KR101826883B1

KR101826883B1 - 유도 코일 구조체 및 유도 결합 플라즈마 발생 장치

Info

Publication number: KR101826883B1
Application number: KR1020160146058A
Authority: KR
Inventors: 엄세훈; 이윤성
Original assignee: 인투코어테크놀로지 주식회사
Priority date: 2016-11-03
Filing date: 2016-11-03
Publication date: 2018-02-08
Also published as: EP3537471A4; WO2018084508A1; EP3537471A1; CN109417011B; CN113921364A; JP2022043052A; JP6989119B2; TWI820547B; EP3537471B1; JP2023030090A; EP4027370A1; JP7217850B2; TW202215912A; CN109417011A; TWI753964B; TW202408321A; JP2020502721A; TW201833975A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 발생 장치는, 길이방향으로 연장되는 유전체 튜브; 상기 유전체 튜브를 감싸도록 배치되고 상기 유전체 튜브 내에 유도 결합 플라즈마를 생성하는 제1 유도 코일 구조체; 서로 반대 위상의 양의 출력 및 음의 출력을 제공하고, 상기 제1 유도 코일 구조체의 양단에 RF 전력의 양의 출력 및 음의 출력을 각각 공급하고, 구동 주파수를 변경하는 RF 전원; 상기 RF 전원의 양의 출력단과 상기 제1 유도 코일 구조체의 일단 사이에 배치된 제1 메인 축전기; 및 상기 RF 전원의 음의 출력단과 상기 제1 유도 코일 구조체의 타단 사이에 배치된 제2 메인 축전기를 포함한다. 상기 제1 유도 코일 구조체는, 서로 직렬 연결되고, 서로 다른 층에 각각 배치되고, 각 층에서 적어도 한 턴(one turn) 이상을 구비한 유도 코일들; 및 서로 인접한 유도 코일들 사이에 각각 배치되어 상기 유도 코일들에 인가되는 전압을 분배하는 보조 축전기들을 포함한다.

Description

유도 코일 구조체 및 유도 결합 플라즈마 발생 장치{Inductive Coil Structure And Inductively Coupled Plasma Apparatus}

본 발명은 유도 결합 플라즈마 발생 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 복수의 안테나를 사이에 축전기를 삽입하여 전압 분배 구조를 가지는 유도 결합 플라즈마 발생 장치에 관한 것이다.

플라즈마는 종래에 반도체용 웨이퍼와 같은 기판의 식각 공정 또는 증착 공정에 사용된다. 또한, 플라즈마는 신소재합성, 표면처리, 환경 정화 등에 사용되고 있다. 한편, 대기압 플라즈마는 플라즈마 스크러버, 세정, 살균, 피부 미용 등에 사용되고 있다.

통상적인 유도 결합 플라즈마는 유전체 방전관에 유도 코일을 감아서 사용한다. 그러나, 통상적인 유도 코일 구조는 낮은 방전 안정성 및 낮은 플라즈마 밀도를 가진다.

본 발명은 대기압 또는 수 토르 이상의 고압력에서 안정적으로 유도 결합 플라즈마를 생성할 수 있는 새로운 유도 코일 구조를 제공한다.

본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 축전 결합 성분을 억제하여 방전 안정성 및 효율을 향상시키는 유도 결합 플라즈마 발생용 유도 코일을 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 유도 코일의 권선수 증가에 의한 전압 상승을 억제하는 유도 코일 및 플라즈마 발생 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 단위 길이당 권선수를 극대화하고 축전 결합을 억제하는 유도 코일을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유도 코일들 각각은 동일한 제1 인덕턴스(L1)를 가지고, 상기 보조 축전기들 각각은 동일한 제1 정전용량(C1)을 가지고, 상기 RF 전원의 구동 주파수는 직렬 연결된 상기 제1 인덕턴스(L1)와 상기 제1 정전 용량(C1)에 의한 공명 주파수와 일치하도록 제어될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 메인 축전기 및 상기 제2 메인 축전기는 각각 동일한 제2 정전 용량(C2)을 가지고, 상기 제2 정전 용량(C2)은 상기 제1 정전 용량(C1)의 2 배일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유도 코일들 각각은 2턴 내지 4 턴 안테나일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유전체 튜브를 감싸도록 배치되고 상기 제1 유도 코일 구조체와 이격되어 배치되고, 상기 제1 유도 코일 구조체와 동일한 구조를 가지고 상기 유전체 튜브 내에 유도 결합 플라즈마를 생성하는 제2 유도 코일 구조체를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 유도 코일 구조체의 일단은 상기 제1 유도 코일 구조체의 일단과 연결되고, 상기 제2 유도 코일 구조체의 타단은 상기 제2 유도 코일 구조체의 타단과 연결되고, 상기 제1 유도 코일 구조체와 상기 제2 유도 코일 구조체는 상기 제1 메인 축전기와 상기 제2 메인 축전기 사이에서 서로 병렬 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 유도 코일 구조체와 상기 제2 유코 코일 구조체를 구성하는 상기 유도 코일들 각각은 동일한 제1 인덕턴스(L1)를 가지고, 상기 제1 유도 코일 구조체와 상기 제2 유코 코일 구조체를 구성하는 상기 보조 축전기들 각각은 동일한 제1 정전용량(C1)을 가지고, 상기 RF 전원의 구동 주파수는 직렬 연결된 상기 제1 인턱턴스(L1)와 상기 제1 정전 용량(C1)에 의한 공명 주파수와 일치하도록 제어될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 메인 축전기 및 상기 제2 메인 축전기는 각각 동일한 제2 정전 용량(C2)을 가지고, 상기 제2 정전 용량(C2)은 상기 제1 정전 용량(C1)의 4 배일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 유도 코일 구조체의 일단과 상기 제2 유도 코일 구조체의 일단은 서로 인접하게 배치되고, 상기 제1 유도 코일 구조체의 일단과 상기 제2 유도 코일 구조체의 일단은 서로 연결되어 상기 제1 메인 축전기에 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유도 코일들 각각은, 직각 좌표계에서 제1 방향으로 개방된 부위를 가지고 제1 중심각을 가지고 배치평면에서 배치되고 일정한 제1 반경을 가지는 제1 원호부; 상기 제1 중심각 이하의 제2 중심각을 가지고 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제1 반경보다 큰 제2 반경을 가지고 상기 제1 원호부의 중심축과 동일한 중심축을 가지도록 배치된 제2 원호부; 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제1 원호부의 일단에 연결되고 상기 제1 방향으로 연장되는 제1 연결부; 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제1 원호부의 타단과 상기 제2 원호부의 일단을 연결하는 "U" 자 형태의 제1 원호 연결부; 및 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제2 원호부의 타단에 연결되고 상기 제1 방향으로 연장되는 제2 연결부를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유도 코일들 각각은, 직각 좌표계에서 제1 방향으로 개방된 부위를 가지고 제1 중심각을 가지고 배치평면에서 배치되고 일정한 제1 반경을 가지는 제1 원호부; 상기 제1 중심각 이하의 제2 중심각을 가지고 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제1 반경보다 큰 제2 반경을 가지고 상기 제1 원호부의 중심축과 동일한 중심축을 가지도록 배치된 제2 원호부; 상기 제2 중심각 이하의 제3 중심각을 가지고 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제2 반경보다 큰 제3 반경을 가지고 상기 제1 원호부의 중심축과 동일한 중심축을 가지도록 배치된 제3 원호부; 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제1 원호부의 일단에 연결되고 상기 제1 방향으로 연장되는 제1 연결부; 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제1 원호부의 타단과 상기 제2 원호부의 일단을 연결하는 "U" 자 형태의 제1 원호 연결부; 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제2 원호부의 타단과 상기 제3 원호부의 일단을 연결하고 "U" 자 형태의 제2 원호 연결부; 및 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제3 원호부의 타단에 연결되고 상기 제1 방향으로 연장되는 제2 연결부를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유도 코일들 각각은, 직각 좌표계에서 제1 방향으로 개방된 부위를 가지고 제1 중심각을 가지고 배치평면에서 배치되고 일정한 제1 반경을 가지는 제1 원호부; 상기 제1 중심각 이하의 제2 중심각을 가지고 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제1 반경보다 큰 제2 반경을 가지고 상기 제1 원호부의 중심축과 동일한 중심축을 가지도록 배치된 제2 원호부; 상기 제2 중심각 이하의 제3 중심각을 가지고 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제2 반경보다 큰 제3 반경을 가지고 상기 제1 원호부의 중심축과 동일한 중심축을 가지도록 배치된 제3 원호부; 상기 제3 중심각 이하의 제4 중심각을 가지고 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제3 반경보다 큰 제4 반경을 가지고 상기 제1 원호부의 중심축과 동일한 중심축을 가지도록 배치된 제4 원호부; 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제1 원호부의 일단에 연결되고 상기 제1 방향으로 연장되는 제1 연결부; 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제1 원호부의 타단과 상기 제2 원호부의 일단을 연결하는 "U" 자 형태의 제1 원호 연결부; 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제2 원호부의 타단과 상기 제3 원호부의 일단을 연결하고 "U" 자 형태의 제2 원호 연결부; 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제3 원호부의 타단과 상기 제4 원호부의 일단을 연결하고 "U" 자 형태의 제3 원호 연결부; 및 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제4 원호부의 타단에 연결되고 상기 제1 방향으로 연장되는 제2 연결부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 유도 코일 구조체와 상기 제2 유도 코일 구조체는 상기 유전체 방전 튜브의 일지점을 기준으로 위/아래 거울 대칭으로 배치되며, 전류는 중앙에서 위/아래로 분산되어 다시 양 끝에서 모일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유도 코일들의 전력 입력단은 서로 방위각 방향으로 일정한 각도를 유지하도록 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유도 코일들의 적어도 일부는 세라믹 몰드로 고정될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유도 코일들 사이에 배치되어 전기적으로 절연시키는 와셔 형태의 절연 스페이서를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유도 코일들은 차례로 적층된 제1 유도 코일 및 제4 유도 코일을 포함하고, 상기 보조 축전기는 제1 내지 제3 보조 축전기를 포함하고, 상기 제2 유도 코일은 상기 제1 유도 코일이 배치된 경우에 대비하여 반시계 방향으로 90회전하여 상기 제1 유도 코일의 하부에 정렬되어 배치되고, 상기 제3 유도 코일은 상기 제2 유도 코일이 배치된 경우에 대비하여 반시계 방향으로 90도 회전하여 상기 제2 유도 코일의 하부에 정렬되어 배치되고, 상기 제4 유도 코일은 상기 제3 유도 코일이 배치된 경우에 대비하여 반시계 방향으로 90도 회전하여 상기 제3 유도 코일의 하부에 정렬되어 배치되고, 상기 제1 유도 코일의 일단은 상기 제1 메인 축전기를 통하여 상기 RF 전원의 양의 출력단에 연결되고, 상기 제1 유도 코일의 타단은 상기 제1 보조 축전기를 통하여 상기 제2 유도 코일의 일단에 연결되고, 상기 제2 유도 코일의 타단은 상기 제2 보조 축전기를 통하여 상기 제3 유도 코일의 일단에 연결되고, 상기 제3 유도 코일의 타단은 상기 제3 보조 축전기를 통하여 상기 제4 유도 코일의 일단에 연결되고, 상기 제4 유도 코일의 타단은 상기 제2 메인 축전기를 통하여 상기 RF 전원의 음의 출력단에 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 반도체 기판을 처리하는 공정 챔버; 및 상기 공정 챔버에 플라즈마에 의하여 활성종을 제공하는 유도 결합 플라즈마 발생 장치를 포함한다. 상기 유도 결합 플라즈마 발생 장치는, 길이방향으로 연장되는 유전체 튜브; 상기 유전체 튜브를 감싸도록 배치되고 상기 유전체 튜브 내에 유도 결합 플라즈마를 생성하는 제1 유도 코일 구조체; 서로 반대 위상의 양의 출력 및 음의 출력을 제공하고, 상기 제1 유도 코일 구조체의 양단에 RF 전력의 양의 출력 및 음의 출력을 각각 공급하고, 구동 주파수를 변경하는 RF 전원; 상기 RF 전원의 양의 출력단과 상기 제1 유도 코일 구조체의 일단 사이에 배치된 제1 메인 축전기; 및 상기 RF 전원의 음의 출력단과 상기 제1 유도 코일 구조체의 타단 사이에 배치된 제2 메인 축전기를 포함한다. 상기 제1 유도 코일 구조체는, 서로 직렬 연결되고, 서로 다른 층에 각각 배치되고, 각 층에서 적어도 한 턴(one turn) 이상을 구비한 유도 코일들; 및 서로 인접한 유도 코일들 사이에 각각 배치되어 상기 유도 코일들에 인가되는 전압을 분배하는 보조 축전기들을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 유도 코일 구조체는 유전체 튜브를 감싸도록 배치되고 상기 유전체 튜브 내에 유도 결합 플라즈마를 생성한다. 상기 유도 코일 구조체는, 서로 직렬 연결되고, 서로 다른 층에 각각 배치되고, 각 층에서 적어도 한 턴(one turn) 이상을 구비하고 동일한 구조의 유도 코일들; 및 서로 인접한 유도 코일들 사이에 각각 배치되어 상기 유도 코일들에 인가되는 전압을 분배하는 보조 축전기들을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 유도 코일의 구조에 의하여 축전 결합을 감소시키고 안정적으로 고 효율의 유도 결합 플라즈마를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 유도 코일 구조체를 구성하는 유도 코일들 사이에 직렬 연결된 보조 축전기를 통하여 전압을 분배하여 전체적으로 인가되는 최대 전압을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 유도 코일 구조체를 구성하는 각각의 유도 코일들이 유전체 튜브와 접촉하는 지점에서 동일한 전위를 가짐에 따라, 기생 축전기의 발생을 억제하고 방전 안정성을 향상시키고, 국부적인 이온 스퍼터링을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판 처리 장치를 설명하는 개념도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 발생 장치를 설명하는 개념도이다.
도 2b는 도 2a의 유도 결합 플라즈마 발생 장치를 설명하는 회로도이다.
도 2c는 도 2a의 유도 결합 플라즈마 발생 장치의 전압 분배를 설명하는 도면이다.
도 2d는 도 2a의 유도 결합 플라즈마 발생 장치를 설명하는 평면도이다.
도 2e는 도 2a의 유도 결합 플라즈마 발생 장치의 유도 코일을 설명하는 평면도이다.
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 발생 장치를 설명하는 개념도이다.
도 3b는 도 3a의 유도 결합 플라즈마 발생 장치를 설명하는 회로도이다.
도 3c는 도 3a의 유도 결합 플라즈마 발생 장치의 유도 코일 구조체의 전압 분배를 설명하는 도면이다.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 발생 장치를 설명하는 개념도이다.
도 4b는 도 4a의 유도 결합 플라즈마 발생 장치를 설명하는 회로도이다.
도 4c는 도 4a의 유도 결합 플라즈마 발생 장치의 유도 코일 구조체의 전압 분배를 설명하는 도면이다.
도 4d는 도 4a의 유도 결합 플라즈마 발생 장치의 유도 코일을 설명하는 평면도이다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 발생 장치를 설명하는 개념도이다.
도 5b는 도 5a의 유도 결합 플라즈마 발생 장치의 유도 코일을 설명하는 평면도이다.

