KR20050049169A

KR20050049169A - 유도 결합형 플라즈마 발생 장치와 그 유도전기장 발생을위한 안테나 코일 구조

Info

Publication number: KR20050049169A
Application number: KR1020030083059A
Authority: KR
Inventors: 이영동; 신재광; 오재준; 김성구
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2005-05-25
Also published as: US20050109462A1

Abstract

본 발명은 유도 결합형(ICP: Inductively Coupled Plasma) 플라즈마 발생 장치에 있어서, 플라즈마를 발생시키기 위한 유도전기장을 발생하며, 직렬 연결된 동심원 형태의 구조를 가지며, 전체 감긴 코일의 권선 수는 2이상이며, 동심원 중심에서 가장 가까운 원형 권선은 다른 권선과 비교하여 반대 방향으로 감기는 구조를 가지는 ICP 안테나 코일이 설치되는 소스(source) 영역과, 기밀이 유지된 상태에서 플라즈마 상태의 이온과 반응성 기체들의 상보 작용을 통해 내부의 척상에 배치되는 시료에 미리 설정된 공정이 이루어지는 챔버와, 소스 영역의 안테나 코일에 미리 설정된 주파수의 고주파 전원을 제공하기 위한 고주파 전원을 포함하여 구성한다.

Description

유도 결합형 플라즈마 발생 장치와 그 유도전기장 발생을 위한 안테나 코일 구조{SYSTEM FOR GENERATING INDUCTIVELY COUPLED PLASMA AND ANTENNA COIL STRUCTURE FOR GENERATING INDUCTIVE ELECTRIC FIELD}

본 발명은 플라즈마를 발생하기 위한 플라즈마 발생 시스템에 관한 것으로, 특히 유도결합형 플라즈마 발생 장치와 그 유도전기장 발생을 위한 안테나에 관한 것이다.

플라즈마 처리는 반도체 집적 회로 및 평판 디스플레이 제조와 같은 다양한 장치의 제조시에 여러 제조 공정에서 사용된다. 전형적으로, 플라즈마 처리는 물리적 기상 증착(PVD: Physical Vapor Deposition), 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD: Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 건식 식각, 스퍼터링, 인-시튜 챔버 클리잉(in-situ chamber cleaning), 플라즈마 이머션 이온 주입 등 다양한 표면 처리 공정에 사용된다.

이러한 플라즈마 처리를 위한 플라즈마 발생 방식은 유도결합형 플라즈마(ICP: Inductively Coupled Plasma), ECR(Electron Cyclotron Resonance), SWP(Surface Wave Plasma) 등 여러 방식이 개발되고 있다.

한편, 최근의 반도체 공정용 플라즈마 장비 개발의 주안점은 수율의 향상을 위한 공정 범위의 대면적화에 대한 부응과 고집적화 공정에 대한 수행능력에 있다. 즉, 비용 절감 및 생산성 향상을 위하 반도체 장치용 웨이퍼(wafer)나 평판 표시 장치용 기판의 크기가, 예컨대 300mm 이상으로 대형화되는 경향을 보이며, 이와 같은 공정 범위의 대면적화에 부응하여 공정의 균일도 향상과 고밀도 플라즈마의 발생을 통한 고집적화 공정 수행능력 확보는 플라즈마 장비 개발에서 우선적으로 이루어져야할 요건이다.

이에 부응하여, 유도결합형 플라즈마(ICP) 발생 장치는 높은 밀도의 플라즈마를 쉽게 발생시킬 수 있는 장점이 있고, 또한 장비의 구조가 간단해서 300mm의 대면적 웨이퍼를 위한 차세대 장비로 각광을 받고 있다.

도 1은 일반적인 유도결합형 플라즈마(ICP) 발생 장치의 개략적인 구조도이다. 도 1을 참조하여 일반적인 ICP 발생 장치의 구성을 살펴보면, 일반적인 ICP 발생 장치는 크게 플라즈마를 발생시키기 위해 유도전기장을 발생하는 ICP 안테나 코일(12)이 있는 소스(source) 영역(11)과 플라즈마 상태의 이온과 반응성 기체(radical)들의 상보 작용을 통해 실제 공정이 일어나는 기밀이 유지되는 챔버(chamber)(10) 영역으로 구성되며, 이 두 영역은 절연판(insulating plate)(16)에 의해 분리되어있는 구조를 가진다.

