KR101446185B1 - Hgh efficiency inductively coupled plasma reactor - Google Patents

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Abstract

본 발명의 고효율 유도 결합 플라즈마 반응기는 가스 입구와 가스 출구가 구비되고 상기 가스 입구와 상기 가스 출구 사이에 방전 공간을 갖는 반응기 몸체, 상기 방전 공간의 외부에 위치해서 상기 반응기 몸체에 설치되는 제1 무선 주파수 안테나, 상기 방전 공간으로 자속 출입구가 향하도록 하여 상기 제1 무선 주파수 안테나를 덮는 제1 코어 커버, 및 제1 무선 주파수 안테나로 무선 주파수 전원을 공급하기 위한 무선 주파수 공급원을 포함한다. 본 발명의 고효율 유도 결합 플라즈마 반응기에 의하면, 코어 커버에 의해 플라즈마 방전을 위한 에너지 전달 효율을 높여서 플라즈마를 안정적으로 발생 및 유지 할 수 있으며, 플라즈마 반응기 내부의 손상을 방지할 수 있어서 반응기 수명을 길게 할 수 있는 탁월한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 반응기 몸체의 외부와 내부에 각각 무선 주파수 안테나를 구성하는 경우 가스 분해 능력을 높일 수 있으며 저전력으로 구동할 수 있어서 반응기 몸체의 손상을 더욱 방지할 수 있다.The high efficiency inductively coupled plasma reactor of the present invention comprises a reactor body having a gas inlet and a gas outlet, and having a discharge space between the gas inlet and the gas outlet, a first radio disposed at the outside of the discharge space, Frequency antenna, a first core cover covering the first radio frequency antenna with a magnetic flux entrance facing the discharge space, and a radio frequency source for supplying radio frequency power to the first radio frequency antenna. According to the high efficiency inductively coupled plasma reactor of the present invention, it is possible to stably generate and maintain the plasma by increasing the energy transfer efficiency for the plasma discharge by the core cover, to prevent the damage inside the plasma reactor, Excellent effect can be obtained. In addition, when a radio frequency antenna is formed on the outside and the inside of the reactor body, the gas decomposition ability can be enhanced and the reactor can be driven with low power, thereby further preventing damage to the reactor body.

고효율, 플라즈마, 유도 결합, 무선 주파수 High efficiency, plasma, inductively coupled, radio frequency

Description

고효율 유도 결합 플라즈마 반응기{HGH EFFICIENCY INDUCTIVELY COUPLED PLASMA REACTOR}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a high-efficiency inductively coupled plasma reactor (HGH EFFICIENCY INDUCTIVELY COUPLED PLASMA REACTOR)

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 반응기에 관한 것으로, 구체적으로는 무선 주파수 안테나를 이용한 고효율 유도 결합 플라즈마 반응기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma reactor for generating an active gas containing ions, free radicals, atoms and molecules by a plasma discharge and for performing plasma processing of solids, powders, And more particularly to a high efficiency inductively coupled plasma reactor using an antenna.

플라즈마 방전은 이온, 자유 래디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 발생하기 위한 가스 여기에 사용되고 있다. 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 집적 회로 장치, 평판 디스플레이, 태양 전지등과 같은 장치를 제조하기 위한 여러 반도체 제조 공정 예들 들어, 식각(etching), 증착(deposition), 세정(cleaning), 에싱(ashing) 등에 다양하게 사용된다.Plasma discharges are used in gas excitation to generate active gases including ions, free radicals, atoms, and molecules. The active gas is widely used in various fields and various semiconductor manufacturing processes for manufacturing devices such as an integrated circuit device, a flat panel display, a solar cell, and the like can be used, for example, etching, deposition, cleaning, ashing and so on.

최근, 반도체 장치의 제조를 위한 웨이퍼나 LCD 글라스와 같은 피처리 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 발생하기 위한 플라즈마 소스는 여러 가지가 있는데 무선 주파 수(radio frequency)를 사용하는 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.2. Description of the Related Art In recent years, wafers and substrates to be processed such as LCD glass for manufacturing semiconductor devices have become larger. Thus, there is a demand for a plasma source that has a high controllability against plasma ion energy, has a large area processing capability, and is easy to expand. There are various kinds of plasma sources for generating plasma. Capacitively coupled plasma and inductively coupled plasma using a radio frequency are typical examples. Among them, an inductively coupled plasma source is known to be suitable for obtaining a high density plasma because the ion density can be relatively easily increased with an increase in a radio frequency power source.