유전체 방전 튜브를 감싸도록 배치된 안테나에서, 상기 유전체 방전 튜브 내에서 낮은 압력 (수십 Torr 이하의 유체 효과가 없는 압력범위) 조건에서 높은 전위( 3 kV 이상)가 인가된다. 이 경우, 상기 유전체 방전 튜브 내에는 플라즈마가 발생된다. 상기 유전체 방전 튜브의 표면은 이온의 충돌에 의한 가열된다. 이에 따라, 상기 유전체 방전 튜브는 섭씨 1000도 이상으로 가열된다. 높은 열은 상기 유전체 방전 튜브의 표면을 변성시키거나 상기 유전체 방전 튜브에 천공을 발생시킨다.

안테나에 인가되는 높은 전위는 상기 안테나의 인덕턴스, 주파수, 그리고 전류에 영향을 받을 수 있다. 높은 전력 조건에서, 상기 안테나에 인가되는 높은 전위는 반드시 나타난다. 따라서, 상기 안테나에 발생하는 높은 전위를 낮출 필요가 있다.

본 발명은 이러한 수 킬로와트 이상의 고전력이 인가된 경우, 인가된 높은 전압을 감소시키어 이온 충돌에 의한 가열을 최소화할 수 있는 방법을 제안한다.

유도 결합 플라즈마 장치는 반도체 공정 장치, 유도 결합 분광 분석 장치, 이온빔 생성 장치, 증착 챔버 내의 세정 장치, 증착 챔버의 배기구 세정 장치, 반도체 공정 장치의 폐가스 제거를 위한 플라즈마 스크러버, 화학 기상 증착 장치의 공정 챔버를 세정하는 세정 장치 등에 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 유도 결합 플라즈마 발생 장치는 반도체 공정 챔버에 활성종을 제공하는 원격 플라즈마 소스로 사용될 수 있다.

유도 결합 플라즈마를 발생시키는 유도 코일과 플라즈마는 변압기 회로로 모델링될 수 있다. 이에 따라, 유도 결합 플라즈마는 변압기 결합 플라즈마(Transformer Coupled plasma )로 불린다. 유도 코일은 변압기 회로의 1차 코일로 동작하고, 플라즈마는 변압기 회로의 2차 코일로 동작할 수 있다. 유도 코일과 플라즈마 사이의 자기 결합을 증가시키기 위하여 자성체와 같은 자속 구속 물질을 사용할 수 있다. 그러나, 자속 구속 물질은 원통형 구조의 유전체 방전 용기에는 적용하기 힘들다. 유도 코일과 플라즈마 상의 자기 결합 증가시키는 다른 방법은 유도 코일은 인덕턴스 또는 권선수를 증가시키는 것이다. 그러나, 유도 코일의 인덕턴스의 증가는 임피던스를 증가시키어 효율적인 전력 전달을 어렵게 한다. 또한, 유도 코일의 인덕턴스의 증가는 유도 코일에 인가되는 전압을 증가시키어 기생 아크 방전을 유발할 수 있다. 또한, 유도 코일에 인가되는 높은 전압은 축전 결합 방전을 유발하고 유전체 방전 용기의 이온 충격에 의한 손상 및 열 손상을 유발한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유도 코일에 인가되는 전압을 감소시키기 위하여, 직렬 연결된 유도 코일들 사이에 축전기를 배치하여, 이에 따라, 전체 전압은 유도 코일과 축전기 사이에 전압 분배될 수 있다. 구체적으로, 상기 유도 코일을 분할하여 분할된 유도 코일들 사이에 보조 축전기를 배치하고, 상기 유도 코일의 양단에 메인 축전기가 각각 배치될 수 있다. 이에 따라, 스크리닝 효과(screening effect)에 의한 정전기장이 감소하고, 전압 분배 모델에 의하여, 상기 유도 코일에 인가되는 전압이 감소될 수 있다. 분할된 유도 코일 및 보조 축전기는 직렬 공진 회로를 구성하고, 상기 공진 회로의 공진 주파수는 교류 전원의 구동 주파수와 동일할 수 있다. 이에 따라, 상기 유도 코일에 낮은 전압이 인가된 상태에서, 안정적인 임피던스 매칭이 수행될 수 있다.

