KR20160066870A - Antenna assembly for plasma processing apparatus and plasma processing apparatus comprising the same - Google Patents

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KR20160066870A
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Abstract

In the present invention, provided are a plasma generating module for an antenna assembly and a plasma processing device comprising the same. The plasma generating module comprises: multiple antennas respectively connected in parallel; a radio frequency power source to supply radio frequency power to multiple antennas; a resonance capacitor serially connected to an antenna to amplify an output of the antenna; and multiple resonance output control parts which are connected to the antenna in parallel and comprise at least one variable element to change the output amplified in the antenna. According to the present invention, plasma generated from multiple antennas can be precisely controlled. Additionally, damage to the antenna can be prevented by regulating the application of an electric current higher than an allowable current to the antenna.

Description

플라즈마 발생모듈 및 이를 포함하는 플라즈마 처리장치{ANTENNA ASSEMBLY FOR PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING APPARATUS COMPRISING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a plasma generating module and a plasma processing apparatus including the plasma generating module. [0002]

본 발명은 플라즈마 발생모듈 및 이를 포함하는 플라즈마 처리장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 복수의 안테나를 구비하는 플라즈마 발생모듈 및 이를 포함하는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a plasma generating module and a plasma processing apparatus including the plasma generating module, and more particularly, to a plasma generating module including a plurality of antennas and a plasma processing apparatus including the same.

플라즈마 처리장치는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치를 의미하며, 증착, 식각 또는 이온 주입 등 다양한 방식이 기판 처리 공정에 이용될 수 있다.The plasma processing apparatus refers to an apparatus for processing a substrate using a plasma, and various methods such as vapor deposition, etching, or ion implantation can be used in the substrate processing process.

이러한 플라즈마 처리장치는 플라즈마를 생성하는 방식에 따라 용량 결합형 플라즈마 생성 방식, 유도 결합형 플라즈마 생성 방식으로 분류될 수 있다. Such a plasma processing apparatus can be classified into a capacitively coupled plasma generation system and an inductively coupled plasma generation system according to a method of generating a plasma.

이러한 플라즈마 처리장치는 플라즈마를 생성하는 방식에 따라 용량 결합형 플라즈마 생성 방식, 유도 결합형 플라즈마 생성 방식, ECR 플라즈마 생성 방식 및 마이크로파 플라즈마 생성 방식 등 다양한 방식이 적용될 수 있다.Such a plasma processing apparatus may be implemented by various methods such as a capacitively coupled plasma generation method, an inductively coupled plasma generation method, an ECR plasma generation method, and a microwave plasma generation method according to a method of generating plasma.

이 중에서도 유도 결합형 플라즈마 생성 방식은 고주파 안테나에 고주파 전력을 인가하여 유도 자기장에 의해 플라즈마를 발생시키는 방식으로, 한국 대한민국 등록특허 964,398호에서도 유사하게 개시되어 있다. 이러한 유도 결합형 플라즈마 생성 방식은 대면적 기판을 처리하는데 널리 적용되고 있으며, 최근에는 대면적 기판의 위치에 따라 균일하게 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 분할된 복수개의 안테나를 이용하는 기술이 적용되고 있다.Among them, the inductively coupled plasma generation method is similar to that disclosed in Korean Korean Patent No. 964,398 in which a high frequency electric power is applied to a high frequency antenna to generate a plasma by an induced magnetic field. Such an inductively coupled plasma generation method has been widely applied to a large area substrate processing. Recently, a technology using a plurality of divided antennas to uniformly generate a plasma according to the position of a large area substrate has been applied.

다만, 종래의 경우 복수의 안테나를 개별적으로 제어함에 있어, 안테나에서 증폭되는 전류를 정밀하게 제어하지 못해, 각 구역에 형성되는 유도 자기장의 정밀한 제어가 어려운 문제점이 있었다.However, in the related art, when a plurality of antennas are individually controlled, the current amplified by the antenna can not be precisely controlled, so that it is difficult to precisely control the induced magnetic field formed in each region.

대한민국 등록특허 964,398호Korea Patent No. 964,398

본 발명은 종래의 문제점을 해결할 수 있도록, 각각의 안테나와 병렬 연결되는 공진출력제어부가 구비되어, 안테나에서 증폭되는 출력을 정밀하게 제어할 수 있는 플라즈마 발생모듈 및 이를 포함하는 플라즈마 처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention provides a plasma generation module and a plasma processing apparatus including the plasma generation module, which are provided with a resonance output control unit connected in parallel to each antenna to precisely control an output amplified by an antenna It has its purpose.

각각 병렬로 연결되는 복수의 안테나, 복수의 안테나에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원, 안테나와 각각 직렬로 연결되며, 안테나의 출력을 증폭시키는 복수의 공진커패시터, 안테나와 각각 병렬로 연결되며, 안테나에 증폭되는 출력을 조절할 수 있도록 적어도 하나 이상의 가변소자를 포함하여 구성되는 복수의 공진출력제어부를 포함하여 구성되는 플라즈마 발생모듈이 제공된다.A high frequency power source for supplying high frequency power to a plurality of antennas, a plurality of resonance capacitors connected in series with the antenna, a plurality of resonance capacitors for amplifying an output of the antenna, and an antenna, And a plurality of resonance output control units including at least one or more variable elements for controlling an amplified output.

한편, 본 발명에 따른 플라즈마 발생모듈의 공진커패시터는 가변 커패시터로 구성될 수 있다.Meanwhile, the resonance capacitor of the plasma generation module according to the present invention may be constituted by a variable capacitor.

또한, 공진커패시터는 각 안테나에 전류를 분배하는 제1 분기점과 안테나 및 공진출력제어부에 전류를 분배하는 제2 분기점 사이에 구비될 수 있다.The resonance capacitor may be provided between a first branch point for distributing current to each antenna and a second branch point for distributing current to the antenna and the resonance output control section.

