KR100378715B1

KR100378715B1 - 어레이형 고품위 공정용 플라즈마 소스 출력 및 균일도보정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100378715B1
Application number: KR10-2000-0059405A
Authority: KR
Inventors: 오범환; 박세근
Original assignee: 오범환; 박세근
Priority date: 2000-10-10
Filing date: 2000-10-10
Publication date: 2003-04-07
Also published as: KR20020028415A

Abstract

본 발명은 어레이형 고품위 공정용 플라즈마 소스 출력 및 균일도 보정 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 안테나 코일(5)과, 그 안테나 코일(5)에 회전가능하게 부착되어 있는 가변 인덕턴스 스위치(3), 및 가변 인덕턴스 스위치(3)에 부착되어 가변 인덕턴스 스위치(3)의 회전에 따라 RF 전류의 경로를 변화시켜 인덕턴스를 변화시킬 수 있는 조절봉(4)으로 구성되어 있어 인덕턴스를 직접 조절할 수 있도록 되어 있는 안테나(6)를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명에 의하면, 각 단위 안테나(6)의 인덕턴스를 개별적으로 미세하게 조정하여 각 소스간의 RF 전력을 균등하게 분배함으로써, 대면적에서 소스간 플라즈마 밀도의 균일도를 향상시킬 수 있으며, 각 소스마다 복잡한 정합장치가 필요없게 되므로 장비를 간소화시킬 수 있다.

Description

어레이형 고품위 공정용 플라즈마 소스 출력 및 균일도 보정 장치 및 방법{Apparatus and method for correcting Array type plasma source output and uniformity for high quality process}

본 발명은 어레이형 고품위 공정용 플라즈마 소스 출력 및 균일도 보정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더 자세하게는 평판형 ICP 단위소스를 공정챔버(8)의 상부에 어레이 형태로 복수 배열할 경우에 발생하는 소스간의 불균등한 전력분배의 문제를 해결하여 비평형 저온 플라즈마를 대면적에서 균일하게 형성하기 위한 어레이형 고품위 공정용 플라즈마 소스 출력 및 균일도 보정 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 대면적의 실리콘 웨이퍼나 평판 디스플레이용 유리기판상에 박막을 증착하거나 패턴을 형성하기 위해서 비평형 저온 플라즈마를 사용하며, 플라즈마는 기판의 크기가 증대됨에 따라 넓은 면적에서도 매우 균일하게 형성되어 있어야 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 대면적에서 플라즈마를 균일하게 형성하기 위해서 여러개의 단위 소스를 배열하여 RF 전력효율을 높이고 균일도를 향상시키는 기술이 개시되어 있지만, 이러한 배열형 ICP방식은 병렬로 연결된 각 안테나(50)마다의 전력분배의 불균등성이 문제가 되어 각 안테나(50)마다 정합장치를 연결하여 사용해야만 하는 문제점이 있었다. 예를 들면, 배열형 ICP방식에서 RF 전류를 사용하는병렬 안테나(50)가 N ×N 으로 배열되어 있는 경우, 인덕턴스가 작아 임피던스가 작은 부분의 안테나(50)쪽으로 많은 파워가 전달되고, 이로 인해 N ×N 배열의 병렬 안테나(50) 각각에 파워가 균등하게 전달되지 않게 되므로, 각 안테나(50)의 임피던스를 동일하게 해주기 위해 각 안테나(50)마다 개별적인 정합장치를 연결하여사용해야하는 문제점이 있었다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 평면형 안테나(6)를 병렬로 배열한 플라즈마 소스에서 인덕턴스를 직접 조절할 수 있도록 디자인된 각 소스 안테나(6)의 인덕턴스를 조절하여 각 안테나(6)의 임피던스를 동일하게 조절해줌으로써 각 소스마다 정합장치를 설치할 필요가 없는 어레이형 고품위 공정용 플라즈마 소스 출력 및 균일도 보정 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 인덕턴스를 직접 조절할 수 있도록 디자인 되어 있는 각 소스 안테나(6)의 개별적인 인덕턴스 조정을 통하여 각 안테나(6)에 전달되는 전력을 균등하게 분배함으로써, 소스간 플라즈마 밀도의 균일도를 보정할 수 있는 어레이형 고품위 공정용 플라즈마 소스 출력 및 균일도 보정 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 배열형 ICP의 전체 구성도이다.

