KR100362455B1 - 공동rf터미널을가지는대칭적인병렬다중코일과유도성으로연결된플라즈마반응기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 진공 챔버 내에서 반도체 웨이퍼를 가공하는 플라즈마 반응기와 유도성으로 결합된 진공 챔버로 RF 소스에 의하여 공급되는 RF 전력을 방사하기 위한 코일 안테나, 가공 기체를 진공 챔버로 공급하기 위한 공급 인입구를 제공하는 기체용 반응기, 복수의 동심 와선형 도전성 권선을 포함하는 코일 안테나, 권선의 와선 정점 근방의 내부 말단 및 권선의 와선 주변인 외부 말단을 갖는 각각의 권선, 및 복수의 동심 와선형 권선의 내부 말단에 연결된 공동 터미널, 터미널을 통하여 연결된 RF 전원 및 각 권선의 외부 말단으로 형성된다.

Description

공동 RF 터미널을 가지는 대칭적인 병렬 다중 코일과 유도성으로 연결된 플라즈마 반응기
본 발명은 RF 플라즈마 반응기에 유도성으로 연결된 미소전자 집적회로의 제조 및 특히 매우 균일한 플라즈마 분포를 제공하는 코일형 RF 안테나를 갖는 상기 반응기에 관한 것이다.
유도성으로 결합된 플라즈마 반응기는 반도체 웨이퍼를 가공하기 위하여 높은 밀도로 유도성으로 결합된 플라즈마가 요구되는 곳에서 이용된다. 그러한 가공은 에칭, 화학 증기 증착 및 기타 등등이 될 수 있다. 유도성으로 결합된 반응기는 통상적으로 반응기 챔버의 일부분의 주변 또는 가까이에 감기고 RF 전원에 연결된 코일형 안테나를 이용한다. 웨이퍼의 전체 표면에 대하여 균일한 에칭율 또는 증착율을 제공하기 위하여, 코일형 안테나에 의해 제공된 플라즈마 밀도는 반도체 웨이퍼의 표면에 대하여 일정해야만 한다. 그와 같이 균일한 필드를 제공하기 위한 한가지 시도는 오글(Ogle)에 의하여 미합중국 특허번호 제 4,948, 458호에 개시된 바와 같은 웨이퍼위에 평행으로 놓이는 평면 디스크의 코일형 안테나를 감는 것이다. 이러한 개념은 제 1도에 도시되어 있다.
제 1도의 평면 코일형 안테나의 문제점은 안테나의 중심과 안테나의 원주형 가장자리 사이에 커다한 전력 차이가 있고, 결과적으로 플라즈마는 높은 이온 밀도 또는 웨이퍼의 중심 및 웨이퍼 주변에서의 더 낮은 이온 밀도에 대한 "과열점"을 가질 수 있다. 이것은 웨이퍼 표면에 대하여 일정하지 않은 에칭율 또는 증착율을 야기한다. 이러한 문제점을 개선하는 방법은 플라즈마 비균일성을 최소화하도록 안테나 코일에 적용되는 전력을 몇 백 와트로 제한하는 것이다. 이러한 접근은 에칭율(또는 증착율)을 제한하기 때문에 완전히 만족하지 않고, 그에 따라 반응기의 처리량 또는 생산성이 감소되고, 및 웨이퍼 표면에 대하여 비균일성 가공의 문제를 더 이상 해결하지 못한다.
유도성으로 결합된 반응기가 갖는 다른 문제점은 안테나 코일에 제공된 임의의 높은 전압이 플라즈마에 RF 전력의 용량성 결합을 유도한다는 것이다. 다시 말하면, 코일형 안테나로부터 플라즈마로의 RF 전력의 용량성 결합은 코일형 안테나상의 전압을 증가시킨다. 그러한 용량성 결합은 사용자가 이온 운동 에너지를 정확하게 제어하고 스퍼터링을 또는 에칭 비율을 제어하기 어렵게 만드는 이온 운동 에너지를 증가시킬 수 있다. 용량성 결합은 특히 제 1도의 평평한 디스크 코일 안테나에서 생성된다.
따라서, 최소 용량성 결합만을 사용하여 고 전력에서 웨이퍼 표면에 매우 균일한 플라즈마를 제공하는 코일형 안테나를 갖는 유도성으로 결합된 플라즈마 반응기를 필요로 한다.
코일 안테나는 RF 전원에 의해 공급된 RF 전력을 진공 챔버에서 반도체 웨이퍼를 가공하는 유도성으로 결합된 플라즈마 반응기의 진공 챔버로 방사하기 위하여 제공되고, 반응기는 가공 기체를 진공 챔버로 공급하기 위한 기체 공급 인입구를 가지며, 코일 안테나는 복수의 동심 와선형 도전성 권선을 포함하고, 각각의 권선은 권선의 와선 정점 주변의 내부 말단 및 권선의 와선 주변의 외부 말단, 및 복수의 동심 와선형 권선의 내부 말단에 연결된 공동 터미널을 가지며, RF 전원은 터미널 및 각각의 권선의 외부 말단에 대하여 연결된다. 바람직한 실시예에 있어서, RF전원은 두 개의 터미널을 포함하며, 두 터미널 중 하나는 RF 전원 터미널이고 두 터미널 중 다른 하나는 접지에 연결된 RF 복귀 터미널이며, 복수의 동심 와선형 도전성 권선의 공동 터미널은 RF 전원 터미널 중 하나에 연결되고 복수의 동심 와선형 도전성 권선의 외부 말단은 다른 RF 전원 터미널에 연결된다.
