KR100772447B1 - Inductive coupled plasma source with built-in magnetic core - Google Patents

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Abstract

내장 마그네틱 코어를 갖는 유도 결합 플라즈마 소스가 게시된다. 본 발명의 플라즈마 반응기는 환체형의 플라즈마 방전실을 제공하는 반응기 몸체를 구비한다. 플라즈마 방전실의 내부에는 환체형 구조를 따라 내장되어 폐쇄된 자속 경로를 제공하는 환체형 마그네틱 코어와 일차 권선을 갖는 변압기가 냉장된다. 마그네틱 코어는 플라즈마 방전실로 그 표면이 노출되지 않도록 전체적으로 코어 보호 튜브에 의해 감싸져 보호된다. 스포크는 플라즈마 방전실의 측벽에서 코어 보호 튜브로 연장되어 연결된다. 코어 보호 튜브는 적어도 하나의 스포크에 의해서 연결된다. 반응기 몸체의 상부와 하부에는 가스 입구와 가스 출구가 대칭되게 구성된다. 일차 권선은 무선 주파수 전력을 공급하는 전원 공급원에 전기적으로 연결된다. 플라즈마 반응기의 내측 플라즈마 방전실에 전체적으로 마그네틱 코어가 위치하게 되어 플라즈마에 결합되는 유도 결합 에너지의 전달 효율이 매우 높아서 고밀도의 플라즈마를 안정적으로 발생 유지할 수 있다. 그럼으로 대형의 피처리 작업물을 처리하기 위해서 제공되는 넓은 볼륨의 플라즈마 처리 챔버에 적합하다.An inductively coupled plasma source with a built-in magnetic core is disclosed. The plasma reactor of the present invention includes a reactor body that provides an annular plasma discharge chamber. Inside the plasma discharge chamber are refrigerated transformers with an annular magnetic core and primary windings that are built along the annular structure to provide a closed magnetic flux path. The magnetic core is covered and protected by the core protection tube as a whole so that its surface is not exposed to the plasma discharge chamber. The spokes extend from the sidewall of the plasma discharge chamber to the core protection tube. The core protection tube is connected by at least one spoke. The gas inlet and the gas outlet are symmetrically configured at the top and the bottom of the reactor body. The primary winding is electrically connected to a power source that supplies radio frequency power. The magnetic core is located in the inner plasma discharge chamber of the plasma reactor as a whole, so that the transfer efficiency of the inductive coupling energy coupled to the plasma is very high, thereby stably generating and maintaining a high density plasma. It is therefore suitable for a wide volume of plasma processing chambers provided for processing large workpieces.

유도 결합 플라즈마, 플라즈마 처리, 활성 가스 Inductively Coupled Plasma, Plasma Treatment, Active Gas

Description

내장 마그네틱 코어를 갖는 유도 결합 플라즈마 소스{INDUCTIVE COUPLED PLASMA SOURCE WITH BUILT-IN MAGNETIC CORE}INDUCTIVE COUPLED PLASMA SOURCE WITH BUILT-IN MAGNETIC CORE}

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 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 사시도이다.1 is a perspective view of a plasma reactor according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 플라즈마 반응기의 부분 절개 사시도이다.FIG. 2 is a partial cutaway perspective view of the plasma reactor of FIG. 1. FIG.

도 3 및 도 4는 도 1의 플라즈마 반응기의 수직 및 수평 단면도이다.3 and 4 are vertical and horizontal cross-sectional views of the plasma reactor of FIG.

도 5는 플라즈마 반응기의 점화 회로 구성을 보여주는 도면이다.5 is a view showing the configuration of the ignition circuit of the plasma reactor.

도 6은 플라즈마 방전실의 환체형 구조를 따라서 가스 출구가 플라즈마 반응기 몸체에 구성된 에를 보여주는 단면도이다.6 is a cross-sectional view showing an e-gas outlet formed in the plasma reactor body along the annular structure of the plasma discharge chamber.

도 7은 플라즈마 반응기가 프로세스 챔버에 탑재된 예를 보여주는 도면이다.7 shows an example in which a plasma reactor is mounted in a process chamber.

