KR20230046805A - 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스에 관한 것으로, 단위 연장 일단부에서부터 연장되며, 하나의 평면 내에서 단위 연장 끝단부로 원 형상으로 연장되는 단위 코일;을 포함하며, 상기 단위 코일은 복수 개가 적층되며, 하나의 단위 코일의 상기 단위 연장 끝단부에서, 다른 하나의 단위 코일의 상기 단위 연장 일단부를 연결하는 연결부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스 {Plasma source using coplanar helical coil}
본 발명은 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 평면 내에 형성되는 단위 코일을 복수 개 적층하고, 단위 코일이 형성하는 평면과 수직한 방향으로 연장되는 연결부를 통해 복수 개의 단위 코일을 연결하여 챔버 내부에 플라즈마를 형성할 수 있는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스에 관한 것이다.
일반적으로 반도체를 제조하는 공정에서는 균일성을 확보하는 것이 매우 중요하며, 반도체의 제조 공정 중 식각(etching) 공정에서 반도체의 균일성이 확보되거나 조절될 수 있다.
반도체의 식각 공정은 플라즈마 챔버 내부에서 진행될 수 있다. 플라즈마 챔버는 내부의 반응 공간 내에 플라즈마를 형성시키고, 상기 플라즈마를 이용하여 반도체의 식각 공정을 수행하게 된다.
플라즈마 챔버의 상부에는 플라즈마를 형성시키기 위한 플라즈마 소스가 구비되어 있으며, 플라즈마 소스의 대표적인 예로는 용량성 결합 플라즈마(CCP; Capacitively Coupled Plasma) 소스 및 유도성 결합 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma) 소스가 있다.
용량성 결합 플라즈마(CCP) 소스는 전기장을 이용하는 것으로, 용량성 결합 플라즈마(CCP) 소스는 유도성 결합 플라즈마(ICP) 보다 약간 더 높은 압력에서 식각이 진행될 수 있다. 용량성 결합 플라즈마(CCP) 소스는 식각 속도가 느리지만 선택비 특성과 공정 재현성이 우수한 것이다.
그러나 용량성 결합 플라즈마(CCP) 소스는 웨이퍼 중앙부분에서의 플라즈마 밀도가 웨이퍼의 가장자리에서의 플라즈마 밀도에 비하여 상대적으로 높게 나타나는 플라즈마 밀도 불균일 특성이 있다. 또한, 전체 플라즈마 밀도가 낮은 편이어서 플라즈마 밀도를 증가시키기 위해 높은 RF 파워를 인가하여야 한다는 문제점이 있다.
유도성 결합 플라즈마(ICP)는 유도 자기장을 이용하는 것으로, 용량성 결합 플라즈마(CCP) 소스에 비하여 전체 플라즈마 밀도가 높다는 장점이 있다. 유도성 결합 플라즈마(ICP)는 용량성 결합 플라즈마(CCP) 소스 보다 낮은 압력에서 식각 속도를 증가시킬 수 있으나, 웨이퍼의 중앙 부분에서의 플라즈마 밀도가 웨이퍼의 가장자리 부분에서의 플라즈마 밀도에 비하여 상대적으로 높으며, 선택비가 낮고 공정 재현성이 좋지 못하다는 문제점이 있다.
이와 같이 종래의 플라즈마 소스의 경우 웨이퍼 중앙부분에서의 플라즈마 밀도가 웨이퍼의 가장자리에서의 플라즈마 밀도에 비하여 상대적으로 높게 나타나는 문제점이 있다.
웨이퍼 중앙부분에서의 플라즈마 밀도가 웨이퍼의 가장자리에서의 플라즈마 밀도에 비하여 상대적으로 높게 되면, 웨이퍼의 가장자리에서 균일성을 확보하기 어렵게 된다. 따라서 웨이퍼의 가장자리에서 균일성을 확보할 수 있는 플라즈마 소스의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 평면 내에 형성되는 단위 코일을 복수 개 적층하고, 단위 코일이 형성하는 평면과 수직한 방향으로 연장되는 연결부를 통해 복수 개의 단위 코일을 연결하여 챔버 내부에 플라즈마를 형성할 수 있는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스에 관한 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는, 챔버의 상부에 구비되며, 플라즈마를 형성하기 위한 플라즈마 소스로, 단위 연장 일단부에서부터 연장되며, 하나의 평면 내에서 단위 연장 끝단부로 원 형상으로 연장되는 단위 코일;을 포함하며, 상기 단위 코일은 복수 개가 적층되며, 하나의 단위 코일의 상기 단위 연장 끝단부에서, 다른 하나의 단위 코일의 상기 단위 연장 일단부를 연결하는 연결부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스의 상기 연결부는 상기 단위 코일이 형성하는 평면에 대하여 수직으로 연장되고, 복수 개의 상기 단위 코일이 형성하는 평면은 서로 나란한 방향으로 연장될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스의 상기 연결부의 길이는 5 내지 15mm 일 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스의 상기 단위 코일의 상기 단위 연장 일단부와 상기 단위 연장 끝단부 사이에는 이격 거리가 구비될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스의 상기 단위 코일의 직경은, 챔버 내부의 베이스 플레이트에 안착되는 웨이퍼의 직경 또는 폭보다 크고, 복수 개의 상기 단위 코일이 형성하는 