KR20100006708A - Plasma treatment equipment - Google Patents

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KR20100006708A
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정상곤
이경호
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주식회사 맥시스
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Abstract

PURPOSE: A plasma process device is provided to compensate for the lowering of the plasma density in the center of a process chamber by installing at least one antenna in an upper side and a lateral side of the process chamber. CONSTITUTION: A plasma process device includes a reactive chamber(100) and an antenna(110) installed in an upper side and a lateral side of a reactive chamber. The plasma process device includes a shower head(130) and a bottom electrode(150) to face each other in the reactive chamber. The reactive chamber maintains the substrate processing area airtightly and includes a reactive unit(100a) and a cover(100b). The antenna includes first to third antennas(110a,110b,110c) with different diameters. The first and second antennas are installed in the upper side of the reactive chamber. The third antenna surrounds the reactive chamber.

Description

플라즈마 처리 장치{Plasma treatment equipment}Plasma treatment equipment

본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 특히 플라즈마 밀도 및 균일도를 향상시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly, to a plasma processing apparatus capable of improving plasma density and uniformity.

차세대 반도체, MEMS(micro electro mechanical system) 및 나노 소자 기술이 발달하면서 초미세 패턴의 형성, 정밀한 공정 제어, 그리고 대구경 웨이퍼의 가공 등이 중요한 과제가 되고 있다. 이에 따라 플라즈마 공정이 차지하는 비중이 높아지고 있으며, 대면적의 고밀도 플라즈마 형성 및 제어 기술이 필수적이다.With the development of next-generation semiconductors, micro electro mechanical systems (MEMS) and nanodevice technologies, the formation of ultra-fine patterns, precise process control, and processing of large-diameter wafers have become important challenges. Accordingly, the specific gravity of the plasma process is increasing, and a large area of high density plasma formation and control technology is essential.

플라즈마 처리 장치는 전극 형태에 따라 용량 결합 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma; CCP)와 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma; ICP) 방식으로 구분된다. CCP 방식은 일반적으로 평행 평판형 전극에 고주파를 인가함으로써 전극 사이의 공간에 형성되는 전기장에 의해 플라즈마를 발생시키며, 고밀도 플라즈마를 생성시키기 위해서는 고전력의 전원이 필요하다. 이에 반해, ICP 방식은 일반적으로 나선형의 안테나에 고주파를 인가하고 안테나에 유입되는 고주파 전류 에 의한 자기장의 변화에 따라 유도되는 전기장으로 챔버 내부의 전자를 가속시켜 플라즈마를 발생시킨다. ICP 방식은 간단한 구조로 저압에서 고밀도 및 대면적의 플라즈마를 발생시킬 수 있는 장점이 있다.The plasma processing apparatus is classified into a capacitively coupled plasma (CCP) and an inductively coupled plasma (ICP) method according to the electrode type. In general, the CCP method generates a plasma by an electric field formed in a space between electrodes by applying a high frequency to a parallel plate electrode, and a high power power source is required to generate a high density plasma. In contrast, the ICP method generally generates a plasma by applying a high frequency to a spiral antenna and accelerating electrons in the chamber with an electric field induced by a change in a magnetic field caused by a high frequency current flowing into the antenna. The ICP method has a simple structure and can generate high density and large area plasma at low pressure.

ICP 방식의 플라즈마 처리 장치는 공정 챔버의 상부 또는 측부에 나선형 안테나가 설치된다. 챔버의 상부에 나선형 안테나가 설치되면, 안테나의 중간 부분이 다른 부분에 비해 자기장의 세기가 증가하기 때문에 그 부분에서 플라즈마 밀도가 증가하게 된다. 따라서, 웨이퍼의 중간 부분의 식각 속도가 다른 부분보다 빨라져 식각 균일도가 저하되게 된다. 이를 방지하기 위해 안테나 중간 부분의 챔버 외벽의 두께를 두껍게 하여 안테나 중간 부분의 플라즈마 밀도를 저하시킨다. 그러나, 챔버 외벽의 두께를 다르게 제작해야 하기 때문에 챔버의 제작이 복잡해지게 된다. 또한, 챔버의 측부에 안테나가 설치되면, 안테나 주변의 자기장의 세기가 강하므로 안테나와 멀어지는 챔버의 중앙 부분의 플라즈마 밀도가 저하된다. 따라서, 웨이퍼의 중앙 부분의 식각 속도가 다른 부분에 비해 떨어지게 된다.In the ICP-type plasma processing apparatus, a spiral antenna is installed on the upper side or the side of the process chamber. When the spiral antenna is installed in the upper part of the chamber, the plasma density increases in the middle part of the antenna because the strength of the magnetic field is increased compared to other parts. Therefore, the etching speed of the middle portion of the wafer is faster than the other portions, thereby reducing the etching uniformity. In order to prevent this, the thickness of the outer wall of the chamber in the middle portion of the antenna is increased to lower the plasma density of the middle portion of the antenna. However, the fabrication of the chamber is complicated because the thickness of the chamber outer wall must be made different. In addition, when the antenna is provided on the side of the chamber, the intensity of the magnetic field around the antenna is strong, so that the plasma density of the central portion of the chamber away from the antenna is reduced. Therefore, the etching speed of the center portion of the wafer is lower than that of other portions.

