KR100387927B1 - 유도결합형 플라즈마 에칭 장치 - Google Patents

유도결합형 플라즈마 에칭 장치 Download PDF

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KR100387927B1
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Abstract

본 발명은 반도체, 평판화면(flat paneldisplay), 인쇄회로기판 등의 대형 시료를 가공할 수 있는 넓은 유효 면적과 균일하고 높은 밀도를 갖는 플라즈마를 발생시킬 수 있는 유도결합형 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 소정의 진공도로 유지 가능한 공정 챔버, 공정 챔버의 상부면에 설치되는 절연 플레이트, 공정 챔버의 상부의 세라믹 플레이트상에 설치되는 유도결합형 플라즈마 발생부를 구비한다. 이 유도결합형 플라즈마 발생부는 외부 안테나와 이 외부 안테나의 안쪽으로 위치하는 내부 안테나를 독립적으로 구성하고, 외부 안테나와 내부 안테나에는 각각 1차 유도 코일과 2차 유도 코일을 형성한다. 이러한 구성을 갖는 유도결합형 플라즈마 발생부는 외부 안테나에 고주파 전력을 공급하면 제 1 차 유도코일과 제 2차 유도코일의 상호 유도 작용에 의하여 2차 유도 코일이 형성된 내부 안테나에 외부 안테나에서와 동일한 주파수를 갖는 고주파 전력이 인가되고, 이렇게 유도된 전력을 통하여 챔버내의 중앙부위의 플라즈마밀도를 높이며 균일도를 향상시킬 수 있다.

Description

유도결합형 플라즈마 에칭 장치{INDUCTIVE COUPLED PLASMA ETCHING APPARATUS}
본 발명은 플라즈마 식각 장치와 같은 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치에 관한 것이다. 더 상세하게는 반도체, 평판화면(flat paneldisplay), 인쇄회로기판 등의 대형 시료를 가공할 수 있는 넓은 유효 면적과 균일하고 높은 밀도를 갖는 플라즈마를 발생시킬 수 있는 유도결합형 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치에 관한 것이다.
플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치는 플라즈마 식각, 물리적 또는 화학적 증기 증착법, 포토레지스트 스트리핑 및 기타 표면 처리를 통한 다양한 박막 제조를 위하여 넓은 영역에 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있는 플라즈마 원(plasma source)을 필요로 한다. 따라서 실리콘과 복합 화합물 반도체의 제조, 액티브 매트릭스(active matrix) 액정 화면, 플라즈마 화면, 필드 에미션(field emission)화면 등을 포함하는 평판 화면의 제조 등이 플라즈마 원을 필요한 분야의 예이다.
일반적으로 평면형 안테나를 이용한 플라즈마 원은 라디오 주파수 영역의 평면 안테나와 유전체로 된 평면판과 밀폐된 용기 안의 기체 등으로 구성되어 있다. 임피던스가 매칭이 된 전력원으로 부터 안테나에 전력이 부가되면 유전판을 통하여 전장이 기체에 유기된다. 플라즈마 식각에서 사용되는 플라즈마는 시간에 따라 변하는 전자기파에 의하여 유도되는 전장(inductive electric field)과 정전장이 기체에 부가되어 자유전자에 에너지를 전달하고 다시 이 자유전자가 중성기체와 충돌하며 형성이 된다. 그리고 시간에 따라 변하는 전자기파에 의하여 유도되는 전장(inductive electric field)이 정전장보다 밀도가 더 높은 플라즈마를 형성하는 것으로 알려져 있다.
코일에 RF 전력을 인가하여 유도된 전장을 이용하는 유도결합형 플라즈마(Inductive Coupled Plasma;ICP) 원은 최근에 플라즈마 식각 공정용으로 많이 사용되고 있다. 이와 같은 경우 안테나로부터의 전자기장이 균일하게 플라즈마에 커플링 되어야 하며 높은 밀도를 가진 플라즈마를 필요로 한다. 하지만 종래의 유도결합형 플라즈마 원은 단일의 나선형 안테나 또는 복수개의 분할 전극형 안테나가 사용되고 있다.
