KR101578572B1 - 복합 무선 주파수 파형에 대한 매칭 회로 - Google Patents
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Abstract
복합 파형 주파수 매칭 디바이스가 개시된다. 다양한 실시형태에서, 복합 파형 주파수 매칭 디바이스는 서로 병렬로 커플링된 복수의 무선 주파수 발생기들을 포함한다. 복수의 무선 주파수 발생기들의 각각의 후속 무선 주파수 발생기는 임의의 더 낮은 주파수 생성 무선 주파수 발생기에 의해 생성된 주파수에 대해 정수배로 관련된 고조파 주파수를 생성함으로써, 복합 파형을 발생시키도록 구성된다. 복수의 주파수 스플리터 회로는 복수의 무선 주파수 발생기의 출력부에 커플링되고, 복수의 매칭 네트워크들 각각은 복수의 주파수 스플리터 회로들 중 하나의 주파수 스플리터 회로의 출력부에 커플링된 입력부 및 플라즈마 챔버에 커플링되도록 구성된 출력부를 갖는다.
Description
우선권 주장
본 출원은, 2008년 6월 19일자로 출원된 미국 특허 출원 일련번호 제12/142,062호에 대한 우선권을 주장하고, 그 전체가 본 명세서에 참조로서 통합된다.
본 발명은 일반적으로 반도체, 데이터 저장매체, 평판 디스플레이에 이용된 프로세스 장비의 분야뿐만 아니라 동류의 산업 또는 다른 산업에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 플라즈마-기반 프로세스 장비에서 플라즈마 부하에 복합 RF 파형을 효율적으로 커플링하기 위한 시스템에 관한 것이다.
집적 회로 (IC) 디바이스가 수십년 전에 최초 도입되었기 때문에, 반도체 디바이스 기하학적 형상 (즉, 집적 회로 디자인 규칙) 은 그 크기가 극적으로 감소되어 왔다. 일반적으로, IC 는, 단일의 집적 회로 칩상에 제조된 디바이스의 수가 2 년 마다 2 배가 된다는 것을 의미하는, "무어의 법칙 (Moore's Law)" 에 따라왔다. 오늘날의 IC 제조는 65 ㎚ (0.065 ㎛) 피쳐 크기 디바이스들을 관례대로 생산하고, 미래의 제조는 더욱 소형 피쳐 크기를 갖는 디바이스를 생산할 것이다.
대부분의 IC 제조 시설에서, 제조 프로세스의 일부는 반도체 웨이퍼와 같은 기판과 반응시키게 하거나 또는 그 기판과의 반응을 용이하게 하기 위해 프로세스 장비 내에 플라즈마를 채용하는 것을 수반한다. 무선 주파수 (RF) 또는 마이크로웨이브 전원 발생기는 프로세스 챔버 내에 플라즈마를 발생시키기 위해 반도체 및 산업적 플라즈마 처리 장비 내에서 널리 이용된다. 플라즈마 처리는 기판으로부터의 재료들을 에칭하고, 재료들을 기판에 증착하고, 기판 표면을 세정하고, 그리고 기판 표면을 개질 (modification) 시키는 것을 포함하는 다양한 용도로 이용된다.
도 1 을 참조하면, 종래 기술의 플라즈마-기반 프로세스 시스템 (100) 의 일부의 단면도는 챔버벽 (101) 을 갖는 진공 챔버 (109) 을 포함한다. 챔버벽 (101) 의 적어도 일부는, 플라즈마-기반 프로세스 시스템 (100) 의 동작 주파수에서 무선 주파수 (RF) 파형에 대해 투과성인, 석영 또는 유사한 재료로 통상 형성된, 윈도우 (103) 를 포함한다. 코일 (115) 은 진공 챔버 (109) 의 외부에 위치되고 윈도우 (103) 를 둘러싼다. RF 발생기 (119) 는 매칭 네트워크 (117) 를 통해서 코일 (115) 에 걸쳐 연결된다. 매칭 네트워크 (117) 는 RF 발생기 (119) 의 출력 임피던스를 진공 챔버 (119) 의 입력 임피던스에 매칭하는 수단을 제공한다. 매칭 네트워크 (117) 는 고정 엘리먼트만을 포함할 수도 있고, 또는, 가변 커패시터 및 가변 인덕터와 같은 엘리먼트들을 포함하여 변화하는 부하 컨디션들에 대한 RF 발생기 (119) 의 동적 임피던스 매칭을 허용할 수도 있다.
플라즈마-기반 프로세스 시스템 (100) 내의 RF 발생기 (119) 는 진공 챔버 (109) 내에서 플라즈마를 에너자이징하도록 제공된 주요 플라즈마 발생 부분이다. 또한, 플라즈마는 플라즈마 내에 침지된 용량성 전극 (미도시) 또는 플라즈마 내에 침지된 유도성 코일 (미도시) 에 의해 발생될 수 있다.
