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KR20240071690A - 유도 결합형 플라즈마 코일과 이를 구비하는 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

유도 결합형 플라즈마 코일과 이를 구비하는 플라즈마 처리 장치 Download PDF

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KR20240071690A
KR20240071690A KR1020220153476A KR20220153476A KR20240071690A KR 20240071690 A KR20240071690 A KR 20240071690A KR 1020220153476 A KR1020220153476 A KR 1020220153476A KR 20220153476 A KR20220153476 A KR 20220153476A KR 20240071690 A KR20240071690 A KR 20240071690A
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KR
South Korea
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coil
chamber
induction coils
upper induction
plasma
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Application number
KR1020220153476A
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English (en)
Inventor
석창길
공대영
Original Assignee
(주)울텍
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Publication date
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Abstract

본 발명의 목적은 고밀도의 균일한 플라즈마 밀도 분포를 얻을 수 있도록 하는 유도 결합형 플라즈마 코일과 이를 구비하는 플라즈마 처리 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 플라즈마 처리 공정이 진행되는 공간을 제공하는 챔버의 측벽에 배치되는 복수의 하부 유도 코일; 및 상기 챔버의 상부에 이격되게 배치되며, 상기 하부 유도 코일과 일대일 대응 연결되는 복수의 상부 유도 코일;을 포함하며, 상기 복수의 상부 유도 코일은 각각, 개방부를 포함하는 원주 형태로 형성되며, 일단은 고주파 전원을 인가받고, 타단은 상기 일단을 통해 인가받은 고주파 전원을, 대응 연결되어 있는 하부 유도 코일로 인가하는 것을 특징으로 한다.

Description

유도 결합형 플라즈마 코일과 이를 구비하는 플라즈마 처리 장치{INDUCTIVELY COUPLED PLASMA AND PLASMA PROCESSING APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은 유도 결합형 플라즈마 코일과 이를 구비하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고밀도의 균일한 플라즈마 밀도 분포를 얻을 수 있도록 하는 유도 결합형 플라즈마 코일과 이를 구비하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 플라즈마는 이온이나 전자, 라디칼(Radical) 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말하며, 매우 높은 온도나 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Elecrtomagnetic Fields)에 의해 생성된다.
플라즈마 처리 장치로는 플라즈마 생성 에너지원에 따라 축전 용량성 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma) 처리 장치, 유도 결합형 플라즈마(Inductively Coupled Plasma) 처리 장치, 마이크로웨이브 플라즈마(Microwave Plasma) 처리 장치 등이 있다.
이 중에서 유도 결합형 플라즈마(ICP) 처리 장치는 낮은 압력에서 고밀도의 플라즈마를 생성시킬 수 있는 등의 장점으로 인해 널리 사용되고 있다.
ICP 처리 장치는 반도체 기판을 가공하기 위하여 고농도 유도성 결합 플라즈마가 요구되는 곳에서 이용된다. 여기서, 가공은 에칭, 화학 기상 증착, 표면 처리 등이 될 수 있다.
ICP 처리 장치는 챔버 외부에 설치된 ICP 코일에 흐르는 고주파(RF) 전류로부터 유도된 전자기장에 의해 플라즈마를 발생시킨다.
기판의 전체 표면에 대하여 균일한 에칭율 또는 증착율을 제공하기 위하여, ICP 코일에 의해 제공된 플라즈마 농도는 반도체 기판의 표면에 대하여 일정해야만 한다.
이러한 이유로, 챔버 내의 플라즈마 균일도를 높이기 위한 여러 가지 방안들이 제안되고 있다.
이러한 방안 중 하나로, 균일한 플라즈마의 유도 생성을 위해 전자기 에너지를 균일하게 분포시키기 위한 방안이 필요하다.
미국 특허출원공개공보 US2006/0124059호(2006.06.15.)
