KR20100047723A - Inductively coupled plasma reactor - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: By using for a control antenna controlling direction and size of the induced electromotive force created in the main antenna the inductively coupled plasma source occurs the uniform high density plasma. CONSTITUTION: A reaction chamber(12) has the plasma discharge area. A main antenna(21) offers the first induced electromotive force for occurring the plasma discharge to the plasma discharge area. A dielectric window(20) is installed in the between discharge domain of the reaction chamber and main antenna. For the control antenna(22) offers the second induced electromotive force for the variable of the first induced electromotive force.

Description

유도 결합 플라즈마 반응기{INDUCTIVELY COUPLED PLASMA REACTOR}Inductively Coupled Plasma Reactor {INDUCTIVELY COUPLED PLASMA REACTOR}

본 발명은 무선 주파수(radio frequency)를 이용한 유도 결합 플라즈마 반응기(inductively copled plasma reactor)에 관한 것으로, 구체적으로는 무선 주파수 메인 안테나에서 발생되는 유도 기전력의 방향과 크기를 제어할 수 있는 제어용 안테나를 이용하여 메인 안테나의 유도 기전력을 가변적으로 제어함으로서 플라즈마 이온 에너지에 대한 보다 향상된 제어 능력과 보다 균일한 고밀도 플라즈마를 발생할 수 있는 유도 결합 플라즈마 반응기에 관한 것이다.The present invention relates to an inductively copled plasma reactor using a radio frequency. Specifically, a control antenna capable of controlling the direction and magnitude of induced electromotive force generated from a radio frequency main antenna is used. The present invention relates to an inductively coupled plasma reactor capable of generating a more uniform high density plasma and improved control of plasma ion energy by variably controlling the induced electromotive force of the main antenna.

플라즈마는 같은 수의 음이온(positive ions)과 전자(electrons)를 포함하는 고도로 이온화된 가스이다. 플라즈마 방전은 이온, 자유 래디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 발생하기 위한 가스 여기에 사용되고 있다. 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 대표적으로 반도체 제조 공정 예들 들어, 식각(etching), 증착(deposition), 세정(cleaning), 에싱(ashing) 등에 다양하게 사용된다.Plasma is a highly ionized gas containing the same number of positive ions and electrons. Plasma discharges are used for gas excitation to generate active gases containing ions, free radicals, atoms, molecules. The active gas is widely used in various fields and is typically used in a variety of semiconductor manufacturing processes such as etching, deposition, cleaning, ashing, and the like.

플라즈마를 발생하기 위한 플라즈마 소스는 여러 가지가 있는데 무선 주파수(radio frequency)를 사용한 용량 결합 플라즈마(capacitive coupled plasma)와 유도 결합 플라즈마(inductive coupled plasma)가 그 대표적인 예이다.There are a number of plasma sources for generating plasma, and the representative examples are capacitive coupled plasma and inductive coupled plasma using radio frequency.

용량 결합 플라즈마 소스는 정확한 용량 결합 조절과 이온 조절 능력이 높아서 타 플라즈마 소스에 비하여 공정 생산력이 높다는 장점을 갖는다. 반면, 무선 주파수 전원의 에너지가 거의 배타적으로 용량 결합을 통하여 플라즈마에 연결되기 때문에 플라즈마 이온 밀도는 용량 결합된 무선 주파수 전력의 증가 또는 감소에 의해서만 증가 또는 감소될 수 있다. 그러나 무선 주파수 력의 증가는 이온 충격 에너지를 증가시킨다. 결과적으로 이온 충격에 의한 손상을 방지하기 위해서는 공급되는 무선 주파수 전력의 한계성을 갖게 된다.Capacitively coupled plasma sources have the advantage of high process productivity compared to other plasma sources due to their high capacity for precise capacitive coupling and ion control. On the other hand, since the energy of the radio frequency power supply is almost exclusively connected to the plasma through capacitive coupling, the plasma ion density can only be increased or decreased by increasing or decreasing the capacitively coupled radio frequency power. However, increasing the radio frequency force increases the ion bombardment energy. As a result, in order to prevent damage caused by ion bombardment, there is a limit of radio frequency power supplied.

