KR20020029589A - 플라즈마 생성 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구조가 단순하고 제작 비용 및 유지 비용이 저렴하며 기판의 처리 균일성을 조정할 수 있는 플라즈마 생성 장치를 제공하는 것으로, 유도 결합형 플라즈마 생성 장치에 있어서 유도 코일(11, 12)을 포함하며 각각의 코일에 흐르는 전류를 제어하는 제어 수단(10)을 구비한다.

Description

플라즈마 생성 장치{Plazma generator}

본 발명은 플라즈마를 이용하여 박막을 형성 또는 에칭하는 장치에 사용하는 플라즈마 생성 장치에 관한 것이다.

종래, 이 종류의 장치는 유도 코일을 평면형 또는 나선형으로 입체적으로 형성하여 플라즈마를 생성하고, 그 플라즈마를 이용하여 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition:CVD) 또는 에칭 등의 처리를 행하는 경우에, 처리의 균일성을 향상시키기 위해 플라즈마 생성 장치는 고정하고 처리 기판과 플라즈마 생성 장치 사이의 거리를 처리 기판 홀더를 이동하여 조정하거나, 유도 코일 자체의 형상을 3차원적으로 변화시킨다.

그러나, 전술한 종래의 장치는 처리 기판 홀더를 이동하는 기구를 설치하면 그 기구가 복잡하게 되는 동시에, 특히 매엽식(枚葉式) 처리 장치에서는 기판 처리시 기판 홀더를 기판 반송 위치까지 이동시켜야 하므로 작업 처리량(throughput) 면에서도 문제가 있다.

또, 반송 위치로부터 기판 홀더를 이동할 때, 외기와 플라즈마 처리실 사이의 기밀성(氣密性)을 유지하기 위해 일반적으로는 용접 벨로즈를 사용하지만, 상기 벨로즈에는 수명이 있기 때문에 정기적으로 교환 작업이 필요하여 작업 비용이나 장치의 휴지 시간(downtime)이 발생한다는 면에서 문제가 있다.

또한, 상기 벨로즈는 소모품이며 고가이기 때문에 장치의 유지 보수 비용이 기판 홀더 고정식보다 더 든다는 문제도 있다.

한편, 유도 코일 형상이나 그 배치 위치를 가변하는 기구를 설치하면, 처리기판 홀더를 동작시키는 경우와 마찬가지로 그 기구가 복잡하게 되는 동시에, 코일에는 일반적으로 수∼십수 메가헤르츠의 고주파를 인가하므로 상기 배치 위치 가변 기구의 전기적 절연이 어렵고, 절연용 기구부로의 코일 투입 전력의 손실이 발생하여 효율이 저하된다는 문제도 있다.

본 발명의 목적은 구조가 단순하고 제작 비용 및 유지 비용이 저렴하며 기판 처리의 균일성을 조정할 수 있는 플라즈마 생성 장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 의한 플라즈마 생성 장치의 제1 실시예의 회로도,

도 2는 본 발명의 제1 실시예의 실험 결과를 나타낸 그래프,

도 3은 본 발명의 제1 실시예의 실험 결과를 나타낸 그래프,

도 4는 본 발명의 제1 실시예의 실험 결과를 나타낸 그래프,

도 5는 본 발명에 의한 플라즈마 생성 장치의 제2 실시예의 회로도,

도 6은 본 발명에 의한 플라즈마 생성 장치의 제3 실시예의 플라즈마 생성 유닛,

도 7은 본 발명에 의한 플라즈마 생성 장치의 제3 실시예의 회로도,

도 8은 본 발명의 제3 실시예의 실험 결과를 나타낸 그래프이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1：고주파 전원2：임피던스 정합기

