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KR101063763B1 - 플라즈마 발생 시스템 - Google Patents

플라즈마 발생 시스템 Download PDF

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KR101063763B1
KR101063763B1 KR1020090005335A KR20090005335A KR101063763B1 KR 101063763 B1 KR101063763 B1 KR 101063763B1 KR 1020090005335 A KR1020090005335 A KR 1020090005335A KR 20090005335 A KR20090005335 A KR 20090005335A KR 101063763 B1 KR101063763 B1 KR 101063763B1
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KR
South Korea
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antenna
coil unit
inductively coupled
coupled plasma
plasma generator
Prior art date
Application number
KR1020090005335A
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English (en)
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KR20100086138A (ko
Inventor
박영준
김일욱
Original Assignee
서울대학교산학협력단
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Publication date
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Priority to US13/145,964 priority patent/US20120037491A1/en
Priority to TW099101863A priority patent/TWI580325B/zh
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Abstract

일 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나는 RF 전원과 연결되는 제1단, 접지단과 연결되는 제2단 및 상기 제1단 및 제2단과 연결되고 상기 RF 전원의 인가에 의해 유도 전기장을 생성하는 안테나 코일을 구비한다. 상기 안테나 코일은 적어도 하나의 서브 코일 유닛을 포함한다. 상기 적어도 하나의 서브 코일 유닛은 상기 인가되는 RF 전원에 응답하여 상기 안테나 코일과 인접한 영역에 국부적인 자기장을 생성한다.

Description

플라즈마 발생 시스템{plasma generating system}
본 출원은 플라즈마 발생용 안테나 및 이를 구비하는 플라즈마 발생 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 적어도 하나의 서브 안테나 코일을 구비하는 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나 및 이를 구비하는 플라즈마 발생 장치에 관한 것이다.
플라즈마 발생 장치는 반도체 웨이퍼 또는 평판표시장치 등과 같은 미세패턴을 형성하여야 하는 기술 분야에서 식각, 화학기상증착, 스퍼터링, 플라즈마 산화, 플라즈마 질화 등 각종 표면처리 공정을 수행하는데 적용되고 있다. 최근에는 비용절감 및 스루풋 향상 등을 달성하기 위하여 반도체 장치용 웨이퍼나 평판표시장치용 기판의 크기가 예컨대 450㎜ 이상으로 대형화되는 경향을 보임에 따라 대형의 웨이퍼나 기판을 가공하기 위한 플라즈마 발생장치의 수요가 증가되고 있다.
일반적으로, 플라즈마 발생 장치는 유도결합형 플라즈마 발생 장치, 축전결합형 플라즈마 발생 장치 등으로 분류 될 수 있다. 유도결합형 플라즈마 발생 장치 를 구동하는 방법은 챔버 주변에 플라즈마 발생용 안테나를 설치하고 상기 플라즈마 발생용 안테나에 고주파 또는 라디오 주파수(radio frequency, 이하 RF) 전력을 인가하면, 상기 안테나가 이루는 평면과 수직방향으로 시간적으로 변화하는 자기장이 형성된다. 이러한 시간적으로 변화하는 자기장은 상기 챔버 내부에 유도전기장을 형성하고 상기 유도전기장은 상기 챔버 내의 자유 전자를 가속시켜 주변의 중성기체와 충돌시킴으로써 플라즈마를 형성하게 된다. 축전결합형 플라즈마 발생 장치를 구동하는 방법은 챔버 내에 두 개의 전극을 설치하고, 상기 두 개의 전극 사이에 RF 전원을 인가하여 상기 두 전극 사이의 공간에 시간에 따라 변화하는 전기장을 형성한다. 상기 형성된 전기장은 상기 챔버 내의 자유 전자를 효율적으로 가속시켜 주변의 중성기체와 충돌시킴으로써 플라즈마를 형성하게 된다.
이 중 유도결합형 플라즈마 발생 장치는 챔버 외부에 안테나를 배치할 수 있으며, 안테나에 의해 유도되는 전기장이 원형으로 형성되어, 축전결합형 플라즈마 발생 장치와 비교할 때, 전극의 위치와 무관하게 가속될 수 있으며 고밀도의 플라즈마를 확보할 수 있는 장점이 있다. 이와 같은 유도결합형 플라즈마 발생 장치에 대한 연구에 대한 관심은 높아지고 있으며, 최근에, 일례로서, 한국등록특허 제488,363호에서는 적어도 2개의 루프형 안테나가 전기적으로 병렬로 설치된 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나 구조가 개시되고 있으며. 또, 한국등록특허 제800,369호에서는 실린더형 플라즈마 발생부에 권취되는 적어도 둘 이상의 나선형 세그먼트와 상기 각각의 나선형 네그먼트에 형성되며 상기 나선형 세그먼트에 고주파 전원부의 전원을 스위칭하는 스위칭 부재를 포함하는 유도결합형 플라즈마 안테 나이 개시되고 있다.
일 실시 예에 있어서, 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나는 RF 전원과 연결되는 제1단, 접지단과 연결되는 제2단 및 상기 제1단 및 제2단과 연결되고 상기 RF 전원의 전력을 인가받아 유도 전기장을 생성하는 안테나 코일을 구비한다. 상기 안테나 코일은 상기 RF 전원의 전력에 응답하여 상기 안테나 코일과 인접한 영역에 자기장을 생성하는 적어도 하나의 서브 코일 유닛을 포함한다.
다른 실시 예에 있어서, 유도 결합형 플라즈마 발생 장치는 챔버, 상기 챔버의 외부에 배치되는 RF 전원 및 접지단, 상기 챔버의 외벽에 배치되며 상기 RF 전원에 연결된 제1단, 상기 접지단에 연결된 제2단 및 안테나 코일을 포함하는 루프형 안테나 코일을 구비한다. 상기 안테나 코일은 상기 안테나 코일의 둘레를 따라 배열되는 적어도 하나의 서브 코일 유닛을 포함한다.
또 다른 실시 예에 있어서, 유도 결합형 플라즈마 발생 장치의 구동 방법은 플라즈마 형성을 위한 가스를 챔버 내에 공급하는 공정을 포함한다. 또 상기 구동 방법은 상기 챔버의 외벽에 배치된 루프형 안테나 코일의 일단에 RF 전원의 전력을 공급하는 공정을 포함한다. 상기 루프형 안테나는 상기 RF 전원의 전력에 응답하여 상기 루프형 안테나의 내부 영역에 유도 전기장을 발생시킨다. 상기 적어도 하나의 서브 코일 유닛은 상기 루프형 안테나의 상기 코일 인근 영역에 자기장을 발생시킨다.