유도 결합 플라즈마는 통상적으로 수백 밀리토르(mTorr)의 압력에서 수 MHz의 구동 주파수를 사용하여 형성된다. 그러나, 이러한 유도 결합 플라즈마는 유도 전기장의 세기가 작아 대기압 방전 또는 수 토르 이상에서 방전을 수행하기 어렵다. 따라서, 충분한 유도 전기장의 세기가 요구되고 초기 방전을 위한 별도의 수단이 요구된다.

유전체 튜브를 감싸는 유도 코일에 RF 전력을 인가하여 유도 결합 플라즈마 방전을 수행하는 경우, 유도 결합 플라즈마는 상기 유전체 튜브를 가열하고, 상기 유전체 튜브는 가열되어 파손된다. 따라서, 수십 kWatt 이상 고출력의 유도 결합 플라즈마는 구조적 한계가 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 종래의 유도 결합 플라즈마의 효율 또는 안정성을 향상시키기 위하여, 1) 유도 전기장의 세기를 증가시키는 적층 구조의 안테나(코일 구조), 2) 유도 코일을 분할하고 분할된 유도 코일 사이에 임피던스 감소를 위한 축전기 연결 구조, 3) 전체적인 공진 조건을 만족시키기 위한 유도 코일의 양단에 메인 축전기를 연결하는 구조, 4) 유도 코일의 플라즈마 안정성을 향상시키고 주파수 가변 교류 전원부 등이 적용된다. 이에 따라, 종래의 유도 결합 플라즈마 장치가 수행할 수 없었던 분당 수 십 내지 ~ 수 백 리터(liter)의 유량을 수 토르 이상의 고압에서 안정적으로 처리할 수 있다. 또한, 별도의 초기 방전을 위한 전극이 필요하지 않고, 상기 교류 전원부의 구동 주파수를 공진 조건에서 벗어난 상태에서 초기 방전한다. 공진 조건에서 벗어난 경우, 유도 코일에 고전압이 인가되어 초기 방전을 수행한다. 이어서, 상지 교류 전원의 구동 주파수를 공진 조건으로 변경하여 메인 방전을 수행한다.

유도 코일과 안테나는 동일한 의미로 이하에서 혼용하여 사용된다. 유도 결합 플라즈마(inductively coupled plasma; ICP) 안테나의 경우, 플라즈마에 전달되는 유도 전기장의 세기는 유도 코일의 전류 및 주파수에 비례하며, 감긴 수(권선 수)의 제곱에 비례한다. 따라서 유도 코일(또는 안테나)의 감은 수를 늘릴수록 플라즈마에 높은 전기장을 인가 할 수 있다. 그러나, 솔레노이드 코일의 권선 수가 증가함에 따라, 공간적인 제약에 의하여 유전체 방전 튜브의 길이 방향으로 에너지가 분산된다. 또한, 유도 코일의 높은 인덕턴스(임피던스)는 RF 전원(RF generator)로 부터 유도 코일(안테나)로의 전력전달을 어렵게 한다.

플라즈마 주변에 형성되는 전기장의 밀도를 높여야 하므로 상기 유전체 방전 튜브의 길이 방향에 대하여 단위 길이 당 권선 수를 최대화해야 한다. 유도 코일에 높은 전압이 인가된 경우, 유도 코일은 축전 결합 플라즈마를 형성하여 방전 안정성을 감소시킨다. 상기 축전 결합 플라즈마는 초기 방전에는 유리하나, 축전 결합에 의한 이온 가속에 의하여 유전체 튜브 또는 유도 전기장을 투과시키는 유전체 창의 손상을 유발한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 안테나에 걸린 고전압에 의한 유전체 방전 튜브 파손 문제를 해결하기 위하여 각 층에 배치된 단위 안테나들 사이에 축전기를 삽입하였다. 이에 따라, 더 많은 전력이 상기 안테나에 인가된 경우에도, 유전체 방전 튜브는 파손되지 않았다. 상기 단위 안테나들 사이에 축전기를 사용하며, 상기 안테나에 인가되는 전압을 감소시킨다. 또한, 안테나와 전력 입력단과 전력 출력단 사이의 고전압에 의한 기생 방전을 억제한다.

안테나에 고전압이 인가되면, 고전압에 의하여 이온이 표면으로 가속 및 충돌하여 고온 발열 및 손상을 유발한다. 이런 문제점으로 높은 전력 조건을 유도 결합 플라즈마에서 적용하기 힘들며, 인덕턴스를 줄이거나 안테나를 튜브에서 떨어트리는 식의 대처한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 안테나를 구성하는 단위 안테나 사이에 적당히 전압을 상쇄하는 축전기를 직렬로 위치하는 경우, 최대 전위가 안테나를 분할하는 횟수에 반비례하여 줄어들며, 높은 전력에서도 유전체 튜브의 파손이 경감된다.

본 발명의 비교예에 따라면, 동일한 인덕턴스를 구비한 안테나에 축전기를 적용하지 않은 경우와 안테나를 구성하는 단위 안테나들 사이에 직렬로 축전기를 구비한 경우에 대하여 실험하였다. 종래의 안테나는 2kW을 제공하는 경에도 유전체 방전 튜브가 파손되었다. 그러나, 본 발명에 따른 경우에는 8 kW 전력 적용 후에도 유전체 방전 튜브는 손상되지 않았다. 또한, 손상되지 않았을 뿐만 아니라 방전도 개선되다. 구체적으로, 종전 안테나에서 4 kW이하의 전력에서 투입 할 수 없던 N2 가스를 개선 후 1.5 kW 전력 부터 투입이 가능하였다.

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 반도체 기판 처리 장치를 설명하는 개념도이다.

도 1을 참조하면, 상기 반도체 기판 처리 장치(2)는 기판을 처리하는 공정 챔버(92); 및 상기 공정 챔버에 유도 결합 플라즈마에 의하여 형성된 활성종을 제공하는 유도 결합 플라즈마 발생 장치(100)를 포함한다.

상기 공정 챔버(92)는 박막(예를 들어, 텅스텐 박막)을 상기 기판(94)에 증착할 수 있다. 상기 공정 챔버(92)는 WF6와 같은 제1 공정 가스를 제공받고, 상기 유도 결합 플라즈마 발생 장치(100)로부터 활성종(예를 들어, 수소 활성종)을 제공받을 수 있다. 상기 활성종은 수소(H2) 플라즈마에서 생성될 수 있다. 상기 공정 챔버(92)는 가스 분배부(91)를 포함할 수 있다. 상기 가스 분배부(91)는 공정 가스 공급부(96)으로부터 제1 공정 가스를 제공받고 상기 유도 결합 플라즈마 장치(91)로부터 활성종을 제공받을 수 있다. 상기 가스 분배부(91)는 상기 기판에 균일한 박막을 증착시키 위하여 제공받은 가스를 공간적으로 분배할 수 있다.

상기 유도 결합 플라즈마 발생 장치(100)는 원격 플라즈마 소스일 수 있다. 상기 유도 결합 플라즈마 발생 장치(100)는 수 토로 수준의 높은 압력에서 고효율의 수소 플라즈마를 생성할 수 있다. 상기 유도 결합 플라즈마 발생 장치(100)는 유도 방전 모듈(191) 및 상기 유도 방전 모듈(101)에 전력을 공급하는 RF 전원(140)을 포함할 수 있다. 상기 유도 결합 플라즈마 발생 장치(100)는 제2 공정 가스를 제공받아 유도 결합 플라즈마를 이용하여 활성종을 발생시키어 상기 공정 챔버(92)에 제공할 수 있다.

상기 공정 챔버(92)에는 상기 가스 분배부(91)와 대향하여 나란히 배치된 기판 홀더(93) 및 기판 홀더(93) 상에 배치된 기판(94)을 포함할 수 있다. 상기 기판 홀더(93)는 화학 기상 증착을 위하여 가열될 수 있다. 상기 기판은 반도체 기판일 수 있다. 더 구체적으로, 상기 기판은 실리콘 반도체 기판일 수 있다. 상기 공정 챔버(92)는 진공 펌프(95)에 의하여 배기된다.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 활성종은 상기 가스 분배부(91)를 통하지 않고 직접 상기 공정 챔버에 제공될 수 있다.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 기판 처리 장치는 화학 기상 증착 공정을 수행하는 것에 한하지 않고 다양한 공정을 수행할 수 있다.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 유도 결합 플라즈마 장치(100)은 화학 기상 증착 공정에 사용되는 것에 한하지 않고 상기 공정 챔버의 세정 공정에 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판 처리 장치(2)는 별도의 원격 플라즈마 소스를 구비하고, 별도의 원격 플라즈마 소스는 NF3를 방전하여 상기 공정 챔버(92)에 제공하여 세정 공정을 수행할 수 있다. 이 경우, 상기 공정 챔버의 공정 환경은 불소에 의하여 변하므로, 본 발명의 유도 결합 플라즈마 장치(100)은 수소 활성종을 상기 공정 챔버(92)에 제공할 수 있다. 이에 따라, 상기 공정 챔버(92)의 내벽에 흡착된 불소는 수소 활성종과 반응하여 제거될 수 있다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 발생 장치를 설명하는 개념도이다.

