KR100995700B1 - 3차원 표면형상을 갖는 원통형 가공물을 위한 유도 결합형플라즈마 공정 챔버 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 3차원 표면형상을 갖는 원통형 가공물을 위한 유도 결합형 플라즈마 공정 챔버 및 방법에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 유도 결합형 플라즈마 소스의 내부 RF 안테나 역할을 하는 원통형 가공물의 일측에는 임피던스 매칭 네트워크를, 타측에는 종단 축전기를 통하여 RF 전원과 연결함으로써, 낮은 플라즈마 오염, 기판 근처의 균일한 고밀도 플라즈마를 형성, 기판으로부터 발생되는 2차전자의 구속이 가능하며, 3차원 선형 반도체 장치, 평판 또는 3차원 구조의 마이크로 및 나노 패턴을 갖는 금속, 유리, 세라믹, 고분자 기판 등에 대한 플라즈마 공정의 적용을 가능하게 하는 3차원 표면형상을 갖는 원통형 가공물을 위한 유도 결합형 플라즈마 발생 공정 챔버 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해,
접지되어 있으며 도전체로 구성되는 진공 챔버의 외벽;
상기 진공챔버의 외벽과 절연 연결된 가공물 지지 수단;
상기 가공물 지지 수단에 장착되며, 일단은 임피던스 매칭 네트워크를 통하여, 타단은 종단 커패시터를 통하여 외부 RF 전력원과 연결되는 원통형 가공물; 및
상기 외벽의 내측에 위치하여 가공물을 둘러싸는 기체 분사 전극;
을 포함하여 구성되는 3차원 표면형상을 갖는 원통형 가공물을 위한 유도 결합형 플라즈마 발생 공정 챔버를 제공한다.
유도 결합형 플라즈마, 용량 결합형 플라즈마, 내장형 안테나, 대면적, 3차원 형상 기판, RF, 세정, 에칭, 증착, 매칭 네트워크, 공정 챔버.
Description
본 발명은 내부 안테나를 갖는 유도 결합형 플라즈마 공정에 대한 것으로서, 특히 3차원 표면형상을 갖는 원통형 가공물을 위한 유도 결합형 플라즈마 발생 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 유도형 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma, 이하 'ICP''라 한다)는 반도체, MEMS(Micro Electro Mechaninal System) 공정의 기능성 또는 내마모성 코팅과 같은 공정에 널리 쓰이는 기술이다.
용량형 결합 플라즈마 (CCP, capacitive coupled plasma)와 비교하여, 낮은 공정 압력(~1 mTorr)에서 높은 플라즈마 밀도를 제공하기 때문에 보다 높은 생산성 및 고품질의 표면 처리 수행능력을 가진다. 또한 낮은 평균 전자 에너지(온도)와 플라즈마 포텐셜을 가지기 때문에 결과적으로 양호한 공정 제어 및 오염이 낮은 공 정 수행이 가능하다.
그러나 ICP에 있어서의 RF 안테나와 플라즈마 사이의 용량 결합 (CC, capacitive coupling)은 건식 식각 공정에서는 해결해야 할 과제로 부각되고 있다. ICP 장비에서는 용량 결합을 감쇄시킬 목적으로 패러데이 쉴드 (FS, Faraday shield)가 사용된다. 이러한 용량 결합의 값을 제어하는 기능을 갖는 ICP 장치는 S. A. Nikiforov에 의해 제시된 바 있다.
이러한 ICP 장비의 최근 기술 플라즈마 장비들은 평면 실리콘(Si) 웨이퍼 처리를 위한 반도체 산업에 집중되어 있다. 이에 따라 종래 기술을 살펴보면 평면상에 유도형 결합 플라즈마의 균일도 향상, 공정 제어 및 오염이 낮은 공정 수행을 목표로 ICP 안테나의 모양, 구조, 기판과의 전기적 상호 관계에 따른 플라즈마 거동의 변화 등에 활발한 연구가 진행되고 있다.
