KR20120054830A - 원격 플라즈마 소스 블록 - Google Patents

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KR20120054830A KR1020100116150A KR20100116150A KR20120054830A KR 20120054830 A KR20120054830 A KR 20120054830A KR 1020100116150 A KR1020100116150 A KR 1020100116150A KR 20100116150 A KR20100116150 A KR 20100116150A KR 20120054830 A KR20120054830 A KR 20120054830A
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Abstract

본 발명은 원격 플라즈마 소스 크리닝 시스템에 장착되어 세정가스를 플라즈마 상태로 만들어 공급하는 원격 플라즈마 소스 블록에 관한 것이다. 이를 위하여, 세정가스의 주입구와, 이 주입구에서 연통되며 일측으로 제1,2배출공이 형성되어 있는 제1블록, 그리고 제1블록에 접하는 결합면에 제1,2배출공에 각기 대응하여 제1,2유입공이 형성되어 있고, 제1,2유입공에 연통되는 배출구가 형성되고, 세정가스를 점화하는 이그니터가 설치되는 제2블록이 결합되는 원격 플라즈마 소스 블록을 제시한다. 이로써, 제1,2블록으로 나뉘어 제작함으로써 내부에 형성되는 관로의 표면처리가 용이하게 이루어지는 효과를 갖게 된다. 이로써, 관로의 표면을 곡면으로 가공하여 세정가스의 유동이 원활하게 이루어져 균일한 플라즈마의 형성이 가능한 장점을 갖게 된다

Description

원격 플라즈마 소스 블록{REMOTE PLASMA SOURCE BLOCK}
본 발명은 원격 플라즈마 소스 클리닝 시스템에 장착되어 세정가스를 플라즈마 상태로 만들어 공급하는 원격 플라즈마 소스 블록에 관한 것이다.
일반적으로 원격 플라즈마 소스 클리닝(remote plasma source (RPS) cleaning) 시스템은 반도체 장비의 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition(CVD)) 챔버를 세척하는 장치로서, 세정가스를 플라즈마 상태로 만들어 챔버로 공급함으로써 상기 챔버 내에 잔여하는 화학성분을 세정하는 것이다.
이러한 원격 플라즈마 소스 크리닝 시스템에는 주입된 세정가스를 플라즈마 상태로 만들기 위한 원격 플라즈마 소스 블록이 장착되며, NF3, Ar 등 세정가스가 주입되고 플라즈마 상태의 세정가스를 챔버에 배출하는 구성을 갖게 된다.
근래 화학기상증착 챔버의 내부 용량이 증대됨에 따라 요구되는 세정력을 발휘하기 위해서는 다량의 플라즈마 상태의 세정가스가 요구되어 원격 플라즈마 소스 블록의 처리 용량의 증대가 필요하다. 이러한 원격 플라즈마 소스 블록의 사이즈 증대에 따라 그 내부에서 플라즈마의 균일한 밀도가 유지되기 어려운 문제점이 있다. 이를 해소하기 위하여 자기장을 이용하여 원격 플라즈마 소스 블록 내에서 플라즈마를 균일하게 분포시키는 기술이 제시되고 있다.
본 발명은 세정가스를 플라즈마 상태로 만들어 화학기상증착 챔버에 공급하는 원격 플라즈마 소스 블록을 제시하는 것이다. 원격 플라즈마 소스 블록의 유로를 개선하고, 그 내부에 세정가스를 주입하는 개선된 노즐을 제시하여 균일한 밀도의 플라즈마는 생성하여 공급하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 위하여 본 발명은 실시예로, 세정가스의 주입구와, 상기 주입구에서 연통되며 일측으로 제1,2배출공이 형성되어 있는 제1블록, 그리고 상기 제1블록에 접하는 결합면에 상기 제1,2배출공에 각기 대응하여 제1,2유입공이 형성되어 있고, 상기 제1,2유입공에 연통되는 배출구가 형성되고, 상기 세정가스를 점화하는 이그니터가 설치되는 제2블록이 결합되는 원격 플라즈마 소스 블록을 제시한다.
