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KR100584120B1 - 플라즈마 소스코일 및 이를 이용한 플라즈마 챔버 - Google Patents

플라즈마 소스코일 및 이를 이용한 플라즈마 챔버 Download PDF

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KR100584120B1
KR100584120B1 KR1020040021577A KR20040021577A KR100584120B1 KR 100584120 B1 KR100584120 B1 KR 100584120B1 KR 1020040021577 A KR1020040021577 A KR 1020040021577A KR 20040021577 A KR20040021577 A KR 20040021577A KR 100584120 B1 KR100584120 B1 KR 100584120B1
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wafer region
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김남헌
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에이피티씨 주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 플라즈마 소스코일은, 중심에 배치된 부싱과, 이 부싱으로부터 연장되어 부싱 주위를 나선형으로 감는 복수개의 단위코일을 포함한다. 복수개의 단위코일 각각은, 중심으로부터 소정의 반경을 갖는 제1 웨이퍼영역과, 제1 웨이퍼영역을 둘러싸는 제2 웨이퍼영역과, 그리고 제2 웨이퍼영역을 둘러싸는 코일가장자리영역을 포함하며, 이 제1 웨이퍼영역, 제2 웨이퍼영역 및 코일가장자리영역에서 단위코일의 표면적이 서로 다르도록 배치된다.

Description

플라즈마 소스코일 및 이를 이용한 플라즈마 챔버{Plasma source coil and plasma chamber using the same}
도 1은 부싱을 포함하는 플라즈마 소스코일을 채용한 플라즈마 챔버를 나타내 보인 단면도이다.
도 2은 도 1의 플라즈마 소스코일을 나타내 보인 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 소스코일을 설명하기 위하여 중심으로부터 웨이퍼와 플라즈마 소스코일의 가장자리까지의 거리를 나타내 보인 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 소스코일의 중심으로부터 가장자리에 이르기까지의 표면적의 분포의 일 예를 나타내 보인 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 플라즈마 소스코일을 구성하는 단위코일의 일 예를 나타내 보인 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 플라즈마 소스코일의 중심으로부터 가장자리에 이르기까지의 표면적의 분포의 다른 예를 나타내 보인 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 플라즈마 소스코일의 중심으로부터 가장자리에 이르기까지의 표면적의 분포의 또 다른 예를 나타내 보인 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 플라즈마 소스코일의 중심으로부터 가장자리에 이르기까지의 표면적의 분포의 또 다른 예를 나타내 보인 그래프이다.
본 발명은 반도체 제조설비에 관한 것으로서, 특히 CD(Critical Dimension) 변화율의 균일한 분포를 제공하기 위한 플라즈마 소스코일 및 이를 채용한 플라즈마 챔버에 관한 것이다.
초고집적(ULSI; Ultra-Large Scale Integrate) 회로소자들의 제조기술은 지난 20여년 간 눈부신 발전을 거듭하였다. 이는 극한의 기술이 요구되는 공정기술들을 뒷받침할 수 있는 반도체 제조설비들이 뒷받침되었기 때문에 가능한 것이었다. 이들 반도체 제조설비들 중 하나인 플라즈마 챔버는, 주로 사용되던 식각(etching) 공정 이외에도 데포지션(deposition) 공정 등에서도 사용되는 등 그 적용 범위를 점점 넓여가고 있다.
플라즈마 챔버는, 그 내부에 플라즈마를 형성시키고, 이 플라즈마를 이용하여 식각, 데포지션 등의 공정들을 수행하기 위한 반도체 제조설비이다. 이와 같은 플라즈마 챔버는, 플라즈마 발생 소스에 따라 전자 사이클로트론 공진(ECR; Electron Cyclotron Resonance) 플라즈마 소스, 헬리콘파 여기 플라즈마(HWEP; Helicon-Wave Excited Plasma) 소스, 용량성 결합 플라즈마(CCP; Capacitively Coupled Plasma) 소스, 유도성 결합 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma) 소스 등 여러 가지 형태로 분류된다. 이 중 ICP 플라즈마 소스는, 유도 코일에 RF(Radio Frequency) 전력을 공급하여 자기장을 발생시키고, 이 발생된 자기장에 의해 유도된 전기장에 의하여 챔버 내부 중심에 전자를 가두어 낮은 압력에서도 고밀도 플라즈마를 생성시킨다. 이러한 ICP 소스는, ECR 플라즈마 소스나 HWEP 소스와 비교하여 구조적인 면에서 간단하고, 또한 대면적의 플라즈마를 상대적으로 용이하게 얻을 수 있다는 장점으로 인하여 널리 사용되고 있다.
