KR100773204B1 - 전력 분배를 제어할 수 있는 유도 결합된 플라즈마 소스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하나의 전원으로부터 처리 챔버 상에 배치된 다수의 코일에 전력을 분배하여 처리 챔버 내에 배치된 기판에 걸쳐 제어 가능한 플라즈마 균일성을 제공하는 방법 및 장치를 제공한다. 전원으로부터 처리 챔버 상에 배치된 2개 이상의 코일(152, 154)에 전력을 분배하는 장치는, 전원과 제 1 코일 사이의 연결, 전원과 제 2 코일(154) 사이에 연결된 직렬 커패시터(180) 및 제 2 코일과 전원 사이의 노드에 연결된 병렬 커패시터(190)를 포함한다. 하나의 전원으로부터 다수의 코일에 전력을 분배하는 방법은, 전원과 접지 연결부 사이에 제 1 코일을 연결하는 단계, 직렬 커패시터 및 병렬 커패시터를 포함하는 제 1 전력 분배망을 전원에 연결하는 단계, 및 제 1 전력 분배망과 접지 연결부 사이에 제 2 코일을 연결하는 단계를 포함한다.

Description

전력 분배를 제어할 수 있는 유도 결합된 플라즈마 소스{INDUCTIVELY COUPLED PLASMA SOURCE WITH CONTROLLABLE POWER DISTRIBUTION}
본 발명은 일반적으로 하나의 전원으로부터 다수의 컴포넌트들로의 전력 분배 제어에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 무선 주파수(RF) 전력을 RF 플라즈마 리액터에 배치된 다수의 RF 코일에 분배하는 것에 관련된다.
일반적으로 에칭 처리 및 화학적 증착 처리를 포함하는 반도체 웨이퍼 상의 각종 처리에 플라즈마 리액터가 사용된다. 유도 결합된 RF 플라즈마 리액터는 일반적으로 리액터 챔버 둘레에 감겨져 플라즈마 소스 RF 전원에 연결된 유도성 코일 안테나를 구비한다. 유도 결합된 RF 플라즈마 리액터는 높은 제조 생산량을 위한 매우 높은 플라즈마 이온 밀도를 이룰 수 있는 동시에, 웨이퍼의 이온 충격 손상에 있어서의 부수물 증가를 피할 수 있다.
유도 결합된 플라즈마 리액터는 일반적으로 리액터 챔버 내에 유입된 특정 처리 가스 또는 가스 혼합물을 포함하는 각종 처리 파라미터에 크게 좌우되어 변화할 수 있는 플라즈마 이온 밀도 분포를 갖는다. 예를 들어 어떤 처리 가스에 대해 플라즈마 이온 밀도가 웨이퍼 중심에서는 높고 웨이퍼 주변에서는 낮을 수도 있는 한편, 다른 어떤 처리 가스에 대해서는 반대 패턴(즉, 웨이퍼 중심에서는 낮고 웨이퍼 주변에서는 높은)이 될 수도 있다. 그 결과, RF 코일 설계는 리액터의 웨이퍼 표면에 걸쳐 통상적으로 용인할 수 있는 균일성을 제공하도록 각각의 다른 처리 또는 처리 가스에 대해 주문 제작된다. 처리 챔버에서의 플라즈마 균일성을 향상시키기 위해 다수의 RF 코일, 일반적으로는 2개의 코일이 이용되고, 각각의 RF 코일은 RF 코일에 전달되는 RF 전력량을 제어하도록 되어 있는 개별적인 RF 정합망을 통해 개별적인 각각의 RF 전원에 연결된다. 도 1은 챔버의 덮개에 배치된 2개의 RF 코일을 갖는 일반적인 플라즈마 처리 챔버의 개략적인 단면도이다. 플라즈마 처리 챔버는 일반적으로 원통형 측벽(15)과 돔형 천장을 가진 진공 챔버(10)를 포함하는 것이 일반적이다. 가스 흡입관(25)은 처리 가스(예를 들어 에칭 처리용 염소)를 챔버(10)에 공급한다. 기판 지지부재 또는 웨이퍼 받침대(30)가 챔버(10) 내부의 반도체 웨이퍼(35) 등의 기판을 지지한다. RF 전원(40) 또한 일반적으로 종래의 RF 임피던스 정합망(45)을 통해 받침대(30)에 연결된다. 플라즈마는 챔버(10) 내에서 한 쌍의 개별적인(전기적으로 분리된) 안테나 루프로 구성된 코일 안테나(50) 또는 돔형 천장의 다른 부분 주위에 감겨진 RF 코일들(52, 54)로부터 유도 결합된 RF 전력에 의해 발화되어 유지된다. 도 1에 도시한 실시예에서, 양쪽의 루프가 돔형 천장(20)의 대칭축 및 웨이퍼 받침대(30)와 웨이퍼(35)의 대칭축과 일치하는 공통 대칭축 주위에 감겨진다. 제 1 RF 코일(52)은 돔형 천장(20)의 밑부분 주위에 감겨지는 한편, 제 2 RF 코일(54)은 천장(20) 위쪽 중앙에 배치된다. 제 1 및 제 2 RF 코일(52, 54)은 개별적으로 제 1 및 제 2 RF 임피던스 정합망(70, 75)을 통해 각각의 제 1 및 제 2 RF 전원(60, 65)에 연결된다. 각각의 RF 코일(52, 54)의 RF 전력은 개별적으로 제어된다. 제 1 RF 코일(하부/외부 안테나 루프)(52)에 인가되는 RF 전력 신호는 주로 웨이퍼(35) 외주 근처의 플라즈마 이온 밀도에 영향을 미치는 한편, 제 2 RF 코일(상부/내부 안테나 루프)(54)에 인가되는 RF 전력 신호는 주로 웨이퍼(35) 중심 근처의 플라즈마 이온 밀도에 영향을 미친다. RF 코일 각각에 전달되는 RF 전력 신호는 기판 지지부재 상에 배치된 기판에 대해 플라즈마 이온 분포의 상당한 균일성을 이루도록 서로 관련하여 조정된다.