평면은 상기 웨이퍼가 안착되는 평면과 나란한 방향일 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스의 복수 개의 상기 단위 코일은, 상기 단위 연장 일단부에서 상기 단위 연장 끝단부로 향하는 방향이 서로 동일할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스의 복수 개의 상기 단위 코일은, 상기 단위 연장 일단부에서 상기 단위 연장 끝단부로 반시계 방향으로 연장되는 제1단위 코일과, 상기 단위 연장 일단부에서 상기 단위 연장 끝단부로 시계 방향으로 연장되는 제2단위 코일을 포함할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스의 상기 제1단위 코일과 상기 제2단위 코일은, 번갈아가면서 적층될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스의 복수 개의 상기 제1단위 코일이 적층된 이후, 상기 제2단위 코일이 적층되거나, 복수 개의 상기 제2단위 코일이 적층된 이후, 상기 제1단위 코일이 적층될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스의 챔버 내부의 베이스 플레이트에 안착되는 웨이퍼의 직경 또는 폭보다 작은 직경을 가지는 내부 코일을 더 포함하며, 상기 내부 코일은, 원 형상으로 이루어진 복수 개의 내부 단위 코일을 포함하며, 복수 개의 상기 내부 단위 코일은, 동일한 평면에 구비될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스의 상기 내부 단위 코일은, 내부 단위 연장 일단부에서 원 형상을 이루면서 내부 단위 연장 끝단부로 연장되며, 하나의 내부 단위 코일의 상기 내부 단위 연장 끝단부에서, 다른 하나의 내부 단위 코일의 상기 내부 단위 연장 일단부를 연결하는 내부 연결부를 더 포함할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스의 상기 내부 단위 코일을 연결하는 복수 개의 상기 내부 연결부는, 서로 나란한 방향으로 연장될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스의 상기 내부 단위 코일의 상기 내부 단위 연장 일단부와 상기 내부 단위 연장 끝단부 사이에는 내부 이격 거리가 구비될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스의 복수 개의 상기 내부 단위 코일은, 상기 내부 단위 연장 일단부에서 상기 내부 단위 연장 끝단부로 반시계 방향으로 연장되는 제1내부 단위 코일과, 상기 내부 단위 연장 일단부에서 상기 내부 단위 연장 끝단부로 시계 방향으로 연장되는 제2내부 단위 코일을 포함할 수 있다.
본 발명은 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스에 관한 것으로, 웨이퍼의 직경 또는 폭 보다 큰 직경을 가지는 단위 코일을 복수 개 적층하고, 단위 코일이 형성하는 평면과 수직한 방향으로 연장되는 연결부를 통해 복수 개의 단위 코일을 연결하여 챔버 내부에 플라즈마를 형성함에 따라 웨이퍼의 가장자리에서의 플라즈마 밀도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 웨이퍼의 직경 또는 폭 보다 작은 직경을 가지는 내부 단위 코일을 동일한 평면에 복수 개 구비하고, 연결부를 통해 복수 개의 내부 단위 코일을 연결하여 챔버 내부에 플라즈마를 형성함에 따라 웨이퍼의 중심부에서 플라즈마 밀도를 미세하게 조절할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따라 웨이퍼의 직경 또는 폭 보다 큰 직경을 가지는 단위 코일을 복수 개 적층된 것을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 복수 개의 단위 코일의 연장 방향이 서로 동일하도록, 단위 코일이 형성하는 평면과 수직한 방향으로 연장되는 연결부를 통해 복수 개의 단위 코일을 연결한 것을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 서로 연장 방향이 상이한 제1단위 코일과 제2단위 코일이 번갈아가면서 적층되는 것을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 복수 개의 제1단위 코일이 적층된 이후, 제1단위 코일과 연장 방향이 상이한 제2단위 코일이 적층되는 것을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 웨이퍼의 직경 또는 폭 보다 작은 직경을 가지는 내부 단위 코일이 동일한 평면에 복수 개 구비된 것을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 동일한 평면에 형성되는 복수 개의 내부 단위 코일을 내부 연결부를 통해 연결한 것을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 서로 연장 방향이 상이한 제1내부 단위 코일과 제2내부 단위 코일이 번갈아가면서 연장되는 것을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따라 복수 개의 제1내부 단위 코일이 적층된 이후, 제1내부 단위 코일과 연장 방향이 상이한 제2내부 단위 코일이 연장되는 것을 나타내는 도면이다.
