KR20070016970A - 진공 처리 챔버의 ｒｆ 매칭 네트워크와 그 구성 방법 - Google Patents
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Abstract
각각 다른 주파수를 가진 제 1내지 제 n의 RF 발진기와 각각 연결된 제 1내지 제 n의 RF 입력 포트 및 상기 다중 RF 발진기의 에너지를 진공 처리 챔버로 출력하는 출력포트를 포함하고, 상기 제 1내지 제 n의 RF 입력 포트의 주파수는 순차적으로 감소한다. 제 i RF 입력 포트와 출력 포트 사이에는 제 i 회로가 있고 이 제 i회로는 출력 포트에서 제 i 주파수 이외에 다른 모든 RF 발진기 주파수에 대하여 고임피던스를 가지고, 상기 제 i 회로가 제 i 주파수 RF발진기에 연결되면, 상기 제 i 회로는 상기 출력 포트로부터 제 i 회로까지 측정되는 임피던스로서 상기 제 i 주파수에서 제 1 임피던스를 가지는 한편, 상기 출력포트로부터 상기 제 i 회로의 반대 방향으로 출력 포트에서 측정되는 임피던스로서 상기 제 i 주파수에서 제 2 임피던스를 가지며, 상기 제 1 임피던스는 상기 제 2 임피던스와 실질적으로 공액 매칭을 이룬다. 본 발명은 가벼운 중량과 작은 손실을 가지며, 제조와 응용 비용을 절감할 수 있다.
Description
도 1은 본 발명에서 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크의 구조에 대한 개략도이다.
도 2는 저주파 관점에서 측정되는 본 발명을 적용한 진공 처리 챔버 시스템의 개략도이다.
도 3은 고주파 관점에서 측정되는 본 발명을 적용한 진공 처리 챔버 시스템의 개략도이다.
도 4는 본 발명에서 RF 매칭 네트워크에 사용된 인덕터 구조의 개략도이다.
도 5는 본 발명에서 다중 RF 입력을 갖는 RF 매칭 네트워크의 개략도이다.
도 6은 본 발명에서 RF 매칭 네트워크에 사용된 각 회로의 다양한 연결 방법에 대한 개략도이다.
본 발명은 반도체 또는 집적 회로의 제조에 관한 것으로, 특히 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크와 그 구성 방법에 관한 것이다.
진공 처리 챔버 운영의 작동 원리는 반응 기체를 진공 처리 챔버로 유입시키고, 그후 입력 RF에너지를 진공 처리 챔버로 인가하는 것이다. 에너지는 진공처리 챔버 안에서 반응 기체를 활성화하여 플라즈마를 형성시켜 반도체 공정을 진행한다. 이 공정에서, 종래의 기술은 진공 처리 챔버의 하부전극에 단일 주파수의 RF에너지를 입력하는 것으로, 예로서 13.56MHz의 주파수가 사용되고 있다.
반도체 소재에 대한 플라즈마 처리 기술의 발전으로 이중 주파수 에너지 입력기술은 최근에 진공 처리 챔버 속의 반응 기체의 활성화, 반도체 소재에 대한 플라즈마 처리 성능을 향상시키는데 적용하고 있다. 이중 주파수 에너지 입력은 진공 처리 챔버로 두 개의 현격히 다른 주파수의 RF 에너지를 동시에 입력한다. 이를테면 본 발명에 있어서 이중 주파수는 2MHz의 저주파와 60MHz의 고주파의 조합 등이다.
에너지가 진공 처리 챔버로 입력될 때, 모든 RF에너지가 원활하게 입력되지는 않는다. 일반적으로, 진공 처리 챔버는 상부전극과 하부전극 사이에 용량성 임피던스를 가지고, RF에너지 입력에 소정의 반사율을 가지므로, 일부 에너지는 입력될 수 없고 버려진다. 더 나쁜 것은, 이 일부 에너지는 입력 회로로 되돌아 온다는 것이고, 입력 회로를 가열하여 심한 경우 손상시킨다. RF발진기에 대해서, 진공 처리 챔버는 용량성 임피던스의 부하와 등가이다. 그러므로 임피던스는 복소수이다. 입력 회로의 임피던스에 대해 공액 매칭이 될 때 반사율은 최소가 되고 에너지는 충분하게 입력될 수 있다는 것이 이론적으로 증명된다. 그러므로 적당한 커패시터와 인덕터를 입력 네트워크에 삽입하여, 진공 처리 챔버의 임피던스에 공액 매칭을 형성한다. 이러한 종류의 커패시터와 인덕터를 포함하는 입력 네트워크를 RF 매칭 네트워크라고 부른다.