한편, 유도 결합 플라즈마 소스는 무선 주파수 전원의 증가에 따라 이온 밀도를 쉽게 증가시킬 수 있으며 이에 따른 이온 충격은 상대적으로 낮아서 고밀도 플라즈마를 얻기에 적합한 것으로 알려져 있다. 그러므로 유도 결합 플라즈마 소스는 고밀도의 플라즈마를 얻기 위하여 일반적으로 사용되고 있다. 유도 결합 플라즈마 소스는 대표적으로 무선 주파수 안테나(RF antenna)를 이용하는 방식과 변압기를 이용한 방식(변압기 결합 플라즈마(transformer coupled plasma)라고도 함)으로 기술 개발이 이루어지고 있다. 여기에 전자석이나 영구 자석을 추가하거나, 용량 결합 전극을 추가하여 플라즈마의 특성을 향상 시키고 재현성과 제어 능력을 높이기 위하여 기술 개발이 이루어지고 있다.On the other hand, the inductively coupled plasma source can easily increase the ion density with the increase of the radio frequency power source, the ion bombardment is relatively low, it is known to be suitable for obtaining a high density plasma. Therefore, inductively coupled plasma sources are commonly used to obtain high density plasma. Inductively coupled plasma sources are typically developed using a radio frequency antenna (RF antenna) and a transformer (also called transformer coupled plasma). The development of technology to improve the characteristics of plasma, and to increase the reproducibility and control ability by adding an electromagnet or a permanent magnet or adding a capacitive coupling electrode.

무선 주파수 안테나는 나선 타입 안테나(spiral type antenna) 또는 실린더 타입 안테나(cylinder type antenna)가 일반적으로 사용된다. 무선 주파수 안테나는 플라즈마 반응기(plasma reactor)의 외부에 배치되며, 석영과 같은 유전체 윈도 우(dielectric window)를 통하여 플라즈마 반응기의 내부로 유도 기전력을 전달한다. Radio frequency antennas are generally used as spiral type antennas or cylinder type antennas. The radio frequency antenna is disposed outside the plasma reactor and transmits induced electromotive force into the plasma reactor through a dielectric window such as quartz.

그런데, 무선 주파수 안테나를 이용한 유도 결합 플라즈마는 고밀도의 플라즈마를 비교적 손쉽게 얻을 수 있으나, 안테나의 구조적 특징에 따라서 플라즈마 균일도가 영향을 받는 문제점이 있다. 구체적으로, 무선 안테나 중심 부분의 자속밀도가 다른 영역에 비해 높아 균일한 플라즈마를 얻기 힘들다. 또한 균일한 전자장을 유지하면서 유도 기전력을 제어하기 어려운 문제점이 있다. 따라서, 균일한 고밀도의 플라즈마를 얻고 향상된 제어 능력을 갖는 플라즈마 처리 기술이 요구되고 있다.By the way, inductively coupled plasma using a radio frequency antenna is relatively easy to obtain a high density plasma, there is a problem that the plasma uniformity is affected by the structural characteristics of the antenna. Specifically, it is difficult to obtain a uniform plasma because the magnetic flux density of the center portion of the wireless antenna is higher than that of other regions. In addition, there is a problem that it is difficult to control the induced electromotive force while maintaining a uniform electromagnetic field. Therefore, there is a need for a plasma processing technique that obtains a uniform high density plasma and has improved control capability.

따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 메인 안테나에서 발생되는 유도 기전력의 방향과 크기를 제어할 수 있는 제어용 안테나를 이용하여 메인 안테나의 유도 기전력을 가변적으로 제어함으로서 플라즈마 이온 에너지에 대한 보다 향상된 제어 능력과 보다 균일한 고밀도 플라즈마를 발생할 수 있는 유도 결합 플라즈마 반응기를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is to control plasma induced energy of the main antenna by using a control antenna capable of controlling the direction and magnitude of induced electromotive force generated from the main antenna. The present invention provides an inductively coupled plasma reactor capable of generating more uniform and high density plasma.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 유도 결합 플라즈마 반응기에 관한 것이다. 본 발명의 유도 결합 플라즈마 반응기는: 플라즈마 방전 영역을 갖는 반응 챔버, 상기 플라즈마 방전 영역으로 플라즈마 방전을 발생시키기 위한 제1유도 기전력을 제공하는 메인 안테나, 상기 메인 안테나와 상기 반응 챔버의 방전 영역 사이에 설치되는 유전체 윈도우, 상기 제1유도 기전력의 가변을 위한 제2유도 기전력을 제공하는 제어용 안테나, 상기 제2유도 기전력의 방향 및 크기를 제어하는 제어회로를 포함한다.One aspect of the present invention for achieving the above technical problem relates to an inductively coupled plasma reactor. An inductively coupled plasma reactor of the present invention comprises: a reaction chamber having a plasma discharge region, a main antenna providing a first induced electromotive force for generating a plasma discharge to the plasma discharge region, between the main antenna and a discharge region of the reaction chamber; It includes a dielectric window installed, a control antenna for providing a second induced electromotive force for the variable of the first induced electromotive force, a control circuit for controlling the direction and magnitude of the second induced electromotive force.

