KR100476902B1 - The Large-Area Plasma Antenna(LAPA) and The Plasma Source For Making Uniform Plasma - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유도결합형 대면적 플라즈마 안테나 및 이를 포함하는 플라즈마 발생장치에 관한 것으로서, 상기 유도결합형 대면적 플라즈마 안테나는 내부코일 및 외부코일을 포함하고, 상기 내부코일 및 외부코일의 일측 끝단은 내부코일이 형성하는 평면 및 외부코일이 형성하는 평면과 동일하지 아니한 위치에서 서로 연결되며, 상기 내부코일 및 외부코일의 타측 끝단은 전력단자가 연결되며, 상기 내부코일 및 외부코일의 연결부와 전력단은 서로 반대면에 위치하는 구조를 갖는다. 이러한 유도결합형 대면적 플라즈마 안테나는 플라즈마 발생장치의 반응기 내부에 유도되는 전기장의 크기를 공간 내에서 조절할 수 있으며 이로부터 만들어지는 플라즈마의 확산을 적절히 조절함으로 반응기 내에서 균일하게 분포하는 플라즈마를 발생한다.The present invention relates to an inductively coupled large area plasma antenna and a plasma generating apparatus including the same, wherein the inductively coupled large area plasma antenna includes an inner coil and an outer coil, and one end of the inner coil and the outer coil has an inner portion. The plane formed by the coil and the plane formed by the outer coil are not connected to each other at the same position, the other end of the inner coil and the outer coil is connected to the power terminal, the connection portion and the power end of the inner coil and outer coil It has a structure located on the surface opposite each other. The inductively coupled large-area plasma antenna can control the size of the electric field induced in the reactor of the plasma generator in a space and generates a plasma that is uniformly distributed in the reactor by appropriately controlling the diffusion of the plasma generated therefrom. .
Description
본 발명은 플라즈마 발생장치에 사용되는 유도결합형 대면적 플라즈마 안테나 및 이를 포함하는 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.The present invention relates to an inductively coupled large area plasma antenna used in a plasma generator and a plasma generator including the same.
플라즈마 발생장치로는 크게 축전 용량성 플라즈마 발생원 (capacitively coupled plasma source)과 유도결합형 플라즈마 발생원 (inductively coupled plasma source) 및 플라즈마 웨이브(plasma wave)를 이용한 헬리콘(Helicon)과 마이크로웨이브 플라즈마 원(microwave plasma source) 등이 제안되어 있다. 그 중에서, 낮은 운전 압력에서 고 밀도의 플라즈마를 형성할 수 있는 유도결합형 플라즈마 발생원이 널리 사용되고 있다.Plasma generators include Helicon and microwave plasma sources using capacitively coupled plasma sources, inductively coupled plasma sources, and plasma waves. plasma source). Among them, inductively coupled plasma generators capable of forming high density plasma at low operating pressures are widely used.
도 1은 종래 일반적으로 사용되고 있는 유도결합형 플라즈마 발생장치를 도시한 것으로서, 상기한 유도결합형 플라즈마 발생장치(1)는 플라즈마(106)가 생성되는 챔버(101), 상기 챔버(101) 내로 반응개스를 공급하는 개스 주입구(102), 상기 챔버(101) 내부를 진공으로 유지하고 반응이 종결되면 반응개스를 배출하기 위한 진공펌프(103)를 포함한다, 또한 상기 챔버(101)의 내부에는 처리하고자 하는 기판(104) (예를 들면, 웨이퍼)를 올려놓기 위한 기판 홀더(105)가 설치되며, 상기 챔버(101)의 상부에는 rf 전력원(109)이 접속된 안테나(107)가 설치된다. 상기 안테나(107)에 임피던스 정합(108)된 rf 전력원(109)으로부터 전력이 부가되면 안테나(107)에 rf 파워, 즉 rf 전위와 전류가 인가된다. 인가된 rf 전위는 상기 안테나(107)를 격리한 유전체(110)의 수직 방향으로 시간에 따라 변하는 전기장을 형성하고 안테나(107)에 흐르는 rf 전류는 반응 챔버(101) 내부공간(111)에 자기장을 만들고 이 자기장에 의해서 유도 전기장이 형성되게 된다. 이 때, 챔버(101) 내부의 반응 개스는 인가된 전기장으로부터 이온화에 필요한 충분한 에너지를 얻고 플라즈마(106)를 형성한다. 형성된 플라즈마(106)는 음의 직류 바이어스 전압을 인가하는 다른 rf 전력원(112)에 의해 기판 홀더(105)에 설치된 기판(104)으로 입사하여 상기 기판(104)을 처리하게 된다. FIG. 1 illustrates an inductively coupled plasma generator that is generally used. The inductively coupled plasma generator 1 reacts into a chamber 101 in which a plasma 106 is generated and into the chamber 101. A gas inlet 102 for supplying a gas, and a vacuum pump 103 for maintaining the inside of the chamber 101 in a vacuum and discharging the reaction gas when the reaction is terminated. A substrate holder 105 for mounting a substrate 104 (for example, a wafer) to be mounted is installed, and an antenna 107 to which an rf power source 109 is connected is installed above the chamber 101. . When power is added from the rf power source 109 with impedance matching 108 to the antenna 107, rf power, that is, rf potential and current, is applied to the antenna 107. The applied rf potential forms an electric field that changes with time in the vertical direction of the dielectric 110 separating the antenna 107, and the rf current flowing through the antenna 107 is a magnetic field in the internal space 111 of the reaction chamber 101. And the magnetic field creates an induction electric field. At this time, the reaction gas inside the chamber 101 obtains sufficient energy for ionization from the applied electric field and forms the plasma 106. The formed plasma 106 enters the substrate 104 installed in the substrate holder 105 by another rf power source 112 applying a negative DC bias voltage to process the substrate 104.
