KR20110128649A - 플라즈마 발생 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 발생 장치에 관한 것으로, 서로 인접하게 설치되는 다수개의 플라즈마 소스와, 상기 다수개의 플라즈마 소스에 전원을 공급하는 전원 공급 장치 및 상기 다수개의 플라즈마 소스에 가스를 공급하는 가스 공급 장치를 포함하되, 상기 다수개의 플라즈마 소스는 접지판에 의해 서로 연결됨으로써 대면적의 플라즈마를 균일하게 형성할 수 있는 플라즈마 발생 장치를 제공한다.

Description

플라즈마 발생 장치{PLASMA GENERATING APPARATUS}

본 발명은 플라즈마 발생 장치에 관한 것으로, 특히, 다수개의 플라즈마 소스를 안정적으로 방전시켜 대면적의 플라즈마를 균일하게 형성할 수 있는 플라즈마 발생 장치에 관한 것이다.

일반적으로 플라즈마 발생 장치는 이온, 라디칼, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 발생시켜 대상물을 플라즈마 처리하기 위한 장치로서, 식각, 증착, 세정 등과 같은 반도체 제조 공정에 사용되고 있다.

이 경우, 플라즈마를 발생시키기 위한 소스로는 전자 사이클로트론 공진(ECR; Electron Cyclotron Resonance) 플라즈마 소스, 헬리콘 파 여기 플라즈마(HWEP; Helicon Wave Excited Plasma) 소스, 표면파 플라즈마(SWP; Surface Wave Plasma) 소스, 용량성 결합 플라즈마(CCP; Capacitively Coupled Plasma) 소스, 유도성 결합 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma) 소스 등이 있는데, 이 중에서 ICP 소스가 상대적으로 간단한 구조를 가지고 대면적의 플라즈마를 얻을 수 있어 주로 사용되고 있다.

구체적으로, ICP 소스는 유도 코일에 RF(Radio Frequency) 전류를 흘려 자기장을 발생시키고, 이러한 자기장에 의해 유도된 전기장을 이용하여 플라즈마를 발생시킨다.

한편, 최근 들어 반도체 장치에 사용되는 웨이퍼나 LCD 기판이 대형화됨에 따라 대면적의 플라즈마를 형성할 수 있는 플라즈마 발생 장치에 대한 관심이 높아지고 있다. 이에 따라 종래부터 대면적의 플라즈마를 얻기 위해 챔버 내에 다수개의 플라즈마 소스를 설치하는 방안에 대한 연구가 이루어져 왔다. 그러나 실제로 챔버 내에 플라즈마 소스, 특히, ICP 소스를 다수개 설치하면 방전이 잘 이루어지지 않을 뿐 아니라 방전이 이루어지더라도 금방 오프(off)되거나 균일한 플라즈마를 얻을 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 다수개의 플라즈마 소스를 원활하게 방전시킴으로써 대면적의 플라즈마를 균일하고 안정적으로 형성할 수 있는 플라즈마 발생 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로,

본 발명은, 서로 인접하게 설치되는 다수개의 플라즈마 소스와, 상기 다수개의 플라즈마 소스에 전원을 공급하는 전원 공급 장치 및 상기 다수개의 플라즈마 소스에 가스를 공급하는 가스 공급 장치를 포함하되, 상기 다수개의 플라즈마 소스가 접지판에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치를 제공한다.

이 경우, 상기 다수개의 플라즈마 소스는 동일한 길이로 평행하게 설치되어 U자형 배관에 의해 직렬로 연결되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 다수개의 플라즈마 소스는 유도 코일로 이루어지는 유도성 결합 플라즈마 소스인 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 유도 코일의 외부에는 쿼츠 튜브가 설치되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 접지판은 상기 유도 코일의 일측단부에 각각 설치되는 브라켓에 결합되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 상기 접지판은 동판으로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 다수개의 플라즈마 소스가 접지판에 의해 서로 연결됨으로써 방전이 쉽게 일어날 뿐 아니라 안정적으로 유지될 수 있다.

또한, 플라즈마 소스의 설치 개수가 제한되지 않아 대면적의 플라즈마를 형성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치의 개념도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치의 사시도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 소스를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 소스의 설치 구조를 도시한 도면,
도 5는 도 4의 평면도,
도 6은 도 4의 측면도.

이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치의 사시도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치(100)는 플라즈마 소스(10)와, 전원 공급 장치(20) 및 가스 공급 장치(30)를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 상기 플라즈마 소스(10)는 챔버(도면 미도시) 내에 설치되어 플라즈마 반응을 일으킴으로써 웨이퍼 또는 LCD 기판과 같은 대상물(1)에 산소 라디칼(O radical)을 분사하기 위한 구성이고, 상기 전원 공급 장치(20)는 상기 플라즈마 소스(10)에 RF 전류를 인가하기 위한 구성이며, 상기 가스 공급 장치(30)는 상기 플라즈마 소스(10)에 연결된 가스 배관(31)을 통해 산소, 질소, 공기와 같은 가스를 공급하기 위한 구성이다.

이 경우, 본 발명에서는 상기 플라즈마 소스(10)의 설치 구조가 변형된 것을 특징적인 구성으로 하는 바, 이하에서는 상기 플라즈마 소스(10)에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 소스를 도시한 도면, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 소스의 설치 구조를 도시한 도면, 도 5는 도 4의 평면도, 도 6은 도 4의 측면도이다.