이와 같은 플라즈마 소스코일을 이용하여 반도체웨이퍼를 처리하는 공정, 예컨대 식각공정에 있어서 CD 변화율(이하 △CD)의 균일한 분포를 확보하는 것은 매우 중요한 일이다. 여기서 △CD 공정이 이루어지기 전의 예상 CD와 공정이 이루어진 후의 결과 CD의 차이를 의미한다. 특히 웨이퍼의 중심에서의 △CD와 가장자리에서의 △CD의 차이가 크게 발생하면 할수록 생산량이 저하된다는 것은 당연하다. 일반적으로 웨이퍼 가장자리에서의 △CD가 웨이퍼 중심에서의 △CD보다 크다고 알려져 있다. 그러나 이는 사용하는 식각가스 등의 변수에 따라 달라질 수도 있으며, 결국 웨이퍼 가장자리에서의 △CD와 웨이퍼 중심에서의 △CD의 차이를 최소화하는 것이 요구된다. 특히 이와 같은 요구는 소자의 집적도가 커질수록 더 중요하게 부각된다. 지금까지는 △CD의 분포를 조절하기 위하여, 공정 파라메타들, 예컨대 압력, 가스공급량, 가스종류, 파워, 온도 등을 조절하는 방법들을 주로 사용하였으나, 이로 인한 △CD 분포의 조절에는 한계가 있으며 어느 방법도 만족스런 결과를 제공하지 못하고 있는 실정이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 균일한 △CD 분포를 제공하기 위한 플라즈마 소스코일을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 플라즈마 소스코일을 채용한 플라즈마 챔버를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 플라즈마 소스코일은, 중심에 배치된 부싱; 및 상기 부싱으로부터 연장되어 상기 부싱 주위를 나선형으로 감는 복수개의 단위코일을 포함하며, 중심으로부터 소정의 반경을 갖는 제1 웨이퍼영역, 상기 제1 웨이퍼영역을 둘러싸는 제2 웨이퍼영역 및 상기 제2 웨이퍼영역을 둘러싸는 코일가장자리영역에서 상기 단위코일의 표면적이 서로 다르게 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 단위코일은, n=a×(b/m)(여기서 a 및 b는 양의 정수, m은 2 이상의 정수로 이루어진 단위코일의 개수)로 계산되는 n회의 회전수를 갖는 것이 바람직하다.
상기 단위코일의 표면적은, 상기 제1 웨이퍼영역에서 가장자리로 갈수록 일정하거나, 점점 감소하거나 또는 점점 증가하는 것이 바람직하다.
상기 단위코일의 표면적은, 상기 제2 웨이퍼영역에서 가장자리로 갈수록 점점 증가하거나, 일정하거나 또는 점점 감소하는 것이 바람직하다.
상기 단위코일의 표면적은, 상기 코일가장자리영역에서 가장자리로 갈수록 일정하거나, 점점 감소하거나 또는 점점 증가하는 것이 바람직하다.
상기 제1 웨이퍼영역 및 제2 웨이퍼영역은 처리 대상의 웨이퍼 표면과 중첩되는 영역인 것이 바람직하다.
상기 제1 웨이퍼영역의 중심으로부터의 반경은 웨이퍼 전체반경의 10-30% 미만이고, 상기 제2 웨이퍼영역의 폭은 웨이퍼 전체반경의 70-90%이며, 그리고 상기 코일가장자리영역의 폭은 웨이퍼 전체반경의 30-50%인 것이 바람직하다.
상기 제2 웨이퍼영역은 상기 제1 웨이퍼영역에 인접한 첫 번째 제2 웨이퍼영역 및 상기 코일가장자리영역에 인접한 두 번째 제2 웨이퍼영역을 포함할 수도 있다.
이 경우 상기 첫 번째 제2 웨이퍼영역에서의 단위코일의 표면적의 변화하는 정도와 상기 두 번째 제2 웨이퍼영역에서의 단위코일의 표면적의 변화하는 정도가 동일하지 않은 것이 바람직하다. 그리고 상기 첫 번째 제2 웨이퍼영역의 폭은 상기 제2 웨이퍼영역의 전체 폭의 60-90%이고, 상기 두 번째 제2 웨이퍼영역의 폭은 상기 제2 웨이퍼영역의 전체 폭의 10-40%인 것이 바람직하다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 플라즈마 챔버는, 플라즈마가 형성되는 반응공간을 한정하는 외벽 및 상부의 돔; 상기 반응공간의 하부에 배치되어 처리될 반도체 웨이퍼를 안착하기 위한 지지대; 중심에 배치된 부싱과, 상기 부싱으로부터 연장되어 상기 부싱 주위를 나선형으로 감는 복수개의 단위코일을 포함하며, 상기 돔 위에서 중심으로부터 소정의 반경을 갖는 제1 웨이퍼영역, 상기 제1 웨이퍼영역을 둘러싸는 제2 웨이퍼영역 및 상기 제2 웨이퍼영역을 둘러싸는 코일가장자리영역에서 상기 단위코일의 표면적이 서로 다르게 배치되는 플라즈마 소스코일; 상기 코일 부싱의 중앙 일정 영역에 배치된 지지봉; 및 상기 지지봉에 연결되어 상기 플라즈마 소스코일로 전력을 공급하는 전원을 포함하 는 것을 특징으로 한다.
상기 단위코일은, n=a×(b/m)(여기서 a 및 b는 양의 정수, m은 2 이상의 정수로 이루어진 단위코일의 개수)로 계산되는 n회의 회전수를 갖는 것이 바람직하다.
상기 단위코일의 표면적은, 상기 제1 웨이퍼영역에서 가장자리로 갈수록 일정하거나, 점점 감소하거나 또는 점점 증가하는 것이 바람직하다.
상기 단위코일의 표면적은, 상기 제2 웨이퍼영역에서 가장자리로 갈수록 점점 증가하거나, 일정하거나 또는 점점 감소하는 것이 바람직하다.
상기 단위코일의 표면적은, 상기 코일가장자리영역에서 가장자리로 갈수록 일정하거나, 점점 감소하거나 또는 점점 증가하는 것이 바람직하다.
