KR101364576B1 - 하이브리드 플라즈마 반응기 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기는 플라즈마 방전 공간과 가스 입구 및 가스 출구를 갖는 반응기 몸체, 상기 플라즈마 방전 공간에 형성되는 플라즈마와 유도적으로 결합되는 유도 안테나와 상기 플라즈마와 변압기 결합되며 마그네틱 코어에 권선된 일차 권선 코일을 갖는 하이브리드 플라즈마 소스 및, 상기 유도 안테나와 상기 일차 권선 코일로 플라즈마 발생 전력을 공급하는 교류 스위칭 전원 공급원을 포함한다. 본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기는 유도 결합 플라즈마 소스와 변압기 결합 플라즈마 소스를 이용하여 플라즈마 방전을 유도하기 때문에 저압 영역에서 고압 영역까지 폭넓은 동작 영역을 갖는다. 유도 결합 플라즈마 소스에 의해서 저압 영역에서도 쉽게 플라즈마 점화를 발생하고 유지하며 변압기 결합 플라즈마 소스에 의해서 고압 영역에서도 반응기 내부 손상 없이 대용량의 플라즈마를 생성할 수 있다. 본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기는 두 개의 플라즈마 소스를 하나의 전원 공급원으로 효과적으로 동작시킬 수 있으며, 유도 결합 플라즈마 소스와 변압기 결합 플라즈마 소스가 혼합된 구조에서 선태적으로 어느 하나만을 구동하거나 혼합된 구동이 가능하다.
Description
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 소스와 변압기 결합 플라즈마 소스를 이용하여 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 source)를 사용한 것과 유도 결합 플라즈마 소스(inductively coupled plasma source)를 사용한 것이 있다. 변압기 결합 플라즈마 소스를 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 플라즈마 소스와 변압기 결합 플라즈마 소스가 혼합된 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 플라즈마 소스와 변압기 결합 플라즈마 소스가 혼합된 하이브리드 플라즈마 반응기를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 하나의 전원 공급원으로 효과적으로 동작하는 유도 결합 플라즈마 소스와 변압기 결합 플라즈마 소스가 혼합된 하이브리드 플라즈마 반응기를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 유도 결합 플라즈마 소스와 변압기 결합 플라즈마 소스가 혼합된 구조에서 선태적으로 어느 하나만을 구동하거나 혼합된 구동이 가능한 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 가스 입구에 권선되는 유도 안테나와 상기 플라즈마와 변압기 결합되며 마그네틱 코어에 권선된 일차 권선 코일을 갖는 하이브리드 플라즈마 소스; 및 상기 유도 안테나와 상기 일차 권선 코일로 플라즈마 발생 전력을 공급하는 교류 스위칭 전원 공급원을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마는 상기 유도 안테나에 의한 유도 결합 방전으로 초기 점화된다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마는 상기 플라즈마 방전 영역이 제1 기압 상태일 때 상기 유도 안테나에 의한 유도 결합된 플라즈마 방전에 의해 유지되고, 상기 플라즈마 방전 영역이 상기 제1 기압 보다 높은 제2 기압 상태일 때에는 상기 유도 안테나에 의한 유도 결합된 플라즈마 방전과 상기 일차 권선 코일에 의한 변압기 결합된 플라즈마 방전에 의해 유지되는 하이브리드 플라즈마 반응기.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마는 상기 플라즈마 방전 영역이 제1 기압 상태일 때 상기 유도 안테나에 의한 유도 결합된 플라즈마 방전에 의해 유지되고, 상기 플라즈마 방전 영역이 상기 제1 기압 보다 높은 제2 기압 상태일 때에는 상기 일차 권선 코일에 의한 변압기 결합된 플라즈마 방전에 의해 유지된다.
일 실시예에 있어서, 상기 유도 안테나와 상기 일차 권선 코일은 상기 교류 스위칭 전원 공급원에 직렬로 연결된다.
일 실시예에 있어서, 상기 유도 안테나와 상기 일차 권선 코일은 상기 교류 스위칭 전원 공급원에 병렬로 연결된다.
일 실시예에 있어서, 상기 반응기 몸체를 선택적으로 접지시키기 위한 스위칭 회로를 포함한다.
본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기는 유도 결합 플라즈마 소스와 변압기 결합 플라즈마 소스를 이용하여 플라즈마 방전을 유도하기 때문에 저압 영역에서 고압 영역까지 폭넓은 동작 영역을 갖는다. 유도 결합 플라즈마 소스에 의해서 저압 영역에서도 쉽게 플라즈마 점화를 발생하고 유지하며 변압기 결합 플라즈마 소스에 의해서 고압 영역에서도 반응기 내부 손상 없이 대용량의 플라즈마를 생성할 수 있다. 본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기는 두 개의 플라즈마 소스를 하나의 전원 공급원으로 효과적으로 동작시킬 수 있으며, 유도 결합 플라즈마 소스와 변압기 결합 플라즈마 소스가 혼합된 구조에서 선태적으로 어느 하나만을 구동하거나 혼합된 구동이 가능하다.
도 1은 본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기와 이를 구비한 플라즈마 처리 시스템의 전반적인 구성을 보여주는 블록도이다.
도 2a는 본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기의 점화 과정을 그래프로 보여주는 도면이다.
