KR100404723B1 - Device for Generating Inductively Coupled Plasma with Lower Aspect Ratio - Google Patents

Device for Generating Inductively Coupled Plasma with Lower Aspect Ratio Download PDF

Info

Publication number
KR100404723B1
KR100404723B1 KR10-2001-0044138A KR20010044138A KR100404723B1 KR 100404723 B1 KR100404723 B1 KR 100404723B1 KR 20010044138 A KR20010044138 A KR 20010044138A KR 100404723 B1 KR100404723 B1 KR 100404723B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
antenna
chamber
plasma
antennas
inductively coupled
Prior art date
Application number
KR10-2001-0044138A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20020083097A (en
Inventor
이용관
정원봉
이상원
엄세훈
이동석
Original Assignee
주식회사 플라즈마트
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 플라즈마트 filed Critical 주식회사 플라즈마트
Publication of KR20020083097A publication Critical patent/KR20020083097A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100404723B1 publication Critical patent/KR100404723B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082Radio frequency generated discharge
    • H01J37/321Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
    • H01J37/3211Antennas, e.g. particular shapes of coils

Abstract

본 발명은 낮은 종횡비를 갖는 ICP형 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 반도체의 산화막 식각에 적합하도록 전자온도는 낮고 챔버의 체적을 작게 함으로써 고선택비를 확보할 수 있으며, 회전방향에 대한 밀도분포가 대칭을 이루며 챔버의 외곽과 중앙부가 균일한 플라즈마 밀도를 갖도록 한 것으로, 본 발명의 일 실시예에서는 반응가스를 공급하기 위한 가스주입구(11)와 내부를 진공으로 유지하고 반응이 끝나면 반응가스를 배출하기 위한 진공펌프(12) 및 가스배출구(13)가 구비되는 챔버(10)와, 이 챔버(10)내부에 피가공물을 올려놓기 위한 척(20)과, 챔버(10)의 상부에 설치되어 고주파전원이 인가되는 안테나(30)를 구비한 유도결합형 플라즈마 발생장치에서, 안테나(30)는 낮은 전자온도를 확보할 수 있도록 고주파 방전이 가능하고 임피던스가 낮게 병렬 안테나를 사용하되, 각 안테나(32,34)는 플라즈마 밀도분포가 회전방향에 대한 대칭성을 확보할 수 있도록 안테나(32,34)가 형성하는 가상원의 중심에서 각 안테나의 파워드 엔드(P)와 타단의 그라운드 엔드(G)를 상호 대칭 위치에 오도록 배치하고, 각 안테나(32,34)는 나선형태로 서로 꼬인 상태로 형성되며, 각 안테나의 파워드 엔드(P)는 챔버(10)에서 먼 위치에, 그라운드 엔드(G)는 챔버(10)에서 가까운 위치에 오도록 하여 파워드 엔드 쪽의 이온손실에 의한 플라즈마 밀도강하를 상호 보완할 수 있도록 한다.The present invention relates to an ICP-type plasma generator having a low aspect ratio, and has a low electron temperature and a small volume of a chamber so as to be suitable for etching an oxide film of a semiconductor. The outer and central portions of the chamber to achieve a uniform plasma density, in an embodiment of the present invention to maintain the gas inlet 11 and the inside to supply a vacuum to the reaction gas and to discharge the reaction gas when the reaction is complete The chamber 10 is provided with a vacuum pump 12 and a gas discharge port 13 for the purpose, a chuck 20 for placing the workpiece within the chamber 10, and is installed on the upper portion of the chamber 10 In an inductively coupled plasma generator having an antenna 30 to which power is applied, the antenna 30 is capable of high frequency discharge and has a low impedance so as to secure a low electron temperature. Antennas are used, and each antenna 32,34 is connected to the powered end P of each antenna at the center of the virtual circle formed by the antennas 32,34 so that the plasma density distribution can ensure symmetry with respect to the rotational direction. The ground ends G of the other ends are arranged to be in mutually symmetrical positions, and each of the antennas 32 and 34 is formed to be twisted to each other in a spiral shape, and the powered end P of each antenna is located far from the chamber 10. For example, the ground end G may be located near the chamber 10 to compensate for the plasma density drop due to ion loss on the powered end side.

Description

낮은 종횡비를 갖는 유도결합형 플라즈마 발생장치 {Device for Generating Inductively Coupled Plasma with Lower Aspect Ratio}Device for Generating Inductively Coupled Plasma with Lower Aspect Ratio

본 발명은 낮은 종횡비를 갖는 유도결합형 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 특히, 반도체 산화막 식각에 적합하도록 전자온도는 낮고 챔버의 체적을 작게 함으로써 필요한 고선택비(high selectivity)를 확보할 수 있고, 플라즈마의 밀도분포가 회전대칭 및 챔버 외곽과 중심부의 밀도분포를 균일하게 함으로써 대구경의 반도체를 정밀하게 가공할 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to an inductively coupled plasma generator having a low aspect ratio. Particularly, a low electron temperature and a small volume of a chamber can be secured to achieve high selectivity, which is necessary for plasma oxide film etching. The density distribution of is designed to precisely process large-diameter semiconductors by rotating symmetry and uniformizing the density distribution at the outside and center of the chamber.

반도체 웨이퍼나 평판표시장치 등과 같은 미세패턴을 형성하여야 하는 분야에서 플라즈마를 생성하여 건식 식각, 화학기상증착, 스퍼터링 등 각종 표면처리 공정을 수행하는데, 최근에는 비용절감 및 스루풋 향상 등을 달성하기 위하여 반도체 장치용 웨이퍼나 평판표시장치용 기판의 크기가 예컨데 300㎜ 이상으로 대형화되는 경향을 보이며, 이에 따라 대형의 웨이퍼나 기판을 가공하기 위한 플라즈마 발생장치의 규모도 증가되고 있다. 이러한 플라즈마 발생장치는 유도결합형 플라즈마 발생장치, 축전결합형 플라즈마 발생장치 등이 있다. 그리고 이들의 기본적 플라즈마 발생장치에 자기장을 인가한 방식도 개발되어 있다.Plasma is generated in the field where fine patterns such as semiconductor wafers and flat panel displays are formed to perform various surface treatment processes such as dry etching, chemical vapor deposition, and sputtering. Recently, in order to achieve cost reduction and throughput improvement, The size of a wafer for a device or a substrate for a flat panel display tends to be larger, for example, 300 mm or more. As a result, the size of a plasma generator for processing a large wafer or a substrate increases. Such plasma generators include inductively coupled plasma generators and capacitively coupled plasma generators. In addition, a method of applying a magnetic field to these basic plasma generators has also been developed.

유도결합형 플라즈마 발생장치는 축전결합형에 비해 플라즈마의 밀도가 높지만 균일도를 개선하기 위해서는 부대적인 요소들이 많이 필요하다. 예를 들면 가운데 부분이 더 두꺼운 유전체를 사용한다거나 돔 형태로 안테나를 변형시켜 사용하고 있으나, 이는 구조가 복잡해질 뿐만 아니라 산화막 식각 등의 공정에는 적용하기가 어렵다는 한계점을 가지고 있다. 즉, 산화막 식각(oxide etching)에서는 공정상 고선택비(high selectivity)를 요구로 하기 때문에 챔버의 체적이 비교적 크고 플라즈마의 균일도 조절이 확산방식이어서 기체가 챔버내에 잔류되는 시간 (residence time)이 길어지게 됨과 아울러 전자온도(Te)가 높은 기존의 유도결합형 플라즈마 발생장치를 사용하기에는 한계가 있었다.Inductively coupled plasma generators have a higher density of plasma than capacitively coupled plasmas, but many additional factors are required to improve uniformity. For example, a thicker dielectric is used or a antenna is modified in a dome shape, but this has a limitation in that it is not only complicated in structure but also difficult to apply to processes such as oxide etching. That is, since oxide etching requires high selectivity in the process, the volume of the chamber is relatively large and the uniformity control of the plasma is a diffusion method, so that the residence time of the gas in the chamber is long. In addition, there is a limit to using the conventional inductively coupled plasma generator having a high electron temperature (Te).