일 실시예에 있어서, 상기 제어회로는 상기 제2유도 기전력의 방향을 상기 제1유도 기전력의 방향과 동일 방향 또는 반대 방향으로 스위칭하는 스위칭부를 포함할 수 있다.In one embodiment, the control circuit may include a switching unit for switching the direction of the second induced electromotive force in the same direction or the opposite direction to the direction of the first induced electromotive force.

일 실시예에 있어서, 상기 제어회로는 상기 제어용 안테나의 턴수를 가변하는 턴수 가변 회로를 포함할 수 있다.In one embodiment, the control circuit may include a turn variable circuit for varying the number of turns of the control antenna.

일 실시예에 있어서, 상기 유도 결합 플라즈마 반응기는 상기 메인 안테나와 상기 제어용 안테나 사이에 마련된 마그네틱 코어를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the inductively coupled plasma reactor may further include a magnetic core provided between the main antenna and the control antenna.

일 실시예에 있어서, 상기 제어용 안테나는 복수의 안테나를 포함할 수 있다.In one embodiment, the control antenna may include a plurality of antennas.

일 실시예에 있어서, 상기 유전체 윈도우는 평판형 구조 또는 돔형 구조일 수 있다.In one embodiment, the dielectric window may be a flat structure or a domed structure.

일 실시예에 있어서, 상기 유전체 윈도우는 상기 반응 챔버 내부로 개구된 복수개의 가스 공급홀을 포함하고, 상기 복수개의 가스 공급홀을 통하여 상기 반응 챔버의 방전 영역으로 공정 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함할 수 있다.In an embodiment, the dielectric window includes a plurality of gas supply holes opened into the reaction chamber, and includes a gas supply unit supplying a process gas to a discharge region of the reaction chamber through the plurality of gas supply holes. can do.

일 실시예에 있어서, 상기 가스 공급부는 하나의 가스 공급 채널 또는 둘 이상의 분리된 가스 공급 채널을 포함할 수 있다.In one embodiment, the gas supply may include one gas supply channel or two or more separate gas supply channels.

일 실시예에 있어서, 상기 반응 챔버는 피처리 기판을 지지하는 기판 지지대를 포함하고, 상기 기판 지지대에 바이어스 전원을 공급하기 위한 하나 또는 둘 이상의 바이어스 전원 공급원을 포함할 수 있다.In one embodiment, the reaction chamber may include a substrate support for supporting a substrate to be processed, and may include one or more bias power sources for supplying bias power to the substrate support.

일 실시예에 있어서, 상기 제어용 안테나부로 무선 주파수 전력을 제공하는 전원 공급원을 포함할 수 있다.In one embodiment, it may include a power supply for providing radio frequency power to the control antenna unit.

일 실시예에 있어서, 상기 제어용 안테나부와 상기 전원 공급원 사이에 마련되어 양단의 임피던스를 정합하는 임피던스 정합기를 포함할 수 있다.In one embodiment, it may include an impedance matcher provided between the control antenna unit and the power supply source to match the impedance of both ends.

본 발명의 유도 결합 플라즈마 반응기에 의하면, 메인 안테나에서 발생되는 유도 기전력의 방향과 크기를 제어할 수 있는 제어용 안테나를 이용하여 메인 안테나의 유도 기전력을 가변적으로 제어함으로서 플라즈마 이온 에너지에 대한 보다 향상된 제어 능력과 보다 균일한 고밀도 플라즈마를 발생할 수 있도록 한다.According to the inductively coupled plasma reactor of the present invention, by controlling the induced electromotive force of the main antenna variably by using a control antenna capable of controlling the direction and magnitude of the induced electromotive force generated from the main antenna, an improved control ability of plasma ion energy is obtained. And a more uniform high density plasma.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.In order to fully understand the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Embodiment of the present invention may be modified in various forms, the scope of the invention should not be construed as limited to the embodiments described in detail below. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Therefore, the shape of the elements in the drawings and the like may be exaggerated to emphasize a more clear description. It should be noted that the same members in each drawing are sometimes shown with the same reference numerals. Detailed descriptions of well-known functions and constructions which may be unnecessarily obscured by the gist of the present invention are omitted.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 반응기의 구성도이다.1 is a block diagram of an inductively coupled plasma reactor according to a preferred embodiment of the present invention.