이하, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다. 본문에서 달리 명시하지 않는 한, 도면의 유사한 참조번호들은 유사한 구성요소들을 나타낸다. 상세한 설명, 도면들 및 청구항들에서 상술하는 예시적인 실시 예들은 한정을 위한 것이 아니며, 다른 실시예들이 이용될 수 있으며, 여기서 개시되는 기술의 사상이나 범주를 벗어나지 않는 한 다른 변경들도 가능하다. 당업자는 본 개시되는 기술의 구성요소들, 즉 여기서 일반적으로 기술되고, 도면에 기재되는 구성요소들을 다양하게 다른 구성으로 배열, 구성, 결합, 도안할 수 있으며, 이것들의 모두는 명백하게 고안되어지며, 본 개시되는 기술의 일부를 형성하고 있음을 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 일 구성요소 또는 일 층이 다른 구성요소 또는 다른 층 “의 위에” 라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소 또는 상기 일 층이 상기 다른 구성요소 또는 다른 층의 바로 위에 형성되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소 또는 층이 개재되는 경우도 포함할 수 있다. 여기서 사용되는 “및/또는” 은 하나 또는 그 이상으로 관련되어 열거되는 목록들 중 어느 것들의 결합 또는 목록들 전체의 결합을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 종래의 유도결합형 플라즈마 발생용 안테나는 일반적으로 나선형 구조의 코일 또는 분할 전극형 구조의 코일로 이루어져 있으며, 이 경우에 여전히 챔버 내에 형성된 플라즈마가 균일한 분포를 가지도록 조절하기 어려운 점이 있을 수 있다.
구체적으로, 나선형 구조의 코일인 경우, 안테나를 구성하는 각 유도 코일이 직렬 연결되어 있는 구조이므로 유도 코일마다 흐르는 전류량이 일정하게 된다. 이 경우, 상기 유도 코일에 흐르는 전류에 의해 발생되는 유도 전기장의 공간 분포를 조절하기 어렵고, 챔버 내벽에서의 이온 및 전자의 손실로 인해 챔버 중심부가 높은 밀도의 플라즈마를 갖게 되고 챔버의 내벽에 가까운 부분에는 플라즈마의 밀도가 낮아질 수 있다. 또, 안테나의 각 유도 코일이 직렬로 연결되어 있으므로 안테나에 의한 전압 강하가 크게 되므로 플라즈마와 상기 유도 코일 사이의 용량성 결합에 의한 영향이 증가되어 전력 효율이 낮아지며 챔버 내부 공간 전체에 걸쳐 플라즈마의 균일성을 유지하는 것이 어려울 수 있다.
또 분할 전극형 구조의 코일인 경우, 일례로서, 서로 위상이 다른 3개의 고주파 전원에 각각 접속된 3개의 분할 전극을 가지는 안테나 코일은 각각 분할 전극에 가까운 위치에서는 플라즈마의 밀도가 높고, 상기 각각 분할 전극에서 멀어져서 챔버의 중앙부로 갈수록 플라즈마의 밀도가 낮아져서 플라즈마의 균일성 확보에 어려움이 있을 수 있다.
도 1은 본 출원의 일 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1의 (a)는 일 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나의 평면도이며, (b) 및 (c)는 일 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나의 서브 코일 유닛을 나타내는 평면도이다.
도 1의 (a)를 참조하면, 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나(100)은 제1단(101), 제2단(102) 및 안테나 코일부(103)를 포함한다. 제1단(101)은 RF 전원(미 도시)과 연결되고 제2단(102)은 접지단(미도시)과 연결될 수 있다. 다르게는 제1단(101)는 접지단과 연결되고 제2단(102)은 RF 전원과 연결될 수 있다.
안테나 코일부(103)는 제1단(101) 및 제2단(102)과 연결되고, 상기 RF 전원의 전력을 인가받아 유도 전기장을 생성한다. 암페어의 법칙에 의하면 안테나 코일(103)부에 전류가 인가될 때 안테나 코일부(103)의 주위에 자기장이 형성된다. 시간에 따라 변화하는 상기 RF 전원의 전력이 인가될 경우, 시간에 따라 변화하는 자기장이 안테나 코일부(103)의 주위에 발생하며, 패러데이의 전자기 유도 법칙에 따라 안테나 코일부(103)의 주위에 유도 기전력이 발생한다. 상기 유도 기전력은 상기 인가된 RF 전원의 전력의 방향과 반대되는 방향으로 유도 전기장을 안테나 코일부(103)의 주위에 형성한다. 일 실시 예에 있어서, 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나(100)는 루프 형태로 배치될 수 있고, 이 경우, 상기 RF 전원에서 인가되는 전력을 인가받아 상기 루프 내부에 원형의 유도 전기장을 형성할 수 있다.
안테나 코일부(103)는 적어도 하나의 서브 코일 유닛(104)을 포함한다. 적어도 하나의 서브 코일 유닛(104)은 안테나용 코일을 길이 방향(즉, 도 1의 (a)에서 X축 방향)을 따라 성형하여 형성함으로써 안테나 코일부(103)와 일체형일 수 있다. 일례로서, 적어도 하나의 서브 코일 유닛(104)은 안테나 코일부(103)의 길이 방향을 따라 서로 동일한 형상으로 배열될 수 있다.
도 1의 (b) 및 (c)는 일 실시 예에 따른 하나의 서브 코일 유닛(104)을 도시하였다. 도시한 바와 같이, 서브 코일 유닛(104)은 A-A’ 라인을 기준으로 실질적으로 대칭적인 형상을 가질 수 있으며, 일례로서, A-A’ 라인을 기준으로 하부 삼 각형 코일(107) 및 상부 삼각형 코일(108)이 서로 대칭을 이루는 형상을 가질 수 있다.
