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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-03-18
(45)【発行日】2024-03-27
(54)【発明の名称】アンテナ構造体及びそれを含むプラズマ処理設備
(51)【国際特許分類】
H05H 1/46 20060101AFI20240319BHJP
H01L 21/3065 20060101ALI20240319BHJP
H01L 21/31 20060101ALI20240319BHJP
【ＦＩ】
H05H1/46 L
H01L21/302 101C
H01L21/31 C
【請求項の数】
16
(21)【出願番号】P 2022188304
(22)【出願日】2022-11-25
(65)【公開番号】P2023091745
(43)【公開日】2023-06-30
【審査請求日】2022-11-25
(31)【優先権主張番号】10-2021-0182544
(32)【優先日】2021-12-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】520236767
【氏名又は名称】サムス カンパニー リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】キム、ヒョン チン
(72)【発明者】
【氏名】ガルスチャン オグセン
(72)【発明者】
【氏名】リ、チュン ファン
(72)【発明者】
【氏名】パク、トン チョン
(72)【発明者】
【氏名】アン、サン ヒョク
【審査官】藤本 加代子
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１５５６９４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表２０１５－５３１１６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１１／０６５５０６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２００８／０６５７４４（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０５Ｈ １／００－１／５４
Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５
Ｈ０１Ｌ ２１／３１
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
プラズマを形成するためのアンテナ構造体であって、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号が印加される給電ラインと、
前記給電ラインから一定間隔を置いて分岐して上下方向に離隔した複数の単位コイルを含むコイル部材と、を含み、
前記給電ラインは、
前記ＲＦ信号が印加される共通給電ノードと、
前記共通給電ノードに結合され、水平方向に延びる水平給電棒と、
前記水平給電棒に結合されて垂直方向に延び、前記単位コイルが積層されて結合される垂直給電棒と、を含み、
前記水平給電棒は、前記共通給電ノードから互いに反対方向に分岐した第１水平給電棒及び第２水平給電棒を含み、
前記垂直給電棒は、前記第１水平給電棒に結合された第１垂直給電棒、及び前記第２水平給電棒に結合された第２垂直給電棒を含み、
前記コイル部材は、前記第１垂直給電棒に結合された第１コイル部材と、前記第２垂直給電棒に結合された第２コイル部材を含み、
前記第１コイル部材及び前記第２コイル部材は、同じ形状を有し、同じ高さに位置する、アンテナ構造体。
【請求項2】
前記コイル部材の単位コイルは同じスパイラル状に提供される、請求項１に記載のアンテナ構造体。
【請求項3】
前記単位コイルは、一端が前記給電ラインに連結され、他端は接地ラインに連結される、請求項２に記載のアンテナ構造体。
【請求項4】
プラズマを形成するためのアンテナ構造体であって、
ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号が印加される給電ラインと、
前記給電ラインから一定間隔を置いて分岐して上下方向に離隔した複数の単位コイルを含むコイル部材と、を含み、
前記給電ラインは、
前記ＲＦ信号が印加される共通給電ノードと、
前記共通給電ノードに結合され、水平方向に延びる水平給電棒と、
前記水平給電棒に結合されて垂直方向に延び、前記単位コイルが積層されて結合される垂直給電棒と、を含み、
前記水平給電棒は、前記共通給電ノードから互いに異なる方向に分岐した第１水平給電棒、第２水平給電棒及び第３水平給電棒を含み、
前記垂直給電棒は、前記第１水平給電棒に結合された第１垂直給電棒、前記第２水平給電棒に結合された第２垂直給電棒、及び前記第３水平給電棒に結合された第３垂直給電棒を含み、
前記コイル部材は、前記第１垂直給電棒に結合された第１コイル部材、及び前記第２垂直給電棒に結合された第２コイル部材、及び第３垂直給電棒に結合された第３コイル部材を含み、
前記第１コイル部材、前記第２コイル部材及び前記第３コイル部材は、同じ形状を有し、同じ高さに位置する、アンテナ構造体。
【請求項5】
プラズマを形成するためのアンテナ構造体であって、プラズマ処理チャンバの上側中心部に設置される内側コイル部材と、
前記内側コイル部材の外側に配置され、給電ラインから一定間隔を置いて分岐して上下方向に離隔した複数の単位コイルを含む外側コイル部材と、を含み、
前記給電ラインは、
ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号が印加される共通給電ノードと、
前記共通給電ノードに結合され、水平方向に延びる水平給電棒と、
前記水平給電棒に結合されて垂直方向に延び、前記単位コイルが積層されて結合される垂直給電棒と、を含み、
前記水平給電棒は、前記共通給電ノードから互いに反対方向に分岐した第１水平給電棒及び第２水平給電棒を含み、
前記垂直給電棒は、前記第１水平給電棒に結合された第１垂直給電棒、及び前記第２水平給電棒に結合された第２垂直給電棒を含み、
前記外側コイル部材は、前記第１垂直給電棒に結合された第１コイル部材、及び前記第２垂直給電棒に結合された第２コイル部材と、を含み、
前記第１コイル部材及び前記第２コイル部材は、同じ形状を有し、同じ高さに位置する、アンテナ構造体。
【請求項6】
前記内側コイル部材は、互いに並列に連結され且つ重畳配置された同じ構造の２つの誘導アンテナを含む、請求項５に記載のアンテナ構造体。
【請求項7】
前記誘導アンテナは、第１層の第１象限及び第２象限にわたって配置された外側上部セクションと、
前記外側上部セクションに連結され、前記第１層の第３象限及び第４象限にわたって配置された内側上部セクションと、
前記内側上部セクションに連結され、前記第１層の下部に配置された第２層の第１象限及び第２象限にわたって配置された内側下部セクションと、
前記内側下部セクションに連結され、前記第２層の第３象限及び第４象限にわたって配置された外側下部セクションと、を含む、請求項６に記載のアンテナ構造体。
【請求項8】
前記外側コイル部材は、一定間隔を置いて垂直に積層された複数の単位コイルを含む、請求項５に記載のアンテナ構造体。
【請求項9】
前記外側コイル部材の単位コイルは同じスパイラル状に提供される、請求項５に記載のアンテナ構造体。
【請求項10】
前記単位コイルは、一端が前記給電ラインに連結され、他端は接地ラインに連結される、請求項５に記載のアンテナ構造体。
【請求項11】
プラズマを形成するためのアンテナ構造体であって、
プラズマ処理チャンバの上側中心部に設置される内側コイル部材と、
前記内側コイル部材の外側に配置され、給電ラインから一定間隔を置いて分岐して上下方向に離隔した複数の単位コイルを含む外側コイル部材と、を含み、
前記給電ラインは、
ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号が印加される共通給電ノードと、
