KR20050047293A - 헬리컬 자기-공진 코일을 이용한 이온화 물리적 기상 증착장치 - Google Patents

헬리컬 자기-공진 코일을 이용한 이온화 물리적 기상 증착장치 Download PDF

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Abstract

헬리컬 자기-공진 코일을 이용한 이온화 물리적 기상 증착 장치가 개시된다. 개시된 이온화 물리적 기상 증착 장치는, 처리 기판을 지지하는 기판 홀더를 가진 공정 챔버와, 공정 챔버에 기판 홀더와 대향하도록 설치되어 처리 기판상에 증착될 물질을 제공하는 증착 물질 소스와, 공정 챔버 내부에 공정 가스를 주입하기 위한 가스 주입 유닛과, 기판 홀더에 바이어스 전위를 인가하기 위한 바이어스 전원과, 공정 챔버 내부에 증착 물질을 이온화시키기 위한 플라즈마를 발생시키는 것으로 일단은 접지되고 타단은 전기적으로 개방된 헬리컬 자기-공진 코일과, 헬리컬 자기-공진 코일에 RF 전력을 공급하기 위한 RF 제너레이터를 구비한다. 이와 같은 구성에 의하면, 헬리컬 자기-공진 코일에 의해 매우 낮은 압력하, 예컨대 대략 0.1mTorr에서도 플라즈마의 점화 및 유지가 가능하며, 종래에 비해 고밀도의 플라즈마를 높은 효율로 발생시킬 수 있으므로, 증착 물질의 이온화율이 높아지게 된다.

Description

헬리컬 자기-공진 코일을 이용한 이온화 물리적 기상 증착 장치{Ionized physical vapor deposition apparatus using helical self-resonant coil}
본 발명은 이온화 물리적 기상 증착 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 헬리컬 자기-공진 코일을 이용한 이온화 물리적 기상 증착 장치에 관한 것이다.
현재 반도체 소자나 평판 디스플레이 장치(flat display panel)의 제조를 위해서는 기판의 미세가공을 위한 여러가지 장치들이 사용되고 있다. 이러한 장치들 중에서 물리적 기상 증착(PVD : Physical Vapor Deposition)는 반도체 소자 제조용 웨이퍼나 평판 디스플레이 장치 제조용 기판의 표면에 소정의 물질막을 물리적으로 증착하는데 널리 사용되고 있다. 상기 PVD 장치로서 대표적인 것은 마그네트론 스퍼터링 장치(Magnetron sputtering apparatus)이며, 이 외에도 전자빔 증발 장치(E-beam evaporator)와 열적 증발 장치(Thermal evaporator)가 있다는 것은 잘 알려져 있다.
상기한 종래의 PVD 장치에 있어서, 증착 물질로 이루어진 타겟으로부터 떨어져 나와 기판 상에 증착되는 입자들, 예컨대 금속 원자들 또는 원자 덩어리들(atomic cluster)은 대부분 중성을 띠고 있다. 이에 따라, 기판상에 증착되는 물질 입자들의 조직이 치밀하지 못하여 증착된 박막의 막질이 양호하지 못하고, 그 표면도 평탄하지 못한 단점이 있었다. 이러한 단점을 해소하기 위하여, 종래에는 기판을 소정 온도로 가열하였지만, 유리 기판과 같이 열에 취약한 기판인 경우에는 기판의 가열이 곤란하다.
이러한 종래의 PVD 장치의 단점을 개선하기 위하여, 이온화 물리적 기상 증착(IPVD : Ionized Physical Vapor Deposition) 장치가 개발된 바 있다. IPVD 장치는 타겟으로부터 떨어져 나온 증착 물질의 입자들을 플라즈마를 이용하여 이온화시키고, 기판에 바이어스 전압을 인가하여 상기 이온들을 가속시킬 수 있도록 구성되어 있다. 따라서, IPVD 장치는 기판상에 우수한 막질과 평탄도를 가진 박막을 증착할 수 있는 장점을 가진 것으로 알려져 있다.
도 1은 종래의 이온화 물리적 기상 증착 장치의 일 례로서, 미국 특허 US 6,117,279호에 개시된 마그네트론 스퍼터링 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 마그네트론 스퍼터링 장치(10)는 플라즈마 처리 공간(11)을 둘러싸는 진공 챔버(12)를 가지고 있다. 진공 챔버(12)의 내부 아래쪽에는 반도체 웨이퍼(15)를 지지하는 서셉터(14)가 마련되어 있고, 그 상부쪽에는 음극 조립체(17)가 설치되어 있다. 진공 챔버(10)의 내부는 진공 펌프(39)에 의해 소정의 진공 상태로 유지된다. 진공 챔버(10) 내부에는 가스 공급원(40)으로부터 유량 제어기(flow control device, 41)를 통해 공정 가스가 공급된다. 음극 조립체(cathode assembly, 17)는 자석(76)과 증착 물질로 이루어진 타겟(16)과 타겟 홀더(18)를 가지고 있으며, 타겟(16)은 웨이퍼(15)와 소정 간격을 두고 대면하도록 배치된다. 타겟(16)에 음의 전위를 인가하기 위한 DC 전원(21)이 RF 필터(22)를 통해 음극 조립체(17)에 연결되어 있다. 그리고, 음극 조립체(17)에는 선택적인 RF 전원(24)이 정합 회로(25)를 통해 접속되어 있다. 기판 홀더(14)에는 웨이퍼(15)에 바이어스 전위를 인가하기 위한 바이어스 전원(27)이 정합 회로(28)를 통해 접속되어 있다.
상기 진공 챔버(12)의 둘레에는 RF 코일(30)이 감겨져 있으며, RF 코일(30)에는 RF 에너지를 공급하기 위한 RF 전원(32)이 정합 회로(33)를 통해 접속되어 있다. RF 코일(30)은 진공 챔버(12)의 상부 공간(26)에 RF 에너지를 공급하여 유도 결합 플라즈마를 생성시킨다. 생성된 플라즈마는 타겟(16)으로부터 웨이퍼(15)의 표면으로 스퍼터되는 물질의 입자들을 이온화시킨다. 이온화된 입자들은 바이어스 전위가 인가된 웨이퍼(15)쪽으로 지향되며 가속되어, 전술한 바와 같이 웨이퍼(15)의 표면에 우수한 막질을 가진 박막을 형성하게 된다.