도 2는 본 발명의 어레이형 고품위 공정용 플라즈마 소스 출력 및 균일도 보정 장치의 전체 구성도이다.

도 3은 도 2에서 인덕턴스를 직접 조절할 수 있도록 디자인된 안테나(6)를 위에서 본 확대도면이다.

도 4는 본 발명의 어레이형 고품위 공정용 플라즈마 소스 출력 및 균일도 보정 방법의 알고리즘을 나타낸 플로우챠트이다.

도 5a는 종래 기술에 의한 밀도분포 결과를 나타낸 그래프이고, 도 5b는 본 발명에 의한 밀도분포 결과를 나타낸 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

1 : 정합 네트워크(matching network)

2 : 고주파전원(RF power supply) 3 : 가변 인덕턴스 스위치

4 : 조절봉 5 : 안테나 코일

6 : 가변 인덕턴스 안테나

7 : 유전체창(dielectric window) 8 : 공정챔버(process chamber)

50 : 안테나 80: 가변 캐패시터

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 어레이형 고품위 공정용 플라즈마 소스 출력 및 균일도 보정 장치는, 정합 네트워크(1), 고주파전원(2), 안테나(6), 유전체창(7), 공정챔버(8)를 설치하고 정합 네트워크(1) 및 고주파전원(2)에 의한 제어로 플라즈마를 대면적에서 균일하게 형성하기 위한 어레이형 고품위 공정용 플라즈마 소스 출력 및 균일도 보정 장치에 있어서, 안테나 코일(5)과, 그 안테나 코일(5)에 회전가능하게 부착되어 있는 가변 인덕턴스 스위치(3), 및 가변 인덕턴스 스위치(3)에 부착되어 가변 인덕턴스 스위치(3)의 회전에 따라 RF 전류의 경로를 변화시켜 인덕턴스를 변화시킬 수 있는 조절봉(4)으로 구성되어 있어, 상기 조절봉에 의해 인덕턴스를 조절하여 각 안테나의 임피던스를 동일하게 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 어레이형 고품위 공정용 플라즈마 소스 출력 및 균일도 보정 방법은, 정합 네트워크(1), 고주파전원(2), 안테나(6), 유전체창(7), 공정챔버(8)를 설치하고 정합 네트워크(1) 및 고주파전원(2)에 의한 제어로 플라즈마를 대면적에서 균일하게 형성하기 위한 어레이형 고품위 공정용 플라즈마 소스 출력 및 균일도 보정 방법에 있어서, 각 단위 안테나(6)의 가변 인덕턴스 스위치(3)를 조절하여 각 안테나(6)의 인덕턴스를 일치시킴으로써 균등한 RF전압의 분배를 가능하게 하는 단계(S1)와; 라디오 주파수 신호를 고주파전원(2)에서 발생시키는 단계(S2)와; 전력전달 효율을 높이기 위해 정합 네트워크(1)를 통하여 각각의 단위 안테나(6)에 전력을 병렬로 공급하는 단계(S3)와; 원형방향으로 안테나(6)에 흐르는 전류가 수직방향의 시변화 자기장을 유도하는 것에 의해서 원형방향의 시변화 전기장을 유도하는 단계(S4)와; 유도된 전기장에 의해 가속된 전자가 공정 기체와 충돌하여 고밀도 저온 플라즈마를 발생시키는 단계(S5)와; 소스간의 플라즈마 밀도가 균일하지 않은 경우 각 안테나(6)의 가변 인덕턴스 스위치(3)를 조절하여 플라즈마 균일도를 향상시키는 단계(S6)로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 어레이형 고품위 공정용 플라즈마 소스 출력 및 균일도 보정 장치의 전체 구성도이고, 도 3은 도 2에서 인덕턴스를 직접 조절할 수 있도록 디자인된 안테나(6)를 위에서 본 확대도면이며, 도 4는 본 발명의 어레이형 고품위 공정용 플라즈마 소스 출력 및 균일도 보정 방법의 알고리즘을 나타낸 플로우챠트이다.