도 2b는 본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기의 동작 특징을 그래프로 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 플라즈마 반응기의 외관을 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 3의 하이브리드 플라즈마 반응기의 유도 결합 플라즈마 소스에 대한 분해 조립 사시도이다.
도 5는 도 3의 하이브리드 플라즈마 반응기의 단면도이다.
도 6은 판형 유도 안테나를 탑재한 하이브리드 플라즈마 반응기의 부분 분해 조립 사이도이다.
도 7은 도 6의 판형 유도 안테나의 전기적 연결 구조를 설명하기 위한 판형 유도 안테나의 사시도이다.
도 8 및 도 9는 도 6의 판형 유도 안테나의 다양한 변형 구조를 예시하는 도면이다.
도 10 내지 도 14는 도 3의 하이브리드 플라즈마 반응기의 유도 결합 플라즈마 소스와 변압기 결합 플라즈마 소소의 전기적 연결 구조의 다양한 실시예를 보여주는 도면이다.
도 15는 복수개의 유도 결합 플라즈마 소스를 구비한 변형예의 하이브리드 플라즈마 반응기의 사시도이다.
도 16은 도 15의 하이브리드 플라즈마 반응기의 복수개의 유도 결합 플라즈마 소스와 변압기 결합 플라즈마 소스의 전기적 연결 구조를 예시하는 도면이다.
도 17은 두 개의 유도 결합 플라즈마 소스와 하나의 변압기 결합 플라즈마 소스를 구비한 또 다른 변형예의 하이브리드 플라즈마 반응기의 사시도이다.
도 18은 도 17의 하이브리드 플라즈마 반응기의 단면도이다.
도 19 내지 도 22는 도 17의 하이브리드 플라즈마 반응기의 두 개의 유도 결합 플라즈마 소스와 하나의 변압기 결합 플라즈마 소스의 전기적 연결 구조의 다양한 실시예를 보여주는 도면이다.
도 23은 본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기에 있어서 반응기 몸체 위치별 내경의 상관 구조를 설명하기 위한 반응기 몸체의 개략적 단면도이다.
도 24는 본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기에 있어서 반응기 몸체 유전체 윈도우의 진공 절연을 위한 상호 연결 구조를 예시하는 도면이다.
도 25는 본 발명의 또 다른 변형예를 설명하기 위한 하이브리드 플라즈마 반응기의 단면도이다.
도 26은 도 25의 플라즈마 반응기의 위치별 전위차를 설명하기 위한 파형도이다.
도 27은 플라즈마 반응기의 내부에서 발생되는 전위차에 따라 발생되는 플라즈마 방전을 설명하기 위한 플라즈마 반응기의 부분 단면도이다.
도 28은 본 발명의 또 다른 변형예를 설명하기 위한 하이브리드 플라즈마 반응기의 단면도이다.
도 29는 도 28의 플라즈마 반응기의 회로 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 30은 도 28의 플라즈마 반응기의 위치별 전위차를 설명하기 위한 파형도이다.
도 31은 유도 안테나가 권선된 영역의 내측으로 불연속 도전 튜브를 설치한 예를 보여주는 부분 사시도 이다.
도 32는 유전체 윈도우의 내부에 불연속 도전 튜브를 설치한 예를 보여주는 부분 사시도이다.
도 33은 본 발명의 또 다른 변형예를 설명하기 위한 하이브리드 플라즈마 반응기의 사시도이다.
도 34는 본 발명의 또 다른 변형예를 설명하기 위한 하이브리드 플라즈마 반응기의 사시도이다.
도 2a는 본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기의 점화 과정을 그래프로 보여주는 도면이다.
도 2b는 본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기의 동작 특징을 그래프로 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 플라즈마 반응기의 외관을 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 3의 하이브리드 플라즈마 반응기의 유도 결합 플라즈마 소스에 대한 분해 조립 사시도이다.
도 5는 도 3의 하이브리드 플라즈마 반응기의 단면도이다.
도 6은 판형 유도 안테나를 탑재한 하이브리드 플라즈마 반응기의 부분 분해 조립 사이도이다.
도 7은 도 6의 판형 유도 안테나의 전기적 연결 구조를 설명하기 위한 판형 유도 안테나의 사시도이다.
도 8 및 도 9는 도 6의 판형 유도 안테나의 다양한 변형 구조를 예시하는 도면이다.
도 10 내지 도 14는 도 3의 하이브리드 플라즈마 반응기의 유도 결합 플라즈마 소스와 변압기 결합 플라즈마 소소의 전기적 연결 구조의 다양한 실시예를 보여주는 도면이다.
도 15는 복수개의 유도 결합 플라즈마 소스를 구비한 변형예의 하이브리드 플라즈마 반응기의 사시도이다.
도 16은 도 15의 하이브리드 플라즈마 반응기의 복수개의 유도 결합 플라즈마 소스와 변압기 결합 플라즈마 소스의 전기적 연결 구조를 예시하는 도면이다.
도 17은 두 개의 유도 결합 플라즈마 소스와 하나의 변압기 결합 플라즈마 소스를 구비한 또 다른 변형예의 하이브리드 플라즈마 반응기의 사시도이다.
