KR20230056456A - 플라즈마 생성기, 플라즈마 처리 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
예시적인 실시예들에 따르면, 플라즈마 생성기가 제공된다. 상기 플라즈마 생성기는, 유전체 튜브; 상기 유전체 튜브를 둘러싸고, 상기 유전체 튜브 내에 정상파를 형성함으로써 플라즈마를 생성하도록 구성된 내측 헬리컬 코일; 상기 내측 헬리컬 코일과 폐루프를 구성하는 가변 커패시터; 상기 내측 헬리컬 코일을 둘러싸며 상기 내측 헬리컬 코일과 자기적으로 결합된 외측 헬리컬 코일; 및 상기 내측 헬리컬 코일에 가변 주파수의 RF(Radio Frequency) 전력을 제공하도록 구성된 RF 파워 서플라이를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 플라즈마 생성기, 플라즈마 처리 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 제조 방법에 관한 것이다.
최근의 반도체 기술의 비약적인 발전으로 인하여 반도체 소자의 집적도는 급격히 높아지고 있으며, 반도체 소자 제조 공정의 효율을 올리기 위하여 반도체 소자의 제조에 사용되는 웨이퍼의 크기도 대구경화 되고 있다.
이와 같은 반도체 산업의 경향에 부응하기 위해서는 박막 증착과 식각 공정에 사용되는 플라즈마의 균일도 확보가 필수적이다. 이에 따라, 저온 상태에서 고밀도, 높은 균일도의 플라즈마를 안정적으로 얻기 위한 플라즈마 소스를 얻기 위해, 유도 결합 플라즈마(ICP: Inductively Coupled Plasma) 소스, 전자 싸이클로트론 공진(ECR: Electron Cyclotron Resonance) 플라즈마 소스, 헬리콘 플라즈마(Helicon Plasma) 소스 및 헬리컬 공진기형 플라즈마(Helical Resonator type Plasma) 소스 등과 같이 다양한 플라즈마 소스에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
상술된 다양한 플라즈마 발생 소스들 중에서도, 저온의 고밀도 플라즈마를 방전 및 유지하기 위한 소스로서 헬리컬 공진기가 적합하다는 많은 연구 결과들이 발표되고 있다. 특히, 헬리컬 공진기의 구조적 특성에 따른 이온 입자의 직진성은 반도체 소자 처리에 있어서의 활용도가 매우 높다. 그러나, 이러한 장점에도 불구하고 헬리컬 공진기형 플라즈마 소스는 헬리컬 코일에 의해 유도되는 높은 전압 및 이에 따른 플라즈마 스퍼터링에 의한 유전체 튜브의 손상으로 인해 예컨대 디퓨전, 박막 증착 및 식각 공정 등과 같은 반도체 소자 제조 공정에 광범위하게 적용되지 못하고 있다
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 플라즈마 생성기, 플라즈마 처리 장치 및 이를 이용한 반도체 소자 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따르면, 플라즈마 생성기가 제공된다. 상기 플라즈마 생성기는, 유전체 튜브; 상기 유전체 튜브를 둘러싸고, 상기 유전체 튜브 내에 자기장 및 전자기파 중 적어도 어느 하나의 정상파를 형성함으로써 플라즈마를 생성하도록 구성된 내측 헬리컬 코일; 상기 내측 헬리컬 코일과 폐루프를 구성하는 가변 커패시터; 상기 내측 헬리컬 코일을 둘러싸며 상기 내측 헬리컬 코일과 자기적으로 결합된 외측 헬리컬 코일; 및 상기 내측 헬리컬 코일에 가변 주파수의 RF(Radio Frequency) 전력을 제공하도록 구성된 RF 파워 서플라이를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 플라즈마 처리 장치가 제공된다. 