또한, 상기 제1블록은 상기 주입구과 연통되며 상기 제1블록의 길이방향으로 형성되는 주입관로, 상기 주입관로의 일측에서 수직되게 연통되며 끝단에는 상기 제1배출공과 연통되는 제1주입연결관로, 그리고 상기 주입관로의 끝단에서 수직되게 연통되며 끝단에는 상기 제2배출공과 연통되는 제2주입연결관로를 포함한다. 더하여, 상기 제2블록은 상기 배출구와 연통되며 상기 제2블록의 길이방향으로 형성되는 배출관로, 상기 배출관로의 일측에서 수직되게 연통되며 끝단에는 상기 제1유입공과 연통되는 제1배출연결관로, 그리고 상기 배출관로의 끝단에서 수직되게 연통되며 끝단에는 상기 제2유입공과 연통되는 제2배출연결관로를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1,2배출공 주변부와, 상기 제1,2유입공 주변부에는 빈 공간으로 이루어진 자성체 결합공간이 형성될 수 있다.
또한, 상기 주입구에는 상기 세정가스를 주입관로로 주입하는 노즐이 더 구비되고, 세정가스가 방출되는 상기 노즐의 출구면은 상기 주입관로과 상기 제1주입연결관로의 연결부에서 상기 제1주입연결관로를 향하여 경사지게 형성될 수 있다.
또한, 상기 출구면에는 중심상에서 방사상으로 복수가 형성되며, 세정가스가 선회류를 형성하며 배출되도록 출구면에 대하여 경사지게 관통되는 제1토출공, 그리고 상기 출구면의 중심상에 형성되며, 상기 출구면과 수직되게 관통되어 있는 복수의 제2토출공이 구비될 수 있다.
또한, 상기 출구면의 배면측에는 노즐의 유로와 연통되며 상기 유로의 단면보다 넓은 단면을 가지는 확장공간이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1,2블록으로 나뉘어 제작함으로써 내부에 형성되는 관로의 표면처리가 용이하게 이루어지는 효과를 갖게 된다. 이로써, 관로의 표면을 곡면으로 가공하여 세정가스의 유동이 원활하게 이루어져 균일한 플라즈마의 형성이 가능한 장점을 갖게 된다.
또한, 제1,2주입연결관로와 제1,2배출연결관로로 분기됨에 따라 플라즈마의 형성이 균일한 밀도로 이루어지는 장점을 가지게 된다.
또한, 경사진 출구면을 가지는 노즐에 의하여 분기된 관로에 고른 세정가스의 유동이 유도되어 안정된 플라즈마 형성이 가능한 장점을 갖는다. 나아가, 방사상으로 선회류를 형성하며 배출되는 세정가스에 의하여 관로 내에 난류의 흐름을 최소화하고 이로써 더욱 안정된 플라즈마의 형성이 가능한 장점을 갖는다. 특히, 선회류에 의한 세정가스의 이송은 관로의 단면적이 커지는 경우에도 세정가스의 난류발생을 최소화하므로 사이즈 증가에 따른 플라즈마 발생효율을 저하를 방지할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원격 플라즈마 소스 블록을 도시한 사시도.
도 2는 도 1에 따른 실시예의 단면도.
도 3은 도 1에 따른 실시예의 분해도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 원격 플라즈마 소스 블록에 채용된 노즐의 사시도.
도 5는 도 4에 도시된 노즐의 단면도.
도 6은 도 4에 도시된 노즐의 일부 분해도.
도 7은 도 4에 도시된 노즐의 사용 상태를 나타낸 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른, 원격 플라즈마 소스 블록의 구성, 기능 및 작용을 설명한다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 원격 플라즈마 소스 블록(100)은 분리 가능하게 조립되는 제1블록(1)과 제2블록(2)을 포함한다. 나아가, 후술되는 노즐이 더 포함될 수 있다.
제1블록(1)과 제2블록(2)의 내부에는 세정가스가 통과하는 각 관로가 형성되어 있다. 도 2와 도 3을 참고하면, 제1블록(1)에는 세정가스의 주입구(1a)와, 상기 주입구(1a)에서 연통되며 일측으로 제1,2배출공(11,12)이 형성되어 있다. 한편, 제2블록(2)에는 상기 제1블록(1)과 접하는 결합면(2b)에 상기 제1,2배출공(11,12)에 각기 대응하여 제1,2유입공(21,22)이 형성되어 있고, 상기 제1,2유입공(21,22)에 연통되는 배출구(2a)가 형성된다. 이때, 상기 세정가스를 점화하는 이그니터(도시 생략)가 설치되는 설치공간(26)이 형성되어 있다.
