KR20140078847A - Plasma reactor having multi discharging tube - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a plasma reactor having a multi discharging tube which generates an active gas which includes ions, free radicals, atoms, and molecules by plasma discharge, can perform the cleaning and the processing step of semiconductor by injecting different process gases into a plasma reactor with a multi discharging tube in order to perform a plasma process of solid, powder, gas, etc by using the active gas, and can maintain the plasma even at low power.

Description

다중방전관을 갖는 플라즈마 반응기{PLASMA REACTOR HAVING MULTI DISCHARGING TUBE}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a plasma reactor having multiple discharge tubes,

본 발명은 다중방전관을 갖는 플라즈마 반응기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마 방전에 의하여 이온, 자유 래디컬, 원자 및 분자를 포함하는 활성 가스를 발생시키고 그 활성 가스로 고체, 분말, 가스 등에 대한 플라즈마 처리를 하기 위한 플라즈마 반응기의 다중 방전관으로 서로 다른 공정 가스를 주입하여 반도체의 세정 및 공정작업을 할 수 있고, 저전력에서도 플라즈마를 유지할 수 있는 다중방전관을 갖는 플라즈마 반응기에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma reactor having multiple discharge tubes, and more particularly, to a plasma reactor having a plurality of discharge tubes, and more particularly, to a plasma reactor which generates ions, free radicals, atoms and active gases including molecules by plasma discharge, And more particularly, to a plasma reactor having multiple discharge tubes capable of cleaning and processing a semiconductor by injecting different process gases into multiple discharge tubes of a plasma reactor for maintaining the plasma at low power.

일반적으로 플라즈마 방전은 이온, 자유 래디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 발생하기 위한 가스 여기에 사용되고 있다. 그리고 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 대표적으로 반도체 제조 공정 예들 들어, 식각, 증착, 세정, 에싱 등 다양하게 사용되고 있다.Generally, plasma discharge is used for gas excitation to generate an active gas containing ions, free radicals, atoms, and molecules. In addition, active gases are widely used in various fields and are typically used in a variety of semiconductor manufacturing processes such as etching, deposition, cleaning, and ashing.

최근 반도체 장치의 제조를 위한 웨이퍼나 LCD 글라스 기판은 더욱 대형화되어 가고 있다. 그럼으로 플라즈마 이온 에너지에 대한 제어 능력이 높고, 대면적의 처리 능력을 갖는 확장성이 용이한 플라즈마 소스가 요구되고 있다.In recent years, wafers and LCD glass substrates for manufacturing semiconductor devices have become larger. Thus, there is a demand for a plasma source that has a high controllability against plasma ion energy, has a large area processing capability, and is easy to expand.

그리고 플라즈마를 이용한 반도체 제조 공정에서 원격 플라즈마의 사용은 매우 유용한 것으로 알려져 있다. 예를 들어 공정 챔버의 세정이나 포토레지스트 스트립을 위한 에싱 공정에서 유용하게 사용되고 있다.And it is known that the use of remote plasma is very useful in the semiconductor manufacturing process using plasma. For example in cleaning process chambers or in ashing processes for photoresist strips.

상기와 같은 원격 플라즈마 반응기(또는 원격 플라즈마 발생기라 칭함)는 변압기 결합 플라즈마 소스(TCPS:Transformer Coupled Plasma Source)를 사용한 것과 유도 결합 플라즈마 소스(ICPS:Inductively Coupled Plasma Source)를 사용한 것이 있다.The remote plasma reactor (or remote plasma generator) may be a transformer coupled plasma source (TCPS) or an inductively coupled plasma source (ICPS).

상기와 같이 변압기 결합 플라즈마 소스를 사용한 원격 플라즈마 반응기는 토로이달 구조의 반응기 몸체에 일차 권선 코일을 갖는 마그네틱 코어가 장착된 구조를 갖는다. 유도 결합 플라즈마 소스를 사용한 원격 플라즈마 반응기는 중공형 튜브 구조의 반응기 몸체에 유도 결합 안테나가 장착된 구조를 갖는다.As described above, the remote plasma reactor using a transformer-coupled plasma source has a structure in which a magnetic core having a primary winding coil is mounted on a reactor body of a toroidal structure. A remote plasma reactor using an inductively coupled plasma source has a structure in which an inductively coupled antenna is mounted on a reactor body of a hollow tube structure.

그러나 상기와 같은 변압기 결합 플라즈마 소스를 갖는 원격 플라즈마 반응기의 경우에는 그 특성상 비교적 고압의 환경에서 동작하기 때문에 저압의 환경에서는 플라즈마 점화나 점화된 플라즈마를 유지하기가 매우 어려운 문제점이 있다.However, such a remote plasma reactor having a transformer-coupled plasma source operates in a relatively high-pressure environment due to its characteristics, so that it is very difficult to maintain plasma ignition or ignited plasma in a low-pressure environment.

그리고 유도 결합 플라즈마 플라즈마 소스를 갖는 원격 플라즈마 반응기의 경우에는 그 특성상 비교적 저압의 환경에서 동작이 가능한 반면 고압의 환경에서 동작하기 위해서는 공급 전력을 높게 하고, 이러한 경우에는 반응기 몸체 내부가 이온 충격에 의해 손상될 수도 있다.In the case of a remote plasma reactor having an inductively coupled plasma plasma source, it is possible to operate in a relatively low-pressure environment due to its characteristics. In contrast, in order to operate in a high-pressure environment, the power supply is increased. In this case, .

또한 반도체 제조 공정의 다양한 요구에 따라 저압 또는 고압에서 효율적으로 동작하는 원격 플라즈마 반응기가 요구되고 있으나 변압기 결합 플라즈마 소스나 유도 결합 플라즈마 소스 중 어느 하나를 채용한 종래의 원격 플라즈마 반응기로는 적절하게 대응할 수 없었다.Further, a remote plasma reactor that operates efficiently at a low pressure or a high pressure according to various demands of a semiconductor manufacturing process is required, but a conventional remote plasma reactor employing either a transformer-coupled plasma source or an inductively coupled plasma source There was no.

그리고 피처리 기판의 대형화에 따라 공정 챔버의 크기도 대형화되고 있어서 고밀도의 활성 가스를 충분히 원격으로 공급할 수 있는 플라즈마 소스가 요구되고 있다.In addition, as the substrate to be processed has become larger, the size of the process chamber has become larger, and a plasma source capable of sufficiently supplying high-density active gas remotely has been demanded.

한편 반도체 장치의 생산 효율을 높이기 위하여 둘 이상의 피처리 기판을 병렬로 처리하기 위하여 둘 이상의 공정 챔버를 병렬로 구비하는 기판 처리 시스템이 제공되고 있다. 이때 둘 이상의 공정 챔버에 원격으로 활성화된 이온 가스를 공급하는 경우 각각의 공정 챔버에 개별적으로 플라즈마 반응기를 탑재할 수 있다. 그러나 이 경우에는 장비의 단가가 상승되고 작업비용이 증가하게 되는 문제점이 있다.On the other hand, in order to increase production efficiency of a semiconductor device, a substrate processing system is provided in which two or more process chambers are provided in parallel to process two or more substrates to be processed in parallel. In this case, when the remotely activated ion gas is supplied to two or more process chambers, a plasma reactor may be individually installed in each of the process chambers. However, in this case, there is a problem that the unit price of the equipment is increased and the operation cost is increased.

반면 하나의 플라즈마 반응기를 사용하여 둘 이상의 공정 챔버로 활성화된 이온 가스를 공급하는 경우에는 대용량의 플라즈마 반응기를 사용하여야 하는데 기존의 플라즈마 반응기로는 대용량의 이온화된 가스를 발생하여 공급하는 것이 어려운 문제점이 있다.On the other hand, when a single plasma reactor is used to supply activated gas to two or more process chambers, a large-capacity plasma reactor must be used. However, it is difficult to generate and supply a large amount of ionized gas to a conventional plasma reactor have.

그리고 반도체 제조 공정에 따라 서로 다른 종류의 공정 가스를 혼합하여 이온화하는 경우보다 분리하여 이온화하는 것으로 공정 효율을 높일 수 있으나, 이러한 경우 하나의 플라즈마 반응기에서 이와 같은 목적을 달성할 수가 없는 문제점이 있었다.In addition, it is possible to increase the process efficiency by separating and ionizing different types of process gases according to the semiconductor manufacturing process than in the case of ionizing them. However, in such a case, such a plasma reactor can not achieve the above object.

한편 종래의 플라즈마 반응기, 특히 변압기 결합 플라즈마 소스는 일정한 전력(예를 들면 3kW) 이상으로 전원을 공급해야만 플라즈마가 유지되고, 일정한 전력 이하로 전원이 공급되면 플라즈마가 유지되지 않는 문제점이 있었다.On the other hand, the conventional plasma reactor, particularly the transformer-coupled plasma source, has a problem in that plasma is maintained only when power is supplied at a constant power (for example, 3 kW) or more, and plasma is not maintained when power is supplied at a constant power or less.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 대용량의 고밀도의 활성 가스를 충분히 원격으로 공급할 수 있는 다중방전관을 갖는 플라즈마 반응기를 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide a plasma reactor having multiple discharge tubes capable of sufficiently supplying a large amount of high-density active gas remotely.

