WO2023055022A1 - 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스 - Google Patents

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WO2023055022A1
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coils
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김남헌
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김남헌
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    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
    • H01J37/3211—Antennas, e.g. particular shapes of coils
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    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
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    • H05H1/2443—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes the plasma fluid flowing through a dielectric tube
    • H05H1/2465—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes the plasma fluid flowing through a dielectric tube the plasma being activated by inductive coupling, e.g. using coiled electrodes
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    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/334—Etching

Definitions

  • the present invention relates to a plasma source using a planar helical coil, and more particularly, by stacking a plurality of unit coils formed in one plane and extending in a direction perpendicular to the plane formed by the unit coils to form a plurality of plasma sources.
  • a plasma source using a planar helical coil capable of forming plasma inside a chamber by connecting unit coils.
  • a semiconductor etching process may be performed inside a plasma chamber.
  • the plasma chamber forms plasma in an internal reaction space, and performs a semiconductor etching process using the plasma.
  • a plasma source for forming plasma is provided in the upper part of the plasma chamber.
  • Representative examples of the plasma source include a Capacitively Coupled Plasma (CCP) source and an Inductively Coupled Plasma (ICP) source. .
  • a capacitively coupled plasma (CCP) source uses an electric field, and etching may be performed at a slightly higher pressure than that of an inductively coupled plasma (ICP).
  • ICP inductively coupled plasma
  • a capacitively coupled plasma (CCP) source has a slow etching rate, but has excellent selectivity characteristics and process reproducibility.
  • CCP capacitively coupled plasma
  • ICP inductively coupled plasma
  • CCP capacitively coupled plasma
  • ICP Inductively Coupled Plasma
  • CCP Capacitively Coupled Plasma
  • the plasma density at the center of the wafer is relatively high compared to the plasma density at the edge of the wafer, it is difficult to secure uniformity at the edge of the wafer. Therefore, it is necessary to develop a plasma source capable of securing uniformity at the edge of the wafer.
  • the present invention relates to solving the above-mentioned problems, and more particularly, by stacking a plurality of unit coils formed in one plane and extending in a direction perpendicular to the plane formed by the unit coils, a plurality of units through a connection portion.
  • Plasma source using the planar helical coil of the present invention for solving the above problems is provided on the upper part of the chamber, is a plasma source for forming plasma, extends from one end of the unit extension, and extends in one plane unit.
  • the connecting portion of the plasma source using the planar helical coil of the present invention to solve the above problems extends perpendicularly to the plane formed by the unit coils, and the planes formed by the plurality of unit coils extend in parallel directions. It can be.
  • the length of the connection part of the plasma source using the planar helical coil of the present invention to solve the above problems may be 5 to 15 mm.
  • a separation distance may be provided between one end of the unit extension and the end of the unit extension of the unit coil of the plasma source using the planar helical coil of the present invention to solve the above-described problem.
  • the diameter of the unit coil of the plasma source using the planar helical coil of the present invention for solving the above problems is larger than the diameter or width of the wafer seated on the base plate inside the chamber, and the plane formed by the plurality of unit coils. may be in a direction parallel to a plane on which the wafer is seated.
  • the plurality of unit coils of the plasma source using the planar helical coil of the present invention to solve the above problems may have the same direction from one end of the unit extension to the end of the unit extension.
  • the plurality of unit coils of the plasma source using the planar helical coil of the present invention for solving the above problems include a first unit coil extending in a counterclockwise direction from one end of the unit extension to an end of the unit extension; A second unit coil extending in a clockwise direction from one end of the extension to the end of the unit extension may be included.
  • the first unit coil and the second unit coil of the plasma source using the planar helical coil of the present invention to solve the above problems may be alternately stacked.
  • the second unit coils are stacked, or after the plurality of second unit coils are stacked , the first unit coils may be stacked.
  • the plasma source using the planar helical coil of the present invention further includes an inner coil having a smaller diameter than a diameter or width of a wafer seated on a base plate inside a chamber, wherein the inner coil has a circular shape. and a plurality of internal unit coils made of, and the plurality of internal unit coils may be provided on the same plane.
  • the internal unit coil of the plasma source using the planar helical coil of the present invention to solve the above problems is formed in a circular shape at one end of the extension of the internal unit and extends to the end of the extension of the internal unit, and the internal unit coil of one internal unit coil. At the end of the unit extension, an internal connection portion connecting one end of the internal unit extension of another internal unit coil may be further included.
  • the plurality of internal connection parts connecting the internal unit coils of the plasma source using the planar helical coil of the present invention to solve the above problems may extend in parallel directions.
  • An internal separation distance may be provided between one end of the internal unit extension and the end of the internal unit extension of the internal unit coil of the plasma source using the planar helical coil of the present invention to solve the above-described problem.
  • the plurality of internal unit coils of the plasma source using the planar helical coil of the present invention to solve the above problems are first internal unit coils extending counterclockwise from one end of the extension of the internal unit to the end of the extension of the internal unit. and a second internal unit coil extending in a clockwise direction from one end of the extension of the internal unit to an end of the extension of the internal unit.
  • the present invention relates to a plasma source using a planar helical coil, wherein a plurality of unit coils having a diameter larger than the diameter or width of a wafer are stacked, and a plurality of unit coils are stacked through a connection portion extending in a direction perpendicular to a plane formed by the unit coils.
  • a plasma source using a planar helical coil wherein a plurality of unit coils having a diameter larger than the diameter or width of a wafer are stacked, and a plurality of unit coils are stacked through a connection portion extending in a direction perpendicular to a plane formed by the unit coils.
  • the present invention provides a plurality of internal unit coils having a diameter smaller than the diameter or width of the wafer on the same plane, and connects the plurality of internal unit coils through a connection part to form plasma in the chamber, so that at the center of the wafer It has the advantage of being able to finely control the plasma density.
  • FIG. 1 is a view showing a stack of a plurality of unit coils having a diameter larger than the diameter or width of a wafer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing that a plurality of unit coils are connected through a connecting portion extending in a direction perpendicular to a plane formed by the unit coils so that the extension directions of the plurality of unit coils are the same according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing that first unit coils and second unit coils having different extension directions are alternately stacked according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing that after a plurality of first unit coils are stacked according to an embodiment of the present invention, second unit coils having different extension directions from the first unit coils are stacked.
  • FIG. 5 is a view showing that a plurality of internal unit coils having a diameter smaller than the diameter or width of a wafer are provided on the same plane according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing connecting a plurality of internal unit coils formed on the same plane through an internal connection part according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing that first internal unit coils and second internal unit coils having different extending directions are alternately extended according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view illustrating that after a plurality of first internal unit coils are stacked according to an embodiment of the present invention, second internal unit coils extending in a different direction from the first internal unit coils are extended.
  • the present invention relates to a plasma source using a planar helical coil, wherein a plurality of unit coils formed in one plane are stacked, and the plurality of unit coils are connected through a connecting portion extending in a direction perpendicular to the plane formed by the unit coils. It relates to a plasma source using a planar helical coil capable of forming plasma inside a chamber by doing so.
  • the plasma source using the planar helical coil of the present invention generates uniform plasma with high symmetry. It can be used for plasma (ICP).
  • the plasma source using the planar helical coil of the present invention can provide a coil with excellent azimuth symmetry, and the plasma source using the planar helical coil of the present invention has a concave shape as the pressure inside the chamber increases and the density of the plasma inside the chamber increases. that can be implemented with
  • the density of the plasma inside the chamber can be implemented in a concave shape while increasing the plasma density inside the chamber from the inside (center) to the outside (edge) of the chamber.
