KR100501821B1 - Method of plasma generation and apparatus thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자 또는 LCD 제조용 플라즈마 발생 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 서로 다른 전자기적 특성을 갖는 2개의 안테나를 직렬 또는 병렬로 조합하여 코일 인덕턴스, 안테나 코일에 인가되는 전압 및 전류 분포, 반응로 안의 이온 밀도/분포/공정 민감도 등을 적절하게 조절함으로서, 반도체 및 LCD 공정들에 중요한 식각률, 선택비, 안테나 코일에 대한 효율, 폴리머 증착 상태, 바이-프로덕트에 의한 분진, MWBC(Mean Wafer Between Clean) 및 오염 등의 문제들을 적은 비용으로 개선시킬 수 있는 효과가 있다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method and apparatus for generating plasma for semiconductor device or LCD manufacturing. By appropriately controlling the ion density / distribution / process sensitivity in the substrate, the etch rate, selectivity, antenna coil efficiency, polymer deposition state, bi-product dust, MWBC (Mean Wafer Between Clean) are critical for semiconductor and LCD processes. ) And pollution can be improved at low cost.
이를 위한 본 발명에 의한 플라즈마 발생 장치는 플라즈마를 발생하기 위한 고주파 전원을 공급하는 고주파 정합기; 상기 고주파 정합기로부터 고주파 전원을 공급받아 전자기장을 발생하며, 서로 다른 전자기적 특성을 갖는 제 1 안테나와 제 2 안테나가 병렬 또는 직렬로 연결된 안테나 코일; 및 상기 안테나 코일로부터 발생된 전자기장을 진공 챔버 내부로 공급하며 소정의 유전율을 갖는 유전체 판을 포함하는 것을 특징으로 한다.Plasma generator according to the present invention for this purpose is a high frequency matching device for supplying a high frequency power for generating plasma; An antenna coil supplied with a high frequency power from the high frequency matcher to generate an electromagnetic field, and having a first antenna and a second antenna having different electromagnetic characteristics in parallel or in series; And a dielectric plate supplying an electromagnetic field generated from the antenna coil into the vacuum chamber and having a predetermined dielectric constant.
Description
본 발명은 플라즈마(Plasma) 발생 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 적은 비용과 간단한 장치로 반도체 및 LCD 공정들에 중요한 식각률(Etch Rate), 선택비(Selectivity), 안테나 코일에 대한 효율, 폴리머 증착(Polymer Deposition) 상태, 바이-프로덕트(By-product)에 의한 분진(Particle), MWBC(Mean Wafer Between Clean) 및 오염(Contamination) 등의 문제를 개선시킨 플라즈마 발생 방법 및 그 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a plasma generation method and a device thereof, and particularly, that the etching rate, selectivity, efficiency for antenna coil, and polymer deposition, which are important for semiconductor and LCD processes, are low cost and simple devices. The present invention relates to a plasma generating method and apparatus for improving the problems such as (Polymer Deposition) state, particles (By-product) dust (Particle), Mean Wafer Between Clean (MWBC) and contamination (Contamination).
반도체 소자 혹은 LCD 제조용 플라즈마 반응로는 플라즈마(Plasma) 발생 장치, 공정 가스(Process Gas) 주입장치, 웨이퍼가 안착되는 페더스털(Pedestal)을 포함한 진공 챔버, 그리고 진공 유지 및 진공도 조정을 위한 진공 시스템 등 크게 4 부분으로 나누어진다. Plasma reactors for semiconductor devices or LCD manufacturing include plasma generators, process gas injection devices, vacuum chambers with federals on which wafers are placed, and vacuum systems for vacuum maintenance and vacuum degree adjustment. It is divided into 4 parts.
본 발명은 반응로 구성 요소 중 플라즈마(Plasma) 발생 장치에 관련 된 것으로 주 구성 요소는 안테나 코일(Source Coil), 플라즈마 발생 소스의 고주파 정합기(RF Match Network), 소스(Source) 고주파 전원 공급 장치 및 플라즈마 발생 소스로부터 진공 챔버를 분리시켜주는 소정의 유전율을 갖는 유전체 판(Dielectric Window)으로 이루어지며, 안테나 코일(Source Coil) 형태에 따라 코일 인덕턴스(Coil Inductance), 코일에 인가되는 전압 분포, 반응로 안의 이온 밀도(Ion Density)/분포(Distribution)/민감도(Sensitivity)가 달라진다. 이는 반도체/LCD 건식 식각(Dry etching) 및 박막 증착 공정들에 중요한 요소인 식각률(Etch Rate), 증착률(Deposition Rate), 박막 품질, 선택비(Selectivity), 안테나 코일(Source Coil)에 대한 효율, 폴리머 증착(Polymer Deposition) 상태, 바이-프로덕트(By-product)에 의한 분진(Particle), MWBC(Mean Wafer Between Clean) 및 오염(Contamination) 등의 문제들과 밀접한 관계가 있다.The present invention relates to a plasma generating apparatus of the reactor components, the main component is an antenna coil (Source Coil), a high frequency matcher (RF Match Network) of the plasma generating source, a source (Source) high frequency power supply And a dielectric window having a predetermined dielectric constant separating the vacuum chamber from the plasma generating source, the coil inductance according to the shape of the antenna coil, the voltage distribution applied to the coil, and the reaction. The ion density / distribution / sensitivity in the furnace is different. This is important for etch rate, deposition rate, thin film quality, selectivity, and source coil efficiency, which are important factors in semiconductor / LCD dry etching and thin film deposition processes. , Polymer deposition (Polymer Deposition), by-product (Particle), MWBC (Mean Wafer Between Clean) and contamination (Contamination) are closely related.
여기서, 건식 식각(Dry etching)이란 진공 챔버를 배기한 후에 식각(etching)용 반응성 가스를 주입한 후 거기에 고주파 전력이나 마이크로 웨이브(micro-wave) 전력 등을 인가하여 여기된 가스가 플라즈마를 형성하고, 플라즈마 내의 프리 라디칼(free radical)이나 이온 등에 의하여 식각하는 방법으로, 플라즈마 상태에서 피가공 재료가 노출되어 가스 플라즈마 중의 프리 라디칼(free radical)의 반응으로 제거하는 방법(화학적 방법), 또는 피가공막을 플라즈마 중에서 가속된 이온에 의하여 물리적으로 제거하는 방법(물리적 방법), 그리고 이 두 방법이 동시에 작용하여 제거하는 방법 등이 있다.Here, dry etching refers to etching gas after exhausting the vacuum chamber, and then applying high frequency power or microwave power to it to form a plasma. And a method of etching by free radicals or ions in the plasma, whereby the workpiece is exposed in the plasma state and removed by reaction of free radicals in the gas plasma (chemical method), or There is a method of physically removing the processed film by physically accelerated ions in the plasma (physical method), and a method in which these two methods work at the same time to remove them.
이러한 방법은 플라즈마 형성 및 응용에 따라 그 방법이 달라질 수 있으며, 건식 식각(dry etch) 장치의 특성에 따라 서로 달라질 수 있다.These methods may vary depending on plasma formation and application, and may vary from one another depending on the characteristics of a dry etch apparatus.
일반적으로, 반도체 소자 혹은 LCD 제조용 플라즈마 반응로 중 ICP(Transformer Coupled Plasma)형 플라즈마 반응로는 챔버(Chamber) 상부에 원형/나선형/실린더(Cylinder) 형태로 코일을 구성하거나 혹은 챔버 측면에 실린더(Cylinder) 형태로 코일을 구성한다.In general, a transformer coupled plasma (ICP) type plasma reactor in a semiconductor reactor or a plasma reactor for LCD manufacture constitutes a coil in a circular / spiral / cylinder form on the chamber or a cylinder on the side of the chamber. ) To form a coil.
도 1은 종래의 반도체 웨이퍼 식각 및 증착 공정을 위한 ICP형 플라즈마 반응로를 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing an ICP plasma reactor for a conventional semiconductor wafer etching and deposition process.
도 1에 도시된 종래의 ICP형 플라즈마 반응로는 도시된 바와 같이, 고주파 차폐기(RF Shield)(1), 고주파 정합기(RF Match Network)(2), 소스 고주파 전원 공급장치(3), 안테나 코일(4), 유전체 판(Dielectric Window)(5)을 구비한 플라즈마(Plasma) 발생 장치(13)와, 가스 주입 장치(6)와, 웨이퍼(Wafer)(7)가 안착되는 페더스털(Pedestal)(8), 고주파 분리기(9), 캐소드 어셈블리(Cathode Assembly)(10)를 구비한 바이어스 고주파 전원 공급장치(11)와, 진공 시스템(12), 진공 챔버(14)를 포함하여 구성된다.The conventional ICP plasma reactor shown in FIG. 1 is a high frequency shield (RF shield) 1, a high frequency matcher (2), a source high frequency power supply (3), as shown in FIG. A plasma generator 13 having an antenna coil 4 and a dielectric window 5, a feather in which a gas injection device 6 and a wafer 7 are seated. It comprises a bias high frequency power supply 11 with a pedestal 8, a high frequency separator 9, a cathode assembly 10, a vacuum system 12, and a vacuum chamber 14. .