도 1의 (b)를 참조하면, RF 전원으로부터 서브 코일 유닛(104)의 좌측단(105)로부터 우측단(106)쪽으로 흐르는 전류가 공급될 때 암페어의 법칙에 의하여 서브 코일 유닛(104) 주위에 자기장이 형성될 수 있다. 이 경우 코일 유닛(104)이 위치하는 평면을 기준으로 하여 자기력선의 방향이 결정될 수 있다. 하부 삼각형 코일(107)에서는 코일(107) 내부로부터 상기 평면 위로 나와서 코일(107) 외부에서 상기 평면 아래로 들어가는 경로를 가지는 자기력선이 생성될 수 있다. 이에 반하여 상부 삼각형 코일(108)에서는 코일(108) 외부에서 상기 평면 위로 나와서 코일(108) 내부에서 상기 평면 아래로 들어가는 경로를 가지는 자기력선이 생성될 수 있다. 본 명세서에서는 편의상, 상기 평면 위로 나오는 부분의 자기장 극성을 N극이라 표기하고, 상기 평면 아래로 들어가는 부분의 자기장 극성을 S극이라 표기하겠다. 따라서, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 전류가 좌측단(105)로부터 우측단(106)으로 흐르는 경우, 하부 삼각형 코일(107)의 내부에는 N극, 외부에는 S극의 극성을 갖는 자기장이 국부적으로 형성될 수 있다. 또, 상부 삼각형 코일(108)의 내부에는 S극, 외부에는 N극의 극성을 갖는 자기장이 국부적으로 형성될 수 있다. 그리고, 서브 코일 유닛(104)에서 하부 삼각형 코일(107)의 내부를 N극, 상부 삼각형 코일(108)의 내부를 S극으로 하는 자기장이 형성될 수 있다.
도 1의 (c)를 참조하면, RF 전원으로부터 서브 코일 유닛(104)의 우측단(106)로부터 우측단(105)쪽으로 흐르는 전류가 공급될 때 암페어의 법칙에 의하 여 마찬가지로 서브 코일 유닛(104) 주위에 자기장이 형성될 수 있다. 도 1의 (c)에 도시된 바와 같이, 하부 삼각형 코일(107)의 내부에는 S극, 외부에는 N극의 극성을 갖는 자기장이 국부적으로 형성될 수 있다. 또, 상부 삼각형 코일(108)의 내부에는 N극, 외부에는 S극의 극성을 갖는 자기장이 국부적으로 형성될 수 있다. 그리고, 서브 코일 유닛(104) 자체적으로는 상부 삼각형 코일(108)의 내부를 N극, 하부 삼각형 코일(107)의 내부를 S극으로 하는 자기장이 형성될 수 있다.
다시 도 1의 (a)를 참조하면, 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나(100)에 RF 전원으로부터 전력이 인가되는 경우, 안테나 코일부(103)의 주위에 유도 전기장이 발생하고, 또, 서브 코일 유닛(104)의 인근 영역에는 서브 코일 유닛(104)의 존재로부터 기인하는 새로운 자기장이 국부적으로 형성될 수 있다. 일 실시 예에 의하면, RF 전원으로부터 안테나(100)에 공급되는 전류의 방향이 시간에 따라 변화할 경우, 적어도 하나의 서브 코일 유닛(104)의 주변에는 도 1의 (b)에 도시되는 자기력선을 갖는 자기장과 도 1의 (c)에 도시되는 자기력선을 갖는 자기장이 시간에 따라 교대로 발생할 수 있다.
도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 서브 코일 유닛(104)은, 외부에서 인가되는 RF 전력에 대하여, 안테나 코일부(103)의 길이 방향(즉, X 방향)을 따라 N극과 S극이 교대로 배열되며, 시간에 따라 극성이 변화하는 국부적인 자기장을 형성하도록 배치될 수 있다. 또, 적어도 하나의 서브 코일 유닛(104)는 A-A’ 라인을 기준으로 안테나 코일부(103)의 길이 방향과 실질적으로 수직한 방향(즉, 도 1의 (a)의 Y 방향)으로 N극과 S극이 대칭적으로 배열되는 자기장을 형성하 도록 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 N극과 상기 S극은 실질적으로 동일한 크기의 자기력선을 가질수 있도록 서브 코일 유닛(104)의 형상을 제조할 수 있다.
도 2는 다른 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2의 (a)는 다른 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나의 평면도이며, (b)는 (a)에 도시된 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나의 서브 코일 유닛의 평면도이다.
도 2의 (a)를 참조하면, 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나(200)은 제1단(201), 제2단(202) 및 안테나 코일부(203)를 포함한다. 안테나 코일부(203)는 적어도 하나의 서브 코일 유닛(204)를 포함한다. 적어도 하나의 서브 코일 유닛(204)는 안테나용 코일을 길이 방향(즉, X 방향)을 따라 성형하여 형성함으로써 안테나 코일부(203)와 일체형일 수 있다.
도 2의 (b)를 참조하면, 서브 코일 유닛(204)은 B-B’ 라인을 기준으로 실질적으로 대칭적인 형상을 가질 수 있으며, 일례로서, B-B’ 라인을 기준으로 하부 마름모형 코일(207) 및 상부 마름모형 코일(208)이 서로 대칭을 이루는 형상을 가질 수 있다. 그리고, 도 1의 (a) 내지 (c)와 관련되어 상술한 바와 같이, 전류가 좌측단(205)으로부터 우측단(206)으로 흐르는 경우, 하부 마름모형 코일(207)의 내부에는 N극, 외부에는 S극의 극성을 갖는 자기장이 국부적으로 형성될 수 있다. 또, 상부 마름모형 코일(208)의 내부에는 S극, 외부에는 N극의 극성을 갖는 자기장이 국부적으로 형성될 수 있다. 그리고, 서브 코일 유닛(204)에서는 하부 마름모형 코일(207)의 내부를 N극, 상부 마름모형 코일(208)의 내부를 S극으로 하는 자기장이 형성될 수 있다.
도시되지는 않았지만, 전류가 우측단(206)으로부터 좌측단(205)으로 흐르는 경우, 상기 전류가 좌측단(205)으로부터 우측단(206)으로 흐르는 경우에서와 반대되는 극성을 가지는 자기장이 서브 코일 유닛(204)의 인접 영역에 국부적으로 형성될 수 있다.
다른 몇몇 실시 예들에 의하면, 서브 코일 유닛(204)의 구조는 상기 B-B’ 라인을 기준으로 실질적으로 서로 대칭적인 형상을 가지는 요건을 만족하는 어떠한 구조도 가능하며, 일례로서, 상부 코일 및 하부 코일이 서로 대칭을 이루는 다각형 및 원형의 코일들을 포함할 수 있다.
도 3은 또 다른 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 3의 (a)는 또 다른 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나의 평면도이며, 도 3의 (b)는 또 다른 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나의 서브 코일 유닛의 평면도이다.
도 3의 (a)를 참조하면, 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나(300)은 제1단(301), 제2단(302) 및 안테나 코일부(303)를 포함한다. 안테나 코일부(303)는 적어도 하나의 서브 코일 유닛(304)를 포함한다. 적어도 하나의 서브 코일 유닛(304)는 안테나용 코일을 길이 방향(즉, 도 3의 (a)의 X 방향)을 따라 성형하여 형성함으로써 안테나 코일부(303)와 일체형일 수 있다.