각각의 RF 코일에 대해 개별적인 RF 전원 및 관련 RF 임피던스 정합망의 추가는 처리 챔버에 이용되는 각각의 추가적인 RF 코일에 대해 장치 및 운영 비용을 증가시켜, 웨이퍼 처리 비용을 상승시킨다. 더욱이, 개별적인 RF 전원 및 정합망 구성은 코일의 임피던스 정합에 있어 어려움을 나타내고, 이는 코일 각각에 전달되는 플라즈마 전력의 제어를 보다 어렵게 한다.
다수의 코일을 갖는 유도 결합된 플라즈마 리액터의 플라즈마 전력 제어를 위한 다른 시도는 전원으로부터 코일 각각으로의 연결을 스위칭 하는 다수의 고전력 계전기를 이용하는 것이다. 그러나, 스위칭 방법은 효과적인 코일 동작을 제공하지 않고 계속적으로 보면 코일 각각에 전달되는 전력의 충분한 제어를 제공하지 않는다.
따라서, 하나의 전원으로부터 처리 챔버 상에 배치된 다수의 코일에 전력을 분배하여 처리 챔버 내에 배치된 기판에 걸쳐 제어 가능한 플라즈마 균일성을 제공하는 장치가 필요하다.
본 발명은 일반적으로 하나의 전원으로부터 처리 챔버 상에 배치된 다수의 코일에 전력을 분배하여 처리 챔버 내에 배치된 기판에 걸쳐 제어 가능한 플라즈마 균일성을 제공하는 방법 및 장치를 제공한다.
전원으로부터 처리 챔버 상에 배치된 2개 이상의 코일에 전력을 분배하는 장치는, 상기 전원과 제 1 코일 사이의 연결부; 상기 전원과 제 2 코일 사이에 연결된 직렬 커패시터; 및 상기 제 2 코일과 상기 전원 사이의 노드에 연결되며, 접지 연결에 연결될 수 있는 병렬 커패시터를 포함한다.
하나의 전원으로부터 다수의 코일에 전력을 분배하는 방법은, 상기 전원과 접지 연결부 사이에 제 1 코일을 연결하는 단계; 직렬 커패시터 및 병렬 커패시터를 포함하는 전력 분배망을 상기 전원에 연결하는 단계; 및 상기 전력 분배망과 접지 연결부 사이에 제 2 코일을 연결하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 챔버; 상기 챔버에 배치된 제 1 코일 및 제 2 코일; 상기 제 1 코일에 연결된 전원; 및 상기 전원과 상기 제 2 코일 사이에 연결된 직렬 커패시터, 및 상기 제 2 코일과 상기 전원 사이의 노드에 연결되며 접지 연결에 연결될 수 있는 병렬 커패시터를 포함하며, 상기 제 2 코일과 상기 전원 사이에 연결되는 전력 분배망을 포함하는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
도 1은 챔버의 덮개에 2개의 RF 코일이 배치된 일반적인 플라즈마 처리 챔버의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 플라즈마 처리 챔버의 개략적인 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 RF 전력 분배망의 일 실시예의 개략도이다.
도 3b는 RF 전력 분배망의 다른 실시예의 개략도이다.
도 4는 직렬 및 병렬 커패시터의 커패시턴스 값을 변화시킴으로써 일어나는 2개의 RF 코일에 흐르는 전류비의 영향을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 RF 전력 분배망의 다른 실시예의 개략도이다.
도 6은 RF 임피던스 정합망의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 RF 전력 분배망의 다른 실시예의 개략도이다.
도 8은 다수의 RF 코일을 가진 플라즈마 처리 챔버에 이용되는 본 발명의 RF 전력 분배망의 다른 실시예의 개략도이다.
도 9a∼9e는 다수의 RF 코일을 이용하는 각종 챔버 설계의 개략적인 단면도이다.
도 10은 이중 나선형의 코일을 가진 플라즈마 처리 챔버에서 이온 밀도 대 방사 위치의 그래프 표현이다.
도 2는 본 발명의 플라즈마 처리 챔버의 개략적인 단면도이다. 플라즈마 처리 챔버(100)는 일반적으로 원통형 측벽(115)과 돔형 덮개(120)를 갖는 진공 챔버(110)를 포함하는 것이 일반적이다. 가스 입구(125)가 하나 이상의 처리 가스를 챔버(110)에 공급한다. 기판 지지부재(130)는 챔버(110) 내부의 반도체 웨이퍼(135) 등의 기판을 지지한다. RF 전원(140)은 종래의 RF 임피던스 정합망(145)을 통해 기판 지지부재(130)에 연결된다. 플라즈마는 챔버(110) 내에서 돔형 천장의 다른 부분 주위에 감겨진 한 쌍의 RF 코일(152, 154)로 구성된 코일 안테나(150)로부터 유도 결합된 RF 전력에 의해 발화되어 유지된다. 도 2에 도시한 실시예에서, 2개의 루프가 돔형 천장(120)의 대칭축 및 기판 지지부재(130)의 대칭축과 일치하는 공통 대칭축을 중심으로 감겨진다. 제 1 RF 코일(152)은 돔형 덮개(120)의 밑부분 주위에 감겨지는 한편, 제 2 RF 코일(154)은 덮개(120) 위쪽 중앙에 배치된다. 제 1 및 제 2 RF 코일(152, 154)은 본 발명의 RF 전력 분배망(170)을 통해 단일 RF 전원(160)에 연결된다. 선택적으로, RF 전원(160)과 RF 전원 분배망(170) 사이에 RF 임피던스 정합망(175)이 연결될 수도 있다.
