KR20050103504A - 균일한 프로세스 레이트를 발생시키는 안테나 - Google Patents

Abstract

윈도우를 통해 프로세스 챔버 내부에 전기장을 발생시키는 안테나 장치가 개시된다. 일반적으로, 안테나 장치는, 안테나 축 주위에 배치된 제 1 외부 루프 턴을 포함하는 외부루프, 안테나 축 주위에 배치된 제 1 내부 루프 턴 및 외부 루프를 내부 루프에 방사상으로 전기적으로 연결하는 방사상 커넥터를 포함하고, 방위각 방향으로 외부 루프가 안테나 축에 가까이 있는 것보다 내부 루프가 안테나 축에 더 가까이 있으며, 방사상 커넥터는 윈도우로부터 먼 거리에 위치된다.

Description

균일한 프로세스 레이트를 발생시키는 안테나{ANTENNA FOR PRODUCING UNIFORM PROCESS RATES}

발명의 배경

본발명은, IC 제조에 사용되는 반도체 기판과 같은 기판 또는 평면 패널 디스플레이 애플리케이션에 사용되는 글래스 패널을 프로세싱하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 기판 표면을 에 걸쳐 고도의 프로세싱 균일성으로 기판을 프로세싱할 수 있는 개선된 플라즈마 프로세싱 시스템에 관한 것이다.

플라즈마 프로세싱 시스템들은 한동안 주변에서 사용되어 왔다. 수년 이상, 유도적으로 커플링된 플라즈마 소스, 전자 사이클로트론 공명 (ECR) 소스, 용량성의 소스 등을 이용하는 플라즈마 프로세싱 시스템은 반도체 기판 및 글래스 패널를 프로세싱하는데 다양한 정도로 도입되고 사용되어 왔다.

프로세싱 동안에, 복수의 증착 및/또는 에칭 단계들이 통상적으로 사용된다. 증착 동안에, (글래스 패널 또는 웨이퍼의 표면과 같은) 기판 표면상에 물질들이 증착된다. 예를 들어, 다양한 형태의 규소, 규소 다이옥시드, 규소 질화물, 금속 등과 같은 증착층들이 기판의 표면상에 형성된다. 반대로, 기판 표면상의 소정 영역으로부터 물질을 선택적으로 제거하는데 에칭이 이용될 수도 있다. 예를 들어, 비어, 컨택트 또는 트랜치와 같은 에칭된 형성체 (feature) 가 기판의 층들에 형성될 수도 있다.

플라즈마 프로세싱에 대한 하나의 구체적 방법은 플라즈마를 생성하기 위해 유도성 소스를 사용한다. 도 1 은 플라즈마 프로세싱에 사용되는 종래 플라즈마 프로세싱 리액터를 나타낸다. 통상적인 유도성 플라즈마 프로세싱 리액터는 유전체 윈도우 (106) 상부에 배치된 안테나 또는 유도성 코일 (104) 을 갖는 챔버 (102) 를 포함한다. 통상적으로, 안테나 (104) 는 제 1 RF 전원 (108) 에 동작가능하게 연결된다. 또한, 가스원 물질, 예를 들어, 에천트 소스 가스를 유전체 윈도우 (106) 와 기판 (112) 사이의 RF-유도 플라즈마 영역내로 방출하도록 배치된 가스 포트 (110) 가 챔버 (102) 내에 제공된다. 기판 (112) 은 챔버 (102) 내부로 도입되고, 일반적으로 전극으로 작용하고 제 2 RF 전원 (116) 에 동작가능하게 연결된 척 (114) 상에 배치된다.

플라즈마를 생성하기 위해, 프로세스 가스가 가스 포트 (110) 를 통해 챔버 (102) 내부로 유입된다. 그 후, 제 1 RF 전원을 사용하여 유도성 코일 (104) 에 전력이 공급된다. 공급된 RF 에너지는 유전체 윈도우 (106) 를 통해 커플링되고 대규모 전기장이 챔버 (102) 내부에 유도된다. 보다 특히, 이 전기장에 응답하여, 순환전류가 챔버 (102) 에 유도된다. 전기장은 챔버 내부에 존재하는 작은 개수의 전자들을 가속화시켜 이들이 프로세스 가스의 가스 분자들과 충돌하도록 한다. 이들 충돌은 이온화 및 방전 또는 플라즈마 (118) 의 개시를 일으킨다. 당해 분야에서 공지된 바와 같이, 이들 강력한 전기장에 좌우되는 프로세스 가스의 중성 가스 분자들은 전자를 잃고서 양전하의 이온들로 남는다. 그 결과, 양전하의 이온들, 음전하의 이온들 및 중성 가스 분자들 (및/또는 원자들) 은 플라즈마 (118) 내부에 포함된다. 자유전자이 생성 속도가 자유전자의 손실 속도를 초과하는 경우, 플라즈마가 촉발된다.

일단 플라즈마가 형성되면, 플라즈마 내부의 중성 가스 분자들은 기판의 표방향으로 나아간다. 예로서, 중성 가스 분자들이 기판에서 존재하는데 기여하는 메카니즘 중 하나의 메카니즘은 확산 (즉, 챔버내부에서 분자들의 랜덤 이동) 일 수도 있다. 따라서, 중성 종 (species) (예를 들어, 중성 가스 분자들) 층이 통상적으로 기판 (112) 표면을 따라 발견될 수도 있다. 대응하여, 하부 전극 (114) 이 전원 공급되면, 이온들이 중성 종과 결합하여 에칭 반응을 활성화하는 기판을 향해 이온들은 가속화되는 경향이 있다.

전술한 플라즈마 시스템과 같은, 유도성 플라즈마 시스템이 직면하는 하나의 문제점은 기판에 걸쳐 에칭 수행에서의 편차 즉, 불균일 에칭 레이트이었다. 즉, 기판에서의 하나의 영역이 다른 영역과는 다르게 에칭된다. 그 결과, 집적회로와 연관된 파라미터, 즉 임계 치수, 애스펙트비 등을 제어하는 것은 극히 어렵다. 또한, 불균일 에칭 레이트는 반도체 회로에서 장치 고장을 유도할 수도 있으며, 이것은 통상적으로 제조업자에게는 더 높은 비용을 의미하는 것으로 해석된다. 또한, 전체 에칭 레이트, 에칭 프로파일, 선택도 등과 같은 다른 관심사들이 존재한다.

최근에, 이들 불균일 에칭 레이트는 기판 표면에 걸친 플라즈마 밀도에서의 편차의 결과, 즉 반응 종들 (예를 들어, 양전하의 이온) 의 보다 많은 또는 보다 적은 양을 갖는 영역들을 갖는 플라즈마의 결과일 수도 있다는 것이 발견되었다. 이론으로 한정되기를 바라지는 않으며, 플라즈마 밀도에서의 편차는 전력 커플링 예를 들어, 안테나, 유전체 윈도우, 및/또는 플라즈마의 전력 전달 특성에서 발견된 비대칭성에 의해 발생되는 것으로 여겨진다. 전력 커플링이 비대칭인 경우, 유도된 전기장의 순환 전류가 비대칭이 되고 그 결과 플라즈마의 이온화와 개시가 비대칭이 되는 것은 당연하다. 그 결과, 플라즈마 밀도에서의 편차가 일어난다. 예를 들어, 일부 안테나 장치 (antenna arrangement) 는 코일의 중심에서 강한 전류를 유도하고 코일의 외경에서 약한 전류를 유도한다. 대응하여, 플라즈마는 (도 1 에서 플라즈마 (118) 로 도시된 바와 같이) 프로세스 챔버의 중심을 향해 모이는 경향이 있다.

비대칭 전력 커플링을 극복하기 위한 표준 기술은 이 비대칭들을 보상하거나 또는 밸런싱하는데 있어왔다. 예를 들어, 약한 전류 영역에서 전류 밀도를 증가시키기 위해 한쌍의 평면 안테나를 사용하고, 보다 원형의 루프들을 상이한 반경들로 형성하기 위해 나선형 안테나에 방사형 부재를 결합하며, 강한 전류의 영역에서 전류 밀도를 감소시키기 위해 유전체 윈도우의 두께를 가변시키는 것이다. 그러나, 이들 밸런싱 기술들은 방위각으로 대칭인 전력 커플링을 제공하지는 않는 경향이 있다. 즉, 이들 기술들은 여전히 플라즈마에서의 편차를 야기하는 방위각적인 편차를 갖는 경향이 있으며 이는 에칭 균일성을 어렵게 만든다.

또한, 오늘날 사용되는 대부분의 안테나 장치는 안테나와 플라즈마간의 용량성 커플링의 어떤 타입을 형성한다. 용량성 커플링은 안테나와 플라즈마간의 전압강하에 의해 생성된다. 통상적으로 전압강하는 커플링 윈도우에서 또는 커플링 윈도우 근처에서 시스 (sheath) 전압을 형성한다. 대부분의 경우, 시스 전압은 (전력 공급된) 하부 전극과 같이 작용하는 경향이 있다. 즉, 플라즈마에서의 이온들이 그 시스에 걸쳐 가속화되는 경향이 있어, 음전하의 커플링 윈도우를 향해 가속화된다. 그 결과, 가속되는 이온들이 커플링 윈도우의 표면에 충돌하는 경향이 있다.

이들 충돌 이온들은 실질적으로 커플링 윈도우 상에, 이들이 기판상에서 하는 것과 동일한 효과를 갖는데, 즉 이들은 커플링 윈도우 표면상의 물질을 에칭하거나 또는 증착시킨다. 이것은 바람직하지 못한 및/또는 예상할 수 없는 결과를 발생시킨다. 예를 들어, 증착된 물질이 커플링 윈도우상에 축적되고 특히 물질이 기판 표면상에서 벗겨서 떨어지는 경우에는 해로운 분진의 제공원이 될 수도 있다. 커플링 윈도우로부터 물질을 제거하는 것은 유사한 효과를 가진다. 결국, 두께에서의 증가 또는 감소는 예를 들어, 전력 커플링 (예컨데, 안테나, 유전체 윈도우, 플라즈마) 의 전력 전달 특성에서의 프로세스 편차를 야기한다. 언급한 바와 같이, 프로세스 편차는 불균일 프로세싱을 야기하고 이것은 반도체 회로에서의 장치 고장을 일으킨다.

전술한 관점에서, 기판 표면에서의 균일한 프로세싱을 발생시키는 개선된 방법 및 장치가 요구된다.

발명의 개요

본 발명은 일실시형태에서, 윈도우를 통해 프로세스 챔버 내부로 전기장을 발생시키는 안테나 장치에 관한 것이다. 일반적으로, 안테나 장치는 안테나 축의 주변에 배치된 제 1 안테나 외부 루프 턴 (outer loop turn) 을 포함하는 외부 루프 및 안테나 축 주변에 배치된 제 1 안테나 내부 루프 턴을 포함하는 내부 루프를 포함하고, 각각 방위각 방향으로 외부 루프가 안테나 축에 가까이 있는 것보다 내부 루프가 안테나 축에 더 가까이 있고, 방사상 커넥터가 외부 루프를 내부루프에 방사상으로 전기적으로 연결시키며, 방사상 커넥터는 윈도우로부터 먼 거리에 위치된다.

다른 실시형태에서, 본 발명은 기판을 프로세싱하는 플라즈마 프로세싱 장치에 관한 것이다. 일반적으로, 플라즈마가 프로세싱을 위해 점화되어 지속되는 프로세스 챔버가 제공된다. 윈도우는, 상기 프로세스 챔버내로 상기 RF 에너지의 통과를 허용하도록 구성된 프로세스 챔버의 일측면을 형성한다. 다층-안테나가 윈도우에 인접하여, RF 에너지를 통해 상기 프로세스 챔버내부로 전기장을 발생시키도록 구성된다. 다층 안테나는 안테나 축 주변에 배치된 제 1 안테나 외부 루프 턴을 포함하는 외부 루프 및 안테나 축 주변에 배치된 제 1 안테나 내부 루프 턴을 포함하는 내부 루프를 포함하고, 각각 방위각 방향으로 외부 루프가 안테나 축에 가까이 있는 것보다 내부 루프가 안테나 축에 더 가까이 있고, 방사상 커넥터가 외부 루프를 내부 루프에 방사상으로 전기적으로 연결하며, 방사상 커넥터는 윈도우로부터 먼 거리에 위치된다.

도면의 간단한 설명

본 발명은 동일 참조 번호가 동일한 구성요소를 지칭하는 첨부된 도면에서 한정이 아닌 예시로서 나타내어진다.

도 1 은 플라즈마 프로세싱에 사용되는 종래의 유도성 플라즈마 프로세싱 리액터를 도시한다.

도 2 는 본 발명의 일실시형태에 따른, 안테나 장치 및 커플링 윈도우 장치를 포함하는 플라즈마 프로세싱 시스템을 도시한다.

도 3 은 갭을 갖는 부분적인 안테나 턴의 개략도이다.

도 4 는 멀티-턴 안테나 장치의 개략도이다.

도 5 는 본 발명의 일실시형태에 따른, 멀티-턴 안테나 장치를 도시한다.

도 6 은 멀티-턴 안테나 장치의 횡단면도이다.

도 7 은 본 발명의 일실시형태에 따른, 다층화된 커플링 윈도우의 횡단면도이다.

도 8 은 본 발명의 실시형태의 멀티-턴 안테나의 사시도이다.

도 9 는 도 8 의 멀티-턴 안테나의 확대부분이다.

도 10 은 제 3 턴의 평면도이다.