  • a plasma source using a planar helical coil may be provided above the chamber 10 .
  • the chamber 10 includes a base plate 20 on which the wafer 30 can be seated, and an etching process is performed after the wafer 30 is seated on the base plate 20 .
  • An RF generator 21 for applying a bias may be coupled to the base plate 20, and a bias may be applied to plasma during etching through the RF generator 21.
  • the base plate 20 may be disposed at a central portion inside the chamber 10, and as the base plate 20 is disposed at a central portion inside the chamber 10, the wafer 30 may also be disposed in the chamber 10. It can be placed in the central part of (10).
  • a plasma source using a planar helical coil according to an embodiment of the present invention can provide a coil with excellent azimuth symmetry in order to solve this problem, and a plasma source using a planar helical coil according to an embodiment of the present invention
  • a plasma source including the unit coil 110 and the connection part 120 may be used.
  • the unit coil 110 and the connection part 120 may be external coils 100 disposed outside the wafer 30 .
  • the unit coil 110 may be made of a coil through which current passes, and the unit coil 110 extends from the unit extension end 111 and has a circular shape to the unit extension end 112 in one plane. will be extended to The unit coils 110 extend in a circular shape within one plane, and a plurality of unit coils 110 may be stacked.
  • the unit extension end 111 of the unit coil 110 is a starting point from which the unit coil 110 extends in one plane, and the unit extension end 112 is the unit extension in one plane. This is the end point at which the coil 110 extends.
  • a separation distance 113 may be provided between the unit extension end 111 and the unit extension end 112 of the unit coil 110 .
  • the separation distance 113 is formed between the unit extension end 111 and the unit extension end 112 without contacting each other. As the separation distance 113 is formed while the unit extension end 111 and the unit extension end 112 do not contact each other, current can flow in one direction and plasma arcing is prevented. You can do it.
  • the separation distances 113 provided in the plurality of unit coils 110 may be equal to each other.
  • the plurality of unit coils 110 may have the same diameter, and in the plurality of unit coils 110, the lengths extending from the unit extension one end 111 to the unit extension end 112 are mutually different. can be the same
  • the plurality of unit coils 110 when the lengths extending from the unit extension end 111 to the unit extension end 112 are the same and the separation distances 113 are the same, the plurality As the azimuthal angles formed in the unit coils 110 of the dog become the same, the azimuthal angles can be symmetrical.
  • connection part 120 is capable of connecting one unit coil 110 and another unit coil 110, and the connection part 120 is a unit extension of one unit coil 110.
  • the end portion 112 connects the unit extension end 111 of the other unit coil 110.
  • connection part 120 can connect one unit coil 110 and another unit coil 110 provided directly above the unit coil 110 .
  • the connecting portion 120 may extend perpendicularly to a plane formed by the unit coils 110, and the planes formed by the plurality of unit coils 110 are parallel to each other. may be extended.
  • a plurality of unit coils 110 forming planes extending in parallel directions are stacked, and the connecting portion 120 extending perpendicular to the direction in which the unit coils 110 extend Through this, the plurality of unit coils 110 can be connected.
  • a plasma source using a helical coil according to an embodiment of the present invention may further include a radio frequency power generator 140.
  • Radio Frequency Power may be applied to the unit coil 110 through the Radio Frequency Power Generator 140, and by a change in the electromagnetic field excited by the unit coil 110 Plasma may be formed in the chamber 10 .
  • the length of the connecting portion 120 may be 5 to 15 mm.
  • the length of the connecting portion 120 connecting the unit extension end 112 of one unit coil 110 to the unit extension end 111 of the other unit coil 110 may be 5 to 15 mm.
  • the length of the connecting portion 120 is too small (less than 5 mm), a plasma arcing phenomenon may occur between the unit coils 110, resulting in interference. Therefore, it is preferable that the length of the connection part 120 is greater than 5 mm.
  • connection part 120 is too large (greater than 15 mm), plasma flickering or plasma-off between the unit coils 110 may occur. Specifically, if the length of the connecting portion 120 is too large, there is a risk that plasma cannot be formed through the unit coil 110 while plasma is ignited. Therefore, it is preferable that the length of the connection part 120 is less than 15 mm.
  • the diameter of the unit coil 110 may be greater than the diameter or width of the wafer 30 seated on the base plate 20 inside the chamber 10 .
  • the unit coil 110 may be an external coil disposed outside the wafer 30, and when the wafer 30 is seated on the base plate 20, the unit coil 110 is the wafer ( 30) may be disposed outside. To this end, the diameter of the unit coil 110 is preferably greater than the diameter or width of the wafer 30 .
  • the density of plasma at the edge of the wafer 30 can be improved, thereby improving uniformity at the edge of the wafer 30. This degradation can be prevented.
  • a plane formed by the plurality of unit coils 110 may be in a direction parallel to a plane on which the wafer 30 is seated.
  • a plane formed by the plate-shaped wafer 30 and a plane formed by the unit coil 110 may extend in parallel directions. . Through this, an induced electric field parallel to the surface of the wafer 30 can be formed through the unit coil 110 .
  • the plurality of unit coils 110 may have the same direction from the unit extension end 111 to the unit extension end 112 .
  • the plurality of unit coils 110 allow current to flow in the same direction (clockwise or counterclockwise) as directions from the unit extension end 111 to the unit extension end 112 are the same. do.
  • the plurality of unit coils 110 extend counterclockwise from one end 111 of the unit extension to the end 112 of the unit extension. It may include a first unit coil 131 and a second unit coil 132 extending in a clockwise direction from the unit extension end 111 to the unit extension end 112 .
  • the winding directions of the first unit coil 131 and the second unit coil 132 are opposite to each other, and the first unit coil 131 and the second unit coil 132 are opposite to each other. As they extend in the direction, current flows can be formed in opposite directions.
  • the winding direction of the first unit coil 131 and the second unit coil 132 may be a direction in which current flows.
  • current may flow in a counterclockwise direction in the first unit coil 131
  • current may flow in a clockwise direction in the second unit coil 132 .
  • the first unit coil 131 and the second unit coil 132 may be alternately stacked. Specifically, the first unit coil 131 and the second unit coil 132 may be alternately stacked once, through which current may flow in different directions in the adjacent unit coil 110. do.
  • the second unit coils 132 are stacked, or the plurality of second unit coils 132 are stacked,
  • the first unit coils 131 may be stacked.
  • first unit coils 131 and the second unit coils 132 may not be alternately stacked once, and the plurality of first unit coils 131 and the plurality of second unit coils 131 may not be stacked alternately.
  • Coils 132 may be stacked in any order.
  • the number of stacked units of the plurality of unit coils 110 is adjusted, and a plurality of unit coils having different winding directions (the first unit coil 131 and the second unit coil ( 132)), the plasma density can be finely adjusted.
  • the induced magnetic field becomes different and an induced electric field parallel to the surface of the wafer 30 is generated. By doing so, it is possible to change the density of the plasma.
  • the induced electric field parallel to the surface of the wafer 30 can be changed, and through this, the density of the plasma can be finely tuned. be able to regulate it.
  • the density of the plasma can be adjusted by changing the impedance (Z) and the current by changing the length l of the coil according to the number of the plurality of unit coils 110 stacked, and the stacked unit coils 110 In a coil having a constant length while the number of is determined, the density of plasma can be changed by changing the induced electric field parallel to the surface of the wafer 30 while changing the induced magnetic field by adjusting the winding direction of the unit coil.