본 명세서는 본 발명의 권리범위를 명확히 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있도록, 본 발명의 원리를 설명하고, 실시 예들을 개시한다. 개시된 실시 예들은 다양한 형태로 구현될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 발명(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 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.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어, 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 결합되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명은 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스에 관한 것으로, 하나의 평면 내에 형성되는 단위 코일을 복수 개 적층하고, 단위 코일이 형성하는 평면과 수직한 방향으로 연장되는 연결부를 통해 복수 개의 단위 코일을 연결하여 챔버 내부에 플라즈마를 형성할 수 있는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스에 관한 것이다.
본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 대칭성이 높고 균일한 플라즈마를 생성하는 것으로, 본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 식각 속도가 높으면서도 재현성과 선택비를 향상시킬 수 있는 유도성 결합 플라즈마(ICP)에 사용될 수 있다.
본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 방위각 대칭성이 우수한 코일을 제공할 수 있는 것으로, 본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 챔버 내부에서 압력이 커지면서, 챔버 내부의 플라즈마의 밀도를 오목한 형상으로 구현할 수 있는 것이다.
본 발명의 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스를 통해 챔버 내부의 플라즈마 밀도를 챔버 내측(중앙)에서 챔버의 외측(가장자리)로 갈수록 높아지게 하면서 챔버 내부의 플라즈마의 밀도를 오목한 형상으로 구현할 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 챔버(10)의 상부에 구비될 수 있다. 상기 챔버(10)에는 웨이퍼(30)가 안착될 수 있는 베이스 플레이트(20)가 구비되며, 상기 베이스 플레이트(20)에 상기 웨이퍼(30)가 안착된 이후 식각 공정이 진행된다.
상기 베이스 플레이트(20)에는 바이어스(bias)를 인가할 알에프 제네레이터(RF generator)(21)가 결합될 수 있으며, 상기 알에프 제네레이터(21)를 통해 식각 도중 플라즈마에 바이어스를 인가할 수 있게 된다.
상기 베이스 플레이트(20)는 상기 챔버(10) 내부의 중앙 부분에 배치될 수 있으며, 상기 베이스 플레이트(20)가 상기 챔버(10) 내부의 중앙 부분에 배치됨에 따라 상기 웨이퍼(30)도 상기 챔버(10)의 중앙 부분에 배치될 수 있다.
종래의 플라즈마 소스는, 챔버(10)의 중앙 부분에서 플라즈마 밀도가 높고 챔버(10)의 가장자리에서 플라즈마 밀도가 낮은 불균일 특성이 있었다. 이에 따라 웨이퍼(30)의 가장자리에서 균일성을 확보하기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명의 실시 예에 따른 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 방위각 대칭성이 우수한 코일을 제공할 수 있는 것으로, 본 발명의 실시 예에 따른 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 상기 단위 코일(110)과 상기 연결부(120)를 포함하는 플라즈마 소스를 이용할 수 있다. 상기 단위 코일(110)과 상기 연결부(120)는 상기 웨이퍼(30)의 외측에 배치되는 외부 코일(100)일 수 있다.
상기 단위 코일(110)은 전류가 통하는 코일로 이루어질 수 있는 것으로, 상기 단위 코일(110)은 단위 연장 일단부(111)에서부터 연장되며, 하나의 평면 내에서 단위 연장 끝단부(112)로 원 형상으로 연장되는 것이다. 상기 단위 코일(110)은 하나의 평면 내에서 원 형상으로 연장되는 것으로, 상기 단위 코일(110)은 복수 개가 적층될 수 있다.
상기 단위 코일(110)의 상기 단위 연장 일단부(111)는 하나의 평면 내에서 상기 단위 코일(110)이 연장되는 시작 지점이며, 상기 단위 연장 끝단부(112)는 하나의 평면 내에서 상기 단위 코일(110)이 연장되는 종료 지점이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 단위 코일(110)의 상기 단위 연장 일단부(111)와 상기 단위 연장 끝단부(112) 사이에는 이격 거리(113)가 구비될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 단위 연장 일단부(111)와 상기 단위 연장 끝단부(112)는 서로 접촉되지 않으면서 상기 이격 거리(113)가 형성되는 것이다. 상기 단위 연장 일단부(111)와 상기 단위 연장 끝단부(112)가 서로 접촉되지 않으면서 상기 이격 거리(113)가 형성됨에 따라 전류가 일방향으로 흐를 수 있게 되고, 플라즈마 아킹(plasma arcing)을 방지할 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 복수 개의 상기 단위 코일(110)에 구비되는 상기 이격 거리(113)는 서로 동일할 수 있다. 복수 개의 상기 단위 코일(110)의 직경은 서로 동일할 수 있으며, 복수 개의 상기 단위 코일(110)에서, 상기 단위 연장 일단부(111)에서부터 상기 단위 연장 끝단부(112)로 연장되는 길이는 서로 동일할 수 있다.
이와 같이 복수 개의 상기 단위 코일(110)에서, 상기 단위 연장 일단부(111)에서부터 상기 단위 연장 끝단부(112)로 연장되는 길이가 서로 동일하고, 상기 이격 거리(113)가 서로 동일하면, 복수 개의 상기 단위 코일(110)에서 형성되는 방위각이 동일하게 되면서 방위각이 대칭(azimuthal symmetry)이 될 수 있게 된다.
