KR102467297B1 - 마그네틱 코어 방열패드 - Google Patents

Abstract

본 발명의 마그네틱 코어 방열패드에 의하면, 냉각유체 입구 및 출구가 형성된 중공영역을 갖는 방열패드 몸체와 상기 방열패드 몸체와 연결되고, 간격을 두고 형성된 하나 이상의 윙바디를 포함한다. 이로 인하여, 반응기 냉각 효율의 증가, 반응기 내부 코팅막 손상방지, 반응기 내부에 형성되는 파티클의 원인을 제거할 수 있어 반응기가 과열되어 내부 전력손실이 증가되고 플라즈마 처리시 플라즈마가 꺼지는 경우를 방지할 수 있어 보다 안정적인 플라즈마 프로세스를 진행할 수 있다.

Description

마그네틱 코어 방열패드{A magnetic core cooling pad}

본 발명은 플라즈마 반응기의 쿨링에 관한 것으로, 구체적으로는 플라즈마 반응기를 구성하는 마그네틱 코어의 효율적인 냉각에 관한 것이다.

플라즈마 방전은 이온, 자유 래디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 발생하기 위한 가스 여기에 사용되고 있다. 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 대표적으로 반도체 제조 공정 예들 들어, 식각, 증착, 세정, 에싱 등 다양하게 사용되고 있다.

최근, 반도체 장치의 제조를 위한 웨이퍼나 LCD 글라스 기판은 더욱 대형화 되어 가고 있다. 따라서 플라즈마 이온 에너지에 대한 제어 능력이 높고, 대면적의 처리 능력을 갖는 확장성이 용이한 플라즈마 소스가 요구되고 있다. 그런데 피처리 기판의 대형화에 따라 공정 챔버의 볼륨도 증가되고 있어서 고밀도의 활성 가스를 충분히 원격으로 공급할 수 있는 플라즈마 소스가 요구되고 있다.

원격 플라즈마 발생기(remote plasma generator)는 플라즈마 발생 방식에 따라 다양한 플라즈마 소스가 사용되고 있다. 예를 들어, 유도 결합 플라즈마 소스(inductively coupled plasma source), 용량 결합 플라즈마 소스(capacitively coupled plasma source), 마이크로웨이브 플라즈마 소스(microwave plasma source) 등이 원격 플라즈마 발생기에 사용되고 있다. 유도 결합 플라즈마 소스의 경우 특히 변압기를 채용한 방식을 변압기 결합 플라즈마 소스(transformer coupled plasma)라 한다. 변압기 결합 플라즈마 소스(transformer coupled plasma source)를 사용한 원격 플라즈마 발생기는 토로이달 구조의 챔버 몸체에 일차 권선 코일을 갖는 마그네틱 코어가 장착된 구조를 갖는다.

유도결합플라즈마 소스의 마그네틱 코어는 페로마그네틱 자성체등으로 이루지는데, 여기에 코일을 감아서 RF전력을 인가하게 되면, 코일에 흐르는 RF전류에 의하여 발생하는 자기장(H: magnetic field strength)의 대부분이 페로마그네틱 자성체로 이루어진 마그네틱코어 내부에 자속밀도(B: magnetic flex density)가 집속되어 유도된다. 이렇게 유도된 자기장은 암페어 법칙(Amperelaw)에 의하여 전기장(E : electric field)을 마그네틱 코어 내측에 자기장과 노말(normal)한 방향으로 형성된다. 이때, 일반적인 유도결합플라즈마 방식에서 사용하는 무선주파수안테나에 비하여 플라즈마 발생을 원하는 부분에 큰 세기의 전기장이 유도된다. 따라서 마그네틱 코어를 이용한 무선주파수안테나를 이용하면 일반 유도결합플라즈마의 사용전력보다 낮은 전력에서도 플라즈마 소스가스의 해리 및 이온화율을 높일 수 있는 고밀도 플라즈마를 얻을 수 있다.

