KR100774521B1

KR100774521B1 - 다중 안테나 코일군이 구비된 유도결합 플라즈마 반응장치

Info

Publication number: KR100774521B1
Application number: KR1020050065381A
Authority: KR
Inventors: 이원묵
Original assignee: 주식회사 디엠에스
Priority date: 2005-07-19
Filing date: 2005-07-19
Publication date: 2007-11-08
Also published as: US20080210378A1; CN101218859B; CN101218859A; US8123903B2; KR20070010628A; WO2007011121A1

Abstract

다중 안테나 코일군이 적용된 유도결합 플라즈마 반응장치가 개시된다. 그러한 플라즈마 반응장치는 플라즈마 반응에 의하여 웨이퍼를 처리하며, 그 상부에 실린더 형상의 유전체 윈도우가 구비되는 반응로와, 상기 유전체 윈도우의 외부 및 상부에 구비되어 RF 자기장(RF magnetic field)을 발생하며, 상기 유전체 윈도우를 통하여 RF 자기장(RF magnetic field)을 상기 반응로의 내부에 인가하여 RF 전기장(RF electric field)을 유도 하는 다중 안테나 코일군과, 그리고 상기 반응로 하부(Wafer가 안착되는 Pedestal) 및 다중 안테나 코일군에 RF 전원(Radio Frequency)을 인가함으로써 반응로의 하부(Wafer and Pedestal)를 음전위(Negative Potential) 대전상태를 유지하고, 상기 다중 안테나 코일군의 자기장(Magnetic field)이 시변되도록 하는 RF 전원공급부를 포함한다.

플라즈마, 웨이퍼, 안테나, 코일, 가스, 유전체 윈도우, 유도결합 플라즈마

Description

다중 안테나 코일군이 구비된 유도결합 플라즈마 반응장치{PLASMA REACTOR HAVING MULTIPLE ANTENNA STRUCTURE}

도1 은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 다중 안테나 코일군이 구비된 유도결합 플라즈마 반응장치의 구조를 개략적으로 도시하는 사시도이다.

도2 는 도1 에 도시된 다중 안테나 코일군이 구비된 유도결합 플라즈마 반응장치의 내부 구조를 보여주는 측단면도이다.

도3 은 도1 에 도시된 제1차 외부코일 및 제2차 외부코일을 보여주는 사시도이다.

도4 는 도3 에 도시된 제1 차 및 제2 차 외부코일로부터 발생하는 자기력선을 도시하는 도면이다.

도5 는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 내부코일이 구비된 유도결합 플라즈마 반응장치를 도시하는 사시도이다.

도6 은 도5 의 내부구조를 도시하는 측단면도이다.

도7 은 도5 에 도시된 내부코일을 확대하여 보여주는 부분 확대 사시도이다.

도8 은 도5 에 도시된 내부코일의 다른 실시예를 보여주는 측단면도이다.

도9 는 도5 에 도시된 내부코일의 또 다른 실시예를 보여주는 측단면도이다.

도10 은 도9 에 도시된 내부코일의 평면도이다.

본 발명은 플라즈마 반응장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실린더 형상의 유전체 윈도우 및 다중 안테나 코일군을 적용함으로써 플라즈마 이온의 밀도와 균일성을 높이고 이온 에너지를 적절히 제어하여 반도체 소자의 제조공정 효율 및 품질을 향상시킬 수 있는 플라즈마 반응장치에 관한 것이다.

일반적으로, 플라즈마(Plasma)는 고체, 액체, 기체도 아닌 제4의 물질로 기체의 일부가 전리된 가스를 의미한다. 이러한 플라즈마는 전기적으로 중성이나 양성과 음성으로 하전된 입자에 의해 전도도를 띄고 전자장에 민감한 반응을 보인다. 따라서, 플라즈마에 인가되는 전자장을 적절히 제어함으로써 플라즈마의 인위적인 제어가 가능하므로 반도체 소자, 플랫 패널 디스플레이, 또는 기타 직접 회로 제조공정에 적용될 수 있다.

즉, 박막 증착과 회로 패턴 식각 공정에 있어서, RF 등의 고주파 전원을 반응로(Chamber)의 양 전극에 인가하고, 반응가스를 반응로 내부에 주입하여 글로우 방전을 발생시킴으로써 기판, 웨이퍼 등의 표면을 식각 혹은 박막 증착을 할 수 있다.

