KR100391063B1 - Device and Method for Generating Capacitively Coupled Plasma Enhanced Inductively Coupled Plasma - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 유도결합형과 축전결합형을 조합하여 플라즈마의 밀도분포가 넓은 범위에 걸쳐 균일하도록 함으로써 비교적 큰 사이즈의 시료를 빠른 공정속도로 정밀하게 가공할 수 있도록 한 것으로, 이는 진공챔버(10)와, 이 진공챔버(10)의 상부에 배치된 원판형의 상부 전극판(30)과, 이 상부 전극판(30)에 RF전원을 인가하는 전원부(40)와, 상기 상부 전극판(30)에 병렬접속되는 복수개의 안테나(50)를 포함하여 이루어지고, 이 안테나(50)는 높이조절에 의하여 진공챔버 외곽을 진공챔버의 중심부에서와 같은 플라즈마 밀도를 갖도록 하거나, 전원부(40)에서 대역이 다른 2개의 RF전원을 상부 전극판(30)에 인가하여 상호간의 전력을 조절함으로써 안테나의 높이조절없이 진공챔버내에서 넓은 범위에 걸쳐 플라즈마의 밀도를 균일하게 제어할 수 있도록 하거나, 대역이 다른 2개의 RF전원을 인가하여 필요로 하는 특성의 플라즈마를 생성한 상태에서 안테나의 높이조절에 의해 진공챔버내의 플라즈마 균일도를 조절할 수 있도록 한다.The present invention relates to a plasma generating apparatus, by combining an inductive coupling type and a capacitive coupling type, so that the density distribution of the plasma is uniform over a wide range, so that a relatively large size sample can be precisely processed at a high process speed. The vacuum chamber 10, the disk-shaped upper electrode plate 30 disposed above the vacuum chamber 10, the power supply unit 40 for applying RF power to the upper electrode plate 30, It comprises a plurality of antennas 50 connected in parallel to the upper electrode plate 30, the antenna 50 is to have the same plasma density in the center of the vacuum chamber to the outside of the vacuum chamber by height adjustment, In the power supply unit 40, two RF power sources having different bands are applied to the upper electrode plate 30 to adjust power to each other so that the density of the plasma is spread over a wide range in the vacuum chamber without adjusting the height of the antenna. It can be controlled or allows the band to control the plasma uniformity in the vacuum chamber by means of height adjustment of the antenna while creating a plasma of attributes that need to apply the two different RF power source.
Description
본 발명은 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 특히 대형의 시료를 가공할 수 있는 넓은 유효면적과 균일하고 높은 밀도를 갖는 플라즈마를 발생시킬 수 있도록유도결합형과 축전결합형이 조합구성된 플라즈마 발생장치 및 플라즈마 발생방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a plasma generating apparatus, and in particular, a plasma generating apparatus and plasma combined with an inductive coupling type and a capacitive coupling type to generate a plasma having a large effective area capable of processing a large sample and a uniform and high density. It relates to a generation method.
반도체 웨이퍼 또는 평판표시장치 등과 같은 미세패턴을 형성하여야 하는 기술분야에서는 플라즈마를 생성하여 건식 식각, 화학기상증착, 스퍼터링 등 각종 표면처리 공정을 수행하는데, 최근에는 비용절감 및 스루풋 향상 등을 달성하기 위하여 반도체 장치용 웨이퍼나 평판표시장치용 기판의 크기가 예컨데 300㎜ 이상으로 대형화되는 경향을 보이며, 이에 따라 대형의 웨이퍼나 기판을 가공하기 위한 플라즈마 발생장치의 규모도 증가되고 있다.In the technical field that needs to form fine patterns such as semiconductor wafers or flat panel displays, plasma is generated to perform various surface treatment processes such as dry etching, chemical vapor deposition, and sputtering. Recently, in order to achieve cost reduction and throughput improvement The size of wafers for semiconductor devices and substrates for flat panel displays tends to increase, for example, to 300 mm or more. As a result, the size of the plasma generating device for processing large wafers or substrates has increased.
한편, 플라즈마 발생장치 중 널리 사용되는 것으로는, 유도결합 플라즈마 발생장치, 축전결합형 플라즈마 발생장치 등이 있다. 그리고 이들의 기본적 플라즈마 발생장치에 자기장을 인가한 방식도 개발되어 있다.Meanwhile, among plasma generators, inductively coupled plasma generators and capacitively coupled plasma generators may be used. In addition, a method of applying a magnetic field to these basic plasma generators has also been developed.