상기한 유도결합형 플라즈마 발생장치에 대하여 간단히 설명하면, 플라즈마가 생성되는 챔버를 포함하며, 이 챔버에는 반응가스를 공급하기 위한 가스주입구와 챔버 내부를 진공으로 유지하고 반응이 끝나면 반응가스를 배출하기 위한 진공펌프 및 가스배출구가 구비되어 있다. 또한, 상기 챔버의 내부에는 웨이퍼 또는 유리기판 등의 시료를 올려놓기 위한 척이 구비되어 있으며, 챔버의 상부에는 고주파전원(통상 13.56MHz)이 접속된 안테나가 설치된다. 상기 안테나와 챔버 사이에는 절연판을 설치하여 안테나와 플라즈마 사이의 용량성 결합을 감소시킴으로써 고주파전원으로부터의 에너지가 유도성 결합에 의하여 플라즈마로 전달되는 것을 돕는다.The inductively coupled plasma generator described above briefly includes a chamber in which a plasma is generated, which maintains a gas inlet for supplying a reaction gas and the inside of the chamber under vacuum and discharges the reaction gas when the reaction is complete. It is equipped with a vacuum pump and a gas outlet for. In addition, a chuck for placing a sample such as a wafer or a glass substrate is provided inside the chamber, and an antenna to which a high frequency power source (usually 13.56 MHz) is connected is installed at the top of the chamber. An insulating plate is provided between the antenna and the chamber to reduce capacitive coupling between the antenna and the plasma to help transfer energy from the high frequency power supply to the plasma by inductive coupling.

이와 같은 구조의 유도결합형 플라즈마 발생장치는 초기에 챔버의 내부가 진공펌프에 의해 진공화되도록 배기된 다음, 가스주입구로부터 플라즈마를 발생시키기 위한 반응가스가 도입되어 필요한 압력으로 유지된다. 이어서 상기 안테나에는 고주파전원으로부터 고주파전력이 인가된다.In the inductively coupled plasma generator having such a structure, the inside of the chamber is initially evacuated to be evacuated by a vacuum pump, and then a reaction gas for generating plasma from the gas inlet is introduced and maintained at a required pressure. Subsequently, high frequency power is applied to the antenna from a high frequency power source.

종래의 유도결합형 플라즈마 발생장치에는 단일의 나선형 안테나 또는 복수개의 분할전극형 안테나가 사용되었는데, RF전력이 인가됨에 따라 안테나가 이루는 평면과 수직방향의 시간적으로 변화하는 자기장이 형성되며, 이러한 시간적으로 변화하는 자기장은 챔버 내부에 유도전기장을 형성하고 유도전기장은 전자를 가열하여 안테나와 유도성으로 결합된 플라즈마가 발생하게 된다. 이렇게 전자들은 주변의 중성기체입자들과 충돌하여 이온 및 라디칼 등을 생성하고 이들은 플라즈마 식각 및 증착에 이용되게 된다. 또한, 별도의 고주파전원으로부터 척에 전력을 인가하면 시료에 입사하는 이온의 에너지를 제어하는 것도 가능하게 된다.In the conventional inductively coupled plasma generator, a single spiral antenna or a plurality of split-electrode antennas are used. As RF power is applied, a magnetic field that changes in time perpendicular to the plane of the antenna is formed. The changing magnetic field forms an induction electric field inside the chamber, and the induction electric field heats electrons to generate a plasma inductively coupled with the antenna. The electrons collide with the surrounding neutral gas particles to generate ions and radicals, which are used for plasma etching and deposition. In addition, when electric power is applied to the chuck from a separate high frequency power source, it is also possible to control the energy of ions incident on the sample.

그러나, 나선형 구조의 안테나에서는 안테나를 구성하는 각 유도코일이 직렬연결되어 있는 구조이므로 유도코일마다 흐르는 전류량이 일정하게 되는데, 이럴 경우 유도전기장 분포 조절이 어려워 챔버 내벽에서의 이온 및 전자의 손실로 플라즈마의 중심부가 높은 밀도를 갖게 되고 챔버의 내벽에 가까운 부분에는 플라즈마의 밀도가 낮아지게 되는 것을 막기 힘들게 된다. 따라서 플라즈마의 밀도를 균일하게 유지하는 것이 극히 곤란하게 된다.However, in the antenna of the spiral structure, each induction coil constituting the antenna is connected in series, so the amount of current flowing in each induction coil becomes constant. In this case, it is difficult to control the distribution of the induction field. It is difficult to prevent the density of the plasma from being lowered at the center of the center and having a high density near the inner wall of the chamber. Therefore, it is extremely difficult to keep the density of the plasma uniform.

또한, 안테나의 각 유도코일이 직렬로 연결되어 있으므로 안테나에 의한 전압강하가 크게 되므로 플라즈마와의 용량성 결합에 의한 영향이 증가된다. 따라서, 전력 효율이 낮아지며 플라즈마의 균일성을 유지하는 것도 어렵게 된다.In addition, since each induction coil of the antenna is connected in series, the voltage drop caused by the antenna is increased, so the influence of capacitive coupling with the plasma is increased. Therefore, the power efficiency is lowered and it is also difficult to maintain the uniformity of the plasma.

다음으로, 서로 위상이 다른 3개의 고주파 전원에 각각 접속된 3개의 분할전극 구조의 안테나에서는 각 분할전극에 가까운 위치에서는 플라즈마의 밀도가 높고, 챔버의 중앙부일수록 플라즈마의 밀도가 낮아 플라즈마의 균일성 확보에 어려움이 따르며, 특히 넓은 면적의 시료를 처리하는 것이 현저히 곤란하게 된다. 또한 각각 독립적으로 동작하는 전원을 사용하여야 하므로 비용이 증가하게 되며, 전원의 효율적인 사용을 위한 임피던스정합을 위하여는 각 분할전극마다 독자적인 임피던스 정합회로를 사용하여야 하는 문제점이 있었다.Next, in the antenna of the three split electrode structure connected to three high frequency power sources having different phases from each other, the plasma density is high at the position close to each split electrode, and the plasma density is lower at the center of the chamber, thereby ensuring uniformity of the plasma. This is difficult, and it is particularly difficult to process a large area of the sample. In addition, since power must be used independently of each other, the cost increases, and there is a problem in that an independent impedance matching circuit must be used for each split electrode for impedance matching for efficient use of the power source.

한편, 여러개의 원형 안테나가 동심원상으로 병렬결합된 구조의 병렬 안테나에 있어서는 회전방향에 대한 플라즈마의 균일도가 떨어지는 현상 즉, 안테나의 중간부분은 상대적으로 높고, 안테나의 파워드 엔드(powered end) 및 그라운드 엔드 (ground end)쪽의 플라즈마 밀도는 상대적으로 낮게 나타나게 되는데, 이와 같은 플라즈마 밀도분포가 회전방향에 대하여 비대칭적으로 발생되는 원인은 안테나의 파워드 엔드쪽이 상대적으로 고전압이 인가되므로 이온손실이 발생하게 되고 이에 따라 플라즈마 밀도의 강하가 이루어지기 때문이었고, 이와 아울러 루프형 안테나의 끊어진 부분 즉, 파워드 엔드와 그라운드 엔드사이에서는 전류의 흐름이 영(0)이기 때문에 유도전기장이 발생하지 않게 되어 이 부분의 플라즈마 발생이 약해져 플라즈마 밀도강하가 생기기 때문이었으며, 이에 의해 피가공물의 균일한 가공이 어렵게 되는 문제점이 있었다.On the other hand, in a parallel antenna structure in which a plurality of circular antennas are concentrically coupled in parallel, the uniformity of plasma in the rotational direction is inferior, that is, the middle portion of the antenna is relatively high, and the powered end and the ground of the antenna are relatively high. Plasma density at the ground end is relatively low. The cause of this plasma density distribution is asymmetrical with respect to the rotational direction because the high voltage is applied to the powered end of the antenna. This is because the plasma density drops, and the induced electric field does not occur because the current flow is zero between the looped antenna, that is, the powered end and the ground end. Plasma generation is weak and plasma density drop is generated. It was because, there is a problem in that a uniform machining of the work difficult by this.

