KR100980287B1 - Inductively coupled plasma reactor having multi rf antenna - Google Patents

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Abstract

본 발명의 다중 무선 주파수 안테나를 갖는 유도 결합 플라즈마 반응기는 피처리 기판이 놓이는 기판 지지대와 유전체 윈도우를 포함하는 플라즈마 반응기, 상기 유전체 윈도우를 통해서 상기 플라즈마 반응기의 내부로 유도 결합 플라즈마 발생을 위한 유도 기전력을 제공하는 제1 및 제2 무선 주파수 안테나, 자속 출입구가 상기 플라즈마 반응기의 내부를 향하며 상기 제1 무선 주파수 안테나를 덮도록 설치된 마그네틱 코어 커버를 포함한다. 본 발명의 다중 무선 주파수 안테나를 갖는 유도 결합 플라즈마 반응기는 마그네틱 코어 커버를 갖는 다중 무선 주파수 안테나를 구비하여 보다 균일한 대면적의 고밀도 플라즈마를 발생할 수 있으며 플라즈마 이온 에너지에 대한 제어 능력과 플라즈마 재현성을 높임으로 수율을 향상 시킬 수 있다.The inductively coupled plasma reactor having multiple radio frequency antennas of the present invention includes a plasma reactor including a substrate support on which a substrate is to be placed and a dielectric window, and an induced electromotive force for generating an inductively coupled plasma into the plasma reactor through the dielectric window. And a magnetic core cover provided to cover the first radio frequency antenna, the first and second radio frequency antennas providing a magnetic flux entrance and exit toward the interior of the plasma reactor. The inductively coupled plasma reactor having multiple radio frequency antennas of the present invention includes multiple radio frequency antennas having a magnetic core cover to generate a more uniform and large area of high density plasma, and improves plasma ion energy control and plasma reproducibility. The yield can be improved.

플라즈마, 무선 주파수 안테나, 유도 결합, 마그네틱 코어 Plasma, radio frequency antenna, inductive coupling, magnetic core

Description

다중 무선 주파수 안테나를 갖는 유도 결합 플라즈마 반응기{INDUCTIVELY COUPLED PLASMA REACTOR HAVING MULTI RF ANTENNA}INDUCTIVELY COUPLED PLASMA REACTOR HAVING MULTI RF ANTENNA}

본 발명은 무선 주파수를 이용한 유도 결합 플라즈마 반응기에 관한 것으로, 구체적으로는 마그네틱 코어 커버를 갖는 다중 무선 주파수 안테나를 구비하여 보다 균일한 대면적의 고밀도 플라즈마를 발생할 수 있으며 플라즈마 이온 에너지에 대한 제어 능력과 플라즈마 재현성을 높임으로 수율을 향상 시킬 수 있는 유도 결합 플라즈마 반응기에 관한 것이다.The present invention relates to an inductively coupled plasma reactor using a radio frequency. Specifically, a multi-radio frequency antenna having a magnetic core cover can generate a more uniform large-area high-density plasma, and can control plasma ion energy. It relates to an inductively coupled plasma reactor that can improve yield by increasing plasma reproducibility.

플라즈마는 같은 수의 음이온(positive ions)과 전자(electrons)를 포함하는 고도로 이온화된 가스이다. 플라즈마 방전은 이온, 자유 래디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 발생하기 위한 가스 여기에 사용되고 있다. 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 대표적으로 반도체 제조 공정 예들 들어, 식각(etching), 증착(deposition), 세정(cleaning), 에싱(ashing) 등에 다양하게 사용된다.Plasma is a highly ionized gas containing the same number of positive ions and electrons. Plasma discharges are used for gas excitation to generate active gases containing ions, free radicals, atoms, molecules. The active gas is widely used in various fields and is typically used in a variety of semiconductor manufacturing processes such as etching, deposition, cleaning, ashing, and the like.

플라즈마를 발생하기 위한 플라즈마 소스는 여러 가지가 있는데 무선 주파수(radio frequency)를 사용한 용량 결합 플라즈마(capacitive coupled plasma)와 유도 결합 플라즈마(inductive coupled plasma)가 그 대표적인 예이다.There are a number of plasma sources for generating plasma, and the representative examples are capacitive coupled plasma and inductive coupled plasma using radio frequency.

용량 결합 플라즈마 소스는 정확한 용량 결합 조절과 이온 조절 능력이 높아서 타 플라즈마 소스에 비하여 공정 생산력이 높다는 장점을 갖는다. 반면, 무선 주파수 전원의 에너지가 거의 배타적으로 용량 결합을 통하여 플라즈마에 연결되기 때문에 플라즈마 이온 밀도는 용량 결합된 무선 주파수 전력의 증가 또는 감소에 의해서만 증가 또는 감소될 수 있다. 그러나 무선 주파수 전력의 증가는 이온 충격 에너지를 증가시킨다. 결과적으로 이온 충격에 의한 손상을 방지하기 위해서는 공급되는 무선 주파수 전력의 한계성을 갖게 된다.Capacitively coupled plasma sources have the advantage of high process productivity compared to other plasma sources due to their high capacity for precise capacitive coupling and ion control. On the other hand, since the energy of the radio frequency power supply is almost exclusively connected to the plasma through capacitive coupling, the plasma ion density can only be increased or decreased by increasing or decreasing the capacitively coupled radio frequency power. However, increasing radio frequency power increases ion bombardment energy. As a result, in order to prevent damage caused by ion bombardment, there is a limit of radio frequency power supplied.