유도결합형 플라즈마 발생장치는 플라즈마의 밀도가 높지만 균일도를 개선하기 위해서는 부대적인 요소들이 많이 필요하다. 예를 들면 가운데 부분이 더 두꺼운 유전체를 사용한다거나 돔 형태로 안테나를 변형시켜 사용하고 있으나, 이는 구조가 복잡해질 뿐만 아니라 산화막 식각 등의 공정에는 적용하기가 어렵다는 한계점을 가지고 있다.Although the inductively coupled plasma generator has a high plasma density, many additional factors are required to improve the uniformity. For example, a thicker dielectric is used or a antenna is modified in a dome shape, but this has a limitation in that it is not only complicated in structure but also difficult to apply to processes such as oxide etching.
축전결합형 플라즈마 발생장치는 구조가 간단하고 균일도를 확보하기 쉽다는 장점이 있지만 플라즈마의 밀도가 낮아 공정진행속도가 낮아 생산성이 낮다는 문제점이 있다. 이들 방식에 자기장을 인가하는 방식도 개발되었지만 이들은 구조적으로 복잡하여 장비 자체가 커지고 제조비용이 증가하는 단점을 가지고 있다.The capacitively coupled plasma generator has the advantage of having a simple structure and easy to secure uniformity, but has a problem of low productivity due to a low process density due to low plasma density. A method of applying magnetic fields to these methods has also been developed, but they have the disadvantage that they are structurally complex, which increases the equipment itself and increases manufacturing costs.
한편, 유도결합형 플라즈마 발생장치는 플라즈마가 생성되는 챔버를 포함하며, 이 챔버에는 반응가스를 공급하기 위한 가스주입구와 챔버 내부를 진공으로 유지하고 반응중 발생하는 가스를 배출하기 위한 진공펌프 및 가스배출구가 구비되어 있다. 또한, 상기 챔버의 내부에는 웨이퍼 또는 유리기판 등의 시료를 올려놓기 위한 척이 구비되어 있으며, 챔버의 상부에는 고주파전원이 접속된 안테나가 설치된다. 상기 안테나와 챔버 사이에는 절연판을 설치하여 안테나와 플라즈마 사이의 용량성 결합을 감소시킴으로써 고주파전원으로부터의 에너지가 유도성 결합에 의하여 플라즈마로 전달되는 것을 돕는다.On the other hand, the inductively coupled plasma generator includes a chamber in which a plasma is generated, which includes a gas inlet for supplying a reaction gas and a vacuum pump and gas for discharging the gas generated during the reaction and maintaining the vacuum inside the chamber. An outlet is provided. In addition, a chuck for placing a sample such as a wafer or a glass substrate is provided inside the chamber, and an antenna to which a high frequency power source is connected is installed at the top of the chamber. An insulating plate is provided between the antenna and the chamber to reduce capacitive coupling between the antenna and the plasma to help transfer energy from the high frequency power supply to the plasma by inductive coupling.
이와 같은 구조의 플라즈마 발생장치는 초기에 챔버의 내부가 진공펌프에 의해 진공화되도록 배기된 다음, 가스주입구로부터 플라즈마를 발생시키기 위한 반응가스가 도입되어 필요한 압력으로 유지된다. 이어서 상기 안테나에는 고주파전원으로부터 고주파전력이 인가된다.The plasma generator of this structure is initially evacuated so that the inside of the chamber is evacuated by a vacuum pump, and then a reaction gas for generating plasma from the gas inlet is introduced and maintained at a necessary pressure. Subsequently, high frequency power is applied to the antenna from a high frequency power source.
종래의 유도결합형 플라즈마 발생장치에는 단일의 나선형 안테나 또는 복수개의 분할전극형 안테나가 사용되었는데, RF전력이 인감됨에 따라 안테나가 이루는평면과 수직방향의 시간적으로 변화하는 자기장이 형성되며, 이러한 시간적으로 변화하는 자기장은 챔버 내부에 유도전기장을 형성하고 유도전기장은 전자를 가열하여 안테나와 유도성으로 결합된 플라즈마가 발생하게 된다. 이렇게 전자들은 주변의 중성기체입자들과 충돌하여 이온 및 라디칼 등을 생성하고 이들은 플라즈마 식각 및 증착에 이용되게 된다. 또한, 별도의 고주파전원으로부터 척에 전력을 인가하면 시료에 입사하는 이온의 에너지를 제어하는 것도 가능하게 된다.In the conventional inductively coupled plasma generator, a single spiral antenna or a plurality of split-electrode antennas are used. As RF power is sealed, a magnetic field that changes in time perpendicular to the plane of the antenna is formed. The changing magnetic field forms an induction electric field inside the chamber, and the induction electric field heats electrons to generate a plasma inductively coupled with the antenna. The electrons collide with the surrounding neutral gas particles to generate ions and radicals, which are used for plasma etching and deposition. In addition, when electric power is applied to the chuck from a separate high frequency power source, it is also possible to control the energy of ions incident on the sample.
