KR20070101067A - 복합 플라즈마 소스 및 이를 이용한 가스 분리 방법 - Google Patents

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Abstract

여기에 복합 플라즈마 소스가 게시된다. 복합 플라즈마 소스는 유도 결합 플라즈마를 발생하기 위한 변압기와 용량 결합 플라즈마를 발생하기 위한 제1 및 제2 용량 결합 전극을 구비한다. 변압기는 플라즈마 방전실의 내부에 일부가 위치하는 마그네틱 코어와 이에 감겨져 제1 전원 공급원에 연결되는 일차 권선을 구비한다. 제1 용량 결합 전극은 플라즈마 방전실을 형성하는 몸체로 구성된다. 플라즈마 방전실에 위치되는 마그네틱 코어는 코어 보호 튜브에 의해 보호된다. 코어 보호 튜브에는 제2 용량 결합 전극이 설치된다. 제2 용량 결합 전극은 제2 전원 공급원에 연결된다. 복합 플라즈마 소스는 제1 및 제2 전원 공급원으로부터 각기 전원 공급이 개시되면, 환형의 제1 전계 및 방사형의 제2 전계가 플라즈마 방전실에 형성되어 플라즈마 방전실의 내부에 유도 결합 플라즈마와 용량 결합 플라즈마가 복합적으로 발생된다.
유도결합, 용량결합, 플라즈마, 가스 분리

Description

복합 플라즈마 소스 및 이를 이용한 가스 분리 방법{COMPOUND PLASMA SOURCE AND METHOD FOR DISSOCIATING GASES USING THE SAME}
본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합 플라즈마 소스의 단면도이다.
도 2는 도 1의 A-A 단면도이다.
도 3 내지 도 6은 복합 플라즈마 소스의 전원 공급 구조의 여러 변형 예를 보여주는 도면이다.
도 7 및 도 8은 플라즈마 방전실에 가스 주입구 및 가스 배출구를 구성하는 예들을 보여주는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 복합 플라즈마 소스를 원격 플라즈마 처리 시스템에 적용한 예를 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 복합 플라즈마 소스를 기판 처리를 위한 프로세스 챔버에 적용한 예를 보여주는 도면이다. 그리고
도 11은 복합 플라즈마 소스의 확장 가능한 구조를 설명하기 위한 예시도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 복합 플라즈마 소스 20: 몸체, 제1 용량 결합 전극
21: 플라즈마 방전실 22, 41: 절연 영역
22: 개구부 30: 변압기
31: 마그네틱 코어 32: 일차 권선
33: 코어 보호 튜브 34: 자속
35: 제1 전계 40: 제2 용량 결합 전극
42: 제2 전계 50: 제1 전원 공급원
51: 제2 전원 공급원 52: 공통 전원 공급원
53: 전원 분배부 60: 가스 주입구
61: 가스 배기구 70: 프로세스 챔버
71: 기판 지지대 72: 피처리 기판
73: 바이어스 전원 55, 75: 스위치
본 발명은 플라즈마 방전에 의하여 활성 가스를 발생 시기키 위한 플라즈마 소스에 관한 것으로, 구체적으로는 용량 결합 플라즈마 및 유도 결합 플라즈마 발생 구조를 복합적으로 채용한 복합 플라즈마 소소에 관한 것이다.
플라즈마 방전은 이온, 자유 라디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 발 생하기 위한 가스 여기에 사용되고 있다. 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 대표적으로 반도체 제조 공정 예들 들어, 식각, 증착, 세정 등 다양하게 사용되고 있다.
플라즈마를 발생하기 위한 플라즈마 소스는 여러 가지가 있는데 무선 주파수(radio frequency)를 사용한 용량 결합 플라즈마와 유도 결합 플라즈마가 그 대표적인 예이다.