ICP는 RF 안테나의 위치에 따라 두 가지 방식으로 나눌 수 있는데, RF 안테나가 플라즈마 영역 내부에 있는 경우를 내장형 안테나를 갖는 ICP (interior antenna ICP), RP 안테나가 플라즈마 외부 영역에 있는 경우를 외장형 안테나를 갖는 ICP (exterior antenna ICP)라고 부른다. 후자의 방식이 현재 대부분의 반도체 공정에 사용되고 있는데, 그 이유 중의 하나는 전자의 경우 패러데이 쉴드가 없기 때문이다.
그러나 외장형 안테나를 갖는 ICP는 대면적에 적용시키는데 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 진공 창(Window, 일반적으로 석영이 주로 사용됨) 영역의 증가는 기구 적인 안정성을 위해 창 재료의 두께를 증가시키는 결과를 수반한다. 또한 안테나와 플라즈마 사이의 분리는 결과적으로 낮은 RF 전력(power) 전달 효율을 갖게 한다.
둘째, 두꺼운 진공 절연 재료의 가격이 매우 고가이다.
셋째, 큰 면적 또는 체적을 갖는 가공물은 결과적으로 안테나의 크기의 증가 및 진공 창의 크기의 증가를 유발하여 최종적으로는 인덕턴스의 증가를 초래한다. 상기와 같은 인덕턴스의 증가는 보다 큰 RF 전압을 요구하게 되고, 따라서 안테나와 플라즈마 사이의 용량결합은 진공 창의 스퍼터링에 기인한 오염을 발생시키게 된다. 또한 안테나 인덕턴스의 증가는 그에 상응하여 RF 매칭 전기용량의 감소를 요구하게 된다. 후자의 경우, 매칭 제어를 위해서 시스템 탈선 전기용량보다 커야 한다.
넷째, 고효율, 고밀도 플라즈마를 얻기 위하여 많이 쓰이는 나선형 혹은 소용돌이형 안테나는 반응챔버의 대면적화 혹은 기판의 대면적화로 인해 안테나의 길이도 길어지게 되었다. 그로 인해 소스의 불균일로 인해 플라즈마와 공간적 균일성이 떨어지고 13.56MHz 인가 전력을 사용할 경우 반파장 길이에 해당되는 소스에서 정상파 효과 등의 문제점이 야기된다.
다섯째 평판 가공물의 경우에는 넓은 면적, 3차원 구조물의 경우에는 큰 체적에 대해서는 균일한 플라즈마를 제공하는 것이 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 내장형 안테나를 갖는 유도성 결합 플라즈마 공정 챔버로서, 그 내부 RF 안테나 역할을 하는 원통형 가공물을 일측에는 임피던스 매칭 네트워크를, 타측에는 종단 축전기를 통하여 RF 전원과 연결함으로써, 낮은 플라즈마 오염, 기판 근처의 균일한 고밀도 플라즈마를 형성, 기판으로부터 발생되는 2차전자의 구속이 가능하며, 3차원 선형 반도체 장치, 평판 또는 3차원 구조의 마이크로 및 나노 패턴을 갖는 금속, 유리, 세라믹, 고분자 기판 등에 대한 플라즈마 공정의 적용을 가능하게 하는 3차원 표면형상을 갖는 원통형 가공물을 위한 유도 결합형 플라즈마 공정 챔버 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 3차원 표면형상을 갖는 원통형 가공물을 위한 유도 결합형 플라즈마 공정 챔버는,
접지되어 있으며 도전체로 구성되는 진공 챔버의 외벽;
상기 진공챔버의 외벽과 절연 연결된 가공물 지지 수단;
상기 가공물 지지 수단에 장착되며, 일단은 임피던스 매칭 네트워크를 통하여, 타단은 종단 커패시터를 통하여 외부 RF 전력원과 연결되는 하나 이상의 원통형 가공물; 및
상기 외벽의 내측에 위치하여 가공물을 둘러싸는 기체 분사 전극;
을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 원통형 가공물은 전도성 재료로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 원통형 가공물은 알루미늄, 티타늄, 스테인리스 스틸, 황동 중 어느 하나 또는 둘 이상의 복합체인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 원통형 가공물이 절연성 재료로 구성될 때에는,
상기 원통형 가공물 내부 표면에 형성되는 전도성을 띄는 메쉬(mesh);
를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기체 분사 전극은 스퍼터 전극과 결합되어 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 원통형 가공물은 진공 밀봉을 통해 공정 챔버와 분리되며, 원통형 가공물 내부로 냉각수 유입이 가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 원통형 가공물 내부에 동축으로 형성되는 온도 조절 히터;
