KR20040069746A - Antenna having multiple central axix and inductively coupled plasma generating apparatus applying the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An antenna having a multi-centric axis and an inductively coupled plasma generator using the same are provided to generate uniformly plasma by overlapping RF antennas having different phase differences. CONSTITUTION: One end of an antenna having a multi-centric axis is used for receiving RF power. The other end of the antenna having the multi-centric axis is connected to the ground. The antenna having the multi-centric axis includes an upper antenna(42) and a lower antenna(43). The upper antenna is serially connected to the lower antenna. The upper antenna and the lower antenna are overlapped each other. The upper antenna and the lower antenna have different phase differences.

Description

다중심축을 가지는 안테나와, 이를 채용한 유도 결합형 플라즈마 발생 장치{Antenna having multiple central axix and inductively coupled plasma generating apparatus applying the same}Antenna having multiple central axes, and inductively coupled plasma generating apparatus employing the same

본 발명은 유도 결합형 플라즈마 발생 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다중심의 유도 자기장을 발생시켜서 처리 면적에 대하여 균일한 플라즈마 처리를 할 수 있도록 구조가 개선된 다중심축을 가지는 안테나와, 이를 채용한 유도 결합형 플라즈마 발생 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an inductively coupled plasma generating apparatus, and more particularly, to an antenna having a multi-axial axis whose structure is improved so as to generate a multi-center induction magnetic field so that a uniform plasma treatment can be performed for a treatment area. One inductively coupled plasma generator is disclosed.

통상적으로, 반도체 웨이퍼나 평편 표시 장치와 같은 미세 패턴을 형성하여야 하는 기술 분야에서는 플라즈마를 생성하여 건식 식각, 화학 기상 증착등 각종 표면 처리 공정을 수행하고 있다. 최근에는 반도체 웨이퍼나 기판의 크기가 대형화되는 경향을 보이며, 이에 따라 직경이 큰 대구경의 웨이퍼이나 대면적의 기판을 가공하기 위하여 플라즈마 발생 장치의 규모도 증가하고 있다.In general, in the technical field in which fine patterns such as semiconductor wafers and flat display devices are to be formed, plasma is generated to perform various surface treatment processes such as dry etching and chemical vapor deposition. In recent years, the size of semiconductor wafers and substrates has tended to increase, and accordingly, the size of the plasma generating apparatus has increased in order to process large diameter wafers and large area substrates.

플라즈마 발생 장치로는 유도 결합 플라즈마 발생 장치나, 축전 결합형 플라즈마 발생 장치등이 널리 사용되고 있다. 이중에서, 유도 결합형 플라즈마 발생 장치는 고진공 및 기밀을 유지할 수 있는 챔버(chamber)와, 기판을 고정시키기 위한 하부 전극과, 챔버에 결합되는 유전체벽과, 유전체벽에 근접하게 배치되는 안테나를 포함하고 있다.As the plasma generating apparatus, an inductively coupled plasma generating apparatus, a capacitively coupled plasma generating apparatus, and the like are widely used. Among them, an inductively coupled plasma generator includes a chamber capable of maintaining high vacuum and airtightness, a lower electrode for fixing a substrate, a dielectric wall coupled to the chamber, and an antenna disposed in proximity to the dielectric wall. Doing.

이러한 유도 결합형 플라즈마 발생 장치는 고주파 전력이 안테나에 인가되면 유전체벽을 통하여 챔버내에 유도 자기장이 형성되고, 유도 자기장에 의한 유도 전기장이 발생하게 된다. 유도 전기장은 챔버내의 자유 전자에 에너지를 공급하게 되고, 플라즈마를 발생 유지하게 된다. 이와 같은 방법은 전력 전달 효율이 매우 우수하다.In the inductively coupled plasma generator, an induction magnetic field is formed in a chamber through a dielectric wall when high frequency power is applied to an antenna, and an induction electric field generated by the induction magnetic field is generated. The induced electric field energizes the free electrons in the chamber and generates and maintains the plasma. This method has a very good power transfer efficiency.

종래의 유도 결합형 플라즈마 발생 장치는 챔버의 측면에 안테나를 부착하는 방식과, 챔버의 상부면에 부착하는 방식이 있는데, 측면에 안테나를 부착하는 방식은 대면적에 균일한 플라즈마를 발생시키기 어려운 문제점이 있다. 이에 따라, 균일한 플라즈마를 생성하기 위해서 여러 가지 형상의 안테나가 개발되었으며, 도 1은 이러한 플라즈마 처리될 기판(11)에 대하여 안테나(12)가 배치된 상태를 도시한 것이다.Conventional inductively coupled plasma generating apparatus has a method of attaching the antenna to the side of the chamber, and the method of attaching the antenna to the upper surface of the chamber, the method of attaching the antenna to the side is difficult to generate a uniform plasma in a large area There is this. Accordingly, various shapes of antennas have been developed to generate a uniform plasma, and FIG. 1 illustrates a state in which the antenna 12 is disposed with respect to the substrate 11 to be plasma-processed.

도면을 참조하면, 하부 전극(13) 상에는 기판(11)이 탑재되어 있다. 상기 기판(11)은 평판 표시 장치에 적용되는 대면적의 사각형 기판이다.Referring to the drawings, the substrate 11 is mounted on the lower electrode 13. The substrate 11 is a large square substrate applied to a flat panel display.