상기 제1 웨이퍼영역 및 제2 웨이퍼영역은 처리 대상의 웨이퍼 표면과 중첩되는 영역인 것이 바람직하다.
상기 제1 웨이퍼영역의 중심으로부터의 반경은 웨이퍼 전체반경의 10-30% 미만이고, 상기 제2 웨이퍼영역의 폭은 웨이퍼 전체반경의 70-90%이며, 그리고 상기 코일가장자리영역의 폭은 웨이퍼 전체반경의 30-50%인 것이 바람직하다.
상기 제2 웨이퍼영역은 상기 제1 웨이퍼영역에 인접한 첫 번째 제2 웨이퍼영역 및 상기 코일가장자리영역에 인접한 두 번째 제2 웨이퍼영역을 포함할 수도 있다.
이 경우 상기 첫 번째 제2 웨이퍼영역에서의 단위코일의 표면적의 변화하는 정도와 상기 두 번째 제2 웨이퍼영역에서의 단위코일의 표면적의 변화하는 정도가 동일하지 않은 것이 바람직하다. 그리고 상기 첫 번째 제2 웨이퍼영역의 폭은 상기 제2 웨이퍼영역의 전체 폭의 60-90%이고, 상기 두 번째 제2 웨이퍼영역의 폭은 상기 제2 웨이퍼영역의 전체 폭의 10-40%인 것이 바람직하다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.
도 1은 부싱을 포함하는 플라즈마 소스코일을 채용한 플라즈마 챔버를 나타내 보인 단면도이다. 그리고 도 2은 도 1의 플라즈마 소스코일을 나타내 보인 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 플라즈마 챔버(100)는, 챔버 외벽(102)과 돔(112)에 의해서 일정 크기로 한정되는 내부의 반응공간(104)을 갖는다. 이 반응공간(104)의 일정 영역에는 일정 조건하에서 플라즈마(110)가 형성된다. 비록 도면상에는 플라즈마 챔버(100)의 하부에서 반응공간(104)이 개방된 것으로 도시되어 있으나, 이는 도면을 간단화하기 위한 것으로서, 실제로는 플라즈마 챔버(100)의 하부도 외부와 격리되어 있으며, 따라서 플라즈마 챔버(100) 내부는 진공 상태를 유지할 수 있다. 플라즈마 챔버(100)의 하부에는 웨이퍼지지대(106)가 배치되는데, 처리가 이루어질 반도체 웨이퍼(108)는 웨이퍼지지대(106)의 상부면 위에 안착된다. 웨이퍼지지대(106)는 외부의 RF 전원(116)과 연결된다. 도면에 나타내지는 않았지만, 웨이퍼지지대(106) 내에는 히터(heater)가 배치될 수도 있다.
돔(112)의 외측 표면에는 플라즈마(110) 형성을 위한 플라즈마 소스코일(200)이 배치된다. 이 플라즈마 소스코일(200)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수개, 예컨대 4개의 제1, 제2, 제3 및 제4 단위코일(201, 202, 203, 204)과, 부싱(bushing)(210)을 포함하여 구성된다. 구체적으로 부싱(210)이 중심에 배치되고, 제1, 제2, 제3 및 제4 단위코일(201, 202, 203, 204)이 부싱(210)으로부터 연장되어 부싱(210) 둘레를 나선형으로 감는다. 비록 여기서는 예시적으로 4개의 단위코일들로 한정하였지만, 4개보다 더 적을 수도 있고 더 많을 수도 있다는 것은 당연하다. 즉 단위코일들의 개수(m)는 2 이상의 정수값으로 나타낼 수 있다. 각각의 단위코일들(201, 202, 203, 204)은 일정한 회전수(n)를 갖는데, 이 회전수(n)는 양의 실수값으로 나타낼 수 있다. 즉 회전수(n)은 n=a×(b/m)(여기서 a 및 b는 양의 정수)로 계산된다. 부싱(210)은 복수개의 단위코일들(201, 202, 203, 204)과 동일한 재질로 만들어진다. 예컨대 단위코일들(201, 202, 203, 204)이 구리(copper)재질로 만들어진 경우 부싱(210)도 구리재질로 만들어진다. 그러나 경우에 따라서 단위코일들(201, 202, 203, 204)과는 다른 재질로 만들어질 수도 있는데, 이 경우에도 도전성재질을 사용하여 만들어진다는 것은 당연하다. 부싱(210)은, 일정 반경의 원형의 형상을 갖지만, 경우에 따라서는 원형 이외의 다른 형상을 가질 수도 있다.
부싱(210)의 중앙에는 부싱(210)의 상부면으로부터 수직한 방향으로 돌출되는 지지봉(211)이 배치된다. 이 지지봉(211) 또한 도전성 재질, 예컨대 구리로 만들어진다. 지지봉(211)은 RF 전원(114)의 일 단자에 연결된다. RF 전원(114)의 다 른 단자는 접지된다. RF 전원(114)으로부터의 파워는 지지봉(211) 및 부싱(210)을 통하여 제1, 제2, 제3 및 제4 단위코일(201, 202, 203, 204)로 공급된다.
