KR101633721B1

KR101633721B1 - 수직 다중 기둥 구조를 갖는 rf 안테나

Info

Publication number: KR101633721B1
Application number: KR1020150167765A
Authority: KR
Inventors: 김재동
Original assignee: (주)이엠아이티
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2016-06-27

Abstract

본 발명의 일 실시예는 수직 다중 기둥 구조를 갖는 RF 안테나에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 RF 방출량 및 가스 공급량을 극대화하여 플라즈마 밀도를 증가시킬 수 있는 수직 다중 기둥 구조를 갖는 RF 안테나를 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 평평한 제1면과, 상기 제1면의 반대면으로서 평평한 제2면과, 상기 제1면과 상기 제2면을 연결하는 제3면과, 상기 제1면에 형성되어 고주파 전원이 연결되는 전원 연결부를 포함하고, 상기 제1면으로부터 상기 제2면까지 관통되어 공정 가스가 유입되는 다수의 공정 가스 유입홀이 형성된 도전성 플레이트; 및 상기 도전성 플레이트의 제2면에 상기 제2면으로부터 멀어지는 방향으로 연장된 다수의 도전성 기둥을 포함하는 수직 다중 기둥 구조를 갖는 RF 안테나를 개시한다.

Description

수직 다중 기둥 구조를 갖는 RF 안테나{Radio Frequency Antenna having vertical multiple pole structure}

본 발명은 수직 다중 기둥 구조를 갖는 RF 안테나에 관한 것이다.

일반적으로 진공 챔버에 플라즈마를 발생시키기 위해서는, 챔버를 적절한 진공 상태로 유지하고 적정량의 가스를 공급한 후, 고주파 에너지(RF Power)를 진공챔버 내에 설치되어 있는 RF 안테나에 인가하여 플라즈마를 발생시킨다.

이때 발생된 플라즈마는 반도체 소자, 액정표시장치, 유기전계발광표시장치의 식각이나, 진공 챔버의 유기물 오염원 세정 등의 다양한 분야에 적용된다.

그러나 종래의 RF 안테나 또는 고주파 안테나는 판상형 또는 나선형 와이어 구조로 챔버 내에 고주파를 공급하으로써, 진공 챔버 내에서 송출되는 고주파 전파 효율이 낮고, 이로 인하여 공정 가스와 고주파의 접촉 기회가 적어서 발생되는 "플라즈마 밀도"가 현저히 적은 "효율성 저하"의 문제점이 있었다.

이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.

대한민국 공개특허 10-2014-0141268(2014년12월10일) 대한민국 공개특허 10-2012-0040335(2012년04월27일) 대한민국 공개특허 10-2014-0039384(2014년04월02일)

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 RF 방출량 및 가스 공급량을 극대화하여 플라즈마 밀도를 증가시킬 수 있는 수직 다중 기둥 구조를 갖는 RF 안테나를 제공하는데 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수직 다중 기둥 구조를 갖는 RF 안테나는 평평한 제1면과, 상기 제1면의 반대면으로서 평평한 제2면과, 상기 제1면과 상기 제2면을 연결하는 제3면과, 상기 제1면에 형성되어 고주파 전원이 연결되는 전원 연결부를 포함하고, 상기 제1면으로부터 상기 제2면까지 관통되어 공정 가스가 유입되는 다수의 공정 가스 유입홀이 형성된 도전성 플레이트; 및 상기 도전성 플레이트의 제2면에 상기 제2면으로부터 멀어지는 수직 방향으로 연장된 다수의 도전성 기둥을 포함한다.

상기 다수의 도전성 기둥의 높이는 상기 도전성 플레이트의 제1면과 제2면 사이의 두께에 비하여 2배 내지 20배일 수 있다.

상기 다수의 도전성 기둥은 단면 형태가 원형 또는 다각 형태일 수 있다.

상기 다수의 공정 가스 유입홀은 상기 다수의 도전성 기둥 사이에 형성될 수 있다.

상기 다수의 도전성 기둥이 갖는 피치에 비해 상기 다수의 공정 가스 유입홀이 갖는 피치가 더 작을 수 있다.

상기 다수의 도전성 기둥의 개수에 비해 상기 다수의 공정 가스 유입홀의 개수가 더 많을 수 있다.

상기 다수의 도전성 기둥이 갖는 각각의 단면적에 비해 상기 다수의 공정 가스 유입홀이 갖는 직경이 더 작을 수 있다.

