KR20160006315A

KR20160006315A - 이중 플라즈마 소스를 이용한 플라즈마 생성 장치 및 그를 포함하는 기판 처리 장치

Info

Publication number: KR20160006315A
Application number: KR1020140085214A
Authority: KR
Inventors: 채희선; 조정희; 이종식; 이한샘; 김현준
Original assignee: 피에스케이 주식회사
Priority date: 2014-07-08
Filing date: 2014-07-08
Publication date: 2016-01-19
Also published as: TWI577247B; CN105282953A; TW201603652A; CN105282953B; KR101649947B1; US20160013029A1

Abstract

본 발명은 이중 플라즈마 소스를 이용한 플라즈마 생성 장치 및 그를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치는, RF 신호를 공급하는 RF 전원; 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 플라즈마 챔버; 상기 플라즈마 챔버의 일 부분에 설치되어 플라즈마를 생성하는 제 1 플라즈마 소스; 및 상기 플라즈마 챔버의 타 부분에 설치되어 플라즈마를 생성하는 제 2 플라즈마 소스를 포함하되, 상기 제 2 플라즈마 소스는: 상기 플라즈마 챔버의 둘레를 따라 형성되며, 내부에 공정 가스가 주입되어 상기 플라즈마 챔버로 이동하는 가스 이동 경로가 마련된 다수의 절연 루프; 및 상기 절연 루프에 결합되고, 상기 RF 신호를 인가받아 상기 가스 이동 경로를 통해 이동하는 상기 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 다수의 전자장 인가기;를 포함할 수 있다.

Description

이중 플라즈마 소스를 이용한 플라즈마 생성 장치 및 그를 포함하는 기판 처리 장치{APPARATUS FOR GENERATING PLASMA USING DUAL PLASMA SOURCE AND APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE COMPRISING THE SAME}

본 발명은 이중 플라즈마 소스를 이용한 플라즈마 생성 장치 및 그를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.

반도체, 디스플레이, 솔라셀 등을 제조하는 공정은 플라즈마로 기판을 처리하는 공정을 이용한다. 예를 들어, 반도체 제조 공정에 사용되는 식각 장치, 애싱(ashing) 장치, 세정 장치 등은 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 소스를 포함하며, 기판은 상기 플라즈마에 의해 식각, 애싱, 세정될 수 있다.

플라즈마 소스 중 ICP(Inductive Coupling Plasma) 타입의 소스는 챔버에 설치된 코일에 시변 전류를 흘려 챔버 내에 전자장을 유도하고, 유도된 전자장을 이용하여 챔버에 공급된 가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 그러나, ICP 타입의 플라즈마 소스는 챔버의 중심 영역에 생성되는 플라즈마의 밀도가 가장자리 영역에 생성되는 플라즈마의 밀도보다 더 높아 기판의 지름 방향에 걸친 플라즈마의 밀도 프로파일이 불균일하다는 단점을 갖는다.

게다가, 최근 직경이 450 mm에 달하는 대면적 기판을 처리하는 공정이 도입되면서 이러한 플라즈마 밀도의 불균일에 의한 공정 수율 저하가 큰 이슈로 대두되고 있다. 따라서, 플라즈마 공정의 수율을 높이기 위해서는 챔버 전체에 걸쳐 플라즈마를 균일하게 생성하는 것이 요구된다.

본 발명의 실시예는 챔버 내에 플라즈마를 균일하게 발생시키는 플라즈마 생성 장치 및 그를 포함하는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예는 챔버 내에 생성되는 플라즈마의 밀도 프로파일을 제어할 수 있는 플라즈마 생성 장치 및 그를 포함하는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 생성 장치는, RF 신호를 공급하는 RF 전원; 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 플라즈마 챔버; 상기 플라즈마 챔버의 일 부분에 설치되어 플라즈마를 생성하는 제 1 플라즈마 소스; 및 상기 플라즈마 챔버의 타 부분에 설치되어 플라즈마를 생성하는 제 2 플라즈마 소스를 포함하되, 상기 제 2 플라즈마 소스는: 상기 플라즈마 챔버의 둘레를 따라 형성되며, 내부에 공정 가스가 주입되어 상기 플라즈마 챔버로 이동하는 가스 이동 경로가 마련된 다수의 절연 루프; 및 상기 절연 루프에 결합되고, 상기 RF 신호를 인가받아 상기 가스 이동 경로를 통해 이동하는 상기 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 다수의 전자장 인가기;를 포함할 수 있다.

상기 전자장 인가기는: 자성체로 구성되며, 상기 절연 루프를 감싸는 코어; 및 상기 코어에 감긴 코일;을 포함할 수 있다.

상기 코어는: 상기 절연 루프의 제 1 부분을 감싸 제 1 폐루프를 형성하는 제 1 코어; 및 상기 절연 루프의 제 2 부분을 감싸 제 2 폐루프를 형성하는 제 2 코어;를 포함할 수 있다.

상기 제 1 코어는: 상기 제 1 폐루프의 절반부를 형성하는 제 1 서브 코어; 및 상기 제 1 폐루프의 나머지 절반부를 형성하는 제 2 서브 코어를 포함하고, 상기 제 2 코어는: 상기 제 2 폐루프의 절반부를 형성하는 제 3 서브 코어; 및 상기 제 2 폐루프의 나머지 절반부를 형성하는 제 4 서브 코어를 포함할 수 있다.

상기 다수의 전자장 인가기는 직렬로 연결될 수 있다.

상기 다수의 전자장 인가기는 서로 병렬로 연결된 제 1 인가기 그룹 및 제 2 인가기 그룹을 포함할 수 있다.

상기 다수의 전자장 인가기는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 상기 코어에 감기는 상기 코일의 권선 수가 증가하도록 구성될 수 있다.

상기 다수의 전자장 인가기는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 상기 제 1 서브 코어와 상기 제 2 서브 코어 간의 간격, 및 상기 제 3 서브 코어와 상기 제 4 서브 코어 간의 간격이 작아지도록 구성될 수 있다.

상기 제 1 서브 코어와 상기 제 2 서브 코어 사이, 그리고 상기 제 3 서브 코어와 상기 제 4 서브 코어 사이에는 절연체가 삽입될 수 있다.

상기 제 2 플라즈마 소스는 8 개의 전자장 인가기들을 포함하고, 상기 전자장 인가기들 중 4 개는 직렬로 연결되어 제 1 인가기 그룹을 형성하고, 상기 전자장 인가기들 중 나머지 4 개는 직렬로 연결되어 제 2 인가기 그룹을 형성하고, 상기 제 1 인가기 그룹과 상기 제 2 인가기 그룹은 병렬로 연결되며, 상기 제 1 인가기 그룹을 형성하는 4 개의 전자장 인가기들은 임피던스 비가 1:1.5:4:8이고, 상기 제 2 인가기 그룹을 형성하는 4 개의 전자장 인가기들은 임피던스 비가 1:1.5:4:8일 수 있다.

상기 코일은: 상기 코어의 일 부분에 감긴 제 1 코일; 및 상기 코어의 타 부분에 감긴 제 2 코일을 포함하며, 상기 제 1 코일과 상기 제 2 코일은 상호 유도 결합될 수 있다.

상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일은 권선 수가 동일할 수 있다.

상기 플라즈마 생성 장치는 상기 제 2 플라즈마 소스의 접지단에 연결되는 리액턴스 소자를 더 포함할 수 있다.

상기 플라즈마 생성 장치는 상기 RF 전원과 상기 다수의 전자장 인가기 간의 노드들에 구비되어 각 노드에서 상기 RF 신호의 위상을 동일하게 고정시키는 위상 조절기를 더 포함할 수 있다.

