KR20150110851A - 전계강도 분포 조절이 가능한 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나 - Google Patents

전계강도 분포 조절이 가능한 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나 Download PDF

Info

Publication number
KR20150110851A
KR20150110851A KR1020140032618A KR20140032618A KR20150110851A KR 20150110851 A KR20150110851 A KR 20150110851A KR 1020140032618 A KR1020140032618 A KR 1020140032618A KR 20140032618 A KR20140032618 A KR 20140032618A KR 20150110851 A KR20150110851 A KR 20150110851A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
antenna
loop
bridge
antenna unit
inner antenna
Prior art date
Application number
KR1020140032618A
Other languages
English (en)
Inventor
김철웅
이완수
윤종원
Original Assignee
엘아이지인베니아 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘아이지인베니아 주식회사 filed Critical 엘아이지인베니아 주식회사
Priority to KR1020140032618A priority Critical patent/KR20150110851A/ko
Publication of KR20150110851A publication Critical patent/KR20150110851A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
    • H01J37/3211—Antennas, e.g. particular shapes of coils
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/364—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith using a particular conducting material, e.g. superconductor
    • H01Q1/366—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith using a particular conducting material, e.g. superconductor using an ionized gas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • H01Q7/005—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop with variable reactance for tuning the antenna
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H05H1/4645—Radiofrequency discharges
    • H05H1/4652—Radiofrequency discharges using inductive coupling means, e.g. coils

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

본 발명은 전계강도 분포 조절이 가능한 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나로서, 안테나가 설치되는 영역의 중심점을 기준으로 하는 내측 영역에 배치된 내측 안테나부와 상기 내측 영역을 둘러싸는 외측 영역에 배치된 외측 안테나부가 전기적으로 병렬 설치된 병렬 루프 안테나를 포함하며, 상기 내측 안테나부는, 복수의 루프 안테나가 이격 거리를 두고 교번하여 복수 턴으로 감겨 형성되되, 각각의 상기 루프 안테나는 적어도 하나 이상의 브릿지를 포함하여 시작단으로부터 종단을 따라 기설정된 각도 간격마다 중단이 상기 이격 거리의 확장 조절이 가능한 상기 브릿지로 연결되며, 상기 외측 안테나부는, 상기 내측 안테나부에 대응되되, 복수의 루프 안테나가 교번하여 복수 턴으로 감겨 형성되며, 상기 브릿지의 길이에 따라 상기 병렬 루프 안테나의 상호 인덕턴스(Mutual inductance)에 따른 전계강도(Field intensity) 분포가 조절된 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나이며, 이와 같은 본 발명에 의하면 플라즈마 발생 장치의 유효 공간 상에서 플라즈마의 균일도를 향상시키기 위한 전계 강도 분포의 조절이 가능한 병렬 루프 안테나를 제공할 수 있다.

Description

전계강도 분포 조절이 가능한 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나 {Antenna of controlling field intensity distribution in inductively coupled plasma processing apparatus}
본 발명은 전계강도 분포 조절이 가능한 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 유도결합형 플라즈마 발생장치의 챔버 내 유효 공간에서 플라즈마 밀도의 균일도를 높이기 위해 RF 안테나에 의한 전계 강도(Field intensity) 분포의 조절이 가능한 병렬 루프 안테나를 개시한다.
플라즈마 발생장치로는 크게 용량 결합형 플라즈마 발생원(Capacitively coupled plasma source, CCP)과 유도결합형 플라즈마 발생원 (Inductively coupled plasma source, ICP) 및 플라즈마 웨이브(Plasma wave)를 이용한 헬리콘(Helicon)과 마이크로웨이브 플라즈마 발생원(Microwave plasma source) 등이 제안되어 있다. 그 중에서, 고밀도의 플라즈마를 쉽게 형성할 수 있는 유도결합형 플라즈마 발생원이 널리 사용되고 있다.
