KR20230141107A - 유도 결합형 플라즈마 안테나 및 유도 전기장 형성 방법 - Google Patents

유도 결합형 플라즈마 안테나 및 유도 전기장 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 관점에 따른 유도 결합형 플라즈마 안테나는, 공정 챔버에 유입된 반응 가스를 이온화하여 플라즈마를 생성하도록 상기 공정 챔버 내에 유도 전기장을 형성시키는 유도 결합형 플라즈마(Inductively Coupled Plasma, ICP) 안테나로서, 상기 안테나는 외측에 배치되는 제1 코일 및 상기 제1 코일의 내측에 이격되도록 배치되는 제2 코일을 포함하고, 상기 제1 코일의 위치를 기준으로 상기 제2 코일은 상하 방향을 따라 운동가능한 것을 특징으로 한다.

Description

유도 결합형 플라즈마 안테나 및 유도 전기장 형성 방법 {Inductively coupled clasma antenna and producing method of induced electric field}
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 플라즈마 식각 장치에 사용되는 유도 결합형 플라즈마 안테나 및 유도 전기장 형성 방법에 관한 것이다.
플라즈마는 이온이나 전자, 라디칼(Radical) 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태이며, 플라즈마는 매우 높은 온도, 강한 전계 또는 고주파 전자기장(RF electromagnetic fields)에 의해 생성될 수 있다. 플라즈마 처리 장치에 적용되는 플라즈마는 축전 용량성 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma), 유도 결합형 플라즈마(Inductively Coupled Plasma, ICP), 마이크로웨이브 플라즈마(Microwave Plasma) 등이 있다. 이 중에서, 유도 결합형 플라즈마(ICP) 방식이 낮은 압력에서 고밀도의 플라즈마를 생성시킬 수 있는 등의 장점으로 인해 널리 사용된다.
예를 들어, 반도체 공정에서 플라즈마는 식각 공정에 활용될 수 있다. 식각 공정은 기판 위에 플라즈마를 발생시킨 뒤 플라즈마 내 이온을 기판으로 가속시킴으로써 기판 상의 박막을 제거함으로서 수행될 수 있다.
도 1은 종래의 유도 결합형 플라즈마 안테나를 보여주는 개략적인 도면이다.
도 1을 참조하면, 유도 결합형 플라즈마 처리 장치에서 공정 챔버 내에 유입된 반응 가스를 이온화하여 플라즈마를 생성시키기 위해, 공정 챔버 내부로 RF 전력을 전송하는 유도 결합형 플라즈마(Inductively Coupled Plasma, ICP) 안테나(10)가 설치된다. ICP 안테나(10)는 평면 나선형 안테나(11)가 일반적으로 사용된다. 평면 나선형 안테나(11)의 중심부에 연결된 고주파 전원(12)으로부터 고주파 전원이 인가되면 안테나(10)의 코일을 따라 흐르는 전류가 공정 챔버 내부 공간에 자기장을 만들고, 이 자기장에 의해서 유도 전기장이 형성된다. 공정 챔버에 공급된 반응 가스는 유도 전기장으로부터 이온화에 필요한 에너지를 얻어 플라즈마를 생성한다.
평면 나선형 안테나(11)로부터 형성되는 유도 전기장의 세기는 전원이 인가되는 부분인 안테나 코일의 중심 부분에서 가장 크며, 주변부로 갈수록 전원의 손실로 인해 유도 전기장의 세기가 작아지는 분포를 갖는다. 이로 인해 공정 챔버 내에 생성된 유도 결합형 플라즈마의 밀도 또한 중심 부분에서 높고 주변부로 가면서 감소하는 불균일 분포를 갖는 문제점이 있었다.
