KR100639843B1 - Hdp－cvd챔버용플라즈마소오스 - Google Patents

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Abstract

기판을 처리하기 위한 플라즈마 시스템이 개시되며, 그 안에서 플라즈마 공동을 한정하고 중심적으로 배치된 가스 주입구를 갖는 챔버 몸체와 동작 중에 상기 기판 상부에 중심부-피크형 플라즈마 밀도 프로파일을 생성시키기 위해 플라즈마 공동에 관한 위치에 구성된 상부 안테나를 포함한다. 상기 상부 안테나는 중심적으로 위치된 가스 주입구를 둘러싸는 중앙 통로를 갖는다. 바람직하게 측면부 안테나는 동작 도중 기판의 상부에 오목한 중심부의 플라즈마 밀도 프로파일을 생성하기위해 플라즈마 챔버에 대해 구성 및 위치 설정된다. 상부 및 측면부 안테나는 중심적으로 위치된 가스 주입구와 함께, 처리될 기판의 표면 상부에 직접 균일한 플라즈마를 제공한다.

Description

ＨＤＰ－ＣＶＤ 챔버용 플라즈마 소오스{PLASMA SOURCE FOR HDP-CVD CHAMBER}
본 발명은 플라즈마 강화 화학적 기상 증착(PECVD) 챔버에 사용되는 플라즈마 소오스에 관한 것으로, 특히 일반적으로 실린더형 플라즈마 구조(geometry)로 방사상 플라즈마 밀도 프로파일을 제어할 수 있는 플라즈마 소오스에 관한 것이다.
기판 또는 기판 처리 챔버내에서 화학적 증착, 에칭 또는 세척 반응을 강화시키기 위해서 고밀도 플라즈마를 사용하는 것은, 집적 회로를 제조하는 데에 사용되는 화학적 기상 증착(CVD)에서 유용한 것으로 알려져 있다. 유도적으로 결합된 플라즈마 소오스를 사용함으로써 처리 표면의 낮은 에너지 충돌(즉, 전자 온도 Te ~ 수 전자 전압 또는 eV)이 얻어질 수 있는, 고밀도 플라즈마(즉, 1×1011 내지 2 ×1012 이온/cm3)가 공지되어 있다.
종래 기술의 유도성 플라즈마 소오스에 있어서는, 일반적으로 유전체(석영) 돔의 외부 표면 부근 또는 진공 처리 챔버의 일부를 형성하는 실린더를 나선형 안테나 코일이 둘러싼다. RF 전류(즉, 100KHz 내지 약 100MHz)는 안테나 코일을 통과한다. 인가된 RF 전력을 사용하여 공진 모드에서 동작될 때, 안테나 코일에서 순환하는 RF 전류(IRF)는 처리 챔버 체적의 안테나 코일내에서 축방향 RF 자계(BRF)를 발생시킨다. 일단 플라즈마가 점화되면(즉, 일단 전자 충돌에 의해 가스가 부분적으로 이온화되면) 상기 자계(BRF)는 밀폐된 챔버의 가스를 순환하는 RF 전극 전류를 유도하여, 가스에서 높은 에너지의 플라즈마를 유지한다. 형성된 구성은 제 1 권선으로 작용하는 안테나 코일과 자체적으로 제 2 권선으로 작용하는 플라즈마를 갖는 RF 변압기로 간주될 수 있다.
기판 위의 처리 챔버 체적에서 이러한 유도 결합된 플라즈마는 비균일하고 처리 표면의 중심부 위에서 낮은 플라즈마 밀도를 갖는 환형 형상인 경향이 있다. 이러한 "중심부가 중공형인(hollow center)" 현상은, 처리 챔버의 유전체 커버의 상부 부분 위에 상부 또는 커버 안테나 코일을 제공함으로써, 완화될 수 있다. 종래 기술에서 이와 같은 상부 안테나 코일은 일반적으로 나선형으로 감겨있고 챔버의 상부를 통하게 배치되는 가스 주입구와 함께 사용되지는 않는다. 일 실시예는, "Coil Configuration for Improved Uniformity in Inductively Couple Plasma System"이란 명칭의 미국 특허 번호 5,401,350호에 개시되어 있다. 챔버의 상부를 통해 중앙에 위치되는 가스 주입구는 균일한 증착을 강화시키는 것으로 발견되었다. 중앙 가스 공급부를 이용하는 챔버로는 Applied Materials로부터 입수가능한 Ultima"TM HDP-CVD 챔버가 있다. 이러한 챔버는 챔버에 전달되는 전력 조절이 가능하도록 상부 및 측면 코일을 사용하여 플라즈마의 균일도를 강화시킨다.