도 1을 참조하여, 본 발명의 유도 결합 플라즈마 반응기(10)는 플라즈마 방전 영역을 갖는 반응 챔버(12)와 플라즈마 방전 영역으로 플라즈마 방전을 발생시키기 위한 제1유도 기전력을 제공하는 메인 안테나(21)를 구비한다. 메인 안테나(21)와 반응 챔버(12)의 방전 영역 사이에는 유전체 윈도우(20)가 구성된다. 그리고 제1유도 기전력의 가변을 위한 제2유도 기전력을 제공하는 제어용 안테나(22) 및 제2유도 기전력의 방향 및 크기를 제어하는 제어회로(50)를 구비한다.Referring to FIG. 1, the inductively coupled plasma reactor 10 of the present invention includes a reaction chamber 12 having a plasma discharge region and a main antenna 21 providing a first induced electromotive force for generating plasma discharge into the plasma discharge region. It is provided. A dielectric window 20 is formed between the main antenna 21 and the discharge region of the reaction chamber 12. And a control antenna 22 for providing a second induced electromotive force for varying the first induced electromotive force, and a control circuit 50 for controlling the direction and magnitude of the second induced electromotive force.

예를 들어, 평판형의 유전체 윈도우(20)가 반응 챔버(12)의 천정을 구성하고, 그 위에 평판 나선형의 메인 안테나(21)가 설치된다. 메인 안테나(21)는 메인 안테나 임피던스 정합기(41)를 통하여 무선 주파수 전력을 제공하는 메인 안테나 전원 공급원(40)에 전기적으로 연결된다. 메인 안테나(21)의 상단에는 제어용 안테나(22)가 구비되고, 메인 안테나(21)와 제어용 안테나(22) 사이에는 마그네틱 코어(24)가 설치될 수 있다. 제어회로(50)는 제어용 안테나(22)에서 발생되는 제2유도 기전력의 방향 및 크기를 제어한다. 제어용 안테나(22)는 제어용 안테나 임피던스 정합기(48)를 통하여 무선 주파수 전력을 제공하는 제어용 안테나 전원 공급 원(48)에 전기적으로 연결된다.For example, a plate-shaped dielectric window 20 constitutes a ceiling of the reaction chamber 12, and a plate helical main antenna 21 is installed thereon. The main antenna 21 is electrically connected to a main antenna power supply 40 which provides radio frequency power through the main antenna impedance matcher 41. The control antenna 22 may be provided at an upper end of the main antenna 21, and a magnetic core 24 may be installed between the main antenna 21 and the control antenna 22. The control circuit 50 controls the direction and magnitude of the second induced electromotive force generated by the control antenna 22. The control antenna 22 is electrically connected to a control antenna power supply 48 that provides radio frequency power through the control antenna impedance matcher 48.

본 발명의 유도 결합 플라즈마 반응기(10)는 메인 안테나(21)에서 발생되는 유도 기전력의 방향과 크기를 제어할 수 있는 제어용 안테나(22)를 이용하여 메인 안테나(21)의 유도 기전력을 가변적으로 제어함으로서 플라즈마 이온 에너지에 대한 보다 향상된 제어 능력과 보다 균일한 고밀도 플라즈마를 발생할 수 있도록 한다. 메인 안테나 전원 공급원(40)은 메인 안테나 임피던스 정합기(41)를 사용하지만, 별도의 임피던스 정합기 없이 출력의 제어가 가능한 무선 주파수 발생기를 사용하여 구성될 수도 있다.The inductively coupled plasma reactor 10 of the present invention variably controls the induced electromotive force of the main antenna 21 by using the control antenna 22 capable of controlling the direction and magnitude of the induced electromotive force generated by the main antenna 21. This allows greater control over plasma ion energy and more uniform high density plasma generation. The main antenna power supply 40 uses the main antenna impedance matcher 41, but may be configured using a radio frequency generator capable of controlling the output without a separate impedance matcher.

