KR101314666B1 - 하이브리드 플라즈마 반응기 - Google Patents

하이브리드 플라즈마 반응기 Download PDF

Info

Publication number
KR101314666B1
KR101314666B1 KR1020110124717A KR20110124717A KR101314666B1 KR 101314666 B1 KR101314666 B1 KR 101314666B1 KR 1020110124717 A KR1020110124717 A KR 1020110124717A KR 20110124717 A KR20110124717 A KR 20110124717A KR 101314666 B1 KR101314666 B1 KR 101314666B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hybrid
plasma
reactor
electrodes
reactor body
Prior art date
Application number
KR1020110124717A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130058788A (ko
Inventor
최대규
Original Assignee
최대규
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 최대규 filed Critical 최대규
Priority to KR1020110124717A priority Critical patent/KR101314666B1/ko
Priority to US13/687,067 priority patent/US9451686B2/en
Publication of KR20130058788A publication Critical patent/KR20130058788A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101314666B1 publication Critical patent/KR101314666B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32091Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being capacitively coupled to the plasma
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/46Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082Radio frequency generated discharge
    • H01J37/321Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/32458Vessel
    • H01J37/32467Material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/32458Vessel
    • H01J37/32522Temperature
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/3266Magnetic control means
    • H01J37/32669Particular magnets or magnet arrangements for controlling the discharge
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/46Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H05H1/4645Radiofrequency discharges
    • H05H1/4652Radiofrequency discharges using inductive coupling means, e.g. coils
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/46Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H05H1/4645Radiofrequency discharges
    • H05H1/466Radiofrequency discharges using capacitive coupling means, e.g. electrodes
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H2242/00Auxiliary systems
    • H05H2242/20Power circuits
    • H05H2242/26Matching networks

Abstract

본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기는 플라즈마 방전 공간과 가스 입구 및 가스 출구를 갖는 반응기 몸체, 상기 반응기 몸체를 사이에 두고 대향되어 설치되며 원턴 이상의 전류 경로를 제공하여 상기 플라즈마 방전 공간에 형성되는 플라즈마와 유도적 및 용량적으로 결합되는 제1 및 제2 하이브리드 전극을 갖는 하이브리드 플라즈마 소스, 및 상기 제1 및 제2 하이브리드 전극으로 플라즈마 발생 전력을 공급하는 교류 스위칭 전원 공급원을 포함한다. 본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기는 용량 결합 플라즈마와 유도 결합 플라즈마를 혼합적으로 발생할 수 있음으로 저압 영역에서 고압 영역까지 폭넓은 동작 영역을 갖는다. 또한 저압 영역에서도 쉽게 플라즈마 점화를 발생하고 유지하며 고압 영역에서도 반응기 내부 손상 없이 대용량의 플라즈마를 생성할 수 있다. 그럼으로 공정 챔버에서 진행되는 다양한 공정 조건의 특성의 변경에 상관없이 공정 챔버에서 처리되는 공정에 적절히 대응해 나갈 수 있다.

