KR101364578B1 - 하이브리드 플라즈마 반응기 - Google Patents

하이브리드 플라즈마 반응기 Download PDF

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Abstract

본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기는 환형의 제1 플라즈마 방전 공간을 제공하는 제1 플라즈마 챔버, 상기 제1 플라즈마 방전 공간에 연결되는 제2 플라즈마 방전 공간을 제공하며 자속 채널에 결합된 제2 플라즈마 챔버, 상기 제1 플라즈마 챔버를 부분적으로 감싸며 상기 자속 채널을 형성하는 자속 출입구를 갖는 마그네틱 코어와 상기 마그네틱 코어에 권선되는 일차 권선 코일을 갖고, 상기 제1 플라즈마 방전 공간에 환형의 변압기 결합된 플라즈마와 상기 제2 플라즈마 방전 공간에 자속 채널 결합된 플라즈마를 혼합적으로 발생시키는 하이브리드 플라즈마 소스 및, 상기 일차 권선 코일로 플라즈마 발생 전력을 공급하는 교류 스위칭 전원 공급원을 포함한다. 본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기는 자속 채널 결합 플라즈마와 변압기 결합 플라즈마를 복합적으로 발생할 수 있어서 플라즈마 이온 에너지에 대한 제어 능력이 높고, 저압 영역에서 고압 영역까지 폭넓은 동작 영역을 갖는다. 또한 복수개의 자속 채널을 반응기 몸체의 내부에 형성하여 자속 채널 결합 플라즈마를 발생함으로 플라즈마 이온 에너지에 대한 제어 능력이 높고 고압 영역에서도 반응기 내부 손상 없이 대용량의 플라즈마를 생성할 수 있으며 대용량으로의 확장이 용이한 구조를 갖는다.

