WO2019074233A1 - Icp 안테나 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

Icp 안테나 및 플라즈마 처리 장치 Download PDF

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WO2019074233A1
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antenna
antennas
respect
center
input
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PCT/KR2018/011691
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조정희
최윤석
세르게이자레스키
유차영
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주식회사 유진테크
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    • H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
    • H01J37/32183—Matching circuits

Definitions

  • the present invention relates to an ICP antenna and a plasma processing apparatus, and more particularly, to a plasma processing apparatus including an antenna capable of improving plasma generation efficiency and plasma uniformity in an ICP processing apparatus.
  • the substrate processing apparatus used in the semiconductor process has been enlarged in size due to miniaturization of the semiconductor circuit, enlargement of the substrate for fabricating the semiconductor circuit, and enlargement of the liquid crystal display. Therefore, not only is it necessary to integrate more devices in a limited area, but research and development are being carried out to improve the uniformity of devices formed in the enlarged whole area.
  • a plasma processing apparatus used as a substrate processing apparatus is a dry processing apparatus that processes a substrate using a plasma formed by activating a reaction gas in a chamber and forming a plasma.
  • Capacitively Coupled Plasma CCP and inductively coupled plasma (ICP).
  • the CCP method generates a plasma by an electric field formed in a space between electrodes by applying a high frequency to a pair of parallel plate electrodes in general, and has a high capacity coupling control and ion control capability, Is high.
  • the radio frequency power source since the energy of the radio frequency power source is almost exclusively transferred to the plasma through the capacitive coupling, the plasma ion density can be controlled only by the increase or decrease of the capacitively coupled radio frequency power. Therefore, high radio frequency power is required to generate a high density plasma.
  • increasing the radio frequency power increases the ion impact energy. Therefore, in order to prevent damage due to ion bombardment, there is a limit to increase the supplied radio frequency power.
  • a plasma is generated by applying a high frequency to a spiral antenna and accelerating electrons in the chamber by an electric field induced by a change in a magnetic field caused by a high frequency current flowing into the antenna.
  • ion density is easily increased with increasing ion impulse, but ion impulse is relatively low, which is suitable for generating high density plasma.
  • the ICP method has an advantage in that it operates at a substantially wider discharge condition, that is, gas pressure and power, as compared with the CCP method. Therefore, it is a general trend to use the ICP method to generate a high-density plasma in a substrate processing apparatus using plasma.
  • a conventional inductively coupled plasma processing apparatus 10 includes an induction chamber 110 in which an induction field is formed to generate a plasma from a source gas, a substrate (not shown) A gas inlet 130 for introducing a source gas for processing the substrate into the induction chamber 110; and a gas outlet (not shown) through which residual gas and unreacted gas are discharged after substrate processing A susceptor 140 which is disposed in the chamber 110 and in which the substrate to be processed is disposed, an electromagnetic field which is located on the upper side or the side surface of the induction chamber 110 and generates a plasma P in the chamber And includes an antenna 150, a RF generator 160 for applying a source power to the antenna, and an outer chamber 170 for shielding the antenna 150 from the outside.
  • An antenna for a plasma source used in such a plasma processing apparatus can be classified into a cylindrical antenna, a planar antenna and a dome antenna according to the shape of the antenna and the dielectric window.
  • the ICP type antenna it is difficult to ensure uniformity of the film due to radial non-uniform plasma generated by the spiral profile of the antenna coil, the standing wave effect due to the high frequency of the power applied to the antenna, and the distribution of the current flowing through the antenna coil There is a problem.
  • CCP capacitive coupled plasma
  • An ICP antenna capable of improving uniformity and a plasma processing apparatus including the ICP antenna.
  • a plasma processing apparatus includes: an induction chamber into which a source gas is introduced to generate a plasma therein; A processing chamber in which a target substrate to be processed by the plasma generated in the induction chamber is disposed; An ICP antenna located outside the induction chamber and forming an induction field for generating plasma from a source gas introduced into the induction chamber; And a high frequency oscillator for applying RF power to the ICP antenna, wherein the ICP antenna includes a plurality of helical antennas having the same length and a radial center, each antenna having an input connected to the high frequency oscillator and an input connected to the input A balanced capacitor is mounted at the output of each antenna so that a virtual ground is formed in the longitudinal center of each antenna, the plurality of helical antennas being connected to the input and output terminals of the plurality of helical antennas, Are disposed at the same angle with respect to the radial center, and the longitudinal centers of the plurality of helical antennas are disposed between
  • the plurality of antennas may include a first antenna and a second antenna, each of which has an input end and an output end symmetrically arranged with respect to a radial center, and the input end and the output end of the first antenna are connected to the input end And the longitudinal center of the first antenna and the second antenna are arranged at an angle of 90 degrees with respect to the radial center with respect to the output ends of the first antenna and the second antenna, And the longitudinal center of the first antenna and the longitudinal center of the second antenna may be disposed symmetrically with respect to the radial center.
  • the plurality of antennas may include first, second and third antennas whose input and output ends are arranged in the same direction with respect to the radial center, respectively, and the input terminals of the first, And an output terminal is disposed at an angle of 120 degrees with respect to the radial center, and a longitudinal center of the first, second and third antennas is connected to an input end of the first, second and third antennas, They can be arranged symmetrically.
  • the plurality of antennas may be connected in parallel to one high frequency oscillator.
  • the plurality of antennas may be connected to the high frequency oscillator by providing an impedance matching circuit, and the plurality of antennas may be connected to the high frequency oscillator by providing one impedance matching circuit.
  • the plurality of antennas may be connected to the high frequency oscillator by providing an impedance matching circuit, and each of the plurality of antennas may be connected to the high frequency oscillator by providing different impedance matching circuits.
  • the plurality of antennas may be independently connected to respective individual high-frequency oscillators.
  • An ICP antenna is an ICP antenna which is located outside an induction chamber of an inductively coupled plasma (ICP) processing apparatus and forms an induction magnetic field for generating plasma from a source gas introduced into the induction chamber
  • the ICP antenna includes a plurality of helical antennas having the same length and radial center, each antenna having an input terminal to which the high-frequency oscillator is connected and an output terminal to be connected to the ground as a terminal opposite to the input terminal,
  • a balanced capacitor is mounted at the output of each antenna so that a virtual ground is formed in the longitudinal center of each antenna, wherein the plurality of helical antennas are arranged such that input and output ends of the plurality of helical antennas are at the same angle with respect to the radial center ,
  • the longitudinal center of the plurality of helical antennas It is disposed between the output terminal group of the plurality of the helical antenna.
  • the plurality of antennas may include a first antenna and a second antenna, each of which has an input end and an output end symmetrically arranged with respect to a radial center, and the input end and the output end of the first antenna are connected to the input end And the longitudinal center of the first antenna and the second antenna are arranged at an angle of 90 degrees with respect to the radial center with respect to the output ends of the first antenna and the second antenna, And the longitudinal center of the first antenna and the longitudinal center of the second antenna may be disposed symmetrically with respect to the radial center.
  • the plurality of antennas may include first, second and third antennas whose input and output ends are arranged in the same direction with respect to the radial center, respectively, and the input terminals of the first, And an output terminal is disposed at an angle of 120 degrees with respect to the radial center, and a longitudinal center of the first, second and third antennas is connected to an input end of the first, second and third antennas, They can be arranged symmetrically.