Description

하이브리드 플라즈마 반응기{HYBRIDE PLASMA REACTOR}
본 발명은 플라즈마 방전에 의하여 이온, 자유 래디컬, 원자 및 분자를 포함하는 활성 가스를 발생 시키고 그 활성 가스로 고체, 분말, 가스 등에 대한 플라즈마 처리를 하기 위한 플라즈마 반응기에 관한 것으로, 구체적으로는 유도 결합 플라즈마 및 용량 결합 플라즈마를 복합적으로 플라즈마 발생하는 하이브리드 플라즈마 반응기에 관한 것이다.
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, 에싱 등 다양하게 사용되고 있다.
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. 플라즈마를 이용한 반도체 제조 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.
한편, 원격 플라즈마 반응기(또는 원격 플라즈마 발생기라 칭함)는 변압기 결합 플라즈마 소스(transformer coupled plasma)를 사용한 것과 유도 결합 플라즈마 소스(inductively coupled plasma source)를 사용한 것이 있다. 변압기 결합 플라즈마 소스(transformer coupled plasma source)를 사용한 원격 플라즈마 반응기는 토로이달 구조의 반응기 몸체에 일차 권선 코일을 갖는 마그네틱 코어가 장착된 구조를 갖는다. 유도 결합 플라즈마 소스를 사용한 원격 플라즈마 반응기는 중공형 튜브 구조의 반응기 몸체에 유도 결합 안테나가 장착된 구조를 갖는다.
변압기 결합 플라즈마 소스를 갖는 원격 플라즈마 반응기의 경우에는 그 특성상 비교적 고압 분위기에서 동작하기 때문에 저압 분위기에서는 플라즈마 점화나 점화된 플라즈마를 유지하기가 어렵다. 유도 결합 플라즈마 플라즈마 소스를 갖는 원격 플라즈마 반응기의 경우에는 그 특성상 비교적 저압 분위기에서 동작이 가능하나 고압 분위기에서 동작하기 위해서는 공급 전력을 높게 하여야 하나 이러한 경우 반응기 몸체의 내부가 이온 충격에 의해 손상될 수도 있다.
그러나, 반도체 제조 공정의 다양한 요구에 따라 저압 또는 고압에서 효율적으로 동작하는 원격 플라즈마 반응기가 요구되고 있으나 결합 플라즈마 소스나 유도 결합 플라즈마 소스 중 어느 하나를 채용한 종래의 원격 플라즈마 반응기는 적절하게 대응할 수 없었다.
본 발명의 목적은 저압 영역에서 고압 영역까지 폭넓은 동작 영역을 갖도록 유도 결합 플라즈마와 용량 결합 플라즈마를 혼합적으로 발생할 수 있는 하이브리드 플라즈마 반응기를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 저압 영역에서도 쉽게 플라즈마 점화를 발생하고 유지하며 고압 영역에서도 반응기 내부 손상 없이 대용량의 플라즈마를 생성할 수 있도록 유도 결합 플라즈마와 용량 결합 플라즈마를 혼합적으로 발생할 수 있는 하이브리드 플라즈마 반응기를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 하이브리드 플라즈마 반응기에 관한 것이다. 본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기는 플라즈마 방전 공간과 가스 입구 및 가스 출구를 갖는 반응기 몸체, 상기 반응기 몸체를 사이에 두고 대향되어 설치되며 원턴 이상의 전류 경로를 제공하여 상기 플라즈마 방전 공간에 형성되는 플라즈마와 유도적 및 용량적으로 결합되는 제1 및 제2 하이브리드 전극을 갖는 하이브리드 플라즈마 소스, 및 상기 제1 및 제2 하이브리드 전극으로 플라즈마 발생 전력을 공급하는 교류 스위칭 전원 공급원을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 하이브리드 전극에 의해 제공되는 원턴 이상의 전류 경로에 의해 형성되는 자기장을 집속하기 위한 마그네틱 코어를 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 반응기 몸체는 중공의 환형 구조를 갖는다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 하이브리드 전극 사이에 설치되는 절연 부재를 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 반응기 몸체는 유전체 물질로 구성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 하이브리드 전극은 전기적으로 상호 연결된다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 하이브리드 전극은 전기적으로 상호 연결되지 않은다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 하이브리드 전극 사이에 연결되는 스위칭 회로를 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 하이브리드 전극 사이에 연결되는 인덕터 또는 커패시터를 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 하이브리드 전극 사이에 연결되는 저항을 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 또는 제2 하이브리드 전극은 냉각 채널을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 또는 제2 하이브리드 전극은 원턴 이상의 전류 경로를 형성하는 다수개의 중첩된 전극판을 포함한다.
