KR101418438B1 - 플라즈마 발생장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하나의 반응 챔버를 사용하면서도 플라즈마 발생효율이 높은 플라즈마 발생장치를 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 RF 파워를 공급하는 RF 발생기; 상기 RF 파워를 공급받아 전자기장을 발생하는 안테나; 상기 전자기장을 통해 반응가스를 여기 및 이온화하여 플라즈마를 발생하는 반응 챔버; 상기 RF 파워를 흡수하여 상기 플라즈마에 전류를 유도하는 플라즈마 채널을 포함하여 유도결합을 최대화함으로써 플라즈마 발생효율을 높이고 고밀도의 플라즈마를 균일하게 분포시킬 수 있다.
Description
도 1은 종래 플라즈마 발생장치의 단면도이다.
도 2는 종래 플라즈마 발생장치의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 평면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 반응 챔버 13 : 척
15 : 윈도우 20 : 고주파 안테나 시스템
21 : 고주파안테나코일 22 : 고주파 RF 발생기
30 : 저주파 안테나 시스템 31 : 페라이트 코어
32 : 저주파안테나코일 33 : 저주파 RF 발생기
35 : 플라즈마 채널 36 : DC 브레이크
37 : 플라즈마 소스 모듈 40 : 제어부
본 발명은 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 균일도가 좋 은 고밀도 플라즈마를 발생할 수 있는 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.
플라즈마는 양이온과 음이온, 전자를 포함하는 고도로 이온화된 기체로, 반도체 웨이퍼나 액정 디스플레이장치의 유리기판 등과 같은 미세패턴을 형성하는 반도체 제조공정에서 식각(etching), 증착(deposition) 등에 넓게 사용되고 있다.
최근에는 반도체의 집적도가 높아짐에 따라 미세패턴의 선 폭이 점차 좁아지고 있고, 이로 인해 미세패턴을 형성하는 공정에 사용되는 플라즈마의 균일도를 개선하기 위해 고밀도 플라즈마를 발생할 수 있는 플라즈마 발생장치가 요구되고 있다. 이러한 고밀도 플라즈마 발생장치로는 유도결합형 플라즈마(Inductive coupled plasma;ICP) 발생장치와 용량결합형 플라즈마 발생장치(Capacitive coupled plasma;CCP)가 사용되고 있으며, 이중 유도결합형 플라즈마(ICP) 발생장치는 플라즈마 발생을 위한 전자기 에너지를 제공함에 있어 반도체 웨이퍼나 유리기판 등의 시료가 전자기장의 영향권 밖에 있으면서도 플라즈마의 손실이 적다는 이점이 있어 널리 사용되고 있는 추세이다.
이러한 유도결합형 플라즈마 발생장치의 예를 도 1 및 도 2에 도시하였다.
도 1은 종래 플라즈마 발생장치의 단면도이고, 도 2는 도 1의 평면도로서, 도 1 및 도 2의 플라즈마 발생장치는 하나 이상의 페라이트 코어(141)를 구비하고 있다.
종래 플라즈마 발생장치(100)는 주입 가스를 이온화하여 생성한 플라즈마를 담아 두는 진공상태의 상부 반응용기(111)와 하부 반응용기(112)가 서로 결합되어 있다. 양 반응용기(111, 112)가 형성하는 공간은 칸막이(121, 122)에 의해 두 개의 반응 챔버(113, 114)로 나누어지며, 각 반응 챔버(113, 114)에는 척(131, 132)이 위치하고, 반도체 웨이퍼 또는 유리기판 등의 시료는 통상 하부 척(132)에 위치한다. 양 반응 챔버(113, 114)의 가운데에는 6개의 토로이달(toroidal) 형상의 페라이트 코어(141)가 동일 평면상에서 원형을 이루며 등 간격으로 배치되어 있다. 각 페라이트 코어(141)에는 코일(142)이 감겨져 있다. 코일(142)은 인접한 페라이트 코어(141)간에는 반대 방향으로 감겨져 있는데 이는 인접한 페라이트 코어(141)에 의해 발생하는 유도기전력의 상(phase)이 반대가 되도록 하기 위함이다.
