KR20020064806A - 유도결합형 알에프 플라스마 소오스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라스마와 안테나 코일 사이에서 발생되는 방사상 방향의 전계를 소거함으로서 기재의 처리시 불균일성을 개선할 수 있는 유도결합형 RF 플라스마 소오스를 제공한다. 이러한 유도결합형 RF 플라스마 소오스는 다수의 1회전 안테나 코일로 구성되고, 각 안테나 코일이 플라스마 발생챔버의 주연측벽을 따라 RF 전원에 연결된 일측 단부와 접지전위에 연결된 타측 단부를 가지며, 플라스마 발생챔버의 종축선 방향으로 일정한 간격을 두고 배치된다. 각 1회전 안테나 코일의 일측 단부가 주연방향으로 상대측에 대하여 동일한 각도로 대향되게 배치된다.

Description

유도결합형 알에프 플라스마 소오스 {INDUCTIVELY COUPLED RF PLASMA SOURCE}

본 발명은 필름이 반도체 및 전자요소용으로 사용될 수 있는 실리콘, 갈륨, 석영, 유리 등으로 구성되는 기재의 표면에 스퍼터링, CVD 등에 의하여 형성될 때, 또는 기재가 에칭될 때, 또는 기재의 표면에 형성된 천연산화막 또는 기재상에 형성된 불필요한 물질이 제거될 때 사용되는 유도결합형 RF(고주파) 플라스마 소오스에 관한 것이다.

도 1은 플라스마 발생챔버(B)가 진공챔버(A)에 일체로 연속하여 형성되어 있는 이러한 형태의 통상적인 장치의 한 예를 보인 것이다. 플라스마 발생챔버(B)를 둘러싸고 있는 측벽은 전자파가 전달되는 석영 등과 같은 물질로 구성되어 있다. 플라스마 발생챔버(B)의 외주연에는 도 2에서 보인 바와 같이 금속파이프 또는 금속봉으로 구성되는 한번 감긴 형태의 1회전 안테나 코일(C)이 배열되어 있다. 안테나 코일(C)의 일측 단부에는 RF 전원(D)이 연결되고 타측 단부는 접지되어 고주파(RF) 전원이 안테나 코일에 공급될 수 있게 되어 있다. 플라스마 발생챔버(B)의 상단부에는 상판(즉, 덮개)(E)이 덮여 있다.

진공챔버(A)에는 진공펌프(F)와 가스 도입기구(G)가 연결되어 진공챔버(A)의내부 압력이 최적값으로 설정될 수 있다. 또한, 진공챔버(A)에는 웨이퍼와 같은 기재(H)를 출납하기 위한 로딩/언로딩 단(I)이 제공된다. 진공챔버(A)에서 웨이퍼(H)를 취부하기 위한 웨이퍼 홀더(J)가 플라스마 발생챔버(B)의 상측 단부에서 상판(E)에 대향되게 착설되어 있다. 이와 같이 필요시에 RF 전원으로부터 웨이퍼(H)에 RF 전력을 공급할 수 있게 구성된다.

도 1의 장치에서, 스퍼터링을 위한 타킷은 웨이퍼 홀더(J)에 대향하도록 플라스마 발생챔버(B)의 상측 단부에서 상판(E)에 착설될 수 있다. 상판(E)은 전원(L)에 연결되어 직류 전원 또는 RF 전력이 공급될 수 있다.

종래 기술의 다른 예로서, 도 3에서 보인 바와 같은 다중회전 안테나 코일이 도 2에서 보인 1회전 안테나 코일을 대신하여 착설된 장치가 알려져 있다.

이와 같이 구성된 종래 장치의 작동에 있어서, 웨이퍼와 같은 기재(H)가 웨이퍼 홀더(J)에 배치되고, 가스가 가스 도입기구(G)로부터 진공챔버(A)에 도입되며, 압력이 사전에 결정된 값으로 설정된다. 그리고, RF 전력이 RF 전원(D)으로부터 안테나 코일(C)로 인가된다. RF 전계가 플라스마 발생챔버(B) 내에서 주연방향으로 유도결합에 의하여 유도되어 플라스마가 발생된다. 이러한 조건하에서, 웨이퍼 홀더(J)에 RF 바이어스 전압을 인가함으로서 바이어스 전압에 의하여 웨이퍼 방향으로 향하는 발생 플라스마 내의 양이온을 가속시킬 수 있고, 양이온이 웨이퍼에 충돌하여 웨이퍼 표면을 에칭하거나 다른 처리를 수행할 수 있도록 한다.

