KR101680710B1 - 선형 플라즈마 발생기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 선형 플라즈마 발생기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 선형 플라즈마 발생기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 시스템은 적어도 하나의 가스 입구가 구비되어 공정가스를 공급받는 중공형태의 방전관 몸체; 상기 방전관 몸체에 장착되는 페라이트 코어; 상기 페라이트 코어에 권선되어 상기 방전관 몸체 내부에 유도 결합된 플라즈마 방전을 유도하기 위한 안테나 코일; 상기 방전관 몸체의 내부에서 유도된 플라즈마를 상기 방전관 몸체의 외부로 배출하기 위한 플라즈마 분사수단을 포함한다. 본 발명의 선형 플라즈마 발생기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 시스템에 의하면 선형으로 플라즈마를 피처리 기판에 제공함으로써 피처리 기판 전면이 고온으로 손상되는 것을 최소화하면서 효율적으로 피처리 기판을 처리할 수 있다. 또한 선형 플라즈마 발생기에서 분사되는 플라즈마의 분사량을 조절하여 플라즈마 처리 효율을 조절할 수 있다. 또한 사용하는 가스의 종류에 따라 열처리, 증착, 크리닝 등과 같이 다양한 분야에서 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 선형 플라즈마 발생기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 피처리 기판의 균일한 처리를 위해 플라즈마를 선형으로 공급하기 위한 선형 플라즈마 발생기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 시스템에 관한 것이다.
플라즈마는 같은 수의 양이온(positive ions)과 전자(electrons)를 포함하는 고도로 이온화된 가스이다. 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, 액정 디스플레이, 태양 전지등과 같은 장치를 제조하기 위한 여러 반도체 제조 공정 예를 들어, 식각(etching), 증착(deposition), 세정(cleaning), 에싱(ashing) 등에 다양하게 사용된다.
플라즈마를 발생하기 위한 플라즈마 소스는 여러 가지가 있는데 무선 주파수(radio frequency)를 사용한 용량 결합 플라즈마(capacitive coupled plasma)와 유도 결합 플라즈마(inductive coupled plasma)가 그 대표적인 예이다. 용량 결합 플라즈마 소스는 정확한 용량 결합 조절과 이온 조절 능력이 높아서 타 플라즈마 소스에 비하여 공정 생산력이 높다는 장점을 갖는다. 그러나 대형화되는 피처리 기판을 처리하기 위하여 용량 결합 전극을 대형화하는 경우 전극의 열화에 의해 전극에 변형이 발생되거나 손상될 수 있다. 이러한 경우 전계 강도가 불균일하게 되어 플라즈마 밀도가 불균일하게 될 수 있으며 반응기 내부를 오염시킬 수 있다. 유도 결합 플라즈마 소스의 경우에도 유도 코일 안테나의 면적을 크게 하는 경우 마찬가지로 플라즈마 밀도를 균일하게 얻기가 어렵다. 또한 대형의 피처리 기판을 한번에 고온으로 히팅하는 경우 기판 표면이 뭉치거나 오그라들어 손상이 발생할 수 있고, 불균일한 플라즈마 밀도로 인해 피처리 기판 전면이 균일하게 처리되기 어렵다.
최근 반도체 제조 산업에서는 반도체 소자의 초미세화, 반도체 회로를 제조하기 위한 실리콘 웨이퍼 기판이나 유리 기판 또는 플라스틱 기판과 같은 피처리 기판의 대형화 그리고 새로운 처리 대상 물질의 개발되고 있는 등과 같은 여러 요인으로 인하여 더욱 향상된 플라즈마 처리 기술이 요구되고 있다. 특히, 대면적의 피처리 기판에 대한 우수한 처리 능력을 갖는 향상된 플라즈마 소스 및 플라즈마 처리 기술이 요구되고 있다. 더욱이 레이저를 이용한 다양한 반도체 제조 장치가 제공되고 있다. 레이저를 이용하는 반도체 제조 공정은 피처리 기판에 대한 증착, 식각, 어닐닝, 세정 등과 같은 다양한 공정에 넓게 적용되고 있다. 이와 같은 레이저를 이용한 반도체 제조 공정의 경우에도 상술한 문제점 및 처리에 많은 비용이 소요될 뿐만아니라 처리 시간도 증가된다.
피처리 기판의 대형화는 전체적인 생산 설비의 대형화를 야기하게 된다. 생산 설비의 대형화는 전체적인 설비 면적을 증가시켜 결과적으로 생산비를 증가시키는 요인이 된다. 그럼으로 가급적 설비 면적을 최소화 할 수 있는 플라즈마 반응기 및 플라즈마 처리 시스템이 요구되고 있다. 특히, 반도체 제조 공정에서는 단위 면적당 생산성이 최종 재품의 가격에 영향을 미치는 중요한 요인의 하나로 작용한다.
