KR101853737B1 - 유도 결합 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유도 결합 플라즈마 처리 장치를 제공한다. 이 유도 결합 플라즈마 처리 장치는 진공 용기의 유전체 상판 상에 배치되고 일정한 반경을 가지는 복층 구조의 내측 안테나; 상기 진공 용기의 상기 유전체 상판 상에 배치되고 상기 내측 안테나의 외곽에 배치된 외측 안테나; 상기 내측 안테나와 상기 외측 안테나에 전력을 각각 분배하는 전력 분배부; 및 상기 전력 분배부를 통하여 상기 내측 안테나와 상기 외측 안테나에 전력을 제공하는 RF 전원을 포함한다. 상기 전력 분배부는 상기 내측 안테나와 상기 외측 안테나들 사이에 전력을 분배한다. 상기 외측 안테나는 제1 반경과 상기 제1 반경보다 큰 제2 반경을 가지는 복층 구조이다.

Description

유도 결합 플라즈마 처리 장치{Inductively Coupled Plasma Processing Apparatus}

본 발명은 유도 결합 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 내측 안테나와 외측 안테나를 가지는 대면적 플라즈마 소스에 관한 것이다.

한국공개특허 10-2013-0043795는 내측 안테나와 외측 안테나를 가지는 플라즈마 처리 장치를 개시하고 있다. 이 공개 특허의 외측 안테나는 복층 구조이고, 국부적인 위치에서 플라즈마 밀도를 조절하기 어렵다.

한국공개특허 10-2012-0040335는 내측 안테나와 외측 안테나를 가지는 플라즈마 처리 장치를 개시하고 있다. 이 공개 특허의 외측 안테나는 서로 중첩된 하프 턴의 안테나로 구성되어, 국부적인 위치에서 플라즈마 밀도를 조절하기 어렵다.

대면적 유도 결합 플라즈마는 회전 방향(원통 좌표계의 방위각 방향)의 균일도를 증가시키기 위하여 복수의 턴을 복층 구조를 사용하였다. 그럼에도 불구하고, 이러한 유도 결합 플라즈마는 가스 공급 방향 또는 배기부의 가스 펌핑 방향 등에 기인하여 국부적으로 비균일한 플라즈마를 생성한다. 따라서, 국부적인 플라즈마 비균일성을 향상하기 위한 새로운 안테나 구조가 요구된다.

본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 5 퍼센트 미만의 플라즈마 처리 공정의 방위각 대칭성 및 높은 공정 균일성을 제공하는 것이다. 상업적으로 판매되는 플라즈마 소스의 경우, 300 mm 웨이퍼에 대하여 5 퍼센트 수준의 공정 균일도가 달성된다.