이와 같이, 플라즈마를 이용하여 기판의 처리공정을 수행할 수 있는 반응장치가 근래에 다수 개발되고 있다.

이러한 플라즈마 반응장치는 안테나(Antenna) 및 유전체 윈도우의 형상에 따 라 솔레노이드 방식(solenoid type)과, 평면방식(Planar type)과, 돔방식(Dome type)으로 분류될 수 있다.

우선, 기존의 솔레노이드 방식의 플라즈마 반응장치는 솔레노이드 코일을 유전체 윈도우 주위에 배치하여 플라즈마 반응을 유도할 수 있는 장치이다.

그러나, 이러한 솔레노이드 방식의 플라즈마 반응장치는 인덕턴스(Inductance)값이 상대적으로 커서 고전압(high voltage)에 의한 스퍼터링(sputtering) 문제가 발생하며, 발열 등으로 인하여 효율 측면에서도 떨어진다.

그리고, 평면방식의 플라즈마 반응장치는 미국 합중국 특허 제4,949,458호(출원인:Lam Research Corp.)와 일본국 특허 제2,770,753호(출원인:일본전기 주식회사)에 개시된다.

이러한 플라즈마 반응장치는 평면방식의 유전체 윈도우가 구비되며, 이 윈도우의 상부에 평면 코일방식의 안테나(Planar Coil Type Antenna)가 구비되는 구조를 갖는다.

그러나, 이러한 플라즈마 반응장치는 플라즈마 소스(Plasma Source) 영역과 웨이퍼(Wafer)와의 거리가 짧아 웨이퍼(W)의 표면에 도달하는 이온 에너지(Ion Energy)를 독립적으로 제어하는데 어려움이 있다.

그리고, 돔 방식의 플라즈마 반응장치는 미국 합중국 특허 6,475,315호(출원인: Applied Materials)에 개시된다.

이러한 돔 방식의 플라즈마 반응장치는 유전체 윈도우가 상향으로 돌출 되어 돔형태를 가지며, 이 돔의 주위에 안테나구 구비되고, 가스가 측면에서 주입되는 구조이다.

그러나, 이러한 돔 방식의 플라즈마 반응장치는 기판이 대면적화 되면서 균일한 식각율(Etch Rate Uniformity)을 얻는데 어려운 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 목적은 실린더 형상의 유전체 윈도우 및 다중 안테나 코일군을 적용함으로써 안테나의 전압을 낮게 유지하여 플라즈마 이온의 밀도, 균일도 및 이온 에너지를 용이하게 제어할 수 있는 유도결합 플라즈마 반응장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유도결합 플라즈마 반응장치는 플라즈마 반응에 의하여 웨이퍼를 처리하며, 그 상부에 실린더 형상의 유전체 윈도우가 구비되는 반응로와; 상기 유전체 윈도우의 외부 및 상부에 구비되어 RF 자기장(RF magnetic field을 발생하며, 상기 유전체 윈도우를 통하여 RF 자기장(RF magnetic field)을 상기 반응로의 내부에 인가하여 RF 전기장(RF electric field)을 형성하게 하는 다중 안테나 코일군과, 그리고 상기 반응로 하부(Wafer and Pedestal) 및 다중 안테나 코일군에 RF 전원(Radio Frequency)을 인가함으로써 반응로의 하부(Wafer and Pedestal)를 음전위(Negative Potential) 대전상태를 유지하고, 상기 다중 안테나 코일군의 자기장(Magnetic field)이 시변되도록 하는 RF 전원공급부를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유도결합 플라즈마 반응장치를 상세하게 설명한다.

도1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유도결합 플라즈마 반응장치의 구조를 도시하는 사시도이고, 도2 는 도1 에 도시된 유도결합 플라즈마 반응장치의 내부 구조를 보여주는 측단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 유도결합 플라즈마 반응장치(1)는 케이스(3)와, 상부가 유전체 윈도우(Dielectric Window;11)로 이루어진 반응로(Chamber;5)와, 상기 유전체 윈도우(11)의 외부에 구비되어 RF 자기장(RF magnetic field)을 발생하며 상기 유전체 윈도우(11)를 통하여 RF 자기장(RF magnetic field)을 반응로(5)의 내부에 인가하는 다중 안테나 코일군(7)과, 상기 다중 안테나 코일군(7) 에 RF전원(Radio Frequency)을 인가함으로써 다중 안테나 코일군의 자기장(Magnetic field)이 시변되도록 하는 RF 전원공급부(9)를 포함한다.

