KR101690625B1 - 대면적 ecr 플라즈마 발생장치 - Google Patents

Abstract

대면적 ECR 플라즈마 발생장치가 개시된다. 대면적 ECR 플라즈마 발생장치는 전자파가 입력되는 제1 입력부를 포함하고, 상기 제1 입력부로 입력된 전자파를 제1 방향을 따라 전송하는 제1 전송부 및 상기 제1 방향을 따라 전송된 전자파를 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향 및 제3 방향을 따라 전송하는 제2 전송부를 포함하는 제1 도파관; 및 제1 단부 및 제2 단부를 포함하고, 상기 제1 단부가 상기 제2 전송부의 E필드면을 관통하여 상기 제2 전송부 내로 삽입된 중공의 유전체관; 상기 유전체관의 내부에서 상기 유전체관의 길이 방향에 따라 설치되어 상기 제2 전송부의 전자파를 상기 유전체관의 원주 방향으로 방사하도록 구성된, 중공의 안테나관; 및 상기 안테나관의 내부에 설치되어 상기 방사된 전자파에 수직한 방향의 자기장을 형성하도록 구성된 하나 이상의 자석을 포함하는 안테나모듈을 포함하고, 상기 안테나모듈은 상기 제2 전송부의 길이 방향을 따라 둘 이상 배열 되어 있다.

Description

대면적 ECR 플라즈마 발생장치{LARGE SCALE ECR PLASMA GENERATING DEVICE}

본 발명은 ECR 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 ECR 플라즈마를 대면적으로 형성할 수 있는 대면적 ECR 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.

일반적으로, 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치는 다양한 형태의 대상물에 플라즈마를 이용하여 처리하는데 널리 적용할 수 있다. 최근에는 반도체 소자 및 디스플레이 소자의 내부 집적도가 증가하고 대상물의 처리 면적이 증가하면서 이를 제조하는데 있어서 증착, 식각 및 표면 처리와 같은 다양한 공정에 플라즈마를 사용하고 있다. 이러한 플라즈마는 대면적에서 균일하고 고밀도를 가져야 할 필요가 있다.

기존의 공정 플라즈마 발생방법은 CCP(축전 용량 결합 플라즈마) 및 ICP(유도 결합 플라즈마)가 사용되고 있다. 이들 중에서 상기 CCP 처리 장치의 경우 진공 챔버 내부에 설치된 평행판 사이에 전압을 인가하여 플라즈마를 발생시키는 방식으로 다른 플라즈마 발생 방식에 비해서 플라즈마의 밀도가 비교적 낮고 충분한 이온 플럭스 및 에너지 조절이 어려워 대상물 처리에 대한 처리율이 감소하는 경향이 있다.

또한 ICP 처리 장치의 경우 진공 챔버 외부 설치된 유전체 판 위에 안테나를 설치하고 이 안테나에 전압을 인가하여 유도 가열에 의하여 챔버 내부에 플라즈마를 발생시킨다. 이때 대면적의 대상물을 처리 하기 위해서 플라즈마의 면적을 증가시키기 위해서는 진공 챔버에 설치된 유전체 판의 면적도 증가해야 하며 진공도를 유지하기 위해서 유전체 판의 두께도 증가해야 한다. 따라서 유전체 판의 비용도 상승하게 되고 또한 유전체 판 위에 설치된 안테나에서 유도되는 유도가열의 효율이 감소하여 안테나에 인가하는 전압의 크기를 증가시켜야 한다. 그 결과 유전체 판의 스퍼터링이 증가하며 스퍼터링으로 발생한 오염물이 발생하여 대상물 처리에 방해가 될 수 있다. 또한 안테나의 크기가 증가하고 높은 전력 인가를 위해서 높은 출력의 파워 서플라이가 필요하다.

따라서 대상물의 크기가 증가하게 되면 고밀도의 대면적 플라즈마를 발생시킬 수 있는 플라즈마 처리장치는 종래의 기술에는 구현되기가 어려웠다.

이미 알려진 바와 같이 ECR 플라즈마 발생장치는 전자 사이클로트론 공명현상(ECR: Electron Cyclotron Resonance)을 이용하는 것으로, 전자 사이클로트론 공명현상은, 자기장 안에서 사이클로트론 운동(회전 운동)하고 있는 전자에 대하여 사이클로트론 주파수와 동일한 전자파(Microwave)를 주면 공명이 일어나는 상태를 말한다.

ECR 플라즈마 발생장치는 전자 사이클로트론 공명현상을 이용하기 위하여, 필수적으로 전자파의 입력조건 및 자기장의 형성 조건, ECR 발생 영역에 대한 구성이 요구된다. 이를 위하여, 대부분의 ECR 플라즈마 발생장치는 챔버, 챔버의 일측에 설치되는 전자파의 입력을 위한 도파관, 전자파의 진행 방향과 평행하거나 수직한 방향에 위치하도록 챔버 내에 설치되는 자기장의 형성을 위한 자기 코

일 또는 영구 자석, 챔버의 일측에 설치되고 ECR 발생 영역으로 공정 가스를 주입하기 위한 가스주입구가 구비될 수 있다.

이러한 ECR 플라즈마 발생장치는 ECR 플라즈마를 생성하기 위하여, 자기 코일 또는 영구 자석에 의해 챔버 내부에 자기장이 형성된 상태에서 입력관을 통해 챔버 내부로 전자파가 입력되면, 자기장에 의한 전자의 회전주파수와 전자파 주파수가 일치하여 전자 사이클로트론 공명현상이 발생되고, 상기 ECR 영역에 가스를 주입하면 가스가 이온화 되어 플라즈마가 형성 되고 플라즈마 내 전자는 이 영역을 지나면서 공명 현상에 의해 가속이 되어 큰 에너지를 얻게 되고 자기장에 의해서 반응기 벽으로의 확산 손실이 감소하여 기체의 이온화 율이 증가하기 때문에 ECR 플라즈마가 발생한다.

