KR101310753B1 - Inductive antenna - Google Patents

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KR101310753B1
KR101310753B1 KR1020120043578A KR20120043578A KR101310753B1 KR 101310753 B1 KR101310753 B1 KR 101310753B1 KR 1020120043578 A KR1020120043578 A KR 1020120043578A KR 20120043578 A KR20120043578 A KR 20120043578A KR 101310753 B1 KR101310753 B1 KR 101310753B1
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KR1020120043578A
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유신재
김정형
성대진
신용현
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한국표준과학연구원
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Abstract

PURPOSE: An inductive antenna is provided to improve power transfer efficiency about plasma by generating inductively coupled plasma. CONSTITUTION: A conductive antenna (130) comprises a first power supply line (131), a second power supply line (132), a core antenna (133), ground outer skins (134), insulation jackets (135) and conductive bridges (136). The first power supply line includes a first core conductive line, a first dielectric body inner skin covering the first core conductive line and a first conductive outer skin covering the first dielectric body inner skin and has a coaxial cable structure. The second power supply line includes a second conductive line, a second dielectric body inner skin covering the second core conductive line and a second conductive outer skin covering the second dielectric body inner skin and has a coaxial cable structure. The core antenna is connected to the first center core conductive line and the second core conductive line and forms a loop. The multiple ground outer skins cover a part of the core antenna and are arranged to be separated from each other. The insulation jackets are arranged between the core antenna and the ground outer skins and cover the core antenna. The conductive bridges connect the ground outer skins which are adjacent to each other.

Description

유도 안테나{Inductive Antenna}Inductive Antenna

본 발명은 유도 결합 플라즈마를 발생시키는 유도 안테나에 관한 것으로, 더 구체적으로 동축 케이블 구조를 부가하여 임피던스를 감소시킨 유도 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to an induction antenna for generating an inductively coupled plasma. More particularly, the present invention relates to an induction antenna for reducing impedance by adding a coaxial cable structure.

플라즈마는 축전 결합 플라즈마와 유도 결합 플라즈마가 있다. 상기 유도 결합 플라즈마는 안테나 길이가 증가함에 따라 인덕턴스가 증가하여 활용에 한계가 있다.The plasma includes a capacitively coupled plasma and an inductively coupled plasma. The inductively coupled plasma has a limit in utilization as the inductance increases as the antenna length increases.

본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 유도 결합 플라즈마를 생성하는 유도 안테나의 임피던스를 감소시켜, 높은 구동 주파수에서도 유도 결합 플라즈마를 생성하는 유도 안테나에 관한 것이다.One technical problem to be solved of the present invention relates to an induction antenna for generating an inductively coupled plasma even at a high driving frequency by reducing the impedance of the inductive antenna for generating an inductively coupled plasma.