프로세스 가스는 복수의 주입 가스 공급 저장소 (105; feed gas supply reservoir) (하나만 도시됨) 에 도입된다. 진공 펌프 (107) 는, 플라즈마-기반 프로세스 시스템 (100) 에서 수행되는 특정 프로세스 (예를 들어, 플라즈마 에칭 또는 증착) 에 적절한 진공 챔버 (109) 내에 진공 레벨을 확립하도록 구성된다. 진공 펌프 (107) 는 진공 챔버 (109) 로부터 프로세스 가스를 배기하도록 더 구성된다.
기판 (113) (예를 들어, 반도체 웨이퍼) 은 기판 지지체, 통상적으로 정전척 (ESC; 111) 에 의해 진공 챔버 (109) 내에 지지된다. ESC (111) 는 플라즈마-기반 프로세스 시스템 (100) 내에서 캐소드로서 작용하고, 처리 도중에 적소에 기판 (113) 을 홀딩하기 위한 정전 전위 (electrostatic potential) 를 발달시켜, 이에 따라, 기판 (113) 의 후면 (back side) 과만 접촉함으로써 기계적 클램핑의 문제를 회피한다. ESC (111) 는, 기판 (113) 과 ESC (111) 사이에 반대 전하들을 도입함으로써 동작하여 이에 따라 2 개의 피스들 사이에 정전 인력을 발생시킨다. 따라서, 결과로 나타난 커패시턴스는 ESC (111) 와 기판 (113) 사이에서 존재한다. 고주파수가 수반되어 수행되는 프로세스 도중에 ESC (111) 와 기판 (113) 사이에 RF 전압에서의 미미한 강하가 존재하도록, 커패시턴스는 충분히 크다.
또한, 플라즈마-기반 프로세스 시스템 (100) 은 진공 챔버 (109) 내에 애노드 (통상적으로, 이 애노드는 챔버벽 (101) 및/또는 챔버 상부로 형성되지만, 직접적으로 도시되지는 않음) 를 포함한다. 기판 (113) 을 처리하기 위해, 반응 가스는 복수의 주입 가스 공급 저장소 (105) 들 중 하나 이상의 저장소로부터 진공 챔버 (109) 에 펌핑된다. 애노드 및 (캐소드로서 동작하는) ESC (111) 는 반응 가스를 플라즈마로 여기시키기 위해 Rf 발생기 (119) 로부터 단일 정현 주파수에 의해 구동된다. 단일 주파수는 통상적으로 13.56 MHz 이지만, 다른 단일 주파수의 임시 용도로, 100 kHz 내지 2.45 GHz 사이의 단일 주파수가 종종 이용된다. 더욱 구체적으로, 일반적으로, 상대적으로 고전력 레벨, 예를 들어, 3 킬로와트에서, 챔버 내의 반응 가스에 단일 주파수, 정현 RF 신호가 공급된다. RF 전력은 반응 가스를 여기시키고, 처리중인 기판 (113) 에 인접한 진공 챔버 (109) 내에 플라즈마를 생성한다. 통상, 플라즈마-강화된 반응 이온 프로세스는 에칭 및 화학 기상 증착 프로세스 시에 채용된다.
최근에, 다수의 정현 주파수들이 이용되어 진공 챔버 내에서 플라즈마를 여기시키도록 이용되고 있다. 이들 시스템에서, 캐소드/애노드 바이어스 회로는 제 1 RF 주파수에 의해 구동되고, 진공 챔버에 인접하는 안테나 또는 코일은 제 2 RF 주파수에 의해 구동된다. 따라서, 각각의 회로는 별도의 RF 발진기, 전치증폭기 (preamplifier), 전력 증폭기, 송신 라인, 및 각각의 플라즈마 여기 회로들에 고전력 레벨의 독립적인 RF 주파수들을 공급하는 매칭 네트워크들로 이루어진 별개의 다른 RF 전력 전달 시스템에 커플링된다. 여분의 발진기들 및 다른 관련 회로소자들은 비용이 고가이고 복잡하다. 다른 시스템에서, 제 1 주파수 및 제 2 주파수 모두가 단일 전극에 공급되지만, 이 두 주파수가 동시에 매칭될 수 없기 때문에 전력 전송시에 빈번하게 감소를 경험한다.
전원 및 부하 (즉, 플라즈마에 커플링된 소자) 의 임피던스들이 매칭되지 않는 경우, 부하에 공급된 (또는 부하에 의해 흡수된) 전력이 반사되고, 이에 따라, 전력 전달은 최대화되지 않는다. 따라서, 부하에 의해 흡수되거나 또는 반사된 전력의 양을 조절하는 것은 중요하다. 추가적으로, 매칭되지 않은 임피던스는 전원에 또는 전원에 커플링된 다른 컴포넌트들에 해로울 수 있다. 대부분의 경우, 부하 임피던스 (즉, 플라즈마 커플링 엘리먼트의 입력 임피던스) 가 커플링된 플라즈마의 상태 및 컨디션에 기초하고 플라즈마 상태는 처리 도중에 변경될 수 있기 때문에, 부하 임피던스는 사전에 결정될 수 없다. 따라서, 수많은 플라즈마 처리 시스템은, 입력 임피던스 및 출력 임피던스를 매칭하기 위해 RF 소스와 플라즈마 커플링 시스템 사이에 제공된 매칭 네트워크를 활용한다. 매칭 네트워크는, 플라즈마에 공급된 RF 전력의 양을 최대화하고 그리고 바이어스 전력의 진폭 및 위상을 조절하도록 활용된다.