그리고 본 발명은 변압기 결합 플라즈마 소스 이외에도 유도 결합 플라즈마 소스 또는 용량 결합 플라즈마 소스를 일체로 장착하여 저압 영역에서 고압 영역까지 폭넓은 동작 영역을 갖도록 하이브리드형의 다중 방전관을 갖는 플라즈마 반응기를 제공하는 데 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a plasma reactor having a multiple discharge tube of a hybrid type so that an inductively coupled plasma source or a capacitively coupled plasma source is integrally mounted in addition to a transformer-coupled plasma source to have a wide operating range from a low- have.

또한 본 발명은 둘 이상의 분리된 플라즈마 방전 경로를 제공하여 각각의 방전 경로에서 독립적으로 이온화된 활성 가스를 발생시켜 공정 챔버로 공급할 수 있는 다중방전관을 갖는 플라즈마 반응기를 제공하는 데 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a plasma reactor having multiple discharge tubes capable of supplying two or more separate plasma discharge paths to independently generate ionized active gases in respective discharge paths and supply the same to a process chamber.

그리고 본 발명은 두 개의 플라즈마 소스를 하나의 전원 공급원으로 효과적으로 동작시킬 수 있으며, 변압기 결합 플라즈마 소스와 다른 플라즈마 소스가 혼합된 구조에서 선택적으로 어느 하나만을 구동하거나 혼합된 구동이 가능한 다중방전관을 갖는 플라즈마 반응기를 제공하는 데 목적이 있다.According to the present invention, two plasma sources can be effectively operated as one power source, and a plasma having multiple discharge tubes capable of selectively driving only one or mixed driving in a structure in which a plasma source combined with a transformer- Lt; RTI ID = 0.0 > reactor. ≪ / RTI >

그리고 본 발명은 플라즈마 반응기의 다중 방전관으로 서로 다른 공정 가스를 주입하여 반도체의 세정 및 공정작업을 할 수 있는 다중방전관을 갖는 플라즈마 반응기를 제공하는 데 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a plasma reactor having multiple discharge tubes capable of cleaning and processing semiconductors by injecting different process gases into multiple discharge tubes of a plasma reactor.

또한 본 발명의 다른 목적으로는 저전력에서도 플라즈마를 유지할 수 있는 다중방전관을 갖는 플라즈마 반응기를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a plasma reactor having multiple discharge tubes capable of maintaining plasma even at low power.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 가스 입구가 구비된 중공의 상부 방전관;According to an aspect of the present invention, there is provided a plasma display panel comprising: a hollow upper discharge tube having a gas inlet;

가스 출구가 구비된 중공의 하부 방전관;A hollow lower discharge tube having a gas outlet;

상기 상부 방전관과 상기 하부 방전관에 상부와 하부가 각각 연결되는 복수 개의 방전관 브리지;A plurality of discharge tube bridges having upper and lower ends connected to the upper discharge tube and the lower discharge tube, respectively;

상기 방전관 브리지에 장착되며 일차 권선 코일이 권선된 마그네틱 코어를 갖는 변압기 결합 플라즈마 소스;A transformer coupled plasma source having a magnetic core with a primary winding coil wound around the discharge tube bridge;

상기 상부 방전관의 상부에 상부 방전관 개구부가 구비되고, 하부 방전관의 하부에 하부 방전관 개구부가 구비되며, 상기 상부 방전관 개구부와 하부 방전관 개구부에 각각 장착되는 유전체 평판 윈도우가 구비되고, 상기 유전체 평판 윈도우에 근접하여 설치되는 유도 안테나 평판 코일을 갖는 유도 결합 플라즈마 소스;A dielectric flat plate window mounted on the upper discharge tube opening and a lower discharge tube opening, respectively, wherein the upper and lower discharge tube openings are provided at an upper portion of the upper discharge tube, a lower discharge tube opening at a lower portion of the lower discharge tube, An inductively coupled plasma source having an inductive antenna plate coil installed therein;

상기 변압기 결합 플라즈마 소스의 일차 권선 코일과 유도 결합 플라즈마 소스의 유도 안테나 평판 코일에 플라즈마 발생 전력을 공급하는 교류 스위칭 전원 공급원을 포함하는 것을 특징으로 한다.A primary winding coil of the transformer coupled plasma source and an alternating switching power supply source for supplying plasma generating power to the inductive antenna plate coil of the inductively coupled plasma source.

그리고 본 발명은 가스 입구가 구비된 중공의 상부 방전관;And a hollow upper discharge tube having a gas inlet;

가스 출구가 구비된 중공의 하부 방전관;A hollow lower discharge tube having a gas outlet;

상기 상부 방전관과 상기 하부 방전관에 상부와 하부가 각각 연결되는 복수 개의 방전관 브리지;A plurality of discharge tube bridges having upper and lower ends connected to the upper discharge tube and the lower discharge tube, respectively;

상기 방전관 브리지에 장착되며 일차 권선 코일이 권선된 마그네틱 코어를 갖는 변압기 결합 플라즈마 소스;A transformer coupled plasma source having a magnetic core with a primary winding coil wound around the discharge tube bridge;

상기 상부 방전관의 상부에 상부 방전관 개구부가 구비되고, 하부 방전관의 하부에 하부 방전관 개구부가 구비되며, 상기 상부 방전관 개구부와 하부 방전관 개구부에 상향과 하향으로 돌출되도록 각각 유전체 튜브가 구비되고, 상기 유전체 튜브에 권선되는 유도 안테나 권선 코일을 갖는 유도 결합 플라즈마 소스;A dielectric tube is provided at an upper portion of the upper discharge tube, an upper discharge tube opening is provided at a lower portion of the lower discharge tube, and a lower portion of the dielectric tube is protruded upwardly and downwardly at the upper discharge tube opening and the lower discharge tube opening, An inductively coupled plasma source having an inductive wire winding coil wound around the inductor;

상기 변압기 결합 플라즈마 소스의 일차 권선 코일과 유도 결합 플라즈마 소스의 유도 안테나 권선 코일에 플라즈마 발생 전력을 공급하는 교류 스위칭 전원 공급원을 포함하는 것을 특징으로 한다.A primary winding coil of the transformer coupled plasma source and an alternating switching power supply source for supplying plasma generating power to the inductive coil of the inductively coupled plasma source.

또한 가스 입구가 구비된 중공의 상부 방전관;A hollow upper discharge tube having a gas inlet;

가스 출구가 구비된 중공의 하부 방전관;A hollow lower discharge tube having a gas outlet;

상기 상부 방전관과 상기 하부 방전관에 상부와 하부가 각각 연결되는 복수 개의 방전관 브리지;A plurality of discharge tube bridges having upper and lower ends connected to the upper discharge tube and the lower discharge tube, respectively;

상기 방전관 브리지에 장착되며 일차 권선 코일이 권선된 마그네틱 코어를 갖는 변압기 결합 플라즈마 소스;A transformer coupled plasma source having a magnetic core with a primary winding coil wound around the discharge tube bridge;

상기 상부 방전관의 하부에 상부 방전관 개구부가 구비되고, 하부 방전관 상부에 하부 방전관 개구부가 구비되며, 상기 상부 방전관 개구부에 하향으로 돌출되고, 하부 방전관 개구부에 상향으로 각각 돌출되는 유전체 튜브가 구비되며, 상기 유전체 튜브에 권선되는 유도 안테나가 구비된 유도 결합 플라즈마 소스;A dielectric tube having an upper discharge tube opening at a lower portion of the upper discharge tube and a lower discharge tube opening at an upper portion of the lower discharge tube and protruding downward from the upper discharge tube opening portion and projecting upwardly from the lower discharge tube opening portion, An inductively coupled plasma source having an inductive antenna wound on a dielectric tube;

상기 변압기 결합 플라즈마 소스의 일차 권선 코일과 유도 결합 플라즈마 소스의 유도 안테나에 플라즈마 발생 전력을 공급하는 교류 스위칭 전원 공급원을 포함하는 것을 특징으로 한다.And an AC switching power supply source for supplying plasma generation power to the primary winding coil of the transformer-coupled plasma source and the induction antenna of the inductively coupled plasma source.