본 발명은 상기한 바와 같은 필요성을 감안하여 안출된 것으로, 고밀도의 균일한 플라즈마 밀도 분포를 얻을 수 있도록 하는 유도 결합형 플라즈마 코일과 이를 구비하는 플라즈마 처리 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유도 결합형 플라즈마 코일은, 플라즈마 처리 공정이 진행되는 공간을 제공하는 챔버의 측벽에 배치되는 복수의 하부 유도 코일; 및 상기 챔버의 상부에 이격되게 배치되며, 상기 하부 유도 코일과 일대일 대응 연결되는 복수의 상부 유도 코일;을 포함하며, 상기 복수의 상부 유도 코일은 각각, 개방부를 포함하는 원주 형태로 형성되며, 일단은 고주파 전원을 인가받고, 타단은 상기 일단을 통해 인가받은 고주파 전원을, 대응 연결되어 있는 하부 유도 코일로 인가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 유도 결합형 플라즈마 코일에서, 상기 복수의 상부 유도 코일은 각각, 상기 일단과 타단이 이루는 중심각이 240도인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 유도 결합형 플라즈마 코일에서, 상기 각각의 상부 유도 코일은, 개방부를 포함하는 원주 형태로 형성되는 코일부; 상기 코일부의 양단에서 각각 연장되어, 상기 코일부와 상기 챔버의 상부면 사이를 일정 거리 이격시키는 이격부; 및 상기 각각의 이격부 단부에서 외측 방향으로 연장되는 전극부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 유도 결합형 플라즈마 코일에서, 상기 코일부의 양단에 각각 형성되는 이격부는, 높이가 동일하게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 유도 결합형 플라즈마 코일에서, 상기 코일부의 양단에 각각 형성되는 이격부는, 일측이 타측보다 높이가 높게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는, 플라즈마 처리 공정이 진행되는 공간을 제공하는 챔버; 및 상기 챔버 내에 플라즈마를 형성시키기 위해 상기 챔버를 감싸고 있는 유도 결합형 플라즈마 코일;을 포함하며, 상기 유도 결합형 플라즈마 코일은, 플라즈마 처리 공정이 진행되는 공간을 제공하는 챔버의 측벽에 배치되는 복수의 하부 유도 코일; 및 상기 챔버의 상부에 이격되게 배치되며, 상기 하부 유도 코일과 일대일 대응 연결되는 복수의 상부 유도 코일;을 포함하고, 상기 복수의 상부 유도 코일은 각각, 개방부를 포함하는 원주 형태로 형성되며, 일단은 고주파 전원을 인가받고, 타단은 상기 일단을 통해 인가받은 고주파 전원을, 대응 연결되어 있는 하부 유도 코일로 인가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치에서, 상기 복수의 상부 유도 코일은, 360도를 상부 유도 코일의 개수로 나눈 각도와 동일한 간격으로 오프셋되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치에서, 상기 복수의 상부 유도 코일은, 제1, 2, 3상부 유도 코일을 포함하며, 상기 제2상부 유도 코일의 일단과 타단은 상기 제1상부 유도 코일의 일단과 타단에 대해 120도 방향으로 오프셋되고, 제3상부 유도 코일의 일단과 타단은 상기 제2상부 유도 코일의 일단과 타단에 대해 120도 방향으로 오프셋되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치에서, 상기 챔버의 상부에 배치되는 상기 복수의 상부 유도 코일은, 직접 접촉되지 않으며, 그 중심축이 서로 다른 위치에 위치하는 것을 특징으로 한다.
기타 실시 예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시 예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.
본 발명에 의하면, 챔버 내에 형성된 플라즈마의 밀도를 균일화할 수 있게 되고, 나아가 기판에 대한 플라즈마 처리 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 유도 결합형 플라즈마 코일을 보인 도면이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 상부 유도 코일을 예시적으로 보인 사시도이다.
도 4는 본 발명에 적용되는 상부 유도 코일의 배치 평면도이다.
도 5는 본 발명에 적용되는 상부 유도 코일의 배치 사시도이다.
도 6은 본 발명에 적용되는 상부 유도 코일에 흐르는 전류에 의하여 유도되는 자기장을 예시적으로 보인 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 유도 결합형 플라즈마 코일을 구비하는 플라즈마 처리 장치의 구성을 개략적으로 보인 도면이다.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.
즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에 있어서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.
본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.
더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.
반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.
마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에 있어서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.
더욱이, 본 발명의 명세서에서는, "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는, 사용된다면, 하나 이상의 기능이나 동작을 처리할 수 있는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있음을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.
본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.
또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략될 수도 있다.
이하에서는 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 코일과 이를 구비하는 플라즈마 처리 장치에 대해서 상세하게 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 유도 결합형 플라즈마 코일을 보인 도면이다.