챔버의 상부에 결합된 유전체벽(14)의 상부면에는 유도 소자, 예컨대 고주파 안테나(12)가 배치되어 있다. 상기 고주파 안테나(12)는 평면의 사각 형태로 감겨져 있다. 상기 고주파 안테나(12)는 기판(11)에 대하여 실질적으로 위상이 동일하도록 감겨져 있다.An inductive element, for example a high frequency antenna 12, is arranged on the top surface of the dielectric wall 14 coupled to the top of the chamber. The high frequency antenna 12 is wound in a flat rectangular shape. The high frequency antenna 12 is wound so as to be substantially in phase with respect to the substrate 11.

이렇게 사각형 형태로 감겨진 고주파 안테나(12)는 챔버 내벽에서의 이온 및 전자의 손실로 인하여 기판(11)의 중앙 부분에서 가장 큰 세기의 전계를 형성한다. 따라서, 플라즈마 밀도가 균일한 영역은 빗금친 부분(S)과 같이 상기 고주파 안테나(12)에 대하여 대략 45도의 위상차를 가지는 영역에 해당되는 마름모꼴의 형태이다. 이에 따라, 상기 기판(11)의 모서리 부분은 플라즈마 밀도가 상대적으로 낮게 되어서, 플라즈마 처리가 불균일하게 되는 문제점이 있다.The high frequency antenna 12 wound in the rectangular shape forms the electric field of the greatest intensity in the central portion of the substrate 11 due to the loss of ions and electrons in the chamber inner wall. Therefore, the region having a uniform plasma density is in the shape of a lozenge corresponding to the region having a phase difference of approximately 45 degrees with respect to the high frequency antenna 12, such as the hatched portion S. FIG. Accordingly, the edge portion of the substrate 11 has a relatively low plasma density, resulting in uneven plasma processing.

도 2는 종래의 다른 예에 따른 고주파 안테나(22)를 도시한 것이다.2 illustrates a high frequency antenna 22 according to another conventional example.

도면을 참조하면, 상기 고주파 안테나(22)는 유전체벽(24)의 상부면에 원형의 코일 형상으로 감겨져 있다. 이러한 구조도 도 1의 경우와 마찬가지로 기판의 중앙 부분에서는 플라즈마 밀도가 높고, 챔버의 내벽에 가까운 부분에서는 플라즈마 밀도가 낮게 되어서 플라즈마의 밀도를 균일하게 유지하는 것이 어렵게 된다.Referring to the drawings, the high frequency antenna 22 is wound in a circular coil shape on the upper surface of the dielectric wall 24. As in the case of Fig. 1, the structure has a high plasma density in the center portion of the substrate and a low plasma density in the portion close to the inner wall of the chamber, making it difficult to maintain a uniform plasma density.

이외에도, 종래의 기술에 따르면, 균일한 플라즈마를 생성하기 위하여 동일한 중심축을 가지고 크기가 서로 다른 원형의 고리를 나선형으로 연결하는 방법이 제안되었는데, 이러한 방법은 전력을 효율적으로 전달할 수 있는 반면에 대면적에서 균일한 플라즈마를 생성하지 못한다.In addition, according to the related art, in order to generate a uniform plasma, a method of spirally connecting circular rings of different sizes and having the same central axis has been proposed, which can efficiently transmit power while providing a large area. Does not produce uniform plasma.

이것을 보완하기 위하여 동일한 길이로 만든 여러 개의 고리를 서로 병렬로 연결한 고주파 안테나가 제안되었으나, 하나의 고리의 임피던스 차이가 날 경우에는 플라즈마 균일도가 심각하게 깨어지는 단점이 있으며, 구조 또한 상당히 복잡하다.In order to compensate for this, a high frequency antenna in which several rings having the same length are connected in parallel to each other has been proposed. However, there is a disadvantage in that the plasma uniformity is severely broken when the impedance difference of one ring varies, and the structure is also quite complicated.

한편, 각각의 고리를 서로 연결하지 않고 각각의 다른 전원 장치로 전력을 인가하는 방법이 제안되었으나, 이러한 방법은 서로의 고리가 다른 고리에 전기적인 영향을 주어서 제어하기 어려운 문제점이 있다.On the other hand, a method of applying power to each other power supply device without connecting each ring to each other has been proposed, but this method has a problem that it is difficult to control because the ring of each other has an electrical effect on the other ring.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고주파 안테나가 병렬로 연결되어 있지 않으면서 서로 다른 중심축을 가지는 다수개의 고리를 형성하여서 기판을 플라즈마 처리시에 플라즈마 밀도의 균일성을 향상시킨 다중심축을 가지는 안테나와, 이를 채용한 유도 결합용 플라즈마 발생 장치에 관한 것이다.The present invention is to solve the above problems, the multi-axial axis to improve the uniformity of the plasma density when the plasma processing the substrate by forming a plurality of rings having a different central axis without the high-frequency antenna is connected in parallel It relates to an antenna having a, and an inductive coupling plasma generating apparatus employing the same.