도 1은 ICP 방식의 플라즈마 발생장치의 일반적인 구성을 개략적으로 도시한 것으로서, 이를 살펴보면, 밀폐된 반응영역을 정의하는 챔버(11)와, 상기 챔버의 내부에 위치하며 상면에 기판(s)을 안치하는 서셉터(12)와, 상기 서셉터(12)의 상부에서 소스물질을 분사하는 가스분배판(13)과, 상기 가스분배판(13)에 소스물질을 공급하는 가스공급관(14)을 포함한다
또한 챔버(11)의 상부에 RF 전력원(17)이 접속된 안테나(15)가 설치되어, 안테나(15)에 임피던스 정합된 RF 전력원(17)으로부터 전력이 부가되면 안테나(15)에 RF 파워, 즉 RF 전위와 전류가 인가된다. 인가된 RF 전위는 안테나(15)를 격리한 유전체와 나란한 방향으로 시간에 따라 변하는 전기장을 형성하고 안테나(15)에 흐르는 RF 전류는 반응 챔버(11) 내부공간에 자기장을 만들고 이 자기장에 의해서 유도 전기장이 형성되게 된다.
이 때, 챔버(11) 내부의 반응 가스는 유도 생성된 전기장으로부터 이온화에 필요한 충분한 에너지를 얻고 플라즈마를 형성한다. 형성된 플라즈마는 기판(s)으로 입사하여 기판(s)을 처리하게 된다.
이러한 ICP 방식의 플라즈마 발생장치에 사용되는 RF 안테나(15)로서 다양한 형태의 안테나가 적용되고 있는데, 일례로서 도 2는 ICP에 적용되는 병렬 안테나와 그 기능을 도시한다.
상기 도 2의 (a)에 도시된 안테나는 원형의 웨이퍼(wafer) 형상을 고려하여 원형의 안테나로 형성된 병렬 루프 안테나(15)로서, 웨이퍼 면적을 기준으로 중심 영역에 위치한 내측 루프 안테나(15a)와 외측 영역에 위치한 외측 루프 안테나(15b)를 구분한 병렬 루프 안테나(15)를 통해 RF 안테나에 의해 유도되는 자계 강도(field intensity)를 조절할 수 있다. 그러나 이와 같은 병렬 루프 안테나(15)는 중심 영역에서 내측 루프 안테나(15a)에 따른 인덕터의 집적도가 외측 루프 안테나(15b)에 비해 상대적으로 높아져 중심 영역과 외측 영역에서 인덕터가 동일한 길이를 가지도록 안테나를 설계하는 경우에 상기 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 중심 영역에서 상호 인덕턴스(Mutual Inductance)가 월등히 높아지므로 자계 강도도 이에 따라 중심 영역에서 월등히 높게 나타난다. 이로 인해 중심부에서는 플라즈마 밀도가 높고, 주변부로 갈수록 플라즈마의 밀도가 낮아지게 되어 챔버 내의 유효 공간 상에서 플라즈마 밀도를 균일하게 유지하는 것이 어렵다.
이러한 상기 도 2의 병렬 루프 안테나에서 발생하는 자계 강도의 불균일성을 해소하기 위해 중심 영역과 외측 영역에서의 안테나 길이를 상이하게 설계하는 경우에는 병렬 루프 안테나의 상호 작용에 의해 주파수 대역별 임피던스의 불안정이 발생할 수 있고, 내측 루프 안테나와 외측 루프 안테나의 임피던스가 서로 다르게 형성되므로 그에 따른 전력 분배가 균일하지 못한 문제가 발생할 수 있다.
또한 병렬 루프형 안테나에서 내측 루프 안테나와 외측 루프 안테나의 길이를 동일하게 유지하면서 안테나의 간격을 상이하게 설계하여 상호 인덕턴스를 조절하는 경우로서 도 3의 병렬 루프 안테나(15')에서는 내측 루프 안테나와 외측 루프 안테나의 곡률 반경 차이로 인해 A 영역과 B 영역에서 보는 바와 같이 내측 루프 안테나와 외측 루프 안테나 간의 간격이 일정하지 못하고 상이하게 되어 전체적으로 전계 강도가 불안정하게 되는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 유도결합형 플라즈마 발생장치의 병렬 루프 안테나에서 발생되는 상호 인덕턴스에 따른 전계 강도 분포가 영역별로 상이하여 이로 인해 챔버 내 유효 공간 상에서의 플라즈마의 균일도가 유지되지 못하는 문제점을 해결하고자 한다.
특히 병렬 루프 안테나의 길이를 상이하게 설계하거나 안테나 간격을 조절하는 경우에 주파수 대역별 임피던스의 불안정이 발생하거나 전력 분배가 균일하지 못한 문제점을 해결하며, 또한 전체적으로 안테나에 의한 전계 강도가 불안정하게 되는 문제점을 해결하고자 한다.
