特許 6071978 相互誘導結合を利用するプラズマ生成装置及びそれを含む基板処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6071978

(24)【登録日】2017年1月13日

(45)【発行日】2017年2月1日

(54)【発明の名称】相互誘導結合を利用するプラズマ生成装置及びそれを含む基板処理装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20170123BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20170123BHJP

【ＦＩ】

   H05H1/46 L

   H01L21/302 101C

【請求項の数】17

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-230447(P2014-230447)

(22)【出願日】2014年11月13日

(65)【公開番号】特開2015-103524(P2015-103524A)

(43)【公開日】2015年6月4日

【審査請求日】2014年11月13日

(31)【優先権主張番号】10-2013-0143316

(32)【優先日】2013年11月22日

(33)【優先権主張国】KR

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】504388695

【氏名又は名称】ピーエスケー・インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000671

【氏名又は名称】八田国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】チェ ヒ スン

(72)【発明者】

【氏名】チョ ジョン ヒ

(72)【発明者】

【氏名】リ チョン シク

(72)【発明者】

【氏名】リ ハン ソム

(72)【発明者】

【氏名】キム ヒョン ジュン

【審査官】 鳥居 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１１９６５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／４６１

Ｈ０５Ｈ １／００−１／５４

Ｈ０１Ｊ ３７／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマが生成される空間を提供するプラズマチャンバーに用いられるプラズマ生成装置であって、
ＲＦ信号を供給するＲＦ電源と、
前記ＲＦ信号を受信して電磁場を誘導し、前記プラズマチャンバー内に高周波電力を伝達するＮ個の電磁場印加器と、
前記電磁場印加器に連結されるリアクタンス素子と、を含み、
各々の前記電磁場印加器は、前記ＲＦ信号の受信に伴って高周波電流が流れる相互誘導結合された複数のコイルと、を含み、
前記電磁場印加器は、第１閉ループを形成する磁性体で構成された第１コアと第２閉ループを形成する磁性体で構成された第２コアとを含むコアと、前記第１コアと前記第２コアの一の部分に巻かれた１次コイルと、前記第１コアと前記第２コアの他の部分に巻かれた２次コイルと、を含み、
前記コアは、前記第１閉ループの軸線と前記第２閉ループの軸線とが前記プラズマチャンバーの壁面に交差した状態において、当該プラズマチャンバーの壁面に配置可能に構成され、
第１番目の前記電磁場印加器の前記１次コイルの一端と前記ＲＦ電源の一端とは接続され、当該１次コイルの他端および当該ＲＦ電源の他端は接地され、
第ｋ番目（Ｎ＞ｋ≧１）の前記電磁場印加器の前記２次コイルの一端と第ｋ＋１番目の前記電磁場印加器の前記１次コイルの一端とは接続され、当該２次コイルの他端および当該１次コイルの他端は接地され、
第Ｎ番目の前記電磁場印加器の前記２次コイルの一端と前記リアクタンス素子の一端とは接続され、当該２次コイルの他端および前記リアクタンス素子の他端は接地されている、プラズマ生成装置。

【請求項2】

前記１次コイルの巻線数と前記２次コイルの巻線数とは同一である、請求項１に記載のプラズマ生成装置。

【請求項3】

前記第１コアは、
前記第１閉ループの半分の部分を形成する第１サブコアと、
前記第１閉ループの残る半分の部分を形成する第２サブコアと、を含み、
前記第２コアは、
前記第２閉ループの半分の部分を形成する第３サブコアと、
前記第２閉ループの残る半分の部分を形成する第４サブコアと、を含む請求項１または請求項２に記載のプラズマ生成装置。

【請求項4】

前記第１サブコアと前記第２サブコアとの間、及び前記第３サブコアと前記第４サブコアとの間には絶縁体が挿入される請求項３に記載のプラズマ生成装置。

【請求項5】

前記ＲＦ電源と前記複数の電磁場印加器との間のノードに具備されて各ノードで前記ＲＦ信号の位相を同一に固定する位相調節器をさらに含む請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラズマ生成装置。

【請求項6】

前記複数の電磁場印加器間のノードに連結された分路（ｓｈｕｎｔ）リアクタンス素子をさらに含む請求項１〜５のいずれか１項に記載のプラズマ生成装置。

【請求項7】

前記分路リアクタンス素子のインピーダンスは、前記第Ｎ番目の前記電磁場印加器の前記２次コイルと前記リアクタンス素子との合成インピーダンスの半分である請求項６に記載のプラズマ生成装置。