한편, 상기 챔버 (101)내에 형성되는 플라즈마(106)는 챔버(101) 내에 형성되는 전기장 보다 자기장에 의한 유도전기장에 의해서 더욱 밀도가 높아지며 이러한 플라즈마를 유도결합형 플라즈마라 하고 이런 장비를 유도결합형 플라즈마 발생장치 혹은 플라즈마 발생원이라 한다. 이 플라즈마 발생장치는 낮은 운전 압력에서 고 밀도의 플라즈마를 형성할 수 있다는 장점이 있다. On the other hand, the plasma 106 formed in the chamber 101 is more dense by the induced electric field by the magnetic field than the electric field formed in the chamber 101. Such a plasma is called an inductively coupled plasma and such equipment is called an inductively coupled type. It is called a plasma generator or a plasma generator. This plasma generator has the advantage of being able to form a high density plasma at low operating pressure.
도 2는 상기한 플라즈마 발생장치에 널리 사용되어온 평면 나선형 안테나(planar spiral antenna)를 도시한 것이다. 상기한 평면 나선형 안테나는 전자기파가 중심부에 크게 형성되고, 따라서 발생되는 유도결합형 플라즈마의 밀도 분포는 공간 내에서 균일하지 못하며 중심부에서는 밀도는 높고 반응기의 가장자리로 가면서 감소하는 형태를 갖게 된다. 따라서, 실제 300 mm 이상의 대면적 기판을 처리하기 위해서는 최소한 기판 영역에 해당하는 공간 내에서 균일한 분포를 갖는 플라즈마의 형성을 요구하나, 상기한 평면 나선형 안테나는 이러한 조건을 충족시키지 못한다는 단점을 갖고 있다.FIG. 2 illustrates a planar spiral antenna which has been widely used in the plasma generator. In the planar spiral antenna, electromagnetic waves are largely formed at the center, and thus, the density distribution of the inductively coupled plasma generated is not uniform in space, and the density is high at the center and decreases toward the edge of the reactor. Therefore, in order to process a large area substrate of 300 mm or more, it is required to form a plasma having a uniform distribution in a space corresponding to at least the substrate area, but the aforementioned flat spiral antenna does not satisfy such a condition. have.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 다양한 형태의 안테나가 개시되어 있다. 예를 들면, 대한민국 특허출원번호 제7010807/2000호는 상기 평면 나선형 안테나를 병렬로 배치한 트랜스포머 결합 평형 안테나를 개시하고 있으며(도 3 참조), 대한민국 특허출원번호 제14578/1998호는 방사구조물 형태의 대면적 평면 안테나를 개시하고 있다(도 4 참조). 그리고 대한민국 특허출원번호 제35702/1999호는 평행형 형태로 조합된 안테나를 개시하고 있다(도 5 참조). 하지만 이런 종류의 안테나를 운용하는데 발생하는 문제점은 안테나와 입력전력의 정합에 어려움이 생기며 조각된 안테나들은 안테나 상호 간에 만들어지는 전자기파의 교란으로 인한 문제, 제작상의 어려움이 있으며 장시간 운전할 때 안테나 조합 중 일부 안테나 특성이 독립적으로 변하게 되는 경우 이를 조절할 수 없어 운전의 안정성에 문제가 있을 수 있다. 또한 평행 안테나의 경우 여러 안테나 코일 선으로 구성되어 있어 구조적으로 안테나 입력 단에서 출력 단까지 각 평행 안테나 라인에 흐르는 입력 전류의 위상을 맞추기 위해서 평행안테나의 각 라인에 독립적으로 인덕터나 캐패시터를 달아 조절해야 하며 이러한 첨부 조건은 역시 반응기의 운전 영역을 좁히게 된다.To solve this problem, various types of antennas have been disclosed. For example, Korean Patent Application No. 7010807/2000 discloses a transformer coupled balanced antenna in which the planar spiral antennas are arranged in parallel (see FIG. 3), and Korean Patent Application No. 14578/1998 forms a radiation structure. A large area planar antenna is disclosed (see FIG. 4). In addition, Korean Patent Application No. 35702/1999 discloses an antenna combined in a parallel form (see FIG. 5). However, the problem of operating this kind of antenna is that it is difficult to match the antenna and the input power, and the sculpted antennas are a problem due to the disturbance of electromagnetic waves generated between the antennas, manufacturing difficulties, and some of the antenna combinations when driving for a long time If the characteristics of the antenna are changed independently, there is a problem in the stability of the operation can not be adjusted. In addition, the parallel antenna is composed of several antenna coil wires. Therefore, in order to adjust the phase of the input current flowing through each parallel antenna line from the antenna input end to the output end, an inductor or a capacitor is independently attached to each line of the parallel antenna. This attachment condition also narrows the operating area of the reactor.
