KR20100058009A - 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일을 가지는 플라즈마 반응장치 - Google Patents

콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일을 가지는 플라즈마 반응장치 Download PDF

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Abstract

콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일(3 Dimensional Helix Inductive Coil)을 가지는 플라즈마 반응장치가 개시된다. 본 발명에 따른 플라즈마 반응장치는 웨이퍼가 내재되며 진공상태를 유지하는 챔버 바디와, 챔버 바디의 상부에 실린더 형상으로 돌출되어 다중 인덕티브 코일군으로부터 발생한 RF 자기장이 인가되는 유전체창과, 유전체창에 형성되어 반응가스를 챔버 내부로 주입하는 가스 인젝터와, 웨이퍼를 지지하는 하부전극을 포함하는 챔버와, 실린더 형상의 유전체창의 외측에 구비되며, 상부와 하부의 지름이 동일한 실린더 형상의 제1 인덕티브 코일과, 제1 인덕티브 코일과 동일한 중심을 가지며 소정의 경사각을 가지고 상부에서 하부로 갈수록 지름이 작아지는 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일로 이루어져 RF 자기장을 발생시키며, 유전체창을 통하여 발생된 RF 자기장을 상기 챔버 내부로 인가하는 다중 인덕티브 코일군과, 제1 인덕티브 코일 및 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일에 전원을 공급하는 RF 전원공급부와, 웨이퍼 상에 입사되는 이온 에너지를 제어하기 위해 챔버의 하부 전극에 전원을 공급하는 하부 전원공급부로 이루어진 전원공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이를 통해 웨이퍼 면적의 대구경화로 인해 야기되는 문제점인 플라즈마 이온밀도의 균일도를 높일 수 있다.

Description

콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일을 가지는 플라즈마 반응장치{PLASMA REACTION APPARATUS HAVING CORN TYPE 3 DIMENSIONAL HELIX INDUCTIVE COIL}
본 발명은 플라즈마 반응장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마 장치에 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일을 채용함으로써, 웨이퍼 면적의 대구경화로 인해 야기되는 문제점인 플라즈마 이온밀도의 균일도를 높이기 위한 플라즈마 반응장치에 관한 것이다.
일반적으로, 플라즈마는 반응성 이온 및 전자, 라디컬로 이루어져 있으며, 이온화된 입자와 자유전자에 의해 전도성을 띄고 전자기장에 민감한 반응을 보인다. 여기서 플라즈마의 이온밀도는 플라즈마에 인가되는 전기장의 세기와 밀접한 연관이 있으며 이를 인위적으로 제어함으로써, 반도체 소자, 플랫 패널 디스플레이, 또는 기타 직접 회로 제조공정에 적용될 수 있다. 즉, 박막증착과 회로 패턴 식각 공정에 있어서, 반응가스를 챔버 내부에 주입하고, RF 등의 고주파 파워를 챔버의 전극 또는 인덕티브 코일에 인가시킴으로써 플라즈마를 발생시켜 기판, 웨이퍼 등의 표면을 식각 혹은 박막 증착할 수 있다. 이러한 플라즈마 발생장치에 있어서는 균일한 플라즈마 밀도를 유지하는 것이 중요하며, 이를 위해 균일한 전자기장 을 형성할 수 있는 유도결합성 코일이 필수적이다.
도 1은 종래기술에 의한 원형의 인덕티브 코일과 이에 의해 생성되는 불균일한 이온밀도를 도시하는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 원형의 인덕티브 코일(100)를 사용하는 경우에는 자기장(101)의 영향으로 인해 중심부(A2)에서의 이온밀도가 주변(A1, A3)에 비해 줄어들어 "M"자 형태를 가지게 된다. 이는 플라즈마가 갖는 도체 성질로 인해 유도결합성 코일(100)에 의해 유도된 전자기파가 코일 중심부까지 도달하기 전에 차폐되는 표피효과(skin effect)에 기인한다. 웨이퍼의 크기가 작은 경우에는 유도결합성 코일(100) 또한 작으므로, "M" 자 형태의 이온밀도가 공정에 큰 영향을 미치지 않는다. 하지만, 웨이퍼의 직경이 300mm 이상의 대구경인 경우에는 유도결합성 코일(100) 역시 커지기 때문에 이로 인해 이온밀도의 불균일은 공정에 있어 좋지 않은 영향을 미친다는 문제점이 있다.