양 반응 챔버(113, 114)는 페라이트 코어(141)의 중심을 관통하는 튜브(151)에 형성되어 있는 관통공(152)을 통해 연결되어 있다. 관통공(152)을 통해 반응가스가 지나가며 관통공(152)은 방전전류의 패스가 된다. 시료 처리 시 페라이트 코어(141)를 감은 코일(142)이 1차측이 되고 플라즈마는 2차측으로 기능하여 1차측 즉, 코일(142)에 인가된 고주파 RF(Radio Frequency) 파워가 2차측 즉, 플라즈마에 전달된다. 인접한 페라이트 코어(141)에 의해 발생하는 유도기전력은 위상이 서로 180도 차이나며, 플라즈마에 유도된 전류 패스는 2개의 인접 관통공(152)을 통해 폐경로를 형성한다. 도 2의 화살표는 인접한 관통공(152) 사이에 형성된 6개의 유도 전류를 나타낸다.
종래 플라즈마 발생장치(100)에서 플라즈마 발생효율을 높이기 위해서는 플라즈마에 유도된 2차측 전류의 패스를 폐회로로 형성하여야 하기 때문에 두 개의 반응 챔버(113, 114)가 필수적으로 필요하나, 두 개의 반응 챔버(113, 114) 중 하나의 반응 챔버(113 또는 114)는 현실적으로 사용하기 어려워 플라즈마 손실 및 파 티클(Particle) 발생의 원인이 된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 하나의 반응 챔버를 사용하면서도 플라즈마 발생효율이 높은 플라즈마 발생장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 토로이달(toroidal) 형상의 페라이트 코어와 튜브(Tube) 형상의 채널을 적용하여 유도결합을 최대화함으로써 플라즈마 발생효율을 높이고 고밀도의 플라즈마를 균일하게 분포시킬 수 있는 플라즈마 발생장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 플라즈마 발생장치는 RF 파워를 공급하는 RF 발생기; 상기 RF 파워를 공급받아 전자기장을 발생하는 안테나; 상기 전자기장을 통해 반응가스를 여기 및 이온화하여 플라즈마를 발생하는 반응 챔버; 상기 RF 파워를 흡수하여 상기 플라즈마에 전류를 유도하는 플라즈마 채널을 포함한다.
또한, 상기 안테나는 상기 플라즈마의 점화를 위해 고주파 대역의 상기 RF 파워를 공급받는 고주파안테나코일과, 상기 플라즈마의 유도결합을 위해 저주파 대역의 상기 RF 파워를 공급받는 저주파안테나코일을 포함한다.
또한, 상기 반응 챔버 내부로 상기 안테나의 전자기장을 전달하는 윈도우를 더 포함하고; 상기 고주파안테나코일은 상기 윈도우 상부에 마련된 것을 특징으로 한다.
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또한, 상기 저주파안테나코일은 상기 전자기장을 상기 플라즈마에 전달하기 위해 토로이달 형상으로 배치된 복수의 페라이트 코어에 각각 감겨져 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 토로이달 형상으로 배치된 상기 복수의 페라이트 코어에는 상기 플라즈마 전류가 폐회로를 형성하여 패스되도록 상기 플라즈마 채널이 각각 마련된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 페라이트 코어에 각각 마련된 상기 플라즈마 채널은 상기 반응 챔버의 원주상에 등 간격으로 배치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플라즈마 채널은 "ㄱ"자 형상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 "ㄱ"자 형상의 플라즈마 채널은 상기 플라즈마의 손실을 줄이기 위해 상기 반응 챔버의 "ㄴ"자 형상의 벽에 연결된 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 플라즈마 발생장치는 플라즈마를 발생하는 반응 챔버; 상기 플라즈마 발생을 위한 RF 파워를 공급하는 RF 발생기; 상기 RF 파워를 공급받아 전자기장을 발생하는 안테나 시스템; 상기 RF 파워를 흡수하여 상기 플라즈마에 전류를 유도하는 플라즈마 채널을 포함한다.
또한, 상기 안테나 시스템은 상기 플라즈마의 점화를 위해 고주파 대역의 상기 RF 파워를 인가하는 고주파 안테나 시스템과, 상기 플라즈마의 유도결합을 위해 저주파 대역의 상기 RF 파워를 인가하는 저주파 안테나 시스템을 포함한다.
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또한, 상기 저주파 안테나 시스템은 상기 플라즈마 채널에 유도되는 전류를 차단하는 DC 브레이크를 더 포함한다.
