KR102337508B1

KR102337508B1 - 균일한 근접장 포인팅 벡터 (Poynting vector) 를 생성하는 RF 안테나

Info

Publication number: KR102337508B1
Application number: KR1020217013532A
Authority: KR
Inventors: 헤마 스와룹 모피데비; 리 첸; 토마스 더블유. 앤더슨
Original assignee: 램 리써치 코포레이션
Priority date: 2018-10-10
Filing date: 2019-08-12
Publication date: 2021-12-09
Also published as: TW202037236A; KR20210055106A; US10685810B2; US10354838B1; TWI829781B; TW202425067A; WO2020076413A1; US20200118792A1

Abstract

중심 영역 및 외측 영역을 갖고 플라즈마 챔버의 유전체 윈도우 위에 배치되도록 구성된 사중 극자 안테나를 포함하는, 플라즈마를 생성하기 위한 장치. 사중 극자 안테나는 제 1 SDA를 규정하는 제 1 코일 및 제 2 SDA를 규정하는 제 2 코일을 포함하고, 제 1 코일은 제 2 코일 내에 중첩된 배열로 존재한다. 중첩된 배열은 제 1 코일 및 제 2 코일이 사중 극자 안테나의 중심 영역으로부터 외측 영역으로 스파이럴링할 때 제 2 코일의 대응하는 턴에 인접해 지도록 제 1 코일의 턴을 배치한다. 제 1 코일 및 제 2 코일 각각의 인접한 턴들은 유전체 윈도우 위에 배치될 때 거리만큼 서로 수평으로 분리된다.

Description

균일한 근접장 포인팅 벡터 (Poynting vector) 를 생성하는 RF 안테나

본 실시 예들은 반도체 기판 프로세싱 장비, 보다 구체적으로, 챔버 내에서 플라즈마를 생성하는 균일한 근접장 포인팅 벡터 안테나 (Poynting vector antenna) 에 관한 것이다.

플라즈마 생성은 증착 및 에칭 (예를 들어, 플라즈마 강화된 증착 및 에칭) 을 수행하는 시스템들을 포함하는 반도체 프로세싱 시스템들에서 수행된다. 전통적인 플라즈마 생성 시스템들은 또한 ICP (inductively coupled plasma) 시스템들로 지칭되는, TCP (transformer coupled plasma) 시스템들을 포함한다. TCP/ICP 시스템들에서, 플라즈마는 양이온 및 음이온뿐만 아니라 다양한 타입의 라디칼들을 포함한다. 다양한 라디칼들, 양이온들, 및 음이온들의 화학적 반응들은 예를 들어, 기판의 피처들, 표면들, 및 재료들을 에칭하도록 사용된다. 에칭 프로세스 동안, 예를 들어, 챔버 코일은 변압기의 1 차 코일과 유사한 기능을 수행하는 한편, 플라즈마는 변압기의 2 차 코일과 유사한 기능을 수행한다. 플라즈마 반응 및 생성은 기판에 걸쳐 균일하지 않을 수도 있다. 특히, 플라즈마는 기판의 내부 어딘가에 있는 링 영역에서 생성될 수도 있다. 단면을 취하면, 기판의 반경을 가로 지르는 플라즈마 생성은 "M" 패턴을 특징으로 할 수도 있고, 여기서 2 개의 피크들은 링을 형성한다. 이와 같이, 플라즈마 생성은 기판 위의 링에 불균일하게 집중되고, 이는 기판의 폭에 걸쳐 불균일한 반도체 프로세싱을 발생시킨다.

전통적인 RF ICP/TCP 시스템들에서, 인덕터 코일은 플라즈마의 유전체 윈도우에 가깝게 배치되어야 하고, 이는 강한 용량성 전압을 발생시킨다. 용량성 전압이 불리한 적용 예의 경우, 패러데이 차폐 설계가 구현되어야 하고, 소스 및 그 동작을 복잡하게 한다.

본 명세서에 제공된 배경기술 기술 (description) 은 일반적으로 본 개시의 맥락을 제시하기 위한 것이다. 본 배경기술 섹션에 기술된 범위까지, 현재 명명된 발명자들의 업적, 뿐만 아니라 출원시 종래 기술로서 달리 인정되지 않을 수도 있는 기술의 양태들은 본 개시에 대한 종래 기술로서 명시적으로 또는 묵시적으로 인정되지 않는다.

이 맥락에서 본 개시의 실시 예들이 발생한다.

본 실시 예들은 관련 기술에서 발견된 하나 이상의 문제들을 해결하는 것에 관한 것이고, 구체적으로 챔버 내에 하나 이상의 프로세스 가스들을 여기하고 이온화하게 하는 RF (radio frequency) 표면파를 발생시키는 균일한 근접장 포인팅 벡터 (near-field Poynting vector) 를 생성하는 RF 안테나를 제공하는 것에 관한 것이다. 본 개시의 몇몇 발명의 실시 예들이 이하에 기술된다.

본 개시의 다른 실시 예들은 플라즈마를 생성하기 위한 장치를 포함한다. 장치는 플라즈마 챔버의 유전체 윈도우 위에 배치되도록 구성된 사중 극자 안테나를 포함한다. 사중 극자 안테나는 제 1 나선형 쌍극자 안테나 (spiral dipole antenna; SDA) 를 규정하는 제 1 코일 및 제 2 SDA를 규정하는 제 2 코일을 포함하고, 제 1 코일은 제 2 코일 내에 중첩된 (nested) 배열로 존재한다. 중첩된 배열은 제 1 코일 및 제 2 코일이 사중 극자 안테나 (quadrupole antenna) 의 중심 영역으로부터 사중 극자 안테나의 외측 영역으로 스파이럴할 (spiral) 때 제 2 코일의 대응하는 턴 (turn) 에 인접하게 제 1 코일의 턴을 위치시킨다. 제 1 코일 및 제 2 코일 각각의 인접한 턴들은 유전체 윈도우 위에 배치될 때 거리만큼 서로 수평으로 분리된다.

본 개시의 다른 실시 예들은 플라즈마를 생성하기 위한 장치를 포함한다. 장치는 분리기에 의해 플라즈마 챔버의 유전체 윈도우 위에 배치되도록 구성된 사중 극자 안테나를 포함하고, 사중 극자 안테나는 제 1 SDA 및 제 2 SDA를 포함한다. 제 1 SDA 및 제 2 SDA는 제 1 SDA가 제 1 평면에 있고 제 2 SDA가 제 1 평면에 평행한 제 2 평면에 있도록, 거리만큼 수직으로 분리된다.

본 개시의 다른 실시 예들은 플라즈마를 생성하기 위한 장치를 포함한다. 장치는 기판 지지부를 포함하고 유전체 윈도우를 갖는 플라즈마 챔버를 포함하고, 플라즈마 챔버는 기판 지지부 상에 배치된 기판을 프로세싱하도록 구성되고, 유전체 윈도우는 기판 지지부 위에 배향된다. 장치는 플라즈마 챔버 내로 적어도 하나의 프로세스 가스를 도입하도록 구성된 프로세스 가스 공급부를 포함한다. 장치는 분리부에 의해 유전체 윈도우 위에 배치되도록 구성된 사중 극자 안테나를 포함하고, 사중 극자 안테나는 평면에서 제 2 SDA 내에 중첩된 제 1 SDA를 포함한다. 제 1 SDA는 제 1 복수의 상호 연결된 코일들을 포함하고, 제 2 SDA는 제 2 복수의 상호 연결된 코일들을 포함한다. 제 1 복수의 상호 연결된 코일들은 제 2 SDA의 대응하는 코일들로부터 평면에서 거리만큼 수평으로 분리된다. 장치는 제 1 SDA에 주파수의 제 1 RF 신호를 제공하도록 구성된 제 1 RF 전력 소스를 포함한다. 장치는 주파수의 제 2 RF 신호를 제 2 SDA에 제공하도록 구성된 제 2 RF 전력 소스를 포함한다.

본 개시의 다른 실시 예들은 플라즈마를 생성하기 위한 장치를 포함한다. 장치는 기판 지지부를 포함하고 유전체 윈도우를 갖는 플라즈마 챔버를 포함하고, 플라즈마 챔버는 기판 지지부 상에 배치된 기판을 프로세싱하도록 구성되고, 유전체 윈도우는 기판 지지부 위에 배향된다. 장치는 플라즈마 챔버 내로 적어도 하나의 프로세스 가스를 도입하도록 구성된 프로세스 가스 공급부를 포함한다. 장치는 분리부에 의해 유전체 윈도우 위에 배치되도록 구성된 사중 극자 안테나를 포함하고, 사중 극자 안테나는 제 1 SDA 및 제 2 SDA를 포함한다. 제 1 SDA 및 제 2 SDA는 제 1 SDA가 제 1 평면에 있고 제 2 SDA가 제 1 평면에 평행한 제 2 평면에 있도록, 거리만큼 수직으로 분리된다. 장치는 주파수의 제 1 RF 신호를 제 1 SDA에 제공하도록 구성된 제 1 RF 전력 소스를 포함한다. 장치는 주파수의 제 2 RF 신호를 제 2 SDA에 제공하도록 구성된 제 2 RF 전력 소스를 포함한다.

이들 및 다른 이점들은 전체 명세서 및 청구항들을 읽으면 당업자에 의해 인식될 것이다.

실시 예들은 첨부된 도면들과 함께 취해진 이하의 기술을 참조하여 가장 잘 이해될 수도 있다.
도 1a는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 근접장 포인팅 벡터 (near-field Poynting vector) 를 생성하도록 구성된 무선 주파수 (RF) 나선형 쌍극자 안테나 (SDA) 를 포함하는 플라즈마 반응기 시스템의 예를 예시한다.
도 1b는 본 개시의 일 실시 예에 따른, RF SDA를 예시한다.
도 1c는 본 개시의 일 실시 예에 따른, RF SDA에 의해 여기될 때 웨이퍼의 반경 n_e(r) 에 대한 플라즈마의 이온화 레이트 n_e를 예시한다.
도 1d는 본 개시의 일 실시 예에 따른, RF SDA에 대한 전류 및 전압 응답을 예시한다.
도 2a는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 균일한 근접장 포인팅 벡터를 생성하도록 구성된 동일한 평면에서 얽힌 (intertwined) 2 개의 SDA들을 갖는 RF GQA (galaxy quadrupole antenna) 를 포함하는 플라즈마 반응기 시스템의 예를 예시한다.
도 2b는 본 개시의 일 실시 예에 따른, RF GQA를 예시한다.
도 2c는 본 개시의 일 실시 예에 따른, RF GQA 안테나의 선형 표현을 예시한다.
도 2d는 본 개시의 일 실시 예에 따른, RF GQA에 대한 전류 및 전압 응답들을 예시한다.
도 3a는 본 개시의 일 실시 예에 따른, RF SDA의 E (전기장) 시그니처를 예시한다.
도 3b는 본 개시의 일 실시 예에 따른, RF GQA의 E (전기장) 시그니처를 예시한다.
도 3c는 본 개시의 일 실시 예에 따른, RF SDA의 H (자기장) 시그니처를 예시한다.
도 3d는 본 개시의 일 실시 예에 따른, RF GQA의 H (자기장) 시그니처를 예시한다.
도 4a는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 플라즈마와 RF 표면파 커플링을 수행하기 위해 플라즈마-윈도우 계면을 통한 S-장의 침투를 예시한다.
도 4b는 본 개시의 일 실시 예에 따른, RF SDA의 S-장 시그니처 (포인팅 벡터) 를 예시한다. 포인팅 벡터 (S = E x H).
도 4c는 본 개시의 일 실시 예에 따른, RF GQA의 S-장 시그니처 (포인팅 벡터) 를 예시한다.
도 4d는 본 개시의 일 실시 예에 따른, RF GQA를 위한 포인팅 벡터의 근접장 파동 벡터들을 예시한다. 줌인을 사용하여 동일한 총 전력으로 동일한 벡터 플롯만을 예시한다.
도 4e는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 도 2h에 도시된 RF GQA에 대한 포인팅 벡터의 근접장 파동 벡터들의 중심의 확장을 예시한다.
도 5a는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 균일한 근접장 포인팅 벡터를 생성하도록 구성된 별도의 평행한 평면들에 스택된 2 개의 SDA들을 갖는 RF 스택된 쌍극자 사중 극자 안테나 (stacked-dipole quadrupole antenna; SQA) 를 포함하는 플라즈마 반응기 시스템의 예를 예시한다.
도 5b는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 스택된 RF SQA를 예시한다.
도 5ba는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 연장된 얽힌 쌍극자 나선형 안테나들을 포함하는 스택된 쌍극자 사중 극자 안테나 (SQA) 의 예시이다.
도 5bb는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 스택된 2 개의 쌍극자 나선형 안테나들을 포함하는 스택된 쌍극자 사중 극자 안테나 (SQA) 의 예시이고, 쌍극자 나선형 안테나 각각은 오목한 구성이다.
도 5bc는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 스택된 2 개의 쌍극자 나선형 안테나들을 포함하는 스택된 쌍극자 사중 극자 안테나 (SQA) 의 예시이고, 쌍극자 나선형 안테나 각각은 오목한 구성이다.
도 5c는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 2 개의 스택된 나선형 쌍극자 안테나들을 갖는 RF SQA를 위한 포인팅 벡터의 근접장 파동 벡터들을 예시한다. 줌인을 사용하여 동일한 총 전력으로 동일한 벡터 플롯만을 예시한다.
도 6은 상기 기술된 시스템들을 제어하기 위한 제어 모듈을 도시한다.

이하의 상세한 기술은 예시의 목적들을 위해 많은 특정한 상세들을 포함하지만, 당업자는 이하의 상세들에 대한 많은 변형들 및 변경들이 본 개시의 범위 내에 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 이하에 기술된 본 개시의 양태들은 이 기술을 따르는 청구항들에 대한 어떠한 일반성 손실도 없이 그리고 제한들을 부과하지 않고 제시된다.

