KR20120097052A - 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나 및 이를 이용한 유도결합형 플라즈마 발생장치 - Google Patents

유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나 및 이를 이용한 유도결합형 플라즈마 발생장치 Download PDF

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Abstract

플라즈마가 균일하게 분포되도록 하는 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나 및 이를 이용한 유도결합형 플라즈마 발생장치가 개시된다. 본 발명에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나는 복수개의 제 1안테나와, 상기 복수개의 제 1안테나의 외측에 배치되는 복수개의 제 2안테나와, 상기 복수개의 제 2안테나를 향하는 상기 복수개의 제 1안테나 일단부가 각각 연결되는 제 1전원공급선을 포함한다.

Description

유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나 및 이를 이용한 유도결합형 플라즈마 발생장치{Antenna of apparatus for generating inductively coupled plasma and apparatus for generating inductively coupled plasma having the same}
본 발명은 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나 및 이를 이용한 유도결합형 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판을 처리하는 데 사용되는 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나 및 이를 이용한 유도결합형 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.
플라즈마 발생장치는 반도체 웨이퍼를 비롯한 각종 전기ㅇ전자ㅇ광학 등의 소자 제조공정에서 박막 등의 증착이나 식각 뿐만 아니라 기판 내부로의 이온주입이나 고분자 혹은 표면 개질 등에 폭 넓게 사용되고 있다.
플라즈마 발생장치는 크게 반응기의 형태에 따라 용량성결합형(Capacitively Coupled Plasma:CCP) 플라즈마 발생장치와 유도결합형(Inductively Coupled Plasma:ICP) 플라즈마 발생장치로 구분된다. 이 중에서, 유도결합형 플라즈마 발생장치는 구조가 간단하며, 이온에너지를 증가시키지 않고도 이온밀도를 높일 수 있으며, 이온입자들에 방향성을 부여할 수 있는 장점을 가지고 있다.
이러한 유도결합형 플라즈마 발생장치는 전면적에 대하여 균일한 고주파전력이 분포되어야만 챔버의 내부에서 플라즈마를 균일하게 형성할 수 있다.
하지만, 일반적인 플라즈마 발생장치는 고주파전원이 공급되는 안테나가 나선형으로 마련되고, 그 중심부로 고주파전력이 공급되도록 구성된다. 이와 같이, 안테나의 중심부로 고주파전력이 공급되면, 고주파전력은 안테나의 중심부에서 높게 형성되고, 안테나의 테두리부에 낮게 형성되므로, 플라즈마의 균일성을 확보하기 곤란한 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 챔버의 내부에서 플라즈마가 균일하게 분포되도록 하는 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나 및 이를 이용한 유도결합형 플라즈마 발생장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나는 복수개의 제 1안테나와, 상기 복수개의 제 1안테나의 외측에 배치되는 복수개의 제 2안테나와, 상기 복수개의 제 2안테나를 향하는 상기 복수개의 제 1안테나 일단부가 각각 연결되는 제 1전원공급선을 포함한다.
상기 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나는 상기 복수개의 제 1안테나를 향하는 상기 복수개의 제 2안테나의 일단부가 각각 연결되는 제 2전원공급선을 더 포함할 수 있다.
상기 제 1전원공급선과 상기 제 2전원공급선은 일체형으로 마련될 수 있다.
상기 복수개의 제 1안테나는 각각 나선형으로 마련되고, 서로 동심을 이룰 수 있다.
상기 복수개의 제 1안테나의 개수는 2n(n은 자연수)일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치는 일면이 개방되는 챔버와, 상기 챔버의 일면을 폐쇄하는 절연판과, 상기 절연판에 지지되는 안테나를 포함하되, 상기 안테나는 복수개의 제 1안테나와, 상기 복수개의 제 1안테나의 외측에 배치되는 복수개의 제 2안테나와, 상기 복수개의 제 2안테나를 향하는 상기 복수개의 제 1안테나 일단부가 각각 연결되는 제 1전원공급선을 포함한다.
상기 유도결합형 플라즈마 발생장치는 상기 복수개의 제 1안테나를 향하는 상기 복수개의 제 2안테나의 일단부가 각각 연결되는 제 2전원공급선을 더 포함할 수 있다.
상기 제 1전원공급선과 상기 제 2전원공급선은 일체형으로 마련될 수 있다.
상기 복수개의 제 1안테나는 각각 나선형으로 마련되고, 서로 동심을 이룰 수 있다.
상기 복수개의 제 1안테나의 개수는 2n(n은 자연수)일 수 있다.
