特許 7522810 インピーダンスマッチング回路、並びにそれを含む電力供給装置及びプラズマ処理設備

(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】2024-07-17

(45)【発行日】2024-07-25

(54)【発明の名称】インピーダンスマッチング回路、並びにそれを含む電力供給装置及びプラズマ処理設備

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20240718BHJP

   H03H 7/38 20060101ALI20240718BHJP

【ＦＩ】

H05H1/46 R

H03H7/38 B

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2022188325

(22)【出願日】2022-11-25

(65)【公開番号】P2023091746

(43)【公開日】2023-06-30

【審査請求日】2022-11-25

(31)【優先権主張番号】10-2021-0182568

(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】リ、チュン ファン

(72)【発明者】

【氏名】ガルスチャン オグセン

(72)【発明者】

【氏名】ウィ、ソン ソク

(72)【発明者】

【氏名】ペ、ミン クン

【審査官】藤田 健

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１４２２８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０６９８２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０７１８７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１８６０９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２０－５２７８２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｈ １／４６

Ｈ０３Ｈ ７／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１ＲＦ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を生成する第１ＲＦ電源、前記第１ＲＦ電源に接続された第１インピーダンスマッチング回路、及び前記第１ＲＦ信号をプラズマ負荷へ伝達する第１電力伝達回路を含む第１電力供給部と、
第２ＲＦ信号を生成する第２ＲＦ電源、前記第２ＲＦ電源に接続された第２インピーダンスマッチング回路、及び前記第２ＲＦ信号を前記プラズマ負荷へ伝達する第２電力伝達回路を含む第２電力供給部と、を含み、
前記第１インピーダンスマッチング回路は、
前記第１ＲＦ電源に並列に接続される第１並列キャパシタアレイと、
前記第１ＲＦ電源に直列に接続される第１直列キャパシタアレイと、を含み、
前記第１インピーダンスマッチング回路が前記第２インピーダンスマッチング回路と連結される際に、前記第１インピーダンスマッチング回路と前記第２インピーダンスマッチング回路との干渉を除去するデカップリング部と、を更に含み、
前記第１並列キャパシタアレイ又は前記第１直列キャパシタアレイは、機械式真空可変キャパシタ、及び前記機械式真空可変キャパシタに対して並列に接続される電子式スイッチキャパシタモジュールを含み、
前記デカップリング部は、
前記第１インピーダンスマッチング回路と前記第１電力伝達回路との間に接続された第１デカップリングインダクタと、
前記第２インピーダンスマッチング回路と前記第２電力伝達回路との間に接続され、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インピーダンスマッチング回路及び前記第２インピーダンスマッチング回路に接続されたデカップリングキャパシタと、を含む、プラズマ処理設備の電力供給装置。

【請求項2】

前記第１並列キャパシタアレイは、
並列機械式真空可変キャパシタと、
前記並列機械式真空可変キャパシタに並列に接続された複数の並列電子式スイッチキャパシタモジュールと、を含み、
前記並列電子式スイッチキャパシタモジュールは、
固定されたキャパシタンスを有する並列固定キャパシタと、
前記並列固定キャパシタに直列に接続された並列スイッチと、を含む、請求項１に記載のプラズマ処理設備の電力供給装置。

【請求項3】

前記並列機械式真空可変キャパシタは、前記並列固定キャパシタよりも大きいキャパシタンスを有する、請求項２に記載のプラズマ処理設備の電力供給装置。

【請求項4】

前記第１直列キャパシタアレイは、
直列機械式真空可変キャパシタと、
前記直列機械式真空可変キャパシタに並列に接続された複数の直列電子式スイッチキャパシタモジュールと、を含み、
前記直列電子式スイッチキャパシタモジュールは、
固定されたキャパシタンスを有する直列固定キャパシタと、
前記直列固定キャパシタに直列に接続された直列スイッチと、を含む、請求項１に記載のプラズマ処理設備の電力供給装置。

【請求項5】

前記直列機械式真空可変キャパシタは、前記直列固定キャパシタよりも大きいキャパシタンスを有する、請求項４に記載のプラズマ処理設備の電力供給装置。

【請求項6】

前記第２インピーダンスマッチング回路は、
前記第２ＲＦ電源及び接地に接続され、互いに並列に接続された複数のキャパシタを含む第２並列キャパシタアレイと、
前記第２ＲＦ電源及び前記デカップリング部に接続され、前記第２並列キャパシタアレイに直列に接続された複数のキャパシタを含む第２直列キャパシタアレイと、を含む、請求項１に記載のプラズマ処理設備の電力供給装置。

【請求項7】

基板に対する工程処理を行う工程処理チャンバと、
前記工程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、
第１ＲＦ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を生成する第１ＲＦ電源、前記第１ＲＦ電源に接続された第１マッチング回路、及び前記第１ＲＦ信号をプラズマ負荷へ伝達する第１電力伝達回路を含む第１電力供給部と、
第２ＲＦ信号を生成する第２ＲＦ電源、前記第２ＲＦ電源に接続された第２マッチング回路、及び第２ＲＦ信号を前記プラズマ負荷へ伝達する第２電力伝達回路を含む第２電力供給部と、
前記第１マッチング回路が前記第２マッチング回路と連結される際に、前記第１マッチング回路と前記第２マッチング回路との干渉を除去するデカップリング部と、を含み、
前記デカップリング部は、
前記第１マッチング回路と前記第１電力伝達回路との間に接続された第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第２電力伝達回路との間に接続され、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マッチング回路に接続されたデカップリングキャパシタと、を含み、
前記第１マッチング回路及び前記第２マッチング回路のそれぞれは、機械式真空可変キャパシタ、及び前記機械式真空可変キャパシタに対して並列に接続された複数の電子式可変キャパシタモジュールと、を含み、
前記工程処理チャンバの工程条件が変更されるとき、前記機械式真空可変キャパシタのキャパシタンスが固定された状態で、前記電子式可変キャパシタモジュールの制御によって、前記第１マッチング回路及び前記第２マッチング回路のインピーダンスが調節される、プラズマ処理設備。

【請求項8】

前記第１マッチング回路は、
互いに並列に接続された複数のキャパシタを含む第１並列キャパシタアレイと、
前記第１並列キャパシタアレイに直列に接続された複数のキャパシタを含む第１直列キャパシタアレイと、を含み、
前記第２マッチング回路は、
互いに並列に接続された複数のキャパシタを含む第２並列キャパシタアレイと、
前記第２並列キャパシタアレイに直列に接続された複数のキャパシタを含む第２直列キャパシタアレイと、を含む、請求項７に記載のプラズマ処理設備。

【請求項9】

前記第１並列キャパシタアレイは、
並列機械式真空可変キャパシタと、
前記並列機械式真空可変キャパシタに並列に接続された複数の並列電子式スイッチキャパシタモジュールと、を含み、
前記第１直列キャパシタアレイは、
直列機械式真空可変キャパシタと、
前記直列機械式真空可変キャパシタに並列に接続された複数の直列電子式スイッチキャパシタモジュールと、を含む、請求項８に記載のプラズマ処理設備。

