KR20030041217A - Ｉｃｐ 발생 장치의 안테나 전극 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 예에 따른 ICP 발생장치의 안테나 전극은, 바깥면에는 은 코팅층이 형성되어 있고, 속은 냉각수가 흐를 수 있도록 비어 있으며, 고주파 전력을 인가받는 구리관; 및 상기 은 코팅층 표면에 형성된 절연체 코팅층; 을 구비하는 것을 특징으로 한다. 상기 구리관의 안쪽면에 절연체 코팅층이 더 형성되어 있을 수 있다. 상기 구리관의 바깥면 또는 안쪽면에 형성된 상기 절연체 코팅층은 1 ~ 500 ㎛ 의 두께를 갖는 것이 적당하며, 테프론 또는 세라믹으로 이루어지는 것이 좋다. 본 발명에 의하면, 절연체 코팅층에 의하여 안테나 전극 표면이 부식되는 것을 방지할 수 있기 때문에 장시간 사용에 의한 고주파 전력 효율의 감소를 방지할 수 있다.

Description

ＩＣＰ 발생 장치의 안테나 전극{Antenna electrode used in inductively coupled plasma generation apparatus}
본 발명은 플라즈마 안테나 전극에 관한 것으로서, 특히 ICP(Inductively Coupled Plasma) 발생 장치에서 플라즈마 형성을 위한 전극으로 사용되어지는 안테나 전극에 관한 것이다.
반도체소자 제조공정에서는 플라즈마를 이용하는 공정이 종종 수행된다. 건식식각, 화학기상증착 및 스퍼터링 등이 이러한 공정의 예이다. 공정의 효율성을 높이기 위해 최근에는 1×1011∼2×1012이온/㎝3가량의 고밀도 플라즈마(High Density Plasma, HDP)를 이용하는 공정이 많이 채택되고 있다. 이러한 HDP는 안테나 전극을 이용하여 유도결합형 플라즈마(Inductively Coupled Plasma, ICP)를 형성함으로써 얻을 수 있다.
대부분 종래의 안테나 전극은 도 1에 도시된 바와 같이 바깥면에 은 코팅층(silver coating layer, 110)이 형성되어 있는 구리관(100)으로 이루어진다. 구리관(100)에 고주파 전력을 인가하면 구리관(100) 및 은 코팅층(110) 표면으로 전류가 흐르게 된다. 고주파 전류의 흐름에 의해 구리관(100)과 은 코팅층(110) 표면에 열이 발생하고 이로 인해 안테나 전극이 가열되는데, 이를 냉각시키기 위하여 구리관(100) 속에 냉각수를 흘려보낸다.
일반적으로, 도선에 흐르는 전류의 주파수가 증가할수록 도선 표면으로 전류가 흐른다. 도선 표면으로 흐르는 전류의 침투거리 또는 두께를 보통 표면깊이(skin depth)라 하며 아래의 수학식 1에 의해 결정된다.
여기서, δ는 표면깊이, σ는 매질의 전기전도도, f는 전류의 주파수, μ는 자기투자율(permeability of medium)이다.
예컨대, 구리도선에 DC가 가해질 경우에는 주파수(f)가 제로이므로 표면깊이(δ)가 무한대가 되어 도선의 단면 전체를 통하여 전류가 흐른다. 그러나, 구리도선에 60Hz의 전력을 인가하면 외부면에서 0.86cm 정도의 표면깊이(δ)까지 전류가 흐르고 더 이상의 내부에서는 전류가 흐르지 않는다. 만약, 구리도선에 1MHz의 전력을 인가하면, 표면깊이(δ)는 0.007cm 이어서 전류는 거의 구리도선 표면에만 흐른다.
이와같이, 수학식 1을 참고하면, 전류의 주파수가 증가하여 HF 및 VHF 대역(300KHz~300MHz) 정도가 되면 구리도선 표면에만 전류가 흐른다는 것을 알 수 있다. 따라서, 구리도선에 고주파 전류를 흘려보내면 도선표면의 저항에 의해 구리도선이 발열하고 산화하게 된다.
따라서, 상술한 종래의 안테나 전극에 장시간 고주파 전력을 인가하면 은 코팅층(110)이 부식되어 표면저항이 증가하게 되고, 따라서, 은 코팅층(110) 표면에 흐르는 전류가 감소하는 문제가 생기게 된다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 장시간 사용해도 부식이 일어나지 않도록 하여 상술한 종래의 문제점이 해결되도록 하는 ICP 발생장치의 안테나 전극을 제공하는 데 있다.
도 1은 종래의 ICP 발생장치의 안테나 전극을 설명하기 위한 단면도;
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 ICP 발생장치의 안테나 전극을 설명하기 위한 단면도들이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 참조번호의 설명 >
100, 200: 구리관 110, 210: 은 코팅층
220, 320: 절연체 코팅층 300: 무산소 구리관
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 ICP 발생장치의 안테나 전극은, 바깥면에는 은 코팅층이 형성되어 있고, 속은 냉각수가 흐를 수 있도록 비어 있으며, 고주파 전력을 인가받는 구리관; 및 상기 은 코팅층 표면에 형성된 절연체 코팅층; 을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 구리관의 안쪽면에 절연체 코팅층이 더 형성되어 있을 수 있다. 상기 구리관의 바깥면 또는 안쪽면에 형성된 상기 절연체 코팅층은 1 ~ 500 ㎛ 의 두께를 갖는 것이 적당하며, 테프론 또는 세라믹으로 이루어지는 것이 좋다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 예에 따른 ICP 발생장치의 안테나 전극은, 냉각수가 흐를 수 있도록 속이 비어 있으며, 고주파 전력을 인가받는 무산소 구리관; 및 상기 구리관 바깥면에 형성된 절연체 코팅층; 을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 구리관의 안쪽면에 절연체 코팅층이 더 형성되어 있을 수 있다. 상기 구리관의 바깥면 또는 안쪽면에 형성된 상기 절연체 코팅층은 1 ~ 500 ㎛ 의 두께를 갖는 것이 적당하며, 테프론 또는 세라믹으로 이루어지는 것이 좋다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 ICP 발생장치의 안테나 전극을 설명하기 위한 단면도이다. 도 2를 참조하면, 안테나 전극은 바깥면에 은 코팅층(silver coating layer, 210)이 형성되어 있는 구리관(200)으로 이루어진다. 은코팅층(210) 표면에는 1 ~ 500 ㎛ 의 두께의 절연체 코팅층(220)이 형성되어 있다. 냉각수에 포함된 산소에 의해서 구리가 산화 내지 부식되는 것을 방지하기 위하여 구리관(200)의 안쪽면에도 이러한 절연체 코팅층을 형성하면 더욱 좋다.
절연체 코팅층(220)은 테프론 또는 세라믹 코팅에 의해 형성된다. 테프론 코팅(Teflon coating)은 내열성이 우수하고, 고온에서 매우 안정하며, 화학적으로도 매우 안정하다. 그리고, 비용해성으로 용매에 잘 용해되지 않는다. 또한, 절연성이 매우 좋고, 유전율에 의한 RF 전력의 손실도 작으며, 표면저항이 크다는 전기적 특성을 가지고 있다.
한편, 안테나 전극은 도 3과 같이 은 코팅 없이 무산소 구리관(OFC tube, 300) 만으로도 이루어질 수 있다. 무산소 구리는 산소나 탈산제가 없는 구리를 말하며 전도성이 우수하고 가공성이 우수하여 전자부품에 많이 사용된다. 이 경우에도 무산소 구리관(300)의 바깥면에 절연체 코팅층(320)을 형성하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 무산소 구리관(300)의 안쪽면에도 절연체 코팅층(320)을 형성하는 것이 좋다.
상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 절연체 코팅층(220, 320)에 의하여 안테나 전극 표면이 부식되는 것을 방지할 수 있기 때문에 장시간 사용에 의한 고주파 전력 효율의 감소를 방지할 수 있게 된다.
본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

