KR20200126775A - Plasmsa reaction apparatus for removing by-products and semiconductor process equipment - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 플라즈마 반응장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공정 챔버에서 배출되는 부산물을 제거하기 위한 플라즈마 반응장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma reaction apparatus, and more particularly, to a plasma reaction apparatus for removing by-products discharged from a process chamber.
반도체 공정은 공정 챔버 내에서 웨이퍼 상에 박막을 증착하고, 증착된 박막을 선택적으로 식각하는 과정을 반복 수행함으로써 특정 패턴의 반도체 칩을 제조하는 공정을 의미한다. 이때, 공정 챔버는 진공관에 의해 진공 펌프와 연결되어 내부가 진공으로 배기된다.The semiconductor process refers to a process of manufacturing a semiconductor chip of a specific pattern by repeatedly performing a process of depositing a thin film on a wafer in a process chamber and selectively etching the deposited thin film. At this time, the process chamber is connected to a vacuum pump by a vacuum tube and the inside is evacuated to a vacuum.
증착 공정은 전구체와 반응 가스의 화학반응과 표면반응을 이용하여 고온에서 수행된다. 공정이 진행되는 동안 공정 챔버 내에는 미분해 전구체와 입자 부산물 등의 공정 부산물이 다량으로 발생하며, 이들은 퍼지와 세정에 의해 공정 챔버의 외부로 배출된다.The deposition process is performed at a high temperature using a chemical reaction and a surface reaction between a precursor and a reactive gas. During the process, a large amount of process by-products such as undecomposed precursors and particle by-products are generated in the process chamber, and these are discharged to the outside of the process chamber by purging and cleaning.
공정 부산물이 진공 펌프로 유입되면 잦은 고장을 유발하므로, 종래에는 진공관에 트랩(trap) 장치를 설치하여 진공 펌프로 유입되는 공정 부산물을 줄이고 있다. 트랩 장치는 주로 공정 가스를 가열하는 가열부와, 가열부의 후방에 위치하며 냉매에 의해 찬 온도를 유지하는 복수의 판으로 구성된다. 가열부를 통과한 공정 부산물은 판에 부딪혀 포획되고, 판 위에 지속적으로 축적된다.When a process by-product flows into the vacuum pump, it causes frequent failures, so conventionally, a trap device is installed in a vacuum tube to reduce process by-products introduced into the vacuum pump. The trap device is mainly composed of a heating unit that heats a process gas, and a plurality of plates located behind the heating unit and maintaining a cold temperature by a refrigerant. Process by-products passing through the heating section hit the plate and are trapped and continuously accumulate on the plate.
그런데 최근 반도체 공정이 미세화됨에 따라 사용되는 공정 가스의 양이 많아지면서 판 위에 축적되는 공정 부산물의 양도 증가하고 있다. 이에 따라 트랩 장치와 진공 펌프의 잦은 교체가 요구되며, 이는 반도체 공정의 생산성 저하로 이어진다.However, as semiconductor processes have recently been refined, the amount of process gas used increases, and the amount of process by-products accumulated on the plate is also increasing. Accordingly, frequent replacement of the trap device and the vacuum pump is required, which leads to a decrease in productivity of the semiconductor process.
본 발명은 공정 챔버에서 배출되는 공정 부산물을 높은 효율로 제거함으로써 플라즈마 반응장치와 진공 펌프의 교체 주기를 늘릴 수 있는 공정 부산물 제거를 위한 플라즈마 반응장치 및 이를 이용한 반도체 공정 설비를 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a plasma reaction device for removing process by-products that can increase the replacement cycle of a plasma reaction device and a vacuum pump by removing process by-products discharged from a process chamber with high efficiency, and a semiconductor process equipment using the same.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 반응장치는 본체, 접지 전극부, 유전체, 및 고전압 전극을 포함한다. 본체는 공정 챔버와 진공 펌프를 연결하는 진공관에 설치되며, 유입관과 확장부 및 배출관을 포함한다. 접지 전극부는 확장부의 내부에 위치하며, 개구의 위치가 서로 다른 적어도 두 종류의 수평판이 공정 가스의 흐름 방향을 따라 하나씩 교대로 반복 배치된 다층 구조로 이루어진다. 유전체는 확장부의 측벽에 설치된다. 고전압 전극은 유전체의 외면에 위치하며, 전원으로부터 구동 전압을 인가받아 접지 전극부의 내부 공간에 플라즈마를 생성한다.A plasma reaction device according to an embodiment of the present invention includes a main body, a ground electrode part, a dielectric material, and a high voltage electrode. The main body is installed in a vacuum tube connecting the process chamber and the vacuum pump, and includes an inlet pipe, an extension part, and an outlet pipe. The ground electrode part is located inside the expansion part, and has a multilayer structure in which at least two types of horizontal plates having different opening positions are alternately arranged one by one along the flow direction of the process gas. The dielectric is installed on the sidewall of the extension. The high voltage electrode is located on the outer surface of the dielectric and receives a driving voltage from a power source to generate plasma in the internal space of the ground electrode.
공정 챔버의 증착 구간에서 접지 전극부의 표면에 공정 부산물이 축적될 수있고, 플라즈마는 공정 챔버의 세정 구간에서 생성되어 공정 가스 중의 공정 부산물과 접지 전극부에 축적된 공정 부산물을 제거할 수 있다. 플라즈마 반응장치는 유입관으로 반응 가스를 공급하는 가스 공급장치를 더 포함할 수 있다. 플라즈마는 공정 챔버의 증착 구간과 세정 구간에서 생성될 수 있다.Process by-products may accumulate on the surface of the ground electrode in the deposition section of the process chamber, and plasma is generated in the cleaning section of the process chamber to remove process by-products in the process gas and process by-products accumulated in the ground electrode. The plasma reaction device may further include a gas supply device for supplying a reactive gas to the inlet pipe. Plasma may be generated in the deposition section and the cleaning section of the process chamber.