상기 플라즈마 처리 장치는, 플라즈마 생성기; 및 상기 플라즈마 생성기에 의해 처리되는 웨이퍼가 실장되도록 구성된 프로세스 챔버를 포함하되, 상기 플라즈마 생성기는, 유전체 튜브; 상기 유전체 튜브를 둘러싸고, 상기 유전체 튜브 내에 자기장 및 전자기파 중 적어도 어느 하나의 정상파를 형성함으로써 상기 플라즈마를 생성하도록 구성된 내측 헬리컬 코일; 상기 내측 헬리컬 코일과 폐루프를 구성하는 가변 커패시터; 상기 내측 헬리컬 코일을 둘러싸며 상기 내측 헬리컬 코일과 자기적으로 결합된 외측 헬리컬 코일; 상기 유전체 튜브, 상기 내측 헬리컬 코일 및 상기 외측 헬리컬 코일을 둘러싸고 접지 전위가 인가되도록 구성된 도전성 실린더; 및 상기 내측 헬리컬 코일에 가변 주파수의 RF 전력을 제공하도록 구성된 RF 파워 서플라이를 포함하고, 상기 내측 헬리컬 코일의 전압은 상기 외측 헬리컬 코일의 전압보다 더 작고, 및 상기 내측 헬리컬 코일의 전류는 상기 내측 헬리컬 코일의 전류보다 더 클 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 반도체 소자 제조 방법이 제공된다. 상기 반도체 소자 제조 방법은, 헬리컬 플라즈마 생성기를 이용하여 플라즈마를 생성하는 단계; 및 상기 플라즈마를 이용하여 웨이퍼를 처리하는 단계를 포함하되, 상기 헬리컬 플라즈마 생성기는, 유전체 튜브; 상기 유전체 튜브를 둘러싸고, 상기 유전체 튜브 내에 자기장 및 전자기파 중 적어도 어느 하나의 정상파를 형성함으로써 상기 플라즈마를 생성하도록 구성된 내측 헬리컬 코일; 상기 내측 헬리컬 코일과 폐루프를 구성하는 가변 커패시터로서, 상기 가변 커패시터의 커패시턴스는 상기 내측 헬리컬 코일과 공진하도록 10pF 내지 약 1000pF의 범위에서 조절되고; 상기 내측 헬리컬 코일을 둘러싸며 상기 내측 헬리컬 코일과 자기적으로 결합된 외측 헬리컬 코일; 상기 유전체 튜브, 상기 내측 헬리컬 코일 및 상기 외측 헬리컬 코일을 둘러싸고 접지 전위가 인가되도록 구성된 도전성 실린더; 및 상기 내측 헬리컬 코일에 25MHz 내지 29MHz의 범위에서 가변하는 주파수의 RF 전력을 제공하도록 구성된 RF 파워 서플라이를 포함하고, 상기 내측 헬리컬 코일의 전압은 상기 외측 헬리컬 코일의 전압보다 더 작고, 및 상기 내측 헬리컬 코일의 전류는 상기 내측 헬리컬 코일의 전류보다 더 클 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따르면, 자기적으로 결합된 내측 헬리컬 코일과 외측 헬리컬 코일의 이중 구조를 구성함으로써, 유전체 튜브에 인접한 내측 헬리컬 코일에 인가된 전압을 낮출 수 있다. 이에 따라, 내측 헬리컬 코일에 의해 유발되는 플라즈마 스퍼터링에 의한 유전체 튜브 손상을 방지할 수 있다.
또한, 내측 헬리컬 코일과 가변 커패시터의 폐루프를 구성함으로써, 임피던스 매칭을 통해 가변적인 주파수에 대한 공진을 구현할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 아니하며, 언급되지 않은 다른 효과들은 이하의 설명으로부터 본 개시의 예시적인 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 개시의 예시적인 실시예들을 실시함에 따른 의도하지 않은 효과들 역시 본 개시의 예시적인 실시예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 생성기 구성 요소들의 연결을 나타내는 회로도(Circuit diagram)이다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 소자 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 생성기 구성 요소들의 연결을 나타내는 회로도(Circuit diagram)이다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 소자 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치(10)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 생성기(100)의 구성 요소들의 연결을 나타내는 회로도(Circuit diagram)이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 플라즈마 처리 장치(10)는 플라즈마 생성기(100) 및 프로세스 챔버(200)를 포함할 수 있다.
