KR101246191B1 - 플라즈마 장치 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 플라즈마 발생 장치 및 기판 처리 장치를 제공한다. 이 플라즈마 발생 장치는 진공 용기에 형성된 복수의 관통홀들에 각각 장착되는 복수의 유전체 튜브들, 진공 용기에 배치되는 대칭성에 따라 제1 그룹 및 제2 그룹으로 분류되고 유전체 튜브들의 외측에 각각 장착되는 안테나들, 제1 그룹의 안테나에 전력을 공급하는 제1 RF 전원, 제2 그룹의 안테나에 전력을 공급하는 제2 RF 전원, 및 제1 그룹의 안테나와 제1 RF 전원 사이에 배치되어 제1 RF 전원의 전력을 제1 그룹의 안테나에 전력을 분배하는 제1 전력 분배부를 포함한다.

Description

플라즈마 장치 및 기판 처리 장치{PLASMA GENERATION APPARATUS AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 플라즈마 발생 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 복수의 안테나를 사용하는 유도 결합 플라즈마 발생 장치에 관한 것이다.
본 발명은 플라즈마 발생 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 유도 결합 플라즈마 발생 장치에 관한 것이다.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 균일한 헬리콘 또는 유도 결합 플라즈마를 형성하는 플라즈마 발생 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 진공 용기에 형성된 복수의 관통홀들에 각각 장착되는 복수의 유전체 튜브들; 상기 진공 용기에 배치되는 대칭성에 따라 제1 그룹 및 제2 그룹으로 분류되고 상기 유전체 튜브들의 외측에 각각 장착되는 안테나들; 상기 제1 그룹의 안테나에 전력을 공급하는 제1 RF 전원;상기 제2 그룹의 안테나에 전력을 공급하는 제2 RF 전원; 및 상기 제1 그룹의 안테나와 상기 제1 RF 전원 사이에 배치되어 상기 제1 RF 전원의 전력을 상기 제1 그룹의 안테나에 전력을 분배하는 제1 전력 분배부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전력 분배부는 제1 전력 분배 라인; 및 상기 제1 전력 분배 라인을 감싸고 접지되는 제1 도전성 외피를 포함하고, 상기 제1 전력 분배부의 입력단과 상기 제1 그룹의 안테나 사이의 거리는 동일할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 RF 전원과 상기 제2 그룹의 안테나 사이에 배치되는 상기 제2 전력 분배부를 더 포함하고, 상기 제2 전력 분배부는:
제2 전력 분배 라인; 및 상기 제2 전력 분배 라인을 감싸고 접지되는 제2 도전성 외피를 포함하고, 상기 제2 전력 분배부의 입력단과 상기 제2 그룹의 안테나 사이의 거리는 동일할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유전체 튜브들의 길이 방향으로 이격되어 배치되는 토로이드 형태의 영구 자석들을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 영구 자석들의 전부 또는 일부를 고정하고 상기 영구 자석들이 배치되는 평면을 이동시키는 이동부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 이동부는 상기 진공 용기에 고정 결합하고 상기 유전체 튜브들이 배치된 평면에 수직하게 연장되는 적어도 하나의 지지 기둥; 및 상기 영구 자석들이 장착되고 상기 지지 기둥에 삽입되어 상기 지지 기둥을 따라 이동 가능한 영구 자석 고정판을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 그룹의 안테나들은 상기 진공 용기의 원형의 상판의 중심을 기준으로 일정한 반경의 원주의 주위에 대칭적으로 되고,상기 제2 그룹의 안테나는 상기 상판의 중심에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전력 분배부는 상기 제1 RF 전원으로터 전력을 공급받는 동축 케이블 형태의 입력 브랜치; 상기 입력 브랜치와 연결되고 3 갈래로 갈라지는 동축 케이블 형태의 3 웨이(way) 브랜치; 및 상기 3 웨이 브랜치에 연결되어 2 갈래로 갈라지는 동축 케이블 형태의 T 브랜치들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 안테나들을 고정하고 상기 상판에 고정되는 고정판들; 및 상기 고정판과 상기 T 브랜치들의 외측 도선을 연결하는 접지 라인을 더 포함하고, 상기 고정판들의 일단은 상기 안테나들을 통하여 상기 T 브랜치들의 내측 도선에 연결되고, 상기 고정판들의 타단은 상기 접지 라인에 연결되고, 상기 접지 라인의 길이는 모든 안테나들에 대하여 동일할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유전체 튜브들의 일단에 각각 장착되는 금속 뚜껑들을 더 포함하고, 상기 유전체 듀브들의 길이(L/2=π/kz)은