본 발명에 따른 유도 결합형 플라즈마 코일(100)은 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 복수의 상부 유도 코일(110)과 복수의 하부 유도 코일(120)을 포함하여 이루어질 수 있다.
이와 같은 구성에 있어서, 복수의 상부 유도 코일(110)은 플라즈마 처리 공정이 진행되는 공간을 제공하는 챔버(10)의 상부에 배치되되, 챔버(10)의 상부에 이격되게 배치될 수 있다.
복수의 하부 유도 코일(120)은 챔버(10)의 측벽에 배치되며, 상부 유도 코일(110)의 개수와 동일한 개수로 이루어질 수 있다.
복수의 하부 유도 코일(120)은 도 1에 도시하는 바와 같이, 일단에 형성되어 전자기 전력을 수신하는 입력 단자와, 타단에 형성되어 접지에 연결되는 출력 단자를 구비하며, 챔버(10)의 측벽에 원 형상으로 권선될 수 있다. 이때, 복수의 하부 유도 코일(120)은 각각, 단일 턴(single-turn) 또는 단일 턴보다 더 적은 턴을 가질 수 있다.
또한, 복수의 하부 유도 코일(120')은 도 2에 도시하는 바와 같이, 일단에 형성되어 전자기 전력을 수신하는 입력 단자와, 타단에 형성되어 접지에 연결되는 출력 단자를 구비하며, 챔버(10)의 측벽에 나선 형상으로 권선될 수 있다.
이러한 복수의 하부 유도 코일(120(또는 120'))은 챔버(10)의 측벽에 등간격으로 배치될 수 있다.
복수의 상부 유도 코일(110)과 복수의 하부 유도 코일(120(또는 120'))은 일대일 대응 연결될 수 있다.
전술한, 각각의 상부 유도 코일(110)은 개방부를 포함하는 원주 형태로 형성되어, 일단은 고주파 전원을 인가받고, 타단은 대응 연결되어 있는 하부 유도 코일(120(또는 120'))로 인가받은 고주파 전원을 인가할 수 있다.
도 3은 본 발명에 적용되는 상부 유도 코일을 예시적으로 보인 사시도이다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 본 발명에 적용되는 상부 유도 코일(110)은 코일부(a), 이격부(b), 연결부(c)를 포함하여 이루어질 수 있다.
코일부(a)는 개방부(d)를 포함하는 원주 형태로 형성될 수 있다.
코일부(a)는 일단과 타단이 이루는 중심각이 240도를 형성할 수 있다.
이에 따라, 고주파 전원을 인가받는 일단과, 대응 연결되어 있는 하부 유도 코일(120)로 인가받은 고주파 전원을 인가하는 타단이 240도 방향이 틀어지게 될 수 있다.
이격부(b)는 코일부(a)의 양단에서 각각 연장되어, 일예로 절곡 연장되어, 코일부(a)와 챔버(도시하지 않음)의 상부면 사이를 일정 거리 이격시킬 수 있다.
코일부(a)와 챔버(도시하지 않음)의 상부면 사이의 이격 거리는 상부 유도 코일(110)의 두께보다 큰 값을 갖는 것이 바람직하다.
코일부(a)의 양단에 각각 형성되는 이격부(b)는 바람직하게는 코일부(a)가 수평을 이루도록 높이가 동일하게 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 일단에 형성된 이격부(b)가 타단에 형성된 이격부(b)보다 높이가 높게 형성될 수도 있다.
전술한 바와 같이, 코일부(a)와 챔버(도시하지 않음)의 상부면 사이를 일정거리 이격시키는 이유는, 챔버(도시하지 않음)의 상부면에 배치되는 다른 상부 유도 코일과 직접 접촉하지 않도록 하기 위한 것으로, 이에 대해서는 아래에서 다시 설명하기로 한다.
연결부(c)는 각각의 이격부(b) 단부에서 외측 방향으로 연장될 수 있다. 일 예로, 연결부(c)는 각각의 이격부(b) 단부에서 외측 방향으로 코일부(a)와 수평하게 절곡 연장될 수 있다.