본 발명은 플라즈마의 밀도 및 균일도를 향상시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.The present invention provides a plasma processing apparatus that can improve the density and uniformity of plasma.

본 발명은 공정 챔버의 상부 및 측부에 안테나를 설치하고, 이들을 병렬 연결하여 동일 고주파 전원을 인가하는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.The present invention provides a plasma processing apparatus that installs antennas on the top and sides of a process chamber, and connects them in parallel to apply the same high frequency power.

본 발명은 공정 챔버 상부의 안테나를 다중으로 설치하고, 상부의 안테나에 가변 콘덴서를 연결하여 유입 전류의 차이를 조절할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.The present invention provides a plasma processing apparatus that can install a plurality of antennas in the upper part of the process chamber and connect a variable capacitor to the upper antenna to adjust the difference in inflow current.

본 발명의 일 양태에 따른 플라즈마 처리 장치는 내부에 공간을 형성하는 반응 챔버; 및 상기 반응 챔버의 상부 및 측부에 각각 적어도 하나 설치된 안테나를 포함하고, 상기 안테나는 병렬 연결된다.Plasma processing apparatus according to an aspect of the present invention includes a reaction chamber for forming a space therein; And at least one antenna installed at each of the upper and side portions of the reaction chamber, and the antennas are connected in parallel.

상기 반응 챔버의 상부에 적어도 두개의 안테나가 설치되고, 상기 반응 챔버의 측부에 적어도 하나의 안테나가 설치된다.At least two antennas are installed on an upper portion of the reaction chamber, and at least one antenna is installed on the side of the reaction chamber.

상기 반응 챔버의 상부에 설치된 안테나는 상기 반응 챔버 상부의 중심 영역에 설치된 원형의 제 1 안테나와, 상기 원형의 제 1 안테나와 이격되어 형성된 원형의 제 2 안테나를 포함한다.The antenna installed in the upper portion of the reaction chamber includes a circular first antenna installed in a central region of the reaction chamber and a circular second antenna formed spaced apart from the circular first antenna.

상기 반응 챔버의 상부에 설치된 적어도 두개의 안테나는 각각 콘덴서가 직 렬 연결된다.At least two antennas installed in the upper portion of the reaction chamber are each connected to a capacitor in series.

상기 반응 챔버의 측부에 설치된 적어도 하나의 주파수 가변형 안테나를 더 포함한다.It further comprises at least one frequency variable antenna installed on the side of the reaction chamber.

본 발명의 플라즈마 처리 장치는 공정 챔버의 상부 및 측부에 각각 적어도 하나의 안테나가 설치된다. 예를들어 공정 챔버 상부의 안테나는 이중으로 설치되고, 공정 챔버 측부의 안테나는 단일로 설치된다. 그리고, 공정 챔버 상부의 이중 안테나에 가변 콘덴서가 연결되고, 공정 챔버 상부의 이중 안테나 및 공정 챔버 측부의 단일 안테나가 전원 공급부와 병렬 연결된다.In the plasma processing apparatus of the present invention, at least one antenna is provided at each of the upper side and the side side of the process chamber. For example, the antenna on the top of the process chamber is installed in duplicate, and the antenna on the side of the process chamber is installed in a single. In addition, a variable capacitor is connected to the dual antenna above the process chamber, and the dual antenna above the process chamber and a single antenna on the side of the process chamber are connected in parallel with the power supply.