일반적으로 말하면, 본 개시의 다양한 실시 예들은 안테나의 고-전류 부분 (예를 들어, 중심) 으로부터 뿐만 아니라 안테나의 저-전류 부분 (예를 들어, 고전압 부분들에 대응하는 단부들) 주변으로부터 방사하는 (radiate) 사중 극자 안테나들의 부류를 기술한다. 사중 극자 안테나는 Maxwell-Ampere 방정식의 변위 전류 항만큼 방사할 강한 E (전기장들) 을 갖는 고전압 팁들을 활용하는 2 개의 180 ° 이위상 (out-of-phase) 쌍극자 안테나들 (그리고 일 실시 예에서 동일한 전력을 가짐) 을 포함한다. 그 결과, 사중 극자 안테나는 (예를 들어, E-dot+I-dot에 의한 방사선을 통해) 포인팅 벡터의 공간적으로 균일한 크기를 생성하도록, 실제-전류 방사선을 변위-전류 방사선과 결합한다. 플라즈마 생성 시스템은 넓은 동작 파라미터-윈도우, 고밀도, 균일도를 갖고, 시스템 (예를 들어, 플라즈마 챔버) 의 플라즈마-대면 표면들 상의 최소 이온 부식으로 (플라즈마 체적 및 갭 측면에서) 콤팩트하다. 구체적으로, 시스템 (예를 들어, 플라즈마 소스) 은 실시 예들에 개시된, "균일한 포인팅 벡터 (Poynting vector) RF 안테나"에 의해 전력 공급된다. 발생되는 플라즈마는 RF 표면파 생성을 통해 균일한 포인팅 벡터 근접장에 의해 가열되기 때문에, RF-SWP (표면파 플라즈마) 로 간주될 수 있다. 그리고 포인팅 벡터 근접장 표면파로 인해, 안테나는 플라즈마의 유전체 윈도우로부터 멀리 배치될 수 있다. 그 결과, 본 개시의 실시 예들이 패러데이 차폐부를 필요로 하지 않도록, 패러데이 차폐부를 필요로 하는 용량성 커플링이 본질적으로 없다.

다양한 실시 예들의 상기 일반적인 이해와 함께, 실시 예들의 예시적인 상세들이 이제 다양한 도면들을 참조하여 기술될 것이다. 하나 이상의 도면들에서 유사하게 번호가 붙은 엘리먼트들 및/또는 컴포넌트들은 일반적으로 동일한 구성 및/또는 기능성을 갖도록 의도된다. 또한, 도면들은 축척대로 도시되지 않을 수도 있고, 신규 개념들을 예시하고 강조하도록 의도된다. 본 실시 예들은 이들 구체적인 상세들 중 일부 또는 전부 없이 실시될 수도 있다는 것이 자명할 것이다. 다른 예들에서, 공지된 프로세스 동작들은 본 실시 예들을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세히 기술되지 않았다.

도 1a는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 근접장 포인팅 벡터를 생성하도록 구성된 무선 주파수 (RF) 나선형 다이폴 안테나 (SDA) (130) 를 포함하는 플라즈마 반응기 시스템 (100A) 의 예를 예시한다. 플라즈마 반응기 시스템 (100A) 은 챔버 (101) 내에서 플라즈마 (150) 를 생성하도록 구성된다. 예를 들어, 플라즈마 반응기 시스템 (100A) 은 일 실시 예에서 에칭 동작들을 위해 활용될 수도 있다. 플라즈마 챔버 (101) 는 척 (110), 유전체 윈도우 (120), 및 RF SDA (130) 를 포함한다. 척 (110) 은 존재한다면 기판 (105) (예를 들어, 웨이퍼) 을 지지하기 위한 정전 척일 수 있다.

하나 이상의 생성기들로부터 규정될 수 있는 바이어스 RF 생성기 (115) 가 또한 도시된다. 복수의 생성기들이 제공된다면, 다양한 튜닝 특성들을 달성하기 위해 상이한 주파수들이 사용될 수 있다. 바이어스 매칭부 (117) 가 RF 생성기(들) (115) 와 척 (110) 을 규정하는 어셈블리의 전도성 플레이트 사이에 커플링된다. 척 (110) 은 또한 웨이퍼의 척킹 및 디척킹을 인에이블하도록 정전 전극들을 포함한다. 일반적으로, 필터 및 DC 클램프 전력 공급부가 제공될 수 있다. 척 (110) 으로부터 기판 (105) 을 리프팅하기 위한 다른 제어 시스템들이 또한 제공될 수 있다. 도시되지 않았지만, 펌프들은 동작 플라즈마 프로세싱 동안 플라즈마 챔버로부터 가스 부산물들의 진공 제어 및 제거를 인에이블하도록 플라즈마 챔버 (101) 에 연결된다.

유전체 윈도우 (120) 는 세라믹 타입 재료로부터 규정될 수 있다. 반도체 에칭 챔버의 조건들을 견딜 수 있는 한 다른 유전체 재료들이 또한 가능하다. 통상적으로, 플라즈마 챔버들은 약 50 ℃ 내지 약 120 ℃ 범위의 상승된 온도에서 동작한다. 온도는 프로세스 동작 및 특정한 레시피에 종속될 것이다. 플라즈마 챔버 (101) 는 또한 약 1 mTorr (mT) 내지 약 100 mTorr (mT) 범위의 진공 조건들에서 동작할 것이다.

도시되지 않지만, 플라즈마 챔버 (101) 는 통상적으로 클린 룸 또는 제조 설비 내에 설치될 때 설비들에 커플링된다. 설비들은 프로세싱 가스들, 진공, 온도 제어, 및 분위기 입자 제어를 제공하는 배관을 포함한다. 이들 설비들은 타겟 제조 설비 내에 설치될 때 플라즈마 챔버 (101) 에 커플링된다. 부가적으로, 플라즈마 챔버 (101) 는 로봇들로 하여금 통상적인 자동화를 사용하여 플라즈마 챔버 (101) 내외로 반도체 웨이퍼들을 이송하게 하는 이송 챔버에 커플링될 수도 있다.

RF SDA (130) 는 유전체 윈도우 (120) 위에 배치되고 선택 가능한 RF 매칭 회로 (127) 및 RF 전력 소스 (예를 들어, RF 생성기) (125) 에 연결된다. 예를 들어, RF SDA (130) 는 0.1 mTorr 이하 내지 100 Torr 이상에서 동작할 수도 있다. RF SDA (130) 의 안테나는 전력-커플링 매개체가 평면형 나선형 안테나의 자기장 (H-field) 이도록 RF TCP/IP 시스템의 인덕터 코일로서 수행하지 않는다. 플라즈마는 RF 표면파 커플링 (유도성도 용량성도 아님) 을 통해 근접장 포인팅 벡터를 통해 지속된다. 예를 들어, 이 RF SDA (130) 는 27.12 ㎒ SWP를 생성할 수 있다. RF SDA (130) 는 진공 윈도우 (120) 에 가깝게 배치될 필요가 없다. RF SDA (130) 의 고전압 팁들로부터 용량성 커플링이 없기 때문에, 패러데이 차폐부가 필요하지 않다. RF SDA (130) 는 이하 도 1b에 더 기술된다.

RF SDA (130) 는 유전체 윈도우 (120) (예를 들어, 플라즈마 계면) 에 대해 수직 운동을 제공하도록 액추에이터 (103) 에 연결된다. 이러한 방식으로, RF SDA (130) 의 임피던스는 RF SDA (130) 와 RF 전력을 RF SDA (130) 로 피딩하는 동축 케이블 사이의 임피던스들을 매칭하도록 튜닝될 수 있다. 예를 들어, 발룬 거리 (balun distance) (135) 는 (예를 들어, 동작 동안) 동축 케이블의 언밸런스드 (unbalanced) 임피던스에 RF SDA (130) 의 밸런스드 임피던스를 매칭시키도록 동적으로 조정 가능하다. 보다 구체적으로, 발룬 거리 (135) 는 RF SDA (130) 의 임피던스의 허수부 (imaginary component) (즉, 위상 조정 및/또는 리액턴스 컴포넌트) 를 동적으로 조정하도록 튜닝되거나 조정된다. 즉, 발룬 거리 (135) 는 RF 전력 소스 (125) 와 RF SDA (130) 사이의 주파수 매칭을 수행하도록 동적으로 튜닝된다. 실수부는 도 1b에 도시된 바와 같이, RF SDA (130) 에 연결된 전력의 위치를 통해 조정된다.

RF SDA (130) 의 폼 팩터 (form factor) 는 작은 공간 내에 큰 파장을 수용할 수 있다. 이와 같이, RF SDA (130) 는 플라즈마 반응기 시스템 (100A) 의 상부 하우징 (102) 의 보다 작은 공간 내에서, 특히 TCP/IP 반응기 시스템들에 통상적으로 요구되는 보다 큰 반응기 시스템들에 대해 구현될 수도 있다.

도 1b는 본 개시의 일 실시 예에 따른, RF SDA (130) 를 예시한다. 도시된 바와 같이, RF SDA (130) 는 2 개의 단부들 (130A 및 130B) 을 갖는 평면형 나선형으로 구성된다. 단부 (130B) 는 나선의 내부에 위치되고, 단부 (130A) 는 나선의 외부에 위치된다. 접지는 RF SDA (130) 의 물리적인 길이의 중심 (195) 에 연결된다.

소스 (125) 로부터의 RF 전력은 중심 근방 조정 가능한 (예를 들어, 슬라이딩가능한) 위치 (140) 에 연결된다. 접지로부터의 스트랩은 동축 케이블 (126) 의 접지 시스에 연결될 수도 있고, 접지는 지점 (140) 에 연결되지 않는다. RF 전력을 위한 연결부 (140) 의 선택 가능한 배치는 RF 전력 소스 (125) 와 RF SDA (130) 사이의 크기 매칭을 수행한다. 예를 들어, 위치 (140) 의 배치 (예를 들어, 중심 (195) 에서 접지에 대해-발룬 조정) 는 RF 전력 소스 (125) 와 RF SDA (130) 사이의 임피던스를 조정할 것이다 (예를 들어, 실수부-R 조정). 특히, 발룬 조정 (예를 들어, RF SDA (130) 상에 연결부 (140) 를 위치시키는 것) 은 RF SDA (130) 의 임피던스의 실수부를 조정하도록 (예를 들어, 동작 동안) 동적으로 튜닝되거나 조정된다. 연결부 (140) 의 배치는 (예를 들어, 임피던스 및/또는 인덕턴스의) 크기 조정을 위해, 예컨대 RF 매칭 회로 (예를 들어, 유도성 (L) 회로) 와 등가이고 그리고/또는 션트 엘리먼트를 제공하기 위해 선택가능하다. 이와 같이, 연결부 (140) 의 위치는 RF SDA (130) 에 의해 보이는 크기에 영향을 주고, RF SDA (130) 를 따라 연결부 (140) 의 위치를 변경함으로써 (예를 들어, 동작 동안) 동적으로 조정될 수 있다.

그러나, RF SDA (130) 에 대해, 쌍극자 방사선 (dipole radiation) 의 근접장 패턴은 RF SDA (130) 의 중심-영역 (예를 들어, 물리적) 근방의 고-전류 링 영역 (197) 에서 강한 시그니처를 갖는다. 또한, E (전기장) 는 큰 접지면 경계 때문에 외부 루프 근방에서 보다 강하게 나타난다. 특히, ExH 근접장이 플라즈마 내로 커플링될 때 (예를 들어, 표면파 포인팅 벡터로서), 플라즈마를 가열한다. 즉, 표면파는 고전류 링 영역 (197) 에서 우선적으로 플라즈마를 가열하여, 단일 코일 TCP가 하는 것과 같이 통상적인 M-형상 n _e (r) 을 생성한다. M-형상 n _e (r) 은 본 개시의 일 실시 예에 따른, RF SDA (130) 에 의해 여기될 때 웨이퍼의 반경 n _e (r) 에 대한 플라즈마의 이온화 레이트 n _e 를 예시하는, 도 1c에 도시된다. 이 M-형상 특성은 주요 불균일성 문제이다. 이에 더하여, 나선형 쌍극자 안테나에 대한 플라즈마 밀도 공간 프로파일은 또한 링 형상의 근접장 방사선 패턴과 유사하다.

도 1d는 본 개시의 일 실시 예에 따른, RF SDA (130') 에 대한 전류 및 전압 응답들을 예시한다. 도시된 바와 같이, RF SDA (130') 는 곧게 펴지고, 2 개의 단부들 (130A' 및 130B') 을 갖는 곧은 SDA (130') 로 지칭된다. 도 1b와 일치하여, 연결부 (140) 는 RF 전력이 전력 소스 (125) 로부터 RF SDA (130') 로 공급되고, 중심 (135) 이 접지에 연결되는 경우이다.

전압 응답 (160 - V(t)) 은 오실레이팅하는 것으로 도시된다. 전압은 곧은 SDA (130') 의 단부들 (130A' 및 130B') 근방에서 가장 높고, 중심 (135) 에서 0이다. 또한, 전류 응답 (170 - J(t)) 는 오실레이팅하는 것으로 도시된다. 전류는 중심 (135) 근방에서 가장 높고 곧은 SDA (130') 의 단부들 (130A' 및 130B') 에서 0이다. 즉, 곧은 SDA (130') 가 자유 공간으로 방사될 때, 안테나 전류는 중심에서 가장 높고 전압들이 최대가 되는 2 개의 단부들 (130A' 및 130B') 을 향해 아래로 테이퍼진다. 2 개의 고전압 단부들 (130A' 및 130B') 이 접지에서 멀기 때문에, 단부들 (130A' 및 130B') 의 E (전기장들) 는 실제로 매우 약하다. 그 결과, 유도된 안테나 전류 H (자기장) 가 방사를 시작한다. 이는 이전에 기술된 바와 같이, 쌍극자 방사선 패턴 (예를 들어, 링 형상 근접장 방사선 패턴) 을 생성한다.

도 2a는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 균일한 근접장 포인팅 벡터를 생성하도록 구성된 동일한 평면에서 얽힌 (intertwined) 2 개의 SDA들을 갖는 RF GQA (galaxy quadrupole antenna) 를 포함하는 플라즈마 반응기 시스템 (200A) 의 예를 예시한다. 플라즈마 반응기 시스템 (200A) 은 플라즈마 챔버 (101) 내에서 플라즈마 (150) 를 생성하도록 구성된다. 일반적으로, 플라즈마 반응기 시스템 (200A) 은 도 1a의 플라즈마 반응기 시스템 (100A) 과 유사하게 구성될 수도 있지만 RF 은GQA (230) 와 상이한 안테나 시스템을 포함한다. 예를 들어, 플라즈마 반응기 시스템 (200A) 은 실시 예들에서 에칭 동작들 및 다른 프로세싱 동작들을 위해 활용될 수도 있다.

