KR100444189B1 - 유도결합 플라즈마 소스의 임피던스 정합 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체소자의 제조에 있어서, 플라즈마를 생성하기 위하여 챔버 내에 장치되는 유도결합 플라즈마 발생소스의 임피던스 정합회로에 관한 것으로, 보다 균일한 밀도분포를 가지는 플라즈마의 생성과, 불필요한 스퍼터링 현상의 억제를 위하여, 1차측 권선과, 상기 1차측 권선에 주파수전압을 공급하는 RF 전원을 포함하는 1차 네트워크와; 상기 1차측 권선에 인가된 전압을 저압으로 변환하여 출력하는 접지된 2 차측 권선과, 상기 2차측 권선의 양 끝단과 일단이 각각 연결되는 서로 대응하는 다수의 리액턴스 소자와, 상기 다수의 리액턴스 소자의 각 타단과 연결된 부하를 포함하는 2차 네트워크로 이루어지는 유도결합 플라즈마 발생소스의 임피던스 정합회로를 제공하여 보다 개선된 반도체 제조공정을 가능하게 한다.

Description

유도결합 플라즈마 소스의 임피던스 정합 회로 {Impedance matching circuit for inductive coupled plasma source}

본 발명은 플라즈마 발생 소스에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 유도 결합 방식으로 플라즈마를 발생시키는 유도결합 플라즈마(Inductive Coupled Plasma) 발생소스의 임피던스 정합 회로에 관한 것이다.

플라즈마를 이용한 증착(deposition) 및 식각(etching) 기술은 반도체 제조 등의 미세 가공 분야에 적용되어 급속히 발전하였다. 특히 최근에 들어 반도체 산업에서 반도체 소자의 미세화, 대면적화가 급속도로 진행됨에 따라 플라즈마 프로세서에 대한 요구가 점점 더 커지고 있으며, 이에 따라 저 압력에서 보다 넓은 면적의 균등한 밀도분포를 가지는 고 효율 플라즈마를 생성하기 위한 연구가 진행되고 있다.

이러한 플라즈마를 생성하는 방법은 다양하나, 이 중 고주파 전원인 RF(Radio Frequency: 이하 RF라 한다.)전원을 이용한 유도결합 플라즈마(Inductive Coupled Plasma : 이하 ICP라 한다.)발생 방법에 대하여 설명하면, 이는 고주파 전압원인 RF전원을 사용하여 방전 가스 내에 시간에 따라 변화하는 전기장을 생성하고, 이를 통하여 가스를 여기시켜 플라즈마를 생성·유지하는 방법이다.

이러한 RF전압을 이용한 ICP 방법은 지금까지 널리 사용되어 왔던 용량결합형 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma: CCP)발생방법에 비하여 동작압력이 비교적 낮은 반면 높은 밀도의 플라즈마의 생성이 가능하고, 이를 구성하기 위한 장치적 구조에 제약이 작은 이점과 더불어, 처리대상물의 바로 위에서 플라즈마가 생성되므로 플라즈마를 직접 반응에 사용할 수 있는 장점을 가지고 있어 각광받고 있다.

이러한 RF 고주파 전압을 이용한 ICP 생성 방법을 첨부된 도면을 통하여 좀더 상세히 설명하면, 도 1은 일반적인 ICP 발생소스(source)의 임피던스 회로(1)를 개략적으로 도시한 도면으로, 전자기장을 발생하는 부하(2)와, 상기 부하(2)에 고 주파수 전력을 공급하는 RF전원(4)을 포함하여 구성된다.

이 때 전술한 RF전원(4)에서 공급되는 전력을 부하(2)에 최대로 전달하기 위하여 다수의 매칭(matching)소자가 포함되는데, 이러한 매칭소자로는 코일형태의 인덕턴스 또는 축전기 형태의 캐패시터나, 이들의 조합으로 이루어지는 다수의 리액턴스(reactance)소자(6, 8)가 사용될 수 있으며, 또한 부하(2)로는 전기장을 집중하기 위하여 전도성 물질로 이루어진 코일(coil)이 사용된다.

이와 같이 다수의 소자들로 이루어지는 일반적인 ICP 발생소스의 임피던스 정합회로(1)는 L자형이나 T형 또는 π형태를 가질 수 있다.

전술한 임피던스 정합회로로 이루어지는 ICP 발생소스는 반도체 제조를 위한 다양한 공정에서 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생소스로 사용되는데, 그 한 예로 ICP발생소스가 장치되어, 여기서 생성된 플라즈마를 통하여 웨이퍼 상에 증착 된 박막을 식각(etching)하여 패터닝하는 플라즈마 식각 장치를 예를 들어 설명한다.