상기 RF 코일(30)의 내측에는 플라즈마가 생성되는 상부 공간(26)을 밀봉하도록 유전 윈도우(60)가 설치되어 있다. 그리고, 유전 윈도우(60)의 내측에는 타겟(16)으로부터 스퍼터된 물질이 유전 윈도우(60)의 표면에 코팅되는 것을 방지하기 위한 쉴드(70)가 설치되어 있다.
그런데, 상기한 구성을 가진 종래의 IPVD 장치는, 증착 물질의 이온화를 위해 RF 코일, 즉 비공진 코일에 의해 발생되는 유도 결합 플라즈마(Inductively coupled plasma)를 이용하고 있다. 상기 비공진 코일은 1mTorr 내지 수십 mTorr의 압력하에서는 플라즈마를 점화시킬 수 있지만, 그 보다 낮은 압력하에서는 플라즈마가 점화가 곤란한 단점이 있다. 그리고, 비공진 코일에 의해서는 충분히 높은 밀도의 플라즈마를 발생시키는 것이 곤란하여, 플라즈마에 의한 증착 물질의 이온화율이 만족스럽지 못한 단점이 있다.
한편, 미국 특허 US 5,903,106호에는 정전 쉴드(electrostatic shield)를 가진 플라즈마 발생 장치가 개시되어 있다. 상기 정전 쉴드는 플라즈마에 결합되는 전자기 에너지를 제어하기 위한 것으로, 관통 형성된 다수의 개구들을 가지고 있다. 그러나, 이러한 형태를 가진 정전 쉴드를 IPVD 장치에 적용하는 경우에는, 다수의 개구들을 통해 증착 물질이 정전 쉴드 외부에 감겨진 코일에 스퍼터되거나 코일을 이루는 물질이 기판상에 스퍼터될 수 있는 문제점이 있다.
상기한 바와 같이, IPVD 장치의 개발에 있어서는 매우 낮은 압력하에서도 고밀도의 플라즈마를 높은 효율로 발생시킬 수 있는 플라즈마 소스의 개발이 가장 먼저 확보되어야 하는 요소 기술이라고 할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 특히 낮은 압력하에서도 고밀도의 플라즈마를 높은 효율로 발생시킬 수 있는 헬리컬 자기-공진 코일을 이용한 이온화 물리적 기상 증착 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은,
처리 기판을 지지하는 기판 홀더를 가진 공정 챔버;
상기 공정 챔버에 상기 기판 홀더와 대향하도록 설치되어 상기 처리 기판상에 증착될 물질을 제공하는 증착 물질 소스;
상기 공정 챔버 내부에 공정 가스를 주입하기 위한 가스 주입 유닛;
상기 기판 홀더에 바이어스 전위를 인가하기 위한 바이어스 전원;
상기 공정 챔버 내부에 상기 증착 물질을 이온화시키기 위한 플라즈마를 발생시키는 것으로, 일단은 접지되고 타단은 전기적으로 개방된 헬리컬 자기-공진 코일; 및
상기 헬리컬 자기-공진 코일에 RF 전력을 공급하기 위한 RF 제너레이터;를 구비하는 이온화 물리적 기상 증착 장치를 제공한다.
여기에서, 상기 RF 제너레이터는 DC 전원과 공진 증폭기를 포함할 수 있으며, 상기 DC 전원은 상기 공진 증폭기에 트리거 펄스를 인가하고, 상기 공진 증폭기는 트리거 펄스를 증폭하여 그 출력을 상기 헬리컬 자기-공진 코일에 인가한다.
상기 헬리컬 자기-공진 코일의 임의의 지점에는 상기 공진 증폭기의 출력이 인가되는 제1 탭이 마련되고, 상기 헬리컬 자기-공진 코일의 접지단과 상기 제1 탭 사이에는 상기 공진 증폭기의 출력 일부의 정궤환에 사용되는 제2 탭이 마련될 수 있다.
상기 헬리컬 자기-공진 코일은 일정한 직경으로 감겨지거나, 상기 기판 홀더쪽으로 가면서 점차 그 직경이 커지는 콘 형상으로 감겨질 수 있다.
상기 공정 챔버 내부에는 상기 헬리컬 자기-공진 코일의 개방단에 접속되는 링 형상의 점화 전극이 설치될 수 있다. 이 경우, 상기 점화 전극과 상기 공정 챔버 사이의 방전을 방지하기 위한 플로팅 쉴드가 상기 공정 챔버 내에 설치된 것이 바람직하며, 상기 플로팅 쉴드는 상기 기판 홀더를 둘러싸는 원통 형상으로 이루어질 수 있다.
상기 가스 주입 유닛은, 가스 공급원과, 상기 공정 챔버의 상단부에 설치되며 상기 공정 챔버 내부를 향해 열려진 다수의 가스 분배구를 가진 링 형상의 가스 인젝터를 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 이온화 물리적 기상 증착 장치는, 상기 헬리컬 자기-공진 코일의 내측에 설치되어 플라즈마에 결합되는 전자기 에너지를 제어하는 패러데이 쉴드를 더 구비할 수 있다.
상기 패러데이 쉴드는, 플라즈마 발생 공간을 둘러싸며 다수의 내부 슬롯이 형성된 내부 쉴드와, 상기 내부 쉴드를 둘러싸며 다수의 외부 슬롯이 형성된 외부 쉴드를 포함하며, 상기 내부 슬롯들과 외부 슬롯들은 서로 엇갈리도록 배치된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 이온화 물리적 기상 증착 장치는, 상기 공정 챔버의 둘레를 따라 소정 간격을 두고 배치된 다수의 마그네트를 더 구비할 수 있다.
상기 공정 챔버는, 하부 챔버와, 상기 하부 챔버의 상단에 조립된 상부 챔버로 이루어질 수 있으며, 상기 상부 챔버는 상기 하부 챔버로부터 분리 가능한 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 하부 챔버의 내부에 상기 기판 홀더가 배치되고, 상기 상부 챔버의 내부에 상기 헬리컬 자기-공진 코일이 배치될 수 있다.
상기 증착 물질 소스는, 상기 공정 챔버의 상부에 설치된 타겟 홀더와, 상기 기판 홀더와 대향하는 상기 타겟 홀더의 전면에 부착되며 상기 증착 물질로 이루어진 타겟과, 상기 타겟 홀더의 배면에 배치된 마그네트 팩을 포함하는 음극 조립체와; 상기 음극 조립체에 연결되어 상기 타겟에 음의 전위를 인가하는 음극 전원;을 구비할 수 있다.