한편, 도 2는 종래기술에 의한 원형의 인덕티브 코일 중심부(207) 중심부에 원형의 내부 코일(208)을 추가한 경우와 이들에 의해 생성되는 불균일한 이온밀도를 도시하는 도면이다. 하지만, 도 2와 같이 원형 코일(207) 중심부에 원형의 내부 코일(208)을 추가한 경우에는 자기장(209)에 의해 중심부(A2)의 이온밀도만 높아지고, 주변(A1, A3)의 이온밀도는 상대적으로 줄어들게 되어, 이온밀도는 전체적으로 "W"자 형태를 가지게 된다. 이로 인해 식각공정에서는 중심부의 식각이 많이 되고, 중심부와 외곽 사이의 중간영역(A1, A3)에서는 식각이 덜 되어 마치 도너츠와 같은 형상으로 식각되는 "도너츠 효과(Douhhnut effect)"가 나타나게 된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 웨이퍼 면적의 대구경화로 인해 야기되는 문제점인 플라즈마 이온밀도의 균일도를 높일 수 있는 플라즈마 반응장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 낮은 인덕턴스값을 가지도록 하여 스퍼터링에 의한 유전체창의 손상을 방지할 수 있는 플라즈마 반응장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 높은 이온밀도를 유지하면서 웨이퍼에 도달하는 이온 에너지를 독립적으로 제어할 수 있는 플라즈마 반응장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일을 가지는 플라즈마 반응장치는 웨이퍼가 내재되며 진공상태를 유지하는 챔버 바디와, 챔버 바디의 상부에 실린더 형상으로 돌출되어 다중 인덕티브 코일군으로부터 발생한 RF 자기장이 인가되는 유전체창과, 유전체창에 형성되어 반응가스를 챔버 내부로 주입하는 가스 인젝터와, 웨이퍼를 지지하는 하부전극을 포함하는 챔버와, 실린더 형상의 유전체창의 외측에 구비되며, 상부와 하부의 지름이 동일한 실린더 형상의 제1 인덕티브 코일과, 제1 인덕티브 코일과 동일한 중심을 가지며 소정의 경사각을 가지고 상부에서 하부로 갈수록 지름이 작아지는 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일로 이루어져 RF 자기장을 발생시키며, 유전체창을 통하여 챔버 내부로 전기장을 유도시킨다. 또한, 제1 인덕티브 코일 및 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일에 전원을 공급하는 RF 전원공급부와, 웨이퍼 상에 입사되는 이온 에너지를 제어하기 위해 챔버의 하부 전극에 전원을 공급하는 하부 전원공급부로 이루어진 전원공급부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제1 인덕티브 코일 및 상기 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일 각각은 복수 개의 코일로 구성되며, 각 복수 개의 코일은 전기적으로 병렬 연결된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일은 유전체창의 상부에 위치하며, 제1 인덕티브 코일의 내부 또는 일부 중첩되거나 상방에 이격되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일의 상부지름은 웨이퍼의 지름의 60% 내지 90% 범위에서 결정되며, 상기 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일의 하부지름은 웨이퍼의 지름의 30% 내지 50% 범위에서 결정되며, 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일의 경사각은 40도 내지 70도인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 RF 전원공급부에 의한 전원은 제1 인덕티브 코일 및 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일의 상부에 공급되며, 제1 인덕티브 코일 및 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일의 하부는 접지되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 다중 인덕티브 코일군은 제1 인덕티브 코일의 상방으로 일정간격 떨어지며, 제1 인덕티브 코일과 동일한 형상을 가지는 제2 인덕티브 코일을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, RF 전원공급부에 의한 전원은 제1 인덕티브 코일, 제2 인덕티브 코일 및 