도 2를 참조하면, 상기 연결부(120)는 하나의 단위 코일(110)과 다른 하나의 단위 코일(110)을 연결할 수 있는 것으로, 상기 연결부(120)는 하나의 단위 코일(110)의 단위 연장 끝단부(112)에서 다른 하나의 단위 코일(110)의 단위 연장 일단부(111)를 연결하는 것이다.
상술한 바와 같이 상기 단위 코일(110)이 적층됨에 따라 하나의 단위 코일(110)의 바로 위에는 다른 하나의 단위 코일(110)이 구비될 수 있다. 상기 연결부(120)는 하나의 단위 코일(110)과 상기 단위 코일(110)의 바로 위에 구비된 다른 하나의 단위 코일(110)을 연결할 수 있는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 연결부(120)는 상기 단위 코일(110)이 형성하는 평면에 대하여 수직으로 연장될 수 있고, 복수 개의 상기 단위 코일(110)의 형성하는 평면은 서로 나란한 방향으로 연장될 수 있다.
즉, 도 2를 참조하면, 서로 나란한 방향으로 연장되는 평면을 형성하는 복수 개의 상기 단위 코일(110)이 적층되며, 상기 단위 코일(110)이 연장되는 방향과 수직으로 연장되는 상기 연결부(120)를 통해 복수 개의 상기 단위 코일(110)이 연결될 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에 따른 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 알에프 파워 제네레이터(Radio Frequency Power Generator)(140)를 더 포함할 수 있다. 상기 알에프 파워 제네레이터(Radio Frequency Power Generator)(140)를 통해 상기 단위 코일(110)에 알에프 파워(Radio Frequency Power)가 인가될 수 있으며, 상기 단위 코일(110)에 의해 여기되는 전자기장의 변화에 의해 상기 챔버(10)에 플라즈마가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 연결부(120)의 길이는 5 내지 15mm 일 수 있다. 구체적으로, 하나의 단위 코일(110)의 단위 연장 끝단부(112)에서 다른 하나의 단위 코일(110)의 단위 연장 일단부(111)를 연결하는 상기 연결부(120)의 길이는 5 내지 15mm일 수 있다.
상기 연결부(120)의 길이가 너무 작으면(5mm 보다 작으면), 상기 단위 코일(110) 사이에서 플라즈마 아킹(arcing) 현상이 발생하여 간섭이 발생할 수 있게 된다. 따라서, 상기 연결부(120)의 길이는 5mm 보다 큰 것이 바람직하다.
또한, 상기 연결부(120)의 길이가 너무 크면(15mm 보다 크면), 상기 단위 코일(110) 사이에서 플라즈마가 깜박거리거나(plasma flickering) 또는 플라즈마 꺼짐(plasma-off) 현상이 발생할 우려가 있다. 구체적으로, 상기 연결부(120)의 길이가 너무 크면, 플라즈마가 꺼지면서(plasma ignition) 상기 단위 코일(110)을 통해 플라즈마를 형성할 수 없게 될 위험이 있다. 따라서 상기 연결부(120)의 길이는 15mm 보다 작은 것이 바람직하다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 단위 코일(110)의 직경은 상기 챔버(10) 내부의 상기 베이스 플레이트(20)에 안착되는 웨이퍼(30)의 직경 또는 폭보다 클 수 있다.
상기 단위 코일(110)은 상기 웨이퍼(30)의 외측에 배치되는 외부 코일일 수 있으며, 상기 단위 코일(110)은 상기 베이스 플레이트(20)에 상기 웨이퍼(30)가 안착될 때, 상기 웨이퍼(30)의 외측에 배치될 수 있다. 이를 위해 상기 단위 코일(110)의 직경은 상기 웨이퍼(30)의 직경 또는 폭보다 큰 것이 바람직하다.
복수 개의 상기 단위 코일(110)이 적층되면서 상기 웨이퍼(30)의 외측에 배치됨에 따라 웨이퍼(30)의 가장자리에서 플라즈마의 밀도를 향상시킬 수 있게 되며, 이를 통해 웨이퍼(30)의 가장자리에서 균일성이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 복수 개의 상기 단위 코일(110)이 형성하는 평면은 상기 웨이퍼(30)가 안착되는 평면과 나란한 방향일 수 있다. 상기 베이스 플레이트(20)에 상기 웨이퍼(30)가 안착될 때, 판 형상으로 이루어진 상기 웨이퍼(30)가 형성하는 평면과 상기 단위 코일(110)이 형성하는 평면은 서로 나란한 방향으로 연장될 수 있다. 이를 통해 상기 웨이퍼(30)의 면과 평행한 유도 전기장이 상기 단위 코일(110)을 통해 형성될 수 있게 된다.
도 2를 참조하면, 복수 개의 상기 단위 코일(110)은, 상기 단위 연장 일단부(111)에서 상기 단위 연장 끝단부(112)로 향하는 방향이 서로 동일할 수 있다.
