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JP7761782B2 - Plasma generating coil structure and semiconductor processing device - Google Patents
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JP7761782B2 - Plasma generating coil structure and semiconductor processing device - Google Patents

Plasma generating coil structure and semiconductor processing device

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Description

本発明は、半導体加工の技術分野に関し、具体的には、半導体プロセス装置のプラズマ発生用コイル構造及び半導体プロセス装置に関する。 The present invention relates to the technical field of semiconductor processing, and more specifically to a plasma generation coil structure for semiconductor processing equipment and semiconductor processing equipment.

誘導結合プラズマ(ICP:Inductive Coupled Plasma)源は、半導体分野でドライエッチングや薄膜堆積によく使用されるプラズマ源である。ICP源は、高周波電流がコイルを通ることによって発生する高周波電磁場でガスを励起してプラズマを発生させ、低いチャンバー圧力の下で動作可能であり、プラズマ密度が高く、ワークへのダメージが小さいなどの特徴を持つ。限界寸法が日々小さくなるにつれて、プロセス加工過程で直面する挑戦もますます厳しくなり、その中の1つの非常に重要な要件は、プラズマ源の一貫性であり、ICP源の場合、コイル分布はエッチングの形態及びその均一性に重要な役割を果たし、コイル電流の径方向及び角方向分布の均一対称性を最適化し続ける必要があり、それによってプラズマ加工装置の高度集積デバイスを製造するプロセスの能力をさらに高める。 Inductively coupled plasma (ICP) sources are commonly used in semiconductor dry etching and thin film deposition. ICP sources generate plasma by exciting gas with a high-frequency electromagnetic field generated by passing a high-frequency current through a coil. They can operate at low chamber pressures, achieve high plasma density, and minimize damage to the workpiece. As critical dimensions shrink, the challenges faced during processing become increasingly severe, with plasma source consistency being one of the most important requirements. For ICP sources, coil distribution plays a key role in etching morphology and uniformity, and the uniform symmetry of the radial and angular distribution of coil current must be continually optimized, further enhancing the process capabilities of plasma processing equipment for manufacturing highly integrated devices.

図1は従来のコイル構造の模式図である。図2Aは、図1におけるコイル構造の径方向断面での投影図である。図1及び図2Aに示すように、該コイル構造は、内側コイル群11及び外側コイル群12を含み、両者はいずれも2つの平面コイルからなり、2つの平面コイルはその軸方向に対して180°回転対称に分布しており、各々の平面コイルの径方向断面での正投影の形状はインボリュート形であり、コイルの巻数は1.5ターンである。内側コイル群11と外側コイル群12のそれぞれの2つの平面コイルの外輪に位置する外端は、並列接続されて整合器13の出力端に電気的に接続され、内輪に位置する内端は、並列接続されて整合器13の入力端に電気的に接続される。 Figure 1 is a schematic diagram of a conventional coil structure. Figure 2A is a projection view of the coil structure in Figure 1 in a radial cross section. As shown in Figures 1 and 2A, the coil structure includes an inner coil group 11 and an outer coil group 12, each of which consists of two planar coils. The two planar coils are distributed with 180° rotational symmetry about their axial directions. The orthogonal projection shape of each planar coil in a radial cross section is an involute shape, and the number of coil turns is 1.5. The outer ends of the two planar coils located on the outer ring of each of the inner coil group 11 and outer coil group 12 are connected in parallel and electrically connected to the output terminal of the matching device 13, and the inner ends located on the inner ring are connected in parallel and electrically connected to the input terminal of the matching device 13.

図2Aに示すように、1つの平面コイルの形状がインボリュート形であり、該インボリュートが1.5ターンであることを例とし、該インボリュートの図2Aに示す破線の両側に位置する左右両部分の幾何学的分布が不均等であることで、電磁場の左右の非対称分布を引き起こし、さらにコイルの左右の電流が異なることを引き起こし、このことはプロセス中にプラズマ中のラジカル及びイオン密度の非対称分布を引き起こし、すなわち、プラズマ分布が不均一になり、その結果、ウエハに対するエッチングが不均一になり、エッチング品質又は効率に悪影響を及ぼしてしまう。 As shown in Figure 2A, for example, one planar coil has an involute shape with 1.5 turns. The uneven geometric distribution of the left and right portions of the involute located on either side of the dashed line in Figure 2A causes an asymmetric distribution of the electromagnetic field on the left and right sides, which in turn causes different currents on the left and right sides of the coil. This causes an asymmetric distribution of radical and ion density in the plasma during processing, i.e., an uneven plasma distribution, which results in uneven etching of the wafer and adversely affects etching quality or efficiency.

本発明は、少なくとも従来技術に存在する技術的課題の1つを解決するために、コイルの径方向の電流分布の差を補償し、コイルの下方で発生する結合エネルギーの径方向、角方向の分布均一性を向上させ、これによりプラズマ中のラジカル及びイオン密度の径方向の分布均一性を向上させることができるだけでなく、コイルの全体的な耐電圧能力を向上させ、これにより大電力供給を実現することもできる半導体プロセス装置のプラズマ発生用コイル構造及び半導体プロセス装置を提案する。 In order to solve at least one of the technical problems present in the prior art, the present invention proposes a plasma generation coil structure for a semiconductor process device and a semiconductor process device that compensates for differences in the radial current distribution of the coil and improves the radial and angular distribution uniformity of the binding energy generated below the coil, thereby not only improving the radial distribution uniformity of the radical and ion density in the plasma but also improving the overall voltage resistance capacity of the coil, thereby enabling the supply of large amounts of power.

上記目的を実現するために、本発明は、少なくとも1つのコイルユニットを含み、各々の前記コイルユニットはM個のコイル群を含み、Mは4以上の整数であり、M個の前記コイル群は、構造が同じであり、互いに並列接続され、各々の前記コイル群は互いに平行なN層の平面コイルを含み、Nは4以上の偶数であり、M個の前記コイル群の各層の前記平面コイルは1対1で対応して同じ層に設けられ、同一層に位置するM個の前記平面コイルは前記平面コイルの周方向に互いに間隔をおいて均等に分布し、各々の前記コイル群のN層の前記平面コイルは前記平面コイルが位置する平面に垂直な方向に沿って間隔をおいて設けられ、順にエンドツーエンドで直列接続され、各隣接する2層の前記平面コイルの前記平面コイルが位置する平面での正投影は鏡像対称である半導体プロセス装置のプラズマ発生用コイル構造を提供する。 To achieve the above object, the present invention provides a coil structure for generating plasma in a semiconductor process device, comprising at least one coil unit, each of which includes M coil groups, where M is an integer greater than or equal to four, and the M coil groups have the same structure and are connected in parallel to one another. Each of the coil groups includes N layers of planar coils that are parallel to one another, where N is an even number greater than or equal to four. The planar coils in each layer of the M coil groups are arranged in one-to-one correspondence on the same layer, the M planar coils located on the same layer are evenly distributed and spaced apart in the circumferential direction of the planar coil, the planar coils in the N layers of each of the coil groups are spaced apart along a direction perpendicular to the plane on which the planar coils are located and are connected in series end-to-end, and the orthogonal projections of the planar coils in each of two adjacent layers on the plane on which the planar coils are located are mirror images.

選択可能に、前記Mは4以上の偶数であり、M個の前記コイル群の入力端は、同じ層に設けられ、前記平面コイルの周方向にM/2個の入力端群に分割され、各々の前記入力端群は隣接する2つの前記コイル群の入力端を含み、隣接する2つの前記コイル群の入力端の間には、両者を電気的に接続するための第1延長セグメントが接続され、前記M/2個の入力端群の前記第1延長セグメント同士は電気的に接続され、M個の前記コイル群の出力端は、同じ層に設けられ、前記平面コイルの周方向にM/2個の出力端群に分割され、各々の前記出力端群は隣接する2つの前記コイル群の出力端を含み、隣接する2つの前記コイル群の出力端の間には、両者を電気的に接続するための第2延長セグメントが接続され、前記M/2個の出力端群の前記第2延長セグメント同士は電気的に接続される。 Optionally, M is an even number greater than or equal to 4, the input ends of the M coil groups are provided on the same layer and divided into M/2 input end groups in the circumferential direction of the planar coil, each of the input end groups including the input ends of two adjacent coil groups, a first extension segment is connected between the input ends of the two adjacent coil groups to electrically connect them, and the first extension segments of the M/2 input end groups are electrically connected to each other, the output ends of the M coil groups are provided on the same layer and divided into M/2 output end groups in the circumferential direction of the planar coil, each of the output end groups including the output ends of two adjacent coil groups, a second extension segment is connected between the output ends of the two adjacent coil groups to electrically connect them, and the second extension segments of the M/2 output end groups are electrically connected to each other.

選択可能に、前記第1延長セグメントの延在方向は1つの前記コイル群の前記第1延長セグメントに接続される前記平面コイルの延在方向と一致し、前記第2延長セグメントの延在方向は1つの前記コイル群の前記第2延長セグメントに接続される前記平面コイルの延在方向と一致する。 Optionally, the extension direction of the first extension segment coincides with the extension direction of the planar coil connected to the first extension segment of one of the coil groups, and the extension direction of the second extension segment coincides with the extension direction of the planar coil connected to the second extension segment of one of the coil groups.

選択可能に、前記第1延長セグメントの中間位置には、RF電源の出力端と電気的に接続するための第1配線端子が設けられ、前記第2延長セグメントの中間位置には、前記RF電源の入力端と電気的に接続するための第2配線端子が設けられる。 Optionally, a first wiring terminal is provided at an intermediate position of the first extension segment for electrically connecting to the output end of the RF power supply, and a second wiring terminal is provided at an intermediate position of the second extension segment for electrically connecting to the input end of the RF power supply.

選択可能に、M/2個の前記第1配線端子は前記平面コイルの周方向にM/4個の第1端子群に分割され、各々の前記第1端子群は隣接する2つの前記第1配線端子を含み、隣接する2つの前記第1配線端子の間には、両者を電気的に接続するための第1接続バーが接続され、前記第1接続バーの中間位置には、RF電源の出力端と電気的に接続するための入力配線端子が設けられ、M/2個の前記第2配線端子は前記平面コイルの周方向にM/4個の第2端子群に分割され、各々の前記第2端子群は隣接する2つの前記第2配線端子を含み、隣接する2つの前記第2配線端子の間には両者を電気的に接続するための第2接続バーが接続され、前記第2接続バーの中間位置には、RF電源の入力端と電気的に接続するための出力配線端子が設けられる。 Optionally, the M/2 first wiring terminals are divided into M/4 first terminal groups in the circumferential direction of the planar coil, each of the first terminal groups including two adjacent first wiring terminals, a first connection bar connected between the two adjacent first wiring terminals for electrically connecting the two adjacent first wiring terminals, and an input wiring terminal for electrically connecting to the output end of an RF power supply is provided at an intermediate position of the first connection bar, and the M/2 second wiring terminals are divided into M/4 second terminal groups in the circumferential direction of the planar coil, each of the second terminal groups including two adjacent second wiring terminals, a second connection bar connected between the two adjacent second wiring terminals for electrically connecting the two adjacent second wiring terminals, and an output wiring terminal for electrically connecting to the input end of an RF power supply is provided at an intermediate position of the second connection bar.

