KR20030067961A - 원격 플라즈마 발생장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스의 이온화 효율을 높이고, 플라즈마를 안정적으로 발생시킬 수 있는 원격 플라즈마 발생장치를 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 원격 플라즈마 발생장치는 플라즈마 발생을 위한 가스를 공급하는 가스 공급원; 상기 가스 공급원으로부터 공급된 가스의 이온화에 의한 플라즈마 발생에 필요한 에너지원으로서의 주파수를 발생하는 주파수 발진기; 및 상기 가스 공급원 및 주파수 발진기로부터 가스와 주파수 신호를 각각 제공받아 플라즈마를 발생하는 부분으로, 복수의 링형 자성 코어와 그 복수의 링형 자성 코어에 2중 쇄교 구조로 설치되는 튜브구조체를 갖는 플라즈마 생성부를 포함하여 구성된다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 가스 이송용 튜브구조체와 자계 유도용 자성 코어가 상호 2중 쇄교구조로 구성되어 있어, 주파수 발진기로부터 제공된 주파수 신호에 의해 발생된 전계와 자계에 의한 에너지전달효율이 높으며, 그에 의해 가스의 이온화 효율을 높여 플라즈마를 안정적으로 발생시킬 수 있다.

Description

원격 플라즈마 발생장치{Apparatus for remotely generating plasma}
본 발명은 반도체 제조 공정 등에 사용되는 원격 플라즈마(plasma) 발생장치에 관한 것으로서, 특히 플라즈마 생성부의 튜브 구조체와 자성 코어가 상호 2중 쇄교 구조로 구성됨으로써 가스의 이온화 효율을 높이고, 플라즈마를 안정적으로 발생시킬 수 있는 원격 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.
플라즈마 소오스(source)는 반도체 장치를 제조하기 위한 여러 공정들, 예를 들어, 식각(etching), 박리(stripping), 세정(cleaning) 등에서 널리 사용되고 있다. 플라즈마 발생기 분야에서, 플라즈마를 안정적으로 발생시키는 것과 높은 이온화율을 갖도록 하는 것은 이 분야의 기술자들에게는 지속적인 연구과제가 되고 있다.
플라즈마 발생기의 한 종류인 원격 플라즈마 발생기는 프로세스 챔버와 분리된 구조를 갖는다. 원격 플라즈마 발생기는 발생된 플라즈마 이온 가스를 원격으로 프로세스 챔버로 공급한다. 원격 플라즈마 발생기는 프로세스 챔버 또는 웨이퍼로 플라즈마 이온 가스를 직접적으로 조사하지 않기 때문에 프로세스 챔버 또는 가공 중인 웨이퍼에 손상이 가해지는 것을 방지할 수 있다.
이와 같은 원격 플라즈마 발생기와 관련된 기술 내용이 미국특허 제4431898호-플라즈마 에칭과 저항 제거를 위한 유도 결합 방전(INDUCTIVELY COUPLED DISCHARGE FOR PLASMA ETCHING AND RESIST STRIPPING)-에 개시되어 있다. 이에 의하면, A.C 전원을 제공받는 1차 권선과 이에 트랜스포머 코어로 에너지를 전달받는 2차 권선 기능을 하는 도넛(toroid) 형태의 플라즈마 챔버에 의해 플라즈마가 발생된다. 그리고, 발생된 플라즈마는 프로세스 챔버로 원격 공급된다.
그런데, 이상과 같은 종래 원격 플라즈마 발생기는 트랜스포머 코어의 형상이 누설 자계가 많이 발생되는 형태로 되어 있어 에너지 전달 효율이 낮으며, 그에 의해 이온화 효율이 낮아지거나 플라즈마 발생이 불안정해질 수 있는 구조적 취약점을 가지고 있다.
본 발명은 이상과 같은 종래 원격 플라즈마 발생기의 문제점을 해소하기 위하여 창출된 것으로서, 가스의 이온화 효율을 높이고, 플라즈마를 안정적으로 발생시킬 수 있는 원격 플라즈마 발생장치를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 원격 플라즈마 발생장치가 채용된 반도체 공정 설비의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 원격 플라즈마 발생장치의 플라즈마 생성부의 구조를 보여주는 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 원격 플라즈마 발생장치를 제어하기 위한 제어 시스템을 개략적으로 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101a,101b...자성 코어 102...튜브구조체
102a,102b...단위 튜브부재 103a,103b...절연부재
110...가스 공급원 120...주파수 발진기
130...플라즈마 생성부 140...프로세스 챔버
150...진공 펌프 310...센서
320...콘덴서 변환부 330...인덕터 변환부
340...콘트롤러
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 원격 플라즈마 발생장치는,
플라즈마 발생을 위한 가스를 공급하는 가스 공급원;
상기 가스 공급원으로부터 공급된 가스의 이온화에 의한 플라즈마 발생에 필요한 에너지원으로서의 주파수를 발생하는 주파수 발진기; 및
상기 가스 공급원 및 주파수 발진기로부터 가스와 주파수 신호를 각각 제공받아 플라즈마를 발생하는 부분으로, 복수의 링형 자성 코어와 그 복수의 링형 자성 코어에 2중 쇄교 구조로 설치되는 튜브구조체를 갖는 플라즈마 생성부를 포함하여 구성된 점에 그 특징이 있다.