를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 원통형 가공물은 비자성 물질로 구성되며,
상기 원통형 가공물 내부에 동축으로 형성되는 코일;
을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공정 챔버 외부에 상기 원통형 가공물과 동축으로 형성되는 한 쌍의 헬름홀츠 코일;
을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 원통형 가공물을 회전시키기 위하여 상기 가공물 지지수단에 형성되는 가공물 회전 수단;
을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공정 챔버 내에 바이어스를 공급하기 위하여 상기 원통형 가공물과 연결되는 직류 전압원 또는 펄스형 직류 전압원;
을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 펄스형 직류 전압원의 펄스는 진폭 100 V 내지 200000 V 이며, 폭은 0.2 ㎲ 내지 200 ㎲, 펄스 주기율은 0.001 내지 0.5인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 RF 전력원의 주파수는 상기 원통형 가공물에 따라 정상파 효과와 전송라인 효과가 최소가 되도록 선택하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가공물 지지 수단은 접지 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 자기장의 세기는 플라즈마에 의한 RF 전력 흡수의 공진 상태가 증가하며, 가공물로부터 2차 전자의 방출이 최소로 되도록 설정되는 것을 특징으로 한다.
한편, 접지되어 있으며 도전체로 구성되는 진공 챔버의 외벽, 상기 진공챔버의 외벽과 절연 연결된 가공물 지지 수단, 상기 가공물 지지 수단에 장착되며, 일단은 임피던스 매칭 네트워크를 통하여, 타단은 종단 커패시터를 통하여 외부 RF 전력원과 연결되는 하나 이상의 원통형 가공물, 및 상기 외벽의 내측에 위치하여 가공물을 둘러싸는 기체 분사 전극을 포함하여 구성되는 공정 챔버를 이용한 3차원 형상을 갖는 원통형 가공물의 플라즈마 처리 방법에 있어서, 상기 방법은,
(a) 상기 임피던스 매칭 네트워크를 통하여 상기 원통형 가공물에 RF 전력이 인가되는 단계;
(b) 상기 RF 전력에 공진이 발생하여 공정 챔버 내에 플라즈마가 형성되는 단계;
(c) 상기 가공물에 이온과 전자의 이동도 차이에 의하여 음성적 직류전원 자기 바이어스가 형성되는 단계;
(d) 상기 형성된 플라즈마 내의 이온의 가속을 이용하여 가공물을 가공하는 단계;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 (d) 단계 이후에,
(e) 상기 기체 분사 전극을 통하여 공정 가스를 분사하는 단계;
를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명 3차원 표면형상을 갖는 원통형 가공물을 위한 유도 결합형 플라즈마 공정 챔버 및 방법에 의하면,
첫째, 기존의 평판형에 제한되던 세정, 에칭, 증착, 이온 주입 공정이 3차원 형상의 기판에 대해 손쉽게 적용 가능하며,
둘째, 보다 낮은 압력에서 공정 수행이 가능하므로 보다 깨끗한 작업환경을 제공할 수 있고,
셋째, 3차원 형상을 가지는 기판의 온도 조절 및 자기장 조절에 의한 플라즈마 제어로 인해 기판 표면에 마이크로와 나노 패턴 기술 적용이 가능하며,
넷째, 3차원 형상을 가지는 기판 표면을 따라 고 밀도의 균일한 플라즈마의 분포 및 기판 표면 부근에 최대 밀도의 플라즈마의 분포가 가능하고,
다섯째, 대면적 또는 큰 체적을 갖는 3차원 구조의 기판, 즉 3차원 선형 반도체 장치, 내마모 기능을 위한 다양한 형태를 갖는 시료, 사진 전송 기계의 포토리셉터 드럼, 평판 또는 3차원 구조의 마이크로 및 나노 패턴을 갖는 금속, 유리, 세라믹, 고분자 기판에 대한 플라즈마 공정의 적용을 가능하게 하므로, 상당한 상업적·경제적 효과가 기대된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.