그러나 유도 결합 플라즈마 방식은 공급되는 에너지에 비하여 플라즈마에 결합되는 에너지가 낮아서 고전압의 구동 코일을 사용하고 있다. 그럼으로 이온 에너지가 높아서 플라즈마 반응기의 내부 표면이 이온 충격(ion bombardment)에 의해 손상되는 경우가 발생될 수 있다. 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 high-voltage driving coil because the energy to be coupled to the plasma is lower than that of the supplied energy. Thus, the ion energy may be high and the inner surface of the plasma reactor may be damaged by ion bombardment. Damage to the inner surface of the plasma reactor due to ion bombardment not only shortens the life of the plasma reactor, but also results in a negative effect acting as a plasma treatment source. When the ion energy is to be lowered, the plasma energy is low and the plasma discharge is frequently turned off. Thus, there is a problem that stable plasma maintenance becomes difficult.

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.On the other hand, it is known that the use of a remote plasma in a process using a plasma in a semiconductor manufacturing process is very useful. For example, in cleaning process chambers or in ashing processes for photoresist strips. However, as the substrate to be processed becomes larger, the volume of the process chamber is also increased, and a plasma source capable of sufficiently supplying high-density active gas remotely is required.

본 발명의 목적은 플라즈마 방전을 위한 에너지 전달 효율을 높여서 플라즈 마를 안정적으로 발생 및 유지 할 수 있는 유도 결합 플라즈마 반응기를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an inductively coupled plasma reactor capable of stably generating and maintaining plasma by enhancing energy transfer efficiency for plasma discharge.

본 발명의 다른 목적은 플라즈마 안정적으로 발생하면서도 플라즈마 반응기 내부의 손상을 방지할 수 있어서 반응기 수명을 길게 할 수 있는 유도 결합 플라즈마 반응기를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an inductively coupled plasma reactor in which damage to the inside of a plasma reactor can be prevented while generating plasma stably, thereby prolonging the life of the reactor.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 고효율 유도 결합 플라즈마 반응기에 관한 것이다. 본 발명의 고효율 유도 결합 플라즈마 반응기는: 가스 입구와 가스 출구가 구비되고 상기 가스 입구와 상기 가스 출구 사이에 방전 공간을 갖는 반응기 몸체; 상기 방전 공간의 외부에 위치해서 상기 반응기 몸체에 설치되는 제1 무선 주파수 안테나; 상기 방전 공간으로 자속 출입구가 향하도록 하여 상기 제1 무선 주파수 안테나를 덮는 제1 코어 커버; 및 제1 무선 주파수 안테나로 무선 주파수 전원을 공급하기 위한 무선 주파수 공급원을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a high efficiency inductively coupled plasma reactor. The high efficiency inductively coupled plasma reactor of the present invention comprises: a reactor body having a gas inlet and a gas outlet and having a discharge space between the gas inlet and the gas outlet; A first radio frequency antenna positioned outside the discharge space and installed in the reactor body; A first core cover covering the first radio frequency antenna with a magnetic flux outlet facing the discharge space; And a radio frequency source for supplying radio frequency power to the first radio frequency antenna.

일 실시예에 있어서, 상기 방전 공간의 외부에 위치해서 상기 반응기 몸체에 설치되는 제2 무선 주파수 안테나와 상기 방전 공간으로 자속 출입구가 향하도록 하여 상기 제2 무선 주파수 안테나를 덮는 제2 코어 커버를 포함한다.In one embodiment, a second radio frequency antenna is disposed outside the discharge space and installed in the reactor body, and a second core cover covering the second radio frequency antenna with a magnetic flux outlet facing the discharge space do.

일 실시예에 있어서, 상기 무선 주파수 전원 공급원으로부터 공급되는 전원을 상기 제1 및 제2 무선 주파수 안테나로 분배하는 분배 회로를 포함한다.In one embodiment, a distribution circuit is provided for distributing power supplied from the radio frequency power source to the first and second radio frequency antennas.

일 실시예에 있어서, 상기 반응기 몸체의 내부에 설치되는 제2 무선 주파수 안테나; 상기 반응기 몸체의 내부에 구성되고 상기 제2 무선 주파수 안테나가 설치 되는 내부 안테나 장착실; 및 상기 내부 안테나 장착실의 내부에서 상기 방전 공간을 향하여 상기 제2 무선 주파수 안테나를 덮는 제2 코어 커버를 포함한다.In one embodiment, a second radio frequency antenna is installed inside the reactor body; An inner antenna mounting space formed in the reactor body and having the second radio frequency antenna installed therein; And a second core cover covering the second radio frequency antenna toward the discharge space inside the internal antenna mounting room.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 코어 커버와 상기 제2 코어 커버의 각각의 자속 출입구가 마주 대향되게 상호 정렬된다.In one embodiment, the flux cores of the first core cover and the second core cover are mutually aligned so as to face each other.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 무선 주파수 안테나는 상기 무선 주파수 공급원에 직렬 또는 병렬로 연결된다.In one embodiment, the first and second radio frequency antennas are connected in series or in parallel to the radio frequency source.