그러나, 나선형 구조의 안테나에서는 안테나를 구성하는 각 권선이 직렬연결되어 있는 구조이므로 권선마다 흐르는 전류량이 일정하게 되는데, 이럴 경우 유도전기장 분포 조절이 어려워 챔버 내벽에서의 이온 및 전자의 손실로 플라즈마의 중심부가 높은 밀도를 갖게 되고 챔버의 내벽에 가까운 부분에는 플라즈마의 밀도가 낮아지게 되는 것을 막기 힘들게 된다. 따라서 플라즈마의 밀도를 균일하게 유지하는 것이 극히 곤란하게 된다.However, in the spiral antenna, since the windings of the antenna are connected in series, the amount of current flowing in each winding becomes constant. In this case, it is difficult to control the distribution of the induced electric field, which results in the loss of ions and electrons in the inner wall of the chamber. Has a high density and it is difficult to prevent the density of the plasma from being lowered near the inner wall of the chamber. Therefore, it is extremely difficult to keep the density of the plasma uniform.
또한, 안테나의 각 권선이 직렬로 연결되어 있으므로 안테나에 의한 전압강하가 크게 되므로 플라즈마와의 용량성 결합에 의한 영향이 증가된다. 따라서, 전력 효율이 낮아지며 플라즈마의 균일성을 유지하는 것도 어렵게 된다.In addition, since each winding of the antenna is connected in series, the voltage drop caused by the antenna is increased, thereby increasing the influence of capacitive coupling with the plasma. Therefore, the power efficiency is lowered and it is also difficult to maintain the uniformity of the plasma.
다음으로, 서로 위상이 다른 3개의 고주파 전원에 각각 접속된 3개의 분할전극 구조의 안테나에서는 각 분할전극에 가까운 위치에서는 플라즈마의 밀도가 높고, 챔버의 중앙부일수록 플라즈마의 밀도가 낮아 플라즈마의 균일성 확보에 어려움이 따르며, 특히 넓은 면적의 시료를 처리하는 것이 현저히 곤란하게 된다. 또한 각각 독립적으로 동작하는 전원을 사용하여야 하므로 비용이 증가하게 되며, 전원의 효율적인 사용을 위한 임피던스정합을 위하여는 각 분할전극마다 독자적인 임피던스 정합회로를 사용하여야 하는 문제점이 있었다.Next, in the antenna of the three split electrode structure connected to three high frequency power sources having different phases from each other, the plasma density is high at the position close to each split electrode, and the plasma density is lower at the center of the chamber, thereby ensuring uniformity of the plasma. This is difficult, and it is particularly difficult to process a large area of the sample. In addition, since power must be used independently of each other, the cost increases, and there is a problem in that an independent impedance matching circuit must be used for each split electrode for impedance matching for efficient use of the power source.
본 발명은 상기한 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 대면적의 시료를 가공할 수 있도록 넓은 유효면적과 균일하고 높은 밀도를 갖는 플라즈마를 발생장치를 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a plasma generating apparatus having a large effective area and a uniform high density so as to process a large area of the sample.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 진공챔버와, 이 진공챔버의 내부에 웨이퍼 등의 시료를 올려놓기 위한 척과, 상기 진공챔버의 상부에 배치된 원판형의 상부 전극판과, 이 상부 전극판에 RF전원을 인가하는 전원부와, 상기 상부 전극판에 병렬접속되는 복수개의 안테나를 포함하여 이루어지는 유도결합으로 보강된 축전결합형 플라즈마 발생장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a vacuum chamber, a chuck for placing a sample such as a wafer inside the vacuum chamber, a disk-shaped upper electrode plate disposed above the vacuum chamber, and the upper electrode plate. Provided is a capacitively coupled plasma generating device reinforced by inductive coupling including a power supply unit for applying RF power to the plurality of antennas and a plurality of antennas connected in parallel to the upper electrode plate.