【請求項10】

前記並列電子式スイッチキャパシタモジュールは、
固定されたキャパシタンスを有する並列固定キャパシタと、
前記並列固定キャパシタに直列に接続された並列スイッチと、を含み、
前記直列電子式スイッチキャパシタモジュールは、
固定されたキャパシタンスを有する直列固定キャパシタと、
前記直列固定キャパシタに直列に接続された直列スイッチと、を含み、
前記並列機械式真空可変キャパシタは、前記並列固定キャパシタよりも大きいキャパシタンスを有し、
前記直列機械式真空可変キャパシタは、前記直列固定キャパシタよりも大きいキャパシタンスを有する、請求項９に記載のプラズマ処理設備。

【請求項11】

前記並列機械式真空可変キャパシタ及び前記直列機械式真空可変キャパシタのキャパシタンスは、予め設定された値に調節され、
前記予め設定された値は、前記プラズマ処理設備のプロセスガスの種類、流量、圧力、又は供給電力によって決定され、
前記工程処理チャンバの工程条件が変更されるとき、前記並列機械式真空可変キャパシタ及び前記直列機械式真空可変キャパシタのキャパシタンスが前記予め設定された値に固定された状態で、前記並列電子式スイッチキャパシタモジュール及び前記直列電子式スイッチキャパシタモジュールのスイッチ制御を介してインピーダンスが整合されるように構成される、請求項１０に記載のプラズマ処理設備。

【請求項12】

請求項７に記載のプラズマ処理設備によって行われる基板処理方法であって、
前記第１マッチング回路及び前記第２マッチング回路のインピーダンスを調節するステップと、
前記インピーダンスの調節が完了すると、前記基板に対する工程処理を行うステップと、を含み、
前記インピーダンスを調節するステップは、
前記機械式真空可変キャパシタのキャパシタンスを予め設定された値に調節するステップと、
前記第１マッチング回路及び前記第２マッチング回路の入力インピーダンスを測定するステップと、
前記プラズマ負荷からの反射係数が基準反射係数より大きいか否かを判断するステップと、
前記反射係数が基準反射係数より大きい場合、前記プラズマ負荷のインピーダンスを測定するステップと、
前記プラズマ負荷のインピーダンスに基づいて、前記複数の電子式可変キャパシタモジュールのスイッチオン／オフ制御によって前記電子式可変キャパシタモジュールのキャパシタンスを調節するステップと、を含む、基板処理方法。

【請求項13】

前記電子式可変キャパシタモジュールのキャパシタンスを調節するステップは、
前記プラズマ負荷のインピーダンスに基づいてインピーダンス調節値を計算するステップと、
前記インピーダンス調節値に対応するキャパシタンスを有する前記電子式可変キャパシタモジュールのスイッチをターンオンさせるステップと、を含む、請求項１２に記載の基板処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、インピーダンスマッチング回路、並びにそれを含む電力供給装置及び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、例えばエッチングや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】

一方、３Ｄ ＮＡＮＤフラッシュなどの半導体において高いレベルの積層構造が要求されるにつれて、プラズマ処理工程のステップ数が増加しており、ステップの変更の際にプラズマ状態の変化が発生する。プラズマ状態の変化は、インピーダンスの変化を引き起こし、インピーダンスの変化によるインピーダンスミスマッチング（不整合）が発生するおそれがある。プラズマ処理設備は、このようなインピーダンスミスマッチングに対応したインピーダンスマッチングを行うが、迅速なマッチングのための電力供給装置が要求されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

したがって、本発明の実施形態は、迅速なインピーダンスマッチングのためのインピーダンスマッチング回路、並びにそれを含む電力供給装置及びプラズマ処理設備を提供する。

【0006】

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、以降の説明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】

【0007】

本発明によるインピーダンスマッチング回路は、ＲＦ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を生成するＲＦ電源に並列に接続される並列キャパシタアレイと、前記ＲＦ電源に直列に接続される直列キャパシタアレイと、を含み、前記並列キャパシタアレイ又は前記直列キャパシタアレイは、機械式真空可変キャパシタと、前記機械式真空可変キャパシタに対して並列に接続される電子式スイッチキャパシタモジュールと、を含む。

【0008】

本発明の実施形態によれば、前記並列キャパシタアレイは、並列機械式真空可変キャパシタと、前記並列機械式真空可変キャパシタに並列に接続された複数の並列電子式スイッチキャパシタモジュールと、を含む。前記並列電子式スイッチキャパシタモジュールは、固定されたキャパシタンスを有する並列固定キャパシタと、前記並列固定キャパシタに直列に接続された並列スイッチと、を含むことができる。

【0009】

本発明の実施形態によれば、前記並列機械式真空可変キャパシタは、前記並列固定キャパシタよりも大きいキャパシタンスを有することができる。

【0010】

本発明の実施形態によれば、前記直列キャパシタアレイは、直列機械式真空可変キャパシタと、前記直列機械式真空可変キャパシタに並列に接続された複数の直列電子式スイッチキャパシタモジュールと、を含むことができる。前記直列電子式スイッチキャパシタモジュールは、固定されたキャパシタンスを有する直列固定キャパシタと、前記直列固定キャパシタに直列に接続された直列スイッチと、を含むことができる。

【0011】

本発明の実施形態によれば、前記直列機械式真空可変キャパシタは、前記直列固定キャパシタよりも大きいキャパシタンスを有することができる。

【0012】

本発明の実施形態によるプラズマ処理設備の電力供給装置は、第１ＲＦ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を生成する第１ＲＦ電源、第１ＲＦ電源に接続された第１マッチング回路、及び前記第１ＲＦ信号をプラズマ負荷へ伝達する第１電力伝達回路を含む第１電力供給部と、第２ＲＦ信号を生成する第２ＲＦ電源、第２ＲＦ電源に接続された第２マッチング回路、及び前記第２ＲＦ信号を前記プラズマ負荷へ伝達する第２電力伝達回路を含む第２電力供給部と、前記第１電力供給部と前記第２電力供給部との干渉を除去するデカップリング部と、を含む。

【0013】

前記第１マッチング回路及び前記第２マッチング回路は、それぞれ機械式真空可変キャパシタと、前記機械式真空可変キャパシタに対して並列に接続された複数の電子式スイッチキャパシタモジュールと、を含む。

【0014】

本発明の実施形態によれば、前記デカップリング部は、前記第１マッチング回路と前記第１電力伝達回路との間に接続された第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第２電力伝達回路との間に接続され、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マッチング回路に接続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。

【0015】

本発明の実施形態によれば、前記第１マッチング回路は、前記第１ＲＦ電源及び接地に結合され、互いに並列に接続された複数のキャパシタを含む第１並列キャパシタアレイと、前記第１ＲＦ電源及び前記デカップリング部に結合され、前記並列キャパシタアレイに直列に接続された複数のキャパシタを含む第１直列キャパシタアレイと、を含むことができる。前記第２マッチング回路は、前記第２ＲＦ電源及び接地に接続され、互いに並列に接続された複数のキャパシタを含む第２並列キャパシタアレイと、前記第２ＲＦ電源及び前記デカップリング部に接続され、前記第２並列キャパシタアレイに直列に接続された複数のキャパシタを含む第２直列キャパシタアレイと、を含むことができる。

【0016】

本発明の実施形態によれば、前記第１並列キャパシタアレイは、並列機械式真空可変キャパシタと、前記並列機械式真空可変キャパシタに並列に接続された複数の並列電子式スイッチキャパシタモジュールと、を含むことができる。前記第１直列キャパシタアレイは、直列機械式真空可変キャパシタと、前記直列機械式真空可変キャパシタに並列に接続された複数の直列電子式スイッチキャパシタモジュールと、を含むことができる。

