KR102225685B1

KR102225685B1 - Antenna unit and plasma processing apparatus including the same

Info

Publication number: KR102225685B1
Application number: KR1020190106658A
Authority: KR
Inventors: 김동훈
Original assignee: 세메스 주식회사
Priority date: 2019-08-29
Filing date: 2019-08-29
Publication date: 2021-03-10

Abstract

An antenna unit of the present disclosure comprises: an antenna member including a base unit and a power distribution unit penetrating the inside of the base member and transmitting microwaves; and a resonance member installed inside the base unit so that one end is exposed to the outside and the other end is located adjacent to the power distribution unit.

Description

Antenna unit and plasma processing apparatus including the same TECHNICAL FIELD

본 발명은 안테나 유닛 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판을 처리하는데 사용되는 플라즈마를 생성할 수 있는 안테나 유닛 및 이를 포함하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an antenna unit and a plasma processing apparatus, and more particularly, to an antenna unit capable of generating plasma used to process a substrate, and a plasma processing apparatus including the same.

플라즈마 발생장치에는 박막증착을 위한 플라즈마 장치(PECVD: Plasma Enhanced Chemical Vaper Deposition), 증착된 박막을 식각하여 패터닝하는 식각장치, 스퍼터(Sputter), 애싱(Ashing) 장치 등이 있다.Plasma generators include plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) for thin-film deposition, etching devices for etching and patterning deposited thin films, sputtering, and ashing devices.

플라즈마 장치는 주파수에 따라 마이크로파 방식과 RF 방식으로 구분된다. 마이크로파 장치는 주파수대역 300 MHz~300 GHz 사이에서 발진하는 전력원을 이용하여 플라즈마를 발생시켜 RF 방식에 비해 높은 플라즈마 밀도를 가지나 낮은 전자온도를 가지는 방식이다. 한편, 하기의 특허문헌 1에는 플라즈마가 균일하게 분포될 수 있도록 처리 용기의 내부를 향하는 면측에 방사상으로 형성된 복수의 돌기부를 구비하고, 돌기부가 없는 부분과 돌기부가 있는 부분 각각에서 전계강도가 상이하게 발생되게 하는 천판 및 플라즈마 처리 장치를 개시하고 있다.Plasma devices are classified into microwave and RF methods according to their frequency. The microwave device generates plasma by using a power source oscillating in a frequency band of 300 MHz to 300 GHz, and thus has a higher plasma density than the RF method, but has a lower electron temperature. On the other hand, in Patent Document 1 below, a plurality of protrusions radially formed on the side facing the inside of the processing vessel so that plasma can be uniformly distributed, and electric field strengths are different in the portions without the protrusion and the portions with the protrusion Disclosed is a top plate and a plasma processing apparatus to be generated.

한편, 천판의 소재로 일반적으로 사용되는 석영(quartz)의 특성상 성형 및 가공이 어려울 뿐만 아니라 성형 및 가공 후 연마 또는 열처리와 같은 표면을 마무리 처리하는 과정에서도 어려움이 존재한다. 또한, 이와 같은 천판의 돌출된 구조에 의해 천판의 표면적이 증가됨으로써, 천판에서 돌출된 부분이 이온 데미지(ion damage)로 인하여 일반적인 천판과 비교하여 더욱 많이 식각되는 문제점이 있다.On the other hand, due to the nature of quartz, which is generally used as a material for a top plate, not only is it difficult to form and process, but also there is difficulty in the process of finishing the surface such as polishing or heat treatment after molding and processing. In addition, as the surface area of the top plate is increased by the protruding structure of the top plate, there is a problem in that a portion protruding from the top plate is etched more than a general top plate due to ion damage.

한국등록특허 제10-1176061호Korean Patent Registration No. 10-1176061

본 발명의 목적은 플라즈마와 접촉되는 면적을 최소화할 수 있는 안테나 유닛 및 이를 포함하는 플라즈마 처리 장치를 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide an antenna unit capable of minimizing an area in contact with plasma and a plasma processing apparatus including the same.

본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited thereto, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 측면에 따른 안테나 유닛은 베이스부와, 상기 베이스 부재의 내부를 관통하고, 마이크로파를 전달하는 전력분배부를 포함하는 안테나 부재; 및 일단이 외부로 노출되도록 상기 베이스부 내부에 설치되고, 타단은 상기 전력분배부에 접촉되는 공진 부재;를 포함한다.An antenna unit according to an aspect of the present invention includes: an antenna member including a base portion and a power distribution portion penetrating the interior of the base member and transmitting microwaves; And a resonance member installed inside the base portion such that one end is exposed to the outside, and the other end is in contact with the power distribution portion.

한편, 상기 전력분배부는 패턴 형상이고, 상기 전력분배부의 복수의 끝부분에서 상기 공진 부재와 접촉되는 부분에는 마이크로파가 전달되도록 관통된 관통부가 위치될 수 있다.Meanwhile, the power distribution portion has a pattern shape, and a penetration portion through which microwaves are transmitted may be positioned at portions of the plurality of ends of the power distribution portion that are in contact with the resonance member.