본 발명은 또, 상기 상부 전극판과 안테나는 각각 수직방향으로의 높이조절이 가능하도록 구성하여 플라즈마의 진공챔버 중심부와 외곽에 걸쳐 플라즈마의 밀도분포가 균일해지도록 제어할 수 있는 플라즈마 발생장치를 제공한다.The present invention also provides a plasma generator that can control the height distribution in the vertical direction by the upper electrode plate and the antenna can be adjusted in the vertical direction, so that the plasma density distribution is uniform across the center and the outside of the vacuum chamber of the plasma. do.
또한, 본 발명은 상기 전원부에서 대역이 다른 2개의 RF전원을 상부 전극판에 인가할 수 있도록 구성하여 2개의 고주파 전원의 전력을 비대칭적으로 조절함으로써 안테나의 높이조절 없이도 챔버내에서 유도결합과 축전결합에 의한 플라즈마 의 밀도분포를 균일하게 제어할 수 있는 플라즈마 발생장치를 제공한다.In addition, the present invention is configured to be applied to the upper electrode plate two RF power sources having different bands in the power supply unit by asymmetrically controlling the power of the two high-frequency power supply induction coupling and power storage in the chamber without adjusting the height of the antenna Provided is a plasma generator capable of uniformly controlling the density distribution of plasma by bonding.
본 발명은 또, 대역이 다른 2개의 RF전원을 상부 전극판에 인가하면서 전력을 비대칭적으로 조절하여 필요로 하는 특성을 갖는 플라즈마를 발생시키고 상부 전극판 또는 안테나의 높이를 조절하는 것에 의해 플라즈마의 밀도분포를 조절할 수 있도록 한 플라즈마 발생장치 및 플라즈마 발생방법을 제공한다.The present invention also provides a plasma having the required characteristics by asymmetrically controlling the power while applying two RF power sources having different bands to the upper electrode plate and adjusting the height of the upper electrode plate or the antenna. Provided are a plasma generating apparatus and a plasma generating method for adjusting a density distribution.
도 1은 본 발명에 의한 플라즈마 발생장치를 개략적으로 도시한 단면도,1 is a cross-sectional view schematically showing a plasma generating apparatus according to the present invention,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 회로도,2 is a circuit diagram of a plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 안테나 평면도,3 is a plan view of the antenna of the plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 안테나 평면도,4 is a plan view of the antenna of the plasma generating apparatus according to another embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 의한 높이조절이 가능한 안테나의 구조도,5 is a structural diagram of a height adjustable antenna according to another embodiment of the present invention,
도 6은 본 발명에 의한 플라즈마 발생장치의 진공챔버내에서 플라즈마 균일한 밀도분포를 개략적으로 도시한 도시한 것이다.Figure 6 schematically shows a plasma uniform density distribution in the vacuum chamber of the plasma generating apparatus according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 진공챔버 11 : 가스주입구10: vacuum chamber 11: gas inlet
12 : 가스 방출구 13 : 진공펌프12 gas outlet 13 vacuum pump
20 : 척 30 : 상부 전극판20: chuck 30: upper electrode plate
40 : 전원부 50 : 안테나40: power supply unit 50: antenna
이하, 본 발명에 의한 플라즈마 발생장치의 바람직한 실시예들을 첨부도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the plasma generating apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 의한 플라즈마 발생장치의 단면구조도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 회로도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 상부 전극판과 안테나의 구조를 도시한 평면도이다.1 is a cross-sectional view of a plasma generating apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram of a plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an upper electrode of the plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention. It is a top view which shows the structure of a board and an antenna.
상기 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 가스주입구(11)와 가스방출구(12) 및 진공펌프(13)가 구비된 진공챔버(10)와, 이 진공챔버(10)의 내부에 웨이퍼 또는 유리기판 등의 시료를 올려놓기 위한 척(20)과, 상기 진공챔버(10)의 상부에 배치되는 원판형의 상부 전극판(30)과, 이 상부 전극판(30)에 RF전원을 인가하는 전원부(40)와, 상기 상부 전극판(30)의 외측에 일단이 상부 전극판(30)과전기적으로 접속되고 타단은 접지되어 있는 안테나(50)를 포함하여 이루어져 있다.As shown in FIGS. 1 to 3, the present invention provides a vacuum chamber 10 including a gas inlet 11, a gas outlet 12, and a vacuum pump 13, and the vacuum chamber 10 of the present invention. A chuck 20 for placing a sample such as a wafer or a glass substrate therein, a disk-shaped upper electrode plate 30 disposed on the vacuum chamber 10, and an RF on the upper electrode plate 30. It includes a power supply unit 40 for applying power, and an antenna 50 having one end electrically connected to the upper electrode plate 30 and the other end of which is grounded to the outside of the upper electrode plate 30.