1회전 안테나 코일을 이용하는 구성에 있어서, 10∼15㎒ 사이에서 에칭이 이루어지는 것이 가능하고, 구조가 간단하나, 도 4에서 보인 바와 같이, 플라스마와안테나 코일 사이에 용량결합이 이루어진다. 이러한 용량결합에 의하여 플라스마의 양이온이 안테나 코일, 즉 챔버의 벽측으로 가속되는 전계가 발생된다. 이러한 전계는 RF 도입단에서 가장 강하고 접지된 타측단의 부근에서 거의 제로가 된다. 따라서, RF 도입단 부근의 플라스마는 챔버 측벽을 향하여 더욱 이동하여 플라스마 밀도가 불균형을 이룬다. 따라서, 전 웨이퍼 표면의 처리상태가 균일하지 못하다.

다른 한편으로, 다중회전 안테나 코일을 이용하는 구성에 있어서는, 구조가 복잡하게 되는 동시에 안테나 코일의 리액턴스가 증가하고 산업용 주파수인 13.56㎒에 매칭시키기 어렵다. 따라서, 주파수가 낮아야 하는데 이는 전파 관련법의 별도 허가가 요구되며 비경제적이고 시간이 많이 소요되는 문제점이 있다.

이러한 방법에 의하여서도, 안테나 코일과 플라스마 사이의 용량결합이 다중회전 안테나 코일에 나타나나 높은 용량결합이 챔버로부터 멀리 떨어진 다중회전 안테나 코일에 의하여 작용하는 위치에 RF 도입단을 설치하거나 영향을 받지 않는 장소에 설치하는 것과 같은 개선된 구조를 용이하게 얻을 수는 있다.

본 발명의 목적은 상기 언급된 종래의 기술과 관련한 문제점을 해결하고 플라스마와 안테나 코일 사이에서 발생되는 방사상 방향의 전계를 소거함으로서 기재를 처리함에 있어 불균일성을 개선할 수 있는 유도결합형 RF 플라스마 소오스를 제공하는데 있다.

본 발명을 달성하기 위하여, 유도결합을 이용하여 RF 플라스마를 발생하기 위한 본 발명에 따른 유도결합형 RF 플라스마 소오스는 다수의 1회전 안테나 코일로 구성되고, 각 안테나 코일은 플라스마 발생챔버의 주연 측벽을 따라 RF 전원에 연결된 제 1 단부와 접지전위에 연결된 제 2 단부를 가지며, 플라스마 발생챔버의 종축선 방향으로 일정한 간격을 두고 배치되고, 각 1회전 안테나 코일의 제 1 단부는 주연방향으로 상대측에 대하여 동일한 각도로 대향되게 배치된다.

본 발명에 있어서, 각 1회전 안테나 코일은 플라스마 발생챔버의 주연측벽의 외측 또는 내측을 따라 배열될 수 있다. 각 1회전 안테나 코일이 플라스마 발생챔버의 주연 측벽의 외측을 따라 배열되는 경우, 플라스마 발생챔버의 주연 측벽은 전자기파 전달물질로 구성된다.

1회전 안테나 코일의 수가 2개인 경우, 이들 두 1회전 안테나 코일의 각각의 RF 전원에 연결된 일측 단부는 플라스마 발생챔버의 주연측벽의 주연방향으로 상대측에 대하여 180°간격을 두고 배열된다. 3개인 경우, 이들 3개의 1회전 안테나 코일의 각각의 RF 전원에 연결된 일측 단부는 플라스마 발생챔버의 주연 측벽의 주연방향으로 상대측에 대하여 120°간격을 두고 배열된다. 또한 4개인 경우, 이들 4개의 1회전 안테나 코일의 각각의 RF 전원에 연결된 일측 단부는 플라스마 발생챔버의 주연 측벽의 주연방향으로 상대측에 대하여 90°간격을 두고 배열된다.