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일의 상부에 공급되며, 제1 인덕티브 코일, 제2 인덕티브 코일 및 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일의 하부는 접지되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 제1 인덕티브 코일, 제2 인덕티브 코일 및 3차원 헬릭스 인덕티브 코일에 의해 생성된 자기장의 방향은 모두 같은 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 하부 전원공급부는 단일 주파수를 갖는 하나의 전원공급유닛이거나 또는 서로 다른 주파수를 갖는 복수개의 전원공급유닛으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 플라즈마 장치에 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일을 채용함으로써, 웨이퍼 면적의 대구경화로 인해 야기되는 문제점인 플라즈마 이온밀도의 균일도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 다중 인덕티브 코일군을 복수 개의 인덕티브 코일로 병렬로 연결함으로써, 낮은 인덕턴스값을 가지도록 하여 스퍼터링에 의한 유전체창의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 챔버의 유전체창을 실린더 형상으로 구성함으로써, 상부에 형성되는 플라즈마 영역과 하부에 구비되는 웨이퍼와의 거리를 확보할 수 있기 때문에, 높은 이온밀도를 유지하면서 웨이퍼에 도달하는 이온 에너지를 독립적으로 제어할 수 있다.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일을 가지는 플라즈마 반응장치에 대하여 가장 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일을 가지는 플라즈마 반응장치의 내부구조를 보여주는 측단면도로, 크게 챔버(300), 다중 인덕티브 코일군(312) 그리고 전원공급부(322, 327)로 이루어지며, 다중 인덕티브 코일군(312)은 제2 인덕티브 코일(313)을, 전원공급부(322, 327)는 추가적인 전원공급유닛(325)을 선택적으로 더 구비할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 플라즈마 반응장치의 챔버(300)는 웨이퍼(W)가 내재되며 진공상태를 유지하는 챔버 바디(301)와, 챔버 바디(301)의 상부에 실린더 형상으로 돌출되어 다중 인덕티브 코일군(312)에서 발생한 RF 자기장이 인가되는 유전체창(302)과, 유전체창(302)에 형성되어 반응가스를 챔버 내부로 주입하는 가스 인젝터(303)와, 웨이퍼(W)를 지지하는 하부전극(304)과, 하부전극을 지지하는 절연체(305)를 포함한다.
챔버(300)는 내부공간상에서 플라즈마 반응이 이루어지며, 도 1에서 도시된 바와 같이 전기적으로 접지된 상태를 유지하고 있다.
유전체창(302)은 일정한 유전율을 가지는 재질로 이루어짐으로써, 다중 인덕티브 코일군(312)에서 발생한 RF 자기장이 챔버(300)의 내부에 효율적으로 인가될 수 있도록 통로 역할을 수행한다. 한편, 유전체창(302)의 형상은 챔버 바디(301)의 상부로 돌출된 실린더 형상이며, 이렇게 함으로써 자기장이 가장 강한 제1 인덕티브 코일(310)의 안쪽에 위치할 수 있어 고밀도의 플라즈마를 형성할 수 있다. 또한, 챔버 바디(301)의 상부에 형성되는 플라즈마 영역과 하부에 구비되는 웨이퍼(W)와의 거리를 확보할 수 있고, 이를 통해 높은 이온밀도를 유지하면서 웨이퍼에 도달하는 이온 에너지를 독립적으로 제어할 수 있다.
한편, 챔버(300) 내부에 플라즈마를 발생시키는 과정을 살펴보면, RF 전원(322)이 다중 인덕티브 코일군(312)에 인가됨으로써, RF 자기장이 형성되고, 형성된 RF 자기장은 유전체창(302)을 통해 챔버(300) 내부로 인가되어 RF 전기장의 형성을 유도한다. 이후 유도된 RF 전기장에 의해 챔버(300) 내부의 이온들이 가속되어 반응가스 분자와 충돌을 반복함으로써, 고밀도의 플라즈마가 발생하게 된다.
그리고, 전원공급부(322, 327)는 제1 인덕티브 코일(310) 및 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일(311)에 전원을 공급하는 RF 전원공급부(322)와, 웨이퍼(W) 상에 입사되는 이온 에너지를 제어하기 위해 챔버(300)의 하부 전극(304)에 전원을 공급하는 하부 전원공급부(327)로 이루어져 있다.