도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 플라즈마 소스(10)는 동일한 길이로 다수개가 마련되어 서로 평행하게 설치되며, 상호간에는 U자형 배관(19)에 의해 직렬로 연결된다. 본 발명에서 상기 플라즈마 소스(10)로는 유도성 결합 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma) 소스를 사용한다.

이 경우, 유도성 결합 플라즈마 소스는 유도 코일(11)로 구성되며, 이와 같은 상기 유도 코일(11)에 상기 전원 공급 장치(20)로부터 전원이 공급되어 자기장을 발생시키게 된다. 따라서 상기 유도 코일(11)에는 큰 RF(Radio Frequency) 전류가 흐르게 되는데, 이러한 전류량은 플라즈마의 발생 분포에 영향을 미치게 된다.

구체적으로, 상기 유도 코일(11) 내부에 전류가 흐르게 되면 상기 유도 코일(11)의 자체 저항에 의해 에너지 소모가 발생하게 되고, 이러한 에너지 소모는 열로 변환된다. 그 결과, 상기 유도 코일(11) 내부를 흐르는 전류량은 점점 감소하게 되고, 이에 따라 상기 유도 코일(11)의 구역별로 전류량이 다르게 되어 플라즈마의 생성 분포가 불균일하게 된다. 이 경우, 전류량의 불균일은 상기 유도 코일(11)이 길어질수록 더욱 심화된다.

또한, 상기 유도 코일(11)이 길어지면 전술한 바와 같은 상기 유도 코일(11)의 자체 저항에 의해 인가 전력의 손실이 발생하는 것은 물론 인가 전원의 주파수에 대한 정상파 효과(standing wave effect)가 발생하게 되어 방전이 잘 이루어지지 않게 된다.

따라서 종래부터 상기 플라즈마 소스(10)를 다수개 설치하여 대면적의 플라즈마를 형성하고자 하는 노력이 있어 왔으나 상술한 기술적 어려움으로 인해 기대 이상의 효과를 얻을 수 없었다.

이에 본 발명에서는 상기 플라즈마 소스(10)를 접지판(40)으로 서로 연결함으로써 방전이 보다 용이하고 균일하게 일어날 수 있도록 하였다.

즉, RF 전류가 인가되는 상기 플라즈마 소스(10)는 전기적 진동체로 볼 수 있기 때문에 상기 플라즈마 소스(10)가 인접한 플라즈마 소스와 상기 접지판(40)으로 연결되면 공명(resonance)에 의해 에너지를 서로 교환하게 됨으로써 정상파 효과가 사라지는 것은 물론 전류량도 균일하게 유지되어 상기 플라즈마 소스(10)의 개수에 해당하는 만큼의 플라즈마를 안정적으로 얻을 수 있다.

이 경우, 상기 접지판(40)은 동판으로 이루어질 수 있으며, 설치의 편의를 위해 상기 유도 코일(11)의 일측단부에 각각 설치되는 브라켓(50)을 이용할 수 있다.

즉, 상기 유도 코일(11)의 외부에는 플라즈마에 내성이 강한 쿼츠(quarts) 튜브(12)가 형성되는데, 이 경우, 상기 유도 코일(11)의 일측단부에는 상기 쿼츠 튜브(12)를 형성시키지 않고 상기 브라켓(50)을 결합시킨 후 상기 브라켓(50)의 상부면에 상기 접지판(40)을 결합하면 상기 플라즈마 소스(10)를 전기적으로 연결할 수 있다.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

예컨대, 상기 플라즈마 소스(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 설치 블록(60)과 커버 부재(61)를 이용하여 설치될 수 있으며, 이 경우, 상기 설치 블록(60)과 상기 커버 부재(61)는 필요에 따라 다양한 형상으로 변형 가능한 것으로 이해되어야 한다.

따라서 본 발명의 범위는 상술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위, 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1 : 대상물 10 : 플라즈마 소스
11 : 유도 코일 12 : 쿼츠 튜브
19 : U자형 배관 20 : 전원 공급 장치
30 : 가스 공급 장치 31 : 가스 배관
40 : 접지판 50 : 브라켓
100 : 플라즈마 발생 장치

Claims (6)

1. 서로 인접하게 설치되는 다수개의 플라즈마 소스와;
   상기 다수개의 플라즈마 소스에 전원을 공급하는 전원 공급 장치; 및
   상기 다수개의 플라즈마 소스에 가스를 공급하는 가스 공급 장치;를 포함하되,
   상기 다수개의 플라즈마 소스는 접지판에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 다수개의 플라즈마 소스는 동일한 길이로 평행하게 설치되어 U자형 배관에 의해 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 다수개의 플라즈마 소스는 유도 코일로 이루어지는 유도성 결합 플라즈마 소스인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 다수개의 플라즈마 소스는 상기 유도 코일의 외부에 설치되는 쿼츠 튜브를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 다수개의 플라즈마 소스는 상기 유도 코일의 일측단부에 각각 설치되어 상기 접지판에 의해 서로 연결되는 브라켓을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
6. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
   상기 접지판은 동판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.

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