KR101615493B1 - 자기 강화된 플라즈마 반응기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자기 강화된 플라즈마 반응기에 관한 것으로, 기판이 놓이는 서셉터가 내부에 구비된 챔버본체와; 상기 챔버본체의 일측에 마련되어 상기 챔버본체 내부에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스와; 상기 챔버본체의 상면을 가로지르게 배치되며 양단부의 자속출입구가 상기 챔버본체의 측면에 마주 대향되도록 구비되는 마그네틱 코어와; 상기 마그네틱 코어에 감겨 상기 마그네틱 코어에서 자기장을 유도시키는 유도코일을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여 챔버본체 내부의 기판 상부에 평형 회전 이온 가속 경로가 유도되어 플라즈마가 보다 균일하게 생성될 수 있다.
기판, 플라즈마 반응기, 마그네틱 코어
Description
본 발명은 반도체 기판 처리를 위한 플라즈마 반응기에 관한 것으로, 구체적으로는 자기장을 이용하여 플라즈마 반응 챔버 내부의 플라즈마 밀도와 균일도를 강화시키는 자기 강화된 플라즈마 반응기에 관한 것이다.
반도체 소자의 초미세화와 기판 사이즈의 증가, 그리고 새로운 처리 대상 물질의 등장은 반도체 제조공정에서 더욱 향상된 기판 처리 기술을 요구한다. 특히, 플라즈마를 이용한 반도체 제조 공정으로 건식 에칭 공정 분야나 물리적/화학적 기상 증착 분야에서는 이러한 기술적 요구에 대응하여 자기장을 이용하여 고밀도의 플라즈마를 균일하게 얻을 수 있는 플라즈마 반응기에 대한 기술 개발이 지속되고 있다.
일반적으로 플라즈마 반응 챔버 내부의 압력을 낮추면 이온의 평균 자유거리가 늘어나 웨이퍼에 충돌하는 이온의 에너지가 증가하고 이온들 간의 산란현상도 줄어들기 때문에 이방성 에칭에 유리한 것으로 알려져 있다. 그러나 압력이 낮아지면 전자들 역시 평균자유거리가 늘어나 중성원자들과의 충돌이 감소함으로 플라즈마 상태를 유지하기가 어려워진다. 이에 낮은 압력에서도 플라즈마 상태를 유지할 수 있도록 자기장을 이용하여 전자들의 이동거리를 증가시켜 중성원자들과의 충돌 빈도를 높이는 기술이 제안되고 있다.
한편, 기판 사이즈의 증가에 따라 기판이 처리되는 플라즈마 반응 챔버의 사이즈도 증가되는데 이 경우 플라즈마 소스에 의해 발생된 플라즈마가 플라즈마 반응 챔버 내부에 균일하게 분포하기 어렵다. 이에 자기장을 이용하여 플라즈마 반응 챔버 내부에서 플라즈마 밀도가 균일하게 분포할 수 있도록 하는 기술이 제안되고 있다.
일례로, 영구자석을 이용하여 플라즈마 반응 챔버 내부에 균일한 플라즈마를 형성하는 기술이 제안되고 있다. 영구자석을 이용한 경우에는 크기가 작고 장착이 간단하여 별도로 외부에서 전원을 공급하지 않아도 되기 때문에 간단하게 균일도를 향상 시킬 수 있다. 그러나, 이 경우 영구자석에 의해 생성된 자기장의 균일도가 좋지 않으며 자기장의 세기를 제어하는 것이 불가능한 단점이 있었다.
