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KR101021480B1 - 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스 및 이를채택하는 플라즈마 발생장치 - Google Patents

페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스 및 이를채택하는 플라즈마 발생장치 Download PDF

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KR101021480B1
KR101021480B1 KR1020070126968A KR20070126968A KR101021480B1 KR 101021480 B1 KR101021480 B1 KR 101021480B1 KR 1020070126968 A KR1020070126968 A KR 1020070126968A KR 20070126968 A KR20070126968 A KR 20070126968A KR 101021480 B1 KR101021480 B1 KR 101021480B1
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KR
South Korea
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antenna
plasma
linear
reaction chamber
ferrite structure
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염근영
김경남
임종혁
박정균
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스 및 이를 채택하는 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 반응챔버의 내측 상부에 형성된 제1 안테나 및 제2 안테나의 일측을 연결한 루프형 선형안테나로부터 방사형으로 형성된 필드(field)를 상기 반응챔버 내부에 안착된 처리기판 방향으로 집중시키는 페라이트 구조체를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스 및 이를 채택하는 플라즈마 발생장치를 이용하는 것에 의해, 방사형으로 형성되는 필드(field)를 처리기판으로 집중시켜 전력손실을 줄이고, 반응챔버 내부에서 플라즈마의 밀도 및 균일도를 향상시켜 반도체 제조공정의 효율성 및 수율을 높일 수 있다.
선형안테나, 플라즈마, 페라이트, 유도코일

Description

페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스 및 이를 채택하는 플라즈마 발생장치{Plasma sources having ferrite structures and plasma generating apparatus employing the same}
본 발명은 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스 및 이를 채택하는 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 특히 내장형 유도결합 플라즈마 발생장치의 선형 안테나 상에 페라이트 구조체를 아치형으로 장착하여 선형 안테나로부터 방사형으로 형성되는 필드(field)를 처리기판으로 집중시키고, 상기 페라이트 구조체의 높은 투자율(magnetic permeability)로 인해 강한 자기장이 형성되도록 하며, 상기 선형 안테나에서 처리기판의 반대방향으로 형성된 필드(field)로 인한 전력손실을 줄이는 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스 및 이를 채택하는 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.
일반적으로 플라즈마(plasma) 발생장치는 대향하는 평판형의 상·하부 전극 사이에 처리기판을 위치시켜 커패시터(capacitor) 특성을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 용량 결합형 플라즈마(CCP; Capacitively Coupled Plasma) 발생장치 및 평판형의 하부 전극과 대향하는 상부 코일로 반응챔버 내에 필드(field)를 유발하 여 플라즈마를 발생시키는 유도 결합형 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma) 발생장치로 구분된다.
특히, 상기 유도결합형 플라즈마(ICP) 발생장치는, ECR(Electron Cyclotron Resonance) 플라즈마 발생장치나 HWEP(Helicon-Wave Excited Plasma) 발생장치와 비교하여 상대적으로 구조가 간단하므로 대면적의 플라즈마를 얻을 수 있다는 장점이 있어 광범위하게 사용되고 있고, 그에 관한 연구도 계속 이어지고 있다.
상기 유도결합 플라즈마 발생장치는 하부에 식각 대상물이 안착되는 챔버를 중심으로 가장 위쪽에는 나선형의 안테나 소스가 대기중에 노출된 상태로 배치되어 있고, 상기 안테나 소스와 챔버 사이에 이들을 절연시키며 진공이 유지되는 유전체(dielectric) 물질이 위치한다.
그러나, 이와 같은 나선형의 안테나 소스는 식각 대상물이 대면적화됨에 따라 여러 가지 문제점을 야기시킨다.
즉, 식각 대상물에 대응하여 챔버가 대면적화됨에 따라 안테나 소스와 챔버 사이의 진공을 유지시켜주는 유전체 물질의 크기와 두께가 매우 커지게 된다. 이로 인해, 유도결합 플라즈마 발생장치의 제조단가가 상승되고, 안테나와 플라즈마 사이의 거리가 멀어지기 때문에 효율성이 떨어지는 문제점이 초래된다.
또한, 반응챔버의 대면적화에 의해 안테나 소스의 길이도 함께 길어지게 되는데, 길이가 길어짐에 따라 안테나의 저항에 의한 인가전력 손실과 플라즈마의 불균일도가 증대됨으로써 식각율이 저하되는 문제점이 야기된다.