도 3의 (b)를 참조하면, 서브 코일 유닛(304)은 X 방향에 대하여 소정 각도, 일례로서 0°내지 180°인 각도로, 경사진 방향에 대하여 실질적으로 대칭인 형상을 가질 수 있으며, 일례로서, C-C’ 라인을 기준으로 하부 마름모형 코일(307) 및 상부 마름모형 코일(308)이 서로 대칭을 이루는 형상을 가질 수 있다. 그리고, 전류가 좌측단(305)으로부터 우측단(306)으로 흐르는 경우, 하부 마름모형 코일(307)의 내부에는 N극, 외부에는 S극의 극성을 갖는 자기장이 국부적으로 형성될 수 있다. 또, 상부 마름모형 코일(308)의 내부에는 S극, 외부에는 N극의 극성을 갖는 자기장이 국부적으로 형성될 수 있다. 그리고, 서브 코일 유닛(304) 자체적으로는 하부 마름모형 코일(307)의 내부를 N극, 상부 마름모형 코일(308)의 내부를 S극으로 하는 자기장이 형성될 수 있다.
도시되지는 않았지만, 전류가 우측단(306)으로부터 좌측단(305)으로 흐르는 경우, 상기 전류가 좌측단(305)으로부터 우측단(306)으로 흐르는 경우와는 반대되는 극성을 가지는 자기장이 서브 코일 유닛(304)의 인접 영역에 국부적으로 형성될 수 있다.
다른 몇몇 실시 예들에 의하면, 서브 코일 유닛(304)의 구조는 상기 X축에 대하여 소정의 각도, 일례로서 0°내지 180°인 각도로, 일례로 경사진 상기 C-C’ 라인을 기준으로 실질적으로 서로 대칭적인 형상을 가지는 요건을 만족하는 한 어떠한 구조도 가능하며, 일례로서, 상부 코일 및 하부 코일이 서로 대칭을 이루는 다각형 및 원형의 코일들을 포함할 수 있다.
도 4는 일 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나의 배치를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 4를 참조하면, 유도 결합형 플라즈마 발생용 안 테나(400)은 제1단(410), 제2단(420) 및 안테나 코일부(450)를 포함한다. 안테나 코일부(450)는 적어도 하나의 서브 코일 유닛(460)을 포함한다. 적어도 하나의 서브 코일 유닛(460)은 도 1 내지 도 3과 관련하여 상술한 실시 예들의 서브 코일 유닛들(104, 204, 304) 중 어느 하나의 형상일 수 있다.
도시한 바와 같이, 안테나 코일부(450)는 루프형으로 배치되고, 제1단(410)이 RF 전원(430)에 연결되고, 제2단(420)이 접지단(440)에 연결된다. 서브 코일 유닛(460)의 하부 코일(470)과 상부 코일(480)이 이루는 평면은 안테나 코일부(450)가 놓여지는 바닥 평면과 서로 다른 평면일 수 있다. 일례로서, 하부 코일(470)과 상부 코일(480)이 이루는 평면은 안테나 코일부(450)가 놓여지는 바닥 평면과 실질적으로 서로 수직한 방향일 수 있으며, 본 명세서에서는 이와 같이 구성된 안테나 코일부(450)를 갖는 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나를 수직형 안테나라고 지칭한다.
몇몇 실시예에 따르면, 상기 수직형 안테나는 하나 이상의 루프의 턴을 갖도록 배치될 수 있다. 또, 상기 수직형 안테나는 챔버 외벽의 곡면을 감싸도록 배치될 수 있다.
도 5는 다른 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나의 배치를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 5를 참조하면, 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나(500)은 제1단(510), 제2단(520) 및 안테나 코일부(550)를 포함한다. 안테나 코일부(550)는 적어도 하나의 서브 코일 유닛(560)을 포함한다. 적어도 하나의 서브 코일 유닛(560)은 도 1 내지 도 3과 관련하여 상술한 실시 예들의 서브 코일 유 닛들(104, 204, 304) 중 어느 하나의 형상일 수 있다.
도시한 바와 같이, 안테나 코일부(550)는 루프형으로 배치되고, 제1단(510)이 RF 전원(530)에 연결되고, 제2단(520)이 접지단(540)에 연결된다. 서브 코일 유닛(560)의 하부 코일(570)과 상부 코일(580)이 이루는 평면은 안테나 코일부(550)가 놓여 지는 바닥 평면과 실질적으로 동일한 평면일 수 있다. 본 명세서에서는 이와 같이 구성된 안테나 코일부(550)를 갖는 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나를 수평형 안테나라고 지칭한다.
몇몇 실시예에 따르면, 상기 수평형 안테나는 하나 이상의 루프의 턴을 갖도록 배치될 수 있다. 또, 상기 수평형 안테나는 챔버 외벽의 평면 상에 배치될 수 있다.
도 6은 또 다른 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나의 배치를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 6를 참조하면, 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나(600)는 물리적으로 서로 분리된 제1 안테나 세그먼트(610) 및 제2 안테나 세그먼트(620)을 포함하며, 루프형으로 배치된다. 제1 안테나 세그먼트(610) 및 제2 안테나 세그먼트(620)은 각각 도 1 내지 도 3과 관련하여 상술한 실시예들의 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나(100, 200, 300)과 실질적으로 동일한다.
제1 안테나 세그먼트(610) 및 제2 안테나 세그먼트(620)은 각각 수직형 안테나일 수 있으며, RF 전원(630) 및 접지단(640)에 병렬로 연결된다. 다르게는 제1 안테나 세그먼트(610) 및 제2 안테나 세그먼트(620)은 각각 수평형 안테나 이거나, 상기 수직형과 상기 수평형 안테나가 조합된 형태일 수 있다. 다른 실시예들에 의 하면, 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나(600)는 적어도 셋 이상의 안테나 세그먼트들을 포함할 수 있다.
도 7은 일 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생 장치를 나타내는 단면도이다. 도 7을 참조하면, 유도 결합형 플라즈마 발생 장치(700)은 챔버(710), RF 전원(720) 및 접지단(730) 및 루프형 안테나(740)을 포함한다.
