KR20120085324A - Ｄｃ 바이어스 전압 반응 제어를 포함하는 진공 플라즈마 처리기 - Google Patents

Abstract

플라즈마 공정 챔버는 접지 전극에 의해 포위된 중앙 전극을 갖는 최상부 전극 및 바닥 전극을 포함한다. 그 전극들 사이의 RF 여기된 플라즈마는 DC 바이어스를 갖는다. 바닥 전극 DC 바이어스의 측정값은 중앙 전극과 접지 사이에 접속된 제 1 직렬 공진 회로의 캐패시턴스를 제어한다. 중앙 전극 DC 바이어스의 측정값은 바닥 전극과 접지 사이에 접속된 제 2 직렬 공진 회로의 캐패시턴스를 제어한다.

Description

ＤＣ 바이어스 전압 반응 제어를 포함하는 진공 플라즈마 처리기{VACUUM PLASMA PROCESSOR INCLUDING CONTROL IN RESPONSE TO DC BIAS VOLTAGE}

공동계류중인 출원과의 관계

본 출원은, Lowe Haptman Gilman and Berner Docket 2328-064, 발명의 명칭을 PLASMA PROCESSOR WITH ELECTRODE RESPONSIVE TO SEVERAL FREQUENCIES 로 하고 본 출원과 함께 Dhindsa 등에 의해 동시에 출원되어 공동 양도된 공동계류중인 출원과 관련된 것이다.

기술 분야

본 발명은 일반적으로 진공 플라즈마 처리기에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 DC 바이어스 전압에 반응하는 제어를 포함하는 진공 플라즈마 처리기에 관한 것이다.

배경 기술

워크피스를 플라즈마 처리하기 위해 진공 챔버의 영역에 플라즈마 여기 필드를 인가하는 것이 공지되어 있으며, 여기서 그 영역은 그 필드가 공정 플라즈마로 변환하는 가스에 커플링된다. 일반적으로, 워크피스는 반도체 웨이퍼 또는 유전체 판이고, 플라즈마는 그 워크피스 상에 집적 회로 피쳐를 형성하는데 관여한다. 통상적으로, 여기된 플라즈마는 워크피스를 건식 에칭하지만, 일부 경우, 워크피스에 물질이 적층되는 것을 야기한다. 통상적으로, AC 플라즈마 여기 필드는 챔버 내의 이격된 전극 쌍에 의해 또는 챔버 내의 일 전극과 챔버 외부에 위치한 코일에 의해 그 영역에 인가된다. ("리액턴스"라는 용어가 본 명세서에서 진공 플라즈마 공정 챔버와 관련하여 사용되는 경우 챔버 내의 플라즈마에 AC 플라즈마 여기 필드를 인가하기 위한 코일 또는 전극을 의미한다.)

피쳐의 사이즈가 계속해서 감소할수록, 워크피스의 플라즈마 공정의 다양한 파라미터의 정밀 제어에 대한 요구가 증대된다. 이러한 파라미터에는 리액턴스가 플라즈마에 커플링하는 AC 필드의 특성이 포함된다. 특히, 리액턴스가 플라즈마에 커플링하는 AC 필드의 형상 및 강도는 워크피스 피쳐의 성질에 실질적인 영향을 미친다.

본 발명의 일 양태는 워크피스 처리용 진공 플라즈마 챔버를 포함하는 진공 플라즈마 처리기에 관한 것이다. 챔버는 챔버 내의 가스와 전기적으로 커플링되도록 마련된 제 1 전극 어셈블리 및 챔버 내의 가스와 전기적으로 커플링되로록 마련된 제 2 전극 어셈블리를 포함한다. 제 1 전극 어셈블리는 제 1 전극을 포함하고, 제 2 전극 어셈블리는 제 2 전극을 포함한다. 복수의 주파수를 포함하고 플라즈마로 챔버 내의 가스를 플라즈마로 여기시키기에 충분한 전력을 갖는 AC 전기 소스 배열이 상기 전극 중 하나 이상에 접속된다. 챔버 및 전극 어셈블리는, (a) 소스 배열의 주파수의 플라즈마 여기 AC 전기장 라인이 제 1 및 제 2 전극 어셈블리 사이에 존재하게 하고, (b) 플라즈마로 여기되는 챔버 내의 가스에 반응하여 전극에 DC 바이어스 전압이 발현되게 하도록 마련된다. 회로는 검출된 DC 바이어스 전압의 지시에 기초하여 AC 전기장 라인에 영향을 미친다.

바람직하게는, AC 소스 배열 및 제 1 및 제 2 전극은, 제 1 및 제 2 주파수가 소스 배열로부터 각각 제 1 및 제 2 전극으로 커플링되어 제 1 주파수의 전기장 라인이 제 1 및 제 2 전극 사이에 연장되고 제 2 주파수의 전기장 라인이 제 2 및 제 1 전극 사이에 연장되게 하도록 배열된다. 회로는 제 1 전극과 기준 전위 사이에 접속된 제 1 회로 및 제 2 전극과 기준 전위 사이에 접속된 제 2 회로를 포함한다. 제 1 회로는 제 2 전극의 검출된 DC 바이어스 전압의 지시에 기초하여 제 2 주파수의 전기장 라인에 영향을 미치기 위해 제 1 가변 임피던스를 포함하고, 제 2 회로는 제 1 전극의 검출된 DC 바이어스 전압의 지시에 기초하여 제 1 주파수의 전기장 라인에 영향을 미치기 위해 제 2 가변 임피던스를 포함한다.

또한, 제 2 어셈블리는 제 3 전극을 포함한다. 챔버 및 전극 어셈블리는, (a) 제 1 AC 주파수의 제 1 전기장 라인이 제 1 전극과 제 2 및 제 3 전극 중 하나 이상과의 사이에 존재하게 하고, (b) 제 2 AC 주파수의 제 2 전기장 라인이 제 2 전극과 제 3 전극 사이에 존재하게 하도록 마련된다. 챔버, 전극 어셈블리 및 회로는, 그 회로가 검출된 DC 바이어스 전압의 지시에 기초하여 제 1 및 제 2 전기장 라인에 영향을 미치게 하도록 마련된다.

또한, 제 1 어셈블리는 제 4 전극을 포함한다. 챔버 및 전극 어셈블리는, 제 1 AC 주파수의 제 3 전기장 라인이 제 1 및 제 4 전극 사이에 존재하게 하도록 마련된다. 챔버, 전극 어셈블리 및 회로는, 그 회로가 제 2 검출된 DC 바이어스 전압의 지시에 기초하여 제 3 전기장 라인에 영향을 미치게 하도록 마련된다.

본 발명의 다른 양태는 워크피스 처리용 진공 플라즈마 챔버를 포함하는 진공 플라즈마 처리기에 관련된 것이다. 챔버는, 챔버 내의 가스와 전기적으로 커플링되도록 마련되는 제 1 전극 어셈블리, 및 챔버 내의 가스와 전기적으로 커플링되도록 마련되는 제 2 전극 어셈블리를 포함한다. 제 1 전극 어셈블리는 제 1 전극을 포함하고, 제 2 전극 어셈블리는 서로 이격된 제 2 및 제 3 전극을 포함한다. 상기 전극 중 하나 이상에 접속된 AC 전기 소스 배열은 챔버 내의 가스를 플라즈마로 여기시키기에 충분한 전력을 갖는다. 챔버 및 전극 어셈블리는, (a) 소스 배열의 주파수의 플라즈마 여기 AC 전기장이 제 1 및 제 2 전극 어셈블리 사이에 존재하게 하고, (b) 챔버 내의 가스가 플라즈마로 여기되는 것에 반응하여 상기 전극 중 하나에서 DC 바이어스 전압이 발현되게 하도록 마련된다. 회로는 DC 바이어스 전압의 지시에 반응하여 플라즈마 여기 AC 전기장을 제어하기 위해 마련된다. 회로는 DC 바이어스 전압의 지시에 반응하여 수동으로 제어될 수 있으며, 또는 검출기의 출력 신호에 반응하여 자동으로 제어될 수 있다.

챔버 및 전극 어셈블리는 바람직하게는, (a) 상기 AC 주파수의 제 1 전기장 라인이 제 1 전극과 제 2 및 제 3 전극 중 하나 이상과의 사이에 존재하게 하고, (b) 상기 AC 주파수의 제 2 전기장 라인이 제 2 및 제 3 전극 사이에 존재하게 하도록 마련된다. 챔버, 전극 어셈블리 및 회로는, 그 회로가 DC 바이어스 전압의 지시에 반응하여 제 1 및/또는 제 2 전기장 라인에 영향을 미치게 하도록 마련된다.