Figure 112011080177166-pat00001
조건을 만족하고, R은 상기 유전체 튜브들의 반경이고, B0는 상기 유전체 튜브들의 중심에서 자속 밀도의 세기이고, μ0는 투자율이이고, ω는 각주파수이고, n0은 플라즈마의 밀도일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 RF 전원의 구동 주파수는 상기 제2 RF 전원의 구동 주파수와 서로 다를 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 안테나들은 상기 진공 용기의 사각형의 상판에 매트릭스 형태로 배치되고, 상기 제1 그룹의 안테나는 외곽을 따라 배치되고, 상기 제2 그룹의 안테나는 상기 제1 그룹의 안테나로 둘러싸이도록 내측에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 그룹의 안테나와 상기 제2 RF 전원 사이에 배치되어, 상기 제2 RF 전원의 전력은 상기 제2 그룹의 안테나에 분배하는 제2 전력 분배부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 진공 용기에 형성된 복수의 관통홀들에 각각 장착되는 복수의 유전체 튜브들; 상기 진공 용기에 배치되는 대칭성에 따라 제1 그룹 및 제2 그룹으로 분류되고 상기 유전체 튜브들의 외측에 각각 장착되는 안테나들; 상기 제1 그룹의 안테나에 전력을 공급하는 제1 RF 전원;
상기 제2 그룹의 안테나에 전력을 공급하는 제2 RF 전원; 및 상기 제1 그룹의 안테나와 상기 제1 RF 전원 사이에 배치되어 상기 제1 RF 전원의 전력을 상기 제1 그룹의 안테나에 전력을 분배하는 제1 전력 분배부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 관통홀들의 하부에 배치된 그리드들을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 헬리콘 플라즈마를 공간적으로 균일하게 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 유전체 튜브들의 배치관계를 설명하는 평면도이다.
도 3은 도 1의 플라즈마 발생 장치를 설명하는 개념도이다.
도 4는 도 1의 플라즈마 발생 장치를 설명하는 회로도이다.
도 5는 도 1의 유전체 튜브들를 설명하는 도면이다.
도 6a은 도 1의 전력 분배부를 설명하는 사시도이다.
도 6b는 도 6a의 I-I'선을 따라 자른 단면도이다.
도 6c는 도 6a의 II-II'선을 따라 자른 단면도이다.
도 6d는 도 6a의 III-III'선을 따라 자른 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 평면도이다.
도 8은 도 7의 플라즈마 발생 장치의 회로도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 도면이다.
대면적 플라즈마를 형성하기 위하여, 하나의 전원은 병렬 연결된 복수의 안테나들에 전력을 공급할 수 있다. 전력 분배부는 안테나들과 전원 사이에 배치되어 각 안테나들에 동일한 전력을 공급할 수 있다.
예를 들어, 진공 용기의 원형 상판에 7 개의 안테나들이 배치되고, 하나는 상판의 중심에 배치되고, 나머지 6 개는 상기 중심을 기준으로 하는 소정의 원주 상에 대칭적으로 배치될 수 있다. 상기 7 개의 안테나들은 상기 전력 분배부를 통하여 하나의 전원에 연결될 수 있다.
그러나, 안테나들이 플라즈마를 형성하는 경우, 대칭성을 가진 원주 상의 안테나들의 임피던스와 중심의 안테나의 임피던스는 서로 다르게 된다. 따라서, 일부의 안테나들에 전력이 집중되어 균일한 플라즈마가 형성될 수 없다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치에서는 안테나들의 배치 대칭성에 따라 안테나들은 복수의 안테나 그룹으로 분류되고, 각 안테나 그룹은 서로 다른 전원에 연결되어 안테나 그룹 간에 독립적인 전력을 공급될 수 있다.
또한, 전력 분배부는 각 안테나 그룹 내의 모든 안테나들에 동일한 길이를 가지는 동축 케이블 형태를 가진다. 따라서, 각 안테나 그룹 내의 모든 안테나들은 동일한 조건에서 동작될 수 있다.
유도 결합 플라즈마 장치는 통상적으로 수십 밀리토르(mTorr) 이상에서 고밀도 플라즈마를 생성한다. 하지만, 상기 유도 결합 플라즈마 장치는 수 밀리토르(mTorr)의 저압에서 고밀도 플라즈마를 생성하기 어렵다. 따라서, 하나의 진공 용기 내에서 저압 공정 및 고압 공정은 연속적으로 수행될 수 없었다.
반도체 소자의 집적도가 높아지면서, 산화막의 증착 속도를 조절하고 고순도의 산화막을 증착할 수 있는 낮은 압력(수 mtorr)에서 높은 밀도를 가지는 플라즈마 발생 장치가 필요하다.
