KR101473371B1 - 유도 결합 플라즈마 발생용 안테나 구조체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유도 결합 플라즈마 발생용 안테나 구조체를 제공한다. 이 안테나 구조체는 접지 전극판, 접지 전극판의 측면에 연결되고 접지 전극판의 주위에 배치된 유도 결합 안테나, 및 유도 결합 안테나에 전력을 분배하는 전력 분배부를 포함한다. 유도 결합 안테나는 접지 전극판에 각각 연결되고 접지 전극판의 중심을 기준으로 제1 사분면 내지 제4 사분면에 각각 배치된 제1 내지 제4 보조 안테나들을 포함한다. 제2 보조 안테나는 제1 보조 안테나가 시계방향으로 90도 회전한 형상으로 배치된다. 보조 안테나는 홀수 개의 안테나 브랜치들 및 안테나 브랜치들을 서로 연결하는 안테나 연결부들을 포함한다. 이웃한 안테나 브랜치들의 전류는 서로 반대 방향으로 흐른다.

Description

유도 결합 플라즈마 발생용 안테나 구조체{Antenna Structure for Inductively Coupled Plasma}
본 발명은 유도 결합 플라즈마에 관한 것으로, 더 구체적으로 유도 결합 플라즈마 발생용 안테나 구조체에 관한 것이다.
플라즈마 공정은 반도체, 디스플레이, 또는 태양광 산업 등에 이용되는 필수 제작 과정의 하나로 사용된다. 플라즈마 공정은 건식 식각 또는 증착을 수행할 수 있다. 이러한 다양한 응용 분야에서 활용되는 플라즈마 공정을 위하여 다양한 형태의 플라즈마 공정 소스가 개발되어 왔다. 대표적인 플라즈마 소스로서 용량 결합성 플라즈마 소스 (Capacitively coupled plasma source)와 유도 결합형 플라즈마 소스 (Inductively coupled plasma source)가 있다. 유도 결합 플라즈마 소스는 축전 결합 플라즈마 소스보다 고밀도의 플라즈마를 생성할 수 있고, 전자 온도가 비교적 낮다. 따라서, 유도 결합 플라즈마 소스는 다양한 공정에 활용되고 있다. 이러한 유도 결합 플라즈마 소스는 라이오 주파수를 안테나에 인가하여, 안테나로부터 유도되는 유도 전기장은 가스를 이온화시켜 플라즈마를 발생시킨다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 대면적의 유도 결합 플라즈마 발생 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 발생용 안테나 구조체는 접지 전극판; 상기 접지 전극판의 측면에 연결되고 상기 접지 전극판의 주위에 배치된 유도 결합 안테나; 및 상기 유도 결합 안테나에 전력을 분배하는 전력 분배부를 포함한다. 상기 유도 결합 안테나는 상기 접지 전극판에 각각 연결되고 상기 접지 전극판의 중심을 기준으로 제1 사분면 내지 제4 사분면에 각각 배치된 제1 내지 제4 보조 안테나들을 포함한다. 상기 제2 보조 안테나는 상기 제1 보조 안테나가 시계방향으로 90도 회전한 형상으로 배치된다. 상기 제1 내지 제4 보조 안테나 각각은 홀수 개의 안테나 브랜치들 및 상기 안테나 브랜치들을 서로 연결하는 안테나 연결부들을 포함한다. 이웃한 안테나 브랜치들의 전류는 서로 반대 방향으로 흐른다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전력 분배부는 RF 전원으로부터 RF 전력을 공급받는 전력 입력부와 상기 전력 입력부에 전기적으로 연결되어 십자 형태로 분기된 전력 출력부를 포함한다. 상기 전력 출력부는 내부 도선과 외부 도선을 포함하는 동축 케이블 구조를 포함한다. 상기 전력 분배부는 접지 전극판이 배치된 하부 평면과 수직으로 이격된 상부 평면에 배치된다. 상기 내부 도선은 상기 보조 안테나에 연결되고, 상기 외부 도선은 상기 접지 전극에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 내지 제4 보조 안테나 각각의 안테나 브랜치들은 일정한 곡률을 가지는 원호 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 내지 제4 보조 안테나 각각의 안테나 브랜치들은 직각으로 절곡된 띠 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조체는 고밀도 및 고 균일도를 가지는 플라즈마를 생성할 수 있다. 또한, 대면적 안테나의 높은 인덕턴스가 감소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 장치를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조체를 설명하는 사시도이다.