그런데, 마그네틱 코어의 발열온도가 큐리점(Curie temperature)을 넘게 되면 페로마그네틱 자성체는 상자성이 되어 자기장이 발생하지 않게 되고, 발열로 인하여 투자율이 변화되거나 코어 내부의 전력손실이 증대되며, 나아가서 플라즈마 오랜시간 처리 시 플라즈마가 꺼질 수 있다. 따라서 마그네틱 코어의 온도를 큐리점 이하의 안정적인 플라즈마를 발생시키는 온도로 유지시키는 것이 중요하다. 최근의 대면적화 추세에 있어서 높은 밀도의 플라즈마를 대량으로 발생시켜 제공하기 위해서는 플라즈마 반응기의 볼륨도 커질 수밖에 없는데, 플라즈마 반응기 몸체의 온도를 제어하기 위한 냉각채널로 마그네틱 코어를 냉각시키는 방법이나 냉각 팬으로 공랭시키는 기존의 방법보다 더욱 효과적인 방법이 필요하다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고밀도의 플라즈마를 안정적으로 발생 및 유지할 수 있도록 효과적으로 마그네틱 코어를 냉각하는 플라즈마 반응기를 제공하는데 그 목적이 있다.

마그네틱 코어 방열패드는, 냉각유체 입구 및 출구가 형성된 중공영역을 갖는 방열패드 몸체; 및 상기 방열패드 몸체와 연결되는 하나 이상의 윙바디를 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 윙바디는 방열판으로서 기능하며 구리 또는 구리합금을 포함하는 금속인 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 마그네틱 코어 방열패드는 구리 또는 구리합금을 포함하는 금속인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 마그네틱 코어 방열패드에 의하면, 반응기 냉각 효율의 증가, 반응기 내부 코팅막 손상방지, 반응기 내부에 형성되는 파티클의 원인을 제거할 수 있어 반응기가 과열되어 내부 전력손실이 증가되고 플라즈마 처리시 플라즈마가 꺼지는 경우를 방지할 수 있어 보다 안정적인 플라즈마 프로세스를 진행할 수 있다.

도 1은 플라즈마 발생장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 마그네틱 코어 방열패드의 사시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 마그네틱 코어 방열패드의 단면도이다.
도 5는 마그네틱 코어가 장착된 마그네틱 코어 방열패드의 단면도이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대해 상세한 기술은 생략된다.

도 1은 플라즈마 발생장치를 나타내는 사시도이다.

도 1을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 반응기(100)는 플라즈마 방전실(140)을 갖는 반응기 몸체(110)가 구비된다. 반응기 몸체(110)는 알루미늄, 스테인리스, 구리와 같은 금속성 물질로 제작된다. 또는 양극 산화처리된 알루미늄과 니켈 도금된 알루미늄으로 제작될 수 있다. 또는 내화 금속(refractory metal)로 제작될 수 있다. 또는 석영과 같은 절연 물질로 형성될 수도 있다. 반응기 몸체(110)는 의도된 플라즈마 프로세스가 수행되기에 적합한 다른 물질로도 제작될 수 있다. 플라즈마 챔버가 금속 물질을 포함하는 경우에는 에디 전류를 제거하기 위하여 전기적 불연속성을 갖도록 하는 하나 이상의 전기적 절연 영역을 포함한다. 절연 영역은 석영, 세라믹과 같은 전기적 절연 물질로 구성된다.

반응기 몸체(110)의 상부에는 반응기 몸체(110) 내로 공급된 공정 가스에 플라즈마가 방전되도록 하는 점화전극부가 구비된다. 점화전극부는 반응기 몸체(110) 상부의 개구된 영역에 설치된다. 점화전극부는 점화전극과 유전체 플레이트 및 점화전극 지지부로 구성된다.

플라즈마 방전실(140)에 플라즈마 발생을 위한 기전력이 전달되도록 반응기 몸체(110)에 장착되는 마그네틱 코어(120) 및 일차 권선을 갖는다. 전원부는 일차 권선에 전기적으로 연결되며, 무선 주파수 발생기에서 공급되는 무선 주파수를 받아들인다. 일차 권선에 구동되는 전류는 토로이달형의 원격 유도 결합 플라즈마 채널이 형성되는 하나 이상의 절연체로 나뉘어진 플라즈마 방전실(140)의 내측에 전류를 유도하여 결과적으로 플라즈마 방전실(140) 내측이 이차 권선이 된다. 다음으로, 플라즈마 발생시 반응기 몸체(110)의 온도가 높아져 플라즈마 상태가 불안정해지는 것을 막기 위해 냉각유체 공급원으로부터 반응기 몸체(110) 내부에 중공벽을 형성하고 이와 연결된 프로세스 쿨링라인부를 설치하여 냉각유체탱크를 형성한다. 또는 냉각유체 공급라인이 반응기 몸체(110)의 일부 또는 외부에 형성된 프로세스쿨링라인도 가능하다. 반응기 몸체(110)는 가스입구를 포함하는 두 개의 상부 블록과 좌우 관형태의 플라즈마 방전관 블록 및 가스배출구와 배기부를 포함하는 두 개의 하부 블록으로 구성된다.