본 발명의 일 실시예에 따른 유도 안테나는 진공 챔버의 내부에 배치되어 유도 결합 플라즈마를 발생시킨다. 상기 유도 안테나는 제1 중심 도선, 상기 제1 중심 도선을 감싸는 제1 유전체 내피, 및 상기 제1 유전체 내피를 감싸는 제1 도전성 외피를 포함하는 동축 케이블 구조의 제1 전력 공급라인; 제2 중심 도선, 상기 제2 중심 도선을 감싸는 제2 유전체 내피, 및 상기 제2 유전체 내피를 감싸는 제2 도전성 외피를 포함하는 동축 케이블 구조의 제2 전력 공급라인; 상기 제1 중심 도선 및 상기 제2 중심 도선에 연결되어 루프(loop)를 형성하는 코어 안테나; 상기 코어 안테나의 일부분을 감싸고 서로 이격되어 배치된 복수의 접지 외피들; 상기 코어 안테나와 상기 접지 외피들 사이에 배치되고 상기 코어 안테나를 감싸는 절연체 자켓들; 및 서로 인접한 상기 접지 외피들을 연결하는 도전성 브릿지들을 포함한다. 상기 브릿지들은 상기 접지 외피들에 직렬 연결되고, 상기 제1 도전성 외피 및 상기 제2 도전성 외피에 연결된다.An induction antenna according to an embodiment of the present invention is disposed inside the vacuum chamber to generate an inductively coupled plasma. The induction antenna includes: a first power supply line of a coaxial cable structure including a first center lead, a first dielectric envelope surrounding the first center lead, and a first conductive envelope surrounding the first dielectric lead; A second power supply line of a coaxial cable structure comprising a second center lead, a second dielectric envelope surrounding the second center lead, and a second conductive envelope surrounding the second dielectric lead; A core antenna connected to the first center lead and the second center lead to form a loop; A plurality of ground skins surrounding a portion of the core antenna and spaced apart from each other; Insulator jackets disposed between the core antenna and the ground envelope and surrounding the core antenna; And conductive bridges connecting the ground sheaths adjacent to each other. The bridges are connected in series to the ground sheaths and are connected to the first conductive sheath and the second conductive sheath.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 중심 도선, 상기 코어 안테나, 및 상기 제2 중심 도선은 서로 연속적으로 연결되고, 상기 제1 중심 도선, 상기 코어 안테나, 및 상기 제2 중심 도선의 내부에 냉매가 흐를 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first center lead, the core antenna, and the second center lead are continuously connected to each other, the inside of the first center lead, the core antenna, and the second center lead Refrigerant may flow.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 접지 외피들은 등 간격으로 배치되고, 상기 접지 외피들은 4 개일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the ground jackets are arranged at equal intervals, the ground jacket may be four.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 도전성 브릿지들 각각은 상기 코어 안테나가 배치된 평면에서 수직으로 이격된 평면에서 상기 코어 안테나와 동일한 방향으로 연장될 수 있다.In one embodiment of the present invention, each of the conductive bridges may extend in the same direction as the core antenna in a plane vertically spaced from the plane where the core antenna is disposed.

본 발명의 일 실시예에 따른 유도 안테나는 동축 형태의 구조물을 활용하여 낮은 인덕턴스를 제공한다. 따라서, 비교적 고주파수에서 상기 유도 안테나는 유도 결합 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 따라서, 플라즈마에 대한 파워 전달 효율이 향상된다. 높은 주파수의 유도 결합 플라즈마는 낮은 주파수의 유도 결합 플라즈마에 비하여 낮은 전자 온도를 제공할 수 있다. 따라서, 높은 전자 온도로 인하여 높은 전자 밀도를 가짐에도 불구하고 유도 결합 플라즈마가 사용되지 못하였던, 실리콘 산화막(SiO2)의 식각 공정 등에 상기 유도 안테나가 활용될 수 있다.Induction antenna according to an embodiment of the present invention provides a low inductance by utilizing a coaxial structure. Thus, at a relatively high frequency, the induction antenna can generate an inductively coupled plasma. Thus, the power transfer efficiency to the plasma is improved. High frequency inductively coupled plasma can provide lower electron temperatures compared to low frequency inductively coupled plasma. Therefore, the induction antenna may be used for the etching process of the silicon oxide film (SiO 2), which has not been used despite the high electron density due to the high electron temperature.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 발생 장치의 유도 안테나를 설명하는 도면이다.
도 3은 도 2의 유도 안테나가 배치되는 배치 평면을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 주파수에 따른 부하를 바라본 임피던스의 위상을 주파수에 따라 표시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 안테나와 통상적인 안테나의 임피던스의 위상 성분을 나타내는 도면이다.1 is a view for explaining a plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an induction antenna of the plasma generating device of FIG. 1.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along an arrangement plane in which the induction antenna of FIG. 2 is disposed.
4 is a diagram showing the phase of the impedance with respect to the load according to the frequency according to the frequency.
5 is a diagram showing the phase components of the impedance of the induction antenna and the conventional antenna according to an embodiment of the present invention.