그러나, 통상적인 유도 결합 플라즈마의 경우, 낮은 압력(수 mtorr)에서는 플라즈마 발생이 어렵다. 따라서, 낮은 압력에서 플라즈마 발생이 가능하면서 높은 밀도를 가지는 영구자석을 사용하는 헬리콘 플라즈마가 사용될 수 있다. 낮은 압력에서 높은 밀도의 플라즈마를 가지게 되면 주입된 가스(예를 들어, O2)를 가스를 최대한 많이 해리시켜 고순도의 산화막이 형성될 수 있다. 넓은 압력 범위를 가지는 플라즈마 발생 장치는 낮은 압력에서 플라즈마를 발생시켜 고순도의 산화막을 균일하게 증착 시킨 후, 높은 압력에서 산화막을 증착하여 산화막 형태(토폴리지)의 특성을 조절할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 유전체 튜브들의 배치관계를 설명하는 평면도이다.
도 3은 도 1의 플라즈마 발생 장치를 설명하는 개념도이다.
도 4는 도 1의 플라즈마 발생 장치를 설명하는 회로도이다.
도 5는 도 1의 유전체 튜브들를 설명하는 도면이다.
도 6a은 도 1의 전력 분배부를 설명하는 사시도이다.
도 6b는 도 6a의 I-I'선을 따라 자른 단면도이다.
도 6c는 도 6a의 II-II'선을 따라 자른 단면도이다.
도 6d는 도 6a의 III-III'선을 따라 자른 단면도이다.
도 1 내지 도 5, 및 도 6a 내지 도 6d를 참조하면, 기판 처리 장치(100)는 진공 용기(152)에 형성된 복수의 관통홀들(111a~111f,121)에 각각 장착되는 복수의 유전체 튜브들(112a~112f,122), 상기 진공 용기(152)에 배치되는 대칭성에 따라 제1 그룹(116) 및 제2 그룹(216)으로 분류되고 상기 유전체 튜브들(112a~112f,122)의 외측에 각각 장착되는 안테나들(116a~116f,216), 상기 제1 그룹(116)의 안테나에 전력을 공급하는 제1 RF 전원(162), 상기 제2 그룹(216)의 안테나에 전력을 공급하는 제2 RF 전원(164), 및 상기 제1 그룹(116)의 안테나와 상기 제1 RF 전원(162) 사이에 배치되어 상기 제1 RF 전원(162)의 전력을 상기 제1 그룹(116)의 안테나에 전력을 분배하는 제1 전력 분배부(122)를 포함할 수 있다.
상기 진공 용기(152)는 원통 형상 또는 삭각통 형상을 가질 수 있다. 상기 진공 용기(152)는 가스를 공급하는 가스 공급부 및 가스를 배출하는 배기부를 포함할 수 있다. 상기 진공 용기(152)는 기판 홀더(154) 및 상기 기판 홀더(154)로 상에 장착되는 기판(156)을 포함할 수 있다. 상기 진공 용기(152)는 상판(153)을 포함할 수 있다. 상기 상판(153)은 상기 진공 용기(152)의 뚜껑일 수 있다. 상기 상판(153)은 금속 또는 금속 합금으로 형성될 수 있다. 상기 상판은 x-y 평면에 배치될 수 있다.
상기 상판(153)에는 복수 개의 관통홀들(111a~111f,121)을 포함할 수 있다. 상기 관통홀들(111a~111f,121) 상에 각각 유전체 튜브들(112a~112f,122)이 배치되고, 상기 유전체 튜브들(112a~112f,122)의 진공 상태는 상기 관통홀의 상부 근처에 형성된 오링에 의하여 유지될 수 있다. 상기 유전체 튜브들(112a~112f,122)은 뚜껑이 없는 벨자(bell-jar) 형태일 수 있다. 상기 유전체 튜브들(112a~112f,122)은 와셔 형태의 지지부와 원통 형상의 실린더부를 포함할 수 있다.
상기 유전체 튜브(112a~112f,122)는 유리, 쿼츠, 알루미나, 사파이어, 또는 세라믹으로 형성될 수 있다. 상기 유전체 튜브들(112a~112f,122)의 일단은 상기 진공 용기(152)의 관통홀에 연결되고, 상기 유전체 튜브들(112a~112f,122)의 타단은 금속 뚜껑(114a~114f,214)에 연결될 수 있다. 상기 금속 뚜껑(114a~114f,214)은 가스를 유입하기 위한 가스 유입부(115)를 포함할 수 있다. 상기 금속 뚜껑(114a~114f,214)은 헬리콘 파를 반사시켜 보강 간섭을 일으킬 수 있다. 상기 유전체 튜브(112a~112f,122)의 길이는 수 센치 미터 내지 수십 센치 미터일 수 있다. 상기 유전체 튜브(112a~112f,122)의 길이는 유전체 튜브의 반경(R), 상기 유전체 튜브에서의 자속밀도의 세기(B0), 플라즈마 밀도(n0), 및 안테나의 주파수(f)에 의하여 결정될 수 있다.