이미 알려진 바와 같이, 용량 결합 플라즈마 소스는 정확한 용량 결합 조절과 이온 조절 능력이 높아서 타 플라즈마 소스에 비하여 공정 생산력이 높다는 장점을 갖는다. 반면, 무선 주파수 전원의 에너지가 거의 배타적으로 용량 결합을 통하여 플라즈마에 연결되기 때문에 플라즈마 이온 밀도는 용량 결합된 무선 주파수 전원의 증가 또는 감소에 의해서만 증가 또는 감소될 수 있다. 그러나 전원의 증가는 이온 충격 에너지를 증가시킴으로 결과적으로 이온 충격에 의한 손상을 방지하기 위해서는 한계성을 갖게 된다.
한편, 유도 결합 플라즈마 소스는 무선 주파수 전원의 증가에 따라 이온 밀도를 쉽게 증가시킬 수 있으며 이에 따른 이온 충격은 상대적으로 낮아서 고밀도 플라즈마를 얻기에 매우 적합한 것으로 알려져 있다. 그러나 유도 코일이 플라즈마 이온 에너지를 거의 또는 전혀 제어하지 못함으로 이온 에너지의 조절을 위해서는 별도의 개별적인 장치를 부가하여야만 했다. 예를 들어, 프로세스 챔버의 내부에 구비되는 기판 지지대에 독립된 무선 주파수를 인가하는 바이어스 기술이 그 일 예이다. 그러나 기판 지지대에 인가되는 바이어스에 인가되는 무선 주파수 전원은 플라즈마 이온 에너지의 제어성이 낮아서 공정 생산력이 낮다는 중요한 문제점을 갖는다.
한편, 반도체 장치의 제조를 위한 웨이퍼나 LCD 글라스 기판은 더욱 대형화 되어 가고 있다. 그럼으로 플라즈마 이온 에너지에 대한 제어 능력이 높고, 대면적의 처리 능력을 갖는 확장성이 용이한 플라즈마 소스가 요구되고 있다.
따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 유도 결합 플라즈마 및 용량 결합 플라즈마의 장점을 모두 채용하여 플라즈마 이온 에너지에 대한 제어 능력이 높고 대면적의 처리 능력을 갖는 확장성이 용이한 복합 플라즈마 소스 및 이를 이용한 활성 가스를 발생하기 위한 가스 분리 방법을 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 복합 플라즈마 소스에 관한 것이다. 본 발명의 복합 플라즈마 소스는: 플라즈마 방전실을 형성하고, 제1 용량 결합 전극을 구성하는 전도성 금속을 포함하는 몸체; 플라즈마 방전실에 유도 결합 플라즈마를 형성하기 위하여 플라즈마 방전실에 결합되는 마그네틱 코어와 일차 권선을 갖는 변압기; 플라즈마 방전실의 내부에 위치하는 마그네틱 코어 부분을 감싸는 코어 보호 튜브; 및 코어 보호 튜브의 내부에 설치되는 제2 용량 결합 전극을 포함한다.
바람직하게, 상기 제1 용량 결합 전극은 에디 전류의 감소를 위하여 전기적 불연속성을 형성하기 위한 절연 영역을 포함한다.
바람직하게, 상기 제2 용량 결합 전극은 에디 전류의 감소를 위하여 전기적 불연속성을 형성하기 위한 절연 영역을 포함한다.
바람직하게, 변압기의 일차 권선으로 유도 결합 플라즈마의 발생을 위한 전력을 공급하는 제1 전원 공급원; 및 제1 또는 제2 용량 결합 전극으로 용량 결합 플라즈마의 발생을 위한 전력을 공급하는 제2 전원 공급원을 포함한다.
바람직하게, 제1 전원 공급원의 출력단에 연결되는 제1 임피던스 정합기 및 제2 전원 공급원의 출력단에 연결되는 제2 임피던스 정합기를 포함한다.
바람직하게, 제1 또는 제2 용량 결합 전극으로 용량 결합 플라즈마의 발생을 위한 전력과 변압기의 일차 권선으로 유도 결합 플라즈마의 발생을 위한 전력을 공급하는 공통 전원 공급원을 포함하고, 제1 또는 제2 용량 결합 전극과 변압기의 일차 권선으로 전원을 분리 공급하기 위한 전원 분배부를 포함한다.