본 발명의 목적은 챔버에 위치된 기판 상에서 발생된 자계의 균일성을 강화시키는 PECVD 챔버용의 개선된 상부 안테나 코일을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 챔버에 위치된 기판 위에서 유지되는 플라즈마에 대해 개선된 균일성을 가지는 HDP-CVD 챔버를 제공하는 것이다.
본 발명은 챔버에서 처리되는 기판 위에 "중심부-피크(center-peaked)" 플라즈마 밀도 프로파일을 생성하기 위해, 플라즈마 챔버에 인접하게 구성 및 배치된 플라즈마 챔버용 상부 안테나 코일을 제공한다. 또한 안테나는 중앙 통로를 포함하도록 구성되며, 상기 중앙 통로를 통해 가스 주입구가 기판 위로 챔버에 하나 이상의 처리 가스를 전달한다. 안테나의 중앙 통로는 환형의 코일 권선 또는 환형의 루프에 의해 형성된다.
또한 본 발명은 챔버내에서 처리되는 기판 위에 "중심부가 중공형인" 플라즈마 밀도 프로파일을 생성하도록 구성된 측면 안테나와 본 발명의 상부 안테나 코일을 결합시킨 HPD-CVD 챔버를 제공한다. 상부 안테나 코일 및 측면 안테나 코일로부터의 RF 자계의 중첩을 조절하기 위해, 개별 RF 전력 소오스로부터 또는 단일 RF 전력 소오스 상의 전력 분배 네트워크를 통해 상부 안테나 코일과 측면 안테나 코일에 RF 전력이 공급되어, 처리되는 기판 표면에 대해 균일한 플라즈마 밀도(및 균일한 증착 또는 에칭)를 제공하는 특정 분야에 대해서 조절될 수 있다.
또한 본 발명은 플라즈마 밀도 프로파일에서의 과도한 불균일 없이 양전기 또는 음전기 플라즈마를 사용할 수 있다. 또한, 본 발명은 균일한 밀도의 동작을 위해 광범위한 범위(window)를 갖는 플라즈마 소오스를 제공하고 사용자가 광범위한 범위의 처리 조건에 대해 밀도 프로파일을 변화시키는 것을 가능하게 한다.
다른 장점 및 특징은 바람직한 실시예에 관한 아래의 상세한 설명 및 청구항에서 명백하게 될 것이다.
상기 간략하게 요약된 본 발명에 관한 상기 언급된 특징, 장점 및 목적은 도면에서 설명된 실시예를 참조로 하여 본 발명에 관한 상세하고 보다 구체적인 설명에서 달성되고 이해될 수 있다.
그러나, 도면은 단지 본 발명에 관한 특정한 실시예를 설명하는 것이며, 이에 따라 본 발명은 동일한 다른 효과적인 실시예를 허용하기 때문에 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 상부와 측벽을 갖는 처리 챔버내에 플라즈마를 발생시키는 안테나, 및 바람직하게 상기 챔버의 측면 및 상부에서 각각 주변 및 중심에 위치되는 하나 이상의 가스 주입구를 제공한다. 안테나의 바람직한 실시예는 안테나를 관통하는 중앙 통로를 형성하는 중앙의 환형 코일 권선, 중앙 환형 코일 권선과 동심원적으로 정렬된 외부 환형 코일 권선, 및 중앙 환형 코일 권선과 외부 환형 코일 권선 사이에서 연장되는 다수의 도체를 포함한다. 바람직하게 도체는 방사상 경로 또는 아치형 경로의 코일 권선 사이에서 연장된다. 선택적인 실시예로 안테나는 단일의 루프 권선으로부터 연장되는 제 1 및 제 2 리드를 구비한 루프 권선을 제공한다. 안테나는 기판의 균일한 처리를 위한 플라즈마를 발생시키기 위해 본 발명의 안테나를 사용하는 CVD 챔버와 결합되며 하기에서 상세히 설명된다.