그리고 가스 입구가 구비된 중공의 상부 방전관;And a hollow upper discharge tube having a gas inlet;

가스 출구가 구비된 중공의 하부 방전관;A hollow lower discharge tube having a gas outlet;

상기 상부 방전관과 상기 하부 방전관에 상부와 하부가 각각 연결되는 복수 개의 방전관 브리지;A plurality of discharge tube bridges having upper and lower ends connected to the upper discharge tube and the lower discharge tube, respectively;

상기 방전관 브리지에 장착되며 일차 권선 코일이 권선된 마그네틱 코어를 갖는 변압기 결합 플라즈마 소스;A transformer coupled plasma source having a magnetic core with a primary winding coil wound around the discharge tube bridge;

상기 상부 방전관의 상부와 하부에 각각 제 1, 2개구부가 구비되고, 상기 제 1, 2개구부의 상부와 하부에 각각 상부 용량 결합 전극이 구비되며, 하부 방전관의 상부와 하부에 각각 제 3, 4개구부가 구비되고, 상기 제 3, 4개구부의 상부와 하부에 각각 하부 용량 결합 전극이 구비된 용량 결합 플라즈마 소스;The upper and lower openings of the upper discharge tube are provided with first and second openings respectively. The upper and lower openings of the first and second openings are respectively provided with upper and lower capacitive coupling electrodes. A capacitively coupled plasma source having an opening and having lower capacitive coupling electrodes at the upper and lower portions of the third and fourth openings, respectively;

상기 변압기 결합 플라즈마 소스의 일차 권선 코일과 용량 결합 플라즈마 소스의 상·하부 용량 결합 전극에 플라즈마 발생 전력을 공급하는 교류 스위칭 전원 공급원을 포함하는 것을 특징으로 한다.And an AC switching power source for supplying plasma generating power to the primary winding coil of the transformer-coupled plasma source and the upper and lower capacitive coupling electrodes of the capacitively coupled plasma source.

한편 본 발명은 상기 상부 방전관과 방전관 브리지 사이 또는 하부 방전관과 방전관 브리지 사이에 구비되는 하나 이상의 절연부재를 포함하고, 상기 상부 방전관과 하부 방전관은 내부를 구획하는 다수의 격벽을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a plasma display panel comprising at least one insulating member provided between the upper discharge tube and a discharge tube bridge or between a lower discharge tube and a discharge tube bridge, and the upper discharge tube and the lower discharge tube include a plurality of partitions partitioning the inside .

본 발명의 다중방전관을 갖는 플라즈마 반응기는 다중 방전관을 구비하여 플라즈마를 발생함으로서 저기압에서부터 고기압에 이르기까지 넓은 범위의 기압 조건에서 안정적으로 대용량의 플라즈마를 발생할 수 있는 효과가 있다.The plasma reactor having multiple discharge tubes according to the present invention has a plurality of discharge tubes and generates plasma, thereby generating a large capacity plasma stably at a wide range of atmospheric pressure from low to high pressure.

그리고 본 발명의 플라즈마 반응기는 상부 방전관과 하부 방전관의 내부에 격벽을 설치하여 둘 이상의 독립된 방전 구역을 구비하여 서로 다른 가스를 각각 독립된 방전 영역에서 활성화시켜 공정 챔버로 개별적으로 공급할 수 있어 서로 다른 가스를 혼합하여 이온화하는 경우 공정 효율이 저하되거나 문제가 되는 경우에 효과적으로 사용될 수 있는 효과가 있다.  In the plasma reactor of the present invention, a partition wall is provided inside the upper discharge tube and the lower discharge tube to provide two or more independent discharge regions, and different gases can be separately supplied to the process chambers by activating the respective discharge regions in independent discharge regions, There is an effect that it can be effectively used when the process efficiency is lowered or a problem occurs.

또한 본 발명은 변압기 결합 플라즈마 소스 이외에 유도 결합 플라즈마 소스 또는 용량 결합 플라즈마 소스를 일체로 설치하여 저압 영역에서 고압 영역까지 폭넓은 동작 영역을 안정적으로 작업할 수 있는 효과가 있다.  In addition, the present invention has an effect of stably operating a wide operation region from a low-pressure region to a high-pressure region by integrally providing an inductively coupled plasma source or a capacitively coupled plasma source in addition to a transformer-coupled plasma source.

그리고 본 발명은 두 개의 플라즈마 소스를 하나의 전원 공급원으로 효과적으로 동작시킬 수 있으며, 변압기 결합 플라즈마 소스와 다른 플라즈마 소스가 혼합된 구조에서 선택적으로 어느 하나만을 구동하거나 혼합된 구동이 가능한 효과가 있다. In addition, the present invention can effectively operate two plasma sources as a single power source, and can selectively drive either one or mixed driving in a structure in which a transformer-coupled plasma source and another plasma source are mixed.

그리고 본 발명은 플라즈마 반응기의 다중 방전관으로 서로 다른 공정 가스를 주입하여 반도체의 세정 및 공정작업을 할 수 있는 다중방전관을 갖는 플라즈마 반응기를 제공하는 데 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a plasma reactor having multiple discharge tubes capable of cleaning and processing semiconductors by injecting different process gases into multiple discharge tubes of a plasma reactor.

또한 본 발명의 다른 목적으로는 저전력에서도 플라즈마를 유지할 수 있는 다중방전관을 갖는 플라즈마 반응기를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a plasma reactor having multiple discharge tubes capable of maintaining plasma even at low power.

도 1은 본 발명에 따른 다중 방전관을 갖는 플라즈마 반응기의 플라즈마 처리 시스템을 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 다중 방전관을 갖는 플라즈마 반응기의 제1 실시예를 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 다중 방전관을 갖는 플라즈마 반응기의 제 1실시예에서 플라즈마 반응기의 내부를 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명에 따른 다중 방전관을 갖는 플라즈마 반응기의 제 1실시예에서 플라즈마 반응기의 분해된 상태를 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명에 따른 다중 방전관을 갖는 플라즈마 반응기의 제 1실시예에서 마그네틱 코어에 권선된 일차 권선 코일에 흐르는 전류에 따른 유도 자속을 나타낸 예시도
도 6 은 본 발명에 따른 다중 방전관을 갖는 플라즈마 반응기의 방전관 브리지에 냉각수 공급 채널을 나타낸 예시도.
도 7은 본 발명에 따른 다중 방전관을 갖는 플라즈마 반응기의 제 2실시예를 나타낸 예시도.
도 8은 본 발명에 따른 다중 방전관을 갖는 플라즈마 반응기의 제 2실시예에서 내부를 나타낸 예시도.
도 9는 본 발명에 따른 다중 방전관을 갖는 플라즈마 반응기의 제 3실시예를 나타낸 예시도.
도 10은 본 발명에 따른 다중 방전관을 갖는 플라즈마 반응기의 제 3실시예에서 내부를 나타낸 예시도.
도 11은 본 발명에 따른 다중 방전관을 갖는 플라즈마 반응기의 제 4실시예를 나타낸 예시도.
도 12는 본 발명에 따른 다중 방전관을 갖는 플라즈마 반응기의 제 4실시예에서 내부를 나타낸 예시도.1 is a block diagram showing a plasma processing system of a plasma reactor having multiple discharge tubes according to the present invention.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a plasma reactor having multiple discharge tubes.
FIG. 3 is an exemplary view showing the inside of a plasma reactor in the first embodiment of the plasma reactor having multiple discharge tubes according to the present invention. FIG.
4 is a view illustrating an exploded state of a plasma reactor in a first embodiment of a plasma reactor having multiple discharge tubes according to the present invention.
5 is a graph showing an induced magnetic flux according to a current flowing in a primary winding coil wound around a magnetic core in a plasma reactor having multiple discharge tubes according to the present invention.
6 is a view illustrating a cooling water supply channel in a discharge tube bridge of a plasma reactor having multiple discharge tubes according to the present invention.
7 is an exemplary view showing a second embodiment of a plasma reactor having multiple discharge tubes according to the present invention.
FIG. 8 is an exemplary view showing a plasma reactor having multiple discharge tubes according to a second embodiment of the present invention. FIG.
9 is a view showing a third embodiment of a plasma reactor having multiple discharge tubes according to the present invention.
FIG. 10 is an exemplary view showing a third embodiment of a plasma reactor having multiple discharge tubes according to the present invention. FIG.
11 is a view showing a fourth embodiment of a plasma reactor having multiple discharge tubes according to the present invention.
FIG. 12 is an exemplary view showing a plasma reactor having a multi-discharge tube according to a fourth embodiment of the present invention. FIG.

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저 본 발명의 다중 방전관을 갖는 플라즈마 반응기(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 공정 챔버(40)의 외부에 설치되어 원격으로 플라즈마 가스를 공정 챔버(40)로 공급한다. 플라즈마 반응기(10)는 상부 방전관(11)과 하부 방전관(12) 그리고 복수 개의 방전관 브리지(13)로 구성되는 다중 방전관을 구비한다. First, a plasma reactor 10 having multiple discharge tubes according to the present invention is installed outside the process chamber 40 as shown in FIG. 1 to remotely supply a plasma gas to the process chamber 40. The plasma reactor 10 includes a plurality of discharge tubes composed of an upper discharge tube 11, a lower discharge tube 12, and a plurality of discharge tube bridges 13.

