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KR102316591B1 - 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나 및 그의 제어방법과 그를 포함하는 유도결합 플라즈마 발생장치 - Google Patents

유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나 및 그의 제어방법과 그를 포함하는 유도결합 플라즈마 발생장치 Download PDF

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KR102316591B1
KR102316591B1 KR1020150061187A KR20150061187A KR102316591B1 KR 102316591 B1 KR102316591 B1 KR 102316591B1 KR 1020150061187 A KR1020150061187 A KR 1020150061187A KR 20150061187 A KR20150061187 A KR 20150061187A KR 102316591 B1 KR102316591 B1 KR 102316591B1
Authority
KR
South Korea
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antenna
coil piece
inductively coupled
coupled plasma
vertical portion
Prior art date
Application number
KR1020150061187A
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English (en)
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KR20160129300A (ko
Inventor
김진홍
Original Assignee
에스케이하이닉스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 에스케이하이닉스 주식회사 filed Critical 에스케이하이닉스 주식회사
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Abstract

대형의 피가공물의 가공에 적합하도록 균일한 플라즈마의 형성을 위한 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나는 적어도 하나 이상의 원호 형상의 코일편을 포함하며, 여기에서 코일편이 수직부 및 안테나를 중심으로 중심부에서 외곽부로 갈수록 수직부에 수직하는 수평면에 대해 넓은 표면적을 갖도록 수직부에 대해 경사진 경사부를 포함한다.

Description

유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나 및 그의 제어방법과 그를 포함하는 유도결합 플라즈마 발생장치{ANTENNA FOR INDUCTIVELY COUPLED PLASMA GENERATION APPARATUS AND METHOD OF CONTROL THEREOF AND INDUCTIVELY COUPLED PLASMA GENERATION APPARATUS COMPRISING THE SAME}
본 발명은 유도결합 플라즈마 발생장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 대형 피가공물의 가공에 적합한 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나 및 그의 제어방법과 그를 포함하는 유도결합 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.
플라즈마는 고체, 액체, 기체 이외의 물질의 제4의 상태를 의미하며, 양이온과 전자 및 유리 라디칼, 원자 및 분자들을 포함하는 고도로 이온화된 가스로서, 반응가스에 높은 열을 가하거나 또는 전자기장을 인가하는 것에 의해 발생되며, 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있고, 대표적으로는 반도체 제조 공정, 예를 들면, 식각(etching), 증착(deposition), 세정(cleaning), 애싱(ashing) 등에 주로 사용된다.
플라즈마 발생장치로는 크게 축전 용량성 플라즈마 발생원(capacitively coupled plasma source)과 유도결합형 플라즈마 발생원(inductively coupled plasma source) 및 플라즈마 웨이브(plasma wave)를 이용한 헬리콘(Helicon)과 마이크로웨이브 플라즈마 원(microwave plasma source) 등이 제안되어 있다. 그 중에서, 낮은 운전 압력에서 고밀도의 플라즈마를 형성할 수 있는 유도결합형 플라즈마 발생원이 널리 사용되고 있다.
유도결합형 플라즈마 발생장치는 플라즈마가 생성되는 챔버를 포함하며, 챔버에는 챔버 내로 반응가스를 공급하는 가스주입구 및 챔버 내부를 진공으로 유지하고 반응이 종결되면 반응가스를 배출하기 위한 진공펌프가 연결된다. 또한, 챔버 내의 반응가스를 플라즈마화 시키기 위하여는 주로 챔버 상부에 안테나가 설치되고, 안테나에 플라즈마 소스(plasma source)로서 무선주파수 전력원(RF source: Radio Frequency source)가 연결되고, 안테나에 임피던스 정합된 무선주파수 전력원으로부터 전력이 부가되면 안테나에 무선주파수 파워, 즉 무선주파수 전위와 전류가 인가되고, 인가된 무선주파수 전위에 의해 챔버 내부공간에 전자기장을 형성하고 이 전자기장에 의해서 유도 전자기장이 형성되게 된다. 이때, 챔버 내부의 반응가스는 인가된 유도 전자기장으로부터 이온화에 필요한 충분한 에너지를 얻고 플라즈마를 형성한다. 형성된 플라즈마는 음의 직류 바이어스 전압을 인가하는 다른 무선주파수 전력원에 의해 유도되어 소정의 공정을 수행할 수 있게 된다.