일 실시예에 있어서, 상기 무선 주파수 전원 공급원으로부터 공급되는 전원을 상기 제1 및 제2 무선 주파수 안테나로 분배하는 분배 회로를 포함한다.In one embodiment, a distribution circuit is provided for distributing power supplied from the radio frequency power source to the first and second radio frequency antennas.

일 실시예에 있어서, 상기 반응기 몸체는 절연체 물질을 포함한다.In one embodiment, the reactor body comprises an insulator material.

일 실시예에 있어서, 상기 내부 안테나 장착실은 절연체 물질을 포함한다.In one embodiment, the inner antenna mount room comprises an insulator material.

일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 반응기의 과열을 방지하기 위한 냉각수 공급 채널을 포함한다.In one embodiment, a cooling water supply channel is provided to prevent overheating of the plasma reactor.

일 실시예에 있어서, 상기 가스 출구에 연결되며 상기 방전 공간에서 발생된 활성 가스를 받아들이는 공정 챔버를 포함한다.In one embodiment, the process chamber includes a processing chamber connected to the gas outlet and adapted to receive an active gas generated in the discharge space.

일 실시예에 있어서, 상기 반응기 몸체와 상기 무선 주파수 공급원은 분리된 구조를 갖는다.In one embodiment, the reactor body and the radio frequency source have a separate structure.

본 발명의 고효율 유도 결합 플라즈마 반응기에 의하면, 코어 커버에 의해 플라즈마 방전을 위한 에너지 전달 효율을 높여서 플라즈마를 안정적으로 발생 및 유지 할 수 있으며, 플라즈마 반응기 내부의 손상을 방지할 수 있어서 반응기 수명 을 길게 할 수 있는 탁월한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 반응기 몸체의 외부와 내부에 각각 무선 주파수 안테나를 구성하는 경우 가스 분해 능력을 높일 수 있으며 저전력으로 구동할 수 있어서 반응기 몸체의 손상을 더욱 방지할 수 있다.According to the high efficiency inductively coupled plasma reactor of the present invention, it is possible to stably generate and maintain the plasma by increasing the energy transfer efficiency for the plasma discharge by the core cover, to prevent the damage inside the plasma reactor, Excellent effect can be obtained. In addition, when a radio frequency antenna is formed on the outside and the inside of the reactor body, the gas decomposition ability can be enhanced and the reactor can be driven with low power, thereby further preventing damage to the reactor body.

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 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.For a better understanding of the present invention, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention may be modified into various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described in detail below. The present embodiments are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention. Therefore, the shapes and the like of the elements in the drawings can be exaggeratedly expressed to emphasize a clearer description. It should be noted that in the drawings, the same members are denoted by the same reference numerals. Detailed descriptions of well-known functions and constructions which may be unnecessarily obscured by the gist of the present invention are omitted.

도 1은 본 발명의 유도 결합 플라즈마 반응기가 설치된 공정 챔버의 사시도이다.1 is a perspective view of a process chamber equipped with the inductively coupled plasma reactor of the present invention.

도 1을 참조하여, 본 발명의 유도 결합 플라즈마 반응기(20)는 공정 챔버(10)에 장착되어 원격으로 플라즈마 방전에 의한 활성 가스를 공정 챔버(10)로 공급한다. 공정 챔버(10)의 내부에는 피처리 기판이 놓이는 기판 지지대(미도시)가 구비되며, 진공 펌프(미도시)에 연결되는 가스 출구(미도시)가 구비된다. 공정 챔버(10)는 플라즈마 반응기(20)에서 발생된 활성 가스를 수용하여 소정의 플라즈 마 처리를 수행한다. 공정 챔버(10)는 유입되는 활성 가스를 균일한 확산 분배를 위하여 내측 상부에 배플 평판(보이지 않음)이 설치될 수 있다. 플라즈마 처리는 예를 들어, 반도체 장치의 제조를 위한 증착, 식각, 에싱, 및 세정 등의 반도체 제조 공정의 어느 하나이다. 피처리 기판은 예를 들어, 반도체 장치, 평판 디스플레이 장치, 태양전지 등과 같은 다양한 장치들의 제조를 위한 웨이퍼 기판, 유리 기판, 플라스틱 기판 등과 같은 기판들이다.Referring to FIG. 1, an inductively coupled plasma reactor 20 of the present invention is mounted in a process chamber 10 to remotely supply an active gas to the process chamber 10 by plasma discharge. Inside the process chamber 10, a substrate support (not shown) on which a substrate to be processed is placed, and a gas outlet (not shown) connected to a vacuum pump (not shown) are provided. The process chamber 10 receives the active gas generated in the plasma reactor 20 and performs a predetermined plasma treatment. The process chamber 10 may be provided with a baffle plate (not shown) on the inside upper portion for uniform diffusion distribution of the incoming active gas. Plasma processing is one of semiconductor manufacturing processes such as deposition, etching, ashing, and cleaning for manufacturing semiconductor devices, for example. The substrate to be processed is, for example, a substrate such as a wafer substrate, a glass substrate, a plastic substrate, or the like for manufacturing various devices such as a semiconductor device, a flat panel display device, a solar cell and the like.