여기서, 바람직하게는 상기 주파수 발진기로는 상기 플라즈마 생성부의 튜브구조체의 임피던스 변화에 대응하여 최대 전력을 인가할 수 있도록 가변주파수 발진기가 사용된다.
또한, 상기 플라즈마 생성부의 튜브구조체는 상기 복수의 자성 코어에 각각 공통으로 쇄교되는 2개의 링형태의 단위 튜브부재가 그 몸체의 일부위가 서로 연결되어 전체적으로 하나의 몸체를 이루는 구조로 구성된다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 원격 플라즈마 발생장치를 나타낸 것으로서, 도 1은 본 발명의 원격 플라즈마 발생장치가 채용된 반도체 공정 설비의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 원격 플라즈마 발생장치의 플라즈마 생성부의 구조를 보여주는 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 원격 플라즈마 발생장치(100)는 가스 공급원(110), 주파수 발진기(120), 플라즈마 생성부(130)를 포함하여 구성된다.
상기 가스 공급원(110)은 플라즈마 발생을 위한 가스(예를 들면, NF3)를 공급한다.
상기 주파수 발진기(120)는 상기 가스 공급원(110)으로부터 공급된 가스의이온화에 의한 플라즈마 발생에 필요한 에너지원으로서의 주파수를 발생한다. 여기서, 이 주파수 발진기(120)는 플라즈마 생성부(130)의 튜브구조체(102)와 전기적으로 접속되며, 튜브구조체(102)에 교류 전원(예컨대, 3상 AC 208V, 60A)을 공급하는 전압원이라고 할 수 있다. 또한, 이 주파수 발진기(120)로는 상기 플라즈마 생성부 (130)의 튜브구조체(102)의 임피던스 변화에 대응하여 최대 전력을 인가할 수 있도록 가변주파수 발진기를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 플라즈마 생성부(130)는 상기 가스 공급원(110) 및 주파수 발진기 (120)로부터 가스와 주파수 신호를 각각 제공받아 플라즈마를 발생하는 부분으로, 2개의 자성 코어(101a)(101b)와 그 2개의 자성 코어(101a)(101b)에 2중 쇄교 구조로 설치되는 튜브구조체(102)로 구성된다. 여기서, 상기 자성 코어(101a)(101b)는 자속의 폐쇄 경로를 제공하기 위한 것으로, 그 재질로는 강자성체 재질(예를 들면, 페라이트)이 사용되는 것이 바람직하며, 도시된 것처럼 대략 4각링 형상으로 제작된다. 또한, 상기 튜브구조체(102)는 상기 2개의 자성 코어(101a)(101b)에 각각 공통으로 쇄교되는 2개의 링형태의 단위 튜브부재(102a)(102b)와, 그 각 단위 튜브부재 (102a)(102b)를 서로 연결하는 연통부재(102c)로 구성되며, 그와 같이 연통부재 (102c)에 의해 2개의 단위 튜브부재(102a)(102b)가 서로 연결됨으로써 전체적으로 하나의 몸체를 이루게 된다. 이와 같은 튜브구조체(102)는 도전성 재질로 제작된다. 즉, 이 튜브구조체(102)는 일반적인 변압기에서의 권선코일 역할을 하는 것이다.
이상과 같은 튜브구조체(102)의 일측 단위 튜브부재(102a)의 가스 유입단(102g)은 상기 가스 공급원(110)과 연결되고, 타측 단위 튜브부재(102b)의 가스 유출단(102p)은 프로세스 챔버(140)와 연결된다. 따라서, 이들 가스 유입단(102g)과 가스 유출단(102p)에는 각각 연결되는 가스 공급원(110) 및 프로세스 챔버(140)와의 전기적인 절연을 위한 절연부재(103a)(103b)가 각각 마련된다.
한편, 도 3은 이상과 같은 본 발명의 원격 플라즈마 발생장치를 제어하기 위한 제어 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 주파수 발진기(120)와 플라즈마 생성부 (130) 사이에는 플라즈마 생성부(130)에서 발생된 플라즈마의 변화량과 자성코어 (101a)(101b)에 유도된 자속의 세기변화를 감지하기 위한 센서(310)와, 플라즈마 생성부(130)의 튜브구조체(102)의 임피던스 변화에 대응하기 위한 콘덴서 변환부 (320)와 인덕터 변환부(330)가 각각 마련되고, 그들을 전체적으로 제어하기 위한 콘트롤러(340)가 마련된다.
그러면, 이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 원격 플라즈마 발생장치의 동작에 대해 도 1 내지 도 3을 참조하면서 간략히 설명해 보기로 한다.