도 1에 도시된 나선형 구조의 안테나(200)에서는, 안테나를 구성하는 각 권선이 직렬 연결되어 있는 구조로, 권선마다 흐르는 전류량이 일정하게 된다. 이런 경우 유도 전기장 분포의 조절이 어려워 챔버 내벽에서의 이온 및 전자의 손실로 플라즈마의 중심부는 높은 밀도를 갖고, 챔버 내벽에 가까운 부분에는 밀도가 낮아지는 것을 막기 힘들게 된다. 따라서, 플라즈마의 밀도를 균일하게 유지하는 것이 극히 곤란하게 된다.
또한, 안테나의 각 권선이 직렬로 연결되어 있으므로, 안테나에 의한 전압 강하가 크게 되므로, 플라즈마와 용량성 결합에 의한 영향이 증가되고, 따라서 전력 효율이 낮아지면서 플라즈마의 균일성을 유지하는 것이 어렵다.
그리고, 도 2에 도시된 서로 위상이 다른 3개의 고주파 전원(204a,204b,204c)에 각각 접속된 3개의 분할 전극구조의 안테나(202a,202b,202c)는, 각 분할 전극에 가까운 위치에서는 플라즈마 밀도가 높고, 챔버 중앙부일수록 밀도가 낮아 플라즈마 균일성 확보에 어려움이 있다. 특히 넓은 시료를 처리하는 것이 현저히 곤란하게 된다. 또한, 각각 독립적으로 동작하는 전원을 사용하여야 하므로 비용이 증가하는 단점이 있다.
본 발명은 위와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 개발한 것으로서, 대영역에 고밀도의 균일한 플라즈마를 생성할 수 있는 방법 및 이를 활용한 플라즈마 가공장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 플라즈마의 다양한 밀도의 구현과 더불어 균일도를 향상시키는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 다양한 밀도의 구현과 더불어 균일한 대면적 식각, 증착 및 표면처리를 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 챔버 내부의 배기 흐름을 수직 하방으로 형성하여 효율적인 배기가 이루어지도록 하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 종래 나선형 구조의 안테나를 보여주는 도면;
도 2는 종래 3개의 분할 전극구조의 안테나를 보여주는 도면;
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 에칭 장치의 개략적인 구성도;
도 4는 도 3에 도시된 유도결합형 플라즈마 발생부의 안테나 구조를 설명하기 위한 분해도;
도 5는 도 3에 도시된 플라즈마 에칭 장치의 단면도;
도 6은 도 3에 도시된 플라즈마 에칭 장치의 평면도;
도 7은 도 6에 표시된 a-a 선 단면도;
도 8 및 도 9는 리프트 장치의 동작을 보여주는 도면들이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
110 : 공정챔버 116 : 받침대
118 : 절연 플레이트
120 : 유도결합형 플라즈마 발생부
122 : 외부 안테나 122a : 분기부
122b : 교차부 124 : 1차 유도코일
126 : 내부 안테나 128 : 2차 유도코일
150 : 서셉터 152 : 음극
154 : 절연체 156 : 정전척
158 : 수평 지지대 160 : 리프트 장치
162 : 리프트 핀 164 : "Y"자형 포크
166 : 수평 샤프트 168 : 구동 장치
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명의 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치는 소정의 진공도로 유지 가능한 공정 챔버와; 상기 공정 챔버의 상부면에 설치되는 절연 플레이트와; 상기 공정 챔버의 상부의 세라믹 플레이트상에 설치되는 유도결합형 플라즈마 발생부를 포함하되; 상기 유도결합형 플라즈마 발생부는 외부 안테나와 이 외부 안테나의 안쪽으로 위치하는 내부 안테나를 독립적으로 구성하고, 상기 외부 안테나와 내부 안테나에는 각각 1차 유도 코일과 2차 유도 코일을 갖는다.
이와 같은 본 발명에서 상기 제 1 차 유도코일은 상기 외부 안테나의 안쪽에 위치하고, 상기 제 2 차 유도코일은 상기 내부 안테나의 안쪽에 위치하며, 상기 내부 안테나와 상기 외부 안테나 그리고 상기 제 1 차 유도코일과 상기 제 2 차 유도코일은 동일선상에 위치할 수 있다.
이와 같은 본 발명에서 상기 제 1 차 유도코일과 상기 제 2 차 유도코일은 상기 내부 안테나로부터 일정 높이로 이격되게 위치되며, 상기 내부 및 외부 안테나 그리고 상기 제 1 차 및 제 2 차 유도코일은 고주파 인가시 발생되는 과열을 방지하기 위해 수냉식 또는 공냉식으로 이루어질 수 있다.