바람직하게, 제1 또는 제2 용량 결합 전극으로 용량 결합 플라즈마의 발생을 위한 전력과 변압기의 일차 권선으로 유도 결합 플라즈마의 발생을 위한 전력을 공급하는 공통 전원 공급원을 포함하고, 제1 또는 제2 용량 결합 전극과 변압기의 일차 권선은 공통 전원 공급원에 직렬로 연결된다.
바람직하게, 공통 전원 공급원의 출력단에 연결되는 임피던스 정합기를 포함한다.
바람직하게, 코어 보호 튜브는 유전체 물질을 포함한다.
바람직하게, 코어 보호 튜브의 내측으로 설치되는 냉각수 공급 채널을 포함 한다.
바람직하게, 마그네틱 코어의 중심부를 통해서 형성되는 냉각수 공급 채널을 포함한다.
바람직하게, 플라즈마 방전실로 가스를 주입하기 위한 가스 주입구와 플라즈마를 출력하는 가스 배기구를 포함하고, 상기 가스 배기구를 통해서 출력되는 플라즈마를 수용하며 내부에 기판 지지대를 갖는 프로세스 챔버를 더 포함한다.
바람직하게, 기판 지지대는 바이어스 전원에 연결된다.
바람직하게, 플라즈마 방전실내에 위치되어 피처리 기판이 놓이는 기판 지지대를 포함하고, 기판 지지대는 바이어스 전원에 연결된다.
바람직하게, 제2 용량 결합 전극을 제2 전원 공급원과 접지 사이에서 스위칭되는 제1 스위치; 및 기판 지지대를 바이어스 전원과 접지 사이에서 스위칭되는 제2 스위치를 포함하고, 제1 및 제2 스위치는 서로 반대로 연동한다.
본 발명의 다른 일면은 복합 플라즈마 소스를 이용한 가스 분리 방법에 관한 것이다. 본 발명의 복합 플라즈마 소스를 이용한 가스 분리 방법은: 소정 압력의 가스를 포함하는 플라즈마 방전실을 형성하고, 제1 용량 결합 전극을 구성하는 전도성 금속을 포함하는 몸체를 제공하는 단계; 플라즈마 방전실에 유도 결합 플라즈마를 형성하기 위하여 플라즈마 방전실에 결합되는 마그네틱 코어와 일차 권선을 갖는 변압기를 제공하는 단계; 플라즈마 방전실의 내부에 위치하는 마그네틱 코어 부분을 감싸는 코어 보호 튜브를 제공하는 단계; 코어 보호 튜브의 내부에 설치되는 제2 용량 결합 전극을 제공하는 단계; 제1 및 제2 용량 결합 전극을 구동하는 것에 의해 용량적으로 결합되고, 변압기를 구동하는 것에 의해 유도적으로 결합되는 것에 의해 복합적으로 플라즈마를 발생하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 제1 및 제2 용량 결합 전극의 구동은 변압기의 구동에 앞서서 먼저 구동되어 초기 이온화 단계를 제공한다.
바람직하게, 상기 가스는 불활성 가스, 반응 가스, 불활성 가스와 반응 가스의 혼합 가스를 포함하는 그룹으로부터 선택된다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시예에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다. 각 도면을 이해함에 있어서, 동일한 부재는 가능한 한 동일한 참조부호로 도시하고자 함에 유의하여야 한다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
(실시예 1)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 대기압 플라즈마 발생기 및 이를 구비한 대기압 플라즈마 처리 시스템을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합 플라즈마 소스의 단면도이고 도 2는 도 1의 A-A 단면도이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합 플라즈마 소스(10)는 유도 결합 플라즈마 및 용량 결합 플라즈마에 의해 가스를 분해하여 활성 가스를 생산한다.
복합 플라즈마 소스(10)는 유도 결합 플라즈마 발생을 위한 마그네틱 코어(31)와 일차 권선(32)을 갖는 변압기(30)를 구비한다. 마그네틱 코어(31)는 링-형의 페라이트 코어로서 일차 권선(32)이 감겨져 변압기(30)를 구성한다.