따라서, 공정 챔버 측부의 안테나에 의해 공정 챔버 중앙부에서 플라즈마 밀도가 저하되는 현상을 공정 챔버 상부의 이중 안테나에 의해 효율적으로 보상할 수 있다. 따라서, 전체적인 플라즈마 밀도 및 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 공정 챔버 상부의 안테나에 연결된 가변 콘덴서의 용량을 조절하여 플라즈마 균일도를 더욱 향상시키고 공정 챔버 내부에서 필요한 부분의 플라즈마 밀도를 조절함으로써 공정의 수율을 향상시킬 수 있다.Therefore, the phenomenon that the plasma density decreases at the center of the process chamber by the antenna at the side of the process chamber can be efficiently compensated by the dual antenna at the top of the process chamber. Therefore, the overall plasma density and uniformity can be improved. In addition, by adjusting the capacity of the variable capacitor connected to the antenna on the upper part of the process chamber, the uniformity of the plasma may be further improved, and the yield of the process may be improved by adjusting the plasma density of the necessary part inside the process chamber.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention; However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and only the embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art. It is provided for complete information.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나의 구성도이며, 도 3은 안테나의 회로도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a configuration diagram of an antenna according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a circuit diagram of the antenna.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치는 반응 챔버(100)와, 반응 챔버(100)의 상부 및 측부에 설치된 안테나(110a, 110b 및 110c; 110)을 포함한다. 또한, 반응 챔버(100) 내의 서로 대향 위치하는 샤워헤드(130) 및 하부 전극부(150)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a plasma processing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention includes a reaction chamber 100 and antennas 110a, 110b, and 110c installed at upper and side portions of the reaction chamber 100. In addition, the reaction chamber 100 includes a shower head 130 and the lower electrode portion 150 that are located opposite each other.

반응 챔버(100)는 기판 처리 영역을 기밀하게 유지시키고 이와 동시에 보안 접지(safety grounded)되어 있다. 반응 챔버(100)는 대략 원형의 평면부 및 평면부로부터 상향 연장된 측벽부를 포함하여 소정의 공간을 가지는 반응부(100a)와 대략 원형으로 반응부(100a) 상에 위치하여 반응 챔버(100)를 기밀하게 유지하는 덮개(100b)를 포함한다. 또한, 반응부(100a) 및 덮개(110b)는 자기장이 반응 챔버(100) 내부로 효과적으로 전달될 수 있도록 절연 물질을 포함할 수 있고, 예를들어 세라믹 재질로 이루어질 수 있다. 물론, 반응부(100a) 및 덮개(100b)는 원형 이외에 다양한 형상으로 제작될 수 있는데, 예를들어 기판 형상에 대응하는 형상으로 제작될 수 있다.The reaction chamber 100 keeps the substrate processing area airtight and at the same time secure grounded. The reaction chamber 100 is located on the reaction part 100a having a predetermined space with a reaction part 100a having a predetermined space, including a substantially circular planar part and a sidewall part extending upwardly from the planar part. It includes a cover (100b) to keep the airtight. In addition, the reaction part 100a and the cover 110b may include an insulating material so that the magnetic field may be effectively transferred into the reaction chamber 100, and may be made of, for example, a ceramic material. Of course, the reaction part 100a and the cover 100b may be manufactured in various shapes in addition to the circular shape, for example, may be manufactured in a shape corresponding to the shape of the substrate.

안테나(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 서로 다른 직경을 가지며 원형의 제 1, 제 2 및 제 3 안테나(110a, 110b 및 110c)를 포함한다. 즉, 제 1 안테나(110a)보다 제 2 안테나(110b)의 직경이 크고, 제 2 안테나(110b)보다 제 3 안테나(110c)의 직경이 크다. 여기서, 제 1 및 제 2 안테나(110a 및 110b)는 반응 챔버(100)의 상부에 설치되고, 제 3 안테나(110c)는 반응 챔버(100)의 측부를 감싸도록 설치된다. 즉, 제 1 안테나(110a)는 예를들어 반응 챔버(100)의 상부 중심 영역에 설치되고, 제 2 안테나(110b)는 제 1 안테나(110a)와 이격되어 반응 챔버(100)의 상부 가장자리 영역에 설치된다. 또한, 제 1, 제 2 및 제 3 안테나(110a, 110b 및 110c)는 제 1 고주파 전원(122)과 병렬 연결된다. 즉, 제 1, 제 2 및 제 3 안테나(110a, 110b 및 110c)는 일 단자가 제 1 고주파 전원(122)과 연결되고, 타 단자가 접지된다. 또한, 제 1 및 제 2 안테나(110a 및 110b)는 제 1 정합기(121)와의 사이에 제 1 및 제 2 가변 콘덴서(C1 및 C2)가 연결된다.The antenna 110 has different diameters as shown in FIG. 2 and includes circular first, second and third antennas 110a, 110b and 110c. That is, the diameter of the second antenna 110b is larger than that of the first antenna 110a, and the diameter of the third antenna 110c is larger than the second antenna 110b. Here, the first and second antennas (110a and 110b) is installed on the upper portion of the reaction chamber 100, the third antenna (110c) is installed to surround the side of the reaction chamber (100). That is, the first antenna 110a is installed at, for example, an upper center region of the reaction chamber 100, and the second antenna 110b is spaced apart from the first antenna 110a and is an upper edge region of the reaction chamber 100. Is installed on. In addition, the first, second and third antennas 110a, 110b and 110c are connected in parallel with the first high frequency power source 122. That is, one terminal is connected to the first high frequency power supply 122 and the other terminal is grounded in the first, second and third antennas 110a, 110b, and 110c. Also, the first and second variable capacitors C1 and C2 are connected to the first and second antennas 110a and 110b with the first matcher 121.