상기 챔버(10)에는 반응가스를 공급하기 위한 가스 주입구(미도시)와 챔버(10) 내부를 진공으로 유지하고 반응이 끝나면 반응 가스를 배출하기 위한 진공 펌프(미도시) 및 가스 배출구(미도시) 등이 구비되어 있으며, 또한 챔버(10)의 내부에는 웨이퍼 또는 유리기판 등의 시료(20)를 올려놓기 위한 척(14)이 구비되어 있다. 소스 영역(11)에는 1내지 30MHz의 범위(통상 13.56MHz) 내에 있는 고주파 전원(18)이 접속된 안테나 코일(12)이 설치된다.

이와 같은 구조의 ICP 발생 장치는 초기에 챔버(10)의 내부가 진공 펌프에 의해 진공화된 다음, 가스 주입구로부터 플라즈마를 발생시키기 위한 반응 가스가 주입되어 적절한 압력으로 유지된다. 이어서 상기 안테나 코일(12)에는 고주파 전원(18)으로부터 고주파(RF) 전력이 제공된다. RF 전력이 제공됨에 따라 안테나 코일(12)이 이루는 평면과 수직방향의 시간적으로 변화하는 자기장이 형성되며, 이러한 자기장은 챔버(10) 내부에 유도전기장을 형성하고 유도전기장은 전자를 가열하여 플라즈마가 발생하게 된다. 이렇게 전자들은 주변의 중성 기체 입자들과 충돌하여 이온 및 라디칼 등을 생성하고 이들은 플라즈마 식각 및 증착에 이용되게 된다. 이때 별도의 고주파 전원(19)으로부터 척(14)에 전력을 인가하면 시료(20)에 입사하는 이온의 에너지를 제어하는 것도 가능하게 된다. 이때 상기 고주파 전원(18)과 안테나 코일(12) 사이(또한 고주파 전원 19와 척 14사이)에는 통상적으로 임피던스 정합을 위한 임피던스 정합 회로(미도시)가 구비된다

도 1에 도시된 바와 같은 ICP 발생 장치에서 유도전기장을 발생하는 안테나 코일(12)은 단선의 나선형 구조를 가지는 것으로 도시되었는데, 이러한 단선의 나선형 구조의 안테나 코일(12)은 구조가 간단하고 제작 및 설치가 용이하여서 기본적으로 채용되고 있다.

그런데, 이와 같은 안테나 코일(12)은 각각의 원형 유도 코일이 직렬 연결되어 있는 구조이므로 유도코일마다 흐르는 전류량이 일정하게 되는데, 이럴 경우 유도전기장이 불균일한 분포로 불생하게 된다. 도 2에는 이러한 안테나 코일(12)에 의해 발생되는 유도전기장의 분포가 다수의 화살표로서 표시되고 있는데, 해당 지점에서 각각의 화살표의 방향은 유도전기장의 방향을 나타내며 화살표의 크기는 유도전기장의 세기를 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 유도전기장의 세기는 안테나 코일(12)의 중심 부분(엄밀하게는 중심에서 어느 정도 떨어진 부분)에서 가장 크며, 외곽부분으로 갈수록 점차 작아지는 불균일한 분포를 가진다.

도 3은 상기 도 2에 도시된 바와 같은 분포를 가지는 유도전기장에 의해 발생되는 플라즈마 이온 밀도를 개략적으로 나타내고 있다. 도 3의 그래프에서 A로 표시된 특성 곡선은 챔버(10) 내부에서 비교적 안테나 코일(12)과 근접한 부위, 즉 절연판(16)과 근접한 부위의 플라즈마 이온 밀도를 개략적으로 나타내며, B로 표시된 특성 곡선은 비교적 시료(20)와 근접한 부위의 플라즈마 이온 밀도를 나타낸다.

도 3의 그래프에 도시된 바와 같이, 특성 곡선 A를 통해 절연판(16)과 근접한 부위의 플라즈마 밀도가 상기 도 2에 도시된 유도전기장의 세기와 대응되는 형태로 나타냄을 알 수 있다. 즉, 특성 곡선 A를 통해, 챔버(10) 최고 중심부에는 밀도가 낮은 부분이 있으면서, 그 둘레의 비교적 중심부분에서 가장 밀도가 높고 외곽부분으로 갈수록 밀도가 낮아짐을 볼 수 있다.