【0017】

本発明の実施形態によれば、前記並列電子式スイッチキャパシタモジュールは、固定されたキャパシタンスを有する並列固定キャパシタと、前記並列固定キャパシタに直列に接続された並列スイッチと、を含むことができる。前記直列電子式スイッチキャパシタモジュールは、固定されたキャパシタンスを有する直列固定キャパシタと、前記直列固定キャパシタに直列に接続された直列スイッチと、を含むことができる。

【0018】

本発明の実施形態によれば、前記並列機械式真空可変キャパシタは、前記並列固定キャパシタよりも大きいキャパシタンスを有することができる。前記直列機械式真空可変キャパシタは、前記直列固定キャパシタよりも大きいキャパシタスを有することができる。

【0019】

本発明の実施形態によれば、前記第１マッチング回路は、前記第１ＲＦ電源及び接地に結合された固定シャントキャパシタと、前記第１ＲＦ電源及び前記固定シャントキャパシタに結合され、互いに並列に接続された複数のキャパシタを含む第１直列キャパシタアレイと、前記固定シャントキャパシタ及び前記デカップリング部に結合され、互いに並列に接続された複数のキャパシタを含む第２直列キャパシタアレイと、を含むことができる。

【0020】

本発明の実施形態によれば、前記第１直列キャパシタは、第１機械式真空可変キャパシタと、前記第１機械式真空可変キャパシタに並列に接続された複数の第１並列電子式スイッチキャパシタモジュールと、を含み、前記第２直列キャパシタは、第２機械式真空可変キャパシタと、前記第２機械式真空可変キャパシタに並列に接続された複数の第２並列電子式スイッチキャパシタモジュールと、を含むことができる。前記第１並列電子式スイッチキャパシタモジュールは、第１固定キャパシタと、前記第１固定キャパシタに直列に接続された第１スイッチと、を含み、前記第２並列電子式スイッチキャパシタモジュールは、第２固定キャパシタ、及び前記第２固定キャパシタに直列に接続された第２スイッチを含むことができる。

【0021】

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工程処理チャンバと、前記工程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。

【0022】

前記電力供給装置は、第１ＲＦ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を生成する第１ＲＦ電源、第１ＲＦ電源に接続された第１マッチング回路、及び前記第１ＲＦ信号をプラズマ負荷へ伝達する第１電力伝達回路を含む第１電力供給部と、第２ＲＦ信号を生成する第２ＲＦ電源、第２ＲＦ電源に接続された第２マッチング回路、及び第２ＲＦ信号をプラズマ負荷へ伝達する第２電力伝達回路を含む第２電力供給部と、前記第１電力供給部と前記第２電力供給部との干渉を除去するデカップリング部と、を含む。前記第１マッチング回路及び前記第２マッチング回路のそれぞれは、機械式真空可変キャパシタ、及び前記機械式真空可変キャパシタに対して並列に接続された複数の電子式可変キャパシタモジュールと、を含む。前記工程処理チャンバの工程条件が変更されるとき、前記機械式真空可変キャパシタのキャパシタンスが固定された状態で、前記電子式可変キャパシタモジュールの制御によって、前記第１マッチング回路及び前記第２マッチング回路のインピーダンスが調節される。

【0023】

本発明の実施形態によれば、前記第１マッチング回路は、互いに並列に接続された複数のキャパシタを含む第１並列キャパシタアレイと、前記並列キャパシタアレイに直列に接続された複数のキャパシタを含む第１直列キャパシタアレイと、を含むことができる。前記第２マッチング回路は、互いに並列に接続された複数のキャパシタを含む第２並列キャパシタアレイと、前記第２並列キャパシタアレイに直列に接続された複数のキャパシタを含む第２直列キャパシタアレイと、を含むことができる。

【0024】

本発明の実施形態によれば、前記第１並列キャパシタアレイは、並列機械式真空可変キャパシタと、前記並列機械式真空可変キャパシタに並列に接続された複数の並列電子式スイッチキャパシタモジュールと、を含むことができる。前記第１直列キャパシタアレイは、直列機械式真空可変キャパシタと、前記直列機械式真空可変キャパシタに並列に接続された複数の直列電子式スイッチキャパシタモジュールと、を含むことができる。

【0025】

本発明の実施形態によれば、前記並列電子式スイッチキャパシタモジュールは、固定されたキャパシタンスを有する並列固定キャパシタと、前記並列固定キャパシタに直列に接続された並列スイッチと、を含むことができる。前記直列電子式スイッチキャパシタモジュールは、固定されたキャパシタンスを有する直列固定キャパシタと、前記直列固定キャパシタに直列に接続された直列スイッチと、を含むことができる。

【0026】

本発明の実施形態によれば、前記並列機械式真空可変キャパシタは、前記並列固定キャパシタよりも大きいキャパシタンスを有することができる。前記直列機械式真空可変キャパシタは、前記直列固定キャパシタよりも大きいキャパシタンスを有することができる。

【0027】

本発明の実施形態によれば、前記並列機械式真空可変キャパシタ及び前記直列機械式真空可変キャパシタのキャパシタンスは、予め設定された値に調節され、前記予め設定された値は、前記プラズマ処理設備のプロセスガスの種類、流量、圧力、又は供給電力によって決定されることができる。

【0028】

本発明の実施形態によれば、前記工程処理チャンバの工程条件が変更されるとき、前記並列機械式真空可変キャパシタ及び前記直列機械式真空可変キャパシタのキャパシタンスが、前記予め設定された値に固定された状態で、前記並列電子式スイッチキャパシタモジュール及び前記直列電子式スイッチキャパシタモジュールのスイッチ制御を介してインピーダンスが整合されるように構成できる。

【0029】

本発明によるプラズマ処理設備によって行われる基板処理方法は、前記第１マッチング回路及び前記第２マッチング回路のインピーダンスを調節するステップと、前記インピーダンスの調節が完了すると、前記基板に対する工程処理を行うステップと、を含む。前記インピーダンスを調節するステップは、前記機械式真空可変キャパシタのキャパシタンスを、予め設定された値に調節するステップと、前記入力インピーダンスを測定するステップと、前記プラズマ負荷からの反射係数が基準反射係数より大きいか否かを判断するステップと、前記反射係数が基準反射係数より大きい場合、前記プラズマ負荷のインピーダンスを測定するステップと、前記入力インピーダンスと前記プラズマ負荷のインピーダンスに基づいて、前記複数の電子式可変キャパシタモジュールのスイッチオン／オフ制御によって前記電子式可変キャパシタモジュールのキャパシタンスを調節するステップと、を含む。

【0030】

本発明の実施形態によれば、前記電子式可変キャパシタモジュールのキャパシタンスを調節するステップは、前記入力インピーダンスと前記プラズマ負荷のインピーダンスに基づいてインピーダンス調節値を計算するステップと、前記インピーダンス調節値に対応するキャパシタンスを有する前記電子式可変キャパシタモジュールのスイッチをターンオンさせるステップと、を含むことができる。

【発明の効果】

【0031】

本発明によれば、真空機械式可変キャパシタと電子式スイッチキャパシタモジュールとが並列接続された構造のインピーダンスマッチング回路を適用することにより、より迅速なマッチングを行うことができる。

【0032】

また、本発明によれば、複数の電力供給部、及び電力供給部間の干渉を除去するデカップリング部を構成することにより、個別マッチング回路に要求される動作領域を低いレベルに維持し、それにより迅速なインピーダンスマッチングが可能である。