상기 기술적 과제를 달성하고자 본 발명에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나는, 안테나가 설치되는 영역의 중심점을 기준으로 하는 내측 영역에 배치된 내측 안테나부와 상기 내측 영역을 둘러싸는 외측 영역에 배치된 외측 안테나부가 전기적으로 병렬 설치된 병렬 루프 안테나를 포함하며, 상기 내측 안테나부는, 복수의 루프 안테나가 이격 거리를 두고 교번하여 복수 턴으로 감겨 형성되되, 각각의 상기 루프 안테나는 적어도 하나 이상의 브릿지를 포함하여 시작단으로부터 종단을 따라 기설정된 각도 간격마다 중단이 상기 이격 거리의 확장 조절이 가능한 상기 브릿지로 연결되며, 상기 외측 안테나부는, 상기 내측 안테나부에 대응되되, 복수의 루프 안테나가 교번하여 복수 턴으로 감겨 형성되며, 상기 브릿지의 길이에 따라 상기 병렬 루프 안테나의 상호 인덕턴스(Mutual inductance)에 따른 전계강도(Field intensity) 분포가 조절된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 내측 안테나부는, 상기 이격 거리가 등간격으로 형성되며, 상기 내측 안테나부와 상기 외측 안테나부의 사이 거리가 상기 등간격과 동일하게 형성될 수 있다.
보다 바람직하게는 상기 내측 안테나부의 루프 안테나 종단으로부터 상기 내측 루프 안테나의 형태를 따라 연장되는 가상의 선상에 상기 외측 안테나부의 루프 안테나 시작단이 위치될 수 있다.
여기서 상기 내측 안테나부의 루프 안테나는, 나선형, 원형 또는 다각형 루프로 형성될 수 있다.
나아가서 상기 내측 안테나부의 루프 안테나는, 한 턴당 짝수개의 브릿지가 형성될 수 있다.
바람직하게는 상기 내측 안테나부와 상기 외측 안테나부는, 2개의 루프 안테나가 이격 거리를 두고 교번하여 복수 턴으로 감겨 형성될 수 있다.
보다 바람직하게는 상기 내측 안테나부의 복수의 루프 안테나는, 서로 대칭되는 시작단과 종단을 가지며, 동일한 턴수로 형성될 수 있다.
또한 상기 기설정된 각도는 180도로 설정될 수 있다.
나아가서 상기 브릿지의 길이에 따라 상기 내측 안테나부의 전체 길이가 조절될 수 있다.
또한 상기 내측 안테나부의 복수개의 루프 안테나는, 나선형 또는 원형의 루프로 형성되며, 상기 브릿지의 길이에 따라 곡률 반경이 조절될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 플라즈마 발생 장치의 유효 공간 상에서 플라즈마의 균일도를 향상시키기 위한 전계 강도 분포의 조절이 가능한 병렬 루프 안테나를 제공할 수 있다.
특히, 플라즈마 발생 장치의 병렬 루프 안테나에 대한 설계 제한 조건을 충족시키면서 내측 루프 안테나의 브릿지 길이의 조절을 통해 병렬 루프 안테나의 상호 인덕턴스(Mutual inductance)를 조절할 수 있다.
나아가서 병렬 루프 안테나의 주파수 대역별 임피던스가 불안정한 문제와 안테나별 임피던스의 차이로 인한 상이한 전력 분배에 대한 문제점을 해결하여 안정적인 전계강도를 유지시킬 수 있다.
도 1은 ICP 방식의 플라즈마 발생장치의 일반적인 구성을 개략적으로 도시하며,
도 2는 유도결합형 플라즈마 발생장치에 적용되는 병렬 안테나와 그 기능을 도시하며,
도 3은 유도결합형 플라즈마 발생장치에 적용되는 또 다른 병렬 안테나를 도시하며,
도 4는 본 발명에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나에 대한 일실시예의 사시도를 도시하며,
도 5는 상기 도 4에 도시된 본 발명에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나에 대한 실시예의 상부 단면도를 도시하며,
도 6은 상기 도 5의 본 발명에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나에 대한 실시예에서 브릿지 부분의 확대도를 도시하며,
도 7은 본 발명에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나에 대한 또 다른 실시예를 도시하며,
도 8은 본 발명에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나에 대한 다양한 변형 실시예를 도시한다.