도 1은 종래의 일 예에 따른 유도 소자와, 기판과의 위상차를 도시한 평면도,1 is a plan view illustrating a phase difference between an inductive element according to a conventional example and a substrate;

도 2는 종래의 다른 예에 따른 유전체벽에 유도 소자가 배치된 상태를 도시한 평면도,2 is a plan view showing a state in which an inductive element is disposed on a dielectric wall according to another conventional example;

도 3은 본 발명의 일 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생 장치를 개략적으로 도시한 단면도,3 is a cross-sectional view schematically showing an inductively coupled plasma generator according to an embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고주파 안테나를 도시한 사시도,4 is a perspective view illustrating a high frequency antenna according to a first embodiment of the present invention;

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고주파 안테나를 도시한 사시도,5 is a perspective view illustrating a high frequency antenna according to a second embodiment of the present invention;

도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 고주파 안테나를 도시한 사시도,6 is a perspective view illustrating a high frequency antenna according to a third embodiment of the present invention;

도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 고주파 안테나를 도시한 사시도,7 is a perspective view illustrating a high frequency antenna according to a fourth embodiment of the present invention;

도 8은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 고주파 안테나를 도시한 사시도.8 is a perspective view showing a high frequency antenna according to a fifth embodiment of the present invention;

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명><Brief description of symbols for the main parts of the drawings>

30...유도 결합형 플라즈마 발생 장치30 ... inductively coupled plasma generator

31...챔버 32..유전체벽31.Chamber 32.Dielectric wall

33...하부 전극 34...고주파 정합 회로33 Lower electrode 34 High frequency matching circuit

35...고주파 전원 공급기 36...배기관35 High frequency power supply 36 Exhaust pipe

37...공급관 38...고주파 안테나37.Supply line 38 ... High frequency antenna

39...고주파 정합 회로 300...기판39.High frequency matching circuit 300 ... substrate

310...고주파 전원 공급기 40...고주파 안테나310 ... high frequency power supply 40 ... high frequency antenna

42...상부 안테나 42b...터널부42 upper antenna 42 b tunnel

43...하부 안테나43.bottom antenna

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 다중심축을 가지는 안테나는,In order to achieve the above object, an antenna having a multiple core according to an aspect of the present invention,

일단에 고주파 전원이 인가되고, 타단은 접지된 다중심축을 가지는 안테나에 관한 것으로서,The high frequency power is applied to one end and the other end relates to an antenna having a grounded multiple core,

상기 안테나는 상부 안테나와 하부 안테나가 직렬로 연결되며, 상기 상부 안테나와 하부 안테나는 2층으로 중첩 배치되며, 상기 상부 안테나에 대하여 하부 안테나가 서로 다른 위상차를 가지고 결합된 것을 특징으로 한다.The antenna has an upper antenna and a lower antenna connected in series, and the upper antenna and the lower antenna are disposed in two layers, and the lower antenna is coupled with a different phase difference with respect to the upper antenna.

또한, 상기 상부 안테나와 하부 안테나는 하나의 도선으로 동일한 전류 방향을 가지는 적어도 하나 이상의 고리가 형성된 것을 특징으로 한다.In addition, the upper antenna and the lower antenna is characterized in that at least one ring is formed having the same current direction with a single conductor.

게다가, 상기 상부 안테나와 하부 안테나는 각각의 루프를 형성하고,In addition, the upper antenna and the lower antenna form a respective loop,

상기 상부 안테나에는 플라즈마 밀도가 불균일한 영역에 해당되는 부분에 소정 높이 절곡된 터널부가 형성되어 있고, 상기 터널부를 통하여 위상차를 달리하는 하부 안테나의 모서리가 교차하여 배치된 것을 특징으로 한다.The upper antenna has a tunnel portion bent at a predetermined height in a portion corresponding to an area where the plasma density is uneven, and the edges of the lower antenna having different phase differences through the tunnel portion are arranged to cross.

나아가, 상기 상부 안테나와 하부 안테나는 두 개의 직사각형이 직렬 연결되어 있으며, 두 사각형의 교차로 인하여 자기 유속을 제어하기 위한 다수개의 삼각형의 고리가 형성된 것을 특징으로 한다.In addition, the upper antenna and the lower antenna is characterized in that the two rectangles are connected in series, due to the intersection of the two rectangles are formed a plurality of triangular rings for controlling the magnetic flow rate.

더욱이, 상기 상부 안테나에 대한 하부 안테나의 위상차는 45도인 것을 특징으로 한다.Further, the phase difference of the lower antenna relative to the upper antenna is 45 degrees.

본 발명의 다른 측면에 따른 다중심축을 가지는 안테나를 채용한 유도 결합용 플라즈마 발생 장치는,Induction coupling plasma generating apparatus employing an antenna having a multi-axial axis according to another aspect of the present invention,

플라즈마 처리될 기판이 수용되는 챔버;A chamber containing a substrate to be plasma treated;

상기 챔버상에 결합되며, 전계 형성의 경로가 되는 유전체벽;A dielectric wall coupled to the chamber and serving as a path for electric field formation;

상기 챔버의 외부에서 상기 유전체벽과 근첩하도록 배치되며, 상부 안테나와 하부 안테나가 직렬로 연결되며, 상기 상부 안테나와 하부 안테나는 2층으로 중첩 배치되며, 상기 상부 안테나에 대하여 하부 안테나가 서로 다른 위상차를 가지고 결합된 고주파 안테나;It is disposed so as to be adjacent to the dielectric wall outside the chamber, the upper antenna and the lower antenna is connected in series, the upper antenna and the lower antenna are arranged in two layers, and the lower antenna is different phase difference with respect to the upper antenna A high frequency antenna coupled with;

상기 챔버 내에서 기판을 안착하는 하부 전극;A lower electrode seating the substrate in the chamber;