도 11 은 제 4 턴의 평면도이다.

도 12 는 제 4 턴 위에 있는 상부 커넥터의 평면도이다.

도 13 은 제 2 턴의 평면도이다.

도 14 는 제 1 턴의 평면도이다.

도 15 는 제 1 턴 위에 있는 제 2 상부 커넥터의 평면도이다.

도 16 은 그 사이에 배치된 절연체를 갖는 턴들의 횡단면도이다.

도 17 은 본 발명의 다른 실시형태에 사용되는 제 3 턴 및 제 4 턴의 부분 횡단면도이다.

도 18 은 패시브 안테나를 갖는 도 17 에 도시된 장치의 도면이다.

도 19 는 패러데이 실드의 평면도이다.

도 20 은 본 발명의 다른 실시형태의 개략도이다.

바람직한 실시형태의 상세한 설명

이하, 첨부된 도면에 나타내어진 바와 같은 본 발명의 몇 개의 바람직한 실시형태를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서, 본 발명의 명확한 이해를 위해 수많은 특정 세부사항들을 설명한다. 그러나, 이들 특정 세부 사항들의 일부 또는 전부없이도 본 발명을 실시할 수 있다는 것은 당업자에게 명백하다. 다른 예들에서는, 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 공지된 프로세스 단계들을 상세히 설명하지는 않는다.

프로세싱 기판에서, 프로세스 엔지니어들이 개선하고자 애쓰는 가장 중요한 파라미터들 중의 하나는 프로세스 균일성이다. 이 용어가 본 명세서에서 사용되는 경우, 에칭 균일성은, 에칭 레이트, 마이크로로딩, 마스크 선택도, 하부층 선택도, 임계 치수 제어 및 측벽 각도와 거칠기와 같은 프로파일 특성을 포함하여 기판에 걸쳐 전체 에칭 프로세스의 균일성을 지칭한다. 예를 들어, 에칭이 매우 균일한 경우 기판의 상이한 지점들에서 에칭 레이트는 실질적으로 동일할 것으로 기대된다. 이 경우에, 기판의 한 영역이 지나치게 과도-에칭되고 다른 영역은 부적절하게 에칭될 가능성은 적다.

본 발명은 균일한 에칭을 생기게 할 수 있는 프로세싱 기판을 위한 플라즈마 프로세싱 시스템을 제공한다. 플라즈마 프로세싱 시스템은 RF 전원 및 프로세스 챔버를 포함한다. 플라즈마 프로세싱 시스템은, RF 전원에 동작가능하게 연결되고 프로세싱을 위해 프로세스 챔버내에 기판이 배치되는 경우 기판에 의해 정의되는 평면의 상부에 배치되는 실질적으로 원형인 안테나를 더 포함한다. 실질적으로 원형인 안테나는 RF 전원에 의해 발생된 RF 에너지를 통해 프로세스 챔버내부에 전기장을 유도하도록 구성된다. 실질적으로 원형인 안테나는 제 1 평면에 적어도 제 1 동심 루프쌍을 가진다. 제 1 동심 루프쌍과 관련하여 제 2 평면에 제 2 동심 루프쌍이 위치된다. 제 1 동심 루프쌍과 제 2 동심 루프쌍은 실질적으로 동일하고 공통축을 따라 서로 대칭적으로 정열된다. 모든 루프에서 동일한 방향으로 전류를 드라이빙 하기 위해 요구되는 각 루프에서의 동심 턴들간의 방사상으로의 연결들이 윈도우와 동심 루프로부터 멀리 떨어져 위치한다. 바람직하게는, 방사상 커넥터들은 윈도우로부터 멀리 위치하고 서로에 대해서는 가까이 위치하여 대향되는 전류들을 생성하여 발생된 장을 일부 상쇄시킨다.

플라즈마 프로세싱 시스템은 안테나와 프로세스 챔버 사이에 배치된 커플링 윈도우를 더 포함한다. 커플링 윈도우는 안테나로부터 RF 에너지가 프로세스 챔버 내부로 통과하는 것을 허용한다. 또한, 커플링 윈도우는 제 1 층 및 제 2 층을 가진다. 제 2 층은, 커플링 윈도우를 통과하는 전압의 적어도 일부를 흡수함으로써 윈도우와 플라즈마 사이에 형성된 전압강하를 감소시키도록 구성된다. 실질적으로 원형인 안테나와 상기 커플링 윈도우는 상호 작용하도록 배치되어, 기판의 표면에 걸쳐 실질적으로 균일한 프로세스를 생기게 하는 프로세스 챔버 내부에 방위각으로 대칭인 플라즈마를 형성한다.

본 발명의 일양태에 따르면, 균일한 플라즈마를 생성시키도록 구성된 개선된 안테나 장치를 제공함으로써, 기판 표면에 걸쳐 프로세스 균일성이 달성된다. 언급한 바와 같이, 프로세스 챔부 내부에 전기장과 이에 따른 순환 전류를 유도하기 위해 전력이 안테나에 공급된다. 대응하여, 전기장은 프로세스 챔버 내부의 전자를 가속화시키고 가속된 전자들은 프로세스 가스의 가스 분자들과 충돌하고 그 결과 프로세스 가스는 이온화되어 플라즈마를 일으킨다.

플라즈마의 생성에 뒤이어, 전력이 하부전극에 공급되고 이온들은 기판을 향해 가속된다. 기판 표면에서 가속화된 이온들과 중성의 반응물들은 기판 표면상에 위치한 물질들과 반응하여 기판을 프로세싱한다. 일반적으로, 플라즈마의 밀도가 기판의 한 영역에서 더 크다면, 불규일한 프로세스 레이트가 야기될 것이다. 따라서, 개선된 안테나 장치는, 방위각으로 대칭인 전기장을 유도함으로써 이들 플라즈마 편차를 감소시켜 보다 균일한 프로세스 레이트를 생성하도록 구성된다.

본 발명은 다음의 규정 즉, 1) 각각의 턴에서의 모든 미싱한 (missing) 방위각의 전류들을 그 미싱한 세그먼터 또는 갭에 가능한 가까이 위치한 방위각 전류를 통해 보상하는 규정, 2) 모든 비-방위각 전류를 가능한 가까이 위치한 반대 전류들을 통해 상쇄시키는 규정, 3) 비-방위각 비대칭 전류 엘리먼트를, 이 엘리먼트들이 인접하여 보상된다 하더라도, 윈도우로부터 멀리 떨어진 그들의 개별적 유속 (flux) 으로 유지하는 규정을 최대한 만족하도록 설치된 안테나를 제공한다.

일 실시형태에서, 개선된 안테나는 방위각으로 대칭인 순환 전류를 생성하도록 구성된다. 이론상으로 한정되기를 바라지 않으며, 전력 커플링의 전달 라인 특성이, 유도된 전기장에 응답하는 순환 전류에서의 방위각적인 편차를 생성하는 것으로 여겨진다. 이들 전달 특성은 안테나의 길이를 따라 고저의 전압 변동 영역을 형성하는 정지파를 발생시키는 경향이 있으며, 그 결과 이것은 유도 전기장에서 고저의 전류밀도 변동 영역을 형성시키고 즉, 전압이 높을때에는 전류는 낮고 전압이 낮을때에는 전류는 높아진다. 플라즈마 내부로의 전력 디포지션 (deposition) 이 전류 밀도에 의존한다는 사실은 공지되어 있다. 예를 들어, 전류 밀도가 높은 곳에서는 플라즈마 밀도가 높은 경향이 있고 전류 밀도가 낮은 곳에서는 플라즈마 밀도가 낮은 경향이 있다. 따라서, 전류 밀도가 고저 전류 변동영역을 가지는 경우 방위각으로 비대칭인 플라즈마가 통상적으로 생성된다.

보다 상세히 설명하면, RF 에너지의 파장이 안테나의 길이보다 더 작은 경우 보다 많은 노드들이 정지파 패턴에서 나타난다. 일반적으로, 안테나의 전기적 길이=1/2 (파장)*n (n 은 노드의 개수) 의 등식에 의해 정지파는 지배된다. 대부분의 안테나 장치들은 길이에서 약 1과 1/2 내지 약 2와 1/2 파장이며, 그 결과 약 3 내지 5 개의 노드를 생성한다. 이들 노드들은 전술한 저 전압에 대응한다.

개선된 안테나는, 전달 라인보다는 전력 전달 시스템에서 다수의 (lumped) 회로 엘리멘트로서 행동하도록 구성됨으로써 이들 단점들을 극복한다. 즉, 개선된 안테나는, 동작 주파수에서 RF 에너지의 파장보다 더 작은 겉보기 길이를 갖도록 구성된다. 그 결과, 노드의 양은 감소되고 따라서, 유도 전류의 방위각적 편차가 실질적으로 제거되며, 전달 라인 유사성 (analogy) 은 더이상 유지되지 않는다.

일 실시형태에서, 개선된 안테나 장치는 단일 턴 안테나와 같이 동작하는 멀티-턴 안테나이다. 멀티-턴 안테나는 복수의 루프를 포함하는 실질적으로는 단일 도전성 엘리먼트이며, 이 루프들은 서로 가까이 감겨져 함께 스택킹된다. 루프들을 가까이 권선시켜 스택킹함으로써, 안테나의 전체 사이즈는 유도된 순환 전류의 세기에 영향을 미치는 것 없이 더 작아질 수도 있다. 또한, 안테나의 사이즈를 감소시킴으로서, 안테나의 전체 길이는 더 작게 될 수 있으며 그 결과 이것은 안테나의 전달 라인 특성을 감소시킨다. 또한, 루프들이 서로 근접하여 배치되기 때문에, 통상적으로 턴들 사이에서 발견되는 방사상의 편차도 감소된다. 대응하여, 개선된 안테나 장치는, 방위각으로 대칭인 순환 전류를 바람직하게 유도한다. 따라서, 방위각으로 대칭인 순환 전류는 방위각으로 대칭인 플라즈마를 형성하는 경향이 있으며, 그 결과 이는 기판 표면에서 균일한 플라즈마 프로세싱을 생기게 한다.

멀티-턴으로 스택된 안테나 장치의 다른 양태는 자체-차폐 특성, 즉 윈도우에 인접한 턴들에 의해 플라즈마가 안테나 단자 전압으로부터 차폐된다는 점이다. 이것은 용량성 커플링과 후속하는 윈도우 부식에서의 상당한 감소를 가져오며, 이들 양자는 모두 이하에서 보다 상세하게 설명된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 개선된 커플링 윈도우는 안테나와 플라즈마 사이에 발생하는 용량성 커플링을 감소시키도록 구성된다. 대부분의 전력 커플링 배열 (예를 들어, 안테나, 커플링 윈도우 및 플라즈마) 은 안테나와 플라즈마 사이에 약간의 용량성 커플링을 생성한다. 용량성 커플링은 안테나와 플라즈마 사이에 발생된 전압강하에 의해 생성된다. 이 전압강하는 커플링 윈도우 가까이 시스 전압을 생성한다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 시스 전압은 플라즈마에서의 추가적인 편차를 야기할 수도 있으며, 예를 들어 시스 전압은 윈도우로부터 플라즈마를 멀리 밀어내어 유도성 커플링 계소에서의 감소를 야기할 수도 있다. 또한, 시스 전압은, 윈도우에 대한 이온들의 충돌에 기인한 상당한 입자 오염을 일으킬 수도 있다. 또한, 윈도우에 대한 이온 충돌에 의해 소모되는 임의의 전력은 통상적으로 플라즈마 생성에는 유용하지 않으며, 이것은 대응하여 주어진 전력에 대해 더 낮은 플라즈마 밀도를 초래한다.

안테나와 플라즈마 사이의 용량성 커플링을 감소시키기 위해, 개선된 커플링 윈도우는 함께 배치된 유전층과 실드층을 포함하도록 구성된다. 프로세스 챔버 내부에 배치된 층인 실드층은 바람직하게는, 커플링 윈도우의 표면으로부터 전압을 멀리 향하게 하는 정전기 실드로서 작용하도록 구성된다. 실드층은 본질적으로 플라즈마로의 용량성 커플링을 억제한다. 또한, 실드층은, 용량성 (정전기적, 전위의 기울기의) 전기장을 제거하고 반면 유도성 (컬 (curl) B, 그래드 (grad) F =0) 전기장은 실질적으로 변화하지 않은체 남아 있도록 구성된다. 즉, 커플링 윈도우는, 커플링 윈도우를 통하는 직접적인 용량성 커플링을 차단하고 그 반면 안테나가 (실드층으로의 실질적인 손실없이) 플라즈마를 유도적으로 형성하도록 구성된다.

보다 상세하게는, 실드층은 전기적으로 분리되며 도전 또는 반도전성 물질로부터 형성된다. 따라서, 안테나와 플라즈마 사이에 정상적으로 발생하는 전압강하는 이제 안테나와 실드층 사이에 발생한다. 따라서, 커플링 윈도우의 표면 근처의 시스 전압은 실질적으로 감소되고, 그 결과 이것은 유도성 커플링 계수를 증가시키고 커플링 윈도우에 대한 비생산적 이온 충돌에 기인한 전력 손실을 감소시킨다.