그리고 상기 복수 개의 방전관 브리지(13)는 상부 방전관(11)과 하부 방전관(12)을 연결하여 복수 개의 방전 경로를 제공한다.The plurality of discharge tube bridges 13 connect the upper discharge tube 11 and the lower discharge tube 12 to provide a plurality of discharge paths.

상기 복수 개의 방전관 브리지(13)에는 일차 권선 코일(21)을 갖는 마그네틱 코어(22)가 장착되어 변압기 결합 플라즈마 소스(20)를 구성한다.A magnetic core (22) having a primary winding coil (21) is mounted on the plurality of discharge tube bridges (13) to constitute a transformer coupled plasma source (20).

그리고 플라즈마 반응기(10)의 상부 방전관(11)에는 가스 입구(14)가 구비되고, 하부 방전관(12)의 중앙 하부에 가스 출구(15)가 구비된다.A gas inlet 14 is provided in the upper discharge tube 11 of the plasma reactor 10 and a gas outlet 15 is provided in the lower center of the lower discharge tube 12.

이때 상기 가스 출구(15)는 어댑터(48)를 통하여 공정 챔버(40)의 챔버 가스 입구(47)에 연결되고, 상기 플라즈마 반응기(10)에서 발생된 플라즈마 가스는 어댑터(48)를 통하여 공정 챔버(40)로 공급된다.The gas outlet 15 is connected to the chamber gas inlet 47 of the process chamber 40 through an adapter 48 and the plasma gas generated in the plasma reactor 10 is supplied to the process chamber 40 through an adapter 48. [ (40).

그리고 상기 플라즈마 반응기(10)는 다중 방전관을 구비하여 플라즈마를 발생함으로서 약 1 torr 이하의 저압에서부터 10 torr 이상의 고압에 이르기 까지 넓은 범위의 기압 조건에서 안정적으로 대용량의 플라즈마를 발생할 수 있다.The plasma reactor 10 includes a plurality of discharge tubes to generate a plasma to generate a large capacity plasma stably at a wide range of atmospheric pressure from a low pressure of about 1 torr or less to a high pressure of 10 torr or more.

또한 공정 챔버(40)는 내부에 피처리 기판(44)을 지지하는 기판 지지대(42)가 구비되고, 기판 지지대(42)는 임피던스 정합기(74)를 통하여 하나 이상의 바이어스 전원 공급원(70, 72)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 어댑터(48)는 전기적 절연을 위한 절연 구간을 구비할 수 있으며, 과열을 방지하기 위한 냉각 채널을 구비할 수 있다. 그리고 공정 챔버(40)는 내부에 기판 지지대(42)와 챔버 가스 입구(47) 사이에 플라즈마 가스 분배를 위한 배플(46)을 구비하여 실시할 수 있다.The process chamber 40 is also provided with a substrate support 42 for supporting the substrate 44 and a substrate support 42 is connected to the at least one bias power source 70 and 72 via an impedance matcher 74 As shown in FIG. The adapter 48 may have an insulation section for electrical insulation, and may include a cooling channel for preventing overheating. The process chamber 40 may be provided with a baffle 46 for distributing the plasma gas between the substrate support 42 and the chamber gas inlet 47.

상기 배플(46)은 챔버 가스 입구(47)를 통하여 유입된 플라즈마 가스가 균일하게 분배되어 피처리 기판으로 확산되게 한다.The baffle 46 allows the plasma gas introduced through the chamber gas inlet 47 to be uniformly distributed and diffused into the substrate to be processed.

그리고 피처리 기판(44)은 예를 들어, 반도체 장치를 제조하기 위한 실리콘 웨이퍼 기판 또는 액정 디스플레이나 플라즈마 디스플레이 등의 제조를 위한 유리 기판이다.The substrate to be processed 44 is, for example, a silicon wafer substrate for manufacturing a semiconductor device or a glass substrate for manufacturing a liquid crystal display, a plasma display or the like.

또한 상기 공정 챔버(40)의 일측에는 공정 챔버(40) 내부를 일정한 진공도로, 즉 내부의 기압을 조절할 수 있도록 진공펌프(P)가 구비된다.In addition, a vacuum pump P is provided at one side of the process chamber 40 so as to control the inside pressure of the process chamber 40 to a predetermined degree of vacuum.

한편 변압기 결합 플라즈마 소스(20)는 전원 공급원(30)으로부터 무선 주파수를 공급받아 동작한다. 전원 공급원(30)은 하나 이상의 스위칭 반도체 장치를 구비하여 무선 주파수를 발생하는 교류 스위칭 전원 공급원(AC switching power supply)(32)과 제어 회로(power control circuit)(33) 및 전압 공급원(31)을 포함한다. 하나 이상의 스위칭 반도체 장치는 예를 들어, 하나 이상의 스위칭 트랜지스터를 포함한다. 전압 공급원(31)은 외부로부터 입력되는 교류 전압을 정전압으로 변환하여 교류 스위칭 전원 공급원(32)으로 공급한다. 교류 스위칭 전원 공급원(32)은 제어 회로(33)의 제어를 받아 동작하며 무선 주파수를 발생한다.Meanwhile, the transformer-coupled plasma source 20 operates by receiving a radio frequency from a power source 30. The power supply 30 includes an AC switching power supply 32 and a power control circuit 33 and a voltage source 31 that are provided with one or more switching semiconductor devices to generate radio frequency . The one or more switching semiconductor devices include, for example, one or more switching transistors. The voltage supply source 31 converts an AC voltage inputted from the outside into a constant voltage and supplies it to the AC switching power supply source 32. The AC switching power supply source 32 operates under the control of the control circuit 33 and generates a radio frequency.

그리고 제어 회로(33)는 교류 스위칭 전원 공급원(32)의 동작을 제어하여 무선 주파수의 전압 및 전류를 제어하고, 제어 회로(33)의 제어는 변압기 결합 플라즈마 소스(20)와 플라즈마 반응기(10)의 내부에서 발생되는 플라즈마 중 적어도 하나와 관련된 전기적 또는 광학적 파라미터 값에 기초하여 이루어진다. 이를 위하여 제어 회로(33)는 전기적 또는 광학적 파라미터 값을 측정하기 위한 측정 회로가 구비된다. 예를 들어, 플라즈마의 전기적 및 광학적 파라미터를 측정하기 위한 측정 회로는 전류 프로브와 광학 검출기를 포함한다. 변압기 결합 플라즈마 소스(20)의 전기적 파라미터를 측정하기 위한 측정 회로는 변압기 결합 플라즈마 소스(20)의 구동 전류, 구동 전압, 평균 전력과 최대 전력, 전압 공급원(31)에서 발생된 전압 등을 측정한다.The control circuit 33 controls the operation of the AC switching power supply source 32 to control the voltage and current of the radio frequency and the control of the control circuit 33 controls the operation of the transformer coupled plasma source 20 and the plasma reactor 10, Based on the electrical or optical parameter values associated with at least one of the plasma generated within the plasma. For this purpose, the control circuit 33 is equipped with a measuring circuit for measuring the electrical or optical parameter values. For example, a measurement circuit for measuring the electrical and optical parameters of a plasma includes a current probe and an optical detector. The measurement circuit for measuring the electrical parameters of the transformer-coupled plasma source 20 measures the drive current, drive voltage, average power and maximum power of the transformer-coupled plasma source 20, and the voltage generated by the voltage source 31 .

제어 회로(33)는 측정 회로를 통하여 관련된 전기적 또는 광학적 파라미터 값을 지속적으로 모니터링하고 측정된 값과 정상 동작에 기준한 기준 값과 비교하면서 교류 스위칭 전원 공급원(32)을 제어하여 무선 주파수의 전압 및 전류를 제어한다. 구체적으로 도시하지는 않았으나 전원 공급원(30)에는 비정상적인 동작 환경에 의해 발생될 수 있는 전기적 손상을 방지하기 위한 보호회로가 구비된다. 전원 공급원(30)은 플라즈마 처리 시스템의 전반을 제어하는 시스템 제어부(60)와 연결된다. 전원 공급원(30)은 플라즈마 반응기(10)의 동작 상태 정보를 시스템 제어부(60)로 제공한다. 시스템 제어부(60)는 플라즈마 처리 시스템의 동작 과정 전반을 제어하기 위한 제어 신호(62)를 발생하여 플라즈마 반응기(10)와 공정 챔버(40)의 동작을 제어한다.The control circuit 33 continuously monitors the associated electrical or optical parameter values through the measurement circuit and controls the alternating switching power supply 32 in comparison with the measured value and the reference value based on the normal operation, Thereby controlling the current. Although not specifically shown, the power supply source 30 is provided with a protection circuit for preventing electrical damage which may be caused by an abnormal operating environment. The power supply source 30 is connected to a system control unit 60 that controls the plasma processing system. The power supply source 30 provides operating status information of the plasma reactor 10 to the system control unit 60. The system controller 60 generates a control signal 62 for controlling the overall operation of the plasma processing system to control the operation of the plasma reactor 10 and the process chamber 40.