본 발명의 목적은 플라즈마를 선형으로 피처리 기판에 제공하여 피처리 기판의 손상을 최소화하면서 효율적으로 피처리 기판을 처리할 수 있는 선형 플라즈마 발생기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 시스템을 제공하는 데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 선형 플라즈마 발생기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 선형 플라즈마 발생기는 적어도 하나의 가스 입구가 구비되어 공정가스를 공급받는 중공형태의 방전관 몸체; 상기 방전관 몸체에 장착되는 페라이트 코어; 상기 페라이트 코어에 권선되어 상기 방전관 몸체 내부에 유도 결합된 플라즈마 방전을 유도하기 위한 안테나 코일; 상기 방전관 몸체의 내부에서 유도된 플라즈마를 상기 방전관 몸체의 외부로 배출하기 위한 플라즈마 분사수단을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 선형 플라즈마 발생기는 상기 방전관 몸체 내부로 공정가스를 공급하기 위한 가스 공급부를 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 가스 공급부는 가스 공급원으로부터 공정가스를 공급받는 가스 입구; 상기 가스 입구로부터 공급된 공정가스를 상기 방전관 몸체의 내부로 공급하는 복수 개의 가스 출구를 포함하고, 상기 가스 출구는 상기 방전관 몸체의 가스 입구와 연결된다.
일 실시예에 있어서, 상기 안테나 코일로 무선 주파수 전원을 공급하기 위한 전원 공급원을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 분사수단은 상기 방전관 몸체의 하단에 설치되는 하부몸체; 상기 하부몸체 내부에 장착되는 분사관; 상기 분사관의 하단에 탈착 가능하도록 설치되는 분사판;을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 분사관은 플라즈마가 통과할 수 있도록 상부 및 하부에 각각 적어도 하나의 개구부를 포함하고, 상기 분사판은 상기 플라즈마가 통과할 수 있도록 적어도 하나의 분사홀을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 방전관 몸체는 상기 방전관 몸체를 관통하며 선형으로 배열되는 적어도 하나의 개구부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 페라이트 코어는 상기 개구부가 형성된 상기 방전관 몸체에 장착되어 방전 루프를 형성한다.
일 실시예에 있어서, 상기 방전관 몸체는 직선형태이다.
일 실시예에 있어서, 상기 방전관 몸체에는 자속 출입구가 상기 방전관 몸체의 내부를 향하도록 상기 방전관 몸체의 상면 또는 측면에 상기 페라이트 코어가 장착된다.
일 실시예에 있어서, 상기 방전관 몸체는 상기 페라이트 코어의 자속을 통과시키는 유전체 윈도우가 구비된다.
일 실시예에 있어서, 상기 방전관 몸체는 내측에 구비되는 점화수단을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 점화수단은 복수 개의 점화 전극편 또는 점화 전극봉으로 상기 방전관 몸체에 장착된다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 분사수단은 자력으로 플라즈마를 균일하게 하기 위한 자석을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 분사수단은 냉각수 공급라인을 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 분사수단은 독립적으로 공정가스를 공급받기 위한 가스 공급노즐을 더 포함한다.
본 발명의 플라즈마 처리 시스템은 선형 플라즈마 발생기; 상기 선형 플라즈마 발생기가 설치되는 적어도 하나의 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내부에 구비되어 기판을 이송하기 위한 이송수단을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 이송수단은 수평 또는 수직 중 어느 하나로 상기 기판을 이송하는 구조이다.
일 실시예에 있어서, 복수 개의 상기 공정 챔버는 동일한 기판 처리 공정을 수행하거나 서로 다른 기판 처리 공정을 수행한다.
본 발명의 선형 플라즈마 발생기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 시스템에 의하면 선형으로 플라즈마를 피처리 기판에 제공함으로써 피처리 기판 전면이 고온으로 손상되는 것을 최소화하면서 효율적으로 피처리 기판을 처리할 수 있다. 또한 선형 플라즈마 발생기에서 분사되는 플라즈마의 분사량을 조절하여 플라즈마 처리 효율을 조절할 수 있다. 또한 사용하는 가스의 종류에 따라 열처리, 증착, 크리닝 등과 같이 다양한 분야에서 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선형 플라즈마 발생기의 제1 실시예를 도시한 사시도이다.
도 2는 방전관 몸체에 장착되는 페라이트 코어를 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 선형 플라즈마 발생기의 단면도이다.
도 5는 선형 플라즈마 발생기의 플라즈마 분사수단의 결합구조를 확인하기 위한 분리 사시도이다.
도 6은 선형 플라즈마 발생기의 분배판의 다양한 형상을 도시한 도면이다.
도 7은 선형 플라즈마 발생기에서 분사된 플라즈마를 기판으로 유도하기 위한 수단이 구비된 상태를 도시한 단면도이다.
도 8은 자석을 포함하는 플라즈마 분사 수단을 도시한 단면도이다.