챔버(710)은 웨이퍼(750) 및 웨이퍼(750)을 지지하는 척(760)을 포함한다. 도시되지는 않았지만, 챔버(710)은 플라즈마 발생 및 반응을 위한 가스를 공급하기 위한 가스 유입구 및 챔버 내의 가스를 배출하기 위한 가스 배출구 및 펌프 시스템을 더 포함한다.
챔버(710)의 외부에는 RF 전원(720) 및 접지단(730)이 배치되어 유도 결합형 플라즈마 발생을 위한 전력을 공급한다.
루프형 안테나(740)로서 도 1 내지 도 3과 관련하여 상술한 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나들(100, 200, 300)이 사용될 수 있다. 도 7을 참조하면, 루프형 안테나(740)는 챔버(710) 외벽의 평면 상에 배치되며 RF 전원(720) 및 접지단(730)에 각각 연결된다. 루프형 안테나(740)는 일례로서 상부 코일(742) 및 하부 코일(744)을 포함하는 적어도 하나의 서브 코일 유닛(746)을 구비하며, 도 5와 관련되어 상술한 실시 예에서와 같이 수평형 안테나로 배치된다.
챔버(710) 내에 플라즈마 생성을 위한 가스, 일례로서 헬륨, 수소, 아르곤, 질소 등과 같은 비반응성 가스, 를 공급하고 상기 펌프 시스템을 이용하여, 챔버(710) 내의 압력을 일정하게 유지시킬 수 있다. 그리고, 챔버(710)의 외벽에 배 치된 RF 전원(720)으로부터 루프형 안테나(740)의 일단에 전력을 공급한다.
RF 전원(720)으로부터 시간에 따라 변화하는 전력이 공급되면, 암페어의 법칙에 의하여 루프형 안테나(740)의 루프 내부에는 시간에 따라 변화하는 자속을 가지는 자기장이 형성된다. 상기 시간에 따라 변화하는 자속을 가지는 자기장은 패러데이의 법칙에 따라, 상기 루프 내부의 챔버(710)의 내부 공간에 유도 전기장을 발생시키고, 상기 유도 전기장을 따라 가속되는 자유 전자들이 중성 기체와 충돌하여 중성 기체를 이온화 시킴으로써 플라즈마를 발생시킨다. 이때, 상기 유도 전기장에 가속된 상기 이온 및 전자들이 챔버(710)의 내벽과의 충돌하여 손실됨으로써 챔버(710)의 중심부가 높은 밀도의 플라즈마를 갖게 되고 챔버(710)의 내벽에 가까운 부분에는 플라즈마의 밀도가 낮아질 수 있다. 본 실시 예에서는 루프형 안테나(740)의 안테나 코일이 적어도 하나의 서브 코일 유닛(746)을 포함함으로써, 상기 유도 전기장과는 별도로 상기 안테나 코일 주위에 국부적인 자기장을 발생시킨다. 상기 안테나 코일 주변에 국부적으로 형성되는 자기장은 전하를 띤 전자 또는 이온에 대하여 로렌쯔의 힘을 작용함으로써, 상기 전자 또는 이온이 챔버(710)의 내벽에 접근하는 것을 억제하고, 소정의 영역 내에 상기 전자 또는 이온을 포획하여 고정(confine)시키는 기능을 한다. 이로써, 상기 서브 코일 유닛이 존재하는 영역 인근에 있어서, 플라즈마와 챔버(710)의 내벽 사이에 전자가 존재하지 않는 쉬스(sheath) 영역이 감소하고, 상기 포획되어 고정되는 전자 및 이온에 의해 기체의 이온화율이 증가하여 상기 서브 코일 유닛이 위치하는 챔버(710)의 내벽 인근 영역에서 플라즈마 밀도가 증가될 수 있다. 또, 플라즈마 내의 이온과 챔버(719)의 내 벽과의 충돌을 효과적으로 방지함으로써 챔버(710)를 오염시키는 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 루프형 안테나(740)가 챔버(710) 외벽의 평면 상에 배치된 경우, RF 전원(720)으로부터 시간에 따라 변화하는 전력이 공급될 때, 챔버(710) 내부에서는 루프형 안테나(740)의 루프를 관통하는 방향으로 시간에 따라 변화하는 자기장이 발생한다. 이어서, 상기 시간에 따라 변화하는 자기장은 패러데이 법칙에 의해 RF 전원(720)으로부터 상기 공급되는 전력의 방향과 반대되는 방향을 갖는 루프형 유도 전기장(780)을 발생시킨다. 그리고, 루프형 안테나(740)의 주변에서는 서브 코일 유닛(746)에 의해 국부적인 자기장(790)이 발생할 수 있다. 상기 국부적인 자기장(790)은 챔버(710)의 외곽에서 플라즈마의 밀도를 증가시키는 역할을 할 수 있다.
도 8은 다른 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생 장치 및 안테나를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 8의 (a)는 다른 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생 장치를 나타내는 단면도이다. 도 8의 (b)는 (a) 에 도시된 유도 결합형 플라즈마 안테나의 평면도이다. 도 8의 (a) 및 (b)를 참조하면, 유도 결합형 플라즈마 발생 장치(800)는 챔버(710), RF 전원(720) 및 접지단(730) 및 루프형 안테나(840)를 포함한다. 도 7과 관련하여 상술한 실시 예에서와 동일한 도면 부호로 표기된 동일한 구성요소는 중복을 피하기 위해 자세한 설명을 생략하기로 한다.
루프형 안테나(840)는 복수의 턴을 가지는 나선형 루프 형상을 가지는 점을 제외하고는 도 7과 관련하여 상술한 루프형 안테나(740)와 실질적으로 동일하다. 결과적으로, 루프형 안테나(840)가 복수의 턴을 가지는 나선형 루프 형상인 경우, RF 전원(720)으로부터 서브 코일 유닛에 인가되는 전력에 의해 발생하는 국부적인 자기장(790)은 루프형 안테나(840)와 인접하는 챔버 내벽에서의 쉬스 영역을 감소시키고 챔버 중앙부에 비해 상대적으로 감소된 플라즈마 밀도를 증가시킬 수 있다.
도 9은 또 다른 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생 장치 및 안테나를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 9의 (a)는 또 다른 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생 장치를 나타내는 단면도이다. 도 9의 (b)는 (a)에 도시된 유도 결합형 플라즈마 안테나의 평면도이다. 도 9의 (a) 및 (b)를 참조하면, 유도 결합형 플라즈마 발생 장치(900)은 챔버(710), RF 전원(720) 및 접지단(730) 및 루프형 안테나들(940, 950)을 포함한다. 도 7과 관련하여 상술한 실시 예에서와 동일한 도면 부호로 표기된 동일한 구성요소는 중복을 피하기 위해 자세한 설명을 생략하기로 한다.