즉, 제1,2블록(1,2)은 제1배출공(11)과 제1유입공(21)이 서로 연통되면서, 동시에 제2배출공(12)과 제2유입공(22)이 서로 연통되게 조립되며, 이후 제1,2블록(1,2)에 형성된 각 조립공에 볼트(도시 생략)가 체결되어 제1,2블록(1,2)이 결속된다. 이때, 각 배출공과 각 유입공의 사이에는 씰링부재가 개재될 수 있다.
이 경우, 제1,2블록이 조립되어 원격 플라즈마 소스 블록이 형성되기 때문에, 제1,2블록의 내부에 복잡한 관로를 형성하기 수월해지는 장점을 가지게 된다. 특히, 균일한 밀도의 플라즈마 상태를 얻기 위하여 관로의 분기지점 등을 매끄러운 곡면으로 가공할 필요가 있는데, 제1,2블록의 내부에 형성된 각 절곡지점에 밀드릴 등의 다양한 공구의 연삭면이 주입구, 배출구, 제1,2유입공, 제1,2배출공을 통하여 접근할 수 있게 된다. 따라서 제1,2블록 내부의 관로를 곡면으로 가공할 수 있게 되어, 균일한 밀도의 플라즈마 상태의 세정가스를 얻게 되는 효과를 갖는다.
주입구를 통하여 원격 플라즈마 소스 블록의 내부로 주입된 세정가스는 제1블록의 내부에 형성된 관로를 지나 제1,2배출공을 통과하고, 연이어 제1,2유입공을 통하여 제2블록으로 유입된 세정가스는 이그니터에 의해 점화된 후 플라즈마 상태로 전이되어 배출구로 배출된다.
이러한 세정가스의 유동을 위한 구성을 도 2를 참고하여 설명한다.
제1블록(1)에는 상기 주입구(1a)과 연통되며 상기 제1블록(1)의 길이방향으로 형성되는 주입관로(13)가 형성된다. 또한, 주입관로(13)의 일측과 끝단에는 주입관로의 길이방향과 수직된 제1,2주입연결관로(14,15)가 형성된다. 이러한 제1,2주입연결관로(14,15)는 각각 제1,2배출공(도 3의 11,12)에 연통된다. 따라서 주입구(1a)로 유입된 세정가스는 주입관로(13)를 거쳐 제1주입연결관로(14)와 제2주입연결관로(15)에 분산되어 이동된다.
한편, 제2블록(2)에는 배출구(2a)와 연통되며 제2블록(2)의 길이방향으로 형성되는 배출관로(23)가 형성된다. 또한, 배출관로(23)의 일측과 끝단에는 배출관로의 길이방향과 수직된 제1,2배출연결관로(24,25)가 형성된다. 이러한 제1,2배출연결관로(24,25)는 각각 제1,2유입공(도 3의 21,22)에 연통되어 있다.
이그니터는 제2블록에 장착된다. 구체적으로 이그니터의 점화플러그는 배출관로(23)의 끝단부, 즉 배출관로(23)와 제1배출연결관로(24)의 연결부분에 노출되게 장착된다. 따라서 이그니터에 의하여 주입된 세정가스는 주입관로, 제1,2주입연결관로, 제1,2배출연결관로 그리고 배출관로 상에서 플라즈마 상태로 전이된다.
한편, 상기 제1,2배출공(11,12) 주변부와, 상기 제1,2유입공(21,22) 주변부에는 빈 공간으로 이루어진 자성체 결합공간(A)이 형성되어 있다. 이러한 결합공간에는 관로 내에 자기장을 형성하는 자성체가 위치될 수 있다. 이때, 자성체는 페라이트 코어(ferrite core)일 수 있다. 이러한 자성체에 의하여 관로를 통과하는 세정가스에 의한 플라즈마는 균일한 밀도로 분포된다.
제1블록(1)의 일면에서 이격되게 형성된 제1,2배출공(11,12)의 주변부에는 원통형상의 결합공간(A)이 형성된다. 마찬가지로 제2블록(2)의 제1,2유입공(21,22) 주변부에도 원통형상의 결합공간(A)이 형성된다. 따라서 제1,2블록이 조립되었을 때에 각 결합공간은 하나의 원통형상의 빈 공간을 형성하게 된다.
주입관로에서 분기된 제1,2주입연결관로와 제1,2배출연결관로에 의하여 세정가스의 통과 용량을 증대시킬 수 있다. 즉, 하나의 관로가 형성되는 것에 비하여 플라즈마의 용량을 더욱 증대시킬 수 있는 것이다.