일반적인 플라즈마 식각 장치는 도 2에 도시한 바와 같이 대상물의 직접적인 처리가 이루어지는 밀폐형 용기인 챔버(10)와, 챔버(10) 내에서 진행되는 공정에 필요한 기체물질을 저장하고 이를 공급하는 기체 공급부(18) 등으로 이루어진다.

이때 챔버 내에는 세라믹, SiC 또는 쿼츠(quartz) 등의 재질로 이루어지는 절연판(22)이 설치되어, 챔버(10)의 내부를 각각 플라즈마 발생 소스영역인 제 1영역(12)과, 플라즈마 발생 바이어스 영역인 제 2 영역(14)으로 구분하는데, 이러한 제 1 영역(12)에는 ICP 발생 소스 임피던스 회로(1)의 RF전원(4)에서 공급된 전력으로 전기장을 형성하는 부하(2)가 위치하며, 제 2 영역(14)에는 웨이퍼의 장착을 위한 웨이퍼 테이블(24)이 위치하게 된다.

특히 상기 웨이퍼 테이블(24) 내에는 통상 플라즈마 이온의 임팩트(impact) 에너지를 조절하기 위한 바이어스(bias) 전극(26)이 위치하는데, 이러한 바이어스 전극(26)은 일반적으로 전술한 플라즈마 발생 소스 임피던스 회로의 전원인 RF 전원(4)과 다른, 독립한 RF전원인 RF 공급원(30) 및 다수의 매칭소자로 이루어지는 임피던스 정합장치(28)를 가지고 있다.

이러한 구성을 가지는 챔버(10)에서 이루어지는 웨이퍼(27)의 처리공정을 살펴보면, 먼저 전술한 기체 물질 공급부(18)를 통하여 챔버(10) 내로 기체물질, 일례로 Ar, He과 같은 불활성기체나 N2 , H2 등의 기체물질이 주입되고, 이와 동시에 제 1 영역(12)에 위치하는 플라즈마 소스의 부하(2)에는, RF전원(4)과 리액턴스 소자(6, 8)를 통하여 임피던스가 정합된 고주파 전압이 인가되어 챔버(16)내에 자기장을 형성하게 된다. 이러한 전기장은 절연체 판(22)을 통하여 챔버의 제 2 영역(14)으로 전파되어 전기장을 유도하고, 이러한 유도 전기장은 챔버(10)내에 유입된 기체 물질을 플라즈마 상태로 여기하게 된다. 이후 제 2 영역(14)에서는 이러한 플라즈마로 대상물인 웨이퍼(27)의 식각 공정이 진행된다.

그러나 전술한 구성을 가지는 임피던스 회로(1)로 이루어지는 ICP 발생 소스를 사용하여 챔버 내에 플라즈마를 생성하고, 상기 생성된 플라즈마로 웨이퍼의 식각을 진행하는 일반적인 ICP 식각 공정은 몇 가지 문제점을 가지고 있는데, 이는 먼저 플라즈마 발생소스의 부하(2 : 도 1 참조)로 나선 형태의 도전성 물질이 사용되므로, 이에 의하여 유도된 전기장은 코일의 중심방향에 밀집되어 이를 통해 생성된 플라즈마의 밀도분포 또한 중심에 집중된다. 이러한 불균일한 밀도분포를 가지는 플라즈마는 결국 웨이퍼 상의 증착박막을 불균일하게 식각하게 되므로 소자의 신뢰성을 저하시키는 문제점을 가지고 있다.

또한 이러한 일반적인 ICP 소스의 부하(2)에 인가되는 전압은 절연체 판(22)과 생성된 플라즈마 사이의 전압, 즉 플라즈마가 가지는 표피전압(Sheath Voltage) 보다 크게되어 전술한 절연체 판(22)에 스퍼터링 현상이 일어나게 된다.

즉, 플라즈마 발생소스의 RF전원(4)을 통하여 인가된 고 주파수 전력에 의하여 부하(2)는 시간에 따라 그 방향이 변화하는 전기장을 유도하게 되고, 이러한 유도된 전기장에 의해서 챔버(10)내에 유입된 기체는 플라즈마 입자로 여기되어 고속운동을 하는데, 이러한 유도 전기장의 전압은 통상 플라즈마가 가지는 표피전압 보다 크기 때문에 플라즈마 입자는 절연판(22) 방향으로 가속되어 빠른 속도를 가지고 충돌하여 그 내부로 침투되고, 이러한 침투입자는 절연체 판(22)의 인접분자와 연쇄 충돌하여 절연체 분자를 튕겨내는 스퍼터링(sputtering) 현상을 발생시키게 된다.

