KR102023705B1 - Plasma reactor for process monitoring - Google Patents
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Abstract
공정 모니터링을 위한 플라즈마 반응기는, 진공 배기관에 접속되는 관형의 접지 전극과, 접지 전극에 결합되며 접지 전극과 반대되는 단부의 내측에 관형의 스페이서를 구비한 관형의 유전체와, 유전체의 외면에서 유전체의 길이 방향과 나란하게 위치하는 고전압 전극과, 스페이서와 접하며 유전체의 단부에 결합된 시창구를 포함한다. 고전압 전극은 접지 전극에 대해 최소 간격으로부터 최대 간격에 이르는 간격 범위를 가지며, 전원으로부터 플라즈마 발생을 위한 구동 전압을 인가받는다.Plasma reactors for process monitoring include a tubular ground electrode connected to a vacuum exhaust pipe, a tubular dielectric with tubular spacers coupled to the ground electrode and opposite to the ground electrode, and a dielectric on the outer surface of the dielectric. And a high voltage electrode positioned side by side in the longitudinal direction, and a viewing hole in contact with the spacer and coupled to the end of the dielectric. The high voltage electrode has an interval range from the minimum interval to the maximum interval with respect to the ground electrode, and receives a driving voltage for generating plasma from a power supply.
Description
본 발명은 공정 챔버의 배기 가스를 분석하여 공정 모니터링을 수행하는 플라즈마 반응기에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma reactor for performing process monitoring by analyzing the exhaust gas of the process chamber.
반도체, 디스플레이, 태양전지 등은 공정 챔버와 진공 펌프를 구비한 저압 공정 설비에서 제작된다. 공정 챔버에서는 증착, 식각, 세정 등의 작업이 이루어지고, 진공 펌프는 배기관을 통해 공정 챔버와 연결되어 공정 가스를 배출시킨다.Semiconductors, displays, solar cells and the like are fabricated in low pressure process equipment with process chambers and vacuum pumps. In the process chamber, operations such as deposition, etching, and cleaning are performed, and a vacuum pump is connected to the process chamber through an exhaust pipe to discharge the process gas.
공정 모니터링은 공정 챔버의 상태를 감지하는 기술로서, 종래의 공정 모니터링은 주로 공정 챔버 내부에서 발생한 플라즈마로부터 방출되는 광학 에미션(optical emission)을 관측하여 공정 중 일어나는 화학반응을 유추하는 방식으로 이루어진다.Process monitoring is a technique for detecting the state of a process chamber, and conventional process monitoring is mainly performed by inducing chemical reactions occurring during a process by observing optical emission emitted from plasma generated inside the process chamber.
그런데 공정 챔버 내부에서 발생하는 플라즈마는 공간적인 비균일성을 가지고 있으므로 측정 위치에 따라 스펙트럼 강도에 큰 차이가 발생한다. 또한, 광학 에미션을 관측하는 시창구가 공정 부산물에 의해 오염되어 측정 에미션 강도가 시간에 따라 변하게 되며, 시창구에 의한 웨이퍼의 오염 방지를 위해 시창구가 존재하지 않는 다수의 공정 챔버가 존재한다.However, since the plasma generated inside the process chamber has spatial non-uniformity, a large difference occurs in the spectral intensity depending on the measurement position. In addition, the viewing window for observing the optical emission is contaminated by process by-products so that the measured emission intensity changes with time, and there are a plurality of process chambers in which the viewing window does not exist to prevent contamination of the wafer by the viewing window. do.
최근, 공정 챔버 후단의 배기관에 잔류가스 분석기를 설치하거나 플라즈마 반응기를 설치하여 공정 모니터링을 수행하는 방식이 제안되었다. 그런데 유량과 압력 등 공정 조건이 스로틀 밸브에 의해 엄격히 통제되는 공정 챔버와 달리 배기관은 시간에 따라 압력이 급격하게 변하고, 다수의 공정 부산물들과 미분해 전구체가 통과하는 등 플라즈마의 발생 및 유지가 매우 어려운 영역이다.Recently, a method of performing process monitoring by installing a residual gas analyzer or installing a plasma reactor in an exhaust pipe behind a process chamber has been proposed. However, unlike process chambers in which process conditions such as flow rate and pressure are strictly controlled by the throttle valve, the exhaust pipe changes pressure rapidly with time, and the generation and maintenance of plasma, such as the passage of many process by-products and undecomposed precursors, is very It is a difficult area.
또한, 플라즈마는 다양한 종류의 공정 부산물과 입자들을 추가로 발생시키므로, 이들에 의해 시창구가 오염될 수 있다.In addition, the plasma additionally generates various kinds of process by-products and particles, which may contaminate the sight glass.
본 발명은 다양한 공정 조건에서 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 안정된 플라즈마를 유지할 수 있으며, 시창구 오염에 의한 광학 에미션의 왜곡을 최소화할 수 있는 공정 모니터링을 위한 플라즈마 반응기를 제공하고자 한다.The present invention is to provide a plasma reactor for process monitoring that can generate a plasma under a variety of process conditions, can maintain a stable plasma, and minimize distortion of the optical emission due to viewing window contamination.
일 실시예의 플라즈마 반응기는 공정 챔버 후단의 진공 배기관에 접속되며, 진공 배기관의 공정 가스를 시간에 따라 분석하여 공정 모니터링을 수행한다. 플라즈마 반응기는, 진공 배기관에 접속되는 관형의 접지 전극과, 접지 전극에 결합되며 접지 전극과 반대되는 단부의 내측에 관형의 스페이서를 구비한 관형의 유전체와, 유전체의 외면에서 유전체의 길이 방향과 나란하게 위치하는 고전압 전극과, 스페이서와 접하며 유전체의 단부에 결합된 시창구를 포함한다. 고전압 전극은 접지 전극에 대해 최소 간격으로부터 최대 간격에 이르는 간격 범위를 가지며, 전원으로부터 플라즈마 발생을 위한 구동 전압을 인가받는다. 스페이서의 내경은 유전체의 내경보다 작다.The plasma reactor of one embodiment is connected to a vacuum exhaust pipe at the rear of the process chamber, and process monitoring is performed by analyzing the process gas of the vacuum exhaust pipe over time. The plasma reactor has a tubular ground electrode connected to a vacuum exhaust pipe, a tubular dielectric having a tubular spacer coupled to the ground electrode and opposite to the ground electrode, and parallel to the length direction of the dielectric on the outer surface of the dielectric. And a sight glass coupled to the end of the dielectric and in contact with the spacer. The high voltage electrode has an interval range from the minimum interval to the maximum interval with respect to the ground electrode, and receives a driving voltage for generating plasma from a power supply. The inner diameter of the spacer is smaller than the inner diameter of the dielectric.
접지 전극은, 진공 배기관의 내부에 위치하며 적어도 하나의 개구를 가지는 내측부와, 진공 배기관의 외부에 위치하는 외측부로 구분될 수 있다. 내측부는 앞쪽이 막힌 형상일 수 있고, 개구는 공정 가스의 상류측에 위치하는 제1 개구와 공정 가스의 하류측에 위치하는 제2 개구로 구분될 수 있다.The ground electrode may be divided into an inner part located inside the vacuum exhaust pipe and having at least one opening, and an outer part located outside the vacuum exhaust pipe. The inner part may have a shape in which the front is blocked, and the opening may be divided into a first opening positioned upstream of the process gas and a second opening positioned downstream of the process gas.
접지 전극의 내부 공간은 균일 직경부와, 균일 직경부보다 유전체로부터 더 멀리 위치하며 유전체로부터 멀어질수록 내경이 작아지는 가변 직경부로 구성될 수 있고, 적어도 하나의 개구는 가변 직경부와 통할 수 있다.The inner space of the ground electrode may be composed of a uniform diameter portion and a variable diameter portion located farther from the dielectric than the uniform diameter portion and having an inner diameter that decreases away from the dielectric, and at least one opening may communicate with the variable diameter portion. .
내측부는 서로 이격된 제1 파트 및 제2 파트와, 제1 파트와 제2 파트를 일체로 결합시키는 복수의 금속 바를 포함할 수 있으며, 복수의 금속 바 사이의 열린 부분이 개구로 기능할 수 있다.The inner part may include a first part and a second part spaced apart from each other, and a plurality of metal bars integrally coupling the first part and the second part, and an open portion between the plurality of metal bars may function as an opening. .
다른 한편으로, 접지 전극은 하나의 연결 포트에 의해 진공 배기관에 접속될 수 있다. 연결 포트의 내경은 접지 전극의 내경보다 작을 수 있고, 진공 배기관 내경의 절반 이하일 수 있다. 접지 전극은 진공 배기관을 향한 앞쪽에 연결 포트와 통하는 적어도 하나의 개구를 가질 수 있다.On the other hand, the ground electrode can be connected to the vacuum exhaust pipe by one connecting port. The inner diameter of the connection port may be smaller than the inner diameter of the ground electrode and may be less than half the inner diameter of the vacuum exhaust pipe. The ground electrode may have at least one opening in communication with the connection port in front of the vacuum exhaust pipe.
접지 전극의 내부 공간은 균일 직경부와, 균일 직경부보다 유전체로부터 더 멀리 위치하며 유전체로부터 멀어질수록 내경이 작아지는 가변 직경부로 구성될 수 있고, 가변 직경부가 연결 포트와 통할 수 있다.The inner space of the ground electrode may be composed of a uniform diameter portion and a variable diameter portion located farther from the dielectric than the uniform diameter portion and smaller in diameter as it moves away from the dielectric, and the variable diameter portion may communicate with the connection port.
다른 한편으로, 접지 전극은 연결 포트에 의해 진공 배기관에 접속될 수 있고, 유전체는 접지 전극의 상측과 하측 중 적어도 한 측에서 진공 배기관과 나란하게 결합될 수 있다.On the other hand, the ground electrode may be connected to the vacuum exhaust pipe by a connection port, and the dielectric may be coupled in parallel with the vacuum exhaust pipe on at least one of the upper side and the lower side of the ground electrode.
연결 포트는 공정 가스의 상류측에 위치하는 유입 포트와, 공정 가스의 하류측에 위치하는 배출 포트로 구분될 수 있다. 플라즈마 반응기는, 접지 전극의 내부에서 유입 포트와 배출 포트 사이에 고정되며 유전체의 내부 공간과 마주하는 대향부를 더 포함할 수 있다.The connection port may be divided into an inlet port located upstream of the process gas and an outlet port located downstream of the process gas. The plasma reactor may further include an opposing portion fixed between the inlet port and the outlet port inside the ground electrode and facing the inner space of the dielectric.