상기 플라즈마 생성 장치는, 상기 제 2 플라즈마 소스의 접지단에 연결되는 리액턴스 소자; 및 상기 다수의 전자장 인가기 간의 노드들에 연결된 분로(shunt) 리액턴스 소자를 더 포함할 수 있다.

상기 분로 리액턴스 소자의 임피던스는 상기 상호 유도 결합된 코일들 중 2차 코일과 상기 리액턴스 소자의 합성 임피던스의 절반일 수 있다.

상기 제 1 플라즈마 소스는 상기 플라즈마 챔버의 상부에 설치되어 상기 플라즈마 챔버 내에 전자장을 유도하는 안테나를 포함할 수 있다.

상기 제 1 플라즈마 소스는 상기 플라즈마 챔버 내에 설치되어 상기 플라즈마 챔버 내에 전기장을 형성하는 전극들을 포함할 수 있다.

상기 플라즈마 챔버의 상부에 암모니아 및 수소 중 적어도 하나를 포함하는 공정 가스가 주입되고, 상기 절연 루프에 산소 및 질소 중 적어도 하나를 포함하는 공정 가스가 주입될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 내부에 기판이 배치되는 공정 챔버를 포함하며, 공정이 수행되는 공간을 제공하는 공정 유닛;

플라즈마를 발생시켜 상기 공정 유닛으로 플라즈마를 제공하는 플라즈마 발생 유닛; 및

상기 공정 유닛 내부의 가스 및 반응 부산물을 배출하는 배기 유닛을 포함하며,

상기 플라즈마 발생 유닛은: RF 신호를 공급하는 RF 전원; 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 플라즈마 챔버; 상기 플라즈마 챔버의 일 부분에 설치되어 플라즈마를 생성하는 제 1 플라즈마 소스; 및 상기 플라즈마 챔버의 타 부분에 설치되어 플라즈마를 생성하는 제 2 플라즈마 소스를 포함하되, 상기 제 2 플라즈마 소스는: 상기 플라즈마 챔버의 둘레를 따라 형성되며, 내부에 공정 가스가 주입되어 상기 플라즈마 챔버로 이동하는 가스 이동 경로가 마련된 다수의 절연 루프; 및 상기 절연 루프에 결합되고, 상기 RF 신호를 인가받아 상기 가스 이동 경로를 통해 이동하는 상기 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 다수의 전자장 인가기;를 포함할 수 있다.

상기 다수의 전자장 인가기는 직렬로 연결될 수 있다.

상기 기판 처리 장치는 상기 제 2 플라즈마 소스의 접지단에 연결되는 리액턴스 소자를 더 포함할 수 있다.

상기 기판 처리 장치는 상기 RF 전원과 상기 다수의 전자장 인가기 간의 노드들에 구비되어 각 노드에서 상기 RF 신호의 위상을 동일하게 고정시키는 위상 조절기를 더 포함할 수 있다.

상기 기판 처리 장치는, 상기 제 2 플라즈마 소스의 접지단에 연결되는 리액턴스 소자; 및 상기 다수의 전자장 인가기 간의 노드들에 연결된 분로 리액턴스 소자를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 챔버 내에 플라즈마를 균일하게 생성할 수 있다. 특히, 대면적의 기판을 처리하기 위한 대형 챔버에서도 플라즈마를 균일하게 생성하거나, 챔버 전체에 걸쳐 생성되는 플라즈마의 밀도 프로파일을 공정에 따라 제어할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 대면적의 기판을 처리하는 경우 공정의 수율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 예시적으로 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 플라즈마 소스의 평면 모습을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 루프의 내부 구조를 나타내는 예시적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자장 인가기의 정면 모습을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 플라즈마 소스의 등가 회로도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제 2 플라즈마 소스의 평면 모습을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제 2 플라즈마 소스의 등가 회로도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전자장 인가기의 정면 모습을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제 2 플라즈마 소스의 등가 회로도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제 2 플라즈마 소스의 등가 회로도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제 2 플라즈마 소스의 등가 회로도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제 2 플라즈마 소스의 평면 모습을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전자장 인가기의 정면 모습을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제 2 플라즈마 소스의 등가 회로도이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따라 제 1 플라즈마 소스에 의해 생성된 제 1 플라즈마, 제 2 플라즈마 소스에 의해 생성된 제 2 플라즈마, 그리고 제 1 및 제 2 플라즈마 소스에 의해 챔버 내에 최종적으로 생성된 플라즈마의 밀도 프로파일을 나타내는 그래프이다.

본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 이 동사의 다양한 활용형들 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 본 명세서에서 '및/또는' 이라는 용어는 나열된 구성들 각각 또는 이들의 다양한 조합을 가리킨다.

이하, 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(10)를 예시적으로 나타내는 개략도이다.

도 1을 참조하면, 상기 기판 처리 장치(10)는 플라즈마를 이용하여 기판(S) 상의 박막을 처리, 예컨대 식각 또는 애싱(ashing)할 수 있다. 식각 또는 애싱하고자 하는 박막은 질화막일 수 있으며, 일 예로 실리콘 질화막일 수 있다. 그러나, 상기 처리하고자 하는 박막은 이에 제한되지 않고, 공정에 따라 다양할 수 있다.

상기 기판 처리 장치(10)는 공정 유닛(100), 배기 유닛(200) 및 플라즈마 발생 유닛(300)을 가질 수 있다. 공정 유닛(100)은 기판이 놓이고 식각 또는 애싱 공정이 수행되는 공간을 제공할 수 있다. 배기 유닛(200)은 공정 유닛(100) 내부에 머무르는 공정 가스 및 기판 처리 과정에서 발생한 반응 부산물 등을 외부로 배출하고, 공정 유닛(100) 내의 압력을 설정 압력으로 유지할 수 있다. 플라즈마 발생 유닛(300)은 외부에서 공급되는 공정 가스로부터 플라즈마를 생성하고, 이를 공정 유닛(100)으로 공급할 수 있다.

공정 유닛(100)은 공정 챔버(110), 기판 지지부(120), 그리고 배플(130)을 가질 수 있다. 공정 챔버(110)의 내부에는 기판 처리 공정을 수행하는 처리 공간(111)이 형성될 수 있다. 공정 챔버(110)는 상부벽이 개방되고, 측벽에는 개구(미도시)가 형성될 수 있다. 기판은 개구를 통하여 공정 챔버(110)에 출입할 수 있다. 개구는 도어(미도시)와 같은 개폐 부재에 의해 개폐될 수 있다. 공정 챔버(110)의 바닥면에는 배기홀(112)이 형성될 수 있다. 배기홀(112)은 배기유닛(200)과 연결되며, 공정 챔버(110) 내부에 머무르는 가스와 반응 부산물이 외부로 배출되는 통로를 제공할 수 있다.

기판 지지부(120)는 기판(S)을 지지할 수 있다. 기판 지지부(120)는 서셉터(121)와 지지축(122)을 포함할 수 있다. 서셉터(121)는 처리 공간(111) 내에 위치되며 원판 형상으로 제공될 수 있다. 서셉터(121)는 지지축(122)에 의해 지지될 수 있다. 기판(S)은 서셉터(121)의 상면에 놓일 수 있다. 서셉터(121)의 내부에는 전극(미도시)이 제공될 수 있다. 전극은 외부 전원과 연결되며, 인가된 전력에 의해 정전기를 발생시킬 수 있다. 발생된 정전기는 기판(S)을 서셉터(121)에 고정시킬 수 있다. 서셉터(121)의 내부에는 가열부재(125)가 제공될 수 있다. 일 예에 의하면, 가열부재(125)는 히팅 코일일 수 있다. 또한, 서셉터(121)의 내부에는 냉각부재(126)가 제공될 수 있다. 냉각부재는 냉각수가 흐르는 냉각라인으로 제공될 수 있다. 가열부재(125)는 기판(S)을 기 설정된 온도로 가열할 수 있다. 냉각부재(126)는 기판(S)을 강제 냉각시킬 수 있다. 공정 처리가 완료된 기판(S)은 상온 상태 또는 다음 공정 진행에 요구되는 온도로 냉각될 수 있다.