본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 5 퍼센트 미만의 플라즈마 처리 공정의 방위각 대칭성 및 높은 공정 균일성을 제공하는 것이다. 이를 위하여, 본 발명은 내측 안테나와 외측 안테나를 구비한다. 상기 외측 안테나는 제1 반경과 제2 반경을 가지는 제1 외측 단위 안테나들과 제1 반경과 제2 반경을 가지는 제2 외측 단위 안테나들을 구비한다. 상기 제1 외측 안테나는 상기 제2 외측 안테나와 다른 형태를 가진다. 그럼에도 공간적으로 균일한 플라즈마 밀도 분포 또는 공정 균일도가 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리 장치는 진공 용기의 유전체 상판 상에 배치되고 일정한 반경을 가지는 복층 구조의 내측 안테나; 상기 진공 용기의 상기 유전체 상판 상에 배치되고 상기 내측 안테나의 외곽에 배치된 외측 안테나; 상기 내측 안테나와 상기 외측 안테나에 전력을 각각 분배하는 전력 분배부; 및 상기 전력 분배부를 통하여 상기 내측 안테나와 상기 외측 안테나에 전력을 제공하는 RF 전원을 포함한다. 상기 전력 분배부는 상기 내측 안테나와 상기 외측 안테나들 사이에 전력을 분배한다. 상기 외측 안테나는 제1 반경과 상기 제1 반경보다 큰 제2 반경을 가지는 복층 구조이다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 외측 안테나는 한 쌍의 제1 외측 단위 안테나들와 한 쌍의 제2 외측 단위 안테나들을 포함할 수 있다. 상기 제1 외측 단위 안테나와 상기 제2 외측 단위 안테나는 서로 다른 구조를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 외측 단위 안테나는, 상부층에 배치되고 상기 제1 반경의 1/4 턴을 가지는 제1 내측 상부 곡선부; 상기 제1 내측 상부 곡선부에 연결되고 반경을 변경하고 배치 평면을 변경하는 제1 반경 연장부; 하부층에 배치되고 상기 제1 반경 연장부에 연결되고 상기 제2 반경의 1/2 턴을 가지는 제1 외측 하부 곡선부; 상기 제1 외측 하부 곡선부에 연결되고 반경을 변경하고 배치 평면을 변경하는 제2 반경 연장부; 및 상기 상부층에 배치되고 상기 제2 반경 연장부에 연결되고 상기 제1 반경의 1/4 턴을 가지는 제2 내측 상부 곡선부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 외측 단위 안테나는, 상부층에 배치되고 상기 제2 반경의 1/4 턴을 가지는 제1 외측 상부 곡선부; 상기 제1 외측 상부 곡선부에 연결되고 반경을 변경하고 배치 평면을 변경하는 제1 반경 연장부; 하부층에 배치되고 상기 반경 연장부에 연결되고 상기 제1 반경의 1/2 턴을 가지는 제1 내측 하부 곡선부; 상기 제1 내측 하부 곡선부에 연결되고 반경을 변경하고 배치 평면을 변경하는 제2 반경 연장부; 및 상기 상부층에 배치되고 상기 제2 반경 연장부에 연결되고 상기 제2 반경의 1/4 턴을 가지는 제2 외측 상부 곡선부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전력 분배부는 상기 내측 안테나에 전력을 분배하는 내측 전력 분배부와 상기 외측 안테나에 전력을 분배하는 외측 전력 분배부를 포함할 수 있다. 상기 내측 전력 분배부는, 원통 형상의 내측 전력 분배 몸체부; 상기 내측 전력 분배 몸체부의 일단에서 방사형으로 분기하는 내측 전력 분배 분기부; 및 상기 내측 전력 분기부에서 수직으로 연장되는 내측 수직 연결부;를 포함할 수 있다. 상기 외측 전력 분배부는, 상기 내측 전력 분배 몸체부를 감싸도록 배치되고 원통 형상의 외측 전력 분배 몸체부; 상기 외측 전력 분배 몸체부의 일단에서 방사형으로 분기하고 상기 제2 반경 까지 연장되는 외측 전력 직선 분기부; 상기 외측 전력 분배 몸체부의 일단에서 방사형으로 분기하고 상기 제1 반경까지 곡선을 따라 연장되는 외측 전력 곡선 분기부; 상기 외측 전력 직선 분기부에서 수직으로 연장되고 상기 제2 외측 상부 곡선부에 연결되는 외측 수직 연결부; 및 상기 외측 전력 곡선 분기부에서 수직으로 연장되고 상기 제1 내측 상부 곡선부에는 연결되는 내측 수직 연결부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 내측 안테나는 동일한 구조의 제1 내측 단위 안테나 및 제2 내측 단위 안테나를 포함할 수 있다. 상기 제1 내측 안테나 및 제2 내측 안테나는 동일한 형상이고 서로 대칭적으로 배치되고 중첩된 복층 구조를 제공할 수 있다. 상기 제1 내측 안테나는, 45도 원호를 가지고 상부층에 배치되는 제1 45도 상부 브랜치; 상기 제1 45도 상부 브랜치에 연속적으로 연결되고 배치 평면을 상부면에서 하부면을 변경하는 제1 플러그; 상기 제1 플러그에 연속적으로 연결되고 180도 원호를 가지고 안테나의 하부면에 배치되는 180도 하부 브랜치; 상기 180도 하부 브랜치에 연속적으로 연결되고 배치 평면을 하부면에서 상부면으로 변경하는 제2 플러그; 및 상기 제2 플러그에 연속적으로 연결되고 상기 45도 원호를 가지고 안테나의 상부면에 배치되는 제2 45도 상부 브랜치를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 일단은 상기 제2 내측 상부 곡선부에 연결되고 상기 외측 안테나가 배치되는 배치 평면에서 수직으로 연장되는 외측 접지 연결부; 일단은 상기 제2 외측 상부 곡선부에 연결되고 상기 외측 안테나가 배치되는 배치평면에서 수직으로 연장되는 내측 접지 연결부; 및 상기 내측 접지 연결부의 타단 및 상기 외측 접지 연결부의 타단을 고정하고 접지되는 도전성 고정판;을 더 포함할 수 있다. 상기 도전성 고정판은 중심에 관통홀을 포함하고, 상기 전력 분배부는 상기 관통홀을 통하여 연장되도록 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전력 분배부는, 상기 내측 안테나와 상기 외측 안테나에 흐르는 전류를 제어하도록 상기 내측 안테나와 직렬 연결된 전력 분배 가변 축전기; 및 병렬 연결된 상기 외측 안테나들에 직렬 연결된 고정 인덕터를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 내부 안테나의 전류의 방위각 방향은 상기 외부 안테나의 전류의 방향과 동일한 방향일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 내부 안테나의 전류의 방위각 방향은 상기 외부 안테나의 전류의 방향과 반대 방향일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 복층 구조의 유도 결합 플라즈마 발생용 안테나 구조체는 제1 반경보다 큰 제2 반경을 가진다. 상기 유도 결합 플라즈마 발생용 안테나 구조체는 상기 제1 반경을 가진 부위에서 전력을 각각 공급받는 한 쌍의 제1 단위 안테나들; 및 상기 제2 반경을 가진 부위에서 전력을 각각 공급받는 한 쌍의 제2 단위 안테나들;을 포함한다. 상기 제1 단위 안테나와 상기 제2 단위 안테나는 상부층에 배치된 부위와 하부층에 배치된 구조를 포함한다. 상기 제1 단위 안테나와 상기 제2 단위 안테나는 서로 다른 구조를 가진다. 한 쌍의 상기 제1 단위 안테나는 서로 중첩되도록 배치되고 상기 제1 반경의 1턴 및 상기 제2 반경의 1턴을 제공한다. 한 쌍의 상기 제2 단위 안테나는 서로 중첩되도록 배치되고 상기 제1 반경의 1턴 및 상기 제2 반경의 1턴을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 단위 안테나는, 일단은 전력을 공급받고 상부층에 배치되고 상기 제1 반경의 1/4 턴을 가지는 제1 내측 상부 곡선부; 상기 제1 내측 상부 곡선부에 연결되고 반경을 변경하고 배치 평면을 변경하는 제1 반경 연장부; 하부층에 배치되고 상기 제1 반경 연장부에 연결되고 상기 제2 반경의 1/2 턴을 가지는 제1 외측 하부 곡선부; 상기 제1 외측 하부 곡선부에 연결되고 반경을 변경하고 배치 평면을 변경하는 제2 반경 연장부; 및 상기 상부층에 배치되고 상기 제2 반경 연장부에 연결되고 상기 제1 반경의 1/4 턴을 가지는 제2 내측 상부 곡선부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 단위 안테나는, 일단은 전력을 공급받고 상부층에 배치되고 상기 제2 반경의 1/4 턴을 가지는 제1 외측 상부 곡선부; 상기 제1 외측 상부 곡선부에 연결되고 반경을 변경하고 배치 평면을 변경하는 제1 반경 연장부; 하부층에 배치되고 상기 반경 연장부에 연결되고 상기 제1 반경의 1/2 턴을 가지는 제1 내측 하부 곡선부; 상기 제1 내측 하부 곡선부에 연결되고 반경을 변경하고 배치 평면을 변경하는 제2 반경 연장부; 및 상기 상부층에 배치되고 상기 제2 반경 연장부에 연결되고 상기 제2 반경의 1/4 턴을 가지는 제2 외측 상부 곡선부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 단위 안테나들 및 상기 제2 단위 안테나들에 전력을 분배하는 전력 분배부를 더 포함할 수 있다. 상기 전력 분배부는, 원통 형상의 전력 분배 몸체부; 상기 전력 분배 몸체부의 일단에서 방사형으로 분기하고 상기 제2 반경 까지 연장되는 전력 직선 분기부; 상기 전력 분배 몸체부의 일단에서 방사형으로 분기하고 상기 제1 반경까지 곡선을 따라 연장되는 전력 곡선 분기부; 상기 전력 직선 분기부에서 수직으로 연장되고 상기 제2 외측 상부 곡선부에 연결되는 외측 수직 연결부; 및 상기 외측 전력 곡선 분기부에서 수직으로 연장되고 상기 제1 내측 상부 곡선부에는 연결되는 내측 수직 연결부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른, 플라즈마 처리 장치는 1 퍼센트 미만의 플라즈마 처리 공정의 방위각 대칭성 및 높은 공정 균일성을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 플라즈마 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 유도 결합 플라즈마 처리 장치의 안테나를 설명하는 사시도이다.
도 3은 도 1의 유도 결합 플라즈마 처리 장치의 안테나를 설명하는 평면도이다.
도 4는 도 1의 유도 결합 플라즈마 장치의 전기적 연결을 나타내는 회로도이다.
도 5는 도 1의 유도 결합 플라즈마 처리 장치의 안테나를 설명하는 사시도이다.
도 6은 도 1의 안테나와 전력분배부를 나타내는 평면도이다.
도 7은 도 6의 외측 안테나 중에서 제1 외측 단위 안테나를 나타내는 평면도이다.
도 8은 도 6의 외측 안테나 중에서 제2 외측 단위 안테나를 나타내는 평면도이다.
도 9는 외측 안테나의 반경 연장부를 나타내는 사시도이다.
도 10은 도 1의 내측 안테나를 설명하는 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 장치의 플라즈마 식각률 공간 분포와 상용 플라즈마 장치의 플라즈마 식각률 공간 분포를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 발생용 안테나를 나타내는 평면도이다.
도 13은 도 12의 내부 안테나를 설명하는 사시도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 평면도이다.

통상적인 유도 결합 플라즈마는 플라즈마 균일도를 제공하기 위하여, 병렬 연결된 복수의 안테나가 복층 구조로 설계된다. 그럼에도 불구하고, 5 퍼센트 미만의 대면적 플라즈마 밀도 균일도 또는 공정 균일도의 확보가 어렵다. 이러한 공정 불균일도는 웨이퍼의 일 부위에서 불량을 발생시키고 수율을 감소시킨다. 또한, 공정 방위각 비대칭성에 의하여, 불량이 발생할 위치를 특정할 수 없다. 따라서, 불량 분석을 위한 비용이 증가한다. 따라서, 방위각 대칭성은 대면적 플라즈마 소스에 요구된다.

방위각 대칭성을 확보하고, 플라즈마 균일도(또는 공정 균일도)를 확보하기 위하여, 많은 연구가 수행되었다. 통상적인 복층 구조의 안테나에서, 동일한 구조의 단위 안테나들이 중첩하도록 배치된다. 동일한 구조의 단위 안테나들은 유도 전기장의 공간 균일성을 제공하고 방위각 대칭성을 제공할 것으로 기대되었다. 그럼에도 불구하고, 종래의 안테나들은 1 퍼센트 미만의 플라즈마 공정 균일도와 방위각 대칭성을 제공하지 못했다.

그러나, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 동일하지 않은 단위 안테나들이 식각률 공간 균일도(1퍼센트 미만)를 제공하는 것이 실험적으로 확인되었다. 또한, 우리는 동일하지 않은 단위 안테나들이 방위각 대칭성을 제공하는 것을 실험적으로 확인하였다.