특성 곡선 B는 시료(20) 상에서의 플라즈마 밀도를 나타내고 있는데, 특성 곡선 A에 의해 나타난 바와 같은 절연판(16)의 근접한 부위에서의 밀도보다 전체적으로 밀도가 낮아짐을 볼 수 있다. 즉, 상기 특성 곡선 A와 같은 밀도를 가지며 절연판(16)의 근접한 위치에서 형성된 플라즈마는 확산 및 외곽에서의 소실 과정을 통해, 특성 곡선 B와 같이, 시료(20) 상에서는 최고 중심 부분이 높고 외곽으로 갈수록 낮아지는 밀도를 가지게 된다. 이러한 시료(20) 상에서의 플라즈마는 시료(20)와 직접 반응을 일으키는 부분이므로 해당 밀도 특성은 보다 중요하게 고려되어야 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 챔버(10) 내에서 시료(20) 상의 플라즈마 밀도는 챔버(10)의 중심 부분(마찬가지로 시료 20의 중심부분)에서 높으며 외곽부분으로 갈수록 점차 낮아지는 불균일한 분포를 가진다. 이러한 플라즈마 밀도의 불균일한 분포는 공정의 균일도에 나쁜 영향을 미치게 되므로, 현재 ICP 장치는 플라즈마 밀도의 균일도 확보를 위해 다양한 방식을 채용하고 있다.

플라즈마 밀도의 균일도를 확보하기 위한 기술의 예로는 미국 특허 번호 제5,346,578호(명칭: INDUCTION PLASMA SOURCE, 발명자: Jeffrey C. Benzing 외 다수, 양수인: Novellus System, Inc., 출원일: 1992. 11. 4)를 들 수 있다. 상기 미국 특허 제5,346,578호에 개시된 ICP 장치는 챔버 상부(chamber ceiling)를 반구형태로 제작하고 나선형 안테나 코일을 상기 반구 형태의 챔버 상부에 감아 놓은 구조를 가진다. 이러한 반구 형태의 챔버 상부의 기하학적인 특성으로 인해 챔버 내부에 위치한 웨이퍼 상에는 높은 균일도를 가진 플라즈마를 얻도록 한다.

미국 특허 번호 제6,170,428호(명칭: SYMMETRIC TUNABLE INDUCTIVELY COUPLED HDP-CVD REACTOR, 발명자: Fred, C. Redeker 외 다수, 양수인: Applied Materials, Inc., 출원일: 1996. 7. 15)에 개시된 ICP 장치는 챔버의 외측에 솔레노이드(solenoid) 형태로 축 방향을 따라 감은 헬리컬 안테나(helical antenna)를 더 부가하여 챔버 내부의 외곽측 플라즈마 손실을 보상함으로 전체적으로 높은 균일도를 가진 플라즈마를 얻도록 하는 구조를 가진다.

그런데, 상기 미국 특허 번호 제5,346,578호 및 제6,170,428호에 개시된 바와 같은 ICP 발생 장치는 돔형태의 챔버나 부가적인 헬리컬 안테나의 구비 등과 같이 그 구조가 복잡하며 그 제작이 어려운 단점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 높은 플라즈마 발생효율을 가지며 플라즈마 균일도를 향상시킬 수 있는 유도 결합형 플라즈마 발생 장치와 그 유도전기장 발생을 위한 안테나 구조를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 간단한 구조로 플라즈마 균일도를 향상시킬 수 있는 유도 결합형 플라즈마 발생 장치와 그 유도전기장 발생을 위한 안테나 구조를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 특징에 따르면, 유도 결합형(ICP: Inductively Coupled Plasma) 플라즈마 발생 장치에 있어서, 플라즈마를 발생시키기 위한 유도전기장을 발생하며, 직렬 연결된 동심원 형태의 구조를 가지며, 전체 감긴 코일의 권선 수는 2이상이며, 동심원 중심에서 가장 가까운 원형 권선은 다른 권선과 비교하여 반대 방향으로 감기는 구조를 가지는 ICP 안테나 코일이 설치되는 소스(source) 영역과, 기밀이 유지된 상태에서 플라즈마 상태의 이온과 반응성 기체들의 상보 작용을 통해 내부의 척상에 배치되는 시료에 미리 설정된 공정이 이루어지는 챔버와, 소스 영역의 안테나 코일에 미리 설정된 주파수의 고주파 전원을 제공하기 위한 고주파 전원을 포함하여 구성함을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 유도 결합형 플라즈마 발생 장치의 유도전기장 발생을 위한 안테나 코일 구조에 있어서, 동심원 형태를 가지며 미리 설정된 방향으로 감긴 구조를 가지는 중심 권선과, 동심원 형태를 가지며 중심 코일과 반대 방향으로 감긴 구조를 가지면서 중심 권선과 직렬로 연결되는 적어도 하나 이상의 외곽 권선을 포함하여 구성함을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 발생 장치의 개략적인 구조도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 ICP 발생 장치는 종래와 마찬가지로 크게 소스(source) 영역(41)과 챔버(chamber)(40) 영역으로 구성되며, 이 두 영역은 절연판(insulating plate)(46)에 의해 분리되어있는 구조를 가진다.

