KR100751535B1 - 다중 주파수 유도 코일을 갖는 페라이트 코어를 구비한플라즈마 발생기 및 이를 구비한 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

다중 주파수 유도 코일을 갖는 페라이트 코어를 구비한 플라즈마 발생기 및 이를 구비한 플라즈마 처리 챔버가 게시된다. 본 발명의 플라즈마 발생기 및 프라즈마 처리 장치는 내부에 기판이 놓이는 서셉터가 마련되고 상부면에 적어도 두 개의 홀이 형성된 프로세스 챔버, 프로세스 챔버 상부의 두 개의 홀에 연결되는 양단이 외부 방전관, 제1 주파수를 갖는 제1 전원 공급원, 제2 주파수를 갖는 제2 전원 공급원, 서셉터로 바이어스 전원을 공급하기 위한 제3 전원 공급원, 외부 방전관에 장착되는 페라이트 코어, 페라이트 코어에 권선되고 제1 전원 공급원에 연결되는 제1 유도 코일 및, 페라이트 코어에 권선되고 제2 전원 공급원에 연결되는 제2 유도 코일을 포함한다. 제1 주파수에 의해 제1 유도 코일로부터 발생되는 제1 유도 기전력과 제2 주파수에 의해 제2 유도 코일로부터 발생되는 제2 유도 기전력에 의해 외부 방전관과 프로세스 챔버로 플라즈마가 발생된다. 본 발명의 다중 주파수 유도 코일을 갖는 페라이트 코어를 구비한 플라즈마 발생기 및 이를 구비한 플라즈마 처리 장치에 의하면, 넓은 볼륨의 플라즈마를 발생하면서도 플라즈마의 밀도와 이온 에너지의 제어 및 전자온도(전자 에너지 분포)를 균일하게 제어할 수 있다.
플라즈마, 유도 결합 플라즈마, 페라이트 코어, 유도 코일

Description

다중 주파수 유도 코일을 갖는 페라이트 코어를 구비한 플라즈마 발생기 및 이를 구비한 플라즈마 처리 장치{PLASMA GENERATOR HAVING FERRITE CORE WITH MULTI-FREQUENCY INDUCTION COIL AND PLASMA PROCESS APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 발생기 및 프로세스 챔버를 보여주는 도면이다. 그리고
도 2 내지 도 4는 페라이트 코어에 권선되는 유도 코일의 다양한 권선 방법을 보여주는 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 프로세스 챔버 11: 서셉터
12: 기판 20: 외부 방전관
30, 32: 페라이트 코어 31, 33: 유도 코일
본 발명은 플라즈마 발생기 및 이를 구비하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것 으로, 구체적으로는 다중 주파수 유도 코일을 갖는 페라이트 코어를 구비한 플라즈마 발생기 및 이를 구비하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
플라즈마는 기체의 이온화 상태로 정의된다. 플라즈마는 전하 분리도가 상당히 높으면서도 전체적으로는 음과 양의 전하수가 같아 중성을 띠는 기체이다. 플라즈마는 반도체 제조시 다양한 공정에 사용되고 있는데, 예를 들어 식각, 증착, 아싱, 챔버 크리닝 등 다양하다.
유도 결합 플라즈마는 고주파의 자기계 성분이 전자 운동에 영향을 미치고, 시간 변화하는 자기계 성분에 의한 유도전기계에 의해 전자의 가속이 이루어진다. 유도 결합 플라즈마는 1Pa 이하의 낮은 가스 압력으로도 고밀도 플라즈마 발생된다. 그리고 고주파인가와 서셉터의 바이어스의 인가를 독립적으로 하여 이온 조사를 제어함으로서 막의 종류에 따라 양질의 막을 형성할 수 있다.
한편, 웨이퍼나 LCD 기판 등의 기판 사이즈가 증가함에 따라 이들을 처리하기 위한 플라즈마 발생기가 요구되고 있다. 요구되는 플라즈마 발생기는 넓은 볼륨의 플라즈마를 발생하면서도 넓은 기판 위에 균일한 고밀도의 플라즈마를 발생할 수 있어야 한다.