다른 일 실시예에 따른 플라즈마 반응기는 접지 전극부, 관형의 유전체, 고전압 전극, 및 시창구를 포함한다. 접지 전극부는 유입구와 배출구를 가지는 관형의 접지 전극과, 진공 배기관과 유입구를 연결하는 유입 포트와, 진공 배기관과 배출구를 연결하는 배출 포트를 포함한다. 관형의 유전체는 접지 전극에 결합되며, 접지 전극과 반대되는 단부의 내측에 관형의 스페이서를 구비한다. 고전압 전극은 유전체의 외면에서 유전체의 길이 방향과 나란하게 위치하고, 접지 전극에 대해 최소 간격으로부터 최대 간격에 이르는 간격 범위를 가지며, 전원으로부터 플라즈마 발생을 위한 구동 전압을 인가받는다. 시창구는 스페이서와 접하며 유전체의 단부에 결합된다. 스페이서의 내경은 유전체의 내경보다 작다.According to another embodiment, the plasma reactor includes a ground electrode portion, a tubular dielectric, a high voltage electrode, and a sight glass. The ground electrode part includes a tubular ground electrode having an inlet and an outlet, an inlet port connecting the vacuum exhaust pipe and the inlet port, and a discharge port connecting the vacuum exhaust pipe and the outlet port. The tubular dielectric is coupled to the ground electrode and has tubular spacers inside the ends opposite the ground electrode. The high voltage electrode is located in parallel with the longitudinal direction of the dielectric on the outer surface of the dielectric, has a spacing range from the minimum spacing to the maximum spacing with respect to the ground electrode, and receives a driving voltage for generating plasma from a power supply. The sight glass contacts the spacer and is coupled to the end of the dielectric. The inner diameter of the spacer is smaller than the inner diameter of the dielectric.
유입구는 배출구보다 공정 가스의 상류측에 더 가깝게 위치할 수 있고, 배출구의 직경은 유입구의 직경과 같거나 이보다 클 수 있다.The inlet can be located closer to the upstream side of the process gas than the outlet, and the diameter of the outlet can be equal to or greater than the diameter of the inlet.
배출구는 유입구보다 유전체에 더 가깝게 위치할 수 있으며, 배출 포트의 길이는 유입 포트의 길이보다 클 수 있다. 접지 전극의 내부 공간은 균일 직경부와, 균일 직경부보다 유전체로부터 더 멀리 위치하며 유전체로부터 멀어질수록 내경이 작아지는 가변 직경부로 구성될 수 있다. 유입구는 가변 직경부와 통할 수 있고, 배출구는 균일 직경부와 통할 수 있다.The outlet may be located closer to the dielectric than the inlet, and the length of the outlet port may be greater than the length of the inlet port. The inner space of the ground electrode may be composed of a uniform diameter portion and a variable diameter portion located farther from the dielectric than the uniform diameter portion and having an inner diameter that decreases away from the dielectric. The inlet can communicate with the variable diameter and the outlet can communicate with the uniform diameter.
다른 한편으로, 유입구는 배출구보다 유전체에 더 가깝게 위치할 수 있으며, 유입 포트의 길이는 배출 포트의 길이보다 클 수 있다. 접지 전극의 내부 공간은 균일 직경부와, 균일 직경부보다 유전체로부터 더 멀리 위치하며 유전체로부터 멀어질수록 내경이 작아지는 가변 직경부로 구성될 수 있다. 유입구는 균일 직경부와 통할 수 있고, 배출구는 가변 직경부와 통할 수 있다.On the other hand, the inlet can be located closer to the dielectric than the outlet, and the length of the inlet port can be greater than the length of the outlet port. The inner space of the ground electrode may be composed of a uniform diameter portion and a variable diameter portion located farther from the dielectric than the uniform diameter portion and having an inner diameter that decreases away from the dielectric. The inlet can communicate with a uniform diameter and the outlet can communicate with a variable diameter.
시창구와 접하는 유전체의 단부는 유전체 홀더로 둘러싸일 수 있고, 유전체의 길이 방향에 따른 유전체 홀더와 고전압 전극간 거리는 스페이서와 고전압 전극간 거리보다 클 수 있다.An end portion of the dielectric in contact with the viewing window may be surrounded by the dielectric holder, and the distance between the dielectric holder and the high voltage electrode in the longitudinal direction of the dielectric may be greater than the distance between the spacer and the high voltage electrode.
다른 일 실시예에 따른 플라즈마 반응기는, 진공 배기관에 접속되는 관형의 접지 전극과, 접지 전극에 결합되며 접지 전극과 반대되는 단부의 내측에 관형의 스페이서를 구비한 관형의 유전체와, 유전체의 외면에서 유전체의 길이 방향과 나란하게 위치하는 고전압 전극과, 스페이서와 접하며 유전체의 단부에 결합된 시창구와, 유전체의 단부를 둘러싸는 유전체 홀더를 포함한다. 고전압 전극은 접지 전극에 대해 최소 간격으로부터 최대 간격에 이르는 간격 범위를 가지며, 전원으로부터 플라즈마 발생을 위한 구동 전압을 인가받는다. 스페이서의 내경은 유전체의 내경보다 작고, 유전체의 길이 방향에 따른 스페이서의 길이는 유전체 홀더의 길이보다 크다.According to another embodiment of the present invention, a plasma reactor includes a tubular ground electrode connected to a vacuum exhaust pipe, a tubular dielectric having tubular spacers coupled to the ground electrode and opposite to the ground electrode, and on an outer surface of the dielectric. And a high voltage electrode positioned parallel to the longitudinal direction of the dielectric, a sight glass contacting the spacer and coupled to the end of the dielectric, and a dielectric holder surrounding the end of the dielectric. The high voltage electrode has an interval range from the minimum interval to the maximum interval with respect to the ground electrode, and receives a driving voltage for generating plasma from a power supply. The inner diameter of the spacer is smaller than the inner diameter of the dielectric, and the length of the spacer along the longitudinal direction of the dielectric is larger than the length of the dielectric holder.
유전체의 길이는 고전압 전극의 길이보다 클 수 있고, 고전압 전극은 유전체의 길이 방향을 따라 스페이서 및 접지 전극과 이격될 수 있다.The length of the dielectric may be greater than the length of the high voltage electrode, and the high voltage electrode may be spaced apart from the spacer and the ground electrode along the length direction of the dielectric.
고전압 전극은 유전체의 둘레 방향을 따라 유전체를 연속으로 둘러싸는 관형 전극일 수 있고, 전원으로부터 교류(AC) 전압 또는 고주파(RF) 전압을 인가받을 수 있다.The high voltage electrode may be a tubular electrode that continuously surrounds the dielectric along the circumferential direction of the dielectric, and may receive an alternating current (AC) voltage or a high frequency (RF) voltage from a power supply.
다른 한편으로, 고전압 전극은 유전체의 둘레 방향을 따라 서로 이격된 두 개의 고전압 전극으로 구분될 수 있다. 두 개의 고전압 전극은 전원으로부터 바이폴라 펄스 전압을 인가받을 수 있다.On the other hand, the high voltage electrode may be divided into two high voltage electrodes spaced apart from each other along the circumferential direction of the dielectric. Two high voltage electrodes may receive a bipolar pulse voltage from a power source.
본 발명에 따르면, 공정 가스가 지속적인 흐름 상태를 나타내는 영역에 안정된 플라즈마를 발생시킴과 동시에 시창구 주위의 플라즈마 발생을 억제할 수 있다. 따라서 압력 및 가스 조성 변화에도 장시간 안정된 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 시창구 오염을 최소화하여 광학 에미션 측정의 정확도를 높일 수 있다.According to the present invention, it is possible to generate a stable plasma in a region where the process gas exhibits a continuous flow state and to suppress the generation of plasma around the viewing window. Therefore, it is possible to generate a stable plasma for a long time even under pressure and gas composition changes, it is possible to minimize the sight window contamination to increase the accuracy of optical emission measurement.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 구비한 공정 설비의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 플라즈마 반응기의 확대 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 플라즈마 반응기의 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시한 플라즈마 반응기에서 공정 가스의 흐름 상태를 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성도이다.
도 8은 도 7에 도시한 플라즈마 반응기 중 접지 전극의 분해 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성도이다.
도 10은 도 9의 A-A선을 기준으로 절개한 플라즈마 반응기의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성도이다.
도 12는 본 발명의 제7 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성도이다.
도 13은 본 발명의 제8 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성도이다.
도 14는 본 발명의 제9 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성도이다.
도 15는 본 발명의 제10 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성도이다.
도 16은 본 발명의 제11 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성도이다.
도 17은 도 16의 B-B선을 기준으로 절개한 플라즈마 반응기의 단면도이다.
도 18은 본 발명의 제12 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성도이다.
도 19는 본 발명의 제13 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성도이다.
도 20은 본 발명의 제14 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성도이다.
도 21은 본 발명의 제15 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성도이다.
도 22a와 도 22b는 본 발명의 제16 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성도이다.
도 23은 제1 실시예의 플라즈마 반응기를 이용한 공정 가스의 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 24는 비교예의 플라즈마 반응기를 이용한 공정 가스의 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 25 내지 도 28은 다양한 공정 조건에서 수행된 제1 실시예의 플라즈마 반응기를 이용한 공정 가스의 분석 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a block diagram of a process equipment having a plasma reactor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the plasma reactor shown in FIG. 1.
3 is a perspective view of the plasma reactor shown in FIG.
4 is a configuration diagram illustrating a flow state of a process gas in the plasma reactor shown in FIG. 1.
5 is a configuration diagram of a plasma reactor according to a second embodiment of the present invention.
6 is a configuration diagram of a plasma reactor according to a third embodiment of the present invention.
7 is a configuration diagram of a plasma reactor according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an exploded perspective view of the ground electrode in the plasma reactor shown in FIG. 7.
9 is a configuration diagram of a plasma reactor according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view of the plasma reactor cut along the line AA of FIG. 9.
11 is a configuration diagram of a plasma reactor according to a sixth embodiment of the present invention.
12 is a configuration diagram of a plasma reactor according to a seventh embodiment of the present invention.
13 is a configuration diagram of a plasma reactor according to an eighth embodiment of the present invention.
14 is a configuration diagram of a plasma reactor according to a ninth embodiment of the present invention.
15 is a configuration diagram of a plasma reactor according to a tenth embodiment of the present invention.
16 is a configuration diagram of a plasma reactor according to an eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a cross-sectional view of the plasma reactor cut along the line BB of FIG. 16.
18 is a configuration diagram of a plasma reactor according to a twelfth embodiment of the present invention.
19 is a configuration diagram of a plasma reactor according to a thirteenth embodiment of the present invention.
20 is a configuration diagram of a plasma reactor according to a fourteenth embodiment of the present invention.
21 is a configuration diagram of a plasma reactor according to a fifteenth embodiment of the present invention.
22A and 22B are schematic diagrams of a plasma reactor according to a sixteenth exemplary embodiment of the present invention.
23 is a graph showing an analysis result of process gas using the plasma reactor of the first embodiment.
24 is a graph showing an analysis result of process gas using the plasma reactor of the comparative example.
