KR20090102257A - 유도결합형 플라즈마 에칭장치 - Google Patents

유도결합형 플라즈마 에칭장치

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KR20090102257A
KR20090102257A KR1020080027584A KR20080027584A KR20090102257A KR 20090102257 A KR20090102257 A KR 20090102257A KR 1020080027584 A KR1020080027584 A KR 1020080027584A KR 20080027584 A KR20080027584 A KR 20080027584A KR 20090102257 A KR20090102257 A KR 20090102257A
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박종호
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김남진
박종호
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Abstract

유도결합형 플라즈마 에칭장치가 개시된다. 본 발명의 유도결합형 플라즈마 에칭장치는, 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 반응챔버; 반응챔버의 상부에 마련되어 플라즈마를 생성시키는 전기장을 유도하는 안테나 시스템; 및 반응챔버와 안테나 시스템 사이에 배치되는 절연판을 포함하며, 안테나 시스템은, 반응챔버의 상부에 인접한 제1 평면상에 배치되는 제1 하부안테나; 제1 평면상에 제1 하부안테나의 내측에 배치되는 제2 하부안테나; 제1 평면에서 상측 방향으로 평행 이동된 제2 평면상에 배치되는 제1 상부안테나; 및 제2 평면상에 제1 상부안테나의 내측에 배치되는 제2 상부안테나를 포함하며, 상기 안테나들 각각은 원형의 단선 코일이고, 안테나들의 고주파전력이 인가되는 전력인입단들은, 플라즈마 에칭 공정시 절연판상에 증착되어 고주파전력의 분포에 영향을 주는 에칭부산물의 회전 방향에 따른 균일성을 확보하도록 상호 다른 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 절연판상에 회전 방향을 따라 불균일하게 증착되는 에칭부산물에 의해 반응챔버 내에서 발생하는 고주파전력 분포의 변동을 최소화시킬 수 있다.

Description

유도결합형 플라즈마 에칭장치{INDUCTIVELY COUPLED PLASMA ETCHING APPARATUS}
본 발명은, 유도결합형 플라즈마 에칭장치에 관한 것으로, 절연판상에 회전 방향을 따라 불균일하게 증착되는 에칭부산물에 의해 반응챔버 내에서 발생하는 고주파전력 분포의 변동을 최소화하기 위한 유도결합형 플라즈마 에칭장치에 관한 것이다.
플라즈마 에칭장치는, 반도체 제작에 사용되는 웨이퍼 또는 평면디스플레이 제작에 사용되는 유리기판 등에 미세한 패턴을 형성하기 위해 플라즈마(Plasma)를 생성하여 에칭(Etching) 공정을 수행하는 장치이다.
이러한 플라즈마 에칭장치는 플라즈마 생성 방식에 따라 축전결합형 플라즈마(CCP, Capacitively Coupled Plasma) 방식과, 유도결합형 플라즈마(ICP, Inductively Coupled Plasma) 방식으로 구분된다.
축전결합형 플라즈마 방식은, 고주파전력(RF전력)을 인가할 수 있도록 설계된 전극이 있는 것이 구조적 특징이며, 그 명칭에서도 알 수 있듯이 전극의 표면에 분포된 전하 때문에 형성된 축전전기장에 의해서 플라즈마가 발생하고 유지된다.
유도결합형 플라즈마 방식은, 구조적으로 코일 형태의 안테나를 구비하며, 안테나에 고주파전력을 인가하여 형성된 유도전기장에 의해서 플라즈마가 발생하고 유지된다.
이러한 유도결합형 플라즈마 에칭장치는 일반적으로 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 반응챔버와, 반응챔버의 상부에 마련되어 플라즈마를 생성시키는 전기장을 유도하는 안테나 시스템과, 반응챔버와 안테나 시스템 사이에 배치되는 세라믹 재질의 절연판과, 안테나 시스템에 고주파전력을 공급하는 고주파전원을 구비한다.