아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어를 사용하여 설명한다. 그러한 경우에는 해당 부분의 상세 설명에서 그 의미를 명확히 기재하므로, 본 발명의 설명에서 사용된 용어의 명칭만으로 단순 해석되어서는 안 될 것이며 그 해당 용어의 의미까지 파악하여 해석되어야 함을 밝혀두고자 한다.
일반적으로 내장형 안테나를 갖는 유도 결합형 플라즈마 발생장치는 넓은 면적 또는 큰 체적을 갖는 소재의 가공에 유리하며, 본 발명에서는 상기에서 언급한 바와 같이 대면적 3차원 형상을 갖는 원통형 가공물이 유도 결합형 플라즈마 장치의 내부 RF 안테나 역할을 한다.
이하, 도 1을 참조하여 내장형 RF 안테나의 역할을 하는 전도성 원통형 가공물을 가진 ICP 공정 챔버에 대하여 설명한다.
상기 ICP 공정 챔버(100)는 접지와 연결되며 도전체로 이루어진 진공 챔버(100)의 외벽(102)과, 상기 외벽(102)과 절연 연결된 가공물 지지 수단(104), 그리고 상기 지지 수단에 장착되는 원통형 가공물(106)을 포함하여 구성된다.
상기 원통형 가공물(106)은 바람직한 실시예로서 1 cm 내지 40 cm의 직경과 10 cm 내지 200 cm 의 길이를 가지며, 일측은 임피던스 매칭 네트워크(108)를 통하여, 타측은 종단 커패시터(110)를 통하여 RF 전원(107)에 연결된다. 이를 통해 음성적인 RF 자기 바이어스는 플라즈마(112) 방전 시 상기 원통형 가공물(106)의 표면에 걸리게 된다.
이때, 상기 RF 전원(107)의 주파수는 안테나-기판에 따라 정상파 효과와 전송 라인 효과가 최소가 되도록 선택할 수 있다.
또한, 상기 절연 연결된 가공물 지지 수단(104)은 정상파 효과로 인한 방전 전압을 피하기 위하여 접지 연결될 수 있다.
또한, 상기 원통형 가공물(106)은 전도성 물질로 구성될 수 있으며, 예를 들어 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 스테인리스 스틸(Stainless Steel)로 구성될 수 있 다.
또한, 상기 원통형 가공물 내부에 소정 온도의 유체를 통과시킴으로써(114), 원통형 가공물이 온도를 조절할 수 있다. 이때, 상기 원통형 가공물의 내부는 진공 밀봉을 통하여 공정 챔버와 서로 분리된다(116).
또한, 상기 플라즈마 공정 챔버는 장입 가스에 의한 공정 압력이 0.2 mTorr 내지 100 mTorr에서 이루어질 수 있다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 내장형 RF 안테나의 역할을 하는 전도성 원통형 가공물이 직렬로 연결된 ICP 공정 챔버를 나타낸 도면이다. 이처럼, 다수의 원통형 가공물(202, 204)을 직렬 연결함으로써, 다수의 기판에 대한 플라즈마 공정을 동시에 진행할 수 있다.
도 2에서는 두 개의 원통형 가공물이 직렬로 연결되는 구성을 도시하였으나, 원통형 가공물의 연결은 상기와 같은 연결에 한정되지 않으며, 가공물이 겹쳐서 위치하거나 서로에 대해 소정 기울기를 갖게 위치할 수 있다. 또한 상기 원통형 가공물들은 회전할 수 있으며, 이러한 경우 회전을 위한 구동 모터 등이 상기 가공물 지지수단(104)에 추가적으로 연결된다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예로서, 전도성을 띄는 금속 망(302)이 내장형 RF 안테나의 역할을 하는 유전성(dielectric)의 원통형 가공물(304) 내부 표면에 형성된 ICP 공정 챔버를 나타낸 도면이다.