상기 전원 연결부는 상기 도전성 플레이트의 제1면에 상기 제1면으로부터 멀어지는 방향으로 연장된 제1연장부; 및 상기 도전성 플레이트의 제2면에 상기 제2면으로부터 멀어지는 방향으로 연장된 제2연장부를 포함하고, 상기 제1연장부와 상기 제2연장부를 관통하여 관통홀이 형성될 수 있다.

상기 제2연장부는 상기 다수의 도전성 기둥이 갖는 높이보다 작을 수 있다.

상기 다수의 도전성 기둥 중 일부는 상기 제2연장부로부터 연장될 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 RF 방출량 또는 송출량 및 가스 공급량을 극대화하여 플라즈마 밀도를 증가시킬 수 있는 수직 다중 기둥 구조를 갖는 RF 안테나를 제공한다.

즉, 본 발명에 따른 RF 안테나는 다수의 공정 가스 유입홀이 매트릭스 형태로 배열되어 형성된 도전성 플레이트에 수직 방향으로 다수의 도전성 기둥이 매트릭스 형태로 배열되어 형성됨으로써, 유입홀을 통해 유입된 공정 가스가 풍부한 고주파 에너지 환경에 놓이게 되고, 이에 따라 생성된 플라즈마 밀도가 증가하게 된다.

따라서 본 발명은 에칭이나 클리닝 공정 시 그 효율을 증가시키고, 공정 처리 시간을 단축할 수 있도록 한다. 예를 들면, 플라즈마를 이용하는 반도체 제조 에칭 공정이나 처리물의 유기물 세정, 진공 챔버의 내부 세정 등의 다양한 분야에서 본 발명에 따른 RF 안테나가 효율적으로 이용될 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 수직 다중 기둥 구조를 갖는 RF 안테나를 도시한 정면 사시도 및 저면 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 수직 다중 기둥 구조를 갖는 RF 안테나를 도시한 정면도 및 평면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 수직 다중 기둥 구조를 갖는 RF 안테나를 도시한 사시 단면도 및 정면 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.

"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서 "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 수직 다중 기둥 구조를 갖는 RF 안테나(100)를 도시한 정면 사시도 및 저면 사시도이고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 수직 다중 기둥 구조를 갖는 RF 안테나(100)를 도시한 정면도 및 평면도이며, 도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 수직 다중 기둥 구조를 갖는 RF 안테나(100)를 도시한 사시단면도 및 정단면도이다.

도 1a, 도 1b, 도 2a, 도 2b, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 RF 안테나(100)는 판상의 도전성 플레이트(110)와, 도전성 플레이트(110)로부터 대략 수직 방향으로 길게 연장된 다수의 도전성 기둥(120)을 포함한다.

도전성 플레이트(110)는 대략 평평한 제1면(111)과, 제1면(111)의 반대면으로서 대략 평평한 제2면(112)과, 제1면(111)과 제2면(112)을 연결하는 제3면(113)을 포함한다. 여기서, 제3면(113)은, 예를 들어, 상면에서 보았을 때 대략 원형일 수 있다. 그러나 본 발명에서 제3면(113)의 형태를 한정하는 것은 아니며, 이밖에도 삼각, 사각, 오각, 육각, 칠각, 팔각 등의 다양한 형태가 가능하다.

또한, 도전성 플레이트(110)는 제1면(111)에 형성되어 외부로부터 고주파 전원이 연결되는 전원 연결부(114)를 더 포함한다. 이러한 전원 연결부(114)를 통하여 대략 10 내지 20 MHz의 고주파 전원이 도전성 플레이트(110)에 인가될 수 있다.

또한, 도전성 플레이트(110)는 제1면(111)으로부터 제2면(112)까지 관통되어 공정 가스가 유입되는 다수의 공정 가스 유입홀(115)을 갖는다. 이러한 공정 가스 유입홀(115)을 통하여 불소 계역의 공정 가스 또는 아르곤, 헬륨, 질소 등의 불활성 가스가 공급될 수 있다.

다수의 도전성 기둥(120)은 도전성 플레이트(110)의 제2면(112)에 제2면(112)으로부터 멀어지는 방향, 예를 들면 제2면(112)에 수직인 방향으로 연장되어 있다. 이러한 다수의 도전성 기둥(120)은 단면 형태가 원형 또는 다각(예를 들면, 직사각 또는 정사각) 형태일 수 있으나, 이러한 단면 형태로 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 이밖에도 삼각, 오각, 육각, 칠각 또는 팔각 등의 다양한 형태가 가능하다.