【請求項8】

前記リアクタンス素子は、可変キャパシタを含む請求項１〜７のいずれか１項に記載のプラズマ生成装置。

【請求項9】

内部に基板が配置される工程チャンバーを含み、工程が遂行される空間を提供する工程ユニットと、
プラズマを発生させて前記工程ユニットにプラズマを提供するプラズマ発生ユニットと、
前記工程ユニット内部のガス及び反応副産物を排出する排気ユニットと、を含み、
前記プラズマ発生ユニットは、
プラズマが生成される空間を提供するプラズマチャンバーと、
ＲＦ信号を供給するＲＦ電源と、
前記ＲＦ信号を受信して電磁場を誘導し、前記プラズマチャンバー内に高周波電力を伝達するＮ個の電磁場印加器と、
前記電磁場印加器に連結されるリアクタンス素子と、を含み、
各々の前記電磁場印加器は、前記プラズマチャンバーに配置されるとともに、前記ＲＦ信号の受信に伴って高周波電流が流れる相互誘導結合された複数のコイルを含み、
前記電磁場印加器は、第１閉ループを形成する磁性体で構成された第１コアと第２閉ループを形成する磁性体で構成された第２コアとを含むコアと、前記第１コアと前記第２コアの一の部分に巻かれた１次コイルと、前記第１コアと前記第２コアの他の部分に巻かれた２次コイルと、を含み、
前記コアは、前記第１コアが形成する前記第１閉ループの軸線と前記第２コアが形成する前記第２閉ループの軸線とが前記プラズマチャンバーの壁面に交差した状態において、当該プラズマチャンバーの壁面に配置され、
第１番目の前記電磁場印加器の前記１次コイルの一端と前記ＲＦ電源の一端とは接続され、当該１次コイルの他端および当該ＲＦ電源の他端は接地され、
第ｋ番目（Ｎ＞ｋ≧１）の前記電磁場印加器の前記２次コイルの一端と第ｋ＋１番目の前記電磁場印加器の前記１次コイルの一端とは接続され、当該２次コイルの他端および当該１次コイルの他端は接地され、
第Ｎ番目の前記電磁場印加器の前記２次コイルの一端と前記リアクタンス素子の一端とは接続され、当該２次コイルの他端および前記リアクタンス素子の他端は接地されている、基板処理装置。

【請求項10】

前記１次コイルの巻線数と前記２次コイルの巻線数とは同一である、請求項９に記載の基板処理装置。

【請求項11】

前記プラズマチャンバーは、周囲に複数の絶縁ループを有し、
前記第１コアは、前記絶縁ループの第１部分を囲み、
前記第２コアは、前記絶縁ループの第２部分を囲む、
請求項９または請求項１０に記載の基板処理装置。

【請求項12】

前記第１コアは、
前記絶縁ループの第１部分の上半部を囲む第１上側コアと、
前記絶縁ループの第１部分の下半部を囲む第１下側コアと、を含み、
前記第２コアは、
前記絶縁ループの第２部分の上半部を囲む第２上側コアと、
前記絶縁ループの第２部分の下半部を囲む第２下側コアと、を含む請求項１１に記載の基板処理装置。

【請求項13】

前記第１上側コアと前記第１下側コアとの間、及び前記第２上側コアと前記第２下側コアとの間には絶縁体が挿入される請求項１２に記載の基板処理装置。

【請求項14】

前記プラズマ発生ユニットは、
前記ＲＦ電源と前記複数の電磁場印加器との間のノードに具備されて各ノードで前記ＲＦ信号の位相を同一に固定する位相調節器をさらに含む請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【請求項15】

前記プラズマ発生ユニットは、
前記複数の電磁場印加器の間のノードに連結された分路リアクタンス素子をさらに含む請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【請求項16】

前記分路リアクタンス素子のインピーダンスは、前記第Ｎ番目の前記電磁場印加器の前記２次コイルと前記リアクタンス素子との合成インピーダンスの半分である請求項１５に記載の基板処理装置。

【請求項17】

前記リアクタンス素子は、可変キャパシタを含む請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は相互誘導結合を利用するプラズマ生成装置及びそれを含む基板処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体、ディスプレー、ソーラセル等を製造する工程はプラズマを利用して基板を処理する工程を含む。例えば、半導体製造工程の中で乾式蝕刻に使用される蝕刻装置又はアッシング（ａｓｈｉｎｇ）に使用されるアッシング装置はプラズマを生成するためのチャンバーを含み、基板はプラズマによって蝕刻又はアッシング処理される。

【0003】

このような基板処理装置はチャンバーに設置されたコイルに時変電流を流してチャンバー内に電磁気場を誘導し、誘導された電磁気場を利用してチャンバーに供給されたガスからプラズマを発生させる。

【0004】

最近、直径が４５０ｍｍに至る大面積基板を処理する工程が導入されてから工程の収率低下が大きな問題として台頭し始めている。特に、プラズマ工程の収率を高くするためにはチャンバーの全体にわたってプラズマを均一に生成することが要求される。しかし、単一誘導コイル構造のプラズマ装備はコイルの入力端電圧が接地端電圧より高いので、コイルの全体にわたって電圧が不均衡に分布し、したがってチャンバー内にプラズマが不均一に生成される問題が発生する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】韓国公開特許第１０−２００７−００９９８５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の目的はチャンバー内にプラズマを均一に発生させるプラズマ発生装置及びそれを含む基板処理装置を提供することにある。