접지 전극부는, 공정 가스의 흐름 방향을 따라 이웃한 두 개의 수평판 사이에 위치하는 적어도 하나의 수직판을 더 포함할 수 있다.The ground electrode unit may further include at least one vertical plate positioned between two adjacent horizontal plates along the flow direction of the process gas.
수평판의 폭은 확장부의 내측 폭과 같을 수 있으며, 접지 전극부는 유전체 또는 확장부의 측벽과 접촉할 수 있다. 다른 한편으로, 수평판의 폭은 확장부의 내측 폭보다 작을 수 있고, 수평판 각각의 가장자리에 플랜지가 연결될 수 있으며, 공정 가스의 흐름 방향을 따라 이웃한 두 개의 플랜지는 서로간 거리를 두고 위치할 수 있다.The width of the horizontal plate may be the same as the inner width of the extended portion, and the ground electrode portion may contact the dielectric or sidewall of the extended portion. On the other hand, the width of the horizontal plate may be smaller than the inner width of the extension, and a flange may be connected to each edge of the horizontal plate, and the two adjacent flanges along the flow direction of the process gas may be located at a distance from each other. I can.
공정 가스의 흐름 방향에 따른 유전체와 고전압 전극 각각의 길이는 공정 가스의 흐름 방향에 따른 접지 전극부의 전체 길이보다 클 수 있다. 다른 한편으로, 공정 가스의 흐름 방향에 따른 유전체와 고전압 전극 각각의 길이는 공정 가스의 흐름 방향에 따른 접지 전극부의 전체 길이보다 작을 수 있다. 유전체와 고전압 전극은 배출관보다 유입관에 더 가깝게 위치할 수 있다. 다른 한편으로, 유전체는 수평판 사이마다 개별로 분리 설치되거나 수평판 각각에 대응하여 개별로 분리 설치될 수 있다.Each length of the dielectric and the high voltage electrode according to the flow direction of the process gas may be greater than the total length of the ground electrode according to the flow direction of the process gas. On the other hand, the length of each of the dielectric and the high voltage electrode according to the flow direction of the process gas may be smaller than the total length of the ground electrode according to the flow direction of the process gas. The dielectric and high voltage electrodes may be located closer to the inlet tube than the outlet tube. On the other hand, the dielectric may be separately installed for each horizontal plate or separately installed corresponding to each of the horizontal plates.
본체는, 확장부의 내부에서 유입관과 접지 전극부 사이에 위치하는 제1 확산판과, 확장부의 내부에서 배출관과 접지 전극부 사이에 위치하는 제2 확산판을 더 포함할 수 있다.The main body may further include a first diffusion plate positioned between the inflow pipe and the ground electrode portion in the expansion portion, and a second diffusion plate positioned between the discharge pipe and the ground electrode portion in the expansion portion.
유전체는 제1 유전체일 수 있고, 고전압 전극은 제1 고전압 전극일 수 있다. 플라즈마 반응장치는, 접지 전극부의 상측에 위치하는 제2 유전체와, 제2 유전체의 외면에 위치하며 접지 전극부의 상측 공간에 플라즈마를 생성하는 제2 고전압 전극을 더 포함할 수 있다.The dielectric may be the first dielectric, and the high voltage electrode may be the first high voltage electrode. The plasma reaction apparatus may further include a second dielectric positioned above the ground electrode portion, and a second high voltage electrode positioned on an outer surface of the second dielectric portion and generating plasma in a space above the ground electrode portion.
제2 유전체는 유입관에 설치될 수 있다. 플라즈마 반응장치는 배출관에 설치된 제3 유전체와, 제3 유전체의 외면에 위치하며 접지 전극부의 하측 공간에 플라즈마를 생성하는 제3 고전압 전극을 더 포함할 수 있다.The second dielectric may be installed in the inlet pipe. The plasma reaction apparatus may further include a third dielectric installed in the discharge pipe, and a third high voltage electrode positioned on an outer surface of the third dielectric and generating plasma in a space under the ground electrode.
다른 한편으로, 제2 유전체는 복수 개로 구비될 수 있고, 복수의 제2 유전체는 확장부의 상부면에서 유입관의 둘레 방향을 따라 서로간 거리를 두고 배치될 수 있다. 플라즈마 반응장치는 확장부의 하부면에서 배출관의 둘레 방향을 따라 서로간 거리를 두고 배치된 복수의 제3 유전체와, 복수의 제3 유전체 각각의 외면에 위치하는 복수의 제3 고전압 전극을 더 포함할 수 있다.On the other hand, a plurality of second dielectrics may be provided, and a plurality of second dielectrics may be disposed at a distance from each other along the circumferential direction of the inlet pipe on the upper surface of the expansion part. The plasma reaction apparatus further includes a plurality of third dielectrics disposed at a distance from each other along the circumferential direction of the discharge pipe on the lower surface of the expansion unit, and a plurality of third high voltage electrodes disposed on the outer surfaces of each of the plurality of third dielectrics. I can.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 플라즈마 반응장치는 본체, 제1 접지 전극, 제2 접지 전극, 제1 유전체 및 제2 유전체, 제1 고전압 전극 및 제2 고전압 전극을 포함한다. 본체는 공정 챔버와 진공 펌프를 연결하는 진공관에 설치되며, 유입관과 확장부 및 배출관을 포함한다. 제1 접지 전극은 복수의 개구가 형성된 관형부와, 관형부의 일측 단부를 막는 판형부로 구성된 바스켓 형태로 이루어지며, 내측 공간이 유입관과 바로 통하도록 확장부의 내부에 고정된다. 제2 접지 전극은 제1 접지 전극과 거리를 두고 확장부의 내부에 위치하며, 개구의 위치가 서로 다른 적어도 두 종류의 수평판이 공정 가스의 흐름 방향을 따라 하나씩 교대로 반복 배치된 다층 구조로 이루어진다. 제1 유전체 및 제2 유전체는 관형부 및 제2 접지 전극과 각각 마주하도록 확장부의 측벽에 설치된다. 제1 고전압 전극 및 제2 고전압 전극은 제1 유전체 및 제2 유전체 각각의 외면에 위치하며, 제1 접지 전극과 제2 접지 전극 주위로 플라즈마를 생성한다.A plasma reaction device according to another embodiment of the present invention includes a main body, a first ground electrode, a second ground electrode, a first dielectric and a second dielectric, a first high voltage electrode and a second high voltage electrode. The main body is installed in a vacuum tube connecting the process chamber and the vacuum pump, and includes an inlet pipe, an extension part, and an outlet pipe. The first ground electrode has a basket shape composed of a tubular portion having a plurality of openings and a plate-shaped portion blocking one end of the tubular portion, and is fixed inside the expansion portion so that the inner space directly communicates with the inlet pipe. The second ground electrode is located inside the expansion unit at a distance from the first ground electrode, and at least two types of horizontal plates having different opening positions are alternately arranged one by one along the flow direction of the process gas. . The first dielectric and the second dielectric are installed on the sidewalls of the extension portion so as to face the tubular portion and the second ground electrode, respectively. The first high voltage electrode and the second high voltage electrode are positioned on outer surfaces of each of the first dielectric and the second dielectric, and generate plasma around the first and second ground electrodes.