반응 챔버(12)는 알루미늄, 스테인리스, 구리와 같은 금속 물질로 제작될 수 있다. 또는 코팅된 금속 예를 들어, 양극 처리된 알루미늄이나 니켈 도금된 알루미늄으로 제작될 수도 있다. 또는 탄소나노튜브가 공유 결합된 복합 금속을 사용할 수도 있다. 또는 내화 금속(refractory metal)으로 제작될 수도 있다. 또 다른 대안으로 반응기 몸체(12)를 전체적 또는 부분적으로 석영, 세라믹과 같은 전기적 절연 물질로 제작하는 것도 가능하다. 이와 같이 반응 챔버(12)는 의도된 플라즈마 프로세스가 수행되기에 적합한 어떠한 물질로도 제작 될 수 있다.The reaction chamber 12 may be made of a metal material such as aluminum, stainless steel, or copper. Or it may be made of coated metal, for example anodized aluminum or nickel plated aluminum. Alternatively, a composite metal in which carbon nanotubes are covalently bonded may be used. Alternatively, it may be made of refractory metal. Alternatively, it is also possible to fabricate the reactor body 12 in whole or in part with an electrically insulating material such as quartz, ceramic. As such, the reaction chamber 12 may be made of any material suitable for performing the intended plasma process.

도 2a 및 도2b는 유도 기전력의 방향을 제어하기 위해 스위칭하는 상태를 보여주는 도면이다.2A and 2B are diagrams showing a state of switching to control the direction of induced electromotive force.

도 2a를 참조하여, 메인 안테나(21)는 제1유도 기 전력(H1)를 제공하고, 제어용 안테나(22)는 제2유도 기전력(H2)을 제공한다. 마그네틱 코어(24) 내에 형성되는 총 유도 기전력(H total)은 제1유도 기전력(H1)과 제2유도 기전력(H2)의 합이 된다. Referring to FIG. 2A, the main antenna 21 provides a first induced electromotive force H1, and the control antenna 22 provides a second induced electromotive force H2. The total induced electromotive force H total formed in the magnetic core 24 is the sum of the first induced electromotive force H1 and the second induced electromotive force H2.

도 2b를 참조하여, 제어용 안테나(22)는 도 2a에서의 방향과 반대로 스위칭되어 반대 방향의 제2유도 기전력(H2)을 제공한다. 이 경우, 마그네틱 코어(24) 내에 형성되는 총 유도 기전력(H total)은 제1유도 기전력(H1)과 제2유도 기전력(H2)의 차가 된다. Referring to FIG. 2B, the control antenna 22 is switched in the opposite direction in FIG. 2A to provide the second induced electromotive force H2 in the opposite direction. In this case, the total induced electromotive force H total formed in the magnetic core 24 becomes the difference between the first induced electromotive force H1 and the second induced electromotive force H2.

결국 플라즈마 방전 영역으로 제공되는 총 유도 기전력(H total)은 제어용 안테나(22)에서 제공하는 제2유도 기전력(H2)의 방향에 따라 커지거나 작아진다.As a result, the total induced electromotive force H total provided to the plasma discharge region increases or decreases according to the direction of the second induced electromotive force H2 provided by the control antenna 22.

도 3은 스위칭부 및 턴수 가변 회로를 포함한 제어회로의 동작 상태를 보여주는 도면이다.3 is a view illustrating an operating state of a control circuit including a switching unit and a variable number of turn circuit.

도 3를 참조하여, 제어 회로(50)는 스위칭부(51) 및 턴수 가변 회로(53)를 포함한다. 스위칭부(51)는 제2유도 기전력의 방향을 제1유도 기전력의 방향과 동일 방향 또는 반대 방향으로 스위칭한다. 턴수 가변 회로(53)는 제어용 안테나(22)의 턴수를 가변한다. 즉, 제어 회로(50)는 제2유도 기전력의 방향 및 크기를 제어한다. Referring to FIG. 3, the control circuit 50 includes a switching unit 51 and a turn variable circuit 53. The switching unit 51 switches the direction of the second induced electromotive force in the same direction or the opposite direction to the direction of the first induced electromotive force. The turn variable circuit 53 varies the number of turns of the control antenna 22. That is, the control circuit 50 controls the direction and magnitude of the second induced electromotive force.

도 4는 본 발명의 다른 실시예로서, 복수의 제어용 안테나를 제어하는 제어회로의 구성 및 동작 상태를 보여주는 도면이다.4 is a view showing the configuration and operation of a control circuit for controlling a plurality of control antennas according to another embodiment of the present invention.