복층 구조 안테나의 기본 개념은 축전 결합에 의한 국부적인 플라즈마 발생을 억제하는 것이다. 구체적으로, 전력이 공급되는 부위는 플라즈마와 수직 거리가 멀도록 상부면에 배치하고, 고전압이 인가되는 않는 부위는 플라즈마와 수직 거리가 가까운 하부면에 배치하는 것이다. 이에 따라, 축전 결합에 의한 국부적인 플라즈마 발생이 억제될 수 있다.

또한, 복층 구조 안테나들은 통상적으로 복수의 단위 안테나들로 구성된다. 상기 단위 안테나들은 동일한 형상으로 제작되고, 일정한 방위각 차이를 두고 중첩되도록 배치된다. 상기 단위 안테나들은 서로 기하학적 대칭성을 가지도록 배치된다. 그러나, 이러한 복층 구조 원형 안테나들은 충분한 플라즈마 균일도를 제공하지 못하고 방위각 대칭성을 제공하지 못하였다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 장치는 공정 특성의 방위각 대칭성 및 균일성을 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 복층 구조를 제공하는 단위 안테나들은 다른 형상의 두 종류를 포함한다. 모든 단위 안테나들은 전력 분배부를 통하여 전기적으로 병렬 연결된다. 다른 형상에 기인한 단위 안테나의 임피던스의 차이는 상기 단위 안테나들에 전력을 분배하는 전력 분배부에 의하여 보상될 수 있다. 또한, 본 발명은 동일한 형상의 단위 안테나를 사용하는 경우보다 더 향상된 공정 균일도 및 방위각 대칭성을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 300 mm 이상의 기판을 처리하기 위하여, 내측 안테나와 외측 안테나가 사용된다. 특히, 외측 안테나는 제1 반경과 제2 반경을 가지고 있어 대면적 플라즈마를 형성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 장치는 대면적 기판을 처리하기 위하여 내측 안테나와 외측 안테나를 구비할 수 있다. 상기 외측 안테나는 2개의 제1 단위 안테나와 2개의 제2 단위 안테나를 포함할 수 있다. 상기 제1 단위 안테나들과 상기 제2 단위 안테나들은 서로 다른 형상을 가진다. 상기 제1 단위 안테나들과 상기 제2 단위 안테나들은 서로 전기적으로 병렬 연결된다. 상기 제1 단위 안테나와 상기 제2 단위 안테나는 다른 기하학적 형상을 가지지만, 유사한 또는 실질적으로 동일한 임피던스를 가질 수 있다.

상기 제1 단위 안테나는 근사적으로 상부층에 배치되는 제1 반경의 반턴(a half turn)과 하부층에 배치되는 제2 반경의 반턴을 포함한다. 상부층에 배치되는 제1 반경의 반턴(a half turn)은 2 개의 1/4 턴으로 분리된다.

상기 제2 단위 안테나는 근사적으로 상부층에 배치되는 제2 반경의 반턴과 하부층에 배치되는 제1 반경의 반턴을 포함한다. 상부층에 배치되는 제2 반경의 반턴은 2 개의 1/4 턴으로 분리된다.

상기 제1 단위 안테나는 제1 반경의 부위에 전력 공급단을 구비한다. 한편, 상기 제2 단위 안테나는 제2 반경의 부위에 전력 공급단을 구비한다.

상기 제1 단위 안테나는 연속적으로 연결되는 제1 반경을 가지는 상부 1/4턴 , 제2 반경을 가지는 하부 1/2턴, 및 상기 제1 반경을 가지는 상부 1/4턴을 포함한다. 상기 제1 단위 안테나는 시작 위치를 통하여 전력을 공급받고, 끝 위치를 통하여 접지에 연결된다. 상기 제1 단위 안테나는 반경을 변경하면서 동시에 배치 평면을 변경하고 실질적으로 1 턴을 구성한다. 한 쌍의 제1 단위 안테나는 서로 대칭적으로 중첩되도록 배치된다.

한편, 상기 제2 단위 안테나는 연속적으로 연결된 상기 제2 반경을 가지는 상부 1/4턴, 제1 반경을 가지는 하부 1/2턴, 및 제2 반경을 가지는 상부 1/4턴을 포함한다. 상기 제2 단위 안테나는 시작 위치를 통하여 전력을 공급받고, 끝 위치를 통하여 접지에 연결된다. 상기 제2 단위 안테나는 반경을 변경하면서 동시에 배치 평면을 변경하고 실질적으로 1 턴을 구성한다. 한 쌍의 제2 단위 안테나는 서로 대칭적으로 중첩되도록 배치된다. 상기 한 쌍의 제2 단위 안테나는 서로 대칭적으로 중첩되도록 배치된다. 상기 제1 단위 안테나와 상기 제2 단위 안테나의 임피던스 차이는 전력 분배부의 구조에 의하여 보상될 수 있다.

상기 제1 단위 안테나와 상기 제2 안테나는 동일한 형상이 아님에도 불구하고, 균일한 플라즈마 밀도의 균일도 또는 공정 균일도를 제공할 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 유도 결합 플라즈마 플라즈마 장치를 나타내는 단면도이다.

도 2는 도 1의 유도 결합 플라즈마 처리 장치의 안테나를 설명하는 사시도이다.

도 3은 도 1의 유도 결합 플라즈마 처리 장치의 안테나를 설명하는 평면도이다.

도 4는 도 1의 유도 결합 플라즈마 장치의 전기적 연결을 나타내는 회로도이다.

도 5는 도 1의 유도 결합 플라즈마 처리 장치의 안테나를 설명하는 사시도이다.

도 6은 도 1의 안테나와 전력분배부를 나타내는 평면도이다.

도 7은 도 6의 외측 안테나 중에서 제1 외측 단위 안테나를 나타내는 평면도이다.

도 8은 도 6의 외측 안테나 중에서 제2 외측 단위 안테나를 나타내는 평면도이다.

도 9는 외측 안테나의 반경 연장부를 나타내는 사시도이다.

도 10은 도 1의 내측 안테나를 설명하는 사시도이다.

도 1 내지 도 10을 참조하면, 유도 결합 플라즈마 처리 장치(100)는 진공 용기(101)의 유전체 상판(102) 상에 배치되고 일정한 반경을 가지는 복층 구조의 내측 안테나(110); 상기 진공 용기의 상기 유전체 상판 상에 배치되고 상기 내측 안테나의 외곽에 배치된 외측 안테나(120); 상기 내측 안테나(110)와 상기 외측 안테나(120)에 전력을 각각 분배하는 전력 분배부(140); 및 상기 전력 분배부(140)를 통하여 상기 내측 안테나와 상기 외측 안테나에 전력을 제공하는 RF 전원(184)을 포함한다. 상기 전력 분배부(140)는 상기 내측 안테나와 상기 외측 안테나들 사이에 전력을 분배한다. 상기 외측 안테나(120)는 제1 반경(R1)과 상기 제1 반경보다 큰 제2 반경(R2)을 가지는 복층 구조이다.

상기 진공 용기(101)는 금속 재질의 원통 챔버일 수 있다. 상기 유전체 상판(102)은 상기 진공 용기(101)의 뚜껑일 수 있다. 상기 진공 용기(101)는 플라즈마 식각 공정, 플라즈마 증착 공정, 또는 플라즈마 표면 처리 공정을 수행할 수 있다. 상기 유전체 상판(102)은 원판 형태의 쿼츠, 알루미나, 또는 세라믹일 수 있다.

기판 홀더(103)는 상기 진공 용기(101)의 내부에 배치될 수 있다. 상기 기판 홀더(103) 상에 기판(104)이 배치될 수 있다. 상기 기판(104)은 반도체 기판일 수 있다. 상기 기판 홀더(103)는 정전척 또는 기계척을 통하여 상기 기판(104)을 고정할 수 있다. 상기 기판 홀더(103)는 RF 바이어스(RF bias)를 상기 기판(104)에 인가하기 위하여 별도의 RF 전원(미도시)에 연결될 수 있다. 상기 기판 홀더(103)는 온도를 제어하기 위하여 온도 조절부(미도시)를 포함할 수 있다.