이와 같은 구조의 플라즈마 소스코일 및 이를 이용한 플라즈마 챔버에 의하면, 중심부에 배치된 부싱(210)으로 인하여 중심부에서의 플라즈마 밀도를 상대적으로 가장자리 부분보다 더 감소시킴으로써 △CD의 분포를 균일하게 할 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 중심부에서의 상대적으로 높은 플라즈마 밀도로 인하여 중심부에서 보다 많은 폴리머성 부산물(by-product)들이 발생하고, 이 부산물들에 의해 오히려 식각률이 저하됨에 따라 중심부에서와 가장자리에서의 △CD의 분포가 서로 달랐는데, 부싱(210)의 존재로 인하여 중심부에서 플라즈마 밀도를 감소시키고, 그 결과 폴리머성 부산물의 발생이 적어서 중심부에서의 △CD와 가장자리에서의 △CD의 분포를 균일하게 할 수 있다. 그러나 이와 같은 이점에도 불구하고 중심부에서부터 가장자리에 이르기까지 △CD 분포를 보다 더 세밀하게 조절하는데는 한계가 있다. 특히 이와 같은 한계는 웨이퍼가 점점 대용량화되는 추세에 따라 중요한 문제로 대두되고 있다.
도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 소스코일을 설명하기 위하여 중심으로부터 웨이퍼와 플라즈마 소스코일의 가장자리까지의 거리를 나타내 보인 도면이다. 그리고 도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 소스코일의 중심으로부터 가장자리에 이르기까지의 표면적의 분포의 일 예를 나타내 보인 그래프이다. 또한 도 5는 본 발명에 따른 플라즈마 소스코일을 구성하는 단위코일의 일 예를 나타내 보인 도면이다. 도 3 내지 도 5에서 동일한 참조부호는 동일한 요소를 나타낸다.
먼저 도 3 및 도 4를 참조하면, 중심(O)으로부터 웨이퍼 가장자리까지의 웨이퍼반경(rwf)보다 중심(O)으로부터 플라즈마 소스코일의 가장자리까지의 코일반경(rcoil)이 더 크다. 따라서 웨이퍼직경(dwf)보다 플라즈마 소스코일의 코일직경(dcoil)이 더 크다. 웨이퍼영역(310)은 제1 웨이퍼영역(311) 및 제2 웨이퍼영역(312)으로 나누어진다. 제1 웨이퍼영역(311)은 중심(O)으로부터 제1 웨이퍼반경(rwf1)을 갖는 원형의 형상을 갖는 영역이다. 제2 웨이퍼영역(312)은 제1 웨이퍼영역(311)을 둘러싸는 원형의 형상을 가지며, 소정의 폭(rwf2)을 갖는다. 그리고 코일가장자리영역(321)은 제2 웨이퍼영역(312)을 둘러싸는 원형의 형상을 갖는 영역으로서, 소정의 폭(rcoil1)을 갖는다.
제1 웨이퍼영역(311)에서, 플라즈마 소스코일을 구성하는 복수개의 단위코일들 중 각각의 코일 표면적은 중심(O)으로부터 제1 웨이퍼영역(311) 가장자리로 갈수록 변화된다. 여기서 플라즈마 소스코일은 도 2에 도시된 바와 같은 구조를 가지며, 이하에서는 복수개의 단위코일들 중 어느 하나만을 예를 들어 설명하기로 한다. 상기 단위코일은 일정 영역마다 다른 표면적을 가질 수도 있다. 상기 제1 웨이퍼영역(311)에서, 참조번호 "411"로 나타낸 선은 코일 표면적이 일정한 경우를 나타내고, 참조번호 "412"로 나타낸 선은 코일 표면적이 점점 감소하는 경우를 나타내고, 그리고 참조번호 "413"으로 나타낸 선은 코일 표면적이 점점 증가하는 경우를 나타낸다. 제2 웨이퍼영역(312)에서는 참조번호 "421"로 나타낸 바와 같이 코일 표면적이 일정하다. 코일가장자리영역(321)에서, 참조번호 "431"로 나타낸 선은 코일 표면적이 일정한 경우를 나타내고, 참조번호 "432"로 나타낸 선은 코일 표면적이 점점 증가하는 경우를 나타내고, 그리고 참조번호 "433"으로 나타낸 선은 코일 표면적이 점점 감소하는 경우를 나타낸다.
제1 웨이퍼영역(311)에서 코일 표면적이 감소하는 정도(412 참조)와 코일 표면적이 증가하는 정도(413 참조)는 각각 일정 각도(+α, -α)로 나타낼 수 있다. 상기 각도(+α, -α)가 큰 경우는 코일 표면적이 큰 폭으로 감소하거나 증가하는 것을 의미하고, 상기 각도(+α, -α)가 작은 경우는 코일 표면적이 작은 폭으로 감소하거나 증가하는 것을 의미한다. 마찬가지로 코일가장자리영역(321)에서 코일 표면적이 증가하는 정도(432 참조)와 코일 표면적이 감소하는 정도(433 참조)는 각각 일정 각도(+δ, -δ)로 나타낼 수 있다. 이 경우에도 상기 각도(+δ, -δ)가 큰 경우는 코일 표면적이 큰 폭으로 증가하거나 감소하는 것을 의미한고, 상기 각도(+δ, -δ)가 작은 경우는 코일 표면적이 작은 폭으로 증가하거나 감소하는 것을 의미한다.