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이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
최근에는 플라즈마를 이용한 반도체 제조 생산성을 향상시키고자 반도체 웨 이퍼 또는 유리기판 등의 시료 크기가 대형화되고 있어 균일도가 좋은 고밀도 플라즈마를 생성시키는 플라즈마 발생장치가 요구되는 추세이다.
이러한 고밀도 플라즈마 발생장치에는 플라즈마를 생성하기 위한 저주파(Low Frequency) RF 파워와, 플라즈마 내 이온 및 라디칼들을 반도체 웨이퍼 또는 유리기판 등의 시료 쪽으로 끌어당기기 위한 고주파(High Frequency) RF 파워를 공급하는 안테나 시스템을 구비한다. 여기서 저주파 RF 파워를 소스 파워(source power)라 하고, 고주파 RF 파워를 바이어스 파워(bias power)라 한다.
이러한 안테나 시스템의 소스 파워를 2㎒ ~ 수 백㎒의 고주파 RF 파워를 사용하면, 플라즈마 발생장치의 크기가 커짐에 따라 전송선 효과(transmission line effect) 때문에 플라즈마 균일도가 나빠진다. 따라서, 수 십㎑ ~ 2㎒의 상대적으로 낮은 저주파 대역의 RF 파워를 사용하면 전송선 효과를 없앨 수 있어 대면적 고밀도 플라즈마 발생장치 개발에 적합하다.
하지만, 플라즈마 생성을 위해 안테나가 만드는 유도기전력(E)은 안테나의 자기장(B)과 전원의 주파수(ω)에 비례하기 때문에 상대적으로 낮은 주파수의 전원을 사용하면 플라즈마 발생효율이 떨어지는 문제가 있다.
또한, 통상 각 스텝별로 반응 챔버 내에 공급되는 반응가스의 종류가 달라 각 스텝별로 반응 챔버 내의 압력조건이 다양하기 때문에 상대적으로 낮은 주파수의 RF 파워를 사용하면, 플라즈마 점화(ignition)단계에서 플라즈마를 안정적으로 발생시키기 어려워 플라즈마 점화가 잘 이루어지지 않는 문제가 있다.
따라서, 본 발명에서는 저주파 안테나 시스템 및 고주파 안테나 시스템을 구 비하여 다양한 압력조건에서도 플라즈마 점화에 유리한 고주파 전원을 이용하는 고주파 안테나 시스템을 통해 플라즈마 점화가 효과적으로 이루어지도록 함과 동시에 투자율이 높은 멀티 페라이트 코어와 플라즈마 채널로 이루어진 저주파 안테나 시스템을 통해 저주파 안테나와 플라즈마 사이의 유도 결합효율을 향상시켜 플라즈마 발생효율을 향상시키도록 하였다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 평면도이다.
도 3에서, 본 발명의 플라즈마 발생장치는 주입 가스를 이온화하여 생성한 플라즈마를 담아 두는 진공상태의 반응 챔버(10), 반응 챔버(10)의 상부 중앙에 마련된 고주파 안테나 시스템(20), 반응 챔버(10)의 상부 외측에 마련된 저주파 안테나 시스템(30) 및 고주파 및 저주파 안테나 시스템(20, 30)의 입력 RF 파워를 조절하여 플라즈마 균일도를 제어하는 제어부(40)를 포함한다.
상기 반응 챔버(10)는 플라즈마를 이용한 반도체 제조공정이 이루어지는 프로세스 영역을 형성하며, 프로세스 영역을 진공과 일정온도로 유지시켜 주는 기능을 수행한다. 이 반응 챔버(10)에는 외부로부터 반응가스를 주입하기 위한 한 쌍의 가스노즐(11)과, 반응이 끝나면 반응가스를 외부로 배출하기 위한 배기구(12)가 마련된다. 또한, 반응 챔버(10)의 내부에는 반도체 웨이퍼 또는 유리기판 등의 시료(14)를 탑재하기 위한 전정기 척(Chuck, 13)이 구비되어 있다.