플라즈마 챔버 (101) 를 포함하는 시스템 (200A) 은 기판 (105) 을 지지하도록 구성된 정전 척 (110) 과 같은, 기판 지지부 (110) 상에 배치된 기판 (105) 을 프로세싱하도록 구성된다. 척 (110) 은 기판 (105) 의 척킹 및 디척킹을 인에이블하기 위한 정전 전극들을 포함한다. 예를 들어, 기판은 프로세싱을 위해 플라즈마 챔버 내로 배치된 웨이퍼일 수도 있다. 프로세싱 동안, 프로세스 가스 공급부 (미도시) 는 플라즈마 챔버 내로 적어도 하나의 프로세스 가스를 도입하도록 구성된다. 도시되지 않았지만, 펌프들은 동작 플라즈마 프로세싱 동안 플라즈마 챔버 (101) 로부터 가스 부산물들의 진공 제어 및 제거를 인에이블하도록 플라즈마 챔버 (101) 에 연결된다. 플라즈마 챔버 (101) 는 클린 룸 내, 또는 프로세싱 가스들, 진공, 온도 제어, 및 환경 입자 제어를 제공하기 위한 배관을 포함하는 제조 설비에 설치될 때 설비들에 커플링될 수도 있다. 플라즈마 챔버 (101) 는 프로세스 동작들 및 가스들의 특정한 레시피에 따라 상승된 온도들 (예를 들어, 50 내지 120 ℃ 사이) 에서 동작할 수도 있다. 플라즈마 챔버 (101) 는 진공 챔버로서 구성될 수도 있고, 1 mTorr (mT) 내지 약 100 mTorr (mT) 이상의 범위의 진공 조건들에서 동작할 수도 있다.

이전에 기술된 바와 같이, 시스템 (200A) 은 하나 이상의 주파수들에서 동작하는 하나 이상의 생성기들로 규정된 바이어스 RF 생성기 (115) 를 포함한다. 바이어스 매칭부 (117) 는 RF 생성기(들) (115) 와 척 (110) 을 규정하는 전도성 플레이트 사이에 커플링된다. 척으로부터 기판 (105) 을 리프팅하기 위한 다른 제어 시스템들 (미도시) 이 또한 제공될 수 있다. 또한, 플라즈마 챔버 (101) 는 기판 지지부 위에 배향된 유전체 윈도우 (120) 를 포함한다. 유전체 윈도우 (120) 는 세라믹 타입 재료로부터 규정될 수 있다.

시스템 (200A) 은 유전체 윈도우 (120) 위에 배치된 사중 극자 안테나 (230) 를 포함하고, 사중 극자 안테나 (230) 는 이하 도 2b에 더 기술된 바와 같이, 제 1 나선형 쌍극자 안테나 (SDA) (240) 및 제 2 SDA (250) 를 포함한다. 사중 극자 안테나 (230) 는 플라즈마 챔버 (101) 위에 위치되는 상부 하우징 (102) 내에 포함될 수도 있다. 제 1 SDA 및 제 2 SDA (240, 250) 각각은 각각의 RF 매칭 회로 (선택 가능) 및 RF 전력 소스에 커플링된다. 예를 들어, 제 1 SDA (240) 는 제 1 SDA (240) 로 주파수의 제 1 RF 신호를 제공하도록 구성된 선택 가능한 RF 매칭 회로 (215) 및 RF 전력 소스 (예를 들어, RF 생성기) (210) 에 커플링될 수도 있다. 이에 더하여, 제 2 SDA (250) 는 일 실시 예에서, 동일한 주파수의 제 2 RF 신호를 제 2 SDA (250) 에 제공하도록 구성된 선택 가능한 RF 매칭 회로 (225) 및 RF 전력 소스 (220) 에 커플링될 수도 있다. 다른 실시 예들에서, 상이한 주파수들은 사중 극자 안테나 (230) 의 개별 SDA들에 전력을 공급한다. 예를 들어, SDA는 400 ㎑ (kilohertz) 내지 300 ㎒ (megahertz) 사이에서 선택된 주파수에서 동작할 수도 있다.

사중 극자 안테나 (230) 는 윈도우 (120) (예를 들어, 플라즈마 계면) 로부터 분리부 (235) 에 배치된다. 유전체 윈도우 (120) 는 상부 하우징 (102) 과 플라즈마 챔버 (101) 사이의 계면으로서 구성된다. 특히, 액추에이터 (103) 는 유전체 윈도우 (120) 에 대해 수직 운동을 제공하도록 RF 사중 극자 안테나 (230) (예를 들어, 전기적으로 직렬) 에 연결되어, 안테나 세트 (예를 들어, 사중 극자 안테나 (230)) 는 윈도우 (120) 에 평행한 접지 평면에 대해 튜닝된다. 분리부 (235) 를 가변함으로써 (예를 들어, 발룬 조정), RF 사중 극자 안테나 (230) 의 임피던스는 (예를 들어, 동작 동안) 사중 극자 안테나 (230) 로 전력을 전달하는 RF 전력 전달 시스템의 임피던스를 매칭하도록 동적으로 튜닝될 수 있다. 특히, 액추에이터 (103) 는 사중 극자 안테나 (230) 에 커플링되고 제 1 RF 전력 공급부 (210) 와 제 1 SDA (240) 및 제 2 RF 전력 공급부 (220) 와 제 2 SDA (250) 사이의 임피던스 매칭을 수행하기 위해 분리부 (235) 를 조정하도록 구성된다. 예를 들어, 발룬 분리부 (235) 는 전력을 전달하는 하나 이상의 동축 케이블들의 언밸런스드 임피던스에 사중 극자 안테나 (230) 의 밸런스드 임피던스를 매칭하도록 튜닝된다. 보다 구체적으로, 발룬 (밸런스드/언밸런스드) 거리는 사중 극자 안테나 (230) 의 임피던스의 허수부 (즉, 위상 조정 및/또는 리액턴스 성분 (reactance component)) (예를 들어, 주파수 매칭을 수행) 를 동적으로 조정하도록 튜닝되거나 조정된다. 실시 예들에서, 분리부 (235) 는 0.1 내지 4.0 미터의 범위 내이다. 다른 실시 예들에서, 분리부 (235) 는 0.4 내지 3.0 미터의 범위 내이다. 여전히 다른 실시 예들에서, 분리부 (235) 는 0.1 내지 2.0 미터의 범위 내이다. 다른 실시 예들에서, 분리부 (235) 는 0.4 내지 1.0 미터의 범위 내이다. 실수부는 RF 사중 극자 안테나 (230) 상의 하나 이상의 전력 접속부들의 하나 이상의 위치들을 통해 조정될 수 있다.

사중 극자 안테나 (230) 는 플라즈마-윈도우 계면 (401) 을 따라 표면파로서 윈도우 (120) 를 통과하는 전자기장을 생성하고, 표면파는 챔버 내에서 플라즈마를 생성하도록 적어도 하나의 프로세스 가스를 여기하고 이온화한다. 즉, 사중 극자 안테나 (230) 는 RF TCP/IP 시스템의 인덕터 코일로서 수행되지 않는다. 대신, 전력-커플링 매개체는 사중 극자 안테나 (230) 의 자기장 (H-field) 이다. 플라즈마는 RF 표면파 커플링 (유도성도 용량성도 아님) 을 통해 지속된다. 예를 들어, 이 사중 극자 안테나 (230) 는 27.12 ㎒ 표면파 플라즈마 (surface wave plasma; SWP) 를 생성할 수 있다. 특히, (예를 들어, 27 ㎒에서 동작하는) RF SWP에 대한 매개체는 근접장 포인팅 벡터이고, 그 결과 사중 극자 안테나 (230) 는 윈도우 (120) 에 가깝게 배치될 필요가 없다. 이는 고전압 팁들로부터 용량성 커플링을 완화한다. 즉, 사중 극자 안테나 (230) 의 평면은 플라즈마-윈도우 계면 (401) 의 평면보다 상당히 위에 있을 수 있다 (예를 들어, 분리부 (235)). 이에 더하여, 사중 극자 안테나 (230) 의 고전압 팁들로부터 용량성 커플링이 없기 때문에, 패러데이 차폐부가 필요하지 않다. 사중 극자 안테나 (230) 는 이하 도 2b에 더 기술된다.

사중 극자 안테나 (230) 의 폼 팩터는 작은 공간 내부에 큰 파장을 수용할 수 있다. 이와 같이, 안테나 (230) 는 플라즈마 반응기 시스템 (200A) 의 상부 하우징 (102) 의 보다 작은 공간 내에서, 특히 TCP/IP 반응기 시스템들에 통상적으로 요구되는 보다 큰 반응기 시스템들에 대해 구현될 수 있다.

도 2b는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 도 2a의 사중 극자 안테나 (230) 를 예시한다. 사중 극자 안테나 (230) 는 동일한 평면 (예를 들어, x-축/y-축 좌표 평면 또는 r, θ 좌표 평면에 의해 규정됨) 상에 2 개의 쌍극자 안테나들을 포함한다. 쌍극자 안테나들 각각은 나선 또는 은하 구성 (galaxy configuration) (또는 은하 구성이 되도록 결합) 이고, 이와 같이 사중 극자 안테나 (230) 는 또한 RF GQA (Galaxy Quadrupole Antenna) (230) 로서 지칭된다. 특히, GQA (230) 는 동일한 평면 상에 위치된 제 1 SDA (240) 및 제 2 SDA (250) 를 포함한다. 일 실시 예에서, SDA들 (240 및 250) 의 나선들의 방향들 (예를 들어, 시계 방향 또는 반시계 방향) 은 동일하다. 또 다른 실시 예에서, SDA들 (240 및 250) 에 대한 위상 및/또는 SDA들의 단부들에서 적절한 E (전기장) 을 달성하기 위한 다른 파라미터들에 대한 대응하는 조정들과 함께, 방향들 (예를 들어, 시계 방향 또는 반시계 방향) 은 반대이다 (예를 들어, 도 2c 참조). GQA (230) 는 도 2c와 일치하여, 고전류 영역들 (예를 들어, 중심) 및 팁들 (예를 들어, 고전압 영역들) 에 방사선을 제공하도록 구성된다.

제 1 SDA (240) 는 제 2 SDA (250) 내에 중첩된다. 특히, 제 1 코일은 제 1 SDA (240) 를 규정하고, 제 1 코일은 하나 이상의 턴들을 포함한다. 제 2 코일은 제 2 SDA (250) 를 규정하고, 제 2 코일은 하나 이상의 턴들을 포함한다. 제 1 코일은 제 2 코일 내에 중첩된 배열로 있다. 즉, 중첩된 배열은 제 1 코일 및 제 2 코일이 GQA (230) 의 중심 영역으로부터 GQA (230) 의 외측 영역으로 스파이럴링할 때 제 2 코일의 대응하는 턴에 인접하게 제 1 코일의 턴을 배치한다. 이에 더하여, 제 1 코일 및 제 2 코일 각각의 인접한 턴들은 유전체 윈도우 (120) 위에 배치될 때 거리만큼 서로 수평으로 분리된다. 일 실시 예의 중첩된 배열에서, 제 1 SDA (240) (점선으로 도시됨) 는 SDA (240) 의 외부 또는 외측 영역에 위치된 단부 (240A), 및 SDA (240) 의 내부에 위치된 단부 (240B) 를 포함한다. 제 2 SDA (250) (실선으로 도시됨) 는 SDA (250) 의 내부에 위치된 단부 (250B), 및 SDA (250) 의 외부 또는 외측 영역에 위치된 단부 (250A) 를 포함한다. 단부들 (240B 및 250B) 은 GQA (230) 의 중심 영역을 규정하고 그리고/또는 내부에 포함된다.

일 실시 예에서, 제 1 SDA (240) 및 제 2 SDA (250) 각각은 연속적인 길이이다. 예를 들어, 제 1 SDA (240) 는 단부에서 단부까지 (from end-to-end) 연속적이고 제 1 길이를 갖는다. 또한, 제 2 SDA (250) 는 단부에서 단부까지 연속적이고 제 2 길이를 갖는다. 일 실시 예에서, 제 1 SDA (240) 및 제 2 SDA (250) 각각은 (예를 들어, RF 전력 소스 (210) 로부터의) 제 1 RF 신호 및 (예를 들어, RF 전력 소스 (220) 로부터의) 제 2 RF 신호의 주파수에 대응하는 파장의 절반과 대략 동일한 길이를 갖는다. 즉, 선택된 RF 주파수에 대해, 대응하는 쌍극자 안테나 각각의 길이는 대응하는 파장의 절반이다 (따라서, 쌍극자). 예를 들어, 60 ㎒의 주파수에 대해, 길이는 SDA (240) 및 SDA (250) 각각에 대해 대응하는 파장 (λ) 의 대략 절반이고, 여기서 파장은 하나 이상의 파라미터들 (예를 들어, 안테나 재료 조성 또는 특성들, 주변 조건들 (예를 들어, 온도, 수분, 등), 등) 에 따라 가변할 수도 있다.

접지는 연결부 (241) 에서 제 1 SDA (240) 에 커플링되고, RF 전력 (예를 들어, 전력 소스 (210) 로부터) 이 연결부 (242) 에서 제 1 SDA (240) 에 커플링된다. 접지는 연결부 (251) 에서 제 2 SDA (250) 에 커플링되고, RF 전력 (예를 들어, 전력 소스 (220) 로부터) 이 연결부 (252) 에서 제 2 SDA (250) 에 커플링된다. 접지 연결부들 (241 및 251) 은 각각의 SDA들의 물리적인 중심들에 위치된다 (예를 들어, 연결부 (241) 는 제 1 SDA (240) 의 제 1 길이의 중심이고, 연결부 (251) 은 제 2 SDA (250) 의 제 2 길이의 중심임). 예를 들어, 연결부들 (241 및 251) 은 (일부 큰 유도 임피던스를 갖는 일부 구리 - Cu - 와이어를 통해) 접지에 연결된다. 이는 GQA (230) 의 물리적 중심이 최대 전류 지점일 수도 있고 대응하여 최소 전압 지점일 수도 있다는 것을 제공한다.