도 1은 CVD 기판 처리 시스템의 개략적인 단면도이다. 예를 들어 석영, 세라믹, Al2O3 등과 같은 유전체 물질로 이루어진 실린더형 돔(10)은 일반적으로 진공 챔버 몸체(12)상에 장착된다. 실린더형 돔(10)의 한쪽 단부에는 챔버 몸체(12)와 접하고 O링(49A)의 도움으로 진공 밀봉부(seal)를 형성하는 플랜지가 제공된다. 원형의 절연 플레이트(14)는 돔(10)의 다른쪽 단부를 밀봉하여, 플라즈마 처리가 이루어지는 밀봉된 처리 캐비티(16)가 형성된다. 또한 실린더형 돔(10) 및 절연 플레이트(14)의 조합을 일반적으로 돔이라 한다. 이들은 하기 설명되는 적절히 배치된 안테나에 의해 챔버와 결합되는 RF 전력에 대해 투과적이다.
플라즈마 처리 캐비티(16) 안쪽에는 처리과정 동안 기판을 보유하는 정전기 척 어셈블리(18)가 제공된다. 정전기 척(18)의 외부 주변부는 정전기 척(18)을 둘러싸는 절연 칼라 또는 링(22)에 의해 정전기 척과 플라즈마 사이에서의 누설 전류 및 플라즈마의 부식 작용으로부터 보호된다. 절연 칼라 또는 링(22) 너머에는 동작과정 동안 챔버 몸체(12)의 내부 표면의 레스트(rest)를 플라즈마로부터 보호하는 환형 플레이트(24) 및 실린더형 라이너(26)가 제공된다. 환형 플레이트(24) 및 라이너(26)는 특정한 처리 분야 및 다른 설계 사항에 따라 유전체 물질(예를 들어 석영, Al2O3, 또는 다른 세라믹) 또는 도전성 물질(예를 들어 실리콘 카바이드, 흑연, 카본 파이버 물질 또는 알루미늄 등)로 이루어진다. 개시된 실시예에서 절연 플레이트(14)가 Al2O3 또는 AlN로 이루어진 경우, 환형 플레이트(24)와 라이너(26)는 모두 정전기 척(18)에 인가되는 RF 바이어스 전류에 대한 궤환 경로를 위한 충분한 도전 영역을 제공하도록 도전성 물질로 이루어진다.
정전기 척(18)은 그의 상부 표면에 유전체/절연층(20)이 형성된 금속 페데스탈(28)을 포함한다. 그위에 형성되는 플라즈마와 관련하여 RF 바이어스 전압을 정전기 척(18)에 인가함으로써, 유전체층(20)에 대해 형성되는 결과적인 정전기장은 정전기 척의 상부쪽으로 기판을 견고히 유지한다. 상술한 실시예에서, 냉각 가스(예를 들어 헬륨)가 정전기 척의 몸체 내부의 도관(도시되지 않음)을 통해 기판의 후면에 제공되어 기판과 페데스탈(28) 사이에서의 열전달이 용이해진다.
챔버 바닥부의 이동식 플랫폼(32)에 연결되는 핀(30)은 정전기 척(18)을 통과하는 홀(34)을 통해 상향 연장되며, 플라즈마 처리 이전에 정전기 척상으로 기판을 하강시킨 후 정전기 척으로부터 기판을 들어 올리는 데 사용된다. 챔버 아래에 위치된 공기압 또는 모터 어셈블리(미도시)는 이동식 플랫폼(32)을 상승 및 하강시킨다.
RF 전력이 하나 이상의 안테나, 즉 상부 안테나 코일(40) 및 선택적으로 측면 안테나 코일(42)을 통해 플라즈마 캐비티(16)에 제공된다. 이들 안테나 코일(40,42)은 바람직하게 구리 와이어로 이루어지지만, 임의의 높은 도전성 물질로 이루어질 수도 있다. 상부 안테나 코일(40)은 절연 플레이트(14)의 상부측에 인접하게 위치된 평탄한 코일로 가스 주입구(300)가 절연 플레이트(14)를 통해 배치되는 것을 허용하도록 구성된다. 측면 안테나 코일(42)은 실린더형 돔(10)의 외측 벽 부근에 감겨지는 실린더 형상의 코일이다. RF 전력이 안테나 접속부(44a)를 통해 상부 안테나 코일(40)에 공급되고 안테나 접속부(46a)를 통해 측면 안테나 코일(42)에 공급된다. RF 전력은 분배기(71) 및 두 개의 매칭 네트워크(72,73)를 통해 도시된 바와 같은 단일의 RF 전력 소오스로부터 또는 두 개의 개별 RF 전력 공급원으로부터 공급될 수 있다. 안테나 코일(40,42)은 다른 안테나 접속부(44b,46b)를 통해 각각 접지된다.