  • Another advantage of the present invention is that the efficiency and plasma uniformity of an ICP processing apparatus can be improved by reducing the influence of capacitively coupled plasma (CCP) that can occur in a capacitively coupled plasma (ICP) processing apparatus .
  • CCP capacitively coupled plasma
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an inductively coupled plasma processing apparatus according to the prior art.
  • FIG. 2 is a view showing voltage and current magnitudes according to the longitudinal direction of the cylindrical antenna and the cylindrical antenna according to the conventional art.
  • FIG. 3 is a diagram showing voltage and current magnitudes along the length direction of a dual antenna and a dual antenna according to the related art.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a dual antenna equipped with a balanced capacitor according to an embodiment of the present invention, and a magnitude of a voltage and a current according to a longitudinal direction of the dual antenna.
  • FIG. 5 is a view showing a dual antenna according to the prior art and a maximum current point of a dual antenna according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing the magnitude of voltage and current according to the longitudinal direction of a triple antenna and a triple antenna according to the related art.
  • FIG. 7 is a diagram showing a triple antenna with a balanced capacitor according to another embodiment of the present invention and magnitudes of voltage and current according to the longitudinal direction of the triple antenna.
  • FIG. 8 is a diagram showing a maximum current point of a triple antenna according to another embodiment of the present invention and a conventional triple antenna.
  • FIG. 9 is a diagram conceptually showing the operation of an antenna equipped with a balanced capacitor.
  • FIGS. 2 to 9 attached hereto.
  • the embodiments of the present invention can be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below.
  • the embodiments are provided to explain the present invention to a person having ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Accordingly, the shape of each element shown in the drawings may be exaggerated to emphasize a clearer description.
  • FIG. 2 is a view showing voltage and current magnitudes according to the longitudinal direction of the cylindrical antenna and the cylindrical antenna according to the conventional art.
  • FIG. 2 (a) shows a schematic view of a cylindrical antenna according to the prior art
  • FIG. 2 (b) shows the magnitude of voltage and current from the input to the output of the antenna.
  • an input terminal means one end to which the high-frequency oscillator is connected
  • an output terminal means the other end to which the antenna is grounded.
  • the voltage and the current have a phase difference of 90 degrees.
  • the voltage has the maximum value at the input terminal and the minimum value (0 V) at the output terminal at the ground terminal
  • the current has the maximum value at the input terminal and the output terminal at the ground terminal.
  • the minimum current has a value reduced by about 29.3% with respect to the maximum current, The plasma uniformity is poor due to the current distribution.
  • FIG. 3 is a view showing the magnitude of voltage and current according to the longitudinal direction of a dual antenna and a dual antenna according to the related art.
  • FIG. 3 (a) shows a schematic view of a dual antenna according to the related art
  • 3 (b) shows the magnitude of voltage and current from the input to the output of the antenna.
  • a dual antenna according to the related art includes two antennas, i.e., a first antenna 10 and a second antenna 20, And has the same configuration and function.
  • the input terminals 10a and 20a and the output terminals 10b and 20b are symmetrical to each other and the input terminals 10a and 20a of the first antenna 10 and the second antenna 20 are also symmetrical to each other.
  • the length of each antenna is reduced to 1/2 as compared with the embodiment shown in FIG. 2, and the voltage and current have a phase difference of 90 degrees.
  • FIG. 3 (b) in the case of the dual antenna according to the related art, the decrease of the minimum current with respect to the maximum current is reduced to 7.6% as compared with the normal antenna of FIG. 2 having the same number of turns, Is improved.
  • the output terminal which is the maximum current point, is opposed to the center point of the antenna, the uniformity is also improved.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a dual antenna equipped with a balanced capacitor according to an embodiment of the present invention, and a magnitude of a voltage and a current according to a longitudinal direction of the dual antenna.
  • the dual antenna has the input terminals 10a and 20a and the output terminals 10b and 20b of the respective antennas, when seen from the top (that is, And may include a first antenna 10 and a second antenna 20 symmetrically arranged with respect to a direction center.
  • the input terminal 10a of the first antenna 10 is disposed symmetrically with respect to the input terminal 20a of the second antenna 20 in the radial direction and the output terminal 10b of the first antenna 10 is also disposed symmetrically with respect to the input terminal 20a of the second antenna 20, 2 antenna 20 and the radial center thereof.
  • the longitudinal center of the first antenna 10 is disposed between the output terminal 10b of the first antenna and the output terminal of the second antenna 20b and the longitudinal center of the second antenna 20 is also connected to the output terminal With respect to the radial center of the first antenna 10b and the output end 20b of the second antenna. That is, the longitudinal center of the first antenna 10 and the longitudinal center of the second antenna 20 may be arranged symmetrically with respect to the radial center.
  • the dual antenna includes capacitors C1 and C2 mounted on the output terminals 10b and 20b of the respective antennas 10 and 20 so that the voltage at the center of each antenna is set to 0 V, .
  • the balanced condition capacitor forming the virtual ground at the center of each antenna is referred to as a balanced capacitor.
  • the influence of the balanced capacitor will be described in more detail with reference to FIG. 9 is a diagram conceptually showing the operation of an antenna equipped with a balanced capacitor.
  • a virtual ground can be formed at the center of the antenna by attaching a balanced capacitor to the ground terminal of each antenna.
  • the voltage is reduced to 1/2 with respect to the virtual ground.
  • a voltage having a phase opposite to that of the virtual ground is formed, thereby forming a push-pull circuit in which the direction of the capacitive coupling capacitor CCP is opposite to that of the plasma.
  • the dual antenna according to the embodiment of the present invention reduces the influence of the CCP due to the voltage reduction by mounting the balanced capacitor at the output terminal of each antenna, and by forming the push-pull circuit with the phase difference of 180 degrees, The effect can be canceled and the efficiency of the ICP can be increased.
  • the plasma density can be improved and the electron temperature can be reduced.
  • the dual antenna according to an embodiment of the present invention has a variation of the minimum current reduction ratio of 2% with respect to the maximum current, so that the uniformity of the plasma due to the current distribution .
  • the maximum current point of each antenna is shifted from the output terminal of each antenna to the center of the antenna, and the maximum current point of the first antenna 10 and the second antenna 20 is disposed between the input and output ends But is formed symmetrically with respect to the center of the antenna to further improve the uniformity of the plasma.
  • the symmetry of the maximum current point and the relationship between position movement and plasma uniformity will be described in more detail with reference to FIG.
  • FIG. 5 shows a dual antenna according to the prior art and a maximum current point of a dual antenna according to an embodiment of the present invention.
  • the output end of the antenna is the maximum current point, and therefore the maximum current point of the antenna is located at the input / output end arranged symmetrically with respect to the radial center .
  • the maximum current point is disposed at a point 90 degrees from the input / output terminal with respect to the radial center as shown in FIG. 5 (b) .
  • the reduction value of the minimum current with respect to the maximum current is reduced to 7.6% as compared with the normal antenna of FIG. 2 having the same number of turns, thereby improving the uniformity of the plasma by the current distribution.