【0007】

本発明の目的は大面積の基板を処理する場合において、工程の収率を向上させることができるプラズマ生成装置及びそれを含む基板処理装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一実施形態によるプラズマ生成装置は、プラズマが生成される空間を提供するプラズマチャンバーに用いられるプラズマ生成装置であって、ＲＦ信号を供給するＲＦ電源と、前記ＲＦ信号を受信して電磁場を誘導し、前記プラズマチャンバー内に高周波電力を伝達するＮ個の電磁場印加器と、前記電磁場印加器に連結されるリアクタンス素子と、を含み、各々の前記電磁場印加器は、前記ＲＦ信号の受信に伴って高周波電流が流れる相互誘導結合された複数のコイルと、を含み、前記電磁場印加器は、第１閉ループを形成する磁性体で構成された第１コアと第２閉ループを形成する磁性体で構成された第２コアとを含むコアと、前記第１コアと前記第２コアの一の部分に巻かれた１次コイルと、前記第１コアと前記第２コアの他の部分に巻かれた２次コイルと、を含み、前記コアは、前記第１閉ループの軸線と前記第２閉ループの軸線とが前記プラズマチャンバーの壁面に交差した状態において、当該プラズマチャンバーの壁面に配置可能に構成され、第１番目の前記電磁場印加器の前記１次コイルの一端と前記ＲＦ電源の一端とは接続され、当該１次コイルの他端および当該ＲＦ電源の他端は接地され、第ｋ番目（Ｎ＞ｋ≧１）の前記電磁場印加器の前記２次コイルの一端と第ｋ＋１番目の前記電磁場印加器の前記１次コイルの一端とは接続され、当該２次コイルの他端および当該１次コイルの他端は接地され、第Ｎ番目の前記電磁場印加器の前記２次コイルの一端と前記リアクタンス素子の一端とは接続され、当該２次コイルの他端および前記リアクタンス素子の他端は接地されていることができる。

【0009】

前記複数の電磁場印加器のうちの一の前記電磁場印加器に含まれる前記コイルと他の前記電磁場印加器に含まれる前記コイルとは、互いに直列に連結される。

【0010】

各々の電磁場印加器に含まれたコイルは巻線数が同一である。

【0013】

前記第１コアは、前記第１閉ループの半分の部分を形成する第１サブコアと、前記第１閉ループの残る半分の部分を形成する第２サブコアと、を含み、前記第２コアは、前記第２閉ループの半分の部分を形成する第３サブコアと、前記第２閉ループの残る半分の部分を形成する第４サブコアと、を含むことができる。

【0014】

前記第１サブコアと前記第２サブコアとの間、及び前記第３サブコアと前記第４サブコアとの間には絶縁体が挿入されることができる。

【0015】

前記ＲＦ電源と前記複数の電磁場印加器との間のノードに具備されて各ノードで前記ＲＦ信号の位相を同一に固定する位相調節器をさらに含むことができる。

【0016】

前記複数の電磁場印加器間のノードに連結された分路（ｓｈｕｎｔ）リアクタンス素子をさらに含むことができる。

【0017】

前記分路リアクタンス素子のインピーダンスは、前記相互誘導結合されたコイルの２次コイルと前記リアクタンス素子との合成インピーダンスの半分である。

【0018】

前記リアクタンス素子は、可変キャパシタを含むことができる。

【0019】

本発明の一実施形態による基板処理装置は、内部に基板が配置される工程チャンバーを含み、工程が遂行される空間を提供する工程ユニットと、プラズマを発生させて前記工程ユニットにプラズマを提供するプラズマ発生ユニットと、前記工程ユニット内部のガス及び反応副産物を排出する排気ユニットと、を含み、前記プラズマ発生ユニットは、プラズマが生成される空間を提供するプラズマチャンバーと、ＲＦ信号を供給するＲＦ電源と、前記ＲＦ信号を受信して電磁場を誘導し、前記プラズマチャンバー内に高周波電力を伝達するＮ個の電磁場印加器と、前記電磁場印加器に連結されるリアクタンス素子と、を含み、各々の前記電磁場印加器は、前記プラズマチャンバーに配置されるとともに、前記ＲＦ信号の受信に伴って高周波電流が流れる相互誘導結合された複数のコイルを含み、前記電磁場印加器は、第１閉ループを形成する磁性体で構成された第１コアと第２閉ループを形成する磁性体で構成された第２コアとを含むコアと、前記第１コアと前記第２コアの一の部分に巻かれた１次コイルと、前記第１コアと前記第２コアの他の部分に巻かれた２次コイルと、を含み、前記コアは、前記第１コアが形成する前記第１閉ループの軸線と前記第２コアが形成する前記第２閉ループの軸線とが前記プラズマチャンバーの壁面に交差した状態において、当該プラズマチャンバーの壁面に配置され、第１番目の前記電磁場印加器の前記１次コイルの一端と前記ＲＦ電源の一端とは接続され、当該１次コイルの他端および当該ＲＦ電源の他端は接地され、第ｋ番目（Ｎ＞ｋ≧１）の前記電磁場印加器の前記２次コイルの一端と第ｋ＋１番目の前記電磁場印加器の前記１次コイルの一端とは接続され、当該２次コイルの他端および当該１次コイルの他端は接地され、第Ｎ番目の前記電磁場印加器の前記２次コイルの一端と前記リアクタンス素子の一端とは接続され、当該２次コイルの他端および前記リアクタンス素子の他端は接地されていることができる。