반도체 공정에 사용되는 기판의 크기가 점점 커지고 있으며, 300mm 이상의 대면적 기판, 웨이퍼를 처리하기 위해서는 기판에 대응하는 공간 내에서 균일한 분포를 가지는 플라즈마의 생성이 요구된다. 하지만, 종래의 ICP 안테나(10)는 플라즈마의 불균일 분포에 의해 플라즈마를 이용한 식각, 증착 공정 등이 기판의 전체 영역을 따라 균일하게 수행되지 않는 문제점이 있었다. 이에 따라, 공정 챔버 내부에 균일한 분포를 가지는 플라즈마를 형성할 수 있는 ICP 안테나 또는 유도 전기장의 형성 방법이 요구되는 실정이다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 공정 챔버 내부에 균일한 분포를 가지는 플라즈마를 형성할 수 있는 유도 결합형 플라즈마 안테나 및 유도 전기장 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 간단한 구성을 가지고 전원의 손실을 최소화하면서 공정 챔버 내부의 플라즈마의 분포를 제어할 수 있는 유도 결합형 플라즈마 안테나 및 유도 전기장 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따른 유도 결합형 플라즈마 안테나는, 공정 챔버에 유입된 반응 가스를 이온화하여 플라즈마를 생성하도록 상기 공정 챔버 내에 유도 전기장을 형성시키는 유도 결합형 플라즈마(Inductively Coupled Plasma, ICP) 안테나로서, 상기 안테나는 외측에 배치되는 제1 코일 및 상기 제1 코일의 내측에 이격되도록 배치되는 제2 코일을 포함하고, 상기 제1 코일의 위치를 기준으로 상기 제2 코일은 상하 방향을 따라 운동가능할 수 있다.
상기 유도 결합형 플라즈마 안테나에 따르면, 상기 제1 코일에 전원 입력부가 연결될 수 있다.
상기 유도 결합형 플라즈마 안테나에 따르면, 상기 제2 코일에는 전원이 인가되지 않을 수 있다.
상기 유도 결합형 플라즈마 안테나에 따르면, 상제 제2 코일의 상하 방향으로 운동을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 유도 결합형 플라즈마 안테나에 따르면, 상기 제2 코일은 승강부에 연결되고, 상기 제어부는 상기 승강부에 승강 신호를 전달하여 상기 제2 코일의 상하 방향으로 운동을 제어할 수 있다.
상기 유도 결합형 플라즈마 안테나에 따르면, 상기 제1 코일의 높이와 상기 제2 코일의 높이가 가까워질수록 상기 공정 챔버 내에서 테두리 영역과 중앙 영역에 형성되는 유도 전기장의 차이가 줄어들 수 있다.
상기 유도 결합형 플라즈마 안테나에 따르면, 상기 제어부는 상기 공정 챔버의 폭의 커질수록 상기 제1 코일과 상기 제2 코일의 높이 차이를 크게하여 상기 공정 챔버 내의 테두리 영역에 형성되는 유도 전기장의 세기를 증가시킬 수 있다.
상기 유도 결합형 플라즈마 안테나에 따르면, 상기 제1 코일은 상하 방향을 따라 운동가능할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따른 유도 전기장 형성 방법은, 공정 챔버에 유입된 반응 가스를 이온화하여 플라즈마를 생성하도록 상기 공정 챔버 내에 유도 전기장을 형성하는 방법으로서, 외측에 배치되는 제1 코일 및 상기 제1 코일의 내측에 이격되도록 배치되는 제2 코일을 포함하는 안테나에 전원을 인가하되, 상기 제1 코일의 위치를 기준으로 상기 제2 코일을 상하 방향을 따라 운동시킬 수 있다.
상기, 유도 전기장 형성 방법에 따르면, 상기 제1 코일에 전원을 인가하고, 상기 제2 코일에 전원을 인가하지 않을 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 공정 챔버 내부에 균일한 분포를 가지는 플라즈마를 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 간단한 구성을 가지고 전원의 손실을 최소화하면서 공정 챔버 내부의 플라즈마의 분포를 제어할 수 있는 효과가 있다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 종래의 유도 결합형 플라즈마 안테나를 보여주는 개략적인 도면이다.
도 2는 비교예 1에 따른 유도 결합형 플라즈마 안테나를 보여주는 개략적인 도면이다.
도 3는 비교예 2에 따른 유도 결합형 플라즈마 안테나를 보여주는 개략적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 안테나를 보여주는 개략적인 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 안테나를 보여주는 개략적인 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 안테나의 제1, 2 코일 위치에 따른 유도 전류의 분포를 나타내는 개략적인 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 2는 비교예 1에 따른 유도 결합형 플라즈마(Inductively Coupled Plasma, ICP) 안테나(20)를 보여주는 개략적인 도면이다. 도 3는 비교예 2에 따른 유도 결합형 플라즈마 안테나(30)를 보여주는 개략적인 도면이다.