공정 챔버의 증착 구간에서 판형부와 제2 접지 전극의 표면에 공정 부산물이 축적될 수 있고, 플라즈마는 공정 챔버의 세정 구간에서 생성되어 공정 가스 중의 공정 부산물과 판형부 및 제2 접지 전극에 축적된 공정 부산물을 제거할 수 있다. 플라즈마 반응장치는 유입관으로 반응 가스를 공급하는 가스 공급장치를 더 포함할 수 있다. 플라즈마는 공정 챔버의 증착 구간과 세정 구간에서 생성될 수 있다.Process by-products may accumulate on the surface of the plate-shaped portion and the second ground electrode in the deposition section of the process chamber, and plasma is generated in the cleaning section of the process chamber and accumulated in the process by-products in the process gas and the plate-shaped portion and the second ground electrode. Process by-products can be removed. The plasma reaction device may further include a gas supply device for supplying a reactive gas to the inlet pipe. Plasma may be generated in the deposition section and the cleaning section of the process chamber.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 반도체 공정 설비는, 증착 공정이 진행되는 공정 챔버와, 진공관에 의해 공정 챔버와 연결되며 공정 챔버의 내부를 배기시키는 진공 펌프와, 진공관에 설치되며 공정 챔버에서 배출되는 공정 가스 중의 부산물을 제거하는 전술한 구성의 플라즈마 반응장치를 포함한다.A semiconductor process facility according to another embodiment of the present invention includes a process chamber in which a deposition process is performed, a vacuum pump connected to the process chamber by a vacuum tube and exhausting the inside of the process chamber, and a vacuum pump installed in the vacuum tube and discharged from the process chamber. And a plasma reaction apparatus having the above-described configuration for removing by-products in the process gas.
본 발명에 따른 플라즈마 반응장치는 종래의 트랩 장치 대비 사용 수명이 길고, 유지보수가 용이하다. 또한, 플라즈마 반응장치는 공정 챔버에서 배출되는 공정 부산물을 높은 효율로 분해하여 진공 펌프에 누적되는 공정 부산물의 양을 최소화하며, 그 결과 진공 펌프의 교체 주기를 늘려 반도체 공정 설비의 생산성을 높일 수 있다.The plasma reaction apparatus according to the present invention has a longer service life and easier maintenance than a conventional trap apparatus. In addition, the plasma reaction device decomposes the process by-products discharged from the process chamber with high efficiency to minimize the amount of process by-products accumulated in the vacuum pump, and as a result, it is possible to increase the productivity of the semiconductor process equipment by increasing the replacement cycle of the vacuum pump. .
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 플라즈마 반응장치를 구비한 반도체 공정 설비의 개략도이다.
도 3은 도 1에 도시한 플라즈마 반응장치의 수직 방향 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시한 플라즈마 반응장치 중 접지 전극부의 부분 분해 사시도이다.
도 5는 도 3에 도시한 플라즈마 반응장치의 변형예를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 반응장치의 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시한 플라즈마 반응장치의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 반응장치의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 플라즈마 반응장치의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 플라즈마 반응장치의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 플라즈마 반응장치의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제7 실시예에 따른 플라즈마 반응장치의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제8 실시예에 따른 플라즈마 반응장치의 단면도이다.
도 14는 본 발명의 제9 실시예에 따른 플라즈마 반응장치의 단면도이다.
도 15는 본 발명의 제10 실시예에 따른 플라즈마 반응장치의 단면도이다.
도 16은 도 15에 도시한 플라즈마 반응장치의 변형예를 나타낸 단면도이다.1 is a perspective view of a plasma reaction apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of a semiconductor process facility provided with the plasma reaction device shown in FIG. 1.
3 is a vertical cross-sectional view of the plasma reactor shown in FIG. 1.
4 is a partially exploded perspective view of a ground electrode part of the plasma reaction device shown in FIG. 3.
5 is a cross-sectional view showing a modified example of the plasma reaction apparatus shown in FIG. 3.
6 is a cross-sectional view of a plasma reaction apparatus according to a second embodiment of the present invention.
7 is a plan view of the plasma reaction apparatus shown in FIG. 6.
8 is a cross-sectional view of a plasma reaction apparatus according to a third embodiment of the present invention.
9 is a cross-sectional view of a plasma reaction apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
10 is a cross-sectional view of a plasma reaction apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
11 is a cross-sectional view of a plasma reaction apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.
12 is a cross-sectional view of a plasma reaction apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.
13 is a cross-sectional view of a plasma reaction apparatus according to an eighth embodiment of the present invention.
14 is a cross-sectional view of a plasma reaction apparatus according to a ninth embodiment of the present invention.
15 is a cross-sectional view of a plasma reaction apparatus according to a tenth embodiment of the present invention.
16 is a cross-sectional view showing a modified example of the plasma reaction apparatus shown in FIG. 15.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. The present invention may be implemented in various different forms, and is not limited to the embodiments described herein.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응장치의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 플라즈마 반응장치를 구비한 반도체 공정 설비의 개략도이다.1 is a perspective view of a plasma reaction apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram of a semiconductor process equipment provided with the plasma reaction apparatus shown in FIG. 1.
