KR20180038069A - 플라즈마 챔버들에서 rf 필터 애플리케이션들을 위해 페라이트 재료들을 사용하지 않고 고 입력 임피던스를 달성하는 방법 및 장치 - Google Patents

플라즈마 챔버들에서 rf 필터 애플리케이션들을 위해 페라이트 재료들을 사용하지 않고 고 입력 임피던스를 달성하는 방법 및 장치 Download PDF

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존 청 예
압둘 아지즈 카자
아미트 쿠마르 반살
광덕 더글라스 리
싱 린
지안후아 조우
압데팔리 사이 수스미타
주안 칼로스 로차-앨버레즈
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본 개시내용의 구현들은 일반적으로, 플라즈마 챔버들과 함께 사용되는, 플라즈마를 생성 및 제어하기 위한 방법 및 장치, 예컨대 RF 필터들에 관한 것이다. 일 구현에서, 플라즈마 프로세싱 장치가 제공된다. 플라즈마 프로세싱 장치는, 챔버 바디, 프로세싱 볼륨을 에워싸는 전력공급되는 가스 분배 매니폴드, 및 무선 주파수(RF) 필터를 포함한다. 기판-지지 표면을 갖는 페데스탈이 프로세싱 볼륨에 배치된다. 하나 또는 그 초과의 가열 엘리먼트들을 포함하는 가열 조립체가 기판-지지 표면의 온도 프로파일을 제어하기 위해 페데스탈 내에 배치된다. 튜닝 전극을 포함하는 튜닝 조립체가 페데스탈 내에서 하나 또는 그 초과의 가열 엘리먼트들과 기판-지지 표면 사이에 배치된다. RF 필터는 공심 인덕터를 포함하고, 여기서, 가열 엘리먼트들, 튜닝 전극, 및 가스 분배 매니폴드 중 적어도 하나는 RF 필터에 전기적으로 커플링된다.

Description

플라즈마 챔버들에서 RF 필터 애플리케이션들을 위해 페라이트 재료들을 사용하지 않고 고 입력 임피던스를 달성하는 방법 및 장치
[0001] 본원에서 설명되는 구현들은 일반적으로, 기판들을 프로세싱하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 개시내용은, 플라즈마 챔버들과 함께 사용되는, 플라즈마를 생성 및 제어하기 위한 방법들 및 장치, 예컨대 RF 필터들에 관한 것이다. 방법들 및 장치는 집적 회로들을 형성하기 위해 사용되는 반도체 프로세스들, 예컨대 플라즈마 증착 및 에칭 프로세스들 및 다른 플라즈마 프로세스들에 적용될 수 있다.
[0002] 집적 회로들 및 다른 전자 디바이스들의 제조 시에, 플라즈마 프로세스들은 종종, 다양한 재료 층들의 증착 또는 에칭을 위해 사용된다. 플라즈마 프로세싱은 열 프로세싱에 비해 다수의 이점들을 제공한다. 예컨대, 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)은 증착 프로세스들로 하여금 유사한 열 프로세스들에서 달성가능한 것보다 더 낮은 온도들 및 더 높은 증착 레이트들로 수행될 수 있게 한다. 따라서, PECVD는 엄격한 열 버짓들을 갖는 집적 회로 제작, 이를테면 VLSI(very large scale integrated circuit) 또는 ULSI(ultra-large scale integrated circuit) 디바이스 제작에 유리하다.
[0003] 집적 회로 제작에서의 플라즈마 프로세싱에 대해 조우되는 하나의 문제는 전기장 기울기들과 같은 불-균일한 플라즈마 조건들에 대한 노출로 인해 디바이스들이 손상될 수 있다는 것이다. 디바이스 손상의 정도 또는 취약성은 디바이스 제작의 스테이지 및 특정 디바이스 설계에 따라 좌우된다. 기판 상에 증착된 절연 또는 유전체 층을 포함하는 디바이스들은, 유전체 층의 표면 상에 누적되는 전하들 및/또는 전위 기울기들로 인해, 손상에 취약하다.
[0004] 따라서, 플라즈마 프로세싱을 위한 개선된 방법들 및 장치에 대한 필요성이 존재한다.
[0005] 본원에서 설명되는 구현들은 일반적으로, 기판들을 프로세싱하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 개시내용은, 플라즈마 챔버들과 함께 사용되는, 플라즈마를 생성 및 제어하기 위한 방법들 및 장치, 예컨대 RF 필터들에 관한 것이다. 방법들 및 장치는 집적 회로들을 형성하기 위해 사용되는 반도체 프로세스들, 예컨대 플라즈마 증착 및 에칭 프로세스들 및 다른 플라즈마 프로세스들에 적용될 수 있다. 일 구현에서, 플라즈마 프로세싱 장치가 제공된다. 플라즈마 프로세싱 장치는 챔버 바디, 프로세싱 볼륨을 에워싸는 전력공급되는 가스 분배 매니폴드, 및 무선 주파수(RF) 필터를 포함한다. 기판-지지 표면을 갖는 페데스탈이 프로세싱 볼륨에 배치된다. 하나 또는 그 초과의 가열 엘리먼트들을 포함하는 가열 조립체가 기판-지지 표면 및/또는 표면(존재하는 경우)의 온도 프로파일을 제어하기 위해 페데스탈 내에 배치된다. 튜닝 전극을 포함하는 튜닝 조립체가 페데스탈 내에서 하나 또는 그 초과의 가열 엘리먼트들과 기판-지지 표면 사이에 배치된다. RF 필터는 공심 인덕터(air core inductor)를 포함하고, 여기서, 가열 엘리먼트들, 튜닝 전극, 및 가스 분배 매니폴드 중 적어도 하나는 RF 필터에 전기적으로 커플링된다.
[0006] 다른 구현에서, 기판 지지 조립체가 제공된다. 기판 지지 조립체는, 기판-지지 표면을 갖는 기판 지지 페데스탈, 기판-지지 표면 및 기판(존재하는 경우)의 온도 프로파일을 제어하기 위해 페데스탈 내에 배치된 하나 또는 그 초과의 가열 엘리먼트들을 포함하는 가열 조립체, 페데스탈 내에 배치된 튜닝 전극을 포함하는 튜닝 조립체, 및 무선 주파수(RF) 필터를 포함한다. RF 필터는 공심 인덕터를 포함하고, 여기서, 가열 엘리먼트들과 튜닝 전극 중 적어도 하나는 RF 필터에 전기적으로 커플링된다.
[0007] 또 다른 구현에서, 기판 지지 조립체가 제공된다. 기판 지지 조립체는, 기판-지지 표면을 갖는 기판 지지 페데스탈, 기판-지지 표면 및 기판(존재하는 경우)의 온도 프로파일을 제어하기 위해 기판 지지 페데스탈 내에 배치된 하나 또는 그 초과의 가열 엘리먼트들을 포함하는 가열 조립체, 기판 지지 페데스탈 내에 배치된 튜닝 전극을 포함하는 튜닝 조립체, 및 공심 인덕터를 포함하는 무선 주파수(RF) 필터를 포함한다. 공심 인덕터는, 코일 턴들의 미리 결정된 수를 갖는 제1 나선형 코일 섹션, 및 코일 턴들의 미리 결정된 수를 갖고, 그리고 공심 인덕터가 미리 결정된 주파수에서 공진하도록 축방향 및 반경방향(radially) 둘 모두에서 제1 나선형 코일 섹션과 오버래핑(overlap)하도록 위치된 제2 나선형 코일 섹션을 포함한다. 제1 나선형 코일 섹션 및 제2 나선형 코일 섹션은 공통 길이방향 축을 공유한다. 가열 엘리먼트들과 튜닝 전극 중 적어도 하나는 RF 필터에 전기적으로 커플링된다. RF 필터는 직렬로 연결된 공심 인덕터들 중 적어도 2개를 포함한다.
[0008] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 구현들의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 구현들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시내용의 단지 전형적인 구현들을 도시하는 것이므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0009] 도 1은 본원에서 설명되는 일 구현에 따른 RF 필터를 포함하는 플라즈마 프로세싱 장치의 개략도이다.
[0010] 도 2는 본원에서 설명되는 일 구현에 따른 RF 필터를 포함하는 기판 지지 페데스탈의 개략도이다.
[0011] 도 3은 본원에서 설명되는 일 구현에 따른 공심 인덕터의 투시도이다.
[0012] 도 4는 본원에서 설명되는 일 구현에 따른 도 3의 공심 인덕터의 평면도이다.
[0013] 도 5는 본원에서 설명되는 일 구현에 따른, 라인 A-A를 따라 취해진 도 4의 공심 인덕터의 단면도이다.
[0014] 도 6은 도 3의 공심 인덕터의 일부의 개략적인 단면도이다.
[0015] 도 7은 본원에서 설명되는 다른 구현에 따른 다른 공심 인덕터의 개략적인 단면도이다.
[0016] 도 8은 본원에서 설명되는 다른 구현에 따른 다른 공심 인덕터의 개략적인 단면도이다.