최근, 연구는, 플라즈마 반응기 내에 이온 에너지를 테일러링 (tailoring) 하는 것이 반도체 웨이퍼 처리시에 유리하게 이용될 수 있다고 나타내고 있다. 복합 무선 주파수 (RF) 파형이 발생되어 플라즈마 반응기의 바이어스 전극에 전달될 수 있고 발생된 플라즈마 내에서 바람직한 효과를 생성하도록 이용될 수 있다. 복합 RF 파형은 10 개 이상의 고조파 주파수 또는 겨우 2 개 (제 2 위상-시프팅된 고조파를 갖는 기본 주파수) 뿐인 고조파 주파수를 함유할 수도 있다.
그러나, 복합 파형은 고조파 주파수의 존재로 인해 플라즈마 부하에 매칭하기 어렵다. 앞서 설명된 종래 기술의 매칭 시스템은 플라즈마 챔버에 단일 주파수 RF 파형만을 매칭할 수 있고, 이에 따라, 다양한 주파수들로 구성된 복합 파형에 대한 적당한 대역폭을 제공할 수 없다. 또한, 명목상 플라즈마 부하의 임피던스는 입력 파형의 주파수에 의존할 수 있다. 따라서, 고조파 주파수들 각각의 임피던스를 플라즈마 발생기에 효과적으로 매칭하기 위해 플라즈마 반응기에 복합 파형을 매칭하기 위한 시스템이 요구된다.
예시적인 실시형태에서, 복합 파형 주파수 매칭 디바이스가 기재된다. 이 매칭 디바이스는 서로 병렬로 커플링된 복수의 무선 주파수 발생기들을 포함한다. 복수의 무선 주파수 발생기들의 각각의 후속하는 발생기가 임의의 더 낮은 주파수 생성 무선 주파수 발생기에 의해 생성된 주파수에 대해 정수배 (integral multiple) 로 관련된 고조파 주파수를 생성함으로써, 복합 파형을 발생시키도록 구성된다. 복수의 주파수 스플리터 회로들은 복수의 무선 주파수 발생기들의 출력부에 커플링되고, 복수의 매칭 네트워크들 각각은 복수의 주파수 스플리터 회로들 중 하나의 주파수 스플리터 회로의 출력부에 커플링된 입력부 및 플라즈마 챔버에 커플링되도록 구성된 출력부를 갖는다.
다른 예시적인 실시형태에서, 복합 파형 주파수 매칭 디바이스가 기재된다. 매칭 디바이스는 서로 병렬로 커플링된 복수의 무선 주파수 발생기들을 포함한다. 복수의 무선 주파수 발생기들의 각각의 후속 발생기가 임의의 더 낮은 주파수 생성 무선 주파수 발생기에 의해 생성된 주파수에 대해 정수배로 관련된 고조파 주파수를 생성함으로써, 복합 파형을 발생시키도록 구성된다. 주파수 분석기는 복수의 무선 주파수 발생기들의 출력부에 커플링되고, 복수의 주파수 스플리터 회로들은 주파수 분석기의 출력부에 커플링되고, 복수의 매칭 네트워크들 각각은 복수의 주파수 스플리터 회로들 중 하나의 주파수 스플리터 회로의 출력부에 커플링된 입력부 및 플라즈마 챔버에 커플링되도록 구성된 출력부를 갖는다.
다른 예시적인 실시형태에서, 복합 파형 주파수 매칭 디바이스가 기재된다. 매칭 디바이스는 복합 파형을 발생시키도록 구성된 무선 주파수 발생기, 무선 주파수 발생기의 출력부에 커플링된 복수의 주파수 스플리터 회로들, 및 복수의 매칭 네트워크들을 포함한다. 복수의 매칭 네트워크들 각각은 복수의 주파수 스플리터 회로들 중 하나의 주파수 스플리터 회로의 출력부에 커플링된 입력부 및 플라즈마 챔버에 커플링되도록 구성된 출력부를 갖는다.
첨부된 도면은 단지 본 발명의 예시적인 실시형태들을 도시하고, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로서 고려되어서는 안 된다.
도 1 은 관련 지원 장비를 갖는 종래의 플라즈마-기반 프로세스 챔버의 일부의 단면도를 개략화한다.
도 2 는 기본 주파수 및 4 개의 고조파 주파수의 상대적인 크기를 나타내는 스펙트럼 주파수 도메인 그래프이다.
도 3 은 복합 바이어스-전압 파형에 대한 대역통과 필터 및 관련 매칭 네트워크들을 포함하는 회로의 예시적인 도표이다.