본 발명과본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.
먼저, 본 출원에서 사용한 용어는단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의표현은 문맥상 명백하게 다르게뜻하지 않는 한, 복수의표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의요지를 흐릴 수 있다고판단되는 경우에는 그 상세한설명은 생략한다.
본 발명은 유도결합형 플라즈마 발생장치에 적용되는 병렬 루프 안테나로서, 각각 복수의 루프 안테나로 구성되는 내측 안테나부와 외측 안테나부가 전기적으로 병렬 연결된 병렬 루프 안테나를 포함하며, 상기 내측 안테나부의 루프 안테나 중단을 브릿지로 연결하여 브릿지를 통해 상기 내측 안테나부를 구성하는 복수의 루프 안테나 간의 이격 거리를 확장 조절하며, 상기 내측 안테나부 상의 이격 거리 확장에 따라 상기 병렬 루프 안테나의 상호 인덕턴스(Mutual inductance)가 조절되어 전계 강도(Field intensity) 분포의 조절이 가능한 안테나를 제공한다.
도 4는 본 발명에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나에 대한 일실시예의 사시도를 도시한다.
본 발명에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치의 병렬 루프 안테나(100)는 내측 안테나부(110)와 외측 안테나부(150)를 포함하여 구성된다. 여기서 내측 안테나부와 외측 안테나부는 각각 복수의 루프 안테나가 교번하여 복수 턴으로 감겨 형성될 수 있는데, 상기 도 4에 도시된 실시예에서는 내측 안테나부(110)와 외측 안테나부(150) 각각이 2개의 루프 안테나가 교번하여 형성된 실시예를 도시한다.
내측 안테나부(110)와 외측 안테나부(150) 각각은 임피던스 정합된 RF 전력원에 연결되는데, 상기 도 2에서와 같이 내측 안테나부(110)와 외측 안테나부(150) 각각은 일측 끝단(171)이 급전선(170)에 연결되고 타측 끝단(175)은 그라운드선(미도시)에 연결되도록 구성될 수 있다.
본 발명에서는 내측 안테나부(110)를 구성하는 루프 안테나의 중단에 브릿지(130)를 형성하여, 브릿지(130)를 통해 내측 안테나부(110)의 복수개의 루프 안테나 간 이격 거리를 조절하며, 이를 통해 병렬 루프 안테나(100)의 상호 인덕턴스가 변경되어 전계 강도(Field intensity) 분포의 조절이 가능해진다.
가령, 나선형 루프 안테나는 원통좌표계(cylindrical coordinate)를 이용한 방정식에 의해 설계될 수 있는데, 중심점으로부터의 거리 R, 변화 각도 Theta, 높이 Z를 이용하면 하기 [식 1] 내지 [식 3]에 따라 안테나의 설계가 가능하다.
Figure pat00001
[식 1]
Figure pat00002
[식 2]
Figure pat00003
[식 3]
여기서, 상기 A는 안테나의 나선 시작점과 중심점과의 거리, 상기 B는 상기 Theta를 배제한 안테나의 나선 시작점에서 나선 끝점까지의 거리, 상기 t는 0에서 1까지 증가하는 변수, 상기 C는 안테나의 나선 턴수, 상기 D는 Z축 방향으로의 거리를 나타낸다.
만약 복수의 나선형 루프 안테나가 교차하면서 형성되는 경우에 각 안테나의 상기 B를 상기 C로 나눈 값이 같다면 복수의 나선형 루프 안테나는 동일한 동심원 곡률을 가지며 이 값의 차이가 클수록 복수의 나선형 루프 안테나는 동심원 곡률의 차이가 커지게 된다.
상기 B와 C의 비율을 일정하게 고정한 상태에서 안테나의 길이를 파장(wavelength)을 고려하여 설정하고, 나아가서 영역별 안테나의 나선 턴수까지 일정하도록 고려한다면 안테나에 따른 영역별 자계 강도를 제어하기 위한 조절 가능한 조건은 제한적이어서 안테나 설계가 용이하지 않게 된다.