選択可能に、M/4個の前記第1接続バーは前記平面コイルの周方向に均等に分布し、M/4個の前記第2接続バーは前記平面コイルの周方向に均等に分布し、M/4個の前記第1接続バーが位置する円周の直径はM/4個の前記第2接続バーが位置する円周の直径と同じであり、M/4個の前記第1接続バーとM/4個の前記第2接続バーは前記平面コイルの周方向に互いにずれている。 Optionally, the M/4 first connection bars are evenly distributed in the circumferential direction of the planar coil, the M/4 second connection bars are evenly distributed in the circumferential direction of the planar coil, the diameter of the circumference on which the M/4 first connection bars are located is the same as the diameter of the circumference on which the M/4 second connection bars are located, and the M/4 first connection bars and the M/4 second connection bars are offset from each other in the circumferential direction of the planar coil.

選択可能に、前記Nは4に等しく、各層の前記平面コイルの巻数は0.25ターンである。 Optionally, N is equal to 4 and the number of turns of the planar coil in each layer is 0.25 turns.

選択可能に、前記コイルユニットは、複数あり、複数の前記コイルユニットの前記コイル群は、寸法がそれぞれ異なり、互いにネスティングして設けられる。 Optionally, there may be multiple coil units, and the coil groups of the multiple coil units may have different dimensions and may be nested together.

選択可能に、前記コイルユニットは、2つあり、それぞれ第1コイルユニット及び第2コイルユニットであり、前記第2コイルユニットの外径は前記第1コイルユニットの内径よりも小さく、前記第1コイルユニットの前記コイル群の前記平面コイルの層数と前記第2コイルユニットの前記コイル群の前記平面コイルの層数は、それぞれ供給する電力の大きさに基づいて設定される。 Optionally, there are two coil units, a first coil unit and a second coil unit, the outer diameter of the second coil unit is smaller than the inner diameter of the first coil unit, and the number of layers of the planar coils in the coil group of the first coil unit and the number of layers of the planar coils in the coil group of the second coil unit are set based on the amount of power to be supplied.

別の技術的解決手段として、本発明は、互いにネスティングされる第1コイル構造及び第2コイル構造を含み、前記第1コイル構造は本発明に係る上記半導体プロセス装置のプラズマ発生用コイル構造を採用し、前記第2コイル構造は、互いに平行にエンドツーエンドで直列接続される2層の平面コイルを含み、2層の前記平面コイルの前記平面コイルが位置する平面での正投影は鏡像対称であるコイル構造をさらに提供する。 As another technical solution, the present invention further provides a coil structure that includes a first coil structure and a second coil structure nested together, the first coil structure employing the coil structure for generating plasma in the semiconductor processing device according to the present invention, and the second coil structure including two layers of planar coils connected in series end-to-end in parallel with each other, and the orthogonal projections of the two layers of planar coils on the plane on which the planar coils are located are mirror-symmetric.

選択可能に、各隣接する2層の前記平面コイル間の間隔は10mm以下である。 Optionally, the spacing between each two adjacent layers of the planar coil is 10 mm or less.

選択可能に、前記コイル群の数は4以上64以下である。 Optionally, the number of coil groups is between 4 and 64.

選択可能に、前記平面コイルが位置する平面に垂直な方向における前記平面コイルの高さは2mm以上15mm以下である。 Optionally, the height of the planar coil in a direction perpendicular to the plane in which the planar coil is located is between 2 mm and 15 mm.

別の技術的解決手段として、本発明は、RF源と、反応チャンバーと、本発明に係る上記半導体プロセス装置のプラズマ発生用コイル構造と、を含み、前記反応チャンバーの頂部に誘電体窓が設けられ、前記コイル構造は前記誘電体窓の上方に設けられ、前記RF源は前記コイル構造にRF電力を供給することに用いられる半導体プロセス装置をさらに提供する。 As another technical solution, the present invention further provides a semiconductor processing apparatus including an RF source, a reaction chamber, and a coil structure for generating plasma in the semiconductor processing apparatus of the present invention, wherein a dielectric window is provided at the top of the reaction chamber, the coil structure is provided above the dielectric window, and the RF source is used to supply RF power to the coil structure.

本発明に係る半導体プロセス装置のプラズマ発生用コイル構造は、M個のコイル群を含み、Mは4以上の整数であり、M個のコイル群は形状が同じであり、互いに並列接続され、各々のコイル群は互いに平行なN層の平面コイルを含み、Nは4以上の偶数であり、M個のコイル群の各層の平面コイルは1対1で対応して同じ層に設けられ、同一層に位置するM個の平面コイルが平面コイルの周方向に互いに間隔をおいて均等に分布することで、M個のコイル群は平面コイルの周方向に角方向対称性を有し、すなわち、平面コイルの周方向に対称であり、それによって、周方向に電流分布の差が生じるのを回避することができ、さらにプラズマ密度の角方向分布の均一性を向上させ、プロセスの均一性を向上させることができる。 The plasma generation coil structure of the semiconductor process equipment of the present invention includes M coil groups, where M is an integer greater than or equal to 4. The M coil groups have the same shape and are connected in parallel. Each coil group includes N layers of parallel planar coils, where N is an even number greater than or equal to 4. The planar coils in each layer of the M coil groups are provided on the same layer in one-to-one correspondence. The M planar coils located on the same layer are evenly distributed and spaced apart circumferentially around the planar coil. This allows the M coil groups to have angular symmetry around the planar coil, i.e., symmetry around the planar coil. This prevents differences in current distribution around the circumference and improves the uniformity of the angular distribution of plasma density, thereby improving process uniformity.

そして、各々のコイル群のN層の平面コイルは、平面コイルが位置する平面に垂直な方向に沿って間隔をおいて設けられ、順にエンドツーエンドで直列接続され、各隣接する2層の平面コイルの該平面コイルが位置する平面での正投影は鏡像対称である。隣接する2層の平面コイルを鏡像対称にすることによって、一方の層の平面コイルとそれに隣接する他方の層の平面コイルで発生する磁場及び電場を互いに補償することができ、それによって、コイルの径方向の電流分布の差を補償し、コイルの下方で発生する結合エネルギーの径方向の分布均一性を向上させることができ、それによって、プラズマ中のラジカル及びイオン密度の径方向の分布均一性を向上させ、プロセスの均一性を向上させる。 The N layers of planar coils in each coil group are spaced apart along a direction perpendicular to the plane on which the planar coils are located and are connected in series end-to-end, with the orthogonal projections of the planar coils of each of two adjacent layers on the plane on which the planar coils are located being mirror-symmetric. By making the planar coils of two adjacent layers mirror-symmetric, the magnetic and electric fields generated by the planar coils of one layer and the planar coils of the other adjacent layer can mutually compensate for differences in the radial current distribution of the coils and improve the radial distribution uniformity of the binding energy generated below the coils, thereby improving the radial distribution uniformity of the radical and ion density in the plasma and improving process uniformity.

また、各々のコイル群の4層以上の偶数個の平面コイルは平面コイルが位置する平面に垂直な方向に沿って間隔をおいて設けられることによって、コイル群の入力端と出力端との間の間隔(すなわち、最上層の平面コイルと最下層の平面コイルとの間の間隔)を増加させることができ、また、RF電源がコイル群の入力端と出力端に印加する総電圧が一定であるため、各層の平面コイルが受ける電圧は総電圧の1/Nだけになり、すなわち、コイル群の全体的な耐電圧能力を向上させ、プロセスの均一性の要件を満たした上で大電力供給を実現することができる。 In addition, the even number of planar coils in four or more layers of each coil group are spaced apart along a direction perpendicular to the plane on which the planar coils are located, thereby increasing the distance between the input and output ends of the coil group (i.e., the distance between the planar coil in the top layer and the planar coil in the bottom layer). Furthermore, since the total voltage applied by the RF power source to the input and output ends of the coil group is constant, the voltage received by the planar coil in each layer is only 1/N of the total voltage. This improves the overall voltage resistance of the coil group and enables high power supply while meeting process uniformity requirements.

本発明は、コイル構造をさらに提供し、本発明に係る上記コイル構造を、互いに平行な2層の平面コイルと組み合わせて使用することによって、内輪と外輪の供給電力の大きさが異なる場合に適用でき、すなわち、本発明に係る上記コイル構造は大電力供給(5kWよりも大きい)に適用でき、互いに平行に直列接続される2層の平面コイルは小電力供給(2kW以下)に適用でき、それによってさまざまな異なるプロセス要件を満たすことができる。 The present invention further provides a coil structure, which can be used in combination with two parallel layers of planar coils to accommodate different power supplies for the inner and outer rings. That is, the coil structure of the present invention is suitable for high power supplies (greater than 5 kW), while two parallel layers of planar coils connected in series can accommodate low power supplies (2 kW or less), thereby meeting a variety of different process requirements.

本発明に係る半導体プロセス装置は、本発明に係る上記コイル構造を採用することによって、コイルの径方向の電流分布の差を補償し、コイルの下方で発生する結合エネルギーの径方向の分布均一性を向上させ、これによりプラズマ中のラジカル及びイオン密度の径方向、角方向の分布均一性を向上させることができるだけでなく、コイルの全体的な耐電圧能力を向上させ、これにより大電力供給を実現することもできる。 By adopting the coil structure described above, the semiconductor processing device of the present invention compensates for differences in the radial current distribution of the coil and improves the radial distribution uniformity of the binding energy generated below the coil, thereby not only improving the radial and angular distribution uniformity of the radical and ion density in the plasma, but also improving the overall voltage resistance of the coil, thereby enabling the supply of large amounts of power.

従来のコイル構造の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a conventional coil structure. 従来技術における電磁場分布の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an electromagnetic field distribution in the prior art. 図1におけるコイル構造の径方向断面での投影図である。2 is a projection of the coil structure in FIG. 1 in radial cross section; FIG. 二重層コイルの構造模式図である。FIG. 2 is a structural schematic diagram of a double-layer coil. 別の二重層コイルの構造模式図である。FIG. 10 is a structural schematic diagram of another double-layer coil. 本発明の実施例に係るコイル構造の模式図である。1 is a schematic diagram of a coil structure according to an embodiment of the present invention; 本発明の実施例に係るコイル構造の1つのコイル群の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of one coil group of the coil structure according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施例に係るコイル構造の1つのコイル群の別の斜視図である。FIG. 2 is another perspective view of one coil group of the coil structure according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施例に係るコイル構造の1つのコイル群の上面図である。FIG. 2 is a top view of one coil group of the coil structure according to the embodiment of the present invention. 図6におけるA1方向の側面図である。FIG. 7 is a side view of the direction A1 in FIG. 6. 図6におけるA2方向の側面図である。FIG. 7 is a side view taken along the direction A2 in FIG. 6. 2つのコイル群の異なる巻数の斜視図である。FIG. 10 is a perspective view of two coil groups with different numbers of turns. 本発明の実施例に係るコイル構造の4つのコイル群の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of four coil groups of a coil structure according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施例に係るコイル構造の4つのコイル群の上面図である。FIG. 2 is a top view of four coil groups of a coil structure according to an embodiment of the present invention. 図10におけるA1方向の側面図である。FIG. 11 is a side view of the direction A1 in FIG. 10 . 図10におけるA2方向の側面図である。FIG. 11 is a side view of the direction A2 in FIG. 10 . 本発明の実施例に係るコイル構造の16個のコイル群の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of 16 coil groups of a coil structure according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施例に係るコイル構造の16個のコイル群の上面図である。FIG. 2 is a top view of 16 coil groups of a coil structure according to an embodiment of the present invention. 図13における16個のコイル群のうちの2つのコイル群の斜視図である。FIG. 14 is a perspective view of two of the sixteen coil groups in FIG. 13. 図13における16個のコイル群のうちの2つのコイル群の上面図である。FIG. 14 is a top view of two of the 16 coil groups in FIG. 13. 本発明の実施例に係るコイル構造の16個のコイル群及び第1接続バー、第2接続バーの上面図である。1 is a top view of 16 coil groups, a first connecting bar, and a second connecting bar of a coil structure according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明の実施例に係るコイル構造の16個のコイル群及び第1接続バー、第2接続バーの別の上面図である。FIG. 10 is another top view of the 16 coil groups, first connecting bars, and second connecting bars of the coil structure according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施例に係るコイル構造の第1コイルユニット及び第2コイルユニットの構造模式図である。3A and 3B are structural schematic diagrams of a first coil unit and a second coil unit of a coil structure according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施例に係る別のコイル構造の構造模式図である。10A and 10B are structural schematic diagrams of another coil structure according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施例に係る別のコイル構造のさらに別の構造模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram of yet another coil structure according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施例に係る半導体プロセス装置の構造模式図である。1 is a structural schematic diagram of a semiconductor processing device according to an embodiment of the present invention;