마그네틱 코어(31)는 페라이트물질로 제작되지만 철, 공기와 같은 다른 대안의 재료로 구성될 수도 있다. 특히 마그네틱 코어(31)는 플라즈마 방전실(21)을 형성하는 몸체(20)의 내부에 일부분이 위치하도록 몸체(20)에 결합된다. 플라즈마 방전실(21) 내부에 위치하는 마그네틱 코어(31)의 일부분은 코어 보호 튜브(33)에 의해서 보호된다. 코어 보호 튜브(33)는 바람직하게는 석영, 세라믹과 유전체 물질로 구성된다. 코어 보호 튜브(33)는 몸체(20)의 마주 대향된 양 측벽에 형성된 개구부(22)에 양단이 연결된다. 이때, 코어 보호 튜브(33)와 몸체(20)가 연결되는 양 측벽의 개구부(22)는 도면에는 구체적으로 도시하지 않았으나 적절한 밀봉 부재에 의해 밀봉된다.
몸체(20)는 알루미늄, 스테인리스, 구리와 같은 금속물질로 재작된다. 또는 코팅된 금속 예를 들어, 양극 처리된 알루미늄이나 니켈 도금된 알루미늄으로 재작될 수 있다. 또는 내화 금속(refractory metal)로 재작될 수 있다. 또 다른 대안으로 발생기 몸체(110)를 석영, 세라믹과 같은 절연물질로 재작하는 것도 가능하며, 의도된 플라즈마 프로세스가 수행되기에 적합한 다른 물질로도 재작될 수 있다. 몸체(20)는 전체적으로 중공의 원통형으로 재작될 수 있다. 그러나 사각 박스 구조나 기타 다양한 형태로 변형이 가능함을 쉽게 이해할 수 있다.
일차 권선(32)은 제1 전원 공급원(50)에 전기적으로 연결된다. 제1 전원 공 급원(50)은 RF 전원을 공급하는 교류 전원 공급원이다. 도면에는 미도시 되었으나, 제1 전원 공급원(50)의 출력단에는 임피던스 정합을 위한 임피던스 정합기가 구비될 수 있다. 그러나 별도의 임피던스 정합기 없이 출력 전압의 제어가 가능한 RF 전원 공급원을 사용하여 구성할 수도 있다는 것을 당업자들은 이해 할 수 있을 것이다.
복합 플라즈마 소스(10)는 용량 결합 플라즈마 발생을 위한 제1 및 제 용량 결합 전극(20, 40)을 구비한다. 제1 용량 결합 전극(20)은 전도성 금속을 포함하는 몸체(20)로 구성된다. 이 실시예에서는 몸체(20)가 곧 제1 용량 결합 전극(20)으로 기능함으로 동일한 참조 번호로 표시한다. 그러나 제1 용량 결합 전극(20)을 별도의 전도성 금속을 사용하여 몸체(20)의 주변에 구성할 수 있다는 것과 전도성 금속이 설치되는 몸체(20)의 특정 부분은 유전체 윈도우를 형성하여야 함을 당업자들은 이해할 수 있을 것이다.
제2 용량 결합 전극(40)은 코어 보호 튜브(33)의 내측에 구성된다. 바람직하게는 코어 보호 튜브(33)에 삽입되어 있는 마그네틱 코어(31) 부분을 전체적으로 감싸는 원통형 구조를 갖는다. 제2 용량 결합 전극(40)은 제1 용량 결합 전극(20)의 재료와 동일한 재료로 재작될 수 있다.
제2 용량 결합 전극(40)은 제2 전원 공급원(51)에 전기적으로 연결되며, 제1 용량 결합 전극(20)은 접지된다. 제1 용량 결합 전극(20)은 캐소드(cathode)로 기능하며, 제2 용량 결합 전극(40)은 에노드(anode)로 기능한다. 그러나 필요에 따라 이들의 기능은 교체될 수 있다.
제2 전원 공급원(51)은 RF 전원을 공급하는 교류 전원 공급원이다. 도면에는 미도시 되었으나, 제2 전원 공급원(50)의 출력단에는 임피던스 정합을 위한 임피던스 정합기가 구비될 수 있다. 그러나 별도의 임피던스 정합기 없이 출력 전압의 제어가 가능한 RF 전원 공급원을 사용하여 구성할 수도 있다는 것을 당업자들은 이해 할 수 있을 것이다.