더욱이, 인가 전력을 13.56MHz 파워 서플라이(power supply)로 사용할 경우, 반파장 길이에 해당되는 소스에서 정상파효과(standing wave effect: 진폭과 진동수가 같은 2개 파동이 서로 반대방향으로 진행하여 중첩되어 나타나는 모습을 보면 마치 파동이 정지해 있는 것처럼 보이게 된다)의 문제점이 야기되어 더 이상의 대면적화가 불가능하게 되었다.
한편, 상기한 문제점을 해결하기 위해, 본 출원인은 한국특허출원 제2003-28849호의 "대면적처리용 내장형 선형안테나를 구비하는 유도결합 플라즈마 처리장치"와, 한국특허출원 제2004-17227호의 "자기장을 이용한 초대면적 플라즈마 발생장치"를 출원한 바 있다. 상기 구성을 간략히 소개하면 다음과 같다.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 한국특허출원 제2003-28849호에 따른 대면적처리용 내장형 선형안테나를 구비하는 유도결합 플라즈마 처리장치는, 반응챔버(1)와; 유도전력이 인가되며, 상기 반응챔버(1)의 내측 상부에서 수평적으로 서로 일정한 간격을 두고 선형적으로 배치되고, 반응챔버(1)의 외부에는 노출된 부분 의 서로 인접한 일측끼리 접속시켜서 하나의 굴절된 형태로 구성된 선형안테나(2)와; 상기 선형안테나(2)로부터 발생되는 전기장과 교차하는 자기장을 발생시켜 전자가 나선 운동되도록 상기 안테나(2)에 인접되게 배치한 적어도 하나 이상의 자성체(3)를 포함하여 구성되어 있다.
이 때, 상기 선형안테나(2)와 자성체(3)가 플라즈마에 직접 노출되는 것을 방지하기 위해, 각각 쿼츠(quartz)로 된 보호관(4, 5)에 의해 둘러싸여 있고 반응챔버(1) 내부의 하측에 처리기판이 안착되는 스테이지(6)가 마련된다.
다음, 도 1b에 도시된 바와 같이, 한국특허출원 제2004-17227호에 따른 자기 장을 이용한 초대면적 플라즈마 발생장치는, 식각 기판이 장착되는 스테이지(7)가 구비된 반응챔버(8), 다수의 안테나 봉(9, 10)이 서로 병렬로 엇갈리게 배열된 안테나 소스(11)로 구성된 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 각각의 안테나 봉(9, 10)은 상부에 복수개의 자성체(12)가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 안테나 봉(9, 10)과 자성체(12)는 플라즈마에 직접 노출되는 것을 방지하기 위해, 쿼츠로 된 보호관(13, 14)에 의해 둘러싸여 있다. 상기 안테나 소스(11) 각각의 일측은 RF 전원공급부(15)에 연결되고, 타측은 접지된다.
그러나 상기 문헌들에 개시된 기술에 있어서는 선형안테나에서 방사형으로 필드(field)가 형성되어, 플라즈마가 처리기판에 집중되지 못하고 상기 처리기판을 벗어난 영역까지 플라즈마가 여기되어 전력손실이 많다는 문제가 있었다.
또한, 불필요한 부분까지 플라즈마가 여기되므로 처리기판에 집중되는 플라즈마의 밀도가 상대적으로 낮아 반도체 제조공정에 걸리는 시간이 늘어난다는 문제도 있었다.
