KR101533684B1 - 혼합 플라즈마 반응기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 반응기에 관한 것으로, 기판이 놓이는 서셉터가 내부에 구비된 챔버본체와; 상기 챔버본체의 일측에 마련되어 상기 챔버본체 내부에 플라즈마를 발생시키는 중심 플라즈마 소스와; 상기 챔버본체의 외주연을 감싸게 마련되어 상기 챔버본체 내부로 자기장을 유도하여 상기 챔버본체의 가장자리 영역에 플라즈마를 발생시키는 주변 플라즈마 소스를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여 기판이 대형화되더라도 전영역에 걸쳐 균일하게 플라즈마 처리를 할 수 있는 플라즈마 반응기를 제공할 수 있다.
플라즈마 반응기, 자기장, 플라즈마 소스

Description

혼합 플라즈마 반응기{COMPOUND PLASMA REACTOR}
본 발명은 혼합 플라즈마 반응기에 관한 것으로, 보다 상세히는 용량결합된 플라즈마 및 자기장에 의해 유도된 플라즈마 발생 구조를 복합적으로 채용한 혼합 플라즈마 반응기에 관한 것이다.
플라즈마는 같은 수의 양이온(positive ions)과 전자(electrons)를 포함하는 고도로 이온화된 가스이다. 플라즈마 방전은 이온, 자유 라디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 발생하기 위한 가스 여기에 사용되고 있다. 활성가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 대표적으로 반도체 제조 공정 예를 들어, 식각(eching), 증착(deposition), 세정(cleaning), 에싱(ahing) 등에 사용된다.
플라즈마를 발생하기 위한 플라즈마 소스는 여러 가지가 있는데 무선주파수(radio frezuency)를 사용한 용량결합플라즈마(CCP, capacity coupled plasma)와 변압기 결합 플라즈마(TCP, transformer coupled plasma)가 일례이다.
용량 결합 플라즈마 소스는 정확한 용량 결합 조절과 이온 조절능력이 높아서 타 플라즈마 소스에 비하여 공정 생산력이 높다는 장점을 갖는다. 반면, 무선주파수 전원의 에너지가 거의 배타적으로 용량 결합을 통하여 플라즈마에 연결되기 때문에 플라즈마 이온 밀도는 용량 결합된 무선 주파수 전력의 증가 또는 감소에 의해서만 증가 또는 감소될 수 있다. 그러나, 무선 주파수 전력의 증가는 이온 충격 에너지를 증가시킨다. 결과적으로 이온 충격에 의한 손상을 방지하기 위해서는 무선 주파수 전력의 한계성을 갖게 된다.
한편, 유도 결합 플라즈마 소스는 무선 주파수 전원의 증가에 따라 이온 밀도를 쉽게 증가시킬 수 있으며 이에 따른 이온 충격은 상대적으로 낮아서 고밀도 플라즈마를 얻기에 매우 적합한 것으로 알려져 있다. 그러나, 유도 코일이 플라즈마 이온 에너지를 거의 또는 전혀 제어하지 못함으로 이온 에너지의 조절을 위해서는 별도의 개별적인 장치를 부가하여야만 했다. 예를 들어, 공정 챔버의 내부에 구비되는 기판 지지대에 독립된 무선 주파수를 인가하는 바이어스 기술이 그 일 예이다. 그러나, 기판 지지대에 인가되는 바이어스에 인가되는 무선 주파수 전원은 플라즈마 이온 에너지의 제어성이 낮아서 공정 생산력이 낮다는 문제점이 있었다.