펌핑 포트는 상기 진공 용기(101) 내부를 배기도록 배치될 수 있다. 상기 펌핑 포트는 진공 펌프와 연결될 수 있다. 상기 펌핑 포트는 상기 진공 용기(101)의 하부면 또는 상기 진공 용기(101)의 측면에 배치될 수 있다. 상기 펌핑 포트의 배치에 따라, 유체의 흐름이 발생되어, 유도 결합 플라즈마가 발생되는 영역에서 국부적인 플라즈마 불균일성이 발생될 수 있다. 국부적인 플라즈마 불균일성은 국부적인 온도 차이, 가스 흐름의 방향 등 다양한 원인에 기인할 수 있다.

가스 공급부(109)는 상기 유전체 상판(102)의 중심에 배치되어, 대칭적으로 공정 가스를 분사할 수 있다. 예를 들어, 식각 공정인 경우, 공정 가스는 염소 함유 가스, 불소 함유 가스, 또는 산소 함유 가스일 수 있다.

RF 전원(184)은 수백 kHz 내지 수백 MHz의 주파수를 가지고 RF 전력을 발생시킬 수 있다. 상기 RF 전원(184)은 동축 케이블을 통하여 임피던스 매칭부(182)에 제공될 수 있다. 상기 임피던스 매칭부(182)는 통상적으로 2개의 가변 리액티브 소자를 이용하여 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 상기 임피던스 매칭부(182)의 출력은 전력 분배부(140)에 전달될 수 있다. 상기 임피던스 매칭부를 사용하지 않는 경우, 상기 RF 전원(184)은 구동 주파수를 변경하여 임피던스 매칭을 수행하고, RF 전력은 직접적으로 상기 전력 분배부(140)에 제공될 수 있다.

상기 전력 분배부(140)는 제공된 RF 전력을 내측 안테나(110)와 외측 안테나(120)로 분배할 수 있다. 이를 위하여, 상기 전력 분배부(140)는 상기 내측 안테나의 임피던스 또는 상기 외측 안테나의 임피던스를 변경할 수 있는 전력 분배 가변 축전기(141)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 전력 분배부(140)의 입력단은 2 갈래로 분기되고, 하나의 브랜치는 상기 전력 분배 가변 축전기(141)를 통하여 상기 내측 안테나(110)에 연결될 수 있다. 다른 브랜치는 인덕터(142)를 통하여 상기 외측 안테나(120)에 연결될 수 있다.

상기 전력 분배부(140)는 상기 내측 안테나(110)에 전력을 분배하는 내측 전력 분배부(143)와 상기 외측 안테나(120)에 전력을 분배하는 외측 전력 분배부(240)를 포함할 수 있다.

상기 내측 전력 분배부(240)는 원통 형상의 내측 전력 분배 몸체부(241); 상기 내측 전력 분배 몸체부의 일단에서 방사형으로 분기하는 내측 전력 분배 분기부(242); 및 상기 내측 전력 분기부에서 수직으로 연장되는 내측 수직 연결부(243);를 포함할 수 있다. 상기 내측 전력 분배 분기부(242)는 상기 내측 전력 분배 몸체부(241)의 중심축에서 180도 간격으로 수평면에서 연장될 수 있다. 상기 내측 수직 연결부(243)는 상기 내측 안테나(110)에 연결되도록 상기 내측 전력 분배 분기부(242)의 배치 평면에서 수직하게 연장될 수 있다.

상기 외측 전력 분배부(143)는 상기 내측 전력 분배 몸체부(241)를 감싸도록 배치되고 원통 형상의 외측 전력 분배 몸체부(144); 상기 외측 전력 분배 몸체부(144)의 일단에서 방사형으로 분기하고 상기 제2 반경 까지 연장되는 외측 전력 직선 분기부(147); 상기 외측 전력 분배 몸체부(144)의 일단에서 방사형으로 분기하고 상기 제1 반경까지 곡선을 따라 연장되는 외측 전력 곡선 분기부(145); 상기 외측 전력 직선 분기부(147)에서 수직으로 연장되고 상기 제2 외측 상부 곡선부에 연결되는 외측 수직 연결부(148); 및 상기 외측 전력 곡선 분기부(145)에서 수직으로 연장되고 상기 제1 내측 상부 곡선부(121)에는 연결되는 내측 수직 연결부(146)를 포함한다.

상기 외측 전력 분배 몸체부(144)는 원통 형상을 가지고 수직으로 연장될 수 있다. 상기 외측 전력 분배 몸체부(144)는 상기 내측 전력 분배 몸체부(241)와 절연체를 통하여 절연될 수 있다.

상기 외측 전력 직선 분기부(147)는 상기 외측 전력 분배 몸체부(144)에서 180도 차이를 가지고 방사형으로 분기할 수 있다. 상기 외측 전력 직선 분기부(147)는 상기 제2 외측 단위 안테나(120b)의 제2 반경(R2)을 가지는 부위에 연결되도록 제2 반경의 위치 까지 수평면에서 연장될 수 있다.

외측 전력 곡선 분기부(145)는 상기 외측 전력 분배 몸체부(144)에서 180도 차이를 가지고 분기할 수 있다. 상기 내측 전력 곡선 분기부(145)은 곡선을 가지며 'C'자 형상일 수 있다. 상기 외측 전력 곡선 분기부(145)는 상기 제1 외측 단위 안테나(120a)의 제1 반경(R1)을 가지는 부위에 연결되도록 제1 반경의 위치 까지 수평면에서 연장될 수 있다. 상기 외측 전력 곡선 분기부(145)의 길이는 상기 외측 전력 직선 분기부(147)와 실질적으로 동일할 수 있다. 이에 따라, 상기 외측 전력 분배 몸체부에서 바라본 외측 단위 안테나들의 임피던스는 동일할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 외측 단위 안테나(120a)와 상기 제2 외측 단위 안테나(120b)에 동일한 전류가 각각 흐를 수 있다.

상기 외측 전력 곡선 분기부(145)와 상기 외측 전력 직선 분기부(147)는 90도 간격을 가지고 교번하면서 분기될 수 있다. 상기 외측 전력 곡선 분기부(145)와 상기 외측 전력 직선 분기부(147)는 십자 형태와 유사하게 분기될 수 있다.

상기 내측 수직 연결부(146)는 상기 외측 전력 곡선 분기부(145)의 배치 평면에서 수직하게 연장되어 상기 제1 외측 단위 안테나(120a)의 전력 공급단(제1 반경을 가지는 위치)에 연결될 수 있다. 상기 외측 수직 연결부(148)는 외측 전력 직선 분기부(147)의 배치 평면에서 수직하게 연장되어 상기 제2 외측 단위 안테나(120b)의 전력 공급단(제2 반경을 가지는 위치)에 연결될 수 있다.

상기 전력 분배부(140)는 상기 내측 안테나(110)와 상기 외측 안테나(120)에 흐르는 전류를 제어하도록 상기 내측 안테나(110)와 직렬 연결된 전력 분배 가변 축전기(141) 및 상기 외측 안테나에 직렬 연결된 인덕터(142)를 포함할 수 있다. 상기 인덕터(142)는 안정적인 임피던스 매칭을 위하여 사용될 수 있다. 상기 내측 안테나(110)와 상기 전력 분배 가변 축전기(141)가 직렬 공진 회로를 구성함에 따라, 내측 안테나 방향의 임피던스가 변경될 수 있다. 이에 따라, 내측 안테나 방향의 전력과 외측 안테나 방향의 전력은 분배되도록 제어될 수 있다.

상기 내측 안테나(110)가 2개의 단위 안테나가 중첩된 복층 구조인 경우, 전력이 공급되는 지점이 2 개일 수 있다. 이 경우, 상기 내측 전력 분배 분기부(242)는 180 도 차이를 두고 분기될 수 있다.