도 1과 도 2를 참고하면, 반도체 공정 설비(100)는 증착 공정이 이루어지는 공정 챔버(110)와, 진공관(120)에 의해 공정 챔버(110)와 연결되며 공정 챔버(110) 내부를 진공으로 배기시키는 진공 펌프(130)와, 진공관(120)에 설치된 플라즈마 반응장치(200)를 포함한다.1 and 2, the
진공관(120)은 공정 챔버(110)와 플라즈마 반응장치(200) 사이의 제1 진공관(121)과, 플라즈마 반응장치(200)와 진공 펌프(130) 사이의 제2 진공관(122)으로 구분될 수 있다. 플라즈마 반응장치(200)는 공정 챔버(110)에서 배출되는 공정 가스 중의 부산물을 제거하여 진공 펌프(130)의 교체 주기를 늘리는 작용을 한다. 플라즈마 반응장치(200)는 종래의 트랩 장치를 대체할 수 있다.The
이하, 플라즈마 반응장치(200)의 상세 구조와 작용에 대해 설명한다.Hereinafter, a detailed structure and operation of the
도 3은 도 1에 도시한 플라즈마 반응장치의 수직 방향 단면도이다.3 is a vertical cross-sectional view of the plasma reactor shown in FIG. 1.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 제1 실시예의 플라즈마 반응장치(200)는 유입관(11)과 확장부(12) 및 배출관(13)을 포함하는 본체(10)와, 확장부(12)의 내부에 위치하는 접지 전극부(20)와, 본체(10)에 설치된 복수의 유전체(31, 32, 33)를 포함하는 유전체부(30)와, 복수의 유전체(31, 32, 33) 각각의 외면에 위치하는 복수의 고전압 전극(41, 42, 43)으로 이루어진 고전압 전극부(40)를 포함한다.1 to 3, the
유입관(11)은 제1 진공관(121)의 일부이거나 제1 진공관(121)에 접속된 관형 부재일 수 있다. 배출관(13)은 제2 진공관(122)의 일부이거나 제2 진공관(122)에 접속된 관형 부재일 수 있다. 확장부(12)는 유입관(11) 및 배출관(13)에 기밀 상태로 접속된 원통형 또는 다각의 관형 부재일 수 있다. 확장부(12)의 내측 폭은 유입관(11) 및 배출관(13) 각각의 내경보다 크다.The
유입관(11)과 확장부(12) 및 배출관(13)은 공정 가스의 흐름 방향(이하, 편의상 '수직 방향'이라 한다)을 따라 일직선 상에 위치할 수 있다. 본체(10)는 금속으로 제작될 수 있으며, 접지 전원에 연결되어 접지될 수 있다. 도 1에서는 사각 관형의 확장부(12)를 도시하였으나, 확장부(12)는 도시한 예시로 한정되지 않는다.The
도 4는 도 3에 도시한 플라즈마 반응장치 중 접지 전극부의 부분 분해 사시도이다.4 is a partially exploded perspective view of a ground electrode part of the plasma reaction device shown in FIG. 3.
도 3과 도 4를 참고하면, 접지 전극부(20)는 공정 가스의 흐름을 허용하면서 공정 가스와 부딪혀 공정 가스의 흐름 방향을 바꾸는 복수의 수평판을 포함한다. 구체적으로, 접지 전극부(20)는 개구(OP)의 위치가 서로 다른 적어도 두 종류의 수평판이 수직 방향을 따라 서로간 거리를 두고 하나씩 교대로 반복 배치되어 공정 가스의 흐름 방향을 2회 이상 바꾸는 다층 구조로 이루어진다.3 and 4, the
예를 들어, 복수의 수평판은 중앙부를 제외한 좌우 양측에 적어도 두 개의 개구(OP)가 형성된 제1 수평판(21)과, 중앙부에 적어도 하나의 개구(OP)가 형성된 제2 수평판(22)을 포함할 수 있다. 제1 수평판(21)과 제2 수평판(22)은 수직 방향을 따라 하나씩 교대로 반복 배치될 수 있다. 복수의 수평판(21, 22) 각각의 폭은 확장부(12)의 내측 폭과 같을 수 있다.For example, the plurality of horizontal plates includes a first
접지 전극부(20)는 제1 수평판(21)과 제2 수평판(22) 사이에 위치하는 적어도 하나의 수직판(23)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 각 층마다 두 개의 수직판(23)이 수평 방향을 따라 서로 마주하도록 위치할 수 있다. 수직판(23)의 길이는 확장부(12)의 내측 폭과 같을 수 있고, 수직판(23)의 길이 방향을 따라 적어도 두 개의 개구(OP)가 위치할 수 있다.The
각 층마다 두 개의 수직판(23)은 제1 수평판(21)의 개구(OP)와 제2 수평판(22)의 개구(OP) 사이에 위치할 수 있다. 이 경우, 제1 수평판(21)의 개구(OP)를 통과한 공정 가스는 경로가 90˚ 꺾이며 수직판(23)의 개구(OP)를 통과한 다음 경로가 다시 90˚ 꺾이며 제2 수평판(22)의 개구(OP)를 통과한다. 이와 같이 공정 가스는 접지 전극부(20) 내부를 지그재그 방식으로 돌며 접지 전극부(20) 내부에 고르게 퍼진 후 접지 전극부(20)를 빠져 나온다.Each of the two
하나의 제1 수평판(21)에 형성된 개구(OP)의 전체 면적과, 두 개의 수직판(23)에 형성된 개구(OP)의 전체 면적과, 하나의 제2 수평판(22)에 형성된 개구(OP)의 전체 면적 각각은, 본체(10)의 입구 면적과 같거나 이보다 크고, 본체(10)의 출구 면적과 같거나 이보다 크다. 여기서, 입구 면적은 유입관(11)의 내경을 2r1이라 할 때, π(r1)2로 계산되는 값이고, 출구 면적은 배출관(13)의 내경을 2r2라 할 때, π(r2)2로 계산되는 값이다.The total area of the opening OP formed in one first
접지 전극부(20)의 각 층마다 개구(OP)의 전체 면적이 본체(10)의 입구 면적 및 출구 면적 이상일 때, 배기 압력의 상승을 억제할 수 있고, 공정 가스의 배기를 원활하게 할 수 있다. 접지 전극부(20)는 금속으로 제작되며, 접지 전원에 연결되어 접지된다.When the total area of the opening OP for each layer of the
