KR20080032481A - Plasma reactor having vacuum process chamber coupled with magnetic flux channel - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.In order to more fully understand the drawings used in the detailed description of the invention, a brief description of each drawing is provided.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 사시도이다.1 is a perspective view of a plasma reactor according to a first embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 플라즈마 반응기의 분리 사시도이다.2 is an exploded perspective view of the plasma reactor of FIG. 1.
도 3은 도 1의 플라즈마 반응기의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of the plasma reactor of FIG. 1.
도 4는 기판 출입구의 배치 구조를 변형한 플라즈마 반응기의 사시도이다.4 is a perspective view of a plasma reactor in which the arrangement structure of the substrate entrance and exit is modified.
도 5는 기판 처리 챔버를 수직으로 변형한 플라즈마 반응기의 사시도이다.5 is a perspective view of a plasma reactor in which the substrate processing chamber is vertically modified.
도 6 내지 도 9는 두 개의 기판 처리 챔버를 갖는 플라즈마 반응기의 다양한 변형예들 보여주는 도면이다.6-9 illustrate various variations of a plasma reactor having two substrate processing chambers.
도 10 및 도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 사시도 및 단면도이다.10 and 11 are a perspective view and a cross-sectional view of a plasma reactor according to a second embodiment of the present invention.
도 12는 기판 지지대를 마주 접하도록 변형한 플라즈마 반응기의 단면도이다.12 is a cross-sectional view of the plasma reactor modified to face the substrate support.
도 13 및 도 14는 자속 출입구의 자속 출입 표면이 다중 분할된 구조를 갖는 마그네틱 코어의 사시도이다.13 and 14 are perspective views of a magnetic core having a structure in which a magnetic flux entrance surface of the magnetic flux entrance and exit is multi-divided.
도 15는 자속 출입구에 유도 코일을 권선하는 방법의 일예를 보여주는 자속 출입구의 부분 사시도이다.15 is a partial perspective view of a magnetic flux doorway showing an example of a method of winding an induction coil to the magnetic flux doorway.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10: 기판 처리 챔버 20: 피처리 기판10
30: 마그네틱 코어 40: 유도 코일30: magnetic core 40: induction coil
본 발명은 플라즈마 방전에 의하여 이온, 자유 래디컬, 원자 및 분자를 포함하는 활성 가스를 발생 시기고 활성 가스로 고체, 분말, 가스 등의 피처리 대상물을 플라즈마 처리를 하기 위한 플라즈마 반응기에 관한 것으로, 구체적으로는 자속 채널에 결합된 기판 처리 챔버를 구비한 플라즈마 반응기에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma reactor for generating an active gas containing ions, free radicals, atoms and molecules by plasma discharge, and performing plasma treatment on an object to be treated such as solids, powders, and gases with the active gas. The present invention relates to a plasma reactor having a substrate processing chamber coupled to a magnetic flux channel.
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 등 다양하게 사용되고 있다.Plasma discharges are used for gas excitation to generate active gases containing ions, free radicals, atoms, molecules. The active gas is widely used in various fields and is typically used in various semiconductor manufacturing processes such as etching, deposition, and cleaning.
최근, 반도체 장치를 제조하기 위한 실리콘 웨이퍼 기판 또는 액정 디스플레이나 플라즈마 디스플레이 등의 제조를 위한 유리 기판과 같은 피처리 기판의 사이즈는 더욱 대형화 되어 가고 있다. 그럼으로 플라즈마 이온 에너지에 대한 제어 능력이 높고, 대면적의 처리 능력을 갖는 확장성이 용이한 플라즈마 소스가 요구되 고 있다.In recent years, the size of a to-be-processed substrate, such as a silicon wafer substrate for manufacturing a semiconductor device, or a glass substrate for manufacturing a liquid crystal display, a plasma display, etc., has become larger. Therefore, there is a need for a plasma source that has high controllability for plasma ion energy and has a large area processing capability.
플라즈마를 발생하기 위한 플라즈마 소스는 여러 가지가 있는데 무선 주파수(radio frequency)를 사용한 용량 결합 플라즈마와 유도 결합 플라즈마가 그 대표적인 예이다. 그중 유도 결합 플라즈마 소스는 무선 주파수 전원의 증가에 따라 이온 밀도를 비교적 용이하게 증가시킬 수 있어서 고밀도 플라즈마를 얻기에 적합한 것으로 알려져 있다.There are a number of plasma sources for generating plasma, such as capacitively coupled plasma using radio frequency and inductively coupled plasma. Among them, inductively coupled plasma sources are known to be suitable for obtaining high-density plasma because they can increase ion density relatively easily with increasing radio frequency power.