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 자속 채널 결합 플라즈마와 변압기 결합 플라즈마를 복합적으로 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 변압기 결합 플라즈마 소스나 유도 결합 플라즈마 소스 중 어느 하나를 채용한 종래의 원격 플라즈마 반응기는 적절하게 대응할 수 없었다.
본 발명의 목적은 플라즈마 이온 에너지에 대한 제어 능력이 높고, 대면적의 처리 능력을 갖는 확장성이 용이한 자속 채널 결합 플라즈마와 변압기 결합 플라즈마를 복합적으로 발생할 수 있는 하이브리드 플라즈마 반응기를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 저압 영역에서 고압 영역까지 폭넓은 동작 영역을 갖도록 자속 채널 결합 플라즈마와 변압기 결합 플라즈마를 복합적으로 발생할 수 있는 하이브리드 플라즈마 반응기를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 저압 영역에서도 쉽게 플라즈마 점화를 발생하고 유지하며 고압 영역에서도 반응기 내부 손상 없이 대용량의 플라즈마를 생성할 수 있도록 자속 채널 결합 플라즈마와 변압기 결합 플라즈마를 복합적으로 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 환형의 제1 플라즈마 방전 공간을 제공하는 제1 플라즈마 챔버; 상기 제1 플라즈마 방전 공간에 연결되는 제2 플라즈마 방전 공간을 제공하며 자속 채널에 결합된 제2 플라즈마 챔버; 상기 제1 플라즈마 챔버를 부분적으로 감싸며 상기 자속 채널을 형성하는 자속 출입구를 갖는 마그네틱 코어와 상기 마그네틱 코어에 권선되는 일차 권선 코일을 갖고, 상기 제1 플라즈마 방전 공간에 환형의 변압기 결합된 플라즈마와 상기 제2 플라즈마 방전 공간에 자속 채널 결합된 플라즈마를 혼합적으로 발생시키는 하이브리드 플라즈마 소스; 및 상기 일차 권선 코일로 플라즈마 발생 전력을 공급하는 교류 스위칭 전원 공급원을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 플라즈마 챔버는 전도체 물질 또는 절연체 물질을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 플라즈마 챔버는 유전체 물질을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 플라즈마 챔버는 와류 발생을 차단하기 위한 하나 이상의 전기적 절연 영역을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 플라즈마 챔버 및 제2 플라즈마 챔버의 온도 조절을 위한 냉각 채널을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 플라즈마 챔버 또는 상기 제2 플라즈마 챔버에 연결되는 가스 입구와 상기 제1 플라즈마 챔버 또는 상기 제2 플라즈마 챔버에 연결되는 가스 출구를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 플라즈마 챔버는 전도체 물질을 포함하고, 전기적으로 접지된다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 플라즈마 챔버는 상기 제1 플라즈마 챔버의 환형 구조 내측으로 위치한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 플라즈마 챔버는 상기 제1 플라즈마 챔버의 환형 구조 외측으로 위치한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 플라즈마 챔버와 상기 제2 플라즈마 챔버가 사이에 구성되는 진공절연 부재를 포함한다.
본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기는 자속 채널 결합 플라즈마와 변압기 결합 플라즈마를 복합적으로 발생할 수 있어서 플라즈마 이온 에너지에 대한 제어 능력이 높고, 저압 영역에서 고압 영역까지 폭넓은 동작 영역을 갖는다. 또한 복수개의 자속 채널을 반응기 몸체의 내부에 형성하여 자속 채널 결합 플라즈마를 발생함으로 플라즈마 이온 에너지에 대한 제어 능력이 높고 고압 영역에서도 반응기 내부 손상 없이 대용량의 플라즈마를 생성할 수 있으며 대용량으로의 확장이 용이한 구조를 갖는다.
도 1은 본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기와 이를 구비한 플라즈마 처리 시스템의 전반적인 구성을 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 플라즈마 반응기의 외관을 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 2의 하이브리드 플라즈마 반응기의 내부 구조를 보여주기 위한 부분 단면 사시도이다.