  • FIG. 6 is a graph showing the magnitude of voltage and current according to the longitudinal direction of a triple antenna and a triple antenna according to the related art.
  • the triple antenna according to the prior art uses three antennas to make the maximum current points symmetrical to each other, thereby reducing a non-uniform current distribution.
  • FIG. 6A shows a schematic view of a triple antenna according to the related art
  • FIG. 6B shows the magnitude of voltage and current from an input terminal to an output terminal of each antenna.
  • a triple antenna includes three antennas, i.e., a first antenna 10, a second antenna 20, and a third antenna 30,
  • the antenna, the second antenna, and the third antenna have substantially the same configuration and function.
  • the input terminals 10a, 20a and 30a and the output terminals 10b, 20b and 30b of the respective antennas are arranged in the same direction with respect to the radial center and the input and output ends of the antennas 10, 20 and 30 are radially And is disposed at an angle of 120 degrees with respect to the center.
  • the length of each antenna is reduced by 1/3 compared to the embodiment shown in Fig. 2 to? / 24, and the voltage and current have a phase difference of 90 degrees. As shown in FIG.
  • the decrease of the minimum current with respect to the maximum current is reduced to 3.4%, and the uniformity of the plasma due to the current distribution is improved.
  • the output terminals, which are the maximum current points are arranged at equal intervals of 120 degrees with respect to the center point of the antenna, uniformity thereof is also improved.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a triple antenna with a balanced capacitor according to another embodiment of the present invention and a magnitude of a voltage and a current according to a longitudinal direction of the triple antenna.
  • FIG. Fig. 3 is a diagram showing a maximum current point of a triple antenna according to an embodiment.
  • the triple antenna according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 7 includes a first antenna 10, an input terminal and an output terminal of each antenna arranged in the same direction with respect to the radial center, a second antenna 20 And the third antenna 30.
  • the input and output ends of the antennas 10, 20 and 30 are arranged at an angle of 120 degrees with respect to the radial center, and the longitudinal center of each antenna is connected to the input / And may be arranged symmetrically with respect to the radial center. That is, the longitudinal center of the first antenna 10 is disposed between the second antenna 20 and the third antenna 30, and the second antenna 20, the third antenna 30, The angle of 60 degrees with respect to the center of the direction.
  • the longitudinal center of the second antenna 20 is disposed between the first antenna 10 and the third antenna 30 and between the first antenna 10 and the third antenna 30, The angle of 60 degrees with respect to the center of the direction.
  • the longitudinal center of the third antenna 30 is disposed between the first antenna 10 and the second antenna 20, and the first antenna 10 and the second antenna 20 are spaced apart from each other by a radius The angle of 60 degrees with respect to the center of the direction.
  • the balanced capacitors C1, C2 and C3 are mounted on the output terminals 10a, 20a and 30 of the respective antennas 10, 20 and 30 so as to form virtual grounds in the longitudinal direction center of each antenna under the applied high frequency condition.
  • the maximum current point is located at the output terminal and the non-uniformity of the plasma distribution at the position is remarkable.
  • the maximum current point of the triple antenna with the balanced capacitor according to the embodiment of the present invention is located at the center of the length of the antenna, And the non-uniformity of the plasma distribution at the output stage can be solved.
  • a balanced capacitor is mounted on a dual antenna and a triple antenna symmetrically arranged in an input / output stage.
  • the present invention is not limited thereto and may include four or more antennas having the same length and radial center
  • uniformity of the plasma distribution can be improved by mounting a balanced capacitor at the output terminal of each antenna so that a virtual ground is formed in the longitudinal direction center of each antenna.
  • a plurality of helical antennas are arranged such that the input and output ends of the plurality of helical antennas are disposed at the same angle with respect to the radial center and that the longitudinal centers of the plurality of helical antennas are equidistant between the output ends of the plurality of helical antennas .
  • a high-frequency oscillator in order to operate the antenna as a plasma source, a high-frequency oscillator must be connected to each antenna.
  • a plurality of antennas may be connected in parallel to one high-frequency oscillator, and each antenna may be connected to a high-frequency oscillator through an impedance matching circuit.
  • the plurality of antennas may be connected to the high frequency oscillator by placing one impedance matching circuit.
  • each of the plurality of antennas may be connected to the high frequency oscillator by providing different impedance matching circuits. By having different impedance matching circuits, each antenna can perform more accurate impedance matching according to the characteristics of the individual antennas.
  • the plurality of antennas may each be independently connected to a respective high-frequency oscillator, in which case individual impedance matching circuits may be provided and each connected to a high-frequency oscillator.
  • the present invention can be applied to various types of semiconductor manufacturing facilities and manufacturing methods.

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Abstract

본 발명의 플라즈마 처리 장치는 내부에 플라즈마를 발생시키기 위하여 소스 가스가 도입되는 유도 챔버; 상기 유도 챔버에서 발생한 플라즈마에 의해 처리되는 피처리 기판이 배치되는 처리 챔버; 상기 유도 챔버 외부에 위치하며, 상기 유도 챔버 내부로 도입되는 소스 가스로부터 플라즈마를 발생시키기 위하여 유도 자기장을 형성하는 ICP 안테나; 및 상기 ICP 안테나에 RF 전력을 인가하는 고주파 발진기를 포함하며, 상기 ICP 안테나는 동일한 길이 및 반경방향 중심을 가지는 복수의 나선형 안테나를 포함하며, 각 안테나는 상기 고주파 발진기가 연결되는 입력단 및 상기 입력단에 대향하는 단자로서 접지에 연결되는 출력단을 가지고, 각 안테나의 길이방향 중심에 가상 접지가 형성되도록 각 안테나의 출력단에 밸런스드 커패시터가 장착되며, 상기 복수의 나선형 안테나는 상기 복수의 나선형 안테나의 입력단 및 출력단이 상기 반경방향 중심에 대하여 동일 각도로 배치되며, 상기 복수의 나선형 안테나의 길이방향 중심이 상기 복수의 나선형 안테나의 출력단 사이에 배치된다.

Description

ICP 안테나 및 플라즈마 처리 장치
본 발명은 ICP 안테나 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 ICP 처리 장치에 있어서 플라즈마 발생 효율 및 플라즈마의 균일성을 향상시킬 수 있는 안테나를 포함하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
최근 반도체 공정에 사용되는 기판 처리 장치는 반도체 회로의 초미세화, 반도체 회로를 제조하기 위한 기판의 대형화 및 액정 디스플레이의 대면적화에 따라 전체 처리 면적은 대형화됨에 반해 내부 회로는 더욱 소형화되는 추세에 있다. 따라서 한정된 영역에 보다 많은 소자의 집적이 필요하게 되었을 뿐 아니라 대형화된 전체 면적에 형성되는 소자의 균일성을 개선시키도록 연구 및 개발이 진행되고 있다.
기판 처리 장치로 이용되고 있는 플라즈마 처리 장치는 챔버 내의 반응 가스를 활성화시켜 플라즈마를 형성한 후 형성된 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 건식 처리 장치로, 전극 형태에 따라 용량 결합형 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma; CCP)와 유도 결합형 플라즈마(Inductively Coupled Plasma; ICP) 방식으로 구분된다.