즉, 원통형 가공물(304)이 절연성 재료로 되어 있는 경우, 상기 원통형 가공물(304) 내부에 동축으로 전도성을 띄는 메쉬(mesh)(302)가 제공되어, RF 전력원(107)과 연결된다. 이를 통해 음성적인 RF 자기 바이어스는 플라즈마(112) 방전 시 상기 원통형 가공물(304)의 표면에 걸리게 된다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 직류전원 바이어스 소스(402)가 내장형 RF 안테나의 역할을 하는 전도성 원통형 가공물(106)과 결합된 ICP 공정 챔버를 나타낸 도면이다. 상기와 같은 직류전원 바이어스(402)에 의하여, 넓은 범위에 걸쳐 가공물 표면에 대한 포텐셜 에너지 조절이 용이하게 되어 이온 에너지의 조절이 가능해진다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 펄스형 바이어스 소스(502)가 내장형 RF 안테나의 역할을 하는 전도성 원통형 가공물과 결합된 ICP 공정 챔버를 나타낸 도면이다. 상기의 직류전원 바이어스 소스(402)와 마찬가지로, 상기 펄스형 바이어스(502)는 넓은 범위에 걸쳐 가공물 표면에 대한 포텐셜 에너지 조절을 용이하게 함으로써 이온 에너지의 조절을 가능하게 한다.
이때, 상기 펄스형 바이어스 소스(502)의 펄스는 진폭 100 V 내지 200000 V, 보다 바람직하게는 500 V 내지 5000 V 이며, 폭은 0.2 ㎲ 내지 200 ㎲, 보다 바람직하게는 0.5 ㎲ 내지 5 ㎲ 이다. 또한, 펄스 주기율은 0.001 내지 0.5를 가지고 있다. 상기 펄스형 바이어스는 펄스형 RF 플라즈마 방전이 이용될 때 RF 증폭과 관련한 어떤 순간에도 적용될 수 있다.
상기 범위 중에서 전압이 최소값 이하 시 본 공정 수행시 필요한 펄스 형태의 효과가 거의 없으며, 최대값은 산업적으로 적용될 수 있는 일반적인 한계값이다. 또한 폭과 펄스 주기율의 경우, 그 값이 상기 최소값 보다 작아지면 펄스 형태 가 아닌 일반적인 직류 전원 형태에 가까워지며, 상기 최대값 이상으로 인가하게 되면 오히려 플라즈마를 이용한 공정의 효율성이 떨어진다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예로서, PVD, 이온화 PVD, 에칭/증착, PI3D 공정을 위한 스퍼터 소스가 내장형 RF 안테나의 역할을 하는 전도성 원통형 가공물(612) 주위를 둘러싸고 있는 ICP 공정 챔버를 나타낸 도면이다.
즉, 가공물과 수평하게 공정가스 주입(606)과 스퍼터 증착 소스의 역할을 하기 위한 전극(604) 및 상기 전극과 연결된 바이어스 소스(602)가 가공물과 동축 방향으로 가공물을 둘러싸 위치한다. 또한, 상기 진공 챔버를 진공으로 유지하기 위한 진공 펌프(610)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예로서, 가공물의 온도 제어를 위해 내장형 RF 안테나의 역할을 하는 전도성 원통형 가공물 내부에 샘플 가열장치(702)가 제공된 ICP 공정 챔버를 나타낸 도면이다.
즉, 원통형 가공물(기판)(612)의 온도는 대기압 상에서 원통형 가공물의 내부에 위치하는 상기 샘플 가열 장치(702)의 가열과 냉각을 통해 제어할 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예로서, 가공물 외부 표면을 따라 자기장을 제공하기 위하여 내장형 RF 안테나의 역할을 하는 전도성 원통형 가공물 내부에 코일이 제공된 ICP 공정 챔버를 나타낸 도면이다.