이와 같은 본 발명에서 상기 외부 안테나와 내부 안테나의 내경은 1-50mm이고, 상기 외부 안테나와 내부 안테나는 상기 절연 플레이트로부터 2mm에서 100mm 사이에 위치될 수 있다.
이와 같은 본 발명에서 상기 내부 안테나와 상기 외부 안테나는 RF Powered와 접지단 사이에서 발생한 전압 및 전류분포의 불균일성으로 인해 발생하는 회전방향의 불균일도 및 플라즈마 대칭성 향상을 위해 2 Turn으로 이루어지고, 상기 외부 안테나는 외부안테나 상단부의 1차 코일을 통해 인가된 고주파 전력을 병렬로 분기해 대면적화에 따른 코일 크기의 증가로 인한 종래 직렬코일에서 발생하는 커패시터용량의 제한적인 사용없이 안정적인 매칭네트워크 구성이 가능하도록 한다.
이와 같은 본 발명에서 상기 공정 챔버의 측면으로부터 지지되어 설치되는 그리고 상기 플라즈마로 소정의 처리가 실시되는 피처리체가 놓여지는 유지수단 및; 상기 유지수단에 놓인 피처리체를 기준으로 가스 배출이 수직 하방으로 이루어지도록 상기 공정 챔버 하단에 설치되는 배기부를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 본 발명에서 상기 유지수단은 상기 공정 챔버의 중앙에 위치하는 서셉터와; 상기 공정 챔버의 측면으로부터 수평으로 설치되는 그리고 상기 서셉터를 지지하기 위한 적어도 3개의 수평 지지대들, 상기 서셉터에 피처리체를 안착시키는데 사용하는 웨이퍼 리프트장치를 포함할 수 있다.
이와 같은 본 발명에서 상기 리프트 장치는 상기 서셉터 내부에 설치되고 웨이퍼의 저면을 지지하기 위한 적어도 3개의 리프트 핀과; 상기 공정 챔버의 일측면에 설치되고 상기 리프트 핀들을 상하 수직 이동시키기 위한 구동 장치와; 각각의 끝단부에 상기 리프트 핀이 설치되는 Y"자형의 포크와; 상기 포트와 연결되며 상기 수평 지지대의 내부 공간을 통해 상기 공정 챔버 외부로 노출되어 상기 구동 장치의 구동축과 연결되는 수평 샤프트를 포함할 수 있다.
이와 같은 본 발명에서 상기 서셉터는 음극과; 상기 음극상에 설치되는 웨이퍼가 놓여지는 정전척과; 상기 정전척과 음극 사이에 설치되는 절연체로 이루어질 수 있다. 상기 수평 지지대는 내부 통로를 갖으며, 각각의 수평 지지대의 내부 통로들을 통해서는 상기 음극으로 RF파워가, 상기 척으로 DC전원 그리고 불활성냉각 가스가 공급될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 3 내지 도 9를 참조하면서 보다 상세히 설명한다. 상기 도면들에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호가 병기되어 있다.
도 3 내지 도 9에서는 본 발명에 의한 고주파 유도결합형 플라즈마 에칭장치를 개략적으로 도시하고 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 이 플라즈마 에칭장치(100)는, 소정의 진공도로 유지 가능한 원통형의 공정 챔버(110), 상기 공정 챔버의 상부면에 설치되는 절연 플레이트(118), 1차 유도코일을 갖는 외부 안테나와 2차 유도코일을 갖는 내부 안테나로 이루어지고, 상기 절연플레이트로부터 소정거리(2mm에서 100mm) 이격된 상태로 설치되는 유도결합형 플라즈마 발생부(120), 처리후의 가스 및 반응 부산물이 배기되는 배기구를 갖는 배기부(140) 및 터보펌프(142) 그리고, 피처리체로서 웨이퍼를 유지하는 유지 수단을 갖는다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 상기 유지 수단은 크게 서셉터(150)와 4개의 수평 지지대(158) 그리고 리프트 장치(160)를 갖는다.
상기 서셉터(150)는 상기 공정 챔버(110)의 중앙에 위치되며, 이 서셉터(150)는 상기 공정 챔버(110)의 측면으로부터 수평하게 설치되는 상기 4개의수평 지지대(158)에 의해 지지된다.
상기 리프트 장치(160)는 서셉터(150)에 웨이퍼(W)를 안착시키는데 사용하는 장치로, 3개의 리프트 핀(162), 구동 장치(168), "Y"자형 포크(164) 그리고 수평 샤프트(166)로 이루어진다.