도 3은 도 2의 안테나 구조체의 평면도이다.
도 4는 컴퓨터 시뮬레이터(computer simulator) CST 회사의 Microwave studio 2010을 사용하여 계산한 인덕턴스를 표시한다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 원호 형태의 안테나의 유도 자기장을 나타내는 도면이다.
도 5b는 도 5a의 안테나 구조체에서 동축형 전력 분배부가 비동축형 전력 분배부로 대체된 경우의 유도 전기장의 시뮬레이션 결과를 표시하는 도면이다.
도 5c는 도 5a의 안테나 구조체에서 접지 전극판을 제거한 경우의 유도 자기장을 나타내는 도면이다.
도 5d는 통상적인 원형의 1-턴 안테나의 유도 자기장을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 구조체를 설명하는 도면이다.
플라즈마를 이용한 공정이 다양한 분야 (반도체, 디스플레이, 태양광 등)에서 활용됨에 따라, 이러한 공정에 적합한 플라즈마 소스의 개발이 요구되고 있다. 특히, 공정 효율 및 수율의 향상을 위하여 고밀도 및 고 균일도의 플라즈마에 대한 요구가 높다. 이러한 요구를 반영하는 플라즈마 소스로서 기존의 축전 결합 플라즈마 (Capactively Coupled Plasma;CCP) 소스보다 고밀도를 가지는 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma;ICP)의 개발 및 적용이 활발하게 진행되고 있다.
유도 결합 플라즈마 소스는 고밀도의 플라즈마를 생성한다. 그러나, 안테나에 흐르는 전류에 의해 만들어진 유도 자기장은 플라즈마를 발생시킨다. 따라서, 안테나의 형태가 비대칭일 경우, 안테나에 흐르는 전류는 비대칭일 수 있다. 따라서, 균일한 플라즈마 생성이 어렵다. 또한, 안테나의 인덕턴스 성분에 의하여 안테나의 전력 공급단과 접지단이 서로 근처에 있을 경우, 전력 공급단과 접지단 사이에 강한 전기장이 생성될 수 있다. 따라서, 의도하지 않았던 용량 결합성 플라즈마가 생성되어, 플라즈마 불균일도가 증가될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조체는 대칭적인 구조와 안테나의 전력 공급단과 접지단을 효과적으로 분리함으로써, 유도 결합 플라즈마의 균일도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조체는 대칭적인 구조와 4 개의 부분으로 나뉘어져 있는 안테나에 의하여 비교적 낮은 인덕턴스를 제공할 수 있다. 이에 따라, 안테나의 전력 공급단과 접지단 사이에서의 전위 차(electric potential differece)가 감소할 수 있다. 또한, 안테나의 중심부에 원형의 접지 전극판이 배치됨에 따라, 안테나 중심부로 갈수록 전류가 모여듦으로써 발생하는 불균일도 문제가 해결될 수 있다. 또한 안테나 상단의 중심부에 존재하는 RF 전력 분배부는 넓은 접지 전극판으로 가려질 수 있다. 상기 접지 전극판은 전자기 차폐 기능을 수행할 수 있다. 상기 접지 전극판은 상기 전력 분배부의 고주파 성분이 플라즈마에 영향을 주는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라, 안정적인 플라즈마 발생이 가능하다.
유도 결합 플라즈마 소스의 경우, 안테나에 흐르는 전류에 의하여 유도된 유도 자기장 또는 유도 전기장은 유도 결합 플라즈마를 발생시킨다. 따라서, 상기 유도 자기장의 챔버 내부의 분포에 따라, 플라즈마의 균일도가 결정될 수 있다.