절연 커버 플레이트(48)가 절연 플레이트(14)상에 위치될 때, 절연 커버 플레이트(48)는, 상부 안테나 코일(49)과 동일한 형상을 가지며 상부 안테나 코일(40)을 완전히 포함하는 바닥 표면에 형성된 홈(50)에서 상부 안테나 코일(40)을 덮는다. 패러데이 실드(75)(도전성, 비자성 금속 포함)가 상부 코일(40)과 절연 플레이트(14) 사이에 배치된다. 커버 플레이트(48)는 챔버에 대해 고정된 위치에서 기계적으로 상부 안테나 코일(40)을 보유하고 권선들 사이에서 아킹이 발생하지 않도록 코일의 권선을 전기적으로 절연시킨다. 커버 플레이트(48)는 리드를 가열하기 위한 가열 엘리먼트(52)를 포함할 수 있다. 에어 갭 및 가열된 커버 플레이트(48)에 의해 방출되는 열에 대한 히트 싱크로서 작용하는 냉각 어셈블리가 커버 플레이트(48)의 바로 위 및 그와 인접하여 제공된다. 가열 엘리먼트(52) 및 열전달 어셈블리(56)는 가열 또는 냉각에 사용되며, 동작과정 동안 예정된 레벨에서 커버 플레이트(48)와 절연 플레이트(14)의 온도를 유지한다.
실린더형 슬리브(45)는 실린더형 돔(10)을 둘러싸고 측면 안테나 코일(42)의 권선을 보유하기 위해 그의 내부 표면에 형성되는 홈(143)을 포함한다. 슬리브(45)는 기계적 안정성 및 챔버에 대한 권선의 위치설정을 제공하고, 코일 권선들 사이에 아킹을 방지하는 절연을 제공한다. 도전성, 비자성 금속을 포함하는 패러데이 실드(74)가 측면 코일(42)과 실린더형 돔(10) 사이에 배치되며, 상부 코일 패러데이 실드(75)와 유사하게 전류 순환을 방지하도록 홈이 파인다.
슬리브(45) 바닥 근처에는, 플라즈마 처리를 안정화시키기 위해 실린더형 돔(10)의 벽을 간접적으로 가열하는 가열 엘리먼트(49)가 제공된다. 슬리브(45)의 상부 위에 위치되어 접촉되는 열 전도 칼라(51)는 챔버 상부에서 냉각 어셈블리(56)에 이르는 열 흐름 경로를 발생시킴으로써 가열된 슬리브를 위한 히트 싱크를 제공한다. 예를 들어, 어떤 처리에 있어서, 챔버로 유입된 전구체 가스가 돔(10)의 벽보다는 기판 상에 증착되도록 챔버 벽을 가열하는 것(약 200℃로 가열)이 바람직하다. 개시되는 실시예에서, 유전체 슬리브(45) 및 커버 플레이트(48)는 예를 들어 알루미나 또는 Al2O3와 같은 세라믹으로 이루지나, 기술 분야에서 공지된 다른 물질이 사용될 수도 있다.
아래에서 자세히 설명될 상부 안테나 코일(40)은 중심 영역(17a)을 둘러싸는 외부 주변 영역(17b)에 비해 캐비티(16)의 중심부 영역(17a)에 비례적으로 많은 양의 RF 전력을 전달한다. 상부 안테나 코일(40)은, 홀로 사용되는 경우, 기판의 표면 위에 중심-피크형(center-peaked) 플라즈마 밀도 프로파일을 형성하도록 구성 및 위치된다. 대조적으로, 측면 안테나 코일(42)은 캐비티(16)의 외부 주변 영역(17b)에 비례적으로 많은 양의 RF 전력을 전달한다. 측면 안테나 코일(42)은, 홀로 사용되는 경우, 기판(20) 표면 위에 중심부가 중공형인 플라즈마 밀도 프로파일을 형성하도록 구성 및 배치된다. 두 개의 안테나(40,42)가 서로 동작하고 RF 전력이 적절하게 그들 사이에서 분할될 때, 이들의 중첩 또는 벡터 합은 기판(20) 상부에 대해 균일한 플라즈마 밀도 프로파일을 생성한다. 이러한 구성이 바람직하지만, 상부 코일(40)은 기판의 표면에 대해 균일한 플라즈마 밀도를 제공하는 크기로 설정될 수 있다.