본 발명은 상기한 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 플라즈마 밀도가 높은 유도결합형 플라즈마 발생장치를 반도체의 산화막 식각에 사용하기 적합하도록 전자온도는 낮게 하고 챔버의 체적을 작게 함으로써 고선택비를 확보할 수 있도록 하고, 회전방향에 대한 플라즈마 밀도분포가 대칭을 이루도록 함으로써 반도체 산화막 식각에 사용하기 적합한 낮은 종횡비를 갖는 유도결합형 플라즈마 발생장치를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide an inductively coupled plasma generator having a high plasma density so that an electron temperature is low and suitable for use in etching an oxide film of a semiconductor. The present invention provides an inductively coupled plasma generator having a low aspect ratio suitable for use in etching semiconductor oxide films by reducing the volume so that a high selectivity ratio can be ensured and the plasma density distribution in the rotational direction is symmetrical.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 반응가스를 공급하기 위한 가스주입구와 내부를 진공으로 유지하고 반응이 끝나면 반응가스를 배출하기 위한 진공펌프 및 가스배출구가 구비되는 챔버와, 이 챔버 내부에 피가공물을 올려놓기 위한 척과, 상기 챔버의 상부 또는 측부에 고주파전원이 인가되는 안테나를 구비한 유도결합형 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 안테나는 낮은 전자온도를 확보할 수 있도록 50MHz~100MHz범위의 고주파 방전이 가능하고 임피던스가 낮은 병렬 안테나를 사용하되, 각 안테나는 플라즈마 밀도분포가 회전방향에 대한 대칭성을 확보할 수 있도록 안테나가 형성하는 가상원의 중심에서 각 안테나의 파워드 엔드와 타단의 그라운드 엔드를 상호 대칭 위치에 오도록 하고, 각 안테나는 나선형태로 서로 꼬인 상태로 형성되며, 각 안테나의 파워드 엔드는 챔버에서 먼 위치의 오고 각 안테나의 그라운드 엔드는 챔버에서 가까운 위치에 오도록 하여 파워드 엔드 쪽의 이온손실에 의한 플라즈마 밀도저하를 상호 보완할 수 있도록 한 플라즈마 발생장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a chamber including a vacuum pump and a gas outlet for maintaining the gas inlet and the inside of the vacuum for supplying the reaction gas and discharging the reaction gas after the reaction, and the inside of the chamber An inductively coupled plasma generator having a chuck for placing a work piece and an antenna to which a high frequency power is applied to the upper side or the side of the chamber, wherein the antenna has a high frequency discharge in a range of 50 MHz to 100 MHz to ensure a low electron temperature. Parallel antennas with low impedance are possible, and each antenna is connected to the power end of each antenna and the ground end of the other end at the center of the virtual circle formed by the antenna so that the plasma density distribution can ensure symmetry with respect to the rotation direction. In a symmetrical position, and each antenna is spirally twisted together. In addition, the powered end of each antenna is located far from the chamber, and the ground end of each antenna is located close to the chamber to provide a plasma generator that can compensate for the plasma density decrease caused by ion loss on the powered end. do.

본 발명에서 상기 병렬안테나를 이루는 각 안테나는 상호 나선형으로 꼬인형태를 이루어 동일반경에 위치하며, 각 안테나의 파워드 엔드는 챔버에서 먼쪽 즉, 상대적인 상부 또는 외측에 위치하고 그라운드 엔드는 챔버에서 가까운쪽 즉, 파워드 엔드에 비하여 상대적으로 하부 또는 내측에 위치하도록 함으로써 파워드 엔드 쪽에 고전압이 인가되어 이온손실에 의한 플라즈마 밀도의 강하가 이루어지는 것을 최소화 한 것이며, 파워드 엔드 쪽의 이온손실에 의한 밀도강하와 파워드 엔드와 그라운드 엔드 사이의 끊어진 부분에서의 무유도전기장에 의한 일측 안테나의 플라즈마 밀도강하는 동일반경을 갖고 이중나선형으로 꼬인 다른 안테나의 중간부분-플라즈마 밀도가 파워드 엔드 쪽에 비하여 상대적으로 높게 발생되는 부분-이 같은 위치에 중첩되어 플라즈마 밀도를 상호 보완함으로써 회전방향에 대한 플라즈마 밀도분포의 대칭성을 확보할 수 있도록 한 것이다.In the present invention, each antenna constituting the parallel antenna is formed in the form of a spiral twisted mutually in the same radius, the powered end of each antenna is located far from the chamber, that is, relative to the top or outside and the ground end is close to the chamber, It is located at the lower or inner side relative to the powered end, so that high voltage is applied to the powered end to minimize the drop in plasma density due to ion loss. The plasma density drop of one antenna due to the induction-free electric field at the disconnection between the ends is the same in the middle part of another antenna with the same radius and twisted in a double helix, where the plasma density is relatively higher than the power end side. Nested in In other words, by complementing the plasma density, it is possible to secure the symmetry of the plasma density distribution with respect to the rotation direction.

본 발명에서는 챔버의 전구역에 걸쳐 균일한 플라즈마 밀도를 발생시킬 수 있도록 챔버 상부 외측의 병렬 안테나와 내측의 병렬 안테나를 더 구비할 수 있다.In the present invention, a parallel antenna on the outside of the upper chamber and a parallel antenna on the inside of the chamber may be further provided to generate a uniform plasma density over the entire area of the chamber.

본 발명에서 상기 병렬 안테나는 2개의 안테나가 180°로 대칭교차되고 이중나선형으로 꼬인 형태, 3개의 안테나가 120°로 대칭교차되고 3중 나선형으로 꼬인형태, 4개의 안테나가 90°로 교차된 4중나선형으로 꼬인 형태를 이룰 수 있으며, 보다 더 낮은 종횡비를 실현하기 위하여 이보다 더 많은 수의 안테나가 병렬결합되고 중심에 대하여 교차되어 서로 다중으로 꼬인 형태를 이룰 수 있다.In the present invention, the parallel antenna has two antennas symmetrically crossed at 180 ° and twisted in a double spiral shape, three antennas symmetrically crossed at 120 ° and triple spiral twisted shape, and four antennas crossed at 90 °. It can be twisted in a middle spiral shape, and in order to realize a lower aspect ratio, a larger number of antennas can be combined in parallel and crossed to a center to form a twisted multiple with each other.