[0017] 도 9는 본원에서 설명되는 구현들에 따라 설계된 공심 인덕터를 포함하는 RF 필터의 응답을 예시하는 그래프이다.
[0018] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 경우에 공통 단어들이 사용되었다. 일 실시예에서 개시된 엘리먼트들이 구체적인 설명이 없이도 다른 실시예들에 대해 유익하게 활용될 수 있는 것으로 고려된다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시내용의 단지 전형적인 구현들을 도시하는 것이므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0019] 다음의 개시내용은, 플라즈마 챔버들과 함께 사용되는, 플라즈마를 생성 및 제어하기 위한 방법들 및 장치, 예컨대 RF 필터들을 설명한다. 본 개시내용의 다양한 구현들의 철저한 이해를 제공하기 위해, 다음의 설명 및 도 1 내지 도 9에서 특정한 세부사항들이 제시된다. RF 필터들 및 플라즈마 챔버들과 종종 연관되는 잘-알려진 구조들 및 시스템들을 설명하는 다른 세부사항들은 다양한 구현들의 설명을 불필요하게 불명료히 하는 것을 피하기 위해 다음의 개시내용에서 제시되지 않는다.
[0020] 도면들에서 도시되는 세부사항들, 치수들, 각도들, 및 다른 피처(feature)들 중 다수는 단지 특정한 구현들의 예이다. 따라서, 다른 구현들이, 본 개시내용의 사상 또는 범위로부터 벗어나지 않으면서, 다른 세부사항들, 컴포넌트들, 치수들, 각도들, 및 피처들을 가질 수 있다. 부가하여, 본 개시내용의 추가적인 구현들은 아래에서 설명되는 여러 세부사항들 없이 실시될 수 있다.
[0021] 본원에서 설명되는 구현들은 임의의 적합한 박막 증착 또는 에칭 시스템을 사용하여 수행될 수 있는 PECVD 프로세스를 참조하여 아래에서 설명될 것이다. 적합한 시스템들의 예들은, DxZTM 프로세싱 챔버를 사용할 수 있는 CENTURA® 시스템들, PRECISION 5000® 시스템들, PRODUCERTM 시스템들, PRODUCER GTTM, 및 PRODUCER SETM 프로세싱 챔버들을 포함하며, 이들은 캘리포니아, 산타클라라의 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드로부터 상업적으로 입수가능하다. PECVD 또는 에칭 프로세스들을 수행할 수 있는 다른 툴들이 또한, 본원에서 설명되는 구현들로부터 이익을 얻도록 적응될 수 있다. 부가하여, 본원에서 설명되는 PECVD 또는 에칭 프로세스들을 가능하게 하는 임의의 시스템이 유리하게 사용될 수 있다. 본원에서 설명되는 장치 설명은 예시적인 것이고, 본원에서 설명되는 구현들의 범위를 제한하는 것으로 해석 또는 이해되지 않아야 한다.
[0022] 본원에서 사용되는 바와 같이 "공심 인덕터 코일"이라는 용어는 인덕터의 특정된 인덕턴스를 달성하기 위해 강자성 재료에 의존하지 않는 인덕터를 설명한다. 이는, 예컨대 Bakelite, 유리, 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)과 같은 상이한 절연체 상의 와인딩(winding)들뿐만 아니라 그 상이한 절연체 내부의 공기만이 존재하는 경우를 커버한다.
[0023] 본원에서 설명되는 구현들은, 플라즈마 밀도 및 온도를 포함하는 실질적으로 균일한 특성들로 플라즈마들을 생성하고 지속시키기 위해 RF 전력이 사용되는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 챔버들 및 에칭 챔버들에서 전형적으로 나타나는 RF 필터링 요건들을 수?O하기 위한 방법들 및 장치를 포함한다. 더 구체적으로, 본 개시내용의 구현들은, 챔버 동작들에 악영향을 미치는, 다양한 챔버 및 시스템 파트들에 커플링될 수 있는, 플라즈마로부터 발생하는 RF 간섭들의 전기 잡음을 해소한다. RF 간섭의 일 예는, 웨이퍼 척킹 품질에 악영향을 미칠 수 있는, 가열기를 통해 정전 척킹 전력 공급부에 커플링되는 RF 잡음이다. 다른 예는, 접지 전위의 AC 가열 회로 내에 가열기 엘리먼트들을 통해 커플링되는 RF 전력이다. 이들 및 다른 타입들의 RF 커플링은 전형적으로, 제어되지 않고 예측되지 않는 방식에서 유래하고, 툴 성능의 저하, 또는 극심한 경우에는 장비 및 시스템 손상을 초래한다. 예컨대, 오프-더-셸프(off-the-shelf) DC 전력 공급부는 일반적으로, DC 이외의 부하를 핸들링하도록 설계되지 않고, 가열기 엘리먼트들을 지원하는 AC 라인 전력은 60 Hz 주파수 이외의 부하를 핸들링하도록 설계되지 않는다. 이들 부하들이 350 KHz, 13.56 MHz, 및 그 이외의 RF 주파수들과 같은 RF 주파수들의 반사된 전력을 수신하면, 부하들 상에 정상파가 설정될 것이고, 그에 따라, 고 전압 형성을 손상시킬 것이다. RF 필터들은 일반적으로 동작하기 위해 설계된 DC 또는 60 Hz 신호를 허용하면서, 이들 반사된 신호들을 차단하기 위해 사용된다.
[0024] RF 필터들은 일반적으로, 선택된 동작 주파수들에서의 적절한 차단을 위한 사양들을 만족시킬 필요가 있는 하나의 특정한 또는 다수의 RF 주파수들에서 동시에 이들의 임피던스에 의해 특성화된다. 낮은 또는 불충분하게 높은 RF 임피던스를 갖는 RF 필터는 RF 필터가 보호하도록 설계된 디바이스들에 도달하도록 RF 전류가 통과할 수 있게 할 것이다. RF 필터의 다른 특성은 RF 필터의 기계적인 치수 및 에너지 소비이다. 이전의 RF 필터 설계들은 럼프 회로 엘리먼트들을 채용하였고, 이를테면, 인덕터들 단독, 캐패시터들 단독, 및 설계된 전기 및 기계 사양들에 도달하기 위해, 특정한 공진 회로를 형성하도록 직렬로 또는 병렬로 인덕터들과 캐패시터들의 특정한 조합들을 채용하였다. 이들 이전의 RF 필터 설계들은 전형적으로, 높은 임피던스가 요구되는 경우에, 물리적으로 큰 디바이스들을 초래하거나, 또는 물리적인 치수에 대한 임피던스의 낮은 비율로서 존재한다. 이는, 치수가 큰 설계들에 수반되는 캐패시터들, 또는 동작 주파수가 낮은 경우에 큰 인덕터들로 인한 것이다.
[0025] 페라이트 재료들은 종종, 충분히 높은 임피던스 값들을 달성하기 위해 인덕터 코일들에 대한 코어 재료로서 사용된다. 그러나, 페라이트 재료들은 동ㅇ작 주파수에 따라 유전체 손실의 소스들이고, 이들의 전기적 특성들은 온도 종속적이고, 이는 RF 손실 그 자체에 의해 영향을 받는다. 고 RF 전력 및 다수의 RF 주파수들에서 동작하는 RF 필터들에서의 페라이트 재료들의 사용을 피하는 것이 바람직하다.
[0026] 본 개시내용의 구현들은, 럼프 엘리먼트 캐패시터들 및 페라이트 재료들의 사용 없이, 단일 동작 RF 주파수 또는 다수의 동작 주파수들에서 콤팩트 RF 필터들을 구성하는 방법들 및 콤팩트 RF 필터들을 제공한다. 본 개시내용의 RF 필터 디바이스들은, 단일 동작 RF 주파수 또는 다수의 RF 주파수들에서 물리적 치수들에 대한 임피던스의 높은 비율을 나타내며, 이는 종래 기술 디바이스들에 의해 달성되지 않았다. 본원에서 설명되는 RF 디바이스들에 의해 달성되는 결과들은, 공간 제한, 중량 제한, 또는 둘 모두가 존재하는 애플리케이션들에서 특히 바람직하다. 예시적인 애플리케이션들은, 공간 및 중량 제한들이 존재하는, 패키징 및 집적에 대한 높은 요구가 있는 반도체 제조 장비를 포함한다. 우수한 임피던스 및 물리적 치수 비율로 인해 달성되는 비용 감소는 부가적인 경쟁력 있는 이점들을 제공한다.
[0027] 본 개시내용의 구현들은, 공심 인덕터 구조 설계의 자기 공진 성질의 이점을 취함으로써, RF 필터를 구성하는, 캐패시터들, 인덕터들, 또는 캐피시터들과 인덕터들 둘 모두와 연관된 럼프 엘리먼트 필터들의 결점들을 해소한다. 본원에서 설명되는 구현들은 50 내지 60 Hz, 무선 주파수, 매우 높은 주파수, 및 마이크로파 주파수만큼 낮은 원하는 동작 주파수 범위에서, 그리고 낮은 물리적 형성 인자에서 고 입력 임피던스를 달성한다.