도 1 은 관련 지원 장비를 갖는 종래의 플라즈마-기반 프로세스 챔버의 일부의 단면도를 개략화한다.
도 2 는 기본 주파수 및 4 개의 고조파 주파수의 상대적인 크기를 나타내는 스펙트럼 주파수 도메인 그래프이다.
도 3 은 복합 바이어스-전압 파형에 대한 대역통과 필터 및 관련 매칭 네트워크들을 포함하는 회로의 예시적인 도표이다.
본 발명의 다양한 실시형태들은, 최소의 신호 반사 및 부수적으로 최대화된 전력 전달을 통해서 복수의 주파수들로 구성된 RF 신호 (즉, 복합 파형) 를 플라즈마 챔버에 매칭하는 것을 허용하도록 구성된다. 그 결과, 이온 에너지는 진보된 반도체 처리를 위해 이용된 플라즈마 반응기 내의 복합 파형의 이용을 통해서 특정적으로 테일러링될 수 있다.
따라서, 본 발명은 복합 파형을 갖는 바이어스 전압을 처리하는데 특별히 적절하다. 예를 들어, 특정적으로 테일러링된 복합 파형은 펄스 피크를 포함하고 후속하여 전압을 펄스 피크보다 낮은 제 1 레벨로부터 제 2 저전압 레벨로 램프 다운 (ramp down) 하는 것을 포함할 수도 있다. DC 블로킹 커패시터 (미도시) 에 공급된 복합 파형의 주기 및 각각의 사이클에서 전압의 램프 다운은, 전압 펄스 피크들 사이의 기판에서 실질적으로 일정한 DC 자기-바이어스 전압을 유지하기 위해 프로세스 챔버 내에 포함된 기판상의 이온 축적의 임의의 영향에 대해 보상하고 그 임의의 영향에 대해 실질적으로 상쇄시키도록 선택된다. 기판에서 복합 파형은, 플라즈마에서 기판으로 전자가 유인되는 도중에, 전압의 좁은 펄스로 구성된 사이클을 갖고, 그후, DC 블로킹 커패시터에 의해 유지된 기판의 자기-바이어스로부터 초래되는 실질적으로 일정한 DC 바이어스 전압 레벨이 뒤따른다. 단일의 좁은 전압 펄스 피크 이후에, 바이어스 전압의 각각의 사이클 도중에 전압의 램프 다운이 있고, 기판의 표면에 있는 이온들에 대한 이온 에너지 분포 함수는 선택된 이온 에너지에 센터링된 단일의 좁은 피크를 갖는다. DC 블로킹 커패시터에 인가된 바이어스 전압의 각각의 사이클은 2 개의 협대역 전압 펄스 피크들 및 각가게 후속하는 전압의 램프 다운을 포함할 수도 있고, 전압 펄스 피크들 사이의 시간 분리, 전압 펄스 피크들의 높이, 및 펄스 피크들 사이의 전압의 램프 다운이 2 개의 상이한 실질적으로 일정한 DC 레벨들인 각각의 펄스에 후속하는 DC 자기-바이어스 전압을 갖는 각각의 사이클 도중에 2 개의 전압 펄스들을 포함하는 기판에서의 바이어스 전압을 제공하도록 선택되어, 이에 따라, 다른 이온 에너지에서 실질적으로 어떠한 이온 플럭스도 갖지 않는 2 개의 선택된 이온 에너지에 센터링된 이온 플럭스의 2 개의 피크들을 포함하는 기판에서의 이온 에너지 분포 함수를 제공한다.
당업자는, 전술한 것과 같은 복합 파형이 동시에 발생된 수많은 주파수들로 구성된 것으로 쉽게 생각할 수 있다. 개별적인 주파수들 각각의 크기의 보전성을 유지하기 위해, 각각의 주파수는 플라즈마 챔버에 개별적으로 임피던스-매칭되어야만 한다. 그러나, 스펙트럼 주파수 도메인이 알려지고 나서야, 적절한 임피던스 매칭이 결정될 수도 있다.
도 2 를 참조하여, 예시적인 스펙트럼 주파수 도메인 그래프 (200) 는 400 kHz 에서 발생된 RF 바이어스 공급 신호의 기본 주파수 (201) (즉, 제 1 고조파) 를 나타낸다. 400 kHz 기본 주파수 (f0) 정현파는 종래 기술의 플라즈마 발생 시스템에서 이용된 공통의 RF 입력 신호이다. 그러나, 예시적인 스펙트럼 주파수 도메인 그래프 (200) 에서의 입력 복합 파형 (미도시) 은 전압 크기 레벨이 대략 동일한 제 2 (f1; 203), 제 3 (f2; 205), 제 4 (f3; 207), 및 제 5 (f4; 209) 고조파 주파수를 생성한다. 당업자는, 전압 크기 레벨이 특정 프로세스에 대해 필요에 따라서 변화될 수도 있다는 것을 인식할 것이다. 스펙트럼 주파수 도메인 그래프 (200) 의 중요성의 예시적인 물리적 구현은 바로 아래 도 3 을 참조하여 설명된다.