플라즈마 소스들은 반도체, 디스플레이, 또는 태양 전지 등의 제작 과정에서 플라즈마 공정에 사용된다. 산업계에서 가장 폭넓게, 많이 쓰이는 플라즈마 소스는 용량 결합 플라즈마 소스 (Capacitively Coupled Plasma Source)와 유도 결합 플라즈마 소스 (Inductively Coupled Plasma Source)이다.Plasma sources are used in plasma processes in the fabrication of semiconductors, displays, or solar cells. The most widely used plasma sources in the industry are capacitively coupled plasma sources and inductively coupled plasma sources.

상기 축전 결합 플라즈마 소스는 안정적인 구동 등의 플라즈마 특성을 가지며, 많은 공정에 이용된다. 하지만, 상기 축전 결합 플라즈마 소스는 대면적, 고밀도의 플라즈마를 구현하는데 어려움이 있다.The capacitively coupled plasma source has plasma characteristics such as stable driving and is used in many processes. However, the capacitively coupled plasma source has difficulty in implementing a large area and high density plasma.

상기 유도 결합 플라즈마 소스는 상대적으로 고밀도를 플라즈마를 구현하여 빠른 공정을 가능하게 한다. 유도 결합 플라즈마 소스는 용이하게 고밀도 플라즈마의 발생를 발생시킨다. 하지만, 유도 결합 플라즈마의 전자 온도가 비교적 용량 결합 플라즈마 보다 높다. 따라서, 상기 유도 결합 플라즈마 소스는 실리콘 산화막(SiO2)의 식각과 같은 공정에 적용되지 못하고 있다. The inductively coupled plasma source implements a relatively high density plasma to enable a fast process. Inductively coupled plasma sources easily generate high density plasma. However, the electron temperature of the inductively coupled plasma is relatively higher than that of the capacitively coupled plasma. Therefore, the inductively coupled plasma source has not been applied to a process such as etching silicon oxide (SiO 2).

유도 결합 플라즈마 소스의 구동 주파수를 높여서 유도 결합 플라즈마의 전자 온도를 낮추려는 시도가 있다. 하지만 구동 주파수를 올릴 경우, 안테나의 높은 임피던스로 인하여 안테나의 전류는 안테나 자체로 흐르지 못하고 공간상으로 흐를 수 있다. 따라서, 유도 결합 플라즈마 소스는 유도 결합이 아닌 용량 결합의 형태로 동작할 수 있다.Attempts have been made to lower the electron temperature of the inductively coupled plasma by increasing the driving frequency of the inductively coupled plasma source. However, if the driving frequency is increased, the current of the antenna may not flow to the antenna itself due to the high impedance of the antenna and may flow in space. Thus, the inductively coupled plasma source can operate in the form of capacitive coupling rather than inductive coupling.

본 발명의 일 실시예에 따른 유도 안테나는 안테나의 인덕턴스를 감소시켜 비교적 높은 주파수에서도 유도 결합의 형태로 에너지를 전달할 수 있다. 상기 유도 안테나는 동축 케이블 형태의 구성 요소를 가지도록 구성하여, 인덕턴스를 감소시키고 플라즈마에 대한 파워 전달 효율을 높일 수 있다.Induction antenna according to an embodiment of the present invention can reduce the inductance of the antenna to deliver energy in the form of inductive coupling at a relatively high frequency. The induction antenna may be configured to have a component in the form of a coaxial cable, thereby reducing inductance and increasing power transmission efficiency to the plasma.

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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are being provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the components have been exaggerated for clarity. Portions denoted by like reference numerals denote like elements throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 도면이다.1 is a view for explaining a plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 플라즈마 발생 장치의 유도 안테나를 설명하는 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating an induction antenna of the plasma generating device of FIG. 1.

도 3은 도 2의 유도 안테나가 배치되는 배치 평면을 따라 자른 단면도이다.FIG. 3 is a cross-sectional view taken along an arrangement plane in which the induction antenna of FIG. 2 is disposed.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 플라즈마 발생 장치(100)는 진공 챔버(110) 및 상기 진공 챔버(110)의 내부에 배치되어 유도 결합 플라즈마를 발생시키는 유도 안테나(130)를 포함한다.1 to 3, the plasma generating apparatus 100 includes a vacuum chamber 110 and an induction antenna 130 disposed inside the vacuum chamber 110 to generate an inductively coupled plasma.