각각의 이격부(b) 단부에 형성되는 연결부(c)는 바람직하게는 서로 다른 길이로 구현될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명에 적용되는 상부 유도 코일의 배치 평면도이고, 도 5는 본 발명에 적용되는 상부 유도 코일의 배치 사시도이다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 적용되는 상부 유도 코일(110)은 플라즈마 처리 공정이 진행되는 공간을 제공하는 챔버(도시하지 않음)의 상부에 배치되는데, 복수의 상부 유도 코일(110)은 챔버(도시하지 않음)의 상부에서 360도를 상부 유도 코일(110)의 개수로 나눈 각도와 동일한 간격으로 오프셋될 수 있다.
예를 들어, 상부 유도 코일(110)이 3개의 상부 유도 코일 즉, 제1, 2, 3상부 유도 코일(111, 113, 115)로 이루어지는 경우, 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이 제2상부 유도 코일(113)의 일단과 타단은 각각 제1상부 유도 코일(111)의 일단과 타단에 대해 120도 방향으로 오프셋되고, 제3상부 유도 코일(115)의 일단과 타단은 각각 제2상부 유도 코일(113)의 일단과 타단에 대해 120도 방향으로 오프셋될 수 있다.
이때, 상부 유도 코일(111, 113, 115)의 중심축이 서로 다른 위치에 위치하도록 하되, 상부 유도 코일(111, 113, 115)의 중심축은 챔버(도시하지 않음) 상부의 중심축에서 같은 반경 내에 위치하는 것이 바람직하다.
상부 유도 코일(111, 113, 115)의 중심축을 서로 다르게 하면, 각각의 상부 유도 코일(111, 113, 115)은 수평으로 평행한 위치에서 직접 접촉되지 않으면서 겹쳐지게 배치될 수 있다.
구체적으로, 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 제2상부 유도 코일(113)의 일부는 제1상부 유도 코일(111)과 직접 접촉되지 않으면서 내측에서 겹쳐질 수 있고, 나머지 일부는 제3상부 유도 코일(115)과 직접 접촉되지 않으면서 외측에서 겹쳐질 수 있다. 그리고, 제3상부 유도 코일(115)의 일부는 제2상부 유도 코일(113)와 직접 접촉되지 않으면서 내측에서 겹쳐질 수 있고, 나머지 일부는 제1상부 유도 코일(111)과 직접 접촉되지 않으면서 외측에서 겹쳐질 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 상부 유도 코일(111, 113, 115)이 수평으로 평행한 위치에서 직접 접촉되지 않으면서 겹쳐지게 배치되면, 도 6에 도시하는 바와 같이 코일 주변에 형성되는 안으로 들어가는 자기장이 중첩되고, 밖으로 나오는 자기장이 중첩되어 챔버(도시하지 않음) 내부에 유도전기장을 형성할 수 있게 된다.
한편, 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 어느 한 상부 유도 코일이 나머지 다른 상부 유도 코일과 겹쳐질 때 예를 들어, 제2상부 유도 코일(113)이 제1상부 유도 코일(111)과 제3상부 유도 코일(115)에 각각 겹쳐질 때, 제1상부 유도 코일(111)의 일단(또는 타단)과 제3상부 유도 코일(115)의 타단(또는 일단)에 각각 형성된 연결부(c)가 제2상부 유도 코일(113)의 코일부(a)와 교차하게 된다. 그러나, 이격부(b)에 의해 제2상부 유도 코일(113)의 코일부(a)와 제1상부 유도 코일(111) 및 제3상부 유도 코일(115)의 연결부(c)가 직접 접촉되지는 않는다.
즉, 각각의 상부 유도 코일(111, 113, 115)은 이격부(b)에 의해 코일부(a)와 챔버(도시하지 않음)의 상부면이 일정거리 이격되므로, 어느 하나의 상부 유도 코일의 코일부(a)와 나머지 다른 상부 유도 코일의 연결부(c)가 교차하더라도 직접 접촉하지 않게 된다.
도 7은 본 발명에 따른 유도 결합형 플라즈마 코일을 구비하는 플라즈마 처리 장치의 구성을 개략적으로 보인 도면이다.
본 발명에 따른 유도 결합형 플라즈마 코일을 구비하는 플라즈마 처리 장치는 도 7에 도시하는 바와 같이, 챔버(10), 유도 결합형 플라즈마 코일(100), 고주파 전원 공급부(20), 정합부(30) 등을 포함하여 이루어질 수 있다.