각각의 RF 코일(152, 154)에 전달되는 RF 전력은 RF 전력 분배망(170)에 의해 제어된다. 제 1 RF 코일(즉, 하부/외부 안테나 루프)(152)에 인가되는 RF 전력 신호는 주로 웨이퍼(135) 둘레 근처의 플라즈마 이온 밀도에 영향을 미치는 한편, 제 2 RF 코일(즉, 상부/내부 안테나 루프)(154)에 인가되는 RF 전력 신호는 주로 웨이퍼(135) 중심 근처의 플라즈마 이온 밀도에 영향을 미친다. RF 코일 각각에 전달되는 RF 전력 신호는 일반적으로 기판 지지부재 상에 배치된 기판에 대해 거의 균일한 플라즈마 이온 분포를 이루도록 서로 관련하여 조정된다. 전력 분배망은 처리시 플라즈마에 바람직한 레벨의 불균일성을 일으켜 다른 인자들을 보상할 수 있도록 조정될 수 있다.
도 3a는 본 발명의 RF 전력 분배망(170)의 일 실시예의 개략도이다. RF 전력 분배망(170)은 RF 전원(160)에 연결하는 입력(176), 제 1 RF 코일(152)에 연결하는 제 1 출력(172), 및 제 2 RF 코일(154)에 연결하는 제 2 출력(174)을 포함한다. 도 3a에 도시한 바와 같이, RF 전력 분배망(170)은 입력(176)과 제 1 출력(172)을 연결하는 바이패스 라인(178), 입력(176)과 제 2 출력(174) 사이에 연결된 직렬 커패시터(180), 및 제 2 출력(176)과 접지 연결부 사이에 연결된 병렬 커패시터(190)를 포함한다. 또한 RF 코일(152, 154) 모두 접지 연결을 포함한다. 효과적으로, 전기적 관점에서 병렬 커패시터(190)는 제 2 RF 코일(154)에 병렬로 연결되고, 직렬 커패시터(180)는 병렬 커패시터(190)와 제 2 RF 코일(154)의 병렬 조합과 직렬로 연결된다. 이 직렬/병렬 조합은 제 1 RF 코일(152)과 병렬로, 바람직하게는 RF 임피던스 정합망(175)을 통해 RF 전원에 연결된다.
직렬 커패시터(180) 및 병렬 커패시터(190)는 커패시터의 커패시턴스를 변경 또는 전환하는 제어기에 의해 제어될 수 있는 하나 이상의 가변 커패시터를 포함한다. 어느 한쪽 또는 양쪽의 커패시터(180, 190)가 가변 커패시터일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 직렬 커패시터(180)는 일정한 커패시턴스 값을 갖는 커패시터로 이루어진 반면, 병렬 커패시터(190)는 가변 커패시터로 이루어진다. 도 3b는 RF 전력 분배망(170c)의 다른 실시예의 개략도이다. 도 3b에 나타낸 컴포넌트들은 직렬 커패시터(180c)가 가변 커패시터인 것을 제외하고 도 3a에 나타낸 것과 동일하다. 도 3b에 나타낸 것과 같은 RF 전력 분배망(170c)은 직렬 커패시턴스 및 병렬 커패시턴스 모두 조정할 수 있기 때문에 2개의 코일들간 전력 분배의 제어에 있어 추가적인 융통성을 제공한다.
도 4는 직렬 및 병렬 커패시터의 커패시턴스 값을 변화시킴으로써 일어나는 2개의 RF 코일에 흐르는 전류(I1, I2)비의 영향을 나타내는 그래프이다. 도시한 바와 같이, 전류비(I1/I2)는 직렬 커패시터 또는 병렬 커패시터의 커패시턴스 값을 조정함으로써 원하는 값으로 맞춰질 수 있다.
바람직한 실시예에서, 병렬 커패시터는 가변 커패시터로 이루어지고, 두 코일간 전력 분배는 병렬 커패시터(190)의 커패시턴스를 조정함으로써 제어된다. 일반적으로, 병렬 커패시터를 변화시킴으로써 I1:I2의 비가 약 0.2 내지 약 5로 조정될 수 있다. 바람직하게는, 약 1:3 내지 약 3:1의 I1:I2의 비를 제공하여 챔버 내의 플라즈마 이온 농도의 형성에 융통성을 제공하도록 병렬 커패시터(190)의 커패시턴스가 변경될 수 있다. 예를 들어, 도 3a에 나타낸 구성에 대해 13.56 ㎒, 가변 병렬 커패시터(190) 및 약 65 ㎊의 고정 직렬 커패시터(180)로 동작하는 RF 전원을 이용하면, 병렬 커패시터를 약 100 ㎊ 내지 약 200 ㎊로 조정함으로써 I1:I2의 비가 약 0.4 내지 약 2.0으로 조정될 수 있다. 다른 예로서, 가변 직렬 커패시터(180) 및 약 115 ㎊의 고정 병렬 커패시터(180)를 이용하는 구성에서는, 직렬 커패시터를 약 50 ㎊ 내지 약 150 ㎊로 조정함으로써 I1:I2의 비가 약 0.56 내지 약 0.85로 조정될 수 있다.