이 반응 챔버(10)와 고주파 및 저주파 안테나 시스템(20, 30) 사이에는 반응 챔버(10) 내부로 고주파 및 저주파 안테나 시스템(20, 30)의 전자기장을 전달하는 윈도우(Dielectric Window, 15)가 마련되어 있다. 윈도우(15)는 알루미나(alumina)나 석영(quartz)과 같은 유전체 등으로 이루어져 있다.
상기 고주파 안테나 시스템(20)은 고주파안테나코일(21)과, 이 고주파안테나코일(21)에 고주파 대역(2㎒ ~ 수 백㎒)의 RF 파워를 공급하는 고주파 RF 발생기(22)와, 이 고주파 RF 발생기(22)의 RF 파워를 고주파안테나코일(21)에 손실없이 전달하기 위한 임피던스 정합부(23)를 포함한다. 고주파안테나코일(21)은 스파이럴 형태의 직렬 구조 안테나 또는 직병렬 구조의 안테나 어떠한 구성도 가능하다.
상기 저주파 안테나 시스템(30)은 페라이트 코어(31)와, 이 페라이트 코어(31)에 감겨 있는 저주파안테나코일(32)과, 이 저주파안테나코일(32)에 저주파 대역(수 십㎑ ~ 2㎒)의 RF 파워를 공급하는 저주파 RF 발생기(33)와, 이 저주파 RF 발생기(33)의 RF 파워를 저주파안테나코일(32)에 손실없이 전달하기 위한 임피던스 정합부(34)를 포함한다. 페라이트 코어(31)는 저주파안테나코일(32)의 1차측 전류에 의해 생성된 자기장을 2차측 플라즈마에 효과적으로 전달하기 위해 토로이달(Toroidal) 형상의 멀티 페라이트 코어(31)로 이루어져 있다.
또한, 저주파 안테나 시스템(30)은 2차측 플라즈마에 유도된 고주파 전류의 패스를 폐회로로 형성하여 저주파 RF 발생기(33)에서 공급하는 RF 파워를 흡수하기 위한 플라즈마 채널(35)이 각각의 페라이트 코어(31)에 마련된다. 플라즈마 채널(35)은 메탈 튜브(metal tube)나 세라믹 튜브(ceramic tube)로 이루어지며, 플라즈마 채널(35)이 메탈 튜브인 경우 플라즈마 전류의 유도를 방지하여 RF 파워를 효과적으로 플라즈마에 전달하기 위한 DC 브레이크(36)를 구비하고 있다.
이에, 2차측 플라즈마에 유도된 고주파 전류의 패스는 플라즈마 채널(35)과 반응 챔버(10)가 되는데, 플라즈마 채널(35) 영역의 플라즈마 손실을 줄이기 위해 플라즈마 채널(35) 영역이 최소가 되도록 "ㄴ"자 형상의 반응 챔버(10) 벽을 "ㄱ"자 형상의 플라즈마 채널(35)로 연결한다.
각각의 페라이트 코어(31)와 플라즈마 채널(35)은 플라즈마 소스 모듈(37)을 구성하여 2개 이상의 플라즈마 소스 모듈(37)이 반응 챔버(10)의 원주상에 등 간격으로 배치되어 있다.
상기 제어부(40)는 고주파 및 저주파 안테나 시스템(20, 30)에 공급되는 RF 파워를 조절하기 위해 고주파 및 저주파 RF 발생기(22, 33)의 RF 파워 비율을 제어한다.
이하, 상기와 같이 구성된 플라즈마 발생장치의 동작과정 및 작용효과를 설명한다.
초기에 반응 챔버(10)의 내부가 도시되지 않은 진공펌프에 의해 진공상태가 되도록 배기된 후, 가스노즐(11)을 통해 플라즈마를 발생시키기 위한 반응가스가 주입되어 필요한 압력으로 유지된다.
이어서, 플라즈마 점화를 위해 고주파 안테나 시스템(20)의 고주파안테나코일(21)에 고주파 RF 발생기(22)로부터 고주파 대역(2㎒ ~ 수 백㎒)의 RF 파워가 인가되면, 고주파안테나코일(21)에 흐르는 전류는 사인파 형태의 자기장을 생성하여 반응 챔버(10) 내의 프로세스 영역에 유도 전기장을 형성한다. 유도 전기장은 반응 챔버(10) 내부의 반응가스 입자를 가속시켜 반응가스가 여기 및 이온화하여 플라즈 마가 점화되고, 반응 챔버(10)의 중심에 플라즈마가 발생된다. 이때, 플라즈마를 발생시킬 때에는 항상 고주파 안테나 시스템(20)을 이용하여 플라즈마를 점화시킨 후에 저주파 안테나 시스템(30)에 저주파 RF 파워를 인가한다.