25 to 28 are graphs showing analysis results of process gases using the plasma reactor of the first embodiment performed under various process conditions.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 구비한 공정 설비의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시한 플라즈마 반응기의 확대 단면도이며, 도 3은 도 1에 도시한 플라즈마 반응기의 사시도이다.1 is a block diagram of a process equipment having a plasma reactor according to a first embodiment of the present invention, Figure 2 is an enlarged cross-sectional view of the plasma reactor shown in Figure 1, Figure 3 is a plasma reactor of Figure 1 Perspective view.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 제1 실시예의 플라즈마 반응기(100)는 공정 챔버(11) 후단의 진공 배기관(13)에 설치되며, 진공 배기관(13)의 공정 가스가 유입된 내부 공간에 플라즈마(P)를 발생시킨다. 분광기(14)는 광 섬유(15)를 통해 플라즈마 반응기(100)와 연결되고, 플라즈마(P)로부터 방출되는 광학 에미션을 분석하여 공정 챔버(11)로부터 배출되는 가스 성분(중성 가스, 라디칼, 공정 부산물 등)을 검출한다.1 to 3, the
공정 챔버(11)는 반도체, 디스플레이, 태양전지 등의 제조 라인에 설치되어 증착, 식각, 세정 등을 수행하는 챔버이이다. 진공 배기관(13)은 진공 펌프(12)와 연결되어 공정 챔버(11)에서 사용된 공정 가스를 진공 펌프(12)로 이송한다.The
진공 펌프(12)가 1단으로 구성되는 경우, 플라즈마 반응기(100)는 공정 챔버(11)와 진공 펌프(12) 사이의 진공 배기관(13)에 설치되며, 진공 펌프가 2단으로 구성되는 경우, 플라즈마 반응기(100)는 1단의 진공 펌프와 2단의 진공 펌프 사이에 설치될 수 있다. 도 1에서는 첫번째 경우를 예로 들어 도시하였다.When the
플라즈마 반응기(100)와 분광기(14)에 의한 공정 모니터링 정보를 이용하면 진공 누설을 감지할 수 있고, 공정의 종말점(end point)을 검출할 수 있으며, 시즈닝 공정과 PM(Period Maintenance)의 주기를 예측하는 등 공정 설비의 효율적인 운영이 가능하다.Process monitoring information by the
진공 배기관(13)에 설치된 제1 실시예의 플라즈마 반응기(100)는 다음에 설명하는 구조에 의해 넓은 압력 범위와 다양한 가스 조성에서 안정된 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 시창구(50)의 오염을 억제하여 광학 에미션의 왜곡을 최소화할 수 있다.The
제1 실시예의 플라즈마 반응기(100)는 진공 배기관(13)에 접속된 관형의 접지 전극(20)과, 접지 전극(20)에 결합된 관형의 유전체(30)와, 유전체(30)의 외면에 위치하는 고전압 전극(40)과, 스페이서(35)를 매개로 유전체(30)의 단부에 결합된 투명한 시창구(50)를 포함한다.The
접지 전극(20)은 진공 배기관(13)과 교차하는, 예를 들어 직교하는 원통 형상의 금속관일 수 있으며, 진공 배기관(13)과 함께 접지될 수 있다. 접지 전극(20)의 일부는 진공 배기관(13)의 내부에 위치할 수 있다. 즉 접지 전극(20)은 진공 배기관(13)의 내부에 위치하는 내측부(21)와, 진공 배기관(13)의 외부에 위치하는 외측부(22)로 구분될 수 있다.The
접지 전극(20)의 내측부(21)는 앞쪽이 막힌 형태일 수 있다. 내측부(21)에는 접지 전극(20)의 내부 공간과 진공 배기관(13)의 내부 공간을 통하게 하는 제1 개구(OP1)와 제2 개구(OP2)가 위치한다. 제1 개구(OP1)와 제2 개구(OP2)는 공정 가스의 흐름 방향을 따라 서로 마주할 수 있다.The
공정 가스의 흐름 방향을 기준으로 제1 개구(OP1)는 공정 가스의 상류측에 위치할 수 있고, 제2 개구(OP2)는 공정 가스의 하류측에 위치할 수 있다. 공정 챔버(11)로부터 배출된 공정 가스는 진공 펌프(12)에 의해 배기되는 과정에서 그 일부가 제1 개구(OP1)를 통해 접지 전극(20)으로 유입되어 유전체(30) 내부를 흐른 후 제2 개구(OP2)를 통해 진공 배기관(13)으로 배출된다.The first opening OP1 may be located upstream of the process gas and the second opening OP2 may be located downstream of the process gas based on the flow direction of the process gas. Part of the process gas discharged from the
제1 개구(OP1)와 제2 개구(OP2)는 플라즈마 반응기(100) 내부로 공정 가스의 지속적인 흐름 경로를 만들며, 공정 가스와 공정 부산물 등이 플라즈마 반응기(100) 내부에 축적되는 것을 억제한다.The first opening OP1 and the second opening OP2 make a continuous flow path of the process gas into the
유전체(30)는 관형 부재로서, 접지 전극(20)과 동일한 원통 형상이거나 접지 전극(20)과 다른 직육면체 형상일 수 있다. 도 3에서는 원통형 유전체(30)를 예로 들어 도시하였다. 유전체(30)는 접지 전극(20)의 외측부(22) 바깥에서 접지 전극(20)과 일렬로 연결된다. The dielectric 30 is a tubular member and may have the same cylindrical shape as the
유전체(30)의 일측 단부는 접지 전극(20)의 외측부(22) 안쪽에 밀봉 상태로 끼워질 수 있으며, 접지 전극(20)의 내부 공간은 유전체(30)의 내부 공간과 일직선 상으로 이어진다. 접지 전극(20)의 내경은 유전체(30)의 내경과 같거나 이보다 약간 클 수 있다. 유전체(30)는 고전압 전극(40)보다 큰 길이로 형성되고, 알루미나 또는 석영 등으로 제작될 수 있다.One end of the dielectric 30 may be fitted in a sealed state inside the
고전압 전극(40)은 접지 전극(20)과 일정 거리를 두고 유전체(30)의 외면에 고정된다. 고전압 전극(40)은 유전체(30)의 둘레 방향(원통형의 경우 원주 방향)을 따라 유전체(30)를 연속으로 둘러싸는 관형 전극일 수 있으며, 전원(45)과 연결되어 구동 전압을 인가받는다. 구동 전압은 교류 전압 또는 고주파(RF, radio frequency) 전압일 수 있다.The
접지 전극(20)과 고전압 전극(40)의 전압 차에 의해 유전체(30) 내부에 용량 결합성 플라즈마(P)가 발생된다. 용량 결합성 플라즈마(P)는 유전체(30)의 벽전압을 이용하는 방전 형태로서, 비교적 낮은 구동 전압으로 안정된 플라즈마를 생성할 수 있다. 방전 영역은 유전체(30)의 내부 공간 중 고전압 전극(40)과 중첩되는 영역 일부와, 접지 전극(20)의 내부 공간을 포함한다.The capacitively coupled plasma P is generated in the dielectric 30 by the voltage difference between the
고전압 전극(40)이 유전체(30)의 길이 방향과 나란한 관형으로 구성됨에 따라, 접지 전극(20)과 고전압 전극(40)간 거리는 단일 수치로 고정되지 않고 최소 간격(d_min)으로부터 최대 간격(d_max)에 이르는 소정의 간격 범위를 가진다.As the
즉 접지 전극(20)을 향한 고전압 전극(40)의 앞쪽 단부에서는 접지 전극(20)과의 거리가 작은 값이지만(최소 간격, d_min), 접지 전극(20)과 멀리 위치하는 고전압 전극(40)의 뒤쪽 단부에서는 접지 전극(20)과의 거리가 큰 값이 된다(최대 간격, d_max).In other words, at the front end of the
공지의 파센 곡선(Paschen Curve) 이론에 따르면, 플라즈마 발생에 필요한 최소한의 전압을 방전 개시 전압(breakdown voltage, Vb)이라 할 때, 방전 개시 전압(Vb)은 전극간 거리(d)와 압력(p)의 곱의 함수로 이루어진다.According to the known Paschen Curve theory, when the minimum voltage required for plasma generation is called the breakdown voltage (Vb), the discharge start voltage (Vb) is the distance between the electrodes (d) and the pressure (p). ) Is a function of the product of
접지 전극과 고전압 전극간 거리가 일정한 전극 구조를 가지는 공정 챔버에서는 글로우 방전을 유지하기 위해서 스로틀 밸브 등을 이용하여 압력을 정밀하게 제어해야 한다. 그러나 접지 전극(20)과 고전압 전극(40)간 거리가 넓은 범위를 가지는 제1 실시예의 플라즈마 반응기(100)에서는 압력을 정밀하게 제어하지 않아도 된다.In a process chamber having an electrode structure having a constant distance between the ground electrode and the high voltage electrode, the pressure must be precisely controlled by using a throttle valve or the like to maintain the glow discharge. However, in the
구체적으로, 방전 개시는 p×d 조건에 따라 방전 개시 전압(Vb)이 최소인 곳에서 발생하고, 방전 유지는 고전압 전극(40)과 접하는 유전체(30)의 내벽에 벽전하가 쌓이면서 주변부로 이동하며, 방전 꺼짐은 벽전하가 충분히 쌓여서 고전압 전극(40)과 접지 전극(20) 사이의 전압이 방전 개시 전압(Vb) 이하일 때 발생한다.Specifically, the discharge start occurs where the discharge start voltage Vb is minimum according to the p × d condition, and the discharge maintenance moves to the periphery while wall charges are accumulated on the inner wall of the dielectric 30 in contact with the
진공 배기관(13)의 압력이 높을수록 플라즈마 발생 시작점은 고전압 전극(40)의 앞쪽 단부에 가까워지고, 진공 배기관(13)의 압력이 낮을수록 플라즈마 발생 시작점은 고전압 전극(40)의 뒤쪽 단부에 가까워지며, 모든 경우 시작점에서 발생된 플라즈마는 방전 영역으로 넓게 확산된다. 따라서 제1 실시예의 플라즈마 반응기(100)는 넓은 압력 조건에서 안정된 플라즈마를 발생시킬 수 있다.The higher the pressure of the
시창구(50)는 접지 전극(20)과 반대되는 유전체(30)의 단부 외측에 밀봉 상태로 결합된다. 시창구(50)는 투명한 유전체, 예를 들어 유리, 석영, 사파이어 등으로 제작될 수 있다. 시창구(50)와 접하는 유전체(30)의 단부 외주면에 유전체 홀더(61)가 위치하고, 시창구(50) 외측에 시창구(50)와 광 섬유(15)를 지지하는 시창구 홀더(62)가 위치한다. 고전압 전극(40)과 유전체 홀더(61)는 서로간 거리를 두고 위치한다.The
유전체 홀더(61)는 금속으로 제작될 수 있으며 접지될 수 있다. 이 경우 유전체 홀더(61)가 접지 전극으로 기능하여 시창구(50) 주위로 플라즈마 방전을 유도할 수 있으며, 이는 시창구(50)의 오염으로 이어질 수 있다.The
시창구(50)의 오염을 방지하기 위하여, 시창구(50)와 접하는 유전체(30)의 단부 내측에 유전체(30)의 내경보다 작은 내경을 가지는 스페이서(35)가 위치한다. 스페이서(35)는 유전체(30)와 동일한 관형으로 이루어지며, 시창구(50)를 가리지 않으면서 시창구(50)와 접하는 유전체(30)의 내부 공간을 협소하게 만든다.In order to prevent contamination of the