안테나(100)의 일측에는 제 1 정합기(121)를 통해 제 1 고주파 전원(122)이 연결된다. 제 1 고주파 전원(122)으로부터 예를들어 13.56㎒의 고주파를 출력하며, 안테나(110)로부터 발생된 고주파 자계는 반응 챔버(100) 내의 플라즈마 영역에 인가된다. 제 1 정합기(121)는 반응 챔버(100)의 임피던스를 검출하여 임피던스의 허수 성분과 반대 위상의 임피던스 허수 성분을 생성함으로써 임피던스가 실수 성분인 순수 저항과 동일하도록 반응 챔버(100) 내에 최대 전력을 공급하고, 그에 따라 최적의 플라즈마를 발생시키도록 한다.One side of the antenna 100 is connected to the first high frequency power source 122 through the first matcher 121. A high frequency of 13.56 MHz is output from the first high frequency power source 122, and the high frequency magnetic field generated from the antenna 110 is applied to the plasma region in the reaction chamber 100. The first matcher 121 detects the impedance of the reaction chamber 100 and generates an impedance imaginary component of a phase opposite to the imaginary component of the impedance so that the maximum power in the reaction chamber 100 is equal to the pure resistance of the real component. And to generate an optimal plasma accordingly.

샤워헤드(130)는 반응 챔버(100) 내의 상부에 위치한다. 샤워 헤드(130)는 복수의 토출 구멍(132)이 형성된 상부 전극판(131)과, 상부 전극판(131)을 지지하 고 도전성 재료로 이루어지는 전극 지지체(133)로 구성되어 있다. 샤워 헤드(130)의 전극 지지체(133) 및 상부 전극판(131)은 반응 챔버(100) 내에 설치되었으나, 전극 지지체(133)는 반응 챔버(100) 외부에 설치될 수도 있다. 즉, 반응 챔버(100)의 덮개(100b)의 적어도 일부를 상부 전극판(131)으로 구성하고, 그 상부에 전극 지지체(133)를 설치하여 사용할 수 있다.The showerhead 130 is located at the top in the reaction chamber 100. The shower head 130 includes an upper electrode plate 131 having a plurality of discharge holes 132 formed therein, and an electrode support 133 that supports the upper electrode plate 131 and is made of a conductive material. The electrode support 133 and the upper electrode plate 131 of the shower head 130 are installed in the reaction chamber 100, but the electrode support 133 may be installed outside the reaction chamber 100. That is, at least a part of the lid 100b of the reaction chamber 100 may be configured by the upper electrode plate 131, and the electrode support 133 may be provided on the upper portion thereof.

전극 지지체(133)의 상부 중앙에 가스 도입구(140)가 설치되고, 가스 도입구(140)에는 복수의 라인으로 분기되어 가스 공급원(141)이 연결된다. 각각의 라인에는 밸브(142) 및 질량 흐름 제어기(143)가 설치되고, 이는 가스 공급원(141)과 연결된다. 따라서, 가스 공급원(141)으로부터 플라즈마 처리를 위한 반응 가스가 샤워 헤드(130)로 공급된다. 반응 가스로는 플로로카본 가스나 하이드로플로로카본 가스와 같은 할로겐 원소를 함유하는 가스가 적절히 사용될 수 있다. 그 밖에도 Ar, He, C4F8, N2 가스가 제공될 수 있다.The gas inlet 140 is installed at the upper center of the electrode support 133, and the gas inlet 140 is branched into a plurality of lines to connect the gas supply source 141. Each line is equipped with a valve 142 and a mass flow controller 143, which are connected to a gas source 141. Therefore, the reactive gas for plasma treatment is supplied from the gas supply source 141 to the shower head 130. As the reaction gas, a gas containing a halogen element such as a fluorocarbon gas or a hydrofluorocarbon gas may be appropriately used. Ar, He, C 4 F 8 , N 2 gas may also be provided.