반경이 R인 경우, 상기 유전체 튜브 내의 플라즈마가 균일하다고 가정한 경우, m=0인 헬리콘 모드에 대하여 상기 유전체 튜브(112a~112f,122)의 벽에서의 라디알 전류 밀도(radial current density)는 영이 된다. 상기 유전체 튜브(112a~112f,122)의 길이(L/2=π/kz)는 헬리콘 웨이브의 반파장에 해당되고 다음과 같이 주어진다. kz는 헬리콘 웨이브의 파수(wave number)이다.
Figure 112011080177166-pat00002
여기서, e는 전자의 전하량이고, B0는 자속 밀도의 세기이고, μ0는 투자율이이고, ω는 각주파수이고, n0은 플라즈마의 밀도이다. 주파수(f)가 13.56 Mhz이고, B0는 90 Gauss이고, n0가 4x 1012 cm- 3 인 경우, L은 11.3 cm일 수 있다.
안테나들(116a~116f,216)은 기하학적 대칭성을 기준으로 제1 그룹(116)과 제2 그룹(216)으로 분류될 수 있다. 제1 그룹(116)의 안테나는 동일한 구조일 수 있다. 상기 제2 그룹(216)의 안테나는 동일한 구조일 수 있다. 상기 안테나들(116a~116f,216)은 원통 형상 또는 사각통 형상의 도전성 파이프일 수 있다. 상기 안테나들(116a~116f,216)의 내부에 냉매가 흐를 수 있다.
상기 제1 그룹의 안테나들(116a~116f)은 상기 상판(153)의 중심을 기준으로 일정한 반경의 원주의 주위에 대칭적으로 될 수 있다. 상기 제2 그룹의 안테나(216)는 상기 상판(153)의 중심에 배치될 수 있다. 상기 제1 그룹의 안테나들(116a~116f)은 6개일 수 있다. 또한, 상기 제2 그룹의 안테나(216)는 한 개일 수 있다. 상기 안테나들(116a~116f, 216)은 3 턴(turn)의 안테나일 수 있다. 상기 안테나들(116a~116f, 216)은 영구 자석들(132a~132g)과 결합하여 수 밀리 토르의 저압에서 헬리콘 플라즈마를 형성할 수 있다. 상기 진공 용기(152)의 압력이 수십 밀리토르 이상인 경우, 영구 자석들에 관계없이 유도 결합 플라즈마가 형성될 수 있다.
상기 제1 RF 전원(162)은 제1 주파수의 정현파를 출력할 수 있다. 상기 제1 RF 전원(162)의 전력은 제1 임피던스 매칭 네트워크(163)를 통하여 제1 전력 분배부(122)에 제공될 수 있다. 상기 제1 RF 전원(162)의 주파수는 수백 kHz 내지 수백 MHz 일 수 있다.
제1 전력 분배부(122)는 상기 제1 임피던 매칭 네트워크(163)를 통하여 공급받은 전력을 병렬 연결된 제1 그룹의 안테나들(116a~116f)에게 분배할 수 있다. 상기 제1 전력 분배부(122)는 제1 전력 분배 라인(122c), 및 상기 제1 전력 분배 라인(122c)을 감싸고 접지되는 제1 도전성 외피(122a)를 포함할 수 있다. 상기 제1 전력 분배부(122)의 입력단(N1)과 상기 제1 그룹의 안테나들(116a~116f) 사이의 거리는 동일할 수 있다. 제1 절연부는 상기 제1 전력 분배라인(122c)과 상기 제1 도전성 외피(122a) 사이에 개재될 수 있다.
상기 제1 전력 분배부(122)는 상기 제1 RF 전원(162)으로터 전력을 공급받는 동축 케이블 형태의 입력 브랜치(123), 상기 입력 브랜치(123)와 연결되고 3 갈래로 갈라지는 동축 케이블 형태의 3 웨이(way) 브랜치(124), 및 상기 3 웨이 브랜치(124)에 연결되어 2 갈래로 갈라지는 동축 케이블 형태의 T 브랜치들(125)을 포함할 수 있다.
상기 입력 브랜치(123)는 원통 형상일 수 있다. 상기 입력 브랜치(123)는 통축 케이블를 구조를 가지고 있다. 상기 입력 브랜치(123)는 원통형의 내부 도전체(123c), 내부 도전체를 감싸는 원통형의 절연체(123b), 및 절연체를 감싸는 원통형의 외부 도전체(123a)를 포함할 수 있다. 상기 내부 도전체(123c)에는 냉매가 흐를 수 있다.