본 발명에서는 챔버의 외곽과 중심부에서의 플라즈마 밀도분포를 고르게 하기 위하여 챔버 외측의 병렬안테나와 내측의 병렬안테나를 구비할 수 있으며, 외측의 병렬안테나에 인가되는 전류와 내측의 병렬안테나에 인가되는 전류를 비슷하게 맞춰 줄 수 있는 수단을 더 구비할 수 있고, 안테나의 임피던스조정을 위하여 내측의 병렬안테나의 교차수와 외측 병렬안테나의 교차수를 상호 다르게 할 수 있다.In the present invention, in order to evenly distribute the plasma density at the outside and the center of the chamber may be provided with a parallel antenna on the outside of the chamber and a parallel antenna on the inside, the current applied to the parallel antenna on the outside and the current applied to the parallel antenna inside. It may be further provided with a means for matching similarly, and the number of crossings of the inner parallel antenna and the number of crossings of the outer parallel antenna can be different from each other to adjust the impedance of the antenna.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 단면도,1 is a cross-sectional view of a plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 등가회로도,2 is an equivalent circuit diagram of a plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 안테나 구조도,3 is an antenna structure diagram of a plasma generator according to an embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 안테나 평면도,4 is a plan view of the antenna of the plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention;

도 5는 도 4에 도시된 플라즈마 발생장치의 안테나에 의해 발생되는 플라즈마의 A -A선 및 B - B선 단면에서의 밀도분포 그래프,FIG. 5 is a graph of density distribution in cross sections A-A and B-B of plasma generated by the antenna of the plasma generator shown in FIG. 4;

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 안테나 구조도,6 is an antenna structure diagram of a plasma generating apparatus according to another embodiment of the present invention;

도 7은 도 6에 도시된 안테나의 평면도,7 is a plan view of the antenna shown in FIG. 6;

도 8은 도 7의 안테나를 사용한 경우 C-C선 단면상에서의 플라즈 밀도분포 그래프,8 is a graph of the plasma density distribution on the cross section taken along the line C-C when the antenna of FIG. 7 is used;

도 9는 본 발명의 또다른 실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 등가회로도로서 외측과 내측에 각각 병렬안테나가 설치된 경우를 도시한 것이며,FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of a plasma generating apparatus according to still another embodiment of the present invention, illustrating a case where parallel antennas are respectively installed on an outer side and an inner side thereof,

도 10은 본 발명의 또다른 실시예에 의한 안테나의 구조도이고,10 is a structural diagram of an antenna according to another embodiment of the present invention,

도 11은 도 10에 도시된 안테나의 설치상태 단면도이며,11 is a cross-sectional view of the installation state of the antenna shown in FIG.

도 12는 본 발명의 또다른 실시예에 의한 안테나의 구조도이고,12 is a structural diagram of an antenna according to another embodiment of the present invention,

도 13은 도 12에 도시된 안테나의 설치상태 단면도이며,13 is a cross-sectional view of the installation state of the antenna shown in FIG.

도 14는 본 발명의 또다른 실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 단면도이다.14 is a cross-sectional view of a plasma generating apparatus according to another embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

10 : 챔버 11 : 가스주입구10 chamber 11: gas inlet

12 : 진공펌프 13 : 가스배출구12 vacuum pump 13 gas outlet

14 : 임피던스 매칭박스 20 : 척14: impedance matching box 20: chuck

30 : 병렬식 안테나 31 : 보빈30: parallel antenna 31: bobbin

32,34,36 : 안테나 32a,34a : 중간부분32, 34, 36: antenna 32a, 34a: middle part

40 : 외측 안테나40: outer antenna

이하, 본 발명을 한정하지 않는 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments that do not limit the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 등가회로도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 안테나 구조도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 안테나 평면도이다.1 is a cross-sectional view of a plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is an equivalent circuit diagram of a plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a plasma generation according to an embodiment of the present invention 4 is an antenna plan view of the apparatus, and FIG. 4 is a plan view of the antenna of the plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention.

상기 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 플라즈마 발생장치는 유도결합형 플라즈마 발생장치의 기본적인 형태 즉, 반응가스를 공급하기 위한 가스주입구(11)와 내부를 진공으로 유지하고 반응이 끝나면 반응가스를 배출하기 위한 진공펌프 (12)및 가스배출구(13)가 구비되는 챔버(10)와, 이 챔버(10)내부에 피가공물을 올려놓기 위한 척(20)과, 상기 챔버(10)의 상부에 고주파전원이 인가되는 안테나(30)를 구비하고 있다.As shown in FIG. 1, the plasma generating apparatus of the present invention maintains the basic form of the inductively coupled plasma generating apparatus, that is, the gas inlet 11 and the inside of the vacuum for supplying the reaction gas, and the reaction gas when the reaction is complete. A chamber 10 having a vacuum pump 12 and a gas outlet 13 for discharging the gas, a chuck 20 for placing a work in the chamber 10, and an upper portion of the chamber 10. An antenna 30 to which high frequency power is applied is provided.

상기 안테나(30)는 일정한 두께를 갖는 평판 도우넛형의 보빈(31)에 2개의 안테나(32,34)가 꼬인형태를 유지할 수 있도록 감겨져 있다.The antenna 30 is wound on a flat donut-shaped bobbin 31 having a constant thickness so that the two antennas 32 and 34 can be twisted.

도면중 미설명부호 14는 임피던스 매칭 박스이다.In the figure, reference numeral 14 denotes an impedance matching box.

본 발명에서 상기 챔버(10)상부에 설치되는 안테나(30)는 병렬안테나의 형태로 이루어져 있는데, 이는 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 2개의 안테나(32,34)가 가상원의 중심(C)에서 각 안테나(32,34)의 파워드 엔드(P)와 타단의 그라운드 엔드(G)를 상호 대칭위치에 오도록 하고, 각 안테나(32,34)는 이중나선형태로 서로 꼬인 상태로 형성되며, 각 안테나(32,34)의 파워드 엔드(P)는 챔버(10)에서 먼 수직위치에 오고 각 안테나(32, 34)의 그라운드 엔드(G)는 챔버(10; 도 1참조)에서 가까운 수직위치에 오도록 한 것이다.In the present invention, the antenna 30 installed on the chamber 10 is formed in the form of a parallel antenna, which is shown in FIGS. 3 and 4, wherein two antennas 32 and 34 are formed at the center of the virtual circle. In C), the power end P of each antenna 32 and 34 and the ground end G of the other end are placed in a symmetrical position, and each antenna 32 and 34 is formed in a twisted state in a double spiral form. The powered end P of each antenna 32, 34 is at a vertical position far from the chamber 10 and the ground end G of each antenna 32, 34 is at a vertical position close to the chamber 10 (see FIG. 1). I was in position.

본 실시예에서 상기 안테나(30)를 이루는 각 안테나(32,34)는 상호 이중나선형으로 꼬인형태를 이루어 동일반경에 위치하며, 각 안테나(32,34)의 파워드 엔드 (P)는 챔버(10)에서 먼쪽 즉, 상대적으로 상부에 위치하고 그라운드 엔드(G)는 챔버(10)에서 가까운쪽 즉, 파워드 엔드(P)에 비하여 상대적으로 하부에 위치하도록 함으로써 파워드 엔드(P) 쪽에 고전압이 인가되어 이온손실에 의한 플라즈마 밀도의 강하가 이루어지는 것을 최소화 한 것이며, 일측 안테나(32,34중의 하나)에서 파워드 엔드(P)쪽의 이온손실에 의한 밀도강하와 파워드 엔드(P)와 그라운드엔드(G)사이의 끊어진 부분에서의 무유도전기장에 의한 일측 안테나(32,34중의 하나)의 플라즈마 밀도강하는 동일반경을 갖고 이중나선형으로 꼬인 다른 안테나(34,32중의 하나)의 중간부분(34a,32a)-플라즈마 밀도가 파워드 엔드(P)쪽에 비하여 상대적으로 높게 발생되는 부분-이 같은 위치에 중첩되어 플라즈마 밀도를 상호 보완함으로써 회전방향에 대한 플라즈마 밀도분포의 대칭성을 확보할 수 있도록 한 것이다.In the present embodiment, the antennas 32 and 34 constituting the antenna 30 are twisted in a double spiral form and are positioned at the same radius, and the powered end P of each antenna 32 and 34 is a chamber 10. ) And the ground end (G) is located near the chamber (10), that is, relatively lower than the powered end (P), so that a high voltage is applied to the powered end (P). The loss of plasma density due to the loss is minimized, and the density drop due to the ion loss from the one end antenna (one of 32 and 34) to the powered end P and between the powered end P and the ground end G The plasma density drop of one antenna (one of 32,34) due to an induction-free electric field at the broken portion of the middle portion 34a, 32a of another antenna (one of 34,32) having the same radius and twisted in a double helix. plasma Is one to be superposed on the same position to secure the symmetry of the plasma density distribution with respect to the rotational direction by a complementary plasma density - relatively higher than the side part caused degrees powered end (P).