본 발명의 목적은 플라즈마 반응 챔버 내부에 고밀도의 플라즈마를 보다 균일하게 발생 유지할 수 있도록 플라즈마 반응 챔버 외측에 마그네틱 코어와 유도코일을 배치하여 자기 강화된 플라즈마 반응기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 마그네틱 코어에 감긴 유도코일로 공급되는 전원을 조절하여 자기장의 세기를 제어할 수 있는 자기 강화된 플라즈마 반응기를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 자기 강화된 플라즈마 반응기에 관한 것이다. 본 발명은 기판이 놓이는 서셉터가 내부에 구비된 챔버본체와; 상기 챔버본체의 일측에 마련되어 상기 챔버본체 내부에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스와; 상기 챔버본체의 상면을 가로지르게 배치되며 양단부의 자속출입구가 상기 챔버본체의 측면에 마주 대향되도록 복수로 구비되는 마그네틱 코어와; 상기 마그네틱 코어에 감겨 상기 마그네틱 코어에서 자기장을 유도시키는 유도코일을 포함하되, 상기 챔버본체의 상면에서 제1마그네틱 코어와 제2마그네틱 코어는 교차되는 위치의 높이가 상호 동일하도록 상호 함몰시킨 형태로 마련하고, 상기 플라즈마 소스는 챔버본체의 상부에 마련되는 복수개의 무선 주파수 안테나를 중심영역과 주변영역으로 분리되도록 마련하여 각각의 전원공급원으로 주파수를 공급하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1유도코일과 상기 제2유도코일로 소정 주파수의 전원을 각각 공급하는 복수의 전원공급원과; 상기 복수의 전원공급원으로부터 공급되는 전원의 위상차를 제어하여 상기 유도코일과 상기 제2유도코일로 공급하는 위상제어기를 포함할 수 있다.
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여기서, 상기 플라즈마 소스는, 상기 서셉터에 마련된 하부전극과; 상기 서셉터의 상부에 상기 하부전극과 대향되게 마련되는 상부전극을 포함할 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 소스는, 상기 챔버본체의 상부에 마련되는 복수개의 무선 주파수 안테나를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 챔버본체의 상면에 마련되어 상기 복수개의 무선 주파수 안테나와 접촉하는 유전체 윈도우와; 상기 복수개의 무선 주파수 안테나를 커버하며 자속 출입구가 상기 챔버본체의 내부로 향하도록 마련되는 마그네틱 코어 커버를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 챔버본체는, 상기 서셉터에 마련된 하부전극과; 상기 서셉터의 상부에 상기 하부전극과 대향되게 마련되는 상부전극을 포함할 수 있다.
본 발명의 자기 강화된 플라즈마 반응기는 챔버본체의 상부를 가로질러 챔버 측벽에 대향되게 자속출입구가 형성된 마그네틱 코어가 배치되고, 마그네틱 코어에 유도코일이 감겨 챔버본체를 가로질러 자기장이 유도된다. 이렇게 유도된 자기장이 기판의 상부에 평형 회전 이온 가속 경로를 유도하여 플라즈마가 보다 균일하게 생성될 수 있도록 한다.
또한, 유도코일로 공급되는 전원공급원을 제어하여 챔버본체 내부에 발생되는 자기장의 세기를 제어하여 플라즈마의 균일성을 조절할 수 있다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면 을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도1은 본 발명에 따른 플라즈마 반응기(10)의 구성을 개략적으로 도시한 개략도이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 플라즈마 반응기(10)는 기판에 대한 플라즈마 반응이 일어나는 플라즈마 챔버(100)와, 플라즈마 챔버(100)의 외측에 구비되어 챔버본체(110)의 내부에 자기장을 발생시켜 챔버본체(110) 내부에 평형 회전 이온 가속 경로를 유도하는 마그네틱 코어(400)와 유도코일(500)을 포함한다. 플라즈마 챔버(100)는 플라즈마 반응이 일어나는 챔버본체(110)와 기판이 적재되는 서셉터(120)와 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스(300) 및 챔버본체(110)의 내부로 반응가스를 공급하는 가스공급원(200)를 포함한다.
마그네틱 코어(400)는 자속출구(401)와 자속입구(403)가 챔버본체(110)의 측면에 상호 대향되도록 마련되므로 도시된 바와 같이 챔버본체(110)의 내측으로 자속(H)이 출력된다. 여기서, 마그네틱 코어(400)의 위치를 조절하여 챔버본체(110)의 상면으로부터 자속이 출력되는 높이(h)를 조절할 수 있다. 이에 의해 유도코 일(500)에 의해 발생된 자기장이 발생되는 높이를 조절하여 자기장이 플라즈마에 미치는 영향을 조절할 수 있다. 또한, 이에 의해 기판 상부에 평형 회전 이온 가속 경로가 유도되어 플라즈마가 보다 균일하게 생성될 수 있도록 한다. 그리고, 평형 회전 이속 가속 경로의 발생 위치를 조절하여 플라즈마의 경로를 다양하게 조절할 수 있다.