배플(130)은 서셉터(121)의 상부에 위치할 수 있다. 배플(130)에는 홀(131)들이 형성될 수 있다. 홀(131)들은 배플(130)의 상면에서 하면까지 제공되는 관통홀로 제공되며, 배플(130)의 각 영역에 균일하게 형성될 수 있다.

플라즈마 발생 유닛(300)은 공정 챔버(110)의 상부에 위치할 수 있다. 플라즈마 발생 유닛(300)은 공정 가스를 방전시켜 플라즈마를 생성하고, 생성된 플라즈마를 처리 공간(111)으로 공급할 수 있다. 플라즈마 발생 유닛(300)은 RF 전원(311, 321), 플라즈마 챔버(330), 제 1 플라즈마 소스(310) 및 제 2 플라즈마 소스(320)를 포함할 수 있다. 제 1 플라즈마 소스(310)는 플라즈마 챔버(330)의 일 부분(331)에 설치되어 제 1 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킬 수 있다. 제 2 플라즈마 소스(320)는 플라즈마 챔버(330)의 타 부분(332)에 설치되어 제 2 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킬 수 있다.

여기서, 상기 제 1 플라즈마 소스(310)에 공급되는 제 1 공정 가스는 암모니아 NH₃ 및 수소 H₂ 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제 2 플라즈마 소스(320)에 공급되는 제 2 공정 가스는 산소 O₂ 및 질소 N₂ 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

플라즈마 챔버(330)는 공정 챔버(110)의 상부에 위치되어 공정 챔버(110)에 결합될 수 있다. 플라즈마 챔버(330)는 플라즈마를 생성하기 위한 공정 가스를 공급받을 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제 1 플라즈마 소스(310)는 플라즈마 챔버(330)의 상부(331)에 설치되고, 상기 제 2 플라즈마 소스(320)는 플라즈마 챔버(330)의 하부(332)에 설치될 수 있다.

상기 제 1 플라즈마 소스(310)는 챔버 내에 전자장을 유도하는 안테나(312)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 안테나(312)는 RF 전원(311)으로부터 RF 신호를 인가받아 챔버 내에 전자장을 유도할 수 있다.

그러나, 상기 제 1 플라즈마 소스(310)는 전술한 ICP 타입의 소스로 제한되지 않고, 실시예에 따라 CCP(Capacitive Coupling Plasma) 타입으로 구성될 수도 있다. 이 경우, 상기 제 1 플라즈마 소스(310)는 챔버 내에 설치되어 전기장을 형성하는 전극들을 포함한다.

반면, 본 발명의 실시예에 따른 제 2 플라즈마 소스(320)는 다수의 절연 루프(322) 및 그에 결합된 다수의 전자장 인가기(340)를 이용하여 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다.

상기 제 1 플라즈마 소스(310)의 접지단과 상기 제 2 플라즈마 소스(320)의 접지단에는 리액턴스 소자(350), 예컨대 커패시터가 연결될 수 있다. 상기 리액턴스 소자(350)는 임피던스가 고정된 고정 리액턴스 소자일 수 있으나, 실시예에 따라 임피던스가 변경될 수 있는 가변 리액턴스 소자일 수도 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 플라즈마 소스(320)의 평면 모습을 나타내는 예시적인 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 플라즈마 소스(320)는 다수의 절연 루프(3221 내지 3228) 및 다수의 전자장 인가기(341 내지 348)를 포함할 수 있다.

상기 다수의 절연 루프(3221 내지 3228)는 플라즈마 챔버(332)의 둘레를 따라 형성된다. 상기 다수의 전자장 인가기(341 내지 348)는 상기 절연 루프(3221 내지 3228)에 결합되고, RF 전원(321)으로부터 RF 신호를 인가받아 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다.

일 실시예에 따르면, 상기 RF 전원(321)은 RF 신호를 생성하여 전자장 인가기(341 내지 348)로 출력할 수 있다. 상기 RF 전원(321)은 RF 신호를 통해 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 전력을 전달할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 RF 전원(321)은 정현파 형태의 RF 신호를 생성하여 출력할 수 있으나, 상기 RF 신호는 이에 제한되지 않고 구형파, 삼각파, 톱니파, 펄스파 등 다양한 파형을 가질 수 있다.

상기 플라즈마 챔버(322)는 플라즈마가 생성되는 공간을 제공할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 챔버(322)는 외벽이 다각형의 단면을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 플라즈마 챔버(322)는 단면이 팔각형인 외벽을 가질 수 있으나, 단면의 형상은 이에 제한되지 않는다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 챔버(322)의 외벽 단면 형상은 챔버에 배치되는 전자장 인가기의 개수에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 플라즈마 챔버(322)의 외벽 단면이 팔각형인 경우, 상기 팔각형의 각 변에 해당하는 측벽에 상기 전자장 인가기(341 내지 348)가 배치될 수 있다.

이와 같이, 상기 플라즈마 챔버(322)의 외벽 단면이 다각형인 경우, 상기 다각형의 변의 개수는 전자장 인가기의 개수와 일치할 수 있다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 플라즈마 챔버(322)의 내벽은 단면이 원형일 수 있으나, 내벽 단면의 형상은 이에 제한되지 않는다.

상기 전자장 인가기(341 내지 348)는 플라즈마 챔버(322)에 배치되며, RF 전원(321)으로부터 RF 신호를 공급받아 전자장을 유도할 수 있다. 상기 전자장 인가기(341 내지 348)는 플라즈마 챔버(322)의 둘레에 형성된 절연 루프(3221 내지 3228)를 통해 챔버에 배치될 수 있다.

예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 플라즈마 챔버(322)의 둘레에는 다수의 절연 루프(3221 내지 3228)가 구비될 수 있다. 상기 절연 루프(3221 내지 3228)는 절연체로 만들어지며, 일 예로 쿼츠 또는 세라믹으로 만들어질 수 있으나 이에 제한되지는 않는다.

상기 다수의 절연 루프(3221 내지 3228)는 플라즈마 챔버(322)의 둘레를 따라 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 다수의 절연 루프(3221 내지 3228)는 플라즈마 챔버(322)의 외벽에 일정 간격마다 설치될 수 있다. 도 2에 도시된 제 2 플라즈마 소스(320)는 8 개의 절연 루프(3221 내지 3228)를 포함하나, 실시예에 따라 절연 루프의 개수는 변경될 수 있다.

상기 절연 루프(3221 내지 3228)는 플라즈마 챔버(322)의 외벽과 함께 폐루프를 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 절연 루프(3221 내지 3228)는 'ㄷ' 또는 'Ｕ'자 모양으로 형성될 수 있으며, 플라즈마 챔버(322)의 외벽에 설치되는 경우 폐루프를 형성할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 절연 루프(3221 내지 3228)는 내부에 공정 가스가 이동할 수 있는 경로가 마련될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 루프(3221)의 내부 구조를 나타내는 예시적인 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 절연 루프(3221)는 내부에 가스 이동 경로(323)가 마련되어 있어, 상기 절연 루프(3221)에 공급된 공정 가스가 상기 가스 이동 경로(323)를 통해 플라즈마 챔버(322)로 이동할 수 있다. 즉, 상기 절연 루프(3221)의 내부는 소정의 빈 공간을 갖도록 형성되고, 그 빈 공간을 통해 공정 가스가 이동하여 플라즈마 챔버(322)에 공급된다.