이러한, 튕겨진 절연체 물질은 챔버내에서 파티클(particle)로 작용하여 반응 환경을 오염시키게 되고 이는 결국 처리대상물의 순도와 공정에 심각한 영향을 주게 되는 바, 이에 의하여 소자의 신뢰성 저하와 불량의 발생률이 높아지는 문제점을 가지게 된다.

전술한 ICP 발생 소스에 의한 문제점, 즉 불균일한 전기장에 의한 불균일 밀도분포를 가지는 플라즈마의 생성 및 생성된 플라즈마에 의한 원하지 않는 스퍼터링 등은 이상에서 예를 들어 설명한 플라즈마 식각 공정 이외에 이러한 ICP 플라즈마 발생소스를 포함하는 모든 챔버형 장치, 즉 플라즈마 화학기상증착(PECVD)공정 또는 금속이나 고분자의 표면처리 등의 공정에서도 동일하게 발생하는 바, 이로 인하여 ICP 발생소스의 사용에 많은 제약을 가져오게 된다. 특히 대상물을 플라즈마로 식각하는 건식식각(dry etching)장비에 있어서 전술한 일반적인 ICP 발생 소스의 문제점은 PECVD공정 보다 크며 소자 불량에 대한 위험률 역시 PECVD 보다 심각한 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 보다 균일한 밀도분포를 가지는 플라즈마를 발생시킴과 동시에, 플라즈마 발생소스를 포함하는 반응장치에서 발생하는 원하지 않는 스퍼터링 현상을 억제하여 보다 개선된 플라즈마 발생 소스를 구현하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 일반적인 유도 결합형 플라즈마 소스의 임피던스 회로를 개략적으로 도시한 회로도

도 2는 일반적인 챔버형 장치와, 이에 설치되는 플라즈마 발생 소스를 개략적으로 도시한 도면

도 3은 본 발명에 따른 유도 결합형 플라즈마 소스의 임피던스 회로를 개략적으로 도시한 도면

도 4 내지 도 7은 각각 본 발명에 따른 유도 결합형 플라즈마 소스의 변형된 실시예를 도시한 도면

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

50 : 임피던스 정합 회로 52 : 절연변압기

54 : 1차측 권선 55 : 2차측 권선

56 : 1차 네트워크 58 : 2차 네트워크

60 : RF전원 62 , 64, 66, 68 : 리액턴스 소자

72 : 접지단 70 : 부하

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 1차측 권선과, 상기 1차측 권선에 주파수전압을 공급하는 RF전원을 가지는 1차 네트워크와; 상기 1차 네트워크의 1차측 권선에 인가된 전압을 2차측 권선에서 저압으로 변환하여 출력하고, 접지된 2차측 권선과, 상기 2차측권선의 양끝단과 일단이 각각 연결된 제 1, 2 리액턴스소자와, 상기 제 1, 2 리액턴스소자의 각 타단과 연결된 부하를 가지고 있으며, 상기 제 1, 2 리액턴스의 타단으로 출력되는 전압의 위상차가 서로 다르도록 조절되어 있는 2차 네트워크를 포함하는 ICP 발생소스 임피던스 정합회로를 제공한다.

이때 상기 RF전원은 100kHz에서 300MHz의 영역의 주파수에 해당하는 RF전압을 공급하는 것을 특징으로 하며, 상기 RF전원과 상기 1차측 권선 사이에는 상기 RF전원으로부터의 RF전압을 조절할 수 있는 전압조절수단을 더욱 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

이때 상기 전압조절수단은 상기 RF전원과 병렬연결된 제 3 리액턴스와, 직렬로 연결된 제 4 리액턴스를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 제 1, 2 리액턴스는 위상을 조절하는 위상캐패시터인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 부하는 나선형상으로 상기 제 1, 2 리액턴스의 각 타단은 나선형상의 양 끝단에 연결된 플라즈마발생소스용 임피던스 정합회로를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 부하는 상기 제 1, 2 리액턴스와 연결되는 제 1, 2 연결점에서 적어도 3 라인으로 분리되어 있고, 상기 제 1, 2 연결점에서 분리된 각 라인은 서로 연결되어 있는 플라즈마발생소스용 임피던스 정합회로를 제공하는데 이때 상기 부하의 3 라인은 나선형상으로 감겨진 것을 특징으로 한다.

