KR20010110702A - 유도 결합 플라즈마에서 플라즈마 분산 및 성능을개선하기 위한 프로세스 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

플라즈마(28)로 기판(18)을 처리하는 처리 시스템(12)은 처리 공간(14)ㅇ르 형성하고, 처리 공간(14)내에 기판(18)을 지지하는 기판 지지대(17) 및, 상기 처리 공간(14)내에 처리 가스를 도입하는 가스 입구(20)를 포함하는 처리실(13)을 구비한다. 플라즈마 소스는 도입된 처리 가스로부터 처리 공간(14)내에 플라즈마(28)를 생성시키시 위해 동작한다. 이런 플라즈마 소스는 처리 공간(14) 근처의 처리실과 인터페이스하는 유전 윈도우(24a) 및, 처리실의 외부와 유전 윈도우(24a) 근처에 위치된 유도 소자(10)를 포함한다. 이런 유도 소자(10)는 플라즈마(28)를 생성시키도록 유전 윈도우(24a)를 통해 처리 공간(14)에 전기 에너지를 결합하기 위해 동작하고, 다양한 선택적인 설계를 포함하여, 조밀하고 균일한 플라즈마를 제공한다.

Description

유도 결합 플라즈마에서 플라즈마 분산 및 성능을 개선하기 위한 프로세스 장치 및 방법{PROCESS APPARATUS AND METHOD FOR IMPROVING PLASMA DISTRIBUTION AND PERFORMANCE IN AN INDUCTIVELY COUPLED PLASMA}
플라즈마 에칭, 플라즈마 증진 화학 증착법(PECVD) 및 플라즈마 스퍼터 증착 애플리케이션을 포함하는 각종 집적 회로 제조 공정 시에 가스 플라즈마 생성법이 널이 사용된다. 일반적으로, 플라즈마는, 처리실내에서, 저압 프로세스 가스를 처리실내에 도입하여, 전기 에너지를 전계를 생성시키는 처리실로 전송함으로써 발생된다. 이런 전계는 전자 플로우(flow)를 생성시키고, 상기 처리실은 개별 전자 가스 분자 충돌을 통해 운동 에너지를 전달하여 개별 가스 원자 및 분자를 이온화시킨다. 이런 전자는 전계내에서 촉진되어 충분한 이온화를 생성시킨다. 가스 및 자유 전자의 이온화된 입자는 집합적으로 가스 플라즈마 또는 방전이라 칭하는 것을 형성한다. 이런 플라즈마는, (전체 입자수에 대해 이온화된 입자의 부분을 토대로)10-6에서 완전 이온화된 플라즈마까지 각종 이온화 레벨로 존재할 수 있다.
플라즈마 입자는 일반적으로 양 전하를 띠고, 처리실내에서 기판의 표면을 에칭하거나, 그런 기판상으로 재료층을 증착하기 위해 공동으로 이용된다. 에칭 공정내에서, 양 플라즈마 입자가 기판 표면에 유인되어 표면에 충격을 가하여, 표면 입자를 제거하거나 기판을 에칭하도록 기판은 부 바이어스될 수 있다. 스퍼터 증착 공정에서, 타겟은 기판에 대향한 처리실내에 위치될 수 있다. 그 후, 이런 타겟은, 플라즈마 입자가 타겟에 충격을 가해, 그로부터 타겟 입자를 이전시키거나 "스퍼터"시키도록 바이어스된다. 그 후, 스퍼터된 타겟 입자는 기판상에 증착하여, 그의 노출된 표면상에 재료층을 형성한다. 플라즈마 증진 CVD 프로세스에서, 전기적으로 중성, 능동, 라디칼(radical)은 노출된 표면상에 증착된 층을 형성한다.
일반적으로, 처리실내에 플라즈마를 발생시키는 방법은 다양하게 있다. 예컨대, 한쌍의 대향하는 전극은 처리실내로 지향되어 플라즈마에 에너지를 용량성 결합시킨다. 극초단파 필드를 이용한 마이크로파 공진실도 또한 이용된다. 다른 한편, 전자 사이클로트론 공진(ECR) 디바이스는 마이크로파 에너지와 관련하여 제어된 자계를 이용하여, 플라즈마를 생성 및 지속시키도록 프로세스 가스내에 원형 전자 플로우를 유도한다. 유도 결합 공정은 또한 대중적이고, 특히 고밀도 플라즈마를 발생시키는 능력에 바람직하다. 유도 결합 플라즈마(ICP)는 일반적으로 처리실에 대해 위치된 형태를 이룬 코일 또는 안테나를 이용하여, 에너지를 처리실내에 유도적으로 결합시켜 플라즈마를 생성 및 지속시킨다.
예컨대, 유도 결합 플라즈마(ICP) 시스템에 대한 하나의 특정 설계에서, 유도 코일 또는 안테나는 상기 처리실의 상부에 근접하여 위치되어 처리실내에 플라즈마를 생성시킨다. 특히, 상기 처리실의 상부에서 유전판 또는 윈도우의 한 측면상에 위치되고, 이런 안테나로부터의 전기 에너지는 유전 윈도우를 통해 플라즈마에 결합된다. 그런 설계중의 하나는 본원과 공동으로 소유된 미국 특허 제5,556,521호에 개시되어 있다.
선택적인 ICP 처리 시스템에서, 나선형 또는 솔레노이드형 코일은 처리실의 측벽부의 외부에 권선되어, 처리실의 상부보다는 처리실의 측벽을 통해 에너지를 플라즈마에 유도 결합한다. 그런 시스템에서, 처리실의 측벽의 일부는 유도 결합 에너지가 통과하는 유전 물질로부터 제조된다. 윈도우 또는 처리실 측벽에 대한 적당한 유전 물질중의 하나는 석영이다. 플라즈마 균일도, RF 정합 및, 안테나 또는 다른 유도 소자의 성능 특성과 같은 특정 ICP 상세 사항에 관한 각종 허여된 특허에서 알 수 있듯이 각종 ICP 시스템은 공지되어 있고 본 기술 분야에서 이용된다.
ICP 시스템의 기하학적 구조는 플라즈마 밀도 및 균일도 양자 모두, 궁극적으로는 기판의 영역에 걸친 처리 균일도를 결정하는데 중요한 요소이다. 오늘날의 공정에 대해, 큰 기판 사이즈가 수용되도록 상당히 큰 영역에 걸쳐 균일한 고밀도 플라즈마를 발생시키는 것이 바람직하다. 예컨대, 오늘날의 초대규모 집적(ULSI) 회로를 제조하기 위해서는 대략 200 mm의 직경을 가진 큰 기판에 걸쳐 조밀하고 균일한 플라즈마를 필요로 한다.
특히, ICP 시스템에서, 처리실의 플라즈마 영역내의 전자를 가열하거나 여기함으로써 플라즈마는 여기된다. 플라즈마 전자를 가열하는 유도 전류는, 유도 안테나 또는 코일내의 RF 전류에 의해 유전 윈도우 또는 측벽의 내부 근처에서 발생되는 발진 자계로부터 유도된다. 이런 자계의 공간 분포는 안테나 또는 코일 인덕터의 각 부분 또는 세그먼트에 의해 생성된 개별 자계의 합의 함수이다. 그래서, 유도 안테나 또는 코일의 기하학적 구조는 중요하게도 플라즈마의 공간 분포 및, 특히 처리실내의 플라즈마 이온 밀도의 공간 분포 및 균일도를 결정한다. 일례로서, 미국 특허 제5,669,975호에 기술되어 있는 것과 같은 'S' 형태를 가진 안테나는 안테나의 중심 영역내에 상당한 이온 밀도를 확립시킨다. 더욱 고 RF 전력 레벨로, 안테나의 외부는 또한 플라즈마 이온화에 상당히 기여한다. 그런 안테나를 이용하는 ICP 시스템의 상당한 잇점이 처리실의 반경과 안테나로 전달된 전력에 대한 시스템의 선형성에 있고, 현행 ICP 시스템 및 그에 이용된 안테나 설계가 상당한 플라즈마 생성을 제공하였지만, 그런 시스템은 여전히 어떤 결점을 가지고 있다.
예컨대, 현존하는 ICP 시스템 및 안테나 구성의 한계내에서, 안테나 또는 코일의 크기를 상당히 증가시키지 않고 큰 기판을 처리하기 위해 처리실을 더욱 큰 사이즈로 확대하기가 어렵다. 더욱 큰 풋프린트(footprint)를 가진 ICP 안테나는 값비싼 수정에 의해 처리 시스템에 공급되어야 한다. 더욱이, 더욱 큰 안테나 및 그의 관련 플라즈마는 처리실내에서 프로세스 파라미터에 더욱 민감하게 나타난다. 예컨대, 에칭 또는 증착 공정과 같은 플라즈마 공정은 스퍼터링 시스템내의 기판-타겟 거리, 스퍼터링 시스템내의 타겟 물질, 처리실내의 압력과 처리실의 높이 및 폭 구성과 같은 프로세스 파라미터에 더욱 민감하게 된다.
더욱이, 평면 공간 안테나를 이용한 현행 ICP 시스템은 플라즈마의 분산이 처리실의 중심축과 정렬되지 않는 비대칭을 나타낸다. 그런 플라즈마 비대칭은 플라즈마의 균일도 및 증착 또는 에칭 프로세스의 균일도를 저하시켜, 시스템 효율 전체에 영향을 미친다. 또한, 평면 안테나는 한 프로세스 및 대응 세트의 파라미터에 대한 링형 또는 도넛형 플라즈마를 나타내면서, 다른 프로세스 및 다른 파라미터에 대한 중심 피크형 플라즈마를 생성시킬 수 있다. 따라서, 플라즈마 형태 및 균일도는 그런 ICP 시스템내에서 일치하지 않아, 프로세스에 의존한다. 그래서, 전체 IC 제조 공정은 한 플라즈마 프로세스와 다른 플라즈마 프로세스 간에 일치하지 않는다.
S형 안테나 또는 코일을 이용한 평면 안테나 시스템에 따른 다른 결점은 코일의 외부가 코일의 중심 영역에 의해 생성된 플라즈마에 최저한도로 영향을 미쳐, 플라즈마내에 방위 의존성을 제공하고, 기판 상에 에칭되거나 증착된 막의 대응 방위 의존성을 제공한다. 즉, 코일에 의해 형성된 평면의 한 축을 따라, 플라즈마는 코일의 다른 평면 축을 따른 것과 다른 균일도 및 밀도를 가진다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술의 결점을 극복하여, 조밀하고 균일한 플라즈마를 생성시키는 플라즈마 처리 시스템, 특히 ICP 시스템를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 현행 플라즈마 처리 시스템보다 처리실의 사이즈 및 형태에 적게 의존하는 균일한 플라즈마를 제공하기 위한 것이다.
또다른 목적은 처리실에서 대칭인 플라즈마를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 유도 코일 또는 안테나의 콤팩트 및 값싼 설계를 유지하면서, 200 mm 웨이퍼를 처리하기에 충분한 영역과 같은 큰 영역에 균일하고 조밀한 플라즈마를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또다른 목적은, 일관성있게 플라즈마를 생성시켜, 압력 및/또는 처리실 기하학적 구조 또는 사이즈와 같은 프로세스 파라미터에 적게 의존하는 에칭 공정 및 증착 공정과 같은 일관성있는 프로세스를 제공하기 위한 것이다.
이런 및 다른 목적은 아래에 기술된 본 발명의 설명으로부터 더욱 쉽게 이해하게 된다.
본 발명은 일반적으로 플라즈마를 이용한 반도체 처리에 관한 것으로써, 특히, 유도 결합을 통해 생성 및 지속된 플라즈마내에서 플라즈마 분산 및 프로세스 성능을 향상하는 기술에 관한 것이다.
본 명세서의 일부에 포함되는 첨부한 도면은 본 발명의 실시예를 설명하고, 아래에 주어진 본 발명의 일반적인 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명한다.
도 1A는 본 발명의 플라즈마 처리 시스템에 이용된 유도 소자의 사시도이다.
도 1B는 도 1A의 유도 소자의 정면도이다.
도 1C는 본 발명의 원리에 따른 유도 소자의 선택적인 실시예의 사시도이다.
도 1D는 본 발명의 원리에 따른 플라즈마 처리 시스템의 측면을 부분적으로절단한 개략도이다.
도 1E는 패러데이 차폐물로 이용된 도 1의 유도 소자의 사시도이다.
도 1F는 유도 소자의 사시도이다.
도 2A는 본 발명의 원리에 따른 유도 소자의 선택적인 실시예의 사시도이다.
도 2B는 중심 영역내의 감소된 수의 인덕터를 가진 도 2A의 유도 소자의 사시도이다.
도 3A는 본 발명의 원리에 따른 유도 소자의 선택적인 실시예의 사시도이다.
도 3B는 도 3A의 유도 소자의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 원리에 따른 유도 소자의 선택적인 실시예의 사시도이다.
도 5A는 본 발명의 원리에 따른 유도 소자의 선택적인 실시예의 사시도이다.
도 5B는 본 발명의 원리에 따른 유도 소자의 선택적인 실시예의 사시도이다.
도 6A는 본 발명의 원리에 따른 평면 유도 소자의 선택적인 실시예의 평면도이다.
도 6B는 본 발명의 원리에 따른 일반적 평면 유도 소자의 선택적인 실시예의 사시도이다.
도 6C는 본 발명의 원리에 따른 일반적 평면 유도 소자의 선택적인 실시예의 사시도이다.
도 6D는 본 발명의 원리에 따른 일반적 평면 유도 소자의 선택적인 실시예의 사시도이다.
도 7A는 처리실의 측면 및 단부로부터 전기 에너지를 처리실내에 결합하기위해 이용된 본 발명의 유도 소자의 일 실시예의 측면도이다.
도 7B는 처리실의 측면 및 단부로부터 전기 에너지를 처리실내에 결합하기 위해 이용된 본 발명의 선택적인 유도 소자의 일 실시예의 측면도이다.
도 7C는 처리실의 측면 및 단부로부터 전기 에너지를 처리실내에 결합하기 위해 이용된 본 발명의 선택적인 유도 소자의 일 실시예의 측면도이다.
도 7D는 처리실의 측면 및 단부로부터 전기 에너지를 처리실내에 결합하기 위해 이용된 본 발명의 선택적인 유도 소자의 일 실시예의 개략적인 사시도이다.
도 8A는 본 발명의 원리에 따른 스퍼터 증착 처리 시스템의 측면을 부분적으로 절단한 개략도이다.
도 8B는 본 발명의 원리에 따른 스퍼터 증착 처리 시스템의 측면을 부분적으로 절단한 개략도이다.