이에 수반되는 문제는, 고주파와 저주파 입력이 진공 처리 챔버에 동시에 접속됨에 따라 진공 처리 챔버의 각각의 RF 매칭 네트워크는 필연적으로 연결된다는 점이다. 고주파와 저주파의 입력이 한 점에서 만났을 때, 그것들의 에너지의 일부는 진공 처리 챔버로 들어가지 못하고 서로 다른 곳으로 들어가서 서로의 RF 발진기를 손상시킨다. 그래서 고주파와 저주파 입력의 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크를 분리하는 것이 필요하다. 지금까지의 분리 정도는 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크로 입력된 각각의 에너지와 진공 처리 챔버로 입력된 에너지의 출력 비율이 1%에 이르는 -20db이다.
두 RF 발진기의 주파수 사이의 큰 불일치에 근거하여, 지금까지 이 문제를 해결하기 위한 하나의 방법은 각 RF 매칭 네트워크의 연결점 앞에 필터를 설치하는 것이다. 즉, 저주파 쪽에 고주파 노치 필터를 고주파 쪽에 저주파 노치 필터를 설치한다. 그래서 각각의 RF 매칭 네트워크로 입력된 에너지는 필터링된다.
이러한 해결은 최소한 두 가지 단점이 있다. 첫째로, 에너지의 직접적인 필터링은 에너지의 큰 손실과 입력 효율을 줄이는 원인이다. 두 번째로, 에너지 필터링은 노치 필터의 온도를 높이는 원인이다. 더욱이, 고출력 에너지의 필터링에는 대용량의 필터가 필요하다. 그래서, 장비의 크기와 무게 그리고 설계와 생산 비용이 증가한다.
본 발명의 목적은 다중 RF 발진기 사이의 분리에 따르는 종래의 문제점을 극복할 수 있도록 하고 고주파와 저주파 RF 발진기 사이의 전력의 전달에 기인한 가열이나 심한 경우 연소의 문제를 해결하는데 초점을 둔 진공처리 챔버를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 고주파와 저주파 RF 발진기 사이의 전력 전달에 의한 가열과 연소의 문제를 해결할 수 있는 진공처리 챔버의 RF 매칭 네트워크의 구성 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에서 다음의 기술로 실현될 수 있다. 본 발명에 따른 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크는 각각 다른 주파수를 가지는 제 1내지 제 n RF 발진기에 각각 연결된 제 1내지 제 n의 RF 입력 포트, 및 다중 RF 발진기의 에너지를 진공 처리 챔버로 출력하는 출력 포트를 포함하고, 제 1내지 제 n RF 입력 포트의 주파수는 차례로 감소한다. 제 i 주파수 RF 입력 포트와 출력 포트 사이에는 제 i 회로가 있고, 이 제 i 회로는 출력 포트에서 제 i 주파수 이외의 다른 모든 RF 발진기에 대하여 고임피던스를 가진다. 상기 제 i 회로가 제 i 주파수를 가진 RF 발진기에 연결되면, 제 i 회로는 출력 포트로부터 제 i 회로까지 측정되는 임피던스로서 제 i 주파수에서 제 1 임피던스를 가지는 한편, 상기 출력 포트로부터 제 i 회로의 반대 방향으로 출력 포트에서 측정되는 임피던스로서 상기 제 i 주파수에서 제 2 임피던스를 가지며, 상기 제 1 임피던스는 상기 제 2 임피던스와 실질적으로 공액 매칭이 된다.
이웃한 두 주파수의 사이에서, 고주파와 저주파의 비는 5보다 크거나 같다. 각각의 회로는 적어도 커패시터, 인덕터 및 접지 커패시터를 포함하고, 커패시터는 인덕터와 직렬이며, 접지 커패시터와 직렬로 연결된다. 각 회로의 연결은 L-형, 역L-형, T-형이나 p-형으로 할 수 있다. n은 2보다 크거나 같은 정수이고, i는 2보다 작지 않고 n보다 크지 않는 정수이다. 진공 처리 챔버는 플라즈마 증착 챔버나 플라즈마 에칭 챔버이다.
본 발명의 다른 기술적인 해결 수단으로서, 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크는 제 1 주파수 RF 발진기에 연결된 제 1 주파수 RF 입력 포트, 제 2 RF 발진기에 연결된 제 2 주파수 RF 입력 포트, 및 진공 처리 챔버로 하나 또는 복수의 RF발진기의 에너지를 출력하는 출력포트를 포함하고, 상기 제 1 주파수는 제 2 주파수보다 더 높다. 제 1 주파수 RF 입력 포트와 출력 포트 사이에는 제 1 회로가 있고, 제 1 회로는 상기 제 2 주파수에서 출력포트에 대해 고임피던스를 가지고, 상기 제 2 주파수 입력 포트와 출력 포트 사이에는 제 2 회로가 있으며, 제 2 회로는 제 1 주파수에서 출력 포트에 대해 고임피던스를 가진다. 제 1 회로가 제 1 주파수 RF 발진기에 연결되면, 출력 포트로부터 제 1 회로까지 측정되는 임피던스로서 제 i 주파수에서 제 1 임피던스를 가지는 한편, 출력 포트로부터 상기 제 1 회로의 반대방향으로 측정되는 임피던스로서 제 i 주파수에서 제 2 임피던스를 가지고, 제 1 임피던스는 제 2 임피던스와 실질적으로 공액 매칭이 된다.