나아가, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 절연 루프(3221)의 내부에서 이동하는 공정 가스는 상기 절연 루프(3221)에 결합된 전자장 인가기(341)에 의해 플라즈마 상태로 변환되어 플라즈마 챔버(322)에 공급될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 전자장 인가기(341)는 코어와 그에 감겨 있는 코일로 구성되며, RF 전원(321)으로부터 RF 신호를 인가받아 상기 절연 루프(3221)에 걸쳐 전기장을 유도한다. 그리고, 상기 공정 가스는 절연 루프(3221)를 통해 이동하면서 유도 전기장에 의해 플라즈마 상태로 여기된다.

앞서 설명한 바와 같이, 상기 제 1 플라즈마 소스(310)에 공급되는 제 1 공정 가스는 암모니아 및 수소 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 상기 제 2 플라즈마 소스(320)에 공급되는 제 2 공정 가스는 산소 및 질소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 만약, 상기 제 2 플라즈마 소스(320)에 제 1 공정 가스와 같은 암모니아 또는 수소가 공급된다면, 그로부터 생성된 플라즈마는 절연 루프(3221)를 지나가면서 절연 루프를 손상시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자장 인가기(341)의 정면 모습을 나타내는 예시적인 도면이다.

상기 전자장 인가기(341)는, 자성체로 구성되며 상기 절연 루프(3221)를 감싸는 코어(3411, 3412), 및 상기 코어에 감긴 코일(3413)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 코어(3411, 3412)는 페라이트(ferrite)로 구성될 수 있으나, 코어의 재질은 이에 제한되지 않는다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 코어는 제 1 코어(3411) 및 제 2 코어(3412)를 포함할 수 있다. 상기 제 1 코어(3411)는 절연 루프(3221)의 제 1 부분을 감싸 제 1 폐루프를 형성할 수 있다. 상기 제 2 코어(3412)는 절연 루프(3221)의 제 2 부분을 감싸 제 2 폐루프를 형성할 수 있다.

이 경우, 상기 코일(3413)은 상기 제 1 코어(3411)와 상기 제 2 코어(3412)에 감길 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제 1 코어(3411)와 상기 제 2 코어(3412)는 인접하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 코어(3411)와 상기 제 2 코어(3412)는 서로 접하도록 배치될 수 있으나, 실시예에 따라 제 1 및 제 2 코어(3411, 3412)는 기 결정된 간격만큼 이격되어 설치될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 코어(3411)는 상기 제 1 폐루프의 절반부를 형성하는 제 1 서브 코어(3411a), 및 상기 제 1 폐루프의 나머지 절반부를 형성하는 제 2 서브 코어(3411b)를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제 2 코어(3412)는 상기 제 2 폐루프의 절반부를 형성하는 제 3 서브 코어(3412a), 및 상기 제 2 폐루프의 나머지 절반부를 형성하는 제 4 서브 코어(3412b)를 포함할 수 있다.

이와 같이, 상기 제 1 코어(3411)와 상기 제 2 코어(3412)는 각각 둘 또는 그 이상의 부품으로 구성될 수 있으나, 실시예에 따라 일체로 구성될 수도 있다.

전술한 바와 같이, 상기 전자장 인가기(341)는 RF 신호를 인가받아 절연 루프(3221) 내부에 전기장을 유도할 수 있다. RF 전원(321)으로부터 출력된 RF 신호는 상기 전자장 인가기(341)의 코일(3413)에 인가되어 코어(3411, 3412)를 따라 자기장을 형성하고, 상기 자기장은 절연 루프(3221) 내부에 전기장을 유도한다.

일 실시예에 따르면, 상기 다수의 전자장 인가기(341 내지 348)는 제 1 인가기 그룹 및 제 2 인가기 그룹을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 인가기 그룹은 서로 병렬로 연결될 수 있다.

구체적으로, 상기 다수의 전자장 인가기(341 내지 348) 중 일부는 직렬로 연결되어 제 1 인가기 그룹을 형성하고, 상기 다수의 전자장 인가기(341 내지 348) 중 나머지는 직렬로 연결되어 제 2 인가기 그룹을 형성할 수 있으며, 상기 제 1 인가기 그룹과 상기 제 2 인가기 그룹은 병렬로 연결될 수 있다.

예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 2 플라즈마 소스(320)는 8 개의 전자장 인가기(341 내지 348)를 포함할 수 있으며, 이 중 4 개의 전자장 인가기(341 내지 344)는 직렬로 연결되어 제 1 인가기 그룹을 형성하고, 나머지 4 개의 전자장 인가기(345 내지 348)는 직렬로 연결되어 제 2 인가기 그룹을 형성할 수 있다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 인가기 그룹과 상기 제 2 인가기 그룹은 병렬로 연결될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 플라즈마 소스(320)의 등가 회로도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 전자장 인가기(341 내지 348)는 저항, 인덕터 및 커패시터로 나타낼 수 있으며, 제 1 인가기 그룹을 구성하는 4 개의 전자장 인가기(341 내지 344)는 서로 직렬로 연결되고, 제 2 인가기 그룹을 구성하는 4 개의 전자장 인가기(345 내지 348)는 서로 직렬로 연결될 수 있다. 또한, 제 1 인가기 그룹과 제 2 인가기 그룹은 서로 병렬로 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 다수의 전자장 인가기(341 내지 348)는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 임피던스가 높아지도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 도 5를 참조하면, 제 1 인가기 그룹에 포함된 전자장 인가기(341 내지 344) 중에서, 입력단에 가장 가까운 제 1 전자장 인가기(341)의 임피던스 Z₁가 가장 낮고, 그 다음으로 입력단에 가까운 제 2 전자장 인가기(342)의 임피던스 Z₂가 두 번째로 낮고, 그 다음으로 입력단에 가까운 제 3 전자장 인가기(343)의 임피던스 Z₃가 세 번째로 낮고, 마지막으로 접지단에 가장 가까운 제 4 전자장 인가기(344)의 임피던스 Z₄가 가장 높다(Z₁ < Z₂ < Z₃ < Z₄).

또한, 제 2 인가기 그룹에 포함된 전자장 인가기(345 내지 348) 중에서는, 입력단에 가장 가까운 제 5 전자장 인가기(345)의 임피던스 Z₅가 가장 낮고, 그 다음으로 입력단에 가까운 제 6 전자장 인가기(346)의 임피던스 Z₆가 두 번째로 낮고, 그 다음으로 입력단에 가까운 제 7 전자장 인가기(347)의 임피던스 Z₇가 세 번째로 낮고, 마지막으로 접지단에 가장 가까운 제 8 전자장 인가기(348)의 임피던스 Z₈가 가장 높다(Z₅ < Z₆ < Z₇ < Z₈).

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 병렬로 연결된 인가기 그룹들 중에서 서로 대응하는 위치에 있는 전자장 인가기는 임피던스가 동일할 수 있다.

예를 들어, 도 4를 참조하면, 병렬로 연결된 제 1 인가기 그룹과 제 2 인가기 그룹 중에서, 입력단에 가장 가까이 위치한 제 1 전자장 인가기(341)와 제 5 전자장 인가기(345)는 임피던스가 동일할 수 있다(Z₁ = Z₅). 마찬가지로, 입력단에서 두 번째로 가까이 위치한 제 2 전자장 인가기(342)와 제 6 전자장 인가기(346)는 임피던스가 동일할 수 있다(Z₂ = Z₆). 또한, 입력단에서 세 번째로 가까이 위치한 제 3 전자장 인가기(343)와 제 7 전자장 인가기(347)는 임피던스가 동일할 수 있다(Z₃ = Z₇). 마지막으로, 접지단에 가장 가까이 위치한 제 4 전자장 인가기(344)와 제 8 전자장 인가기(348)는 임피던스가 동일할 수 있다(Z₄ = Z₈).