따라서, 하나의 입력단자와 다른 하나의 출력단자를 사용하는 안테나의 형태가 가장 이상적이며 나선형 안테나에서 발생되는 중심부분에서의 유도전기장이 크게 형성되는 것을 제어하여 중앙부분의 플라즈마 밀도를 조절할 수 있는 안테나를 구성하여야 한다. Therefore, the antenna using one input terminal and the other output terminal is the most ideal, and the antenna which can control the plasma density of the central part by controlling the formation of a large induced electric field in the central part generated from the spiral antenna Should be constructed.
따라서, 본 발명의 목적은 평면 나선형 안테나에서 발생되는 중심부분에서의 유도전기장이 크게 형성되는 것을 제어하여 중앙부분의 플라즈마 밀도를 조절할 수 있는 안테나를 제공하는 것이다. 즉 본 발명은 종래의 평면 나선형 플라즈마 등이 갖는 문제인 중앙부분의 플라즈마 밀도는 높고 가장자리로 가면서 급격히 감소하는 형태의 비균일한 분포를 갖는 문제를 개선하고자 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an antenna that can control the plasma density of the central portion by controlling the formation of a large induced electric field in the center portion generated in the planar spiral antenna. In other words, the present invention is to improve the problem of non-uniform distribution of the form of the plasma density of the central portion is a problem with the conventional planar spiral plasma, etc., and rapidly decreases toward the edge.
본 발명의 다른 목적은 상기한 안테나를 구비하는 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.Another object of the present invention relates to a plasma generating apparatus having the above-described antenna.
상기한 본 발명의 목적은 안테나 형태를 변형하여 안테나에 흐르는 전류방향을 조절함으로써 플라즈마 발생장치 내에 유도되는 전자기장의 분포를 제어하여 발생장치 내에 균일한 분포를 갖는 플라즈마를 발생시키고 안정적인 운전이 가능한 구조를 갖는 안테나 및 이를 포함하는 플라즈마 발생장치를 제공함으로써 성취될 수 있다. The object of the present invention is to modify the shape of the antenna to control the current flow through the antenna to control the distribution of the electromagnetic field induced in the plasma generating device to generate a plasma having a uniform distribution in the generator and a structure capable of stable operation It can be achieved by providing an antenna having and a plasma generating device including the same.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유도결합형 대면적 플라즈마 안테나는 내부코일 및 외부코일을 포함하고, 상기 내부코일 및 외부코일의 일측 끝단은 내부코일이 형성하는 평면 및 외부코일이 형성하는 평면과 동일하지 아니한 위치에서 서로 연결되며, 상기 내부코일 및 외부코일의 타측 끝단은 전력단자가 연결되며, 상기 내부코일 및 외부코일의 연결부와 전력단은 서로 반대편에 위치하는 구조를 갖는다. 보다 구체적으로는, 유도결합형 대면적 플라즈마 안테나는 상기 내부코일, 외부코일, 연결보조코일, 연결코일을 포함하고, 상기 내부코일 및 외부코일의 일측 끝단은 내부코일이 형성하는 평면 및 외부코일이 형성하는 평면과 동일하지 아니한 평면에서 상기 연결보조코일 및 연결코일에 의해 서로 연결되고, 내부코일과 외부코일의 타측 끝단은 전력단자가 연결되고, 상기 연결부(연결보조코일 및 연결코일)와 전력단은 반대편에 위치하는 구조를 갖는다.The inductively coupled large area plasma antenna of the present invention for achieving the above object includes an inner coil and an outer coil, and one end of the inner coil and the outer coil has a plane formed by the inner coil and a plane formed by the outer coil. It is connected to each other at the same position, the other end of the inner coil and the outer coil is connected to the power terminal, the connecting portion and the power terminal of the inner coil and the outer coil has a structure located opposite to each other. More specifically, the inductively coupled large-area plasma antenna includes the inner coil, the outer coil, the auxiliary auxiliary coil, and the connecting coil, and one end of the inner coil and the outer coil has planar and outer coils formed by the inner coil. The other side of the inner coil and the outer coil is connected to each other by the connecting auxiliary coil and the connecting coil in a plane that is not the same as the plane to be formed, the power terminal is connected, the connecting portion (connection auxiliary coil and connecting coil) and the power stage Has a structure located on the opposite side.