한편, 유도 결합 플라즈마 소스는 무선 주파수 전원의 증가에 따라 이온 밀도를 쉽게 증가시킬 수 있으며 이에 따른 이온 충격은 상대적으로 낮아서 고밀도 플라즈마를 얻기에 적합한 것으로 알려져 있다. 그럼으로 유도 결합 플라즈마 소스는 고밀도의 플라즈마를 얻기 위하여 일반적으로 사용되고 있다. 유도 결합 플라즈마 소스는 대표적으로 무선 주파수 안테나(RF antenna)를 이용하는 방식과 변압기를 이용한 방식(변압기 결합 플라즈마(transformer coupled plasma)라고도 함)으로 기술 개발이 이루어지고 있다. 여기에 전자석이나 영구 자석을 추가하거나, 용량 결합 전극을 추가하여 플라즈마의 특성을 향상 시키고 재현성과 제어 능력을 높이기 위하여 기술 개발이 이루어지고 있다.On the other hand, the inductively coupled plasma source can easily increase the ion density with the increase of the radio frequency power source, the ion bombardment is relatively low, it is known to be suitable for obtaining a high density plasma. Therefore, inductively coupled plasma sources are commonly used to obtain high density plasma. Inductively coupled plasma sources are typically developed using a radio frequency antenna (RF antenna) and a transformer (also called transformer coupled plasma). The development of technology to improve the characteristics of plasma, and to increase the reproducibility and control ability by adding an electromagnet or a permanent magnet or adding a capacitive coupling electrode.

무선 주파수 안테나는 나선 타입 안테나(spiral type antenna) 또는 실린더 타입 안테나(cylinder type antenna)가 일반적으로 사용된다. 무선 주파수 안테나는 플라즈마 반응기(plasma reactor)의 외부에 배치되며, 석영과 같은 유전체 위도 우(dielectric window)를 통하여 플라즈마 반응기의 내부로 유도 기전력을 전달한다. 무선 주파수 안테나를 이용한 유도 결합 플라즈마는 고밀도의 플라즈마를 비교적 손쉽게 얻을 수 있으나, 안테나의 구조적 특징에 따라서 플라즈마 균일도가 영향을 받는다. 그럼으로 무선 주파수 안테나의 구조를 개선하여 균일한 고밀도의 플라즈마를 얻기 위해 노력하고 있다.Radio frequency antennas are generally used as spiral type antennas or cylinder type antennas. The radio frequency antenna is disposed outside the plasma reactor and transmits induced electromotive force into the plasma reactor through a dielectric window such as quartz. Inductively coupled plasma using a radio frequency antenna can obtain a high density plasma relatively easily, but the plasma uniformity is affected by the structural characteristics of the antenna. Therefore, efforts have been made to improve the structure of the radio frequency antenna to obtain a uniform high density plasma.

그러나 대면적의 플라즈마를 얻기 위하여 안테나의 구조를 넓게 하거나 안테나에 공급되는 전력을 높이는 것은 한계성을 갖는다. 예를 들어, 정상파 효과(standing wave effect)에 의해 방사선상으로 비균일한 플라즈마가 발생되는 것으로 알려져 있다. 또한, 안테나에 높은 전력이 인가되는 경우 무선 주파수 안테나의 용량성 결합(capacitive coupling)이 증가하게 됨으로 유전체 윈도우를 두껍게 해야 하며, 이로 인하여 무선 주파수 안테나와 플라즈마 사이의 거리가 증가함으로 전력 전달 효율이 낮아지는 문제점이 발생된다.However, in order to obtain a large plasma, it is limited to widen the structure of the antenna or increase the power supplied to the antenna. For example, it is known that a non-uniform plasma is generated in the radiographic state by a standing wave effect. In addition, when high power is applied to the antenna, the capacitive coupling of the radio frequency antenna increases, so that the dielectric window must be thickened, thereby increasing the distance between the radio frequency antenna and the plasma, thereby lowering power transmission efficiency. Losing problems occur.

최근 반도체 제조 산업에서는 반도체 소자의 초미세화, 반도체 회로를 제조하기 위한 실리콘 웨이퍼 기판의 대형화, 액정 디스플레이를 제조하기 위한 유리 기판의 대형화 그리고 새로운 처리 대상 물질 등장 등과 같은 여러 요인으로 인하여 더욱 향상된 플라즈마 처리 기술이 요구되고 있다. 특히, 대면적의 피처리물에 대한 우수한 처리 능력을 갖는 향상된 플라즈마 소스 및 플라즈마 처리 기술이 요구되고 있다.In the recent semiconductor manufacturing industry, plasma processing technology has been further improved due to various factors such as ultra-miniaturization of semiconductor devices, the enlargement of silicon wafer substrates for manufacturing semiconductor circuits, the enlargement of glass substrates for manufacturing liquid crystal displays, and the emergence of new target materials. This is required. In particular, there is a need for improved plasma sources and plasma processing techniques that have good processing capabilities for large area workpieces.