그러나 종래의 ECR 플라즈마 발생장치는 자기장을 형성하기 위한 자기 코일 또는 영구 자석의 설치를 위해, 도파관의 저면부를 개방하고, 개방된 저면부의 아래로 유전체 막을 형성하고, 유전체 막의 아래로 영구 자석을 수용하는 수용부를 형성하여야 하는 비교적 복잡한 구조로 이루어져 있다. 따라서 ECR 플라즈마 발생장치의 설계 및 제작이 복잡해지는 문제가 있었다.

또한 종래의 ECR 플라즈마 발생장치는 처리 대상물, 예를 들면, 반도체 소자 및 디스플레이 소자 등과 같은 전자 소자용 기재를 플라즈마 처리하는데 이용될 수 있다. 예를 들면, 반도체 처리 및 디스플레이 제작 시설에서 증착, 식각 또는 표면처리 등의 공정을 위한 ECR 플라즈마 소스로서 이용될 수 있다. 이러한 경우, 처리 대상물의 면적에 따라 ECR 플라즈마 발생장치가 설계되어야 하므로 제작에 불편함이 있고, 또한 대면적 기판을 처리하는데 필요한 고밀도 대면적의 ECR 플라즈마 발생 장치의 제작에 어려움이 있다. 따라서 ECR 플라즈마 발생장치를 이용함에 있어 제한적일 수 밖에 없다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명자는 특허출원 제10-2014-0131573호 "ECR 플라즈마 발생장치"를 발명하여 출원한 바 있다. 그런데 이 특허는 고밀도 대면적의 ECR 플라즈마를 발생하는 것에는 문제가 없으나, 도파관의 길이가 길어지는 경우 도파관에 연결된 다수의 안테나모듈에 동일한 파워로 전자파의 입력이 어려웠다. 즉, 도파관으로 전자파가 입력된 이후 도파관의 길이방향으로 전자파가 전송될 때 전자파의 파워가 감소하는 문제가 있었다.

이를 해결하기 위해, 예를 들면, 도파관의 길이를 짧게 하고 도파관에 연결된 안테나모듈의 수를 감소시키면 도파관의 길이가 짧아짐에 따라 전자파의 파워의 감소의 문제를 해결할 수 있으나, 이러한 구조로 챔버의 측면부에 설치하는 경우에는 각각의 도파관에 전자파를 입력하기 위해 연결되는 전자파를 전송하는 전송라인의 연결이 어려웠다. 이에 대해 도 1을 참조하여 더 구체적으로 설명한다.

도 1은 종래 기술의 설명을 위한 개략적 평면도이다. 도 1을 참조하면, 2개의 안테나모듈(2)이 연결되도록 도파관(1)의 길이를 짧게 하고, 그 도파관(1)을 챔버(3)의 측면부에 대향하도록 하고 안테나모듈(2)은 챔버(3)의 측면부를 관통하여 수평 방향으로 연장되는 구조로 도파관(1)을 복수개 설치한 경우, 각각의 도파관(1)의 전자파의 입력 방향은 이웃하는 도파관(1)에 대향하게 되며, 각각의 도파관(1)의 간격이 좁아지게 된다. 이러한 경우, 전자파를 전송하는 전송라인을 각각의 도파관(1)의 입력 부분에 연결할 때 간섭이 발생하게 되므로 설치가 어려워지는 문제가 있었다.

이에, 본 발명자는, 이러한 문제를 해결하기 위해, 연구 끝에, 아래와 같은 구성을 입력하여, 도파관에 연결된 안테나모듈들에 동일한 파워의 전자파 입력이 가능하고, 대면적의 피처리 대상물을 처리하기 위해 챔버에 다수 설치되는 경우 각각의 도파관의 간섭 없이 전자파를 전송하는 전송라인의 연결이 용이하며 전자파를 전송하는 전송라인의 연결 개수도 감소할 수 있는 대면적 ECR 플라즈마 발생장치를 개발하기에 이르렀다.

본 발명의 대면적 ECR 플라즈마 발생장치는, 전자파가 입력되는 제1 입력부를 포함하고, 상기 제1 입력부로 입력된 전자파를 제1 방향을 따라 전송하는 제1 전송부 및 상기 제1 방향을 따라 전송된 전자파를 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향 및 제3 방향을 따라 전송하는 제2 전송부를 포함하는 제1 도파관; 및 제1 단부 및 제2 단부를 포함하고, 상기 제1 단부가 상기 제2 전송부의 E필드면을 관통하여 상기 제2 전송부 내로 삽입된 중공의 유전체관; 상기 유전체관의 내부에서 상기 유전체관의 길이 방향에 따라 설치되어 상기 제2 전송부의 전자파를 상기 유전체관의 원주 방향으로 방사하도록 구성된, 중공의 안테나관; 및 상기 안테나관의 내부에 설치되어 상기 방사된 전자파에 수직한 방향의 자기장을 형성하도록 구성된 하나 이상의 자석을 포함하는 안테나모듈을 포함하고, 상기 안테나모듈은 상기 제2 전송부의 길이 방향을 따라 둘 이상 배열 되어 있음을 특징으로 한다.