도 9는 제2 공정가스 공급구조를 포함하는 플라즈마 분사수단을 도시한 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선형 플라즈마 발생기의 제2 실시예를 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선형 플라즈마 발생기의 제3 실시예를 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 14는 수평으로 이송되는 기판을 상부에서 처리하기 위해 선형 플라즈마 발생기가 설치된 구조를 간략하게 도시한 측면도이다.
도 15는 수평으로 이송되는 기판을 하부에서 처리하기 위해 선형 플라즈마 발생기가 설치된 구조를 간략하게 도시한 측면도이다.
도 16은 수직으로 이송되는 기판을 처리하기 위해 선형 플라즈마 발생기가 설치된 구조를 간략하게 도시한 측면도이다.
도 17은 플라즈마가 분사되는 분사홀이 교대적으로 위치되도록 선형 플라즈마 발생기가 배열된 상태를 도시한 평면도이다.
도 2는 방전관 몸체에 장착되는 페라이트 코어를 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 선형 플라즈마 발생기의 단면도이다.
도 5는 선형 플라즈마 발생기의 플라즈마 분사수단의 결합구조를 확인하기 위한 분리 사시도이다.
도 6은 선형 플라즈마 발생기의 분배판의 다양한 형상을 도시한 도면이다.
도 7은 선형 플라즈마 발생기에서 분사된 플라즈마를 기판으로 유도하기 위한 수단이 구비된 상태를 도시한 단면도이다.
도 8은 자석을 포함하는 플라즈마 분사 수단을 도시한 단면도이다.
도 9는 제2 공정가스 공급구조를 포함하는 플라즈마 분사수단을 도시한 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선형 플라즈마 발생기의 제2 실시예를 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선형 플라즈마 발생기의 제3 실시예를 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 14는 수평으로 이송되는 기판을 상부에서 처리하기 위해 선형 플라즈마 발생기가 설치된 구조를 간략하게 도시한 측면도이다.
도 15는 수평으로 이송되는 기판을 하부에서 처리하기 위해 선형 플라즈마 발생기가 설치된 구조를 간략하게 도시한 측면도이다.
도 16은 수직으로 이송되는 기판을 처리하기 위해 선형 플라즈마 발생기가 설치된 구조를 간략하게 도시한 측면도이다.
도 17은 플라즈마가 분사되는 분사홀이 교대적으로 위치되도록 선형 플라즈마 발생기가 배열된 상태를 도시한 평면도이다.
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.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선형 플라즈마 발생기의 제1 실시예를 도시한 사시도이고, 도 2는 방전관 몸체에 장착되는 페라이트 코어를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 선형 플라즈마 발생기(10)는 방전관 몸체(30), 페리아트 코어(35), 안테나 코일(36) 및 플라즈마 분사수단(40)으로 구성된다. 방전관 몸체(30)는 중공으로 전체적으로 일자 형태로 형성되고, 선형적으로 복수 개의 개구부가 관통 형성된다. 방전관 몸체(30)에는 하나 이상의 가스 입구가 구비되어 가스 공급원(미도시)으로부터 공정가스를 제공받는다. 본 발명의 실시예에서는 방전관 몸체(30)의 상면과 하면이 완전하게 개구되어 방전관 몸체(30)의 상부에 가스 공급부(20)가 구비된다. 가스 공급부(20)는 가스입구(22)가 가스 공급원(미도시)와 연결되어 방전관 몸체(30) 내부로 공정가스가 제공된다. 페라이트 코어(35)는 방전관 몸체(30)를 관통하여 구비된 개구부를 통해 방전관 몸체(30)에 설치된다. 이때 페라이트 코어(35)는 개구부를 통해 방전관 몸체(30)에 수평 또는 수직으로 설치될 수 있다. 안테나 코일(36)은 페라이트 코어(35)에 권선되어 방전관 몸체(30) 내부에 플라즈마를 유도한다. 즉, 방전관 몸체(30)에 구비된 복수 개의 개구부에 의해 플라즈마 방전 루프가 형성된다. 유도된 플라즈마는 방전관 몸체(30)의 하부에 구비된 플라즈마 분사 수단을 통해 방전관 몸체(30) 외부로 분사되어 기판을 처리한다. 그러므로 선형 플라즈마 발생기(10)에서 유도된 플라즈마를 선형적으로 기판에 분사하여 플라즈마 처리를 수행한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 분사수단(40)의 구조는 아래에서 상세하게 설명한다.
방전관 몸체(30)는 알루미늄과 같은 금속 물질로 재작될 수 있다. 또한 방전관 몸체(30)의 내부에 석영관과 같은 전기적 절연 물질을 더 구비할 수도 있다. 이와 같이 방전관 몸체(30)는 의도된 플라즈마 프로세스가 수행되기에 적합한 어떠한 물질로도 재작될 수 있다. 또한 방전관 몸체(30)에는 고온의 플라즈마에 의해 방전관 몸체(30)의 온도가 상승하는 것을 방지하기 위한 냉각 라인(미도시)이 필요한 위치에 따라 구비된다.