이러한 구조를 갖는 유도결합 플라즈마 반응장치에 있어서, 상기 반응로(5)는 내부 공간부에서 플라즈마 반응이 이루어지며, 전기적으로 접지된 상태를 유지한다.

그리고, 이 반응로(5)는 그 내부를 진공상태로 유지하고, 상부 안테나 코일군(7) 및 하부전극(17)을 통하여 전원을 인가하고, 반응가스를 주입한 후, 안테나 코일군(7)에 의하여 RF 자기장(RF magnetic field)을 형성함으로써 플라즈마 반응을 유도하여 기판, 반도체(이하,웨이퍼;W)등을 처리하게 된다.

이러한 반응로(5)는 내부에 웨이퍼(W)가 구비되는 챔버 바디(Chamber Body; 13)와, 상기 챔버바디(13)의 상부에 실린더 형상으로 돌출되어 다중 안테나 코일군(7)으로부터 발생한 RF 자기장(RF magnetic field)을 인가되는 유전체 윈도우(11)와, 상기 유전체 윈도우(11)의 상부에 형성되어 반응가스를 반응로(5)의 내부로 주입하는 개스 인젝터(Gas Injector;12)로 이루어진다.

보다 상세하게 설명하면, 상기 챔버 바디(13)의 내부에는 웨이퍼(W)가 하부전극(17)에 의하여 안착되며, 상기 하부전극(17)은 절연체(19) 상에 구비된다.

그리고, 상기 하부전극(17)은 후술하는 전원공급부(18)의 정합회로(RF Match Network;26)에 연결됨으로써 일정한 전원이 인가된다.

따라서, 상기 반응로(5)에 구비되는 상부의 다중 안테나 코일군(multiple antenna structure;7)에 의하여 발생된 유도 결합 플라즈마 소스(ICP Plasma Source)에 의해 높고 균일한 Ion 밀도를 반응로(5)의 상부에 갖게 하며, 하부 전극(17), 즉 바이어스 력(Bias Power)에 의해 웨이퍼(W)상에 입사되는 이온 에너지를 제어 할 수 있다.

그리고, 상기 유전체 윈도우(11)는 챔버 바디(13)의 상부방향으로 일정 높이로 돌출되며, 실린더 형상을 갖는다.

이러한 유전체 윈도우(11)는 일정한 유전률을 갖는 재질로 이루어짐으로써 다중 안테나 코일군(7)에서 발생한 RF 자기장(RF magnetic field)이 반응로(5)의 내부에 효율적으로 인가될 수 있도록 하는 통로의 역할을 수행한다.

그리고, 상기 유전체 윈도우(11)는 그 반경과 높이의 비율을 일정하게 설정함으로써 반응로(5)의 상부에 형성되는 플라즈마 소스(Plasma Source) 영역과 반응 로(5)의 하부에 구비되는 웨이퍼(W)와의 거리를 확보할 수 있다.

따라서, 웨이퍼(W)의 표면에 도달하는 이온 플럭스(Ion Current Flux)를 균일하게 제어할 수 있으며, 이온 에너지(Ion Energy)를 독립적으로 제어할 수 있다.

그리고, 상기 반응로(5)의 하부에는 압력조절기(pressure control;29)와 진공 펌프(vacuum pump;27)가 연결되며, 이 압력조절기(29)를 적절하게 제어함으로써 반응로(5) 내부의 압력을 조절 할 수 있다.

한편, 이러한 반응로(5)의 내부에 플라즈마를 발생시키는 것은 다중 안테나 코일군(7)으로부터 발생한 RF 자기장(RF magnetic field)과 반응가스에 의하여 가능하다.

즉, RF 전원이 다중 안테나 코일군(7)에 인가됨으로써 RF 자기장(RF magnetic field)이 형성되고, 이 RF 자기장(RF magnetic field)에 의해 반응로(5) 의 내부에 RF 전기장(RF electric field)의 형성을 유도하고, 이 유도 RF 전기장(Induced RF electric field)에 의해 반응로(5) 내부의 전자들이 가속되어 반응가스 분자와 서로 충돌을 반복하게 되며 이 과정에서 고밀도의 플라즈마가 생성 된다.