통상적인 원형의 1 턴(turn) 안테나의 경우, 1 턴 안테나의 주변을 따라서만 전류가 흐르고, 상기 유도 자기장이 형성된다. 따라서, 플라즈마의 균일도가 낮다. 또한, 안테나의 형태를 변형시켜 플라즈마의 균일도를 증가시키는 연구가 있다. 이 경우, 안테나를 복잡하게 배치할 경우, 대면적 안테나는 자체의 인덕턴스가 커지는 단점을 가진다. 따라서, 낮은 인덕턴스 및 대칭적인 형태를 가지는 안테나가 요구된다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 보다 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 장치를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조체를 설명하는 사시도이다.
도 3은 도 2의 안테나 구조체의 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 유도 결합 플라즈마 장치(10)는 챔버(70), 유전체판(72), 안테나 구조체(100), 및 RF 전원(60)을 포함할 수 있다. 상기 RF 전원(60)의 RF 전력은 임피던스 매칭 네트워크(50)를 통하여 상기 안테나 구조체(100)에 전력을 전달할 수 있다. 상기 RF 전원(60)의 주파수는 수 MHz 내지 수백 MHz일 수 있다. 상기 안테나 구조체(100)는 유도 자기장 또는 유도 전기장을 생성할 수 있다. 상기 유도 자기장 또는 상기 유도 전기장은 상기 유전체판(72)을 투과할 수 있다. 이에 따라, 상기 유도 전기장은 상기 챔버(70) 내부에 유도 결합 플라즈마를 형성할 수 있다. 상기 유도 결합 플라즈마는 기판 홀더(82) 상에 배치된 기판(84)을 처리할 수 있다.
상기 안테나 구조체(100)는 접지 전극판(110), 상기 접지 전극판(110)의 측면에 연결되고 상기 접지 전극판(110)의 주위에 배치된 유도 결합 안테나(120), 및 상기 유도 결합 안테나(120)에 전력을 분배하는 전력 분배부(130)를 포함한다. 상기 유도 결합 안테나(120)는 상기 접지 전극판(110)에 각각 연결되고 상기 접지 전극판(110)의 중심을 기준으로 제1 사분면 내지 제4 사분면에 각각 배치된 제1 내지 제4 보조 안테나들(120a~120d)을 포함한다. 상기 제2 보조 안테나(120b)는 제1 보조 안테나(120a)가 시계방향으로 90도 회전한 형상으로 배치된다. 상기 상기 제1 내지 제4 보조 안테나(120a~120d) 각각은 홀수 개의 안테나 브랜치들(122a~122d) 및 상기 안테나 브랜치들(122a~122d)을 서로 연결하는 안테나 연결부들(123a~123e)을 포함한다. 이웃한 안테나 브랜치들의 전류는 서로 반대 방향으로 흐른다.
상기 안테나 구조체(120)는 접지 전극판(110), 유도 결합 안테나(120), 및 전력 분배부(130)를 포함할 수 있다. 상기 임피던스 매칭 네트워크(50)의 출력은 동축 케이블 구조의 전력 공급 라인(52)을 통하여 상기 전력 분배부(130)에 제공될 수 있다.
상기 전력 분배부(130)는 RF 전원(60)으로부터 RF 전력을 공급받는 전력 입력부(138)와 상기 전력 입력부(138)에 전기적으로 연결되어 십자 형태로 분기된 전력 출력부(136)를 포함할 수 있다. 상기 전력 출력부(136)는 내부 도선(136a)과 외부 도선(136c)을 포함하는 동축 케이블 구조를 포함할 수 있다. 상기 전력 분배부(130)는 상기 접지 전극판(110)이 배치된 하부 평면과 수직으로 이격된 상부 평면에 배치될 수 있다. 상기 내부 도선(136a)은 상기 보조 안테나(120a)에 각각 연결되고, 상기 외부 도선(136c)은 상기 접지 전극판(110)의 상부면에 연결될 수 있다. 상기 전력 분배부(130)는 상기 접지 전극판(110)의 중심축 상에 배치될 수 있다.