또한, 제 1 어셈블리는 제 1 전극을 적어도 실질적으로 포위하는 제 4 전극을 포함한다. 제 4 전극은 제 1 전극과 동축이고, 제 2 및 제 3 전극은 각각 원형 주연부를 갖는다. 제 1 및 제 4 전극은 실질적으로 동일평면상에 위치한다. 챔버 및 전극 어셈블리는, AC 주파수의 제 3 전기장 라인이 제 1 및 제 4 전극 사이에 존재하게 하도록 마련된다. 챔버, 전극 어셈블리 및 회로는, 그 회로가 DC 바이어스 전압 지시에 반응하여 제 3 전기장 라인에 영향을 미치게 하도록 마련된다.

바람직하게는, 회로는 전극 중 하나에 접속된 가변 임피던스를 포함한다. 가변 임피던스는 DC 바이어스 전압 지시에 반응하여 제어되는 값을 갖도록 마련된다. 바람직하게는, 가변 임피던스는 제 2 전극과 기준 전위 사이에 접속되고 수동 소자로 구성된 제 1 브랜치에 포함된 제 1 직렬 튜닝된 회로의 제 1 리액턴스이고, 그리고/또는, 가변 임피던스는 제 1 전극과 기준 전위 사이에 접속되고 수동 소자로 구성된 제 2 브랜치에 포함된 제 2 직렬 튜닝된 회로의 제 2 리액턴스이다.

본 발명의 다른 양태는, AC 전기 에너지를 챔버 내의 가스에 커플링하는 제 1 전극 어셈블리 및 챔버 내의 가스에 전기적으로 커플링되는 제 2 전극 어셈블리를 포함하는 진공 플라즈마 처리기 챔버에서 워크피스를 처리하는 방법에 관한 것이다. 제 1 전극 어셈블리는 제 1 전극을 포함하고, 제 2 전극 어셈블리는 서로 이격된 제 2 및 제 3 전극을 포함한다. 그 방법은 충분한 전력의 AC 전기 에너지를 상기 전극 중 하나 이상에 공급함으로써 챔버 내의 가스를 플라즈마로 여기시키는 단계를 포함한다. 상기 전극 중 하나 이상을 통해 가스에 공급되는 AC 에너지는, (a) 공급된 AC 전기 에너지의 주파수의 플라즈마 여기 AC 전기장이 제 1 및 제 2 전극 어셈블리 사이에 존재하게 하고, (b) 챔버 내의 가스가 플라즈마로 여기되는 것에 반응하여 상기 전극 중 하나에 DC 바이어스 전압이 발현되게 한다. 플라즈마 여기 AC 전기장은 DC 바이어스 전압의 지시에 반응하여 제어된다.

바람직하게는, (a) 그 AC 주파수의 제 1 전기장 라인이 제 1 전극과 제 2 및 제 3 전극 중 하나 이상과의 사이에 존재하고, (b) 그 AC 주파수의 제 2 전기장 라인이 제 2 전극과 제 3 전극 사이에 존재한다. 제 1 및/또는 제 2 전기장 라인이 DC 바이어스 전압의 지시에 기초하여 영향을 받는다.

바람직하게는, 제 1 어셈블리는 제 4 전극을 포함하고, 그 주파수의 제 3 전기장 라인이 제 1 및 제 4 전극 사이에 존재한다. 제 3 전기장 라인은 DC 바이어스 전압의 지시에 기초하여 영향을 받는다.

본 발명의 다른 양태는 워크피스 처리용 진공 플라즈마 챔버를 포함하는 진공 플라즈마 처리기에 관련된 것이다. 챔버는 챔버 내의 가스와 전기적 커플링을 위한 리액턴스와 관련된다. 챔버는 챔버 내의 가스와 전기적 커플링을 위해 마련된 제 1 전극을 갖는 전극 어셈블리를 포함한다. 그 리액턴스에 접속된 AC 전기 소스 배열은 챔버 내의 가스를 플라즈마로 여기시키기에 충분한 전력을 갖는다. 챔버, 리액턴스 및 전극 어셈블리는, (a) 소스 배열의 주파수의 플라즈마 여기 AC 전기장이 리액턴스와 전극 어셈블리 사이에 존재하게 하고, (b) 챔버 내의 가스가 플라즈마로 여기되는 것에 반응하여 전극 어셈블리의 일 전극에 DC 바이어스 전압이 발현되게 하도록 마련된다. 플라즈마 여기 AC 전기장을 제어하는 회로는 전극 어셈블리의 전극에 접속된 가변 임피던스를 포함한다. 가변 임피던스는 DC 바이어스 전압의 지시의 결과에 의해 제어되는 값을 갖는다. 가변 임피던스는 DC 바이어스 전압의 지시에 반응하여 수동으로 제어될 수도 있고, 또는 가변 임피던스는 검출기의 출력 신호에 반응하여 자동으로 제어될 수도 있다.

본 발명의 다른 양태는 챔버 내의 가스에 AC 전기 에너지를 커플링하는 리액턴스에 관련되고 전극을 포함하는 챔버를 포함하는 진공플라즈마 처리기에 관련된 것이다. 회로는 전극과 기준 전위 사이에 접속된다. 방법은 충분한 전력의 AC 전기 에너지를 리액턴스에 공급함으로써 챔버 내의 가스를 플라즈마로 여기시키는 단계를 포함한다. 상기 리액턴스를 통해 가스에 공급된 AC 에너지는, (a) 공급된 AC 전기 에너지의 주파수의 플라즈마 여기 AC 전기장이 리액턴스와 전극 사이에 존재하게 하고, (b) 챔버 내의 가스가 플라즈마로 여기되는 것에 반응하여 상기 전극에 DC 바이어스 전압이 발현되게 한다. 회로의 임피던스는 DC 바이어스 전압의 지시에 반응하여 변한다.

MacGearailt 의 미국 특허 제 6,677,711 는 본 출원과 공동 양도된 것이다. MacGearailt 특허는 한 쌍의 전극을 갖고, 그 중 하나가 워크피스를 캐리하는 챔버를 포함하는 진공 플라즈마 처리기를 개시하고 있다. 전극 중 하나는 수동 소자로 구성된 회로에 의해 접지로 접속된다. 다른 전극은 챔버 내의 가스를 플라즈마로 여기시키기 위해 RF 소스에 접속된다. 능동 회로는, 각각 전극과 접시 상이의 RF 전압 및 전극과 접지 상이의 접속을 흐르는 RF 전류의 복제인, 제 1 및 제 2 신호를 구동하는 전압 프로브에 반응하는 값을 갖는 가변 임피던스를 포함한다. 가변 RF 임피던스는 프로브에 의해 검출되는 RF 전류 및 전압의 함수에 반응하여 조정되어 전극과 접지 상에 유한 상수, 논-제로 RF 전압을 유지한다.

가변 임피던스는 4 개의 개별 브랜치를 포함하며, 브랜치는 각각 전극을 접지로 직접 접속하기 위한 스위치 접촉, 가변 인덕터, 가변 캐패시터, 및 가변 저항을 포함한다. 가변 인덕터, 프로브에 의해 구동되는 바와 같은, 가변 캐패시터 및 가변 저항은 전극과 접지 사이의 RF 전압 및 전류를 지시하는 신호에 반응하여 제어되는 값을 갖는다. 가변 인덕터, 가변 캐패시터 및 가변 저항은 병렬 쌍으로 접속될 수도 있고, 또는 3 개의 모든 임피던스 소자가 전극과 접지 사이에 병렬로 접속될 수도 있다.

먼저, 가변 임피던스가 단락회로가 되도록 스위치가 설정된다. 메모리는 전극과 접지 사이의 접속과 관련된 RF 파라미터에 대한 요구되는 설정 포인트 값을 저장한다. 처리기는, 가변 임피던스의 스위치가 닫힌 결과 가변 임피던스가 단락회로가 될 때, 프로브가 구동하는 RF 전압 및 전류 복제에 반응한다. 처리기는, 가변 임피던스가 단락회로인 동안 프로브가 구동하는 전압 복제의 크기 및 전압 및 전류 복제 사이의 위상 각에 기초하여, 전극과 접지 사이의 초기 복소 전압을 계산한다. 처리기는 초기 전압 및 전류로부터 초기 위상 각이 0 인지 여부 또는 전극과 접지 사이의 전압이 전류에 진상 (leading) 인지 또는 전류가 전압에 진상인지 여부를 판정한다. 처리기가 위상 각 판정을 마친 후, 처리기는 스위치를 개방하여 가변 임피던스의 단락회로를 제거한다. 처리기는 가변 인덕터, 가변 캐패시터 및/또는 가변 저항의 값 및 접속을 제어하여 전극과 접지 사이에 요구되는 RF 전압이 가능하게 하거나 전극과 접지 사이에 요구되는 전류가 흐를 수 있게 한다.