상기 음극 전원은 DC 전원일 수 있으며, 상기 DC 전원은 RF 필터를 통해 상기 음극 조립체에 전기적으로 접속될 수 있다.
그리고, 본 발명은,
하부 챔버와, 상기 하부 챔버의 상단에 조립된 상부 챔버로 이루어진 공정 챔버;
상기 하부 챔버의 내부에 배치되어 처리 기판을 지지하는 기판 홀더;
상기 상부 챔버의 상부에 설치된 타겟 홀더와, 상기 기판 홀더와 대향하는 상기 타겟 홀더의 전면에 부착되며 상기 처리 기판상에 증착될 물질을 제공하는 타겟과, 상기 타겟 홀더의 배면에 배치된 마그네트 팩을 포함하는 음극 조립체;
상기 음극 조립체에 연결되어 상기 타겟에 음의 전위를 인가하는 음극 전원;
상기 공정 챔버 내부에 공정 가스를 주입하기 위한 가스 주입 유닛;
상기 기판 홀더에 바이어스 전위를 인가하기 위한 바이어스 전원;
상기 공정 챔버 내부에 상기 증착 물질을 이온화시키기 위한 플라즈마를 발생시키는 것으로, 상기 상부 챔버의 내부에 설치되며 일단은 접지되고 타단은 전기적으로 개방된 헬리컬 자기-공진 코일; 및
상기 헬리컬 자기-공진 코일에 RF 전력을 공급하기 위한 RF 제너레이터;를 구비하는 이온화 물리적 기상 증착 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은,
처리 기판을 지지하는 기판 홀더를 가진 공정 챔버;
상기 공정 챔버에 상기 기판 홀더와 대향하도록 설치되어 상기 처리 기판상에 증착될 물질을 제공하는 증착 물질 소스;
상기 공정 챔버 내부에 공정 가스를 주입하기 위한 가스 주입 유닛;
상기 기판 홀더에 바이어스 전위를 인가하기 위한 바이어스 전원;
상기 공정 챔버 내부에 상기 증착 물질을 이온화시키기 위한 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생기; 및
상기 공정 챔버 내부에 설치되어 플라즈마에 결합되는 전자기 에너지를 제어하는 패러데이 쉴드;를 구비하며,
상기 패러데이 쉴드는, 플라즈마 발생 공간을 둘러싸며 다수의 내부 슬롯이 형성된 내부 쉴드와, 상기 내부 쉴드를 둘러싸며 다수의 외부 슬롯이 형성된 외부 쉴드를 포함하며, 상기 내부 슬롯들과 외부 슬롯들은 서로 엇갈리도록 배치된 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 가리킨다. 그리고, 본 발명은 마그네트론 스퍼터링 장치, 전자빔 증발 장치 및 열적 증발 장치와 같은 다양한 종류의 이온화 물리적 기상 증착 장치에 적용될 수 있으나, 이하에서는 마그네트론 스퍼터링 장치를 기준으로 도시하고 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 헬리컬 자기-공진 코일을 이용한 이온화 물리적 기상 증착 장치로서, 마그네트론 스퍼터링 장치의 구성을 도시한 수직 단면도이고, 도 3은 도 2에 표시된 A-A'선을 따른 마그네트론 스퍼터링 장치의 수평 단면도이다.
도 2와 도 3을 함께 참조하면, 본 발명에 따른 이온화 물리적 기상 증착(IPVD : Ionized Physical Vapor Deposition) 장치는, 헬리컬 자기-공진 코일(Helical self-resonant coil, 140)에 의해 낮은 압력하에서 고밀도로 생성된 플라즈마를 이용하여 증착 물질을 효율적으로 이온화시키고, 이온화된 증착 물질을 공정 챔버(Processing chamber, 110) 내에 로딩된 처리 기판, 예컨대 반도체 소자 제조용 실리콘 웨이퍼(W)의 표면 상에 증착시키기 위한 반도체 제조 장치이다.
상기 IPVD 장치는, 공정 챔버(110)와, 웨이퍼(W) 표면에 증착될 물질을 제공하는 증착 물질 소스와, 상기 공정 챔버(110) 내부에 공정 가스를 주입하기 위한 가스 주입 유닛과, 상기 기판 홀더(120)에 바이어스 전위를 인가하기 위한 바이어스 전원(124)과, 상기 공정 챔버(110) 내부에 플라즈마를 발생시키기 위한 헬리컬 자기-공진 코일(140)과, 상기 헬리컬 자기-공진 코일(140)에 RF 전력을 공급하기 위한 RF 제너레이터를 구비한다.
상기 공정 챔버(110)는, 하부 챔버(111)와, 상기 하부 챔버(111)의 상단에 조립된 상부 챔버(112)로 이루어질 수 있다. 따라서, 하부 챔버(111)와 상부 챔버(112)는 결합 및 분리가 가능하게 된다. 상기 하부 챔버(111)의 내부 공간, 즉 하부 공간(118)에는 웨이퍼(W)를 지지하는 기판 홀더(120)가 배치되고, 상부 챔버(112)의 내부 공간, 즉 상부 공간(119)에는 상기 헬리컬 자기-공진 코일(140)이 배치된다. 그리고, 상기 증착 물질 소스는 상부 챔버(112)의 상부에 설치된다. 상기 공정 챔버(110)의 내부는 소정의 진공상태로 유지되며, 이를 위해 하부 챔버(111)에는 진공펌프(116)에 연결되는 진공흡입구(115)가 형성된다.
이와 같이, 본 발명에 의하면 공정 챔버(110)가 하부 챔버(111)와 상부 챔버(112)로 분리될 수 있는 구조를 가지므로, 증착 물질 소스와 헬리컬 자기-공진 코일(140)이 배치된 상부 챔버(112)를 다양한 크기의 기판 홀더(120)를 가진 하부 챔버(111)에 결합하여 사용할 수 있는 장점이 있다. 또한, 공정 챔버(110) 내부의 보수 및 유지가 용이하게 되는 장점도 있다.
상기 증착 물질 소스는 웨이퍼(W) 표면에 증착될 물질을 제공하는 것으로, 기판 홀더(120)와 대향하도록 상부 챔버(112)의 상부에 설치된다. 이러한 증착 물질 소스로는 상기한 바와 같이 IPVD 장치의 종류에 따라 여러가지 구성을 가질 수 있다. 본 실시예에서는 마그네트론 스퍼터링 장치에 사용되는 증착 물질 소스로서 마그네트론 건을 예시한다.