상기 고주파 차폐기(1)는 플라즈마 발생 장치(13)에서 발생된 고주파가 밖으로 나가지 못하도록 차폐하는 역할을 한다.The high frequency shield 1 serves to shield the high frequency generated by the plasma generator 13 from going out.
상기 고주파 정합기(2)는 플라즈마를 발생하기 위한 소스의 임피던스 정합장치이다.The high frequency matcher 2 is an impedance matching device of a source for generating a plasma.
상기 소스 고주파 전원 공급장치(3)는 고주파 전원을 상기 고주파 정합기(2)로 공급하는 역할을 한다.The source high frequency power supply 3 serves to supply high frequency power to the high frequency matcher 2.
상기 안테나 코일(4)은 원형 또는 나선형 코일로 구성되며, 상기 고주파 정합기(2)로부터 고주파 전원을 공급받아 전자기장을 발생한다. The antenna coil 4 is composed of a circular or spiral coil, and receives the high frequency power from the high frequency matcher 2 to generate an electromagnetic field.
상기 유전체 판(5)은 플라즈마 발생 소스로부터 진공 챔버(14)를 분리시켜 주는 소정의 유전율을 갖는 유전체 판 또는 돔 형태로 구성된다.The dielectric plate 5 is configured in the form of a dielectric plate or dome having a predetermined dielectric constant separating the vacuum chamber 14 from the plasma generating source.
상기 고주파 차폐기(1), 고주파 정합기(2), 소스 고주파 전원 공급장치(3), 안테나 코일(4), 유전체 판(5)을 포함하여 플라즈마(Plasma) 발생 장치(13)라고 한다.The high frequency shield 1, the high frequency matcher 2, the source high frequency power supply 3, the antenna coil 4, and the dielectric plate 5 are referred to as a plasma generator 13.
상기 가스 주입 장치(6)는 공정 가스(Process Gas)를 주입하는 장치로, 예를 들면 식각(etching)용 반응성 가스인 CHF3 가스를 주입하는 장치이다.The gas injection device 6 is a device for injecting a process gas, for example, a device for injecting CHF 3 gas, which is a reactive gas for etching.
상기 웨이퍼(7)는 반도체 소자를 제조하기 위한 웨이퍼로서, 건식 식각 또는 증착 공정을 하기 위한 피가공 재료이다.The wafer 7 is a wafer for manufacturing a semiconductor device and is a material to be subjected to a dry etching or deposition process.
상기 페더스털(Pedestal)(8)은 상기 진공 챔버(13) 안에 위치하며 상기 웨이퍼(7)를 안착한다. 상기 페더스털(8)은 웨이퍼(7)가 공정이 진행되는 동안 안정된 상태로 위치하도록 잡아주는 역할을 한다.The feather 8 is located in the vacuum chamber 13 and seats the wafer 7. The feather 8 serves to hold the wafer 7 in a stable state during the process.
상기 고주파 분리기(9)는 상기 페더스털(8)과 상기 캐소드 어셈블리(10) 사이에 위치하며, 상기 페더스털(8)이 상기 캐소드 어셈블리(10)로부터 전기적으로 플로팅(floating)되도록 한다.The high frequency separator 9 is located between the feather 8 and the cathode assembly 10, allowing the feather 8 to be electrically floating from the cathode assembly 10.
상기 진공 시스템(12)은 상기 진공 챔버(14) 내부를 진공 상태로 유지시키고 진공도를 조정한다.The vacuum system 12 maintains the interior of the vacuum chamber 14 in a vacuum state and adjusts the degree of vacuum.
상기 진공 챔버(14)는 프로세스(Process)가 진행되는 공간으로 대기와 분리되어 있다. 그리고, 일정한 진공도를 유지하며 공정 가스가 유입되도록 되어있다. 또한, 상기 유전체 판(5)을 통해 인가된 전자기장에 의해 상기 가스 주입 장치(6)를 통해 유입된 가스를 플라즈마 상태로 여기 시킨다.The vacuum chamber 14 is a space where a process proceeds and is separated from the atmosphere. In addition, process gas is introduced while maintaining a constant vacuum degree. In addition, the gas introduced through the gas injection device 6 is excited by the electromagnetic field applied through the dielectric plate 5 to the plasma state.
이하, 도 1에 도시된 종래의 ICP형 플라즈마 반응로에서 플라즈마를 발생하는 동작에 대해 간단히 설명하기로 한다.Hereinafter, an operation of generating a plasma in the conventional ICP plasma reactor shown in FIG. 1 will be briefly described.
먼저, 상기 진공 챔버(14) 상부에 원형 또는 나선형의 안테나 코일(4)에 고주파 전원(RF Power)을 인가한다.First, a high frequency power (RF Power) is applied to a circular or spiral antenna coil 4 on the vacuum chamber 14.
상기 안테나 코일(4)에 흐르는 전류에 의해 플라즈마 발생장치 내에 인덕턴스(Inductance) 성분이 유기 된다(즉, 전기적으로 결합된 트랜스포머(Transformer) 형태가 형성됨).An inductance component is induced in the plasma generator by the current flowing through the antenna coil 4 (ie, an electrically coupled transformer is formed).
그 다음, 플레밍의 왼손법칙에 따라 수직방향의 자계나 수평방향의 전계가 형성되고, 스킨 깊이(Skin depth) 내에 형성된 전계를 따라 전자가 회전운동을 함으로서 가속되어 에너지를 얻는다.Then, according to Fleming's left-hand law, a vertical magnetic field or a horizontal electric field is formed, and electrons are accelerated by rotational motion along the electric field formed in the skin depth to obtain energy.
그 다음, 가속된 전자가 가스입자와 충돌하여 플라즈마를 형성한다.Then, the accelerated electrons collide with the gas particles to form a plasma.
도 2는 종래의 반도체 웨이퍼 식각 공정을 위한 다른 CCP형 플라즈마 반응로를 개략적으로 도시한 도면으로, 플라즈마 반응로 상부에 플라즈마 발생 장치(도 1의 13)가 없는 것이 도 1의 ICP형 플라즈마 반응로와 다르다.FIG. 2 is a view schematically showing another CCP type plasma reactor for a conventional semiconductor wafer etching process, in which there is no plasma generator (13 in FIG. 1) above the plasma reactor. Is different from
도 2에 도시된 종래의 CCP형 플라즈마 반응로는 도시된 바와 같이, 챔버 리드(Chamber Lid)(21)와, 가스 주입 장치(22)와, 웨이퍼(Wafer)(23)가 안착되는 페더스털(Pedestal)(24), 고주파 분리기(25), 캐소드 어셈블리(Cathode Assembly)(26)를 구비한 바이어스 고주파 전원 공급장치(27)와, 진공 시스템(28), 진공 챔버(29)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 2, a conventional CCP type plasma reactor includes a feather lead on which a chamber lid 21, a gas injection device 22, and a wafer 23 are seated. It comprises a bias high frequency power supply 27 having a pedestal 24, a high frequency separator 25, a cathode assembly 26, a vacuum system 28, and a vacuum chamber 29. .
상기 챔버 리드(21)는 평형평판구조의 애노드(Anode) 전극을 형성한다.The chamber lid 21 forms an anode electrode of a flat plate structure.
상기 가스 주입 장치(22)는 공정 가스(Process Gas)를 주입하는 장치로, 예를 들면 식각(etching)용 반응성 가스인 CHF3 가스를 주입하는 장치이다.The gas injection device 22 is a device for injecting a process gas, for example, a device for injecting CHF 3 gas, which is a reactive gas for etching.
상기 웨이퍼(23)는 반도체 소자를 제조하기 위한 웨이퍼로서, 건식 식각 또는 증착 공정을 하기 위한 피가공 재료이다.The wafer 23 is a wafer for manufacturing a semiconductor device and is a material to be subjected to a dry etching or deposition process.
상기 페더스털(Pedestal)(24)은 상기 진공 챔버(29) 안에 위치하며 상기 웨이퍼(23)를 안착한다. 상기 페더스털(24)은 웨이퍼(23)가 공정이 진행되는 동안 안정된 상태로 위치하도록 잡아주는 역할을 한다.The feather 24 is located in the vacuum chamber 29 and seats the wafer 23. The feather 24 serves to hold the wafer 23 in a stable state during the process.
상기 고주파 분리기(25)는 상기 페더스털(24)과 상기 캐소드 어셈블리(26) 사이에 위치하며, 상기 페더스털(24)이 상기 캐소드 어셈블리(26)로부터 전기적으로 플로팅(floating)되도록 한다.The high frequency separator 25 is positioned between the feather 24 and the cathode assembly 26, allowing the feather 24 to electrically float from the cathode assembly 26.
상기 진공 시스템(28)은 상기 진공 챔버(29) 내부를 진공 상태로 유지시키고 진공도를 조정한다.The vacuum system 28 maintains the interior of the vacuum chamber 29 in a vacuum state and adjusts the degree of vacuum.