도 2는 하나의 무선 주파수 안테나가 장착된 유도 결합 플라즈마 반응기의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of an inductively coupled plasma reactor equipped with one radio frequency antenna.

도 2를 참조하여, 본 발명의 유도 결합 플라즈마 반응기(20)는 가스 입구(22)와 가스 출구(23)가 구비되고 그 사이에 방전 공간(28)을 갖는 반응기 몸체(21)를 구비한다. 반응기 몸체(21)와 방전 공간(28)은 원통형 구조를 갖는다. 그러나 다른 구조로도 실시될 수 있을 것이다. 반응기 몸체(21)는 예를 들어, 석영, 세라믹과 같은 절연체 물질로 제작된다. 그러나 알루미늄, 스테인리스, 구리와 같은 금속 물질을 포함할 수 있으며, 코팅된 금속 예를 들어, 양극 처리된 알루미늄이나 니켈 도금된 알루미늄을 포함할 수도 있다. 또는 내화 금속(refractory metal)을 포함할 수 있으며 의도된 프로세스가 수행되기에 적합한 다른 물질을 포함할 수 있다.2, the inductively coupled plasma reactor 20 of the present invention has a reactor body 21 having a gas inlet 22 and a gas outlet 23 and a discharge space 28 therebetween. The reactor body 21 and the discharge space 28 have a cylindrical structure. However, other structures may be used. The reactor body 21 is made of an insulator material such as, for example, quartz, ceramic. However, it may include metallic materials such as aluminum, stainless steel, copper, and may also include coated metals such as anodized aluminum or nickel plated aluminum. Or refractory metal, and may include other materials suitable for the intended process to be performed.

반응기 몸체(21)에는 방전 공간(28)의 외부에 위치해서 무선 주파수 안테나(25)가 설치된다. 무선 주파수 안테나(25)는 반응기 몸체(21)에 나선 구조로 일회 이상 권선된 설치 구조를 가질 수 있다. 무선 주파수 안테나(25)는 코어 커 버(24)에 의해서 덮여진다. 코어 커버(24)는 방전 공간(28)으로 자속 출입구가 향하도록 하여 무선 주파수 안테나(25)를 덮는다. 무선 주파수 공급원(30)은 무선 주파수 안테나(24)로 무선 주파수 전원을 공급한다. 무선 주파수 공급원(30)은 별도의 임피던스 정합기 없이 출력 전압의 제어가 가능한 전원 공급원으로 하나 이상의 스위칭 반도체 장치를 포함한다. 그러나 별도의 임피던스 정압기를 구비하는 무선 주파수 공급원을 사용하여 구성할 수도 있다. 플라즈마 방전을 초기에 유도하기 위하여 반응기 몸체(21)에는 방전 공간(28)을 향하는 점화 전극(미도시)과 점화 전원(미도시)이 구비될 수 있다. 또는 점화 전극은 구비되지 않을 수도 있는데 무선 주파수 공급원(30)의 전력 공급을 제어하여 초기 플라즈마 방전을 유도할 수도 있다.A radio frequency antenna (25) is installed in the reactor body (21) outside the discharge space (28). The radio frequency antenna 25 may have a mounting structure that is wound on the reactor body 21 more than once in a spiral structure. The radio frequency antenna 25 is covered by a core cover 24. The core cover 24 covers the radio frequency antenna 25 with the magnetic flux outlet facing the discharge space 28. A radio frequency source (30) supplies radio frequency power to a radio frequency antenna (24). The radio frequency source 30 includes at least one switching semiconductor device as a power source capable of controlling the output voltage without a separate impedance matcher. However, it may be constructed using a radio frequency source having a separate impedance transformer. The reactor body 21 may be provided with an ignition electrode (not shown) and an ignition power source (not shown) facing the discharge space 28 in order to induce a plasma discharge at an early stage. Or an ignition electrode may not be provided, but may control the power supply of the radio frequency source 30 to induce an initial plasma discharge.