일 구현 예에서, RF 전력 소스들로부터의 동축 전력-출력 라인들은 각각의 SDA들 (240 및 250) 의 중심 지점들 근방 (예를 들어, 연결들 (241 및 251) 에서) 슬라이딩-피드 지점들에 연결된다. 예를 들어, 슬라이딩가능한 연결부 (242) 는 RF 전력 소스 (210) 를 SDA (240) 에 커플링하는 슬라이딩 피드 지점이고, 슬라이딩 피드 지점은 SDA (240) 및 대응하는 전력 소스 시스템의 임피던스들을 매칭하기 위한 튜닝 메커니즘 (예를 들어, 동작 동안 동적 튜닝) 을 제공한다. 예를 들어, 튜닝은 SDA (240) 및 RF 전력 소스 (210) 의 임피던스들을 매칭하기 위해 그리고/또는 소스 (210) 로부터 (예를 들어, 60 ㎒로) 전력을 피딩하는 동축 케이블 (211) 에 대해 수행될 수도 있다. 즉, RF 전력 소스 (210) 로부터의 RF 신호는 중심 연결부 (241) 로부터 접지로 근거리 (연결부 (242)) 에서 SDA (240) 로 피딩되고, 근거리는 임피던스 매칭 (예를 들어, RF 신호와 안테나 (240) 에 피딩하는 라인 매칭) 을 위해 (예를 들어, RF 매칭 회로에서 션트 엘리먼트를 제공할 때와 같이 임피던스 매칭 및/또는 크기 조정 목적들을 위해 실수부-R을 조정) 동적으로 튜닝될 수 있다. 또한, 슬라이딩가능한 연결부 (252) 는 RF 전력 소스 (220) 를 SDA (250) 에 커플링하는 슬라이딩 피드 지점이고, 슬라이딩 피드 지점은 SDA (250) 및 대응하는 전력 소스 시스템의 임피던스들을 매칭하기 위한 튜닝 메커니즘을 제공한다. 예를 들어, 튜닝은 SDA (250) 및 RF 전력 소스 (220) 의 임피던스들을 매칭하기 위해 그리고/또는 소스 (220) 로부터 전력을 피딩하는 동축 케이블 (221) 에 대해 수행될 수도 있다. 즉, RF 전력 소스 (220) 로부터의 RF 신호는 중심 연결부 (251) 로부터 접지로 근거리 (연결부 (252)) 에서 SDA (250) 로 피딩되고, 근거리는 임피던스 매칭 (예를 들어, RF 신호와 SDA (250) 에 피딩하는 라인 매칭) 을 위해 (예를 들어, RF 매칭 회로에서 션트 엘리먼트를 제공할 때와 같이 임피던스 매칭 및/또는 크기 조정 목적들을 위해 실수부-R을 조정) 동적으로 튜닝될 수 있다. 이와 같이, 튜닝은 각각의 SDA들 (240, 250) 을 따른 전력 연결부의 슬라이딩을 통해 수행될 수도 있다. 또한, 다른 튜닝-노브 구성은 이전에 기술된 바와 같이 접지 평면에 대한 안테나-세트의 z-방향 위치의 선택이다.

순수하게 예시를 위해, 60 ㎒에서 동작하는 GQA (230) 의 예가 제공된다. 도 2b에 도시된 바와 같이, SDA들 (240 및 250) 각각의 길이들은 대응하는 파장의 절반이다 (예를 들어, 98.42 인치). 예의 연속으로서, 제 1 SDA (240) 에 대해, 중심점 (241) 은 5.686 인치, 56.56 ° (r, θ), 외부 종점 (240A) 은 7.978 인치, 3.87 ° (r, θ), 및 내부 (예를 들어, 시작) 종점은 1 인치, 180 ° (r, θ) 이다. 예의 연속으로서, 제 2 SDA (250) 에 대해, 중심점 (251) 은 5.686 인치, 236.56 ° (r, θ), 외부 종점 (250A) 은 7.978 인치, 183.87 ° (r, θ), 및 내부 (예를 들어, 시작) 종점은 1 인치, 0 ° (r, θ) 이다. 다른 실시 예들에서 다른 치수들 및 주파수들이 지지된다.

도 2b에 도시된 바와 같이, SDA들 (240 및 250) 은 공간-시간적 직교 쌍극자 안테나들이다. 예를 들어, 중심들 (241 및 251) 은 180 ° 떨어져 있고, 여기서 SDA (240) 의 중심 (241) 은 56.56 °이고 SDA (250) 의 중심 (251) 은 236.56 °이다. 또한, 동일한 주파수에서, 전력 연결부들은 대략 180 ° 떨어져 있고, SDA (240) 의 연결부 (242) 는 35 °이고 SDA (250) 의 연결부 (252) 는 215 °이다.

일 실시 예에서, GQA (230) 에서, 제 1 SDA (240) 는 제 2 SDA (250) 로부터 거리만큼 변위된다. 일 실시 예에서, 변위는 평면에서 측 방향 또는 수평 변위이다. 또 다른 실시 예에서, 변위는 이하에 더 기술되는 바와 같이, 수직 변위일 수도 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 측 방향 변위로 제 1 SDA (240) 는 평면에서 제 2 SDA (250) 내에 중첩된 배열에 있다. 이전에 기술된 바와 같이, 제 1 코일 (1 회 이상 턴) 은 제 1 SDA (240) 를 규정하고, 제 2 코일 (1 회 이상 턴) 은 제 2 SDA (250) 를 규정한다. 제 1 코일과 제 2 코일 사이의 중첩된 배열은 제 1 코일 및 제 2 코일이 GQA (230) 의 중심 영역으로부터 스파이럴링할 때 제 2 코일의 대응하는 턴에 인접하게 제 1 코일의 턴을 배치한다. 또한, 제 1 코일 및 제 2 코일 각각의 인접한 턴들은 유전체 윈도우 (120) 위에 배치될 때 거리 "D"만큼 서로 수평으로 변위된다. 도 2b는 예시들로서 몇몇 변위 영역들을 도시한다. 순수하게 예시를 위해, 거리 "D"는 1 인치일 수도 있지만, 수치적 최적화에 따라 임의의 치수 및 가변적일 수도 있다.

도 2c 및 도 2d는 본 개시의 실시 예들에 따른, GQA (230) 에 대한 전류 및 전압 특성들 (예를 들어, 비선형 나선 또는 은하 구성) 을 보다 잘 예시하기 위해 GQA (230) 의 선형 표현들을 제공한다. 특히, 도 2c는 GQA (230) 의 선형 표현을 예시하고, 여기서 GQA (230) 는 펼쳐진다 (stretched out) (예를 들어, 스파이럴링되지 않거나 곧게 펴짐). 이와 같이, 제 1 쌍극자 안테나 (240') 는 제 1 SDA (240) 에 대응하고, 이전에 기술된 바와 같이, 중심 지점에서 접지에 연결되고, 동축 피드 (211) 를 통해 중심 근방 지점에서 RF 전력 소스 (210) 에 연결된다. 제 1 쌍극자 안테나 (240') 상의 전력 소스 (210) 의 배치 (예를 들어, 접지된 중심과 전력 소스 (210) 의 연결부 사이의 발룬 조정) 는 유도성 (L) 회로에서 션트 엘리먼트를 제공하는 것과 같이 (예를 들어, 임피던스 및/또는 인덕턴스의) 크기 조정을 위해 선택가능하다. 이에 더하여, 제 2 쌍극자 안테나 (250') 는 제 2 SDA (250) 에 대응하고, 이전에 기술된 바와 같이 중심 지점에서 접지에 연결되고, 동축 피드 (221) 를 통해 중심 근방 지점에서 RF 전력 소스 (220) 에 연결된다. 제 2 쌍극자 안테나 (250') 상의 전력 소스 (220) 의 배치 (예를 들어, 접지된 중심과 전력 소스 (220) 의 연결부 사이의 발룬 조정) 는 유도성 (L) 회로에서 션트 엘리먼트를 제공하는 것과 같이 (예를 들어, 임피던스 및/또는 인덕턴스의) 크기 조정을 위해 선택가능하다. 결합된 쌍극자 안테나들의 선형 표현들의 특성들은 이하에 기술된 바와 같이, GQA (230) 에 대한 특성들을 나타낸다.

제 2 쌍극자 안테나 (250') 에 대한 제 1 쌍극자 안테나 (240') 의 구성은 하나 이상의 스트레이 (stray) 커패시턴스들을 생성한다. 특히, 스트레이 커패시턴스들이 2 개의 안테나들의 단부들 사이에서 생성된다. 예를 들어, 스트레이 커패시턴스 (271) 는 단부 (240A') (안테나 (240')) 와 단부 (250A') (안테나 (250')) 사이에 생성된다. 또한, 스트레이 커패시턴스 (272) 는 단부 (240B') (안테나 (240')) 와 단부 (250B') (안테나 (250')) 사이에 생성된다.

도 2d는 본 개시의 일 실시 예에 따른, GQA (230) 의 선형 표현에 대한 전류 및 전압 응답들을 예시한다. 일 실시 예에서, 2 개의 나선 또는 은하 쌍극자 안테나들 (240 및 250) 은 180 ° 이위상으로 실행된다 (예를 들어, 2 개의 RF 전력 소스들 (210 및 220) 또는 생성기들은 동일한 전력 출력 레벨들을 사용하여 180 ° 벗어난다). 대응하여, 2 개의 쌍극자 안테나들 (240' 및 250') 은 또한 180 ° 이위상으로 실행된다.

자유 공간 내로 방사하는 쌍극자 안테나 (240' 및 250') 각각에 대해, 안테나 전류 (예를 들어, 실제 전류 J) 는 중심에서 가장 높고 전압들이 최대가 되는 단부들을 향해 아래로 테이퍼진다. 예를 들어, 쌍극자 안테나 (240') 에 대해, 실제 전류 응답 J(t) (270A) 의 최대 값들 (포지티브 값과 네거티브 값 사이에서 오실레이팅) 은 쌍극자 안테나 (240') 의 중심에서 발생한다. 실제 전류 응답 J(t) (270A) 의 최소 값들 (예를 들어, 0) 은 단부들 (240A' 및 240B') 에서 발생한다. 실제 전류 응답 J(t) (270A) 에 대한 오실레이션은 점선 및 실선으로 도시된다. 또한, 쌍극자 안테나 (240') 의 중심에서, 전압 응답 V(t) (260A) 는 0에서 앞뒤로 오실레이팅한다. (포지티브 값과 네거티브 값 사이에서 오실레이팅하는) 최대 값들은 단부들 (240A' 및 240B') 에서 발생한다. 전압 응답 V(t) (260A) 에 대한 오실레이션은 또한 점선 및 실선으로 도시된다.

유사하게, 쌍극자 안테나 (250') 에 대해, 실제 전류 응답 J(t) (270B) 의 최대 값들 (포지티브 값과 네거티브 값 사이에서 오실레이팅) 은 쌍극자 안테나 (250') 의 중심에서 발생하고, 최소 값들 (예를 들어, 0) 은 단부들 (250A' 및 250B') 에서 발생한다. 실제 전류 응답 J(t) (270B) 에 대한 오실레이션은 점선 및 실선으로 도시된다. 또한, 쌍극자 안테나 (250') 의 중심에서, 전압 응답 V(t) (260B) 는 0에서 앞뒤로 오실레이팅한다. (포지티브 값과 네거티브 값 사이에서 오실레이팅하는) 최대 값들은 단부들 (250A' 및 250B') 에서 발생한다. 전압 응답 V(t) (260B) 에 대한 오실레이션은 또한 점선 및 실선으로 도시된다.

쌍극자 안테나들 (240' 및 250') 각각에서, 대응하는 단부들은 접지에서 멀고, 이와 같이, 쌍극자 안테나들 (240' 및 250') 각각의 대응하는 단부들에 대한 E (전기장들) 는 실제로 매우 약하다. 이와 같이, 방사를 시작하고 따라서 쌍극자 안테나들 (240' 및 250') 각각에 대한 통상적인 쌍극자 방사 패턴을 생성하는 것은 안테나 전류 유도 H (전류에 의해 생성된 자기장) 이다.

일 실시 예에서, 2 개의 쌍극자 안테나들 (240' 및 250') 은 반대되는 전류들을 갖는다 (예를 들어, "역전류 어레이 (Counter Current Array)" 구성). 즉, 제 1 쌍극자 안테나 (240') 에 제 1 RF 신호를 피딩하는 제 1 RF 전력 소스 (210) 및 제 2 쌍극자 안테나 (250') 에 제 2 RF 신호를 피딩하는 제 2 RF 전력 소스 (220) 는 이위상이다. 일 실시 예에서, 각각의 RF 신호들은 180 ° 이위상이다. 다른 실시 예들에서, 각각의 RF 신호들은 0 내지 180 ° 이위상이다. 특히, 180 ° 이위상에서, 쌍극자 안테나들 (240' 및 250) 에 대한 전류 및 전압 응답들이 미러링된다. 예를 들어, 단부들 (240A' 및 250A') 에서 전압 응답들 V(t) (260A 및 260B) 은 동일하지만 반대되는 부호들 (예를 들어, 포지티브 및 네거티브) 이다. (대응하는 지점들에서) 쌍극자 안테나들 (240' 및 250') 전반에 걸친 전류 및 전압의 효과는 상쇄 효과 (예를 들어, 누적 또는 지지) 가 아니다.

대응하여, GQA (230) 는 RF 전력 소스 (210) 로부터의 제 1 RF 신호가 제 1 SDA (240) 의 제 1 RF 전류를 공진하고, RF 전력 소스 (220) 로부터의 제 2 RF 신호가 제 2 SDA (250) 에서 제 1 RF 전류에 반대되는 제 2 RF 전류를 공진하도록 역전류 어레이로서 구성된다. 제 1 SDA (240) 및 제 2 SDA (250) 에 대한 결합된 전류 응답들은 SDA들의 고 전류 부분 (예를 들어, 중심들 (241 및 251)) 아래에 다소 국부화된 H 자기장을 발생시킬 것이고, 그리고 결과적으로 2 개의 SDA들 (240 및 250) 은 함께 사중 극자 안테나처럼 작용한다. 즉, 2 개의 SDA들 (240 및 250) 은 공간적으로 그리고 시간적으로 직교한다. 예를 들어, 전류 쌍극자는 접선 방향이고 변위 전류 쌍극자는 방사상이어서, 이들의 강도는 방향적으로 90 ° 이격된다. SDA들 (240 및 250) 의 결합된 나선 형상들은 별들의 은하의 형상들과 유사하고, 따라서 명명법 은하 사중 극자 안테나 (galaxy quadrupole antenna; GQA) (230) 이다.