또한, 선형안테나의 각각에서 형성되는 필드가 상대적으로 균일하지 못할 경우 이를 보정하는 것이 용이하지 않아 반응챔버 내부에서 균일한 플라즈마를 생성하기 어렵다는 문제도 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 내장형 유도결합 플라즈마 발생장치의 선형 안테나 상에 페라이트 구조체를 아치형으로 장착하여 선형 안테나로부터 방사형으로 형성되는 필드(field)를 처리기판으로 집중시킬 수 있는 페라이트(ferrite) 구조체를 구비하는 플라즈마 소스 및 이를 채택하는 플라즈마 발생장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 큰 투자율(magnetic permeability)을 구비하여 외부 자기장 속에서 상기 자기장과 같은 방향으로 강하게 자화되는 페라이트 구조체를 이용하여 강한 자기장이 형성되도록 하며, 상기 선형 안테나에서 처리기판의 반대방향으로 형성된 필드(field)로 인한 전력손실을 줄일 수 있는 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스 및 이를 채택하는 플라즈마 발생장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 대면적의 고밀도 플라즈마 공정을 위하여 내장형 선형 안테나 상에 아치형 페라이트 구조체를 설치하여 플라즈마의 밀도와 균일도를 높일 수 있는 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스 및 이를 채택하는 플라즈마 발생장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 아치형 페라이트 구조체를 선형 안테나 상에 장착하여 반도체 제조공정의 효율성 및 수율을 향상시킬 수 있는 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스 및 이를 채택하는 플라즈마 발생장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스는 선형의 제1 안테나 및 제2 안테나 각각의 일측을 연결하여 루프형으로 형성된 하나의 선형안테나와, 상기 선형안테나의 제1 안테나 및 제2 안테나의 각각 상에 위치하여 상기 안테나로부터 방사형으로 형성된 필드(field)를 일방향으로 집중시키는 페라이트(ferrite) 구조체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스는 상기 페라이트 구조체는 아치형(arch type)으로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스는 상기 페라이트 구조체는 다수개로 이루어지고, 상기 각각의 페라이트 구조체 사이에 테프론(teflon)이 개재된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스는 상기 다수개의 페라이트 구조체는 서로 다른 크기 또는 두께로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스는 상기 테프론은 PTFE(Polytetrafluoroethylene), PFA(Perfluoroalkoxy), FEP(Fluoroethylenepropylene) 및 PVDF(Poly vinylidene fluoride) 중에서 선택된 어느 하나의 물질로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스는 상기 선형안테나는 쿼츠(quartz)로 된 유도코일 보호관의 내부에 삽입된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스는 상기 선형안테나는 구리, 스테인레스스틸, 은 및 알루미늄 중에서 선택되는 어느 하나의 물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스를 채택하는 플라즈마 발생장치는 플라즈마가 생성되는 공간인 반응챔버와 상기 반응챔버의 내측 상부에서 상기 반응챔버를 관통하여 서로 일정한 간격으로 배치되고, 상기 반응챔버의 외부로 노출되어 서로 인접하는 선형의 제1 안테나 및 제2 안테나의 일측을 연결하여 루프형으로 형성된 적어도 하나의 선형안테나를 포함하는 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 선형안테나의 일측에 전기적으로 연결된 전원공급부 및 상기 반응챔버의 내측에 형성된 상기 제1 안테나 및 제2 안 테나의 각각 상에 위치하여 상기 선형안테나로부터 방사형으로 형성된 필드(field)를 반응챔버 내부에 안착된 처리기판 방향으로 집중시키는 페라이트 구조체를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스를 채택하는 플라즈마 발생장치는 플라즈마가 생성되는 공간이 형성된 반응챔버와 상기 반응챔버의 내측 상부에서 상기 반응챔버를 관통하여 서로 일정한 간격으로 배치된 제1 및 제2의 선형안테나를 포함하고, 상기 제1의 선형안테나는 상기 반응챔버의 외부로 노출되어 서로 인접하는 선형의 제1 안테나, 및 제2 안테나를 구비하고, 상기 제1 안테나와 제2 안테나는 일측을 연결하여 루프형으로 형성되며, 상기 제2의 선형안테나는 상기 제1 및 제2의 안테나 사이마다 서로 일정한 간격으로 배치된 제3 및 제4의 안테나를 포함하는 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 선형안테나의 일측에 각각 전기적으로 접속된 전원공급부 및 상기 반응챔버의 내측에 형성된 상기 안테나들의 각각 상에 위치하여 상기 선형안테나로부터 방사형으로 형성된 필드(field)를 반응챔버 내부에 안착된 처리기판 방향으로 집중시키는 페라이트 구조체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스를 채택하는 플라즈마 발생장치는 상기 페라이트 구조체는 아치형(arch type)으로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스를 채택하는 플라즈마 발생장치는 상기 페라이트 구조체는 다수개로 이루어지고, 상기 각각 의 페라이트 구조체 사이에 테프론이 개재된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스를 채택하는 플라즈마 발생장치는 상기 다수개의 페라이트 구조체는 서로 다른 크기 또는 두께로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스를 채택하는 플라즈마 발생장치는 상기 테프론은 PTFE(Polytetrafluoroethylene), PFA(Perfluoroalkoxy), FEP(Fluoroethylenepropylene) 및 PVDF(Poly vinylidene fluoride) 중에서 선택된 어느 하나의 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스를 채택하는 플라즈마 발생장치는 상기 전원공급부는 100KHz 내지 30MHz의 범위의 주파수에서 구동되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스를 채택하는 플라즈마 발생장치는 상기 선형안테나들 각각의 타측은 접지된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스를 채택하는 플라즈마 발생장치는 상기 선형안테나들 각각에 연결된 전원공급부는 반응챔버 내부의 플라즈마 밀도를 균일하게 하도록 서로 독립적으로 제어되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스 및 이를 채택하는 플라즈마 발생장치에 의하면, 내장형 유도결합 플라즈마 발생장치의 선형 안테나 상에 페라이트 구조체를 아치형으로 장착하여 선형 안테나로부터 방사형으로 형성되는 필드(field)를 처리기판으로 집중시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
또, 본 발명에 따른 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스 및 이를 채택하는 플라즈마 발생장치에 의하면, 큰 투자율(magnetic permeability)을 구비하여 외부 자기장 속에서 상기 자기장과 같은 방향으로 강하게 자화되는 페라이트 구조체를 이용하여 강한 자기장이 형성되도록 하며, 상기 선형 안테나에서 처리기판의 반대방향으로 필드(field)가 형성되는 것으로부터 발생하는 전력손실을 줄일 수 있다는 효과도 얻어진다.
