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KR-102960841-B1 - THE HIGH DENSITY ICP ANTENNA

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Abstract

본 발명은 일정 간격 이격되어 설치되는 상하부 원통형 안테나와 상하부 유도자기장 형성부에 의하여 구조가 간단하여 제조가 용이하면서도 고밀도의 플라즈마를 형성할 수 있는 고밀도 ICP 안테나에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 고밀도 ICP 안테나는, 원통형상을 가지며, 고주파 전력이 인가되는 상부 원통형 안테나; 상기 상부 원통형 안테나와 일정 간격 이격되어 하측에 평행하게 설치되며, 상기 상부 원통형 안테나와 동일한 크기를 가지며 고주파 전력이 인가되는 원통 형상의 하부 원통형 안테나; 상기 상부 원통형 안테나와 하부 원통형 안테나를 전기적으로 연결하는 연결부; 상기 상부 원통형 안테나의 일측에 연결되어 설치되며, 고주파 발진기가 연결되어 상기 상부 원통형 안테나에 고주파 전력을 입력하는 입력단; 상기 하부 원통형 안테나의 일측에 연결되어 설치되며, 상기 입력단에 대향하는 단자로서 접지에 연결되는 출력단;을 포함한다.

Inventors

  • 이철원

Assignees

  • (주)유니버셜스탠다드테크놀러지

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20230222

Claims (4)

  1. 원통형상을 가지며, 고주파 전력이 인가되는 상부 원통형 안테나; 상기 상부 원통형 안테나와 일정 간격 이격되어 하측에 평행하게 설치되며, 상기 상부 원통형 안테나와 동일한 크기를 가지며 고주파 전력이 인가되는 원통 형상의 하부 원통형 안테나; 상기 상부 원통형 안테나와 하부 원통형 안테나를 전기적으로 연결하는 연결부; 상기 상부 원통형 안테나의 일측에 연결되어 설치되며, 고주파 발진기가 연결되어 상기 상부 원통형 안테나에 고주파 전력을 입력하는 입력단; 상기 하부 원통형 안테나의 일측에 연결되어 설치되며, 상기 입력단에 대향하는 단자로서 접지에 연결되는 출력단; 상기 상부 원통형 안테나의 외측에 설치되며, 상기 상부 원통형 안테나 내측에 상기 하부 원통형 안테나 방향으로 유도 자기장을 형성하는 상부 유도자기장 형성부;를 포함하며, 상기 상부 유도자기장 형성부는, 상기 상부 원통형 안테나의 외측에 상기 상부 원통형 안테나의 외면을 감싸는 도넛 형상으로 설치되는 상부 절연체; 상기 상부 절연체의 외면에 일정한 간격으로 권선되어 설치되는 상부 코일; 상기 상부 코일에 직류 전원을 인가하는 제1 전원 인가부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고밀도 ICP 안테나.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 상부 절연체는, 테프론으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고밀도 ICP 안테나.