상기 유전체벽이 결합된 챔버 상부에 결합되며, 도전체로 이루어진 패러데이 쉴드; 및A Faraday shield coupled to an upper portion of the chamber to which the dielectric wall is coupled, and formed of a conductor; And

상기 고주파 안테나와 하부 전극에 각각 고주파 전원을 인가하는 고주파 전력 인가 수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.And high frequency power applying means for applying high frequency power to the high frequency antenna and the lower electrode, respectively.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생 장치를 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, an inductively coupled plasma generator according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생 장치(30)를 도시한 것이다.3 illustrates an inductively coupled plasma generator 30 according to an embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 상기 유도 결합형 플라즈마 발생 장치(30)에는 챔버(31)가 마련되어 있다. 상기 챔버(31)는 고진공 상태를 유지하며, 플라즈마 처리될 기판(300)을 수용가능한 공간을 제공한다. 상기 챔버(31)의 상부에는 유전체벽(32)이 결합되어 기밀을 유지하고 있다. 상기 유전체벽(32)은 알루미나(Al2O3)나, 질화 알루미늄(AlN)으로 형성될 수가 있을 것이다.Referring to the drawings, the inductively coupled plasma generator 30 is provided with a chamber 31. The chamber 31 maintains a high vacuum and provides a space to accommodate the substrate 300 to be plasma treated. The dielectric wall 32 is coupled to the upper portion of the chamber 31 to maintain airtightness. The dielectric wall 32 may be formed of alumina (Al 2 O 3 ) or aluminum nitride (AlN).

상기 챔버(31)내의 하부측에는 하부 전극(33)이 배치되어 있다. 상기 하부 전극(33)의 상부면에는 기판(300)이 안착되어 있다. 상기 하부 전극(33)은 정합 회로(34)를 거쳐 고주파 전원 공급기(35)에 접속되어 있다. 상기 고주파 전원 공급기(35)는 상기 하부 전극(33)에 바이어스용 고주파 전력을 인가가능하다.The lower electrode 33 is disposed on the lower side of the chamber 31. The substrate 300 is seated on the upper surface of the lower electrode 33. The lower electrode 33 is connected to the high frequency power supply 35 via a matching circuit 34. The high frequency power supply 35 may apply a high frequency power for bias to the lower electrode 33.

한편, 상기 챔버(31)에는 배기관(36)이 접속되어 있으며, 상기 배기관(36)은 상기 챔버(31) 내부를 진공 상태로 유지하기 위하여 진공 시스템과 연결되어 있다. 상기 배기관(36)을 통해서는 10 mTorr 내지 100 mTorr 정도의 내압을 유지할 수가 있다.Meanwhile, an exhaust pipe 36 is connected to the chamber 31, and the exhaust pipe 36 is connected to a vacuum system to maintain the inside of the chamber 31 in a vacuum state. Through the exhaust pipe 36, the internal pressure of about 10 mTorr to about 100 mTorr can be maintained.

그리고, 상기 챔버(31)에는 상기 챔버(31) 내부로 가스를 공급하기 위하여 가스 공급관(37)이 접속되어 있다. 상기 가스 공급관(37)을 통해서 공급되는 가스는 C4F8등의 탄화불소계 가스를 포함할 수가 있다.In addition, a gas supply pipe 37 is connected to the chamber 31 for supplying gas into the chamber 31. The gas supplied through the gas supply pipe 37 may include a fluorocarbon gas such as C 4 F 8 .

여기서, 상기 챔버(31)의 상부에 결합된 유전체벽(32)의 외측 상부에는 본 발명의 특징에 따른 병렬로 연결되지 않으면서 서로 다른 중심축을 가지는 유도 소자, 예컨대 고주파 안테나(38)가 배치되어 있다.Here, an inductive element, for example, a high frequency antenna 38 having different central axes is disposed on the outer upper portion of the dielectric wall 32 coupled to the upper portion of the chamber 31 without being connected in parallel according to the features of the present invention. have.

상기 고주파 안테나(38)에는 고주파 정합 회로(39)를 거쳐 고주파 전원 공급기(310)가 접속되어 있다. 상기 고주파 전원 공급기(310)는 상기 고주파 안테나(38)에 플라즈마 생성용 고주파 전력을 인가가능하다.A high frequency power supply 310 is connected to the high frequency antenna 38 via a high frequency matching circuit 39. The high frequency power supply 310 may apply high frequency power for plasma generation to the high frequency antenna 38.

또한, 상기 유전체벽(32)이 결합된 챔버(31)의 상부측에는 상기 고주파 안테나(38)로부터 용량 결합성 전기장에 의하여 발생한 플라즈마로 의하여 균일도가 저하되는 현상을 방지하기 위하여 플라즈마와 고주파 안테나(38)의 용량 결합이 끊어지도록 도전성의 패러데이 쉴드(faraday shield, 320)가 더 설치되어 있다. 상기 패러데이 쉴드(320)는 도면에는 도시되어 있지 않지만 유전체벽(32)의 외부로 접지되어 있다.In addition, the plasma and the high frequency antenna 38 are disposed on the upper side of the chamber 31 to which the dielectric wall 32 is coupled to prevent the uniformity from being deteriorated by the plasma generated by the capacitively coupled electric field from the high frequency antenna 38. A conductive faraday shield (320) is further installed to break the capacitive coupling. The Faraday shield 320 is grounded out of the dielectric wall 32 although not shown.