이러한 다중 안테나 코일군(7)은 실린더형 유전체 윈도우(11)의 외부에 배치되며 제1 외부코일(21)과, 제2 외부코일(23)로 이루어진다.

상기 제1 및 제2 외부코일(21,23)은 도3 및 도4 에 도시된 바와 같이, 서로 동일한 구조로 권선되며, 각 외부코일은 복수개의 코일들이 서로 병렬로 연결되는 구조이다.

또한, 제1 및 제2 외부코일(21,23)은 적어도 하나 이상의 코일갯수(양의 정수개), 즉, 복수의 코일갯수로 이루어지고, 바람직하게는 3개를 갖으며, 코일 권선수(양의 실수개)는 복수의 권선수를 가지며, 바람직하게는 1.5회로 이루어지며, 서로 동일 방향으로 전류가 흐른다.

그리고, 상기 제1 및 제2 외부코일(21,23)은 서로 일정한 간격(ℓ)을 유지하여 상하로 배치된다. 즉, 제1 외부코일(21)은 제2 외부코일(23)의 위치로부터 제1 외부코일(21)의 반경(r)과 같은 거리를 혹은 작은 거리를 유지하여 배치된다.

따라서, 이러한 제1 및 제2 외부코일(21,23)에 RF전원이 인가되는 경우, 각 외부코일을 통하여 흐르는 전류의 방향을 같게 하여 기존 솔레노이드 방식(Solenoid Type)의 코일에서 야기되는 문제점, 즉, 고전압에 의한 스퍼터링, 낮은 효율 등과 같은 단점을 개선하면서 균일하고 큰 세기를 갖는 RF 자기장(RF magnetic field)을 얻을 수 있다.

이는 반응로(5)의 내부에서 보다 균일하고 높은 플라즈마 이온 밀도( Plasma Ion Density)를 가능 하게 한다.

또한, 제1 및 제2 외부코일(21,23)은 복수개의 안테나 코일들이 병렬로 연결되어 있어 낮은 인덕턴스 값(Inductance Value)을 갖게 된다. 이는 상대적으로 낮은 안테나 전압(Antenna Voltage)과 높은 안테나 전류를 갖게 하여 안테나 효율을 높여 주며 스퍼터링 효과를 줄여주는 효과를 얻을 수 있다.

이와 같이 스퍼터링 효과를 감소시킴으로써 스퍼터링에 의해 기인되는 유전체 윈도우의 손상(Dielectric Window Cylinder Damage)과, 이로 인한 심각한 오염(contamination) 문제와, 유전체 윈도우(11)의 부품 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 이러한 다중 안테나 코일군(7) 및 하부전극(17)에 인가되는 전원은 도1 및 도2 에 도시된 바와 같이, 전원 공급부(9,18)에 의하여 공급된다.

즉, 상기 전원공급부(9,18)는 다중 안테나 코일군(7)에 RF 전원을 공급하는 RF 전원공급부(9)와, 하부전극(17)에 전원을 공급하는 하부 전원공급부(18)로 이루어진다.

이러한 RF 및 하부 전원공급부(9,18)는 각각 고주파 전원부(24,28)와, 정합회로(RF match net work;25,26)로 구성되며, 고주파 전원(24,28)은 정합회로(25,26)를 거쳐 하부전극(17)과, 제1 및 제2 외부코일(21,23)에 각각 연결된다.

따라서, 전원 공급부(9)로부터 다중 안테나 코일군(7)에 소정의 주파수를 갖는 RF 전원을 인가함으로써 RF 자기장(RF magnetic field)을 발생시킬 수 있다.

이때, RF 전원은 바람직하게는 13.56 MHz의 RF 전원을 사용할 수 있고, 또한, 수MHz 혹은 수십MHz에서도 사용가능하다.

한편, 상기 개스 인젝터(12)는 상기 유전체 윈도우(11)의 상면에 구비됨으로써 반응가스를 상부로부터 하부로 분사하는 구조를 갖는다.

상기 인젝터(12)는 중간부위에 구비됨으로써 반응로(5)의 내부로 반응가스를 효율적으로 공급함으로써 플라즈마 이온의 확산(Plasma Ion Diffusion)효과를 높일 수 있다.