한편, 기판 사이즈의 증가에 따라 기판이 처리되는 플라즈마 반응 챔버의 사이즈도 증가되는데 이 경우 플라즈마 소스에 의해 발생된 플라즈마가 플라즈마 반응 챔버 내부에 균일하게 분포하기 어렵다. 즉, 플라즈마 반응 챔버 내부에서 중심영역의 플라즈마 밀도와 주변영역에서의 플라즈마 밀도가 상이하여 기판이 균일하게 처리되지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 플라즈마의 중심영 역과 주변영역 전체에 걸쳐 플라즈마 밀도가 균일하게 발생하는 플라즈마 반응기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 플라즈마 반응기에 관한 것이다. 본 발명의 플라즈마 반응기는 기판이 놓이는 서셉터가 내부에 구비된 챔버본체와; 상기 챔버본체의 일측에 마련되어 상기 챔버본체 내부에 플라즈마를 발생시키는 중심 플라즈마 소스와; 상기 챔버본체의 외주연을 감싸게 마련되어 상기 챔버본체 내부로 자기장을 유도하여 상기 챔버본체의 가장자리 영역에 플라즈마를 발생시키는 주변 플라즈마 소스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 주변 플라즈마 소스는, 상기 중심 플라즈마 소스의 외주연에 배치되는 마그네틱 코어와; 상기 챔버본체의 상면으로 자속출입구가 배치되도록 상기 마그네틱 코어로부터 연장된 적어도 한 쌍의 마그네틱 레그와; 상기 마그네틱 코어와 상기 마그네틱 레그에 결합되어 상기 챔버본체 내부로 자기장을 유도하는 유도코일을 포함한다.
그리고, 상기 주변 플라즈마 소스는, 상기 챔버본체의 측벽을 따라 결합된 측벽 마그네틱 코어와; 상기 챔버본체의 측벽으로 자속출입구가 배치되도록 상기 측벽 마그네틱 코어로부터 연장된 적어도 한 쌍의 측벽 마그네틱 레그와; 상기 측벽 마그네틱 코어와 상기 측벽 마그네틱 레그에 결합되어 상기 챔버본체 내부로 자기장을 유도하는 측벽 유도코일을 더 포함한다.
여기서, 상기 주변 플라즈마 소스는, 상기 챔버본체의 내부로 자속출입구가 형성된 한 쌍의 마그네틱 레그와; 상기 마그네틱 레그 사이에 마련되는 마그네틱 결합부와; 상기 마그네틱 레그와 상기 마그네틱 결합부에 결합되어 상기 챔버본체 내부로 자기장을 유도하는 독립 유도코일을 갖는 복수의 주변 플라즈마 유닛을 포함한다.
한편, 상기 복수의 주변 플라즈마 유닛는 상기 챔버본체 상면의 외주연을 따라 배치될 수 있다.
또한, 상기 복수의 주변 플라즈마 유닛은 상기 챔버본체 상면의 반경방향에 대해 방사상으로 소정간격 배치될 수 있다.
한편, 상기 주변 플라즈마 소스부는, 상기 한 쌍의 마그네틱 레그 중 어느 하나는 상기 챔버본체의 상부면을 통해 자속이 상기 챔버본체의 내부로 입출되고, 상기 한 쌍의 마그네틱 레그 중 다른 하나는 상기 챔버본체의 측면을 통해 자속이 상기 챔버본체의 내부로 입출되도록 배치될 수 있다.
여기서, 상기 유도코일로 소정 주파수의 전원을 공급하는 전원공급원을 더 포함하고, 상기 마그네틱 코어와 상기 마그네틱 레그에 결합된 복수의 유도코일은 상기 전원공급원에 대해 상호 직렬적으로 배치될 수 있다.
또한, 상기 유도코일로 소정 주파수의 전원을 공급하는 전원공급원을 더 포함하고, 상기 마그네틱 코어와 상기 마그네틱 레그에 결합된 복수의 유도코일은 상기 전원공급원에 대해 상호 병렬적으로 배치될 수도 있다.