나아가, 공진커패시터는 안테나 및 공진출력제어부와 접지부 사이에 구비될 수 있다.Further, the resonance capacitor may be provided between the antenna and the resonance output control unit and the ground unit.

한편, 공진출력제어부는 가변저항을 포함하여 구성될 수 있으며, 가변저항의 저항 값을 조절하여 안테나에서 증폭되는 전류를 조절하도록 구성될 수 있고, 나아가, 가변저항의 저항 값이 증가할수록, 안테나에서 증폭되는 전류량이 감소되도록 제어될 수 있다.The resonance output control unit may include a variable resistor and may be configured to adjust a current amplified by the antenna by adjusting a resistance value of the variable resistor. Further, as the resistance value of the variable resistor increases, The amount of amplified current can be controlled to be reduced.

이와 별개로, 가변저항은, 안테나에서 증폭된 전류가 안테나의 허용전류량 이상으로 증폭되지 않는 크기의 저항 값을 가변 범위의 최소 값으로 갖도록 구성될 수 있다.Alternatively, the variable resistor may be configured such that the current amplified by the antenna has a resistance value of a magnitude that does not amplify beyond the allowable current amount of the antenna, to a minimum value of the variable range.

또한, 공진출력제어부는, 가변 인덕터를 포함하여 구성될 수 있다.Further, the resonance output control section may be configured to include a variable inductor.

추가적으로 내부에 공정공간이 형성되는 챔버, 챔버의 내부에 구비되어 기판이 안착되는 공간을 형성하는 스테이지, 및 스테이지의 상측에 배치되고, 공정 공간에 플라즈마를 발생시키기 위한 전술한 플라즈마 발생모듈을 포함한 플라즈마 발생장치가 제공된다.A stage for forming a space in which the substrate is seated and provided inside the chamber, and a plasma generation module disposed above the stage and including the above-described plasma generation module for generating plasma in the process space, Generating device is provided.

본 발명에 의할 경우, 공진출력제어부가 구비되어, 출력을 2단계로 조절할 수 있으므로, 복수의 안테나로부터 각각 발생되는 플라즈마를 정밀하고 안정적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, since the resonance output control unit is provided and the output can be adjusted in two steps, the plasma generated from each of the plurality of antennas can be precisely and stably controlled.

추가적으로, 일정한 값을 가지는 저항이 구비되어, 안테나에 허용전류 이상의 전류가 인가되는 것을 방지하여 안테나의 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, a resistor having a constant value is provided to prevent the current exceeding the allowable current from being applied to the antenna, thereby preventing the antenna from being damaged.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 발생모듈의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에서 공진커패시터 값에 따라 안테나에서 증폭되는 전류의 변화를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 공진커패시터 값에 따라 안테나에서 증폭되는 전류의 변화와 안테나의 허용전류를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 공진출력제어부 변형예의 회로도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 회로도이다.1 is a cross-sectional view of a plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
2 is a circuit diagram of a plasma generating module according to a first embodiment of the present invention.
3 is a graph schematically illustrating a change in current amplified by an antenna according to a resonant capacitor value in the first embodiment of the present invention.
4 is a graph showing a change in current amplified by an antenna and an allowable current of an antenna according to the resonant capacitor value of the present invention.
5 is a circuit diagram of a resonance output control section modification of the present invention.
6 is a circuit diagram according to a second embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 발생모듈 및 이를 포함하는 플라즈마 처리장치에 대하여, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 이하의 실시예의 설명에서 각각의 구성요소의 명칭은 당업계에서 다른 명칭으로 호칭될 수 있다. 그러나 이들의 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 변형된 실시예를 채용하더라도 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 각각의 구성요소에 부가된 부호는 설명의 편의를 위하여 기재된다. 그러나 이들 부호가 기재된 도면상의 도시 내용이 각각의 구성요소를 도면내의 범위로 한정하지 않는다. 마찬가지로 도면상의 구성을 일부 변형한 실시예가 채용되더라도 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 당해 기술분야의 일반적인 기술자 수준에 비추어 보아, 당연히 포함되어야 할 구성요소로 인정되는 경우, 이에 대하여는 설명을 생략한다.Hereinafter, a plasma generating module and a plasma processing apparatus including the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the embodiments, the names of the respective components may be referred to as other names in the art. However, if there is a functional similarity and an equivalence thereof, the modified structure can be regarded as an equivalent structure. In addition, reference numerals added to respective components are described for convenience of explanation. However, the contents of the drawings in the drawings in which these symbols are described do not limit the respective components to the ranges within the drawings. Likewise, even if the embodiment in which the structure on the drawing is partially modified is employed, it can be regarded as an equivalent structure if there is functional similarity and uniformity. Further, in view of the level of ordinary skill in the art, if it is recognized as a component to be included, a description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 단면을 도시한 단면도이다. 여기서, 플라즈마 처리장치라 함은 공정 가스를 이용하여 플라즈마를 발생시켜 기판을 처리하는 공정에 적용하는 장치를 의미하며, 기판 증착 장치, 기판 식각 장치, 이온 주입 장치 등 다양한 장치일 수 있다.1 is a cross-sectional view of a plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention. Here, the plasma processing apparatus means an apparatus applied to a process of generating a plasma by using a process gas to process a substrate, and may be a variety of apparatuses such as a substrate deposition apparatus, a substrate etching apparatus, and an ion implantation apparatus.

그리고, 도 1에서는 클러스터 타입에 적용되는 구조의 플라즈마 처리장치를 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 인라인 타입에 적용되는 플라즈마 처리장치에도 적용할 수 있음을 앞서 밝혀둔다.Although FIG. 1 shows a plasma processing apparatus having a structure adapted to a cluster type, it is noted that the present invention is not limited to this and can be applied to a plasma processing apparatus applied to an in-line type.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치는 챔버(10), 스테이지(40), 안테나 설치부(20) 및 플라즈마 발생모듈(100)을 포함하여 구성될 수 있다.1, the plasma processing apparatus according to the present embodiment may include a chamber 10, a stage 40, an antenna mounting unit 20, and a plasma generating module 100.