또한, 개스 인젝터(12)가 중간부위에서 반응가스를 분사하여 웨이퍼(W)의 중앙부에서 식각과정에서 발생한 부산물들을 외부로 배출시킴으로써 머무는 시간을 줄이는 효과를 거둘 수 있다.

이때, 개스 인젝터(12)에 의하여 공급되는 반응기체는 바람직하게는 O2, CF4, CHF3, BCL3, Cl2, HBr 등의 개스가 사용될 수 있다.

한편, 도5 내지 도7 에는 다중 안테나 코일군(7)의 다른 실시 예가 도시된다. 즉, 제1 외부코일(31)의 내부에 별도의 내부 코일(32,34)을 추가로 배치한다. 즉, 제1 외부코일(31)의 내부에 제1 내부코일(32)과 제2 내부코일(34)을 상하 한 쌍으로 배치한 구조이다.

이와 같이, 유전체 윈도우(11)의 상부에 구비되는 제1 외부코일(31)의 내부에 별도의 내부코일(32,34)을 추가로 배치함으로써 프로세스 윈도우(Process Window)를 크게 갖을 수 있다.

이때, 제1 내부코일(32)과 제2 내부코일(34)은 복수의 코일갯수(양의 정수개)로 이루어지고, 바람직하게는 3개의 코일을 가지며, 코일 권선수(턴수,감긴수)는 복수회로 이루어지며, 서로 동일 방향으로 전류가 흐른다.

그리고, 상기 제1 및 제2 내부코일(32,34)은 서로 일정한 간격(ℓ)을 유지하여 상하로 배치된다.

즉, 제1 내부코일은 제2 내부코일(34)의 위치로부터 제1 내부코일(32)의 반경(r)과 같은 거리를 혹은 작은 거리를 유지하여 배치된다.

따라서, 제1 및 제2 내부코일(32,34)을 추가로 배치함으로써 적용 공정에 따라 중심부와 가장자리에서 이온밀도의 조정을 용이하게 실시할 수 있으며, 상대적으로 대면적에서 균일한 식각율과 임계치수(Critical Dimension;CD)를 얻을 수 있 다.

한편, 상기 내부코일의 바람직한 다른 실시예가 도8 에 도시된다. 본 실시예에서는 내부코일(40)이 상하 한 쌍으로 이루어지지 않고 일체로 이루어짐으로써 실린더 형상을 갖는 코일이 구비되는 차이점이 있다.

즉, 케이스(3)에 구비되는 외부코일(31)의 내측에 실린더 형상의 내부코일(42)이 구비된다.

또한, 이러한 내부코일은 도9 및 도10 에 도시된 바와 같이, 평면상의 나선형 코일로도 가능하다. 즉, 케이스(3)에 구비되는 외부코일(31)의 내부에 나선형 코일(50)이 구비될 수 있다.

이때, 나선형 코일(50)은 평면상에서 나선형으로 감긴 형상을 갖는다. 즉, 나선형 코일(50)은 그 중심부(54)로부터 외측부(56)방향으로 다수회 감겨진 형상을 갖는다.

이와 같이, 내부코일의 형상을 어느 한 형상으로 한정하는 것이 아니라, 운전조건에 따라 다양하게 변경하여 적용할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유도결합 플라즈마 반응장치의 작동 과정을 더욱 상세하게 설명한다.

도1 내지 도7 을 참조하면, 본 발명에 따른 유도결합 플라즈마 반응장치를 이용하여 웨이퍼를 처리하는 경우, 먼저 반응로(5)의 내부에 일정한 규격의 웨이퍼(W)를 공급한다.

그리고, 반응로(5)의 개스 인젝터(12)를 통하여 반응로(5)의 내부로 플라즈마 반응을 위한 반응가스를 주입한다. 반응로(5) 내부로 주입된 반응가스는 유전체 윈도우(11)의 상부 중간부위로부터 하향으로 분사됨으로써 반응로(5) 내부 공간에 균일하게 분산될 수 있다.

반응가스의 주입 후, 반응로(5)에 연결된 압력 조절기(29)와 펌프(27)를 구동함으로써 반응로(5)의 내부 압력을 적절하게 조절한다.