전극과 관련된 RF 전압 및 전류 대신 전극의 DC 바이어스 전압을 검출하는 것은 한 쌍의 전극을 포함하는 진공 플라즈마 처리기의 전기장에 대한 향상된 제어를 제공하는 것이 확실하다. 향상된 전기장 제어는 처리되는 워크피스의 피쳐에 대한 향상된 제어를 제공한다.

본 발명의 상기 및 다른 목적, 특성 및 이점이 특정 실시형태의 후술하는 상세한 설명에 의해 더욱 명확해질 것이며, 첨부 도면을 참조할 때 더욱 명확해질 것이다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시형태를 포함하는 진공 플라즈마 처리기의 바람직한 실시형태의 부분 블록 및 부분 전기 회로도이다.
도 2 는 제 1 배열에 따른 도 1 에 나타낸 장치의 일부의 회로도이다.
도 3 은 제 2 배열에 따른 도 1 에 나타낸 장치의 일부의 회로도이다.
도 4 는 도 1 에 나타낸 장치의 다른 일부의 회로도이다.

도면의 도 1 을 참조하면, 세로 축 (즉, 중심선; 11) 을 갖는 플라즈마 처리기 진공 챔버 (10) 가 전기 전도성 금속벽 (12), 바닥 전극 어셈블리 (13) 및 최상부 전극 어셈블리 (14) 를 포함하는 것으로 나타나 있다. 벽 (12) 은 축 (11) 과 동축의 원형의 내부 주연부를 갖는다. 벽 (12) 은 접지되어 있으며, 즉 DC 및 RF 기준 전압에 있다. 진공 펌프 (9) 는 챔버 (10) 의 내부를 공정 동안 0.001 내지 500 torr 의 차수의 진공상태로 유지한다. 챔버 (10) 의 내부는 바닥 전극 어셈블리 (13) 의 최상부면에 가까운 바닥경계와 최상부 전극 어셈블리 (14) 의 바닥면에 가까운 최상부 경계 사이에 유폐된 플라즈마 영역 (8) 을 포함하며; 유폐된 플라즈마 영역 (8) 의 측면 경계는 벽 (12) 으로부터 이격되어 있다.

종종 바닥 전극으로 지칭되는 바닥 전극 어셈블리 (13) 는 축 (11) 과 동축이고 전기 절연 링 (17) 에 고정되고, 전기 절연 링 (17) 은 챔버 (10) 의 금속으로된 접지된 베이스 (19) 에 고정된다. 전극 어셈블리 (13) 는, 통상적으로 금속 전극 (16) 과 실질적으로 동일한 직경을 갖는 반도체 웨이퍼인 원형 워크피스 (18) 를 수납하기 위한 상부 표면을 갖고 축 (11) 과 동축인 원형의 중앙 금속 전극 (16) 을 포함한다. 워크피스 (18) 가 적합하게 배치된 겅우, 그 중심은 축 (11) 과 일치한다. 전극 (16) 은, 정전력을 이용하여 워크피스 (18) 를 전극 (16) 에 클램핑하기 위한 DC 척킹 전압 소스 (미도시) 에 접속된다. 전극 (16) 및 워크피스 (18) 의 온도는, 전극 (16) 에 내장된 온도 모니터 (26) 에 의해 구동되는 신호에 의해 지시되는 바와 같이, (1) 설정 포인트 소스 (25) 에 의해 제어기에 공급되는 온도 설정 포인트 및 (2) 전극의 온도 측정값에 반응하여 제어기 (24) 가 구동하는 전기 신호에 반응하여, 온도 설정 포인트 도관 (21) 및 밸브 (22) 에 의해 헬륨 소스 (20) 를 전극 (16) 의 영역 (미도시) 에 접속함으로써 당업자에게 공지된 방식으로 제어될 수 있다.

또한, 바닥 전극 어셈블리 (13) 는 통상적으로 석영으로 제조된 전기 절연 링 (28) 을 포함한다. 링 (28) 은 절연 링 (17) 의 최상부면에 고정되고, 축 (11) 과 동축이고 워크피스 (18) 의 직경과 실질적으로 동일한 내부 직경을 가져서, 워크피스가 적절하게 배치된 경우 워크피스 (18) 의 주연부는 링 (28) 의 내부 주연부와 거의 접경한다. 링 (17) 의 최상부면 중 링 (28) 외측 부분 및 링 (17) 의 측벽은 각각 절연 링 (33) 및 접지된 금속 링 (32) 에 의해 피복된다. 절연 링 (33) 은, 그 위에 유전 물질 또는 전도 물질의 층 (미도시) 으로 피복 또는 코팅될 수 있는 금속 전극 링 (34) 이 오버레이된다. 전기 전도성 링 (34) 및 그것을 피복 또는 코팅하는 층은 영역 (8) 의 플라즈마의 화학물을 오염시키지 않는 물질로 제조된다. 그러한 물질은 상대적으로 고전도성 반도체, 예를 들어 진성 실리콘이 적합하다. 이와 다르게는, 링 (34) 은 적합한 비오염 물질에 의해 피복되는 금속이다. 링 (34) 은 금속 스트랩 (미도시) 에 의해 접지된 링 (32) 에 전기적으로 접속되어, 링 (34) 이 접지된다. 링 (33 및 34) 은 축 (11) 과 동축이고, 바닥 전극 어셈블리 (13) 의 외부 에지와 링 (28) 사이에서 수평으로 연장된다. 링 (34) 은 바람직하게는, 워크피스에 조사되는 플라즈마의 정확한 이온 에너지를 갖는 것을 보조하기 위해, 영역 (8) 을 향하는 면적이 전극 (16) 의 면적과 동일하거나 그 이상이다.

최상부 전극 어셈블리 (14) 는, 영역 (8) 의 플라즈마의 화학물을 오염시키지 않는 전기 전도성의 진성 실리콘으로 제조된 바닥 전극 (36a) 을 갖고 축 (11) 과 동축인 중앙 전극 (36) 을 포함한다. 전극 (36) 은, 가스가 워크피스 (28) 를 처리하는 플라즈마로 변환되는 영역 (8) 내로 샤워헤드 개구를 통해 흐르는 공정 가스의 적합한 소스 (37) 와 플루이드 흐름 관계로 접속된 내부 경로 (미도시) 및 다수의 샤워헤드 개구 (미도시) 를 포함한다. 전극 (36) 은, 어셈블리 (14) 에 탑재된 온도 게이지 (39) 에 의해 구동되는 바와 같이, 전극 (36) 의 온도를 지시하는 신호 뿐 아니라 설정 포인트 소스 (25) 에 의해 제어기에 제공되는 설정 포인트 신호에 반응하여 제어기 (24) 가 리드 (35) 를 통해 배열 (45) 에 공급하는 전기 신호에 반응하는 가열 및/또는 냉각 배열 (45) 을 포함한다.

어셈블리 (14) 는 또한 절연 링 (38) 및 금속 링 (40) 을 포함한다. 링 (38) 은 축 (11) 과 동축이고, 바람직하게는 링 (28) 과 대략 정렬되고 석영으로 제조된다. 링 (38) 은 중앙 전극 (36) 의 외부 주연부와 접경하는 내부 주연부를 갖는다. 축 (11) 과 동축인 금속 링 (40) 은 각각 절연 링 (38) 의 외부 주연부 및 측벽 (12) 의 내부 주연부와 접경하는 내부 및 외부 주연부를 가져, 링 (40) 은 전기 전도성 전극 링 (42) 을 캐리하는 전기 절연 링 (41) 에 의해 커버된다. 금속 링 (40) 의 하부의 내부면은 전기 전도성 전극 링(42) 을 캐리하는 전기 절연링 (41) 에 의해 커버된다. 전극 링 (42) 은 영역 (8) 의 화학물을 오염시키지 않는 전도성 또는 절연 물질의 층으로 코팅 또는 피복된다. 링 (42) 은 링 (40) 및 벽 (12) 에 금속 스트랩 (미도시) 에 의해 전기적 접속되어, 링 (42) 이 절연된다. 바람직하게는 영역 (8) 을 향하는 전극 (16 및 36) 의 면적은 동일하고, 접지된 링 (34 및 42) 의 면적이 동일하여, 링 (42) 의 면적은 전극 (36) 의 면적과 동일하거나 그 이상이다. 전극 (16 및 36) 및 링 (34 및 42) 은 축 (11) 과 동축이다.