도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 선형 플라즈마 발생기의 단면도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 선형 플라즈마 발생기(10)는 방전관 몸체(30) 상부에 가스 공급부(20)가 구비된다. 가스 공급부(20)는 가스 공급원(미도시)으로부터 공정가스를 제공받기 위한 하나 이상의 가스 입구(22)와 공정가스를 방전관 몸체(30)로 공급하기 위한 복수 개의 가스 출구(24)를 포함한다. 가스 공급부(20)의 가스 출구(24)는 방전관 몸체(30)의 상부 개구부에 설치되어 공정가스를 방전관 몸체 (30)내부로 공급한다. 가스 공급부(20)의 내부에는 공정가스의 균일한 분포를 위해 배플(23)이 구비된다. 또한 가스 공급부(20)에는 냉각수를 이용하여 온도를 조절하기 위한 냉각 채널이 구비된다.
다시 도 1, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 방전관 몸체(30)의 내측 상부에는 하나 이상의 점화 전극편(31)이 설치되고, 점화 전극편(31)은 점화 전원(60)에 전기적으로 연결된다. 점화 전극편(31)은 방전관 몸체(30)에 복수 개가 설치될 수도 있고, 점화 전극봉 형태로 방전관 몸체(30)의 길이방향을 따라 설치될 수 있다. 점화 전극편(31)은 별도의 점화 전원(60)에 전기적으로 연결될 수도 있고, 안테나 코일(36)에 무선 주파수 전원을 공급하는 전원 공급원(50)에 연결되어 점화를 위한 전원을 공급받을 수도 있다. 여기서, 방전관 몸체(30)에는 환 전류가 발생되는 것을 차단하기 위한 절연 구간(33)이 구비된다.
안테나 코일(36)은 전원 공급원(50)으로부터 발생된 무선 주파수 전원을 임피던스 정합기(52)를 통하여 공급받아 구동된다. 전원 공급원(50)은 별도의 임피던스 정합기 없이 출력 전원의 제어가 가능한 무선 주파수 발생기를 사용하여 구성될 수도 있다. 또한 안테나 코일(36)은 복수 개의 전원 공급원(50)에 연결될 수도 있다. 이때 각 전원 공급원(50)은 동일한 무선 주파수를 공급할 수도 있고, 서로 다른 무선 주파수를 공급할 수도 있다.
다음으로 플라즈마 분사수단의 구성 및 작용을 설명한다.
도 5는 선형 플라즈마 발생기의 플라즈마 분사수단의 결합구조를 확인하기 위한 분리 사시도이다.
도 3, 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 플라즈마 분사수단(40)은 하부몸체(42), 분사관(44) 및 분사판(46)을 포함한다. 하부몸체(42)는 방전관 몸체(30)에서 유도된 플라즈마가 통과될 수 있도록 방전관 몸체(30)의 하부에 구비된다.
하부몸체(42)의 내부에는 길이방향으로 분사관(44)이 설치된다. 또한 하부몸체(42)는 내부가 중공으로 형성되어 방전관 몸체(30) 내부에서 방전되지 않고 기판(1)으로 배출된 잔류가스를 다시 흡입하기 위한 구조를 갖는다. 이때 하부몸체(42)에는 흡입된 가스를 배출하기 위한 배기구조(미도시)가 구비된다.
분사관(44)은 상단 및 하단에 하나 이상의 개구부(44a, 44b)가 구비된다. 분사관(44)의 상단 개구부(44a)는 방전관 몸체(30)로부터 제공된 플라즈마를 분사관(44) 내부로 제공받고, 분사관(44)의 하단 개구부(44b)를 통해 분사관(44) 내부의 플라즈마를 외부로 분사한다. 분사관(44)의 상단 및 하단의 개구부(44a, 44b)는 크기와 갯수를 가변적으로 변경할 수 있다. 본 발명의 실시예에서 분사관(44)의 상단 개구부(44a)는 복수 개 구비되고, 하단 개구부(44b)는 길이방향을 따라 분사관(44) 하단이 완전하게 개구된 형태를 갖는다. 분사관(44)의 양단에는 내부의 플라즈마가 유출되는 것을 방지하기 위한 마개(41)가 구비된다. 또한 분사관(44)의 둘레에는 분사관(44)의 온도를 조절하여 고온의 플라즈마에 의해 분사관(44)이 손상되는 것을 방지하기 위해 냉각수 공급 라인(48)이 길이방향으로 구비된다. 냉각수 공급 라인(48)은 냉각 시스템(미도시)에 연결된다.