여기서 제 1 회로와 제 2 회로는 적어도 커패시터, 인덕터 및 접지 커패시터를 포함하고, 상기 커패시터는 인덕터와 직렬이며 접지 커패시터와 직렬로 연결된 다. 커패시터와 접지 커패시터는 전체적으로나 부분적으로 가변 커패시터일 수 있다. 각 회로의 연결은 L-형, 역 L-형, T-형이나 p-형으로 할 수 있다. 제 1 주파수와 제 2 주파수의 비율은 5보다 크거나 같다. 제 1 회로의 출력포트와 진공 처리 챔버 사이에 도전 커넥터가 직렬로 연결되며, 도전 커넥터의 선단은 진공 처리 챔버의 하부전극에 하나 또는 다중 분기로서 연결된다. 상기 제 2 회로의 인덕터의 도선들 간의 간극은 출력 포트에 가까운 단부가 제 2 주파수 RF입력 포트에 가까운 단부보다 더 크다. 진공 처리 챔버는 플라즈마 증착 챔버나 플라즈마 에칭 챔버이다.
상기의 다른 목적을 실현하기 위해서, 본 발명은 다음의 해결수단을 제공한다. 본 발명에 따른 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크의 구성 방법은 다음의 단계들을 포함한다. a. 제 1 주파수 RF 발진기에 제 1 주파수 RF 입력 포트를 연결하고, 제 2 주파수 RF 발진기에 제 2 주파수 RF 입력 포트를 연결하며, 다중 RF 발진기의 에너지를 진공 처리 챔버로 출력하는 출력 포트를 설정한다. 여기서 제 1 주파수는 제 2 주파수보다 높다. b. 제 1 주파수 RF 입력 포트와 출력 포트 사이에 제 1 회로를 배치하되, 제 1 회로는 제 2 주파수에서 출력 포트에 대하여 고임피던스를 가진다. c. 제 2 주파수 RF 입력 포트와 출력 포트 사이에 제 2 회로를 배치하되, 제 2회로는 제 1 주파수에서 출력 포트에 대하여 고임피던스를 가진다. 또한 제 1 회로가 상기 제 1 주파수 RF 발진기에 연결될 때, 출력 포트로부터 제 1회로까지 측정되는 임피던스로서 제 i 주파수에서 제 1 임피던스를 가지는 한편, 출력포트로부터 제 1 회로의 반대 방향으로 측정되는 임피던스로서 제 i 주파수에서 제 2 임피던스를 가지며, 제 1 임피던스는 제 2임피던스와 실질적으로 공액 매칭을 이룬다.
여기서 제 1 회로와 제 2 회로는 각각 적어도 커패시터, 인덕터 및 접지 커패시터를 포함하고, 커패시터는 인덕터와 직렬이며 접지 커패시터와 직렬로 연결이다. 커패시터와 접지 커패시터는 전부 또는 부분적으로 가변 커패시터일 수 있다. 각각의 상기 회로의 연결은 L-형, 역 L-형, T-형 또는 p-형으로 할 수 있다. 제 1 주파수와 제 2 주파수 간의 비율은 5보다 크거나 같다. 제 1 회로의 출력 포트와 진공 처리 챔버 사이에 도전 커넥터가 직렬로 연결되며, 도전 커넥터의 선단은 진공 처리 챔버의 하부전극에 하나 또는 다중 분기로서 연결된다. 제 2 회로의 인덕터의 도선들 간의 간극은 출력 포트에 가까운 단부가 제 2 주파수 RF입력 포트에 가까운 단부보다 더 크다. 진공 처리 챔버는 플라즈마 증착 챔버 또는 플라즈마 에칭 챔버이다.