또한, 접지되지 않은 정전기적 실드는 실드의 영역 상부에 정전기장의 편차만을 차단하여, 균일한 정전기장을 형성한다. 이 마지막 특징은 플라즈마의 스트라이킹을 촉진하는데 사용될 수도 있다. 또한, 실드층이 프로세스 챔버의내부에 노출 되므로, 플라즈마 프로세싱의 열적, 화학적 및 물리적 효과에 견딜 수 있는 물질로부터 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 특징과 이점은 이하의 설명과 특징들을 참조하여 보다 더 잘 이해될 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 도 2 는, 내부에 플라즈마 (204) 가 기판 (206) 을 프로세싱하기 위해 생성되어 유지되는 프로세스 챔버 (202) 를 포함하는 플라즈마 프로세싱 시스템 (200) 을 도시한다. 기판 (206) 은 프로세싱될 워크-피스를 나타내며, 그것은 예를 들어, 에칭되고 증착되며 또는 다르게 프로세싱될 반도체 기판을 나타낼 수도 있고, 또는 평면형 패널 디스플레이내로 프로세싱될 글래스 패널을 나타낼 수도 있다. 또한, 바람직하게는, 프로세스 챔버 (202) 는 실질적으로 원통형상으로 배치되고, 실질적으로 수직의 챔버 벽 (208) 을 갖는다. 그러나, 본 발명은 상기로만 한정되는 것은 아니며 다양한 구성의 프로세스 챔버가 이용될 수도 있다.

플라즈마 프로세싱 시스템 (200) 은 안테나 장치 (210) 및 커플링 윈도우 장치 (212) 를 더 포함하고, 이들은 플라즈마 (204) 에 전력을 커플링하도록 구성된다. 안테나 장치 (210) 는, 약 0.4 MHz 내지 약 50 MHz 의 범위에서의 주파수를 갖는 RF 에너지를 안테나 장치 (210) 에 공급하도록 구성된 제 1 RF 전원 (214) 에 커플링된다. 커플링 윈도우 (212) 는, 안테나 장치 (210) 로부터 상기 프로세스 챔버의 내부로 제 1 RF 에너지의 통과를 허용하도록 구성된다. 바람직하게는, 커플링 윈도우 (212) 는 기판 (206) 과 안테나 장치 (210) 사이에 배치된다.

또한, 안테나 장치 (210) 는 플라즈마 (204) 의 형성을 촉진하도록 커플링 윈도우에 충분히 가까이 있어야만 한다. 즉, 안테나 장치가 커플링 윈도우에 보다 가까이 있을 수록, 챔버내에 생성되는 전류의 세기는 더 커진다. 또한, 바람직하게는, 안테나 장치 (210) 는 프로세스 챔버 (202) 및 기판 (206) 모두와 동축에 있도록 배치된다. 안테나 장치의 대칭적 놓임은 기판 표면에 걸쳐 플라즈마 균일성을 강화시킬 수도 있지만, 그러나 모든 프로세스에 요구되지 않을 수도 있다. 안테나 장치 (210) 및 커플링 윈도우 (212) 를 이하에서 보다 상세히 설명한다.

가스 인젝터 (215) 는 통상적으로 챔버 (202) 내에 제공된다. 가스 인젝터 (215) 는 챔버 (202) 의 내주변에 배치되는 것이 바람직하며, 가스 소스 물질 예를 들어, 에천트 소스 가스를 커플링 윈도우 (212) 와 기판 (206) 사이의 RF-유도 플라즈마 영역내부로 방출하도록 배열된다. 다른 방법으로는, 또한 가스 소스 물질은 챔버 그자체의 벽에 내장된 포트들로부터 방출될 수도 있고 또는 유전체의 윈도우에 배열된 샤워헤드를 통해 방출될 수도 있다. 가스의 대칭적 분배는, 비록 그것이 모든 프로세스에 요구되지는 않더라도, 기판 표면에 걸쳐 플라즈마 균일성을 강화시킬 수도 있다. 예시적인 플라즈마 프로세싱 시스템에서 사용될 수도 있는 가스 분배 시스템의 예는, 1999 년 11 월 15 일에 출원되고 참조로서 본 명세서에 포함된 미국 특허 출원 제 09/470,236 호의 발명의 명칭이 "동적인 가스 분배 제어 (PLASMA PROCESSING SYSTEM WITH DYNAMIC GAS DISTRIBUTION CONTROL)" 인 동시 계속 특허 출원에서 보다 상세히 기재되어 있다.

대부분의 경우, 기판 (206) 은 챔버 (202) 내부로 도입되고 척 (216) 상에 배치되며, 척은 프로세싱 동안에 기판을 유지하도록 구성된다. 척 (216) 은 예를 들어, 정전기력으로 기판 (206) 을 척의 표면에 고정시키는 ESC (정전기적) 척을 나타낼 수도 있다. 통상적으로, 척 (216) 은 하부 전극으로서 작용하며, 바람직하게는 제 2 RF 전원 (218) 에 의해 바이어싱된다. 또한, 바람직하게는 척 (216) 은 실질적으로 원통형상으로 배치되고, 프로세스 챔버와 척이 원통 대칭이 되도록 프로세스 챔버 (202) 와 축을 이루도록 정렬된다. 척 (216) 은 또한 가판 (206) 을 로딩 또는 언로딩하는 제 1 위치 (미도시) 와 기판을 프로세싱하는 제 2 위치 (미도시) 사이를 이동하도록 구성된다.

도 2 를 참조하면, 배출 포트 (220) 는 챔버 벽 (202) 과 척 (216) 사이에 배치된다. 그러나, 배출 포트의 실제 위치는 각각의 플라즈마 프로세싱 시스템의 특정 설계에 따라 변할 수도 있다. 그러나, 고도의 균일성이 중요한 경우에는, 원통 대칭의 배출 포트가 매우 유용할 수 있다. 바람직하게는, 배출 포트 (220) 는 프로세싱 동안에 형성된 부산물 가스를 배출하도록 구성된다. 또한, 배출 포트 (220) 는 통상적으로 챔버 (202) 의 외부에 위치하는 터보분자 펌프 (미도시) 에 결합된다. 터보분자 펌프는 챔버 (202) 내부에 적절한 압력을 유지한다 .

또한, 에칭 프로세스들과 같은 반도체 프로세싱의 경우에, 프로세싱 챔버내의 다수 파라미터들은 높은 허용오차의 결과들을 유지하도록 엄격하게 제어될 필요가 있다. 프로세싱 챔버의 온도는 하나의 이러한 파라미터이다. 에칭 허용오차 (및 반도체 기반 장치 성능) 는 시스템에서의 컴포넌트들의 온도 변동에 매우 민감할 수 있기 때문에, 따라서 정밀한 제어가 요구된다. 예로서, 온도 제어를 달성하기 위한 이 예시적인 플라즈마 프로세싱 시스템에서 사용될 수도 있는 온도 유지 시스템은 2001 년 10 월 16 일자로 특허되고 참조로서 본 명세서에서 포함된미국 특허 제 6,302,966 호의 발명의 명칭이 "플라즈마 프로세싱 장치를 위한 온도 제어 시스템 (TEMPERATURE CONTROL SYSTEM FOR PLASMA PROCESSING APPARATUS)" 인 동시 계속 특허 출원에서 보다 상세하게 기재되어 있다.

또한, 플라즈마 프로세스에 대한 엄격한 제어를 달성하는데 또 다른 중요 고려사항은 플라즈마 프로세싱 챔버 예를 들어, 챔버 벽과 같은 내부 표면에 이용되는 물질이다. 또한, 또 다른 고려사항은 기판을 프로세싱하기 위해 사용되는 가스 화학반응들이다. 예로서, 이 예시적인 플라즈마 프로세싱 시스템에서 사용될 수도 있는 물질과 가스 화학반응들 양자는, 1999 년 11 월 15 일에 출원되고 참조로서 본 명세서에 포함된 미국 특허 출원 제 09/440,794 호의 발명의 명칭이 "플라즈마 프로세싱 시스템을 위한 물질과 가스 화학반응들 (MATERIALS AND GAS CHEMISTRIES FOR PLASMA PROCESSING SYSTEMS)" 인 동시 계속 특허 출원에 보다 상세히 기재되어 있다.

플라즈마를 생성하기 위해, 프로세스 가스가 가스 인젝터 (215) 를 통해 챔버 (202) 내부로 유입된다. 그 후, 제 1 RF 전원 (214) 를 이용하여 안테나 장치 (210) 로 전력이 공급되고, 커플링 윈도우 (212) 를 통해 챔버 (212) 내부에 대규모 전기장이 유도된다. 전기장은 챔버 내부에 존재하는 작은 수의 전자들을 가속화시켜 이들이 프로세스 가스의 가스분자들과 충돌하도록 한다. 이들 충돌들은 이온화와 방전 또는 플라즈마 (204) 의 개시를 일으킨다. 이들 강력한 전기장들에 놓여있을 때 프로세스 가스의 중성 가스 분자들은 전자를 잃고 양전하의 이온상태가 된다. 그 결과, 양전하의 이온들, 음전하의 이온들 및 중성 가스 분자들이 플라즈마 (204) 내부에 포함된다.

일단 플라즈마가 형성되면, 플라즈마 내부의 중성 가스 분자들은 기판의 표면을 향하는 경향이 있다. 예로서, 기판에서 중성 가스 분자들의 존재에 기여하는 메카니즘 중의 하나의 메카니즘은 확산 (예를 들어, 챔버 내부의 분자들의 랜덤 이동) 일 수도 있다. 따라서, 중성 종 (예를 들어, 중성 가스 분자들) 의 층은 통상적으로 기판 (206) 의 표면을 따라 발견될 수도 있다. 대응하여, 하부 전극 (216) 에 전원이 공급되면, 이온들이 중성 종들과 결합하여 기판 프로세싱 즉, 에칭, 증착 및/또는 기타 프로세싱을 활성화하는 장소인 기판을 향해 이온들이 가속회되는 경향이 있다.

대부분의 경우, 플라즈마 (204) 는 지배적으로 챔버의 상부 영역 (예를 들어, 활성 영역) 에 머무르지만, 플라즈마의 일부는 전체 챔버를 채울려고 하는 경향이 있을 수도 있다. 일반적으로 플라즈마는, 플라즈마가 유지될 수 있는 장소 (챔버의 거의 모든 곳) 로 이동한다. 예로서, 플라즈마는 펌핑 구성의 벨로우즈와 같은 기판 하부 영역 (예를 들어, 비-활성 영역) 을 채울 수도 있다. 플라즈마가 이들 영역에 도달하는 경우, 이들 영역의 에칭, 증착 및/또는 부식이 잇달아 일어나서, 즉 이 영역을 에칭함으로써 또는 증착된 물질을 벗겨 냄으로써 프로세스 챔버 내부에 입자 오염을 야기할 수도 있다.

또한, 속박되지 않은 플라즈마는 불균일 플라즈마를 형성하는 경향이 있는데 이는, 프로세스 성능, 즉 에칭 균일성, 전체 에칭 레이트, 에칭 프로파일, 마이크로-로딩, 선택도 등에서의 편차를 야기할 수도 있다. 전술한 효과를 감소시키기 위해, 플라즈마 제한 장치는 플라즈마를 제한하는데 이용될 수도 있다. 예로서, 플라즈마를 제한하는 예시적인 프로세싱 시스템에 사용될 수도 있는 플라즈마 제한 장치는, 2001 년 11 월 27 일에 출원되고 본 명세서에서 참조로 포함되는 미국 특허 제 6,322,661 호의 발명의 명칭이 "플라즈마 양을 제어하기 위한 방법 및 장치 (METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING THE VOLUME OF PLASAMA)" 인 동시 계속 특허 출원에 보다 상세하게 기재되어 있다.

본 발명의 양태에 따르면, 방위각으로 대칭인 전기장이 플라즈마 프로세싱 장치의 프로세스 챔버 내부에 유도되도록 멀티-턴 안테나 장치가 이 플라즈마 프로세싱 장치에 제공된다.

임계 치수들이 계속하여 감소됨에 따라, 방위각으로 대칭이 아닌 플라즈마에 대한 허용 오차도 또한 감소한다. 안테나 턴들은 불완전하며 안테나 루프들의 종단간에는 갭들이 제공되어 단락을 방지한다. 이러한 갭은 플라즈마가 방위각으로 대칭이 되는 것을 방지할 수도 있다. 도 3 은 갭 (308) 을 갖는 부분적 안테나 턴 (304) 를 개략적으로 나타낸다. 제 1 각도 (316) 에 의해 정의되는 제 1 방위각 섹터 (312) 는 갭 (308) 을 포함한다. 제 2 각도 (324) 에 의해 정의되는 제 2 방위각 섹터 (320) 는 갭 (308) 을 포함하지 않는다. 갭 (308) 은 제 1 방위각 섹터 (312) 에서의 RF 전력이 제 2 방위각 섹터 (320) 에서의 RF 전력보다 더 작게 만든다. 다양한 전류 전달 엘리먼트가 갭을 브리징하는데 사용되어 왔다. 이러한 브리징 (bridging) 엘리먼트들의 대칭적이지 못함은 이러한 엘리먼트가 소망하는 균일성을 제공하지 못하도록 한다.