한편, 상기 관통부는 원형, 삼각형, 정사각형, 직사각형 및 다각형 중 선택된 어느 하나의 형상일 수 있다.Meanwhile, the through part may have a shape selected from a circle, a triangle, a square, a rectangle, and a polygon.

한편, 상기 전력분배부는, 마이크로파가 공급되는 공급 포트; 상기 공급 포트로부터 분기되는 하나 이상의 제1 라인부; 상기 제1 라인부로부터 분기되는 하나 이상의 제2 라인부; 상기 제2 라인부로부터 분기되는 하나 이상의 제3 라인부; 및 상기 제3 라인부에 연결되고, 끝부분 각각에 상기 관통부가 위치되는 마이크로파 방출부;를 포함할 수 있다.Meanwhile, the power distribution unit may include a supply port through which microwaves are supplied; One or more first line portions branched from the supply port; At least one second line portion branching from the first line portion; At least one third line part branching from the second line part; And a microwave emission part connected to the third line part and in which the through part is located at each end part.

한편, 상기 마이크로파 방출부는 알파벳 U 형상, I 형상 및 H 형상 중 어느 하나의 형상일 수 있다.Meanwhile, the microwave emitter may have any one of an alphabetic U shape, an I shape, and an H shape.

한편, 상기 전력분배부에서 상기 공급 포트로부터 상기 마이크로파 방출부 각각의 끝부분까지의 길이는 모두 동일할 수 있다.Meanwhile, in the power distribution unit, the lengths from the supply port to the ends of each of the microwave emission units may be the same.

한편, 상기 공진 부재의 형상은 원기둥 형상일 수 있다.Meanwhile, the resonant member may have a cylindrical shape.

한편, 상기 베이스부는 금속 소재로 이루어질 수 있다.Meanwhile, the base portion may be made of a metal material.

한편, 상기 공진 부재에서 외부로 노출된 부분은 상기 베이스부의 외면과 동일면 상에 위치될 수 있다.Meanwhile, a portion exposed to the outside of the resonance member may be located on the same surface as the outer surface of the base part.

한편, 상기 공진 부재의 반경(a)은 0.293λ₀ 내지 0.383λ₀ 범위에 포함되고, 높이(d)는 2.028a를 초과할 수 있다.Meanwhile, the radius (a) of the resonance member _{may be included in the range of 0.293λ 0} to 0.383λ ₀ , and the height d may exceed 2.028a.

본 발명의 일 측면에 따른 플라즈마 처리 장치는 내부 공간을 포함하는 챔버 부재; 상기 챔버 부재의 내부 공간에 설치되고, 마이크로파를 이동하는 안테나 유닛; 상기 안테나 유닛에 연결되어 상기 안테나 유닛으로 마이크로파를 공급하는 마이크로파 생성 부재; 및 상기 챔버 부재의 바닥면에 위치되고, 기판이 안착되는 지지 부재;를 포함한다.A plasma processing apparatus according to an aspect of the present invention includes: a chamber member including an inner space; An antenna unit installed in the inner space of the chamber member and moving microwaves; A microwave generating member connected to the antenna unit to supply microwaves to the antenna unit; And a support member positioned on the bottom surface of the chamber member and on which the substrate is seated.

본 발명에 따른 안테나 유닛은 가공이 용이하지 않은 공진 부재를 단순한 형상이면서 동일한 모양으로 여러 개 제조하여 전력분배부의 베이스부에 결합하여 제조할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 유닛은 종래의 안테나 유닛과 비교하여 용이하게 제조할 수 있다.The antenna unit according to the present invention may be manufactured by manufacturing a plurality of resonant members that are not easy to process in a simple shape and in the same shape, and combined with the base portion of the power distribution unit. That is, the antenna unit according to an embodiment of the present invention can be easily manufactured compared to a conventional antenna unit.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 유닛은 상기 공진 부재에서 처리 공간으로 노출된 부분이 상기 베이스부의 외면과 동일면 상에 위치될 수 있다. 이에 따라, 공진 부재는 처리 공간을 향하여 돌출된 부분이 없이 평평한 형상일 수 있다. 그러므로, 공진 부재가 플라즈마의 이온 데미지 의하여 식각되는 것을 방지할 수 있다.In addition, in the antenna unit according to an embodiment of the present invention, a portion exposed from the resonance member to the processing space may be located on the same surface as the outer surface of the base part. Accordingly, the resonance member may have a flat shape without a portion protruding toward the processing space. Therefore, it is possible to prevent the resonance member from being etched by ion damage of the plasma.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 유닛은 공진 부재가 일정한 간격을 이루도록 위치되어 있고, 상기 공급 포트로부터 상기 마이크로파 방출부 각각의 끝부분까지의 길이는 모두 동일하다. 따라서, 전기적으로 위상이 동일하게 유지될 수 있고 제1 라인부 내지 제3 라인부 각각의 적절한 전력분배(1:N, N=1,2,3,…)를 통해 상기 마이크로파 방출부에 동일한 전력을 전달할 수 있다.In addition, in the antenna unit according to an embodiment of the present invention, the resonant members are positioned to form a regular interval, and the lengths from the supply port to the ends of each of the microwave emitters are all the same. Therefore, the phase can be electrically maintained the same, and the same power in the microwave emitter through appropriate power distribution (1:N, N=1,2,3,...) of each of the first line part to the third line part. Can be delivered.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 유닛을 포함하는 플라즈마 처리 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 안테나 유닛을 발췌하여 도시한 도면이다.
도 3은, 도 2의 안테나 유닛을 아래에서 바라본 도면이다.
도 4는, 도 2의 안테나 유닛에서 Ⅳ-Ⅳ'라인을 따라 취한 단면도이다.
도 5는, 도 4의 안테나 유닛에서 Ⅴ-Ⅴ'라인을 따라 취한 단면도이다.
도 6은, 도 4의 안테나 유닛에서 공진 부재가 위치된 E영역의 수직 단면도이다.
도 7은, 도 6의 안테나 유닛에서 공진 부재가 위치된 부분을 발췌하여 하방에서 바라본 도면이다.1 is a view showing a plasma processing apparatus including an antenna unit according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing an extract of an antenna unit.
FIG. 3 is a view of the antenna unit of FIG. 2 as viewed from below.
4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV' of the antenna unit of FIG. 2.
5 is a cross-sectional view taken along the line V-V' of the antenna unit of FIG. 4.
6 is a vertical cross-sectional view of a region E in which a resonance member is located in the antenna unit of FIG. 4.
FIG. 7 is a view viewed from below by extracting a portion of the antenna unit of FIG. 6 in which the resonance member is positioned.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. The present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description have been omitted, and the same reference numerals are attached to the same or similar components throughout the specification.