따라서 본 발명에서는 이와 같은 제약 조건 상에서도 용이하게 자계 강도를 제어할 수 있는 방안으로서, 루프 안테나의 중단에 이격 거리를 조절하는 브릿지의 연결을 채용하여 상기에서 살펴본 설계 제한 조건을 만족하면서 브릿지를 통한 복수의 루프 안테나 간의 간격 조절을 통해 안테나의 자계 강도를 조절할 수 있게 된다.
도 5는 상기 도 4에 도시된 본 발명에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나에 대한 실시예의 상부 단면도를 도시하는데, 상기 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나를 좀 더 살펴보기로 한다.
먼저 플라즈마 발생장치 상에서 이용될 안테나의 주파수 파장 길이에 따라 안테나의 전체 사이즈가 설정되고, 안테나의 전체 사이즈를 기초로 플라즈마 발생장치 상에서 안테나가 설치되는 영역을 중심점을 기준으로 하는 내측 영역과 외측 영역으로 구분하여, 상기 내측 영역에는 내측 안테나부(110)가 형성되고, 상기 외측 영역에는 외측 안테나부(150)가 형성된다.
병렬 루프 안테나를 형성함에 있어서 플라즈마 발생장치의 챔버 내 유효 공간 상에서의 전계 강도의 분포를 고려하여 병렬 루프 안테나의 상호 인덕턴스를 조절하기 위한 내측 안테나부(110)와 외측 안테나부(150)의 루프 안테나에 대한 루프 턴수가 설정되며, 이에 따라 내측 안테나부(110)와 외측 안테나부(150)는 점차적으로 곡률 반경이 증가하면서 설정된 복수의 턴수를 갖는 루프 안테나로 형성될 수 있다.
나아가서 내측 안테나부(110)와 외측 안테나부(150)는 각각 선택적으로 복수개의 루프 안테나로 형성될 수 있으며, 이때 복수개의 루프 안테나는 서로 교번하여 형성될 수 있다. 가령 상기 도 5에서 보는 바와 같이 내측 안테나부(110)는 2개의 루프 안테나(111, 115)가 서로 대칭되는 시작단과 종단을 가지며, 동일한 턴수로 교번하여 형성되어 있으며, 외측 안테나부(150)도 2개의 루프 안테나(151, 155)가 서로 대칭되는 시작단과 종단을 가지며, 동일한 턴수로 교번하여 형성되어 있다.
여기서 내측 안테나부(110)는 그 중단에 브릿지가 연결되어, 중심점과의 거리가 상기 브릿지의 길이에 대응하여 변경되어 형성되는데, 바람직하게는 안테나의 시작단으로부터 종단까지 기설정된 각도 간격마다 중단이 브릿지로 연결될 수 있다.
상기 도 5의 본 발명에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나에 대한 실시예에서 브릿지 부분 C의 확대도를 도시하는 도 6을 참조하여 살펴보면, 내측 안테나부(110)를 구성하는 2개의 나선형 루프 안테나(111, 115)에는 일측(111a, 115a)과 타측(111b, 115b)의 사이가 브릿지(131, 135)로 연결되어 중심점으로부터 일측(111a, 115a)이 타측(111b, 115b)보다 더 긴 거리로 형성되어 있다.
이와 같은 브릿지(131, 135)를 통해 내측 안테나부(110)를 구성하는 2개의 나선형 루프 안테나(111, 115)의 일측(111a, 115a)은 타측(111b, 115b)과 대비하여 기존의 곡률 반경은 유지되면서 브릿지(131, 135)의 길이 H만큼 중심점과의 거리가 확장 변경되는 루프 형태로 형성된다.
브릿지(131, 135)에 의해 내측 안테나부(110)의 루프 안테나 간 이격 거리는 증가되거나 감소될 수 있는데, 이는 내측 루프 안테나(110)의 시작단이 어디냐에 따라서 브릿지(131, 135)가 내측으로 연장될 수도 있고 또는 외측으로 연장될 수도 있다. 이를 좀더 살펴보자면, 다시 상기 도 5로 회귀하여, 만약 내측 안테나부(110)에 포함된 나선형 루프 안테나(111)의 시작단이 중심점에서 가까운 S2이고 종단이 S1인 경우에는 브릿지가 외측으로 연장되어 브릿지의 이후부터의 루프 안테나는 중심점으로부터의 거리가 더 연장된 것으로 볼 수 있고, 반대로 나선형 루프 안테나(111)의 시작단이 S1이고 종단이 S2인 경우에는 브릿지가 내측으로 연장되어 브릿지의 이후부터의 루프 안테나는 중심점으로부터 거리가 더 감소한 것으로 볼 수 있다. 즉, 루프 안테나의 시작지점과 종료지점이 어디를 기준으로 하느냐에 따라서 브릿지에 의해서 중심점으로부터 안테나의 이격 거리가 더 증가하거나 감소될 수 있는데, 양자 모두 실질적으로는 내측 안테나부(110)의 루프 안테나 간의 이격 거리를 증가시키게 된다.