한편, 유도코일(500)은 임피던스정합기(550)를 통해 코일 전원공급원(560)으로부터 소정 주파수의 전원을 공급받아 마그네틱 코어(400)에 자기장을 유도한다. 여기서, 유도코일(500)로 공급되는 코일 전원공급원(560)의 전원을 조절하여 마그네틱 코어(400)로부터 유도되는 자기장의 세기를 조절할 수 있다. 이에 의해 플라즈마의 균일도를 보다 세밀하게 제어할 수 있다.
도2는 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마 반응기(10)의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도3은 제1실시예에 따른 플라즈마 반응기(10)의 구성을 도시한 개략도이다. 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마 반응기(10)는 플라즈마 소스(300)로 용량결합형 플라즈마(Capacitive Coupled Plasma)가 사용된다.
플라즈마 챔버(100)는 기판에 대한 플라즈마 처리가 일어나는 챔버본체(110)와, 챔버본체(110)에 마련되어 기판이 적재되고 하부전극으로서 기능하는 서셉터(120)와 챔버본체(110) 내부로 반응가스를 공급하며 상부전극으로 기능하는 샤워헤드(130)를 포함한다. 챔버본체(110)는 소정 체적을 갖도록 마련되며 알루미늄, 스테인리스, 구리와 같은 금속 물질로 마련될 수 있다. 또한, 챔버본체(110)는 코팅된 금속 예를 들어 양극처리된 알루미늄이나 니켈 도급된 알루미늄으로 제작될 수 있다. 또한, 챔버본체(110)은 내화 금속으로 구비될 수 있다. 또한, 챔버본체(110)는 경우에 따라 전체를 석영, 세라믹과 같은 절연체로 마련할 수도 있다.
서셉터(120)는 기판이 적재될 수 있도록 기판을 흡착하는 정전척(미도시)과, 기판(W)을 냉각하는 냉각유로(미도시), 기판을 승강시키는 리프트핀(미도시), 기판을 가열하는 히터(미도시) 등이 구비된다. 서셉터(120)는 임피던스정합기(121)를 통해 서셉터 전원공급원(123)과 연결되어 하부전극으로서 기능한다. 여기서, 서셉터(120)는 복수의 서셉터 전원공급원(123, 125)과 연결될 수 있다. 복수의 서셉터 전원공급원(123, 125)은 서로 다른 주파수의 전원을 공급할 수 있다. 서셉터 전원공급원(123,125)은 바이어스 전원으로 기능한다. 피처리 기판(W)은 반도체 웨이퍼 기판, LCD제조를 위한 유리 기판 등 일 수 있다. 서셉터(120)의 구성은 종래 구성과 동일하므로 자세하 설명은 생략한다.
샤워헤드(130)는 플라즈마를 발생시키는 반응가스를 챔버본체(110) 내부로 공급한다. 샤워헤드(130)는 가스를 공급할 수 있는 가스공급공공(130)이 복수개 형성된 다공성 구조로 마련된다. 샤워헤드(130)는 임피던스정합기(132)를 통해 상부 전원공급원(133)과 연결되어 상부전극으로 기능한다. 즉, 서셉터(120)와 샤워헤드(130)는 각각 하부전극과 상부전극으로 작용하여 챔버본체(110) 내에 플라즈마를 발생시킨다.
한편, 챔버본체(110)와 마그네틱 코어(400)가 결합되는 결합영역은 자속이 챔버본체(110) 내부로 출력될 수 있도록 유전체윈도우(115)가 각각 마련된다. 유전체윈도우(115)는 석영이나 세라믹과 같은 절연물질로 마련되어 마그네틱 코어(400) 에서 발생된 자속을 투과하여 챔버본체(110) 내부로 투과한다.