분사관(44)의 하단 개구부(44b)에는 분사판(46)이 별도로 설치된다. 분사판(46)은 판 형상으로 분사관(44)의 하단에 탈착 가능하도록 설치된다. 분사판(46)은 결합구조로써, 길이방향으로 양측에 결합돌기(46c)가 구비된다. 분사판(46)의 결합돌기(46c)에 대응하여 분사관(44)의 하단에는 결합돌기(46c)가 끼워지기 위한 결합홈(44c)이 구비된다. 분사판(46)은 복수 개의 분사홀(46a)을 구비한다. 분사판(44)에 구비된 복수 개의 분사홀(46a)을 통해 방전관 몸체(30) 내부의 플라즈마가 방전관 몸체(30) 외부로 분사된다. 분사홀(46a)의 갯수 및 크기에 따라 선형 플라즈마 발생기(10)에서 분사되는 플라즈마의 양을 조절할 수 있다.
도 6은 선형 플라즈마 발생기의 분배판의 다양한 형상을 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 분사홀(46c)의 크기 또는 갯수가 다르게 구비된 분사판(46)을 이용하여 필요에 따라 분사판(46)을 교체하여 사용할 수 있다. 또한 분사홀(46c)의 모양도 원형, 사각형 등과 같이 다양한 형태로 형성할 수 있다. 또한 분사판(46) 전체적으로 하나의 분사홀(46c-1)이 구비되어 연속된 직선형태로 플라즈마가 분사될 수 있다.
도 7은 선형 플라즈마 발생기에서 분사된 플라즈마를 기판으로 유도하기 위한 수단이 구비된 상태를 도시한 단면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 선형 플라즈마 발생기(10)에서 분사된 플라즈마를 기판(1)으로 유도하기 위한 유도 수단을 구비할 수 있다. 기판(1) 상부를 처리하기 위해 선형 플라즈마 발생기(10)가 설치된 경우, 기판(1)의 하부에 바이어스 전원(5)으로부터 전원을 공급받는 전극(3)을 구비한다. 그러므로 전극(3)에 의해 선형 플라즈마 발생기(10)에서 분사된 플라즈마가 기판(1)을 향하여 가속되어 기판(1)을 효율적으로 처리할 수 있다. 또한 플라즈마 유도 수단으로 영구자석이나 유도자석을 이용할 수도 있다.
도 8은 자석을 포함하는 플라즈마 분사 수단을 도시한 단면도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 플라즈마 분사 수단(40)은 분사관(44)의 둘레에 자석(47)을 구비할 수 있다. 분사관(44)의 외부 둘레에 유도자석 또는 고정자석을 설치하면 분사관(44)을 통해 배출되는 플라즈마가 자력에 의해 흐름이 발생하여 더욱 균일하게 분사될 수 있다.
도 9는 제2 공정가스 공급구조를 포함하는 플라즈마 분사수단을 도시한 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 분사관(44)의 일측에는 제2 공정가스를 공급하기 위한 제2 가스공급노즐(49)이 구비된다. 제2 가스공급노즐(49)은 가스 공급원(미도시)에 연결되어 가스 공급부(20)와는 별개로 공정가스를 공급받는다. 이때 제2 가스공급노즐(49)로 공급되는 공정가스와 가스 공급부(20)를 통해 공급되는 공정가스는 동일하거나 다를 수 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선형 플라즈마 발생기의 제2 실시예를 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 선형 플라즈마 발생기(10a)는 가스입구(22a)가 구비되고 일자 형태로 형성된 방전관 몸체(30a)의 외부 천정에 말굽 형태의 페라이트 코어(37)가 설치된다. 각 페라이트 코어(37)는 방전관 몸체(30a)의 길이방향을 따라 설치된다. 페라이트 코어(37)은 안테나 코일(36)이 권선되어 전원 공급원(50)으로부터 무선 주파수 전원을 공급받아 플라즈마를 유도한다. 이때 페라이트 코어(37)는 자속 출입구가 방전관 몸체(30a)의 내부를 향하도록 설치된다. 또한 페라이트 코어(37)의 자속이 방전관 몸체(30a)의 내부로 통과할 수 있도록 유전체 윈도우(38)가 방전관 몸체(30a)의 천정면에 설치된다. 즉, 페라이트 코어(37)의 하부에는 유전체 윈도우(38)가 설치된다. 이때, 유전체 윈도우(38)는 방전관 몸체(30a) 천정면 전체에 설치될 수도 있고, 페라이트 코어(37)가 설치된 부분에만 설치될 수도 있다. 유전체 윈도우(38)는 석영이나 세라믹과 같은 절연물질로 마련되어 페라이트 코어(37)에서 발생된 자속을 투과하여 방전관 몸체(30) 내부로 투과되도록 한다. 복수 개의 페라이트 코어(37)에 권선된 복수 개의 안테나 코일(36)은 직렬 또는 병렬로 전원 공급원(50)에 연결된다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선형 플라즈마 발생기의 제3 실시예를 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 선형 플라즈마 발생기(10b)는 방전관 몸체(30b)의 측면에 말굽 형태의 페라이트 코어(37)가 설치된다. 각 페라이트 코어(37)는 방전관 몸체(30b)의 길이방향을 따라 설치된다. 이때에도 유전체 윈도우(38)는 방전관 몸체의 측면에 설치된다. 유전체 윈도우(38)는 방전관 몸체(30b) 측면 전체에 설치될 수도 있고, 페라이트 코어(37)가 설치된 부분에만 설치될 수도 있다.