코어 커버(24)는 방전 공간(28)을 향하도록 하여 무선 주파수 안테나(25)를 따라서 설치된다. 그럼으로 무선 주파수 안테나(25)에 의해 유도되는 자속(27)은 코어 커버(24)에 의해 강하게 집속되어 방전 공간(28)으로 전달된다. 무선 주파수 안테나(25)가 코어 커버(24)에 의해 덮여 있음으로 자속의 손실은 최대한 방지된다. 코어 커버(24)는 페라이트로 제작되지만 다른 대안의 재료로 제작될 수 도 있다. 코어 커버(24)는 말편자 형상의 페라이트 코어 조각들을 조립하여 구성할 수 있다. 여러 개의 조각을 사용하여 구성하는 경우에는 각 조각의 조립면에 절연 물질과 같은 비자성 스페이서를 삽입하여 연결할 수 있다. 무선 주파수 안테나(25)와 방전실 몸체(21)의 사이에는 선택적으로 패러데이 쉴드가 구성될 수 있다. 도면에 구체적으로 도시되지 않았지만, 플라즈마 반응기(20)는 반응기 몸체(21)와 무 선 주파수 안테나(25) 및 코어 커버(24)의 과열을 방지하기 위한 냉각 채널을 구비한다. 냉각 채널은 반응기 몸체(21)에 구성되거나 무선 주파수 안테나(25)를 냉각수가 흐를 수 있는 튜브 구조로 구성할 수도 있다.The core cover 24 is installed along the radio frequency antenna 25 so as to face the discharge space 28. So that the magnetic flux 27 induced by the radio frequency antenna 25 is strongly focused by the core cover 24 and is transferred to the discharge space 28. Since the radio frequency antenna 25 is covered by the core cover 24, loss of magnetic flux is prevented as much as possible. The core cover 24 is made of ferrite but may be made of other alternative materials. The core cover 24 can be constructed by assembling pieces of ferrite core pieces in the shape of a horseshoe. In the case of using multiple pieces, a non-magnetic spacer such as an insulating material may be inserted and connected to the assembly surface of each piece. A Faraday shield may be optionally formed between the radio frequency antenna 25 and the discharge chamber body 21. [ Although not specifically shown in the figure, the plasma reactor 20 has a cooling channel for preventing overheating of the reactor body 21, the radio frequency antenna 25 and the core cover 24. [ The cooling channel may be configured in the reactor body 21 or the radio frequency antenna 25 may be constructed in a tubular structure through which cooling water can flow.

플라즈마 반응기(20)의 가스 입구를 통하여 가스 공급원(미도시)으로부터 공정 가스가 유입되고, 무선 주파수 공급원(30)으로부터 무선 주파수 전원이 무선 주파수 안테나(25)로 공급되어 구동되면 방전 공간(28)으로 유도 기전력이 전달된다. 이때, 무선 주파수 안테나(25)에 의해 유도되는 자속(27)은 코어 커버(24)에 의해 강하게 집속되기 때문에 자속 손실이 최대한 절감되어 에너지 전달 효율이 높아진다. 그럼으로 플라즈마를 안정적으로 발생 및 유지할 수 있다. 또한, 코어 커버(24)에 의해 유도 기전력이 반응기 몸체(21)의 전반에 걸쳐서 균일하게 분포하게 됨으로 반응기 몸체(21)의 내부 손상을 방지할 수 있어서 플라즈마 반응기(10)의 수명을 길게 할 수 있다.When the process gas is supplied from the gas supply source (not shown) through the gas inlet of the plasma reactor 20 and the radio frequency power is supplied from the radio frequency source 30 to the radio frequency antenna 25 and driven, The induced electromotive force is transmitted. At this time, since the magnetic flux 27 induced by the radio frequency antenna 25 is strongly focused by the core cover 24, the magnetic flux loss is minimized and the energy transfer efficiency is increased. Thus, the plasma can be stably generated and maintained. In addition, since the core cover 24 uniformly distributes the induced electromotive force across the entire reactor body 21, it is possible to prevent internal damage of the reactor body 21, thereby prolonging the life of the plasma reactor 10 have.

도 3은 병렬 무선 주파수 안테나가 장착된 유도 결합 플라즈마 반응기의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of an inductively coupled plasma reactor equipped with a parallel radio frequency antenna.