챔버본체(110)의 상면에는 가스공급원(200)로부터 반응가스를 공급받는 가스공급구(140)가 마련되고, 챔버본체(110)의 하부영역에는 처리가 완료된 후 반응가스를 외부로 배출하는 가스배출구(113)가 마련된다.
마그네틱 코어(400)는 플라즈마 챔버(100)의 상부를 가로질러 양단부가 챔버본체(110)의 측면에 결합되도록 구비된다. 마그네틱 코어(400)는 양단부의 자속출구(401)와 자속입구(403)가 챔버본체(110)의 측벽 측으로 절곡형성되며 자속이 챔버본체(110) 내부로 출력되도록 한다. 마그네틱 코어(400)는 페라이트 재질로 구비되며 플라즈마 챔버(100)의 크기에 따라 두께와 너비를 결정할 수 있다.
유도코일(500)은 마그네틱 코어(400)의 자속출입구(401,403) 영역에 감겨 마그네틱 코어(400)에 자기장을 유도시킨다. 유도코일(500)의 일단부는 코일 전원공급원(560)에 전기적으로 연결되어 소정 주파수의 전원을 공급받고, 타단부는 접지와 연결된다. 유도코일(500)과 코일 전원공급원(560) 사이에는 임피던스 정합기(550)가 연결된다.
한편, 도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈마 반응기(10a)를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도5는 제2실시예에 따른 플라즈마 반응기(10a)의 플라즈마 가속 경로를 도시한 개략도이다. 플라즈마 반응기(10a)는 챔버본체(110)의 상부를 가로질러 교차 배치된 제1마그네틱 코어(410)와 제2마그네틱 코어(420)를 포함한다. 그리고, 제1마그네틱 코어(410)와 제2마그네틱 코어(420)의 양단부영역에는 각각 제1유도코일(510)과 제2유도코일(520)이 각각 권취된다. 제1마그네틱 코어(410) 와 제2마그네틱 코어(420)는 도시된 바와 같이 챔버본체(110)의 상부에 소정 간격을 두고 상하로 이격되어 상호 직교하게 배치된다. 제1마그네틱 코어(410)와 제2마그네틱 코어(420)는 바람직하게는 도시된 바와 같이 상호 직교하게 배치되나, 경우에 따라 소정 각도로 교차배치될 수도 있다. 이 때, 제1마그네틱 코어(410)와 제2마그네틱 코어(420)가 상호 적층되는 영역에는 절연층을 삽입하여 두 마그네틱 코어(410,420)를 단절시킨다.
제1마그네틱 코어(410)와 제2마그네틱 코어(420) 각각의 자속출입구(411, 413, 421, 423)로부터 출력되는 자속은 도5에 도시된 바와 같이 챔버본체(110)의 내부에서 상호 직교하게 교차된다.
한편, 제1유도코일(510)과 제2유도코일(520)은 도4에 도시된 바와 같이 코일 전원공급원(560)에 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 제1유도코일(510)과 제2유도코일(520)은 공통 전원공급원(560)으로부터 소정 주파수의 전원을 공급받고, 위상차분배기(540)에서 소정 주파수의 전원을 분배하여 제1유도코일(510)과 제2유도코일(520)로 각각 공급한다. 즉, 제1유도코일(510)에는 0도의 주파수를 공급하고, 제2유도코일(520)로는 90도의 위상차가 나는 주파수의 전원을 공급한다. 공통 전원공급원(560)은 소정 주파수의 교류전원을 공급한다.
한편, 한편, 제1유도코일(510)과 제2유도코일(520)은 도5에 도시된 바와 같이 각각의 전원공급원(560a,580)으로부터 전원을 공급받을 수 있다. 즉, 제1유도코일(510)은 제1코일 전원공급원(560a)으로부터 제1주파수(f1)의 전원을 공급받고, 제2유도코일(520)은 제2코일 전원공급원(580)으로부터 제2주파수(f2)의 전원을 공 급받는다. 여기서, 제1주파수(f1)와 제2주파수(f2)는 동일한 주파수가 되도록 하는 것이 바람직하나 서로 다른 주파수로 마련될 수도 있다. 이 경우 앞서 설명한 공통 전원공급원(560)에 의해 전원을 공급받을 경우에 비해 전원의 공급세기가 커지므로 보다 고밀도의 플라즈마가 발생될 수 있다.