각 1회전 안테나 코일의 일측 단부에 연결된 RF 전원은 모든 코일, 즉, 각 안테나 코일에 대하여 공통으로 설치될 수 있다.

상기 언급된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 유도결합형 RF 플라스마 소오스에 있어서, 안테나 코일과 플라스마 사이의 방사상 전계는 장치의 중심에 대하여 균등 분포된다. 챔버내에서 플라스마 밀도는 균일하게 되고 웨이퍼 표면의 처리 균일도가 개선될 수 있다.

본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 통상적인 1회전 안테나 코일이 구비된 유도결합형 RF 플라스마 소오스를 이용하는 플라스마 처리장치를 보인 구성도.

도 2는 도 1에서 보인 1회전 안테나 코일의 예를 보인 설명도.

도 3은 통상적인 다중회전 안테나 코일의 예를 보인 설명도.

도 4는 통상적인 1회전 안테나 코일에 의하여 발생된 내부 전계의 설명도.

도 5는 본 발명에 따른 유도결합형 RF 플라스마 소오스를 이용하는 플라스마 처리장치를 보인 구성도.

도 6은 도 5에서 보인 유도결합형 RF 플라스마 소오스의 두 1회전 안테나 코일의 상대배치상태를 보인 설명도.

도 7은 도 5에서 보인 유도결합형 RF 플라스마 소오스의 두 1회전 안테나 코일에 의하여 발생된 내부 전계를 보인 설명도.

도 8은 통상적인 1회전 안테나 코일이 구비된 유도결합형 RF 플라스마 소오스를 이용하는 에칭처리의 예를 보인 설명도.

도 9는 도 5에서 보인 본 발명에 따른 유도결합형 RF 플라스마 소오스를 이용한 에칭처리의 예를 보인 설명도.

도면의 주요부분에 대한 부호설명

1 … 진공챔버 8 … 플라스마 발생챔버

9 … 안테나 코일 10 … RF 전원

도 5-도 7에서 본 발명의 실시형태가 상세히 설명될 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 유도결합형 RF 플라스마 소오스를 이용하는 플라스마 처리장치를 보인 것이다. 플라스마 처리장치의 진공챔버(1)에 진공펌프(2)와 가스 도입기구(3)가 배치되고, 진공챔버(1)내의 압력은 사전에 결정된 값으로 설정될 수 있다. 진공챔버(1)에는 웨이퍼(4) 또는 기타 다른 공작물과 같은 기재가 출납될 수 있도록 하는 로딩/언로딩 단(5)이 구비되어 있다. 아울러, 웨이퍼(4)가 취부되는 웨이퍼 홀더(6)가 진공챔버(1)내에 제공된다. 이 웨이퍼 홀더(6)는 RF 전원(7)에 연결된다.

진공챔버(1)의 상부에는 본 발명에 따른 유도결합형 RF 플라스마 소오스를 구성하기 위한 플라스마 발생챔버(8)가 일체로 제공된다. 이 플라스마 발생챔버(8)의 주연 측벽은 전자기파가 전달될 수 있는 석영 등과 같은 물질로 구성된다. 플라스마 발생챔버(8)의 외주연에는 플라스마 발생챔버(8)의 내부에서 플라스마를 발생하기 위하여 금속 파이프 또는 금속봉으로 구성되는 2개의 1회전 안테나 코일(9)이 배열된다. 각 안테나 코일(9)의 일측 단부는 RF 전력의 도입단자로서 12.5㎒의 RF 전원(10)에 연결되고 타측 단부는 접지된다.

이들 두 안테나 코일(9)은 180°간격을 두고 배열된 이들의 RF 전원의 도입단자, 즉 양측 안테나 코일(9)의 RF 전원의 도입단자가 도 6에서 보인 바와 같이직경방향으로 대향되게 배열되게 수직방향으로 배열된다. 이와 같은 방법으로 안테나를 배열됨으로서, 플라스마와 안테나 코일 사이에서 발생된 방사상 방향의 전계가 도 7에서 보인 바와 같이 소거될 수 있고, RF 전원(10)의 주파수가 12.5㎒로 유지되며, 이러한 구성으로 웨이퍼 처리시 불균일성이 개선된다.