【0033】

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】

【0034】

【図1】プラズマ処理設備の概略構成を示す。

【図2】本発明によるプラズマ処理設備において複数の独立電源が適用された高速整合のための電力供給装置の構成を概略的に示す。

【図3】本発明によるプラズマ処理設備において複数の独立電源が適用された高速整合のための電力供給装置の構成を概略的に示す。

【図4】本発明によるプラズマ処理設備において複数の独立電源が適用された高速整合のための電力供給装置の構成を概略的に示す。

【図5】本発明によるプラズマ処理設備において複数の独立電源が適用された高速整合のための電力供給装置の構成を概略的に示す。

【図6】並列電力供給装置をモデリングした等価回路を示す。

【図7】本発明によるデカップリング部が適用された並列電力供給装置をモデリングした等価回路を示す。

【図8a】二重電力供給装置の等価回路を示す。

【図8b】二重電力供給装置の伝達係数を示す。

【図9a】デカップリング部を含む二重電力供給装置の等価回路を示す。

【図9b】デカップリング部を含む二重電力供給装置の伝達係数を示す。

【図10a】単一電力供給装置における各工程ステップ別のプラズマ負荷インピーダンスの分布を示す。

【図10b】並列電力供給装置における各工程ステップ別のプラズマ負荷インピーダンスの分布を示す。

【図10c】並列電力供給装置における各工程ステップ別のプラズマ負荷インピーダンスの分布を示す。

【図11】本発明による高速マッチングのための電力供給装置におけるマッチング回路の構造を示す。

【図12】電力供給装置におけるマッチングシステムの構成を示す。

【図13a】本発明に係るプラズマ処理設備によって行われる基板処理方法を示すフローチャートである。

【図13b】本発明によるインピーダンスの調整過程を示すフローチャートである。

【図14】本発明の他の実施形態によるマッチング回路が適用された電力供給装置を示す。

【発明を実施するための形態】

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

図１は、プラズマ処理設備１の概略構成を示す。プラズマ処理設備１は、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２と、電力供給装置２によって形成されたプラズマを用いて基板に対する工程処理を行う工程処理チャンバ３と、を含む。工程処理チャンバ３は、プラズマを形成して基板（例えば、ウエハ）に対する工程処理を行い、電力供給装置は、プラズマを形成するために工程処理チャンバ３へ電力を提供する。

【0041】

工程処理チャンバ３で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が行われるが、最近、高いレベルの積層構造が要求されるにつれて、それぞれの工程ステップごとにプラズマ状態の変化が発生する。プラズマ状態の変化は、プラズマ負荷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。このため、電力供給装置２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の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。

【0042】

したがって、本発明の実施形態は、高い電力レベルの動作領域を有する高速マッチング方法を提供する。

【0043】

図２乃至図５は、本発明によるプラズマ処理設備１における高速整合のための電力供給装置２の構成を概略的に示す。

【0044】

図２及び図３を参照すると、本発明の実施形態によるプラズマ処理設備１における高速マッチングのための電力供給装置２は、第１ＲＦ信号をプラズマ負荷４０へ伝達する第１電力供給部１０と、第２ＲＦ信号をプラズマ負荷４０へ伝達する第２電力供給部２０と、第１電力供給部１０と第２電力供給部２０との干渉を除去するデカップリング部３０と、を含む。本発明によれば、１つのプラズマ負荷４０に対して独立して動作する第１電力供給部１０及び第２電力供給部２０が並列に接続される。これにより、個別電力供給部でマッチング回路に要求される動作領域を低いレベルに維持することができる。

【0045】

一方、１つのプラズマ負荷４０に対して独立して動作する電力供給部は、図４に示すようにＮ個（Ｎは自然数）だけ構成されることができる。ただし、本明細書では、説明の便宜のために、２つの電力供給部を介してプラズマ負荷４０に電力を供給する例を中心に説明する。ただし、本発明の範囲が２つの電力供給部を使用する実施形態に限定されるものではなく、実質的に同じ概念が３つ以上の電力供給部を使用する実施形態に適用できる。

【0046】

図３及び図５を参照すると、第１電力供給部１０は、第１ＲＦ信号を生成する第１ＲＦ電源１１０－１、第１ＲＦ電源１１０－１とデカップリング部３０との間に接続された第１マッチング回路１２０－１、及びデカップリング部３０に接続され、プラズマ負荷４０へ第１ＲＦ信号を伝達する第１電力伝達回路１３０－１を含む。同様に、第２電力供給部２０は、第２ＲＦ信号を生成する第２ＲＦ電源１１０－２、第２ＲＦ電源１１０－２とデカップリング部３０との間に接続された第２マッチング回路１２０－２、及びデカップリング部３０に接続され、プラズマ負荷４０へ第２ＲＦ信号を伝達する第２電力伝達回路１３０－２を含む。一方、デカップリング部３０は、第１電力供給部１０に直列に接続された第１デカップリングインダクタＬ_１、第２電力供給部２０に直列に接続され、第１デカップリングインダクタＬ_１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Ｌ_２、並びに第１電力供給部１０及び第２電力供給部２０に接続されたデカップリングキャパシタＣ_３を含む。

【0047】

デカップリング部３０は、第１マッチング回路１２０－１又は第２マッチング回路１２０－２の一部として構成されるか、或いは別途の区分されたモジュールとして構成されることができる。

【0048】

本発明によれば、第１ＲＦ信号と第２ＲＦ信号は、同じ又は基準範囲内（例えば５％）の周波数を有することができる。

【0049】

本発明によれば、デカップリング部３０は、第１電力供給部１０（第１電力伝達回路１３０－１）及び第２電力供給部２０（第２電力伝達回路１３０－２）間の結合係数と、第１電力供給部１０のリアクタンス及び第２電力供給部２０のリアクタンスによって発生するクロストーク（Ｃｒｏｓｓ－Ｔａｌｋ）を相殺するように設計される。デカップリング部３０は、第１電力供給部１０と第２電力供給部２０との干渉を最小限に抑えるＮポートネットワークを第１電力供給部１０及び第２電力供給部２０に接続する。

【0050】

デカップリング部３０によるＮポートネットワークのデカップリング原理は、図６及び図７を参照して説明することができる。

【0051】

図６は、並列電力供給装置をモデリングした等価回路を示す。図６の左側回路は第１電力供給部１０の等価回路であり、図７の右側回路は第２電力供給部２０の等価回路である。

【0052】

図６の個別独立電源のリアクティブ素子間の電磁結合によって第１電力供給部１０の等価回路の負荷に印加される電力Ｐ_１は、下記数式１の通りである_。

【0053】

【数1】

（数式１）

【0054】

このとき、図７のようにデカップリング部３０によって発生するリアクティブ素子をそれぞれの回路に追加すると、既存の第１電力供給部１０の等価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Ｐ_１は、下記数式２の通りである。