전술한 바와 같이, 유폐된 플라즈마 영역 (8) 은 (1) 전극 (36) 의 바닥면 (36a), (2) 절연 링 (38) 의 바닥면 및 (3) 전극 링 (42) 의 바닥면에 의해 결정되는 최상부 경계, 및 (1) 워크피스 (18) 의 최상부면 (워크피스가 배치된 경우), (2) 절연 링 (28) 의 최상부면 및 (3) 전극 링 (34) 의 최상부면에 의해 결정되는 바닥 경계를 가진다. 모터 (43) 는 전극 어셈블리 (14) 의 바닥면를 바닥 전극 어셈블리 (13) 의 최상부면에 상대적으로 상하로 이동시킴으로써 영역 (8) 의 최상부 경계와 바닥 경계 사이의 공간을 제어한다. 모터 (43) 는 제어기 (24) 로부터의 신호에 반응하여 전극 어셈블리 (13 및 14) 의 면들 사이의 공간을 워크피스 (18) 의 플라즈마 공정을 여기시기는 특정 주파수를 위한 실험적으로 판정된 최적 값으로 설정한다.

*유폐된 플라즈마 영역 (8) 의 측면들은 이격되고 수직으로 쌓인 루버 (louvers; 44) 에 의해 한정되며, 루버 (44) 는 영역 (8) 의 플라즈마의 화학물을 오염시키지 않는 물질로 제조된다. 루버 (44) 는 전기적 절연 물질 (바람직하게는 석영과 같은 유전체) 또는 전기적 전도 물질 (예를 들어 탄화 규소) 로 제조되어 루버는 전기적으로 전력공급되거나 또는 전기적으로 플로트 상태이거나 전기적으로 접지된 상태이다. 루버 (44) 사이의 슬롯들을 통해 실질적으로 플라즈마가 흐르지 않는 루버 (44) 이다. 그러나, 영역 (8) 의 비-이온화된 가스는 루버 (44) 사이의 슬롯을 통해 벽 (12) 과 링 (32) 사이의 챔버 (10) 의 영역 (46) 으로 탈출하고, 펌프 (9) 에 의해 챔버 (10) 의 내부로부터 베이스 (19) 의 적합한 개구를 통해 펌핑된다.

루버 (44) 는 수직 방향에서 적합한 공간 배열로 (미도시) 서로 이격되어 고정되어 있고, 서로에 대해 상대적으로 그리고 바닥 어셈블리 (13) 에 대해 상대적으로 상하로 모터 (47) 에 의해 구동되어 유폐된 플라즈마 영역 (8) 의 압력을 제어한다. 영역 (8) 의 압력은 설정 포인트 소스 (25) 가 제어기 (24) 에 공급하는 압력 설정 포인트 및 영역 (8) 의 압력 게이지 (48) 의 출력 신호에 의해 제어된다. 제어기 (24) 는 압력 설정 포인트 및 압력 게이지 (48) 의 출력 신호에 반응하여 모터 (47) 를 제어하고, 따라서 최하부 루버 (44) 의 바닥면와 전극 어셈블리 (13) 의 최상부면 사이의 공간을 변화시킨다. 그 결과, 영역 (8) 의 압력은 압력 설정 포인트로 유지된다. 루버 (44) 는 모터 (43) 의 활성화에 반응하여 이동하지 않도록 마련되어, 유폐된 플라즈마 영역 (8) 의 압력은 전극 어셈블리들 (13 및 14) 사이의 공간과는 독립적으로 제어된다.

다수의 RF 소스가 다수의 상이한 주파수를 영역 (8) 에 전극 (14) 을 통해 공급한다. 특히, 고정 또는 가변 주파수의 RF 소스일 수 있는 RF 소스 (50.1…50.i…50.N) 는 각각 정합 네트워크 (52.1…52.i…52.N) 에 공급되는 플라즈마 여기 전력을 구동하며, 여기서 N 은 2 보다 큰 정수이고 i 는 1 내지 N 의 각각의 순차적인 정수로서 단조증가한다. (이하의 명세서에서, 인용부호는 때때로 소스 (50.2 및 50.(N-1)) 및 그것들과 관련된 회로에 만들어진다. 소스 (50.2) 는 소스 (50.1) 다음으로 가장 높은 주파수를 가지고, 소스 (50.(N-1)) 는 소스 (50.N) 다음으로 가장 낮은 주파수를 가지며, 이는 그러한 소스 및 관련 회로를 포함하지 않는 도면을 통해서도 마찬가지이다. 결합 회로 (53) 는 출력 전력 정합 네트워크 (52.1…52.N) 를 결합하고 그 결합된 전력을 리드 (58) 를 통해 전극 (14) 에 공급한다.

k 개의 RF 소스 (50.p…50.N) 는 각각 k 개의 정합 네트워크 (55.p…55.N) 에 접속되며, 여기서 k 는 N 보다 작고, p 는 1 을 포함하는 정수이다; p 가 1 보다 큰 정수인 경우, p 는 그 최소값에서 N 까지 단조증가한다. 정합 네트워크 (55.p…55.N) 는 결합 회로 (57) 에 전력을 공급하고, 결합 회로 (57) 는 네트워크 (55.p…55.N) 로부터의 전력을 리드 (60) 를 통해 전극 (36) 에 공급한다 (많은 경우, 가장 높은 주파수를 갖는 소스 (50.N) 만이 전극 (36) 에 전력을 공급하고; 그러한 경우 결합 회로 (57) 는 제외된다.)

통상적으로, 단일 소스로부터의 전력은 전극 (14 및 36) 모두에 공급되지 않는다. 상호 배타적 기초로 소스 (50.p…50.N) 으로부터 전극 (14 및 36) 으로 전력을 공급하기 위해, 스위치 매트릭스 (59) 가 소스 (50.p…50.N) 와 정합 네트워크 (52.p…52.N) 및 정합 네트워크 (55.p…55.N) 사이에 접속된다. 스위치 매트릭스 (59) 는 각각 소스 (50.p…50.N), 정합 네트워크 (52.p…52.N) 및 정합 네트워크 (55.p…55.N) 와 관련된 2 위치 동축 스위치 (59.p…59.N) 를 포함한다. 제 1 위치에서, 매트릭스 (59) 의 동축 스위치 (59.q) 는 소스 (50.q) 로부터 정합 네트워크 (52.q) 로 전력을 공급하고; 제 2 위치에서, 동축 스위치 (59.q) 는 소스 (50.q) 로부터 정합 네트워크 (55.2) 로 전력을 공급하며, 여기서 q 는 p 내지 N 중 임의의 하나이다.

정합 네트워크 (52.1…52.i…52.N 및 55.p…55.N) 는 하나 이상의 가변 리액턴스를 포함한다. RF 소스가 고정 주파수를 가지는 경우, 정합 네트워크는 2 개의 가변 리액턴스를 포함한다. RF 소스가 가변 주파수를 가지는 경우, 정합 네트워크 각각은 단일 가변 리액턴스를 가진다.

제어기 (24) 는 정합 네트워크 (52.1…52.N) 및 정합 네트워크 (55.p…55.N) 의 가변 리액턴스 값 및 소스 (50.1…50.N) 각각의 출력 전력을 제어한다. 가변 주파수 실시형태의 경우, (1) 소스 (50.1…50.N) 각각은 빌트인 공칭 중앙 주파수 및 정합을 달성하기 위해 특정 소스의 출력 임피던스와 특정 소스의 주파수를 제어하기 위한 회로 사이의 부정합의 정도를 검출하는 회로를 갖고, (2) 공정 워크피스 (18) 의 수신에 기초하여, 제어기 (24) 는 정합 네트워크 (52.1…52.N) 및 네트워크 (55.p…55.N) 의 가변 리액턴스의 값을 개방 루프 방식으로 설정한다.

가변 주파수 실시형태의 경우, 정합 네트워크 (52.1…52.N) 및 네트워크 (55.p…55.N) 각각은, 특정 소스의 주파수에서 특정 정합 네트워크와 관련된 소스에 역으로 반사될 때의 RF 전압, 전류 및 그것들 사이의 위상 각을 검출하기 위한 센서 회로 (도 1 에서 미도시) 에 접속된다. 제어기 (24) 는 검출된 전압, 전류 및 위상 각에 반응하여 당업자에게 공지된 방식으로 각각의 정합 네트워크의 가변적인 션트 및 직렬 캐패시터를 제어하여, RF 소스 각각에 의해 그 출력 단자에서 관측되는 임피던스는 소스의 주파수에서 소스 각각의 출력 임피던스와 실질적으로 동일하다.