상기 챔버에 지지되며 상기 절연판의 테두리부를 지지하는 제 1프레임과, 상기 복수의 제 1안테나와 상기 복수의 제 2안테나의 사이에 배치되어 상기 절연판을 지지하는 제 2프레임과, 상기 복수의 제 1안테나의 각 일단부와 상기 복수의 제 2안테나의 각 일단부 사이에 설치되어 상기 절연판을 지지하고, 상기 제 1프레임으로부터 상기 제 2프레임을 지지하는 제 3프레임을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나 및 이를 이용한 유도결합형 플라즈마 발생장치는 챔버의 내부에 발생되는 플라즈마가 균일하게 형성되어 기판의 전면적에 대하여 균일한 처리를 할 수 있으므로 고품질의 제품을 생산할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나를 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치를 간략하게 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치 중 안테나와 프레임의 결합관계를 나타낸 평면도이다.
이하, 본 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나를 나타낸 사시도이며, 도 2는 본 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나를 나타낸 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나(100)는 제 1안테나(110), 제 2안테나(120), 제 1전원공급선(130) 및 제 2전원공급선(140)을 포함한다.
제 1안테나(110)와 제 2안테나(120)는 각각 나선형으로 마련된다. 제 2안테나(120)는 제 1안테나(110)의 외측에 배치된다. 이러한 제 1안테나(110) 및 제 2안테나(120)는 각각 복수개로 마련되며, 복수개의 제 1안테나(110) 및 복수개의 제 2안테나(120)는 서로 동심을 이루도록 배치된다.
물론, 복수개의 제 1안테나(110)와 복수개의 제 2안테나(120)는 적정한 공정오차 내에서 동심을 벗어나더라도 플라즈마의 밀도에 큰 영향을 미치지 않는 범위에서 본 발명의 목적을 달성할 수 있다. 따라서, 그러한 범위까지도 본 발명의 균등범위에 해당한다고 할 것이다.
도 1 및 도 2에서 복수개의 제 1안테나(110) 및 복수개의 제 2안테나(120)는 각각 4개로 도시하고 있으나, 복수개의 제 1안테나(110)의 개수 및 복수개의 제 2안테나(120)의 개수는 그 중심을 기준으로 하여 각각 서로 대칭되도록 2n(n은 자연수)로 변형실시될 수 있다.
제 1전원공급선(130)과 제 2전원공급선(140)은 고주파전원(101)으로부터 인출된다. 고주파전원(101)과 제 1전원공급선(130) 및 제 2전원공급선(140)의 사이에는 정합회로(102)가 설치된다. 정합회로(102)는 고주파전원(101)으로부터 발생되는 고주파전력의 손실을 방지하기 위하여 부하임피던스와 소스임피던스를 정합시킨다.
제 1전원공급선(130)은 복수개의 제 2안테나(120)를 향하는 복수개의 제 1안테나(110)의 일단부에 각각 연결된다. 제 2전원공급선(140)은 복수개의 제 1안테나(110)를 향하는 복수개의 제 2안테나(120)의 일단부에 각각 연결된다.
이러한 제 1전원공급선(130)과 제 2전원공급선(140)은 고주파전원(101)에 연결되어 복수개의 제 1안테나(110)와 복수개의 제 2안테나(120)로 고주파전력이 공급되도록 한다. 그리고 복수개의 제 1안테나(110)의 타단부와, 복수개의 제 2안테나(120)의 타단부는 각각 접지된다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1전원공급선(130)과 제 2전원공급선(140)은 고주파전원(101)에 연결되는 하나의 선으로부터 분기되어 복수개의 제 1안테나(110)와 복수개의 제 2안테나(120)에 연결될 수 있다. 이러한 일체형의 제 1전원공급선(130)과 제 2전원공급선(140)은 고주파전원(101)으로부터 공급되는 고주파전력이 복수개의 제 1안테나(110)와 복수개의 제 2안테나(120)로 함께 공급되도록 한다.
도시되지 않았지만, 다른 실시예로, 제 1전원공급선(130)과 제 2전원공급선(140)은 서로 분리되어 듀얼 고주파전원(미도시)에 각각 연결되고, 복수개의 제 1안테나(110)와 복수개의 제 2안테나(120)에 각각 연결될 수 있다. 이러한 분리형의 제 1전원공급선(130)과 제 2전원공급선(140)은 복수개의 제 1안테나(110)로 공급되는 고주파전력과 복수개의 제 2안테나(120)로 공급되는 고주파전력을 각각 개별 제어 할 수 있도록 한다. 듀얼 고주파전원(미도시)는 이미 공지된 기술이므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
이하, 본 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나의 작용에 대해 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하도록 한다.
고주파전력은 고주파전원(101)에 의해 발생된다. 고주파전력은 정합회로(102)에 의해 부하임피던스와 소스임피던스가 정합되어 손실이 방지되며, 제 1전원공급선(130)과 제 2전원공급선(140)으로 공급된다.
이어, 고주파전력은 제 1전원공급선(130)을 따라 복수개의 제 1안테나(110)의 일단부로 공급된다. 즉, 고주파전력은 복수개의 제 1안테나(110)의 외측으로부터 그 중심부를 향해 흐른다.
이와 함께, 고주파전력은 제 2전원공급선(140)을 따라 복수개의 제 2안테나(120)의 일단부로 공급된다. 즉, 고주파전력은 복수개의 제 2안테나(120)의 내측으로부터 외측을 향해 흐른다.
이에 따라, 고주파전력은 복수개의 제 1안테나(110) 및 복수개의 제 2안테나(120)의 중심부에 집중되어 높게 형성되는 것이 방지되며, 복수개의 제 1안테나(110) 및 복수개의 제 2안테나(120)에 대응되는 전면적에 걸쳐 균일하게 형성될 수 있다.
따라서, 복수개의 제 1안테나(110) 및 복수개의 제 2안테나(120)로 공급되는 고주파전력에 의해 형성되는 플라즈마는 복수개의 제 1안테나(110) 및 복수개의 제 2안테나(120)의 중심부로 편중되지 않고 복수개의 제 1안테나(110) 및 복수개의 제 2안테나(120)에 대응되는 전면적에 대하여 균일하게 분포될 수 있다.