도 8C는 본 발명의 원리에 따른 스퍼터 증착 처리 시스템의 측면을 부분적으로 절단한 개략도이다.
본 발명의 상기 목적은 플라즈마를 생성시켜 유지하기 위한 특정형의 유도 소자를 이용하는 플라즈마로 기판을 처리하는 처리 시스템으로 어드레스된다. 본 발명의 원리에 따라 구성된 유도 소자를 이용한 전술된 시스템은, 유도 소자를 수용하기 위한 처리실 사이즈의 상당한 증가를 필요로 하지 않고 처리실내의 상당히 큰 영역에 균일하고 조밀한 플라즈마를 생성시킨다. 반면에, 종래 기술의 플라즈마 처리 시스템에서는, 플라즈마내에 도입된 에너지의 증가는 처리실의 대응 사이즈 뿐만 아니라 유도 소자의 사이즈의 상당한 증가를 요구하고, 본 발명은 콤팩트를 유지하면서 조밀하고 균일한 플라즈마를 제공하여, 비교적 값싼 처리 시스템을 제공한다.
특히, 처리 시스템은 처리 공간을 형성하고, 처리 공간내의 기판을 지지하기 위한 기판 지지대를 포함하는 처리실을 구비한다. 가스 입구는 처리 가스를 처리공간내에 도입하고, 시스템의 플라즈마 소스는 처리 가스로부터 플라즈마를 생성시키기 위해 동작한다. 플라즈마 소스는 플라즈마가 생성될 수 있는 처리 공간 근처의 처리실과 인터페이스하는 일반적인 평면을 가진 유전 윈도우를 포함한다. 유도 소자는 유전 윈도우 근처의 처리실의 외부에 위치되어, 유전 윈도우를 통해 전기 에너지를 처리 공간에 유도적으로 결합시켜, 플라즈마를 생성 및 유지시키기 위ㅓ해 동작한다.
본 발명은 그의 목표를 달성하기 위해 유도 소자의 각종 상이한 설계를 의도한다. 본 발명의 일 실시예에서, 유도 소자는 유전 윈도우의 한 측면으로부터 코일의 길이를 따라 연속적으로 배치된 다수 코일 권선을 가진 코일을 구비한다. 이런 코일 권선의 적어도 하나는 제 1 평면으로 지향되고, 코일 권선의 다른 것은 제 1 평면으로부터 각을 이룬 제 2 평면으로 지향된다. 특히, 다수의 코일 권선은 제 1 평면내로 지향되고, 다수의 코일 권선은 또한 제 1 평면으로부터 각을 이룬 평면으로 지향된다. 제 1 평면은 일반적으로 유전 윈도우의 평면과 병렬로 지향된다. 이런 식으로, 제 1 평면내의 코일 권선은 유전 윈도우에 대해 평평하게 위치한다. 제 1 평면에서 각을 이룬 코일 권선은 유전 윈도우에 대하여 각을 이루어 배치된다. 일 실시예에서, 제 1 평면에 대해 각을 이룬 코일 권선은 일반적으로 제 1 평면에 수직으로 지향된다. 다른 실시예에서, 코일 권선은 제 1 평면에서 900이하로 각을 이룬다. 양호하게도, 코일 권선의 다수의 세트는 제 1 평면으로 지향되는 반면에, 제 1 평면에서 각을 이룬 코일 권선은 상기 세트의 코일 권선 사이에 위치된다. 이런 식으로, 균일한 플라즈마는 생성된다. 유전 윈도우에 대해 평평한 평면내에 유도 소자의 어떤 코일 권선을 유지함으로써, 플라즈마 안정도가 유지된다. 평면 유전 윈도우로부터 각을 이룬 코일 권선을 이용하는 것이 일반적으로 동일한 치수의 일반적 평면 코일을 이용하여 달성되는 것보다 유전 윈도우를 따른 더 많은 수의 코일 권선을 제공한다. 즉, 본 발명의 소자는 처리실의 사이즈의 상당히 증가를 필요로 하지 않는 콤팩트 설계를 이용한 조밀하고 균일한 플라즈마를 생성시킨다. 제 1 평면내에 지향된 코일 권선은 동일 평면 및 동심이고, 내부 코일단 및 외부 코일단을 형성한다. 본 발명의 선택적인 실시예에서, 평면 유전 윈도우에 대해 각을 이룬 코일 권선은 내부 코일단 또는 외부 코일단에서 제 1 평면내의 코일 권선에 결합되어, 유도 소자의 구조를 변화시켜 플라즈마상의 효과를 변화시킨다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 처리 시스템은 본 발명의 유도 소자와 관련하여 이용되는 처리실의 측벽부 주변에 겹쳐진 나선형 코일과 같은 제 2 유도 소자를 포함한다. 이런 식으로, 전기 에너지는 처리실의 측벽에서 뿐만 아니라 처리실의 단부에서 플라즈마내에 유도적으로 도입된다. 양호하게도, 각각의 유도 소자는 제 1 및 2 유도 소자를 독립적으로 바이어스하기 위한 독립 전기 에너지원에 결합된다. 또한, 패러데이 차폐물은 양호하게도 각각의 유도 소자와 플라즈마 사이에 위치되어, 플라즈마로의 전기 에너지의 유도 결합력을 증진시켜 용량성 결합을 감소시킨다.
본 발명은 다수의 독립 바이어스 유도 소자를 이용하여 에칭 공정 및 증착 공정을 포함하는 다수의 상이한 공정에 이용될 수 있다. 본 발명은 특히 이온화된물리적 증착법(iPVD)에 유용한 것을 알게 되었다. 결국, 타겟 재료는 유전 윈도우 근처에 위치되어, 이런 유전 윈도우 근처의 본 발명의 유도 소자에 의해 생성된 플라즈마에 의해 스퍼터된다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 처리실의 단부벽에서 유전 윈도우에 의해 이용된 유도 소자는 다수의 코일 권선을 가진 코일을 포함한다. 그러나, 평면 유전 윈도우와 평행한 평면 및, 평면 유전 윈도우에서 각을 이룬 다른 평면내에 있는 코일 권선보다는, 선택적인 유도 소자는, 수직으로 스택된(stacked) 코일 권선을 형성하도록 일반적인 수평 평면에 지향되고 공간을 이룬 각종 코일 권선의 부분을 가지고 있다. 수직으로 스택된 코일 권선은 일반적으로 유전 윈도우와 병렬로 지향된다. 다시 말하면, 스택된 코일 권선을 이용하여, 더 많은 수의 코일 권선이, 유도 소자의 전체 수평 풋프린트(footprint)를 증가시키지 않고 유도 소자내에 이용되어, 유도 소자를 수용하기 위해 필요한 처리실의 사이즈를 증가시킬 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 유도 소자는, 코일의 형태가 아니라, 비-코일식으로 배치되고, 유도 소자의 중심 주변에서 원형 패턴으로 위치되는 다수의 반복된 도체 세그먼트를 구비한다. 일 실시예에서, 유도 소자의 반복된 도체 세그먼트는 유도 소자의 중심에서 방사상 외향으로 연장하도록 배치된다. 다른 실시예에서, 반복된 세그먼트는 그 자체가 개별 코일을 형성한다. 이런 코일은 유도 소자의 중심 주변에서 원형 패턴으로 배치되고, 더욱 큰 코일 소자의 간단하고 연속적인 개별 권선이 아니다. 다수의 반복 도체 세그먼트를 포함하는 유도 소자는 단일 평면내에서 반복 세그먼트로서 형성되거나, 반복 도체 세그먼트의 층을 포함할 수 있다. 예컨대, 유도 소자의 반복 도체 세그먼트는 제 1 층을 형성할 수 있고, 제 2 층은 일반적으로 제 1 층내의 세그먼트와 동시에 연장하는 유사한 반복 도체 세그먼트에 의해 형성될 수 있다. 반복 도체 세그먼트는 또한 처리실의 단부벽 부분과 측벽 부분 양자 모두로부터 에너지를 처리실에 결합하도록 이용될 수 있다. 궁극적으로, 반복 도체 세그먼트는 처리실 단부벽을 따라 지향된 수평 세그먼트 및 측벽을 따라 지향된 수직 세그먼트를 포함한다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 처리 시스템은, 측벽 부분과 처리실의 단부벽 부분 양자 모두로부터 동시에 에너지를 처리 공간에 결합하기 위해 동작할 수 있는 유도 소자를 이용할 수 있다. 결과적으로, 처리실은 유전 물질로 형성되는 측벽 부분 및 단부벽 부분을 갖는다. 종래의 처리실에서는, 유전 윈도우와 같은 단부벽 부분은 평면 도전 소자와 관련하여 이용될 수 있다. 선택적으로, 종래의 처리실은 유전 물질로 형성된 측벽을 이용할 수 있는데, 여기서, 나선형 코일은 에너지를 시스템에 유도 결합하기 위해 측벽에 감겨진다. 본 발명의 원리에 따르면, 처리실은 유전 물질로 형성된 단부벽 부분과 측벽 부분 양자 모두를 포함한다. 유도 소자는, 처리실의 단부벽 부분과 측벽 부분 양자 모두를 통해, 처리실 측벽 부분을 따라 지향된 세그먼트 및, 에너지를 처리 공간에 동시에 결합하기 위해 처리실 단부벽 부분을 따라 지향된 세그먼트를 포함한다. 궁극적으로, 유도 소자는 다수의 코일 권선을 가진 코일을 포함한다. 코일 권선의 세그먼트는 처리실 측벽 부분을 따라 지향되고, 코일 권선의 다른 세그먼트는 처리실 단부벽 부분을 따라 지향된다. 이런 코일은, 측벽을 따라 지향된 코일 권선 세그먼트의 부분이 서로 각을 이루도록 구성될 수 있다. 예컨대, 코일 권선의 측벽 부분은 일반적으로 코일 권선의 다른 측벽 부분과 수직으로 지향될 수 있다. 선택적으로, 측벽 부분은 수직 방향과 관련된 직각보다 각종 상이한 각으로 배치될 수 있다. 코일은 일반적으로 코일 권선의 세트를 가지고 있는데, 권선의 한 세트는 일반적으로 처리실의 한 측면을 따라 위치되고, 권선의 다른 세트는 일반적으로 처리실의 다른 측면을 따라 위치된다.
본 발명의 유도 소자를 이용한 본 발명의 처리 시스템은 콤팩트 설계에 조밀하고 균일한 플라즈마를 제공한다. 본 발명의 제 1 유도 소자는, 이온화된 물리적 증착법과 같은 플라즈마 공정을 더 향상시키기 위해 제 2 유도 소자와 관련하여 이용될 수 있다. 본 발명은 유도 소자를 수용하기 위해 필요한 처리실의 사이즈의 값비싼 증가를 필요로 하지 않고 지속된 플라즈마로 상당량의 전기 에너지를 유도하도록 이용될 수 있다. 본 발명의 이런 잇점 및 다른 잇점은 아래의 상세한 설명에서 기술된다.
도 1A는 도 1D에 도시된 바와 같이 플라즈마 처리 시스템에 이용하기 위한 본 발명의 원리에 따른 유도 소자의 일 실시예의 사시도이다. 유도 소자(10)는, 기판을 처리하는 플라즈마를 점화시켜 지속시키기 위해 전기 에너지를 처리실내에 유도 결합하는데 이용된다. 플라즈마 처리는 IC 제조에 널리 사용된다. 예컨대, 본 발명의 시스템은 스퍼터 에칭 및 증착 공정, 플라즈마-증진 CVD (PECVD) 공정, 이온화된 PVD (iPVD) 공정 및 반응 이온 에칭 공정(RIE)에 이용될 수 있다.
도 1D는 처리 공간(14)을 형성하는 처리실(13)을 가진 처리 시스템(12)을 도시한 것이다. 처리 시스템(12)은 여기에 기술된 각종 유도 소자로 이용하기에 적당하다. 공간(14)내의 기판 지지대(17)는 처리될 기판(18)을 지지하기 위해 구성된다. 기판 지지대(17)는 더욱 큰 베이스(16)와 결합될 수 있다. 가스 입구(20)는 아르곤 가스 공급부와 같은 처리 가스 공급부(22)에 결합되어, 플라즈마를 형성하도록 처리 가스를 처리 공간(14)내에 도입한다. 기판 바이어스 전원(19)은 플라즈마 처리의 기술 분야에 공지되어 있는 바와 같이 기판 지지대(17) 및 기판(18)을 바이어스시킨다. 처리 시스템은 석영 또는 알루미늄과 같은 유전 물질로부터 형성된 윈도우 또는 상부(24a)를 더 포함하는데, 이는 소자(10)로부터 전기 에너지를 처리 공간(14)내에 유도 결합하는데 이용된다.
궁극적으로, 도 1A에 도시된 소자(10)와 같은 유도 소자는 유전 윈도우(24a)의 상부에 위치된다. 처리 시스템은 처리 공간(14)을 둘러싼 측벽(24b 및 24c)을 더 포함한다. 측벽(24c)의 부분은 석영과 같은 유전 물질로부터 형성될 수 있는 반면에, 다른 부분(24b)은 금속으로부터 형성된다. 측벽(24c)의 부분은, 아래에 더 기술되는 바와 같이, 유도 소자로부터 전기 에너지를 공간(14)에 유도 결합하는데 이용될 수 있다. 이런 유도 소자는 여기에 기술된 수개의 어느 유도 소자일 수 있고, 소자(10)는 도 1D에서만 설명을 위해 이용된다. 유도 소자(10)는 정합 유닛(26a)을 통해 RF 전원(26b)과 같은 전기 에너지원에 결합되며, 이런 에너지원은 유도 소자(10)를 바이어스시켜, 공지된 ICP 원리에 따라 플라즈마(28)를 형성하기 위해 처리 공간(14)내에 가변 RF 자계를 생성시킨다. 정합 유닛은 본 기술 분야의 통상의 숙련자에게 공지된 전기 회로 웰(well)이며, 이는 유도 소자(10) 및 RF 전원(26b)의 임피던스를 수용하여, 각종 조건하에 전달된 최대 전력을 소자(10) 및 플라즈마에 제공한다. 그 후, 플라즈마 기술에서의 통상의 숙련자에게 공지된 원리 웰에 따라 플라즈마 에칭 또는 스퍼터 증착에 의해서와 같이 플라즈마(18)는 처리 기판(18)에 이용된다.