플라즈마 방전 영역은 국지적으로 자속 밀도가 균일하지 않기 때문에 복수의 제어용 안테나(22a, 22b)를 이용하여 영역에 따라 강도를 달리하여, 전체적으로 균일한 자속 밀도의 전자장을 만들 수 있다. Since the plasma discharge region is not locally uniform in magnetic flux density, a plurality of control antennas 22a and 22b can be used to vary the intensity depending on the region, thereby making it possible to create an electromagnetic field with a uniform magnetic flux density as a whole.

도 5 및 도 6은 돔형 유도 결합 플라즈마 반응기의 다양한 변형 예를 보여주 는 도면이다.5 and 6 show various modifications of the domed inductively coupled plasma reactor.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 유전체 윈도우(20)는 돔형 구조를 가질 수 있다. 반응 챔버(12) 내로의 가스 공급을 위해 도 5에 도시된 바와 같이 가스 분배판(34)을 구비하거나, 도 6에 도시된 바와 같이 가스 분출구(32)를 구비할 수 있다. As shown in FIGS. 5 and 6, the dielectric window 20 may have a domed structure. A gas distribution plate 34 may be provided as shown in FIG. 5 to supply gas into the reaction chamber 12, or a gas outlet 32 may be provided as shown in FIG. 6.

도 7은 도 6의 가스 분출구(32)를 보다 상세히 보여주는 단면도이다. 가스 분출구(32)에 마련된 복수의 홀(35)을 통해 가스가 반응 챔버(12) 내로 공급된다. FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating the gas outlet 32 of FIG. 6 in more detail. Gas is supplied into the reaction chamber 12 through the plurality of holes 35 provided in the gas blowing holes 32.

유전체 윈도우(20) 및 가스 분출구(32) 등의 형태는 플라즈마의 균일한 발생을 위하여 다른 어떠한 형태의 구조로 변형이 가능하다.  The shape of the dielectric window 20 and the gas outlet 32 can be modified into any other type of structure for uniform generation of the plasma.

반응 챔버(12)와 기판 지지대(14)의 구조는 피처리 기판(16)에 따라 그리고 플라즈마의 균일한 발생을 위하여 적합한 구조 예를 들어, 원형 구조나 사각형 구조 그리고 이외에도 어떠한 형태의 구조를 가질 수 있다. 피처리 기판(16)은 예를 들어, 반도체 장치, 디스플레이 장치, 태양전지 등과 같은 다양한 장치들의 제조를 위한 웨이퍼 기판, 유리 기판, 플라스틱 기판 등과 같은 기판들이다. 반응 챔버(12)에 구비되는 가스 출구(11), 진공펌프(미도시)에 연결된다.The structure of the reaction chamber 12 and the substrate support 14 may have a structure suitable for the uniform generation of the plasma, for example, a circular structure, a square structure, or any other structure depending on the substrate 16 to be processed. have. The substrate 16 to be processed is, for example, substrates such as wafer substrates, glass substrates, plastic substrates, etc., for the manufacture of various devices such as semiconductor devices, display devices, solar cells, and the like. It is connected to a gas outlet 11 and a vacuum pump (not shown) provided in the reaction chamber 12.

기판 지지대(14)는 하나 이상의 바이어스 전원 공급원(42, 44)에 연결되어 바이어스 된다. 예를 들어, 서로 다른 무선 주파수 전원을 공급하는 두 개의 바이어스 전원 공급원(42, 44)이 공통 임피던스 정합기(46)(또는 각각의 임피던스 정합기)를 통하여 기판 지지대(14)에 전기적으로 연결되어 바이어스 된다. 기판 지지대(14)의 이중 바이어스 구조는 반응 쳄버(12)의 내부에 플라즈마 발생을 용이하게 하고, 플라즈마 이온 에너지 조절을 더욱 개선시켜 공정 생산력을 향상 시킬 수 있다. 또는 단일 바이어스 구조로 변형 실시할 수도 있다. 또는 기판 지지대(14)는 바이어스 전원의 공급 없이 제로 퍼텐셜(zero potential)을 갖는 구조로 변형 실시될 수도 있다. 기판 지지대(14)는 정전척을 포함할 수 있으며, 이와 더불어 또는 별개로 히터를 포함할 수 있다.The substrate support 14 is connected and biased to one or more bias power sources 42 and 44. For example, two bias power sources 42, 44 that supply different radio frequency power sources are electrically connected to the substrate support 14 through a common impedance matcher 46 (or each impedance matcher). Biased. The dual bias structure of the substrate support 14 facilitates plasma generation inside the reaction chamber 12, and further improves plasma ion energy control to improve process productivity. Alternatively, it may be modified to a single bias structure. Alternatively, the substrate support 14 may be modified to have a zero potential without supplying bias power. Substrate support 14 may include an electrostatic chuck, and in addition or separately may include a heater.