도 5는 도 4에 도시된 플라즈마 발생장치의 안테나에 의해 발생되는 플라즈마의 밀도분포를 그래프로 도시한 것으로, 실선은 양 안테나(32,34)의 파워드 엔드(P)쪽을 가로지른 A - A선 단면에서의 플라즈마 밀도 분포이고, 점선은 여기와 직각으로 가로지른 B - B선 단면에서의 플라즈마 밀도 분포를 도시한 것으로, 도 5의 그래프에서 보여지는 바와같이 본 실시예에서의 플라즈마 발생장치는 챔버(10)의 중심에 대하여 회전방향으로 플라즈마 밀도의 분포가 대칭형태를 띠고 있음을 확인할 수 있는바, 2개의 안테나(32,34)가 상호 대칭으로 교차되어 일측 안테나의 회전방향에 대한 플라즈마 밀도분포의 비대칭성을 타측 안테나의 회전방향에 대한 플라즈마 밀도분포의 비대칭이 교차됨으로써 상호 보완을 이루어 플라즈마 밀도분포가 대칭을 이루게 되는 것이며, 양 안테나(32,34)의 파워드 엔드쪽을 가로지른 위치의 플라즈마 밀도분포와 이에 직각으로 가로지른 위치에서의 플라즈마 밀도분포도 유사하여 챔버(10)내에서 전체적으로 회전방향에 대하여 대칭을 이루고 있음을 알 수 있다.FIG. 5 graphically shows the density distribution of plasma generated by the antenna of the plasma generator shown in FIG. 4, with a solid line A-A across the powered end P of both antennas 32, 34. The plasma density distribution in the line cross section, and the dotted line shows the plasma density distribution in the cross section B-B perpendicular to the excitation. As shown in the graph of FIG. It can be seen that the distribution of the plasma density is symmetrical in the rotational direction with respect to the center of the chamber 10. The two antennas 32 and 34 cross each other symmetrically so that the plasma density in the rotational direction of one antenna is changed. The asymmetry of the distribution is complemented by the asymmetry of the plasma density distribution with respect to the rotation direction of the other antenna, so that the plasma density distribution is symmetrical. In addition, the plasma density distribution at the position traversing the powered ends of both antennas 32 and 34 and the plasma density distribution at the position perpendicular to the antenna are similar to each other and are symmetrical with respect to the rotation direction in the chamber 10. Able to know.

상기 도 5의 플라즈마 밀도분포 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 플라즈마 발생장치는 반도체 등 피가공물을 올려 놓기 위한 척을 챔버 내부에 위치시킴에 있어서 종전 유도결합형 플라즈마 발생장치에서 플라즈마가 챔버의 위에서부터 아래로 확산되면서 평활해지는 위치에 배치해야 함으로써 챔버의 높이가 높아지게 되어 결과적으로 챔버의 체적이 커지게 되었고 플라즈마의 잔류시간이 길어지게 되었던 것에 반하여, 본 발명에서는 상기한 확산방식에 의하지 않고 챔버의 비교적 높은 위치에서도 플라즈마의 밀도가 균일하게 분포하므로 챔버의 높이를 작게 할 수 있으며, 이에 따라 챔버의 체적을 최소화 시킬 수 있게 되고 플라즈마의 잔류시간이 짧아지게 되므로 산화막 식각에서 공정상 요구로 하는 고선택비를 확보할 수 있는 여건을 조성할 수 있는 것이며, 기존의 유도결합형 플라즈마 발생장치에서통상 13.56MHz의 고주파전원보다 상대적으로 높은 50MHz~100MHz범위의 고주파 방전을 실시하므로 전자온도도 떨어뜨릴 수 있으므로 고선택비를 확보하기 위한 다른 또하나의 여건도 조성할 수 있게 되는 것이다.As can be seen in the plasma density distribution graph of FIG. 5, in the plasma generating apparatus of the present invention, in the conventional inductively coupled plasma generating apparatus, a plasma is disposed in a chamber in which a chuck for placing a workpiece such as a semiconductor is placed inside the chamber. In the present invention, the chamber height is increased by increasing the height of the chamber, and the volume of the chamber is increased and the plasma residence time is increased. Since the density of plasma is uniformly distributed even at relatively high position of the chamber, the height of the chamber can be reduced. Therefore, the volume of the chamber can be minimized and the plasma residence time is shortened. Conditions to secure selection costs In the inductively coupled plasma generator, a high frequency discharge of 50 MHz to 100 MHz is performed, which is relatively higher than that of a 13.56 MHz high frequency power supply, so that the electronic temperature can be lowered. Another condition is to be created.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 안테나 구조도이고, 도 7은 도 6에 도시된 안테나의 평면도이다.FIG. 6 is an antenna structure diagram of a plasma generating apparatus according to another embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a plan view of the antenna shown in FIG.

상기 도 6 및 도 7에 도시된 병렬 안테나(30)는 3개의 안테나(32,34,36)가 가상원의 중심(C)에서 각 안테나(32,34,36)의 파워드 엔드(P)와 타단의 그라운드 엔드(G)를 상호 120°의 각으로 대칭위치에 오도록 하고, 각 안테나(32,34,36)는 삼중나선형태로 서로 꼬인상태로 형성되며, 각 안테나(32,34,36)의 파워드 엔드(P)는 상부에 위치하고, 각 안테나(32,34,36)의 그라운드 엔드(G)는 하부에 위치하고 있다.6 and 7, the three antennas 32, 34, and 36 have a power end P of each antenna 32, 34, and 36 at the center C of the virtual circle. The ground ends (G) of the other ends are symmetrically positioned at an angle of 120 ° to each other, and the antennas 32, 34, and 36 are twisted with each other in the form of a triple spiral, and each antenna (32, 34, 36). The powered end P of is located at the top, and the ground end G of each antenna 32, 34, 36 is located at the bottom.

본 실시예에서도 상기 안테나(30)를 이루는 각 안테나(32,34,36)는 상호 삼중나선형으로 꼬인형태를 이루어 동일반경에 위치하며, 각 안테나(32,34,36)의 파워드 엔드(P)는 챔버(10)에서 먼쪽 즉, 상대적으로 상부에 위치하고 그라운드 엔드(G)는 챔버(10)에서 가까운쪽 즉, 파워드 엔드(P)에 비하여 상대적으로 하부에 위치하도록 함으로써 파워드 엔드(P) 쪽에 고전압이 인가되어 이온손실에 의한 플라즈마 밀도의 강하가 이루어지는 것을 최소화 한 것이며, 파워드 엔드(P) 쪽의 이온손실에 의한 밀도강하와 파워드 엔드(P)와 그라운드 엔드(G)사이의 끊어진 부분에서의 무유도전기장에 의한 일측 안테나(32)의 플라즈마 밀도강하는 동일반경을 갖고 이중나선형으로 꼬인 다른 안테나(34,36)의 중간부분(34a,36a)-플라즈마 밀도가 파워드 엔드(P)쪽에 비하여 상대적으로 높게 발생되는 부분-이 같은 위치에 중첩되어 플라즈마 밀도를 상호 보완함으로써 회전방향에 대한 플라즈마 밀도분포의 대칭성을 확보할 수 있도록 한 것이다.In this embodiment, each of the antennas 32, 34, and 36 constituting the antenna 30 are twisted in a triple spiral shape and positioned at the same radius, and the powered end P of each of the antennas 32, 34, and 36 is in the same radius. Is located far away from the chamber 10, i.e., relatively high, and the ground end G is located near the chamber 10, i.e., relatively lower than the powered end P. Is applied to minimize the drop in plasma density due to ion loss, and the density drop due to ion loss on the powered end (P) side and no disconnection between the powered end (P) and the ground end (G). The plasma density drop of the antenna 32 on one side due to the induced electric field has the same radius and the middle portion 34a, 36a-plasma density of the other antennas 34, 36 twisted in a double helix is relatively higher than that of the powered end P.To part generated - it is superimposed on the same position to one so as to ensure the symmetry of the plasma density distribution with respect to the rotational direction by a complementary plasma density.