前記共通給電ノードに結合され、水平方向に延びる水平給電棒と、
前記水平給電棒に結合されて垂直方向に延び、前記単位コイルが積層されて結合される垂直給電棒と、を含み、
前記水平給電棒は、前記共通給電ノードから互いに異なる方向に分岐した第１水平給電棒、第２水平給電棒、及び第３水平給電棒を含み、
前記垂直給電棒は、前記第１水平給電棒に結合された第１垂直給電棒、前記第２水平給電棒に結合された第２垂直給電棒、及び前記第３水平給電棒に結合された第３垂直給電棒を含み、
前記外側コイル部材は、前記第１垂直給電棒に結合された第１コイル部材、前記第２垂直給電棒に結合された第２コイル部材、及び第３垂直給電棒に結合された第３コイル部材を含み、
前記第１コイル部材、前記第２コイル部材及び前記第３コイル部材は、同じ形状を有し、同じ高さに位置する、アンテナ構造体。
【請求項12】
プラズマ処理設備であって、基板に対する工程処理を行うプラズマ処理チャンバと、
前記プラズマ処理チャンバにプラズマを形成するための電力を供給する電力供給装置と、を含み、
前記電力供給装置は、
ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を生成するＲＦ電源部と、
前記ＲＦ電源部に連結されたインピーダンスマッチング部と、
前記ＲＦ信号からプラズマを形成するアンテナ構造体と、を含み、
前記アンテナ構造体は、
プラズマ処理チャンバの上側中心部に設置される内側コイル部材と、
前記内側コイル部材の外側に配置される外側コイル部材と、を含み、
前記外側コイル部材は、
前記ＲＦ信号が印加され、共通給電ノードから等角に配置された複数の給電ラインと、
前記給電ラインのそれぞれから一定間隔を置いて分岐して上下方向に離隔した複数の単位コイルと、を含み、
前記給電ラインは、
前記ＲＦ信号が印加される共通給電ノードと、
前記共通給電ノードに結合され、水平方向に延びる水平給電棒と、
前記水平給電棒に結合されて垂直方向に延び、前記単位コイルが積層されて結合される垂直給電棒と、を含み、
前記水平給電棒は、前記共通給電ノードから互いに反対方向に分岐した第１水平給電棒及び第２水平給電棒を含み、
前記垂直給電棒は、前記第１水平給電棒に結合された第１垂直給電棒、及び前記第２水平給電棒に結合された第２垂直給電棒を含み、
前記外側コイル部材は、前記第１垂直給電棒に結合された第１コイル部材、及び前記第２垂直給電棒に結合された第２コイル部材と、を含み、
前記第１コイル部材及び前記第２コイル部材は、同じ形状を有し、同じ高さに位置する、プラズマ処理設備。
【請求項13】
前記ＲＦ電源部は、第１ＲＦ信号を生成する第１ＲＦ電源と、
前記第１ＲＦ信号と同一又は基準範囲以内の周波数を有する第２ＲＦ信号を生成する第２ＲＦ電源と、を含み、
前記インピーダンスマッチング部は、
前記第１ＲＦ電源に連結された第１マッチング回路と、
前記第２ＲＦ電源に連結された第２マッチング回路と、を含む、請求項１２に記載のプラズマ処理設備。
【請求項14】
前記インピーダンスマッチング部と前記アンテナ構造体との間に連結されたデカップリング回路をさらに含む、請求項１３に記載のプラズマ処理設備。
【請求項15】
前記デカップリング回路は、前記第１マッチング回路と前記外側コイル部材との間に連結された第１デカップリングインダクタと、
前記第２マッチング回路と前記内側コイル部材との間に連結され、前記第１デカップリングインダクタと相互に磁気結合される第２デカップリングインダクタと、
前記第１マッチング回路及び前記第２マッチング回路に連結されたデカップリングキャパシタと、を含む、請求項１４に記載のプラズマ処理設備。
【請求項16】
前記ＲＦ電源部によって生成された前記ＲＦ信号を前記内側コイル部材と前記外側コイル部材に分配するスプリッタをさらに含む、請求項１２に記載のプラズマ処理設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アンテナ構造体及びそれを含むプラズマ処理設備に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体（又はディスプレイ）製造工程は、基板（例えば、ウエハ）上に半導体素子を製造するための工程であって、例えば、露光、蒸着、エッチング、イオン注入、洗浄などを含む。それぞれの製造工程を行うために、半導体製造工場のクリーンルーム内に、各工程を行う半導体製造設備が備えられ、半導体製造設備に投入された基板に対する工程処理が行われる。
【0003】
半導体製造過程においてプラズマを用いた工程、例えばエッチング、蒸着などが広く用いられている。プラズマ処理工程を行うプラズマ処理装備は、プロセスガス、温度、圧力、プラズマを生成するためのＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号の周波数、電力などの様々な工程条件を変更しながら工程を行うことができる。
【0004】
プラズマ処理工程を行うためにプラズマを形成するための方法として、ＣＣＰ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）とＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）があるが、ＣＣＰは蓄電電場を用いてプラズマを生成し、ＩＣＰは誘導電場を用いてプラズマを生成する。特にＩＣＰは、ＣＣＰに比べて１０倍以上の高密度プラズマを生成することができ、ＣＣＰに比べて高い温度を維持する。このようなプラズマ特性により、中性活性種とイオン密度の高いエッチング、蒸着、洗浄工程などでＩＣＰが使用されることができる。
【0005】
最近、半導体基板（ウエハ）の大面積化に伴い、プラズマ処理のための製造設備も大面積化されている。ＩＣＰプラズマソースにおいてチャンバ内の誘導電場を形成するためのアンテナの大面積化も進んでおり、同時にアンテナの大面積化に伴うプラズマ均一度の劣化に対する改善技術も研究されている。
【0006】
また、３Ｄ ＮＡＮＤフラッシュなどの半導体積層構造において積層高さが増加するにつれて、エッチング率向上のためにさらに多くの中性活性種とより高いイオン密度が要求され、これにより、アンテナに印加される電力が増加している。高い電力のため、内側コイルと外側コイルとを含むアンテナ構造において半径方向の均一度の制御が困難であるという問題がある。すなわち、内側コイルと外側コイルに印加される電流比（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｒａｔｉｏ、ＣＲ）によってウエハの中心でのエッチング率は大きく変わるが、ウエハの外郭でエッチング率が大きく変わらないことが確認されており、ウエハの外郭領域でエッチング率をより広範囲に制御することができる技術が求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
そこで、本発明の実施形態は、プラズマ処理工程においてより広範囲にエッチング率を制御することができるアンテナ構造体、及びそれを含むプラズマ処理設備を提供することを目的とする。
【0008】
本発明の解決課題は、上述したものに限定されず、上述していない他の解決課題は、以降の記載から当業者には明確に理解できるであろう。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の一態様によるプラズマを形成するためのアンテナ構造体は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号が印加される給電ラインと、前記給電ラインから一定間隔を置いて分岐して上下方向に離隔した複数の単位コイルを含むコイル部材と、を含む。
【0010】
本発明の実施形態によれば、前記コイル部材の単位コイルは、同じスパイラル状に提供されることができる。
【0011】
本発明の実施形態によれば、前記単位コイルは、一端が前記給電ラインに連結され、他端は接地ラインに連結されることができる。
【0012】