전원공급부(322, 327) 중 RF 전원공급부(322)는 고주파 전원(320)과 정합회 로(321)로 구성되며, 고주파 전원(320)은 정합회로(321)를 거쳐 제1 인덕티브 코일(310) 및 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일(311)에 연결된다. 또한, 실시예에 따라서 고주파 전원(320)은 선택적으로 제2 인덕티브 코일(330)에 연결된다. 특히, 본 발명에 있어서 고주파 전원(320)이 인가되는 지점(a, b)을 유전체창(302)에서 멀리하고, 접지부분(c, d)을 상대적으로 유전체창(302)에 가깝게 함으로써, 고주파 전원(320)에 의해 야기될 수 있는 챔버(300) 내부의 스퍼터링을 방지할 수 있고, 이를 통해 유전체창(302)의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 전원공급부(322, 327) 중 하부 전원공급부(327)는 정합회로(326) 외에 단일주파수를 가지는 하나의 전원공급유닛(323)이거나, 또는 저주파수부터 고주파수까지 각각 다른 주파수를 가지는 복수 개의 전원공급유닛(323, 324, 325)으로 구성될 수 있다. 이와 같이 멀티주파수를 선택함으로써, 공정범위를 늘일 수 있으며, 이로 인해 기존 CCP(Capacitive Coupled Plazma)의 문제점인 플라즈마의 불안정성을 개선할 수 있고, 또한 CSEC(Ceramic Electro Static Chuck)을 포함한 프로세스 키트의 손상을 최소화하면서, ICC(In-situ Chamber Cleaning)을 효과적으로 이행할 수 있도록 하였다.
한편, 다중 인덕티브 코일군(312)은 제1 인덕티브 코일(310) 및 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일(311)을 포함한다. 또한, 선택적으로 제1 인덕티브 코일(310)의 상방에 제1 인덕티브 코일(310)과 동일한 형상의 제2 인덕티브 코일(313)을 선택적으로 더 구비할 수 있다. 특히, 본 발명에 있어서 제1 인덕티브 코일(310) 및 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일(311) 각각은 복수 개의 코일 로 구성되며, 각 복수 개의 코일은 전기적으로 병렬 연결되면서 상부에서 하부로 나선형으로 말아진 형상을 가지도록 구성되어 있다. 이는 상대적으로 낮은 인덕티브 코일 전압과 높은 전류를 갖게 하여 효율을 높여주며, 스퍼터링 효과를 줄일 수 있다. 또한, 스퍼터링 효과를 감소시킴으로써, 스퍼터링에 의해 기인되는 유전체창(302)의 손상과, 이로인한 심각한 오염 문제, 그리고 유전체창(302)의 부품 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에서 다중 인덕티브 코일군(312)의 제1 인덕티브 코일(310)은 실린더 형상의 유전체창(302)의 외측에 구비되며, 상부와 하부의 지름이 동일하도록 구성되어 있다.
한편, 본 발명의 주요 특징부들 중 하나인 다중 인덕티브 코일군(312)의 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일(311)은 유전체창(302)의 상부에 위치한다. 또한, 제1 인덕티브 코일(310)과 동일한 중심을 가지고 제1 인덕티브 코일(310)의 내부 또는 일부 중첩되거나 위쪽방향으로 이격되도록 구성되며, 소정의 경사각을 가지고 상부에서 하부로 갈수록 지름이 작아지는 콘 형상으로 구성되어 있다.
또한, 일 실시예로, 다중 인덕티브 코일군(312)은 제1 인덕티브 코일(310)의 상방으로 일정간격 떨어지며, 제1 인덕티브 코일(310)과 동일한 형상을 가지는 제2 인덕티브 코일(313)을 더 구비하도록 구성할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 인덕티브 코일(313) 역시 상부와 하부의 지름이 동일하도록 구성되며, 복수 개의 코일로 구성되며, 각 복수 개의 코일은 전기적으로 병렬 연결되면서 상부에서 하부로 나선형으로 말아진 형상을 가지도록 구성되어 있다. 또한, 고주파 전 원(320)이 인가되는 지점(a')은 유전체창(302)에서 멀리하고, 접지부분(d')는 상대적으로 유전체창(302)에 가깝도록 구성된다.
한편, 본 발명에 의하면, 3차원 헬릭스 인덕티브 코일(311), 제1 인덕티브 코일(310) 및 제2 인덕티브 코일(313)에 의해 생성된 자기장의 방향은 모두 같도록 구성된다.