본 발명에 의하면, 매칭 회로의 임피던스가 진공처리 챔버의 임피던스와 공액 매칭이 되도록 매칭 네트워크를 설정함으로써, 최적의 에너지 입력 비율이 달성되고, 따라서 에너지 입력 효율이 개선되고 회로의 가열을 감소시킨다. 한편, 매칭 네트워크에서 구성 요소의 임피던스의 효과적인 결합은 하이패스와 로우패스 필터를 형성한다. 회로의 임피던스로 에너지의 입력 방향을 안내함으로써, 입력 에너지를 전부 사용할 수 있다. 고주파와 저주파 RF 발진기 사이의 출력의 전달에 의한 가열과 심한 경우 연소 문제 또한 피할 수 있다. 본 발명의 바람직한 구조에서, 도선들 사이에 균일하지 않은 간극을 가진 인덕터를 적용함으로써, 인덕터의 기생 커 패시턴스가 감소된다. 인덕터의 소형화를 유지하면서 인덕터의 가열도 피할 수 있다. 본 발명은 가벼운 중량과 작은 손실을 가지며, 수냉이 필요 없으므로, 제조와 응용 비용을 절감할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
먼저 도 1를 참조하면, 도 1은 본 발명에서 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크의 구조에 대한 개략도이다. 도면에 도시된 것처럼 본 실시예는 두 RF 입력을 가지며, 하나는 고주파 입력부, 다른 하나는 저주파 입력부이다. RF 매칭 네트워크에서 전체적으로 세 포트가 있고, 그 중에서 두 개는 입력 포트로, 즉 고주파 RF 발진기와 연결된 고주파 입력 포트와 저주파 RF 발진기와 연결된 저주파 입력 포트이고, 하나는 진공 처리 챔버에 다중 RF 발진기의 에너지를 출력하는 RF 출력 포트이다. 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크는 저주파 부분과 고주파 부분으로 나눌 수 있고, 여기서 이 두 부분은 하나의 접점으로 출력포트에 연결된다. 고주파 부분은 접지 커패시터 C1´ 커패시터 C2´ 인덕터 L´포함하고, 저주파 부분은 저주파의 일단이 커패시터 C1을 통해 접지되고, 커패시터 C2에 연결된 타단은 인덕터 L과 직렬 연결되고 인덕터 L을 통해 출력 포트에 연결된다. 저주파 부분에서 인덕터 L, 커패시터 C1 및 커패시터 C2는 로우패스 필터를 형성한다.
고주파 부분에서는, 인덕터 L´접지 커패시터 C1´및 커패시터 C2´하이패스 필터를 형성한다. 고주파 입력의 주파수가 저주파 입력의 주파수보다 훨씬 큰 경우에, 즉 고주파 입력 주파수가 저주파 입력보다 적어도 20배 이상이면, 하이패스 필터의 특성과 고주파 입력 하의 진공 처리 챔버의 임피던스 특성 때문에 고주파 부 분에서 전체적인 매칭 네트워크와 진공 처리 챔버 사이의 공액 매칭을 실현하기 위해 작은 인덕턴스가 필요하다. 또한 고주파 부분에 물리적인 인덕터를 배치하지 않을 수 있다. 즉, RF 출력 포트로부터 진공 처리 챔버의 하부전극까지의 도전 커넥터와 함께 연결선으로 사용하기 위한 도전편이 그 역할을 한다. 도전편과 도전 커넥터의 자체 인덕턴스는 인덕터와 등가이다. 이 경우에, 접지된 커패시터 C1´은 도전편, 도전 커넥터와 접지 사이의 기생 커패시터에 의해 대체될 수 있다. 기생 커패시터 C1´과 인덕터 L´낮은 값이고 쉽게 조정될 수 없기 때문에 고주파 부분의 커패시터 C2´회로의 임피던스를 조절하기 위해 가변 커패시터로 설정될 수 있다.
커패시터와 인덕터의 값은 고주파와 저주파 부분의 주파수로부터 평가될 수 있다. 또한, 이상적인 임피던스는 커패시터 C1의 값을 선택함으로써 얻을 수 있다. 그 외에도, 커패시터와 인덕터로 구성된 이러한 네트워크는 회로의 구성요소와 도선의 자체 저항과 함께 자체로서 복소수 임피던스를 가짐으로써, 단지 매칭 네트워크의 구성요소의 값을 선택하고 조절함으로써, 저주파 부분이 저주파 RF 발진기와 연결될 때, 출력 포트로부터 저주파 부분까지 측정된 저주파 하에서의 임피던스가, 출력 포트로부터 저주파 부분과 반대방향으로 측정된 저주파 하에서의 다른 임피던스와 실질적으로 공액 매칭을 실현할 수 있다(실제 실시예에서, 두 임피던스는 100% 공액 매칭이 될 수 없다). 고주파 부분이 고주파 RF 발진기에 연결될 때 출력 포트로부터 고주파 부분까지 측정된 고주파 하의 임피던스는 출력 포트로부터 고주파부분과 반대 방향으로 측정된 고주파 하의 다른 임피던스와 실질적으로 공액 매 칭이 된다.
도 2를 참조하면, 도 2는 저주파 관점에서 측정되는(보여지는) 본 발명에 적용된 진공 처리 챔버 시스템의 개략도이다. 도 2의 진공 처리 챔버 시스템은 3개의 주요 부분, 즉 저주파 RF 발진기와 고주파 RF 발진기(미도시), RF 매칭 네트워크 및 진공 처리 챔버를 포함한다. 저주파 RF 발진기는 RF 매칭 네트워크에 연결된다. RF 매칭 네트워크는 고주파 부분과 저주파 부분을 포함한다. RF 매칭 네트워크는 진공 처리 챔버와 연결되고 진공 처리 챔버로 RF 에너지를 보낸다. 진공 처리 챔버는 상부전극(1)과 하부전극(2)을 포함한다. 처리될 반도체 소재(3)는 하부전극(2) 위에 위치한다. 상부전극과 하부전극 사이에서 발생된 플라즈마(4)로 반도체 소재(3)를 처리한다. RF 매칭 네트워크와 진공 처리 챔버의 하부전극(2) 사이에 연결된 도선의 하부전극(2)의 가까운 일단에는, 하부전극(2)에 다중 분기되는 하나의 도전 커넥터(5)가 있다. 이 도전 커넥터(5)는 RF 매칭 네트워크의 불충분한 임피던스를 보충하기 위한 등가 임피던스의 일부로서 사용된다.