플라즈마 생성기(100)는 소스 가스(G)에 기초하여 플라즈마를 생성하도록 구성될 수 있다. 플라즈마 생성기(100)는 헬리컬 공진기 플라즈마 소스(helical resonator plasma source)일 수 있다.
플라즈마 생성기(100)는 프로세스 챔버(200)와 결합될 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 생성기(100)에 의해 생성된 플라즈마는 프로세스 챔버(200)에 전달되고, 프로세스 챔버(200) 내에서 반도체 소자의 제조를 위한 웨이퍼(W)의 처리에 이용될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 웨이퍼(W)의 처리는, 디퓨전, 플라즈마 어닐링, 플라즈마 식각, 플라즈마 강화 화학적 기상 퇴적(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 스퍼터링 및 플라즈마 세정 등을 포함할 수 있다.
일 예에서, 웨이퍼(W)의 처리는 반응성 이온 식각(Reactive ion etching)일 수 있다. 반응성 이온 식각은 고주파 RF 전력에 의해 여기된 종(Excited Species)(라디칼, 이온)이 저압 챔버에서 기판 또는 박막을 식각하는 건식 식각 공정이다. 반응성 이온 식각은, 고에너지 이온(Energetic Ion)의 폭격(Bombardment) 및 화학적 활성화된 종들(chemically active species)의 물리적 작용 및 화학적 작용의 복합(Complexity)에 의해 수행될 수 있다. 반응성 이온 식각은 실리콘 산화물 등과 같은 절연 층의 식각, 금속 물질의 식각 및 도핑되거나 도핑되지 않은 반도체 물질의 식각을 포함할 수 있다.
다른 예에서, 웨이퍼(W)의 처리는 등방성 식각 공정일 수 있다. 플라즈마 처리는, 웨이퍼(W) 상에 형성된 실리콘 산화물을 헥사플루오르규산암모늄((NH4)2SiF6)으로 치환하고, 어닐링을 통해 상기 헥사플루오르규산암모늄을 제거하는 것을 포함할 수 있다.
다른 예로서, 웨이퍼(W)의 처리는 웨이퍼(W) 상의 결정질 및/또는 비정질의 실리콘, 실리콘 질화물, 및 금속 중 어느 하나에 플라즈마 처리 및 어닐링 처리를 교대로, 그리고 반복적으로 수행해 결정질 및/또는 비정질의 실리콘, 실리콘 질화물, 및 금속 중 상기 어느 하나를 등방적으로 제거하는 공정을 수행할 수 있다.
웨이퍼(W)는 예를 들면, 실리콘(Si, silicon)을 포함할 수 있다. 웨이퍼(W)는 게르마늄(Ge, germanium)을 포함하거나, 또는 SiC (silicon carbide), GaAs(gallium arsenide), InAs (indium arsenide), 및 InP (indium phosphide)와 같은 화합물 반도체를 포함할 수도 있다. 일부 실시예들에 따르면, 웨이퍼(W)는 SOI (silicon on insulator) 구조를 가질 수 있다. 웨이퍼(W)는 매립 산화물 층(buried oxide layer)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 웨이퍼(W)는 도전 영역, 예컨대, 불순물이 도핑된 웰(well)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 웨이퍼(W)는 상기 도핑된 웰을 서로 분리하는 STI(shallow trench isolation)와 같은 다양한 소자 분리 구조를 가질 수 있다.
플라즈마 생성기(100)는 유전체 튜브(Dielectric tube, 110), RF 파워 서플라이(120), 정합 네트워크(125), 외측 헬리컬 코일(130), 내측 헬리컬 코일(140), 가변 커패시터(150) 및 도전성 실린더(160)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 유전체 튜브(110)는 석영을 포함할 수 있다. 유전체 튜브(110)는 대략 원통 형상을 가질 수 있다. 유전체 튜브(110)는 그 내부로 소스 가스(G)를 도입하기 위한 가스 주입구(111)를 포함할 수 있다. 유전체 튜브(110)는 생성된 플라즈마를 플라즈마 처리 장치에 공급하기 위한 분배 플레이트(113)를 포함할 수 있다. 분배 플레이트(113)는 분배 플레이트(113) 전면에 걸쳐 균일하게 형성된 홀들을 포함할 수 있고, 이에 따라, 균일한 농도의 플라즈마가 플라즈마 처리 장치에 전달될 수 있다.