따라서 본 발명의 목적은 마그네틱 코어 커버를 갖는 다중 무선 주파수 안테나를 구비하여 보다 균일한 대면적의 고밀도 플라즈마를 발생할 수 있으며 플라즈마 이온 에너지에 대한 제어 능력과 플라즈마 재현성을 높임으로 수율을 향상 시킬 수 있는 유도 결합 플라즈마 반응기를 제공하는데 있다.Therefore, an object of the present invention is to provide a more uniform large-area high-density plasma having a multi-radio frequency antenna having a magnetic core cover, and induction to improve the yield by increasing the plasma reproducibility and control of plasma ion energy It is to provide a combined plasma reactor.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 다중 무선 주파수 안테나를 갖는 유도 결합 플라즈마 반응기에 관한 것이다. 본 발명의 다중 무선 주파수 안테나를 갖는 유도 결합 플라즈마 반응기는: 피처리 기판이 놓이는 기판 지지대와 유전체 윈도우를 포함하는 플라즈마 반응기; 상기 유전체 윈도우를 통해서 상기 플라즈마 반응기의 내부로 유도 결합 플라즈마 발생을 위한 유도 기전력을 제공하는 제1 및 제2 무선 주파수 안테나; 자속 출입구가 상기 플라즈마 반응기의 내부를 향하며 상기 제1 무선 주파수 안테나를 덮도록 설치된 마그네틱 코어 커버를 포함한다.One aspect of the present invention for achieving the above technical problem relates to an inductively coupled plasma reactor having multiple radio frequency antennas. An inductively coupled plasma reactor having multiple radio frequency antennas of the present invention comprises: a plasma reactor including a substrate support on which a substrate to be processed is placed and a dielectric window; First and second radio frequency antennas for providing induced electromotive force for inductively coupled plasma generation through the dielectric window into the plasma reactor; And a magnetic flux cover directed toward the interior of the plasma reactor and covering the first radio frequency antenna.

일 실시예에 있어서, 상기 유전체 윈도우는 실린더 구조를 갖고 상기 플라즈마 반응기의 상부 몸체를 구성하며, 상기 제1 및 제2 무선 주파수 안테나는 상기 유전체 윈도우의 측벽으로 설치되는 실린더 나선 구조를 갖는다.In one embodiment, the dielectric window has a cylindrical structure and constitutes an upper body of the plasma reactor, and the first and second radio frequency antennas have a cylindrical spiral structure installed as sidewalls of the dielectric window.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 무선 주파수 안테나는 상기 제1 무선 주파수 안테나를 따라서 덮는 중첩 구조를 갖는다.In one embodiment, the second radio frequency antenna has an overlapping structure covering along the first radio frequency antenna.

일 실시예에 있어서, 상기 마그네틱 코어 커버는 상기 제1 및 제2 무선 주파수 안테나 사이에 설치되는 구조, 중첩된 상기 제1 및 제2 무선 주파수 안테나를 모두 덮는 구조, 또는 상기 제1 및 제2 무선 주파수 안테나 사이에 설치되는 하나의 마그네틱 코어와 상기 제2 무선 주파수 안테나를 덮는 다른 하나의 마그네틱 코어 커버를 포함하는 설치 구조 중 어느 하나의 설치 구조를 갖는다.In an embodiment, the magnetic core cover has a structure installed between the first and second radio frequency antennas, a structure covering all of the overlapping first and second radio frequency antennas, or the first and second radios. The mounting structure includes any one of an installation structure including one magnetic core installed between the frequency antennas and another magnetic core cover covering the second radio frequency antenna.

일 실시예에 있어서, 상기 유전체 윈도우의 천정 외측으로 설치되는 제3 무선 주파수 안테나를 포함한다.In one embodiment, a third radio frequency antenna is installed outside the ceiling of the dielectric window.

일 실시예에 있어서, 상기 제3 무선 주파수 안테나를 덮는 다른 마그네틱 코어 커버를 포함한다.In one embodiment, another magnetic core cover covering the third radio frequency antenna.

일 실시예에 있어서, 상기 유전체 윈도우의 외측 천정으로 설치되는 제3 및 제4 무선 주파수 안테나를 포함한다.In one embodiment, it includes third and fourth radio frequency antennas mounted to the outer ceiling of the dielectric window.

일 실시예에 있어서, 상기 제3 무선 주파수 안테나를 덮는 다른 마그네틱 코어 커버를 포함한다.In one embodiment, another magnetic core cover covering the third radio frequency antenna.

일 실시예에 있어서, 상기 유전체 윈도우는 실린더 구조를 갖고 상기 플라즈마 반응기의 상부 몸체를 구성하며, 상기 제1 무선 주파수 안테나는 상기 유전체 윈도우의 측벽으로 설치되며, 상기 제2 무선 주파수 안테나는 상기 유전체 윈도우의 천정으로 설치된다.In one embodiment, the dielectric window has a cylindrical structure and constitutes an upper body of the plasma reactor, the first radio frequency antenna is installed to the sidewall of the dielectric window, the second radio frequency antenna is the dielectric window Is installed on the ceiling.

일 실시예에 있어서, 상기 유전체 윈도우의 천정에 설치되는 제3 무선 주파수 안테나를 포함한다.In one embodiment, a third radio frequency antenna is installed on the ceiling of the dielectric window.

일 실시예에 있어서, 상기 제3 무선 주파수 안테나를 덮는 다른 마그네틱 코어 커버를 포함한다.In one embodiment, another magnetic core cover covering the third radio frequency antenna.

일 실시예에 있어서, 상기 기판 지지대는 하나 이상의 무선 주파수를 공급받 아서 바이어스 된다.In one embodiment, the substrate support is biased by receiving one or more radio frequencies.