도 2b는 도 2a의 유도 결합 플라즈마 발생 장치를 설명하는 회로도이다.

도 2c는 도 2a의 유도 결합 플라즈마 발생 장치의 전압 분배를 설명하는 도면이다.

도 2d는 도 2a의 유도 결합 플라즈마 발생 장치를 설명하는 평면도이다.

도 2e는 도 2a의 유도 결합 플라즈마 발생 장치의 유도 코일을 설명하는 평면도이다.

도 2a 내지 도 2e를 참조하면, 상기 유도 결합 플라즈마 발생 장치(100)는, 길이방향으로 연장되는 유전체 튜브(130); 상기 유전체 튜브를 감싸도록 배치되고 상기 유전체 튜브 내에 유도 결합 플라즈마를 생성하는 제1 유도 코일 구조체(110); 서로 반대 위상의 양의 출력 및 음의 출력을 제공하고, 상기 제1 유도 코일 구조체의 양단에 RF 전력의 양의 출력 및 음의 출력을 각각 공급하고, 구동 주파수를 변경하는 RF 전원(140); 상기 RF 전원의 양의 출력단과 상기 제1 유도 코일 구조체의 일단 사이에 배치된 제1 메인 축전기(121); 및 상기 RF 전원의 음의 출력단과 상기 제1 유도 코일 구조체의 타단 사이에 배치된 제2 메인 축전기(122)를 포함한다.

상기 제1 유도 코일 구조체(110)는, 서로 직렬 연결되고, 서로 다른 층에 각각 배치되고, 각 층에서 적어도 한 턴(one turn) 이상을 구비한 유도 코일들(112,114,116,118); 및 서로 인접한 유도 코일들 사이에 각각 배치되어 상기 유도 코일들에 인가되는 전압을 분배하는 보조 축전기들(113,115,117)을 포함한다.

상기 RF 전원(140)의 구동 주파수는 수백 kHz 내지 수 MHz일 수 있다. 상기 RF 전원(140)의 출력 전력은 수백 와트 내지 수십 킬로와트일 수 있다. 상기 RF 전원(140)은 제1 유도 코일 구조체를 통하여 시변 부하(유도 결합 플라즈마)에 전력을 공급한다. 상기 제1 유도 코일 구조체(110)의 유도 코일은 유도 결합 플라즈마와 전자기적으로 결합할 수 있다. 따라서, 상기 RF 전원(140)과 상기 제1 유도 코일 구조체(110) 사이에 임피던스를 매칭할 수 있는 장치가 요구될 수 있다. 상기 RF 전원(140)은 반대 위상의 제1 출력과 제2 출력을 가질 수 있다. 특정한 시간에, 상기 제1 출력과 상기 제2 출력은 접지를 기준으로 서로 반대 위상을 가질 수 있다.

통상적인 임피던스 매칭 네트워크는 두 개의 가변 리액턴스 소자(예를 들어, 진공 가변 축전기) 또는 변압기를 사용하여 임피던스 매칭을 수행한다. 이 경우, 상기 제1 유도 코일 구조체(110)는 상기 구동 주파수와 안정적인 공명 조건을 충족하기 어렵다. 따라서, 상기 제1 유도 코일 구조체에서 서로 이웃한 한 쌍의 유도 코일과 보조 축전기이 직렬 공명 조건을 충족하도록 가변 구동 주파수를 가지는 RF 전원이 사용된다.

상기 유전체 튜브(130)는 원통형상이고 길이 방향으로 연장될 수 있다. 상기 유전체 튜브(130)의 재질은 고온에서 견딜 수 있는 유리, 쿼츠, 셀라믹, 알루미나, 또는 사파이어 재질일 수 있다. 상기 유전체 튜브(130)의 내경은 수십 밀리미터일 수 있다. 상기 유전체 튜브(130)의 길이는 수십 센치일 수 있다.

원통형 유도 결합 플라즈마 장치는 원통형 유전체 방전 튜브 및 상기 방전 튜브를 감싸는 안테나를 포함한다. 원통형 유도 결합 플라즈마에서, 유도 전기장이 상기 유전체 방전 튜브에 수직 입사하지 않아, 이온 충격에 의한 손상이 적다. 상기 원통형 유도 결합 플라즈마는 원통 형상의 유전체 방전 튜브의 중심축 방향의 유도 전기장을 생성한다. 그러나, 상기 안테나에 고전압이 인가되면, 상기 안테나는 축전 결합 플라즈마를 생성하여 상기 유전체 튜브를 가열한다. 따라서, 상기 안테나에 고전압이 인가되는 않도록 새로운 유도 코일 구조가 요구된다.

상기 제1 유도 코일 구조체(110)에서 유도 전기장은 구동 구파수와 전류(또는 단위 길이당 턴수)에 의존한다. 또한, 상기 제1 유도 코일 구조체(110)에 인가되는 최대 전압은 상기 제1 유도 코일 구조체(110)의 총 임피던스와 전류에 의존한다. 상기 제1 유도 코일 구조체(110)의 임피던스는 제1 유도 코일 구조체의 인덕턴스와 구동 주파수에 의존한다. 따라서, 제1 유도 코일 구조체에 인가되는 최대 전압을 감소시키기 위하여, 제1 유도 코일 구조체의 인덕턴스를 증가시키면 유도 전기장의 세기는 증가하나, 높은 최대 전압에 의하여 축전 결합 효과가 증가한다. 따라서, 상기 제1 유도 코일 구조체의 임피던스를 감소시키기 위하여, 상기 제1 유도 코일 구조체(10)는 복수의 유도 코일(112,114,116,118)과 이웃한 유도 코일들 사이에 삽입된 보조 축전기(113,115,117)를 포함한다. 또한, 상기 유도 코일과 이웃한 보조 축전기는 서로 직렬 공진 회로를 구성한다. 상기 유도 코일들과 상기 보조 축전기들은 전지적으로 교번하여 배치되고 서로 직렬 연결된다. 이에 따라, 상기 제1 유도 코일 구조체는 전체적으로 낮은 임피던스를 제공한다. 상기 보조 축전기의 개수는 상기 유도 코일들의 개수보다 하나 적을 수 있다.

또한, 상기 제1 유도 코일 구조체(110)는 전체적으로 완전한 공진 회로를 구성한다. 이을 위하여, 제1 메인 축전기(121)는 상기 제1 유도 코일 구조체(110)의 일단에 연결되고, 제2 메인 축전기(122)는 상기 제1 유도 코일 구조체(110)의 타단에 연결된다. 한편, 완벽한 공진 회로를 구성하기 위하여, 상기 제1 메인 축전기(121)의 정전용량(C2)은 상기 보조 축전기의 정전용량(C1)의 2 배(2C1)일 수 있다.

이러한 공진 회로를 구성한 경우, 상기 제1 유도 코일 구조체(110)에 인가되는 최대 전압은 각각의 유도 코일들로 분할한 개수 배에 역비례한다.

상기 제1 유도 코일 구조체(110)는, 서로 직렬 연결되고, 서로 다른 층에 각각 배치되고, 각 층에서 적어도 한 턴(one turn) 이상을 구비한 유도 코일들(112,114,116,118); 및 서로 인접한 유도 코일들 사이에 각각 배치되어 상기 유도 코일들에 인가되는 전압을 분배하는 보조 축전기들(113,115)를 포함한다.

유도 코일들은 제1 내지 제4 유도 코일(112,114,116,118)을 포함한다. 상기 보조 축전기는 제1 내지 제3 보조 축전기(113,115,117)를 포함한다. 상기 제1 내지 제4 유도 코일(112,114,116,118) 각각의 인덕턴스는 동일하고 L1 이다. 또한, 상기 제1 내지 제3 보조 축전기(113,115,117) 각각의 정전용량은 동일하고 C1이다. 상기 제1 내지 제3 보조 축전기(113,115,117) 각각은 2C1을 가지고 직렬 연결된 한 쌍의 가상 축전기로 표시될 수 있다. 이에 따라, 제1 메인 축전기(121), 제1 유도 코일(112), 및 상기 가상 축전기는 공진회로를 구성하여 전체적으로 전압을 감소시킬 수 있다.

상기 보조 축전기(113,115,117)를 연결하지 않은 경우에 비교하면, 상기 보조 축전기를 연결함으로써, 전압은 유도 코일의 개수에 반비례하여 감소한다. 그럼에도 불구하고, 전체적인 유전체 튜브 단위 길이당 턴수는 유지된다. 이러한 공진 조건을 만족하기 위하여, 상기 구동 주파수는 상기 공진 주파수에 일치하도록 제어될 수 있다.