이러한 유도결합형 플라즈마 발생장치 혹은 플라즈마 발생원은 낮은 운전 압력에서 고밀도의 플라즈마를 형성할 수 있다는 장점이 있다. 특히, 반도체 제조 공정에서 사용되는 플라즈마 발생장치의 경우, 유도결합형 플라즈마 발생장치가 용량성 플라즈마 발생장치에 비하여 식각 공정 등의 진행 시 직진성에 유리하며, 또한 공정 대비 높은 식각비를 확보할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 플라즈마 발생장치에 널리 사용되어온 종래의 평면 나선형 안테나(planar spiral antenna) 또는 코일형 안테나는 안테나를 기준으로 전자기파가 중심부에 크게 형성되고, 따라서 발생되는 유도결합형 플라즈마의 밀도 분포는 공간 내에서 균일하지 못하며, 중심부에서는 밀도는 높고, 외곽부, 즉 반응기의 가장자리로 가면서 감소하는 형태를 갖게 된다. 이는 주로 코일 형상의 안테나 자체의 저항으로 인하여 중심부에서 외곽부로 갈수록 플라즈마 밀도가 저하되는 것이 원인이 되며, 추가로 동일 장비에서도 공정 조건의 차이점과 노후화 등에 따라 플라즈마 밀도의 차이가 심화되는 경향이 있다.
그에 따라, 대면적 기판에 대한 공정 등과 같은 대량생산, 대량처리를 위한 공정을 효과적으로 수행하기 위해서는 넓은 공간에 걸쳐 균일한 분포를 갖는 플라즈마의 형성이 요구되나, 종래의 평면 나선형 안테나는 이러한 조건을 충족시키지 못한다는 단점을 갖고 있다. 특히, 중심부와 외곽부의 식각비 및 균일도의 차이를 발생시켜 공정 수율에 악영향을 끼칠 수 있다.
대한민국 공개특허공보 공개번호 제1999-0080959호 대한민국 공개특허공보 공개번호 제2004-0062846호
본 발명의 실시예는 플라즈마의 균일한 형성을 위한 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나를 제공한다.
본 발명의 실시예는 플라즈마의 균일한 형성을 위한 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나의 제어방법을 제공한다.
본 발명의 실시예는 플라즈마의 균일한 형성을 위한 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나를 포함하는 유도결합 플라즈마 발생장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나는, 적어도 하나 이상의 원호 형상의 코일편을 포함하며, 여기에서 코일편이 수직부 및 안테나를 중심으로 중심부에서 외곽부로 갈수록 수직부에 수직하는 수평면에 대해 넓은 표면적을 갖도록 수직부에 대해 경사진 경사부를 포함할 수 있다.
경사부는 수직부에 대해 0.1 내지 90°, 바람직하게는 10 내지 80°, 보다 바람직하게는 30 내지 60°의 범위 이내의 경사각을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나의 제어방법은, 적어도 둘 이상의 원호 형상의 코일편을 포함하며, 여기에서 각 코일편이 수직부, 안테나를 중심으로 중심부에서 외곽부로 갈수록 수직부에 수직하는 수평면에 대해 넓은 표면적을 갖도록 수직부에 대해 경사진 경사부 및 코일편에 전기적으로 연결되는 가변커패시터를 포함하는 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나에 무선주파수 전력원을 인가하되, 각 코일편들 중 안테나를 중심으로 중심부에 비해 외곽부로 멀리 위치하는 코일편에 더 높은 무선주파수 전력이 인가되도록 가변커패시터를 제어하는 전력제어단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나의 제어방법은, 적어도 둘 이상의 원호 형상의 코일편을 포함하며, 여기에서 각 코일편이 수직부, 안테나를 중심으로 중심부에서 외곽부로 갈수록 수직부에 수직하는 수평면에 대해 넓은 표면적을 갖도록 수직부에 대해 경사진 경사부, 코일편에 전기적으로 연결되는 가변커패시터 및 코일편에 전기적으로 연결되는 전압전류센서를 포함하는 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나에 무선주파수 전력원을 인가하되, 전압전류센서에 의해 해당 전압전류센서가 연결된 코일편의 전압 또는 전류 또는 전압과 전류를 측정하는 단계 및 코일편들 중 전류가 낮게 측정된 코일편에 더 높은 무선주파수 전력이 인가되도록 해당 코일편에 전기적으로 연결되는 가변커패시터를 제어하는 전력제어단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 유도결합 플라즈마 발생장치는 플라즈마가 형성되며, 피가공체가 위치되는 챔버, 피가공체에 대하여 대향되는 위치의 챔버에 형성되는 윈도우, 윈도우 상에 설치되는 안테나 및 챔버 내로 반응가스를 공급하기 위한 가스공급부를 포함하며, 여기에서 안테나가 적어도 하나 이상의 원호 형상의 코일편을 포함하며, 여기에서 코일편이 수직부 및 안테나를 중심으로 중심부에서 외곽부로 갈수록 수직부에 수직하는 수평면에 대해 넓은 표면적을 갖도록 수직부에 대해 경사진 경사부를 포함할 수 있다.