상기 입력 브랜치(123)의 일단은 상기 제1 임피던스 매칭 네트워크(163)에 연결되고, 상기 입력 브랜치(123)의 타단은 120도 간격으로 갈라진 상기 3 웨이(way) 브랜치(124)에 연결될 수 있다. 상기 3 웨이(way) 브랜치(124)는 축을 따라 절단된 사각통 형상일 수 있다. 상기 3 웨이(way) 브랜치(124)는 상기 상판에 z축 방향으로 이격된 xy 평면에 배치될 수 있다. 상기 3 웨이(way) 브랜치(124)는 통축 케이블 구조를 가질 수 있다. 상기 3 웨이(way) 브랜치(124)는 원통형의 내부 도전체(124c), 내부 도전체를 감싸는 절단된 사각통의 절연체(124b), 및 절연체를 감싸는 절단된 사각통 형상의 외부 도전체(124a)를 포함할 수 있다. 상기 입력 브랜치(123)의 내부 도전체(123c)를 통하여 공급된 냉매는 상기 3 웨이(way) 브랜치(124)의 내부 도전체(124c) 내부로 흐를 수 있다.
T 브랜치들(125)은 상기 3 웨이(way) 브랜치(124)에 연결되어 전력을 2 갈래로 분배할 수 있다. 상기 T 브랜치들(125)는 절단된 사각통 형상일 수 있다. 상기 T 브랜치들(125)은 통축 케이블 구조를 가질 수 있다. 상기 T 브랜치들(125)은 원통 형상의 내부 도전체(125c), 내부 도전체를 감싸는 절연체(125b), 및 절연체를 감싸는 외부 도전체(125a)를 포함할 수 있다. 상기 내부 도전체(125c) 내부로 냉매가 흐를 수 있다. 상기 T 브랜치들(125)은 동일한 길이의 팔을 가질 수 있다.
상기 T 브랜치들(125) 각각은 한 쌍의 안테나(116a,116b)에 전력을 공급할 수 있다. 상기 T 브랜치들(125)은 동일한 형상일 수 있다. 상기 내부 도전체(125c)는 상기 안테나(116a,116b)와 연속적으로 연결되어 전력 및 냉매를 동시에 공급할 수 있다. 상기 3 웨이 브랜치(125)의 내부 도전체(125c)를 통하여 공급된 냉매는 상기 T 브랜치(125)의 내부 도전체(125c) 내부로 흐를 수 있다.
고정판들(113)은 상기 안테나들(116a~116f, 216)을 고정하고 상기 상판(153)에 고정될 수 있다. 상기 고정판들(113)의 일단은 상기 안테나들(116a~116f, 216)의 일단에 연결되어 접지될 수 있다. 상기 고정판들(113)의 타단은 접지 라인(119)의 일단에 연결되어 접지될 수 있다.
상기 접지 라인(119)은 상기 고정판(113)과 상기 T 브랜치(125)의 외부 도전체(125a)에 연결할 수 있다. 상기 접지 라인(119)의 일단은 상기 고정판(113)의 타단에 연결되고, 상기 접지 라인(119)의 타단은 상기 T 브랜치(125)의 외부 도전체(125a)에 연결될 수 있다. 상기 접지 라인(119)의 길이는 제1 그룹의 안테나들(116a~116f)에 대하여 동일할 수 있다. 이에 따라, 제1 그룹의 안테나들((116a~116f))은 모두 동일한 임피던스를 가질 수 있다.
가스 분배부(172)는 유전체 튜브들에 가스를 공급할 수 있다. 상기 가스 분배부는 하나의 제1 전력 분배부(122)와 유사한 구조를 가지고 가스를 유전체 튜브들에 균등하게 분배할 수 있다. 상기 가스 분배부는 금속 뚜껑(214)에 형성될 수 있다. 상기 가스 분배부는 금속 투껑들(114a~114f)에 동일한 길이를 가지도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 가스 분배부(172)는 제2 그룹의 금속 투껑(214)에서 3 갈래로 분기되고, 다시 T 자로 분기되어 제1 그롭의 금속 투껑(114a~114f)에 연결될 수 있다.
제2 RF 전원(164)은 제2 그룹(216)의 안테나에 전력을 공급할 수 있다. 상기 제1 RF 전원(162)과 제2 RF 전원(164)의 간섭을 최소화하기 위하여, 상기 제1 RF 전원(162)의 제1 주파수는 상기 제2 RF 전원(164)의 제2 주파수와 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 주파수는 13.56 Mhz이고, 제2 주파수는 12Mhz일 수 있다.
상기 제2 RF 전원(164)은 제2 임피던스 매칭 네트워크(165)를 통하여 제2 그룹의 안테나(216)에 직접 연결될 수 있다.
영구자석(132a~132g)은 도넛 형상 또는 토로이드 형상일 수 있다. 상기 영구 자석(132a~132g)의 단면은 사각형 또는 원형일 수 있다. 상기 영구 자석의 자화 방향은 상기 영구 자석이 배치된 평면에 수직할 수 있다.
상기 영구 자석(132a~132g)은 영구 자석 고정판(141)에 삽입될 수 있다. 상기 영구 자석은 상기 안테나의 중심에서 z 축 방향으로 이격되어 배치될 수 있다.