도 1은 유도결합형 플라즈마 에칭장치에 사용되는 종래의 안테나 시스템의 일 예를 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 안테나 시스템(10)은, 동일 평면(도1의 X-Y 평면)상에 배치되는 2개의 원형 단선 코일로 구성되는 것으로서, 외측안테나(11)와, 외측안테나(11)의 내측에 소정의 간격을 두고 배치되는 내측안테나(12)를 구비한다. 이때, 외측안테나(11)와 내측안테나(12)는 하나의 고주파전원(1)에 병렬 연결되며, 외측안테나(11)와 내측안테나(12) 각각은 고주파전력이 인가되는 전력인입단(11a,12a)과 접지되는 접지단(11b,12b)을 구비한다. 한편, 외측안테나(11)의 전력인입단(11a)과 내측안테나(12)의 전력인입단(12a)은 실질적으로 180°간격으로 배치된다.
그러나, 위와 같은 안테나 시스템(10)이 적용되는 종래의 유도결합형 플라즈마 에칭장치에서는 플라즈마 에칭 초기에는 안쪽 기판과 바깥쪽 기판의 에칭 정도가 허용범위 내에서 비슷하다가 시간이 지남에 따라 그 차이가 커져 일정한 차이값에 수렴하는 문제가 발생한다.
이러한 문제점의 원인 중 하나는 플라즈마 에칭 공정시 세라믹 재질의 절연판상에 회전 방향을 따라 불균일하게 증착되는 에칭부산물이다. 그리고 플라즈마 에칭 공정시 절연판상에 증착되어 고주파전력의 분포에 영향을 주는 에칭부산물이 절연판의 회전 방향의 위치에 따라 형상 및 양이 달라지는 것은, 안테나의 고주파전력이 인가되는 전력인입단에 인접한 위치와 전력인입단에서 떨어진 위치 사이에서 에칭 속도의 차이가 발생하기 때문이다. 안테나의 전력인입단에 인접한 위치에서는 에칭 속도가 상대적으로 빨라지며, 안테나의 전력인입단에서 떨어진 위치에서는 에칭 속도가 상대적으로 느려진다.
종래의 안테나 시스템(10)은, 원형 코일의 동심원을 따라 2개의 전력인입단(11a,12a)만이 배치되기 때문에, 절연판상에 증착되는 에칭부산물이 회전 방향을 따라 형상 및 양이 크게 달라지는 것이다.
따라서, 종래의 안테나 시스템(10)이 적용되는 유도결합형 플라즈마 에칭장치는 절연판상에 회전 방향을 따라 불균일하게 증착되는 에칭부산물에 의해 반응챔버 내에서 고주파전력 분포가 불균일해지는 문제점을 초래한다.
본 발명의 목적은, 절연판상에 회전 방향을 따라 불균일하게 증착되는 에칭부산물에 의해 반응챔버 내에서 발생하는 고주파전력 분포의 변동을 최소화시킬 수 있는 유도결합형 플라즈마 에칭장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 반응챔버; 상기 반응챔버의 상부에 마련되어 플라즈마를 생성시키는 전기장을 유도하는 안테나 시스템; 및 상기 반응챔버와 상기 안테나 시스템 사이에 배치되는 절연판을 포함하며, 상기 안테나 시스템은, 상기 반응챔버의 상부에 인접한 제1 평면상에 배치되는 제1 하부안테나; 상기 제1 평면상에 상기 제1 하부안테나의 내측에 배치되는 제2 하부안테나; 상기 제1 평면에서 상측 방향으로 평행 이동된 제2 평면상에 배치되는 제1 상부안테나; 및 상기 제2 평면상에 상기 제1 상부안테나의 내측에 배치되는 제2 상부안테나를 포함하며, 상기 안테나들 각각은 원형의 단선 코일이고, 상기 안테나들의 고주파전력이 인가되는 전력인입단들은, 플라즈마 에칭 공정시 상기 절연판상에 증착되어 고주파전력의 분포에 영향을 주는 에칭부산물의 회전 방향에 따른 균일성을 확보하도록 상호 다른 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 에칭장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 전력인입단들은, 동심원을 따라 실질적으로 90°간격으로 배치될 수 있다.
상기 제1 하부안테나의 전력인입단과 상기 제2 하부안테나의 전력인입단은, 실질적으로 180°간격으로 배치되며, 상기 제1 상부안테나의 전력인입단과 상기 제2 상부안테나의 전력인입단은, 실질적으로 180°간격으로 배치될 수 있다.
상기 안테나들은 하나의 고주파전원에 병렬 연결될 수 있다.