상기 전력 입력부(138)의 일단은 상기 전력 공급 라인(52)의 일단과 분리 결합할 수 있다. 상기 전력 입력부(138)는 동축 케이블 구조일 수 있다. 상기 전력 입력부(138)의 타단은 상기 전력 출력부(136)와 연결될 수 있다. 전력 출력부(136)는 내부 도선(136a), 상기 내부 도선(136a)을 감싸는 절연층(136b), 및 상기 절연층(136b)을 감싸는 외부 도선(136c)을 포함할 수 있다. 접지 기둥(139)는 상기 외부 도선(136c)과 상기 접지 전극판(110)을 연결할 수 있다.
상기 전력 출력부(136)는 십자 형태의 동축 케이블 구조를 포함할 수 있다. 상기 전력 출력부(136)는 상기 접지 전극판(110)의 반경 방향으로 연장되고, 상기 내부 도선(136a)은 상기 유도 결합 안테나(120)의 외곽까지 연장될 수 있다. 또한, 상기 외부 도선(136c)은 상기 접지 전극판(110)의 외곽까지 연장될 수 있다. 상기 내부 전극(136a)은 상기 전력 출력부(130)가 배치되는 평면에서 수직으로 절곡되어 상기 보조 안테나(120a~120d)의 외곽에 각각 연결될 수 있다.
제1 보조 안테나(120a)는 제1 사분면에 배치되고, 제2 보조 안테나(120b)는 제2 사분면에 배치되고, 제3 보조 안테나(120c)는 제3 사분면에 배치되고, 제4 보조 안테나(120d)는 제4 사분면에 배치될 수 있다. 제2 보조 안테나(120b)는 제1 보조 안테나(120a)와 동일한 형상이나, 제1 보조 안테나(120a)를 시계방향으로 90도 회전하여 배치될 수 있다. 또한, 제3 보조 안테나(120c)는 제2 보조 안테나(120b)를 시계 방향으로 90도 회전하여 배치될 수 있다. 또한, 제4 보조 안테나(120d)는 제3 보조 안테나(120c)를 시계 방향으로 90도 회전하여 배치될 수 있다.
상기 제1 내지 제4 보조 안테나(120a~120d) 각각은 홀수 개의 안테나 브랜치들(122a~122e) 및 상기 안테나 브랜치들(122a~122e)을 서로 연결하는 안테나 연결부들(123a~123e)을 포함한다. 이웃한 안테나 브랜치들(122a~122e)의 전류는 서로 반대 방향으로 흐른다. 상기 제1 내지 제4 보조 안테나 각각의 안테나 브랜치들(122a~122e)은 일정한 곡률을 가지고 90도로 절단되어 1/4 면에만 있는 원호 형상일 수 있다. 제1 안테나 브랜치(122a)는 최 외곽에 배치되고, 제2 안테나 브랜치(122b)는 상기 제1 안테나 브랜치(122a) 내부에 일정한 간격을 유지하면서 배치될 수 있다. 제3 안테나 브랜치(122c)는 상기 제2 안테나 브랜치(122b) 내부에 일정한 간격을 유지하면서 배치될 수 있다. 제4 안테나 브랜치(122d)는 상기 제3 안테나 브랜치(122c) 내부에 일정한 간격을 유지하면서 배치될 수 있다. 제5 안테나 브랜치(122e)는 상기 제4 안테나 브랜치(122d) 내부에 일정한 간격을 유지하면서 배치될 수 있다.