다른 실시예로, 상기 제1 도파관의 구조와 같고, 상기 제1 도파관의 반대편에 배치되어 상기 제2 전송관의 길이 방향을 따라둘 이상 배열된 안테나 모듈의 상기 제2 단부와 소통 가능하게 연결된 추가의 제1 도파관을 더 포함할 수 있다.

또 다른 실시예로, 상기 ECR 플라즈마 발생장치는, 상기 제1 도파관의 구조와 같고, 상기 제1 도파관의 옆에서 상기 제1 도파관과 이웃하는 추가의 제1 도파관; 상기 안테나모듈의 구조와 같고, 제1 단부 및 제2 단부를 포함하는 안테나관이 상기 추가의 제1 도파관과 소통 가능하도록 상기 추가의 제1 도파관의 길이 방향을 따라 둘 이상 배열된 추가의 안테나모듈; 전자파가 입력되는 제2 입력부를 포함하고 상기 제2 입력부로 입력된 전자파를 상기 제1 방향을 따라 전송하는 제3 전송부, 상기 제3 전송부를 통해 상기 제1 방향을 따라 전송된 전자파를 상기 제2 방향 및 제3 방향을 따라 전송하는 제4 전송부를 포함하는 제2 도파관; 일단부는 상기 제4 전송부의 일단과 연결되고 타단부는 서로 이웃하는 제1 도파관 및 추가의 제1 도파관 중 제1 도파관의 제1 입력부에 연결된 제1 휨 도파관; 및 일단부는 상기 제4 전송부의 타단과 연결되고 타단부는 서로 이웃하는 제1 도파관 및 추가의 제1 도파관 중 추가의 제1 도파관의 제1 입력부에 연결된 제2 휨 도파관을 더 포함할 수 있다.

또 다른 실시예로, 상기 ECR 플라즈마 발생장치는, 상기 서로 이웃하는 제1 도파관 및 추가의 제1 도파관의 구조와 같고, 상기 서로 이웃하는 제1 도파관 및 추가의 제1 도파관의 반대편에 배치되고, 상기 서로 이웃하는 제1 도파관 및 추가의 제1 도파관의 길이 방향을 따라 둘 이상 배열된 안테나모듈들의 유전체관의 제2 단부와 소통 가능하게 연결되어 서로 이웃하는 복수의 제1 대칭 도파관; 상기 제2 도파관의 구조와 같고, 상기 제2 도파관의 반대편에 배치된 제2 대칭 도파관; 상기 제1 휨 도파관의 구조와 같고, 상기 복수의 제1 대칭 도파관 중 어느 하나 및 상기 제2 대칭 도파관의 사이에 연결된 제1 대칭 휨 도파관; 및 상기 제2 휨 도파관의 구조와 같고, 상기 복수의 제1 도파관 중 나머지 하나 및 상기 제2 대칭 도파관의 사이에 연결된 제2 대칭 휨 도파관을 포함할 수 있다.

도 1은 종래 기술의 설명을 위한 개략적 평면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 대면적 ECR 플라즈마 발생장치의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 3 내지 도 5는 도 1에 도시된 자석의 배치 형태와 다른 자석의 배치 형태를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 ECR 플라즈마 발생장치가 챔버의 측면부에 설치되어 이용되는 형태를 예시한다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 대면적 ECR 플라즈마 발생장치가 대면적 기판을 처리하기 위한 배치 형태를 예시한다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 ECR 플라즈마 발생장치가 챔버의 상면부에 설치되는 상태를 도시한다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 대면적 ECR 플라즈마 발생장치의 다른 형태를 도시한다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 대면적 ECR 플라즈마 발생장치(2000)의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 대면적 ECR 플라즈마 발생장치의 다른 형태를 도시한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 대면적 ECR 플라즈마 발생장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

제1 실시예

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 대면적 ECR 플라즈마 발생장치의 구성을 나타낸 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 ECR 플라즈마 발생장치는 제1 도파관(100) 및 안테나모듈들(200)을 포함한다.

제1 도파관(100)은 마이크로웨이브 발진기로부터 발생된 전자파를 전송하는 전송라인에 연결되어 상기 전송라인을 통해 전송된 전자파가 입력되며, 입력된 전자파를 안테나모듈들(200)로 전송한다. 제1 도파관(100)은 제1 전송부(110) 및 제2 전송부(120)를 포함한다.

제1 전송부(110)는 전자파가 입력되는 제1 입력부(110a)를 포함하며, 제1 입력부(110a)를 통해 입력된 전자파를 제1 방향을 따라 전송한다. 여기서, 제1 방향은 제1 도파관(100)과 연결된 상태의 안테나모듈(200)의 축방향에 평행한 방향일 수 있다.

제2 전송부(120)는 상기 제1 방향을 따라 전송된 전자파를 제1 방향에 수직한 제2 방향 및 제3 방향을 따라 전송한다. 이를 위해, 제2 전송부(120)는 제1 전송부(110)의 앞에 위치하며, 제1 전송부(110)과 수직으로 배치된다. 제2 전송부(120)의 양측 단부는 폐쇄되어 있고, 폐쇄된 양측 단부는 제1 전송부(110)의 상면부를 정면으로 하여 볼 때 제1 전송부(110)의 좌측 및 우측에 위치한다.