이와 같이, 반응로(5)에 웨이퍼(W)를 공급하고, 개스 인젝터(12)를 통하여 반응가스를 주입한 후 다중 안테나 코일군(7)에 RF 전원을 인가한다.

이때, RF전원이 인가됨으로써 다중 안테나 코일군(7)의 주위에는 RF 자기장(RF magnetic field)이 형성되고, 이 RF 자기장(RF magnetic field)은 유전체 윈도우(11)를 통하여 반응로(5) 내부에 인가될 수 있다.

여기서, 상기 다중 안테나 코일군(7)의 제1 및 제2 외부코일(21,23)은 복수개의 코일들이 서로 병렬로 연결되는 구조이고, 전류가 동일한 방향으로 흐르는 상태이다. 또한, 상기 제1 및 제2 외부코일(21,23)은 서로 일정한 간격(ℓ)을 유지하여 상하로 배치된다. 즉, 제2 외부코일은 제1 외부코일(21)의 위치로부터 제1 외부코일(21)의 반경(r)과 같은 거리를 혹은 작은거리를 유지하여 배치된다.

따라서, 이러한 제1 및 제2 외부코일(21,23)에 RF전원이 인가되는 경우, 균일하고 큰 세기를 갖는 RF 자기장(RF magnetic field)을 얻을 수 있다.

또한, 제1 및 제2 외부코일(21,23)은 복수개의 안테나 코일들이 병렬로 연결 되어 있어 낮은 인덕턴스 값(Inductance Value)을 갖게 된다. 이는 상대적으로 낮은 안테나 전압(Antenna Voltage)과 높은 안테나 전류를 갖게 하여 안테나 효율을 높여 주며 스퍼터링 효과를 줄여주는 효과를 얻을 수 있다.

그리고, RF 전원이 다중 안테나 코일군(7)에 인가됨으로써 RF 자기장(RF magnetic field)이 형성되고, 이 RF 자기장(RF magnetic field)에 의해 반응로(5) 내부에 RF 전기장(RF electric field)을 유도하고, 이 유도 RF 전기장(Induced RF electric field)에 의해 반응로(5) 내부의 전자들이 가속되어 반응가스 분자와 서로 충돌을 반복하게 되며 이 과정에서 고밀도의 플라즈마가 생성되고, 하부전극에 인가된 바이어스 력(Bias Power)을 제어함으로써 이온들이 에너지를 갖고 웨이퍼(W)에 충돌하는 반응의 조절이 가능하다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유도결합 플라즈마 반응장치는 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 반응로의 유전체 윈도우를 실린더 형상으로 구성함으로써 상부에 형성되는 플라즈마 소스(Plasma Source) 영역과 하부에 구비되는 웨이퍼(W)와의 거리를 확보할 수 있음으로 높은 이온 밀도를 유지하면서 웨이퍼에 도달하는 이온 에너지 를 독립적으로 제어할 수 있는 장점이 있다.

둘째, 다중 안테나 코일군이 낮은 인덕턴스값을 갖게 되어 낮은 안테나 전압(Antenna Voltage)을 갖을 수 있고, 이는 스퍼터링에 의한 유전체 윈도우 손상(Dielectric Window Cylinder Damage)과 오염(contamination) 문제를 최소화 할 수 있는 장점이 있다.

셋째, 다중 안테나 코일군에 전류를 동일방향으로 흐르게 하고, 서로 일정 거리 떨어지도록 배치함으로써 반응로 내부의 균일한 전기장 세기의 강도를 증가시켜서 효율을 높이고, 플라즈마의 이온밀도를 균일화시킬 수 있는 장점이 있다.

넷째, 반응가스를 주입하기 위한 인젝터를 유전체 윈도우의 상부 중간부위에 구비함으로써 반응로의 내부로 반응가스를 효율적으로 공급할 수 있으며 플라즈마 이온의 확산(Plasma Ion Diffusion)과 웨이퍼 중앙부에서 식각 부산물들이 머무는 시간을 줄이는 효과를 거둘 수 있는 장점이 있다.

다섯째, 내부코일의 형상을 상하분리형, 일체형, 나선형 등으로 변경적용함으로써 다양한 운전조건에 효율적으로 대응할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 당해 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않고도 다양하게 변경실시 할 수 있으므로 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니한다.