도 3을 참조하여, 플라즈마 반응기(20)에는 두 개의 제1 및 제2 무선 주파수 안테나(25-1, 25-2)가 병렬로 장착될 수 있다. 그리고 두 개의 제1 및 제2 코어 커버(24-1, 24-2)가 각각 제1 및 제2 무선 주파수 안테나(25-1, 25-2)를 덮도록 설치된다. 제1 및 제2 무선 주파수 안테나(25-1, 25-2)는 분배 회로(32)를 통해서 무선 주파수 공급원(30)으로 제공되는 무선 주파수 전원을 분배 받아서 병렬로 구동된다. 분배 회로(32)는 무선 주파수 전원을 제1 및 제2 무선 주파수 안테나(25- 1, 25-2)로 분배할 때 각각 균일한 분배가 이루어지도록 전류균형을 위한 기능회로를 포함할 수 있다. 이와 같이, 플라즈마 반응기(20)는 효율을 높이기 위하여 둘 이상의 무선 주파수 안테나를 사용하고 이를 병렬로 구동되도록 할 수 있으며, 무선 주파수 안테나의 권선되는 밀도를 권선 구간에서 서로 다르게 할 수 도 있을 것이다.Referring to FIG. 3, two first and second radio frequency antennas 25-1 and 25-2 may be mounted in parallel in the plasma reactor 20. The two first and second core covers 24-1 and 24-2 are installed so as to cover the first and second radio frequency antennas 25-1 and 25-2, respectively. The first and second radio frequency antennas 25-1 and 25-2 are distributed in parallel and driven by a radio frequency power source provided to the radio frequency source 30 through the distribution circuit 32. [ The distribution circuit 32 may include functional circuits for current balancing such that a uniform distribution is achieved, respectively, when the radio frequency power is distributed to the first and second radio frequency antennas 25-1 and 25-2. As described above, the plasma reactor 20 may use two or more radio frequency antennas and may be driven in parallel to increase the efficiency, and the coiled density of the radio frequency antennas may be different in the winding section.

도 4는 반응기 몸체의 내부에 다른 무선 주파수 안테나가 설치된 유도 결합 플라즈마 반응기의 단면도이고, 도 5는 무선 주파수 안테나를 병렬 구동하기 위한 전원 공급 구조를 보여주는 도면이다.FIG. 4 is a cross-sectional view of an inductively coupled plasma reactor in which another radio frequency antenna is installed in a reactor body, and FIG. 5 is a view illustrating a power supply structure for driving a radio frequency antenna in parallel.

도 4를 참조하여, 일 변형예의 플라즈마 반응기(20a)는 반응기 몸체(21)의 외부에 설치되는 제1 무선 주파수 안테나(25-1)와 내부에 설치되는 제2 무선 주파수 안테나(25-2)를 구비할 수 있다. 제2 무선 주파수 안테나(25-2)를 반응기 몸체(21)의 내부에 설치하기 위해 반응기 몸체(21)의 내부에 내부 안테나 장착실(26)이 구비된다. 내부 안테나 장착실(26)은 반응기 몸체(21)의 내부 측벽과 일정 간격을 두고 방전 공간(28)에 설치된다. 제1 및 제2 무선 주파수 안테나(25-1, 25-1)는 각각 제1 및 제2 코어 커버(24-1, 25-1)에 의해 덮여진다. 제1 및 제2 코어 커버(24-1, 24-2)는 각기 자속 출입구가 방전 공간(28)을 향하도록 설치된다. 내부 안테나 장착실(26)은 예를 들어, 석영, 세라믹과 같은 절연체 물질로 제작된다. 그러나 알루미늄, 스테인리스, 구리와 같은 금속 물질을 포함할 수 있으며, 코팅된 금속 예를 들어, 양극 처리된 알루미늄이나 니켈 도금된 알루미늄을 포함할 수도 있다. 또는 내화 금속(refractory metal)을 포함할 수 있으며 의도된 프로세스가 수행되기에 적합한 다른 물질을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, a plasma reactor 20a of a modification includes a first radio frequency antenna 25-1 installed outside the reactor body 21, a second radio frequency antenna 25-2 installed inside the reactor body 21, . An internal antenna mounting chamber 26 is provided inside the reactor body 21 for installing the second radio frequency antenna 25-2 inside the reactor body 21. The internal antenna mounting chamber 26 is installed in the discharge space 28 at a predetermined distance from the inner side wall of the reactor body 21. [ The first and second radio frequency antennas 25-1 and 25-1 are covered by the first and second core covers 24-1 and 25-1, respectively. The first and second core covers 24-1 and 24-2 are installed so that magnetic flux entrance ports face the discharge space 28, respectively. The internal antenna mounting chamber 26 is made of an insulator material such as quartz, ceramic, for example. However, it may include metallic materials such as aluminum, stainless steel, copper, and may also include coated metals such as anodized aluminum or nickel plated aluminum. Or refractory metal, and may include other materials suitable for the intended process to be performed.