[0028] 본 개시내용의 구현들은, 비-자기 유전체 코어 재료 상에 나선형 인덕터 코일들을 형성하기 위해 절연 또는 에나멜 와이어들을 사용하여 RF 필터들을 구성하는 방법들을 포함한다. 본원에서 설명되는 RF 필터들은, 플라즈마 증착 및 에칭 툴들에서의 RF 전력 하에서 플라즈마들을 개시하고 지속시키기 위해 사용되는 하나 또는 다수의 주파수들에서의 이들의 주파수 응답들 및 입력 임피던스를 포함하는(그러나 이제 제한되지 않는) 바람직한 특성들 및 사양들을 나타낸다. 본원에서 설명되는 RF 필터들의 주파수 응답은, 예컨대, 저역-통과, 고역-통과, 및 대역-통과 특성들로 구성될 수 있고; 이들의 입력 임피던스는 높거나, 낮거나, 또는 시스템 요건들에 의해 요구되는 임의의 특정 크기일 수 있다. 본원에서 설명되는 RF 필터들은 원하는 전력 레벨 하에서 50 Hz 내지 2450 MHz의 범위 내의 하나의 주파수 또는 다수의 주파수들로 동작할 수 있다. 본원에서 설명되는 RF 필터들은 하나 또는 다수의 동작 주파수들에서 극도로 높은 입력 임피던스를 나타낼 수 있고, 여기서, 극도로 높은 임피던스는, 주 시스템 컴포넌트들에 대해 전기적으로 비가시적인 것으로 나타날 수 있는, RF 필터들이 보호하도록 설계된 디바이스들 및 매우 낮은 전류가 인출되거나 또는 전류가 전혀 인출되지 않는 실제 의미의 개방 회로로서 시스템 컴포넌트들에 제시된다.
[0029] 일 구현에서, 본원에서 설명되는 RF 필터들은 나선-형 코일 와인딩들로 구성된다. 원하는 주파수 응답 및 입력 임피던스는, 코일 형성 프로세스 동안에 다음의 파라미터들 중 적어도 하나를 제어함으로써 달성되고, 이들 파라미터들은, 원형 단면을 갖는 와이어가 사용되는 구현들에서의 코일 직경, 직사각형 단면을 갖는 와이어가 사용되는 구현들에서의 에지 길이, 및 임의의 단면의 경우에서의 그 형상 및 면적, 그 길이, 전도도, 스택 층들의 수, 각각의 층의 턴들의 수, 나선 코일 형성의 길이 및 반경 방향 둘 모두를 따르는 피치, 코어 재료가 공기의 코어 재료일 수 있는 코어 재료 및 기하형상, 또는 비-페라이트 재료들인 것의 상대적인 자기 투과성을 갖는 재료들을 포함한다(그러나 이에 제한되지 않는다). 본원에서 설명되는 RF 필터들은 나선 코일들의 스택을 형성하는 복수의 층들(예컨대, 2개 또는 그 초과의 층들)로 구성되고, 그에 따라, 전형적으로 사용되는 럼프 엘리먼트들의 캐패시터들 없이, 이웃하는 코일들 사이의 상호 전자기장 커플링이 강화되어, 원하는 상호 캐패시턴스 및 턴당 그리고 모든 턴들 사이에 분배된 인덕턴스, 및 트레이드오프 원하는 공진 주파수 또는 주파수들로 구성된다.
[0030] 도 1은 본원에서 설명되는 일 구현에 따른, RF 필터를 포함하는 플라즈마 프로세싱 장치의 개략적인 측단면도이다. 장치는 챔버(100)를 포함하고, 그 챔버(100)에서, 기판 지지 페데스탈(108) 상에 배치된 기판(110) 상에 하나 또는 그 초과의 막들이 증착될 수 있거나 또는 그 기판(110)으로부터 하나 또는 그 초과의 막들이 에칭될 수 있다. 기판 지지 페데스탈(108)은 기판(110)을 지지하기 위한 기판-지지 표면(111)을 갖는다. 챔버(100)는 챔버 바디(102) 및 가스 분배 조립체(104)를 포함하고, 그 가스 분배 조립체(104)는 프로세스 볼륨(106) 내로 가스들을 균일하게 분배한다. 이하 페데스탈(108)이라고 지칭되는 기판 지지 페데스탈(108)은 프로세스 볼륨(106) 내에 배치되고, 기판(110)을 지지한다. 페데스탈(108)은 가열 엘리먼트(150)를 포함한다. 페데스탈(108)은 챔버 바디(102)를 통해 연장되는 스템(stem)(114)에 의해 프로세스 볼륨(106)에 이동가능하게 배치되고, 여기서, 스템(114)은 페데스탈(108)이 상승, 하강, 및/또는 회전될 수 있게 하도록 구동 시스템(103) 및 벨로즈에 연결된다.
[0031] 가스 분배 조립체(104)는 가스 유동 제어기(120)로부터 가스 분배 매니폴드(118) 내로 가스를 전달하는 가스 유입구 통로(116)를 포함한다. 가스 분배 매니폴드(118)는 복수의 홀들 또는 노즐들(미도시)을 포함하고, 프로세싱 동안에, 그 복수의 홀들 또는 노즐들을 통해 가스 혼합물들이 프로세스 볼륨(106) 내로 주입된다.
[0032] 고 주파수 RF 전력 소스(126) 및 저 주파수 RF 전력 소스(127)는, 프로세스 볼륨(106) 내에서 가스 분배 매니폴드(118)와 페데스탈(108) 사이의 플라즈마의 생성을 가능하게 하기 위하여, RF 전력공급되는 전극으로서 작용하는 가스 분배 매니폴드(118)에 전력을 공급하기 위해, 정합 회로(129)를 통해 전자기 에너지를 제공한다. 본원에서 설명되는 바와 같은 공심 인덕터를 갖는 RF 필터(121)가 고 주파수 RF 전력 소스(126) 및 저 주파수 RF 전력 소스(127)와 가스 분배 조립체(104) 사이에 위치될 수 있다. RF 필터(121)는 일반적으로, RF 에너지가 고 주파수 RF 전력 소스(126) 및 저 주파수 RF 전력 소스(127)에 도달하는 것을 차단하도록 구성된다.
[0033] 페데스탈(108)은 RF 로드(122)를 통해 전기적으로 접지된 튜닝 전극(112)을 포함하고, 그에 따라, 챔버(100)에서 튜닝 전극(112)과 전력공급되는 가스 분배 매니폴드(118) 사이에 전기장이 생성된다. 일 구현에서, 튜닝 전극(112)은 페데스탈(108)을 형성하기 위해 사용되는 유전체 재료 내에 배치된 전도성 메시, 이를테면 텅스텐 또는 몰리브덴 함유 메시를 포함한다. 일 구성에서, 페데스탈(108)은 세라믹 재료, 이를테면 알루미늄 질화물(AlN), 실리콘 질화물(SiN), 실리콘 탄화물(SiC) 등을 포함한다.
[0034] 세라믹 링(123)이 가스 분배 매니폴드(118) 아래에 위치된다. 선택적으로, 튜닝 링(124)이 세라믹 링(123)과 아이솔레이터 링(125) 사이에 배치되고, 그 아이솔레이터 링(125)은 챔버 바디(102)로부터 튜닝 링(124)을 전기적으로 절연시킨다. 튜닝 링(124)은 전형적으로, 전도성 재료, 이를테면 알루미늄, 티타늄, 또는 구리로 제조된다. 도 1에서 도시된 바와 같이, 선택적인 튜닝 링(124)은 기판(110)의 프로세싱 동안에 기판(110) 및 페데스탈(108) 주위에 동심으로 위치된다. 튜닝 링(124)은 RF 튜너(135)에 전기적으로 커플링되고, 그 RF 튜너(135)는 인덕터(L1)를 통해 접지로 종단(terminate)되는 가변 캐패시터(128), 이를테면 가변 진공 캐패시터를 포함한다. RF 튜너(135)는 또한, 접지로의 저 주파수 RF를 위한 경로를 제공하기 위해 가변 캐패시터(128)에 병렬로 전기적으로 커플링된 제2 인덕터(L2)를 포함한다. RF 튜너(135)는 또한, 튜닝 링(124) 및 가변 캐패시터(128)를 통하는 전류 유동을 제어하는 데 사용하기 위해 튜닝 링(124)과 가변 캐패시터(128) 사이에 위치된 센서(130), 이를테면 전압/전류(V/I) 센서를 포함한다.
[0035] 페데스탈(108)에 형성된 튜닝 전극(112)은 RF 로드(122)를 통해 RF 튜너(145)에 전기적으로 커플링되고, 그 RF 튜너(145)는 인덕터(L3)를 통해 접지로 종단되는 가변 캐패시터(139), 이를테면 가변 진공 캐패시터를 포함한다. RF 튜너(145)는 또한, 접지로의 저 주파수 RF를 위한 경로를 제공하기 위해 가변 캐패시터(139)에 병렬로 전기적으로 커플링된, 제2 인덕터(L4) 및 캐패시터(146)를 포함한다. RF 튜너(145)는 또한, 튜닝 전극(112) 및 가변 캐패시터(139)를 통하는 전류 유동을 제어하는 데 사용하기 위해 튜닝 전극(112)과 가변 캐패시터(139) 사이에 위치된 센서(140), 이를테면 V/I 센서를 포함한다.