플라즈마 반응기(10)와 전원 공급원(30)은 물리적으로 분리된 구조를 갖는다. 즉, 플라즈마 반응기(10)와 전원 공급원(30)은 무선 주파수 공급 케이블(35)에 의해서 상호 전기적으로 연결된다. 이러한 플라즈마 반응기(10)와 전원 공급원(30)의 분리 구조는 유지 보수와 설치의 용이성을 제공한다. 그러나 플라즈마 반응기(10)와 전원 공급원(30)은 일체형 구조로 실시할 수 있다.
The plasma reactor 10 and the power source 30 have a physically separate structure. That is, the plasma reactor 10 and the power source 30 are electrically connected to each other by a radio frequency supply cable 35. The separate structure of the plasma reactor (10) and the power source (30) provides ease of maintenance and installation. However, the plasma reactor 10 and the power source 30 can be implemented in an integrated structure.

도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응기(10b)는 원격으로 플라즈마 가스를 공정 챔버(40)로 공급한다. 플라즈마 반응기(10b)는 상부 방전관(11)과 하부 방전관(12) 그리고 복수 개의 방전관 브리지(13)로 구성되는 다중 방전관을 구비한다. 예를 들어, 네 개의 방전관 브리지(13)는 상부 개구부(18)와 하부 개구부(16)를 연결하여 복수 개의 방전 경로를 제공한다. 복수 개의 방전관 브리지(13)에는 일차 권선 코일(21)을 갖는 마그네틱 코어(22)가 장착되어 변압기 결합 플라즈마 소스(20)를 구성한다. 방전관 브리지(13) 모두에 마그네틱 코어(22) 장착되지 않을 수도 있다. 또한 방전관 브리지(13)의 증감이 가능하다.Referring to Figs. 2 to 4, the plasma reactor 10b according to the first embodiment of the present invention remotely supplies plasma gas to the process chamber 40. Fig. The plasma reactor 10b includes a plurality of discharge tubes composed of an upper discharge tube 11, a lower discharge tube 12, and a plurality of discharge tube bridges 13. For example, four discharge tube bridges 13 connect the upper opening 18 and the lower opening 16 to provide a plurality of discharge paths. A magnetic core 22 having a primary winding coil 21 is mounted on the plurality of discharge tube bridges 13 to constitute a transformer-coupled plasma source 20. The magnetic core 22 may not be mounted on both of the discharge tube bridges 13. [ And the number of discharge tube bridges 13 can be increased or decreased.

상기와 같이 4개의 방전관 브리지(13)가 구비되고, 각각의 방전관 브리지(13)에 일차 권선(21)을 갖는 마그네틱 코어(22)가 장착된 경우 일차 권선 코일(21)에 흐르는 전류의 방향에 따라 변화되는 자속의 방향을 예시적으로 첨부도면 도 5에 도시하였다. 도 5에 도시된 바와 같이, 하나의 방전관 브리지(13)는 마주 대향된 것과는 동일한 방향으로 이웃한 것과는 반대 방향으로 자속이 유도됨으로 서로 이웃한 방전관 브리지(13)는 쌍을 이루어 방전 경로를 형성하게 된다. 방전관 브리지(13)는 튜브 구조를 갖는데 튜브의 내부에는, 도 6에 도시된 바와 같이, 냉각 채널(13a)이 구비되고 외측에 냉각수 입구(13b)가 마련된다.When the magnetic core 22 having the primary winding 21 is mounted on each of the discharge tube bridges 13 as described above and the four discharge tube bridges 13 are mounted on the primary winding coils 21, The direction of the magnetic flux that varies along the line is illustrated in FIG. 5 by way of example. As shown in FIG. 5, since the magnetic flux is induced in a direction opposite to that of neighboring one of the discharge tube bridges 13 in the same direction as that of the opposite discharge tube bridges 13, neighboring discharge tube bridges 13 form a pair of discharge paths do. The discharge tube bridge 13 has a tube structure. Inside the tube, as shown in Fig. 6, a cooling channel 13a is provided and a cooling water inlet 13b is provided outside.

그리고 상부 방전관(11)에는 가스 입구(14)가 구비되고, 하부 방전관(12)에는 공정 챔버(40)와 연결되는 가스 출구(15)가 구비된다. 가스 공급원(미도시)으로부터 공정 가스가 공급되면 상부 방전관(11)으로 유입되고, 다수개의 방전관 브리지(13)를 통하여 분배되어 하부 방전관(12)으로 흐른다. 전원 공급원(30)으로부터 플라즈마 발생을 위한 전력이 일차 권선 코일(21)로 공급되면, 상부 방전관(11)과 다수개의 방전관 브리지(13) 및 하부 방전관(12)을 경유하는 방전 경로를 따라서 플라즈마 방전이 이루어진다.The upper discharge tube 11 is provided with a gas inlet 14 and the lower discharge tube 12 is provided with a gas outlet 15 connected to the process chamber 40. When a process gas is supplied from a gas supply source (not shown), the gas flows into the upper discharge tube 11, is distributed through the plurality of discharge tube bridges 13, and flows to the lower discharge tube 12. The plasma discharge is generated along the discharge path via the upper discharge tube 11 and the plurality of discharge tube bridges 13 and the lower discharge tube 12 when the power for generating the plasma is supplied from the power source 30 to the primary winding coils 21. [ .

본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응기(10b)는 다중 방전관 구조를 갖고, 다수개의 방전관 브리지(13)에 일차 권선(21)을 갖는 마그네틱 코어(22)를 장착할 수 있기 때문에 대용량의 활성 가스를 발생할 수 있다. 상부 방전관(11)과 하부 방전관(12) 및 다수개의 방전관 브리지(13)는 알루미늄, 스테인리스, 구리와 같은 금속 물질로 재작될 수 있다. 또는 코팅된 금속 예를 들어, 양극 처리된 알루미늄이나 니켈 도금된 알루미늄으로 제작될 수도 있다.The plasma reactor 10b according to the first embodiment of the present invention is capable of mounting a magnetic core 22 having a multiple discharge tube structure and having a primary winding 21 in a plurality of discharge tube bridges 13, It can generate gas. The upper discharge tube 11, the lower discharge tube 12 and the plurality of discharge tube bridges 13 may be made of a metal material such as aluminum, stainless steel or copper. Or a coated metal such as anodized aluminum or nickel plated aluminum.

상부 방전관(11)과 하부 방전관(12) 및 다수개의 방전관 브리지(13)가 전체적으로 금속 물질로 제작되는 경우에는 적절한 위치에 절연 갭(17)을 구성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상부 방전관(11)과 방전관 브리지(13) 사이에 또는 하부 방전관(12)과 방전과 브리지(13) 사이에 절연 갭(17)을 구성할 수 있다. 또는 방전관 브리지(13)의 중간 영역에 절연 갭(17)을 구성할 수도 있다. 절연 갭(17)을 구성하면 플라즈마 방전 경로를 따라서 플라즈마 반응기(10b)에 와류가 유도되는 것을 차단할 수 있다.When the upper discharge tube 11, the lower discharge tube 12 and the plurality of discharge tube bridges 13 are made of a metal material as a whole, it is preferable to form the insulating gap 17 at a proper position. For example, an insulation gap 17 may be formed between the upper discharge tube 11 and the discharge tube bridge 13, or between the lower discharge tube 12 and the discharge and bridge 13. Or the insulation gap 17 may be formed in the middle region of the discharge tube bridge 13. [ If the insulation gap 17 is formed, the induction of the eddy current into the plasma reactor 10b along the plasma discharge path can be blocked.

그리고 상부 방전관(11)과 하부 방전관(12) 및 다수개의 방전관 브리지(13)는 탄소나노튜브가 공유 결합된 복합 금속을 사용할 수도 있다. 또는 내화 금속(refractory metal)로 제작될 수도 있다. 또는 전체적 또는 부분적으로 석영, 세라믹과 같은 전기적 절연 물질로 제작하는 것도 가능하다. 이와 같이 플라즈마 반응기(10a)는 의도된 플라즈마 프로세스가 수행되기에 적합한 어떠한 물질로도 제작될 수 있다.The upper discharge tube 11, the lower discharge tube 12, and the plurality of discharge tube bridges 13 may use a composite metal in which carbon nanotubes are covalently bonded. Or a refractory metal. Or it may be made entirely or partially of an electrically insulating material such as quartz or ceramic. As such, the plasma reactor 10a can be made of any material suitable for the intended plasma process to be performed.

