KR100743842B1 - Plasma reactor with plasma chamber coupled to the flux channel - Google Patents

Abstract

Translated fromKorean

자속 채널에 결합된 플라즈마 챔버를 구비한 플라즈마 반응기가 게시된다. 본 발명의 플라즈마 반응기는 플라즈마가 발생되는 중공 영역을 형성하는 몸체를 갖는 플라즈마 챔버를 구비한다. 플라즈마 챔버에는 마그네틱 코어와 이에 감겨진 자속 유도 코일을 포함하는 변압기(30)가 장착된다. 마그네틱 코어는 간격을 갖고 마주 대향하는 자속 출입구 사이에 자속 채널을 형성한다. 플라즈마 챔버는 자속 채널에 결합되어 플라즈마가 발생되는 중공 영역으로 자속이 입출력 된다. 플라즈마 챔버에는 중공 영역으로 가스가 주입되는 가스 입구 및 중공 영역에서 발생된 플라즈마 가스를 배기하는 가스 출구를 포함한다. 자속 유도 코일은 교류 전원을 공급하는 전원 공급원에 전기적으로 연결된다. 전원 공급원에 의해 자속 유도 코일의 전류가 구동되면, 자속 유도 코일에 의해 자속 채널에 유도되는 자속의 변화에 따라 플라즈마 챔버의 중공 영역에 플라즈마를 형성하는 AC 전위가 유도된다. 본 발명은 플라즈마에 결합되는 유도 결합 에너지의 전달 효율이 높이여 플라즈마를 안정적으로 유지할 수 있고 고밀도의 플라즈마를 안정적으로 얻을 수 있으면서도 확장성이 용이하다.Posted is a plasma reactor with a plasma chamber coupled to a flux channel. The plasma reactor of the present invention has a plasma chamber having a body forming a hollow region in which plasma is generated. The plasma chamber is equipped with a transformer 30 comprising a magnetic core and a magnetic flux induction coil wound thereon. Magnetic cores form a magnetic flux channel between the opposing magnetic flux entrances at intervals. The plasma chamber is coupled to the magnetic flux channel and the magnetic flux is input and output to the hollow region where the plasma is generated. The plasma chamber includes a gas inlet through which gas is injected into the hollow region and a gas outlet through which the plasma gas generated in the hollow region is exhausted. The magnetic flux induction coil is electrically connected to a power source for supplying AC power. When the current of the magnetic flux induction coil is driven by the power supply, an AC potential that forms a plasma in the hollow region of the plasma chamber is induced in accordance with the change of the magnetic flux induced in the magnetic flux channel by the magnetic flux induction coil. According to the present invention, the transfer efficiency of the inductive coupling energy coupled to the plasma is increased, thereby stably maintaining the plasma, and stably obtaining high-density plasma.

Description

Translated fromKorean

자속 채널에 결합된 플라즈마 챔버를 구비한 플라즈마 반응기{PLASMA REACTOR HAVING PLASMA CHAMBER COUPLED WITH MAGNETIC FLUX CHANNEL}Plasma reactor with plasma chamber coupled to the flux channel {PLASMA REACTOR HAVING PLASMA CHAMBER COUPLED WITH MAGNETIC FLUX CHANNEL}

본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.In order to more fully understand the drawings used in the detailed description of the invention, a brief description of each drawing is provided.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 사시도이다.1 is a perspective view of a plasma reactor according to a first embodiment of the present invention.

도 2a 및 도 2b는 도 1의 플라즈마 반응기의 평단면도 및 측단면도이다.2A and 2B are plan cross-sectional and side cross-sectional views of the plasma reactor of FIG. 1.

도 2c는 플라즈마 반응기의 점화 회로 구성을 보여주는 도면이다.2C is a view showing the configuration of the ignition circuit of the plasma reactor.

도 3은 플라즈마 반응기가 프로세스 챔버에 탑재된 예를 보여주는 도면이다.3 shows an example in which a plasma reactor is mounted in a process chamber.

도 4는 일 변형예에 따른 플라즈마 반응기의 사시도이다.4 is a perspective view of a plasma reactor according to a modification.

도 5a 및 도 5b는 도 4의 플라즈마 반응기의 평단면도 및 측단면도이다.5A and 5B are top and side cross-sectional views of the plasma reactor of FIG. 4.

도 6 내지 도 10은 마그네틱 코어와 일차 권선의 결합 방식을 다양하게 변형한 예들을 보여주는 도면이다.6 to 10 are views showing examples of various modifications of the coupling method of the magnetic core and the primary winding.

도 11은 원통형의 발생기 몸체를 갖는 플라즈마 반응기의 사시도이다.11 is a perspective view of a plasma reactor having a cylindrical generator body.

도 12a 및 도 12b는 도 11의 플라즈마 반응기의 평단면도 및 측단면도이다.12A and 12B are top and side cross-sectional views of the plasma reactor of FIG. 11.

도 13a 및 도 13b는 스포크를 갖는 링형 코어의 설치 방식을 변형한 예들을 보여주는 도면이다.13A and 13B are views showing examples of modifying an installation method of a ring-shaped core having spokes.

도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 사시도이다.14 is a perspective view of a plasma reactor according to a second embodiment of the present invention.

도 15a 및 15b는 도 14의 플라즈마 반응기의 평단면도 및 측단면도이다.15A and 15B are plan cross-sectional and side cross-sectional views of the plasma reactor of FIG. 14.