넓은 볼륨의 고밀도 플라즈마를 얻기 위해서는 높은 에너지를 방전관에 전달해야 하는데 이러한 경우 큰 에너지를 갖는 이온 입자의 충돌에 의해 기판이 손상되는 문제점이 발생 될 수 있다. 또한 전자 온도(전자 에너지 분포)의 불균일에 의한 기판 처리의 균일성이 저하되는 문제점이 발생될 수 있다.
따라서 본 발명은 넓은 볼륨의 플라즈마를 발생하면서도 플라즈마의 밀도와 이온 에너지의 제어 및 전자온도(전자 에너지 분포)를 균일하게 제어할 수 있는 플라즈마 발생기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 다중 주파수 유도 코일을 갖는 페라이트 코어를 구비한 플라즈마 발생기에 관한 것이다. 본 발명의 플라즈마 발생기는: 제1 주파수를 갖는 제1 전원 공급원; 제2 주파수를 갖는 제2 전원 공급원; 플라즈마 방전관; 플라즈마 방전관에 장착되는 페라이트 코어; 페라이트 코어에 권선되고 제1 전원 공급원에 연결되는 제1 유도 코일; 및 페라이트 코어에 권선되고 제2 전원 공급원에 연결되는 제2 유도 코일을 포함하여, 제1 주파수에 의해 제1 유도 코일로부터 발생되는 제1 유도 기전력과 제2 주파수에 의해 제2 유도 코일로부터 발생되는 제2 유도 기전력에 의해 상기 플라즈마 방전관으로 플라즈마가 발생된다.
바람직하게는, 제1 전원 공급원과 제1 유도 코일 사이에 연결되는 제1 임피던스 정합기; 및 제2 전원 공급원과 제2 유도 코일 사이에 연결되는 제2 임피던스 정합기를 포함한다.
바람직하게는, 제1 주파수는 제2 주파수 보다 상대적으로 낮은 주파수를 갖는다.
바람직하게는, 제1 주파수는 50KHz 이상 3MHz 이하이고, 제2 주파수는 10Mhz 이상 100Mhz 이하이다.
바람직하게는, 페라이트 코어는 두 개 이상으로 구성되며, 제1 유도 코일과 제2 유도 코일은 서로 다른 페라이트 코어에 권선된다.
바람직하게는, 페라이트 코어는 두 개 이상으로 구성되며, 제1 유도 코일과 제2 유도 코일은 서로 분리된 두 개 이상의 페라이트 코어에 모두 권선된다.
본 발명의 다른 일면은 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다. 본 발명의 플라즈마 처리 장치는: 내부에 기판이 놓이는 서셉터가 마련되고, 상부면에 적어도 두 개의 홀이 형성된 프로세스 챔버; 프로세스 챔버 상부의 두 개의 홀에 연결되는 양단이 외부 방전관; 제1 주파수를 갖는 제1 전원 공급원; 제2 주파수를 갖는 제2 전원 공급원; 서셉터로 바이어스 전원을 공급하기 위한 제3 전원 공급원; 외부 방전관에 장착되는 페라이트 코어; 페라이트 코어에 권선되고 제1 전원 공급원에 연결되는 제1 유도 코일; 및 페라이트 코어에 권선되고 제2 전원 공급원에 연결되는 제2 유도 코일을 포함하여, 제1 주파수에 의해 제1 유도 코일로부터 발생되는 제1 유도 기전력과 제2 주파수에 의해 제2 유도 코일로부터 발생되는 제2 유도 기전력에 의해 외부 방전관과 프로세스 챔버로 플라즈마가 발생된다.
바람직하게는, 제1 전원 공급원과 제1 유도 코일 사이에 연결되는 제1 임피던스 정합기; 제2 전원 공급원과 제2 유도 코일 사이에 연결되는 제2 임피던스 정합기; 및 제3 전원 공급원과 서셉터 사이에 연결되는 제3 임피던스 정합기를 포함한다.