도 10은 이중 나선형의 코일을 가진 플라즈마 처리 챔버에서 이온 밀도 대 방사 위치의 그래프 표현이다. 도시한 바와 같이, 약 1:1의 전류비(I1/I2)는 중심축으로부터 챔버를 지나 약 100 ㎜ 반경 내에 거의 균일한 플라즈마 이온 밀도(약 ±3 %)를 제공한다. 약 5:1의 전류비(I1/I2)에 대해서는 약 180 ㎜ 반경 내에서 거의 균일하다(약 ±4 %). 본 발명은 처리중 플라즈마 이온 밀도의 제어를 제공하고, 처리중 플라즈마 밀도에 영향을 미칠 수 있는 다른 처리 파라미터를 조정하는 처리 방법의 다른 시간 주기 동안 전류비가 변경될 수 있다.
본 발명의 전력 분배망은 커패시터 등의 리액턴스 소자를 이용하여 코일 각각에 흐르는 RF 전류의 효과적인 제어를 제공한다. 일반적으로, 각각의 코일에 전달되는 전력은 유효 성분 및 리액턴스 성분을 포함하고, 본 발명은 각각의 코일에 전달되는 전력의 리액턴스 성분을 변화시켜 두 코일간 전력의 분배를 변경한다. 각각의 코일에 전달되는 전력의 유효 성분은 전력 분배망에 의해 거의 영향을 받지 않는다. 또 이점으로서, 전력 분배망은 전원으로부터 코일로의 전력의 전달 효율을 떨어뜨리지 않으며, 전체 회로(즉, 코일을 포함하는)의 전체 임피던스를 크게 변화시키지 않는다. 전력 전달 효율은 본 발명의 전력 분배망이 무시해도 좋은 저항 손실을 갖는 용량성 소자만을 포함하기 때문에 일반적으로 전력 분배망에 영향을 받지 않는다. 본 발명에 의해 제공되는 관련된 이점은 전원에 의해 알 수 있는 임피던스(또는 부하)가 원하는 값으로 유지되는 동시에, 전류비가 전력 분배망에 의해 변화한다는 점이다. 전력 분배망의 직렬 커패시턴스 및 병렬 커패시턴스의 조정은 전원에 대한 부하 임피던스를 거의 변화시키지 않는다.
본 발명의 전력 분배망의 또 다른 이점은 전류비가 변화하더라도 다수의 소스 코일에서 RF 전류에 대한 공통 위상각을 유지하는 능력이다. RF 전류의 공통 위상 관계를 제어하는 능력은 인접한 소스 코일의 역위상 RF 전류가 순 상쇄 효과(net cancelling effect)를 일으킴으로써 전원 위치를 플라즈마 부하로부터 떨어지게 시프트하기 때문에, 제어 가능한 플라즈마 균일성을 달성하는데 있어 중요 인자이다. 본 발명은 전류비가 변화하는 동안의 코일의 전류간 위상 관계의 제어를 제공한다. 일반적으로, 본 발명은 두 코일의 전류간 약 10도 미만의 위상차를 유지한다.
도 5는 본 발명의 RF 전력 분배망의 다른 실시예의 개략도이다. RF 전력 분배망(170a)은 RF 전원(160)에 연결하는 입력(176a), 제 1 RF 코일(152)에 연결하는 제 1 출력(172a), 및 제 2 RF 코일(154)에 연결하는 제 2 출력(174a)을 포함한다. 도 5에 도시한 바와 같이, RF 전력 분배망(170a)은 입력(176a)과 제 1 출력(172a)을 연결하는 바이패스 라인(178a), 입력(176a)과 제 2 출력(174a) 사이에 연결된 직렬 커패시터(180a), 및 입력(176a)과 접지 연결부 사이에 연결된 병렬 커패시터(190a)를 포함한다. 또한 RF 코일(152, 154) 모두 접지 연결을 포함한다. 효과적으로, 전기적 관점에서 병렬 커패시터(190a)는 제 1 RF 코일(152)에 병렬로 연결되고, 직렬 커패시터(180a)는 제 2 RF 코일(154)에 직렬로 연결된다. 바람직하게는, RF 임피던스 정합망(175)이 입력(176a)과 RF 전원(160) 사이에 연결된다. RF 전원 분배망의 다른 실시예는 또한 직렬 커패시터 또는 병렬 커패시터의 커패시턴스 값을 조정함으로서 조정 가능한 전류비(I1/I2)를 제공한다.
도 6은 RF 임피던스 정합망(175)의 개략도이다. RF 임피던스 정합망(175)은 RF 전원(160)에 연결되는 입력(192), 및 RF 전력 분배망(170 또는 170a)의 입력(176 또는 176a)에 연결되는 출력(194)을 포함한다. RF 임피던스 정합망(175)은 입력(192)과 출력(194) 사이에 연결된 직렬 커패시터(196), 및 입력(194)과 접지 연결부 사이에 연결된 병렬 커패시터(198)를 포함한다. 직렬 및 병렬 커패시터(196, 198)는 가변 커패시터인 것이 바람직하다. 혹은, 직렬 및 병렬 커패시터(196, 198) 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두 가변 커패시터가 될 수도 있다. RF 임피던스 정합망(175)은 RF 전원(16)으로부터 RF 코일(170, 175)로의 효과적인 또는 최적화된 전력 전달을 제공하도록 조정될 수 있다.