유도 소자(10)내의 RF 전류에 의해 생성된 유도 자계는 유전 윈도우(24a)를 통해 공간(14)내에 결합된다. 유전 윈도우(24a)는 일반적으로 평면이고, 유도 소자(10)가 지향되는 평면 표면(30)을 갖는다. 물론, 비평면 윈도우가 이용될 수 있고, 윈도우는 종래 기술에서 공지된 유전 윈도우에 따른 등고선 표면 또는 다른 형태의 표면을 가질 수 있다. 유도 소자(10)의 구성 및, 처리실(12) 및 유전 윈도우(24a)에 대한 유도 소자(10)의 위치는 본 발명의 원리에 따라 플라즈마의 형태, 밀도 및 균일도에 영향을 미칠 수 있다. 본 발명은, 그런 유도 소자에 의해 처리실내에 생성된 플라즈마를 변화시키도록 유도 소자에 대한 특정 설계를 이용하여 종래 기술의 플라즈마 처리 시스템의 각종 결점을 어드레스한다.
처리 공간(14)내에 유도 결합력을 증진하기 위해, 패러데이 차폐물이 사용될 수 있다. 상부 패러데이 차폐물(15)은 처리실(13)의 내부 및 기판(18)을 향해 직면한 윈도우의 측면 근처에서, 도 1D의 유전 윈도우(24a) 근처에 위치된다. 하부 패러데이 차폐물(21)은 처리실내에 위치되고, 유전 측벽(24c)의 한 측면을 따라 지향될 수 있다. 패러데이 차폐물(15, 21) 양자 모두가 처리실(13)의 내부상에 위치되어 있지만, 이들은 또한 처리실의 외부에 위치될 수 있다. 이런 패러데이 차폐물은, 소자(10)와 같은 어느 유도 소자와, 플라즈마가 생성되는 처리 공간(14) 사이에 위치된다. 하부 패러데이 차폐물(21)은, 특히 측벽(24c) 주변의 소자와 같은 제 2 유도 소자를 이용할 시에 유용할 수 있다(도 8A-8B). 패러데이 차폐물은 본 기술 분야에 공지되어 있고, 소자(10)로부터 유전 윈도우에 걸쳐 처리 공간내로 에너지의 향상된 유도 결합력을 효율적으로 제공한다. 패러데이 차폐물은 또한 유도 소자와 플라즈마 사이의 바람직하지 않은 용량성 결합력을 감소시킨다.
일반적으로, 패러데이 차폐물은, 도 1D의 차폐물(15, 21)에 도시된 바와 같이, 차폐물에 형성된 다수의 슬롯을 포함한다. 차폐물(15)에서, 슬롯(23)은, 도 1E에 도시된 바와 같이, 차폐물의 한 단부에서 다음 단부까지 연장하도록 배치된다. 도 1E에 도시된 바와 같이, 차폐물(15)은 금속으로 제조된 플레이트형이고, 이는 그내에 형성되고, 일반적으로 수평이고 병렬인 다수의 슬롯(23)을 가지고 있다. 차폐물(21)은, 일반적으로 수직인 슬롯(25)을 가진 측벽(24c)의 내부 주변에 감겨진 원통형 소자형이다. 그러나, 차폐물(15)내의 슬롯(23)과 같은 슬롯은 또한 유도 소자의 형태에 따라 다른 방향으로 구성될 수 있다. 예컨대, 도 6A, 6D 또는 7D에 도시되고, 아래에 더 기술되는 바와 같이, 슬롯은 다른 유도 소자내의 도체의 형태에 따를 수 있다.
도 1A에서, 안테나로서 언급되는 유도 소자(10)는 다수의 코일 권선(32)을 가진 코일 형태이다. 용어 "유도 소자" 및 "안테나"는 여기서 상호 교환 가능하게 사용된다. 유도 소자 또는 코일은 본 기술 분야에 공지된 원리에 따라 전기 도체로 형성된다. 연장된 금속 와이어 또는 금속 관과 같은 도체는 본 발명의 원리에 따라구성되고 형태를 갖추어, 전기 전류가 소자를 통해 통과될 시에 에너지를 처리실내에 유도 결합하는 소자를 형성한다.
도 1A에서, 코일(10)은 코일의 길이를 따라 연속적으로 배치되는 다수의 연속 코일 권선(34a,34b)을 포함한다. 본 발명의 원리에 따라 유전 윈도우와 관련하여 이용될 시에, 코일 권선은, 도 1D에 도시된 바와 같이, 유전 윈도우(24a)의 한 단부에서 윈도우의 다른 단부로, 또는 한 측면에서 다른 측면으로 연속하여 배치된다. 즉, 본 발명의 실시예의 하나 이상의 코일 권선은 유전 윈도우에 걸쳐 한 권선씩 번갈아 배치된다. 코일 권선(34a)과 같은 소자(10)의 코일 권선중의 하나 이상은, 도 1A에서 점선(36) 및 도 1D의 유사한 참조 번호로 도시된 바와 같이, 일반적인 수평면에 의해 형성된 제 1 방향 또는 평면으로 지향된다. 참조 번호(38)(도 1A)의 일반적 수직 평면으로 도시된 바와 같이, 다른 코일 권선(34b)은 제 2 방향 또는 제 2 평면으로 지향된다. 본 발명의 원리에 따르면, 코일 권선(34a)은 평면(36)과 같은 제 1 평면으로 지향되는데, 이런 평면은 코일 권선(34b)이 지향되는 평면(38)과 같은 제 2 평면으로부터 각을 이룬다. 일 실시예에서, 평면(36) 및 코일 권선(34a)은 일반적으로 평면(38) 및 코일 권선(34b)에 수직이다.
도 1D에 도시된 시스템(12)과 같은 처리 시스템에서, 제 1 수평 평면(36)이 일반적으로 유전 윈도우의 평평한 상부 표면(30)과 병렬로 지향되도록 유도 소자(10)는 유전 윈도우(24a)의 한 측면에 위치된다. 즉, 코일 권선(34a) 및, 소자(10)의 유사하게 지향된 다른 코일 권선은 유전 윈도우(24a)의 평평한 표면(30)과 일반적으로 병렬인 평면으로 지향된다. 그런 방향에서, 코일 권선(34b)및, 코일 권선(34b)으로서 유사하게 지향된 코일 권선은, 도 1D 및 1E에 도시된 바와 같이, 수직 평면(38) 및, 평면(38)과 유사하게 지향되지만 횡으로 공간을 이룬 다른 수직 평면으로 지향된다. 따라서, 코일 권선(34b)은 유전 윈도우의 평평한 표면(30)과 일반적으로 수직으로 지향된다. 도 1A의 실시예에서, 권선(34a)과 같은 다수의 코일 권선은 일반적으로 수직으로 지향되고, 일반적으로 서로와 동일 평면 및 동심이다. 코일 권선(34b)은 수평 평면(36) 위로 각을 이루고, 도 1A의 실시예에서, 일반적으로 수직으로 지향된다. 코일 권선(34b)은 동일 평면이 아니지만, 공간을 이룬 수직 평면에 위치해 있다. 공간을 이룬 수직 평면(38)은, 일반적으로 도 1A 및 1D에 도시된 바와 같이, 서로와 평행하다.
코일 권선(34b)이 일반적으로 수직으로 지향되지만, 이런 권선은 또한 일반적으로 평면(36)에 또는 그와 병렬로 지향되는 세그먼트(39)를 포함한다. 세그먼트(39)는 일반적으로 서로와 병렬이고, 일반적으로 코일 권선(34a)의 세그먼트(41)과 병렬이다. 소자(10)의 각종 코일 권선의 조합된 세그먼트(39, 41)는 도 1A의 브래킷(43)으로 표시된 영역을 생성시키며, 이는 플라즈마내에서 유효 이온화의 큰 영역을 생성시킨다. 유효 이온화의 영역(43)은 종래 기술로 달성될 수 있는 영역보다 크고, 완전 평면 코일은 일반적으로 유사한 수평 풋프린트를 가지고 있다.
예컨대, 다수의 코일 권선(즉, 권선(34b))이 권선(34a)과 동일 평면에 있지 않기 때문에, 이런 권선(34b)은 현존하는 권선(34a)의 외부 주변에 부가적인 권선을 필요로 하지 않고 플라즈마 이온화를 위한 세그먼트(39)를 제공할 수 있다. 도1F의 S 형 코일과 같은 종래 기술의 평평한 코일에서 알수 있는 바와 같이, 각 부가적인 세그먼트(41)는 현존하는 권선의 외부 주변의 권선(34a)와 유사한 다른 동일 평면 및 동심 권선(35)를 필요로 한다. 이런 부가적인 권선(35)은 코일의 수평 풋프린트를 상당히 증가시킨다. 더욱 큰 코일 풋프린트가 교대로 더욱 큰 유전 윈도우(24) 및 더욱 큰 처리실(13)을 필요로 하며, 상기 처리실(13)은 처리실 및 전체 시스템의 전체 비용을 증가시킨다. 그러나, 소자(10)의 이온화 영역(43)에 기여하는 각 부가적인 세그먼트(39)는 평면(36)의 최외부 코일 권선에 감겨진 다른 코일 권선을 필요로 하지 않는다. 오히려, 코일 권선(34b)은 평면(36)의 외부에 있고, 수평 풋프린트보다는 소자(10)의 수직 높이만을 증가시킨다. 그래서, 더욱 작은 수평 단면을 가진 처리실이 이용될 수 있다. 소자(10)의 코일 권선은, 본 발명에 따라 또한 다른 형태를 가질 수 있지만, 도 1A, 1B, 1D 및 1E에서 일반적으로 반원형으로 도시된다.
도 1A-1E, 2A-2B, 3A-3B, 4, 5A 및 5B에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 원리에 따른 유도 소자는 일반적으로 유사한 사이즈의 풋프린트를 가진 종래 기술의 평면 소자로 달성될 수 있는 것보다 플라즈마 처리실내에 유효 이온화의 더욱 큰 영역을 생성시킨다.
일 실시예에서, 도 1D 및 1E에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 유도 소자는 영역(43)을 형성하는 세그먼트(39, 41)가 패러데이 차폐물의 슬롯과 수직으로 지향되도록 패러데이 차폐물에 대해 위치된다. 도 1E에 도시된 바와 같이, 유도 소자(10)는 유전 윈도우(24a) 및 슬롯 차폐물(15) 위에 위치된다. 슬롯(23)은차폐물(15)로 지향되어, 일반적으로 영역(43)내의 코일 권선 세그먼트(39, 41)에 수직이 된다. 그런 배치는, 도 1E에 도시된 바와 같이, 그런 차폐물이 없는 시스템보다 플라즈마내의 유도 에너지 결합력 및 가스 이온화의 유효 영역을 더욱 크게 한다.
따라서, 종래 기술의 코일 유도 소자 및 안테나로 달성될 수 있는 것보다 유전 윈도우(24) 및 처리실(13)의 동일한 단면 치수를 유지하면서, 큰 조밀한 플라즈마는 처리실(13)의 처리 공간(14)내에서 본 발명의 유도 소자(10)로 생성될 수 있다. 더욱이, 도면에 도시되고, 여기에 기술된 것과 같은 유도 소자는 유전 윈도우 및 처리실의 수평 단면 치수에 의해 코일 권선 수로 덜 제한된다. 이런 점에서, 증가된 수의 유용한 코일 권선은, 도 1F에 도시된 바와 같은 S형 안테나와 같은 완전 평면 코일 안테나로 공간적으로 가능한 것보다 영역(43)내에서 본 발명의 유도 소자로 이용될 수 있다. 주 플라즈마 생성 영역(43)은 일반적으로 유도 소자의 중심 근처에 있어, 도 1A-1E, 2A-2B, 3A-3B, 4, 및 5A-5B의 것과 같은 본 발명의 설계를 이용하고, 예컨대, 더욱 많은 코일 권선 세그먼트(39, 41)는 유도 소자의 수평 풋프린트 또는 단면 치수에 상당히 영향을 미치지 않으면서 더욱 조밀한 플라즈마를 생성하기 위해 유도 소자의 중심 영역(43)내에 위치될 수 있다. 또한, 본 발명의 유도 소자(10)는 일반적으로 유전 윈도우(24)의 평면(25)과 병렬로 지향된 평면내에서 어떤 코일 권선(즉, 권선(34a))을 유지함으로써 플라즈마의 안정도를 유지한다.
일반적으로 여기에 본 발명의 원리에 따라 각종 유도 소자를 기술함에 있어서, 상이한 방향, 방위, 및 각종 코일 권선의 평면, 코일 권선 부분 및 코일 권선 세그먼트 또는 코일 세그먼트는 여기에 기술된 처리 시스템의 실시예의 유전 윈도우(24a)로부터 획득된 수평 기준 평면(25)에 대해 "수평" 및 "수직"으로 기술된다. 마찬가지로, 코일 권선, 코일 권선 부분 및 코일 권선 세그먼트는 또한 동일한 수평 기준 평면(25)에 대해 병렬(수평) 및 직각(수직)인 것으로 표시된다. 그러나, "수평", "수직", "병렬" 및 "직각"과 같은 그런 용어는 절대적으로 제한하지 않고, 본 기술 분야의 통상의 숙련자는, 한 기준 평면에 대해 수평으로 표시되는 소자가 실제적으로 기준 평면이 900회전되었을 경우에 수직으로 지향되는 것을 쉽게 이해할 수 있다. 더욱이, 일반적으로 한 기준 평면과 병렬인 소자는 일반적으로 제 1 기준 평면으로부터 900지향되는 다른 기준 평면과 직각으로 된다. 마찬가지로, 본 발명의 유도 소자의 코일 권선은 코일의 권선이기 때문에 단일 평면내에서 완전하거나 절대적으로 있지 않다. 오히려, 코일 권선, 권선 부분 및, 수평, 수직, 병렬 또는 직각으로 표시된 권선 세그먼트는 또한 적절한 경우 권선, 부분, 세그먼트 또는 방향이 일반적으로 본 발명의 유도 소자의 구성에 따라 수직, 수평, 병렬 또는 직각이다. 더욱이, 평면은 여기에서 방향 또는 방위를 나타내는데 이용되고, 항상 평면으로서 코일 권선을 형성하는 것을 의미하지 않는다. 그와 같이, 본 기술 분야의 통상의 숙련자에게는 이해되듯이, 본 발명, 특히, 청구범위에서 청구된 바와 같은 발명은 절대 방향으로 제한되지 않는다.