본 발명에서는 원판형의 상부 전극판(30)과 안테나(50)는 전기적으로 접속되어 있으며, 상부 전극판(30)에 의한 축전결합형 플라즈마 발생장치와, 이 상부 전극판(30)의 외측에 배치되어 전기적으로 접속되는 안테나(50)에 의한 유도결합형 플라즈마 발생장치가 조합되어 있으며, 상기 안테나(50)는 바람직하게는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 복수개(50a,50b,50c,50d)로 이루어져 상부 전극판(30)에 병렬로 접속된 구조를 이루므로써 이 안테나(50)의 인덕턴스가 낮아지게 되므로 플라즈마 발생장치에 비교적 높은 대역(30~150㎒)을 갖는 고주파의 인가가 가능하도록 한 것이다.In the present invention, the disk-shaped upper electrode plate 30 and the antenna 50 are electrically connected to each other, and the capacitively coupled plasma generating device by the upper electrode plate 30 and the outer electrode plate 30 are located outside the upper electrode plate 30. An inductively coupled plasma generator by an antenna 50 arranged and electrically connected is combined, and the antenna 50 is preferably a plurality of antennas 50a, 50b, 50c, as shown in FIGS. 50d), the inductance of the antenna 50 is reduced by forming a structure connected in parallel to the upper electrode plate 30, so that a high frequency having a relatively high band (30 to 150 MHz) can be applied to the plasma generator. I did it.
또, 본 실시예에서 상기 상부 전극판(30)에 병렬접속된 안테나(50a,50b,50c, 50d)는 동일한 방사간격으로 접속되고, 상부 전극판(30)의 중심으로부터 동심원상으로 배치되도록 각각 원호형을 이루고 있어 진공챔버(10)외곽에 대한 플라즈마 분포를 동일하게 제어할 수 있도록 되어 있다.In this embodiment, the antennas 50a, 50b, 50c, and 50d connected in parallel to the upper electrode plate 30 are connected at the same radiation interval and are arranged concentrically from the center of the upper electrode plate 30, respectively. Since the circular arc is formed, the plasma distribution to the outside of the vacuum chamber 10 can be controlled in the same manner.
본 발명은 또, 도 4에 도시한 다른 실시예에서와 같이 상기 안테나(50a,50b, 50c,50d)는 상부 전극판(30)의 중심으로부터 외측을 향하여 나선상으로 즉, 스파이어럴형으로 형성시키는 것도 무방하며, 이와 같은 안테나의 갯수와 배치형태는 다양한 변화가 가능하며, 이와 같은 안테나 구조의 단순한 설계변경은 당해기술에서 통상의 지식을 가진 자가 후술하는 본 발명의 청구범위 내에서 다양하게 실시할 수 있으며, 이와 같은 단순한 모방과 설계변경은 후술하는 본 발명의 권리범위에 속함이 자명하다.In the present invention, the antennas 50a, 50b, 50c, and 50d are spirally formed outwardly from the center of the upper electrode plate 30, ie, spirally, as in the other embodiment shown in FIG. The number and arrangement of the antennas can be variously changed, and the simple design change of the antenna structure can be variously performed within the scope of the present invention described below by those skilled in the art. And, such a simple imitation and design change is obviously belong to the scope of the present invention to be described later.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 것으로, 본 실시예에서는 상부 전극판(30)에 병렬접속된 다수개의 안테나(50a,50b,50c,50d)들이 수직방향으로 위치이동이 가능한 구조를 이루도록 한 것으로, 본 실시예에 의하면 안테나(50a,50b, 50c,50d)와 상부 전극판(30)사이의 접속부분(A)과 안테나(50a,50b,50c,50d)와 접지부분사이의 접속부분(B)을 고정된 상태가 아닌 상하 임의의 위치로 슬라이드 가능하도록 하고 전기적으로는 여전히 접속된 상태를 이루도록 제작하여 안테나의 수직위치이동을 기구적 또는 기계적으로 조절함에 따라 안테나(50a, 50b,50c,50d)에 전달되는 에너지를 선택적으로 증감시킴으로써 진공챔버(10)외측의 플라즈마 밀도분포가 진공챔버(10)중심부의 밀도와 균일하게 되도록 제어할 수 있도록 한 것이며, 상부 전극판(30)도 상기 안테나(50a,50b,50c,50d)에 대하여 상대적으로 수직방향으로의 높이조절이 가능하도록 구성한다.FIG. 5 illustrates another embodiment of the present invention. In this embodiment, a plurality of antennas 50a, 50b, 50c, and 50d connected in parallel to the upper electrode plate 30 can be moved in a vertical direction. According to the present embodiment, the connecting portion A between the antennas 50a, 50b, 50c, and 50d and the upper electrode plate 30 and between the antennas 50a, 50b, 50c, and 50d and the ground portion are