RF 파워 서플라이(120)는 RF 전력을 공급할 수 있다. RF 전력은 플라즈마를 생성하기 위한 것일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, RF 파워 서플라이(120)는 RF 전력의 주파수를 조절할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, RF 파워 서플라이(120)에 의해 제공된 RF 전력의 주파수는 약 25MHz 내지 약 29MHz의 범위에 있을 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, RF 파워 서플라이(120)에 의해 제공된 RF 전력의 주파수는 약 27MHz일 수 있다.
외측 헬리컬 코일(130)은 유전체 튜브(110)에 감겨질 수 있다. 외측 헬리컬 코일(130)의 둘레를 따라 나선 형상을 갖도록 다수의 턴으로 감길 수 있다. 외측 헬리컬 코일(130)의 제1 단자(131) 및 제2 단자(133)는 도전성 실린더(160)에 연결될 수 있다. 도전성 실린더(160)를 통해 외측 헬리컬 코일(130)의 제1 단자(131) 및 제2 단자(133)에 그라운드 전위(GND)가 연결될 수 있다.
RF 파워 서플라이(120) 및 외측 헬리컬 코일(130) 사이에 정합 네트워크(Matching network)(125)가 연결될 수 있다. RF 파워 서플라이(120)에 의해 생성된 RF 전력은 정합 네트워크(125)를 통해 외측 헬리컬 코일(130)에 공급될 수 있다. 정합 네트워크(125)는 임피던스 매칭을 통해 RF 파워 서플라이(120)의 전력 전달 효율을 제고할 수 있다.
정합 네트워크(125)의 일단자는 외측 헬리컬 코일(130)의 태핑 포인트(135)와 연결될 수 있다. 비제한적 예시로서, 태핑 포인트(135)는 외측 헬리컬 코일(130)의 중점일 수 있다. 태핑 포인트(135)가 외측 헬리컬 코일(130)의 중점인 경우, 태핑 포인트(135)로부터 제1 단자(131) 사이의 인덕턴스와 태핑 포인트(135)로부터 제2 단자(133) 사이의 인덕턴스가 실질적으로 동일할 수 있다. 마찬가지로, 태핑 포인트(135)가 외측 헬리컬 코일(130)의 중점인 경우, 태핑 포인트(135)로부터 제1 단자(131) 사이의 권선 수와 태핑 포인트(135)로부터 제2 단자(133) 사이의 권선 수가 실질적으로 동일할 수 있다.
외측 헬리컬 코일(130)에 RF 전력이 인가되면, 외측 헬리컬 코일(130)에 흐르는 전류에 의해 시변화 자기장이 생성될 수 있다. 상기 시변화 자기장에 의해 외측 헬리컬 코일(130)로부터 내측 헬리컬 코일(140)에 RF 전력이 전달될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 외측 헬리컬 코일(130)과 내측 헬리컬 코일(140)은 전자기 파로 결합될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 외측 헬리컬 코일(130)에 전달된 RF 전력은 전자기파의 형태로 내측 헬리컬 코일(140)에 전달될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 외측 헬리컬 코일(130)은 내측 헬리컬 코일(140)을 둘러쌀 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 내측 헬리컬 코일(140)은 유전체 튜브(110)를 둘러쌀 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 외측 헬리컬 코일(130)과 내측 헬리컬 코일(140)의 중심축은 중첩될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 외측 헬리컬 코일(130)과 내측 헬리컬 코일(140)은 서로 이격될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 외측 헬리컬 코일(130)과 내측 헬리컬 코일(140)은 서로 전기적으로 절연될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 외측 헬리컬 코일(130)과 내측 헬리컬 코일(140) 사이의 간격(D)은 약 50mm 내지 약 2500mm의 범위에 있을 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 외측 헬리컬 코일(130)과 내측 헬리컬 코일(140) 사이의 간격(D)은 외측 헬리컬 코일(130)과 내측 헬리컬 코일(140)의 반경의 차이와 실질적으로 동일할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 외측 헬리컬 코일(130)은 내측 헬리컬 코일(140)과 자기적으로 결합되는 동시에 전자기 파로 결합될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 외측 헬리컬 코일(130)에 전달된 RF 전력의 일부는 자기적으로 형태로 내측 헬리컬 코일(140)에 전달될 수 있고, 외측 헬리컬 코일(130)에 전달된 RF 전력의 다른 일부는 전자기파의 형태로 내측 헬리컬 코일(140)에 전달될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 내측 헬리컬 코일(140)은 가변 커패시터(150)와 전기적으로 연결될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 내측 헬리컬 코일(140)은 가변 커패시터(150)와 폐루프(closed loop)를 구성할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 내측 헬리컬 코일(140)의 제1 단자(131)는 가변 커패시터(150)의 제1 전극과 연결될 수 있고, 내측 헬리컬 코일(140)의 제2 단자(133)는 가변 커패시터(150)의 제2 전극과 연결될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 가변 커패시터(150)는 내측 헬리컬 코일(140)과 공진할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 가변 커패시터(150)는 커패시턴스를 조절하도록 구성될 수 있다. 