여기서, 상기 전원공급원으로부터 상기 각 유도코일로 전류를 분배하여 공급하는 전류분배기를 더 포함할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 플라즈마 반응기는 플라즈마 챔버의 주변영역에 자기장을 유도하여 플라즈마를 발생시키는 주변 플라즈마 소스를 배치한다. 이에 의해 플라즈마 챔버의 내부의 주변영역에도 균일한 플라즈마가 발생되므로 기판이 균일하게 처리될 수 있다. 여기서, 주변 플라즈마 소스의 마그네틱 코어에 감긴 유도코일의 주파수를 조정하여 플라즈마의 세기와 밀도를 효율적으로 제어할 수 있다.
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.
도1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 반응기(10)의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도2는 도1의 내부구성을 도시한 단면도이고, 도3은 챔버의 내부에서 샤워헤드를 바라보았을 때의 구성을 도시한 개략도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 반응기(10)는 기판에 대한 플라즈마 반응이 일어하는 플라즈마 챔버(100)와, 플라즈마 챔버(100)의 상부영역의 외주연에 결합되어 플라즈마 챔버(100)로 자기장을 유도하여 플라즈마 챔버(100)의 주변영역에 플라즈마를 발생시키는 주변 플라즈마 소스()를 포함한다.
플라즈마 챔버(100)는 기판에 대한 플라즈마 처리가 일어나는 챔버본체(110)와, 챔버본체(110)에 마련되어 기판이 적재되고 하부전극으로서 기능하는 서셉터(120)와 챔버본체(110) 내부로 반응가스를 공급하며 상부전극으로 기능하는 샤워헤드(130)를 포함한다. 챔버본체(110)는 소정 체적을 갖도록 마련되며 알루미늄, 스테인리스, 구리와 같은 금속 물질로 마련될 수 있다. 또한, 챔버본체(110)는 코팅된 금속 예를 들어 양극처리된 알루미늄이나 니켈 도급된 알루미늄으로 제작될 수 있다. 또한, 챔버본체(110)은 내화 금속으로 구비될 수 있다. 또한, 챔버본체(110)는 경우에 따라 전체를 석영, 세라믹과 같은 절연체로 마련할 수도 있다.
서셉터(120)는 기판이 적재될 수 있도록 기판을 흡착하는 정전척(미도시)과, 기판(W)을 냉각하는 냉각유로(미도시), 기판을 승강시키는 리프트핀(미도시), 기판을 가열하는 히터(미도시) 등이 구비된다. 서셉터(120)는 임피던스정합기(121)를 통해 서셉터 전원공급원(123)과 연결되어 하부전극으로서 기능한다. 여기서, 서셉터(120)는 복수의 서셉터 전원공급원(123, 125)과 연결될 수 있다. 복수의 서셉터 전원공급원(123, 125)은 서로 다른 주파수의 전원을 공급할 수 있다. 서셉터 전원공급원(123,125)은 바이어스 전원으로 기능한다. 피처리 기판(W)은 반도체 웨이퍼 기판, LCD제조를 위한 유리 기판 등 일 수 있다. 서셉터(120)의 구성은 종래 구성과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
샤워헤드(130)는 플라즈마를 발생시키는 반응가스를 챔버본체(110) 내부로 공급한다. 샤워헤드(130)는 가스를 공급할 수 있는 가스공급공(132)이 샤워헤드본체(131)에 복수개 형성된 다공성 구조로 마련된다. 샤워헤드(130)는 임피던스정합기(133)를 통해 상부 전원공급원(135)과 연결되어 상부전극으로 기능한다. 즉, 서셉터(120)와 샤워헤드(130)는 각각 하부전극과 상부전극으로 작용하여 챔버본체(110) 내에 용량결합된 플라즈마를 발생시킨다.
여기서, 샤워헤드(130)는 도3에 도시된 바와 같이 챔버본체(100)의 가운데 영역에 마련되므로 샤워헤드(130)와 서셉터(120)에 의해 발생된 용량결합 플라즈마는 플라즈마 챔버(100)의 가운데 영역에 집중되어 존재한다. 이에 따라 용량결합된 플라즈마는 기판의 중심영역을 처리하는데 사용된다.