formed. The antennas 50a and 50b are manufactured by making the connecting portion B slidable to any position up and down, not fixed, and electrically connected to each other to mechanically or mechanically adjust the vertical position movement of the antenna. By selectively increasing or decreasing the energy transmitted to the 50c and 50d, the plasma density distribution outside the vacuum chamber 10 can be controlled to be uniform with the density of the center portion of the vacuum chamber 10, and the upper electrode plate 30 The antennas 50a, 50b, 50c and 50d Relatively it is configured to be height adjustable in the vertical direction with respect.
본 발명의 다른 실시예에서는 상기 축전결합형과 유도결합형이 조합된 플라즈마 발생장치에서 대역이 다른 2개의 고주파 전력을 인가할 수 있도록 전원부(40)를 구성하여 상대적으로 낮은 주파수를 갖는 고주파 전력을 인가하면 주로 바깥쪽의 안테나(50a,50b,50c,50d)에 전류경로가 형성되어 유도결합에 의한 플라즈마가 발생하도록 하고, 상대적으로 높은 주파수를 갖는 고주파 전력을 인가하면 주로 상부 전극판(30)으로 전류경로가 형성되어 축전결합에 의한 플라즈마가 발생되도록 할 수 있으며, 이와 같은 상태에서 외측 안테나(50a,50b,50c,50d) 또는 상부 전극판(30)의 높낮이를 조절함으로써 진공챔버(10)내부의 소정의 높이 즉, 가공하고자하는 시료의 높이에서 플라즈마의 밀도분포를 중심부와 외측이 균일하게 되도록 제어할 수 있도록 한 플라즈마 발생장치를 제공한다.In another embodiment of the present invention, in the plasma generation device in which the capacitive coupling type and the inductive coupling type are combined, the power supply unit 40 is configured to apply two high frequency powers having different bands to generate high frequency power having a relatively low frequency. When applied, current paths are mainly formed at the outer antennas 50a, 50b, 50c, and 50d to generate plasma by inductive coupling, and when the high frequency power having a relatively high frequency is applied, the upper electrode plate 30 is mainly applied. A current path may be formed to generate plasma by capacitive coupling, and in this state, the vacuum chamber 10 may be adjusted by adjusting the height of the outer antennas 50a, 50b, 50c, and 50d or the upper electrode plate 30. Plasma generation by controlling the density distribution of the plasma to be uniform at the center and the outside at a predetermined height inside, that is, the height of the sample to be processed. Provide value.
이와 같이 구성된 본 발명의 플라즈마 발생장치에서는 고주파 전력이 상부 전극판(30)의 중심으로 인가되어 상부 전극판(30)에 의한 축전결합형의 플라즈마가 발생됨과 동시에, 이 상부 전극판(30)의 외측에 이 상부 전극판(30)과 전기적으로 접속된 안테나(50)에도 전력이 인가되어 이 안테나(50)에 의한 유도결합형 플라즈마가 동시에 발생하게 되는 것이며, 진공챔버(10)의 외벽에서는 플라즈마의 손실이 발생하여 플라즈마의 밀도가 낮아지게 되므로, 이와 같은 상태에서 플라즈마의 균일도는 원형의 상부 전극판(30)에서 발생되는 플라즈마와 이 상부 전극판(30)의 바깥쪽에 위치한 안테나(50)에 의해 발생되는 플라즈마의 양을 제어함으로써 가능하며, 이는 안테나(50) 또는 상부 전극판(30)의 높낮이를 상대적으로 조절함으로써 가능하게 된다.In the plasma generating apparatus of the present invention configured as described above, high-frequency power is applied to the center of the upper electrode plate 30 to generate a capacitively coupled plasma by the upper electrode plate 30, and at the same time, Electric power is also applied to the antenna 50 electrically connected to the upper electrode plate 30 on the outside, so that the inductively coupled plasma generated by the antenna 50 is generated at the same time, and the plasma is formed on the outer wall of the vacuum chamber 10. In this state, the uniformity of the plasma is reduced to the plasma generated from the circular upper electrode plate 30 and the antenna 50 located outside the upper electrode plate 30. This is possible by controlling the amount of plasma generated by this, which is made possible by adjusting the height of the antenna 50 or the upper electrode plate 30 relatively.