【0020】

前記複数の電磁場印加器のうちの一の前記電磁場印加器に含まれる前記コイルと他の前記電磁場印加器に含まれる前記コイルとは、互いに直列に連結される。

【0021】

各々の電磁場印加器に含まれたコイルは、巻線数が同一である。

【0022】

前記プラズマチャンバーは、周囲に複数の絶縁ループを有し、前記第１コアは、前記絶縁ループの第１部分を囲み、前記第２コアは、前記絶縁ループの第２部分を囲むことができる。

【0023】

前記第１コアは、前記絶縁ループの第１部分の上半部を囲む第１上側コアと、前記絶縁ループの第１部分の下半部を囲む第１下側コアと、を含み、前記第２コアは、前記絶縁ループの第２部分の上半部を囲む第２上側コアと、前記絶縁ループの第２部分の下半部を囲む第２下側コアと、を含むことができる。

【0024】

前記第１上側コアと前記第１下側コアとの間、及び前記第２上側コアと前記第２下側コアとの間には絶縁体が挿入される。

【0025】

前記ＲＦ電源と前記複数の電磁場印加器との間のノードに具備されて各ノードで前記ＲＦ信号の位相を同一に固定する位相調節器をさらに含むことができる。

【0026】

前記プラズマ発生ユニットは、前記複数の電磁場印加器の間のノードに連結された分路リアクタンス素子をさらに含むことができる。

【0027】

前記分路リアクタンス素子のインピーダンスは、前記相互誘導結合されたコイルの２次コイルと前記リアクタンス素子との合成インピーダンスの半分である。

【0028】

前記リアクタンス素子は、可変キャパシタを含むことができる。

【発明の効果】

【0029】

本発明の実施形態によれば、チャンバー内にプラズマを均一に生成することができる。特に、大面積の基板を処理するための大型チャンバーでもプラズマを均一に生成することができる。

【0030】

本発明の実施形態によれば、大面積の基板を処理する場合において、工程の収率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本発明の一実施形態に係る基板処理装置を例示的に示す概略図である。

【図2】本発明の一実施形態に係るプラズマ発生ユニットの平面形態を示す例示的な図面である。

【図3】本発明の一実施形態に係る電磁場印加器の正面形状を示す例示的な図面である。

【図4】本発明の一実施形態に係るプラズマ発生ユニットの等価回路図である。

【図5】本発明の他の実施形態に係るプラズマ発生ユニットの等価回路図である。

【図6】本発明のその他の実施形態に係るプラズマ発生ユニットの等価回路図である。

【図7】本発明のその他の実施形態に係るプラズマ発生ユニットの平面形態を示す例示的な図面である。

【図8】本発明のその他の実施形態に係る電磁場印加器の正面形状を示す例示的な図面である。

【図9】本発明のその他の実施形態に係るプラズマ発生ユニットの等価回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

本発明の他の長所及び特徴、そしてそれらを達成する方法は添付される図面と共に詳細に後述される実施形態を参照すれば、明確になる。しかし、本発明は以下で開示される実施形態に限定されることはなく、互に異なる多様な形態に具現でき、本実施形態は単に本発明の開示が完全になるようにし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されることであり、本発明は請求項の範疇によって定義されるだけである。

【0033】

もし、定義されなかったとしも、ここで使用されるすべての用語（技術或いは科学用語を含む）はこの発明が属する分野で普遍的な技術によって一般的に使用されるものと同一の意味を有する。一般的な辞書によって定義された用語は関連する技術及び／或いは本出願の本文に意味することと同一な意味を有することと解釈されることができ、そしてここで明確に定義された表現ではなくても概念化されるか、或いは過度に形式的に解釈されるべきではない。

【0034】

本明細書で使用された用語は実施形態を説明するためのことであり、本発明を制限しようとするものではない。本明細書で単数形は文言で特別に言及しない限り、複数形も含む。明細書で使用される‘含む’及び／又はこの動詞の多様な活用形、例えば‘包含’‘包含する’、‘含み’、‘包含し’等は、言及された構成、成分、構成要素、段階、動作及び／又は素子は１つ以上の他の構成、成分、構成要素、段階、動作及び／又は素子の存在又は追加を排除しない。本明細書で‘及び／又は’という用語は羅列された構成の各々又はこれらの多様な組合を示す。