도 7은 본 발명의 RF 전력 분배망의 다른 실시예의 개략도이다. RF 전력 분배망(170b)은 RF 전원(160)에 연결하는 입력(176b), 제 1 RF 코일(152)에 연결하는 제 1 출력(172b), 및 제 2 RF 코일(154)에 연결하는 제 2 출력(174b)을 포함한다. RF 전력 분배망(170b)은 입력(176b)과 제 1 출력(172b)을 연결하는 바이패스 라인(178b), 입력(176b)과 제 2 출력(174b) 사이에 연결된 직렬 커패시터(180b), 및 제 2 출력(174b)과 접지 연결부 사이에 연결된 병렬 커패시터(190b)를 포함한다. RF 코일(152, 154) 각각은 선택적인 접지 커패시터(188)를 통해 접지 연결에 연결되는 것이 바람직하다. 도 7에 도시한 실시예에 대해, 직렬 커패시터(180b)는 고정 커패시터로 이루어지고, 병렬 커패시터(190b)는 가변 커패시터로 이루어진다. 제 1 전류 센서(182)가 제 1 RF 코일(152)에 직렬로 배치되고, 제 2 전류 센서(184)가 제 2 RF 코일(154)에 직렬로 연결된다. 컴퓨터 또는 마이크로프로세서로 이루어진 제어기(186)는 전류 센서(182, 184) 및 병렬 커패시터(190b)에 연결된다. 전류 센서(182, 184)는 각각의 RF 코일(152, 154)에 흐르는 전류를 측정 또는 감지하여 측정된 전류 데이터를 제어기(186)에 제공한다. 제어기(186)는 센서(182, 184)에 의해 제공되는 데이터에 응답하여 병렬 커패시터(190b)의 커패시턴스를 제어하고, 병렬 커패시터(190b)의 커패시턴스를 조정 또는 변경하여, 플라즈마 이온 밀도를 균일하게 하는 바람직한 전류비(I1/I2)를 유지한다.
도 8은 다수의 RF 코일을 가진 플라즈마 처리 챔버에 이용되는 본 발명의 RF 전력 분배망의 다른 실시예의 개략도이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 다수의 RF 코일(202i)(i = 1∼n)이 하나의 RF 전원(204)에, 바람직하게는 RF 임피던스 정합망(206)을 통해 연결된다. 각각의 RF 코일(202i)은 접지 연결을 포함한다. 제 1 RF 코일(2021)은 RF 전력 분배망 없이 RF 임피던스 정합망(206)의 출력에 연결되지만, 각각의 이어지는 RF 코일(202i)(i = 2∼n)은 RF 전력 분배망(210j)(j = i - 1)을 포함한다. 제 2 RF 코일(2022)은 RF 전력 분배망(210j)에 연결되고, 이러한 결합은 피기백 방식으로 제 1 RF 코일에 연결된다. 마찬가지로, RF 코일(202i)과 RF 전력 분배망(210j)과의 각각의 이어지는 조합은 이전 RF 코일(202i-1)과 피기백(piggy-back) 방식으로 연결되어, RF 코일들의 일련의 브랜치들 사이에 하나의 RF 전력 분배망이 형성된다. 각각의 RF 전력 분배망(210j)은 RF 전력 분배망의 입력(214j)과 출력(216j) 사이에 연결된 직렬 커패시터(212j), 및 출력(216j)과 접지 연결부 사이에 연결된 병렬 커패시터(218j)를 포함한다. 혹은, 병렬 커패시터(218j)가 입력(214j)과 접지 연결부 사이에 연결된다.
직렬 커패시터(212j) 및 병렬 커패시터(218j)는 커패시터의 커패시턴스를 변경 또는 전환하는 제어기(220)에 의해 제어될 수 있는 하나 이상의 가변 커패시터로 이루어질 수도 있다. 어느 한쪽 또는 양쪽의 커패시터(212j, 218j)가 가변 커패시터가 될 수 있다. 바람직하게는, 직렬 커패시터(212j)는 일정한 커패시턴스 값을 갖는 커패시터로 이루어진 반면, 병렬 커패시터(218j)는 가변 커패시터로 이루어진다. 각각의 RF 코일에 흐르는 전류는 RF 코일과 관련된 가변 커패시터(즉, 직렬 또는 병렬 커패시터)의 커패시턴스 값을 조정함으로써 원하는 값으로 맞춰질 수 있다. 선택적으로, 다수의 센서(222i)가 각각의 RF 코일과 직렬로 배치되어 RF 코일에 흐르는 전류를 측정 또는 감지할 수도 있다. 센서(222i)가 연결되어 전류 데이터를 제어기(220)에 제공하고, 제어기(220)는 제공된 데이터에 응답하여 가변 커패시터의 커패시턴스를 조정하여 챔버 내에 원하는 플라즈마 이온 균일성을 유지한다.