도 3은 본 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치를 간략하게 나타낸 단면도이며, 도 4는 본 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치 중 안테나와 프레임의 결합관계를 나타낸 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치(200)는 챔버(210), 절연판(220), 안테나(100), 프레임(230) 및 기판지지대(240)를 포함한다.
챔버(210)의 내부에는 플라즈마를 이용하여 기판(10)을 처리하기 위해 진공 분위기가 형성되는 공간이 형성된다. 도시되지 않았지만, 챔버(210)의 측벽에는 챔버(210)의 내부로 기판(10)이 반입 및 반출이 가능하도록 게이트밸브, 또는 도어가 설치될 수 있다.
이러한 챔버(210)는 상부면이 개방되며, 절연판(220)은 챔버(210)의 상부에 배치되어 챔버(210)의 상부면을 페쇄시킨다. 안테나(100)는 챔버(210)의 외측 상부에 배치되어 절연판(220)에 지지된다. 이때, 절연판(220)은 안테나(100)와 플라즈마 사이의 용량성 결합(capacitive coupling)을 감소시킴으로써 고주파 전원으로부터의 에너지가 유도성 결합(inductive coupling)에 의하여 플라즈마로 전달되는 것을 돕는다. 이러한 절연체는 석영, 또는 알루미나의 재료로 이루어진다.
여기서, 본 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치(200)에 포함되는 안테나(110)는 상술된 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나(100)를 사용할 수 있다. 따라서 이하에서 설명될 안테나(100)에 대해서는 상술된 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나(100)와 동일한 참조부호를 부여하며, 상세한 설명은 생략하도록 한다. 이하의 설명에서 상세한 설명이 생략되는 안테나(100)에 대해서는 상술된 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나(100)에 대한 설명을 참조하여 이해할 수 있을 것이다.
한편, 프레임(230)은 절연판(220)의 처짐을 방지하고 절연판(220)이 챔버(210) 내부의 진공압을 견딜수 있도록 절연판(220)을 지지하는 것으로, 챔버(210)의 상단에 지지되는 제 1프레임(231), 복수개의 제 1안테나(110)와 복수개의 제 2안테나(120)의 사이에 설치되는 제 2프레임(232) 및 복수개의 제 1안테나(110)의 일단부와 복수개의 제 2안테나(120)의 일단부의 사이에 설치되어 제 2프레임(232)으로부터 제 1프레임(231)을 지지하는 제 3프레임(233)을 포함한다.
기판지지대(240)는 챔버(210)의 내부에 배치되어 챔버(210)의 내부로 반입되는 기판(10)을 지지한다. 챔버(210) 내부에 형성된 플라즈마가 기판(10)을 향해 원활하게 입사될 수 있도록 기판지지대(240)에는 별도의 고주파전력이 공급된다.
한편, 도시되지 않았지만, 챔버(210)에는 공정가스를 챔버의 내부로 공급하는 소스공급부가 설치될 수 있다. 공정가스로는 기판(10)의 식각에 사용되는 가스, 또는 기판(10)의 증착에 사용되는 가스가 사용될 수 있다.
이하, 본 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치의 작용에 대해 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하도록 한다.
먼저, 기판(10)은 챔버(210)의 내부로 반입되어 기판지지대(240)에 지지된다.
이어, 챔버(210)는 밀폐되며, 챔버(210)의 내부는 진공분위기로 전환된다.
이어, 챔버(210)의 내부로 공정가스가 공급되며, 고주파전원(101)은 고주파전력을 발생시킨다. 고주파전력은 정합회로(102)에 의해 부하임피던스와 소스임피던스가 정합되어 손실이 방지되며, 제 1전원공급선(130)과 제 2전원공급선(140)으로 공급된다.
이어, 고주파전력은 제 1전원공급선(130)을 따라 복수개의 제 1안테나(110)의 일단부로 공급된다. 즉, 고주파전력은 복수개의 제 1안테나(110)의 외측으로부터 그 중심부를 향해 흐른다.
이와 함께, 고주파전력은 제 2전원공급선(140)을 따라 복수개의 제 2안테나(120)의 일단부로 공급된다. 즉, 고주파전력은 복수개의 제 2안테나(120)의 내측으로부터 외측을 향해 흐른다.
이에 따라, 고주파전력은 복수개의 제 1안테나(110) 및 복수개의 제 2안테나(120)의 중심부에 집중되어 높게 형성되는 것이 방지되며, 복수개의 제 1안테나(110) 및 복수개의 제 2안테나(120)에 대응되는 전면적에 걸쳐 균일하게 형성될 수 있다.
따라서, 복수개의 제 1안테나(110) 및 복수개의 제 2안테나(120)로 공급되는 고주파전력에 의해 형성되는 플라즈마는 복수개의 제 1안테나(110) 및 복수개의 제 2안테나(120)의 중심부로 편중되지 않고 복수개의 제 1안테나(110) 및 복수개의 제 2안테나(120)에 대응되는 전면적에 대하여 균일하게 분포될 수 있다.
100 : 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나
101 : 고주파전원 102 : 정합회로
110 : 제 1안테나 120 : 제 2안테나
130 : 제 1전원공급선 140 : 제 2전원공급선
200 : 유도결합형 플라즈마 발생장치
210 : 챔버 220 : 절연판
230 : 프레임 231 : 제 1프레임
232 : 제 2프레임 233 : 제 3프레임