즉, 원통형 가공물(804)이 비자성 물질로 구성된 경우에, 상기 원통형 가공물 내부에 동축방향으로 코일(802)을 설치하여 전류를 흘림으로서, 가공물 바깥 표면을 따라 자기장이 형성된다. 이러한 자기장의 형성은 보다 높은 플라즈마 밀도를 제공하고 기판을 따라 균일성을 개선한다. 또한 플라즈마를 가공물 부근에 구속시키며, 가공물 표면으로부터 2차 전자의 방출을 억제하게 된다.
이때, 상기 자기장의 강도는 플라즈마(112)에 의한 RF 전력 흡수의 공진 상태가 증가할 수 있도록 조절이 가능하다. 또한, 상기 자기장의 강도는 원통형 가공물(804)로부터 2차 전자의 방출이 최소로 되도록 조절이 가능하다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 플라즈마의 구속과 플라즈마 밀도 증가를 위해서 내장형 RF 안테나 역할을 하는 전도성 원통형 가공물과 쌍으로 존재하는 헬름홀츠(Helmholtz) 코일(902)을 갖는 ICP 공정 챔버를 나타낸 도면이다.
즉, 상기 헬름홀츠 코일에 의해 발생되는 자기장(904)에 의하여, 플라즈마는 상기 원통형 가공물 근처에 구속된다. 이때 한 쌍의 헬름홀츠 코일은 공정 챔버 외부에 가공물과 동일한 축으로 자기장이 발생되도록 고정된다.
이때, 상기 자기장(904)의 강도는 플라즈마(112)에 의한 RF 전력 흡수의 공진 상태가 증가할 수 있도록 조절이 가능하다. 또한, 상기 자기장(904)의 강도는 원통형 가공물(612)로부터 2차 전자의 방출이 최소로 되도록 조절이 가능하다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예로서, 내장형 RF 안테나의 역할을 하는 전도성 원통형 공작물을 가진 ICP 공정 챔버를 나타낸 도면이다.
RF 소스(1004)는 펄스 바이어스(1002)와 병렬로 연결되어 있으며, 전도성 원통형 가공물(1006) 하부에 위치한다. 실질적인 동작은 도 5에 도시된 ICP 공정 챔버와 같다.
도 11은 18-리터 PI3D 챔버(1102) 내에 탑재되고 ICP 소스의 내부 안테나로 서 작용되는 Al 6061 원통형 기판(1104) (dia 80 x 200 mm) 실험 구성의 사진이다.
도 12는 도 11의 실험 구성을 통해 오실로스코를 이용하여 RF 전압(Ch. 1) 과 전류(Ch. 2)를 측정한 결과이다. 상기에서 원통형 기판의 RF 자기 바이어스는 -208V이며 Ar 플라즈마의 RF 전력은 PRF=800W, 압력은 pAr=5mTorr이다.
한편, 상기에서는 하나의 챔버 구성을 예를 들어 설명하였으나, 플라즈마 세정, 활성화, 표면 정밀 가공, 건조 이방성 식각, 반복적 에칭 및 증착, PECVD, 보다 높은 압력에서 이온화된 PVD를 포함한 유도 결합형 플라즈마 보조 PVD, PI3D는 하나 혹은 그 이상의 공정 챔버에서 구현될 수 있으며, 상기 실시예와 같이 하나의 공정 챔버에 한정되지 않는다.