가스 공급원(110)으로부터 플라즈마 발생을 위한 가스(NF3)가 플라즈마 생성부(130)의 튜브구조체(102)로 공급되는 한편 주파수 발진기(120)로부터 튜브구조체 (102)로 주파수 신호(예컨대, 400KHz, 10kW)가 제공되면, 튜브구조체(102)는 코일로서의 기능을 하여 튜브구조체(102) 주변에는 자계가 형성되고, 그 자계에 의한 자속이 자성 코어(101a)(101b)를 하나의 폐회로 경로로 하여 흐르게 된다. 이렇게자성 코어(101a)(101b)에 자계가 유도되어 자속이 흐르면, 그 자성 코어(101a)(101b)에 쇄교하도록 설치되어 있는 도전성의 튜브구조체(102)의 각 단위 튜브부재(102a) (102b)에 기전력이 유도되고, 그에 의해 각 단위 튜브부재(102a)(102b)에는 2차 전계가 발생된다. 이와 같이, 저주파 신호의 입력에 따라 발생되는 전계 및 자계에 의해 튜브구조체(102)를 따라 이송되는 가스는 에너지를 받게 되고, 그에 의해 가스는 이온화되어 플라즈마가 발생하게 된다. 이때, 자성 코어(101a)(101b)와 쇄교하고 있는 도전성 튜브구조체(102)는 복권 트랜스포머의 1차측 권선 역할을 하고, 발생된 플라즈마 가스는 튜브구조체(102) 내에서 2차측 권선 역할을 하게 된다. 그에 따라 튜브구조체(102)에 공급된 저주파 신호의 전기 에너지는 코어(101a)(101b)를 통해 튜브구조체(102) 내부의 가스로 전달되어 플라즈마가 발생되고 또한 그 상태가 유지된다. 이렇게 발생된 플라즈마 가스는 프로세스 챔버(140)로 제공되고, 프로세스 챔버(140)로 유입된 플라즈마 가스는 일정 반응 작용을 거쳐 진공 펌프(150)에 의해 외부로 배출된다.
한편, 이상과 같은 일련의 과정에 있어서, 플라즈마 생성부(130)에서 발생된 플라즈마의 변화량과 자성코어(101a)(101b)에 유도된 자속의 세기 변화는 센서 (310)에 의해 감지되어 콘트롤러(340)로 전송되고, 그 감지신호를 전송받은 콘트롤러(340)는 그에 상응하여 콘덴서 변환부(320)와 인덕터 변환부(330)에 각각 대응되는 제어명령을 내리게 된다. 그러면, 콘덴서 변환부(320)와 인덕터 변환부(330)의 스위칭 소자들의 다양한 온/오프 스위칭 제어가 이루어지고, 그 결과 플라즈마 생성부(130)로 입력되는 가스와 주파수 신호는 항상 최적 조건 상태하에서 입력되게된다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 원격 플라즈마 발생장치는 가스 이송용 튜브구조체와 자계 유도용 자성 코어가 상호 2중 쇄교구조로 구성되어 있어, 주파수 발진기로부터 제공된 주파수 신호에 의해 발생된 전계와 자계에 의한 에너지전달효율이 높으며, 그에 의해 가스의 이온화 효율을 높여 플라즈마를 안정적으로 발생시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (4)

  1. 플라즈마 발생을 위한 가스를 공급하는 가스 공급원;
    상기 가스 공급원으로부터 공급된 가스의 이온화에 의한 플라즈마 발생에 필요한 에너지원으로서의 주파수를 발생하는 주파수 발진기; 및
    상기 가스 공급원 및 주파수 발진기로부터 가스와 주파수 신호를 각각 제공받아 플라즈마를 발생하는 부분으로, 복수의 링형 자성 코어와 그 복수의 링형 자성 코어에 2중 쇄교 구조로 설치되는 튜브구조체를 갖는 플라즈마 생성부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 원격 플라즈마 발생장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 주파수 발진기는 가변주파수 발진기인 것을 특징으로 하는 원격 플라즈마 발생장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성부의 튜브구조체는 상기 복수의 자성 코어에 각각 공통으로 쇄교되는 2개의 링형태의 단위 튜브부재가 그 몸체의 일부위가 서로 연결되어 전체적으로 하나의 몸체를 이루는 구조로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 원격플라즈마 발생장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 상기 주파수 발진기와 플라즈마 생성부 사이에는 플라즈마 생성부에서 발생된 플라즈마의 변화량과 자성코어에 유도된 자속의 세기변화를 감지하기 위한 센서와, 플라즈마 생성부의 튜브구조체의 임피던스 변화에 대응하기 위한 콘덴서 변환부 및 인덕터 변환부와, 상기 센서, 콘덴서 변환부 및 인덕터 변환부를 전체적으로 제어하기 위한 콘트롤러가 더 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 원격 플라즈마 발생장치.
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