또한 상기 부하는 상기 2차측 권선과 제 1, 2 리액턴스 사이에서 각각 분기되고 끝단이 서로 원형형상으로 연결하는 제 1, 2 배선을 포함하고 있으며, 상기 제 1, 2 리액턴스의 타단과 연결된 배선은 상기 제 1, 2 배선의 원형형상의 외부에서 원형형상을 가지고 있는 플라즈마발생소스용 임피던스 정합회로를 제공하는데 이때 상기 제 1, 2 배선의 끝단은 복수개로 연결되는 것을 특징으로 한다.

특히 본 발명은 상기 제 1, 2 리액턴스는 각각 병렬로 연결된 복수개의 서브리액턴스로 구성되어 있으며, 상기 부하는 제 1, 2 리액턴스의 각 서브리액턴스의 각 끝단과 연결선으로 구성되는 플라즈마발생소스용 임피던스 정합회로를 제공하는데, 이때 상기 제 1, 2 리액턴스의 각 서브리액턴스는 4개인 것을 특징으로 하며 상기 각 서브리액턴스에 연결된 연결선은 각각 동심을 가진 원형형상인 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 올바른 실시예를 도면을 통하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 ICP 발생소스의 임피던스 정합 회로(50)를 개략적으로 도시한 회로도로서, 본 발명에 따른 임피던스 정합회로(50)는 그 내에 대칭형절연 변압기(52)를 구비하고 있어, 상기 절연변압기의 1차측 권선(54)이 포함되는 1차 네트워크(56)와, 2 차측 권선(55)이 포함되는 2차 네트워크(58)로 구분되는 것을 특징으로 한다.

이때 상기 1차 네트워크(56)는 대칭형 절연변압기의 1 차측 권선(54)과, 이러한 1차측 권선(54)에 RF주파수 전압을 공급하는 RF전원(60)과, 이러한 RF전원(60)과 절연변압기(52)의 사이에 위치하며, 임피던스를 정합하는 다수의 리액턴스 소자(62, 64)로 이루어진다.

이러한 1차 네트워크는 바람직하게는 전류의 흐름을 위해 소정의 위치가 접지되며, 상기 RF전원(60)으로 바람직하게는 고주파(HF)에서 초고주파(VHF)영역 즉, 100kHz에서 300MHz의 영역 중 선택된 주파수 영역을 출력하는 RF전원(60)이 사용되고, 다수의 리액턴스 소자(62, 64)로는 코일형태의 인덕턴스 또는 축전기 형태의 캐패시터나, 이들의 조합으로 이루어져 임피던스를 정합 할 수 있는 매칭소자가 사용되는데, 그 한 예로 RF 전원(60)과 병렬 연결된 리액턴스 소자(62) 및 직렬 연결된 리액턴스 소자(64)로 구성될 수 있다.

또한 본 발명에 따른 ICP 발생 소스의 2 차 네트워크(58)는 절연변압기의 2 차측 권선(55)과, 상기 2차측 권선(55)으로부터 전압이 인가되는 부하(70)가 위치하는데, 이러한 2 차측 권선(55)과 부하 사이에는, 부하(70)를 중심에 두고 서로 대응되도록 직렬 연결된 다수의 리액턴스 소자(66, 68)가 포함되된다.

이때 특히 본 발명에 따른 2차 네트워크(58)에 포함되는 절연변압기(52)의 2차측 권선부(55) 중간에는 접지단(72)이 위치하며, 전술한 다수의 대응하는 리액턴스 소자(66, 68)로는 캐패시터가 사용될 수 있는데, 이러한 리액턴스 소자는 여기에 인가된 RF 주파수 전력의 위상 및 전류의 양을 조절하는 가변성소자인 것을 특징으로 한다. 상기 리액턴스 소자는 부하의 양단으로 서로 대응되도록 쌍을 이루어 다수개가 배열되는 것이 가능한데 설명의 편의를 위하여 도면에 도시한 바와 같이, 부하(70)의 양단에 서로 대응하는 한 쌍의 리액턴스 소자인 제 1 및 제 2 리액턴스 소자(66, 68)가 위치하는 것을 예를 들어 설명한다.