저주파 안테나 시스템(30)의 저주파안테나코일(32)에 저주파 RF 발생기(33)로부터 저주파 대역(수 십㎑ ~ 2㎒)의 RF 파워가 인가되면, 고주파안테나코일(21)과 동일한 방식으로 저주파안테나코일(32)에 흐르는 전류는 사인파 형태의 자기장을 생성하여 반응 챔버(10) 내의 프로세스 영역에 저주파안테나코일(32)의 전류와 반대방향의 유도 전기장을 형성한다. 유도 전기장은 반응 챔버(10) 내부의 반응가스 입자를 가속시켜 반응가스가 여기 및 이온화하여 반응 챔버(10)의 외곽에 플라즈마가 발생된다. 이에 따라 반응 챔버(10) 내부의 척(13)에 탑재된 시료(14)는 플라즈마에 의해 박막 증착 또는 식각 처리된다.
이때, 각 저주파안테나코일(32)에 흐르는 1차측 전류와 2차측 플라즈마에 유도된 전류는 방향이 서로 반대이므로 자기장의 손실이 방지되며 프로세스 영역의 자기장이 증가되어 저주파 RF 파워를 사용하더라도 플라즈마 발생효율이 높아진다.
따라서, 상기한 저주파 안테나 시스템(30)을 이용하면, 수 십㎑ ~ 2㎒의 상대적으로 낮은 저주파 대역의 RF 파워를 사용함으로서 전송선 효과를 없앨 수 있어 균일한 고밀도 플라즈마 발생이 가능하고, 투자율이 높은 토로이달 형상의 멀티 페라이트 코어(31)를 사용함으로서 저주파 안테나 시스템(30)과 플라즈마 사이의 유도 결합 효율을 향상시켜 상대적으로 낮은 주파수의 RF 파워를 사용하여도 플라즈마 발생효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 저주파 안테나 시스템(30)은 저주파안테나코일(32)의 1차측 전류에 의해 생성된 자기장을 2차측 플라즈마에 효과적으로 전달하기 위해 토로이달(Toroidal) 형상의 멀티 페라이트 코어(31)로 이루어져 있으며, 2차측 플라즈마는 플라즈마 채널(35)을 통해 도 3의 원(점선으로 표기)에 도시한 바와 같이, 플라즈마 전류의 패스가 폐회로를 형성하여 저주파 RF 발생기(33)에서 공급하는 RF 파워를 흡수하여 플라즈마 밀도를 종래에 비해 약 2배 이상 개선할 수 있다. 이때 플라즈마 채널(35)은 메탈 튜브(metal tube)나 세라믹 튜브(ceramic tube)로 이루어지는데, 플라즈마 채널(35)이 메탈 튜브인 경우 반드시 DC 브레이크(36)를 구비하여 플라즈마 채널(35)에 전류가 유도되는 것을 방지하여 효과적으로 RF 파워를 플라즈마에 전달할 수 있다.
그리고, 2차측 플라즈마에 유도된 고주파 전류의 패스는 플라즈마 채널(35)과 반응 챔버(10)가 되는데, 플라즈마 채널(35) 영역의 플라즈마 손실을 줄이기 위해 플라즈마 채널(35) 영역이 최소가 되도록 "ㄴ"자 형상의 반응 챔버(10) 벽을 "ㄱ"자 형상의 플라즈마 채널(35)로 연결한다.
하지만, 상술한 바와 같이 통상 각 스텝별로 반응 챔버(10) 내에 주입되는 반응가스의 종류가 달라 각 스텝별로 반응 챔버(10) 내의 압력조건이 다양하기 때문에 상대적으로 낮은 주파수의 RF 파워를 사용하는 저주파 안테나 시스템(30)만으로는 초기 플라즈마 점화가 어렵기 때문에 고주파 안테나 시스템(20)은 다양한 압력조건에서 플라즈마 점화를 용이하게 시킬 수 있다. 고주파안테나코일(21)의 고전 압에 의한 정전기장이 시드 전자(Seed Electron)를 가속하여 초기 방전을 유도한다.