본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 선형 플라즈마 발생기(10a, 10b)는 상기에 설명한 제1 실시예에 따른 선형 플라즈마 발생기(10)에서 설명한 가스 공급부(20)와 플라즈마 분사수단(40)이 동일한 구조로 구비된다.
도 14는 수평으로 이송되는 기판을 상부에서 처리하기 위해 선형 플라즈마 발생기가 설치된 구조를 간략하게 도시한 측면도이고, 도 15는 수평으로 이송되는 기판을 하부에서 처리하기 위해 선형 플라즈마 발생기가 설치된 구조를 간략하게 도시한 측면도이고, 도 16은 수직으로 이송되는 기판을 처리하기 위해 선형 플라즈마 발생기가 설치된 구조를 간략하게 도시한 측면도이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 수평으로 이송되는 기판(1)의 상부를 처리하기 위해 적어도 하나의 선형 플라즈마 발생기(10)가 공정챔버(110)의 천정에 구비된다. 기판(1)은 이송수단(120)인 롤러(122)에 의해 수평으로 이송된다. 선형 플라즈마 발생기(10)의 내부에서 발생된 플라즈마는 기판(1)을 향해 하강하여 기판(1) 표면을 처리한다. 여기에서, 기판(1)의 하부에는 히터(130)가 구비되어 필요에 따라 기판(1)을 히팅한다.
도 15에 도시된 바와 같이, 수평으로 이송되는 기판(1)의 하부를 처리하기 위해 적어도 하나의 선형 플라즈마 발생기(10)가 공정챔버(110)의 하부에 구비될 수도 있다. 여기서, 선형 플라즈마 발생기(10)는 복수 개의 롤러(122) 사이에 구비되다. 또한, 기판(1)은 이송수단(120)에 의해 수평으로 이송된다. 도면에는 도시하지 않았으나, 선형 플라즈마 발생기(10)를 기판(1)의 양면(상면과 하면)을 동시에 처리할 수 있도록 설치할 수도 있다.
도 16에 도시된 바와 같이, 수직으로 이송되는 기판(1)의 일면을 처리하기 위해 적어도 하나의 선형 플라즈마 발생기(10)가 공정챔버(110)의 측면에 구비된다. 선형 플라즈마 발생기(10)는 수직으로 이송되는 기판(1)의 일면을 처리하도록 설치된다. 이때 기판(1)을 수직으로 이송하기 위해서 롤러(7)와 고정수단(9)가 구비된다. 또한 도면에서는 도시하지 않았으나 적어도 하나의 선형 플라즈마 발생기(10)를 기판(1)의 양면을 동시에 처리할 수 있도록 설치할 수 있다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리 시스템은 적어도 하나의 플라즈마 발생기(10)가 구비된 공정챔버(110)를 인라인 형태로 배치되어 기판(1)을 처리한다. 이때 각 공정챔버는 동일한 기판 처리 공정을 수행할 수도 있고, 서로 다른 기판 처리 공정을 수행할 수도 있다.
다시 말해, 선형 플라즈마 발생기(10)로 공급되는 공정가스의 종류에 따라 공정챔버(110)에서 기판(1)을 증착, 에싱, 또는 열처리 등과 같은 작업을 수행한다. 각 공정챔버(110)에 구비된 복수 개의 선형 플라즈마 발생기(10)는 모두 동일한 공정가스를 이용하여 동일한 플라즈마 처리 공정을 수행할 수도 있고, 서로 다른 공정 가스를 이용하여 다른 플라즈마 처리 공정을 수행할 수도 있다. 또한 하나의 공정챔버(110) 내부에 복수 개의 선형 플라즈마 발생기(10)가 구비되고, 동일한 플라즈마 처리 공정을 수행하기 위한 선형 플라즈마 발생기(10)는 공정챔버(110) 내부에서 독립된 공간으로 분리된다. 여기서, 독립된 공간에 구비된 선형 플라즈마 발생기(10)는 서로 다른 플라즈마 처리 공정을 수행할 수도 있다.