도 1A의 코일(34a)과 유사한 소자(10)의 코일에 의해, 플라즈마 전류는, 처리 공간의 내부에 플라즈마(28)를 안정화시키는 처리 공간(14)내의 폐쇄 루프내에 유지된다. 전류 루프는 도 1A의 루프(35)로서 개략적으로 도시된다. 전술된 바와 같이, 소자(10)와 같이 여기에 기술된 것과 유사한 코일 설계에 따른 다른 잇점은, 유도 소자(10)내의 코일 권선의 전체수 및, 소자의 중심 근처의 권선의 수가 수평 평면내의 수많은 동심 및 동일 평면 코일 권선을 이용하는 종래 기술의 평면 코일과 같이 유전 윈도우의 치수로 제한되지 않는다는 것이다. 본 발명에 의하면, 권선은 수평 평면 위로 각을 이루고, 더욱 큰 직각 코일 권선(34b)의 수는 유도 소자(10)의 중심에 위치되어, 소자(10) 및 유전 윈도우의 전체 직경 또는 길이/폭 치수를 상당히 증가시키지 않고 플라즈마에 결합된 에너지 량 및 소자의 중심 영역(43)내의 유효 권선 세그먼트(39)의 수를 증가시킨다.
도 1A에서, 일반적으로 직각인 코일 권선(34b)의 각각은 일반적으로 수평 평면(36)내에 배치되어, 유전 윈도우(24)의 평면 표면(30)과 병렬인 세그먼트(39)를 포함한다. 전술된 바와 같이, 유도 소자 또는 안테나(10)는 세그먼트(39)가 또한 일반적으로 서로 병렬이고 권선 세그먼트(41)와 병렬이도록 구성된다. 코일 권선 세그먼트(39 및 41)의 조합은 유도 소자(10)의 주 플라즈마 생성 영역을 제공한다. 각각의 세그먼트(39 및 41) 간의 거리를 변화시켜, 처리 공간 내에 플라즈마를 확대하거나 플라즈마를 제한시킬 수 있다. 즉, 일반적으로 동일한 수평 풋프린트내의 유도 소자(10)의 더욱 큰 수의 코일 권선은 각각의 세그먼트(39, 41)를 함께 더욱 근접하여 공간을 이루어, 플라즈마를 더욱 조밀하게 한다. 더욱 적은 수의 코일 권선 및, 각종 코일 권선 세그먼트(39 및 41) 간의 더욱 큰 공간은 플라즈마를 덜 조밀하게 한다.
도 1B에 도시된 바와 같이, 각종 수직 코일 권선(34b)은 일반적으로 수직 기준 평면(38)과 병렬로 지향된다. 수직 코일 권선(34b)이 한 권선에서 다음 권선으로 전이해야 하기 때문에, 도 1B에 도시된 바와 같이, 수직 코일 권선은 제각기 기준 평면(38)과 절대적으로 병렬인 형성된 수직 평면내에 완전히 있지 않다. 그러나, 본 발명을 기술하기 위하여, 수직 코일 권선(34b)은 일반적으로 기준 평면(38)과 병렬이고, 일반적으로 유전 윈도우(24a)의 평면 표면(30) 및 기준 평면(36)과 직각인 것으로 고려된다.
도 1A에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서, 유도 소자(10)는 수평 코일 권선(34a)이 일반적으로 평면(36)내에 지향되도록 형성된다. 권선(34a)은 일반적으로 평면(36)과 직각인 수직 코일 권선(34b)의 양 측면 상에 위치된다. 이런 식으로, 플라즈마의 전체 대칭이 유지된다. RF 전원(26b)로부터의 RF 전력은 도 1B의 일반적 수직 위치에 도시된 세그먼트(42)에서의 정합 유닛(26a)를 이용하는 소자(10)에 결합된다. 그러나, 세그먼트(42)는 또한 평면(36)내에 지향된다. 세그먼트(42)는 코일의 내부 단부(24a)에 위치된다. RF 전력은 유사하게도 유도 소자를 형성하는 코일의 단부에서 도 1B-1D, 2A-2B, 3A-3B, 4, 및 5A-5B에 결합된다.
도 1A 및 1B의 실시예에 도시된 바와 같이, 소자(10)는 유전 윈도우(24a)의 어느 형태를 알맞게 하도록 수정될 수 있다. 예컨대, 도 1A 및 1B에 도시된 실시예는 일반적으로 원형 또는 타원형 유전 윈도우에 적당한 반원형을 가진 수평 코일 권선(34a)을 이용한다. 도 1C에 도시된 바와 같이, 유도 소자 또는 안테나(10a)는수평 코일 권선(43a)을 가지며, 이런 권선은 직각 유전 윈도우에 적당한 직각형이어서, 윈도우형을 가장 효율적으로 사용하게 하고, 소자(1A)의 코일 권선수를 더욱 크게 한다. 마찬가지로, 수직 권선(34b)은, 도 1A-1C 및 다른 도면에 도시된 바와 같이, 반원형이기 보다는 직각형 또는 다른형이도록 변화될 수 있다. 도 4는 반원형 수평 코일 권선(53) 및 직각 수직 권선(55)을 사용하는 소자(10e)를 도시한 것이다. 본 기술 분야의 통상의 숙련자는 쉽게 알수 있듯이, 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 여기에 기술된 유도 소자의 코일 권선의 형태로 다양하게 수정할 수 있다. 예컨대, 더욱 큰 수 또는 더욱 작은 수의 수평 권선(34a) 및/또는 수직 권선(34b)은 본 발명의 원리에 따라 이용되어, 특정 처리 공간 및 처리실 기하학적 구조에 대한 설계를 제작한다.
ICP 시스템내에 이용된 유도 소자 또는 안테나에 대한 선택적인 설계는 도 2A 및 2B에서 설명된다. 여기에서, 수평 코일 권선 및 수직 코일 권선 간의 결합은 수평 권선의 상이한 구성 및 RF 전원에 대한 결합으로 인해 변화된다.
특히, 도 1A의 유도 소자(10)는 내부 코일 단부(42a) 및 외부 코일 단부(42b)를 형성하도록 공간 형식으로 권선되는 다수의 수평 코일 권선(34a)을 이용한다. 도 1A에서 설명된 실시예에서, RF 전력은 내부 코일 단부(42a)에 근접한 수평 코일 권선에 결합된다. 그러나, 도 2A에서 설명된 실시예에서, RF 전력은 외부 코일 단부(42b)에서의 안테나(10b)에 결합된다. 내부 코일 단부(46a)에서, 수직 코일 권선(48)은 수평 코일 권선(48)과 결합하여, 유니타리(unitary) 소자(10b)를 제공한다. 본 발명의 원리에 따르면, 수평 코일 권선(45) 및 수직 코일 권선(48)의수는 변화될 수 있다. 예컨대, 도 2B의 안테나(10c)는 도 2A의 안테나(10b)보다 더 작은 수직 코일 권선(48)을 이용한다.
도 3A에서, 본 발명의 다른 실시예는 수평 및 수직 기준 평면(36,38) 간의 평면에 위치하도록 기울어지거나 각을 이루는 수직 코일 권선을 가진 유도 소자를 이용한다. 도 3A에 도시된 바와 같이, 유도 소자(10d)는 일반적으로 수평 평면의 외부에 있는 수평 코일 권선(50a) 및 수직 코일 권선(50b)을 갖는다. 수평 코일 권선(50a)은 일반적으로 수평 기준 평면(36)과 병렬로 위치되어, 일반적으로 유전 윈도우 표면(30)과 병렬로 이룬다(도 3B 참조). 코일 권선(50b)는 수평 기준 평면(36) 위에서 각을 이룬다. 하나 이상의 코일 권선(50b)은 직각 또는 수직 평면(38)내에 위치될 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 양상에 따르면, 코일 권선(52)와 같은 코일 권선(50b)의 다른 것은 수평 및 수직 기준 평면(36,38) 사이에서 기울어지거나 각을 이룰 수 있다. 코일 권선(52)의 기울기 또는 각은 유전 윈도우를 통과하는 소자(1D)의 자계 등고선에 영향을 미쳐, 플라즈마로 전달된 에너지에 영향을 미친다. 그와 같이, 중심 코일 권선(52)의 기울기는 안테나(10d)의 인덕턴스 특성에 영향을 미치고, 플라즈마의 형태 및 밀도에 대해 가변성을 제공한다. 이런 식으로, 코일 권선(52)의 기울기는, 유도 소자 또는 안테나의 동작을 특정 처리실 및, 플라즈마로 전달된 RF 전력의 레벨과 같은 다른 파라미터에 맞게 하도록 하기 위해 적당하게 변화되어, 바람직한 조밀 및 균일한 플라즈마를 제공한다.
여기에 기술된 바와 같은 유도 소자 또는 안테나를 이용하는 본 발명의 시스템의 다른 잇점은, 시스템이 유도 소자에 대해 "핫 스폿(hot spots)"을 제거하는데 이용될 수 있다. 유도 소자는 일반적으로 에너지를 플라즈마에 결합하기는데 최적인 주 부분 또는 영역을 가진다. 도 1F에 도시된 바와 같이, 종래 기술의 S형 코일에 의해, 상기 부분은 일반적으로 코일 권선의 병렬 세그먼트가 정렬되는 소자의 중심(43)내에 있다. 그러나, 도 1F의 유도 소자(37)의 주 플라즈마 부분(43)은 종종 플라즈마의 어떤 영역(즉, 핫 스폿)내에 너무 많은 에너지를 제공한다. 결과적으로, 석영 윈도우와 같은 유전 윈도우(24a)는 ICP 시스템내에서 실제적으로 스퍼터되거나 부식될 수 있다. 유전 윈도우(24a)의 그런 스퍼터링은 증착 또는 에칭 공정이든 간에 전체 플라즈마 공정을 오염시킬 수 있다. 패러데이 차폐물이 유전 윈도우의 스퍼터링을 감소시키도록 처리실내에 사용될 경우, 플라즈마 공정을 오염시킬 수 있는 차폐물 자체가 스퍼터될 수 있다. 도 1A-1E, 2A-2B 및 3A-3B에 도시된바와 같은 본 발명의 유도 소자에서, 소자의 중심 영역(43)의 코일 권선은, 세그먼트(39)와 같은 이런 코일 권선의 어떤 세그먼트가 수평 평면내에 있음에도 불구하고, 상기 코일의 주 부분이 수평 평면 위에 있도록 구성 및 배치된다. 그런 구성에 의해, 발명자는 플라즈마내의 바람직하지 않은 핫 스폿 및, 패러데이 차폐물 또는유전 윈도우의 결과적인 스퍼터링이 감소될 수 있음을 판정했다. 그런 스퍼터링이 기판의 플라즈마 처리에 오염을 유발시킬 수 있으므로, 본 발명은 그런 오염을 감소시키는 것이다.
도 5A 및 5B는 본 발명의 원리에 따라 처리 시스템에 이용하기 위한 3차원 유도 소자의 부가적인 실시예를 설명한 것이다. 도 5A 및 5B에 도시된 유도 소자또는 안테나는 세그먼트 또는 부분을 가진 코일 권선을 이용하는데, 이는 안테나 설계의 전체 수평 풋프린트를 상당히 증가시키지 않고 처리 공간내에 조밀하고 균일한 플라즈마를 제공하기 위해 일반적 수평 평면의 외부로 지향된다. 본 발명의 다른 양상에 따르면, 도 5A 및 5B의 유도 소자는 또한 소자의 수직 높이를 감소시킬 수 있는 코일 권선을 이용한다. 도 5A 및 5B의 소자는 베이스 평면 위로 수직으로 올려진 부가적인 코일 권선을 이용하지만, 이는 소자의 전체 수직 높이를 제한하도록 일반적으로 수평으로 연장한다.
도 5A에서, 유도 소자(60)는 다수의 코일 권선(62)을 포함한다. 코일 권선(62) 중 수개는 도면에 도시된 바와 같이 공간을 이룬 병렬 평면으로 지향되는 권선 부분(64)을 포함한다. 공간을 이룬 병렬 평면은 일반적으로 수평으로 지향되듯이 도시된다. 즉. 도 1D에 도시된 바와 같이, 유도 소자(60)는 유전 윈도우의 상부에 위치될 경우, 코일 권선(62)의 부분(64)은 유전 윈도우에 의해 형성된 평면(25)과 병렬이고, 상기 평면 위에서 공간을 이룬 일반적으로 수평 평면에 위치한다(도 1D 참조). 그런 식으로, 코일 권선 부분은 일반적으로 스택된 코일 권선을 형성한다. 그러나, 코일 권선(62) 중 수개는 또한 그의 부분 또는 세그먼트(66)를 포함하는데, 이는 코일 권선의 부분의 수직 높이를 일반적으로 수직으로 상승시키도록, 즉 수평으로 지향되는 코일 권선 부분을 수직으로 스택하도록 지향된다. 코일 권선(62)은 주로 수평으로 지향되도록 구성된다. 그래서, 유도 소자(60)의 코일 권선(62) 중 수개는, 도 5A 및 5B에 도시된 바와 같이, 서로에 대해 수직으로 스택되는 권선 부분 또는 세그먼트를 포함한다. 유도 소자(60)의 구성이 수직으로 지향된 부분(66) 및 수평으로 지향된 부분(64)을 가진 코일 권선을 이용하지만, 코일 권선(62)은, 스택 형성부에서 서로 수직으로 공간을 이룬 다수의 수평 평면으로 주로 수평으로 지향된다. 즉, 각 코일 권선의 상당한 부분 또는 세그먼트는 일반적으로 수평으로 지향된다. 코일 권선의 수직 부분(66)은 코일 권선(62)이 도 5A에서 설명된 스택 형성부를 형성하도록 수평 부분(64) 간에 수직 공간을 제공한다. 이런 식으로, 유도 소자의 유효 플라즈마 생성 영역은 유도 소자의 수평 풋프린트를 상당히 증가시키지 않고 증가될 수 있다. 더욱이, 코일 권선이 주로 수평으로 지향되도록 구성되기 때문에, 유도 소자의 수직 높이는 또한 최소화된다. 특히, 코일 권선(62)은 병렬 부분(68)을 포함하는데, 이는 일반적으로 서로 병렬이고 동일 평면이며, 소자(60)의 중심 플라즈마 생성 영역(71)을 형성한다. 본 발명의 원리에 따르면, 스택된 코일 권선(62)은 더욱 많은 수의 부분(68)에 제공하여, 유도 소자의 전체 수평 풋프린트를 증가시키지 않고 유도 소자(60)의 중심(71) 근처에 위치되도록 한다. 유도 소자(60)내의 부가적인 코일 권선(62)은 더욱 큰 수평 풋프린트보다는 유도 소자에 대한 부가적인 수직 높이로 변환된다. 따라서, 유도 소자(60)는 플라즈마 처리 시스템에서의 처리실의 수평 단면 사이즈를 상당히 증가시키지 않고 조밀하고 균일한 플라즈마를 생성하거나 유지하는데 이용된다. 도 5A에 도시된 바와 같이, RF 전력은 내부 코일 단부(70)에서의 유도 소자(60)에 유도 결합된다. 코일 권선(62)이 스택되고, 주로 수평으로 지향되므로, 수직 높이는 예컨대 도 1의 소자(10)에 의해서만큼 상당히 증가되지 않는다.이런 식으로, 소자(60)는 보통 실질적으로 큰 유도 소자를 필요로 하는 조밀하고 균일한 플라즈마를 유지하는데 이용될 수 있는 수평 및 수직으로 콤팩트한 설계를 제공한다.