또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적인 실시예에서만 설명하고, 그 외의 다른 실시예에서는 대표적인 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.In addition, in various embodiments, components having the same configuration will be described only in a representative embodiment by using the same reference numerals, and in other embodiments, only configurations different from the representative embodiment will be described.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected" with another part, this includes not only the case of being "directly connected", but also being "indirectly connected" with another member therebetween. In addition, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein including technical or scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessive formal meaning unless explicitly defined in this application. Does not.

본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 유닛(100)을 설명하기에 앞서, 안테나 유닛(100)이 설치될 수 있는 플라즈마 처리 장치(1000)에 대해 설명하기로 한다.Prior to describing the antenna unit 100 according to an embodiment of the present invention, a plasma processing apparatus 1000 in which the antenna unit 100 may be installed will be described.

도 1을 참조하면, 플라즈마 처리 장치(1000)는 챔버 부재(200), 안테나 유닛(100), 마이크로파 생성 부재(300) 및 지지 부재(400)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the plasma processing apparatus 1000 includes a chamber member 200, an antenna unit 100, a microwave generating member 300, and a support member 400.

챔버 부재(200)는 내부 공간을 포함한다. 챔버 부재(200)는 안테나 유닛(100)과 지지 부재(400)를 수용할 수 있다. 챔버 부재(200)는 플라즈마를 이용한 기판 처리 공정이 진행되는 공간을 제공한다.The chamber member 200 includes an inner space. The chamber member 200 may accommodate the antenna unit 100 and the support member 400. The chamber member 200 provides a space in which a substrate processing process using plasma is performed.

챔버 부재(200)를 더욱 상세하게 설명하면, 가스 공급부(미도시)가 챔버 부재(200)의 일측에 설치될 수 있다. 가스 공급부는 플라즈마 생성을 위하여 내부 공간으로 공정 가스를 공급한다. 배기구(미도시)가 챔버 부재(200)의 바닥면에 위치될 수 있다. 배기구는 공정 가스를 외부로 배출할 수 있다. 그리고, 배기 라인(미도시)이 배기구에는 연결될 수 있으며, 진공 펌프(미도시)가 배기 라인에 설치되고, 챔버 부재(200)의 내부를 진공 상태로 유지할 수 있다.When the chamber member 200 is described in more detail, a gas supply unit (not shown) may be installed on one side of the chamber member 200. The gas supply unit supplies process gas to the inner space for plasma generation. An exhaust port (not shown) may be located on the bottom surface of the chamber member 200. The exhaust port can discharge process gases to the outside. In addition, an exhaust line (not shown) may be connected to the exhaust port, a vacuum pump (not shown) may be installed in the exhaust line, and the interior of the chamber member 200 may be maintained in a vacuum state.

안테나 유닛(100)은 상기 챔버 부재(200)의 내부 공간에 설치된다. 안테나 유닛(100)은 챔버 부재(200)의 내부 공간의 특정 높이에 설치될 수 있다. 후술할 마이크로파 생성 부재(300)에 의해 생성된 마이크로파가 챔버 부재(200)의 내부 공간에서 안테나 유닛(100)을 기준으로 아래 부분(이하 '처리 공간'이라 함)에 도입될 수 있다.The antenna unit 100 is installed in the inner space of the chamber member 200. The antenna unit 100 may be installed at a specific height of the inner space of the chamber member 200. Microwaves generated by the microwave generating member 300 to be described later may be introduced into a lower portion (hereinafter referred to as a'processing space') in the interior space of the chamber member 200 with respect to the antenna unit 100.