또한, 유전체 튜브 단위 길이당 턴수를 더욱 증가시키어 유도 전기장의 세기를 증가시기 위하여 상기 유도 코일(112,114,116,118) 각각은 3 턴 코일 또는 4 턴 코일 일 수 있다. 상기 유도 코일들(112,114,116,118)은 서로 충분히 조밀하게 수직으로 적층되고, 전기적 연결을 위한 공간을 요구한다. 이를 만족하기 위하여, 각 유도 코일은 배치 평면을 점핑하는 부위를 가지지 않으며, 각 유도 코일의 입력단과 출력단은 서로 적층되는 부위에 배치되지 않아야 한다. 이를 위하여, 다음과 같은 유도 코일이 제안된다.

상기 유도 코일들(112,114,116,118)은 차례로 적층된 제1 내지 제4 유도 코일(112,114,116,118)을 포함한다. 상기 보조 축전기(113,115,117)는 제1 내지 제3 보조 축전기(113,115,117)를 포함한다.

각 유고 코일 사이의 보조 축전기는 전위를 반대로 역전시킨다. 즉, 동일한 배치 평면에서 유전체 튜브에 가까운 턴(또는 제1 원호부)과 가장 쪽의 턴(제4 원호부)는 서로 반대전위가 되도록 유도된다. 상기 유전체 튜브 안쪽에서는 상기 유도 코일의 전위가 상쇄되어 상기 유전체 튜브 쪽으로의 축전 결합에 의한 정전 전기장이 나타나지 않는다. 이러한, 정전 전기장의 감소는 축전 결합 효과를 감소시킨다.

일반 안테나는 인덕턴스에 의하여 양단에 큰 전위차가 발생하며, 큰 전위차는 이온을 가속시키어 에너지 손실을 유발하고 유전체 튜브를 가열하여 손상시킨다. 그러나, 유도 코일들 사이에 놓인 보조 축전기는 전위차를 줄여주고, 각 유도 코일의 내측과 외측의 전위를 서로 반대로 설정한다. 이에 따라, 서로 반대 부호의 전위는 유전체 튜브 내에서 쌍극자 필드로 동작하여 정전 전기장을 감소시킨다. 상기 유도 코일(112,114,116,118) 각각은 동일 평면에서 내측에서 외측으로 감기는 복수의 권선을 구비할 수 있다.

상기 제1 유도 코일(112)은 상기 유전체 튜브를 감싸도록 배치된다. 상기 제2 유도 코일(114)은 상기 제1 유도 코일(112)이 배치된 경우에 대비하여 반시계 방향으로 90회전하여 상기 제1 유도 코일(112)의 하부에 정렬되어 배치된다. 상기 제3 유도 코일(116)은 상기 제2 유도 코일(114)이 배치된 경우에 대비하여 반시계 방향으로 90도 회전하여 상기 제2 유도 코일(114)의 하부에 정렬되어 배치된다. 상기 제4 유도 코일(118)은 상기 제3 유도 코일(116)이 배치된 경우에 대비하여 반시계 방향으로 90도 회전하여 상기 제3 유도 코일(116)의 하부에 정렬되어 배치된다. 상기 제1 유도 코일(112)의 일단은 상기 제1 메인 축전기(121)를 통하여 상기 RF 전원(140)의 양의 출력단에 연결된다. 상기 제1 유도 코일(112)의 타단은 상기 제1 보조 축전기(113)를 통하여 상기 제2 유도 코일(114)의 일단에 연결된다. 상기 제2 유도 코일(114)의 타단은 상기 제2 보조 축전기(115)를 통하여 상기 제3 유도 코일(116)의 일단에 연결된다. 상기 제3 유도 코일(116)의 타단은 상기 제3 보조 축전기(117)를 통하여 상기 제4 유도 코일(118)의 일단에 연결된다. 상기 제4 유도 코일(118)의 타단은 상기 제2 메인 축전기(122)를 통하여 상기 RF 전원(140)의 음의 출력단에 연결된다. 상기 제1 내지 제4 유도 코일은 전체적으로 방위각 대칭성을 유지하기 위하여 90도 씩 회전하여 차례로 적층될 수 있다.

유도 코일들 각각의 가장 내측 권선의 전압(예를 들어, 2V)은 가장 외측 권선의 전압(예를 들어, -2V)과 반대 위상을 가질 수 있다. 또한, 모든 유도 코일들의 가장 내측 권선의 전압은 동일할 수 있다. 이에 따라, 이웃한 유도 코일들 사이의 기생 정전용량이 최소화되고, 방전 특성이 개선될 수 있다. 또한, 상기 유전체 튜브 내부의 플라즈마는 상기 내부 권선들에 의한 동일한 전압을 보므로, 국부적인 이온 스퍼터링이 감소될 수 있다.

유도 코일을 분할하여, 그 분할된 유도 코일 사이에 보조 축전기를 삽입하여, 최대 전압을 감소시킨다. 그러나, 충분한 유도 전기장을 제공하기 위하여, 단위 길이당 턴수를 증가시킬 필요가 있다. 단위 길이당 턴수를 증가시키기 위하여 각 유도 코일(112,114,116,118)의 턴수를 증가시킨다. 그러나, 각 유도 코일은 동일한 배치 평면에 배치될 필요가 있다. 만약, 각 유도 코일이 배치 평면을 벗어나는 배선을 가진 경우, 이웃한 층에 배치된 유도 코일의 조밀한 적층을 방해할 수 있다. 각 유도 코일은 동일한 배치 평면에서 3턴 또는 4 턴을 가질 수 있다.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 각 유도 코일의 권선수는 5턴 이상으로 변형될 수 있다.

상기 유도 코일들(112,114,116,118) 각각은, 직각 좌표계에서 제1 방향(x x축 방향)으로 개방된 부위를 가지고 제1 중심각을 가지고 배치평면에서 배치되고 일정한 제1 반경을 가지는 제1 원호부(22a); 및 상기 제1 중심각 이하의 제2 중심각을 가지고 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제1 반경보다 큰 제2 반경을 가지고 상기 제1 원호부(22a)의 중심축과 동일한 중심축을 가지도록 배치된 제2 원호부(22b); 상기 제2 중심각 이하의 제3 중심각을 가지고 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제2 반경보다 큰 제3 반경을 가지고 상기 제1 원호부의 중심축과 동일한 중심축을 가지도록 배치된 제3 원호부(22c); 상기 제3 중심각 이하의 제4 중심각을 가지고 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제3 반경보다 큰 제4 반경을 가지고 상기 제1 원호부의 중심축과 동일한 중심축을 가지도록 배치된 제4 원호부(22d); 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제1 원호부(22a)의 일단에 연결되고 상기 제1 방향(x축 방향)으로 연장되는 제1 연결부(23a); 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제1 원호부(22a)의 타단과 상기 제2 원호부(22b)의 일단을 연결하는 "U" 자 형태의 제1 원호 연결부(24a); 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제2 원호부의 타단과 상기 제3 원호부의 일단을 연결하고 "U" 자 형태의 제2 원호 연결부(24b); 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제3 원호부의 타단과 상기 제4 원호부의 일단을 연결하고 "U" 자 형태의 제3 원호 연결부(24c); 및 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제4 원호부(22d)의 타단에 연결되고 상기 제1 방향으로 연장되는 제2 연결부(23b)를 포함한다. 상기 제4 중심각은 270도 이상일 수 있다. 제1 원호 연결부(24a), 상기 제2 원호 연결부(24b), 및 상기 제3 원호 연결부(24c)는 서로 중첩되지 않도록 배치될 수 있다. 제1 원호 연결부(24a)는 상기 제2 원호 연결부(24b)에 의하여 정의된 영역 내에 배치될 수 있다.

상기 유도 코일들(112,114,116,118) 각각에서, 권선들(예를 들어, 제1 원호부 내지 제4 원호부) 사이의 간격은 일정할 수 있다. 예를 들어, 상기 간격은 1mm 내지 3 mm일 수 있다. 상기 유도 코일이 충분한 방위각 대칭성을 제공하기 위하여, 제1 내지 제4 중심각은 270도 이상일 수 있다. 한편, 상기 제1 원호부 내지 제4 원호부는 전압차이에 의한 대기압에서 아크 방전을 억제하기 위하여 수 밀리미터 이상의 충분한 간격을 유지할 수 있다.

이웃한 층에 배치된 유도 코일들은 절연 스페이서(150)에 의하여 전기적으로 절연될 수 있다. 상기 절연 스페이서(150)는 와셔 형태로 상기 유전체 튜브(130)의 외측면에 삽입되고, 중심에 관통홀을 가지는 얇은 원판 형태일 수 있다. 상기 절연 스페이서(150)는 유리, 플라스틱 또는 테프론일 수 있다. 상기 절연 스페이서(150)의 두께는 밀리미터 수준일 수 있다. 상기 절연 스페이서(150)의 내반경은 상기 유전체 튜브(130)의 외반경과 실질적으로 동일하고, 상기 절연 스페이서(150)의 외반경은 상기 유도 코일의 최외각 반경과 실질적으로 동일할 수 있다. 상기 절연 스페이서(150)의 내반경과 외반경 사이의 폭은 수 센치미터 내지 수십 센치 미터일 수 있다.