또, 본 발명에 따른 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스 및 이를 채택하는 플라즈마 발생장치에 의하면, 대면적의 고밀도 플라즈마 공정을 위하여 내장형 선형 안테나 상에 아치형 페라이트 구조체를 설치하여 플라즈마의 밀도와 균일도를 높일 수 있다는 효과도 얻어진다.
또, 본 발명에 따른 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스 및 이를 채택하는 플라즈마 발생장치에 의하면, 아치형 페라이트 구조체를 선형 안테나 상에 장착하여 반도체 제조공정의 효율성 및 수율을 향상시킬 수 있다는 효과도 얻어진다.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
이하, 본 발명의 구성을 도면에 따라서 상세하게 설명한다.
또한, 본 발명의 설명에 있어서는 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스를 도시한 사시도이다.
도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 소스(100)는 선형안테나(21) 및 상기 선형안테나(21) 상에 형성된 페라이트 구조체(23a)를 포함하여 구성된다.
상기 선형안테나(21)는 선형의 제1 안테나(25) 및 제2 안테나(27) 각각의 일측을 연결하여 루프형(loop type)으로 형성된다. 상기 선형안테나(21)는 쿼츠(quartz)로 된 유도코일 보호관(29)의 내부에 삽입되어 있다. 상기 선형안테나(21)는, 예를 들어, 구리, 스테인레스스틸, 은 및 알루미늄 중에서 선택되는 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
상기 페라이트 구조체(23a)는 안테나들(25, 27)의 각각 상에 아치형(arch type)으로 형성되고, 상기 안테나들(25, 27)로부터 방사형으로 형성된 필드(field)를 일방향으로 집중시키는 역할을 수행한다. 다시 말해, 상기 페라이트 구조 체(23a)는 선형안테나(21)로부터 방사형으로 형성된 필드(field)를 페라이트 구조체(23a)가 형성되지 않은 선형안테나(21)의 표면에서 외측으로 형성되게 한다.
이와는 달리, 상기 페라이트 구조체(23a)는 안테나들(25, 27)을 모두 덮는 판형(planar type)으로 제작되거나 필드(field)를 처리기판 방향으로 집중시킬 수 있는 다양한 형태로도 제작될 수 있다. 이 경우, 상기 페라이트 구조체(23a)는 플라즈마의 균일도 및 플라즈마 특성을 조절하기 위하여 면적을 조절할 수 있고, 상기 안테나들(25, 27) 상에서 플라즈마의 균일도 및 필드(field)의 방향을 바꾸도록 각도를 조절할 수 있게 설치된다.
또한, 상기 페라이트 구조체(23a)는 큰 투자율(magnetic permeability)을 갖는 페리자성체(ferrimagnetic substance)의 일종으로 외부 자기장 속에서 상기 자기장과 같은 방향으로 강하게 자화되는 특성을 구비한다. 따라서, 상기 페라이트 구조체(23a)를 구비하는 플라즈마 소스(100)는 종래의 플라즈마 소스에 비하여 상대적으로 강한 자기장을 형성하여 높은 플라즈마 밀도를 구현할 수 있다.
도 3에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 소스(101)는 제1 안테나(25) 및 제2 안테나(27)의 각각 상에 형성된 복수개의 페라이트 구조체들(23b)을 포함한다.