정합 조건하에서, 정합 네트워크 (52.1…52.i…52.N) 의 임피던스는, 정합 네트워크가 소스 (50.1…50.i…50.N) 의 주파수에 각각 튜닝되고, 정합 네트워크 (55.p…55.N) 가 소스 (50.p…50.N) 의 주파수에 각각 튜닝되도록 하는 임피던스이다. 또한, 정합 네트워크는, 특정 정합 네트워크를 직접 구동하지 않는 RF 소스의 전력에 대해 실질적인 감쇠를 도입하도록 마련된다. 정합 네트워크 (52.1…52.i…52.N 및 55.p…55.N) 각각은, 정합 네트워크를 직접 구동하는 특정 RF 소스의 주파수를 제외하고, RF 소스의 주파수에 대해 적어도 26 ㏈ 의 전력 감쇠를 도입한다. 특정 정합 네트워크를 직접 구동하지 않는 주파수에 대해 적어도 26 ㏈ 의 전력 감쇠를 도입함으로써, 특정 정합 네트워크를 구동하는 RF 소스가, 특정 RF 소스의 출력 단자에 역으로 커플링되는 되는 다른 소스로부터의 전력에 의해 역효과를 받지 않는다. 예를 들어, 정합 네트워크 (52.1) 가 RF 소스 (50.2…50.i…50.N) 각각의 출력 전력에 대해 적어도 26 ㏈ 의 전력 감쇠를 도입하기 때문에, RF 소스 (50.2…50.N) 로부터의 전력은 RF 소스 (50.1) 의 동작에 역효과를 미치지 않는다.

스위치 매트릭스 (59) 가 활성화되어 정합 네트워크 (52.r…52.N; 여기서 r 은 p 내지 N 의 임의의 정수) 의 출력 전력이 전극 (36) 에 커플링되는 경우, 스위치 (68) 를 닫아 저대역 필터 (66) 를 접지로 접속시킴으로써, 플라즈마에 의해 전극 (36) 에 커플링되며 전극 (16) 에 공급되는, 소스 (50.1…50.(r-1)) 의 주파수에서의 전력이, 전극 (36) 으로부터 정합 네트워크 (50.1…50.(r-1)) 로 역으로 커플링되는 것을 방지한다. 필터 (66) 는 소스 (50.(r-1)) 및 50.r) 들의 주파수 사이의 컷오프 주파수를 가져, 소스 (50.1…50.(r-1)) 로부터의 전력은 필터 (66) 에 의해 접지로 커플링되고 따라서 정합 네트워크 (52.1…52.(N-1)) 의 출력 단자로부터는 디커플링되며, 반면에 소스 (50.r…50.N) 로부터의 전력은 각각 정합 네트워크 (52.r…52.N) 를 통해 전극 (36) 으로 커플링된다. 반대로, 정합 네트워크 (52.N) 를 통해 소스 (50.N) 로부터 전극 (16) 으로 전력을 커플링하는 스위치 (55.N) 에 반응하여 스위치 (68) 는 개방된다. 제어기 (24) 는 전극 (16 및 36) 에 커플링되는 소스의 함수로서 필터 (66) 의 컷오프 주파수를 변화시킨다. 따라서, 스위치 매트릭스 (59) 가 활성화되어 소스 (50.1…50.s) 로부터의 전력이 전극 (16) 에 커플링되고 소스 (50.(s+1)…50.N) 로부터의 전력이 전극 (36) 에 커플링되는 경우, 제어기 (24) 는 필터 (66) 의 컷오프 주파수가 소스 (50.s 및 50.(s+1)) 들의 주파수 사이가 되게 한다.

바닥 어셈블리 (13) 및 최상부 어셈블리 (14) 의 전극들 사이의 전기장에 대한 제어 및 따라서 워크피스 (18) 에 조사되는 플라즈마에 대한 제어가, inter alia, DC 바이어스 검출기 (70 및 71) 를 이용하여 전극 (16 및 36) 의 DC 바이어스 전압을 검출함으로써 제공된다. 검출기 (70 및 71) 는 각각 DC 회로에서 전극 (16 및 36) 에 접속되어 있으며, 전극 어셈블리 (13 및 14) 에 의해 영역 (8) 의 플라즈마에 커플링되는 RF 전기장에 반응하여, 전극 (16 및 36) 상에 포함되는 DC 바이어스 전압을 각각 검출한다.

검출기 (70 및 71) 는 각각 전극 (16 및 36) 의 DC 바이어스 전압을 지시하는 신호를 제어기 (24) 에 공급한다. 제어기 (24) 는 DC 바이어스 검출기 (70 및 71) 가 구동하는 신호에 반응하여 각각 접지 회로 (72 및 73) 의 가변 임피던스를 제어한다. 접지 회로 (72 및 73) 각각은, 접지 회로가 접속된 전극 반대편의 전극을 구동하는 RF 소스들 중 하나의 주파수와 실질적으로 공칭 동일한 공진 주파수를 갖는 개별 직렬 공진 회로를 포함하며; 예를 들어, 소스 (50.N) 가 전극 (36) 을 구동하는 경우, 전극 (16) 에 접속된 접지 네트워크 (70) 의 공칭 공진 주파수는 소스 (50.N) 의 주파수와 동일하다. 제어기 (24) 는 (1) 검출기 (70 및 71) 가 구동하는 DC 바이어스 전압의 지시 및 (2) DC 바이어스 전압에 대한 설정 포인트에 반응하여, 접지 회로 (72 및 73) 각각의 직렬 공진 회로의 가변 리액턴스 (인덕턴스 또는 캐패시터) 를 제어한다. 그것에 의하여, 어셈블리 (13 및 14) 의 전극들 사이의 전기장 라인의 형상 및 강도와 워크피스 (18) 에 조사되는 플라즈마의 특성이 제어된다. 특히, 전극 (16 및 36) 사이, 및 전극 (16 및 42) 사이, 및 전극 (16 및 34) 사이의 전기장 라인은, 검출기 (70 및 71) 가 검출한 DC 바이어스 전압 및 이들 DC 바이어스 전압에 대한 DC 바이어스 전압 설정 포인트에 반응하여 제어된다.

특정 RF 소스로부터 유도되지 않은 주파수에 대해 요구되는 정도의 감쇠를 제공하는 것을 보조하기 위해서, RF 소스 (50.2…50.N) 의 출력 단자는 각각 션트 인덕터 (80.2…80.N) 에 접속된다. 인덕터 (80.2…80.N) 는 저대역 필터로 기능하여, 인덕터 (80.2…80.N) 각각은 가장 낮은 주파수 RF 소스 (50.1) 로부터의 전력을 접지로 션트시킨다. 따라서, 정합 네트워크 (52.2…52.N) 를 통해 커플링되는 소스 (50.1) 로부터의 어떠한 전력도 각각 RF 소스 (50.2…50.N) 에 영향을 미치는 것이 방지된다. 유사하게, 인덕터 (80.3…80.N) 는 RF 소스 (50.1 및 50.2) 로부터의 전력을 접지로 커플링시키고, RF 소스 (50.3…50.N) 의 출력 단자가 그들에 커플링되어 있는 소스 (50.1 및 50.2) 로부터의 전력을 갖는 것을 방지한다.

통상적인 진공 플라즈마 공정 챔버에서, 바닥 어셈블리 (13) 의 전극 (16) 과 접지 사이에 상당한 양의 분산 캐패시턴스가 존재한다. 전극 (16) 과 접지 사이의 분산 캐패시턴스는 가장 낮은 주파수를 갖는 소스 (50.1…50.t) 의 출력 임피던스를 정합하는 것에 악영향을 미치는 것이 발견되었다. 접지와 정합 네트워크 (52.1…52.t) 사이에 션트로 접속된 직렬 공진 회로 (82.1…82.t) 는, 소스 (50.1…50.t) 의 출력 단자를 소스로 역으로 반사되는 임피던스에 정합시키는 것을 달성하는 것을 보조한다. 직렬 공진 회로 (82.1…82.t) 는 각각 고정 인덕터 (84.1…84.t) 및 고정 캐패시터 (86.1…86.t) 를 포함한다. 회로 (82.u) 는 RF 소스 (50.u 및 50.(u+1)) 의 주파수들 사이의 공진 주파수를 갖는다. 일 예에서, RF 소스 (50.1 및 50.2) 는 2.0 ㎒ 및 27 ㎒ 의 주파수를 갖는다. 정합 네트워크 (52.1 및 52.2) 의 출력 전력에 악영향을 미치지 않고 적합한 임피던스 정합을 획득하기 위해, 인덕터 (84.1) 및 캐패시터 (86.1) 는 전술한 예에서 대략 5.0 ㎒ 의 주파수에서 공진하도록 하는 값을 갖는다. 인덕터 (84.1…84.u) 의 양호도 (Q) 는 충분히 높아서 션트 공진 회로 (82.1…82.u) 는, 정합 네트워크 (52.1…52.t) 가 전극 (16) 에 각각 공급하는 전력의 어떠한 실질적인 감쇠도 유발하지 않는다.