한편, 상기 유도 코일(112,114,116,118)의 적어도 일부는 세라믹 페이스트에 의하여 몰딩될 수 있다. 상기 유도 코일의 적어도 일부를 감싸는 세라믹 몰드(152)는 상기 유전체 튜브(130)와 열적으로 접촉할 수 있다. 이에 따라, 상기 유도 코일(112,114,116,118) 내에 냉매가 흐르는 경우, 상기 냉각된 유도 코일은 상기 세라믹 몰드(152)를 냉각하고, 상기 세라믹 몰드(152)는 상기 유전체 튜브(130)를 간접적으로 냉각할 수 있다.

상기 유도 코일(112,114,116,118) 각각은 각 층에 상기 유전체 튜브로부터 바깥방향으로 네 겹 감은 형태이다. 이웃한 층의 한 쌍의 유도 코일은 그 사이에 직렬 연된 보조 축전기를 통하여 직렬 연결된다. 이에 따라, 상기 보조 축전기의 정전 용량은 상기 유도 코일의 인덕턴스를 상쇄한다. 4 개의 유도 코일은 한 그룹을 형성한다. 4 개의 유도 코일은 시계반대 방향으로 90 도 간격으로 틀어 배치된다.

상기 유전체 튜브의 양단은 플렌지에 의하여 실링될 수 있다. 상부 플렌지(132)는 상기 유전체 튜브의 일단을 고정하고, 수소와 질소의 혼합 가스를 제공하는 노즐(131)을 포함할 수 있다. 상기 유전체 튜브의 중심 부위를 감싸고 있는 유도 코일(112,114,116,118)은 상기 유전체 튜브 내에 유도 결합 플라즈마를 생성한다. 하부 플렌지(134)는 상기 유전체 튜브의 타단을 고정하고, 상기 유전체 튜브의 타단에는 상기 유도 결합 플라즈마에 의하여 추가적으로 분해될 수 있는 가스가 제공될 수 있다.

도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 발생 장치를 설명하는 개념도이다.

도 3b는 도 3a의 유도 결합 플라즈마 발생 장치를 설명하는 회로도이다.

도 3c는 도 3a의 유도 결합 플라즈마 발생 장치의 유도 코일 구조체의 전압 분배를 설명하는 도면이다.

도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 상기 유도 결합 플라즈마 발생 장치(200)는, 길이방향으로 연장되는 유전체 튜브(130); 상기 유전체 튜브를 감싸도록 배치되고 상기 유전체 튜브 내에 유도 결합 플라즈마를 생성하는 제1 유도 코일 구조체(110); 서로 반대 위상의 양의 출력 및 음의 출력을 제공하고, 상기 제1 유도 코일 구조체의 양단에 RF 전력의 양의 출력 및 음의 출력을 각각 공급하고, 구동 주파수를 변경하는 RF 전원(140); 상기 RF 전원의 양의 출력단과 상기 제1 유도 코일 구조체의 일단 사이에 배치된 제1 메인 축전기(121); 및 상기 RF 전원의 음의 출력단과 상기 제1 유도 코일 구조체의 타단 사이에 배치된 제2 메인 축전기(122)를 포함한다.

제2 유도 코일 구조체(210)는 상기 유전체 튜브(130)를 감싸도록 배치되고 상기 제1 유도 코일 구조체(110)와 길이 방향으로 이격되어 배치되고, 상기 제1 유도 코일 구조체(110)와 동일한 구조를 가지고 상기 유전체 튜브(130) 내에 유도 결합 플라즈마를 생성한다.

상기 제2 유도 코일 구조체(210)의 일단은 상기 제1 유도 코일 구조체(110)의 일단과 연결되고, 상기 제2 유도 코일 구조체(210)의 타단은 상기 제1 유도 코일 구조체(110)의 타단과 연결된다. 상기 제1 유도 코일 구조체(110)와 상기 제2 유도 코일 구조체(210)는 상기 제1 메인 축전기(121)와 상기 제2 메인 축전기(122) 사이에서 서로 병렬 연결된다.

상기 제1 유도 코일 구조체(110)와 상기 제2 유코 코일 구조체(210)를 구성하는 상기 유도 코일들(112,114,116,118) 각각은 동일한 제1 인덕턴스(L1)를 가진다. 상기 제1 유도 코일 구조체(110)와 상기 제2 유코 코일 구조체(210)를 구성하는 상기 보조 축전기들(113,115,117) 각각은 동일한 제1 정전용량(C1)을 가진다. 상기 RF 전원(140)의 구동 주파수는 직렬 연결된 상기 제1 인턱턴스(L1)와 상기 제1 정전 용량(C1)에 의한 공명 주파수와 일치하도록 제어된다.

상기 제1 메인 축전기 및 상기 제2 메인 축전기는 각각 동일한 제2 정전 용량(C2)을 가지고, 상기 제2 정전 용량(C2)은 상기 제1 정전 용량(C1)의 4 배이다.

상기 제1 유도 코일 구조체(110)의 일단과 상기 제2 유도 코일 구조체(210)의 일단은 서로 인접하게 배치된다. 상기 제1 유도 코일 구조체의 일단과 상기 제2 유도 코일 구조체의 일단은 서로 연결되어 상기 제1 메인 축전기(121)에 연결된다. 상기 제1 유도 코일 구조체(110)의 타단과 상기 제2 유도 코일 구조체(210)의 타단은 서로 연결되어 상기 제2 메인 축전기에 연결된다.

상기 제1 유도 코일 구조체(110)와 상기 제2 유도 코일 구조체(210)는 상기 유전체 방전 튜브(130)의 일지점을 기준으로 위/아래 거울 대칭으로 배치된다. 전류는 중앙에서 위/아래로 분산되어 다시 양 끝에서 모인다.

또한, 상기 제1 유도 코일 구조체(110) 및 제2 유도 코일 구조체(210)는 전체적으로 완전한 공진 회로를 구성한다. 이을 위하여, 제1 메인 축전기(121)는 상기 제1 유도 코일 구조체(110)의 일단 및 상기 제1 유도 코일 구조체(210)의 일단에 연결된다. 제2 메인 축전기(122)는 상기 제1 유도 코일 구조체(110)의 타단과 상기 제2 유도 코일 구조체의 타단에 연결된다. 한편, 완벽한 공진 회로를 구성하기 위하여, 상기 제1 메인 축전기(121)의 정전용량(C2)은 상기 보조 축전기의 정전용량(C1)의 4 배(4C1)일 수 있다. 상기 제1 메인 축전기는 2C1을 가지는 서로 병렬 연결된 축전기로 표시될 수 있다.

유도 코일들은 제1 내지 제4 유도 코일(112,114,116,118)을 포함한다. 상기 보조 축전기는 제1 내지 제3 보조 축전기(113,115,117)를 포함한다. 상기 제1 내지 제4 유도 코일(112,114,116,118) 각각의 인덕턴스는 동일하고 L1 이다. 또한, 상기 제1 내지 제3 보조 축전기(113,115,117) 각각의 정전용량은 동일하고 C1이다. 상기 제1 내지 제3 보조 축전기(113,115,117) 각각은 2C1을 가지고 직렬 연결된 한 쌍의 가상 축전기로 표시될 수 있다. 이에 따라, 제1 메인 축전기(121)의 일부(2C1), 재1 유도 코일(112), 및 상기 가상 축전기(2C1)는 공진회로를 구성하여 전체적으로 전압을 감소시킬 수 있다.

제1 유도 코일 구조체(110)와 제2 유도 코일 구조체(210)는 서로 병결로 연결되어 전체 8개 유도 코일을 포함한다. 상기 제1 유도 코일 구조체의 유도 코일들은 순차적으로 시계반대 방향으로 90 도 간격으로 틀어 배치된다. 상기 제2 유도 코일 구조체의 유도 코일들은 순차적으로 시계 방향으로 90도 간격으로 틀어 배치된다.

유도 코일들 사이에 임피던스의 허수부를 상쇄하기 위한 보조 축전기가 배치된다. 4개씩 직렬연결 된 두 그룹의 제1 유도 코일 구조체와 제2 유도 코일 구조체는 양끝이 서로 병렬 연결된 후에 외부 단자에 전기적으로 연결된다.

각 유고 코일 사이의 보조 축전기는 전위를 반대로 역전시킨다. 즉, 동일한 배치 평면에서 유전체 튜브에 가장 안쪽 턴(또는 제1 원호부)과 가장 바깥쪽의 턴(제4 원호부)는 서로 반대 전위가 되도록 유도된다. 상기 유전체 튜브 안쪽에서는 상기 유도 코일의 전위가 상쇄되어 상기 유전체 튜브 쪽으로의 축전 결합에 의한 정전 전기장이 나타나지 않는다. 이러한, 정전 전기장의 감소는 축전 결합 효과를 감소시킨다.

일반 안테나는 인덕턴스에 의하여 양단에 큰 전위차가 발생하며, 큰 전위차는 이온을 가속시키어 에너지 손실을 유발하고 유전체 튜브를 가열하여 손상시킨다. 그러나, 유도 코일들 사이에 놓인 보조 축전기는 전위차를 줄여주고, 각 유도 코일의 내측과 외측의 전위를 서로 반대로 설정한다. 이에 따라, 서로 반대 부호의 전위는 유전체 튜브 내에서 쌍극자 필드로 동작하여 정전 전기장을 감소시킨다.

도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 발생 장치를 설명하는 개념도이다.

도 4b는 도 4a의 유도 결합 플라즈마 발생 장치를 설명하는 회로도이다.