다른 실시 예들에서, GQA (230) 의 2 개의 나선 또는 은하 쌍극자 안테나들은 (예를 들어, 180 ° 이외의) 위상의 임의의 값들에서, 그리고 (예를 들어, 동일한 전력이 아닌 다른) 전력 레벨들의 임의의 값들로 실행될 수 있다. 더욱이, 페이즈는 실시 예들에서 일정 기간 동안 고정된 값일 필요는 없다. 예를 들어, 일 실시 예에서, GQA (230) 의 2 개의 나선 또는 은하 쌍극자 안테나들 사이의 위상은 보다 우수한 포인팅 벡터 균일도를 위해 값-범위 내에서 사인파로 오실레이팅할 수 있다. 다른 실시 예들에서, 전력은 시간 기간에 걸쳐 고정된 값일 필요는 없다. 즉, 2 개의 공급된 전력들 중 하나 이상이 보다 우수한 포인팅 벡터 균일도를 위해 값-범위 내에서 사인파로 오실레이팅할 수 있다. 예를 들어, 약간의 불균일도를 유발하는 GQA (230) 에 대한 중심으로부터 은하-암 단부들로 증가하는 고유한 라인-미스 매칭이 있을 수도 있다. 실시 예들에서, 이러한 불균일도는 오실레이팅 페이즈 및/또는 오실레이팅 전력(들)으로 고정될 수 있다.

일반적으로 단일 쌍극자 안테나에서, 단부들의 실제 전류는 대응하는 약한 E (전기장) 때문에 0이다. 그러나, GQA (230) 는 2 쌍의 대응하는 단부들을 갖는 2 개의 쌍극자 안테나들을 갖기 때문에, 변위 전류가 Maxwell-Ampere 방정식으로부터 생성된다. 이와 같이, GQA (230) 의 방사선선의 소스는 고전류 영역 (예를 들어, SDA들 (240 및 250) 의 중심들) 으로부터의 통상적인 실제 전류 방사선뿐만 아니라 SDA들 (240 및 250) 의 2 쌍들의 대응하는 단부들을 포함한다. 특히, SDA들의 저 전류 부분 주변 (즉, 두 개의 SDA들 (240 및 250) 사이에서 180 ° 이위상 고전압 부분들에 대응하는 단부들), 두 개의 SDA들 사이의 E (전기장들) SDA들 (240 및 250) 은 Maxwell-Ampere 방정식 1의 변위 전류 항만큼 방사할 것이다. 식 1에서, 제 1 항은 실제 전류의 소스를 예시하고, 변위 전류는 시간에 따른 E (전기장) 의 변화를 포함하는 제 2 항이다. 식 2는 Maxwell-Ampere 방적식의 또 다른 형태이다.

(1)

(2)

도 3a 및 도 3b는 비교 목적들을 위해 나선형 쌍극자 안테나 (SDA) (130) 및 은하 사중 극자 쌍극자 안테나 (GQA) (230) 에 대한 E (전기장) 시그니처들을 제공한다. 특히, 도 3a는 본 개시의 일 실시 예에 따른, RF SDA (130) 의 E (전기장) 시그니처 (300A) 를 예시한다. 시그니처 (300A) 에서, E (전기장) 는 부분적으로 큰 접지-평면 경계 (Earth) 때문에 그리고 변위 전류 기여가 없기 때문에 RF SDA (130) 의 외측 루프 근방에 약간 집중된 것으로 나타난다. 도 3b는 본 개시의 일 실시 예에 따른, GQA (230) 의 E (전기장) 시그니처를 예시한다. 시그니처 (300B) 에서, E (전기장) 는 GQA (230) 의 풋프린트 전체에 걸쳐 보다 균일하고 보다 집중되고, 부분적으로 2 개의 SDA들 (240 및 250) 의 단부들의 쌍들에서 변위 전류 기여가 있다. 특히, E (전기장) 의 강도는 GQA (230) 에 걸쳐 유지되어, 균일하게 강한 E (전기장들) 가 접지-평면 경계와 무관하게 양쪽 (저 전류) 단부들에서 또는 근방에서 나타난다. 특히, SDA들 (240 및 250) 의 외부 단부들 (240A 및 250A) 에서, 그리고 GQA (230) 의 외부 주변부 (예를 들어, 외부 루프들) 에서, E (전기장) 는 (회색 점들로 충진됨) 강하다. 유사하게, SDA들 (240 및 250) 의 내부 단부들 (240B 및 250B) 에서, 그리고 GQA (230) 의 내부에서, E (전기장) 는 동일하게 강하다. 또한, E (전기장) 는 GQA (230) 의 중간을 통해 균일하게 강하지만 (예를 들어, 내부 단부와 외부 단부 사이에서 매우 집중되고 균일함), (개방된 원들로 충진된) 다른 영역들보다 약할 수도 있다. 이와 같이, GQA (230) 의 E (전기장) 시그니처 (300B) 는 SDA (130) 의 외측 루프들에서 E (전기장) 시그니처 (300A) 의 농도와 비교하여 전체 안테나에 걸쳐 보다 균일하다.

도 3c 및 도 3d는 비교 목적들을 위해 RF SDA (130) 및 GQA (230) 에 대한 H (자기장) 시그니처들을 제공한다. 특히, 도 3c는 본 개시의 일 실시 예에 따른, RF SDA (130) 의 H (자기장) 시그니처 (300C) 를 예시한다. H (자기장) 가 전류 흐름 (전류 흐름 또는 운동의 방향에 수직) 을 통해 형성되기 때문에, 안테나의 H (자기장) 시그니처는 안테나의 E (전기장) 시그니처를 밀접하게 따른다. 예를 들어, RF SDA (130) 에 대해, H (자기장) 가 SDA (130) 의 외측 루프들에 또는 근방에 집중되도록, H (자기장) 시그니처 (300C) 는 E (전기장) 시그니처 (300A) 와 유사하다. 유사하게, GQA (230) 에 대해, H (자기장) 시그니처 (300D) 의 균일도는 E (전기장) 시그니처 (300B) 의 균일도와 유사하다 (예를 들어, 균일하게 집중된 E (전기장들) 는 저-전류 단부 및 고 -전압 단부 모두 근방, 그리고 단부들 사이, 예컨대 고 E (전기장) 중심 근방에 나타난다). 특히, H (자기장) 시그니처 (300D) 는 (예를 들어, GQA (230) 의 임의의 지점에서) 이 사중 극자 안테나의 "역전류 어레이"로부터 발생하는 국부화된-H로 인해 보다 균일하다. 도시된 바와 같이, H (자기장) 는 (회색 점들로 충진된) GQA (230) 의 중심에서 가장 강할 수도 있고, (개방된 원들로 충진된) 다른 영역들에서 보다 약할 수도 있다.

도 4a는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 플라즈마와 RF 표면파 커플링을 수행하기 위해 플라즈마-윈도우 계면 (401) 을 통한 S-장 (포인팅 파 (Poynting wave)) 의 침투를 예시한다. 이전에 기술된 바와 같이, GQA (230) 는 플라즈마-윈도우 계면 (401) 을 따라 표면파로서 윈도우 (120) 를 통과하는 전자기장을 생성하고, 표면파는 챔버 내에서 플라즈마를 생성하도록 적어도 하나의 프로세스 가스를 여기하고 이온화한다. 이전에 기술된 바와 같이, E (전기장) 는 GQA (230) 의 코일들에 대해 접선이고, GQA (230) 의 평면에 놓인다. 예를 들어, 대응하는 코일 상의 어느 지점에 따라, E (전기장) 는 페이지로 들어갈 수도 있고, 페이지로부터 나올 수도 있고 (도 4a에 도시된 바와 같이), 또는 GQA (230) 의 코일들을 규정하는 평면을 따라 임의의 방향일 수도 있다. 도 4a는 GQA (230) 상의 특정한 지점에서 일 E (전기장) 를 예시한다. 전력-커플링 매개체는 플라즈마를 생성하고 그리고/또는 여기하기 위한 평면형 나선형 안테나의 자기장 (H-장) 이다. 도 4a에 도시된 E (전기장) 의 벡터에 대해, B-장은 E (전기장) 에 수직이다 (예를 들어, 하향을 향하고 윈도우 (120) 를 통해 이동함). GQA (230) 의 코일 상의 임의의 지점에서 B-장들은 유사하게 윈도우 (120) 를 통해 플라즈마 챔버 (101) 내로 지향된다.

챔버 (101) 내의 플라즈마 (150) 는 RF 표면파 커플링을 통해 지속된다. 특히, RF SWP를 위한 매개체는 근접장 포인팅 벡터이다. 포인팅 벡터는 전자기장의 방향성 에너지 플럭스를 나타내고 (W/㎡) 의 단위를 갖는다. 포인팅 벡터는 (W/㎡) 의 단위를 갖고, 와트는 에너지 플로우 레이트의 표현이다. 포인팅 벡터는 이하의 식 3으로 나타낸다.

S( r,t ) = E( r,t ) x H( r,t ) (3)

보다 구체적으로, 도 4a는 GQA (230) 근방의 E (전기장) 및 H (자기장) 로부터 생성된 포인팅 (S) 벡터 (405) 를 도시한다. 포인팅 벡터 (405) 의 방향은 GQA (230) 의 평면에 거의 평행하지만 가변할 수도 있다. 예를 들어, 포인팅 벡터 (405) 는 윈도우 (120) 로부터 약간 상향으로 배향될 수도 있고, 윈도우 (120) 에 평행하거나, 윈도우 (120) 를 향해 약간 하향으로 배향될 수도 있다. 이에 더하여, 하우징 (102) 은 플라즈마 챔버 (101) 내로 다시 S-장 벡터들을 재지향시키거나 반사시키도록 작용할 수도 있다. 중요하게, 윈도우 (120) 의 평면에 대해 얕은 각도들을 갖고 하향으로 배향된 포인팅 벡터들은 플라즈마-윈도우 계면 (401) 에서 굴절된다. 즉, 일 구현 예에서, 윈도우 (120) 의 굴절률은 대략 2 (예를 들어, 대략 4의 유전율로부터 η = 2) 이다. 다른 한편으로, 플라즈마 챔버 (101) 내에서 (예를 들어, H (자기장) 로부터) 생성되는 플라즈마 (150) 의 굴절률은 허수인 -1000 (예를 들어, η = -1000) 이다. 그 결과, 윈도우 (120) 로 들어가는 얕은 각도를 갖는 포인팅 파 (405) 의 섹션 (405A) 은 포인팅 파의 섹션 (405B) 이 윈도우 (120) 로부터 나오고 플라즈마-윈도우 계면 (401) 을 따라 지향되도록 굴절된다.

균일한 포인팅 벡터 (S = E x H) 근접장은 플라즈마를 가열하기 위해 플라즈마 (150) 내로 커플링된다. 즉, 에너지 밀도는 정상 상태에서 일정하고, S-장 (포인팅 벡터) 는 플라즈마 가열 소스이고 플라즈마 (150) 에 전력을 공급한다. 특히, E x H 벡터들은 GQA (230) 의 평면 (따라서, 플라즈마-윈도우 계면의 평면) 내에 큰 컴포넌트들을 갖고, (플라즈마-윈도우) 표면파들이 되도록 파동 벡터들 (S) 에 적절한 액세스를 허용한다. 이어서 플라즈마 (150) 는 RF 표면파 커플링을 통해 가열된다. 이하의 식 4는 플라즈마 가열을 위해 주변 플라즈마 (150) 내로 손실된 단위 체적 당 전력을 나타낸다. S-장이 또한 균일하기 때문에 (예를 들어, 균일한 E (전기장) 및 H (자기장) 로 인해), 근접장 전력은 GQA (230) 의 전체 풋프린트에 걸쳐 플라즈마에 커플링된다. 또한, 일 실시 예에서, GQA (230) 가 윈도우 (120) 로부터 매우 멀리 위치되기 때문에 패러데이 차폐부가 필요하지 않다.

(4)

도 4b 및 도 4c는 비교 목적들을 위해 RF SDA (130) 및 GQA (230) 에 대한 S-장 시그니처들을 제공한다. 특히, 도 4b는 본 개시의 일 실시 예에 따른, RF SDA (130) 의 S-장 시그니처 (400B) (포인팅 벡터 S = E x H) 를 예시한다. 도시된 바와 같이, RF SDA (130) 는 고-전류 영역 (즉, 실제 전류로부터 I-dot 기여) 에서 방사되어 불균일한 근접장 포인팅 벡터를 생성한다. 특히, 쌍극자 방사선의 근접장은 실제 전류로부터 고전류 영역 (쌍극자 안테나의 중심 부분 근방인, 링) 에서 강한 시그니처 (집중) 를 갖고, 본질적으로 RF SDA (130) 에 대한 변위 전류 방사가 없기 때문이다. E x H 근접장이 플라즈마 내로 커플링될 때, 도넛 영역 (410) 의 플라즈마를 가열하여 단일-코일 TCP/IP와 유사한 (예를 들어, 도 1d의) 통상적인 M-형상 Ne(r) 를 생성한다.

이에 비해, 도 4c는 본 개시의 일 실시 예에 따른, GQA (230) 의 S-장 시그니처 (400C) (포인팅 벡터) 를 예시한다. GQA (230) S-장의 농도 및 균일도는 도 4c에서 명백하다. 도시된 바와 같이, S-장 강도 및 강도의 농도는 이하에 기술된 바와 같이, 홀 (420) 을 제외하고 GQA (230) 의 풋프린트 전체에 걸쳐 균일하다. 이전에 기술된 바와 같이, GQA (230) 는 대응하는 포인팅 벡터들을 생성하기 위해 실제 전류 및 변위 전류 양자로부터 기여한다. 특히, SDA들 (240 및 250) 의 저-전류 부분 (예를 들어, 180 ° 이위상인 고전압 부분들), E (전기장들) 는 Maxwell-Ampere 방정식의 변위 전류 항만큼 방사할 것이다. 또한, E (전기장) 는 Maxwell-Ampere 방정식의 실제 전류 항으로부터 GQA (230) 의 내부에서 방사될 것이다. 이러한 방식으로, 도 4c에 도시된 바와 같이, 공간적으로 균일한 근접장 포인팅 벡터가 (예를 들어, E-dot+I-dot에 의한 방사선를 통해) 획득 가능할 것이다. 예를 들어, GQA (230) 에 대한 "역전류 어레이" 조건은 실제 전류 (I) 영역 (예를 들어, E가 높은 중심) 및 변위 전류 (E) 영역들 (E가 약한 2 개의 단부 또는 팁 영역들) 모두에 대한 것이다. 이러한 방식으로, H (자기장) 및 E (전기장) 는 균일하게 국부화되고, 이는 소량의 플라즈마 균일도에 알맞다. 일반적으로, 도 4c는 E-dot+I-dot의 최소 각도 변화가 있다는 것을 도시한다.