이동부(140)는 상기 상판(153)에 고정 결합할 수 있다. 상기 이동부(140)는 상기 유전체 튜브들이 배치된 평면(xy 평면)에 수직하게 연장되는 적어도 하나의 지지 기둥(142)을 포함할 수 있다. 상기 영구 자석 고정판(141)은 상기 지지 기둥(142)에 삽입되어 상기 지지 기둥(142)을 따라 이동할 수 있다. 상기 영구 자석 고정판(141)의 중심에는 관통홀(143)이 배치될 수 있다. 상기 입력 브랜치(123)는 상기 관통홀(143)을 관통하여 상기 제1 임피던스 매칭 네트워크(163)에 연결될 수 있다.
상기 영구 자석 고정판(141)은 상기 영구 자석(132a~132g)을 고정하는 수단일 수 있다. 상기 영구 자석(132a~132g)은 상기 안테나들에 z축 방향으로 정렬되어 배치될 수 있다. 상기 영구 자석(132a~132g)은 상기 영구 자석 고정판(141)에 삽입되어 고정될 수 있다. 상기 이동부(140)는 유전체 튜브에서의 자속 밀도(B0)의 세기를 조절하여 헬리콘 모드를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 주어진 조건(L, ω, R)에 대하여, 자속 밀도(B0)에 대한 플라즈마 밀도(n0)의 비(B0/n0)이 일정하도록 이동부(140)는 이동할 수 있다. 이에 따라, 균일한 플라즈마가 생성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 평면도이다.
도 8은 도 7의 플라즈마 발생 장치의 회로도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 플라즈마 발생 장치(400)는 진공 용기(453)에 형성된 복수의 관통홀들에 각각 장착되는 복수의 유전체 튜브들(312a~312l, 412a~412d), 상기 진공 용기(453)에 배치되는 대칭성에 따라 제1 그룹(316) 및 제2 그룹(416)으로 분류되고 상기 유전체 튜브들(312a~312l,412a~412d)의 외측에 각각 장착되는 안테나들(316a~316l, 416a~416d), 상기 제1 그룹(316)의 안테나에 전력을 공급하는 제1 RF 전원(162), 상기 제2 그룹(416)의 안테나에 전력을 공급하는 제2 RF 전원(164), 및 상기 제1 그룹(316)의 안테나와 상기 제1 RF 전원(162) 사이에 배치되어 상기 제1 RF 전원(162)의 전력을 상기 제1 그룹(316)의 안테나에 전력을 분배하는 제1 전력 분배부(322)를 포함한다.
상기 안테나들(316a~316l,416a~416d)은 상기 진공 용기(453)의 사각형의 상판에 4 x 4 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 상기 제1 그룹(316)의 안테나는 외곽을 따라 배치될 수 있다. 상기 제2 그룹(416)의 안테나는 상기 제1 그룹(316)의 안테나로 둘러싸이도록 내측에 배치될 수 있다.
상기 제1 전력 분배부(322)는 제1 전력 분배 라인(322c), 및 상기 제1 전력 분배 라인을 감싸고 접지되는 제1 도전성 외피(322a)를 포함할 수 있다. 상기 제1 전력 분배부(322)의 입력단(N1)과 상기 제1 그룹(316)의 안테나 사이의 거리는 동일할 수 있다.
상기 제2 전력 분배부(422)는 상기 제2 RF 전원(164)과 상기 제2 그룹(416)의 안테나 사이에 배치될 수 있다. 상기 제2 전력 분배부(422)는 제2 전력 분배 라인(422c), 및 상기 제2 전력 분배 라인을 감싸고 접지되는 제2 도전성 외피(422a)를 포함할 수 있다. 상기 제2 전력 분배부(422)의 입력단(N2)과 상기 제2 그룹(416)의 안테나 사이의 거리는 동일할 수 있다.
상기 안테나들(316a~316l,416a~416d)은 접지 라인을 통하여 상기 진공 용기(453)에 접지될 수 있다.
영구 자석은 상기 안테나들(316a~316l,416a~416d) 상에 배치될 수 있다. 이동부는 상기 영구 자석과 상기 안테나들(316a~316l,416a~416d) 사이의 거리를 조절할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 도면이다. 도 1에서 설명한 것과 중복되는 설명은 생략한다.
도 9를 참조하면, 플라즈마 발생 장치(100a)는 진공 용기(152)에 형성된 복수의 관통홀들(111a~111f,121)에 각각 장착되는 복수의 유전체 튜브들(112a~112f,122), 상기 진공 용기(152)에 배치되는 대칭성에 따라 제1 그룹(116) 및 제2 그룹(216)으로 분류되고 상기 유전체 튜브들(112a~112f,122)의 외측에 각각 장착되는 안테나들(116a~116f,216), 상기 제1 그룹(116)의 안테나에 전력을 공급하는 제1 RF 전원(162), 상기 제2 그룹(216)의 안테나에 전력을 공급하는 제2 RF 전원(164), 및 상기 제1 그룹(116)의 안테나와 상기 제1 RF 전원(162) 사이에 배치되어 상기 제1 RF 전원(162)의 전력을 상기 제1 그룹(116)의 안테나에 전력을 분배하는 제1 전력 분배부(122)를 포함할 수 있다.