하부 전극부(150)는 반응 챔버(100)의 하부에 샤워 헤드(130)와 대항하는 위치에 설치된다. 하부 전극부(150)는 반응 챔버(100) 바닥부에 위치하는 기판 승강기(151)와, 기판 승강기(151)의 상부에 위치하는 하부 전극(152)과, 기판(10)을 정전 흡착하기 위한 정전척(153)을 포함한다. 기판 승강기(151)는 처리될 기판(10)이 하부 전극부(150)에 안착하면 하부 전극부(150)를 샤워 헤드(130)와 근접하도록 이동시키는 역할을 한다. 또한, 하부 전극(152)에는 칠러(154)가 연결되어 있고, 하부 전극(152)과 칠러(154) 사이에는 냉매 순환부(155)가 연결되어 있다. 칠러(154) 로부터 냉매를 냉매 순환부(155)로 도입하여 순환함으로써, 그 냉열이 하부 전극(152)을 통해 기판(10)에 전달되는 역할을 한다. 즉, 기판(10)의 처리면의 온도를 원하는 온도로 제어할 수 있다.The lower electrode unit 150 is installed at a lower portion of the reaction chamber 100 to face the shower head 130. The lower electrode unit 150 is configured to electrostatically adsorb the substrate lifter 151 positioned on the bottom of the reaction chamber 100, the lower electrode 152 positioned above the substrate lifter 151, and the substrate 10. An electrostatic chuck 153. When the substrate 10 to be processed is seated on the lower electrode unit 150, the substrate lifter 151 moves the lower electrode unit 150 to approach the shower head 130. In addition, the chiller 154 is connected to the lower electrode 152, and the refrigerant circulation unit 155 is connected between the lower electrode 152 and the chiller 154. By introducing and circulating the refrigerant from the chiller 154 into the refrigerant circulation unit 155, the cooling heat is transferred to the substrate 10 through the lower electrode 152. That is, the temperature of the process surface of the board | substrate 10 can be controlled to desired temperature.

또한, 하부 전극(152)에는 제 2 정합기(161) 및 제 2 고주파 전원(162)이 연결되고, 이는 반응 챔버(100) 내에 전력을 공급하는 역할을 한다.In addition, the second matching unit 161 and the second high frequency power source 162 are connected to the lower electrode 152, which serves to supply power into the reaction chamber 100.

하부 전극(152)의 상부에는 기판(10)과 대략 동일한 형상의 정전척(153)이 설치된다. 정전척(153)은 절연재 사이에 마련된 하부 전극판(미도시)을 가지며, 하부 전극판에 연결된 고압 직류 전원(163)으로부터 직류 전원이 인가된다. 따라서, 기판(10)은 정전력에 의해 정전척(153)에 흡착 유지된다. 이때, 정전력 외에 기계적 힘에 의해 기판(10)을 유지할 수도 있다.An electrostatic chuck 153 having substantially the same shape as the substrate 10 is provided on the lower electrode 152. The electrostatic chuck 153 has a lower electrode plate (not shown) provided between the insulating materials, and DC power is applied from the high voltage DC power supply 163 connected to the lower electrode plate. Thus, the substrate 10 is held by the electrostatic chuck 153 by the electrostatic force. In this case, the substrate 10 may be held by a mechanical force in addition to the electrostatic force.

하부 전극(152) 및 정전척(153)의 외주면을 둘러싸도록 고리 형상의 포커스링(164)이 설치된다. 포커스링(164)은 절연성 재료로 이루어져 있고, 플라즈마가 기판(10)을 향하도록 유도하는 역할을 한다.An annular focus ring 164 is provided to surround the outer circumferential surfaces of the lower electrode 152 and the electrostatic chuck 153. The focus ring 164 is made of an insulating material, and serves to direct the plasma to the substrate 10.

또한, 반응 챔버(100)의 측면 하부에는 배기관(171)이 연결되고, 배기관(171)에는 배기 장치(172)가 연결된다. 이때, 배기 장치(171)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프가 사용될 수 있으며, 이에 따라 반응 챔버(100) 내부를 소정의 감압 분위기, 예를들어 0.1mTorr 이하의 소정의 압력까지 진공 흡입할 수 있도록 구성된다. 배기관(171)은 측면 뿐만 아니라, 반응 챔버(100) 하부에 설치될 수 있다. 또한, 배기되는 시간을 줄이기 위해 다수개의 배기관(171) 및 그에 따른 진공 펌프(172)가 더 설치될 수도 있다. 또한, 반응 챔버(100) 측벽에는 게이트 밸브(173) 가 설치되고, 이 게이트 밸브(173)를 오픈한 상태에서 기판(10)이 인접하는 로드록실(미도시)과의 사이에서 반송된다. 게이트 밸브(173)는 반응 챔버(100)의 일측에 설치되었지만, 일측과 대향하는 타측에 더 형성할 수 있다. 이는 일측을 통해 인입된 기판(10)을 타측을 통해 반출할 수 있다.In addition, an exhaust pipe 171 is connected to the lower side of the reaction chamber 100, and an exhaust device 172 is connected to the exhaust pipe 171. In this case, a vacuum pump such as a turbo molecular pump may be used as the exhaust device 171, so that the inside of the reaction chamber 100 may be vacuum sucked up to a predetermined pressure, for example, to a predetermined pressure of 0.1 mTorr or less. It is composed. The exhaust pipe 171 may be installed at the lower side of the reaction chamber 100 as well as the side surface. In addition, a plurality of exhaust pipes 171 and a vacuum pump 172 may be further installed to reduce the time for evacuation. Moreover, the gate valve 173 is provided in the reaction chamber 100 side wall, and the board | substrate 10 is conveyed with the adjacent load lock chamber (not shown) in the state which opened this gate valve 173. FIG. The gate valve 173 is installed on one side of the reaction chamber 100, but may be further formed on the other side facing the one side. This may carry out the substrate 10 introduced through one side through the other side.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치를 이용한 플라즈마 처리 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.Referring to the plasma processing method using a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention configured as described above are as follows.