本発明の実施形態によれば、前記給電ラインは、前記ＲＦ信号が印加される共通給電ノードと、前記共通給電ノードに結合され、水平方向に延びた水平給電棒と、前記水平給電棒に結合されて垂直方向に延び、前記単位コイルが積層されて結合される垂直給電棒と、を含むことができる。
【0013】
本発明の実施形態によれば、前記水平給電棒は、前記共通給電ノードから互いに反対方向に分岐した第１水平給電棒及び第２水平給電棒を含み、前記垂直給電棒は、前記第１水平給電棒に結合された第１垂直給電棒、及び前記第２水平供給棒に結合された第２垂直給電棒を含み、前記コイル部材は、前記第１垂直給電棒に結合された第１コイル部材、及び前記第２垂直給電棒に結合された第２コイル部材を含むことができる。
【0014】
本発明の実施形態によれば、前記水平給電棒は、前記共通給電ノードから互いに異なる方向に分岐した第１水平給電棒、第２水平給電棒、及び第３水平給電棒を含み、前記垂直給電棒は、前記第１水平給電棒に結合された第１垂直給電棒、前記第２水平給電棒に結合された第２垂直給電棒、及び前記第３水平給電棒に結合された第３垂直給電棒を含み、前記コイル部材は、前記第１垂直給電棒に結合された第１コイル部材と、前記第２垂直給電棒に結合された第２コイル部材と、第３垂直給電棒に結合された第３コイル部材と、を含むことができる。
【0015】
本発明の他の態様に係るプラズマを形成するためのアンテナ構造体は、プラズマ処理チャンバの上側中心部に設置される内側コイル部材と、前記内側コイル部材の外側に配置され、給電ラインから一定間隔を置いて分岐して上下方向に離隔した複数の単位コイルを含む外側コイル部材と、を含む。
【0016】
本発明の実施形態によれば、前記内側コイル部材は、互いに並列に連結され且つ重畳配置された同じ構造の２つの誘導アンテナを含むことができる。
【0017】
本発明の実施形態によれば、前記誘導アンテナは、第１層の第１象限及び第２象限にわたって配置された外側上部セクションと、前記外側上部セクションに連結され、前記第１層の第３象限及び第４象限にわたって配置された内側上部セクションと、前記内側上部セクションに連結され、前記第１層の下部に配置された第２層の第１象限及び第２象限にわたって配置された内側下部セクションと、前記内側下部セクションに連結され、前記第２層の第３象限及び第４象限にわたって配置された外側下部セクションと、を含むことができる。
【0018】
本発明の実施形態によれば、前記外側コイル部材は、一定間隔を置いて垂直に積層された複数の単位コイルを含むことができる。
【0019】
本発明の実施形態によれば、前記外側コイル部材の単位コイルは同じスパイラル状に提供されることができる。
【0020】
本発明の実施形態によれば、前記単位コイルは、一端が前記給電ラインに連結され、他端は接地ラインに連結されることができる。
【0021】
本発明の実施形態によれば、前記給電ラインは、前記ＲＦ信号が印加される共通給電ノードと、前記共通給電ノードに結合され、水平方向に延びる水平給電棒と、前記水平給電棒に結合されて垂直方向に延び、前記単位コイルが積層されて結合される垂直給電棒と、を含むことができる。
【0022】
本発明の実施形態によれば、前記水平給電棒は、前記共通給電ノードから互いに反対方向に分岐した第１水平給電棒及び第２水平給電棒を含み、前記垂直給電棒は、前記第１水平給電棒に結合された第１垂直給電棒、及び前記第２水平給電棒に結合された第２垂直給電棒を含み、前記コイル部材は、前記第１垂直給電棒に結合された第１コイル部材、及び前記第２垂直給電棒に結合された第２コイル部材を含むことができる。
【0023】
本発明の実施形態によれば、前記水平給電棒は、前記共通給電ノードから互いに異なる方向に分岐した第１水平給電棒、第２水平給電棒、及び第３水平給電棒を含み、前記垂直給電棒は、前記第１水平給電棒に結合された第１垂直給電棒、前記第２水平給電棒に結合された第２垂直給電棒、及び前記第３水平給電棒に結合された第３垂直給電棒を含み、前記コイル部材は、前記第１垂直給電棒に結合された第１コイル部材、前記第２垂直給電棒に結合された第２コイル部材、及び第３垂直給電棒に結合された第３コイル部材を含むことができる。
【0024】
本発明に係るプラズマ処理設備は、基板に対する工程処理を行うプラズマ処理チャンバと、前記プラズマ処理チャンバにプラズマを形成するための電力を供給する電力供給装置と、を含む。前記電力供給装置は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を生成するＲＦ電源部と、前記ＲＦ電源部に連結されたインピーダンスマッチング部と、前記ＲＦ信号からプラズマを形成するアンテナ構造体と、を含む。前記アンテナ構造体は、プラズマ処理チャンバの上側中心部に設置される内側コイル部材と、前記内側コイル部材の外側に配置される外側コイル部材と、を含む。前記外側コイル部材は、前記ＲＦ信号が印加され、共通給電ノードから等角に配置された複数の給電ラインと、前記給電ラインのそれぞれから一定間隔を置いて上下方向に離隔した積層された複数の単位コイルと、を含むことができる。
【0025】
本発明の実施形態によれば、前記ＲＦ電源部は、第１ＲＦ信号を生成する第１ＲＦ電源と、前記第１ＲＦ信号と同一又は基準範囲以内の周波数を有する第２ＲＦ信号を生成する第２ＲＦ電源と、を含むことができる。前記インピーダンスマッチング部は、前記第１ＲＦ電源に連結された第１マッチング回路と、前記第２ＲＦ電源に連結された第２マッチング回路と、を含むことができる。
【0026】
本発明の実施形態によれば、前記インピーダンスマッチング部と前記アンテナ構造体との間に連結されたデカップリング回路をさらに含むことができる。
【0027】
本発明の実施形態によれば、前記デカップリング回路は、前記第１マッチング回路と前記外側コイル部材との間に連結された第１デカップリングインダクタと、前記第２マッチング回路と前記内側コイル部材との間に連結され、前記第１デカップリングインダクタと相互に磁気結合される第２デカップリングインダクタと、前記第１マッチング回路及び前記第２マッチング回路に連結されたデカップリングキャパシタと、を含むことができる。
【0028】
本発明の実施形態によれば、前記ＲＦ電源部によって生成された前記ＲＦ信号を前記内側コイル部材と前記外側コイル部材に分配するスプリッタをさらに含むことができる。
【発明の効果】
【0029】
本発明によれば、１つの共通給電ラインにおいて一定間隔を置いて垂直に積層された複数の単位コイルに同時に電力を供給することにより、より広範囲にエッチング率を制御することができる。
【0030】
本発明の効果は、上述したものに限定されず、上述していない他の効果は、以降の記載から当業者に明確に理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】プラズマを形成するための電力供給システムをモデリングした等価回路を示す。
【図2】ＩＣＰプラズマソースにおいてアンテナ構造体とプラズマ負荷を円形コイル状に表現した図式図である。
【図3】２ターンコイル構造のアンテナ構造体及び２ターンコイル構造のアンテナ構造体の等価回路を示す。
【図4】２ターンコイル構造のアンテナ構造体及び２ターンコイル構造のアンテナ構造体の等価回路を示す。
【図5】２ターンコイル構造のアンテナ構造体及び２ターンコイル構造のアンテナ構造体の等価回路を示す。
【図6】４ターンコイル構造のアンテナ構造体及び４ターンコイル構造のアンテナ構造体の等価回路を示す。
【図7】４ターンコイル構造のアンテナ構造体及び４ターンコイル構造のアンテナ構造体の等価回路を示す。
【図8】４ターンコイル構造のアンテナ構造体及び４ターンコイル構造のアンテナ構造体の等価回路を示す。
【図9】６ターンコイル構造のアンテナ構造体及び６ターンコイル構造のアンテナ構造体の等価回路を示す。
【図10】６ターンコイル構造のアンテナ構造体及び６ターンコイル構造のアンテナ構造体の等価回路を示す。
【図11】６ターンコイル構造のアンテナ構造体及び６ターンコイル構造のアンテナ構造体の等価回路を示す。