상기 진공 챔버(110)는 가스 유입부(미도시) 및 가스 배기부(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 진공 챔버(110)의 내부에는 기판 홀더(122)가 배치될 수 있다. 상기 기판 홀더(122)는 기판(124)을 장착할 수 있다. 상기 유도 안테나(130)가 생성한 플라즈마는 상기 기판(124)에 식각 공정, 증착 공정, 이온주입 공정, 세정 공정, 또는 표면 처리 공정을 진행할 수 있다. 상기 기판(124)은 유리 기판, 플라스틱 기판, 또는 반도체 기판 일 수 있다.The vacuum chamber 110 may include a gas inlet (not shown) and a gas exhaust (not shown). The substrate holder 122 may be disposed in the vacuum chamber 110. The substrate holder 122 may mount the substrate 124. The plasma generated by the induction antenna 130 may perform an etching process, a deposition process, an ion implantation process, a cleaning process, or a surface treatment process on the substrate 124. The substrate 124 may be a glass substrate, a plastic substrate, or a semiconductor substrate.

상기 유도 안테나(130)는 제1 전력 공급라인(131), 제2 전력 공급라인(132), 코어 안테나(133), 접지 외피들(134), 절연체 자켓들(135), 및 도전성 브릿지들(136)을 포함할 수 있다.The induction antenna 130 includes a first power supply line 131, a second power supply line 132, a core antenna 133, ground jackets 134, insulator jackets 135, and conductive bridges ( 136).

상기 제1 전력 공급라인(131)은 제1 중심 도선(131a), 상기 제1 중심 도선(131a)을 감싸는 제1 유전체 내피(131b), 및 상기 제1 유전체 내피(131b)를 감싸는 제1 도전성 외피(131c)를 포함하는 동축 케이블 구조일 수 있다. 상기 제1 중심 도선(131a)은 구리 파이프일 수 있다. 상기 제1 중심 도선(131a)의 내부로 냉매가 흐를 수 있다. 상기 제1 전력 공급 라인(131)은 상기 진공 챔버(110)를 관통하도록 배치될 수 있다. 상기 제1 유전체 내피(131b)는 세라믹 파이프 또는 플라스틱 파이프일 수 있다. 상기 제1 도전성 외피(131c)는 도전성 파이프일 수 있다. 상기 제1 전력 공급라인(131)의 특성 임피던스는 50 오옴으로 설계될 수 있다. 상기 제1 전력 공급라인(131)의 일단은 임피던스 매칭 네트워크에 연결된다. 상기 제2 전력 공급라인(131)의 타단은 상기 코어 안테나의 일단에 연결된다. 상기 제1 도전성 외피는 제1 엘보우(elbow,137)에 연결될 수 있다.The first power supply line 131 may include a first center lead 131a, a first dielectric endothelial 131b surrounding the first center lead 131a, and a first conductive end covering the first dielectric endothelial 131b. It may be a coaxial cable structure including the outer shell (131c). The first center lead 131a may be a copper pipe. The refrigerant may flow into the first center lead 131a. The first power supply line 131 may be disposed to penetrate the vacuum chamber 110. The first dielectric endothelial 131b may be a ceramic pipe or a plastic pipe. The first conductive shell 131c may be a conductive pipe. The characteristic impedance of the first power supply line 131 may be designed to be 50 ohms. One end of the first power supply line 131 is connected to an impedance matching network. The other end of the second power supply line 131 is connected to one end of the core antenna. The first conductive sheath may be connected to a first elbow 137.