한편, 제1코일 전원공급원(560a)과 제2코일 전원공급원(580)은 위상제어기(570)에 연결된다. 위상제어기(570)는 도6과와 도7에 도시된 바와 같이 제1코일 전원공급원(560a)과 제2코일 전원공급원(580)의 주파수(f1, f2)의 위상을 제어하여 두 주파수의 위상차가 180도에서 90도까지 차이가 나도록 제어할 수 있다. 즉, 위상제어기(570)은 초기 플라즈마 방전시에는 도6에 도시된 바아 같이 두 주파수가 180도의 위상차를 갖도록 제어하고, 플라즈마 방전 후에는 90도의 위상차를 갖도록 제어할 수 있다. 이에 따라 도5에 도시된 바와 같이 제1마그네틱 코어(410) 및 제2마그네틱 코어(420)에 의해 유도되는 자기장의 벡터적 합(b)에 의해 기판 상부에 평형 회전 이온 가속 경로(a)가 유도된다. 서셉터(120)와 샤워헤드(130)에 의해 발생된 플라즈마 이온 입자들은 이 경로(a)를 따라 가속되고, 챔버본체(110) 내부에 고밀도의 플라즈마가 보다 균일하게 발생 유지될 수 있다.
한편, 도8은 본 발명의 제3실시예에 따른 플라즈마 반응기(10b)의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다. 플라즈마 반응기(10b)는 제1마그네틱 코어(410b)와 제2마그네틱 코어(420b)가 챔버본체(110) 상면에서 교차되는 위치의 높이가 상호 동일하게 마련될 수도 있다. 즉, 교차되는 부분에서 제2마그네틱 코어(420b)를 소정 깊이 함몰시켜 교차영역에서 제1마그네틱 코어(410b)와 제2마그네틱 코어(420b) 의 높이를 동일하게 마련할 수 있다. 이 때, 제1마그네틱 코어(410b)와 제2마그네틱 코어(420b)의 교차영역에는 절연층이 개재된다. 이 경우 제1마그네틱 코어(410b)와 제2마그네틱 코어(420b)에서 발생하는 자기장이 동일 높이에서 유도될 수 있으며, 가스공급원(200)을 비롯한 유틸리티들의 배치가 보다 자유로울 수 있다.
도9는 본 발명의 제4실시예에 따른 플라즈마 반응기(10c)의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다. 플라즈마 반응기(10c)는 도시된 바와 같이 복수개의 마그네틱 코어가 결합된 형태로 마련된다. 각각의 마그네틱 코어(510c,520c)는 네 개의 개별 마그네틱 코어(511,513,515,517,521,523,525,527)의 결합으로 이루어진다. 이는 챔버본체(110)의 크기에 따라 결합된 마그네틱 코어의 폭이 넓어지게 되면 이에 의해 유도된 자속이 한 쪽으로 치우침이 발생되어 플라즈마가 균일하게 발생되지 않을 경우를 방지하기 위함이다. 즉, 복수개의 마그네틱 코어로 분리하게 되면 개별적인 마그네틱 코어에서 발생된 자속에 치우침이 발생하더라도 전체적인 마그네틱 코어로부터 출력된 자속은 균일성을 유지할 수 있다.
유도코일(510c, 520c)은 개별적인 마그네틱 코어의 결합체(410c, 420c)의 길이방향을 따라 개별적으로 감기거나 전체적으로 감기게 마련될 수 있다. 이 때, 각 유도코일(510c,520c)은 복수의 코일 전원공급원(560c,580)과 위상제어기(570c)에 의해 전원이 공급되거나, 한 개의 전원공급원과 위상차분배기(미도시)에 의해 전원이 공급될 수 있다.