当業者が本発明の技術的解決手段をよりよく理解するために、以下、図面を参照して本発明に係る半導体プロセス装置のプラズマ発生用コイル構造及び半導体プロセス装置を詳しく説明する。 To help those skilled in the art better understand the technical solution of the present invention, the plasma generation coil structure of a semiconductor processing device and the semiconductor processing device according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

本実施例は、半導体プロセス装置のプラズマ発生用コイル構造を提供し、上記半導体プロセス装置は、ウエハに対してエッチングプロセスを行うことに使用でき、該コイル構造は上部電極として反応チャンバー内のプロセスガスを励起してプラズマを形成することに用いられる。 This embodiment provides a coil structure for generating plasma in a semiconductor processing device. The semiconductor processing device can be used to perform an etching process on a wafer, and the coil structure serves as an upper electrode to excite the process gas in the reaction chamber to form plasma.

該コイル構造はM個のコイル群を含み、Mは4以上の整数であり、各々のコイル群は互いに平行なN層の平面コイルを含み、Nは4以上の偶数であり、N層の平面コイルは、該平面コイルが位置する平面に垂直な方向に沿って間隔をおいて設けられ、順にエンドツーエンドで直列接続され、各隣接する2層の平面コイルの平面コイルが位置する平面での正投影は鏡像対称である。鏡像とは、隣接する2層の平面コイルのうち、一方の層の平面コイルの該平面コイルが位置する平面での正投影(以下、第1投影Aと略称される)と他方の層の平面コイルの該平面コイルが位置する平面での正投影(以下、第2投影Bと略称される)の形状は同じであるが、螺旋方向は反対であることを指し、具体的には、第1投影Aと第2投影Bはいずれも該平面コイルが位置する平面に平行な表裏両面を有するが、第1投影A及び第2投影Bのうちの一方の表面の形状と第1投影A及び第2投影Bのうちの他方の裏面の形状は同じである。対称とは、第1投影A及び第2投影Bのうちの一方の表面の形状と第1投影A及び第2投影Bのうちの他方の裏面の形状のすべてのパラメータが完全に同じであることを指す。 The coil structure includes M coil groups, where M is an integer greater than or equal to 4. Each coil group includes N layers of parallel planar coils, where N is an even number greater than or equal to 4. The N layers of planar coils are spaced apart along a direction perpendicular to the plane on which the planar coils are located and connected in series end-to-end. The orthogonal projections of the planar coils of each of two adjacent layers on the plane on which the planar coils are located are mirror images. "Mirror image" refers to the fact that the orthogonal projection of one of the planar coils on the plane on which the planar coils are located (hereinafter referred to as "first projection A") and the orthogonal projection of the other of the planar coils on the plane on which the planar coils are located (hereinafter referred to as "second projection B") have the same shape but opposite spiral directions. Specifically, both the first projection A and the second projection B have both front and back surfaces parallel to the plane on which the planar coils are located, but the shape of one of the front surfaces of the first projection A and the second projection B is the same as the shape of the back surface of the other of the first projection A and the second projection B. Symmetrical means that all parameters of the shape of the front surface of one of the first projection A and the second projection B and the shape of the back surface of the other of the first projection A and the second projection B are exactly the same.

各々のコイル群の隣接する2層の平面コイルを鏡像対称とすることによって、一方の層の平面コイルとそれに隣接する他方の層の平面コイルで発生する磁場及び電場を互いに補償することができ、それによって、コイルの径方向の電流分布の差を補償し、コイルの下方で発生する結合エネルギーの径方向の分布均一性を向上させることができ、それによってプラズマ中のラジカル及びイオン密度の径方向の分布均一性を向上させ、プロセスの均一性を向上させる。 By making the planar coils in two adjacent layers in each coil group mirror-symmetric, the magnetic and electric fields generated by the planar coils in one layer and the planar coils in the adjacent layer can mutually compensate for differences in the radial current distribution of the coils and improve the radial distribution uniformity of the binding energy generated below the coils, thereby improving the radial distribution uniformity of the radical and ion density in the plasma and improving process uniformity.

本発明の実施例の1つの比較実施例として、図3Aに参照されるように、コイル構造03は、整合器2を介してRF電源1に電気的に接続され、RF電源1はコイル構造03にRF電力を印加することに用いられる。該コイル構造03は、外輪に位置する第1コイルユニット03aと、内輪に位置する第2コイルユニット03bと、を含み、両者は構造が同じで、寸法のみが異なり、互いにネスティングされる。第1コイルユニット03aの構造を例とし、該第1コイルユニット03aは、第1平面コイル031と、第2平面コイル032と、を含み、両者は垂直方向に間隔をおいて設けられ、互いに直列接続され、第1平面コイル031と第2平面コイル032の平面コイルが位置する平面での正投影は鏡像対称である。このようにして、コイルの径方向の電流分布の差を補償し、コイルの下方で発生する結合エネルギーの径方向の分布均一性を向上させることができるが、上記第1平面コイル031と第2平面コイル032との間での電流分布の差の補償作用が無効になるのを回避するために、上記第1平面コイル031と第2平面コイル032との間の垂直間隔D1は大きすぎてはならず(例えば、10mm以下の場合、プロセスの均一性は1%以下である)、その結果、上記コイル構造03の耐電圧能力が低く(4kV以下)なり、これにより上記コイル構造03の最大許容供給電力が2KWになり、大電力(5KWよりも大きい)供給のプロセスに適用できない。 3A, as a comparative example of an embodiment of the present invention, a coil structure 03 is electrically connected to an RF power source 1 via a matching box 2, and the RF power source 1 is used to apply RF power to the coil structure 03. The coil structure 03 includes a first coil unit 03a located in the outer ring and a second coil unit 03b located in the inner ring, which have the same structure but differ in dimensions and are nested together. Taking the structure of the first coil unit 03a as an example, the first coil unit 03a includes a first planar coil 031 and a second planar coil 032, which are spaced apart vertically and connected in series, and the orthogonal projections of the first planar coil 031 and the second planar coil 032 on the plane on which the planar coils are located are mirror images. In this way, the difference in current distribution in the radial direction of the coil can be compensated for, and the radial distribution uniformity of the coupling energy generated below the coil can be improved. However, to avoid invalidating the compensation effect for the difference in current distribution between the first planar coil 031 and the second planar coil 032, the vertical distance D1 between the first planar coil 031 and the second planar coil 032 should not be too large (for example, if it is 10 mm or less, the process uniformity will be 1% or less). As a result, the coil structure 03 has a low voltage resistance (4 kV or less), and therefore the maximum allowable power supply of the coil structure 03 is 2 kW, making it unsuitable for processes that supply high power (greater than 5 kW).

図3Bに参照されるように、別のコイル構造03’は、上記コイル構造03に比べて、上記第1平面コイル031と第2平面コイル032との間の垂直間隔をD2に増加させ、該垂直間隔D2は、例えば30mmであり、この垂直間隔を増加させることで該コイル構造03’の耐電圧能力を12KV以上に向上させることができ、大電力(5KWよりも大きい)供給のプロセスに適用できるが、垂直間隔が大きすぎるため、上記第1平面コイル031と第2平面コイル032との間での電流分布の差の補償作用が無効になり、プロセスの均一性が1%から2.7%に悪化し、プロセスの均一性要件(1.5%以下)を満たすことができない。 As shown in FIG. 3B , in another coil structure 03', the vertical spacing between the first planar coil 031 and the second planar coil 032 is increased to D2, for example, 30 mm, compared to the coil structure 03. By increasing the vertical spacing, the voltage resistance of the coil structure 03' can be improved to 12 kV or more, making it suitable for processes that supply high power (greater than 5 kW). However, because the vertical spacing is too large, the compensation effect for the difference in current distribution between the first planar coil 031 and the second planar coil 032 is ineffective, and the process uniformity deteriorates from 1% to 2.7%, failing to meet the process uniformity requirement (1.5% or less).

上記課題を解決するために、図4Aに参照されるように、本発明の実施例に係るコイル構造3は少なくとも1つのコイルユニットを含み、各々のコイルユニットはM個のコイル群を含み、Mは4以上の整数であり、コイルユニットが複数である場合、複数のコイルユニットのコイル群は、寸法がそれぞれ異なり、互いにネスティングして設けられる。例えば、図4Aには2つのコイルユニットが示されており、それぞれ互いにネスティングされる第1コイルユニット3a及び第2コイルユニット3bであり、第2コイルユニット3bの外径は第1コイルユニット3aの内径よりも小さい。勿論、本発明の実施例はこれに限定されず、実際の応用では、具体的な必要に応じて、コイルユニットは1つのみであってもよいし、3つ以上であってもよい。 To solve the above problem, as shown in FIG. 4A, a coil structure 3 according to an embodiment of the present invention includes at least one coil unit, each of which includes M coil groups, where M is an integer greater than or equal to 4. When there are multiple coil units, the coil groups of the multiple coil units have different dimensions and are nested together. For example, FIG. 4A shows two coil units, a first coil unit 3a and a second coil unit 3b, which are nested together, with the outer diameter of the second coil unit 3b being smaller than the inner diameter of the first coil unit 3a. Of course, the present invention is not limited to this example, and in actual applications, there may be only one coil unit or three or more coil units depending on specific needs.

第1コイルユニット3aと第2コイルユニット3bは、構造が同じで、寸法のみが異なる。第1コイルユニット3aを例とし、M個のコイル群を含み、各々のコイル群は互いに平行なN層の平面コイルを含み、Nは4以上の偶数であり、N=4を例とし、4層の平面コイルは上から順に第1平面コイル31、第2平面コイル32、第3平面コイル33及び第4平面コイル34であり、N層の平面コイルは、該平面コイルが位置する平面に垂直な方向(すなわち、図4Aにおける垂直方向)に沿って間隔をおいて設けられ、順にエンドツーエンドで直列接続され、すなわち、N層の平面コイルの相互直列接続が実現され、各隣接する2層の平面コイルの平面コイルが位置する平面での正投影は鏡像対称である。なお、図4Aは、「口」で平面コイルを模式的に示しているにすぎず、平面コイルの具体的な構造を表すものではない。 The first coil unit 3a and the second coil unit 3b have the same structure and differ only in size. Taking the first coil unit 3a as an example, it includes M coil groups, each of which includes N layers of parallel planar coils, where N is an even number greater than or equal to 4. For example, assuming N=4, the four layers of planar coils are, from top to bottom, the first planar coil 31, the second planar coil 32, the third planar coil 33, and the fourth planar coil 34. The N layers of planar coils are spaced apart along a direction perpendicular to the plane on which they are located (i.e., the vertical direction in FIG. 4A ) and connected end-to-end in series. This means that the N layers of planar coils are connected in series with each other, and the orthogonal projection of each of the two adjacent layers of planar coils on the plane on which they are located is mirror-symmetric. Note that FIG. 4A merely shows the planar coils in a "mouth" format and does not represent the specific structure of the planar coils.