도 3 을 이제 참조하여, 예시적인 필터 회로 (300) 는 인입 복합 파형을 구성 고조파 주파수들로 분할하기 위해 일련의 필터들을 활용한다. 다음으로, 각각의 구성 고조파 주파수들은 플라즈마 부하에 개별적으로 매칭될 수 있다. 예시적인 필터 회로 (300) 가 일련의 대역통과 필터들을 도시하지만, 당업자는, 유사한 필터링 성능을 갖는 회로가 당업계에 알려진 다양한 필터 섹션들 (예를 들어, "T" 섹션, "π" 섹션 등) 로부터 형성될 수도 있는, 예를 들어, 로우 패스, 하이 패스, 또는 노치 필터들을 포함하는 당업계에 알려진 다양한 필터 유형으로부터 형성될 수도 있다는 것을 인식할 것이다.
예시적인 필터 회로 (300) 는 복수의 RF 발생기 (301), 선택적인 주파수 분석기 (303), 복수의 주파수 스플리터 회로 (305), 복수의 매칭 네트워크 (307), 및 일반적으로 용량성 컴포넌트 (323A) 및 저항성 컴포넌트 (323B) 로 이루어진 관련 리액티브 부하를 갖는 플라즈마 챔버 (309) 의 개략적 표현을 포함한다.
특정 예시적인 실시형태에서, 플라즈마 챔버 (309) 의 용량성 컴포넌트 (323A) 의 값은 100 피코패럿 (pF) 이고, 저항성 컴포넌트 (323B) 의 값은 50 옴이다. 용량성 컴포넌트의 임피던스 Zc 는
에 의해 커패시턴스 C 의 값에 대해 역으로 관련되고, 여기서 
는 인입 고조파 신호의 각주파수 (angular frequency) 의 값이다. 용량성 컴포넌트 (323A) 의 값이 매우 작기 때문에, 이 임피던스는 용량성 컴포넌트 (323A) 의 값 및 각주파수 모두에 강하게 의존적이다. 따라서, 플라즈마 챔버 (309) 의 전반적인 임피던스는 구동 주파수에 의존한다. 넓은 범위의 이용 주파수들의 결과로서, 복수의 매칭 네트워크 (307) 각각은 후술하는 바와 같이 입력측 및 출력측 모두에서 임피던스 레벨을 상당히 상이하게 하도록 조절해야만 한다.
복수의 RF 발생기 (301) 는 (오직 5 개만이 예시적인 실시형태에 도시되어 있지만) 임의의 수의 개별적인 발생기들로 이루어질 수도 있고, 각각은 단일의 RF 바이어스 전압을 생성한다. 복수의 RF 발생기 (301) 의 출력은 합산 디바이스 (종래 기술에는 알려져 있지만 미도시됨) 에 의해 조합될 수도 있다. 대안적으로, 복수의 RF 발생기 (301) 는, 당업계에 알려진 고전력이 공급된 푸리에 신호 발생기와 같은 단일의 디지털 신호 발생기 (미도시) 에 의해 대체될 수도 있다.
특정 예시적인 실시형태에서, 복수의 RF 발생기 (301) 는 이하의 표에서 나타낸 주파수를 갖는 도 2 의 예시적인 스펙트럼 주파수 도메인 그래프 (200) 를 생성할 수 있다.
선택적인 주파수 분석기 (303) 는 복합 입력 파형을 분석하고, 오리지널 입력 파형의 주파수 도메인 표현을 생성한다. 따라서, 선택적인 주파수 분석기 (303) 는 입력 파형을 개별적인 주파수 표현 또는 복합 파형의 컴포넌트들로 분해한다.
예를 들어, 구형파는 디지털 신호 처리 어플리케이션을 포함하는 다양한 유형의 전자 회로에 이용되는 공통의 비-정현파형이다. 구형파 그 자체가 사실상 비-정현파이지만, 이 구형파는 정현파의 무한한 일련의 홀수-차수의 통합 고조파로 실질적으로 구성된다. 유사하게, 톱니 파형은 정현파의 무한한 일련의 홀수-차수 및 짝수-차수 모두의 통합 고조파로 구성된다.
입력 파형에 관계없이, 선택적인 주파수 분석기 (303) 는 각각의 고조파 주파수의 개별적인 크기에 따라서 복합 입력 파형을 생성하는 개별적인 주파수 컴포넌트들을 인지할 수 있다. 특정 예시적인 실시형태에서, 선택적인 주파수 분석기 (303) 는 당업계에 별도로 공지된, 고속 푸리에 변환 (FFT) 알고리즘에 기초하여 생성된다.