【図12】内側コイル部材と外側コイル部材で構成されたアンテナ構造体を示す。
【図13】内側コイル部材として使用できるＴＭＩアンテナの構造を示す。
【図14】電力供給装置の構成を示す。
【図15】多重独立電源及びデカップリング回路を含む電力供給装置が適用されたプラズマ処理設備を示す。
【図16】多重独立電源及びデカップリング回路を含む電力供給装置の回路を示す。
【図17】デカップリング回路による干渉除去を説明するための電力供給装置の等価回路である。
【図18】単一電源を含む電力供給装置が適用されたプラズマ処理設備を示す。
【図19】アンテナ構造体の外側コイル部材のターン数と、アンテナ構造体とプラズマとの距離条件に対するプラズマチャンバ内の半径方向の磁場シミュレーション結果である。
【図20】外側コイル部材１００のターン数条件による磁場強度の分布に対するシミュレーション結果である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施し得るように詳細に説明する。本発明は、様々な異なる形態で実現でき、ここで説明する実施形態に限定されない。
【0033】
本発明を明確に説明するために、説明と関係のない部分は省略し、明細書全体にわたり、同一又は類似の構成要素に対しては同一の参照符号を付す。
【0034】
また、幾つかの実施形態において、同一の構成を有する構成要素については同一の符号を用いて代表的な実施形態でのみ説明し、それ以外の他の実施形態では代表的な実施形態と異なる構成についてのみ説明する。
【0035】
本明細書全体において、ある部分が他の部分と「連結（又は結合）」されているとするとき、これは、「直接的に連結（又は結合）」されている場合だけでなく、他の部材を挟んで「間接的に連結（又は結合）」されている場合も含む。また、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
【0036】
他に定義されない限り、技術的又は科学的用語を含めてここで使用されるすべての用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって一般に理解されるのと同じ意味を持っている。一般的に使用される辞書に定義されている用語は、関連技術の文脈上の意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本出願で明確に定義しない限り、理想的又は過度に形式的な意味で解釈されない。
【0037】
以下、本発明によるアンテナ構造体及びそれを含むプラズマ処理設備について説明する。
【0038】
図１は、プラズマを形成するための電力供給システムをモデリングした等価回路を示す。図１に示すように、ＲＦ電源部２によって生成されたＲＦ電力は、インピーダンスマッチング部４を介してアンテナ構造体１０へ提供され、アンテナ構造体１０は、誘導電場を生成してプラズマを形成する。Ｍはアンテナ構造体１０とプラズマ負荷ＰＬとの相互インダクタンスを意味し、ｋは結合係数、ＬＡはアンテナ構造体１０のインダクタンス、ｒＡはアンテナ構造体１０の抵抗値、ＬＰはプラズマ負荷ＰＬのインダクタンス、ＲＰはプラズマ負荷ＰＬの抵抗値をそれぞれ示す。
【0039】
インピーダンスマッチング部４の出力端から見たアンテナ構造体１０とプラズマ負荷ＰＬを含む全体出力インピーダンスＺＯは、下記数式１で表現できる。
【0040】
【数1】
（数式１）
【0041】
数式１中、Ｍはアンテナ構造体１０とプラズマ負荷ＰＬとの相互インダクタンスを示し、ｋは結合係数、ＬＡはアンテナ構造体１０のインダクタンス、ｒＡはアンテナ構造体１０の抵抗値、ＬＰはプラズマ負荷ＰＬのインダクタンス、ＲＰはプラズマ負荷ＰＬの抵抗値、ωは各周波数（Ａｎｇｕｌａｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ、ω＝２π＊ｆ０）をそれぞれ示す。
【0042】
ここで、使用周波数（ｆ０）が１３．５６Ｍｈｚであり、３００ｍｍウエハの工程に用いられるアンテナ構造体１０のサイズ及び高い導電率の金属が使用されることを考慮すると、ＲＰ＜＜ＬＡ、ＬＰ条件により、全出力インピーダンスＺＯは下記数式２のように近似化できる。
【0043】
【数2】
（数式２）
【0044】
ここで、ｋは、結合係数であって、各インダクタンス成分と下記数式３の関係式で表現できる。
【0045】
【数3】
（数式３）
【0046】
数式２の実数部でアンテナ構造体１０とプラズマ負荷ＰＬによって消費されるそれぞれの実電力は、数式４のような関係を持つことができる。
【0047】
【数4】
（数式４）
【0048】
数式４から確認できるように、プラズマ負荷ＰＬへ伝達される電力効率を増加させるために、
（ｉ）アンテナ構造体１０の実抵抗ｒＡを下げる方法、
（ｉｉ）アンテナ構造体１０のインダクタンスＬＡを上げる方法、
（ｉｉｉ）結合係数ｋ又は相互インダクタンスＭを増加させる方法
が使用できる。
（ｉ）アンテナ構造体１０の実抵抗ｒＡを下げる方法、
（ｉｉ）アンテナ構造体１０のインダクタンスＬＡを上げる方法、
（ｉｉｉ）結合係数ｋ又は相互インダクタンスＭを増加させる方法
が使用できる。
【0049】
ところが、方法（ｉ）、方法（ｉｉ）は、アンテナ構造体１０の物性によって決定されるものであり、方法（ｉｉ）のためにインダクタンスＬＡを上げる場合、実抵抗ｒＡが増加して熱損失が発生する可能性がある。また、下記数式５のように高周波電力Ｐをアンテナ構造体１０に印加したときに、アンテナ構造体１０に印加される電圧Ｖｒｍｓの上昇によるインピーダンスマッチング部４の不安定を引き起こす可能性がある。
【0050】
【数5】
（数式５）
【0051】
したがって、方法（ｉｉｉ）に従って結合係数ｋ又は相互インダクタンスＭを上げるために、インダクタＬＡ、ＬＰの直径、インダクタＬＡ、ＬＰ間の間隔、インダクタＬＡ、ＬＰのターン数などが３次元空間で分析されなければならない。これについて詳細に説明する。
【0052】
図２は、ＩＣＰプラズマソースにおいてアンテナ構造体１０とプラズマ負荷ＰＬを円形コイル状に表現した図式図である。図２には、ＩＣＰプラズマソースにおいてＮＡだけのターン数で巻かれた半径ＲＡのアンテナ構造体１０と半径ＲＰのプラズマ負荷ＰＬ上の相互インダクタンスＭを求めるための円形コイル状の図式図が表現される。
【0053】
２つの円形コイルＣ１、Ｃ２の構造によって決定される相互インダクタンスＭは、下記数式６で表現できる。
【0054】
【数6】
（数式６）
【0055】
前記数式６を図２のアンテナ構造体１０とプラズマ負荷ＰＬとの関係に適用すれば、数式７のようにまとめられることができる。
【0056】
【数7】
（数式７）
【0057】
本出願人は、数式７からアンテナ構造体１０の設計要素である半径ＲＡ、アンテナ構造体１０とプラズマ負荷ＰＬとの距離ｚ、アンテナコイルターン数ＮＡにより相互インダクタンスＭＡＰの変化を確認した。確認の結果、アンテナコイルの設計要素である半径ＲＡ、プラズマ距離ｚ、アンテナコイルターン数ＮＡのいずれも相互インダクタンスを決定する要素であるが、既にプラズマチャンバの構造に合わせて相当最適化されているため、単純数値的変更だけでは、印加電力による半径方向の均一度を向上させるのに制限的であることを確認した。
【0058】
したがって、本発明は、アンテナの設計変更を介して多数の単位コイルが積層されて配置され、各単位コイルに同時に電力を供給するアンテナ構造体１０を提供する。
【0059】
図３乃至図５は、２ターンコイル構造のアンテナ構造体１０及び２ターンコイル構造のアンテナ構造体１０の等価回路を示す。図３は、２ターンコイル構造のアンテナ構造体１０の斜視図であり、図４は、上方から見た２ターンコイル構造のアンテナ構造体１０であり、図５は、２ターンコイル構造のアンテナ構造体１０の等価回路である。
【0060】
本発明に係るプラズマを形成するためのアンテナ構造体１０は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号が印加される給電ライン１１０と、給電ライン１１０から一定間隔を置いて分岐して垂直に積層された複数の単位コイル１２０Ａ、１２０Ｂを含むコイル部材１２０と、を含む。