마이크로파 생성 부재(300)는 상기 안테나 유닛(100)에 연결되어 상기 안테나 유닛(100)으로 마이크로파를 공급할 수 있다. 마이크로파 생성 부재(300)는 일례로 마그네트론 등을 포함하는 것일 수 있다. 마이크로파 생성 부재(300)에 의하여 생성된 예컨대 2.45GHz의 마이크로파는 안테나 유닛(100)을 통하여 다양한 위치로 전파될 수 있다.The microwave generating member 300 may be connected to the antenna unit 100 to supply microwaves to the antenna unit 100. The microwave generating member 300 may include, for example, a magnetron. Microwaves of, for example, 2.45 GHz generated by the microwave generating member 300 may be propagated to various locations through the antenna unit 100.

지지 부재(400)는 상기 챔버 부재(200)의 바닥면에 위치될 수 있다. 기판이 지지 부재(400)에 안착될 수 있다.The support member 400 may be located on the bottom surface of the chamber member 200. The substrate may be mounted on the support member 400.

지지 부재(400)는 일례로 정전력에 의해 기판을 흡착 지지하는 정전척(ESC: Electro Static Chuck)이 사용될 수 있다. 이와 다르게, 지지 부재(400)는 기계적 클램핑 방식을 이용하여 기판을 고정하는 것일 수 있다. 또한, 지지 부재(400)는 다른 일례로 진공압에 의해 기판을 흡착 지지하는 방식의 진공 척(Vacuum Chuck)인 것도 가능할 수 있다.The support member 400 may be an electrostatic chuck (ESC) that adsorbs and supports a substrate by electrostatic power, for example. Alternatively, the support member 400 may be to fix the substrate using a mechanical clamping method. In addition, the support member 400 may be a vacuum chuck of a method of adsorbing and supporting a substrate by vacuum pressure, as another example.

지지 부재(400)는 구동 부재(미도시)에 의해 상하 방향으로 이동이 가능하도록 설치될 수 있다. 구동 부재가 지지 부재(400)를 상하 이동시킴으로써, 지지 부재(400)에 놓인 기판이 균일한 플라즈마 분포를 나타내는 영역에 위치될 수 있다.The support member 400 may be installed to be movable in the vertical direction by a driving member (not shown). As the driving member moves the supporting member 400 up and down, the substrate placed on the supporting member 400 may be positioned in a region exhibiting a uniform plasma distribution.

한편, 가열 부재(미도시)가 지지 부재(400)의 하부에 결합될 수 있다. 가열 부재는 기판을 공정 온도로 가열할 수 있다. 가열 부재는 일례로 코일과 같은 저항 발열체 등의 다양한 가열 장치일 수 있다.Meanwhile, a heating member (not shown) may be coupled to the lower portion of the support member 400. The heating member can heat the substrate to the process temperature. The heating member may be, for example, various heating devices such as a resistance heating element such as a coil.

이와 같은 플라즈마 처리 장치(1000)의 동작과정을 설명한다. 마이크로파 생성 부재(300)에서 마이크로파가 생성되고, 마이크로파는 안테나 유닛(100)을 통하여 처리 공간으로 도입된다. 아르곤 가스와 같은 공정 가스가 마이크로파에 의해 여기(excitation)되면서 플라즈마화하고, 플라즈마가 확산되어 처리 가스를 활성화하여 활성종을 만든다. 활성종의 작용으로 웨이퍼의 표면에 소정의 플라즈마 처리가 실시될 수 있다.The operation of the plasma processing apparatus 1000 will be described. Microwaves are generated by the microwave generating member 300, and the microwaves are introduced into the processing space through the antenna unit 100. A process gas such as argon gas is excited by microwaves to become plasma, and the plasma is diffused to activate the process gas to produce active species. A predetermined plasma treatment can be performed on the surface of the wafer by the action of the active species.

앞서 설명한 챔버 부재(200), 안테나 유닛(100), 마이크로파 생성 부재(300) 및 지지 부재(400)는 전술한 구조 이외에 다양한 구조가 적용될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 유닛(100)이 반드시 이와 같은 플라즈마 장치에만 적용되는 것으로 한정하지는 않는다.The chamber member 200, the antenna unit 100, the microwave generating member 300, and the support member 400 described above may have various structures other than the above-described structure, and the antenna unit 100 according to an embodiment of the present invention. ) Does not necessarily apply to such plasma devices.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 유닛(100)에 대해 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the antenna unit 100 according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 2 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 유닛(100)은 안테나 부재(110)와 공진 부재(120)를 포함한다.2 to 7, the antenna unit 100 according to an embodiment of the present invention includes an antenna member 110 and a resonance member 120.

안테나 부재(110)는 마이크로파를 이송한다. 이를 위한 안테나 부재(110)는 베이스부(111)와 전력분배부(112)를 포함한다.The antenna member 110 transports microwaves. The antenna member 110 for this purpose includes a base part 111 and a power distribution part 112.

베이스부(111)는 금속 소재로 이루어진 판(plate) 형상의 부재일 수 있다. 피처리 대상이 웨이퍼인 경우, 베이스부(111)는 원판 형상일 수 있다. 베이스부(111)는 안테나 부재(110)의 몸체가 될 수 있다.The base part 111 may be a plate-shaped member made of a metal material. When the object to be processed is a wafer, the base portion 111 may have a disk shape. The base part 111 may be a body of the antenna member 110.