[0036] RF 로드(122)는 RF 튜너(1450 및 RF 필터(148)를 통해 전력 공급부(149)에 튜닝 전극(112)을 커플링시킨다. RF 필터(148)는 본원에서 설명되는 바와 같은 공심 인덕터를 포함할 수 있다. RF 필터(148)는 일반적으로, RF 에너지가 전력 공급부(149)에 도달하는 것을 차단하도록 구성된다. 전력 공급부(149)는 직류(DC) 전력 소스, 교류(AC) 전력 소스, 또는 이들 둘의 조합을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 전력 공급부(149)는 튜닝 전극(112)에 AC 신호를 제공하기 위한 교류(AC) 전력 소스이다. RF 필터(148)의 구성은 아래에서 상세히 더 논의될 것이다.
[0037] 하나 또는 그 초과의 가열 엘리먼트들(150)이 페데스탈(108) 내에 배치되고, 기판-지지 표면(111)에 걸쳐 그리고 기판(110)(존재하는 경우)에 걸쳐 온도 프로파일을 제어하기 위해 사용된다. 도시된 바와 같이, 가열 엘리먼트들(150)은 튜닝 전극(112) 아래에 배치될 수 있고; 다시 말하면, 튜닝 전극(112)은 가열 엘리먼트들(150)보다 기판에 더 근접하게 배치된다. 가열 엘리먼트들(150)은 일반적으로, 기판(110)에 저항성 가열을 제공한다. 가열 엘리먼트들(150)은 임의의 적합한 재료, 이를테면 전도성 금속 와이어(예컨대, 내화 금속 와이어), 패터닝된 금속 층(예컨대, 몰리브덴, 텅스텐, 또는 다른 내화 금속 층), 또는 다른 유사한 전도성 구조로 구성될 수 있다. 가열 엘리먼트들(150)은 페데스탈(108)의 스템(114)의 길이를 따라 연장될 수 있는 하나 또는 그 초과의 전도성 로드들(155)에 연결된다. 일 구현에서, 전도성 로드들(155)은 RF 로드(122)에 평행하게 또는 실질적으로 평행하게 위치된다. 전도성 로드들(155)은 하나 또는 그 초과의 RF 필터들(160)을 통해 가열 전력 소스(165)에 가열 엘리먼트들(150)을 커플링시킨다. RF 필터들(160)은 본원에서 설명되는 바와 같은 공심 인덕터를 포함할 수 있다. RF 로드(122) 및 전도성 로드(155)는 일반적으로, 전도성 재료, 이를테면 구리, 니켈, 금, 코팅된 알루미늄 및 내화 금속, 또는 다른 유용한 재료로 형성된 솔리드 전도성 엘리먼트들(예컨대, 적정 직경 솔리드 와이어, 꼬이지 않은 와이어)이다. RF 필터들(160)은 일반적으로, RF 에너지가 가열 전력 소스(165)에 도달하는 것을 차단하도록 구성된다. RF 필터들(160)의 구성은 아래에서 더 상세히 논의될 것이다. 일 구현에서, 가열 전력 소스(165)는 가열 엘리먼트들(150)에 비-RF 교류(AC) 전력을 제공한다. 예컨대, 가열 전력 소스(165)는 대략 60 헤르츠의 주파수로 3상 AC 전력을 제공할 수 있다.
[0038] 시스템 제어기(134)는, RF 전력 소스들(126 및 127), 구동 시스템(103), 가변 캐패시터들(128 및 139), 전력 공급부(149), 및 가열 전력 소스(165)와 같은 다양한 컴포넌트드르이 기능들을 제어한다. 시스템 제어기(134)는 메모리(138)에 저장된 시스템 제어 소프트웨어를 실행한다. 시스템 제어기(134)는 하나 또는 그 초과의 집적 회로(IC)들의 부분들 또는 전부 및/또는 다른 회로 컴포넌트들을 포함한다. 몇몇 경우들에서, 시스템 제어기(134)는 중앙 프로세싱 유닛(CPU)(미도시), 메모리(미도시), 및 지원 회로들(또는 I/O)(미도시)을 포함할 수 있다. CPU는, 다양한 시스템 기능들 및 지원 하드웨어를 제어하기 위해, 그리고 챔버(100) 내의 그리고 챔버(100)에 의해 제어되고 있는 프로세스들을 모니터링하기 위해 사용되는 임의의 형태의 컴퓨터 프로세서 중 하나일 수 있다. 메모리는 CPU에 커플링되고, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 근거리 또는 원거리의 임의의 다른 형태의 디지털 저장소와 같은 쉽게 이용가능한 메모리 중 하나 또는 그 초과일 수 있다. 소프트웨어 명령들(또는 컴퓨터 명령들) 및 데이터는 CPU에 명령하기 위해 코팅되고 메모리 내에 저장될 수 있다. 소프트웨어 명령들은 임의의 시간 순간에 어떤 태스크들이 수행될지를 결정하는 프로그램을 포함할 수 있다. 지원 회로들은 또한, 통상적인 방식으로 프로세서를 지원하기 위해 CPU에 연결된다. 지원 회로들은 캐시, 전력 공급부들, 클록 회로들, 타이밍 회로들, 입력/출력 회로, 서브시스템들 등을 포함할 수 있다.
[0039] 플라즈마 프로세싱 장치, 즉 챔버(100)에서, 전력공급되는 가스 분배 매니폴드(118)와 튜닝 전극(112) 사이에 플라즈마를 통해 RF 경로가 설정된다. 추가로, 가변 캐패시터(139)의 캐패시턴스를 변화시킴으로써, 튜닝 전극(112)을 통하는 RF 경로에 대한 임피던스가 변화되고, 차례로, 튜닝 전극(112)에 커플링된 RF 필드의 변화, 및 튜닝 전극(112) 및 RF 로드(122)를 통하는 RF 리턴 전류의 변화를 발생시킨다. 따라서, 프로세스 볼륨(106) 내의 플라즈마가 플라즈마 프로세싱 동안에 기판(110)의 표면에 걸쳐 조절될 수 있다. 따라서, RF 필드를 제어하는 것 및 RF 리턴 전류를 조절하는 것은, 중앙-대-에지 증착 두께 균일성 또는 에칭 제거 균일성을 개선하면서, 기판(110) 상에 막들을 증착하는 것 또는 기판(110)으로부터 재료를 에칭하는 것의 프로세싱 레이트를 더 높일 수 있다.
[0040] 추가로, 전력공급되는 가스 분배 매니폴드(118)와 튜닝 링(124) 사이에 부가적인 RF 경로가 설정된다. 부가적으로, 가변 캐패시터(128)의 캐패시턴스를 변화시킴으로써, 튜닝 링(124)을 통하는 RF 경로에 대한 임피던스가 변화되고, 차례로, 튜닝 링(124)에 커플링된 RF 필드의 변화를 발생시킨다. 예컨대, 가변 캐패시터(128)의 총 캐패시턴스를 변화시킴으로써, 튜닝 링(124)의 최대 전류 및 대응하는 최소 임피던스가 달성될 수 있다. 따라서, 이 부가적인 RF 경로를 사용하여, 프로세스 볼륨(106) 내의 플라즈마가 기판(110)의 표면에 걸쳐 또한 조절될 수 있다.
[0041] 플라즈마 프로세싱 장치의 동작 동안에, 일반적으로, RF 에너지는 상단의 전력공급되는 전극(즉, 전력공급되는 가스 분배 매니폴드(118))에 전달되고, 프로세스 볼륨(106)에 형성된 플라즈마 및 기판(110)을 통해 커플링되고, 주로, 챔버 바디(102)의 벽 및/또는 튜닝 전극(112)을 통해 접지로 리턴된다. 가열 엘리먼트들(150)이 튜닝 전극(112) 아래에 매립될 수 있기 때문에, RF 에너지는 세라믹 재료들을 통해 가열 엘리먼트들에 용량성 커플링될 수 있다(즉, RF 누설). 이들 원하지 않는 경로들로의, 이를테면 가열 엘리먼트들 및 AC 라인들로의 RF 누설은 기판 프로세싱 결과들(즉, 기판 상의 증착 레이트 및 균일성)에 영향을 미칠 뿐만 아니라, 가열 엘리먼트 AC 전력 소스들 상의 전자기 간섭(EMI) 또는 가열 엘리먼트 AC 전력 소스들에 대한 손상을 야기한다.