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

10: 플라즈마 반응기 20: 반응기 몸체10: plasma reactor 20: reactor body

30: 변압기 40; 점화 전극30: transformer 40; Ignition electrode

60: 프로세스 챔버 70: 무선 주파수 발생기60: process chamber 70: radio frequency generator

72: 무선 주파수 케이블72: radio frequency cable

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 내장 마그네틱 코어를 갖는 유도 결합 플라즈마 소스에 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. An inductively coupled plasma source having a core.

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 다양하게 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 이 온 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. Thus, the high ion energy causes the inner surface of the plasma reactor to be 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 있는 내장 마그네틱 코어를 갖는 유도 결합 플라즈마 소스를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an inductively coupled plasma source having a built-in magnetic core capable of stably maintaining a plasma and stably obtaining a high-density plasma by increasing the transfer efficiency of inductively coupled energy coupled to the plasma.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 유도 결합 플라즈마 소스에 관한 것이다. 본 발명의 유도 결합 플라즈마 소스는: 환체형의 플라즈마 방전실 제공하는 반응기 몸체; 플라즈마 방전실의 내부에 환체형 구조를 따라 내장되어 폐쇄된 자속 경로를 제공하는 환체형 마그네틱 코어와 일차 권선을 갖는 변압기; 환체형 마그네틱 코어를 플라즈마 방전실에 노출되지 않도록 전체적으로 감싸 보호하는 코어 보호 튜브; 플라즈마 방전실의 측벽에서 코어 보호 튜브로 연장되어 연결되는 하나 이상의 스포크; 및 차 권선에 전기적으로 연결되는 전원 공급원을 포함하며, 전원 공급원에 의해 일차 권선의 전류가 구동되고, 일차 권선의 구동 전류는 변압기의 이차 회로를 완성하는 유도 결합된 플라즈마를 형성하는 플라즈마 방전실 내측의 AC 전위(AC potential)를 유도하며, 유도 결합된 플라즈마는 환체형 마그네틱 코어의 중심을 따라 코어 보호 튜브의 외측을 감싸도록 환체형 플라즈마 방전실에 형성된다.One aspect of the present invention for achieving the above technical problem relates to an inductively coupled plasma source. An inductively coupled plasma source of the present invention comprises: a reactor body providing an annular plasma discharge chamber; A transformer having an annular magnetic core and a primary winding provided inside the plasma discharge chamber along an annular structure to provide a closed magnetic flux path; A core protection tube that wraps and protects the annular magnetic core from being exposed to the plasma discharge chamber; One or more spokes extending from the sidewalls of the plasma discharge chamber to the core protection tube; And a power supply electrically connected to the primary winding, the current of the primary winding being driven by the power supply, wherein the driving current of the primary winding forms an inductively coupled plasma that completes the secondary circuit of the transformer. An inductively coupled plasma is formed in the annular plasma discharge chamber to surround the outside of the core protection tube along the center of the annular magnetic core.

일 실시예에 있어서, 플라즈마 방전실로 가스를 주입 위한 가스 입구와 플라즈마 방전실에서 발생된 플라즈마 가스를 배출하기 위한 가스 출구를 구비하고, 가스 입구와 가스 출구 사이에 나누어진 두 개의 가스 흐름 경로를 갖도록 플라즈마 방전실이 배치된다.In one embodiment, a gas inlet for injecting gas into the plasma discharge chamber and a gas outlet for discharging the plasma gas generated in the plasma discharge chamber, and have two gas flow paths divided between the gas inlet and the gas outlet. The plasma discharge chamber is arranged.

일 실시예에 있어서, 플라즈마 방전실로 가스를 주입 위한 가스 입구와 플라즈마 방전실에서 발생된 플라즈마 가스를 배출하기 위한 가스 출구를 구비하고, 가스 출구는 플라즈마 방전실의 환체형 구조를 따라서 반응기 몸체에 환체형으로 형성된다.In one embodiment, there is provided a gas inlet for injecting gas into the plasma discharge chamber and a gas outlet for discharging the plasma gas generated in the plasma discharge chamber, the gas outlet being returned to the reactor body along the annular structure of the plasma discharge chamber. It is formed into a body shape.

일 실시예에 있어서, 환체형 마그네틱 코어에 권선되는 점화용 유도 코일과 유도 코일에 전기적으로 연결되며 플라즈마 방전실에 설치되는 점화용 전극을 갖는 점화 회로를 포함한다.In one embodiment, an ignition circuit having an ignition induction coil wound around an annular magnetic core and an ignition electrode electrically connected to the induction coil and installed in the plasma discharge chamber.