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 다수의 전자장 인가기는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 코일(3413)의 권선수가 증가하도록 구성될 수 있다. 코일(3413)의 권선수가 늘어남에 따라 코일의 인덕턴스가 증가하게 되며, 상기 다수의 전자장 인가기(341 내지 348)는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 임피던스가 높아지도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 도 2를 참조하면, 제 1 인가기 그룹을 구성하는 4 개의 전자장 인가기(341 내지 344)의 경우, 제 1 전자장 인가기(341), 제 2 전자장 인가기(342), 제 3 전자장 인가기(343) 및 제 4 전자장 인가기(344) 순으로 코일의 권선수가 증가할 수 있다.

마찬가지로, 도 2를 참조하면, 제 2 인가기 그룹을 구성하는 4 개의 전자장 인가기(345 내지 348)의 경우, 제 5 전자장 인가기(345), 제 6 전자장 인가기(346), 제 7 전자장 인가기(347) 및 제 8 전자장 인가기(348) 순으로 코일의 권선수가 증가할 수 있다.

또한, 제 1 인가기 그룹과 제 2 인가기 그룹을 비교하면, 서로 대응하는 위치에 있는 제 1 전자장 인가기(341)와 제 5 전자장 인가기(345)의 코일 권선수가 동일하고, 제 2 전자장 인가기(342)와 제 6 전자장 인가기(346)의 코일 권선수가 동일하고, 제 3 전자장 인가기(343)와 제 7 전자장 인가기(347)의 코일 권선수가 동일하고, 제 4 전자장 인가기(344)와 제 8 전자장 인가기(348)의 코일 권선수가 동일할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 상기 다수의 전자장 인가기는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 제 1 서브 코어(3411a)와 제 2 서브 코어(3411b) 간의 간격(d₁), 및 제 3 서브 코어(3412a)와 제 4 서브 코어(3412b) 간의 간격(d₂)이 작아지도록 구성될 수 있다. 상기 간격(d₁,d₂)이 커질수록 코어와 코일 간의 결합계수가 감소하여 인덕턴스가 작아질 수 있다. 그리고, 인덕턴스가 작아질수록 전자장 인가기의 임피던스는 작아지므로, 상기 다수의 전자장 인가기(341 내지 348)는 입력단에서 접지단으로 갈수록 임피던스가 높아지도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 도 2를 참조하면, 제 1 인가기 그룹을 구성하는 4 개의 전자장 인가기(341 내지 344)의 경우, 제 1 전자장 인가기(341), 제 2 전자장 인가기(342), 제 3 전자장 인가기(343) 및 제 4 전자장 인가기(344) 순으로 상기 간격(d₁,d₂)이 작아질 수 있다.

마찬가지로, 도 2를 참조하면, 제 2 인가기 그룹을 구성하는 4 개의 전자장 인가기(345 내지 348)의 경우, 제 5 전자장 인가기(345), 제 6 전자장 인가기(346), 제 7 전자장 인가기(347) 및 제 8 전자장 인가기(348) 순으로 상기 간격(d₁,d₂)이 작아질 수 있다.

또한, 제 1 인가기 그룹과 제 2 인가기 그룹을 비교하면, 서로 대응하는 위치에 있는 제 1 전자장 인가기(341)와 제 5 전자장 인가기(345)의 상기 간격이 동일하고, 제 2 전자장 인가기(342)와 제 6 전자장 인가기(346)의 상기 간격이 동일하고, 제 3 전자장 인가기(343)와 제 7 전자장 인가기(347)의 상기 간격이 동일하고, 제 4 전자장 인가기(344)와 제 8 전자장 인가기(348)의 상기 간격이 동일할 수 있다.

이와 같이, 다수의 전자장 인가기(341 내지 348)는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 코일의 권선수가 증가하거나 코어 간의 간격이 작아져 임피던스가 증가할 수 있으나, 실시예에 따라 상기 다수의 전자장 인가기(341 내지 348)는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 코일의 권선수 증가와 코어 간의 간격 감소가 함께 이루어질 수도 있다. 이 경우, 전자장 인가기의 임피던스는 코일의 권선수에 의해 대략적으로 조절되고, 코어 간의 간격에 의해 미세하게 조절될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전자장 인가기는 코어들 사이에 절연체가 삽입될 수 있다.

예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 전자장 인가기는 제 1 서브 코어(3411a)와 제 2 서브 코어(3411b) 사이, 그리고 제 3 서브 코어(3412a)와 제 4 서브 코어(3412b) 사이에 절연체(3414)가 삽입될 수 있다. 상기 절연체는 절연 물질로 만들어진 테잎일 수 있으며, 이 경우 코어 간의 간격(d₁, d₂)을 조절하기 위해 한 장 또는 그 이상의 절연 테잎이 코어 사이에 부착될 수 있다.

다시 도 2 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 플라즈마 소스(320)는 8 개의 전자장 인가기(341 내지 348)를 포함하며, 이 중 4 개(341 내지 344)는 직렬로 연결되어 제 1 인가기 그룹을 형성하고, 나머지 4 개(345 내지 348)는 직렬로 연결되어 제 2 인가기 그룹을 형성할 수 있다. 상기 제 1 인가기 그룹과 상기 제 2 인가기 그룹은 병렬로 연결될 수 있다.

그리고, 상기 제 1 인가기 그룹을 구성하는 4 개의 전자장 인가기(341 내지 344)는 임피던스 비가 1:1.5:4:8이고, 제 2 인가기 그룹을 구성하는 4 개의 전자장 인가기(345 내지 348) 역시 임피던스 비가 1:1.5:4:8일 수 있다(Z₁:Z₂:Z₃:Z₄ = Z₅:Z₆:Z₇:Z₈ = 1:1.5:4:8).

도 2 및 도 5에 도시된 제 2 플라즈마 소스(320)는 총 8 개의 전자장 인가기들을 포함하지만, 상기 전자장 인가기의 개수는 이에 제한되지 않고 그보다 적거나 많을 수도 있다.

또한, 도 2 및 도 5에 도시된 제 2 플라즈마 소스(320)는 총 2 개의 인가기 그룹들이 병렬로 연결되도록 구성되지만, 병렬로 연결되는 인가기 그룹들의 개수는 그보다 많을 수도 있다. 예를 들어, 제 2 플라즈마 소스(320)는 총 9 개의 전자장 인가기들을 포함할 수 있으며, 이 중 3 개의 전자장 인가기들이 하나의 인가기 그룹을 구성하여 총 3 개의 인가기 그룹들이 구성될 수 있다. 그리고 상기 3 개의 인가기 그룹들은 서로 병렬로 연결될 수 있다.

도 2 및 도 5에 도시된 실시예와 달리, 상기 다수의 전자장 인가기들은 직렬로 연결될 수도 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제 2 플라즈마 소스(320)의 평면 모습을 나타내는 예시적인 도면이다.

도 6을 참조하면, 상기 제 2 플라즈마 소스(320)는 다수의 전자장 인가기(341 내지 348)를 포함할 수 있으나, 도 2에 도시된 실시예와 달리 상기 다수의 전자장 인가기(341 내지 348)는 모두 직렬로 연결될 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제 2 플라즈마 소스(320)의 등가 회로도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 다수의 전자장 인가기(341 내지 348)는 직렬로 연결될 수 있다. 그리고, 상기 다수의 전자장 인가기(341 내지 348)는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 임피던스가 높아지도록 구성될 수 있다. 다시 말해, 입력단에 가까운 순서대로 제 1 전자장 인가기(341), 제 2 전자장 인가기(342), 제 3 전자장 인가기(343), 제 4 전자장 인가기(344), 제 5 전자장 인가기(345), 제 6 전자장 인가기(346), 제 7 전자장 인가기(347) 및 제 8 전자장 인가기(348) 순으로 임피던스가 높아지도록 구성될 수 있다(Z₁ < Z₂ < Z₃ < Z₄ < Z₅ < Z₆ < Z₇ < Z₈).