【0055】

【数2】

（数式２）

【0056】

ここで、追加されるデカップリング部のデカップリングリアクティブ素子は、下記数式３の条件を満たすように設計される。

【0057】

【数3】

（数式３）

【0058】

数式１～数式３中、Ｒ_１、Ｘ_１は、第１電力供給部１０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、Ｒ_２、Ｘ_２は、第２電力供給部２０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１０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、デカップリング部３０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Ｌ_１及び第２デカップリングインダクタＬ_２）間の結合により発生する第１電力供給部１０の等価回路でデカップリング部３０によって付加されたリアクタンスと、第２電力供給部２０の等価回路でデカップリング部３０によって付加されたリアクタンスとの結合係数を示し、Ｘ_１Ｄは、第１電力供給部１０の等価回路でデカップリング部３０によって付加されたリアクタンスを示し、Ｘ_２Ｄは、第２電力供給部２０の等価回路でデカップリング部３０によって付加されたリアクタンスを示す。

【0059】

図８ａ及び図８ｂは、二重電力供給システムの等価回路及び二重電力供給システムの伝達係数を示す。図８ａに示すように、第１電力伝達回路１３０－１は、第１電力伝達インダクタＬ_３と第１電力伝達キャパシタＣ_４からモデリングされることができ、第２電力伝達回路１３０－２は、第２電力伝達インダクタＬ_４と第１電力伝達キャパシタＣ_５からモデリングされることができる。プラズマ負荷４０は、負荷インダクタＬ_Ｐと負荷抵抗Ｒ_Ｐからモデリングされることができる。

【0060】

図８ｂは、図８ａのような二重電力供給システムで見た伝達係数Ｓ２１の変化を示す。デカップリング部が備えられていない場合、各電力伝達回路間の結合及びプラズマ負荷４０の影響により、使用周波数（１３．５６ＭＨｚ）で高い伝達係数が達成される。しかし、このような高い伝達係数は、反対側のマッチング回路に影響を及ぼして非正常な動作を引き起こし、反対側の電力供給システムで高いレベルの反射電力レベルが誘発される。

【0061】

図９ａ及び図９ｂは、デカップリング部３０を含む二重電力供給システムの等価回路及びデカップリング部を含む二重電力供給システムの伝達係数を示す。図９ａに示すように、第１電力伝達回路１３０－１は、第１電力伝達インダクタＬ_３と第１電力伝達キャパシタＣ_４からモデリングされることができ、第２電力伝達回路１３０－２は、第２電力伝達インダクタＬ_４と第１電力伝達キャパシタＣ_５からモデリングされることができる。プラズマ負荷４０は、負荷インダクタＬ_Ｐと負荷抵抗Ｒ_Ｐからモデリングされることができる。デカップリング部３０は、第１電力伝達回路１３０－１に接続された第１デカップリングインダクタＬ_１、第２電力伝達回路１３０－２に接続された第２デカップリングインダクタＬ_２、第１電力伝達回路１３０－１及び第２電力伝達回路１３０－２に接続されたデカップリングキャパシタＣ_３からモデリングされる。

【0062】

図９ａのようなリアクティブ素子で構成されたデカップリング部３０が追加されると、図９ｂのグラフから分かるように、使用周波数ｆ_０の領域に低い結合係数が現れることが確認された。使用周波数ｆ_０に等しい又は５％の範囲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確認された。

【0063】

本発明のように並列な独立電力供給システムを構成することにより、プラズマ負荷４０に全体パワーを分散させて供給するから、各マッチング回路１２０－１、１２０－２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１２０－１、１２０－２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の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る。

【0064】

図１０ａは、単一電力供給システムにおける各工程ステップ別のプラズマ負荷インピーダンスの分布を示し、図１０ｂ及び図１０ｃは、並列電力供給システムにおける各工程ステップ別のプラズマ負荷インピーダンスの分布を示す。図１０ａは、１つのＲＦ電源、マッチング回路及びスプリッタ回路を介して電力を供給するシステムにおけるプラズマ条件の変化による負荷インピーダンスの変化を示すスミスチャートであり、図１０ｂ及び図１０ｃは、本発明による電力供給システムで第１電力供給部１０の第１マッチング回路１２０－１の負荷インピーダンス変化を示すスミスチャート及び第２電力供給部２０の第２マッチング回路１２０－２の負荷インピーダンス変化を示すスミスチャートである。

【0065】

図１０ａのような単一電力供給システムの場合、プラズマ工程条件の変化、例えば、各工程ステップ別のプロセスガスの種類、流量、圧力、電力量などの違いにより、マッチング回路から見た工程ステップ別のプラズマ負荷の分布範囲が相対的に広いことが確認される。これは、３Ｄ ＮＡＮＤフラッシュのような半導体積層構造の連続的なエッチング過程と、これによる工程ステップの進行に伴ってマッチング回路内の可変リアクティブ素子の急激な変化を誘導する。可変リアクティブ素子の急激な変化は、機械式真空可変キャパシタの寿命の短縮を引き起こし、且つ長い再整合時間によって反射電力の発生時間を増加させるので電源の寿命を短縮させることができる。

【0066】

一方、本発明のように並列式二重電力供給システムの場合は、図１０ｂ及び図１０ｃに示すように、各工程ステップ別のプラズマ負荷４０のインピーダンス分布が狭いことを確認することができる。並列式二重電力供給システムを構成することにより、個別マッチング回路が担当すべきプラズマ負荷４０のリアクタンス変化を分散させることができ、それぞれのマッチング回路は、迅速にインピーダンスマッチングを行うことができる。

【0067】

一方、本発明の実施形態として、高い電力レベルの動作領域を有する電力供給装置２は、図１１に示すように、機械式真空可変キャパシタ（ＶＶＣ：Ｖａｃｕｕｍ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）と電子式可変キャパシタ（ＥＶＣ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）が並列に構成されたインピーダンスマッチング回路を含むことができる。以下、本発明に係るインピーダンスマッチング回路の詳細構成について説明し、代表的には、第１電力供給部１０に構成された第１マッチング回路１２０－１の構成について説明する。ただし、同じ又は類似の構造が第２マッチング回路１２０－２に適用されることができる。

【0068】

本発明によるインピーダンスマッチング回路は、ＲＦ信号を生成するＲＦ電源１１０－１に並列に接続される並列キャパシタアレイ１２２－１と、ＲＦ電源１１０－１に直列に接続される直列キャパシタアレイ１２４－１と、を含む。並列キャパシタアレイ１２２－１又は直列キャパシタアレイ１２４－１は、機械式真空可変キャパシタＣ_１又はＣ_２、及び機械式真空可変キャパシタＣ_１又はＣ_２に対して並列に接続される電子式スイッチキャパシタモジュール１２２０－１、１２２０－２……、１２２０－Ｎ又は１２４０－１、１２４０－２……、１２４０－Ｎを含む。

【0069】

図１１を参照すると、インピーダンスマッチング回路は、ＲＦ信号を生成するＲＦ電源１１０－１と接地との間に接続され、並列機械式真空可変キャパシタＣ_１、及び並列機械式真空可変キャパシタＣ_１に並列に接続された複数の並列電子式スイッチキャパシタモジュール１２２０－１、１２２０－２．．．、１２２０－Ｎを含む 第１並列キャパシタアレイ１２２－１と、ＲＦ電源１１０－１とプラズマ負荷４０側との間に接続され、直列機械式真空可変キャパシタＣ_２、及び前記直列機械式真空可変キャパシタＣ_２に接続された複数の直列電子式スイッチキャパシタモジュール１２４０－１、１２４０－２．．．．．．、１２４０－Ｎを含む 第１直列キャパシタアレイ１２４－１を含む。図１１では、 第１並列キャパシタアレイ１２２－１と 第１直列キャパシタアレイ１２４－１の両方が機械式真空可変キャパシタと電子式スイッチキャパシタモジュールとの並列接続で構成されている構造を示すが、第１並列キャパシタアレイ１２２－１又は 第１直列キャパシタアレイ１２４－１のうちの１つは、機械式真空可変キャパシタと電子式スイッチキャパシタモジュールとの並列接続で構成され、残りの一つは、機械式真空可変キャパシタによって構成されることができる。