한편, 챔버본체(110)의 상면에는 가스공급원(미도시)으로부터 반응가스를 공급받는 가스공급구(140)가 마련되고, 챔버본체(110)의 하부영역에는 처리가 완료된 후 반응가스를 외부로 배출하는 가스배출구(미도시)가 마련된다. 여기서, 가스공급구(140)는 경우에 따라 원격 플라즈마 소스(미도시)로부터 원격 플라즈마를 공급받는데 사용될 수도 있다.
주변 플라즈마 소스(200)는 챔버본체(110)의 외주연을 감싸도록 배치되어 챔버본체(110) 내부로 자기장을 유도하여 챔버본체(110) 내부의 주변영역에 플라즈마를 발생시킨다. 챔버본체(110) 내부의 주변영역에 발생된 플라즈마는 기판의 주변 영역을 처리하는데 사용된다. 즉, 기판의 중심영역은 샤워헤드(130)와 서셉터(120)에 의한 용량결합된 플라즈마에 의해 처리되고 기판의 주변영역은 주변 플라즈마 소스(200)에 의해 유도된 자기장에 의해 발생된 플라즈마에 의해 처리된다. 이에 기판의 전영역이 균일하게 처리될 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 주변 플라즈마 소스(200)는 도시된 바와 같이 챔버본체(110)의 상부영역에 배치된다. 주변 플라즈마 소스(200)는 샤워헤드(130)를 감싸도록 챔버본체(110)의 외부에 배치된 마그네틱 코어(210)와, 마그네틱 코어(210)에 소정간격 이격되게 배치된 복수의 마그네틱 레그(220)와, 마그네틱 코어(210)와 마그네틱 레그(220)에 결합되어 자기장을 유도하는 유도코일(240)이 마련된다.
마그네틱 코어(210)는 챔버본체(110)의 형상에 대응되게 마련된다. 마그네틱 코어(210)는 도1에 도시된 바와 같이 챔버본체(110)가 원통형인 경우 환형으로 마련되어 챔버본체(110)의 테두리를 감싸게 마련된다. 이 때, 마그네틱 코어(210)는 샤워헤드(130)의 외주연을 감싸도록 마련되어 용량결합된 플라즈마와 인접한 주변영역에 플라즈마를 발생시킨다. 반면, 챔버본체(110)의 단면형상이 사각형 또는 기타 다각형의 형상일 경우 마그네틱 코어(210)는 이에 대응하는 형상으로 마련되어 챔버본체(110)의 테두리를 감싸도록 배치된다.
마그네틱 레그(220)는 자속 출입구가 챔버본체(110)의 상면을 향하도록 마그네틱 코어(210)에 결합된다. 마그네틱 레그(220)는 도4에 도시된 바와 같이 자속이 챔버본체(110)로 유입되는 제1마그네틱 레그(221)와, 챔버본체(110)로부터 자속이 유출되는 제2마그네틱 레그(223)가 각 한 쌍씩(A) 구비된다. 한 쌍의 마그네틱 레그(221)는 마그네틱 코어(223)를 따라 소정 간격 배치된다.
마그네틱 레그(220)는 마그네틱 코어(210)와 일체로 마련되거나, 마그네틱 코어(210)로부터 분리가능하게 결합될 수 있다. 마그네틱 코어(210)와 마그네틱 레그(220)의 두께와 길이는 발생되는 플라즈마의 세기와 챔버본체(110)의 크기, 기판에 대한 처리 공정의 종류에 따라 적절하게 결정될 수 있다.
유도코일(240)은 마그네틱 코어(210)와 마그네틱 레그(220)에 감겨 마그네틱 코어(210)와 마그네틱 레그(220)에 자기장을 유도시킨다. 유도코일(240)의 일단부는 코일 전원공급원(241)에 전기적으로 연결되어 소정 주파수의 전원을 공급받고, 타단부는 접지와 연결된다. 유도코일(240)과 코일 전원공급원(241) 사이에는 임피던스 정합기(243)가 연결된다.