그러나 유도 결합 플라즈마 방식은 공급되는 에너지에 비하여 플라즈마에 결합되는 에너지가 낮아서 고전압의 구동 코일을 사용하고 있다. 그럼으로 이온 에너지가 높아지게 되어 플라즈마 반응기의 내부 표면이 이온 충격(ion bombardment)에 의해 손상되는 경우가 발생될 수 있는 문제점이 있다. 이온 충격에 의한 플라즈마 반응기의 내부 표면 손상은 플라즈마 반응기의 수명을 단축하는 것뿐만 아니라 플라즈마 처리 오염원으로 작용하는 부정적인 결과를 얻게 된다. 이온 에너지를 낮추려는 경우에는 플라즈마에 결합되는 에너지가 낮아 플라즈마 방전이 꺼지는 경우가 발생될 수 있어 플라즈마를 안정적으로 유지하기가 어려운 문제점이 발생한다.However, the inductively coupled plasma method uses a high voltage driving coil because the energy coupled to the plasma is lower than that of the supplied energy. Therefore, there is a problem that the ion energy is increased so that the inner surface of the plasma reactor may be damaged by ion bombardment. Damage to the internal surface of the plasma reactor by ion bombardment not only shortens the lifetime of the plasma reactor, but also has negative consequences of acting as a plasma treatment contaminant. When the ion energy is to be lowered, the energy coupled to the plasma may be low, thereby causing the plasma discharge to be turned off, thereby making it difficult to maintain the plasma stably.
따라서 본 발명은 플라즈마에 결합되는 유도 결합 에너지의 전달 효율을 높이고, 플라즈마를 안정적으로 유지할 수 있으며, 균일한 고밀도의 플라즈마를 안정적으로 얻을 수 있고, 또한 확장성이 용이한 자속 채널에 결합된 기판 처리 챔버를 구비한 플라즈마 반응기를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention improves the transfer efficiency of inductive coupling energy coupled to the plasma, stably maintains the plasma, stably obtains a uniform high-density plasma, and processes the substrate coupled to the magnetic flux channel that is easily expandable. It is an object of the present invention to provide a plasma reactor having a chamber.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 플라즈마 반응기에 관한 것이다. 본 발명의 플라즈마 반응기는: 자속 채널을 형성하도록 간격을 갖고 마주 대향하는 자속 출입구를 갖는 마그네틱 코어; 마그네틱 코어에 권선되고 전원 공급원으로부터 교류 전원을 공급받아 구동되어 자속 출입구 사이에 자속 채널을 형성시키는 유도 코일; 자속 채널에 결합되고 플라즈마 방전이 발생되는 중공 영역을 갖는 기판 처리 챔버를 포함하되, 상기 기판 처리 챔버는: 일 측으로 설치되는 기판 출입구; 중공 영역 내에서 피처리 기판을 지지하기 위한 기판 지지대; 및 가스 입구와 가스 출구를 포함한다.One aspect of the present invention for achieving the above technical problem relates to a plasma reactor. The plasma reactor of the present invention comprises: a magnetic core having spacing opposing magnetic flux entrances to form a magnetic flux channel; An induction coil wound around a magnetic core and driven by receiving AC power from a power source to form a magnetic flux channel between magnetic flux entrances and exits; A substrate processing chamber coupled to a magnetic flux channel and having a hollow region in which plasma discharge is generated, wherein the substrate processing chamber comprises: a substrate entrance installed to one side; A substrate support for supporting a substrate to be processed in the hollow region; And a gas inlet and a gas outlet.
일 실시예에 있어서, 상기 기판 지지대는 피처리 기판을 수평 또는 수직 상태 중 어느 하나의 상태로 기판을 지지한다.In one embodiment, the substrate support supports the substrate in either a horizontal or vertical state.
일 실시예에 있어서, 상기 기판 지지대에 대향하여 중공 영역에 설치되며, 가스 입구를 통해서 입력되는 공정 가스를 고르게 분배하여 기판 지지대로 분사하는 하나 이상의 가스 분배판을 포함한다.In one embodiment, it is installed in the hollow area opposite the substrate support, and comprises one or more gas distribution plate for evenly distributing the process gas input through the gas inlet to the substrate support.
일 실시예에 있어서, 상기 마그네틱 코어는: 제1 자속 채널을 형성하는 제1 자속 출입구를 갖는 제1 마그네틱 코어; 및 제2 자속 채널을 형성하는 제2 자속 출입구를 갖는 제2 마그네틱 코어를 포함하고, 상기 기판 처리 챔버는: 제1 자속 채널에 결합되는 제1 기판 처리 챔버; 및 제2 자속 채널에 결합되는 제2 기판 처리 챔버를 포함한다.In one embodiment, the magnetic core comprises: a first magnetic core having a first magnetic flux entrance defining a first magnetic flux channel; And a second magnetic core having a second magnetic flux entrance defining a second magnetic flux channel, the substrate processing chamber comprising: a first substrate processing chamber coupled to the first magnetic flux channel; And a second substrate processing chamber coupled to the second magnetic flux channel.