도 18은 도 17의 하이브리드 플라즈마 반응기의 단면도이다.
도 19 내지 도 22는 도 17의 하이브리드 플라즈마 반응기의 두 개의 유도 결합 플라즈마 소스와 하나의 변압기 결합 플라즈마 소스의 전기적 연결 구조의 다양한 실시예를 보여주는 도면이다.
도 23은 본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기에 있어서 반응기 몸체 위치별 내경의 상관 구조를 설명하기 위한 반응기 몸체의 개략적 단면도이다.
도 24는 본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기에 있어서 반응기 몸체 유전체 윈도우의 진공 절연을 위한 상호 연결 구조를 예시하는 도면이다.
도 25는 본 발명의 또 다른 변형예를 설명하기 위한 하이브리드 플라즈마 반응기의 단면도이다.
도 26은 도 25의 플라즈마 반응기의 위치별 전위차를 설명하기 위한 파형도이다.
도 27은 플라즈마 반응기의 내부에서 발생되는 전위차에 따라 발생되는 플라즈마 방전을 설명하기 위한 플라즈마 반응기의 부분 단면도이다.
도 28은 본 발명의 또 다른 변형예를 설명하기 위한 하이브리드 플라즈마 반응기의 단면도이다.
도 29는 도 28의 플라즈마 반응기의 회로 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 30은 도 28의 플라즈마 반응기의 위치별 전위차를 설명하기 위한 파형도이다.
도 31은 유도 안테나가 권선된 영역의 내측으로 불연속 도전 튜브를 설치한 예를 보여주는 부분 사시도 이다.
도 32는 유전체 윈도우의 내부에 불연속 도전 튜브를 설치한 예를 보여주는 부분 사시도이다.
도 33은 본 발명의 또 다른 변형예를 설명하기 위한 하이브리드 플라즈마 반응기의 사시도이다.
도 34는 본 발명의 또 다른 변형예를 설명하기 위한 하이브리드 플라즈마 반응기의 사시도이다.
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 유도적으로 결합되는 유도 결합 플라즈마 소스(21)와 변압기 결합되는 변압기 결합 플라즈마 소스(25)를 구비한다. 플라즈마 반응기(10)는 하이브리드 플라즈마 소스(20)에 의해 유도 결합된 플라즈마와 변압기 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.
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.
도 2a는 본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기의 점화 과정을 그래프로 보여주는 도면이고, 도 2b는 본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기의 동작 특징을 그래프로 보여주는 도면이다.
도 2a를 참조하여, 본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기(10)는 초기 점화에서 유도 결합 플라즈마 소스(21)에 의해서 점화되고, 초기 점화 이후에는 변압기 결합 플라즈마 소스(25)에 의해서 연속 점화되는 특징을 갖는다. 그럼으로 플라즈마 반응기(10)에는 별도의 점화 회로를 구비하지 않는다. 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 있게되는 이점이 있다.
도 2b를 참조하여, 본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기(10)는 1 torr 이하의 저압 조건에서 유도 결합 플라즈마 소스(21)만 단독으로 구동하여 플라즈마 점화 상태를 유지할 수 있다. 10 torr 이상의 고압 조건에서는 유도 결합 플라즈마 소스(21)와 변압기 결합 플라즈마 소스(25)를 동시에 구동하여 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 조건에 따라 유도 결합 플라즈마 소스(21)와 변압기 결합 플라즈마 소스(25)를 선택적으로 어느 하나만 동작 시키거나 둘 다 동작 시킴으로서 공정 챔버(40)에서 처리되는 공정에 적절히 대응해 나갈 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 플라즈마 반응기의 외관을 보여주는 사시도이고, 도 4는 도 3의 하이브리드 플라즈마 반응기의 유도 결합 플라즈마 소스에 대한 분해 조립 사시도이다. 그리고 도 5는 도 3의 하이브리드 플라즈마 반응기의 단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 플라즈마 반응기(10a)는 중공형 튜브 구조의 유전체 윈도우(13)와 반응기 몸체(11)가 결합되어 하나의 연속된 환형 구조를 갖는다. 유전체 윈도우(13)의 외주연에는 유도 결합 플라즈마 소스(21)를 구성하는 유도 안테나(22)가 권선된다. 도면에는 도시하지 않았으나, 유전체 윈도우(13)와 유도 안테나(22)를 전체적으로 감싸는 중공형의 보호 튜브가 구비된다. 반응기 몸체(11)에는 변압기 결합 플라즈마 소스(25)를 구성하는 일차 권선 코일(27)을 갖는 하나 이상의 마그네틱 코어(26)가 장착된다. 도면에 도시된 바와 같이, 마그네틱 코어(26)는 링형 구조를 갖고 반응기 몸체(11)의 두 영역에 나누어 장착될 수 있다. 두 영역에 나누어 장착된 마그네틱 코어(26)에는 일차 권선 코일(27)이 공통으로 권선된다. 반응기 몸체(11)와 유전체 윈도우(13)는 진공절연링(14)을 사이에 두고 상호 결합된다.