본 기술에 의하면 플라즈마의 형성에 직접적인 영향을 줄 수 있는 구성요소의 하나인 안테나의 형상의 변경, 물리적 및/또는 전기적인 제어를 통하여 안테나의 중심부에서부터 외곽부에까지 전체적으로 균일한 전자기장의 형성 및 그에 의한 균일한 플라즈마의 형성을 가능하게 할 수 있으며, 그에 의하여 반도체 소자 등과 같은 피가공체의 균일하고 정밀한 가공을 가능하게 할 수 있다.
또한, 안테나, 특히 반도체 제조 공정 전후에서 전자기장의 불균일 및/또는 플라즈마의 불균일 등이 검출되는 경우에 이를 보정하거나 및/또는 플라즈마 발생장치의 가동을 중단시키는 인터락 등을 가능하게 하여 웨이퍼 등과 같은 피가공체 및 반응가스 등의 원재료의 낭비를 방지하고, 장치의 오작동 내지는 오염 등을 예방할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나의 구성을 모식적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나의 구성을 모식적으로 도시한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유도결합 플라즈마 발생장치를 모식적으로 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유도결합 플라즈마 발생장치의 동작 순서를 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명의 구체적인 실시예들에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나를 도시하고 설명함에 있어서, 본 발명의 특징적인 기술적 사상에 대한 명확한 이해를 위해 관련이 없는 구성 부분에 대한 도시와 설명을 생략한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나(31)는 적어도 하나 이상의 원호 형상의 코일편(311)을 포함할 수 있다. 여기에서 코일편(311)은 수직부(311a) 및 안테나를 중심으로 중심부에서 외곽부로 갈수록 수직부(311a)에 수직하는 수평면에 대해 넓은 표면적을 갖도록 수직부(311a)에 대해 경사진 경사부(311b)를 포함할 수 있다. 즉, 상기한 바와 같은 안테나는 판형 코일을 복수개의 코일편들로 분할할 수 있고, 그리고 코일편(들)의 일부를 경사부로 형성시켜서 형성될 수 있다.
비록, 도 1에서는 내부 코일편을 구성하며, 제1 수직부(311a) 및 제1 경사부(311b)를 포함하는 제1 코일편(311)과, 외부 코일편들을 구성하며, 제2 수직부(312a) 및 제2 경사부(312b)를 포함하는 제2 코일편(312) 및 제3 수직부(313a) 및 제3 경사부(313b)를 포함하는 제3 코일편(313)을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라 적정한 수의 코일편(들)을 포함하도록 안테나가 구성될 수 있음은 이해되어야 한다.
즉, 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나(31)는 적어도 하나 이상, 바람직하게는 복수의 원호 형상의 코일편들을 포함하여 이루어지며, 코일편들 중 적어도 하나는 수직부 및 안테나를 중심으로 중심부에서 외곽부로 갈수록 수직부에 수직하는 수평면에 대해 넓은 표면적을 갖도록 수직부에 대해 경사진 경사부를 포함하도록 구성될 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나는 수직부와 경사부 둘 다를 포함하는 코일편(들)을 포함할 수 있을 뿐만 아니라, 수직부 만을 갖는 원호 형상의 코일편(들)도 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이, 경사부를 포함하도록 구성되는 실시예에 따른 안테나는 코일편을 적정한 수로 분할하여 형성하되, 이들 코일편들이 원호 형상을 갖도록 하여 챔버 내에 플라즈마 발생을 위한 전자기장을 유도 형성시키고, 원호 형상의 코일편들에서 특히 안테나의 중심부로부터 멀어질수록 안테나 자체의 저항으로 인한 전자기장의 감쇠 및 그에 의한 플라즈마 형성의 불균일화를 보충하기 위해서, 안테나를 중심으로 중심부에서 멀어지는 쪽에 경사부를 두어 챔버 내, 특히 안테나에 대하여 평행한 수평면에 가해지는 전자기장이 보다 균일하게 유도되도록 한다. 코일편은 전기전도도가 우수한 물질, 바람직하게는 동, 보다 바람직하게는 무산소동으로 형성된 판재를 원호 형상을 갖도록 둥글게 성형하고, 동 재질의 판재를 수직으로 위치시켜 수직부를 형성하되, 그 일부가 경사부가 되도록 소정의 경사각을 갖도록 절곡시켜 형성될 수 있다.