도 4c는 도 4a의 유도 결합 플라즈마 발생 장치의 유도 코일 구조체의 전압 분배를 설명하는 도면이다.

도 4d는 도 4a의 유도 결합 플라즈마 발생 장치의 유도 코일을 설명하는 평면도이다.

도 4a 내지 도 4d를 참조하면, 상기 유도 결합 플라즈마 발생 장치(300)는, 길이방향으로 연장되는 유전체 튜브(130); 상기 유전체 튜브를 감싸도록 배치되고 상기 유전체 튜브 내에 유도 결합 플라즈마를 생성하는 제1 유도 코일 구조체(310); 서로 반대 위상의 양의 출력 및 음의 출력을 제공하고, 상기 제1 유도 코일 구조체의 양단에 RF 전력의 양의 출력 및 음의 출력을 각각 공급하고, 구동 주파수를 변경하는 RF 전원(140); 상기 RF 전원의 양의 출력단과 상기 제1 유도 코일 구조체의 일단 사이에 배치된 제1 메인 축전기(121); 및 상기 RF 전원의 음의 출력단과 상기 제1 유도 코일 구조체의 타단 사이에 배치된 제2 메인 축전기(122)를 포함한다.

상기 제1 메인 축전기(121) 및 상기 제2 메인 축전기(122)는 각각 동일한 제2 정전 용량(C2)을 가지고, 상기 제2 정전 용량(C2)은 상기 보조 축전기의 상기 제1 정전 용량(C1)의 2 배이다.

유도 코일들은 제1 내지 제4 유도 코일(312,314,316,318)을 포함한다. 상기 보조 축전기는 제1 내지 제3 보조 축전기(113,115,117)를 포함한다. 상기 제1 내지 제4 유도 코일(312,314,316,318) 각각의 인덕턴스는 동일하고 L1 이다. 또한, 상기 제1 내지 제3 보조 축전기(113,115,117) 각각의 정전용량은 동일하고 C1이다. 상기 제1 내지 제3 보조 축전기(113,115,117) 각각은 2C1을 가지고 직렬 연결된 한 쌍의 가상 축전기로 표시될 수 있다. 이에 따라, 제1 메인 축전기(121)의 일부(2C1), 재1 유도 코일(312), 및 상기 가상 축전기(2C1)는 공진회로를 구성하여 전체적으로 전압을 감소시킬 수 있다.

상기 유도 코일들(312,314,316,318) 각각은, 직각 좌표계에서 제1 방향으로 개방된 부위를 가지고 제1 중심각을 가지고 배치평면에서 배치되고 일정한 제1 반경을 가지는 제1 원호부(32a); 및 상기 제1 중심각 이하의 제2 중심각을 가지고 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제1 반경보다 큰 제2 반경을 가지고 상기 제1 원호부의 중심축과 동일한 중심축을 가지도록 배치된 제2 원호부(32b); 상기 제2 중심각 이하의 제3 중심각을 가지고 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제2 반경보다 큰 제3 반경을 가지고 상기 제1 원호부의 중심축과 동일한 중심축을 가지도록 배치된 제3 원호부(32c); 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제1 원호부의 일단에 연결되고 상기 제1 방향으로 연장되는 제1 연결부(33a); 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제1 원호부의 타단과 상기 제2 원호부의 일단을 연결하는 "U" 자 형태의 제1 원호 연결부(34a); 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제2 원호부의 타단과 상기 제3 원호부의 일단을 연결하고 "U" 자 형태의 제2 원호 연결부(34b); 및 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제3 원호부의 타단에 연결되고 상기 제1 방향으로 연장되는 제2 연결부(33b)를 포함한다. 상기 제3 중심각은 270도 이상일 수 있다.

도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 발생 장치를 설명하는 개념도이다.

도 5b는 도 5a의 유도 결합 플라즈마 발생 장치의 유도 코일을 설명하는 평면도이다.

도 5a 내지 도 5b를 참조하면, 상기 유도 결합 플라즈마 발생 장치(400)는, 길이방향으로 연장되는 유전체 튜브(130); 상기 유전체 튜브를 감싸도록 배치되고 상기 유전체 튜브 내에 유도 결합 플라즈마를 생성하는 제1 유도 코일 구조체(410); 서로 반대 위상의 양의 출력 및 음의 출력을 제공하고, 상기 제1 유도 코일 구조체의 양단에 RF 전력의 양의 출력 및 음의 출력을 각각 공급하고, 구동 주파수를 변경하는 RF 전원(140); 상기 RF 전원의 양의 출력단과 상기 제1 유도 코일 구조체의 일단 사이에 배치된 제1 메인 축전기(121); 및 상기 RF 전원의 음의 출력단과 상기 제1 유도 코일 구조체의 타단 사이에 배치된 제2 메인 축전기(122)를 포함한다.

유도 코일들은 제1 내지 제4 유도 코일(412,414,416,418)을 포함한다. 상기 보조 축전기는 제1 내지 제3 보조 축전기(113,115,117)를 포함한다. 상기 제1 내지 제4 유도 코일(412,414,416,418) 각각의 인덕턴스는 동일하고 L1 이다. 또한, 상기 제1 내지 제3 보조 축전기(113,115,117) 각각의 정전용량은 동일하고 C1이다. 상기 제1 내지 제3 보조 축전기(113,115,117) 각각은 2C1을 가지고 직렬 연결된 한 쌍의 가상 축전기로 표시될 수 있다. 이에 따라, 제1 메인 축전기(121)의 일부(2C1), 재1 유도 코일(412), 및 상기 가상 축전기(2C1)는 공진회로를 구성하여 전체적으로 전압을 감소시킬 수 있다.

상기 유도 코일들(412,414,416,418) 각각은, 직각 좌표계에서 제1 방향으로 개방된 부위를 가지고 제1 중심각을 가지고 배치평면에서 배치되고 일정한 제1 반경을 가지는 제1 원호부(42a); 상기 제1 중심각 이하의 제2 중심각을 가지고 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제1 반경보다 큰 제2 반경을 가지고 상기 제1 원호부의 중심축과 동일한 중심축을 가지도록 배치된 제2 원호부(42b); 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제1 원호부의 일단에 연결되고 상기 제1 방향으로 연장되는 제1 연결부(43a); 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제1 원호부의 타단과 상기 제2 원호부의 일단을 연결하는 "U" 자 형태의 제1 원호 연결부(44a); 및 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제2 원호부의 타단에 연결되고 상기 제1 방향으로 연장되는 제2 연결부(43b)를 포함한다. 상기 제2 중심각은 270도 이상일 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정 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.

110: 제1 유도 코일 구조체
112,114,116,118: 유도 코일
113,115,117: 보조 축전기
121: 제1 메인 축전기
122: 제2 메인 축전기