도 2의 RF 매칭 네트워크에서 저주파 RF 에너지가 저주파 RF 발진기에 의해 발생된 후에, 그것은 커패시터 C2와 인턱터 L로 구성된 회로를 지나 출력 포트에 도달한다. 그러면 RF 출력은 진행 방향에 두 가지 분기를 가질 수 있다. 즉 진공 처리 챔버로 입력되거나 고주파 부분으로 입력된다. 고주파 부분은 기생 커패시터 C1´커패시터 C2´및 인덕터 L´포함한다. 고주파 부분에서 기생 커패시터 C1´ 커패시터 C2´및 인덕터 L가 구성됨에 따라 저주파 RF 입력에 대해 고주파 부분의 임피던스는 진공 처리 챔버의 임피던스보다 훨씬 더 크다. 그러므로 저주파 RF 발진 기의 대부분의 에너지는 진공 처리 챔버로 입력된다. 나아가 커패시터 C2´적당한 값을 선택함으로써, 고주파 부분으로 입력되는 에너지는 2% 아래로 줄일 수 있다.
도 3을 참조하면, 도 3은 고주파 관점에서 보여지는 본 발명에 적용된 진공 처리 챔버 시스템의 개략도이다. 도 3의 RF 매칭 네트워크에서, 고주파 RF 에너지가 고주파 발진기에 의해 발생된 후에, 그것은 커패시터 C2´ 인턱터 L´구성된 회로를 지나 출력 포트에 도달한다. 그러면 RF 출력은 그 진행방향에 두 가지 분기를 가질 수 있다. 즉 진공 처리 챔버로 입력되거나 저주파 부분으로 입력된다. 저주파 부분은 기생 커패시터 C1, 커패시터 C2 및 인덕터 L을 포함하고, 인덕터 L과 커패시터 C2는 직렬로 연결되며 저주파 RF 발진기(미도시)에 연결되고, 커패시터 C1의 일단은 커패시터 C2에 연결되며 타단은 접지된다. 이러한 회로 구성에서 커패시터들의 값을 조절함으로서 커패시터와 인덕터 값을 계산하고 고주파 RF 입력에 대한 저주파 부분의 임피던스가 진공 처리 챔버의 임피던스보다 훨씬 더 크게 실현할 수 있다. 그러므로 고주파 RF 발진기의 대부분의 에너지는 진공 처리 챔버로 입력된다. 나아가 커패시터 C1의 적당한 값을 선택함으로써, 저주파 부분으로 입력되는 에너지는 2% 아래로 줄일 수 있다.
본 발명의 커패시터와 인덕터는 전체 또는 부분적으로 가변이고, 커패시터와 인덕터의 직렬연결의 위치 또한 가변적이다. 커패시터와 인덕터는 하나 또는 다중 모두 가능하다.
본 발명에서, 매칭 네트워크의 구성요소의 임피던스의 조합이 효과적으로 사용된다. 에너지 입력 방향은 회로 자체의 상호 분리 특성에 의해 안내된다.
고주파의 고출력의 응용의 경우에, 비록 2% 미만의 에너지가 저주파 부분으로 입력될지라도, 저주파 부분의 구성요소의 손상은 명백하다. 특히 인덕터L에는 더욱 그렇다. 왜냐하면 고주파의 입력이 인덕터 L의 접지로의 도선들 사이에 기생 커패시터를 생성할 수 있고, 나아가 인덕터 L의 임피던스를 증가시키기 때문이다. 그래서 많은 에너지는 인덕터 L에 집중되고, L이 손상될 때까지 온도가 급격하게 증가시킨다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 하나의 방법은 인덕터 L의 도선들 사이의 간극(d)를 증가시키는 것이고, 그래서 기생 커패시터의 값이 실질적으로 줄어들게 될 것이고, 인덕터 L에 에너지가 집중되는 것을 피할 수 있다. 그러나 이것은 본 발명의 매칭 회로의 소형화의 목적과 배치된다. 실제로, 인덕터의 고주파 입력 측에 가까운 인덕터 코일의 기생 커패시턴스만을 줄여줄 필요가 있다. 일부의 에너지가 고주파 입력에 가까운 일단에서 소비됨에 따라, 코일의 타단은 연소되지 않을 것이고, 그래서 인덕터의 도선들 사이의 간극 d를 증가시킬 필요가 없다. 그러므로 본 발명의 바람직한 실시예는 도 4에 도시된 바와 같이, 출력 포트 또는 인덕터의 고주파 입력에 가까운 도선들 간의 간극 d를 증가시키고, 저주파 입력 포트에 가까운 타단의 간극을 변화시키지 않고 도선들 사이의 균일하지 않은 간극을 가진 인덕터 L을 형성한다.