본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기는 용량 결합 플라즈마와 유도 결합 플라즈마를 혼합적으로 발생할 수 있음으로 저압 영역에서 고압 영역까지 폭넓은 동작 영역을 갖는다. 또한 저압 영역에서도 쉽게 플라즈마 점화를 발생하고 유지하며 고압 영역에서도 반응기 내부 손상 없이 대용량의 플라즈마를 생성할 수 있다. 그럼으로 공정 챔버에서 진행되는 다양한 공정 조건의 특성의 변경에 상관없이 공정 챔버에서 처리되는 공정에 적절히 대응해 나갈 수 있다.
도 1은 본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기와 이를 구비한 플라즈마 처리 시스템의 전반적인 구성을 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기의 사시도이다.
도 3은 도 2의 하이브리드 플라즈마 반응기의 A-A선 및 B-B선 단면도이다.
도 4는 도 2의 하이브리드 플라즈마 반응기의 분해 사시도이다.
도 5는 내지 도 8은 하이브리드 전극의 전기적 연결 구조 및 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10은 하이브리드 전극의 변형예를 보여주는 도면이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기와 이를 구비한 플라즈마 처리 시스템의 전반적인 구성을 보여주는 블록도이다.
도 1을 참조하여, 본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기(10)(이하, 플라즈마 반응기로 약칭함)는 공정 챔버(40)의 외부에 설치되어 원격으로 플라즈마를 공정 챔버(40)로 공급한다. 플라즈마 반응기(10)는 하이브리드 플라즈마 소스(20)를 구비한다. 하이브리드 플라즈마 소스(20)는 플라즈마 반응기(10)에서 생성되는 플라즈마와 유도적 및 용량적으로 결합되는 제1 및 제2 하이브리드 전극(22, 23)을 구비한다. 플라즈마 반응기(10)는 하이브리드 플라즈마 소스(20)에 의해 유도 결합된 플라즈마와 용량 결합된 플라즈마를 혼합적으로 발생함으로서 1 torr 이하의 저기압에서부터 10 torr 이상의 고기압에 이르기 까지 넓은 범위의 기압 조건에서 안정적으로 플라즈마를 발생할 수 있다. 플라즈마 반응기(10)는 플라즈마 방전 공간을 제공하는 반응기 몸체(11)를 구비한다. 반응기 몸체(11)는 가스 입구(12)와 가스 출구(16)를 갖는다. 가스 출구(16)는 어뎁터(48)를 통하여 공정 챔버(40)의 챔버 가스 입구(47)에 연결된다. 플라즈마 반응기(10)에서 발생된 플라즈마 가스는 어뎁터(48)를 통하여 공정 챔버(40)로 공급된다.
구체적인 설명은 후술되겠지만, 플라즈마 반응기(10)에 구비되는 제1 및 제2 하이브리드 전극(22, 23)은 반응기 몸체(11)를 사이에 두고 반응기 몸체(11)의 좌, 우측에 대향되도록 설치된다. 제1 및 제2 하이브리드 전극(22, 23)은 용량적으로 결합되어 용량 결합 플라즈마를 형성한다. 또한 제1 및 제2 하이브리드 전극(22, 23)에는 단전 구간에 의해 원턴 이상의 전류 경로가 형성되므로 반응기 몸체(11)의 내부 플라즈마 방전 공간에 유도적 플라즈마를 형성한다. 그리고 제1 및 제2 하이브리드 전극(22, 23)에 의해 형성되는 원턴 이상의 전류 경로에 의해서 유도되는 자기장의 집속 효율을 높이기 위해 마그네틱 코어(26)가 설치될 수 있다. 즉, 제1 및 제2 하이브리드 전극(22, 23)은 용량적 결합을 위한 전극으로서의 기능과 유도적 결합을 위한 안테나 코일로서의 기능이 복합된 구조를 갖는다.
공정 챔버(40)는 내부에 피처리 기판(44)을 지지하는 기판 지지대(42)가 구비된다. 기판 지지대(42)는 임피던스 정합기(74)를 통하여 하나 이상의 바이어스 전원 공급원(70, 72)에 전기적으로 연결될 수 있다. 어뎁터(48)는 전기적 절연을 위한 절연 구간을 구비할 수 있으며, 과열을 방지하기 위한 냉각 채널을 구비할 수 있다. 공정 챔버(40)는 내부에 기판 지지대(42)와 챔버 가스 입구(47) 사이에 플라즈마 가스 분배를 위한 배플(46)을 구비한다. 배플(46)은 챔버 가스 입구(47)를 통하여 유입된 플라즈마 가스가 균일하게 분배되어 피처리 기판으로 확산되게 한다. 피처리 기판(44)은 예를 들어, 반도체 장치를 제조하기 위한 실리콘 웨이퍼 기판 또는 액정 디스플레이나 플라즈마 디스플레이 등의 제조를 위한 유리 기판이다.
하이브리드 플라즈마 소스(20)는 전원 공급원(30)으로부터 무선 주파수를 공급받아 동작한다. 전원 공급원(30)은 하나 이상의 스위칭 반도체 장치를 구비하여 무선 주파수를 발생하는 교류 스위칭 전원 공급원(AC switching power supply)(32)과 제어 회로(power control circuit)(33) 및 전압 공급원(31)을 포함한다. 하나 이상의 스위칭 반도체 장치는 예를 들어, 하나 이상의 스위칭 트랜지스터를 포함한다. 전압 공급원(31)은 외부로 부터 입력되는 교류 전압을 정전압으로 변환하여 교류 스위칭 전원 공급원(32)으로 공급한다. 교류 스위칭 전원 공급원(32)은 제어 회로(33)의 제어를 받아 동작하며 무선 주파수를 발생한다.