이러한 제1 도파관(100)은 도파관을 T형 분기하는 형태를 갖는다. 제1 도파관(100)의 제1 전송부(110) 및 제2 전송부(120)는 단면이 사각형상이고, 이때 각각의 전송부(110, 120)는 폭이 좁은 네로우 월(narrow wall)들 및 폭이 넓은 브로드월(broad wall)을 포함한다. 브로드 월들은 제1 전송부(110) 내로 입력된 전자파에 의해 생성되는 전계(E) 형성 방향에 수직한면이고, 네로우월들은 제1 전송부(110) 내로 입력된 전자파에 의해 생성되는 자계(H) 형성 방향에 수직한 면이다. 따라서, 브로드 월을 E필드면이라할 수 있고, 네로우 월을 H필드면이라 할 수 있다. 이하에서는 각각의 전송관(110, 120)의 브로드 월을 E필드면(122)으로, 네로우 월을 H필드면(121)이라 명명하여 설명하기로 한다.

한편, 제1 도파관(100)의 T형 분기된 형태는, 전계에 평행하게 직각으로 구부린 형태일 수 있고, 또는 자계에 평행하게 직각으로 구부린 형태일 수 있다. 예를 들면, 제1 도파관(100)은 전계에 평행하게 직각으로 구부려 T형 분기한 형태일 수 있다.

복수의 안테나모듈(200)은 제2 전송부(120)의 길이방향을 따라 배열되며, 제1 도파관(100)에 입력된 전자파에 대응하는 공진자기장을 형성한다. 이를 위해, 각각의 안테나모듈(200)은 유전체관(210), 안테나관(220) 및 자석(230)을 포함한다.

유전체관(210)은 제1 도파관(100)에 입력된 전자파를 제1 도파관(100)의 내측으로부터 추출하여 제2 전송부(120)에 수직한 방향으로 전달한다. 이를 위해, 유전체관(210)은 제1 단부 및 제2 단부를 포함하는 중공의 원통형일 수 있다. 제1 단부는 열려있고, 제1 단부가 제2 전송부(120)의 E필드면(122)을 관통하여 제2 전송부(120) 내로 삽입된다. 이에 의해, 유전체관(210)은 제1 단부를 통해 제2 전송부(120) 내부와 소통 가능하게 된다. 이러한 유전체관(210)은 유전체로 이루어진다. 예를 들면, 석영, 또는 파일렉스 유리, 테플론 등의 고분자 재료, 또는 세라믹스일 수 있다.

안테나관(220)은 유전체관(210)과 함께 제1 도파관(100)에 입력된 전자파를 제1 도파관의 내측으로부터 추출하며, 자석(230)을 수용한다. 일 예로, 안테나관(220)은 중공의 원통형상일 수 있고, 상단부 및 하단부는 반원 형상으로 볼록한 형태로 이루어질 수 있다. 안테나관(220)은 금속이다. 예를 들면, 알루미늄일 수 있다.

자석(230)은 안테나모듈(200)의 둘레에 공진 자기장을 형성한다. 이를 위해, 자석(230)은 안테나관(220)의 내부에 설치된다. 자석(230)은 안테나관(220)의 내부에 하나 이상 설치될 수 있다.

자석(230)의 배치 형태를 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한다. 도 3, 도 4a 및 도 4b, 도 5는 도 2에 도시된 자석의 배치 형태와 다른 자석의 배치 형태들을 예시한다.

도 2를 참조하면, 일 예로, 자석(230)은 긴 막대 형상일 수 있고, 2개의 자석(230)이 안테나관(220) 내에 설치될 수 있다. 이때, 각각의 자석(230)의 길이는 안테나관(220)의 축 방향과 평행하고, 안테나관(220)의 축 방향에 수직한 단면으로 볼 때 안테나관(220)의 가상의 중심축의 좌측 및 우측에 위치할 수 있다. 각각의 자석(230)은 서로 다른 극이 이웃하도록 배치될 수 있다. 이러한 배치 형태에 따라 공진 자기장은 안테나모듈(200)의 길이방향 전체에 형성된다.

도 3을 참조하면, 다른 예로, 자석(230)은 긴 막대 형상일 수 있고, 1개의 자석(230)이 안테나관(220) 내에 설치될 수 있다. 이때, 자석(230)은 안테나관(220)의 축 방향과 평행하고, 안테나관(220)의 내면에 대향하는 두 면은 서로 다른 극을 갖는다. 이러한 배치 형태에 따라 공진 자기장은 안테나모듈(200)의 길이방향 전체에 형성된다.

도 4a를 참조하면, 또 다른 예로, 자석(230)은 5개일 수 있고, 5개의 자석 중 3개의 자석(230)은 제1 길이를 갖고, 나머지 2개의 자석(230)은 제1 길이보다 짧은 제2 길이를 가질 수 있다. 제1 길이를 갖는 3개의 자석(230)은 길이방향이 안테나관(220)의 축 방향에 평행하도록 배치될 수 있고, 제2 길이를 갖는 2개의 자석 중 1개의 자석(230)은 제1 길이를 갖는 3개의 자석(230)의 위로 위치하고 나머지 1개의 자석은 제1 길이를 갖는 3개의 자석(230)의 아래로 위치하여, 길이방향이 안테나관(220)의 축방향에 수직하게 배치될 수 있다. 이러한 배치 형태에 따라 공진 자기장은 안테나모듈(200)의 길이방향 전체에 형성된다.

또 다른 예로, 자석(230)은 도 4a를 통해 예시된 자석(230)의 배치 형태와 유사하게 도 4b와 같이 배치될 수 있다. 도 4a 및 도 4b의 자석(230)의 배치 형태의 차이점은, 도 4a의 제1 길이를 갖는 3개의 자석(230)은 안테나관(220)의 내면의 곡률을 따라 원형으로 배열되는 반면, 도 4b의 제1 길이를 갖는 3개의 자석(230)은 선형으로 배열된다.