상기와 같은 구조를 가지는 플라즈마 발생 장치(30)는 내부의 기밀이 유지되고, 감압의 분위기가 형성된 챔버(31)내로 가스 공급관(37)을 통하여 처리 가스가 공급된다.In the plasma generating apparatus 30 having the above structure, the airtightness of the plasma generator 30 is maintained, and the processing gas is supplied into the chamber 31 in which the atmosphere under reduced pressure is formed through the gas supply pipe 37.

다음으로, 고주파 전원 공급기(310)로부터 고주파 전류가 고주파 정합 회로(39)를 거쳐 유전체벽(38)에 근접하게 배치된 서로 다른 중심축을 가지는 고주파 안테나(38)로 인가되면, 상기 유전체벽(32)을 매개로 하여 챔버(31)의 내부에전계가 형성된다.Next, when a high frequency current is applied from the high frequency power supply 310 to the high frequency antenna 38 having different center axes disposed close to the dielectric wall 38 via the high frequency matching circuit 39, the dielectric wall 32 An electric field is formed in the chamber 31 through the medium.

상기와 같이 형성된 전계에 의하여 처리 가스는 이온화되어 플라즈마를 생성하게 된다. 이어서, 플라즈마는 하부 전극(33) 상에 안착된 기판(300)에 충돌하여 상기 기판(300)을 플라즈마 처리하게 된다.The processing gas is ionized by the electric field formed as described above to generate plasma. Subsequently, the plasma impinges on the substrate 300 mounted on the lower electrode 33 to plasma-process the substrate 300.

한편, 플라즈마가 기판(300)에 효과적으로 인입될 수 있도록 하부 전극(33)에는 고주파 전원 공급기(35)로부터 고주파 정합 회로(34)를 거쳐 고주파 전원이 인가된다.Meanwhile, high frequency power is applied to the lower electrode 33 from the high frequency power supply 35 via the high frequency matching circuit 34 so that the plasma can be effectively introduced into the substrate 300.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고주파 안테나(40)를 도시한 것이다.4 shows a high frequency antenna 40 according to the first embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 상기 고주파 안테나(40)는 일단에 고주파 전원이 인가되고, 타단에 전기적으로 접지되는 복수개의 직사각형 루프 안테나(41)가 2층으로 중첩되어 있다. 상기 루프 안테나(41)는 상부 안테나(42)와, 이와 45도의 위상차를 가지고 결합되는 하부 안테나(43)를 포함한다. 상기 상부 및 하부 안테나(42)(43)는 하나의 도선으로서, 직렬로 연결되어 있다.Referring to the drawings, the high frequency antenna 40 has a high frequency power applied to one end thereof, and a plurality of rectangular loop antennas 41 electrically grounded at the other end thereof are overlapped in two layers. The loop antenna 41 includes an upper antenna 42 and a lower antenna 43 coupled with a 45 degree phase difference thereto. The upper and lower antennas 42 and 43 are connected in series as one conductor.

상기 상부 안테나(42)는 전체적으로 직사각형을 이루도록 굽어져 있으며, 각 변(42a)의 중앙에는 상하 높이가 다르도록 절곡된 터널부(42b)가 형성되어 있다. 상기 터널부(42b)는 다른 부분(42a)보다 위치가 높도록 상방으로 소정 높이 절곡되어 있다. 절곡된 방향은 상기 각 변(42a)으로부터 대략 수직 상방이다.The upper antenna 42 is bent to form a rectangular shape as a whole, and a tunnel portion 42b bent to have a different vertical height is formed at the center of each side 42a. The tunnel portion 42b is bent upward by a predetermined height so as to have a higher position than the other portion 42a. The bent direction is substantially vertical upward from each of the sides 42a.

상기 하부 안테나(43)는 상기 상부 안테나(42)의 일단(42c)으로부터 일체로 연결되어서, 상기 상부 안테나(42)의 하부에 위치하고 있다. 상기 하부 안테나(43)는 상기 상부 안테나(42)에 대하여 45도의 위상차를 가지며, 전체적으로 직사각형을 이루도록 굽어져 있다.The lower antenna 43 is integrally connected to one end 42c of the upper antenna 42 and is located below the upper antenna 42. The lower antenna 43 has a phase difference of 45 degrees with respect to the upper antenna 42 and is bent to form a rectangular shape as a whole.

상기 하부 안테나(43)의 모서리부(43a)는 상기 상부 안테나(43)의 다른 부분(42a)에 대하여 상하 높이가 다른 부분인 터널부(42b)를 통하여 상기 상부 안테나(43)의 외부로 돌출하여 있다. 상기 하부 안테나(43)의 모서리부(43a)가 상부 안테나(43)의 터널부(42a)를 통과하는 부분(T)은 플라즈마 처리시 이온 및 전자의 손실로 다른 부분보다 플라즈마 밀도가 낮은 영역에 해당된다.The corner portion 43a of the lower antenna 43 protrudes to the outside of the upper antenna 43 through the tunnel portion 42b, which is a portion having a different vertical height from the other portion 42a of the upper antenna 43. It is. The portion T through which the corner portion 43a of the lower antenna 43 passes through the tunnel portion 42a of the upper antenna 43 is located in a region having a lower plasma density than other portions due to loss of ions and electrons during the plasma treatment. Yes.