도 4c에 도시된 바와 같이, E가 약한 작은 중심 팁들-영역에 "홀" (420) 이 있지만 나머지 중심 팁들-영역 (변위 전류 영역) 및 전체 실제 전류 영역에 대해 S 균일도들은 우수하다. 외측 팁들-영역의 변위 전류 방사선은 상대적으로 덜 균일하다. 이 널 (null) 영역은 은하의 나선형으로 나뉘는 기하 구조에 기인할 수도 있다. 특히, 라인들이 보다 잘 매칭되는 경우 (즉, 중심 팁들-영역), 180 ° 벗어나기 때문에 (즉, "역전류 어레이" 조건) E-dot+I-dot의 각도 변화는 2 개의 라인들이 작다 (예를 들어, 균일하다). 한편, 라인들은 실제 전류 영역을 넘어서 나선으로 나감에 따라 덜 매칭되고, 그 결과, E-dot+I-dot의 각도 변화가 커진다 (덜 균일하다).

중심-영역으로부터 은하-암으로 증가하는 물리적 라인-미스 매칭은 E-dot+I-dot의 증가하는 각도 변화를 유발한다. 이는 180 ° 이위상 및 동일 전력 구현 때문이다. 일 실시 예에서, 예를 들어 순수하게 예시를 위해, 150도 이위상 (out-of-phase) 과 같은 상이한 위상 (예를 들어, 등-전력) 을 사용하여, E-dot+I-dot의 각도-변화는 은하-암에서 최소가 될 수 있고 중심을 향해 증가할 수 있다. 이러한 방식으로, 일 실시 예에서, 중심으로부터 은하-암으로 균일한 시간-평균 S는 이 값-범위 내에서 위상의 사인파-진동을 통해 획득 가능하다. 이와 같이, 일 실시 예에서, (예를 들어, 동작 동안) 안테나들의 위상들을 (예를 들어, 가변 위상 입력들을 사용하여) 동적으로 변화시키는 것은 또 다른 튜닝 메커니즘을 제공한다. 동일한 메커니즘이 그들의 전력들에 적용될 수 있고, 동일한 결과를 달성한다.

GQA (230) 의 단점은 증가하는 라인 매칭이다; 이의 이점은 2 개의 쌍극자들에 대한 전력 피드/접지-스트랩의 위치들이 물리적으로 180 ° 떨어져 있다는 것이다. 전력 피드/접지-스트랩 영역에 강한 E (전기장) 가 있고, 이는 도 4b의 영역 (410) 의 SDA (130) 에 대한 포인팅 벡터 크기 플롯에서 명백하다. GQA (230) 에 대해, 2 개의 안테나들 (예를 들어, SDA들) 사이의 E (전기장) 가 강하기 때문에, 전력-피드/접지-스트랩 영역에 의해 유발된 E (전기장) 왜곡은 눈에 띄지 않는다. 이는 도 2b에 도시된 바와 같이, GQA의 전력-피드/접지-스트랩 설정의 180 ° 물리적 분리의 이점을 입증한다. GQA (230) 의 안테나들 (예를 들어, SDA (240 및 250)) 에 대한 180 ° 이위상 때문에, 2 개의 전력-피드들에 대한 전압들이 180 ° 이위상일 뿐만 아니라, 2 개의 접지-스트랩들에 대한 유도 전압들은 또한 180 ° 이위상이라는 것을 주의해야 한다 (예를 들어, 접지-스트랩이 DC-접지에 있고 여전히 사용된 RF 주파수에서 큰 유도 임피던스를 제기하기 때문에).

도 4d 및 도 4e는 본 개시의 실시 예들에서, 벡터 플롯으로서 GQA (230) 에 대한 결과적인 포인팅 벡터 크기들을 도시한다. 예를 들어, 방사선 경계는 예시의 목적들로 큰 80 "X80" 정사각형 접지이다. 특히, 도 4d는 본 개시의 일 실시 예에 따른, GQA (230) 에 대한 포인팅 벡터의 근접장 파동 벡터들을 예시한다. 이전에 기술된 바와 같이, GQA (230) 는 RF SDA (130) 의 근접장 포인팅 벡터들에서 보다 우수한 균일도 (예를 들어, 보다 균일하고 집중된 S) 를 갖는다. 특히, 파동 벡터들 (S) 은 표면파 생성에 유리한, 안테나 평면 (즉, 또한 하이라이트 박스 (420) 에 대응하는 플라즈마-윈도우 계면 (401) 의 평면) 의 큰 컴포넌트들을 갖는다.

도 4e는 도 4d에 도시된 GQA (230) 에 대한 포인팅 벡터의 근접장 파동 벡터들의 하이라이트 박스 (420) (예를 들어, 중심 영역) 의 확장을 예시한다. 하이라이트 박스 (420) 는 약한 E (전기장) 가 있어도 변위 전류로부터 기여하는 GQA (230) 의 단부들에 대응한다. 하이라이트 박스 (420) 에서, 포인팅 벡터 (S) 는 (대응하는 중심 영역에서 파동 벡터들을 갖지 않는) SDA (130) 의 벡터보다 훨씬 더 집중되고 보다 균일하다. 특히, S의 파동 벡터들 (예를 들어, 화살표들) 은 하이라이트 박스 (420) 내에 존재하고 그리고 안테나들의 평면 (즉, 플라즈마 계면) 내 강한 컴포넌트를 나타낸다.

도 5a는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 균일한 근접장 포인팅 벡터를 생성하도록 구성된 별도의 평행한 평면들에 스택된 (즉, 결합될 때 사중 극자 안테나를 생성하는) 2 개의 SDA들 (531 및 532) 을 포함하는 RF 스택된 쌍극자 사중 극자 안테나 (530) (SQA 530) 를 포함하는 플라즈마 반응기 시스템 (500A) 의 예를 예시한다. RF SQA (530) 는 균일한 근접장 (예를 들어, S-장) 을 생성함에 있어서 이전에 기술된 GQA (230) 와 같이, 동일한 원리들 및 동작 파라미터들 (예를 들어, 역전류, 이위상, 유사 주파수들, 상이한 주파수들, 동일한 전력, 상이한 전력들, 동일한 방향으로 스파이럴링, 반대 방향으로 스파이럴링, 나선들의 정렬된 단부들, 나선들의 정렬되지 않은 단부들, 등) 으로 동작하고, 이와 같이, 완전히 기술되지 않고 GQA (230) 에 대한 기술에 의존한다. 이하에 도시되는 바와 같이, RF SQA (530) 는, 개선된 결과들과 함께 GQA (230) 와 동일한 목표들을 달성할 수도 있다 (예를 들어, 도 2c에 일치하여, 고전류 영역들 (예를 들어, 중심) 및 팁들 (예를 들어, 고전압 필드들/영역들) 모두에서 방사선을 제공할 수도 있다).

플라즈마 반응기 시스템 (500A) 은 챔버 (101) 내에서 플라즈마 (150) 를 생성하도록 구성된다. 일반적으로, 플라즈마 반응기 시스템 (200A) 은 도 1a 및 도 2a의 플라즈마 반응기 시스템들 (100A 및 200A) 과 유사하게 구성될 수도 있지만 상이한 안테나―RF SQA 530―를 포함한다. 예를 들어, 플라즈마 반응기 시스템 (200A) 은 실시 예들에서 에칭 동작들 및 다른 프로세싱 동작들을 위해 활용될 수도 있다. 특히, 시스템 (500A) 은 기판 지지부 (110) (예를 들어, 척) 상에 배치된 기판 (105) 을 프로세싱하기 위한 플라즈마 챔버 (101) 를 포함한다. 예를 들어, 기판은 프로세싱을 위해 플라즈마 챔버 내로 배치된 웨이퍼일 수도 있다. 프로세싱 동안, 프로세스 가스 공급부 (미도시) 는 플라즈마 챔버 내로 적어도 하나의 프로세스 가스를 도입하도록 구성된다. 펌프들 (미도시) 은 프로세싱 동안 플라즈마 챔버 (101) 로부터 가스성 부산물들의 진공 제어 및 제거를 인에이블하도록 플라즈마 챔버 (101) 에 연결된다. 플라즈마 챔버 (101) 는 프로세싱 가스들, 진공, 온도 제어, 및 환경 입자 제어를 제공하기 위한 배관을 포함하는 설비들에 커플링될 수도 있다. 플라즈마 챔버 (101) 는 이전에 기술된 바와 같이 상승된 온도들 및 진공 하에서 동작할 수도 있다. 또한, 시스템 (500A) 은 하나 이상의 주파수들에서 동작하는 하나 이상의 생성기들로 규정된 바이어스 RF 생성기 (115) 를 포함한다. 바이어스 매칭부 (117) 는 RF 생성기(들) (115) 와 척 (110) 을 규정하는 전도성 플레이트 사이에 커플링된다. 제어 시스템들 (미도시) 은 기판 지지부 (110) 로부터 리프팅되고 그리고/또는 기판 지지부 (110) 상으로 기판 (105) 을 배치할 수도 있다. 유전체 윈도우 (120) 가 기판 지지부 (110) 위에 배향된다.

시스템 (500A) 은 유전체 윈도우 (120) 위에 배치된 RF SQA (530) 를 포함하고, 시스템 (500A) 은 또한 도 5b에 더 도시된 바와 같이, 스택된 구성의 제 1 스파이럴 쌍극자 안테나 (SDA) (531) 및 제 2 SDA (532) 를 포함한다. 일 실시 예에서, SDA들 (531 및 532) 의 나선들의 방향들 (예를 들어, 시계 방향 또는 반시계 방향) 은 동일하다. 또 다른 실시 예에서, 방향들 (예를 들어, 시계 방향 또는 반시계 방향) 은 SDA들 (531 및 532) 에 대한 위상 및/또는 SDA들 (531 및 532) 의 단부들에서 적절한 E (전기장) 를 달성하기 위한 다른 파라미터들에 대한 대응하는 조정들과 반대이다 (예를 들어, 도 2c 참조). SQA (530) 는 플라즈마 챔버 (101) 위에 위치되는 상부 하우징 (102) 내에 포함될 수도 있다. SQA (530) 의 제 1 SDA 및 제 2 SDA 각각은 각각의 RF 매칭 회로 및 RF 전력 소스에 커플링된다. 예를 들어, 제 1 SDA (531) 는 제 1 SDA (531) 에 주파수의 제 1 RF 신호를 제공하도록 구성된 RF 매칭 회로 (515) 및 RF 전력 소스 (예를 들어, RF 생성기) (510) 에 커플링될 수도 있다. 이에 더하여, 제 2 SDA (532) 는 일 실시 예에서, 동일한 주파수의 제 2 RF 신호를 제 2 SDA (532) 에 제공하도록 구성된 RF 매칭 회로 (525) 및 RF 전력 소스 (520) 에 커플링될 수도 있다. 다른 실시 예들에서, 상이한 주파수들은 SQA (530) 의 개별 SDA들에 전력을 공급한다.

SQA (530) 는 윈도우 (120) 로부터 분리부 (535) 에 배치된다. 특히, 액추에이터 (103) 는 유전체 윈도우 (120) 에 대해 수직 운동을 제공하도록 SQA (530) 에 연결되어, 안테나 세트 (예를 들어, SQA (530)) 는 윈도우 (120) 에 평행한 접지 평면에 대해 튜닝된다. 예를 들어, 분리부 (535) 를 가변함으로써, SQA (530) 의 임피던스는 SQA (530) 로 전력을 전달하는 RF 전력 전달 시스템의 임피던스와 매칭하도록 튜닝될 수 있다. 예를 들어, 분리부 (535) 는 제 1 RF 전력 공급부 (510) 및 제 1 SDA (531) 와 제 2 RF 전력 공급부 (520) 및 제 2 SDA (531) 사이의 임피던스 매칭을 수행하도록 튜닝된다. 특히, 발룬 분리부 (535) 는 이전에 기술된 바와 같이 SQA (530) 의 임피던스의 실수부를 조정하도록 튜닝되거나 조정된다. 허수부는 SQA (530) 상의 하나 이상의 전력 연결부들의 하나 이상의 위치들을 통해 조정될 수 있다. 실시 예들에서, 분리부 (535) 는 0.1 내지 4.0 미터의 범위 내에 있다. 다른 실시 예들에서, 분리부 (535) 는 0.4 내지 3.0 미터의 범위 내이다. 또 다른 실시 예들에서, 분리부 (535) 는 0.1 내지 2.0 미터의 범위 내이다. 다른 실시 예들에서, 분리부 (535) 는 0.4 내지 1.0 미터의 범위 내이다.

도시된 바와 같이, 제 1 SDA (531) 는 하나 이상의 턴들을 포함하는 제 1 코일에 의해 규정되고, 제 2 SDA (532) 는 하나 이상의 턴들을 포함하는 제 2 코일에 의해 규정된다. 제 1 SDA (531) 는 제 1 SDA (531) 및 제 2 SDA (532) 의 대응하는 턴들이 유전체 윈도우 (120) 위에 정렬되도록 제 2 SDA (532) 위에 배치된다. 예를 들어, 제 1 SDA (531) 및 제 2 SDA (532) 의 대응하는 외측 회전들은 유전체 윈도우 (120) 위에 정렬된다. 또한, 일 실시 예에서, 제 1 SDA 및 제 2 SDA (531 및 532) 의 단부들은 유전체 윈도우 (120) 위에 정렬된다. 즉, 내부 턴들이 서로 정렬되고 그리고/또는 외부 턴들이 서로 정렬된다. 또 다른 실시 예에서, 제 1 SDA 및 제 2 SDA (531 및 532) 의 단부들은 오프셋된다 (예를 들어, 180 ° 오프셋). 즉, 내부 턴들은 서로 정렬되지 않고 그리고/또는 외부 턴들은 서로 정렬되지 않는다.

도 5b에 도시된 바와 같이, 제 1 SDA (531) 는 거리 "d"만큼 제 2 SDA (532) 로부터 이격된다. 보다 구체적으로, 일 실시 예에서, 제 1 SDA (531) 및 제 2 SDA (532) 는 제 1 SDA (531) 가 제 1 평면 (541) 에 있고 제 2 SDA (532) 가 제 2 평면 (542) 에 있도록 수직으로 분리된다. 제 1 평면 및 제 2 평면은 실질적으로 평행하다. 순전히 예를 들면, 분리 "d"는 1 인치이다.