나아가, 제1배출공(11)의 주연부(T)는 함몰되고, 이에 대응하여 제1유입공(21)의 주연부(T)는 돌출되게 형성될 수 있다. 또한, 제2배출공(12)의 주연부(T)는 돌출되게 형성되고, 이에 대응하여 제2유입공(22)의 주연부(T)는 함몰되게 형성될 수 있다. 이러한 제1배출공, 제2유입공의 함몰과, 제1유입공, 제2배출공의 돌출 형상은 서로 맞물려짐에 따라 제1,2블록의 조립시에 결합방향의 착오를 예방한다. 이는 세정가스의 주입방향과 이그니터의 장착 위치를 원래의 설계에 따라 조립할 수 있게 하여, 오조립을 방지하는 것이다.
한편, 도 4 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 원격 플라즈마 소스 블록의 주입구에 장착되는 노즐에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 노즐(3)은 세정가스가 원격 플라즈마 소스 블록의 내부에 구비된 관로에 원활하게 유입되게 하여 플라즈마 상태의 전이가 원활하게 이루어지게 하는 것이다.
구체적으로 노즐(3)은 주입관로의 내주면에 접하는 원통형 몸체(31), 몸체(31)의 일단에 형성되어 주입구에 나사 결합되는 플랜지(32), 몸체의 타단에 형성되며 세정가스가 배출되는 토출공들이 형성된 출구면(33)을 포함한다. 이때 출구면(33)은 몸체(31)의 길이방향에 대하여 대략 45°로 기울어진 경사면으로 형성된다.
몸체(31)의 내부에는 세정가스가 통과하는 유로(311)가 형성되어 있다.
도 7을 참고하면, 노즐(3)은, 플랜지(32)가 주입구에 결합되었을 때에, 몸체(31)의 끝단부, 즉 출구면(33)은 주입관로(13)와 제1주입연결관로(14)의 연결부까지 다다르는 길이를 갖는다.
노즐(3)이 주입구(1a)에 장착될 때에, 출구면(33)은 상기 주입관로(13)과 상기 제1주입연결관로(14)의 연결부에서 상기 제1주입연결관로(14)를 향하여 경사지게 장착된다. 따라서 출구면(33)에서 수직으로 배출되는 세정가스의 일부는 주입관로(13)로 유입되고, 나머지는 제1주입연결관로(14)로 유입된다.
이때, 출구면의 경사각은 주입관로의 중심선상에서 보았을 때에 대략 45°를 형성하고 있으므로, 양 갈래로 나뉜 관로에 세정가스는 같은 유량으로 이동된다. 이 경우, 나뉜 각 관로에서 세정가스의 플라즈마화가 고르게 이루어지므로, 최종 배출되는 플라즈마의 밀도가 균일하게 이루어지는 효과를 갖게 된다.
한편, 다시 도 4와 도 5를 참고하면 상기 출구면(33)에는 중심상에서 방사상으로 복수가 형성되며, 세정가스가 선회류를 형성하며 배출되도록 출구면(33)에 대하여 경사지게 관통되는 제1토출공(331), 그리고 상기 출구면(33)의 중심상에 형성되며, 상기 출구면(33)과 수직되게 관통되어 있는 복수의 제2토출공(332)이 구비된다.
제1토출공(331)들은 대략 원형상으로 배열되어 있으며, 제1토출공(331)들이 형성하는 가상원의 원주방향에서 상기 가상원의 방사방향으로 기울어지게 형성된다. 따라서 제1토출공(331)으로 배출되는 세정가스는 가상원의 원주방향(도면에서 시계방향)으로 회전하면서 방사상으로 빠르게 벌어지면서 배출된다.
한편, 제2토출공(332)은 출구면(33)과 수직되게 상기 가상원의 내측에 복수가 형성된다. 이러한 제2토출공(332)들의 단면은 제1토출공(331)의 단면보다 작게 형성된다. 복수의 제2토출공(332)에서 배출되는 세정가스는 제1토출공(331)에 의하여 출구면(33)의 중앙부분에서 압력이 저하되는 것을 방지하게 된다. 따라서 제1토출공에서 방출되어 선회류를 형성하는 세정가스의 중앙에 압력이 저하되어 토출된 세정가스가 방사되지 못하는 문제가 없게 된다.
이와 같이 선회류를 형성하며 방사상으로 빠르게 벌어지는 세정가스는 관로의 내벽면에 따라 원활하게 유동되는 것이다. 관로 내의 흐름이 개선됨에 따라 점화된 세정가스가 안정적으로 가열되며 플라즈마의 생성이 원활하게 이루어지는 장점을 갖는다.