접지 전극부(20)는 수직 방향을 따라 유입관(11) 및 배출관(13)과 거리를 두고 위치한다. 도면에서는 접지 전극부(20)가 5개의 수평판(21, 22)과 8개의 수직판(23)으로 구성된 경우를 예로 들어 도시하였으나, 접지 전극부(20)는 도시한 예시로 한정되지 않는다. 예를 들어, 필요에 따라 수직판(23) 전체가 생략되거나, 제1 수평판(21)과 제2 수평판(22) 사이에 하나의 수직판(23)이 위치할 수 있다.The ground electrode
유전체부(30)는 확장부(12)의 측벽에 설치된 제1 유전체(31)와, 유입관(11)에 설치된 제2 유전체(32)와, 배출관(13)에 설치된 제3 유전체(33)를 포함한다. 제1 유전체(31)는 접지 전극부(20)와 같은 높이에서 접지 전극부(20)를 둘러싼다. 제2 유전체(32)는 접지 전극부(20)의 상측에 위치하고, 제3 유전체(33)는 접지 전극부(20)의 하측에 위치한다. The
제1 유전체(31)는 판형 부재일 수 있고, 제2 유전체(32)와 제3 유전체(33)는 관형 부재일 수 있다. 확장부(12)가 사각의 관형으로 이루어진 경우, 확장부(12)의 네 측벽 각각에 개구가 위치할 수 있고, 판형의 제1 유전체(31)가 개구에 밀봉 결합될 수 있다. 접지 전극부(20)의 가장자리는 제1 유전체(31)의 내면과 접촉할 수 있다.The
고전압 전극부(40)는 제1 유전체(31)의 외면에 고정된 제1 고전압 전극(41)과, 제2 유전체(32)의 외면에 고정된 제2 고전압 전극(42)과, 제3 유전체(33)의 외면에 고정된 제3 고전압 전극(43)을 포함한다. 제1 고전압 전극(41)은 판형 부재일 수 있고, 제2 고전압 전극(42)과 제3 고전압 전극(43)은 관형 부재일 수 있다.The high
제1 내지 제3 고전압 전극(41, 42, 43)은 각자의 전원 또는 공통 전원과 연결되어 플라즈마 발생을 위한 구동 전압을 인가받는다. 구동 전압은 교류(AC) 전압 또는 고주파(RF) 전압일 수 있다. 고전압 전극부(40)는 본체(10)와 통전되지 않도록 가장자리를 따라 본체(10)와 떨어져 위치한다.The first to third
구체적으로, 제1 고전압 전극(41)은 가장자리를 따라 확장부(12)와 거리를 두고 위치하고, 제2 고전압 전극(42)의 상하 단부는 유입관(11)과 거리를 두고 위치한다. 그리고 제3 고전압 전극(43)의 상하 단부는 배출관(13)과 거리를 두고 위치한다. 제1 내지 제3 고전압 전극(41, 42, 43)은 각자의 유전체에 의해 보호되어 방전 안정성을 높인다.Specifically, the first
고전압 전극부(40)에 구동 전압이 인가되면 접지 전극부(20)와 고전압 전극부(40) 사이의 전압 차에 의해 제2 유전체(32)와 접지 전극부(20) 사이의 공간, 접지 전극부(20)의 내부 공간, 및 제3 유전체(33)와 접지 전극부(20) 사이의 공간에 플라즈마가 생성된다.When a driving voltage is applied to the high
특히 복수의 수평판(21, 22) 각각의 표면 위로 플라즈마가 생성되며, 플라즈마는 수직판(23)의 표면으로 확장된다. 유입관(11)을 통해 확장부(12)로 투입된 공정 가스는 세 개의 플라즈마 영역을 차례로 통과하면서 분해된다.In particular, plasma is generated on the surface of each of the plurality of
수직 방향에 따른 제1 유전체(31)와 제1 고전압 전극(41) 각각의 길이는 수직 방향에 따른 접지 전극부(20) 전체의 길이보다 클 수 있다. 이 경우, 제1 유전체(31)와 제1 고전압 전극(41)이 접지 전극부(20) 전체를 둘러싸며, 접지 전극부(20)의 내부 공간 전체에 플라즈마가 생성된다.Each length of the
한편, 제2 고전압 전극(42)은 접지 전극부(20)에 대해 최소 간격(d1_min)으로부터 최대 간격(d1_max)에 이르는 간격 범위를 가진다. 제3 고전압 전극(43) 또한 접지 전극부(20)에 대해 최소 간격(d2_min)으로부터 최대 간격(d2_max)에 이르는 간격 범위를 가진다. 공지의 파센 곡선(Paschen Curve) 이론에 따르면, 방전 개시 전압(Vb)은 전극간 거리(d)와 압력(p)의 곱의 함수로 이루어진다.On the other hand, the second
제2 고전압 전극(42)을 예로 들면, 방전 개시는 p×d 조건에 따라 방전 개시 전압(Vb)이 최소인 곳에서 발생하고, 방전 유지는 제2 고전압 전극(42)과 중첩되는 제2 유전체(32)의 내벽에 벽전하가 쌓이면서 주변부로 이동하며, 방전 꺼짐은 벽전하가 충분히 쌓여서 제2 고전압 전극(42)과 접지 전극부(20) 사이의 전압이 방전 개시 전압(Vb) 이하일 때 발생한다.Taking the second
진공관(120)의 압력이 높을수록 플라즈마 발생 시작점은 제2 고전압 전극(42)의 하측 단부에 가까워지고, 진공관(120)의 압력이 낮을수록 플라즈마 발생 시작점은 제2 고전압 전극(42)의 상측 단부에 가까워지며, 모든 경우 시작점에서 발생된 플라즈마는 주변으로 넓게 확장된다. 따라서 제1 실시예의 플라즈마 반응장치(200)는 넓은 압력 조건에서 안정된 글로우 방전을 유지할 수 있다.The higher the pressure of the
플라즈마 반응장치(200)는 공정 챔버(110)와 연동하여 작동할 수 있다. 공정 챔버(110)에서 진행되는 증착 공정은 박막 증착이 이루어지는 증착 구간과, 공정 챔버(110) 내 공정 부산물인 입자들을 가스 상태로 변환하는 세정 구간과, 공정 챔버(110) 내부의 잔여 부산물과 잔여 가스를 공정 챔버(110) 외부로 배출하는 퍼지 구간으로 구성될 수 있다.The
세정 구간에 사용되는 세정 가스는 삼불화질소(NF3), 육불화황(SF6), 삼불화염소(ClF3), 및 산소(O2) 등을 포함할 수 있다.The cleaning gas used in the cleaning section may include nitrogen trifluoride (NF 3 ), sulfur hexafluoride (SF 6 ), chlorine trifluoride (ClF 3 ), and oxygen (O 2 ).