상기 제2 전력 공급라인(132)은 제2 중심 도선(132a), 상기 제2 중심 도선(132a)을 감싸는 제2 유전체 내피(132b), 및 상기 제2 유전체 내피(132b)를 감싸는 제2 도전성 외피(132c)를 포함하는 동축 케이블 구조일 수 있다. 상기 제2 전력 공급라인(132)은 상기 제1 전력 공급라인(131)과 동일한 구조를 가질 수 있다. 상기 제2 전력 공급라인(132)의 특성 임피던스는 50 오옴으로 설계될 수 있다. 상기 제2 전력 공급라인(132)의 일단은 접지된다. 상기 제2 전력 공급라인(132)의 타단은 상기 코어 안테나의 타단에 연결된다. 상기 제2 도전성 외피는 제2 엘보우(elbow,138)에 연결될 수 있다.The second power supply line 132 may include a second center lead 132a, a second dielectric endothelial 132b surrounding the second center lead 132a, and a second conductive end covering the second dielectric endothelial 132b. It may be a coaxial cable structure including the outer shell (132c). The second power supply line 132 may have the same structure as the first power supply line 131. The characteristic impedance of the second power supply line 132 may be designed to be 50 ohms. One end of the second power supply line 132 is grounded. The other end of the second power supply line 132 is connected to the other end of the core antenna. The second conductive sheath may be connected to a second elbow 138.

RF 전원(142)의 출력은 임피던스 매칭 네트워크(144)를 통하여 상기 제1 전력 공급라인(131)의 일단에 제공될 수 있다. 상기 제2 전력 공급라인(132)의 일단은 상기 임피던스 매칭 네트워크에 연결되거나 접지될 수 있다. 상기 RF 전원(142)의 주파수는 수 MHz 내지 수십 MHz일 수 있다.An output of the RF power source 142 may be provided at one end of the first power supply line 131 through the impedance matching network 144. One end of the second power supply line 132 may be connected or grounded to the impedance matching network. The frequency of the RF power source 142 may be several MHz to several tens of MHz.

상기 코어 안테나(133)는 상기 제1 중심 도선(131a) 및 상기 제2 중심 도선(132a)에 연결되어 루프(loop)를 형성할 수 있다. 상기 코어 안테나(133)의 일단은 상기 제1 중심 도선(131a)에 연결되고, 상기 코어 안테나(133)의 타단은 상기 제2 중심 도선(132a)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 코어 안테나(133)에 전류가 흐를 수 있다. 상기 코어 안테나(133)에 흐르는 전류는 시변 자기장을 형성하고, 상기 시변 자기장은 유도 기전력을 형성할 수 있다. 상기 유도 기전력는 유도 결합 플라즈마를 생성할 수 있다. 상기 코어 안테나(133)는 도전성 파이프일 수 있다. 상기 제1 중심 도선(131a), 상기 코어 안테나(132), 및 상기 제2 중심 도선(132a)은 서로 연속적으로 연결되고, 상기 제1 중심 도선, 상기 코어 안테나, 및 상기 제2 중심 도선의 내부에 냉매가 흐를 수 있다. 상기 코어 안테나(133)는 원형 루프 또는 다각형 루프일 수 있다.The core antenna 133 may be connected to the first center lead 131a and the second center lead 132a to form a loop. One end of the core antenna 133 may be connected to the first center lead 131a, and the other end of the core antenna 133 may be connected to the second center lead 132a. Accordingly, current may flow through the core antenna 133. The current flowing through the core antenna 133 may form a time varying magnetic field, and the time varying magnetic field may form an induced electromotive force. The induced electromotive force may generate an inductively coupled plasma. The core antenna 133 may be a conductive pipe. The first center lead 131a, the core antenna 132, and the second center lead 132a are continuously connected to each other, and inside the first center lead, the core antenna, and the second center lead. Refrigerant may flow. The core antenna 133 may be a circular loop or a polygonal loop.