스위치 매트릭스 (59) 가 활성화되어 소스 (50.N) 가 정합 네트워크 (52.N) 를 통해 전극 (36) 에 전력을 공급하는 경우, 스위치 (68) 를 닫아서 저대역 필터 (66) 를 접지로 접속시킴으로써, 전극 (36) 에 조사되는 소스 (50.1…50.(N-1)) 의 주파수에서의 전력이 결합기 회로 (56) 및 정합 네트워크 (50.1…50.N) 로 역으로 커플링되는 것이 방지된다. 소스 (50.(N-1) 및 50.N) 의 주파수들 사이의 컷오프 주파수를 갖는 필터 (66) 는 회로 (56) 로부터 디커플링되고, 반면 소스 (50.N) 로부터의 전력은 회로 (56) 로부터 전극 (36) 으로 커플링된다. 스위치 (68) 는 스위치 (59.N) 와 가담하여, 소스 (50.N) 로부터 정합 네트워크 (52.N) 로 전력을 커플링하는 스위치 (59.N) 에 반응하여 스위치 (68) 가 개방 회로가 된다. 반대로, 소스 (50.N) 로부터 정합 네트워크 (55.N) 로 전력을 커플링하는 스위치 (59.N) 에 반응하여 스위치 (68) 가 닫힌다.

이하, 도 2 를 참조하여, 전극 (16) 또는 전극 (16 및 36) 에 전력을 공급하기 위한 특정 회로의 부분 전기 회로도 및 부분 블록을 설명한다. 도 2 의 회로에서, N = 3 이고 각각 2 ㎒, 27 ㎒, 60 ㎒ 의 중심 주파수를 갖는 3 개의 가변 주파수 RF 소스 (91, 92 및 93) 가 존재한다. 소스 (91, 92 및 93) 는 그 주파수를 중심 주파수로부터 약 ±5 만큼 변화시키기 위한 회로를 포함한다. 소스 (91, 92 및 93) 는 소스가 구동하는 임피던스와 소스의 출력 임피던스 사이의 임피던스 부정합을 검출함으로써 소스의 주파수를 제어한다. 소스 (91 및 92) 의 출력 전력은 각각 직접 접속을 통해 정합 네트워크 (101 및 102) 에 인가된다. 소스 (93) 의 출력 전력은 동축 스위치 (105) 에 의해 정합 네트워크 (103 또는 104) 에 선택적으로 공급된다. 결합기 회로 (118) 는 정합 네트워크 (101, 102 및 103) 의 출력 단자에서의 전력을 결합하고 결합된 전력을 리드 (58) 를 통해 전극 (16) 에 공급하여, 소스 (93) 로부터 정합 네트워크 (103) 로 전력을 공급하기 위해 스위치 (105) 를 활성화시키는 제어기 (24) 에 반응하여 전력 소스 (91, 92 및 93) 에 의해 전극 (16) 이 구동된다. 이러한 조건하에서, 소스 (91, 92 및 93) 및 정합 네트워크 (101, 102 및 103) 는 전극 (36) 에 직접 전력을 공급하지는 않는다. 제어기 (24) 가 스위치 (105) 를 활성화하여 소스 (93) 로부터의 전력이 네트워크 (103) 를 제외하고 정합 네트워크 (104) 로 공급되는 것에 반응하여, 전극 (36) 이 소스 (93) 로부터 네트워크 (104) 를 통해 공급되는 전력에 의해 구동되며, 반면 소스 (91 및 92) 는 각각 네트워크 (101 및 102) 및 결합기 (118) 를 통해 전극 (16) 을 구동한다.

정합 네트워크 (101, 102, 103 및 104) 는 각각 리드 (106, 107, 108 및 109) 에 소스 (91, 92, 93 및 93) 의 주파수 전력을 공급한다. 전술한 바에 기초하여, 제 1 시나리오하에서, 소스 (91, 92 및 93) 의 주파수의 리드 (106, 107 및 108) 각각의 전력은 전극 (16) 에만 공급되며; 제 2 시나리오하에서, 리드 (106 및 107) 상의 전력은 전극 (16) 에 공급되는 반면 리드 (109) 상의 전력은 전극 (36) 에 공급된다.

제어기 (24) 는 메모리 (미도시) 에 저장된 신호에 반응한다. 저장된 신호는 워크피스 (18) 의 성질에 의존하여 개방 루프 방식으로 정합 네트워크 (101, 102 및 103) 의 가변 션트 캐패시터를 제어한다.

특정 정합 네트워크를 구동하는 에너지와 동일하지 않은 에너지의 26 ㏈ 전력 감쇠를 달성하기 위해, 정합 네트워크 (101, 102, 103 및 104) 각각은 가변 션트 캐패시터, 고정 직렬 캐패시터 및 고정 인덕터를 포함한다. 정합 네트워크 (101) 는 고정 직렬 캐패시터 (122) 와 고정 직렬 인덕터 (126) 사이에 접속된 가변 션트 캐패시터 (124) 를 포함한다. 정합 네트워크 (102) 는 션트 캐패시터 (128) 와 고정 직렬 인덕터 (132) 사이에 접속된 고정 직렬 캐패시터 (130) 를 포함한다. 정합 네트워크 (103) 는 가변 션트 캐패시터 (134), 고정 직렬 캐패시터 (136) 및 도 2 에 직렬 인덕터 (138) 에 의해 나타낸 분산 인덕턴스의 형태로 고정 공지량의 직렬 인덕턴스를 포함한다. 정합 네트워크 (104) 는 가변 션트 캐패시터 (135), 고정 직렬 캐패시터 (137) 및 도 2 에 직렬 인덕터 (139) 에 의해 나타낸 분산 인덕턴스의 형태로 고정 공지량의 직렬 인덕턴스를 포함한다.

제어기 (24) 는 저장된 레시피 결정된 신호에 반응하여 가변, 션트 캐패시터 (124, 128 및 134) 의 값을 제어한다. 캐패시터 (124, 128, 134 및 135) 의 값을 변화시키기 위해 통상적으로 DC 모터 (미도시) 가 채택되는 것 또는 가변 캐패시터 각각이 스위치에 의해 회로에 접속되는 많은 고정 값을 가질 수 있는 것이 이해될 것이다. 제어기 (24) 는 캐패시터 (124, 128, 134 및 135) 의 값을 변화시켜 각각 소스 (91, 92, 93 및 93) 의 임피던스 정합을 달성하는 것을 보조한다.

캐패시터 (122, 130, 136 및 137) 의 통상적인 값은 각각 600 pF, 110 pF, 및 40 pF 및 100 pF 이다. 고정 인덕터 (126) 의 통상적인 값은 15-20 uH 의 범위이고, 반면 인덕터 (132) 의 통상적인 값은 50-100 nH 의 범위이고, 정합 네트워크 (103 및 104) 각각의 통상적인 분산 인덕턴스는, 인덕터 (138 및 139) 에 의해 나타낸 바와 같이, 50 nH 미만이다. 요구되는 정합 효과가 다른 방법으로는 달성되지 않을 경우, 인덕터 (126 및 132) 는 가변 인덕터일 수 있음이 이해될 것이다. 가변 션트 캐패시터 (124) 의 통상적인 값은 300-600 pF 의 범위이고; 가변 션트 캐패시터 (128) 의 통상적인 값은 50-1000 pF 의 범위이고; 가변 션트 캐패시터 (134) 의 통상적인 값은 20-300 pF 의 범위이고; 가변 션트 캐패시터 (135) 의 통상적인 값은 20-300 pF 의 범위이다. 정합 네트워크 (101, 102, 103 및 104) 의 구성요소의 전술한 값들은 정합 네트워크가 요구되는 전력 감쇠를 제공하여 원하지 않는 주파수가 특정 정합 네트워크를 구동하는 소스에 역으로 커플링되는 것을 방지할 수 있게 한다. 또한, 전술한 값들은 정합 네트워크 (101, 102, 103 및 104) 각각이 소스 (91, 92 및 93) 의 주파수에 각각 대략 튜닝(즉 공진) 될 수 있게 한다. 따라서, 정합 네트워크 (101, 102, 103 및 104) 는 각각 소스 (91, 92, 93 및 93) 의 주파수에 대해 낮은 임피던스를 가진다. 그러나, 정합 네트워크 (101) 는 소스 (92 및 93) 의 주파수에 대해 적어도 26 ㏈ 의 전력 감쇠를 삽입하고, 정합 네트워크 (102) 는 소스 (91 및 93) 의 주파수에 대해 적어도 26 ㏈ 의 전력 감쇠를 삽입하고, 정합 네트워크 (103 및 104) 각각은 소스 (91 및 92) 의 주파수에 대해 적어도 26 ㏈ 의 전력 감쇠를 삽입한다.

낮은 주파수 소스 (91) 의 상대적으로 높은 전력이 소스 (92 및 93) 의 출력 단자로 역으로 커플링되는 것을 방지하기 위해, 소스 (92 및 93) 들의 출력 단자에 걸쳐 션트 인덕터 (140 및 142) 가 각각 접속된다. 인덕터 (140 및 142) 는 소스 (92 및 93) 의 주파수에 대해 높은 임피던스를 가지지만, 소스 (91) 의 주파수에 대해 낮은 임피던스를 가진다. 따라서, 각각 정합 네트워크 (102, 103 및 104) 를 통해 소스 (92, 93 및 93) 를 향해 커플링될 수도 있는 소스 (91) 로부터의 어떠한 전력도 션트 인덕터 (140 및 142) 에 의해 이들 소스에 도달하는 것이 방지된다. 션트 인덕터 (140 및 142) 는 소스 (92 및 93) 의 주파수에서 높은 임피던스를 가지기 때문에, 가상적으로 각각 소스 (92 및 93) 로부터 어떠한 전력도 인덕터 (140 및 142) 를 통해 접지로 커플링되지 않는다.