상기 진공 챔버(29)는 프로세스(Process)가 진행되는 공간으로 대기와 분리되어 있다. 그리고, 일정한 진공도를 유지하며 공정 가스가 유입되도록 되어있다. 또한, 상기 챔버 페더스털(24)을 통해 인가된 고주파 전원에 의해 상기 가스 주입 장치(22)를 통해 유입된 가스를 글로우(glow) 방전에 의해 가스를 이온(ion)화 함으로서 플라즈마 상태로 여기 시킨다.The vacuum chamber 29 is a space where a process proceeds and is separated from the atmosphere. In addition, process gas is introduced while maintaining a constant vacuum degree. In addition, the gas introduced through the gas injection device 22 is excited by a high frequency power applied through the chamber feather 24 to ionize the gas by glow discharge to excite it in a plasma state. .
그리고, 상기 구성을 갖는 종래의 ICP형 플라즈마 반응로는 안테나 코일의 인덕턴스 값이 비정상적으로 크거나 혹은 너무 작게 되어 있어 고주파 정합기(RF Match Network) 설계에 어려움이 있다. 높은 안테나 코일의 인덕턴스는 임피던스를 크게 하여 많은 열이 발생하고 이로 인해 안테나 효율이 떨어지게 된다. 또한 플라즈마 이온 밀도(Plasma Ion Density)의 균일(Uniformity)을 너무 의식한 나머지 안테나 코일 설계가 웨이퍼 및 유전체 판(Dielectric Plate or Window) 상에서 균일하지 않으며, 이는 안테나 코일에 인가된 높은 전압이 고르고 넓게 분포되지 않기 때문에 원하지 안는 스퍼터링(Sputtering)에 의한 심각한 분진(Particle) 및 오염(Contamination) 문제를 야기한다. 이와 같은 문제들을 해결하기 위해서는 특수한 장치를 부가적으로 설계해야 하며 이는 비용이 많이 들어가며 효율을 떨어지게 하는 원인이 된다.In the conventional ICP plasma reactor having the above configuration, the inductance value of the antenna coil is abnormally large or too small, which makes it difficult to design an RF match network. The inductance of the high antenna coil increases the impedance and generates a lot of heat, which reduces the antenna efficiency. In addition, the antenna coil design is not uniform on the wafer and dielectric plate or window because the too much awareness of the uniformity of plasma ion density results in an even and wide distribution of the high voltage applied to the antenna coil. Undesired causes serious dust and contamination problems due to sputtering. In order to solve these problems, special devices must be additionally designed, which is expensive and causes a decrease in efficiency.
또한, 종래의 플라즈마 소스는 균일(Uniformity) 하면서 높은 플라즈마 이온 밀도(Plasma Ion Density)를 갖도록 설계되었으며, 민감도(Sensitivity) 측면은 크게 고려되지 않았다. 플라즈마 이온 밀도(Plasma Ion Density) 측면에서 보면 이씨알(ECR) 및 헤리콘(HELICON)의 경우는 약 n0 ??1013 Cm-3 정도이고, 전형적인 유도결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma; ICP)의 경우는 약 1011 ?? n0 1012 Cm-3 정도이다. 이는 용량결합 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma; CCP)에 비해 10배 이상 높다. 높은 플라즈마 이온 밀도(Plasma Ion Density)는 식각율(Etch Rate)을 빠르게 할 수 있지만 너무 민감(Sensitive)하기 때문에 공정 변수의 작은 변화에도 불량률이 발생하여 대량 생산 설비로 채택하는데 한계가 있다. 또한, 플라즈마 이온 밀도/분포(Plasma Ion Density/Distribution)의 경우도 공정과 반응로 구조에 맞게 적절히 조정될 수 있도록 되어야 한다. In addition, the conventional plasma source is designed to have high plasma ion density while having uniformity, and a sensitivity aspect is not greatly considered. In terms of Plasma Ion Density, it is about n0 ?? 1013 Cm-3 for ECR and HELICON, and for typical Inductively Coupled Plasma (ICP). About 1011 ?? n0 is about 1012 Cm-3. This is more than 10 times higher than Capacitively Coupled Plasma (CCP). High Plasma Ion Density can speed up the Etch Rate, but it is so sensitive that even a small change in the process variable causes a failure rate, limiting its adoption as a mass production facility. In addition, plasma ion density / distribution should be adapted to suit the process and reactor structure.
본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 서로 다른 전자기적 특성을 갖는 2개의 안테나를 직렬 또는 병렬로 조합하여 코일 인덕턴스(Coil Inductance), 안테나 코일에 인가되는 전압(Voltage) 및 전류(Current) 분포, 반응로 안의 이온 밀도(Ion Density)/분포(Distribution)/공정 민감도(Sensitivity) 등을 적절하게 조절함으로서, 반도체 및 LCD 공정들에 중요한 식각률(Etch Rate), 선택비(Selectivity), 안테나 코일에 대한 효율, 폴리머 증착(Polymer Deposition) 상태, 바이-프로덕트(By-product)에 의한 분진(Particle), MWBC(Mean Wafer Between Clean) 및 오염(Contamination) 등의 문제들을 적은 비용으로 개선시킨 플라즈마 발생 방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to solve the above problems, the combination of two antennas having different electromagnetic characteristics in series or parallel coil inductance, voltage (voltage) and current applied to the antenna coil ( By appropriately controlling the current distribution, ion density / distribution / process sensitivity, etc. in the reactor, the etch rate, selectivity, Low cost improvements to antenna coil efficiency, polymer deposition, particle by-product, mean wafer between clean and contamination A plasma generating method and apparatus are provided.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 플라즈마 발생 장치는,Plasma generator according to the present invention for achieving the above object,
고주파 전원을 공급받아 고주파 정합하는 고주파 정합기; A high frequency matcher for receiving high frequency power and matching high frequency power;
상기 고주파 정합기로부터 고주파 전원을 공급받아 전자기장을 발생하며, 서로 다른 전자기적 특성을 갖는 제 1 안테나 코일과 제 2 안테나 코일이 병렬로 연결된 안테나 코일; 및 An antenna coil supplied with the high frequency power from the high frequency matcher to generate an electromagnetic field and having a first antenna coil and a second antenna coil having different electromagnetic characteristics in parallel; And
상기 안테나 코일로부터 발생된 전자기장을 진공 챔버 내부로 공급하며 소정의 유전율을 갖는 유전체 판을 포함하는 것을 특징으로 한다.It characterized in that it comprises a dielectric plate for supplying the electromagnetic field generated from the antenna coil into the vacuum chamber and having a predetermined dielectric constant.
상기 안테나 코일은 상기 고주파 정합기의 출력 단자(A)와 접지전압(Vss) 사이에 접속된 제 1 안테나 코일; 및 상기 출력 단자(A)와 상기 접지전압(Vss) 사이에 상기 제 1 안테나 코일과 병렬로 접속되며, 병렬로 접속된 복수개의 안테나 코일로 이루어진 제 2 안테나 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.The antenna coil comprises: a first antenna coil connected between an output terminal (A) of the high frequency matcher and a ground voltage (Vss); And a second antenna coil connected in parallel with the first antenna coil between the output terminal A and the ground voltage Vss and having a plurality of antenna coils connected in parallel.
상기 안테나 코일은 상기 유전체 판 위의 가장자리 부분에 시작점과 끝점이 만나지 않는 원형 구조로 형성되며, 일측 종단은 상기 고주파 정합기에 연결되고 타측 종단은 상기 접지전압에 연결된 제 1 안테나 코일; 및 상기 제 1 안테나 코일 아래에 상기 제 1 안테나 코일과 병렬되며 커브 형태로 병렬로 연결된 복수개의 안테나 코일로 이루어지고, 상기 커브 형태를 갖는 각각의 안테나 코일은 그 일측 종단이 상기 고주파 정합기에 연결되고 타측 종단은 접지전압에 연결된 제 2 안테나 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.The antenna coil has a circular structure in which a start point and an end point do not meet at an edge portion of the dielectric plate, one end of which is connected to the high frequency matching unit and the other end of which is connected to the ground voltage; And a plurality of antenna coils parallel to the first antenna coil and connected in parallel in a curve form below the first antenna coil, and each antenna coil having the curve shape has one end connected to the high frequency matcher. The other end is characterized in that it comprises a second antenna coil connected to the ground voltage.
상기 제 1 안테나 코일은 1개 이상의 안테나 코일이 병렬 또는 직렬로 이루어진 것을 특징으로 한다.The first antenna coil is characterized in that at least one antenna coil is made in parallel or in series.
상기 제 2 안테나 코일은 적어도 2개 이상의 안테나 코일로 이루어지며, 상기 적어도 2개 이상의 안테나 코일의 커브(Curved) 각도는 시작점에서의 코일의 접선벡터와 끝점에서의 코일의 접선벡터가 이루는 각도가 180도 이상 360도 이하인 것을 특징으로 한다.The second antenna coil is composed of at least two antenna coils, and the curved angle of the at least two antenna coils is 180 degrees between the tangent vector of the coil at the start point and the tangent vector of the coil at the end point. It is characterized by being more than 360 degrees.