복수의 접지 외피들(134)은 상기 코어 안테나(133)의 일부분을 감싸고 서로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 접지 외피들(134)은 전기적으로 접지되어 있으나, 전류가 흐를 수 있다. 상기 접지 외피들(134)은 등 간격으로 배치되고, 상기 접지 외피들(134)은 4 개일 수 있다. 상기 접지 외피(134)는 상기 코어 안테나(133)의 중심축에서 일정한 각도(θ1) 만큼 배치되고, 다른 일정한(θ2)에는 제거될 수 있다. 이에 따라, 상기 유도 안테나(133)의 인턱턴스가 감소할 수 있다. 상기 유도 안테나(133)의 감소된 인덕턴스는 유도 결합 플라즈마를 효율적으로 발생시킬 수 있고, 구동 주파수를 증가시킬 수 있다. The ground envelopes 134 may surround a portion of the core antenna 133 and be spaced apart from each other. The ground envelopes 134 are electrically grounded, but current may flow therethrough. The ground shells 134 may be arranged at equal intervals, and the ground shells 134 may be four. The ground shell 134 may be disposed at a predetermined angle θ1 from the central axis of the core antenna 133, and may be removed at another constant θ2. Accordingly, the inductance of the induction antenna 133 may be reduced. The reduced inductance of the induction antenna 133 may efficiently generate an inductively coupled plasma and increase the driving frequency.

절연체 자켓들(135)은 상기 코어 안테나(133)와 상기 접지 외피들(134) 사이에 배치되고 상기 코어 안테나(133)를 감싼다. 상기 절연체 자켓들(135)은 세라믹 재질 또는 플라스틱 재질일 수 있다. 상기 절연체 자켓들(135)은 상기 코어 안테나(133)를 전부 감싸도록 연장될 수 있다. 상기 코어 안테나(133), 상기 접지 외피(134)와 상기 절연체 자켓(135)은 동축 케이블 구조를 가질 수 있고, 이들 구조의 특성 임피던스는 50 오옴으로 설계될 수 있다.Insulator jackets 135 are disposed between the core antenna 133 and the ground sheaths 134 and surround the core antenna 133. The insulator jackets 135 may be made of ceramic or plastic. The insulator jackets 135 may extend to completely cover the core antenna 133. The core antenna 133, the ground jacket 134 and the insulator jacket 135 may have a coaxial cable structure, the characteristic impedance of these structures may be designed to 50 ohms.

도전성 브릿지들(136)은 서로 인접한 상기 접지 외피들(134)을 연결한다. 이에 따라, 상기 도전성 브릿지들(136)에 흐르는 전류는 상기 코어 안테나(133)에 흐르는 전류와 반대방향일 수 있다. 상기 브릿지들(136)은 상기 접지 외피들(134)에 직렬 연결되고, 상기 제1 도전성 외피(131c) 및 상기 제2 도전성 외피(132c)에 연결될 수 있다. 상기 도전성 브릿지들(136) 각각은 상기 코어 안테나(133)가 배치된 평면에서 수직으로 이격된 평면에서 상기 코어 안테나(133)와 동일한 방향으로 연장될 수 있다. 이격 거리(h)는 축전 결합을 억제하도록 충분히 클 수 있다.  Conductive bridges 136 connect the ground envelopes 134 adjacent to each other. Accordingly, the current flowing through the conductive bridges 136 may be opposite to the current flowing through the core antenna 133. The bridges 136 may be connected in series to the ground sheaths 134 and may be connected to the first conductive sheath 131c and the second conductive sheath 132c. Each of the conductive bridges 136 may extend in the same direction as the core antenna 133 in a plane vertically spaced from a plane where the core antenna 133 is disposed. The separation distance h can be large enough to suppress the capacitive coupling.

도 4는 주파수에 따른 부하를 바라본 임피던스의 위상을 주파수에 따라 표시한 도면이다.4 is a diagram showing the phase of the impedance with respect to the load according to the frequency according to the frequency.