일 실시예에 있어서, 코어 보호 튜브는 유전체 물질을 포함한다.In one embodiment, the core protective tube comprises a dielectric material.

일 실시예에 있어서, 코어 보호 튜브는 금속 물질을 포함하고, 금속 물질은 에디 전류를 최소화하기 위하여 금속 물질 내에서 전기적 불연속성을 갖도록 하는 하나 이상의 전기적 절연 영역을 포함한다.In one embodiment, the core protection tube comprises a metal material, and the metal material includes one or more electrically insulating regions to have electrical discontinuities in the metal material to minimize eddy currents.

일 실시예에 있어서, 반응기 몸체는 금속 물질을 포함하고, 금속 물질은 에디 전류를 최소화하기 위하여 금속 물질 내에서 전기적 불연속성을 갖도록 하는 하나 이상의 전기적 절연 영역을 포함한다.In one embodiment, the reactor body comprises a metal material and the metal material includes one or more electrically insulating regions to have electrical discontinuities in the metal material to minimize eddy currents.

일 실시예에 있어서, 코어 보호 튜브의 내측으로 설치되는 냉각수 공급 채널을 포함한다.In one embodiment, a cooling water supply channel is installed inward of the core protection tube.

일 실시예에 있어서, 마그네틱 코어의 중심부를 통해서 형성되는 냉각수 공급 채널을 포함한다.In one embodiment, a cooling water supply channel is formed through a central portion of the magnetic core.

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 방전실에서 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 discharge chamber.

일 실시예에 있어서, 반응기 몸체는 프로세스 챔버에 탑재 가능한 구조를 갖고, 전원 공급원은 반응기 몸체와 물리적으로 분리된 구조를 가고, 전원 공급원과 반응기 몸체는 연결 케이블로 원격으로 연결된다.In one embodiment, the reactor body has a structure that can be mounted in a process chamber, the power source has a structure that is physically separate from the reactor body, and the power source and the reactor body are remotely connected with a connecting cable.

일 실시예에 있어서, 플라즈마 방전실로 유입되는 가스는 불활성 가스, 반응 가스, 불활성 가스와 반응 가스의 혼합 가스를 포함하는 그룹으로부터 선택된다.In one embodiment, the gas flowing into the plasma discharge 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.

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 내장 마그네틱 코어를 갖는 유도 결합 플라즈마 소스를 상세히 설명한다.Hereinafter, an inductively coupled plasma source having a built-in magnetic core of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 사시도이고, 도 2는 도 1의 플라즈마 반응기의 부분 절개 사시도이다.1 is a perspective view of a plasma reactor according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 2 is a partial cutaway perspective view of the plasma reactor of FIG.

도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 반응기(10)는 환체형의 플라즈마 방전실(25)을 제공하는 반응기 몸체(20)를 구비한다. 플라즈마 방전실(25)의 내부에는 환체형 구조를 따라 내장되어 폐쇄된 자속 경로를 제공하는 환체형 마그네틱 코어(31)와 일차 권선(32)을 갖는 변압기(30)가 냉장된다. 마그네틱 코어(31)는 플라즈마 방전실(25)로 그 표면이 노출되지 않도록 전체적으로 코어 보호 튜브(26)에 의해 감싸져 보호된다. 마그네틱 코어(131)는 페라 이트물질로 제작되지만 철, 공기와 같은 다른 대안의 재료로 구성될 수도 있다. 반응기 몸체(20)의 상부와 하부에는 가스 입구(21)와 가스 출구(22)가 대칭되게 구성된다.1 and 2, the plasma reactor 10 according to a preferred embodiment of the present invention includes a reactor body 20 that provides an annular plasma discharge chamber 25. Inside the plasma discharge chamber 25, a transformer 30 having an annular magnetic core 31 and a primary winding 32, which is built along the annular structure and provides a closed magnetic flux path, is refrigerated. The magnetic core 31 is covered and protected by the core protection tube 26 as a whole so that the surface thereof is not exposed to the plasma discharge chamber 25. The magnetic core 131 is made of ferrite material but may be composed of other alternative materials such as iron and air. The gas inlet 21 and the gas outlet 22 are symmetrically configured at the top and bottom of the reactor body 20.