경사부는 수직부에 대해 0.1 내지 90°, 바람직하게는 10 내지 80°, 보다 바람직하게는 30 내지 60°의 범위 이내의 경사각을 가질 수 있으며, 경사부가 0.1° 미만의 경사각을 갖는 경우는 수직부에 대하여 경사가 거의 형성되지 않아 표면적의 증가 및 그에 따른 전자기장의 분포에 큰 영향을 주지 않을 수 있고, 반대로 90°를 초과하는 것은 경사부가 다시 수직부에 가까워지는 것에 불과하여 역시 0.1 내지 90°의 범위 이내의 경사각을 갖는 경우와 다른 효과를 제공하지 못할 수 있다. 경사각이 90°가 되는 경우는 수직부에 대해 경사부가 완전히 직각을 이루는 수평상태가 되는 것을 의미하며, 경사부가 최대한의 표면적의 증가 및 그에 따른 전자기장의 분포에 최대한의 영향을 줄 수 있는 경우를 의미한다.
경사부의 경사각은 바람직하게는 10 내지 80°, 보다 바람직하게는 30 내지 60°의 범위 이내의 경사각을 가질 수 있으며, 경사각 45°를 중심으로 하는 30 내지 60°의 범위 이내에서 경사부의 경사각 변화에 따른 표면적의 변화량이 최대가 되며, 양 극한, 즉 0.1° 또는 반대로 90°에 근접할수록 경사부의 경사각 변화에 따른 표면적의 변화량이 작아지며, 그에 따라 전자기장의 분포에 대한 영향도 작아질 수 있다. 특히, 경사부는 안테나에 의해 유도형성되는 전자기장이 일정한 방향성을 갖도록 하는 것도 가능하게 하며, 그에 의하여 플라즈마의 밀도 등에서 지향성을 나타내도록 하여 가공정밀도를 높이거나 가공의 정도를 강화할 수 있다.
경사부는 수평면에 대한 표면적을 조절하기 위한 구동부를 더 포함할 수 있다. 도면의 단순화를 위하여 도시하지는 않았으나, 구동부는 바람직하게는 전동모터가 될 수 있으며, 전동모터의 회전축 및/또는 전동모터에 연결된 감속기의 회전축에 경사부가 기계적으로 연결되어 구동부의 회전에 의해 경사부가 기계적으로 가변되어 그 경사각을 달리하도록 조절할 수 있다. 구동부와 코일편의 경사부는 구동부와 경사부를 전기적으로 절연시키는 절연체로 서로 연결되어 코일편의 전기적 특성들에 영향을 주지 않도록 할 수 있다. 달리 적절한 감속비를 갖도록 설계된 기어드모터(geared motor)가 사용되어 장치를 간단하게 구성할 수도 있다.
또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 안테나(31)를 구성하는 코일편은 가변커패시터들(VC1, VC2, VC3)를 더 포함할 수 있다. 비록, 도 2에서는 내부 코일편을 구성하는 제1 코일편(311)이 제1 가변커패시터(VC1)를 포함하고, 외부 코일편들을 구성하는 제2 코일편(312)이 제2 가변커패시터(VC2)를 포함하고 그리고 제3 코일편(313)이 제3 가변커패시터(VC3)를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라 적정한 수의 코일편(들) 및 이들에 전기적으로 연결되는 가변커패시터들을 포함하도록 안테나가 구성될 수 있음은 이해되어야 한다.