【0061】
本明細書では、１つの給電ライン１１０に２つの単位コイル１２０Ａ、１２０Ｂがそれぞれ結合された構造を例として説明されるが、３つ以上の単位コイルが互いに積層される構造も可能である。
【0062】
本発明によれば、コイル部材１２０の単位コイル１２０Ａ、１２０Ｂは、同じスパイラル状に提供されることができる。
【0063】
本発明によれば、単位コイル１２０Ａ、１２０Ｂは、一端が給電ライン１１０に連結され、他端は接地ライン１３０に連結されることができる。
【0064】
本発明によれば、給電ライン１１０は、ＲＦ信号が印加される共通給電ノード１１１と、共通給電ノード１１１に結合され、水平方向に延びる水平給電棒１１２と、水平給電棒に結合されて垂直方向に延び、単位コイル１２０Ａ、１２０Ｂが積層されて結合される垂直給電棒１１３と、を含むことができる。
【0065】
図３に示すように、１つの給電ライン１１０に積層された多数のスパイラル状の単位コイル１２０Ａ、１２０Ｂが連結され、単位コイル１２０Ａ、１２０Ｂへ同時にＲＦ信号が印加されて給電されることができる。本発明のようなアンテナ構造体１０の構造は、ＤＳＳ（Ｄｏｕｂｌｅ－Ｓｔａｃｋｅｄ Ｓｐｉｒａｌ）コイル構造と呼ばれることがある。
【0066】
【0067】
【数8】
（数式８）
【0068】
数式８から分かるように、同時給電方式の積層型スパイラルコイル構造を適用する場合、給電ラインの数を最小化しながら低いアンテナインダクタンスを確保するとともに、コイルのターン数を増加させることによりアンテナ構造体１０とプラズマ負荷ＰＬとの相互インダクタンスを増加させることができる。したがって、プラズマ負荷ＰＬへ伝達される電力の効率を向上させることができる。
【0069】
一方、同時給電方式の積層型スパイラルコイルを多数構成する場合、限られた空間でターン数をさらに増加させることができる。
【0070】
図６～図８は、４ターンコイル構造のアンテナ構造体及び４ターンコイル構造のアンテナ構造体の等価回路を示す。図６は、４ターンコイル構造のアンテナ構造体１０の斜視図であり、図７は、上方から見た４ターンコイル構造のアンテナ構造体１０であり、図８は、４ターンコイル構造のアンテナ構造体１０の等価回路である。
【0071】
【0072】
本発明によれば、水平給電棒１１２は、共通給電ノード１１１から互いに反対方向に分岐した第１水平給電棒１１２Ａ及び第２水平給電棒１１２Ｂを含み、垂直給電棒１１３は、第１水平給電棒１１２Ａに結合された第１垂直給電棒１１３Ａと、第２水平給電棒１１２Ｂに結合された第２垂直給電棒１１３Ｂとを含み、コイル部材１２０は、第１垂直給電棒１１３Ａに結合された第１コイル部材１２１と、第２垂直給電棒１１３Ｂに結合された第２コイル部材１２２とを含むことができる。
【0073】
図６及び図７に示すように、共通給電ノード１１１から互いに反対方向に第１水平給電棒１１２Ａと第２水平給電棒１１２Ｂが延びて構成され、第１水平給電棒１１２Ａに第１垂直給電棒１１３Ａが結合され、第２水平給電棒１１２Ｂに第２垂直給電棒１１３Ｂが結合される。第１垂直給電棒１１３Ａに第１単位コイル１２１Ａ、１２１Ｂが一定間隔を置いて積層された状態でそれぞれ結合され、第２垂直給電棒１１３Ｂに第２単位コイル１２２Ａ、１２２Ｂが一定間隔を置いて積層された状態でそれぞれ結合されることができる。
【0074】
図８は、図６及び図７のような４ターン構造のアンテナ構造体１０の電気的等価回路である。各単位コイル１２１Ａ、１２１Ｂ、１２２Ａ、１２２ＢのインダクタンスがＬであるとき、アンテナ構造体１０の全体リアクタンスＸは、下記数式９で表現できる。
【0075】
【数9】
（数式９）
【0076】
数式９から分かるように、同時給電方式の積層型スパイラルコイル構造を適用する場合、給電ラインの数を最小化しながら低いアンテナインダクタンスを確保するとともに、コイルのターン数を増加させることによりアンテナ構造体１０とプラズマ負荷ＰＬとの相互インダクタンスを増加させることができる。したがって、プラズマ負荷ＰＬへ伝達される電力の効率を増加させることができる。
【0077】
図９～図１１は、６ターンコイル構造のアンテナ構造体と６ターンコイル構造のアンテナ構造体の等価回路を示す。図９は、６ターンコイル構造のアンテナ構造体１０の斜視図であり、図１０は、上方から見た６ターンコイル構造のアンテナ構造体１０であり、図１１は、６ターンコイル構造のアンテナ構造体１０の等価回路である。
【0078】
図９及び図１０に示すように、同じ形状を有するものの、電流が入力又は出力されるポートがそれぞれ１２０度の夾角をもって配置された３つのコイル部材１２１、１２２、１２３を組み合わせてアンテナ構造体１０を構成することができる。
【0079】
本発明によれば、水平給電棒１１２は、共通給電ノード１１１から互いに異なる方向に分岐した第１水平給電棒１１２Ａ、第２水平給電棒１１２Ｂ、及び第３水平給電棒１１２を含み、垂直給電棒１１３は、第１水平給電棒１１２Ａに結合された第１垂直給電棒１１３Ａと、第２水平給電棒１１２Ｂに結合された第２垂直給電棒１１３Ｂと、第３水平給電棒１１２Ｃに結合された第３垂直給電棒１１３Ｃと、を含み、コイル部材１２０は、第１垂直給電棒１１３Ａに結合された第１コイル部材１２１と、第２垂直給電棒１１３Ｂに結合された第２コイル部材１２２と、第３垂直給電棒１１３Ｃに結合された第３コイル部材１２３と、を含むことができる。
【0080】
図９及び図１０に示すように、共通給電ノード１１１からそれぞれ１２０度の夾角をもって第１水平給電棒１１２Ａ、第２水平給電棒１１２Ｂ、第３水平給電棒１１２Ｃが延びて構成され、第１水平給電棒１１２Ａに第１垂直給電棒１１３Ａが結合され、第２水平給電棒１１２Ｂに第２垂直給電棒１１３Ｂが結合され、第３水平給電棒１１２Ｃに第３垂直給電棒１１３Ｃが結合される。第１垂直給電棒１１３Ａに第１単位コイル１２１Ａ、１２１Ｂが一定間隔を置いて積層された状態でそれぞれ結合され、第２垂直給電棒１１３Ｂに第２単位コイル１２２Ａ、１２２Ｂが一定間隔を置いて積層された状態でそれぞれ結合され、第３垂直給電棒１１３Ｃに第３単位コイル１２３Ａ、１２３Ｂが一定間隔を置いて積層された状態でそれぞれ結合されることができる。
【0081】
図１１は、図９及び図１０のような６ターン構造のアンテナ構造体１０の電気的等価回路である。各単位コイル１２１Ａ、１２１Ｂ、１２２Ａ、１２２Ｂ、１２３Ａ、１２３ＣのインダクタンスがＬであるとき、アンテナ構造体１０の全体リアクタンスＸは、下記数式１０で表現できる。
【0082】
【数10】
（数式１０）
【0083】
数式１０から分かるように、同時給電方式の積層型スパイラルコイル構造を適用する場合、給電ラインの数を最小化しながら低いアンテナインダクタンスを確保するとともに、コイルのターン数を増加させることによりアンテナ構造体１０とプラズマ負荷ＰＬ間の相互インダクタンスを増加させることができる。したがって、プラズマ負荷ＰＬへ伝達される電力の効率を増加させることができる。
【0084】
図１２は、内側コイル部材３００と外側コイル部材１００からなるアンテナ構造体１０を示す。図１２の（ａ）は、上方から見たアンテナ構造体１０を示し、図１２（ｂ）は、下方から見たアンテナ構造体１０を示す。プラズマを用いたエッチング装置において、ウエハの全領域に対して均一なエッチング率を達成するために、内側コイル部材３００と外側コイル部材１００とを含むアンテナ構造体１０が使用できる。一般にウエハの中心部よりも外郭部でエッチング率が低下するため、外郭部のエッチング率をより精密に制御する必要があり、精密なエッチング率制御のために内側コイル部材３００と外側コイル部材１００を構成することができる。内側コイル部材３００と比較して、ウエハの外郭部は、電流比の調節の際にもエッチング率の変化が少ないため、外側コイル部材１００は、より広範囲にエッチング率を制御することができるように構成される必要がある。
【0085】