본 발명의 다중 무선 주파수 안테나를 갖는 유도 결합 플라즈마 반응기에 의하면, 마그네틱 코어 커버를 갖는 다중 무선 주파수 안테나를 구비하여 보다 균일한 대면적의 고밀도 플라즈마를 발생할 수 있으며 플라즈마 이온 에너지에 대한 제어 능력과 플라즈마 재현성을 높임으로 수율을 향상 시킬 수 있다.According to the inductively coupled plasma reactor having a multi-radio frequency antenna of the present invention, a multi-radio frequency antenna having a magnetic core cover can be used to generate a more uniform high-density plasma, and can control plasma ion energy and plasma reproducibility. Increasing the yield can be improved.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.In order to fully understand the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Embodiment of the present invention may be modified in various forms, the scope of the invention should not be construed as limited to the embodiments described in detail below. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Therefore, the shape of the elements in the drawings and the like may be exaggerated to emphasize a more clear description. It should be noted that the same members in each drawing are sometimes shown with the same reference numerals. Detailed descriptions of well-known functions and constructions which may be unnecessarily obscured by the gist of the present invention are omitted.

도 1은 본 발명의 바림직한 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 반응기를 보여주는 도면이다.1 shows an inductively coupled plasma reactor according to a preferred embodiment of the present invention.

도 1을 참조하여, 본 발명의 유도 결합 플라즈마 반응기(10)는 피처리 기판(22)이 놓이는 기판 지지대(20)와 유전체 윈도우(12), 유전체 윈도우(12)를 통해 서 플라즈마 반응기(10)의 내부로 유도 결합 플라즈마 발생을 위한 유도 기전력을 제공하는 제1 및 제2 무선 주파수 안테나(30, 32), 그리고 자속 출입구가 상기 플라즈마 반응기(10)의 내부를 향하며 상기 제1 무선 주파수 안테나(30)를 덮도록 설치된 마그네틱 코어 커버(31)를 포함한다. 유전체 윈도우(12)는 실린더 구조를 갖고 플라즈마 반응기(10)의 상부 몸체를 구성한다. 하부 몸체(11)에는 기판 지지대(20)가 구성된다. 제1 및 제2 무선 주파수 안테나(30, 32)는 유전체 윈도우(12)의 측벽으로 설치되는 실린더 나선 구조를 갖는다. 도면에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 무선 주파수 안테나(30, 32)는 교대적으로 배치되는 실린더 나선형 구조를 갖는다. 제1 무선 주파수 안테나(30)는 메인 전원 공급원(40)에 임피던스 정합기(41)를 통해서 연결된다. 제2 무선 주파수 안테나(32)는 다른 메인 전원 공급원(42)에 다른 임피던스 정합기(41)를 통해서 연결된다. 두 개의 메인 전원 공급원(40, 42)은 각기 서로 동일하거나 또는 서로 다른 무선 주파수 전원을 공급할 수 있다.Referring to FIG. 1, the inductively coupled plasma reactor 10 of the present invention is a plasma reactor 10 through a substrate support 20, a dielectric window 12, and a dielectric window 12 on which a substrate 22 to be processed is placed. First and second radio frequency antennas 30, 32, and magnetic flux entrances and exits that provide induction electromotive force for inductively coupled plasma generation into the interior of the plasma reactor 10 with the first radio frequency antenna 30 It includes a magnetic core cover 31 installed to cover. The dielectric window 12 has a cylindrical structure and constitutes an upper body of the plasma reactor 10. The lower body 11 includes a substrate support 20. The first and second radio frequency antennas 30 and 32 have a cylindrical spiral structure which is installed as a side wall of the dielectric window 12. As shown in the figure, the first and second radio frequency antennas 30, 32 have a cylindrical spiral structure which is alternately arranged. The first radio frequency antenna 30 is connected to the main power supply 40 via an impedance matcher 41. The second radio frequency antenna 32 is connected to another main power supply 42 via another impedance matcher 41. The two main power sources 40, 42 may each supply the same or different radio frequency power.

도 2는 마그네틱 코어 커버에 의해 덮여진 무선 주파수 안테나를 보여주는 부분 사시도이고, 도 3은 마그네틱 코어 커버에 의해 집속되는 유도 자기장을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 2 is a partial perspective view illustrating a radio frequency antenna covered by a magnetic core cover, and FIG. 3 is a view for explaining an induction magnetic field focused by the magnetic core cover.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 무선 주파수 안테나(30)는 마그네틱 코어 커버(31)에 의해 덮여진다. 마그네틱 코어 커버(30)는 자속 출입구가 상기 플라즈마 반응기의 내부를 향하도록 하여 제1 무선 주파수 안테나(30)를 덮는다. 그럼으로 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 무선 주파수 안테나(30)에 의해서 발생되 는 자속은 마그네틱 코어 커버(31)에 의해서 강력히 집속되어 플라즈마 반응기(10)의 내측에 유도 자기장을 형성시킨다. 한편, 제2 무선 주파수 안테나(32)는 제1 무선 주파수 안테나(30)와 달리 그 자체로서 유전체 윈도우(12)의 외측에 설치된다. 따라서 제1 무선 주파수 안테나(32)에 의해서는 플라즈마 반응기(10)의 내측 외곽으로 보다 집중된 유도 기전력이 형성됨으로 플라즈마 반응기(10)의 내부에는 전체적으로 보다 균일한 플라즈마 방전이 이루어진다.As shown in FIGS. 2 and 3, the first radio frequency antenna 30 is covered by a magnetic core cover 31. The magnetic core cover 30 covers the first radio frequency antenna 30 with the magnetic flux entrance and exit facing the interior of the plasma reactor. Thus, as shown in FIG. 3, the magnetic flux generated by the first radio frequency antenna 30 is strongly concentrated by the magnetic core cover 31 to form an induced magnetic field inside the plasma reactor 10. On the other hand, unlike the first radio frequency antenna 30, the second radio frequency antenna 32 is installed outside the dielectric window 12 as it is. Therefore, more concentrated plasma discharge is generated inside the plasma reactor 10 because the induced electromotive force is formed by the first radio frequency antenna 32 in the outer periphery of the plasma reactor 10.