도 8은 평판형 유도 결합 플라즈마 반응기의 변형 예를 보여주는 도면이다.8 is a view showing a modification of the plate-type inductively coupled plasma reactor.

도 8을 참조하여, 유전체 윈도우(20)의 상부에는 가스 공급원(미도시)에 연결되는 가스 입구(30)와 가스 분배판(34)을 구비하며 유전체 윈도우(20)의 상부에서 가스 분배판(34)을 통하여 반응 챔버(12)의 내부로 공정 가스를 입력한다. 가스 분배판(34)의 하단은 제어용 안테나(22), 마그네틱 코어(24), 메인 안테나(32)가 구비되고, 유전체 윈도우(20)에는 복수개의 개구부(66)가 형성되어 있다. 이와 같은 구조에 의하여 반응 챔버(12)의 내부로 공정 가스가 고르게 분산되어 공급된다.Referring to FIG. 8, the upper portion of the dielectric window 20 includes a gas inlet 30 and a gas distribution plate 34 connected to a gas supply source (not shown). The process gas is input into the reaction chamber 12 through 34. The lower end of the gas distribution plate 34 is provided with a control antenna 22, a magnetic core 24, and a main antenna 32, and a plurality of openings 66 are formed in the dielectric window 20. By such a structure, the process gas is evenly distributed and supplied into the reaction chamber 12.

이상에서 설명된 본 발명의 유도 결합 플라즈마 반응기의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균 등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Embodiments of the inductively coupled plasma reactor of the present invention described above are merely illustrative, and those skilled in the art to which the present invention pertains may various modifications and equivalent other embodiments. You will know. Therefore, it will be understood that the present invention is not limited only to the form mentioned in the above detailed description. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims. It is also to be understood that the present invention includes all modifications, equivalents and substitutes within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 반응기의 구성도이다.1 is a block diagram of an inductively coupled plasma reactor according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2a 및 도2b는 유도 기전력의 방향을 제어하기 위해 스위칭하는 상태를 보여주는 도면이다.2A and 2B are diagrams showing a state of switching to control the direction of induced electromotive force.

도 3은 스위칭부 및 턴수 가변 회로를 포함한 제어회로의 동작 상태를 보여주는 도면이다.3 is a view illustrating an operating state of a control circuit including a switching unit and a variable number of turn circuit.

도 4는 본 발명의 다른 실시예로서, 복수의 제어용 안테나를 제어하는 제어회로의 구성 및 동작 상태를 보여주는 도면이다.4 is a view showing the configuration and operation of a control circuit for controlling a plurality of control antennas according to another embodiment of the present invention.

도 5 및 도 6은 돔형 유도 결합 플라즈마 반응기의 다양한 변형 예를 보여주는 도면이다.5 and 6 show various modifications of the domed inductively coupled plasma reactor.

도 7은 도 6의 가스 분출구를 보다 상세히 보여주는 단면도이다.FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating the gas outlet of FIG. 6 in more detail.

도 8은 평판형 유도 결합 플라즈마 반응기의 변형 예를 보여주는 도면이다.8 is a view showing a modification of the plate-type inductively coupled plasma reactor.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

10: 유도 결합 플라즈마 반응기 11: 가스 퇴출부10: inductively coupled plasma reactor 11: gas outlet

12: 반응 챔버 14: 기판 지지대12: reaction chamber 14: substrate support

16: 피처리 기판 20: 유전체 윈도우16: substrate to be processed 20: dielectric window

21: 메인 안테나 22: 제어용 안테나21: main antenna 22: control antenna

22a: 제1 제어용 안테나 22b: 제2 제어용 안테나22a: first control antenna 22b: second control antenna

24: 마그네틱 코어 24a: 제1 마그네틱 코어24: magnetic core 24a: first magnetic core

24b: 제2 마그네틱 코어 30: 가스 입구24b: second magnetic core 30: gas inlet

32: 가스 분출구 34: 가스 분배판32: gas outlet 34: gas distribution plate

35: 홀 36: 개구부35: hole 36: opening

40: 메인 안테나 전원 공급원 41: 메인 안테나 임피던스 정합기40: main antenna power source 41: main antenna impedance matcher