플라스마 발생챔버(8)의 상단에는 상판(11)이 배열된다. 이 상판(11)에는 예를 들어 스퍼터링을 위한 타킷이 플라스마 처리의 용도에 따라서 착설될 수 있으며, 이와 같은 경우, 회로는 직류전압 또는 RF 전원을 공급토록 구성될 수 있다.

웨이퍼 처리공정의 비교실험이 이와 같이 구성된 장치와 도 1에서 보인 통상적인 장치에 의하여 수행되었다.

먼저, 도 1의 통상적인 장치에서, 열산화막을 갖는 웨이퍼가 웨이퍼 홀더에 배치되고 10sccm의 Ar 가스가 도입되었다. 압력이 0.1 Pa에 이르렀을 때, 안테나 코일에 950W/12.5㎒의 RF 전력을 인가하고 웨이퍼 홀더에는 950W/13.56㎒의 RF 전력을 인가하였다. 열산화막의 두께는 처리전후에 측정되었으며, 에칭의 깊이가 되는 두께의 차이가 평가되었다. 그 결과, 도 8에서 보인 바와 같이, 웨이퍼 표면에서 에칭깊이의 분포에 변화를 보였다.

다른 한편으로, 도 5에서 보인 바와 같은 본 발명에 따른 유도결합형 RF 플라스마 소오스를 이용한 장치에서 동일한 실험이 수행되었다. 이 경우에 있어서, 하나의 RF 전원이 두 안테나 코일에 사용되었고 출력이 분기되었다. 출력은 상기 언급된 실험에 이용된 것과 동일한 950W 이었으며, 다른 파라메타도 동일한 값이었다. 그 결과 도 9에서 보인 바와 같이 변화가 개선되었다.

도시된 실시형태에서, 2개의 1회전 안테나 코일이 사용되었으나, 둘 이상의 1회전 안테나 코일이 사용될 수 있으며, 이와 같은 경우, 이들 각 안테나 코일은 이들의 RF 전원 도입단자가 상호 등간격을 두고 배열되도록 배치된다. 예를 들어, 안테나 코일이 3개인 경우, 이들 3개의 1회전 안테나 코일의 각각의 RF 전원에 연결된 일측 단부는 플라스마 발생챔버의 주연측벽의 주연방향으로 상대측에 대하여 120°간격을 두고 배열되고, 또한 4개인 경우, 이들 4개의 1회전 안테나 코일의 각각의 RF 전원에 연결된 일측 단부는 플라스마 발생챔버의 주연측벽의 주연방향으로 상대측에 대하여 90°간격을 두고 배열된다.

이들 1회전 안테나 코일은 이들의 각 RF 전원 또는 모든 코일에 대하여 공통으로 하나의 RF 전원에 연결될 수 있다.

상기 언급된 바와 같이, 본 발명에 따른 유도결합형 RF 플라스마 소오스에 있어서는 일측 단부(제 1 단부)가 플라스마 발생챔버의 주연벽을 따라 RF 전원에 연결되고 타측 단부(제 2 단부)가 플라스마 발생챔버의 종축선 방향에서 간격을 두고 접지전위에 연결되게 다수의 1회전 안테나 코일을 배열하고 각 1회전 안테나 코일의 일측 단부(제 1 단부)를 주연방향으로 서로 등간격을 두고 대향되게 배치함으로서, 안테나 코일과 플라스마 사이의 방사상 방향의 전계가 균일하게 분포되게 하며, 웨이퍼 처리의 균일성이 개선된다.