도 16은 변형예에 따른 플라즈마 반응기의 사시도이다.16 is a perspective view of a plasma reactor according to a modification.

도 17a 및 도 17b는 도 16의 플라즈마 반응기의 분해 사시도 및 측단면도이다.17A and 17B are exploded perspective and side cross-sectional views of the plasma reactor of FIG. 16.

도 18은 다른 변형예에 따른 플라즈마 반응기의 사시도이다.18 is a perspective view of a plasma reactor according to another modification.

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

10: 플라즈마 반응기20: 플라즈마 챔버10: plasma reactor 20: plasma chamber

31: 몸체22: 가스 입구31: body 22: gas inlet

23: 가스 출구30: 변압기23: gas outlet 30: transformer

31: 마그네틱 코어32: 자속 유도 코일31: magnetic core 32: magnetic flux induction coil

본 발명은 플라즈마 방전에 의하여 이온, 자유 래디컬, 원자 및 분자를 포함하는 활성 가스를 발생 시기고 활성 가스로 고체, 분말, 가스 등의 플라즈마 처리를 하기 위한 플라즈마 소스에 관한 것으로, 구체적으로는 자속 채널에 결합된 플라즈마 챔버를 구비한 플라즈마 반응기에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma source for generating an active gas containing ions, free radicals, atoms, and molecules by plasma discharge and performing plasma treatment of solids, powders, and gases with the active gas. A plasma reactor having a plasma chamber coupled thereto.

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, 증착, 세정 등 다양하 게 사용되고 있다.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 various semiconductor manufacturing processes such as etching, deposition, and cleaning.

최근, 반도체 장치의 제조를 위한 웨이퍼나 LCD 글라스 기판은 더욱 대형화 되어 가고 있다. 그럼으로 플라즈마 이온 에너지에 대한 제어 능력이 높고, 대면적의 처리 능력을 갖는 확장성이 용이한 플라즈마 소스가 요구되고 있다.In recent years, wafers and LCD glass substrates for the manufacture of semiconductor devices are becoming larger. Therefore, there is a demand for a plasma source having a high controllability with respect to plasma ion energy and having a large-area processing capacity.

플라즈마를 발생하기 위한 플라즈마 소스는 여러 가지가 있는데 무선 주파수(radio frequency)를 사용한 용량 결합 플라즈마와 유도 결합 플라즈마가 그 대표적인 예이다. 그중 유도 결합 플라즈마 소스는 무선 주파수 전원의 증가에 따라 이온 밀도를 비교적 용이하게 증가시킬 수 있어서 고밀도 플라즈마를 얻기에 적합한 것으로 알려져 있다.There are a number of plasma sources for generating plasma, such as capacitively coupled plasma using radio frequency and inductively coupled plasma. Among them, inductively coupled plasma sources are known to be suitable for obtaining high-density plasma because they can increase ion density relatively easily with increasing radio frequency power.

그러나 유도 결합 플라즈마 방식은 공급되는 에너지에 비하여 플라즈마에 결합되는 에너지가 낮아서 매우 고전압의 구동 코일을 사용하고 있다. 그럼으로 이온 에너지가 높아서 플라즈마 반응기의 내부 표면이 이온 충격(ion bombardment)에 의해 손상되는 경우가 발생된다. 이온 충격에 의한 플라즈마 반응기의 내부 표면 손상은 플라즈마 반응기의 수명을 단축하는 것뿐만 아니라 플라즈마 처리 오염원으로 작용하는 부정적인 결과를 얻게 된다. 이온 에너지를 낮추려는 경우에는 플라즈마에 결합되는 에너지가 낮아서 잦은 플라즈마 방전이 오프 되는 경우가 발생하게 된다. 그럼으로 안정적인 플라즈마 유지가 어렵게 되는 문제점이 발생한다.However, the inductively coupled plasma method uses a very high voltage driving coil because the energy coupled to the plasma is lower than that of the supplied energy. As a result, the ion energy is so high that the inner surface of the plasma reactor is damaged by ion bombardment. Damage to the internal surface of the plasma reactor by ion bombardment not only shortens the lifetime of the plasma reactor, but also has negative consequences of acting as a plasma treatment contaminant. When the ion energy is to be lowered, the energy bound to the plasma is low, so that frequent plasma discharge is turned off. Therefore, a problem arises that it is difficult to maintain stable plasma.

한편, 반도체 제조 공정에서 플라즈마를 이용한 공정에서 원격 플라즈마의 사용은 매우 유용한 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 공정 챔버의 세정이나 포토레지스트 스트립을 위한 에싱 공정에서 유용하게 사용되고 있다. 그런데 피처리 기판의 대형화에 따라 공정 챔버의 볼륨도 증가되고 있어서 고밀도의 활성 가스를 충분히 원격으로 공급할 수 있는 플라즈마 소스가 요구되고 있다. 게다가 다수의 기판을 동시에 처리하는 다중 처리 챔버의 경우에는 더욱 그러하다.On the other hand, the use of remote plasma in the process using the plasma in the semiconductor manufacturing process is known to be very useful. For example, it is usefully used in cleaning process chambers and ashing processes for photoresist strips. However, as the size of the substrate to be processed increases, the volume of the process chamber is also increasing, and a plasma source capable of sufficiently remotely supplying high density active gas is required. This is especially true for multiple processing chambers that process multiple substrates simultaneously.