상기 리프트 핀(162)은 상기 서셉터(150) 내부에 설치되어 웨이퍼의 저면을 지지한다. 상기 리프트 핀(162) 각각은 상기 "Y"자형 포크(164)의 끝단부에 설치된다. 상기 구동 장치(168)는 공정 챔버(110)의 일측면에 설치된다. 상기 수평 샤프트(166)는 상기 포크(164)와 연결되며 상기 수평 지지대(158)의 내부 통로(158)를 통해 상기 공정 챔버 외부로 노출되어 상기 구동 장치(168)의 구동축(168a)과 연결된다. 이처럼, 하나의 어셈블리로 이루어진 리프트 장치(160)는 상기 구동 장치(168)의 상하 구동에 의해 상기 "Y"자형 포크(164)에 설치된 리프트 핀(162)이 상하 이동될 수 있는 것이다.(도 8 및 도 9 참조)
상기 서셉터(150)는 상기 음극(캐소드,cathode;152)과, 정전척(156) 그리고 정전척(156)과 음극(152) 사이에 설치되는 절연체(154)로 이루어진다. 상기 4개의 수평 지지대(158) 각각은 챔버 외부와 상기 서셉터(150)를 연결하는 내부 통로(158a)를 갖는다. 상기 수평 지지대(158)의 내부 통로들(158a)을 통해서, 상기 음극(152)으로 RF파워 라인(152a)이, 그리고 상기 정전척(156)으로는 DC전원라인(156a)과 헬륨 가스(정전척에서 사용하는 냉각가스) 공급 라인(156b)이 지나간다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 에칭 장치(100)에서는서셉터(150)가 공정 챔버(110)의 바닥으로부터 설치되지 않고, 4개의 수평 지지대(158)들에 의해 공정 챔버(110) 중앙에 부양된 상태로 설치된다는데 그 특징이 있다. 상기 서셉터(150)가 공정 챔버(110)의 바닥으로부터 부양된 상태로 설치됨으로써, 서셉터(150)의 수직 하방(공정 챔버의 하단에 해당)에 배기부(140)를 구성할 수 있는 것이다. 즉, 공정 챔버(110) 내부에서의 미반응의 공정가스 및 반응 후의 부산물들 배출이 수직 하방(서셉터에 놓인 웨이퍼 기준)으로 이루어지기 때문에 효율적이면서 균일한 배기가 가능하다.
예컨대, 상기 음극(152)에는 콘덴서(미도시됨)를 통하여 고주파 전원이 접속되며, 예컨대, 음극(152)에는 100㎑-100㎒ 영역의 범위에 있는 저주파에서 고주파에 이르는 전압이 인가될 수 있다. 미설명부호 180은 상기 공정챔버 하부에 상기 플라즈마로부터 이온빔을 추출하기 위한 이온빔 추출기를 나타낸다.
상기 공정 챔버(110)는 박막 식각시 공정 온도는 -30도에서 600도, 공정 압력은 0.1mT-300mT의 영역에서 실시하며, 특히 비휘발성 박막을 식각시에는 150도에서 500도의 공정 온도에서 0.5mT-30mT의 낮은 압력에서 실시한다.
본 발명의 특징적인 구성요소인 상기 유도결합형 플라즈마 발생부(120)는 1차 유도코일(124)을 통해 외부 안테나(122)에 고주파 전력을 공급하면 1 차 유도코일(124)과 상기 2차 유도코일(128)의 상호 유도 작용에 의하여 2차 유도코일(128)이 형성된 내부 안테나(126)에 상기 외부 안테나(122)에서와 동일한 주파수를 갖는 고주파 전력이 인가되고, 이렇게 유도된 전력을 통하여 챔버내의 중앙부위의 플라즈마 밀도를 높이며 균일도를 향상시킬 수 있는 구조로 이루어진다.