상기 증착 물질 소스, 즉 마그네트론 건은 증착 물질로 이루어진 타겟(163)을 가진 음극 조립체(cathode assembly, 160)와, 상기 타겟(163)에 음의 전위를 인가하기 위한 음극 전원(166)을 구비한다. 상부 챔버(112)의 상부에는 상기 타겟(163)을 지지하는 타겟 홀더(162)가 설치된다. 상기 타겟(163)은 상기 타겟 홀더(162)의 전면, 즉 기판 홀더(120)와 대향하는 면에 부착되어 지지된다. 상기 타겟 홀더(162)의 배면에는 마그네트 팩(magnet pack, 161)이 배치된다. 상기 마그네트 팩(161)은, 음극 조립체(160)에 의해 공정 챔버(110) 내부로 방출된 전자들을 트랩(trap)하기 위한 자기장을 형성시키는 복수의 전자석 또는 영구자석을 포함한다. 상기 전자석 또는 영구자석들은 고정 설치되 수도 있으며, 회전 또는 이동 가능하도록 설치될 수도 있다. 이와 같이 구성된 음극 조립체(160)는 그 외주에 설치된 절연체(169)에 의해 상부 챔버(112)와 절연된다. 상기 절연체(169)는 세라믹으로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 음극 조립체(160)는 상기한 구성 외에도 본 발명의 기술 분야에서 알려진 다른 구성을 가질 수도 있다.
상기 음극 전원(166)은 상기 음극 조립체(160)에 연결되어 상기 타겟(163)에 음의 전위를 인가하는 것으로, 통상적으로 DC 전원(166)이 이용될 수 있다. 바람직하게는, 상기 DC 전원(166)은 RF 필터(165)를 통해 음극 조립체(160)에 연결된다. 그리고, 선택적인 에너지 소스로서 RF 전원(168)이 정합 회로(167)를 통해 음극 조립체(160)에 접속될 수 있다.
상기 바이어스 전원(124)은 후술하는 바와 같이 헬리컬 자기-공진 코일(140)에 의해 생성된 플라즈마에 의해 이온화된 증착 물질이 기판 홀더(120)에 놓여진 웨이퍼(W) 쪽으로 이동할 수 있도록 기판 홀더(120)에 바이어스 전위를 인가하는 역할을 하게 된다. 즉, 이온화된 증착 물질은 기판 홀더(120)에 인가된 바이어스 전위에 의해 웨이퍼(W) 쪽으로 가속되고 지향된다. 이에 따라 웨이퍼(W)의 표면에 우수한 막질과 평탄도를 가진 박막이 형성될 수 있다. 이러한 바이어스 전원(124)으로는 RF 전원이 사용될 수 있다. 이 경우, RF 전력의 전달 효율을 높이기 위해, 바이어스 전원(124)과 기판 홀더(120) 사이에 정합회로(122)가 마련될 수 있다.
상기 가스 주입 유닛은, 상기 공정 챔버(110) 내부에 공정 가스, 즉 플라즈마 소스 가스를 주입하기 위한 장치이다. 이러한 가스 주입 유닛은, 공정 가스를 공급하는 가스 공급원(173)과, 상부 챔버(112)의 상단부에 설치되며 상부 챔버(112) 내부를 향해 열려진 다수의 가스 분배구(171)를 가진 링 형상의 가스 인젝터(170)를 포함한다. 상기 가스 공급원(173)으로부터 가스 인젝터(170)로 공급되는 공정 가스, 예컨대 아르곤과 같은 불활성 가스는 유량 제어기(flow control device, 172)에 의해 그 유량이 제어될 수 있다.
상기 헬리컬 자기-공진 코일(140)은 상부 챔버(112) 내부에 증착 물질을 이온화시키기 위한 플라즈마를 발생시키는 역할을 하는 것으로, 일단, 예컨대 상측단은 접지되고, 타단, 에컨대 하측단은 전기적으로 개방된다. 상기 헬리컬 자기-공진 코일(140)은 상부 챔버(112)의 내주면에 인접하여 다수의 턴으로 감겨지며, 각 턴은 모두 일정한 직경을 가질 수 있다. 그리고, 상기 헬리컬 자기-공진 코일(140)은 통상적으로 인가되는 RF 전압의 파장의 1/4에 상응하는 길이를 가진다.
상기 RF 제너레이터는 상기 헬리컬 자기-공진 코일(140)에 RF 전력을 공급하기 위한 것으로, 알려진 여러가지 종류의 RF 제너레이터가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 공진 증폭기(144)와 DC 전원(146)을 포함하는 RF 제너레이터가 사용될 수 있다. 상기 DC 전원(146)은 공진 증폭기(144)에 트리거 펄스를 인가하고, 상기 공진 증폭기(144)는 트리거 펄스를 증폭하여 그 출력을 헬리컬 자기-공진 코일(140)에 인가한다.
상기 헬리컬 자기-공진 코일(140)은 낮은 압력하에서 높은 효율로 고밀도의 플라즈마의 점화 및 유지를 가능하게 하는 장점을 가진다. 따라서, 헬리컬 자기-공진 코일(140)을 사용하면 종래의 유도 결합형 RF 코일에 비해 증착 물질의 이온화율이 높아지게 되는 효과가 있다.
상기한 헬리컬 자기-공진 코일(140)과, 공진 증폭기(144) 및 DC 전원(146)을 포함하는 RF 제너레이터에 대해서는 뒤에서 상세하게 설명하기로 한다.
그리고, 상기 상부 챔버(112) 내부에는 헬리컬 자기-공진 코일(140)의 개방단에 접속되는 링 형상의 점화 전극(142)이 설치된 것이 바람직하다. 상기 점화 전극(142)은 헬리컬 자기-공진 코일(140)과 동축적으로 설치되며, 상부 챔버(112)의 하단부 가까이에 배치된다.
플라즈마의 점화는 헬리컬 자기-공진 코일(140)의 개방단에서부터 시작되어 다른 부위로 전파된다. 이때, 보다 넓은 면적을 가진 링 형상의 점화 전극(142)이 헬리컬 자기-공진 코일(140)의 개방단에 접속되어 있으므로, 이에 의해 플라즈마가 보다 균일하고 넓은 범위에서 점화될 수 있다. 따라서, 상부 챔버(112) 내에서의 플라즈마의 밀도 분포가 보다 균일하게 이루어질 수 있게 된다.