본 발명에서 진공 처리 챔버는 다양한 반도체 소재 처리 플라즈마 장치를 포함한다. 예를 들어, 플라즈마 증착 챔버, 플라즈마 에칭 챔버 등이다.
본 발명의 아이디어는 또한 다중 RF 입력을 가진 진공 처리 챔버에 적용할 수 있다. 이러한 실시예에서, 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크는 n (n은 2보다 크거나 같다) 개의 RF 입력 포트를 포함한다. 제 1내지 제 n RF 입력포트는 제 1내지 제 n RF 발진기와 각각 연결된다. 각 RF 발진기는 다른 주파수를 가지고, 출력 포트는 진공 처리 챔버에 다중 RF 발진기의 에너지를 출력하고, 제 1 부터 제 n의 RF 입력 포트의 주파수는 순차적으로 떨어진다. 제 i 주파수 RF 입력 포트와 출력 포트 사이에 제 i회로가 있고, 제 i회로는 출력 포트에서 제 i 주파수 이외의 다른 모든 RF 발진기 주파수에 대하여 고임피던스를 가진다. 제 i 회로가 제 i 주파수를 가지는 RF 발진기에 연결될 때, 출력 포트로부터 제 i 회로까지 임피던스를 측정하면, 제 i 주파수에서 제 1 임피던스를 가진다. 반면에 출력 포트로부터 제 i 회로의 반대 방향으로 측정하면, 제 i 주파수에서 제 2 임피던스를 가진다. 여기서 제 1 임피던스와 제 2 임피던스 사이는 실질적으로 공액 매칭이 된다.
이웃한 두 주파수 사이에, 고주파와 저주파의 비는 5보다 크거나 같다. 각 회로는 적어도 커패시터, 인덕터 및 접지된 커패시터를 포함하고, 커패시터는 인덕터와 직렬이며, 접지된 커패시터와 연결된다. 각 회로의 연결은 L-형, 역L-형, T-형이나 p-형으로 할 수 있다. 진공 처리 챔버는 플라즈마 증착 챔버 또는 플라즈마 에칭 챔버이다.
도 5를 참조하면, 도 5는 본 발명에서 다중 RF 입력을 갖는 RF 매칭 네트워크의 개략도이다. 본 실시예에서, 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크는 제 1부터 제 n의 RF 발진기와 각각 연결된 제 1부터 제 n의 RF 입력 포트 즉, 도 5에서 p1에서 pn까지를 포함한다. 각 RF 발진기는 다른 주파수 f1부터 fn까지를 가지고, 다중 RF 발진기의 에너지를 진공 처리 챔버로 출력한다. 여기서 주파수는 순차적으로 떨어진다. 즉 f1>…fi>…fn 이다. 이웃한 두 주파수 사이에서, 고주파와 저주파의 비는 5보다 크거나 같다.
제 i 주파수 RF 입력 포트와 출력 포트 사이에는 제 i 회로가 있고, 제 i 회로는 출력 포트에서 제 i 주파수 fi 이외의 다른 모든 RF 발진기 주파수에 대하여 고임피던스를 가진다.
제 i 회로가 제 i 주파수를 가지는 RF 발진기에 연결될 때, 출력 포트로부터 제 i 회로까지 임피던스를 측정하면, 제 i 주파수에서 제 1 임피던스를 가진다. 반면에 출력 포트로부터 제 i회로와 반대 방향으로 측정하면, 제 i 주파수에서 제 2 임피던스를 가진다. 여기서 제 1 임피던스와 제 2 임피던스 사이는 실질적으로 공액 매칭이 된다.
도 5에 도시한 각 회로는 적어도, 커패시터, 인덕터 및 접지된 커패시터를 포함하고 커패시터는 인덕터와 직렬로 연결되며, 접지된 커패시터와 직렬로 연결된다. 이러한 커패시터들 또는 인덕터들은 함께 하나 또는 다중으로 연결될 수 있다. 연결순서도 바꿀 수 있다.
도 6에 도시한 것처럼, 본 발명의 각 회로는 적어도, 커패시터, 인덕터 및 접지된 커패시터를 포함하고 커패시터는 인덕터와 직렬로 연결되며, 접지된 커패시터와 직렬로 연결된다. 각 회로의 연결은 L-형, 역L-형, T-형이나 p-형처럼 매우 다양하다.
위의 설명은 본 발명에 기초한 오직 몇 가지의 실시예이고, 본 발명의 범위 를 제한하는데 사용해서는 안된다. 본 발명의 장치 분야에 잘 알려진 모든 대체, 조합, 분리와 본 발명의 구현 분야에 잘 알려진 모든 균등한 변형과 대체는 본 발명의 개시와 보호의 범위를 넘지 않는다.