상기 안테나 코일은 상기 유전체 판 위의 가장자리 부분에 시작점과 끝점이 만나지 않는 다각형 구조로 형성되며, 일측 종단은 상기 고주파 정합기에 연결되고 타측 종단은 상기 접지전압에 연결된 제 1 안테나 코일; 및 상기 제 1 안테나 코일 아래에 상기 제 1 안테나 코일과 병렬로 연결되며 다각형 구조로 병렬로 연결된 복수개의 안테나 코일로 이루어지고, 상기 다각형 구조를 갖는 각각의 안테나 코일은 그 일측 종단이 상기 고주파 정합기에 연결되고 타측 종단은 접지전압에 연결된 제 2 안테나 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.The antenna coil is formed in a polygonal structure that does not meet the start point and the end point on the edge portion of the dielectric plate, one end is connected to the high frequency matching and the other end is connected to the ground voltage; And a plurality of antenna coils connected in parallel with the first antenna coil under the first antenna coil and connected in parallel in a polygonal structure, and each antenna coil having the polygonal structure has one end thereof connected to the high frequency matcher. The other end is connected and characterized in that it comprises a second antenna coil connected to the ground voltage.
상기 제 1 안테나 코일은 1개 이상의 안테나 코일이 병렬 또는 직렬로 이루어진 것을 특징으로 한다.The first antenna coil is characterized in that at least one antenna coil is made in parallel or in series.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 다른 플라즈마 발생 장치는,Another plasma generating apparatus according to the present invention for achieving the above object,
고주파 전원을 공급받아 고주파 정합하는 고주파 정합기; A high frequency matcher for receiving high frequency power and matching high frequency power;
상기 고주파 정합기로부터 고주파 전원을 공급받아 전자기장을 발생하며, 서로 다른 전자기적 특성을 갖는 제 1 안테나 코일과 제 2 안테나 코일이 직렬로 연결된 안테나 코일; 및 An antenna coil supplied with a high frequency power from the high frequency matcher to generate an electromagnetic field and having a first antenna coil and a second antenna coil having different electromagnetic characteristics in series; And
상기 안테나 코일로부터 발생된 전자기장을 진공 챔버 내부로 공급하며 소정의 유전율을 갖는 유전체 판을 포함하는 것을 특징으로 한다.It characterized in that it comprises a dielectric plate for supplying the electromagnetic field generated from the antenna coil into the vacuum chamber and having a predetermined dielectric constant.
상기 안테나 코일은 상기 고주파 정합기의 출력 단자(A)와 B 노드 사이에 접속된 제 1 안테나 코일; 및 상기 B 노드와 상기 접지전압(Vss) 사이에 병렬 접속된 복수개의 안테나 코일로 이루어진 제 2 안테나 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.The antenna coil comprises: a first antenna coil connected between an output terminal (A) of the high frequency matcher and a node B; And a second antenna coil comprising a plurality of antenna coils connected in parallel between the B node and the ground voltage Vss.
상기 안테나 코일은 상기 유전체 판 위의 가장자리 부분에 시작점과 끝점이 만나지 않는 원형 구조로 형성되며, 일측 종단은 상기 고주파 정합기의 출력 단자(A)에 연결되고 타측 종단은 상기 B 노드에 연결된 제 1 안테나 코일; 및 상기 제 1 안테나 코일 아래에 상기 제 1 안테나 코일과 직렬로 연결되며 커브 형태로 병렬로 연결된 복수개의 안테나 코일로 이루어지고, 상기 커브 형태를 갖는 각각의 안테나 코일은 그 일측 종단이 상기 B 노드에 연결되고 타측 종단은 접지전압에 연결된 제 2 안테나 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.The antenna coil is formed in a circular structure that does not meet the start point and the end point on the edge portion of the dielectric plate, one end is connected to the output terminal (A) of the high frequency matcher and the other end is connected to the B node first An antenna coil; And a plurality of antenna coils connected in series with the first antenna coil under the first antenna coil and connected in parallel in a curve shape, and each antenna coil having the curve shape has one end thereof at the B node. The other end is connected and characterized in that it comprises a second antenna coil connected to the ground voltage.
상기 제 1 안테나 코일은 1개 이상의 안테나 코일이 병렬 또는 직렬로 이루어진 것을 특징으로 한다.The first antenna coil is characterized in that at least one antenna coil is made in parallel or in series.
상기 제 2 안테나 코일은 적어도 2개 이상의 안테나 코일로 이루어지며, 상기 적어도 2개 이상의 안테나 코일의 커브 각도는 시작점에서의 코일의 접선벡터와 끝점에서의 코일의 접선벡터가 이루는 각도가 180도 이상 360도 이하인 것을 특징으로 한다.The second antenna coil is composed of at least two antenna coils, and the angle of the curve of the at least two antenna coils is 180 degrees or more between the tangent vector of the coil at the start point and the tangent vector of the coil at the end point. It is characterized by the following.
상기 안테나 코일은 상기 유전체 판 위의 가장자리 부분에 시작점과 끝점이 만나지 않는 다각형 구조로 형성되며, 일측 종단은 상기 고주파 정합기의 출력 단자(A)에 연결되고 타측 종단은 상기 B 노드에 연결된 제 1 안테나 코일; 및 상기 제 1 안테나 코일 아래에 상기 제 1 안테나 코일과 직렬로 연결되며 다각형 구조로 병렬로 연결된 복수개의 안테나 코일로 이루어지고, 상기 다각형 구조를 갖는 각각의 안테나 코일은 그 일측 종단이 상기 B 노드에 연결되고 타측 종단은 접지전압에 연결된 제 2 안테나 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.The antenna coil is formed in a polygonal structure that does not meet the starting point and the end point on the edge portion of the dielectric plate, one end is connected to the output terminal (A) of the high frequency matcher, the other end is connected to the node B first An antenna coil; And a plurality of antenna coils connected in series with the first antenna coil under the first antenna coil and connected in parallel in a polygonal structure, and each antenna coil having the polygonal structure has one end thereof at the B node. The other end is connected and characterized in that it comprises a second antenna coil connected to the ground voltage.
상기 제 1 안테나 코일은 1개 이상의 안테나 코일이 병렬 또는 직렬로 이루어진 것을 특징으로 한다.The first antenna coil is characterized in that at least one antenna coil is made in parallel or in series.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 플라즈마 발생 방법는,Plasma generating method according to the present invention for achieving the above object,
플라즈마를 발생하기 위한 고주파 전원을 공급하는 단계; Supplying a high frequency power source for generating a plasma;
상기 고주파 전원을 수신하며, 서로 다른 전자기적 특성을 갖는 제 1 안테나 코일과 제 2 안테나 코일이 병렬로 구성된 안테나 코일에 의해 전자기장을 발생하는 단계; 및 Receiving the high frequency power and generating an electromagnetic field by an antenna coil having a first antenna coil and a second antenna coil having different electromagnetic characteristics in parallel; And
상기 안테나 코일로부터 발생된 전자기장을 진공 챔버 내부로 공급하여 상기 진공 챔버 내부에 공급된 반응 가스를 여기시켜 플라즈마를 발생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.And supplying an electromagnetic field generated from the antenna coil into the vacuum chamber to excite the reaction gas supplied into the vacuum chamber to generate a plasma.
상기 안테나 코일은 상기 고주파 전원을 공급하는 고주파 정합기의 출력 단자(A)와 접지전압(Vss) 사이에 접속된 제 1 안테나 코일; 및 상기 출력 단자(A)와 상기 접지전압(Vss) 사이에 상기 제 1 안테나 코일과 병렬로 접속되며, 병렬로 접속된 복수개의 안테나 코일로 이루어진 제 2 안테나 코일을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The antenna coil may include a first antenna coil connected between an output terminal A of the high frequency matching device for supplying the high frequency power and a ground voltage Vss; And forming a second antenna coil connected in parallel with the first antenna coil between the output terminal A and the ground voltage Vss and having a plurality of antenna coils connected in parallel. Shall be.
상기 안테나 코일은 상기 유전체 판 위의 가장자리 부분에 시작점과 끝점이 만나지 않는 원형 구조로 형성되며, 일측 종단은 상기 고주파 정합기에 연결되고 타측 종단은 상기 접지전압에 연결된 제 1 안테나 코일; 및 상기 제 1 안테나 코일 아래에 상기 제 1 안테나 코일과 병렬되며 커브 형태로 병렬로 연결된 복수개의 안테나 코일로 이루어지고, 상기 커브 형태를 갖는 각각의 안테나 코일은 그 일측 종단이 상기 고주파 정합기에 연결되고 타측 종단은 접지전압에 연결된 제 2 안테나 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.The antenna coil has a circular structure in which a start point and an end point do not meet at an edge portion of the dielectric plate, one end of which is connected to the high frequency matching unit and the other end of which is connected to the ground voltage; And a plurality of antenna coils parallel to the first antenna coil and connected in parallel in a curve form below the first antenna coil, and each antenna coil having the curve shape has one end connected to the high frequency matcher. The other end is characterized in that it comprises a second antenna coil connected to the ground voltage.