도 2에 표시한 바와 같이, 정합 네트워크(1), 고주파 전원(2), 안테나(6), 유전체창(7), 공정챔버(8)로 구성되어 있으며, 종래 기술과 같이 가변 캐패시터(80)를 따로 설치하지 않고도 각 소스 안테나(6)의 인덕턴스를 동일하게 맞출 수 있다는 것이 특징이다.

도 3에 표시한 바와 같이, 본 발명의 안테나(6)는, 안테나 코일(5)과, 그 안테나 코일(5)에 회전가능하게 부착되어 있는 가변 인덕턴스 스위치(3), 및 가변 인덕턴스 스위치(3)에 부착되어 가변 인덕턴스 스위치(3)의 회전에 따라 RF 전류의 경로를 변화시켜 인덕턴스를 변화시킬 수 있는 조절봉(4)으로 구성되어 있다. 가변 인덕턴스 스위치(3)를 회전시키면 하부에 연결된 조절봉(4)이 회전하여 실제 흐르는 RF 전류의 경로를 변화시킬 수 있도록 되어 있어 각 소스 안테나(6)의 인덕턴스를 직접 조절할 수 있다. 우선, 각 안테나(6)의 가변 인덕턴스 스위치(3)를 회전시켜 모든 안테나(6)의 인덕턴스를 동일하게 맞춘 다음, 그 상태에서 플라즈마 밀도를 측정한다. 만약 플라즈마 밀도가 균일하지 않다면, 안테나(6)의 가변 인덕턴스 스위치(3)를 회전시켜 밀도가 낮게 나온 안테나(6)쪽은 인덕턴스를 낮추고, 밀도가 높게 나온 안테나(6)쪽은 인덕턴스를 증가시킨다. 이러한 인덕턴스 조절을 통하여 각 안테나(6)의 임피던스를 동일하게 해 줌으로써 RF 전력이 각 안테나(6)에 균등하게 분배되어 소스간의 플라즈마 균일도를 향상시킬 수 있다.

도 4에 표시한 바와 같이, 우선, 각 단위 안테나(6)의 가변 인덕턴스 스위치(3)를 조절하여 각 안테나(6)의 인덕턴스를 일치시킴으로써 균등한 RF 전압의 분배를 가능하게 한다(S1). 그 다음, 2-20MHz 의 라디오 주파수 신호를 고주파전원(2)에서 발생시키고(S2), 전력전달 효율을 높이기 위해 정합 네트워크(1)를 통하여 각각의 단위 안테나(6)에 전력을 병렬로 공급한다(S3). 공급된 전력에 의해서 안테나(6)에 원형방향의 전류가 흐르게 되고 이 원형방향의 전류가 수직방향의 시변화 자기장을 유도하여, 유도된 수직방향의 자기장에 의해서 원형방향의 시변화 전기장이 유도된다(S4). 유도된 원형방향의 전기장에 의해 전자가 가속되고, 가속된 전자가 공정 기체와 충돌하여 고밀도 저온 플라즈마를 발생시킨다(S5). 각 단위 안테나(6)에 전류가 흐르게 되면 안테나(6)에서는 전류의 흐름을 방해하는 인덕턴스가 발생되며, 각 안테나(6)의 인덕턴스를 동일하게 맞춰 모든 안테나(6)의 임피던스를 동일하게 하더라도, RF 전원에서 각 안테나(6)까지의 연결방식, 상태 등 여러가지 변수에 의해 각 안테나(6)의 실제 임피던스 값은 동일하지 않을 수 있다. 이로 인하여, 전력 분배가 균등하게 이루어지지 않아 소스간의 플라즈마 밀도가 균일하지 않게 되는 경우가 발생할 수 있다. 이러한 경우, 각 안테나(6)의 가변 인덕턴스 스위치(3)를 조절하여 RF 전류의 경로를 변화시켜, 즉, 각 안테나(6)의 인턱턴스를 조절하여 각 안테나(6)의 실제 임피던스를 동일하게 함으로써, RF 전력을 각 안테나(6)에 균등하게 분배하여 소스간의 플라즈마 균일도를 향상시킨다(S6).