도 5B는 본 발명의 원리에 따른 유도 소자의 다른 실시예를 도시한 것으로서, 이는 도 1A에 도시된 유도 소자(10)로부터의 특징 뿐만 아니라 도 5A의 유도 소자(60)로부터의 각종 특징의 조합을 이용한다. 특히, 유도 소자(72)는 기술된 바와 같이 스택된 형성부내에 있거나. 스택된 형성부로부터 각을 이루는 코일 권선(62)을 포함한다. 코일 권선(62)은 주로 수평 평면내에 위치되는데, 그 이유는 이런 권선의 수평 부분(64)이 수직 부분(66)보다 상당히 더 길기 때문이다. 이런 점에서, 코일 권선(62)은 도 5A의 유도 소자(60)와 유사한 수직으로 공간을 이룬 수평 평면내의 스택된 형성부내에 지향된다. 유도 소자(72)는 또한 스택된 형성부에 대해 각을 이루어 지향된 하나 이상의 코일 권선(74)을 포함한다. 도 5B에서, 코일 권선(74)은 주로 수직 평면으로 지향되고, 일반적으로 스택된 코일 권선(62)에 직각으로 지향된다. 그러나, 부가적인 코일 권선(74)은 수평 및 수직 방향 사이의 어느 곳에서 각을 이룰 수 있다. RF 전력은 외부 코일 단부(76)에서의 유도 소자(72)에 결합된다. 도 5A-5B의 소자의 코일 권선이 일반적으로 반원형으로 도시되지만, 또한 다른 형태를 가질 수 있다. 또한, 도 5B가 일반적으로 수직으로 지향되는 코일 권선(74)을 도시하지만, 도 3A 및 3B에 도시된 바와 같이, 수평 및 수직 사이에서 각을 이룰 수 있다.
도 6A-6D는 본 발명의 원리를 따라 플라즈마 처리 시스템내에서 이용하는 유도 소자에 대한 선택적인 설계를 도시한 것이다. 도 6A-6D의 소자는 비교적 근접하여 공간을 이룬 권선된 코일 권선을 가진 코일 형의 통상의 유도 소자로부터의 변형된 것이다. 즉, 도 6A-6D는 비-코일 식으로 배치된 반복된 도체 세그먼트를 이용하는 유도 소자의 실시예를 도시한 것이다. 특히, 유도 소자에 대해, 반복된 도체 세그먼트는 여기서 설명된 다른 실시예에 대해 기술된 바와 같이 코일의 반복된 코일 권선형이 아니다. 특히, 도 6A-6D의 실시예는 에너지를 플라즈마에 결합하도록 평면 유전 윈도우로 이용하기 위해 설계된다. 도 6A-6D의 유도 소자는 제각기 유도 소자의 중심 주변에서 원형 패턴으로 위치되는 다수의 동일한 반복 도체 세그먼트를 포함한다. 도 6A, 6C 및 6D에서와 같은 소자 중의 수개는 유도 소자의 중심으로부터 방사상 외향으로 연장하도록 배치되는 반복된 도체 세그먼트를 갖는다. 그런 유도 소자는 처리실 내부에 링형 플라즈마를 생성시켜, 그런 유도 소자의 중심 근처에 위치되는 다른 부가적인 하드웨어로 이용될 수 있다. 예컨대, 마그네트론 디바이스, 가스 주입 어셈블리, 측정 디바이스 및 다른 처리 하드웨어는 플라즈마 공정을 위해 도 6A-6D의 유도 소자의 중심에 위치될 수 있다. 도 6A-6D에 도시된 소자는 다수의 인접한 동심 코일 권선을 포함하는 통상의 권선된 코일 또는 안테나로부터 약간 떨어져 있다. 몇몇 실시예가 도 6B의 유도 소자와 같은 다층을 이용하고, 도 6B의 유도 소자가 일반적 원형 패턴으로 배치된 코일 권선형의 반복된 세그먼트를 이용하지만, 통상의 권선 또는 공간 코일 안테나에 비교되듯이, 도 6A-6D의 유도 소자는 일반적으로 안테나의 단부에서의 감소된 입력 임피던스를 갖는다. 더욱이, 도 6A-6D의 유도 소자는 통상의 코일 설계에 비해 저 인덕턴스를 가질 수 있다.
도 6A에서, 일반적으로 유전 윈도우의 수평 평면과 병렬인 평면으로 지향되기 위해 구성되는 유도 소자(80)가 도시된다(도 1D 참조). 유도 소자(80)는 유도 소자의 중심(84)으로부터 방사상 외향으로 연장하도록 배치되는 다수의 반복된 세그먼트(82)를 형성한다. 각각의 반복된 세그먼트(82)는 플라즈마의 생성에 기여하고, 이런 세그먼트가 중심(84) 주변에 방사상으로 배치되므로, 원형 또는 링형 플라즈마는 그런 소자에 의해 생성된다. 유도 소자(80)는 기준 원형(87)으로 도시된 바와 같이 주로 원형인 외부(86)를 포함하는 반복된 도체 세그먼트(82)를 갖는다. 본 발명의 원리에 따르면, 유도 소자(80)는 조밀하고 균일한 링형 플라즈마를 생성시키는데, 이런 플라즈마는 마그네트론, 가스 주입 어셈블리 또는 측정 디바이스와 같은 다른 처리 부품과의 조합으로 이용될 수 있고, 이런 부품은 유도 소자의 중심(84) 근처에 위치될 수 있는데, 그 이유는 플라즈마 생성이 주로 반복된 세그먼트(86) 근처의 중심으로부터 방사상 외향으로 유지되기 때문이다. 유도 소자(80)는 교차 세그먼트(88)를 포함하는데, 이는, 일반적으로 유도 소자의 한 측면이 시계 방향과 같이 한 방향으로 전류를 도전시키도록 유도 소자의 중심(84)을 통해 연장하며, 여기서 유도 소자의 다른 측면은 시계 반대 방향과 같은 대향 방향으로 전류를 도전시킨다. 이런 식으로, 링형 플라즈마내에서는 더욱 일관성이 있는 플라즈마 밀도가 달성된다. RF 전력은 단자(81)에서 소자(80)에 결합된다.
도 6B는 일반적으로 평면 유전 윈도우와 병렬인 평면으로 지향되기 위해 구성되고(도 1D 참조), 개별 코일을 형성하는 반복된 도체 세그먼트(92)를 포함하는 도전 소자(90)를 도시한 것이다. 세그먼트(92)는 코일을 형성하지만, 반복된 도체 세그먼트는 코일식으로 배치되지 않는다. 즉, 개별 코일(92)은 더욱 큰 코일 구조의 간단한 코일 권선이 아니다. 각각의 코일(92)은 거의 one-and-one-half 코일 권선을 포함하고, 유도 소자의 중심(94) 주변에서 일반적인 원형 패턴으로 배치된다. 도 6B의 실시예는 나선형인 코일을 가진다. 각각의 코일 세그먼트(92)는 일반적으로 수직인 축(93) 주변에 권선됨으로써, 각 반복된 코일 세그먼트(92)의 one-and-a-half 권선은, 도 6B에 도시된 바와 같이, 수직으로 공간을 이루지만, 수평으로 지향된 평면에 위치된 세그먼트를 다층 유도 소자에 제공한다. 각각의 코일 세그먼트는 각종 코일 세그먼트(92) 사이에 위치된 전이 세그먼트(95)를 포함함으로써, 각 코일 세그먼트는 하부(96)와 상부(98) 사이에 유사하게 권선될 수 있다. 각 코일 세그먼트(92)는 유도 소자(90)의 중심(94) 주변에 유사하게 배치된다. RF 전력은 단자(91)에서 소자(90)에 결합된다.
도 6C의 유도 소자(100)는 또한 일반적으로 평면 유전 윈도우와 병렬인 수평 평면으로 지향되기 위해 구성되고, 유도 소자의 중심(104)으로부터 방사상 외향으로 연장하도록 배치된 반복된 도체 세그먼트(102)를 형성한다. 반복된 세그먼트(102)는 일반적으로 타원형 부분을 포함하며, 이런 타원형 부분의 각각은 일반적 선형 외부 측면(101) 및 라운드 또는 반경 단부(103)를 갖는다. 유도 소자(100)는 또한 도 6B에 도시된 유도 소자와 유사한 다층을 갖는다. 그러나, 참조 번호(106)로 표시된 제 1 층 및, 참조 번호(108)로 표시된 제 2 층으로 존재하는 다층은 수직으로 공간을 이룬 2개의 수평 평면내의 패턴을 반복함으로써 형성된다. 특히, 유도 소자(100)는 거의 포인트(105)에서 개시하는 제 1 층(106)내에 다수의 반복된 도체 세그먼트를 형성한다. 거의 포인트(107)에서, 유도 소자(100)를형성하는데 사용된 도체가 레벨(108)까지 수직으로 연장하여 패턴을 반복하고, 하부층(106)내에서 반복된 세그먼트와 동시에 연장하거나 오버라이(overlie)하는 반복된 세그먼트를 형성하는 전이가 일어난다. RF 전력은 단자(109)에서 소자(100)에 결합된다.
도 6D는 본 발명의 원리에 따른 플라즈마 처리 시스템내에 사용하기 위한 유도 소자의 선택적인 다른 설계를 도시한 것이다. 유도 소자(110)는 일반적으로 유전 윈도우와 병렬인 수평 평면으로 지향되도록 구성되고, 유도 소자(110)의 중심(114)으로부터 방사상 외향으로 연장하는 반복된 세그먼트(112)를 형성한다. 세그먼트(112)는 도 6C에 도시된 세그먼트(102)와 유사한 형식으로 지향된다. 그러나. 유도 소자(110)는 단지 단일 레벨 또는 층만을 이용하고, 반복된 세그먼트(112)는 상이한 형태를 취한다. 도 6C에 도시된 바와 같이 타원형 부분ㅇ르 형성하기 보다는, 반복된 세그먼트는, 일반적으로 유도 소자(110)의 중심(114)에 대해 반경을 갖도록 형성되는 라운드된 구형인 것으로 고려되는 형태의 각을 이룬 많은 코너(116)를 갖는다. 라운드된 구형은 방사상 지향된 세그먼트(117)에 의해 접속된 곡선 내부 측면(113) 및 곡선 외부 측면(115)을 포함한다. RF 전력은 단자(101)에서 소자에 결합된다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 유도 전기 소자는 처리실의 측벽부 뿐만 아니라 동시에 처리실의 단부벽을 통해 처리실의 처리 공간내에 전기 에너지를 결합하도록 구성되고 이용될 수 있다. 통상적으로, 통상의 유전 윈도우는 처리실의 단부 또는 처리실의 단부벽, 보통은 도 1D에 도시된 바와 같이, 처리실의 상 단부에위치된다. 이런 식으로, 통상의 평면 코일 안테나로부터의 전기 에너지는 처리실의 처리 공간내로 하향 지향된다. 선택적으로, 처리실의 측벽은 유전 물질로 형성되고, 나선형 또는 솔레노이드형 코일은 측벽 주변에 권선되어 에너지를 처리실에 결합한다. 본 발명의 다른 양상에 따르면, 다수의 코일 권선을 가진 일반적 비평면 유도 소자는 코일 권선의 세그먼트가 처리실의 측벽부 또는 동시에 처리실의 단부벽부를 따라 위치되거나 지향되도록 구성된다. 유도 소자로부터의 전기 에너지는 이에 의해 측벽 및 단부벽부 양자 모두를 통해 동시에 결합된다. 즉, 일 실시예에서, 유도 전기 에너지는 처리실의 상부 뿐만 아니라 측면으로부터 플라즈마내에 결합된다. 궁극적으로, 그런 유도 소자를 이용하는 처리 시스템은 수정과 같은 유전 물질로 형성된 측벽부 및 단부벽부를 가진다.
도 7A에서, 코일형의 유도 소자(120)는 측벽부(121) 및 단부벽부(122)를 포함하는 처리실의 섹션(123) 주변에 형성되고 구성된다. 처리실 섹션(123)은 도 8B에 도시된 바와 같은 큰 처리실에 포함될 수 있다. 섹션(123)은 일반적으로 기판과 대향하여 위치되어, 이런 기판 근처에 플라즈마를 형성하도록 처리된다. 도 7A-7C에 도시된 섹션(123)은 일반적으로 평평한 단부벽부(122) 및 원통형 측벽부(121)와 원통형이도록 도시되지만, 이런 섹션은 도 8B에 도시된 코니칼형과 같은 다른 형태를 취할 수 있다. 유도 소자(120)는 총칭적으로 참조 번호(124)로 표시된 다수의 코일 권선을 포함하는 코일로서 형성되는데, 여기서, 각 권선은 처리실 측벽부(121)를 따라 및 주변으로 지향되는 세그먼트(126)를 포함한다. 코일 권선(124)은 또한 단부벽부(122)를 따라 지향된 세그먼트(127)를 포함한다. 이런식으로, 유도 소자(120)의 코일 권선(124)은 처리실의 측벽부 및 단부벽부 양자 모두를 통해 에너지를 플라즈마에 결합한다. 측벽부 및 단부벽부(121,122)는 석영과 같이 적당한 유전 물질로 형성되어, 전기 에너지가 플라즈마에 결합되도록 한다.