비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명의 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내장형 RF 안테나의 역할을 하는 전도성 원통형 가공물을 가진 ICP 공정 챔버를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예로서 내장형 RF 안테나의 역할을 하는 전도성 원통형 가공물이 직렬로 연결된 ICP 공정 챔버를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예로서 전도성을 띠는 금속 망이 내장형 RF 안테나의 역할을 하는 유전성(dielectric)의 원통형 가공물 내부 표면에 형성된 ICP 공정 챔버를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예로서 직류전원 바이어스 소스가 내장형 RF 안테나의 역할을 하는 전도성 원통형 가공물과 결합된 ICP 공정 챔버를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예로서 펄스형 바이어스 소스가 내장형 RF 안테나의 역할을 하는 전도성 원통형 가공물과 결합된 ICP 공정 챔버를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예로서 PVD, 이온화 PVD, 에칭/증착, PI3D 공정을 위한 스퍼터 소스가 내장형 RF 안테나의 역할을 하는 전도성 원통형 가공물 주위를 둘러싸고 있는 ICP 공정 챔버를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예로서 가공물의 온도 제어를 위해 내장형 RF 안테나의 역할을 하는 전도성 원통형 가공물 내부에 샘플 가열장치가 제공된 ICP 공정 챔버를 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예로서 가공물 외부 표면을 따라 자기장을 제 공하기 위하여 내장형 RF 안테나의 역할을 하는 전도성 원통형 가공물 내부에 코일이 제공된 ICP 공정 챔버를 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예로서 플라즈마의 구속과 플라즈마 밀도 증가를 위해서 내장형 RF 안테나 역할을 하는 전도성 원통형 가공물과 쌍으로 존재하는 헬름홀츠(Helmholtz) 코일을 갖는 ICP 공정 챔버를 나타낸 도면,
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예로서 내장형 RF 안테나의 역할을 하는 전도성 원통형 공작물을 가진 ICP 공정 챔버를 나타낸 도면,
도 11은 18-리터 PI3D 챔버 내에 탑재되고 ICP 소스의 내부 안테나로서 작용되는 Al 6061 원통형 기판 (dia 80 x 200 mm) 실험 구성의 사진,
도 12는 도 11의 실험 구성을 통해 오실로스코를 이용하여 RF 전압(Ch. 1) 과 전류(Ch. 2)를 측정한 결과이다.
Claims (18)
- 접지되어 있으며 도전체로 구성되는 진공 챔버의 외벽;상기 진공챔버의 외벽과 절연 연결된 가공물 지지 수단;상기 가공물 지지 수단에 장착되며, 일단은 임피던스 매칭 네트워크를 통하여, 타단은 종단 커패시터를 통하여 외부 RF 전력원과 연결되어 내장형 RF 안테나 역할을 수행하는 하나 이상의 원통형 가공물; 및상기 외벽의 내측에 위치하여 상기 원통형 가공물을 동축으로 둘러싸는 기체 분사 전극;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 표면형상을 갖는 원통형 가공물을 위한 유도 결합형 플라즈마 발생 공정 챔버.
- 청구항 1에 있어서,상기 원통형 가공물은 전도성 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 표면형상을 갖는 원통형 가공물을 위한 유도 결합형 플라즈마 발생 공정 챔버.
- 청구항 2에 있어서,상기 원통형 가공물은 알루미늄, 티타늄, 스테인리스 스틸, 황동 중 어느 하나 또는 둘 이상의 복합체인 것을 특징으로 하는 3차원 표면형상을 갖는 원통형 가 공물을 위한 유도 결합형 플라즈마 발생 공정 챔버.
- 청구항 1에 있어서,상기 원통형 가공물이 절연성 재료로 구성될 경우,상기 원통형 가공물 내부 표면에 형성되는 전도성을 띄는 메쉬(mesh);를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 표면형상을 갖는 원통형 가공물을 위한 유도 결합형 플라즈마 발생 공정 챔버.
- 청구항 1에 있어서,상기 기체 분사 전극은 스퍼터 전극과 결합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 표면형상을 갖는 원통형 가공물을 위한 유도 결합형 플라즈마 발생 공정 챔버.
- 청구항 1에 있어서,상기 원통형 가공물은 진공 밀봉을 통해 공정 챔버와 분리되며, 원통형 가공물 내부로 냉각수 유입이 가능한 것을 특징으로 하는 3차원 표면형상을 갖는 원통형 가공물을 위한 유도 결합형 플라즈마 발생 공정 챔버.
- 청구항 1에 있어서,상기 원통형 가공물 내부에 동축으로 형성되는 온도 조절 히터;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 표면형상을 갖는 원통형 가공물을 위한 유도 결합형 플라즈마 발생 공정 챔버.
- 청구항 1에 있어서,상기 원통형 가공물은 비자성 물질로 구성되며,상기 원통형 가공물 내부에 동축으로 형성되는 코일;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 표면형상을 갖는 원통형 가공물을 위한 유도 결합형 플라즈마 발생 공정 챔버.