도 1에서 상술한 종래의 평면 나선형 안테나(11)를 가지는 ICP 안테나(10)의 유도 전기장의 불균일한 형성을 보완하기 위해, 도 2 및 도 3과 같은 ICP 안테나(20, 30)가 제안된다. ICP 안테나(20, 30)는 하나의 연장된 코일이 아닌 외측 코일(21, 31)과 내측 코일(25, 35)을 각각 적용한 것이다. 비교예 및 본 발명의 일 실시예로는 외측 코일과 내측 코일을 하나씩 포함하는 ICP 안테나를 상정하여 설명하나, 동축(coaxial)을 이루면서 상호 소정 간격 이격되는 복수의 외측 코일, 복수의 내측 코일을 포함할 수 있다.
도 2의 ICP 안테나(20)는 외측 코일(21)의 중앙 빈 영역에 내측 코일(25)이 배치된 형태이다. 외측 코일(21)은 내측 코일(25)보다 전체적으로 직경이 큰 원형 링 형상으로 제공될 수 있다. 외측 코일(21)은 일단에 고주파 전원인 전원 입력부(22)가 연결되고 타단은 접지(ground)될 수 있다. 내측 코일(25)은 일단에 전원 입력부(26)가 연결되고 타단은 접지될 수 있다. 즉, 외측 코일(21) 및 내측 코일(25)에는 각각 전원 입력부(22, 26)가 연결된다. 그리고, 전원 입력부(22)와 외측 코일(21) 사이, 전원 입력부(26)와 내측 코일(25) 사이에는 각각 매처(matcher; 23, 27)가 연결되어 코일에 흐르는 전류를 제어하도록 제공된다.
도 2의 비교예 1에 따른 ICP 안테나(20)는 외측 코일(21), 내측 코일(25) 각각이 일정한 반경을 가지므로, 각각의 코일이 형성하는 유도 전기장이 균일하게 나타나는 이점이 있다. 다만, ICP 안테나(20)는 각각의 코일(21, 25)마다 고주파 전원을 인가해야 하므로 에너지가 많이 소요되는 문제, 공정 챔버의 외측 및 내측 영역에 유도 전기장을 균일하게 형성하기 위해 각각의 전원 입력부(22, 26)와 매처(23, 27)를 제어해야 하는 문제, 커페시터 및 인덕터를 포함하는 매처(23, 27) 내에서 전력 손실이 커지는 문제 등을 가진다.
도 3의 ICP 안테나(30)는 외측 코일(31)의 중앙 빈 영역에 내측 코일(35)이 배치된 형태이다. 외측 코일(31)은 내측 코일(35)보다 전체적으로 직경이 큰 원형 링 형상으로 제공될 수 있다. 외측 코일(31) 및 내측 코일(35)은 일단에 고주파 전원인 전원 입력부(32)가 연결되고 타단은 접지(ground)될 수 있다. 즉, 하나의 전원 입력부(32)를 통해 외측 코일(31) 및 내측 코일(35)에 전원을 인가할 수 있게 제공된다. 그리고, 전원 입력부(32)와 외측/내측 코일(31, 35) 사이에는 매처(33) 및 스플리터(splitter; 34)가 연결되어 코일에 흐르는 전류, 주파수 등을 제어하고 분배하도록 제공된다.
도 3의 비교예 2에 따른 ICP 안테나(30)도 비교예 1에 따른 ICP 안테나(20)처럼 외측 코일(31), 내측 코일(35) 각각이 일정한 반경을 가지므로, 각각의 코일이 형성하는 유도 전기장이 균일하게 나타나는 이점이 있다. 다만, ICP 안테나(30)는 두 개의 코일(31, 35)에 고주파 전원을 인가해야 하므로 에너지가 많이 소요되는 문제, 매처(33) 및 스플리터(34)내에서 전력 손실이 커지는 문제 등을 여전히 가진다.
따라서, 본 발명의 유도 결합형 플라즈마(Inductively Coupled Plasma, ICP) 안테나(200)는 간단한 구성을 가지고 전원의 손실을 최소화 할 수 있도록 제공된다. 또한, 본 발명은 전력, 주파수 등의 회로적인 관점에서 조절하는 것이 아닌 ICP 안테나를 기구적인 관점에서 조절하여 유도 전기장의 균일도를 개선하도록 제공된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(100)를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 4를 참조하면, 기판 처리 장치(100)는 기판(W)에 대한 플라즈마 처리를 위해 제공될 수 있다. 보다 구체적으로 기판(W)에 대해 플라즈마를 이용한 식각 공정, 증착 공정 등을 위해 제공될 수 있다.