일 실시예에 있어서, 상기 유도 코일은: 제1 및 제2 자속 채널을 형성시키도 록 제1 및 제2 마그네틱 코어에 독립적으로 권선되는 제1 및 제2 유도 코일을 포함한다.In one embodiment, the induction coil comprises: first and second induction coils wound independently of the first and second magnetic cores to form first and second magnetic flux channels.
일 실시예에 있어서, 상기 유도 코일은: 제1 및 제2 자속 채널을 형성시키도록 제1 및 제2 마그네틱 코어에 공통으로 권선되는 공통 유도 코일을 포함한다.In one embodiment, the induction coil comprises: a common induction coil commonly wound around the first and second magnetic cores to form first and second magnetic flux channels.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 마그네틱 코어는 일체형 구조 또는 서로 독립된 구조 중 어느 하나의 구조를 갖는다.In one embodiment, the first and second magnetic cores have either a unitary structure or a structure independent of each other.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 기판 처리 챔버는 각기 독립된 각각의 기판 출입구를 갖거나 또는 상호 연결되는 기판 출입구를 갖는다.In one embodiment, the first and second substrate processing chambers each have their respective independent substrate entrances or have interconnected substrate entrances.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 기판 처리 챔버는 상호 연결되는 기판 출입구를 갖고, 제1 기판 처리 챔버에서 처리된 피처리 기판은 제2 기판 처리 챔버로 전달되어진다.In one embodiment, the first and second substrate processing chambers have interconnected substrate entrances, and the substrate to be processed in the first substrate processing chamber is transferred to the second substrate processing chamber.
일 실시예에 있어서, 상기 마그네틱 코어의 자속 출입구는 자속 출입 표면이 둘 이상으로 분할된 구조를 포함하고, 상기 유도 코일은 분할된 자속 출입구의 분할 홈을 따라서 권선된다.In one embodiment, the magnetic flux entrance of the magnetic core includes a structure in which two or more magnetic flux entrance surfaces are divided, and the induction coil is wound along a division groove of the divided magnetic flux entrance.
일 실시예에 있어서, 상기 유도 코일은: 상기 마그네틱 코어의 자속 출입구 중 하나의 자속 출입구에 권선되는 제1 유도 코일과 다른 하나의 자속 출입구에 권선되는 제2 유도 코일을 포함하고, 전원 공급원으로부터 교류 전원을 공급 받아 제1 유도 코일과 제2 유도 코일로 위상차를 두고 전원 분할하여 공급하는 전원 분할 공급부를 포함한다.In one embodiment, the induction coil comprises: a first induction coil wound at one of the magnetic flux entrances of the magnetic flux entrance of the magnetic core and a second induction coil wound at the other magnetic flux entrance, and alternating from a power source And a power split supply unit configured to receive power and divide power into the first induction coil and the second induction coil in a phase difference.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 플라즈마 반응기는: 자속 채널을 형성하도록 간격을 갖고 마주 대향하는 자속 출입구를 갖는 마그네틱 코어; 마그네틱 코어에 권선되고 전원 공급원으로부터 교류 전원을 공급받아 구동되어 자속 출입구 사이에 자속 채널을 형성시키는 유도 코일; 및 자속 채널에 결합되고 플라즈마 방전이 발생되는 서로 독립된 제1 및 제2 중공 영역을 갖는 기판 처리 챔버를 포함하되, 상기 기판 처리 챔버는: 제1 중공 영역으로 제1 피처리 기판이 출입하기 위한 제1 기판 출입구; 제2 중공 영역으로 제2 피처리 기판이 출입하기 위한 제2 기판 출입구; 제1 중공 영역 내에서 제1 피처리 기판을 지지하기 위한 제1 기판 지지대; 제2 중공 영역에 내에서 제2 피처리 기판을 지지하기 위한 제2 기판 지지대를 포함한다.According to another feature of the invention, a plasma reactor comprises: a magnetic core having a spaced opposite opposing magnetic flux entrance to form a magnetic flux channel; An induction coil wound around a magnetic core and driven by receiving AC power from a power source to form a magnetic flux channel between magnetic flux entrances and exits; And a substrate processing chamber coupled to the magnetic flux channel and having first and second hollow regions independent of each other from which plasma discharge is generated, wherein the substrate processing chamber comprises: a first substrate for entering and exiting the first to-be-processed substrate into the first hollow region; 1 substrate entrance; A second substrate entrance for entering and exiting the second to-be-processed substrate into the second hollow region; A first substrate support for supporting the first to-be-processed substrate in the first hollow region; And a second substrate support for supporting the second to-be-processed substrate in the second hollow region.