[0042] 전력공급되는 가스 분배 매니폴드의 동작 주파수에서 다른 튜닝 조립체 컴포넌트들(예컨대, 튜닝 전극(112), RF 로드(122))에 의해 야기되는 순 리액턴스를 보상하기 위해 RF 튜너(145)(그리고 특히, 가변 캐패시터(139))를 조정함으로써, 튜닝 조립체를 통하는 최소 임피던스 경로가 접지로 제공될 수 있다. 따라서, 플라즈마 프로세싱 장치의 다른 컴포넌트들로의 RF 누설이 더 적게 되면서, 튜닝 전극, RF 로드(122), 및 RF 튜너(145)를 포함하는 이 경로를 통해, RF 에너지의 더 큰 비율이 커플링될 것이다. 최소 임피던스 경로는 기판 상에 막들을 증착하기 위한 또는 기판으로부터 재료를 에칭하기 위한 RF 에너지의 인가의 더 큰 효율뿐만 아니라 더 우수한 제어를 제공한다. 그러나, 전형적으로, 제조 이유들로 페데스탈(108) 내에서 메시 타입의 튜닝 전극(112)을 사용할 필요가 있고, 페데스탈(108)의 기판-지지 표면(111) 근처에 가열 엘리먼트들(150)을 위치시킬 필요가 있기 때문에, 불가피하게, 프로세스 볼륨(106)에 제공되는 RF 에너지의 일정량이 가열 엘리먼트들(150)로 누설된다.
[0043] 반대로, 가열 엘리먼트들(150)로의 RF 누설의 양을 최소화하기 위하여, 접지로의 비교적 더 큰 임피던스 경로를 제공하기 위해, RF 필터들(160)이 가열 조립체에 포함될 수 있다. RF 필터들(160)은 RF 에너지를 감쇠시키고 RF 누설 전류를 억제하기 위해 가열 엘리먼트들(150)과 대응하는 AC 소스(들) 사이에 삽입될 수 있다. 일부 구성들에서, 접지에 대한 튜닝 전극(112)의 임피던스는 접지에 대한 가열 엘리먼트들(150)의 임피던스보다 실질적으로 더 작다.
[0044] 도 2는 본원에서 설명되는 일 구현에 따른 RF 필터들(148, 160)을 포함하는 페데스탈(108)의 개략도이다. 일반적으로, 페데스탈(108)은 도 1에 대하여 본원에서 설명된 장치와 같은 플라즈마 프로세싱 장치에서 사용될 수 있다.
[0045] 페데스탈(108)은 튜닝 전극(112), RF 로드(122), RF 튜너(145), RF 필터(148), 및 전력 공급부(149)를 포함하는 튜닝 조립체를 포함한다. 페데스탈(108)은 또한, 복수의 가열 엘리먼트들(150)을 포함하는 가열 조립체를 포함한다. 가열 엘리먼트들은 프로세싱 동안에 기판에 걸쳐 온도 프로파일을 조정하기 위해 사용되는 복수의 가열 구역들 사이에서 분배될 수 있다. 복수의 가열 구역들은 내측 가열 구역 및 외측 가열 구역을 포함할 수 있다. 가열 엘리먼트들(150)은 전도성 로드들(155a 내지 155d)(일괄적으로 155)을 통해 하나 또는 그 초과의 RF 필터들(160)에 커플링된다. 일 구현에서, 전도성 로드들(155a 내지 155d) 각각은 동일한 또는 상이한 특성들을 가질 수 있는 각각의 RF 필터(160)에 커플링된다. 로드들의 그룹들은 상이한 가열 구역들에 대응할 수 있는데; 예컨대, 전도성 로드들(155b 및 155c)은 내측 가열 구역의 가열 엘리먼트들에 대응하는 한편, 전도성 로드들(155a 및 155d)은 외측 가열 구역의 가열 엘리먼트들에 대응한다. 일 구현에서, 2개의 전도성 로드들(155)이 특정한 구역에 대응한다. 예컨대, 가열 전력 소스(165)는 RF 필터들(160)을 통해 2개의 로드들 중 제1 로드 내로 AC 전력을 전달하고; AC 전력은, 제2 로드 및 RF 필터(160)를 통해 접지로 리턴하기 전에, 제1 로드 및 가열 엘리먼트들(150)을 통해 이동한다.
[0046] 일반적으로, 가열 조립체의 컴포넌트들은, 컴포넌트들의 고유한 전기 특성들 및 페데스탈 또는 플라즈마 프로세싱 장치 내의 다른 컴포넌트들에 대한 근접성 둘 모두를 반영하는 비-제로(non-zero) 임피던스를 가질 것이다. 예컨대, 가열 엘리먼트들(150) 및 전도성 로드들(155)은 동작 동안에 튜닝 조립체 컴포넌트들로부터 RF 에너지를 커플링할 수 있다. 전형적으로, 컴포넌트들의 임피던스의 저항성 부분은 동작 주파수의 변화들에 의해 영향을 받지 않는 비-제로 값이고, 프로세싱 동안에 보상될 수 없다. 따라서, 설명을 용이하게 하기 위해, 저항성 컴포넌트들은 도 2에서 도시되지 않는다.
[0047] 기판 상에 막들을 증착하기 위한 또는 기판으로부터 재료를 제거하기 위한 RF 에너지의 인가의 더 큰 효율 및 더 우수한 제어를 제공하기 위해, 이상적으로는, 가열 조립체 또는 다른 컴포넌트들 내에 전하가 커플링(즉, RF 누설)되지 않으면서, 전력공급되는 가스 분배 매니폴드에 의해 전달되는 최대량의 RF 에너지가 챔버 바디(102)의 벽 및 튜닝 조립체를 통해 접지에 커플링될 것이다. 따라서, 튜닝 조립체의 임피던스를 최소 값으로 감소시키고, 가열 조립체(예컨대, 가열 엘리먼트들(150) 및 하나 또는 그 초과의 전도성 로드들)의 임피던스를 증가시키는 것이 유리하다. 위에서 논의된 바와 같이, 컴포넌트들은 모두, 프로세싱 동안에 보상될 수 없는 실수 비-제로 임피던스(즉, 저항)를 포함할 수 있다. 그러나, 상이한 컴포넌트들의 리액턴스는 튜닝 조립체 및 가열 조립체 내의 용량성 또는 유도성 엘리먼트들을 조정함으로써 제어될 수 있다.
[0048] 튜닝 조립체의 임피던스를 최소 값으로 감소시키고, 전달되는 RF 에너지를 더 많이 튜닝 조립체 내에 커플링시키기 위해, RF 튜너(145)의 컴포넌트들은 동작 주파수에서 튜닝 조립체 컴포넌트들의 리액턴스를 보상하도록 조정될 수 있다. 예컨대, 가변 캐패시터(139)의 캐패시턴스는 튜닝 조립체가 특정한 주파수에 대해 양의 리액턴스 값을 갖는 경우에 튜닝될 수 있다. 따라서, 가변 캐패시터(139)에 의해 제공되는 음의 리액턴스가 양의 리액턴스를 보상할 수 있다.
[0049] RF 필터(148)는 RF 에너지가 전력 공급부(149)에 도달하는 것을 차단하도록 구성된다. 일 구현에서, RF 필터(148)는 본원에서 설명되는 바와 같은 적어도 하나의 공심 인덕터(L5)를 포함한다.
[0050] 가열 조립체의 임피던스를 증가시키기 위해, 하나 또는 그 초과의 RF 필터들(160)이 전도성 로드들(155a 내지 155d)에 커플링된다. RF 필터(160)는 RF 에너지가 가열 전력 소스(165)에 도달하는 것을 차단하도록 구성된다.
[0051] RF 필터들(160)은 페데스탈 베이스(210) 근처에서 전도성 연결부들(220)을 통해 전도성 로드들(155)에 커플링될 수 있다. 일 구현에서, 전도성 연결부들(220)은 각각의 로드를 위한 짧은 강성 리드를 포함할 수 있고, 그에 따라, 각각의 RF 필터(160)는 각각의 로드 각각에 직접적으로 커플링되거나, 또는 페데스탈 베이스(210) 및 각각의 로드들 근방에 배치된다. 추가로, 각각의 전도성 연결부(220)는 연결부들 사이의 용량성 커플링을 최소화하기 위해 최대로 이격될 수 있다. 로드들과 필터 사이에 배치된 가요성 및/또는 차폐된 다심 케이블(multi-conductor cable)을 포함하는 연결부들은, 각각의 전도체가 저항성 특성들을 가질 것이고, 다른 전도체들 및 접지된 차폐부와의 커플링을 가질 수 있기 때문에, 부가적인 임피던스를 도입할 수 있고, RF 또는 다른 신호들을 위한 분로(shunt path)를 제공할 수 있는 것으로 생각된다. 따라서, 일부 구현들에서, RF 필터를 기계적으로 실현가능한 정도에서 가능한 로드들에 근접하게 위치시키는 것이 바람직하고, 일부 경우들에서, 로드들 각각에 RF 필터를 직접적으로 커플링시키는 것이 바람직하다.