가변커패시터(들)은 각각에 전기적으로 연결되는 각 코일편(들)에 서로 다른 전류 및/또는 무선주파수 전력이 인가되도록 기능한다. 가변커패시터(들)은 그 용량을 조절하기 위한 구동부를 더 포함할 수 있다. 도면의 단순화를 위하여 도시하지는 않았으나, 구동부는 바람직하게는 전동모터가 될 수 있으며, 전동모터의 회전축 및/또는 전동모터에 연결된 감속기의 회전축에 가변커패시터가 기계적으로 연결되어 구동부의 회전에 의해 가변커패시터가 제어되도록 할 수 있다.
구동부와 코일편의 가변커패시터는 구동부와 가변커패시터를 전기적으로 절연시키는 절연체로 서로 연결되어 코일편의 전기적 특성들에 영향을 주지 않도록 할 수 있다. 달리 적절한 감속비를 갖도록 설계된 기어드모터(geared motor)가 사용되어 장치를 간단하게 구성할 수도 있다. 가변커패시터는 기계적으로 또는 전자적으로 그의 전기용량(capacitance)을 의도적으로 그리고 반복적으로 변화시킬 수 있는 커패시터의 일종이다.
또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 코일편은 전압전류센서를 더 포함할 수 있다. 비록, 도 2에서는 내부 코일편을 구성하는 제1 코일편(311)이 제1 전압전류센서(VS1)를 포함하고, 외부 코일편들을 구성하는 제2 코일편(312)이 제2 전압전류센서(VS2)를 포함하고 그리고 제3 코일편(313)이 제3 전압전류센서(VS3)를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라 적정한 수의 코일편(들) 및 이들에 전기적으로 연결되는 전압전류센서들을 포함하도록 안테나가 구성될 수 있음은 이해되어야 한다. 전압전류센서는 전압 및/또는 전류를 측정하는 센서의 일종으로서, 코일편에 전기적으로 연결되어 코일편의 전압 및/또는 전류를 측정하는 기능을 한다.
실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나의 제어방법은 적어도 둘 이상의 원호 형상의 코일편을 포함하며, 여기에서 각 코일편이 수직부, 안테나를 중심으로 중심부에서 외곽부로 갈수록 수직부에 수직하는 수평면에 대해 넓은 표면적을 갖도록 수직부에 대해 경사진 경사부 및 코일편에 전기적으로 연결되는 가변커패시터를 포함하는 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나에 무선주파수 전력원을 인가하되, 각 코일편들 중 안테나를 중심으로 중심부에 비해 외곽부로 멀리 위치하는 코일편에 더 높은 무선주파수 전력이 인가되도록 가변커패시터를 제어하는 전력제어단계를 포함한다.
전력제어단계는 상기한 바와 같은 본 발명의 하나의 구체적인 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나를 구성하는 적어도 둘 이상의 원호 형상의 코일편들에 연결된 가변커패시터들을 개별적으로 제어하여 각 코일편들 중 안테나를 중심으로 중심부에 비해 외곽부로 멀리 위치하는 코일편에 더 높은 무선주파수 전력이 인가되도록 하며, 그에 의하여 안테나를 중심으로 중심부에서 멀어지는 쪽에 전자기장이 더 강하거나 약하게 유도되도록 할 수 있고 그에 의하여 플라즈마가 보다 균일하게 생성되도록 할 수 있다.
실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나의 제어방법은, 적어도 둘 이상의 원호 형상의 코일편을 포함하며, 여기에서 각 코일편이 수직부, 안테나를 중심으로 중심부에서 외곽부로 갈수록 수직부에 수직하는 수평면에 대해 넓은 표면적을 갖도록 수직부에 대해 경사진 경사부, 코일편에 전기적으로 연결되는 가변커패시터 및 코일편에 전기적으로 연결되는 전압전류센서를 포함하는 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나에 무선주파수 전력원을 인가하되, 전압전류센서에 의해 해당 전압전류센서가 연결된 코일편의 전압 또는 전류 또는 전압과 전류를 측정하는 단계 및 코일편들 중 전류가 낮게 측정된 코일편에 더 높은 무선주파수 전력이 인가되도록 해당 코일편에 전기적으로 연결되는 가변커패시터를 제어하는 전력제어단계를 포함한다.