コイル群には互いに平行なN層の平面コイルが含まれ、Nは4以上の偶数であり、すなわち、コイル群には4層以上の偶数個の平面コイルがあり、それによって、上記図3Aに示すコイル構造03に比べて、コイル群の入力端と出力端との間の垂直間隔D5である最上層の第1平面コイル31と最下層の第4平面コイル34との間の間隔を増加させることができ、該垂直間隔D5は、例えば、30mm以上であり、このようにして、最上層の第1平面コイル31と最下層の第4平面コイル34との間の耐電圧能力を12KV以上に向上させることができ、大電力(5KWよりも大きい)供給のプロセスに適用できる。また、最上層の第1平面コイル31の下方にはそれに隣接する第2平面コイル32が設けられ、該第2平面コイル32と第1平面コイル31の平面コイルが位置する平面での正投影は鏡像対称であり、すなわち、形状は同じであるが、螺旋方向は反対であり、このようにして、両者で発生する磁場及び電場を互いに補償することができ、すなわち、第2平面コイル32で発生する磁場及び電場をそれぞれ第1平面コイル31で発生する磁場及び電場と互いに重ね合わせて形成された総磁場及び総電場の分布は鏡像対称であり、それによって各層の平面コイルの径方向の電流分布の差を補償することができ、同様に、最下層の第4平面コイル34の上方にはそれに隣接する第3平面コイル33が設けられ、該第3平面コイル33と第4平面コイル34の平面コイルが位置する平面での正投影は鏡像対称であることで、両者で発生する磁場及び電場を互いに補償することができる。また、隣接する第2平面コイル32と第3平面コイル33の平面コイルが位置する平面での正投影は鏡像対称であることで、両者で発生する磁場及び電場を互いに補償することができる。それによって、各層の平面コイルの径方向の電流分布の差を補償し、コイルの下方で発生する結合エネルギーの径方向の分布均一性を向上させることができ、それによってプラズマ中のラジカル及びイオン密度の径方向の分布均一性を向上させ、プロセスの均一性を向上させる。 The coil group includes N layers of parallel planar coils, where N is an even number greater than or equal to 4, i.e., the coil group has an even number of planar coils greater than or equal to 4 layers, thereby increasing the vertical spacing D5 between the input and output ends of the coil group, i.e., the spacing between first planar coil 31 in the top layer and fourth planar coil 34 in the bottom layer, as compared with coil structure 03 shown in FIG. 3A above, such that vertical spacing D5 is 30 mm or greater. In this way, the withstand voltage capability between first planar coil 31 in the top layer and fourth planar coil 34 in the bottom layer can be increased to 12 KV or greater, making it suitable for high-power (greater than 5 KW) supply processes. Moreover, second planar coil 32 is provided adjacent to first planar coil 31 in the top layer below it, and the orthogonal projections of second planar coil 32 and first planar coil 31 on the plane where the planar coils are located are mirror symmetrical, i.e., they have the same shape but opposite spiral directions, so that the magnetic fields and electric fields generated by the two coils can compensate for each other. That is, the magnetic field and electric field generated by second planar coil 32 and the magnetic field and electric field generated by first planar coil 31 are superimposed on each other to form total magnetic field and total electric field distributions that are mirror symmetrical, so that differences in radial current distributions of the planar coils in each layer can be compensated for. Similarly, third planar coil 33 is provided adjacent to fourth planar coil 34 in the bottom layer above it, and the orthogonal projections of third planar coil 33 and fourth planar coil 34 on the plane where the planar coils are located are mirror symmetrical, so that the magnetic fields and electric fields generated by the two coils can compensate for each other. In addition, the orthogonal projections of adjacent second planar coil 32 and third planar coil 33 on the plane where the planar coils are located are mirror-symmetric, allowing the magnetic and electric fields generated by the two coils to compensate for each other, thereby compensating for differences in the radial current distribution of the planar coils in each layer and improving the radial distribution uniformity of the binding energy generated below the coils, thereby improving the radial distribution uniformity of the radical and ion densities in the plasma and improving process uniformity.

これに基づいて、4層以上の偶数個の平面コイルは平面コイルが位置する平面に垂直な方向に沿って間隔をおいて設けられることで、図3Aにおけるコイル構造03に比べて、コイル群の入力端と出力端との間の間隔(すなわち、最上層の平面コイルと最下層の平面コイルとの間の間隔)D5を増加させることができ、該垂直間隔D5は、例えば、30mm以上に増加し、また、最上層の第1平面コイル31とそれに隣接する第2平面コイル32との間の間隔、及び最下層の第4平面コイル34とそれに隣接する第3平面コイル33との間の間隔はいずれもD3であり、隣接する第2平面コイル32と第3平面コイル33との間の間隔はD4であり、該間隔D3及びD4はいずれも、例えば10mm以下であり、このようにして、各隣接する2層の平面コイルの電流分布の差の相互補償作用が無効になることがないことを確保でき、これによりプロセスの均一性の要件を満たすことを確保する。また、RF電源1が整合器2を介してコイル群の入力端と出力端に印加する総電圧が一定であるため、各層の平面コイルが受ける電圧は総電圧の1/Nだけになり、それによってコイル群の全体的な耐電圧能力を向上させることができ、さらにプロセスの均一性の要件を満たした上で大電力供給を実現する。 Based on this, an even number of planar coils in four or more layers are spaced apart along a direction perpendicular to the plane on which the planar coils are located, so that the distance D5 between the input and output ends of the coil group (i.e., the distance between the planar coil in the top layer and the planar coil in the bottom layer) can be increased compared to coil structure 03 in FIG. 3A , with the vertical distance D5 increased to, for example, 30 mm or more. In addition, the distance between first planar coil 31 in the top layer and adjacent second planar coil 32, and the distance between fourth planar coil 34 in the bottom layer and adjacent third planar coil 33 are both D3, and the distance between adjacent second planar coil 32 and third planar coil 33 is D4, with both distances D3 and D4 being, for example, 10 mm or less. This ensures that the mutual compensation effect of the difference in current distribution between the planar coils in each of the two adjacent layers is not invalid, thereby ensuring that the process uniformity requirements are met. In addition, since the total voltage applied by the RF power supply 1 to the input and output terminals of the coil group via the matching box 2 is constant, the voltage received by the planar coils of each layer is only 1/N of the total voltage, thereby improving the overall voltage resistance of the coil group and realizing high power supply while meeting the requirements for process uniformity.

なお、実際の応用では、具体的な必要に応じて平面コイルの層数を設定することができ、すなわち、Nの数値については、供給される電力が大きいほど、コイル群の入力端と出力端との間の間隔(すなわち、最上層の平面コイルと最下層の平面コイルとの間の間隔)が大きいほど、Nの数値は大きくなることが要求される。 In actual applications, the number of layers of planar coils can be set according to specific needs; that is, the greater the supplied power and the greater the distance between the input and output ends of the coil group (i.e., the distance between the top and bottom planar coils), the greater the required value of N.

さらに、各隣接する2層の平面コイル間の間隔については、各隣接する2層の平面コイルの電流分布の差の相互補償作用が無効になることがないことを確保するために大きすぎることは好ましくない一方、各隣接する2層の平面コイル間の間隔が近すぎることによって点火現象が発生するのを回避するために小さすぎることも好ましくない。選択可能に、各隣接する2層の平面コイル間の間隔は、10mm以下であり、例えば、5mm、7mmなどである。 Furthermore, the spacing between the planar coils of each of the two adjacent layers should not be too large to ensure that the mutual compensation effect of the difference in current distribution between the planar coils of each of the two adjacent layers is not nullified, but it should also not be too small to avoid ignition phenomena caused by the spacing between the planar coils of each of the two adjacent layers being too close. Optionally, the spacing between the planar coils of each of the two adjacent layers is 10 mm or less, for example, 5 mm, 7 mm, etc.

いくつかの選択可能な実施例では、各層の平面コイルの形状はいずれも螺旋状のインボリュートである。 In some alternative embodiments, the shape of the planar coils on each layer is a spiral involute.

いくつかの選択可能な実施例では、平面コイルが位置する平面に垂直な方向における各層の平面コイルの高さは2mm以上15mm以下である。 In some alternative embodiments, the height of the planar coils in each layer in a direction perpendicular to the plane in which the planar coils are located is between 2 mm and 15 mm.

いくつかの選択可能な実施例では、各層の平面コイルの巻数は必要なインダクタンス量に応じて設定することができ、必要なインダクタンス量が大きいほど、巻数が多くなり、具体的には、インダクタンス量は巻数の平方に比例する。異なる層の平面コイルの巻数は同じである。また、各層の平面コイルの巻数が多すぎることは好ましくなく、多すぎる場合、周方向に占有する空間が多いためコイル群の数(すなわち、Mの数値)が制限され、好ましくは、N=4であり、各層の平面コイルの巻数はいずれも0.25ターンであり、このようにして、4層の平面コイルの総巻数は1ターンであり、すなわち、周方向に1周回る。 In some alternative embodiments, the number of turns of the planar coils in each layer can be set according to the required inductance; the greater the required inductance, the greater the number of turns; specifically, the inductance is proportional to the square of the number of turns. The planar coils in different layers have the same number of turns. It is also undesirable for the planar coils in each layer to have too many turns; if they are too many, the amount of space occupied in the circumferential direction will be large, limiting the number of coil groups (i.e., the value of M). Preferably, N=4, and the number of turns of the planar coils in each layer is 0.25 turns. In this way, the total number of turns of the planar coils in the four layers is 1 turn, i.e., one circumferential revolution.

1つの具体的な実施例では、図4Bに参照されるように、第1コイルユニット3aを例とし、N=4であり、各層の平面コイルの巻数はいずれも2ターンである。4層の平面コイルは上から順に第1平面コイル31、第2平面コイル32、第3平面コイル33及び第4平面コイル34であり、4層の平面コイルは該平面コイルが位置する平面に垂直な方向に沿って間隔をおいて設けられ、順にエンドツーエンドで直列接続され、具体的には、各隣接する2層の平面コイルは接続柱4を介して直列接続され、電気的に導通され、該接続柱4は、例えば、該平面コイルが位置する平面に垂直な方向に沿って設けられる。コイル群の入力端31a及び出力端31bはそれぞれ最上層の第1平面コイル31及び最下層の第4平面コイル34の外輪の一端である。4層の平面コイルのうちのそれぞれは螺旋状のインボリュートであり、パラメータが同じであり、隣接する2層の平面コイルの螺旋方向が反対である。具体的には、該平面コイルが位置する平面に垂直な方向において、上面視では、第1平面コイル31の螺旋方向は時計回りで、それに隣接する第2平面コイル32の螺旋方向は反時計回りであり、両者は鏡像対称であり、第2平面コイル32に隣接する第3平面コイル33の螺旋方向は時計回りであり、すなわち、第3平面コイル33は第2平面コイル32と鏡像対称であるとともに、第1平面コイル31と重なり、第3平面コイル33に隣接する第4平面コイル34の螺旋方向は反時計回りであり、すなわち、第4平面コイル34は第3平面コイル33と鏡像対称であるとともに、第2平面コイル32と重なる。 In one specific embodiment, as shown in FIG. 4B , taking the first coil unit 3a as an example, N=4, and the number of turns of each planar coil in each layer is two. The four layers of planar coils are, from top to bottom, the first planar coil 31, the second planar coil 32, the third planar coil 33, and the fourth planar coil 34. The planar coils in the four layers are spaced apart along a direction perpendicular to the plane on which the planar coils are located and connected end-to-end in series. Specifically, the planar coils in each of two adjacent layers are connected in series and electrically connected via connecting posts 4, which are, for example, arranged along a direction perpendicular to the plane on which the planar coils are located. The input end 31a and the output end 31b of the coil group are, respectively, one end of the outer ring of the first planar coil 31 in the top layer and the fourth planar coil 34 in the bottom layer. Each of the four planar coils is a spiral involute with the same parameters, and the spiral directions of the planar coils in two adjacent layers are opposite. Specifically, in a direction perpendicular to the plane on which the planar coils are located, first planar coil 31 spirals clockwise in a top view, and adjacent second planar coil 32 spirals counterclockwise, with the two being mirror images of each other. Third planar coil 33 adjacent to second planar coil 32 spirals clockwise, i.e., third planar coil 33 is mirror-symmetric with second planar coil 32 and overlaps with first planar coil 31. Fourth planar coil 34 adjacent to third planar coil 33 spirals counterclockwise, i.e., fourth planar coil 34 is mirror-symmetric with third planar coil 33 and overlaps with second planar coil 32.