먼저, 선행 공정을 완료한 기판(10)은 게이트 밸브(173)가 개방된 후 반응 챔버(100) 내로 반입된다. 반입된 기판(10)은 정전척(153)의 상면에 안착되고, 고압 직류 전원(163)이 정전척(153)에 인가되어 정전력에 의해 기판(10)은 정전척(153)에 흡착 유지된다.First, the substrate 10 having completed the preceding process is brought into the reaction chamber 100 after the gate valve 173 is opened. The loaded substrate 10 is seated on an upper surface of the electrostatic chuck 153, and a high voltage direct current power source 163 is applied to the electrostatic chuck 153 so that the substrate 10 is held by the electrostatic chuck by the electrostatic chuck 153. do.

이후, 반응 챔버(100)의 내부는 진공 펌프(172)에 의해 진공 상태로 유지되고, 가스 공급원(141)에 연결된 밸브(142)가 개방되어 질량 흐름 제어기(143)에 의해 그 유량이 조절되면서 가스 공급원(141)으로부터 반응 가스가 공급된다. 이때, 반응 가스는 필요에 따라 하나 또는 그 이상이 유입될 수 있다. 반응 가스는 가스 라인, 가스 도입관(140)을 통해 샤워 헤드(130)로 제공되고, 상부 전극판(131)의 토출 구멍(132)을 통해 반응 챔버(100) 내에 균일하게 분사된다. 이때, 반응 가스가 공급되는 동안 반응 챔버(100)는 소정의 압력으로 유지된다.Thereafter, the inside of the reaction chamber 100 is maintained in a vacuum state by the vacuum pump 172, the valve 142 connected to the gas source 141 is opened to control the flow rate by the mass flow controller 143 The reaction gas is supplied from the gas supply source 141. In this case, one or more reactant gases may be introduced as necessary. The reaction gas is provided to the shower head 130 through the gas line and the gas introduction pipe 140, and is uniformly injected into the reaction chamber 100 through the discharge hole 132 of the upper electrode plate 131. At this time, the reaction chamber 100 is maintained at a predetermined pressure while the reaction gas is supplied.

그리고, 제 1 고주파 전원(122)으로부터 플라즈마 발생용 고주파 전력이 제 1, 제 2 및 제 3 안테나(110a, 110b 및 110c)에 인가되고, 제 2 고주파 전원(162) 으로부터 고주파 전력이 하부 전극부(150)에 인가된다. 이때, 안테나(110)에 고주파 전류가 인가됨으로써 반응 챔버(100) 둘레에 고주파에 의해 유도된 전기장이 발생되고, 전기장에 의해 반응 챔버(100) 내부의 전자를 가속시켜 플라즈마를 발생시킨다. 이때, 제 3 안테나(110c)에 의한 반응 챔버(100) 중앙부의 플라즈마 밀도 저하를 제 1 및 제 2 안테나(110a 및 110b)가 보상하여 플라즈마의 밀도 및 균일도를 향상시킬 수 있다.The high frequency power for plasma generation is applied from the first high frequency power supply 122 to the first, second and third antennas 110a, 110b and 110c, and the high frequency power is supplied from the second high frequency power source 162 to the lower electrode portion. Is applied to 150. At this time, the high frequency current is applied to the antenna 110 to generate an electric field induced by the high frequency around the reaction chamber 100, and accelerate the electrons in the reaction chamber 100 by the electric field to generate the plasma. In this case, the first and second antennas 110a and 110b compensate for the decrease in the plasma density of the central portion of the reaction chamber 100 by the third antenna 110c, thereby improving the density and uniformity of the plasma.