반응기 몸체(20)는 금속 물질 예를 들어, 알루미늄, 스테인리스, 구리와 같은 금속물질로 재작된다. 또는 코팅된 금속 예를 들어, 양극 처리된 알루미늄이나 니켈 도금된 알루미늄으로 재작될 수 있다. 또는 내화 금속(refractory metal)로 재작될 수 있다. 또 다른 대안으로 반응기 몸체(110)를 석영, 세라믹과 같은 절연물질로 재작하는 것도 가능하며, 의도된 플라즈마 프로세스가 수행되기에 적합한 다른 물질로도 재작될 수 있다. 반응기 몸체(20)가 금속 물질을 포함하는 경우에는 에디 전류를 최소화하기 위하여 금속 물질 내에서 전기적 불연속성을 갖도록 하는 하나 이상의 전기적 절연 영역(24)을 포함한다.The reactor body 20 is made of a metal material, for example metal material such as aluminum, stainless steel, copper. Or coated metal, for example anodized aluminum or nickel plated aluminum. Or refractory metal. Alternatively, it is possible to rewrite the reactor body 110 with an insulating material such as quartz, ceramic, or other materials suitable for carrying out the intended plasma process. If the reactor body 20 comprises a metallic material, it includes one or more electrically insulating regions 24 that have electrical discontinuities in the metallic material to minimize eddy currents.

코어 보호 튜브(26)는 석영, 세라믹과 같은 유전체 물질로 재작된다. 또는 코어 보호 튜브(26)는 상술한 바와 같이, 반응기 몸체(20)와 동일한 금속물질로 재작될 수 있는데 이 경우에는 에디 전류를 방지하기 위하여 전기적 불연속성을 갖도록 하나 이상의 전기적 절연 영역을 포함한다.The core protection tube 26 is made of a dielectric material such as quartz, ceramic. Alternatively, the core protection tube 26 may be made of the same metal material as the reactor body 20, as described above, in which case it includes one or more electrically insulating regions to have electrical discontinuities to prevent eddy currents.

도 3 및 도 4는 도 1의 플라즈마 반응기의 수직 및 수평 단면도이다.3 and 4 are vertical and horizontal cross-sectional views of the plasma reactor of FIG.

도 3 및 도 4를 참조하여, 스포크(27)는 플라즈마 방전실(25)의 측벽에서 코어 보호 튜브(26)로 연장되어 연결된다. 코어 보호 튜브(26)는 적어도 하나의 스포크(27)에 의해서 연결된다. 스포크(27)는 관통된 홀(23)을 형성하는데, 이를 통하여 일자 권선(32)이 리드되며, 냉각수를 공급하기 위한 통로로 사용된다.3 and 4, the spokes 27 extend from the sidewall of the plasma discharge chamber 25 to the core protection tube 26. The core protection tube 26 is connected by at least one spoke 27. The spokes 27 form through holes 23, through which the straight windings 32 are led and used as passages for supplying cooling water.

도면에는 구체적으로 도시하지 않았으나, 냉각수 공급 채널을 코어 보호 튜브(26)의 내부에 형성할 수 있다. 다른 대안으로는 마그네틱 코어(31)의 중심부를 관통하여 냉각수 공급 채널을 형성 할 수 도 있다. 또는 두 방식을 모두 채용하여 구성도 가능하다. 또는 반응기 몸체(20)의 외부를 감싸도록 냉각수 채널을 형성하는 것도 가능하다.Although not illustrated in detail, a cooling water supply channel may be formed inside the core protection tube 26. Alternatively, the cooling water supply channel may be formed through the center of the magnetic core 31. Alternatively, both schemes may be employed. Alternatively, it is possible to form a coolant channel to surround the outside of the reactor body 20.

일차 권선(32)은 무선 주파수 전력을 공급하는 전원 공급원(33)에 전기적으로 연결된다. 전원 공급원(33)에 의해 일차 권선(32)의 전류가 구동되고, 일차 권선(32)의 구동 전류는 변압기(30)의 이차 회로를 완성하는 유도 결합된 플라즈마(34)를 형성하는 플라즈마 방전실 내측의 AC 전위(AC potential)를 유도한다. 그럼으로 유도 결합된 플라즈마(34)는 환체형 마그네틱 코어의 중심을 따라 코어 보호 튜브(26)의 외측을 감싸도록 환체형 플라즈마 방전실(25)에 형성된다.The primary winding 32 is electrically connected to a power source 33 that supplies radio frequency power. The electric current of the primary winding 32 is driven by the power supply 33, and the driving current of the primary winding 32 forms an inductively coupled plasma 34 which completes the secondary circuit of the transformer 30. Induces the inner AC potential. Thus, the inductively coupled plasma 34 is formed in the annular plasma discharge chamber 25 so as to surround the outside of the core protection tube 26 along the center of the annular magnetic core.