본 발명에 의한 안테나 구조는 상기한 이중나선형 3중 나선형에 한정되는 것은 아니며, 보다 더 낮은 종횡비(aspect ratio)를 실현할 수 있도록 4개의 안테나가 90°로 교차된 4중나선형으로 꼬인 형태와 이보다 더 많은 수의 안테나가 병렬결합되고 중심에 대하여 교차되어 서로 다중으로 꼬인 형태를 이룰 수도 있다.The antenna structure according to the present invention is not limited to the double spiral triple helical described above, and the four antennas are twisted into a quadratic spiral crossed at 90 ° to achieve a lower aspect ratio and more. A large number of antennas may be combined in parallel and crossed about the center to form multiple twists.

도 8은 도 7의 삼중나선형 안테나를 사용한 경우 C-C선 단면상에서의 플라즈말도분포를 나타낸 그래프이다. 도 8의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 일측 안테나(32,34,36중의 하나)의 파워드 엔드(P)와 그라운드 엔드(G)에서 안테나의 중간부분을 가로지른 위치에서의 플라즈마 밀도분포가 대칭을 이루고 있으며, 이와 같은 플라즈마 밀도분포의 대칭은 3개의 안테나가 상호 120°각도로 상호 교차되어 있는 구조를 이루게 되어 안테나의 모든 회전방향에 대하여 거의 동일하게 나타나게 됨을 알 수 있다.FIG. 8 is a graph illustrating a plasma distribution on a cross section taken along the line C-C when the triple spiral antenna of FIG. 7 is used. As can be seen in the graph of FIG. 8, the plasma density distribution at the position across the middle of the antenna at the powered end P and the ground end G of one antenna 32, 34, 36 is symmetrical. The symmetry of the plasma density distribution can be seen that the three antennas cross each other at an angle of 120 ° and appear almost the same in all rotation directions of the antenna.

상기한 도 1 내지 도 8에서 설명된 실시예의 플라즈마 발생장치에서는 하나의 병렬 안테나(30)가 챔버(10)의 상부 외측에 설치된 타입으로서, 챔버(10)의 외곽에 비하여 챔버(10)중심부 쪽의 플라즈마 밀도분포가 낮게 나타나는 점을 감안하여 외측의 병렬 안테나(30)와 같은 구조로 상기 외측 병렬 안테나(30)와 동심원상으로 내측에 병렬 안테나(40)를 설치할 수 있으며, 이에 대한 등가회로는 도 9에 도시되어 있다.In the plasma generator of the embodiment described with reference to FIGS. 1 to 8, one parallel antenna 30 is installed outside the upper portion of the chamber 10, and the center portion of the chamber 10 is closer to the outer portion of the chamber 10. In consideration of the low plasma density distribution of the parallel antenna 30 in the same structure as the outer parallel antenna 30, the parallel antenna 40 can be installed on the inner side concentrically with the outer parallel antenna 30. 9 is shown.

상기한 도 9의 실시예에서는 외측의 병렬안테나(30)와 내측의 병렬안테나 (40)가 구비되어 있어 챔버의 전구역에 걸쳐 플라즈마 밀도분포의 회전대칭이 이루어짐과 동시에 챔버의 외곽과 중심부에서의 플라즈마 밀도분포를 균일하게 형성할 수 있는 것이며, 이러한 실시예의 플라즈마 발생장치에서는 외측의 병렬 안테나(30)에 인가되는 전류와 내측의 병렬 안테나(40)에 인가되는 전류를 비슷하게 맞춰 줄 수 있는 수단을 더 구비할 수 있으며, 안테나의 임피던스조정을 위하여내측의 병렬안테나의 교차수와 외측 병렬안테나의 교차수를 상호 다르게 예를 들면 외측의 병렬 안테나는 3개의 안테나가 3중으로 교차된 형태를 이루고, 내측의 병렬 안테나는 2개의 안테나가 2중으로 교차된 형태의 것으로 할 수 있다.In the above-described embodiment of FIG. 9, the outer parallel antenna 30 and the inner parallel antenna 40 are provided so that the rotational symmetry of the plasma density distribution is achieved throughout the entire region of the chamber, and at the same time, the plasma at the outer and center of the chamber is The density distribution can be formed uniformly, and in the plasma generating apparatus of this embodiment, a means for matching the current applied to the parallel antenna 30 on the outside with the current applied to the parallel antenna 40 on the inside is further provided. In order to adjust the impedance of the antenna, the number of crossings of the inner parallel antennas and the number of crossings of the outer parallel antennas are different from each other. For example, in the outer parallel antennas, three antennas cross each other in a triple form. The parallel antenna may be of a form in which two antennas are crossed in two.

상술한 본 발명의 플라즈마 발생장치는 상대적으로 고밀도의 플라즈마발생이 가능한 유도결합형 플라즈마 발생장치에서 챔버의 체적이 크고 전자온도가 높아 고선택비를 확보할 수 없었던 문제점을 해소할 수 있도록 고선택비를 확보할 수 있는 조건, 즉 낮은 전자온도와 챔버체적의 최소화를 위하여 고주파방전이 가능하고 임피던스가 낮은 병렬 안테나를 사용하되, 챔버내에서 플라즈마 밀도분포가 회전대칭을 이루도록 플라즈마 발생이 대칭을 이루도록 꼬인형태로 제작함으로써 고선택비를 확보할 수 있게 된다.The plasma generating apparatus of the present invention described above has a high selectivity ratio to solve the problem that the high volume ratio of the chamber is large and the electron temperature is high in the inductively coupled plasma generating apparatus capable of relatively high density plasma generation. In order to ensure low electron temperature and chamber volume, high frequency discharge is possible and low impedance parallel antenna is used, but the plasma generation is twisted symmetrically so that the plasma density distribution is rotationally symmetric in the chamber. By manufacturing in the form, it is possible to secure a high selection ratio.

본 발명의 플라즈마 발생장치에서 플라즈마가 챔버 내부에서 잔류되는 시간을 짧게 하기 위하여 챔버 체적을 최소화 하여야 하는데, 기존의 유도결합형 플라즈마 발생장치에서는 확산방식에 의한 플라즈마의 균일도 조절에 의존하였으므로 체적이 상대적으로 커져야 했었으나, 본 발명은 플라즈마의 밀도분포가 꼬인 형태의 대칭형 병렬 안테나 구조에 의해 회전방향에 대하여 대칭을 이루어 확산방식이 아니더라도 요구로 하는 낮은 종횡비를 실현할 수 있고, 외측 병렬안테나와 내측 병렬 안테나가 설치되어 피가공물이 놓여지는 위치에서 챔버의 외곽과 챔버의 중심부가 균일한 플라즈마 분포를 이루게 되므로 피가공물이 놓여지는 위치를 높게 하더라도 즉, 챔버의 상,하거리를 단축시킬 수 있으므로 챔버의 체적을 최소화 시킬수 있으며, 안테나가 병렬접속되어 있으므로 임피던스가 낮고 고주파방전이 가능하므로 전자온도를 낮출 수 있어 반도체의 산화막 식각에서 요구로 하는 고선택비를 얻을 수 있는 것이다.In the plasma generating apparatus of the present invention, the chamber volume should be minimized in order to shorten the time that the plasma remains in the chamber. In the conventional inductively coupled plasma generating apparatus, the volume depends on the uniformity control of the plasma by the diffusion method. Although the present invention had to be large, the present invention achieves a low aspect ratio even if the diffusion method is not symmetrical by the symmetrical parallel antenna structure in which the density distribution of the plasma is twisted. Since the outer periphery of the chamber and the center of the chamber form a uniform plasma distribution at the position where the workpiece is placed, even if the position of the workpiece is placed high, that is, the upper and lower distances of the chamber can be shortened, thereby minimizing the volume of the chamber. And antenna It is connected in parallel, so it is low-impedance high-frequency discharge it possible to lower the electron temperature will be obtained in a high selectivity to a request from the oxide etch of a semiconductor.