이때, 상기 모서리부(43a)가 터널부(42a)를 통과하는 부분(T)은 위상을 달리하는 두 개의 직사각형 형상의 상부 및 하부 안테나(42)(43)가 교차하는 부분으로서, 삼각형 고리를 이루고 있다. 이러한 삼각형 고리(T)는 플라즈마 밀도가 불균일한 영역에서의 플라즈마 밀도를 보강하거나 억제하기 위하여 크기를 조절할 수 있을 것이다.In this case, the portion T through which the corner portion 43a passes through the tunnel portion 42a is a portion where two rectangular upper and lower antennas 42 and 43 having different phases intersect each other and form a triangular ring. It is coming true. This triangular ring (T) may be sized to reinforce or suppress the plasma density in the region where the plasma density is non-uniform.

상기와 같은 구조를 가지는 고주파 안테나(40)의 작용을 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.The operation of the high frequency antenna 40 having the structure as described above will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

상기 고주파 안테나(40)에 고주파 전원 공급기(310)로부터 고주파 전류가 고주파 정합 회로(39)를 거쳐 인가되면, 45도의 위상차를 가지며 2층으로 중첩된 상부 및 하부 안테나(42)(43)의 교차로 형성된 삼각형 고리(T)의 각 변에서의 전류 방향은 일정하여 각각의 중심축 방향으로 유도 자기장의 발생을 활성화시킨다.When a high frequency current is applied to the high frequency antenna 40 from the high frequency power supply 310 via the high frequency matching circuit 39, the intersection of the upper and lower antennas 42 and 43 having a phase difference of 45 degrees and overlapping the two layers. The current direction at each side of the formed triangular ring T is constant to activate the generation of the induced magnetic field in the direction of each central axis.

활성화된 유도 자기장은 유도 전기장의 발생을 유도하게 되고, 자유 전자에 에너지를 전달하며 이온화 에너지에 도달한 전자는 다른 중성 가스와 충돌하여 중성 가스를 이온화시켜 플라즈마를 발생시킨다. 상기와 같은 방법으로 요구되는 면적의 네 모서리로부터 플라즈마의 확산화가 시작되여서, 전 면적에 균일한 플라즈마의 발생이 용이하다고 할 수 있다.The activated induced magnetic field induces generation of an induced electric field, transfers energy to free electrons, and electrons which reach ionization energy collide with other neutral gases to ionize neutral gases to generate plasma. Since the diffusion of the plasma starts from the four corners of the area required by the above method, it can be said that the generation of uniform plasma is easy for the entire area.

특히, 상기 삼각형 고리(T)의 크기를 조절하여 자기 유속을 제어함으로써 모서리부에서의 플라즈마 밀도를 보강하거나 억제하여 균일한 플라즈마를 발생시킬 수가 있을 것이다.In particular, by controlling the magnetic flow rate by adjusting the size of the triangular ring (T) will be able to generate a uniform plasma by reinforcing or suppressing the plasma density at the corners.

이러한 삼각형 고리(T)는 상술한 바와 같이 그 크기를 조절하여서 자기 유속을 제어하는 것이 가능한데, 도 5에 도시된 바와 같이 네 모서리에서의 자기 유속을 최소화하기 위해서는 상부 안테나(52)와, 이와 2층 구조를 이루는 하부 안테나(53)로 이루어진 고주파 안테나(50)의 삼각형이 형성되는 영역을 최소화시킬 수도 있다.As described above, the triangular ring T can control the magnetic flow rate by adjusting its size. As shown in FIG. 5, in order to minimize the magnetic flow rate at the four corners, the upper antenna 52 and two The area in which the triangle of the high frequency antenna 50 formed of the lower antenna 53 forming a layer structure is formed may be minimized.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 네 모서리에서의 자기 유속을 최대화하기 위해서는 도 4와는 달리 상부 안테나(62)와 45도의 위상차를 가지는 하부 안테나(63)를 상부 안테나(62)의 대향되는 변(62a)의 네 변 외부로 연장하여서, 상기 하부 안테나(63)가 상부 안테나(62)를 내부에 수용하는 형상으로 중첩시킬 수도 있다. .In addition, as shown in FIG. 6, in order to maximize the magnetic flow velocity at the four corners, the lower antenna 63 having a phase difference of 45 degrees with the upper antenna 62 is opposed to the upper antenna 62, unlike the upper antenna 62. Extending to the outside of the four sides of 62a, the lower antenna 63 may be superimposed in a shape that accommodates the upper antenna 62 therein. .

또한, 고주파 안테나의 형상이 전술한 바와 같이 직사각형이 아니라, 도 7에 도시된 바와 같이 타원형 형상의 상부 안테나(72)와, 이와 위상차가 90도로 직렬 연결된 하부 안테나(73)가 중첩되어 동일한 전류 방향을 가지는 다수의 타원형 고리를 형성한 타원형의 고주파 안테나(70)나, 도 8에 도시된 바와 같이 삼각형 형상의 상부 안테나(82)와, 이와 위상차가 180도로 중첩되는 역삼각형의 하부안테나(83)로 이루어져서 하나의 도선으로 동일한 전류 방향을 가지는 다수의 삼각형 고리를 형성한 다각형의 고주파 안테나(80)일 수도 있다.In addition, the shape of the high frequency antenna is not rectangular as described above, but as shown in FIG. 7, the upper antenna 72 having an elliptical shape and the lower antenna 73 connected in series with the phase difference 90 degrees overlap with each other in the same current direction. An elliptical high frequency antenna 70 having a plurality of elliptical rings having an elliptic ring, or an upper triangular antenna 82 as shown in FIG. 8, and an inverted triangular lower antenna 83 having a phase difference overlapping with each other by 180 degrees It may be a polygonal high-frequency antenna 80 formed of a plurality of triangular rings having the same current direction by one wire.