마그네틱 코어 커버(31)는 수직 단면 구조가 말편자 형상을 갖고, 자속 출입구가 유전체 윈도우(12)를 향하도록 설치된다. 마그네틱 코어 커버(31)는 페라이트 재질로 제작되지만 다른 대안의 재료로 제작될 수 도 있다. 마그네틱 코어 커버(31)는 다수의 말편자 형상의 페라이트 코어 조각들을 조립하여 구성할 수 있다. 여러 개의 조각을 사용하여 구성하는 경우에는 각 조각의 조립면에 절연 물질과 같은 비자성 물질층을 삽입하여 연결할 수 있다. 비자성 물질층을 구성하면 제1 무선 주파수 안테나(30)에 의한 유도 기전력을 보다 균일하게 플라즈마 반응기(10) 내부로 전달되도록 하여 플라즈마 균일도를 높일 수 있다. 도면에는 도시하지 않았으나 유전체 윈도(12)와 제1 및 제2 무선 주파수 안테나(30, 32) 사이에 페러데이 실드를 선택적으로 구성할 수 있다.The magnetic core cover 31 has a vertical cross-sectional structure having a horseshoe shape and is installed such that the magnetic flux entrance and exit points toward the dielectric window 12. The magnetic core cover 31 is made of ferrite but may be made of other alternative materials. Magnetic core cover 31 may be configured by assembling a plurality of horseshoe-shaped ferrite core pieces. In the case of using a plurality of pieces, each piece can be connected by inserting a nonmagnetic material layer such as an insulating material on the assembly surface. When the nonmagnetic material layer is formed, the induced electromotive force by the first radio frequency antenna 30 may be more uniformly transmitted into the plasma reactor 10, thereby increasing the plasma uniformity. Although not shown, a Faraday shield may be selectively configured between the dielectric window 12 and the first and second radio frequency antennas 30 and 32.

한편, 제1 및 제2 무선 주파수 안테나(30, 32)가 서로 다른 주파수에 의해 구동하는 경우 고밀도의 균일한 플라즈마 발생과 플라즈마 이온 에너지 조절 능력을 더욱 개선시켜 공정 생산력을 더욱 향상 시킬 수 있다. 이와 더불어, 제1 및 제2 무선 주파수 안테나(131, 133)는 서로 다른 주파수를 공급받게 됨으로 상대적 전압차에 의해서 용량 결합이 발생된다. 그럼으로 제1 및 제2 무선 주파수 안테나(30, 32) 사이에 용량 결합이 발생되는데 이는 플라즈마 이온 가속 경로를 더욱 복잡하게 하여 보다 균일한 고밀도의 플라즈마를 발생하게 된다.On the other hand, when the first and second radio frequency antennas 30 and 32 are driven by different frequencies, it is possible to further improve the process productivity by further improving the density of uniform plasma generation and the ability to control plasma ion energy. In addition, since the first and second radio frequency antennas 131 and 133 are supplied with different frequencies, capacitive coupling occurs due to a relative voltage difference. Thus, capacitive coupling occurs between the first and second radio frequency antennas 30 and 32, which further complicates the plasma ion acceleration path, resulting in a more uniform high density plasma.

도 4는 중첩된 무선 주파수 안테나와 마그네틱 코어 커버를 보여주는 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing the superimposed radio frequency antenna and the magnetic core cover.

도 4를 참조하여, 제1 및 제2 무선 주파수 안테나(30, 32)는 제1 무선 주파수 안테나(30)에 제2 무선 주파수 안테나(32)가 중첩된 구조를 가질 수도 있다. 이때, 마그네틱 코어 커버(31)는 제1 무선 주파수 안테나(30)와 제2 무선 주파수 안테나(32) 사이에 설치되어 제1 무선 주파수 안테나(30)는 덮는 구조일 수 있다. 또는, 도면으로 도시하지는 않았으나, 중첩된 제1 및 제2 무선 주파수 안테나(30, 32)를 모두 덮도록 제2 무선 주파수 안테나(32)의 외측에 마그네틱 코어 커버를 설치하는 구조일 수 있다. 또는 제1 및 제2 무선 주파수 안테나 사이에 하나의 마그네틱 코어 커버를 그리고 제2 무선 주파수 안테나를 덮는 다른 하나의 마그네틱 코어 커버를 각각 구비하는 구조일 수 있다.Referring to FIG. 4, the first and second radio frequency antennas 30 and 32 may have a structure in which the second radio frequency antenna 32 is superimposed on the first radio frequency antenna 30. In this case, the magnetic core cover 31 may be installed between the first radio frequency antenna 30 and the second radio frequency antenna 32 to cover the first radio frequency antenna 30. Alternatively, although not shown in the drawings, the magnetic core cover may be installed outside the second radio frequency antenna 32 so as to cover both the overlapping first and second radio frequency antennas 30 and 32. Alternatively, the structure may include one magnetic core cover between the first and second radio frequency antennas and another magnetic core cover covering the second radio frequency antenna.