도 5를 참조하면, 또 다른 예로, 자석(230)은 도넛 형상일 수 있고, 도넛 형상의 자석들(230)은 안테나관(220)의 축 방향을 따라 일정 간격으로 이격된 형태로 배열될 수 있다. 이때, 자석들(230)은 도넛 형상의 축 방향에 수직한 측면들이 서로 다른 극이고, 일정 간격으로 이격된 각각의 자석(230)은 서로 다른 극이 대향하도록 배치된다.

도시하지는 않았지만, 도 2 내지 도 5를 통해 예시된 자석들(230)은 압축공기나 냉각수, 냉매 등이 안테나관(220) 내부를 순환하도록 하여 자석의 임계온도 이하로 냉각되어 자석의 성능을 유지시킬 수 있다.

도 2 내지 도 5를 통해 예시된 자석들(230)의 배치 형태에 따라 안테나모듈(200)의 둘레에 형성된 공진 자기장은, 예를 들면, 유전체관(210)의 내부로 입력되는 2.45GHz 전자파에 대응하는 875 가우스(Gauss) 영역의 공진 자기장일 수 있다. 이러한 공진 자기장이 형성된 상태에서 유전체관(210) 의 내부로 입력된 전자파가 공진 자기장이 형성되는 영역에 가해지면 875 가우스 영역의 공진 자기장 안에서 사이클로트론 운동(회전 운동)하고 있는 전자에 대하여 사이클로트론 주파수와 동일한 2.45GHz의 전자파가 가해지므로 안테나모듈(200)의 둘레에는 전자 사이클로트론 공명이 발생될 수 있다.

이러한 본 발명의 ECR 플라즈마 발생장치는 ECR 플라즈마로 처리될 대상, 예를 들면, 반도체 기판(W) 및 디스플레이 기판(W)을 처리하는데 이용될 수 있다. 반도체 기판(W) 및 디스플레이 기판(W)의 처리는 증착, 식각 또는 표면처리 등의 공정을 말한다.

반도체 기판(W) 및 디스플레이 기판(W)을 처리하는데 이용되기 위하여, 본 발명의 ECR 플라즈마 발생장치는 예를 들면, 반도체 기판(W)을 처리하기 위한 진공의 챔버(10)의 일측에 설치되어 이용될 수 있다. 이때, 복수의 안테나모듈(120)이 챔버(10)의 내부로 위치하도록 설치될 수 있다. 이러한 모습은 도 6을 통해 예시된다. 도 6은 본 발명의 ECR 플라즈마 발생장치가 챔버의 측면부에 설치되어 이용되는 형태를 예시한다.

도 6을 참조하면, ECR 플라즈마 발생장치(1000)는 챔버(10)의 측면부에 위치하도록 설치될 수 있다. 이러한 경우, 제1 도파관(100)은 챔버(10)의 측면부에 대향하게 위치하고, 복수의 안테나모듈(200)은 챔버(10)의 측면부를 관통하여 수평 방향으로 연장되도록 위치한다.

이러한 상태에서 제1 도파관(100)의 제1 입력부(110a)를 통해 전자파가 입력되면, 제1 전송부(110)는 전자파를 제1 방향 즉, 제1 입력부(110a)로부터 제2 전송부(120)를 향해 전자파를 전송하고, 제2 전송부(120)는 제1 전송부(110)를 통해 전송된 전자파를 제2 방향 및 제3 방향 즉, 제2 전송부(120)의 폐쇄된 단부들을 향해 전송한다. 제2 전송부(120)를 통해 전송된 전자파는 각각의 안테나모듈(200)의 유전체관(210) 내부로 입력되고, 이때 각각의 안테나모듈(200)의 안테나관(220) 내에 설치된 자석들(230)에 의해 각각의 안테나모듈(200)의 둘레에는 공진 자기장이 형성된다. 이러한 과정에서 앞서 언급한 바와 같이 전자파는 제1 전송부(110)를 통해 제2 전송부(120)를 향해 전송된 후 제2 전송부(120)를 통해 제1 전송부(110)로부터 제2 전송부(120)의 폐쇄된 단부들을 향해 전송되며, 이때 전자파는 제2 전송부(120)의 절반의 길이에 대응하는 짧은 거리로 분산되어 전송되므로 제2 전송부(120)에 연결된 각각의 안테나모듈(200)로 입력되는 파워가 감소하지 않는다.

이어서 챔버(10) 내로 플라즈마 발생 가스가 주입되면, 각각의 안테나모듈(200)의 사이에는 ECR 플라즈마가 발생되며, ECR 플라즈마에 의해 생성된 라디컬(Radical)이 다수의 안테나모듈(200)의 아래에 위치한 기판(W)을 향해 낙하하여 기판(W)에 전달될 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 대면적 ECR 플라즈마 발생장치가 대면적 기판을 처리하기 위한 배치 형태를 예시한다.

한편, 대면적의 기판을 처리하기 위해, 제1 도파관(100)을 챔버(10)의 측면부에서 복수로 나열하여 구성할 수 있는데, 예를 들면, 도 7a와 같이 챔버(10)의 일측 측면에 소정의 간격으로 제1 도파관(100)을 나열하여 설치할 수 있고, 도 7b와 같이 서로 대향하는 측면들에 교번하여 제1 도파관(100)을 설치할 수 있다.