도 4는 도 2의 하이브리드 플라즈마 반응기의 분해 사시도이다.
도 5는 도 2의 하이브리드 플라즈마 반응기의 수직 단면도이다.
도 6은 도 2의 하이브리드 플라즈만 반응기의 수평 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 플라즈마 반응기의 외관을 보여주는 사시도이다.
도 8은 도 7의 하이브리드 플라즈마 반응기의 내부 구조를 보여주기 위한 부분 단면 사시도이다.
도 9는 도 7의 하이브리드 플라즈마 반응기의 분해 사시도이다.
도 10은 도 7의 하이브리드 플라즈마 반응기의 수직 단면도이다.
도 11은 도 7의 하이브리드 플라즈만 반응기의 수평 단면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 플라즈마 반응기의 수직 단면도이다.
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(이하, 플라즈마 반응기로 약칭함)(10)은 공정 챔버(40)의 외부에 설치되어 원격으로 플라즈마를 공정 챔버(40)로 공급한다. 플라즈마 반응기(10)는 환형의 제1 플라즈마 방전 공간을 제공하는 제1 플라즈마 챔버(11)와 제1 플라즈마 방전 공간에 연결되는 제2 플라즈마 방전 공간을 제공하며 자속 채널에 결합된 제2 플라즈마 챔버(13)로 구성되는 반응기 몸체를 구비한다. 반응기 몸체는 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. 본 발명의 플라즈마 반응기(10)는 자속 채널 결합 플라즈마와 변압기 결합 플라즈마를 혼합적으로 발생함으로서 1torr 이하의 저기압에서부터 10torr 이상의 고기압에 이르기 까지 넓은 범위의 기압 조건에서 안정적으로 플라즈마를 발생할 수 있다.
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 제1 및 제2 플라즈마 챔버(11, 13)의 내부에서 발생되는 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 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 플라즈마 반응기의 외관을 보여주는 사시도이고, 도 3은 도 2의 하이브리드 플라즈마 반응기의 내부 구조를 보여주기 위한 부분 단면 사시도이다. 그리고 도 4 내지 도 6은 도 2의 플라즈마 반응기의 분해 사시도, 수직 단면도, 및 수평 단면도이다.
도 2 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 플라즈마 반응기(10)는 환형의 제1 플라즈마 방전 공간(15)을 제공하는 제1 플라즈마 챔버(11)와 제1 플라즈마 방전 공간에 연결되는 제2 플라즈마 방전 공간(14)을 제공하며 자속 채널에 결합된 제2 플라즈마 챔버(13)로 구성되는 반응기 몸체를 구비한다. 제2 플라즈마 챔버(13)는 제1 플라즈마 챔버(11)의 환형 구조의 외측 양쪽에 대칭되게 두 개로 나뉘어 구성된다. 가스 입구(12)와 가스 출구(16)는 제1 플라즈마 챔버(11)의 상부와 하부에 구성된다. 가스 입구(12)와 가스 출구(16)는 제2 플라즈마 챔버(13)에 구성될 수도 있다. 도면에는 도시하지 않았으나, 제1 플라즈마 챔버(11)와 제2 플라즈마 챔버(13)는 진공 절연 부재에 이해서 연결되어 밀봉된다.
하이브리드 플라즈마 소스(20)는 자속 채널을 형성하는 자속 출입구를 갖는 마그네틱 코어(26)와 마그네틱 코어(26)에 권선된 일차 권선 코일(22)을 구비한다. 마그네틱 코어(26)는 크게 두 개의 그룹으로 나뉘어 제1 플라즈마 챔버(11)를 부분적으로 감싸며 자속 출입구 사이에 제2 플라즈마 챔버(13)가 결합되도록 위치한다. 그럼으로 제2 플라즈마 챔버(13)에 결합되는 자속 채널의 자기장(H1)에 의해 유도되는 전기장(E1)에 의해서 제2 플라즈마 방전 공간에 자속 채널 결합된 플라즈마가 발생된다. 이와 더불어 제1 플라즈마 챔버(11)의 제1 플라즈마 방전 공간에 형성되는 전기장(E2)에 의해서 환형의 변압기 결합된 플라즈마가 혼합적으로 발생된다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 플라즈마 반응기의 외관을 보여주는 사시도이고, 도 8은 도 7의 하이브리드 플라즈마 반응기의 내부 구조를 보여주기 위한 부분 단면 사시도이다. 그리고 그리고 도 9 내지 도 11은 도 7의 플라즈마 반응기의 분해 사시도, 수직 단면도, 및 수평 단면도이다.