플라즈마 반응장치(200)는 증착 구간과 세정 구간에서 작동하여 플라즈마를 생성할 수 있다. 증착 구간에서 본체(10)로 유입된 공정 부산물의 일부는 공정 가스가 접지 전극부(20)의 내부를 지그재그 방식으로 통과하는 과정에서 접지 전극부(20)에 부딪혀 접지 전극부(20) 표면에 축적되고, 나머지는 가스 상태로 접지 전극부(20)를 통과한다. 세정 구간에서는 접지 전극부(20)에 축적된 공정 부산물과, 공정 가스 중의 공정 부산물이 동시에 분해 세정된다.The
플라즈마 반응장치(200)는 증착 구간과 세정 구간에서 반응 가스(세정 가스)를 추가로 공급받을 수 있다. 도 5는 도 3에 도시한 플라즈마 반응장치의 변형예를 나타낸 단면도이다. 도 5를 참고하면, 유입관(11) 중 제2 유전체(32)의 상측 부위에 가스 공급장치(50)가 연결 설치될 수 있다. 이 경우, 플라즈마 반응장치는 반응 가스 공급에 의해 증착 구간과 세정 구간 모두에서 공정 부산물을 효과적으로 분해 세정할 수 있다.The
도 3과 도 5를 참고하면, 접지 전극부(20)는 공정 부산물이 축적되는 판임과 동시에 플라즈마 발생 전극이며, 접지 전극부(20)에 축적된 공정 부산물은 지속적으로 축적되지 않고 주기적으로 플라즈마에 의해 분해 세정된다. 결과적으로, 플라즈마 반응장치(200)는 접지 전극부(20)에 축적되는 공정 부산물의 양을 최소화하면서 공정 가스 중의 부산물을 효과적으로 분해 처리할 수 있다.3 and 5, the
플라즈마 반응장치(200)는 종래의 트랩 장치를 대체하며, 트랩 장치가 설치된 반도체 공정 설비와 비교할 때 진공 펌프(130)의 교체 주기를 늘릴 수 있다. 종래의 트랩 장치는 판에 누적된 공정 부산물을 별도의 공정에서 세척해야 하므로 잦은 교체가 요구되지만, 플라즈마 반응장치(200)는 접지 전극부(20)에 축적된 부산물이 주기적으로 세정되므로 별도의 세척 공정이 요구되지 않는다.The
본 실시예의 플라즈마 반응장치(200)는 종래의 트랩 장치 대비 사용 수명이 길고, 유지보수가 용이하며, 진공 펌프(130)의 교체 주기를 늘려 반도체 공정 설비(300)의 생산성을 높일 수 있다.The
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 반응장치의 단면도이고, 도 7은 도 6에 도시한 플라즈마 반응장치의 평면도이다.6 is a cross-sectional view of a plasma reaction apparatus according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a plan view of the plasma reaction apparatus shown in FIG. 6.
도 6과 도 7을 참고하면, 제2 실시예의 플라즈마 반응장치(210)에서 제2 유전체(32)와 제2 고전압 전극(42)은 확장부(12)의 상부면에 설치되고, 제3 유전체(33)와 제3 고전압 전극(43)은 확장부(12)의 하부면에 설치된다. 제2 유전체(32), 제2 고전압 전극(42), 제3 유전체(33), 및 제3 고전압 전극(43) 모두 판형 부재일 수 있다.6 and 7, in the
유입관(11)의 둘레 방향을 따라 복수의 제2 유전체(32)가 서로간 거리를 두고 위치할 수 있고, 배출관(13)의 둘레 방향을 따라 복수의 제3 유전체(33)가 서로간 거리를 두고 위치할 수 있다. 제1 내지 제3 고전압 전극(41, 42, 43) 모두는 확장부(12)와 통전되지 않도록 가장자리를 따라 확장부(12)와 떨어져 위치한다.A plurality of
제2 고전압 전극(42)은 제2 유전체(32)를 사이에 두고 접지 전극부(20)의 최상측 수평판(21)과 마주하고, 제3 고전압 전극(43)은 제3 유전체(33)를 사이에 두고 접지 전극부(20)의 최하측 수평판(21)과 마주한다. 고전압 전극부(40)에 구동 전압이 인가되면 접지 전극부(20)의 상측 공간과 내부 공간 및 하측 공간에 플라즈마가 생성된다.The second
제2 실시예의 플라즈마 반응장치(210)는 전술한 구성을 제외하고 제1 실시예 또는 제1 실시예의 변형예(도 5 참조)와 구성 및 작용면에서 동일 또는 유사하며, 중복되는 설명은 생략한다.The
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 반응장치의 단면도이다.8 is a cross-sectional view of a plasma reaction apparatus according to a third embodiment of the present invention.