코일 권선(124)은 유전 처리실의 섹션(123)에 권선되고 배치되어, 일반적으로 섹션(123)의 모든 측면으로부터 에너지를 플라즈마에 결합한다. 즉, 소자(120)는, 일반적으로 처리실 측벽부(121)를 따라 지향되는 코일 권선의 세그먼트 및, 처리실 단부벽부(122)를 따라 지향된 코일 권선의 세그먼트를 포함한다. 결국, 단부(130)에서 RF 전원의 단자에 결합되는 유도 소자(120)는 코일 권선을 포함하는데, 여기서, 각 권선은 단부벽부에 걸쳐 권선하는 세그먼트 및, 측벽부(122) 주변에 권선하는 세그먼트를 갖는다. 코일 권선의 측벽 세그먼트는 서로 각을 이루어 지향되는 섹션을 포함한다. 특히, 측벽부(121)를 따라 위치되는 코일 권선의 측벽 세그먼트는 제각기 수평 섹션(133)으로 표시된 바와 같이 측벽부 아래로 실행하는 섹션(132) 및, 측벽부(121) 주변으로 실행하는 섹션을 포함한다. 각 코일 권선의 측벽 세그먼트는 수직 섹션(134)으로 표시된 바와 같이 측벽부(121) 위로 후진하여 연장하는 섹션을 더 포함한다. 그 후, 코일 권선은 단부벽부(122)으로 다시 연장한다. 도 7A에 도시된 바와 같이, 그런 패턴은 각종 코일 권선(124)에 대해 반복되고, 처리실 섹션(123)의 한 측면 아래로 진행한다. 하부 코일(124a)에서, 코일 권선(124b)으로 세그먼트(135)에서 전이가 행해지는데, 상기 코일 권선(124b)은 단부벽부(122) 위에서 측벽부(121)를 권선하고, 처리실 섹션(123)의 다른 측면을 따라, RF 전원의 다른 단자에 결합하는 단부(136)에서 종료할 때까지 반복한다. 도면에도시된 바와 같이, 코일(120)은 기본적으로 코일 권선의 세트를 가지는데, 여기서, 권선의 한 세트는 일반적으로 처리실의 한 측면을 따라 위치되고, 권선의 다른 세트는 일반적으로 처리실의 다른 측면을 따라 위치된다.
도 7A에 도시된 소자의 실시예에서, 측벽부를 따른 코일 권선 세그먼트는 도 7A에 도시된 바와 같이 90도의 급 굴곡(bend)을 포함한다. 측벽부(122)를 감아 올리고 내리는 각종 코일 권선 섹션은 참조 번호(132,134)로 표시되고, 일반적 수직 방향으로 지향된다. 섹션(133)을 포함하는 유도 소자의 다른 섹션은 일반적으로 수평으로 지향된다. 코일 권선 섹션(132,134)과 섹션(133) 사이에는 거의 900굴곡이 있다. 선택적으로, 다른 방향은 코일 권선의 각종 섹션에 대해 이용될 수 있다.
도 7B에서, 예컨대, 일반적으로 유도 소자(120)와 유사한 유도 소자의 선택적인 실시예가 도시된다. 유도 소자(140)는 도 7A의 유도 소자(120)와 유사한 처리실 섹션(123)의 단부벽부(122) 위와 측벽부(121) 주변으로 연장하는 다수의 코일 권선(142)을 포함한다. 그러나, 코일 권선(142)의 섹션(134)과 섹션(133) 간의 전이는 개별 섹션(134,133)이 일반적으로 서로 수직이 아니도록 900보다 큰 각으로 이루어진다. 측벽 섹션(133,134) 간의 각은 처리실 섹션(123)의 특정 형을 수용하도록 변화될 수 있다. 예컨대, 이런 각은 900이하이다. 소자(140)는 처리실의 단부벽 및 측벽 양자 모두를 통해 에너지를 플라즈마에 결합한다.
도 7C는 처리실의 단부벽 및 측벽부로부터 전기 에너지를 처리실에 결합하는데 이용된 유도 소자의 다른 선택적인 실시예를 도시한 것이다. 도 7C의 실시예는도 7A,7B에 도시된 바와 같이 각을 이룬 다수의 섹션을 가진 코일 권선을 이용하지 않는다. 유도 소자(150)는 일반적으로 원형 권선된 코일 권선을 이용하는데, 이런 코일 권선은,권선의 섹션이 처리실 섹션(123) 주변에 있고, 동시에 권선의 섹션이 단부벽부(122) 및 측벽부(121)에 걸쳐 있도록 권선된다. 상술한 바와 같이, 소자는 코일 권선의 2 세트를 형성하고 이런 세트는 섹션(123)의 대향 측면 상에 위치된다.
도 7A,7B 및 7C의 유도 소자(120,140,150)은 제각기 각종 각으로부터 전기 에너지를 플라즈마에 유도 결합하는데 이용될 수 있고, 플라즈마로의 전기 에너지의 전달을 변화시키는데 이용될 수 있다. 이에 의해, 유도 소자는 평면 코일로 달성할 수 없는 식으로 플라즈마의 안정성 및 균일도에 영향을 미친다. 예컨대, 평면 코일에 의해, 코일과 플라즈마 간의 결합 인터페이스의 사이즈에 영향을 미쳐, RF 전력이 플라즈마내에 증착되는 영역을 확대하는 능력이 거의 없다. 일반적으로, ICP 전력은 안테나를 인터페이스하고, 유전 윈도우로부터 몇몇 스킨(skin) 깊이를 확장하는 플라즈마층에 증착된다. 도 7A-7C에 도시된 바와 같은 안테나 설계는, 에너지가 처리실의 상부로부터 플라즈마로 지향될 뿐만 아니라 측면으로부터도 지향되도록 처리실의 측벽부(121)를 따라 지향되는 코일 권선의 세그먼트의 방향을 변화시킴으로써 가변성을 생성시킨다.
도 7D는 본 발명의 원리에 따라 처리실의 단부벽 및 측벽부를 통해 에너지를 플라즈마내에 유도 결합하는데 이용된 비평면 유도 소자의 다른 실시예를 도시한 것이다. 유도 소자(160)는 도 7A-7C에 도시된 유도 소자와 유사한 반복된 코일 권선을 이용하지 않는다. 오히려, 유도 소자(160)는 도 6A-6C에 도시된 유도 소자의 변형이며, 여기서, 유도 소자의 반복된 소자는 비코일 식으로 배치되고, 중심축 주변에서 원형 패턴으로 방사상 배치된다. 이런 세그먼트는 유도 소자의 중심으로부터 방사상 외향으로 연장하도록 배치된다. 그러나, 소자(160)는 도 6A-6D에 도시된 바와 같이 일반적으로 평평하도록 구성되는 것이 아니라, 소자(160)는 처리실의 상부를 따라 지향된 세그먼트 및, 처리실의 측면을 따라 위치하도록 지향된 세그먼트를 가진다.
특히, 중심축(161)을 따라 방사상 배치되는 반복된 세그먼트(162)의 각각은 코너(163)에서 구부려져, 일반적 수평 상부 세그먼트(164) 및 일반적 수직 세그먼트(166)를 형성한다. 상부 세그먼트(164)는 일반적으로 처리실의 단부벽 또는 상부벽 부분(122)을 따라 지향되지만, 수직 세그먼트(166)는 일반적으로 처리실의 측벽부분(121)을 따라 지향된다. 예컨대, 소자(160)와 유사한 유도 소자는 도 7D에 도시된 바와 같은 식으로 도 6A의 소자(80)의 각종 반복된 세그먼트를 구부림으로써 형성된다. 측면 세그먼트(166)의 각각은 일반적으로 수평으로 지향되지만, 측벽부분(121)을 따라 위치되는 섹션(167)을 포함한다. 소자(160)는 처리실 위로부터와 처리실의 측면을 통해 전기 에너지를 처리실에 결합한다.
본 발명의 일 양상에 따르면, ICP 시스템 및, 여기에 기술된 유도 소자는 플라즈마 에칭 또는 플라즈마 증진 CVD (PECVD)에 이용될 수 있다. 본 발명의 다른 양상에 따르면, 유도 결합 플라즈마는 스퍼터 증착 공정 또는 스퍼터 에칭 공정에 이용될 수 있다. 본 발명의 또다른 양상에 따르면, 여기에 기술된 유도 소자는 독립적으로 바이어스된 제 2 유도 소자와 결합하여 스퍼터 증착에 이용되어, 처리실내의 플라즈마에 영향을 미치거나, 스퍼터된 입자를 이온화시킨다.
궁극적으로, 도 8A는 처리될 기판(206)을 지지하는 처리 공간(204)을 형성하도록 처리실(202)을 이용하는 처리 시스템(200)을 도시한 것이다. 시스템(200)은 본 발명의 원리에 따라 상술한 바와 같이 유도 소자를 이용하고, 타겟으로부터 스퍼터된 입자가 기판상에 증착하기 전에 이온화되는 이온화 PVD 방법에 적당하다. 기판(206)은 기판(206) 및 처리 공간(204)을 둘러싸는 유전실 섹션(210) 밑에 위치된 웨이퍼 지지대(208) 위에 위치한다. 지지대(208)는 적당한 전원(206a)에 의해 바이어스될 수 있는 기판 지지대(206b)를 포함한다. 개구판(212) 및 스퍼터 증착 타겟(214)와 관련 설치대(215)는 유전실 섹션(210)의 상부에 위치된다. 개구판(212)은 개구 또는 구멍(213) 및, 링 타겟형일 수 있고, 개구(213)를 둘러싸는 타겟(214)를 포함한다. 타겟(214)은 적당한 DC 전원(226b)에 결합된다. 유전 윈도우(216)는 개구판(212) 및 타겟(214)의 상부에 위치된다. 유도 소자(220)는 유전 윈도우(216)의 상부에 위치된다.
본 발명의 원리에 따르면, 유도 소자(220)는, 도 1A 및 도 8A에 도시된 유도 소자(10)와 같이 평면 유전 윈도우와 관련하여 동작 가능한 적당히 구성된 다수의 유도 소자 중의 어느 하나일 수 있다. 패러데이 차폐물(234,236)은 도 1D의 시스템에 대해 기술된 바와 같이 시스템(200)에서 이용될 수 있다. 유도 소자(10)는 수직 코일 권선(222) 및 수평 코일 권선(224)을 포함한다. 수평 코일 권선(224)은 일반적으로 유전 윈도우(216)의 평면 상부면(225)과 병렬인 평면에 위치된다. 유도 소자(220)는 전기 에너지를 처리 공간(204)에 결합하고, 특히 윈도우(216)를 통해 처리 공간(204)내의 플라즈마에 에너지를 결합한다. 이런 플라즈마는, 타겟(214)으로부터 물질을 스퍼터하여, 타겟 물질의 스퍼터된 원자를 이온화시키는데 이용되고, 이런 타겟 물질은 공지된 이온화 스퍼터 증착 기술에 따라 기판(206)상에 증착된다. 유도 소자(220)는 정합 유닛(226a)을 통해 RF 전원(226)에 결합된다. 타겟(214)은 RF 전원(226b)에 결합되어 타겟을 바이어스시킨다. 도 8A에 도시된 유도 소자(220)는 도 1A 및 1B에 도시된 유도 소자와 설계가 유사하지만, 본 발명의 원리에 따른 다른 유도 소자는 또한 평면 유전 윈도우(216)와 관련하여 시스템(200)에 이용될 수 있다. 예컨대, 도 1C,2A-2B,3A-3B,4,5A-5B 및 6A-6D에 도시된 유도 소자는 또한 평면 윈도우(216) 근처에 이용될 수 있다.
본 발명의 양상에 따라 처리실 공간(204)내에 형성된 플라즈마를 더 제어하여 영향을 미치게 하기 위하여, 제 2 유도 소자(230)가 유전실 섹션(210) 주변에 위치된다. 궁극적으로, 도 8A에 도시된 바와 같이, 제 2 유도 소자(230)는 섹션(210) 주변에 권선된 원통형 코일 소자형일 수 있다. 유도 소자(230)는 정합 유닛(232a)을 통해 RF 전원(232)에 결합된다. 전원(232)은 RF 전원(226)과 무관하게 동작한다. 이런 식으로, 제 1 유도 소자(220) 및 제 2 유도 소자(230)는 독립적으로 바이어스되고 동작된다. 2개의 독립 RF 전원(226,232)은 플라즈마로 전달된 전력량을 조정하기 위해 이용될 수 있다.
독립적으로 바이어스된 2개의 유도 소자를 이용하는 본 발명의 시스템(200)의 한 특정 잇점은 이온화된 PVD 공정으로 실현된다. 이온화된 금속 PVD 공정과 같은 이온화된 PVD (iPVD) 공정에서, 금속 입자 (예컨대, AI 입자)는 제 1 소자에 의해 생성되고 지속된 플라즈마를 이용하는 타겟으로부터 스퍼터되고, 스퍼터링 후에, 입자는 제 2 플라즈마에 의해 이온화된다. 이온화된 PVD 공정은 고 종횡비를 가진 특징을 이용하는 기판상에 금속막을 증착시킨다. 플라즈마내에 전자 온도 및 전자 밀도를 최대화하는 것이 iPVD 공정에서 금속 입자의 이온화를 최적화하기 위한 중요한 과제이다. 그러나, iPVD 공정에서 일어나는 것은, 제 1 플라즈마내에 존재하는 금속 입자의 증가된 밀도가 제 1 플라즈마내의 전자 온도를 급냉시키거나 감소시켜, 달성될 수 있는 전체 금속 이온화를 감소시킨다. 더욱이, 스퍼터된 금속 입자와 관련된 에너지는 종종 아르곤과 같은 처리 가스에 의해 흡수되며, 이는 밀도를 감소시키거나 아르곤 처리 가스를 옅게 한다. 이런 아르곤 가스를 옅게 함으로써, 스퍼터된 원자의 열 효율을 감소시켜, 금속의 이온화를 더 감소시킨다.