【0070】

本発明によれば、並列電子式スイッチキャパシタモジュール１２４０－１、１２４０－２……、１２４０－Ｎは、固定されたキャパシタンスを有する並列固定キャパシタＣ_Ｐ１、Ｃ_Ｐ２……、Ｃ_Ｐｎと、並列固定キャパシタＣ_Ｐ１、Ｃ_Ｐ２……、Ｃ_Ｐｎに直列に接続された並列スイッチＳ_Ｐ１、Ｓ_Ｐ２……、Ｓ_Ｐｎと、を含むことができる。

【0071】

本発明によれば、並列機械式真空可変キャパシタＣ_１は、並列固定キャパシタＣ_Ｐ１、Ｃ_Ｐ２……、Ｃ_Ｐｎよりも大きいキャパシタンスを有することができる。相対的に機械式真空可変キャパシタは電子式可変キャパシタに比べてキャパシタンス調節には長い時間がかかるので、機械式真空可変キャパシタの値を固定させた状態で相対的に小さいキャパシタンスを有する電子式可変キャパシタのスイッチを制御することにより、より迅速にキャパシタンスを調節することができる。

【0072】

本発明によれば、直列電子式スイッチキャパシタモジュール１２４０－１、１２４０－２……、１２４０－Ｎは、固定されたキャパシタンスを有する直列固定キャパシタＣ_Ｓ１、Ｃ_Ｓ２……、Ｃ_Ｓｎと、直列固定キャパシタＣ_Ｓ１、Ｃ_Ｓ２……、Ｃ_Ｓｎに直列に接続された直列スイッチＳ_Ｓ１、Ｓ_Ｓ２……、Ｓ_Ｓｎと、を含むことができる。

【0073】

本発明によれば、直列機械式真空可変キャパシタＣ_２は、直列固定キャパシタＣ_Ｓ１、Ｃ_Ｓ２……、Ｃ_Ｓｎよりも大きいキャパシタンスを有することができる。

【0074】

一方、上述したインピーダンスマッチング回路は、プラズマ処理設備１の電力供給装置２の第１マッチング回路１２０－１及び第２マッチング回路１２０－２に適用されることができる。

【0075】

本発明によれば、第１マッチング回路１２０－１は、第１ＲＦ電源１１０－１及び接地に結合され、互いに並列に接続された複数のキャパシタＣ_１、Ｃ_Ｐ１、Ｃ_Ｐ２……、Ｃ_ｐｎを含む第１並列キャパシタアレイ１２２－１と、第１ＲＦ電源１１０－１及びデカップリング部３０に結合され、第１並列キャパシタアレイ１２２－１に直列に接続された複数のキャパシタＣ_２、Ｃ_Ｓ１、Ｃ_Ｓ２……、Ｃ_Ｓｎを含む第１直列キャパシタアレイ１２４－１と、を含む。同様に、第２マッチング回路１２０－２は、第２ＲＦ電源１１０－２及び接地に結合され、互いに並列に接続された複数のキャパシタを含む第２並列キャパシタアレイ１２２－２と、第２ＲＦ電源１１０－２及びデカップリング部３０に結合され、第２並列キャパシタアレイ１２２－２に直列に接続された複数のキャパシタを含む第２直列キャパシタアレイ１２４－２と、を含むことができる。

【0076】

第１並列キャパシタアレイ１２２－１は、並列機械式真空可変キャパシタＣ_１と、並列機械式真空可変キャパシタＣ_１に並列に接続された複数の並列電子式スイッチキャパシタモジュール１２２０－１、１２２０－２……、１２２０－Ｎと、を含む。第１直列キャパシタアレイ１２４－１は、直列機械式真空可変キャパシタＣ_２と、直列機械式真空可変キャパシタＣ_２に並列に接続された複数の直列電子式スイッチキャパシタモジュール１２４０－１、１２４０－２……、１２４０－Ｎと、を含む。

【0077】

並列電子式スイッチキャパシタモジュール１２２０－１、１２２０－２……、１２２０－Ｎは、固定されたキャパシタンスを有する並列固定キャパシタＣ_Ｐ１、Ｃ_Ｐ２……、Ｃ_Ｐｎと、並列固定キャパシタＣ_Ｐ１、Ｃ_Ｐ２……、Ｃ_Ｐｎに直列に接続された並列スイッチＳ_Ｐ１、Ｓ_Ｐ２……、Ｓ_Ｐｎと、を含む。直列電子式スイッチキャパシタモジュール１２４０－１、１２４０－２……、１２４０－Ｎは、固定されたキャパシタンスを有する直列固定キャパシタＣ_Ｓ１、Ｃ_Ｓ２……、Ｃ_Ｓｎと、直列固定キャパシタＣ_Ｓ１、Ｃ_Ｓ２……、Ｃ_Ｓｎに直列に接続された直列スイッチＳ_Ｓ１、Ｓ_Ｓ２……、Ｓ_Ｓｎと、を含む。

【0078】

並列機械式真空可変キャパシタＣ_１は、並列固定キャパシタＣ_Ｐ１、Ｃ_Ｐ２……、Ｃ_Ｐｎよりも大きいキャパシタンスを有する。直列機械式真空可変キャパシタＣ_２は、直列固定キャパシタＣ_Ｓ１、Ｃ_Ｓ２……、Ｃ_Ｓｎよりも大きいキャパシタンスを有する。

【0079】

第１ＲＦ電源１１０－１に接続された第１並列キャパシタアレイ１２２－１の総キャパシタンスＣ_ｔｏｔは、下記数式４の通りである。

【0080】

【数4】

（数式４）

【0081】

第１並列キャパシタアレイ_{１２２－１}の各素子の両端にかかる電圧が同一であるため、全体素子を流れる電流量は、下記数式５の通りであり、電子制御可能な並列スイッチＳ_Ｐ１、Ｓ_Ｐ２……、Ｓ_Ｐｎに接続される並列固定キャパシタＣ_Ｐ１、Ｃ_Ｐ２……、Ｃ_Ｐｎが並列機械式真空可変キャパシタＣ_１に比べて小さい場合、大部分のＲＦ電流は、並列機械式真空可変キャパシタＣ_１を介して流れる。

【0082】

【数5】

（数式５）

【0083】

第１直列キャパシタアレイ１２４－１も、同様の原理で総キャパシタンス及び電流量が決定される。

【0084】

図１１のように第１マッチング回路１２０－１を構成することにより、個別スイッチを通過するＲＦ電流が減少し、逆に第１マッチング回路１２０－１全体の許容電流量は増加することができる。個別スイッチに流れるＲＦ電流の減少は、電子式スイッチの内部抵抗による電力の熱損失を低減し、これによる発熱問題を改善することができ、全般的な第１マッチング回路１２０－１の動作安定性の確保が達成されることができる。第２マッチング回路１２０－２も同様の原理が適用される。