또한 상기 플라즈마 반응기(10b)의 구조는 피처리 기판(13)에 따라 그리고 플라즈마의 균일한 발생을 위하여 적합한 구조 예를 들어, 원형 구조나 사각형 구조 그리고 이외에도 어떠한 형태의 구조를 가질 수 있다. 피처리 기판(44)은 예를 들어, 반도체 장치, 디스플레이 장치, 태양전지 등과 같은 다양한 장치들의 제조를 위한 웨이퍼 기판, 유리 기판, 플라스틱 기판 등과 같은 기판들이다.Further, the structure of the plasma reactor 10b may have a structure suitable for the uniform generation of the plasma and according to the substrate 13, for example, a circular structure or a rectangular structure, and any other structure. The substrate to be processed 44 is a substrate such as a wafer substrate, a glass substrate, a plastic substrate, or the like for manufacturing various devices such as a semiconductor device, a display device, a solar cell, and the like.

도면에는 도시 하지 않았으나, 이상과 같은 플라즈마 반응기(10b)는 상부 방전관(11)과 하부 방전관(12)의 내부에 격벽(도면에 미도시)을 설치하여 둘 이상의 독립된 방전 구역을 갖도록 할 수 있다. 그리고 각각의 독립된 방전 구역에 대응하여 복수 개의 가스 입구(14)가 각각 상부 방전관(11)에 연결되어 서로 다른 가스를 각각 독립된 방전 영역에서 활성화 시켜서 공정 챔버(40)로 공급할 수 있다. 이와 같은 구조는 서로 다른 가스를 혼합하여 이온화하는 경우 공정 효율이 저하되거나 문제가 되는 경우에 효과적으로 실시할 수 있다.Although not shown in the drawings, the plasma reactor 10b may have two or more independent discharge regions by providing barrier ribs (not shown) inside the upper discharge tube 11 and the lower discharge tube 12. A plurality of gas inlets 14 may be connected to the upper discharge tube 11 in correspondence with the respective independent discharge regions so that different gases may be supplied to the process chamber 40 by being activated in independent discharge regions. Such a structure can be effectively performed when the process efficiency is lowered or a problem occurs when the different gases are mixed and ionized.

그리고 본 발명의 플라즈마 반응기(10b)는 상부 방전관(11)의 상부와 하부 방전관(12) 하부에 유도 결합 플라즈마 소스(50)가 설치된다. 상부 방전관(11)의 상부에는 윈도우 설치용 상부 방전관 개구부(53)가 구비되고, 하부 방전관(12)의 하부에는 하부 방전관 개구부(54)가 구비된다.In the plasma reactor 10b of the present invention, an inductively coupled plasma source 50 is installed above the upper discharge tube 11 and below the lower discharge tube 12. An upper discharge tube opening 53 for installing a window is provided on an upper portion of the upper discharge tube 11 and a lower discharge tube opening 54 is provided on a lower portion of the lower discharge tube 12. [

또한 상기 상부 방전관 개구부(53)와 하부 방전관 개구부(54)에는 상·하부 방전관 개구부(53, 54)를 덮도록 유전체 평판 윈도우(52)가 설치된다. 유전체 윈도우(52)에 근접해서 유도 안테나 평판 코일(51)이 각각 설치된다.The upper discharge tube opening portion 53 and the lower discharge tube opening portion 54 are provided with a dielectric plate window 52 so as to cover the upper and lower discharge tube openings 53 and 54. An induction antenna flat coil 51 is provided adjacent to the dielectric window 52, respectively.

그리고 상기 유도 결합 플라즈마 소스(50)의 유도 안테나 평판 코일(51)과 변압기 결합 플라즈마 소스(20)의 일차 권선(21)은 전원 공급원(30)이 직렬로 연결된다. 그러나 유도 안테나 평판 코일(51)과 일차 권선(21)은 전원 공급원(30)에 병렬로 연결하여 실시할 수도 있다. 또는 스위칭 회로(미도시)를 구성하여, 직렬 또는 병렬로 선택적으로 연결되거나, 둘 중 어느 하나만이 선택적으로 연결되도록 할 수도 있다.The induction antenna plate coil 51 of the inductively coupled plasma source 50 and the primary winding 21 of the transformer coupled plasma source 20 are connected in series with a power source 30. However, the induction antenna plate coil 51 and the primary winding 21 may be connected to the power source 30 in parallel. Or a switching circuit (not shown) so as to be selectively connected in series or in parallel, or either one of them may be selectively connected.

이와 같은 유도 결합 플라즈마 소스(50)를 부가하게 되면 저압 영역에서 고압 영역까지 폭넓은 동작 영역을 안정적으로 얻을 수 있다. 유도 결합 플라즈마 소스(50)에 의해서 저압 영역에서도 쉽게 플라즈마를 점화하여 발생시키고, 플라즈마를 유지하며, 변압기 결합 플라즈마 소스(20)에 의해서 고압 영역에서도 반응기 내부 손상 없이 대용량의 플라즈마를 유지할 수 있다.When such an inductively coupled plasma source 50 is added, a wide operating region can be stably obtained from a low-pressure region to a high-pressure region. The inductively coupled plasma source 50 can easily generate and ignite the plasma even in the low pressure region and maintain the plasma. The transformer coupled plasma source 20 can maintain a large capacity plasma without damaging the inside of the reactor even in the high pressure region.

그리고 상기 두 개의 플라즈마 소스(20, 50)를 하나의 전원 공급원으로 효과적으로 동작시킬 수 있으며, 유도 결합 플라즈마 소스(50)와 변압기 결합 플라즈마 소스(20)가 혼합된 구조에서 선택적으로 어느 하나만을 구동하거나 혼합된 구동이 가능하다.The two plasma sources 20 and 50 can be effectively operated as one power source and selectively driven either in the structure in which the inductively coupled plasma source 50 and the transformer coupled plasma source 20 are mixed Mixed drive is possible.

본 발명의 제 2 실시 예에 따른 다중 방전관을 갖는 플라즈마 반응기는 도 7과 도8에 도시된 바와 같이 가스 입구를 겸하도록 유도 결합 플라즈마 소스(50a)가 상부 방전관(11)에 구비된다.In the plasma reactor having the multiple discharge tubes according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 7 and 8, an inductively coupled plasma source 50a is provided in the upper discharge tube 11 so as to also serve as a gas inlet.

이때 상기 상부 방전관의 상부에는 상부 방전관 개구부(55)가 구비되고, 하부 방전관(12)의 하부에는 하부 방전관 개구부(56)가 구비된다.At this time, an upper discharge tube opening 55 is provided at an upper portion of the upper discharge tube, and a lower discharge tube opening 56 is provided at a lower portion of the lower discharge tube 12. [

그리고 가스 입구를 겸하는 상부 방전관 개구부(55)에 유전체 튜브(52a)가 상부로 돌출되도록 설치되고, 유전체 튜브(52a)에는 유도 안테나 권선 코일(51a)이 설치된다. 따라서 상기 유전체 튜브(52a)를 통하여 상부 방전관(11) 내부로 유입되는 가스는 유전체 튜브(52a)을 통과하면서 바로 플라즈마 방전을 일으키게 된다.A dielectric tube 52a is installed so as to protrude upward from the upper discharge tube opening 55 serving also as a gas inlet and an induction antenna winding coil 51a is installed in the dielectric tube 52a. Therefore, the gas flowing into the upper discharge tube 11 through the dielectric tube 52a passes through the dielectric tube 52a and directly causes a plasma discharge.

또한 복수 개의 방전관 브리지(13)를 통과한 가스는 공정 챔버(40)로 주입되기 전에 유도 안테나 권선 코일(51a)이 설치된 가스출구(15)를 통과하면서 다시 한번 플라즈마 방전을 일으키게 된다.The gas passing through the plurality of discharge tube bridges 13 passes through the gas outlet 15 provided with the induction antenna coil 51a before being injected into the process chamber 40,

그리고 상기와 같은 유도결합 플라즈마 소스(50a)의 유도 안테나 권선 코일(51a)에는 선택적으로 전원을 인가하여 작동시킬 수 있다.The induction coil winding coil 51a of the inductively coupled plasma source 50a may be selectively powered.

본 발명의 제 3실시 예에 따른 다중 방전관을 갖는 플라즈마 반응기(10d)는 도 9와 도 10에 도시된 바와 같이 반상술한 제 2실시 예와 달리 유전체 튜브(52b)가 가스 입구를 겸하지는 않는다. 상부 방전관(11)의 바닥에 상부 방전관 개구부(54)를 구비하고, 하부 방전관(12) 상부에 하부 방전관 개구부(55)가 구비되어 상기 상부 방전관 개구부(54)에 하향으로 돌출되고, 하부 방전관 개구부(55)에 상향으로 각각 돌출되는 유전체 튜브(52b)가 구비되며, 유전체 튜브(52b)의 외주면에 유도 안테나 권선 코일(51b)을 설치한다.The plasma reactor 10d having a multiple discharge tube according to the third embodiment of the present invention is different from the second embodiment shown in FIGS. 9 and 10 in that the dielectric tube 52b does not serve as a gas inlet . A lower discharge tube opening 55 is provided at the top of the lower discharge tube 12 and projects downwardly to the upper discharge tube opening 54 and an upper discharge tube opening 54 is provided at the bottom of the upper discharge tube 11, And a dielectric tube 52b protruding upward from the dielectric tube 52. An induction antenna coil 51b is provided on the outer circumferential surface of the dielectric tube 52b.