플라즈마 방전실(25)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 the plasma discharge chamber 25 is selected from the group containing 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.

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.The power 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.

도 5는 플라즈마 반응기의 점화 회로 구성을 보여주는 도면이다.5 is a view showing the configuration of the ignition circuit of the plasma reactor.

도 5를 참조하여, 반응기 몸체(20)의 내부 플라즈마 방전실(25)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(42)의 전기적 연결을 차단하지 않고 유지하도록 할 수도 있다.Referring to FIG. 5, an ignition electrode 40 is configured in the internal plasma discharge chamber 25 of the reactor body 20. The ignition electrode 40 is electrically connected to an ignition induction coil 41 wound around the magnetic core 31. When a high voltage pulse is applied from the power supply source 33 to the primary winding 32 at the initial stage of the plasma discharge, a high voltage is induced to the ignition induction coil 41 to discharge between the ignition electrodes 40 to perform plasma ignition. After the ignition step, the electrical connection between the ignition electrode 40 and the ignition induction coil 41 may be cut off so that it does not function as an electrode. Alternatively, the electrical connection of the ignition electrode 42 may be maintained without interruption even after the ignition step.

이상과 같은 본 발명의 유도 결합 플라즈마 소스는 플라즈마 반응기(10)의 내측 플라즈마 방전실(25)에 전체적으로 마그네틱 코어(31)가 위치하게 되어 플라즈마에 결합되는 유도 결합 에너지의 전달 효율이 매우 높아서 고밀도의 플라즈마를 안정적으로 발생 유지할 수 있다. 그럼으로 대형의 피처리 작업물을 처리하기 위해서 제공되는 넓은 볼륨의 플라즈마 처리 챔버에 적합하다. 또는 여러 장의 피처리 기판을 동시에 처리하기 위한 플라즈마 처리 챔버에도 적합하다.In the inductively coupled plasma source of the present invention as described above, the magnetic core 31 is generally located in the inner plasma discharge chamber 25 of the plasma reactor 10, so that the transfer efficiency of the inductively coupled energy coupled to the plasma is very high. The plasma can be generated and maintained stably. It is therefore suitable for a wide volume of plasma processing chambers provided for processing large workpieces. Or a plasma processing chamber for simultaneously processing a plurality of substrates to be processed.

도 6은 플라즈마 방전실의 환체형 구조를 따라서 가스 출구가 플라즈마 반응기 몸체에 구성된 에를 보여주는 단면도이다.6 is a cross-sectional view showing an e-gas outlet formed in the plasma reactor body along the annular structure of the plasma discharge chamber.

도 6을 참조하여, 일 변형에 따른 플라즈마 반응기(10)의 반응기 몸체(20)를 수평으로 뉘어서 설치하고, 가스 출구(50)는 플라즈마 방전실(25)의 환체형 구조를 따라서 다수를 형성될 수 있다. 또는 환체형 구조를 따라서 전체적으로 환형 구조의 개구부로 구성될 수도 있다. 이와 같은 가스 출구(50)는 넓은 볼륨을 갖는 플라즈마 프로세스에서 대면적의 플라즈마를 넓고 균일하게 제공하기 위한 경우 유용하게 사용될 수 있다.Referring to FIG. 6, the reactor body 20 of the plasma reactor 10 according to one variation is installed horizontally, and the gas outlets 50 are formed along the annular structure of the plasma discharge chamber 25. Can be. Or it may consist of an opening of an annular structure as a whole along the annular structure. Such a gas outlet 50 may be usefully used to provide a large and uniform plasma of a large area in a plasma process having a large volume.

도 7은 플라즈마 반응기가 프로세스 챔버에 탑재된 예를 보여주는 도면이다.7 shows an example in which a plasma reactor is mounted in a process chamber.