CCP 방식은 일반적으로 평행한 한 쌍의 플레이트형 전극에 고주파를 인가함으로써 전극 사이의 공간에 형성되는 전기장에 의해 플라즈마를 발생시키는 것으로, 정확한 용량 결합 조절과 이온 조절 능력이 높아서 ICP 방식에 비하여 공정 생산성이 높다는 장점을 갖는다. 반면, 무선 주파수 전원의 에너지가 거의 배타적으로 용량 결합을 통하여 플라즈마에 전달되기 때문에 플라즈마 이온 밀도는 용량 결합된 무선 주파수 전력의 증가 또는 감소에 의해서만 조절될 수 있다. 그러므로 고밀도 플라즈마를 생성하기 위해서는 높은 무선 주파수 전력이 필요하게 된다. 그러나 무선 주파수 전력을 증가시키는 것은 이온 충격 에너지를 증가시킨다. 따라서 이온 충격에 의한 손상을 방지하기 위해서는 공급되는 무선 주파수 전력을 증가시키는데 한계를 갖게 된다.
이에 반해, ICP 방식은 일반적으로 나선형의 안테나에 고주파를 인가하고 안테나에 유입되는 고주파 전류에 의한 자기장의 변화에 따라 유도되는 전기장으로 챔버 내부의 전자를 가속시켜 플라즈마를 발생시키는 것으로, 무선 주파수 전력의 증가에 따라 이온 밀도를 쉽게 증가시킬 수 있는 반면 이에 따른 이온 충격은 상대적으로 낮아 고밀도 플라즈마를 발생시키기에 적합한 것으로 알려져 있다. 또한 ICP 방식은 CCP 방식에 비하여 실질적으로 더 넓은 방전 조건, 즉 가스 압력 및 전력에서 동작한다는 이점이 있다. 따라서 플라즈마를 이용하는 기판 처리 장치에 있어서 고밀도 플라즈마를 발생시키기 위하여 ICP 방식을 사용하는 것이 일반적인 추세이다.
도 1은 종래 유도 결합형 플라즈마 처리 장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이이다. 도 1을 참조하면, 종래 유도 결합형 플라즈마 처리 장치(10)는 소스 가스로부터 플라즈마를 발생시키기 위하여 유도 전기장이 형성되는 유도 챔버(110), 내부에 플라즈마(P)에 의해 처리되는 피처리 기판(W)이 배치되는 처리 챔버(120), 유도 챔버(110) 내부에 기판의 처리를 위한 소스 가스를 도입하는 가스 도입부(130) 및 기판 처리 후 잔여 가스 및 미반응 가스가 배출되는 가스 배출구(미도시), 챔버(110) 내에 배치되며 상기 피처리 기판이 배치되는 서셉터(140), 유도 챔버(110)의 상부 또는 측면에 위치하며 챔버 내부에 플라즈마(P)를 발생시키기 위한 전자기장을 형성하는 안테나(150), 상기 안테나에 소스 전원을 인가하는 고주파 발진기(RF generator, 160) 및 안테나(150)를 외부로부터 차단하는 외부 챔버(170)를 포함한다.
이러한 플라즈마 처리 장치에 사용되는 플라즈마 소스용 안테나는 안테나 및 유전체 윈도우의 형상에 따라 실린더형 안테나, 평판형 안테나 및 돔형 안테나로 분류될 수 있다. 그러나 ICP 방식의 안테나는 안테나 코일의 나선형 프로파일, 안테나에 인가되는 전력의 높은 주파수에 의한 정상파 효과, 및 안테나 코일에 흐르는 전류의 분포에 의해 방사상 불균일한 플라즈마가 발생되어 막의 균일도를 확보하기가 쉽지 않다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 플라즈마 균일도를 향상시킬 수 있는 ICP 안테나 및 이를 포함하는 플라즈마 처리 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 용량성 결합 플라즈마(ICP) 처리 장치에서 발생할 수 있는 용량성 결합 플라즈마(CCP; Capacitive coupled plasma)의 영향을 감소시키는 것에 의하여 ICP 처리 장치의 효율을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 플라즈마 균일도를 향상시킬 수 있는 ICP 안테나 및 이를 포함하는 플라즈마 처리 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제들은 다음의 상세한 설명과 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
이를 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는, 내부에 플라즈마를 발생시키기 위하여 소스 가스가 도입되는 유도 챔버; 상기 유도 챔버에서 발생한 플라즈마에 의해 처리되는 피처리 기판이 배치되는 처리 챔버; 상기 유도 챔버 외부에 위치하며, 상기 유도 챔버 내부로 도입되는 소스 가스로부터 플라즈마를 발생시키기 위하여 유도 자기장을 형성하는 ICP 안테나; 및 상기 ICP 안테나에 RF 전력을 인가하는 고주파 발진기를 포함하며, 상기 ICP 안테나는 동일한 길이 및 반경방향 중심을 가지는 복수의 나선형 안테나를 포함하며, 각 안테나는 상기 고주파 발진기가 연결되는 입력단 및 상기 입력단에 대향하는 단자로서 접지에 연결되는 출력단을 가지고, 각 안테나의 길이방향 중심에 가상 접지가 형성되도록 각 안테나의 출력단에 밸런스드 커패시터가 장착되며, 상기 복수의 나선형 안테나는 상기 복수의 나선형 안테나의 입력단 및 출력단이 상기 반경방향 중심에 대하여 동일 각도로 배치되며, 상기 복수의 나선형 안테나의 길이방향 중심이 상기 복수의 나선형 안테나의 출력단 사이에 배치된다.
상기 복수의 안테나는 각 안테나의 입력단과 출력단이 반경방향 중심에 대하여 대칭적으로 배치된 제1 안테나 및 제2 안테나를 포함할 수 있으며, 상기 제1 안테나의 입력단 및 출력단은 상기 제2 안테나의 입력단 및 출력단과 상기 반경방향 중심에 대하여 대칭으로 배치되고, 상기 제1 안테나와 제2 안테나의 길이방향 중심은 상기 제1 안테나와 제2 안테나의 출력단에 대하여 상기 반경방향 중심을 기준으로 90도 각도로 배치되고, 상기 제1 안테나의 길이방향 중심과 상기 제2 안테나의 길이방향 중심은 상기 반경방향 중심을 기준으로 대칭으로 배치될 수 있다.
상기 복수의 안테나는 각 안테나의 입력단과 출력단이 상기 반경방향 중심에 대하여 동일한 방향에 배치된 제1, 제2 및 제3 안테나를 포함할 수 있으며, 상기 제1, 제2 및 제3 안테나의 입력단 및 출력단은 상기 반경방향 중심에 대하여 120도 각도로 배치되고, 상기 제1, 제2 및 제3 안테나의 길이방향 중심은 상기 제1, 제2 및 제3 안테나의 입력단과 상기 반경방향 중심에 대하여 대칭으로 배치될 수 있다.
상기 복수의 안테나는 하나의 고주파 발진기에 병렬로 연결될 수 있다.
상기 복수의 안테나는 임피던스 매칭 회로를 게재하여 상기 고주파 발진기에 연결될 수 있으며, 상기 복수의 안테나는 하나의 임피던스 매칭 회로를 게재하여 상기 고주파 발진기에 연결될 수 있다.