Claims

플라즈마 반응에 의하여 웨이퍼를 처리하며, 그 상부에 실린더 형상의 유전체 윈도우가 구비되는 반응로와;

상기 유전체 윈도우의 상부에 구비되는 제1 외부코일과, 상기 유전체 윈도우의 외주 하부 방향에 구비되며 상기 제1 외부 코일로부터 하부방향으로 제1 외부코일의 반경과 동일하거나 작은 거리를 떨어져 배치되는 제2 외부코일로 이루어짐으로써 RF 자기장(RF magnetic field)을 발생하며, 상기 유전체 윈도우를 통하여 RF 자기장(RF magnetic field)을 상기 반응로의 내부에 인가하여 RF 전기장(RF electric field)을 유도되게 하는 다중 안테나 코일군과; 그리고,

상기 제1 및 제2 외부코일에 전원을 공급하는 RF 전원 공급부와, 상기 반응로의 하부전극에 연결되는 하부 전원공급부로 이루어져 상기 다중 안테나 코일군의 자기장(Magnetic field)이 시변되도록 하는 전원공급부를 포함하는 유도결합 플라즈마 반응장치.
제1 항에 있어서, 상기 반응로는 웨이퍼가 내재되며 진공상태를 유지하는 챔버 바디와, 상기 챔버 바디의 상부에 실린더 형상으로 돌출되어 상기 다중 안테나 코일군으로부터 발생한 RF 자기장(RF magnetic field)이 인가되는 유전체 윈도우와, 상기 유전체 윈도우에 형성되어 반응가스를 반응로의 내부로 주입하는 개스 인젝터와, 상기 웨이퍼를 지지하는 하부전극을 포함하는 유도결합 플라즈마 반응장치.
제2 항에 있어서, 상기 유전체 윈도우는 실린더 형상으로 돌출되어 그 상부는 평면 혹은 곡면으로 되어 있는 유도결합 플라즈마 반응장치.
제2 항에 있어서, 상기 개스 인젝터는 상기 유전체 윈도우의 상부 중간부에 형성되어 반응가스를 균일하게 분사할 수 있는 유도결합 플라즈마 반응장치.
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제1 항에 있어서, 상기 제1 및 2 외부코일은 각각 복수의 코일갯수와 복수의 권선수로 이루어지며, 각 외부코일들은 서로 병렬로 연결되는 유도결합 플라즈마 반응장치.
제1 항에 있어서, 상기 제1 및 2 외부코일은 병렬로 연결되며, 제1 외부코일과 제2 외부코일의 전류의 방향이 서로 동일한 유도결합 플라즈마 반응장치.
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제1 항에 있어서, 상기 다중 안테나 코일 군은 상기 유전체 윈도우의 상부에 제1 외부코일보다 적은 반경을 갖는 내부코일을 추가로 포함하는 유도결합 플라즈마 반응장치.
제9 항에 있어서, 상기 내부코일은 상기 유전체 윈도우의 상부에 구비되는 제2 내부 코일과, 제2 내부 코일로부터 상부 방향으로 일정거리를 떨어져 배치되는 제1 내부 코일을 포함하는 유도결합 플라즈마 반응장치.
제10 항에 있어서, 상기 제1 및 2 내부 코일은 각각 복수의 코일갯수와 복수의 권선수로 이루어지며, 각 내부코일들은 서로 병렬로 연결되는 유도결합 플라즈마 반응장치.
제10 항에 있어서, 상기 제1 및 2 내부코일은 병렬로 연결되며, 제1 내부코일과 제2 내부코일의 전류의 방향이 서로 동일한 유도결합 플라즈마 반응장치.
제10 항에 있어서, 상기 제1 및 2 내부코일의 거리는 제1 내부코일의 반경과 동일한 거리 혹은 코일의 반경보다 작은 거리를 유지하는 유도결합 플라즈마 반응장치.
제9 항에 있어서, 상기 내부코일은 실린더 형상 또는 나선형상을 선택적으로 포함하는 유도결합 플라즈마 반응장치.
제1 항에 있어서, 상기 전원 공급부의 상기 RF 전원 공급부 및 하부 전원공급부는 각각 정합회로들과, 상기 정합회로들에 각각 연결되는 고주파 전원들로 이루어지는 유도결합 플라즈마 반응장치.