다음에 도 5를 참조하면, 복수개의 단위코일들 중 하나의 단위코일(201)을 예를 들어 구체적으로 설명하면, 제1 웨이퍼영역(311)에서는 단위코일(201)의 표면적이 점점 감소되고, 제2 웨이퍼영역(311)에서는 단위코일(201)의 표면적이 일정하게 유지되며, 그리고 코일가장자리영역(321)에서는 단위코일(201)의 표면적이 점점 증가된다. 이와 같이 단위코일(201)의 표면적을 일정 영역별로 구분하여 변화하도록 함으로써 플라즈마 챔버내에서의 플라즈마 밀도를 다양하게 변화시킬 수 있으 며, 그 결과 웨이퍼 중심으로부터 가장자리에 이르기까지 △CD의 분포를 다양하게 조절할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 일반적으로 RF 전원으로부터 공급되는 신호는 교류신호인데, 이 교류신호는 표피효과(skin effect)에 따라 코일의 표피를 따라 대부분 흐른다. 이때 신호는 코일의 표면으로부터 일정 깊이인 표피깊이(skin depth)에 이르는 영역을 따라 흐르는데, 이 표피깊이는 코일의 표면적에 따라 변화된다. 예컨대 코일의 표면적이 작아지게 되면, 코일의 표피깊이도 작아진다. 전류량은 일정한데 코일의 표피깊이가 작아지면, 전류밀도는 커진다. 이와 같이 전류밀도가 커지게 되면 플라즈마 챔버 내에 만들어지는 플라즈마 밀도도 또한 커진다. 반대로 코일의 표면적이 커지게 되면, 코일의 표피깊이도 커지고, 따라서 전류밀도는 작아진다. 이와 같이 전류밀도가 작아지게 되면 플라즈마 챔버 내에 만들어지는 플라즈마 밀도도 또한 작아진다. 이와 같은 표면적의 변화에 따라 전류밀도가 변화되고, 전류밀도가 변화됨에 따라 플라즈마 밀도로 변화된다. 이와 같은 플라즈마 밀도가 변화된다는 것은, 예컨대 식각공정에서의 식각률이 변화된다는 것을 의미한다.
다시 도 4를 참조하면, 하나의 경우를 예를 들면, 플라즈마 소스코일의 단위코일의 단면적이 참조번호 "412", "421", "432"와 같이 변화하는 경우를 생각해 보기로 한다. 이 경우는, 제1 웨이퍼영역(311)에서는 단위코일의 표면적이 서서히 감소하고, 제2 웨이퍼영역(312)에서는 일정하게 유지되다가, 코일가장자리영역(321)에서는 다시 서서히 증가하는 경우이다. 이 경우, 중심(O)으로부터 가장자리를 향해 갈수록 플라즈마 밀도는 서서히 증가하였다가 제2 웨이퍼영역(311)에서는 일정 하게 유지되었다가, 다시 제2 웨이퍼영역(311)을 벗어나 가장자리로 갈수록 서서히 감소되는 분포를 나타내게 된다. 이와 같은 분포에 따라 제1 웨이퍼영역(311)에서는 가장자리로 갈수록 식각률이 증가되고, 코일가장자리영역(321)에서는 가장자리로 갈수록 식각률이 감소되며, 그리고 사이의 제2 웨이퍼영역(312)에서는 일정한 식각률을 나타낸다. 따라서 제1 웨이퍼영역(311)에서는 가장자리로 갈수록 식각률이 떨어지고, 동시에 코일가장자리영역(321)에서는 가장자리로 갈수록 식각률이 점점 커지는 경우에 발생할 수 있는 △CD의 불균일한 분포를 균일하게 조절할 수 있다.
다른 경우를 예를 들면, 플라즈마 소스코일의 단위코일의 단면적이 참조번호 "412", "421", "433"와 같이 변화하는 경우를 생각해 보기로 한다. 이 경우는, 제1 웨이퍼영역(311)에서는 단위코일의 단면적이 서서히 감소하고, 제2 웨이퍼영역(312)에서는 일정하게 유지되다가, 코일가장자리영역(321)에서 다시 서서히 감소하는 경우이다. 이 경우, 중심(O)으로부터 가장자리를 향해 갈수록 플라즈마 밀도는 서서히 증가하였다가 제2 웨이퍼영역(311)에서는 일정하게 유지되었다가, 다시 제2 웨이퍼영역(311)을 벗어나 가장자리로 갈수록 서서히 증가되는 분포를 나타내게 된다. 이와 같은 분포에 따라 제1 웨이퍼영역(311)에서는 가장자리로 갈수록 식각률이 증가되고, 코일가장자리영역(321)에서도 가장자리로 갈수록 식각률이 증가되며, 그리고 사이의 제2 웨이퍼영역(312)에서는 일정한 식각률을 나타낸다. 따라서 제1 웨이퍼영역(311)에서 가장자리로 갈수록 식각률이 떨어지고, 동시에 코일가장자리영역(321)에서도 가장자리로 갈수록 식각률이 점점 떨어지는 경우에 발생할 수 있는 △CD의 불균일한 분포를 균일하게 조절할 수 있다. 다른 경우도 앞서 설명한 예와 동일하므로 다른 경우에 대한 더 이상의 설명은 생략하기로 하며, 상기와 같은 원리는 본 발명의 다른 실시예들에 대해서도 동일하게 적용할 수 있다.