상기 복수개의 페라이트 구조체들(23b)은 제1 실시예에 따른 플라즈마 소스(100)에 비하여 국부적으로 설치되고, 플라즈마의 균일도를 조절하기 위하여 서로 다른 크기나 두께로 설치된다. 또한, 상기 복수개의 서로 인접하는 페라이트 구조체(23b) 사이에 테프론(teflon; 31)을 포함하는 절연물질을 개재하여 플라즈마의 균일도를 조절할 수 있다. 이 경우, 상기 테프론(31)은 PFA(Perfluoroalkoxy), PTFE(Polytetrafluoroethylene), PVDF(Poly vinylidene fluoride) 및 FEP(Fluoroethylenepropylene) 중에서 선택된 어느 하나의 물질로 구성되어 개재된다.
결과적으로, 상기 플라즈마 소스(101)는 제1 실시예에 따른 플라즈마 소스(100)에 비하여 장착이 용이하고, 복수개의 페라이트 구조체들(23b)의 일부를 탈부착함으로써 안테나들(25, 27)에서 생성되는 플라즈마가 균일하도록 제어할 수 있다.
본 실시예에서 플라즈마 소스들(100, 101)은 루프형만 언급했으나, 필요에 따라 선형으로 제작될 수 있고, 빗무늬(comb type) 형상으로 제작될 수도 있다. 또한, 상기 페라이트 구조체(23a, 23b)는 그 제조공정에 따라 나선형(spiral type)의 선형안테나 상에도 장착될 수 있다. 또한, 상기 페라이트 구조체들(23b) 역시 안테나들(25, 27)을 모두 덮는 판형(planar type)으로 제작되거나 필드(field)를 처리기판 방향으로 집중시킬 수 있는 다양한 형태로 제작될 수 있다.
다음으로, 도 4 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 발생장치를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 소스를 장착한 플라즈마 발생장치를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 5는 도 4의 절단선 A-A´를 따라 절취하여 단면을 보여주는 단면도이다.
도 4 및 도 5에서 도시한 바와 같이, 플라즈마가 생성되는 공간이 형성된 반 응챔버(41) 내부의 하측에 플라즈마 식각공정 또는 증착공정을 수행할 처리기판을 장착할 수 있는 스테이지(43)가 설치된다. 이 경우, 상기 처리기판은 반도체 소자를 제조하기 위한 300mm이상의 웨이퍼 또는 평판형 디스플레이를 제조하기 위한 기판일 수 있다. 상기 반응챔버(41)의 바닥 또는 측벽의 일부에 진공펌프(도시하지 않음)와 연결된 배기라인이 형성된다.
상기 스테이지(43)는 상하로 구동하도록 설치되고, 정전척의 형태로 구성될 수 있다. 상기 스테이지(43)에 바이어스 전력을 인가할 수 있도록 바이어스 전력부가 연결되고, 바이어스 전압을 측정할 수 있는 바이어스 전압 측정수단(도시하지 않음)이 더 설치된다.
한편, 상기 반응챔버(41)의 내측 상부에 복수개의 선형안테나(21)들이 상기 반응챔버(41)를 관통하여 장착되고, 양단부가 반응챔버(41)의 측면에서 외부로 노출되어 있다. 상기 선형안테나(21)들의 각각은 선형의 제1 안테나(25) 및 제2 안테나(27)가 상기 반응챔버(41)의 외측에서 서로 직렬로 연결되어 루프형으로 구부러져 있다.
상기 안테나들(25, 27)의 각각은 유도코일 보호관(29) 내부에 삽입된 구조로 형성되어 있고, 반응챔버(41) 내부의 상측에서 선형을 유지한다. 상기 선형안테나(21)의 일측 단부는 유도 방전을 위하여 전원공급부(47)에 연결되며, 상기 전원공급부(47)에 연결되지 않은 타측 단부는 접지되어 있다. 상기 전원공급부(47)는 100KHz 내지 30MHz의 주파수 범위 내에서 구동된다.
상기 전원공급부(47)가 30MHz의 주파수보다 낮은 주파수 영역, 예를 들어, 4MHz 또는 2MHz에서 구동되는 경우에 주파수에 의존하는 선형안테나(21)의 임피던스 및 전류분포 특성이 향상되어 플라즈마 소스(100)에서 발생하는 발열량이 줄어들고, 생성된 플라즈마에서 흡수된 파워특성이 향상된다.
상기 선형안테나(21)는, 예를 들어, 구리, 스테인레스스틸, 은 및 알루미늄 중에서 선택된 어느 하나의 물질로 형성되고, 상기 유도코일 보호관(29)은 스퍼터링(sputtering)에 강하게 견딜 수 있는 쿼츠(quartz)로 이루어질 수 있다.