상기 외측 안테나(120)가 4 개인 경우, 상기 외측 전력 곡선 분기부(145)와 외측 전력 직선 분기부(147)는 90도 차이를 두고 실질적으로 십자 형태로 분기될 수 있다. 상기 내측 전력 분배 분기부(242)는 상기 외측 전력 곡선 분기부(145) 또는 외측 전력 직선 분기부(147)와 45도 차이를 가지고 배치될 수 있다.

상기 내측 안테나(110)는 상기 전력 분배 가변 축전기(141)와 접지 사이에 배치될 수 있다. 상기 내측 안테나(110)는 2 개의 안테나가 중첩된 복층 구조일 수 있다. 상기 내측 안테나(110)는 제1 내측 안테나(110a) 및 제2 내측 안테나(110b)를 포함할 수 있다. 상기 제1 내측 안테나(110a)와 상기 제2 내측 안테나(110b)는 동일한 구조를 가지고 서로 180도 회전하여 대칭적으로 배치되고, 서로 병렬 연결될 수 있다. 상기 제1 내측 안테나(110a)는 내측 수직 연결부(243)에 연결되는 제1 45도 상부 브랜치(111), 제1 플러그(112), 180도 하부 브랜치(113), 제2 플러그(114), 제2 45도 상부 브랜치(115)를 포함할 수 있다. 상기 제2 45도 상부 브렌치(115)는 내부 접지 기둥(244)을 통하여 접지될 수 있다.

상기 내측 안테나(110)는 반시계 방향 또는 시계 방향으로 연장되도록 배치될 수 있다. 상기 내측 안테나(110)는 냉매가 흐르는 파이프 형상이 아닌 띠 형태일 수 있다.

상기 내측 전력 공급 플러그들(243)은 상기 내측 전력 분배 분기부(242)에서 수직으로 연장되고 상기 제1 및 제2 내측 안테나들(110a, 110b)의 일단에 각각 연결될 수 있다. 제1 45도 상부 브랜치(111)는 45도 원호를 가지고 안테나의 상부층(10a)에 배치될 수 있다. 제1 플러그(112)는 상부층(10a)에서 배치 평면을 하강시키어 하부층(10b)으로 변경할 수 있다. 상기 180도 하부 브랜치(113)는 180도 원호를 가지고 하부층(10b)에서 연장될 수 있다. 제2 플러그(114)는 배치 평면을 하부층(10b)에서 상부층(10a)으로 변경할 수 있다. 상기 제2 45도 브랜치(115)는 상부층(10a)에 배치되고 45도 원호를 가질 수 있다. 상기 내측 접지 기둥(244)은 수직하게 연장되어 도전성 고정판(107) 또는 접지 부재에 연결될 수 있다. 상기 브랜치들의 연결 부위는 안테나들이 서로 겹치지 않도록 반경이 증가하는 방향 또는 반경이 감소하는 방향으로 구부러질 수 있다.

상기 외측 안테나(120)는 한 쌍의 제1 외측 단위 안테나들(120a)와 한 쌍의 제2 외측 단위 안테나들(120b)을 포함할 수 있다. 상기 제1 외측 단위 안테나(120a)와 상기 제2 외측 단위 안테나(120a)는 서로 다른 구조를 가질 수 있다. 그러나, 상기 제1 외측 단위 안테나(120a)의 임피던스와 상기 제2 외측 안테나(120b)의 임피던스는 유사하거나 실질적으로 동일할 수 있다. 상기 임피던스의 차이는 상기 외측 전력 곡선 분기부(145)와 외측 전력 직선 분기부(147)에 의하여 보상될 수 있다.

상기 제1 외측 단위 안테나(120a)는 상부층(10a)에 배치되고 상기 제1 반경(R1)의 1/4 턴을 가지는 제1 내측 상부 곡선부(121); 상기 제1 내측 상부 곡선부(121)에 연결되고 반경을 변경하고 배치 평면을 변경하는 제1 반경 연장부(122); 하부층(10b)에 배치되고 상기 제1 반경 연장부(122)에 연결되고 상기 제2 반경(R2)의 1/2 턴을 가지는 제1 외측 하부 곡선부(123); 상기 제1 외측 하부 곡선부(123)에 연결되고 반경을 변경하고 배치 평면을 변경하는 제2 반경 연장부(124); 및 상기 상부층(10a)에 배치되고 상기 제2 반경 연장부에 연결되고 상기 제1 반경의 1/4 턴을 가지는 제2 내측 상부 곡선부(125)를 포함할 수 있다. 상기 제1 외측 단위 안테나는 상기 내측 상부 곡선부(121)의 일단으로 전력을 공급받고, 상기 제2 내측 상부 곡선부(125)의 일단을 통하여 접지된다.

상기 제1 내측 상부 곡선부(121)는 상부 평면에서 상기 제1 반경(R1)을 가지는 1/4 턴이다. 상기 제1 내측 상부 곡선부의 일단은 결합 수단에 의하여 상기 내측 수직 연결부(146)의 일단에 고정될 수 있다.

상기 제1 반경 연장부(122)는 상기 제1 반경(R1)을 상기 제2 반경(R2)으로 변경하면서 배치 평면을 상부층(10a)에서 하부층(10b)으로 변경한다. 상기 제1 반경부(122)는 'S' 형태일 수 있다. 한 쌍의 반경 연장부가 서로 교차하는 경우, 한 쌍의 반경 연장부는 서로 접촉하지 않도록 연직 방향으로 절곡된다. 상기 제1 반경 연장부(122)의 폭은 상기 제1 내측 상부 곡선부(121)의 폭과 동일할 수 있다. 상기 제1 반경 연장부는 결합 수단에 의하여 상기 제1 내측 상부 곡선부(121)의 타단에 고정될 수 있다.

상기 제1 외측 하부 곡선부(123)는 하부 평면에서 상기 제2 반경(R2)을 가지는 1/2 턴이다. 제1 외측 하부 곡선부(123)의 폭은 제1 내측 상부 곡선부(121)의 폭과 동일할 수 있다.

상기 제2 반경 연장부(124)는 상기 제2 반경(R2)을 상기 제1 반경(R1)으로 변경하면서 배치 평면을 하부층에서 상부층으로 변경한다. 상기 제2 반경부(124)는 'S' 형태일 수 있다. 한 쌍의 반경 연장부가 서로 교차하는 경우, 한 쌍의 반경 연장부는 서로 접촉하지 않도록 연직 방향으로 절곡된다. 상기 제2 반경 연장부(124)의 폭은 상기 제1 내측 상부 곡선부(121)의 폭과 동일할 수 있다.

상기 제2 내측 상부 곡선부(125)는 상부 평면에서 상기 제1 반경(R1)을 가지는 1/4 턴이다. 상기 제2 내측 상부 곡선부(125)의 폭은 제1 내측 상부 곡선부(121)의 폭과 동일할 수 있다. 상기 제2 내측 상부 곡선부(125)의 일단은 접지되도록 내측 접지 연결봉(149a)에 연결될 수 있다. 한 쌍의 상기 제1 외측 단위 안테나(120a)는 대칭적으로 배치되도록 서로 180도 차이를 가진다. 이에 따라, 한 쌍의 상기 제1 외측 단위 안테나(120a)는 전체적으로 제1 반경의 1턴과 제2 반경의 1턴을 제공할 수 있다.

상기 제2 외측 단위 안테나(120b)는 상부층(10a)에 배치되고 상기 제2 반경(R2)의 1/4 턴을 가지는 제1 외측 상부 곡선부(221); 상기 제1 외측 상부 곡선부(221)에 연결되고 반경을 변경하고 배치 평면을 변경하는 제1 반경 연장부(222); 하부층(10b)에 배치되고 상기 제1 반경 연장부(222)에 연결되고 상기 제1 반경(R1)의 1/2 턴을 가지는 제1 내측 하부 곡선부(223); 상기 제1 내측 하부 곡선부(223)에 연결되고 반경을 변경하고 배치 평면을 변경하는 제2 반경 연장부(224); 및 상기 상부층(10a)에 배치되고 상기 제2 반경 연장부(224)에 연결되고 상기 제2 반경(R2)의 1/4 턴을 가지는 제2 외측 상부 곡선부(225)를 포함할 수 잇다. 상기 제2 외측 단위 안테나(120b)는 상기 제1 외측 상부 곡선부(221)의 일단으로 전력을 공급받고, 상기 제2 외측 상부 곡선부(125)의 일단을 통하여 접지된다.