제어 회로(33)는 교류 스위칭 전원 공급원(32)의 동작을 제어하여 무선 주파수의 전압 및 전류를 제어한다. 제어 회로(33)의 제어는 하이브리드 플라즈마 소스(20)와 반응기 몸체(11)의 내부에서 발생되는 하이브리드 플라즈마 중 적어도 하나와 관련된 전기적 또는 광학적 파라미터 값에 기초하여 이루어진다. 이를 위하여 제어 회로(33)는 전기적 또는 광학적 파라미터 값을 측정하기 위한 측정 회로가 구비된다. 예를 들어, 플라즈마의 전기적 및 광학적 파라미터를 측정하기 위한 측정 회로는 전류 프로브와 광학 검출기를 포함한다. 하이브리드 플라즈마 소스(20)의 전기적 파라미터를 측정하기 위한 측정 회로는 하이브리드 플라즈마 소스(20)의 구동 전류, 구동 전압, 평균 전력과 최대 전력, 전압 공급원(31)에서 발생된 전압 등을 측정한다.
제어 회로(33)는 측정 회로를 통하여 관련된 전기적 또는 광학적 파라미터 값을 지속적으로 모니터링하고 측정된 값과 정상 동작에 기준한 기준 값과 비교하면서 교류 스위칭 전원 공급원(32)을 제어하여 무선 주파수의 전압 및 전류를 제어한다. 구체적으로 도시하지는 않았으나 전원 공급원(30)에는 비정상적인 동작 환경에 의해 발생될 수 있는 전기적 손상을 방지하기 위한 보호회로가 구비된다. 전원 공급원(30)은 플라즈마 처리 시스템의 전반을 제어하는 시스템 제어부(60)와 연결된다. 전원 공급원(30)은 플라즈마 반응기(10)의 동작 상태 정보를 시스템 제어부(60)로 제공한다. 시스템 제어부(60)는 플라즈마 처리 시스템의 동작 과정 전반을 제어하기 위한 제어 신호를 발생하여 플라즈마 반응기(10)와 공정 챔버(40)의 동작을 제어한다.
플라즈마 반응기(10)와 전원 공급원(30)은 물리적으로 분리된 구조를 갖는다. 즉, 플라즈마 반응기(10)와 전원 공급원(30)은 무선 주파수 공급 케이블(35)에 의해서 상호 전기적으로 연결된다. 이러한 플라즈마 반응기(10)와 전원 공급원(30)의 분리 구조는 유지 보수와 설치의 용이성을 제공한다. 그러나 플라즈마 반응기(10)와 전원 공급원(30)이 일체형 구조로 제공될 수도 있다.
본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기(10)는 제1 및 제2 하이브리드 전극(22, 23)이 갖는 용량 결합 전극으로서의 기능에 의해 초기점화된다. 그럼으로 플라즈마 반응기(10)에는 별도의 점화 회로를 구비하지 않을 수 있다. 플라즈마 반응기(10)에 별도의 점화 회로를 구비하지 않음으로 회로 구성이 간략화된다. 또한 종래에 점화 회로를 반응기 몸체(11)의 내부에 구비하게되는 경우 발생되었던 점화 과정에서 발생되는 오염을 줄일 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기(10)는 용량 결합 및 유도 결합 플라즈마를 발생할 수 있는 구조를 갖기 때문에 1 torr 이하의 저압 조건에서나 10 torr 이상의 고압 조건에서도 플라즈마 점화를 유지한다. 종래에 변압기 결합 플라즈마 소스만 사용한 플라즈마 반응기의 경우 저압 조건에서는 플라즈마 점화 유지가 어려운 반면 본 발명의 플라즈마 반응기(10)는 저압 조건에서 고압 조건에서도 모두 플라즈마 점화 유지가 가능함으로 폭넓은 기압 조건에서 동작할 수 있는 특징을 갖는다.
이러한 동작 특징은 공정 챔버(40)에서 진행되는 공정과 관련하여 유용하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 공정 챔버(40)가 기판 처리 공정을 진행하는 경우와 자제 세정 공정을 진행하는 경우 등 다양한 공정 특성에 따라 플라즈마 반응기(10)의 기압 조건이 달라 질 수 있다. 이때, 플라즈마 반응기(10)는 기압 조건의 변경에 상관없이 공정 챔버(40)에서 처리되는 공정에 적절히 대응해 나갈 수 있다.
도 2는 본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기의 사시도이고, 도 3은 도 2의 하이브리드 플라즈마 반응기의 A-A선 및 B-B선 단면도이다. 그리고 도 4는 도 2의 하이브리드 플라즈마 반응기의 분해 사시도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 플라즈마 반응기(10)는 플라즈마 방전 공간과 가스 입구(12) 및 가스 출구(16)를 갖는 반응기 몸체(11)를 구비한다. 반응기 몸체(11)는 중공의 환형 구조를 갖고 상부에 가스 입구(12)가 하부에 가스 출구(16)가 구비된다. 제1 및 제2 하이브리드 전극(22, 23)은 반응기 몸체(11)를 사이에 두고 대향되어 설치된다. 제1 및 제2 하이브리드 전극(22, 23)은 각기 별도의 절연 커버(24, 25)에 의해 감싸여진다. 절연 커버(24, 25)는 제1 및 제2 하이브리드 전극(22, 23) 사이의 절연 부재로서 기능한다. 제1 및 제2 하이브리드 전극(22, 23)은 원턴 이상의 전류 경로를 제공하도록 구조화되어 있다. 예를 들어, 제1 하이브리드 전극(22)은 일정 구간이 단절된 원판형 도넛 구조를 갖는다. 제2 하이브리드 전극(23)은 제1 하이브리드 전극과 유사하게 일정 구간이 단절된 원판형 도넛 구조를 갖되 반응기 몸체(11)를 부분적으로 감싸도록 구조화된다. 마그네틱 코어(26)는 제1 및 제2 하이브리드 전극(22, 23)이 제공하는 전류 경로에 의해서 형성되는 자기장을 집속하도록 반응기 몸체(11)의 외부를 전체적으로 감싸도록 마그네틱 코어(26)가 커버 구조를 갖고 장착된다.