챔버(10)는 플라즈마 처리 장치를 위한 챔버로, 플라즈마 처리 공정이 진행되는 공간을 제공할 수 있다.
챔버(10) 내의 저부에는 기판을 지지하는 기판 지지대(도시하지 않음)가 설치될 수 있다.
챔버(10)의 외부에는 챔버(10) 내에 주입된 반응 가스로부터 플라즈마를 형성시키기 위해 고주파(RF) 전원을 인가하는 유도 결합형 플라즈마 코일(100)이 설치될 수 있다.
유도형 결합형 플라즈마 코일(100)은 고주파 전원 공급부(20)로부터 공급받은 전류로부터 유도된 전자기장에 의해 챔버(10)의 내부 공간에 플라즈마를 생성시킬 수 있다.
유도 결합형 플라즈마 코일(100)은 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 챔버(10)의 상부에 배치되는 복수의 상부 유도 코일(110)과 챔버(10)의 측벽에 배치되는 복수의 하부 유도 코일(120)로 이루어질 수 있다.
여기서, 복수의 하부 유도 코일(120)은 도 1에 도시하는 바와 같이, 일단에 형성되어 전자기 전력을 수신하는 입력 단자와, 타단에 형성되어 접지에 연결되는 출력 단자를 구비하며, 챔버(10)의 측벽에 원 형상으로 권선될 수 있다.
이때, 복수의 하부 유도 코일(120)은 각각, 단일 턴 또는 단일 턴보다 더 적은 턴을 가질 수 있다.
또한, 복수의 하부 유도 코일(120')은 도 2에 도시하는 바와 같이, 일단에 형성되어 전자기 전력을 수신하는 입력 단자와, 타단에 형성되어 접지에 연결되는 출력 단자를 구비하며, 챔버(10)의 측벽에 나선 형상으로 권선될 수 있다.
이러한 복수의 하부 유도 코일(120(또는 120'))은 챔버(10)의 측벽에 등간격으로 배치될 수 있다.
또한, 복수의 하부 유도 코일(120(또는 120'))은 360도를 하부 유도 코일(120(또는 120'))의 개수로 나눈 각도와 동일한 간격으로 오프셋될 수 있다.
예를 들어, 하부 유도 코일(120)이 도 1에 도시하는 바와 같이 3개의 하부 유도 코일 즉, 제1, 2, 3하부 유도 코일(121, 123, 125)로 이루어지는 경우, 제2하부 유도 코일(123)의 입력 단자와 출력 단자는 제1하부 유도 코일(121)의 입력 단자와 출력 단자에 대해 120도 방향으로 오프셋되고, 제3하부 유도 코일(125)의 입력 단자와 출력 단자는 제2하부 유도 코일(123)의 입력 단자와 출력 단자에 대해 120도 방향으로 오프셋될 수 있다.
하부 유도 코일(120(또는 120'))이 4개의 하부 유도 코일 즉, 제1, 2, 3, 4하부 유도 코일로 이루어지는 경우, 제2하부 유도 코일의 입력 단자와 출력 단자는 제1하부 유도 코일의 입력 단자와 출력 단자에 대해 90도 방향으로 오프셋되고, 제3하부 유도 코일의 입력 단자와 출력 단자는 제2하부 유도 코일의 입력 단자와 출력 단자에 대해 90도 방향으로 오프셋되고, 제4하부 유도 코일의 입력 단자와 출력 단자는 제3하부 유도 코일의 입력단자와 출력단자에 대해 90도 방향으로 오프셋될 수 있다.
한편, 복수의 상부 유도 코일(110)은 챔버(10)의 상부에 배치되되, 하부 유도 코일(120)의 개수와 동일한 개수로 이루어져, 복수의 하부 유도 코일(120)과 일대일 대응 연결될 수 있다.
예를 들어, 하부 유도 코일(120)이 도 1에 도시하는 바와 같이 3개의 하부 유도 코일 즉, 제1, 2, 3하부 유도 코일(121, 123, 125)로 이루어지는 경우, 상부 유도 코일(110)도 3개의 상부 유도 코일 즉, 제1, 2, 3상부 유도 코일(111, 113, 115)로 이루어져, 제1하부 유도 코일(121)과 제1상부 유도 코일(111)이 일대일 연결되고, 제2하부 유도 코일(123)과 제2상부 유도 코일(113)이 일대일 연결되고, 제3하부 유도 코일(125)과 제3상부 유도 코일(115)이 일대일 연결될 수 있다.