도10은 본 발명의 제5실시예에 따른 플라즈마 반응기(10d)를 도시한 사시도 이다. 플라즈마 반응기(10d)는 세 개의 마그네틱 코어(410d,420d,430d)가 상호 교차되도록 마련된다. 세 개의 마그네틱 코어(410d,420d,430d)에 감긴 각 유도코일(510d,520d,530d)에 의해 자기장이 유도되고 세 개의 마그네틱 코어(410d,420d,430d)에 의해 유도되는 자기장의 벡터적 합에 의해 기판 상부에 평형 회전 이온 가속 경로가 유도된다. 각 유도코일(510d,520d,530d)은 공통 전원공급원(560d)로부터 공급된 소정 주파수의 전원을 위상차분배기(540d)로부터 위상차가 나게 분배되어 전원을 공급받는다.
상술한 본 발명의 제1, 2, 3, 4, 5실시예에 따른 플라즈마 반응기(10, 10a, 10b, 10c, 10d)는 서셉터(120)와 샤워헤드(130)에 의해 용량 결합된 플라즈마가 발생되면, 마그네틱 코어(400)에 의해 유도된 자기장에 의해 기판 상부에 평형 회전 이온 가속 경로가 유도되고 챔버본체(110) 내부에 고밀도의 플라즈마가 보다 균일하게 발생 유지될 수 있다.
도11은 본 발명의 제6실시예에 따른 플라즈마 반응기(10e)를 도시한 개략도이다. 본 발명의 제6실시예에 따른 플라즈마 반응기(10e)는 플라즈마 소스로 유도결합 플라즈마(ICP)가 사용된다. 플라즈마 반응기(10e)는 플라즈마 챔버(100)와, 플라즈마 챔버(100)의 상부에 마련되어 플라즈마를 발생시키는 무선주파수 안테나(600)를 포함한다. 또한, 플라즈마 반응기(10e)는 플라즈마 챔버(100)의 외측에 구비되어 챔버본체(110)의 내부에 자기장을 발생시켜 챔버본체(110) 내부에 평형 회전 이온 가속 경로를 유도하는 마그네틱 코어(400e)와 유도코일(500e)를 포함한다.
무선주파수 안테나(600)는 나선형 타입 안테나 또는 실린더 타입으로 마련되어 챔버본체(110)의 상부에 배치된 유전체 윈도우(dielectric window)를 통하여 챔버본체(110)의 내부로 유도 기전력을 전달한다. 무선 주파수 안테나(600)는 임피던스 정합기(650)를 구비한 안테나 전원공급원(660)로부터 무선 주파수를 공급받는다.
마그네틱 코어(400e)는 챔버본체(110)의 상부를 가로질러 양단부가 챔버본체(110)의 측면에 결합되도록 구비된다. 즉, 마그네틱 코어(400e)는 양단부의 자속출구(410f)와 자속입구(403f)가 챔버본체(110) 측으로 절곡형성되며 자속이 챔버본체(110) 내부로 출력되도록 한다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 제6실시예에 따른 플라즈마 반응기(10e)는 무선주파수 안테나(600)에 의해 챔버본체(110) 내부에 플라즈마가 발생되면, 챔버본체(110)의 측벽에 결합된 마그네틱 코어(400e)의 자속출입구(401e,403e)를 통해 자속이 챔버본체(110) 내부로 유입되어 자기장이 형성된다. 마그네틱 코어(400e)에 의해 유도된 자기장에 의해 기판 상부에 평형 회전 이온 가속 경로가 유도되고 챔버본체(110) 내부에 고밀도의 플라즈마가 보다 균일하게 발생 유지될 수 있다.
한편, 도11에서는 무선 주파수 안테나(600)가 동심원 상으로 등간격으로 배치되었으나 도13에 도시된 바와 같이 무선 주파수 안테나(600b)는 중심영역(610)과 주변영역(620)으로 분리되어 마련될 수 있다. 즉, 상대적으로 플라즈마 발생 밀도가 높은 중심영역(610)과 플라즈마 발생 밀도가 낮은 주변영역(620)으로 무선 주파수 안테나를 분리하고, 중심영역(610)과 주변영역(620)으로 공급되는 주파수를 상 호 다르게 공급하여 챔버본체(110) 내부에 균일한 플라즈마가 발생되게 할 수 있다. 여기서, 중심영역(610)은 중심 전원공급원(613)로부터 무선주파수를 공급받고, 주변영역(620)은 주변 전원공급원(623)으로부터 무선주파수를 공급받는다. 그리고, 챔버본체(110) 측벽의 유전체 윈도우(115)로부터 마그네틱 코어(400e)에서 유도된 자속이 유입되어 플라즈마가 보다 균일하게 발생 유지될 수 있도록 할 수 있다.