일 실시예에 있어서, 제1 및 제2 중공 영역으로 공정 가스를 공급하는 공통 가스 공급부; 공통 가스 공급부에 연결되는 가스 입구; 제1 및 제2 중공 영역에 각기 연결되는 제1 및 제2 가스 출구를 포함하고, 상기 제1 및 제2 기판 지지대에 각기 대향하여 제1 및 제2 중공 영역 내에 각기 설치되며, 가스 입구를 통해서 입력되는 공정 가스를 고르게 분배하여 기판 지지대를 향하여 분사하는 하나 이상의 가스 분배판을 포함한다.In one embodiment, the common gas supply unit for supplying a process gas to the first and second hollow region; A gas inlet connected to a common gas supply; A first and second gas outlets respectively connected to the first and second hollow areas, respectively installed in the first and second hollow areas opposite the first and second substrate supports, respectively; And at least one gas distribution plate for evenly distributing the input process gas and spraying it toward the substrate support.
일 실시예에 있어서, 제1 중공 영역으로 연결되는 제1 가스 입구 및 제1 가스 출구; 제2 중공 영역으로 연결되는 제2 가스 입구 및 제2 가스 출구를 포함하고, 제1 및 제2 가스 입구를 통해서 입력되는 공정 가스를 고르게 분배하여 제1 및 제2 기판 지지대로 각각 분사하도록 상기 제1 및 제2 기판 지지대에 각기 대향하여 제1 및 제2 중공 영역 내에 설치되는 하나 이상의 가스 분배판을 포함한다.In one embodiment, a first gas inlet and a first gas outlet connected to a first hollow region; A second gas inlet and a second gas inlet connected to the second hollow region, wherein the first and second gas inlets are configured to evenly distribute the process gas and to spray the first and second substrate supports, respectively. One or more gas distribution plates installed in the first and second hollow regions respectively opposite the first and second substrate supports.
일 실시예에 있어서, 상기 마그네틱 코어의 자속 출입구는 자속 출입 표면이 둘 이상으로 분할된 구조를 포함하고, 상기 유도 코일은 분할된 자속 출입구의 분할 홈을 따라서 권선된다.In one embodiment, the magnetic flux entrance of the magnetic core includes a structure in which two or more magnetic flux entrance surfaces are divided, and the induction coil is wound along a division groove of the divided magnetic flux entrance.
일 실시예에 있어서, 상기 유도 코일은: 상기 마그네틱 코어의 자속 출입구 중 하나의 자속 출입구에 권선되는 제1 유도 코일과 다른 하나의 자속 출입구에 권선되는 제2 유도 코일을 포함하고, 전원 공급원으로부터 교류 전원을 공급 받아 제1 유도 코일과 제2 유도 코일로 위상차를 두고 공급하는 전원 분할 공급부를 포함한다.In one embodiment, the induction coil comprises: a first induction coil wound at one of the magnetic flux entrances of the magnetic flux entrance of the magnetic core and a second induction coil wound at the other magnetic flux entrance, and alternating from a power source And a power split supply unit configured to receive power and supply the phase difference to the first induction coil and the second induction coil.
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. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 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 과장되어진 것이다. 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.DETAILED DESCRIPTION In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the embodiments of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings. The embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape of the elements in the drawings and the like are exaggerated to emphasize a clearer description. In understanding the drawings, it should be noted that like parts are intended to be represented by the same reference numerals as much as possible. And detailed description of known functions and configurations that are determined to unnecessarily obscure the subject matter of the present invention is omitted.
(실시예)(Example)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 자속 채널에 결합된 기판 처리 챔버를 구비한 플라즈마 반응기를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings illustrating a preferred embodiment of the present invention, a plasma reactor having a substrate processing chamber coupled to the magnetic flux channel of the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 사시도이고, 도 2는 도 1의 플라즈마 반응기의 분리 사시도이다. 그리고 도 3은 도 1의 플라즈마 반응기의 단면도이다.1 is a perspective view of a plasma reactor according to a first embodiment of the present invention, Figure 2 is an exploded perspective view of the plasma reactor of FIG. 3 is a cross-sectional view of the plasma reactor of FIG.