또한 내측 안테나부(110)에는 브릿지가 하나 이상 형성될 수 있는데, 내측 안테나부(110)를 구성하는 루프 안테나의 한 턴마다 홀수개의 브릿지가 형성되는 경우에는 내측 안테나부(110) 상에서 루프 안테나 간의 이격 거리가 동일하게 유지되지 않는 구간이 발생되므로 바람직하게는 내측 안테나부(110)의 루프 안테나에는 한 턴마다 짝수개의 브릿지가 각각 서로 대응되는 중단 지점에 형성되는 것이 바람직하다.
상기 도 5로 다시 회귀하여 살펴보면, 내측 안테나부(110) 상의 2개의 나선형 루프 안테나(111, 115)는 한턴 마다 짝수개의 브릿지를 형성시키기 위해서 각각의 루프 안테나의 시작단으로부터 종단까지 180도 간격마다 브릿지로 연결되어 있다.
이와 같은 내측 안테나부(110)의 브릿지를 통해서 앞서 살펴본 안테나 설계 제한 조건은 만족시키면서도 안테나 간격을 조절할 수 있게 되는데, 즉 브릿지 길이 H만큼 내측 안테나부(110) 상에서 2개의 나선형 루프 안테나(111, 115) 간의 간격을 증가시킬 수 있게 되며, 브릿지의 길이에 따라 내측 안테나부(110)의 전체적인 안테나의 길이와 곡률 반경 등이 조절될 수 있다.
특히, 내측 안테나부(110) 상의 브릿지를 통해 본 발명의 주된 목적인 전계강도 분포가 조절될 수 있는데, 내측 안테나부(110)의 브릿지 길이를 조정함으로써 전체적인 병렬 루프 안테나(100)의 상호 인덕턴스가 조절되며, 이로 인해 상호 인덕턴스에 따른 전계강도 분포가 조절될 수 있다.
나아가서 본 발명에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나에 대한 다른 실시예로서, 도 7은 본 발명에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나에 대한 또 다른 실시예를 도시한다.
상기 도 7의 실시예는 상기 도 5의 실시예와 유사한 구조를 가지므로 중복되는 설명은 생략하고 상기 도 7의 실시예에서만 채용된 구성을 살펴보기로 한다.
상기 도 7의 실시예에서는 내측 안테나부(110)와 외측 안테나부(150) 간의 사이 거리가 D1으로 형성되어 있는데, 내측 안테나부(110)를 구성하는 2개의 나선형 루프 안테나(111, 115) 간의 이격 거리 D2를 브릿지의 길이 조절을 통해 D1과 동일하게 형성한다. 이와 같이 내측 안테나부(110)의 브릿지 길이 제어로 내측 안테나부(110)를 구성하는 루프 안테나(111, 115) 간의 이격 거리 D2를 내측 안테나부(110)와 외측 안테나부(150) 간의 사이 거리 D1과 동일하게 형성시킴으로써, 상기 도 3의 종래 병렬 루프 안테나에서 내측 루프 안테나와 외측 루프 안테나 간의 간격이 일정하지 못하고 상이하게 되어 전체적으로 전계 강도가 불안정하게 되는 문제점을 해결할 수 있게 된다.
나아가서 내측 안테나부(110)를 구성하는 루프 안테나(111, 115)의 종단이 외측 안테나부(150)의 루프 안테나(151, 155)의 시작단에 대응되도록 형성시킬 수 있는데, 상기 도 7에서 보는 바와 같이 내측 안테나부(110)의 루프 안테나(111)의 종단(S1)으로부터 내측 안테나부(110)의 형태를 따라 연장되는 가상의 선상 E에 외측 안테나부(150)의 루프 안테나 시작단(S3)를 위치시켜 내측 안테나부(110)와 외측 안테나부(150)로 구분됨에 따른 안테나의 끊김 부분을 제거시킬 수 있어 내측 안테나부(110)와 외측 안테나부(150) 간의 끊김 부분에서의 전계 강도가 불안정한 문제점을 해결할 수 있게 된다.