전력분배부(112)는 상기 베이스부(111)의 내부를 관통하고, 마이크로파를 전달한다. 더욱 상세하게, 전력분배부(112)는 마이크로파를 후술할 공진 부재(120)에 공급한다. 이러한 전력분배부(112)는 베이스부(111)의 내부를 관통하도록 이루어져 있으므로, 실질적으로는 내부가 비어 있는 도파관과 유사한 형상일 수 있다.The power distribution unit 112 penetrates the inside of the base unit 111 and transmits microwaves. In more detail, the power distribution unit 112 supplies microwaves to the resonance member 120 to be described later. Since the power distribution unit 112 is configured to penetrate the inside of the base unit 111, it may have a shape similar to a waveguide having an empty inside.

이러한 전력분배부(112)의 수직 단면의 형상은 일례로 직사각형, 정사각형 등 다양한 형상일 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다. 전력분배부(112)의 수직 단면의 형상은 마이크로파를 안정적으로 이동시킬 수 있는 형상이면 어느 형상이든 무방할 수 있다.The shape of the vertical cross section of the power distribution unit 112 may be various shapes, such as a rectangle and a square, for example, but is not limited thereto. The shape of the vertical cross section of the power distribution unit 112 may be any shape as long as it can stably move microwaves.

이와 같은 안테나 부재(110)를 제조하는 방법은 일례로, 베이스부(111)를 상부(미도시)와 하부(미도시)로 각각 제조하고, 하부에 전력분배부(112)를 생성한 다음, 하부와 상부를 서로 결합시켜서 제조를 완료할 수 있다. 전력분배부(112)에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.As an example, the method of manufacturing the antenna member 110 is, for example, by manufacturing the base portion 111 into an upper portion (not shown) and a lower portion (not shown), and generating a power distribution portion 112 at the lower portion, The manufacturing can be completed by combining the lower and upper parts with each other. A detailed description of the power distribution unit 112 will be described later.

공진 부재(120)는 일단이 외부로 노출되도록 상기 베이스부 내부에 설치 설치된다. 그리고, 공진 부재(120)의 타단은 상기 전력분배부(112)에 인접하도록 위치된다. 공진 부재(120)의 소재는 마이크로파를 통과하는 유전체로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 공진 부재(120)는 석영 혹은 알루미나 등으로 이루어질 수 있다.The resonance member 120 is installed and installed inside the base portion so that one end is exposed to the outside. In addition, the other end of the resonance member 120 is positioned to be adjacent to the power distribution unit 112. The material of the resonance member 120 may be made of a dielectric material that passes through microwaves. For example, the resonance member 120 may be made of quartz or alumina.

공진 부재(120)는 전력분배부(112)를 통해 이동된 마이크로파에서 단일 모드가 공진되도록 한다. 그리고, 공진 부재(120)는 처리 공간에서 생성된 플라즈마가 안테나 유닛(100) 내부로 유입되는 것은 차단한다. 이와 같은 공진 부재(120)의 형상은 일례로 원기둥 형상일 수 있다.The resonant member 120 allows a single mode to resonate in the microwave moved through the power distribution unit 112. In addition, the resonance member 120 blocks plasma generated in the processing space from flowing into the antenna unit 100. The shape of the resonance member 120 may be, for example, a cylindrical shape.

한편, 상기 공진 부재(120)에서 외부로 노출된 부분은 상기 베이스부(111)의 외면과 동일면 상에 위치될 수 있다. 이에 따라, 공진 부재(120)가 처리 공간으로 돌출된 부분이 없이 베이스부(111)와 함께 평평하게 될 수 있다. 그러므로, 공진 부재(120)가 플라즈마의 이온 데미지에 의하여 식각되는 것을 최소화할 수 있다.Meanwhile, a portion of the resonance member 120 exposed to the outside may be located on the same surface as the outer surface of the base part 111. Accordingly, the resonance member 120 may be flattened together with the base portion 111 without having a portion protruding into the processing space. Therefore, it is possible to minimize the etching of the resonance member 120 due to ion damage of the plasma.

한편, 전술한 전력분배부(112)는 패턴 형상일 수 있다. 그리고, 상기 전력분배부(112)의 복수의 끝부분에서 상기 공진 부재(120)와 접촉되는 부분에는 관통부(118)가 있을 수 있다. 그리고, 공진 부재(120)가 베이스부(111)에 결합되면, 관통부(118)는 공진 부재(120)와 대응될 수 있고, 관통부(118)는 공진 부재(120)의 중앙에 위치될 수 있다.Meanwhile, the aforementioned power distribution unit 112 may have a pattern shape. In addition, a through portion 118 may be provided at a portion of the power distribution unit 112 in contact with the resonance member 120 at a plurality of ends. In addition, when the resonance member 120 is coupled to the base portion 111, the through portion 118 may correspond to the resonance member 120, and the through portion 118 may be located at the center of the resonance member 120. I can.

관통부(118)는 마이크로파가 전달될 수 있도록 관통된 것이다. 상기 관통부(118)는 원형, 삼각형, 정사각형, 직사각형 및 다각형 중 선택된 어느 하나의 형상일 수 있다.The through part 118 is penetrated so that microwaves can be transmitted. The through part 118 may have a shape selected from a circle, a triangle, a square, a rectangle, and a polygon.