제1 및 제2 용량 결합 전극(20, 40)은 각기 유도 결합 플라즈마에 의한 에디 전류(eddy current)를 최소로 감소시키기 위하여 전기적 불연속성을 형성하도록 절연 영역(22, 41)을 포함하는 것은 매우 적절하다.
이상과 같은 구성을 갖는 복합 플라즈마 소스(10)는 제1 및 제2 전원 공급원(50, 51)으로부터 각기 전원 공급이 개시되면, 도 1 및 도 2에서 각각 점선 표시된 바와 같이 환형의 제1 전계(35) 및 방사형의 제2 전계(42)가 플라즈마 방전실(21)에 형성된다. 그럼으로 플라즈마 방전실(21)의 내부에 유도 결합 플라즈마와 용량 결합 플라즈마가 복합적으로 발생된다.
제1 전계(35)는 변압기(30)에 의해 유도되고, 제2 전계(42)는 제1 및 제2 용량 결합 전극(20, 40)에 의해 발생된다. 즉, 일차 권선(32)에 의해 마그네틱 코어(31)를 따라서 집속되는 자기장(34)에 의해 플라즈마 방전실(21)의 내부에 위치한 코어 보호 튜브(33)를 전체적으로 둘러싸도록 환형으로 유도되는 제1 전계(35)가 발생된다. 이는 변압기(30)의 이차 회로를 환성하는 유도 결합된 플라즈마를 형성한다.
이와 같은 용량 결합된 플라즈마와 유도 결합된 플라즈마는 서로 복합적으로 발생된다. 특히, 제1 전계(35)와 제2 전계(42)는 상호 수직으로 교차되도록 형성됨으로서 플라즈마 방전실(21)의 내부에서 가스 이온 입자들의 나선 운동을 가속시켜 가스 분해 능력이 매우 높다. 그럼으로 제1 및 제2 전원 공급원(50, 51)의 전력 제어에 따라 매우 용이하게 플라즈마 이온 밀도를 제어할 수 있다. 즉, 과도한 이온 에너지의 증가 없이 높은 플라즈마 이온 밀도를 얻을 수 있다. 또한, 제1 전계(35)는 몸체(20)와 코어 보호 튜브(33)에 실질적으로 평행하기 때문에, 제1 및 제2 전계(35, 42)에 의해 복합적으로 가속되는 가스 이온 입자들에 의한 이온 충격에 따른 플라즈마 방전실(21)의 내벽 손상은 매우 최소화 되어 유해한 파티클 발생이 극도로 최소화 된다.
플라즈마 방전싱(21)에 주입되는 가스는 불활성 가스, 반응 가스, 또는 불활성 가스와 반응 가스의 혼합 가스를 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 제1 및 제 용량 결합 전극(20, 40)은 변압기(30)의 구동에 앞서서 먼저 구동되어 초기 이온화 단계를 제공할 수 있다.
도 3 내지 도 6은 복합 플라즈마 소스의 전원 공급 구조의 여러 변형 예를 보여주는 도면이다. 상술한 바와 같은 복합 플라즈마 소스(10)는 후술하는 바와 같은 다양한 구조의 전원 공급 방식으로 변형될 수 있다.
도 3을 참조하여, 일 변형예로서, 복합 플라즈마 소스(10)는 변압기(30)와 제1 및 제2 용량 결합 전극(20, 40)에 하나의 공통 전원 공급원(52)을 사용하여 전력을 공급할 수 있다. 이를 위하여, 전원 분배부(53)를 공통 전원 공급원(52)의 출력단에 구성할 수 있다. 전원 분배부(53)는 변압기나 병렬 커패시터를 이용하여 전원 분배 회로를 구성할 수 있다. 이외에도 다양한 전자 회로를 이용하여 전원 분배부(53)를 구성할 수 있으며, 변압기 또는 병렬 커패시터의 용량을 가변적으로 구성하는 경우에는 전력을 적절히 조절할 수 있다.