도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응기는 피처리 기판(20)의 플라즈마 처리를 위한 기판 처리 챔버(10)를 구비한다. 기판 처리 챔버(10)는 플라즈마 방전이 발생되는 중공 영역(11)을 갖는다. 기판 처리 챔버(10)의 일 측으로는 피처리 기판(20)의 출입을 위한 기판 출입구(14)가 구비되며, 중공 영역(11) 내에서 피처리 기판(20)을 지지하는 기판 지지대(13)가 그 하부에 구비된다. 피처리 기판(20)은 예를 들어, 반도체 장치를 제조하기 위한 실리콘 웨이퍼 기판 또는 액정 디스플레이나 플라즈마 디스플레이 등의 제조를 위한 유리 기판이다. 기판 처리 챔버(30)는 알루미늄, 스테인리스, 구리와 같은 금속 물질로 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 기판 처리 챔버(10)를 전체적으로 석영, 세라믹과 같은 전기적 절연 물질로 재작하는 것도 가능하며, 의도된 플라즈마 프로세스가 수행되기에 적합한 다른 물질로도 재작될 수 있다. 기판 처리 챔버(10)가 금속 물질을 포함하는 경우에는 에디 전류(eddy current)를 최소화하기 위하여 금속 물질 내에서 전기적 불연속성을 갖도록 하는 하나 이상의 전기적 절연 영역(미도시)을 포함하는 것이 바람직하다. 기판 처리 챔버(10)는 마그네틱 코어(30)에 의해 형성되 는 자속 채널(36)에 결합되도록 마그네틱 코어(30)의 두 개의 자속 출입구(32, 34) 사이에 설치된다. 1 to 3, a plasma reactor according to a first embodiment of the present invention includes a
마그네틱 코어(30)는 자속 채널(36)을 형성하도록 간격을 갖고 마주 대향하는 두 개의 자속 출입구(32, 34)를 갖는 C-형상의 구조를 갖는다. 마그네틱 코어(30)에는 유도 코일(40)이 권선되고, 유도 코일(40)은 교류 전원을 공급하는 전원 공급원(44)에 전기적으로 연결되어 구동된다. 바람직하게, 자속 출입구(32, 34)의 자속 출입 표면(31, 33)은 기판 처리 챔버(10)의 상부면 및 하부면과 동일한 평면적을 갖거나 그 이상의 평면적을 갖는다. 그럼으로 기판 지지대(13)에 놓이는 피처리 기판(20)은 자속 채널(36)에 전체적으로 수용된다. 또한, 유도 코일(40)이 구동되어 중공 영역(11)에 유도되는 시변화 자기장 및 전기장은 중공 영역(11)에 전체적으로 균일하게 분포하게 된다. 그럼으로 중공 영역(11) 전체에 걸쳐서 균일한 고밀도의 플라즈마를 얻을 수 있다.The
전원 공급원(44)은 임피던스 정합기(42)를 통하여 유도 코일(40)로 무선 주파수(radio frequency)를 공급한다. 그러나 전원 공급원(44)은 별도의 임피던스 정합기 없이 출력 전압의 제어가 가능한 무선 주파수 전원 공급원을 사용하여 구성할 수도 있다. 기판 지지대(13)는 바이어스 전원을 공급하는 전원 공급원(46)으로 임피던스 정합기(48)를 통하여 연결되어 전기적으로 바이어스 된다. 전원 공급원(46)의 경우도 별도의 임피던스 정합기 없이 출력 전압의 제어가 가능한 무선 주파수 전원 공급원을 사용하여 구성할 수도 있다. 이 실시예에서, 기판 지지대(13)는 단일 바이어스 구조를 갖지만, 서로 다른 주파수의 무선 주파수를 공급받아 바이어 스 되는 이중 주파수의 바이어스 구조로 변형 실시할 수도 있다.The
기판 처리 챔버(10)는 가스 입구(16)와 가스 출구(18)를 구비한다. 가스 입구(16)와 가스 출구(18)는 예를 들어, 지판 처리 챔버(10)의 상단 일측과 하단 일측으로 설치되어 중공 영역(11)의 상부에서 하부로 가스 흐름이 형성되도록 한다. 보다 균일한 가스 흐름을 형성하기 위하여 기판 지지대(13)에 대향하여 중공 영역(11)의 상부에 하나 이상의 가스 분배판(50)이 설치될 수 있다. 가스 입구(16)를 통해서 입력되는 공정 가스는 하나 이상의 가스 분배판(50)에 의해서 고르게 분배되어 기판 지지대(13)를 향하여 분사된다. 가스 입구(16)와 가스 출구(18) 그리고 하나 이상의 가스 분배판(50)으로 구성되는 가스 공급 및 배기 구조는 중공 영역(11) 내에서 균일한 가스 흐름을 형성하여 플라즈마의 균일한 발생을 달성하도록 다른 형태로 변형되어 실시될 수 있다. 기판 처리 챔버(10)로 공급되는 공정 가스는 불활성 가스, 반응 가스, 불활성 가스와 반응 가스의 혼합 가스를 포함하는 그룹으로부터 선택된다. 그 외에도 피처리 기판(20)을 플라즈마 처리하기 위한 필요한 다른 가스들이 선택될 수 있다.The
도면에는 구체적으로 도시되지 않았으나, 플라즈마 반응기는 기판 처리 챔버(10), 마그네틱 코어(30) 및, 유도 코일(40)이 과열되는 것을 방지하기 위한 냉각 시스템을 포함한다.Although not specifically shown in the drawings, the plasma reactor includes a
가스 공급원(미도시)으로부터 공정 가스가 가스 입구(16)를 통하여 중공 영역(11)으로 주입되고 전원 공급원(44)으로부터 무선 주파수가 공급되어 유도 코일(40)이 구동되면 자속 채널(30)에 유도되는 자속의 변화에 따라 기판 처리 챔버 (10)의 중공 영역(11)에 플라즈마를 발생시키는 AC 전위(AC potential)가 유도되어 플라즈마 방전이 이루어진다. 자속 출입구(32, 34)의 자속 출입 표면(31, 33)은 기판 처리 챔버(30)의 상부면 및 하부면과 동일한 평면적 또는 그 이상의 평면적을 갖기 때문에 기판 처리 챔버(10)의 내부 중공 영역(11)에 유도되는 시변화 자기장 및 전기장은 중공 영역(11)에 전체적으로 균일하게 발생하게 된다. 그럼으로 중공 영역(11)에 전체적으로 고밀도의 균일한 플라즈마가 발생하게 되어 피처리 기판(20)의 균일한 플라즈마 처리가 이루어진다.Process gas from a gas source (not shown) is injected into the
도 4는 기판 출입구의 배치 구조를 변형한 플라즈마 반응기의 사시도이고, 도 5는 기판 처리 챔버를 수직으로 변형한 플라즈마 반응기의 사시도이다.4 is a perspective view of a plasma reactor in which the arrangement structure of the substrate entrance and exit is modified, and FIG. 5 is a perspective view of a plasma reactor in which the substrate processing chamber is vertically modified.