반응기 몸체(11)는 예를 들어, 석영과 같은 유전체 물질로 구성될 수 있다. 또는 적절한 대체재료를 사용하여 구성할 수도 있다. 제1 및 제2 하이브리드 전극(22, 23)은 과열 방지를 위하여 내부에 냉각 채널(27)이 구비된다. 또는 반응기 몸체(11)를 덮는 별도의 냉각 커버가 구비되거나 플라즈마 반응기(10)의 적절한 부분에 별도의 냉각 채널을 구성할 수도 있다. 반응기 몸체(11)의 상부에는 가스 입구(12)가 구비되고, 하부에는 가스 출구(16)가 구비된다. 가스 출구(16)는 어뎁터(48)를 통하여 공정챔버(40)에 연결된다. 가스 입구(12)를 통하여 입력되는 가스는 반응기 몸체(11)에 의해 형성되는 환형 경로를 따라서 흘러 하단의 가스 출구(16)를 통하여 공정 챔버(40)로 배기된다.
도 5는 내지 도 8은 하이브리드 전극의 전기적 연결 구조 및 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하여, 제1 하이브리드 전극(22)의 일단은 전원 공급원(30)에 연결되고, 타단은 제2 하이브리드 전극(23)의 일단에 연결된다. 제2 하이브리드 전극(23)의 타단은 접지로 연결된다. 그럼으로 전체적으로 제1 하이브리드 전극(22)과 제2 하이브리드 전극(22, 23)에 의해서 투턴의 권선 구조를 갖는다. 이때, 제1 및 제2 하이브리드 전극(22, 23) 사이에 발생되는 전위차에 의해서 제1 전기장(E1)이 반응기 몸체(11)의 플라즈마 방전 공간으로 제공된다. 이와 더불어, 제1 및 제2 하이브리드 전극(22, 23)이 제공되는 투턴의 전류 경로에 의해서 형성되는 자기장(H)은 반응기 몸체(11)가 제공하는 환형의 플라즈마 방전 공간에 제2 전기장(E2)을 형성시킨다. 그럼으로 반응기 몸체(11)의 내부 플라즈마 방전 공간에는 용량 결합 및 유도 결합된 플라즈마가 복합적으로 형성된다.
그러나, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 하이브리드 전극(22, 23)은 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이 전기적으로 연결되지 않을 수도 있다. 이러한 경우에는 순수하게 제1 및 제2 하이브리드 전극(22, 23)은 용량 결합 전극으로만 기능할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 하이브리드 전극(22, 23) 사이에 스위칭 회로(28)를 구비하여 용량 결합 전극으로만 기능하거나 또는 혼합 전극으로 기능하도록 할 수도 있다. 부가적으로, 도 8에 도시된바와 같이, 제1 및 제2 하이브리드 전극(22, 23) 사이에 커패시터(50)나 인덕터(51) 또는 저항(52)과 같은 부가 회로를 추가하여 구성할 수 있다. 이러한 부가 회로는 플라즈마 반응기(10)의 전체적인 동작 효율을 향상시키기 위하여 하나 이상 선택될 수 있다.
도 9 및 도 10은 하이브리드 전극의 변형예를 보여주는 도면이다.
도 9 및 도 10을 참조하여, 제1 및 제2 하이브리드 전극(22, 23)은 원턴 이상의 전류 경로를 형성할 수 있도록 다수개의 중첩된 전극판(22-1~22-3, 23-1~23-3)으로 구성될 수있다. 다수개의 중첩된 전극판(22-1~22-3, 23-1~23-3)을 사용하는 경우에는 각각의 전극판(22-1~22-3, 23-1~23-3) 사이에 적절한 절연 부재를 삽입하여 구성하는 것이 바람직할 수 있다. 그리고 각각의 전극판(22-1~22-3, 23-1~23-3)은 회전하는 전류 경로를 제공하도록 전기적으로 연결된다.
이상에서 설명된 본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기의 실시예는 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 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10: 하이브리드 플라즈마 반응기 11: 반응기 몸체
12: 가스 입구 16: 가스 출구
20: 하이브리드 플라즈마 소스 21: 반응기 몸체
22: 제1 하이브리드 전극 23: 제2 하이브리드 전극
24, 25: 절연 커버 26: 마그네틱 코어
27: 냉각채널 28: 스위칭회로
30: 전원 공급원 31: 전압 공급원
32: 교류 스위칭 전원 공급원 33: 스위칭 제어 회로
34: 측정 회로 35: 전원 공급 케이블
40: 공정 챔버 42: 기판 지지대
44: 피처리 기판 46: 배플
47: 챔버 가스 입구 48: 어뎁터
50: 커패시터 51: 인덕터
52: 저항 60: 시스템 제어부
62: 시스템 제어 신호 70, 72: 바이어스 전원 공급원
74: 임피던스 정합기 E1, E2: 전기장
H: 자기장