유도코일(240)에 전원이 공급될 경우 마그네틱 코어(210)와 마그네틱 레그(220)에 자기장이 발생되어 도4에 도시된 바와 같이 제1마그네틱 레그(221)와 제2마그네틱 레그(223), 그리고 마그네틱 코어(210)를 따라 자속이 유출입 되며 자기장이 형성된다. 이러한 자기장이 도2에 도시된 바와 같이 마그네틱 코어(210)를 따라 환형(a, b)으로 발생되며, 자기장이 전기장을 유도하면 그 유도된 전기장이 전자에 에너지를 가하게 되어 챔버본체(110)의 주변영역을 따라 플라즈마가 발생되게 된다.
여기서, 유도코일(240)은 도5에 도시된 바와 같이 코일 전원공급원(240a, 240b)에 대해 직렬적으로 배치될 수 있다. 즉, 이웃하는 복수의 유도코일(240a, 240b)이 상호 직렬적으로 배치될 수 있다. 여기서 이웃하는 유도코일(240a, 240b) 은 마그네틱 레그(220)에 감겨 있거나 마그네틱 코어(210)에 감겨있는 유도코일일 수 있다.
도6은 본 발명에 따른 플라즈마 반응기(10)의 유도코일(240a)의 또 다른 형태를 도시한 개략도이다. 도시된 바와 같이 유도코일(240a)은 코일 전원공급원(241a)에 대해 상호 병렬적으로 배치될 수 있다. 즉, 이웃하는 유도코일(240c, 240d)이 상호 병렬적으로 배치된다. 이 때, 코일 전원공급원(241a)과 각 유도코일(240c,240d) 사이에는 코일 전원공급원(241a)으로부터 공급된 전류가 동일한 값으로 분배되어 공급되도록 전류를 분배하는 전류분배기(245, auto balancing circuit)이 배치된다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마 반응기(10)는 가스공급구(140)를 통해 챔버본체(110) 내부로 가스가 공급되면 서셉터(120)와 샤워헤드(130)에 의해 용량결합된 플라즈마가 발생되어 기판의 중심영역을 처리하게 된다. 동시에 챔버본체(110)의 상부영역에 환형으로 결합된 주변 플라즈마 소스(200)에 의해 챔버본체(110)의 상면으로 자속이 유출입되며 환형의 자기장이 유도되어 챔버본체(110)의 주변영역에도 플라즈마가 발생된다. 주변영역에 발생된 플라즈마는 기판의 주변영역을 처리하게 된다. 이 때, 유도코일(240)로 공급되는 주파수를 변화시키거나 마그네틱 코어(210) 및 마그네틱 레그(220)의 크기 및 굵기를 변화시켜 주변 영역에 발생되는 플라즈마의 세기를 제어할 수 있다.
한편, 도7은 주변 플라즈마 소스(200)의 변형예를 도시한 개략도이다. 상술한 실시예에서는 주변 플라즈마 소스(200)에 유도코일(240)이 권선되어 마그네틱 코어(210)와 마그네틱 레그(220)에 자기장을 유도하였으나 경우에 따라 도7에 도시된 바와 같이 각 마그네틱 코어(210b)와 마그네틱 레그(220b)에 교번적으로 도선(250)이 권선되게 마련될 수 있다. 이 때, 도선(250)의 권취횟수와 굵기는 플라즈마의 세기에 따라 적절하게 조절될 수 있다.
도8은 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈마 반응기(10)의 구성을 도시한 사시도이고, 도9는 제2실시예에 따른 플라즈마 반응기(10)의 챔버내부에서의 자속의 흐름을 도시한 예시도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈마 반응기(10a)는 챔버본체(110)의 측벽에 결합된 하부 주변 플라즈마 소스(300)를 포함한다. 하부 주변 플라즈마 소스(300)는 챔버본체(110)의 측벽(113)을 감싸도록 마련된 측벽 마그네틱 코어(310)와, 자속 출입구가 챔버본체(110)의 측벽(113)을 향하도록 측벽 마그네틱 코어(310)에 결합된 복수의 측벽 마그네틱 레그(320)와, 측벽 마그네틱 코어(310)와 측벽 마그네틱 레그(320)에 결합되어 자기장을 유도하는 측벽 유도코일(340)을 포함한다.