전력제어단계는 상기한 바와 같은 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나를 구성하는 적어도 둘 이상의 원호 형상의 코일편들에 연결된 가변커패시터들을 개별적으로 제어하되, 전압전류센서에 의해 측정된 전압 또는 전류값에 기초하여 각 코일편들 중 안테나를 중심으로 중심부에 비해 외곽부로 멀리 위치하는 코일편에 더 높은 무선주파수 전력이 인가될 수 있도록 하며, 그에 의하여 안테나를 중심으로 중심부에서 멀어지는 쪽에 전자기장이 더 강하거나 약하게 유도되도록 하고, 그에 의하여 플라즈마가 보다 균일하게 생성되도록 할 수 있다. 도 2에서 기호 "C/H"는 챔버를 의미한다.
상기한 바와 같은 안테나의 제어방법에 의하면, 플라즈마 밀도 제어의 목적으로 전압전류센서와 가변커패시터 및 이를 제어하기 위한 구동부의 제어 만으로도 사용자가 컨트롤러 상에서 간단한 조작만으로도 안테나에 지정하는 전류변화를 형성시킬 수 있다. 이러한 기능 만으로도 가변커패시터의 특성 중 하나인 선형의 전류 비례 특성을 보일 수 있어 안정적인 제어를 구현할 수 있다. 또한, 전압전류센서는 이를 해석(컨버젼)하기 위한 용도의 적분기를 더 포함할 수 있으며, 그에 의하여 안테나의 안정적인 제어를 가능하게 할 수 있으며, 거기에 더해, 안테나의 노후화 및 사용 중의 예기치 못한 문제 발생 여부를 체크하는 것을 가능하여 장치의 인터록 등을 실현하는 것을 가능하게 할 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 실시예에 따른 유도결합 플라즈마 발생장치(1)는 플라즈마가 형성되며, 피가공체(14)가 위치되는 챔버(11), 피가공체(14)에 대하여 대향되는 위치의 챔버(11)에 형성되는 윈도우(17), 윈도우(17) 상에 설치되는 안테나(31) 챔버(11) 내로 반응가스를 공급하기 위한 가스공급부(12)를 포함하며, 여기에서 안테나(31)가 적어도 하나 이상의 원호 형상의 코일편을 포함하며, 여기에서 코일편이 수직부 및 안테나를 중심으로 중심부에서 외곽부로 갈수록 수직부에 수직하는 수평면에 대해 넓은 표면적을 갖도록 수직부에 대해 경사진 경사부를 포함한다.
챔버(11)는 플라즈마(16)가 형성되는 공간(18)을 제공하며, 바람직하게는 챔버(11)는 진공펌프(13)에 유체적으로 연결되어, 진공펌프(13)의 작동에 의해 챔버(11) 내부를 진공상태로 만들어 반응가스의 플라즈마화가 용이하고, 피가공체(14)의 가공이 종료되면 반응가스 등을 배출하도록 할 수 있다.
챔버(11)는 알루미늄 및 스테인리스와 같은 금속 물질로 제작될 수 있거나 또는 코팅된 금속, 예를 들어, 양극 처리된 알루미늄으로 제작될 수 있다. 또는 내화 금속(refractory metal)으로 제작될 수도 있고, 또 다른 대안으로 챔버(11)를 전체적으로 석영, 세라믹과 같은 전기적 절연 물질로 재작하는 것도 가능하며, 의도된 플라즈마 프로세스가 수행되기에 적합한 다른 물질로도 제작될 수 있다. 이러한 경우에는 별도의 유전체로 된 윈도우(17)를 구성할 필요가 없을 수 있다.
피가공체(14)는 플라즈마에 의해 가공의 대상이 되는 것이며, 반도체 제조 공정에서의 웨이퍼 등이 될 수 있다. 피가공체(14)는 지지대(15) 상에 위치될 수 있으며, 지지대(15)는 하나 이상의 바이어스 전원 공급원으로부터 임피던스 정합기(19)를 통하여 바이어스 전력을 공급 받아 바이어스 될 수 있다.
도면에 도시하지 않았으나, 직류 전원 공급원으로부터 직류 전원이 지지대(15)로 공급될 수 있다. 둘 이상의 바이어스 전원 공급원으로부터 바이어스 전력이 공급되는 경우, 각각의 바이어스 전력은 서로 다른 주파수를 가질 수 있다. 또한 공정 특성에 따라 지지대(15)는 바이어스가 전혀 인가되지 않을 수 있다. 지지대(15)는 정전척(ESC: Electro-Static Chuck) 또는 메카니칼척(mechanical chuck)이 될 수 있다.