또한, 상기 하부 챔버(111) 내에는 상기 점화 전극(142)과 하부 챔버(111) 사이의 방전을 방지하기 위한 플로팅 쉴드(130)가 설치될 수 있다. 상기 플로팅 쉴드(130)는 기판 홀더(120)를 둘러싸는 원통 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 플로팅 쉴드(130)는 상부 챔버(112)의 하단에 마련된 세라믹 절연체(113)에 장착되어 지지될 수 있다.
상기한 본 발명에 따른 IPVD 장치는, 상기 헬리컬 자기-공진 코일(140)의 내측에 설치되어 플라즈마에 결합되는 전자기 에너지를 제어하는 패러데이 쉴드(150)를 더 구비할 수 있다.
상기 패러데이 쉴드(150)는 내부 쉴드(151)와 외부 쉴드(152)로 이루어질 수 있다. 상기 내부 쉴드(151)는 플라즈마 발생 공간, 즉 상부 공간(119)을 둘러싸는 원통 형상을 가지며, 상기 외부 쉴드(152)는 내부 쉴드(151)로부터 소정 간격 이격된 상태로 내부 쉴드(151)를 둘러싸는 원통 형상을 가진다. 이와 같은 패러데이 쉴드(150)의 구조와 작용에 대해서는 뒤에서 상세하게 설명하기로 한다.
또한, 본 발명에 따른 IPVD 장치는, 상기 공정 챔버(110) 내부에 자기장을 형성하기 위한 수단으로서, 공정 챔버(110)의 외부에 설치된 다수의 마그네트(180)를 더 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 마그네트(180)는 상부 챔버(112)의 둘레를 따라 소정 간격을 두고 다수 개가 배치된다. 다수의 마그네트(180)는 원주방향을 따라 N극과 S극이 교번되도록 배치된다. 상기 마그네트(180)로는 영구자석이 사용될 수 있다.
상기한 바와 같이 배치된 다수의 마그네트(180)에 의해 상부 챔버(112)의 내측면 가까이에는 자기장이 형성되고, 이러한 자기장은 플라즈마를 감금시키는 작용은 하는데, 이를 멀티-폴 감금(multi-pole confinement)이라고 한다. 즉, 다수의 마그네트(180)를 상부 챔버(112)의 둘레에 N극과 S극이 교번되도록 배치하면, 상부 챔버(112)의 내측면 가까이에 마그네틱 미러(magnetic mirror) 효과가 유도되고, 이에 의해 하전 입자들의 벽체 손실(wall loss)이 줄어 들게 된다. 따라서, 상부 챔버(112) 내부의 반경방향으로 보다 균일한 플라즈마 밀도 분포를 확보할 수 있게 된다.
도 4는 도 2에 도시된 헬리컬 자기-공진 코일과 RF 제너레이터의 접속 구조를 보여주는 개략도이고, 도 5는 공진 증폭기에 인가되는 트리거 펄스와 헬리컬 자기-공진 코일에 인가되는 입력 전압의 파형을 도시한 파형도이다.
도 4를 참조하면, 전술한 바와 같이 헬리컬 자기-공진 코일(140)에 RF 전력을 공급하기 위한 RF 제너레이터는 DC 전원(146)과 공진 증폭기(144)를 포함할 수 있다. 상기 DC 전원(146)은 도 5에 도시된 바와 같이 대략 1㎸의 트리거 펄스 전압(U1)을 소정의 펄스지속시간(pulse duration, τ)과 펄스주기(pulse period, T)로 상기 공진 증폭기(144)에 인가한다. 상기 공진 증폭기(144)는 트리거 펄스를 증폭하여 그 출력을 상기 헬리컬 자기-공진 코일(140)에 인가한다. 공진 증폭기(144)의 출력은 헬리컬 자기-공진 코일(140)의 임의의 지점, 예컨대 첫째 턴 또는 둘째 턴에 마련된 제1 탭(147)을 통해 헬리컬 자기-공진 코일(140)에 인가된다. 그리고, 헬리컬 자기-공진 코일(140)의 접지단과 상기 제1 탭(147) 사이에는 제2 탭(148)이 마련된다. 상기 공진 증폭기(144)의 출력의 일부는 상기 제2 탭(148)으로부터 다시 공진 증폭기(144)로 정궤환(positive feedback)된다. 이에 따라, 도 5에 도시된 바와 같은 파형을 가진 입력 전압(U2), 즉 공진 증폭기(144)의 출력 전압이 헬리컬 자기-공진 코일(140)에 인가된다. 코일(140) 내에서의 RF 진동(RF oscillation)은 점화 전극(150)에서 입력 전압(U2)보다 훨씬 높은 RF 전압(U3)을 유도하여 코일(140)의 내측에 플라즈마를 점화시킨다. 상기한 바와 같은 구성을 가진 RF 제너레이터는 트랜스포머와 정합 회로를 구비하지 않으므로, 소비 전력의 대부분이 플라즈마에 흡수되어 소비 전력 대비 플라즈마 발생 효율이 높아지게 된다.
상기 헬리컬 자기-공진 코일(140)에 RF 전력이 인가되면, 헬리컬 자기-공진 코일(140)에 흐르는 전류에 의해 시변화 자기장이 생성되고, 시변화 자기장에 의해 전기장이 유도된다. 유도된 전기장은 플라즈마 소스 가스를 이온화하여 플라즈마를 생성하게 된다. 이 때, 헬리컬 자기-공진 코일(140)의 RF 전력 인가 지점으로부터 한쪽, 즉 접지단 쪽에는 인덕턴스가 유도되고, 다른쪽, 즉 개방단 쪽에는 커패시턴스가 유도되어 이들의 공진(LC 공진)에 의해 헬리컬 자기-공진 코일(140)로의 효율적인 에너지 전달이 가능하게 된다. 따라서, 헬리컬 자기-공진 코일(140)을 사용하면 고밀도 플라즈마가 생성될 수 있으며, 이와 같은 고밀도의 플라즈마는 증착 물질의 이온화율을 증가시키게 되는 것이다.