선택적인 주파수 분석기 (303) 는, 후술하는 바와 같이, 복수의 매칭 네트워크들 (307) 각각에 피드-포워드 루프 (미도시) 를 제공하도록 구성될 수도 있다. 또한, 선택적인 주파수 분석기 (303) 는 복수의 주파수 스플리터 회로들 (305) 각각에 피드-포워드 루프 (미도시) 를 제공할 뿐만 아니라, 이에 따라, 복합 파형의 각각의 부분의 실제 구성 주파수를 양 회로 유형들에 제공하여 완전하게 튜닝된 회로를 제공하도록 구성될 수도 있다. 피드-포워드 루프는 각각의 회로 유형에 대해 튜닝을 제공하기 위해 능동 필터 및/또는 가변 유도성 및 용량성 엘리먼트를 활용한다. 이러한 능동 필터 및 가변 이산 컴포넌트들은 당업계에 개별적으로 공지되어 있다.
구성 주파수 각각이 공지되어 있고 고정된 특정 예시적인 실시형태에서, 선택적인 주파수 분석기 (303) 는 필수적이지 않을 수도 있다.
저항기 (311) 는 복수의 인덕터 (313A, 315A,...,321A) 및 커패시터 (313B, 315B, ..., 321B) 와 직렬로 위치된다. 복수의 인덕터 (313A, 315A,...,321A) 및 커패시터 (313B, 315B, ..., 321B) 의 각각의 쌍은 복수의 매칭 네트워크 (307) 에 입력하기 위한 복수의 주파수 스플리터 회로 (305) 내의 필터들 중 하나의 필터를 제공한다. 당업자에 의해 인식되는 바와 같이, 임의의 수의 저항기, 커패시터, 및 인덕터가 다양한 구성에 이용되어 유사한 기능을 갖는 필터 스플리터 회로를 생성할 수도 있다. 추가적으로, 다양한 유형의 송신 라인 또는 능동 필터들 (예를 들어, 당업계에 개별적으로 공지된 전력-구동 커패시터 및 유사 컴포넌트) 이 특정 필터 배열에 이용될 수도 있다.
일반적으로, 고품질 또는 높은-Q 매칭 네트워크는 전력 전달을 최대화하고 복수의 RF 발생기 (301) 로부터 플라즈마 챔버 (309) 의 표현으로의 반사를 최소화하는데 이용된다. 필터의 Q-레이팅은 필터의 능력에 기초하여 중심 주파수와 비교하여 좁은 주파수 범위를 선택하거나 거절한다. 따라서, 필터의 Q-레이팅은 -3dB 의 주파수 대역폭에 대한 중심 주파수의 비율로서 정의된다. 따라서, 직렬-연결된 RLC 회로의 Q-레이팅은
로 결정되고, 여기서, R 은 직렬 저항의 값이고, L 은 직렬 인덕턴스의 값이다. 지배 방정식 (governing equation) 으로부터 나타나는 바와 같이, 높은 Q- 값은 직렬 저항의 작은값을 선택하는 것에 기초하여 부분적으로 보증된다. 예시적인 필터 회로 (300) 의 특정 실시형태에서, 저항기 (311) 는 0.001 옴으로 선택되어, 이에 따라, 매칭 네트워크의 높은-Q 값을 보장한다. 이하의 표 2 는 0.001 옴 직렬 저항기에 대한 Q-레이팅 값 및 대역폭과 함께 주어진 고조파 주파수에 의한 공진에 대해 선택된 인덕턴스 및 커패시턴스의 값을 나타낸다.
도 3 을 계속해서 참조하여, 복수의 매칭 네트워크들 (307) 은 본 명세서에 열거된 다양한 필터 엘리먼트를 포함할 수도 있고, 또한, 다양한 유형의 능동 매칭 필터들을 포함할 수도 있다. 복수의 매칭 네트워크 (307) 는 "L" 섹션, "T" 섹션, "π" 섹션, 또는 직접 또는 캐스케이딩된 배열 둘 중 하나에서 이러한 섹션들의 임의의 조합을 포함하는 다양한 수동 필터 유형을 포함할 수도 있다. 각각의 섹션 유형은 당업계에 개별적으로 공지되어 있다. 또한, 능동 필터 및 증폭기 (예를 들어, 튜닝가능한 협대역 증폭기) 모두는 이산 컴포넌트들과의 다양한 조합으로 또는 개별적으로 이용될 수도 있다.
본 발명은 그 특정 실시형태를 참조하여 설명된다. 그러나, 당업자에게는 다양한 변형 및 변화가 첨부된 청구범위에서 설명되는 바와 같이 본 발명의 더 넓은 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 것이 명백할 것이다.
예를 들어, 특정 실시형태는 특정 배열의 수많은 회로 유형을 설명한다. 당업자는, 이러한 회로 유형 및 배열이 변경될 수도 있고, 본 명세서에 도시된 회로는 예시적인 목적으로 RF 바이어스 전압 매칭 개념의 새로운 특징을 설명하기 위한 것이라는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 당업자는 주파수 스플리터 회로 각각이 주파수들 각각에 대한 매칭 네트워크의 관련 회로와 조합될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 추가적으로, 당업자는 본 명세서에 설명된 기술 및 회로가, 복합 구동 파형을 갖는 매칭 네트워크가 요구되는 임의의 시스템에 적용될 수도 있다는 것을 더 이해할 것이다. 반도체 산업에서 플라즈마 챔버에 대한 어플리케이션은 본 발명의 다양한 실시형태들을 설명하는 당업자를 지원하기 위한 예시로서만 이용된다.