본 발명에 의하면, 매칭 회로의 임피던스가 진공처리 챔버의 임피던스와 공액 매칭이 되도록 매칭 네트워크를 설정함으로써, 최적의 에너지 입력 비율이 달성되고, 따라서 에너지 입력 효율이 개선되고 회로의 가열을 감소시킨다. 한편, 매칭 네트워크에서 구성 요소의 임피던스의 효과적인 결합은 하이패스와 로우패스 필터를 형성한다. 회로의 임피던스로 에너지의 입력 방향을 안내함으로써, 입력 에너지를 전부 사용할 수 있다. 고주파와 저주파 RF 발진기 사이의 출력의 전달에 의한 가열과 심한 경우 연소 문제 또한 피할 수 있다. 본 발명의 바람직한 구조에서, 도선들 사이에 균일하지 않은 간극을 가진 인덕터를 적용함으로써, 인덕터의 기생 커패시턴스가 감소된다. 인덕터의 소형화를 유지하면서 인덕터의 가열도 피할 수 있다. 본 발명은 가벼운 중량과 작은 손실을 가지며, 수냉이 필요 없으므로, 제조와 응용 비용을 절감할 수 있다.
Claims (26)
- 각각 다른 주파수를 가진 제 1내지 제 n의 RF 발진기와 각각 연결된 제 1내지 n 번째의 RF 입력 포트 및 상기 다중 RF 발진기의 에너지를 진공 처리 챔버로 출력하는 출력포트를 포함하고, 상기 제 1내지 제 n의 RF 입력 포트의 주파수는 순차적으로 감소하며,제 i RF 입력 포트와 출력 포트 사이에는 제 i 회로가 있고 이 제 i 회로는 출력 포트에서 제 i 주파수 이외에 다른 모든 RF 발진기 주파수에 대하여 고임피던스를 가지고,상기 제 i 회로가 제 i 주파수를 가진 RF발진기에 연결되면, 상기 제 i 회로는 상기 출력 포트로부터 제 i 회로까지 측정되는 임피던스로서 상기 제 i 주파수에서 제 1 임피던스를 가지는 한편, 상기 출력포트로부터 상기 제 i 회로의 반대 방향으로 측정되는 임피던스로서 상기 제 i 주파수에서 제 2 임피던스를 가지며, 상기 제 1 임피던스는 상기 제 2 임피던스와 실질적으로 공액 매칭이 되는 진공처리 챔버의 RF 매칭 네트워크.
- 제 1항에 있어서.이웃한 두 주파수 사이에서 고주파와 저주파의 비율은 5보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크.
- 제 1항에 있어서,각각의 상기 회로는 적어도 커패시터, 인덕터 및 접지 커패시터를 포함하고, 상기 커패시터는 인덕터와 직렬이며, 상기 접지 커패시터와 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크.
- 제 3항에 있어서,상기 커패시터와 접지 커패시터는 전부 또는 부분적으로 가변 커패시터인 것을 특징으로 하는 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크.
- 제 3항에 있어서,각각의 상기 회로의 연결은 L-형, 역 L-형, T-형 또는 p-형인 것을 특징으로 하는 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크.
- 제 1항에 있어서,상기 n은 2보다 크거나 같은 정수이고, 상기 i는 2보다 작지 않고 n보다 크지 않은 정수인 것을 특징으로 하는 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크.
- 제 1항에 있어서상기 진공 처리 챔버는 플라즈마 증착 챔버인 것을 특징으로 하는 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크.
- 제 1항에 있어서,상기 진공 처리 챔버는 플라즈마 에칭 챔버인 것을 특징으로 하는 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크.
- 제 1 주파수 RF 발진기에 연결된 제 1 주파수 RF 입력포트, 제 2 RF발진기에 연결된 제 2 주파수 RF 입력포트, 및 진공 처리 챔버로 하나 또는 복수의 RF발진기의 에너지를 출력하는 출력포트를 포함하고, 상기 제 1 주파수는 제 2 주파수보다 더 높으며,상기 제 1 주파수 RF 입력 포트와 출력포트 사이에는 제 1 회로가 있고, 상기 제 1회로는 상기 제 2 주파수에서 출력포트에 대해 고임피던스를 가지고,상기 제 2 주파수 입력 포트와 출력포트 사이에는 제 2 회로가 있고, 상기 제 2회로는 제 1 주파수에서 출력포트에 대해 고임피던스를 가지며,상기 제 1 회로가 제 1 주파수 RF 발진기에 연결되면, 상기 출력 포트로부터 제 1 회로까지 측정되는 임피던스로서 제 i 주파수에서 제 1 임피던스를 가지는 한편, 상기 출력 포트로부터 상기 제 1 회로의 반대방향으로 측정되는 임피던스로서 제 i 주파수에서 제 2 임피던스를 가지고, 상기 제 1 임피던스는 제 2 임피던스와 실질적으로 공액 매칭인, 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크.