도 4 는 갭 (406) 과 갭 (410) 을 각각 갖는 2 개의 부분적 안테나 턴 (404, 408) 의 개략도이다. 브리지 (414) 는 갭 (406, 410) 을 보상하도록 제공된다. 방사상 레그 (radial leg; 416) 가 안테나 턴 (404, 408) 과 브리지 (414) 사이에 전기적 연결을 제공하여 2 개의 부분적 안테나 턴 (404, 408) 사이에 완전한 전류 통로를 제공한다 . 방사상의 전류 컴포넌트가 작고 부분적으로는 다른 레벨에서 한쌍의 턴에 의해 보상된다 하더라도, 이 방사상의 전류는 상당한 비대칭성을 제공하는 것으로 알려져 있다. 이들 레그들이 부분적 안테나 턴 (404, 408) 과 동일한 평면에 있으므로, 방사상의 전류 경로는 윈도우에 "근접" 상태에 있다. 명세서와 청구범위에서, 만약 방사상의 전류 경로가 가장 멀리 있는 안테나 턴보다 윈도우로부터 적어도 3 배 거리에 있는 경우, 방사상의 전류 경로는 윈도우로부터 가장 멀리있는 것으로서 정의된다. 방위각으로 비대칭 전류 섹션인 방사상의 전류는 안테나 그 자체의 유사한 부근 전류 섹션에 필적할만한 장을 유도한다. 장은 거리 제곱으로 나누어진 방사상의 전류 경로의 길이에 비례하여 강하한다. 소망하는 대칭 안테나 기여에 비하여 윈도우의 플라즈마측상에 나타나는 이러한 비대칭 컴포넌트를 현저히 감소시키기 위해, 안테나와 윈도우의 플라즈마측 (d1) 과 새로운 방사 섹션 위치 (d2) 사이의 거리비는 10 보다 더 작아야 하며, 즉 대략 d2≥3*d1 인 (d1/d2)² <10 이다.

도 5 및 도 6 은 본 발명의 일실시형태에 따른 멀티-턴 안테나 장치 (600) 을 나타낸다. 멀티-턴 안테나 장치 (600) 는 RF 전원 (604) 에 동작가능하게 커플링된 멀티-턴 안테나 (602) 를 포함하고, 이들은 예를 들어, 각각 도 2 에 도시된 안테나 (210) 및 RF 전원 (214) 에 대응한다.

언급한 바와 같이, 안테나 길이가 파장에 비해 작다면, 전력 커플링의 전달 라인 설명은 더이상 적절하지 않으며, 전력 커플링은 다수의 회로 엘리먼트로서 행동하기 시작한다. 따라서, 멀티-턴 안테나 (602) 는 전달된 에너지의 파장보다 더 작은 길이를 가지도록 구성된다. 안테나의 길이를 감소시킴으로써, 정지파 패턴에서는 더 작은 수의 노드가 생성되고 그 결과 안테나의 방위각 방향에 있는 고전압 영역 및 저전압 영역이 실질적으로 감소된다.

멀티-턴 안테나는 생성된 정전기장이 단일 턴 안테나로부터 생긴것으로 나타나 보이도록 가까이 함께 배치된 다수의 턴들을 갖도록 구성되는 것이 바람직하다. 보다 상세하게는, 턴들을 서로 가까이 위치시킴으로써 안테나의 전류 생성 능력이 증가된다. 예를 들어, 안테나가 서로 가까이 있는 4 개의 턴으로 형성되는 경우, 플라즈마를 통과한 전류는 안테나에서보다 약 4 배 더 강해진다. 대응하여, 이 집중화된 전류는 보다 균일한, 집중화된 플라즈마로 이어진다. 그 결과, 안테나의 직경은 프로세스 챔버의 직경에 대해, 더 작게 형성될 수 있고 이것은 교대로 안테나의 길이를 감소시킨다. 이하 보다 상세하게 안테나의 실제 사이즈에 대해 설명한다.

멀티-턴 안테나 (602) 는 실질적으로 원형이며, 적어도 제 1 평면에서의 제 1 동심 루프쌍 (606) 및 제 2 평면에서의 제 2 동심 루프쌍 (610) 을 포함한다. 바람직하게는, 제 1 동심 루프쌍 (606) 과 제 2 동심 루프쌍 (610) 은 실질적으로 동일하고, 안테나 축 (614) 을 따라 서로 대칭적으로 정렬된다. 실질적으로 원형인 안테나는 실질적으로 원형인 전기장을 발생시키고, 그 결과 이것은 실질적으로 원형인 플라즈마를 발생시킨다. 따라서, 프로세스 챔버 및 기판이 원형이기 때문에, 실질적으로 원형의 플라즈마가 기판의 표면에서 보다 균일한 프로세싱을 생성하는 경향이 있다.

본 발명은 실질적으로 원형인 것으로 설명되고 도시되었지만, 디스플레이를 위한 경우와 같이 상이한 형상의 기판을 요구하는 애플리케이션을 위해, 또는 챔버 설계에서의 약간의 비대칭성에 대한 보상을 위해서는 대체 형상이 사용될 수도 있다. 예로서, 전술한 동일한 원리를 따르는 원형 코너를 갖는 타원 형상, 또는 직사각형 형상이 또한 매우 적합할 수도 있다.

또한, 제 1 동심 루프쌍 (606) 은 제 2 동심 루프쌍 (610) 의 상부에 스택킹되는 것이 바람직하다. 통상적으로 단일 평면 안테나들은, 단자 전압과 모든 전압 노드들이 윈도우에 직접 근접하여 있기 때문에, 증가된 양의 용량성 커플링을 생성한다. 그러나, 스택킹된 안테나 및 제 1 동심 루프쌍과 제 2 동심 루프쌍 사이의 대칭 정렬 때문에, 고 단자 전압이 제 2 동심 루프쌍에 의해 바람직하게 차폐된다. 보다 상세하게는, 통상적으로 제 1 동심 루프쌍과 플라즈마 사이에 발생하는 전압 강하 ( 예를 들어, 용량성 커플링) 는, 제 2 동심 루프쌍이 전압 강하에 대한 도전 경로를 제공하기 때문에, 실질적으로 감소되어 그 결과 전압 강하는 플라즈마와 상호 작용하지 않는다.

또한, 제 1 동심 루프쌍 (606) 은 제 1 턴 (616) 과 제 4 턴 (622) 를 포함하는 것이 바람직하고, 제 2 동심 루프쌍 (610) 은 제 2 턴 (618) 과 제 3 턴 (620) 을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 턴 (616) 은 제 2 턴 (618) 과 실질적으로 동일하고 제 2 턴 상부에 배치되며, 제 4 턴 (622) 은 제 3 턴 (620) 과 실질적으로 동일하고 제 3 턴 상부에 배치된다.

제 1 턴 (616) 은 제 2 턴 (618) 에 동작가능하게 커플링되고, 제 2 턴 (618) 은 제 3 턴 (620) 에 동작가능하게 커플링되고, 제 3 턴 (620) 은 제 4 턴 (622) 에 동작가능하게 커플링되며, 각각의 턴은 전류가 안테나 축 (614) 주위에서 동일한 방향으로 전류 흐름이 존재하도록 배치된다. 하나의 구현예에서, 단일 도전 엘리먼트로부터 멀티-턴 안테나가 형성된다. 그러나, 이것은 한정이 아니며, 구조적으로 그리고 전기적으로 함께 커플링된 분리 부분들로부터 형성될 수도 있다. 또한, 멀티-턴 안테나 (602) 는 입력 리드선 (624) 과 출력 리드선 (626) 을 포함하고, 이들 리드선들은 리드선 (680) 을 통해 RF 전원 (604) 에 연결될 수도 있다.

일실시형태에서, 입력 리드선 (624) 은 제 1 턴 (616) 의 제 1 단에 동작가능하게 커플링된다. 제 1 턴의 제 2 단은 제 1 커넥터 (640) 의 종단에 동작가능하게 커플링된다. 제 1 커넥터의 제 2 단은 제 2 턴 (618) 의 제 1 단에 동작가능하게 커플링된다. 제 2 턴 (618) 의 제 2 단은 방사상 연결의 제 1 레그 (632) 에 동작가능하게 커플링된다. 방사상 연결의 제 2 레그 (636) 는 제 3 턴 (620) 의 제 1 단에 동작가능하게 커플링된다. 적어도 제 1 레그 및 제 2 레그가 윈도우에 (윈도우로부터 멀리 있지 않고) 가까이 있는 경우, 제 1 레그 (632) 및 제 2 레그 (636) 는 턴 (616, 618, 620, 622) 에 의해 정의되는 평면에 실질적으로 수직이다. 보다 바람직하게는, 제 1 레그와 제 2 레그는, 실질적으로 제 1 레그와 제 2 레그의 전체 길이를 따라 턴에 의해 정의되는 평면에 수직하다. 방사상 연결의 방사상 커넥터 (682) 는 제 1 레그 (632) 로부터 제 2 레그 (636) 로 연장되고, 턴들에 의해 정의되는 평면에 실질적으로 평행할 수도 있다. 제 3 턴 (620) 의 제 2 단은 제 2 커넥터 (644) 의 제 1 단에 동작가능하게 커플링된다. 제 2 커넥터 (644) 의 제 2 단은 제 4 턴 (622) 의 제 1 단에 동작가능하게 커플링된다. 제 4 턴 (622) 의 제 2 단은 출력 리드선 (626) 에 출력가능하게 커플링된다. 전류는 입력 리드선 (624) 으로부터, 제 1 턴 (616) 을 통해, 제 1 커넥터 (640) 를 통해, 제 2 턴 (618) 을 통해, 방사상 연결의 제 1 레그 (632) 를 통해, 방사상 연결의 제 2 레그 (636) 를 통해, 제 3 턴 (620) 을 통해, 제 2 커넥터 (644) 를 통해, 그리고 제 4 턴 (622) 을 통해 출력 리드선 (626) 으로 흐를 수도 있다. 이 전류 흐름은 화살표로 표시된다. 따라서, 입력 리드선 (624) 과 출력 리드선 (626) 사이에 RF 전압을 인가함으로써, 멀티-턴 안테나 (602) 를 통해 RF 전류가 흐르도록 형성된다.

도 5 및 도 6 을 참조하면, 제 4 턴 (622) 은 제 1 턴 (616) 보다 더 큰 직경을 가지고, 제 3 턴 (620) 은 제 2 턴 (618) 보다 더 큰 직경을 가진다. 외부 턴들 (예를 들어 제 3 턴 및 제 4 턴) 이 더 큰 직경을 갖는다고 하더라도, 이들은 내부 턴들 (제 1 턴 및 제 2 턴) 에 가까이 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 제 4 턴 (622) 은 제 1 턴 (616) 에 가까이 배치되는 것이 바람직하고, 제 3 턴 (620) 은 제 2 턴 (618) 에 가까이 배치되는 것이 바람직하다. 그들의 가까이 근접함의 결과로서, 멀티-턴 안테나는 (예를 들어, 실질적으로는 턴들 사이에 어떠한 공간도 없는) 단일 턴 안테나와 같이 보이며 단일 턴 안테나와 같이 작용한다. 따라서, 방사상에서의 고 또는 저 전류 영역은 실질적으로 감소한다. 타원 형상, 원형 형상, 및 사각형 형상의 안테나와 같은 다른 안테나 형상들로 일반화하기 위해, 제 3 턴 및 제 4 턴은 제 1 턴 및 제 2 턴 보다 더 큰 폭 (직경) 을 가진다. 제 1 턴이 제 4 턴 내에 있는 경우, 제 1 턴은 방위각 방향으로 제 4 턴 보다 안테나 축에 더 가까이 있다.

평면에서의 또는 턴들의 평면들 사이에서의 갭에 인접한 방사상 레그 (416) 를 갖는 브리지 (414) 의 사용 대신, 도 5 및 도 6 의 안테나는 윈도우 (212) 로부터 상당히 먼 거리의 턴들 사이에 방사상 커넥터들을 제공한다. 거리 d1 은 멀티-턴 안테나 (602) 의 턴 (616, 618, 620, 622) 의 가장 먼 부분과 윈도우 (212) 의 플라즈마측 사이 거리이다. 거리 d2 는 방사상 연결의 방사상 커넥터 (682) 와 윈도우 (212) 의 플라즈마측 사이 거리이다. 윈도우와 방사상 연결의 방사상 커넥터 (682) 사이의 큰 거리는, 윈도우와 방사상 연결의 방사상 커넥터 (682) 사이의 거리 d2 가 윈도우와 안테나 턴들의 가장 먼 부분 사이의 거리 d1 의 적어도 3 배이라는 것을 의미한다. 보다 바람직하게는, 윈도우와 방사상 연결의 방사상 커넥터 (682) 사이의 거리는 실현가능한 만큼 멀리 떨어져 있다. 적어도 윈도우의 폭 또는 안테나 폭의 가장 작은 폭과 정도의 증가가 상당한 개선을 이루는데 필요하다 하더라도, 방위각으로 비대칭인 방사상의 세그멘트들과 단지 윈도우 하부 사이의 거리에서의 임의의 증가를 통해 본 발명에 따른 균일성에서의 개선이 달성된다. 이 실시형태의 예에서, 가장 큰 거리는 적어도 4 인치이다. 이러한 큰 거리를 제공하기 위해, 갭들의 브리징은, 방사상 레그를 갖는 브리지를 사용하는 것과 동일한 방위각적 비대칭에 대한 보정을 제공 못할 수도 있지만, 작은 방사 전류에 의해 야기되는 방위각적 비대칭이, 방위각 전류에서의 편차에 의해 야기되는 방위각적 비대칭보다, 웨이퍼 프로세싱에서 더 큰 비-균일성을 야기할 수도 있다는 사실이 판명되었다. 또한, 방사상 커넥터 (682) 는 방사상 라인 (680) 에 평행하면서 근접사게 배치되는 것이 바람직하고, 전류는 방사상의 전류에 의해 야기되는 방위각적 비대칭을 더욱 감소시키도록 역평행하게 흐른다.