따라서 본 발명은 플라즈마에 결합되는 유도 결합 에너지의 전달 효율이 높이여 플라즈마를 안정적으로 유지할 수 있고 고밀도의 플라즈마를 안정적으로 얻을 수 있으면서도 확장성이 용이한 자속 채널에 결합된 플라즈마 챔버를 구비한 플라즈마 반응기를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention provides a plasma reactor having a plasma chamber coupled to a magnetic flux channel that can maintain stable plasma and stably obtain high-density plasma while increasing the transfer efficiency of inductively coupled energy coupled to the plasma. The purpose is to provide.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 자속 채널에 결합된 플라즈마 챔버를 구비한 플라즈마 반응기에 관한 것이다. 본 발명의 플라즈마 반응기는: 간격을 갖고 마주 대향하는 자속 출입구 사이에 자속 채널을 형성하는 마그네틱 코어; 마그네틱 코어에 감겨지는 자속 유도 코일; 자속 채널에 결합되어 플라즈마가 발생되는 중공 영역을 구비하며 중공 영역으로 가스가 주입되는 가스 입구 및 중공 영역에서 발생된 플라즈마 가스를 배기하는 가스 출구를 포함하는 플라즈마 챔버; 자속 유도 코일이 연결되어 교류 전원을 공급하는 전원 공급원을 포함하고, 전원 공급원에 의해 자속 유도 코일의 전류가 구동되고, 자속 유도 코일에 의해 자속 채널에 유도되는 자속의 변화에 따라 플라즈마 챔버의 중공 영역에 플라즈마를 형성하는 AC 전위(AC potential)가 유도된다.One aspect of the present invention for achieving the above technical problem relates to a plasma reactor having a plasma chamber coupled to the magnetic flux channel. The plasma reactor of the present invention includes: a magnetic core that forms a magnetic flux channel between spaced and opposing magnetic flux entrances; A magnetic flux induction coil wound around the magnetic core; A plasma chamber coupled to the magnetic flux channel and having a hollow region for generating a plasma, the plasma chamber including a gas inlet through which gas is injected into the hollow region and a gas outlet for exhausting the plasma gas generated in the hollow region; The magnetic flux induction coil is connected to include a power supply for supplying AC power, the electric current of the magnetic flux induction coil is driven by the power supply, the hollow region of the plasma chamber in accordance with the change of the magnetic flux induced in the magnetic flux channel by the magnetic flux induction coil An AC potential that forms a plasma is induced.

일 실시예에 있어서, 플라즈마 챔버는 가스 입구와 가스 출구 사이에 중공 영역이 단일 영역으로 형성된다.In one embodiment, the plasma chamber is formed with a single hollow area between the gas inlet and the gas outlet.

일 실시예에 있어서, 플라즈마 챔버는 가스 입구와 가스 출구 사이에 중공 영역은 둘 이상의 분리된 가스 흐름 경로를 포함한다.In one embodiment, the plasma chamber includes two or more separate gas flow paths in the hollow region between the gas inlet and the gas outlet.

일 실시예에 있어서, 자속 채널은 단일 마그네틱 코어의 자속 출입구 사이에 형성된다.In one embodiment, a magnetic flux channel is formed between the magnetic flux entrances of a single magnetic core.

일 실시예에 있어서, 자속 채널은 분리된 마그네틱 코어의 자속 출입구 사이에서 형성된다.In one embodiment, the magnetic flux channel is formed between the magnetic flux entrances of the separated magnetic cores.

일 실시예에 있어서, 플라즈마 챔버는 금속 물질을 포함한다.In one embodiment, the plasma chamber comprises a metal material.

일 실시예에 있어서, 플라즈마 챔버는 에디 전류를 최소화하기 위하여 금속 물질 내에서 전기적 불연속성을 갖도록 하는 하나 이상의 전기적 절연 영역을 포함한다.In one embodiment, the plasma chamber includes one or more electrically insulating regions that have electrical discontinuities in the metal material to minimize eddy currents.

일 실시예에 있어서, 플라즈마 챔버는 유전체 물질을 포함한다.In one embodiment, the plasma chamber comprises a dielectric material.

일 실시예에 있어서, 플라즈마 챔버에 포함된 유전체 물질은 자속 채널에 결합되는 플라즈마 반응 챔버 부분에 형성되는 유전체 윈도우를 포함한다.In one embodiment, the dielectric material included in the plasma chamber includes a dielectric window formed in a portion of the plasma reaction chamber coupled to the flux channel.

일 실시예에 있어서, 플라즈마 챔버는 냉각수 공급 채널을 포함한다.In one embodiment, the plasma chamber includes a coolant supply channel.

일 실시예에 있어서, 마그네틱 코어에 권선되는 점화용 유도 코일과 유도 코일에 전기적으로 연결되며 플라즈마 챔버 내에 설치된 점화용 전극을 포함한다.In one embodiment, an ignition induction coil wound around the magnetic core and an ignition electrode electrically connected to the induction coil and installed in the plasma chamber.

일 실시예에 있어서, 전원 공급원과 일차 권선 사이에 구성되어 임피던스 정합을 수행하는 임피던스 정합 회로를 포함한다.In one embodiment, an impedance matching circuit is configured between the power supply and the primary winding to perform impedance matching.

일 실시예에 있어서, 전원 공급원은 조정 가능한 정합 회로 없이 동작한다.In one embodiment, the power supply operates without an adjustable matching circuit.