비제한적 예시로서, 가변 커패시터(150)는 진공 타입 커패시터일 수 있다. 이 경우, 가변 커패시터(150)의 대향하는 두 전극판들 사이의 거리를 조절함으로써 가변 커패시터(150)의 커패시턴스를 조절할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 가변 커패시터(150)의 커패시턴스는 약 10pF 내지 약 1000pF의 범위에서 조절될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 가변 커패시터(150)는 RF 파워 서플라이(120)에 의해 공급되는 RF 전력의 주파수에서 내측 헬리컬 코일(140)과 공진할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 가변 커패시터(150)의 커패시턴스는 RF 파워 서플라이(120)에 의해 공급되는 RF 전력의 가변적인 주파수에서 내측 헬리컬 코일(140)과 공진하도록 조절될 수 있다. 이에 따라, 외측 헬리컬 코일(130)로부터 내측 헬리컬 코일(140)로의 RF 전력 전송의 효율이 제고될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 외측 헬리컬 코일(130)로부터 내측 헬리컬 코일(140)의 RF 전력의 전송 효율은 90%이상일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 외측 헬리컬 코일(130)로부터 내측 헬리컬 코일(140)의 RF 전력의 전송 효율은 95%이상일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 외측 헬리컬 코일(130)로부터 내측 헬리컬 코일(140)의 RF 전력의 전송 효율은 97%이상일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 외측 헬리컬 코일(130)로부터 내측 헬리컬 코일(140)의 RF 전력의 전송 효율은 100%이하일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 외측 헬리컬 코일(130)의 권선 수(Winding Number)는 내측 헬리컬 코일(140)의 권선 수보다 더 클 수 있다. 이에 따라, 외측 헬리컬 코일(130)로부터 내측 헬리컬 코일(140)로 RF 전력이 전달될 때, RF 전력의 전압은 하강하고 전류는 상승할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 내측 헬리컬 코일(140)의 제1 및 제2 단자들(141, 143) 사이의 전압은 외측 헬리컬 코일(130)의 제1 및 제2 단자들(131, 133) 사이의 전압보다 더 작을 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 내측 헬리컬 코일(140)의 제1 및 제2 단자들(141, 143) 사이의 전압은 외측 헬리컬 코일(130)의 제1 및 제2 단자들(131, 133) 사이의 전압의 약 5% 내지 약 40%의 범위에 있을 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 내측 헬리컬 코일(140)의 제1 및 제2 단자들(141, 143) 사이의 전압은 외측 헬리컬 코일(130)의 제1 및 제2 단자들(131, 133) 사이의 전압의 약 10% 내지 약 30%의 범위에 있을 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 내측 헬리컬 코일(140)의 제1 및 제2 단자들(141, 143) 사이의 전압은 외측 헬리컬 코일(130)의 제1 및 제2 단자들(131, 133) 사이의 전압의 20%일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 내측 헬리컬 코일(140)에 걸리는 전압을 충분히 낮게 할 수 있는바, 유전체 튜브(110) 내에 유도된 플라즈마가 RF 전력에 의해 유도된 전위차에 의해 유전체 튜브(110)의 내벽으로 스퍼터링되어 유전체 튜브(110)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
내측 헬리컬 코일(140)은 유전체 튜브(110) 내부의 공간에 전자기파 및 자기장 중 적어도 어느 하나를 유도할 수 있다. 내측 헬리컬 코일(140)에 의해 생성된 전자기파 및 자기장 중 적어도 어느 하나는 유전체 튜브(110) 내에 정상파를 형성할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 내측 헬리컬 코일(140)에 의해 생성된 전자기파 및 자기장 중 적어도 하나가 정상파를 형성하는 경우, 소스 가스(G)에 포함된 전자들의 공진으로 인해 플라즈마가 생성될 수 있다.