別の具体的な実施例では、図5~図8に併せて参照されるように、第1コイルユニット3aを例とし、N=4であり、各層の平面コイルの巻数はいずれも0.25ターンである。4層の平面コイルは上から順に第1平面コイル31、第2平面コイル32、第3平面コイル33及び第4平面コイル34であり、4層の平面コイルは該平面コイルが位置する平面に垂直な方向(すなわち、図7におけるZ方向)に沿って間隔をおいて設けられ、順にエンドツーエンドで直列接続され、具体的には、各隣接する2層の平面コイルは接続柱4を介して直列接続され、電気的に導通され、該接続柱4は、例えば、該平面コイルが位置する平面に垂直な方向に沿って設けられる。コイル群の入力端31a及び出力端31bはそれぞれ最上層の第1平面コイル31及び最下層の第4平面コイル34の互いに近接する両端である。4層の平面コイルのうちのそれぞれは螺旋状のインボリュートであり、パラメータが同じであり、隣接する2層の平面コイルの螺旋方向が反対であり、具体的には、図6に示すように、第1平面コイル31と第2平面コイル32は平面コイルが位置する平面に平行な第2軸線O2に対して対称であり(螺旋方向は反対である)、第2平面コイル32と第3平面コイル33は平面コイルが位置する平面に平行な第1軸線O1に対して対称であり(螺旋方向は反対である)、第3平面コイル33と第4平面コイル34は平面コイルが位置する平面に平行な第2軸線O2に対して対称である(螺旋方向は反対である)。 In another specific embodiment, as also shown in Figures 5 to 8, taking first coil unit 3a as an example, N = 4, and the number of turns of the planar coils in each layer is 0.25 turns. The four layers of planar coils are, from top to bottom, first planar coil 31, second planar coil 32, third planar coil 33, and fourth planar coil 34. The four layers of planar coils are spaced apart along a direction perpendicular to the plane on which the planar coils are located (i.e., the Z direction in Figure 7) and connected in series end-to-end. Specifically, the planar coils in each of two adjacent layers are connected in series and electrically conductive via connecting posts 4, which are arranged, for example, along a direction perpendicular to the plane on which the planar coils are located. The input end 31a and output end 31b of the coil group are the adjacent ends of first planar coil 31 in the top layer and fourth planar coil 34 in the bottom layer, respectively. Each of the four layers of planar coils is a spiral involute with the same parameters, and the spiral directions of the planar coils in adjacent layers are opposite. Specifically, as shown in FIG. 6, first planar coil 31 and second planar coil 32 are symmetrical with respect to second axis O2 parallel to the plane on which the planar coils are located (with opposite spiral directions), second planar coil 32 and third planar coil 33 are symmetrical with respect to first axis O1 parallel to the plane on which the planar coils are located (with opposite spiral directions), and third planar coil 33 and fourth planar coil 34 are symmetrical with respect to second axis O2 parallel to the plane on which the planar coils are located (with opposite spiral directions).

図8に示すように、コイル群の入力端31aと出力端31bとの間の垂直間隔D5は間隔D3の2倍、間隔D4、第2平面コイル32の高さH1、及び第3平面コイル33の高さH2の合計に等しく、すなわち、D5=2×D3+D4+H1+H2である。間隔D3と間隔D4がいずれも7mmに等しく、高さH1と高さH2がいずれも5mmに等しいことを例とすると、垂直間隔D5は31mmであり、コイル構造の耐電圧能力に対するプロセス要件を満たすことができる。 8 , vertical spacing D5 between input end 31 a and output end 31 b of the coil group is equal to twice spacing D3 and the sum of spacing D4, height H1 of second planar coil 32, and height H2 of third planar coil 33, i.e., D5=2×D3+D4+H1+H2. For example, if spacing D3 and spacing D4 are both equal to 7 mm and height H1 and height H2 are both equal to 5 mm, vertical spacing D5 is 31 mm, which can meet the process requirement for the voltage resistance capability of the coil structure.

図1に示すコイル構造の場合、その径方向断面での正投影の形状は周方向(すなわち、角方向)に非対称性を有し、具体的には、図2Bに示すように、該径方向断面を4つの象限領域(I、II、III、IV)に分割し、各々の平面コイルのインボリュートが内端から外端に延びる過程で、その半径が徐々に増加するため、コイル構造の第1象限領域I及び第3象限領域III内にある部分と第2象限領域II及び第4象限領域IV内にある部分とは大きく異なり、その結果、上記コイル構造の周方向(すなわち、角方向)に電流分布の差が発生し、さらに電磁場の分布が不均一になり、プロセス処理過程でプラズマ中のラジカル及びイオン密度の非対称分布を引き起こし、さらにプラズマ密度の角方向分布が不均一になり、最終的にプロセスの均一性に影響を与える。 In the case of the coil structure shown in Figure 1, the shape of the orthogonal projection on its radial cross section is asymmetric in the circumferential direction (i.e., angular direction). Specifically, as shown in Figure 2B, the radial cross section is divided into four quadrants (I, II, III, IV). As the involute of each planar coil extends from the inner end to the outer end, its radius gradually increases. As a result, the portions of the coil structure within the first quadrant I and third quadrant III are significantly different from the portions within the second quadrant II and fourth quadrant IV. As a result, differences in current distribution occur in the circumferential direction (i.e., angular direction) of the coil structure, which in turn leads to non-uniform electromagnetic field distribution, causing asymmetric distribution of radical and ion density in the plasma during the processing process, which in turn leads to non-uniform angular distribution of plasma density, ultimately affecting process uniformity.

上記技術的課題を解決するために、コイル群をM個設計し、Mは4以上の整数であり、M個のコイル群は、構造が同じであり、互いに並列接続され、M個のコイル群の各層の平面コイルは1対1で対応して同じ層に設けられ、同一層に位置するM個の平面コイルは平面コイルの周方向に互いに間隔をおいて均等に分布し、つまり、同一層に位置するM個の平面コイルは周方向に異なる回転角度で配列される。具体的には、M=4を例とし、図9B~図12に併せて参照されるように、4つのコイル群はそれぞれ第1コイル群3a1、第2コイル群3a2、第3コイル群3a3及び第4コイル群3a4であり、4つのコイル群のそれぞれは互いに平行なN層の平面コイル(例えば、N=4)を含み、図5に示す4層の平面コイルを例とし、M個のコイル群において、M個の第1平面コイル31は同じ層に設けられ、平面コイルの周方向に互いに間隔をおいて均等に分布し、M個の第2平面コイル32は同じ層に設けられ、平面コイルの周方向に互いに間隔をおいて均等に分布し、M個の第3平面コイル33は同じ層に設けられ、平面コイルの周方向に互いに間隔をおいて均等に分布し、M個の第4平面コイル34は同じ層に設けられ、平面コイルの周方向に互いに間隔をおいて均等に分布する。換言すれば、任意の1つのコイル群は平面コイルの周方向に時計回り又は反時計回りに所定角度回転すると、隣接するもう1つのコイル群と重なり、例えば、図9Bには4つのコイル群が示されており、この場合、第1コイル群3a1を例とし、平面コイルの周方向に時計回り又は反時計回りに90°回転すると、隣接する別のコイル群(例えば、第2コイル群3a2又は第4コイル群3a4)と重なる。M個のコイル群において、同じ層に設けられるM個の平面コイルは同一円周上に分布するため、M個の平面コイルの第1端と第2端はそれぞれ2つの同心の円周上にあることを容易に理解できる。 To solve the above technical problem, M coil groups are designed, where M is an integer greater than or equal to 4, the M coil groups have the same structure and are connected in parallel to each other, the planar coils of each layer of the M coil groups are arranged in one-to-one correspondence on the same layer, and the M planar coils located on the same layer are evenly distributed at intervals around the circumferential direction of the planar coil, i.e., the M planar coils located on the same layer are arranged at different rotation angles around the circumferential direction. Specifically, taking M=4 as an example, and referring also to FIGS. 9B to 12 , the four coil groups are first coil group 3 a1, second coil group 3 a2, third coil group 3 a3, and fourth coil group 3 a4, respectively, and each of the four coil groups includes N layers of planar coils (e.g., N=4) that are parallel to one another. Taking the four-layer planar coil shown in FIG. 5 as an example, in the M coil groups, M first planar coils 31 are provided in the same layer and are evenly distributed at intervals in the circumferential direction of the planar coil, M second planar coils 32 are provided in the same layer and are evenly distributed at intervals in the circumferential direction of the planar coil, M third planar coils 33 are provided in the same layer and are evenly distributed at intervals in the circumferential direction of the planar coil, and M fourth planar coils 34 are provided in the same layer and are evenly distributed at intervals in the circumferential direction of the planar coil. In other words, when any one coil group is rotated a predetermined angle clockwise or counterclockwise around the circumferential direction of the planar coil, it overlaps with another adjacent coil group. For example, FIG. 9B shows four coil groups. In this case, taking the first coil group 3a1 as an example, when it is rotated 90 degrees clockwise or counterclockwise around the circumferential direction of the planar coil, it overlaps with another adjacent coil group (e.g., the second coil group 3a2 or the fourth coil group 3a4). In the M coil groups, the M planar coils provided on the same layer are distributed on the same circumference, so it can be easily understood that the first ends and second ends of the M planar coils are respectively on two concentric circumferences.

M個のコイル群は形状が同じであり、平面コイルの周方向に均等に分布可能であるため、M個のコイル群の各層に対応するM個の平面コイルは、平面コイルの周方向に共同で1つの略円形を形成し、それによってM個のコイル群は平面コイルの周方向に角方向対称性を有し、すなわち、平面コイルの周方向に対称であり、それによって、周方向の電流分布の差が生じることを回避することができ、さらにプラズマ密度の角方向分布の均一性を向上させ、プロセスの均一性を向上させることができる。 Since the M coil groups have the same shape and can be evenly distributed circumferentially around the planar coil, the M planar coils corresponding to each layer of the M coil groups jointly form a roughly circular shape circumferentially around the planar coil, so that the M coil groups have angular symmetry in the circumferential direction of the planar coil, i.e., are symmetrical in the circumferential direction of the planar coil, which can avoid differences in circumferential current distribution and further improve the uniformity of the angular distribution of plasma density, thereby improving process uniformity.