유전체(30)의 길이 방향에 따른 스페이서(35)의 길이(L1)는 유전체 홀더(61)의 길이(L2)보다 크며, 스페이서(35)의 단부는 유전체 홀더(61)의 단부보다 고전압 전극(40)에 더 가깝게 위치한다. 스페이서(35)는 유전체(30)와 일체형으로 제작될 수 있다. 즉 스페이서(35)는 유전체(30)의 일부를 두껍게 만든 부분이라 할 수 있으며, 유전체(30)의 두께가 커질수록 방전이 억제되므로 스페이서(35) 주위로 플라즈마 방전을 효과적으로 억제할 수 있다.The length L1 of the
도 4는 도 1에 도시한 플라즈마 반응기에서 공정 가스의 흐름 상태를 도시한 구성도이다. 도 2와 도 4를 참고하면, 진공 배기관(13)을 흐르는 공정 가스의 일부는 제1 개구(OP1)를 통해 플라즈마 반응기(100) 내부로 유입된다.4 is a configuration diagram illustrating a flow state of a process gas in the plasma reactor shown in FIG. 1. 2 and 4, a part of the process gas flowing in the
스페이서(35)와 가까운 유전체(30)의 내부 공간에서 공정 가스는 정체된 흐름 상태를 나타내고, 접지 전극(20)의 내부 공간 및 접지 전극(20)과 가까운 유전체(30)의 내부 공간에서는 지속적인 흐름 상태를 나타낸다. 공정 가스가 지속적인 흐름 상태를 나타내는 부분은 전술한 방전 영역에 속한다.In the internal space of the dielectric 30 close to the
플라즈마(P)로부터 방출되는 광학 에미션 측정의 정확도를 높이기 위해서는 정체된 흐름 상태를 나타내는 시창구(50) 근처에서 플라즈마 발생을 억제해야 한다. 플라즈마 반응기(100)는 공정 가스가 지속적인 흐름 상태를 나타내는 영역에 안정된 플라즈마를 발생시킴과 동시에 스페이서(35)를 이용하여 시창구(50) 주위의 플라즈마 발생을 억제함으로써 광학 에미션 측정의 정확도를 높인다.In order to increase the accuracy of the optical emission measurement emitted from the plasma P, it is necessary to suppress the generation of plasma in the vicinity of the
이때 제1 개구(OP1)와 제2 개구(OP2) 각각의 직경은 진공 배기관(13) 내경(D)의 절반 이하일 수 있다. 개구의 직경이 절반 이하인 것은 개구의 면적이 1/4 이하인 것을 의미한다. 제1 개구(OP1)와 제2 개구(OP2) 각각의 직경이 진공 배기관(13) 내경(D)의 절반 이하일 때, 진공 배기관(13) 공정 가스의 25% 이하가 플라즈마 반응기(100)의 내부로 유입되므로, 플라즈마 반응기(100)의 오염 발생을 줄일 수 있다.In this case, the diameter of each of the first opening OP1 and the second opening OP2 may be less than half of the inner diameter D of the
진공 배기관(13) 내부의 공정 가스는 다수의 공정 부산물들과 미분해 전구체를 포함하며, 플라즈마(P)는 다양한 종류의 공정 부산물을 추가로 발생시킨다. 진공 배기관(13) 공정 가스의 25% 이상이 플라즈마 반응기(100) 내부로 유입되는 경우, 플라즈마(P)에 의해 발생된 공정 부산물들이 시창구(50)를 오염시킬 수 있으므로 바람직하지 않다.The process gas inside the
제1 실시예의 플라즈마 반응기(100)는 접지 전극(20)과 고전압 전극(40)의 단순한 전극 구조를 이용하여 방전 영역에 안정된 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 방전 영역의 지속적인 공정 가스 흐름에 의해 공정 가스 및 공정 부산물 등이 축적되는 것을 방지하여 광학 에미션을 정확하게 관측할 수 있다.The
예를 들어, 공정 챔버에서 TEOS(Tetraethyl orthosilicate)와 산소 플라즈마를 이용한 SiO2 증착이 이루어지는 경우, 증착 전구체인 TEOS와 공정 부산물인 SiO2 입자가 플라즈마 반응기 내부에 유입되어 쌓일 수 있고, 이 경우 안정된 플라즈마 발생을 방해한다. 제1 실시예의 플라즈마 반응기(100)는 안정된 플라즈마를 유지하여 장시간 운전이 가능하다.For example, when SiO 2 deposition using TEOS (Tetraethyl orthosilicate) and oxygen plasma is performed in a process chamber, TEOS, which is a deposition precursor, and SiO 2 particles, which are process by-products, may be introduced into and accumulated in the plasma reactor, in which case a stable plasma To prevent occurrence. The
화학기상증착(CVD) 공정의 경우, 준비 단계와 증착 단계 및 퍼지 단계를 포함하며, 증착 단계와 퍼지 단계 사이에 세정 단계가 추가될 수 있다. 공정 챔버(11)에서는 퍼지 단계와 세정 단계에서 플라즈마 방전이 불가능하고, 증착 단계에서만 플라즈마 방전이 가능하다. 공정 챔버(11)의 플라즈마 방전을 이용해서는 지속적인 공정 모니터링이 어렵다.In the case of a chemical vapor deposition (CVD) process, it includes a preparation step, a deposition step and a purge step, and a cleaning step may be added between the deposition step and the purge step. In the
그러나 제1 실시예의 플라즈마 반응기(100)는 진공 배기관(13)에 설치되므로 준비 단계, 증착 단계, 세정 단계, 및 퍼지 단계 모두에서 플라즈마 방전이 가능하며, 지속적인 공정 모니터링이 가능하다. 또한, 준비 단계, 증착 단계, 세정 단계, 및 퍼지 단계 각각은 압력 조건과 가스 조성이 상이하지만, 접지 전극(20)과 고전압 전극(40) 사이의 넓은 간격 범위로 인해 넓은 압력 조건과 다양한 가스 조성에서 안정된 플라즈마를 발생시킬 수 있다.However, since the
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성도이다.5 is a configuration diagram of a plasma reactor according to a second embodiment of the present invention.
도 5를 참고하면, 제2 실시예의 플라즈마 반응기(200)에서 접지 전극(20)의 내부 공간은 균일 직경부(23)와 가변 직경부(24)의 조합으로 이루어지며, 접지 전극(20)은 세 개의 개구, 즉 제1 개구(OP1)와 제2 개구(OP2) 및 제3 개구(OP3)를 가진다. Referring to FIG. 5, in the
균일 직경부(23)는 가변 직경부(24)보다 유전체(30)에 더 가깝게 위치하고, 가변 직경부(24)의 내경은 유전체(30)로부터 멀어질수록 작아진다. 균일 직경부(23)의 내경은 유전체(30)의 내경과 같거나 이보다 클 수 있으며, 가변 직경부(24)의 최대 내경은 균일 직경부(23)의 내경과 같을 수 있다.The
제1 개구(OP1)와 제2 개구(OP2) 및 제3 개구(OP3)는 접지 전극(20)의 내측부에 위치하며, 가변 직경부(24)와 통해 있다. 제1 개구(OP1)는 공정 가스의 상류측에 위치하고, 제2 개구(OP2)는 공정 가스의 하류측에 위치한다. 제3 개구(OP3)는 내측부(21) 앞쪽의 중앙에 위치한다. The first opening OP1, the second opening OP2, and the third opening OP3 are located inside the
제1 개구(OP1)와 제2 개구(OP2) 및 제3 개구(OP3) 각각의 직경은 진공 배기관(13) 내경의 절반 이하일 수 있다. 진공 배기관(13)을 흐르는 공정 가스의 일부는 제1 개구(OP1)를 통해 접지 전극(20)으로 유입되어 유전체(30) 내부를 흐른 후 제2 개구(OP2)와 제3 개구(OP3)를 통해 진공 배기관(13)으로 배출된다.The diameter of each of the first opening OP1, the second opening OP2, and the third opening OP3 may be less than half the inner diameter of the
접지 전극(20)에서 가변 직경부(24)를 둘러싸는 경사면이 유전체(30)의 길이 방향을 따라 유전체(30)와 마주하며, 고전압 전극(40)과 접지 전극(20) 사이의 간격을 변화시키는 기능을 한다. 따라서 제2 실시예의 플라즈마 반응기(200)는 보다 다양한 가스 조성 및 보다 넓은 압력 조건에서 접지 전극(20) 내부에 안정된 플라즈마를 발생시킬 수 있다.An inclined surface surrounding the
제2 실시예의 플라즈마 반응기(200)는 접지 전극(20)의 형상을 제외하고 전술한 제1 실시예와 동일 또는 유사한 구성으로 이루어지며, 중복되는 설명은 생략한다.The
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성도이다.6 is a configuration diagram of a plasma reactor according to a third embodiment of the present invention.
도 6을 참고하면, 제3 실시예의 플라즈마 반응기(300)에서 접지 전극(20)의 내경은 유전체(30)의 내경보다 크고, 내측부(21)의 앞쪽에 복수의 미세 개구(OP)가 위치한다. 제3 실시예의 플라즈마 반응기(300)는 접지 전극(20)의 형상을 제외하고 전술한 제1 실시예와 동일 또는 유사한 구성으로 이루어지며, 중복되는 설명은 생략한다.Referring to FIG. 6, in the
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성도이고, 도 8은 도 7에 도시한 플라즈마 반응기 중 접지 전극의 분해 사시도이다.7 is a configuration diagram of a plasma reactor according to a fourth embodiment of the present invention, Figure 8 is an exploded perspective view of the ground electrode of the plasma reactor shown in FIG.
도 7과 도 8을 참고하면, 제4 실시예의 플라즈마 반응기(400)에서 접지 전극(20)의 내측부(21)는 상호 분리된 제1 파트(21A) 및 제2 파트(21B)와, 제1 파트(21A)와 제2 파트(21B)를 연결하는 복수의 금속 바(metal bar)(25)를 포함한다.7 and 8, in the
제1 파트(21A)는 접지 전극(20)의 외측부(22)와 일체로 연결되며, 제2 파트(21B)는 제1 파트(21A)보다 유전체(30)로부터 더 멀리 위치한다. 복수의 금속 바(25)는 제1 파트(21A)와 제2 파트(21B)의 원주 방향을 따라 서로간 거리를 두고 위치하고, 양단이 제1 파트(21A)와 제2 파트(21B)에 고정된다.The
내측부(21)의 원주 방향을 따라 복수의 금속 바(25)를 제외한 나머지 열린 부분이 공정 가스의 유입과 배출을 위한 개구로 기능한다. 복수의 금속 바(25)를 구비한 접지 전극(20)은 전술한 제1 내지 제3 실시예 대비 개구를 확장시킨 구성으로서, 공정 가스의 유입과 배출이 더욱 원활하게 이루어진다.Along the circumferential direction of the
제4 실시예의 플라즈마 반응기(400)는 접지 전극(20)의 형상을 제외하고 전술한 제1 실시예와 동일 또는 유사한 구성으로 이루어지며, 중복되는 설명은 생략한다.The
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성도이고, 도 10은 도 9의 A-A선을 기준으로 절개한 플라즈마 반응기의 단면도이다.FIG. 9 is a configuration diagram of a plasma reactor according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a cross-sectional view of the plasma reactor cut along the line A-A of FIG. 9.