제1 안테나 브랜치(122a)의 일단 또는 전력 입력단(N1)은 상기 전력 출력부(136)의 내부 도선(136a)과 연결될 수 있다. 안테나 연결부들(123a~123d)은 반경 방향으로 연장될 수 있다. 제1 안테나 연결부(123a)는 상기 제1 안테나 브랜치(122a)의 타단과 상기 제2 안테나 브랜치(122b)의 일단을 연결할 수 있다. 제2 안테나 연결부(123b)는 상기 제2 안테나 브랜치(122b)의 타단과 상기 제3 안테나 브랜치(122c)의 일단을 연결할 수 있다. 제3 안테나 연결부(123c)는 상기 제3 안테나 브랜치(122c)의 타단과 상기 제4 안테나 브랜치(124d)의 일단을 연결할 수 있다. 제4 안테나 연결부(123d)는 상기 제4 안테나 브랜치(122d)의 타단과 상기 제5 안테나 브랜치(122e)의 일단을 연결할 수 있다. 제5 안테나 연결부(123e)는 상기 제5 안테나 브랜치(122e)의 타단과 상기 접지 전극판(110)의 측면을 연결할 수 있다. 이에 따라, 상기 접지 전극판(110)의 중심에서 전원 입력단(N1)을 연결하는 직선과 상기 접지 전극판(110)의 중심에서 접지단(N2)을 연결하는 직선은 서로 90도 간격을 가질 수 있다. 제1 안테나 연결부(123a), 제3 안테나 연결부(123c), 및 제5 안테나 연결부(123e)는 y축 방향으로 연장되도록 배치될 수 있다. 제2 안테나 연결부(123b) 및 제 4 안테나(123d)는 x축 방향으로 연장되도록 배치될 수 있다.
제1 내지 제4 보조 안테나들(120a~120d)의 제1 안테나 브랜치들(122a)의 전류 방향은 특정한 시각에 동일한 원주 상에 동일하게 유지될 수 있다. 또한, 상기 제2 안테나 브랜치들(122b)의 전류 방향은 상기 제1 안테나 브랜치(122a)의 전류 방향과 반대일 수 있다. 즉, 제1 안테나 브랜치(122a), 제3 안테나 브랜치(122c), 및 제5 안테나 브랜치(122e)의 전류 방향은 제2 안테나 브랜치(122b) 및 제4 안테나 브랜치(122d)의 전류 방향과 반대일 수 있다. 상기 접지 전극판의 직경(d)은 상기 유도 결합 안테나의 직경(D)의 1/3 수준일 수 있다.
이웃한 전류 통로의 전류 방향이 서로 반대 방향이다. 따라서, 이웃한 전류 통로 사이에서는 유도 전기장이 강화되고, 다른 곳 들에서는 강화 또는 상쇄될 수 있다. 하지만, 가장 근접한 전류 통로 사이의 영향이 가장 크다. 따라서, 전류 통로 사이의 유도 전기장의 방향은 반경을 따라 교차적으로 나타난다. 이러한 4 개의 보조 안테나를 가지고 구조는 안테나의 인덕턴스를 효과적으로 줄일 수 있다.
도 4는 컴퓨터 시뮬레이터(computer simulator) CST 회사의 Microwave studio 2010을 사용하여 계산한 인덕턴스를 표시한다.
도 4를 참조하면, 통상적인 원형의 1-턴(1-turn) 안테나와 본 발명에 따른 유도 결합 안테나의 인덕턴스가 표시된다. 유도 결합 플라즈마 발생에서 가장 많이 사용되는 13.56 MHz의 RF 영역에서, 원형의 1-턴 안테나는 1231 nH(나노 헨리)를 가진다. 한편, 본 발명에서 제안한 안테나의 인덕턴스는 161.7 nH를 가진다.
본 발명의 안테나의 낮은 인덕턴스는 안테나 자체의 임피던스를 감소시킨다. 이에 따라, 안테나에 인가되는 전위는 최소화될 수 있다. 따라서, 유도 결합 플라즈마 발생시, 균일도를 저하시키는 용량 결합성 플라즈마 발생은 억제될 수 있다. 특히, 대면적 기판을 처리하기 위하여, 안테나의 크기가 증가함에 따라, 안테나의 인덕턴스는 증가한다. 그러나, 본 발명의 안테나의 인덕턴스의 증가는 대면적 안테나에 적용된 경우에도 최소화된다. 따라서, 대면적 공정 챔버에서도 효과적인 유도 결합 플라즈마 발생이 가능하다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 원호 형태의 안테나의 유도 자기장을 나타내는 도면이다.