【0035】

以下、本明細書に添付された図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

【0036】

図１は本発明の一実施形態による基板処理装置１０を例示的に示す概略図である。

【0037】

図１を参照すれば、基板処理装置１０はプラズマを利用して基板Ｗ上の薄膜を処理、例えば蝕刻又はアッシング（ａｓｈｉｎｇ）する。蝕刻又はアッシングしようとする薄膜は窒化膜である。一例によれば、窒化膜はシリコン窒化膜（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ）である。

【0038】

基板処理装置１０は工程ユニット１００、排気ユニット２００、及びプラズマ発生ユニット３００を有する。工程ユニット１００は基板が置かれ、蝕刻又はアッシング工程が遂行される空間を提供する。排気ユニット２００は工程ユニット１００の内部に留まる工程ガス及び基板処理過程で発生した反応副産物等を外部へ排出し、工程ユニット１００内の圧力を設定圧力に維持する。プラズマ発生ユニット３００は外部から供給される工程ガスからプラズマを生成し、これを工程ユニット１００に供給する。

【0039】

工程ユニット１００は工程チャンバー１１０、基板支持部１２０、及びバッフル１３０を有する。工程チャンバー１１０の内部には基板処理工程を遂行する処理空間１１１が形成されている。工程チャンバー１１０は上部壁が開放され、側壁には開口（図示せず）が形成される。基板は開口を通じて工程チャンバー１１０に出入する。開口はドア（図示せず）のような開閉部材によって開閉される。工程チャンバー１１０の底面には排気ホール１１２が形成される。排気ホール１１２は排気ユニット２００と連結され、工程チャンバー１１０の内部に留まるガスと反応部産物とが外部へ排出される通路を提供する。

【0040】

基板支持部１２０は基板Ｗを支持する。基板支持部１２０はサセプタ１２１と支持軸１２２とを含む。サセプタ１２１は処理空間１１１内に位置され、円板状に提供される。サセプタ１２１は支持軸１２２によって支持される。基板Ｗはサセプタ１２１の上面に置かれる。サセプタ１２１の内部には電極（図示せず）が提供される。電極は外部電源と連結され、印加された電力によって静電気を発生させる。発生された静電気は基板Ｗをサセプタ１２１に固定させる。サセプタ１２１の内部には加熱部材１２５が提供される。一例によれば、加熱部材１２５はヒーティングコイルである。また、サセプタ１２１の内部には冷却部材１２６が提供される。冷却部材は冷却水が流れる冷却ラインとして提供される。加熱部材１２５は基板Ｗを既定された温度に加熱する。冷却部材１２６は基板Ｗを強制冷却させる。工程処理が完了された基板Ｗは常温状態又は次の工程進行に要求される温度に冷却される。

【0041】

バッフル１３０はサセプタ１２１の上部に位置する。バッフル１３０にはホール１３１が形成される。ホール１３１はバッフル１３０の上面から下面まで提供される貫通ホールに提供され、バッフル１３０の各領域に均一に形成される。

【0042】

再び図１を参照すれば、プラズマ発生ユニット３００は工程チャンバー１１０の上部に位置する。プラズマ発生ユニット３００はソースガスを放電させてプラズマを生成し、生成されたプラズマを処理空間１１１に供給する。プラズマ発生ユニット３００はＲＦ電源３１０、プラズマチャンバー３２０、絶縁ループ３３０、及び電磁場印加器３４０を含む。さらに、プラズマ発生ユニット３００はソースガス供給部３６０をさらに含む。

【0043】

プラズマチャンバー３２０は工程チャンバー１１０の上部に配置されて工程チャンバー１１０に結合される。プラズマチャンバー３２０の上端はソースガス供給部３６０と連結される。ソースガスはプラズマチャンバー３２０内の放電空間に供給される。ソースガスはジフルオロメタン（ＣＨ_２Ｆ_２、Ｄｉｆｌｕｏｒｏｍｅｔｈａｎｅ）、窒素（Ｎ_２）、又は酸素（Ｏ_２）を含む。選択的にソースガスは四フッ化炭素（ＣＦ_４、Ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｍｅｔｈａｎｅ）等の他の種類のガスをさらに含んでもよい。

【0044】

電磁場印加器３４０は絶縁ループ３３０を通じてプラズマチャンバー３２０の側壁に設置される。ＲＦ電源３１０は電磁場印加器３４０に高周波電流を供給する。高周波電流によって放電空間には誘導電磁場が形成され、放電空間内のソースガスは誘導電磁場からイオン化に必要なエネルギーを得てプラズマ状態に変換される。電磁場印加器３４０の接地端にはリアクタンス素子、例えばキャパシタ３５０が連結されるが、実施形態によってキャパシタが連結されることなく、直ちに接地されてもよい。

