KR100464809B1 - 원격 플라즈마 발생기 - Google Patents

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Abstract

여기에 원격 플라즈마 발생기가 개시된다. 원격 플라즈마 발생기는 코어와 이것에 적어도 1회 이상 나선형으로 감겨진 전도성 재질의 튜브로 구성된다. 튜브의 입구는 가스 소오스에 연결되며, 출구는 프로세스 챔버에 연결된다. 튜브의 양단은 저주파 발진기에 접속되며, 양단에는 각기 절연부재가 구성되어 튜브를 가스 소오스와 프로세스 챔버로부터 전기적으로 절연시킨다. 튜브는 저주파 발진기로부터 제공되는 저주파 신호를 제공받아 자계 및 전계를 발생하여 튜브를 따라 이송되는 가스로부터 플라즈마가 발생한다.

Description

원격 플라즈마 발생기{remote plasma generator}
본 발명은 반도체 제조 공정에 사용되는 플라즈마 발생기(plasma generator)에 관한 것으로, 구체적으로는 프로세스 챔버(process chamber)와 분리되어 원격으로 프로세스 챔버로 플라즈마 가스를 제공하는 원격 플라즈마 발생기(remote plasma generator)에 관한 것이다.
플라즈마 소오스(plasma source)는 반도체 장치를 제조하기 위한 여러 공정들 예를 들어, 식각(etching), 박리(stripping), 세정(cleaning)등에서 널리 사용되고 있다. 플라즈마 발생기 분야에서, 안정적으로 플라즈마를 발생하는 것과 높은 이온화율을 갖도록 하는 것은 이 분야의 기술자들에게는 늘 연구 과제이다.
플라즈마 발생기의 한 종류인 원격 플라즈마 발생기는 프로세스 챔버와 분리된 구조를 갖는다. 원격 플라즈마 발생기는 발생된 플라즈마 이온 가스를 원격으로 프로세스 챔버로 공급한다. 원격 플라즈마 발생기는 프로세스 챔버 또는 웨이퍼로 직접적인 플라즈마 이온 가스를 쏘이지 않기 때문에 프로세스 챔버 또는 가공 중인 웨이퍼에 데미지가 가해지는 것을 방지할 수 있다.
관련 기술로서, 1984년 2월 14일 Alan Reinberg에게 허여된 미국특허 US4431898호 "플라즈마 에칭과 저항 제거를 위한 유도 결합 방전(INDUCTIVELY COUPLED DISCHARGE FOR PLASMA ETCHING AND RESIST STRIPPING)"이 있다. A.C 전원을 제공받는 1차 권선과 이에 트랜스포머 코어로 에너지를 전달받는 2차 권선 기능을 하는 도넛(toroid) 형태의 플라즈마 챔버에 의해 플라즈마가 발생된다. 발생된 플라즈마는 프로세스 챔버로 원격 공급된다.
복권 트랜스포머로 구성되는 이러한 플라즈마 발생기는 트랜스포머 코어의 형상이 누설 자계가 많이 발생되도록 되어 있어 에너지 전달 효율이 낮아 이온화 효율이 낮아지거나 플라즈마가 자주 꺼질 수도 있는 구조적 취약점을 갖는다. 안정적인 플라즈마를 발생하기 위해서는 보다 높은 에너지를 공급할 수 있는 A.C 전원을 사용할 수 있겠으나 이를 위한 설비를 갖추기 위해서는 고비용의 설비 투자가 이루어져야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서 안정적이고 이온화 효율이 높은 유도 결합 플라즈마 방식의 원격 플라즈마 발생기를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 원격 플라즈마 발생기가 설치된 공정 설비의 개략적 구성을 보여주는 도면;
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 원격 플라즈마 발생기의 구조를 보여주는 사시도;
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 원격 플라즈마 발생기의 구조를 보여주는 사시도;
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 원격 플라즈마 발생기의 구조를 보여주는 사시도; 그리고
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 원격 플라즈마 발생기의 구조를 보여주는 사시도 이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 원격 플라즈마 발생기 12: 가스 소오스
14: 프로세스 챔버 16: 진공 펌프
18: 저주파 발진기
상술한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 의하면, 가스 소오스로부터 반응 가스를 제공받고 주파수 발생기로부터 주파수 신호를 제공받아 플라즈마를 발생하여 프로세스 챔버로 제공하는 원격 플라즈마 발생기는: 자성 코어; 상기 자성 코어에 적어도 1회 이상 나선형으로 감겨진 전도성 재질의 튜브를 포함하고, 상기 튜브의 입구는 상기 가스 소오스에 연결되고, 출구는 상기 프로세스 챔버에 연결되며, 양단이 상기 주파수 발생기에 전기적으로 접속되며, 그리고 상기 튜브의 양단에는 각기 절연부재가 구성되어 상기 튜브를 상기 가스 소오스와 상기 프로세스 챔버로부터 전기적으로 절연시킨다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 자성 코어는 상기 나선형으로 감겨진 튜브의 중앙에 위치하는 중심축 코어와 상기 중심축 코어의 양단으로 연결되어 자속의 폐쇄 경로를 제공하는 복수개의 연결 코어들을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 자성 코어는 상기 나선형으로 감겨진 튜브의 중앙을 통과하는 링형 구조체로 구성된다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 명확하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
(실시예)
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 원격 플라즈마 발생기가 설치된 공정 설비의 개략적 구성을 보여주는 도면이다.
도면을 참조하여, 본 발명의 원격 플라즈마 발생기(10)는 가스 소오스(gas source)(12)로부터 반응 가스를 제공받아 플라즈마를 발생시키고, 발생된 플라즈마가스는 프로세스 챔버(process chamber)(14)로 제공된다. 프로세스 챔버(14)로 유입된 플라즈마 가스는 일정 반응 작용을 거쳐 진공 펌프(vacuum pump)(16)에 의해 외부로 배출되어 진다.
도 2 a 및 도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 원격 플라즈마 발생기의 구조를 보여주는 사시도이다.