우선, 챔버(10)는 다수의 벽면으로 둘러싸인 밀폐 구조로 형성되며, 플라즈마 처리장치의 몸체를 구성한다. 챔버(10)의 내부는 크게 기판이 수용되어 기판 처리 공정이 수행되는 공정 공간(30) 및 후술할 플라즈마 발생모듈(100)이 설치되는 안테나 설치부(20)로 구성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 안테나 설치부(20)는 챔버(10) 내부의 상측에 배치되며, 안테나 설치부(20)의 하측에 공정 공간(30)이 위치할 수 있다.First, the chamber 10 is formed in a closed structure surrounded by a plurality of wall surfaces, and constitutes the body of the plasma processing apparatus. The interior of the chamber 10 may include a processing space 30 in which a substrate is accommodated and a substrate processing process is performed and an antenna mounting unit 20 in which a plasma generating module 100 to be described later is installed. 1, the antenna mount 20 is disposed on the upper side of the chamber 10, and the process space 30 can be located on the lower side of the antenna mount 20.

그리고, 도 1에서는 도시되지 않았으나, 챔버(10)의 일측에는 기판이 출입하기 위한 게이트 밸브(미도시)가 형성될 수 있으며, 기판 처리 공정에 사용되는 공정 가스를 챔버 내부의 공정 공간으로 공급하고 외부로 배기하기 위한 가스 공급부(미도시) 및 가스 배기부(미도시)가 구비될 수 있다.Although not shown in FIG. 1, a gate valve (not shown) may be formed at one side of the chamber 10 to allow the substrate to flow in and out. The process gas used in the substrate processing process is supplied to the process space inside the chamber A gas supply unit (not shown) and a gas exhaust unit (not shown) for exhausting the gas to the outside may be provided.

한편, 공정 공간(30)의 내측에는 스테이지(40)가 구비된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 스테이지(40)는 기판(S)을 지지하도록 구성되며, 기판(S)은 스테이지(40)에 안착된 상태에서 처리가 이루어질 수 있다. 스테이지(40)에는 공정 공간(30) 상에 형성되는 플라즈마의 분포를 조절하기 위해 외부의 RF 전원부(60)와 연결 설치되는 바이어스 전극(50)이 형성될 수 있다. 또한, 도 1에 구체적으로 도시되어 있지는 않으나 스테이지(40)의 내부에는 히터(미도시)와 같은 온도 조절 부재가 구비되어 기판 처리 공정 중 기판의 온도를 조절하도록 구성될 수 있다.On the other hand, a stage 40 is provided inside the process space 30. As shown in Fig. 1, the stage 40 is configured to support the substrate S, and the substrate S can be processed while being placed on the stage 40. Fig. A bias electrode 50 connected to an external RF power source unit 60 may be formed on the stage 40 to control the distribution of the plasma formed on the process space 30. 1, a temperature adjusting member such as a heater (not shown) may be provided inside the stage 40 to adjust the temperature of the substrate during the substrate processing process.

전술한 바와 같이, 안테나 설치부(20)는 스테이지(40)의 상측에 구비되며, 플라즈마 발생모듈(100)이 설치되는 공간을 형성한다. 안테나 설치부(20)는 적어도 하나의 윈도우에 의해 공정 공간으로부터 구획된 공간을 형성한다. 윈도우(21)는 챔버 벽면에 설치된 지지 부재(22)에 의해 지지될 수 있다. 이러한 윈도우(21)는 금속 재질을 이용하여 구성될 수 있고 금속 재질 이외의 유전체 물질을 이용하여 구성되는 것도 가능하다.As described above, the antenna mounting part 20 is provided on the upper side of the stage 40, and forms a space in which the plasma generating module 100 is installed. The antenna mounting portion 20 forms a space defined by at least one window from the process space. The window 21 can be supported by a support member 22 provided on the wall surface of the chamber. The window 21 may be formed of a metal material or may be formed of a dielectric material other than a metal material.

플라즈마 발생모듈(100)은 공정 공간 내측으로 유도 전계를 발생시켜, 공정 공간 내의 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키기 위한 구성이다. 이러한 플라즈마 발생모듈(100)는 고주파 전원(110), 정합부(120) 및 복수의 안테나(130), 복수의 공진커패시터(140), 공진출력제어부(150)를 포함하여 구성된다. 이때, 고주파 전원(110) 및 정합부(120)는 챔버의 외측에 설치될 수 있으며, 안테나(130), 공진커패시터(140), 공진출력제어부(150)는 안테나 설치부(20) 내측에 수용되도록 설치될 수 있다.The plasma generation module 100 is a structure for generating an induction electric field inside the process space to generate plasma from the process gas in the process space. The plasma generation module 100 includes a high frequency power source 110, a matching unit 120, a plurality of antennas 130, a plurality of resonance capacitors 140, and a resonance output control unit 150. The antenna 130, the resonant capacitor 140, and the resonance output control unit 150 are disposed inside the antenna mounting unit 20, and the high frequency power source 110 and the matching unit 120 may be installed outside the chamber. .

각각의 안테나(130)는 공정 공간의 상측(안테나 설치부의 내측)에 고르게 분산되어 배치될 수 있다. 따라서, 기판 처리 공정 중 공정 공간 내측에 발생되는 플라즈마의 분포를 균일하게 제어하거나, 구역별로 정밀하게 제어할 수 있도록 구성된다.Each of the antennas 130 can be evenly dispersed on the upper side of the process space (the inside of the antenna mounting part). Accordingly, the distribution of the plasma generated inside the process space during the substrate processing process can be uniformly controlled or precisely controlled for each zone.