도 10은 본 발명의 또다른 실시예에 의한 안테나의 구조도이고, 도 11은 도 10에 도시된 안테나의 설치상태 단면도이다.10 is a structural diagram of an antenna according to another embodiment of the present invention, Figure 11 is a cross-sectional view of the installation state of the antenna shown in FIG.

상기 도 10에 도시된 안테나는 짧은 관형태의 보빈(31)에 2개의 안테나 (32,34)가 감겨진 구조를 이루고 있는데, 병렬결합된 2개의 안테나(32,34)는 보빈(31)의 중심(C)에서 각 안테나(32,34)의 파워드 엔드(P)와 타단의 그라운드 엔드(G)가 상호 대칭위치에 오고, 각 안테나(32,34)는 이중나선형태로 서로 꼬인 상태로 감겨 있으며, 각 안테나(32,34)의 파워드 엔드(P)는 보빈(31)의 외측에 위치하고, 각 안테나(32,34)의 그라운드 엔드(G)는 보빈(31)의 내측에 오도록 하여 파워드 엔드(P) 쪽에 고전압이 인가되어 이온손실에 의한 플라즈마 밀도의 강하가 이루어지는 것을 최소화 한 것이며, 파워드 엔드(P) 쪽의 이온손실에 의한 밀도강하와 파워드 엔드(P)와 그라운드 엔드(G)사이의 끊어진 부분에서의 무유도전기장에 의한 일측 안테나(32)의 플라즈마 밀도강하는 동일반경을 갖고 이중나선형으로 꼬인 다른 안테나(34,36)의 중간부분(34a,36a)-플라즈마 밀도가 파워드 엔드(P)쪽에 비하여 상대적으로 높게 발생되는 부분-이 같은 위치에 중첩되어 플라즈마 밀도를 상호 보완함으로써 회전방향에 대한 플라즈마 밀도분포의 대칭성을 확보할 수 있도록 한 것이다.The antenna shown in FIG. 10 has a structure in which two antennas 32 and 34 are wound around a short tubular bobbin 31, and two antennas 32 and 34 coupled in parallel are formed of the bobbin 31. At the center C, the powered end P of each antenna 32 and 34 and the ground end G of the other end are in a symmetrical position, and each antenna 32 and 34 is wound in a twisted state in a double spiral form. The powered end P of each of the antennas 32 and 34 is located outside the bobbin 31, and the ground end G of each of the antennas 32 and 34 is located inside the bobbin 31. The high voltage is applied to the (P) side to minimize the drop of the plasma density due to the ion loss, and the density drop caused by the ion loss on the powered end (P) side and between the powered end (P) and the ground end (G). The plasma density drop of one antenna 32 due to the induction-free electric field at the broken portion is the same radius. The intermediate portions 34a and 36a of the other antennas 34 and 36 twisted in a high double-helical shape-the portions where the plasma density is generated relatively higher than the powered end P side-overlap in the same position to complement each other. It is to ensure the symmetry of the plasma density distribution with respect to the rotation direction.

상기 도 10에 도시된 안테나(30)는 본 명세서의 도 2 및 도 3에 도시된 안테나와 동일한 기능을 발휘할 수 있도록 단순히 형태를 변경하여 도 11에 도시한 바와 같은 실린더형태로 이루어진 유도결합형 플라즈마 발생장치에 사용할 수 있도록 한 것으로, 이의 작용에 대하여는 본 발명의 첫번째 실시예에서 구체적으로 언급하였으므로 반복되는 설명은 생략한다.The antenna 30 shown in FIG. 10 is simply changed in shape so as to exhibit the same function as the antenna shown in FIGS. 2 and 3 of the present specification. It is to be used in the generator, its operation is specifically mentioned in the first embodiment of the present invention, so repeated description is omitted.

도 12는 본 발명의 또다른 실시예에 의한 안테나의 구조도이고, 도 13은 도 12에 도시된 안테나의 설치상태 단면도로서, 본 실시예에서는 돔형태의 유도결합형 플라즈마 발생장치에 돔 위에 설치하기 적합하도록 형성한 원추형 보빈(31)에 안테나(32,34)를 권취시킨 것이며, 이의 작용 및 효과는 본 발명의 첫번째 실시예와 동일하다.12 is a structural diagram of an antenna according to another embodiment of the present invention, Figure 13 is a cross-sectional view of the installation state of the antenna shown in Figure 12, in this embodiment to install on the dome in the dome-shaped inductively coupled plasma generator The antennas 32 and 34 are wound around the conical bobbin 31 formed to be suitable, and its operation and effect are the same as in the first embodiment of the present invention.

도 14는 본 발명의 또다른 실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 단면도로서, 본 실시예에서는 안테나(30)가 챔버(10)의 측부에 설치된 타입의 플라즈마 발생장치에서 본 발명의 안테나-도 10에 도시된 안테나-를 설치한 예를 보여주고 있으며, 이의 작용도 도 10 및 도 11의 설명에서와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.FIG. 14 is a cross-sectional view of a plasma generating apparatus according to another embodiment of the present invention. In this embodiment, the antenna 30 of the present invention is shown in FIG. An example of installing the illustrated antenna is shown, and its operation is the same as in the description of FIGS. 10 and 11, and thus, a detailed description thereof will be omitted.

또한, 본 발명에서 상기 도 10내지 도 14에서 표현된 안테나는 2개의 안테나가 병렬결합된 형태를 도시하였으나, 본 발명은 여기에 한정되지 않고 3개 또는 그 이상의 안테나를 대칭형태로 배치하여 사용함으로써 유도되는 플라즈마의 밀도분포가 회전방향에 대하여 높은 대칭성을 갖도록 할 수 있다.In addition, in the present invention, the antenna shown in FIGS. 10 to 14 shows a form in which two antennas are coupled in parallel, but the present invention is not limited thereto, and by using three or more antennas arranged in a symmetrical form. The density distribution of the induced plasma may have high symmetry with respect to the rotation direction.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나 구조를 개선하여 반도체 산화막 식각에 적합하도록 전자온도는 낮고 챔버의 체적을 작게 함으로써 고선택비(high selectivity)를 확보할 수 있고, 플라즈마의 밀도분포가 회전대칭을 이루도록 함으로써 대구경 반도체를 정밀하게 가공할 수 있는 유용한 효과를 갖는다.As described above, the present invention improves the antenna structure of the inductively coupled plasma generator so that the electron temperature is low and the volume of the chamber is reduced so as to be suitable for etching the semiconductor oxide film, thereby ensuring high selectivity. By having the density distribution achieve rotational symmetry, it has a useful effect of precisely processing a large diameter semiconductor.