기판 처리 장치(100)는 하우징(110), 기판 지지부(120), 펌프부(130), 처리 가스 공급부(140), 윈도우(150)를 포함할 수 있다.
하우징(110)은 내부에 플라즈마가 생성될 수 있는 처리 공간(101)[또는, 공정 챔버(101)]을 제공한다. 하우징(110)의 일측은 개구(미도시)가 형성되어 기판(W)이 반출입되는 통로로 사용될 수 있다. 개구에는 도어(미도시)가 설치되어 개구를 개폐할 수 있다. 기판 처리 공정시에 개구가 차단되어 하우징(110) 내부 공간(101)이 밀폐될 수 있다. 하우징(110)의 일측에는 배기구(112), 가스 공급구(114)가 형성될 수 있다.
기판 지지부(120)는 기판(W)을 지지하도록 제공된다. 기판 지지부(120)는 정전력에 의해 기판(W)을 흡착 지지하는 정전척이 사용될 수 있다. 기판 지지부(120)에는 처리 공간(101)에 생성된 플라즈마로부터 빠져나온 이온이 기판(W)의 표면에 충분히 높은 에너지를 가지고 충돌할 수 있도록 바이어스 전압을 제공하는 전원(미도시)이 연결될 수 있다. 그리고, 기판 지지부(120)는 구동부(125)에 의해 상하 방향으로 이동이 가능하거나, 회전이 가능하도록 설치될 수 있다. 기판 지지부(120)를 상하 이동시킴으로써 기판 지지부(120) 상에 지지된 기판(W)을 보다 균일한 플라즈마 분포를 나타내는 영역에 위치시킬 수 있게 된다.
처리 공간(101)의 내부를 진공 상태로 유지시키도록 배기구(112)에 펌프부(130)가 연결될 수 있다. 펌프부(130)는 배기구(112)를 통해 처리 공간(101)에 흡압을 인가할 수 있다.
하우징(110)의 측벽에는 처리 공간(101)으로 반응 가스를 주입하기 위한 가스 공급구(114)가 형성되고, 가스 공급구(114)에 연통되도록 가스 공급부(140)가 설치될 수 있다. 가스 공급부(140)에는 기판(W)을 향해 반응 가스를 분사하는 복수의 분사구(142)가 형성될 수 있다. 외부의 가스 전달 수단(미도시)로부터 가스 공급부(114)로 전달된 반응 가스는 가스 공급부(140)로 이동하고 분사구(142)를 통해 기판(W)의 상부 공간으로 분사될 수 있다.
하우징(110)의 상부에는 RF 전력이 투과될 수 있는 윈도우(150)가 설치될 수 있다. 윈도우(150)는 유전체를 포함할 수 있다. 윈도우(150)는 하우징(110)의 내부와 외부의 대기를 분리하는 역할도 할 수 있다. 하우징(110)의 외측 상부[또는, 윈도우(150)의 상부]에는 유도 결합형 플라즈마(Inductively Coupled Plasma, ICP) 안테나(200)가 설치될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 안테나(200)를 보여주는 개략적인 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 ICP 안테나(200)는 처리 공간(101) 내부로 유입된 반응 가스를 이온화하여 플라즈마를 생성시키기 위해 RF 전력을 전송하도록 제공된다. ICP 안테나(200)는 처리 공간(101) 내 플라즈마를 발생시키는 이른바 플라즈마 소스로 제공될 수 있다.
ICP 안테나(200)는 외측에 배치되는 제1 코일(210) 및 내측에 배치되는 제2 코일(250)을 포함할 수 있다. 제1 코일(210)의 중앙 빈 영역에 제2 코일(250)이 이격되도록 배치된 형태를 가질 수 있다. 제1, 2 코일(210, 250) 모두 원형 링 형상으로 제공될 수 있으나, 이에 제한되지는 않으며 타원, 다각 링 형상을 가질 수도 있다. 제1, 2 코일(210, 250)은 XY면 방향과 수평한 면을 점유할 수 있다. 제1 코일(210)은 제2 코일보다 전체적으로 직경이 큰 것이 바람직하다. 제1 코일(210) 및 제2 코일(250)은 Z축 방향으로 동축(coaxial)을 가질 수 있으나 이에 제한되지는 않는다.