이러한 구성을 가지는 본 발명에 따른 ICP 발생소스(50)는 먼저 RF 전원(60)으로부터 출력된 주파수 전압이 1 차 네트워크(56)에 위치하는 제3 리액턴스 소자(62)와 제 4 리액턴스 소자(64)에 의하여 임피던스가 정합되어 대칭형 절연 변압기(52)의 1차측 권선(54)에 도달하게 된다. 이 후 RF 전압은 변압되어 2차측 권선(55)으로 인가되는데, 대칭형 절연 변압기의 변압관계는 1차측 권선에 코일이 감긴 횟수를 N1, 2차측 권선에 코일이 감긴 횟수를 N2 라 하고, 1차측 권선에 인가되는 전압의 크기를 V1라 하면, 2차측 권선을 통하여 출력되는 전압의 크기인 V2는 V1/V2=N1/N2의 관계를 가지는 바, 이와 같은 관계를 가진 변수들에 의하여 2차측 권선에서 출력되는 전압이 결정된다.

이때 특히 본 발명에서는 2 차측 권선(55)에 코일이 감긴 횟수인 N2 를 N1 보다 작게 하여, 2 차측 권선(55)에서 출력되는 전압의 크기 인 V2 를 V1에 비하여 작게 하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 V1보다 작은 크기의 전압인 V2가 출력되는 2차측 권선(55)의 중간에는 접지단(72)이 위치하므로, V2로 출력된 전압은 2차측 권선(55)의 양단으로 각각 1/2의 크기로 분배되어 부하(70)로 인가되는데, 참고로 절연 변압기 1 차측 전력과 2 차측 전력은 이론상으로 동일하나, 실제적으로 절연변압기의 에너지 손실률이 20∼30%정도가 되므로 통상 2차측 권선의 양단을 통하여 출력되는 전력은, 변압된 전력의 1/2 이하가 된다.

이와 같이 2차측 권선(55)의 양단으로 분배되어 흐르는 V2의 1/2 정도의 크기를 가지는 RF주파수 전력은 각각 대응되게 위치하는 제 1 리액턴스 소자(66)와 제 2 리액턴스 소자(68)에 의하여 위상과 전류가 변화되어 부하(70)로 인가되는데, 이러한 본 발명에 따른 ICP 발생소스는 기존의 일반적인 ICP 발생소스(도 1 참조)와 비교하여 부하(70)에 인가되는 전압이 일반적인 ICP 발생소스에 비하여 현저히 낮아짐을 알 수 있다.

즉, 일차적으로 RF전원(60)으로부터 출력된 주파수 전압의 크기가 절연 변압기(52)를 통하여 일정정도 감소되고, 2 차적으로 절연 변압기의 2차측 권선(55)의 중간에 위치한 접지단(72)에 의하여 변압된 전압의 1/2 크기를 가지는 전압이 부하(70)에 각각 인가되므로, 부하(70)에 인가되는 총 전압의 크기는 종래에 비하여 현저하게 감소되므로, 본 발명에 따른 플라즈마 발생소스가 챔버등의 진공용기에 설치될 경우, 일반적인 경우와 달리 원하지 않는 스퍼터링이 현상이 제어된다.

이때 본 발명에 따른 ICP 발생 소스 임피던스 정합회로(50)의 2차 네트워크(58)에 포함되는 부하(70)로는, 전장을 집중하기 위하여 동심원 형태를 가지는 전도체 물질인 코일이 사용되는데, 특히 제 1 및 제 2 리액턴스 소자(66, 68)로 캐패시터가 사용되므로 이는 LC 공진회로의 구성을 가지고 있게되어, 제 1 및 제 2 리액턴스 소자(66, 68)를 통하여 전류를 적절히 조절하면 부하(70)가 발생하는 전기장의 밀도분포를 균일하게 할 수 있다. 이는 본 발명에 따른 ICP 발생소스는 부하(70)인 코일의 형태에 따라 구분되는 몇 가지 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명되는 바, 이하 본 발명에 따른 실시예를 설명한다.

제 1 실시예

본 발명의 제 1 실시예에 따른 ICP 발생소스 임피던스 회로에 포함되는 부하로는, 2차측 권선에 직렬 연결된 하나의 도전성 물질이 동심원 형태로 감긴 코일이 부하로 사용되는 경우이다.