상기 챔버(40)에는 가스 주입구(미도시) 및 가스 배출구(미도시) 등이 구비되어 있으며, 또한 챔버(40)의 내부에는 웨이퍼 또는 유리기판 등의 시료(20)를 올려놓기 위한 척(44)이 구비되어 있다. 소스 영역(41)에는 1내지 30MHz의 범위(통상 13.56MHz) 내에 있는 고주파 전원(48)이 접속되어 본 발명의 일 실시예에 따라 플라즈마를 발생시키기 위한 유도전기장을 발생하는 ICP 안테나 코일(42)이 설치된다.

이러한 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 ICP 발생 장치는 초기에 챔버(10)의 내부가 진공화된 다음, 플라즈마를 발생시키기 위한 반응 가스가 주입되어 적절한 압력으로 유지된다. 이어서 상기 안테나 코일(42)은 고주파 전원(48)으로부터 제공되는 고주파 전력에 따라 챔버(40) 내부에 유도전기장을 형성하게 되고, 이러한 유도전기장에 의해 플라즈마가 발생하게 된다. 이때 별도의 고주파 전원(49)으로부터 척(44)에 전력을 인가하면 시료(40)에 입사하는 이온의 에너지를 제어하는 것도 가능하게 된다. 이때 상기 고주파 전원(48)과 안테나 코일(42) 사이(또한 고주파 전원 49와 척 44사이)에는 통상적으로 임피던스 정합을 위한 임피던스 정합 회로(미도시)가 구비된다

상기한 바와 같은 구조의 ICP 발생 장치에서 상기 안테나 코일(42)은 구조가 간단하고 제작 및 설치가 용이하도록 직렬 연결된 단선의 동심원 형태의 구조를 가지는데 이때 각 권선의 감김 구조가 종래와 비교하여 다른 구조를 가진다.

도 5a, 5b, 5c는 본 발명의 실시예들에 따른 유도결합형 플라즈마 발생 장치의 안테나 코일의 구조도로서, 도 5a, 5b, 5c에는 각각 권선이 3, 4, 5인 안테나 코일의 구조가 개시되고 있다. 도 5a~5c를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 안테나 코일(42)의 구조는 직렬 연결된 동심원 형태의 구조를 가지며, 전체 감긴 코일의 권선 수(N)는 2이상이다. 이때 동심원 중심에서 가장 가까운 원형 권선(n=1)은 다른 권선(n=2, n=3)과 비교하여 반대 방향으로 감기는 구조를 가진다. 물론, 동심원 중심에 가장 가까운 권선(n=1)을 제외한 나머지 권선들(n>1)은 동일한 방향으로 감기게 된다.

상기와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 안테나 코일(42)의 구조는 종래의 직렬로 감긴 나선형 안테나 코일이 가지고 있는 단순한 구조에 그 바탕을 두고, 챔버(40)의 대형화 추세에 대응한 플라즈마 균일도 확보를 위해 동심원의 중심에 가장 가까운 권선(n=1)이 나머지 권선들(n>1)과 반대방향으로 감아 놓은 디자인을 특징으로 하고 있다. 이는 중앙의 반대방향으로 감긴 권선(n=1)에 의한 중앙 부분의 자기장의 상쇄 효과로 인해 챔버(40) 내에서 중앙 부분의 유도전기장의 세기를 낮추며 결과적으로 중앙 부분의 플라즈마 밀도를 줄이도록 하여 전체적으로 플라즈마 균일도를 향상시키고자 하기 위함이다. 즉, 본 발명에 따른 안테나 코일(42)은 중앙의 반대방향으로 감긴 권선(n=1)에 의한 자기장 분포의 변화를 통해 플라즈마 균일도의 조절이 가능한 특징을 가지고 있으며 2개 이상인 전체 권선수(N)로 인해 충분히 높은 플라즈마 발생효율도 함께 확보할 수 있는 구조이다.