반응기 몸체(11)는 예를 들어, 알루미늄과 같은 전도체 물질로 제작될 수 있다. 또는 석영과 같은 절연체 물질로 구성도 가능하다. 전도체 물질로 제작되는 경우에는 양극 처리된(anodized) 것을 사용하는 것이 바람직하다. 전도체 물질로 구성하는 경우 복합소재 예를 들어, 탄소나노튜브와 공유결합된 알루미늄으로 구성되는 복합소재를 사용하는 것이 매우 유용할 수 있다. 이러한 복합 소재는 기존의 알루미늄 보다 강도가 대략 3배 이상이며 강도 대비하여 중량은 경량인 특징을 갖는다. 구체적으로 도시되지는 않았으나, 반응기 몸체(11)는 과열 방지를 위하여 내부에 냉각 채널이 구비된다. 또는 반응기 몸체(11)를 덮는 별도의 냉각 커버가 구비될 수도 있다. 마그네틱 코어(26)와 일차 권선 코일(27) 그리고 유도 안테나(22) 등과 같은 전기적 부품의 과열 방지하기 위해서도 별도의 냉각 수단이 구비될 수 있다.
반응기 몸체(11)의 상부에는 가스 입구(12)가 구비되고, 하부에는 가스 출구(16)가 구비된다. 이 실시예에서는 두 개의 가스 입구(12)가 유전체 윈도우(13)의 양단에 근접하여 구비되어 있다. 가스 출구(16)는 어뎁터(48)를 통하여 공정챔버(40)에 연결된다. 두 개의 가스 입구(12)를 통하여 입력되는 가스는 반응기 몸체(11)와 유전체 윈도우(13)에 의해 형성되는 환형 경로를 따라서 흘러 하단의 가스 출구(16)를 통하여 배기된다.
유도 안테나(22)와 일차 권선 코일(27)은 전원 공급원(30)에 직렬로 연결된다. 전원 공급원(30)으로부터 무선 주파수가 유도 안테나(22)와 일차 권선 코일(27)에 공급되면 환형 경로를 따라서 흐르는 가스에 유도 기전력이 전달되어 플라즈마 방전이 개시된다. 이때, 초기 점화는 유도 안테나(22)에 의해서 유전체 윈도우(13)의 내측에 유도되는 기전력에 의해서 발생된다. 초기 점화된 이후, 마그네틱 코어(27)에 권선된 일차 권선 코일(27)에 의해 반응기 몸체(11)의 내측에 유도되는 기전력에 의해 환형 경로를 따라서 플라즈마 방전이 확산된다.
본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기(10a)는 초기 점화가 유도 결합 플라즈마 소스(21)를 구성하는 유도 안테나(22)에 의해 발생됨으로 반응기 몸체(11)의 내부에 별도의 점화 전극을 구비할 필요가 없다. 또한 유도 안테나(22)에 의해 초기 점화를 형성하기 때문에 낮는 기압 조건에서도 초기 점화 및 유지가 매우 용이하다. 또한 높은 기압 조건에서는 변압기 결합 플라즈마 소스(25)에 의해 플라즈마 방전이 연속되어지기 때문에 대용량의 플라즈마를 발생하는 것 또한 매우 용이해진다.
도 6은 판형 유도 안테나를 탑재한 하이브리드 플라즈마 반응기의 부분 분해 조립 사이도이고, 도 7은 도 6의 판형 유도 안테나의 전기적 연결 구조를 설명하기 위한 판형 유도 안테나의 사시도이다. 그리고 도 8 및 도 9는 도 6의 판형 유도 안테나의 다양한 변형 구조를 예시하는 도면이다.
도 6을 참조하여, 플라즈마 반응기(10a)에 구비되는 유도 결합 플라즈마 소스(21a)는 원통형 구조를 갖는 판형 유도 안테나(22a)로 구성될 수 있다. 판형 유도 안테나(22a)의 내측과 외측에는 각각 원통형의 유전체 윈도우(13a-1, 13a-2)가 설치된다. 원통형 구조를 갖는 판형 유도 안테나(22a)는 불연속된 원통형 구조로 도 7에 도시된 바와 같이 일단이 전원 공급원(30)에 연결되고, 타단이 일차 권선 코일(27)에 전기적으로 연결되어 단권(one turn)의 안테나로 기능한다. 또는 도 8에 도시된 바와 같이, 두 개의 판형 유도 안테나(22a-1, 22a-2)로 분리되어 복권(two turn)의 안테나로 기능하도록 할 수도 있다. 또는 도 9에 도시된 바와 같이, 판평 유도 안테나(22b)를 절연부재(23)와 함께 다수회 권취하여 복권의 안테나로 기능하도록 할 수도 있다. 이와 같이, 유도 결합 플라즈마 소스(21)를 구성하는 유도 안테나(22, 22a, 22b)는 본 발명에 기초하여 다양한 변형이 가능할 것이다.
도 10 내지 도 14는 도 3의 하이브리드 플라즈마 반응기의 유도 결합 플라즈마 소스와 변압기 결합 플라즈마 소소의 전기적 연결 구조의 다양한 실시예를 보여주는 도면이다.