도 4를 참조하여, 다른 변형예로서, 복합 플라즈마 소스(10)는 변압기(30)와 제1 및 제2 용량 결합 전극(20, 40)을 하나의 공통 전원 공급원(53)에 직렬로 연결하여 구성할 수 있다. 이 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 용량 결합 전극(40)은 접지로 연결되도록 구성할 수도 있다. 공통 전원 공급원(52)은 RF 전원을 공급하는 교류 전원 공급원이다.
도 6을 참조하여, 또 다른 변형에로서, 복합 플라즈마 소스(10)는 제2 용량 결합 전극(40)을 단권 코일 형태로 제작하여 전극과 코일의 기능을 겸할 수 있도록 할 수 있다.
이와 같이, 공통 전원 공급원(52)을 사용하는 경우에는 RF 전원 공급원의 수를 줄일 수 있어서 보다 저렴하고 단순하게 복합 플라즈마 소스를 구성할 수 있는 장점이 있다. 그리고 도면에는 미도시 되었으나, 제2 전원 공급원(50)의 출력단에는 임피던스 정합을 위한 임피던스 정합기가 구비될 수 있다. 그러나 별도의 임피던스 정합기 없이 출력 전압의 제어가 가능한 RF 전원 공급원을 사용하여 구성할 수도 있다는 것을 당업자들은 이해 할 수 있을 것이다.
도면에는 구체적으로 도시하지 않았으나, 복합 플라즈마 소스(10) 매우 절절한 위치에 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 공급 채널을 구비한다. 예를 들어, 코어 보호 튜브(33)의 내측으로 냉각수 공급 채널을 구성할 수 있다. 또는 마그네틱 코어(31)의 중심부를 통하여 냉각수 공급 채널을 구성할 수 있다. 또는 몸체(20)에 냉각수 공급 채널을 구성할 수 있다.
도 7 및 도 8은 플라즈마 방전실에 가스 유입구 및 가스 배출구를 구성하는 예들을 보여주는 단면도이다. 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 복합 플라즈마 소스(10)는 플라즈마 반전실(21)로 가스의 공급과 배기를 위한 가스 주입구(60)와 가스 배기구(61)가 몸체(20)의 적절한 위치에 구성된다.
도 9는 본 발명의 복합 플라즈마 소스를 원격 플라즈마 처리 시스템에 적용한 예를 보여주는 도면이다. 도 9를 참조하여, 복합 플라즈마 소스(10)는 플라즈마 프로세스 챔버(70)에 장착되어 원격으로 플라즈마를 공급하는 원격 플라즈마 시스템을 구성할 수 있다.
프로세스 챔버(70)는 복합 플라즈마 소스(10)와 연결되며, 복합 플라즈마 소스(10)의 가스 배기구(61)를 통해서 배출되는 플라즈마를 수용하며, 내부에 기판(72)을 지지하기 위한 기판 지지대(71)를 구비한다. 기판 지지대(71)는 바이어스 전원(73)에 연결되어 가스 이온 입자들을 기판으로 가속시키기 위한 바이어스 전극(미도시)을 포함할 수 있다. 또한, 기판 가열을 위한 히터를 구비할 수 있다.
도 10은 본 발명의 복합 플라즈마 소스를 기판 처리를 위한 프로세스 챔버에 적용한 예를 보여주는 도면이다. 도 10을 참조하여, 복합 플라즈마 소스(10a)는 몸체(20)가 프로세스 챔버로 기능하도록 재작될 수 있다. 플라즈마 방전실(21)의 내부에는 내부에 기판(72)을 지지하기 위한 기판 지지대(71)를 구비한다. 기판 지지대(71)는 바이어스 전원(73)에 연결되어 가스 이온 입자들을 기판으로 가속시키 기 위한 바이어스 전극(미도시)을 포함할 수 있다. 또한, 기판 가열을 위한 히터를 구비할 수 있다.