즉, 진공챔버(10)내부에서 발생된 플라즈마와 안테나(50)의 거리가 가까울 때는 플라즈마 내의 안테나(50)에 의한 유도전기장의 크기가 크고, 상대적으로 거리가 멀어질 수록 유도전기장의 세기는 작아진다. 따라서, 플라즈마의 발생률은 유도전기장의 세기에 비례하므로 안테나(50)의 거리를 조절하는 것에 의해 안테나 (50) 아랫 부분에서 플라즈마의 발생률을 조절하는 것을 의미한다. 이에 의해 진공챔버(10)내에서 처리하고자 하는 시료의 위치에서 안테나(50)또는 상부 전극판(30)의 높이를 조절함으로써 플라즈마의 균일도를 확보할 수 있게 되는 것이다.That is, when the distance between the plasma generated in the vacuum chamber 10 and the antenna 50 is close, the magnitude of the induced electric field by the antenna 50 in the plasma is large, and as the distance is relatively large, the intensity of the induced electric field is small. Lose. Therefore, since the incidence rate of the plasma is proportional to the intensity of the induced electric field, it means that the incidence rate of the plasma is controlled at the lower portion of the antenna 50 by adjusting the distance of the antenna 50. As a result, the uniformity of the plasma can be secured by adjusting the height of the antenna 50 or the upper electrode plate 30 at the position of the sample to be processed in the vacuum chamber 10.
한편, 본 발명의 다른 실시예 즉, 전원부에서 대역이 다른 2개의 고주파 전력을 인가하는 방식에서 플라즈마의 균일도를 제어하는 원리에 대하여 설명하면 다음과 같다.Meanwhile, another embodiment of the present invention, that is, the principle of controlling the uniformity of plasma in a method of applying two high frequency powers having different bands from the power supply unit will be described below.
즉, 도 2의 회로도에서 알 수 있는 바와 같이, 전원부(30)에서는 대역이 다른 2개의 고주파 전력이 발생되어 임피던스 매칭회로를 통하여 상부 전극판(30)으로 표시된 축전결합형 플라즈마 발생장치와 이 상부 전극판에 전기적으로 접속된 복수개의 안테나로 이루어진 유도결합형 플라즈마 발생장치로 인가된다.That is, as can be seen in the circuit diagram of FIG. 2, the power supply unit 30 generates two high-frequency powers having different bands, and the capacitively coupled plasma generating device represented by the upper electrode plate 30 through the impedance matching circuit and the upper portion thereof. It is applied to an inductively coupled plasma generator comprising a plurality of antennas electrically connected to the electrode plate.
이와 같은 상태에서 상대적으로 낮은 주파수를 갖는 고주파전력을 높이고 높은 주파수를 갖는 고주파 전력을 낮추면 주파수에 반비례하는 상부 전극판(30)의 임피던스()는 높아지고, 주파수에 비례하는 안테나(50)의 임피던스 ()는 상대적으로 낮아지게 되므로 주로 안테나(50)쪽으로 전류경로가 형성되어 유도결합에 의한 플라즈마의 발생률이 커지게 된다.In this state, when the high frequency power having a relatively low frequency is increased and the high frequency power having a high frequency is decreased, the impedance of the upper electrode plate 30 which is inversely proportional to the frequency ( ) Increases, and the impedance of the antenna 50 proportional to the frequency ( ) Is relatively low, so that a current path is mainly formed toward the antenna 50, so that the generation rate of plasma due to inductive coupling increases.