한편, 상기 전력분배부(112)는 일례로, 공급 포트(117), 제1 라인부(113), 제2 라인부(114), 제3 라인부(115) 및 마이크로파 방출부(116)를 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 설명의 편의를 위하여 전력분배부(112)의 임의의 위치를 A위치, B위치, C위치 및 D위치로 표기하였다.Meanwhile, the power distribution unit 112 includes, for example, a supply port 117, a first line unit 113, a second line unit 114, a third line unit 115, and a microwave emission unit 116. Can include. As shown in FIG. 4, for convenience of explanation, arbitrary positions of the power distribution unit 112 are indicated as positions A, B, C, and D.

공급 포트(117)는 마이크로파가 공급될 수 있다. 공급 포트(117)는 플라즈마 처리 장치(1000)에 포함된 마이크로파 생성 부재(300)와 연결될 수 있다. 마이크로파 생성 부재(300)에서 생성된 마이크로파가 공급 포트(117)를 통하여 제1 라인부(113), 제2 라인부(114), 제3 라인부(115) 및 마이크로파 방출부(116)를 통하여 순차적으로 전파될 수 있다.The supply port 117 may be supplied with microwaves. The supply port 117 may be connected to the microwave generating member 300 included in the plasma processing apparatus 1000. The microwave generated by the microwave generating member 300 is transmitted through the supply port 117 through the first line part 113, the second line part 114, the third line part 115, and the microwave emission part 116. It can be propagated sequentially.

제1 라인부(113)는 상기 공급 포트(117)로부터 분기된다. 제1 라인부(113)는 하나 이상일 수 있다. 제1 라인부(113)는 전력분배부(112)에서 공급 포트(117)로부터 A위치까지의 구간을 나타낸다.The first line part 113 is branched from the supply port 117. There may be one or more first line parts 113. The first line part 113 represents a section from the power distribution part 112 to the supply port 117 to the position A.

제2 라인부(114)는 상기 제1 라인부(113)로부터 분기된다. 제2 라인부(114)는 하나 이상일 수 있다. 제2 라인부(114)는 전력분배부(112)에서 A위치로부터 B위치까지의 구간을 나타낸다.The second line portion 114 is branched from the first line portion 113. There may be one or more second line portions 114. The second line portion 114 represents a section from the position A to the position B in the power distribution unit 112.

제3 라인부(115)는 상기 제2 라인부(114)로부터 분기된다. 제3 라인부(115)는 하나 이상일 수 있다. 제3 라인부(115)는 전력분배부(112)에서 B위치로부터 마이크로파 방출부(116)까지의 구간을 나타낸다.The third line part 115 is branched from the second line part 114. There may be one or more third line parts 115. The third line part 115 represents a section from the position B to the microwave emission part 116 in the power distribution part 112.

마이크로파 방출부(116)는 상기 제3 라인부(115)에 연결된다. 마이크로파 방출부(116)의 끝부분 각각에 상기 관통부(118)가 위치될 수 있다. 이러한 상기 마이크로파 방출부(116)는 알파벳 U 형상(116A), I 형상(116B) 및 H 형상(116C) 중 어느 하나의 형상일 수 있다.The microwave emission part 116 is connected to the third line part 115. The through parts 118 may be positioned at each end of the microwave emission part 116. The microwave emitter 116 may have any one of the letter U shape 116A, the I shape 116B, and the H shape 116C.

이와 같은 전력분배부(112)에서 공급 포트(117)로 공급된 마이크로파가 제1 라인부(113), 제2 라인부(114), 제3 라인부(115) 및 마이크로파 방출부(116)를 지나서 공진 부재(120)에 도달하기 위해서 A위치, B위치, C위치 및 D위치를 지나게 된다. 여기서, A위치(T-junction)의 분배비는 1:1이고, B위치(T-junction)의 분배비는 1:3이며, C위치(T-junction)의 분배비는 1:2로 설계될 수 있다. 그리고, D위치(τ-junction)은 반사전력이 최소화되도록 설계함으로써, 동일한 전력이 각각의 공진 부재(120)에 분배될 수 있게 하는 것이 바람직할 수 있다.The microwave supplied from the power distribution unit 112 to the supply port 117 is transferred to the first line unit 113, the second line unit 114, the third line unit 115, and the microwave emission unit 116. In order to reach the resonance member 120, the A position, the B position, the C position and the D position are passed. Here, the distribution ratio of the A position (T-junction) is 1:1, the distribution ratio of the B position (T-junction) is 1:3, and the distribution ratio of the C position (T-junction) may be designed as 1:2. . In addition, it may be desirable to design the D position (τ-junction) to minimize reflected power, so that the same power can be distributed to each of the resonant members 120.

한편, 제1 라인부(113), 제2 라인부(114), 제3 라인부(115) 및 마이크로파 방출부(116)를 포함하는 전력분배부(112)의 형상은 공급 포트(117)를 기준으로 좌우 대칭 및 상하 대칭일 수 있다.On the other hand, the shape of the power distribution unit 112 including the first line unit 113, the second line unit 114, the third line unit 115 and the microwave emission unit 116 is the supply port 117 It may be left-right symmetrical and vertically symmetrical as a reference.