이때, 각각의 제1 도파관(100)에는 마이크로웨이브 발진기로부터 발생된 전자파를 전송하는 전송라인이 연결된다. 구체적으로, 전자파를 전송하는 전송라인은 각각의 제1 도파관(100)의 제1 전송부(110)와 연결된다. 이때, 제1 전송부(110)는 안테나모듈들(200)의 축방향과 평행하게 연장되어 있으므로 전자파를 전송하는 전송라인의 연결시 서로 이웃하는 각각의 제1 도파관(100)에 의한 간섭 없이 연결될 수 있다. 따라서, 대면적의 기판을 처리하기 위해 제1 도파관(100)을 챔버(10)의 측면부에서 복수로 나열하여 구성하는 것에 대한 어려움 없다.

이상의 설명에서는 챔버(10)의 측면부에서 본 발명의 제1 실시예에 따른 대면적 ECR 플라즈마 발생장치(1000)를 설치하는 것으로 설명하였으나, ECR 플라즈마 발생장치(1000)는 챔버(10)의 상면부에서 설치될 수도 있다. 이러한 상태는 도 8에 잘 나타나 있다. 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 ECR 플라즈마 발생장치가 챔버의 상면부에 설치되는 상태를 도시한다. ECR 플라즈마 발생장치(1000)를 챔버(10)의 상면부에서 설치하는 경우 역시, 전자파는 제1 전송부(110)를 통해 제2 전송부(120)를 향해 전송된 후 제2 전송부(120)를 통해 제1 전송부(110)로부터 제2 전송부(120)의 폐쇄된 단부들을 향해 전송되며, 이때 전자파는 제2 전송부(120)의 절반의 길이에 대응하는 짧은 거리로 분산되어 전송되므로 제2 전송부(120)에 연결된 각각의 안테나모듈(200)로 입력되는 파워가 감소하지 않는다.

도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 대면적 ECR 플라즈마 발생장치의 다른 형태를 도시한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 대면적 ECR 플라즈마 발생장치의 다른 형태로서, 도 9를 참조하면, 추가의 제1 도파관(100')을 더 포함한다. 각각의 제1 도파관(100, 100')은 복수의 안테나모듈(200)을 사이에 두고 서로 대칭되게 배치된다. 이때, 하나의 제1 도파관(100)은 유전체관(210)의 제1 단부와 소통가능하게 연결되고, 추가의 제1 도파관(100')은 유전체관(210)의 제2 단부와 소통가능하게 연결될 수 있다. 각각의 제1 도파관(100, 100')에는 전자파가 입력된다.

이러한 형태의 경우, 유전체관(210)의 제1 단부 및 제2 단부에 연결된 각각의 제1 도파관(100, 100')을 통해 전자파가 입력되므로 유전체관(210)의 제1 단부 및 제2 단부 모두에 전자파가 입력되어 유전체관(210)의 내부로 유입되므로 유전체관(210)의 내부로 전자파가 빠르게 입력될 뿐만 아니라 유전체관(210)의 내부로 충분한 양의 전자파가 입력될 수 있다. 따라서, ECR 플라즈마 발생을 위한 전자파의 공급이 원활하고, 안테나모듈(200)의 길이방향 전체 영역에서 더욱 고밀도의 ECR 플라즈마가 발생될 수 있다.

제2 실시예

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 대면적 ECR 플라즈마 발생장치(2000)의 구성을 나타낸 단면도이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 대면적 ECR 플라즈마 발생장치(2000)는 서로 이웃하는 제1 도파관들(1100, 1100'), 각각의 제1 도파관(1100, 1100')에 연결된 복수의 안테나모듈(1200, 1200'), 제2 도파관(1300), 제1 휨 도파관(1400) 및 제2 휨 도파관(1500)을 포함한다.

서로 이웃하는 각각의 제1 도파관(1100)은 제1 입력부(1110a, 1110a')를 포함하고 전자파를 제1 방향을 따라 전송하는 제1 전송부(1110, 1110') 및 제1 방향을 따라 전송된 전자파를 제1 방향에 수직한 제2 방향 및 제3 방향을 따라 전송하는 제2 전송부(1120, 1120')를 포함한다. 서로 이웃하는 각각의 제1 도파관(1100, 1100')은 상기 제2 방향 또는 제3 방향을 따라 배열된다. 이러한 서로 이웃하는 제1 도파관들(1100, 1100')은 본 발명의 제1 실시예에 따른 대면적 ECR 플라즈마 발생장치(1000)의 제1 도파관(100)과 동일하므로 더 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

서로 이웃하는 각각의 제1 도파관(1100)에 연결된 복수의 안테나모듈(1200, 1200')은 제1 단부 및 제2 단부를 포함하고 제1 단부가 각각의 제1 도파관(1100, 1100')의 제2 전송부(1120, 1120')의 E필드면(1122, 1122')을 관통하여 제2 전송부 내로 삽입된 유전체관(1210, 1210'), 유전체관(1210, 1210') 내부에 설치된 안테나관(1220, 1220') 및 안테나관(1220, 1220')의 내부에 설치된 하나 이상의 자석(1230, 1230')을 포함한다. 이러한 복수의 안테나모듈(1200, 1200')은 본 발명의 제1 실시예에 따른 대면적 ECR 플라즈마 발생장치(1000)의 복수의 안테나모듈(200)과 동일하므로 더 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

제2 도파관(1300)은 마이크로웨이브 발진기로부터 발생된 전자파를 전송하는 전송라인에 연결되어 상기 전송라인을 통해 전송된 전자파가 입력되고, 제3 전송부(1310) 및 제4 전송부(1320)를 포함한다.