도 8A에 도시되고, 본 발명의 원리에 따라 시스템을 이용하여, 금속 원자는, 분리 유도 소자(220 및 230)로부터의 유도 결합된 에너지로 설정되는 바와 같이, 처리 공간의 2개의 상이한 영역내의 고밀도 플라즈마와 상호 작용한다. 전술된 바와 같이 본 발명의 원리에 따르면, 제 1 유도 소자(220)는 타겟(214) 근처에 고밀도 및 균일도 플라즈마를 제공한다. 기판(206)상에 증착되는 물질은 타겟(214)으로부터 스퍼터되어, 제 1 플라즈마에 의해 이온화된다. 스퍼터된 물질의 어떤 부분은 로컬 가스 온도로 완전히 냉각시키지 않고 제 1 플라즈마 영역을 전이시켜, 플라즈마 입자와 충돌할 기회를 갖지 않고, 이온화된다. 제 2 유도 소자(230)는 스퍼터된 물질의 이온화를 상당히 증진시키는데, 그 이유는 스퍼터된 원자가 제 2 플라즈마에 도달하는 시간만큼 열 상태로 냉각시킬 기회를 가져, 이온화되는 플라즈마 입자와 충돌할 수 있다. 더욱이, 중성 상태로 플라즈마의 원자와 재결합되는 앞서 이온화된 스퍼터 원자의 어느 부분은 다시 제 2 플라즈마에 의해 이온화된다. 이런 이온화는 유도 소자(230) 근처의 처리 공간, 즉 기판(206) 바로 위의 공간의 영역에서 일어난다. 제 2 유도 소자(230)는 제 1 유도 소자(220)의 효과와 무관하게 처리실(202)내의 플라즈마에 에너지를 제공한다. 이런 식으로, 더욱 큰량의 에너지가 타겟(214)에서 스퍼터된 플라즈마 및 금속 입자로 전달되어, 금속 입자의 바람직한 이온화를 증가시키고, 이온화된 금속 플럭스의 균일도를 증가시킨다. 더욱이, 제 2 유도 소자(230)는, 상당량의 이온화된 금속 플럭스가 유전실 섹션(210)과 관련된 재결합 및 측벽 흡수로 인해 상실되는 플라즈마 필드의 외부 주변에 RF 에너지를 첨가한다. 본 발명의 일 실시예에서, 제 1 유도 소자는 거의 13.56 MHZ로 동작하는 RF 전원(226)에 결합될 수 있는 반면에, 제 2 RF 전원(232)은 거의 2 MHZ로 동작할 수 있다. 전원(226,232)은 독립적으로 동작한다. 일반적으로, 유도 소자는 400 kHz에서 100 MHZ까지의 여기 주파수의 범위내에서 전력을 공급받을 수 있다. RF 전원은 정합 유닛(226a,232a)을 통해 유도 소자에 결합되어, 최대 RF 전력을 플라즈마로 전달한다.
도 8A에 도시된 바와 같이, 2개의 유도 소자를 이용하여 생성된 플라즈마는 2개의 독립 에너지원으로부터 플라즈마로 전달되는 전력으로 인해 광범위한 타겟 전력 및 가스 압력 파라미터를 통해 적절히 제어될 수 있다. 더욱이, 도 8A에 도시된 시스템(200)은, 기판(206) 바로 위의 영역내의 플라즈마의 독립 제어를 제공하여, 타겟(214)으로부터 스퍼터된 입자와의 플라즈마의 상호 작용의 독립 제어를 제공함으로써 금속 입자 이온화의 영역의 사이즈를 증가시킨다. 더욱이, 발명자는 시스템(200)과 유사한 시스템이 또한 음향파, 전자 플라즈마파 및 다른 파 결합 메카니즘과 같이 전기 에너지를 플라즈마에 도입하기 위해 다른 물리적 메카니즘을 이용할 수 있음을 판정하였다. 더욱이, 여기에 기술된 바와 같은 본 발명의 시스템에 대한 다른 잇점은 플라즈마로 전달된 전체 전력이 플라즈마로 전달된 고 누적 전력 레벨에 제공하는 2개의 부분으로 분리할 수 있다는 것이다. 게다가, 제 1 및 2 유도 소자 사이의 전력 요구 사항을 분리함으로써, 상기 소자에 대한 가열이 감소되고, 소자의 냉각이 쉽게 이루어진다.
시스템(200)은 또한 타겟(214)으로부터 스퍼터된 입자의 공간 이온화 효율을 증진시키는데 이용될 수 있다. 개구판(212)의 중심 구멍(213)의 사이즈는 스퍼터된 원자를 제한하며, 이런 원자는 냉각하기 전에 기판을 때려 이온화된다. 중심 구멍의 사이즈는 더욱 많거나 적은 스퍼터된 입자를 이온화되는 제 1 소자(220)로 반영하도록 변화될 수 있다. 이는 스퍼터된 입자가 기판 표면을 때리기 전에 스퍼터된 입자에 대한 이온화 가능성을 증진시킨다. 도 8A의 시스템은 이온화 공정을, 처리 공간(204)내의 가스 압력 및, 타겟(214)로 전달되어 그로부터 입자를 스퍼터하는 에너지량과는 무관하게 한다. 이에 의해, 어떤 처리 가스 압력 범위 및 전력 제한으로 제한되는 단일 평면 유도 소자를 이용하는 종래 기술의 시스템보다 상당한 잇점이 있는 시스템의 전체 "프로세스 윈도우"는 증진된다.
상술한 바와 같이, 가스 플라즈마로의 에너지의 유도 결합을 더욱 증진하기위해, 시스템(200)은 유전 윈도우(216)의 내부측 근처의 슬롯된 차폐물(234) 및, 제 2 유도 소자(230) 근처의 처리실 부분(210)을 둘러싼 차폐물(236)형의 패러데이 차폐물을 이용할 수 있다. 패러데이 차폐물은 금속 물질을 이용하는 이온화된 PVD 시스템에 유용한데, 상기 금속 물질은 처리실내부의 유전 표면상에 구축될 수 있고, 내부 부분과 플라즈마 사이에 전기 단락을 유발시킨다. 패러데이 차폐물은 또한 소자(230)로부터 플라즈마로의 에너지의 유도 결합을 증진시킨다. 상술한 바와 같이, 패러데이 차폐물은 일반적으로 접지되고, 공지된 플라즈마 원리에 따라 동작하여, 유도 소자(220,230)에 의해 생성된 용량성 전계를 감소시킨다.
도 8B는 상술한 바와 같은 제 1 비평면 유도 소자 및 제 2 유도 소자를 이용하여 시스템(200)과 유사한 본 발명의 시스템의 선택적인 실시예를 도시한 것이다. 시스템(245)은 도 7A-7D에 대해 상술한 소자와 유사한 제 1 유도 소자(250)를 이용하는데, 이런 소자는 처리실의 단부벽부(251) 및 측벽부(252) 양자 모두로부터 전기 에너지를 처리실(246)에 결합한다. 궁극적으로, 개구판(247) 위에는, 단부벽부(251) 및 측벽부(252)를 가진 유전실 섹션(248)이 도 8A에 도시된 바와 같은 평평한 유전 윈도우 대신에 이용된다. 링형 타겟(254) 및 설치대(255)는 처리실 섹션(248) 주변에 위치되고, 유도 소자(250)는 처리실 섹션(248) 주변에 권선되어 타겟(254) 근처의 처리실(246)에 에너지를 유도 결합하여, 공지된 플라즈마 원리에 따라 타겟으로부터 물질 입자를 스퍼터한다. 타겟(254)은 DC 전원(255b)에 결합되어 타겟을 바이어스시킨다. 도 7B에서 기술된 소자와 형태가 유사한 유도 소자는 도 8B에 도시되어 있다. 그러나, 본 발명의 원리에 따라 유사하게 설계된 다른 유도 소자가 이용될 수 있다. 예컨대, 도 7A,7C 및 7D에 도시된 유도 소자는 또한 도 8B에 도시된 시스템(245)로 이용될 수 있다. 유도 소자(250)는 정합 유닛(255a) 및 RF 전원(255)에 동작 가능하게 결합되며, 상기 전원은 제 2 유도 소자(257)에 결합된 정합 유닛(256a) 및 다른 RF 전원(256)과 무관하게 동작한다. 패러데이 차폐물(258)은 시스템(245)에 도시되어 있고, 지지대(261) 상의 처리실(246)내에 위치된 기판(260)을 처리하기 위해 제 2 유도 소자(257)에 의해 처리실(246)으로의 에너지의 유도 결합을 향상시키기 위해 이용될 수 있다. 지지대(261)는 기판 지지대(260b)를 포함하는데, 이는 공급부(260a)로부터 바이어스되어 기판(260)상의 처리 전압 및 파라미터를 제어한다.
도 8B에 도시된 시스템(245)과 유사한 플라즈마 처리 시스템을 이용하여, 유도 소자(250)의 개별 코일 권선 간의 유전실 섹션(248)의 영역내에 타겟(254)을 설치함으로써 처리실의 설계는 수정될 수 있다. 도 8B에서, 유도 소자(250)의 인접한 코일 권선 간에 번호(259)로 표시된 영역내에 타겟(254)은 위치된다.
도 8C는 본 발명의 원리에 따라 제 1 및 2 유도 소자를 이용하는 다른 시스템(270)을 도시한 것이다. 시스템(270)은 예컨대 도 4, 5A-5B 및 6A-6D에 도시된 어느 소자와 같은 일반적 평평한 제 1 유도 소자(280)를 이용한다. 시스템(270)은기판(274)이 지지대(275)에 의해 지지되는 처리실(272)을 이용한다. 지지대(275)는, 기판(274)상의 전압 및 처리 파라미터를 제어하도록 공급부(274a)에 의해 바이어스될 수 있는 기판 지지대(274b)를 포함한다. 개구판(276) 위에는, 타겟(277), 설치대(279) 및 유전 윈도우(278)가 기판(274) 상으로 물질층의 증착을 스퍼터하기위해 위치된다. DC 전원(282b)은 타겟(277)을 바이어스한다. 유도 소자(280)는 평면 유전 윈도우(278)의 한 측면에 결합되어, 처리실(272)내의 플라즈마에 전기 에너지를 제공한다. 유도 소자(280)는 정합 유닛(282a)을 통해 RF 전원(282)에 결합된다. 패러데이 차폐물(283)은, 상술한 바와 같이, 유전 윈도우(278)의 내부 측면 상에 이용되어, 소자(280)로부터 전기 에너지의 유도 결합을 증진시킬 수 있다.
처리실 유전 섹션(286) 주변에 이용된 제 2 유도 소자(285)는, 도 8A 및 8B에 도시된 바와 같이. 주위에 권선된 원통형 코일형이 아니다. 선택적으로, 소자(285)는 처리실부(286)의 외부벽에 대해 수직으로 지향되는 나란히 반복된 다수의 세그먼트(288)를 포함하도록 형성된다. 반복된 세그먼트(288)는 도 8C에 도시된 바와 같이 일반적으로 수직으로 지향되어, 처리실(272) 주변에 전체 원통형 소자를 형성한다. 유도 소자(285)는 정합 유닛(290a)을 통해 적당한 RF 전원(290)에 결합되어, 본 발명의 원리에 따라 처리실(272)에 에너지를 유도 결합한다. 본 발명의 한 양호한 실시예에서, 반복된 세그먼트(288)는 도 8C에 도시된 바와 같이 U형이다. 그러나, 다른 형의 반복된 세그먼트가 이용될 수 있다. 더욱이, 도 8A,8B에 도시된 바와 같은 원통형 코일은 또한 본 발명의 원리에 따라 시스템(270)에서 이용될 수 있다.
본 발명이 실시예의 설명으로 기술되고, 실시예가 상세히 기술되었지만, 이는 첨부한 청구범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 부가적인 잇점 및 수정은 본 기술 분야의 숙련자에 의해 용이하다. 그래서, 본 발명은 기술되고 도시된 장치및 방법 과 실시예로 제한되지 않는다. 따라서, 출원인의 일반적인 발명의 개념의 정신 또는 범주로 벗어나지 않고 그런 상세 사항을 변형시킬 수 있다.

Claims (67)

  1. 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템으로서,
    처리 공간을 형성하고, 처리 공간내의 기판을 지지하기 위한 기판 지지대를 포함하는 처리실,
    처리 가스를 상기 처리 공간내에 도입하는 가스 입구,
    도입된 처리 가스로부터 처리 공간내에 플라즈마를 생성시키기 위해 동작하는 플라즈마 소스를 구비하는데, 상기 플라즈마 소스는.
    일반적 평면 표면을 가진 유전 윈도우로서, 처리 공간 근처의 처리실과 인터페이스하는 유전 윈도우,
    처리실의 외부와 유전 윈도우 근처에 위치된 유도 소자로서, 플라즈마를 생성시키도록 유전 윈도우를 통해 처리 공간에 전기 에너지를 결합하기 위해 동작하는 유도 소자를 포함하는데,
    상기 유도 소자는 코일의 길이를 따라 연속적으로 배치된 다수의 코일 권선을 가진 코일을 포함하는데, 상기 코일 권선의 하나 이상은 제 1 평면으로 지향되고, 상기 코일 권선의 하나 이상은 제 1 평면으로부터 각을 이룬 제 2 평면으로 지향되는, 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 평면은 유전 윈도우의 평면 표면과 일반적으로 병렬로 지향되는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유도 소자는 제 1 평면으로 지향된 다른 코일 권선을 포함하고, 제 2 평면내의 코일 권선은 제 1 평면내의 코일 권선 사이에 일반적으로 위치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유도 소자는 제 1 평면으로 지향된 다수의 코일 권선을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유도 소자는 제 1 평면으로부터 각을 이룬 평면으로 지향된 다수의 코일 권선을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 코일 권선 중의 하나 이상은 반원형인 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 코일 권선 중의 하나 이상은 구형인 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 2 평면 사이에서 각을 이룬 제 3 평면으로 지향된 하나 이상의 코일 권선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 평면내의 상기 코일 권선은 내부 코일 단부 및 외부 코일 단부를 형성하고, 상기 제 2 평면내의 상기 코일 권선은 제 1 평면 코일 권선의 외부 코일 단부에 결합되는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 평면내의 상기 코일 권선은 내부 코일 단부 및 외부 코일 단부를 형성하고, 상기 제 2 평면내의 상기 코일 권선은 제 1 평면 코일 권선의 내부 코일 단부에 결합되는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 유도 소자는 제 1 평면으로 지향된 부분 및 제 2 평면으로 지향된 부분을 가진 코일 권선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 평면은 일반적으로 제 1 평면과 직각으로 지향되는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리실은 유전 물질로 형성된 측벽 섹션을 가지는데, 상기 처리 시스템은,
    상기 측벽 섹션 근처에 위치되어, 상기 측벽 섹션을 통해 처리 공간으로 전기 에너지를 결합하는 제 2 유도 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 유도 소자는 처리실 측벽 섹션 주변에 감겨진 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 및 2 유도 소자는 제각기 전기 에너지원에 결합되어, 상기 처리 공간으로 전기 에너지를 결합하는데, 상기 전기 에너지원은 서로 독립적으로 동작하여, 상기 제 1 및 2 유도 소자를 독립적으로 바이어스시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 유도 소자와 상기 처리 공간 사이에 위치된 패러데이 차폐물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 유도 소자와 상기 처리 공간 사이에 위치된 패러데이 차폐물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  18. 제 1 항에 있어서,
    물질의 타겟을 지지하기 위해 구성된 처리실내의 설치대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  19. 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템으로서,
    처리 공간을 형성하고, 처리 공간내의 기판을 지지하기 위한 기판 지지대를 포함하는 처리실,
    처리 가스를 상기 처리 공간내에 도입하는 가스 입구,
    도입된 처리 가스로부터 처리 공간내에 플라즈마를 생성시키기 위해 동작하는 플라즈마 소스를 구비하는데, 상기 플라즈마 소스는.