일 실시예에 있어서, 플라즈마 챔버에서 발생된 플라즈마 가스를 제공받아 수용하는 프로세스 챔버를 더 포함한다.In one embodiment, it further comprises a process chamber for receiving and receiving the plasma gas generated in the plasma chamber.

일 실시예에 있어서, 플라즈마 반응기는 프로세스 챔버에 탑재 가능한 구조를 갖고, 전원 공급원은 플라즈마 반응기와 물리적으로 분리된 구조를 가고, 전원 공급원과 플라즈마 반응기는 무선 주파수 케이블로 원격으로 연결된다.In one embodiment, the plasma reactor has a structure that can be mounted in a process chamber, the power source is physically separated from the plasma reactor, and the power source and the plasma reactor are remotely connected by radio frequency cables.

일 실시예에 있어서, 플라즈마 챔버로 유입되는 가스는 불활성 가스, 반응 가스, 불활성 가스와 반응 가스의 혼합 가스를 포함한다.In one embodiment, the gas entering the plasma chamber includes an inert gas, a reactive gas, and a mixed gas of an inert gas and a reactive gas.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시예에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다. 각 도면을 이해함에 있어서, 동일한 부재는 가능한 한 동일한 참조부호로 도시하고자 함에 유의하여야 한다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.DETAILED DESCRIPTION In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the embodiments of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings. In understanding the drawings, it should be noted that like parts are intended to be represented by the same reference numerals as much as possible. And detailed description of known functions and configurations that are determined to unnecessarily obscure the subject matter of the present invention is omitted.

(실시예)(Example)

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 자속 채널에 결합된 플라즈마 챔버를 구비한 플라즈마 반응기를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a plasma reactor having a plasma chamber coupled to the magnetic flux channel of the present invention in detail.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 사시도이고, 도 2a 및 도 2b는 도 1의 플라즈마 반응기의 평단면도 및 측단면도이다.1 is a perspective view of a plasma reactor according to a first embodiment of the present invention, Figures 2a and 2b is a plan cross-sectional view and side cross-sectional view of the plasma reactor of FIG.

도면을 참조하여, 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응기(10)는 플라즈마가 발 생되는 중공 영역(24)을 형성하는 몸체(21)를 포함하는 플라즈마 챔버(20)를 구비한다. 플라즈마 챔버(20)에는 마그네틱 코어(31)와 이에 감겨진 자속 유도 코일(32)을 구비한 변압기(30)가 장착된다. 자속 유도 코일(32)은 변압기(30)의 일차 권선에 해당된다.Referring to the drawings, theplasma reactor 10 according to the first embodiment includes aplasma chamber 20 including abody 21 forming ahollow region 24 in which plasma is generated. Theplasma chamber 20 is equipped with atransformer 30 having amagnetic core 31 and a magneticflux induction coil 32 wound thereon. The magneticflux induction coil 32 corresponds to the primary winding of thetransformer 30.

마그네틱 코어(31)는 간격을 갖고 마주 대향하는 자속 출입구(34) 사이에 자속 채널을 형성한다. 플라즈마 챔버(20)는 자속 채널에 결합되어 플라즈마가 발생되는 중공 영역(24)으로 자속이 입출력 된다. 플라즈마 챔버(20)에는 중공 영역(24)으로 가스가 주입되는 가스 입구(22) 및 중공 영역(24)에서 발생된 플라즈마 가스를 배기하는 가스 출구(23)를 포함한다. 자속 유도 코일(32)은 교류 전원을 공급하는 전원 공급원(33)에 전기적으로 연결된다.Themagnetic core 31 forms a magnetic flux channel between the opposing magnetic flux entrances 34 at intervals. Theplasma chamber 20 is coupled to the magnetic flux channel so that magnetic flux is input and output to thehollow region 24 where the plasma is generated. Theplasma chamber 20 includes agas inlet 22 through which gas is injected into thehollow region 24 and agas outlet 23 through which the plasma gas generated in thehollow region 24 is exhausted. The magneticflux induction coil 32 is electrically connected to apower supply 33 that supplies AC power.

전원 공급원(33)에 의해 자속 유도 코일(32)의 전류가 구동되면, 자속 유도 코일(32)에 의해 자속 채널에 유도되는 자속의 변화에 따라 플라즈마 챔버(20)의 중공 영역(24)에 플라즈마를 형성하는 AC 전위(AC potential)가 유도된다. 유도된 AC 전원는 실질적으로 변압기(30)의 2차 회로를 완성한다.When the current of the magneticflux induction coil 32 is driven by thepower supply 33, the plasma in thehollow region 24 of theplasma chamber 20 is changed in accordance with the change of the magnetic flux induced in the magnetic flux channel by the magneticflux induction coil 32. AC potential is formed to form. The induced AC power source substantially completes the secondary circuit of thetransformer 30.

전원 공급원(33)은 별도의 임피던스 정합기 없이 출력 전압의 제어가 가능한 RF 전원 공급원을 사용하여 구성된다. 다른 대안으로는 별도의 임피던스 정합기를 구성하여 구성하는 RF 전원 공급원을 사용하여 구성할 수 있다.Thepower supply 33 is configured using an RF power supply capable of controlling the output voltage without a separate impedance matcher. Alternatively, it can be configured using an RF power source that consists of a separate impedance matcher.