제1 및 제2 코어 커버(24-1, 24-2)는 각각의 자속 출입구가 마주 대향되게 상호 정렬되는 것이 바람직할 수 있다. 도면에 확대 도시된 바와 같이, 제1 및 제 코어 커버(24-1, 24-2)의 극성이 상호 반대로 정렬되도록 하면 제1 및 제2 코어 커버(24-1, 24-2) 사이에 선형적으로 발생되는 자속의 방향과 이온의 가속 방향이 교차되기 때문에 방전 공간(28)에서 이온 가속 경로는 더욱 복잡하게 이루진다. 그럼으로 반응기 몸체(11)와 내부 안테나 장착실(26)의 측벽에 대한 이온 충격이 감소되어 플라즈마 반응기(20)의 수명을 길게 할 수 있다.It may be preferable that the first and second core covers 24-1 and 24-2 are mutually aligned so that magnetic flux entrance ports are opposed to each other. As shown in the drawing, when the polarities of the first and second core covers 24-1 and 24-2 are reversed to each other, the first and second core covers 24-1 and 24-2 are linearly arranged The ion acceleration path in the discharge space 28 is further complicated because the direction of the magnetic flux generated in the discharge space 28 and the acceleration direction of the ions are crossed. As a result, the ion impact on the sidewalls of the reactor body 11 and the inner antenna mounting chamber 26 can be reduced to prolong the life of the plasma reactor 20.

제1 및 제2 무선 주파수 안테나(25-1, 25-2)는 무선 주파수 공급원(30)에 직렬로 연결되거나, 도 5에 도시된 바와 같이, 병렬로 연결될 수 있다. 제1 및 제2 무선 주파수 안테나(25-1, 25-2)가 병렬로 연결되는 경우에는 분배 회로(32)를 통해서 무선 주파수 공급원(30)으로 제공되는 무선 주파수 전원을 분배 받아서 병렬로 구동된다.The first and second radio frequency antennas 25-1 and 25-2 may be connected in series to the radio frequency source 30 or may be connected in parallel as shown in FIG. When the first and second radio frequency antennas 25-1 and 25-2 are connected in parallel, the radio frequency power supplied to the radio frequency source 30 is distributed through the distribution circuit 32 to be driven in parallel .

이상과 같은 본 발명의 플라즈마 반응기(20)는 공정 챔버(10)에 반응기 몸체(21)가 탑재되고, 무선 주파수 공급원(30)은 분리형 구조를 가질 수 있다. 분리형의 무선 주파수 공급원(30)은 무선 주파수 케이블(미도시)을 통해서 무선 주파수 안테나(25)와 전기적으로 연결된다. 분리형 구조는 설비 구성에 있어서 설치 방법의 유연성을 제공하며 유지 보수를 보다 용이하게 할 수 있는 장점을 제공한다.In the plasma reactor 20 of the present invention as described above, the reactor body 21 is mounted on the process chamber 10, and the RF source 30 may have a detachable structure. A separate radio frequency source 30 is electrically connected to the radio frequency antenna 25 through a radio frequency cable (not shown). The detachable structure provides the flexibility of the installation method in the construction of the facility and provides the advantage of easier maintenance.

이상에서 설명된 본 발명의 고효율 유도 결합 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.The embodiments of the high-efficiency inductively coupled plasma reactor of the present invention described above are merely illustrative, and those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent embodiments are possible without departing from the scope of the present invention. You will know very well. Accordingly, it is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiments. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims. It is also to be understood that the invention includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

본 발명의 고효율 유도 결합 플라즈마 반응기는 반도체 집적 회로의 제조, 평판 디스플레이 제조, 태양전지의 제조와 같은 다양한 박막 형성을 위한 플라즈마 처리 공정에 매우 유용하게 이용될 수 있다.The high efficiency inductively coupled plasma reactor of the present invention can be very usefully used in a plasma processing process for forming various thin films such as the manufacture of semiconductor integrated circuits, the manufacture of flat panel displays, and the production of solar cells.

도 1은 본 발명의 유도 결합 플라즈마 반응기가 설치된 공정 챔버의 사시도이다.1 is a perspective view of a process chamber equipped with the inductively coupled plasma reactor of the present invention.

도 2는 하나의 무선 주파수 안테나가 장착된 유도 결합 플라즈마 반응기의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of an inductively coupled plasma reactor equipped with one radio frequency antenna.

도 3은 병렬 무선 주파수 안테나가 장착된 유도 결합 플라즈마 반응기의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of an inductively coupled plasma reactor equipped with a parallel radio frequency antenna.

도 4는 반응기 몸체의 내부에 다른 무선 주파수 안테나가 설치된 유도 결합 플라즈마 반응기의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of an inductively coupled plasma reactor in which another radio frequency antenna is installed inside the reactor body.