각각의 상부 유도 코일(110)은 도 3에 도시하는 바와 같이 개방부(d)를 포함하는 원주 형태로 형성되어, 일단은 고주파 전원을 인가받고, 타단은 대응 연결되어 있는 하부 유도 코일(120(또는 120'))로 인가받은 고주파 전원을 인가할 수 있다.
각각의 상부 유도 코일(110)은 도 3에 도시하는 바와 같이, 일단과 타단이 이루는 중심각이 240도를 형성할 수 있다.
복수의 상부 유도 코일(110)은 챔버(10)의 상부에서 직접 접촉되지 않으면서 겹쳐지게 배치되되, 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이 360도를 상부 유도 코일(110)의 개수로 나눈 각도와 동일한 간격으로 오프셋될 수 있다.
예를 들어, 상부 유도 코일(110)이 3개의 상부 유도 코일 즉, 제1, 2, 3상부 유도 코일(111, 113, 115)로 이루어지는 경우, 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이 제2상부 유도 코일(113)의 일단과 타단은 각각 제1상부 유도 코일(111)의 일단과 타단에 대해 120도 방향으로 오프셋되고, 제3상부 유도 코일(115)의 일단과 타단은 각각 제2상부 유도 코일(113)의 일단과 타단에 대해 120도 방향으로 오프셋될 수 있다. 이때, 각 상부 유도 코일(111, 113, 115)의 중심축이 중첩되지 않도록 하여, 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 각각의 상부 유도 코일(110)이 수평으로 평행한 위치에서 직접 접촉되지 않으면서 겹쳐지게 배치할 수 있다.
예를 들어, 제2상부 유도 코일(113)의 일부는 제1상부 유도 코일(111)과 직접 접촉되지 않으면서 내측에서 겹쳐질 수 있고, 나머지 일부는 제3상부 유도 코일(115)과 직접 접촉되지 않으면서 외측에서 겹쳐질 수 있다. 그리고, 제3상부 유도 코일(115)의 일부는 제2상부 유도 코일(113)와 직접 접촉되지 않으면서 내측에서 겹쳐질 수 있고, 나머지 일부는 제1상부 유도 코일(111)과 직접 접촉되지 않으면서 외측에서 겹쳐질 수 있다.
여기서, 각 상부 유도 코일(110)의 양단 즉, 고주파 전원을 인가받는 일단과 대응하는 하부 유도 코일(120)의 입력 단자와 연결되는 타단은 이격부(b)에 의해 다른 상부 유도 코일(110)과 직접 접촉하지 않게 된다.
도 7에서, 고주파 전원 공급부(20)는 정합부(30)를 거쳐 접속되어 있는 유도 결합형 플라즈마 코일(100)로 플라즈마 생성용 고주파 전력을 인가할 수 있다.
정합부(30)는 고주파 전원 공급부(20)의 출력 단자와 유도 결합형 플라즈마 코일(100)의 입력 단자 사이에서 접속되어, 고주파 전원 공급부(20)에서 출력되는 고주파 전력을 유도 결합형 플라즈마 코일(100)로 인가할 수 있다.
전술한 바와 같이, 고주파 전원 공급부(20)로부터 유도 결합형 플라즈마 코일(100)에 고주파 전원이 인가되면, 유도 결합형 플라즈마 코일(100)을 따라 흐르는 전류가 챔버(10) 내부 공간에 자기장을 형성한다.
챔버(10) 내부 공간에 형성된 자기장의 시간에 따른 변화에 의해 유도 전기장이 형성되며, 가스 유입구(도시하지 않음)를 통해 챔버(10) 내로 공급된 반응 가스는 유도 전기장으로부터 이온화에 필요한 충분한 에너지를 얻어 플라즈마를 생성한다.