그리고, 플라즈마 소스 가스로 공급되는 불활성 가스는 플라즈마의 점화 초기 단계에서만 필요하며, 그 이후에는 불활성 가스를 공급하지 않아도 되므로 매우 낮은 압력, 대략 0.1mTorr에서도 안정된 플라즈마의 유지가 가능하게 된다. 상세하게 설명하면, 상기한 바와 같이 증착 물질의 이온화율이 높아짐에 따라 플라즈마 내에 증착 물질, 예컨대 금속 원자로부터 떨어져 나온 전자들이 많아지게 된다. 이에 따라, 플라즈마 소스 가스가 더 이상 공급되지 않아도 상기 전자들과 금속 원자의 출돌로 인한 금속 원자의 이온화가 지속적이고 효율적으로 이루어질 수 있기 때문이다.
한편, 상기 두 개의 탭(147, 148)은 각각 헬리컬 자기-공진 코일(140)을 따라 이동 가능하도록 된 것이 바람직하다. 따라서, 두 개의 탭(147, 148)을 이동시킴에 따라 최적의 공진 상태를 얻을 수 있는 RF 전력 인가 지점을 용이하게 찾을 수 있게 되므로, 고밀도 플라즈마를 효율적으로 확보할 수 있게 된다.
그리고, 상기 트리거 펄스의 전압, 지속시간 및/또는 주기를 변화시킴으로써 추가적인 플라즈마 밀도의 제어와, 이에 따른 증착 물질의 이온화율을 제어할 수 있다.
도 6은 도 2에 도시된 패러데이 쉴드의 분해 사시도이다.
도 6을 참조하면, 상기 패러데이 쉴드(150)는, 전술한 바와 같이 내부 쉴드(151)와 외부 쉴드(152)로 이루어진다. 상기 내부 쉴드(151)는 소정 직경의 원통 형상을 가지며, 그 원주를 따라 소정 간격을 두고 형성된 다수의 내부 슬롯(154)을 가진다. 상기 외부 쉴드(152)는 내부 쉴드(151)의 직경보다 약간 큰 직경의 원통 형상을 가지며, 그 원주를 따라 소정 간격을 두고 형성된 다수의 외부 슬롯(155)을 가진다.
이러한 내부 슬롯들(154)과 외부 슬롯들(155)은 패러데이 쉴드(150)에 흐르는 유도 RF 전류를 감소시키고, 이에 따라 플라즈마 전위가 낮아지게 된다. 플라즈마 전위가 낮아지게 되면, 이온 에너지를 보다 정확히 제어할 수 있게 되므로, 공정의 정밀도가 높아지게 된다. 즉, 슬롯들(154, 155)을 가진 패러데이 쉴드(150)에 의해 공정의 조건에 적절히 대처하여 효율적이고 정밀한 공정 수행이 가능하게 된다.
그리고, 상기 내부 슬롯들(154)과 외부 슬롯들(155)은 서로 엇갈리도록 배치된다. 이와 같은 구조를 가진 패러데이 쉴드(150)에 의하면, 패러데이 쉴드(150)에 다수의 슬롯들(154, 155)이 형성되더라도, 패러데이 쉴드(150)의 외측에 설치된 헬리컬 자기-공진 코일(140)이 패러데이 쉴드(150) 내측의 플라즈마 발생 공간, 즉 상부 공간(119)에 직접적으로 노출되지 않는다. 따라서, 다수의 슬롯들(154, 155)을 통해 증착 물질이 헬리컬 자기-공진 코일(140)에 코팅되는 종래의 문제점이 방지될 수 있다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 이온화 물리적 기상 증착 장치로서, 콘 형상의 헬리컬 자기-공진 코일을 가진 마그네트론 스퍼터링 장치의 구성을 도시한 수직 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 IPVD 장치에 있어서, 헬리컬 자기-공진 코일(240)은 기판 홀더(120)쪽으로 가면서 점차 그 직경이 커지는 콘(cone) 형상으로 감겨질 수 있다. 이에 따라, 상부 챔버(212)와 패러데이 쉴드(250)도 콘 형상을 가질 수 있다. 나머지 구성 요소들은 전술한 제1 실시예에서와 동일하므로 그 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이, 헬리컬 자기-공진 코일(240)이 콘(cone) 형상으로 감겨지면, 도 2에 도시된 원통 형상의 코일과 달리 코일(240)의 각 턴의 길이가 달라지기 때문에 코일(240)의 수직 축에 따른 전류와 전압의 분포가 변하게 된다. 이러한 사실과 코일(240)의 각 턴들이 서로 다른 반경방향 위치를 가지기 때문에, 플라즈마에 결합되는 RF 전력을 변화시킬 수 있게 된다. 즉, 수직 축에 대한 헬리컬 자기-공진 코일(240)의 경사 각도(θ)를 변화시킴으로써 공정 챔버(110) 내의 플라즈마 밀도 분포를 제어할 수 있게 된다.
도 8과 도 9는 도 2에 도시된 원통 형상의 코일과 도 7에 도시된 콘 형상의 코일에 있어서, 전류와 전압의 분포를 보여주는 그래프들이다.
도 8과 도 9의 그래프를 보면, 원통 형상 코일과 콘 형상 코일 각각의 높이는 10cm로 동일하게 주어진 경우에도, 각 코일에 있어서의 전류 분포와 전압 분포가 달라졌음을 알 수 있다. 이와 같이, 콘 형상의 코일은 플라즈마 밀도를 제어할 수 있는 추가적인 기회를 제공한다.
본 발명은 개시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예컨대, 본 발명은 위에서 마그네트론 스퍼터링 장치를 기준으로 도시되고 설명되었지만, 이 외에도 전자빔 증발 장치 및 열적 증발 장치와 같은 다양한 종류의 이온화 물리적 기상 증착 장치에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 이온화 물리적 기상 증착 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 헬리컬 자기-공진 코일을 이용함으로써, 매우 낮은 압력하, 예컨대 대략 0.1mTorr에서도 플라즈마의 점화 및 유지가 가능하며, 종래에 비해 고밀도의 플라즈마를 높은 효율로 발생시킬 수 있다. 따라서, 증착 물질의 높은 이온화율을 확보할 수 있게 된다.
둘째, 헬리컬 자기-공진 코일의 내측에 다수의 슬롯을 가진 패러데이 쉴드가 마련됨으로써, 플라즈마의 전위를 용이하게 제어할 수 있다. 그리고, 패러데이 쉴드의 외측에 설치된 헬리컬 자기-공진 코일이 패러데이 쉴드 내측의 플라즈마 발생 공간에 직접적으로 노출되지 않으므로, 다수의 슬롯들을 통해 증착 물질이 헬리컬 자기-공진 코일에 코팅되는 종래의 문제점이 방지될 수 있다.