제1 웨이퍼영역(311)의 중심(O)으로부터의 반경(rwf1)은 대략 웨이퍼의 전체반경의 10-30%이다. 제2 웨이퍼영역(312)의 폭(rwf2), 즉 제1 웨이퍼영역(311) 가장자리로부터 제2 웨이퍼영역(312) 가장자리까지의 간격은 대략 웨이퍼의 전체반경의 70-90%이다. 그리고 코일가장자리영역(321)의 폭(rcoil1), 즉 제2 웨이퍼영역(312)의 가장자리로부터 코일가장자리영역(321)의 가장자리까지의 간격은 대략 웨이퍼 전체반경의 30-50%이다. 예컨대 사용하는 웨이퍼가 200㎜인 경우, 제1 웨이퍼영역(311)의 중심(O)으로부터의 반경(rwf1)은 대략 1-3㎝이고, 제2 웨이퍼영역(312)의 폭은 대략 7-9㎝이며, 그리고 코일가장자리영역(321)의 폭(rcoil1)은 대략 3-5㎝이다. 사용하는 웨이퍼가 300㎜인 경우, 제1 웨이퍼영역(311)의 중심(O)으로부터의 반경(rwf1)은 대략 1.5-4.5㎝이고, 제2 웨이퍼영역(312)의 폭(rwf2)은 대략 10.5-13.5㎝이며, 그리고 코일가장자리영역(321)의 폭(rcoil1)은 대략 4.5-7.5㎝이다. 그러나 이와 같은 위치는 경우에 따라서 달라질 수도 있다.
도 6은 본 발명에 따른 플라즈마 소스코일의 중심으로부터 가장자리에 이르기까지의 표면적의 분포의 다른 예를 나타내 보인 그래프이다.
도 6을 참조하면, 제1 웨이퍼영역(311)에서, 플라즈마 소스코일을 구성하는 복수개의 단위코일들 중 각각의 코일표면적은 중심(O)으로부터 제1 웨이퍼영역(311) 가장자리로 갈수록 변화된다. 상기 단위코일은, 도 4를 참조하여 설명한 바와 동일하게, 일정 영역마다 다른 표면적을 가질 수도 있다. 상기 제1 웨이퍼영역(311)에서, 참조번호 "611"로 나타낸 선은 코일 표면적이 일정한 경우를 나타내고, 참조번호 "612"로 나타낸 선은 코일 표면적이 점점 감소하는 경우를 나타내고, 그리고 참조번호 "613"으로 나타낸 선은 코일 표면적이 점점 증가하는 경우를 나타낸다. 제2 웨이퍼영역(312)에서는 참조번호 "621"로 나타낸 바와 같이 코일 표면적이 가장자리로 갈수록 점점 증가한다. 코일가장자리영역(321)에서, 참조번호 "631"로 나타낸 선은 코일 표면적이 일정한 경우를 나타내고, 참조번호 "632"로 나타낸 선은 코일 표면적이 가장자리로 갈수록 점점 증가하는 경우를 나타내며, 그리고 참조번호 "633"으로 나타낸 선은 코일 표면적이 가장자리로 갈수록 점점 감소하는 경우를 나타낸다.
제1 웨이퍼영역(311)에서 코일 표면적이 감소하는 정도(612 참조)와 코일 표면적이 증가하는 정도(613 참조)는 각각 일정 각도(+α, -α)로 나타낼 수 있다. 상기 각도(+α, -α)가 큰 경우는 코일 표면적이 큰 폭으로 감소하거나 증가하는 것을 의미하고, 상기 각도(+α, -α)가 작은 경우는 코일 표면적이 작은 폭으로 감소하거나 증가하는 것을 의미한다. 마찬가지로 제2 웨이퍼영역(312)에서 코일표면적이 증가하는 정도(621 참조)는 일정 각도(+β)로 나타내었다. 상기 각도(+β)가 큰 경우는 코일 표면적이 큰 폭으로 증가하는 것을 의미하고, 상기 각도(+β)가 작 은 경우는 코일 표면적이 작은 폭으로 증가하는 것을 의미한다. 마찬가지로 코일가장자리영역(321)에서 코일 표면적이 증가하는 정도(632 참조)와 코일 표면적이 감소하는 정도(633 참조)는 각각 일정 각도(+δ, -δ)로 나타낼 수 있다. 이 경우에도 상기 각도(+δ, -δ)가 큰 경우는 코일 표면적이 큰 폭으로 증가하거나 감소하는 것을 의미한고, 상기 각도(+δ, -δ)가 작은 경우는 코일 표면적이 작은 폭으로 증가하거나 감소하는 것을 의미한다.
도 7은 본 발명에 따른 플라즈마 소스코일의 중심으로부터 가장자리에 이르기까지의 표면적의 분포의 또 다른 예를 나타내 보인 그래프이다.
도 7을 참조하면, 제1 웨이퍼영역(311)에서, 플라즈마 소스코일을 구성하는 복수개의 단위코일들 중 각각의 코일표면적은 중심(O)으로부터 제1 웨이퍼영역(311) 가장자리로 갈수록 변화된다. 예컨대 참조번호 "711"로 나타낸 선은 코일 표면적이 일정한 경우를 나타내고, 참조번호 "712"로 나타낸 선은 코일 표면적이 점점 감소하는 경우를 나타내며, 그리고 참조번호 "713"으로 나타낸 선은 코일 표면적이 점점 증가하는 경우를 나타낸다. 제2 웨이퍼영역(312)에서는 참조번호 "721"로 나타낸 바와 같이 코일 표면적이 가장자리로 갈수록 점점 감소한다. 코일가장자리영역(321)에서, 참조번호 "731"로 나타낸 선은 코일 표면적이 일정한 경우를 나타내고, 참조번호 "732"로 나타낸 선은 코일 표면적이 가장자리로 갈수록 점점 증가하는 경우를 나타내며, 그리고 참조번호 "733"으로 나타낸 선은 가장자리로 갈수록 코일 표면적이 점점 감소하는 경우를 나타낸다.