다시, 도 1을 참조하여, 기판 지지대(20)는 바이어스를 위한 무선 주파수를 공급하는 하나 이상의 바이어스 전원 공급원(45, 46)에 의해서 바이어스 될 수 있다. 하나 이상의 바이어스 전원 공급원(45, 46)은 임피던스 정합기(165)를 통하여 기판 지지대에 연결된다. 기판 지지대(20)의 이중 바이어스 구조는 피처리 기판(22)의 표면에서 플라즈마 이온 에너지 조절 능력을 더욱 개선시켜 공정 생산력을 더욱 향상 시킬 수 있다. 기판 지지대(20)는 단일 바이어스 구조를 가질 수도 있다. 또는 지지대(20)는 바이어스 전원의 공급 없이 제로 퍼텐셜(zero potential)을 갖는 구조로 변형 실시될 수도 있다. 그리고 지지대(20)는 정전척을 포함할 수 있다. 그리고 지지대(20)는 히터를 포함할 수 있다.Again, referring to FIG. 1, substrate support 20 may be biased by one or more bias power supplies 45, 46 that supply a radio frequency for bias. One or more bias power supplies 45, 46 are connected to the substrate support through impedance matcher 165. The dual bias structure of the substrate support 20 may further improve the plasma ion energy control ability on the surface of the substrate 22 to further improve the process productivity. The substrate support 20 may have a single bias structure. Alternatively, the support 20 may be modified to have a structure having a zero potential without supplying bias power. And the support 20 may include an electrostatic chuck. And the support 20 may include a heater.

플라즈마 반응기(10)는 온도 제어를 위하여 냉각수 공급 채널을 구비할 수 있다. 냉각수 공급 채널은 제1 및 제2 무선 주파수 안테나(30, 32)를 이용하거나 별도의 냉각 채널을 구성할 수도 있을 것이다.The plasma reactor 10 may be provided with a cooling water supply channel for temperature control. The cooling water supply channel may use the first and second radio frequency antennas 30 and 32 or may constitute separate cooling channels.

도 5 내지 도 7은 반응기 천정에 무선 주파수 안테나를 설치한 유도 결합 플라즈마 반응기의 여러 변형 예들을 보여주는 도면이다.5 to 7 are views showing various modifications of the inductively coupled plasma reactor provided with a radio frequency antenna on the ceiling of the reactor.

먼저, 도 5를 참조하여, 일 변형예의 플라즈마 반응기(10)는 유전체 윈도우(12)의 천정(13) 외측으로 또 다른 무선 주파수 안테나(37)가 구비될 수 있다. 다른 무선 주파수 안테나(37)는 또 다른 임피던스 정합기(48)를 통하여 또 다른 메인 전원 공급원(47)으로 연결된다. 유전체 윈도우(12)의 천정(13)은 돔형 구조 또는 평판 구조를 가질 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 천정(13) 외측에 무선 주파수 안테나(37)를 구비하는 경우에 유전체 윈도우(12)의 측면에는 제1 무선 주파수 안테나(30) 만을 구비할 수도 있다.First, referring to FIG. 5, the plasma reactor 10 of the modification may be provided with another radio frequency antenna 37 outside the ceiling 13 of the dielectric window 12. The other radio frequency antenna 37 is connected to another main power source 47 through another impedance matcher 48. The ceiling 13 of the dielectric window 12 may have a domed or flat structure. As shown in FIG. 6, when the radio frequency antenna 37 is provided outside the ceiling 13, only the first radio frequency antenna 30 may be provided on the side of the dielectric window 12.

도 7 또는 도 8에 도시된 바와 같이, 천정(13) 외측에는 두 개의 무선 주파수 안테나(37-1, 37-2)를 구비할 수 있으며, 두 개의 무선 주파수 안테나(37-1, 37-2)는 각기 독립된 메인 전원 공급원(47-1, 47-2)과 임피던스 정합기(48-1, 48-2)에 의해 서로 다른 또는 서로 동일한 무선 주파수 전원을 공급받아 구동될 수 있다. 여기서, 두 개의 무선 주파수 안테나(37-1, 37-2)는 서로 교대적인 배열 구조 를 갖거나 중심에 그리고 외곽에 각각 위치하는 구조를 가질 수도 있다. 그리고 천정(13)에 설치되는 두 개의 무선 주파수 안테나(37-1, 37-2)의 경우에도 어느 하나는 마그네틱 코어 커버(38)를 구비할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 전청(13)에 전체적으로 배치되는 구조이거나 또는, 도 8에 도시된 바와 같이, 외곽으로 구성된 구조일 수 있다.As shown in FIG. 7 or FIG. 8, two radio frequency antennas 37-1 and 37-2 may be provided outside the ceiling 13, and two radio frequency antennas 37-1 and 37-2 may be provided. ) May be driven by receiving different or the same radio frequency power by independent main power sources 47-1 and 47-2 and impedance matchers 48-1 and 48-2, respectively. Here, the two radio frequency antennas 37-1 and 37-2 may have alternating arrangements or may be positioned at the center and the outside, respectively. In addition, even in the case of two radio frequency antennas 37-1 and 37-2 installed on the ceiling 13, any one may include a magnetic core cover 38. As shown in FIG. 7, the structure may be disposed entirely in the electric bath 13, or as shown in FIG. 8.