이하에서는, 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일(311)과 이에 대한 설계에 대해서 상세하게 설명하기로 한다.
도 4는 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일과 이로 인해 생성되는 이온밀도를 도시하는 도면이다. 도 4를 참조하면, 제1 인덕티브 코일(310)과 동일한 중심을 가지며, 소정의 경사각을 가지고 상부에서 하부로 갈수록 지름이 작아지는 콘 형상을 가지는 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일(311)에 의해 이온밀도가 종래기술에 의한 도 1의 "M"자 형태나, 도 2의 "W"자에 비해 비교적 균일하게 나오는 것을 볼 수 있다.
한편, 도 5a는 소정의 경사각을 가지는 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일을 도시하고 있으며, 도 5b는 소정의 경사각에 따른 이온 밀도를 도시하는 도면이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일(311)에 의해 도면부호 501과 같은 자기장이 형성되며, 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일(311)은 소정의 경사각(500)을 가지고, 상부(311a)에서 하부(311c)로 갈수록 지름이 점차적으로 작아지도록 구성된 콘 형상을 가진다. 특히 코일의 지름이 작은 하부(311c)는 표피효과가 생기지 않는 범위에서 가장 작은 크기일 것을 요한다. 즉, 전자기파가 챔버내부로 침투하는 표피깊이는 아래 수식 1과 같다.
Figure 112008080670687-PAT00001
여기서, ρ는 비저항, μ는 유전율, f는 주파수를 나타낸다. 비저항은 플라즈마의 이온밀도가 높아지면 줄어들기 때문에, 이온밀도가 높고, 고주파수 영역에서 사용하기 위해서는 하부(311c)의 지름이 작아야 한다. 하부(311c)의 지름이 작을 경우 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일(311)이 차지하는 면적이 너무 작으며, 하부(311c)의 지름이 큰 경우는 표피효과로 인해 본 발명이 이루고자 하는 효과를 얻을 수 없기 때문이다.
본 발명의 경우 웨이퍼(W)의 직경이 300mm인 경우에, 하부(311c)의 지름은 90mm 내지 150mm가 적당하다. 상기 90mm 내지 150mm은 웨이퍼(W)의 직경이 300mm인 경우를 기준으로 한 것이며, 웨이퍼(W)의 직경이 커지면 하부(311c)의 지름도 그에 따라 변경될 수 있다. 예를 들면 하부(311c)의 지름은 웨이퍼(W)의 직경의 30% 내지 50%일 수 있다.
한편, 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일(311)의 경사각(500)은 코일간의 간격(d)과 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일(311) 중 상부(311a)에 의해 결정되는데, 바람직하게는 경사각(500)은 40도 내지 70도이다.
또한, 본 발명에서는 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일(311)의 상 부(311a)의 지름은, 제1 인덕티브 코일(310)에 의한 이온밀도가 가장 높은 지점, 즉 도 1에서 이온밀도가 가장 높은 두 지점(A1, A3) 간의 간격의 60% 내지 90%로 설정하였다. 실시예에 따라서는 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일(311)의 상부(311a)의 지름은 웨이퍼(W)의 직경의 60% 내지 90%로 설정될 수 있다.
한편, 도 5b를 참조하면, 소정의 경사각에 따른 이온 밀도를 살펴보면, 경사각(500)이 너무 작은 경우에는 이온밀도가 약한 "W" 모양(511)을 가지며, 경사각(500)이 너무 큰 경우에는 이온밀도가 강한 "W" 모양(510)을 가진다는 것을 알 수 있으며, 따라서, 본 발명과 같은 경사각 40도 내지 70도 사이의 값에서 비교적 균일한 형태(512)의 이온밀도를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.
이상 도면과 명세서에서 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 종래기술에 의한 원형의 인덕티브 코일과 이에 의해 생성되는 불균일한 이온밀도를 도시하는 도면이다.
도 2는 종래기술에 의한 원형의 인덕티브 코일 중심부에 원형의 내부 코일을 추가한 경우와 이들에 의해 생성되는 불균일한 이온밀도를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일을 가지는 플라즈마 반응장치의 내부구조를 보여주는 측단면도이다.