특히, 이러한 구성에서 제2 용량 결합 전극(40)은 제2 전원 공급원(51)과 접지 사이에서 스위칭 되는 제1 스위치(55)에 연결되도록 구성할 수 있다. 그리고 이와 더불어 기판 지지대(71)도 바이어스 전원(73)과 접지 사이에서 스위칭되는 제2 스위치(75)에 연결되도록 구성할 수 있다. 제1 및 제2 스위치(55, 75)는 서로 반대로 연동된다. 그리고 제1 및 제2 스위치(55, 75)는 플로팅 포텐셜(floating potential)을 포함하는 삼극 스위치(three-pole switch)로 구성될 수 있다.
도 9 및 도 10에서 프로세스 챔버(70, 20)는 플라즈마 식각 프로세스를 수행하기 위한 식각 챔버 일 수 있다. 또는 플라즈마 증착 프로세스를 수행하기 위한 증착 챔버일 수 있다. 또는 포토레지스트를 스트립핑하기 위한 에싱 챔버일 수 있다. 이외에도 복합 플라즈마 소스(10)는 고체 표면, 분말, 가스 등과 같은 다양한 재료의 처리에 유용하게 사용이 가능하다. 또한, 이온 주입이나 이온 밀링을 위한 이온 빔 소스(ion beam source)로도 사용될 수 있다. 이온 빔 소스로 사용하기 위해서 바람직하게는 가스 배기구(61) 주변에 적절한 이온 가속기를 구성한다.
도 11은 복합 플라즈마 소스의 확장 가능한 구조를 설명하기 위한 예시도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 복합 플라즈마 소스(10b)는 플라즈마 방전실(21)에 위치되는 부분이 병렬로 배열되도록 마그네틱 코어(31)를 설치할 수 있다. 이때, 코어 보호 튜브(33)와 제2 용량 결합 전극(40) 역시 각각 두 개가 플라즈마 방전실(21)에 설된다. 이와 같은 구조를 반복하여 복합 플라즈마 소스(10b)를 확장 할 수 있다. 이와 더불어 마그네틱 코어(31)의 길이를 확장하여 전체적으로 플라즈마 발생 면적을 넓게 확장 할 수 있다. 이러한 확장은 본 발명의 복합 플라즈마 소스가 대면적 플라즈마를 발생하기에 매우 적합하며, 대면적의 플라즈마를 고밀도로 그리고 플라즈마 이온 에너지의 조절이 용이한 특징을 갖는다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 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 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명의 복합 플라즈마 소스 및 이를 이용한 가스 분리 방법에 의하면, 유도 결합 플라즈마 및 용량 결합 플라즈마의 장점을 모두 채용하여 플라즈마 이온 에너지에 대한 제어 능력이 높고 대면적의 처리 능력을 갖는 확장성이 용이한 복합 플라즈마 소스 및 이를 이용한 활성 가스를 발생하기 위한 가스 분리 방법을 제공할 수 있다.

Claims (18)

  1. 플라즈마 방전실을 형성하고, 제1 용량 결합 전극을 구성하는 전도성 금속을 포함하는 몸체;
    플라즈마 방전실에 유도 결합 플라즈마를 형성하기 위하여 플라즈마 방전실에 결합되는 마그네틱 코어와 일차 권선을 갖는 변압기;
    플라즈마 방전실의 내부에 위치하는 마그네틱 코어 부분을 감싸는 코어 보호 튜브; 및
    코어 보호 튜브의 내부에 설치되는 제2 용량 결합 전극을 포함하는 복합 플라즈마 소스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 용량 결합 전극은 에디 전류의 감소를 위하여 전기적 불연속성을 형성하기 위한 절연 영역을 포함하는 복합 플라즈마 소스.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 용량 결합 전극은 에디 전류의 감소를 위하여 전기적 불연속성을 형성하기 위한 절연 영역을 포함하는 복합 플라즈마 소스.
  4. 제1항에 있어서, 변압기의 일차 권선으로 유도 결합 플라즈마의 발생을 위한 전력을 공급하는 제1 전원 공급원; 및
    제1 또는 제2 용량 결합 전극으로 용량 결합 플라즈마의 발생을 위한 전력을 공급하는 제2 전원 공급원을 포함하는 복합 플라즈마 소스.
  5. 제4항에 있어서, 제1 전원 공급원의 출력단에 연결되는 제1 임피던스 정합기 및 제2 전원 공급원의 출력단에 연결되는 제2 임피던스 정합기를 포함하는 복합 플라즈마 소스.
