생기로부터 전력을 수신하고, 상기 제 1 출력 라인은 상기 제 1 안테나에 연결되며, 상기 제 2 출력 라인은 상기 제 2 안테나에 연결되고, 상기 전력 분할기는 상기 RF 발생기로부터 수신된 전력을 상기 제 1 및 제 2 출력 라인으로 분배하는 것을 특징으로 하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 챔버 몸체는 제 1 유전체 윈도우 및 제 2 유전체 윈도우를 포함하고, 상기 제 1 안테나는 상기 플라즈마 캐비티의 외부에 위치하고 상기 제 1 유전체 윈도우에 인접하며, 상기 제 2 안테나는 상기 플라즈마 캐비티의 외부에 위치하고 상기 제 2 유전체 윈도우에 인접하는 것을 특징으로 하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 챔버 몸체는 상기 기판 상부에 위치한 유전체 윈도우를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 안테나는 상기 플라즈마 캐비티 외부에 위치하고 상기 유전체 윈도우에 인접하는 것을 특징으로 하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 제 2 안테나는 상기 제 1 안테나내에 동심으로 위치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  22. 플라즈마 캐비티가 형성된 챔버 몸체;
    동작시 에너지를 상기 캐비티내의 플라즈마로 결합시키도록 상기 플라즈마 캐비티에 대해 위치된 제 1 안테나;
    동작시 에너지를 상기 캐비티내의 플라즈마로 결합시키도록 상기 플라즈마 챔버에 대해 위치된 제 2 안테나;
    입력 라인과 제 1 및 제 2 출력 라인을 가지며, 상기 두 개의 안테나들간의 전압 분할 비율과 상기 분할되는 전압들의 위상들을 조절하기 위한 가변 리액턴스 컴포넌트를 갖는 가변 임피던스 엘리먼트를 포함하는 전력 분할기 - 상기 제 1 출력 라인은 상기 제 1 안테나에 연결되고, 상기 제 2 출력 라인은 상기 제 2 안테나에 연결됨 -; 및
    상기 전력 분할기의 입력 라인에 전력을 공급해주는 전력 발생기
    를 포함하며, 상기 전력 분할기는 상기 전력 발생기에서 수신된 전력을 상기 제 1 및 제 2 출력 라인에 분배하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 전력 분할기는, 상기 전력 분할기가 그 제 1 및 제 2 출력 라인에 전력을 분배하는 방법을 결정하는 제어 신호에 응답하는 것을 특징으로 하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 전력 분할기는, 그 제 1 및 제 2 출력 라인상의 신호들간에 거의 고정된 위상관계를 유지하면서, 상기 전력 발생기로부터 전력을 상기 제 1 및 제 2 출력 라인으로 분할하는 것을 특징으로 하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 안테나는 상기 플라즈마 캐비티의 외부에 위치하는 것을 특징으로 하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 챔버 몸체는 제 1 유전체 윈도우 및 제 2 유전체 윈도우를 포함하고, 상기 제 1 안테나는 상기 플라즈마 캐비티의 외부에 위치하고 상기 제 1 유전체 윈도우에 인접하며, 상기 제 2 안테나는 상기 플라즈마 캐비티의 외부에 위치하고 상기 제 2 유전체 윈도우에 인접하는 것을 특징으로 하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 제 1 안테나 및 제 2 안테나는 코일 안테나인 것을 특징으로 하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  28. 제 26 항에 있어서, 상기 제 1 안테나는 동작시 상기 기판에 거의 평행하게 위치하는 평면 나선형 코일 안테나인 것을 특징으로 하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  29. 제 26 항에 있어서, 상기 제 2 유전체 윈도우는 상기 플라즈마 캐비티를 둘러싸는, 중공을 가진 원통형 몸체이며, 상기 제 2 안테나는 상기 원통형 몸체에 권선되는 원통형 코일인 것을 특징으로 하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  30. 제 27 항에 있어서, 상기 제 1 유전체 윈도우는 상기 원통형 몸체의 일단에 대해 위치되는 플레이트이고, 상기 제 1 안테나는 상기 플레이트에 인접하여 위치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 원통형 몸체는 석영으로 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  32. 제 31 항에 있어서, 상기 플레이트는 석영으로 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  33. 제 25 항에 있어서, 상기 챔버 몸체는 상기 기판 상부에 위치한 제 1 유전체 윈도우를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 안테나는 상기 플라즈마 캐비티의 외부에 위치하고 상기 유전체 윈도우에 인접하는 것을 특징으로 하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 제 2 안테나는 상기 제 1 안테나 내에 동심으로 위치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리용 플라즈마 시스템.
  35. 기판을 처리하기 위한 플라즈마 시스템내에 플라즈마의 이온 밀도 분포를 조절하는 방법으로서,
    제 1 안테나를 통해 제 1 RF 전력을 플라즈마로 결합하는 단계;
    제 2 안테나를 통해 제 2 RF 전력을 플라즈마로 결합하는 단계; 및
    플라즈마 처리시 상기 기판 상부에 거의 균일한 이온 밀도 분포를 형성하도록, 가변 리액턴스 컴포넌트를 갖는 가변 임피던스 엘리먼트를 이용하여 상기 제 1 RF 전력과 제 2 RF 전력의 비율과 상기 RF 전력들의 위상들을 조절하는 단계를 포함하는 플라즈마 이온 밀도 분포 조절 방법.
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