【0085】

一方、本発明によるインピーダンスマッチング回路は、多様に構成されることができる。例えば、図１４に示すようなＴ字型インピーダンスマッチング回路に本発明によるキャパシタアレイ構造が適用されることができる。図１４を参照すると、第１マッチング回路１２０－１は、第１ＲＦ電源１１０－１及び接地に結合された固定シャントキャパシタＣ_Ｓと、第１ＲＦ電源１１０－１及び固定シャントキャパシタＣ_Ｓに結合され、互いに並列に接続された複数のキャパシタを含む第１直列キャパシタアレイ１２２－１と、固定シャントキャパシタＣ_Ｓ及びデカップリング部３０に結合され、互いに並列に接続された複数のキャパシタを含む第２直列キャパシタアレイ１２４－１と、を含むことができる。

【0086】

第１直列キャパシタアレイ１２２－１は、第１機械式真空可変キャパシタＣ_１と、第１機械式真空可変キャパシタに並列に接続された複数の第１並列電子式スイッチキャパシタモジュールと、を含み、第２直列キャパシタアレイ１２４－１は、第２機械式真空可変キャパシタＣ_２と、第２機械式真空可変キャパシタＣ_２に並列に接続された複数の第２並列電子式スイッチキャパシタモジュールと、を含む。第１並列電子式スイッチキャパシタモジュールは、第１固定キャパシタＣ_１１、Ｃ_１２……、Ｃ_１Ｎ及び第１固定キャパシタＣ_１１、Ｃ_１２……、Ｃ_１Ｎに直列に接続された第１スイッチＳ_１１、Ｓ_１２……、Ｓ_１Ｎを含む。第２並列電子式スイッチキャパシタモジュールは、第２固定キャパシタＣ_１２、Ｃ_２２……、Ｃ_２Ｎと、第２固定キャパシタＣ_２１、Ｃ_２２……、Ｃ_２Ｎに直列に接続された第２スイッチＳ_２１、Ｓ_２２……、Ｓ_２Ｎと、を含む。

【0087】

さらに、本発明の実施形態は、高い電力レベルの動作領域を有する高速整合のためのマッチング回路の制御方法を提供する。

【0088】

図１２は、電力供給装置２におけるマッチングシステムの構成を示す。図１２を参照すると、第１ＲＦ電源１１０－１が動作すると、第１マッチング回路１２０－１に備えられた入力センサは、入力インピーダンスＺ_ＩＮと対応する反射係数Γを測定する。このとき、反射係数Γが基準値より高い場合、制御器を用いてプラズマ負荷４０のインピーダンスを計算して第１マッチング回路１２０－１内のインピーダンス（キャパシタンス）を調節する。インピーダンス調節後、反射係数Γが基準値より低い場合には、別途のインピーダンス調節なしに工程を行う。工程実行中にも入力インピーダンスＺ_ＩＮと第１ＲＦ電源１１０－１の出力が整合されるか否かをモニタリングし、反射係数Γが基準値より高い場合には、再びインピーダンスを調節する過程が繰り返し行われる。

【0089】

機械式真空可変キャパシタのキャパシタンスを調節する方法の場合は、機械式操作に依存するため、マッチング時間が遅れる可能性が高い。したがって、本発明の実施形態は、工程処理チャンバ３の工程条件が変更されるとき、機械式可変キャパシタのキャパシタンスを予め設定された値に固定させた状態で、電子式スイッチの制御によって迅速なマッチングを達成する方法を提供する。

【0090】

すなわち、本発明に係るプラズマ処理設備１は、基板に対する工程処理を行う工程処理チャンバ３と、工程処理チャンバ３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２と、を含む。電力供給装置２は、第１ＲＦ信号を生成する第１ＲＦ電源１１０－１、第１ＲＦ電源１１０－１に接続された第１マッチング回路１２０－１、及び第１ＲＦ信号をプラズマ負荷４０へ伝達する第１電力伝達回路１３０－１を含む第１電力供給部１０と、第２ＲＦ信号を生成する第２ＲＦ電源１１０－２、第２ＲＦ電源１１０－２に接続された第２マッチング回路１２０－２、及び第２ＲＦ信号をプラズマ負荷４０へ伝達する第２電力伝達回路１３０－２を含む第２電力供給部２０と、第１電力供給部１０と第２電力供給部２０との干渉を除去するデカップリング部３０と、を含む。第１マッチング回路１２０－１及び第２マッチング回路１２０－２のそれぞれは、機械式真空可変キャパシタＣ_１又はＣ_２、及び機械式真空可変キャパシタＣ_１又はＣ_２に対して並列に接続されている複数の電子式スイッチキャパシタモジュール１２２０－１、１２２０－２……、１２２０－Ｎ又は１２４０－１、１２４０－２……、１２４０－Ｎを含み、工程処理チャンバ３の工程条件が変更されるとき、機械式真空可変キャパシタＣ_１及びＣ_２のキャパシタンスが固定された状態で電子式スイッチキャパシタモジュール１２２０－１、１２２０－２……、１２２０－Ｎ又は１２４０－１、１２４０－２……、１２４０－Ｎの制御によって第１マッチング回路１２０－１及び第２マッチング回路１２０－２のインピーダンスが調節される。

【0091】

本発明によれば、第１マッチング回路１２０－１は、第１ＲＦ電源１１０－１及び接地に結合され、互いに並列に接続された複数のキャパシタＣ_１、Ｃ_Ｐ１、Ｃ_Ｐ２……、Ｃ_ｐｎを含む 第１並列キャパシタアレイ１２２－１と、第１ＲＦ電源１１０－１及びデカップリング部３０に結合され、第１並列キャパシタアレイ１２２－１に直列に接続されている複数のキャパシタＣ_２、Ｃ_Ｓ１、Ｃ_Ｓ２……、Ｃ_Ｓｎを含む第１直列キャパシタアレイ１２４－１と、を含む。同様に、第２マッチング回路１２０－２は、第２ＲＦ電源１１０－２及び接地に結合され、互いに並列に接続された複数のキャパシタを含む第２並列キャパシタアレイ１２２－２と、第２ＲＦ電源１１０－２及びデカップリング部３０に結合され、第２並列キャパシタアレイ１２２－２に直列に接続された複数のキャパシタを含む第２直列キャパシタアレイ１２４－１と、を含むことができる。

【0092】

第１並列キャパシタアレイ１２２－１は、並列機械式真空可変キャパシタＣ_１と、並列機械式真空可変キャパシタＣ_１に並列に接続された複数の並列電子式スイッチキャパシタモジュール１２２０－１、１２２０－２……、１２２０－Ｎと、を含む。第１直列キャパシタアレイ１２４－１は、直列機械式真空可変キャパシタＣ_２と、直列機械式真空可変キャパシタＣ_２に並列に接続された複数の直列電子式スイッチキャパシタモジュール１２４０－１、１２４０－２……、１２４０－Ｎと、を含む。

【0093】

並列電子式スイッチキャパシタモジュール１２２０－１、１２２０－２、……、１２２０－Ｎは、固定されたキャパシタンスを有する並列固定キャパシタＣ_Ｐ１、Ｃ_Ｐ２……、Ｃ_Ｐｎと、並列固定キャパシタＣ_Ｐ１、Ｃ_Ｐ２……、Ｃ_Ｐｎに直列に接続された並列スイッチＳ_Ｐ１、Ｓ_Ｐ２……、Ｓ_Ｐｎと、を含む。直列電子式スイッチキャパシタモジュール１２４０－１、１２４０－２、……、１２４０－Ｎは、固定されたキャパシタンスを有する直列固定キャパシタＣ_Ｓ１、Ｃ_Ｓ２……、Ｃ_Ｓｎと、直列固定キャパシタＣ_Ｓ１、Ｃ_Ｓ２……、Ｃ_Ｓｎに直列に接続された直列スイッチＳ_Ｓ１、Ｓ_Ｓ２……、Ｓ_Ｓｎと、を含む。