예를 들어, 기판(1)의 이송 경로를 따라 하나의 공정챔버는 증착공정을 수행하고, 다음 공정챔버는 열처리공정을 수행한다. 그러므로 기판(1)은 여러 가지 공정이 순차적으로 처리된다. 또한 하나의 공정챔버에 복수 개의 선형 플라즈마 발생기(10)가 구비된 경우, 각 선형 플라즈마 발생기(10)는 독립된 공간에 구비된다. 여기서, 하나의 선형 플라즈마 발생기(10)는 증착 공정을 수행하고, 다른 선형 플라즈마 발생기(10)는 열처리공정을 수행한다. 본 발명에 의한 플라즈마 처리 시스템은 선형 플라즈마 발생기(10)의 갯수를 조절하여 공정챔버에 구비할 수 있다.
다른 예로, 열처리공정을 통해 아몰실리콘(a-si)을 폴리 실리콘(poly-si)으로 변형시킬 수 있다. 아몰 실리콘(a-si)은 증착공정을 통해 기판에 증착 형성하기 힘들기 때문에 기판(1)에 증착된 폴리 실리콘(poly-si)을 고온으로 처리하여 개질시킨다. 기판(1) 전체를 가열하기 때문에 아몰 실리콘(a-si)이 뭉치거나 변형이 발생된다. 또한 기판(1)은 유리 재질이므로 가열이 어렵고, 고온으로 인해 변형이 발생될 수 있다. 이런 점을 개선하기 위해 레이저를 이용한 스캔 방식이 사용되나, 이는 작업 시간이 길어지는 단점이 있었다. 본 발명에 따른 선형 플라즈마 반응기(10)를 열처리 공정에서 사용하면 기판(1)을 선형적으로 가열하기 때문에 기판을 전체적으로 가열하는 방식에 비해 아몰 실리콘(a-si)이 뭉치거나 변형이 발생되는 것을 방지한다. 또한 레이저를 이용한 방식에 비해 작업 시간이 단축될 수 있다.
도 17은 플라즈마가 분사되는 분사홀이 교대적으로 위치되도록 선형 플라즈마 발생기가 배열된 상태를 도시한 평면도이다.
도 17에 도시된 바와 같이, 복수 개의 선형 플라즈마 발생기(10-1, 10-2)의 분사홀(46a)이 교대적으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 공정 챔버(110)의 전방과 후방에 각각 제1 및 제2 선형 플라즈마 발생기(10-1, 10-2)가 구비된다. 제1 선형 플라즈마 발생기(10-1)에 구비된 복수 개의 분사홀(46a) 사이에 제2 선형 플라즈마 발생기(10-2)에 구비된 분사홀(46a)이 위치한다. 그러므로 기판(1)은 제1 및 제2 선형 플라즈마 발생기(10-1, 10-2)를 차례로 지나면서 플라즈마가 고르게 처리된다.
이상에서 설명된 본 발명의 선형 플라즈마 발생기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 시스템의 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.
1: 기판 3: 전극
5: 바이어스 전원 7: 롤러
9: 고정수단 10, 10a, 10b: 방전관 몸체
10-1, 10-2: 제1, 2 선형 플라즈마 발생기 20: 가스 공급부
22: 가스 입구 23: 배플
24: 가스 출구 30, 30a, 30b: 방전관 몸체
31: 점화 전극편 33: 절연 구간
35, 37: 페라이트 코어 36: 안테나 코일
38: 유전체 윈도우 40: 플라즈마 분사 수단
41: 마개 42: 하부몸체 44: 분사관 44a: 상단 개구부
44b: 하단 개구부 44c: 결합홈
46: 분사판 46a, 46a-1: 분사홀
46c: 결합돌기 47: 자석
48: 냉각수 공급라인 49: 제2 가스 공급노즐
50: 전원 공급원 52: 임피던스 정합기
60: 점화 전원 110: 공정 챔버
120: 이송수단 122: 롤러
130: 히터
5: 바이어스 전원 7: 롤러
9: 고정수단 10, 10a, 10b: 방전관 몸체
10-1, 10-2: 제1, 2 선형 플라즈마 발생기 20: 가스 공급부
22: 가스 입구 23: 배플
24: 가스 출구 30, 30a, 30b: 방전관 몸체
31: 점화 전극편 33: 절연 구간
35, 37: 페라이트 코어 36: 안테나 코일
38: 유전체 윈도우 40: 플라즈마 분사 수단
41: 마개 42: 하부몸체 44: 분사관 44a: 상단 개구부
44b: 하단 개구부 44c: 결합홈
46: 분사판 46a, 46a-1: 분사홀
46c: 결합돌기 47: 자석
48: 냉각수 공급라인 49: 제2 가스 공급노즐
50: 전원 공급원 52: 임피던스 정합기
60: 점화 전원 110: 공정 챔버
120: 이송수단 122: 롤러
130: 히터
Claims (20)
- 적어도 하나의 가스 입구가 구비되어 공정가스를 공급받는 중공형태의 방전관 몸체;
상기 방전관 몸체에 장착되는 페라이트 코어;
상기 페라이트 코어에 권선되어 상기 방전관 몸체 내부에 유도 결합된 플라즈마 방전을 유도하기 위한 안테나 코일;
상기 방전관 몸체의 내부에서 유도된 플라즈마를 상기 방전관 몸체의 외부로 배출하기 위한 플라즈마 분사수단을 포함하며,
상기 플라즈마 분사수단은, 상기 방전관 몸체의 하단에 설치되는 하부몸체; 상기 하부몸체 내부에 장착되는 분사관; 상기 분사관의 하단에 탈착 가능하도록 설치되는 분사판;을 포함하고,