플라즈마 챔버(20)로 유입되는 가스는 불활성 가스, 반응 가스, 불활성 가스와 반응 가스의 혼합 가스를 포함하는 그룹으로부터 선택된다. 또는 기타 플라즈마 프로세스에 적합한 다른 가스들이 선택될 수 있다.The gas flowing into theplasma chamber 20 is selected from the group comprising an inert gas, a reactive gas, and a mixed gas of the inert gas and the reactive gas. Or other gases suitable for other plasma processes may be selected.

도 2c는 플라즈마 반응기의 점화 회로 구성을 보여주는 도면이다.2C is a view showing the configuration of the ignition circuit of the plasma reactor.

도 2c를 참조하여, 플라즈마 챔버(20)의 내부 중공 영역(24)에는 점화 전극(40)이 구성된다. 점화 전극(40)은 마그네틱 코어(31)에 권선되는 점화용 유도 코일(41)에 전기적으로 연결된다. 플라즈마 방전 초기에 전원 공급원(33)으로부터 일차 권선(32)으로 고전압 펄스가 인가되면 점화용 유도 코일(41)에 고전압이 유도되어 점화 전극(40) 사이에 방전이 이루어져 플라즈마 점화가 이루어진다. 점화 단계 이후에는 점화 전극(40)과 점화용 유도 코일(41)의 전기적 연결을 차단하여 전극으로 기능하지 않도록 할 수 있다. 또는 점화 단계 이후에도 점화 전극(40)의 전기적 연결을 차단하지 않고 유지하도록 할 수도 있다.Referring to FIG. 2C, anignition electrode 40 is configured in the innerhollow region 24 of theplasma chamber 20. Theignition electrode 40 is electrically connected to anignition induction coil 41 wound around themagnetic core 31. When a high voltage pulse is applied from thepower supply source 33 to the primary winding 32 at the initial stage of the plasma discharge, a high voltage is induced to theignition induction coil 41 to discharge between theignition electrodes 40 to perform plasma ignition. After the ignition step, the electrical connection between theignition electrode 40 and theignition induction coil 41 may be cut off so that it does not function as an electrode. Alternatively, even after the ignition step, the electrical connection of theignition electrode 40 may be maintained without blocking.

플라즈마 챔버(20)는 금속 물질 예를 들어, 알루미늄, 스테인리스, 구리와 같은 금속물질을 포함하여 재작된다. 또는 코팅된 금속 예를 들어, 양극 처리된 알루미늄이나 니켈 도금된 알루미늄으로 재작될 수 있다. 또는 내화 금속(refractory metal)로 재작될 수 있다. 특히, 플라즈마 챔버(20)는 자속 채널에 결합되는 부분이 유전체 물질로 구성되는 유전체 윈도우 영역(미도시)을 포함한다. 유전체 윈도우 영역은 얇게 슬릿 형태로 구성하여 금속 물질과 교대적으로 배열되도록 할 수도 있다.Theplasma chamber 20 is rebuilt to include metal materials such as aluminum, stainless steel, and copper. Or coated metal, for example anodized aluminum or nickel plated aluminum. Or refractory metal. In particular, theplasma chamber 20 includes a dielectric window region (not shown) in which a portion coupled to the flux channel is made of a dielectric material. The dielectric window region may be thinly slit-shaped so as to alternate with the metal material.

다른 대안으로 플라즈마 챔버(20)는 전체적으로 석영, 세라믹과 같은 유전체 물질로 재작하는 것도 가능하며, 의도된 플라즈마 프로세스가 수행되기에 적합한 다른 물질로도 재작될 수 있다. 플라즈마 방전 튜브(20)가 금속 물질을 포함하는 경우에는 에디 전류를 최소화하기 위하여 금속 물질 내에서 전기적 불연속성을 갖 도록 하는 하나 이상의 전기적 절연 영역(미도시)을 포함한다.Alternatively, theplasma chamber 20 may be entirely reconstituted with a dielectric material such as quartz, ceramic, or other materials suitable for the intended plasma process to be performed. When theplasma discharge tube 20 includes a metal material, theplasma discharge tube 20 includes one or more electrically insulating regions (not shown) to have electrical discontinuities in the metal material to minimize the eddy current.

도면에는 구체적으로 도시하지 않았으나, 플라즈마 챔버(20)는 적절한 위치에 냉각수 공급 채널을 형성한다. 예를 들어, 플라즈마 챔버(20)와 마그네틱 코어(31) 사이의 영역으로 냉각수 공급 채널을 설치할 수 있다.Although not specifically illustrated in the drawing, theplasma chamber 20 forms a cooling water supply channel at an appropriate position. For example, a coolant supply channel may be installed in an area between theplasma chamber 20 and themagnetic core 31.

도 3은 플라즈마 반응기가 프로세스 챔버에 탑재된 예를 보여주는 도면이다.3 shows an example in which a plasma reactor is mounted in a process chamber.

도 3을 참조하여, 플라즈마 반응기(10)는 프로세스 챔버(40)에 장착되어 원격으로 프로세스 챔버(40)로 플라즈마를 공급한다. 예를 들어, 프로세스 챔버(40)의 천정 외측에 장착될 수 있다. 플라즈마 반응기(10)는 전원 공급원인 무선 주파수 발생기(42)로부터 무선 주파수를 제공받고, 가스 공급 시스템(미도시)에 의해 가스를 공급받아 활성 가스를 발생한다.Referring to FIG. 3, theplasma reactor 10 is mounted in theprocess chamber 40 to supply plasma to theprocess chamber 40 remotely. For example, it may be mounted outside the ceiling of theprocess chamber 40. Theplasma reactor 10 receives a radio frequency from aradio frequency generator 42 which is a power source and receives gas by a gas supply system (not shown) to generate an active gas.