[0052] 일 구현에서, RF 필터(160)는 RF 필터(160)에 대한 원하는 공진 주파수를 제공하도록 선택된 RF 필터(160)의 전기 컴포넌트들을 가질 수 있다. 일 구현에서, RF 필터(160)는 본원에서 설명되는 바와 같은 적어도 하나의 공심 인덕터(L6, L7, L8, L9)를 포함한다. 공심 인덕터들(L6, L7, L8, L9)은 RF 필터(160)에 대한 원하는 공진 주파수를 제공하도록 설계 및 위치될 수 있다. 공심 인덕터들(L6, L7, L8, L9)은 전도성 연결부들(220) 상에 직렬로 삽입될 수 있다. 공심 전도체들(L6, L7, L8, L9)은 접지된 금속 인클로저 내에 위치될 수 있고, 일부 경우들에서, 그 접지된 금속 인클로저는 다양한 RF 필터(160) 회로 엘리먼트들을 둘러싼다. 공심 인덕터들(L6, L7, L8, L9)은 변압기들(166a, 166b)을 통해 전력 공급부(165a, 165b)와 전기적으로 커플링될 수 있다.
[0053] 본원에서 개시되는 임의의 2개의 개별적인 공진 필터들이 이중-주파수 공진 필터를 달성하기 위해 직렬로 연결될 수 있다. 또한, 다수의 공진 필터들이 동일한 유전체 코어의 상이한 섹션들 상에 형성될 수 있는 것이 생각될 수 있다. 다수의 동작 주파수들을 수용하기 위해 다양한 조합된 기법들을 사용하여 다수의 공진 주파수들이 생성될 수 있다.
[0054] 도 3은 본원에서 설명되는 일 구현에 따른 공심 인덕터(300)의 투시도이다. 도 4는 본원에서 설명되는 일 구현에 따른 도 3의 공심 인덕터(300)의 평면도이다. 도 5는 본원에서 설명되는 일 구현에 따른 도 4의 라인 A-A를 따라 취해진 공심 인덕터(300)의 단면도이다. 공심 인덕터(300)는 세장형 코어 부재(330)에 와인딩된 제1 나선형 코일 섹션(310) 및 제2 나선형 코일 섹션(320)을 포함한다. 제2 나선형 코일 섹션(320)은, 제1 나선형 코일 섹션(310)과 이격되어, 제1 나선형 코일 섹션(310)을 둘러싸고, 제1 나선형 코일 섹션(310)을 따라 연장된다. 따라서, 제1 나선형 코일 섹션(310) 및 제2 나선형 코일 섹션(320)은 동일한 길이방향 축(360)을 따라 연장되고, 제1 나선형 코일 섹션(310)은 제2 나선형 코일 섹션(320) 내에 있다.
[0055] 공심 인덕터(300)는 다층 구조이다. 공심 인덕터(300)는 임의의 적합한 수의 층들을 포함할 수 있다. 도 6에서 도시된 바와 같이, 제1 나선형 코일 섹션(310)은 제1 층을 형성하고, 제2 나선형 코일 섹션(320)은 제2 층을 형성한다.
[0056] 일 구현에서, 제1 나선형 코일 섹션(310) 및 제2 나선형 코일 섹션(320)은 각각, 절연 재료(314)로 코팅된 전기 전도성 금속의 와이어(312)로 형성된다. 일 구현에서, 제1 나선형 코일 섹션(310) 및 제2 나선형 코일 섹션(320)은 나선형 코일 섹션들(310, 320) 각각의 하나의 단부에서 전기적으로 그리고 기계적으로 연결된다. 일 구현에서, 제1 나선형 코일 섹션(310) 및 제2 나선형 코일 섹션(320)은 이들의 다른 단부들로부터 연장되는 단자들(340, 350)을 갖는다. 일 구현에서, 단자들(340, 350)은 이격되고, 길이방향 축(360)에 실질적으로 수직으로 연장된다.
[0057] 일 구현에서, 제1 나선형 코일 섹션(310) 및 제2 나선형 코일 섹션(320)은 전기 전도성 금속의 단일의 연속적인 길이의 와이어로 형성되고, 단자들(340, 350)이 와이어의 각각의 단부로부터 연장된다.
[0058] 제1 나선형 코일 섹션(310) 및 제2 나선형 코일 섹션(320) 각각은 절연 재료(314)로 코팅된 와이어(312)를 포함한다. 와이어(312)는 미리 결정된 두께를 갖는 적합한 게이지로 이루어진다. 임의의 적합한 전기 전도성 재료가 사용될 수 있다. 예시적인 전도성 재료들은 구리 등을 포함한다. 절연 재료(314)는 미리 결정된 두께를 갖는다. 미리 결정된 두께를 갖는 임의의 적합한 절연 재료가 사용될 수 있다. 예시적인 절연 재료들은, 폴리이미드, 방향족 폴리이미드, 액정 폴리머, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), ETFE, 파릴렌, 탄탈럼 산화물들, 임의의 나노-유전체 코팅, PFA, FEP, 폴리우레탄, 셀프-본딩 오버코트(self-bonding overcoat)를 갖는 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리비닐 아세탈, 폴리아미드로 오버코팅된 폴리비닐 아세탈, 폴리아미드로 오버코팅된 폴리우레탄, 에폭시, 폴리아미드로 오버코팅된 폴리에스테르(아미드)(이미드), 폴리에스테르(아미드)(이미드), 실리콘-처리된(silicone-treated) 유리 섬유, 폴리아미드-이미드, 열가소성 화합물들, 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리올레핀 종류: {LDPE, HDPE, TPO, TPR, 폴리올레핀 합금들}, LDPE 저 밀도, HDPE 고 밀도, 폴리프로필렌(PP), 열가소성 플루오로폴리머들, TEFLON FEP, Tefzel ETFE, Kynar PVDF, TEFLON PFA, Halar ECTFE, PTFE Teflon, PTFE Teflon 막, XLPE & XLPVC, 실리콘 고무(silicone rubber), 폴리이미드 Kapton 막, 폴리에스테르 Mylar 막, Kaladex PEN 막, 및 가교된 폴리알켄폴리를 포함한다.
[0059] 제1 나선형 코일 섹션(310)은 코일 턴들의 미리 결정된 수를 갖는다. 제2 나선형 코일 섹션(320)은 코일 턴들의 미리 결정된 수를 갖는다. 일 구현에서, 제1 나선형 코일 섹션(310)의 코일 턴들의 미리 결정된 수와 제2 나선형 코일 섹션(320)의 코일 턴들의 미리 결정된 수는 동일하다. 일 구현에서, 제1 나선형 코일 섹션(310)의 코일 턴들의 미리 결정된 수는 제2 나선형 코일 섹션(320)의 코일 턴들의 미리 결정된 수보다 더 많다. 일 구현에서, 제1 나선형 코일 섹션(310)의 코일 턴들의 미리 결정된 수는 제2 나선형 코일 섹션(320)의 코일 턴들의 미리 결정된 회수보다 더 적다.
[0060] 제2 나선형 코일 섹션(320)은, 공심 인덕터가 미리 결정된 주파수에서 공진하도록, 축방향 및 반경방향 둘 모두에서 제1 나선형 코일 섹션(310)과 오버래핑하도록 위치된다. 제2 나선형 코일 섹션(320)은 제1 나선형 코일 섹션(310)의 외측 직경보다 약간 더 작은 내측 직경을 갖는다. 절연 재료(314)는 제1 나선형 코일 섹션(310)과 제2 나선형 코일 섹션(320) 사이에서 반경방향으로 연장된다. 일 구현에서, 제1 나선형 코일 섹션(310)의 코일 턴들과 제2 나선형 코일 섹션(320)의 코일 턴들은 동일한 방향으로 와인딩된다. 다른 구현에서, 제1 나선형 코일 섹션(310)의 코일 턴들과 제2 나선형 코일 섹션(320)의 코일 턴들은 반대 방향드롤 와인딩된다.
[0061] 세장형 코어 부재(330)는 임의의 적합한 형상일 수 있다. 일 구현에서, 세장형 코어 부재(330)는 대체로 원통형으로 성형된다. 세장형 코어 부재(330)는 비-자기 재료로 구성된다. 도 3의 구현에서, 세장형 코어 부재(330)는 단일-피스 구조를 갖는다. 세장형 코어 부재(330)가 다수의 피스들, 예컨대 2-피스 구조를 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 세장형 코어 부재(330)는 임의의 적합한 비-자기 재료로 구성될 수 있다. 예시적인 비-자기 재료들은, 폴리이미드, 방향족 폴리이미드, 액정 폴리머, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), ETFE, 파릴렌, 탄탈럼 산화물들, 임의의 나노-유전체 코팅, PFA, FEP, 폴리우레탄, 셀프-본딩 오버코트를 갖는 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리비닐 아세탈, 폴리아미드로 오버코팅된 폴리비닐 아세탈, 폴리아미드로 오버코팅된 폴리우레탄, 에폭시, 폴리아미드로 오버코팅된 폴리에스테르(아미드)(이미드), 폴리에스테르(아미드)(이미드), 실리콘-처리된 유리 섬유, 폴리아미드-이미드, 열가소성 화합물들, 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리올레핀 종류: {LDPE, HDPE, TPO, TPR, 폴리올레핀 합금들}, LDPE 저 밀도, HDPE 고 밀도, 폴리프로필렌(PP), 열가소성 플루오로폴리머들, TEFLON FEP, Tefzel ETFE, Kynar PVDF, TEFLON PFA, Halar ECTFE, PTFE Teflon, PTFE Teflon 막, XLPE & XLPVC, 실리콘 고무, 폴리이미드 Kapton 막, 폴리에스테르 Mylar 막, Kaladex PEN 막, 및 가교된 폴리알켄폴리를 포함한다. 도 3의 구현이 세장형 코어를 갖는 것으로 공심 인덕터(300)를 도시하지만, 세정형 코어가 공기 갭으로 대체될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
[0062] 도 6은 도 3의 공심 인덕터(300)의 일부의 개략적인 단면도이다. 도 6에서, D1은 와이어(312)의 직경을 나타낸다. P1, P2, P3, 및 P4는 타겟 공진 주파수를 달성하기 위해 바람직한 상호 컨덕턴스 및 캐패시턴스를 전체적으로 생성하는 임의의 2개의 이웃하는 와이어들 사이의 피치를 나타낸다. 이웃하는 와이어들 사이의 피치들은 동일할 수 있거나 또는 동일하지 않을 수 있다. 당업자는 동일한 타입의 와이어들 또는 상이한 와이어들을 사용하여 유사한 공진 주파수 및 원하는 품질 인자를 달성하는 동등한 와인딩 구성(scheme)들을 개발할 수 있다.