本発明に係るアンテナ構造体１０は、プラズマ処理チャンバの上側中心部に設置される内側コイル部材３００と、内側コイル部材３００の外側に配置され、給電ラインから一定間隔を置いて分岐して垂直に積層された複数の単位コイルを含む外側コイル部材１００と、を含むことができる。前述したように、単位コイルが積層された形態の外側コイル部材１００を適用することにより、ウエハの外郭部に対してより広範囲なエッチング率の制御が可能である。
【0086】
外側コイル部材１００の単位コイルは、同じスパイラル状に提供されることができる。
【0087】
ここで、単位コイルは、一端が給電ライン１１０に連結され、他端は接地ライン１３０に連結されることができる。
【0088】
本発明によれば、外側コイル部材１００の給電ライン１１０は、ＲＦ信号が印加される共通給電ノード１１１と、共通給電ノード１１１に結合され、水平方向に延びる水平給電棒１１２と、水平給電棒１１２に結合されて垂直方向に延び、単位コイル１２０Ａ、１２０Ｂが積層されて結合される垂直給電棒１１３とを含むことができる。
【0089】
図３に示すように、１つの給電ライン１１０に積層された多数のスパイラル状の単位コイル１２０Ａ、１２０Ｂが連結され、単位コイル１２０Ａ、１２０Ｂに同時にＲＦ信号が印加されて給電されることができる。
【0090】
本発明によれば、外側コイル部材１００の水平給電棒１１２は、共通給電ノード１１１から互いに反対方向に分岐した第１水平給電棒１１２Ａ及び第２水平給電棒１１２Ｂを含み、垂直給電棒１１３は、第１水平給電棒１１２Ａに結合された第１垂直給電棒１１３Ａ、及び第２水平給電棒１１２Ｂに結合された第２垂直給電棒１１３Ｂを含み、コイル部材１２０は、第１垂直給電棒１１３Ａに結合された第１コイル部材１２１、及び第２垂直給電棒１１３Ｂに結合された第２コイル部材１２２を含むことができる。
【0091】
図６及び図７に示すように、共通給電ノード１１１から互いに反対方向に第１水平給電棒１１２Ａと第２水平給電棒１１２Ｂが延びて構成され、第１水平給電棒１１２Ａに第１垂直給電棒１１３Ａが結合され、第２水平給電棒１１２Ｂに第２垂直給電棒１１３Ｂが結合される。第１垂直給電棒１１３Ａに第１単位コイル１２１Ａ、１２１Ｂが一定間隔を置いて積層された状態でそれぞれ結合され、第２垂直給電棒１１３Ｂに第２単位コイル１２２Ａ、１２２Ｂが一定間隔を置いて積層された状態でそれぞれ結合されることができる。
【0092】
本発明によれば、水平給電棒１１２は、共通給電ノード１１１から互いに異なる方向に分岐した第１水平給電棒１１２Ａ、第２水平給電棒１１２Ｂ、及び第３水平給電棒１１２を含み、垂直給電棒１１３は、第１水平給電棒１１２Ａに結合された第１垂直給電棒１１３Ａ、第２水平給電棒１１２Ｂに結合された第２垂直給電棒１１３Ｂ、及び第３水平給電棒１１２Ｃに結合された第３垂直給電棒１１３Ｃを含み、コイル部材１２０は、第１垂直給電棒１１３Ａに結合された第１コイル部材１２１、第２垂直給電棒１１３Ｂに結合された第２コイル部材１２２、及び第３垂直給電棒１１３Ｃに結合された第３コイル部材１２３を含むことができる。
【0093】
図９及び図１０に示すように、共通給電ノード１１１からそれぞれ１２０度の夾角をもって第１水平給電棒１１２Ａ、第２水平給電棒１１２Ｂ、第３水平給電棒１１２Ｃが延びて構成され、第１水平給電棒１１２Ａに第１垂直給電棒１１３Ａが結合され、第２水平給電棒１１２Ｂに第２垂直給電棒１１３Ｂが結合され、第３水平給電棒１１２Ｃに第３垂直給電棒１１３Ｃが結合される。第１垂直給電棒１１３Ａに第１単位コイル１２１Ａ、１２１Ｂが一定間隔を置いて積層された状態でそれぞれ結合され、第２垂直給電棒１１３Ｂに第２単位コイル１２２Ａ、１２２Ｂが一定間隔を置いて積層された状態でそれぞれ結合され、第３垂直給電棒１１３Ｃに第３単位コイル１２３Ａ、１２３Ｂが一定間隔を置いて積層された状態でそれぞれ結合される。
【0094】
内側コイル部材３００の場合、図１３のようなＴＭＩ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｍｕｌｔｉ－Ｌａｙｅｒ Ｉｎｄｕｃｔｏｒ）アンテナが適用されることもできる。図１３は、内側コイル部材として使用できるＴＭＩアンテナの構造を示す。ＴＭＩアンテナ構造は、韓国特許第１０－１１２５６２４号に説明される。
【0095】
本発明によれば、内側コイル部材３００は、互いに並列に連結され且つ重畳配置された同じ構造の２つの誘導アンテナ３０１を含むことができる。誘導アンテナ３０１は、第１層の第１象限及び第２象限にわたって配置された外側上部セクション３１０と、外側上部セクション３１０に連結され、第１層の第３象限及び第４象限にわたって配置された内側上部セクション３１２と、内側上部セクション３１２に連結され、第１層の下部に配置された第２層の第１象限及び第２象限にわたって配置された内側下部セクション３２２と、内側下部セクション３２２に連結され、第２層の第３象限及び第４象限にわたって配置された外側下部セクション３２０と、を含む。外側上部セクション３１０の一端は給電ラインに連結され、外側下部セクション３２０の他端は接地ラインに連結される。
【0096】
一方、内側コイル部材３００は、外側コイル部材１００と同様に一定間隔を置いて垂直に積層された複数の単位コイルを含むことができる。
【0097】
図１４は、電力供給装置１の構成を示す。
【0098】
本発明に係る電力供給装置１は、ＲＦ信号を生成するＲＦ電源部２と、ＲＦ電源部２に連結されたインピーダンスマッチング部４と、ＲＦ信号からプラズマを形成するアンテナ構造体１０と、を含む。アンテナ構造体１０は、プラズマ処理チャンバ４０の上側中心部に設置された内側コイル部材３００と、内側コイル部材３００の外側に配置される外側コイル部材１００と、を含むことができる。外側コイル部材１００は、ＲＦ信号が印加され、共通給電ノードから等角に配置された複数の給電ライン１１０と、給電ライン１１０のそれぞれから一定間隔を置いて分岐して垂直に積層された複数の単位コイルと、を含むことができる。
【0099】
一定間隔を置いて垂直に積層された複数の単位コイルを含む外側コイル部材１００を含むことができる。
【0100】
プラズマを用いたエッチング装置において、ウエハの全領域に対して均一なエッチング率を達成するために、内側コイル部材３００と外側コイル部材１００とを含むアンテナ構造体１０が使用できる。一般にウエハの中心部よりも外郭部でエッチング率が低下するため、外郭部のエッチング率をより精密に制御する必要があり、精密なエッチング率制御のために内側コイル部材３００と外側コイル部材１００を構成することができる。内側コイル部材３００と比較して、ウエハの外郭部は、電流比の調節の際にもエッチング率の変化が少ないため、外側コイル部材１００は、より広範囲にエッチング率を制御することができるように構成される必要がある。
【0101】
本発明に係るアンテナ構造体１０は、プラズマ処理チャンバ４０の上側中心部に設置される内側コイル部材３００と、内側コイル部材３００の外側に配置され、一定間隔を置いて垂直に積層された複数の単位コイルを含む外側コイル部材１００と、を含むことができる。前述したように、単位コイルが積層された形状の外側コイル部材１００を適用することにより、ウエハの外郭部に対してより広範囲なエッチング率の制御が可能である。
【0102】
外側コイル部材１００の単位コイルは、同じスパイラル状に提供されることができる。
【0103】
ここで、単位コイルは、一端が給電ライン１１０に連結され、他端は接地ライン１３０に連結されることができる。
【0104】
本発明によれば、外側コイル部材１００の給電ライン１１０は、ＲＦ信号が印加される共通給電ノード１１１と、共通給電ノード１１１に結合され、水平方向に延びる水平給電棒１１２と、水平給電棒１１２に結合されて垂直方向に延び、単位コイル１２０Ａ、１２０Ｂが積層されて結合される垂直給電棒１１３と、を含むことができる。
【0105】
図３に示すように、１つの給電ライン１１０に積層された多数のスパイラル状の単位コイル１２０Ａ、１２０Ｂが連結され、単位コイル１２０Ａ、１２０Ｂに同時にＲＦ信号が印加されて給電されることができる。
【0106】