상기와 같이 상부 방전관(11)과 하부 방전관(12)의 내부에서 국부적으로 유도 결합 플라즈마 소스(50b)에 의한 플라즈마가 지속적으로 유지되기 때문에 플라즈마 방전 유지 효율을 향상시킬 수 있다.Since the plasma generated by the inductively coupled plasma source 50b is locally maintained in the upper discharge tube 11 and the lower discharge tube 12 as described above, the efficiency of maintaining the plasma discharge can be improved.

본 발명의 제 4 실시 예에 따른 다중 방전관을 갖는 플라즈마 반응기(10e)는 상술한 제 1실시 예의 플라즈마 반응기(10a)의 구성과 기본적으로 동일하나 제 4실시 예의 플라즈마 반응기(10e)는 도 11과 도 12에 도시된 바와 같이 상부 방전관(11)의 상부과 하부에 각각 제 1, 2개구부(81, 82)를 구비하고, 여기에 상부 용량 결합 전극(83, 84)을 갖는 용량 결합 플라즈마 소스(80)가 설치된다. The plasma reactor 10e having the multiple discharge tubes according to the fourth embodiment of the present invention is basically the same as the plasma reactor 10a of the first embodiment described above, but the plasma reactor 10e of the fourth embodiment is the same as the plasma reactor 10e of the first embodiment As shown in FIG. 12, capacitively coupled plasma sources 80 and 80 having first and second openings 81 and 82 at the upper and lower portions of the upper discharge tube 11 and having upper capacitive coupling electrodes 83 and 84, respectively, Is installed.

그리고 하부 방전관의 상부와 하부에 각각 제 3, 4개구부(85, 86)를 구비하고, 상기 제 3, 4개구부(85, 86)에 하부 용량 결합 전극(87, 88)을 설치한다.Third and fourth openings 85 and 86 are provided on upper and lower portions of the lower discharge tube and lower capacitive coupling electrodes 87 and 88 are provided on the third and fourth openings 85 and 86.

이때 상기 상부 용량 결합 전극(83, 84)은 상부 방전관(11)의 제 1, 2 개구부(81, 82)로부터 절연체(도면에 부호 미도시)로 분리되고, 하부 용량 결합 전극(87, 88)은 하부 방전관(12)의 제 3, 4 개구부(85, 86)로부터 절연체(도면에 부호 미도시)로 분리되도록 실시하는 것이 바람직하다.At this time, the upper capacitive coupling electrodes 83 and 84 are separated from the first and second openings 81 and 82 of the upper discharge tube 11 by insulators (not shown) Is preferably separated from the third and fourth openings 85 and 86 of the lower discharge tube 12 into an insulator (not shown).

상기 용량 결합 플라즈마 소스(80)의 상·하부 용량 결합 전극(83, 84, 87, 88)과 변압기 결합 플라즈마 소스(20)의 일차 권선(26)은 전원 공급원(30)에 직렬로 연결된다. 그러나 상·하부 용량 결합 전극(83, 84, 87, 88)과 일차 권선(26)은 병렬로 연결되도록 실시할 수도 있다. 또는 스위칭 회로(미도시)를 구성하여, 직렬 또는 병렬로 선택적으로 연결되거나, 둘 중 어느 하나만이 선택적으로 연결되도록 할 수도 있다.The upper and lower capacitive coupling electrodes 83,84 and 87,88 of the capacitively coupled plasma source 80 and the primary winding 26 of the transformer coupled plasma source 20 are connected in series to the power source 30. However, the upper and lower capacitive coupling electrodes 83, 84, 87, and 88 and the primary winding 26 may be connected in parallel. Or a switching circuit (not shown) so as to be selectively connected in series or in parallel, or either one of them may be selectively connected.

이와 같은 용량 결합 플라즈마 소스(80)를 부가하게 되면 저압 영역에서 고압 영역까지 폭넓은 동작 영역을 안정적으로 얻을 수 있다. 용량 결합 플라즈마 소스(80)에 의해서 저압 영역에서도 쉽게 플라즈마 점화를 발생하고 유지하며 변압기 결합 플라즈마 소스(20)에 의해서 고압 영역에서도 반응기 내부 손상 없이 대용량의 플라즈마를 유지할 수 있다. 두 개의 플라즈마 소스를 하나의 전원 공급원으로 효과적으로 동작시킬 수 있으며, 용량 결합 플라즈마 소스(80)와 변압기 결합 플라즈마 소스(20)가 혼합된 구조에서 선택적으로 어느 하나만을 구동하거나 두 플라즈마 소스(20, 80)의 혼합된 구동이 가능하다.By adding such a capacitively coupled plasma source 80, a wide operating region can be stably obtained from a low-pressure region to a high-pressure region. The plasma ignition can be easily generated and maintained even in the low pressure region by the capacitively coupled plasma source 80 and the plasma of the transformer coupled plasma source 20 can maintain a large capacity plasma without damaging the inside of the reactor even in the high pressure region. Two plasma sources can be effectively operated as one power source, and either one of them can be selectively driven in the structure in which the capacitively coupled plasma source 80 and the transformer coupled plasma source 20 are mixed, or two plasma sources 20, 80 ) Is possible.

이와 같이 변압기 결합 플라즈마 소스(20)와 유도결합 플라즈마 소스(50, 50a, 50b), 용량 결합 플라즈마 소스(80)가 일체로 설치되어 유도결합 플라즈마 소스(50, 50a, 50b) 또는 용량 결합 플라즈마 소스(80)가 작동된 저 전력이 공급되는 상태에서도 변압기 결합 플라즈마 소스(20)의 플라즈마를 계속 유지할 수 있는 것이다.
In this manner, the transformer-coupled plasma source 20 and the inductively coupled plasma sources 50, 50a, 50b and the capacitively coupled plasma source 80 are integrally provided to form the inductively coupled plasma sources 50, 50a, 50b, The plasma of the transformer-coupled plasma source 20 can be maintained even in a state where the low-power supply in which the plasma source 80 is operated is maintained.

이상에서 설명된 본 발명의 다중방전관을 갖는 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. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The embodiments of the plasma reactor having multiple discharge tubes of the present invention described above are merely illustrative and those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent embodiments are possible without departing from the scope of the present invention. . Therefore, it is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiments. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims. It is also to be understood that the invention includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10d: 플라즈마 반응기
11: 상부 방전관 11a: 상부 격벽
12: 하부 방전관 12a: 하부 격벽
13: 방전관 브리지 13a: 냉각 채널
13b: 냉각수 입구 14, 14a, 14b: 가스 입구
15, 15a, 15b: 가스 출구 16, 18: 개구부
17: 절연갭
20: 변압기 결합 플라즈마 소스 21: 일차 권선 코일
22: 마그네틱 코어 30: 전원 공급원
31: 전압 공급원 32: 교류 스위칭 전원 공급원
33: 스위칭 제어 회로 34: 측정 회로
35: 전원 공급 케이블 40: 공정 챔버
42: 기판 지지대 44: 피처리 기판
46: 배플 47: 챔버 가스 입구
48: 어댑터 50, 50a, 50b: 유도결합 플라즈마 소스
51: 유도 안테나 평판 코일 51a, 51b: 유도 안테나 권선 코일
52: 유전체 평판 윈도우 52a, 52b: 유전체 튜브
53, 55, 57 : 상부 방전관 개구부
54, 56, 58 : 하부 방전관 개구부
60: 시스템 제어부
62: 시스템 제어 신호 70, 72: 바이어스 전원 공급원
74: 임피던스 정합기 80: 용량 결합 플라즈마 소스
81, 82, 85, 86 : 제 1, 2, 3개구부
83, 84 : 상부 용량 결합 전극
87, 88 : 하부 용량 결합 전극10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10d: plasma reactor
11: upper discharge tube 11a: upper partition wall
12: lower discharge tube 12a: lower partition wall
13: discharge tube bridge 13a: cooling channel
13b: cooling water inlet 14, 14a, 14b: gas inlet
15, 15a, 15b: gas outlet 16, 18: opening
17: Insulation gap
20: transformer coupled plasma source 21: primary winding coil
22: magnetic core 30: power source
31: Voltage supply source 32: AC switching power supply source
33: switching control circuit 34: measuring circuit
35: power supply cable 40: process chamber
42: substrate support table 44: substrate to be processed
46: baffle 47: chamber gas inlet
48: Adapter 50, 50a, 50b: Inductively Coupled Plasma Source
51: Induction antenna plate coil 51a, 51b: Induction antenna coil
52: dielectric plate window 52a, 52b: dielectric tube
53, 55, 57: upper discharge tube opening
54, 56, 58: Lower discharge tube opening
60:
62: system control signal 70, 72: bias power source
74: impedance matcher 80: capacitively coupled plasma source
81, 82, 85, 86: first, second and third openings
83, 84: upper capacitance coupling electrode
87, 88: lower capacitance coupling electrode