챔버(11)에는 피가공체(14)에 대하여 대향되는 위치에 윈도우, 바람직하게는 유전체로 이루어지는 윈도우(17)가 형성될 수 있으며, 실시예에 따른 안테나(31)는 챔버(11)에 형성되는 윈도우(17) 상에 설치될 수 있다. 안테나(31)에는 임피던스 정합기(32) 및 무선주파수 전력원(33)이 전기적으로 연결되어 안테나에 무선주파수 전력을 인가하고, 그에 의하여 챔버(11) 내에 플라즈마가 형성되도록 할 수 있다.
가스공급부(12)는 달리 "인젝터(injector)"라고도 불리우며, 반응가스를 챔버(11) 내로 도입시키는 기능을 하며, 챔버(11)의 상부 또는 측면에 배치되며, 적절한 구경 및 각도를 갖도록 배치되어 반응가스가 원활하게 챔버(11) 내부로 분사될 수 있도록 할 수 있다.
안테나(31)는 직렬 또는 병렬로 필요에 따라 구성될 수 있고, 특히 반도체 장비의 경우, 원형을 이루고, 대구경, 대면적 설비의 경우, 상기한 바와 같은 코일형 이외에도 역시 경사부를 갖는 사각 또는 다각형의 형상을 가질 수 있다.
설명한 바와 같은 실시예에 따른 유도결합 플라즈마 발생장치용 안테나의 동작순서를 도 4에 예시적으로 나타내었다. 즉, 도 4에 나타낸 바와 같이, 무선 주파수를 유도결합 플라즈마 발생장치에 인가하고, 임피던스 정합을 수행한 후, 안테나단에 무선 주파수를 전달하고, 안테나의 중앙부와 외곽부의 전류/전압값을 측정한 후, 안테나를 구성하는 코일편들 간에서 전류/전압값에서 유의차가 있는 지를 판단하여 유의차가 있는 경우, 가변커패시터를 제어하거나 또는 코일편의 경사각을 조정하거나 또는 가변커패시터의 제어와 함께 코일편의 경사각을 조정할 수 있다.
이후, 안테나의 중앙부와 외곽부의 전류/전압값을 측정(재측정)한 후, 안테나를 구성하는 코일편들 간에서 전류/전압값에서 유의차가 있는 지를 판단하여 유의차가 없어질 때까지 위의 과정을 반복하고, 유의차가 없어진 후, 전자기장을 발생시켜 챔버 내부에 유도전기장을 발생시키고, 가스반응 및 플라즈마 생성을 수행할 수 있게 되며, 그에 의하여 소정의 공정을 수행할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같은 실시예에 따른 유도결합 플라즈마 발생장치용 안테나를 포함하는 유도결합 플라즈마 발생장치에 의하면, 안테나를 구성하는 코일편(들)에 경사부를 형성시켜 안테나를 중심으로 중심부에서 외곽부에 걸쳐 고른 전자기장의 유도가 가능하도록 하고, 또한 플라즈마 발생 전후에 안테나를 구성하는 코일편(들)의 경사부를 물리적으로 조절하여 전자기장의 분포의 추가적인 제어가 가능하도록 하거나 및/또는 안테나를 구성하는 코일편(들)에 인가되는 전류 및/또는 전력이 차등적으로 공급되도록 가변커패시터를 물리적 및/또는 전기적으로 제어하여 전자기장의 분포의 추가적인 제어가 가능하도록 함으로써 다양한 방법으로 전자기장의 균일한 형성을 실현가능하게 구현할 수 있도록 한다.
또한, 그에 의하여 챔버 내에서의 균일한 플라즈마의 형성을 가능하게 할 수 있다. 또한, 안테나를 구성하는 각 코일편(들)에 전압전류센서를 전기적으로 연결시켜 전류 및/또는 전력의 이상 시, 장치 전체를 인터락시키는 것을 가능하게 할 수 있다.
상기한 바와 같은 구성에 따른 본 발명의 구체적인 실시예들에 따르면, 반도체 제조 공정, 특히 미세 선폭 공정에서 문제가 되는 기판의 중앙부와 외곽부의 공정 성능을 제어가능하게 하는 효과가 있으며, 특히 진공펌프 등의 편재 등으로 인한 플라즈마 밀도의 불균일의 문제점들을 해소하는 것을 가능하게 할 수 있다.