상기 실시예에서 살펴본 형태에 국한되지 않고 다양하게 변형될 수 있는데, 도 8은 본 발명에 따른 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나의 다양한 변형 실시예를 도시한다.
상기 도 7의 (a)는 브릿지의 수가 변형된 실시예로서, 병렬 루프 안테나(200)의 내측 안테나부(210) 상에는 90도 간격마다 브릿지가 형성되어 내측 안테나부(210)를 구성하는 루프 안테나의 한 턴당 4개의 브릿지가 형성된 실시예이다.
이와 같이 내측 안테나부(210)를 구성하는 루프 안테나의 한 턴당 브릿지의 수를 증가시킴으로써 내측 안테나부(210) 상의 루프 안테나 간 이격 간격을 더욱 증가시킬 수 있는데, 플라즈마 발생 장치의 챔버 내 유효 공간 상에서 필요로 하는 전계강도 분포를 고려하여 전체적인 병렬 루프 안테나(200)의 상호 인덕턴스에 따라 형성시킬 브릿지 수가 결정될 수 있다.
또한 앞서 살펴본 실시예들에서는 병렬 루프 안테나가 모두 나선 루프형이였지만 이에 국한되지 않고, 상기 도 7의 (b)와 같이 병렬 루프 안테나(300)의 내측 안테나부(310)와 외측 안테나부(350)를 구성하는 루프 안테나가 육각형의 루프로 형성될 수도 있으며, 나아가서 플라즈마 발생 장치의 챔버 내 유효 공간 상에서 필요로 하는 전계강도 분포에 따라서 다양한 형태의 루프 형태로 변형될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의기술 사상을 예시적으로 설명한것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 플라즈마 발생 장치, 11 : 챔버,
12 : 서셉터, 13 : 가스분배판,
14 : 가스공급관, 15 : 안테나,
17 : RF 전력원,
100, 200, 300 : 병렬 루프 안테나,
110, 210, 310 : 내측 안테나부,
111, 115 : 내측 안테나부의 루프 안테나,
150, 250, 350 : 외측 안테나부,
151, 155 : 외측 안테나부의 루프 안테나,
130, 131, 135 : 브릿지,
170 : 급전선.

Claims (10)

  1. 안테나가 설치되는 영역의 중심점을 기준으로 하는 내측 영역에 배치된 내측 안테나부와 상기 내측 영역을 둘러싸는 외측 영역에 배치된 외측 안테나부가 전기적으로 병렬 설치된 병렬 루프 안테나를 포함하며,
    상기 내측 안테나부는,
    복수의 루프 안테나가 이격 거리를 두고 교번하여 복수 턴으로 감겨 형성되되, 각각의 상기 루프 안테나는 적어도 하나 이상의 브릿지를 포함하여 시작단으로부터 종단을 따라 기설정된 각도 간격마다 중단이 상기 이격 거리의 확장 조절이 가능한 상기 브릿지로 연결되며,
    상기 외측 안테나부는,
    상기 내측 안테나부에 대응되되, 복수의 루프 안테나가 교번하여 복수 턴으로 감겨 형성되며,
    상기 브릿지의 길이에 따라 상기 병렬 루프 안테나의 상호 인덕턴스(Mutual inductance)에 따른 전계강도(Field intensity) 분포가 조절된 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측 안테나부는,
    상기 이격 거리가 등간격으로 형성되며,
    상기 내측 안테나부와 상기 외측 안테나부의 사이 거리가 상기 등간격과 동일하게 형성된 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 내측 안테나부의 루프 안테나 종단으로부터 상기 내측 안테나부의 형태를 따라 연장되는 가상의 선상에 상기 외측 안테나부의 루프 안테나 시작단이 위치된 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측 안테나부의 루프 안테나는,
    나선형, 원형 또는 다각형 루프로 형성된 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측 안테나부의 루프 안테나는,
    한 턴당 짝수개의 브릿지가 형성된 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내측 안테나부와 상기 외측 안테나부는,
    2개의 루프 안테나가 이격 거리를 두고 교번하여 복수 턴으로 감겨 형성된 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내측 안테나부의 복수의 루프 안테나는,
    서로 대칭되는 시작단과 종단을 가지며, 동일한 턴수로 형성된 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기설정된 각도는 180도인 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 브릿지의 길이에 따라 상기 내측 안테나부의 전체 길이가 조절된 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나.