도면을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 원격 플라즈마 발생기(20)는 코어(core)(26)와 이것에 적어도 1회 이상 나선형으로 감겨진 전도성 재질의 튜브(21)로 구성된다. 튜브(21)의 입구(inlet)(22)는 가스 소오스(12)에 연결되며, 출구(outlet)(23)는 프로세스 챔버(14)에 연결된다. 튜브(21)의 양단은 저주파 발진기(low frequency generator)(18)에 접속되며, 양단에는 각기 절연부재(24, 25)가 구성되어 튜브(21)를 가스 소오스(12)와 프로세스 챔버(16)로부터 전기적으로 절연시킨다.
코어(26)는 페라이트 코어(ferrite core)나 이와 유사한 자성 재료(magnetic material)로 구성되어 질 수 있다. 제1 실시예에서는 일반적으로 트랜스포머에 널리 사용되는 E-코어(E-core)와 같은 형상을 갖는다. 즉, 나선형으로 감겨진 튜브(21)의 중앙에 위치하는 중심축 코어(26a)와 그 양단으로 연결되어 자속의 폐쇄 경로를 제공하는 제1 및 제2 연결 코어(26b, 26c)를 구비한다. 제1 및 제2 연결 코어(26b, 26c)는 상호 대칭되게 연결된다. 본 발명에서 코어(26)의 형상은 이하 설명될 다른 실시예서와 같이 다양한 변화가 가능하다.
튜브(21)는 저주파 발진기(18)로부터 제공되는 대략 400Khz, 2kW의 저주파신호를 제공받게 된다. 이때 튜브(21)는 코일로서 기능하게되어 입력되는 저주파 신호의 한 주기에서 상호 역방향의 자계(27a, 27b)가 순차적으로 유도된다. 그리고 유도된 자계(27a, 27b)에 의해 2차 전계(28a, 28b)가 발생된다. 저주파 신호의 입력에 따라 발생되는 전계 및 자계에 의해 튜브(21)를 따라 이송되는 가스가 에너지를 받게되어 플라즈마가 발생하게 된다.
코어(26)에 감겨진 전도성 튜브(21)는 단권 트랜스포머의 1차측 권선 역할을 하고, 발생된 플라즈마 가스는 튜브(21) 내에서 2차측 권선 역할을 하게된다. 그럼으로 튜브(21)에 공급된 저주파 신호의 전기 에너지는 코어(26)를 통해 튜브(21) 내부의 가스로 전달되어져 플라즈마가 발생되고 유지되어진다. 일반적으로 유도 결합 플라즈마 방식에서 플라즈마 발생을 점화(ignite)하기 위한 구성이 필요하나 본 발명에서는 이러한 점화 구성이 불필요하다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 원격 플라즈마 발생기의 구조를 보여주는 사시도이다.
도면을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 원격 플라즈마 발생기(30)는 코어(36)와 이것에 적어도 1회 이상 나선형으로 감겨진 전도성 재질의 튜브(31)로 구성된다. 제2 실시예에서는 상술한 제1 실시예에서와 같이 튜브(31)의 입구(32)와 출구(33)는 각기 가스 소오스(12)와 프로세스 챔버(14)에 연결된다. 튜브(31)의 양단은 저주파 발진기(18)에 접속되며, 양단에는 각기 절연부재(34, 35)가 구성되어 튜브(31)를 가스 소오스(12)와 프로세스 챔버(16)로부터 전기적으로 절연시킨다.
상술한 바와 같이, 튜브(31)는 저주파 발진기(18)로부터 제공되는 저주파 신호를 제공받아 자계 및 전계를 발생하여 이송되는 가스로부터 플라즈마를 발생시켜 프로세스 챔버(14)로 제공한다.
제2 실시예에서, 코어(36)는 상술한 제1 실시예에서의 E-코어(E-core)를 변형한 것으로 나선형으로 감겨진 튜브(31)의 중앙에 위치하는 중심축 코어(36a)와 그 양단으로 연결되어 자속의 폐쇄 경로를 제공하는 제1 내지 제4 연결 코어(36b, 36c, 36d, 36e)를 구비한다. 제1 내지 제4 연결 코어(36b, 36c, 36d, 36e)는 십자 형상으로 상호 대칭 되게 연결된다. 이와 같이 함으로서 플라즈마 발생 효율을 증가시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 원격 플라즈마 발생기의 구조를 보여주는 사시도이다.
도면을 참조하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 원격 플라즈마 발생기(40)는 코어(46)와 이것에 적어도 1회 이상 나선형으로 감겨진 전도성 재질의 튜브(41)로 구성된다. 제3 실시예에서는 상술한 제1 실시예에서와 같이 튜브(41)의 입구(42)와 출구(43)는 각기 가스 소오스(12)와 프로세스 챔버(14)에 연결된다. 튜브(41)의 양단은 저주파 발진기(18)에 접속되며, 양단에는 각기 절연부재(44, 45)가 구성되어 튜브(41)를 가스 소오스(12)와 프로세스 챔버(16)로부터 전기적으로 절연시킨다.
상술한 바와 같이, 튜브(41)는 저주파 발진기(18)로부터 제공되는 저주파 신호를 제공받아 자계 및 전계를 발생하여 이송되는 가스로부터 플라즈마를 발생시켜프로세스 챔버(14)로 제공한다.
제3 실시예에서, 코어(46)는 나선형으로 감겨진 튜브(41)의 중앙에 위치하는 일자형으로 단순화한다. 이와 같이 함으로써 원격 플라즈마 발생기(40)를 전체적으로 단순하게 구성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 원격 플라즈마 발생기의 구조를 보여주는 사시도 이다.
도면을 참조하여, 본 발명의 제4 실시예에 따른 원격 플라즈마 발생기(50)는 코어(56)와 이것에 적어도 1회 이상 나선형으로 감겨진 전도성 재질의 튜브(51)로 구성된다. 제4 실시예에서는 상술한 제1 실시예에서와 같이 튜브(51)의 입구(52)와 출구(53)는 각기 가스 소오스(12)와 프로세스 챔버(14)에 연결된다. 튜브(51)의 양단은 저주파 발진기(18)에 접속되며, 양단에는 각기 절연부재(54, 55)가 구성되어 튜브(51)를 가스 소오스(12)와 프로세스 챔버(16)로부터 전기적으로 절연시킨다.
상술한 바와 같이, 튜브(51)는 저주파 발진기(18)로부터 제공되는 저주파 신호를 제공받아 자계 및 전계를 발생하여 이송되는 가스로부터 플라즈마를 발생시켜 프로세스 챔버(14)로 제공한다.
제4 실시예에서, 코어(56)는 나선형으로 감겨진 튜브(51)의 중앙에 결합되는 링형 구조체로 구성된다. 이와 같이 함으로써 원격 플라즈마 발생기(50)를 전체적으로 단순하게 구성할 수 있으며, 상술한 제3 실시예에 비하여 자속을 높혀 플라즈마 발생 효율을 증가시킬 수 있다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원격 플라즈마 발생기의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 설명하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 원격 플라즈마 발생기를 단권 트랜스포머의 형태로 구성함으로서 종래의 복권 트랜스포머 형태의 원격 플라즈마 발생기에 비하여 플라즈마 발생 효율이 높으며 안정적인 플라즈마 발생을 얻을 수 있다.