상기 제1 외측 상부 곡선부(221)는 상부 평면에서 제2 반경(R2)을 가지는 1/4 턴일 수 있다. 상기 제1 외측 상부 곡선부(221)의 일단은 상기 외측 수직 연결부(148)에 연결되어 전력을 공급받을 수 있다.

상기 제1 반경 연장부(222)는 제2 반경(R2)에서 제1 반경(R1)으로 변경하고 상부층에서 하부층으로 배치평면을 변경할 수 있다. 상기 제1 반경 연장부(222)는 'S'자 형태일 수 있다.

상기 제1 내측 하부 곡선부(223)는 하부층(10b)에서 제1 반경(R1)을 가지는 1/2 턴일 수 있다.

상기 제2 반경 연장부(224)는 제1 반경(R1)에서 제2 반경(R2)으로 변경하고 하부층에서 상부층으로 배치평면을 변경할 수 있다. 상기 제2 반경 연장부(224)는 'S'자 형태일 수 있다.

상기 제2 외측 상부 곡선부(225)는 상부 평면에서 제2 반경(R2)을 가지는 1/4 턴일 수 있다. 상기 제2 외측 상부 곡선부(225)는 접지되도록 외측 접지 연결봉(149b)에 연결된다. 한 쌍의 상기 제2 외측 단위 안테나(120b)는 서로 180도 회전하여 배치된다. 한 쌍의 상기 제2 외측 단위 안테나(120b)는 실질적으로 제1 반경의 1턴과 제2 반경의 1턴을 제공할 수 있다.

내측 안테나(110)의 전류 방향은 반시계 방향으로 회전하고, 외측 안테나(120)의 제1 반경 부위 및 제2 반경 부위는 반시계 방향으로 회전한다. 따라서, 내측 안테나(110)와 외측 안테나(120)에 흐르는 교류 전류에 의한 유도 자기장은 서로 보강 간섭할 수 있다.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 내측 안테나는 상기 외측 안테나와 동일한 구조를 가지도록 변형될 수 있다. 이에 따라, 안테나는 내측 안테나에 의한 서로 다른 반경을 가진 2 개의 코일과 외측 안테나에 의한 서로 다른 반경을 가진 2 개의 코일을 포함할 수 있다. 4 개의 코일 구조는 450 mm 기판 처리용 플라즈마 처리 장치에 적용될 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 장치의 플라즈마 식각률 공간 분포와 상용 플라즈마 장치의 플라즈마 식각률 공간 분포를 나타낸다.

도 11을 참조하면, (a)는 300 mm 기판 처리용 상용 플라즈마 장치에서 얻은 식각률 분포이다. (b)는 본 발명의 300 mm 기판 처리용 플라즈마 장치(도 1 내지 도 10 참조)에서 얻은 식각률 분포이다. (a)와 (b)에서, 실험 조건은 동일하다. (a)의 경우, 식각 균일도는 5.06 퍼센트이고, 방위각 대칭성이 없다. (b)의 경우, 식각 균일도는 0.83 퍼센트이고, 방위각 대칭성을 가진다. 따라서, 본 발명을 이용한 플라즈마 장치는 불량률을 현저히 감소시키고, 방위각 대칭성에 의하여 불량 분석의 편이성을 제공할 수 있다. (b)의 식각 결과는 지금까지 보고된 것 중에서 가장 우수한 결과이다.

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 발생용 안테나를 나타내는 평면도이다.

도 13은 도 12의 내부 안테나를 설명하는 사시도이다.

도 12 및 도 13을 참조하면, 유도 결합 플라즈마 처리 장치(300)는 진공 용기(101)의 유전체 상판(102) 상에 배치되고 일정한 반경을 가지는 복층 구조의 내측 안테나(310); 상기 진공 용기의 상기 유전체 상판 상에 배치되고 상기 내측 안테나의 외곽에 배치된 외측 안테나(120); 상기 내측 안테나(310)와 상기 외측 안테나(120)에 전력을 각각 분배하는 전력 분배부(140); 및 상기 전력 분배부(140)를 통하여 상기 내측 안테나와 상기 외측 안테나에 전력을 제공하는 RF 전원(184)을 포함한다. 상기 전력 분배부(140)는 상기 내측 안테나와 상기 외측 안테나들 사이에 전력을 분배한다. 상기 외측 안테나(120)는 제1 반경(R1)과 상기 제1 반경보다 큰 제2 반경(R2)을 가지는 복층 구조이다.

상기 내측 안테나(310b)는 상기 전력 분배 가변 축전기(141)와 접지 사이에 배치될 수 있다. 상기 내측 안테나(310)는 2 개의 안테나가 중첩된 복층 구조일 수 있다. 상기 내측 안테나(310)는 제1 내측 안테나(310a) 및 제2 내측 안테나(310b)를 포함할 수 있다. 상기 제1 내측 안테나(310a)와 상기 제2 내측 안테나(310b)는 동일한 구조를 가지고 서로 180도 회전하여 대칭적으로 배치되고, 서로 병렬 연결될 수 있다. 상기 제1 내측 안테나(310a)는 내측 수직 연결부(243a)에 연결되는 제1 45도 상부 브랜치(311), 제1 플러그(312), 180도 하부 브랜치(313), 제2 플러그(314), 제2 45도 상부 브랜치(315)를 포함할 수 있다. 상기 제2 45도 상부 브렌치(315)는 내부 접지 기둥(244a)을 통하여 접지될 수 있다.

상기 내측 안테나(310)는 시계 방향으로 연장되도록 배치될 수 있다. 상기 내측 안테나(310)는 냉매가 흐르는 파이프 형상이 아닌 띠 형태일 수 있다.

상기 내측 전력 공급 플러그들(243a)은 상기 내측 전력 분배 분기부(242a)에서 수직으로 연장되고 상기 제1 및 제2 내측 안테나들(310a, 310b)의 일단에 각각 연결될 수 있다. 제1 45도 상부 브랜치(311)는 45도 원호를 가지고 안테나의 상부층(10a)에 배치될 수 있다. 제1 플러그(312)는 상부층(10a)에서 배치 평면을 하강시키어 하부층(10b)으로 변경할 수 있다. 상기 180도 하부 브랜치(313)는 180도 원호를 가지고 하부층(10b)에서 연장될 수 있다. 제2 플러그(314)는 배치 평면을 하부층(10b)에서 상부층(10a)으로 변경할 수 있다. 상기 제2 45도 브랜치(315)는 상부층(10a)에 배치되고 45도 원호를 가질 수 있다. 상기 내측 접지 기둥(244a)은 수직하게 연장되어 도전성 고정판(107) 또는 접지 부재에 연결될 수 있다. 상기 브랜치들의 연결 부위는 안테나들이 서로 겹치지 않도록 반경이 증가하는 방향 또는 반경이 감소하는 방향으로 구부러질 수 있다.

상기 내측 전력 분배부(240a)는 원통 형상의 내측 전력 분배 몸체부(241); 상기 내측 전력 분배 몸체부의 일단에서 곡률을 가지고 방사형으로 분기하는 내측 전력 분배 분기부(242a); 및 상기 내측 전력 분기부에서 수직으로 연장되는 내측 수직 연결부(243a);를 포함할 수 있다. 상기 내측 전력 분배 분기부(242a)는 상기 내측 전력 분배 몸체부(241)의 중심축에서 180도 간격으로 수평면에서 곡선을 따라 연장될 수 있다. 상기 내측 수직 연결부(243a)는 상기 내측 안테나(110)에 연결되도록 상기 내측 전력 분배 분기부(242)의 배치 평면에서 수직하게 연장될 수 있다.