바닥 전극 (16) 은 접지에 대해 실질적 기생의, 즉 분산 캐패시턴스를 가진다. 소스 (91) 와 전극 (16) 의 임피던스 사이의 임피던스 정합을 제공하기는 것을 보조하기 위해, 접지와 리드 (104) 사이에 직렬 공진 회로 (144) 가 접속된다. 회로 (144) 는 직렬 접속된 인덕터 (146) 및 캐패시터 (148) 를 포함한다. 회로 (144) 는 대략 5 ㎒ 의 공진 주파수, 즉 소스 (91) 의 주파수보다 대략 1 옥타브 높고 소스 (92) 의 주파수보다 대략 2 옥타브 반 낮은 공진 주파수를 갖는다. 인덕터 (146) 는 상대적으로 높은 Q 를 가져 직렬 공진 회로 (144) 는 상대적으로 좁은 대역폭을 가지고 소스 (91) 또는 소스 (92) 로부터의 중대한 전력을 접지로 션트시키지 않는다.

도 2 의 회로의 전체적인 효과는 전극 (16) 또는 전극 (16 및 36) 을 구동하는 소스 (91, 92 및 93) 에 대해 요구되는 낮은 임피던스를 제공하는 반면, 손상을 방지하기 위해 소스 (91, 92 및 93) 에 충분한 감쇠를 도입하고 요구되는 임피던스 정합을 달성하는 것이다.

이하, 도 3 의 전극 (16 및 36) 을 구동하기 위한 회로의 블록도를 설명하며, 여기서 소스 (91, 92 및 93) 는 각각 2 ㎒, 27 ㎒ 및 60 ㎒ 의 고정 주파수를 갖고, 고정 캐패시터 (122, 130 및 136) 를 가변 캐패시터로 바꿈으로써 임피던스 정합이 달성된다. 도 3 의 회로는 소스 (91, 92 및 93) 의 출력 단자에 각각 직접 접속되는 센서 (111, 112 및 113) 를 포함한다. 센서 (111, 112 및 113) 는 (특정 센서를 직접 구동하는 특정 소스의 주파수에서) 각각 소스 (91, 92 및 93) 로 역으로 반사되는 전류 및 전압의 크기, 및 반사된 전압과 전류 사이의 위상 각을 검출한다. 제어기 (24) 는 검출기 (111, 112 및 113) 로부터의 신호에 반응하여 가변 직렬 캐패시터 (122, 130, 136 및 137) 의 값을 제어하여 요구되는 임피던스 정합을 달성한다. 요구되는 임피던스 정합을 달성하기 위해, 캐패시터 (122) 는 통상적으로 50-1000 pF 의 범위의 값을 갖고, 캐패시터 (130) 는 통상적으로 50-1000 pF 의 범위의 값을 갖고, 캐패시터 (136 및 137) 각각은 20-330 pF 의 범위의 값을 갖는다. 모터 (미도시) 는 제어기 (24) 로부터의 신호에 반응하여 캐패시터 (122, 130, 136 및 137) 의 값을 변화시킨다. 캐패시터 (122, 130, 136 및 137) 에 대한 전술한 범위의 값은 임피던스 정합이 달성될 수 있게 한다. 또한, 정합 네트워크 (101, 102, 103 및 104) 는 각각 소스 (91, 92, 93 및 93) 의 주파수와 대략 동일한 공진 주파수를 갖는다. 정합 네트워크 (101, 102, 103 및 104) 는 또한 정합 네트워크를 직접 구동하지 않는 주파수에 대한 요구되는 감쇠를 제공한다.

이하, 도 4 를 참조하여, 루버 (44) 를 포함하는 진공 플라즈마 공정 챔버 (10) 내부 및 전극들 (16, 34, 36 및 42) 사이의 전기장 라인을 제어하기 위한 회로의 개략도를 설명한다. 도 4 의 회로는 도 2 또는 도 3 의 소스에 의해 구동된다. 도 4 에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 전극 (16 및 36) 은 중앙 전극이고, 전극 (16) 은 워크피스를 캐리하기 위해 마련되어 있다. 전극 (16 및 36) 은 서로 동축이고 챔버 (10) 의 중심에 위치해 있으며, 반면 전극 (34) 은 전극 (16) 의 주연부로부터 이격되고 그 주연부를 포위하는 링으로 형성되어 있다. 전극 (16 및 34) 의 상부면들은 동일평면이다. 전극 (36) 은 전극 (16) 의 크기보다 대략 3 분의 1 더 큰 직경을 갖고, 전극 (42) 이 이격되어 포위하고 있다. 전극 (34 및 42) 은 접지된다. 전극 (36) 과 관련된 실질적인 기생 캐패시턴스 때문에, 전극 (36) 을 접지시키기 어려우며, 특히 소스 (92) 의 주파수에 대해 어렵다. 전극 (16) 과 관련된 실질적인 기생 캐패시턴스 때문에, 소스 (93) 의 주파수에 대해 전극 (16) 을 접지시키기 어렵다. 정합 네트워크 (104) 를 구동하기 위해 스위치 (105) 에 의해 소스 (93) 가 접속된 결과 소스 (93) 가 전극 (36) 을 직접 구동하는 경우, 소스 (93) 의 주파수에 대해 전극 (16) 을 접지시킬 것이 종종 요구된다.

접지 회로 (72) 는, DC 바이어스 검출기 (70) 에 의해 제어기 (24) 에 커플링되었을 때, 전극 (16) 의 DC 바이어스 전압에 반응한다. 접지 회로 (72) 는 전극 (16) 의 DC 바이어스 전압에 의해 제어되는 가변 임피던스를 포함하여 전극 (16, 34, 36 및 42) 사이의 60 ㎒ 에서의 전기장을 제어한다. 특히, 회로 (72) 는 60 ㎒ 에 중심을 두는 가변 공진 주파수를 갖는 직렬 공진 회로를 갖는다. 직렬 공진 회로는 전극 (16) 과 접지 사이에 접속되어 있다.

접지 회로 (73) 는, DC 바이어스 검출기 (71) 에 의해 제어기 (24) 에 커플링될 때, 전극 (36) 의 DC 바이어스 전압에 반응한다. 접지 회로 (73) 는 전극 (16) 의 DC 바이어스 전압에 의해 제어되는 가변 임피던스를 포함하여 전극 (36, 34, 16 및 42) 사이의 27 ㎒ 에서 전기장을 제어한다. 특히, 회로 (73) 는 약 27 ㎒ 에 중심을 둔 가변 공진 주파수를 갖는 직렬 공진 회로를 갖는다. 직렬 공진 회로는 전극 (36) 과 접지 사이에 접속된다.

DC 바이어스 검출기 (70) 는 통상적으로 10 ㏁ 및 10 ㏀ 의 값을 각각 갖는 저항 (162 및 164) 을 포함하는 저항성 전압 분배기 (160) 를 포함한다. 저항들 (162 및 164) 사이의 탭 (166) 은 통상적으로 1 uF 의 값을 갖는 캐패시터 (168) 에 의해 접지에 접속되어서, 탭 (166) 에서의 전압은 실질적으로 AC 성분을 포함하지 않고 영역 (8) 의 유폐된 플라즈마의 여기에 반응하여 전극 (16) 에서 나타난 DC 바이어스 전압의 정확한 지시이다. 탭 (166) 에서의 DC 전압은 제어기 (24) 에 커플링된다.

접지 회로 (72) 는 전극 (16) 과 접지 사이에 접속된 션트 회로 (170) 를 포함한다. 션트 회로 (170) 는 수동 소자로 구성되고, 모두 서로 직렬 연결된 고정 인덕터 (172), 고정 캐패시터 (174) 및 가변 캐패시터 (176) 를 포함한다. 인덕터 (172) 및 캐패시터 (174 및 176) 의 값은 회로 (170) 가 소스 (91 및 92) 의 2 ㎒ 및 27 ㎒ 의 주파수에 대해 상대적으로 고정된 임피던스를, 소스 (93) 의 60 ㎒ 의 주파수에 대해 가변 임피던스를 갖게 하는 값이다. 통상적으로, 캐패시터 (174) 는 대략 100 pF 의 값을 갖고, 반면에 캐패시터 (176) 는, 탭 (166) 에서의 DC 바이어스 전압 및 DC 바이어스 전압에 대한 설정 포인트 값에 따라 20-400 pF 의 범위의 값을 갖는다. 제어기 (24) 는 탭 (166) 에서의 전압에 반응하여 캐패시터 (176) 의 값을 변화시켜 DC 바이어스 전압에 대한 설정 포인트 값이 달성될 수 있게 한다. 제어기 (24) 는 모터 (미도시) 를 구동하여 캐패시터 (176) 의 값을 변화시킨다.