도 9와 도 10을 참고하면, 제5 실시예의 플라즈마 반응기(500)에서 접지 전극(20)은 네 개의 개구, 즉 제2 개구(OP2)와 제3 개구(OP3) 및 두 개의 제4 개구(OP4)를 가진다. 제2 개구(OP2)는 공정 가스의 하류측에 위치하고, 제3 개구(OP3)는 내측부(21)의 앞쪽에 위치한다.9 and 10, in the
두 개의 제4 개구(OP4)는 제2 개구(OP2)와 동일 원주 상에서 제2 개구(OP2)에 대해 90° 이격된다. 즉 두 개의 제4 개구(OP2)는 내측부(21)의 좌우측에 위치하며, 공정 가스의 상류측 및 하류측 모두와 90° 이격된다.The two fourth openings OP4 are spaced 90 ° with respect to the second opening OP2 on the same circumference as the second opening OP2. That is, the two fourth openings OP2 are positioned at the left and right sides of the
접지 전극(20)은 공정 가스의 상류측에 개구를 형성하지 않는다. 이로써 진공 배기관(13)의 공정 가스는 상류측에서 접지 전극(20) 내부로 바로 유입되지 않고 접지 전극(20)의 외주면을 돌아 두 개의 제4 개구(OP4)와 제3 개구(OP3)를 통해 접지 전극(20)과 유전체(30) 내부로 유입된 후 제2 개구(OP2)를 통해 진공 배기관(13)으로 배출된다.The
제5 실시예의 플라즈마 반응기(500)는 접지 전극(20)의 형상을 제외하고 전술한 제1 실시예와 동일 또는 유사한 구성으로 이루어지며, 중복되는 설명은 생략한다.The
전술한 제1 실시예 내지 제5 실시예에서 접지 전극(20)은 내측부(21)를 구비하며, 내측부(21)에 적어도 하나의 개구가 위치하는 구성으로 이루어진다. 다음에 설명하는 제6 실시예 내지 제8 실시예에서 접지 전극(20)은 진공 배기관(13)과 이격되고, 공정 가스의 유입과 배출이 동시에 이루어지는 적어도 하나의 개구를 구비한다.In the above-described first to fifth embodiments, the
도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성도이다.11 is a configuration diagram of a plasma reactor according to a sixth embodiment of the present invention.
도 11을 참고하면, 제6 실시예의 플라즈마 반응기(600)에서 접지 전극(20)은 진공 배기관(13)과 이격되고, 접지 전극(20)과 진공 배기관(13) 사이에 연결 포트(71)가 위치하여 접지 전극(20)과 진공 배기관(13)을 연결한다. 연결 포트(71)의 내경은 접지 전극(20)의 내경보다 작다.Referring to FIG. 11, in the
연결 포트(71)의 내경은 진공 배기관(13) 내경의 절반 이하로 설정되어 진공 배기관(13)을 흐르는 공정 가스의 25% 이하가 플라즈마 반응기(600)로 유입되도록 할 수 있다. 접지 전극(20)은 진공 배기관(13)을 향한 앞쪽에 하나의 개구(OP)를 구비하며, 연결 포트(71)가 접지 전극(20)의 개구(OP)와 진공 배기관(13)의 내부 공간을 통하게 한다.The inner diameter of the
진공 배기관(13)의 공정 가스는 연결 포트(71)와 개구(OP)를 통해 접지 전극(20)으로 유입되어 유전체(30) 내부를 흐른 후 다시 개구(OP)와 연결 포트(71)를 통해 진공 배기관(13)으로 배출된다. 진공 배기관(13) 내부의 압력이 변하면 공정 가스가 플라즈마 반응기(600) 내부로 침투하는 길이도 변하는데, 압력이 낮을수록 공정 가스의 확산도가 증가하므로 플라즈마 반응기(600) 내부로 공정 가스의 확산이 원활하게 이루어진다.The process gas of the
제6 실시예의 플라즈마 반응기(600)는 접지 전극(20)과 연결 포트(71)를 제외하고 전술한 제1 실시예와 동일 또는 유사한 구성으로 이루어지며, 중복되는 설명은 생략한다.The
도 12는 본 발명의 제7 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성도이다.12 is a configuration diagram of a plasma reactor according to a seventh embodiment of the present invention.
도 12를 참고하면, 제7 실시예의 플라즈마 반응기(700)에서 접지 전극(20)은 진공 배기관(13)을 향한 앞쪽에 복수의 미세 개구(OP)를 구비하며, 연결 포트(71)가 복수의 미세 개구(OP)와 진공 배기관(13)의 내부 공간을 통하게 한다. 제7 실시예의 플라즈마 반응기(700)는 복수의 미세 개구(OP)를 제외하고 전술한 제6 실시예와 동일 또는 유사한 구성으로 이루어진다.Referring to FIG. 12, in the
도 13은 본 발명의 제8 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성도이다.13 is a configuration diagram of a plasma reactor according to an eighth embodiment of the present invention.
도 13을 참고하면, 제8 실시예의 플라즈마 반응기(800)에서 접지 전극(20)의 내부 공간은 균일 직경부(23)와 가변 직경부(24)의 조합으로 이루어지며, 접지 전극(20)은 연결 포트(71)와 통하는 하나의 개구(OP)를 구비한다.Referring to FIG. 13, in the
균일 직경부(23)는 가변 직경부(24)보다 유전체(30)에 더 가깝게 위치하고, 가변 직경부(24)의 내경은 유전체(30)로부터 멀어질수록 작아진다. 균일 직경부(23)의 내경은 유전체(30)의 내경과 같거나 이보다 클 수 있으며, 가변 직경부(24)의 최대 내경은 균일 직경부(23)의 내경과 같을 수 있다.The
접지 전극(20)에서 가변 직경부(24)를 둘러싸는 경사면이 유전체(30)의 길이 방향을 따라 유전체(30)와 마주하며, 고전압 전극(40)과 접지 전극(20) 사이의 간격을 변화시키는 기능을 한다. 따라서 제8 실시예의 플라즈마 반응기(800)는 보다 다양한 가스 조성 및 보다 넓은 압력 조건에서 접지 전극(20) 내부에 안정된 플라즈마를 발생시킬 수 있다.An inclined surface surrounding the
제8 실시예의 플라즈마 반응기(800)는 접지 전극(20)의 형상을 제외하고 전술한 제6 실시예와 동일 또는 유사한 구성으로 이루어지며, 중복되는 설명은 생략한다.The
제6 실시예 내지 제8 실시예의 플라즈마 반응기들(600, 700, 800)은 접지 전극(20)보다 직경이 작은 하나의 연결 포트(71)에 의해 접지 전극(20)이 진공 배기관(13)에 접속되는 특징을 가지며, 전구체와 입자 부산물 등의 유입량이 감소하는 효과를 얻을 수 있다.In the
공정 가스에 포함된 전구체와 입자 등의 공정 부산물의 양은 공정마다 다르지만, 일반적으로 원자층 증착(ALD), 화학기상증착(CVD), 식각, 및 스퍼터링의 순서대로 많다. 공정 압력 또한 공정마다 다르지만, 일반적으로 화학기상증착(CVD), 원자층 증착(ALD), 식각, 및 스퍼터링의 순서대로 높다. 공정 압력이 낮을수록 공정 가스와 플라즈마의 확산성이 향상되므로 부피가 큰 플라즈마를 얻을 수 있다.The amount of process by-products, such as precursors and particles, included in the process gas varies from process to process, but is generally high in the order of atomic layer deposition (ALD), chemical vapor deposition (CVD), etching, and sputtering. Process pressures also vary from process to process, but are generally high in the order of chemical vapor deposition (CVD), atomic layer deposition (ALD), etching, and sputtering. As the process pressure is lower, the diffusibility of the process gas and the plasma is improved, so that a bulky plasma can be obtained.
공정 가스에 포함된 공정 부산물의 양과 공정 압력에 따라 전술한 제1 실시예 내지 제8 실시예의 플라즈마 반응기들(100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) 중 적절한 플라즈마 반응기가 선택될 수 있다.The appropriate plasma reactor is selected from among the
도 14는 본 발명의 제9 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성도이다.14 is a configuration diagram of a plasma reactor according to a ninth embodiment of the present invention.
도 14를 참고하면, 제9 실시예의 플라즈마 반응기(900)에서 접지 전극(20)은 하나의 연결 포트(71)에 의해 앞쪽이 진공 배기관(13)에 접속되며, 유전체(30)는 진공 배기관(13)과 나란하도록 접지 전극(20)에 결합된다. 이때 유전체(30)가 진공 배기관(13)과 '나란하다'는 것은 배기관(13)과 평행한 경우와, 소정의 오차 범위 내에서 진공 배기관(13)에 대해 경사지게 배치된 경우 모두를 포함한다.Referring to FIG. 14, in the
연결 포트(71)의 내경은 진공 배기관(13) 내경의 절반 이하로 설정되어 진공 배기관(13)을 흐르는 공정 가스의 25% 이하가 플라즈마 반응기(900)로 유입되도록 할 수 있다.The inner diameter of the
유전체(30)는 접지 전극(20)의 상측에 결합되어 시창구(50)가 위를 향하도록 하거나, 접지 전극(20)의 하측에 결합되어 시창구(50)가 옆 또는 아래를 향하도록 할 수 있다. 도 14에서는 첫번째 경우를 예로 들어 도시하였다. 진공 배기관(13)을 흐르는 공정 가스의 일부는 연결 포트(71)를 통해 접지 전극(20)으로 유입되어 유전체(30) 내부를 흐른 후 다시 연결 포트(71)를 통해 진공 배기관(13)으로 배출된다.The dielectric 30 may be coupled to the upper side of the
공정 가스의 배출이 더욱 원활하게 이루어질 수 있도록, 접지 전극의 하단에 추가의 연결 포트(도시하지 않음)가 설치되어 접지 전극의 하단과 진공 배기관을 통하게 할 수 있다.An additional connection port (not shown) may be installed at the bottom of the ground electrode to allow the process gas to be discharged more smoothly, through the bottom of the ground electrode and through the vacuum exhaust pipe.
제9 실시예의 플라즈마 반응기(900)는 유전체(30)가 진공 배기관(13)과 나란하도록 접지 전극(20)에 결합되는 것을 제외하고 전술한 제6 실시예와 동일 또는 유사한 구성으로 이루어지며, 중복되는 설명은 생략한다.The
도 15는 본 발명의 제10 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성도이다.15 is a configuration diagram of a plasma reactor according to a tenth embodiment of the present invention.
도 15를 참고하면, 제10 실시예의 플라즈마 반응기(1000)에서 접지 전극(20)은 유입 포트(72)와 배출 포트(73)에 의해 진공 배기관(13)에 접속된다. 유입 포트(72)는 공정 가스의 상류측에 위치하고, 배출 포트(73)는 공정 가스의 하류측에 위치한다. 유입 포트(72)와 배출 포트(73) 각각의 내경은 진공 배기관(13) 내경의 절반 이하일 수 있다.Referring to FIG. 15, in the
진공 배기관(13)을 흐르는 공정 가스의 일부는 유입 포트(72)를 통해 접지 전극(20)으로 유입되어 유전체(30) 내부를 흐른 후 배출 포트(73)를 통해 진공 배기관(13)으로 배출된다. 제10 실시예의 플라즈마 반응기(1000)는 유입 포트(72) 및 배출 포트(73)를 제외하고 전술한 제9 실시예와 동일 또는 유사한 구성으로 이루어진다.A part of the process gas flowing through the
도 16은 본 발명의 제11 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성도이고, 도 17은 도 16의 B-B선을 기준으로 절개한 플라즈마 반응기의 단면도이다.FIG. 16 is a configuration diagram of a plasma reactor according to an eleventh embodiment of the present invention, and FIG. 17 is a cross-sectional view of the plasma reactor cut along the line B-B of FIG. 16.
