KR100976552B1 - 밀도 조절이 가능한 플라즈마 발생 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 발생 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 챔버 내부에서 가변적으로 플라즈마를 생성할 수 있는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밀도 조절이 가능한 플라즈마 발생 장치는 플라즈마가 발생되는 공간을 제공하는 공정 챔버, 상기 공정 챔버의 상부면 외부에 위치하여 상하 이동에 의하여 높이가 조정되는 이동 안테나, 및 상기 고주파 안테나에 전원을 인가하는 고주파 전원부를 포함한다.
플라즈마, ICP, TCP, 고주파 안테나, 유도결합

Description

밀도 조절이 가능한 플라즈마 발생 장치{Plasma generating apparatus to adjust variable density.}
본 발명은 플라즈마 발생 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 챔버 내부에서 가변적으로 플라즈마를 생성할 수 있는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
최근에 반도체 장비는 반도체 소자의 고집적화, 반도체 기판의 대구경화, 액정 디스플레이의 대면적화 등에 따라 고용량 및 고기능화를 추구 하고 있다. 이에 따라 한정된 영역에서 보다 많은 소자의 직접이 필요하게 되어 반도체 장비는 원하는 패턴을 극미세화 및 고집적화시키도록 연구 및 개발되고 있다.
플라즈마 처리 장치는 반응가스를 활성화시켜 플라즈마 상태로 변형함으로써, 플라즈마 상태의 반응가스의 양이온 또는 라디칼(Radical)이 반도체 기판의 소정영역을 식각하는 건식식각기술을 많이 이용하고 있다. 이들 플라즈마원 중에는 용량결합형 플라즈마원(CCP; Capacitive Coupled Plasma), 유도결합형 플라즈마원(ICP; Induced Coupled Plasma), 마이크로파를 사용하는 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 플라즈마원, SWP(Surface Wave Plasma) 플라즈마원 등이 있다. 일반적으로 CCP 타입은 공정채버 내부에 설치된 다수의 전극에 선택적으로 고주파 전력을 인가함으로서 형성된 전기장에 의하여 반응가스가 플라즈마 상태로 변형된다. 그리고 일반적인 ICP 타입은 공정챔버 외측에 감겨진 코일에 고주파 전력을 인가함으로서 형성된 자기장 및 전기장에 의해서 반응가스가 플라즈마 상태로 변형된다.
기존의 플라즈마 처리 장치는 기판이 대구경화 됨에 따라 식각, 에싱, 증착 균일성 및 능력 등에 한계가 있다. CCP 타입의 플라즈마 처리 장치에서는 저압 하에서 고밀도 플라즈마를 얻기 위하여 고주파 전원의 파워를 높이게 되면 플라즈마가 기판의 중심부에 집중적으로 형성되어 기판의 가장자리 부위에서 플라즈마 밀도 균일성 및 식각 균일성이 저하될 수 있다. 또한 ICP 타입의 플라즈마 처리 장치는 안테나 코일의 나선형 프로파일로 인하여 기판과의 거리의 불균일로 인하여 유도되는 자기장과 전기장의 불균일로 인하여 발생되는 플라즈마가 불균일 해질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 챔버 내부에서 생성되는 플라즈마 밀도를 가변적으로 조정할 수 있는 플라즈마 발생 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 안테나의 높이를 가변적으로 조정함으로써 발생되는 플라즈마 밀도를 변화시켜 다양한 반도체 공정에 적용할 수 있는 플라즈마 발생 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 밀도 조절이 가능한 플라즈마 발생 장치는 플라즈마가 발생되는 공간을 제공하는 공정 챔버; 상기 공정 챔버의 상부면 외부에 위치하여 상하 이동에 의하여 높이가 조정되는 이동 안테나; 및 상기 고주파 안테나에 전원을 인가하는 고주파 전원부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따를 경우, 안테나의 높이를 이동시킴에 의하여 챔버에 발생되는 플라즈마 밀도를 가변적으로 조정할 수 있다. 이와 함께, 고정 안테나와 이동 안테나의 조합으로 다양한 공정에서 요구되는 플라즈마 밀도를 적응적으로 조절할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀도 조절이 가능한 플라즈마 발생 장치의 종단면도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 밀도 조절이 가능한 플라즈마 발생 장치에서 이동 안테나를 보여주는 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀도 조절이 가능한 플라즈마 발생 장치에서 고정 안테나와 이동 안테나를 보여주는 사시도이다
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 플라즈마가 발생되는 공 간을 제공하는 공정 챔버(110), 상기 공정 챔버의 상부면 외부에 위치하여 상하 이동에 의하여 높이가 조정되는 이동 안테나(130), 상기 공정 챔버의 상부면에 고정되는 고정 안테나(120), 상기 이동 안테나를 상승 또는 하강 시키는 안테나 이동부(140), 상기 공정 챔버의 하부에 위치하여 기판을 고정시키는 기판 장착부(150), 상기 기판 장착부에 고주파 전원을 인가하는 바이어서 전원부(230), 및 상기 공정 챔버 내에서 발생하는 플라즈마 밀도를 측정하는 플라즈마 측정부(250)를 포함할 수 있다.