본 실시예에서 안테나 코일(40,42)은 단일 RF 발생기(70)를 포함하는 RF 전력 소오스로부터 구동된다. 바람직하게 50Ω의 출력 임피던스를 가지는 RF 발생기(70)는 50Ω의 동축 케이블(62)을 통해 전력 분배기(71)에 접속되고 이어 두 개의 출력 라인(68a,68b)을 통해 두 개의 RF 매칭 네트워크(72,73)에 접속되며, 하나는 매칭 네트워크(72)에 접속되고 다른 하나는 매칭 네트워크(73)에 접속된다.
일반적으로, RF 매칭 네트워크(72,73)는 전력 분배기(71)와 안테나 코일(40,42) 사이의 매칭 조건을 달성하여 챔버내에서 플라즈마에 전달되는 RF 전력을 최대화시키도록, 각각의 RF 매칭 네트워크의 임피던스를 조절할 수 있는 하나 이상의 가변 반응성 부재(예를 들어, 인덕터 또는 캐패시터)를 포함한다. RF 매칭 네트워크(72,73)내의 RF 검출 회로는 챔버로 전달되는 전력을 모니터링하고 그것으로부터 매칭 조건을 달성하고 유지하는 제어 신호를 발생시킨다.
플라즈마 처리 시스템에서 사용되는 RF 매칭 네트워크(72,73)의 설계 및 구조는 기술 분야의 당업자에게는 잘 알려져 있다. 적합한 RF 매칭 네트워크는 본 발명에서 참조문으로 사용한, 콜린즈 등에게 허여된 미국 특허 번호 제 5,392,018호에서 개시되었다.
전력 분배기(71)는 부하 전류 또는 전압 사이의 바람직한 위상 관계를 유지하면서, 단일 RF 발생기(70)로부터의 RF 전력을 두 개의 부하로 분배한다. 적합한 RF 전력 분배기(71)는 본 발명에서 참조문으로 사용한, 콜린즈 등에게 허여된 미국 특허 번호 제 5,349,313호에서 개시되었다.
다시 도 1을 참조로, 가스 노즐(300) 또는 다른 가스 주입구는 정전기 척 어셈블리(18) 위에서 중심설정되며, 절연 플레이트(14)를 통해 연장된다. 상부 안테나(40)에는 가스 주입구(300)가 통과하는 중앙 통로가 제공된다. 바람직하게, 본 명세서에 개시된 상부 안테나 코일(40) 구조는 상술한 바와 같이 측면 안테나 코일(42)과 함께 바람직하게 사용된다. 그러나 상부 안테나 코일(40)은 측면 안테나 코일(42)과 독립적으로 사용될 수 있다.
기판 크기가 증가함에 따라, 가스 분배 및 균일한 플라즈마 밀도를 달성하는 것은 더 어려워진다. 도 2 내지 도 4에 도시된 상부 안테나 코일 구조와 함께 리드를 통해 배치된 가스 주입구(300)는 대형 기판, 예를 들어 300mm의 기판 상에 균일한 가스 분배 및 플라즈마 밀도를 제공한다. 도시되고 상술된 바와 같이 실린더형 돔(10) 부근에 배치된 측면 안테나 코일(42)과 조합되는 상부 안테나 코일(40)은 대형 기판 상에 균일한 플라즈마 밀도를 증가시킨다. 그러나 대형 기판 및 소형 기판 모두 본 발명에 따른 상부 안테나 코일(40)을 사용하여 처리될 수 있다.
도 2는 2개의 환형 코일 권선, 즉 중앙 코일 권선(302) 및 외부 동심 코일 권선(304)을 갖는 상부 안테나 코일(40) 구조의 일 실시예를 도시한 평면도를 개략적으로 도시한다. 환형 코일 권선(302 및 304)은 기판 위에 플라즈마를 발생시키기 위해 처리 영역(16)에서 전력과 유도 결합되는 방사상 연장되는 다수의 도체(306)에 의해 접속된다. 중앙 코일 권선(302)은 상부 안테나 코일(40)내에 중앙 주입 통로(308)를 형성하여, 상기 통로를 통해 가스 주입구(300)가 챔버속으로 연장된다. RF 소오스(316) 및 RF 매칭 네트워크(318)를 포함하는 RF 발생 시스템은 RF 전력을 안테나 접속부(310)에 의해 중앙 코일 권선(302)에 제공하며, 외부 코일 권선(304)은 접지 접속부(312)에 의해 접지된다. 바람직하게, 상부 안테나 코일(40)은 구리 와이어 또는 쉽게 구성될 수 있는 높은 도전성의 다른 물질로 이루어진다.