도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 마그네틱 코어 방열패드를 도시한 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 마그네틱 코어 방열패드(160)는 프로세스쿨링라인과 연결되는 냉각유체입구(172a)와 냉각유체출구(173a)를 가지며 다수의 마그네틱 코어가 삽입되도록 윙 바디를 갖는다. 본 발명에 따른 마그네틱 코어 방열패드(160)는, 도 1에 도시된 플라즈마 반응기(100)의 마그네틱 코어(120)가 2개의 아이튜브형태의 플라즈마 방전실(140) 사이에 장착되고 각각의 윙바디(161) 사이사이에 마그네틱 코어(120)가 삽입된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 마그네틱 코어 방열패드(160) 내부에는 중공영역(B)이 형성되어 있으며, 이러한 중공영역은 냉각유체탱크로서 기능한다. 중공영역은 도시하지는 않았으나 프로세스쿨링라인의 형태를 탱크 또는 변형한 형태로 제조할 수 있다. 마그네틱 코어 방열패드(160)의 윙바디 부분은 방열판으로서 기능한다. 마그네틱 코어 방열패드(160)의 본체 및 윙바디 부분은 비자성체로 이루어지며, 열전도율이 높은 금속재질로 구리가 바람직하다.

도 5의 마그네틱 코어(120)는 마그네틱 코어 방열패드(160)의 윙바디(161) 부분에 각각 삽입되며 마그네틱 코어 방열패드(160)의 냉각유체입구(172a)와 냉각유체출구(173a)를 통하여 프로세스쿨링라인으로부터 유입되는 냉각유체로 1차적으로 냉각된다.

반응기 몸체의 여분의 냉기를 반응기 몸체와 접촉하여 2차적으로 냉각할 수도 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 마그네틱 코어 방열패의 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. 그러므로 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.

100 : 플라즈마 반응기 110 : 반응기 몸체
120 : 마그네틱 코어 140 : 플라즈마 방전실
160 : 마그네틱 코어 방열패드 161 : 윙바디
172a : 냉각유체입구 173a : 냉각유체출구
B : 중공영역

Claims (3)

1. 플라즈마 방전실을 갖는 반응기 몸체;
   상기 플라즈마 발생을 위한 기전력이 전달되도록 상기 반응기 몸체에 장착되는 마그네틱 코어;
   상기 플라즈마 방전실의 내측에 전류를 유도하여 상기 플라즈마 방전실 내측이 이차 권선이 되도록 전류가 구동되는 일차 권선; 및
   상기 마그네틱 코어를 냉각시키는 마그네틱 코어 방열패드;
   를 포함하고,
   상기 반응기 몸체는,
   상기 반응기 몸체 내로 공급된 공정 가스에 플라즈마가 방전되도록 상기 반응기 몸체 상부의 개구된 영역에 설치되는 점화전극부;
   가스입구가 형성되는 두개의 상부 블록;
   좌우 관형태의 플라즈마 방전관 블록; 및
   가스 배출구와 배기부가 형성되는 두개의 하부 블록;
   을 포함하고,
   상기 마그네틱 코어 방열패드는,
   냉각유체 입구 및 출구가 형성된 중공영역을 갖는 방열패드 몸체; 및
   상기 방열패드 몸체와 연결되고, 간격을 두고 형성된 하나 이상의 윙바디를 포함하고,
   상기 마그네틱 코어는 상기 윙바디 부분에 각각 삽입되어 상기 윙바디와 접하며 상기 냉각유체입구와 상기 냉각유체 출구를 통하여 프로세스쿨링라인으로부터 유입되는 냉각체로 냉각되는, 플라즈마 발생 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 윙바디는 방열판으로서 기능하며 구리 또는 구리합금인 금속을 포함하는 것을 특징으로 하되,
   상기 윙바디가 두 개 이상이면 방열패드 몸체를 기준으로 양면에 배치되어 'ㄷ'자 형상을 갖는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 발생 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 윙바디의 간격에 마그네틱 코어가 삽입되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 발생 장치.

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