제1 웨이퍼영역(311)에서 코일 표면적이 감소하는 정도(712 참조)와 코일 표면적이 증가하는 정도(713 참조)는 각각 일정 각도(+α, -α)로 나타낼 수 있다. 상기 각도(+α, -α)가 큰 경우는 코일 표면적이 큰 폭으로 감소하거나 증가하는 것을 의미하고, 상기 각도(+α, -α)가 작은 경우는 코일 표면적이 작은 폭으로 감소하거나 증가하는 것을 의미한다. 마찬가지로 제2 웨이퍼영역(312)에서 코일표면적이 감소하는 정도(721 참조)는 일정 각도(-β)로 나타낼 수 있다. 상기 각도(-β)가 큰 경우는 코일 표면적이 큰 폭으로 감소하는 것을 의미하고, 상기 각도(-β)가 작은 경우는 코일 표면적이 작은 폭으로 감소하는 것을 의미한다. 마찬가지로 코일가장자리영역(321)에서 코일 표면적이 증가하는 정도(732 참조)와 코일 표면적이 감소하는 정도(733 참조)는 각각 일정 각도(+δ, -δ)로 나타낼 수 있다. 이 경우에도 상기 각도(+δ, -δ)가 큰 경우는 코일 표면적이 큰 폭으로 증가하거나 감소하는 것을 의미한고, 상기 각도(+δ, -δ)가 작은 경우는 코일 표면적이 작은 폭으로 증가하거나 감소하는 것을 의미한다.
도 8은 본 발명에 따른 플라즈마 소스코일의 중심으로부터 가장자리에 이르기까지의 표면적의 분포의 또 다른 예를 나타내 보인 그래프이다. 도 8에서 도 6과 동일한 참조부호는 동일한 요소를 나타낸다. 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 소스코일은, 제2 웨이퍼영역(312)이 두 개의 제2 웨이퍼영역들(312-1, 312-2)로 나누어진다는 점에서 도 6을 참조하여 설명한 플라즈마 소스코일과 상이하다. 구체적으로 첫 번째 제2 웨이퍼영역(312-1)은 제1 웨이퍼영역(311)의 가장자리에 인접되는 원형의 형상을 갖는 영역으로서 소정의 폭(rwf2-1)을 가지고, 두 번째 제2 웨이퍼영역(312-2)은 첫 번째 제2 웨이퍼영역(312-1)을 둘러싸는 원형의 형상을 갖는 영역으로서 소정의 폭(rwf2-2)을 갖는다. 첫 번째 제2 웨이퍼영역(312-1)의 폭(rwf2-1)과 두 번째 제2 웨이퍼영역(312-2)의 폭(rwf2-2)의 합은 제2 웨이퍼영역(312)의 폭(rwf2)과 동일하다. 상기 첫 번째 제2 웨이퍼영역(312-1)의 폭(rwf2-1)은 대략 제2 웨이퍼영역(312)의 전체 폭의 60-90%이다. 예컨대 사용하는 웨이퍼가 200㎜ 웨이퍼인 경우에 상기 폭(rwf2-1)은 대략 4.2-8.1㎝이고, 사용하는 웨이퍼가 300㎜ 웨이퍼인 경우에 상기 폭(rwf2-1)은 대략 6.3-12.2㎝이다.
첫 번째 제2 웨이퍼영역(312-1)에서 단위코일의 표면적은, 도면에서 참조번호 "621-1"로 나타낸 바와 같이 서서히 증가하며, 그 증가하는 정도는 일정 각도(+β)로 나타낼 수 있다. 또한 두 번째 제2 웨이퍼영역(312-2)에서의 단위코일의 표면적도, 도면에서 참조번호 "621-2"로 나타낸 바와 같이 서서히 증가하되, 첫 번째 제2 웨이퍼영역(312-1)에서보다는 더 급격하게 증가하며, 그 증가하는 정도는 일정 각도(+γ)로 나타낼 수 있다. 비록 도면에는 첫 번째 제2 웨이퍼영역(312-1)과 두 번째 제2 웨이퍼영역(312-2) 모두 단위코일의 표면적이 가장자리로 갈수록 점점 증가하는 것만 나타냈지만, 경우에 따라서는 가장자리로 갈수록 점점 감소할 수도 있으며, 그 증가 또는 감소 정도도 달라질 수 있다는 것은 당연하다. 본 실시예에 따른 플라즈마 소스코일의 경우, △CD 조절이 가장 어려운 웨이퍼의 가장자리 부분에서의 플라즈마 밀도를 보다 세밀하게 조절할 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 소스코일 및 플라즈마 챔버에 의하면, 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 소스코일의 표면적을 위치별로 변화시킴으로써, 플라즈마 챔버 내의 반응공간에 형성되는 플라즈마 밀도를 위치별로 세밀하게 조절할 수 있으며, 그 결과 웨이퍼 중심부에서 가장자리에 이르기까지 전체적으로 균일한 △CD 분포를 갖도록 할 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.