[0063] 조립체에서 코일 섹션들(310 및 320)이 서로 반응하는 주파수는 그러한 코일들에 대한 일반적인 파라미터들에 의해 결정된다. 유도의 결정을 위한 일반적인 파라미터들 중 일부는, 와이어들을 구성하는 재료, 와이어의 직경, 와이어의 턴들의 수, 및 코일들의 서로에 대한 근접성 및 배향이다. 도 3 내지 도 6에서 도시된 바와 같이 조립된 코일들의 경우에서, 캐패시턴스의 결정을 위한 파라미터들 중 일부는, 코일들이 서로 오버래핑하는 거리, 와이어 상의 절연 재료의 조성 및 두께, 및 코일들의 와이어 부분들 사이의 거리이다.
[0064] 일 특정 구현에서, 각각의 코일 섹션은 24 AWG 에나멜 구리 와이어로 형성된다. 구리 와이어는 약 0.020 인치 내지 약 0.025 인치의 직경을 가질 수 있다. 제1 코일 섹션은 20 내지 25회의 턴들을 가질 수 있다. 제2 코일 섹션은 18 내지 23회의 턴들을 가질 수 있다. 세장형 코어는 PEEK 재료를 포함할 수 있다. 세장형 코어는 0.30 인치 내지 0.35 인치의 직경을 가질 수 있다. 조립 시에, 코일들은 약 12.7 MHz의 동작 주파수에서 결합 인덕턴스 및 분포 캐패시턴스를 제공하도록 조정될 수 있고, 품질 인자는 대략 100이다.
[0065] 공심 인덕터(300)의 최소 인덕턴스 및 인덕턴스 변동의 범위는, 와이어 길이(l), 와이어 직경(D), 절연 타입, 와이어 게이지 및 구성, 나선 직경, 및 인치당 꼬임수(T)를 포함하는, 공심 인덕터(300)의 물리적인 파라미터들을 조정함으로써 세팅될 수 있다. 이러한 공심 인덕터(300)는, 당업자에 의해 인식될 바와 같이, 임의의 동작 주파수 및 인덕턴스에 대해 스케일링될 수 있다.
[0066] 도 7은 본원에서 설명되는 다른 구현에 따른 다른 공심 인덕터(700)의 개략적인 단면도이다. 공심 인덕터(700)는, 공심 인덕터(700)가 제3 나선형 코일 섹션(710)을 포함하는 3-층 구조인 것을 제외하고, 공심 인덕터(300)와 유사하며, 그 제3 나선형 코일 섹션(710)은, 공심 인덕터(700)가 미리 결정된 주파수에서 공진하도록, 축방향 및 반경방향 둘 모두에서 제2 나선형 코일 섹션(320)과 오버래핑하도록 위치된다. 도 7에서, D1은 와이어(312)의 직경을 나타낸다. 또한, P1, P2, P3, P4, P5, 및 P6는 타겟 공진 주파수를 달성하기 위해 바람직한 상호 컨덕턴스 및 캐패시턴스를 전체적으로 생성하는 임의의 2개의 이웃하는 와이어들 사이의 피치를 나타낸다. 이웃하는 와이어들 사이의 피치들은 동일할 수 있거나 또는 동일하지 않을 수 있다.
[0067] 도 8은 본원에서 설명되는 다른 구현에 따른 다른 공심 인덕터(800)의 개략적인 단면도이다. 공심 인덕터(800)는, 공심 인덕터(800)가 미리 결정된 주파수에서 공진하도록 각각의 나선형 코일 섹션(810, 820, 830)의 와이어가 직사각형 단면을 갖는 것을 제외하고, 공심 인덕터(700)와 유사하다. 와이어의 단면 형상이 또한, 전기장 및 자기장의 상호 커플링에 대해 강한 영향을 갖고, 그에 따라, 원하는 타겟 공진 주파수를 달성하기 위해 사용될 수 있는 다른 인자인 것으로 생각된다. 예컨대, 모든 다른 파라미터들 및 와인딩 프로세스가 동일하면서, 도 7에서 도시된 바와 같은 원형 단면 및 직경(D1)의 와이어가 직사각형 단면을 갖는 와이어로 대체된 경우에, 상호 커플링이 증가되어, 공진 주파수의 시프트를 발생시키고, 품질 인자의 변화를 또한 발생시켰을 것이다.
[0068] 도 9는 본원에서 설명되는 구현들에 따라 설계된 공심 인덕터를 포함하는 RF 필터의 응답을 예시하는 그래프(900)이다. 이 구현에서, 공심 인덕터의 공진 주파수는 13.1 메가헤르츠(MHz)이고, 동작 주파수는 대략 13.1 MHz이다. 라인(910)은 공심 인덕터의 자기-공진 주파수를 나타낸다. 라인(920)은 동작 주파수를 나타낸다.
[0069] 주어진(즉, 알려진) 동작 주파수에 기초하여, 동작 주파수에서 RF 필터의 원하는 임피던스 값을 제공하도록 RF 필터에 대한 공진 주파수가 선택될 수 있다.
[0070] 선택된 공진 주파수에 기초하여, 위에서 설명된 RF 필터들의 하나 또는 그 초과의 컴포넌트들이 선택될 수 있다. 예컨대, 그리고 위에서 설명된 바와 같이, RF 필터(160)는 공심 인덕터를 포함할 수 있다. 이어서, 선택된 공진 주파수를 갖는 RF 필터를 생성하기 위해, 공심 인덕터의 파라미터들(이를테면, 턴들의 수, 반경, 길이 등)이 선택될 수 있다. RF 필터에서 사용하기 위한 공심 인덕터를 선택하는 것은 또한, RF 주파수들에서의 컴포넌트의 다른 전기적 특성들을 고려하는 것을 포함할 수 있다. 예컨대, 공심 인덕터는 또한, RF 주파수들에서 저항성 및/또는 용량성 특성들을 나타낼 수 있다. 따라서, RF 필터의 공심 인덕터들은 동작 주파수에서 원하는 리액턴스 값을 달성하기 위해 이들 다른 특성들을 고려하도록 설계될 수 있다. 당연히, RF 필터는 다른 타입들의 컴포넌트들(저항기들, 캐패시터들 등), 또는 이들 컴포넌트들의 상이한 조합들 또는 구성들을 포함할 수 있다.
[0071] 플라즈마 프로세싱 장치의 동작 전에, RF 필터의 공심 인덕터들이 설치됨에 따라, 예컨대, 가열 조립체 내에 설치됨에 따라, RF 필터 회로에 대한 원하는 리액턴스 값을 달성하기 위해, RF 필터의 공심 인덕터들은 서로에 대하여 그리고/또는 가열 조립체의 다른 컴포넌트들에 대하여 위치될 수 있다. 이들 위치들 및 배향들에 기초하여, 공심 인덕터들은 서로에 대한 용량성 및/또는 유도성 커플링들을 가질 수 있는데, 이는 RF 필터의 주파수 응답에 영향을 미칠 수 있다. 부가적으로, 공심 인덕터들은 보호 인클로저 또는 조립체 내에 설치될 수 있는데, 이는 RF 필터의 주파수 응답에 영향을 미치는 추가적인 커플링들을 발생시키는 전기적 특성들을 가질 수 있다. 따라서, RF 필터의 개별적인 공심 인덕터들은 각각, 공진 주파수에서 다양한 커플링들이 고려될 수 있도록 위치될 수 있다. 당연히, 하나의 공심 인덕터들을 이동시키는 것이 동일한 공심 인덕터들의 특성들에 대한 조정(예컨대, 상이한 길이 또는 턴들의 수를 선택하는 것) 또는 다른 컴포넌트들에 대한 조정을 수반할 수 있으므로, 이는 반복적인 프로세스일 수 있다.