전술한 실시예들은 전자장 인가기를 구성하는 코어(3411, 3412)에 하나의 코일(3413)만이 감겨 있으나, 또 다른 실시예에 따르면 상기 코어(3411, 3412)에는 복수의 코일들이 감겨 상호 유도 결합될 수 있다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전자장 인가기(341)의 정면 모습을 나타내는 예시적인 도면이다.

도 8을 참조하면, 상기 전자장 인가기(341)를 구성하는 코일은 코어(3411, 3412)의 일 부분에 감긴 제 1 코일(3413a), 및 상기 코어(3411, 3412)의 타 부분에 감긴 제 2 코일(3413b)을 포함하며, 상기 제 1 코일(3413a)과 상기 제 2 코일(3413b)은 상호 유도 결합될 수 있다.

또한, 상기 제 1 코어(3411)와 상기 제 2 코어(3412)는 서로 맞닿아 있을 수 있으며, 상기 제 1 코일(3413a)과 상기 제 2 코일(3413b)은 제 1 및 제 2 코어(3411, 3412)의 서로 맞닿아 있는 부분에 감길 수 있다.

이와 같이, 제 1 코일(3413a)과 제 2 코일(3413b)이 코어를 공유한 채 서로 분리되어 감김으로써, 상기 제 1 코일(3413a)과 상기 제 2 코일(3413b)은 상호 유도 결합될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 각각의 전자장 인가기에 포함된 코일들, 예컨대 제 1 코일(3413a)과 제 2 코일(3413b)은 권선 수가 동일할 수 있다. 다시 말해, 상호 유도 결합된 두 코일은 그 권선 비가 1:1일 수 있다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제 2 플라즈마 소스(320)의 등가 회로도이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 각각의 전자장 인가기에 포함된 제 1 코일 및 제 2 코일은 상호 유도 결합되어 있으며 두 코일의 권선 비는 1:1이므로, 각각의 전자장 인가기는 1:1 전압 변압기(voltage transformer)에 대응할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 다수의 전자장 인가기(341 내지 348)는 서로 직렬로 연결될 수 있다.

다수의 전자장 인가기(341 내지 348)가 서로 직렬로 연결되어 있음에도 불구하고, 각각의 전자장 인가기에 포함된 코일들이 상호 유도 결합되어 1:1 전압 변압기를 구현하므로, 제 2 플라즈마 소스(320)의 각 노드(n₁ 내지 n₉)에서의 전압은 크기가 모두 동일할 수 있다.

그 결과, 각각의 전자장 인가기에 의해 유도되는 전자장의 세기는 모두 동일하게 되며, 챔버에 생성되는 플라즈마의 밀도 역시 챔버 둘레에 걸쳐 균일하게 분포할 수 있다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제 2 플라즈마 소스(320)의 등가 회로도이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 플라즈마 소스(320)는 위상 조절기(360)를 더 포함할 수 있다. 상기 위상 조절기(360)는 RF 전원(321)과 다수의 전자장 인가기(341 내지 348) 간의 노드들(n₁ 내지 n₈)에 구비되어 각 노드에서 RF신호의 위상을 동일하게 고정시킬 수 있다.

이 실시예에 따르면, 상기 제 2 플라즈마 소스(320)의 각 노드에서의 전압은 진폭 뿐만 아니라 위상도 동일하게 조절될 수 있다.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제 2 플라즈마 소스(320)의 등가 회로도이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 플라즈마 소스(320)는 분로(shunt) 리액턴스 소자(370)를 더 포함할 수 있다. 상기 분로 리액턴스 소자(370)는 다수의 전자장 인가기(341 내지 348) 간의 노드들(n₂ 내지 n₈)에 연결될 수 있다. 다시 말해, 상기 분로 리액턴스 소자(370)의 일단은 전자장 인가기들 간의 노드(n₂ 내지 n₈)에 연결되고, 타단은 접지될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 분로 리액턴스 소자(370)는 용량성 소자인 커패시터일 수 있으며, 그 임피던스는 상호 유도 결합된 코일들 중 제 2 코일(L)과 접지단에 연결된 리액턴스 소자(C)의 합성 임피던스의 절반일 수 있다.

이 실시예에 따르면, 상기 분로 리액턴스 소자(370)는 제 2 플라즈마 소스(320)의 전원측 입력단과 접지측 출력단의 전압을 동일하게 만들 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리액턴스 소자(350)는 가변 커패시터를 포함할 수 있다. 이 실시예에 따르면, 상기 제 2 플라즈마 소스(320)는 상기 가변 커패시터의 커패시턴스를 조절하여 각 전자장 인가기에서의 전압 강하량을 제어할 수 있다.

일 예로, 상기 가변 커패시터의 커패시턴스를 감소시켜 임피던스를 증가시키는 경우, 상기 가변 커패시터에서의 전압 강하량이 증가한 결과 상대적으로 각 전자장 인가기에서의 전압 강하량이 감소하게 된다.

다른 예로, 상기 가변 커패시터의 커패시턴스를 증가시켜 임피던스를 감소시키는 경우, 상기 가변 커패시터에서의 전압 강하량이 감소한 결과 상대적으로 각 전자장 인가기에서의 전압 강하량이 증가하게 된다.

따라서, 상기 플라즈마 발생 유닛(300)은 기판 처리 공정 또는 챔버 내 환경 등에 따라 원하는 플라즈마 밀도를 얻기 위해 상기 가변 커패시터의 커패시턴스를 조절하여 전자장 인가기에서의 전압 강하량을 조절할 수 있다.

도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제 2 플라즈마 소스(320)의 평면 모습을 나타내는 예시적인 도면이다.

도 12에 도시된 실시예는, 각 전자장 인가기에 포함된 제 1 및 제 2 코어(3411, 3412)가 서로 맞붙어 있어 제 1 및 제 2 코일(3413a, 3413b)이 코어들의 서로 맞붙어 있는 부분에 감겨 있는 도 8에 도시된 실시예와 달리, 상기 제 1 및 제 2 코어가 서로 이격되어 있으며 각 코어의 일부분에 제 1 코일이 감겨 있고 각 코어의 타부분에 제 2 코일이 감겨 있다.

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전자장 인가기(341)의 정면 모습을 나타내는 예시적인 도면이다.

도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전자장 인가기(341)는 제 1 코어(3411)와 제 2 코어(3412)가 서로 이격되어 있으며, 각 코어의 일부분에는 제 1 코일(3413a, 3413c)이 감겨 있고, 타부분에는 제 2 코일(3413b, 3413d)이 감겨 있을 수 있다.

상기 제 1 및 제 2 코어(3411, 3412)는 각각 별도의 폐루프를 형성하며, 제 1 코일(3413a, 3413c)과 제 2 코일(3413b, 3413d)은 하나의 코어를 공유하여 상호 유도 결합된다.

각 코일의 권선 수는 모두 동일할 수 있으며, 이 경우 제 1 코일(3413a, 3413c)과 제 2 코일(3413b, 3413d) 간의 권선 비는 1:1이 되어, 각각의 코어와 그에 감긴 코일들은 1:1의 전압 변압기를 구현할 수 있다.

도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제 2 플라즈마 소스(320)의 등가 회로도이다.

도 14에 도시된 바와 같이, 전자장 인가기(341 내지 348)의 각 코어와 그에 감긴 코일들은 상호 유도 결합 회로를 구성하여 1:1 전압 변압기에 대응할 수 있다.

그 결과, 제 2 플라즈마 소스(320)의 각 노드(n₁ 내지 n₁₇)에서의 전압 크기는 모두 동일하게 조절될 수 있다.

실시예에 따라, 노드(n₁ 내지 n₁₆)에는 위상 조절기(360)가 더 구비되어, 각 노드에서 RF 신호의 위상도 동일하게 고정될 수 있다.

실시예에 따라, 노드(n₂ 내지 n₁₆)에는 분로 리액턴스 소자(370)가 연결될 수 있으며, 상기 분로 리액턴스 소자(370)의 타단은 접지될 수 있다. 상기 분로 리액턴스 소자(370)는 커패시터일 수 있으며, 그 임피던스는 상호 유도 결합된 코일들 중 제 2 코일(L)과 리액턴스 소자(C)의 합성 임피던스의 절반으로 조절될 수 있다.

도 15는 본 발명의 실시예에 따라 제 1 플라즈마 소스(310)에 의해 생성된 제 1 플라즈마, 제 2 플라즈마 소스(320)에 의해 생성된 제 2 플라즈마, 그리고 제 1 및 제 2 플라즈마 소스(310, 320)에 의해 챔버(330) 내에 최종적으로 생성된 플라즈마의 밀도 프로파일을 나타내는 그래프이다.

도 15를 참조하면, ICP 또는 CCP 타입의 제 1 플라즈마 소스(310)는 챔버(330)의 중심 영역에서의 밀도가 가장자리 영역에서의 밀도보다 더 높은 제 1 플라즈마를 생성한다.

반면, 챔버(330)의 둘레를 따라 배치된 다수의 절연 루프(3221 내지 3228) 및 다수의 전자장 인가기(341 내지 348)를 포함하는 제 2 플라즈마 소스(320)는 챔버(330)의 가장자리 영역에서의 밀도가 중심 영역에서의 밀도보다 더 높은 제 2 플라즈마를 생성함을 알 수 있다.

그 결과, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛(300)은 제 1 플라즈마와 제 2 플라즈마의 합성에 의해 챔버(330) 전체에 걸쳐 균일한 밀도의 플라즈마를 생성할 수 있다.

나아가, 상기 제 1 플라즈마 소스(310)와 상기 제 2 플라즈마 소스(320)에 공급되는 RF 전력의 크기를 조절함으로써, 챔버(330)의 중심 영역보다 가장자리 영역에서의 밀도가 더 높은 플라즈마를 얻거나, 그 반대로 챔버(330)의 가장자리 영역보다 중심 영역에서의 밀도가 더 높은 플라즈마를 얻을 수도 있다.

이와 같은 RF 전력의 조절은 각 플라즈마 소스에 연결된 RF 전원(311, 321)의 출력 전력을 소정의 비율로 제어함으로써 달성될 수 있다. 실시예에 따라, 제 1 및 제 2 플라즈마 소스(310, 320)가 하나의 RF 전원으로부터 전력을 공급받는다면, 상기 RF 전원과 플라즈마 소스들 사이에 전력 분배 회로를 구비하여 각 플라즈마 소스에 공급되는 전력을 조절할 수도 있다.

이상에서 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 위 실시예는 단지 본 발명의 사상을 설명하기 위한 것으로 이에 한정되지 않는다. 통상의 기술자는 전술한 실시예에 다양한 변형이 가해질 수 있음을 이해할 것이다. 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위의 해석을 통해서만 정해진다.

10: 기판 처리 장치
100: 공정 유닛
200: 배기 유닛
300: 플라즈마 발생 유닛
310: 제 1 플라즈마 소스
311: RF 전원
312: 안테나
320: 제 2 플라즈마 소스
321: RF 전원
322: 절연 루프
323: 가스 이동 경로
330: 플라즈마 챔버
340: 전자장 인가기
350: 리액턴스 소자
360: 위상 조절기
370: 분로 리액턴스 소자

Claims

RF 신호를 공급하는 RF 전원;
플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 플라즈마 챔버;
상기 플라즈마 챔버의 일 부분에 설치되어 플라즈마를 생성하는 제 1 플라즈마 소스; 및
상기 플라즈마 챔버의 타 부분에 설치되어 플라즈마를 생성하는 제 2 플라즈마 소스를 포함하되, 상기 제 2 플라즈마 소스는:
상기 플라즈마 챔버의 둘레를 따라 형성되며, 내부에 공정 가스가 주입되어 상기 플라즈마 챔버로 이동하는 가스 이동 경로가 마련된 다수의 절연 루프; 및
상기 절연 루프에 결합되고, 상기 RF 신호를 인가받아 상기 가스 이동 경로를 통해 이동하는 상기 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 다수의 전자장 인가기;
를 포함하는 플라즈마 생성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 전자장 인가기는:
자성체로 구성되며, 상기 절연 루프를 감싸는 코어; 및
상기 코어에 감긴 코일;
을 포함하는 플라즈마 생성 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 코어는:
상기 절연 루프의 제 1 부분을 감싸 제 1 폐루프를 형성하는 제 1 코어; 및
상기 절연 루프의 제 2 부분을 감싸 제 2 폐루프를 형성하는 제 2 코어;
를 포함하는 플라즈마 생성 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 코어는:
상기 제 1 폐루프의 절반부를 형성하는 제 1 서브 코어; 및
상기 제 1 폐루프의 나머지 절반부를 형성하는 제 2 서브 코어를 포함하고,
상기 제 2 코어는:
상기 제 2 폐루프의 절반부를 형성하는 제 3 서브 코어; 및
상기 제 2 폐루프의 나머지 절반부를 형성하는 제 4 서브 코어를 포함하는 플라즈마 생성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 다수의 전자장 인가기는 직렬로 연결되는 플라즈마 생성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 다수의 전자장 인가기는 서로 병렬로 연결된 제 1 인가기 그룹 및 제 2 인가기 그룹을 포함하는 플라즈마 생성 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 다수의 전자장 인가기는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 상기 코어에 감기는 상기 코일의 권선 수가 증가하도록 구성되는 플라즈마 생성 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 다수의 전자장 인가기는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 상기 제 1 서브 코어와 상기 제 2 서브 코어 간의 간격, 및 상기 제 3 서브 코어와 상기 제 4 서브 코어 간의 간격이 작아지도록 구성되는 플라즈마 생성 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 제 1 서브 코어와 상기 제 2 서브 코어 사이, 그리고 상기 제 3 서브 코어와 상기 제 4 서브 코어 사이에는 절연체가 삽입되는 플라즈마 생성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 플라즈마 소스는 8 개의 전자장 인가기들을 포함하고,
상기 전자장 인가기들 중 4 개는 직렬로 연결되어 제 1 인가기 그룹을 형성하고,
상기 전자장 인가기들 중 나머지 4 개는 직렬로 연결되어 제 2 인가기 그룹을 형성하고,
상기 제 1 인가기 그룹과 상기 제 2 인가기 그룹은 병렬로 연결되며,
상기 제 1 인가기 그룹을 형성하는 4 개의 전자장 인가기들은 임피던스 비가 1:1.5:4:8이고,
상기 제 2 인가기 그룹을 형성하는 4 개의 전자장 인가기들은 임피던스 비가 1:1.5:4:8인 플라즈마 생성 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 코일은:
상기 코어의 일 부분에 감긴 제 1 코일; 및
상기 코어의 타 부분에 감긴 제 2 코일을 포함하며,
상기 제 1 코일과 상기 제 2 코일은 상호 유도 결합된 플라즈마 생성 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일은 권선 수가 동일한 플라즈마 생성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 플라즈마 소스의 접지단에 연결되는 리액턴스 소자를 더 포함하는 플라즈마 생성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 RF 전원과 상기 다수의 전자장 인가기 간의 노드들에 구비되어 각 노드에서 상기 RF 신호의 위상을 동일하게 고정시키는 위상 조절기를 더 포함하는 플라즈마 생성 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 제 2 플라즈마 소스의 접지단에 연결되는 리액턴스 소자; 및
상기 다수의 전자장 인가기 간의 노드들에 연결된 분로(shunt) 리액턴스 소자를 더 포함하는 플라즈마 생성 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 분로 리액턴스 소자의 임피던스는 상기 상호 유도 결합된 코일들 중 2차 코일과 상기 리액턴스 소자의 합성 임피던스의 절반인 플라즈마 생성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 플라즈마 소스는 상기 플라즈마 챔버의 상부에 설치되어 상기 플라즈마 챔버 내에 전자장을 유도하는 안테나를 포함하는 플라즈마 생성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 플라즈마 소스는 상기 플라즈마 챔버 내에 설치되어 상기 플라즈마 챔버 내에 전기장을 형성하는 전극들을 포함하는 플라즈마 생성 장치.
제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
상기 플라즈마 챔버의 상부에 암모니아 및 수소 중 적어도 하나를 포함하는 공정 가스가 주입되고,
상기 절연 루프에 산소 및 질소 중 적어도 하나를 포함하는 공정 가스가 주입되는 플라즈마 생성 장치.
내부에 기판이 배치되는 공정 챔버를 포함하며, 공정이 수행되는 공간을 제공하는 공정 유닛;
플라즈마를 발생시켜 상기 공정 유닛으로 플라즈마를 제공하는 플라즈마 발생 유닛; 및
상기 공정 유닛 내부의 가스 및 반응 부산물을 배출하는 배기 유닛을 포함하며,
상기 플라즈마 발생 유닛은:
RF 신호를 공급하는 RF 전원;
플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 플라즈마 챔버;
상기 플라즈마 챔버의 일 부분에 설치되어 플라즈마를 생성하는 제 1 플라즈마 소스; 및
상기 플라즈마 챔버의 타 부분에 설치되어 플라즈마를 생성하는 제 2 플라즈마 소스를 포함하되, 상기 제 2 플라즈마 소스는:
상기 플라즈마 챔버의 둘레를 따라 형성되며, 내부에 공정 가스가 주입되어 상기 플라즈마 챔버로 이동하는 가스 이동 경로가 마련된 다수의 절연 루프; 및
상기 절연 루프에 결합되고, 상기 RF 신호를 인가받아 상기 가스 이동 경로를 통해 이동하는 상기 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 다수의 전자장 인가기;
를 포함하는 기판 처리 장치.
제 20 항에 있어서,
상기 전자장 인가기는:
자성체로 구성되며, 상기 절연 루프를 감싸는 코어; 및
상기 코어에 감긴 코일;
을 포함하는 기판 처리 장치.
제 21 항에 있어서,
상기 코어는:
상기 절연 루프의 제 1 부분을 감싸 제 1 폐루프를 형성하는 제 1 코어; 및
상기 절연 루프의 제 2 부분을 감싸 제 2 폐루프를 형성하는 제 2 코어;
를 포함하는 기판 처리 장치.
제 22 항에 있어서,
상기 제 1 코어는:
상기 제 1 폐루프의 절반부를 형성하는 제 1 서브 코어; 및
상기 제 1 폐루프의 나머지 절반부를 형성하는 제 2 서브 코어를 포함하고,
상기 제 2 코어는:
상기 제 2 폐루프의 절반부를 형성하는 제 3 서브 코어; 및
상기 제 2 폐루프의 나머지 절반부를 형성하는 제 4 서브 코어를 포함하는 기판 처리 장치.
제 20 항에 있어서,
상기 다수의 전자장 인가기는 직렬로 연결되는 기판 처리 장치.
제 20 항에 있어서,
상기 다수의 전자장 인가기는 서로 병렬로 연결된 제 1 인가기 그룹 및 제 2 인가기 그룹을 포함하는 기판 처리 장치.
제 21 항에 있어서,
상기 다수의 전자장 인가기는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 상기 코어에 감기는 상기 코일의 권선 수가 증가하도록 구성되는 기판 처리 장치.
제 23 항에 있어서,
상기 다수의 전자장 인가기는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 상기 제 1 서브 코어와 상기 제 2 서브 코어 간의 간격, 및 상기 제 3 서브 코어와 상기 제 4 서브 코어 간의 간격이 작아지도록 구성되는 기판 처리 장치.
제 27 항에 있어서,
상기 제 1 서브 코어와 상기 제 2 서브 코어 사이, 그리고 상기 제 3 서브 코어와 상기 제 4 서브 코어 사이에는 절연체가 삽입되는 기판 처리 장치.
제 20 항에 있어서,
상기 제 2 플라즈마 소스는 8 개의 전자장 인가기들을 포함하고,
상기 전자장 인가기들 중 4 개는 직렬로 연결되어 제 1 인가기 그룹을 형성하고,
상기 전자장 인가기들 중 나머지 4 개는 직렬로 연결되어 제 2 인가기 그룹을 형성하고,
상기 제 1 인가기 그룹과 상기 제 2 인가기 그룹은 병렬로 연결되며,
상기 제 1 인가기 그룹을 형성하는 4 개의 전자장 인가기들은 임피던스 비가 1:1.5:4:8이고,
상기 제 2 인가기 그룹을 형성하는 4 개의 전자장 인가기들은 임피던스 비가 1:1.5:4:8인 기판 처리 장치.
제 21 항에 있어서,
상기 코일은:
상기 코어의 일 부분에 감긴 제 1 코일; 및
상기 코어의 타 부분에 감긴 제 2 코일을 포함하며,
상기 제 1 코일과 상기 제 2 코일은 상호 유도 결합된 기판 처리 장치.
제 30 항에 있어서,
상기 제 1 코일 및 상기 제 2 코일은 권선 수가 동일한 기판 처리 장치.
제 20 항에 있어서,
상기 제 2 플라즈마 소스의 접지단에 연결되는 리액턴스 소자를 더 포함하는 기판 처리 장치.
제 20 항에 있어서,
상기 RF 전원과 상기 다수의 전자장 인가기 간의 노드들에 구비되어 각 노드에서 상기 RF 신호의 위상을 동일하게 고정시키는 위상 조절기를 더 포함하는 기판 처리 장치.
제 30 항에 있어서,
상기 제 2 플라즈마 소스의 접지단에 연결되는 리액턴스 소자; 및
상기 다수의 전자장 인가기 간의 노드들에 연결된 분로 리액턴스 소자를 더 포함하는 기판 처리 장치.
제 34 항에 있어서,
상기 분로 리액턴스 소자의 임피던스는 상기 상호 유도 결합된 코일들 중 2차 코일과 상기 리액턴스 소자의 합성 임피던스의 절반인 기판 처리 장치.
제 20 항에 있어서,
상기 제 1 플라즈마 소스는 상기 플라즈마 챔버의 상부에 설치되어 상기 플라즈마 챔버 내에 전자장을 유도하는 안테나를 포함하는 기판 처리 장치.
제 20 항에 있어서,
상기 제 1 플라즈마 소스는 상기 플라즈마 챔버 내에 설치되어 상기 플라즈마 챔버 내에 전기장을 형성하는 전극들을 포함하는 기판 처리 장치.
제 36 항 또는 제 37 항에 있어서,
상기 플라즈마 챔버의 상부에 암모니아 및 수소 중 적어도 하나를 포함하는 공정 가스가 주입되고,
상기 절연 루프에 산소 및 질소 중 적어도 하나를 포함하는 공정 가스가 주입되는 기판 처리 장치.