프로세스 챔버(40)는 플라즈마 반응기(10)에서 발생된 활성 가스를 수용하여 소정의 플라즈마 처리를 수행한다. 프로세스 챔버(40)는 예를 들어, 증착 공정을 수행하는 증착 챔버이거나, 식각 공정을 수행하는 식각 챔버 일 수 있다. 또는 포토레지스트를 스트립핑하기 위한 에싱 챔버일 수 있다. 이외에도 다양한 반도체 제조 공정을 수행하기 위한 플라즈마 프로세싱 챔버일 수 있다.Theprocess chamber 40 receives the active gas generated in theplasma reactor 10 and performs a predetermined plasma treatment. Theprocess chamber 40 may be, for example, a deposition chamber performing a deposition process or an etching chamber performing an etching process. Or an ashing chamber for stripping the photoresist. In addition, it may be a plasma processing chamber for performing various semiconductor manufacturing processes.

특별히, 플라즈마 반응기(10)와 무선 주파수를 공급하는 전원 공급원인 무선 주파수 발생기(42)는 분리된 구조를 갖는다. 즉, 플라즈마 반응기(10)는 프로세스 챔버(40)에 장착 가능한 고정형으로 구성되고, 무선 주파수 발생기(42)는 플라즈마 반응기(10)와 분리 가능한 분리형으로 구성된다. 그리고 무선 주파수 발생기(42)의 출력단과 플라즈마 반응기(10)의 무선 주파수 입력단은 무선 주파수 케이블(44) 에 의해 상호 원격으로 연결된다. 그럼으로 종래와 같이 무선 주파수 발생기와 플라즈마 반응기가 하나의 유닛으로 구성되는 것과 달리 프로세스 챔버(42)에 매우 용이하게 설치할 수 있으며 시스템의 유지 관리 효율을 높일 수 있다.In particular, theplasma reactor 10 and theradio frequency generator 42 as a power supply source for supplying radio frequencies have a separate structure. That is, theplasma reactor 10 is configured to be fixed to theprocess chamber 40, theradio frequency generator 42 is configured to be separated from theplasma reactor 10. The output terminal of theradio frequency generator 42 and the radio frequency input terminal of theplasma reactor 10 are remotely connected to each other by aradio frequency cable 44. Therefore, unlike the conventional radio frequency generator and the plasma reactor is composed of a single unit it can be installed very easily in theprocess chamber 42 and can improve the maintenance efficiency of the system.

상술한 제1 실시예에서, 플라즈마 챔버(20)의 몸체(21)는 가스 입구(22)와 가스 출구(23) 사이에 하나의 단일 중공 영역(24)이 구성된다. 이러한 특징을 유지하면서 후술하는 바와 같은 다양한 형태로의 변형들이 가능하다. 후술되는 변형들에서 상술한 실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조 부호를 병기하고 반복되는 설명은 생략한다.In the first embodiment described above, thebody 21 of theplasma chamber 20 is composed of one singlehollow region 24 between thegas inlet 22 and thegas outlet 23. While maintaining this feature, variations to the various forms described below are possible. In the following modifications, the same components as in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions thereof will be omitted.

도 4는 일 변형예에 따른 플라즈마 반응기의 사시도이고, 도 5a 및 도 5b는 도 4의 플라즈마 반응기의 평단면도 및 측단면도이다.4 is a perspective view of a plasma reactor according to a modification, and FIGS. 5A and 5B are plan cross-sectional and side cross-sectional views of the plasma reactor of FIG. 4.

도면을 참조하여, 일 변형예에 따른 플라즈마 반응기(10a)는 플라즈마 챔버(20)에 결합되는 마그네틱 코어(31)와 자속 유도 코일(32)은 좌우로 쌍을 이루어 결합된다.Referring to the drawings, theplasma reactor 10a according to the modified example is coupled to themagnetic core 31 and the magneticflux induction coil 32 coupled to theplasma chamber 20 in pairs.

이러한 형태로의 변형들은 보다 큰 볼륨의 플라즈마를 발생하기 위하여 확장될 수 있다는 것을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 확장 가능한 변형 예들이 첨부 도면 도 6 내지 도 13에서 다양하게 변형되어 도시되어 있다.It will be appreciated by those skilled in the art that variations to this form can be extended to generate larger volumes of plasma. Extensible variations are illustrated in various modifications in the accompanying drawings, FIGS. 6 to 13.

도 7에서와 같이, 보다 많은 수의 마그네틱 코어(31)와 자속 유도 코일(32)을 사용하여 플라즈마 챔버(20)의 양측으로 결합시켜 구성할 수 있다. 도 8 및 도 9에서는 마그네틱 코어(31)를 E형 코어로 구성한 예와 자속 유도 코일(32)을 서로 다른 위치에서 감아놓은 예를 보여준다. 그리고 도 10에서는 마그네틱 코어(31)를 PM형 코어로 구성한 예를 보여준다.As shown in FIG. 7, a larger number ofmagnetic cores 31 and magnetic flux induction coils 32 may be used to couple to both sides of theplasma chamber 20. 8 and 9 show an example in which themagnetic core 31 is configured as an E-type core and an example in which the magneticflux induction coil 32 is wound at different positions. 10 shows an example in which themagnetic core 31 is composed of a PM type core.