한편, 유도 결합형 플라즈마 발생 장치(30)의 경우에는 플라즈마의 발생이 유도 자기장에 의해서만 이루어지는 아니라, 고주파 안테나(38)로부터의 용량 결합성 전기장에 의해서도 가능하다고 할 것이다.On the other hand, in the case of the inductively coupled plasma generator 30, the generation of plasma is not only generated by the induction magnetic field, but also by the capacitively coupled electric field from the high frequency antenna 38.

이러한 용량 결합성 전기장에 의하여 발생한 플라즈마로 인하여 균일도가 저하되는 현상을 방지하기 위하여 상기 유전체벽(32)이 형성된 챔버(31)의 상부측에 설치된 금속성의 패러데이 쉴드(320)에 의하여 플라즈마와 고주파 안테나(38)의 용량 결합을 끊게 하여 챔버(31)의 상부 내측면에 음의 바이어스가 걸리지 않게 할 수 있다. 이에 따라, 상기 챔버(31)의 상부 내측면에 플라즈마속 양이온이 스퍼터링되는 것이 방지될 수가 있을 것이다.In order to prevent the uniformity deterioration due to the plasma generated by the capacitively coupled electric field, the plasma and the high frequency antenna are provided by the metallic Faraday shield 320 installed on the upper side of the chamber 31 in which the dielectric wall 32 is formed. The capacitive coupling of 38 can be broken so that a negative bias is not applied to the upper inner surface of the chamber 31. Accordingly, sputtering of plasma cations on the upper inner surface of the chamber 31 may be prevented.

이상과 같이 본 발명의 다중심축을 가지는 안테나와, 이를 채용한 유도 결합형 플라즈마 발생 장치는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.As described above, the antenna having the multi-axial axis of the present invention and the inductively coupled plasma generator employing the same can obtain the following effects.

첫째, 서로 다른 위상차를 가지는 고주파 안테나가 상하로 중첩되어 연결되어 있으며, 서로 다른 중심축을 가지고 있으므로, 플라즈마 처리시 모서리에서의 플라즈마의 확산이 우선적으로 발생하게 되여서 전 면적에 균일한 플라즈마 발생이 용이하다.First, since the high frequency antennas having different phase differences are connected to each other in the vertical direction, and have different central axes, the plasma is preferentially diffused at the corners during plasma processing, so that uniform plasma is easily generated in the entire area. .

둘째, 위상차를 달리하여 중첩된 복수개의 고주파 안테나가 교차되는 부분의 크기를 조절하여 플라즈마 밀도가 불균일한 영역에서의 자기 유속을 제어함으로써모서리의 플라즈마 밀도를 보강하거나 억제가 가능함에 따라서 균일한 플라즈마를 발생시킬 수가 있다.Second, by controlling the magnetic flux in the region where plasma density is not uniform by adjusting the size of the portion where the plurality of overlapping high frequency antennas intersect with different phase differences, it is possible to reinforce or suppress the plasma density of the corner and thus to achieve uniform plasma. Can be generated.

셋째, 중첩된 고주파 안테나에 패러데이 쉴드가 결합됨으로써, 고주파 안테나로부터의 용량 결합성 전기장에 의하여 발생된 플라즈마로 인하여 균일도가 저하되는 현상을 미연에 방지할 수가 있다.Third, the Faraday shield is coupled to the overlapped high frequency antenna, thereby preventing the uniformity from being lowered due to the plasma generated by the capacitively coupled electric field from the high frequency antenna.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments illustrated in the accompanying drawings, it is merely an example, and those skilled in the art may realize various modifications and equivalent other embodiments therefrom. Will understand. Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (11)