Claims (11)

  1. 복수개의 제 1안테나와,
    상기 복수개의 제 1안테나의 외측에 배치되는 복수개의 제 2안테나와,
    상기 복수개의 제 2안테나를 향하는 상기 복수개의 제 1안테나 일단부가 각각 연결되는 제 1전원공급선을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 복수개의 제 1안테나를 향하는 상기 복수개의 제 2안테나의 일단부가 각각 연결되는 제 2전원공급선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제 1전원공급선과 상기 제 2전원공급선은 일체형으로 마련되는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 복수개의 제 1안테나는 각각 나선형으로 마련되고, 서로 동심을 이루는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 복수개의 제 1안테나의 개수는 2n(n은 자연수)인 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나.
  6. 일면이 개방되는 챔버와,
    상기 챔버의 일면을 폐쇄하는 절연판과,
    상기 절연판에 지지되는 안테나를 포함하되,
    상기 안테나는
    복수개의 제 1안테나와,
    상기 복수개의 제 1안테나의 외측에 배치되는 복수개의 제 2안테나와,
    상기 복수개의 제 2안테나를 향하는 상기 복수개의 제 1안테나 일단부가 각각 연결되는 제 1전원공급선을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 발생장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 복수개의 제 1안테나를 향하는 상기 복수개의 제 2안테나의 일단부가 각각 연결되는 제 2전원공급선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 발생장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 제 1전원공급선과 상기 제 2전원공급선은 일체형으로 마련되는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 발생장치.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 복수개의 제 1안테나는 각각 나선형으로 마련되고, 서로 동심을 이루는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 발생장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 복수개의 제 1안테나의 개수는 2n(n은 자연수)인 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 발생장치.
  11. 제 6항에 있어서,
    상기 챔버에 지지되며 상기 절연판의 테두리부를 지지하는 제 1프레임과,
    상기 복수의 제 1안테나와 상기 복수의 제 2안테나의 사이에 배치되어 상기 절연판을 지지하는 제 2프레임과,
    상기 복수의 제 1안테나의 각 일단부와 상기 복수의 제 2안테나의 각 일단부 사이에 설치되어 상기 절연판을 지지하고, 상기 제 1프레임으로부터 상기 제 2프레임을 지지하는 제 3프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 발생장치.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102169658B1 (ko) * 2019-08-26 2020-10-23 주식회사 엘에이티 플라즈마 식각장치

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