도 7을 참조하여, 플라즈마 반응기(10)는 프로세스 챔버(60)에 장착되어 원격으로 프로세스 챔버(60)로 플라즈마를 공급한다. 예를 들어, 프로세스 챔버(60)의 천정 외측에 장착될 수 있다. 플라즈마 반응기(10)는 전원 공급원인 무선 주파수 발생기(70)로부터 무선 주파수를 제공받고, 가스 공급 시스템(미도시)에 의해 가스를 공급받아 활성 가스를 발생한다.Referring to FIG. 7, the plasma reactor 10 is mounted in the process chamber 60 to supply plasma to the process chamber 60 remotely. For example, it may be mounted outside the ceiling of the process chamber 60. The plasma reactor 10 receives a radio frequency from a radio frequency generator 70 which is a power source and receives gas by a gas supply system (not shown) to generate an active gas.

프로세스 챔버(60)는 플라즈마 반응기(10)에서 발생된 활성 가스를 수용하여 소정의 플라즈마 처리를 수행한다. 프로세스 챔버(60)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.The process chamber 60 receives an active gas generated in the plasma reactor 10 and performs a predetermined plasma treatment. The process chamber 60 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(70)는 분리된 구조를 갖는다. 즉, 플라즈마 반응기(10)는 프로세스 챔버(60)에 장착 가능한 고정형으로 구성되고, 무선 주파수 발생기(70)는 플라즈마 반응기(10)와 분리 가능한 분리형으로 구성된다. 그리고 무선 주파수 발생기(70)의 출력단과 플라즈마 반응기(10)의 무선 주파수 입력단은 무선 주파수 케이블(72)에 의해 상호 원격으로 연결된다. 그럼으로 종래와 같이 무선 주파수 발생기와 플라즈마 반응기가 하나의 유닛으로 구성되는 것과 달리 프로세스 챔버(60)에 매우 용이하게 설치할 수 있으며 시스템의 유지 관리 효율을 높일 수 있다.In particular, the plasma reactor 10 and the radio frequency generator 70 as a power supply source for supplying radio frequencies have a separate structure. That is, the plasma reactor 10 is configured to be mounted to the process chamber 60, and the radio frequency generator 70 is configured to be separated from the plasma reactor 10. The output terminal of the radio frequency generator 70 and the radio frequency input terminal of the plasma reactor 10 are remotely connected to each other by a radio frequency cable 72. Therefore, unlike the conventional radio frequency generator and the plasma reactor is composed of a single unit it can be installed very easily in the process chamber 60 and can improve the maintenance efficiency of the system.

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 내장 마그네틱 코어를 갖는 유도 결합 플라즈마 소스에 의하면, 플라즈마 반응기의 내측 플라즈마 방전실에 전체적으로 마그네틱 코어가 위치하게 되어 플라즈마에 결합되는 유도 결합 에너지의 전달 효율이 매우 높아서 고밀도의 플라즈마를 안정적으로 발생 유지할 수 있다. 그럼으로 대형의 피처리 작업물을 처리하기 위해서 제공되는 넓은 볼륨의 플라즈마 처리 챔버에 적합하다. 또는 여러 장의 피처리 기판을 동시에 처리하기 위한 플라즈마 처리 챔버에도 적합하다.According to the inductively coupled plasma source having a built-in magnetic core of the present invention as described above, the magnetic core is located in the inner plasma discharge chamber of the plasma reactor as a whole, the transfer efficiency of the inductively coupled energy coupled to the plasma is very high, so that the high density plasma It can keep generating stably. It is therefore suitable for a wide volume of plasma processing chambers provided for processing large workpieces. Or a plasma processing chamber for simultaneously processing a plurality of substrates to be processed.

Claims (14)