【0045】

プラズマ発生ユニット３００の構造は上述した例に限定されることなく、ソースガスからプラズマを発生させるための多様な構造が使用されることができる。

【0046】

図２は本発明の一実施形態によるプラズマ発生ユニット３００の平面形状を示す例示的な図面である。

【0047】

図２に示したように、プラズマ発生ユニット３００はＲＦ電源３１０、プラズマチャンバー３２０、複数の電磁場印加器３４１乃至３４８、及びリアクタンス素子３５０を含む。

【0048】

ＲＦ電源３１０はＲＦ信号を提供する。電磁場印加器３４１乃至３４８はＲＦ信号を受信して電磁場を誘導する。プラズマチャンバー３２０は電磁場印加器３４１乃至３４８が配置され、プラズマが生成される空間を提供する。リアクタンス素子３５０は電磁場印加器３４８の接地端に連結される。

【0049】

一実施形態によれば、ＲＦ電源３１０はＲＦ信号を生成して電磁場印加器３４１乃至３４８に出力する。ＲＦ電源３１０はＲＦ信号を通じてプラズマチャンバー３２０に高周波電力を伝達する。本発明の一実施形態によれば、ＲＦ電源３１０は正弦波状のＲＦ信号を生成して出力するが、ＲＦ信号はこれに制限されることはなく、球形波、三角波、鋸歯波、パルス波等の多様な波形を有してもよい。

【0050】

プラズマチャンバー３２０にはソースガスが注入され、注入されたガスがプラズマ状態に変化する空間を提供する。一実施形態によれば、プラズマチャンバー３２０はＲＦ信号を介して伝達される高周波電力を利用してチャンバーに注入されるガスをプラズマ状態に励起させる空間を提供する。

【0051】

一実施形態によれば、プラズマチャンバー３２０は外壁が多角形の断面を有するように形成される。例えば、図２に示したように、プラズマチャンバー３２０は断面が八角形である外壁を有するが、断面の形状はこれに制限されない。

【0052】

本発明の一実施形態によれば、プラズマチャンバー３２０の外壁断面の形状はチャンバーに配置される電磁場印加器の個数にしたがって決定される。例えば、図２に示したように、プラズマチャンバー３２０の外壁断面が八角形である場合、八角形の各辺に該当する側壁に電磁場印加器が配置される。

【0053】

このように、プラズマチャンバー３２０の外壁断面が多角形である場合、多角形の辺の数は電磁場印加器の数と一致する。また、図２に示したように、プラズマチャンバー３２０の内壁は断面が円形であるが、内壁断面の形状はこれに制限されない。

【0054】

電磁場印加器３４１乃至３４８はプラズマチャンバー３２０に配置され、ＲＦ電源３１０からＲＦ信号を受信してチャンバーに電磁場を誘導する。

【0055】

一実施形態によれば、電磁場印加器３４１乃至３４８はプラズマチャンバー３２０の周囲に形成された絶縁ループを通じてチャンバーに配置されてもよい。

【0056】

例えば、図２に示したように、プラズマチャンバー３２０の周辺には複数の絶縁ループ３３１乃至３３８が具備される。絶縁ループ３３１乃至３３８は絶縁体で製作され、一例としてクォーツ又はセラミックで製作されてもよいが、これに制限されない。

【0057】

複数の絶縁ループ３３１乃至３３８はプラズマチャンバー３２０の周辺に沿って形成される。例えば、図２に示したように、複数の絶縁ループ３３１乃至３３８はプラズマチャンバー３２０の外壁に一定の間隔毎に設置される。図２に図示されたプラズマ発生ユニット３００は８つの絶縁ループ３３１乃至３３８を含むが、実施形態によって絶縁ループの数は変更し得る。

【0058】

絶縁ループ３３１乃至３３８はプラズマチャンバー３２０の外壁と共に閉ループを形成する。例えば、図２に示したように、絶縁ループ３３１乃至３３８は‘コ’又は‘Ｕ’字状に形成され、プラズマチャンバー３２０の外壁に設置される場合、閉ループを形成する。

【0059】

電磁場印加器３４１乃至３４８は絶縁ループ３３１乃至３３８に設置される。

【0060】

図３は本発明の一実施形態による電磁場印加器の正面形状を示す例示的な図面である。

【0061】

電磁場印加器３４１は第１コア３４１１、第２コア３４１２、１次コイル３４１３ａ、及び２次コイル３４１３ｂを含む。第１コア３４１１は磁性体で構成され、絶縁ループ３３１の第１部分を囲む。第２コア３４１２もやはり磁性体で構成され、絶縁ループ３３１の第２部分を囲む。１次コイル３４１３ａは第１コア３４１１の一の部分と第２コア３４１２の一の部分に巻かれる。２次コイル３４１３ｂは第１コア３４１１の他の部分と第２コア３４１２の他の部分に巻かれる。

【0062】

図３に示したように、一実施形態によれば、第１コア３４１１は絶縁ループ３３１の第１部分の上半部を囲む第１上側コア３４１１ａ及び絶縁ループ３３１の第１部分の下半部を囲む第１下側コア３４１１ｂを含む。