본 발명이 측면 코일 및 상부 코일을 가진 돔형 덮개를 구비한 처리 챔버를 이용하여 설명되었지만, 본 발명은 에칭, 증착 및 그 밖의 플라즈마 처리를 포함하는 다양한 기판 처리를 위한 다수의 RF 코일 또는 안테나 루프를 갖는 처리 챔버의 다른 설계에도 적용될 수 있다. 도 9a∼9e는 전력 분배망(170) 및 선택적인 임피던스 정합망(175)을 통해 전원(160)에 연결된 다수의 RF 코일을 이용하는 각종 챔버 설계의 개략적인 단면도이다. 도 9a∼9e에 도시한 챔버 설계는 본 발명에 의한 챔버의 예가 되며, 본 발명의 적용을 다른 챔버 설계로 한정하는 것은 아니다. 도 9a는 평면형 상부 코일(912) 및 나선형 측면 코일(914)을 갖는 고밀도 플라즈마(HDP) 처리 챔버 덮개(910)의 개략적인 단면도이다. 도 9b는 동심원의 평면형 내부 코일(922) 및 외부 코일(924)을 갖는 챔버 개(920)의 개략적인 단면도이다. 도 9c는 평면형 처리 챔버 덮개(930)에 동심원으로 내부 나선(932) 및 외부 나선(934)을 배치한 이중 나선형 코일 플라즈마 소스의 개략적인 단면도이다. 도 9d는 처리 챔버 덮개(940)에 동심원의 평면형 1 권선 내부 코일(942) 및 외부 코일(944)을 배치한 이중 코일 플라즈마 소스의 개략적인 단면도이다. 도 9e는 처리 챔버 덮개(950)에 배치된 이중 코일 플라즈마 소스의 개략적인 단면도이다. 이중 코일 플라즈마 소스는 돔형 덮개의 평평하지 않은 형상에 맞게 한 비평면 상부/내부 코일(952) 및 측면/외부 코일(954)을 포함한다.
상기는 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 것이지만, 본 발명의 기본적인 범위를 벗어나지 않으면서 그 밖의 다른 실시예가 가능하며, 그 범위는 첨부된 청구항에 의해 결정된다.

Claims (61)

  1. 플라즈마 처리 장치로서,
    챔버;
    상기 챔버 부근에 배치된 제 1 코일 및 제 2 코일;
    상기 제 1 코일에 연결된 전원; 및
    상기 제 2 코일과 상기 전원 사이에 연결되는 전력 분배망 - 상기 전력 분배망은, 상기 전원과 상기 제 2 코일 사이에 연결된 직렬 커패시터, 및 상기 제 2 코일과 상기 전원 사이의 노드에 연결된 병렬(shunt) 커패시터를 포함하고, 상기 병렬 커패시터는 가변 커패시터임 -
    을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 노드는 상기 전원과 상기 직렬 커패시터 사이에 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 노드는 상기 제 2 코일과 상기 직렬 커패시터 사이에 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 직렬 커패시터는 가변 커패시터인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 직렬 커패시터 및 상기 병렬 커패시터는 가변 커패시터들인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 병렬 커패시터 및 각각의 코일은 접지 연결부에 연결 가능한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원과 상기 제 1 코일 사이에 연결된 정합망을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 정합망은 또한 상기 전원과 상기 전력 분배망 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 정합망은 하나 또는 그 이상의 가변 커패시터들을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 정합망은 직렬 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 정합망은 상기 전원과 접지 연결부 사이에 연결된 병렬 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버에 배치된 제 3 코일; 및
    상기 전력 분배망과 상기 제 3 코일 사이에 연결된 제 2 전력 분배망 - 상기 제 2 전력 분배망은, 상기 전력 분배망과 상기 제 3 코일 사이에 연결된 제 2 직렬 커패시터, 및 상기 제 3 코일과 상기 전력 분배망 사이의 노드에 연결된 제 2 병렬 커패시터를 포함함 -
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 코일들 사이의 전력 분배를 측정하도록 배치된 적어도 하나의 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센서는 적어도 하나의 전류 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센서로부터의 측정된 전류 데이터에 응답하여 상기 전력 분배망의 하나 또는 그 이상의 커패시터들을 조정하도록 연결된 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 각각의 코일과 접지 연결부 사이에 연결된 접지 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  18. 전원으로부터의 전력을 2개 또는 그 이상의 코일들에 분배하기 위한 장치로서,
    상기 전원과 제 1 코일 사이의 연결부;
    상기 전원과 제 2 코일 사이에 연결된 직렬 커패시터; 및
    상기 제 2 코일과 상기 전원 사이의 노드에 연결되는 병렬 커패시터 - 상기 병렬 커패시터는 접지 연결부에 연결 가능하고, 상기 병렬 커패시터는 가변 커패시터임 -
    를 포함하는 전력 분배 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 노드는 상기 전원과 상기 직렬 커패시터 사이에 있는 것을 특징으로 하는 전력 분배 장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 노드는 상기 제 2 코일과 상기 직렬 커패시터 사이에 있는 것을 특징으로 하는 전력 분배 장치.
  21. 삭제
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 직렬 커패시터는 가변 커패시터인 것을 특징으로 하는 전력 분배 장치.
  23. 제 18 항에 있어서,
    하나 또는 그 이상의 코일들에 흐르는 전류를 측정하도록 배치된 하나 또는 그 이상의 전류 센서들; 및
    상기 하나 또는 그 이상의 센서들로부터 측정된 전류 데이터를 수신하고, 하나 또는 그 이상의 커패시터들을 조정하도록 연결된 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 분배 장치.
  24. 제 18 항에 있어서,
    상기 각각의 코일과 접지 연결부 사이에 연결된 하나 또는 그 이상의 접지 커패시터들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 분배 장치.