복수 개의 상기 단위 코일(110)은 상기 단위 연장 일단부(111)에서 상기 단위 연장 끝단부(112)로 향하는 방향이 서로 동일함에 따라 동일한 방향(시계 방향 또는 반시계 방향)으로 전류가 흐를 수 있게 된다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 복수 개의 상기 단위 코일(110)은 상기 단위 연장 일단부(111)에서 상기 단위 연장 끝단부(112)로 반시계 방향으로 연장되는 제1단위 코일(131)과, 상기 단위 연장 일단부(111)에서 상기 단위 연장 끝단부(112)로 시계 방향으로 연장되는 제2단위 코일(132)을 포함할 수 있다.
상기 제1단위 코일(131)과 상기 제2단위 코일(132)은 감기는(winding) 방향이 서로 반대인 것으로, 상기 제1단위 코일(131)과 상기 제2단위 코일(132)이 서로 반대 방향으로 연장됨에 따라 전류의 흐름이 서로 반대 방향으로 형성될 수 있게 된다. 여기서, 상기 제1단위 코일(131)과 상기 제2단위 코일(132)이 감기는(winding) 방향은 전류가 흐르는 방향일 수 있다.
구체적으로, 상기 제1단위 코일(131)은 전류의 흐름이 반시계 방향으로 형성될 수 있으며, 상기 제2단위 코일(132)은 전류의 흐름이 시계 방향으로 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 제1단위 코일(131)과 상기 제2단위 코일(132)은 번갈아가면서 적층될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1단위 코일(131)과 상기 제2단위 코일(132)은 한 번씩 번갈아가면서 적층될 수 있으며, 이를 통해 인접하는 상기 단위 코일(110)에서 서로 다른 방향으로 전류가 흐를 수 있게 된다.
또한, 도 4를 참조하면, 복수 개의 상기 제1단위 코일(131)이 적층된 이후, 상기 제2단위 코일(132)이 적층되거나, 복수 개의 상기 제2단위 코일(132)이 적층된 이후, 상기 제1단위 코일(131)이 적층될 수도 있다.
조금 더 구체적으로, 상기 제1단위 코일(131)과 상기 제2단위 코일(132)은 한 번씩 번갈아가면서 적층되지 않을 수도 있으며, 복수 개의 상기 제1단위 코일(131)과 복수 개의 상기 제2단위 코일(132)이 임의적인 순서로 적층될 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 복수 개의 상기 단위 코일(110)이 적층되는 개수를 조절하고, 서로 감기는 방향이 다른 복수 개의 단위 코일(상기 제1단위 코일(131)과 상기 제2단위 코일(132))을 사용함에 따라 플라즈마 밀도를 미세하게 조절할 수 있다.
구제적으로, 복수 개의 상기 단위 코일(110)에서 코일의 길이(l)를 변화시킴에 따라 가변의 인덕턴스(inductance, L)를 얻을 수 있게 되며, 이를 통해 임피던스(Impedance, Z)를 변화시킬 수 있게 된다. 임피던스를 변화시킴에 따라 전류를 변화시킬 수 있게 되며, 이를 통해 전류 밀도(Ji)를 변화시키게 되면서 플라즈마의 밀도를 변화시킬 수 있게 된다.
또한, 서로 연장되는 방향이 반대인 상기 제1단위 코일(131)과 상기 제2단위 코일(132)을 동시에 배치하면, 유도 자기장이 달라지게 되면서 상기 웨이퍼(30)의 면과 평행한 유도 전기장을 변화시키게 되면서 플라즈마의 밀도를 변화시킬 수 있게 된다.
조금 더 구체적으로, 동일한 길이를 가지는 복수 개의 상기 단위 코일(110)을 어떠한 방향으로 감는지에 따라 상기 웨이퍼(30)의 면과 평행한 유도 전기장을 변화시킬 수 있게 되고, 이를 통해 플라즈마의 밀도를 미세하게 조절할 수 있게 된다.
즉, 복수 개의 상기 단위 코일(110)이 적층되는 개수에 따라 코일의 길이(l)를 변화시킴에 따라 임피던스(Impedance, Z)와 전류를 변화시켜 플라즈마의 밀도를 조절할 수 있으며, 적층되는 단위 코일의 개수가 정해지면서 일정한 길이를 가지는 코일에서, 단위 코일이 감기는 방향을 조절함에 따라 유도 자기장을 달라지게 하면서 상기 웨이퍼(30)의 면과 평행한 유도 전기장을 변화시켜 플라즈마의 밀도를 변화시킬 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에 따른 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 내부 코일(200)을 더 포함할 수 있다. 상기 내부 코일(200)은 전류가 통하는 코일로 이루어진 것으로, 상기 웨이퍼(30)의 중앙 부분에서 플라즈마 밀도를 미세하게 조절하기 위해 구비되는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 웨이퍼(30)의 외측에는 상기 외부 코일(100)이 구비될 수 있으며, 상기 웨이퍼(30)의 내측에는 상기 내부 코일(200)이 구비될 수 있다.