셋째, 공정 챔버가 하부 챔버와 상부 챔버로 분리될 수 있으므로, 증착 물질 소스와 헬리컬 자기-공진 코일이 배치된 상부 챔버를 다양한 크기의 기판 홀더를 가진 하부 챔버에 결합하여 사용할 수 있다.
넷째, 공정 챔버의 둘레를 따라 다수의 마그네트가 설치됨으로써, 하전 입자들의 벽체 손실이 줄어 들게 되어 공정 챔버 내부의 반경방향으로 보다 균일한 플라즈마 밀도 분포를 확보할 수 있게 된다.
다섯째, 헬리컬 자기-공진 코일이 콘 형상으로 감겨진 경우에는, 공정 챔버 내의 플라즈마 밀도를 보다 용이하게 제어할 수 있게 된다.
도 1은 종래의 이온화 물리적 기상 증착 장치의 일 례로서, 마그네트론 스퍼터링 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 헬리컬 자기-공진 코일을 이용한 이온화 물리적 기상 증착 장치로서, 마그네트론 스퍼터링 장치의 구성을 도시한 수직 단면도이다.
도 3은 도 2에 표시된 A-A'선을 따른 마그네트론 스퍼터링 장치의 수평 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 헬리컬 자기-공진 코일과 RF 제너레이터의 접속 구조를 보여주는 개략도이다.
도 5는 공진 증폭기에 인가되는 트리거 펄스와 헬리컬 자기-공진 코일에 인가되는 입력 전압의 파형을 도시한 파형도이다.
도 6은 도 2에 도시된 패러데이 쉴드의 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 이온화 물리적 기상 증착 장치로서, 콘 형상의 헬리컬 자기-공진 코일을 가진 마그네트론 스퍼터링 장치의 구성을 도시한 수직 단면도이다.
도 8과 도 9는 도 2에 도시된 원통 형상의 코일과 도 7에 도시된 콘 형상의 코일에 있어서, 전류와 전압의 분포를 보여주는 그래프들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110...공정 챔버 111...하부 챔버
112,212...상부 챔버 113...절연체
115...진공 흡입구 116...진공 펌프
118...하부 공간 119...상부 공간
120...기판 홀더 122...정합 회로
124...바이어스 전원 130...플로팅 쉴드
140,240...헬리컬 자기-공진 코일 142...점화 전극
144...공진 증폭기 146...DC 전원
147...제1 탭 148...제2 탭
150,250...패러데이 쉴드 151...내부 쉴드
152...외부 쉴드 154...내부 슬롯
155...외부 슬롯 160...음극 조립체
161...마그네트 팩 162...타겟 홀더
163...타겟 165...RF 필터
166...DC 전원 167...정합 회로
168...RF 전원 169...절연체
170...가스 인젝터 171...가스 분배구
172...유량 제어기 173...가스 공급원
180...마그네트

Claims (36)

  1. 처리 기판을 지지하는 기판 홀더를 가진 공정 챔버;
    상기 공정 챔버에 상기 기판 홀더와 대향하도록 설치되어 상기 처리 기판상에 증착될 물질을 제공하는 증착 물질 소스;
    상기 공정 챔버 내부에 공정 가스를 주입하기 위한 가스 주입 유닛;
    상기 기판 홀더에 바이어스 전위를 인가하기 위한 바이어스 전원;
    상기 공정 챔버 내부에 상기 증착 물질을 이온화시키기 위한 플라즈마를 발생시키는 것으로, 일단은 접지되고 타단은 전기적으로 개방된 헬리컬 자기-공진 코일; 및
    상기 헬리컬 자기-공진 코일에 RF 전력을 공급하기 위한 RF 제너레이터;를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 헬리컬 자기-공진 코일은 상기 공정 챔버의 내부에 설치되며, 상기 공정 챔버의 내주면에 인접하여 감겨진 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 RF 제너레이터는 DC 전원과 공진 증폭기를 포함하며, 상기 DC 전원은 상기 공진 증폭기에 트리거 펄스를 인가하고, 상기 공진 증폭기는 트리거 펄스를 증폭하여 그 출력을 상기 헬리컬 자기-공진 코일에 인가하는 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 헬리컬 자기-공진 코일의 임의의 지점에는 상기 공진 증폭기의 출력이 인가되는 제1 탭이 마련되고, 상기 헬리컬 자기-공진 코일의 접지단과 상기 제1 탭 사이에는 상기 공진 증폭기의 출력 일부의 정궤환에 사용되는 제2 탭이 마련된 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 두 개의 탭은 각각 상기 코일을 따라 이동 가능한 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 트리거 펄스의 전압, 지속시간 및 주기 중 적어도 한가지를 변화시킴으로써, 플라즈마 밀도와 증착 물질의 이온화율을 제어하는 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 헬리컬 자기-공진 코일은 일정한 직경으로 감겨진 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 헬리컬 자기-공진 코일은 상기 기판 홀더쪽으로 가면서 점차 그 직경이 커지는 콘 형상으로 감겨진 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 공정 챔버 내부에는 상기 헬리컬 자기-공진 코일의 개방단에 접속되는 링 형상의 점화 전극이 설치된 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 점화 전극과 상기 공정 챔버 사이의 방전을 방지하기 위한 플로팅 쉴드가 상기 공정 챔버 내에 설치된 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 플로팅 쉴드는 상기 기판 홀더를 둘러싸는 원통 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 가스 주입 유닛은,
    가스 공급원; 및
    상기 공정 챔버의 상단부에 설치되며, 상기 공정 챔버 내부를 향해 열려진 다수의 가스 분배구를 가진 링 형상의 가스 인젝터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 바이어스 전원은 정합회로를 통해 상기 기판 홀더에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 헬리컬 자기-공진 코일의 내측에 설치되어 플라즈마에 결합되는 전자기 에너지를 제어하는 패러데이 쉴드를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 패러데이 쉴드는, 플라즈마 발생 공간을 둘러싸며 다수의 내부 슬롯이 형성된 내부 쉴드와, 상기 내부 쉴드를 둘러싸며 다수의 외부 슬롯이 형성된 외부 쉴드를 포함하며, 상기 내부 슬롯들과 외부 슬롯들은 서로 엇갈리도록 배치된 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 공정 챔버의 둘레를 따라 소정 간격을 두고 배치된 다수의 마그네트를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 마그네트는 영구자석인 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  18. 제 1항에 있어서,