本発明によれば、図６及び図７に示すように、外側コイル部材１００の水平給電棒１１２は、共通給電ノード１１１から互いに反対方向に分岐した第１水平給電棒１１２Ａ及び第２水平給電棒１１２Ｂを含み、垂直給電棒１１３は、第１水平給電棒１１２Ａに結合された第１垂直給電棒１１３Ａ、及び第２水平給電棒１１２Ｂに結合された第２垂直給電棒１１３Ｂを含み、コイル部材１２０は、第１垂直給電棒１１３Ａに結合された第１コイル部材１２１、及び第２垂直給電棒１１３Ｂに結合された第２コイル部材１２２を含むことができる。
【0107】
図６及び図７に示すように、共通給電ノード１１１から互いに反対方向に第１水平給電棒１１２Ａと第２水平給電棒１１２Ｂが延びて構成され、第１水平給電棒１１２Ａに第１垂直給電棒１１３Ａが結合され、第２水平給電棒１１２Ｂに第２垂直給電棒１１３Ｂが結合される。第１垂直給電棒１１３Ａに第１単位コイル１２１Ａ、１２１Ｂが一定間隔を置いて積層された状態でそれぞれ結合され、第２垂直給電棒１１３Ｂに第２単位コイル１２２Ａ、１２２Ｂが一定間隔を置いて積層された状態でそれぞれ結合されることができる。
【0108】
本発明によれば、図９及び図１０に示すように、水平給電棒１１２は、共通給電ノード１１１から互いに異なる方向に分岐した第１水平給電棒１１２Ａ、第２水平給電棒１１２Ｂ、及び第３水平給電棒１１２Ｃを含み、垂直給電棒１１３は、第１水平給電棒１１２Ａに結合された第１垂直給電棒１１３Ａ、第２水平給電棒１１２Ｂに結合された第２垂直給電棒１１３Ｂ、及び第３水平給電棒１１２Ｃに結合された第３垂直給電棒１１３Ｃを含み、コイル部材１２０は、第１垂直給電棒１１３Ａに結合された第１コイル部材１２１、第２垂直給電棒１１３Ｂに結合された第２コイル部材１２２、及び第３垂直給電棒１１３Ｃに結合された第３コイル部材１２３を含むことができる。
【0109】
図９及び図１０に示すように、共通給電ノード１１１からそれぞれ１２０度の夾角をもって第１水平給電棒１１２Ａ、第２水平給電棒１１２Ｂ及び第３水平給電棒１１２Ｃが延びて構成され、第１水平給電棒１１２Ａに第１垂直給電棒１１３Ａが結合され、第２水平給電棒１１２Ｂに第２垂直給電棒１１３Ｂが結合され、第３水平給電棒１１２Ｃに第３垂直給電棒１１３Ｃが結合される。第１垂直給電棒１１３Ａに第１単位コイル１２１Ａ、１２１Ｂが一定間隔を置いて積層された状態でそれぞれ結合され、第２垂直給電棒１１３Ｂに第２単位コイル１２２Ａ、１２２Ｂが一定間隔を置いて積層された状態でそれぞれ結合され、第３垂直給電棒１１３Ｃに第３単位コイル１２３Ａ、１２３Ｂが一定間隔を置いて積層された状態でそれぞれ結合される。
【0110】
内側コイル部材３００は、図１３のようなＴＭＩ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｍｕｌｔｉ－Ｌａｙｅｒ Ｉｎｄｕｃｔｏｒ）アンテナが適用されることもできる。図１３は、内側コイル部材として使用できるＴＭＩアンテナの構造を示す。ＴＭＩアンテナ構造は、韓国特許第１０－１１２５６２４号に詳細に説明される。
【0111】
本発明によれば、内側コイル部材３００は、互いに並列に連結され且つ重畳配置された同じ構造の２つの誘導アンテナ３０１を含むことができる。誘導アンテナ３０１は、第１層の第１象限及び第２象限にわたって配置された外側上部セクション３１０、外側上部セクション３１０に連結され、第１層の第３象限及び第４象限にわたって配置された内側上部セクション３１２、内側上部セクション３１２に連結され、第１層の下部に配置された第２層の第１象限及び第２象限にわたって配置された内側下部セクション３２２、及び内側下部セクション３２２に連結され、第２層の第３象限及び第４象限にわたって配置された外側下部セクション３２０を含む。外側上部セクション３１０の一端は給電ラインに連結され、外側下部セクション３２０の他端は接地ラインに連結される。
【0112】
一方、内側コイル部材３００は、外側コイル部材１００と同様に、一定間隔を置いて垂直に積層された複数の単位コイルを含むことができる。
【0113】
【0114】
プラズマ処理設備１０００は、工程条件に応じてプロセスガス、温度、圧力などを変更しながら工程を行うが、最近、高いレベルの積層構造が要求されることにより、それぞれの工程ステップごとにプラズマ状態変化が発生する。プラズマ状態変化は、プラズマ処理チャンバ内でのインピーダンス変化を引き起こし、インピーダンス変化によるインピーダンスミスマッチング（不整合）が発生する可能性がある。したがって、電力供給装置１は、このようなインピーダンスミスマッチングを最小限に抑えるためにインピーダンスマッチングを行うが、特に工程効率を増大させるために迅速なインピーダンスマッチングが要求される。
【0115】
本発明の一実施形態による電力供給装置１において、ＲＦ電源部２は、第１ＲＦ信号を生成する第１ＲＦ電源２Ａと、第１ＲＦ信号と同一又は基準範囲内の周波数を有する第２ＲＦ信号を生成する第２ＲＦ電源２Ｂと、を含み、インピーダンスマッチング部４は、第１ＲＦ電源２Ａに連結された第１マッチング回路４Ａと、第２ＲＦ電源２Ｂに連結された第２マッチング回路４Ｂと、を含む。
【0116】
図１５及び図１６のように並列的な独立電力供給装置１を構成することにより、プラズマ負荷ＰＬに全体パワーを分散させて供給するため、各マッチング回路４Ａ、４Ｂの電圧及び電流動作領域を下げることができ、マッチング回路４Ａ、４Ｂのインピーダンス変化を最小限に抑えることができる。動作領域とインピーダンス変化を減らすことにより、より高速のインピーダンスマッチングが可能であろう。
【0117】
一方、電力供給装置１は、インピーダンスマッチング部４とアンテナ構造体１０との間に連結されたデカップリング回路６をさらに含むことができる。
【0118】
デカップリング回路６は、第１マッチング回路４Ａと外側コイル部材１００との間に連結された第１デカップリングインダクタＬ１と、第２マッチング回路４Ｂと内側コイル部材３００との間に連結され、第１デカップリングインダクタＬ１と相互に磁気結合される第２デカップリングインダクタＬ２と、第１マッチング回路４Ａ及び第２マッチング回路４Ｂに連結されたデカップリングキャパシタＣ３と、を含む。
【0119】
一方、図１５に示すように、アンテナ構造体１０によってプラズマ処理チャンバ４０の内部空間にプラズマＰが形成され、プラズマＰによって、静電チャック４１０の上部に安着されたウエハＷに対する工程処理（エッチング工程）が行われる。一方、プラズマ処理チャンバ４０の上部には、チャンバ領域とアンテナ領域を区分するための誘電体からなるウィンドウ４２０が備えられる。
【0120】
図１６を参照すると、第１ＲＦ電源２Ａに連結され且つ可変キャパシタＣＰ１、ＣＳ１を含む第１マッチング回路４Ａと外側コイル部材１００との間に第１デカップリングインダクタＬ１が連結され、第２ＲＦ電源２Ｂに連結され且つ可変キャパシタＣＰ２、ＣＳ２を含む第２マッチング回路４Ｂと内側コイル部材３００との間に第２デカップリングインダクタＬ２が連結される。デカップリング回路６のインピーダンスチューニングのために、第１マッチング回路４Ａと第２マッチング回路４ＢにデカップリングキャパシタＣ３が連結されることができる。
【0121】
デカップリング回路６は、独立した電力供給回路間のクロストーク（Ｃｒｏｓｓ－Ｔａｌｋ）を相殺するように設計されることができる。デカップリング回路６によるデカップリング原理は、図１７の等価回路を参照して説明することができる。
【0122】
図１７は、デカップリング部による干渉除去を説明するための電力供給装置１の等価回路である。
【0123】
図１７において、Ｒ１、Ｘ１は、第１ＲＦ電源２Ａに連結された電力伝達回路（第１マッチング回路４Ａ、外側コイル部材１００）の抵抗、リアクタンス成分を示し、Ｒ２、Ｘ２は、第２ＲＦ電源２Ｂに連結された電力伝達回路（第２マッチング回路４Ｂ、内側コイル部材３００）の抵抗、リアクタンス成分を示し、Ｘ１Ｄは、デカップリング回路６の付加により、第１ＲＦ電源２Ａに連結された電力伝達回路に付加されるリアクタンスを示し、Ｘ２Ｄは、デカップリング回路６の付加により、第２ＲＦ電源２Ｂに連結された電力伝達回路に付加されるリアクタンスを示す。