아울러, 본 발명에 따른 유도결합형 RF 플라스마 소오스는 안테나 코일이 하나의 RF 전원에 의하여 구동될 수 있도록 구성될 때 코일이 병렬로 연결되므로 반응기는 1회전 안테나 코일이 사용될 때의 반이 되고 코일에 의하여 소비되는 전력이 감소될 수 있으며, 플라스마에 주어지는 에너지가 증가하여 챔버내의 플라스마 밀도가 증가함으로서, 플라스마 처리속도, 예를 들어 에칭속도가 증가되는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (11)

1. 유도결합을 이용하여 RF 플라스마를 발생하기 위한 유도결합형 RF 플라스마 소오스에 있어서, 다수의 1회전 안테나 코일로 구성되고, 각 안테나 코일이 플라스마 발생챔버의 주연측벽을 따라 RF 전원에 연결된 제 1 단부와 접지전위에 연결된 제 2 단부를 가지며, 플라스마 발생챔버의 종축선 방향으로 일정한 간격을 두고 배치되고, 각 1회전 안테나 코일의 제 1 단부가 주연방향으로 상대측에 대하여 동일한 각도로 대향되게 배치됨을 특징으로 하는 유도결합형 RF 플라스마 소오스.
2. 제 1 항에 있어서, 본 발명에 있어서, 플라스마 발생챔버의 주연측벽이 전자기파 전달물질로 구성되고 각 1회전 안테나 코일이 플라스마 발생챔버의 주연측벽의 외측을 따라 배열됨을 특징으로 하는 유도결합형 RF 플라스마 소오스.
3. 제 1 항에 있어서, 각 1회전 안테나 코일이 플라스마 발생챔버의 주연측벽의 내측을 따라 배열됨을 특징으로 하는 유도결합형 RF 플라스마 소오스.
4. 제 1 항에 있어서, 1회전 안테나 코일의 수가 2개이고, 이들 두 1회전 안테나 코일의 각각의 RF 전원에 연결된 일측단부가 플라스마 발생챔버의 주연측벽의 주연방향으로 상대측에 대하여 180°간격을 두고 배열됨을 특징으로 하는 유도결합형 RF 플라스마 소오스.
5. 제 1 항에 있어서, 1회전 안테나 코일의 수가 3개이고, 이들 3개의 1회전 안테나 코일의 각각의 RF 전원에 연결된 일측 단부가 플라스마 발생챔버의 주연측벽의 주연방향으로 상대측에 대하여 120°간격을 두고 배열됨을 특징으로 하는 유도결합형 RF 플라스마 소오스.
6. 제 1 항에 있어서, 1회전 안테나 코일의 수가 4개이고, 이들 4개의 1회전 안테나 코일의 각각의 RF 전원에 연결된 일측 단부가 플라스마 발생챔버의 주연측벽의 주연방향으로 상대측에 대하여 90°간격을 두고 배열됨을 특징으로 하는 유도결합형 RF 플라스마 소오스.
7. 제 1 항에 있어서, 각 1회전 안테나 코일의 일측 단부에 연결된 RF 전원이 모든 안테나 코일에 대하여 공통으로 제공됨을 특징으로 하는 유도결합형 RF 플라스마 소오스.
8. 제 1 항에 있어서, 각 1회전 안테나 코일의 일측단부에 연결된 RF 전원이 각 안테나 코일에 대하여 제공됨을 특징으로 하는 유도결합형 RF 플라스마 소오스.
9. 제 1 항에 있어서, 유도결합형 RF 플라스마 소오스가 스퍼터링 시스템, 플라스마 CVD 시스템 또는 에칭시스템의 일부를 구성함을 특징으로 하는 유도결합형 RF플라스마 소오스.
10. 기재의 처리를 위한 진공처리 시스템에 있어서, 이 시스템이 유도결합을 이용하여 RF 플라스마를 발생하기 위한 유도결합형 RF 플라스마 소오스로 구성되고, 이 유도결합형 RF 플라스마 소오스가 다수의 1회전 안테나 코일로 구성되고, 각 안테나 코일이 플라스마 발생챔버의 주연측벽을 따라 RF 전원에 연결된 제 1 단부와 접지전위에 연결된 제 2 단부를 가지며, 플라스마 발생챔버의 종축선 방향으로 일정한 간격을 두고 배치되고, 각 1회전 안테나 코일의 일측단부가 주연방향으로 상대측에 대하여 동일한 각도로 대향되게 배치됨을 특징으로 하는 진공처리 시스템.
11. 제 10 항에 있어서, 진공처리 시스템이 스퍼터링 시스템, 플라스마 CVD 시스템 또는 에칭 시스템을 포함함을 특징으로하는 진공처리 시스템.