도 8을 참고하면, 제3 실시예의 플라즈마 반응장치(220)에서 유전체부(30)는 확장부(12)의 측벽에 설치된 제1 유전체(31)와, 확장부(12)의 상부면에 설치된 제2 유전체(32)를 포함한다. 고전압 전극부(40)는 제1 유전체(31)의 외면에 고정된 제1 고전압 전극(41)과, 제2 유전체(32)의 외면에 고정된 제2 고전압 전극(42)을 포함한다.Referring to FIG. 8, in the
접지 전극부(20)는 수직 방향을 따라 확장부(12)의 상부면 및 하부면과 거리를 두고 위치하고, 수평 방향을 따라 제1 유전체(31)와 거리를 두고 위치한다. 이로써 유입관(11)을 통해 확장부(12)로 유입된 공정 가스는 접지 전극부(20)의 외측 공간과 내부 공간을 나누어 흘러 배출관(13)으로 배출된다. 이때 접지 전극부(20)의 내부 공간으로 유입된 공정 가스는 지그재그 방식으로 돌며 고르게 퍼진 후 접지 전극부(20)를 빠져 나온다.The ground electrode
복수의 수평판(21, 22) 각각은 가장자리에 연결된 플랜지(24)를 포함할 수 있고, 수직 방향을 따라 이웃한 두 개의 플랜지(24)는 서로간 거리를 두고 위치할 수 있다.Each of the plurality of
고전압 전극부(40)에 구동 전압이 인가되면 제1 유전체(31)와 접지 전극부(20) 사이의 공간과, 제2 유전체(32)와 접지 전극부(20) 사이의 공간에 플라즈마가 생성된다. 제1 유전체(31)와 접지 전극부(20) 사이 공간의 플라즈마는 플랜지들(24) 사이의 틈새를 통해 접지 전극부(20)의 내부 공간으로 확장된다.When the driving voltage is applied to the high-
접지 전극부(20) 상측의 플라즈마 영역과 접지 전극부(20) 내부의 플라즈마 영역으로 공정 부산물 분해 효과가 충분한 경우, 접지 전극부(20) 하측의 플라즈마 발생을 생략할 수 있다. 제3 실시예의 플라즈마 반응장치(220)는 전술한 구성을 제외하고 제1 실시예 또는 제1 실시예의 변형예와 구성 및 작용면에서 동일 또는 유사하며, 중복되는 설명은 생략한다.When the plasma region above the
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 플라즈마 반응장치의 단면도이다.9 is a cross-sectional view of a plasma reaction apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
도 9를 참고하면, 제4 실시예의 플라즈마 반응장치(230)에서 유전체부(30)는 확장부(12)의 측벽에 설치된 제1 유전체(31)와, 확장부(12)의 상부면에 설치된 제2 유전체(32)를 포함한다. 고전압 전극부(40)는 제1 유전체(31)의 외면에 고정된 제1 고전압 전극(41)과, 제2 유전체(32)의 외면에 고정된 제2 고전압 전극(42)을 포함한다.Referring to FIG. 9, in the
수직 방향에 따른 제1 유전체(31)와 제1 고전압 전극(41) 각각의 길이는 수직 방향에 따른 접지 전극부(20) 전체의 길이보다 작다. 제1 유전체(31)와 제1 고전압 전극(41)은 유입관(11)을 향한 접지 전극부(20)의 윗부분을 둘러쌀 수 있으며, 접지 전극부(20)의 내부 공간 중 접지 전극부(20)의 윗부분에 플라즈마가 생성된다.Each length of the
접지 전극부(20) 상측의 플라즈마 영역과 접지 전극부(20)의 내부 공간 중 윗부분에 생성된 플라즈마 영역으로 공정 부산물 분해 효과가 충분한 경우, 플라즈마 반응장치(230)는 전술한 유전체부(30) 및 고전압 전극부(40)의 구성을 가질 수 있다. 제4 실시예의 플라즈마 반응장치(230)는 전술한 구성을 제외하고 제2 실시예와 구성 및 작용면에서 동일 또는 유사하며, 중복되는 설명은 생략한다.When the plasma region on the upper side of the
도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 플라즈마 반응장치의 단면도이다.10 is a cross-sectional view of a plasma reaction apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
도 10을 참고하면, 제5 실시예의 플라즈마 반응장치(240)에서 유전체부(30)는 확장부(12)의 측벽에서 접지 전극부(20)의 각 층마다 분리 설치된 제1 유전체(31)와, 확장부(12)의 상부면에 설치된 제2 유전체(32)를 포함한다. 고전압 전극부(40)는 제1 유전체(31)의 외면에 고정된 제1 고전압 전극(41)과, 제2 유전체(32)의 외면에 고정된 제2 고전압 전극(42)을 포함한다.Referring to FIG. 10, in the
제1 유전체(31)는 접지 전극부(20) 중 수직 방향을 따라 이웃한 두 개의 수평판(21, 22) 사이에 위치하고, 수평 방향을 따라 수직판(23)과 마주한다. 수직 방향에 따른 제1 유전체(31)와 제1 고전압 전극(41) 각각의 길이는 수직 방향에 따른 수직판(23)의 길이보다 작을 수 있다.The
고전압 전극부(40)에 구동 전압이 인가되면 제2 유전체(32)와 접지 전극부(20) 사이의 공간에 플라즈마가 생성되고, 플라즈마는 제1 수평판(21)의 개구를 통해 접지 전극부(20)의 내부 공간으로 확장된다. 또한, 제1 유전체(31)와 수직판(23) 사이의 공간에 플라즈마가 생성되며, 플라즈마는 수직판(23)의 개구를 통해 두 개의 수직판(23) 사이의 공간으로 확장된다. 결과적으로, 접지 전극부(20)의 상측 공간과 내부 공간 모두에 균일한 플라즈마가 생성된다.When a driving voltage is applied to the high
제5 실시예에서 이웃한 두 개의 수평판(21, 22) 사이의 간격은 전술한 제1 실시예 내지 제4 실시예에서 이웃한 두 개의 수평판(21, 22) 사이의 간격보다 클 수 있다. 도 10에서는 접지 전극부(20)가 세 개의 수평판(21, 22)을 포함하는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 수평판(21, 22)의 개수는 도시한 예시로 한정되지 않는다.In the fifth embodiment, the distance between the two adjacent
제5 실시예의 플라즈마 반응장치(240)는 전술한 구성을 제외하고 제2 실시예와 구성 및 작용면에서 동일 또는 유사하며, 중복되는 설명은 생략한다.The
도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 플라즈마 반응장치의 단면도이다.11 is a cross-sectional view of a plasma reaction apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.