루프형 안테나들(940, 950)는 서로 물리적으로 분리된 복수의 루프형 안테나로 이루어진 점을 제외하고는 도 7과 관련하여 상술한 루프형 안테나(740)와 실질적으로 동일하다. 루프형 안테나들(940, 950)은 각각 RF 전원(720) 및 접지단(730)에 병렬로 연결된다. 다르게는 루프형 안테나들(940, 950)은 RF 전원(720) 및 접지단(730)에 직렬로 연결될 수 있다. 도면을 참조하면, 루프형 안테나(940)는 외측에서, 루프형 안테나(950)은 내측에서 각각 루프를 형성한다. 몇몇 실시예들에 있어서는, 상기 물리적으로 분리된 셋 이상의 루프형 안테나들이 존재하며, 각각의 루프형 안테나는 RF 전원(720) 및 접지단(730)에 연결될 수 있다.
본 실시 예에 의하면, 물리적으로 서로 분리된 복수의 루프형 안테나들이 챔버 외벽의 평면에 배치될 수 있으며, RF 전원(720)으로부터 상기 서브 코일 유닛에 인가되는 전력에 의해 발생하는 국부적인 자기장(790)은 루프형 안테나들(940, 950)과 인접하는 챔버 내벽에서의 쉬스 영역을 감소시키고 챔버 중앙부에 비해 상대적으로 감소된 플라즈마 밀도를 증가시킬 수 있다.
도 10는 또 다른 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생 장치를 나타내는 단면도이다. 도 10을 참조하면, 유도 결합형 플라즈마 발생 장치(1000)는 챔버(710), RF 전원(720) 및 접지단(730) 및 루프형 안테나들(1040, 1050)을 포함한다. 도 7과 관련하여 상술한 실시 예에서와 동일한 도면 부호로 표기된 동일한 구성요소는 중복을 피하기 위해 자세한 설명을 생략하기로 한다.
루프형 안테나들(1040, 1050) 각각은 도 4 또는 도 6과 관련하여 상술한 실시 예에서와 실질적으로 동일하게 배치된 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나(400) 또는 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나(600)일 수 있다. 루프형 안테나들(1040, 1050)은 각각 챔버(710)의 외벽의 곡면을 감싸는 형태로 배치되는 상기 수직형 안테나일 수 있다. 상기 수직형 안테나는 도 7 내지 도 9와 관련하여 상술한 상기 수평형 안테나와 동일한 방식으로 작동하며, 챔버(710) 내부에 유도 전기장(780)을 형성함과 동시에, 상기 수직형 안테나와 인접한 영역에 국부적인 자기장(790)을 형성시킬 수 있다.
도시된 바와 같이, 루프형 안테나들(1040, 1050)은 RF 전원(720) 및 접지단(730)에 병렬로 연결된다. 다르게는 루프형 안테나들(1040, 1050)은 RF 전 원(720) 및 접지단(730)에 직렬로 연결될 수 있다.
결과적으로, RF 전원(720)으로부터 서브 코일 유닛에 인가되는 전력에 의해 발생하는 국부적인 자기장(790)은 루프형 안테나들(1040, 1050)과 인접하는 챔버 내벽에서의 쉬스 영역을 감소시키고 챔버 중앙부에 비해 상대적으로 감소된 플라즈마 밀도를 증가시킬 수 있다.
도 11은 또 다른 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생 장치를 나타내는 단면도이다. 도 11을 참조하면, 유도 결합형 플라즈마 발생 장치(1100)는 챔버(710), RF 전원(720) 및 접지단(730) 및 루프형 안테나들(1140, 1150, 1160)을 포함한다. 도 7과 관련하여 상술한 실시 예에서와 동일한 도면 부호로 표기된 동일한 구성요소는 중복을 피하기 위해 자세한 설명을 생략하기로 한다.
루프형 안테나들(1140, 1160)은 도 10과 관련하여 상술한 실시 예에서와 실질적으로 동일하게 배치된 수직형 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나들(1040, 1050)일 수 있다. 루프형 안테나(1150)는 도 7과 관련하여 상술한 실시 예에서와 실질적으로 동일하게 배치된 수평형 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나(700)일 수 있다. 루프형 안테나들(1140, 1160)은 각각 챔버(710)의 외벽의 곡면을 감싸는 형태로 배치되며, 루프형 안테나(1150)은 챔버(710)의 외벽의 평면 상에 배치된다.
결과적으로, RF 전원(720)으로부터 서브 코일 유닛에 인가되는 전력에 의해 발생하는 국부적인 자기장(790)은 루프형 안테나들(1140, 1150, 1160)과 인접하는 챔버 내벽에서의 쉬스 영역을 감소시키고 챔버 중앙부에 비해 상대적으로 감소된 플라즈마 밀도를 증가시킬 수 있다.
도 12는 또 다른 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나를 개략적으로 나타내는 평면도이다. 도 12를 참조하면, 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나(1200)는 제1단(1201), 제2단(1202) 및 안테나 코일부(1203)를 포함한다. 안테나 코일부(1203)는 안테나용 코일을 X 방향 및 Y 방향을 따라 성형함으로써 형성된다. 안테나 코일부(1203)는 X 방향 및 Y 방향을 따라 배치된 적어도 하나의 서브 코일 유닛(1204)을 포함한다. 제1단(1201) 및 제2단(1202)에 전력이 인가될 때, 안테나 코일부(1203)는 도 1 내지 도 3과 관련하여 상술한 안테나 코일부들(103, 203, 303)과 실질적으로 동일한 방식으로 외부에서 인가된 전력에 응답하여 유도 전기장을 형성한다. 적어도 하나의 서브 코일 유닛(1204)는 도 1 내지 도 3과 관련하여 상술한 서브 코일 유닛(104, 204, 304)과 실질적으로 동일한 방식으로 서브 코일 유닛(1204) 주위에 국부적인 자기장을 형성한다. 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나(1200)는 도 4와 관련되어 상술한 실시예의 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나(400)과 유사한 방식으로 챔버 외벽의 곡면을 감싸도록 루프 형으로 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나(1200)의 높이(H)는 상기 챔버 외벽의 높이에 근거하여 조절될 수 있다. 일례로서, 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나(1200)의 높이(H)는 상기 챔버 외벽의 높이와 실질적으로 동일할 수 있다. 이에 따라, 챔버 외벽의 대부분을 감싸는 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나(1200)를 형성할 수 있다.