Claims (8)

  1. 바깥면에는 은 코팅층이 형성되어 있고, 속은 냉각수가 흐를 수 있도록 비어 있으며, 고주파 전력을 인가받는 구리관; 및
    상기 은 코팅층 표면에 형성된 절연체 코팅층;
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 ICP 발생장치의 안테나 전극.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구리관의 안쪽면에 절연체 코팅층이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 ICP 발생장치의 안테나 전극.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 절연체 코팅층이 1 ~ 500 ㎛ 의 두께로 코팅된 것임을 특징으로 하는 ICP 발생장치의 안테나 전극.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 절연체 코팅층이 테프론 또는 세라믹으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 ICP 발생장치의 안테나 전극.
  5. 냉각수가 흐를 수 있도록 속이 비어 있으며, 고주파 전력을 인가받는 무산소 구리관; 및
    상기 구리관 바깥면에 형성된 절연체 코팅층;
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 ICP 발생장치의 안테나 전극.
  6. 제5항에 있어서, 상기 구리관의 안쪽면에 절연체 코팅층이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 ICP 발생장치의 안테나 전극.
  7. 제5항 또는 제6항 있어서, 상기 절연체 코팅층이 1 ~ 500 ㎛ 의 두께로 코팅된 것임을 특징으로 하는 ICP 발생장치의 안테나 전극.
  8. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 절연체 코팅층이 테프론 또는 세라믹으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 ICP 발생장치의 안테나 전극.
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