더불어, 다수의 도전성 기둥(120)은 상면에서 보았을 때 다수의 행과 다수의 열을 가지며 배열된 형태를 하고, 또한 공정 가스 유입홀(115) 역시 다수의 도전성 기둥(120) 사이에 다수의 행과 다수의 열을 가지며 배열된 형태를 한다. 즉, 다수의 공정 가스 유입홀(115)은 다수의 도전성 기둥(120) 사이사이에 형성될 수 있다. 특히, 상면에서 보았을 때 대략 십자 형태로 배열된 다수의 도전성 기둥(120)의 단면적이 상대적으로 가장 크고, 그 주변에 배열된 나머지 다수의 도전성 기둥(120)의 단면적이 상대적으로 가장 작을 수 있다.

여기서, 전원 연결부(114)는 도전성 플레이트(110)의 제1면(111)에 제1면(111)으로부터 멀어지는 방향으로 연장된 제1연장부(114a)와, 도전성 플레이트(110)의 제2면(112)에 제2면(112)으로부터 멀어지는 방향으로 연장된 제2연장부(114b)를 포함한다. 더불어, 제1연장부(114a)와 제2연장부(114b)를 관통하여 관통홀(114c)이 형성될 수 있다. 이러한 전원 연결부(114)는 도전성 플레이트(110)의 대략 중앙에 형성될 수 있으며, 또한 전원 연결부(114)에 형성된 관통홀(114c)을 통해서도 공정 가스가 유입될 수 있다. 이러한 관통홀(114c)의 직경은 나머지 공정 가스 유입홀(115)의 직경에 비해 대략 2배 내지 10배 정도 크며, 따라서 도전성 플레이트(110)의 중앙에 형성된 관통홀(114c)을 통해 가장 많은 공정 가스가 유입될 수 있다.

또한, 제2연장부(114b)는 다수의 도전성 기둥(120)이 갖는 높이보다 작을 수 있으며, 더욱이, 다수의 도전성 기둥(120) 중 일부는 이러한 제2연장부(114b)로부터 연장될 수 있다. 따라서 본 발명에서는 도전성 기둥(120)의 밀도를 더욱 높일 수 있다.

한편, 다수의 도전성 기둥(120)이 갖는 높이는 도전성 플레이트(110)의 제1면(111)과 제2면(112) 사이의 두께에 비해 대략 2배 내지 20배일 수 있다. 예를 들어, 도전성 플레이트(110)의 제1면(111)과 제2면(112) 사이의 두께가 대략 2.5 mm이고, 다수의 도전성 기둥(120)이 갖는 높이는 대략 26.6 mm일 수 있다. 그러나 이러한 수치로 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 이는 공정 챔버의 크기, 처리 대상의 크기 및 물성에 따라 변경될 수 있음은 당연하다.

또한, 다수의 도전성 기둥(120)이 갖는 피치에 비해 다수의 공정 가스 유입홀(115)이 갖는 피치가 상대적으로 작을 수 있다. 예를 들어, 다수의 도전성 기둥(120) 사이의 피치가 대략 3 mm이고, 다수의 공정 가스 유입홀(115) 사이의 피치는 대략 2.6 mm일 수 있다.

더욱이, 다수의 도전성 기둥(120)의 개수에 비해 다수의 공정 가스 유입홀(115)의 개수가 더 많을 수 있다. 예를 들어, 다수의 도전성 기둥(120)의 개수가 대략 56개이고, 다수의 공정 가스 유입홀(115)의 개수가 대략 110개일 수 있다. 따라서 하나의 도전성 기둥(120)을 중심으로 그 주변에 다수의 공정 가스 유입홀(115)이 형성된 형태를 한다.

더불어, 다수의 도전성 기둥(120)이 갖는 단면적에 비해 다수의 공정 가스 유입홀(115)이 갖는 직경이 더 작을 수 있다. 예를 들어, 도전성 기둥(120)이 갖는 단면적은 대략 2*2 mm이고, 공정 가스 유입홀(115)의 직경은 대략 1.5 mm일 수 있다.

더불어, 이러한 RF 안테나(100)는, 예를 들면, 알루미늄, 알루미늄 합금 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있으나, 본 발명에서 그 재질이 한정되지 않으며, 다양한 금속 재료가 이용될 수 있다.

이와 같은 구성을 하는 본 발명에 따른 RF 안테나(100)의 작용을 설명한다.

본 발명에 따른 RF 안테나(100)는, 기본적으로, 진공 상태의 공정 챔버 내에 설치될 수 있다. 예를 들면, RF 안테나(100)의 도전성 플레이트(110)가 상부를 향하고, 다수의 도전성 기둥(120)이 하부를 향하여 설치될 수 있다. 물론, 이러한 RF 안테나(100)의 하부에는 처리될 대상이 위치된다.