도 10을 참조하여, 본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기(10)에 구비되는 유도 결합 플라즈마 소스(21)와 변압기 결합 플라즈마 소스(25)는 전원 공급원(30)으로부터 무선 주파수를 공급받아 동작한다. 유도 결합 플라즈마 소스(21)의 유도 안테나(22)와 변합기 결합 플라즈마 소스(25)의 일차 권선 코일(27)은 전원 공급원(30)에 직렬로 연결된 구조를 가질 수 있다. 전원 공급원(30)으로부터 무선 주파수가 공급되면 유도 안테나(22)에 의해 발생된 자기장(H1)으로터 반응기 몸체(11)의 내부에 유도 전기장(E1)이 발생되고, 이와 더불어 마그네틱 코어(26)에 권선된 일차 권선 코일(27)에 발생된 자기장(별도 표시하지 않음)으로부터 반응기 몸체(11)의 내부에 또 다른 유도 전기장(E2) 발생된다. 이와 같이 유도 안테나(22)와 일차 권선 코일(27)에 의해 각기 유도되는 전기장들(E1, E2)에 의해 반응기 몸체(11) 내부에 플라즈마 방전이 이루어진다.
유도 안테나(22)와 일차 권선 코일(27)이 전원 공급원(30)에 연결되는 전기적 방식은 다음과 같이 다양하게 변형 실시될 수 있다. 예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 전원 공급원(30)에 먼저 일차 권선 코일(27)이 연결되고 이어 유도 안테나(21)가 연결되는 전기적 연결 구조로 변형될 수 있다. 또는 도 12에 도시된 바와 같이, 유도 안테나(22)와 일차 권선 코일(27)은 전원 공급원(30)에 대하여 병렬로 연결될 수 있다. 또는 도 13에 도시된 바와 같이, 유도 안테나(22)와 일차 권선 코일(27)의 연결 노드에 접지로 연결되는 스위칭 회로(50)를 연결할 수도 있다. 이 경우에 있어서 스위칭 회로(50)는 연결 노드를 선택적으로 접지에 연결한다. 그럼으로 스위칭 회로(50)가 온 되어 연결 노드가 접지로 연결되는 경우에는 유도 결합 플라즈마 소스(21)만 구동되며, 오프된 경우에는 유도 결합 플라즈마 소스(21)와 변압기 결합 플라즈마 소스(25)가 동시에 구동된다. 또는 도 14에 도시된 바와 같이, 유도 안테나(22)와 일차 권선 코일(27)은 전원 공급원(30)에 대하여 각기 연결 시키는 제1 및 제2 스위칭 회로(51, 52)를 통하여 병렬로 연결될 수 있다. 이 경우에 있어서 제1 및 제2 스위칭 회로(51, 52)의 스위칭 동작에 따라서 유도 결합 플라즈마 소스(21)와 변압기 결합 플라즈마 소스(25)가 동시에 구동되거나 선택적으로 어느 하나가 구동되거나 또는 모두 구동을 정지할 수 있다.
도 15는 복수개의 유도 결합 플라즈마 소스를 구비한 변형예의 하이브리드 플라즈마 반응기의 사시도이고, 도 16은 도 15의 하이브리드 플라즈마 반응기의 복수개의 유도 결합 플라즈마 소스와 변압기 결합 플라즈마 소스의 전기적 연결 구조를 예시하는 도면이다.
도 15 및 도 16을 참조하여, 변형예에 따른 하이브리드 플라즈마 반응기(10b)는 복수개의 유도 결합 플라즈마 소스(21-1~21-4)와 하나의 변압기 결합 플라즈마 소스(25)가 구비된다. 복수개의 유도 결합 플라즈마 소스(21-1~21-4)는 반응기 몸체(11)의 여러 부분에 니뉘어 설치된 유전체 윈도우에 각기 유도 안테나(22-1~22-4)가 권선되어 구성된다. 도 16에 도시된 바와 같이, 복수개의 유도 안테나(22-1~22-4)는 각기 반응기 몸체(11)의 내부에 복수개의 전기장(E1-1~E1-4)을 유도하여 플라즈마 방전을 발생시킨다. 복수개의 유도 안테나(22-1~22-4)와 하나의 일차 권선 코일(27)은 기본적으로 직렬 연결된 구조를 예시하였으나 본 발명에 기초하여 당업자는 다양하게 변형 실시할 수 있을 것이다. 또한 어느 하나를 선택적으로 동작 시키기 위한 스우칭 회로 구성을 포함할 수도 있다.
도 17은 두 개의 유도 결합 플라즈마 소스와 하나의 변압기 결합 플라즈마 소스를 구비한 또 다른 변형예의 하이브리드 플라즈마 반응기의 사시도이고, 도 18은 도 17의 하이브리드 플라즈마 반응기의 단면도이다. 그리고 도 19 내지 도 22는 도 17의 하이브리드 플라즈마 반응기의 두 개의 유도 결합 플라즈마 소스와 하나의 변압기 결합 플라즈마 소스의 전기적 연결 구조의 다양한 실시예를 보여주는 도면이다.