Claims (20)

  1. 중심에 배치된 부싱; 및
    상기 부싱으로부터 연장되어 상기 부싱 주위를 나선형으로 감는 복수개의 단위코일을 포함하며,
    중심으로부터 소정의 반경을 갖는 제1 웨이퍼영역, 상기 제1 웨이퍼영역을 둘러싸는 제2 웨이퍼영역 및 상기 제2 웨이퍼영역을 둘러싸는 코일가장자리영역에서 상기 단위코일의 표면적이 서로 다르게 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스코일.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단위코일은, n=a×(b/m)(여기서 a 및 b는 양의 정수, m은 2 이상의 정수로 이루어진 단위코일의 개수)로 계산되는 n회의 회전수를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스코일.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단위코일의 표면적은, 상기 제1 웨이퍼영역에서 가장자리로 갈수록 일정하거나, 점점 감소하거나 또는 점점 증가하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스코일.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단위코일의 표면적은, 상기 제2 웨이퍼영역에서 가장자리로 갈수록 점점 증가하거나, 일정하거나 또는 점점 감소하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스코일.
  5. 제1항에 있어서.
    상기 단위코일의 표면적은, 상기 코일가장자리영역에서 가장자리로 갈수록 일정하거나, 점점 감소하거나 또는 점점 증가하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스코일.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 웨이퍼영역 및 제2 웨이퍼영역은 처리 대상의 웨이퍼 표면과 중첩되는 영역인 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스코일.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 웨이퍼영역의 중심으로부터의 반경은 웨이퍼 전체반경의 10-30% 미만이고, 상기 제2 웨이퍼영역의 폭은 웨이퍼 전체반경의 70-90%이며, 그리고 상기 코일가장자리영역의 폭은 웨이퍼 전체반경의 30-50%인 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스코일.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 웨이퍼영역은 상기 제1 웨이퍼영역에 인접한 첫 번째 제2 웨이퍼영역 및 상기 코일가장자리영역에 인접한 두 번째 제2 웨이퍼영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스코일.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 첫 번째 제2 웨이퍼영역에서의 단위코일의 표면적의 변화하는 정도와 상기 두 번째 제2 웨이퍼영역에서의 단위코일의 표면적의 변화하는 정도가 동일하지 않은 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스코일.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 첫 번째 제2 웨이퍼영역의 폭은 상기 제2 웨이퍼영역의 전체 폭의 60-90%이고, 상기 두 번째 제2 웨이퍼영역의 폭은 상기 제2 웨이퍼영역의 전체 폭의 10-40%인 것을 특징으로 하는 플라즈마 소스코일.
  11. 플라즈마가 형성되는 반응공간을 한정하는 외벽 및 상부의 돔;
    상기 반응공간의 하부에 배치되어 처리될 반도체 웨이퍼를 안착하기 위한 지지대;
    중심에 배치된 부싱과, 상기 부싱으로부터 연장되어 상기 부싱 주위를 나선형으로 감는 복수개의 단위코일을 포함하며, 상기 돔 위에서 중심으로부터 소정의 반경을 갖는 제1 웨이퍼영역, 상기 제1 웨이퍼영역을 둘러싸는 제2 웨이퍼영역 및 상기 제2 웨이퍼영역을 둘러싸는 코일가장자리영역에서 상기 단위코일의 표면적이 서로 다르게 배치되는 플라즈마 소스코일;
    상기 코일 부싱의 중앙 일정 영역에 배치된 지지봉; 및
    상기 지지봉에 연결되어 상기 플라즈마 소스코일로 전력을 공급하는 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 단위코일은, n=a×(b/m)(여기서 a 및 b는 양의 정수, m은 2 이상의 정수로 이루어진 단위코일의 개수)로 계산되는 n회의 회전수를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 단위코일의 표면적은, 상기 제1 웨이퍼영역에서 가장자리로 갈수록 일정하거나, 점점 감소하거나 또는 점점 증가하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 단위코일의 표면적은, 상기 제2 웨이퍼영역에서 가장자리로 갈수록 점점 증가하거나, 일정하거나 또는 점점 감소하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
  15. 제11항에 있어서.
    상기 단위코일의 표면적은, 상기 코일가장자리영역에서 가장자리로 갈수록 일정하거나, 점점 감소하거나 또는 점점 증가하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제1 웨이퍼영역 및 제2 웨이퍼영역은 처리 대상의 웨이퍼 표면과 중첩되는 영역인 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 제1 웨이퍼영역의 중심으로부터의 반경은 웨이퍼 전체반경의 10-30% 미만이고, 상기 제2 웨이퍼영역의 폭은 웨이퍼 전체반경의 70-90%이며, 그리고 상기 코일가장자리영역의 폭은 웨이퍼 전체반경의 30-50%인 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 제2 웨이퍼영역은 상기 제1 웨이퍼영역에 인접한 첫 번째 제2 웨이퍼영역 및 상기 코일가장자리영역에 인접한 두 번째 제2 웨이퍼영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 첫 번째 제2 웨이퍼영역에서의 단위코일의 표면적의 변화하는 정도와 상기 두 번째 제2 웨이퍼영역에서의 단위코일의 표면적의 변화하는 정도가 동일하지 않은 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 첫 번째 제2 웨이퍼영역의 폭은 상기 제2 웨이퍼영역의 전체 폭의 60-90%이고, 상기 두 번째 제2 웨이퍼영역의 폭은 상기 제2 웨이퍼영역의 전체 폭의 10-40%인 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버.
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