도 16과 도 17을 참고하면, 제11 실시예의 플라즈마 반응기(1100)에서 접지 전극(20)은 내부에 위치하는 대향부(26)를 포함한다. 대향부(26)는 유입 포트(72)와 배출 포트(73) 사이에서 유전체(30)와 직교하도록 배치되며, 유전체(30)의 내부 공간과 마주한다.16 and 17, in the
접지 전극(20)은 도면을 기준으로 위에서 관찰할 때 원형으로 보이는 원통 모양일 수 있으며, 대향부(26)는 대략적인 원판 모양일 수 있다. 진공 배기관(13)을 향한 대향부(26)의 일측은 지지체(27)에 의해 유입 포트(72)와 배출 포트(73) 사이의 접지 전극(20) 내벽에 고정되고, 지지체(27)와 접하는 부분을 제외한 대향부(26)의 나머지 가장자리는 접지 전극(20)의 내벽과 이격된다.The
진공 배기관(13)을 흐르는 공정 가스의 일부는 유입 포트(72)를 통해 접지 전극(20)으로 유입되며, 유전체(30) 내부를 흐른 후 대향부(26)를 돌아 배출 포트(73)를 통해 진공 배기관(13)으로 배출된다. 이때 대향부(26)는 진공 배기관(13)과 멀리 떨어진 일측이 절개된 구성으로 이루어지거나(도 17의 (a) 참조) 원주 방향을 따라 정렬된 복수의 관통홀(28)을 구비하여(도 17의 (b) 참조) 공정 가스의 흐름을 원활하게 할 수 있다.A part of the process gas flowing in the
대향부(26)는 접지 전극(20)의 일부로서 접지 전위를 유지하며, 유전체(30)의 내부 중심과 마주한다. 제11 실시예의 플라즈마 반응기(1100)는 유전체(30) 내부와 대향부(26) 위로 안정된 플라즈마를 발생시킬 수 있다.The opposing
제11 실시예의 플라즈마 반응기(1100)는 대향부(26)를 제외하고 전술한 제10 실시예와 동일 또는 유사한 구성으로 이루어지며, 중복되는 설명은 생략한다.The
도 18은 본 발명의 제12 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성도이다.18 is a configuration diagram of a plasma reactor according to a twelfth embodiment of the present invention.
도 18을 참고하면, 제12 실시예의 플라즈마 반응기(1200)는 접지 전극(81)과 유입 포트(82) 및 배출 포트(83)로 구성된 접지 전극부(80)를 포함한다.Referring to FIG. 18, the
접지 전극(81)은 진공 배기관(13)과 교차하는, 예를 들어 직교하는 관형의 전극이며, 유입구(811)와 배출구(812)를 가진다. 유전체(30)는 진공 배기관(13)과 반대되는 접지 전극(81)의 일측에서 접지 전극(81)과 일렬로 연결된다. 접지 전극(81)의 내부 공간은 유전체(30)의 내부 공간과 일직선 상으로 이어진다.The
유입구(811)는 배출구(812)보다 공정 가스의 상류측에 더 가깝게 위치하며, 진공 배기관(13)을 향한 접지 전극(81)의 앞쪽에 위치할 수 있다. 배출구(812)는 유전체(30)를 향한 접지 전극(81)의 반대측에서 접지 전극(81)의 하측에 위치할 수 있다. 배출구(812)는 유입구(811)보다 유전체(30)에 더 가깝게 위치할 수 있다.The
유입구(811)와 배출구(812) 각각의 직경(D1, D2)은 진공 배기관(13) 내경의 절반 이하로 설정되어 진공 배기관(13)을 흐르는 공정 가스의 25% 이하가 플라즈마 반응기(1200) 내부로 유입되도록 할 수 있다. 그리고 플라즈마 방전을 거친 공정 가스의 배출이 원활하게 이루어지도록 배출구(812)의 직경(D2)은 유입구(811)의 직경(D1)과 같거나 이보다 크게 설정된다.The diameters D1 and D2 of each of the
유입 포트(82)는 진공 배기관(13)과 유입구(811) 사이에 설치되어 진공 배기관(13) 내부와 유입구(811)를 통하게 하고, 배출 포트(83)는 배출구(812)와 진공 배기관(13) 사이에 설치되어 배출구(812)와 진공 배기관(13) 내부를 통하게 한다. 유입 포트(82)의 내경은 유입구(811)와 직경(D1)과 같을 수 있고, 배출 포트(83)의 내경은 배출구(812)의 직경(D2)과 같을 수 있다.An
배출 포트(83)의 길이는 유입 포트(82)의 길이보다 크다. 예를 들어, 유입 포트(82)는 짧은 직선형 포트일 수 있고, 배출 포트(83)는 서로 직교하는 두 개의 직선부를 가진 90° 곡관형 포트로 구성될 수 있다.The length of the
진공 배기관(13)을 흐르는 공정 가스의 일부는 유입 포트(82)와 유입구(811)를 통해 접지 전극(81)으로 유입되고, 유전체(30) 내부를 흐른 후 배출구(812)와 배출 포트(83)를 통해 진공 배기관(13)으로 배출된다. 이때 배출구(812)가 유입구(811)보다 유전체(30)에 더 가깝게 위치함에 따라, 플라즈마 반응을 거친 공정 가스는 다시 유입구(811) 측으로 이동하지 않고도 배출구(812)를 통해 신속하게 진공 배기관(13)으로 빠져 나갈 수 있다.A part of the process gas flowing through the
제12 실시예의 플라즈마 반응기(1200)는 전술한 접지 전극부(80) 구성에 의해 내부로 유입된 공정 가스의 배출을 원활하게 하여 공정 가스와 공정 부산물 등이 내부에 축적되는 것을 억제할 수 있고, 그 결과 시창구(50)의 오염과 광학 에미션의 왜곡을 최소화할 수 있다.In the
제12 실시예의 플라즈마 반응기(1200)는 접지 전극부(80)를 제외하고 전술한 제1 실시예와 동일 또는 유사한 구성으로 이루어지며, 중복되는 설명은 생략한다.The
도 19는 본 발명의 제13 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성도이다.19 is a configuration diagram of a plasma reactor according to a thirteenth embodiment of the present invention.
도 19를 참고하면, 제13 실시예의 플라즈마 반응기(1300)에서 접지 전극(81)의 내부 공간은 균일 직경부(84)와 가변 직경부(85)의 조합으로 이루어진다. 균일 직경부(84)는 유전체(30)와 가변 직경부(85) 사이에 위치하고, 가변 직경부(85)의 내경은 유전체(30)로부터 멀어질수록 작아진다.Referring to FIG. 19, in the
균일 직경부(84)의 내경은 유전체(30)의 내경과 같거나 이보다 클 수 있으며, 가변 직경부(85)의 최대 내경은 균일 직경부(84)의 내경과 같을 수 있다. 배출구(812)는 균일 직경부(84)와 통할 수 있고, 유입구(811)는 가변 직경부(85)와 통할 수 있다. 가변 직경부(85)의 최소 내경은 유입구(811)의 직경(D1)과 같을 수 있다.The inner diameter of the
접지 전극(81)에서 가변 직경부(85)를 둘러싸는 경사면이 유전체(30)의 길이 방향을 따라 유전체(30)와 마주하며, 고전압 전극(40)과 접지 전극(81) 사이의 간격을 변화시키는 기능을 한다. 따라서 제13 실시예의 플라즈마 반응기(1300)는 보다 다양한 가스 조성 및 보다 넓은 압력 조건에서 접지 전극(81) 내부에 안정된 플라즈마를 발생시킬 수 있다.An inclined surface surrounding the
제13 실시예의 플라즈마 반응기(1300)는 접지 전극(81)의 형상을 제외하고 전술한 제12 실시예와 동일 또는 유사한 구성으로 이루어지며, 중복되는 설명은 생략한다.The
도 20은 본 발명의 제14 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성도이다.20 is a configuration diagram of a plasma reactor according to a fourteenth embodiment of the present invention.
도 20을 참고하면, 제14 실시예의 플라즈마 반응기(1400)에서 접지 전극(81)의 유입구(811)는 접지 전극(81)의 배출구(812)보다 유전체(30)에 더 가깝게 위치하며, 유입 포트(82)의 길이가 배출 포트(83)의 길이보다 크다. 공정 가스의 배출이 원활해지도록 배출구(812)의 직경(D2)과 배출 포트(83)의 내경은 유입구(811)의 직경(D1) 및 유입 포트(82)의 내경과 같거나 이보다 크다.Referring to FIG. 20, in the
배출구(812)는 진공 배기관(13)을 향한 접지 전극(81)의 앞쪽에 위치할 수 있고, 유입구(811)는 유전체(30)를 향한 접지 전극(81)의 뒤쪽에서 접지 전극(81)의 상측에 위치할 수 있다. 배출 포트(83)는 짧은 직선형 포트일 수 있고, 유입 포트(82)는 서로 직교하는 두 개의 직선부를 가진 90° 곡관형 포트로 구성될 수 있다.The
화학기상증착(CVD)과 같이 부산물 입자들이 다량으로 배출되는 공정에서, 부산물 입자들은 유입 포트(82)를 통과하면서 유입 포트(82)에 축적될 수 있다. 이로써 유전체(30) 내부(방전 영역)로 유입되는 입자들의 양이 감소하여 보다 정확한 가스 분석을 수행할 수 있다.In a process where a large amount of byproduct particles are discharged, such as chemical vapor deposition (CVD), the byproduct particles may accumulate in the
제14 실시예의 플라즈마 반응기(1400)는 접지 전극부(80)를 제외하고 전술한 제12 실시예와 동일 또는 유사한 구성으로 이루어지며, 중복되는 설명은 생략한다.The
도 21은 본 발명의 제15 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성도이다.21 is a configuration diagram of a plasma reactor according to a fifteenth embodiment of the present invention.
도 21을 참고하면, 제15 실시예의 플라즈마 반응기(1500)에서 접지 전극(81)의 내부 공간은 균일 직경부(84)와 가변 직경부(85)의 조합으로 이루어진다. 균일 직경부(84)는 유전체(30)와 가변 직경부(85) 사이에 위치하고, 가변 직경부(85)의 내경은 유전체(30)로부터 멀어질수록 작아진다.Referring to FIG. 21, in the
균일 직경부(84)의 내경은 유전체(30)의 내경과 같거나 이보다 클 수 있으며, 가변 직경부(85)의 최대 내경은 균일 직경부(84)의 내경과 같을 수 있다. 유입구(811)는 균일 직경부(84)와 통할 수 있고, 배출구(812)는 가변 직경부(85)와 통할 수 있다. 가변 직경부(85)의 최소 직경은 배출구(812)의 직경(D2)과 같을 수 있다.The inner diameter of the
접지 전극(81)에서 가변 직경부(85)를 둘러싸는 경사면이 유전체(30)의 길이 방향을 따라 유전체(30)와 마주하며, 고전압 전극(40)과 접지 전극(81) 사이의 간격을 변화시키는 기능을 한다. 따라서 제15 실시예의 플라즈마 반응기(1500)는 보다 다양한 가스 조성 및 보다 넓은 압력 조건에서 접지 전극(81) 내부에 안정된 플라즈마를 발생시킬 수 있다.An inclined surface surrounding the
제15 실시예의 플라즈마 반응기(1500)는 접지 전극(81)의 형상을 제외하고 전술한 제14 실시예와 동일 또는 유사한 구성으로 이루어지며, 중복되는 설명은 생략한다.The
도 22a와 도 22b는 본 발명의 제16 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 구성도이다.22A and 22B are schematic diagrams of a plasma reactor according to a sixteenth exemplary embodiment of the present invention.