Claims (12)

  1. 플라즈마 방전 공간과 가스 입구 및 가스 출구를 갖는 반응기 몸체;
    상기 반응기 몸체의 좌측에 구비되며 단절 구간을 갖는 제1 하이브리드 전극과 상기 반응기 몸체의 우측에 구비되며 단절 구간을 갖는 제2 하이브리드 전극을 갖는 하이브리드 플라즈마 소스; 및
    상기 제1 및 제2 하이브리드 전극으로 플라즈마 발생 전력을 공급하는 교류 스위칭 전원 공급원을 포함하여,
    상기 제1 및 제2 하이브리드 전극은 용량 결합 전극으로 기능하여 플라즈마 방전 공간에 용량적 플라즈마를 형성하고, 상기 제1 및 제2 하이브리드 전극은 단절 구간에 의해 원턴 이상의 전류 경로가 형성되어 플라즈마 방전 공간에 유도 결합된 플라즈마를 형성함으로써 용량 및 유도 결합된 플라즈마를 복합적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 반응기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 하이브리드 전극에 의해 제공되는 원턴 이상의 전류 경로에 의해 형성되는 자기장을 집속하기 위한 마그네틱 코어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 반응기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반응기 몸체는 중공의 환형 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 반응기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 하이브리드 전극 사이에 설치되는 절연 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 반응기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반응기 몸체는 유전체 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 반응기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 하이브리드 전극은 전기적으로 상호 연결된 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 반응기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 하이브리드 전극은 전기적으로 상호 연결되지 않은 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 반응기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 하이브리드 전극 사이에 연결되는 스위칭 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 반응기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 하이브리드 전극 사이에 연결되는 인덕터 또는 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 반응기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 하이브리드 전극 사이에 연결되는 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 반응기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 하이브리드 전극은 냉각 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 반응기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 하이브리드 전극은 원턴 이상의 전류 경로를 형성하는 다수개의 중첩된 전극판을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 반응기.
KR1020110124717A 2011-11-28 2011-11-28 하이브리드 플라즈마 반응기 KR101314666B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110124717A KR101314666B1 (ko) 2011-11-28 2011-11-28 하이브리드 플라즈마 반응기
US13/687,067 US9451686B2 (en) 2011-11-28 2012-11-28 Hybrid plasma reactor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110124717A KR101314666B1 (ko) 2011-11-28 2011-11-28 하이브리드 플라즈마 반응기