이상과 같은 본 발명의 플라즈마 반응기(10)에 구비되는 다중 무선 주파수 안테나들은 각기 독립적인 메인 전원 공급원들에 의해 전원이 공급되는 구조를 예시하였다. 그러나 둘 이상의 무선 주파수 안테나가 하나의 메인 전원 공급원에 의해서 구동되도록 할 수 있다. 이 경우 메인 전원 공급원의 개수를 줄일 수 있다. 도면에는 구체적으로 도시하지 않았으나 공정 가스의 공급과 배기 구조가 구비되어야 함은 당연하다. 가스 공급은 예를 들어, 하나 이상의 가스 공급 노즐을 구비하거나 가스 샤워 헤드를 구비할 수 있다. 또는 플라즈마 반응기(10) 내측 상부에서 여러 가지로 분기되어 가스 분사가 다중으로 이루어지는 가스 공급 구조일 수도 있다.The multiple radio frequency antennas provided in the plasma reactor 10 of the present invention as described above illustrate a structure in which power is supplied by independent main power sources. However, more than one radio frequency antenna can be driven by one main power source. In this case, the number of main power sources can be reduced. Although not shown in the drawings in detail, it is obvious that the supply and exhaust structure of the process gas should be provided. The gas supply may, for example, have one or more gas supply nozzles or may have a gas shower head. Alternatively, the gas supply structure may be branched in various ways from the inside of the plasma reactor 10 and multiple gas injection may be performed.

본 발명의 유도 결합 플라즈마 반응기는 플라즈마 반응기의 측벽이나 천정 또는 둘 모두에 설치되는 다중 무선 주파수 안테나에 대하여 적어도 하나의 무선 주파수 안테나에 대하여 마그네틱 코어 커버를 구비시킴으로서 플라즈마 반응기 내부에서 대면적의 플라즈마가 보다 균일하게 발생될 수 있도록 한다. 이를 위하여 안테나의 배치 구조는 다양한 방식을 취할 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 안테나가 교대적인 배열 구조를 갖거나 순차적인 배열 구조 또는 겹쳐지는 구조를 가질 수 있다. 또는 권선 밀도를 적절히 서로 다르게 조절할 수 도 있을 것이다.The inductively coupled plasma reactor of the present invention includes a magnetic core cover for at least one radio frequency antenna for multiple radio frequency antennas installed on the side wall, the ceiling, or both of the plasma reactors, so that a large area of plasma can be seen inside the plasma reactor. Allow it to occur evenly. To this end, the arrangement of the antenna may take a variety of ways. For example, different antennas may have alternating arrangements, sequential arrangements, or overlapping structures. Alternatively, the winding density may be adjusted differently as appropriate.

이상에서 설명된 본 발명의 다중 무선 주파수 안테나를 갖는 유도 결합 플라즈마 반응기의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Embodiments of the inductively coupled plasma reactor having multiple radio frequency antennas of the present invention described above are merely exemplary, and those skilled in the art to which the present invention pertains have various modifications and other equivalent implementations therefrom. You can see that examples are possible. Accordingly, it is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiments. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims. It is also to be understood that the present invention includes all modifications, equivalents, and substitutes within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

본 발명의 다중 무선 주파수 안테나를 갖는 유도 결합 플라즈마 반응기는 반도체 집적 회로의 제조, 평판 디스플레이 제조, 태양전지의 제조와 같은 다양한 박막 형성을 위한 플라즈마 처리 공정에 매우 유용하게 이용될 수 있다. The inductively coupled plasma reactor having multiple radio frequency antennas of the present invention can be very usefully used in plasma processing processes for forming various thin films such as semiconductor integrated circuits, flat panel displays, and solar cells.

도 1은 본 발명의 바림직한 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 반응기를 보여주는 도면이다.1 shows an inductively coupled plasma reactor according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2는 마그네틱 코어 커버에 의해 덮여진 무선 주파수 안테나를 보여주는 부분 사시도이다.2 is a partial perspective view showing a radio frequency antenna covered by a magnetic core cover.

도 3은 마그네틱 코어 커버에 의해 집속되는 유도 자기장을 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining an induction magnetic field focused by the magnetic core cover.

도 4는 중첩된 무선 주파수 안테나와 마그네틱 코어 커버를 보여주는 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing the superimposed radio frequency antenna and the magnetic core cover.