  • a plasma source using a planar helical coil according to an embodiment of the present invention may further include an internal coil 200 .
  • the internal coil 200 is made of a coil through which current passes, and is provided to finely adjust the plasma density in the central portion of the wafer 30 .
  • the outer coil 100 may be provided on the outside of the wafer 30
  • the inner coil 200 may be provided on the inside of the wafer 30 .
  • the uniformity of the wafer 30 can be improved by increasing the plasma density at the edge of the wafer 30 through the external coil 100 .
  • the plasma density at the center of the wafer 30 can be finely adjusted while improving the plasma density at the edge of the wafer 30 .
  • the internal coil 200 has a smaller diameter than the diameter or width of the wafer 30 seated on the base plate 20 inside the chamber 10, and the internal coil 200 ) includes a plurality of internal unit coils 210 formed in a circular shape.
  • the plurality of internal unit coils 210 may be provided on the same plane. Specifically, the plurality of internal unit coils 210 may be formed in one layer.
  • the internal unit coil 210 may extend from the internal unit extension end 211 to the internal unit extension end 212 while forming a circular shape.
  • the one end 211 of the internal unit extension of the internal unit coil 210 is the starting point of the extension of the internal unit coil 210
  • the end 212 of the internal unit extension is the starting point of the extension of the internal unit coil 210. It is the end point of the extension.
  • an internal distance 213 may be provided between the internal unit extension end 211 and the internal unit extension end 212 of the internal unit coil 210 .
  • the inner separation distance 213 is formed between the inner unit extension end 211 and the inner unit extension end 212 without contacting each other.
  • Plasma arcing while allowing current to flow in one direction as the inner separation distance 213 is formed without contact between the inner unit extension end 211 and the inner unit extension end 212 will be able to prevent
  • the internal coil 200 may further include an internal connection part 220 .
  • the internal connection part 220 can connect one internal unit coil 210 and another internal unit coil 210, and the internal connection part 220 extends the internal unit of one internal unit coil 210. This is to connect the end 212 and the inner unit extension end 211 of the other inner unit coil 210.
  • the internal coil 200 may include a plurality of internal unit coils 210 formed on the same plane, and the plurality of internal unit coils 210 are connected to the internal connection part 220. can be connected via
  • the plurality of internal unit coils 210 may gradually increase in diameter toward the outside. Specifically, the diameters of the plurality of internal unit coils 210 provided in one plane may increase from the center to the outside.
  • the plurality of internal connection parts 220 connecting the plurality of internal unit coils 210 may extend in parallel directions. Referring to FIG. 6 , the plurality of internal connection parts 220 may extend in parallel directions on the same plane. Through this, azimuthal angles formed in the plurality of internal unit coils 210 become equal to each other, and azimuthal symmetry can be achieved.
  • a plasma source using a helical coil according to an embodiment of the present invention may further include an internal RF power generator 240 .
  • Radio frequency power may be applied to the internal unit coil 210 through the internal RF power generator 240, and the electromagnetic field excited by the internal unit coil 210 may be applied.
  • Plasma may be formed in the chamber 10 by the change.
  • the external coil 100 may be a helical coil having a larger diameter than the diameter or width of the wafer 30, and as the external coil 100 is used, the wafer ( The plasma density inside the chamber 10 in which 30) is seated may be gradually increased from the inside of the chamber 10 to the outside of the chamber 10 .
  • the central portion (inner side) of the chamber 10 is provided through the internal coil 200 having a plurality of internal unit coils 210 on the same plane. It is possible to finely control the plasma density.
  • the inner coil 200 may be a spiral coil having a smaller diameter than the diameter or width of the wafer 30 .
  • the internal coil 200 is used in the central part of the chamber 10.
  • the plasma density can be finely controlled.
  • the internal coil 200 can be used. Through this, it is possible to improve the uniformity in the central portion and the edge portion of the wafer 30 .
  • the plurality of internal unit coils 210 move counterclockwise from the internal unit extension end 211 to the internal unit extension end 212 . It may include a first internal unit coil 231 extending and a second internal unit coil 232 extending clockwise from the unit extension end 211 to the unit extension end 212 .
  • the first internal unit coil 231 and the second internal unit coil 232 have opposite winding directions, and the first internal unit coil 231 and the second internal unit coil 232 As ) extends in opposite directions, current flows can be formed in opposite directions.
  • the winding direction of the first internal unit coil 231 and the second internal unit coil 232 may be a direction in which current flows.
  • the first internal unit coil 231 may have a current flow in a counterclockwise direction
  • the second internal unit coil 232 may have a current flow in a clockwise direction.
  • the first internal unit coil 231 and the second internal unit coil 232 may alternately extend. Specifically, the first internal unit coil 231 and the second unit coil 232 may be alternately extended once, through which current flows in different directions from the adjacent internal unit coil 210. be able to
  • the second internal unit coils 232 are extended or the plurality of second internal unit coils 232 are extended. After this, the first internal unit coil 231 may be extended.
  • first internal unit coil 231 and the second internal unit coil 232 may not alternately extend once, and the plurality of first internal unit coils 231 and the plurality of the above
  • the second internal unit coils 232 may be stacked in an arbitrary order.
  • the plasma density can be finely adjusted by using a plurality of internal unit coils (the first internal unit coil 231 and the second internal unit coil 232) having different winding directions.
  • the above-described plasma source using the planar helical coil according to the embodiment of the present invention has the following effects.
  • a plasma source using a planar helical coil stacks a plurality of unit coils having a diameter larger than the diameter or width of a wafer, and connects a plurality of unit coils extending in a direction perpendicular to a plane formed by the unit coils. It is to connect two unit coils.
  • a plasma source using a planar helical coil according to an embodiment of the present invention has a diameter larger than the diameter or width of a wafer and forms plasma inside a chamber while stacking a plurality of unit coils extending inside one plane, thereby forming a plasma source of the wafer. There is an advantage of improving the plasma density at the edge.
  • the direction of current flowing through a plurality of unit coils is the same, or the first unit coil and the second unit coil are mixed and arranged, where current flows in different directions. Accordingly, there is an advantage in that the plasma density inside the chamber can be finely controlled.
  • a plasma source using a planar helical coil includes a plurality of internal unit coils having a diameter smaller than the diameter or width of a wafer on the same plane, and connects the plurality of internal unit coils through a connecting portion.
  • a plasma source using a planar helical coil according to an embodiment of the present invention may be used for inductively coupled plasma (ICP), but is not limited thereto, and may be used for various types of plasma.
  • ICP inductively coupled plasma

Abstract

본 발명은 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스에 관한 것으로, 단위 연장 일단부에서부터 연장되며, 하나의 평면 내에서 단위 연장 끝단부로 원 형상으로 연장되는 단위 코일;을 포함하며, 상기 단위 코일은 복수 개가 적층되며, 하나의 단위 코일의 상기 단위 연장 끝단부에서, 다른 하나의 단위 코일의 상기 단위 연장 일단부를 연결하는 연결부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스
본 발명은 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 평면 내에 형성되는 단위 코일을 복수 개 적층하고, 단위 코일이 형성하는 평면과 수직한 방향으로 연장되는 연결부를 통해 복수 개의 단위 코일을 연결하여 챔버 내부에 플라즈마를 형성할 수 있는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스에 관한 것이다.
일반적으로 반도체를 제조하는 공정에서는 균일성을 확보하는 것이 매우 중요하며, 반도체의 제조 공정 중 식각(etching) 공정에서 반도체의 균일성이 확보되거나 조절될 수 있다.