제1 코일(210)은 일단에 고주파 전원인 전원 입력부(220)가 연결되고 타단은 접지(ground)될 수 있다. 그리고, 전원 입력부(220)와 제1 코일(210) 사이에는 매처(matcher; 230)가 연결되어 코일에 흐르는 전류를 제어하도록 제공될 수 있다.
제2 코일(250)은 전원이 인가되지 않도록 제공된다. 제2 코일(250)은 접지되도록 제공될 수 있다. 제2 코일(250)의 접지 상태는 후술할 승강부(260)와의 연결을 통해 제공될 수 있다. 제2 코일(250)은 전도체 재질일 수 있다.
본 발명의 ICP 안테나(200)는 제2 코일(250)에 별도의 전원이 인가되지 않도록 제공되고, 제1 코일(210)에만 전원 입력부(220) 및 매처(230)가 연결되므로 구성이 간단해질 수 있다. 또한, 제2 코일(250)에 별도의 전원 인가 없이 제1 코일(210)에만 하나의 전원 입력부(200)를 연결하여 전원을 인가, 제어하므로 전력 손실을 최소화 할 수 있는 이점이 있다. 또한, 제1 코일(210)과 제2 코일(250) 간에 오차를 줄이기 위한 별도의 매칭 공정(tool to tool matching, TTTM)도 생략할 수 있는 효과가 있다.
제2 코일(250)은 상하 방향을 따라 운동가능하도록 제공된다. 제1 코일(210)의 위치를 기준으로 제2 코일(250)은 Z축 방향을 따라 상하 이동할 수 있다.
제1 코일(210)에 전원이 인가되면 유도 전기장이 형성될 수 있다. 이때, 제1 코일(210)은 링 형상으로 일정한 반경을 가지므로 코일의 형성 방향을 따라 유도 전기장이 균일하게 형성될 수 있다. 제2 코일(250)에는 전원이 인가되지 않으므로 그 자체로는 유도 전기장을 발생하지 않는다. 다만, 제2 코일(250)은 전도체 재질로 구성되므로, 제1 코일(210)의 주변에 배치될 때 제1 코일(210)에서 발생한 유도 전기장에 영향을 줄 수 있다. 이 과정을 더 설명하면, 제1 코일(210)에서 발생된 유도 전기장은 제2 코일(250)에 전류의 흐름을 유도하게 된다. 제1 코일(210)과 제2 코일(250)의 상호 작용에 의해 제2 코일(250)에 흐르는 전류는 다시 유도 전기장을 발생시키게 된다. 결국, 제1, 2 코일(210, 250)에서 각각 발생한 유도 전기장끼리 상호 영향을 줄 수 있다.
제1 코일(210)과 제2 코일(250)의 수직 방향 거리에 따라, 제1 코일(210)로부터 발생한 유도 전기장에 제2 코일(250)이 미치는 정도가 변화하게 된다. 이를 이용하여, 제2 코일(250)을 상하 방향으로 이동시킴에 따라 제1 코일(210)에서 발생한 유도 전기장이 분포되는 균일도를 제어할 수 있다. 제1 코일(210)을 기준으로 제2 코일(250)만을 상하 방향으로 이동시킬 수 있고, 반대로 제1 코일(210)도 상하 방향으로 이동시켜 유도 전기장의 분포를 제어할 수 있다. 다만, 제1 코일(210)에서 처리 공간(101) 내부로 전달하는 유도 전기장의 손실을 줄이기 위해서 제1 코일(210)이 고정되고, 제2 코일(250)을 이동시키는 것이 바람직하다.
한편, 제2 코일(250)이 상하 방향을 따라 운동하며 유도 전기장의 분포를 제어하는 범위 내에서 소정의 전원이 인가될 수도 있다. 이때, 전원 입력부는 제2 코일(250)에 별도로 연결되어 제1 코일(210)에 영향을 주지 않는 것이 바람직하다. 다시 말해, 제1 코일(210), 전원 입력부(220), 매처(230)와는 별개의 전기 회로로 동작하는 것이 바람직하다. 제2 코일(250)에 인가되는 전력의 세기도 제1 코일(210)에 인가되는 전력의 세기보다 30% 이하로, 바람직하게는 10% 이하로 작을 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 안테나(200')를 보여주는 개략적인 도면이다.