도 4를 참조하여, 본 발명의 플라즈마 반응기는 기판 처리 챔버(10)와 마그네틱 코어(30)의 결합 방향을 기판 출입구(14)에 기준할 때 상술한 예(도 2 참조)와 다른 방향의 결합 구조를 갖도록 할 수 있다. 그리고 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 플라즈마 반응기는 피처리 기판(20)을 기판 처리 챔버(10)의 내부에서 수직된 상태에서 처리하고, 피처리 기판(20)이 수직된 상태에서 기판 처리 챔버(10)로 출입할 수 있도록 기판 처리 챔버(10)와 마그네틱 코어(30)를 수직으로 구성할 수 있다.Referring to FIG. 4, in the plasma reactor according to the present invention, when the bonding direction of the
도 6 내지 도 9는 두 개의 기판 처리 챔버를 갖는 플라즈마 반응기의 다양한 변형예들을 보여주는 도면이다.6-9 illustrate various variations of a plasma reactor having two substrate processing chambers.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명이 플라즈마 반응기는 두 개의 기판 처리 챔버(10a, 10b)와 두 개의 마그네틱 코어(30a, 30b)를 병렬 또는 적층된 구조로 구성하여 두 장의 피처리 기판(20a, 20b)을 병렬로 처리하도록 구성할 수 있다. 또는 도 8에 도시된 바와 같이, 양측으로 대칭된 구조의 두 쌍의 자속 출입구(36, 37, 38, 39)를 갖는 마그네틱 코어(30c)와 두 쌍의 자속 출입구(36, 37, 38, 39)에 장착되는 두 개의 기판 처리 챔버(10a, 10b)를 구성하여 두 장의 피처리 기판(20a, 20b)을 병렬 처리하도록 구성할 수도 있다.As shown in FIG. 6 and FIG. 7, the plasma reactor includes two
이와 같이, 본 발명의 플라즈마 반응기는 하나 이상의 마그네틱 코어를 사용하여 두 개 이상의 자속 채널을 형성하고, 각각의 자속 채널에 각기 기판 처리 챔버를 결합시켜 구성하여 두 장 이상의 피처리 기판을 병렬로 처리하는 다양한 변형 실시가 가능하다. 이때, 하나 이상의 마그네틱 코어에 권선되는 유도 코일도 각각의 자속 채널에 대응되게 독립적(도 6 및 도 7 참조)으로 각각의 마그네틱코어 마다 구성하거나 하나의 유도 코일을 두 개 이상의 마그네틱 코어에 공통으로 권선할 수 있다. 또는 두 개 이상의 자속 채널을 갖는 마그네틱 코어(도 8 참조)의 경우에는 두 개 이상의 자속 채널에 공유되도록 하나의 유도 코일을 마그네틱 코어에 권선할 수 있을 것이다.As described above, the plasma reactor of the present invention forms two or more magnetic flux channels by using one or more magnetic cores, and combines each of the magnetic flux channels with a substrate processing chamber to process two or more substrates in parallel. Various modifications are possible. At this time, the induction coil wound on one or more magnetic cores may be configured for each magnetic core independently (see FIGS. 6 and 7) corresponding to each magnetic flux channel, or one induction coil may be wound on two or more magnetic cores in common. can do. Alternatively, in the case of a magnetic core having two or more magnetic flux channels (see FIG. 8), one induction coil may be wound around the magnetic core to be shared by two or more magnetic flux channels.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 플라즈마 반응기는 두 개 이상의 기판 처리 챔버(10a, 10b)와 마그네틱 코어(30a, 30b)를 직렬로 연결하여 두 개의 공정이 연속적으로 이루어지도록 구성할 수 있다. 두 개의 기판 처리 챔버(10a, 10b)는 상호 연결되는 기판 출입구(55)를 구비한다. 전단의 기판 처리 챔버(10a)는 외부에서 피처리 기판(20)이 로딩되기 위한 기판 출입구(14a)를 구비하고, 후단의 기판 처리 챔버(10b)는 처리된 기판을 외부로 언로딩하기 위한 기판 출입구(도면에는 미도시)를 구비한다. 그리하여 전단의 기판 처리 챔버(10a)에서 제1 공정이 진행되고, 후단의 기판 처리 챔버(10b)에서 제2 공정이 진행된다. 제1 및 제2 공정은 서로 다른 기판 처리 공정이다. 이와 같이 두 개 이상의 기판 처리 챔버(10a, 10b)가 기판 처리 공정을 연속해서 진행하도록 직렬 배열된 구조로 구성될 수 있다. 물론, 연속된 기판 처리 챔버(10a, 10b)들 사이에서 피처리 기판(20)을 이송하기 위한 이송 수단이 제공되어야 할 것이다.As shown in FIG. 9, the plasma reactor of the present invention may be configured to connect two or more