    평면 표면을 가진 유전 윈도우로서, 처리 공간 근처의 처리실과 인터페이스하는 유전 윈도우,
    처리실의 외부와 유전 윈도우 근처에 위치된 유도 소자로서, 플라즈마를 생성시키도록 유전 윈도우를 통해 처리 공간에 전기 에너지를 결합하기 위해 동작하는 유도 소자를 포함하는데,
    상기 유도 소자는 다수의 코일 권선을 가진 코일을 포함하는데, 각 코일 권선은 선형 부분에 결합된 우세한 활형 부분을 포함하고, 유도 소자의 제 1 및 2 코일 권선의 상기 우세한 활형 부분은 공간을 이루고 일반적으로 병렬인 평면으로 지향되어 스택된 코일 권선을 형성하며, 상기 스택된 코일 권선은 상기 유전 윈도우 평면 표면과 일반적으로 병렬로 지향되는, 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 유도 소자는 스택된 코일 권선의 다수의 세트를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 처리실은 유전 물질로 형성된 측벽 섹션을 가지는데, 상기 처리 시스템은,
    상기 측벽 섹션 근처에 위치되어, 처리 공간으로 전기 에너지를 결합하는 제 2 유도 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 2 유도 소자는 처리실 측벽 섹션 주변에 감겨진 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 및 2 유도 소자는 제각기 전기 에너지원에 결합되어, 상기 처리 공간으로 전기 에너지를 결합하는데, 상기 전기 에너지원은 서로 독립적으로 동작하여, 상기 제 1 및 2 유도 소자를 독립적으로 바이어스시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 2 유도 소자와 상기 처리 공간 사이에 위치된 패러데이 차폐물을 더포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  25. 제 19 항에 있어서,
    상기 유도 소자와 상기 처리 공간 사이에 위치된 패러데이 차폐물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  26. 제 19 항에 있어서,
    상기 유도 소자는 상기 스택된 코일 권선에 대해 각을 이루어 지향된 제 3 코일 권선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  27. 제 21 항에 있어서,
    물질의 타겟을 지지하기 위해 구성된 처리실내의 설치대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  28. 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템으로서,
    처리 공간을 형성하고, 처리 공간내의 기판을 지지하기 위한 기판 지지대를 포함하는 처리실,
    처리 가스를 상기 처리 공간내에 도입하는 가스 입구,
    도입된 처리 가스로부터 처리 공간내에 플라즈마를 생성시키기 위해 동작하는 플라즈마 소스를 구비하는데, 상기 플라즈마 소스는.
    일반적 평면 표면을 가진 유전 윈도우로서, 처리 공간 근처의 처리실과 인터페이스하는 유전 윈도우,
    처리실의 외부와 유전 윈도우 근처에 위치된 유도 소자로서, 플라즈마를 생성시키도록 유전 윈도우를 통해 처리 공간에 전기 에너지를 결합하기 위해 동작하는 유도 소자를 포함하는데,
    상기 유도 소자는, 비코일 식으로 배치되고, 유도 소자의 중심 주변에서 원형 패턴으로 위치되는 다수의 반복된 도체 세그먼트를 포함하는데, 반복된 도체 세그먼트는 상기 유전 윈도우의 평면 표면과 일반적으로 병렬인 평면으로 지향되는, 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 반복된 도체 세그먼트는 상기 유도 소자의 중심으로부터 방사상 외향으로 연장하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 반복된 도체 세그먼트는 개별 코일을 형성하는데, 상기 코일은 상기 유도 소자의 중심 주변에서 원형 패턴으로 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  31. 제 28 항에 있어서,
    상기 처리실은 단부벽부 및 측벽부를 포함하고, 상기 반복된 도체 세그먼트는 상기 처리실의 단부벽부를 따라 지향된 수평 세그먼트 및, 상기 처리실의 측벽부를 따라 지향된 수직 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  32. 제 28 항에 있어서,
    상기 처리실은 유전 물질로 형성된 측벽 섹션을 가지는데, 상기 시스템은,
    상기 측벽 섹션 근처에 위치되어, 상기 측벽 섹션을 통해 처리 공간으로 전기 에너지를 결합하는 제 2 유도 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 제 2 유도 소자는 처리실 측벽 섹션 주변에 감겨진 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  34. 제 32 항에 있어서,
    상기 제 1 및 2 유도 소자는 제각기 전기 에너지원에 결합되어, 상기 처리 공간으로 전기 에너지를 결합하는데, 상기 전기 에너지원은 서로 독립적으로 동작하여, 상기 제 1 및 2 유도 소자를 독립적으로 바이어스시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  35. 제 32 항에 있어서,
    상기 제 2 유도 소자와 상기 처리 공간 사이에 위치된 패러데이 차폐물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  36. 제 28 항에 있어서,
    상기 유도 소자와 상기 처리 공간 사이에 위치된 패러데이 차폐물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  37. 제 28 항에 있어서,
    상기 유도 소자의 상기 반복된 도체 세그먼트는 상기 소자의 제 1 층을 형성하고, 상기 유도 소자는 반복된 도체 세그먼트의 부가적인 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 층은 일반적으로 동시에 연장하는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  39. 제 32 항에 있어서,
    물질의 타겟을 지지하기 위해 구성된 처리실내의 타겟 설치대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  40. 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템으로서,
    처리 공간을 형성하고, 처리 공간내의 기판을 지지하기 위한 기판 지지대를 포함하며, 유전 물질로 형성된 측벽부 및 단부벽부를 가진 처리실,
    도입된 처리 가스로부터 처리 공간내에 플라즈마를 생성시키기 위해 동작하는 플라즈마 소스를 구비하는데, 상기 플라즈마 소스는.
    처리실의 외부에 위치되어, 플라즈마를 생성시키도록 처리 공간에 전기 에너지를 결합하기 위해 동작하는 유도 소자를 포함하는데,
    상기 유도 소자는 다수의 코일 권선을 가진 코일을 포함하고, 각 권선은 상기 처리실의 측벽부를 따라 지향된 세그먼트 및, 상기 처리실의 단부벽부를 따라 지향된 세그먼트를 포함하여, 상기 처리실의 측벽부 및 단부벽부 양자 모두를 통해 에너지를 동시에 처리 공간에 결합하는, 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 유도 소자는 코일 권선의 세트를 가진 코일을 포함하는데, 상기 권선의 한 세트는 일반적으로 처리실의 한 측면을 따라 위치되고, 상기 권선의 다른 세트는 일반적으로 처리실의 다른 측면을 따라 위치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  42. 제 40 항에 있어서,
    상기 처리실의 측벽부를 따라 지향된 상기 코일 권선의 세그먼트는 제 1 방향으로 지향된 섹션 및, 상기 제 1 방향으로부터 각을 이룬 제 2 방향으로 지향되는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 제 1 방향은 일반적으로 상기 제 2 방향과 직각인 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  44. 제 40 항에 있어서,
    상기 처리실은 유전 물질로 형성된 측벽 섹션을 가지는데, 상기 처리 시스템은,
    상기 측벽 섹션 근처에 위치되어, 상기 측벽 섹션을 통해 처리 공간으로 전기 에너지를 결합하는 제 2 유도 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  45. 제 44 항에 있어서,
    상기 제 2 유도 소자는 처리실 측벽 섹션 주변에 감겨진 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  46. 제 44 항에 있어서,
    상기 제 1 및 2 유도 소자는 제각기 전기 에너지원에 결합되어, 상기 처리 공간으로 전기 에너지를 결합하는데, 상기 전기 에너지원은 서로 독립적으로 동작하여, 상기 제 1 및 2 유도 소자를 독립적으로 바이어스시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  47. 제 44 항에 있어서,
    상기 제 2 유도 소자와 상기 처리 공간 사이에 위치된 패러데이 차폐물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  48. 제 40 항에 있어서,
    상기 유도 소자와 상기 처리 공간 사이에 위치된 패러데이 차폐물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  49. 제 40 항에 있어서,
    물질의 타겟을 지지하기 위해 구성된 처리실내의 설치대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마로 기판을 처리하기 위한 처리 시스템.
  50. 처리실내의 처리 가스로부터 플라즈마를 생성시키도록 처리실내에 전기 에너지를 결합하는 소자로서,
    코일의 길이를 따라 연속적으로 배치된 다수의 코일 권선을 가진 코일을 포함하는 전기 도전 소자를 구비하는데, 상기 코일 권선의 하나 이상은 제 1 평면으로 지향되고, 상기 코일 권선의 하나 이상은 제 1 평면으로부터 각을 이룬 제 2 평면으로 지향되는, 처리실내에 전기 에너지를 결합하는 소자.
  51. 제 50 항에 있어서,
    제 1 평면으로 지향된 다른 코일 권선을 더 포함하는데, 제 2 평면내의 코일 권선은 제 1 평면내의 코일 권선 사이에 일반적으로 위치되는 것을 특징으로 하는 처리실내에 전기 에너지를 결합하는 소자.
  52. 제 50 항에 있어서,
    제 1 평면으로 지향된 다수의 코일 권선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 처리실내에 전기 에너지를 결합하는 소자.
  53. 제 50 항에 있어서,
    다수의 코일 권선을 더 포함하는데, 각 권선은 일반적으로 상기 제 2 평면과 병렬인 평면으로 지향되는 것을 특징으로 하는 처리실내에 전기 에너지를 결합하는소자.
  54. 제 50 항에 있어서,
    상기 제 1 및 2 평면 사이에서 각을 이룬 제 3 평면으로 지향된 하나 이상의 코일 권선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 처리실내에 전기 에너지를 결합하는 소자.
  55. 제 50 항에 있어서,
    상기 제 2 평면은 일반적으로 상기 제 1 평면과 직각으로 지향되는 것을 특징으로 하는 처리실내에 전기 에너지를 결합하는 소자.
  56. 처리실내의 처리 가스로부터 플라즈마를 생성시키도록 처리실내에 전기 에너지를 결합하는 소자로서,
    다수의 코일 권선을 가진 코일을 포함하는 전기 도전 소자를 구비하는데, 각 코일 권선은 선형 부분에 결합된 우세한 활형 부분을 포함하고, 상기 소자의 상기 제 1 및 2 코일 권선의 우세한 활형 부분은 스택된 코일 권선을 형성하도록 공간을 이루고 일반적으로 병렬인 평면으로 지향되고,
    상기 제 1 및 2 코일 권선의 선형 부분은 거의 동일 평면이고, 코일 권선의 활형 부분을 포함하는 공간을 이루고 병렬인 평면과 일반적으로 병렬인 평면에 위치되는, 처리실내에 전기 에너지를 결합하는 소자.
  57. 제 56 항에 있어서,
    상기 유도 소자는 서로 인접하여 위치된 스택된 코일 권선의 다수의 세트를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리실내에 전기 에너지를 결합하는 소자.
  58. 처리실내의 처리 가스로부터 플라즈마를 생성시키도록 평면을 형성한 유전 윈도우를 통해 처리실내에 전기 에너지를 결합하는 소자로서,
    다수의 이산 반복된 도체 세그먼트를 포함하는 전기 도전 소자를 구비하는데, 이산 반복된 세그먼트는 비코일 식으로 배치되고, 중심 주변에서 원형 패턴으로 위치되며, 여기서, 이산 세그먼트의 원형 패턴은 일반적으로 패턴의 중심을 개방시키며, 상기 소자는 반복된 세그먼트가 유전 윈도우에 의해 형성된 평면과 일반적으로 병렬인 평면으로 지향되도록 구성되는, 처리실내에 전기 에너지를 결합하는 소자.
  59. 제 58 항에 있어서,
    상기 반복된 도체 세그먼트는 상기 전기 도전 소자의 중심으로부터 방사상 외향으로 연장하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 처리실내에 전기 에너지를 결합하는 소자.
  60. 제 59 항에 있어서,
    상기 반복된 도체 세그먼트는 개별 코일을 형성하는데, 상기 코일은 상기 도전 소자의 중심 주변에서 원형 패턴으로 배치되는 것을 특징으로 하는 처리실내에 전기 에너지를 결합하는 소자.
  61. 제 59 항에 있어서,
    각각의 개별 코일은 나선형이고, 거의 one and one-half 코일 권선을 포함하는 것을 특징으로 하는 처리실내에 전기 에너지를 결합하는 소자.
  62. 제 58 항에 있어서,
    상기 도전 소자의 반복된 도체 세그먼트는 상기 소자의 제 1 층을 형성하는데, 상기 도전 소자는 반복된 도체 세그먼트의 부가적인 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 처리실내에 전기 에너지를 결합하는 소자.
  63. 제 62 항에 있어서,
    상기 층은 일반적으로 동시에 연장하는 것을 특징으로 하는 처리실내에 전기 에너지를 결합하는 소자.
  64. 측벽부 및 단부벽부를 가진 처리실내에 전기 에너지를 결합하는 소자로서, 처리실내의 처리 가스로부터 플라즈마를 생성시키도록 동작하는 처리실내에 전기 에너지를 결합하는 소자에 있어서,
    다수의 코일 권선을 가진 코일을 포함하는 전기 도전 소자를 구비하는데, 각 권선은 처리실의 측벽부를 따라 위치되기 위해 지향된 세그먼트 및, 처리실의 단부벽부를 따라 동시에 위치되기 위해 지향된 세그먼트를 포함하여, 처리실의 측벽부 및 단부벽부 양자 모두를 통해 처리 공간으로 전기 에너지를 결합하는 것을 특징으로 하는 처리실내에 전기 에너지를 결합하는 소자.
  65. 제 64 항에 있어서,
    상기 도전 소자는 코일 권선의 세트로 배치된 다수의 코일 권선을 가진 코일을 포함하는데, 상기 권선의 하나 이상의 세트는 일반적으로 처리실의 한 측면을 따라 지향되고, 상기 권선의 다른 세트는 일반적으로 처리실의 다른 측면을 따라 지향되는 것을 특징으로 하는 처리실내에 전기 에너지를 결합하는 소자.
  66. 제 64 항에 있어서,
    상기 처리실의 측벽부를 따라 지향된 상기 코일 권선의 세그먼트는 제 1 방향으로 지향된 섹션 및, 상기 제 1 방향으로부터 각을 이룬 제 2 방향으로 지향되는 것을 특징으로 하는 처리실내에 전기 에너지를 결합하는 소자.
  67. 제 66 항에 있어서,
    상기 제 1 방향은 일반적으로 상기 제 2 방향과 직각인 것을 특징으로 하는 처리실내에 전기 에너지를 결합하는 소자.
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