도 3 및 도 4 그리고 도 6을 참고하면서 상기 유도결합형 플라즈마 발생부(120)의 구성과 구조를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
상기 유도결합형 플라즈마 발생부(120)는, 외부 안테나(122)와 이 외부 안테나(122)의 안쪽으로 위치하는 내부 안테나(126)를 각각 독립적으로 구성하며, 상기 외부 안테나(122)와 내부 안테나(126) 상단부에는 상호유도작용이 이루어지는 1차 유도코일(124)과 2차 유도코일(128)을 각각 형성한다. 상기 1차 유도코일(124)은 상기 외부 안테나(122)의 안쪽 상단부에 위치하고, 상기 2차 유도코일(128)은 상기 내부 안테나(126)의 안쪽 상단부에 위치한다. 상기 외부 안테나(122)와 내부 안테나(126)는 RF Powered 와 접지단 사이에서 발생한 전압 및 전류분포의 불균일성으로 인해 발생하는 회전방향의 불균일도 및 플라즈마 대칭성 향상을 위해 2 Turn 구조로 이루어진다. 그리고, 상기 외부 안테나(122)는 1차 유도코일(124)과 연결되는 부분에 1차 유도코일(124)을 통해 인가된 고주파 전력을 병렬로 분기하기 위한 분기부(122a)를 갖음으로써, 대면적화에 따른 코일 크기의 증가로 인한 종래 직렬코일에서 발생하는 커패시터용량의 제한적인 사용 없이 안정적인 매칭네트워크 구성이 가능하다. 그리고, 상기 외부 안테나(1220는 상하로 위치를 바꾸는 교차부(122b)를 갖는다.
상술한 바와 같이 디자인되어 있는 유도결합형 플라즈마 발생부(120) 각 구성의 기능을 살펴보면, 먼저 상기 외부 안테나(122)는 RF Geneartor로부터 전력을 직접 받아 플라즈마를 발생시키는 역할을 한다. 그리고 내부 안테나(126)는 외부 안테나(122)에 형성된 1차 유도코일(124)과 내부 안테나(126)에 형성된 2차 유도코일(128)이 상호유도작용을 이루도록 디자인되어, 외부 안테나(122)에 고주파 전력을 공급하면 1차 유도코일(124)과 2차 유도코일(128)의 상호 유도작용에 의하여 2차 유도코일(128)이 형성된 내부 안테나(126)에 외부 안테나(122)로 입력된 동일한 주파수의 전력을 공급받게되고, 이렇게 유도된 전력을 통하여 챔버내의 중앙부위의 플라즈마밀도를 높이며 균일도를 향상시키기 위한 역할을 한다.
다시 정리하면, 상기 외부 안테나(122)의 1차 유도코일(124)과 내부 안테나(126)의 2차 유도코일(128)은 서로 커플링되어 상호유도 작용을 하는 역할을 한다. 그리고, 상기 외부 안테나(122)는 RF Generator에서 고주파의 주전력을 공급받아 챔버(110)내의 플라즈마를 발생시키는 역할을 하며, 내부 안테나(126)는 커플링된 코일(1차 와 2차 코일)의 상호유도작용에 의해 외부 안테나(122)와 동일한 고주파를 공급받아 대면적단위의 챔버(110) 내부의 플라즈마 밀도를 높이며, 균일도를 향상시키는 역할을 한다.
한편, 상기 유도결합형 플라즈마 발생부(120)의 안테나 및 유도코일은 수냉식(또는 공냉식도 가능)으로 이루어져 고주파 인가시 발생되는 과열을 방지한다. 그리고 상기 외부 안테나(122)와 내부 안테나(126)의 내경은 1-50mm로 이루어지는 것이 바람직하다. 그리고 상기 외부 안테나(122)와 내부 안테나(126)가 상기 절연 플레이트(118)로부터 2mm에서 100mm 이격되어 설치되는 것이 바람직하며, 이는 상기 절연 플레이트에 형성되는 이온 밤바드먼트 현상을 저감시키기 위함이다. 한편, 상기 외부 및 내부 안테나는 받침대(116)에 고정된 상태로 상기 절연 플레이트(118)상에 설치된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 유도결합형 플라즈마 발생부의 가장 큰 특징은 코일 중심 쪽의 전류를 보강함으로써 챔버 중심부의 플라즈마 밀도 저하를 보상하여 균일도를 향상하는데 있다. 그래서 파워의 일부를 유도 현상 (transformer 원리)을 이용하여 안쪽 코일에 인가하는 방식을 사용하였으며 이를 사용하지 않을 경우보다 중심부 플라즈마 밀도가 약 5~10 % 정도의 증가된다.