상기 안테나들(25, 27)의 각각 상에 페라이트 구조체(23a)가 형성되어 있다. 상기 페라이트 구조체(23a)는 아치형(arch type)으로 형성되고, 상기 안테나들(25, 27)로부터 방사형으로 형성된 필드(field)를 스테이지(43) 상에 장착된 처리기판의 방향으로 집중시킨다.
이와는 달리, 상기 페라이트 구조체(23a)는 안테나들(25, 27)을 모두 덮는 판형(planar type)으로도 제작될 수 있다. 이 경우, 상기 판형의 페라이트 구조체(23a)는 플라즈마의 균일도 및 플라즈마 특성을 조절하기 위하여 면적을 조절할 수 있고, 상기 안테나들(25, 27) 상에서 플라즈마의 균일도 및 필드(field)의 방향을 바꾸도록 각도를 조절할 수 있게 설치된다.
따라서, 상기 페라이트 구조체(23a)를 구비하는 플라즈마 소스(100)는 페라이트의 큰 투자율(magnetic permeability)로 인하여 종래의 플라즈마 소스에 비하여 상대적으로 강한 자기장을 형성하여 높은 플라즈마 밀도 및 균일도를 구현할 수 있고, 플라즈마 소스(100)는 처리기판의 반대방향으로 필드(field)가 형성되는 것으로부터 발생하는 전력손실을 줄인다. 그 결과, 처리기판에 적용되는 식각 공정 또는 증착 공정의 효율을 높여 반도체소자 제조의 수율(yield)을 향상시킨다.
본 실시예에서 반응챔버(41)를 직육면체의 형상으로 구성하고, 플라즈마 소스(100)는 4개의 루프들이 서로 독립적으로 형성되어 있으며, 같은 크기로 형성되나 필요에 따라 양쪽 가장자리에 위치한 루프들은 내측에 위치한 루프들과 다른 크기로 구성될 수 있다. 반응챔버(41)의 양쪽 가장자리에 위치한 루프들의 크기를 조절함으로써 반응챔버(41) 내에서 플라즈마의 밀도 및 균일도를 제어할 수 있다. 결과적으로, 루프의 개수 또는 크기를 조절함으로써 향후 극 초대면적 플라즈마 발생장치에서 생성되는 플라즈마의 밀도 및 균일도를 적절하게 제어할 수 있다.
한편, 반응챔버(41)의 하부에 플라즈마의 밀도 및 균일도를 측정하기 위한 계측장치(49), 예를 들어, 랭뮤어 프루브(Langmuir probe)가 설치되어 이온 포화 전류(ion saturation current) 및 전자(electron)의 양을 측정하여 플라즈마의 밀도와 균일도를 측정할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 소스를 장착한 플라즈마 발생장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 6에서 도시한 바와 같이, 제1 및 제2 안테나(25, 27)의 각각 상에 복수개의 페라이트 구조체들(23b)이 설치되어 있다. 상기 복수개의 페라이트 구조체들(23b)은 제1 실시예에 따른 플라즈마 소스(100)에 비하여 국부적으로 설치되고, 상기 복수개의 서로 인접하는 페라이트 구조체들(23b) 사이에 테프론(31)이 개재되어 있다.
상기 플라즈마 소스(101)는 장착이 상대적으로 용이하고, 복수개의 페라이트 구조체들(23b)의 일부를 탈부착함으로써 안테나들(25, 27)에서 생성되는 플라즈마가 균일하도록 제어할 수 있다. 다른 구성요소들에 대한 설명은 제1 실시예에 따른 플라즈마 소스와 동일하므로 생략한다.