제 1 실시예에 있어서, 반도체 챔버는 평면 천장을 포함하며 안테나 코일은평면 디스크 형상이고 천장의 외부 표면상에 놓인다. 제 2 실시예에 있어서, 반응기 챔버는 원통형 측벽을 포함하며 안테나 코일은 원통 형상이며 원통형 벽면 주위의 일부분을 나선형으로 감는다. 제 3 실시예에 있어서, 반응기는 돔형 천장을 포함하며 안테나 코일은 돔형이고 돔형 천장의 적어도 일부분 주위에 나선형으로 감겨 있으며 천장에 놓여 있고 천장과 일치된다. 제 4 실시예에 있어서, 반응기는 절두된 돔형 천장을 포함하며 안테나 코일은 절두된 돔형 형상이고 절두된 돔형 천장의 적어도 일부분을 둘러싸고 나선형으로 감겨져 있고, 천장 위에 놓여 있어 천장과 일치된다. 제 5 실시예에 있어서, 반응기 챔버는 평평한 천장 및 원통형 측벽을 포함하며 안테나 코일의 일부분은 평평하고 평평한 천장위에 놓이는 반면 안테나 코일의 다른 일부분은 원통형이고 원통형 측벽의 적어도 일부분에 나선형으로 감겨 있다. 제 6 실시예에 있어서, 반응기는 돔형 천장 및 원통형 측벽을 포함하고 안테나 코일의 일부분은 돔형이며 돔형 천장위에 놓이고 천장과 일치되며 코일 안테나의 다른 일부분은 원통형이고 원통형 측벽의 적어도 일부분에 감겨 있다. 제 7 실시예에 있어서, 반응기는 절두된 돔형 천장 및 원통형 측벽을 포함하며 안테나 코일의 일부분은 절두된 돔형이며 절두된 돔형 천장위에 놓여 천장과 일치되고 안테나 코일의 다른 일부분은 원통형이며 원통형 측벽의 적어도 일부분에 감겨 있다.
바람직하게, 복수의 권선은 거의 동일한 길이이다. 한 실시예에 있어서, 코일 안테나는 3개의 권선을 포함한다. 바람직하게, 내부 말단은 동일한 간격으로 다른 말단으로부터 원주형으로 떨어져 있으며 다른 말단도 원주를 따라 동일한 간격으로 다른 말단과 떨어져 있다.
반응기 챔버에 인접한 RF 코일의 안테나를 갖는 유도성으로 결합된 플라즈마 반응기에 있어서, 본 발명의 목적은 코일상의 전압을 감소시키는 것이다. 코일 전압을 감소시키는 가능한 접근 방법 중 하나는 코일 안테나의 권선에서의 인덕턴스의 양을 감소시키는 것이다. 이것은 각 권선에 인가된 전위 V를 감소시킬 수 있고( L은 권선 인덕턴스이고 i는 권선 전류일 때, V=L di/dt 이므로), 전자 전위에서의 이러한 감소는 플라즈마와 결합하는 캐패시턴스를 감소시킨다. 제 2도는 도전체(20, 22)를 통하여 RF 전원(16, 18)에 인가된 병렬형의 코일 권선(10, 12, 14) 모두를 연결함으로써 이것을 성취하는 한가지 방법을 도시한다. 각 권선의 한쪽 말단(10a, 12a, 14a)은 도전체(20)에 연결되고 반면 다른 말단(10b, 12b, 14b)은 다른 도전체(22)와 연결된다. 문제는 도전체(20, 22)들 사이의 간격(24)이 RF 필드에서 불연속성을 증가시킨다는 것이다. 따라서, 예를 들면, 제 2도의 코일 안테나를 포함하는 플라즈마 에칭 반응기에 있어서, 코일의 불연속성은 흔히 웨이퍼 표면에 대한 플라즈마 밀도와 방위각에서 비대칭을 야기할 수 있다. 따라서, 제 2도의 코일 안테나는 균일한 플라즈마 밀도를 제공하지 않고 따라서 필요조건을 충족하지 않는다.
제 3A도 및 4도를 참조하면, 코일 안테나(30)는 반응기 챔버(31)의 천장위에 놓이고, 코일 안테나(30)는 캐패시터(62) 및 RF 전원(64)에 대하여 병렬로 연결된 복수의 동심 와선형 권선(32, 34, 36)을 갖는다. 권선(32, 34, 36)은 와선의 중심 가까이에 내부 말단(32a, 34a, 36a)을 갖고 와선의 주변에 외부 말단(32b, 34b, 36b)을 갖는다. 내부 말단(32a, 34a, 36a)은 공동정점 터미널(38)과 연결된다. 바람직한 실시예에 있어서, 공동 정점 터미널(38)은 접지와 연결되는 반면 외부 권선 말단(32b, 34b, 36b)은 RF 전원(64)에 연결된다. 제 4도에 도시한 바와 같이, 권선(32, 34, 36)의 바로 중심 내부 암은 수직거리 약 2cm로 반응기 꼭대기에서부터 정점 터미널(38)까지 바람직하게 수직 상방으로 심지를 제거한다. 제 3B도는 내부 말단(32a, 33a, 34a, 35a, 36a) 및 외부 말단(32b, 33b, 34b, 35b, 36b)을 갖는 동심 권선(32, 33, 34, 35, 36)을 포함하는 제 3A도의 코일 안테나의 5개 권선 변형을 도시한다.