따라서, 플라즈마를 발생시킬 때에는 항상 고주파안테나코일(21)로 플라즈마를 점화한 후에 저주파 안테나 시스템(30)에 RF 파워를 인가하도록 한다. 이때 제어부(40)는 고주파 안테나 시스템(20)과 저주파 안테나 시스템(30)의 입력 RF 파워를 조절하여 플라즈마 균일도를 제어한다.
이에 따라, 본 발명의 플라즈마 발생장치는 불필요한 반응 챔버(10)가 없으면서 대면적/고밀도 플라즈마 생성이 가능하여 상용장비에 적합한 플라즈마 소스이다. 반도체 공정장비인 HCPCVD나 Etcher 장비에 적용하여 CD(Critical Dimension) 100 이하 프로세스 시간을 줄여 생산성을 향상시킬 수 있으며, 이러한 기술은 향후 LCD 등 FPD(Flat Panel Display)의 플라즈마 공정장비에도 적용 가능하다.
상기의 설명에서와 같이, 본 발명에 의한 플라즈마 발생장치에 의하면, 하나의 반응 챔버를 사용하여 불필요한 반응 챔버가 없으면서도 플라즈마 발생효율이 높은 플라즈마 발생장치를 제공하여 플라즈마를 이용한 전 공정장비에 적합한 구조로 적용할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 토로이달(toroidal) 형상의 페라이트 코어와 튜브(Tube) 형상의 채널을 적용하여 유도결합을 최대화함으로써 플라즈마 발생효율을 높이고 고밀도의 플라즈마를 균일하게 분포시킬 수 있다는 효과가 있다.
Claims (20)
- RF 파워를 공급하는 RF 발생기;상기 RF 파워를 공급받아 전자기장을 발생하는 안테나;상기 전자기장을 통해 반응가스를 여기 및 이온화하여 플라즈마를 발생하는 하나의 반응 챔버;및상기 RF 파워를 흡수하기 위해 메탈 튜브나 세라믹 튜브로 이루어지며 상기 플라즈마에 전류를 유도하는 플라즈마 채널을 포함하되,상기 플라즈마 채널은 상기 안테나의 일부인 플라즈마 발생장치.
- 제 1항에 있어서,상기 안테나는 상기 플라즈마의 점화를 위해 고주파 대역의 상기 RF 파워를 공급받는 고주파안테나코일과, 상기 플라즈마의 유도결합을 위해 저주파 대역의 상기 RF 파워를 공급받는 저주파안테나코일을 포함하는 플라즈마 발생장치.
- 제 2항에 있어서,상기 반응 챔버 내부로 상기 안테나의 전자기장을 전달하는 윈도우를 더 포함하고;상기 고주파안테나코일은 상기 윈도우 상부에 마련된 플라즈마 발생장치.
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- 제 2항에 있어서,상기 저주파안테나코일은 상기 전자기장을 상기 플라즈마에 전달하기 위해 토로이달 형상으로 배치된 복수의 페라이트 코어에 각각 감겨져 있는 플라즈마 발생장치.
- 제 6항에 있어서,상기 토로이달 형상으로 배치된 상기 복수의 페라이트 코어에는 상기 플라즈마 전류가 폐회로를 형성하여 패스되도록 상기 플라즈마 채널이 각각 마련된 플라즈마 발생장치.
- 제 7항에 있어서,상기 복수의 페라이트 코어에 각각 마련된 상기 플라즈마 채널은 상기 반응 챔버의 원주상에 등 간격으로 배치된 플라즈마 발생장치.
- 제 8항에 있어서,상기 플라즈마 채널은 "ㄱ"자 형상인 플라즈마 발생장치.
- 청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제 9항에 있어서,상기 "ㄱ"자 형상의 플라즈마 채널은 상기 플라즈마의 손실을 줄이기 위해 상기 반응 챔버의 "ㄴ"자 형상의 벽에 연결된 플라즈마 발생장치.