이하에서는 플라즈마 발생모듈(100)에 대하여 도 2 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the plasma generating module 100 will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 5. FIG.

도2 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 발생모듈(100)의 회로도이다. 전술한 바와 같이 플라즈마 발생모듈(100)은 고주파 전원(110), 정합부(120), 안테나(130), 공진커패시터(140), 공진출력제어부(150)를 포함하여 구성될 수 있다. 2 is a circuit diagram of a plasma generating module 100 according to a first embodiment of the present invention. The plasma generation module 100 may include a high frequency power source 110, a matching unit 120, an antenna 130, a resonance capacitor 140, and a resonance output control unit 150.

고주파 전원(110)은 고주파(radiofrequency) 전력을 발생시켜 복수의 안테나(130)로 제공한다. 정합부(120)는 고주파 전원(110)과 복수의 안테나(130) 사이에 구비되며, 고주파 전원(110) 측과 안테나(130) 사이에서 임피던스 정합을 수행할 수 있다. 이러한 정합부(120)는 가변 콘덴서 또는 가변 인덕터를 포함하는 회로로 구성되며, 가변 콘덴서 또는 가변 인덕터를 제어하는 방식으로 임피던스 정합을 수행한다. 다만, 이러한 고주파 전원(110) 및 정합부(120)의 구성은 널리 적용되고 있는 구성이므로 구체적인 설명은 생략한다.The RF power supply 110 generates radiofrequency power and provides the RF power to a plurality of antennas 130. The matching unit 120 is provided between the RF power supply 110 and the plurality of antennas 130 and can perform impedance matching between the RF power supply 110 and the antenna 130. The matching unit 120 is composed of a circuit including a variable capacitor or a variable inductor, and performs impedance matching in such a manner as to control the variable capacitor or the variable inductor. However, since the configuration of the high-frequency power source 110 and the matching unit 120 is widely applied, a detailed description thereof will be omitted.

안테나(130)는 복수로 구성되어 각각 병렬로 연결되며, 후술할 공진커패시터(140)와의 상호작용으로 공진현상을 일으켜 전류를 증폭시킬 수 있도록 구성된다. 안테나(130)에 고주파 전류가 인가되면 안테나(130)의 배치에 대응하는 챔버의 공정 공간(20)에 유도전계를 형성한다. 이러한 안테나(130)의 형상은 나선형, 동심축 원형, 직선형 안테나 등의 형상으로 다양하게 구성되어 사용자가 요구하는 ethcing rate에 맞는 구조로 결정될 수 있다. 한편, RF전원을 인가받아 유도전계를 형성하는 구성이라면, 그 형상과 명칭에 무관하게 본 발명에서 설명하는 안테나(130)로 볼 수 있다.The plurality of antennas 130 are connected in parallel to each other and are configured to amplify a current by causing a resonance phenomenon by interaction with a resonance capacitor 140 to be described later. When a high frequency current is applied to the antenna 130, an induction field is formed in the process space 20 of the chamber corresponding to the arrangement of the antenna 130. The shape of the antenna 130 may be variously configured in a shape of a spiral, a concentric circle, a rectilinear antenna, or the like, and may be determined to have a structure suited to an ethicing rate required by a user. On the other hand, if the RF power is applied to form the induction field, it can be regarded as the antenna 130 described in the present invention regardless of its shape and name.

공진커패시터(140)은 전술한 바와 같이, 안테나(130)와 상호작용으로 안테나(130)에서 전류를 증폭시킬 수 있는 구성이다. 공진커패시터(140)는 안테나(130)와 직렬 연결되어 직렬공진회로를 구성하게 된다. 전류가 증폭되는 조건을 살펴보면, RF파워의 주파수가 w이고 인덕터의 인덕턴스(inductance) 값을 L, 커패시터의 커패시턴스(capacitance) 값을 C라 할 때,

Figure pat00001
의 조건을 만족할 때, 공진회로의 임피던스 값이 최소가 되며, 회로에 흐르는 전류가 최대가 되어, 결국 큰 출력을 낼 수 있게 된다. 전술한 식을 만족하는 주파수를 공진주파수라고 하며, L과 C의 관계가 공진주파수와 유사한 값을 갖는 경우에도 공진이 일어날 수 있으며, 공진현상을 이용하면 증폭된 전류를 이용할 수 있으므로, 적은 RF파워를 인가하더라도 높은 출력을 얻을 수 있게 된다.The resonant capacitor 140 is a configuration capable of amplifying the current in the antenna 130 by interacting with the antenna 130, as described above. The resonant capacitor 140 is connected in series with the antenna 130 to constitute a serial resonant circuit. When the frequency of the RF power is w and the inductance of the inductor is L and the capacitance of the capacitor is C,
Figure pat00001
The impedance value of the resonant circuit is minimized, the current flowing through the circuit is maximized, and a large output can be obtained. Resonance may occur even when the relationship between L and C has a value similar to the resonance frequency and the amplified current can be used by using the resonance phenomenon, A high output can be obtained.