  25. 플라즈마 처리 장치로서,
    챔버;
    상기 챔버 상에 배치된 제 1 코일 및 제 2 코일;
    전원; 및
    상기 전원과 상기 제 1 및 제 2 코일 사이에 연결된 전력 분배망 - 상기 전력 분배망은 적어도 하나의 리액턴스 소자(reactive element)를 포함하고, 상기 전력 분배망은,
    상기 전원과 상기 제 1 코일 사이의 연결부,
    상기 전원과 상기 제 2 코일 사이에 연결된 직렬 리액턴스 소자, 및
    상기 제 2 코일과 상기 전원 사이에서 노드에 연결되고 상기 직렬 리액턴스 소자에 추가로 연결된 병렬 리액턴스 소자를 포함하고, 상기 병렬 리액턴스 소자는 가변 커패시터임 -
    을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 직렬 리액턴스 소자는 가변 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  29. 하나의 전원으로부터 다수의 코일들에 전력을 분배하기 위한 방법으로서,
    상기 전원과 접지 연결부 사이에 제 1 코일을 연결시키는 단계;
    전력 분배망을 상기 전원에 연결시키는 단계 - 상기 전력 분배망은 직렬 커패시터 및 병렬 커패시터를 포함하고, 상기 병렬 커패시터는 가변 커패시터임 -; 및
    상기 전력 분배망과 상기 접지 연결부 사이에 제 2 코일을 연결시키는 단계
    를 포함하는 전력 분배 방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    후속하는 전력 분배망을 이전 전력 분배망에 연결시키는 단계; 및
    상기 후속하는 전력 분배망과 접지 연결부 사이에 후속 코일을 연결시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 분배 방법.
  31. 제 29 항에 있어서,
    상기 방법은 상기 병렬 커패시터의 커패시턴스를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 분배 방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 이상의 코일들에 흐르는 전류를 측정하는 단계; 및
    상기 하나 또는 그 이상의 코일들에 목표된 전류 흐름을 유지시키도록 상기 병렬 커패시터의 커패시턴스를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 분배 방법.
  33. 제 31 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 이상의 코일들에 흐르는 전류를 측정하는 단계; 및
    처리 동안에 상기 하나 또는 그 이상의 코일들에 흐르는 전류를 가변시키도록 상기 병렬 커패시터의 커패시턴스를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 분배 방법.
  34. 제 29 항에 있어서,
    상기 제 1 코일 및 상기 전력 분배망을 정합망을 통해 상기 전원에 연결시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 분배 방법.
  35. 제 29 항에 있어서,
    상기 직렬 커패시터는 상기 제 2 코일에 직렬로 연결되고, 상기 병렬 커패시터는 후속하는 코일에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 방법.
  36. 제 29 항에 있어서,
    상기 직렬 커패시터 및 상기 병렬 커패시터는 가변 커패시터들이며, 상기 방법은,
    상기 코일들 사이에 목표된 전류비를 유지시키도록 직렬 커패시턴스 및 병렬 커패시턴스를 가변시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 분배 방법.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 코일들 사이에 목표된 전류비를 유지하고 상기 전원과의 연결부에서 목표된 임피던스를 유지하도록 직렬 및 병렬 커패시턴스들을 가변시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 분배 방법.
  38. 제 36 항에 있어서,
    상기 코일들 사이에 목표된 전류비를 유지하고 상기 코일들에 흐르는 전류들 사이에 목표된 위상 관계를 유지하도록 직렬 및 병렬 커패시턴스들을 가변시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 분배 방법.
  39. 삭제
  40. 제 36 항에 있어서,
    상기 코일들에 흐르는 전류들 사이에 목표된 위상 관계를 유지시키면서, 상기 코일들 사이의 전류비를 가변시키도록 직렬 및 병렬 커패시턴스들을 가변시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 분배 방법.
  41. 제 36 항에 있어서,
    상기 코일들에 흐르는 전류들 사이에 위상 관계를 10도 이내로 유지시키면서, 상기 코일들 사이의 전류비를 가변시키도록 직렬 및 병렬 커패시턴스들을 가변시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 분배 방법.
  42. 플라즈마 처리 장치로서,
    돔형의 덮개(lid)를 가진 챔버;
    상기 챔버의 돔형 덮개 부근에 배치되는 제 1 코일 및 제 2 코일 - 상기 제 1 코일은 외부측 코일이고, 상기 제 2 코일은 내부 상부 코일임 -;
    상기 제 1 코일에 연결된 전원; 및
    상기 제 2 코일과 상기 전원 사이에 연결되는 전력 분배망 - 상기 전력 분배망은, 상기 전원과 상기 제 2 코일 사이에 연결된 직렬 커패시터, 및 상기 제 2 코일과 상기 전원 사이의 노드에 연결된 병렬 커패시터를 포함하며, 상기 병렬 커패시터는 가변 커패시터임 -
    을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 직렬 커패시터 및 상기 병렬 커패시터 중 적어도 하나는 가변 커패시터인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 코일들 사이의 전력 분배를 측정하도록 배치된 적어도 하나의 센서; 및
    상기 적어도 하나의 센서로부터 측정된 전류 데이터에 응답하여 상기 전력 분배망의 하나 또는 그 이상의 커패시터들을 조정하도록 연결된 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  45. 제 42 항에 있어서,
    상기 전원과 상기 제 1 코일 사이에 연결된 정합망을 더 포함하며, 상기 정합망은 상기 전원과 상기 전력 분배망 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  46. 플라즈마 처리 장치로서,