도 4를 참조하면, 플라즈마 발생용 안테나는 소정의 L-C 천이 주파수(transition frequency)를 기준으로, L-C 천이 주파수 이하에서는 부하를 바라본 임피던스의 위상이 양의 값을 가지고, L-C 천이 주파수 이상에서는 부하를 바라본 임피던스의 위상이 음의 값을 가진다. 상기 임피던스의 위상이 양이면, 유도 결합 플라즈마를 주로 생성하고, 상기 임피던스의 위상이 음이면, 축전 결합 플라즈마를 주로 생성한다. 따라서, 안테나의 길이가 증가하면, 상기 안테나의 인덕턴스는 증가한다. 이에 따라, L-C 천이 주파수는 감소하여, 더 낮은 주파수에서 유도 결합 플라즈마가 생성될 수 있다. 그러나, 유도 결합 플라즈마의 효율은 주파수가 증가할수록 증가하며, 전자의 온도는 주파수가 증가할수록 낮아진다. 따라서, 더 높은 주파수에서 낮은 전자 온도와 높은 유도 결합 플라즈마 효율을 얻기 위하여, 상기 안테나의 인덕턴스가 감소될 필요가 있다.Referring to FIG. 4, the antenna for plasma generation has a positive value when the LC is viewed below the LC transition frequency based on a predetermined LC transition frequency, and when the LC transition frequency is above the LC transition frequency. The phase of the impedance has a negative value. If the phase of the impedance is positive, the inductively coupled plasma is mainly generated. If the phase of the impedance is negative, the capacitively coupled plasma is mainly generated. Thus, as the length of the antenna increases, the inductance of the antenna increases. Accordingly, the L-C transition frequency is reduced, so that an inductively coupled plasma can be generated at lower frequencies. However, the efficiency of the inductively coupled plasma increases with increasing frequency, and the temperature of electrons decreases with increasing frequency. Therefore, in order to obtain low electron temperature and high inductively coupled plasma efficiency at higher frequencies, the inductance of the antenna needs to be reduced.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 안테나와 통상적인 안테나의 임피던스의 위상 성분을 나타내는 도면이다.5 is a diagram showing the phase components of the impedance of the induction antenna and the conventional antenna according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 안테나는 코어 안테나 사이에 동축 형태의 구조물을 삽입하여 유도 안테나의 인덕턴스 성분을 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 유도 안테나를 바라보는 임피던스의 위상은 소정의 주파수 영역에서 증가할 수 있다. Referring to FIG. 5, an induction antenna according to an embodiment of the present invention may reduce an inductance component of an induction antenna by inserting a coaxial structure between core antennas. Accordingly, the phase of the impedance facing the induction antenna may increase in a predetermined frequency range.

상기 유도 안테나는 통상적인 안테나에 비하여 같은 길이임에도 불구하고 낮은 인덕턴스를 제공할 수 있다. 따라서, 상기 유도 안테나를 사용할 경우 더 높은 주파수 가지고 유도 결합 플라즈마 형태로 작동시킬 수 있다. 통상적인 안테나는 25 MHz 정도까지 유도 결합 플라즈마를 발생시킬 수 있으나, 상기 유도 안테나는 50 MHz 정도까지 유도 결합 플라즈마를 발생시킬 수 있다.The induction antenna can provide low inductance despite the same length as a conventional antenna. Thus, when the induction antenna is used, it can be operated in the form of inductively coupled plasma with a higher frequency. Conventional antennas can generate inductively coupled plasmas up to about 25 MHz, while inductive antennas can generate inductively coupled plasmas up to about 50 MHz.

컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여, 유도 안테나의 임피던스를 계산하였다. ra=200 mm, r1=4.47 mm, r2=11.56 mm, θ1=35 degree, θ2= 35 degree, h=30 mm 인 경우, 13.56 MHz의 주파수에서 임피던스는 0.045 + j 31.5 이었다.Computer simulations were used to calculate the impedance of the induction antenna. For ra = 200 mm, r1 = 4.47 mm, r2 = 11.56 mm, θ1 = 35 degree, θ2 = 35 degree and h = 30 mm, the impedance was 0.045 + j 31.5 at a frequency of 13.56 MHz.

또한, ra=200 mm, r1=4.47 mm 인 경우, 통상적인 안테나의 임피던스는 13.56 Mz에서 0.045 + j 91.4 이었다In addition, when ra = 200 mm and r1 = 4.47 mm, the typical antenna impedance was 0.045 + j 91.4 at 13.56 Mz.

따라서, 본 발명의 유도 안테나의 임피던스의 허수 성분이 일반적인 안테나에 비하여 작다.Therefore, the imaginary component of the impedance of the induction antenna of the present invention is smaller than that of a general antenna.