ICP 발생 장치의 안테나 코일 구조가 플라즈마 방전 효율 및 균일도에 미치는 영향을 살펴보기 위해 간단히 플라즈마를 일정한 전기전도도()를 가진 등방성 도체라고 가정한다. 중심축에 대해 대칭구조를 가지고 소스의 반경이 플라즈마의 표면 깊이(skin-depth, 또는 침투거리라고도 함)보다 매우 큰 ICP 소스에서 원주 방향()으로 유도되는 전기장의 세기는 맥스웰(Maxwell) 방정식 을 통해 하기 수학식 1과 같이 단순화 시킬 수 있다.

상기 수학식 1에서 등방성 도체인 플라즈마에 입사하는 전자기파는 표면 깊이()를 가지고 지수함수적으로 감소한다고 가정하였다. 이와 같이 생성된 유도전기장은 플라즈마 표면에 전류를 발생시키고 이러한 과정을 통해 플라즈마는 고주파 전력을 흡수하게 된다.

따라서 ICP 방전에서는 플라즈마 표면으로 부터 1~2cm 정도의 두께를 가진 표면 깊이()영역에서 대부분의 전자가열(heating) 현상이 일어나며, 가열된 전자들은 중성 입자와 충돌과정을 통해 플라즈마를 생성시키고, 생성된 플라즈마는 확산(diffusion) 과정을 통해 챔버 전체로 퍼지게 된다. 그러므로 안테나 코일에 의해 형성되는 반경 방향의 자기장의 세기 및 분포는 플라즈마 밀도와 균일도를 결정하는 매우 중요한 요소이다.

본 발명의 일 특징에 따라 다른 권선과 반대방향으로 감긴 중앙 권선(n=1)을 가진 다중 권선의 원형 ICP 안테나 코일이 플라즈마 분포 특성에 미치는 영향을 도 6a_6c를 통해 설명하기로 한다. 도 6a, 6b, 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나 코일 및 종래 방식으로 제작된 안테나 코일에서 발생되는 자기장의 분포 특성 비교 그래프이다.

도 6a~6c의 그래프에 도시된 자기장 분포 특성에서 실선으로 표시한 특성 곡선과 같은 특성을 보이는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 코일은 도 5a에 도시된 바와 같이 3개의 권선을 가지고 중앙 권선(n=1)의 감긴 방향(즉, 이에 따른 전류방향)이 나머지 권선(n=2,3)들과 반대인 경우(편의상 '-,+,+'로 표시)의 구조를 가진다. 또한 점선으로 표시한 특성 곡선과 같은 특성을 보이는 비교 안테나 코일은 마찬가지로 3개의 권선을 가지지만 모든 권선의 감긴 방향이 동일한 방향(편의상 '+,+,+'로 표시)인 구조를 가진다. 이때 본 발명의 실시예에 따른 안테나 코일과 비교 안테나 코일의 3중 권선의 각각의 반경은 4, 12, 13cm로 설정하였고, 각 권선의 단면은 가로 세로의 길이가 1cm인 정사각형으로 설정하였다.

또한, 상기 각 6a, 6b, 6c의 그래프는 챔버의 진공상태를 유지하기 위한 절연판과 표면깊이를 고려하여 권선 바닥 면에서 각각 2, 3, 4cm 떨어진 지점의 자기장의 분포특성을 나타내고 있다.

상기 도 6a~6c에 도시된 바와 같이, [+,+,+]의 경우에 비해 중앙에 반대방향으로 감긴 권선(n=1)이 있는 [-,+,+]의 경우, 중심축 근방에서 반대 방향으로 흐르는 전류에 의해 생성되는 자기장 성분의 상쇄가 일어나 자기장의 세기가 감소함을 알 수 있다. 따라서 중심축 근방에서 플라즈마 발생 효율이 감소하게 되어 플라즈마 균일도가 향상됨을 예측할 수 있다.