따라서, 샤워 헤드(130)로부터 분사되는 반응 가스가 플라즈마화되고, 이 플라즈마에 의해 기판(10)이 처리된다.Therefore, the reaction gas jetted from the shower head 130 is converted into plasma, and the substrate 10 is processed by this plasma.

이후, 플라즈마에 의한 기판(10) 처리가 종료되면 고압 직류 전원(132), 제 1 고주파 전원(122) 및 제 2 고주파 전원(162)으로부터 전력 공급이 정지되고 기판(10)은 게이트 밸브(173)를 통해 반응 챔버(100) 외부로 반출되어 공정을 마치게 된다.Subsequently, when the processing of the substrate 10 by the plasma is completed, power supply is stopped from the high voltage direct current power source 132, the first high frequency power source 122, and the second high frequency power source 162, and the substrate 10 is connected to the gate valve 173. It is carried out to the outside of the reaction chamber 100 through) to complete the process.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는 반응 챔버(100)의 상부에 제 1 및 제 2 안테나(110a 및 110b)를 설치하고, 반응 챔버(100)의 측부에 제 3 안테나(110c)를 설치하여 이들을 병렬 연결하여 제 1 고주파 전원(122)으로부터 고주파 전력이 인가되도록 한다. 따라서, 제 3 안테나(110c)에 의한 반응 챔버(100) 중앙부의 플라즈마 밀도 저하를 제 1 및 제 2 안테나(110a 및 110b)가 보상하여 플라즈마의 밀도 및 균일도를 향상시킬 수 있다. 그런데, 병렬 연결된 제 1 및 제 2 안테나(110a 및 110b)와 제 3 안테나(110c)의 길이나 재질 등의 특성이 다 르기 때문에 인가되는 전류의 차이가 발생되고, 이에 따라 반응 챔버(100) 내부에 국부적으로 플라즈마 밀도의 변화가 발생할 수 있다. 따라서, 반응 챔버(100) 내부에 전체적으로 고밀도의 균일한 플라즈마를 발생시키기 위해 제 1 및 제 2 안테나(110a 및 110b)에 가변 콘덴서(C1 및 C2)를 각각 연결하고, 가변 콘덴서(C1 및 C2)의 용량을 조절하여 병렬 연결된 제 1 및 제 2 안테나(110a 및 110b)와 제 3 안테나(110c)의 길이나 재질 등의 특성에 따라 발생되는 유입 전류의 차이를 조절할 수 있다. 즉, 도 3의 회로도에 도시된 바와 같이 제 1 및 제 2 안테나(110a 및 110b)에 유입되는 전류를 각각 I1, I2라하고, 제 3 안테나(110c)에 유입되는 전류를 I3라고 하면,As described above, in the plasma processing apparatus of the present invention, the first and second antennas 110a and 110b are installed on the reaction chamber 100, and the third antenna 110c is provided on the side of the reaction chamber 100. By installing them in parallel, high frequency power is applied from the first high frequency power source 122. Accordingly, the first and second antennas 110a and 110b compensate for the decrease in the plasma density of the center portion of the reaction chamber 100 by the third antenna 110c, thereby improving the density and uniformity of the plasma. However, since the characteristics of the lengths and materials of the first and second antennas 110a and 110b and the third antenna 110c connected in parallel are different, a difference in applied current is generated, and accordingly, the inside of the reaction chamber 100 Changes in plasma density may occur locally. Accordingly, the variable capacitors C1 and C2 are connected to the first and second antennas 110a and 110b, respectively, in order to generate a high-density uniform plasma in the reaction chamber 100, and the variable capacitors C1 and C2, respectively. By adjusting the capacitance of the first and second antennas 110a and 110b and the third antenna 110c connected in accordance with the characteristics such as the length or material of the difference in the generated current can be adjusted. That is, as shown in the circuit diagram of FIG. 3, the currents flowing into the first and second antennas 110a and 110b are referred to as I1 and I2, respectively, and the current flowing into the third antenna 110c is referred to as I3.

전류는 I = I1 + I2 + I3 으로 나타낼 수 있고, 각 안테나에 유입되는 전류는 [수학식 1], [수학식 2] 및 [수학식 3]으로 나타낼 수 있다.Current is I = I1 + I2 + I3 The current flowing into each antenna may be represented by [Equation 1], [Equation 2] and [Equation 3].