상술한 바와 같이 상기 외부 코일(100)을 통해 상기 웨이퍼(30)의 가장자리에서의 플라즈마 밀도를 향상시켜 상기 웨이퍼(30)의 균일성을 향상시킬 수 있게 된다. 이때, 상기 내부 코일(200)을 동시에 사용하면, 상기 웨이퍼(30)의 가장자리에서의 플라즈마 밀도를 향상시키면서 상기 웨이퍼(30)의 중앙 부분에서 플라즈마 밀도를 미세하게 조절할 수 있게 된다.
도 5를 참조하면, 상기 내부 코일(200)은 상기 챔버(10) 내부의 상기 베이스 플레이트(20)에 안착되는 상기 웨이퍼(30)의 직경 또는 폭보다 작은 직경을 가지는 것으로, 상기 내부 코일(200)은 원 형상으로 이루어진 복수 개의 내부 단위 코일(210)을 포함한다.
도 6을 참조하면, 복수 개의 상기 내부 단위 코일(210)은 동일한 평면에 구비되는 것일 수 있다. 구체적으로, 복수 개의 상기 내부 단위 코일(210)은 하나의 층에 형성될 수 있다.
상기 내부 단위 코일(210)은 내부 단위 연장 일단부(211)에서 원 형상을 이루면서 내부 단위 연장 끝단부(212)로 연장될 수 있다. 상기 내부 단위 코일(210)의 상기 내부 단위 연장 일단부(211)는 상기 내부 단위 코일(210)이 연장되는 시작 시점이며, 상기 내부 단위 연장 끝단부(212)는 상기 내부 단위 코일(210)이 연장되는 종료 지점이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 내부 단위 코일(210)의 상기 내부 단위 연장 일단부(211)와 상기 내부 단위 연장 끝단부(212) 사이에는 내부 이격 거리(213)가 구비될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 내부 단위 연장 일단부(211)와 상기 내부 단위 연장 끝단부(212)는 서로 접촉되지 않으면서 상기 내부 이격 거리(213)가 형성되는 것이다.
상기 내부 단위 연장 일단부(211)와 상기 내부 단위 연장 끝단부(212)가 서로 접촉되지 않으면서 상기 내부 이격 거리(213)가 형성됨에 따라 전류를 일방향으로 흐를 수 있게 하면서 플라즈마 아킹(plasma arcing)을 방지할 수 있게 된다.
도 6을 참조하면, 상기 내부 코일(200)은 내부 연결부(220)를 더 포함할 수 있다. 상기 내부 연결부(220)는 하나의 내부 단위 코일(210)과 다른 하나의 내부 단위 코일(210)을 연결할 수 있는 것으로, 상기 내부 연결부(220)는 하나의 내부 단위 코일(210)의 내부 단위 연장 끝단부(212)와 다른 하나의 내부 단위 코일(210)의 내부 단위 연장 일단부(211)를 연결하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 내부 코일(200)은 동일한 평면 상에 형성된는 복수 개의 상기 내부 단위 코일(210)을 포함할 수 있으며, 복수 개의 상기 내부 단위 코일(210)은 상기 내부 연결부(220)를 통해 연결될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 복수 개의 상기 내부 단위 코일(210)은 외측으로 갈수록 점점 직경이 커질 수 있다. 구체적으로, 하나의 평면 내에 구비되는 복수 개의 상기 내부 단위 코일(210)의 직경은, 중심에서 외측으로 갈수록 직경이 커질 수 있다.
여기서, 복수 개의 상기 내부 단위 코일(210)을 연결하는 복수 개의 상기 내부 연결부(220)는 서로 나란한 방향으로 연장될 수 있다. 도 6을 참조하면, 복수 개의 상기 내부 연결부(220)는 동일한 평면에서 평행한 방향으로 연장될 수 있다. 이를 통해 복수 개의 상기 내부 단위 코일(210)에서 형성되는 방위각이 서로 동일하게 되면서 방위각이 대칭(azimuthal symmetry)이 될 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에 따른 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 내부 알에프 파워 제네레이터(Radio Frequency Power Generator)(240)를 더 포함할 수 있다. 상기 내부 알에프 파워 제네레이터(Radio Frequency Power Generator)(240)를 통해 상기 내부 단위 코일(210)에 알에프 파워(Radio Frequency Power)가 인가될 수 있으며, 상기 내부 단위 코일(210)에 의해 여기되는 전자기장의 변화에 의해 상기 챔버(10)에 플라즈마가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는, 하나의 평면에 형성되는 상기 단위 코일(110)이 복수 개 적층되는 상기 외부 코일(100)을 통해 상기 웨이퍼(30)의 가장자리에서 플라즈마 밀도를 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 외부 코일(100)은 상기 웨이퍼(30)의 직경 또는 폭 보다 큰 직경을 가지는 헬리컬(helical) 코일일 수 있으며, 상기 외부 코일(100)을 사용함에 따라 상기 웨이퍼(30)가 안착되는 상기 챔버(10) 내부의 플라즈마 밀도를 상기 챔버(10) 내측에서 상기 챔버(10)의 외측으로 갈수록 높아지게 할 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 동일한 평면상에 복수 개의 상기 내부 단위 코일(210)이 구비되는 상기 내부 코일(200)을 통해 상기 챔버(10)의 중앙 부분(내측)에서 플라즈마 밀도를 미세하게 조절할 수 있게 된다. 상기 내부 코일(200)은 상기 웨이퍼(30)의 직경 또는 폭 보다 작은 직경을 가지는 스파이럴(spiral) 코일일 수 있다.