이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 얼마든지 다양하게 본 발명을 개조, 변형 또는 응용하여 실시할 수 있을 것이다.
1: 플라즈마 발생장치 11: 챔버
12: 가스공급부 13: 진공펌프
14: 피가공체 15: 지지대
16: 플라즈마 17: 윈도우
18: 공간 19: 임피던스 정합기
31: 안테나 32: 임피던스 정합기
33: 무선주파수 전력원 311: 제1 코일편
311a: 수직부 311b: 경사부
312: 제2 코일편
312a: 수직부 312b: 경사부
313: 제3 코일편
313a: 수직부 313b: 경사부

Claims (10)

  1. 적어도 하나 이상의 원호 형상의 코일편을 포함하며, 상기 코일편은 수직부 및 경사부를 포함하며, 상기 경사부는 상기 수직부에 대해 경사지며 안테나를 중심으로 중심부에서 외곽부로 갈수록 상기 수직부에 수직한 수평면에 대해 넓은 표면적을 갖도록 기울기가 점진적으로 완만해지는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나.
  2. ◈청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 경사부가 상기 수직부에 대해 0.1 내지 90°의 범위 이내의 경사각을 갖는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나.
  3. ◈청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 2 항에 있어서,
    상기 경사부가 상기 수직부에 대해 10 내지 80°의 범위 이내의 경사각을 갖는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나.
  4. ◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 3 항에 있어서,
    상기 경사부가 상기 수직부에 대해 30 내지 60°의 범위 이내의 경사각을 갖는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나.
  5. ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 경사부가 상기 수평면에 대한 표면적을 조절하기 위한 구동부를 더 포함함을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나.
  6. ◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 코일편이 가변커패시터를 더 포함함을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나.
  7. ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항에 있어서,
    상기 코일편이 전압전류센서를 더 포함함을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나.
  8. 적어도 둘 이상의 원호 형상의 코일편을 포함하며, 각 코일편은 수직부, 상기 수직부에 대해 경사지며 안테나를 중심으로 중심부에서 외곽부로 갈수록 상기 수직부에 수직한 수평면에 대해 넓은 표면적을 갖도록 기울기가 점진적으로 완만해지는 경사부 및 상기 코일편에 전기적으로 연결되는 가변캐패시터를 포함하는 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나에 무선주파수 전력원을 인가하되, 상기 코일편들 중 안테나를 중심으로 중심부에 비해 외곽부로 멀리 위치하는 코일편에 더 높은 무선주파수 전력이 인가되도록 상기 가변캐패시터를 제어하는 전력제어단계를 포함하는 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나의 제어방법.
  9. 적어도 둘 이상의 원호 형상의 코일편을 포함하며, 각 코일편이 수직부, 상기 수직부에 대해 경사지며 안테나를 중심으로 중심부에서 외곽부로 갈수록 상기 수직부에 수직한 수평면에 대해 넓은 표면적을 갖도록 기울기가 점진적으로 완만해지는 경사부, 코일편에 전기적으로 연결되는 가변캐패시터 및 상기 코일편에 전기적으로 연결되는 전압전류센서를 포함하는 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나에 무선주파수 전력원을 인가하되, 상기 전압전류센서에 의해 해당 전압전류센서가 연결된 코일편의 전압 또는 전류 또는 전압과 전류를 측정하는 단계 및 상기 코일편들 중 전류가 낮게 측정된 코일편에 더 높은 무선주파수 전력이 인가되도록 해당 코일편에 전기적으로 연결된 가변캐패시터를 제어하는 전력제어단계를 포함하는 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나의 제어방법.
  10. 플라즈마가 형성되며, 피가공체가 위치되는 챔버, 상기 피가공체에 대하여 대향되는 위치의 챔버에 형성되는 윈도우, 상기 윈도우 상에 설치되는 안테나 및 상기 챔버 내로 반응가스를 공급하기 위한 가스공급부를 포함하며, 상기 안테나가 적어도 하나 이상의 원호 형상의 코일편을 포함하며, 상기 코일편은 수직부 및 상기 수직부에 대해 경사지며 안테나를 중심으로 중심부에서 외곽부로 갈수록 상기 수직부에 수직한 수평면에 대해 넓은 표면적을 갖도록 기울기가 점진적으로 완만해지는 경사부를 포함하는 유도결합 플라즈마 발생장치.
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