상기 제 1 안테나 코일은 1개 이상의 안테나 코일이 병렬 또는 직렬로 이루어진 것을 특징으로 한다.The first antenna coil is characterized in that at least one antenna coil is made in parallel or in series.
상기 제 2 안테나 코일은 적어도 2개 이상의 안테나 코일로 이루어지며, 상기 적어도 2개 이상의 안테나 코일의 커브 각도는 시작점에서의 코일의 접선벡터와 끝점에서의 코일의 접선벡터가 이루는 각도가 180도 이상 360도 이하인 것을 특징으로 한다.The second antenna coil is composed of at least two antenna coils, and the angle of the curve of the at least two antenna coils is 180 degrees or more between the tangent vector of the coil at the start point and the tangent vector of the coil at the end point. It is characterized by the following.
상기 안테나 코일은 상기 유전체 판 위의 가장자리 부분에 시작점과 끝점이 만나지 않는 다각형 구조로 형성되며, 일측 종단은 상기 고주파 정합기에 연결되고 타측 종단은 상기 접지전압에 연결된 제 1 안테나 코일; 및 상기 제 1 안테나 코일 아래에 상기 제 1 안테나 코일과 병렬로 연결되며 다각형 구조로 병렬로 연결된 복수개의 안테나 코일로 이루어지고, 상기 다각형 구조를 갖는 각각의 안테나 코일은 그 일측 종단이 상기 고주파 정합기에 연결되고 타측 종단은 접지전압에 연결된 제 2 안테나 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.The antenna coil is formed in a polygonal structure that does not meet the start point and the end point on the edge portion of the dielectric plate, one end is connected to the high frequency matching and the other end is connected to the ground voltage; And a plurality of antenna coils connected in parallel with the first antenna coil under the first antenna coil and connected in parallel in a polygonal structure, and each antenna coil having the polygonal structure has one end thereof connected to the high frequency matcher. The other end is connected and characterized in that it comprises a second antenna coil connected to the ground voltage.
상기 제 1 안테나 코일은 1개 이상의 안테나 코일이 병렬 또는 직렬로 이루어진 것을 특징으로 한다.The first antenna coil is characterized in that at least one antenna coil is made in parallel or in series.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 다른 플라즈마 발생 방법은,Another plasma generating method according to the present invention for achieving the above object,
플라즈마를 발생하기 위한 고주파 전원을 공급하는 단계; Supplying a high frequency power source for generating a plasma;
상기 고주파 전원을 수신하며, 서로 다른 전자기적 특성을 갖는 제 1 안테나 코일과 제 2 안테나 코일이 직렬로 구성된 안테나 코일에 의해 전자기장을 발생하는 단계; 및 Receiving the high frequency power and generating an electromagnetic field by an antenna coil having a first antenna coil and a second antenna coil having different electromagnetic characteristics in series; And
상기 안테나 코일로부터 발생된 전자기장을 진공 챔버 내부로 공급하여 상기 진공 챔버 내부에 공급된 반응 가스를 여기시켜 플라즈마를 발생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.And supplying an electromagnetic field generated from the antenna coil into the vacuum chamber to excite the reaction gas supplied into the vacuum chamber to generate a plasma.
상기 안테나 코일은 상기 고주파 전원을 공급하는 고주파 정합기의 출력 단자(A)와 B 노드 사이에 접속된 제 1 안테나 코일; 및 상기 B 노드와 상기 접지전압(Vss) 사이에 병렬 접속된 복수개의 안테나 코일로 이루어진 제 2 안테나 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.The antenna coil comprises: a first antenna coil connected between an output terminal (A) of the high frequency matching device for supplying the high frequency power and a B node; And a second antenna coil comprising a plurality of antenna coils connected in parallel between the B node and the ground voltage Vss.
상기 안테나 코일은 상기 유전체 판 위의 가장자리 부분에 시작점과 끝점이 만나지 않는 원형 구조로 형성되며, 일측 종단은 상기 고주파 정합기의 출력 단자(A)에 연결되고 타측 종단은 상기 B 노드에 연결된 제 1 안테나 코일; 및 상기 제 1 안테나 코일 아래에 상기 제 1 안테나 코일과 직렬로 연결되며 커브 형태로 병렬로 연결된 복수개의 안테나 코일로 이루어지고, 상기 커브 형태를 갖는 각각의 안테나 코일은 그 일측 종단이 상기 B 노드에 연결되고 타측 종단은 접지전압에 연결된 제 2 안테나 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.The antenna coil is formed in a circular structure that does not meet the start point and the end point on the edge portion of the dielectric plate, one end is connected to the output terminal (A) of the high frequency matcher and the other end is connected to the B node first An antenna coil; And a plurality of antenna coils connected in series with the first antenna coil under the first antenna coil and connected in parallel in a curve shape, and each antenna coil having the curve shape has one end thereof at the B node. The other end is connected and characterized in that it comprises a second antenna coil connected to the ground voltage.
상기 제 1 안테나 코일은 1개 이상의 안테나 코일이 병렬 또는 직렬로 이루어진 것을 특징으로 한다.The first antenna coil is characterized in that at least one antenna coil is made in parallel or in series.
상기 제 2 안테나 코일은 적어도 2개 이상의 안테나 코일로 이루어지며, 상기 적어도 2개 이상의 안테나 코일의 커브 각도는 시작점에서의 코일의 접선벡터와 끝점에서의 코일의 접선벡터가 이루는 각도가 180도 이상 360도 이하인 것을 특징으로 한다.The second antenna coil is composed of at least two antenna coils, and the angle of the curve of the at least two antenna coils is 180 degrees or more between the tangent vector of the coil at the start point and the tangent vector of the coil at the end point. It is characterized by the following.
상기 안테나 코일은 상기 유전체 판 위의 가장자리 부분에 시작점과 끝점이 만나지 않는 다각형 구조로 형성되며, 일측 종단은 상기 고주파 정합기의 출력 단자(A)에 연결되고 타측 종단은 상기 B 노드에 연결된 제 1 안테나 코일; 및 상기 제 1 안테나 코일 아래에 상기 제 1 안테나 코일과 직렬로 연결되며 다각형 구조로 병렬로 연결된 복수개의 안테나 코일로 이루어지고, 상기 다각형 구조를 갖는 각각의 안테나 코일은 그 일측 종단이 상기 B 노드에 연결되고 타측 종단은 접지전압에 연결된 제 2 안테나 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.The antenna coil is formed in a polygonal structure that does not meet the starting point and the end point on the edge portion of the dielectric plate, one end is connected to the output terminal (A) of the high frequency matcher, the other end is connected to the node B first An antenna coil; And a plurality of antenna coils connected in series with the first antenna coil under the first antenna coil and connected in parallel in a polygonal structure, and each antenna coil having the polygonal structure has one end thereof at the B node. The other end is connected and characterized in that it comprises a second antenna coil connected to the ground voltage.
상기 제 1 안테나 코일은 1개 이상의 안테나 코일이 병렬 또는 직렬로 이루어진 것을 특징으로 한다.The first antenna coil is characterized in that at least one antenna coil is made in parallel or in series.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 의한 반도체 웨이퍼 식각 및 증착 공정을 위한 ICP형 플라즈마 반응로를 개략적으로 도시한 도면으로, 도 1과 다른 점은 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 안테나 코일(34)을 다르게 구성한 것이다.3 is a schematic view of an ICP plasma reactor for etching and depositing a semiconductor wafer according to the present invention, which is different from FIG. 1 as shown in FIGS. 4 to 7, and an antenna coil 34. Will be configured differently.
도 3에 도시된 본 발명의 ICP형 플라즈마 반응로는 도시된 바와 같이, 고주파 차폐기(31), 고주파 정합기(32), 소스 고주파 전원 공급장치(33), 안테나 코일(34), 유전체 판(35)을 구비한 플라즈마(Plasma) 발생 장치(30)와, 가스 주입 장치(36)와, 웨이퍼(Wafer)(37)가 안착되는 페더스털(Pedestal)(38), 고주파 분리기(39), 캐소드 어셈블리(Cathode Assembly)(40)를 구비한 바이어스 고주파 전원 공급장치(41)와, 진공 시스템(42), 진공 챔버(43)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 3, the ICP plasma reactor of the present invention includes a high frequency shield 31, a high frequency matcher 32, a source high frequency power supply 33, an antenna coil 34, and a dielectric plate. Plasma generator 30 having a 35, a gas injection device 36, a feather 38 on which a wafer 37 is seated, a high frequency separator 39, And a bias high frequency power supply 41 with a cathode assembly 40, a vacuum system 42, and a vacuum chamber 43.
도 1과 마찬가지로, 상기 고주파 차폐기(31)는 플라즈마 발생 장치(30)에서 발생된 고주파가 밖으로 나가지 못하도록 차폐하는 역할을 한다.1, the high frequency shield 31 serves to shield the high frequency generated by the plasma generator 30 from going out.