도 4는 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일과 이로 인해 생성되는 이온밀도를 도시하는 도면이다.
도 5a는 소정의 경사각을 가지는 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일을 도시하고 있다.
도 5b는 소정의 경사각에 따른 이온 밀도를 도시하는 도면이다.

Claims (12)

  1. 웨이퍼가 내재되며 진공상태를 유지하는 챔버 바디와, 상기 챔버 바디의 상부에 실린더 형상으로 돌출되어 다중 인덕티브 코일군으로부터 발생한 RF 자기장이 인가되는 유전체창과, 상기 유전체창에 형성되어 반응가스를 챔버 내부로 주입하는 가스 인젝터와, 상기 웨이퍼를 지지하는 하부전극을 포함하는 챔버;
    상기 실린더 형상의 유전체창의 외측에 구비되며, 상부와 하부의 지름이 동일한 실린더 형상의 제1 인덕티브 코일과, 상기 제1 인덕티브 코일과 동일한 중심을 가지며 소정의 경사각을 가지고 상부에서 하부로 갈수록 지름이 작아지는 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일로 이루어져 RF 자기장을 발생시키며, 상기 유전체창을 통하여 상기 발생된 RF 자기장을 상기 챔버 내부로 인가하는 다중 인덕티브 코일군; 및
    상기 제1 인덕티브 코일 및 상기 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일에 전원을 공급하는 RF 전원공급부와, 웨이퍼 상에 입사되는 이온 에너지를 제어하기 위해 상기 챔버의 하부 전극에 전원을 공급하는 하부 전원공급부로 이루어진 전원공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일을 가지는 플라즈마 반응장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 인덕티브 코일 및 상기 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일 각 각은 복수 개의 코일로 구성되며, 각 복수 개의 코일은 전기적으로 병렬 연결된 것을 특징으로 하는 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일을 가지는 플라즈마 반응장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일은 상기 유전체창의 상부에 위치하며, 상기 제1 인덕티브 코일의 내부 또는 일부 중첩되거나 상방에 이격되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일을 가지는 플라즈마 반응장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일의 상부지름은 상기 웨이퍼의 지름의 60% 내지 90% 범위에서 결정되는 것을 특징으로 하는 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일을 가지는 플라즈마 반응장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일의 하부지름은 상기 웨이퍼의 지름의 30% 내지 50% 범위에서 결정되는 것을 특징으로 하는 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일을 가지는 플라즈마 반응장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일의 경사각은 40도 내지 70도인 것을 특징으로 하는 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일을 가지는 플라즈마 반응장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 RF 전원공급부에 의한 전원은 상기 제1 인덕티브 코일 및 상기 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일의 상부에 공급되며, 상기 제1 인덕티브 코일 및 상기 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일의 하부는 접지되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일을 가지는 플라즈마 반응장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 다중 인덕티브 코일군은 상기 제1 인덕티브 코일의 상방으로 일정간격 떨어지며, 상기 제1 인덕티브 코일과 동일한 형상을 가지는 제2 인덕티브 코일을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일을 가지는 플라즈마 반응장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 RF 전원공급부에 의한 전원은 상기 제1 인덕티브 코일, 상기 제2 인덕티브 코일 및 상기 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일의 상부에 공급되며, 상 기 제1 인덕티브 코일, 상기 제2 인덕티브 코일 및 상기 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일의 하부는 접지되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일을 가지는 플라즈마 반응장치.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 인덕티브 코일 및 상기 3차원 헬릭스 인덕티브 코일에 의해 생성된 자기장의 방향은 모두 같은 것을 특징으로 하는 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일을 가지는 플라즈마 반응장치.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 제1 인덕티브 코일, 상기 제2 인덕티브 코일 및 상기 3차원 헬릭스 인덕티브 코일에 의해 생성된 자기장의 방향은 모두 같은 것을 특징으로 하는 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일을 가지는 플라즈마 반응장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 하부 전원공급부는 단일 주파수를 갖는 하나의 전원공급유닛이거나 또는 서로 다른 주파수를 갖는 복수개의 전원공급유닛으로 구성되는 것을 특징으로 하는 콘 형상의 3차원 헬릭스 인덕티브 코일을 가지는 플라즈마 반응장치.
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