도 6을 참조하면, ICP 안테나(200')는 제1 코일(210), 전원 입력부(220), 매처(230) 및 제2 코일(250)은 도 5와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다. 다른 실시예에 따른 ICP 안테나(200')는 승강부(260), 제어부(270)를 포함할 수 있고, 센서부(280)를 더 포함할 수 있다.
승강부(260)는 제2 코일(250)과 연결되어 제2 코일(250)이 상하 이동하는 구동력을 제공한다. 승강부(260)는 연결된 대상체를 상하 이동시키는 수단이라면 제한없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 승강부(260)는 실린더, 모터, 가이드 등 제2 코일(250)과 연결되어 일부가 상하방향으로 이동하거나, 상하방향으로 신축되는 수단을 사용할 수 있다.
제어부(270)는 승강부(260)에 제2 코일(250)의 상하 이동에 대한 승강 신호를 전달할 수 있다. 제어부(270)는 제2 코일(250)을 제1 코일(210)과 수평하게 위치시킬지, 제1 코일(210)로부터 이격 거리를 증가, 감소시킬지에 대한 승강 신호를 생성할 수 있다. 승강 신호를 통해 승강부(260)가 제2 코일(250)의 상하 이동에 대한 구동력을 제공할 수 있다.
일 예로, 처리 공간(101) 내에 형성될 유도 전기장이 테두리 영역 및 중앙 영역에 모두 균일하게 분포되도록 하기 위해서는, 제1 코일(210)과 제2 코일(250)의 수평면이 최대한 일치되도록 제어하는 것이 바람직하다[도 7 및 도 8의 세번째 그래프 참조]. 즉, 제1 코일(210)의 높이와 제2 코일(250)의 배치 높이가 가까워지도록 승강부(260)를 제어하여 ICP 안테나(200')로부터 생성되는 유도 전기장의 분포를 균일하게 제어할 수 있다.
다른 예로, 처리 공간(101) 내에 형성된 유도 전기장이 중앙 영역보다 테두리 영역에서 보다 큰 세기로 형성되도록 하기 위해서는, 제1 코일(210)과 제2 코일(250)의 수평면이 일치되지 않도록 제어하는 것이 바람직하다[도 7 및 도 8의 첫번째 그래프 참조]. 공정 챔버(101)의 폭이 커질수록, 즉, 기판이 대형화 될수록 공정 챔버(101)의 테두리 영역(외측벽 주변)에서 유도 전기장의 손실량이 커지게 된다. 이 경우, 기판의 테두리에 작용하는 플라즈마의 분포가 적어지기 때문에 이를 보완해야 할 필요가 있다. 따라서, 제2 코일(250)과 제1 코일(210)간의 높이 차이가 커지도록 승강부(260)를 제어하여, 공정 챔버(101)의 중앙 영역보다 테두리 영역에 유도 전기장이 보다 큰 세기로 형성되도록 할 수 있다.
센서부(280)는 ICP 안테나(200')에서 생성된 유도 전기장(F)의 분포, 세기 등를 센싱하도록 제공될 수 있다. 센서부(280)는 유도 전기장(F)의 분포, 세기 등을 센싱할 수 있는 수단을 제한없이 사용할 수 있다. 센서부(280)는 센싱한 유도 전기장(F)의 분포, 세기에 관한 신호를 제어부(270)에 전달할 수 있다. 제어부(270)는 이 신호를 분석하여 승강부(260)를 제어함에 따라 제2 코일(250)의 상하 방향으로의 운동을 제어할 수 있다.
한편, 승강부(260), 제어부(270), 센서부(280)는 도 4와 같이 하우징(110)에 설치되거나, 기판 처리 장치(100)에 설치될 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 안테나의 제1, 2 코일(210, 250) 위치에 따른 유도 전기장의 분포를 나타내는 개략적인 그래프이다. 도 7은 처리 공간(101) 내부에서 제1 코일(210)과 제2 코일(250)의 높이 차이에 따라 코일에 유도된 전기장의 세기를 나타낸다. 가로축은 제1, 2 코일(210, 250)의 폭 방향의 길이(m)를 나타내고, 왼쪽 세로축은 제1, 2 코일(210, 250)의 수직 방향의 높이(m)를 나타내며, 오른쪽 세로축은 전기장의 세기를 색으로 나타낸다. 도 8은 도 7의 전기장의 세기를 수직 단면으로 나타낸다. 도 7 및 도 8의 첫번째, 두번째, 세번째 그래프는 상호 대응된다.