상기 복수의 안테나는 임피던스 매칭 회로를 게재하여 상기 고주파 발진기에 연결될 수 있으며, 상기 복수의 안테나 각각은 서로 다른 임피던스 매칭 회로를 게재하여 상기 고주파 발진기에 연결될 수 있다.
상기 복수의 안테나는 각각 개별 고주파 발진기에 독립적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 ICP 안테나는, 유도 결합형 플라즈마(ICP) 처리 장치의 유도 챔버 외부에 위치하며, 상기 유도 챔버 내부로 도입되는 소스 가스로부터 플라즈마를 발생시키기 위하여 유도 자기장을 형성하는 ICP 안테나에 있어서, 상기 ICP 안테나는 동일한 길이 및 반경방향 중심을 가지는 복수의 나선형 안테나를 포함하며, 각 안테나는 상기 고주파 발진기가 연결되는 입력단 및 상기 입력단에 대향하는 단자로서 접지에 연결되는 출력단을 가지고, 각 안테나의 길이방향 중심에 가상 접지가 형성되도록 각 안테나의 출력단에 밸런스드 커패시터가 장착되며, 상기 복수의 나선형 안테나는 상기 복수의 나선형 안테나의 입력단 및 출력단이 상기 반경방향 중심에 대하여 동일 각도로 배치되며, 상기 복수의 나선형 안테나의 길이방향 중심이 상기 복수의 나선형 안테나의 출력단 사이에 배치된다.
상기 복수의 안테나는 각 안테나의 입력단과 출력단이 반경방향 중심에 대하여 대칭적으로 배치된 제1 안테나 및 제2 안테나를 포함할 수 있으며, 상기 제1 안테나의 입력단 및 출력단은 상기 제2 안테나의 입력단 및 출력단과 상기 반경방향 중심에 대하여 대칭으로 배치되고, 상기 제1 안테나와 제2 안테나의 길이방향 중심은 상기 제1 안테나와 제2 안테나의 출력단에 대하여 상기 반경방향 중심을 기준으로 90도 각도로 배치되고, 상기 제1 안테나의 길이방향 중심과 상기 제2 안테나의 길이방향 중심은 상기 반경방향 중심을 기준으로 대칭으로 배치될 수 있다.
상기 복수의 안테나는 각 안테나의 입력단과 출력단이 상기 반경방향 중심에 대하여 동일한 방향에 배치된 제1, 제2 및 제3 안테나를 포함할 수 있으며, 상기 제1, 제2 및 제3 안테나의 입력단 및 출력단은 상기 반경방향 중심에 대하여 120도 각도로 배치되고, 상기 제1, 제2 및 제3 안테나의 길이방향 중심은 상기 제1, 제2 및 제3 안테나의 입력단과 상기 반경방향 중심에 대하여 대칭으로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 ICP 안테나 및 이를 포함하는 플라즈마 처리 장치에 의하면 ICP 처리 장치 내의 플라즈마 균일도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 다른 효과은 용량성 결합 플라즈마(ICP) 처리 장치에서 발생할 수 있는 용량성 결합 플라즈마(CCP; Capacitive coupled plasma)의 영향을 감소시키는 것에 의하여 ICP 처리 장치의 효율 및 플라즈마 균일도를 향상시킬 수 있다는 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리 장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 실린더형 안테나와 실린더형 안테나의 길이방향에 따른 전압 및 전류의 크기를 나타내는 도면이다.
도 3은 종래 기술에 따른 듀얼(Dual) 안테나 및 듀얼 안테나의 길이방향에 따른 전압 및 전류의 크기를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸런스드 커패시터(Balanced Capacitor)가 장착된 듀얼 안테나 및 이 안테나의 길이방향에 따른 전압 및 전류의 크기를 나타내는 도면이다.
도 5는 종래 기술에 따른 듀얼 안테나와 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 안테나의 최대 전류 지점을 나타내는 도면이다.
도 6은 종래 기술에 따른 트리플(Triple) 안테나 및 트리플 안테나의 길이방향에 따른 전압 및 전류의 크기를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 밸런스드 커패시터가 장착된 트리플 안테나 및 이 안테나의 길이방향에 따른 전압 및 전류의 크기를 나타내는 도면이다.
도 8은 종래 기술에 따른 트리플 안테나와 본 발명의 다른 실시예에 따른 트리플 안테나의 최대 전류 지점을 나타내는 도면이다.
도 9는 밸런스드 커패시터를 장착한 안테나의 동작을 개념적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도 2 내지 도 9를 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.
도 2는 종래 기술에 따른 실린더형 안테나와 실린더형 안테나의 길이방향에 따른 전압 및 전류의 크기를 나타내는 도면이다. 도 2의 (a)는 종래 기술에 따른 실린더형 안테나를 개략적인 모습을 나타내며, 도 2의 (b)는 안테나의 입력단에서 출력단까지의 전압 및 전류의 크기를 나타낸다. 본 명세서에서 입력단은 고주파 발진기가 연결되는 일단을 의미하며 출력단은 안테나가 접지되는 타단을 의미한다. 일반적으로 코일형 안테나에 있어서 전압과 전류는 90도의 위상차를 가진다. 즉, 코일형 안테나에서 전압은 입력단에서 최대값을 가지고 접지단인 출력단에서 최소값(0V)을 가지고, 전류는 입력단에서 최소값을 가지고 접지단인 출력단에서 최대값을 가진다. 도 2에 도시된 바와 같이, 실린더형 안테나에서 코일 길이를 λ/8(π/4)로 가정하였을 때, 최소 전류는 최대 전류 대비 약 29.3% 감소된 값을 가지며, 따라서 전류 진폭에 따른 불균일한 전류 분포에 의해 플라즈마 균일성이 좋지 않게 나타난다.
이에 출원인(주식회사 유진테크)은 두 개의 안테나를 이용하여 최대 전류 지점이 서로 대칭되게 함으로써 불균일한 전류 분포를 감소시킨 듀얼 안테나를 개발하였다(특허 제10-1037917). 도 3은 종래 기술에 따른 듀얼(Dual) 안테나 및 듀얼 안테나의 길이방향에 따른 전압 및 전류의 크기를 나타내는 도면으로, 도 3의 (a)는 종래 기술에 따른 듀얼 안테나의 개략적인 모습을 나타내며, 도 3의 (b)는 안테나의 입력단에서 출력단까지의 전압 및 전류의 크기를 나타낸다.
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 듀얼 안테나는 두 개의 안테나, 즉 제1 안테나(10) 및 제2 안테나(20)를 포함하며, 제1 안테나 및 제2 안테나는 대체로 동일한 구성 및 기능을 가진다. 각 안테나에 있어서 입력단(10a, 20a)과 출력단(10b, 20b)은 서로 대칭되며, 제1 안테나(10)와 제2 안테나(20)의 입력단(10a 및 20a) 또한 서로 대칭된다. 이 실시예에서, 각 안테나의 길이는 도 2에 도시된 실시예에 비하여 1/2로 감소되어 λ/16이 되며, 전압과 전류는 90도의 위상차를 가진다. 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 종래 기술에 따른 듀얼 안테나의 경우 동일 턴수를 가지는 도 2의 일반 안테나에 비하여 최대 전류 대비 최소 전류의 감소 값이 7.6%로 감소되며 따라서 전류 분포에 의한 플라즈마의 균일성이 향상된다. 또한 최대 전류 지점인 출력단이 안테나의 중심점을 기준으로 마주보고 있기 때문에 이에 의한 균일성 또한 향상된다.