2 개의 도전체 사이의 작은 공간은 통상적으로 2 개의 도전체 사이에 아크를 생성시킨다. 따라서, 외부 턴과 내부 턴 사이의 공간은 아크를 제거하는 거리로 제한된다. 그러나, 본 발명의 일구현예에서, 그 공간은 유전 물질로 채워져 내부 턴과 외부턴은 가능한 서로 가깝게 배치되지만, 내부 턴과 외부 턴 사이에서의 아크는 실질적으로 제거된다. 예로서, 약 0.2 ㎝ 내지 약 1 ㎝ 사이의 공간을 갖는 테플론 또는 세라믹 물질이 적절하게 작용한다.

또한, 일반적으로, 구리로부터 멀티-턴 안테나가 형성된다. 일 구현예에서, 멀티-턴 안테나는 은으로 피복된 구리로부터 형성된다. 그러나, 멀티-턴 안테나는 구리 또는 은으로 피복된 구리로 한정되는 것은 아니며 임의의 적당한 도전 금속이 사용될 수도 있다. 일 실시형태에서, 안테나 루프이 횡단면은, 윈도우 및 각각의 다른 루프에 대해 각각의 루프의 반복 가능 위치를 용이하게 하도록 직사각형이다. 그러나, 이것으로 한정하는 것은 아니고 다른 횡단면 형상과 사이즈가 사용될 수도 있다. 다른 방법으로는, 안테나 루프는 온도 제어를 용이하게 하기 위해 중공의 도전체로부터 형성될 수도 있다 (즉, 중공의 도전체를 통해 유체가 흐른다).

멀티-턴 안테나의 전체 사이즈에 대해, 즉, 외부 직경에 대해, 일반적으로, 기판 상부에 집중된 플라즈마를 유지하고, (플라즈마 프로세싱 시스템을 동작시키는데 더 큰 전력을 바람직하지 않게 요구하고 벽 부식을 증가시키는) 챔버 벽으로의 부적절한 플라즈마 확산을 방지하기 위해 (절대적일 필요는 없지만) 프로세스 챔버의 횡단면보다 더 작은 크기로 안테나를 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 일반적으로, 생성되는 플라즈마의 사이즈는 사용되는 안테나의 사이즈에 대응하고, 따라서, 균일한 에칭 레이트를 생기게 하기 위해 기판의 직경에 실질적으로 유사한 외부 직경을 가져야만 한다. 예로서, 기판의 사이즈는 통상적으로 약 6 내지 약 12 인치 사이이고, 따라서 일실시형태에서, 멀티-턴 안테나는 약 6 내지 약 12 인치의 외부 직경을 갖는다.

보다 자세히 설명하면, 증가된 전류 용량 즉, 단일 턴과 같이 작용하는 멀티-턴 안테나 때문에, 멀티-턴 안테나는 기판보다 더 작게 구성될 수도 있다. 즉, 전류의 더 높은 집중은 기판을 프로세싱하기에 충분히 큰 플라즈마를 생성하는 경향이 있다. 그러나, 더 작은 안테나의 사용이 모든 프로세스들에 요구되지 않을 수도 있고, 즉 안테나는 기판보다 더 크게 구성될 수도 있다. 그러나, 고도의 균일성이 중요한 경우, 더 작은 안테나의 사용이 매우 유익할 수도 있다. 예로서, 안테나의 직경은, 12 인치 기판을 프로세싱하기 위해, 약 6 인치 내지 약 15 인치 사이, 바람직하게는 약 7 내지 약 11 인치 사이에 있도록 구성될 수도 있다. 그러나, 이것은 한정이 아니며, 기판의 특정 사이즈에 따라 안테나의 실제 사이즈가 가변될 수도 있고 (예를 들어, 더 작거나 또는 더 큰 기판이 관여되는 경우 필요에 따라 안테나 사이즈가 스케일링될 수도 있고), 각각의 플라즈마 프로세싱 시스템의 특정 설계에 따라 안테나의 실제 사이즈가 가변될 수도 있다.

사용되는 RF 주파수에 대해, 일반적인 가이드라인으로서, 더 낮은 RF 주파수 (예를 들어, 13 MHz 보다 더 작음) 는 정지파 효과를 감소시킴으로써 전력 커플링의 전달 라인 특성의 효과를 감소시키는 경향이 있다. 즉, 더 낮은 주파수는, 안테나의 임의의 고유 방위각으로의 비대칭 커플링 특성이 보다 덜 뚜렷해지도록 만드는 경향이 있다. 또한, 더 낮은 RF 주파수에서, 안테나와 플라즈마 사이의 용량성 커플링은 보다 덜 뚜렷해지고, 따라서 커플링 윈도우 이온 충돌은 감소된다. 따라서, 일반적으로 RF 주파수의 전원은 약 13 MHz 이하, 바람직하게는 약 0.4 MHz 와 약 13 MHz 사이, 보다 바람직하게는 약 4 MHz 에서 구성된다. 더 낮은 주파수의 사용이 모든 프로세스들에 요구되지 않을 수도 있다. 그러나, 고도의 균일성이 중요한 경우, 낮은 주파수의 사용이 매우 유용할 수 있다.

전술한 것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제 1 양태의 이점은 다양하다. 상이한 실시형태 또는 구현예는 다음의 이점들 중 하나 또는 그이상의 이점을 가질 수도 있다. 본 발명의 이점은 프로세스 챔버 내부에 방위각으로 대칭인 플라즈마가 생성된다는 점이다. 그 결과, 증가된 프로세스 균일성이 달성되고 이것은 기판 처리율을 증가시키며 장치고장을 감소시키고 프로세싱되는 기판의 전체 생산성을 증가시킨다. 본 발명의 다른 이점은 본 발명의 안테나 장치가 자체 차폐되며 따라서 안테나와 플라즈마 사이의 용량성 커플링이 감소된다는 점이다. 대응하여, 커플링 윈도우에 대한 이온의 충돌이 감소되어 커플링 윈도우의 수명이 연장되고, 이온 충돌과 연관된 입자 오염이 감소된다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 플라즈마 프로세싱 장치에는 안테나와 플라즈마 사이의 용량성 커플링을 실질적으로 감소시키도록 다층-커플링 윈도우 장치가 제공된다. 설명을 용이하게 하기 위해, 도 7 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 다층-커플링 윈도우 장치 (700) 를 도시한다. 다층-커플링 윈도우 장치 (700) 는 도 2 에 도시된 커플링 윈도우 (212) 에 각각 대응할 수도 있다. 다층-커플링 윈도우 (700) 는 적어도 제 1 층 (704) 및 제 2 층 (706) 을 포함한다. 바람직하게는, 제 1 층 (704) 은 제 2 층 (706) 에 본딩된다. 일구현예에서, 2 개의 층은 서로 열적으로 본딩된다. 그러나, 이것은 한정이 아니며 다른 결합 프로세스들이 사용될 수도 있다. 다른 방법으로는, 층들 사이에 갭이 배치될 수도 있고, 즉 진공 갭 또는 층들 사이에 가스가 흐르도록 하는 갭이 배치될 수도 있지만 여전히 상술한 이점을 갖는다. 또한, 제 2 층 (706) 이 프로세스 챔버의 내주면의 일부를 형성한다.

먼저 제 2 층과 관련하여, 제 2 층은 그것의 표면상의 전위 차이를 감소시키는 정전기 실드로서 작용하도록 구성된다. 또한, 제 2 층은 전기적으로 분리되도록 배치되고 바람직하게는 안테나로부터 플라즈마로의 유도성 RF 에너지 통과를 용이하게 할 수 있는 도전 또는 반도전 물질로부터 형성된다. 또한, 제 2 층은 프로세스 챔버 내부의 플라즈마에 노출되므로, 제 2 층은 플라즈마에 실질적으로 견디는 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 바람직한 실시형태에서, 제 2 층은 규소 카바이드 (SiC) 로부터 형성된다. 대부분의 경우, SiC 는 플라즈마 프로세싱의 열적, 화학적 및 물리적 효과에 견딜 수 있다. 또한, SiC 는 일반적으로 유전체로서 분류되고, 전류의 흐름에 약간의 저항을 야기할 수도 있다. 저항적 특성이란 차폐 효과를 야기하는 것이고, 유전체 특성은 유도성 커플링을 허용하는 것이다.

제 2 층의 저항률은, 그 층이 정전기 실드로서 작용하는 것을 보장하고 유도성 전기장에 영향을 미치지 않는 중요한 파라미터이다. 대부분의 경우, 본 발명에 사용될 특정 저항 범위는, 커플링 윈도우가 사용되는 안테나의 정확한 치수, 전력 커플링의 동작 주파수 및 제 2 층의 두께에 의존한다. 예로서, 약 100 Ω-㎝ 내지 약 10 ㏀-㎝ 의 저항률은 매우 적당하다. 그러나, 원한다면, 이 저항성은, 제 2 층 (예를 들어, SiC) 이 유전층과 보다 유사하게 작용하도록 10⁶ Ω-㎝ 보다 더 크게 구성될 수 있다.

이론으로 한정되기를 바라지 않으며, 제 2 층의 전기 저항은 플라즈마를 형성하는데 사용되는 프로세스 가스에 등전위면을 제공한다. 예를 들어, 플라즈마의 점화 이후, 제 2 층상의 전위는, 제 2 층으로의 플라즈마의 근접에 기인하여 실질적으로 감소된다. 또한, 일반적으로 용량성 전압 분배기가 형성되는데, 예를 들어, 일정 정전용량을 갖는 유전체 제 1 층에 의해 형성되는 상부 (upper part) 및, 점화 이전에는 도전성 제 2 층과 챔버 벽에 의해 그리고 점화 이후에는 도전성 제 2 층과 플라즈마에 의해 형성되는 하부 (lower part) 이다. 점화 이전에 하부는 작은 정전용량을 가지므로 따라서 점화에 일조하는 큰 전압 (예를 들어, 방전을 개시하기 위해서 통상적으로 용량성 전기장이 필요하다) 이 존재한다. 점화 이후에, 하부는, 전압이 실질적으로 감소하도록 큰 정전용량을 가지며 따라서 상당한 용량성 전력 커플링을 초래하지는 않는다.

제 1 층과 관련하여, 제 1 층은 안테나로부터 플라즈마로의 유도성 RF 에너지의 통과를 용이하게 할 수 있는 유전 물질로부터 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 층은, 구조적으로 진공을 유지할 정도로 충분히 강하고 챔버의 주기적 클리닝 동안에 용이하게 처리될 수 있을 정도로 로버스트하도록 구성된다. 또한, 일반적으로 제 1 층은, 윈도우의 온도를 제어할 수 있는 우수한 열적 특성을 보유한 유전 물질로부터 형성된다. 예로서, 규소 질화물 (SiN) 또는 알루미늄 질화물 (AIN) 로부터 형성된 유전 물질이 매우 적합하다. 그러나, 이것은 한정이 아니며, 다른 물질들이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 알루미늄과 석영도 매우 적합하다.

다층-커플링 윈도우 (700) 의 전체 두께는 안테나 RF 에너지를 플라즈마로 효과적으로 전달하기에 충분히 얇으면서도, 프로세싱 동안에 발생된 압력과 열을 견디기에 충분하도록 구성된다. 바람직하게는, 다층-커플링 윈도우의 두께는 약 0.5 와 약 1 인치 사이이다. 또한, 제 1 층 (704) 은 제 2 층 (706) 보다 더 큰 두께를 갖는다. 바람직하게는, 제 1 층의 두께는 약 0.5 와 약 1 인치 사이이다. 또한 제 2 층의 두께는 바람직하게는 약 0.1 과 약 0.5 인치 사이이다. 층들의 실제 두께는 각층에 대해 선택된 특정물질에 따라 변할 수도 있다.

커플링 윈도우의 사이즈가 플라즈마 프로세싱 챔버의 사이즈와 동일할 것을 요구하지 않는다. 그러나, 일반적으로 작은 커플링 윈도우는, 특히 SiC 와 같은 고가의 물질이 사용되는 경우 비용을 감소시킬 수도 있다. 일 실시형태에서, 윈도우의 형상은 안테나 장치의 형상과 일치하도록 구성되며, 따라서, 커플링 윈도우는 실질적으로 원형으로 구성된다. 다른 실시형태에서, 커플링 윈도우의 외부 치수는, 안테나를 둘러쌀 수도 있는 전기적 도전성 엘리먼트들에 대한 임의의 커플링을 감소시키기 위해, 안테나 외부 치수 보다 약간의 거리를 연장하도록 구성될 수도 있다. 일예에서, 커플링 윈도우의 외부 치수는 안테나의 외부 치수를 지나 약 1 인치 연장하도록 배치된다. 또 다른 실시형태에서, 커플링 윈도우는 실질적으로 안테나와 동일한 형상 즉, 후프 형상을 가질 수도 있다.

이용되는 유전 특성 (예를 들어, 유전 상수) 에 대해서, 일반적인 가이드라인으로서, 낮은 유전 상수, 예를 들어 약 10 보다 더 작은 유전 상수는 정지파 효과를 감소시킴으로써 전력 커플링의 전달 라인 특성의 효과를 감소시키는 경향이 있다. 보다 상세하게는, 낮은 유전 상수는 전달되는 에너지의 파장이 더 길어지도록 하는 경향이 있는데, 이는 안테나를 더 짧게 보이도록 하여 그 결과 정지파 패턴에서는 더 작은 수의 노드가 생성된다. 따라서, 낮은 유전 상수는, 안테나의 임의의 고유 방위각적으로 비대칭인 커플링 특성이 보다 덜 뚜렷해지도록 만드는 경향이 있다.