바람직하게는, 제1 주파수는 제2 주파수 보다 상대적으로 낮은 주파수를 갖는다.
바람직하게는, 제1 주파수는 50KHz 이상 3MHz 이하이고, 제2 주파수는 10Mhz 이상 100Mhz 이하이다.
바람직하게는, 페라이트 코어는 두 개 이상으로 구성되며, 제1 유도 코일과 제2 유도 코일은 서로 다른 페라이트 코어에 권선된다.
바람직하게는, 페라이트 코어는 두 개 이상으로 구성되며, 제1 유도 코일과 제2 유도 코일은 서로 분리된 두 개 이상의 페라이트 코어에 모두 권선되는 다중 주파수 유도 코일을 갖는 페라이트 코어를 구비한다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시예에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다. 각 도면을 이해함에 있어서, 동일한 부재는 가능한 한 동일한 참조부호로 도시하고자 함에 유의하여야 한다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
(실시예)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 다중 주파수 유도 코일을 갖는 페라이트 코어를 구비한 플라즈마 발생기 및 이를 구비한 플라즈마 처리 장치를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 발생기 및 프로세스 챔버를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하여, 프로세스 챔버(10)는 내부에 기판이 놓이는 서셉터(11)가 마련되고, 상부면에 적어도 두 개의 홀(13, 14)이 형성된다. 프로세스 챔버(10)의 상부에는 플라즈마 방전을 위한 C 형상의 외부 방전관(20)이 연결된다. 외부 방전관(20)의 양단(21, 22)은 프로세스 챔버(10) 상부의 두 개의 홀(13, 14)에 연결된다. 외부 방전관의 주간 상부에는 가스 입구(23)가 연결된다. 가스 입구(23)는 공정 가스 공급원(미도시)에 연결된다.
외부 방전관(20)에는 가스 입구(23)를 중심으로 양편으로 대칭되도록 제1 및 제2 페라이트 코어(30, 32)가 장착된다. 제1 및 제2 페라이트 코어(30, 32)는 하나 이상의 링 형상의 페라이트 코어로 구성된다. 제1 페라이트 코어(30)에는 제1 주파수(f1)를 갖는 제1 전원 공급원(40)에 연결되는 제1 유도 코일(31)이 연결된다. 제2 페라이트 코어(32)에는 제1 주파수(f2)를 갖는 제2 전원 공급원(42)에 연결되는 제2 유도 코일(33)이 연결된다. 서셉터(11)는 바이어스 전원을 공급하기 위한 제3 전원 공급원(44)에 연결된다.
제1 전원 공급원(40)과 제1 유도 코일(31) 사이에는 제1 임피던스 정합기(41)가 연결된다. 제2 전원 공급원(42)과 제2 유도 코일(33) 사이에는 제2 임피던스 정합기(43)가 연결된다. 제3 전원 공급원(44)과 서셉터(11) 사이에는 제3 임피던스 정합기(45)가 연결된다.
가스 입구(23)를 통해 입력되는 공정 가스는 외부 방전관(20)의 양편으로 나뉘어 프로세스 챔버(10)로 흐르게 된다. 이때, 제1 및 제2 전원 공급원(40, 42)으로부터 제1 및 제2 유도 코일(31, 33)로 제1 및 제 주파수(f1, f2)의 전원이 공급되면 외부 방전관(20)과 프로세스 챔버(10)의 내부로 제1 및 제2 유도 기전력이 전 달되어 플라즈마 방전이 이루어진다. 그리고 서셉터(11)로 입력되는 바이어스르 조절하여 이온 조사를 제어한다.