도 22a를 참고하면, 제16 실시예의 플라즈마 반응기(1600)에서 유전체(30)는 직육면체 형상이고, 두 개의 고전압 전극(40)이 유전체(30)의 서로 마주하는 두 면의 바깥에 위치한다.Referring to FIG. 22A, in the
다른 한편으로, 직육면체의 상부와 하부만 유전체로 제작될 수 있고, 나머지 두 개의 측면은 금속으로 제작될 수 있다. 이 경우 두 개의 고전압 전극(40)은 두 개의 유전체의 바깥에 위치한다. 다른 한편으로, 직육면체의 상부만 유전체로 제작될 수 있고, 하부와 두 개의 측면은 금속으로 제작될 수 있다. 이 경우 하나의 고전압 전극이 유전체의 바깥에 위치하며, 직육면체의 하부가 다른 하나의 고전압 전극으로 기능할 수 있다.On the other hand, only the top and bottom of the cuboid can be made of a dielectric, and the other two sides can be made of metal. In this case, the two
도 22b를 참고하면, 제16 실시예의 플라즈마 반응기(1600)에서 유전체(30)는 원통 형상이고, 두 개의 고전압 전극(40)이 유전체(30)의 원주 방향(둘레 방향)을 따라 서로 이격되어 위치한다. 결과적으로, 제16 실시예의 플라즈마 반응기(1600)에서 고전압 전극(40)은 유전체(30)의 둘레 방향을 따라 서로 이격된 두 개의 고전압 전극으로 구분된다.Referring to FIG. 22B, in the
두 개의 고전압 전극(40)은 같은 전원에 연결되어 동일한 구동 전압을 인가받거나 바이폴라 펄스 전압을 인가받을 수 있다. 바이폴라 펄스 전압은 극성이 서로 반대인, 즉 위상차가 180°인 두 개의 펄스 전압을 의미한다. 두 개의 펄스 전압 각각은 삼각파, 싸인파, 정현파 중 어느 하나일 수 있으나, 이러한 예시로 한정되지 않는다.The two
두 개의 고전압 전극(40)에 바이폴라 펄스 전압이 인가되면, 방전 전압은 펄스 전압의 두 배가 된다. 따라서 두 개의 고전압 전극(40)에 동일한 구동 전압을 인가한 경우와 같은 세기의 플라즈마를 생성하면서 구동 전압을 낮출 수 있다.When a bipolar pulse voltage is applied to the two
제16 실시예의 플라즈마 반응기(1600)는 고전압 전극(40)이 두 개로 구비되는 것을 제외하고 전술한 제1 실시예 내지 제15 실시예 중 어느 하나와 동일 또는 유사한 구성으로 이루어지며, 중복되는 설명은 생략한다.The
도 23은 제1 실시예의 플라즈마 반응기를 이용한 공정 가스의 분석 결과를 나타낸 그래프이고, 도 24는 비교예의 플라즈마 반응기를 이용한 공정 가스의 분석 결과를 나타낸 그래프이다. 비교예의 플라즈마 반응기는 상부와 하부가 유전체로 제작되고 두 개의 측면이 금속으로 제작되며 두 유전체의 바깥에 고전압 전극과 접지 전극이 각각 위치하는 구성으로 이루어진다.FIG. 23 is a graph showing an analysis result of process gas using the plasma reactor of Example 1, and FIG. 24 is a graph showing an analysis result of process gas using the plasma reactor of Comparative Example. In the plasma reactor of the comparative example, the upper and lower parts are made of a dielectric material, two sides are made of metal, and a high voltage electrode and a ground electrode are respectively located outside the two dielectric materials.
도 23과 도 24의 그래프는 화학기상증착 챔버에서 질소를 이용한 퍼지 공정에서 배출되는 공정 가스의 분석 결과를 나타내며, 압력에 따른 파장별 세기를 나타낸다. 도 23과 도 24에서 세기의 단위 A.U.(Arbitary Unit)는 임의 단위를 나타낸다.23 and 24 show the analysis results of the process gas discharged from the purge process using nitrogen in the chemical vapor deposition chamber, and the intensity for each wavelength according to the pressure. In Figures 23 and 24, the unit of intensity A.U. (Arbitary Unit) represents an arbitrary unit.
도 23과 도 24를 참고하면, 제1 실시예의 플라즈마 반응기를 이용하면 5mTorr의 낮은 압력에서도 광학 에미션 측정이 가능하나, 비교예의 플라즈마 반응기를 이용하면 300mTorr 이상의 압력에서만 광학 에미션 측정이 가능한 것을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 23 and 24, the optical reactor can be measured at a low pressure of 5 mTorr using the plasma reactor of the first embodiment, but the optical emission can be measured only at a pressure of 300 mTorr or more using the plasma reactor of the comparative example. Can be.
즉 비교예의 플라즈마 반응기는 광학 에미션 측정이 가능한 압력 범위가 극히 제한적이지만, 제1 실시예의 플라즈마 반응기를 이용하면 300mTorr 이하의 낮은 압력에서도 정확한 광학 에미션 측정이 가능하므로 보다 다양한 공정 설비에 적용 가능하다.That is, although the plasma reactor of the comparative example has a very limited pressure range in which the optical emission measurement is possible, the plasma reactor of the first embodiment can be applied to a wider variety of process facilities because accurate optical emission measurement is possible even at a low pressure of 300 mTorr or less. .
도 25 내지 도 28은 화학기상증착(CVD) 공정에서 제1 실시예의 플라즈마 반응기를 이용한 공정 가스의 분석 결과를 나타낸 그래프이다. 도 25 내지 도 28에서 세기의 단위 A.U.(Arbitary Unit)는 임의 단위를 나타낸다.25 to 28 are graphs showing analysis results of process gas using the plasma reactor of the first embodiment in a chemical vapor deposition (CVD) process. In FIGS. 25 to 28, the unit of intensity A.U. (Arbitary Unit) represents an arbitrary unit.
도 25는 질소를 이용한 퍼지 단계(압력: 10mTorr)에서 배출되는 공정 가스의 분석 결과이고, 도 26은 헬륨과 산소를 이용한 퍼지 단계(압력: 20mTorr)에서 배출되는 공정 가스의 분석 결과이다. 도 27은 헬륨과 산소 및 TEOS를 이용한 SiO2 증착 단계(압력: 300mTorr)에서 배출되는 공정 가스의 분석 결과이고, 도 28은 헬륨과 산소 및 NF3를 이용한 세정 단계(압력: 400mTorr)에서 배출되는 공정 가스의 분석 결과를 나타낸다.25 is an analysis result of the process gas discharged in the purge step (pressure: 10mTorr) using nitrogen, Figure 26 is an analysis result of the process gas discharged in the purge step (pressure: 20mTorr) using helium and oxygen. FIG. 27 is an analysis result of the process gas discharged from the deposition of SiO 2 using helium, oxygen, and TEOS (pressure: 300 mTorr), and FIG. 28 is discharged from the cleaning step (pressure: 400 mTorr) using helium, oxygen, and NF 3 . The analysis result of a process gas is shown.
도 25 내지 도 28을 참고하면, 진공 배기관에 설치된 제1 실시예의 플라즈마 반응기는 가스 조성과 압력이 다른 다양한 공정 조건, 즉 퍼지 단계와 증착 단계 및 세정 단계 모두에서 정확한 광학 에미션 측정이 가능한 것을 확인할 수 있다.25 to 28, the plasma reactor according to the first embodiment installed in the vacuum exhaust pipe can confirm that accurate optical emission measurement is possible in various process conditions having different gas compositions and pressures, that is, purge step, deposition step, and cleaning step. Can be.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the range of.
11: 공정 챔버 12: 진공 펌프
13: 진공 배기관 14: 분광기
15: 광 섬유 20: 접지 전극
30: 유전체 35: 스페이서
40: 고전압 전극 45: 전원
50: 시창구 61: 유전체 홀더
62: 시창구 홀더 71: 연결 포트
72: 유입 포트 73: 배출 포트11: process chamber 12: vacuum pump
13: vacuum exhaust pipe 14: spectrometer
15: optical fiber 20: ground electrode
30: dielectric 35: spacer
40: high voltage electrode 45: power supply
50: sight window 61: dielectric holder
62: window holder 71: connection port
72: inlet port 73: outlet port
Claims (22)
상기 진공 배기관에 접속되는 관형의 접지 전극;
상기 접지 전극에 결합되며, 상기 접지 전극과 반대되는 단부의 내측에 관형의 스페이서를 구비한 관형의 유전체;
상기 유전체의 외면에 위치하고, 상기 접지 전극에 대해 최소 간격으로부터 최대 간격에 이르는 간격 범위를 가지며, 전원으로부터 플라즈마 발생을 위한 구동 전압을 인가받는 고전압 전극; 및
상기 스페이서와 접하며 상기 유전체의 단부에 결합된 시창구를 포함하고,
상기 스페이서는 상기 유전체의 내경보다 작은 내경을 가지며, 상기 시창구와 접하는 상기 유전체 단부의 내측 공간을 협소화하는 플라즈마 반응기.A plasma reactor connected to a vacuum exhaust pipe at a rear end of a process chamber and analyzing the process gas of the vacuum exhaust pipe to perform process monitoring,
A tubular ground electrode connected to the vacuum exhaust pipe;
A tubular dielectric coupled to the ground electrode and having a tubular spacer on an inner side of the end opposite to the ground electrode;
A high voltage electrode disposed on an outer surface of the dielectric and having an interval range from a minimum interval to a maximum interval with respect to the ground electrode, and receiving a driving voltage for generating plasma from a power source; And
A sight glass coupled to the end of the dielectric and in contact with the spacer;
The spacer has an inner diameter smaller than the inner diameter of the dielectric, and narrows the inner space of the end of the dielectric in contact with the sight glass.
상기 접지 전극은, 상기 진공 배기관의 내부에 위치하며 적어도 하나의 개구를 가지는 내측부와, 상기 진공 배기관의 외부에 위치하는 외측부로 구분되는 플라즈마 반응기.The method of claim 1,
The ground electrode may be divided into an inner part which is located inside the vacuum exhaust pipe and has at least one opening, and an outer part which is located outside the vacuum exhaust pipe.
상기 내측부는 앞쪽이 막힌 형상이고, 상기 개구는 공정 가스의 상류측에 위치하는 제1 개구와 공정 가스의 하류측에 위치하는 제2 개구로 구분되는 플라즈마 반응기.The method of claim 2,
The inner part has a shape in which the front is blocked, and the opening is divided into a first opening located upstream of the process gas and a second opening located downstream of the process gas.
상기 접지 전극의 내부 공간은 균일 직경부와, 상기 균일 직경부보다 상기 유전체로부터 더 멀리 위치하며 상기 유전체로부터 멀어질수록 내경이 작아지는 가변 직경부로 구성되고, 상기 적어도 하나의 개구는 상기 가변 직경부와 통하는 플라즈마 반응기.The method of claim 2,
The inner space of the ground electrode is composed of a uniform diameter portion and a variable diameter portion that is located farther from the dielectric than the uniform diameter portion and the inner diameter decreases away from the dielectric, the at least one opening is the variable diameter portion And a plasma reactor.