42, 44: 바이어스 전원 공급원 46: 임피던스 정합기42, 44: bias power source 46: impedance matcher

47: 제어용 안테나 전원 공급원 48: 제어용 안테나 임피던스 정합기47: control antenna power source 48: control antenna impedance matcher

50: 제어회로 51: 제1 제어용 안테나 스위칭부50: control circuit 51: first control antenna switching unit

52: 제2 제어용 안테나 스위칭부 52: second control antenna switching unit

53: 제1 제어용 안테나 턴수 가변 회로53: first antenna turn variable circuit

54: 제2 제어용 안테나 턴수 가변 회로54: second control antenna turn variable circuit

60: 분배기 70: RPG60: Splitter 70: RPG

80: 제어부 80: control unit

Claims (11)

플라즈마 방전 영역을 갖는 반응 챔버;A reaction chamber having a plasma discharge region; 상기 플라즈마 방전 영역으로 플라즈마 방전을 발생시키기 위한 제1유도 기전력을 제공하는 메인 안테나;A main antenna for providing a first induced electromotive force for generating a plasma discharge to the plasma discharge region; 상기 메인 안테나와 상기 반응 챔버의 방전 영역 사이에 설치되는 유전체 윈도우;A dielectric window disposed between the main antenna and a discharge region of the reaction chamber; 상기 제1유도 기전력의 가변을 위한 제2유도 기전력을 제공하는 제어용 안테나; A control antenna for providing a second induced electromotive force for varying the first induced electromotive force; 상기 제2유도 기전력의 방향 및 크기를 제어하는 제어회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 반응기.Inductively coupled plasma reactor comprising a control circuit for controlling the direction and magnitude of the second induced electromotive force. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 제어회로는The control circuit 상기 제2유도 기전력의 방향을 상기 제1유도 기전력의 방향과 동일 방향 또는 반대 방향으로 스위칭하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 반응기.And a switching unit for switching the direction of the second induced electromotive force in the same direction or the opposite direction to the direction of the first induced electromotive force. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 제어회로는The control circuit 상기 제어용 안테나의 턴수를 가변하는 턴수 가변 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 반응기.Inductively coupled plasma reactor comprising a variable number of turns circuit for varying the number of turns of the control antenna. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 메인 안테나와 상기 제어용 안테나 사이에 마련된 마그네틱 코어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 반응기.Inductively coupled plasma reactor further comprises a magnetic core provided between the main antenna and the control antenna. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제어용 안테나는 복수의 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 반응기.The control antenna is an inductively coupled plasma reactor, characterized in that it comprises a plurality of antennas. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 유전체 윈도우는 평판형 구조 또는 돔형 구조인 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 반응기.The dielectric window is an inductively coupled plasma reactor, characterized in that the planar structure or domed structure. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 유전체 윈도우는The dielectric window is 상기 반응 챔버 내부로 개구된 복수개의 가스 공급홀을 포함하고,A plurality of gas supply holes opened into the reaction chamber, 상기 복수개의 가스 공급홀을 통하여 상기 반응 챔버의 방전 영역으로 공정 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 반응기.And a gas supply unit supplying a process gas to a discharge region of the reaction chamber through the plurality of gas supply holes. 제7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 가스 공급부는The gas supply unit 하나의 가스 공급 채널 또는 둘 이상의 분리된 가스 공급 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 반응기.An inductively coupled plasma reactor comprising one gas supply channel or two or more separate gas supply channels. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 반응 챔버는The reaction chamber 피처리 기판을 지지하는 기판 지지대를 포함하고,A substrate support for supporting a substrate to be processed, 상기 기판 지지대에 바이어스 전원을 공급하기 위한 하나 또는 둘 이상의 바이어스 전원 공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 반응기.And one or more bias power sources for supplying bias power to the substrate support. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 제어용 안테나부로 무선 주파수 전력을 제공하는 전원 공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 반응기.Inductively coupled plasma reactor characterized in that it comprises a power supply for providing radio frequency power to the control antenna unit. 제10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 제어용 안테나부와 상기 전원 공급원 사이에 마련되어 양단의 임피던스를 정합하는 임피던스 정합기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 반응기.And an impedance matcher provided between the control antenna unit and the power supply source to match impedances at both ends.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111769061A (en) * 2020-07-27 2020-10-13 上海邦芯半导体设备有限公司 Inductive coupling reactor and working method thereof

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