- 플라즈마를 발생하는 하나의 반응 챔버;상기 플라즈마 발생을 위한 RF 파워를 공급하는 RF 발생기;상기 RF 파워를 공급받아 전자기장을 발생하는 안테나 시스템;및상기 RF 파워를 흡수하기 위해 메탈 튜브나 세라믹 튜브로 이루어지며 상기 플라즈마에 전류를 유도하는 플라즈마 채널을 포함하되,상기 플라즈마 채널은 상기 안테나 시스템의 일부인 플라즈마 발생장치.
- 제 11항에 있어서,상기 안테나 시스템은 상기 플라즈마의 점화를 위해 고주파 대역의 상기 RF 파워를 인가하는 고주파 안테나 시스템과, 상기 플라즈마의 유도결합을 위해 저주파 대역의 상기 RF 파워를 인가하는 저주파 안테나 시스템을 포함하는 플라즈마 발생장치.
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- 제 12항에 있어서,상기 저주파 안테나 시스템은 상기 플라즈마 채널에 유도되는 전류를 차단하는 DC 브레이크를 더 포함하는 플라즈마 발생장치.
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| KR101241049B1 (ko) | 2011-08-01 | 2013-03-15 | 주식회사 플라즈마트 | 플라즈마 발생 장치 및 플라즈마 발생 방법 |
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| US20150075717A1 (en) * | 2013-09-13 | 2015-03-19 | Applied Materials, Inc. | Inductively coupled spatially discrete multi-loop rf-driven plasma source |
| KR101532376B1 (ko) * | 2013-11-22 | 2015-07-01 | 피에스케이 주식회사 | 상호 유도 결합을 이용한 플라즈마 생성 장치 및 그를 포함하는 기판 처리 장치 |
| KR101649947B1 (ko) * | 2014-07-08 | 2016-08-23 | 피에스케이 주식회사 | 이중 플라즈마 소스를 이용한 플라즈마 생성 장치 및 그를 포함하는 기판 처리 장치 |
| KR101660830B1 (ko) * | 2014-07-16 | 2016-09-29 | 피에스케이 주식회사 | 이중 플라즈마 소스를 이용한 플라즈마 생성 장치 및 그를 포함하는 기판 처리 장치 |
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| CN104898540A (zh) * | 2015-04-07 | 2015-09-09 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于plc的icp等离子体发生***控制方法 |
| CN105351161B (zh) * | 2015-10-16 | 2017-12-05 | 中国航天科技集团公司第九研究院第七七一研究所 | 一种霍尔电推进发动机阴极脉冲电压点火电源及方法 |
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| JP7296829B2 (ja) * | 2019-09-05 | 2023-06-23 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置、処理方法、上部電極構造 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6270687B1 (en) * | 1997-06-05 | 2001-08-07 | Applied Materials, Inc. | RF plasma method |
| KR20050059779A (ko) * | 2003-12-15 | 2005-06-21 | 주식회사 하이닉스반도체 | 플라즈마 처리 장치와 이를 이용한 기판의 표면 처리 방법및 식각방법 |
| KR20070012086A (ko) * | 2005-07-22 | 2007-01-25 | 삼성전자주식회사 | 기판처리장치 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ATE251798T1 (de) * | 1994-04-28 | 2003-10-15 | Applied Materials Inc | Verfahren zum betreiben eines cvd-reaktors hoher plasma-dichte mit kombinierter induktiver und kapazitiver einkopplung |
| JP3868925B2 (ja) * | 2003-05-29 | 2007-01-17 | 株式会社日立製作所 | プラズマ処理装置 |
| JP4701691B2 (ja) * | 2004-11-29 | 2011-06-15 | 東京エレクトロン株式会社 | エッチング方法 |
| JP4903610B2 (ja) * | 2007-03-27 | 2012-03-28 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置 |
-
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-
2008
- 2008-05-01 US US12/149,450 patent/US8169148B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6270687B1 (en) * | 1997-06-05 | 2001-08-07 | Applied Materials, Inc. | RF plasma method |
| KR20050059779A (ko) * | 2003-12-15 | 2005-06-21 | 주식회사 하이닉스반도체 | 플라즈마 처리 장치와 이를 이용한 기판의 표면 처리 방법및 식각방법 |
| KR20070012086A (ko) * | 2005-07-22 | 2007-01-25 | 삼성전자주식회사 | 기판처리장치 |
| US20070017446A1 (en) * | 2005-07-22 | 2007-01-25 | Sang-Jean Jeon | Apparatus to treat a substrate |
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