그러나, 듀얼 안테나의 대칭성에 의한 균일성 향상에는 한계가 있으며, 본 출원의 발명자는 자사 듀얼 안테나에 있어서 각 안테나의 출력단에 밸런스드 커패시터를 장착하는 것에 의하여 플라즈마의 균일성을 더욱 향상시킬 수 있는 본 발명을 개발하였다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸런스드 커패시터(Balanced Capacitor)가 장착된 듀얼 안테나 및 이 안테나의 길이방향에 따른 전압 및 전류의 크기를 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실싱예에 따른 듀얼 안테나는 상부에서 보았을 때(즉, 평면도로 보았을 때), 각 안테나의 입력단(10a 및 20a)과 출력단(10b 및 20b)이 반경방향 중심에 대하여 대칭적으로 배치된 제1 안테나(10) 및 제2 안테나(20)를 포함할 수 있다. 또한 제1 안테나(10)의 입력단(10a)은 제2 안테나(20)의 입력단(20a)과 반경방향 중심에 대하여 대칭적으로 배치되고, 제1 안테나(10)의 출력단(10b) 또한 상기 제2 안테나(20)의 출력단(20b)과 반경방향 중심에 대하여 대칭으로 배치된다. 제1 안테나(10)의 길이방향 중심은 제1 안테나의 출력단(10b)와 제2 안테나(20b)의 출력단 사이에 배치되며, 제2 안테나(20)의 길이방향 중심 역시 상기 제1 안테나의 출력단(10b)와 제2 안테나의 출력단(20b)에 대하여 상기 반경방향 중심을 기준으로 90도 각도로 배치된다. 즉, 제1 안테나(10)의 길이방향 중심과 제2 안테나(20)의 길이방향 중심은 상기 반경방향 중심을 기준으로 대칭으로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 안테나는 각 안테나(10, 20)의 출력단(10b, 20b)에 커패시터(C1, C2)를 장착하는 것에 의하여 각 안테나의 중심에서의 전압을 0V로 하는 가상 접지를 형성한다. 설명의 편의를 위하여 본 명세서에서는 각 안테나의 중심에 가상 접지를 형성하는 조건(Balanced condition)의 커패시터를 밸런스드 커패시터(Balanced capacitor)라 한다. 도 9를 참조하여 밸런스드 커패시터의 영향을 좀 더 상세히 설명하기로 한다. 도 9는 밸런스드 커패시터를 장착한 안테나의 동작을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 각 안테나의 접지단에 밸런스드 커패시터를 장착하는 것에 의하여 안테나의 중심에 가상 접지를 형성할 수 있으며, 이 경우 가상 접지를 형성하지 않는 경우(점선으로 도시)와 비교할 때 전압이 가상 접지를 기준으로 1/2로 감소한다. 또한, 가상 접지를 기준으로 위상이 반대인 전압이 형성되어 플라즈마와의 사이에서 용량성 결합 커패시터(CCP)의 방향이 반대인 푸쉬-풀(Push-Pull) 회로가 형성된다. 이와 같이, 안테나의 출력단에 밸런스드 커패시터를 장착하는 것에 의하여 전압이 감소되고 푸쉬-풀 회로를 형성하여 CCP의 영향을 감소시킬 수 있으며, 결과적으로 ICP 효율이 증가될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 안테나는 각 안테나의 출력단에 밸런스드 커패시터를 장착하는 것에 의하여 전압 감소에 따라 CCP의 영향이 감소되고 180도의 위상차에 의한 푸쉬-풀 회로의 형성에 의하여 CCP의 영향이 상쇄되어 ICP의 효율이 높아질 수 있다. 따라서 플라즈마 밀도가 향상되며 전자 온도가 감소될 수 있다.
또한 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 안테나는 최대 전류 대비 최소 전류의 감소 값이 2%로 편차가 작아지며 따라서 전류 분포에 의한 플라즈마의 균일성이 향상된다. 뿐만 아니라 각 안테나의 최대 전류 지점이 각 안테나의 출력단에서 안테나의 중심으로 이동하며, 상부에서 보았을 때 제1 안테나(10)와 제2 안테나(20)의 최대 전류 지점이 입출력단 사이에 배치될 뿐 아니라 안테나의 중심을 기준으로 서로 대칭되는 지점에 형성되어 플라즈마의 균일성이 더욱 향상된다. 최대 전류 지점의 대칭성 및 위치 이동과 플라즈마 균일성의 관계에 대해서는 도 5를 참조하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
도 5는 종래 기술에 따른 듀얼 안테나와 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 안테나의 최대 전류 지점을 나타낸다. 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 종래 기술에 따른 듀얼 안테나는 안테나의 출력단이 최대 전류 지점이 되며, 따라서 안테나의 최대 전류 지점이 반경방향 중심을 기준으로 대칭으로 배치된 입출력단에 위치한다. 반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 밸런스드 커패시터를 장착한 듀얼 안테나에 있어서 최대 전류 지점은 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 반경방향 중심을 기준으로 입출력단과 90도를 이루는 지점에 배치된다.
상술한 바와 같이 종래 기술에 따른 듀얼 안테나의 경우 동일 턴수를 가지는 도 2의 일반 안테나에 비하여 최대 전류 대비 최소 전류의 감소 값이 7.6%로 감소되어 전류 분포에 의한 플라즈마의 균일성이 향상된다.
이하에서는 도 6 내지 8을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나를 설명한다. 도 6은 종래 기술에 따른 트리플(Triple) 안테나 및 트리플 안테나의 길이방향에 따른 전압 및 전류의 크기를 나타내는 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 트리플 안테나는 세 개의 안테나를 이용하여 최대 전류 지점이 서로 대칭되게 함으로써 불균일한 전류 분포를 감소시키고 있다. 도 6의 (a)는 종래 기술에 따른 트리플 안테나의 개략적인 모습을 나타내며, 도 6의 (b)는 각 안테나의 입력단에서 출력단까지의 전압 및 전류의 크기를 나타낸다.
도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 트리플 안테나는 세 개의 안테나, 즉 제1 안테나(10), 제2 안테나(20) 및 제3 안테나(30)를 포함하며, 제1 안테나, 제2 안테나 및 제3 안테나는 대체로 동일한 구성 및 기능을 가진다. 각 안테나에 있어서 입력단(10a, 20a, 30a)과 출력단(10b, 20b, 30b)은 반경방향 중심을 기준으로 동일 방향에 배치되며, 각 안테나(10, 20, 30))의 입출력단은 반경방향 중심을 기준으로 120도 각도로 배치된다. 이 실시예에서, 각 안테나의 길이는 도 2에 도시된 실시예에 비하여 1/3로 감소되어 λ/24이 되며, 전압과 전류는 90도의 위상차를 가진다. 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 종래 기술에 따른 트리플 안테나의 경우 최대 전류 대비 최소 전류의 감소 값이 3.4%로 감소되며 따라서 전류 분포에 의한 플라즈마의 균일성이 향상된다. 또한 최대 전류 지점인 출력단이 안테나의 중심점을 기준으로 120도 등간격으로 배치되고 있기 때문에 이에 의한 균일성 또한 향상된다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 밸런스드 커패시터가 장착된 트리플 안테나 및 이 안테나의 길이방향에 따른 전압 및 전류의 크기를 나타내는 도면이며, 도 8은 종래 기술에 따른 트리플 안테나와 본 발명의 다른 실시예에 따른 트리플 안테나의 최대 전류 지점을 나타내는 도면이다.