한편, 공진커패시터(140)가 안테나(130) 및 공진출력제어부(150)와 직렬로 연결될 수 있으며, 본 실시예에서와 같이 각 안테나(130)로 전력이 분배되는 제1 분배점과 각 안테나(130)와 공진출력제어부(150)가 분배되는 제2 분배점 사이에 위치할 수 있다. 공진커패시터(140)는 안테나(130)와 직렬로 연결되어, 임피던스 값을 변화시켜 공진영역을 변화시킬 수 있으며, 위상을 변화시킬 수 있게 되어 출력을 보다 용이하게 제어할 수 있게 된다. 또한, 본 실시예에서와 같이 안테나(130)를 기준으로 전단에 배치되는 경우, 각각의 공진커패시터(140)는 병렬로 연결되어 고주파 전원(110)으로부터 각 안테나(130)에 공급되는 RF파워롤 보다 균일하게 분배할 수 있다. 다만, 공진커패시터(140)는 안테나(130)의 후단에 배치될 수 있으며, 이에 대하여는 도 6을 참조하여 후술하기로 한다.The resonance capacitor 140 may be connected in series with the antenna 130 and the resonance output control unit 150. The resonance capacitor 140 may be connected in series to the first distribution point where power is distributed to each antenna 130, 130 and the second distribution point at which the resonance output control unit 150 is distributed. The resonance capacitor 140 is connected in series with the antenna 130 so that the resonance region can be changed by changing the impedance value, the phase can be changed, and the output can be more easily controlled. The resonance capacitors 140 are connected in parallel to each other and are connected to the RF power roll 110 supplied from the RF power supply 110 to each antenna 130. In this case, More uniform distribution is possible. However, the resonance capacitor 140 may be disposed at the rear end of the antenna 130, which will be described later with reference to FIG.

한편, 안테나(130)에서 증폭되는 전력은 안테나(130)와 연결되는 부하 등의 영향을 복합적으로 받게 되지만, 안테나(130)의 형상이 고정되어 인덕턴스 값(L)이 고정되어 있는 경우에는 공진커패시터(140)의 커패시턴스 값(C)에 영향을 가장 크게 받는다. 따라서 원하는 전류를 안테나(130)에 인가하기 위하여 전류의 증폭량을 제어할 수 있도록, 공진커패시터(140)은 가변 커패시터로 구성될 수 있고, 사용자는 가변 커패시터의 커패시턴스 값(C)을 변화시켜 전류의 증폭량을 변화시켜 원하는 크기의 전류를 안테나(130)에 인가할 수 있게 된다. 이때, 안테나(130)에 인가되는 전류 값을 모니터링하면서 공진커패시터(140)의 커패시턴스 값(C)을 변화시키도록 구성될 수 있다. 이 경우 복잡한 계산에 의하지 않더라도, 안테나(130)에 인가되는 출력을 원하는 값을 갖도록 직관적으로 제어할 수 있다. 그러나 이때, 출력의 미세한 제어가 어려운 문제점이 발생하며, 이를 해결하기 위한 구성에 대하여는 차후 상세히 설명하도록 한다.The power amplified by the antenna 130 is mixedly influenced by the load connected to the antenna 130. When the shape of the antenna 130 is fixed and the inductance value L is fixed, The capacitance value C of the capacitor 140 is most affected. Therefore, the resonant capacitor 140 may be configured as a variable capacitor so that the amplification amount of the current can be controlled in order to apply the desired current to the antenna 130, and the user can change the capacitance value C of the variable capacitor, A current of a desired magnitude can be applied to the antenna 130 by changing the amount of amplification. At this time, the capacitance value C of the resonant capacitor 140 may be changed while monitoring the current value applied to the antenna 130. In this case, the output applied to the antenna 130 can be intuitively controlled so as to have a desired value, even if the calculation is not complicated. However, at this time, there is a problem that it is difficult to finely control the output, and a configuration for solving the problem will be described in detail later.

공진출력제어부(150)는 안테나(130)와 동일한 수로 구성되어 안테나(130)와 병렬로 연결되며, 적어도 하나 이상의 가변소자를 포함하여 구성되며, 가변소자의 파라미터 값을 변화시켜 각 안테나(130)에서 증폭되는 출력를 개별적으로 변화시킬 수 있도록 구성된다.The resonance output control unit 150 includes the same number as the antenna 130 and is connected in parallel to the antenna 130. The resonance output control unit 150 includes at least one variable element, So that the output amplified by the amplifier can be individually changed.

이하에서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 공진출력제어부(150)의 기능에 대하여 상세히 설명한다. 참고로, 이하에서 안테나 모듈이란 하나의 안테나 영역에 플라즈마를 발생시키기 위한 단위 모듈을 말하며, 안테나(130), 공진커패시터(140), 공진출력제어부(150)를 포함하여 구성된 단위를 말한다. 다시말해 본 실시예는 이러한 안테나 모듈이 복수개가 구비되어 정합부(120) 및 고주파 전원(110)과 연결되는 구성으로 볼 수 있다.Hereinafter, the functions of the resonance output controller 150 will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 4. FIG. Hereinafter, an antenna module refers to a unit module for generating a plasma in one antenna region, and includes an antenna 130, a resonant capacitor 140, and a resonance output controller 150. In other words, the present embodiment can be viewed as a configuration in which a plurality of such antenna modules are connected to the matching unit 120 and the high frequency power source 110.

도 2에 도시된 바와 같이, 안테나(130)는 유도전계를 발생시키는 인덕터(inductor)로 볼 수 있으며, 안테나(130)의 인덕턴스 값(L)은 일반적으로 구조적인 특징에 따라 고정된 값을 갖게 된다. 한편, 일반적으로 고주파 전원(110)은 특정 주파수를 갖는 RF전력이 인가되며, 특정 주파수는 발생시키고자 하는 플라즈마에 따라서 결정된다. 따라서 안테나(130)에서 증폭되는 전류는 공진커패시터(140), 공진출력제어부(150)에 구비된 가변소자의 특성 값을 변화시킴으로써 제어될 수 있다.2, the antenna 130 may be regarded as an inductor generating an inductive electric field, and the inductance value L of the antenna 130 may have a fixed value according to a general structural characteristic. do. In general, the RF power source 110 is applied with RF power having a specific frequency, and a specific frequency is determined according to a plasma to be generated. Therefore, the current amplified by the antenna 130 can be controlled by changing the characteristic value of the variable element included in the resonance capacitor 140 and the resonance output controller 150.