도 5는 무선 주파수 안테나를 병렬 구동하기 위한 전원 공급 구조를 보여주는 도면이다.5 is a view showing a power supply structure for driving a radio frequency antenna in parallel.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*Description of the Related Art [0002]

10: 공정 챔버 20, 20a: 플라즈마 반응기10: process chamber 20, 20a: plasma reactor

21: 반응기 몸체 22: 가스 입구21: reactor body 22: gas inlet

23: 가스 출구 24: 코어 커버23: gas outlet 24: core cover

24-1: 제1 코어 커버 24-2: 제2 코어 커버24-1: first core cover 24-2: second core cover

25: 무선 주파수 안테나 25-1: 제1 무선 주파수 안테나25: radio frequency antenna 25-1: first radio frequency antenna

25-2: 제2 무선 주파수 안테나 26: 내부 안테나 장착실25-2: second radio frequency antenna 26: internal antenna mounting chamber

27: 유도 자기장 30: 무선 주파수 공급원27: induction magnetic field 30: radio frequency source

32: 분배 회로32: Distribution circuit

Claims (12)

가스 입구와 가스 출구가 구비되고 상기 가스 입구와 상기 가스 출구 사이에 방전 공간을 갖는 반응기 몸체;A reactor body having a gas inlet and a gas outlet and having a discharge space between the gas inlet and the gas outlet; 상기 방전 공간의 외부에 위치해서 상기 반응기 몸체에 설치되는 제1 무선 주파수 안테나;A first radio frequency antenna positioned outside the discharge space and installed in the reactor body; 상기 방전 공간으로 자속 출입구가 향하도록 하여 상기 제1 무선 주파수 안테나를 덮는 제1 코어 커버; 및A first core cover covering the first radio frequency antenna with a magnetic flux outlet facing the discharge space; And 제1 무선 주파수 안테나로 무선 주파수 전원을 공급하기 위한 무선 주파수 공급원을 포함하고,And a radio frequency source for supplying radio frequency power to the first radio frequency antenna, 상기 반응기 몸체의 내부에 설치되는 제2 무선 주파수 안테나;A second radio frequency antenna installed inside the reactor body; 상기 반응기 몸체의 내부에 구성되고 상기 제2 무선 주파수 안테나가 설치되는 내부 안테나 장착실; 및An inner antenna mounting space formed in the reactor body and having the second radio frequency antenna installed therein; And 상기 내부 안테나 장착실의 내부에서 상기 방전 공간을 향하여 상기 제2 무선 주파수 안테나를 덮는 제2 코어 커버를 포함하며,And a second core cover covering the second radio frequency antenna toward the discharge space inside the internal antenna mounting room, 서로 마주보는 상기 제1 코어 커버와 상기 제2 코어 커버의 극성이 상호 반대로 정렬되도록 구성하여 상기 제1 및 제2 코어 커버 사이에 선형적으로 발생되는 자속의 출입구가 마주 대향되게 상호 정렬된 고효율 유도 결합 플라즈마 반응기.And the first core cover and the second core cover facing each other are arranged so that the polarities of the first core cover and the second core cover are opposite to each other, so that the entrances of the magnetic fluxes generated linearly between the first and second core covers are mutually aligned, Coupled plasma reactor. 삭제delete 제1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 무선 주파수 공급원으로부터 공급되는 전원을 상기 제1 및 제2 무선 주파수 안테나로 분배하는 분배 회로를 포함하는 고효율 유도 결합 플라즈마 반응기.And a distribution circuit for distributing power supplied from the radio frequency source to the first and second radio frequency antennas. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제1 및 제2 무선 주파수 안테나는 상기 무선 주파수 공급원에 직렬 또는 병렬로 연결되는 고효율 유도 결합 플라즈마 반응기.Wherein the first and second radio frequency antennas are connected in series or in parallel to the radio frequency source. 삭제delete 제1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 반응기 몸체는 절연체 물질을 포함하는 고효율 유도 결합 플라즈마 반응기.Wherein the reactor body comprises an insulator material. 제1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 내부 안테나 장착실은 절연체 물질을 포함하는 고효율 유도 결합 플라즈마 반응기.Wherein the inner antenna mounting chamber comprises an insulator material. 제1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 플라즈마 반응기의 과열을 방지하기 위한 냉각수 공급 채널을 포함하는 고효율 유도 결합 플라즈마 반응기.And a cooling water supply channel for preventing overheating of the plasma reactor. 제1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 가스 출구에 연결되며 상기 방전 공간에서 발생된 활성 가스를 받아들이는 공정 챔버를 포함하는 고효율 유도 결합 플라즈마 반응기.And a process chamber connected to the gas outlet for receiving an active gas generated in the discharge space. 제1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 반응기 몸체와 상기 무선 주파수 공급원은 분리된 구조를 갖는 고효율 유도 결합 플라즈마 반응기.Wherein the reactor body and the radio frequency source have a separate structure.
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