이상에서, 비제한적 예시로서 유전체 튜브(110)가 원통형이고, 외측 헬리컬 코일(130) 및 내측 헬리컬 코일(140)이 방사상 대칭을 갖도록 유전체 튜브(110)에 감긴 실시예를 설명하다. 당업계의 통상의 기술자는 여기에 설명된 바에 기초하여, 유전체 튜브가 삼각 기둥, 사각 기둥과 같은 다각 기둥 형상을 갖고, 외측 헬리컬 코일 및 내측 헬리컬 코일이 삼각 대칭성, 사각 대칭성과 같이 대응되는 대칭성을 갖고 유전체 튜브에 감긴 실시예들에 용이하게 도달할 수 있을 것이다.
프로세스 챔버(200)는 챔버 바디(210), 전원(220), 정합 네트워크(225) 및 척(230)을 포함할 수 있다.
챔버 바디(210)는 프로세스 챔버(200) 내부의 공간을 외부로부터 격리할 수 있다. 챔버 바디(210)는 추가적인 프로세스 가스를 공급하기 위한 주입구 및 플라즈마 및 프로세스 가스를 배출하기 위한 배출구(Exhaust)를 포함할 수 있다. 상기 배출구는 터보 분자 펌프 등과 같은 진공 펌프에 연결될 수 있다. 챔버 바디(210) 내에 플라즈마와 프로세스 가스의 밀도를 균일화하기 위한 샤워 헤드가 더 배치될 수 있다.
척(230)은 웨이퍼(W)를 지지하고 고정할 수 있다. 척(230)은 예컨대, 정전기력으로 웨이퍼(W)를 고정하는 정전 척(Electrostatic chuck)일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 척(230)은 예컨대, 진공압으로 웨이퍼(W)를 고정하는 진공 척(Vacuum chuck)일 수도 있다.
전원(220)은 척(230)에 전력을 공급할 수 있다. 전원(220)과 척(230) 사이에 정합 네트워크(225)가 연결될 수 있다. 정합 네트워크(225)는 전원(220)으로부터 척(230)으로의 전력 전달 효율을 제고할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 전원(220)은 웨이퍼(W)를 고정하기 위한 클램핑 전력 및 플라즈마를 웨이퍼(W)로 가속하기 위한 바이어스 전력 웨이퍼(W)에 바이어스 전력 중 어느 하나를 척(230)에 공급할 수 있다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치(11)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3을 참조하면, 플라즈마 처리 장치(11)는 플라즈마 생성기(101) 및 프로세스 챔버(200)를 포함할 수 있다.
플라즈마 생성기(101)는 유전체 튜브(110), RF 파워 서플라이(120), 정합 네트워크(125), 외측 헬리컬 코일(130), 내측 헬리컬 코일(140), 가변 커패시터(150) 및 도전성 실린더(160)를 포함할 수 있다.
유전체 튜브(110), RF 파워 서플라이(120), 정합 네트워크(125), 내측 헬리컬 코일(140), 가변 커패시터(150), 도전성 실린더(160) 및 프로세스 챔버(200)는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 이에 대한 중복된 설명은 생략한다.