상기 안테나 시스템이 외부로 노출되지 않도록 상기 안테나 시스템의 상측에 마련되는 접지케이스를 더 포함하며, 상기 안테나들의 접지단들은 상기 접지케이스에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 하부안테나와 상기 제2 하부안테나는 하나의 고주파전원에 병렬 연결되며, 상기 제1 상부안테나와 상기 제2 상부안테나는 상기 고주파전원과 다른 하나의 고주파전원과 병렬 연결될 수 있다.
상기 제1 상부안테나 및 상기 제2 상부안테나는, 상기 제1 하부안테나 및 상기 제2 하부안테나에 수평면상으로 대응하는 위치에 각각 배치될 수 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 반응챔버; 상기 반응챔버의 상부에 마련되어 플라즈마를 생성시키는 전기장을 유도하는 안테나 시스템; 및 상기 반응챔버와 상기 안테나 시스템 사이에 배치되는 절연판을 포함하며, 상기 안테나 시스템은, 제1 안테나; 상기 제1 안테나의 내측에 배치되는 제2 안테나; 상기 제2 안테나의 내측에 배치되는 제3 안테나; 및 상기 제3 안테나의 내측에 배치되는 제4 안테나를 포함하며, 상기 안테나들은 상기 반응챔버의 상부에 인접한 동일 평면상에 배치되고, 상기 안테나들 각각은 원형의 단선 코일이며, 상기 안테나들의 고주파전력이 인가되는 전력인입단들은, 플라즈마 에칭 공정시 상기 절연판상에 증착되어 고주파전력의 분포에 영향을 주는 에칭부산물의 회전 방향에 따른 균일성을 확보하도록 상호 다른 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 에칭장치에 의해서도 달성된다.
여기서, 상기 안테나들 각각은 원형의 단선 코일이며, 상기 전력인입단들은, 동심원을 따라 실질적으로 90°간격으로 배치될 수 있다.
상기 제1 안테나의 전력인입단와 상기 제3 안테나의 전력인입단은, 실질적으로 180°간격으로 배치되며, 상기 제2 안테나의 전력인입단와 상기 제4 안테나의 전력인입단은, 실질적으로 180°간격으로 배치될 수 있다.
상기 안테나들은 하나의 고주파전원에 병렬 연결될 수 있다.
상기 안테나 시스템이 외부로 노출되지 않도록 상기 안테나 시스템의 상측에 마련되는 접지케이스를 더 포함하며, 상기 안테나들의 접지단들은 상기 접지케이스에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 안테나와 상기 제3 안테나는 하나의 고주파전원에 병렬 연결되며, 상기 제2 안테나와 상기 제4 안테나는 상기 고주파전원과 다른 하나의 고주파전원과 병렬 연결될 수 있다.
본 발명은, 절연판상에 플라즈마 에칭 공정시 증착되는 부산물의 회전 방향에 따른 균일성을 확보하도록 복수 개의 안테나들의 고주파전력이 인가되는 전력인입단들을 상호 다른 위치에 배치함으로써, 절연판상에 회전 방향을 따라 불균일하게 증착되는 에칭부산물에 의해 반응챔버 내에서 발생하는 고주파전력 분포의 변동을 최소화시킬 수 있다.
도 1은 유도결합형 플라즈마 에칭장치에 사용되는 종래의 안테나 시스템의 일 예를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 에칭장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 안테나 시스템의 구체적인 구성을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 시스템의 구체적인 구성을 나타낸 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 플라즈마 에칭장치
110 : 반응챔버 120 : 척
130 : 기판 트레이 140 : 절연판
150, 250 : 안테나 시스템 160 : 접지케이스
170 : 임피던스정합기 180 : 고주파전원
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
먼저, 이하에서 설명할 「기판」이란, 반도체 제작에 사용되는 기판인 웨이퍼와, 평면디스플레이(Flat Panel Display, FPD) 제작에 사용되는 기판인 유리기판 등을 가리키나, 설명의 편의를 위해 이들을 구분하지 않고 기판이라 하기로 한다. 참고로, 반도체 제작에 사용되는 기판에는 LED(Light Emitting Diode)용 기판, 메모리반도체용 기판 등 있으며, 평면디스플레이 제작에 사용되는 유리기판에는 LCD(Liquid Crystal Display)용 기판, PDP(Plasma Display Panel)용 기판 등이 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 에칭장치의 개략적인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 에칭장치(100, 이하 '플라즈마 에칭장치'라 함)는, 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 반응챔버(110)와, 플라즈마 에칭 대상이 되는 다수의 기판(30)이 장입된 기판 트레이(130)와, 반응챔버(110)의 내부 아래쪽에 마련되어 기판 트레이(130)를 지지하는 척(120, Chuck)과, 반응챔버(110)의 상부에 마련되어 플라즈마를 생성시키는 전기장을 유도하는 안테나 시스템(150)과, 반응챔버(110)와 안테나 시스템(150) 사이에 배치되는 절연판(140)과, 안테나 시스템(150)의 상측에 마련되는 접지케이스(160)와, 안테나 시스템(150)에 고주파전력(RF전력)을 공급하는 고주파전원(180, RF전원)과, 고주파전원(180)의 내부임피던스를 고주파전력이 공급되는 경로의 임피던스와 매칭(Matching)시키기 위한 임피던스정합기(170)를 구비한다.