도 3은 본 발명에 따른 제 1실시예에서 공진커패시터(140)의 커패시턴스 값(C)의 변화에 따라 안테나(130)에서 증폭된 전류을 나타낸 그래프이다. 여기서 Cr이란, 전술한

Figure pat00002
로부터 유도되는
Figure pat00003
를 만족하는 경우의 커패시턴스 값을 말한다. 공진커패시터(140)의 커패시턴스 값(C)이 Cr주변의 값을 갖는 경우, 공진에 의해 전류의 증폭이 일어나며, 특히 커패시턴스 값(C)이 Cr인 경우 전류가 최대로 증폭된다. 공진커패시터(140)의 커패시턴스 제어범위는 Cr을 포함하여 C1에서 C2사이가 되도록 설정하여 일정수준 이상의 증폭된 전류를 이용할 수 있다. 다만, 이러한 C1 및 C2의 값은 안테나(130)의 인덕턴스 값 및 RF전원 등과 밀접하게 관련되어 있으며, 수 pF 일 수 있고, 다양한 값으로 적용될 수 있으므로, 본 실시예에서는 특정한 값을 적용한 예에 대하여는 생략하기로 한다.3 is a graph showing the current amplified by the antenna 130 according to the change of the capacitance value C of the resonant capacitor 140 according to the first embodiment of the present invention. The term " Cr "
Figure pat00002
Derived from
Figure pat00003
Is satisfied. When the capacitance value C of the resonant capacitor 140 has a value around Cr, the current is amplified by resonance. In particular, when the capacitance value C is Cr, the current is maximally amplified. The capacitance control range of the resonant capacitor 140 may be set to be between C1 and C2 including Cr so that an amplified current of a certain level or higher can be used. However, since the values of C1 and C2 are closely related to the inductance value of the antenna 130 and the RF power source, and can be several pF and can be applied to various values, in the present embodiment, It will be omitted.

도 3(a)를 자세히 살펴보면, 공진출력제어부(150)가 가변저항을 포함하여 구성된 경우의 저항 값의 변화에 따라 증폭되는 R1 < R2 < R3 로 각각 다른 3가지 경우에 C값의 변화에 따른 증폭되는 전류의 크기가 나타나 있다. 공진출력제어부(150)의 가변저항 값이 증가됨에 따라서 C값의 증가에 따른 출력의 변화량이 점차 감소하는 경향이 나타나 있다.3 (a), when the resonance output control unit 150 includes variable resistors, R1 <R2 <R3 amplified according to the change of the resistance value, The magnitude of the current being amplified is shown. As the variable resistance value of the resonance output control section 150 increases, the amount of change of the output with increasing C value tends to gradually decrease.

한편, 일반적인 가변커패시터(140)에는 온도, 주변의 전자기장 등의 영향을 받아 크게는 10%이상의 작동오차가 발생할 수 있다. 작동오차에 의하여 증폭된 전류 값이 달라질 수 있는데, 특히 Cr부근에서 C값의 미세한 차이에도 증폭되는 전류의 양은 큰 차이가 발생할 수 있다. 이러한 오차에 의하여 달라지는 증폭된 출력의 크기는 수 배 이상 차이가 발생할 수 있다. On the other hand, a general variable capacitor 140 may experience an operation error of 10% or more due to influence of temperature, surrounding electromagnetic field, and the like. The current value amplified by the operating error may be different. In particular, a large difference may occur in the amount of current amplified even in the case of a minute difference in the C value in the vicinity of Cr. The magnitude of the amplified output, which varies with this error, can vary by several orders of magnitude.

그러나 이때, 공진출력제어부(150)이 구비되어 가변저항의 저항 값을 증가시키면, 도시된 것처럼 C값의 변화에 따른 증폭되는 전류의 변화량이 감소하게 되므로, 증폭된 전류의 오차를 최소화 할 수 있게 된다. However, when the resonance output controller 150 is provided to increase the resistance value of the variable resistor, the amount of change of the amplified current according to the change of the C value decreases as shown in the figure, do.

한편 공진출력제어부(150)에 구비된 가변저항의 저항 값에 따라 전류의 오차범위가 달라지므로, 가변커패시터(140)의 제어범위(C1 내지 C2) 내에서 적절한 전류오차범위 내에서 제어되도록 적절한 가변저항의 저항 값을 갖도록 설정하는 것이 바람직하다.On the other hand, since the error range of the current varies according to the resistance value of the variable resistor provided in the resonance output control unit 150, the variable range of the variable capacitor 140 can be controlled appropriately within the control range (C1 to C2) It is desirable to set it to have a resistance value of the resistance.

도 3(b)에는 도 3(a) 보다 더 급격한 전류의 변화가 도시되어 있다. 이와 같은 경우는 공진회로를 구성하는 L값이 도 3(a)보다 큰 경우에 나타나는 경향이다. 즉, 안테나(130)의 L값이 클수록, 공진커패시터의 커패시턴스 값(C)에 따라 증폭되는 전류는 Cr 주변에서 급격하게 변화되는 경향이 더욱 뚜렷해진다. 이러한 경향은 기판의 대형화에 따른 안테나(130)의 대형화에 수반되는 특징이다. 따라서 공진커패시터(140)의 제어 오차로 인해, 발생되는 전류의 오차가 더욱 커지게 되는 문제점을 수반한다.Fig. 3 (b) shows a change in current more abrupt than in Fig. 3 (a). This case is a tendency to occur when the L value constituting the resonance circuit is larger than that in Fig. 3 (a). That is, as the L value of the antenna 130 is larger, the current amplified according to the capacitance value C of the resonant capacitor tends to change abruptly around Cr. This tendency is a feature accompanied by an increase in the size of the antenna 130 due to the increase in size of the substrate. Therefore, the control error of the resonant capacitor 140 leads to a problem that the error of the generated current is further increased.