예시적인 실시예들에 따르면, 외측 헬리컬 코일(130)의 제1 단자(131) 개방될 수 있고, 제2 단자(133)는 도전성 실린더(160)와 연결될 수 있다. 이 경우, 제1 단자(131)는 개방단이라고 지칭될 수 있으며, 제2 단자(133)는 접지단이라고 지칭될 수도 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 스파크 방전(Spark discharge)을 방지하기 위해 제1 단자(131)는 세라믹 물질에 의해 커버될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 외측 헬리컬 코일(130)의 제1 단자(130)와 태핑 포인트(135) 사이의 부분은 커패시터의 일 전극으로 해석될 수 있다. 즉, 헬리컬 코일(130)의 제1 단자(130)와 태핑 포인트(135) 사이의 부분과 도전성 실린더(160)는 등가적으로 커패시터를 구성할 수 있다. 이에 따라, 외측 헬리컬 코일(130)의 등가 임피던스를 감소시킬 수 있는바, 외측 헬리컬 코일(130)에 대한 RF 전력 전달의 효율을 제고할 수 있다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치(12)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4를 참조하면, 플라즈마 처리 장치(12)는 플라즈마 생성기(102) 및 프로세스 챔버(200)를 포함할 수 있다.
플라즈마 생성기(102)는 유전체 튜브(110), RF 파워 서플라이(120), 정합 네트워크(125), 외측 헬리컬 코일(130), 내측 헬리컬 코일(140), 가변 커패시터(150) 및 도전성 실린더(160)를 포함할 수 있다.
유전체 튜브(110), RF 파워 서플라이(120), 정합 네트워크(125), 내측 헬리컬 코일(140), 가변 커패시터(150), 도전성 실린더(160) 및 프로세스 챔버(200)는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 이에 대한 중복된 설명은 생략한다.
예시적인 실시예들에 따르면, 외측 헬리컬 코일(130)의 태핑 포인트(136)는비대칭적인 위치에 있을 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 외측 헬리컬 코일(130)의 태핑 포인트(136)는 외측 헬리컬 코일(130)의 중심으로부터 이격될 수 있다. 보다 구체적으로, 태핑 포인트(136)와 제1 단자(131) 사이의 제1 권선 수(N1)는 태핑 포인트(136)와 제1 단자(131) 사이의 제2 권선 수(N2)와 다를 수 있다. 이에 따라, 외측 헬리컬 코일(130)의 태핑 포인트(136)와 제1 단자(131) 사이의 인덕턴스는 외측 헬리컬 코일(130)의 태핑 포인트(136)와 제2 단자(133) 사이의 인덕턴스와 다를 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 태핑 포인트(136)와 제1 단자(131) 사이의 제1 권선 수(N1)는 태핑 포인트(136)와 제1 단자(131) 사이의 제2 권선 수(N2) 보다 더 클 수 있다. 이에 따라, 외측 헬리컬 코일(130)의 태핑 포인트(136)와 제1 단자(131) 사이의 인덕턴스는 외측 헬리컬 코일(130)의 태핑 포인트(136)와 제2 단자(133) 사이의 인덕턴스보다 더 클 수 있다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치(13)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5를 참조하면, 플라즈마 처리 장치(13)는 플라즈마 생성기(103) 및 프로세스 챔버(200)를 포함할 수 있다.
플라즈마 생성기(103)는 유전체 튜브(110), RF 파워 서플라이(120), 정합 네트워크(125), 스위칭 장치(127), 외측 헬리컬 코일(130), 내측 헬리컬 코일(140), 가변 커패시터(150) 및 도전성 실린더(160)를 포함할 수 있다.
유전체 튜브(110), RF 파워 서플라이(120), 정합 네트워크(125), 외측 헬리컬 코일(130), 내측 헬리컬 코일(140), 가변 커패시터(150), 도전성 실린더(160) 및 프로세스 챔버(200)는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 이에 대한 중복된 설명은 생략한다.