제 5도는 평평한 디스크 도전성 천장(52), 접지된 도전성 원통형 측벽(54), 기체 공급 인입구(56) 및 웨이퍼 받침대(58)를 갖는 원통형 진공 챔버(50)를 포함하는 유도성으로 결합된 플라즈마 반응기를 도시한다. 진공펌프(60)는 진공 챔버의 기체를 퍼낸다. 제 3A도의 코일 안테나(30)는 천장(52)위에 있다. RF 전원(64)은 캐패시터(62)를 통하여 외부 권선 말단(32, 34, 36)으로 전력을 공급하고 반면 공동 터미널(38)은 접지된다. 바이어스 RF 전원(66, 68)은 이온 운동 에어지를 제어하기 위하여 웨이퍼 받침대(58)에 연결된다.
제 5도의 실시예의 바람직한 수행에 있어서, 원형의 권선은 정점 터미널(38)에서 종결되는 직선 방사상 암을 갖고, 그 암은 약 2.5cm의 반지름 r(제 5도)을 따라 확장된다. 권선(32, 34, 36)들 중 가장 외곽의 권선은 웨이퍼 직경 d(제 5도)가 약 20cm인 경우 약 35cm의 반지름 R(제 5도)을 갖는다. 상기 웨이퍼 위의 코일 안테나의 높이 h(제 5도)는 바람직하게 약 5.0cm 내지 7.5cm이다. 바람직하게, 코일 권선(32, 34, 36) 각각은 1.5회 감겨 있다. 반지름 길이 당 권선수, 제 5도의 실시예에서는 1.5/26cm-1,는 웨이퍼 표면에 대하여 플라즈마 밀도를 바람직하게 조절하도록 변경될 것이다.
제 6도는 제 3A도의 코일 안테나(30)의 원통형 변형(60)을 도시하고, 그것은 또한 제 5도의 반응기의 원통형 측벽(54)의 절연성 부분을 감싸는 복수의 동심 와선형 권선(32', 34', 36')을 갖는다. 복수의 동심 권선(32', 34', 36')은 반응기 챔버의 더 낮은 측벽에 대한 위치에서 각각 다른 것으로부터 동일거리로 종결되어 있는 외부 말단(32b', 34b', 36b') 뿐만 아니라, 공동 점점 터미널(38a)에서 종결된 개별적인 내부 말단(32a', 34a', 36a')을 가진다. 제 7도는 원통형 안테나(60)의 다른 변형을 도시하고, 여기서 안테나(60)의 내부 말단(32a', 34a', 36a')은 제 5도에서와 같은 형태로 반응기의 꼭대기에 대하여 와선형으로 공동 정점 터미널(38b)로 연속되고, 따라서 원통형 벽면(54)의 부분들에 대해서뿐만 아니라 반응기의 천장(52)에 대해서도 확장되는 연장형 단일 원통형 코일 안테나(70)를 형성한다. 바람직하게, 각 권선(32', 34', 36')은 도면에서 도시된 방법으로 천장 및 원통형 측벽 사이의 모서리에 평평한 천이부를 만든다.
제 8도는 천장(52)이 돔형인 제 5도의 반응기의 변형을 사용하기 위한 제 3A도의 코일 안테나(30)의 돔형 변형(80)을 도시한다. 제 9도는 돔형 코일 안테나(80)가 제 8도의 실시예의 반응기의 돔형 천장 및 원통형 측벽 모두를 덮는 단일 안테나(90)를 형성하기 위하여 원통형 코일 안테나(60)를 사용하여 도시될 수 있는 방법을 도시한다. 권선은 도면에서 도시된 방법에 따라 돔형 천장으로부터 원통형 측벽으로 평평한 천이부를 형성한다. 제 10도는 돔형 천장이 평평한 정점을 갖도록 절두된 제 8도의 코일(80)의 변형을 도시한다. 제 11도는 돔형 천장이 평평한 정점을 갖도록 절두된 제 9도의 코일의 변경을 도시한다.
권선(32, 34, 36)은 그들 사이의 방전을 방지하기 위하여 충분한 거리만큼 서로 떨어져 있다. 방위각으로 대칭인 RF 전력 공급 및 그들 사이의 전체 길이를 따라 인접한 권선간의 최소 전력 차이를 제공하기 위하여, 모든 권선(32, 34, 36)은 바람직하게 거의 동일한 길이가 된다. 도시된 실시예에 있어서, 권선들 사이의 거리는 동일하고 안테나 코일을 통하여 균일하다. 그러나, 본 발명은 다른 위치에서 다르게 되도록 또는 권선의 다른 쌍 사이에서와 같이 구별하기 위하여 권선 사이의 거리를 변경함으로써 변경될 수 있다.
본 발명이 3개의 동심 와선형 권선(32, 34, 36)을 갖는 바람직한 실시예를 기준으로 설명된 반면, 본 발명의 다른 실시예는 방전을 피하기 위하여 유지되어야 하는 필수적인 권선 사이의 거리를 제공하는 두 개의 권선, 4개의 권선 또는 임의의 원하는 수의 권선으로 만들어질 수 있다. 많은 수의 와선형 권선은 더 균일한 RF 필드 및 어떤 경우에 있어서는 웨이퍼 표면에 대하여 더 균일한 플라즈마 이온 밀도를 제공한다.