공정 챔버(110)는 가스 주입구(101)를 통하여 주입되는 가스를 공급받고 플라즈마 상태로 여기 시키는 공간을 제공한다. 공정챔버(110)는 기판의 크기보다 넓은 단면적을 지닌 원통이나 다각형 단면을 지닌 용기로 이루어진다. 공정챔버(110)는 공정챔버 내에서의 수행하는 공정이 있은 후에 잔류물이나 가스를 외부로 유출시키는 배출구(미도시됨)를 포함 할 수 있다. 공정챔버(110)는 고주파 파워가 투과될 수 있도록 유전체 윈도우(Dielectric Window)로 이루어 질 수 있다. 한편, 공정 챔버(110)는 발생된 플라즈마에 의하여 에칭, 식각, 세정 등의 다양한 반도체 제조 또는 평판 디스플레이 제조 공정이 수행되는 공간으로도 사용될 수 있다.
고정 안테나(120)는 고주파 전원(204)으로 공급된 고주파 파워에 의하여 가스 주입구 내부로 에너지원인 전기장과 자기장을 공급하여 공정 챔버 내부(111)의 가스를 플라즈마로 여기(excited)시킨다. 고정 안테나(120)는 공정 챔버(110)의 상부면(112)에 평판 스파이럴(Spiral) 형태의 코일로 장착될 수 있다. 상기 코일의 구조와 크기 등은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 자에 의해 다양하게 변경될 수 있다.
고주파 전원부(204, 205)는 고정 안테나(120) 및 이동 안테나(130)에 고주파 전원을 공급하여 고정 안테나(120) 및/또는 이동 안테나(130)가 플라즈마를 생성하도록 한다. 고주파 전원부(210, 220)는 고주파 전원으로부터 고정 안테나(120) 및/또는 이동 안테나(130)에 에너지가 최대로 전달되기 위하여 임피던스 정합회로(204, 205)를 더 포함할 수 있다.
이동 안테나(130)는 고정 안테나(120)와 유사한 형태인 평판 스파이럴 형태로 상하로 이동될 수 있다. 이동 안테나(130)는 고정 안테나(120)와 동일하게 고주파 전원이 인가되는 코일로 인하여 공정챔버 내부(111)에 플라즈마를 발생시키는 역할을 한다. 이동 안테나(130)는 상하로 이동이 가능하여 공정챔버 내부(110)의 플라즈마의 발생량을 조정할 수 있다.
안테나 이동부(140)는 이동 안테나(130)를 상하로 이동시키는 역할을 한다. 안테나 이동부(140)는 평면적으로 분포된 이동 안테나(130)를 상승 또는 하강시킬 수 있다. 안테나 이동부(140)는 코일 형태의 이동 안테나(130)를 실(미도시됨)을 묶어 감으면서 이동 안테나(130)의 높이를 변경시키거나, 또는 철사 등의 갈고리(미도시됨)를 코일에 건 상태에서 갈고리를 상승 또는 하강시킬 수도 있다. 또한, 이동 안테나(130)를 평평한 판(미도시됨)에 올린 상태에서 상기 평평한 판을 상하로 이동시켜 이동 안테나(130)의 높이를 변경시킬 수도 있다.