  6. 제1항에 있어서, 제1 또는 제2 용량 결합 전극으로 용량 결합 플라즈마의 발생을 위한 전력과 변압기의 일차 권선으로 유도 결합 플라즈마의 발생을 위한 전력을 공급하는 공통 전원 공급원을 포함하고,
    제1 또는 제2 용량 결합 전극과 변압기의 일차 권선으로 전원을 분리 공급하기 위한 전원 분배부를 포함하는 복합 플라즈마 소스.
  7. 제1항에 있어서, 제1 또는 제2 용량 결합 전극으로 용량 결합 플라즈마의 발생을 위한 전력과 변압기의 일차 권선으로 유도 결합 플라즈마의 발생을 위한 전력을 공급하는 공통 전원 공급원을 포함하고,
    제1 또는 제2 용량 결합 전극과 변압기의 일차 권선은 공통 전원 공급원에 직렬로 연결되는 복합 플라즈마 소스.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 공통 전원 공급원의 출력단에 연결되는 임피던 스 정합기를 포함하는 복합 플라즈마 소스.
  9. 제1항에 있어서, 코어 보호 튜브는 유전체 물질을 포함하는 복합 플라즈마 소스.
  10. 제1항에 있어서, 코어 보호 튜브의 내측으로 설치되는 냉각수 공급 채널을 포함하는 복합 플라즈마 소스.
  11. 제1항에 있어서, 마그네틱 코어의 중심부를 통해서 형성되는 냉각수 공급 채널을 포함하는 복합 플라즈마 소스.
  12. 제1항에 있어서, 플라즈마 방전실로 가스를 주입하기 위한 가스 주입구와 플라즈마를 출력하는 가스 배기구를 포함하고,
    상기 가스 배기구를 통해서 출력되는 플라즈마를 수용하며 내부에 기판 지지대를 갖는 프로세스 챔버를 더 포함하는 복합 플라즈마 소스.
  13. 제12항에 있어서, 기판 지지대는 바이어스 전원에 연결되는 복합 플라즈마 소스.
  14. 제1항에 있어서, 플라즈마 방전실내에 위치되어 피처리 기판이 놓이는 기판 지지대를 포함하고, 기판 지지대는 바이어스 전원에 연결되는 복합 플라즈마 소스.
  15. 제14항에 있어서, 제2 용량 결합 전극을 제2 전원 공급원과 접지 사이에서 스위칭하는 제1 스위치; 및 기판 지지대를 바이어스 전원과 접지 사이에서 스위칭되는 제2 스위치를 포함하고, 제1 및 제2 스위치는 서로 반대로 연동하는 복합 플라즈마 소스.
  16. 소정 압력의 가스를 포함하는 플라즈마 방전실을 형성하고, 제1 용량 결합 전극을 구성하는 전도성 금속을 포함하는 몸체를 제공하는 단계;
    플라즈마 방전실에 유도 결합 플라즈마를 형성하기 위하여 플라즈마 방전실에 결합되는 마그네틱 코어와 일차 권선을 갖는 변압기를 제공하는 단계;
    플라즈마 방전실의 내부에 위치하는 마그네틱 코어 부분을 감싸는 코어 보호 튜브를 제공하는 단계;
    코어 보호 튜브의 내부에 설치되는 제2 용량 결합 전극을 제공하는 단계;
    제1 및 제2 용량 결합 전극을 구동하는 것에 의해 용량적으로 결합되고, 변압기를 구동하는 것에 의해 유도적으로 결합되는 것에 의해 복합적으로 플라즈마를 발생하는 단계를 포함하는 복합 플라즈마 소스를 이용한 가스 분리 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제1 및 제2 용량 결합 전극의 구동은 변압기의 구동에 앞서서 먼저 구동되어 초기 이온화 단계를 제공하는 복합 플라즈마 소스를 이용 한 가스 분리 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 가스는 불활성 가스, 반응 가스, 불활성 가스와 반응 가스의 혼합 가스를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 복합 플라즈마 소스를 이용한 가스 분리 방법.
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