상기 외부 코일(100)을 통해 상기 챔버(10) 내측에서 상기 챔버(10)의 외측으로 갈수록 플라즈마 밀도를 높아지게 할 때, 상기 내부 코일(200)을 사용함에 따라 상기 챔버(10)의 중앙 부분에서 플라즈마 밀도를 미세하게 조절할 수 있게 된다.
구체적으로, 상기 외부 코일(100)을 통해 상기 챔버(10) 내측에서 상기 챔버(10)의 외측으로 갈수록 플라즈마 밀도를 높아지게 할 때, 상기 챔버(10)의 중앙 부분에서 플라즈마 밀도가 감소되는 것을 방지하기 위해 상기 내부 코일(200)을 사용할 수 있게 된다. 이를 통해 상기 웨이퍼(30)의 중앙 부분과 가장자리 부분에서 균일도를 향상시킬 수 있게 된다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 복수 개의 상기 내부 단위 코일(210)은 상기 내부 단위 연장 일단부(211)에서 상기 내부 단위 연장 끝단부(212)로 반시계 방향으로 연장되는 제1내부 단위 코일(231)과, 상기 단위 연장 일단부(211)에서 상기 단위 연장 끝단부(212)로 시계 방향으로 연장되는 제2내부 단위 코일(232)을 포함할 수 있다.
상기 제1내부 단위 코일(231)과 상기 제2내부 단위 코일(232)은 감기는(winding) 방향이 서로 반대인 것으로, 상기 제1내부 단위 코일(231)과 상기 제2내부 단위 코일(232)이 서로 반대 방향으로 연장됨에 따라 전류의 흐름이 서로 반대 방향으로 형성될 수 있게 된다. 여기서, 상기 제1내부 단위 코일(231)과 상기 제2내부 단위 코일(232)이 감기는(winding) 방향은 전류가 흐르는 방향일 수 있다.
구체적으로, 상기 제1내부 단위 코일(231)은 전류의 흐름이 반시계 방향으로 형성될 수 있으며, 상기 제2내부 단위 코일(232)은 전류의 흐름이 시계 방향으로 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 제1내부 단위 코일(231)과 상기 제2내부 단위 코일(232)은 번갈아가면서 연장될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1내부 단위 코일(231)과 상기 제2단위 코일(232)은 한 번씩 번갈아가면서 연장될 수 있으며, 이를 통해 인접하는 상기 내부 단위 코일(210)에서 서로 다른 방향으로 전류가 흐를 수 있게 된다.
도 8을 참조하면, 또한, 복수 개의 상기 제1내부 단위 코일(231)이 연장된 이후, 상기 제2내부 단위 코일(232)이 연장되거나, 복수 개의 상기 제2내부 단위 코일(232)이 연장된 이후, 상기 제1내부 단위 코일(231)이 연장될 수도 있다.
조금 더 구체적으로, 상기 제1내부 단위 코일(231)과 상기 제2내부 단위 코일(232)은 한 번씩 번갈아가면서 연장되지 않을 수도 있으며, 복수 개의 상기 제1내부 단위 코일(231)과 복수 개의 상기 제2내부 단위 코일(232)이 임의적인 순서로 적층될 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 서로 감기는 방향이 다른 복수 개의 내부 단위 코일(상기 제1내부 단위 코일(231)과 상기 제2내부 단위 코일(232))을 사용함에 따라 플라즈마 밀도를 미세하게 조절할 수 있다.
상술한 본 발명의 실시 예에 따른 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 웨이퍼의 직경 또는 폭 보다 큰 직경을 가지는 단위 코일을 복수 개 적층하고, 단위 코일이 형성하는 평면과 수직한 방향으로 연장되는 연결부를 통해 복수 개의 단위 코일을 연결하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 웨이퍼의 직경 또는 폭 보다 큰 직경을 가지며, 하나의 평면 내부에서 연장되는 단위 코일을 복수 개 적층하면서 챔버 내부에 플라즈마를 형성함에 따라 웨이퍼의 가장자리에서의 플라즈마 밀도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 복수 개의 단위 코일에 흐르는 전류 방향을 동일하게 하거나, 서로 다른 방향으로 전류가 흐르는 제1단위 코일과 제2단위 코일을 혼합하여 배치함에 따라 챔버 내부의 플라즈마 밀도를 미세하게 조절할 수 있는 장점이 있다.