전술한 전력분배부(112)의 동작 과정을 설명하면, 플라즈마 처리 장치(1000)에 포함된 마이크로파 생성 부재(300)에서 발생된 마이크로파가 공급 포트(117)에 공급되고, 제1 라인부(113), 제2 라인부(114), 제3 라인부(115) 및 마이크로파 방출부(116)를 통하여 전파될 수 있다. 이후, 마이크로파는 마이크로파 방출부(116)의 단부에 위치된 관통부(118)를 통하여 공진 부재(120)를 지나서 처리 공간에 도입될 수 있다.Referring to the operation process of the power distribution unit 112 described above, the microwave generated by the microwave generating member 300 included in the plasma processing apparatus 1000 is supplied to the supply port 117, and the first line unit 113 ), the second line part 114, the third line part 115, and the microwave emission part 116. Thereafter, the microwave may be introduced into the processing space through the resonating member 120 through the through portion 118 located at the end of the microwave emitting unit 116.

한편, 상기 전력분배부(112)에서 상기 공급 포트(117)로부터 상기 마이크로파 방출부(116) 각각의 끝부분까지의 길이는 모두 동일할 수 있다. 이에 따라, 마이크로파가 전력분배부(112)를 통하여 동일 위상이 마이크로파 방출부(116)에 도달할 수 있다.Meanwhile, the lengths from the power distribution unit 112 to the ends of each of the microwave emission units 116 from the supply port 117 may be the same. Accordingly, the microwave may reach the microwave emission unit 116 in the same phase through the power distribution unit 112.

한편, 전술한 공진 부재(120)의 반경(a)은 0.293λ₀ 내지 0.383λ₀ 범위에 포함되고, 높이(d)는 2.028a를 초과할 수 있다. 이와 같은 공진 부재(120)의 반경(a)과 높이(d)의 수치는 다음의 수학식으로 설명될 수 있다.On the other hand, the radius (a) of the above-described resonance member 120 _{is included in the range of 0.293λ 0} to 0.383λ ₀ , the height (d) may exceed 2.028a. The numerical values of the radius (a) and height (d) of the resonance member 120 may be described by the following equation.

다음의 수학식에서 λ_g,mode는 주어진 주파수(f)와 각 모드에 대해 원통형 도파관 안에 전파되는 마이크로파의 한 파장의 길이(m)이고, μ_r, ε_r은 각각 도파관 내 물질의 비투자율과 비유전율이다. 그리고, λ₀는 주어진 주파수(f)에 대해 무한한 진공에서 전파되는 마이크로파의 한 파장의 길이(m)이고, p₀₁과p'₁₁ 는 각각 제1종 베셀함수 J₀의 첫번째 근과 J₁의 미분값의 첫번째 근이며, a와 d는 각각 원통형 공진기인 공진 부재(120)의 반경과 높이(m)이다.In the following equation, λ _g,mode is the length (m) of one wavelength of the microwave propagating in the cylindrical waveguide for a given frequency (f) and each mode, and μ _r and ε _r are the relative permeability and relative magnetic permeability of the material in the waveguide, respectively. It's thrilling. And, λ ₀ is the infinite, and vacuum length (m) of one wavelength the microwave propagating in, p ₀₁ and p _'11 is the first root of the first kind Bessel function J ₀ respectively, and J _1, for a given frequency (f) It is the first root of the derivative value, and a and d are the radius and height (m) of the resonant member 120, which is a cylindrical resonator, respectively.

[수학식 1]은 각각 TE₁₁, TM₀₁ 모드가 원통형 도파관 안에 전파되는 마이크로파의 한 파장의 길이를 의미한다.[Equation 1] means the length of one wavelength of the microwave propagating in the cylindrical waveguide in the _{TE 11} and TM _{01 modes, respectively.}

[수학식 2]는 원통형 공진기에서 TE₁₁ 모드만 전파되도록 하는 조건이다.[Equation 2] is a condition to propagate only the _{TE 11 mode in the cylindrical resonator.}

[수학식 3]은 [수학식 2]의 결과이다.[Equation 3] is the result of [Equation 2].

[수학식 4]는 dominant 모드인 두 모드 중 feeding 구조(slot 형태로 공진 부재의 상부에서 전력공급)가 천판 제작에 적합한 TE₁₁₁ 모드만 공진되도록 하는 조건을 제시한 것이다.[Equation 4] presents the condition that the feeding structure (power supply from the top of the resonant member in the form of a slot) among the two modes of the dominant mode resonates only in the _{TE 111 mode suitable for manufacturing the top plate.}

[수학식 5]는 [수학식 4]를 전개한 것이다.[Equation 5] is the development of [Equation 4].

[수학식 6]은 [수학식 5]의 결과이다.[Equation 6] is the result of [Equation 5].

공진 부재(120)가 상기 수학식에 따른 조건을 충족시키지 않은 경우, 복수의 모드가 원통형 공진기에 존재하여 플라즈마 상태(cf. 전하밀도)에 따라 전계 분포가 달라질 수 있다.When the resonant member 120 does not satisfy the condition according to the above equation, a plurality of modes exist in the cylindrical resonator, and the electric field distribution may vary according to the plasma state (cf. charge density).