Description

고밀도 ＩＣＰ 안테나{THE HIGH DENSITY ICP ANTENNA} 본 발명은 고밀도 ICP 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 일정 간격 이격되어 설치되는 상하부 원통형 안테나와 상하부 유도자기장 형성부에 의하여 구조가 간단하여 제조가 용이하면서도 고밀도의 플라즈마를 형성할 수 있는 고밀도 ICP 안테나에 관한 것이다. 플라즈마는 같은 수의 음이온(positive ions)과 전자(electrons)를 포함하는 고도로 이온화된 가스이다. 플라즈마 방전은 이온, 자유 래디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 발생하기 위한 가스 여기에 사용되고 있다. 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 대표적으로 반도체 제조 공정 예들 들어, 식각 (etching), 증착(deposition), 세정(cleaning), 에싱(ashing) 등에 다양하게 사용된다. 플라즈마를 발생하기 위한 플라즈마 소스는 여러 가지가 있는데 무선 주파수(radio frequency)를 사용한 용량 결합 플라즈마(capacitive coupled plasma)와 유도 결합 플라즈마(inductive coupled plasma)가 그 대표적인 예이다. 용량 결합 플라즈마 소스는 정확한 용량 결합 조절과 이온 조절 능력이 높아서 타 플라즈마 소스에 비하여 공정 생산력이 높다는 장점을 갖는다. 반면, 무선 주파수 전원의 에너지가 거의 배타적으로 용량 결합을 통하여 플라즈마에 연결되기 때문에 플라즈마 이온 밀도는 용량 결합된 무선 주파수 전력의 증가 또는 감소에 의해서만 증가 또는 감소될 수 있다. 그러나 무선 주파수 전력의 증가는 이온 충격 에너지를 증가시킨다. 결과적으로 이온 충격에 의한 손상을 방지하기 위해서는 공급되는 무선 주파수 전력의 한계성을 갖게 된다. 한편, 유도 결합 플라즈마 소스는 무선 주파수 전원의 증가에 따라 이온 밀도를 쉽게 증가시킬 수 있으며 이에 따른 이온 충격은 상대적으로 낮아서 고밀도 플라즈마를 얻기에 적합한 것으로 알려져 있다. 그러므로 유도 결합 플라즈마 소스는 고밀도의 플라즈마를 얻기 위하여 일반적으로 사용되고 있다. 유도 결합 플라즈마 소스는 대표적으로 무선 주파수 안테나(RF antenna)를 이용하는 방식과 변압기를 이용한 방식(변압기 결합 플라즈마 (transformer coupled plasma)라고도 함)으로 기술 개발이 이루어지고 있다. 여기에 전자석이나 영구 자석을 추가하거나, 용량 결합 전극을 추가하여 플라즈마의 특성을 향상시키고 재현성과 제어 능력을 높이기 위하여 기술 개발이 이루어지고 있다. 무선 주파수 안테나는 나선 타입 안테나(spiral type antenna) 또는 실린더 타입 안테나(cylinder type antenna)가 일반적으로 사용된다. 무선 주파수 안테나는 플라즈마 반응기(plasma reactor)의 외부에 배치되며, 석영과 같은 유전체 위도우(dielectric window)를 통하여 플라즈마 반응기의 내부로 유도 기전력을 전달한다. 무선 주파수 안테나를 이용한 유도 결합 플라즈마는 고밀도의 플라즈마를 비교적 손쉽게 얻을 수 있으나, 안테나의 구조적 특징에 따라서 플라즈마 균일도가 영향을 받는다. 그러므로 무선 주파수 안테나의 구조를 개선하여 균일한 고밀도의 플라즈마를 얻기 위해 노력하고 있다. 그러나 대면적의 플라즈마를 얻기 위하여 안테나의 구조를 넓게 하거나 안테나에 공급되는 전력을 높이는 것은 한계성을 갖는다. 예를 들어, 정상파 효과(standing wave effect)에 의해 방사선상으로 비균일한 플라즈마가 발생되는 것으로 알려져 있다. 또한, 안테나에 높은 전력이 인가되는 경우 무선 주파수 안테나의 용량성 결합 (capacitive coupling)이 증가하게 되므로 유전체 윈도우를 두껍게 해야 하며, 이로 인하여 무선 주파수 안테나와 플라즈마 사이의 거리가 증가함으로 전력 전달 효율이 낮아지는 문제점이 발생한다. 최근 반도체 제조 산업에서는 반도체 소자의 초미세화, 반도체 회로를 제조하기 위한 실리콘 웨이퍼 기판의 대형화, 액정 디스플레이를 제조하기 위한 유리 기판의 대형화 그리고 새로운 처리 대상 물질 등장 등과 같은 여러 요인으로 인하여 더욱 향상된 플라즈마 처리 기술이 요구되고 있다. 특히, 대면적의 피처리물에 대한 우수한 처리 능력을 갖는 향상된 플라즈마 소스 및 플라즈마 처리 기술이 요구되고 있다. 한편, 반도체 장치를 제조하기 위해서는 피처리 기판 위에 산화막, 질화막, 산질화막과 같은 여러 박막들의 증착과 식각의 반복된다. 유도 결합 플라즈마 소스를 이용한 플라즈마 식각 공정의 경우 피처리 기판의 대면적화와 박막 패턴의 초미세화에 따라 여러 가지 문제점들이 발생되고 있다. 예를 들어, 고밀도의 대면적 플라즈마를 발생하기 위해서는 상대적으로 높은 주파수의 고전력 플라즈마가 필요하게 된다. 그러나 높은 주파수의 고 전력 플라즈마를 사용하게 되는 경우 무선 주파수 안테나에 의한 축적 전기장에 의해 반응 챔버의 내부에 스퍼터링에 의한 오염이나 피처리 기판의 손상이 심각하게 발생할 수 있다. 또한 대면적의 피처리 기판에 대한 시 각 공정을 진행하는 과정에서 발생할 수 있는 마이크로 로딩 효과를 저감시키기 위해서는 낮은 압력의 동작 조 건을 만족해야 한다. 