10, 20, 30：제어 수단

11, 12, 21, 22, 31, 32, 33：유도 코일

15, 35, 36, 37：튜닝 콘덴서25：튜닝 코일

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 플라즈마 생성 장치는 유도 결합형 플라즈마 생성 장치에 있어서, 유도 코일(11, 12, 21, 22, 31, 32, 33)을 복수 개 포함하며 각각의 코일에 흐르는 전류를 제어하는 제어 수단(10, 20, 30)을 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 제어 수단(10)은 상기 유도 코일(11, 12) 중 적어도 하나와 직렬로 콘덴서(15)를 접속하거나, 상기 제어 수단(20)은 상기 유도 코일(21, 22) 중 적어도 하나와 직렬로 인덕터(25)를 접속한 것을 특징으로 한다.

상기 유도 코일(31, 32, 33)은 나선형으로 복수회 회전되어 감겨 있는 코일(31)과, 상기 코일과 병렬 접속된 적어도 하나의 1회전 코일(32, 33)을 구비한 것을 특징으로 한다.

이하에 도면 등을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.

(제1 실시예)

도 1은 본 발명에 의한 플라즈마 생성 장치의 제1 실시예의 회로도이다.

제1 실시예에서는 2개의 1회전 코일(11, 12)을 병렬 접속하여 평면형으로 배치한 경우에 그 중 내측 코일(11)에 전류 제어용 튜닝 콘덴서(15)를 직렬 접속하고 있다.

코일(11, 12) 및 튜닝 콘덴서(15)는 임피던스 정합기(2)를 통하여 고주파 전원(1)과 접속되어 있다.

콘덴서(15)를 삽입하지 않은 경우, 내측 코일(11)은 외측 코일(12)보다 인덕턴스가 작기 때문에 전류가 많이 흐른다. 전류가 흐르는 비율은 각 코일(11, 12)마다의 임피던스에 반비례하기 때문이다.

한편, 코일(11, 12)에 발생하는 자장(磁場) 강도는 흐르는 전류에 비례하며, 특히 코일(11, 12) 중심에서는 코일 직경에 반비례한다. 따라서, 내측 코일(11)에 전류 제어용 콘덴서(15)를 직렬 접속한 경우는 상기 2개의 코일(11, 12)을 사용하여 생성시키는 플라즈마의 코일 중심 부근의 밀도를 저감시키도록 조정할 수 있다.

도 2, 도 3 및 도 4에 자장 강도와 플라즈마 밀도의 공간 분포를 나타낸다. 자장 강도 분포는 각 코일(11, 12)이 발생시키는 자장을 각각 나타내고 있다. 방전 조건을 Ar 가스 100sccm, 압력 50mTorr, 고주파 주파수 13.56MHz, 출력 1000W이다.

플라즈마 밀도 분포를 나타낸 도면 중의 검은 동그라미는 코일(11, 12)에서40mm 떨어진 장소에서의 분포, 흰 동그라미는 100mm 떨어진 장소에서의 분포를 각각 표시한다.

도 2는 각 코일(11, 12) 전류치를 1：1로 한 경우이며, 도 3은 외측 코일(12)：내측 코일(11)＝2：1의 전류비로 한 경우이다. 도 4는 외측 코일(12)：내측 코일(11)＝1：2의 전류비로 한 경우이다.

도 2, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 플라즈마의 밀도 분포는 코일 자계 분포에 따라 크게 변화하고, 코일 전류의 조정에 의해 균일한 분포 위치, 즉 코일(11, 12)로부터의 거리를 변화시키는 효과를 얻을 수 있다. 코일 전류를 조정하는 콘덴서(15)는 용량이 고정적일 수도 있고 가변적일 수도 있다.

(제2 실시예)

도 5는 본 발명에 의한 플라즈마 생성 장치의 제2 실시예를 도시한 회로도이다.

제2 실시예에서는 코일 전류를 조절하기 위해, 제1 실시예의 콘덴서(15) 대신에 보조 코일(25)을 사용한다.