도 7 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 하이브리드 플라즈마 반응기(10a)는 환형의 제1 플라즈마 방전 공간(15)을 제공하는 제1 플라즈마 챔버(11)와 제1 플라즈마 방전 공간에 연결되는 제2 플라즈마 방전 공간(14)을 제공하며 자속 채널에 결합된 제2 플라즈마 챔버(13a)로 구성되는 반응기 몸체를 구비한다. 제2 플라즈마 챔버(13a)는 제1 플라즈마 챔버(11)의 환형 구조 내측에 위치한다. 가스 입구(12)와 가스 출구(16)는 제1 플라즈마 챔버(11)의 상부와 하부에 구성된다. 가스 입구(12)와 가스 출구(16)는 제2 플라즈마 챔버(13a)에 구성될 수도 있다. 도면에는 도시하지 않았으나, 제1 플라즈마 챔버(11)와 제2 플라즈마 챔버(13a)는 진공 절연 부재에 이해서 연결되어 밀봉된다.
하이브리드 플라즈마 소스(20)는 자속 채널을 형성하는 자속 출입구를 갖는 마그네틱 코어(26)와 마그네틱 코어(26)에 권선된 일차 권선 코일(22)을 구비한다. 마그네틱 코어(26)는 크게 두 개의 그룹으로 나뉘어 제1 플라즈마 챔버(11)를 부분적으로 감싸며 자속 출입구 사이에 제2 플라즈마 챔버(13a)가 결합되도록 위치한다. 그럼으로 제2 플라즈마 챔버(13a)에 결합되는 자속 채널의 자기장(H1)에 의해 유도되는 전기장(E1)에 의해서 제2 플라즈마 방전 공간에 자속 채널 결합된 플라즈마가 발생된다. 이와 더불어 제1 플라즈마 챔버(11)의 제1 플라즈마 방전 공간에 형성되는 전기장(E2)에 의해서 환형의 변압기 결합된 플라즈마가 혼합적으로 발생된다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 플라즈마 반응기의 수직 단면도이다.
도 12를 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 플라즈마 반응기(10b)는 상술한 실시예들과 동일한 구성을 갖는다. 다만, 또 다른 실시예의 플라즈마 반응기( 10b)는 제1 플라즈마 챔버(11)의 환형 구조가 원형 구조를 갖는 것과 제2 플라즈마 챔버(13b)가 완만한 원호 구조를 갖고 제1 플라즈마 챔버(11)의 양측으로 장착된다. 그리고 이러한 구조에 적합하도록 마그네틱 코어(26)의 구조가 변경된 것이다.
이와 같이, 본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기(10, 10a, 10b)는 일차 권선(22)을 갖는 마그네틱 코어(26)로 구성되는 하이브리드 플라즈마 소스(20, 20a, 20b)에 의해서 제1 플라즈마 챔버(11)에는 변압기 결합된 플라즈마를 발생하고, 이와 더불어 제2 플라즈마 챔버(13)에는 자속 채널 결합된 플라즈마를 복합적으로 발생한다.
그럼으로 본 발명의 하이브리드 플라즈마 반응기(10, 10a, 10b)는 자속 채널 결합 플라즈마와 변압기 결합 플라즈마를 복합적으로 발생할 수 있어서 플라즈마 이온 에너지에 대한 제어 능력이 높고, 저압 영역에서 고압 영역까지 폭넓은 동작 영역을 갖는다. 또한 복수개의 자속 채널을 반응기 몸체의 내부에 형성하여 자속 채널 결합 플라즈마를 발생함으로 플라즈마 이온 에너지에 대한 제어 능력이 높고 고압 영역에서도 반응기 내부 손상 없이 대용량의 플라즈마를 생성할 수 있으며 대용량으로의 확장이 용이한 구조를 갖는다.
제1 플라즈마 챔버(11)는 전도체 물질 또는 절연체 물질로 구성될 수 있다. 다만, 제1 플라즈마 챔버(11)가 전도체 물질로 구성되는 경우에는 하이브리드 플라즈마 소스(20, 20a, 20b)에 의해서 제1 플라즈마 챔버(11)에 와류가 형성될 수 있음으로 이를 차단하기 위한 전기적 절연 영역(19)을 구성하는 것이 바람직하다. 제1 플라즈마 챔버(11)가 전도체 물질로 구성되는 경우 전기적으로 접지되는 것이 바람직할 수 있다. 제2 플라즈마 챔버(13, 13a)는 자속 채널에 결합됨으로 유전체 물질로 제작되는 것이 바람직하다.
구체적인 설명은 하지 않았으나, 플라즈마 반응기(10, 19a, 10b)는 온도 제어를 위한 냉각 채널을 구비한다. 냉각 채널은 과열 방지를 위해 플라즈마 반응기(10, 10a, 10b)의 적절한 곳에 설치된다. 예를 들어, 제1 플라즈마 챔버(11) 또는 제2 플라즈마 챔버(13)에 설치될 수 있다. 또는 별도의 냉각 채널을 구비하기 위한 부품을 추가적으로 설치할 수도 있다.
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: 하이브리드 플라즈마 반응기
11: 제1 플라즈마 챔버 13, 13a: 제2 플라즈마 챔버
12: 가스 입구 14: 제2 플라즈마 방전 공간
15: 제1 플라즈마 방전 공간 16: 가스 출구
17: 개구부 19: 절연구간
20, 20a: 하이브리드 플라즈마 소스
22: 일차 권선 코일 26: 마그네틱코어
30: 전원 공급원 31: 전압 공급원
32: 교류 스위칭 전원 공급원 33: 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
60: 시스템 제어부 62: 시스템 제어 신호
70, 72: 바이어스 전원 공급원 74: 임피던스 정합기
E1, E2: 전기장 H1: 자기장