상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 유도결합형 대면적 플라즈마 안테나는 플라즈마 발생장치의 반응기 내부에 유도되는 전기장의 크기를 공간 내에서 조절할 수 있으며 이로부터 만들어지는 플라즈마의 확산을 적절히 조절함으로 반응기 내에서 균일하게 분포하는 플라즈마를 발생한다. 즉, 본 발명에 따른 유도결합형 대면적 플라즈마 안테나는 내부코일에 흐르는 전류의 방향과 외부코일에 흐르는 전류가 서로 반대 방향의 위상(180˚)을 갖도록 형성되며, 따라서, 내부코일 및 외부코일에서 만들어지는 전자기장이 반응기 중심부에 크게 형성되는 것을 방지할 수 있으며, 내부코일 및 외부코일을 적절히 배치함으로써 플라즈마 발생장치의 반응기 내부에 균일한 전자기장을 형성할 수 있도록 하고, 더 나아가 플라즈마가 챔버 내부에서 균일하게 형성되도록 한다.The inductively coupled large area plasma antenna of the present invention having the structure as described above can control the size of the electric field induced in the reactor of the plasma generator in a space and by appropriately controlling the diffusion of the plasma generated therefrom within the reactor. Generate a plasma that is uniformly distributed. That is, the inductively coupled large-area plasma antenna according to the present invention is formed such that the direction of the current flowing through the inner coil and the current flowing through the outer coil have phases (180 °) in opposite directions to each other, and thus, in the inner coil and the outer coil. The generated electromagnetic field can be prevented from being largely formed at the center of the reactor, and by appropriately disposing the inner coil and the outer coil, a uniform electromagnetic field can be formed inside the reactor of the plasma generator, and further, the plasma is uniform inside the chamber. To be formed.
또한, 본 발명의 유도결합형 대면적 플라즈마 안테나는 내부코일과 외부코일이 일체형으로 연결되어 있어 냉각수의 흐름을 원활히 하는 구조적 특성을 지닌다. In addition, the inductively-coupled large-area plasma antenna of the present invention has a structural characteristic of smoothing the flow of cooling water because the inner coil and the outer coil are integrally connected.
본 발명의 유도결합형 대면적 플라즈마 안테나는 원형, 사각형(직사각형 및 정사각형을 포함함) 및 타원형을 포함한 다양한 형태로 구성될 수 있다. 예를 들면, 내부코일 및 외부코일을 모두 원형, 타원형 또는 사각형으로 구성할 수 있고, 내부코일은 원형 또는 타원형으로 구성하고 외부코일은 사각형으로 구성하거나 또는 그 반대로 할 수도 있다. 그리고, 내부코일과 외부코일은 동일한 평면상에 위치할 수도 있고, 필요한 경우 서로 다른 평면상에 있을 수도 있다. 이에 대해서는 첨부된 도면을 참조하여 후술하기로 한다.The inductively coupled large area plasma antenna of the present invention can be configured in a variety of forms, including round, square (including rectangular and square) and elliptical. For example, both the inner coil and the outer coil may be configured in a circular, oval or square, the inner coil may be configured in a circular or oval shape, and the outer coil may be configured in a square or vice versa. In addition, the inner coil and the outer coil may be located on the same plane or, if necessary, on different planes. This will be described later with reference to the accompanying drawings.
도 6은 본 발명에 따른 유도결합형 대면적 플라즈마 안테나의 바람직한 일 예에 대한 개략도를 도시한 것으로서, 상기한 유도결합형 대면적 플라즈마 안테나(2)는 내부코일(201)과 외부코일(202)로 구성되어 있으며, 이들은 닫혀 있지 아니하고, 상기 내부코일(201) 및 외부코일(202)은 연결보조코일(203)에 의해 내부코일(201)이 형성하는 평면 및 외부코일(202)이 형성하는 평면과 떨어진 위치로 유도되어 연결코일(204)에 의해 서로 연결된다. 따라서 상기 연결부(203, 204)는 내부코일(201)과 외부코일(202)이 형성하는 동일 평면상에 있지 않다. 그리고, 내부코일(201)의 말단(205)은 입력단자(또는 출력단자)와 연결되며 외부코일(202)의 말단(206)은 출력단자(또는 입력단자)와 연결된다. 따라서, 내부코일(201)에 흐르는 전류(iin) 및 외부코일(202)에 흐르는 전류(iex)는 서로 반대 방향으로 흐르며 반응기 내부에 전자기장을 발생시킬 수 있게 된다. 또한, 내부코일(201)의 말단(205)에 연결되는 단자는, 바람직하게는, 연결코일(204)에 해당하는 높이를 확보하고 외부코일(202)의 말단(206) 상부 혹은 외부코일(202)이 닫히는 영역(점선으로 표시한 207) 위를 지나도록 한다(208). 또한 외부코일(202)의 말단(206)과 연결되는 단자는, 바람직하게는, 연결코일(204)에 해당하는 높이를 확보하고 외부코일(202)이 만드는 안테나 영역 밖으로 연결되도록 한다(209). 상기 내부코일(201) 및 외부코일(202), 연결보조코일(203) 및 연결코일(204)은 도체로 구성된다. 내부코일과 외부코일은 서로 등 간격으로 구성되나 안테나에 의해 챔버내에 형성되는 플라즈마 밀도의 분포를 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 아울러 내부코일(201)의 말단(205)과 외부코일(202)의 말단(206)을 통하여 냉각수가 원활히 흐르게 할 수 있다.6 is a schematic view of a preferred example of an inductively coupled large area plasma antenna according to the present invention, wherein the inductively coupled large area plasma antenna 2 includes an inner coil 201 and an outer coil 202. The inner coil 201 and the outer coil 202 are not closed, and the inner coil 201 is formed by the connection auxiliary coil 203 and the outer coil 202 is formed by the auxiliary coil 203. It is guided to a position away from and connected to each other by a connecting coil 204. Thus, the connecting