도 5b는 도 5a의 안테나 구조체에서 동축형 전력 분배부가 비동축형 전력 분배부로 대체된 경우의 유도 전기장의 시뮬레이션 결과를 표시하는 도면이다.
도 5c는 도 5a의 안테나 구조체에서 접지 전극판을 제거한 경우의 유도 자기장을 나타내는 도면이다.
도 5d는 통상적인 원형의 1-턴 안테나의 유도 자기장을 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 도 5d를 참조하면, 유도 자기장의 계산을 위하여 컴퓨터 시뮬레이터(computer simulator) CST 회사의 Microwave studio 2010이 사용되었다. 표시된 결과는 안테나의 배치 평면에서 수직으로 40 mm z축 방향으로 떨어진 평면에서 최대값으로 규격화(Nomalization)되었다. 시뮬레이션에 사용된 RF 주파수는 13.56 MHz이다.
도 5d를 참조하면, 원형의 1-턴 안테나의 경우, 안테나를 따라서 외곽에만 유도 자기장이 형성된다. 이 유도 자기장을 따라 만들어진 플라즈마는 낮은 균일도를 제공할 수 있다.
도 5a를 참조하면, 이에 반하여, 본 발명에서 제안한 안테나의 경우, 4 개의 보조 안테나를 따라서 전류가 흐른다. 유도 자기장이 안테나의 외곽으로부터 중심부까지 분포한다. 따라서, 플라즈마의 균일도가 향상될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 전력 분배부를 동축 형태가 아닌 경우의 유도 자기장이 표시된다. 이 경우, 비동축 구조의 전력 분배부와 접지 라인 사이에 강한 전위 강하가 일어나서, 전력 분배효과가 효과적으로 발생하기 않을 수 있다. 이에 띠라, 아킹과 과열 등의 문제가 발생할 수 있다.
도 5c를 참조하면, 접지 전극판이 제거한 형태의 결과가 표시된다. 상기 접지 전극판이 제거된 경우, 안테나 구조체의 중심부에서 전류가 중심부로 집중되어, 균일도가 감소될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 구조체를 설명하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 유도 결합 플라즈마 발생용 안테나 구조체(100)는 접지 전극판(110), 상기 접지 전극판(110)의 측면에 연결되고 상기 접지 전극판(110)의 주위에 배치된 유도 결합 안테나(220), 및 상기 유도 결합 안테나(220)에 전력을 분배하는 전력 분배부(130)를 포함한다.
상기 유도 결합 안테나(220)는 상기 접지 전극판(110)에 각각 연결되고 상기 접지 전극판(110)의 중심을 기준으로 제1 사분면 내지 제4 사분면에 각각 배치된 제1 내지 제4 보조 안테나들(220a~220d)을 포함한다. 상기 제2 보조 안테나(220b)는 제1 보조 안테나(220a)가 시계방향으로 90도 회전한 형상으로 배치된다. 상기 보조 안테나(220a~220d)는 홀수 개의 안테나 브랜치들(222a~222e) 및 상기 안테나 브랜치들(222a~222e)을 서로 연결하는 안테나 연결부들(223a~223e)을 포함한다. 이웃한 안테나 브랜치들(222a~222e)의 전류는 서로 반대 방향으로 흐른다. 상기 보조 안테나의 안테나 브랜치들(222a~222e)은 직각으로 절곡된 띠 형상일 수 있다.