이는 도 4에 도시한 바와 같이 2차측 권선(55)의 양단과 각각 일단이 연결된 제 1 및 제 2 리액턴스 소자(66, 68)의 타단에, 동심원 형태를 이루는 하나의 도전성물질 코일의 양 끝단이 연결되어 구성되는데, 이때 특히 가변성 소자인 제 1 및 제 2 리액턴스 소자(66, 68)로, 여기에 인가된 주파수 전압의 위상이 동일하다면, 각 리액턴스 소자를 통과하여 출력되는 전압은 동일 크기에 반대 위상을 가지는 주파수 전압이 출력되는 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명의 제 1 실시예에 따른 임피던스 정합회로(50a)의 부하(70a)가 연결된 양 끝단인 a 점과 b 점에 각각 인가되는 RF 주파수 전력은, 제 1 및 제 2 리액턴스 소자(66, 68)에 의하여 서로 반대되는 위상을 가지는 동일 크기의 주파수 전압이므로, a점과 b점 사이에 서로 반대되는 주파수 전압이 만나 상쇄되는, 전위가 0 인 중성점이 형성된다.

즉, 전술한 제 1 실시예에 따른 ICP 발생소스는 RF 전원(60)에서 출력된 전압이 절연변압기(52)에 의하여 1 차적으로 낮게 변압되고, 2차측 권선(55)의 중간에 위치하는 접지단(72)에 의하여 변압된 전압이 1/2 배로 분배되어 부하(70a)로 연결되는 바, 현저히 낮아진 전압이 부하(70a)에 인가되게 되어 원하지 않는 스퍼터링 현상이 제어됨은 물론, 제 1 리액턴스 소자(66)와 제 2 리액턴스 소자(68)로 전류의 양을 조절할 경우에 중성점의 위치를 조절하는 것이 가능하여 보다 균일한 밀도분포를 가지는 플라즈마를 생성하는 것이 가능하게 된다.

제 2 실시예

본 발명의 제 2 실시예에 따른 ICP 발생소스 임피던스 회로에 포함되는 부하로는, 다수의 나선형 코일이 2차측 권선과 병렬 연결되는 형태인데, 이는 도 5에 도시한 바와 같이, 제 1, 2 리액턴스(66, 68)와 연결되는 연결점 a, e 에서 적어도 3 라인으로 분리되고, 이러한 분리된 각 라인은 서로 연결되면서 나선형상으로 감겨진 구성을 가지고 있다.

이때 이러한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 병렬 연결된 다수의 코일은 그 길이와 굵기 및 비 저항이 동일한 전도성 물질로 이루어지는 것이 바람직하고, 또한 가변성 소자인 제 1, 제 2 리액턴스 소자(66, 68)는 동일한 주파수 전압이 각각 인가될 경우 서로 반대되는 위상의 주파수 전압을 츨력하는 것을 특징으로 한다.

전술한 구성을 가지는 임피던스 정합회로(50b)는 먼저 RF전압(60)을 통하여 출력된 전압이 절연변압기(52)에 의하여 변압된 후, 2차측 권선(55)의 중간에 연결된 접지단(72)에 의하여 1/2 로 분배되어 제 1 및 제 2 리액턴스 소자(66, 68)를 통하여 부하(70b)의 a점과 e점에 각각 인가된다.

이 중 a점으로 인가된 전압은 시계 반대방향으로 각각의 코일에 의하여 분배되어 b, c, d점을 향하여 돌아 나오게 되고, e점에 인가된 전압 또한 각각 분배되어 나선형 병렬코일의 b, c, d점을 통하여 시계방향으로 a점을 향하여 흐르게 되는 바, 이러한 서로 다른 방향을 가지는 각각의 주파수 전압은 서로 만나 상기 나선형 병렬 코일의 a-b, a-c, a-d의 중간에 전위가 0 인 중성점을 각각 형성하게 된다.

이때 제 1 리액턴스 소자(66)와 제 2 리액턴스 소자(68)로 전류를 조절하면 각 코일에 형성되는 중성점의 위치를 조절할 수 있고, 이를 통하여 생성된 플라즈마의 밀도분포를 균일하게 제어할 수 있다.

제 3 실시예

본 발명의 제 3 실시예에 따른 ICP 발생소스 임피던스 회로에 포함되는 부하로는 다수의 코일이 2차측 권선과 병렬 연결되는 형태인데, 이는 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 2차측 권선(55)과 제 1, 2 리액턴스 사이에서 각각 분기되고 끝단이 서로 원형형상으로 연결하는 다수개의 내측 배선(71a)과, 상기 제 1, 2 리액턴스 (66, 68)의 타단에서 분기하여 서로 원형형상으로 연결된 하나의 외측배선(71b)으로 아루어진다.