상기 도 6a~6c는 진공상태에서 얻은 반경방향의 자기장 성분의 중심축에 따른 변화의 경향을 바탕으로 플라즈마의 발생효율 및 분포특성을 유추해본 것이다. 하지만 실제로 플라즈마가 존재하는 경우에도 반경 방향의 자기장의 성분이 중심축을 따라 지수함수 형태로 감소한다는 특성을 제외하고는 동일한 논의가 적용될 수 있다( ). 실제로 상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 코일과 비교 안테나 코일에 의해 발생된 플라즈마의 모델링 결과 플라즈마의 밀도/균일도는 하기 표 1과 같다.

안테나 코일(4,11, 13cm)	플라즈마 평균밀도	플라즈마 균일도
같은 전류 방향 (+,+,+)	3.29E+11(/cm³)	7.32%
반대 전류 방향 (-,+,+)	3.20E+11(/cm³)	6.19%

그런데, 상기 본 발명의 특징에 따른 안테나 코일에서 중앙의 반대방향으로 감긴 권선(n=1)에 의한 자기장의 상쇄 효과로 인해 제공된 고주파 전력의 일부분은 플라즈마 생성에는 기여를 하지 못하게 되어 고주파 전력의 불필요한 소실이 발생할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 안테나 코일을 설계하는 데 있어, 챔버의 기하학적인 구조와 사용하는 방전 고주파 전력의 주파수를 고려하여 중앙 권선(n=1)이 전체 안테나 코일에서 차지하는 부분을 최소화시켜 고주파 전력의 효율적 사용과 플라즈마 균일도 향상 사이에 적당한 트래이드-오프(trade-off)를 취해야 한다.

상기와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생 장치와 그 유도전기장 발생을 위한 안테나의 구성 및 동작이 이루어질 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.

본 발명에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생 방식은 보다 간단한 구조를 가지면서도 높은 플라즈마 발생효율과 플라즈마 균일도의 향상 효과를 가져온다.

도 1은 일반적인 유도결합형 플라즈마 발생 장치의 개략적인 구조도

도 2는 일반적인 유도결합형 플라즈마 발생 장치의 안테나 코일에 의해 발생되는 유도전기장의 분포도

도 3은 일반적인 유도결합형 플라즈마 발생 장치의 챔버 내에서 발생되는 플라즈마 이온 밀도를 개략적으로 나타낸 그래프

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 발생 장치의 개략적인 구조도

도 5a, 5b, 5c는 본 발명의 실시예들에 따른 유도결합형 플라즈마 발생 장치의 안테나 코일의 구조도

도 6a, 6b, 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나 코일 및 종래 방식으로 제작된 안테나 코일에서 발생되는 자기장의 분포 특성 비교 그래프

Claims

유도 결합형(ICP: Inductively Coupled Plasma) 플라즈마 발생 장치에 있어서,

플라즈마를 발생시키기 위한 유도전기장을 발생하며, 직렬 연결된 동심원 형태의 구조를 가지며, 전체 감긴 코일의 권선 수는 2이상이며, 동심원 중심에서 가장 가까운 원형 권선은 다른 권선과 비교하여 반대 방향으로 감기는 구조를 가지는 ICP 안테나 코일이 설치되는 소스(source) 영역과,

기밀이 유지된 상태에서 플라즈마 상태의 이온과 반응성 기체들의 상보 작용을 통해 내부의 척상에 배치되는 시료에 미리 설정된 공정이 이루어지는 챔버와,

상기 소스 영역의 안테나 코일에 미리 설정된 주파수의 고주파 전원을 제공하기 위한 고주파 전원을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
제1항에 있어서,

상기 시료에 입사하는 이온의 에너지를 제어하기 위해 상기 척에 고주파 전력을 제공하는 별도의 고주파 전원을 더 구비함을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
유도 결합형 플라즈마 발생 장치의 유도전기장 발생을 위한 안테나 코일 구조에 있어서,

동심원 형태를 가지며, 미리 설정된 방향으로 감긴 구조를 가지는 중심 권선과,

동심원 형태를 가지며, 상기 중심 코일과 반대 방향으로 감긴 구조를 가지면서 상기 중심 권선과 직렬로 연결되는 적어도 하나 이상의 외곽 권선을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 안테나 코일 구조.