제 12도는 천장(52)이 수평적으로 평평한 영역(52a)으로부터 수직 측벽(54)에 평평한 천이부를 제공하는 환형 챔버(52b)에 의하여 둘러싸인 중심평면 영역(52a)을 갖는 제 10도의 실시예의 변형을 도시한다. 이것은 권선(32, 33, 34, 35, 36)이 매우 부드러운 천이부를 형성하도록 돕는다. 코일 안테나의 환형 부분은모서리 홈위에 놓이고 모서리 홈을 사용하여 형성된다. 게다가 제 12도의 실시예는 외부 말단(32b, 33b, 34b, 35b, 36b)을 갖는 5개의 동심 권선(32, 33, 34, 35, 36)을 갖는다. 제 13도는 동심 권선(32', 33', 34', 35', 36')이 천장(52)의 평평한 부분으로부터 원통형 측벽으로 모서리 홈에서 부드러운 천이부를 형성하는 제 12도의 실시예의 변형을 도시하고, 이들 권선 각각은 천장(52)의 평평한 중심 부분(52a)위에 놓인 제 1 부분, 천장(52)의 모서리 홈(52b)위에 놓인 제 2 부분 및 원통형 측벽(54)을 둘러싼 제 3 부분을 포함한다. 코일 안테나의 바닥을 규정하는 권선 외부 말단(32b', 33b', 34b', 35b', 36b')은 웨이퍼 받침대(58)의 정점과 동일한 높이로 배치되고 캐패시터(62)를 통하여 RF 소스의 출력 터미널에 연결된다. 권선의 피치는 한 실시예에서와 같이, 원통형 측벽을 따르는 권선이 다른 피치에서 존재할 수 있는 반면 꼭대기상의 권선이 한 피치가 되도록, 따라서 플라즈마 형성에 대하여 대부분의 제어를 제공하도록 위치에 따라 변할 수 있다.
제 14도는 실제적으로 180도 미만의 각도, 예를 들면 90도에 대응하는 방전을 갖는 평평한 돔형 천장을 보유한 제 12도의 실시예의 변형을 도시한 것이다. 반대로, 예를 들면, 제 10도의 돔형 실시예는 거의 180도의 방전에 대응한다. 제 15도는 역시 실질적으로 180도 미만의 각도, 예를 들면 90도에 대응하여 방전하는 평평한 돔형 천장을 가지는 제 13도의 실시예의 변형을 도시한다.
제 16도는 제 14도의 평평한 중심 돔과 같은 평평한 중심 돔(52a')과 제 12도의 평평한 중심 돔과 같은 외부 모서리 홈(52b')을 결합한 실시예를 도시한다. 제 17도는 권선이 천장(52)으로부터 원통형 측벽(54)으로 모서리 홈(52b)에서 부드러운 천이부를 형성하는 제 16도의 실시예의 변형을 도시한다. 제 12-17도의 실시예는 제 3-11도의 실시예의 3개의 동심 권선과는 반대로 5개의 동심 권선을 갖도록 도시된다. 본 발명은 임의의 적당한 동심 권선수를 사용하여 수행될 수 있다.
제 3A도의 코일 안테나(30)의 권선(32, 34, 36)의 병렬 배열은 비교되는 바와 같이, 예를 들면, 하나의 권선만을 사용하여 각 권선에 인가된 전위를 감소시키고, 따라서 용량성 결합(제 2도의 실시예를 기준으로 위에서 설명된 바와 같이)을 감소한다. 추가로, 제 3A도의 코일 안테나는 예를 들면, 제 2도(예를 들면, RF필드에서)의 실시예를 기준으로 위에서 설명된 종래의 기술과 비교하여 웨이퍼에 대하여 균일한 플라즈마 밀도를 제공한다. 이렇게 개선된 균일성은 에칭 적용에 제한되지 않을 뿐만 아니라, 본 발명이 코팅을 위한 화학적 및 물리적 증기 증착과 같은 다른 플라즈마와 관련된 가공과정에서 사용되는 경우 실현될 수 있다. 게다가, 제 1도의 종래 기술과 비교한 바와 같이, 각 권선에 인가된 전위가 감소될 뿐만 아니라, 본 발명의 병렬 권선에서의 전류 흐름도 또한 더욱 균일한 형태로 반응 체적에 대하여 공간적으로 분포된다.
바람직하게, 각각의 권선(32, 34, 36)은 동일한 길이를 갖고 그들의 외부 말단(32b, 34b, 36b) 각각은 원형으로 대칭적인 반응 챔버에 대하여 서로 동일거리상의 지점에서 종결되어, 균일성을 개선한다. 바람직하게, 권선내부 말단(32a, 34a, 36a)은 정점이 바람직하게 형태적으로 원형 대칭성을 갖는 코일의 형태적인 중심에 위치하기 때문에 코일 안테나의 형태적인 중심에서 종결된다. 역시 바람직하게, 이러한 형태적인 안테나의 중심은 원주형으로 대칭인 반응기 챔버의 대칭축과 일치하도록 만들어진다. 또한, 권선내부 말단(32a, 34a, 36a)은 바람직하게 그들이 정점 터미널(36a)에 접근하도록 제한된 방사상의 거리로 서로에 대하여 동일거리로 떨어져 있다. 게다가, 권선은 적어도 제 3A도의 실시예와 같은 본 발명의 평면 구성에서 가능한한 균일하게 다른 것으로부터 떨어져 있게 된다; 반면 제 8도의 실시예에서와 같은 비평면 구성에 있어서, 형태적인 중심으로부터 반지름을 이용한 점차적인 변화 및 거리가 챔버 형상을 만족시키기 위하여 만들어질 수 있다.