도 11에서는 플라즈마 챔버(20)를 특별히 원통형으로 제작한 예를 보여준다. 도 12a 및 도 12b는 원통형 플라즈마 챔버(20)를 갖는 플라즈마 반응기(10g)의 평단면도 및 측단면도이다. 원통형 플라즈마 챔버(20)에 적합하게 마그네틱 코어(31)도 다수의 스포크를 갖는 링형 코어로 구성할 수 있다. 그리고 스포크의 배열 방식은 도 13a 또는 13b와 같이 교대적 또는 일렬로 정렬할 수 있을 것이다.11 shows an example in which theplasma chamber 20 is manufactured in a particularly cylindrical shape. 12A and 12B are top and side cross-sectional views of aplasma reactor 10g having acylindrical plasma chamber 20. Themagnetic core 31 may also be composed of a ring-shaped core having a plurality of spokes, suitable for thecylindrical plasma chamber 20. And the manner of arranging the spokes may be arranged alternately or in line as shown in Fig. 13a or 13b.

도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 사시도이고, 도 15a 및 15b는 도 14의 플라즈마 반응기의 평단면도 및 측단면도이다.14 is a perspective view of a plasma reactor according to a second embodiment of the present invention, and FIGS. 15A and 15B are plan cross-sectional and side cross-sectional views of the plasma reactor of FIG.

도면을 참조하여, 제2 실시예의 플라즈마 반응기(100)는 상술한 제1 실시예의 플라즈마 반응기(10)와 기본적으로 동일한 구성을 갖는다. 다만, 플라즈마 챔버(120)는 환체형 몸체(121)를 갖는다. 그럼으로 가스 입구(122)와 가스 출구(123) 사이에 두 개의 분리된 가스 흐름 경로가 형성된다. 두 개의 분리된 가스 흐름 경로를 제공하는 환체형 몸체(121)에는 자속 출입구(134)가 마주 대향하도록 각각의 경로마다 자속 유도 코일(132)이 감겨진 마그네틱 코어(131)가 결합된다.Referring to the drawings, theplasma reactor 100 of the second embodiment has basically the same configuration as theplasma reactor 10 of the first embodiment described above. However, theplasma chamber 120 has atoroidal body 121. Thus, two separate gas flow paths are formed between thegas inlet 122 and thegas outlet 123. Atoroidal body 121 providing two separate gas flow paths is coupled to amagnetic core 131 wound around a magneticflux induction coil 132 in each path so that the magnetic flux entrances 134 face each other.

도 16은 변형예에 따른 플라즈마 반응기의 사시도이고, 도 17a 및 도 17b는 도 16의 플라즈마 반응기의 분해 사시도 및 측단면도이다. 도면을 참조하여, 이 변형예에서는 마그네틱 코어(131)를 PM 코어를 사용하여 구성하였다.16 is a perspective view of a plasma reactor according to a modification, and FIGS. 17A and 17B are exploded perspective and side cross-sectional views of the plasma reactor of FIG. 16. Referring to the drawings, in this modification, themagnetic core 131 is constructed using a PM core.

이상의 제1 및 제2 실시예와 그 다양한 변형들과 같이, 자속 채널은 단일 마그네틱 코어의 자속 출입구 사이에 형성되거나, 서로 다른 분리된 마그네틱 코어의 자속 출입구 사이에서 형성될 수 있다. 이상과 같은 변형들은 이외에도 또 다른 많은 변형들이 있을 것이나 이러한 변형들은 본 발명의 사상에 기초할 때 당업자들에게는 자명한 것임을 잘 알 수 있을 것이다.Like the first and second embodiments described above and various modifications thereof, the magnetic flux channel may be formed between the magnetic flux entrances of a single magnetic core, or between the magnetic flux entrances of different separate magnetic cores. There will be many other variations in addition to the above modifications, but it will be appreciated that these modifications will be apparent to those skilled in the art based on the spirit of the present invention.

상술한 바와 같이, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 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 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but this is merely exemplary, and those skilled in the art to which the present invention pertains have various modifications and equivalent embodiments. You can see that it is possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

상술한 바와 같은 본 발명의 자속 채널에 결합된 플라즈마 챔버를 구비한 플라즈마 반응기에 의하면, 플라즈마에 결합되는 유도 결합 에너지의 전달 효율이 높이여 플라즈마를 안정적으로 유지할 수 있고 고밀도의 플라즈마를 안정적으로 얻을 수 있으면서도 확장성이 용이하다.According to the plasma reactor having a plasma chamber coupled to the magnetic flux channel of the present invention as described above, the transfer efficiency of the inductively coupled energy coupled to the plasma can be increased, thereby stably maintaining the plasma and stably obtaining a high-density plasma. It is easy to expand.