도 17 및 도 18을 참조하여, 본 발명의 또 다른 변형예에 따른 하이브리드 플라즈마 반응기(10c)는 하나의 변압기 결합 플라즈마 소스(25b)와 두 개의 유도 결합 플라즈마 소스(21-1, 21-2)를 구비한 경우이다. 두 개의 유도 결합 플라즈마 소스(21-1, 21-2)는 환형 구조의 반응기 몸체(11)에 대칭적으로 설치되고 그 사이에 변압기 결합 플라즈마 소스(25b)가 설치된다. 이와 같은 구조에서 하나의 일차 권선 코일(27b)과 두 개의 유도 안테나(22-1, 22-2)의 전기적 연결 구조는 도 19 내지 도 22에 도시된 바와 같이, 직렬 또는 병렬의 다양한 전기적 연결 구조를 가질 수 있다. 또한 도면에는 도시하지 않았으나 어느 하나를 선택적으로 동작시키기 위한 스위칭 회로 구성을 포함할 수도 있다.
도 23은 본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기에 있어서 반응기 몸체 위치별 내경의 상관 구조를 설명하기 위한 반응기 몸체의 개략적 단면도이다.
도 23을 참조하여, 반응기 몸체(11)는 유전체 윈도우(13)와 연결되어 중공의 환형 경로를 제공한다. 반응기 몸체(11)의 상부에서 유입되는 가스는 분기된 상부 경로(11a)를 통하여 흘러서 하부 경로(11b)통하여 배기 경로(11c)로 합처져 최종 적으로 가스 출구(16)를 통해서 배기된다. 이때, 상부 경로(11a)의 내경(W_a)과 하부 경로(11b)의 내경(W_b) 그리고 배기 경로(W_c)의 내경(W_c)은 점차적으로 좁아지는 것이 바람직하다. 이러한 내경 비율의 변화는 반응기 몸체(11)의 내부 가스 흐름의 유속과 가스 분해 비율을 고려하여 설정할 수 있다.
도 24는 본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기에 있어서 반응기 몸체 유전체 윈도우의 진공 절연을 위한 상호 연결 구조를 예시하는 도면이다.
도 24를 참조하여, 반응기 몸체(11)와 유전체 윈도우(13)의 사이에는 적절한 진공 절연을 위한 진공 절연링(14)이 구비된다. 이때, 진공 절연링(14)은 두 개의 부재(14-1, 14-2)로 구성될 수 있다. 그 하나는 탄성 부재(14-1)이고 다른 하나는 비탄성 부재(14-2)이다. 탄성 부재(14-1)는 실질적인 진공 절연을 위해 사용되며 반응기 몸체(11)의 외부 영역에 가깝게 설치되며, 비탄성 부재(14-2)는 반응기 몸체(11)의 내부 플라즈마 방전 영역에 가깝게 설치된다. 그럼으로 탄성 부재(14-1)가 고열의 플라즈마 가스에 의해서 열화되는 것을 방지할 수 있다.
도 25는 본 발명의 또 다른 변형예를 설명하기 위한 하이브리드 플라즈마 반응기의 단면도이고, 도 26은 도 25의 플라즈마 반응기의 위치별 전위차를 설명하기 위한 파형도이다. 그리고 도 27은 플라즈마 반응기의 내부에서 발생되는 전위차에 따라 발생되는 플라즈마 방전을 설명하기 위한 플라즈마 반응기의 부분 단면도이다.
도 25를 참조하여, 또 다른 변형예에 따른 하이브리드 플라즈마 반응기(10d)는 반응기 몸체(11)를 접지로 연결한다. 반응기 몸체(11)를 접지로 연결하게 되면, 유도 안테나(22)가 위치하는 부분에서 전위차가 발생하게 된다. 무선 주파수가 공급되고 있는 유도 안테나(22)는 양단(a, b)에, 도 26a로 예시한 바와 같이 전위차가 발생한다. 그리고 도 26b에 도시된 바와 같이, 유도 안테나(22)에 근접한 반응기 몸체(11)의 상부 양단(c, d) 부분에서도 유사하게 전위차가 발생하게 된다. 이러한 전위차는 무선 주파수에 따라서 반복적으로 일어나게 된다. 그럼으로 도 27에 도시한 바와 같이, 반응기 몸체(11)의 내부에는 양단 간에 발생된 전위차에 의해(화살표로 도시한 바와 같이) 플라즈마 방전이 이루어진다.
이와 같은 플라즈마 방전은 기본적으로 유도 결합 플라즈마 소스(21)에 의한 방전과 더불어 이루어지는 것으로서 본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기(10d)의 플라즈마 점화 효율과 플라즈마 방전 유지 효율을 향상 시키는 효과를 얻을 수 있다. 도 25에 도시한 바와 같이, 별도의 스위칭 회로(80)를 접지와 반응기 몸체(11) 사이에 구성하여 반응기 몸체(11)를 선택적으로 접지로 연결되도록 할 수도 있다.
도 28은 본 발명의 또 다른 변형예를 설명하기 위한 하이브리드 플라즈마 반응기의 단면도이고, 도 29는 도 28의 플라즈마 반응기의 회로 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 30은 도 28의 플라즈마 반응기의 위치별 전위차를 설명하기 위한 파형도이다. 그리고 도 31은 유도 안테나가 권선된 영역의 내측으로 불연속 도전 튜브를 설치한 예를 보여주는 부분 사시도 이다.