なお、コイル群が4つよりも少ない場合、例えば、図9Aの(a)は1つのコイル群を示し、該コイル群は2層の平面コイル構造を有し、図9Aの(b)は2つのコイル群を示し、各々のコイル群は2層の平面コイル構造を有し、図9Aの(a)からわかるように、コイル群の各層は1つの平面コイルのみを有し、該コイル構造は平面コイルの周方向(すなわち、角方向)に非対称であり、依然として電流分布の差があり、図9Aの(b)からわかるように、各コイル群の各層は2つの平面コイルを有し、平面コイルの数は増加するが、同一層にある2つの平面コイルは鏡像対称であるため、図(b)に示すコイル構造は平面コイルの周方向(すなわち、角方向)に依然として非対称である。発明者は、4つ以上(すなわち、M≧4)のコイル群があり、且つ同一層に位置するM個の平面コイルが周方向に異なる回転角度で配列される場合にのみ、1つの略円形を形成することができ、それによって角方向均一性に対するプロセス要件を満たし、また、上記コイル群の数が多いほど、すなわち、Mの数値が大きいほど、角方向均一性が高く、好ましくは、M=4又は8又は16であることを発見した。 In addition, when the number of coil groups is less than four, for example, (a) of FIG. 9A shows one coil group, which has a two-layer planar coil structure, and (b) of FIG. 9A shows two coil groups, each of which has a two-layer planar coil structure. As can be seen from (a) of FIG. 9A , each layer of the coil group has only one planar coil, and the coil structure is asymmetric in the circumferential direction (i.e., angular direction) of the planar coil, so there is still a difference in current distribution. As can be seen from (b) of FIG. 9A , each layer of each coil group has two planar coils. Although the number of planar coils increases, the two planar coils in the same layer are mirror-symmetric, so the coil structure shown in (b) of FIG. The inventors have discovered that only when there are four or more (i.e., M≧4) coil groups and the M planar coils located on the same layer are arranged at different rotation angles in the circumferential direction can a substantially circular shape be formed, thereby meeting the process requirement for angular uniformity; and the more the number of coil groups, i.e., the larger the numerical value of M, the higher the angular uniformity, preferably M=4 or 8 or 16.

別のいくつかの選択可能な実施例では、図13及び図14に併せて参照されるように、M=16であり、16個のコイル群はそれぞれ第1コイル群3a1~第16コイル群3a16である。なお、コイル群の数が多いほど、すなわち、Mの数値が大きいほど、M個のコイル群で構成されるコイル構造は角方向対称性が良好で、プラズマ密度の角方向分布の対称性の向上に有利である。いくつかの好ましい実施例では、コイル群の数(すなわち、Mの数値)は2以上64以下である。 In some other selectable embodiments, as also shown in Figures 13 and 14, M = 16, and the 16 coil groups are the first coil group 3a1 to the sixteenth coil group 3a16, respectively. Note that the greater the number of coil groups, i.e., the larger the numerical value of M, the better the angular symmetry of the coil structure composed of M coil groups, which is advantageous for improving the symmetry of the angular distribution of plasma density. In some preferred embodiments, the number of coil groups (i.e., the numerical value of M) is between 2 and 64.

いくつかの選択可能な実施例では、M個のコイル群が互いに並列接続される形態は、具体的には、各々のコイル群の入力端と出力端(すなわち、最上層の平面コイルと最下層の平面コイルの互いに近接する両端)がそれぞれ整合器2を介してRF電源1の入力端と出力端に電気的に接続されることであってもよい。選択可能に、RF電源1の配線端子の数を低減させるために、Mは2以上の偶数であり、M個のコイル群の入力端は、同じ層に設けられ(いずれも最上層又は最下層に位置する)、平面コイルの周方向にM/2個の入力端群(2つを1対とする)に分割され、各々の入力端群は隣接する2つのコイル群の入力端を含み、隣接する2つのコイル群の入力端の間には両者を電気的に接続するための第1延長セグメントが接続され、M/2個の入力端群の第1延長セグメント同士は電気的に接続され、同様に、M個のコイル群の出力端は、同じ層に設けられ(いずれも最下層又は最上層に位置する)、平面コイルの周方向にM/2個の出力端群(2つを1対とする)に分割され、各々の出力端群は隣接する2つのコイル群の出力端を含み、隣接する2つのコイル群の出力端の間には両者を電気的に接続するための第2延長セグメントが接続され、M/2個の出力端群の前記第2延長セグメント同士は電気的に接続される。 In some alternative embodiments, the M coil groups may be connected in parallel to each other, specifically by electrically connecting the input and output terminals of each coil group (i.e., the adjacent ends of the top-layer planar coil and the bottom-layer planar coil) to the input and output terminals of the RF power supply 1 via a matching device 2, respectively. Optionally, to reduce the number of wiring terminals of the RF power supply 1, M is an even number equal to or greater than 2, and the input terminals of the M coil groups are provided on the same layer (either the top or bottom layer) and are divided into M/2 input terminal groups (two pairs) in the circumferential direction of the planar coil, each input terminal group including the input terminals of two adjacent coil groups, a first extension segment being connected between the input terminals of the two adjacent coil groups to electrically connect them, and the first extension segments of the M/2 input terminal groups are electrically connected to each other. Similarly, the output terminals of the M coil groups are provided on the same layer (either the bottom or top layer) and are divided into M/2 output terminal groups (two pairs) in the circumferential direction of the planar coil, each output terminal group including the output terminals of two adjacent coil groups, a second extension segment being connected between the output terminals of the two adjacent coil groups to electrically connect them, and the second extension segments of the M/2 output terminal groups are electrically connected to each other.

M=16を例とし、16個のコイル群の入力端は、同じ層に設けられ、平面コイルの周方向に8つの入力端群に分割され、各々の入力端群は隣接する2つのコイル群の入力端を含み、図15及び図16は16個のコイル群のうち隣接する2つのコイル群(3a1,3a2)の入力端31aを示し、隣接する2つのコイル群(3a1,3a2)の入力端31aの間には両者を電気的に接続するための第1延長セグメント5aが接続され、そして、該第1延長セグメント5aと隣接するもう1つの隣接する第1延長セグメント5aとは電気的に接続される。同様に、図15及び図16は16個のコイル群のうち隣接する2つのコイル群(3a1,3a2)の出力端31bを示し、隣接する2つのコイル群(3a1,3a2)の出力端31bの間には両者を電気的に接続するための第2延長セグメント5bが接続され、そして、該第2延長セグメント5bと隣接するもう1つの隣接する第2延長セグメント5bとは電気的に接続される。それによって、16個のコイル群が互いに並列接続されることを実現することができる。 Taking M=16 as an example, the input terminals of the 16 coil groups are arranged on the same layer and are divided into eight input terminal groups circumferentially of the planar coil, with each input terminal group including the input terminals of two adjacent coil groups. Figures 15 and 16 show the input terminals 31a of two adjacent coil groups (3a1, 3a2) out of the 16 coil groups, and a first extension segment 5a is connected between the input terminals 31a of the two adjacent coil groups (3a1, 3a2) to electrically connect them, and this first extension segment 5a is electrically connected to another adjacent first extension segment 5a. Similarly, Figures 15 and 16 show the output ends 31b of two adjacent coil groups (3a1, 3a2) out of the 16 coil groups, with a second extension segment 5b connected between the output ends 31b of the two adjacent coil groups (3a1, 3a2) to electrically connect them, and this second extension segment 5b is also electrically connected to another adjacent second extension segment 5b. This allows the 16 coil groups to be connected in parallel with each other.

いくつかの選択可能な実施例では、図15に示すように、第1延長セグメント5aの延在方向は1つのコイル群の第1延長セグメント5aに接続される平面コイルの延在方向と一致し、例えば、図15では、第1延長セグメント5aは第1コイル群3a1のそれに接続される平面コイル(例えば、最上層の平面コイル)の延在方向と一致し、第2延長セグメント5bの延在方向は1つのコイル群の第2延長セグメント5bに接続される平面コイルの延在方向と一致し、例えば、図15では、第2延長セグメント5bは第2コイル群3a2のそれに接続される平面コイル(例えば、最下層の平面コイル)の延在方向と一致する。 In some alternative embodiments, as shown in FIG. 15, the extension direction of the first extension segment 5a coincides with the extension direction of the planar coil connected to the first extension segment 5a of one coil group; for example, in FIG. 15, the first extension segment 5a coincides with the extension direction of the planar coil connected to it of the first coil group 3a1 (e.g., the planar coil of the top layer), and the extension direction of the second extension segment 5b coincides with the extension direction of the planar coil connected to it of the second extension segment 5b of one coil group; for example, in FIG. 15, the second extension segment 5b coincides with the extension direction of the planar coil connected to it of the second coil group 3a2 (e.g., the planar coil of the bottom layer).

いくつかの選択可能な実施例では、図15に示すように、第1延長セグメント5aの中間位置には、RF電源1の出力端と電気的に接続するための第1配線端子51aが設けられ、第2延長セグメント5bの中間位置には、RF電源1の入力端と電気的に接続するための第2配線端子51bが設けられ、このようにして、隣接する2つのコイル群の全長が同じであることを確保することができ、それによって電流が2つのコイル群を流れる経路を同じにすることができる。 In some alternative embodiments, as shown in FIG. 15, a first wiring terminal 51a is provided at the intermediate position of the first extension segment 5a for electrically connecting to the output end of the RF power supply 1, and a second wiring terminal 51b is provided at the intermediate position of the second extension segment 5b for electrically connecting to the input end of the RF power supply 1. In this way, it is possible to ensure that the total lengths of two adjacent coil groups are the same, thereby making it possible to ensure that the paths along which current flows through the two coil groups are the same.

なお、M個のコイル群が互いに並列接続される形態は、ほかの任意の形態を採用してもよく、例えば、M個のコイル群の入力端は直接電気的に接続され、M個のコイル群の出力端は直接電気的に接続される。 Note that the M coil groups may be connected in parallel in any other manner. For example, the input terminals of the M coil groups are directly electrically connected, and the output terminals of the M coil groups are directly electrically connected.

いくつかの選択可能な実施例では、RF電源1の配線端子の数をさらに低減させるために、M/2個の第1配線端子51aは平面コイルの周方向にM/4個の第1端子群(2つを1対とする)に分割され、図17に示すように、各々の第1端子群は隣接する2つの第1配線端子51aを含み、隣接する2つの第1配線端子51aの間には、両者を電気的に接続するための第1接続バー6aが接続され、第1接続バー6aの中間位置には、RF電源1の出力端と電気的に接続するための入力配線端子61aが設けられ、同様に、M/2個の第2配線端子51bは平面コイルの周方向にM/4個の第2端子群(2つを1対とする)に分割され、各々の第2端子群は隣接する2つの第2配線端子51bを含み、隣接する2つの第2配線端子51bの間には、両者を電気的に接続するための第2接続バー6bが接続され、第2接続バー6bの中間位置には、RF電源1の入力端と電気的に接続するための出力配線端子61bが設けられる。M=16を例とし、8つの第1配線端子51aは平面コイルの周方向に4つの第1端子群に分割され、8つの第2配線端子51bは平面コイルの周方向に4つの第2端子群に分割される。 In some alternative embodiments, in order to further reduce the number of wiring terminals of the RF power supply 1, the M/2 first wiring terminals 51a are divided into M/4 first terminal groups (two terminals per pair) in the circumferential direction of the planar coil, and as shown in FIG. 17, each first terminal group includes two adjacent first wiring terminals 51a, and a first connection bar 6a is connected between the two adjacent first wiring terminals 51a to electrically connect them, and a first connection bar 6a is connected at the intermediate position of the first connection bar 6a to the output terminal of the RF power supply 1 and the electrical Similarly, the M/2 second wiring terminals 51b are divided into M/4 second terminal groups (two in a pair) in the circumferential direction of the planar coil, each second terminal group including two adjacent second wiring terminals 51b. A second connection bar 6b is connected between the two adjacent second wiring terminals 51b to electrically connect them, and an output wiring terminal 61b is provided at the middle position of the second connection bar 6b to electrically connect to the input end of the RF power supply 1. Taking M=16 as an example, the eight first wiring terminals 51a are divided into four first terminal groups in the circumferential direction of the planar coil, and the eight second wiring terminals 51b are divided into four second terminal groups in the circumferential direction of the planar coil.