가스 분배부(172)는 유전체 튜브들에 가스를 공급할 수 있다. 상기 가스 분배부는 금속 뚜껑(214)에 형성될 수 있다. 상기 가스 분배부는 제1 그룹의 안테나들(116a~116f)이 설치된 유전체 튜브들(112a~112f)에 상기 동일한 길이를 가지도록 형성될 수 있다.
영구 자석들은 제1 그룹의 안테나에 대응하는 제1 그룹의 영구 자석과 제2 그룹의 안테나에 대응하는 제2 그룹의 영구 자석으로 분류될 수 있다. 이동부는 제1 이동부 및 제2 이동부를 포함할 수 있다. 제1 이동부는 제1 지지 기둥과 제1 그룹의 영구자석을 고정하는 제1 영구 자석 고정판을 포함할 수 있다. 제1 영구 자석 고정판은 상기 제1 지지 기둥을 따라 z축으로 이동할 수 있다. 제2 이동부는 제2 지지 기둥과 제2 그룹의 영구 자석을 고정하는 제2 영구 자석 고정판을 포함할 수 있다. 제2 영구 자석 고정판은 상기 제2 지지 기둥에 따라 z축으로 이동할 수 있다.
그리드(Grid)들이 각각 상기 관통홀의 하부에 배치될 수 있다. 상기 그리드들은 도전성 물질로 형성될 수 있다. 이에 따라, 유전체 튜브 내에서 방전된 플라즈마는 상기 유전체 튜브 내부에 한정될 수 있다. 이에 따라, 기판은 플라즈마에 직접 노출되지 않고 처리될 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
100: 플라즈마 발생 장치
152: 진공 용기
111a~111f,121: 관통홀들
112a~112f,122: 유전체 튜브들
116: 제1 그룹
216: 제2 그룹
162: 제1 RF 전원
122: 제1 전력 분배부
164: 제2 RF 전원

Claims (15)

  1. 진공 용기에 형성된 복수의 관통홀들에 각각 장착되는 복수의 유전체 튜브들;
    상기 진공 용기에 배치되는 대칭성에 따라 제1 그룹 및 제2 그룹으로 분류되고 상기 유전체 튜브들의 외측에 각각 장착되는 안테나들;
    상기 제1 그룹의 안테나에 전력을 공급하는 제1 RF 전원;
    상기 제2 그룹의 안테나에 전력을 공급하는 제2 RF 전원; 및
    상기 제1 그룹의 안테나와 상기 제1 RF 전원 사이에 배치되어 상기 제1 RF 전원의 전력을 상기 제1 그룹의 안테나에 분배하는 제1 전력 분배부를 포함하고,
    상기 제1 그룹의 안테나들은 상기 진공 용기의 상판의 중심을 기준으로 일정한 반경의 원주의 주위에 대칭적으로 되고,
    상기 제2 그룹의 안테나는 상기 상판의 중심에 배치되고,
    상기 제1 전력 분배부는:
    제1 전력 분배 라인; 및
    상기 제1 전력 분배 라인을 감싸고 접지되는 제1 도전성 외피를 포함하고,
    상기 제1 그룹의 안테나의 일단은 상기 제1 전력 분배라인의 일단에 연결되고, 상기 제1 그룹의 안테나의 타단은 상기 제1 도전성 외피의 일단에 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전력 분배부의 입력단과 상기 제1 그룹의 안테나 사이의 거리는 동일한 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 RF 전원과 상기 제2 그룹의 안테나 사이에 배치되는 상기 제2 전력 분배부를 더 포함하고,
    상기 제2 전력 분배부는:
    제2 전력 분배 라인; 및
    상기 제2 전력 분배 라인을 감싸고 접지되는 제2 도전성 외피를 포함하고,
    상기 제2 전력 분배부의 입력단과 상기 제2 그룹의 안테나 사이의 거리는 동일한 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 유전체 튜브들의 길이 방향으로 이격되어 배치되는 토로이드 형태의 영구 자석들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 영구 자석들의 전부 또는 일부를 고정하고 상기 영구 자석들이 배치되는 평면을 이동시키는 이동부를 더 포함하고,
    상기 이동부는 주어진 조건(L,ω,R)에 대하여, 자속밀도(B0)에 대한 플라즈마 밀도(n0)의 비(B0/n0)가 일정하도록 이동시키고,
    B0는 상기 유전체 튜브들의 중심에서 자속 밀도의 세기이고, R은 유전체 튜브의 반경이고, 유전체 튜브의 길이는 L/2이고, ω는 상기 제1 RF 전원의 각주파수이고, n0은 플라즈마의 밀도인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 이동부는:
    상기 진공 용기에 고정 결합하고 상기 유전체 튜브들이 배치된 평면에 수직하게 연장되는 적어도 하나의 지지 기둥; 및