측벽 마그네틱 코어(310)와 측벽 마그네틱 레그(320)는 측벽 유도코일(340)에 의해 자기장이 유도되고, 도9에 도시된 바와 같이 샤워헤드(130)의 주변영역에 자속이 형성된다. 이에 샤워헤드(130)의 주변영역에 플라즈마가 발생되게 된다.
본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈마 반응기(10a)는 제1실시예에 따른 플라즈마 반응기(10)에 비해 하부 주변 플라즈마 소스(300)가 챔버본체(110)의 측벽에 결합되므로 상대적으로 챔버본체(110)의 상부영역의 구조가 복잡하지 않다. 따라 서, 가스공급구조를 비롯한 여타 유틸리티의 설계시 보다 자유로울 수 있는 장점이 있을 수 있다.
도10은 본 발명의 제3실시예에 따른 플라즈마 반응기(10b)의 구성을 도시한 사시도이다. 본 발명의 제3실시예에 따른 플라즈마 반응기(10b)는 챔버본체(110)의 상부에 마련된 주변 플라즈마 소스(200)와, 챔버본체(110)의 측벽에 결합된 하부 주변 플라즈마 소스(300)를 함께 갖는다.
제3실시예에 따른 플라즈마 반응기(10)는 두 개의 주변 플라즈마 소스(200, 300)가 동시에 자기장을 유도하여 플라즈마를 발생시키므로 플라즈마의 강도와 밀도가 앞서 설명한 실시예들 보다 강해질 수 있다. 여기서, 주변 플라즈마 소스(200)와 하부 주변 플라즈마 소스(300)에 공급되는 주파수를 상이하게 하여 자기장을 변화시킬 수도 있다.
도11은 본 발명의 제4실시예에 따른 플라즈마 반응기(10c)의 구성을 도시한 사시도이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 제4실시예에 따른 플라즈마 반응기(10c)는 플라즈마 챔버(100)의 상면으로 자속 출입구가 형성된 한 쌍의 마그네틱 레그(410)와, 한 쌍의 마그네틱 레그(410) 사이에 마련된 마그네틱 결합부(420)를 갖는 주변 플라즈마 발생유닛(400)을 복수개로 포함한다.
도11에 도시된 플라즈마 반응기(10)는 앞서 설명한 실시예와 비교할 때 마그네틱 코어(210)에 대응하는 마그네틱 결합부(420)가 챔버본체(110)를 감싸는 링형태로 마련되지 않고 마그네틱 레그(410)의 간격에 대응하는 길이를 갖도록 독립적으로 마련된다. 주변 플라즈마 발생유닛(400)은 샤워헤드(130)의 주변영역의 외주 연을 따라 환형으로 소정 간격 배치된다. 여기서, 주변 플라즈마 발생유닛(400)에 결합된 유도코일(440)은 코일 전원공급원(421)에 대해 상호 직렬적으로 배치되거나 병렬적으로 배치될 수 있다.
여기서, 도11에 도시된 주변 플라즈마 발생유닛(400)은 자속 출입구가 챔버본체(110)의 상부를 통해 챔버본체(110)로 유출입되도록 챔버본체(110)의 상면(111)에 결합되었으나, 경우에 따라 챔버본체(110)의 측벽(113)을 향해 자속출입구가 형성되도록 챔버본체(110)의 측벽(113)에 결합될 수 있다.
도12는 본 발명의 제4실시예에 따른 플라즈마 반응기(10d)의 변형예를 도시한 사시도이다. 도시된 바와 같이 주변 플라즈마 발생유닛(400a)은 챔버본체(110)의 반경방향에 대해 상호 방사상으로 배치될 수 있다. 이 경우 자속의 형성방향이 도11의 제4실시예의 플라즈마 반응기(10)와 차이가 나므로 플라즈마의 형성에 차이가 발생할 수 있다.