또, 상대적으로 높은 주파수를 갖는 고주파전력을 높이고 낮은 주파수를 갖는 고주파 전력을 낮추면 위와는 반대로 상부 전극판(30)의 임피던스는 낮아지고, 안테나의 임피던스는 높아지게 되므로 주로 상부 전극판(30)쪽으로 전류경로가 형성되어 축전결합에 의한 플라즈마의 발생률이 커지게 된다.In addition, if the high frequency power having a relatively high frequency and the high frequency power having a low frequency are lowered, the impedance of the upper electrode plate 30 is lowered, and the impedance of the antenna is increased. Paths are formed to increase the generation rate of plasma due to capacitive coupling.
따라서, 주파수가 상대적으로 높은 고주파 전력과 주파수가 상대적으로 낮은 고주파 전력의 비율을 조절함으로써 상부 전극판(30) 즉, 진공챔버(10)중앙부의 플라즈마 발생률과 안테나(50) 즉, 진공챔버(10)외측의 플라즈마 발생률을 조절할 수있는 것이다.Therefore, by adjusting the ratio of the high frequency power of which the frequency is relatively high and the high frequency power of which the frequency is relatively low, the plasma generation rate of the center of the upper electrode plate 30, that is, the vacuum chamber 10, and the antenna 50, that is, the vacuum chamber 10 are adjusted. The plasma rate of the outside can be adjusted.
상기한 대역이 다른 2개의 고주파 전원을 인가하면서 이의 비율을 조절함으로써 필요로 하는 특성을 갖는 플라즈마를 발생시킬 수 있으며, 이와 같은 상태에서 상기 안테나(50)와 상부 전극판(30)의 높이를 조절함으로써 진공챔버(10)의 중앙부와 외곽의 플라즈마 밀도 분포가 균일하게 되도록 즉, 도 6에 도시된 바와 같이 상부 전극판(30)에 의하여 D1으로 표시된 축전결합에 의해 발생된 플라즈마 밀도분포를 안테나(50)에 의하여 D2로 표시된 유도결합에 의해 발생된 플라즈마 밀도분포에 의해 진공챔버(10)외곽의 플라즈마 밀도가 진공챔버(10)중앙부의 플라즈마 밀도와 같아지도록 보강되어 D3로 표시된 균일한 플라즈마 밀도분포를 갖게 됨으로써 넓은 범위에 걸쳐 균일한 플라즈마 밀도분포가 이루어져 대구경의 시료를 정밀하게 처리할 수 있는 것이다.By applying two high frequency powers having different bands, the ratios thereof can generate a plasma having required characteristics. In this state, the heights of the antenna 50 and the upper electrode plate 30 are adjusted. The plasma density distribution generated by the capacitive coupling denoted by D 1 by the upper electrode plate 30, as shown in FIG. 6, so that the plasma density distribution in the center and the outer portion of the vacuum chamber 10 is uniform. Plasma density distribution outside the vacuum chamber 10 is enhanced by the plasma density distribution generated by the inductive coupling denoted by D 2 so as to be equal to the plasma density in the center of the vacuum chamber 10 so as to be uniform as indicated by D 3 . Having a plasma density distribution provides a uniform plasma density distribution over a wide range, enabling the precise processing of large diameter samples. All.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 상부 전극판의 외측에 유도결합방식에 의한 복수개의 안테나가 병렬 설치되어 있으므로 상부 전극판에 의한 축전결합형 플라즈마 발생시 이 안테나에 의해 진공챔버 외곽의 밀도분포를 보완 조절할 수 있으므로 넓은 범위에서 플라즈마의 밀도분포가 균일하게 되어 비교적 큰 규모의 시료(웨이퍼)를 가공하기에 유리하며, 상기 안테나에 비교적 높은 주파수대의 고주파(30~150㎒)를 인가할 수 있으므로 낮은 전자온도의 유지가 가능하며, 유도결합에 의해 보강된 축전결합방식이므로 높은 플라즈마 밀도를 가지므로 빠른 공정속도와 공정가능영역이 증대하게 되는 효과를 갖는다.As described above, in the present invention, since a plurality of antennas are installed in parallel on the outer side of the upper electrode plate by the inductive coupling method, when the capacitively coupled plasma is generated by the upper electrode plate, the density distribution of the outside of the vacuum chamber can be compensated by the antenna. Since the density distribution of the plasma is uniform in a wide range, it is advantageous to process a relatively large sample (wafer), and it is possible to apply a high frequency (30-150 MHz) at a relatively high frequency band to the antenna, so that It is possible to maintain and reinforce the capacitive coupling method reinforced by inductive coupling, and thus has a high plasma density, thereby increasing the process speed and processable area.
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