portions 203 and 204 are not on the same plane formed by the inner coil 201 and the outer coil 202. The end 205 of the inner coil 201 is connected to an input terminal (or an output terminal), and the end 206 of the outer coil 202 is connected to an output terminal (or an input terminal). Therefore, the current i in flowing in the inner coil 201 and the current i ex flowing in the outer coil 202 flow in opposite directions to generate an electromagnetic field inside the reactor. In addition, the terminal connected to the end 205 of the inner coil 201, preferably secures the height corresponding to the connection coil 204 and the upper or outer coil 202 of the end 206 of the outer coil 202 ) Is passed over the closed area (dotted line 207) (208). In addition, the terminal connected to the end 206 of the outer coil 202, preferably, to secure the height corresponding to the connection coil 204 and to be connected to the outside of the antenna area made by the outer coil 202 (209). The inner coil 201 and the outer coil 202, the auxiliary auxiliary coil 203 and the connection coil 204 are composed of a conductor. The inner coil and the outer coil are configured at equal intervals from each other, but may be appropriately selected in consideration of the distribution of plasma density formed in the chamber by the antenna. In addition, the coolant may smoothly flow through the end 205 of the inner coil 201 and the end 206 of the outer coil 202.
한편, 내부코일(201)과 외부코일(202)의 중심 축은 서로 상이할 수 있으며, 내부코일 및 외부코일이 서로 다른 평면상에 위치할 수도 있다. 그러한 예가 도 7에 도시되어 있다. 상기 도 7에서, 도 7a 및 7b는 내부코일과 외부코일의 중심축이 서로 상이함을 나타내고, 도 7c는 내부코일이 외부코일이 형성하는 평면의 상부에 위치함을 나타내고, 도 7d는 내부코일이 외부코일이 형성하는 평면의 하부에 위치함을 나타낸다. Meanwhile, the central axes of the inner coil 201 and the outer coil 202 may be different from each other, and the inner coil and the outer coil may be located on different planes. Such an example is shown in FIG. 7. In FIG. 7, FIGS. 7A and 7B show that the central axes of the inner coil and the outer coil are different from each other, FIG. 7C shows that the inner coil is located on the top of the plane formed by the outer coil, and FIG. 7D shows the inner coil. It indicates that the outer coil is located in the lower part of the plane to be formed.
도 8은 본 발명에 따른 유도결합형 대면적 플라즈마 안테나의 또 다른 바람직한 일 예인 사각형 플라즈마 안테나의 개략도를 도시한 것이다. 상기 안테나(3)는 내부코일(301)과 외부코일(302)로 구성되어 있으며, 이들은 닫혀 있지 않고, 두 개의 코일(301, 302)의 연결은 연결보조코일(303)에 의해 내부코일(301)이 형성하는 평면 및 외부코일(302)이 형성하는 평면과 떨어진 위치로 유도되어 연결코일(304)에 의해 서로 연결된다. 내부코일(301) 및 외부코일(302)은 가로 세로의 크기가 같은 정사각형의 형태나 가로 세로의 길이가 서로 다른 직사각형의 형태를 가질 수 있다. 내부코일(301)의 말단(305)은 입력단자(또는 출력단자)가 연결되며, 외부코일(302)의 말단(306)은 출력단자(또는 입력단자)가 연결된다. 따라서, 내부코일(301)에 흐르는 전류(iin) 및 외부코일(302)에 흐르는 전류(iex)는 서로 반대 방향으로 흐르게 되며, 반응기 내부에 전자기장을 인가하게 된다. 입출력 단자가 연결되는 내부 및 외부코일의 말단(305, 306)은 사각 안테나의 모서리를 벗어난 한 변의 안에 위치하며, 가능하면, 입출력 단자가 가까운 위치에서 형성되는 것이 바람직하다. 또한 내부코일(301)의 말단(305)에 연결되는 단자는, 바람직하게는, 연결코일(304)에 해당하는 높이를 확보하고 외부코일(302)의 말단(306) 상부 혹은 외부코일(302)이 닫히는 영역(점선으로 표시한 307) 위를 지나도록 한다 (308). 또한 외부코일(302)의 말단(306)과 연결되는 단자는, 바람직하게는, 연결코일(304)에 해당하는 높이를 확보하고 외부코일(302)이 만드는 안테나 영역 밖으로 연결되어야 한다(309). 상기 내부코일(301), 외부코일(302), 연결보조코일(303)과 연결코일(304)은 도체로 구성된다. 아울러 내부코일(301)과 외부코일(302)은 서로 다른 평면상에 위치할 수 있으며 내부코일(301)의 말단(305)과 외부코일(302)의 말단을 통하여 냉각수가 흐르게 된다. 내부코일(301)의 위치는 외부코일(302)의 중심 축에서 벗어날 수도 있다.8 shows a schematic diagram of a rectangular plasma antenna which is another preferred example of an inductively coupled large area plasma antenna according to the present invention. The antenna 3 is composed of an inner coil 301 and an outer coil 302, and they are not closed, and the connection of the two coils 301 and 302 is connected to the inner coil 301 by the auxiliary auxiliary coil 303. ) Is guided to a position away from the plane formed by the plane and the outer coil 302 is connected to each other by the connection coil (304). The inner coil 301 and the outer coil 302 may have a square shape having the same width and length, or a rectangle having different lengths and widths. The end 305 of the inner coil 301 is connected to an input terminal (or output terminal), and the end 306 of the outer coil 302 is connected to an output terminal (or input terminal). Accordingly, the