또한, 전술한 멀티-턴 안테나 및 다층- 커플링 윈도우와 더불어, 플라즈마 프로세싱 시스템에서 기판의 균일한 프로세싱을 더욱 강화하기 위해, 추가적인 엘리먼트들이 채택될 수도 있음을 고려해본다. 예로서, 자성 장치가, 커플링 윈도우와 멀티-턴 안테나에 근접한 영역에서의 프로세스 챔버 내의 정자기장의 방사방향으로의 변동을 제어하기 위해 멀티-턴 안테나와 배치될 수 있다. 이러한 자성 장치의 예는, 2002 년 1 월 29 일에 특허되고 본 명세서에서 참조로 포함된, 미국 특허 제 6,341,574 호의 발명의 명칭이 "개선된 플라즈마 프로세싱 시스템 및 그 방법 (IMPROVED PLASMA PROCESSING SYSTEMS AND METHODS THEREFOR)" 인 동시 계속 특허 출원에 기재되어 있다.

도 8 은 본 발명의 실시형태에 의해 제공된 멀티-턴 안테나 (800) 의 사시도이다. 도 8 의 멀티-턴 안테나 (800) 는 도 6 의 개략도를 구현한 것이므로, 동일 부분에 대해서는 동일 번호가 사용된다. 멀티-턴 안테나 (800) 는 제 1 턴 (616), 제 2 턴 (618), 제 3 턴 (620) 및 제 4 턴 (622) 을 구비한다. 각 턴은 평면을 정의하며, 그 평면은 턴의 외주를 통과한다. 이들 평면은 서로에 대해 실질적으로 평행하거나 또는 공면이다. 입력 버스 (624) 는 제 1 턴 (616) 의 제 1 단에 연결된다. 제 1 턴 (616) 의 제 2 단은 제 1 커넥터 (640) 의 제 1 단에 연결된다. 제 1 커넥터의 제 2 단은 제 2 턴 (618) 의 제 1 단에 연결된다. 제 1 턴 (616) 과 제 2 턴 (618) 에 스팬하는 (span) 제 1 커넥터의 일부는 제 1 턴 (616) 과 제 2 턴 (618) 에 의해 정의되는 평면에 실질적으로 수직이다. 제 2 턴 (618) 의 제 2 단은 방사상 연결의 제 1 레그 (632) 에 연결된다. 방사상 연결의 제 2 레그 (636) 는 제 3 턴 (620) 의 제 1 단에 연결된다. 제 1 레그 (632) 와 제 2 레그 (636) 는 턴 (616, 618, 620, 622) 에 의해 정의되는 평면들에 실질적으로 수직이다. 방사상 연결의 방사상 커넥터 (682) 는 제 1 레그 (632) 로부터 제 2 레그 (636) 로 연장되고, 턴들에 의해 정의되는 평면들에 실질적으로 평행한 길이를 가질 수도 있다. 제 3 턴 (620) 의 제 2 단은 제 2 커넥터 (644) 의 제 1 단에 연결된다. 제 2 커넥터 (644) 의 제 2 단은 제 4 턴 (622) 의 제 1 단에 연결된다. 제 3 턴 (620) 과 제 4 턴 (622) 사이에 이르는 제 2 커넥터 (644) 의 일부는 제 3 턴 (620) 과 제 4 턴 (622) 에 의해 정의되는 평면에 실질적으로 수직이다. 제 4 턴 (622) 의 제 2 단은 출력 버스 (626) 에 연결된다. 도 9 는 도 8 의 섹션 (830) 을 절단한 개략적 확대 평면도이고, 이것은 제 3 턴 (620), 제 4 턴 (622), 제 2 레그 (636), 제 2 커넥터 (644) 및 출력 버스 (626) 의 섹션을 나타낸다. 턴 (616, 618, 620, 622) 에 의해 정의되는 평면들이 수평이기 때문에, 제 1 레그 (632), 제 2 레그 (636), 제 1 커넥터 (640) 및 제 2 커넥터 (644) 의 길이들은 실질적으로 수직이고, 방사상 연결의 방사상 커넥터는 실질적으로 수평이다.

도 10 은 제 3 턴 (620) 의 평면도이다. 제 3 턴 (620) 은 제 1 단 (1004) 과 제 2 단 (1008) 을 가지며, 제 3 턴 (620) 의 제 1 단 (1004) 및 제 2 단 (1008) 은 제 3 턴 갭 (1012) 에 의해 분리된다. 방사상 연결의 제 2 레그 (636) 는 제 3 턴 (620) 의 제 1 단에 연결된다. 제 2 커넥터 (644) 는 제 3 턴 (620) 의 제 2 단 (1008) 에 연결된다. 제 3 턴 (620) 의 제 1 단 (1004) 및 제 2 단 (1008) 은 노치 (notch; 1020, 1024) 를 형성한다. 제 1 노치 (1020) 는 제 1 단 (1004) 의 협소한 캔틸레버 (cantilever) 부분 (1030) 을 형성한다. 제 2 노치 (1024) 는 제 2 단 (1008) 의 협소한 캔틸레버 부분 (1034) 을 형성한다. 노치 (1020, 1024) 및 협소한 캔틸레버 부분 (1030, 1034) 은 그 협소한 캔틸레버 부분 (1030, 1034) 이 동일한 방사 방향을 따라 놓이도록 하며, 이것은 제 2 커넥터 (644) 및 제 2 레그 (636) 가 턴의 동일한 방사 방향을 따라 놓이도록 하며, 이것은 실질적으로 완전한 턴을 형성할 수도 있다. 완전히 노치된 턴은 도 10 에 도시된 것과 같은 턴이고, 그것은 캔틸레버 부분을 형성하는 노치된 제 1 단과 제 2 단을 갖는데 여기서 제 1 단과 제 2 단의 캔틸레버 부분의 파트들은 동일한 방사 방향을 따라 놓여서, 그 결과 제 2 단에 연결되는 제 2 전기 커넥터와 같이 제 1 단에 연결된 전기 커넥터는 안테나 축을 통과하는 공통 반경을 따라 놓인다.

도 11 은 제 4 턴 (622) 의 평면도이다. 제 4 턴 (622) 은 갭 (1112) 에 의해 분리되는 제 1 단 (1104) 과 제 2 단 (1108) 을 갖는다. 제 2 커넥터 (644) 는 제 1 단 (1104) 의 하부측에 연결된다. 제 3 커넥터 (1116) 는 제 4 턴 (622) 의 제 2 단 (1108) 에 연결된다. 노치 (1120) 는, 제 1 단 (1104) 의 협소한 캔틸레버 부분 (1130) 을 형성하도록 제 4 턴 (622) 의 제 1 단 (1104) 에 형성된다. 노치 (1120) 는, 방사상 연결의 제 2 레그 (636) 가 단락없이 통과하게 하는 공간을 제공한다. 제 2 레그 (636) 에 대해 공간이 제공되므로, 제 1 단 (1104) 및 제 2 단 (1108) 은 반경을 따라 오버랩되지 않는다. 대신, 제 4 턴 (622) 은 불완전하다.

도 12 는 제 4 턴 (622) 위의 상부 커넥터 (1204) 의 평면도이다. 상부 커넥터 (1204) 는 제 3 커넥터 (1116) 에 연결된 제 1 단과 출력 리드선 (626) 에 연결된 제 2 단을 갖는다. 도 9 에 도시된 바와 같이, 제 3 커넥터 (1116) 는 제 4 턴 (622) 으로부터 상부 커넥터 (1204) 까지 연장되고, 상부 커넥터 (1204) 는 제 4 턴 (622) 의 제 1 단의 위로 연장되어, 제 4 턴 (622) 과 상부 커넥터 (1204) 는 실질적으로 완전한 턴을 형성한다. 만약 제 4 턴에서의 갭이 제 4 턴 (622) 의 평면에서 그리고 제 4 턴의 반경과는 상이한 길이에서의 브리지에 의해 보상된다면, 방사상 컴포넌트는 제 4 턴에 브리지를 연결할 필요가 있으며, 방위각으로 비대칭을 야기하는 방사상 전류를 초래한다. 그 대신, 상부 커넥터 (1204) 가 제 4 턴 (622) 과 동일한 방사상의 길이를 따라 갭을 브리지하지만, 제 4 턴 (622) 의 위에 있다.

도 13 은 제 2 턴 (618) 의 평면도이다. 제 2 턴 (618) 은 제 1 단과 제 2 단을 가지며, 제 2 턴 (618) 의 제 1 단과 제 2 단은 제 2 턴 갭 (1312) 에 의해 분리된다. 제 1 커넥터 (640) 는 제 2 턴 (618) 의 제 1 단에 연결된다. 방사상의 제 1 레그 (632) 는 제 2 턴 (618) 의 제 2 단에 연결된다. 제 2 턴 (618) 의 제 1 단과 제 2 단은 모두 노치를 형성한다. 제 1 노치는 제 1 단의 협소한 캔틸레버 부분 (1330) 을 형성한다. 제 2 노치는 제 2 단의 협소한 캔틸레버 부분 (1334) 을 형성한다. 노치들과 협소한 캔틸레버 부분 (1330, 1334) 은, 협소한 캔틸레버 부분 (1330, 1334) 이 동일한 방사방향을 따라 놓이도록 하며, 이것은 제 1 커넥터 (640) 및 제 1 레그 (632) 가 동일한 방사 방향을 따라 놓이도록 하며, 이것은 실질적으로 완전한 턴을 형성할 수도 있다.

도 14 는 제 1 턴 (616) 의 평면도이다. 제 1 턴 (616) 은, 갭 (1412) 에 의해 분리되는 제 1 단과 제 2 단을 가진다. 제 1 커넥터 (640) 는 제 1 단의 바닥측에 연결된다. 제 4 커넥터 (1416) 는 제 1 턴 (616) 의 제 2 단에 연결된다. 노치 (1420) 는, 제 1 단의 협소한 캔틸레버 부분 (1430) 을 형성하도록 제 1 턴 (616) 의 제 1 단에서 형성된다. 노치 (1420) 는 방사상 연결의 제 1 레그 (632) 가 단락없이 통과하게 하는 공간을 제공한다. 제 1 레그 (636) 에 대해 공간이 제공되므로, 제 1 단과 제 2 단은 방사 방향을 따라 오버랩되지 않는다. 그 대신, 제 1 턴 (616) 은 불완전하다.

도 15 는 제 1 턴 (616) 위의 제 2 상부 커넥터 (1504) 의 평면도이다. 제 2 상부 커넥터 (1504) 는 제 4 커넥터 (1416) 에 연결된 제 1 단과 입력 리드선 (624) 에 연결된 제 2 단을 갖는다. 제 4 커넥터 (1416) 는 제 1 턴 (616) 으로부터 제 2 상부 커넥터 (1504) 까지 연장하고, 제 2 상부 커넥터 (1504) 는 제 1 턴 (616) 의 제 1 단 위로 연장되어, 제 1 턴 (616) 과 제 2 상부 커넥터 (1504) 는 실질적으로 완전한 턴을 형성한다. 제 1 턴에서의 갭이 제 1 턴 (616)의 평면에서 그리고 제 1 턴의 반경과는 상이한 반경 길이에서의 브리지에 의해 보상된다면, 방사상 컴포넌트는 제 1 턴에 브리지를 연결할 필요가 있으며, 이것은 방위각적 비대칭을 야기할 수도 있는 방사상 전류를 초래한다. 그 대신, 제 2 상부 커넥터 (1504) 는 제 1 턴 (616) 과 동일한 반경 길이를 따라 갭을 브리지 하지만, 제 1 턴 (616) 의 위에 있다.

전술한 바와 같이, 턴들이 서로에 대해 가능한 가까이 위치되도록 턴 (616, 618, 620, 622) 들 사이에 유전 물질이 위치될 수도 있고, 실질적으로 내부 턴과 외부 턴 사이에서 아크를 제거한다. 도 16 은 턴들 사이에 이러한 절연체가 배치된 턴 (616, 618, 620, 622) 의 횡단면도이다. 도시된 바와 같이, 제 1 턴, (616), 제 2 턴 (618), 제 3 턴 (620) 및 제 4 턴 (622) 은 중심 절연체 (1604) 주변에 설치되어 어셈블리를 형성한다. 중심 절연체는 하부 리지 (ridge) 링 (1608) 을 형성한다. 하부 절연체 (1612) 상에 어셈블리가 위치된다. 하부 절연체 (1612) 의 중심 그루브 내부에 중심 절연체 (1604) 의 하부 리지 링 (1608) 이 설치된다. 제 1 턴 (616) 으로부터 제 4 턴 (622) 으로의 상부 리지 링 (1616) 의 표면을 따른 거리가 아크를 방지하기 위해 요구되는 최소 표면 거리보다 더 크도록 상부 리지 링 (1616) 은 제 1 턴 (616) 과 제 4 턴 (622) 의 위로 연장된다. 하부 절연체 (1612) 는, 유전체 윈도우 (212) 상에 위치될 수도 있는 패러데이 실드 (1620) 상에 위치될 수도 있다.