제3 전송부(1310)는 전자파가 입력되는 제2 입력부(1310a)를 포함하며, 제2 입력부(1310a)를 통해 입력된 전자파를 제1 방향을 따라 전송한다. 제3 전송부(1310)는 제2 입력부(1310a)를 통해 전자파를 전송하는 전송라인에 연결되며, 서로 이웃하는 각각의 제1 도파관(1100, 1100')의 제1 전송부(1110, 1110')와 평행하게 배치된다.

제4 전송부(1320)는 제1 방향을 따라 전송된 전자파를 제1 방향에 수직한 제2 방향 및 제3 방향을 따라 전송한다. 이를 위해, 제4 전송부(1320)는 제3 전송부(1310)의 앞에 위치하며, 제3 전송부(1310)과 수직으로 배치된다. 제4 전송부(1320)의 양측 단부는 열려 있고, 열린 양측 단부는 제3 전송부(1310)의 상면부를 정면으로 하여 볼 때 제3 전송부(1310)의 좌측 및 우측에 위치한다. 제4 전송부(1320)는 서로 이웃하는 각각의 제1 도파관(1100, 1100')의 제2 전송부(1120, 1120')와 평행하게 배치된다.

이러한 제2 도파관(1300)은 서로 이웃하는 제1 도파관들(1100, 1100')과 동일하게 T형 분기하는 형태를 갖는 것으로서, 예를 들면, 전계(E)에 평행하게 직각으로 구부려 T형 분기한 형태일 수 있다.

제1 휨 도파관(1400)은 서로 수직하게 배치된 일단부 및 타단부를 포함하고, 일단부는 제4 전송부(1320)의 일단과 연결되고 타단부는 서로 이웃하는 2개의 제1 도파관(1100) 중 하나의 제1 도파관(1100)의 제1 입력부(1110a)에 연결된다. 이러한 제1 휨 도파관(1400)은 제4 전송부(1320)를 통해 전송된 전자파를 제2 방향 및 제1 방향을 따라 전송한다. 이러한 제1 휨 도파관(1400)은 서로 이웃하는 제1 도파관들(1100, 1100') 및 제2 도파관(1300)이 전계에 평행하게 직각으로 구부러져 분기된 형태인 경우 전계에 평행하게 구부러진 형태일 수 있다.

제2 휨 도파관(1500)은 제1 휨 도파관(1400)과 동일한 구조를 가지므로 구체적인 설명은 제1 휨 도파관(1400)으로 대신하며, 제2 휨 도파관(1500)은 제1 휨 도파관(1400)과 대칭으로 배치된다. 즉, 제2 휨 도파관(1500)의 일단부는 제4 전송부(1320)의 타단과 연결되고 타단부는 서로 이웃하는 2개의 제1 도파관(1100, 1100') 중 나머지 하나의 제1 도파관(1100')의 제1 입력부(1110a')에 연결된다. 이러한 제2 휨 도파관(1500)은 제1 휨 도파관(1400)과 대칭되게 배치되므로 제1 휨 도파관(1400)이 전자파를 전송하는 방향과 반대의 방향으로 전자파를 전송한다. 즉, 제2 휨 도파관(1500)은 제4 전송부(1320)를 통해 전송된 전자파를 제3 방향 및 제1 방향을 따라 전송한다.

여기서, 제1 휨 도파관(1400) 및 제2 휨 도파관(1500)을 복수의 제1 도파관(1100) 및 제2 도파관(1300)과 연결하는 구조에는 특별한 제한은 없으며, 예를 들면, 각 도파관의 단부에 플랜지부를 형성하고, 각각의 플랜지부를 맞대어 볼트 및 너트를 통해 고정하는 방법으로 연결될 수 있다.

이러한 본 발명의 제2 실시예에 따른 대면적 ECR 플라즈마 발생장치(2000)는 대면적 기판의 처리를 위해 챔버(10)의 측면부에 설치하기에 더욱 용이하다.

즉, 제1 휨 도파관(1400) 및 제2 휨 도파관(1500)을 통해 제2 도파관(1300)과 연결된 제1 도파관들(1100, 1100')이 챔버(10)의 측면부에 대향하도록 하고, 복수의 안테나모듈(1200, 1200')은 챔버(10)의 측면부를 관통하여 수평 방향으로 연장되게 위치하는 구조를 이루도록 제1 도파관들(1100, 1100')을 챔버(10)와 연결한 상태에서 전자파를 전송하는 전송라인을 연결하게 된다. 이때, 전자파를 전송하는 전송라인은 제2 도파관(1300)의 제2 입력부(1310a)에 연결하게 된다.

이와 같이 전자파를 전송하는 전송라인을 제2 도파관(1300)의 제2 입력부(1310a)에 연결하게 됨에 따라, 전자파를 전송하는 전송라인을 제1 도파관(1100)의 제1 입력부(1110a)에 연결하는 본 발명의 제1 실시예에 따른 대면적 ECR 플라즈마 발생장치(2000)에 비해 전자파를 전송하는 전송라인의 연결 개수가 감소하게 되며, 이는 전자파를 전송하는 전송라인의 연결시 제1 도파관들(1100, 1100')에 의한 간섭이 더욱 감소하게 되며, 결론적으로 앞서 언급한 바와 같이 대면적의 기판을 처리하기 위한 대면적의 ECR 플라즈마를 발생시키도록 구성하는 것에 더욱 효과적일 수 있다.