그러므로 낮은 압력에서 고밀도의 플라즈마를 안정적으로 균일하게 발생할 수 있는 유도 결합 플라즈마 소스와 이를 이용하여 반응 챔버 내부 오염과 피처리 기판의 손상을 방지하면서 산화막, 질화막 산질화막과 같은 피처 리 기판의 박막을 효과적으로 식각할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고밀도 ICP 안테나의 구조를 도시하는 분리사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고밀도 ICP 안테나의 구조를 도시하는 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 유도자기장 형성부의 구조를 도시하는 측면도이다. 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상부 유도자기장 형성부의 구조를 도시하는 부분 단면도이다. 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 본 실시예에 따른 고밀도 ICP 안테나(100)는 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 상부 원통형 안테나(110), 하부 원통형 안테나(120), 연결부(130), 입력단(140) 및 출력단(150)을 포함하여 구성할 수 있다. 먼저 상기 상부 원통형 안테나(110)는 전도성 재질로 이루어지며 전체적으로 상하부가 개방된 원통 형상을 가진다. 상기 상부 원통형 안테나(110)에는 상기 입력단(140)이 연결되어 고주파 전력이 인가된다. 다음으로 상기 하부 원통형 안테나(120)는 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 상기 상부 원통형 안테나(110)와 일정 간격 이격되어 그 하측에 상기 상부 원통형 안테나(110)와 평행하게 설치되는 구성요소이다. 즉, 상기 하부 원통형 안테나(120)는 상기 상부 원통형 안테나(110)와 동일한 크기 및 형상을 가지며 상기 상부 원통형 안테나(110)와 평행한 상태로 설치되어 상부 원통형 안테나(110)와 마찬가지로 고주파 전력이 인가된다. 다음으로 상기 연결부(130)는 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 상기 상부 원통형 안테나(110)와 하부 원통형 안테나(120)를 연결하는 구성요소이다. 즉 상기 연결부(130)는 상기 상부 원통형 안테나(110)와 하부 원통형 안테나(120)가 일정한 간격으로 평행한 상태를 유지하도록 물리적으로 연결함과 동시에, 상기 상부 원통형 안테나(110)와 인가된 고주파 전력이 상기 하부 원통형 안테나(120)로 인가되도록 전기적으로 연결하는 것이다. 따라서 상기 연결부(130)는 상기 상부 원통형 안테나(110) 및 상기 하부 원통형 안테나(120)와 동일한 재질로 일체형으로 제작되는 것이 바람직하다. 다음으로 상기 입력단(140)은 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 상기 상부 원통형 안테나(110)의 일측에 연결되어 설치되며, 고주파 발진기(도면에 미도시)가 연결되는 구성요소이다. 따라서 상기 입력단(140)에는 상기 고주파 발진기에서 만들어진 고주파 전력이 인가되고, 이는 상기 상부 원통형 안테나(110)로 전달된다. 본 실시예에서 상기 입력단(140)은 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 상기 상부 원통형 안테나(110)의 하측으로 설치되고, 중앙에서 외측으로 절곡되는 형상을 가지는 것이, 본 실시예에 따른 고밀도 ICP 안테나(100)의 설치 및 고주파 발진기와의 연결을 용이하게 할 수 있어서 바람직하다. 다음으로 상기 출력단(150)은 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 상기 하부 원통형 안테나(120)의 일측에 연결되어 설치되며, 상기 입력단(140)에 대향되는 단자로서 접지에 연결되는 구성요소이다. 즉, 상기 출력단(150)은 상기 입력단(140)과 동일한 방향으로 상기 하부 원통형 안테나(120)의 측부에 연결되어 설치되며, 상기 입력단(140)과 마찬가지로 상측을 향하여 설치되고, 중앙에서 외측으로 절곡되는 형상을 가지는 것이 바람직하다. 한편 본 실시예에 따른 고밀도 ICP 안테나(100)에는 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 상부 유도자기장 형성부(160)가 더 구비되는 것이 바람직하다. 상기 상부 유도자기장 형성부(160)는 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 상기 상부 원통형 안테나(110)의 외측에 설치되며, 상기 상부 원통형 안테나(110) 내측에 상기 하부 원통형 안테나(120) 방향으로 유도 자기장을 형성하는 구성요소이다. 이렇게 상기 상부 유도자기장 형성부(160)가 더 구비되면 고밀도의 플라즈마를 형성할 수 있는 장점이 있다. 본 실시예에서 상기 상부 유도자기장 형성부(160)는 구체적으로 도 2, 3에 도시된 바와 같이, 상부 절연체(161), 상부 코일(162) 및 제1 전원 인가부(163)을 포함하여 구성될 수 있다. 먼저 상기 상부 절연체(161)는 상기 상부 원통형 안테나(110)의 외측에 상기 상부 원통형 안테나(110)의 외면을 감싸는 도넛 형상으로 설치되는 구성요소이다. 즉, 상기 상부 절연체(161)는 도넛 형상의 절연 재질로 이루어지며, 상기 상부 원통형 안테나(110)의 외면에 밀착되어 설치되며, 구체