결과적으로, 제 3A도의 코일 안테나에 공급되는 RF 전력은 제 1도의 코일 안테나의 경우와 같이 제한될 필요가 없다. 대신, 제 3A도의 코일 안테나는 13.56MHz에서의 RF전력에 대하여 3000와트로 동작하고, 반면 제 1도의 코일 안테나는 비균일 필드 적용범위로 인한 실패를 방지하기 위하여 약 300와트로 제한되어야만 한다. 제 3A도의 코일 안테나에 의하여 제공되는 RF 전력의 증가는 플라즈마 에칭 반응기에서 더 높은 에칭율을 제공하고, 화학적인 증기 증착 반응기에서 더 높은 증착율을 제공한다, 따라서, 본 발명은 웨이퍼 표면에 대하여 더욱 균일한 가공을 제공할 뿐만 아니라 더 큰 가공량 또는 생산성을 제공한다.
본 발명은 웨이퍼 표면에 대하여 중요한 이점인 더 큰 이온 밀도의 균일성을 제공한다. 이것은 제 18도의 중첩된 그래프에서 도시된다. 제 18도의 A1, A2, A3, 및 A4로 표시된 곡선은 RF 바이어스 전력이 공급되지 않고 안테나 코일상에 제공된 2000와트의 RF 전력 레벨에서 염소 기체를 사용하여 제공되는 반응기 챔버를 갖는 제 3A도에서 설명된 본 발명의 코일안테나 및 각각 2밀리토르, 6.2 밀리토르, 10밀리토르 및 4밀리토르의 압력하에서 유지되는 챔버를 포함하는 반응기에 대하여 제곱 센티미터당 밀리암페어 단위의 웨이퍼 표면에서 이온 전류의 측정치를 표시한다. 이온 밀도의 최소 편차, 즉 A1으로 표시된 곡선의 2%는 2밀리토르에서 얻어진다. 균일한 비율은 그러한 범위의 평균 전류 밀도를 2배하여 나누어진 웨이퍼에 인가된 전류 밀도(수직 축)에서의 변화를 나타낸다. 반대로, 성능이 제 18도에서 B로 표시된 곡선에 의하여 설명되는 제조자 #1에 의하여 팔린 반응기는 RF 바이어스 전력이 공급되지 않으며 동일하게 적용된 RF 전력 레벨에서 웨이퍼 표면에 대하여 4.5%의 플라즈마 이온 밀도의 편차 및 50부의 염소 및 20부의 헬륨의 혼합물을 포함한다. 제조자 #2에 의하여 팔린 반응기는 성능이 제 18도의 C로 표시된 곡선에 의하여 설명되고, 비슷한 조건하에서 9%의 플라즈마 이온 밀도의 편차를 갖는다. 제조자 #3에 의하여 팔린 반응기는 성능이 제 18도의 D로 표시된 곡선에 의하여 설명되고, 웨이퍼 표면에 대하여 9%의 플라즈마 이온 밀도의 편차를 갖는다. 제조자 #4에 의하여 팔린 반응기는 성능이 제 18도의 E로 표시된 곡선에 의하여 설명되고, 안테나코일상에 900와트의 제공된 전력 레벨에서 26%의 웨이퍼 표면에 대한 26%플라즈마 이온 밀도의 편차를 갖는다. 그에 따른 데이터가 아래에 요약되어 있다:
본 발명은 중요한 이점인 넓은 범위의 챔버 압력에 대하여 이온 밀도의 더높은 안정성을 제공한다. 제조자 #2 및 #3에 의하여 팔린 종래 기술의 두 플라즈마 반응기의 성능은 제 19도에서 각각 C 및 D로 표시된 중첩된 곡선에 의하여 설명된다. 수직축은 웨이퍼 표면에서 정규화된 측정된 이온 전류를 나타내고 반면 수평축은 밀리토르 단위의 챔버 압력이다. 제조자 #2의 플라즈마 반응기(곡선 C)는 2 내지 5 밀리토르 범위의 압력에 대하여 이온 전류면에서 23%의 편차를 갖는다. 제조자 #3의 플라프마 반응기(곡선 D)는 동일한 압력 범위에 대하여 이온 전류면에서 40%의 편차를 갖는다. 제 3A도에 따른 본 발명 및 다른 종래 기술의 반응기의 성능은 제 20도의 중첩된 그래프에서 설명된다. A1, A2, A3, 및 A4로 표시된 곡선은 웨이퍼 중심으로부터 각각 0cm, 2.9cm, 5.9cm, 및 8.8cm의 거리에서 측정된 이온전류를 나타낸다. 이들 곡선은 본 발명의 반응기를 사용하는 이온 밀도의 편차가 동일한 압력 범위에 대하며 10%를 넘지 않을 것임을 보여준다. 제 20도에서 B로 표시된 곡선에 의하여 설명되는 성능을 갖는 제조자 #1에 의하여 팔린 반응기는 더 좁은 압력 범위에 대하여 22%의 편차를 갖는다. 제 20도에서 F로 표시된 곡선에 의하여 설명되는 성능을 갖는 제조자 #5에 의하여 팔린 반응기는 비슷한 압력 범위(2-5 밀리토르)에 대하여 45%의 이온밀도의 편차를 갖는다. 제 21도에서 E로 표시된 곡선에 의하여 설명되는 성능을 갖는 제조자 #4에 의하여 팔린 반응기는 더 좁은 .5 내지 2.0 밀리트르의 압력 범위에 대하여 25%의 이온 밀도의 편차를 갖는다. 챔버 가공에서의 변화에 대하여 이온 밀도의 안정성과 관련된 앞의 실시예의 측정치가 다음 테이블에 요약되어 있다:
앞의 실시예의 데이터는 본 발명이 종래 기술에 있어서 압력면에서 가장 좋은 반응기의 2배의 압력 및 종래 기술의 다른 반응기의 적어도 4배의 압력에 대한 변화에 대해서도 이온 밀도의 안정성이 제공됨을 보여준다.