도 5a는 종래 기술에 의한 밀도분포 결과를 나타낸 그래프이고, 도 5b는 본 발명에 의한 밀도분포 결과를 나타낸 그래프로, 본 발명의 일실시예에 의하여 플라즈마 균일도가 매우 향상된 것을 알 수 있다.

또한, 종래의 배열형 ICP방식에서는 가변 캐패시터(80)를 개별적으로 추가하여 캐패시턴스 성분을 조절함으로써 각 안테나(50)의 임피던스를 동일하게 해주는 방식을 사용하지만, 본 발명은 안테나(6) 자체가 가지고 있는 인덕턴스의 값을 미세하게 조절함으로써 임피던스의 값을 변화시키므로, 추가의 부가적인 장비가 필요하지 않게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 어레이형 고품위 공정용 플라즈마 소스 출력 및 균일도 보정 장치 및 방법에 의하면, 각 단위 안테나(6)의 인덕턴스를 개별적으로 미세하게 조정하여 각 소스간의 RF 전력을 균등하게 분배함으로써, 대면적에서 소스간 플라즈마 밀도의 균일도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 각 소스마다 복잡한 정합장치가 필요없게 되므로 장비를 간소화시킬 수 있는 효과도 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

정합 네트워크(1), 고주파전원(2), 안테나(6), 유전체창(7), 공정챔버(8)를 설치하고 정합 네트워크(1) 및 고주파전원(2)에 의한 제어로 플라즈마를 대면적에서 균일하게 형성하기 위한 어레이형 고품위 공정용 플라즈마 소스 출력 및 균일도 보정 장치에 있어서,

안테나 코일(5)과, 그 안테나 코일(5)에 회전가능하게 부착되어 있는 가변 인덕턴스 스위치(3), 및 가변 인덕턴스 스위치(3)에 부착되어 가변 인덕턴스 스위치(3)의 회전에 따라 RF 전류의 경로를 변화시켜 인덕턴스를 변화시킬 수 있는 조절봉(4)으로 구성되어 있어, 상기 조절봉에 의해 인덕턴스를 조절하여 각 안테나의 임피던스를 동일하게 하는 것을 특징으로 하는 어레이형 고품위 공정용 플라즈마 소스 출력 및 균일도 보정 장치.
정합 네트워크(1), 고주파전원(2), 안테나(6), 유전체창(7), 공정챔버(8)를 설치하고 정합 네트워크(1) 및 고주파전원(2)에 의한 제어로 플라즈마를 대면적에서 균일하게 형성하기 위한 어레이형 고품위 공정용 플라즈마 소스 출력 및 균일도 보정 방법에 있어서,

각 단위 안테나(6)의 가변 인덕턴스 스위치(3)를 조절하여 각 안테나(6)의 인덕턴스를 일치시킴으로써 균등한 RF전압의 분배를 가능하게 하는 단계(S1)와;

라디오 주파수 신호를 고주파전원(2)에서 발생시키는 단계(S2)와;

전력전달 효율을 높이기 위해 정합 네트워크(1)를 통하여 각각의 단위 안테나(6)에 전력을 병렬로 공급하는 단계(S3)와;

원형방향으로 안테나(6)에 흐르는 전류가 수직방향의 시변화 자기장을 유도하는 것에 의해서 원형방향의 시변화 전기장을 유도하는 단계(S4)와;

유도된 전기장에 의해 가속된 전자가 공정 기체와 충돌하여 고밀도 저온 플라즈마를 발생시키는 단계(S5)와;

소스간의 플라즈마 밀도가 균일하지 않은 경우 각 안테나(6)의 가변 인덕턴스 스위치(3)를 조절하여 플라즈마 균일도를 향상시키는 단계(S6)로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 어레이형 고품위 공정용 플라즈마 소스 출력 및 균일도 보정 방법.