상기 안테나 구조체(200)는 사각형 형태의 접지 전극판(210), 상기 접지 전극판(210)의 측면에 연결되고 상기 접지 전극판(210)의 주위에 배치된 유도 결합 안테나(220), 및 상기 유도 결합 안테나(220)에 전력을 분배하는 전력 분배부(130)를 포함한다. 상기 유도 결합 안테나(220)는 상기 접지 전극판(210)에 각각 연결되고 상기 접지 전극판(210)의 중심을 기준으로 제1 사분면 내지 제4 사분면에 각각 배치된 제1 내지 제4 보조 안테나들(220a~220d)을 포함한다. 상기 제2 보조 안테나(220b)는 제1 보조 안테나(220a)가 시계방향으로 90도 회전한 형상으로 배치된다. 상기 보조 안테나(220a~220d)는 홀수 개의 안테나 브랜치들(222a~222e) 및 상기 안테나 브랜치들(222a~222e)을 서로 연결하는 안테나 연결부들(223a~223e)을 포함한다. 이웃한 안테나 브랜치들(222a~222e)의 전류는 서로 반대 방향으로 흐른다.
상기 안테나 구조체(200)는 접지 전극판(210), 유도 결합 안테나(220), 및 전력 분배부(130)를 포함할 수 있다. 상기 임피던스 매칭 네트워크의 출력은 동축 케이블 구조의 전력 공급 라인을 통하여 상기 전력 분배부에 제공될 수 있다.
제1 보조 안테나(220a)는 제1 사분면에 배치되고, 제2 보조 안테나(220b)는 제2 사분면에 배치되고, 제3 보조 안테나(20c)는 제3 사분면에 배치되고, 제4 보조 안테나(220d)는 제4 사분면에 배치될 수 있다. 제2 보조 안테나(220b)는 제1 보조 안테나(220a)와 동일한 형상이나, 제1 보조 안테나(220a)를 시계방향으로 90도 회전하여 배치될 수 있다. 또한, 제3 보조 안테나(220c)는 제2 보조 안테나(220b)를 시계 방향으로 90도 회전하여 배치될 수 있다. 또한, 제4 보조 안테나(220d)는 제3 보조 안테나(220c)를 시계 방향으로 90도 회전하여 배치될 수 있다.
상기 보조 안테나(220a~220d)는 홀수 개의 안테나 브랜치들(222a~222e) 및 상기 안테나 브랜치들(222a~222e)을 서로 연결하는 안테나 연결부들(223a~223e)을 포함한다. 이웃한 안테나 브랜치들(222a~222e)의 전류는 서로 반대 방향으로 흐른다. 상기 보조 안테나의 안테나 브랜치들(222a~222e)은 90도로 절곡된 띠 형상일 수 있다. 제1 안테나 브랜치(222a)는 최 외곽에 배치되고, 제2 안테나 브랜치(222b)는 상기 제1 안테나 브랜치(222a) 내부에 일정한 간격을 유지하면서 배치될 수 있다. 제3 안테나 브랜치(222c)는 상기 제2 안테나 브랜치(222b) 내부에 일정한 간격을 유지하면서 배치될 수 있다. 제4 안테나 브랜치(222d)는 상기 제3 안테나 브랜치(222c) 내부에 일정한 간격을 유지하면서 배치될 수 있다. 제5 안테나 브랜치(222e)는 상기 제4 안테나 브랜치(222d0 내부에 일정한 간격을 유지하면서 배치될 수 있다.
제1 안테나 브랜치(222a)의 일단 또는 전력 입력단(N1)은 상기 전력 출력부의 내부 도선과 연결될 수 있다. 안테나 연결부들(223a~223e)은 x축 방향 또는 y축 방향으로 연장될 수 있다. 제1 안테나 연결부(223a)는 상기 제1 안테나 브랜치(222a)의 타단과 상기 제2 안테나 브랜치(222b)의 일단을 연결할 수 있다. 제2 안테나 연결부(223b)는 상기 제2 안테나 브랜치(222b)의 타단과 상기 제3 안테나 브랜치(222c)의 일단을 연결할 수 있다. 제3 안테나 연결부(223c)는 상기 제3 안테나 브랜치(222c)의 타단과 상기 제4 안테나 브랜치(222d)의 일단을 연결할 수 있다. 제4 안테나 연결부(223d)는 상기 제4 안테나 브랜치(222d)의 타단과 상기 제5 안테나 브랜치(222e)의 일단을 연결할 수 있다. 제5 안테나 연결부(223e)는 상기 제5 안테나 브랜치(222e)의 타단과 상기 접지 전극판(210)의 측면을 연결할 수 있다. 이에 따라, 상기 접지 전극판(210)의 중심에서 전원 입력단(N1)을 연결하는 직선과 상기 접지 전극판의 중심에 접지단(N2)을 연결하는 직선은 서로 90도 간격을 가질 수 있다. 제1 안테나 연결부(223a), 제3 안테나 연결부(223c), 및 제5 안테나 연결부(223e)는 y축 방향으로 연장되도록 배치될 수 있다. 제2 안테나 연결부(223b) 및 제 4 안테나(223d)는 x축 방향으로 연장되도록 배치될 수 있다.