Claims (3)

  1. 가스 소오스로부터 반응가스를 제공받아 플라즈마를 발생하여 프로세스 챔버로 제공하는 원격 플라즈마 발생기에 있어서:
    자성 코어;
    상기 자성 코어에 적어도 1회 이상 나선형으로 감겨진 전도성 재질의 튜브를 포함하고,
    상기 튜브의 입구는 상기 가스 소오스에 연결되고, 출구는 상기 프로세스 챔버에 연결되며, 양단이 저주파를 제공하는 저주파 발진기에 전기적으로 접속되며,
    그리고 상기 튜브의 양단에는 각기 절연부재가 구성되어 상기 튜브를 상기 가스 소오스와 상기 프로세스 챔버로부터 전기적으로 절연시키는 것을 특징으로 하는 원격 플라즈마 발생기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 자성 코어는
    상기 나선형으로 감겨진 튜브의 중앙에 위치하는 중심축 코어;
    상기 중심축 코어의 양단으로 연결되어 자속의 폐쇄 경로를 제공하는 복수개의 연결 코어들을 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 플라즈마 발생기.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 자성 코어는 상기 나선형으로 감겨진 튜브의 중앙을 통과하는 링형 구조체로 구성되는 것을 특징으로 하는 원격 플라즈마 발생기.
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