플라즈마 측정부(250)는 공정 챔버 내부(111)에서 발생하는 플라즈마의 밀도를 측정할 수 있다. 플라즈마 측정부(250)는 공정 챔버 내부(111)의 플라즈마의 밀 도를 실시간으로 측정함으로써 이동 안테나(130)의 높이에 따라 생성되는 플라즈마 밀도를 알 수 있다. 따라서, 플라즈마 측정부(250)로부터 플라즈마 밀도를 피드백 받아서, 안테나 이동부(140)는 상기 공정 챔버(110)에서 수행하고자 하는 제조 공정에 따라 다양한 밀도의 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
기판 장착부(150)는 공정챔버 하부에 위치하고 기판(W)을 반도체 제조 공정 또는 평판 디스플레이 제조 공정 중에 고정시키는 기계적 또는 전자적 고정부를 가질 수 있다. 예를 들어, 기판 장착부(150)는 유전분극 현상으로 발생되는 정전기력을 제어하여 기판을 유전체 표면에 흡착 또는 이탈시키는 기능을 수행하는 정전척(Electrostatic Chuck)으로 구성될 수 있다. 또한, 이와 동등하게 기능을 수행하는 기계적 클램프(Mechanical Clamp), 진공 척(Vacuum Chuck) 등도 사용될 수 있다.
바이어스 전원부(230)는 기판 장착부에 연결되며 인가되는 전원에 의해 공정챔버 내부(111)에서 생성된 플라즈마를 기판 쪽으로 끌어 당긴다. 바이어스 전원부(230)는 공정챔버 내부(111)의 생성된 플라즈마들을 기판 방향으로 효과적으로 바이어스 시키기 위하여 고주파인 RF(Radio Frequency) 전원을 사용할 수 있다. 바이어스 전원부에 의해 에너지를 효과적으로 전달하기 위해 임피던스 정합회로(206)를 더 포함할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 이동 안테나(130)의 높이 조정에 의하여 공정 챔버 내부(111)에서 발생하는 플라즈마의 밀도를 조정할 수 있다. 또한 이동 안테나(130)의 높이 조정에 의하여 각 공정에 대하여 요구되는 다양한 플라즈마 밀도를 생성할 수 있다. 이와 함께, 하나의 공정 챔버로 다양한 플라즈마 밀도를 생성하여 다양한 공정을 수행할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 가스 주입부(101)를 통하여 플라즈마 생성에 필요한 가스를 주입하고 이동 안테나(130) 및/또는 고정 안테나(120)에 각각 고주파 전원을 인가한다.
이동 안테나(130)에 고주파 전원을 인가하면 이동 안테나(130)는 공정 챔버 내부(111)에 에너지원을 공급할 수 있다. 따라서, 이동 안테나(130)에 의하여 공급되는 에너지원에 의하여 공정 챔버 내부(111)의 가스가 여기 되어 플라즈마가 발생할 수 있다. 이 때, 이동 안테나(130)의 위치 또는 높이에 따라 공정 챔버 내부(111)에 제공할 수 있는 에너지원이 다르다. 예를 들어, 이동 안테나(130)를 공정 챔버의 상부면(112)에 가까이 이동시키면 공정 챔버 내부(111)에 보다 많은 양의 에너지원을 주입하고, 이동 안테나(130)의 높이를 상승시키면 공정 챔버 내부(111)에 상대적으로 적은 양의 에너지원을 주입시킨다. 이와 같이, 이동 안테나(130)의 높이를 안테나 이동부(140)에 의하여 조정함으로써, 공정 챔버 내부(111)에 주입되는 에너지원의 양이 변동되면서 발생되는 플라즈마의 밀도를 변경시킬 수 있다.
다른 실시예로서 도 1 및 도 3을 참조하면, 먼저 가스 주입부(101)를 통하여 플라즈마 생성에 필요한 가스를 주입하고 이동 안테나(130)와 고정 안테나(120)에 각각 고주파 전원을 인가한다.