상기 고주파 정합기(32)는 플라즈마를 발생하기 위한 소스의 임피던스 정합장치이다.The high frequency matcher 32 is an impedance matching device of a source for generating a plasma.
상기 소스 고주파 전원 공급장치(33)는 고주파 전원을 상기 고주파 정합기(32)로 공급하는 역할을 한다.The source high frequency power supply 33 serves to supply high frequency power to the high frequency matcher 32.
상기 안테나 코일(34)은 서로 다른 전자기적 특성을 갖는 제 1 안테나와 제 2 안테나가 직렬 또는 병렬로 조합되어 구성되며, 상기 고주파 정합기(32)로부터 고주파 전원을 공급받아 전자기장을 발생한다. 상기 안테나 코일(34)의 구성 및 동작에 대해서는 도 4 내지 도 7에서 상세히 설명하기로 한다.The antenna coil 34 is configured by combining a first antenna and a second antenna having different electromagnetic characteristics in series or in parallel, and generate an electromagnetic field by receiving a high frequency power from the high frequency matcher 32. The configuration and operation of the antenna coil 34 will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 7.
상기 유전체 판(35)은 플라즈마 발생 소스로부터 진공 챔버(43)를 분리시켜 주는 소정의 유전율을 갖는 유전체 판 또는 돔 형태로 구성된다.The dielectric plate 35 is configured in the form of a dielectric plate or dome having a predetermined dielectric constant separating the vacuum chamber 43 from the plasma generating source.
상기 고주파 차폐기(31), 고주파 정합기(32), 소스 고주파 전원 공급장치(33), 안테나 코일(34), 유전체 판(35)을 포함하여 플라즈마(Plasma) 발생 장치(30)라고 한다.The high frequency shield 31, the high frequency matcher 32, the source high frequency power supply 33, the antenna coil 34, and the dielectric plate 35 are referred to as a plasma generator 30.
상기 가스 주입 장치(36)는 공정 가스(Process Gas)를 주입하는 장치로, 예를 들면 식각(etching)용 반응성 가스인 CHF3 가스를 주입하는 장치이다.The gas injection device 36 is a device for injecting a process gas, for example, a device for injecting a CHF 3 gas, which is a reactive gas for etching.
상기 웨이퍼(37)는 반도체 소자를 제조하기 위한 웨이퍼로서, 건식 식각 또는 증착 공정을 하기 위한 피가공 재료이다.The wafer 37 is a wafer for manufacturing a semiconductor device and is a material to be subjected to a dry etching or deposition process.
상기 페더스털(Pedestal)(38)은 상기 진공 챔버(43) 안에 위치하며 상기 웨이퍼(37)를 안착한다. 상기 페더스털(38)은 웨이퍼(37)가 공정이 진행되는 동안 안정된 상태로 위치하도록 잡아주는 역할을 한다.The feather 38 is located in the vacuum chamber 43 and seats the wafer 37. The feather 38 serves to hold the wafer 37 in a stable state during the process.
상기 고주파 분리기(39)는 상기 페더스털(38)과 상기 캐소드 어셈블리(40) 사이에 위치하며, 상기 페더스털(38)이 상기 캐소드 어셈블리(40)로부터 전기적으로 플로팅(floating)되도록 한다.The high frequency separator 39 is positioned between the feather 38 and the cathode assembly 40 to allow the feather 38 to electrically float from the cathode assembly 40.
상기 진공 시스템(42)은 상기 진공 챔버(43) 내부를 진공 상태로 유지시키고 진공도를 조정한다.The vacuum system 42 maintains the inside of the vacuum chamber 43 in a vacuum state and adjusts the degree of vacuum.
상기 진공 챔버(43)는 프로세스(Process)가 진행되는 공간으로 대기와 분리 되어 있다. 그리고, 일정한 진공도를 유지하며 공정 가스가 유입되도록 되어있다. 또한, 상기 유전체 판(35)을 통해 인가된 전자기장에 의해 상기 가스 주입 장치(36)를 통해 유입된 가스를 플라즈마 상태로 여기 시킨다.The vacuum chamber 43 is a space where a process proceeds and is separated from the atmosphere. In addition, process gas is introduced while maintaining a constant vacuum degree. In addition, the gas introduced through the gas injection device 36 is excited by the electromagnetic field applied through the dielectric plate 35 to the plasma state.
이하, 도 3에 도시된 본 발명에 의한 ICP형 플라즈마 반응로에서 플라즈마를 발생하는 동작에 대해 간단히 설명하기로 한다.Hereinafter, an operation of generating plasma in the ICP plasma reactor according to the present invention shown in FIG. 3 will be briefly described.
먼저, 상기 진공 챔버(43) 상부에 위치한 안테나 코일(34)에 고주파 전원(RF Power)을 인가한다.First, high frequency power (RF Power) is applied to the antenna coil 34 positioned above the vacuum chamber 43.
상기 안테나 코일(34)에 흐르는 전류에 의해 플라즈마 발생장치 내에 인덕턴스(Inductance) 성분이 유기 된다(즉, 전기적으로 결합된 트랜스포머(Transformer) 형태가 형성됨).An inductance component is induced in the plasma generator by the current flowing through the antenna coil 34 (ie, an electrically coupled transformer is formed).
그 다음, 플레밍의 왼손법칙에 따라 수직방향의 자계나 수평방향의 전계가 형성되고, 스킨 깊이(Skin depth) 내에 형성된 전계를 따라 전자가 회전운동을 함으로서 가속되어 에너지를 얻는다.Then, according to Fleming's left-hand law, a vertical magnetic field or a horizontal electric field is formed, and electrons are accelerated by rotational motion along the electric field formed in the skin depth to obtain energy.
그 다음, 가속된 전자가 가스입자와 충돌하여 플라즈마를 형성한다.Then, the accelerated electrons collide with the gas particles to form a plasma.
도 4는 도 3에 도시된 안테나 코일(34)의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.4 is a diagram schematically showing the configuration of the antenna coil 34 shown in FIG.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 안테나 코일(34)은 유전체 판(도 3의 35) 위의 가장자리 부분에 시작점과 끝점이 만나지 않는 원형 루프의 구조로 형성되며, 일측 종단은 상기 고주파 정합기(32)의 출력 단자(A)에 연결되고 타측 종단은 접지전압(Vss)에 연결된 제 1 안테나 코일(34a)과, 상기 제 1 안테나 코일(34a) 아래에 상기 제 1 안테나 코일(34a)과 병렬 접속되며 커브 형태로 병렬로 연결된 복수개의 안테나 코일로 이루어지고, 상기 커브(Curved) 형태를 갖는 각각의 안테나 코일은 그 일측 종단이 상기 고주파 정합기(32)에 연결되고 타측 종단은 접지전압(Vss)에 연결된 제 2 안테나 코일(34b)을 포함하여 구성된다.As shown in Figure 4, the antenna coil 34 according to the present invention is formed in a structure of a circular loop that does not meet the starting point and the end point on the edge portion on the dielectric plate (35 in Figure 3), one end is the high frequency A first antenna coil 34a connected to the output terminal A of the matching unit 32 and the other end connected to a ground voltage Vss, and the first antenna coil 34a under the first antenna coil 34a. A plurality of antenna coils connected in parallel with each other and connected in parallel in a curved shape, each antenna coil having a curved shape has one end connected to the high frequency matcher 32 and the other end grounded. And a second antenna coil 34b connected to the voltage Vss.
상기 제 2 안테나 코일(34b)의 각각의 안테나 코일은 시작점에서의 코일의 접선벡터와 끝점에서의 코일의 접선벡터가 이루는 각도가 180도 이상 360도 이하의 커브 각도를 가지며, 적어도 2개 이상의 안테나 코일이 같은 형상으로 일정하게 배열되어 있다. 이 때, 커브 각도라 함은 상기 제 2 안테나 코일(34b)의 시작점과 끝점 사이의 각도를 말한다.Each of the antenna coils of the second antenna coil 34b has a curved angle of 180 degrees or more and 360 degrees or less between the tangential vector of the coil at the start point and the tangential vector of the coil at the end point, and at least two or more antennas. The coils are constantly arranged in the same shape. In this case, the curve angle refers to the angle between the start point and the end point of the second antenna coil 34b.
한편, 상기 제 1 안테나 코일(34a)은 공정의 적용용도 및 플라즈마 반응로의 크기, 그리고 형태에 따라 사각 또는 다각의 형태로 구성할 수 있으며, 상기 제 2 안테나 코일(34b)의 경우도 상기 제 1 안테나 코일(34a)과 마찬가지로 공정의 적용용도 및 플라즈마 반응로의 크기, 그리고 형태에 따라 사각 또는 다각의 형태로 구성할 수 있다.Meanwhile, the first antenna coil 34a may be formed in a square or polygonal shape according to the application of the process, the size and shape of the plasma reactor, and the second antenna coil 34b may also be formed. Similar to the 1 antenna coil 34a, it may be configured in a square or polygonal shape according to the application of the process and the size and shape of the plasma reactor.