즉, 부하(70c)는 안쪽부터 각각 a-b, c-d, e-f 점을 연결하는, 동심원 형태로 병렬 연결된 다수의 내측 원형코일(71a)과, 제 1 및 제 2 리액턴스 소자(66, 68)를 매개로 2 차측 권선(55)의 양 끝단과 각각 연결되어, 상기 다수의 내측 코일(71a)을 둘러싸는, g-h 점을 연결하는 하나의 외부 원형 코일(71b)로 이루어진다. 이러한 구성을 가지는 임피던스 정합회로(50c)의 부하인 외측 및 내측 코일(71)에 RF 전력이 인가되는 과정을 설명하면, 먼저 다수의 내측 코일(71a)과 외측 코일(71b)에는 전술한 절연 변압기 및 접지단(72)에 의하여 낮은 전압이 인가되므로 원하지 않는 스퍼터링 현상이 제어된다.

특히, 외측 안테나(71b)는 LC 직렬공진회로의 구성을 가지고 있으므로, 가변성 소자인 제 1 및 제 2 리액턴스 소자(66, 68)를 통하여 전류의 양을 조절하면, 내측 안테나(71a)에 의하여 중앙으로 집중되는 전류를 분산시킬 수 있어, 균일한 밀도를 가지는 플라즈마를 생성하는 것이 가능하게 된다.

즉, LC 공진회로의 구성을 가지고 있는 외측 코일(71b)의 양단에 연결된 가변성 소자인 제 1 및 제 2 리액턴스 소자(66, 68)를 조절하면, 낮은 전압으로 높은 전류를 얻을 수 있는 공진회로의 특성에 따라 외측 코일(71b)에 높은 전류밀도를 얻을 수 있게 되고, 이를 통하여 동심원 형태의 내측 코일(71a)에 의해 중심방향으로 밀집되는 전류밀도를 분산시킬 수 있어 균일한 밀도분포를 가지는 플라즈마의 생성이 가능한 것을 특징으로 한다. 이때 외측 안테나(71b)의 g, h 점에서의 전압이 최대가 되나 이는 전술한 절연변압기(52)와, 접지단(72)에 의하여 낮게 조절된 전압이므로 일반적인 공진회로형 부하에서 발생할 수 있는 아킹(arcing) 현상 또한 방지가 가능한 장점을 가지고 있다.

또한 가변성 소자인 제 1 리액턴스 소자(66)와 제 2 리액턴스 소자(68)를 적절히 조절하여 공진점의 위치를 제어하는 것이 가능하므로, 상황에 따라 적절히 조절된 전류밀도를 얻는 것을 가능하게 한다.

제 4 실시예

본 발명의 제 4 실시예에 따른 ICP 발생소스 임피던스 회로에 포함되는 부하는 2 차측 권선부에 병렬 연결되는 다수의 코일이 동심원 형태를 이루며 배열된 형태를 가지고 있는데, 특히 다수의 코일의 양 끝단과 2차측 권선의 양단과의 연결점에는 서로 다른 리액턴스 소자가 각각 위치하는 것을 특징으로 한다.

이는 도 7에 도시한 바와 같이, 2 차측 권선(55)의 양 끝단에 서로 대응되게 위치하는 다수의 리액턴스 소자쌍(66, 68)을 매개로, 병렬 연결되는 다수의 코일이 서로 다른 반지름을 가지며 작은 것부터 큰 순서로 차례로 위치하는 동심원형태를 가지고 있다.

이러한 본 발명의 제 4 실시예에 따른 플라즈마 발생소스의 임피던스 정합 회로(50d)는 가장 바람직한 본 발명의 실시예로서, 공진회로의 구성을 가지는 복수개의 코일을 병렬적으로 배열함으로써, 각각의 리액턴스 소자(66, 68)를 통하여 각각의 코일에 인가되는 전류의 양을 조절하는 것이 가능하다.

이때 각각의 코일에 인가되는 전압은 전술한 바와 같이 낮게 조절된 전압이 인가되므로 원하지 않는 스퍼터링이 제어됨은 전술한 바 있고, 가변성 소자인 다수의 리액턴스 소자(66, 68)를 통하여 각 코일에 적절히 조절된 전류를 인가하는 것이 가능하므로, 이를 조절하여 균일한 밀도분포의 플라즈마를 구현할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 각 실시예는 단지 예시에 지나지 않으며 본 발명의 정신에 벗어나지 않는 한 다양한 변화와 변형이 가능함은 당업자에게는 당연한 사실일 것이다. 따라서 이러한 변화와 변형이 본 발명의 정신에 벗어나지 않는 한 본 발명의 범주에 속한다 해야 할 것이다.