상기 유도결합형 플라즈마 발생부(120)의 작용을 살펴보면, 상기 고주파 전원은 외부 안테나(122)의 상단부에 위치한 1차 유도코일(124)로 공급되며, 이 1차 유도코일(124)을 거친 후, 분기부(122a)를 통해 양측으로 분기되어 상기 외부 안테나(122)에서 서로 반대방향으로 흐르고, 상하 교차부(122b)에서 상하로 교차되면서 각기 1 Turn을 하여 양단의 접지단으로 접촉된다. 또한 1차 유도코일(124)과 커플링된 내부 안테나(126)의 상단부에 위치한 2차 유도코일(128)에는 외부 안테나(122)의 1차 유도코일(124)로 공급된 동일한 고주파의 전력이 상호유도되어 1차 유도코일(124) 및 외부 안테나(122)와 동일 방향으로 RF 전류가 흐르게 되며 폐회로 상태에서 외부 안테나(122)의 1차 유도코일(124)과 커플링되어 플라즈마를 생성 및 균일도를 향상시키는데 기여하게 된다.
한편, 외부 유도코일의 2 turn 구조는 회전반경 대칭성 확보, 대면적화에 유리하다는데 있다. 다시 말해, 상기 외부 유도코일이 2 turn 구조인 이유는 회전 방향의 대칭성을 확보하기 위한 것이다. 예컨대, 다른 ICP 는 1 turn 만을 사용하는데 이것은 powered GND 사이에서 전압 및 전류분포의 불균일성으로 인해 회전방향의 균일도가 확보되기가 어려운 단점이 있다. (일예로, 안테나 아래 부분에서최대 200 % 정도의 밀도 차가 남). 코일을 2중 구조로 하면 전압 분포를 평균적으로 비슷하게 맞추어 주기 때문에 안테나 전압에 의한 플라즈마 내의 이온 손실을 비슷할 수 있기 때문이다. 또 다른 장점은 외부 안테나가 병렬 연결이기 때문에 대면적화에도 매칭에 필요한 capacitor의 용량을 아주 작게 할 필요가 없어 안정적 매칭이 가능하다.
예컨대, 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
이상에서, 본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 웨이퍼 에칭장치의 구성 및 작용을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
이와 같은 본 발명에 의해 얻을 수 있는 기본적인 효과는 1차 유도코일을 통해 상기 외부안테나로 공급되는 고주파 전력을 이용하여 챔버 내부에 고밀도의 플라즈마를 발생시키며, 챔버의 크기가 대면적화 됨에 따라 발생하는 챔버 내부의 플라즈마 불균일도를 외부안테나의 상단부에 디자인한 1차 유도코일 및 내부안테나의 상단부에 위치시킨 2차 유도코일의 상호유도작용에 의해 상기 1차 유도코일에 공급된 동일한 고주파의 전력을 2차 유도코일에 발생 시켜 대면적화에 따른 플라즈마 불균일도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 그리고, 재면적화의 정도에 따라 내부 안테나의 크기를 변화시켜 플라즈마 균일도를 조절할 수 있는 이점이 있다.
이의 결과로 제품의 신뢰도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 일차적인 제품의 수율 향상 뿐만 아니라 필드에서 발생되는 진행성 불량의 감소에 따른 클레임의 감소, 클레임의 감소에 따른 시간과 인건비의 절약이 가능하게 된다. 공정적인 측면에서는 아주 균일하거나 극단적으로 균일한 플라즈마 처리가 이루어지기 때문에 궁극적으로 소자의 특성 개선 및 신뢰도 증가 등이 본 발명의 효과로 나타나게 된다.