RF 안테나(100)의 도전성 플레이트(110)에 형성된 전원 연결부(114)를 통해 대략 10 내지 20 MHz의 고주파 전원이 인가되고, 또한 도전성 플레이트(110)에 형성된 고정 가스 유입홀(115) 및 관통홀(114c)을 통해, 예를 들면, 불소 계열의 공정 가스 및/또는 아르곤, 헬륨 또는 질소와 같은 불활성 가스가 유입될 수 있다.

여기서, 도전성 플레이트(110)의 하부를 향하여는 다수의 도전성 기둥(120)이 매트릭스 형태로 배열되어 있으므로, 각각의 도전성 기둥(120)을 통해 고주파 에너지가 방출 또는 송출된다. 더욱이, 도전성 기둥(120) 사이사이에 형성된 공정 가스 유입홀(115) 역시 매트릭스 형태로 배열되어 공정 가스를 도전성 기둥(120)의 사이사이에 공급하므로, 고주파 에너지와 공정 가스의 상호간 접촉 면적 또는 반응 면적이 증가한다.

이와 같이 공정 가스와 반응하는 고주파 에너지가 풍부해짐으로써, 결국 이에 따라 형성된 플라즈마의 밀도가 상당히 증가하게 된다.

이와 같은 플라즈마 밀도의 증가는, 결국 에칭이나 클리닝 공정 시 그 효율을 증가시키고, 공정 처리 시간을 단축할 수 있다. 즉, 플라즈마를 이용하는 반도체 제조 에칭 공정이나 처리물의 유기물 세정, 진공 챔버의 내부 세정 등의 다양한 분야에서 효율적으로 이용될 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 수직 다중 기둥 구조를 갖는 RF 안테나를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

100; 본 발명에 따른 RF 안테나
110; 도전성 플레이트 111; 제1면
112; 제2면 113; 제3면
114; 전원 연결부 114a; 제1연장부
114b; 제2연장부 114c; 관통홀
115; 공정 가스 유입홀 120; 도전성 기둥

Claims

평평한 제1면과, 상기 제1면의 반대면으로서 평평한 제2면과, 상기 제1면과 상기 제2면을 연결하는 제3면과, 상기 제1면에 형성되어 고주파 전원이 연결되는 전원 연결부를 포함하고, 상기 제1면으로부터 상기 제2면까지 관통되어 공정 가스가 유입되는 다수의 공정 가스 유입홀이 형성된 도전성 플레이트; 및
상기 도전성 플레이트의 제2면에 상기 제2면으로부터 멀어지는 수직 방향으로 연장된 다수의 도전성 기둥을 포함하고,
상기 전원 연결부는
상기 도전성 플레이트의 제1면에 상기 제1면으로부터 멀어지는 방향으로 연장된 제1연장부; 및
상기 도전성 플레이트의 제2면에 상기 제2면으로부터 멀어지는 방향으로 연장된 제2연장부를 포함하며,
상기 제1연장부와 상기 제2연장부를 관통하여 관통홀이 형성됨을 특징으로 하는 RF 안테나.
제 1 항에 있어서,
상기 다수의 도전성 기둥의 높이는 상기 도전성 플레이트의 제1면과 제2면 사이의 두께에 비하여 2배 내지 20배인 것을 특징으로 하는 RF 안테나.
제 1 항에 있어서,
상기 다수의 도전성 기둥은 단면 형태가 원형 또는 다각 형태인 것을 특징으로 하는 RF 안테나.
제 1 항에 있어서,
상기 다수의 공정 가스 유입홀은 상기 다수의 도전성 기둥 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 RF 안테나.
제 1 항에 있어서,
상기 다수의 도전성 기둥이 갖는 피치에 비해 상기 다수의 공정 가스 유입홀이 갖는 피치가 더 작은 것을 특징으로 하는 RF 안테나.
제 1 항에 있어서,
상기 다수의 도전성 기둥의 개수에 비해 상기 다수의 공정 가스 유입홀의 개수가 더 많은 것을 특징으로 하는 RF 안테나.
제 1 항에 있어서,
상기 다수의 도전성 기둥이 갖는 각각의 단면적에 비해 상기 다수의 공정 가스 유입홀이 갖는 직경이 더 작은 것을 특징으로 하는 RF 안테나.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 제2연장부는 상기 다수의 도전성 기둥이 갖는 높이보다 작은 것을 특징으로 하는 RF 안테나.
제 1 항에 있어서,
상기 다수의 도전성 기둥 중 일부는 상기 제2연장부로부터 연장된 것을 특징으로 하는 RF 안테나.