상기 분사관은 상단 및 하단에 하나 이상의 개구부를 형성하며, 상기 분사관의 상단 및 하단의 개구부는 크기와 갯수를 가변적으로 변경할 수 있는 선형 플라즈마 발생기. - 제1항에 있어서,
상기 선형 플라즈마 발생기는
상기 방전관 몸체 내부로 공정가스를 공급하기 위한 가스 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 플라즈마 발생기. - 제2항에 있어서,
상기 가스 공급부는
가스 공급원으로부터 공정가스를 공급받는 가스 입구;
상기 가스 입구로부터 공급된 공정가스를 상기 방전관 몸체의 내부로 공급하는 복수 개의 가스 출구를 포함하고, 상기 가스 출구는 상기 방전관 몸체의 가스 입구와 연결된 것을 특징으로 하는 선형 플라즈마 발생기. - 제1항에 있어서,
상기 안테나 코일로 무선 주파수 전원을 공급하기 위한 전원 공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 플라즈마 발생기. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 분사판은 상기 플라즈마가 통과할 수 있도록 적어도 하나의 분사홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 플라즈마 발생기. - 제1항에 있어서,
상기 방전관 몸체는 상기 방전관 몸체를 관통하며 선형으로 배열되는 적어도 하나의 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 플라즈마 발생기. - 제7항에 있어서,
상기 페라이트 코어는 상기 개구부가 형성된 상기 방전관 몸체에 장착되어 방전 루프를 형성하는 것을 특징으로 하는 선형 플라즈마 발생기. - 제1항에 있어서,
상기 방전관 몸체는 직선형태인 것을 특징으로 하는 선형 플라즈마 발생기. - 제9항에 있어서,
상기 방전관 몸체에는 자속 출입구가 상기 방전관 몸체의 내부를 향하도록 상기 방전관 몸체의 상면 또는 측면에 상기 페라이트 코어가 장착되는 것을 특징으로 하는 선형 플라즈마 발생기. - 제10항에 있어서,
상기 방전관 몸체는 상기 페라이트 코어의 자속을 통과시키는 유전체 윈도우가 구비되는 것을 특징으로 하는 선형 플라즈마 발생기. - 제1항에 있어서,
상기 방전관 몸체는 내측에 구비되는 점화수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 플라즈마 발생기. - 제12항에 있어서,
상기 점화수단은 복수 개의 점화 전극편 또는 점화 전극봉으로 상기 방전관 몸체에 장착되는 것을 특징으로 하는 선형 플라즈마 발생기. - 제1항에 있어서,
상기 플라즈마 분사수단은 자력으로 플라즈마를 균일하게 하기 위한 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 플라즈마 발생기. - 제1항에 있어서,
상기 플라즈마 분사수단은 냉각수 공급라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 플라즈마 발생기. - 제1항에 있어서,
상기 플라즈마 분사수단은 독립적으로 공정가스를 공급받기 위한 가스 공급노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 플라즈마 발생기. - 제1항에 있어서,
상기 하부 몸체는, 상기 방전관 몸체 내부에서 방전되지 않고 기판으로 배출된 잔류가스를 다시 흡입하는 배기구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 선형 플라즈마 발생기. - 제1항 내지 제4항 및 제6항 내지 제17항 중 어느 한 항에 의해 형성된 선형 플라즈마 발생기;
상기 선형 플라즈마 발생기가 설치되는 적어도 하나의 공정 챔버;
상기 공정 챔버 내부에 구비되어 기판을 이송하기 위한 이송수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 플라즈마 발생기를 갖는 플라즈마 처리 시스템. - 제18항에 있어서,
상기 이송수단은 수평 또는 수직 중 어느 하나로 상기 기판을 이송하는 구조인 것을 특징으로 하는 선형 플라즈마 발생기를 갖는 플라즈마 처리 시스템. - 제18항에 있어서,
복수 개의 상기 공정 챔버는 동일한 기판 처리 공정을 수행하거나 서로 다른 기판 처리 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 선형 플라즈마 발생기를 갖는 플라즈마 처리 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100051477A KR101680710B1 (ko) | 2010-05-31 | 2010-05-31 | 선형 플라즈마 발생기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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