고정 안테나(120)에 고주파 전원을 인가하며, 공정 챔버 내부(111)에 잔류하는 가스에 에너지를 주입하고, 잔류 가스는 에너지를 전달 받아 일정한 범위에서 플라즈마 클러스터(300)가 생성될 수 있다. 이 때, 생성되는 플라즈마 클러스터(300)는 기본적으로 생성되는 플라즈마가 되어, 기본 플라즈마 밀도를 생성할 수 있다.
고정 안테나(120)의 동작과 함께, 이동 안테나(130)에도 고주파 전원을 인가하여 플라즈마를 생성할 수 있다. 다만, 이동 안테나(130)는 고정 안테나(120)와는 달리 높이가 조정될 수 있어, 고정 안테나(120)와 다른 높이에 위치하여 공정 챔버 내부(111)에 플라즈마 클러스터(310)를 생성할 수 있다. 이동 안테나(130)이 높이가 높아질수록 공정 챔버 내부(111)에 잔류하는 가스에 주입할 수 있는 에너지원이 줄어들어 생성되는 플라즈마 클러스터(310)가 작아질 수 있다.
상기와 같이, 고정 안테나(120)의 위치는 고정되고 이동 안테나(130)의 높이 조절에 의하여 가변적인 플라즈마 밀도를 생성할 수 있다. 따라서, 고정 안테나(120)에 의하여 생성되는 기본 플라즈마 밀도에 이동 안테나(130)에 의해 생성되는 부가 플라즈마 밀도로 인하여 공정 챔버 내부(111)에서 다양한 플라즈마 밀도를 생성시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면 플라즈마 측정부(250)에 의하여 생성된 플라즈마 밀도를 측정하여 피드백 할 수 있다. 따라서, 공정 챔버의 소정의 제조 공정에 대하여 요구되는 플라즈마 밀도가 있는 경우에는 플라즈마 측정부(250)에 의하여 플라즈마 밀도를 측정하고, 이에 따라 안테나 이동부(140)에 의하여 이동 안테나(130)의 높이를 변화시켜 공정 챔버 내부(111)에서 생성되는 플라즈마 밀도를 조정할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀도 조절이 가능한 플라즈마 발생 장치의 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 밀도 조절이 가능한 플라즈마 발생 장치에서 이동 안테나를 보여주는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀도 조절이 가능한 플라즈마 발생 장치에서 고정 안테나와 이동 안테나를 보여주는 사시도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 설명*
110: 공정 챔버 120: 고정 안테나
130: 이동 안테나 140: 안테나 이동부
150: 기판 장착부 210, 220, 230: 고주파 전원부
250: 플라즈마 측정부

Claims (6)

  1. 플라즈마가 발생되는 공간을 제공하는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버의 상부면 외부에 위치하여 상하 이동에 의하여 높이가 조정되는 이동 안테나;
    상기 고주파 안테나에 전원을 인가하는 고주파 전원부;
    상기 이동 안테나를 상승 또는 하강 시키는 안테나 이동부; 및
    상기 공정 챔버 내에서 발생하는 플라즈마 밀도를 측정하는 플라즈마 측정부를 포함하며,
    상기 플라즈마 측정부는 상기 이동 안테나의 높이에 따라 상기 공정챔버 내에서 생성되는 플라즈마 밀도를 실시간으로 측정하여 피드백하며,
    상기 안테나 이동부는 상기 피드백에 의하여 상기 이동 안테나를 상승 또는 하강시키는, 밀도 조절이 가능한 플라즈마 발생 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 공정 챔버의 상부면에 고정되는 고정 안테나를 더 포함하는, 밀도 조절이 가능한 플라즈마 발생 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 공정 챔버의 하부에 위치하여 기판을 고정시키는 기판 장착부; 및
    상기 기판 장착부에 고주파 전원을 인가하는 바이어서 전원부를 더 포함하는, 밀도 조절이 가능한 플라즈마 발생 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서, 상기 안테나 이동부는
    상기 공정 챔버 내에서 요구되는 플라즈마 밀도에 따라 상기 이동 안테나의 위치를 조정하는, 밀도 조절이 가능한 플라즈마 발생 장치.
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