도 13은 또 다른 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나를 개 략적으로 나타내는 평면도이다. 도 13을 참조하면, 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나(1300)는 제1단(1301), 제2단(1302) 및 안테나 코일부(1203)를 포함한다. 안테나 코일부(1303)은 X 방향 및 Y 방향을 따라 배치된 적어도 하나의 서브 코일 유닛(1304)를 포함한다. 안테나 코일부(1303)는 서브 코일 유닛(1304)의 형상을 제외하고는 도 12의 안테나 코일부(1203)와 유사한 배치를 가진다.
제1단(1301) 및 제2단(1302)에 전력이 인가될 때, 안테나 코일부(1303)는 도 1 내지 도 3과 관련하여 상술한 안테나 코일부들(103, 203, 303)과 실질적으로 동일한 방식으로 외부에서 인가되는 전력에 응답하여 유도 전기장을 형성한다. 적어도 하나의 서브 코일 유닛(1304)는 도 1 내지 도 3과 관련하여 상술한 서브 코일 유닛(104, 204, 304)과 실질적으로 동일한 방식으로 서브 코일 유닛(1304) 주위에 국부적인 자기장을 형성한다. 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나(1300)는 도 4와 관련되어 상술한 실시예의 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나(400)과 유사한 방식으로 챔버 외벽의 곡면을 감싸도록 루프 형으로 배치될 수 있다. 본 실시 예에 의하면, 상기 챔버 외벽의 높이에 비례하여 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나(1300)의 높이(H)를 조절할 수 있으며, 챔버 외벽의 대부분을 감싸는 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나(1200)를 형성할 수 있다.
상기에서는 본 개시되는 기술의 몇몇 측면에 있어서의 실시 예들을 기술하였으나, 본 기술의 핵심사상은 상술한 실시 예들에 한정되는 것은 아니며, 당업자가 파악할 수 있는 많은 다양한 변형례들도 당연히 포함된다. 즉, 몇몇 실시예들에 따르면, 상술한 루프형 안테나들의 배치는 챔버의 형태에 따라 다양하게 변화될 수 있다.
하기에서는 구체적인 실시예 및 비교예를 가지고 본 개시된 기술의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하겠다. 하지만, 이들은 단지 본 개시된 기술을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐 본 개시된 기술의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
< 실시예 >
각각 2회 턴을 갖는 단일 코일 2개를 결합한 병렬 이중 나사형 안테나, 2회 턴을 갖는 단일 코일 안테나 및 본 출원에 의해 개시되는 수직형 안테나를 실린더 형 챔버의 외벽을 감싸안도록 각각 배치하고 플라즈마 밀도 및 분포를 관찰하였다. 상기 본 출원에 의해 개시되는 수직형 안테나는 도 4에 도시되는 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나(400)과 실질적으로 동일하며, 상기 실린더형 챔버의 외벽을 1회 감싸는 수직형 안테나이다.
챔버의 내부에 아르곤 가스 400 sccm을 공급하고, 챔버 내의 압력을 800 mTorr로 유지하였다. RF 전원을 통해 각각 200 Watt, 400 Watt 및 600 Watt의 전력을 공급하였다. 챔버 내부에 웨이퍼를 배치하고, 랑미어 프로브를 사용하여 웨이퍼 상의 일단으로부터 타단에 이르기까지 일정 간격으로 플라즈마 밀도를 측정함으로써, 챔버 내의 플라즈마 밀도 분포를 관찰하였다.
도 14는 일 실시 예에 있어서, 플라즈마 밀도 측정을 위해 구성된 챔버를 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이, 각각의 안테나에 대하여 전력을 변화시키며 웨이퍼 상의 9 포인트들에 대하여 플라즈마 밀도를 측정하였다.
<평가>
도 15는 일 실시 예에 따라 다양한 안테나들에 의해 발생한 플라즈마 밀도를 측정한 결과를 나타내고 있다. 도 15의 (a)는 각 제공된 전력 및 웨이퍼의 위치별 다양한 안테나들에 의해 발생한 플라즈마 밀도를 나타내고 있다. 삼각형 표시자는 상기 병렬 이중 나사형 안테나의 실험 결과이며, 사각형 표시자는 상기 단일 코일 안테나의 실험 결과이며, 마름모 표시자는 본 출원에 의해 개시되는 수직형 안테나의 실험 결과이다. 도 15의 (b)는 각 제공된 전력 및 웨이퍼의 위치별 다양한 안테나들에 의해 발생한 플라즈마내 전자들의 온도를 나타내고 있다.
도 15의 (a)를 참조하면, 200W, 400W 및 600W의 모든 경우에 있어서, 본 출원에 의해 개시되는 수직형 안테나가 생성하는 플라즈마의 밀도가 나머지 다른 두 종류의 안테나가 생성하는 플라즈마의 밀도보다 높게 관찰된다. 또한, 본 출원에 의해 개시되는 수직형 안테나의 플라즈마의 분포는 다른 두 종류의 안테나의 경우보다 상기 웨이퍼의 중심부 및 외각부 사이의 편차가 작고 균일한 분포를 보여주고 있다.
도 15의 (b)을 참조하면, 플라즈마 내의 전자 온도는 본 출원에 의해 개시되는 수직형 안테나의 경우가 다른 두 종류의 안테나의 경우보다 상대적으로 낮아 안정된 상태를 나타내고 있으며, 상기 웨이퍼의 중심부 및 외각부 사이의 편차도 작은 균일한 분포를 보여주고 있다.
이로서, 본 출원에 의해 개시되는 수직형 안테나를 사용하여 생성한 플라즈마가 보다 고밀도이며, 챔버의 중심부와 내벽 사이에서 균일한 분포를 보여줌을 확인할 수 있다.
이와 같이, 상기에서는 본 개시된 기술의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 개시된 기술의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 개시된 기술을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 출원의 일 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 다른 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 또 다른 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나의 배치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 5는 다른 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나의 배치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 6은 또 다른 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나의 배치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생 장치를 나타내는 단면도이다.
도 8은 다른 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생 장치 및 안테나를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9은 또 다른 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생 장치 및 안테나를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 10는 또 다른 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생 장치를 나타내 는 단면도이다.
도 11은 또 다른 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생 장치를 나타내는 단면도이다.
도 12는 또 다른 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 13은 또 다른 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 14는 일 실시 예에 있어서, 플라즈마 밀도 측정을 위해 구성된 챔버를 나타내는 도면이다.
도 15는 일 실시 예에 따라 다양한 안테나들에 의해 발생한 플라즈마 밀도를 측정한 결과를 나타내고 있다.