도 10 및 도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 사시도 및 단면도이다. 그리고 도 12는 기판 지지대를 마주 접하도록 변형한 플라즈마 반응기의 단면도이다.10 and 11 are a perspective view and a cross-sectional view of a plasma reactor according to a second embodiment of the present invention. 12 is a cross-sectional view of the plasma reactor modified to face the substrate support.
도 10 및 도 11을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예예 따른 플라즈마 반응기는 상술한 제1 실시예와 기본적으로 동일한 구조와 구성을 갖는다. 그럼으로 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략한다. 다만, 제2 실시예의 플라즈마 반응기는 두 장의 피처리 기판(20a, 20b)을 동시에 처리하기 위하여 기판 처리 챔버(60)가 두 개의 독립된 제1 및 제2 중공 영역(61a, 61b)으로 분리되며, 제1 및 제2 중공 영역으로 개설된 제1 및 제2 기판 출입구(64a, 64b)가 구비된다. 10 and 11, the plasma reactor according to the second embodiment of the present invention basically has the same structure and configuration as the first embodiment described above. Therefore, repeated description of the same configuration is omitted. However, in the plasma reactor of the second embodiment, the
기판 처리 챔버(60)는 가스 공급부(62)에 의해 제1 및 제2 중공 영역(61a, 61b)으로 분할된다. 가스 공급부(62)는 가스 입구(66)를 통하여 주입되는 공정 가스를 제1 및 제2 중공 영역(61a, 61b)으로 공급한다. 기판 처리 챔버(60)는 제1 및 제2 중공 영역(61a, 61b)으로 각기 연결되는 제1 및 제2 가스 출구(68a, 68b)를 구비한다. 제1 및 제2 중공 영역(61a, 61b)에는 각기 기판 지지대(63a, 63b)가 구 비된다. 제1 및 제2 중공 영역(61a, 61b)에는 제1 및 제2 기판 지지대(63a, 63b)에 각기 대향하여 하나 이상의 가스 분배판(50a, 50b)이 설된다. 가스 분배판(50a, 50b)은 가스 입구(66) 및 가스 공급부(62)를 통해서 입력되는 공정 가스를 고르게 분배하여 제1 및 제2 기판 지지대(63a, 63b)를 향하여 분사한다.The
제1 및 제2 기판 지지대(63a, 63b)는 제1 및 제2 중공 영역(61a, 61b) 내에서 마그네틱 코어(30)의 자속 출입구(32, 34)에 대응하는 측벽으로 각기 설치된다. 또는 도 12에 도시된 바와 같이, 기판 처리 챔버(60)의 중앙 부분에 격벽(67)을 구비하고, 격벽(67)에 접하도록 설치될 수 있다. 이 경우에는 제1 및 제2 중공 영역(61a, 61b)에 각각의 가스 입구(66a, 66b)를 구성하고, 가스 분배판(50a, 50b)도 제1 및 제2 기판 지지대(63a, 63b)에 대향되게 구성한다. 제1 및 제2 기판 지지대(63a, 63b)는 각기 임피던스 정합기(42a, 42b)를 통하여 전원 공급원(44a, 44b)으로부터 바이어스 전원을 공급받아 전기적으로 바이어스 된다.The first and second substrate supports 63a, 63b are respectively installed in the first and second
도 13 및 도 14는 자속 출입구가 다중 분할된 구조를 갖는 마그네틱 코어의 사시도이다.13 and 14 are perspective views of a magnetic core having a structure in which magnetic flux entrances and exits are multiplied.