반응챔버(110)는 전체적으로 원통 형상을 가지며 해당 기판(30)을 플라즈마 에칭하기 위한 플라즈마가 생성·반응되는 공간을 제공한다. 반응챔버(110)의 측벽에는 공정가스를 반응챔버(110) 내부로 주입하기 위한 가스공급구(114)와, 로드락챔버(10) 내의 이송 로봇(12)에 의해 기판 트레이(130)가 반응챔버(110) 내부로 인입되기 위한 슬롯(112)이 형성되며, 반응챔버(110)에 형성된 슬롯(112)과 로드락 챔버(10) 사이에는 슬롯(112)을 개폐하기 위한 슬롯밸브(20)가 마련된다. 또한, 반응챔버(110) 내에는 기판 트레이(130)를 척(120)에 대해 고정하는 클램프(116, Clamp)가 마련된다.
척(120)은, 반응챔버(110)의 내부 아래쪽에 마련되어 기판 트레이(130)를 지지한다. 이러한 척(120)은 반응챔버(110) 내에 생성된 플라즈마가 기판(30)의 표면에 충돌할 수 있도록 바이어스 고주파전력을 제공할 수도 있다. 이때, 척(120)은 안테나 시스템(150)에 고주파전력을 공급하는 고주파전원(180)과 다른 별도의 고주파전원(180)에 전기적으로 연결되어 고주파전극의 역할을 담당한다.
기판 트레이(130)는, 다수의 기판(30)이 장입되는 하판(132)과, 하판(132)의 상부에 배치되어 하판(132)에 장입된 기판(30)을 고정하기 위한 상판(134)과, 상판(134)을 하판(132)에 대해 고정하는 고정부재(136)를 구비한다.
안테나 시스템(150)은, 코일 형태의 구조를 가지며 고주파전원(180)으로부터 고주파전력을 인가받아 반응챔버(110) 내부에 플라즈마를 생성시키는 전기장을 유도하는 구성요소로서 전체적으로 코일 형태의 구조를 갖는다.
이러한 안테나 시스템(150)에 의해 플라즈마가 생성되는 과정을 간단히 설명하면 다음과 같다. 안테나 시스템(150)에 고주파전력이 인가되면 안테나 시스템(150)에 전류가 흐르고 이 전류는 안테나 시스템(150) 주변에 시간적으로 변화하는 자기장을 형성하며, 이러한 자기장은 반응챔버(110) 내부에 유도전기장을 형성하고 유도전기장은 전자들을 가열하여 안테나와 유도성으로 결합된 플라즈마를 발생시킨다. 이와 같이 플라즈마 에칭장치(100)는 생성된 플라즈마 내의 전자들이 주변의 중성기체입자들과 충돌하여 생성된 이온 및 라디칼 등을 이용하여 플라즈마 에칭 또는 플라즈마 증착 공정을 수행하게 된다. 한편, 별도의 고주파전원(180)을 사용하여 척(120)에 고주파전력을 인가하면 기판(30)에 입사하는 이온의 에너지를 제어하는 것도 가능하게 된다. 안테나 시스템(150)의 구체적인 구성에 대해서는 도 3을 참조하여 후술하기로 한다.
한편, 전술한 바와 같이 고주파전원(180)으로부터 인가되는 고주파전력에 의해 안테나 시스템(150) 주변에는 유도전기장이 형성될 뿐 아니라, 안테나 시스템(150) 표면에 고주파주파수로 양전하와 음전하가 교대로 대전됨에 따라 축전전기장이 형성된다. 그런데, 유도결합형 플라즈마 에칭장치(100)에서 이러한 축전전기장은 플라즈마 초기 방전에 기여하기도 하지만, 스퍼터링(Sputtering) 현상에 의해 플라즈마와 안테나 시스템(150) 사이에 존재하는 유전체를 손상시키는 한편, 플라즈마의 균일도를 떨어뜨리는 중요한 요인이 된다.