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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, And all of the various forms of embodiments that can be practiced without departing from the technical spirit.

100: 플라즈마 발생 장치 130: 유도 안테나
110: 진공 챔버 131: 제1 전력 공급라인
132: 제2 전력 공급라인 133: 코어 안테나
134: 접지 외피들 135: 절연체 자켓들
136: 도전성 브릿지들100: plasma generator 130: induction antenna
110: vacuum chamber 131: first power supply line
132: second power supply line 133: core antenna
134: ground jackets 135: insulator jackets
136: conductive bridges

Claims (4)

진공 챔버의 내부에 배치되어 유도 결합 플라즈마를 발생시키는 유도 안테나에 있어서,
상기 유도 안테나는:
제1 중심 도선, 상기 제1 중심 도선을 감싸는 제1 유전체 내피, 및 상기 제1 유전체 내피를 감싸는 제1 도전성 외피를 포함하는 동축 케이블 구조의 제1 전력 공급라인;
제2 중심 도선, 상기 제2 중심 도선을 감싸는 제2 유전체 내피, 및 상기 제2 유전체 내피를 감싸는 제2 도전성 외피를 포함하는 동축 케이블 구조의 제2 전력 공급라인;
상기 제1 중심 도선 및 상기 제2 중심 도선에 연결되어 루프(loop)를 형성하는 코어 안테나;
상기 코어 안테나의 일부분을 감싸고 서로 이격되어 배치된 복수의 접지 외피들;
상기 코어 안테나와 상기 접지 외피들 사이에 배치되고 상기 코어 안테나를 감싸는 절연체 자켓들; 및
서로 인접한 상기 접지 외피들을 연결하는 도전성 브릿지들을 포함하고,
상기 브릿지들은 상기 접지 외피들에 직렬 연결되고, 상기 제1 도전성 외피 및 상기 제2 도전성 외피에 연결되는 것을 특징으로 하는 유도 안테나. In the induction antenna disposed inside the vacuum chamber to generate an inductively coupled plasma,
The induction antenna is:
A first power supply line of a coaxial cable structure comprising a first center lead, a first dielectric envelope surrounding the first center lead, and a first conductive envelope surrounding the first dielectric lead;
A second power supply line of a coaxial cable structure comprising a second center lead, a second dielectric envelope surrounding the second center lead, and a second conductive envelope surrounding the second dielectric lead;
A core antenna connected to the first center lead and the second center lead to form a loop;
A plurality of ground skins surrounding a portion of the core antenna and spaced apart from each other;
Insulator jackets disposed between the core antenna and the ground envelope and surrounding the core antenna; And
Conductive bridges connecting the ground sheaths adjacent to each other,
And the bridges are connected in series to the ground sheaths and to the first conductive sheath and the second conductive sheath. 제1 항에 있어서,
상기 제1 중심 도선, 상기 코어 안테나, 및 상기 제2 중심 도선은 서로 연속적으로 연결되고,
상기 제1 중심 도선, 상기 코어 안테나, 및 상기 제2 중심 도선의 내부에 냉매가 흐르는 것을 특징으로 하는 유도 안테나.The method according to claim 1,
The first center lead, the core antenna, and the second center lead are continuously connected to each other,
An induction antenna, characterized in that a refrigerant flows inside the first center lead, the core antenna, and the second center lead. 제1 항에 있어서,
상기 접지 외피들은 등 간격으로 배치되고, 상기 접지 외피들은 4 개인 것을 특징으로 하는 유도 안테나.The method according to claim 1,
The grounding sheaths are arranged at equal intervals, the grounding sheath is characterized in that four. 제1 항에 있어서,
상기 도전성 브릿지들 각각은 상기 코어 안테나가 배치된 평면에서 수직으로 이격된 평면에서 상기 코어 안테나와 동일한 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 유도 안테나.The method according to claim 1,
Each of the conductive bridges extends in the same direction as the core antenna in a plane vertically spaced from the plane in which the core antenna is disposed.
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