한편, 도 5와 도 6을 참고하면, 출구면(33)의 배면측에는 노즐(3)의 유로(311)와 연통되며 상기 유로(311)의 단면보다 넓은 단면을 가지는 확장공간(333)이 형성될 수 있다. 노즐(3)의 유로를 통과한 세정가스는 확장공간(333)에서 분산되어 확산되며, 이후 넓은 출구면(33)에 형성된 제1,2토출공들에서 노즐의 외부로 배출된다. 이러한 확장공간에 의하여 출구면에 다수가 구비된 제1토출공들과 제2토출공들에서 배출되는 세정가스의 압력을 고르게 할 수 있게 된다. 따라서 제1토출공에 의한 세정가스의 방사상 선회류가 안정되게 형성되는 효과를 가지게 된다.
이와 같이, 선회류에 의한 세정가스의 이송은 관로의 단면적이 커지는 경우에도 세정가스의 난류발생을 최소화하므로 사이즈 증가에 따른 플라즈마 발생효율을 저하를 방지할 수 있는 효과를 갖는다.
100 : 소스 블록
1 : 제1블록
11 : 제1배출공 12 : 제2배출공 13 : 주입관로
14 : 제1주입연결관로 15 : 제2주입연결관로 1a : 주입구
2 : 제2블록
21 : 제1유입공 22 : 제2유입공 23 : 배출관로
24 : 제1배출연결관로 25 : 제2배출연결관로 23 : 배출구
26 : 설치공간 A : 결합공간 T : 주연부
3 : 노즐
31 : 몸체 311 : 유로 32 : 플랜지
33 : 출구면 331 : 제1토출공 332 : 제2토출공
333 : 확장공간

Claims (6)

  1. 세정가스의 주입구와, 상기 주입구에서 연통되며 일측으로 제1,2배출공이 형성되어 있는 제1블록, 그리고
    상기 제1블록에 접하는 결합면에 상기 제1,2배출공에 각기 대응하여 제1,2유입공이 형성되어 있고, 상기 제1,2유입공에 연통되는 배출구가 형성되고, 상기 세정가스를 점화하는 이그니터가 설치되는 제2블록이 결합되는 원격 플라즈마 소스 블록.
  2. 제1항에서,
    상기 제1블록은
    상기 주입구과 연통되며 상기 제1블록의 길이방향으로 형성되는 주입관로,
    상기 주입관로의 일측에서 수직되게 연통되며 끝단에는 상기 제1배출공과 연통되는 제1주입연결관로, 그리고
    상기 주입관로의 끝단에서 수직되게 연통되며 끝단에는 상기 제2배출공과 연통되는 제2주입연결관로를 포함하고,
    상기 제2블록은
    상기 배출구와 연통되며 상기 제2블록의 길이방향으로 형성되는 배출관로,
    상기 배출관로의 일측에서 수직되게 연통되며 끝단에는 상기 제1유입공과 연통되는 제1배출연결관로, 그리고
    상기 배출관로의 끝단에서 수직되게 연통되며 끝단에는 상기 제2유입공과 연통되는 제2배출연결관로를 포함하는 원격 플라즈마 소스 블록.
  3. 제2항에서,
    상기 제1,2배출공 주변부와,
    상기 제1,2유입공 주변부에는
    빈 공간으로 이루어진 자성체 결합공간이 형성되어 있는 원격 플라즈마 소스 블록.
  4. 제2항에서,
    상기 주입구에는 상기 세정가스를 주입관로로 주입하는 노즐이 더 구비되고,
    세정가스가 방출되는 상기 노즐의 출구면은
    상기 주입관로과 상기 제1주입연결관로의 연결부에서 상기 제1주입연결관로를 향하여 경사지게 형성되어 있는 원격 플라즈마 소스 블록.
  5. 제4항에서,
    상기 출구면에는
    중심상에서 방사상으로 복수가 형성되며, 세정가스가 선회류를 형성하며 배출되도록 출구면에 대하여 경사지게 관통되는 제1토출공, 그리고
    상기 출구면의 중심상에 형성되며, 상기 출구면과 수직되게 관통되어 있는 복수의 제2토출공
    이 구비되는 원격 플라즈마 소스 블록.
  6. 제5항에서,
    상기 출구면의 배면측에는 노즐의 유로와 연통되며 상기 유로의 단면보다 넓은 단면을 가지는 확장공간이 형성되어 있는 원격 플라즈마 소스 블록.
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