いくつかの選択可能な実施例では、コイル構造の周方向の対称性を確保するために、図17に示すように、M/4個の第1接続バー6aは平面コイルの周方向に均等に分布し、M/4個の第2接続バー6bは平面コイルの周方向に均等に分布し、M/4個の第1接続バー6aが位置する円周の直径はM/4個の第2接続バー6bが位置する円周の直径と同じであり、M/4個の第1接続バー6aとM/4個の第2接続バー6bは平面コイルの周方向に互いにずれており、すなわち、平面コイルの周方向に入れ違いになって設けられる。M/4個の第1接続バー6aとM/4個の第2接続バー6bは平面コイルの周方向に互いにずれていることで、RF電源と接続バーとの間の配線接続レイアウトをより容易に設計することができる。勿論、本発明の実施例はこれに限定されず、例えば、図18に示すように、M/4個の第1接続バー6aとM/4個の第2接続バー6bは平面コイルが位置する平面に垂直な方向において1対1で対応して互いに重なってもよい。 17, to ensure circumferential symmetry of the coil structure, M/4 first connection bars 6a are evenly distributed in the circumferential direction of the planar coil, and M/4 second connection bars 6b are evenly distributed in the circumferential direction of the planar coil, the diameter of the circumference on which the M/4 first connection bars 6a are located is the same as the diameter of the circumference on which the M/4 second connection bars 6b are located, and the M/4 first connection bars 6a and M/4 second connection bars 6b are offset from each other in the circumferential direction of the planar coil, i.e., are arranged in a staggered manner in the circumferential direction of the planar coil. By offsetting the M/4 first connection bars 6a and M/4 second connection bars 6b from each other in the circumferential direction of the planar coil, the wiring connection layout between the RF power source and the connection bars can be more easily designed. Of course, embodiments of the present invention are not limited to this. For example, as shown in FIG. 18, M/4 first connection bars 6a and M/4 second connection bars 6b may overlap each other in a one-to-one correspondence in a direction perpendicular to the plane on which the planar coil is located.

いくつかの選択可能な実施例では、コイル構造3は複数のコイルユニットを含み、複数のコイルユニットのコイル群は、寸法がそれぞれ異なり、互いにネスティングして設けられる。例えば、図19には2つのコイルユニットが示されており、それぞれ第1コイルユニット3a及び第2コイルユニット3bであり、第2コイルユニット3bの外径は第1コイルユニット3aの内径よりも小さく、両者は互いにネスティングされる。 In some alternative embodiments, the coil structure 3 includes multiple coil units, each of which has a different coil size and is nested within another. For example, Figure 19 shows two coil units, a first coil unit 3a and a second coil unit 3b, where the outer diameter of the second coil unit 3b is smaller than the inner diameter of the first coil unit 3a, and the two coil units are nested within another.

選択可能に、第1コイルユニット3aのコイル群の平面コイルの層数と第2コイルユニット3bのコイル群の平面コイルの層数は同じであり、例えば、いずれも4層である。しかし、本発明の実施例はこれに限定されず、第1コイルユニット3aと第2コイルユニット3bとの電力比に応じて、第1コイルユニット3aのコイル群の平面コイルの層数と第2コイルユニット3bのコイル群の平面コイルの層数は異なってもよい。具体的には、供給される電力が大きいほど、層数が多く、一方、供給される電力が小さいほど、層数が少ない。 Optionally, the number of layers of the planar coils in the coil group of the first coil unit 3a and the number of layers of the planar coils in the coil group of the second coil unit 3b are the same, for example, four layers in each. However, embodiments of the present invention are not limited to this, and the number of layers of the planar coils in the coil group of the first coil unit 3a and the number of layers of the planar coils in the coil group of the second coil unit 3b may differ depending on the power ratio between the first coil unit 3a and the second coil unit 3b. Specifically, the greater the supplied power, the greater the number of layers, and conversely, the lower the supplied power, the fewer the number of layers.

別の技術的解決手段として、本実施例はコイル構造をさらに提供し、互いにネスティングされる第1コイル構造及び第2コイル構造を含み、具体的には、図20に示すように、第1コイル構造201と第2コイル構造202はいずれも環状であり、寸法が異なり、第1コイル構造201は外輪に位置し、第2コイル構造202は内輪に位置するか、又は、図21に示すように、第2コイル構造202は外輪に位置し、第1コイル構造201は内輪に位置する。 As another technical solution, this embodiment further provides a coil structure, including a first coil structure and a second coil structure nested with each other, specifically, as shown in FIG. 20, the first coil structure 201 and the second coil structure 202 are both annular and have different dimensions, and the first coil structure 201 is located in the outer ring and the second coil structure 202 is located in the inner ring, or as shown in FIG. 21, the second coil structure 202 is located in the outer ring and the first coil structure 201 is located in the inner ring.

第1コイル構造201は本実施例に係る上記コイル構造を採用し、該第1コイル構造201は1つのコイルユニットを有し、該コイルユニットはM個のコイル群を含み、Mは4以上の整数であり、各々のコイル群は互いに平行なN層の平面コイルを含み、Nは4以上の偶数であり、各隣接する2層の平面コイルの平面コイルが位置する平面での正投影は鏡像対称である。図20及び図21には4層の平面コイルが模式的に示されている。コイル群には、互いに平行なN層の平面コイルが含まれ、Nは4以上の偶数であり、すなわち、コイル群には4層以上の偶数個の平面コイルがあり、このようにして、最上層の平面コイルと最下層の平面コイルとの間の耐電圧能力を12KV以上に向上させることができ、内輪又は外輪の大電力(5KWよりも大きい)供給のプロセスに適用できる。 The first coil structure 201 employs the coil structure of this embodiment. The first coil structure 201 has one coil unit, which includes M coil groups, where M is an integer greater than or equal to 4. Each coil group includes N parallel layers of planar coils, where N is an even number greater than or equal to 4. The orthogonal projections of two adjacent layers of planar coils on a plane on which the planar coils are located are mirror images. Figures 20 and 21 show a schematic diagram of a four-layer planar coil. Each coil group includes N parallel layers of planar coils, where N is an even number greater than or equal to 4. That is, the coil group has an even number of planar coils, or four or more layers. In this way, the withstand voltage between the top and bottom planar coils can be increased to 12 KV or more, making it suitable for use in processes supplying high power (greater than 5 kW) to the inner or outer ring.

上記第2コイル構造202は、互いに平行にエンドツーエンドで直列接続される2層の平面コイルを含み、2層の平面コイルの平面コイルが位置する平面での正投影は鏡像対称である。該第2コイル構造202における2層の平面コイルは、例えば、図3Aに示す第1平面コイル031及び第2平面コイル032を採用する。上記第2コイル構造202は外輪又は内輪の供給電力が小さい(2kW以下)場合に適用できる。 The second coil structure 202 includes two layers of planar coils connected in series end-to-end in parallel with each other, and the orthogonal projections of the two layers of planar coils on the plane on which the planar coils are located are mirror-symmetric. The two layers of planar coils in the second coil structure 202 are, for example, the first planar coil 031 and the second planar coil 032 shown in FIG. 3A. The second coil structure 202 can be applied when the power supply to the outer or inner ring is small (2 kW or less).

本発明の実施例に係るコイル構造は、本発明の実施例に係る上記コイル構造を、互いに平行にエンドツーエンドで直列接続される2層の平面コイルと組み合わせて使用することによって、内輪、外輪の供給電力の大きさが異なる状況に適用でき、すなわち、第1コイル構造201は大電力供給(5kWよりも大きい)に適用でき、第2コイル構造202は小電力供給(2kW以下)に適用でき、それによってさまざまな異なるプロセス要件を満たすことができる。 The coil structure according to the embodiment of the present invention can be applied to situations where the power supply magnitudes of the inner and outer rings are different by combining the coil structure according to the embodiment of the present invention with two layers of planar coils connected in series end-to-end in parallel with each other. That is, the first coil structure 201 can be applied to high power supply (greater than 5 kW) and the second coil structure 202 can be applied to low power supply (2 kW or less), thereby meeting a variety of different process requirements.

別の技術的解決手段として、本実施例は、半導体プロセス装置をさらに提供し、例えば、図22に示すように、該半導体プロセス装置は、上部電極のRF電源1と、整合器2と、反応チャンバー100と、コイル構造3と、を含み、反応チャンバー100の頂部に誘電体窓101が設けられ、該コイル構造3は誘電体窓101の上方に設けられ、コイル構造3は本発明の上記各実施例に係るコイル構造を採用し、例えば、図4Aに示すコイル構造3を採用する。 As another technical solution, this embodiment further provides a semiconductor processing apparatus. For example, as shown in FIG. 22, the semiconductor processing apparatus includes an upper electrode RF power supply 1, a matching box 2, a reaction chamber 100, and a coil structure 3. A dielectric window 101 is provided at the top of the reaction chamber 100, and the coil structure 3 is provided above the dielectric window 101. The coil structure 3 employs the coil structure according to each of the above embodiments of the present invention, for example, the coil structure 3 shown in FIG. 4A.

RF電源1は、整合器2を介してコイル構造3にRF電力を供給して、反応チャンバー100内のプロセスガスを励起してプラズマ(Plasma)を形成することに用いられる。また、反応チャンバー100内にはウエハを載置するためのベース102が設けられ、該ベース102は下部電極のRF源103に電気的に接続される。該RF源103は、ベース102にRFバイアスを印加してプラズマを引き寄せてウエハの表面に移動させることに用いられる。 The RF power supply 1 supplies RF power to the coil structure 3 via the matching box 2, which excites the process gas in the reaction chamber 100 to form plasma. A base 102 for placing a wafer is also provided within the reaction chamber 100, and the base 102 is electrically connected to an RF source 103, which is a lower electrode. The RF source 103 applies an RF bias to the base 102 to attract and move the plasma to the surface of the wafer.

本発明に係る半導体プロセス装置は、本発明に係る上記コイル構造を採用することによって、コイルの径方向の電流分布の差を補償し、コイルの下方で発生する結合エネルギーの径方向の分布均一性を向上させ、これによりプラズマ中のラジカル及びイオン密度の径方向の分布均一性を向上させることができるだけでなく、コイルの全体的な耐電圧能力を向上させ、これにより大電力供給を実現することもできる。 By adopting the coil structure described above, the semiconductor processing apparatus of the present invention compensates for differences in the radial current distribution of the coil and improves the uniformity of the radial distribution of the binding energy generated below the coil, thereby not only improving the uniformity of the radial distribution of the radical and ion density in the plasma, but also improving the overall voltage resistance of the coil, thereby enabling the supply of high power.