[0072] 위에서 설명된 바와 같이, 특정한 동작 주파수에 대해 RF 필터의 원하는 임피던스를 달성하기 위해, 선택된 필터 공진 주파수를 발생시키는 RF 필터의 공심 인덕터들이 선택될 수 있다(그리고 적절하게 위치될 수 있다). 대부분의 경우들에서, 공진 주파수는 동작 주파수와 상이할 것이다. 그러나, 임피던스 값이 RF 에너지가 가열 조립체 내에 커플링되는 것을 방지할 정도로 충분히 크게 되는 것을 보장하기 위해, 필터 공진 주파수는 동작 주파수에 비교적 근접하게 선택되어야 한다. 일 구현에서, 필터 공진 주파수는 동작 주파수가 공진 주파수의 원하는 범위 내에 속하도록 선택될 수 있다. 예컨대, 공진 주파수는 동작 주파수가 공진 주파수의 ±5%(또는 ±10%) 내에 속하도록 선택될 수 있다. 당연히, 범위들은 퍼센티지들 대신에 주파수 차이들(예컨대, 1 MHz 이내)로서 특정될 수 있다. 일부 경우들에서, 공진 주파수는 동작 주파수에서의 RF 필터 회로의 임피던스가 피크 임피던스의 특정한 원하는 퍼센티지가 되도록 선택될 수 있다. 일 예에서, 공진 주파수는 동작 주파수에서의 RF 필터의 임피던스가 피크 임피던스의 약 10% 내지 100%, 이를테면 피크 임피던스의 약 15% 내지 60%의 임피던스가 되도록 선택될 수 있다. 일 구성에서, 동작 주파수는 RF 필터의 공진 주파수 주위에 위치된 미리 결정된 범위 내에 있다. 일 예에서, 동작 주파수는, 측정된 리액턴스가 피크 리액턴스의 10% 내에 있는 제1 주파수와 공진 주파수의 차이의 2배인 것으로 정의되는 미리 결정된 범위 내에 있다.
[0073] 공진 주파수의 미리 결정된 범위 내에 동작 주파수를 유지하는 것 이외에, 공진 주파수는 또한, 동작 주파수가 적어도 공진 주파수로부터의 최소의 범위에 있도록 유리하게 선택될 수 있다. 따라서, 동작 주파수가 공진 주파수의 임의의 최소의 범위 밖에 속하도록, RF 필터 공진 주파수를 선택하는 것이 유리할 수 있다. 예컨대, 공진 주파수는 동작 주파수가 공진 주파수의 적어도 ±2.5%(또는 ±3.5%)가 되도록 선택될 수 있다. 다른 예에서, 공진 주파수는 동작 주파수가 공진 주파수의 적어도 ±2.5%(또는 ±3.5%)이지만, RF 필터의 임피던스가 피크 임피던스의 약 10%의 레벨로 떨어지는 주파수 미만이도록 선택될 수 있다.
[0074] 본 개시내용의 엘리먼트들, 또는 그 엘리먼트들의 예시적인 양상들 또는 구현(들)을 도입하는 경우에, 단수 표현들(관사들 "a", "an", "the" 및 "said")은 하나 또는 그 초과의 엘리먼트들이 존재하는 것을 의미하도록 의도된다.
[0075] "포함하는", "구비하는", 및 "갖는"이라는 용어들은 포괄적이도록 의도되고, 열거된 엘리먼트들 이외에 부가적인 엘리먼트들이 존재할 수 있는 것을 의미하도록 의도된다.
[0076] 전술한 바가 본 개시내용의 구현들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 및 추가적인 구현들이 본 개시내용의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 고안될 수 있고, 본 개시내용의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 플라즈마 프로세싱 장치로서,
    프로세싱 볼륨을 에워싸는 전력공급되는(powered) 가스 분배 매니폴드 및 챔버 바디;
    상기 프로세싱 볼륨에 배치되고, 기판-지지 표면을 갖는 기판 지지 페데스탈;
    상기 기판-지지 표면의 온도 프로파일을 제어하기 위해 상기 기판 지지 페데스탈 내에 배치된 하나 또는 그 초과의 가열 엘리먼트들을 포함하는 가열 조립체;
    상기 기판 지지 페데스탈 내에서 상기 하나 또는 그 초과의 가열 엘리먼트들과 상기 기판-지지 표면 사이에 배치된 튜닝 전극을 포함하는 튜닝 조립체; 및
    공심 인덕터(air core inductor)를 포함하는 무선 주파수(RF) 필터
    를 포함하며,
    상기 가열 엘리먼트들, 상기 튜닝 전극, 및 상기 가스 분배 매니폴드 중 적어도 하나는 상기 RF 필터에 전기적으로 커플링되는,
    플라즈마 프로세싱 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 공심 인덕터는,
    코일 턴(coil turn)들의 미리 결정된 수를 갖는 제1 나선형 코일 섹션; 및
    코일 턴들의 미리 결정된 수를 갖고, 그리고 상기 공심 인덕터가 미리 결정된 주파수에서 공진하도록 축방향 및 반경방향(radially) 둘 모두에서 상기 제1 나선형 코일 섹션과 오버래핑(overlap)하도록 위치된 제2 나선형 코일 섹션
    을 포함하며,
    상기 제1 나선형 코일 섹션과 상기 제2 나선형 코일 섹션은 공통 길이방향 축을 공유하는,
    플라즈마 프로세싱 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 나선형 코일 섹션은 상기 제1 나선형 코일 섹션의 외측 직경보다 약간 더 작은 내측 직경을 갖는,
    플라즈마 프로세싱 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 나선형 코일 섹션과 상기 제2 나선형 코일 섹션 사이에서 절연 재료가 반경방향으로 연장되는,
    플라즈마 프로세싱 장치.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 나선형 코일 섹션 및 상기 제2 나선형 코일 섹션은 섹션들의 하나의 단부에서 전기적으로 그리고 기계적으로 연결되는,
    플라즈마 프로세싱 장치.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 나선형 코일 섹션의 코일 턴들의 미리 결정된 수와 상기 제2 나선형 코일 섹션의 턴들의 미리 결정된 수는 동일한,
    플라즈마 프로세싱 장치.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 나선형 코일 섹션의 코일 턴들의 미리 결정된 수는 상기 제2 나선형 코일 섹션의 코일 턴들의 미리 결정된 수보다 더 많은,
    플라즈마 프로세싱 장치.
  8. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 나선형 코일 섹션의 코일 턴들 및 상기 제2 나선형 코일 섹션의 코일 턴들은 동일한 방향으로 와인딩(wind)되는,
    플라즈마 프로세싱 장치.
  9. 제2 항에 있어서,
    상기 공심 인덕터는 세장형 비-자기 코어 조립체를 더 포함하며, 상기 제1 나선형 코일 섹션 및 상기 제2 나선형 코일 섹션은 상기 세장형 비-자기 코어 조립체를 둘러싸는,
    플라즈마 프로세싱 장치.
  10. 제2 항에 있어서,
    상기 공심 인덕터는 공기 갭을 갖고, 상기 제1 나선형 코일 섹션 및 상기 제2 나선형 코일 섹션은 상기 공기 갭을 둘러싸는,
    플라즈마 프로세싱 장치.
  11. 기판 지지 조립체로서,
    기판-지지 표면을 갖는 기판 지지 페데스탈;
    상기 기판의 온도 프로파일을 제어하기 위해 상기 기판 지지 페데스탈 내에 배치된 하나 또는 그 초과의 가열 엘리먼트들을 포함하는 가열 조립체;
    상기 기판 지지 페데스탈 내에 배치된 튜닝 전극을 포함하는 튜닝 조립체; 및
    공심 인덕터를 포함하는 무선 주파수(RF) 필터
    를 포함하며,
    상기 가열 엘리먼트들과 상기 튜닝 전극 중 적어도 하나는 상기 RF 필터에 전기적으로 커플링되는,
    기판 지지 조립체.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 공심 인덕터는,
    코일 턴들의 미리 결정된 수를 갖는 제1 나선형 코일 섹션; 및
    코일 턴들의 미리 결정된 수를 갖고, 그리고 상기 공심 인덕터가 미리 결정된 주파수에서 공진하도록 축방향 및 반경방향 둘 모두에서 상기 제1 나선형 코일 섹션과 오버래핑하도록 위치된 제2 나선형 코일 섹션
    을 포함하며,
    상기 제1 나선형 코일 섹션과 상기 제2 나선형 코일 섹션은 공통 길이방향 축을 공유하는,
    기판 지지 조립체.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제2 나선형 코일 섹션은 상기 제1 나선형 코일 섹션의 외측 직경보다 약간 더 작은 내측 직경을 갖는,
    기판 지지 조립체.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 나선형 코일 섹션과 상기 제2 나선형 코일 섹션 사이에서 절연 재료가 반경방향으로 연장되는,
    기판 지지 조립체.
  15. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 나선형 코일 섹션 및 상기 제2 나선형 코일 섹션은 섹션들의 하나의 단부에서 전기적으로 그리고 기계적으로 연결되는,
    기판 지지 조립체.
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