상기 내측부는 서로 이격된 제1 파트 및 제2 파트와, 상기 제1 파트와 상기 제2 파트를 일체로 결합시키는 복수의 금속 바를 포함하며, 상기 복수의 금속 바 사이의 열린 부분이 상기 개구로 기능하는 플라즈마 반응기.The method of claim 2,
The inner part includes a first part and a second part spaced apart from each other, and a plurality of metal bars integrally coupling the first part and the second part, and an open portion between the plurality of metal bars functions as the opening. Plasma reactor.
상기 접지 전극은 하나의 연결 포트에 의해 상기 진공 배기관에 접속되며,
상기 연결 포트의 내경은 상기 접지 전극의 내경보다 작고, 상기 진공 배기관 내경의 절반 이하인 플라즈마 반응기.The method of claim 1,
The ground electrode is connected to the vacuum exhaust pipe by one connecting port,
The inner diameter of the connection port is smaller than the inner diameter of the ground electrode, and less than half of the inner diameter of the vacuum exhaust pipe plasma reactor.
상기 접지 전극은 상기 진공 배기관을 향한 앞쪽에 상기 연결 포트와 통하는 적어도 하나의 개구를 가지는 플라즈마 반응기.The method of claim 6,
The ground electrode having at least one opening in communication with the connection port in front of the vacuum exhaust pipe.
상기 접지 전극의 내부 공간은 균일 직경부와, 상기 균일 직경부보다 상기 유전체로부터 더 멀리 위치하며 상기 유전체로부터 멀어질수록 내경이 작아지는 가변 직경부로 구성되고, 상기 가변 직경부가 상기 연결 포트와 통하는 플라즈마 반응기.The method of claim 6,
The inner space of the ground electrode is composed of a uniform diameter portion and a variable diameter portion located farther from the dielectric than the uniform diameter portion and smaller in diameter as it moves away from the dielectric, and the variable diameter portion communicates with the connection port. Reactor.
상기 접지 전극은 연결 포트에 의해 상기 진공 배기관에 접속되고,
상기 유전체는 상기 접지 전극의 상측과 하측 중 적어도 한 측에서 상기 진공 배기관과 나란하게 결합되는 플라즈마 반응기.The method of claim 1,
The ground electrode is connected to the vacuum exhaust pipe by a connecting port,
And the dielectric is coupled in parallel with the vacuum exhaust pipe at at least one of an upper side and a lower side of the ground electrode.
상기 연결 포트는 공정 가스의 상류측에 위치하는 유입 포트와, 공정 가스의 하류측에 위치하는 배출 포트로 구분되는 플라즈마 반응기.The method of claim 9,
The connecting port is divided into an inlet port located upstream of the process gas and a discharge port located downstream of the process gas.
상기 접지 전극의 내부에서 상기 유입 포트와 상기 배출 포트 사이에 고정되며, 상기 유전체의 내부 공간과 마주하는 대향부를 더 포함하는 플라즈마 반응기.The method of claim 10,
And a counter portion fixed between the inlet port and the outlet port inside the ground electrode and facing an inner space of the dielectric.
유입구와 배출구를 가지는 관형의 접지 전극과, 상기 진공 배기관과 상기 유입구를 연결하는 유입 포트와, 상기 진공 배기관과 상기 배출구를 연결하는 배출 포트를 포함하는 접지 전극부;
상기 접지 전극에 결합되며, 상기 접지 전극과 반대되는 단부의 내측에 관형의 스페이서를 구비한 관형의 유전체;
상기 유전체의 외면에 위치하고, 상기 접지 전극에 대해 최소 간격으로부터 최대 간격에 이르는 간격 범위를 가지며, 전원으로부터 플라즈마 발생을 위한 구동 전압을 인가받는 고전압 전극; 및
상기 스페이서와 접하며 상기 유전체의 단부에 결합된 시창구를 포함하고,
상기 스페이서는 상기 유전체의 내경보다 작은 내경을 가지며, 상기 시창구와 접하는 상기 유전체 단부의 내측 공간을 협소화하는 플라즈마 반응기.A plasma reactor connected to a vacuum exhaust pipe at a rear end of a process chamber and analyzing the process gas of the vacuum exhaust pipe to perform process monitoring,
A ground electrode part including a tubular ground electrode having an inlet and an outlet, an inlet port connecting the vacuum exhaust pipe and the inlet port, and a discharge port connecting the vacuum exhaust pipe and the outlet port;
A tubular dielectric coupled to the ground electrode and having a tubular spacer on an inner side of the end opposite to the ground electrode;
A high voltage electrode disposed on an outer surface of the dielectric and having an interval range from a minimum interval to a maximum interval with respect to the ground electrode, and receiving a driving voltage for generating plasma from a power source; And
A sight glass coupled to the end of the dielectric and in contact with the spacer;
The spacer has an inner diameter smaller than the inner diameter of the dielectric, and narrows the inner space of the end of the dielectric in contact with the sight glass.
상기 유입구는 상기 배출구보다 상기 공정 가스의 상류측에 더 가깝게 위치하며, 상기 배출구의 직경은 상기 유입구의 직경과 같거나 이보다 큰 플라즈마 반응기.The method of claim 12,
The inlet is located closer to the upstream side of the process gas than the outlet, the diameter of the outlet being greater than or equal to the diameter of the inlet.
상기 배출구는 상기 유입구보다 상기 유전체에 더 가깝게 위치하며, 상기 배출 포트의 길이는 상기 유입 포트의 길이보다 큰 플라즈마 반응기.The method of claim 13,
The outlet is located closer to the dielectric than the inlet and the length of the outlet port is greater than the length of the inlet port.
상기 접지 전극의 내부 공간은 균일 직경부와, 상기 균일 직경부보다 상기 유전체로부터 더 멀리 위치하며 상기 유전체로부터 멀어질수록 내경이 작아지는 가변 직경부로 구성되고,
상기 유입구는 상기 가변 직경부와 통하며, 상기 배출구는 상기 균일 직경부와 통하는 플라즈마 반응기.The method of claim 14,
The inner space of the ground electrode is composed of a uniform diameter portion and a variable diameter portion located farther from the dielectric than the uniform diameter portion and smaller in diameter as the distance from the dielectric,
The inlet is in communication with the variable diameter portion and the outlet is in communication with the uniform diameter portion.
상기 유입구는 상기 배출구보다 상기 유전체에 더 가깝게 위치하며, 상기 유입 포트의 길이는 상기 배출 포트의 길이보다 큰 플라즈마 반응기.The method of claim 13,
The inlet is located closer to the dielectric than the outlet and the length of the inlet port is greater than the length of the outlet port.
상기 접지 전극의 내부 공간은 균일 직경부와, 상기 균일 직경부보다 상기 유전체로부터 더 멀리 위치하며 상기 유전체로부터 멀어질수록 내경이 작아지는 가변 직경부로 구성되고,
상기 유입구는 상기 균일 직경부와 통하며, 상기 배출구는 상기 가변 직경부와 통하는 플라즈마 반응기.The method of claim 16,
The inner space of the ground electrode is composed of a uniform diameter portion and a variable diameter portion located farther from the dielectric than the uniform diameter portion and smaller in diameter as the distance from the dielectric,
The inlet is in communication with the uniform diameter portion and the outlet is in communication with the variable diameter portion.
상기 시창구와 접하는 상기 유전체의 단부는 유전체 홀더로 둘러싸이고,
상기 유전체의 길이 방향에 따른 상기 유전체 홀더와 상기 고전압 전극간 거리는 상기 스페이서와 상기 고전압 전극간 거리보다 큰 플라즈마 반응기.The method according to any one of claims 1 to 17,
An end portion of the dielectric in contact with the sight glass is surrounded by a dielectric holder,
And a distance between the dielectric holder and the high voltage electrode along a length direction of the dielectric is greater than a distance between the spacer and the high voltage electrode.
상기 진공 배기관에 접속되는 관형의 접지 전극;
상기 접지 전극에 결합되며, 상기 접지 전극과 반대되는 단부의 내측에 관형의 스페이서를 구비한 관형의 유전체;
상기 유전체의 외면에 위치하고, 상기 접지 전극에 대해 최소 간격으로부터 최대 간격에 이르는 간격 범위를 가지며, 전원으로부터 플라즈마 발생을 위한 구동 전압을 인가받는 고전압 전극;
상기 스페이서와 접하며 상기 유전체의 단부에 결합된 시창구; 및
상기 유전체의 단부를 둘러싸는 유전체 홀더를 포함하며,
상기 스페이서는 상기 유전체의 내경보다 작은 내경과, 상기 유전체의 길이 방향을 따라 상기 유전체 홀더의 길이보다 큰 길이를 가지며, 상기 시창구와 접하는 상기 유전체 단부의 내측 공간을 협소화하는 플라즈마 반응기.A plasma reactor connected to a vacuum exhaust pipe at a rear end of a process chamber and analyzing the process gas of the vacuum exhaust pipe to perform process monitoring,
A tubular ground electrode connected to the vacuum exhaust pipe;
A tubular dielectric coupled to the ground electrode and having a tubular spacer on an inner side of the end opposite to the ground electrode;
A high voltage electrode disposed on an outer surface of the dielectric and having an interval range from a minimum interval to a maximum interval with respect to the ground electrode, and receiving a driving voltage for generating plasma from a power source;
A sight glass contacting the spacer and coupled to an end of the dielectric; And
A dielectric holder surrounding an end of the dielectric,
And the spacer has an inner diameter smaller than the inner diameter of the dielectric and a length larger than the length of the dielectric holder along a length direction of the dielectric, and narrows an inner space of the end of the dielectric in contact with the viewing window.
상기 유전체의 길이는 상기 고전압 전극의 길이보다 크고,
상기 고전압 전극은 상기 유전체의 길이 방향을 따라 상기 스페이서 및 상기 접지 전극과 이격되는 플라즈마 반응기.The method of claim 19,
The length of the dielectric is greater than the length of the high voltage electrode,
The high voltage electrode is spaced apart from the spacer and the ground electrode along the longitudinal direction of the dielectric.
상기 고전압 전극은 상기 유전체의 둘레 방향을 따라 상기 유전체를 연속으로 둘러싸는 관형 전극이고, 상기 전원으로부터 교류(AC) 전압 또는 고주파(RF) 전압을 인가받는 플라즈마 반응기.The method according to any one of claims 1 to 17, 19, and 20,
The high voltage electrode is a tubular electrode continuously surrounding the dielectric along the circumferential direction of the dielectric, and receives a alternating current (AC) voltage or a high frequency (RF) voltage from the power supply.
상기 고전압 전극은 상기 유전체의 둘레 방향을 따라 서로 이격된 두 개의 고전압 전극으로 구분되며, 상기 두 개의 고전압 전극은 상기 전원으로부터 바이폴라 펄스 전압을 인가받는 플라즈마 반응기.The method according to any one of claims 1 to 17, 19, and 20,
The high voltage electrode is divided into two high voltage electrodes spaced apart from each other along the circumferential direction of the dielectric, wherein the two high voltage electrodes receive a bipolar pulse voltage from the power source.
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