Claims (4)

반응가스를 공급하기 위한 가스주입구와 내부를 진공으로 유지하고 반응이 끝나면 반응가스를 배출하기 위한 진공펌프 및 가스배출구가 구비되는 챔버와, 이 챔버 내부에 피가공물을 올려놓기 위한 척과, 상기 챔버의 상부 또는 측부에 고주파전원이 인가되는 안테나를 구비한 유도결합형 플라즈마 발생장치에 있어서,A chamber having a gas inlet for supplying a reaction gas and a vacuum inside the chamber and having a vacuum pump and a gas outlet for discharging the reaction gas when the reaction is completed; a chuck for placing a work in the chamber; In the inductively coupled plasma generator having an antenna to which a high frequency power is applied to the upper part or the side part, 상기 안테나(30)는 낮은 전자온도를 확보할 수 있도록 고주파 방전이 가능하고 임피던스가 낮은 병렬 안테나를 사용하되, 각 안테나(32,34)는 플라즈마 밀도분포가 회전방향에 대한 대칭성을 확보할 수 있도록 안테나(32,34)가 형성하는 가상원의 중심에서 각 안테나의 파워드 엔드(P)와 타단의 그라운드 엔드(G)를 상호 대칭 위치에 오도록 하고, 각 안테나(32,34)는 나선형태로 서로 꼬인 상태로 형성되며, 각 안테나의 파워드 엔드(P)는 챔버(10)에서 먼 위치의 오고 각 안테나의 그라운드 엔드(G)는 챔버(10)에서 가까운 위치에 오도록 하여 파워드 엔드 쪽의 이온손실에 의한 플라즈마 밀도저하를 상호 보완할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 낮은 종횡비를 갖는 유도결합형 플라즈마 발생장치.The antenna 30 is capable of high frequency discharge to ensure a low electron temperature, and uses a low impedance parallel antenna, each antenna 32, 34 so that the plasma density distribution can ensure the symmetry of the rotation direction At the center of the virtual circle formed by the antennas 32 and 34, the power end P of each antenna and the ground end G of the other end are placed in symmetrical positions, and the antennas 32 and 34 are spirally aligned with each other. It is formed in a twisted state, and the power end P of each antenna is located far from the chamber 10, and the ground end G of each antenna is located close to the chamber 10, so as to prevent ion loss on the power end side. Inductively coupled plasma generator having a low aspect ratio, characterized in that to compensate for the decrease in plasma density. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 병렬 안테나(30)는 3개 이상의 안테나가 그 중심에 대하여 대칭교차되고 상호 나선형으로 꼬인 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 낮은 종횡비를 갖는 유도결합형 플라즈마 발생장치.The parallel antenna (30) is an inductively coupled plasma generator having a low aspect ratio, characterized in that three or more antennas are symmetrically crossed with respect to the center thereof and are twisted mutually. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 병렬 안테나(30)와 병렬결합되고 상기 병렬 안테나(30)와 같은 대칭형의 꼬인 구조로 이루어져 챔버(10)상부 내측에 설치되는 병렬 안테나(40)가 더 구비됨을 특징으로 하는 낮은 종횡비를 갖는 유도결합형 플라즈마 발생장치.Induction with a low aspect ratio, characterized in that the parallel antenna 30 is coupled in parallel with the parallel antenna 30 and the symmetrical twisted structure is installed in the upper portion of the chamber 10 is installed inside the chamber 10 is further provided. Combined plasma generator. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 안테나(32,34)는 꼬인형태를 유지할 수 있도록 보빈(31)에 감겨져 설치되는 것을 특징으로 하는 낮은 종횡비를 갖는 유도결합형 플라즈마 발생장치.The antenna (32, 34) is inductively coupled plasma generator having a low aspect ratio, characterized in that the bobbin (31) is wound around the installation to maintain the twisted form.
KR10-2001-0044138A 2001-04-26 2001-07-23 Device for Generating Inductively Coupled Plasma with Lower Aspect Ratio KR100404723B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020010022679 2001-04-26
KR20010022679 2001-04-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20020083097A KR20020083097A (en) 2002-11-01
KR100404723B1 true KR100404723B1 (en) 2003-11-07

Family

ID=27702703

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2001-0044138A KR100404723B1 (en) 2001-04-26 2001-07-23 Device for Generating Inductively Coupled Plasma with Lower Aspect Ratio

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100404723B1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100464808B1 (en) * 2001-08-28 2005-01-05 최대규 Multi inductively coupled plasma inductor
JP4657620B2 (en) * 2004-04-13 2011-03-23 株式会社日立ハイテクノロジーズ Plasma processing equipment
KR100677847B1 (en) * 2005-01-20 2007-02-02 (주)엠프로 Concrete Prestressing device and Strengthening method using thereof

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11200057A (en) * 1998-01-21 1999-07-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Induction coupling type process plasma apparatus
KR19990070927A (en) * 1998-02-26 1999-09-15 윤종용 Flat Antenna Structure of High Density Low Voltage Plasma Etcher
JPH11317299A (en) * 1998-02-17 1999-11-16 Toshiba Corp High frequency discharge method, its device, and high frequency processing device
KR100338057B1 (en) * 1999-08-26 2002-05-24 황 철 주 Antenna device for generating inductively coupled plasma
KR20020064806A (en) * 2001-02-03 2002-08-10 가부시키가이샤 아루박 Inductively coupled rf plasma source
US6463875B1 (en) * 1998-06-30 2002-10-15 Lam Research Corporation Multiple coil antenna for inductively-coupled plasma generation systems

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11200057A (en) * 1998-01-21 1999-07-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Induction coupling type process plasma apparatus
JPH11317299A (en) * 1998-02-17 1999-11-16 Toshiba Corp High frequency discharge method, its device, and high frequency processing device
KR19990070927A (en) * 1998-02-26 1999-09-15 윤종용 Flat Antenna Structure of High Density Low Voltage Plasma Etcher
US6463875B1 (en) * 1998-06-30 2002-10-15 Lam Research Corporation Multiple coil antenna for inductively-coupled plasma generation systems
KR100338057B1 (en) * 1999-08-26 2002-05-24 황 철 주 Antenna device for generating inductively coupled plasma
KR20020064806A (en) * 2001-02-03 2002-08-10 가부시키가이샤 아루박 Inductively coupled rf plasma source

Also Published As

Publication number Publication date
KR20020083097A (en) 2002-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR200253559Y1 (en) Antenna Structure of Inductively Coupled Plasma Generating Device
US6288493B1 (en) Antenna device for generating inductively coupled plasma
JP4869059B2 (en) Antenna, plasma processing apparatus, and substrate processing method
KR101406676B1 (en) Inductively coupled plasma processing apparatus
US20100101727A1 (en) Capacitively coupled remote plasma source with large operating pressure range
US7088047B2 (en) Inductively coupled plasma generator having low aspect ratio
KR20020068346A (en) Method and apparatus for producing uniform process rates
US7153387B1 (en) Plasma processing apparatus and method of plasma processing
JP2004537830A (en) Method and apparatus for achieving uniform process speed
JP2012018921A (en) Plasma generating apparatus
JP2004506339A (en) Externally excited toroidal plasma source
US20030057845A1 (en) Plasma processing apparatus
JP3814176B2 (en) Plasma processing equipment
KR100864111B1 (en) Inductively coupled plasma reactor
KR100488363B1 (en) Antenna Structure of Inductively Coupled Plasma Generating Device
KR100404723B1 (en) Device for Generating Inductively Coupled Plasma with Lower Aspect Ratio
KR100391063B1 (en) Device and Method for Generating Capacitively Coupled Plasma Enhanced Inductively Coupled Plasma
TWI787239B (en) Method and apparatus for etching organic materials
KR20050049169A (en) System for generating inductively coupled plasma and antenna coil structure for generating inductive electric field
KR100753869B1 (en) Compound plasma reactor
KR100488362B1 (en) Low-Frequency Type Inductively Coupled Plasma Generating Device
KR100777841B1 (en) Inductive coupled plasma reactor with improved vertical etching efficiency
KR100364636B1 (en) Device for Generating Inductively Coupled Plasma which Power Supplied by Mutual Induction
TW202238663A (en) Plasma treatment device and plasma treatment method
KR20040069746A (en) Antenna having multiple central axix and inductively coupled plasma generating apparatus applying the same

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121024

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131022

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141017

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151021

Year of fee payment: 13

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161011

Year of fee payment: 14

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171018

Year of fee payment: 15

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191017

Year of fee payment: 17