【0063】

尚、第２コア３４１２は絶縁ループ３３１の第２部分の上半部を囲む第２上側コア３４１２ａ及び絶縁ループ３３１の第２部分の下半部を囲む第２下側コア３４１２ｂを含む。

【0064】

図３に示したように、第１コア３４１１と第２コア３４１２とは互いに接触され、１次コイル３４１３ａと２次コイル３４１３ｂとは第１及び第２コア３４１１、３４１２の互いに接触されている部分に巻かれている。

【0065】

このように、１次コイル３４１３ａと２次コイル３４１３ｂとがコアを共有するまま互いに分離されて巻かれることによって、１次コイル３４１３ａと２次コイル３４１３ｂとは相互誘導結合される。

【0066】

一実施形態によれば、各々の電磁場印加器に含まれたコイル、例えば１次コイル３４１３ａと２次コイル３４１３ｂとは巻線数が同一である。言い換えれば、相互誘導結合された２つのコイルはその巻線比が１：１である。

【0067】

一実施形態によれば、図３に示したように、第１上側コア３４１１ａと第１下側コア３４１１ｂとの間には絶縁体３４１４が挿入されている。同様に、第２上側コア３４１２ａと第２下側コア３４１２ｂとの間にも絶縁体３４１４が挿入されている。

【0068】

絶縁体は絶縁物質で作られたテープであり、この場合、上側コアと下側コアとの間の間隔（ｄ１、ｄ２）を調節するために１枚又はそれ以上の絶縁テープが上側コアと下側コアとの間に付着される。

【0069】

上側コアと下側コアとの間の間隔（ｄ１、ｄ２）が広くなるほど、コアとコイルとの間の結合係数が減少してインダクタンスが小さくなる。インダクタンスが小さくなるほど、電磁場印加器のインピーダンスは小さくなるので、プラズマ発生ユニット３００を利用して生成するプラズマの密度にしたがって間隔を決定することができる。

【0070】

図３に図示された実施形態は各々のコア３４１１、３４１２が２つのサブコア３４１１ａと３４１１ｂ、３４１２ａと３４１２ｂに半分にされ、構成されているが、実施形態によって各々のコアは一体に形成されてもよく、さらに第１及び第２コア３４１１、３４１２の全体が一体に形成されてもよい。

【0071】

また、図３に図示された実施形態は図２に図示された複数の電磁場印加器３４１乃至３４８の中で１つに対してのみ説明したが、残る電磁場印加器も全て同様に構成されてもよい。

【0072】

図４は本発明の一実施形態によるプラズマ発生ユニット３００の等価回路図である。

【0073】

図４に示したように、各々の電磁場印加器に含まれた１次コイル及び２次コイルは相互誘導結合され、２つのコイルの巻線比は１：１であるので、各々の電磁場印加器は１：１電圧変圧器（ｖｏｌｔａｇｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）に対応する。

【0074】

一実施形態によれば、複数の電磁場印加器３４１乃至３４８は互いに直列に連結されている。

【0075】

複数の電磁場印加器３４１乃至３４８が互いに直列に連結されているにもかかわらず、各々の電磁場印加器に含まれたコイルが相互誘導結合されて１：１電圧変圧器を具現するので、プラズマ発生ユニット３００の各ノードｎ１乃至ｎ９に印加される電圧は大きさが全て同一である。

【0076】

その結果、各々の電磁場印加器によって誘導される電磁場の強さは全て同一になり、チャンバーに生成されるプラズマの密度もやはりチャンバー周囲にわたって均一に分布させることができる。

【0077】

図５は本発明の他の実施形態によるプラズマ発生ユニット３００の等価回路図である。

【0078】

図５に示したように、プラズマ発生ユニット３００は位相調節器３６０をさらに含む。位相調節器３６０はＲＦ電源３１０と複数の電磁場印加器３４１乃至３４８との間のノードｎ１乃至ｎ８に具備されて各ノードでＲＦ信号の位相を同一に固定する。

【0079】

この実施形態によれば、プラズマ発生ユニット３００の各ノードに印加される電圧は振幅のみでなく、位相も同一に調節される。

【0080】

図６は本発明のその他の実施形態によるプラズマ発生ユニット３００の等価回路図である。

【0081】

図６に示したように、プラズマ発生ユニット３００は分路（ｓｈｕｎｔ）リアクタンス素子３７０をさらに含む。分路リアクタンス素子３７０は複数の電磁場印加器３４１乃至３４８の間のノードｎ２乃至ｎ８に連結される。言い換えれば、分路リアクタンス素子３７０の一端は電磁場印加器の間のノードｎ２乃至ｎ８に連結され、他端は接地されている。

【0082】

一実施形態によれば、分路リアクタンス素子３７０は容量性素子であるキャパシタであり、そのインピーダンスは相互誘導結合されたコイルの２次コイルＬと接地端に連結されたリアクタンス素子Ｃとの合成インピーダンスの半分である。