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130058788A KR20130058788A (ko) 2013-06-05
KR101314666B1 true KR101314666B1 (ko) 2013-10-04

Family

ID=48609439

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110124717A KR101314666B1 (ko) 2011-11-28 2011-11-28 하이브리드 플라즈마 반응기

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9451686B2 (ko)
KR (1) KR101314666B1 (ko)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140137172A (ko) * 2013-05-22 2014-12-02 최대규 자기 관리 기능을 갖는 원격 플라즈마 시스템 및 이의 자기 관리 방법
US20160042916A1 (en) * 2014-08-06 2016-02-11 Applied Materials, Inc. Post-chamber abatement using upstream plasma sources
JP6559162B2 (ja) * 2015-02-10 2019-08-14 株式会社ExH 電力供給システム
JP6548991B2 (ja) * 2015-08-28 2019-07-24 株式会社ダイヘン プラズマ生成装置
KR102613232B1 (ko) * 2016-05-27 2023-12-14 (주) 엔피홀딩스 챔버블럭을 이용하여 플라즈마 점화가 가능한 플라즈마 챔버
TWI728197B (zh) 2016-10-24 2021-05-21 美商克萊譚克公司 整合至一計量及/或檢測工具中之製程模組
US11019715B2 (en) 2018-07-13 2021-05-25 Mks Instruments, Inc. Plasma source having a dielectric plasma chamber with improved plasma resistance
CN110726715A (zh) * 2018-07-16 2020-01-24 成都艾立本科技有限公司 一种基于等离子体射流固体烧蚀直接分析的装置
US10553403B1 (en) * 2019-05-08 2020-02-04 Mks Instruments, Inc. Polygonal toroidal plasma source
TWI801058B (zh) * 2021-12-23 2023-05-01 明遠精密科技股份有限公司 一種複合式電漿源及其運作方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10335097A (ja) * 1997-03-31 1998-12-18 Hitachi Ltd プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
JP2005093384A (ja) 2003-09-19 2005-04-07 Applied Materials Inc エレクトロンフラッド装置及びイオン注入装置
KR20070101067A (ko) * 2006-04-11 2007-10-16 주식회사 뉴파워 프라즈마 복합 플라즈마 소스 및 이를 이용한 가스 분리 방법
KR20120064867A (ko) * 2010-12-10 2012-06-20 주식회사 플라즈마트 플라즈마 발생 장치