도 7 및 도 8은 각각 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 플라즈마 소스를 장착한 다른 플라즈마 발생장치들을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 7 및 도 8에서 도시한 바와 같이, 다른 플라즈마 발생장치는 제1의 선형안테나(21) 및 제2의 선형안테나(53)를 구비한다. 상기 제1의 선형안테나(21) 및 제2의 선형안테나(53)의 각각은 복수개가 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 제1의 선형안테나(21)는 플라즈마가 생성되는 공간이 형성된 반응챔버(41)의 내측 상부에서 상기 반응챔버(41)를 관통하여 서로 일정한 간격으로 배치된다. 또한, 상기 제1의 선형안테나(21)는 반응챔버(41)의 외부로 노출되어 서로 인접하는 선형의 제1 안테나(25) 및 제2 안테나(27)의 일측을 접속시킨 형태로 배치된다. 상기 제1의 선형안테나(21)의 일단에는 전원공급부(47)가 전기적으로 연결되어 있다. 상기 제2의 선형안테나(53)는 제1 및 제2 안테나들(25, 27)과는 다른 안테나들(51) 각각의 일측을 하나로 연결한 형태로 배치된다. 상기 다른 안테나들(51)은 각각 필요에 따라 제3, 제4 및 제5 안테나 등으로 호칭될 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 안테나는 제1 안테나(25) 및 제2 안테나(27) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제4 안테나는 제1 안테나(25)를 중심으로 제3 안테나와 대향하여 배치된다. 다시 말해, 상기 제1 안테나(25)는 제4 안테나 및 제3 안테나 사이에 위치하게 된다. 상기 제5 안테나는 제2 안테나(27)를 중심으로 제3 안테나와 대향하여 배치된다. 다시 말해, 상기 제2 안테나(27)는 제5 안테나 및 제3 안테나 사이에 위치하게 된다.
상기 제2의 선형안테나(53)의 일측에 전원공급부(55)가 접속하고, 상기 반응챔버(41)의 내측에 형성된 안테나들(25, 27, 51)의 각각 상에 위치하여 상기 선형안테나들(25, 27, 51)로부터 외측을 향하여 방사형으로 형성된 필드(field)를 반응챔버(41) 내부에 안착된 처리기판 방향으로 집중시키는 하나 또는 둘 이상의 페라이트 구조체(23a, 23b)가 위치하고 있다.
상기와 같은 빗무늬(comb type) 형태의 플라즈마 소스도 전술한 루프형과 같 이 전원공급부에서 공급된 RF 파워가 지나가는 경로를 효과적으로 줄여 정상파 효과를 완전히 배제시킬 수 있고, 페라이트 구조체를 이용함으로 전력손실을 방지하고 생성된 플라즈마의 밀도 및 균일도를 높인다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다. 예를 들어, 본 실시예에서 페라이트 구조체는 내장형 유도결합 플라즈마(ICP) 발생장치에 적용되는 안테나 상에 장착된 것으로 설명하였다. 그러나, 상기 페라이트 구조체는 외장형 유도결합 플라즈마 발생장치, 또는 유도결합형(ICP)과 용량결합형 플라즈마(CCP)가 혼합된 플라즈마 발생장치의 안테나 상에도 폭넓게 적용될 수 있다.
본 발명은 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스 및 이를 채택하는 플라즈마 발생장치에 관한 것이다. 상기 플라즈마 소스는 선형안테나 상에 형성된 페라이트 구조체를 포함하여 구성되고, 상기 플라즈마 소스를 채택하는 플라즈마 발생장치는 내장형 ICP소스를 이용한 것으로 300mm이상의 웨이퍼를 식각하거나 증착하여 반도체 소자의 제조공정 또는 차세대 평판형 디스플레이를 제조하는 공정에 응용될 수 있다. 또한, 상기 페라이트 구조체는 외장형 유도결합 플라즈마 발생장치, 또는 유도결합과 용량결합형 플라즈마(CCP)가 혼합된 플라즈마 발생장치의 안 테나 상에도 폭넓게 적용될 수 있다.
도 1a는 종래기술에 따른 내장형 선형안테나를 구비하는 플라즈마 발생장치를 도시한 사시도.
도 1b는 종래기술에 따른 자기장을 이용한 초대면적 플라즈마 발생장치를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 페라이트 구조체를 구비하는 플라즈마 소스를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 소스를 장착한 플라즈마 발생장치를 개략적으로 도시한 사시도.
도 5는 도 4의 절단선 A-A´를 따라 절취하여 단면을 보여주는 단면도.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 소스를 장착한 플라즈마 발생장치를 개략적으로 도시한 사시도.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 소스를 장착한 다른 플라즈마 발생장치를 개략적으로 도시한 사시도.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 소스를 장착한 또 다른 플라즈마 발생장치를 개략적으로 도시한 사시도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
21, 53 : 선형안테나 23a, 23b : 페라이트 구조체
25, 27, 51 : 안테나 29 : 유도코일 보호관
31 : 테프론 41 : 반응챔버
43 : 스테이지 47, 55 : 전원공급부
100, 101 : 플라즈마 소스

Claims (16)

  1. 선형의 제1 안테나 및 제2 안테나 각각의 일측을 연결하여 루프형으로 형성된 선형안테나와,
    상기 선형안테나의 제1 안테나 및 제2 안테나의 각각 상에 위치하여 상기 선형안테나로부터 방사형으로 형성된 필드(field)를 일방향으로 집중시키는 아치형(arch type)의 페라이트(ferrite) 구조체를 포함하되,
    상기 페라이트 구조체는 복수개로 이루어지고, 서로 다른 크기 또는 두께로 형성되며, 상기 각각의 페라이트 구조체 사이에 테프론(teflon)이 개재된 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 테프론은 PTFE(Polytetrafluoroethylene), PFA(Perfluoroalkoxy), FEP(Fluoroethylenepropylene) 및 PVDF(Poly vinylidene fluoride) 중에서 선택된 어느 하나의 물질로 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 선형안테나는 쿼츠(quartz)로 된 유도코일 보호관의 내부에 삽입된 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 선형안테나는 구리, 스테인레스스틸, 은 및 알루미늄 중에서 선택되는 어느 하나의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스.