반도체의 식각 공정은 플라즈마 챔버 내부에서 진행될 수 있다. 플라즈마 챔버는 내부의 반응 공간 내에 플라즈마를 형성시키고, 상기 플라즈마를 이용하여 반도체의 식각 공정을 수행하게 된다.
플라즈마 챔버의 상부에는 플라즈마를 형성시키기 위한 플라즈마 소스가 구비되어 있으며, 플라즈마 소스의 대표적인 예로는 용량성 결합 플라즈마(CCP; Capacitively Coupled Plasma) 소스 및 유도성 결합 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma) 소스가 있다.
용량성 결합 플라즈마(CCP) 소스는 전기장을 이용하는 것으로, 용량성 결합 플라즈마(CCP) 소스는 유도성 결합 플라즈마(ICP) 보다 약간 더 높은 압력에서 식각이 진행될 수 있다. 용량성 결합 플라즈마(CCP) 소스는 식각 속도가 느리지만 선택비 특성과 공정 재현성이 우수한 것이다.
그러나 용량성 결합 플라즈마(CCP) 소스는 웨이퍼 중앙부분에서의 플라즈마 밀도가 웨이퍼의 가장자리에서의 플라즈마 밀도에 비하여 상대적으로 높게 나타나는 플라즈마 밀도 불균일 특성이 있다. 또한, 전체 플라즈마 밀도가 낮은 편이어서 플라즈마 밀도를 증가시키기 위해 높은 RF 파워를 인가하여야 한다는 문제점이 있다.
유도성 결합 플라즈마(ICP)는 유도 자기장을 이용하는 것으로, 용량성 결합 플라즈마(CCP) 소스에 비하여 전체 플라즈마 밀도가 높다는 장점이 있다. 유도성 결합 플라즈마(ICP)는 용량성 결합 플라즈마(CCP) 소스 보다 낮은 압력에서 식각 속도를 증가시킬 수 있으나, 웨이퍼의 중앙 부분에서의 플라즈마 밀도가 웨이퍼의 가장자리 부분에서의 플라즈마 밀도에 비하여 상대적으로 높으며, 선택비가 낮고 공정 재현성이 좋지 못하다는 문제점이 있다.
이와 같이 종래의 플라즈마 소스의 경우 웨이퍼 중앙부분에서의 플라즈마 밀도가 웨이퍼의 가장자리에서의 플라즈마 밀도에 비하여 상대적으로 높게 나타나는 문제점이 있다.
웨이퍼 중앙부분에서의 플라즈마 밀도가 웨이퍼의 가장자리에서의 플라즈마 밀도에 비하여 상대적으로 높게 되면, 웨이퍼의 가장자리에서 균일성을 확보하기 어렵게 된다. 따라서 웨이퍼의 가장자리에서 균일성을 확보할 수 있는 플라즈마 소스의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 평면 내에 형성되는 단위 코일을 복수 개 적층하고, 단위 코일이 형성하는 평면과 수직한 방향으로 연장되는 연결부를 통해 복수 개의 단위 코일을 연결하여 챔버 내부에 플라즈마를 형성할 수 있는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스에 관한 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는, 챔버의 상부에 구비되며, 플라즈마를 형성하기 위한 플라즈마 소스로, 단위 연장 일단부에서부터 연장되며, 하나의 평면 내에서 단위 연장 끝단부로 원 형상으로 연장되는 단위 코일;을 포함하며, 상기 단위 코일은 복수 개가 적층되며, 하나의 단위 코일의 상기 단위 연장 끝단부에서, 다른 하나의 단위 코일의 상기 단위 연장 일단부를 연결하는 연결부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스의 상기 연결부는 상기 단위 코일이 형성하는 평면에 대하여 수직으로 연장되고, 복수 개의 상기 단위 코일이 형성하는 평면은 서로 나란한 방향으로 연장될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스의 상기 연결부의 길이는 5 내지 15mm 일 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스의 상기 단위 코일의 상기 단위 연장 일단부와 상기 단위 연장 끝단부 사이에는 이격 거리가 구비될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스의 상기 단위 코일의 직경은, 챔버 내부의 베이스 플레이트에 안착되는 웨이퍼의 직경 또는 폭보다 크고, 복수 개의 상기 단위 코일이 형성하는 평면은 상기 웨이퍼가 안착되는 평면과 나란한 방향일 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스의 복수 개의 상기 단위 코일은, 상기 단위 연장 일단부에서 상기 단위 연장 끝단부로 향하는 방향이 서로 동일할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스의 복수 개의 상기 단위 코일은, 상기 단위 연장 일단부에서 상기 단위 연장 끝단부로 반시계 방향으로 연장되는 제1단위 코일과, 상기 단위 연장 일단부에서 상기 단위 연장 끝단부로 시계 방향으로 연장되는 제2단위 코일을 포함할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스의 상기 제1단위 코일과 상기 제2단위 코일은, 번갈아가면서 적층될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스의 복수 개의 상기 제1단위 코일이 적층된 이후, 상기 제2단위 코일이 적층되거나, 복수 개의 상기 제2단위 코일이 적층된 이후, 상기 제1단위 코일이 적층될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스의 챔버 내부의 베이스 플레이트에 안착되는 웨이퍼의 직경 또는 폭보다 작은 직경을 가지는 내부 코일을 더 포함하며, 상기 내부 코일은, 원 형상으로 이루어진 복수 개의 내부 단위 코일을 포함하며, 복수 개의 상기 내부 단위 코일은, 동일한 평면에 구비될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스의 상기 내부 단위 코일은, 내부 단위 연장 일단부에서 원 형상을 이루면서 내부 단위 연장 끝단부로 연장되며, 하나의 내부 단위 코일의 상기 내부 단위 연장 끝단부에서, 다른 하나의 내부 단위 코일의 상기 내부 단위 연장 일단부를 연결하는 내부 연결부를 더 포함할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스의 상기 내부 단위 코일을 연결하는 복수 개의 상기 내부 연결부는, 서로 나란한 방향으로 연장될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스의 상기 내부 단위 코일의 상기 내부 단위 연장 일단부와 상기 내부 단위 연장 끝단부 사이에는 내부 이격 거리가 구비될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스의 복수 개의 상기 내부 단위 코일은, 상기 내부 단위 연장 일단부에서 상기 내부 단위 연장 끝단부로 반시계 방향으로 연장되는 제1내부 단위 코일과, 상기 내부 단위 연장 일단부에서 상기 내부 단위 연장 끝단부로 시계 방향으로 연장되는 제2내부 단위 코일을 포함할 수 있다.
본 발명은 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스에 관한 것으로, 웨이퍼의 직경 또는 폭 보다 큰 직경을 가지는 단위 코일을 복수 개 적층하고, 단위 코일이 형성하는 평면과 수직한 방향으로 연장되는 연결부를 통해 복수 개의 단위 코일을 연결하여 챔버 내부에 플라즈마를 형성함에 따라 웨이퍼의 가장자리에서의 플라즈마 밀도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 웨이퍼의 직경 또는 폭 보다 작은 직경을 가지는 내부 단위 코일을 동일한 평면에 복수 개 구비하고, 연결부를 통해 복수 개의 내부 단위 코일을 연결하여 챔버 내부에 플라즈마를 형성함에 따라 웨이퍼의 중심부에서 플라즈마 밀도를 미세하게 조절할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따라 웨이퍼의 직경 또는 폭 보다 큰 직경을 가지는 단위 코일을 복수 개 적층된 것을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 복수 개의 단위 코일의 연장 방향이 서로 동일하도록, 단위 코일이 형성하는 평면과 수직한 방향으로 연장되는 연결부를 통해 복수 개의 단위 코일을 연결한 것을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 서로 연장 방향이 상이한 제1단위 코일과 제2단위 코일이 번갈아가면서 적층되는 것을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 복수 개의 제1단위 코일이 적층된 이후, 제1단위 코일과 연장 방향이 상이한 제2단위 코일이 적층되는 것을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 웨이퍼의 직경 또는 폭 보다 작은 직경을 가지는 내부 단위 코일이 동일한 평면에 복수 개 구비된 것을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 동일한 평면에 형성되는 복수 개의 내부 단위 코일을 내부 연결부를 통해 연결한 것을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 서로 연장 방향이 상이한 제1내부 단위 코일과 제2내부 단위 코일이 번갈아가면서 연장되는 것을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따라 복수 개의 제1내부 단위 코일이 적층된 이후, 제1내부 단위 코일과 연장 방향이 상이한 제2내부 단위 코일이 연장되는 것을 나타내는 도면이다.