또한, 본 발명에 의하면 미반응의 공정가스 및 반응 후의 부산물들의 배출이 공정 챔버의 수직하방으로 이루어짐으로써, 일측으로 치우침 없이 웨이퍼 상의 플라즈마 밀도 균일성을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (15)

  1. 소정의 진공도로 유지 가능한 공정 챔버와;
    상기 공정 챔버의 상부면에 설치되는 절연 플레이트와;
    상기 공정 챔버의 상부의 세라믹 플레이트상에 설치되는 유도결합형 플라즈마 발생부를 포함하되;
    상기 유도결합형 플라즈마 발생부는 외부 안테나와 이 외부 안테나의 안쪽으로 위치하는 내부 안테나를 독립적으로 구성하고, 상기 외부 안테나와 내부 안테나에는 각각 1차 유도 코일과 2차 유도 코일을 형성하여, 상기 외부 안테나에 고주파 전력을 공급하면 상기 제 1 차 유도코일과 상기 제 2차 유도코일의 상호 유도 작용에 의하여 2차 유도 코일이 형성된 내부 안테나에 상기 외부 안테나에서와 동일한 주파수를 갖는 고주파 전력이 인가됨을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 차 유도코일은 상기 외부 안테나의 안쪽에 위치하고,
    상기 제 2 차 유도코일은 상기 내부 안테나의 안쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 안테나와 상기 외부 안테나는 RF Powered 와 접지단 사이에서 발생한 전압 및 전류분포의 불균일성으로 인해 발생하는 회전방향의 불균일도 및 플라즈마 대칭성 향상을 위해 2 Turn으로 하는것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 안테나는 외부안테나 상단부의 1차 코일을 통해 인가된 고주파 전력을 병렬로 분기해 대면적화에 따른 코일 크기의 증가로 인한 종래 직렬코일에서 발생하는 커패시터용량의 제한적인 사용없이 안정적인 매칭네트워크 구성이 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 내부 안테나와 상기 외부 안테나는 동일선상에 위치하며,
    상기 제 1 차 유도코일과 상기 제 2 차 유도코일은 동일선상에 위치하는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 차 유도코일과 상기 제 2 차 유도코일은 상기 내부 안테나로부터 일정 높이로 이격되게 위치되는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 및 외부 안테나 그리고 상기 제 1 차 및 제 2 차 유도코일은 고주파 인가시 발생되는 과열을 방지하기 위해 수냉식 또는 공냉식으로 이루어지는 유도결합형 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 안테나와 내부 안테나의 내경은 1-50mm이고,
    상기 외부 안테나와 내부 안테나는 상기 절연 플레이트로부터 2mm에서 100mm 사이에 위치시켜, 상기 절연 플레이트에 형성되는 이온 밤바드먼트 현상을 저감시키는 유도결합형 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 공정 챔버의 측면으로부터 지지되어 설치되는 그리고 상기 플라즈마로 소정의 처리가 실시되는 피처리체가 놓여지는 유지수단 및;
    상기 유지수단에 놓인 피처리체를 기준으로 가스 배출이 수직 하방으로 이루어지도록 상기 공정 챔버 하단에 설치되는 배기부를 더 포함하는 유도결합형 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 유지수단은
    상기 공정 챔버의 중앙에 위치하는 서셉터와;
    상기 공정 챔버의 측면으로부터 수평으로 설치되는 그리고 상기 서셉터를 지지하기 위한 적어도 3개의 수평 지지대들을 포함하는 유도결합형 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 유지수단은 상기 서셉터에 피처리체를 안착시키는데 사용하는 웨이퍼 리프트장치를 더 포함하되;
    상기 리프트 장치는 상기 서셉터 내부에 설치되고 웨이퍼의 저면을 지지하기 위한 적어도 3개의 리프트 핀과;
    상기 공정 챔버의 일측면에 설치되고 상기 리프트 핀들을 상하 수직 이동시키기 위한 구동 장치와;
    각각의 끝단부에 상기 리프트 핀이 설치되는 Y"자형의 포크와;
    상기 포트와 연결되며 상기 수평 지지대의 내부 공간을 통해 상기 공정 챔버 외부로 노출되어 상기 구동 장치의 구동축과 연결되는 수평 샤프트를 포함하는 유도결합형 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 서셉터는
    음극과;
    상기 음극상에 설치되는 웨이퍼가 놓여지는 정전척과;
    상기 정전척과 음극 사이에 설치되는 절연체로 이루어지는 유도결합형 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 수평 지지대는 내부 통로를 갖으며,
    각각의 수평 지지대의 내부 통로들을 통해서는 상기 음극으로 RF파워가, 상기 척으로 DC전원 그리고 불활성냉각 가스가 공급되는 유도결합형 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기와 같은 박막을 식각시 공정 온도는 -30도에서 600도, 공정 압력은 0.1mT-300mT의 범위에서 실시하며,
    상기 외부 안테나로 공급되는 공정 주파수는 1MHz-500MHz 범위이고, 음극으로 공급되는 공정 주파수는 100KHz-100MHz 범위이며, 외부 안테나에 공급되는 공정 주파수의 전력은 0W-5000W 범위이고, 음극으로 공급되는 공정 주파수 전력은 0W-5000W 범위인 유도결합형 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 공정 가스는 통상 반도체 공정에 사용하는 가스를 사용하며, 이때 각각 사용되는 가스의 양은 0sccm-300sccm 인 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치.
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