도 5는 도 4에 도시된 안테나 코일(34)의 회로도이다.5 is a circuit diagram of the antenna coil 34 shown in FIG.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 안테나 코일(34)의 회로는 상기 고주파 정합기(32)의 출력 단자(A)와 접지전압(Vss) 사이에 병렬로 접속된 복수개의 안테나 코일(Ln)로 이루어진 제 2 안테나 코일(34b)과, 상기 출력 단자(A)와 접지전압(Vss) 사이에 접속되며, 상기 제 2 안테나 코일(34b)과 병렬로 접속된 제 1 안테나 코일(34a)을 포함한다.As shown in FIG. 5, the circuit of the antenna coil 34 according to the present invention includes a plurality of antenna coils connected in parallel between the output terminal A of the high frequency matching unit 32 and the ground voltage Vss. A second antenna coil 34b made of Ln and a first antenna coil 34a connected between the output terminal A and the ground voltage Vss and connected in parallel with the second antenna coil 34b. It includes.
상기 제 1 안테나 코일(34a)을 사용하지 않고 상기 제 2 안테나 코일(34b)만을 단독으로 사용할 경우, 각 커브 형태의 안테나 코일(Curved Type Antenna Coil)의 배열 및 형태에 의해 자기장이 반응로 중심부에 밀집됨에 따라 반응로 내부의 플라즈마 이온 밀도가 외곽부 보다 중심부에서 높게 되고 너무 낮은 인덕턴스에 의해 민감도 측면에서 떨어지는 원인이 된다. 이는 효율은 높일 수 있으나 낮은 반응로 외곽부 이온 밀도 및 작은 공정 변수의 변화에도 그 결과가 크게 바뀌는 높은 민감도를 갖게 된다.When only the second antenna coil 34b is used alone without the first antenna coil 34a, the magnetic field is centered in the center of the reactor by the arrangement and shape of the curved coil antennas. As the density increases, the plasma ion density inside the reactor becomes higher at the center than at the outer part, and causes insensitivity to be lowered in terms of sensitivity. This can increase efficiency but has a high sensitivity that results in significant changes in low reactor outer ion density and small process variables.
이를 보완하기 위해, 상기 제 1 안테나 코일(34a)이 상기 제 2 안테나 코일(34b)의 상부에 위치하게 되며, 이는 반응로 외곽 부분에 낮은 자기장을 보완하게 되어 플라즈마 밀도를 균일하게 만들 수 있다. 또한, 상기 제 2 안테나 코일(34b)은 인덕턴스 값이 적고(아래의 식 1 참조) L1=L2=L3=L4...=Ln와 같은 복수 개의 커브 형태 안테나 코일들(Ln)이 병렬로 연결된 집합체이고, 상기 제 1 안테나 코일(34a)이 상기 제 2 안테나 코일(34b)과 역시 병렬로 결합되기 때문에 합성 임피던스가 작게되어 안테나 효율을 극대화 할 수 있다. 그리고, 상기 제 2 안테나 코일(34b)의 각 커브 형태의 개별 안테나 코일에 높은 전류를 흐르게 함으로서 상대적으로 웨이퍼 중심부의 식각율(Center Etch Rate)을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 제 2 안테나 코일(34b)에 인가된 전압을 상기 유전체 판(도 3의 35)위에 넓고 고르게 분포되어 원하지 않는 스퍼터링을 특수한 장치 없이 최소화 할 수 있다. In order to compensate for this, the first antenna coil 34a is positioned above the second antenna coil 34b, which compensates for a low magnetic field outside the reactor to make the plasma density uniform. In addition, the second antenna coil 34b has a low inductance value (see Equation 1 below), and a plurality of curved antenna coils Ln such as L1 = L2 = L3 = L4 ... = Ln are connected in parallel. Since the first antenna coil 34a is also coupled to the second antenna coil 34b in parallel, the composite impedance is reduced, thereby maximizing antenna efficiency. Further, the center etch rate of the center of the wafer can be relatively improved by allowing a high current to flow in the individual antenna coils having the respective curves of the second antenna coil 34b. In addition, the voltage applied to the second antenna coil 34b is widely and evenly distributed on the dielectric plate 35 of FIG. 3, thereby minimizing unwanted sputtering without a special device.
따라서, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 안테나 코일(34a)과 상기 제 2 안테나 코일(34b)이 병렬로 연결된 안테나 코일(34)은 상기 제 2 안테나 코일(34b)이 상기 제 1 안테나 코일(34a)에 비해 상대적으로 큰 효율을 갖게 된다. 이러한 구조를 갖는 안테나 코일(34)은 공정 적용용도 및 플라즈마 반응로의 크기 및 형태에 따라 플라즈마 이온밀도 균일성(Plasma Ion Density Uniformity)이 상대적으로 중심부가 낮은 경우에 적합하다. 또한, 안테나 코일(34)의 전압을 제 2 안테나 코일(34b)에 의해 유전체 판(도 3의 35)위에 넓고 고르게 분포시키며 제 1 안테나 코일(34a)에 의해 가장자리의 식각율(Edge Etch Rate)을 보상하게 한다. Therefore, as shown in FIGS. 4 and 5, the antenna coil 34 to which the first antenna coil 34a and the second antenna coil 34b are connected in parallel is the second antenna coil 34b. Compared with the first antenna coil 34a, the efficiency is relatively large. The antenna coil 34 having such a structure is suitable for the case where the plasma ion density uniformity is relatively low in the center according to the process application and the size and shape of the plasma reactor. In addition, the voltage of the antenna coil 34 is widely and evenly distributed on the dielectric plate (35 in FIG. 3) by the second antenna coil 34b and the edge etch rate by the first antenna coil 34a. To compensate.
도 4 및 도 5에서, 상기 제 1 안테나 코일(34a)은 적어도 1개 이상의 안테나 코일을 병렬 또는 직렬로 접속하여 구성할 수 있다.4 and 5, the first antenna coil 34a may be configured by connecting at least one antenna coil in parallel or in series.
다음은, 병렬 또는 직렬로 연결된 안테나 코일의 등가 인덕턴스는 다음과 같다.Next, the equivalent inductance of the antenna coils connected in parallel or in series is as follows.
여기서, Leq는 병렬 접속된 인덕터의 등가 인덕턴스이다.Where Leq is the equivalent inductance of the inductor connected in parallel.
도 6은 도 3에 도시된 안테나 코일(34)의 다른 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.6 is a diagram schematically showing another configuration of the antenna coil 34 shown in FIG.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 안테나 코일(34)은 유전체 판(도 3의 35) 위의 가장자리 부분에 시작점과 끝점이 만나지 않는 원형 루프의 구조로 형성되며, 일측 종단은 상기 고주파 정합기(32)의 출력 단자(A)에 연결되고 타측 종단은 B 노드(B)에 연결된 제 1 안테나 코일(34a)과, 상기 제 1 안테나 코일(34a) 아래에 상기 제 1 안테나 코일(34a)과 직렬로 접속되며 커브 형태로 병렬로 연결된 복수개의 안테나 코일로 이루어지고, 상기 커브 형태를 갖는 각각의 안테나 코일은 그 일측 종단이 상기 B 노드(B)에 연결되고 타측 종단은 접지전압(Vss)에 연결된 제 2 안테나 코일(34b)을 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 6, the antenna coil 34 according to the present invention is formed in a structure of a circular loop in which a start point and an end point do not meet at an edge portion of a dielectric plate (35 in FIG. 3), and one end of the antenna coil 34 is A first antenna coil 34a connected to an output terminal A of the matching unit 32 and the other end connected to a node B, and the first antenna coil 34a under the first antenna coil 34a. A plurality of antenna coils connected in series and connected in parallel in a curve shape, each antenna coil having the curve shape has one end connected to the node B and the other end connected to the ground voltage (Vss). It is configured to include a second antenna coil 34b connected to.
상기 제 2 안테나 코일(34b)의 각각의 안테나 코일은 시작점에서의 코일의 접선벡터와 끝점에서의 코일의 접선벡터가 이루는 각도가 180도 이상 360도 이하의 커브 각도를 가지며, 적어도 2개 이상의 안테나 코일이 같은 형상으로 일정하게 배열되어 있다. 이 때, 커브 각도라 함은 상기 제 2 안테나 코일(34b)의 시작점과 끝점 사이의 각도를 말한다.Each of the antenna coils of the second antenna coil 34b has a curved angle of 180 degrees or more and 360 degrees or less between the tangential vector of the coil at the start point and the tangential vector of the coil at the end point, and at least two or more antennas. The coils are constantly arranged in the same shape. In this case, the curve angle refers to the angle between the start point and the end point of the second antenna coil 34b.