- 청구항 1에 있어서,상기 공정 챔버 외부에 상기 원통형 가공물과 동축으로 형성되는 한 쌍의 헬름홀츠 코일;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 표면형상을 갖는 원통형 가공물을 위한 유도 결합형 플라즈마 발생 공정 챔버.
- 청구항 1에 있어서,상기 원통형 가공물을 회전시키기 위하여 상기 가공물 지지수단에 형성되는 가공물 회전 수단;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 표면형상을 갖는 원통형 가공물을 위한 유도 결합형 플라즈마 발생 공정 챔버.
- 청구항 1에 있어서,상기 공정 챔버 내에 바이어스를 공급하기 위하여 상기 원통형 가공물과 연결되는 직류 전압원 또는 펄스형 직류 전압원;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 표면형상을 갖는 원통형 가공물을 위한 유도 결합형 플라즈마 발생 공정 챔버.
- 청구항 11에 있어서,상기 펄스형 직류 전압원의 펄스는 진폭 100 V 내지 200000 V 이며, 폭은 0.2 ㎲ 내지 200 ㎲, 펄스 주기율은 0.001 내지 0.5인 것을 특징으로 하는 3차원 표면형상을 갖는 원통형 가공물을 위한 유도 결합형 플라즈마 발생 공정 챔버.
- 청구항 1에 있어서,상기 RF 전력원의 주파수는 상기 원통형 가공물에 따라 정상파 효과와 전송라인 효과가 최소가 되도록 선택하는 것을 특징으로 하는 3차원 표면형상을 갖는 원통형 가공물을 위한 유도 결합형 플라즈마 발생 공정 챔버.
- 청구항 1에 있어서,상기 가공물 지지 수단은 접지 연결되는 것을 특징으로 하는 3차원 표면형상을 갖는 원통형 가공물을 위한 유도 결합형 플라즈마 발생 공정 챔버.
- 청구항 8에 있어서,상기 코일에 의하여 형성되는 자기장의 세기는 플라즈마에 의한 RF 전력 흡수의 공진 상태가 증가하며, 가공물로부터 2차 전자의 방출이 최소로 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 3차원 표면형상을 갖는 원통형 가공물을 위한 유도 결합형 플라즈마 발생 공정 챔버.
- 청구항 9에 있어서,상기 헬름홀츠 코일에 의하여 형성되는 자기장의 세기는 플라즈마에 의한 RF 전력 흡수의 공진 상태가 증가하며, 가공물로부터 2차 전자의 방출이 최소로 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 3차원 표면형상을 갖는 원통형 가공물을 위한 유도 결합형 플라즈마 발생 공정 챔버.
- 접지되어 있으며 도전체로 구성되는 진공 챔버의 외벽, 상기 진공챔버의 외벽과 절연 연결된 가공물 지지 수단, 상기 가공물 지지 수단에 장착되며, 일단은 임피던스 매칭 네트워크를 통하여, 타단은 종단 커패시터를 통하여 외부 RF 전력원과 연결되는 하나 이상의 원통형 가공물, 및 상기 외벽의 내측에 위치하여 가공물을 둘러싸는 기체 분사 전극을 포함하여 구성되는 공정 챔버를 이용한 3차원 형상을 갖는 원통형 가공물의 플라즈마 처리 방법에 있어서, 상기 방법은,(a) 상기 임피던스 매칭 네트워크를 통하여 상기 원통형 가공물에 RF 전력이 인가되는 단계;(b) 상기 RF 전력에 공진이 발생하여 공정 챔버 내에 플라즈마가 형성되는 단계;(c) 상기 가공물에 이온과 전자의 이동도 차이에 의하여 음성적 직류전원 자기 바이어스가 형성되는 단계;(d) 상기 형성된 플라즈마 내의 이온의 가속을 이용하여 가공물을 가공하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 형상을 갖는 원통형 가공물의 플라즈마 처리 방법.
- 청구항 17에 있어서,상기 (d) 단계 이후에,(e) 상기 기체 분사 전극을 통하여 공정 가스를 분사하는 단계;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 형상을 갖는 원통형 가공물의 플라즈마 처리 방법.
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