    상기 공정 챔버는, 하부 챔버와, 상기 하부 챔버의 상단에 조립된 상부 챔버로 이루어지며, 상기 상부 챔버는 상기 하부 챔버로부터 분리 가능한 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 하부 챔버의 내부에 상기 기판 홀더가 배치되고, 상기 상부 챔버의 내부에 상기 헬리컬 자기-공진 코일이 배치된 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  20. 제 1항에 있어서, 상기 증착 물질 소스는,
    상기 공정 챔버의 상부에 설치된 타겟 홀더와, 상기 기판 홀더와 대향하는 상기 타겟 홀더의 전면에 부착되며 상기 증착 물질로 이루어진 타겟과, 상기 타겟 홀더의 배면에 배치된 마그네트 팩을 포함하는 음극 조립체; 및
    상기 음극 조립체에 연결되어 상기 타겟에 음의 전위를 인가하는 음극 전원;을 구비하는 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 음극 전원은 DC 전원인 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 DC 전원은 RF 필터를 통해 상기 음극 조립체에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  23. 하부 챔버와, 상기 하부 챔버의 상단에 조립된 상부 챔버로 이루어진 공정 챔버;
    상기 하부 챔버의 내부에 배치되어 처리 기판을 지지하는 기판 홀더;
    상기 상부 챔버의 상부에 설치된 타겟 홀더와, 상기 기판 홀더와 대향하는 상기 타겟 홀더의 전면에 부착되며 상기 처리 기판상에 증착될 물질을 제공하는 타겟과, 상기 타겟 홀더의 배면에 배치된 마그네트 팩을 포함하는 음극 조립체;
    상기 음극 조립체에 연결되어 상기 타겟에 음의 전위를 인가하는 음극 전원;
    상기 공정 챔버 내부에 공정 가스를 주입하기 위한 가스 주입 유닛;
    상기 기판 홀더에 바이어스 전위를 인가하기 위한 바이어스 전원;
    상기 공정 챔버 내부에 상기 증착 물질을 이온화시키기 위한 플라즈마를 발생시키는 것으로, 상기 상부 챔버의 내부에 설치되며 일단은 접지되고 타단은 전기적으로 개방된 헬리컬 자기-공진 코일; 및
    상기 헬리컬 자기-공진 코일에 RF 전력을 공급하기 위한 RF 제너레이터;를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 RF 제너레이터는 DC 전원과 공진 증폭기를 포함하며, 상기 DC 전원은 상기 공진 증폭기에 트리거 펄스를 인가하고, 상기 공진 증폭기는 트리거 펄스를 증폭하여 그 출력을 상기 헬리컬 자기-공진 코일에 인가하는 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 헬리컬 자기-공진 코일의 임의의 지점에는 상기 공진 증폭기의 출력이 인가되는 제1 탭이 마련되고, 상기 헬리컬 자기-공진 코일의 접지단과 상기 제1 탭 사이에는 상기 공진 증폭기의 출력 일부의 정궤환에 사용되는 제2 탭이 마련된 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  26. 제 23항에 있어서,
    상기 헬리컬 자기-공진 코일은 일정한 직경으로 감겨진 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  27. 제 23항에 있어서,
    상기 헬리컬 자기-공진 코일은 상기 기판 홀더쪽으로 가면서 점차 그 직경이 커지는 콘 형상으로 감겨진 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  28. 제 23항에 있어서,
    상기 상부 챔버 내부에는 상기 헬리컬 자기-공진 코일의 개방단에 접속되는 링 형상의 점화 전극이 설치된 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  29. 제 28항에 있어서,
    상기 점화 전극과 상기 하부 챔버 사이의 방전을 방지하기 위한 플로팅 쉴드가 상기 하부 챔버 내에 설치된 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  30. 제 23항에 있어서, 상기 가스 주입 유닛은,
    가스 공급원; 및
    상기 상부 챔버의 상단부에 설치되며, 상기 상부 챔버 내부를 향해 열려진 다수의 가스 분배구를 가진 링 형상의 가스 인젝터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  31. 제 23항에 있어서,
    상기 헬리컬 자기-공진 코일의 내측에 설치되어 플라즈마에 결합되는 전자기 에너지를 제어하는 패러데이 쉴드를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  32. 제 31항에 있어서,
    상기 패러데이 쉴드는, 플라즈마 발생 공간을 둘러싸며 다수의 내부 슬롯이 형성된 내부 쉴드와, 상기 내부 쉴드를 둘러싸며 다수의 외부 슬롯이 형성된 외부 쉴드를 포함하며, 상기 내부 슬롯들과 외부 슬롯들은 서로 엇갈리도록 배치된 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  33. 제 23항에 있어서,
    상기 상부 챔버의 둘레를 따라 소정 간격을 두고 배치된 다수의 마그네트를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  34. 제 23항에 있어서,
    상기 음극 전원은 DC 전원인 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  35. 제 34항에 있어서,
    상기 DC 전원은 RF 필터를 통해 상기 음극 조립체에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
  36. 처리 기판을 지지하는 기판 홀더를 가진 공정 챔버;
    상기 공정 챔버에 상기 기판 홀더와 대향하도록 설치되어 상기 처리 기판상에 증착될 물질을 제공하는 증착 물질 소스;
    상기 공정 챔버 내부에 공정 가스를 주입하기 위한 가스 주입 유닛;
    상기 기판 홀더에 바이어스 전위를 인가하기 위한 바이어스 전원;
    상기 공정 챔버 내부에 상기 증착 물질을 이온화시키기 위한 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생기; 및
    상기 공정 챔버 내부에 설치되어 플라즈마에 결합되는 전자기 에너지를 제어하는 패러데이 쉴드;를 구비하며,
    상기 패러데이 쉴드는, 플라즈마 발생 공간을 둘러싸며 다수의 내부 슬롯이 형성된 내부 쉴드와, 상기 내부 쉴드를 둘러싸며 다수의 외부 슬롯이 형성된 외부 쉴드를 포함하며, 상기 내부 슬롯들과 외부 슬롯들은 서로 엇갈리도록 배치된 것을 특징으로 하는 이온화 물리적 기상 증착 장치.
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