한편, 상기 제 1 안테나 코일(34a)은 공정의 적용용도 및 플라즈마 반응로의 크기, 그리고 형태에 따라 사각 또는 다각의 형태로 구성할 수 있으며, 상기 제 2 안테나 코일(34b)의 경우도 상기 제 1 안테나 코일(34a)과 마찬가지로 공정의 적용용도 및 플라즈마 반응로의 크기, 그리고 형태에 따라 사각 또는 다각의 형태로 구성할 수 있다.Meanwhile, the first antenna coil 34a may be formed in a square or polygonal shape according to the application of the process, the size and shape of the plasma reactor, and the second antenna coil 34b may also be formed. Similar to the 1 antenna coil 34a, it may be configured in a square or polygonal shape according to the application of the process and the size and shape of the plasma reactor.
도 7은 도 6에 도시된 안테나 코일(34)의 회로도이다.FIG. 7 is a circuit diagram of the antenna coil 34 shown in FIG.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 안테나 코일(34)의 회로는 상기 고주파 정합기(32)의 출력 단자(A)와 B 노드(B) 사이에 접속된 제 1 안테나 코일(34a)과, 상기 B 노드(B)와 접지전압(Vss) 사이에 병렬로 접속된 복수개의 안테나 코일(Ln)로 이루어진 제 2 안테나 코일(34b)을 포함한다.As shown in FIG. 7, the circuit of the antenna coil 34 according to the present invention includes a first antenna coil 34a connected between the output terminal A and the B node B of the high frequency matcher 32. And a second antenna coil 34b including a plurality of antenna coils Ln connected in parallel between the B node B and the ground voltage Vss.
도 6 및 도 7에 도시된 안테나 코일(34)은 상기 제 1 안테나 코일(34a)과 제 2 안테나 코일(34b)이 직렬로 연결된 형태이다.The antenna coil 34 illustrated in FIGS. 6 and 7 has a form in which the first antenna coil 34a and the second antenna coil 34b are connected in series.
공정 적용용도 및 플라즈마 반응로의 크기 및 형태에 따라 플라즈마 이온밀도 균일성(Plasma Ion Density Uniformity)이 상대적으로 가장자리가 낮은 경우가 발생하게 되며, 이는 웨이퍼 가장자리의 식각율(Wafer Edge Etch Rate)을 낮게 하는 원인이 된다. 이를 개선하기 위해 웨이퍼 가장자리 부분의 이온밀도를 높게 하는 것이 요구되었다. 따라서, 도 6 및 도 7에 도시된 안테나 코일(34)은 제 1 안테나 코일(34a)의 효율을 더욱 높여 줄 수 있기 때문에 이에 부응 할 수 있다. 또한, 상기 제 1 안테나 코일(34a)과 상기 제 2 안테나 코일(34b)이 직렬로 연결되기 때문에 상기 제 2 안테나 코일(34b)에 인가된 낮은 전압을 유전체 판(도 3의 35)위에 넓고 고르게 분포시킬 수 있으며, 상기 제 2 안테나 코일(34b)에 의해 중심부의 식각율(Center Etch Rate)을 보상할 수 있다.Plasma ion density uniformity may be relatively low depending on the process application and the size and shape of the plasma reactor, resulting in a low wafer edge etch rate. It causes. In order to improve this, it is required to increase the ion density of the wafer edge portion. Therefore, the antenna coil 34 illustrated in FIGS. 6 and 7 may increase the efficiency of the first antenna coil 34a and may correspond to this. In addition, since the first antenna coil 34a and the second antenna coil 34b are connected in series, a low voltage applied to the second antenna coil 34b is widely and evenly arranged on the dielectric plate (35 in FIG. 3). The center antenna may be compensated for by the second antenna coil 34b.
도 6 및 도 7에서, 상기 제 1 안테나 코일(34a)은 적어도 1개 이상의 안테나 코일을 병렬 또는 직렬로 접속하여 구성할 수 있다.6 and 7, the first antenna coil 34a may be configured by connecting at least one antenna coil in parallel or in series.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. Preferred embodiments of the present invention described above are disclosed for the purpose of illustration, and those skilled in the art will be able to make various modifications, changes, additions, etc. within the spirit and scope of the present invention, such modifications and changes belong to the following claims Should be seen.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 플라즈마 발생 방법 및 그 장치는, 공정의 적용용도 및 플라즈마 반응로의 크기 및 형태에 맞게 제 1 안테나 코일(34a)과 제 2 안테나 코일(34b)이 병렬 또는 직렬로 연결하여 용도에 맞게 사용 할 수 있다. 이는 플라즈마 반응로 설계에 있어 중요한 3가지 요소, 즉 플라즈마 이온 밀도의 균일성, 스퍼터링 방지, 낮은 민감도를 갖게 하여 반도체 및 LCD 건식 식각 및 박막 증착 공정들에 중요한 식각율(Etch Rate), 증착율(Deposition Rate), 박막 품질, 선택비(Selectivity), 균일도(Uniformity)등을 획기적으로 개선할 수 있다. 또한, 스퍼터링(Sputtering)에 의한 폴리머 증착(Polymer Deposition) 상태, 분진(Particle), 오염(Contamination) 문제를 개선시킬 수 있기 때문에 MWBC(Mean Wafer Between Cleaning)를 크게 향상시킬 수 있다. 또한 안테나 코일의 효율을 높임으로써 원치 않는 안테나 코일의 발열을 최소화 할 수 있다.As described above, in the plasma generating method and apparatus according to the present invention, the first antenna coil 34a and the second antenna coil 34b are arranged in parallel or in accordance with the application of the process and the size and shape of the plasma reactor. Can be used in series by connecting them in series. This has three important factors in plasma reactor design: uniformity of plasma ion density, sputtering prevention, and low sensitivity, which are important for semiconductor and LCD dry etching and thin film deposition processes. Rate, thin film quality, selectivity and uniformity can be significantly improved. In addition, since it is possible to improve polymer deposition state, dust, and contamination by sputtering, it is possible to significantly improve MWBC (Mean Wafer Between Cleaning). In addition, by increasing the efficiency of the antenna coil it is possible to minimize the heat generation of the unwanted antenna coil.
그리고, 본 발명은 적은 비용과 간단한 장치로 반도체 및 LCD 공정들에 중요한 식각률(Etch Rate), 선택비(Selectivity), 안테나 코일에 대한 효율, 폴리머 증착(Polymer Deposition) 상태, 바이-프로덕트(By-product)에 의한 분진(Particle), MWBC(Mean Wafer Between Clean) 및 오염(Contamination) 등의 문제들을 해결할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention provides a low cost and simple device for etching rate, selectivity, efficiency for antenna coil, polymer deposition state, and bi-product (By-), which are important for semiconductor and LCD processes. Product (Particle), MWBC (Mean Wafer Between Clean) and contamination (Contamination) problems can be solved.
도 1은 종래의 반도체 웨이퍼 식각 및 증착 공정을 위한 ICP형 플라즈마 반응로를 개략적으로 도시한 도면1 schematically illustrates an ICP type plasma reactor for a conventional semiconductor wafer etching and deposition process.
도 2는 종래의 반도체 웨이퍼 식각 공정을 위한 다른 CCP형 플라즈마 반응로를 개략적으로 도시한 도면 2 schematically illustrates another CCP type plasma reactor for a conventional semiconductor wafer etching process.
도 3은 본 발명에 의한 반도체 웨이퍼 식각 및 증착 공정을 위한 ICP형 플라즈마 반응로를 개략적으로 도시한 도면3 is a schematic view of an ICP type plasma reactor for semiconductor wafer etching and deposition processes in accordance with the present invention.
도 4는 도 3에 도시된 안테나 코일의 구성을 개략적으로 나타낸 도면4 is a view schematically showing the configuration of the antenna coil shown in FIG.
도 5는 도 4에 도시된 안테나 코일의 회로도5 is a circuit diagram of the antenna coil shown in FIG.
도 6은 도 3에 도시된 안테나 코일의 다른 구성을 개략적으로 나타낸 도면6 is a view schematically showing another configuration of the antenna coil shown in FIG.
도 7은 도 6에 도시된 안테나 코일의 회로도 7 is a circuit diagram of the antenna coil shown in FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
30 : 플라즈마 발생 장치 31 : 고주파 차폐기30 plasma generator 31 high frequency shield
32 : 고주파 정합기 32: high frequency matcher
33 : 소스 고주파 전원 공급장치33: source high frequency power supply
34 : 안테나 코일 34a : 제 1 안테나 코일34: antenna coil 34a: first antenna coil
34b : 제 2 안테나 코일 35 : 유전체 판34b: second antenna coil 35: dielectric plate
36 : 가스 공급 장치 37 : 웨이퍼36 gas supply device 37 wafer
38 : 페더스털(Pedestal) 39 : 고주파 분리기38: Featheral 39: High Frequency Separator
40 : 캐소드 어셈블리 40: cathode assembly
41 : 바이어스 고주파 전원 공급장치 42 : 진공 시스템41: bias high frequency power supply 42: vacuum system
43 : 진공 챔버43: vacuum chamber
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2005
- 2005-01-20 KR KR10-2005-0005416A patent/KR100501821B1/en not_active Expired - Lifetime
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