도 7 및 도 8의 세번째 그래프를 참조하면, 제1 코일(210)과 제2 코일(250)의 높이가 가까워질수록, 즉, 높이 차이가 0에 가까울수록 유도 전기장의 세기가 균일해지는 것을 확인할 수 있다. 반대로, 도 7 및 도 8의 첫번째 그래프를 참조하면, 제1 코일(210)과 제2 코일(250)의 높이 차이가 커질수록 처리 공간(101)의 테두리 영역이 보다 강한 세기의 유도 전기장을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
이처럼, 본 발명은 제2 코일(250)에 별도의 전원을 인가하거나, 전력, 주파수 등의 회로적인 관점에서 제어할 필요없이, 제2 코일(250)의 높이를 조절하는 기구적인 관점에서의 제어를 통해 유도 전기장의 분포를 제어할 수 있게 된다. 도 6에서 상술한 바와 같이, 처리 공간(101)의 크기, 기판(W)의 크기 등을 고려하여 제2 코일(250)의 높이를 제어함에 따라, 유도 전기장이 처리 공간(101)의 중앙 영역, 테두리 영역에 분포되는 정도를 제어할 수 있다. 이에 따라, 각각의 기판 플라즈마 처리 공정에 최적화된 균일한 분포를 가지는 플라즈마를 형성할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 기판 처리 장치
200, 200': 유도 결합형 플라즈마 안테나
210: 제1 코일
220: 전원 입력부
230: 매처(matcher)
250: 제2 코일
260: 승강부
270: 제어부
280: 센서부

Claims (10)

  1. 공정 챔버에 유입된 반응 가스를 이온화하여 플라즈마를 생성하도록 상기 공정 챔버 내에 유도 전기장을 형성시키는 유도 결합형 플라즈마(Inductively Coupled Plasma, ICP) 안테나로서,
    상기 안테나는 외측에 배치되는 제1 코일 및 상기 제1 코일의 내측에 이격되도록 배치되는 제2 코일을 포함하고,
    상기 제1 코일의 위치를 기준으로 상기 제2 코일은 상하 방향을 따라 운동가능한, 유도 결합형 플라즈마 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 코일에 전원 입력부가 연결되는, 유도 결합형 플라즈마 안테나.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 코일에는 전원이 인가되지 않는, 유도 결합형 플라즈마 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상제 제2 코일의 상하 방향으로 운동을 제어하는 제어부를 더 포함하는, 유도 결합형 플라즈마 안테나.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 코일은 승강부에 연결되고,
    상기 제어부는 상기 승강부에 승강 신호를 전달하여 상기 제2 코일의 상하 방향으로 운동을 제어하는, 유도 결합형 플라즈마 안테나.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 코일의 높이와 상기 제2 코일의 높이가 가까워질수록 상기 공정 챔버 내에서 테두리 영역과 중앙 영역에 형성되는 유도 전기장의 차이가 줄어드는, 유도 결합형 플라즈마 안테나.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 공정 챔버의 폭의 커질수록 상기 제1 코일과 상기 제2 코일의 높이 차이를 크게하여 상기 공정 챔버 내의 테두리 영역에 형성되는 유도 전기장의 세기를 증가시키는, 유도 결합형 플라즈마 안테나.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 코일은 상하 방향을 따라 운동가능한, 유도 결합형 플라즈마 안테나.
  9. 공정 챔버에 유입된 반응 가스를 이온화하여 플라즈마를 생성하도록 상기 공정 챔버 내에 유도 전기장을 형성하는 방법으로서,
    외측에 배치되는 제1 코일 및 상기 제1 코일의 내측에 이격되도록 배치되는 제2 코일을 포함하는 안테나에 전원을 인가하되, 상기 제1 코일의 위치를 기준으로 상기 제2 코일을 상하 방향을 따라 운동시키는, 유도 전기장 형성 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 코일에 전원을 인가하고, 상기 제2 코일에 전원을 인가하지 않는, 유도 전기장 형성 방법.
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