【0094】

並列機械式真空可変キャパシタＣ_１は、並列固定キャパシタＣ_Ｐ１、Ｃ_Ｐ２……、Ｃ_Ｐｎよりも大きいキャパシタンスを有する。直列機械式真空可変キャパシタＣ_２は、直列固定キャパシタＣ_Ｓ１、Ｃ_Ｓ２……、Ｃ_Ｓｎよりも大きいキャパシタンスを有する。

【0095】

本発明によれば、並列機械式真空可変キャパシタＣ_１及び前記直列機械式真空可変キャパシタＣ_２のキャパシタンスは、予め設定された値に調節される。並列機械式真空可変キャパシタＣ_１及び前記直列機械式真空可変キャパシタＣ_２のキャパシタンスとして予め設定された値は、プラズマ処理設備１のプロセスガスの種類、流量、圧力又は供給電力によって決定される。

【0096】

図１３ａは、本発明によるプラズマ処理設備によって行われる基板処理方法を示すフローチャートであり、図１３ｂは、本発明によるインピーダンスを調節する過程を示すフローチャートである。

【0097】

図１３ａを参照すると、インピーダンスマッチング回路（第１マッチング回路１２０－１及び第２マッチング回路１２０－２）のインピーダンスを調節するステップ（Ｓ１３０１）と、インピーダンスの調節が完了すると、基板に対する工程処理を行うステップ（Ｓ１３０２）と、を含む。

【0098】

図１３ｂを参照すると、インピーダンスマッチング回路のインピーダンスを調節するステップ（Ｓ１３０１）は、機械式真空可変キャパシタＣ_１及びＣ_２のキャパシタンスを予め設定された値に調節するステップ（Ｓ１３１０）と、第１マッチング回路１２０－１及び第２マッチング回路１２０－２の入力インピーダンスＺ_ＩＮを測定するステップ（Ｓ１３２０）と、プラズマ負荷４０からの反射係数Γが基準反射係数より大きいか否かを判断するステップ（Ｓ１３３０）と、前記反射係数Γが基準反射係数より大きい場合、プラズマ負荷４０のインピーダンスＺ_Ｐを測定するステップ（Ｓ１３４０）と、プラズマ負荷４０のインピーダンスに基づいて複数の電子式可変キャパシタモジュール１２２０－１、１２２０－２……、１２２０－Ｎ及び１２４０－１、１２４０－２……、１２４０－Ｎのスイッチオン／オフ制御によって電子式可変キャパシタモジュール１２２０－１、１２２０－２、……、１２２０－Ｎ及び１２４０－１、１２４０－２……、１２４０－Ｎのキャパシタンスを調節するステップ（Ｓ１３５０）と、を含む。

【0099】

機械式真空可変キャパシタのキャパシタンスを予め設定された値に調節するステップ（Ｓ１３１０）で、並列機械式真空可変キャパシタＣ_１及び前記直列機械式真空可変キャパシタＣ_２のキャパシタンスが予め設定された値に調節される。並列機械式真空可変キャパシタＣ_１及び前記直列機械式真空可変キャパシタＣ_２のキャパシタンスとして予め設定された値は、プラズマ処理設備１のプロセスガスの種類、流量、圧力又は供給電力によって決定される。

【0100】

その後、入力インピーダンスＺ_ＩＮを測定するステップ（Ｓ１３２０）が行われる。ここで、第１マッチング回路１２０－１に備えられた入力センサは、入力インピーダンスＺ_ＩＮに対応する反射係数Γを測定する。

【0101】

入力インピーダンスＺ_ＩＮに対応する反射係数Γを測定した後、反射係数Γが基準値より小さいか否かを確認するステップ（Ｓ１３３０）が行われる。反射係数Γが基準値より小さい場合、プロセス処理を行いながら入力インピーダンスＺ_ＩＮを測定するステップ（Ｓ１３２０）が繰り返し行われることができる。

【0102】

反射係数Γが基準値と同じかそれより大きい場合、負荷インピーダンスＺ_Ｐを測定するステップ（Ｓ１３４０）と、入力インピーダンスＺ_ＩＮ及びプラズマ負荷４０のインピーダンスＺ_Ｐに基づいて複数の電子式可変キャパシタモジュール１２２０－１、１２２０－２……、１２２０－Ｎ及び１２４０－１、１２４０－２……、１２４０－Ｎのスイッチオン／オフ制御によって電子式可変キャパシタモジュール１２２０－１、１２２０－２……、１２２０－Ｎ及び１２４０－１、１２４０－２……、１２４０－Ｎのキャパシタンスを調節するステップ（Ｓ１３５０）とが行われる。

【0103】

電子式可変キャパシタモジュール１２２０－１、１２２０－２……、１２２０－Ｎ及び１２４０－１、１２４０－２……、１２４０－Ｎのキャパシタンスを調節するステップ（Ｓ１３５０）は、プラズマ負荷４０のインピーダンスＺ_Ｐに基づいてインピーダンス調節値を計算するステップと、インピーダンス調節値に対応するキャパシタンスを有する電子式可変キャパシタモジュール１２２０－１、１２２０－２……、１２２０－Ｎ及び１２４０－１、１２４０－２……、１２４０－ＮのスイッチＳ_Ｐ１、Ｓ_Ｐ２……、Ｓ_Ｐｎ及びＣ_Ｓ１、Ｃ_Ｓ２……、Ｃ_Ｓｎをターンオンさせるステップと、を含むことができる。

【0104】

電子式可変キャパシタモジュール１２２０－１、１２２０－２……、１２２０－Ｎ及び１２４０－１、１２４０－２……、１２４０－Ｎのキャパシタンスを調節する方法であって、一つ又はそれ以上のスイッチをオンにし、残りのスイッチをオフにすることができる。スイッチがオンになったキャパシタのキャパシタンスがインピーダンスマッチング回路のインピーダンスに合算されて全体的なマッチング回路のインピーダンスが調節される。

【0105】

すなわち、並列機械式真空可変キャパシタＣ_１及び直列機械式真空可変キャパシタＣ_２のキャパシタンスが予め設定された値に固定された状態で、並列電子式スイッチキャパシタモジュール１２２０－１、１２２０－２……、１２２０－Ｎ及び直列電子式スイッチキャパシタモジュール１２４０－１、１２４０－２……、１２４０－Ｎのスイッチ制御によってインピーダンスを整合させるように構成される。インピーダンス整合が完了すると、工程処理を行いながら入力インピーダンスＺ_ＩＮを測定するステップ（Ｓ１３２０）が繰り返し行われる。

【0106】

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。

【0107】

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】

【0108】

１ プラズマ処理設備
２ 電力供給装置
３ 工程処理チャンバ
１０ 第１電力供給部
２０ 第２電力供給部
３０ デカップリング部
４０ プラズマ負荷

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8a】

【図8b】

【図9a】

【図9b】

【図10a】

【図10b】

【図10c】

【図11】

【図12】

【図13a】

【図13b】

【図14】