Claims (23)

  1. RF 전원과 연결되는 제1단;
    접지단과 연결되는 제2단; 및
    상기 제1단 및 제2단과 연결되고 루프형으로 배치되며, 상기 RF 전원의 전력을 인가받아 유도 전기장을 생성하는 안테나 코일부를 구비하되,
    상기 안테나 코일부는 상기 RF 전원의 전력에 응답하여 상기 안테나 코일부와 인접한 영역에 국부적으로 자기장을 생성하는 적어도 하나의 서브 코일 유닛을 포함하여 이루어지며,
    상기 적어도 하나의 서브 코일 유닛은 상기 안테나 코일부의 길이 방향을 따라 반복적으로 배열되고 상기 안테나 코일부와 일체형인
    유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 서브 코일 유닛은 상기 안테나 코일부의 길이 방향을 따라 서로 동일한 형상으로 배열되는
    유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 서브 코일 유닛은 상기 안테나 코일부의 길이 방향으로 N극과 S극이 교대로 배열되는 자기장을 발생시키도록 배치되는
    유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 서브 코일 유닛은 상기 안테나 코일부의 길이 방향과 수직한 방향으로 N극과 S극이 대칭적으로 배열되는 자기장을 발생시키는
    유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나.
  6. 제4 항 또는 제5 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 서브 코일 유닛은 상기 N극과 상기 S극이 동일한 크기의 자기력선을 가지도록 구성되는
    유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 안테나 코일부는 복수의 턴을 갖는 루프형 코일인
    유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 안테나 코일부는 루프 형상이고, 상기 RF 전원의 전력에 응답하여 루프 내부에 유도 전기장을 형성하는
    유도 결합형 플라즈마 발생용 안테나.
  9. 챔버;
    상기 챔버의 외부에 배치되는 RF 전원 및 접지단;
    상기 챔버의 외벽에 배치되며 상기 RF전원에 연결된 제1단, 상기 접지단에 연결된 제2단 및 안테나 코일부를 포함하는 루프형 안테나를 구비하되,
    상기 안테나 코일부는 상기 안테나 코일부의 둘레를 따라 반복적으로 배열되고 상기 안테나 코일부와 일체형인 적어도 하나의 서브 코일 유닛을 포함하여 이루어지며,
    상기 적어도 하나의 서브 코일 유닛은 상기 RF 전원의 전력에 응답하여 상기 안테나 코일부와 인접한 영역에 국부적으로 자기장을 발생시키는
    유도 결합형 플라즈마 발생 장치.
  10. 삭제
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 서브 코일 유닛은 상기 안테나 코일부의 둘레 방향으로 N극과 S극이 교대로 배열되는 국부적인 자기장을 발생시키도록 배치되는
    유도 결합형 플라즈마 발생 장치.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 서브 코일 유닛은 상기 안테나 코일부의 둘레 방향과 수직한 방향으로 N극과 S극이 대칭적으로 배열되는 국부적인 자기장을 발생시키는
    유도 결합형 플라즈마 발생 장치.
  13. 제11 항 또는 제12 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 서브 코일은 상기 N극과 상기 S극이 동일한 크기의 자기력선을 가지도록 구성되는,
    유도 결합형 플라즈마 발생 장치.
  14. 제9 항에 있어서,
    상기 루프형 안테나의 상기 안테나 코일부는 복수의 턴을 갖는
    유도 결합형 플라즈마 발생 장치.
  15. 제9 항에 있어서,
    적어도 하나 이상의 루프형 안테나를 더 포함하되,
    상기 적어도 하나 이상의 루프형 안테나는 상기 RF 전원과 직렬 또는 병렬로 연결되는
    유도 결합형 플라즈마 발생 장치.
  16. 제9 항에 있어서,
    상기 루프형 안테나는 별개의 제1단, 제2단 및 안테나 코일부를 가지는 복수의 안테나 세그먼트를 포함하고, 상기 복수의 안테나 세그먼트는 서로 물리적으로 분리되며, 상기 복수의 안테나 세그먼트 각각의 제1단 및 제2단은 상기 RF 전원 및 상기 접지단과 병렬 연결되는
    유도 결합형 플라즈마 발생 장치.
  17. 제9 항에 있어서,
    상기 루프형 안테나는 챔버 외벽의 곡면을 감싸는 형태로 배치되는
    유도 결합형 플라즈마 발생 장치.
  18. 제9 항에 있어서,
    상기 루프형 안테나는 챔버 외벽의 평면 상에 배치되는
    유도 결합형 플라즈마 발생 장치.
  19. 제9 항에 있어서,
    상기 안테나 코일부의 높이는 상기 챔버 외벽의 높이에 근거하여 결정되는
    유도 결합형 플라즈마 발생 장치.
  20. 플라즈마 형성을 위한 가스를 챔버 내에 공급하는 공정; 및
    상기 챔버의 외벽에 배치된 루프형 안테나의 일단에 RF 전원의 전력을 공급하는 공정을 포함하되,
    상기 루프형 안테나는, 상기 루프형 안테나의 코일 둘레를 따라 반복적으로 배열되고 상기 루프형 안테나와 일체형인, 적어도 하나의 서브 코일 유닛을 포함하여 이루어지며,
    상기 루프형 안테나는 상기 RF 전원의 전력에 응답하여, 상기 루프형 안테나의 내부 영역에 유도 전기장을 발생시키고,
    상기 적어도 하나의 서브 코일 유닛은 상기 RF 전원의 전력에 응답하여, 상기 루프형 안테나의 상기 코일 인근 영역에 국부적으로 자기장을 발생시키는
    유도 결합형 플라즈마 발생 장치의 구동 방법.
  21. 제20 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 서브 코일 유닛은 상기 루프형 안테나의 상기 코일 둘레 방향으로 N극과 S극이 교대로 배열되는 국부적인 자기장을 발생시키도록 배치되는
    유도 결합형 플라즈마 발생 장치의 구동 방법.
  22. 제20 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 서브 코일 유닛은 상기 루프형 안테나의 상기 코일 둘레 방향과 수직한 방향으로 N극과 S극이 대칭적으로 배열되는 국부적인 자기장을 발생시키는
    유도 결합형 플라즈마 발생 장치의 구동 방법.
  23. 제21 항 또는 제22 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 서브 코일은 상기 N극과 상기 S극이 동일한 크기의 자기력선을 가지도록 구성되는,
    유도 결합형 플라즈마 발생 장치의 구동 방법.
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