또한, 용어 반도체는 데이터 저장매체, 평판 디스플레이뿐만 아니라 동류의 산업 또는 다른 산업을 포함하도록 상세한 설명 전체를 통해서 파악되어야만 한다. 이러한 실시형태 및 다양한 다른 실시형태는 모두 본 발명의 범위 내에 있다. 따라서, 상세한 설명 및 도면은 제한적이기 보다는 설명적인 방식으로 간주된다.
Claims (24)
- 서로 병렬로 커플링된 복수의 무선 주파수 발생기들,
상기 복수의 무선 주파수 발생기들의 출력부에 커플링된 복수의 주파수 스플리터 회로들; 및
복수의 매칭 네트워크들을 포함하고,
상기 복수의 무선 주파수 발생기들의 각각의 후속 무선 주파수 발생기는, 더 낮은 주파수 생성 무선 주파수 발생기에 의해 생성된 주파수에 대해 정수배 (integral multiple) 로 관련된 고조파 주파수를 생성함으로써 복합 파형 (complex waveform) 을 발생시키도록 구성되고,
상기 복수의 매칭 네트워크들 각각은 상기 복수의 주파수 스플리터 회로들 중 하나의 주파수 스플리터 회로의 출력부에 커플링된 입력부 및 플라즈마 챔버에 커플링되도록 구성된 출력부를 갖고,
상기 복수의 매칭 네트워크들은 상기 플라즈마 챔버로 상기 복합 파형의 복수의 주파수들을 동시에 제공하도록 구성된, 복합 파형 주파수 매칭 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 무선 주파수 발생기들의 출력부와 상기 복수의 주파수 스플리터 회로들의 입력부 사이에 커플링된 주파수 분석기를 더 포함하는, 복합 파형 주파수 매칭 디바이스. - 제 2 항에 있어서,
상기 복수의 주파수 스플리터 회로들에 커플링되고, 상기 복합 파형의 구성 주파수들 (constituent frequencies) 의 결정에 기초하여 상기 복수의 주파수 스플리터 회로들 각각의 공진 주파수를 조절하도록 구성된 피드-포워드 루프 (feed-forward loop) 를 더 포함하는, 복합 파형 주파수 매칭 디바이스. - 제 2 항에 있어서,
상기 복수의 매칭 네트워크들에 커플링되고, 상기 복합 파형의 구성 주파수들의 결정에 기초하여 상기 복수의 매칭 네트워크들 각각의 공진 주파수를 조절하도록 구성된 피드-포워드 루프를 더 포함하는, 복합 파형 주파수 매칭 디바이스. - 제 2 항에 있어서,
상기 주파수 분석기는, 고속 푸리에 변환 (fast Fourier transform) 을 수행하고 상기 복합 파형의 구성 주파수들을 결정하도록 구성된, 복합 파형 주파수 매칭 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 매칭 네트워크들 각각은, 상기 복수의 주파수 스플리터 회로들 중 하나의 주파수 스플리터 회로로부터 수신된 중심 주파수의 임피던스를 상기 플라즈마 챔버의 입력 임피던스에 매칭시키도록 구성된, 복합 파형 주파수 매칭 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 무선 주파수 발생기들의 출력부와 상기 복수의 주파수 스플리터 회로들의 입력부 사이에 커플링된 저항 소자를 더 포함하고,
상기 저항 소자는, 상기 복수의 주파수 스플리터 회로들 각각에 의해 고품질 값이 달성되게 허용하도록 선택되는, 복합 파형 주파수 매칭 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 매칭 네트워크들은 복수의 협대역 증폭기들로 구성된, 복합 파형 주파수 매칭 디바이스. - 서로 병렬로 커플링된 복수의 무선 주파수 발생기들;
상기 복수의 무선 주파수 발생기들의 출력부에 커플링된 주파수 분석기;
상기 주파수 분석기의 출력부에 커플링된 복수의 주파수 스플리터 회로들; 및
복수의 매칭 네트워크들을 포함하고,
상기 복수의 무선 주파수 발생기들의 각각의 후속 무선 주파수 발생기는, 더 낮은 주파수 생성 무선 주파수 발생기에 의해 생성된 주파수에 대해 정수배로 관련된 고조파 주파수를 생성함으로써, 복합 파형을 발생시키도록 구성되고,
상기 복수의 매칭 네트워크들 각각은 상기 복수의 주파수 스플리터 회로들 중 하나의 주파수 스플리터 회로의 출력부에 커플링된 입력부 및 플라즈마 챔버에 커플링되도록 구성된 출력부를 갖는, 복합 파형 주파수 매칭 디바이스. - 제 9 항에 있어서,