절연판(140)은, 위와 같은 축전전기장으로 인한 부정적인 영향을 해결하기 위한 수단으로, 반응챔버(110)와 안테나 시스템(150) 사이에 배치되어 축전전기장은 감소시키고 유도전기장을 플라즈마에 더 효과적으로 전달하도록 하는 역할을 담당한다. 즉, 절연판(140)은 안테나 시스템(150)과 플라즈마 사이의 용량성(축전성) 결합을 감소시켜 고주파전원(180)에 의한 에너지를 유도성 결합으로 플라즈마에 더 효과적으로 전달하도록 한다. 여기서, 절연판(140)은 세라믹 등의 재질의 원판 형상으로 이루어지며 '패러데이 쉴드' 또는 '세라믹 윈도우'라고도 하며, 도 3에 도시된 바와 같이 접지케이스(160)의 하부플랜지(162)에 의해 지지되며 고정지그(145)에 의해 고정된다.
접지케이스(160)는, 전체적으로 원통 형상의 접지된 금속케이스이며, 안테나 시스템(150)의 상측에 마련되어 안테나 시스템(150)이 외부로 노출되지 않도록 하는 동시에, 안테나 시스템(150)의 접지단들이 전기적으로 연결되는 접지된 영역을 제공한다.
한편, 플라즈마 에칭장치(100)는, 도 3에 도시되지 않았지만, 반응챔버(110) 내부를 진공으로 유지하고 반응 중 발생하는 가스를 배출하기 위한 진공펌프 및 반응챔버(110)에 형성된 가스배출구를 더 구비한다.
도 3은 도 2에 도시된 안테나 시스템(150)의 구체적인 구성을 나타낸 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 안테나 시스템(150)은, 4개의 원형 단선 코일이 복층 구조로 구성되는 것으로서, 반응챔버(110)의 상부에 인접한 제1 평면상(도 3의 X-Y 평면)에 배치되는 제1 하부안테나(151)와, 제1 평면상에 제1 하부안테나(151)의 내측에 소정의 간격을 두고 배치되는 제2 하부안테나(152)와, 제1 평면에서 상측 방향으로 평행 이동된 제2 평면상(도 3의 X'-Y' 평면)에 배치되는 제1 상부안테나(153)와, 제2 평면상에 제1 상부안테나(153)의 내측에 소정의 간격을 두고 배치되는 제2 상부안테나(154)를 구비한다.
이러한 4개의 원형 단선 코일의 안테나들(151,152,153,154)은 절연판(140)의 가장자리에 대응하는 위치에 배치되는 것이 바람직한데, 이는 일반적으로 반응챔버(110)의 중앙 영역보다 측벽 영역의 플라즈마 밀도가 떨어지기 때문이다. 본 실시예에서 제1 상부안테나(153)는 절연판(140)의 가장자리 영역에 위치한 제1 하부안테나(151)에 수평면상으로 대응하는 위치에 배치되고, 제2 상부안테나(154)는 제2 하부안테나(152)에 수평면상으로 대응하는 위치에 배치되어 2개의 평면(제1 평면과 제2 평면)상에 4개의 안테나들(151,152,153,154)이 복층 구조를 이룬다.
4개의 안테나들(151,152,153,154)은 하나의 고주파전원(180)에 병렬 연결되며, 이들 안테나들(151,152,153,154) 각각은 고주파전력이 인가되는 전력인입단(151a,152a,153a,154a)과 접지케이스(160)에 전기적으로 연결되는 접지단(151b,152b,153b,154b)을 구비한다. 물론, 4개의 안테나들(151,152,153,154)이 고주파전원(180)에 직렬 연결되는 것도 가능하지만, 본 실시예와 같이 고주파전원(180)에 4개의 안테나들(151,152,153,154)을 병렬로 연결하는 것이 알짜(Net) 인턱턴스를 줄이는 측면에서 바람직하다. 본 실시예서는, 13.56MHz의 RF주파수를 사용하며, 4개의 안테나들(151,152,153,154)의 알짜 인덕턴스를 0.25μH 이하로, 4개의 안테나들(151,152,153,154) 각각의 직경을 300㎜ 이하로 한다.