이렇게 생성된 플라즈마는 챔버(10) 내의 저부에 설치되어 있는 기판 지지대(도시하지 않음)에 적재된 기판(도시하지 않음)과 충돌하여 기판(도시하지 않음)을 처리한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는 복수의 상부 유도 코일(110)이 일정 간격으로 오프셋되므로, 정합부(30)를 거쳐 고주파 전원 공급부(20)로부터 고주파 전원을 인가받는 일단의 위치가 달라지게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상부 유도 코일(111, 113, 115)이 수평으로 평행한 위치에서 직접 접촉되지 않으면서 겹쳐지게 배치되므로, 코일 주변에 형성되는 안으로 들어가는 자기장이 중첩되고, 밖으로 나오는 자기장이 중첩되어 챔버(10) 내부에 유도전기장을 형성할 수 있게 됨에 따라, 챔버(10) 내부에 형성되는 플라즈마에 영향을 미치게 된다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 챔버 내에 형성된 플라즈마의 밀도를 균일화할 수 있게 되고, 나아가 기판에 대한 플라즈마 처리 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.
이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시 예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시 예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.
또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.
10. 챔버,
20. 고주파 전원 공급부,
30. 정합부,
100. 유도 결합형 플라즈마 코일,
110. 상부 유도 코일,
120. 하부 유도 코일

Claims (9)

  1. 플라즈마 처리 공정이 진행되는 공간을 제공하는 챔버의 측벽에 배치되는 복수의 하부 유도 코일; 및
    상기 챔버의 상부에 이격되게 배치되며, 상기 하부 유도 코일과 일대일 대응 연결되는 복수의 상부 유도 코일;을 포함하며,
    상기 복수의 상부 유도 코일은 각각,
    개방부를 포함하는 원주 형태로 형성되며,
    일단은 고주파 전원을 인가받고,
    타단은 상기 일단을 통해 인가받은 고주파 전원을, 대응 연결되어 있는 하부 유도 코일로 인가하는 것을 특징으로 하는,
    유도 결합형 플라즈마 코일.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 상부 유도 코일은 각각,
    상기 일단과 타단이 이루는 중심각이 240도인 것을 특징으로 하는,
    유도 결합형 플라즈마 코일.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 상부 유도 코일은,
    개방부를 포함하는 원주 형태로 형성되는 코일부;
    상기 코일부의 양단에서 각각 연장되어, 상기 코일부와 상기 챔버의 상부면 사이를 일정 거리 이격시키는 이격부; 및
    상기 각각의 이격부 단부에서 외측 방향으로 연장되는 전극부;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    유도 결합형 플라즈마 코일.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 코일부의 양단에 각각 형성되는 이격부는,
    높이가 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는,
    유도 결합형 플라즈마 코일.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 코일부의 양단에 각각 형성되는 이격부는,
    일측이 타측보다 높이가 높게 형성되는 것을 특징으로 하는,
    유도 결합형 플라즈마 코일.
  6. 플라즈마 처리 공정이 진행되는 공간을 제공하는 챔버; 및
    상기 챔버 내에 플라즈마를 형성시키기 위해 상기 챔버를 감싸고 있는 유도 결합형 플라즈마 코일;을 포함하며,
    상기 유도 결합형 플라즈마 코일은,
    플라즈마 처리 공정이 진행되는 공간을 제공하는 챔버의 측벽에 배치되는 복수의 하부 유도 코일; 및
    상기 챔버의 상부에 이격되게 배치되며, 상기 하부 유도 코일과 일대일 대응 연결되는 복수의 상부 유도 코일;을 포함하고,
    상기 복수의 상부 유도 코일은 각각,
    개방부를 포함하는 원주 형태로 형성되며,
    일단은 고주파 전원을 인가받고,
    타단은 상기 일단을 통해 인가받은 고주파 전원을, 대응 연결되어 있는 하부 유도 코일로 인가하는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 상부 유도 코일은,
    360도를 상부 유도 코일의 개수로 나눈 각도와 동일한 간격으로 오프셋되는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 상부 유도 코일은,
    제1, 2, 3상부 유도 코일을 포함하며,
    상기 제2상부 유도 코일의 일단과 타단은 상기 제1상부 유도 코일의 일단과 타단에 대해 120도 방향으로 오프셋되고,
    제3상부 유도 코일의 일단과 타단은 상기 제2상부 유도 코일의 일단과 타단에 대해 120도 방향으로 오프셋되는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 처리 장치.
  9. 제7항 및 제8항에 있어서,
    상기 챔버의 상부에 배치되는 상기 복수의 상부 유도 코일은,
    직접 접촉되지 않으며, 그 중심축이 서로 다른 위치에 위치하는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 처리 장치.
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