일 실시 예에서, RF SQA (530) 는 SDA들 (531 및 532) 의 길이들 전반에 걸쳐 (예를 들어, 팁들로부터 팁들까지, 가장 중심으로부터 외측 에지로 내내) 완벽한 라인-매칭을 나타낸다. 일 예에서, SQA (530) 는 동일한 300 ㎜ 웨이퍼 풋프린트 내에 2 개의 SDA들 (531 및 532) 을 포함하고, SDA들 (531 및 532) 은 27.12 ㎒에서 동작하도록 (예를 들어, 안테나의 직경 사이즈) 구성된다. 일 실시 예에서, SQA (530) 에 대한 완벽한 라인-매칭을 사용하여, 2 개의 SDA들 (531 및 532) 은 180 ° 이위상으로 고정될 수 있고, 동일한 전력 (예를 들어, 0.5 ㎾ 여기) 을 가질 수 있다.

도 5ba는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 연장된 얽힌 다이폴 나선형 안테나들을 포함하는 스택된 다이폴 사중 극자 안테나 (SQA) (530A) 의 예시이다. 예를 들어, SQA (530A) 는 GQA (230) 로부터 형성될 수도 있고, GQA (230) 를 형성하는 개별 SDA들의 단부들은 수직으로 리프팅되고 코일들 각각의 직경은 SQA (530A) 가 스택 전체에 걸쳐 균일한 직경을 갖도록 균일하게 만들어진다. 예를 들어, SDA (250) 의 단부 (250A) 및 SDA (240) 의 단부 (240A) 는 SQA (530A) 를 형성하도록 수직으로 리프팅된다. 이에 더하여, 2 개의 SDA들 (240 및 250) 의 대응하는 지점들의 쌍들은 동일한 거리에 있다. SQA (530A) 는 도 2c와 일치하여, 고전류 영역들 (예를 들어, 중심) 및 팁들 (예를 들어, 고전압장들/고전압 영역들) 에 방사선을 제공한다.

도 5bb는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 스택된 2 개의 다이폴 나선형 안테나들을 포함하는 스택된 다이폴 사중 극자 안테나 (SQA) (530B) 의 예시이고, 다이폴 나선형 안테나 각각은 오목한 구성이다. 이에 더하여, 스택 내의 안테나 각각이 유사하게 구성되도록, 2 개의 쌍극자 안테나들의 대응하는 지점들의 쌍들은 동일한 거리에 있다. SQA (530B) 는 도 2c와 일치하여, 고전류 영역들 (예를 들어, 중심) 및 팁들 (예를 들어, 고전압장들/고전압 영역들) 에 방사선을 제공한다. 도 5bc는 본 개시의 일 실시 예에 따른, 스택된 2 개의 다이폴 나선형 안테나들을 포함하는 스택된 다이폴 사중 극자 안테나 (SQA) (530C) 의 예시이고, 다이폴 나선형 안테나 각각은 오목한 구성이다. 이에 더하여, 스택 내의 안테나 각각이 유사하게 구성되도록, 2 개의 쌍극자 안테나들의 대응하는 지점들의 쌍들은 동일한 거리에 있다. SQA (530C) 는 도 2c와 일치하여, 고전류 영역들 (예를 들어, 중심) 및 팁들 (예를 들어, 고전압장들/고전압 영역들) 에 방사선을 제공한다.

도 5c는 본 개시의 일 실시 예에 따른, RF SQA (530) 의 S-장 시그니처 (500C) (포인팅 벡터 크기 플롯) 를 예시한다. 예를 들어, S-장 시그니처 (500C) 는 2 개의 스택된 나선형 쌍극자 안테나들을 갖는 RF SQA (530) 에 대한 포인팅 벡터의 근접장 파동 벡터들을 예시한다. RF SQA (530) 에 대한 완벽한 라인-매칭은 균일한 근접장 포인팅 벡터 플롯을 생성하기 위해 180 ° 이위상 및 등-전력 구현을 완전히 활용할 수 있다. 예시의 목적들을 위해, 2 개의 RF SDA들 (531 및 532) 은 180 ° 이위상, 각각 0.5 ㎾, 그리고 27 ㎒에서 전력 공급된다. 2 개의 1 인치 이격된 스택된 SDA들의 라인들이 "역전류 어레이"에서 턴-투-턴 매칭되기 때문에, 중심에 방사 "홀"이 없고, E-dot+I-dot의 각도 (턴-투-턴) 변화가 없다 (즉, 균일도를 제공함). 일 실시 예에서, 동작 동안 스택된 SDA들의 위상들을 동적으로 튜닝하는 것 (예를 들어, 180 ° 이위상 이외로) 은 포인팅 벡터 균일도를 제공한다.

RF SQA (530) 의 S-장은 RF SDA (130A) 보다 균일하고 보다 집중된다. 이와 같이, 플라즈마-윈도우 계면 (401) 의 평면에 (예를 들어, 안테나 평면에 평행한) 파동 벡터 (S) 의 큰 컴포넌트가 있고, 이는 표면파 생성에 알맞다. 게다가, RF SQA (530) 의 S-장은 GQA (230) 의 S-장 (도 4c에 도시됨) 에 대해 개선된다. 특히, RF SQA (530) 에 대한 완벽한 라인 매칭 때문에, 도 4c에 도시된 GQA (230) 에 대한 중심 홀 (420) 에 의해 나타나는 바와 같이, S-장이 없는 중심 홀이 없다. 즉, 도 5c에서 중심 홀은 완전히 사라진다. 보다 구체적으로, RF SQA (530) 의 전체 중심 영역 및 고전류 영역은 보다 균일한 S-장을 갖는다. 이는 RF SQA (530) 의 SDA들 (531 및 532) 에 대한 2 개의 접지-스트랩들의 근접성에 기인할 수도 있고, 2 개의 접지-스트랩들 사이의 강한 E-dot는 RF SQA (530) 의 전체 풋프린트에 걸쳐 강한 S를 생성한다. 이에 더하여, S-장의 강도는 GQA (230) 와 비교할 때 RF SQA (530) 의 풋프린트 전반에 걸쳐 보다 강할 수도 있다.

도 6은 상기 기술된 시스템들을 제어하기 위한 제어 모듈 (600) 을 도시한다. 예를 들어, 제어 모듈 (600) 은 프로세서, 메모리 및 하나 이상의 인터페이스들을 포함할 수도 있다. 제어 모듈 (600) 은 부분적으로 센싱된 값들에 기초하여 시스템의 디바이스들을 제어하도록 채용될 수도 있다. 단지 예를 들면, 제어 모듈 (600) 은 센싱된 값들 및 다른 제어 파라미터들에 기초하여 밸브들 (602), 필터 가열기들 (604), 펌프들 (606), 및 기타 디바이스들 (608) 중 하나 이상을 제어할 수도 있다. 제어 모듈 (600) 은 단지 예를 들면, 압력 마노미터들 (610), 플로우 미터들 (612), 온도 센서들 (614), 및/또는 기타 센서들 (616) 로부터 센싱된 값들을 수신한다. 제어 모듈 (600) 은 또한 전구체 전달 및 막의 증착 동안 프로세스 조건들을 제어하도록 채용될 수도 있다. 제어 모듈 (600) 은 통상적으로 하나 이상의 메모리 디바이스들 및 하나 이상의 프로세서들을 포함할 것이다.

제어 모듈 (600) 은 전구체 전달 시스템 및 증착 장치의 액티비티들을 제어할 수도 있다. 제어 모듈 (600) 은 프로세스 타이밍, 전달 시스템 온도, 및 필터들에 걸친 압력 차들, 밸브 위치들, 가스들의 혼합물, 챔버 압력, 챔버 온도, 기판 온도, RF 전력 레벨들, 기판 척 또는 페데스탈 포지션, 및 특정한 프로세스의 다른 파라미터들을 제어하기 위한 인스트럭션들의 세트들을 포함하는 컴퓨터 프로그램들을 실행한다. 제어 모듈 (600) 은 또한 압력 차를 모니터링할 수도 있고 하나 이상의 경로들로부터 하나 이상의 다른 경로들로 증기 전구체 전달을 자동으로 스위칭할 수도 있다. 제어 모듈 (600) 과 연관된 메모리 디바이스들 상에 저장된 다른 컴퓨터 프로그램들이 일부 실시 예들에서 채용될 수도 있다.

통상적으로 제어 모듈 (600) 과 연관된 사용자 인터페이스가 있을 것이다. 사용자 인터페이스는 디스플레이 (618) (예를 들어, 장치 및/또는 프로세스 조건들의 디스플레이 스크린 및/또는 그래픽 소프트웨어 디스플레이들), 및 포인팅 디바이스들, 키보드들, 터치 스크린들, 마이크로폰들, 등과 같은 사용자 입력 디바이스들 (620) 을 포함할 수도 있다.

프로세스 시퀀스에서 전구체의 전달, 증착 및 다른 프로세스들을 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램들은 임의의 종래의 컴퓨터 판독 가능 프로그래밍 언어: 예를 들어, 어셈블리 언어, C, C++, Pascal, Fortran 또는 다른 것들로 작성될 수 있다. 컴파일된 객체 코드 또는 스크립트는 프로그램에서 식별된 태스크들을 수행하도록 프로세서에 의해 실행된다.

제어 모듈 파라미터들은 예를 들어, 필터 압력 차들, 프로세스 가스 조성 및 플로우 레이트들, 온도, 압력, RF 전력 레벨들 및 저 주파수 RF 주파수와 같은 플라즈마 조건들, 냉각 가스 압력, 및 챔버 벽 온도와 같은 프로세스 조건들에 관련된다.

시스템 소프트웨어는 많은 상이한 방식들로 설계되거나 구성될 수도 있다. 예를 들어, 다양한 챔버 컴포넌트 서브 루틴들 또는 제어 객체들이 본 발명의 증착 프로세스들을 수행하기 위해 필요한 챔버 컴포넌트들의 동작을 제어하도록 작성될 수도 있다. 이 목적을 위한 프로그램들 또는 프로그램들의 섹션들의 예들은 기판 포지셔닝 코드, 프로세스 가스 제어 코드, 압력 제어 코드, 가열기 제어 코드, 및 플라즈마 제어 코드를 포함한다.

기판 포지셔닝 프로그램이 기판을 페데스탈 또는 척 상으로 로딩하도록 그리고 기판과 가스 유입구 및/또는 타깃과 같은 챔버의 다른 부분들 사이의 간격을 제어하도록 사용되는 챔버 컴포넌트들을 제어하기 위한 프로그램 코드를 포함할 수도 있다. 프로세스 가스 제어 프로그램이 가스 조성 및 플로우 레이트들을 제어하기 위한 코드 및 선택 가능하게 챔버 내 압력을 안정화시키기 위해 증착 전에 챔버 내로 가스를 흘리기 위한 코드를 포함할 수도 있다. 필터 모니터링 프로그램이 측정된 차(들) 를 미리 결정된 값(들) 과 비교하는 코드 및/또는 경로들을 스위칭하기 위한 코드를 포함한다. 압력 제어 프로그램이 예를 들어, 챔버의 배기 시스템 내의 쓰로틀 밸브를 조절함으로써 챔버 내의 압력을 제어하기 위한 코드를 포함할 수도 있다. 가열기 제어 프로그램은 전구체 전달 시스템, 기판 및/또는 시스템의 다른 부분들 내의 컴포넌트들을 가열하기 위해 가열 유닛들로의 전류를 제어하기 위한 코드를 포함할 수도 있다. 대안적으로, 가열기 제어 프로그램은 기판 척으로의 헬륨과 같은 열 전달 가스의 전달을 제어할 수도 있다.

증착 동안 모니터링될 수도 있는 센서들의 예들은 이로 제한되는 것은 아니지만, 질량 유량 제어 모듈들, 압력 센서들, 및 전달 시스템 내에 위치된 열전대들 (thermocouple), 페데스탈 또는 척, 및 상태 센서들을 포함한다. 적절하게 프로그래밍된 피드백 및 제어 알고리즘들은 목표된 프로세스 조건들을 유지하기 위해 이들 센서들로부터의 데이터와 함께 사용될 수도 있다. 전술한 바는 단일 또는 멀티-챔버 반도체 프로세싱 툴에서 본 개시의 실시 예들의 구현 예를 기술한다.

일부 구현 예들에서, 제어기는 상기 기술된 예들의 일부일 수도 있는 시스템의 일부이다. 이러한 시스템들은 프로세싱 툴 또는 툴들, 챔버 또는 챔버들, 프로세싱을 위한 플랫폼 또는 플랫폼들, 및/또는 특정한 프로세싱 컴포넌트들 (기판 페데스탈, 가스 플로우 시스템, 등) 을 포함하는 반도체 프로세싱 장비를 포함할 수 있다. 이들 시스템들은 반도체 웨이퍼 또는 기판의 프로세싱 이전에, 프로세싱 동안에 그리고 프로세싱 이후에 그들의 동작을 제어하기 위한 전자장치와 통합될 수도 있다. 전자장치는 시스템 또는 시스템들의 다양한 컴포넌트들 또는 하위부분들을 제어할 수도 있는 "제어기"로서 지칭될 수도 있다. 제어기는, 시스템의 프로세싱 요건들 및/또는 타입에 따라서, 프로세싱 가스들의 전달, 온도 설정사항들 (예를 들어, 가열 및/또는 냉각), 압력 설정사항들, 진공 설정사항들, 전력 설정사항들, 무선 주파수 (RF) 생성기 설정사항들, RF 매칭 회로 설정사항들, 주파수 설정사항들, 플로우 레이트 설정사항들, 유체 전달 설정사항들, 위치 및 동작 설정사항들, 툴 및 다른 이송 툴들 및/또는 특정 시스템과 연결되거나 인터페이싱된 로드록들 내외로의 기판 이송들을 포함하는, 본 명세서에 개시된 프로세스들 중 임의의 프로세스들을 제어하도록 프로그래밍될 수도 있다.