내부 안테나의 전류의 방향은 상기 외부 안테나의 전류의 방향과 서로 반대일 수 있다. 따라서, 상기 내부 안테나와 상기 외부 안테나의 흐르는 전류에 의한 유도 자기장은 서로 상쇄 간섭할 수 있다.

도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 평면도이다.

도 14를 참조하면, 유도 결합 플라즈마 처리 장치(400)는 진공 용기(101)의 유전체 상판(102) 상에 배치되고 일정한 반경을 가지는 복층 구조의 내측 안테나(410); 상기 진공 용기의 상기 유전체 상판 상에 배치되고 상기 내측 안테나의 외곽에 배치된 외측 안테나(120); 상기 내측 안테나(410)와 상기 외측 안테나(120)에 전력을 각각 분배하는 전력 분배부(140); 및 상기 전력 분배부(140)를 통하여 상기 내측 안테나와 상기 외측 안테나에 전력을 제공하는 RF 전원(184)을 포함한다. 상기 전력 분배부(140)는 상기 내측 안테나와 상기 외측 안테나들 사이에 전력을 분배한다. 상기 외측 안테나(120)는 제1 반경(R1)과 상기 제1 반경보다 큰 제2 반경(R2)을 가지는 복층 구조이다.

상기 내측 안테나(410)는 상기 외측 안테나(120)와 동일한 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 내측 전력 분배부는 외측 전력 분배부와 유사하게 변형될 수 있다.

상기 내측 안테나(410a)는 한 쌍의 제1 내측 단위 안테나들(410a)와 한 쌍의 제2 내측 단위 안테나들(410b)을 포함할 수 있다. 상기 제1 내측 단위 안테나(410a)와 상기 제2 내측 단위 안테나(410b)는 서로 다른 구조를 가질 수 있다. 그러나, 상기 제1 내측 단위 안테나(410a)의 임피던스와 상기 제2 내측 안테나(410b)의 임피던스는 유사하거나 실질적으로 동일할 수 있다. 상기 임피던스의 차이는 상기 내측 전력 곡선 분기부(445)와 내측 전력 직선 분기부(447)에 의하여 보상될 수 있다.

상기 제1 내측 단위 안테나(410a)는 상부층(10a)에 배치되고 상기 제1 반경(r1)의 1/4 턴을 가지는 제1 외측 상부 곡선부; 상기 제1 외측 상부 곡선부에 연결되고 반경을 변경하고 배치 평면을 변경하는 제1 반경 연장부; 하부층(10b)에 배치되고 상기 제1 반경 연장부에 연결되고 상기 제2 반경(r2)의 1/2 턴을 가지는 제1 내측 하부 곡선부; 상기 제1 내측 하부 곡선부에 연결되고 반경을 변경하고 배치 평면을 변경하는 제2 반경 연장부; 및 상기 상부층(10a)에 배치되고 상기 제2 반경 연장부에 연결되고 상기 제1 반경의 1/4 턴을 가지는 제2 내측 상부 곡선부를 포함할 수 있다.

상기 제2 내측 단위 안테나(410b)는 상부층(10a)에 배치되고 상기 제2 반경(r2)의 1/4 턴을 가지는 제1 외측 상부 곡선부; 상기 제1 외측 상부 곡선부에 연결되고 반경을 변경하고 배치 평면을 변경하는 제1 반경 연장부; 하부층(10b)에 배치되고 상기 제1 반경 연장부에 연결되고 상기 제1 반경(r1)의 1/2 턴을 가지는 제1 내측 하부 곡선부; 상기 제1 내측 하부 곡선부에 연결되고 반경을 변경하고 배치 평면을 변경하는 제2 반경 연장부; 및 상기 상부층(10a)에 배치되고 상기 제2 반경 연장부에 연결되고 상기 제2 반경(r2)의 1/4 턴을 가지는 제2 외측 상부 곡선부를 포함할 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: 유도 결합 플라즈마 처리 장치
101: 진공 용기
102: 유전체 상판
110: 내측 안테나
120: 외측 안테나
140: 전력 분배부

Claims (14)