환체형의 플라즈마 방전실 제공하는 반응기 몸체;A reactor body providing a ring-shaped plasma discharge chamber; 플라즈마 방전실의 내부에 환체형 구조를 따라 내장되어 폐쇄된 자속 경로를 제공하는 환체형 마그네틱 코어와 일차 권선을 갖는 변압기;A transformer having an annular magnetic core and a primary winding provided inside the plasma discharge chamber along an annular structure to provide a closed magnetic flux path; 환체형 마그네틱 코어를 플라즈마 방전실에 노출되지 않도록 전체적으로 감싸 보호하는 코어 보호 튜브;A core protection tube that wraps and protects the annular magnetic core from being exposed to the plasma discharge chamber; 플라즈마 방전실에 설치되는 점화용 전극;An ignition electrode installed in the plasma discharge chamber; 플라즈마 방전실의 측벽에서 코어 보호 튜브로 연장되어 연결되는 하나 이상의 스포크; 및One or more spokes extending from the sidewalls of the plasma discharge chamber to the core protection tube; And 일차 권선에 전기적으로 연결되는 전원 공급원을 포함하며,A power source electrically connected to the primary winding, 전원 공급원에 의해 일차 권선의 전류가 구동되고, 일차 권선의 구동 전류는 변압기의 이차 회로를 완성하는 유도 결합된 플라즈마를 형성하는 플라즈마 방전실 내측의 AC 전위(AC potential)를 유도하며,The current source of the primary winding is driven by the power source, and the driving current of the primary winding induces an AC potential inside the plasma discharge chamber which forms an inductively coupled plasma that completes the secondary circuit of the transformer, 유도 결합된 플라즈마는 환체형 마그네틱 코어의 중심을 따라 코어 보호 튜브의 외측을 감싸도록 환체형 플라즈마 방전실에 형성되는 유도 결합 플라즈마 소스.The inductively coupled plasma source is formed in the annular plasma discharge chamber to surround the outside of the core protection tube along the center of the annular magnetic core. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 환체형 마그네틱 코어에 권선되어 점화 전극에 전기적으로 연결되는 점화용 유도 코일을 포함하는 유도 결합 플라즈마 소스.2. The inductively coupled plasma source of claim 1 comprising an induction coil for ignition wound around an annular magnetic core and electrically connected to the ignition electrode. 제1항에 있어서, 코어 보호 튜브는 유전체 물질을 포함하는 유도 결합 플라즈마 소스.The inductively coupled plasma source of claim 1, wherein the core protection tube comprises a dielectric material. 제1항에 있어서, 코어 보호 튜브는 금속 물질을 포함하고, 금속 물질은 에디 전류를 최소화하기 위하여 금속 물질 내에서 전기적 불연속성을 갖도록 하는 하나 이상의 전기적 절연 영역을 포함하는 유도 결합 플라즈마 소스.The inductively coupled plasma source of claim 1, wherein the core protection tube comprises a metal material and the metal material includes one or more electrically insulating regions to have electrical discontinuities in the metal material to minimize eddy currents. 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 반응기 몸체는 금속 물질을 포함하고, 금속 물질은 에디 전류를 최소화하기 위하여 금속 물질 내에서 전기적 불연속성을 갖게 하는 하나 이상의 전기적 절연 영역을 포함하는 유도 결합 플라즈마 소스.7. The induction according to claim 5, wherein the reactor body comprises a metallic material and the metallic material comprises at least one electrically insulating region which makes the electrical discontinuity in the metallic material to minimize eddy currents. Combined plasma source. 제1항에 있어서, 코어 보호 튜브의 내측으로 설치되는 냉각수 공급 채널을 포함하는 유도 결합 플라즈마 소스.The inductively coupled plasma source of claim 1 comprising a coolant supply channel installed inwardly of the core protection tube. 제1항에 있어서, 마그네틱 코어의 중심부를 통해서 형성되는 냉각수 공급 채널을 포함하는 유도 결합 플라즈마 소스.The inductively coupled plasma source of claim 1 comprising a coolant supply channel formed through a central portion of the magnetic core. 제1항에 있어서, 전원 공급원과 일차 권선 사이에 구성되어 임피던스 정합을 수행하는 임피던스 정합 회로를 포함하는 유도 결합 플라즈마 소스.2. The inductively coupled plasma source of claim 1 comprising an impedance matching circuit configured between the power supply and the primary winding to perform impedance matching. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 반응기 몸체는 프로세스 챔버에 탑재 가능한 구조를 갖고, 전원 공급원은 반응기 몸체와 물리적으로 분리된 구조를 가고,The method of claim 1, wherein the reactor body has a structure that can be mounted in the process chamber, the power source is a structure that is physically separated from the reactor body, 전원 공급원과 반응기 몸체는 연결 케이블로 원격으로 연결되는 유도 결합 플라즈마 소스.An inductively coupled plasma source in which the power source and the reactor body are connected remotely by connecting cables. 삭제delete
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