전술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 유닛(100)은 가공이 용이하지 않은 공진 부재(120)를 단순한 형상이면서 동일한 모양으로 여러 개 제조하여 전력분배부(112)의 베이스부(111)에 결합하여 제조할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 유닛(100)은 종래의 안테나 유닛과 비교하여 용이하게 제조할 수 있다.As described above, in the antenna unit 100 according to an embodiment of the present invention, the base portion 111 of the power distribution unit 112 is manufactured by manufacturing a plurality of resonant members 120 that are not easy to process in a simple shape and in the same shape. ) Can be prepared by combining. That is, the antenna unit 100 according to an embodiment of the present invention can be easily manufactured compared to a conventional antenna unit.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 유닛(100)은 공진 부재(120)에서 처리 공간으로 노출된 부분이 상기 베이스부(111)의 외면과 동일면 상에 위치될 수 있다. 이에 따라, 공진 부재(120)는 처리 공간을 향하여 돌출된 부분이 없이 평평한 형상일 수 있다. 그러므로, 공진 부재(120)가 플라즈마의 이온 데미지에 의하여 식각되는 것을 최소화할 수 있다.In addition, in the antenna unit 100 according to an embodiment of the present invention, a portion exposed from the resonance member 120 to the processing space may be located on the same surface as the outer surface of the base unit 111. Accordingly, the resonance member 120 may have a flat shape without a portion protruding toward the processing space. Therefore, it is possible to minimize the etching of the resonance member 120 due to ion damage of the plasma.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 유닛(100)은 공진 부재(120)가 일정한 간격을 이루도록 위치되어 있고, 상기 공급 포트(117)로부터 상기 마이크로파 방출부(116) 각각의 끝부분까지의 길이는 모두 동일하다. 따라서, 전기적으로 유전율, 도전율 변화 및 전계분포가 안정적으로 유지될 수 있다.In addition, the antenna unit 100 according to an embodiment of the present invention is positioned so that the resonant members 120 form a regular interval, and from the supply port 117 to the end of each of the microwave emitters 116 They are all the same length. Therefore, electrical permittivity, change in conductivity, and electric field distribution can be stably maintained.

이상에서 본 발명의 여러 실시예에 대하여 설명하였으나, 지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although various embodiments of the present invention have been described above, the drawings referenced so far and the detailed description of the disclosed invention are merely illustrative of the present invention, which are used only for the purpose of describing the present invention, and are limited in meaning or claims. It is not used to limit the scope of the invention described in the range. Therefore, those of ordinary skill in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

1000: 플라즈마 처리 장치
100: 안테나 유닛 110: 안테나 부재
111: 베이스부 112: 전력분배부
113: 제1 라인부 114: 제2 라인부
115: 제3 라인부 116: 마이크로파 방출부
117: 공급 포트 118: 관통부
120: 공진 부재 200: 챔버 부재
300: 마이크로파 생성 부재 400: 지지 부재1000: plasma processing device
100: antenna unit 110: antenna member
111: base unit 112: power distribution unit
113: first line portion 114: second line portion
115: third line part 116: microwave emission part
117: supply port 118: through portion
120: resonance member 200: chamber member
300: microwave generating member 400: supporting member

Claims

An antenna member including a base portion and a power distribution portion penetrating the inside of the base portion and transmitting microwaves; And
Includes; a resonance member installed inside the base portion such that one end is exposed to the outside, and the other end is positioned adjacent to the power distribution portion,
The resonance member is made of a dielectric material passing through microwaves,
The power distribution unit has a pattern shape, and a through portion through which microwaves are transmitted is positioned at a portion in contact with the resonance member at a plurality of ends of the power distribution unit,
The power distribution unit,
A supply port through which microwaves are supplied;
One or more first line portions branched from the supply port;
At least one second line portion branching from the first line portion;
At least one third line part branching from the second line part; And
And a microwave emission part connected to the third line part and in which the through part is located at each end.

delete

The method of claim 1,
The through part has a shape selected from among circular, triangular, square, rectangular, and polygonal antenna units.

delete

The method of claim 1,
The microwave emitter is an antenna unit having any one of a U shape, an I shape, and an H shape.

The method of claim 1,
In the power distribution unit, the lengths from the supply port to the ends of each of the microwave emission units are all the same.

The method of claim 1,
The shape of the resonance member is a cylindrical antenna unit.

The method of claim 1,
The base portion is an antenna unit made of a metal material.

The method of claim 1,
The portion of the resonance member exposed to the outside is located on the same surface as the outer surface of the base unit.

The method of claim 1,
An antenna unit having a radius (a) of the resonance member in the _{range of 0.293λ 0} to 0.383λ ₀ , and a height (d) exceeding 2.028a.

A chamber member including an inner space;
An antenna unit installed in the inner space of the chamber member and moving microwaves;
A microwave generating member connected to the antenna unit to supply microwaves to the antenna unit; And
Includes; a support member positioned on the bottom surface of the chamber member and on which the substrate is seated,
The plasma processing apparatus, wherein the antenna unit is an antenna unit according to any one of claims 1, 3, and 5 to 10.