한편, 도13에 도시한 주변 플라즈마 발생 유닛(400b)은 한 쌍의 마그네틱 레그(420b) 중 어느 하나(411)는 챔버본체(110)의 상면(111)에 결합되고 다른 하나(413)는 챔버본체(110)의 측벽(113)에 결합되도록 마련된다.
여기서, 도11 내지 도13에 도시된 각각의 주변 플라즈마 발생 유닛(400, 400a, 400b)은 자속의 형성방향에 차이가 나므로 플라즈마 발생시 밀도가 차이가 발생될 수 있다. 따라서, 플라즈마 반응기의 기판 처리 종류와 기판의 크기, 서셉터(120)와 샤워헤드(130)에 의해 중심영역에 발생되는 용량결합 플라즈마의 크기 등을 고려하여 적절한 것으로 선택할 수 있다. 이 때, 1개의 종류만 선택하거나 복 수의 주변 플라즈마 발생 유닛(400, 400a, 400b)을 상호 혼합하여 사용할 수도 있다.
도14는 챔버본체(110)와 마그네틱 레그(220)의 결합영역을 확대 도시한 사시도이다. 도시된 바와 같이 앞서 설명한 각 실시예에 따른 플라즈마 반응기(10)는 챔버본체(110)와 마그네틱 레그(220)의 결합영역에 마그네틱 레그(220)로부터 발생된 자속이 챔버본체(110) 내부로 유입될 수 있도록 유전체 윈도우(160)가 마련된다. 유전체윈도우(160)는 석영이나 세라믹과 같은 절연물질로 마련되어 마그네틱 코어(210)에서 발생된 자속을 투과하여 챔버본체(110) 내부로 투과한다. 유전체 윈도우(160)는 챔버본체(110)의 상면 또는 측벽을 따라 광범위하게 마련되거나 마그네틱 레그(220)에 대응하는 영역에만 마련될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 플라즈마 반응기는 플라즈마 챔버의 주변영역에 자기장을 유도하여 플라즈마를 발생시키는 주변 플라즈마 소스를 배치한다. 이에 의해 플라즈마 챔버의 내부의 주변영역에도 균일한 플라즈마가 발생되므로 기판이 균일하게 처리될 수 있다. 여기서, 주변 플라즈마 소스의 마그네틱 코어에 감긴 유도코일의 주파수를 조정하여 플라즈마의 세기와 밀도를 효율적으로 제어할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 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 이해 할 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.
도1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이고,
도2는 도1의 플라즈마 반응기의 내부구성을 도시한 단면도이고,
도3은 도1의 플라즈마 챔버의 내부에서 샤워헤드를 바라보았을 때의 구성을 도시한 개략도이고,
도4는 본 발명의 플라즈마 반응기의 마그네틱 레그에서의 자속의 흐름을 도시한 예시도이고,
도5와 도6은 본 발명의 플라즈마 반응기에서 유도코일의 전원공급구조를 도시한 개략도이고,
도7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 반응기에서 주변 플라즈마 소스의 변형예를 도시한 개략도이고,
도8은 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성을 도시한 사시도이고,
도9는 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈마 반응기의 챔버내부에서의 자속의 흐름을 도시한 예시도이고,
도10은 본 발명의 제3실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성을 도시한 사시도이고,
도11은 본 발명의 제4실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성을 도시한 사시도이고,
도12와 도13은 본 발명의 제4실시예에 따른 플라즈마 반응기의 변형예를 도시한 사시도이고,
도14는 본 발명의 플라즈마 챔버에서 마그네틱 레그와 유전체 윈도우의 구성을 확대하여 도시한 개략도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10, 10a, 10b, 10c : 플라즈마 반응기
100: 플라즈마 챔버 110 : 챔버본체
120 : 서셉터 121 : 임피던스정합기