1. 진공 용기의 유전체 상판 상에 배치되고 일정한 반경을 가지는 복층 구조의 내측 안테나;
   상기 진공 용기의 상기 유전체 상판 상에 배치되고 상기 내측 안테나의 외곽에 배치된 외측 안테나;
   상기 내측 안테나와 상기 외측 안테나에 전력을 각각 분배하는 전력 분배부; 및
   상기 전력 분배부를 통하여 상기 내측 안테나와 상기 외측 안테나에 전력을 제공하는 RF 전원을 포함하고,
   상기 전력 분배부는 상기 내측 안테나와 상기 외측 안테나들 사이에 전력을 분배하고,
   상기 외측 안테나는 제1 반경과 상기 제1 반경보다 큰 제2 반경을 가지는 복층 구조이고,
   상기 외측 안테나는 한 쌍의 제1 외측 단위 안테나들와 한 쌍의 제2 외측 단위 안테나들을 포함하고,
   상기 제1 외측 단위 안테나와 상기 제2 외측 단위 안테나는 서로 다른 구조를 가지고,
   상기 제1 외측 단위 안테나들은 상기 제1 반경을 가진 부위에서 전력을 각각 공급받고,
   상기 제2 외측 단위 안테나들은 각각 상기 제2 반경을 가진 부위에서 전력을 각각 공급받고,
   상기 제1 외측 단위 안테나와 상기 제2 외측 단위 안테나는 상부층에 배치된 부위와 하부층에 배치된 구조를 포함하고,
   상기 제1 외측 단위 안테나와 상기 제2 외측 단위 안테나는 서로 다른 구조를 가지고,
   한 쌍의 상기 제1 외측 단위 안테나는 서로 중첩되도록 배치되고 상기 제1 반경의 1턴 및 상기 제2 반경의 1턴을 제공하고,
   한 쌍의 상기 제2 외측 단위 안테나는 서로 중첩되도록 배치되고 상기 제1 반경의 1턴 및 상기 제2 반경의 1턴을 제공하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전력 분배부는 상기 제1 외측 단위 안테나들 및 상기 제2 외측 단위 안테나들에 전력을 분배하고,
   상기 전력 분배부는:
   원통 형상의 전력 분배 몸체부;
   상기 전력 분배 몸체부의 일단에서 방사형으로 분기하고 상기 제2 반경 까지 연장되는 전력 직선 분기부;
   상기 전력 분배 몸체부의 일단에서 방사형으로 분기하고 상기 제1 반경까지 곡선을 따라 연장되는 전력 곡선 분기부;
   상기 전력 직선 분기부에서 수직으로 연장되고 상기 제2 외측 단위 안테나에 연결되는 외측 수직 연결부; 및
   상기 전력 곡선 분기부에서 수직으로 연장되고 상기 제1 외측 단위 안테나에 연결되는 내측 수직 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 외측 단위 안테나는:
   상부층에 배치되고 상기 제1 반경의 1/4 턴을 가지는 제1 내측 상부 곡선부;
   상기 제1 내측 상부 곡선부에 연결되고 반경을 변경하고 배치 평면을 변경하는 제1 반경 연장부;
   하부층에 배치되고 상기 제1 반경 연장부에 연결되고 상기 제2 반경의 1/2 턴을 가지는 제1 외측 하부 곡선부;
   상기 제1 외측 하부 곡선부에 연결되고 반경을 변경하고 배치 평면을 변경하는 제2 반경 연장부; 및
   상기 상부층에 배치되고 상기 제2 반경 연장부에 연결되고 상기 제1 반경의 1/4 턴을 가지는 제2 내측 상부 곡선부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 제2 외측 단위 안테나는:
   상부층에 배치되고 상기 제2 반경의 1/4 턴을 가지는 제1 외측 상부 곡선부;
   상기 제1 외측 상부 곡선부에 연결되고 반경을 변경하고 배치 평면을 변경하는 제1 반경 연장부;
   하부층에 배치되고 상기 반경 연장부에 연결되고 상기 제1 반경의 1/2 턴을 가지는 제1 내측 하부 곡선부;
   상기 제1 내측 하부 곡선부에 연결되고 반경을 변경하고 배치 평면을 변경하는 제2 반경 연장부;및
   상기 상부층에 배치되고 상기 제2 반경 연장부에 연결되고 상기 제2 반경의 1/4 턴을 가지는 제2 외측 상부 곡선부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 전력 분배부는 상기 내측 안테나에 전력을 분배하는 내측 전력 분배부와 상기 외측 안테나에 전력을 분배하는 외측 전력 분배부를 포함하고,
   상기 내측 전력 분배부는:
   원통 형상의 내측 전력 분배 몸체부;
   상기 내측 전력 분배 몸체부의 일단에서 방사형으로 분기하는 내측 전력 분배 분기부; 및
   상기 내측 전력 분배 분기부에서 수직으로 연장되는 내측 수직 연결부;를 포함하고,
   상기 외측 전력 분배부는:
   상기 내측 전력 분배 몸체부를 감싸도록 배치되고 원통 형상의 외측 전력 분배 몸체부;
   상기 외측 전력 분배 몸체부의 일단에서 방사형으로 분기하고 상기 제2 반경 까지 연장되는 외측 전력 직선 분기부;
   상기 외측 전력 분배 몸체부의 일단에서 방사형으로 분기하고 상기 제1 반경까지 곡선을 따라 연장되는 외측 전력 곡선 분기부;
   상기 외측 전력 직선 분기부에서 수직으로 연장되고 상기 제2 외측 상부 곡선부에 연결되는 외측 수직 연결부; 및
   상기 외측 전력 곡선 분기부에서 수직으로 연장되고 상기 제1 내측 상부 곡선부(121)에는 연결되는 내측 수직 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 내측 안테나는 동일한 구조의 제1 내측 안테나 및 제2 내측 안테나를 포함하고,
   상기 제1 내측 안테나 및 상기 제2 내측 안테나는 동일한 형상이고 서로 대칭적으로 배치되고 중첩된 복층 구조를 제공하고,
   상기 제1 내측 안테나는:
   45도 원호를 가지고 상부층에 배치되는 제1 45도 상부 브랜치;
   상기 제1 45도 상부 브랜치에 연속적으로 연결되고 배치 평면을 상부면에서 하부면을 변경하는 제1 플러그;
   상기 제1 플러그에 연속적으로 연결되고 180도 원호를 가지고 안테나의 하부면에 배치되는 180도 하부 브랜치;
   상기 180도 하부 브랜치에 연속적으로 연결되고 배치 평면을 하부면에서 상부면으로 변경하는 제2 플러그; 및
   상기 제2 플러그에 연속적으로 연결되고 상기 45도 원호를 가지고 안테나의 상부면에 배치되는 제2 45도 상부 브랜치를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
7. 제4 항에 있어서,
   일단은 상기 제2 내측 상부 곡선부에 연결되고 상기 외측 안테나가 배치되는 배치 평면에서 수직으로 연장되는 외측 접지 연결부;
   일단은 상기 제2 외측 상부 곡선부에 연결되고 상기 외측 안테나가 배치되는 배치평면에서 수직으로 연장되는 내측 접지 연결부; 및
   상기 내측 접지 연결부의 타단 및 상기 외측 접지 연결부의 타단을 고정하고 접지되는 도전성 고정판;을 더 포함하고,
   상기 도전성 고정판은 중심에 관통홀을 포함하고,
   상기 전력 분배부는 상기 관통홀을 통하여 연장되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
8. 제1 항에 있어서,
   상기 전력 분배부는:
   상기 내측 안테나와 상기 외측 안테나에 흐르는 전류를 제어하도록 상기 내측 안테나와 직렬 연결된 전력 분배 가변 축전기; 및
   병렬 연결된 상기 외측 안테나들에 직렬 연결된 고정 인덕터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
9. 제1 항에 있어서,
   상기 내측 안테나의 전류의 방위각 방향은 상기 외측 안테나의 전류의 방향과 동일한 방향인 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
10. 제1 항에 있어서,
    상기 내측 안테나의 전류의 방위각 방향은 상기 외측 안테나의 전류의 방향과 반대 방향인 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리 장치.
11. 제1 반경 및 상기 제1 반경보다 큰 제2 반경을 가지는 복층 구조의 유도 결합 플라즈마 발생용 안테나 구조체에 있어서,
    상기 제1 반경을 가진 부위에서 전력을 각각 공급받는 한 쌍의 제1 단위 안테나들; 및
    상기 제2 반경을 가진 부위에서 전력을 각각 공급받는 한 쌍의 제2 단위 안테나들;을 포함하고,
    상기 제1 단위 안테나와 상기 제2 단위 안테나는 상부층에 배치된 부위와 하부층에 배치된 구조를 포함하고,
    상기 제1 단위 안테나와 상기 제2 단위 안테나는 서로 다른 구조를 가지고,
    한 쌍의 상기 제1 단위 안테나는 서로 중첩되도록 배치되고 상기 제1 반경의 1턴 및 상기 제2 반경의 1턴을 제공하고,
    한 쌍의 상기 제2 단위 안테나는 서로 중첩되도록 배치되고 상기 제1 반경의 1턴 및 상기 제2 반경의 1턴을 제공하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 발생용 안테나 구조체.
12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 단위 안테나는:
    일단은 전력을 공급받고 상부층에 배치되고 상기 제1 반경의 1/4 턴을 가지는 제1 내측 상부 곡선부;
    상기 제1 내측 상부 곡선부에 연결되고 반경을 변경하고 배치 평면을 변경하는 제1 반경 연장부;
    하부층에 배치되고 상기 제1 반경 연장부에 연결되고 상기 제2 반경의 1/2 턴을 가지는 제1 외측 하부 곡선부;
    상기 제1 외측 하부 곡선부에 연결되고 반경을 변경하고 배치 평면을 변경하는 제2 반경 연장부; 및
    상기 상부층에 배치되고 상기 제2 반경 연장부에 연결되고 상기 제1 반경의 1/4 턴을 가지는 제2 내측 상부 곡선부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 발생용 안테나 구조체.
13. 제12 항에 있어서,
    상기 제2 단위 안테나는:
    일단은 전력을 공급받고 상부층에 배치되고 상기 제2 반경의 1/4 턴을 가지는 제1 외측 상부 곡선부;
    상기 제1 외측 상부 곡선부에 연결되고 반경을 변경하고 배치 평면을 변경하는 제1 반경 연장부;
    하부층에 배치되고 상기 반경 연장부에 연결되고 상기 제1 반경의 1/2 턴을 가지는 제1 내측 하부 곡선부;
    상기 제1 내측 하부 곡선부에 연결되고 반경을 변경하고 배치 평면을 변경하는 제2 반경 연장부;및
    상기 상부층에 배치되고 상기 제2 반경 연장부에 연결되고 상기 제2 반경의 1/4 턴을 가지는 제2 외측 상부 곡선부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 발생용 안테나 구조체.
14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 단위 안테나들 및 상기 제2 단위 안테나들에 전력을 분배하는 전력 분배부를 더 포함하고,
    상기 전력 분배부는:
    원통 형상의 전력 분배 몸체부;
    상기 전력 분배 몸체부의 일단에서 방사형으로 분기하고 상기 제2 반경 까지 연장되는 전력 직선 분기부;
    상기 전력 분배 몸체부의 일단에서 방사형으로 분기하고 상기 제1 반경까지 곡선을 따라 연장되는 전력 곡선 분기부;
    상기 전력 직선 분기부에서 수직으로 연장되고 상기 제2 외측 상부 곡선부에 연결되는 외측 수직 연결부; 및
    상기 전력 곡선 분기부에서 수직으로 연장되고 상기 제1 내측 상부 곡선부에는 연결되는 내측 수직 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 발생용 안테나 구조체.
    

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