예시적인 실시예들에 따르면, 스위칭 장치(127)는 정합 네트워크(125)와 외측 헬리컬 코일(130)에 연결될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 스위칭 장치(127)는 외측 헬리컬 코일(130) 상의 복수의 태핑 포인트들(137)과 연결될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 스위칭 장치(127)는 태핑 포인트들(137) 중 정합 네트워크(125)와 연결되는 것을 선택할 수 있다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 소자 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1 및 도 6을 참조하면 반도체 소자 제조 방법은 P10에서 플라즈마를 생성하는 것 및 P20 에서 웨이퍼(W)를 처리하는 것을 포함할 수 있다.
P10에서, 플라즈마를 생성하는 것은, 도 1, 도 3, 도 4 및 도 5에 도시된 플라즈마 처리 장치들(10, 11, 12, 13)에 포함된 플라즈마 생성기들(100, 101, 102, 103, 104)에 수행될 수 있다.
플라즈마를 생성하는 것은, 외측 헬리컬 코일(130)에 RF 전력을 인가함으로써, 내측 헬리컬 코일(140)에 RF 전력을 전달하고, 내측 헬리컬 코일(140)을 이용하여 유전체 튜브(110) 내에 전자기파 및 자기장 중 적어도 하나의 정상파를 형성하는 것을 포함할 수 있다.
P20에서, 웨이퍼(W)를 처리하는 것은, 도 1을 참조하여 디퓨전, 플라즈마 어닐링, 플라즈마 식각, 플라즈마 강화 화학적 기상 퇴적(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 스퍼터링 및 플라즈마 세정 등을 포함할 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
Claims (10)
- 유전체 튜브;
상기 유전체 튜브를 둘러싸고, 상기 유전체 튜브 내에 자기장 및 전자기 파 중 적어도 어느 하나의 정상파를 형성함으로써 플라즈마를 생성하도록 구성된 내측 헬리컬 코일;
상기 내측 헬리컬 코일과 폐루프를 구성하는 가변 커패시터;
상기 내측 헬리컬 코일을 둘러싸며 상기 내측 헬리컬 코일과 자기적으로 결합된 외측 헬리컬 코일; 및
상기 내측 헬리컬 코일에 가변 주파수의 RF(Radio Frequency) 전력을 제공하도록 구성된 RF 파워 서플라이를 포함하는 플라즈마 생성기. - 제1항에 있어서,
상기 가변 커패시터의 커패시턴스는 10pF 내지 약 1000pF의 범위에서 조절되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성기. - 제1항에 있어서,
상기 가변 커패시터의 커패시턴스는 상기 내측 헬리컬 코일과 공진하도록 조절되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성기. - 제1항에 있어서,
상기 외측 헬리컬 코일은 상기 내측 헬리컬 코일과 전기적으로 절연된 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성기. - 제1항에 있어서,
상기 외측 헬리컬 코일은 상기 내측 헬리컬 코일로부터 이격된 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성기. - 제1항에 있어서,
상기 외측 헬리컬 코일과 상기 내측 헬리컬 코일 사이의 간격은 50mm 내지 2500mm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성기 - 제1항에 있어서,
상기 외측 헬리컬 코일은 상기 내측 헬리컬 코일에 자기적으로 상기 RF 전력을 전송하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성기 - 제7항에 있어서,
외측 헬리컬 코일로부터 내측 헬리컬 코일로의 상기 RF 전력의 전송 효율은 90%이상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성기. - 제1항에 있어서,
상기 내측 헬리컬 코일의 전압은 상기 외측 헬리컬 코일의 전압보다 더 작은 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성기. - 제1항에 있어서,
상기 내측 헬리컬 코일의 전류는 상기 내측 헬리컬 코일의 전류보다 더 큰 것을 특징으로 하는 플라즈마 생성기.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230033101A (ko) * | 2021-08-27 | 2023-03-08 | 삼성전자주식회사 | 플라즈마 발생 장치 |
-
2021
- 2021-10-20 KR KR1020210140491A patent/KR20230056456A/ko unknown
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2022
- 2022-07-29 US US17/877,439 patent/US20230117953A1/en active Pending
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20230117953A1 (en) | 2023-04-20 |
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