도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 대면적 ECR 플라즈마 발생장치의 다른 형태를 도시한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 대면적 ECR 플라즈마 발생장치의 다른 형태로서, 도 11을 참조하면, 서로 이웃하는 제1 도파관들(1100, 1100'), 제2 도파관(1300), 제1 휨 도파관(1400) 및 제2 휨 도파관(1500)은 안테나모듈들(1200, 1200')을 사이에 두고 대칭된 위치에는, 서로 이웃하는 복수의 제1 대칭 도파관(1100'', 1100'''), 제2 대칭 도파관(1300'), 제1 대칭 휨 도파관(1400') 및 제2 대칭 휨 도파관(1500')을 포함할 수 있다.

이러한 형태의 경우, 안테나모듈들(1200, 1200')의 유전체관(1210)의 제1 단부 및 제2 단부에 연결된 각각의 제1 도파관(1100), 추가의 제1 도파관(1100'), 복수의 제1 대칭 도파관(1100'', 1100''')을 통해 전자파가 입력되므로 유전체관(1210, 1210')의 제1 단부 및 제2 단부 모두에 전자파가 입력되어 유전체관(1210, 1210')의 내부로 유입되므로 유전체관(1210, 1210')의 내부로 전자파가 빠르게 입력될 뿐만 아니라 유전체관(1210, 1210')의 내부로 충분한 양의 전자파가 입력될 수 있다. 따라서, ECR 플라즈마 발생을 위한 전자파의 공급이 원활하고, 안테나모듈들(1200, 1200')의 길이방향 전체 영역에서 더욱 고밀도의 ECR 플라즈마가 발생될 수 있다.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (4)

1. 전자파가 입력되는 제1 입력부를 포함하고, 상기 제1 입력부로 입력된 전자파를 제1 방향을 따라 전송하는 제1 전송부 및 상기 제1 방향을 따라 전송된 전자파를 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향 및 제3 방향을 따라 전송하는 제2 전송부를 포함하는 제1 도파관; 및
   제1 단부 및 제2 단부를 포함하고, 상기 제1 단부가 상기 제2 전송부의 E필드면을 관통하여 상기 제2 전송부 내로 삽입된 중공의 유전체관; 상기 유전체관의 내부에서 상기 유전체관의 길이 방향에 따라 설치되어 상기 제2 전송부의 전자파를 상기 유전체관의 원주 방향으로 방사하도록 구성된, 중공의 안테나관; 및 상기 안테나관의 내부에 설치되어 상기 방사된 전자파에 수직한 방향의 자기장을 형성하도록 구성된 하나 이상의 자석을 포함하는 안테나모듈을 포함하고,
   상기 안테나모듈은 상기 제2 전송부의 길이 방향을 따라 둘 이상 배열 되어 있음을 특징으로 하는,
   대면적 ECR 플라즈마 발생장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 도파관의 구조와 같고, 상기 제1 도파관의 반대편에 배치되어 상기 제2 전송부의 길이 방향을 따라 둘 이상 배열된 안테나 모듈의 상기 제2 단부와 소통 가능하게 연결된 추가의 제1 도파관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
   대면적 ECR 플라즈마 발생장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 ECR 플라즈마 발생장치는,
   상기 제1 도파관의 구조와 같고, 상기 제1 도파관의 옆에서 상기 제1 도파관과 이웃하는 추가의 제1 도파관;
   상기 안테나모듈의 구조와 같고, 제1 단부 및 제2 단부를 포함하는 안테나관이 상기 추가의 제1 도파관과 소통 가능하도록 상기 추가의 제1 도파관의 길이 방향을 따라 둘 이상 배열된 추가의 안테나모듈;
   전자파가 입력되는 제2 입력부를 포함하고 상기 제2 입력부로 입력된 전자파를 상기 제1 방향을 따라 전송하는 제3 전송부, 상기 제3 전송부를 통해 상기 제1 방향을 따라 전송된 전자파를 상기 제2 방향 및 제3 방향을 따라 전송하는 제4 전송부를 포함하는 제2 도파관;
   일단부는 상기 제4 전송부의 일단과 연결되고 타단부는 서로 이웃하는 제1 도파관 및 추가의 제1 도파관 중 제1 도파관의 제1 입력부에 연결된 제1 휨 도파관; 및
   일단부는 상기 제4 전송부의 타단과 연결되고 타단부는 서로 이웃하는 제1 도파관 및 추가의 제1 도파관 중 추가의 제1 도파관의 제1 입력부에 연결된 제2 휨 도파관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
   대면적 ECR 플라즈마 발생장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 ECR 플라즈마 발생장치는,
   상기 서로 이웃하는 제1 도파관 및 추가의 제1 도파관의 구조와 같고, 상기 서로 이웃하는 제1 도파관 및 추가의 제1 도파관의 반대편에 배치되고, 상기 서로 이웃하는 제1 도파관 및 추가의 제1 도파관의 길이 방향을 따라 둘 이상 배열된 안테나모듈들의 유전체관의 제2 단부와 소통 가능하게 연결되어 서로 이웃하는 복수의 제1 대칭 도파관;
   상기 제2 도파관의 구조와 같고, 상기 제2 도파관의 반대편에 배치된 제2 대칭 도파관;
   상기 제1 휨 도파관의 구조와 같고, 상기 복수의 제1 대칭 도파관 중 어느 하나 및 상기 제2 대칭 도파관의 사이에 연결된 제1 대칭 휨 도파관; 및
   상기 제2 휨 도파관의 구조와 같고, 상기 복수의 제1 도파관 중 나머지 하나 및 상기 제2 대칭 도파관의 사이에 연결된 제2 대칭 휨 도파관을 포함하는 것을 특징으로 하는,
   대면적 ECR 플라즈마 발생장치.

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