본 발명이 바람직한 실시예의 특정 기준에 의하여 자세히 설명되었지만, 이것은 변형 및 변경이 본 발명의 실제 개념 및 관점으로부터 일어나지 않고 만들어질 수 있을 것이다.
제 1 도는 종래 기술에서의 유도성으로 결합된 플라즈마 반응기를 위한 코일형 안테나의 간단한 실시예이다.
제 2 도는 RF 전원에 대하여 병렬로 연결된 권선을 갖는 코일 안테나의 개략도이다.
제 3A도는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 위한 평평한 디스크 코일 안테나의 평면도이다.
제 3B도는 더 많은 수의 권선을 갖는 제 3A도에 대응하는 평평한 디스크 코일형 안테나의 평면도이다.
제 4도는 제 3A도에 대응하는 측면도이다.
제 5도는 제 3A도의 실시예의 코일 안테나를 이용하는 유도성으로 결합된 플라즈마 반응기의 투시 단면도이다.
제 6도는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 원통형 코일 안테나의 투시도이다.
제 7도는 원통형 코일이 반응기의 천장에 연속되어 있는 제 6도의 원통형 코일 안테나의 변형인 본 발명의 제 3 실시예에 따른 코일 안테나의 투시도이다.
제 8도는 돔 형상을 갖는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 코일 안테나의 투시도이다.
제 9도는 제 6도의 원통형 코일 안테나 및 제 8도의 돔형 안테나의 변형인 제 5실시예에 따른 코일 안테나의 투시도이다.
제 10 도는 플라즈마 반응기의 절두된 돔형 천장위에 놓인 절두된 돔형 형상을 갖는 제 6실시예에 따른 코일 안테나의 투시도이다.
제 11도는 절두된 돔형 반응기 천장 및 반응기 측벽을 둘러싼 원통형 부분위에 놓인 절두된 돔형 부분을 갖는 제 6 실시예에 따른 코일 안테나의 투시도이다.
제 12도는 천장의 원주를 따라 홈형상의 모서리를 형성하는 절두된 돔형 천장을 갖는 본 발명의 실시예의 투시도이다.
제 13도는 원통형 권선을 포함한 제 12도의 실시예의 변형의 투시도이다.
제 14도는 얕거나 또는 부분적인 돔형 천장을 갖는 본 발명의 실시예의 투시도이다.
제 15도는 원통형 권선을 포함하는 제 14도의 실시예의 변형의 투시도이다.
제 16도는 원주를 따라 홈형의 모서리를 갖는 얕은 돔형의 천장을 갖는 본 발명의 실시예의 투시도이다.
제 17도는 원통형 권선을 포함하는 제 16도의 실시예의 변형의 투시도이다.
제 18도는 종래 기술의 반응기의 다양한 종류에 대하여 웨이퍼 중심으로부터의 방사상 위치의 함수로써 웨이퍼 표면에서 측정된 이온 전류의 그래프 및 본 발명을 포함하는 반응기용의 그래프가 중첩되어 있는 도면이다.
제 19도는 종래 기술의 다른 반응기에 대하여 반응기 챔버 압력의 함수로서웨이퍼 표면에서 측정된 이온 전류의 중첩된 그래프를 도시한 도면이다.
제 20도는 종래 기술의 다른 반응기에 대한 반응기 챔버 압력의 함수로써 웨이퍼 표면에서 측정된 이온 전류의 그래프 및 본 발명을 포함하는 반응기에 대한 대응하는 그래프가 중첩된 도면이다.