Figure 112008049751839-PAT00001
Figure 112008049751839-PAT00001

Figure 112008049751839-PAT00002
Figure 112008049751839-PAT00002

Figure 112008049751839-PAT00003
Figure 112008049751839-PAT00003

상기 수학식에서 L1, L2, L3 값은 제 1, 제 2 및 제 3 안테나(110a, 110b 및 110c)의 특성에 따라 정해진 값이므로 가변 콘덴서의 용량을 조절하여 C1 및 C2 값을 조절하므로서 제 1 및 제 2 안테나(110a 및 110b)에 유입되는 I1 및 I2 전류값을 조절할 수 있다.In the above equations, L1, L2, and L3 values are determined according to the characteristics of the first, second, and third antennas 110a, 110b, and 110c. Thus, the first and second values may be adjusted by adjusting the capacitance of the variable capacitor. I1 and I2 current values flowing into the second antennas 110a and 110b may be adjusted.

또한, 플라즈마 밀도를 증가시키기 위해 제 3 안테나(110c)의 하부에 주파수 가변형 자계 안테나를 더 설치할 수 있다. 주파수 가변형 자계 안테나에 인가되는 주파수를 증가시키면 플라즈마 내부의 하전 입자들의 운동성이 활발해지고 충돌 횟수가 증가하게 되며, 결과적으로 플라즈마의 밀도를 증가시킬 수 있다. 또한, 자계 안테나의 위치를 상하로 이동이 가능하게 설치하여 반응 챔버의 특성에 따라 위치 변경이 가능하게 할 수도 있다.In addition, a frequency-variable magnetic field antenna may be further installed below the third antenna 110c to increase the plasma density. Increasing the frequency applied to the frequency-variable magnetic antenna increases the mobility of charged particles in the plasma, increases the number of collisions, and consequently increases the density of the plasma. In addition, the position of the magnetic field antenna can be installed to be moved up and down to enable the position change according to the characteristics of the reaction chamber.

본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 예를들어 반응 챔버(100)의 상부에 설치된 안테나는 2개를 초과하여 3개 이상 설치될 수도 있다. 또한, 반응 챔버(100)의 측부에 설치된 안테나도 2개 이상 설치될 수도 있고, 가변형 자계 안테 나 역시 복수개 설치 가능하다.Although the technical spirit of the present invention has been described in detail according to the above embodiment, it should be noted that the above embodiment is for the purpose of description and not for the purpose of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention. For example, more than two antennas installed on the upper portion of the reaction chamber 100 may be installed. In addition, two or more antennas installed on the side of the reaction chamber 100 may be installed, and a plurality of variable magnetic antennas may also be installed.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략 단면도.1 is a schematic cross-sectional view of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나의 구성도.2 is a block diagram of an antenna according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나의 회로도.3 is a circuit diagram of an antenna according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100 : 반응 챔버 110 : 안테나100: reaction chamber 110: antenna

110a : 제 1 안테나 110b : 제 2 안테나110a: first antenna 110b: second antenna

110c : 제 3 안테나 130 : 샤워헤드110c: third antenna 130: showerhead

150 : 하부 전극부150: lower electrode portion

Claims (5)

내부에 공간을 형성하는 반응 챔버; 및A reaction chamber defining a space therein; And 상기 반응 챔버의 상부 및 측부에 각각 적어도 하나 설치된 안테나를 포함하고,At least one antenna installed on each of the upper and side portions of the reaction chamber, 상기 안테나는 병렬 연결된 플라즈마 처리 장치.The antenna is a plasma processing apparatus connected in parallel. 제 1 항에 있어서, 상기 반응 챔버의 상부에 적어도 두개의 안테나가 설치되고, 상기 반응 챔버의 측부에 적어도 하나의 안테나가 설치되는 플라즈마 처리 장치.The plasma processing apparatus of claim 1, wherein at least two antennas are installed at an upper portion of the reaction chamber, and at least one antenna is installed at a side of the reaction chamber. 제 2 항에 있어서, 상기 반응 챔버의 상부에 설치된 안테나는 상기 반응 챔버 상부의 중심 영역에 설치된 원형의 제 1 안테나와, 상기 원형의 제 1 안테나와 이격되어 형성된 원형의 제 2 안테나를 포함하는 플라즈마 처리 장치.3. The plasma of claim 2, wherein the antenna installed on the reaction chamber comprises a circular first antenna disposed in a center region of the reaction chamber and a circular second antenna spaced apart from the circular first antenna. Processing unit. 제 2 항에 있어서, 상기 반응 챔버의 상부에 설치된 적어도 두개의 안테나는 각각 콘덴서가 직렬 연결된 플라즈마 처리 장치.The plasma processing apparatus of claim 2, wherein at least two antennas installed on the reaction chamber are connected in series with a capacitor. 제 1 항에 있어서, 상기 반응 챔버의 측부에 설치된 적어도 하나의 주파수 가변형 안테나를 더 포함하는 플라즈마 처리 장치.The plasma processing apparatus of claim 1, further comprising at least one frequency-variable antenna installed at a side of the reaction chamber.
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