본 명세서는 본 발명의 권리범위를 명확히 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있도록, 본 발명의 원리를 설명하고, 실시 예들을 개시한다. 개시된 실시 예들은 다양한 형태로 구현될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 발명(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어, 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 결합되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명은 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스에 관한 것으로, 하나의 평면 내에 형성되는 단위 코일을 복수 개 적층하고, 단위 코일이 형성하는 평면과 수직한 방향으로 연장되는 연결부를 통해 복수 개의 단위 코일을 연결하여 챔버 내부에 플라즈마를 형성할 수 있는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스에 관한 것이다.
본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 대칭성이 높고 균일한 플라즈마를 생성하는 것으로, 본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 식각 속도가 높으면서도 재현성과 선택비를 향상시킬 수 있는 유도성 결합 플라즈마(ICP)에 사용될 수 있다.
본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 방위각 대칭성이 우수한 코일을 제공할 수 있는 것으로, 본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 챔버 내부에서 압력이 커지면서, 챔버 내부의 플라즈마의 밀도를 오목한 형상으로 구현할 수 있는 것이다.
본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스를 통해 챔버 내부의 플라즈마 밀도를 챔버 내측(중앙)에서 챔버의 외측(가장자리)로 갈수록 높아지게 하면서 챔버 내부의 플라즈마의 밀도를 오목한 형상으로 구현할 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 챔버(10)의 상부에 구비될 수 있다. 상기 챔버(10)에는 웨이퍼(30)가 안착될 수 있는 베이스 플레이트(20)가 구비되며, 상기 베이스 플레이트(20)에 상기 웨이퍼(30)가 안착된 이후 식각 공정이 진행된다.
상기 베이스 플레이트(20)에는 바이어스(bias)를 인가할 알에프 제네레이터(RF generator)(21)가 결합될 수 있으며, 상기 알에프 제네레이터(21)를 통해 식각 도중 플라즈마에 바이어스를 인가할 수 있게 된다.
상기 베이스 플레이트(20)는 상기 챔버(10) 내부의 중앙 부분에 배치될 수 있으며, 상기 베이스 플레이트(20)가 상기 챔버(10) 내부의 중앙 부분에 배치됨에 따라 상기 웨이퍼(30)도 상기 챔버(10)의 중앙 부분에 배치될 수 있다.
종래의 플라즈마 소스는, 챔버(10)의 중앙 부분에서 플라즈마 밀도가 높고 챔버(10)의 가장자리에서 플라즈마 밀도가 낮은 불균일 특성이 있었다. 이에 따라 웨이퍼(30)의 가장자리에서 균일성을 확보하기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명의 실시 예에 따른 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 방위각 대칭성이 우수한 코일을 제공할 수 있는 것으로, 본 발명의 실시 예에 따른 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 상기 단위 코일(110)과 상기 연결부(120)를 포함하는 플라즈마 소스를 이용할 수 있다. 상기 단위 코일(110)과 상기 연결부(120)는 상기 웨이퍼(30)의 외측에 배치되는 외부 코일(100)일 수 있다.
상기 단위 코일(110)은 전류가 통하는 코일로 이루어질 수 있는 것으로, 상기 단위 코일(110)은 단위 연장 일단부(111)에서부터 연장되며, 하나의 평면 내에서 단위 연장 끝단부(112)로 원 형상으로 연장되는 것이다. 상기 단위 코일(110)은 하나의 평면 내에서 원 형상으로 연장되는 것으로, 상기 단위 코일(110)은 복수 개가 적층될 수 있다.
상기 단위 코일(110)의 상기 단위 연장 일단부(111)는 하나의 평면 내에서 상기 단위 코일(110)이 연장되는 시작 지점이며, 상기 단위 연장 끝단부(112)는 하나의 평면 내에서 상기 단위 코일(110)이 연장되는 종료 지점이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 단위 코일(110)의 상기 단위 연장 일단부(111)와 상기 단위 연장 끝단부(112) 사이에는 이격 거리(113)가 구비될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 단위 연장 일단부(111)와 상기 단위 연장 끝단부(112)는 서로 접촉되지 않으면서 상기 이격 거리(113)가 형성되는 것이다. 상기 단위 연장 일단부(111)와 상기 단위 연장 끝단부(112)가 서로 접촉되지 않으면서 상기 이격 거리(113)가 형성됨에 따라 전류가 일방향으로 흐를 수 있게 되고, 플라즈마 아킹(plasma arcing)을 방지할 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 복수 개의 상기 단위 코일(110)에 구비되는 상기 이격 거리(113)는 서로 동일할 수 있다. 복수 개의 상기 단위 코일(110)의 직경은 서로 동일할 수 있으며, 복수 개의 상기 단위 코일(110)에서, 상기 단위 연장 일단부(111)에서부터 상기 단위 연장 끝단부(112)로 연장되는 길이는 서로 동일할 수 있다.
이와 같이 복수 개의 상기 단위 코일(110)에서, 상기 단위 연장 일단부(111)에서부터 상기 단위 연장 끝단부(112)로 연장되는 길이가 서로 동일하고, 상기 이격 거리(113)가 서로 동일하면, 복수 개의 상기 단위 코일(110)에서 형성되는 방위각이 동일하게 되면서 방위각이 대칭(azimuthal symmetry)이 될 수 있게 된다.
도 2를 참조하면, 상기 연결부(120)는 하나의 단위 코일(110)과 다른 하나의 단위 코일(110)을 연결할 수 있는 것으로, 상기 연결부(120)는 하나의 단위 코일(110)의 단위 연장 끝단부(112)에서 다른 하나의 단위 코일(110)의 단위 연장 일단부(111)를 연결하는 것이다.
상술한 바와 같이 상기 단위 코일(110)이 적층됨에 따라 하나의 단위 코일(110)의 바로 위에는 다른 하나의 단위 코일(110)이 구비될 수 있다. 상기 연결부(120)는 하나의 단위 코일(110)과 상기 단위 코일(110)의 바로 위에 구비된 다른 하나의 단위 코일(110)을 연결할 수 있는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 연결부(120)는 상기 단위 코일(110)이 형성하는 평면에 대하여 수직으로 연장될 수 있고, 복수 개의 상기 단위 코일(110)의 형성하는 평면은 서로 나란한 방향으로 연장될 수 있다.