일반적으로 말하면, 제어기는 인스트럭션들을 수신하고, 인스트럭션들을 발행하고, 동작을 제어하고, 세정 동작들을 인에이블하고, 엔드포인트 측정들을 인에이블하는, 등을 하는 다양한 집적 회로들, 로직, 메모리, 및/또는 소프트웨어를 갖는 전자장치로서 규정될 수도 있다. 집적 회로들은 프로그램 인스트럭션들을 저장하는 펌웨어의 형태의 칩들, 디지털 신호 프로세서들 (DSP), ASICs (Application Specific Integrated Circuits) 로서 규정되는 칩들, 및/또는 프로그램 인스트럭션들 (예를 들어, 소프트웨어) 을 실행하는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 마이크로제어기들을 포함할 수도 있다. 프로그램 인스트럭션들은 반도체 기판 상에서 또는 반도체 기판에 대한 특정한 프로세스를 수행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 제어기로 또는 시스템으로 전달되는 인스트럭션들일 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 동작 파라미터들은 하나 이상의 층들, 재료들, 금속들, 옥사이드들, 실리콘, 실리콘 다이옥사이드, 표면들, 회로들 및/또는 웨이퍼의 다이들의 제조 동안 하나 이상의 프로세싱 단계들을 달성하도록 프로세스 엔지니어들에 의해 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.

제어기는, 일부 구현 예들에서, 시스템에 통합되거나, 시스템에 커플링되거나, 그렇지 않으면 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합인 컴퓨터에 커플링되거나 일부일 수도 있다. 예를 들어, 제어기는 기판 프로세싱의 원격 액세스를 가능하게할 수 있는 공장 (fab) 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부의 "클라우드" 내에 있을 수도 있다. 컴퓨터는 제조 동작들의 현재 진행을 모니터링하고, 과거 제조 동작들의 이력을 조사하고, 복수의 제조 동작들로부터 경향들 또는 성능 메트릭들을 조사하고, 현재 프로세싱의 파라미터들을 변경하고, 현재 프로세싱에 후속하는 프로세싱 단계들을 설정하고, 또는 새로운 프로세스 시작하도록 시스템에 대한 원격 액세스를 인에이블할 수도 있다. 일부 예들에서, 원격 컴퓨터 (예를 들어, 서버) 는 로컬 네트워크 또는 인터넷을 포함할 수도 있는 네트워크를 통해 시스템에 프로세스 레시피들을 제공할 수 있다.

원격 컴퓨터는 차후에 원격 컴퓨터로부터 시스템으로 전달될 파라미터들 및/또는 설정사항들의 입력 또는 프로그래밍을 인에이블하는 사용자 인터페이스를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 제어기는 하나 이상의 동작들 동안 수행될 프로세싱 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정하는, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 파라미터들은 제어기가 제어하거나 인터페이싱하도록 구성되는 툴의 타입 및 수행될 프로세스의 타입에 특정적일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서 상기 기술된 바와 같이, 제어기는 예컨대 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들과 같은, 공동의 목적을 향해 함께 네트워킹되고 작동하는 하나 이상의 개별 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다. 이러한 목적들을 위한 분산형 제어기의 예는 챔버 상의 프로세스를 제어하도록 조합되는 (예컨대 플랫폼 레벨에서 또는 원격 컴퓨터의 일부로서) 원격으로 위치한 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 챔버 상의 하나 이상의 집적 회로들일 것이다.

비한정적으로, 예시적인 시스템들은 플라즈마 에칭 챔버 또는 모듈, 증착 챔버 또는 모듈, 스핀-린스 챔버 또는 모듈, 금속 도금 챔버 또는 모듈, 세정 챔버 또는 모듈, 베벨 에지 에칭 챔버 또는 모듈, PVD (Physical Vapor Deposition) 챔버 또는 모듈, CVD (Chemical Vapor Deposition) 챔버 또는 모듈, ALD 챔버 또는 모듈, ALE (Atomic Layer Etch) 챔버 또는 모듈, 이온 주입 챔버 또는 모듈, 트랙 (track) 챔버 또는 모듈, 및 반도체 웨이퍼들의 제조 및/또는 제작 시에 사용되거나 연관될 수도 있는 임의의 다른 반도체 프로세싱 시스템들을 포함할 수도 있다.

상술한 바와 같이, 툴에 의해서 수행될 프로세스 단계 또는 단계들에 따라서, 제어기는, 반도체 제작 공장 내의 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로부터/로드 포트들로 웨이퍼들의 컨테이너들을 이동시키는 재료 이송 시에 사용되는, 다른 툴 회로들 또는 모듈들, 다른 툴 컴포넌트들, 클러스터 툴들, 다른 툴 인터페이스들, 인접 툴들, 이웃하는 툴들, 공장 도처에 위치한 툴들, 메인 컴퓨터, 또 다른 제어기, 또는 툴들 중 하나 이상과 통신할 수도 있다.

실시 예들의 전술한 기술은 예시 및 기술의 목적으로 제공되었다. 이는 본 개시를 포괄하거나 제한하도록 의도되지 않는다. 특정한 실시 예의 개별적인 엘리먼트들 또는 피처들은 일반적으로 특정한 실시 예로 제한되지 않고, 구체적으로 도시되거나 기술되지 않더라도, 적용 가능한 경우, 상호 교환 가능하고, 선택된 실시 예에서 사용될 수 있다. 동일한 것이 또한 많은 방식들로 가변될 수도 있다. 이러한 변형들은 본 개시로부터 벗어나는 것으로 간주되지 않고, 모든 이러한 수정들은 본 개시의 범위 내에 포함되도록 의도된다.

전술한 실시예들이 이해의 명확성의 목적들을 위해 다소 상세히 기술되었지만, 특정한 변화들 및 수정들이 첨부된 청구항들의 범위 내에서 실시될 수 있다는 것이 자명할 것이다. 따라서, 본 실시 예들은 제한적이지 않고 예시적인 것으로 간주되어야 하고, 실시 예들은 본 명세서에 제공된 상세들로 제한되지 않고, 이들의 범위 및 청구항들의 등가물 내에서 수정될 수도 있다.

Claims

플라즈마를 생성하기 위한 장치에 있어서,
중심 영역 및 외측 영역을 갖고, 플라즈마 챔버의 유전체 윈도우 위에 배치되도록 구성된 사중 극자 (quadrupole) 안테나를 포함하고, 상기 사중 극자 안테나는 제 1 나선형 쌍극자 안테나 (spiral dipole antenna; SDA) 를 규정하는 제 1 코일 및 제 2 SDA를 규정하는 제 2 코일을 포함하고, 상기 제 1 코일은 상기 제 2 코일 내에 중첩된 (nested) 배열이고,
상기 중첩된 배열은 상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일이 상기 중심 영역으로부터 상기 외측 영역으로 스파이럴링함 (spiral) 에 따라 상기 제 2 코일의 대응하는 턴 (turn) 에 인접하게 상기 제 1 코일의 턴을 배치하고,
상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일 각각의 인접한 턴들은 상기 유전체 윈도우 위에 배치될 때 거리만큼 서로 수평으로 분리되는, 플라즈마 생성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 SDA는 단부에서 단부까지 (from end-to-end) 연속되고 접지에 연결된 제 1 중심 지점을 포함하고,
상기 제 2 SDA는 단부에서 단부까지 연속되고 접지에 연결된 제 2 중심 지점을 포함하고, 그리고
상기 제 1 SDA의 상기 제 1 중심 지점은 상기 제 2 SDA의 상기 제 2 중심 지점으로부터 180 ° 배향되는, 플라즈마 생성 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 SDA는 제 1 슬라이딩가능한 연결부를 통해 제 1 근거리의 상기 제 1 중심 지점으로 제 1 RF (radio frequency) 전력 소스로부터 주파수의 제 1 RF 신호를 수신하도록 구성되고, 상기 제 1 근거리는 상기 제 1 RF 전력 소스와 상기 제 1 SDA 사이의 임피던스 매칭을 위해 튜닝가능하고,
상기 제 2 SDA는 제 2 슬라이딩가능한 연결부를 통해 제 2 근거리의 상기 제 2 중심 지점으로 제 2 RF 전력 소스로부터 상기 주파수의 제 2 RF 신호를 수신하도록 구성되고, 상기 제 2 근거리는 상기 제 2 RF 전력 소스와 상기 제 2 SDA 사이의 임피던스 매칭을 위해 튜닝가능한, 더 포함하는, 플라즈마 생성 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 SDA 및 상기 제 2 SDA 각각은 상기 제 1 RF 신호 및 상기 제 2 RF 신호의 상기 주파수에 대응하는 파장의 절반과 동일한 길이를 갖는, 플라즈마 생성 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 RF 신호 및 상기 제 2 RF 신호는 이위상 (out-of-phase) 이고, 그리고
상기 제 1 RF 신호가 상기 제 1 SDA에서 제 1 RF 전류를 공진시키고, 그리고 상기 제 2 RF 신호가 상기 제 1 RF 전류에 반대되는 (counter) 제 2 RF 전류를 상기 제 2 SDA에서 공진하도록, 상기 사중 극자 안테나는 역전류 어레이 (counter current array) 로서 구성되는, 플라즈마 생성 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 제 1 RF 신호 및 상기 제 2 RF 신호는 180 ° 이위상인, 플라즈마 생성 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 RF 신호 및 상기 제 2 RF 신호는 동일한 전력들을 갖는, 플라즈마 생성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 사중 극자 안테나는 임피던스 매칭을 위해 튜닝가능한 분리부에 의해 상기 유전체 윈도우 위에 배치되는, 플라즈마 생성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 사중 극자 안테나에 커플링되고 제 1 RF 전력 소스와 상기 제 1 SDA 사이 및 제 2 RF 전력 소스와 상기 제 2 SDA 사이의 임피던스 매칭을 수행하기 위해 상기 사중 극자 안테나와 상기 유전체 윈도우 사이의 분리를 조정하도록 구성된 액추에이터를 더 포함하는, 플라즈마 생성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 SDA 및 상기 제 2 SDA의 대응하는 단부들은 조합하여 변위 전류를 방사하고 (radiate),
상기 사중 극자 안테나는 플라즈마-윈도우 계면을 따라 표면파로서 상기 유전체 윈도우를 통과하는 전자기장을 생성하고, 상기 표면파는 상기 플라즈마 챔버 내에서 플라즈마를 생성하도록 적어도 하나의 프로세스 가스를 여기시키고 이온화하는, 플라즈마 생성 장치.
플라즈마를 생성하기 위한 장치에 있어서,
플라즈마 챔버의 유전체 윈도우 위에 배치되도록 구성된 사중 극자 안테나를 포함하고, 상기 사중 극자 안테나는 제 1 SDA를 규정하는 제 1 코일 및 제 2 SDA를 규정하는 제 2 코일을 포함하고,
상기 제 1 SDA 및 상기 제 2 SDA는 상기 제 1 SDA가 제 1 평면에 있고 상기 제 2 SDA가 상기 제 1 평면에 평행한 제 2 평면에 있도록, 거리만큼 수직으로 분리되는, 플라즈마 생성 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 제 1 SDA는 상기 제 1 SDA 및 상기 제 2 SDA의 대응하는 외측 턴들이 상기 유전체 윈도우 위에 정렬되도록 상기 제 2 SDA 위에 배치되는, 플라즈마 생성 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 제 1 SDA 및 상기 제 2 SDA 각각은 동일한 시계 방향 또는 반시계 방향으로 상기 사중 극자 안테나의 중심 영역으로부터 나선인, 플라즈마 생성 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 제 1 SDA는 단부에서 단부까지 연속되고 접지에 연결된 제 1 중심 지점을 포함하고,
상기 제 2 SDA는 단부에서 단부까지 연속되고 접지에 연결된 제 2 중심 지점을 포함하는, 플라즈마 생성 장치.
제 14 항에 있어서,
상기 제 1 SDA는 제 1 슬라이딩가능한 연결부를 통해 제 1 근거리의 상기 제 1 중심 지점으로 제 1 RF 전력 소스로부터 주파수의 제 1 RF 신호를 수신하도록 구성되고, 상기 제 1 근거리는 상기 제 1 RF 전력 소스와 상기 제 1 SDA 사이의 임피던스 매칭을 위해 튜닝가능하고, 그리고
상기 제 2 SDA는 제 2 슬라이딩가능한 연결부를 통해 제 2 근거리의 상기 제 2 중심 지점으로 제 2 RF 전력 소스로부터 상기 주파수의 제 2 RF 신호를 수신하도록 구성되고, 상기 제 2 근거리는 상기 제 2 RF 전력 소스와 상기 제 2 SDA 사이의 임피던스 매칭을 위해 튜닝가능한, 플라즈마 생성 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 제 1 SDA 및 상기 제 2 SDA 각각은 상기 제 1 RF 신호 및 상기 제 2 RF 신호의 상기 주파수에 대응하는 파장의 절반과 동일한 길이를 갖는, 플라즈마 생성 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 제 1 RF 신호 및 상기 제 2 RF 신호는 이위상이고,
상기 제 1 RF 신호가 상기 제 1 SDA에서 제 1 RF 전류를 공진시키고, 그리고 상기 제 2 RF 신호가 상기 제 1 RF 전류에 반대되는 제 2 RF 전류를 상기 제 2 SDA에서 공진하도록, 상기 사중 극자 안테나는 역전류 어레이로서 구성되는, 플라즈마 생성 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 제 1 RF 신호 및 상기 제 2 RF 신호는 180 ° 이위상인, 플라즈마 생성 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 제 1 RF 신호 및 상기 제 2 RF 신호는 동일한 전력들을 갖는, 플라즈마 생성 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 사중 극자 안테나는 임피던스 매칭을 위해 튜닝가능한 분리부에 의해 상기 유전체 윈도우 위에 배치되는, 플라즈마 생성 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 사중 극자 안테나에 커플링되고 제 1 RF 전력 공급부와 상기 제 1 SDA 사이 및 제 2 RF 전력 공급부와 상기 제 2 SDA 사이의 임피던스 매칭을 수행하기 위해 상기 사중 극자 안테나와 상기 유전체 윈도우 사이의 분리를 조정하도록 구성된 액추에이터를 더 포함하는, 플라즈마 생성 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 제 1 SDA 및 상기 제 2 SDA의 대응하는 단부들은 조합하여 변위 전류를 방사하고 (radiate),
상기 사중 극자 안테나는 플라즈마-윈도우 계면을 따라 표면파로서 상기 유전체 윈도우를 통과하는 전자기장을 생성하고, 상기 표면파는 상기 플라즈마 챔버 내에서 플라즈마를 생성하도록 적어도 하나의 프로세스 가스를 여기시키고 이온화하는, 플라즈마 생성 장치.
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