도 19 는 패러데이 실드 (1620) 의 평면도이다. 패러데이 실드 (1620) 는 커플링에서의 방위각적 편차를 더욱 최소화시키고 용량성 커플링의 범위를 제어하도록 제공된다. 이것은, 패러데이 실드 (1620) 를 접지하거나, 패러데이 실드 (1620) 에 특정 전압을 인가하거나, 또는 패러데이 실드 (1620) 가 플로팅가능하게 함으로써 구현될 수도 있다. 안테나 풋 프린트가 링 형상에 있으므로, 패러데이 실드 (1620) 는 안테나의 풋 프린트와 매칭하는 링 형상에 있을 수도 있다. 바람직한 실시형태에서, 패러데이 실드 (1620) 는, 안테나이 풋 프린트보다 약간 더 큰 링 형상의 도전성 물질이고 링의 일부를 가로지르는 하나 이상의 방사상의 슬롯 (1904) 을 갖는다. 다른 바람직한 실시형태에서, 2 이상의 슬롯이 제공된다.

이 실시형태의 예에서, 턴 (616, 618, 620, 622) 은 약 1 ㎝ 두께이다. 중심 절연체 (1604) 는 턴 (616, 618, 620, 622) 을 약 0.5 ㎝ 의 거리로 이격시킨다. 패러데이 실드는 약 0.15 ㎝ 의 두께를 갖는다. 따라서, 유전체 윈도우 (212) 의 상부와 턴들의 가장 먼 부분 즉, 제 1 턴 (616) 또는 제 4 턴 (622) 의 상부 사이의 거리는 약 3 ㎝ 이다. 따라서 이 실시형태에서, 유전체 윈도우 (212) 로부터 턴들의 가장 먼 부분까지 거리의 3 배인 9 ㎝ 보다 더 멀리 방사상 커넥터 (682) 를 위치시키는 것이 바람직하다.

적어도 제 1 레그 (632) 가 윈도우에 가까이 있는 (윈도우로부터 멀지 않은) 영역에서, 제 1 레그 (632) 는 턴들에 의해 정의되는 평면들에 실질적으로 수직이고 입력 리드선 (624) 및 제 1 커넥터 (640) 에 가까이 위치되어, 제 1 레그 (632), 입력 리드선 (624) 및 제 1 커넥터 (640) 에 야기되는 비대칭성을 최소화시킨다. 제 1 커넥터 (640) 및 입력 리드선 (624) 은 제 1 레그 (632) 의 전체 길이를 실질적으로 연장하는 자기장을 상쇄시키는 것을 제공한다. 적어도 제 2 레그가 윈도우에 가까이 있는 영역에서, 제 2 레그 (636) 는 턴들에 의해 정의되는 평면들에 실질적으로 수직이고 출력 리드선 (626) 및 제 2 커넥터 (644) 에 가까이 위치되어, 제 2 레그 (626), 출력 리드선 (626) 및 제 2 커넥터 (644) 에 의해 야기되는 비대칭성을 최소화시킨다.

루프의 반대측들상에 위치하는 것과 같은, 상이한 방위각 위치에 연결들을 집중 위치시킴으로써, 연결 불완전에 의해 생기는 비-방위각적 동요의 원인들은 구별되고, 이것은 방위각적 균일성을 개선시킨다. 턴들의 반대측상에 이러한 연결을 위치시킴으로써, 연결에 의해 야기되는 나머지 다이폴 (dipole) 들은 서로 대향되도록 이루어질 수도 있다. 연결에 의해 야기되는 나머지 다이폴들은 턴들의 반대측상에 위치되고, 이 실시형태는, 턴들의 동일측에서 다이폴들을 그리고 동일한 방향으로 다이폴들을 갖는 대신, 이들이 서로 대향되도록 한다.

본 발명의 안테나는 웨이퍼 산물에서 측정된 방위각적 비대칭에서의 대략 2-3 폴드 감소를 제공하는 것으로 발견되었다.

도 17 은 본 발명의 다른 실시형태에서 사용되는 제 3 턴 (620) 및 제 4 턴 (622) 부분의 횡단면도이다. 제 3 턴 (620) 은 제 1 단 (1704) 과 제 2 단 (1708) 을 가지며, 제 3 턴 (620) 의 제 1 단 (1704) 과 제 2 단 (1708) 은 제 3 턴 갭 (1712) 에 의해 분리된다. 방사상 연결의 제 2 레그 (636) 는 제 3 턴 (620) 의 제 1 단 (1704) 에 연결된다. 제 2 커넥터 (644) 는 제 3 턴 (620) 의 제 2 단 (1708) 에 연결된다. 갭 (1712) 은 제 3 턴 (620) 이 불완전한 루프를 형성하게 한다.

제 4 턴 (622) 은 제 1 단 (1724) 과 제 2 단 (1728) 를 가지며, 이들은 갭 (1732) 에 의해 분리된다. 제 2 커넥터 (644) 는 제 4 턴 (622) 의 제 1 단 (1724) 에 연결된다. 제 3 커넥터 (1736) 는 제 4 턴 (622) 의 제 2 단 (1728) 에 연결된다. 갭 (1732) 은 제 4 턴 (622) 이 불완전한 루프를 형성하게 한다.

상부 커넥터 (1744) 는 제 3 커넥터 (1736) 에 연결된 제 1 단과 출력 리드선 (626) 에 연결된 제 2 단을 갖는다. 제 3 커넥터 (1736) 는 제 4 턴 (622) 으로부터 상부 커넥터 (1744) 까지 연장하고, 상부 커넥터 (1744) 는 제 4 턴 (622) 의 위로 연장되어, 상부 커넥터 (1744) 는 갭 (1712, 1732) 을 브리지한다. 이것은 상부 커넥터 (1744), 제 3 턴 (620) 및 제 4 턴 (622) 이 2 개의 실질적으로 완전한 턴들을 형성하도록 한다.

이 실시형태에서, 제 2 레그 (636) 와 같은 커넥터들이 제 4 턴 (622) 를 지나도록 하기 위해 노치들을 사용하는 대신, 제 2 레그 (636) 는 제 4 턴 (622), 상부 커넥터 (1744) 및 출력 리드선 (626) 을 통과한다. 제 2 레그 (636) 가 아치 (arching) 없이 통과하는 충분한 공간을 제공하기 위해, 홀 (1760) 이 제 4 턴 (622) 를 관통하여 위치하고, 홀 (1764) 이 제 2 레그 (636) 및 상부 커넥터 (1744) 를 관통하여 위치한다. 아치를 더욱 방지하기 위해, 절연체가 홀들내의 제 2 레그 (636) 주변에 위치될 수도 있다. 비록 각 턴에서의 갭들이 턴과 동일한 평면에서 브리지되지 않는다 하더라도, 방사상 커넥터들은 윈도우로부터 먼 거리로 이동될 수도 있다. 턴과 동일한 평면내 대신 턴과 동일한 방사 방향의 거리에서 갭들을 브리징함으로써 생성되는 방위각적 비대칭은, 커넥터가 윈도우 근방에 위치된 경우 발생하는 방사상 전류로부터의 방위각적 비대칭만큼 크지는 않다.

제 2 레그 (636) 를 출력 리드선 (626) 과 동축이 되도록 함으로써, 제 2 레그 (636) 와 출력 리드선 (626) 으로부터의 자기장들은 서로 더 잘 상쇄시킬 수 있다. 또한, 제 2 커넥터 (644) 는, 더 큰 상쇄를 제공하기 위해 제 2 레그 (636) 에 더 가까이 위치된다.

도 18 은 도 17 에서 도시된 장치의 횡단면도이고, 여기서 패시브 안테나 (1804) 는 제 3 턴 (620) 및 제 4 턴 (622) 에 인접하여 위치된다. 이러한 패시브 안테나는, 2002 년 9 월 22 일에 출원되고 모든 목적을 위해 본 명세서에 참조로 포함되는, Howald 등에 의한 발명의 명칭이 " 균일 프로세싱 레이트를 발생시키는 방법 및 장치 (Method and Apparatus For Producing Uniform Processing Rates)"인 미국 특허 출원 제 10/200,833 호에 기재되어 있다. 패시브 안테나 (1804) 는 방위각적 비대칭을 감소시키는데 사용될 수도 있다. 이 패스-쓰루 설계는, 원하는 방위각 전류 경로로 전류를 다시 되돌리는데 조력하는 패시브 안테나의 명확한 설계를 고려한다.

제 1 턴 (616), 제 2 턴 (618), 제 3 턴 (620) 및 제 4 턴 (622) 를 갖는 전술한 실시형태에서, 제 1 턴 (616) 및 제 2 턴 (618) 은 내부 루프로서 간주될 수도 있고 제 3 턴 (620) 및 제 4 턴 (622) 은 외부 루프로서 간주될 수도 있으며, 레그 및 방사상 커넥터는 이 내부 루프와 외부 루프를 연결한다. 이 실시형태들에서, 내부 루프는 외부 루프와 동심이고, 외부 루프는 내부 루프보다 더 큰 직경을 갖는다.

전술한 실시형태들에서 안테나가 제 1 루프와 제 2 루프로 형성되고 제 1 루프와 제 2 루프는 동일한 기하학적 배열 (geometry) 이며 동축에 있고, 하나의 루프가 다른 루프 상부에 위치된다고 하더라도, 다른 타입의 안테나 장치가 사용될 수도 있다. 이러한 다른 배치는 2 개의 단일 루프를 사용할 수도 있거나, 또는 제 2 루프가 제 1 루프와 다른 기하학적 배열 형상인 것을 제공할 수도 있다. 루프는 3 이상의 턴을 가질 수도 있다. 바람직하게는, 루프를 구성하는 턴에서의 방위각상의 갭은, 갭들이 3°보다 작은 방사 각도를 형성하고 갭에 인접한 턴들의 종단 반경들이 동일하도록, 최소화된다. 또한, 입력과 출력 피드는, 이들의 다이폴 효과를 감소시키는 다른 방법으로서 그들의 길이 부분에 대해 동축일 수도 있다. 이 실시형태에서, 턴 갭은 1/8 인치인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 도 10 과 도 13 에 도시된 것과 같은 동일 방사상의 거리에서 노치내에 꼭 맞는 지향 (oriented) 캔틸레버 부분들에 의해 턴 갭들이 보상된다. 이러한 지향 캔틸레버와 노치 설계가 실용적이지 않은 경우, 본 발명은, 정수개의 실질적으로 완전한 턴을 형성하기 위해, 동일한 방사상 위치에서의 미싱한 방위각의 갭과 거의 동일한 길이를 갖는 다른 턴 평면들에 실질적으로 평행한 평면에 추가적인 부분적 안테나 턴을 추가함으로써, 방위각 전류에서 갭들에 대해 보상하는 원리를 따르는 것을 선호한다.

이러한 다른 배치는 2 개의 단일 루프를 사용할 수도 있고, 또는 제 2 루프가 제 1 루프와 다른 상이한 기하학적 배열 형상일 수도 있는 것을 제공할 수도 있다. 3 이상의 루프가 있을 수도 있다. 루프들은 하나의 턴을 가질 수도 있다. 더 높은 커플링 장을 위해, 루프는 더 많은 턴을 갖는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 부분적 턴 보상의 방위각의 전류 길이 (도 12 의 1204, 도 15 의 1504, 도 17 의 1744 참조) 가 방위각상의 갭과 대략 동일하고 2 개의 리드선을 장 상쇄를 위해 실질적으로 가까이 위치시키도록 2 개의 루프 턴들이 사용된다. 대략 정수개의 루프 턴이 획득되고 동시에 장 상쇄를 위해 루프 리드선을 가까이 위치시키는 것을 제공하도록, 많은 루프 턴들의 구성이 수직 연결의 레그와 그 연관 방위각상의 갭들을 방위각으로 이격시키는 것을 요구하는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 윈도우로부터 멀리 떨어진 루프들간에 방사상의 연결을 통해, 개선된 발명의 안테나가, 동일한 반경 (도 10 및 도 11 참조) 에서의 방위각의 전류 보상을 갖는 단일 또는 다수의 루프 턴으로 이루어진 다수의 루프로 구성될 수 있다. 개선된 방위각으로 대칭인 장을 형성하기 위해, 루프가 방사상으로 가까이 있어야 하는 제약을 제거한다. 안테나를 통해 전달된 엔너지 파장에비해 개별적인 루프가 전기적으로 짧은 경우가 더 양호하다. 안테나 장치를 통해 전달된 에너지 파장 보다 더 작은 결합 길이를 루프들이 갖도록 루프들이 서로 가까이 있는 것이 바람직하다.

도 20 은 본 발명의 일실시형태에 따른 멀티-턴 안테나 장치 (2000) 의 실시형태를 개략적으로 나타내며, 여기서는 단지 2 개의 턴만이 제공된다. 멀티-턴 안테나 장치 (2000) 는 RF 전원 (2004) 에 동작가능하게 커플링된 멀티-턴 안테나를 포함하며, 이들은 예를 들어, 각각 도 2 에 도시된 안테나 (210) 과 RF 전원 (214) 에 대응한다.

멀티-턴 안테나는 실질적으로 원형이고 적어도 제 1 턴 (2016) 및 제 2 턴 (2022) 을 포함한다. 이 실시형태에서, 입력 리드선 (2024) 은 제 1 턴 (2016) 의 제 1 단에 동작가능하게 커플링된다. 제 1 턴 (2016) 의 제 2 단은 방사상 연결의 제 1 레그 (2032) 에 동작가능하게 커플링된다. 방사 방향의 제 2 레그 (2036) 는 제 2 턴 (2022) 의 제 1 단에 동작가능하게 커플링된다. 적어도 윈도우 가까이에서, 제 1 레그 (2032) 및 제 2 레그 (2036) 는 턴 (2016, 2022) 의 직경에 실질적으로 수직이다. 방사상 연결의 방사상 커넥터 (2082) 는 제 1 레그 (2032) 로부터 제 2 레그 (2036) 로 연장된다. 제 2 턴 (2022) 의 제 2 단은 출력 리드 (2026) 에 동작가능하게 커플링된다. 전류는 입력 리드선 (2024) 로부터 제 1 턴 (2016) 을 통해, 방사상 연결의 제 1 레그 (2032) 를 통해, 방사상 연결이 제 2 레그 (2036) 를 통해, 제 2 턴 (2022) 을 통해 출력 리드선 (2026) 으로 흐를 수도 있다. 이 전류 흐름은 화살표로서 표시된다. 따라서, 입력 리드선 (2024) 와 출력 리드선 (2026) 사이에 RF 전압을 인가으로써, 멀티-턴 안테나 (2006) 을 통해 전류가 흐른다.