DC 바이어스 전압에 대한 설정 포인트 값은 전극 (16, 34, 36 및 42) 사이의 전기장 라인에 대해 요구되는 관계에 의해 결정된다. 전극 (16 및 36) 사이에서 60 ㎒ 에서의 전기장 라인이 주 (primaily) 가 될 것이 요구되는 경우, DC 바이어스 설정 포인트는 회로 (170) 가 60 ㎒ 와 동일한 공진 주파수를 갖는 직렬 공진 회로가 되는 설정 포인트이다. 따라서, 전극 (16) 과 접지 사이에 매우 낮은 임피던스가 존재하고 60 ㎒ 의 전류의 상당한 퍼센티지가 전극 (36) 으로부터 전극 (16) 으로, 전극 (16) 으로부터 회로 (170) 를 통해 접지로 흐르고 전극 (36 및 16) 들 사이에 강한 60 ㎒ 전기장 라인이 존재한다. 이러한 조건들 하에서, 전극 (16 및 42) 들 사이 및 전극 (16 및 34) 들 사이에 상대적으로 약한 60 ㎒ 전기장 라인이 존재하고, 전극 (36 및 34) 들 사이에 다소 강한 60 ㎒ 전기장 라인이 존재한다. 그러나, 전극 (36 및 42) 들 사이의 60 ㎒ 전기장 라인이 전극 (36 및 16) 들 사이의 전기장 라인보다 클 것이 요구되는 경우, DC 바이어스 전압에 대한 설정 포인트는, 소스 (93) 의 60 ㎒ 주파수에 대해 회로 (170) 가 공진할 때 회로 (170) 의 임피던스에 비해 60 ㎒ 에서의 회로 (170) 의 임피던스가 상대적으로 높도록 캐패시터 (176) 를 변화되게 하는 값에 있다. 캐패시터 (176) 가 구동되어 그 값이 회로 (170) 가 소스 (93) 의 60 ㎒ 출력에 대해 높은 임피던스를 갖게 하는 것에 반응하여, 전극 (36 및 16) 들 사이의 전기장 라인은 상대적으로 약하고, 반면 전극 (36) 과 전극 (34) 사이의 전기장 라인은, 전극 (36) 과 전극 (34) 사이의 전기장 라인과 같이, 상대적으로 강하다.

DC 바이어스 검출기 (71) 는 통상적으로 10 ㏁, 10 ㏀ 의 값을 각각 갖는 저항 (163 및 165) 을 포함하는 저항성 전압 분배기 (161) 를 포함한다. 저항 (163 및 165) 사이의 탭 (167) 은 통상적으로 1 uF 의 값을 갖는 캐패시터 (169) 에 의해 접지에 접속되어서, 탭 (167) 에서의 전압은 실질적으로 AC 성분을 포함하지 않고 영역 (8) 의 유폐된 플라즈마의 여기에 반응하여 전극 (36) 에서 나타난 DC 바이어스 전압의 정확한 지시이다. 탭 (167) 에서의 DC 전압은 제어기 (24) 에 커플링된다.

접지 회로 (73) 는 전극 (36) 과 접지 사이에 접속된 션트 회로 (171) 를 포함한다. 션트 회로 (171) 는 수동 소자로 구성되고, 모두 서로 직렬 연결된 고정 인덕터 (173), 고정 캐패시터 (175) 및 가변 캐패시터 (177) 를 포함한다. 인덕터 (173) 및 캐패시터 (175 및 177) 의 값은 회로 (171) 가 소스 (91 및 93) 의 2 ㎒ 및 60 ㎒ 의 주파수에 대해 상대적으로 고정된 임피던스를, 소스 (92) 의 27 ㎒ 의 주파수에 대해 가변 임피던스를 갖게 하는 값이다. 통상적으로, 캐패시터 (175) 는 대략 120 pF 의 값을 갖고, 반면에 캐패시터 (177) 는, 탭 (167) 에서의 DC 바이어스 전압 및 DC 바이어스 전압에 대한 설정 포인트 값에 따라 50-1000 pF 의 범위의 값을 갖는다. 제어기 (24) 는 탭 (167) 에서의 전압에 반응하여 캐패시터 (177) 의 값을 변화시켜 DC 바이어스 전압에 대한 설정 포인트 값이 달성될 수 있게 한다. 제어기 (24) 는 모터 (미도시) 를 구동하여 캐패시터 (167) 의 값을 변화시킨다.

DC 바이어스 전압에 대한 설정 포인트 값은 전극 (36, 34, 16 및 42) 사이의 전기장 라인에 대한 요구되는 관계에 의해 결정된다. 전극 (36 및 16) 사이에서 27 ㎒ 에서의 전기장 라인이 주가 될 것이 요구되는 경우, DC 바이어스 설정 포인트는 회로 (171) 가 27 ㎒ 와 동일한 공진 주파수를 갖는 직렬 공진 회로가 되는 설정 포인트이다. 따라서, 전극 (36) 과 접지 사이에 매우 낮은 임피던스가 존재하고 27 ㎒ 의 전류의 상당한 퍼센티지가 전극 (16) 으로부터 전극 (36) 으로, 전극 (36) 으로부터 회로 (171) 를 통해 접지로 흐르고 전극 (16 및 36) 들 사이에 강한 27 ㎒ 전기장 라인이 존재한다. 이러한 조건들 하에서, 전극 (36 및 42) 들 사이 및 전극 (36 및 34) 들 사이에 상대적으로 약한 27 ㎒ 전기장 라인이 존재하고, 전극 (16 및 34) 들 사이에 다소 강한 27 ㎒ 전기장 라인이 존재한다. 그러나, 전극 (16 및 42) 들 사이의 27 ㎒ 전기장 라인이 전극 (16 및 36) 들 사이의 전기장 라인보다 클 것이 요구되는 경우, DC 바이어스 전압에 대한 설정 포인트는, 소스 (92) 의 27 ㎒ 주파수에 대해 회로 (171) 가 공진할 때 회로 (171) 의 임피던스에 비해 27 ㎒ 에서의 회로 (171) 의 임피던스가 상대적으로 높도록 캐패시터 (177) 를 변화되게 하는 값에 있다. 캐패시터 (177) 가 구동되어 그 값이 회로 (171) 가 소스 (92) 의 27 ㎒ 출력에 대해 높은 임피던스를 갖게 하는 것에 반응하여, 전극 (16 및 36) 들 사이의 전기장 라인은 상대적으로 약하고, 반면 전극 (16) 과 전극 (34) 들 사이의 전기장 라인은, 전극 (16) 과 전극 (34) 사이의 전기장 라인과 같이, 상대적으로 강하다.

스위치 및 결합 회로 (118) 가 활성화되어 소스 (92) 의 60 ㎒ 출력이 전극 (36) 에 커플링되는 동안 전극 (36) 에 조사되는 2 ㎒ 및 27 ㎒ 에너지를 디커플링하는 것을 더욱 보조하기 위해, 릴레이 (68) 에 의해 전극 (36) 에 션트로 필터 (66) 가 접속된다. 도 4 에 나타낸 바와 같이, 필터 (66) 는, 제어기 (24) 가 회로 (118) 의 스위치를 활성화하여 고주파수 소스 (93) 의 출력이 리드 (60) 를 통해 전극 (36) 에 커플링되는것과 동시에 활성화하는 전극 (36) 에 접속되는 인덕터 (180) 를 구비한다. 인덕터 (180) 는 충분히 높은 값 및 소스 (93) 의 60 ㎒ 주파수에서 높은 임피던스를 가져 60 ㎒ 의 에너지가 접지로 커플링되는 것을 방지한다. 그러나, 인덕터 (180) 의 값은 소스 (91 및 92) 의 2 ㎒ 및 27 ㎒ 주파수에 대해 상대적으로 낮은 임피던스를 나타내고, 전극 (36) 에 조사되는 2 ㎒ 및 27 ㎒ 에너지가 회로 (118) 로부터 역으로 커플링되는 것을 방지한다.

본 발명의 특정 실시형태를 설명하였지만, 청구범위에 정의된 본 발명의 진정한 사상 및 범위를 벗어나지 않고도 구체적으로 설명한 실시형태의 세부사항의 변경이 실시될 수도 있음이 명백하다.

Claims (1)

1. 본원 상세한 설명에 기재된 진공 플라즈마 처리기.

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