123, 125 : 서셉터 전원공급원 130 : 샤워헤드
131 : 샤워헤드본체 132 : 가스공급공
133 : 임피던스정합기 135 : 상부 전원공급원
140 : 가스공급구 160 : 유전체윈도우
200, 200a: 주변 플라즈마 소스 210: 마그네틱 코어
220: 마그네틱 레그 221: 제1마그네틱 레그
223: 제2마그네틱 레그 240: 유도코일
241: 코일 전원공급원 243: 임피던스정합기
250: 도선
300: 하부 주변 플라즈마 소스 310: 마그네틱 코어
320: 마그네틱 레그 340: 유도코일
400,400a,400b: 주변 플라즈마 발생 유닛
410: 마그네틱 레그 420: 마그네틱 결합부
440: 유도코일

Claims (10)

  1. 기판이 놓이는 서셉터가 내부에 구비된 챔버본체와;
    상기 챔버본체의 일측에 마련되어 상기 챔버본체 내부에 플라즈마를 발생시키는 중심 플라즈마 소스와;
    상기 챔버본체의 외주연을 감싸게 마련되어 상기 챔버본체 내부로 자기장을 유도하여 상기 챔버본체의 가장자리 영역에 플라즈마를 발생시키는 주변 플라즈마 소스; 를 포함하되,
    상기 주변 플라즈마 소스는,
    상기 중심 플라즈마 소스의 외주연에 배치되는 마그네틱 코어와;
    상기 챔버본체의 상면으로 자속출입구가 배치되도록 상기 마그네틱 코어로부터 연장된 적어도 한 쌍의 마그네틱 레그와;
    상기 마그네틱 코어와 상기 마그네틱 레그에 결합되어 상기 챔버본체 내부로 자기장을 유도하는 유도코일; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 주변 플라즈마 소스는, 상기 챔버본체의 측벽을 따라 결합된 측벽 마그네틱 코어와;
    상기 챔버본체의 측벽으로 자속출입구가 배치되도록 상기 측벽 마그네틱 코어로부터 연장된 적어도 한 쌍의 측벽 마그네틱 레그와;
    상기 측벽 마그네틱 코어와 상기 측벽 마그네틱 레그에 결합되어 상기 챔버본체 내부로 자기장을 유도하는 측벽 유도코일을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 주변 플라즈마 소스는, 상기 챔버본체의 내부로 자속출입구가 형성된 한 쌍의 마그네틱 레그와;
    상기 마그네틱 레그 사이에 마련되는 마그네틱 결합부와;
    상기 마그네틱 레그와 상기 마그네틱 결합부에 결합되어 상기 챔버본체 내부로 자기장을 유도하는 독립 유도코일을 갖는 복수의 주변 플라즈마 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 주변 플라즈마 유닛은 상기 챔버본체 상면의 외주연을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 주변 플라즈마 유닛은 상기 챔버본체 상면의 반경방향에 대해 방사상으로 소정간격 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 주변 플라즈마 유닛은,
    상기 한 쌍의 마그네틱 레그 중 어느 하나는 상기 챔버본체의 상부면을 통해 자속이 상기 챔버본체의 내부로 입출되고, 상기 한 쌍의 마그네틱 레그 중 다른 하나는 상기 챔버본체의 측면을 통해 자속이 상기 챔버본체의 내부로 입출되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유도코일로 소정 주파수의 전원을 공급하는 전원공급원을 더 포함하고,
    상기 마그네틱 코어와 상기 마그네틱 레그에 결합된 복수의 유도코일은 상기 전원공급원에 대해 상호 직렬적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 유도코일로 소정 주파수의 전원을 공급하는 전원공급원을 더 포함하고,
    상기 마그네틱 코어와 상기 마그네틱 레그에 결합된 복수의 유도코일은 상기 전원공급원에 대해 상호 병렬적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전원공급원으로부터 상기 각 유도코일로 전류를 분배하여 공급하는 전류분배기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
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