Claims (6)

가스 입구가 구비된 중공의 상부 방전관;
가스 출구가 구비된 중공의 하부 방전관;
상기 상부 방전관과 상기 하부 방전관에 상부와 하부가 각각 연결되는 복수 개의 방전관 브리지;
상기 방전관 브리지에 장착되며 일차 권선 코일이 권선된 마그네틱 코어를 갖는 변압기 결합 플라즈마 소스;
상기 상부 방전관의 상부에 상부 방전관 개구부가 구비되고, 하부 방전관의 하부에 하부 방전관 개구부가 구비되며, 상기 상부 방전관 개구부와 하부 방전관 개구부에 각각 장착되는 유전체 평판 윈도우가 구비되고, 상기 유전체 평판 윈도우에 근접하여 각각 설치되는 유도 안테나 평판 코일이 구비된 유도 결합 플라즈마 소스;
상기 변압기 결합 플라즈마 소스의 일차 권선 코일과 유도 결합 플라즈마 소스의 유도 안테나 평판 코일에 플라즈마 발생 전력을 공급하는 교류 스위칭 전원 공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중방전관을 갖는 플라즈마 반응기.
A hollow upper discharge tube having a gas inlet;
A hollow lower discharge tube having a gas outlet;
A plurality of discharge tube bridges having upper and lower ends connected to the upper discharge tube and the lower discharge tube, respectively;
A transformer coupled plasma source having a magnetic core with a primary winding coil wound around the discharge tube bridge;
A dielectric flat plate window mounted on the upper discharge tube opening and a lower discharge tube opening, respectively, wherein the upper and lower discharge tube openings are provided at an upper portion of the upper discharge tube, a lower discharge tube opening at a lower portion of the lower discharge tube, An inductively coupled plasma source provided with an inductive antenna plate coil,
And an AC switching power source for supplying plasma generating power to the induction antenna flat coil of the induction coupled plasma source and the primary winding coil of the transformer coupled plasma source.
가스 입구가 구비된 중공의 상부 방전관;
가스 출구가 구비된 중공의 하부 방전관;
상기 상부 방전관과 상기 하부 방전관에 상부와 하부가 각각 연결되는 복수 개의 방전관 브리지;
상기 방전관 브리지에 장착되며 일차 권선 코일이 권선된 마그네틱 코어를 갖는 변압기 결합 플라즈마 소스;
상기 상부 방전관의 상부에 상부 방전관 개구부가 구비되고, 하부 방전관의 하부에 하부 방전관 개구부가 구비되며, 상기 상부 방전관 개구부와 하부 방전관 개구부에 상향과 하향으로 각각 돌출되도록 유전체 튜브가 구비되고, 상기 유전체 튜브에 권선되는 유도 안테나 권선 코일을 갖는 유도 결합 플라즈마 소스;
상기 변압기 결합 플라즈마 소스의 일차 권선 코일과 유도 결합 플라즈마 소스의 유도 안테나 권선 코일에 플라즈마 발생 전력을 공급하는 교류 스위칭 전원 공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중방전관을 갖는 플라즈마 반응기.
A hollow upper discharge tube having a gas inlet;
A hollow lower discharge tube having a gas outlet;
A plurality of discharge tube bridges having upper and lower ends connected to the upper discharge tube and the lower discharge tube, respectively;
A transformer coupled plasma source having a magnetic core with a primary winding coil wound around the discharge tube bridge;
Wherein a dielectric tube is provided so as to protrude upwardly and downwardly from the upper discharge tube opening portion and the lower discharge tube opening portion, respectively, and the dielectric tube is provided on the upper and lower discharge tube openings, An inductively coupled plasma source having an inductive wire winding coil wound around the inductor;
And an AC switching power supply for supplying plasma generating power to the primary winding coil of the transformer-coupled plasma source and the inductive coil of the inductively coupled plasma source.
가스 입구가 구비된 중공의 상부 방전관;
가스 출구가 구비된 중공의 하부 방전관;
상기 상부 방전관과 상기 하부 방전관에 상부와 하부가 각각 연결되는 복수 개의 방전관 브리지;
상기 방전관 브리지에 장착되며 일차 권선 코일이 권선된 마그네틱 코어를 갖는 변압기 결합 플라즈마 소스;
상기 상부 방전관의 하부에 상부 방전관 개구부가 구비되고, 하부 방전관 상부에 하부 방전관 개구부가 구비되며, 상기 상부 방전관 개구부에 하향으로 돌출되고, 하부 방전관 개구부에 상향으로 각각 돌출되는 유전체 튜브가 구비되며, 상기 유전체 튜브에 권선되는 유도 안테나가 구비된 유도 결합 플라즈마 소스;
상기 변압기 결합 플라즈마 소스의 일차 권선 코일과 유도 결합 플라즈마 소스의 유도 안테나에 플라즈마 발생 전력을 공급하는 교류 스위칭 전원 공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중방전관을 갖는 플라즈마 반응기.
A hollow upper discharge tube having a gas inlet;
A hollow lower discharge tube having a gas outlet;
A plurality of discharge tube bridges having upper and lower ends connected to the upper discharge tube and the lower discharge tube, respectively;
A transformer coupled plasma source having a magnetic core with a primary winding coil wound around the discharge tube bridge;
A dielectric tube having an upper discharge tube opening at a lower portion of the upper discharge tube and a lower discharge tube opening at an upper portion of the lower discharge tube and protruding downward from the upper discharge tube opening portion and projecting upwardly from the lower discharge tube opening portion, An inductively coupled plasma source having an inductive antenna wound on a dielectric tube;
And an AC switching power source for supplying plasma generating power to the primary winding coil of the transformer coupled plasma source and the induction antenna of the inductively coupled plasma source.
가스 입구가 구비된 중공의 상부 방전관;
가스 출구가 구비된 중공의 하부 방전관;
상기 상부 방전관과 상기 하부 방전관에 상부와 하부가 각각 연결되는 복수 개의 방전관 브리지;
상기 방전관 브리지에 장착되며 일차 권선 코일이 권선된 마그네틱 코어를 갖는 변압기 결합 플라즈마 소스;
상기 상부 방전관의 상부와 하부에 각각 제 1, 2개구부가 구비되고, 상기 제 1, 2개구부의 상부와 하부에 각각 상부 용량 결합 전극이 구비되며, 하부 방전관의 상부와 하부에 각각 제 3, 4개구부가 구비되고, 상기 제 3, 4개구부의 상부와 하부에 각각 하부 용량 결합 전극이 구비된 용량 결합 플라즈마 소스;
상기 변압기 결합 플라즈마 소스의 일차 권선 코일과 용량 결합 플라즈마 소스의 상·하부 용량 결합 전극에 플라즈마 발생 전력을 공급하는 교류 스위칭 전원 공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중방전관을 갖는 플라즈마 반응기.
A hollow upper discharge tube having a gas inlet;
A hollow lower discharge tube having a gas outlet;
A plurality of discharge tube bridges having upper and lower ends connected to the upper discharge tube and the lower discharge tube, respectively;
A transformer coupled plasma source having a magnetic core with a primary winding coil wound around the discharge tube bridge;
The upper and lower openings of the upper discharge tube are provided with first and second openings respectively. The upper and lower openings of the first and second openings are respectively provided with upper and lower capacitive coupling electrodes. A capacitively coupled plasma source having an opening and having lower capacitive coupling electrodes at the upper and lower portions of the third and fourth openings, respectively;
And an AC switching power supply for supplying plasma generation power to the primary winding coil of the transformer-coupled plasma source and the upper and lower capacitive coupling electrodes of the capacitively coupled plasma source.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상부 방전관과 방전관 브리지 사이 또는 하부 방전관과 방전관 브리지 사이에 구비되는 하나 이상의 절연부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중방전관을 갖는 플라즈마 반응기.
The plasma reactor according to any one of claims 1 to 4, further comprising at least one insulating member provided between the upper discharge tube and the discharge tube bridge or between the lower discharge tube and the discharge tube bridge.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상부 방전관과 하부 방전관은 내부를 구획하는 다수의 격벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중방전관을 갖는 플라즈마 반응기.The plasma reactor according to any one of claims 1 to 4, wherein the upper discharge tube and the lower discharge tube include a plurality of partitions partitioning the inside thereof.
KR1020120148032A 2012-04-18 2012-12-18 Plasma reactor having multi discharging tube KR101475502B1 (en)

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