도 3은, 중앙 코일 권선(302) 및 외부 코일 권선(304)을 접속시키는 도체(306)가 방사상 경로 대신에 아치형 경로로 연장되는 것을 제외하고는, 도 2에 도시된 실시예와 같이 두 개의 동심의 환형 코일 권선(302 및 304)을 구비한 상부 안테나 코일(40)의 대안적인 실시예에 대한 평면도를 개략적으로 도시한다.
도 4는 가스 주입구(300)가 관통하여 연장될 수 있는 중앙 통로(308)를 형성하는 상부 안테나 코일(40)에 대한 또 다른 실시예의 평면도를 도시한다. 이러한 실시예에 있어서, 부분 링 또는 루프형 코일(309)은 중앙 통로(308) 부근에, 바람직하게는 정전기 척(18)과 동심원적 배열로 배치된다. 루프(309)의 직경은 특정 기판 크기에 대해 바람직한 플라즈마 프로파일을 최대화시키도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 작은 루프 직경은, 중심 피크형 플라즈마를 발생시키고, 챔버의 실린더형 돔(10) 주변에 위치되어 독립적으로 제어된 측면 안테나 코일(42)과 함께 유용하게 사용될 수 있다. 끝이 뾰족한(cusped) 플라즈마 밀도 프로파일은 기판 에지에 도달하는 직경을 갖는 루프형 코일(309)에 의해 설정될 수 있고, 예를 들어 200mm의 기판과 관련하여 100mm 루프가 사용된다.
도 2 내지 도 4에 도시된 각각의 상부 안테나 코일(40)은, 측면 안테나 코일(42) 및 상부 안테나 코일(40) 모두에 인가되는 전력이 기판 전체 표면 위에 균일한 플라즈마 밀도 프로파일을 발생시키도록 조절될 수 있게 상술한 바와 같이 독립적으로 바이어싱될 수 있다. 또한 각각의 안테나(40,42)에 제공되는 전력은 처리 영역에 많은 또는 적은 에너지를 결합시키기 위해 증가 또는 감소될 수 있으며, 이는 플라즈마 밀도 프로파일을 변경시킨다. 또한, 상술한 상부 안테나 코일(40)은 측면 안테나 코일(42) 없이 사용될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 양호한 일 실시예에 따라 본 발명이 설명되었지만, 첨부된 청구 범위에 의해 한정되는 바와 같은 본 발명의 사상을 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게는 명백하다.
플라즈마 캐비티를 형성하고 중심에 배치된 가스 주입구를 갖는 챔버 몸체를 포함하고, 중심에 위치된 가스 주입구를 둘러싸는 중앙 통로를 갖는 상부 안테나를 동작 중에 상기 기판 상부에 중심부-피크형 플라즈마 밀도 프로파일을 생성시키기 위해 플라즈마 캐비티에 관한 위치에 구성하고, 바람직하게 측면 안테나를 동작 도중 기판의 상부에 중심부가 중공형인 플라즈마 밀도 프로파일을 생성하기 위해 플라즈마 챔버에 대해 구성 및 위치 설정함으로써, 균일한 플라즈마 밀도 프로파일을 생성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 상부 안테나 코일을 사용하는 플라즈마 강화 CVD 처리 시스템을 도시한 개략적 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 내부 환형 코일 및 동심 외부 코일 권선을 갖는 상부 안테나 코일의 일실시예를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 동심 환형 코일 권선을 갖는 상부 안테나 코일의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 단일 루프 권선을 갖는 상부 안테나 코일의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 실린더형 돔 16 : 플라즈마 캐비티
40 : 상부 안테나 코일 42 : 측면 안테나 코일
70 : RF 전력 발생기 71 : 전력 분배기
72, 73 : RF 매칭 네트워크 300 : 가스 주입구
302 : 중앙 코일 304 : 외부 코일

Claims (30)

  1. 처리 챔버내에서 플라즈마를 발생시키는 안테나로서,
    a) 상기 안테나를 통과하는 중앙 통로를 형성하는 중앙 코일;
    b) 상기 중앙 코일 부근에 배치된 외부 코일; 및
    c) 상기 중앙 코일과 상기 외부 코일 사이로 연장되는 다수의 도체들을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 도체들은 상기 중앙 코일과 상기 외부 코일 사이에서 직선 경로로 연장되는 것을 특징으로 하는 안테나.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 도체들은 상기 중앙 코일과 상기 외부 코일 사이에서 아치형 경로로 연장되는 것을 특징으로 하는 안테나.