current i in flowing in the inner coil 301 and the current i ex flowing in the outer coil 302 flow in opposite directions, and apply an electromagnetic field to the inside of the reactor. Ends 305 and 306 of the inner and outer coils to which the input / output terminals are connected are located on one side outside the corners of the square antenna, and if possible, the input / output terminals are preferably formed at a close position. In addition, the terminal connected to the end 305 of the inner coil 301, preferably, to secure the height corresponding to the connection coil 304 and the upper end or the outer coil 302 of the end 306 of the outer coil 302 It passes over this closed area (307 shown by a dotted line) (308). In addition, the terminal connected to the end 306 of the outer coil 302, preferably, should be secured to the height corresponding to the connection coil 304 and connected outside the antenna area made by the outer coil 302 (309). The inner coil 301, the outer coil 302, the connection auxiliary coil 303 and the connection coil 304 is composed of a conductor. In addition, the inner coil 301 and the outer coil 302 may be located on different planes, and the coolant flows through the end 305 of the inner coil 301 and the end of the outer coil 302. The position of the inner coil 301 may deviate from the central axis of the outer coil 302.
도 9는 본 발명에 따른 원형 대면적 플라즈마 안테나의 또 다른 바람직한 일 예를 도시한 것이다. 상기 원형 대면적 플라즈마 안테나(4)는 내부코일(401)과 외부코일(402)로 구성되어 있으며, 두 개의 코일(401, 402)은 닫혀 있으며, 두 개의 코일(401, 402)의 연결은 연결보조코일(403)에 의해 내부코일(401) 및 외부코일(402)이 형성하는 평면과 떨어진 위치로 유도되어 연결코일(404)에 의해 서로 연결된다. 내부코일 전력단자(또는 내부코일의 말단)(405)와 외부코일 전력단자(또는 외부코일의 말단)(406)는 상기 연결부(403, 404)의 정 반대편에 위치하며, 바람직하게는, 내부코일 전력단자(405)는 연결코일(404)에 해당하는 높이를 확보하고 외부코일 연결단자(406)의 상부 혹은 외부코일 연결단자(406)와 가까운 외부코일(402) 상부를 지나가도록 하며, 외부코일 연결단자(406)는 연결코일(404)에 해당하는 높이를 확보하여 연결하도록 한다, 따라서 내부코일 전력단자(405)[또는 외부코일 전력단자(406)]에 전력이 인가되면 내부코일(401)에 흐르는 전류(iin) 및 외부코일(402)에 흐르는 전류(iex)는 서로 반대 방향으로 흐르게 된다. 아울러 내부코일 전력단자(405)및 외부코일 전력단자(406)를 통하여 냉각수가 흐를 수 있다. 아울러 내부코일(401)과 외부코일(402)은 서로 다른 평면상에 위치할 수 있다. 그리고, 상기한 유도결합형 대면적 플라즈마 안테나(4)는 원형으로 도시되어 있으나, 다양한 형태로 변경될 수 있다. 예를 들면, 내부코일(401)을 가로 반경이 세로 반경보다 긴 타원형 또는 반대로 가로 반경이 세로 반경보다 짧은 타원형으로 구성할 수 있으며, 외부코일(402)도 타원형 형태로 구성할 수 있다.Figure 9 shows another preferred example of a circular large area plasma antenna according to the present invention. The circular large area plasma antenna 4 is composed of an inner coil 401 and an outer coil 402, two coils 401 and 402 are closed, and the connection of the two coils 401 and 402 is connected. The auxiliary coil 403 is guided to a position away from the plane formed by the inner coil 401 and the outer coil 402 and is connected to each other by the connecting coil 404. The inner coil power terminal (or the end of the inner coil) 405 and the outer coil power terminal (or the end of the outer coil) 406 are located opposite to the connecting portions 403 and 404, preferably, the inner coil The power terminal 405 secures the height corresponding to the connection coil 404 and passes through the upper portion of the outer coil connecting terminal 406 or the upper portion of the outer coil 402 close to the outer coil connecting terminal 406 and the outer coil. The connection terminal 406 secures the height corresponding to the connection coil 404 and connects it. Therefore, when power is applied to the internal coil power terminal 405 (or the external coil power terminal 406), the internal coil 401 is applied. The current i in flowing in and the current i ex flowing in the outer coil 402 flow in opposite directions. In addition, the coolant may flow through the inner coil power terminal 405 and the outer coil power terminal 406. In addition, the inner coil 401 and the outer coil 402 may be located on different planes. In addition, although the inductively coupled large-area plasma antenna 4 is shown in a circular shape, it may be changed in various forms. For example, the inner coil 401 may have an elliptical shape having a transverse radius greater than the longitudinal radius, or, conversely, an elliptical shape having an outer coil 402 having a shorter transverse radius than the vertical radius.