용량이 가변적인 코일을 설치하는 것은 인가하는 고주파 주파수에 따라서는 코일이 매우 커지거나 코일 발열 문제로 인해 수냉(水冷)을 실시할 필요가 있기 때문에, 조정이 곤란해지는 경우가 있다.

따라서, 코일을 사용하는 경우는 용량이 고정되어 있는 것이 바람직하다.

(제3 실시예)

도 6은 본 발명에 의한 플라즈마 생성 장치의 제3 실시예의 유닛을 도시한도면이다.

제3 실시예에서 중앙 코일은 나선형으로 2회전된 코일(31)을 배치하고 그 외측에 2개의 1회전 코일(32, 33)을 배치한 유도 결합 방식의 플라즈마 생성 코일 유닛을 사용한다.

이것은 가장 외주 측의 코일 직경은 400mm이고, 직경 12인치 크기의 실리콘 기판을 처리하는 장치용의 플라즈마 생성 유닛이다.

그리고, 참조 부호 2는 임피던스 정합기, 참조 부호 3은 고주파 도입 플레이트, 참조 부호 4는 실드 커버(shield cover)이다.

도 7은 본 발명에 의한 플라즈마 생성 장치의 제3 실시예를 도시한 회로도이다.

제3 실시예에서는 나선형으로 복수 2회전되어 감겨 있는 코일(31)과 2개의 1회전 코일(32, 33)을 병렬 접속하여 평면형으로 배치한 경우에, 각각의 코일(31, 32, 33)에 전류 제어용 튜닝 콘덴서(35, 36, 37)를 직렬 접속하고 있다.

도 8은 본 발명에 의한 플라즈마 생성 장치의 제3 실시예에서 최적화한 경우의 자장 강도 분포를 나타내고 있다. 제3 실시예의 자장 강도 분포에서, C₄F₈, CH₂F₂, Ar 및 O₂의 혼합 가스를 사용하여 방전하고 SiO₂막을 에칭한 결과 12인치 기판에서 면 내의 에칭 레이트 균일도가 ±2% 이하라는 결과가 얻어졌다.

(변형예)

이상 설명한 실시예에 한정되지 않고 여러 변형이나 변경이 가능하며 이들도본 발명과 균등한 범위 내에 속한다.

예를 들면 도 7에서 튜닝 콘덴서(35, 36, 37)를 튜닝 코일(25)로 대치할 수도 있다.

이상 상세하게 설명한 바와 같이 본 발명의 플라즈마 생성 장치는 유도 코일을 복수 개 포함하는 유도 결합식 플라즈마 생성 장치에 대하여, 각각의 코일에 흐르는 전류를 제어함으로써 코일이 발생하는 자계의 강도 분포를 변화시키고 플라즈마의 공간 밀도 분포를 변화시켜 처리 기판의 균일성을 조절할 수 있다. 본 발명에서는 코일 이동 기구가 불필요하기 때문에 그 구조가 단순하다.

또한, 처리 대상 기판을 이동시키는 기구도 불필요하기 때문에 본 발명의 플라즈마 생성 장치를 배치하면 플라즈마 처리 장치의 구조를 간단하게 할 수 있어 제조 비용을 삭감할 수 있는 동시에 소모품을 적게 할 수 있다. 또, 기판 반송 위치가 고정되어 있기 때문에 용이하게 반송할 수 있는 동시에 신뢰성 높은 장치로 만들 수 있다.

Claims (4)

1. 유도 결합형 플라즈마 생성 장치에 있어서,

   유도 코일을 복수 개 포함하며 각각의 코일에 흐르는 전류를 제어하는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 유도 코일 중 적어도 하나와 직렬로 콘덴서를 접속한 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 유도 코일 중 적어도 하나와 직렬로 인덕터를 접속한 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유도 코일은 나선형으로 복수 회 회전되어 감겨 있는 코일과, 상기 코일과 병렬 접속된 적어도 하나의 1회전 코일을 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성 장치.