즉, 도 2를 참조하면, 서로 나란한 방향으로 연장되는 평면을 형성하는 복수 개의 상기 단위 코일(110)이 적층되며, 상기 단위 코일(110)이 연장되는 방향과 수직으로 연장되는 상기 연결부(120)를 통해 복수 개의 상기 단위 코일(110)이 연결될 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에 따른 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 알에프 파워 제네레이터(Radio Frequency Power Generator)(140)를 더 포함할 수 있다. 상기 알에프 파워 제네레이터(Radio Frequency Power Generator)(140)를 통해 상기 단위 코일(110)에 알에프 파워(Radio Frequency Power)가 인가될 수 있으며, 상기 단위 코일(110)에 의해 여기되는 전자기장의 변화에 의해 상기 챔버(10)에 플라즈마가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 연결부(120)의 길이는 5 내지 15mm 일 수 있다. 구체적으로, 하나의 단위 코일(110)의 단위 연장 끝단부(112)에서 다른 하나의 단위 코일(110)의 단위 연장 일단부(111)를 연결하는 상기 연결부(120)의 길이는 5 내지 15mm일 수 있다.
상기 연결부(120)의 길이가 너무 작으면(5mm 보다 작으면), 상기 단위 코일(110) 사이에서 플라즈마 아킹(arcing) 현상이 발생하여 간섭이 발생할 수 있게 된다. 따라서, 상기 연결부(120)의 길이는 5mm 보다 큰 것이 바람직하다.
또한, 상기 연결부(120)의 길이가 너무 크면(15mm 보다 크면), 상기 단위 코일(110) 사이에서 플라즈마가 깜박거리거나(plasma flickering) 또는 플라즈마 꺼짐(plasma-off) 현상이 발생할 우려가 있다. 구체적으로, 상기 연결부(120)의 길이가 너무 크면, 플라즈마가 꺼지면서(plasma ignition) 상기 단위 코일(110)을 통해 플라즈마를 형성할 수 없게 될 위험이 있다. 따라서 상기 연결부(120)의 길이는 15mm 보다 작은 것이 바람직하다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 단위 코일(110)의 직경은 상기 챔버(10) 내부의 상기 베이스 플레이트(20)에 안착되는 웨이퍼(30)의 직경 또는 폭보다 클 수 있다.
상기 단위 코일(110)은 상기 웨이퍼(30)의 외측에 배치되는 외부 코일일 수 있으며, 상기 단위 코일(110)은 상기 베이스 플레이트(20)에 상기 웨이퍼(30)가 안착될 때, 상기 웨이퍼(30)의 외측에 배치될 수 있다. 이를 위해 상기 단위 코일(110)의 직경은 상기 웨이퍼(30)의 직경 또는 폭보다 큰 것이 바람직하다.
복수 개의 상기 단위 코일(110)이 적층되면서 상기 웨이퍼(30)의 외측에 배치됨에 따라 웨이퍼(30)의 가장자리에서 플라즈마의 밀도를 향상시킬 수 있게 되며, 이를 통해 웨이퍼(30)의 가장자리에서 균일성이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 복수 개의 상기 단위 코일(110)이 형성하는 평면은 상기 웨이퍼(30)가 안착되는 평면과 나란한 방향일 수 있다. 상기 베이스 플레이트(20)에 상기 웨이퍼(30)가 안착될 때, 판 형상으로 이루어진 상기 웨이퍼(30)가 형성하는 평면과 상기 단위 코일(110)이 형성하는 평면은 서로 나란한 방향으로 연장될 수 있다. 이를 통해 상기 웨이퍼(30)의 면과 평행한 유도 전기장이 상기 단위 코일(110)을 통해 형성될 수 있게 된다.
도 2를 참조하면, 복수 개의 상기 단위 코일(110)은, 상기 단위 연장 일단부(111)에서 상기 단위 연장 끝단부(112)로 향하는 방향이 서로 동일할 수 있다.
복수 개의 상기 단위 코일(110)은 상기 단위 연장 일단부(111)에서 상기 단위 연장 끝단부(112)로 향하는 방향이 서로 동일함에 따라 동일한 방향(시계 방향 또는 반시계 방향)으로 전류가 흐를 수 있게 된다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 복수 개의 상기 단위 코일(110)은 상기 단위 연장 일단부(111)에서 상기 단위 연장 끝단부(112)로 반시계 방향으로 연장되는 제1단위 코일(131)과, 상기 단위 연장 일단부(111)에서 상기 단위 연장 끝단부(112)로 시계 방향으로 연장되는 제2단위 코일(132)을 포함할 수 있다.
상기 제1단위 코일(131)과 상기 제2단위 코일(132)은 감기는(winding) 방향이 서로 반대인 것으로, 상기 제1단위 코일(131)과 상기 제2단위 코일(132)이 서로 반대 방향으로 연장됨에 따라 전류의 흐름이 서로 반대 방향으로 형성될 수 있게 된다. 여기서, 상기 제1단위 코일(131)과 상기 제2단위 코일(132)이 감기는(winding) 방향은 전류가 흐르는 방향일 수 있다.
구체적으로, 상기 제1단위 코일(131)은 전류의 흐름이 반시계 방향으로 형성될 수 있으며, 상기 제2단위 코일(132)은 전류의 흐름이 시계 방향으로 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 제1단위 코일(131)과 상기 제2단위 코일(132)은 번갈아가면서 적층될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1단위 코일(131)과 상기 제2단위 코일(132)은 한 번씩 번갈아가면서 적층될 수 있으며, 이를 통해 인접하는 상기 단위 코일(110)에서 서로 다른 방향으로 전류가 흐를 수 있게 된다.
또한, 도 4를 참조하면, 복수 개의 상기 제1단위 코일(131)이 적층된 이후, 상기 제2단위 코일(132)이 적층되거나, 복수 개의 상기 제2단위 코일(132)이 적층된 이후, 상기 제1단위 코일(131)이 적층될 수도 있다.
조금 더 구체적으로, 상기 제1단위 코일(131)과 상기 제2단위 코일(132)은 한 번씩 번갈아가면서 적층되지 않을 수도 있으며, 복수 개의 상기 제1단위 코일(131)과 복수 개의 상기 제2단위 코일(132)이 임의적인 순서로 적층될 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 복수 개의 상기 단위 코일(110)이 적층되는 개수를 조절하고, 서로 감기는 방향이 다른 복수 개의 단위 코일(상기 제1단위 코일(131)과 상기 제2단위 코일(132))을 사용함에 따라 플라즈마 밀도를 미세하게 조절할 수 있다.
구제적으로, 복수 개의 상기 단위 코일(110)에서 코일의 길이(l)를 변화시킴에 따라 가변의 인덕턴스(inductance, L)를 얻을 수 있게 되며, 이를 통해 임피던스(Impedance, Z)를 변화시킬 수 있게 된다. 임피던스를 변화시킴에 따라 전류를 변화시킬 수 있게 되며, 이를 통해 전류 밀도(Ji)를 변화시키게 되면서 플라즈마의 밀도를 변화시킬 수 있게 된다.
또한, 서로 연장되는 방향이 반대인 상기 제1단위 코일(131)과 상기 제2단위 코일(132)을 동시에 배치하면, 유도 자기장이 달라지게 되면서 상기 웨이퍼(30)의 면과 평행한 유도 전기장을 변화시키게 되면서 플라즈마의 밀도를 변화시킬 수 있게 된다.
조금 더 구체적으로, 동일한 길이를 가지는 복수 개의 상기 단위 코일(110)을 어떠한 방향으로 감는지에 따라 상기 웨이퍼(30)의 면과 평행한 유도 전기장을 변화시킬 수 있게 되고, 이를 통해 플라즈마의 밀도를 미세하게 조절할 수 있게 된다.