이와 함께, 본 발명의 실시 예에 따른 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 웨이퍼의 직경 또는 폭 보다 작은 직경을 가지는 내부 단위 코일을 동일한 평면에 복수 개 구비하고, 연결부를 통해 복수 개의 내부 단위 코일을 연결하여 챔버 내부에 플라즈마를 형성함에 따라 웨이퍼의 중심부에서 플라즈마 밀도를 미세하게 조절할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스는 유도성 결합 플라즈마(ICP)에 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 종류의 플라즈마에 이용될 수도 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시 예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10...챔버 20...베이스 플레이트
30...웨이퍼 100...외부 코일
110...단위 코일 111...단위 연장 일단부
112...단위 연장 끝단부 113...이격 거리
120...연결부 131...제1단위 코일
132...제2단위 코일 140...알에프 파워 제네레이터
200...내부 코일 210...내부 단위 코일
211...내부 단위 연장 일단부 212...내부 단위 연장 끝단부
213...내부 이격 거리 220...내부 연결부
231...제1내부 단위 코일 232...제2내부 단위 코일
240...내부 알에프 파워 제네레이터

Claims (14)

  1. 챔버의 상부에 구비되며, 플라즈마를 형성하기 위한 플라즈마 소스에 있어서,
    단위 연장 일단부에서부터 연장되며, 하나의 평면 내에서 단위 연장 끝단부로 원 형상으로 연장되는 단위 코일;을 포함하며,
    상기 단위 코일은 복수 개가 적층되며,
    하나의 단위 코일의 상기 단위 연장 끝단부에서, 다른 하나의 단위 코일의 상기 단위 연장 일단부를 연결하는 연결부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연결부는 상기 단위 코일이 형성하는 평면에 대하여 수직으로 연장되고,
    복수 개의 상기 단위 코일이 형성하는 평면은 서로 나란한 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연결부의 길이는 5 내지 15mm 인 것을 특징으로 하는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단위 코일의 상기 단위 연장 일단부와 상기 단위 연장 끝단부 사이에는 이격 거리가 구비되는 것을 특징으로 하는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단위 코일의 직경은,
    챔버 내부의 베이스 플레이트에 안착되는 웨이퍼의 직경 또는 폭보다 크고,
    복수 개의 상기 단위 코일이 형성하는 평면은 상기 웨이퍼가 안착되는 평면과 나란한 방향인 것을 특징으로 하는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스.
  6. 제1항에 있어서,
    복수 개의 상기 단위 코일은,
    상기 단위 연장 일단부에서 상기 단위 연장 끝단부로 향하는 방향이 서로 동일한 것을 특징으로 하는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스.
  7. 제1항에 있어서,
    복수 개의 상기 단위 코일은,
    상기 단위 연장 일단부에서 상기 단위 연장 끝단부로 반시계 방향으로 연장되는 제1단위 코일과,
    상기 단위 연장 일단부에서 상기 단위 연장 끝단부로 시계 방향으로 연장되는 제2단위 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1단위 코일과 상기 제2단위 코일은, 번갈아가면서 적층되는 것을 특징으로 하는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스.
  9. 제7항에 있어서,
    복수 개의 상기 제1단위 코일이 적층된 이후, 상기 제2단위 코일이 적층되거나,
    복수 개의 상기 제2단위 코일이 적층된 이후, 상기 제1단위 코일이 적층되는 것을 특징으로 하는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스.
  10. 제1항에 있어서,
    챔버 내부의 베이스 플레이트에 안착되는 웨이퍼의 직경 또는 폭보다 작은 직경을 가지는 내부 코일을 더 포함하며,
    상기 내부 코일은, 원 형상으로 이루어진 복수 개의 내부 단위 코일을 포함하며,
    복수 개의 상기 내부 단위 코일은, 동일한 평면에 구비되는 것을 특징으로 하는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 내부 단위 코일은,
    내부 단위 연장 일단부에서 원 형상을 이루면서 내부 단위 연장 끝단부로 연장되며,
    하나의 내부 단위 코일의 상기 내부 단위 연장 끝단부에서, 다른 하나의 내부 단위 코일의 상기 내부 단위 연장 일단부를 연결하는 내부 연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 내부 단위 코일을 연결하는 복수 개의 상기 내부 연결부는,
    서로 나란한 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 내부 단위 코일의 상기 내부 단위 연장 일단부와 상기 내부 단위 연장 끝단부 사이에는 내부 이격 거리가 구비되는 것을 특징으로 하는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스.
  14. 제11항에 있어서,
    복수 개의 상기 내부 단위 코일은,
    상기 내부 단위 연장 일단부에서 상기 내부 단위 연장 끝단부로 반시계 방향으로 연장되는 제1내부 단위 코일과,
    상기 내부 단위 연장 일단부에서 상기 내부 단위 연장 끝단부로 시계 방향으로 연장되는 제2내부 단위 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스.
KR1020210130292A 2021-09-30 2021-09-30 평면 헬리컬 코일을 이용하는 플라즈마 소스 KR20230046805A (ko)

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