【0124】
このとき、電力供給装置１の等価回路において第１ＲＦ電源２Ａに連結された電力伝達回路の負荷と、デカップリングリアクティブ素子全体に印加される電力Ｐ１は、下記数式１１の通りである。
【0125】
【数11】
（数式１１）
【0126】
ここで、追加されるデカップリング回路６のデカップリングリアクティブ素子は、下記数式１２のような条件を満たすように設計される。
【0127】
【数12】
（数式１２）
【0128】
数式１１及び数式１２中、Ｒ１、Ｘ１は、第１ＲＦ信号が印加される第１電力供給部の等価回路におけるインピーダンス成分（抵抗、リアクタンス）を示し、Ｒ２、Ｘ２は、第２ＲＦ信号が印加される第２電力供給部の等価回路におけるインピーダンス成分（抵抗、リアクタンス）を示し、ｋは、電力伝達回路（アンテナ）間の結合により発生する第１電力供給部の等価回路と第２電力供給部２０の等価回路との結合係数を示し、ｋ’は、デカップリング回路６における誘導性リアクティブ素子（第１デカップリングインダクタＬ１及び第２デカップリングインダクタＬ２）間の結合によって発生する第１電力供給部の等価回路においてデカップリング回路６によって付加されたリアクタンスと、第２電力供給部の等価回路においてデカップリング回路６によって付加されたリアクタンスとの結合係数を示し、Ｘ１Ｄは、第１電力供給部の等価回路においてデカップリング回路６によって付加されたリアクタンスを示し、Ｘ２Ｄは、第２電力供給部の等価回路においてデカップリング回路６によって付加されたリアクタンスを示す。
【0129】
図１６のようなリアクティブ素子からなるデカップリング回路６が追加されると、使用周波数の領域に低い結合係数が現れる。使用周波数に等しい又は５％の範囲以内の近接周波数で一定レベル以下の結合係数が導出されることができる。
【0130】
一方、単一電源によって内側コイル部材３００と外側コイル部材１００に電力が供給されることができる。
【0131】
図１８は、単一電源を含む電力供給装置１が適用されたプラズマ処理設備１０００を示す。
【0132】
本発明に係るプラズマ処理設備１０００は、ウエハＷに対する工程処理を行うプラズマ処理チャンバ４０と、プラズマ処理チャンバ４０にプラズマを形成するための電力を供給する電力供給装置１と、を含む。
【0133】
本発明に係るプラズマ処理設備１０００の電力供給装置１は、ＲＦ信号を生成するＲＦ電源部２と、ＲＦ電源部２に連結されたインピーダンスマッチング部４と、ＲＦ信号からプラズマを形成するアンテナ構造体１０と、を含む。アンテナ構造体１０は、プラズマ処理チャンバ４０の上側中心部に設置された内側コイル部材３００と、内側コイル部材３００の外側に配置され、一定間隔を置いて垂直に積層された複数の単位コイルを含む外側コイル部材１００を含むことができる。
【0134】
一方、電力供給装置１は、ＲＦ電源部２によって生成されたＲＦ信号を内側コイル部材３００と外側コイル部材１００に分配するスプリッタ７をさらに含むことができる。図１８に示すように、ＲＦ電源部２によって生成されたＲＦ信号は、インピーダンスマッチング部４を介してスプリッタ７へ提供される。スプリッタ７は、内側コイル部材３００と外側コイル部材１００へ提供される電力を分配することができる。スプリッタ７は、インダクタ又はキャパシタなどのリアクタンス素子で構成されることができる。スプリッタ７は、内側コイル部材３００と外側コイル部材１００にそれぞれ連結され、内側コイル部材３００と外側コイル部材１００のスプリッタ７によって分配されたＲＦ信号からプラズマＰを形成することができる。
【0135】
一方、図１８に示すように、アンテナ構造体１０によってプラズマ処理チャンバ４０の内部空間にプラズマＰが形成され、プラズマＰによって、静電チャック４１０の上部に安着されたウエハＷに対する工程処理（エッチング工程）が行われる。一方、プラズマ処理チャンバ４０の上部には、チャンバ領域とアンテナ領域を区分するための誘電体からなるウィンドウ４２０が備えられる。
【0136】
図１９は、アンテナ構造体１０の外側コイル部材１００のターン数、及びアンテナ構造体１０とプラズマとの距離条件に対するプラズマチャンバ内の半径方向の磁場シミュレーション結果である。
【0137】
アンテナ外側コイルのターン数による効果、及びアンテナとプラズマ間の距離に対する効果を同時に確認するために、４つの場合についてのシミュレーションを行った。アンテナ外側コイルのターン数条件は、内側コイルのターン数と同じ４ターンの場合と、６ターンの場合に対する比較を行った。また、２つの外側コイルターン数条件に対して上／下コイルの間隔を１０ｍｍと２０ｍｍに変更して、上側コイルとプラズマとの距離の変化による磁場変化を確認した。４つの条件に対して同一に、チャンバ内のプラズマの密度は１０１４ｍ－３に設定し、給電条件は内側コイル部材３００及び外側コイル部材１００に１３．５６ＭＨｚ周波数の正弦波電流を５０Ａ、１００Ａで同一に印加した。
【0138】
アンテナ構造体１０とプラズマとの間隔が２０ｍｍから１０ｍｍに減少する場合に対して、外側コイル部材１００の４ターン及び６ターン条件の両方で約１０Ａ／ｍレベルのチャンバ内磁場増加が確認される。これは、アンテナ構造体１０とプラズマとの間隔の減少による相互インダクタンス増加効果をよく示す。
【0139】
外側コイル部材１００のターン数が４ターンから６ターンに増加すると、アンテナ構造体１０とプラズマとの間隔が１０ｍｍ、２０ｍｍである場合のいずれも、４０Ａ／ｍレベルの全般的な磁場増加を示す。また、半径方向の磁場の分布変化を考察すると、３００ｍｍウエハの外郭である０．１４ｍ付近で磁場の増加幅が最も大きいことを確認することができる。
【0140】
図２０は、外側コイル部材１００のターン数条件による磁場強度の分布に対するシミュレーション結果である。図２０の（ａ）は、外側コイル部材１００のターン数が４ターンであり、アンテナ構造体１０とプラズマとの間隔が１０ｍｍである場合の磁場強度分布を示し、図２０の（ｂ）は、外側コイル部材１００のターン数が６ターンであり、アンテナ構造体１０とプラズマとの間隔が１０ｍｍである場合の磁場強度分布を示す。
【0141】
外側コイル部材１００のターン数が増加すると、内側コイル部材３００の周辺の磁場分布は、前後にほぼ同じレベルを維持するのに対し、外側コイル部材１００の周辺の磁場分布は、６ターン条件で大きく増加することを確認することができ、プラズマチャンバ内の磁場強度も一緒に増加する。このようなウエハの外郭領域における磁場強度の増加は、同時給電方式を用いて外側コイルのターン数が増加するとき、半径方向のエッチング率の散布を改善することができることを示す。
【0142】
本実施形態及び本明細書に添付された図面は、本発明に含まれる技術的思想の一部を明確に示しているものに過ぎず、本発明の明細書及び図面に含まれている技術的思想の範囲内で当業者が容易に類推することが可能な変形例及び具体的な実施形態はいずれも、本発明の権利範囲に含まれることが自明であるといえる。
【0143】
したがって、本発明の思想は、説明された実施形態に限定されてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、この特許請求の範囲と均等又は等価的な変形がある全てのものは、本発明の思想の範疇に属するというべきである。
【符号の説明】
【0144】
１０００ プラズマ処理設備
１ 電力供給装置
４０ プラズマ処理チャンバ
１０ アンテナ構造体
１００ 外側コイル部材
１１０ 給電ライン
１２０ コイル部材
１３０ 接地ライン
３００ 内側コイル部材
２ ＲＦ電源部
４ インピーダンスマッチング部
１ 電力供給装置
４０ プラズマ処理チャンバ
１０ アンテナ構造体
１００ 外側コイル部材
１１０ 給電ライン
１２０ コイル部材
１３０ 接地ライン
３００ 内側コイル部材
２ ＲＦ電源部
４ インピーダンスマッチング部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