상기 복수의 주파수 스플리터 회로들에 커플링되고, 상기 복합 파형의 구성 주파수들의 결정에 기초하여 상기 복수의 주파수 스플리터 회로들 각각의 공진 주파수를 조절하도록 구성된 피드-포워드 루프를 더 포함하는, 복합 파형 주파수 매칭 디바이스. - 제 9 항에 있어서,
상기 복수의 매칭 네트워크들에 커플링되고, 상기 복합 파형의 구성 주파수들의 결정에 기초하여 상기 복수의 매칭 네트워크들 각각의 공진 주파수를 조절하도록 구성된 피드-포워드 루프를 더 포함하는, 복합 파형 주파수 매칭 디바이스. - 제 9 항에 있어서,
상기 복수의 매칭 네트워크들 각각은, 상기 복수의 주파수 스플리터 회로들 중 하나의 주파수 스플리터 회로로부터 수신된 중심 주파수의 임피던스를 상기 플라즈마 챔버의 입력 임피던스에 매칭시키도록 구성된, 복합 파형 주파수 매칭 디바이스. - 제 9 항에 있어서,
상기 복수의 무선 주파수 발생기들의 출력부와 상기 복수의 주파수 스플리터 회로들의 입력부 사이에 커플링된 저항 소자를 더 포함하고,
상기 저항 소자는, 상기 복수의 주파수 스플리터 회로들 각각에 의해 고품질 값이 달성되게 허용하도록 선택되는, 복합 파형 주파수 매칭 디바이스. - 제 9 항에 있어서,
상기 복수의 매칭 네트워크들은 복수의 협대역 증폭기들로 구성된, 복합 파형 주파수 매칭 디바이스. - 제 9 항에 있어서,
상기 주파수 분석기는, 고속 푸리에 변환을 수행하고 상기 복합 파형의 구성 주파수들을 결정하도록 구성된, 복합 파형 주파수 매칭 디바이스. - 복수의 주파수들을 포함하는 복합 파형을 발생시키도록 구성된 무선 주파수 발생기;
상기 무선 주파수 발생기의 출력부에 커플링된 복수의 주파수 스플리터 회로들; 및
복수의 매칭 네트워크들을 포함하고,
상기 복수의 매칭 네트워크들 각각은 상기 복수의 주파수 스플리터 회로들 중 하나의 주파수 스플리터 회로의 출력부에 커플링된 입력부 및 플라즈마 챔버에 커플링되도록 구성된 출력부를 갖고,
상기 복수의 매칭 네트워크들은 상기 플라즈마 챔버로 상기 복합 파형의 상기 복수의 주파수들을 동시에 제공하도록 구성된, 복합 파형 주파수 매칭 디바이스. - 제 16 항에 있어서,
상기 무선 주파수 발생기의 출력부와 상기 복수의 주파수 스플리터 회로들의 입력부 사이에 커플링된 주파수 분석기를 더 포함하는, 복합 파형 주파수 매칭 디바이스. - 제 17 항에 있어서,
상기 복수의 주파수 스플리터 회로들에 커플링되고, 상기 복합 파형의 구성 주파수들의 결정에 기초하여 상기 복수의 주파수 스플리터 회로들 각각의 공진 주파수를 조절하도록 구성된 피드-포워드 루프를 더 포함하는, 복합 파형 주파수 매칭 디바이스. - 제 17 항에 있어서,
상기 복수의 매칭 네트워크들에 커플링되고, 상기 복합 파형의 구성 주파수들의 결정에 기초하여 상기 복수의 매칭 네트워크들 각각의 공진 주파수를 조절하도록 구성된 피드-포워드 루프를 더 포함하는, 복합 파형 주파수 매칭 디바이스. - 제 17 항에 있어서,
상기 주파수 분석기는, 고속 푸리에 변환을 수행하고 상기 복합 파형의 구성 주파수들을 결정하도록 구성된, 복합 파형 주파수 매칭 디바이스. - 제 16 항에 있어서,
상기 복수의 매칭 네트워크들 각각은 상기 복수의 주파수 스플리터 회로들 중 하나의 주파수 스플리터 회로로부터 수신된 중심 주파수의 임피던스를 상기 플라즈마 챔버의 입력 임피던스에 매칭시키도록 구성된, 복합 파형 주파수 매칭 디바이스. - 제 16 항에 있어서,
상기 무선 주파수 발생기의 출력부와 상기 복수의 주파수 스플리터 회로들의 입력부 사이에 커플링된 저항 소자를 더 포함하고,
상기 저항 소자는, 상기 복수의 주파수 스플리터 회로들 각각에 의해 고품질 값이 달성되게 허용하도록 선택되는, 복합 파형 주파수 매칭 디바이스. - 제 16 항에 있어서,
상기 무선 주파수 발생기는 디지털 신호 발생기인, 복합 파형 주파수 매칭 디바이스. - 제 16 항에 있어서,
상기 복수의 매칭 네트워크들은 복수의 협대역 증폭기들로 구성된, 복합 파형 주파수 매칭 디바이스.
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