즉, 복수 개의 상기 단위 코일(110)이 적층되는 개수에 따라 코일의 길이(l)를 변화시킴에 따라 임피던스(Impedance, Z)와 전류를 변화시켜 플라즈마의 밀도를 조절할 수 있으며, 적층되는 단위 코일의 개수가 정해지면서 일정한 길이를 가지는 코일에서, 단위 코일이 감기는 방향을 조절함에 따라 유도 자기장을 달라지게 하면서 상기 웨이퍼(30)의 면과 평행한 유도 전기장을 변화시켜 플라즈마의 밀도를 변화시킬 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에 따른 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 내부 코일(200)을 더 포함할 수 있다. 상기 내부 코일(200)은 전류가 통하는 코일로 이루어진 것으로, 상기 웨이퍼(30)의 중앙 부분에서 플라즈마 밀도를 미세하게 조절하기 위해 구비되는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 웨이퍼(30)의 외측에는 상기 외부 코일(100)이 구비될 수 있으며, 상기 웨이퍼(30)의 내측에는 상기 내부 코일(200)이 구비될 수 있다.
상술한 바와 같이 상기 외부 코일(100)을 통해 상기 웨이퍼(30)의 가장자리에서의 플라즈마 밀도를 향상시켜 상기 웨이퍼(30)의 균일성을 향상시킬 수 있게 된다. 이때, 상기 내부 코일(200)을 동시에 사용하면, 상기 웨이퍼(30)의 가장자리에서의 플라즈마 밀도를 향상시키면서 상기 웨이퍼(30)의 중앙 부분에서 플라즈마 밀도를 미세하게 조절할 수 있게 된다.
도 5를 참조하면, 상기 내부 코일(200)은 상기 챔버(10) 내부의 상기 베이스 플레이트(20)에 안착되는 상기 웨이퍼(30)의 직경 또는 폭보다 작은 직경을 가지는 것으로, 상기 내부 코일(200)은 원 형상으로 이루어진 복수 개의 내부 단위 코일(210)을 포함한다.
도 6을 참조하면, 복수 개의 상기 내부 단위 코일(210)은 동일한 평면에 구비되는 것일 수 있다. 구체적으로, 복수 개의 상기 내부 단위 코일(210)은 하나의 층에 형성될 수 있다.
상기 내부 단위 코일(210)은 내부 단위 연장 일단부(211)에서 원 형상을 이루면서 내부 단위 연장 끝단부(212)로 연장될 수 있다. 상기 내부 단위 코일(210)의 상기 내부 단위 연장 일단부(211)는 상기 내부 단위 코일(210)이 연장되는 시작 시점이며, 상기 내부 단위 연장 끝단부(212)는 상기 내부 단위 코일(210)이 연장되는 종료 지점이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 내부 단위 코일(210)의 상기 내부 단위 연장 일단부(211)와 상기 내부 단위 연장 끝단부(212) 사이에는 내부 이격 거리(213)가 구비될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 내부 단위 연장 일단부(211)와 상기 내부 단위 연장 끝단부(212)는 서로 접촉되지 않으면서 상기 내부 이격 거리(213)가 형성되는 것이다.
상기 내부 단위 연장 일단부(211)와 상기 내부 단위 연장 끝단부(212)가 서로 접촉되지 않으면서 상기 내부 이격 거리(213)가 형성됨에 따라 전류를 일방향으로 흐를 수 있게 하면서 플라즈마 아킹(plasma arcing)을 방지할 수 있게 된다.
도 6을 참조하면, 상기 내부 코일(200)은 내부 연결부(220)를 더 포함할 수 있다. 상기 내부 연결부(220)는 하나의 내부 단위 코일(210)과 다른 하나의 내부 단위 코일(210)을 연결할 수 있는 것으로, 상기 내부 연결부(220)는 하나의 내부 단위 코일(210)의 내부 단위 연장 끝단부(212)와 다른 하나의 내부 단위 코일(210)의 내부 단위 연장 일단부(211)를 연결하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 내부 코일(200)은 동일한 평면 상에 형성된는 복수 개의 상기 내부 단위 코일(210)을 포함할 수 있으며, 복수 개의 상기 내부 단위 코일(210)은 상기 내부 연결부(220)를 통해 연결될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 복수 개의 상기 내부 단위 코일(210)은 외측으로 갈수록 점점 직경이 커질 수 있다. 구체적으로, 하나의 평면 내에 구비되는 복수 개의 상기 내부 단위 코일(210)의 직경은, 중심에서 외측으로 갈수록 직경이 커질 수 있다.
여기서, 복수 개의 상기 내부 단위 코일(210)을 연결하는 복수 개의 상기 내부 연결부(220)는 서로 나란한 방향으로 연장될 수 있다. 도 6을 참조하면, 복수 개의 상기 내부 연결부(220)는 동일한 평면에서 평행한 방향으로 연장될 수 있다. 이를 통해 복수 개의 상기 내부 단위 코일(210)에서 형성되는 방위각이 서로 동일하게 되면서 방위각이 대칭(azimuthal symmetry)이 될 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에 따른 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 내부 알에프 파워 제네레이터(Radio Frequency Power Generator)(240)를 더 포함할 수 있다. 상기 내부 알에프 파워 제네레이터(Radio Frequency Power Generator)(240)를 통해 상기 내부 단위 코일(210)에 알에프 파워(Radio Frequency Power)가 인가될 수 있으며, 상기 내부 단위 코일(210)에 의해 여기되는 전자기장의 변화에 의해 상기 챔버(10)에 플라즈마가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는, 하나의 평면에 형성되는 상기 단위 코일(110)이 복수 개 적층되는 상기 외부 코일(100)을 통해 상기 웨이퍼(30)의 가장자리에서 플라즈마 밀도를 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 외부 코일(100)은 상기 웨이퍼(30)의 직경 또는 폭 보다 큰 직경을 가지는 헬리컬(helical) 코일일 수 있으며, 상기 외부 코일(100)을 사용함에 따라 상기 웨이퍼(30)가 안착되는 상기 챔버(10) 내부의 플라즈마 밀도를 상기 챔버(10) 내측에서 상기 챔버(10)의 외측으로 갈수록 높아지게 할 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 동일한 평면상에 복수 개의 상기 내부 단위 코일(210)이 구비되는 상기 내부 코일(200)을 통해 상기 챔버(10)의 중앙 부분(내측)에서 플라즈마 밀도를 미세하게 조절할 수 있게 된다. 상기 내부 코일(200)은 상기 웨이퍼(30)의 직경 또는 폭 보다 작은 직경을 가지는 스파이럴(spiral) 코일일 수 있다.
상기 외부 코일(100)을 통해 상기 챔버(10) 내측에서 상기 챔버(10)의 외측으로 갈수록 플라즈마 밀도를 높아지게 할 때, 상기 내부 코일(200)을 사용함에 따라 상기 챔버(10)의 중앙 부분에서 플라즈마 밀도를 미세하게 조절할 수 있게 된다.
구체적으로, 상기 외부 코일(100)을 통해 상기 챔버(10) 내측에서 상기 챔버(10)의 외측으로 갈수록 플라즈마 밀도를 높아지게 할 때, 상기 챔버(10)의 중앙 부분에서 플라즈마 밀도가 감소되는 것을 방지하기 위해 상기 내부 코일(200)을 사용할 수 있게 된다. 이를 통해 상기 웨이퍼(30)의 중앙 부분과 가장자리 부분에서 균일도를 향상시킬 수 있게 된다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 복수 개의 상기 내부 단위 코일(210)은 상기 내부 단위 연장 일단부(211)에서 상기 내부 단위 연장 끝단부(212)로 반시계 방향으로 연장되는 제1내부 단위 코일(231)과, 상기 단위 연장 일단부(211)에서 상기 단위 연장 끝단부(212)로 시계 방향으로 연장되는 제2내부 단위 코일(232)을 포함할 수 있다.