  4. 기판 처리 챔버로서,
    a) 플라즈마 캐비티를 형성하는 상부 및 측벽들과 상기 챔버의 상부 중앙에 위치되는 가스 주입구를 포함하는 챔버 몸체; 및
    b) 상기 챔버 몸체의 상부에 장착되는 상부 안테나를 포함하며,
    상기 상부 안테나는 상기 상부 안테나에 중앙 통로를 형성하는 중앙 코일, 상기 중앙 코일과 동심원적으로 정렬된 외부 코일 및 상기 중앙 코일과 상기 외부 코일 사이로 연장되는 다수의 도체들을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 가스 주입구는 상기 상부 안테나의 상기 중앙 통로를 통과하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 도체들은 상기 중앙 코일과 상기 외부 코일 사이에서 방사상 경로로 연장되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 도체들은 상기 중앙 코일과 상기 외부 코일 사이에서 아치형 경로로 연장되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
  8. 제 4 항에 있어서,
    c) 상기 플라즈마 캐비티 부근에 배치되며 상기 상부 안테나로부터 수직으로 배치되는 측면 안테나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
  9. 제 8 항에 있어서,
    d) RF 전력 발생기; 및
    e) 상기 RF 발생기에 접속된 RF 전력 분배기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
  10. 기판 처리 챔버로서,
    a) 플라즈마 캐비티를 형성하는 상부 및 측벽들과 상기 챔버의 상부 중앙에 위치되는 가스 주입구를 포함하는 챔버 몸체; 및
    b) 상기 챔버 몸체의 상부에 장착되는 상부 안테나를 포함하며,
    상기 상부 안테나는 상기 상부 안테나를 통과하는 중앙 통로를 형성하는 중앙 코일, 상기 중앙 코일 부근에 배치되는 외부 코일 및 상기 중앙 코일과 상기 외부 코일 사이로 연장되는 다수의 도체들을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 가스 주입구는 상기 상부 안테나의 상기 중앙 통로를 통과하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
  12. 제 10 항에 있어서,
    c) 상기 플라즈마 캐비티 부근에 배치되며 상기 상부 안테나로부터 수직으로 배치되는 측면 안테나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
  13. 제 12 항에 있어서,
    d) RF 전력 발생기; 및
    e) 상기 RF 발생기를 상기 상부 안테나와 상기 측면 안테나에 접속시키는 RF 전력 분배기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
  14. 기판 처리 챔버로서,
    a) 플라즈마 캐비티를 형성하는 상부 및 측벽들과 상기 챔버 상부 중앙에 위치되는 가스 주입구를 포함하는 챔버 몸체;
    b) 상기 챔버 몸체의 상부에 장착되는 상부 안테나 - 상기 상부 안테나는 상기 상부 안테나에 중앙 통로를 형성하는 중앙 코일 권선과 상기 중앙 코일과 동심원적으로 정렬된 외부 코일, 및 상기 중앙 코일과 상기 외부 코일 사이로 연장되는 다수의 도체들을 포함함 - ;
    c) 상기 플라즈마 캐비티 부근에 배치되며 상기 상부 안테나로부터 수직으로 배치된 측면 안테나;
    d) RF 전력 발생기; 및
    e) 상기 RF 발생기를 상기 상부 안테나와 상기 측면 안테나에 접속시키는 RF 전력 분배기를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 도체들은 상기 중앙 코일과 상기 외부 코일 사이에서 방사상 경로로 연장되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 도체들은 상기 중앙 코일과 상기 외부 코일 사이에서 아치형 경로로 연장되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
  17. 기판 처리 챔버로서,
    a) 플라즈마 캐비티를 형성하는 상부 및 측벽들과 상기 챔버의 상부 중앙에 위치되는 가스 주입구를 포함하는 챔버 몸체 - 상기 가스 주입구는 상기 플라즈마 캐비티속으로 가스를 전달하도록 구성됨 - ;
    b) 상기 챔버 몸체의 상부에 장착되며 상기 가스 주입구를 둘러싸는 상부 안테나 - 상기 상부 안테나는 상기 상부 안테나를 통과하는 중앙 통로를 형성하는 루프, 제 1 신호 발생 시스템에 연결되는 제 1 리드, 및 접지에 연결되는 제 2 리드를 포함함 - ;