이러한 경우에도 공진출력제어부(150)의 가변저항의 저항 값을 조절하여 공진커패시터(140)의 커패시턴스 값(C)의 변화에 따른 안테나(130)에 인가되는 증폭된 전류의 변화량을 감소시킬 수 있게 되므로, 안테나(130)에서 증폭되는 전류를 용이하게 제어할 수 있게 된다. Also in this case, the resistance value of the variable resistor of the resonance output controller 150 may be adjusted to reduce the amount of change of the amplified current applied to the antenna 130 according to the change of the capacitance value C of the resonance capacitor 140 The current amplified by the antenna 130 can be easily controlled.

또한, 안테나(130)에서 증폭되는 전류는, 공진커패시터(140)의 커패시턴스 값(C)과 공진출력제어부(150)의 파라미터 값을 변화시켜 미세하게 제어될 수 있다. 구체적으로, 먼저 공진커패시터(140)를 원하는 전류로 증폭시킬 수 있는 C값으로 설정하고, 그 다음 공진출력제어부(150)의 가변저항의 저항 값을 적절히 조절하여 원하는 크기의 전류가 발생되도록 제어할 수 있다.The current amplified by the antenna 130 can be finely controlled by varying the capacitance value C of the resonant capacitor 140 and the parameter value of the resonant output controller 150. Specifically, first, the resonance capacitor 140 is set to a C value capable of amplifying the desired current, and then the resistance value of the variable resistor of the resonance output controller 150 is appropriately adjusted to control the current of a desired magnitude to be generated .

도 4는 본 발명의 공진커패시터(140)의 커패시턴스 값(C)에 따라 안테나(130)에서 증폭되는 전류의 변화와 안테나(130)의 허용전류(Ia)를 나타낸 도면이다.4 is a diagram showing a change in current amplified by the antenna 130 and a current Ia of the antenna 130 according to the capacitance value C of the resonant capacitor 140 of the present invention.

본 발명에 따른 공진출력제어부(150)는, 공진커패시터(140)의 커패시턴스 값(C)이 공진주파수에 대응하는 Cr이 될 때, 증폭되는 전류의 최대 값이 안테나(130)의 허용전류(Ia)를 초과하지 않게 하는 일정 크기를 갖는 저항을 더 포함하여 구성될 수 있다. 공진출력제어부(150)의 저항 값이 증가할수록 증폭되는 전류의 양이 감소하게 되므로, 안테나(130)의 허용전류(Ia)이하로만 전류를 증폭시키기 위한 구성이다.When the capacitance value C of the resonance capacitor 140 becomes Cr corresponding to the resonance frequency, the resonance output controller 150 controls the resonance output controller 150 such that the maximum value of the amplified current is larger than the allowable current Ia ) Of the resistance value of the resistor. The amount of current to be amplified decreases as the resistance value of the resonance output control unit 150 increases, so that the current is amplified only below the allowable current Ia of the antenna 130. [

이는 전술한 바와 같이, 공진현상을 이용하여 안테나(130)에서 증폭되는 전류는 C값의 오차에 의하여 수 배 이상으로 쉽게 증폭될 수 있으므로, 안테나(130)에서 증폭되는 전류의 오차가 발생하더라도 허용전류(Ia) 이상으로 증폭을 방지하여 안테나(13)등의 소자가 파손되는 것을 예방하기 위함이다.As described above, since the current amplified by the antenna 130 using the resonance phenomenon can be easily amplified several times or more by the error of the C value, even if an error of the current amplified by the antenna 130 occurs The current is prevented from being amplified by more than the current Ia to prevent the elements such as the antenna 13 from being damaged.

도5 는 본 발명의 공진출력제어부 변형예의 회로도이다. 이해를 위하여 하나의 안테나(130)와 공진출력제어부(150)가 도시되어 있으며, 이와 같이 도시된 안테나 모듈이 복수개가 조합되어 플라즈마 발생모듈이 구성될 수 있다.5 is a circuit diagram of a resonance output control section modification of the present invention. One antenna 130 and a resonance output control unit 150 are shown for the sake of understanding. A plurality of antenna modules may be combined to constitute a plasma generating module.

도 5(a)는 제1 실시예의 안테나 모듈이 나타나 있다. 한편, 본 발명은 도 5(b)와 같이, 공진출력제어부(150)가 가변 인덕터를 포함하여 구성될 수 있으며, 도 5(c)와 같이, 공진출력제어부(150)가 가변 인턱터 및 가변저항을 포함하여 구성된 변형 예로 실시될 수 있다. 이와 같은 변형을 채택하여도 전술한 제1 실시예와 같이, 안테나(130)의 전류를 2단계로 정밀하게 제어할 수 있는 효과가 있다.5 (a) shows the antenna module of the first embodiment. 5 (b), the resonance output control unit 150 may include a variable inductor. As shown in FIG. 5 (c), the resonance output control unit 150 may include a variable inductor and a variable resistor As shown in FIG. Even if such a modification is adopted, there is an effect that the current of the antenna 130 can be precisely controlled in two steps as in the first embodiment described above.

도 6은 본 발명의 제2 실시예의 일부를 도시한 회로도이다. 본 실시예는 공진커패시터(140)가 안테나(130) 및 공진커패시터(140)와 접지부 사이에 구비되어 있는 모습, 즉 안테나(130)를 기준으로 안테나(130) 후단에 구비된 모습이 도시되어 있다. 본 실시예에서 공진출력제어부(150)는 제1 실시예에서의 공진출력제어부(150)와 같이 가변 저항 및 가변 인덕터의 조합으로 변형되어 구성될 수 있다. 본 실시예와 같이 구성되어 임피던스 조절이 용이하며, 위상을 바꿀 수 있어, 보다 정밀한 제어가 가능하고, 이 경우 정합회로에서 임피던스 매칭과정을 재 수행하여 RF파워를 인가할 수 있다.6 is a circuit diagram showing a part of a second embodiment of the present invention. The present embodiment shows a state in which the resonance capacitor 140 is provided between the antenna 130 and the resonance capacitor 140 and the ground portion, that is, a state that the resonance capacitor 140 is provided at the rear end of the antenna 130 with respect to the antenna 130 have. In this embodiment, the resonance output control unit 150 may be modified by a combination of a variable resistor and a variable inductor like the resonance output control unit 150 in the first embodiment. The impedance can be easily adjusted, the phase can be changed, and more precise control is possible. In this case, the impedance matching process can be performed again in the matching circuit to apply the RF power.