예를 들어, 4개의 안테나들(151,152,153,154) 각각의 인덕턴스를 L1, L2, L3, L4라고 할 때, 4개의 안테나들(151,152,153,154)이 고주파전원(180)에 직렬로 연결된 경우에는 그 합성 인덕턴스(LS)는, LS = L1 + L2 + L3 + L4 로 나타내어지는데 반하여, 4개의 안테나들(151,152,153,154)이 고주파전원(180)에 병렬로 연결된 경우에는 그 합성 인덕턴스(LP)는, 1/LP = 1/L1 + 1/L2 + 1/L3 + 1/L4 로 나타내어진다. 따라서, 4개의 안테나들(151,152,153,154)을 고주파전원(180)에 병렬로 연결하게 되면 인덕턴스가 낮아지게 되므로 플라즈마 방사효율이 높아지게 되는 이점이 있다.
한편, 본 실시예와 달리, 하부안테나와 상부안테나가 2개의 고주파전원(180)에 각각 병렬로 연결될 수도 있다. 즉, 하부안테나를 구성하는 제1 하부안테나(151)와 제2 하부안테나(152)는 하나의 고주파전원(180)에 병렬 연결되며, 상부안테나를 구성하는 제1 상부안테나(153)와 제2 상부안테나(154)는 다른 하나의 고주파전원(180)과 병렬 연결될 수도 있다. 이러한 경우, 하부안테나에 인가되는 고주파전력과 상부안테나에 인가되는 고주파전력을 독립적으로 제어할 수 있다는 이점이 있다.
일반적으로 통상의 유도결합형 플라즈마 에칭장치에서는 플라즈마 에칭 초기에는 안쪽 기판과 바깥쪽 기판의 에칭 정도가 허용범위 내에서 비슷하다가 시간이 지남에 따라 그 차이가 커져 일정한 차이값에 수렴하는 문제가 발생한다.
이러한 문제점의 원인 중 하나는 플라즈마 에칭 공정시 세라믹 재질의 절연판상에 회전 방향을 따라 불균일하게 증착되는 에칭부산물이다. 그리고 플라즈마 에칭 공정시 절연판(140)상에 증착되어 고주파전력의 분포에 영향을 주는 에칭부산물이 절연판의 회전 방향의 위치에 따라 형상 및 양이 달라지는 것은, 안테나의 고주파전력이 인가되는 전력인입단에 인접한 위치와 전력인입단에서 떨어진 위치 사이에서 에칭 속도의 차이가 발생하기 때문이다.
즉, 안테나의 전력인입단에 인접한 위치에서는 에칭 속도가 상대적으로 빨라지며, 안테나의 전력인입단에서 떨어진 위치에서는 에칭 속도가 상대적으로 느려지기 때문에, 절연판(140)상에 증착되는 에칭부산물이 회전 방향을 따라 형상 및 양이 달라지는 것이다. 결국, 통상의 유도결합형 플라즈마 에칭장치는 절연판상에 회전 방향을 따라 불균일하게 증착되는 에칭부산물에 의해 반응챔버 내에서 고주파전력 분포가 불균일해지는 문제점을 초래한다.
위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 실시예에 따른 안테나 시스템(150)은, 제1 하부안테나(151)의 전력인입단(151a), 제2 하부안테나(152)의 전력인입단(152a), 제1 상부안테나(153)의 전력인입단(153a) 및 제2 상부안테나(154)의 전력인입단(154a)이 원형 코일의 동심원을 따라 실질적으로 90°간격으로 배치된다. 이때, 제1 하부안테나(151)의 전력인입단(151a)과 제2 하부안테나(152)의 전력인입단(152a)은 실질적으로 180°간격으로 배치되며, 제1 상부안테나(153)의 전력인입단(153a)과 제2 상부안테나(154)의 전력인입단(154a)은 실질적으로 180°간격으로 배치된다.
다만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 4개의 안테나들의 전력인입단들(151a,152a,153a,154a)의 위치는, 절연판(140)상에 플라즈마 에칭 공정시 증착되는 에칭부산물의 회전 방향에 따른 균일성을 확보할 수 있다면, 상호 90°간격으로 배치되는 본 실시예와 다르게 선택될 수 있음은 물론이다.