  8. 플라즈마가 생성되는 공간인 반응챔버와
    상기 반응챔버의 내측 상부에서 상기 반응챔버를 관통하여 서로 일정한 간격으로 배치되고, 상기 반응챔버의 외부로 노출되어 서로 인접하는 선형의 제1 안테나 및 제2 안테나의 일측을 연결하여 루프형으로 형성된 적어도 하나의 선형안테나를 포함하는 플라즈마 발생장치에 있어서,
    상기 선형안테나의 일측에 전기적으로 연결된 전원공급부; 및
    상기 반응챔버의 내측에 형성된 상기 제1 안테나 및 제2 안테나의 각각 상에 위치하여 상기 선형안테나로부터 방사형으로 형성된 필드(field)를 반응챔버 내부에 안착된 처리기판 방향으로 집중시키는 아치형(arch type)의 페라이트 구조체를 더 포함하되,
    상기 페라이트 구조체는 복수개로 이루어지고, 상기 각각의 페라이트 구조체 사이에 테프론이 개재되며, 상기 복수개의 페라이트 구조체는 서로 다른 크기 또는 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  9. 플라즈마가 생성되는 공간이 형성된 반응챔버와
    상기 반응챔버의 내측 상부에서 상기 반응챔버를 관통하여 서로 일정한 간격으로 배치된 제1의 선형안테나 및 제2의 선형안테나를 포함하고,
    상기 제1의 선형안테나는 상기 반응챔버의 외부로 노출되어 서로 인접하는 선형의 제1 안테나 및 제2 안테나를 구비하고, 상기 제1 안테나와 제2 안테나는 일측을 연결하여 루프형으로 형성되며,
    상기 제2의 선형안테나는 제3 안테나, 제4 안테나 및 제5 안테나를 포함하되, 상기 제3 안테나는 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나 사이에 배치되고, 상기 제4 안테나는 상기 제1 안테나를 중심으로 상기 제3 안테나와 대향하여 배치되며, 상기 제5 안테나는 상기 제2 안테나를 중심으로 상기 제3 안테나와 대향하여 배치된 것을 포함하는 플라즈마 발생장치에 있어서,
    상기 제1의 선형안테나 및 제2의 선형안테나 각각의 일측에 전기적으로 접속된 전원공급부; 및
    상기 반응챔버의 내측에 형성된 상기 제1 안테나, 상기 제2 안테나, 상기 제3 안테나, 상기 제4 안테나 및 상기 제5 안테나의 각각 상에 위치하여 상기 제1의 선형안테나 및 상기 제2의 선형안테나로부터 방사형으로 형성된 필드(field)를 반응챔버 내부에 안착된 처리기판 방향으로 집중시키는 아치형(arch type)의 페라이트 구조체를 더 포함하되,
    상기 페라이트 구조체는 복수개로 이루어지고, 상기 각각의 페라이트 구조체 사이에 테프론이 개재되며, 상기 복수개의 페라이트 구조체는 서로 다른 크기 또는 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 테프론은 PTFE(Polytetrafluoroethylene), PFA(Perfluoroalkoxy), FEP(Fluoroethylenepropylene) 및 PVDF(Poly vinylidene fluoride) 중에서 선택된 어느 하나의 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  14. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 전원공급부는 100KHz 내지 30MHz의 범위의 주파수에서 구동되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1의 선형안테나 및 상기 제2의 선형안테나 각각의 타측은 접지된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제1의 선형안테나 및 상기 제2의 선형안테나 각각에 연결된 전원공급부는 반응챔버 내부의 플라즈마 밀도를 균일하게 하도록 서로 독립적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
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