도 5 내지 도 7은 반응기 천정에 무선 주파수 안테나를 설치한 유도 결합 플라즈마 반응기의 여러 변형된 예들을 보여주는 도면이다.5 to 7 show various modified examples of an inductively coupled plasma reactor in which a radio frequency antenna is installed on the ceiling of the reactor.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

10: 플라즈마 반응기10: plasma reactor

11: 하부 몸체11: lower body

12: 유전체 윈도우12: dielectric window

13: 천정13: ceiling

20: 기판 지지대20: substrate support

22: 피처리 기판22: substrate to be processed

30, 32, 33: 무선 주파수 안테나30, 32, 33: radio frequency antenna

31, 34, 38: 마그네틱 코어 커버31, 34, 38: magnetic core cover

35, 36: 유도 자기장35, 36: induction magnetic field

40, 42, 47, 47-1, 47-2: 메인 전원 공급원40, 42, 47, 47-1, 47-2: main power source

41, 43, 44, 48, 48-1, 48-2: 임피던스 정합기41, 43, 44, 48, 48-1, 48-2: impedance matcher

45, 46: 바이어스 전원 공급원45, 46: bias power supply

Claims (12)

피처리 기판이 놓이는 기판 지지대와 유전체 윈도우를 포함하는 플라즈마 반응기;A plasma reactor comprising a substrate support on which a substrate to be processed is placed and a dielectric window; 상기 유전체 윈도우를 통해서 상기 플라즈마 반응기의 내부로 유도 결합 플라즈마 발생을 위한 유도 기전력을 제공하는 제1 및 제2 무선 주파수 안테나;First and second radio frequency antennas for providing induced electromotive force for inductively coupled plasma generation through the dielectric window into the plasma reactor; 상기 유전체 윈도우의 천정 외측으로 설치되는 제3 무선 주파수 안테나;A third radio frequency antenna installed outside the ceiling of the dielectric window; 자속 출입구가 상기 플라즈마 반응기의 내부를 향하며 상기 제1 무선 주파수 안테나를 덮도록 설치된 마그네틱 코어 커버를 포함하는 다중 무선 주파수 안테나를 갖는 유도 결합 플라즈마 반응기.An inductively coupled plasma reactor having multiple radio frequency antennas comprising a magnetic core cover installed such that a magnetic flux entrance and exit toward the interior of said plasma reactor and covering said first radio frequency antenna. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 유전체 윈도우는 실린더 구조를 갖고 상기 플라즈마 반응기의 상부 몸체를 구성하며,The dielectric window has a cylindrical structure and constitutes an upper body of the plasma reactor, 상기 제1 및 제2 무선 주파수 안테나는 상기 유전체 윈도우의 측벽으로 설치되는 실린더 나선 구조를 갖는 다중 무선 주파수 안테나를 갖는 유도 결합 플라즈마 반응기.And the first and second radio frequency antennas have multiple radio frequency antennas having a cylindrical spiral structure installed on sidewalls of the dielectric window. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2 무선 주파수 안테나는 상기 제1 무선 주파수 안테나를 따라서 덮는 중첩 구조를 갖는 다중 무선 주파수 안테나를 갖는 유도 결합 플라즈마 반응기.And the second radio frequency antenna has multiple radio frequency antennas having an overlapping structure covering the first radio frequency antenna. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 마그네틱 코어 커버는 상기 제1 및 제2 무선 주파수 안테나 사이에 설치되는 구조, 중첩된 상기 제1 및 제2 무선 주파수 안테나를 모두 덮는 구조, 또는 상기 제1 및 제2 무선 주파수 안테나 사이에 설치되는 하나의 마그네틱 코어와 상기 제2 무선 주파수 안테나를 덮는 다른 하나의 마그네틱 코어 커버를 포함하는 설치 구조 중 어느 하나의 설치 구조를 갖는 다중 무선 주파수 안테나를 갖는 유도 결합 플라즈마 반응기.The magnetic core cover is installed between the first and second radio frequency antennas, covers the overlapping first and second radio frequency antennas, or is installed between the first and second radio frequency antennas. An inductively coupled plasma reactor having a multiple radio frequency antenna having any one of the mounting structures including one magnetic core and another magnetic core cover covering the second radio frequency antenna. 삭제delete 삭제delete 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 유전체 윈도우의 외측 천정으로 설치되는 제4 무선 주파수 안테나를 포함하는 다중 무선 주파수 안테나를 갖는 유도 결합 플라즈마 반응기.An inductively coupled plasma reactor having multiple radio frequency antennas comprising a fourth radio frequency antenna mounted to an outer ceiling of the dielectric window. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제3 무선 주파수 안테나를 덮는 다른 마그네틱 코어 커버를 포함하는 다중 무선 주파수 안테나를 갖는 유도 결합 플라즈마 반응기.An inductively coupled plasma reactor having multiple radio frequency antennas comprising another magnetic core cover covering the third radio frequency antenna. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 유전체 윈도우는 실린더 구조를 갖고 상기 플라즈마 반응기의 상부 몸체를 구성하며,The dielectric window has a cylindrical structure and constitutes an upper body of the plasma reactor, 상기 제1 무선 주파수 안테나는 상기 유전체 윈도우의 측벽으로 설치되며, 상기 제2 무선 주파수 안테나는 상기 유전체 윈도우의 천정으로 설치되는 다중 무선 주파수 안테나를 갖는 유도 결합 플라즈마 반응기.The first radio frequency antenna is installed to the side wall of the dielectric window, the second radio frequency antenna inductively coupled plasma reactor having a multiple radio frequency antenna is installed to the ceiling of the dielectric window. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 기판 지지대는 하나 이상의 무선 주파수를 공급받아서 바이어스 되는 다중 무선 주파수 안테나를 갖는 유도 결합 플라즈마 반응기.The inductively coupled plasma reactor of claim 1, wherein the substrate support has multiple radio frequency antennas biased by receiving one or more radio frequencies.
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