또한, 플라즈마 반응기(10f)는 도12에 도시된 바와 같이 무선 주파수 안테나(600a)를 마그네틱 코어 커버(700)가 커버하도록 마련될 수도 있다. 마그네틱 코어 커버(700)는 수직 단면 구조가 말편자 형상을 갖고 무선 주파수 안테나(600a)의 상면을 커버하도록 설치된다. 이에 마그네틱 코어 커버(700)의 자속 출입구가 챔버본체(110)의 내부를 향하도록 설치된다. 따라서 무선 주파수 안테나(600a)에 의해 발생된 자기장은 마그네틱 코어 커버(700)에 의해 집속되어 챔버본체(110)의 내측 상부에 발생된다. 마그네틱 코어 커버(700)는 페라이트 코어를 사용하거나 다수의 말편자 형상의 페라이트 코어 조각들을 조립하여 마련할 수도 있다.
또한, 플라즈마 반응기(10h)는 도13에 도시된 바와 같이 중심영역(610a)과 주변영역(620a)으로 분리된 무선 주파수 안테나(600a)의 상면을 마그네틱 코어 커버(700a)로 커버하여 마련할 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 반응기(10e, 10f, 10g, 10h)에서는 마그네틱 코어(400)가 챔버본체(110)에 1개가 구비되는 것으로 설명하였으나 앞서 설명한 바와 같이 마그네틱 코어(400)가 챔버본체(110)의 상부를 가로질러 교차되도록 복수개로 마련될 수도 있다.
한편, 도15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 반응기(10i)의 구성을 개략적으로 도시한 개략도이다. 도시된 바와 같이 플라즈마 반응기(10i)는 플라즈마 소스로 용량결합 플라즈마와 유도결합 플라즈마를 동시에 포함하고 있다.
즉, 플라즈마 반응기(10i)는 챔버본체(110)에 용량결합 플라즈마를 발생시키는 하부전극인 서셉터(120)와 상부전극인 샤워헤드(130)를 포함하며, 챔버본체(110)의 상부에 유도결합 플라즈마를 발생시키는 무선주파수 안테나(600d)를 포함한다.
이 경우 챔버본체(110)의 내부에 용량결합 플라즈마와 유도결합 플라즈마가 동시에 발생되고, 마그네틱 코어(400i)와 유도코일(500i)에 의해 유도된 자기장이 플라즈마가 챔버 본체 내에 균일하게 발생되어 유지될 수 있도록 한다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 자기 강화된 플라즈마 반응기는 챔버본체의 상부를 가로질러 챔버 측벽에 대향되게 자속출입구가 형성된 마그네틱 코어가 배치되고, 마그네틱 코어에 유도코일이 감겨 챔버본체를 가로질러 자기장이 유도된다. 이렇게 유도된 자기장이 기판의 상부에 평형 회전 이온 가속 경로를 유도하여 플라즈마가 보다 균일하게 생성될 수 있도록 한다.