도 7에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 트리플 안테나는 도 6과 마찬가지로 각 안테나의 입력단과 출력단이 상기 반경방향 중심에 대하여 동일한 방향에 배치된 제1 안테나(10), 제2 안테나(20) 및 제3 안테나(30)를 포함하며, 각 안테나(10, 20, 30)의 입출력단은 상기 반경방향 중심에 대하여 120도 각도로 배치되고, 각 안테나의 길이방향 중심은 각 안테나의 입출력단과 상기 반경방향 중심에 대하여 대칭으로 배치될 수 있다. 즉, 제1 안테나(10)의 길이방향 중심은 제2 안테나(20) 및 제3 안테나(30)가 이루는 120도 사이에 배치되며, 제2 안테나(20) 및 제3 안테나(30)와 반경방향 중심을 기준으로 60도 각도를 이룬다. 동일하게 제2 안테나(20)의 길이방향 중심은 제1 안테나(10) 및 제3 안테나(30)가 이루는 120도 사이에 배치되며, 제1 안테나(10) 및 제3 안테나(30)와 반경방향 중심을 기준으로 60도 각도를 이룬다. 마찬가지로, 제3 안테나(30)의 길이방향 중심은 제1 안테나(10) 및 제2 안테나(20)가 이루는 120도 사이에 배치되며, 제1 안테나(10) 및 제2 안테나(20)와 반경방향 중심을 기준으로 60도 각도를 이룬다.
각 안테나(10, 20, 30)의 출력단(10a, 20a, 30)에는 인가되는 고주파 조건 하에서 각 안테나의 길이방향 중심에 가상 접지를 형성하도록 밸런스드 커패시터(C1, C2, C3)가 장착된다. 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 각 안테나(10, 20, 30)의 출력단(10a, 20a, 30)에 밸런스드 커패시터(C1, C2, C3)를 장착하는 것에 의하여 안테나의 길이방향 중심에 가상 접지가 형성되며 따라서 최대 전류 지점이 안테나의 길이방향 중심에 위치된다. 따라서 최대 전류 대비 최도 전류의 감소 값이 0.85%에 불과하여 전류 분포의 균일해지고 이에 의하여 플라즈마 분포의 균일성이 향상된다.
뿐만 아니라, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 트리플 안테나의 경우 최대 전류 지점이 출력단에 위치하여 그 위치에서의 플라즈마 분포의 불균일성이 두드러지는 반면, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 밸런스드 커패시터를 장착한 트리플 안테나의 경우 최대 전류 지점이 안테나의 길이방향 중심에 배치되며, 따라서 상부에서 보았을 때 최대 전류 지점이 각 안테나의 출력단 사이에 반경방향 중심을 기준으로 대칭으로 배치되기 때문에 출력단에 있어서의 플라즈마 분포의 불균일성을 해소할 수 있다.
본 명세서에서는 입출력단에 대칭 배치된 듀얼 안테나 및 트리플 안테나에 밸런스드 커패시터를 장착하는 실시예를 예로 들어 설명하고 있으나 이에 한정되지 않으며, 동일한 길이 및 반경방향 중심을 가지는 4개 이상의 안테나를 포함할 수 있으며, 이 경우에도 각 안테나의 길이방향 중심에 가상 접지가 형성되도록 각 안테나의 출력단에 밸런스드 커패시터를 장착하는 것에 의하여 플라즈마 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다. 이 경우 복수의 나선형 안테나는 상기 복수의 나선형 안테나의 입력단 및 출력단이 상기 반경방향 중심에 대하여 동일 각도로 배치되며, 상기 복수의 나선형 안테나의 길이방향 중심이 상기 복수의 나선형 안테나의 출력단 사이에 등거리로 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 설명의 편의를 위하여 생략하고 있으나, 안테나를 플라즈마 소스로 동작시키기 위해서는 각 안테나에 고주파 발진기가 연결되어야 한다. 이 실시예에서 복수의 안테나는 하나의 고주파 발진기에 병렬로 연결될 수 있으며, 각 안테나는 임피던스 매칭 회로를 통하여 고주파 발진기에 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 안테나는 하나의 임피던스 매칭 회로를 게재하여 상기 고주파 발진기에 연결될 수 있다.
다른 실시예에서, 복수의 안테나 각각은 서로 다른 임피던스 매칭 회로를 게재하여 상기 고주파 발진기에 연결될 수 있다. 서로 다른 임피던스 매칭 회로를 가지는 것에 의하여 각 안테나는 개별 안테나의 특성에 따라 좀 더 정확한 임피던스 매칭을 실시할 수 있을 것이다. 또 다른 실시예에서, 복수의 안테나는 각각 개별 고주파 발진기에 독립적으로 연결될 수 있으며, 이 경우 개별 임피던스 매칭 회로를 게재하여 각각 고주파 발진기에 연결될 수 있다.
본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명은 다양한 형태의 반도체 제조설비 및 제조방법에 응용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 내부에 플라즈마를 발생시키기 위하여 소스 가스가 도입되는 유도 챔버;
    상기 유도 챔버에서 발생한 플라즈마에 의해 처리되는 피처리 기판이 배치되는 처리 챔버;
    상기 유도 챔버 외부에 위치하며, 상기 유도 챔버 내부로 도입되는 소스 가스로부터 플라즈마를 발생시키기 위하여 유도 자기장을 형성하는 ICP 안테나; 및
    상기 ICP 안테나에 RF 전력을 인가하는 고주파 발진기를 포함하며,
    상기 ICP 안테나는 동일한 길이 및 반경방향 중심을 가지는 복수의 나선형 안테나를 포함하며, 각 안테나는 상기 고주파 발진기가 연결되는 입력단 및 상기 입력단에 대향하는 단자로서 접지에 연결되는 출력단을 가지고, 각 안테나의 길이방향 중심에 가상 접지가 형성되도록 각 안테나의 출력단에 밸런스드 커패시터가 장착되며,
    상기 복수의 나선형 안테나는 상기 복수의 나선형 안테나의 입력단 및 출력단이 상기 반경방향 중심에 대하여 동일 각도로 배치되며, 상기 복수의 나선형 안테나의 길이방향 중심이 상기 복수의 나선형 안테나의 출력단 사이에 배치되는, 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 안테나는 각 안테나의 입력단과 출력단이 반경방향 중심에 대하여 대칭적으로 배치된 제1 안테나 및 제2 안테나를 포함하며,
    상기 제1 안테나의 입력단 및 출력단은 상기 제2 안테나의 입력단 및 출력단과 상기 반경방향 중심에 대하여 대칭으로 배치되고, 상기 제1 안테나와 제2 안테나의 길이방향 중심은 상기 제1 안테나와 제2 안테나의 출력단에 대하여 상기 반경방향 중심을 기준으로 90도 각도로 배치되고, 상기 제1 안테나의 길이방향 중심과 상기 제2 안테나의 길이방향 중심은 상기 반경방향 중심을 기준으로 대칭으로 배치되는, 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 안테나는 각 안테나의 입력단과 출력단이 상기 반경방향 중심에 대하여 동일한 방향에 배치된 제1, 제2 및 제3 안테나를 포함하며,
    상기 제1, 제2 및 제3 안테나의 입력단 및 출력단은 상기 반경방향 중심에 대하여 120도 각도로 배치되고, 상기 제1, 제2 및 제3 안테나의 길이방향 중심은 상기 제1, 제2 및 제3 안테나의 입력단과 상기 반경방향 중심에 대하여 대칭으로 배치되는, 플라즈마 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 안테나는 하나의 고주파 발진기에 병렬로 연결되는, 플라즈마 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 안테나는 임피던스 매칭 회로를 게재하여 상기 고주파 발진기에 연결되며,
    상기 복수의 안테나는 하나의 임피던스 매칭 회로를 게재하여 상기 고주파 발진기에 연결되는, 플라즈마 처리 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 안테나는 임피던스 매칭 회로를 게재하여 상기 고주파 발진기에 연결되며,
    상기 복수의 안테나 각각은 서로 다른 임피던스 매칭 회로를 게재하여 상기 고주파 발진기에 연결되는, 플라즈마 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 안테나는 각각 개별 고주파 발진기에 독립적으로 연결되는, 플라즈마 처리 장치.