이러한 구성을 갖는 본 실시예에 따른 안테나 시스템(150)은, 4개의 안테나들의 전력인입단들(151a,152a,153a,154a)을 원형 코일의 동심원을 따라 실질적으로 90°간격으로 배치함으로써, 절연판(140)상에 플라즈마 에칭 공정시 증착되는 에칭부산물이 절연판(140)의 회전 방향의 위치에 따라 형상 및 양이 달라지는 것을 최소화시킬 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 안테나 시스템(150)은, 절연판(140)상에 회전 방향을 따라 불균일하게 증착되는 에칭부산물에 의해 반응챔버(110) 내에서 발생하는 고주파전력 분포의 변동을 최소화시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 시스템의 구체적인 구성을 나타낸 사시도이다. 전술한 실시예와 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 나타낸다. 이하, 전술한 실시예와 상이한 점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 안테나 시스템(250)은, 4개의 원형 단선 코일이 단층 구조로 구성되는 것으로서, 제1 안테나(251)와, 제1 안테나(251)의 내측에 소정의 간격을 두고 배치되는 제2 안테나(252)와, 제2 안테나(252)의 내측에 소정의 간격을 두고 배치되는 제3 안테나(253)와, 제3 안테나(253)의 내측에 소정의 간격을 두고 배치되는 제4 안테나(254)를 구비하며, 이들 안테나들(251,252,253,254)은 반응챔버(110)의 상부에 인접한 동일 평면상에 배치된다.
즉, 본 실시예에 따른 안테나 시스템(250)은, 4개의 안테나들이 하부안테나와 상부안테나로 구분되어 복층 구조로 구성되는 전술한 실시예에 따른 안테나 시스템(150)과 달리, 4개의 안테나들(251,252,253,254) 모두가 하나의 평면에 배치된다.
이러한 4개의 안테나들(251,252,253,254)은, 전술한 실시예와 마찬가지로, 알짜(Net) 인턱턴스를 줄이는 측면에서 하나의 고주파전원(180)에 병렬 연결되며, 이들 안테나들 각각은 고주파전력이 인가되는 전력인입단(251a,252a,253a,254a)과 접지케이스(160)에 전기적으로 연결되는 접지단(251b,252b,253b,254b)을 구비한다. 한편, 본 실시예와 달리, 제1 안테나(251)와 제3 안테나(253)는 하나의 고주파전원(180)에 병렬 연결되며, 제2 안테나(252)와 제4 안테나(254)는 다른 하나의 고주파전원(180)과 병렬 연결될 수도 있다.
한편, 안테나의 전력인입단에 인접한 위치와 전력인입단에서 떨어진 위치 사이에서 발생하는 에칭 속도의 차이에 의한 전술한 문제점을 해결하기 위해, 본 실시예에 따른 안테나 시스템(250)은, 제1 안테나(251)의 전력인입단(251a), 제2 안테나(252)의 전력인입단(252a), 제3 안테나(253)의 전력인입단(253a) 및 제4 안테나(254)의 전력인입단(254a)이 원형 코일의 동심원을 따라 실질적으로 90°간격으로 배치된다. 이때, 제1 안테나(251)의 전력인입단(251a)과 제3 안테나(253)의 전력인입단(253a)은 실질적으로 180°간격으로 배치되며, 제2 안테나(252)의 전력인입단(252a)과 제4 안테나(254)의 전력인입단(254a)은 실질적으로 180°간격으로 배치된다.
다만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 동일 평면상에 배치되는 4개의 안테나들의 전력인입단들(251a,252a,253a,254a)의 위치는, 절연판(140)상에 플라즈마 에칭 공정시 증착되는 에칭부산물의 회전 방향에 따른 균일성을 확보할 수 있다면, 상호 90°간격으로 배치되는 본 실시예와 다르게 선택될 수 있음은 물론이다.