도 10은 사각형 형태의 유도결합형 대면적 플라즈마 안테나의 개략도를 도시하고 있다. 상기 사각형 형태의 유도결합형 대면적 플라즈마 안테나(5)는 내부코일(501)과 외부코일(502)로 구성되어 있으며, 두 개의 코일(501, 502)은 닫혀 있으며, 두 개의 코일(501, 502)의 연결은 연결보조코일(503)에 의해 내부코일(501) 및 외부코일(502)이 형성하는 평면과 떨어진 위치로 유도되어 연결코일(504)에 의해 서로 연결된다. 내부코일 전력 단자(또는 내부코일의 말단)(505)와 외부코일 전력단자(또는 외부코일의 말단)(506)는 상기 연결부(503, 504)의 정 반대편에 위치하며, 바람직하게는, 내부코일 전력단자(505)는, 연결코일(504)에 해당하는 높이를 확보하고 외부코일 연결단자(506)의 상부 혹은 외부코일 연결단자(506)와 가까운 외부코일(502)의 상부를 지나가도록 하며, 외부코일 연결단자(506)는 연결단자(504)에 해당하는 높이를 확보하여 연결하도록 한다, 따라서 내부코일 전력단자(505)[또는 외부코일 전력단자(506)]에 전력이 인가되면 내부코일(501)에 흐르는 전류(iin) 및 외부코일(502)에 흐르는 전류(iex)는 서로 반대 방향으로 흐르게 된다. 아울러 내부코일 전력단자(505)및 외부코일 전력단자(506)를 통하여 냉각수가 흐를 수 있다. 내부코일(501)의 형태는 가로와 세로 길이가 서로 다른 직사각형 형태를 가질 수 있으며 외부코일(502)도 직사각형의 형태를 가질 수 있다. 또한 내부코일(501)과 외부코일(502)은 서로 다른 평면상에 위치할 수 있다.10 shows a schematic diagram of a rectangular inductively coupled large area plasma antenna. The rectangular inductively coupled large area plasma antenna 5 is composed of an inner coil 501 and an outer coil 502, two coils 501 and 502 are closed, and two coils 501 and 502. ) Is guided to a position away from the plane formed by the inner coil 501 and the outer coil 502 by the connecting auxiliary coil 503 is connected to each other by the connecting coil 504. The inner coil power terminal (or the end of the inner coil) 505 and the outer coil power terminal (or the end of the outer coil) 506 are located opposite to the connecting portions 503 and 504, preferably, the inner coil The power terminal 505 secures a height corresponding to the connection coil 504 and passes the upper portion of the outer coil connecting terminal 506 or the upper portion of the outer coil 502 close to the outer coil connecting terminal 506. The external coil connection terminal 506 secures the height corresponding to the connection terminal 504 and connects it. Therefore, when power is applied to the internal coil power terminal 505 (or the external coil power terminal 506), the internal coil ( The current i in flowing in the 501 and the current i ex flowing in the outer coil 502 flow in opposite directions. In addition, the coolant may flow through the internal coil power terminal 505 and the external coil power terminal 506. The inner coil 501 may have a rectangular shape having different horizontal and vertical lengths, and the outer coil 502 may have a rectangular shape. In addition, the inner coil 501 and the outer coil 502 may be located on different planes.