  8. 유도 결합형 플라즈마(ICP) 처리 장치의 유도 챔버 외부에 위치하며, 상기 유도 챔버 내부로 도입되는 소스 가스로부터 플라즈마를 발생시키기 위하여 유도 자기장을 형성하는 ICP 안테나에 있어서,
    상기 ICP 안테나는,
    동일한 길이 및 반경방향 중심을 가지는 복수의 나선형 안테나를 포함하며,
    각 안테나는 상기 고주파 발진기가 연결되는 입력단 및 상기 입력단에 대향하는 단자로서 접지에 연결되는 출력단을 가지고, 각 안테나의 길이방향 중심에 가상 접지가 형성되도록 각 안테나의 출력단에 밸런스드 커패시터가 장착되며,
    상기 복수의 나선형 안테나는 상기 복수의 나선형 안테나의 입력단 및 출력단이 상기 반경방향 중심에 대하여 동일 각도로 배치되며, 상기 복수의 나선형 안테나의 길이방향 중심이 상기 복수의 나선형 안테나의 출력단 사이에 배치되는, ICP 안테나.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 안테나는 각 안테나의 입력단과 출력단이 반경방향 중심에 대하여 대칭적으로 배치된 제1 안테나 및 제2 안테나를 포함하며,
    상기 제1 안테나의 입력단 및 출력단은 상기 제2 안테나의 입력단 및 출력단과 상기 반경방향 중심에 대하여 대칭으로 배치되고, 상기 제1 안테나와 제2 안테나의 길이방향 중심은 상기 제1 안테나와 제2 안테나의 출력단에 대하여 상기 반경방향 중심을 기준으로 90도 각도로 배치되고, 상기 제1 안테나의 길이방향 중심과 상기 제2 안테나의 길이방향 중심은 상기 반경방향 중심을 기준으로 대칭으로 배치되는, ICP 안테나.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 안테나는 각 안테나의 입력단과 출력단이 상기 반경방향 중심에 대하여 동일한 방향에 배치된 제1, 제2 및 제3 안테나를 포함하며,
    상기 제1, 제2 및 제3 안테나의 입력단 및 출력단은 상기 반경방향 중심에 대하여 120도 각도로 배치되고, 상기 제1, 제2 및 제3 안테나의 길이방향 중심은 상기 제1, 제2 및 제3 안테나의 입력단과 상기 반경방향 중심에 대하여 대칭으로 배치되는, ICP 안테나.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113611588A (zh) * 2021-07-02 2021-11-05 江苏籽硕科技有限公司 一种可增加等离子密度的icp等离子体刻蚀设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100338057B1 (ko) * 1999-08-26 2002-05-24 황 철 주 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나 장치
KR20100049208A (ko) * 2008-11-03 2010-05-12 주식회사 유진테크 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 안테나
JP2010135298A (ja) * 2008-10-27 2010-06-17 Tokyo Electron Ltd 誘導結合プラズマ処理装置、プラズマ処理方法及び記憶媒体
JP2011146721A (ja) * 1998-06-30 2011-07-28 Lam Research Corp プラズマ発生装置
KR20120004040A (ko) * 2010-07-06 2012-01-12 삼성전자주식회사 플라즈마 발생장치

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3150027B2 (ja) * 1993-12-17 2001-03-26 東京エレクトロン株式会社 プラズマ発生装置及びこのプラズマ発生装置を用いたプラズマ処理装置
JPH0850998A (ja) * 1994-08-04 1996-02-20 Kokusai Electric Co Ltd プラズマ処理装置
GB9714142D0 (en) * 1997-07-05 1997-09-10 Surface Tech Sys Ltd An arrangement for the feeding of RF power to one or more antennae
US6095159A (en) * 1998-01-22 2000-08-01 Micron Technology, Inc. Method of modifying an RF circuit of a plasma chamber to increase chamber life and process capabilities
WO2002005308A2 (en) * 2000-07-06 2002-01-17 Applied Materials, Inc. A plasma reactor having a symmetric parallel conductor coil antenna
US6685798B1 (en) * 2000-07-06 2004-02-03 Applied Materials, Inc Plasma reactor having a symmetrical parallel conductor coil antenna
US7871490B2 (en) * 2003-03-18 2011-01-18 Top Engineering Co., Ltd. Inductively coupled plasma generation system with a parallel antenna array having evenly distributed power input and ground nodes and improved field distribution
US20040182319A1 (en) * 2003-03-18 2004-09-23 Harqkyun Kim Inductively coupled plasma generation system with a parallel antenna array having evenly distributed power input and ground nodes
JP5231308B2 (ja) * 2009-03-31 2013-07-10 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
KR20140089458A (ko) * 2013-01-04 2014-07-15 피에스케이 주식회사 플라즈마 챔버 및 기판 처리 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011146721A (ja) * 1998-06-30 2011-07-28 Lam Research Corp プラズマ発生装置
KR100338057B1 (ko) * 1999-08-26 2002-05-24 황 철 주 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나 장치
JP2010135298A (ja) * 2008-10-27 2010-06-17 Tokyo Electron Ltd 誘導結合プラズマ処理装置、プラズマ処理方法及び記憶媒体
KR20100049208A (ko) * 2008-11-03 2010-05-12 주식회사 유진테크 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 안테나
KR20120004040A (ko) * 2010-07-06 2012-01-12 삼성전자주식회사 플라즈마 발생장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113611588A (zh) * 2021-07-02 2021-11-05 江苏籽硕科技有限公司 一种可增加等离子密度的icp等离子体刻蚀设备

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