이러한 구성을 갖는 본 실시예에 따른 안테나 시스템(250)은, 동일 평면상에 배치되는 4개의 안테나들의 전력인입단들(251a,252a,253a,254a)을 원형 코일의 동심원을 따라 실질적으로 90°간격으로 배치함으로써, 전술한 실시예와 마찬가지로, 절연판(140)상에 플라즈마 에칭 공정시 증착되는 에칭부산물이 절연판(140)의 회전 방향의 위치에 따라 형상 및 양이 달라지는 것을 최소화시킬 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 안테나 시스템(250)은, 절연판(140)상에 회전 방향을 따라 불균일하게 증착되는 에칭부산물에 의해 반응챔버(110) 내에서 발생하는 고주파전력 분포의 변동을 최소화시킬 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 반응챔버;
    상기 반응챔버의 상부에 마련되어 플라즈마를 생성시키는 전기장을 유도하는 안테나 시스템; 및
    상기 반응챔버와 상기 안테나 시스템 사이에 배치되는 절연판을 포함하며,
    상기 안테나 시스템은,
    상기 반응챔버의 상부에 인접한 제1 평면상에 배치되는 제1 하부안테나;
    상기 제1 평면상에 상기 제1 하부안테나의 내측에 배치되는 제2 하부안테나;
    상기 제1 평면에서 상측 방향으로 평행 이동된 제2 평면상에 배치되는 제1 상부안테나; 및
    상기 제2 평면상에 상기 제1 상부안테나의 내측에 배치되는 제2 상부안테나를 포함하며,
    상기 안테나들 각각은 원형의 단선 코일이고,
    상기 안테나들의 고주파전력이 인가되는 전력인입단들은, 플라즈마 에칭 공정시 상기 절연판상에 증착되어 고주파전력의 분포에 영향을 주는 에칭부산물의 회전 방향에 따른 균일성을 확보하도록 상호 다른 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 에칭장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력인입단들은, 동심원을 따라 실질적으로 90°간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 에칭장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 하부안테나의 전력인입단과 상기 제2 하부안테나의 전력인입단은, 실질적으로 180°간격으로 배치되며,
    상기 제1 상부안테나의 전력인입단과 상기 제2 상부안테나의 전력인입단은, 실질적으로 180°간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 에칭장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 안테나들은 하나의 고주파전원에 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 에칭장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 시스템이 외부로 노출되지 않도록 상기 안테나 시스템의 상측에 마련되는 접지케이스를 더 포함하며,
    상기 안테나들의 접지단들은 상기 접지케이스에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 에칭장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 하부안테나와 상기 제2 하부안테나는 하나의 고주파전원에 병렬 연결되며,
    상기 제1 상부안테나와 상기 제2 상부안테나는 상기 고주파전원과 다른 하나의 고주파전원과 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 에칭장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 상부안테나 및 상기 제2 상부안테나는,
    상기 제1 하부안테나 및 상기 제2 하부안테나에 수평면상으로 대응하는 위치에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 에칭장치.
  8. 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 반응챔버;
    상기 반응챔버의 상부에 마련되어 플라즈마를 생성시키는 전기장을 유도하는 안테나 시스템; 및
    상기 반응챔버와 상기 안테나 시스템 사이에 배치되는 절연판을 포함하며,
    상기 안테나 시스템은,
    제1 안테나;
    상기 제1 안테나의 내측에 배치되는 제2 안테나;
    상기 제2 안테나의 내측에 배치되는 제3 안테나; 및
    상기 제3 안테나의 내측에 배치되는 제4 안테나를 포함하며,
    상기 안테나들은 상기 반응챔버의 상부에 인접한 동일 평면상에 배치되고,
    상기 안테나들 각각은 원형의 단선 코일이며,
    상기 안테나들의 고주파전력이 인가되는 전력인입단들은, 플라즈마 에칭 공정시 상기 절연판상에 증착되어 고주파전력의 분포에 영향을 주는 에칭부산물의 회전 방향에 따른 균일성을 확보하도록 상호 다른 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 에칭장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전력인입단들은, 동심원을 따라 실질적으로 90°간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 에칭장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 안테나의 전력인입단와 상기 제3 안테나의 전력인입단은, 실질적으로 180°간격으로 배치되며,
    상기 제2 안테나의 전력인입단와 상기 제4 안테나의 전력인입단은, 실질적으로 180°간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 에칭장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 안테나들은 하나의 고주파전원에 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 에칭장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 안테나 시스템이 외부로 노출되지 않도록 상기 안테나 시스템의 상측에 마련되는 접지케이스를 더 포함하며,
    상기 안테나들의 접지단들은 상기 접지케이스에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 에칭장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 제1 안테나와 상기 제3 안테나는 하나의 고주파전원에 병렬 연결되며,
    상기 제2 안테나와 상기 제4 안테나는 상기 고주파전원과 다른 하나의 고주파전원과 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 에칭장치.
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