제1 주파수(f1)는 제2 주파수(f2) 보다 상대적으로 낮은 주파수를 갖는다. 바람직하게, 제1 주파수는 50KHz 이상 3MHz 이하이고, 제2 주파수(f2)는 10Mhz 이상 100Mhz 이하이다. 그럼으로 제2 주파수(f2)에 의한 제2 유도 기전력에 의해 플라즈마 방전이 이루어지고, 제1 주파수(f1)에 의한 유도 기전력에 의해서 플라즈마 분행능을 향상시킬 수 있다. 또한, 넓은 볼륨의 플라즈마에서 전체적인 전자 온도(전자 에너지 분포)를 균일하게 조절할 수 있다. 그리고 외부 방전관(20)으로 전달되는 제1 및 제2 유도 기전력의 에너지를 너무 높지 않게 할 수 있음으로 고에너지의 이온 입자의 충돌에 의해 기판이 손상되는 것을 방지할 수 있디.
도 2 내지 도 4는 페라이트 코어에 권선되는 유도 코일의 다양한 권선 방법을 보여주는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 페라이트 코어(30a, 30b, 30c)에는 각기 독립적으로 제1 유도 코일(31a, 31b, 31c)이 권선된다. 그리고 제2 페라이트 코어(32a, 32b, 32c)에도 각기 독립적으로 제2 유도 코일(33a, 33b, 33c)이 권선된다.
제1 유도 코일(31a, 31b, 31c)은 제1 전원 공급원(40)에 직렬로 연결되며, 제2 유도 코일(33a, 33b, 33c)은 제2 전원 공급원(42)에 직렬로 연결된다. 제1 및 제2 유도 코일(31a, 31b, 31c)(33a, 33b, 33c)은 제1 및 제2 전원 공급원(40, 42)에 병렬로 연결될 수도 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 페라이트 코어(30a, 30b, 30c)와 제2 페라이 트 코어(32a, 32b, 32c)에는 교대적으로 제1 및 제2 유도 코일(31a, 31b, 31c)(33a, 33b, 33c)이 권선될 수 있다. 그리고 제1 및 제2 유도 코일(31a, 31b, 31c)(33a, 33b, 33c)은 제1 및 제2 전원 공급원(40, 42)에 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 페라이트 코어(30a, 30b, 30c)(32a, 32b, 32c)는 제1 전원 공급원(40)에 연결되는 제1 및 제3 유도 코일(31a, 31b, 31c)(34a, 34b, 34c)이 권선되고, 또한 제2 전원 공급원(42)에 연결되는 제2 및 제4 유도 코일(33a, 33b, 33c)(35a, 35b, 35c)이 권선된다. 제1 및 3 유도 코일(31a, 31b, 31c)(34a, 34b, 34c)은 제1 전원 공급원(40)에 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 제2 및 제4 유도 코일(33a, 33b, 33c)(35a, 35b, 35c)은 제2 전원 공급원(42)에 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
이상과 같이, 하나 이상의 페라이트 코어에 두 개의 서로 다른 주파수를 갖는 전원 공급원에 연결되는 두 개 이상의 유도 코일이 각기 또는 병렬로 권선될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명의 다중 주파수 유도 코일을 갖는 페라이트 코어를 구비한 플라즈마 발생기 및 이를 구비한 플라즈마 처리 장치에 의하면, 넓은 볼륨의 플라즈마를 발생하면서도 플라즈마의 밀도와 이온 에너지의 제어 및 전자온도(전자 에너지 분포)를 균일하게 제어할 수 있다.

Claims (12)

  1. 제1 주파수를 갖는 제1 전원 공급원;
    제2 주파수를 갖는 제2 전원 공급원;
    플라즈마 방전관;
    플라즈마 방전관에 장착되는 페라이트 코어;
    페라이트 코어에 권선되고 제1 전원 공급원에 연결되는 제1 유도 코일; 및
    페라이트 코어에 권선되고 제2 전원 공급원에 연결되는 제2 유도 코일을 포함하여,
    제1 주파수에 의해 제1 유도 코일로부터 발생되는 제1 유도 기전력과 제2 주파수에 의해 제2 유도 코일로부터 발생되는 제2 유도 기전력에 의해 상기 플라즈마 방전관으로 플라즈마가 발생되는 다중 주파수 유도 코일을 갖는 페라이트 코어를 구비한 플라즈마 발생기.