- 제 9항에 있어서,상기 제 1 회로와 제 2 회로는 각각 적어도 커패시터, 인덕터 및 접지 커패시터를 포함하고, 상기 커패시터는 인덕터와 직렬이며, 상기 접지 커패시터와 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크.
- 제 10항에 있어서,상기 커패시터와 접지 커패시터는 전부 또는 부분적으로 가변 커패시터인 것을 특징으로 하는 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크.
- 제 11항에 있어서,각각의 상기 회로의 연결은 L-형, 역 L-형, T-형 또는 p-형인 것을 특징으로 하는 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크.
- 제 9항에 있어서,상기 제 1 주파수와 제 2 주파수 사이의 비율은 5보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크.
- 제 10항에 있어서,상기 제 1 회로의 출력포트와 진공 처리 챔버 사이에 도전 커넥터가 직렬로 연결되며, 상기 도전 커넥터의 선단은 상기 진공 처리 챔버의 하부전극에 하나 또는 다중 분기로서 연결되는 것을 특징으로 하는 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워 크.
- 제 10항에 있어서,상기 제 2 회로의 인덕터를 이루는 도선들 간의 간극은 상기 출력 포트에 가까운 단부가 상기 제 2 주파수 RF입력 포트에 가까운 단부보다 더 큰 것을 특징으로 하는 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크.
- 제 9항에 있어서,상기 진공 처리 챔버는 플라즈마 증착 챔버인 것을 특징으로 하는 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크.
- 제 9항에 있어서,상기 진공 처리 챔버는 플라즈마 에칭 챔버인 것을 특징으로 하는 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크.
- a. 제 1 주파수 RF 발진기에 제 1 주파수 RF 입력 포트를 연결하고 제 2 주파수 RF 발진기에 제 2 주파수 RF 입력 포트를 연결하며, 다중 RF 발진기의 에너지를 진공 처리 챔버로 출력하도록 출력 포트를 설정하는 단계로서, 상기 제 1 주파수는 제 2 주파수보다 더 높은 단계;b. 상기 제 1 주파수 RF 입력 포트와 출력 포트 사이에 제 1 회로를 배치하 는 단계로서, 상기 제 1 회로는 상기 제 2 주파수에서 출력 포트에 대하여 고임피던스를 가지는 단계;c. 상기 제 2 주파수 RF 입력 입력 포트와 출력 포트 사이에 제 2 회로를 배치하는 단계로서, 상기 제 2 회로는 상기 제 1 주파수에서 출력 포트에 대하여 고임피던스를 가지는 단계;를 포함하고상기 제 1 회로가 상기 제 1 주파수 RF 발진기에 연결되면, 상기 출력 포트로부터 상기 제 1회로까지 측정되는 임피던스로서 제i 주파수에서 제 1 임피던스를 가지는 한편, 상기 출력 포트로부터 제 1회로의 반대 방향으로 측정되는 임피던스로서 제 i 주파수에서 제 2 임피던스를 가지며; 상기 제 1 임피던스는 제 2 임피던스와 실질적으로 공액 매칭을 이루는, 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크의 구성 방법.
- 제 18항에 있어서,상기 제 1 회로와 제 2 회로는 각각 적어도 커패시터, 인덕터 및 접지 커패시터를 포함하고, 상기 커패시터는 인덕터와 직렬이며 상기 접지 커패시터와 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크의 구성 방법.
- 제 19항에 있어서,상기 커패시터와 접지 커패시터는 전부 또는 부분적으로 가변 커패시터인 것을 특징으로 하는 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크의 구성 방법.
- 제 20항에 있어서,각각의 상기 회로의 연결은 L-형, 역 L-형, T-형 또는 p-형인 것을 특징으로 하는 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크의 구성 방법.
- 제 18항에 있어서,상기 제 1 주파수와 제 2 주파수 간의 비율은 5보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크의 구성 방법.
- 제 19항에 있어서,상기 제 1 회로의 출력포트와 진공 처리 챔버 사이에 도전 커넥터가 직렬로 연결되며, 상기 도전 커넥터의 선단은 상기 진공 처리 챔버의 하부전극에 하나 또는 다중 분기로서 연결되는 것을 특징으로 하는 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크의 구성 방법.
- 제 19항에 있어서,상기 제 2 회로의 인덕터의 도선들 간의 간극은 상기 출력 포트에 가까운 단부가 상기 제 2 주파수 RF입력 포트에 가까운 단부보다 더 큰 것을 특징으로 하는 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크의 구성 방법.
- 제 18항에 있어서,상기 진공 처리 챔버는 플라즈마 증착 챔버인 것을 특징으로 하는 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크의 구성 방법.
- 제 18항에 있어서,상기 진공 처리 챔버는 프라즈마 에칭 챔버인 것을 특징으로 하는 진공 처리 챔버의 RF 매칭 네트워크의 구성 방법.
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