Claims (16)

Translated fromKorean

간격을 갖고 마주 대향하는 자속 출입구 사이에 자속 채널을 형성하는 마그네틱 코어;A magnetic core spaced apart from each other to form a magnetic flux channel between opposing magnetic flux entrances;마그네틱 코어에 감겨지는 자속 유도 코일;A magnetic flux induction coil wound around the magnetic core;자속 채널에 결합되어 플라즈마가 발생되는 중공 영역을 구비하며 중공 영역으로 가스가 주입되는 가스 입구 및 중공 영역에서 발생된 플라즈마 가스를 배기하는 가스 출구를 포함하는 플라즈마 챔버;A plasma chamber coupled to the magnetic flux channel and having a hollow region for generating a plasma, the plasma chamber including a gas inlet through which gas is injected into the hollow region and a gas outlet for exhausting the plasma gas generated in the hollow region;자속 유도 코일이 연결되어 교류 전원을 공급하는 전원 공급원을 포함하고,A magnetic flux induction coil is connected to include a power supply for supplying AC power,전원 공급원에 의해 자속 유도 코일의 전류가 구동되고, 자속 유도 코일에 의해 자속 채널에 유도되는 자속의 변화에 따라 플라즈마 챔버의 중공 영역에 플라즈마를 형성하는 AC 전위(AC potential)가 유도되는 플라즈마 반응기.A plasma reactor in which a current of the magnetic flux induction coil is driven by a power supply, and an AC potential is induced to form a plasma in a hollow region of the plasma chamber according to a change of magnetic flux induced in the magnetic flux channel by the magnetic flux induction coil.제1항에 있어서,The method of claim 1,플라즈마 챔버는 가스 입구와 가스 출구 사이에 중공 영역이 단일 영역으로 형성된 플라즈마 반응기.The plasma chamber is a plasma reactor formed of a single hollow region between the gas inlet and the gas outlet.제1항에 있어서,The method of claim 1,플라즈마 챔버는 가스 입구와 가스 출구 사이에 중공 영역은 둘 이상의 분리된 가스 흐름 경로를 포함하는 플라즈마 반응기.And the plasma chamber comprises two or more separate gas flow paths with a hollow region between the gas inlet and the gas outlet.제2항 또는 제3항에 있어서,The method according to claim 2 or 3,자속 채널은 단일 마그네틱 코어의 자속 출입구 사이에 형성되는 플라즈마 반응기.A magnetic flux channel is formed between the magnetic flux entrances of a single magnetic core.제2항 또는 제3항에 있어서,The method according to claim 2 or 3,자속 채널은 분리된 마그네틱 코어의 자속 출입구 사이에서 형성되는 플라즈마 반응기.The magnetic flux channel is formed between the magnetic flux entrances of the separated magnetic cores.제1항에 있어서,The method of claim 1,플라즈마 챔버는 금속 물질을 포함하는 플라즈마 반응기.The plasma chamber comprises a metal material.제6항에 있어서,The method of claim 6,플라즈마 챔버는 에디 전류를 최소화하기 위하여 금속 물질 내에서 전기적 불연속성을 갖도록 하는 하나 이상의 전기적 절연 영역을 포함하는 플라즈마 반응기.The plasma chamber includes one or more electrically insulating regions that have electrical discontinuities in the metal material to minimize eddy currents.제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein플라즈마 챔버는 유전체 물질을 포함하는 플라즈마 반응기.The plasma chamber comprises a dielectric material.제6항 내지 제8항에 있어서,The method according to claim 6 to 8,플라즈마 챔버에 포함된 유전체 물질은 자속 채널에 결합되는 플라즈마 반응 챔버 부분에 형성된 유전체 윈도우를 포함하는 플라즈마 반응기.The dielectric material included in the plasma chamber includes a dielectric window formed in a portion of the plasma reaction chamber coupled to the flux channel.제1항에 있어서,The method of claim 1,플라즈마 챔버는 냉각수 공급 채널을 포함하는 플라즈마 반응기.The plasma chamber comprises a cooling water supply channel.제1항에 있어서,The method of claim 1,마그네틱 코어에 권선되는 점화용 유도 코일과 유도 코일에 전기적으로 연결되며 플라즈마 챔버 내에 설치된 점화용 전극을 포함하는 플라즈마 반응기.A plasma reactor comprising an induction coil for ignition wound around a magnetic core and an ignition electrode electrically connected to the induction coil and installed in the plasma chamber.제1항에 있어서,The method of claim 1,전원 공급원과 일차 권선 사이에 구성되어 임피던스 정합을 수행하는 임피던스 정합 회로를 포함하는 플라즈마 반응기.A plasma reactor comprising an impedance matching circuit configured between a power supply and a primary winding to perform impedance matching.제1항에 있어서,The method of claim 1,전원 공급원은 조정 가능한 정합 회로 없이 동작하는 플라즈마 반응기.The power source is a plasma reactor that operates without an adjustable matching circuit.제1항에 있어서,The method of claim 1,플라즈마 챔버에서 발생된 플라즈마 가스를 제공받아 수용하는 프로세스 챔 버를 더 포함하는 플라즈마 반응기.And a process chamber receiving and receiving the plasma gas generated in the plasma chamber.제14항에 있어서,The method of claim 14,플라즈마 반응기는 프로세스 챔버에 탑재 가능한 구조를 갖고, 전원 공급원은 플라즈마 반응기와 물리적으로 분리된 구조를 갖고,The plasma reactor has a structure that can be mounted in the process chamber, the power supply has a structure physically separated from the plasma reactor,전원 공급원과 플라즈마 반응기는 무선 주파수 케이블로 원격으로 연결되는 플라즈마 반응기.A plasma reactor in which the power source and the plasma reactor are remotely connected by radio frequency cables.제1항에 있어서,The method of claim 1,플라즈마 챔버로 유입되는 가스는 불활성 가스, 반응 가스, 불활성 가스와 반응 가스의 혼합 가스를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 플라즈마 반응기.The gas flowing into the plasma chamber is selected from the group comprising an inert gas, a reactive gas, and a mixed gas of an inert gas and a reactive gas.

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