제 21도는 종래 기술의 다른 반응기에 대한 반응기 챔버 압력의 함수로써 웨이퍼 표면상에서 측정된 이 전류의 중첩된 그래프를 도시한 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10, 12, 14 : 코일형 권선 16, 18 : RF 전원
20, 22 : 도전체 30 : 코일 안테나
31 : 반응기 챔버 32, 34, 36 : 동심 와선형 권선
38 : 공동 정점 터미널 54 : 측벽
62 : 캐패시터 66, 68 : 바이어스 RF 전원
80 : 돔형 코일 안테나

Claims (41)

  1. 반도체 웨이퍼를 가공하기 위한 플라즈마 반응기에 있어서,
    진공 챔버;
    가공 기체를 상기 진공 챔버에 삽입하기 위한 수단;
    상기 진공 챔버 내부에 반도체 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 받침대;
    RF 전원;
    상기 진공 챔버 주위의 코일 안테나를 포함하며,
    상기 코일 안테나는
    권선의 와선 정점 근방의 내부 말단 및 권선의 와선 주변에 외부 말단을 갖는 복수의 동심 와선형 권선, 및
    상기 복수의 동심 와선형 권선의 내부 말단에 연결된 공동 터미널을 포함하고,
    상기 RF 전원은 상기 터미널 및 상기 권선 중 하나의 외부 말단을 통하여 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 RF 전원은 두 개의 터미널을 포함하며, 상기 두 터미널 중 하나는 RF 전원 터미널이고 및 상기 두 터미널 중 다른 하나는 접지에 연결된 RF 복귀 터미널이며, 상기 복수의 동심 와선형 도전성 권선의 상기 공동 터미널은 접지에 연결되어 있고 상기 복수의 동심 와선형 도전성 권선의 상기 외부 말단은 상기 RF 전원에 연결된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 반응기 챔버는 평평한 천장을 포함하며 상기 안테나 코일은 평평한 디스크 형상을 갖고 상기 천장의 바깥 표면에 놓이는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 반응기 챔버는 원통형 측벽을 포함하며 상기 안테나 코일은 원통형 형상을 가지며 상기 원통형 벽면의 일부분에 놓이는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 반응기는 돔형 천장을 가지며 상기 안테나 코일은 돔형이고 상기 절두된 돔형 천장의 적어도 일부분 위에 놓이며 상기 절두된 돔형 천장의 적어도 일부분과 일치하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 반응기는 절두된 돔형 천장을 포함하며 상기 안테나 코일은 절두된 돔형이고 상기 절두된 돔형 천장의 적어도 일부분에 놓이고 상기 절두된 돔형 천장의 적어도 일부분과 일치하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 반응기 챔버는 평평한 천장 및 원통형 측벽을 포함하며 상기 안테나 코일의 일부분은 평평하고 상기 평평한 천장의 위에 놓이는 반면 상기 안테나 코일의 다른 부분이 원통형이며 상기 원통형 측벽의 적어도 일부분에 놓이는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 반응기는 돔형 천장 및 원통형 측벽을 가지며 상기 안테나 코일의 일부분은 돔형이고 상기 돔형 천장의 위에 놓여 천장과 일치되며 상기 코일 안테나의 다른 부분은 원통형이고 상기 원통형 측벽의 적어도 한 부분상에 놓이는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 반응기는 절두된 돔형 천장 및 원통형 측벽을 포함하며 상기 안테나 코일의 일부분은 절두된 돔형이고 상기 절두된 돔형 천장 위에 놓여 천장과 일치되며 상기 코일 안테나의 다른 부분은 원통형이며 상기 원통형 측벽의 적어도 한 부분상에 놓이는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 복수의 권선은 동일한 길이인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용-플라즈마 반응기.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 코일 안테나는 상기 권선을 3개 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 내부 말단은 서로 원주형의 동일한 간격만큼 떨어져 있고 상기 외부 말단은 서로 원주형의 동일한 간격만큼 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 웨이퍼 받침대에 연결된 바이어스 RF 소스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 챔버는 측벽 및 상기 측벽 위에 놓인 천장을 포함하며 상기 코일 안테나의 제 1 부분은 상기 측벽 위에 등각으로 놓이며 상기 안테나의 제 2 부분은 상기 천장 위에 등각으로 놓이며, 상기 안테나의 제 1 및 제 2 부분 사이는 평탄하게 변화하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  15. 제 12항에 있어서, 상기 권선의 상기 내부 말단은 상기 정점과 방사상으로 떨어져 있고 도전체와 대칭적으로 떨어져 있는 개별적인 직선에 의하여 상기 공동 터미널에 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 공동 터미널은 상기 권선의 상기 내부 말단 평면에 수직 위쪽으로 제거되고 상기 직선 도전체 심지는 상기 내부 말단으로부터 상기 공동 터미널쪽의 위쪽으로 제거되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  17. 제 14항에 있어서, 상기 천장은 특정 형상의 중심 부분 및 상기 측벽과 상기 천장의 상기 중심 부분 사이에 평탄한 변화를 제공하는 곡률을 갖는 외부 환상 챔버를 포함하며, 상기 안테나의 상기 제 2 부분은 상기 천장의 상기 중심 부분 위에 등각으로 놓이는 제 1 부부분 및 상기 챔버 위에 등각으로 놓이는 제 2부분을 포함하며, 상기 제 2부분은 상기 천장 및 상기 측벽 사이에 평탄하게 변화하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 특정 형상은 반구형 돔인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  19. 제 17항에 있어서, 상기 특정 형상은 디스크인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  20. 제 17항에 있어서, 상기 특정 형상은 반구형 돔의 일부분인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  21. 코일 안테나가 상기 진공 챔버의 반도체 웨이퍼를 가공하는 RF 전원에 의하여 진공 챔버로 제공되는 RF전력을 방사하고,