제1 내지 제4 보조 안테나들의 제1 안테나 브랜치들(222a)의 전류 방향은 특정한 시각에 동일한 원주 상에 동일하게 유지될 수 있다. 또한, 상기 제2 안테나 브랜치들(222b)의 전류 방향은 상기 제1 안테나 브랜치(222a)의 전류 방향과 반대일 수 있다. 상기 접지 전극판의 직경(d)은 상기 유도 결합 안테나의 직경(D)의 1/3 수준일 수 있다.
이웃한 전류 통로의 전류 방향이 서로 반대 방향이다. 따라서, 이웃한 전류 통로 사이에서는 유도 전기장이 강화되고, 다른 곳 들에서는 강화 또는 상쇄될 수 있다. 하지만, 가장 근접한 전류 통로 사이의 영향이 가장 크다. 따라서, 전류 통로 사이의 유도 전기장의 방향은 반경을 따라 교차적으로 나타난다. 이러한 4 개의 보조 안테나를 가지고 구조는 안테나의 인덕턴스를 효과적으로 줄일 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
60: RF 전원
50: 임피던스 매칭 네트워크
110: 접지 전극판
120: 유도 결합 안테나
130: 전력 분배부

Claims (4)

  1. 접지 전극판;
    상기 접지 전극판의 측면에 연결되고 상기 접지 전극판의 주위에 배치된 유도 결합 안테나; 및
    상기 유도 결합 안테나에 전력을 분배하는 전력 분배부를 포함하고,
    상기 유도 결합 안테나는 상기 접지 전극판에 각각 연결되고 상기 접지 전극판의 중심을 기준으로 제1 사분면 내지 제4 사분면에 각각 배치된 제1 내지 제4 보조 안테나들을 포함하고,
    상기 제2 보조 안테나는 상기 제1 보조 안테나가 시계방향으로 90도 회전한 형상으로 배치되고,
    상기 제1 내지 제4 보조 안테나 각각은 홀수 개의 안테나 브랜치들 및 상기 안테나 브랜치들을 서로 연결하는 안테나 연결부들을 포함하고,
    이웃한 안테나 브랜치들의 전류는 서로 반대 방향으로 흐르는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 발생용 안테나 구조체.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전력 분배부는 RF 전원으로부터 RF 전력을 공급받는 전력 입력부와 상기 전력 입력부에 전기적으로 연결되어 십자 형태로 분기된 전력 출력부를 포함하고,
    상기 전력 출력부는 내부 도선과 외부 도선을 포함하는 동축 케이블 구조를 포함하고,
    상기 전력 분배부는 접지 전극판이 배치된 하부 평면과 수직으로 이격된 상부 평면에 배치되고,
    상기 내부 도선은 상기 보조 안테나에 연결되고, 상기 외부 도선은 상기 접지 전극에 연결되는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 발생용 안테나 구조체.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 보조 안테나 각각 의 안테나 브랜치들은 일정한 곡률을 가지는 원호 형상인 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 발생용 안테나 구조체.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 보조 안테나 각각 의 안테나 브랜치들은 직각으로 절곡된 띠 형상인 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 발생용 안테나 구조체.
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