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5012125A (en) * 1987-06-03 1991-04-30 Norand Corporation Shielded electrical wire construction, and transformer utilizing the same for reduction of capacitive coupling
US5017751A (en) * 1990-06-21 1991-05-21 Gte Laboratories Incorporated Inductively-coupled RF plasma torch
US5710486A (en) * 1995-05-08 1998-01-20 Applied Materials, Inc. Inductively and multi-capacitively coupled plasma reactor
US6815633B1 (en) * 1997-06-26 2004-11-09 Applied Science & Technology, Inc. Inductively-coupled toroidal plasma source
SE521904C2 (sv) * 1999-11-26 2003-12-16 Ladislav Bardos Anordning för hybridplasmabehandling
US6685803B2 (en) * 2001-06-22 2004-02-03 Applied Materials, Inc. Plasma treatment of processing gases
US6872909B2 (en) * 2003-04-16 2005-03-29 Applied Science And Technology, Inc. Toroidal low-field reactive gas and plasma source having a dielectric vacuum vessel
US7273533B2 (en) * 2003-11-19 2007-09-25 Tokyo Electron Limited Plasma processing system with locally-efficient inductive plasma coupling
US7453566B2 (en) * 2006-08-31 2008-11-18 Massachusetts Institute Of Technology Hybrid plasma element monitor
TW201330705A (zh) * 2011-09-28 2013-07-16 Mapper Lithography Ip Bv 電漿產生器
US9035553B2 (en) * 2011-11-09 2015-05-19 Dae-Kyu Choi Hybrid plasma reactor
KR101314667B1 (ko) * 2012-01-04 2013-10-04 최대규 자속 채널 결합 플라즈마 반응기
KR101364578B1 (ko) * 2012-01-10 2014-02-18 최대규 하이브리드 플라즈마 반응기
US9316213B2 (en) * 2013-09-12 2016-04-19 James Andrew Leskosek Plasma drive

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10335097A (ja) * 1997-03-31 1998-12-18 Hitachi Ltd プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
JP2005093384A (ja) 2003-09-19 2005-04-07 Applied Materials Inc エレクトロンフラッド装置及びイオン注入装置
KR20070101067A (ko) * 2006-04-11 2007-10-16 주식회사 뉴파워 프라즈마 복합 플라즈마 소스 및 이를 이용한 가스 분리 방법
KR20120064867A (ko) * 2010-12-10 2012-06-20 주식회사 플라즈마트 플라즈마 발생 장치

Also Published As

Publication number Publication date
US9451686B2 (en) 2016-09-20
US20130154480A1 (en) 2013-06-20
KR20130058788A (ko) 2013-06-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101314666B1 (ko) 하이브리드 플라즈마 반응기
KR100999182B1 (ko) 내장 변압기를 갖는 플라즈마 반응기
JP6539113B2 (ja) プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
KR101314667B1 (ko) 자속 채널 결합 플라즈마 반응기
US9293353B2 (en) Faraday shield having plasma density decoupling structure between TCP coil zones
KR101364578B1 (ko) 하이브리드 플라즈마 반응기
KR100803794B1 (ko) 마그네틱 코어 블록에 매설된 플라즈마 방전 튜브를 구비한유도 결합 플라즈마 소스
KR20180001799A (ko) 복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버
KR20130051027A (ko) 하이브리드 플라즈마 반응기
US8853948B2 (en) Multi discharging tube plasma reactor
WO2007117122A1 (en) Compound plasma source and method for dissociating gases using the same
KR101336796B1 (ko) 다중방전관을 갖는 플라즈마 반응기
KR101475502B1 (ko) 다중방전관을 갖는 플라즈마 반응기
KR20170139757A (ko) 하이브리드 플라즈마 반응기
KR100743842B1 (ko) 자속 채널에 결합된 플라즈마 챔버를 구비한 플라즈마반응기
KR100793457B1 (ko) 다중 방전실을 갖는 플라즈마 반응기
KR101364576B1 (ko) 하이브리드 플라즈마 반응기
KR101314669B1 (ko) 하이브리드 플라즈마 반응기
KR20100009614A (ko) 코어 내장실을 갖는 플라즈마 반응기
KR101336798B1 (ko) 다중 가스 공급 구조를 갖는 다중 방전관 플라즈마 반응기
KR102636459B1 (ko) 캐비티 구조를 갖는 플라즈마 반응기
KR100772447B1 (ko) 내장 마그네틱 코어를 갖는 유도 결합 플라즈마 소스
KR20130051853A (ko) 하이브리드 플라즈마 반응기
KR20160080597A (ko) 플러그인 방식의 무선 주파수 발생기 모듈을 갖는 원격 플라즈마 발생기
KR20130114284A (ko) 반전 비반전 전원 공급 구조를 갖는 용량 결합 플라즈마 챔버

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160926

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170925

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180928

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190905

Year of fee payment: 7