  2. 제1 항에 있어서, 제1 전원 공급원과 제1 유도 코일 사이에 연결되는 제1 임피던스 정합기; 및
    제2 전원 공급원과 제2 유도 코일 사이에 연결되는 제2 임피던스 정합기를 포함하는 다중 주파수 유도 코일을 갖는 페라이트 코어를 구비한 플라즈마 발생기.
  3. 제1항에 있어서, 제1 주파수는 제2 주파수 보다 상대적으로 낮은 주파수를 갖는 다중 주파수 유도 코일을 갖는 페라이트 코어를 구비한 플라즈마 발생기.
  4. 제3항에 있어서, 제1 주파수는 50KHz 이상 3MHz 이하이고, 제2 주파수는 10Mhz 이상 100Mhz 이하인 다중 주파수 유도 코일을 갖는 페라이트 코어를 구비한 플라즈마 발생기.
  5. 제1 항에 있어서, 페라이트 코어는 두 개 이상으로 구성되며, 제1 유도 코일과 제2 유도 코일은 서로 다른 페라이트 코어에 권선되는 다중 주파수 유도 코일을 갖는 페라이트 코어를 구비한 플라즈마 발생기.
  6. 제1 항에 있어서, 페라이트 코어는 두 개 이상으로 구성되며, 제1 유도 코일과 제2 유도 코일은 서로 분리된 두 개 이상의 페라이트 코어에 모두 권선되는 다중 주파수 유도 코일을 갖는 페라이트 코어를 구비한 플라즈마 발생기.
  7. 내부에 기판이 놓이는 서셉터가 마련되고, 상부면에 적어도 두 개의 홀이 형성된 프로세스 챔버;
    프로세스 챔버 상부의 두 개의 홀에 연결되는 양단이 외부 방전관;
    제1 주파수를 갖는 제1 전원 공급원;
    제2 주파수를 갖는 제2 전원 공급원;
    서셉터로 바이어스 전원을 공급하기 위한 제3 전원 공급원;
    외부 방전관에 장착되는 페라이트 코어;
    페라이트 코어에 권선되고 제1 전원 공급원에 연결되는 제1 유도 코일; 및
    페라이트 코어에 권선되고 제2 전원 공급원에 연결되는 제2 유도 코일을 포함하여,
    제1 주파수에 의해 제1 유도 코일로부터 발생되는 제1 유도 기전력과 제2 주파수에 의해 제2 유도 코일로부터 발생되는 제2 유도 기전력에 의해 외부 방전관과 프로세스 챔버로 플라즈마가 발생되는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제7 항에 있어서, 제1 전원 공급원과 제1 유도 코일 사이에 연결되는 제1 임피던스 정합기;
    제2 전원 공급원과 제2 유도 코일 사이에 연결되는 제2 임피던스 정합기; 및
    제3 전원 공급원과 서셉터 사이에 연결되는 제3 임피던스 정합기를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제7항에 있어서, 제1 주파수는 제2 주파수 보다 상대적으로 낮은 주파수를 갖는 다중 주파수 유도 코일을 갖는 페라이트 코어를 구비한 플라즈마 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서, 제1 주파수는 50KHz 이상 3MHz 이하이고, 제2 주파수는 10Mhz 이상 100Mhz 이하인 다중 주파수 유도 코일을 갖는 페라이트 코어를 구비한 플라즈마 처리 장치.
  11. 제7 항에 있어서, 페라이트 코어는 두 개 이상으로 구성되며, 제1 유도 코일과 제2 유도 코일은 서로 다른 페라이트 코어에 권선되는 다중 주파수 유도 코일을 갖는 페라이트 코어를 구비한 플라즈마 처리 장치.
  12. 제7 항에 있어서, 페라이트 코어는 두 개 이상으로 구성되며, 제1 유도 코일과 제2 유도 코일은 서로 분리된 두 개 이상의 페라이트 코어에 모두 권선되는 다중 주파수 유도 코일을 갖는 페라이트 코어를 구비한 플라즈마 처리 장치.
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