Claims (10)

  1. 환형의 제1 플라즈마 방전 공간을 제공하는 제1 플라즈마 챔버;
    상기 제1 플라즈마 방전 공간에 연결되는 제2 플라즈마 방전 공간을 제공하며 자속 채널에 결합된 제2 플라즈마 챔버;
    상기 제1 플라즈마 챔버를 부분적으로 감싸며 상기 자속 채널을 형성하는 자속 출입구를 갖는 마그네틱 코어와 상기 마그네틱 코어에 권선되는 일차 권선 코일을 갖고, 상기 제1 플라즈마 방전 공간에 환형의 변압기 결합된 플라즈마와 상기 제2 플라즈마 방전 공간에 자속 채널 결합된 플라즈마를 혼합적으로 발생시키는 하이브리드 플라즈마 소스; 및
    상기 일차 권선 코일로 플라즈마 발생 전력을 공급하는 교류 스위칭 전원 공급원을 포함하고,
    상기 제1 플라즈마 챔버는 전도체 물질 또는 절연체 물질을 포함하며,
    상기 제2 플라즈마 챔버는 유전체 물질을 포함하는 하이브리드 플라즈마 반응기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 플라즈마 챔버는 와류 발생을 차단하기 위한 하나 이상의 전기적 절연 영역을 포함하는 하이브리드 플라즈마 반응기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 플라즈마 챔버 및 제2 플라즈마 챔버의 온도 조절을 위한 냉각 채널을 포함하는 하이브리드 플라즈마 반응기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 플라즈마 챔버 또는 상기 제2 플라즈마 챔버에 연결되는 가스 입구와 상기 제1 플라즈마 챔버 또는 상기 제2 플라즈마 챔버에 연결되는 가스 출구를 포함하는 하이브리드 플라즈마 반응기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 플라즈마 챔버는 전도체 물질을 포함하고, 전기적으로 접지되는 하이브리드 플라즈마 반응기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 플라즈마 챔버는 상기 제1 플라즈마 챔버의 환형 구조 내측으로 위치하는 하이브리드 플라즈마 반응기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 플라즈마 챔버는 상기 제1 플라즈마 챔버의 환형 구조 외측으로 위치하는 하이브리드 플라즈마 반응기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 플라즈마 챔버와 상기 제2 플라즈마 챔버가 사이에 구성되는 진공절연 부재를 포함하는 하이브리드 플라즈마 반응기.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101314666B1 (ko) * 2011-11-28 2013-10-04 최대규 하이브리드 플라즈마 반응기
KR101468404B1 (ko) * 2013-12-26 2014-12-03 주식회사 뉴파워 프라즈마 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 플라즈마 점화 방법
KR20140137172A (ko) * 2013-05-22 2014-12-02 최대규 자기 관리 기능을 갖는 원격 플라즈마 시스템 및 이의 자기 관리 방법
KR102528458B1 (ko) * 2015-10-30 2023-05-04 (주) 엔피홀딩스 트랜스포머 커플드 플라즈마 장비를 위한 마그네틱 코어 어셈블리
JP6746865B2 (ja) * 2016-09-23 2020-08-26 株式会社ダイヘン プラズマ生成装置
KR102203223B1 (ko) * 2019-04-02 2021-01-14 주식회사 뉴파워 프라즈마 플라즈마 반응 장치
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 (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070104696A (ko) * 2006-04-24 2007-10-29 최대규 마그네틱 코어에 결합된 다중 방전 튜브를 구비한 유도결합 플라즈마 소스
KR20080032481A (ko) * 2006-10-10 2008-04-15 주식회사 뉴파워 프라즈마 자속 채널에 결합된 기판 처리 챔버를 구비한 플라즈마반응기

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100488348B1 (ko) * 2002-11-14 2005-05-10 최대규 플라즈마 프로세스 챔버 및 시스템
JP5257917B2 (ja) * 2006-04-24 2013-08-07 株式会社ニューパワープラズマ 多重マグネチックコアが結合された誘導結合プラズマ反応器
US8624501B2 (en) * 2010-12-08 2014-01-07 Mks Instruments, Inc. Measuring and controlling parameters of a plasma generator

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070104696A (ko) * 2006-04-24 2007-10-29 최대규 마그네틱 코어에 결합된 다중 방전 튜브를 구비한 유도결합 플라즈마 소스
KR20080032481A (ko) * 2006-10-10 2008-04-15 주식회사 뉴파워 프라즈마 자속 채널에 결합된 기판 처리 챔버를 구비한 플라즈마반응기

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