또한, 유도코일로 공급되는 전원공급원을 제어하여 챔버본체 내부에 발생되는 자기장의 세기를 제어하여 플라즈마의 균일성을 조절할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 자기 강화된 플라자므 반응기의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 플라즈마 반응기의 구성을 개략적으로 도시한 개략도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성을 개략적으로 도시한 단면도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마 반응기의 외관구성을 개략적으로 도시한 사시도,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈마 반응기의 외관구성을 개략적으도 도시한 사시도,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈마 반응기의 자기장의 발생경로를 도시한 예시도,
도 6과 도7은 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈마 반응기의 위상제어기에 따라 위상제어된 주파수를 도시한 예시도,
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 플라즈마 반응기의 외관구성을 개략적으도 도시한 사시도,
도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 플라즈마 반응기의 외관구성을 개략적으도 도시한 사시도,
도 10은 본 발명의 제5실시예에 따른 플라즈마 반응기의 외관구성을 개략적으도 도시한 사시도,
도 11은 본 발명의 제6실시예에 따른 플라즈마 반응기의 단면구성을 개략적으로 도시한 개략도,
도 12는 본 발명의 제7실시예에 따른 플라즈마 반응기의 단면구성을 개략적으로 도시한 개략도,
도 13은 본 발명의 제8실시예에 따른 플라즈마 반응기의 단면구성을 개략적으로 도시한 개략도,
도 14는 본 발명의 제9실시예에 따른 플라즈마 반응기의 단면구성을 개략적으로 도시한 개략도,
도 15는 본 발명의 제10실시예에 따른 플라즈마 반응기의 단면구성을 개략적으로 도시한 개략도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e : 플라즈마 반응기
100: 플라즈마 챔버 110: 챔버본체
113: 가스배출구 115: 유전체윈도우
120: 서셉터 121: 임피던스정합기
123,125: 서셉터 전원공급원 130: 샤워헤드
131: 임피던스정합기 133: 상부 전원공급원
140: 가스공급구 200: 가스공급부
300: 플라즈마소스 400: 마그네틱 코어
410: 제1마그네틱 코어 420: 제2마그네틱 코어
430: 제3마그네틱 코어 500: 유도코일
510: 제1유도코일 520: 제2유도코일
550: 임피던스정합기 560: 코일 전원공급원
570: 위상제어기 580: 제2코일 전원공급원
600: 무선주파수 안테나 700: 마그네틱 커버
Claims (10)
- 기판이 놓이는 서셉터가 내부에 구비된 챔버본체와;상기 챔버본체의 일측에 마련되어 상기 챔버본체 내부에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스와;상기 챔버본체의 상면을 가로지르게 배치되며 양단부의 자속출입구가 상기 챔버본체의 측면에 마주 대향되도록 복수로 구비되는 마그네틱 코어와;상기 마그네틱 코어에 감겨 상기 마그네틱 코어에서 자기장을 유도시키는 유도코일을 포함하되,상기 챔버본체의 상면에서 제1마그네틱 코어와 제2마그네틱 코어는 교차되는 위치의 높이가 상호 동일하도록 상호 함몰시킨 형태로 마련하고,상기 플라즈마 소스는 챔버본체의 상부에 마련되는 복수개의 무선 주파수 안테나를 중심영역과 주변영역으로 분리되도록 마련하여 중심영역 안테나 및 주변영역 안테나에 서로 다른 주파수를 갖는 전원 공급원으로부터 각각 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 자기 강화된 플라즈마 반응기.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 유도코일로 소정 주파수의 전원을 각각 공급하는 복수의 전원공급원과;상기 복수의 전원공급원으로부터 공급되는 전원의 위상차를 제어하여 상기 유도코일로 공급하는 위상제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 강화된 플라즈마 반응기.
- 제1항에 있어서,상기 플라즈마 소스는,상기 서셉터에 마련된 하부전극과;상기 서셉터의 상부에 상기 하부전극과 대향되게 마련되는 상부전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 강화된 플라즈마 반응기.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 챔버본체의 상면에 마련되어 상기 복수개의 무선 주파수 안테나와 접촉하는 유전체 윈도우와;상기 복수개의 무선 주파수 안테나를 커버하며 자속 출입구가 상기 챔버본체의 내부로 향하도록 마련되는 마그네틱 코어 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 강화된 플라즈마 반응기.
- 제1항 또는 제9항에 있어서,상기 챔버본체는,상기 서셉터에 마련된 하부전극과;상기 서셉터의 상부에 상기 하부전극과 대향되게 마련되는 상부전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 강화된 플라즈마 반응기.
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|---|---|---|---|---|
| KR100743842B1 (ko) * | 2006-04-25 | 2007-08-01 | 최대규 | 자속 채널에 결합된 플라즈마 챔버를 구비한 플라즈마반응기 |
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- 2008-10-31 KR KR1020080108108A patent/KR101615493B1/ko active IP Right Grant
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| Date | Code | Title | Description |
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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