도 28 및 도 29를 참조하여, 또 다른 변형예의 하이브리드 플라즈마 반응기(10e)는 변압기 결합 플라즈마 소스(25)의 일차 권선을 전원 공급원(30)에 연결하고, 마그네틱 코어(26)에 이차 권선 코일(82)을 구비한다. 이차 권선 코일(82)의 양단은 유도 결합 플라즈마 소스(21)의 유도 안테나(22c-1, 22c-1)에 연결된다. 유도 안테나(22c-1, 22c-1)는 분리된 두 영역으로 구성되는데 그 하나는 반응기 몸체(11)의 상부 일단(c)에 근접하여 위치하도록 하고, 다른 하나는 반응기 몸체(11)의 상부 다른 일단(d)에 근접하여 위치하도록 한다. 반응기 몸체(11)는 접지된다.
이와 같이 구성되면, 도 30에 도시된 바와 같이, 전원 공급원(30)으로부터 일차 권선 코일(27)에 무선 주파수가 공급되면 권선비에 따라 이차 권선 코일(82)에 유도된 전압은 유도 안테나(22c-1, 22c-2)에 인가된다. 그럼으로 유도 안테나(22)에 근접한 반응기 몸체(11)의 상부 양단(c, d) 부분에서도 유사하게 전위차가 발생하게 된다. 이러한 전위차는 무선 주파수에 따라서 반복적으로 일어나게 된다. 그럼으로 반응기 몸체(11)의 상부 내측의 양단 간에는 발생된 전위차에 의해 플라즈마 방전이 이루어진다. 이차 권선 코일(82)의 권선비를 조절함으로서 유도 안테나(22c-1, 22c-2)에 인가되는 전압은 무선 주파수보다 높게 할 수 있으며, 이는 플라즈마 초기 점화시에 점화를 용이하도록 할 수 있다.
두 개로 나뉘어진 유도 안테나(22c1-1, 22c-2)의 일단은 이차 권선 코일(82)의 양단에 연결되며, 타단은 플로팅 상태를 갖도록 구성할 수 있다. 또는 별도의 스위칭 회로(84)를 구성하여 선택적으로 접지로 연결되도록 할 수도 있다. 보다 효율을 높이기 위하여, 도 31에 도시된 바와 같이, 유도 안테나(22c-1, 22c-2)가 권선된 영역의 내측으로 불연속 도전 튜브(86)를 구성할 수 있다. 즉, 불연속 도전 튜브(86)를 유전체 위도우(13)와 유도 안테나(22c-1, 22c-2) 사이에 위치하도록 구성한다. 그리고 불연속 도전 튜브(86)와 유도 안테나(22c-1, 22c-2) 사이에는 절연 커버(88)가 구성된다. 여기서 불연속 도전 튜브(86)의 불연속의 의미는 유도 안테나(22c-1, 22c-2)에 의해서 유도되는 기전력에 의해 불연속 도전 튜브(86)내에 와류가 형성되지 않도록 끊어지는 불연속 갭(87)을 갖는 구조를 갖는 것을 의미한다. 불연속 갭(87)에는 갭 절연 부재(89)가 구성된다.
이와 같이, 불연속 도전 튜브(86)를 구성하는 경우에는 양단간의 전위차가 더욱 극명하게 발생되어 플라즈마 방전 효율을 높일 수 있다. 도 28에 도시된 바와 같이, 별도의 스위칭 회로(80)를 접지와 반응기 몸체(11) 사이에 구성하여 반응기 몸체(11)를 선택적으로 접지로 연결되도록 할 수도 있다.
불연속 도전 튜브(86)는 도 32에 도시된 바와 같이 유전체 윈도우(13)의 내부에 구성할 수도 있다. 불연속 도전 튜브(86)에 구성되는 불연속 갭(87)에는 갭 절연 부재(89)가 구성된다. 유전체 윈도우(13)의 외부에 구성되는 유도 안테나(22)는 연속된 하나의 안테나 구조일 수도 있고, 상술한 바와 같이 분리된 안테나 구조일 수도 있다. 불연속 도전 튜브(89)는 전기적으로 플로팅된 구조 또는 접지된 구조일 수 있으며, 선택적인 접지 연결을 위해 별도의 스위칭 회로를 구성할 수도 있다.
도 33은 본 발명의 또 다른 변형예를 설명하기 위한 하이브리드 플라즈마 반응기의 사시도이다.
도 33을 참조하여, 본 발명의 또 다른 변형예에 따른 하이브리드 플라즈마 반응기(10e)는 유전체 윈도우(13)가 원통형 구조를 갖지 않고, 도면에 도시된 바와 같이, 반응기 몸체(11)의 상단 일부 영역을 개구하고 그 부분을 막는 윈도우 구조를 갖는다. 도면에는 구체적인 도시는 하지 않았으나 유전체 윈도우(13)와 반응기 몸체(11) 사이에는 진공절연을 위한 절연부재가 구비된다. 반응기 몸체(11)를 도전성 부재로 구성하는 경우 반응기 몸체(11)에 와류가 형성되는 것을 방지하기 위한 하나 이상의 전기적 절연 구간(미도시)을 구비한다. 그 이외의 구성들은 상술한 여러 실시예의 구성과 동일함으로 반복된 설명은 생략한다.
도 34는 본 발명의 또 다른 변형예를 설명하기 위한 하이브리 플라즈마 반응기의 사시도이다.