    c) 상기 플라즈마 캐비티 부근에 배치되며 상기 상부 안테나로부터 수직으로 배치된 측면 안테나;
    d) RF 전력 발생기; 및
    e) 상기 RF 발생기를 상기 상부 안테나와 상기 측면 안테나에 접속시키는 RF 전력 분배기를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 중앙 코일과 상기 외부 코일중 적어도 하나와 결합되는 신호 발생 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 신호 발생 시스템은, RF 신호 소오스 및 상기 RF 신호 소오스에 결합되는 매칭 네트워크를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 신호 발생 시스템은,
    RF 신호 소오스;
    두 개의 출력 신호를 발생시키기 위해 상기 신호 소오스에 결합되는 분배기; 및
    상기 분배기에 결합되는 한 쌍의 RF 매칭 네트워크를 포함하며,
    상기 RF 매칭 네트워크는 각각 상기 안테나와 전도성 코일에 결합되는 것을 특징으로 하는 안테나.
  21. 제 1 항에 있어서,
    처리 캐비티 부근에 배치되며 상기 중앙 코일과 상기 외부 코일로부터 수직으로 배치된 전도성 코일을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 전도성 코일은 상기 챔버에 중심부가 중공형인(hollow-center) 플라즈마 밀도를 형성하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  23. 전자기파 발생 장치로서,
    처리 캐비티의 한쪽 단부에 인접하게 배치되며 상기 처리 캐비티속으로 연장되는 가스 주입구가 통과하는 중앙 통로를 형성하는 하나의 단일-권선 전도성 루프를 포함하는 단일 안테나; 및
    상기 처리 캐비티 부근에 배치되며 상기 단일-권선 전도성 루프로부터 수직으로 배치되는 전도성 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기파 발생 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 전도성 코일은 중심부가 중공형인(hollow-center) 플라즈마 밀도를 형성하는 것을 특징으로 하는 전자기파 발생 장치.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 전도성 코일에 결합되는 신호 발생 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기파 발생 장치.
  26. 균일한 플라즈마 발생 장치로서,
    (ⅰ) 중앙 통로를 형성하는 제 1 전도성 코일;
    (ⅱ) 상기 제 1 전도성 코일 부근에 배치된 제 2 전도성 코일; 및
    (ⅲ) 상기 제 1 전도성 코일과 상기 제 2 전도성 코일 사이에서 연장되는 다수의 도체들
    을 포함하는 제 1 안테나; 및
    상기 제 1 및 제 2 전도성 코일로부터 공간적으로 오프셋되는 제 3 전도성 코일을 포함하며 처리 캐비티를 적어도 부분적으로 둘러싸는 제 2 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 제 1 안테나와 제 2 안테나에 결합되는 신호 발생 시스템을 더 포함하며, 상기 신호 발생 시스템은,
    RF 신호 소오스;
    2개의 출력 신호를 발생시키기 위해 상기 신호 소오스에 결합되는 분배기; 및
    상기 분배기에 결합되어 상기 분배기로부터의 개별 출력 신호를 수신하는 한 쌍의 RF 매칭 네트워크를 포함하며, 상기 RF 매칭 네트워크는 각각 제 1 안테나 및 제 2 안테나와 결합되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 제 1 안테나에 결합된 제 1 신호 발생 시스템과 상기 제 2 안테나에 결합된 제 2 신호 발생 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  29. 제 26 항에 있어서,
    상부에 제 1 안테나가 배치되고 그를 통과하는 가스 주입구를 수용하는 중앙 부분을 갖는 에너지 투과 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  30. 제 17 항에 있어서,
    상기 측면 안테나는 상기 플라즈마 캐비티 부근에 배치되며 상기 상부 안테나로부터 수직으로 배치된 전도성 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버.
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