일단에 고주파 전원이 인가되고, 타단은 접지된 다중심축을 가지는 안테나에 관한 것으로서,The high frequency power is applied to one end and the other end relates to an antenna having a grounded multiple core, 상기 안테나는 상부 안테나와 하부 안테나가 직렬로 연결되며, 상기 상부 안테나와 하부 안테나는 2층으로 중첩 배치되며, 상기 상부 안테나에 대하여 하부 안테나가 서로 다른 위상차를 가지고 결합된 것을 특징으로 하는 다중심축을 가지는 안테나.The antenna has an upper antenna and a lower antenna connected in series, and the upper antenna and the lower antenna are disposed in two layers, and the lower antenna is coupled to the upper antenna with different phase differences. Branch antenna. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 상부 안테나와 하부 안테나는 하나의 도선으로 동일한 전류 방향을 가지는 적어도 하나 이상의 고리가 형성된 것을 특징으로 하는 다중심축을 가지는 안테나.The upper antenna and the lower antenna has a multi-axial axis, characterized in that at least one ring is formed having the same current direction with a single conductor. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 상부 안테나와 하부 안테나는 각각의 루프를 형성하고,The upper antenna and the lower antenna form a respective loop, 상기 상부 안테나에는 플라즈마 밀도가 불균일한 영역에 해당되는 부분에 소정 높이 절곡된 터널부가 형성되어 있고, 상기 터널부를 통하여 위상차를 달리하는 하부 안테나의 모서리가 교차하여 배치된 것을 특징으로 하는 다중심축을 가지는 안테나.The upper antenna has a multi-axial axis, characterized in that the tunnel portion bent a predetermined height formed in a portion corresponding to the region of the plasma density is uneven, and the edges of the lower antenna to change the phase difference through the tunnel portion is arranged to cross antenna. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 상부 안테나와 하부 안테나는 두 개의 직사각형이 직렬 연결되어 있으며, 두 사각형의 교차로 인하여 자기 유속을 제어하기 위한 다수개의 삼각형의 고리가 형성된 것을 특징으로 하는 다중심축을 가지는 안테나.The upper antenna and the lower antenna has a multi-axle, characterized in that the two rectangles are connected in series, a plurality of triangular rings for controlling the magnetic flux due to the intersection of the two rectangles. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 상부 안테나에 대한 하부 안테나의 위상차는 45도인 것을 특징으로 하는 다중심축을 가지는 안테나.And a phase difference between the lower antenna and the upper antenna is 45 degrees. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 상부 안테나와 하부 안테나는 위상차가 90도인 두 개의 타원형이 직렬 연결되어 있으며, 두 타원형의 교차로 인하여 자기 유속을 제어하기 위한 다수개의 타원형의 고리가 형성된 것을 특징으로 하는 다중심축을 가지는 안테나.The upper antenna and the lower antenna has a multi-axle, characterized in that two ovals having a phase difference of 90 degrees are connected in series, and a plurality of elliptical rings are formed to control magnetic flux due to the intersection of the two ellipses. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 상부 안테나와 하부 안테나는 위상차가 180도인 두 개의 다각형이 직렬 연결되어 있으며, 두 다각형의 교차로 인하여 자기 유속을 제어하기 위한 다수개의 다각형의 고리가 형성된 것을 특징으로 하는 다중심축을 가지는 안테나.The upper antenna and the lower antenna are two polygons having a phase difference of 180 degrees are connected in series, the antenna having a multi-axial axis, characterized in that a plurality of polygonal rings for controlling the magnetic flux due to the intersection of the two polygons. 플라즈마 처리될 기판이 수용되는 챔버;A chamber containing a substrate to be plasma treated; 상기 챔버상에 결합되며, 전계 형성의 경로가 되는 유전체벽;A dielectric wall coupled to the chamber and serving as a path for electric field formation; 상기 챔버의 외부에서 상기 유전체벽과 근첩하도록 배치되며, 상부 안테나와 하부 안테나가 직렬로 연결되며, 상기 상부 안테나와 하부 안테나는 2층으로 중첩 배치되며, 상기 상부 안테나에 대하여 하부 안테나가 서로 다른 위상차를 가지고 결합된 고주파 안테나;It is disposed so as to be adjacent to the dielectric wall outside the chamber, the upper antenna and the lower antenna is connected in series, the upper antenna and the lower antenna are arranged in two layers, and the lower antenna is different phase difference with respect to the upper antenna A high frequency antenna coupled with; 상기 챔버 내에서 기판을 안착하는 하부 전극;A lower electrode seating the substrate in the chamber; 상기 유전체벽이 결합된 챔버 상부에 결합되며, 도전체로 이루어진 패러데이 쉴드; 및A Faraday shield coupled to an upper portion of the chamber to which the dielectric wall is coupled, and formed of a conductor; And 상기 고주파 안테나와 하부 전극에 각각 고주파 전원을 인가하는 고주파 전력 인가 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중심축을 가지는 안테나를 채용한 유도 결합형 플라즈마 발생 장치.And a high frequency power applying means for applying a high frequency power to the high frequency antenna and the lower electrode, respectively. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 상부 안테나와 하부 안테나는 하나의 도선으로 동일한 전류 방향을 가지는 적어도 하나 이상의 고리가 형성된 것을 특징으로 하는 다중심축을 가지는 안테나를 채용한 유도 결합형 플라즈마 발생 장치.Inductively coupled plasma generating device employing an antenna having a multi-axis, characterized in that the upper antenna and the lower antenna is formed with at least one ring having the same current direction with a single conductor. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 상부 안테나와 하부 안테나는 직렬로 연결된 각각의 루프를 형성하고,The upper antenna and the lower antenna form a respective loop connected in series, 상기 상부 안테나는 플라즈마 밀도가 불균일한 영역에 해당되는 부분으로부터 소정 높이 절곡된 터널부가 형성되고, 상기 터널부를 통하여 위상차를 달리하는 하부 안테나의 모서리가 교차되어 배치된 것을 특징으로 하는 다중심축을 가지는 안테나를 채용한 유도 결합형 플라즈마 발생 장치.The upper antenna has a multi-axial axis, characterized in that the tunnel portion bent a predetermined height from a portion corresponding to the region where the plasma density is non-uniform, and the edges of the lower antenna having a different phase difference through the tunnel portion is arranged cross Inductively coupled plasma generator employing. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 상부 안테나에 대한 하부 안테나의 위상차는 45도인 것을 특징으로 하는 다중심축을 가지는 안테나를 채용한 유도 결합형 플라즈마 발생 장치.And a phase difference between the lower antenna and the lower antenna is 45 degrees.
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