    원통형 측면부와 평평한 상부로 이루어진 덮개를 가진 챔버;
    상기 챔버의 덮개 부근에 배치되는 제 1 코일 및 제 2 코일 - 상기 제 1 코일은 상기 덮개의 상기 측면부 주위에 배치된 측면 코일이고, 상기 제 2 코일은 상기 덮개의 상기 평평한 상부 위에 배치된 상부 코일임 -;
    상기 제 1 코일에 연결된 전원; 및
    상기 제 2 코일과 상기 전원 사이에 연결되는 전력 분배망 - 상기 전력 분배망은, 상기 전원과 상기 제 2 코일 사이에 연결된 직렬 커패시터, 및 상기 제 2 코일과 상기 전원 사이의 노드에 연결된 병렬 커패시터를 포함하며, 상기 병렬 커패시터는 가변 커패시터임 -
    을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  47. 제 46 항에 있어서,
    상기 직렬 커패시터 및 상기 병렬 커패시터 중 적어도 하나는 가변 커패시터인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 코일들 사이의 전력 분배를 측정하도록 배치된 적어도 하나의 센서; 및
    상기 적어도 하나의 센서로부터 측정된 전류 데이터에 응답하여 상기 전력 분배망의 하나 또는 그 이상의 커패시터들을 조정하도록 연결된 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  49. 제 46 항에 있어서,
    상기 전원과 상기 제 1 코일 사이에 연결된 정합망을 더 포함하며, 상기 정합망은 또한 상기 전원과 상기 전력 분배망 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  50. 플라즈마 처리 장치로서,
    평평한 덮개를 가진 챔버;
    상기 챔버의 평평한 덮개 부근에 배치되는 제 1 코일 및 제 2 코일 - 상기 제 1 코일은 평면형 다중-권선(multi-turn) 외부 코일이고, 상기 제 2 코일은 평면형 다중-권선 내부 코일임 -;
    상기 제 1 코일에 연결된 전원; 및
    상기 제 2 코일과 상기 전원 사이에 연결되는 전력 분배망 - 상기 전력 분배망은, 상기 전원과 상기 제 2 코일 사이에 연결된 직렬 커패시터, 및 상기 제 2 코일과 상기 전원 사이의 노드에 연결된 병렬 커패시터를 포함하며, 상기 병렬 커패시터는 가변 커패시터임 -
    을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  51. 제 50 항에 있어서,
    상기 직렬 커패시터 및 상기 병렬 커패시터 중 적어도 하나는 가변 커패시터인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  52. 제 51 항에 있어서,
    상기 코일들 사이의 전력 분배를 측정하도록 배치된 적어도 하나의 센서; 및
    상기 적어도 하나의 센서로부터 측정된 전류 데이터에 응답하여 상기 전력 분배망의 하나 또는 그 이상의 커패시터들을 조정하도록 연결된 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  53. 제 50 항에 있어서,
    상기 전원과 상기 제 1 코일 사이에 연결된 정합망을 더 포함하며, 상기 정합망은 또한 상기 전원과 상기 전력 분배망 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  54. 플라즈마 처리 장치로서,
    평평한 덮개를 가진 챔버;
    상기 챔버의 평평한 덮개 부근에 배치되는 제 1 코일 및 제 2 코일 - 상기 제 1 코일은 나선형 다중-권선 외부 코일이고, 상기 제 2 코일은 나선형 다중-권선 내부 코일임 -;
    상기 제 1 코일에 연결된 전원; 및
    상기 제 2 코일과 상기 전원 사이에 연결되는 전력 분배망 - 상기 전력 분배망은, 상기 전원과 상기 제 2 코일 사이에 연결된 직렬 커패시터, 및 상기 제 2 코일과 상기 전원 사이의 노드에 연결된 병렬 커패시터를 포함하며, 상기 병렬 커패시터는 가변 커패시터임 -
    을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  55. 제 54 항에 있어서,
    상기 직렬 커패시터 및 상기 병렬 커패시터 중 적어도 하나는 가변 커패시터인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  56. 제 55 항에 있어서,
    상기 코일들 사이의 전력 분배를 측정하도록 배치된 적어도 하나의 센서; 및
    상기 적어도 하나의 센서로부터 측정된 전류 데이터에 응답하여 상기 전력 분배망의 하나 또는 그 이상의 커패시터들을 조정하도록 연결된 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  57. 제 54 항에 있어서,
    상기 전원과 상기 제 1 코일 사이에 연결된 정합망을 더 포함하며, 상기 정합망은 또한 상기 전원과 상기 전력 분배망 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  58. 플라즈마 처리 장치로서,
    평평한 덮개를 가진 챔버;
    상기 챔버의 평평한 덮개 부근에 배치되는 제 1 코일 및 제 2 코일 - 상기 제 1 코일은 단일-권선 외부 코일이고, 상기 제 2 코일은 단일-권선 내부 코일임 -;
    상기 제 1 코일에 연결된 전원; 및
    상기 제 2 코일과 상기 전원 사이에 연결되는 전력 분배망 - 상기 전력 분배망은, 상기 전원과 상기 제 2 코일 사이에 연결된 직렬 커패시터, 및 상기 제 2 코일과 상기 전원 사이의 노드에 연결된 병렬 커패시터를 포함하며, 상기 병렬 커패시터는 가변 커패시터임 -
    을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  59. 제 58 항에 있어서,
    상기 직렬 커패시터 및 상기 병렬 커패시터 중 적어도 하나는 가변 커패시터인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  60. 제 59 항에 있어서,
    상기 코일들 사이의 전력 분배를 측정하도록 배치된 적어도 하나의 센서; 및
    상기 적어도 하나의 센서로부터 측정된 전류 데이터에 응답하여 상기 전력 분배망의 하나 또는 그 이상의 커패시터들을 조정하도록 연결된 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  61. 제 58 항에 있어서,
    상기 전원과 상기 제 1 코일 사이에 연결된 정합망을 더 포함하며, 상기 정합망은 또한 상기 전원과 상기 전력 분배망 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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