본 발명에 따른 임피던스 정합 회로를 가지는 ICP 발생소스는, 일반적인 ICP 발생소스에 비하여 현저히 감소된 전압이 부하에 인가되므로 원하지 않는 스퍼터링 현상을 효과적으로 제어하는 것이 가능하며, 또한 부하에 인가되는 전류의 양을 조절할 수 있는 가변성 소자인 리액턴스 소자를 사용하여 보다 균일한 밀도 분포를 가지는 플라즈마를 발생시키는 것이 가능한 이점이 있다.

또한 본 발명에 따른 ICP 발생소스는 그 구성이 간단하며 플라즈마 발생소스를 사용하는 모든 공정에 적용될 수 있는 장점을 가진다.

Claims (13)

1차측 권선과, 상기 1차측 권선에 주파수전압을 공급하는 RF전원을 가지는 1차 네트워크와;

상기 1차 네트워크의 1차측 권선에 인가된 전압을 2차측 권선에서 저압으로 변환하여 출력하고, 접지된 2차측 권선과, 상기 2차측권선의 양끝단과 일단이 각각 연결된 제 1, 2 리액턴스소자와, 상기 제 1, 2 리액턴스소자의 각 타단과 연결된 부하를 가지고 있으며, 상기 제 1, 2 리액턴스의 타단으로 출력되는 전압의 위상차가 서로 다르도록 조절되어 있는 2차 네트워크

를 포함하는 플라즈마발생소스용 임피던스 정합회로

청구항 1에 있어서,

상기 RF전원은 100kHz에서 300MHz의 영역의 주파수에 해당하는 RF전압을 공급하는 플라즈마발생소스용 임피던스 정합회로.

청구항 1에 있어서,

상기 RF전원과 상기 1차측 권선 사이에는 상기 RF전원으로부터의 RF전압을 조절할 수 있는 전압조절수단을 더욱 포함하고 있는 플라즈마발생소스용 임피던스정합회로.

청구항 3에 있어서,

상기 전압조절수단은 상기 RF전원과 병렬연결된 제 3 리액턴스(62)와, 직렬로 연결된 제 4 리액턴스(64)를 포함하는 플라즈마발생소스용 임피던스 정합회로.

청구항 1에 있어서,

상기 제 1, 2 리액턴스는 위상을 조절하는 위상캐패시터인 플라즈마발생소스용 임피던스 정합회로.

청구항 1에 있어서,

상기 부하는 나선형상으로 상기 제 1, 2 리액턴스의 각 타단은 나선형상의 양끝단에 연결된 플라즈마발생소스용 임피던스 정합회로.

청구항 1에 있어서,

상기 부하는 상기 제 1, 2 리액턴스와 연결되는 제 1, 2 연결점에서 적어도3 라인으로 분리되어 있고, 상기 제 1, 2 연결점에서 분리된 각 라인은 서로 연결되어 있는 플라즈마발생소스용 임피던스 정합회로.

청구항 7에 있어서,

상기 부하의 3 라인은 나선형상으로 감겨진 플라즈마발생소스용 임피던스 정합회로.

청구항 1에 있어서,

상기 부하는 상기 2차측 권선과 제 1, 2 리액턴스 사이에서 각각 분기되고 끝단이 서로 원형형상으로 연결되는 제 1, 2 배선을 포함하고 있으며, 상기 제 1, 2 리액턴스의 타단과 연결된 배선은 상기 제 1, 2 배선의 원형형상의 외부에서 원형형상을 가지고 있는 플라즈마발생소스용 임피던스 정합회로.

청구항 9에 있어서,

상기 제 1, 2 배선의 끝단은 복수개로 연결되는 플라즈마발생소스용 임피던스 정합회로.

청구항 1에 있어서,

상기 제 1, 2 리액턴스는 각각 병렬로 연결된 복수개의 서브리액턴스로 구성되어 있으며, 상기 부하는 제 1, 2 리액턴스의 각 서브리액턴스의 각 끝단과 연결선으로 구성되는 플라즈마발생소스용 임피던스 정합회로.

청구항 11에 있어서,

상기 제 1, 2 리액턴스의 각 서브리액턴스는 4개인 플라즈마발생소스용 임피던스 정합회로.

청구항 12에 있어서,

상기 각 서브리액턴스에 연결된 연결선은 각각 동심을 가진 원형형상인 플라즈마발생소스용 임피던스 정합회로.