【0083】

この実施形態によれば、分路リアクタンス素子３７０はプラズマ発生ユニット３００の電源側入力端と接地側出力端との電圧を同一にすることができる。

【0084】

本発明の一実施形態によれば、リアクタンス素子３５０は可変キャパシタを含む。この実施形態によれば、プラズマ発生ユニット３００は可変キャパシタのキャパシタンスを調節して各電磁場印加器での電圧降下量を制御することができる。

【0085】

一例として、可変キャパシタのキャパシタンスを減少させてインピーダンスを増加させる場合、可変キャパシタンスでの電圧降下量が増加した結果、相対的に各電磁場印加器での電圧降下量が減少するようになる。

【0086】

他の例として、可変キャパシタのキャパシタンスを減少させてインピーダンスを増加させる場合、可変キャパシタンスでの電圧降下量が減少した結果、相対的に各電磁場印加器での電圧降下量が増加するようになる。

【0087】

したがって、プラズマ発生ユニット３００は基板処理工程又はチャンバー内の環境等によって所望のプラズマ密度を得るために可変キャパシタのキャパシタンスを調節して電磁場印加器での電圧降下量を調節することができる。

【0088】

図７は本発明のその他の実施形態によるプラズマ発生ユニット３００の平面形態を示す例示的な図面である。

【0089】

図７に図示された実施形態は、各電磁場印加器に含まれた第１及び第２コア３４１１、３４１２が互いに接触されているので、１次及び２次コイル３４１３ａ、３４１３ｂがコアの互いに接触されている部分に巻かれている図２に図示された実施形態と異なり、第１及び第２コアが互いに離隔され、各コアの一の部分に１次コイルが巻かれ、各コアの他の部分に２次コイルが巻かれている。

【0090】

図８は本発明のその他の一実施形態による電磁場印加器の正面形状を示す例示的な図面である。

【0091】

図８に示したように、本発明のその他の実施形態による電磁場印加器３４１は第１コア３４１１と第２コア３４１２とが互いに離隔され、各コアの一の部分には１次コイル３４１３ａ、３４１３ｃが巻かれ、他の部分には２次コイル３４１３ｂ、３４１３ｄが巻かれている。

【0092】

第１及び第２コア３４１１、３４１２は各々別の閉ループを形成し、１次コイル３４１３ａ、３４１３ｃと２次コイル３４１３ｂ、３４１３ｄとは１つのコアを共有して相互誘導結合される。

【0093】

各コイルの巻線数は全て同一であり、この場合、１次コイル３４１３ａ、３４１３ｃと２次コイル３４１３ｂ、３４１３ｄとの間の巻線比は１：１になって、各々のコアとそれに巻かれたコイルは１：１の電圧変圧器を具現することができる。

【0094】

図９は本発明のその他の実施形態によるプラズマ発生ユニット３００の等価回路図である。

【0095】

図９に示したように、電磁場印加器３４１乃至３４８の各コアとそれに巻かれたコイルは相互誘導結合回路を構成して１：１電圧変圧器に対応することができる。

【0096】

その結果、プラズマ発生ユニット３００の各ノードｎ１乃至ｎ１７に印加される電圧の大きさは全て同一に調節される。

【0097】

実施形態にしたがって、ノードｎ１乃至ｎ１６には位相調節器３６０がさらに具備されて、各ノードでＲＦ信号の位相も同一に固定される。

【0098】

実施形態にしたがって、ノードｎ２乃至ｎ１６には分路リアクタンス素子３７０が連結でき、分路リアクタンス素子３７０の他端は接地される。分路リアクタンス素子３７０はキャパシタであり、そのインピーダンスは相互誘導結合されたコイルの２次コイルＬとリアクタンス素子Ｃとの合成インピーダンスの半分で調節される。

【0099】

再び図８を参照すれば、前述した図３に図示された実施形態と同様に、第１コア３４１１は閉ループの半分の部分を形成する第１サブコア、例えば第１上側コア３４１１ａ及び閉ループの残る半分の部分を形成する第２サブコア、例えば第１下側コア３４１１ｂを含む。また、第２コア３４１２は閉ループの半分の部分を形成する第３サブコア、例えば第２上側コア３４１２ａ及び閉ループの残る半分の部分を形成する第４サブコア、例えば第２下側コア３４１２ｂを含む。

【0100】

実施形態によって、第１サブコアと第２サブコアとの間には絶縁体３４１４が挿入され、第３サブコアと第４サブコアとの間にも絶縁体３４１４が挿入されてもよい。

【0101】

以上、実施形態を通じて本発明を説明したが、上述した実施形態は単なる本発明の思想を説明するためのものであり、これに限定されない。通常の技術者は前述した実施形態に多様な変形が可能であることを理解できる。本発明の範囲は添付された特許請求範囲の解釈を通じてのみ定められる。

【符号の説明】

【0102】

１０ 基板処理装置、
１００ 工程ユニット、
２００ 排気ユニット、
３００ プラズマ発生ユニット、
３１０ ＲＦ電源、
３２０ プラズマチャンバー、
３３０ 絶縁ループ、
３４０ 電磁場印加器、
３５０ リアクタンス素子。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】