以上の実施形態は本発明の原理を説明するための例示的な実施形態に過ぎず、本発明はこれに限定されないことを理解できる。当業者であれば、本発明の精神及び本質を逸脱せずに、種々の変形や改良を行うことができ、これらの変形や改良も本発明の保護範囲とみなされる。 It should be understood that the above embodiments are merely exemplary embodiments for explaining the principles of the present invention, and that the present invention is not limited thereto. Those skilled in the art may make various modifications and improvements without departing from the spirit and essence of the present invention, and these modifications and improvements are also considered to be within the scope of protection of the present invention.

Claims (14)

半導体プロセス装置のプラズマ発生用コイル構造であって、前記コイル構造は、少なくとも1つのコイルユニットを含み、各々の前記コイルユニットはM個のコイル群を含み、Mは4以上の整数であり、M個の前記コイル群は、構造が同じであり、互いに並列接続され、各々の前記コイル群は互いに平行なN層の平面コイルを含み、Nは4以上の偶数であり、M個の前記コイル群の各層の前記平面コイルは1対1で対応して同じ層に設けられ、同一層に位置するM個の前記平面コイルは前記平面コイルの周方向に互いに間隔をおいて均等に分布し、
各々の前記コイル群のN層の前記平面コイルは前記平面コイルが位置する平面に垂直な方向に沿って間隔をおいて設けられ、順にエンドツーエンドで直列接続され、各隣接する2層の前記平面コイルの前記平面コイルが位置する平面での正投影は鏡像対称であり、
前記Mは4以上の偶数であり、
M個の前記コイル群の入力端は、同じ層に設けられ、前記平面コイルの周方向にM/2個の入力端群に分割され、各々の前記入力端群は隣接する2つの前記コイル群の入力端を含み、隣接する2つの前記コイル群の入力端の間には、両者を電気的に接続するための第1延長セグメントが接続され、前記M/2個の入力端群の前記第1延長セグメント同士は電気的に接続され、
M個の前記コイル群の出力端は、同じ層に設けられ、前記平面コイルの周方向にM/2個の出力端群に分割され、各々の前記出力端群は隣接する2つの前記コイル群の出力端を含み、隣接する2つの前記コイル群の出力端の間には、両者を電気的に接続するための第2延長セグメントが接続され、前記M/2個の出力端群の前記第2延長セグメント同士は電気的に接続されることを特徴とする半導体プロセス装置のプラズマ発生用コイル構造。
A coil structure for generating plasma in a semiconductor process device, the coil structure including at least one coil unit, each of the coil units including M coil groups, where M is an integer of 4 or more, the M coil groups having the same structure and connected in parallel to each other, each of the coil groups including N layers of planar coils parallel to each other, where N is an even number of 4 or more, the planar coils of each layer of the M coil groups being provided in one-to-one correspondence on the same layer, and the M planar coils located on the same layer being evenly distributed at intervals from each other in a circumferential direction of the planar coil,
the planar coils of the N layers of each of the coil groups are spaced apart along a direction perpendicular to a plane on which the planar coils are located, and are connected in series end-to-end in order, and orthogonal projections of the planar coils of each of two adjacent layers on the plane on which the planar coils are located are mirror-symmetric;
The M is an even number equal to or greater than 4,
input ends of the M coil groups are provided on the same layer and are divided into M/2 input end groups in the circumferential direction of the planar coil, each of the input end groups includes input ends of two adjacent coil groups, a first extension segment is connected between the input ends of the two adjacent coil groups to electrically connect them, and the first extension segments of the M/2 input end groups are electrically connected to each other,
A coil structure for generating plasma in a semiconductor process device, characterized in that output ends of the M coil groups are provided on the same layer and are divided into M/2 output end groups in the circumferential direction of the planar coil, each of the output end groups includes output ends of two adjacent coil groups, a second extension segment is connected between the output ends of the two adjacent coil groups to electrically connect them, and the second extension segments of the M/2 output end groups are electrically connected to each other .
前記第1延長セグメントの延在方向は1つの前記コイル群の前記第1延長セグメントに接続される前記平面コイルの延在方向と一致し、
前記第2延長セグメントの延在方向は1つの前記コイル群の前記第2延長セグメントに接続される前記平面コイルの延在方向と一致することを特徴とする請求項に記載のコイル構造。
an extension direction of the first extension segment coincides with an extension direction of the planar coil connected to the first extension segment of one of the coil groups;
2. The coil structure according to claim 1 , wherein the extending direction of the second extension segment coincides with the extending direction of the planar coil connected to the second extension segment of one of the coil groups.
前記第1延長セグメントの中間位置には、RF電源の出力端と電気的に接続するための第1配線端子が設けられ、前記第2延長セグメントの中間位置には、前記RF電源の入力端と電気的に接続するための第2配線端子が設けられることを特徴とする請求項に記載のコイル構造。 2. The coil structure according to claim 1, wherein a first wiring terminal is provided at an intermediate position of the first extension segment for electrically connecting to an output end of an RF power source, and a second wiring terminal is provided at an intermediate position of the second extension segment for electrically connecting to an input end of the RF power source. M/2個の前記第1配線端子は前記平面コイルの周方向にM/4個の第1端子群に分割され、各々の前記第1端子群は隣接する2つの前記第1配線端子を含み、隣接する2つの前記第1配線端子の間には、両者を電気的に接続するための第1接続バーが接続され、前記第1接続バーの中間位置には、RF電源の出力端と電気的に接続するための入力配線端子が設けられ、
M/2個の前記第2配線端子は前記平面コイルの周方向にM/4個の第2端子群に分割され、各々の前記第2端子群は隣接する2つの前記第2配線端子を含み、隣接する2つの前記第2配線端子の間には両者を電気的に接続するための第2接続バーが接続され、前記第2接続バーの中間位置には、RF電源の入力端と電気的に接続するための出力配線端子が設けられることを特徴とする請求項に記載のコイル構造。
the M/2 first wiring terminals are divided into M/4 first terminal groups in a circumferential direction of the planar coil, each of the first terminal groups includes two adjacent first wiring terminals, a first connection bar is connected between the two adjacent first wiring terminals for electrically connecting them, and an input wiring terminal for electrically connecting to an output end of an RF power supply is provided at an intermediate position of the first connection bar;
4. The coil structure according to claim 3, wherein the M/2 second wiring terminals are divided into M/4 second terminal groups in a circumferential direction of the planar coil, each of the second terminal groups includes two adjacent second wiring terminals, a second connection bar is connected between the two adjacent second wiring terminals to electrically connect them, and an output wiring terminal is provided at an intermediate position of the second connection bar to electrically connect to an input end of an RF power supply.
M/4個の前記第1接続バーは前記平面コイルの周方向に均等に分布し、M/4個の前記第2接続バーは前記平面コイルの周方向に均等に分布し、M/4個の前記第1接続バーが位置する円周の直径はM/4個の前記第2接続バーが位置する円周の直径と同じであり、M/4個の前記第1接続バーとM/4個の前記第2接続バーは前記平面コイルの周方向に互いにずれていることを特徴とする請求項に記載のコイル構造。 5. The coil structure of claim 4, wherein the M/4 first connection bars are evenly distributed in a circumferential direction of the planar coil, the M/4 second connection bars are evenly distributed in a circumferential direction of the planar coil, a diameter of a circumference on which the M/4 first connection bars are located is the same as a diameter of a circumference on which the M/4 second connection bars are located, and the M/4 first connection bars and the M/ 4 second connection bars are offset from each other in the circumferential direction of the planar coil. 前記Nは4に等しく、各層の前記平面コイルの巻数は0.25ターンであることを特徴とする請求項に記載のコイル構造。 2. The coil structure of claim 1 , wherein N is equal to 4 and the number of turns of the planar coil in each layer is 0.25 turns. 前記コイルユニットは、複数あり、複数の前記コイルユニットの前記コイル群は、寸法がそれぞれ異なり、互いにネスティングして設けられることを特徴とする請求項に記載のコイル構造。 2. The coil structure according to claim 1 , wherein there are a plurality of the coil units, and the coil groups of the plurality of the coil units have different dimensions and are nested with each other. 前記コイルユニットは、2つあり、それぞれ第1コイルユニット及び第2コイルユニットであり、前記第2コイルユニットの外径は前記第1コイルユニットの内径よりも小さく、
前記第1コイルユニットの前記コイル群の前記平面コイルの層数と前記第2コイルユニットの前記コイル群の前記平面コイルの層数は、それぞれが供給する電力の大きさに基づいて設定されることを特徴とする請求項に記載のコイル構造。
There are two coil units, a first coil unit and a second coil unit, and the outer diameter of the second coil unit is smaller than the inner diameter of the first coil unit.
The coil structure according to claim 7, characterized in that the number of layers of the planar coils of the coil group of the first coil unit and the number of layers of the planar coils of the coil group of the second coil unit are set based on the amount of power supplied thereto.
各隣接する2層の前記平面コイル間の間隔は10mm以下であることを特徴とする請求項に記載のコイル構造。 2. The coil structure according to claim 1 , wherein the spacing between each two adjacent layers of the planar coil is 10 mm or less. 前記コイル群の数は4以上64以下であることを特徴とする請求項に記載のコイル構造。 2. The coil structure according to claim 1 , wherein the number of the coil groups is 4 or more and 64 or less. 前記平面コイルが位置する平面に垂直な方向における前記平面コイルの高さは2mm以上15mm以下であることを特徴とする請求項に記載のコイル構造。 2. The coil structure according to claim 1 , wherein the height of the planar coil in a direction perpendicular to the plane on which the planar coil is located is 2 mm or more and 15 mm or less. 互いにネスティングされる第1コイル構造及び第2コイル構造を含み、前記第1コイル構造は請求項1~11のいずれか1項に記載のコイル構造を採用し、
前記第2コイル構造は、互いに平行にエンドツーエンドで直列接続される2層の平面コイルを含み、2層の前記平面コイルの前記平面コイルが位置する平面での正投影は鏡像対称であることを特徴とするコイル構造。
The coil structure includes a first coil structure and a second coil structure nested together, the first coil structure employing the coil structure according to any one of claims 1 to 11 ;
The second coil structure includes two layers of planar coils connected in series end-to-end in parallel to each other, and orthogonal projections of the two layers of planar coils on a plane in which the planar coils are located are mirror symmetric.
RF源と、反応チャンバーと、請求項1~11のいずれか1項に記載のコイル構造と、を含み、前記反応チャンバーの頂部に誘電体窓が設けられ、前記コイル構造は前記誘電体窓の上方に設けられ、前記RF源は前記コイル構造にRF電力を供給することに用いられることを特徴とする半導体プロセス装置。 A semiconductor processing apparatus comprising: an RF source; a reaction chamber; and the coil structure according to any one of claims 1 to 11 , wherein a dielectric window is provided at a top of the reaction chamber; the coil structure is provided above the dielectric window; and the RF source is used to supply RF power to the coil structure. RF源と、反応チャンバーと、請求項12に記載のコイル構造と、を含み、前記反応チャンバーの頂部に誘電体窓が設けられ、前記コイル構造は前記誘電体窓の上方に設けられ、前記RF源は前記コイル構造にRF電力を供給することに用いられることを特徴とする半導体プロセス装置。13. A semiconductor processing apparatus comprising: an RF source; a reaction chamber; and the coil structure of claim 12, wherein a dielectric window is provided at the top of the reaction chamber; the coil structure is provided above the dielectric window; and the RF source is used to supply RF power to the coil structure.
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