    상기 영구 자석들이 장착되고 상기 지지 기둥에 삽입되어 상기 지지 기둥을 따라 이동 가능한 영구 자석 고정판을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 유전체 튜브들의 일단에 각각 장착되는 금속 뚜껑들; 및
    상기 유전체 튜브들에 가스를 공급하는 가스 분배부를 더 포함하고,
    상기 가스 분배부는 상기 원주의 주위에 대칭적으로 배치되는 상기 유전체 튜브들에 동일한 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전력 분배부는:
    상기 제1 RF 전원으로터 전력을 공급받는 동축 케이블 형태의 입력 브랜치;
    상기 입력 브랜치와 연결되고 3 갈래로 갈라지는 동축 케이블 형태의 3 웨이(way) 브랜치; 및
    상기 3 웨이 브랜치에 연결되어 2 갈래로 갈라지는 동축 케이블 형태의 T 브랜치들을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 안테나들을 고정하고 상기 상판에 고정되는 고정판들; 및
    상기 고정판과 상기 T 브랜치들의 외측 도선을 연결하는 접지 라인을 더 포함하고,
    상기 고정판들의 일단은 상기 안테나들을 통하여 상기 T 브랜치들의 내측 도선에 연결되고, 상기 고정판들의 타단은 상기 접지 라인에 연결되고,
    상기 접지 라인의 길이는 모든 안테나들에 대하여 동일한 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 유전체 튜브들의 일단에 각각 장착되는 금속 뚜껑들을 더 포함하고,
    상기 유전체 튜브들의 길이(L/2=π/kz)은
    Figure 112012103588901-pat00003

    조건을 만족하고,
    R은 상기 유전체 튜브들의 반경이고,
    B0는 상기 유전체 튜브들의 중심에서 자속 밀도의 세기이고, μ0는 투자율이이고, ω는 상기 제1 RF 전원의 각주파수이고, n0은 플라즈마의 밀도이고,
    kz는 헬리콘 웨이브의 파수(wave number)이고,
    상기 유전체 튜브들의 길이는 L/2 이고,
    e는 전자의 전하량인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 RF 전원의 구동 주파수는 상기 제2 RF 전원의 구동 주파수와 서로 다른 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 입력 브렌치는 원통 형상이고, 상기 3 웨이 브랜치는 사각형 형상이고, 상기 T 브랜치는 사각형 형상이고,
    상기 제1 전력 분배 라인은 파이프 형상이고, 그 내부에 냉매가 흐르고, 상기 냉매는 상기 제1 룹의 안테나들에 제공되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  13. 진공 용기에 형성된 복수의 관통홀들에 각각 장착되는 복수의 유전체 튜브들;
    상기 진공 용기에 배치되는 대칭성에 따라 제1 그룹 및 제2 그룹으로 분류되고 상기 유전체 튜브들의 외측에 각각 장착되는 안테나들;
    상기 제1 그룹의 안테나에 전력을 공급하는 제1 RF 전원;
    상기 제2 그룹의 안테나에 전력을 공급하는 제2 RF 전원; 및
    상기 제1 그룹의 안테나와 상기 제1 RF 전원 사이에 배치되어 상기 제1 RF 전원의 전력을 상기 제1 그룹의 안테나에 분배하는 제1 전력 분배부를 포함하고,
    상기 안테나들은 상기 진공 용기의 사각형의 상판에 매트릭스 형태로 배치되고,
    상기 제1 그룹의 안테나는 외곽을 따라 배치되고,
    상기 제2 그룹의 안테나는 상기 제1 그룹의 안테나로 둘러싸이도록 내측에 배치되고,
    상기 제1 전력 분배부는:
    제1 전력 분배 라인; 및
    상기 제1 전력 분배 라인을 감싸고 접지되는 제1 도전성 외피를 포함하고,
    상기 제1 그룹의 안테나의 일단은 상기 제1 전력 분배라인의 일단에 연결되고, 상기 제1 그룹의 안테나의 타단은 상기 제1 도전성 외피의 일단에 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제2 그룹의 안테나와 상기 제2 RF 전원 사이에 배치되어, 상기 제2 RF 전원의 전력은 상기 제2 그룹의 안테나에 분배하는 제2 전력 분배부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  15. 제 1항 또는 제13항에 있어서,
    상기 관통홀들의 하부에 배치된 그리드들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
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