도 34를 참조하여, 본 발명의 또 다른 변형예에 따른 하이브리드 플라즈마 반응기(10g)는 가스 입구(12)에 유전체 윈도우를 설치하거나 또는 가스 입구(12) 자체를 전체적으로 유전체로 구성하고 그 곳에 유도 안테나(22)를 설치한다. 이와 같이 하는 경우, 가스 입구(12)를 통해 입력되는 가스에 대한 초기 플라즈마 점화를 더욱 용이하게 할 수 있다. 도면에는 구체적으로 도시하지 않았으나, 반응기 몸체(11)를 도전성 부재로 구성하는 경우 반응기 몸체(11)에 와류가 형성되는 것을 방지하기 위한 하나 이상의 전기적 절연 구간(미도시)을 구비한다. 그 이외의 구성들은 상술한 여러 실시예의 구성과 동일함으로 반복된 설명은 생략한다.
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, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g : 하이브리드 플라즈마 반응기
11: 반응기 몸체 12: 가스 입구
13: 유전체 윈도우 14: 진공절연링
16: 가스 출구 20: 하이브리드 플라즈마 소스
21, 21a, 21-1~21-4: 유도 결합 플라즈마 소스
22, 22a, 22b, 22-1~22-4, 22c-1, 22c-2: 유도 안테나
23: 절연층 25, 25b: 변압기 결합 플라즈마 소스
26, 26b: 마그네틱코어 27, 27b: 일차 권선 코일
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, 51, 52: 스위칭회로 60: 시스템 제어부
62: 시스템 제어 신호 70, 72: 바이어스 전원 공급원
74: 임피던스 정합기 80: 스위칭 회로
82: 이차 권선 코일 84: 스위칭 회로
86: 불연속 도전 튜브 87: 불연속 갭
88: 절연 커버 89: 갭 절연 부재
E1: 유도 전기장 E1: 유도 전기장
H1: 유도 자기장 w_a, w_b, w_c: 내경
11: 반응기 몸체 12: 가스 입구
13: 유전체 윈도우 14: 진공절연링
16: 가스 출구 20: 하이브리드 플라즈마 소스
21, 21a, 21-1~21-4: 유도 결합 플라즈마 소스
22, 22a, 22b, 22-1~22-4, 22c-1, 22c-2: 유도 안테나
23: 절연층 25, 25b: 변압기 결합 플라즈마 소스
26, 26b: 마그네틱코어 27, 27b: 일차 권선 코일
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, 51, 52: 스위칭회로 60: 시스템 제어부
62: 시스템 제어 신호 70, 72: 바이어스 전원 공급원
74: 임피던스 정합기 80: 스위칭 회로
82: 이차 권선 코일 84: 스위칭 회로
86: 불연속 도전 튜브 87: 불연속 갭
88: 절연 커버 89: 갭 절연 부재
E1: 유도 전기장 E1: 유도 전기장
H1: 유도 자기장 w_a, w_b, w_c: 내경
Claims (7)
- 플라즈마 방전 공간과 가스 입구 및 가스 출구를 갖는 반응기 몸체;
상기 가스 입구에 권선되는 유도 안테나와 상기 플라즈마와 변압기 결합되며 마그네틱 코어에 권선된 일차 권선 코일을 갖는 하이브리드 플라즈마 소스; 및
상기 유도 안테나와 상기 일차 권선 코일로 플라즈마 발생 전력을 공급하는 교류 스위칭 전원 공급원을 포함하고,
상기 플라즈마는,
상기 유도 안테나에 의한 유도 결합 방전으로 초기 점화되며,
상기 플라즈마 방전 영역이 제1 기압 상태일 때 상기 유도 안테나에 의한 유도 결합된 플라즈마 방전에 의해 유지되고,
상기 플라즈마 방전 영역이 상기 제1 기압 보다 높은 제2 기압 상태일 때에는 상기 일차 권선 코일에 의한 변압기 결합된 플라즈마 방전에 의해 유지되거나 상기 유도 안테나에 의한 유도 결합된 플라즈마 방전과 상기 일차 권선 코일에 의한 변압기 결합된 플라즈마 방전에 의해 유지되는 하이브리드 플라즈마 반응기. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 유도 안테나와 상기 일차 권선 코일은 상기 교류 스위칭 전원 공급원에 직렬로 연결되는 하이브리드 플라즈마 반응기. - 제1항에 있어서,
상기 유도 안테나와 상기 일차 권선 코일은 상기 교류 스위칭 전원 공급원에 병렬로 연결되는 하이브리드 플라즈마 반응기. - 제1항에 있어서,
상기 반응기 몸체를 선택적으로 접지시키기 위한 스위칭 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 반응기.
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020110143302A KR101364576B1 (ko) | 2011-12-27 | 2011-12-27 | 하이브리드 플라즈마 반응기 |
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| KR20130075095A KR20130075095A (ko) | 2013-07-05 |
| KR101364576B1 true KR101364576B1 (ko) | 2014-02-18 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR20230135472A (ko) * | 2022-03-16 | 2023-09-25 | 주식회사 테라텍 | 트랜스 스위칭 회로를 구비한 진공 배관 플라즈마 장치 |
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-
2011
- 2011-12-27 KR KR1020110143302A patent/KR101364576B1/ko active IP Right Grant
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20130075095A (ko) | 2013-07-05 |
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