도 13 및 도 14를 참조하여, 본 발명의 플라즈마 반응기에 사용되는 마그네틱 코어(30)는 자속 출입구(32, 34)의 자속 출입 표면(31, 33)이 둘 이상의 서로 분할된 구조를 갖도록 구성하고, 유도 코일(40)은 분할된 자속 출입구(32, 34)의 분할 홈(80)을 따라서 권선된다. 자속 출입구(32, 34)의 분할 구조는 예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이 4개의 분할 구조를 갖거나, 도 14에 도시된 바와 같이 16개의 분할 구조를 가질 수 있다. 13 and 14, the
도 15는 자속 출입구에 유도 코일을 권선하는 방법과 전원 공급 구조의 일예를 보여주는 자속 출입구의 부분 사시도이다.15 is a partial perspective view of a magnetic flux doorway showing an example of a method of winding an induction coil to the magnetic flux doorway and a power supply structure;
도 15를 참조하여, 유도 코일(40)은 자속 출입구(32, 34)의 분할 홈(80)을 따라서 교차 구조로 권선될 수 있다. 이때, 유도 코일(40)을 벨트 구조를 갖는 권선을 사용할 수 있다. 그리고 유도 코일(40)을 하나의 자속 출입구(32)에 권선되는 제1 유도 코일(40a)과 다른 하나의 자속 출입구(34)에 권선되는 제2 유도 코일(40b)로 각기 구성하고, 제1 및 제2 유도 코일(40a, 40b)로 공급되는 전원을 분리 공급하되 위상차를 갖고 공급하는 전원 분할 공급부(47)를 구비한다. 예를 들어, 전원 분할 공급부(47)는 180도의 위상차를 갖고 전원을 분할 공급한다.Referring to FIG. 15, the
위상차를 갖고 제1 및 제2 유도 코일(40a, 40b)로 분할된 전원이 공급되면, 제1 및 제2 유도 코일(40a, 40b)은 상호 용량 결합 전극으로 기능하게 된다. 그럼으로 기판 처리 챔버의 내부 중공 영역에는 유도 결합 및 용량 결합에 의한 플라즈마 발생이 이루어진다. 그럼으로 더욱 균일한 그리고 고밀도의 플라즈마를 얻을 수 있다. 이때, 위상차의 제어에 의해서 용량 결합 에너지의 제어가 가능함으로 기판 처리 챔버의 중공 영역에 발생되는 플라즈마의 이온 에너지의 조절이 가능하다. 이러한 방식은 상술한 제1 및 제2 실시예와 그 변형예들에 모두 적용이 가능하다.When a power supply having a phase difference and divided into the first and
이상에서 설명된 본 발명의 자속 채널에 결합된 기판 처리 챔버를 구비한 플라즈마 반응기의 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 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The embodiment of the plasma reactor having the substrate processing chamber coupled to the flux channel of the present invention described above is merely exemplary, and various modifications and equivalents may be made by those skilled in the art to which the present invention pertains. It will be appreciated that other embodiments are possible. Therefore, it is to be understood that the present invention is not limited to the specific forms mentioned in the above description. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims, and the present invention is intended to cover all modifications, equivalents, and substitutes within the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims. It should be understood to include.
상술한 바와 같은 본 발명의 자속 채널에 결합된 기판 처리 챔버를 구비한 플라즈마 반응기에 의하면, 마그네틱 코어의 자속 출입구의 자속 출입 표면이 기판 처리 챔버의 중공 영역 전체에 걸쳐서 위치함으로서 중공 영역에서 발생되는 플라즈마는 균일성이 매우 높고 자속 손실이 적어서 유도 결합 에너지의 전달 효율이 높다. 그럼으로 균일한 고밀도의 플라즈마를 안정적으로 얻을 수 있다. 또한, 용량 결합 방식을 겸하는 구조에서는 위상 제어에 의해 플라즈마 이온 에너지를 용이하게 조절할 수 있다. 또한 전체적인 플라즈마 반응기의 구조가 대면적 플라즈마를 발생할 수 있는 용이한 구조를 갖고 있으며 그 확장성도 매우 탁월하다.According to the plasma reactor having the substrate processing chamber coupled to the flux channel of the present invention as described above, the magnetic flux entry surface of the magnetic flux entrance and exit of the magnetic core is located throughout the hollow region of the substrate processing chamber, thereby generating the plasma generated in the hollow region. Has very high uniformity and low magnetic flux loss, resulting in high efficiency of inductive coupling energy transfer. Therefore, a uniform high density plasma can be obtained stably. In addition, in the structure having a capacitive coupling method, plasma ion energy can be easily adjusted by phase control. In addition, the structure of the overall plasma reactor has an easy structure capable of generating a large-area plasma, and its expandability is also excellent.
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