도 20 을 참조하면, 제 2 턴 (2022) 은 제 1 턴 (2016) 보다 더 큰 직경을 갖는다. 외부 턴 (예를 들어, 제 2 턴) 이 더 큰 직경을 갖는다 하더라도, 외부 턴은 내부 턴 (예를 들어, 제 1 턴) 에 가까이 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 제 2 턴 (2022) 은 제 1 턴 (2016) 에 가까이 배치되는 것이 바람직하다. 이들이 가까이 근접하는 결과, 멀티-턴 안테나는 단일 턴 안테나와 같이 나타내지고 단일 턴 안테나와 같이 작용한다 (예를 들어, 실제적으로 턴들 사이에는 공간이 없다). 따라서, 방사 방향에서의 고 또는 저 전류 영역은 실제적으로 감소된다.

다른 실시형태에서와 같이, 갭에 인접한 방사상 레그를 갖는 블리지를 사용하는 대신, 이 실시형태에서의 안테나는 윈도우 (212) 로부터 멀리 떨어진 턴들 사이에 방사상 커넥터들을 제공한다. 윈도우와 방사상 연결의 방사상 커넥터 (2082) 사이의 큰 거리는, 윈도우와 방사상 커넥터 (2082) 사이의 거리가 윈도우와 안테나 턴들의 가장 멀리 있는 부분 사이 거리의 3 배 이상이라는 것을 의미한다. 보다 바람직하게는, 윈도우와 방사상 연결의 방사상 커넥터 (2082) 사이 거리는 윈도우와 안테나 턴들의 가장 멀리 있는 부분 사이 거리의 4 배 이상이다. 또한, 방사상 커넥터 (2082) 는 출력 리드선 (2026) 의 방사상의 라인 (2080) 에 평행하고 근접하여 위치될 수도 있어, 방사상의 전류에 의해 야기되는 방위각적 비대칭을 더욱 감소시키도록 전류는 역평행으로 흐른다.

이 실시형태에서, 제 1 턴 (2016) 은 제 2 턴 (2022) 보다 더 작은 직경을 가져, 제 2 턴 (2022) 은 제 1 턴 (2016) 으로부터 방사상으로 분리 배치된다. 이 예에서 제 1 턴 (2016) 은 내부 루프를 형성하고, 제 2 턴 (2022) 은 외부 루프를 형성하여, 각각 방위각 방향으로 제 2 턴이 안테나축에 가까이 있는 것보다 제 1 턴이 안테나 축에 더 가까이 있다. 턴들이 상이한 직경을 가지므로, 제 1 턴 (2016) 과 제 2 턴 (2022) 을 연결하는데 방사상 커넥터가 사용되어야 한다. 방사상 커넥터는 윈도우로부터 더 멀리 위치한다. 바람직하게는, 제 1 턴은, 제 1 턴의 전체 외주를 제 1 평면이 통과한다는 점에서 제 1 평면을 정의하고, 제 2 턴은, 제 2 턴의 전체 외주를 제 2 평면이 통과한다는 점에서 제 2 평면을 정의하며, 여기서 제 1 평면과 제 2 평면은 실질적으로 평행하다. 방사상 커넥터는, 제 1 턴과 제 2 턴에 의해 정의되는 평면들에 실질적으로 평행한 길이를 갖는다. 보다 바람직하게는, 제 1 턴과 제 2 턴은 동심상에 있고 공면에 있다. 도 20 에 도시된 예에서, 제 1 턴과 제 2 턴은 공면상에 있어, 제 1 평면과 제 2 평면은 동일한 평면 (2090) 이다. 바람직하게는, 제 1 턴과 제 2 턴이 배치되는 안테나 축 (2014) 주위는 제 1 평면 및 제 2 평면에 실질적으로 수직이다. 바람직하게는, 윈도우 근처의 제 1 레그 (2032), 제 2 레그 (2036), 입력 리드선 (2024) 및 출력 리드선 (2026) 은 제 1 평면 및 제 2 평면 (2090) 에 실질적으로 수직이다. 제 1 레그 (2032) 에 가까이 입력 리드선 (2024) 를 위치시키고 윈도우 근처의 턴들에 의해 정의되는 평면에 이들이 실질적으로 수직이 되도록 하여, 입력 리드선 (2024) 및 제 1 레그 (2032) 에 의해 야기되는 방위각적 비대칭이 최소화된다.

다른 실시형태에서, 레그, 커넥터 및 리드선은 턴들에 단지 실질적으로 수직이고 턴들 또는 윈도우에 가까이 위치한 레그, 커넥터 및 리드선 부분들에 함께 가까이 위치된다. 레그, 커넥터 및 리드선은 실질적으로 수직이 아니거나 또는 턴 또는 윈도우로부터 멀리 떨어져 함께 가까이 있지 않다. 또한, 다른 실시형태에서, 본 발명의 안테나는 용량성 커플링 플라즈마 및 다른 장치에 사용될 수도 있다.

몇 개의 바람직한 실시형태의 관점에서 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 범위내에서 변경, 다양한 변형, 치환 및 대체 균등물이 존재한다. 또한 본 발명의 방법 및 장치를 구현하는 많은 다른 방법들이 있다. 따라서, 다음의 첨부된 청구항들은, 본 발명의 사상과 범위내에 있는 이러한 모든 변경, 다양한 변형, 치환 및 대체 균등물을 포함하는 것으로 해석된다.

Claims (19)

1. 윈도우를 통해 프로세스 챔버 내부에 전기장을 발생시키는 안테나 장치로서,

   안테나 축 주위에 배치된 제 1 외부 루프 턴을 포함하는 외부 루프;

   상기 안테나 축 주위에 배치된 제 1 내부 루프 턴을 포함하는 내부 루프; 및

   상기 외부 루프를 상기 내부 루프에 방사상으로 전기적으로 연결하는 방사상 커넥터를 포함하고,

   각각 방위각 방향으로, 상기 제 1 외부 루프 턴이 상기 안테나 축에 가까이 있는 것보다 상기 제 1 내부 루프 턴이 안테나 축에 더 가까이 있고,

   상기 방사상 커넥터는 상기 윈도우로부터 먼 거리에 위치되는, 안테나 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 외부 루프 턴은 제 1 평면을 정의하고 제 1 내부 루프 턴은 제 2 평면을 정의하며, 상기 외부 루프로부터 연장하는 제 1 레그와 상기 내부 루프로부터 연장하는 제 2 레그를 더 포함하며, 상기 방사상 커넥터는 상기 제 1 레그와 제 2 레그 사이에 연결되는, 안테나 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 1 레그는 상기 외부 루프에 인접한 상기 제 1 평면에 실질적으로 수직하고 상기 제 2 레그는 상기 내부 루프에 인접한 상기 제 2 평면에 실질적으로 수직한, 안테나 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 외부 루프는 상기 윈도우로부터 제 1 거리에 있고, 상기 방사상 커넥터는 상기 윈도우로부터 제 2 거리에 있으며, 상기 제 2 거리는 상기 제 1 거리의 3 배 이상인, 안테나 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 내부 루프는 상기 외부 루프와 동축이고 공면 (coplanar) 에 있는, 안테나 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 내부 루프와 상기 외부 루프 사이의 아크 (arcing) 를 제거하도록 그 사이에 배치되는 유전 매질을 더 포함하는, 안테나 장치.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 내부 루프 및 상기 외부 루프는 상기 안테나 장치를 통해 전달된 에너지의 파장보다 더 작은 결합 길이 (combined length) 를 갖는, 안테나 장치.
8. 제 5 항에 있어서,

   상기 외부 루프는 상기 안테나 축 주위에 배치된 제 2 외부 루프 턴을 더 포함하고, 상기 내부 루프는 상기 안테나 축 주위에 배치된 제 2 내부 루프 턴을 더 포함하는, 안테나 장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 제 2 외부 루프 턴은 제 1 외부 루프 턴 상부에 배치되고 상기 제 2 내부 루프 턴은 상기 제 1 내부 루프 턴 상부에 배치되며, 상기 제 1 외부 루프 턴 및 상기 제 1 내부 루프 턴은 상기 제 2 외부 루프 턴 및 상기 제 2 내부 루프 턴의 단자 전압을 효과적으로 차폐하는, 안테나 장치.
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 제 1 외부 루프 턴, 상기 제 2 외부 루프 턴, 상기 제 1 내부 루프 턴 및 상기 제 2 내부 루프 턴 사이의 아크를 제거하도록 그 사이에 배치되는 유전 매체을 더 포함하는, 안테나 장치.
11. 제 5 항에 있어서,

    상기 내부 루프 및 상기 외부 루프에 커플링되는 RF 전원을 더 포함하는, 안테나 장치.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 내부 루프 및 상기 외부 루프는, RF 전원에 의해 발생된 RF 에너지를 통해 프로세스 챔버 내부에 방위각상으로 대칭인 전기장을 형성하고, 상기 방위각으로 대칭인 전기장은 실질적으로 방위각상으로 대칭인 플라즈마를 형성하며, 이것은 프로세스 챔버 내부에 배치된 기판의 표면에 걸쳐 실질적으로 균일한 프로세스 레이트를 생성하는, 안테나 장치.
13. 제 5 항에 있어서,

    상기 내부 루프에 전기적으로 연결된 제 1 리드선과 상기 외부 루프에 전기적으로 연결된 제 2 리드선을 더 포함하는, 안테나 장치.
14. 제 1 항에 있어서,

    상기 외부 루프는 상기 윈도우로부터 제 1 거리에 있고, 상기 방사상 커넥터는 상기 윈도우로부터 제 2 거리에 있으며, 상기 제 2 거리는 상기 제 1 거리의 3 배 이상인, 안테나 장치.
15. 제 1 항에 있어서,

    상기 제 1 외부 루프 턴과 상기 제 1 내부 루프 턴 중 적어도 하나의 루프 턴은 완전 노치 턴 (complete notched turn) 인, 안테나 장치.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 제 2 외부 루프 턴과 제 2 내부 루프 턴 중 적어도 하나의 루프 턴은 상기 안테나 축으로부터 떨어진 방사상 거리에 방위각의 갭을 가지며,

    상기 방위각의 갭을 스팬하는 (span) 부분적 턴을 더 포함하고,

    상기 부분적 턴은, 상기 안테나 축으로부터 상기 방위각의 갭이 떨어진 방사상 거리와 동일한, 안테나 축으로부터의 방사상 거리에 위치되는, 안테나 장치.
17. 기판을 프로세싱하는 플라즈마 프로세싱 장치로서,

    상기 프로세싱을 위해 플라즈마가 점화되어 지속되는 프로세스 챔버;

    상기 프로세스 챔버의 일측을 형성하여 상기 프로세스 챔버 내부로의 RF 에너지의 통과를 허용하도록 구성된 윈도우; 및

    상기 윈도우에 인접하고, 상기 프로세스 챔버 내부에 RF 에너지를 통해 전기장을 발생시키도록 구성되는 다층 안테나를 포함하고,

    상기 다층 안테나는,

    상기 안테나 축 주위에 배치된 제 1 외부 루프 턴을 포함하는 외부 루프;

    상기 안테나 축 주위에 배치된 제 1 내부 루프 턴을 포함하는 내부 루프; 및

    상기 외부 루프를 상기 내부 루프에 방사상으로 전기적으로 연결하는 방사상 커넥터를 포함하고,

    각각 방위각 방향으로, 상기 외부 루프가 상기 안테나 축에 가까이 있는 것보다 상기 내부 루프가 안테나 축에 더 가까이 있고,

    상기 방사상 커넥터는 상기 윈도우로부터 먼 거리에 위치되는, 플라즈마 프로세싱 장치.
18. 제 17 항에 있어서,

    상기 외부 루프는 상기 윈도우로부터 제 1 거리에 있고, 상기 방사상 커넥터는 상기 윈도우로부터 제 2 거리에 있으며, 상기 제 2 거리는 상기 제 1 거리의 3 배 이상인, 플라즈마 프로세싱 장치.
19. 안테나 축 주위에 형성되고 제 1 단과 제 2 단을 갖는 턴을 포함하는 완전 노치 턴으로서, 상기 제 1 단은 노치되어 (notched) 제 1 캔틸레버 부분을 형성하고, 상기 제 2 단은 노치되어 제 2 캔틸레버 부분을 형성하는, 상기 완전 노치 턴;

    상기 제 1 캔틸레버 부분에 연결된 제 1 전기 커넥터; 및

    상기 제 2 캔틸레버 부분에 연결된 제 2 전기 커넥터로서, 상기 제 1 전기 커넥터와 제 2 전기 커넥터는 상기 안테나 축을 관통하는 공동 반경을 따라 놓여 있는, 상기 제 2 전기 커넥터를 포함하는, 안테나 형성 턴.