    상기 진공 챔버와 유도성으로 연결된 플라즈마 반응기는 가공 기체를 상기 진공 챔버에 공급하기 위하여 기체 공급 인입구를 가지며,
    상기 코일 안테나는
    권선의 와선 정점 근방의 내부 말단 및 권선의 와선 주변에 외부 말단을 갖는 상기 각 권선의 내부 말단에 연결된 복수의 동심 와전 도전성 권선, 및
    상기 복수의 동심 와선형 권선의 내부 말단에 연결된 공동 터미널을 포함하며,
    상기 RF 전원은 상기 터미널 및 상기 권선 중 하나의 외부 말단에 대하여 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 RF 전원은 두 개의 터미널을 포함하며, 상기 두 개의 터미널 중 하나는 RF 전력 터미널이고 상기 두 터미널 중 다른 하나는 접지에 연결된 RF 복귀 터미널이며, 상기 복수의 동심 와선형 도전성 권선의 상기 공동 터미널은 접지에 연결되고 상기 복수의 동심 와선형 도전성 권선의 상기 외부 말단은 상기 RF 전원 터미널에 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  23. 제 21항에 있어서, 상기 반응기 챔버는 평평한 천장을 포함하며 상기 안테나 코일은 평평한 디스크 형상이고 상기 천장의 외부 표면상에 놓이는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  24. 제 21항에 있어서, 상기 반응기 챔버는 원통형 측벽을 포함하고 상기 안테나 코일은 원통형 형상을 가지며 상기 원통형 천장의 일부분상에 놓이는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  25. 제 21항에 있어서, 상기 반응기는 돔형 천장을 포함하며 상기 안테나 코일은 돔 형상이며 상기 돔형 천장의 적어도 일부분과 일치하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  26. 제 21항에 있어서, 상기 반응기는 절두된 돔형 천장을 포함하며 상기 안테나 코일은 절두된 돔 형상이고 상기 절두된 돔형 천장의 적어도 일부분에 놓여 천장과 일치하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  27. 제 21항에 있어서, 상기 반응기 챔버는 평평한 천장 및 원통형 측벽을 포함하며 상기 안테나 코일의 일부분은 평평하며 상기 평평한 천장위에 놓이는 반면 상기 안테나 코일의 다른 일부분은 원통형이고 상기 원통형 측벽의 적어도 일부분상에 놓이는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  28. 제 21항에 있어서, 상기 반응기는 돔형 천장 및 원통형 측벽을 포함하며 상기 안테나 코일의 일부분은 상기 돔형 천장위에 놓이며 천장과 일치되며 상기 코일 안테나의 다른 일부분은 상기 원통형 측벽의 적어도 일부분상에 놓이는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  29. 제 21항에 있어서, 상기 반응기는 절두된 돔형 천장 및 원통형 측벽을 포함하며 상기 안테나 코일의 일부분은 절두된 동형이고 상기 절두된 돔형 천장위에 놓여 천장과 일치하며 상기 코일 안테나의 다른 일부분은 원통형이며 상기 원통형 측벽의 적어도 일부분상에 놓이는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  30. 제 21항에 있어서, 상기 복수의 권선은 동일한 길이인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  31. 제 21항에 있어서, 상기 코일 안테나는 3개의 상기 권선을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  32. 제 31항에 있어서, 상기 내부 말단은 서로 원주형으로 동일한 간격으로 떨어져 있으며 상기 외부 말단은 서로 원주형의 동일한 간격으로 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  33. 제 21항에 있어서, 상기 웨이퍼 받침대에 연결된 바이어스 RF 소스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  34. 제 21항에 있어서, 상기 챔버는 측벽 및 상기 측벽위에 놓인 천장을 포함하며, 상기 코일 안테나의 제 1 부분은 등각으로 상기 측벽 위에 놓이며 상기 안테나의 제 2부분은 상기 천장위에 등각으로 놓이고, 상기 안테나의 상기 제 1 및 제 2 부분 사이는 평탄하게 변화하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  35. 제 32항에 있어서, 상기 권선의 상기 내부 말단은 상기 정점으로부터 방사상으로 떨어져 있고 도전체에 대하여 대칭적으로 떨어져 있는 개별적인 직선에 의하여 상기 공동 터미널에 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  36. 제 35항에 있어서, 상기 공동 터미널은 상기 권선의 상기 내부말단의 평면에 수직 위쪽으로 제거되고 상기 직선 도전체 심지는 상기 내부말단으로부터 상기 공동 터미널 방향으로 위쪽으로 제거되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  37. 제 34항에 있어서, 상기 천장은 특정 형상을 갖는 중심 부분 및 상기 측벽과 상기 천장의 상기 중심 부분 사이의 평탄한 변화를 제공하는 곡률을 갖는 외부 환형 챔버를 포함하며, 상기 안테나의 상기 제 2 부분은 상기 천장의 상기 중심 부분 위에 등각으로 놓이는 제 1 부부분 및 상기 챔버위에 등각으로 놓이는 제 2 부부분을 포함하며, 상기 제 2부부분은 상기 천장 및 상기 측벽 사이에 평탄하게 변화하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  38. 제 37항에 있어서, 상기 특정 형상은 반구형 돔인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  39. 제 37항에 있어서, 상기 특정 형상은 디스크인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  40. 제 37항에 있어서, 상기 특정 형상은 반구체 돔의 일부분인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
  41. 제 21항에 있어서, 상기 진공 챔버는 원형으로 대칭이고 상기 코일 안테나의 상기 중심 권선은 상기 진공 챔버와 대칭적인 공동 축을 갖는 원형으로 대칭적인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 반응기.
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