상기 제1내부 단위 코일(231)과 상기 제2내부 단위 코일(232)은 감기는(winding) 방향이 서로 반대인 것으로, 상기 제1내부 단위 코일(231)과 상기 제2내부 단위 코일(232)이 서로 반대 방향으로 연장됨에 따라 전류의 흐름이 서로 반대 방향으로 형성될 수 있게 된다. 여기서, 상기 제1내부 단위 코일(231)과 상기 제2내부 단위 코일(232)이 감기는(winding) 방향은 전류가 흐르는 방향일 수 있다.
구체적으로, 상기 제1내부 단위 코일(231)은 전류의 흐름이 반시계 방향으로 형성될 수 있으며, 상기 제2내부 단위 코일(232)은 전류의 흐름이 시계 방향으로 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 제1내부 단위 코일(231)과 상기 제2내부 단위 코일(232)은 번갈아가면서 연장될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1내부 단위 코일(231)과 상기 제2단위 코일(232)은 한 번씩 번갈아가면서 연장될 수 있으며, 이를 통해 인접하는 상기 내부 단위 코일(210)에서 서로 다른 방향으로 전류가 흐를 수 있게 된다.
도 8을 참조하면, 또한, 복수 개의 상기 제1내부 단위 코일(231)이 연장된 이후, 상기 제2내부 단위 코일(232)이 연장되거나, 복수 개의 상기 제2내부 단위 코일(232)이 연장된 이후, 상기 제1내부 단위 코일(231)이 연장될 수도 있다.
조금 더 구체적으로, 상기 제1내부 단위 코일(231)과 상기 제2내부 단위 코일(232)은 한 번씩 번갈아가면서 연장되지 않을 수도 있으며, 복수 개의 상기 제1내부 단위 코일(231)과 복수 개의 상기 제2내부 단위 코일(232)이 임의적인 순서로 적층될 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 서로 감기는 방향이 다른 복수 개의 내부 단위 코일(상기 제1내부 단위 코일(231)과 상기 제2내부 단위 코일(232))을 사용함에 따라 플라즈마 밀도를 미세하게 조절할 수 있다.
상술한 본 발명의 실시 예에 따른 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 웨이퍼의 직경 또는 폭 보다 큰 직경을 가지는 단위 코일을 복수 개 적층하고, 단위 코일이 형성하는 평면과 수직한 방향으로 연장되는 연결부를 통해 복수 개의 단위 코일을 연결하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 웨이퍼의 직경 또는 폭 보다 큰 직경을 가지며, 하나의 평면 내부에서 연장되는 단위 코일을 복수 개 적층하면서 챔버 내부에 플라즈마를 형성함에 따라 웨이퍼의 가장자리에서의 플라즈마 밀도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 복수 개의 단위 코일에 흐르는 전류 방향을 동일하게 하거나, 서로 다른 방향으로 전류가 흐르는 제1단위 코일과 제2단위 코일을 혼합하여 배치함에 따라 챔버 내부의 플라즈마 밀도를 미세하게 조절할 수 있는 장점이 있다.
이와 함께, 본 발명의 실시 예에 따른 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 웨이퍼의 직경 또는 폭 보다 작은 직경을 가지는 내부 단위 코일을 동일한 평면에 복수 개 구비하고, 연결부를 통해 복수 개의 내부 단위 코일을 연결하여 챔버 내부에 플라즈마를 형성함에 따라 웨이퍼의 중심부에서 플라즈마 밀도를 미세하게 조절할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 유도성 결합 플라즈마(ICP)에 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 종류의 플라즈마에 이용될 수도 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시 예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 챔버의 상부에 구비되며, 플라즈마를 형성하기 위한 플라즈마 소스에 있어서,
    단위 연장 일단부에서부터 연장되며, 하나의 평면 내에서 단위 연장 끝단부로 원 형상으로 연장되는 단위 코일;을 포함하며,
    상기 단위 코일은 복수 개가 적층되며,
    하나의 단위 코일의 상기 단위 연장 끝단부에서, 다른 하나의 단위 코일의 상기 단위 연장 일단부를 연결하는 연결부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연결부는 상기 단위 코일이 형성하는 평면에 대하여 수직으로 연장되고,
    복수 개의 상기 단위 코일이 형성하는 평면은 서로 나란한 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연결부의 길이는 5 내지 15mm 인 것을 특징으로 하는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단위 코일의 상기 단위 연장 일단부와 상기 단위 연장 끝단부 사이에는 이격 거리가 구비되는 것을 특징으로 하는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단위 코일의 직경은,
    챔버 내부의 베이스 플레이트에 안착되는 웨이퍼의 직경 또는 폭보다 크고,
    복수 개의 상기 단위 코일이 형성하는 평면은 상기 웨이퍼가 안착되는 평면과 나란한 방향인 것을 특징으로 하는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스.
  6. 제1항에 있어서,
    복수 개의 상기 단위 코일은,
    상기 단위 연장 일단부에서 상기 단위 연장 끝단부로 향하는 방향이 서로 동일한 것을 특징으로 하는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스.
  7. 제1항에 있어서,
    복수 개의 상기 단위 코일은,
    상기 단위 연장 일단부에서 상기 단위 연장 끝단부로 반시계 방향으로 연장되는 제1단위 코일과,
    상기 단위 연장 일단부에서 상기 단위 연장 끝단부로 시계 방향으로 연장되는 제2단위 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1단위 코일과 상기 제2단위 코일은, 번갈아가면서 적층되는 것을 특징으로 하는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스.
  9. 제7항에 있어서,
    복수 개의 상기 제1단위 코일이 적층된 이후, 상기 제2단위 코일이 적층되거나,
    복수 개의 상기 제2단위 코일이 적층된 이후, 상기 제1단위 코일이 적층되는 것을 특징으로 하는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스.
  10. 제1항에 있어서,
    챔버 내부의 베이스 플레이트에 안착되는 웨이퍼의 직경 또는 폭보다 작은 직경을 가지는 내부 코일을 더 포함하며,
    상기 내부 코일은, 원 형상으로 이루어진 복수 개의 내부 단위 코일을 포함하며,
    복수 개의 상기 내부 단위 코일은, 동일한 평면에 구비되는 것을 특징으로 하는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 내부 단위 코일은,
    내부 단위 연장 일단부에서 원 형상을 이루면서 내부 단위 연장 끝단부로 연장되며,
    하나의 내부 단위 코일의 상기 내부 단위 연장 끝단부에서, 다른 하나의 내부 단위 코일의 상기 내부 단위 연장 일단부를 연결하는 내부 연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 내부 단위 코일을 연결하는 복수 개의 상기 내부 연결부는,
    서로 나란한 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 내부 단위 코일의 상기 내부 단위 연장 일단부와 상기 내부 단위 연장 끝단부 사이에는 내부 이격 거리가 구비되는 것을 특징으로 하는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스.
  14. 제11항에 있어서,
    복수 개의 상기 내부 단위 코일은,
    상기 내부 단위 연장 일단부에서 상기 내부 단위 연장 끝단부로 반시계 방향으로 연장되는 제1내부 단위 코일과,
    상기 내부 단위 연장 일단부에서 상기 내부 단위 연장 끝단부로 시계 방향으로 연장되는 제2내부 단위 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스.
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