  10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내측 안테나부의 복수개의 루프 안테나는,
    나선형 또는 원형의 루프로 형성되며, 상기 브릿지의 길이에 따라 곡률 반경이 조절된 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나.
KR1020140032618A 2014-03-20 2014-03-20 전계강도 분포 조절이 가능한 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나 KR20150110851A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140032618A KR20150110851A (ko) 2014-03-20 2014-03-20 전계강도 분포 조절이 가능한 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140032618A KR20150110851A (ko) 2014-03-20 2014-03-20 전계강도 분포 조절이 가능한 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20150110851A true KR20150110851A (ko) 2015-10-05

Family

ID=54344193

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140032618A KR20150110851A (ko) 2014-03-20 2014-03-20 전계강도 분포 조절이 가능한 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20150110851A (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170123571A (ko) * 2016-10-05 2017-11-08 인베니아 주식회사 플라즈마 발생용 안테나 및 이를 사용하는 플라즈마 처리 장치
KR20180050068A (ko) * 2016-11-04 2018-05-14 인베니아 주식회사 플라즈마 발생용 안테나 구조체
JP2021034138A (ja) * 2019-08-19 2021-03-01 株式会社東芝 高周波アンテナ及びプラズマ処理装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170123571A (ko) * 2016-10-05 2017-11-08 인베니아 주식회사 플라즈마 발생용 안테나 및 이를 사용하는 플라즈마 처리 장치
KR20180050068A (ko) * 2016-11-04 2018-05-14 인베니아 주식회사 플라즈마 발생용 안테나 구조체
JP2021034138A (ja) * 2019-08-19 2021-03-01 株式会社東芝 高周波アンテナ及びプラズマ処理装置
KR20210021895A (ko) * 2019-08-19 2021-03-02 가부시끼가이샤 도시바 고주파 안테나 및 플라스마 처리 장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101091356B1 (ko) 대규모 유도 결합 플라즈마 소스용 유도 소자
US10271416B2 (en) High efficiency triple-coil inductively coupled plasma source with phase control
KR101328520B1 (ko) 플라즈마 장비
KR101494927B1 (ko) 플라즈마의 방사상 불균일성을 최소화하기 위한 유도성 엘리먼트들의 어레이
US20130032574A1 (en) Capacitive-coupled plasma processing apparatus and method for processing substrate
JP7416986B2 (ja) コイル構造およびプラズマ処理装置
US9659751B2 (en) System and method for selective coil excitation in inductively coupled plasma processing reactors
KR20130054216A (ko) 플라즈마 특성을 제어하기 위한 다수의 rf 파워 결합 소자를 이용한 고주파(rf) 파워 결합 시스템
KR101246809B1 (ko) 플라즈마 처리장치 및 이를 위한 안테나
KR20150110851A (ko) 전계강도 분포 조절이 가능한 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나
WO2020146558A1 (en) Improved electrostatic shield for inductive plasma sources
KR101467093B1 (ko) 플라즈마의 밀도를 조절할 수 있는 내부 삽입형 선형 안테나, 안테나 조립체 및 이를 이용한 플라즈마 장치
US20230134296A1 (en) Transformer Isolator Having RF Shield Structure for Effective Magnetic Power Transfer
KR101253297B1 (ko) 유도결합 플라즈마 안테나 및 이를 이용하는 플라즈마 처리장치
TWI577247B (zh) 使用雙電漿源產生電漿之裝置及包括該裝置的用於處理基板之裝置
US9472378B2 (en) Multiple zone coil antenna with plural radial lobes
US9312104B2 (en) Coil antenna with plural radial lobes
US10892139B2 (en) ICP antenna and substrate processing device including the same
KR102407388B1 (ko) 유도 결합 플라즈마 발생용 안테나 구조
US20140196849A1 (en) Inductively coupled plasma source
KR101011341B1 (ko) 플라즈마 발생장치
JP2018081761A (ja) プラズマ発生アンテナユニットおよびプラズマ処理装置

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid