KR20210103198A - Inductively coupled plasma source - Google Patents

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KR20210103198A
KR20210103198A KR1020200017630A KR20200017630A KR20210103198A KR 20210103198 A KR20210103198 A KR 20210103198A KR 1020200017630 A KR1020200017630 A KR 1020200017630A KR 20200017630 A KR20200017630 A KR 20200017630A KR 20210103198 A KR20210103198 A KR 20210103198A
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김홍습
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(주)제이하라
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Abstract

The present invention relates to an inductively coupled plasma source for increasing uniformity and efficiency of plasma used in a semiconductor manufacturing process, etc. According to the present invention, the inductively coupled plasma source comprises an antenna coil to which RF power is applied to generate an RF magnetic field. The antenna coil (111) is a conductive strip having a rectangular cross section with a height (h) and a thickness (t) and is spirally wound. The antenna coil (111) satisfies (t + d) < r / N and 1 < h / t, wherein d is a spacing between adjacent strips, N is the number of turns, and r is the design radius of the antenna coil.

Description

유도결합형 플라즈마 소스{Inductively coupled plasma source}Inductively coupled plasma source

본 발명은 반도체 제조 공정 등에 사용되는 플라즈마의 균일성과 효율을 개선하기 위한 유도결합형 플라즈마 소스에 관한 것이다.The present invention relates to an inductively coupled plasma source for improving the uniformity and efficiency of plasma used in a semiconductor manufacturing process or the like.

플라즈마는 고체, 액체, 기체가 아닌 제4의 물질로 기체의 일부가 전리된 가스로서, 중성 입자와 이온, 전자들로 구성되어 있다. 그러나 단순히 이온과 전자들이 모여 있다하여 플라즈마라고 정의하지는 않으며, 플라즈마 상태가 되기 위해서는 우선, 통계적 처리가 가능하도록 충분한 개수의 "이온-전자" 쌍이 주어진 시스템 내에 존재하여야 하며, 두 번째로 시스템 전체를 거시적으로 바라보았을 때 전기적으로 중성이어야 하며, 따라서 일반적인 중성 가스계에서 보는 바와 같이 플라즈마도 집합적 거동 특성(collective behavior)을 갖는다.Plasma is a fourth material, not a solid, liquid, or gas, in which a part of the gas is ionized, and is composed of neutral particles, ions, and electrons. However, it is not defined as a plasma simply because ions and electrons are gathered. In order to become a plasma state, first, a sufficient number of “ion-electron” pairs must exist in a given system for statistical processing, and secondly, the entire system must be macroscopically processed. It should be electrically neutral when viewed as a , and therefore plasma also has a collective behavior as seen in a general neutral gas system.

이러한 플라즈마는 반도체 집적 회로 및 평판형 디스플레이의 제조 공정과 같이 다양한 디바이스의 제조 시에 사용되고 있으며, 물리적 기상 증착(PVD: Physical Vapor Deposition), 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD: Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 건식 식각, 스퍼터링, 인-시튜 챔버 클리잉(in-situ chamber cleaning), 플라즈마 이머션 이온 주입 등 다양한 표면 처리 공정에 사용된다.Such plasma is used in the manufacture of various devices such as semiconductor integrated circuits and flat panel display manufacturing processes, physical vapor deposition (PVD), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD: Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), It is used in various surface treatment processes such as dry etching, sputtering, in-situ chamber cleaning, and plasma immersion ion implantation.

플라즈마 처리를 위한 플라즈마 발생 방식은 유도결합형 플라즈마(ICP: Inductively Coupled Plasma), ECR(Electron Cyclotron Resonance), SWP(Surface Wave Plasma) 등 여러 방식이 개발되고 있다.As a plasma generating method for plasma treatment, various methods such as inductively coupled plasma (ICP), electron cyclotron resonance (ECR), and surface wave plasma (SWP) are being developed.

한편 비용 절감과 생산성 향상을 위해 반도체 장치용 웨이퍼나 평판 표시장치용 기판의 크기가 대형화되는 추세이며, 따라서 반도체 공정용 플라즈마 장비 역시도 공정 범위의 대면적화를 위해 높은 플라즈마 밀도와 균일성을 확보할 수 있는 플라즈마 장치가 요구된다.On the other hand, the size of wafers for semiconductor devices or substrates for flat panel display devices is becoming larger in order to reduce costs and improve productivity. Therefore, plasma equipment for semiconductor processes can also secure high plasma density and uniformity to increase the processing area. A plasma device is required.

이러한 플라즈마 장치로써 유도결합형 플라즈마(ICP) 발생 장치는 높은 밀도의 플라즈마를 쉽게 얻을 수 있는 장점이 있고, 장비의 구조가 간단하여 대면적 웨이퍼 제작을 위한 차세대 장비로 각광을 받고 있다.As such a plasma device, an inductively coupled plasma (ICP) generator has the advantage of easily obtaining high-density plasma, and has a simple structure, so it is in the spotlight as a next-generation equipment for manufacturing large-area wafers.

일반적인 유도결합형 플라즈마 발생 장치는 플라즈마를 발생시키기 위한 유도전기장을 발생시키는 플라즈마 소스와, 플라즈마 상태의 이온과 반응성 기체의 상호 작용을 통해 실제 공정이 이루어지는 챔버로 구성되며, 플라즈마 소스와 챔버는 절연판으로 분리된다.A general inductively coupled plasma generator consists of a plasma source that generates an induced electric field for generating plasma, and a chamber in which the actual process is performed through the interaction of ions in plasma and reactive gas, and the plasma source and chamber are made of an insulating plate are separated

유도결합형 플라즈마 소스는 단선의 나선형 구조를 갖고 인가된 RF전원에 의해 전자기장을 발생시키는 안테나( "ICP 안테나"로도 지칭함)이며, 원형 또는 사각의 단면을 갖는 코일을 나선형으로 권선하여 제작된다.An inductively coupled plasma source is an antenna (also referred to as "ICP antenna") that has a single-wire spiral structure and generates an electromagnetic field by applied RF power, and is manufactured by spirally winding a coil having a circular or square cross section.

이러한 ICP 안테나는 불균일한 밀도를 갖는 전자기장이 발생되는 경우에 챔버 내부에 불균일한 밀도 분포를 갖는 플라즈마가 발생되고 플라즈마 밀도가 불균일한 경우에 정확한 제어가 어려워 웨이퍼의 세밀한 가공이 어렵다. 특히 이러한 문제점은 대면적 웨이퍼에서 보다 심각한 문제가 된다.In such an ICP antenna, when an electromagnetic field having a non-uniform density is generated, a plasma having a non-uniform density distribution is generated inside the chamber, and when the plasma density is non-uniform, it is difficult to accurately control the wafer, making it difficult to precisely process the wafer. In particular, this problem becomes a more serious problem in a large area wafer.

공개특허공보 제10-2007-0097232호(2007.10.04. 공개)Laid-open Patent Publication No. 10-2007-0097232 (published on October 4, 2007)

본 발명은 플라즈마의 효율(밀도)와 균일성을 개선할 수 있는 유도결합형 플라즈마 소스를 제공하고자 하는 것이다.An object of the present invention is to provide an inductively coupled plasma source capable of improving plasma efficiency (density) and uniformity.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 일 형태에 따른 유도결합형 플라즈마 소스는, RF 전원이 인가되어 RF 자기장을 발생시키게 되는 안테나 코일을 포함하는 유도결합형 플라즈마 소스에 있어서, 상기 안테나 코일은, 높이(h)와 두께(t)를 갖는 사각의 단면을 갖고 나선형으로 권선되는 도전성의 스트립으로서, 다음의 수학식을 만족한다.An inductively coupled plasma source according to an aspect of the present invention for achieving this object is an inductively coupled plasma source comprising an antenna coil to which RF power is applied to generate an RF magnetic field, wherein the antenna coil has a height A conductive strip having a rectangular cross section having (h) and a thickness (t) and spirally wound, satisfying the following equation.

[수학식][Equation]

Figure pat00001
Figure pat00001

이때, d는 인접한 스트립 사이의 간격, N은 턴수, r은 안테나 코일의 설계 반경.Here, d is the distance between adjacent strips, N is the number of turns, and r is the design radius of the antenna coil.

바람직하게는, 두께(t)는 0.5 ㎜ ≤ t ≤ 10 ㎜이고, 2 ≤ h/t ≤ 100 범위이며, 보다 바람직하게는, 두께(t)는 1 ㎜이고 높이(h)는 20 ㎜이며, 또는 두께(t)는 0.5 ㎜이고 높이(h)는 50 ㎜이다.Preferably, the thickness t is 0.5 mm ≤ t ≤ 10 mm, 2 ≤ h/t ≤ 100, more preferably, the thickness t is 1 mm and the height h is 20 mm, or the thickness t is 0.5 mm and the height h is 50 mm.

본 발명의 유도결합형 플라즈마 소스는, RF 전원이 인가되어 RF 자기장을 발생시키게 되는 안테나 코일을 포함하는 유도결합형 플라즈마 소스에 있어서, 안테나 코일은, 높이(h)와 두께(t)를 갖는 사각의 단면을 갖고 나선형으로 권선되는 도전성의 스트립으로서, 다음의 수학식을 만족함으로써 효율과 균일성을 높일 수 있는 효과가 있다.The inductively coupled plasma source of the present invention is an inductively coupled plasma source including an antenna coil to which RF power is applied to generate an RF magnetic field, wherein the antenna coil is a square having a height (h) and a thickness (t). As a conductive strip having a cross section of

[수학식][Equation]

Figure pat00002
Figure pat00002

d는 인접한 스트립 사이의 간격, N은 턴수, r은 안테나 코일의 설계 반경d is the spacing between adjacent strips, N is the number of turns, and r is the design radius of the antenna coil.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 소스의 사시 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 소스의 단면 구성도,
도 3은 플라즈마 밀도(np)와 RF파워(wp)와의 관계를 보여주는 그래프,
도 4는 시뮬레이션에 사용된 플라즈마 장치의 구성도,
도 5의 (a)(b)는 각각 시뮬레이션에 사용된 비교예와 본 실시예의 플라즈마 소스의 구성도,
도 6의 (a)(b)는 각각 비교예와 본 실시예의 시뮬레이션 결과에 의한 power flow의 분포도.
1 is a perspective configuration diagram of an inductively coupled plasma source according to an embodiment of the present invention;
2 is a cross-sectional configuration diagram of an inductively coupled plasma source according to an embodiment of the present invention;
3 is a graph showing the relationship between plasma density (np) and RF power (wp);
4 is a configuration diagram of a plasma device used in the simulation;
5 (a) (b) is a configuration diagram of the plasma source of the comparative example and this embodiment used in the simulation, respectively,
6 (a) (b) is a distribution diagram of power flow according to the simulation results of the comparative example and the present embodiment, respectively.

본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Specific structural or functional descriptions presented in the embodiments of the present invention are only exemplified for the purpose of describing embodiments according to the concept of the present invention, and the embodiments according to the concept of the present invention may be implemented in various forms. In addition, it should not be construed as being limited to the embodiments described herein, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.Meanwhile, in the present invention, terms such as first and/or second may be used to describe various components, but the components are not limited to the above terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components, for example, within the scope of not departing from the scope of rights according to the concept of the present invention, the first component may be named as the second component, Similarly, the second component may also be referred to as a first component.

어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 또는 "직접 접촉되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는"등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it should be understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in between. something to do. On the other hand, when an element is referred to as being “directly connected” or “in direct contact with” another element, it should be understood that no other element is present in the middle. Other expressions for describing the relationship between elements, that is, expressions such as "between" and "immediately between" or "adjacent to" and "directly adjacent to", should be interpreted similarly.

본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다"등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. As used herein, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate the presence of an embodied feature, number, step, action, component, part, or combination thereof, one or more other features or numbers, It should be understood that the possibility of the presence or addition of steps, operations, components, parts or combinations thereof is not precluded in advance.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 소스의 사시 구성도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 소스의 단면 구성도이다. 1 is a perspective configuration diagram of an inductively coupled plasma source according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional configuration diagram of an inductively coupled plasma source according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 실시예의 유도결합형 플라즈마 소스(100)는 단선의 나선형 구조를 갖는 안테나 코일(111)을 포함하며, 안테나 코일(111)은 높이(h)와 두께(t)를 갖는 사각의 단면을 갖는 스트립이다. 1 and 2, the inductively coupled plasma source 100 of this embodiment includes an antenna coil 111 having a single-wire spiral structure, and the antenna coil 111 has a height (h) and a thickness (t). ) is a strip with a rectangular cross-section.

안테나 코일(111)은 양단에 각각 접지와 RF 전원이 연결되는 단자(111a)(111b)가 구비된다. 도면부호 1은 플라즈마 소스와 챔버를 나누게 되는 절연 돔(dielectric dome)이다. The antenna coil 111 is provided with terminals 111a and 111b respectively connected to the ground and RF power at both ends. Reference numeral 1 denotes a dielectric dome that divides the plasma source and the chamber.

안테나 코일(111)은 일정 두께(t)와 높이(h)를 갖는 장방형의 단면을 갖고 일정 반경(r) 내에서 일정 턴수(N)를 갖는 나선형의 전도성 스트립이며, 바람직하게는, 두께(t) 보다 높이(h)가 더 크다(t<h). 안테나 코일(111)의 반경(r)은 플라즈마가 발생되는 챔버의 크기에 의해 결정될 수 있다. The antenna coil 111 is a helical conductive strip having a rectangular cross section with a certain thickness t and a height h and a certain number of turns N within a certain radius r, preferably, the thickness t ) is greater than the height (h) (t<h). The radius r of the antenna coil 111 may be determined by the size of a chamber in which plasma is generated.

안테나 코일(111)에 RF 전원이 인가되어 RF 전류가 흐르게 되면, 안테나 코일(111)을 따라서 자기장이 형성되고 발생된 자기장은 챔버 내에 유도 전기장을 형성하여 플라즈마가 발생된다.When RF power is applied to the antenna coil 111 and an RF current flows, a magnetic field is formed along the antenna coil 111 and the generated magnetic field forms an induced electric field in the chamber to generate plasma.

챔버 내에 발생되는 플라즈마의 밀도는 RF 파워와 안테나 코일의 기하학적 구조와 밀접하게 의존한다.The density of the plasma generated within the chamber is closely dependent on the RF power and the geometry of the antenna coil.

도 3은 플라즈마 밀도(np)와 RF 파워(wp)와의 관계를 보여주는 그래프이다.3 is a graph showing the relationship between plasma density (n p ) and RF power (w p ).

플라즈마 밀도(np)는 다음의 [수학식 1]과 같이 표현될 수 있다.The plasma density (n p ) may be expressed as in the following [Equation 1].

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00003
Figure pat00003

ac는 커플링 파라미터이며, nL은 최대 플라즈마 밀도이며, α는 미정 파라이터이다.a c is the coupling parameter, n L is the maximum plasma density, and α is the undefined parameter.

[수학식 1]에서 인가된 RF 파워가 낮은 경우와 큰 경우에 대한 플라즈마 밀도(np)는 [수학식 2]와 같다. Plasma density (n p ) for the case where the RF power applied in [Equation 1] is low and large is the same as in [Equation 2].

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00004
Figure pat00004

일반적인 상용 플라즈마 발생 장치에서는 중간 영역(도 3의 해치 영역)에서 사용된다.In a typical commercial plasma generating apparatus, it is used in the middle area (hatch area in FIG. 3 ).

따라서 RF 파워의 증가에 따라서 플라즈마 밀도(np)가 비례하여 증가하게 되며, 이때 비례 계수는 커플링 파라미터(ac)에 의해 결정된다.Therefore, as the RF power increases, the plasma density (n p ) increases proportionally, and the proportional coefficient is determined by the coupling parameter (a c ).

일반적으로 커플링 파라미터(ac)는 [수학식 3]와 같이 안테나 코일의 턴수(N)에 비례하고 임피던스(Z)에 반비례하는 특성을 갖는다.In general, the coupling parameter (a c ) has a characteristic that is proportional to the number of turns (N) of the antenna coil and inversely proportional to the impedance (Z) as shown in Equation (3).

[수학식 3][Equation 3]

Figure pat00005
Figure pat00005

일반적으로 안테나 코일의 임피던스(Z)는 [수학식 4]와 같이 안테나 코일의 표면적(S)에 비례하고 턴수(N)에 반비례하는 특성이 있다.In general, the impedance (Z) of the antenna coil is proportional to the surface area (S) of the antenna coil as shown in Equation 4 and is inversely proportional to the number of turns (N).

[수학식 4][Equation 4]

Figure pat00006
Figure pat00006

t와 h는 각각 안테나 코일의 두께와 높이이다.t and h are the thickness and height of the antenna coil, respectively.

따라서 효율적인 안테나 코일은 허용된 반경(r) 내에서 턴수(N)를 최대로 하며, 표면적(S)을 크게 하는 것이 최적의 설계 조건임을 알 수 있으며, 앞서 설명한 본 실시예의 안테나 코일의 최적 조건은 다음의 [수학식 5]와 같이 표현될 수 있다.Therefore, it can be seen that an efficient antenna coil maximizes the number of turns (N) within the allowed radius (r) and increases the surface area (S) as the optimal design condition. It can be expressed as the following [Equation 5].

[수학식 5][Equation 5]

Figure pat00007
Figure pat00007

d는 나선형으로 권선되는 안테나 코일 사이의 간격이다(도 2 참고).d is the spacing between the spirally wound antenna coils (see FIG. 2 ).

앞서 설명한 것과 같이, 안테나 코일의 반경(r)은 플라즈마 발생 장치의 챔버의 크기에 의해 결정되는 설계 반경에 해당한다.As described above, the radius r of the antenna coil corresponds to the design radius determined by the size of the chamber of the plasma generating device.

다음으로 결정된 턴수(N)에서 안테나 코일의 임피던스(Z)를 최소화하기 위해서는 사각의 단면을 갖는 스트립의 높이(h)를 최대로 설계하는 것이 바람직하며, 따라서 스트립의 높이(h)는 두께(t) 보다 큰 것이 바람직하다(1 < h/t)Next, in order to minimize the impedance (Z) of the antenna coil at the determined number of turns (N), it is preferable to design the maximum height (h) of the strip having a rectangular cross section, and therefore the height (h) of the strip is equal to the thickness (t) ) is preferably greater than (1 < h/t)

앞서 설명한 사각의 단면을 갖고 나선형으로 권선된 스트립으로 이루어진 안테나 코일은 이러한 조건을 만족하도록 제작함으로써 효율과 플라즈마 밀도를 높일 수 있다.The antenna coil having the above-described rectangular cross-section and consisting of a spirally wound strip can be manufactured to satisfy these conditions, thereby increasing efficiency and plasma density.

예를 들어, 본 실시예(도 1 참고)의 안테나 코일은 턴수가 5이며, 설계 반경이 150㎜로 주어진 경우에 [수학식 6]의 조건을 만족하여야 한다.For example, when the antenna coil of this embodiment (refer to FIG. 1) has 5 turns and a design radius of 150 mm, the condition of [Equation 6] must be satisfied.

[수학식 6][Equation 6]

Figure pat00008
Figure pat00008

안테나 코일의 두께(t)와 간격(d)을 동일하게 설계한다면(t=d), 안테나 코일의 두께(t)는 15 ㎜ 이하이고 높이(h)는 15 ㎜ 이상으로 제작하는 것이 바람직할 것이다.If the thickness (t) and the spacing (d) of the antenna coil are designed to be the same (t = d), the thickness (t) of the antenna coil is 15 mm or less and the height (h) is preferably 15 mm or more. .

실질적으로 안테나 코일의 제작 편의성을 고려하면, 그 두께(t)는 0.5 ㎜ ≤ t ≤ 10 ㎜가 바람직하며, 또한 2 ≤ h/t ≤ 100의 범위 내에서 높이(h)를 결정하는 것이 바람직하다.Considering the practicality of manufacturing the antenna coil, the thickness (t) is preferably 0.5 mm ≤ t ≤ 10 mm, and it is preferable to determine the height (h) within the range of 2 ≤ h/t ≤ 100 .

본 실시예의 안테나 코일은 두께(t)가 1㎜이고 높이(h)가 20㎜로 제작되었다(h/t=20). 한편, 두께(t)가 0.5 ㎜이고 높이(h)가 50 ㎜인 경우(h/t=100)에도 적정한 안테나 코일로 사용될 수 있다. The antenna coil of this embodiment has a thickness (t) of 1 mm and a height (h) of 20 mm (h/t=20). Meanwhile, when the thickness t is 0.5 mm and the height h is 50 mm (h/t=100), it can be used as an appropriate antenna coil.

한편, 두께(t)가 2 ㎜이고 높이(h)가 20 ㎜인 경우(h/t=10)에도 적정한 안테나 코일로 사용될 수 있다. Meanwhile, even when the thickness t is 2 mm and the height h is 20 mm (h/t=10), it can be used as an appropriate antenna coil.

도 4는 시뮬레이션에 사용된 플라즈마 장치의 구성도로서, 챔버(210) 내에서 절연 돔(211)의 상부에 안테나 코일(220)이 위치하게 되며, RF 전원이 안테나 코일(220)에 인가되어 전자기장에 의한 power flow(화살표 방향)이 발생된다. 시뮬레이션은 절연 돔(211)에서 일정 간격(6㎜) 아래의 수평면(VP)에서의 power flow를 측정한 것이며, 도 6의 (a)(b)에서 그 시뮬레이션 결과를 보여주고 있다. 도면부호 212은 플라즈마 처리되는 대상물이 위치하게 되는 척(chuck)이다.4 is a block diagram of a plasma apparatus used for simulation. The antenna coil 220 is positioned on the insulating dome 211 in the chamber 210 , and RF power is applied to the antenna coil 220 to obtain an electromagnetic field. A power flow (arrow direction) is generated by The simulation is a measurement of power flow in the horizontal plane VP below a predetermined interval (6 mm) in the insulating dome 211, and the simulation results are shown in FIG. 6(a)(b). Reference numeral 212 denotes a chuck on which a plasma-treated object is placed.

도 5의 (a)(b)는 각각 시뮬레이션에 사용된 비교예와 본 실시예의 플라즈마 소스의 구성도로서, (a)는 비교예로서 사각의 단면(12×12㎜)을 갖는 안테나 코일을 보여주고 있으며, (b)는 본 실시예로서 두께가 얇은 단면(1×20㎜)을 갖는 안테나 코일을 보여주고 있다. 비교예와 본 실시예에서 단면의 크기를 제외한 형상(턴수 등)에 대한 조건은 동일하게 설계하였다.5 (a) (b) is a configuration diagram of a plasma source of a comparative example and this embodiment used for simulation, respectively, (a) shows an antenna coil having a rectangular cross section (12 × 12 mm) as a comparative example and (b) shows an antenna coil having a thin cross-section (1×20 mm) as this embodiment. The conditions for the shape (number of turns, etc.) except for the size of the cross section in the comparative example and this example were designed to be the same.

이러한 비교예와 본 실시예의 플라즈마 소스를 도 4의 플라즈마 장치에 각각 적용하여 동일 조건에서의 power flow에 대한 시뮬레이션이 이루어졌다.By applying the plasma source of the comparative example and the present embodiment to the plasma apparatus of FIG. 4 , respectively, simulations of power flow under the same conditions were made.

도 6의 (a)(b)는 각각 비교예와 본 실시예의 시뮬레이션 결과에 의한 power flow 분포이며, 구체적으로, [표 1]과 [표 2]는 각각 비교예와 본 실시예에 대한 특정 위치(#1-#9)의 파워(VA)에 대한 시뮬레이션 결과의 정량 데이터 값을 보여주고 있다.6 (a) (b) is a power flow distribution according to the simulation results of the comparative example and this example, respectively, and specifically, [Table 1] and [Table 2] are specific positions for the comparative example and this example, respectively The quantitative data values of the simulation results for the power (VA) of (#1-#9) are shown.

[표 1][Table 1]

Figure pat00009
Figure pat00009

시뮬레이션 결과로부터 비교예의 평균 power flow는 2.28(VA/㎡)이다.From the simulation results, the average power flow of the comparative example is 2.28 (VA/m 2 ).

[표 2][Table 2]

Figure pat00010
Figure pat00010

시뮬레이션 결과로부터 본 실시예의 평균 power flow는 5.43(VA/㎡)이며, 비교예와 대비하여 약 2.38배의 파워 효율이 높은 것을 확인할 수가 있다.From the simulation results, it can be seen that the average power flow of this example is 5.43 (VA/m 2 ), and the power efficiency is about 2.38 times higher than that of the comparative example.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.The present invention described above is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is common in the technical field to which the present invention pertains that various substitutions, modifications, and changes are possible without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those who have the knowledge of

111 : 안테나 코일111: antenna coil

Claims (6)

RF 전원이 인가되어 RF 자기장을 발생시키게 되는 안테나 코일을 포함하는 유도결합형 플라즈마 소스에 있어서,
상기 안테나 코일은,
높이(h)와 두께(t)를 갖는 사각의 단면을 갖고 나선형으로 권선되는 도전성의 스트립으로서, 다음의 수학식을 만족하는 유도결합형 플라즈마 소스.
[수학식]
Figure pat00011

d는 인접한 스트립 사이의 간격, N은 턴수, r은 안테나 코일의 설계 반경
In an inductively coupled plasma source comprising an antenna coil to which RF power is applied to generate an RF magnetic field,
The antenna coil is
A conductive strip having a rectangular cross section having a height (h) and a thickness (t) and spirally wound, an inductively coupled plasma source satisfying the following equation.
[Equation]
Figure pat00011

d is the spacing between adjacent strips, N is the number of turns, and r is the design radius of the antenna coil.
제1항에 있어서, 두께(t)는 0.5 ㎜ ≤ t ≤ 10 ㎜이고, 2 ≤ h/t ≤ 100 범위인 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 소스.The inductively coupled plasma source according to claim 1, wherein the thickness (t) is in the range of 0.5 mm ≤ t ≤ 10 mm, and 2 ≤ h/t ≤ 100. 제2항에 있어서, 두께(t)는 1 ㎜이고 높이(h)는 20 ㎜인 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 소스.3. The inductively coupled plasma source of claim 2, wherein the thickness (t) is 1 mm and the height (h) is 20 mm. 제2항에 있어서, 두께(t)는 0.5 ㎜이고 높이(h)는 50 ㎜인 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 소스.3. The inductively coupled plasma source according to claim 2, characterized in that the thickness (t) is 0.5 mm and the height (h) is 50 mm. 제2항에 있어서, 두께(t)는 2 ㎜이고 높이(h)는 20 ㎜인 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 소스.3. The inductively coupled plasma source according to claim 2, wherein the thickness (t) is 2 mm and the height (h) is 20 mm. 제1항에 따른 유도결합형 플라즈마 소스를 포함하는 플라즈마 발생 장치.A plasma generating apparatus comprising the inductively coupled plasma source according to claim 1 .
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