상기한 유도결합형 대면적 플라즈마 안테나는 도 1에 도시한 플라즈마 발생장치를 포함하는 다양한 플라즈마 발생장치에 사용될 수 있다. 구체적으로는 플라즈마가 생성되는 챔버, 상기 챔버 내로 반응개스를 공급하는 개스 주입구, 상기 챔버 내부를 진공으로 유지하고 반응이 종결되면 반응개스를 배출하기 위한 진공펌프, 상기 챔버에 설치되는 처리하고자 하는 기판을 올려놓기 위한 기판 홀더, 안테나를 격리하는 유전체를 포함하는 플라즈마 발생장치에 사용될 수 있다. 상기 안테나에 임피던스 정합된 rf 전력원으로 부터 전력이 부가되면 안테나에 rf 파워, 즉 rf 전위와 전류가 내부코일 및 외부코일에 반대방향으로 인가되고, 플라즈마 발생장치의 내부에 균일한 분포를 갖는 전자기장을 형성하게 된다. 따라서, 균일한 분포를 갖는 플라즈마를 발생시키게 되고, 발생된 플라즈마는 다른 rf 전력원에 의해 음의 직류 바이어스 전압이 인가된 기판 홀더 쪽으로 입사되어 결과적으로 균일한 기판의 균일한 표면 처리가 가능하게 된다. 필요한 경우, 상기한 안테나는 플라즈마 발생장치의 상부가 아니라 플라즈마 발생장치의 플라즈마 발생공간 내부에 위치할 수도 있으며, 병렬로 연결하여 사용할 수도 있다.The inductively coupled large area plasma antenna may be used in various plasma generators including the plasma generator shown in FIG. 1. Specifically, a chamber in which a plasma is generated, a gas inlet for supplying a reaction gas into the chamber, a vacuum pump for maintaining a vacuum inside the chamber and discharging the reaction gas when the reaction is completed, and a substrate to be installed in the chamber. It can be used in a plasma generator including a substrate holder for placing the, a dielectric to isolate the antenna. When power is added from the impedance-matched rf power source to the antenna, rf power, ie, rf potential and current, is applied to the antenna in opposite directions to the inner coil and the outer coil, and an electromagnetic field having a uniform distribution inside the plasma generator. Will form. Therefore, a plasma having a uniform distribution is generated, and the generated plasma is incident by the other rf power source toward the substrate holder to which a negative DC bias voltage is applied, resulting in a uniform surface treatment of the uniform substrate. . If necessary, the antenna may be located inside the plasma generating space of the plasma generating device instead of the upper portion of the plasma generating device, or may be connected and used in parallel.
본 발명의 플라즈마 발생장치용 유도결합형 대면적 플라즈마 안테나는 내부와 외부코일로 구성되어 있어 전류의 방향을 서로 반대로 흐르게 하여 내부코일 및 외부코일에서 만들어지는 전자기장이 반응기 중심부에 크게 형성되는 것을 조절함으로써 발생되는 플라즈마가 공간 내에서 균일하게 형성되도록 한다. 또한 내부코일과 외부코일의 연결이 내부코일이 형성하는 평면 및 외부코일이 형성하는 평면과 동일하지 아니하는 평면상에서 이뤄지고 안테나 코일이 일체형으로 구성되어 냉각수의 흐름을 원활하게 조절할 수 있다. 또한 공진회로를 제외한 불필요한 캐패시터 혹은 인덕터를 추가적으로 연결할 필요가 없으며 구조가 매우 간단하여 제작이 쉽다는 장점이 있다.The inductively-coupled large area plasma antenna for the plasma generating apparatus of the present invention is composed of an inner and an outer coil so that the direction of current flows in opposite directions, thereby controlling the formation of an electromagnetic field generated in the inner coil and the outer coil at the center of the reactor. The generated plasma is uniformly formed in the space. In addition, the connection between the inner coil and the outer coil is made on a plane which is not the same as the plane formed by the inner coil and the plane formed by the outer coil, and the antenna coil is integrally formed to smoothly control the flow of the coolant. In addition, there is no need to additionally connect an unnecessary capacitor or inductor except for the resonance circuit, and the structure is very simple, which is easy to manufacture.
도 1은 종래 일반적으로 사용되고 있는 플라즈마 발생장치의 개략도이다. 1 is a schematic diagram of a plasma generating apparatus generally used in the prior art.
도 2는 상기한 플라즈마 발생장치에 널리 사용되어온 평면 나선형 안테나의 개략도이다.2 is a schematic diagram of a planar spiral antenna which has been widely used in the above-described plasma generator.
도 3은 대한민국 특허출원번호 제7010807/2000호에 따른 트랜스포머 결합 평형 안테나의 개략도이다.3 is a schematic diagram of a transformer coupled balanced antenna according to Korean Patent Application No. 7010807/2000.
도 4는 대한민국 특허출원번호 제14578/1998호에 따른 방사구조물 형태의 대면적 평면 안테나의 개략도이다.4 is a schematic diagram of a large area planar antenna in the form of a radiation structure according to Korean Patent Application No. 14578/1998.
도 5는 대한민국 특허출원번호 제35702/1999호는 평행형 형태로 조합된 안테나의 개략도이다.5 is a schematic view of an antenna combined in a parallel type of Korean Patent Application No. 35702/1999.
도 6 내지 도 10은 본 발명에 따른 유도결합형 대면적 플라즈마 안테나의 바람직한 구현예에 대한 개략도이다.6 to 10 are schematic diagrams of a preferred embodiment of the inductively coupled large area plasma antenna according to the present invention.
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