이상에서 기술한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 발생모듈(100)은, 안테나(130)에서 증폭되는 출력을 변화시킬 수 있고, 2단계 제어로 정밀한 제어가 가능하다.As described above, the plasma generating module 100 according to the present invention can change the output amplified by the antenna 130, and can precisely control by two-step control.

결국 플라즈마를 안테나 구역별로 정밀하게 제어 가능하므로, 결국, 기판을 정밀하게 처리할 수 있는 효과가 있다. 한편 허용전류 이상의 전류가 인가되는 것을 방지하여 장치의 파손을 방지할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.As a result, the plasma can be precisely controlled for each antenna section, and as a result, the substrate can be precisely processed. On the other hand, it is possible to prevent the application of a current equal to or larger than the allowable current to prevent damage to the apparatus.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징들이 변경되지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것으로 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, . Therefore, it should be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.

110: 고주파 전원
120: 정합회로(Impedance matching box)
P1: 제1 분기점 P2: 제2 분기점
130: 안테나
140: 공진커패시터
150: 공진출력제어부 110: High frequency power source
120: Impedance matching box
P1: First branch point P2: Second branch point
130: Antenna
140: resonant capacitor
150: Resonance output control section

Claims (10)

각각 병렬로 연결되는 복수의 안테나;
상기 복수의 안테나에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원;
상기 안테나와 각각 직렬로 연결되며, 상기 안테나의 출력을 증폭시키는 복수의 공진커패시터; 및
상기 안테나와 각각 병렬로 연결되며, 상기 안테나에 증폭되는 출력을 조절할 수 있도록 적어도 하나 이상의 가변소자를 포함하여 구성되는 복수의 공진출력제어부를 포함하여 구성되는 플라즈마 발생모듈.A plurality of antennas connected in parallel;
A high frequency power supply for supplying high frequency power to the plurality of antennas;
A plurality of resonance capacitors connected in series with the antenna and amplifying the output of the antenna; And
And a plurality of resonance output control units connected in parallel to the antenna and configured to include at least one variable element for adjusting an output amplified by the antenna. 제1 항에 있어서,
상기 공진커패시터는 가변인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생모듈.The method according to claim 1,
Wherein the resonant capacitor is variable. 제2 항에 있어서,
상기 공진커패시터는 상기 각 안테나에 전류를 분배하는 제1 분기점과 상기 안테나 및 상기 공진출력제어부에 전류를 분배하는 제2 분기점 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생모듈.3. The method of claim 2,
Wherein the resonance capacitor is provided between a first branch point for distributing a current to each antenna and a second branch point for distributing a current to the antenna and the resonance output control unit. 제2 항에 있어서,
상기 공진커패시터는 상기 안테나 및 상기 공진출력제어부와 접지부 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생모듈.3. The method of claim 2,
And the resonance capacitor is provided between the antenna and the resonance output control unit and between the ground and the ground. 제2 항에 있어서,
상기 공진출력제어부는 가변저항을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생모듈.3. The method of claim 2,
Wherein the resonance output control unit includes a variable resistor. 제5 항에 있어서,
상기 가변저항의 저항 값을 조절하여 상기 안테나에서 증폭되는 전류를 조절하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생모듈. 6. The method of claim 5,
And adjusting a resistance value of the variable resistor to adjust a current amplified by the antenna. 제6 항에 있어서,
상기 가변저항의 상기 저항 값이 증가할수록, 상기 안테나에서 증폭되는 전류량이 감소하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생모듈.The method according to claim 6,
And the amount of current amplified by the antenna decreases as the resistance value of the variable resistor increases. 제7 항에 있어서,
상기 가변저항은,
상기 안테나에서 증폭된 전류가 상기 안테나의 허용전류량 이상으로 증폭되지 않는 크기의 저항 값을 가변 범위의 최소 값으로 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생모듈.8. The method of claim 7,
The variable resistor comprises:
And a resistance value having a magnitude that does not amplify the current amplified by the antenna by more than the allowable current amount of the antenna is a minimum value of the variable range. 제2 항에 있어서,
상기 공진출력제어부는,
가변 인덕터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생모듈.3. The method of claim 2,
Wherein the resonance output control unit comprises:
And a variable inductor. 내부에 공정공간이 형성되는 챔버;
상기 챔버의 내부에 구비되어 기판이 안착되는 공간을 형성하는 스테이지; 및
상기 스테이지의 상측에 배치되고, 상기 공정 공간에 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생모듈을 포함하며,
상기 플라즈마 발생모듈은, 각각 병렬로 연결되는 복수의 안테나, 상기 복수의 안테나에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원, 상기 안테나와 각각 직렬로 연결되며, 상기 안테나의 출력을 증폭시키는 복수의 공진커패시터, 상기 안테나와 각각 병렬로 연결되며, 상기 안테나에 증폭되는 출력을 조절할 수 있도록 적어도 하나 이상의 가변소자를 포함하여 구성되는 복수의 공진출력제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.A chamber in which a process space is formed;
A stage provided inside the chamber to form a space in which the substrate is seated; And
And a plasma generation module disposed on the stage and generating a plasma in the process space,
The plasma generation module may include a plurality of antennas connected in parallel, a high frequency power source supplying high frequency power to the plurality of antennas, a plurality of resonance capacitors connected in series with the antenna, each of the resonance capacitors amplifying the output of the antenna, And a plurality of resonance output control units connected in parallel with the antenna and configured to include at least one variable element for adjusting the output amplified by the antenna.
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대한민국 등록특허 964,398호

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