Claims

길이방향으로 연장되는 유전체 튜브;
상기 유전체 튜브를 감싸도록 배치되고 상기 유전체 튜브 내에 유도 결합 플라즈마를 생성하는 제1 유도 코일 구조체;
서로 반대 위상의 양의 출력 및 음의 출력을 제공하고, 상기 제1 유도 코일 구조체의 양단에 RF 전력의 양의 출력 및 음의 출력을 각각 공급하고, 구동 주파수를 변경하는 RF 전원;
상기 RF 전원의 양의 출력단과 상기 제1 유도 코일 구조체의 일단 사이에 배치된 제1 메인 축전기; 및
상기 RF 전원의 음의 출력단과 상기 제1 유도 코일 구조체의 타단 사이에 배치된 제2 메인 축전기를 포함하고,
상기 제1 유도 코일 구조체는:
서로 직렬 연결되고, 서로 다른 층에 각각 배치되고, 각 층에서 적어도 두 턴(two turn) 이상을 구비한 동일한 구조의 유도 코일들; 및
서로 인접한 유도 코일들 사이에 각각 배치되어 상기 유도 코일들에 인가되는 전압을 분배하는 보조 축전기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 발생 장치.
제1 항에 있어서,
상기 유도 코일들 각각은 동일한 제1 인덕턴스(L1)를 가지고,
상기 보조 축전기들 각각은 동일한 제1 정전용량(C1)을 가지고,
상기 RF 전원의 구동 주파수는 직렬 연결된 상기 제1 인덕턴스(L1)와 상기 제1 정전 용량(C1)에 의한 공명 주파수와 일치하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 발생 장치.
제2 항에 있어서,
상기 제1 메인 축전기 및 상기 제2 메인 축전기는 각각 동일한 제2 정전 용량(C2)을 가지고,
상기 제2 정전 용량(C2)은 상기 제1 정전 용량(C1)의 2 배인 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 발생 장치.
제1 항에 있어서,
상기 유도 코일들 각각은 2턴 내지 4 턴 안테나인 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 발생 장치.
제1 항에 있어서,
상기 유전체 튜브를 감싸도록 배치되고 상기 제1 유도 코일 구조체와 이격되어 배치되고, 상기 제1 유도 코일 구조체와 동일한 구조를 가지고 상기 유전체 튜브 내에 유도 결합 플라즈마를 생성하는 제2 유도 코일 구조체를 더 포함하고,
상기 제2 유도 코일 구조체의 일단은 상기 제1 유도 코일 구조체의 일단과 연결되고,
상기 제2 유도 코일 구조체의 타단은 상기 제1 유도 코일 구조체의 타단과 연결되고,
상기 제1 유도 코일 구조체와 상기 제2 유도 코일 구조체는 상기 제1 메인 축전기와 상기 제2 메인 축전기 사이에서 서로 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 발생 장치.
제5 항에 있어서,
상기 제1 유도 코일 구조체와 상기 제2 유도 코일 구조체를 구성하는 상기 유도 코일들 각각은 동일한 제1 인덕턴스(L1)를 가지고,
상기 제1 유도 코일 구조체와 상기 제2 유도 코일 구조체를 구성하는 상기 보조 축전기들 각각은 동일한 제1 정전용량(C1)을 가지고,
상기 RF 전원의 구동 주파수는 직렬 연결된 상기 제1 인덕턴스(L1)와 상기 제1 정전 용량(C1)에 의한 공명 주파수와 일치하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 발생 장치.
제6 항에 있어서,
상기 제1 메인 축전기 및 상기 제2 메인 축전기는 각각 동일한 제2 정전 용량(C2)을 가지고,
상기 제2 정전 용량(C2)은 상기 제1 정전 용량(C1)의 4 배인 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 발생 장치.
제6 항에 있어서,
상기 제1 유도 코일 구조체의 일단과 상기 제2 유도 코일 구조체의 일단은 서로 인접하게 배치되고,
상기 제1 유도 코일 구조체의 일단과 상기 제2 유도 코일 구조체의 일단은 서로 연결되어 상기 제1 메인 축전기에 연결되는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 발생 장치.
제1 항에 있어서,
상기 유도 코일들 각각은:
직각 좌표계에서 제1 방향으로 개방된 부위를 가지고 제1 중심각을 가지고 배치평면에서 배치되고 일정한 제1 반경을 가지는 제1 원호부;
상기 제1 중심각 이하의 제2 중심각을 가지고 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제1 반경보다 큰 제2 반경을 가지고 상기 제1 원호부의 중심축과 동일한 중심축을 가지도록 배치된 제2 원호부;
상기 배치 평면에 배치되고 상기 제1 원호부의 일단에 연결되고 상기 제1 방향으로 연장되는 제1 연결부;
상기 배치 평면에 배치되고 상기 제1 원호부의 타단과 상기 제2 원호부의 일단을 연결하는 "U" 자 형태의 제1 원호 연결부; 및
상기 배치 평면에 배치되고 상기 제2 원호부의 타단에 연결되고 상기 제1 방향으로 연장되는 제2 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 발생 장치.
제1 항에 있어서,
상기 유도 코일들 각각은:
직각 좌표계에서 제1 방향으로 개방된 부위를 가지고 제1 중심각을 가지고 배치평면에서 배치되고 일정한 제1 반경을 가지는 제1 원호부;
상기 제1 중심각 이하의 제2 중심각을 가지고 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제1 반경보다 큰 제2 반경을 가지고 상기 제1 원호부의 중심축과 동일한 중심축을 가지도록 배치된 제2 원호부;
상기 제2 중심각 이하의 제3 중심각을 가지고 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제2 반경보다 큰 제3 반경을 가지고 상기 제1 원호부의 중심축과 동일한 중심축을 가지도록 배치된 제3 원호부;
상기 배치 평면에 배치되고 상기 제1 원호부의 일단에 연결되고 상기 제1 방향으로 연장되는 제1 연결부;
상기 배치 평면에 배치되고 상기 제1 원호부의 타단과 상기 제2 원호부의 일단을 연결하는 "U" 자 형태의 제1 원호 연결부;
상기 배치 평면에 배치되고 상기 제2 원호부의 타단과 상기 제3 원호부의 일단을 연결하고 "U" 자 형태의 제2 원호 연결부; 및
상기 배치 평면에 배치되고 상기 제3 원호부의 타단에 연결되고 상기 제1 방향으로 연장되는 제2 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 발생 장치.
제1 항에 있어서,
상기 유도 코일들 각각은:
직각 좌표계에서 제1 방향으로 개방된 부위를 가지고 제1 중심각을 가지고 배치평면에서 배치되고 일정한 제1 반경을 가지는 제1 원호부;
상기 제1 중심각 이하의 제2 중심각을 가지고 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제1 반경보다 큰 제2 반경을 가지고 상기 제1 원호부의 중심축과 동일한 중심축을 가지도록 배치된 제2 원호부;
상기 제2 중심각 이하의 제3 중심각을 가지고 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제2 반경보다 큰 제3 반경을 가지고 상기 제1 원호부의 중심축과 동일한 중심축을 가지도록 배치된 제3 원호부;
상기 제3 중심각 이하의 제4 중심각을 가지고 상기 배치 평면에 배치되고 상기 제3 반경보다 큰 제4 반경을 가지고 상기 제1 원호부의 중심축과 동일한 중심축을 가지도록 배치된 제4 원호부;
상기 배치 평면에 배치되고 상기 제1 원호부의 일단에 연결되고 상기 제1 방향으로 연장되는 제1 연결부;
상기 배치 평면에 배치되고 상기 제1 원호부의 타단과 상기 제2 원호부의 일단을 연결하는 "U" 자 형태의 제1 원호 연결부;
상기 배치 평면에 배치되고 상기 제2 원호부의 타단과 상기 제3 원호부의 일단을 연결하고 "U" 자 형태의 제2 원호 연결부;
상기 배치 평면에 배치되고 상기 제3 원호부의 타단과 상기 제4 원호부의 일단을 연결하고 "U" 자 형태의 제3 원호 연결부; 및
상기 배치 평면에 배치되고 상기 제4 원호부의 타단에 연결되고 상기 제1 방향으로 연장되는 제2 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 발생 장치.
제6 항에 있어서,
상기 제1 유도 코일 구조체와 상기 제2 유도 코일 구조체는 상기 유전체 튜브의 일지점을 기준으로 위/아래 거울 대칭으로 배치되며,
전류는 중앙에서 위/아래로 분산되어 다시 양 끝에서 모이는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 발생 장치.
제6 항에 있어서,
상기 유도 코일들의 전력 입력단은 서로 방위각 방향으로 일정한 각도를 유지하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 발생 장치.
제1 항에 있어서,
상기 유도 코일들의 적어도 일부는 세라믹 몰드로 고정되는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 발생 장치.
제1 항에 있어서,
상기 유도 코일들 사이에 배치되어 전기적으로 절연시키는 와셔 형태의 절연 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 발생 장치.
제1 항에 있어서,
상기 유도 코일들은 차례로 적층된 제1 유도 코일, 제2 유도 코일, 제3 유도 코일, 및 제4 유도 코일을 포함하고,
상기 보조 축전기는 제1 보조 축전기, 제2 보조 축전기, 및 제3 보조 축전기를 포함하고,
상기 제2 유도 코일은 상기 제1 유도 코일이 배치된 경우에 대비하여 반시계 방향으로 90회전하여 상기 제1 유도 코일의 하부에 정렬되어 배치되고,
상기 제3 유도 코일은 상기 제2 유도 코일이 배치된 경우에 대비하여 반시계 방향으로 90도 회전하여 상기 제2 유도 코일의 하부에 정렬되어 배치되고,
상기 제4 유도 코일은 상기 제3 유도 코일이 배치된 경우에 대비하여 반시계 방향으로 90도 회전하여 상기 제3 유도 코일의 하부에 정렬되어 배치되고,
상기 제1 유도 코일의 일단은 상기 제1 메인 축전기를 통하여 상기 RF 전원의 양의 출력단에 연결되고,
상기 제1 유도 코일의 타단은 상기 제1 보조 축전기를 통하여 상기 제2 유도 코일의 일단에 연결되고,
상기 제2 유도 코일의 타단은 상기 제2 보조 축전기를 통하여 상기 제3 유도 코일의 일단에 연결되고,
상기 제3 유도 코일의 타단은 상기 제3 보조 축전기를 통하여 상기 제4 유도 코일의 일단에 연결되고,
상기 제4 유도 코일의 타단은 상기 제2 메인 축전기를 통하여 상기 RF 전원의 음의 출력단에 연결되는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 발생 장치.
반도체 기판을 처리하는 공정 챔버; 및
상기 공정 챔버에 플라즈마에 의하여 활성종을 제공하는 유도 결합 플라즈마 발생 장치를 포함하고,
상기 유도 결합 플라즈마 발생 장치는:
길이방향으로 연장되는 유전체 튜브;
상기 유전체 튜브를 감싸도록 배치되고 상기 유전체 튜브 내에 유도 결합 플라즈마를 생성하는 제1 유도 코일 구조체;
서로 반대 위상의 양의 출력 및 음의 출력을 제공하고, 상기 제1 유도 코일 구조체의 양단에 RF 전력의 양의 출력 및 음의 출력을 각각 공급하고, 구동 주파수를 변경하는 RF 전원;
상기 RF 전원의 양의 출력단과 상기 제1 유도 코일 구조체의 일단 사이에 배치된 제1 메인 축전기; 및
상기 RF 전원의 음의 출력단과 상기 제1 유도 코일 구조체의 타단 사이에 배치된 제2 메인 축전기를 포함하고,
상기 제1 유도 코일 구조체는:
서로 직렬 연결되고, 서로 다른 층에 각각 배치되고, 각 층에서 적어도 두 턴(two turn) 이상을 구비한 동일한 구조의 유도 코일들; 및
서로 인접한 유도 코일들 사이에 각각 배치되어 상기 유도 코일들에 인가되는 전압을 분배하는 보조 축전기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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