도 11을 참고하면, 제6 실시예의 플라즈마 반응장치(250)에서 접지 전극부(20)는 수평 방향을 따라 확장부(12)의 측벽 및 제1 유전체(31)와 거리를 두고 위치한다. 이로써 유입관(11)을 통해 확장부(12)로 유입된 공정 가스는 접지 전극부(20)의 외측 공간과 내부 공간을 나누어 흘러 배출관(13)으로 배출된다.Referring to FIG. 11, in the
복수의 수평판(21, 22) 각각은 가장자리에 연결된 플랜지(24)를 포함할 수 있고, 수직 방향을 따라 이웃한 두 개의 플랜지(24)는 서로간 거리를 두고 위치할 수 있다. 제6 실시예의 플라즈마 반응장치(250)는 전술한 구성을 제외하고 제5 실시예와 구성 및 작용면에서 동일 또는 유사하며, 중복되는 설명은 생략한다.Each of the plurality of
도 12는 본 발명의 제7 실시예에 따른 플라즈마 반응장치의 단면도이다.12 is a cross-sectional view of a plasma reaction apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.
도 12를 참고하면, 제7 실시예의 플라즈마 반응장치(260)는 유입관(11)과 확장부(12) 및 배출관(13)을 포함하는 본체(10)와, 확장부(12)의 내부에 위치하는 접지 전극부(20)와, 확장부(12)의 측벽에 설치된 제1 유전체(31)와, 제1 유전체(31)의 외면에 고정된 제1 고전압 전극(41)을 포함한다. 편의상, 제1 유전체와 제1 고전압 전극을 각각 유전체와 고전압 전극으로 명칭한다.Referring to FIG. 12, the
접지 전극부(20)는 제3 실시예의 접지 전극부(도 10 참조)와 동일하거나 유사하다. 도 12에서는 2개의 제1 수평판(21)과 2개의 제2 수평판(22) 및 6개의 수직판(23)으로 구성된 접지 전극부(20)를 도시하였으나, 접지 전극부(20)는 도시한 예시로 한정되지 않는다. 접지 전극부(20)는 플랜지(24)를 포함하며, 수직 방향을 따라 이웃한 두 개의 플랜지(24)는 서로간 거리를 두고 위치한다.The ground electrode
유전체(31)는 제3 실시예의 제1 유전체(31)와 동일하고, 고전압 전극(41)은 제3 실시예의 제1 고전압 전극(41)과 동일하다. 수직 방향에 따른 유전체(31) 및 고전압 전극(41) 각각의 길이는 수직 방향에 따른 접지 전극부(20) 전체의 길이보다 클 수 있다.The dielectric 31 is the same as the
확장부(12)는 유입관(11)과 마주하는 제1 확산판(14)과, 배출관(13)과 마주하는 제2 확산판(15)을 포함할 수 있다. 제1 확산판(14)은 개구를 가지는 지지대에 의해 유입관(11)과 거리를 두고 위치하며, 제2 확산판(15)은 개구를 가지는 지지대에 의해 배출관(13)과 거리를 두고 위치한다. 제1, 2 확산판(14, 15)은 유입관(11) 및 배출관(13)보다 큰 직경을 가진 원판형 부재일 수 있다.The
유입관(11)의 공정 가스는 제1 확산판(14)에 부딪혀 수평 방향으로 확산되고, 접지 전극부(20)의 외측 공간과 내부 공간을 나누어 흐른다. 접지 전극부(20)의 내부 공간으로 유입된 공정 가스는 지그재그 방식으로 돌며 고르게 확산된 후 접지 전극부(20)를 빠져 나오고, 제2 확산판(15)에 부딪혀 수평 방향으로 확산된 후 배출관(13)으로 배출된다.The process gas of the
접지 전극부(20) 내부의 플라즈마 영역으로 공정 부산물 분해 효과가 충분한 경우, 접지 전극부(20) 상측의 플라즈마 발생을 생략할 수 있다. 제7 실시예의 플라즈마 반응장치(260)는 전술한 구성을 제외하고 제3 실시예와 구성 및 작용면에서 유사하며, 중복되는 설명은 생략한다.When the effect of decomposing process by-products is sufficient in the plasma region inside the
도 13은 본 발명의 제8 실시예에 따른 플라즈마 반응장치의 단면도이다.13 is a cross-sectional view of a plasma reaction apparatus according to an eighth embodiment of the present invention.
도 13을 참고하면, 제8 실시예의 플라즈마 반응장치(270)는 유입관(11)과 확장부(12) 및 배출관(13)을 포함하는 본체(10)와, 확장부(12)의 내부에 위치하는 접지 전극부(20)와, 확장부(12)의 측벽에서 접지 전극부(20)의 수평판(21, 22)마다 분리 설치된 복수의 유전체(31)와, 복수의 유전체(31) 각각의 외면에 고정된 복수의 고전압 전극(41)을 포함한다.Referring to FIG. 13, the
접지 전극부(20)는 제1 실시예의 접지 전극부(도 3 참고)와 같거나 유사하다. 도 13에서는 2개의 제1 수평판(21)과 2개의 제2 수평판(22) 및 6개의 수직판(23)으로 구성된 접지 전극부(20)를 도시하였으나, 접지 전극부(20)는 도시한 예시로 한정되지 않는다.The ground electrode
복수의 유전체(31) 각각은 수평판(21, 22)의 가장자리와 접촉하며, 복수의 유전체(31)는 수직 방향을 따라 서로간 거리를 두고 위치한다. 수직 방향에 따른 유전체(31)와 고전압 전극(41) 각각의 길이는 수평판(21, 22)의 두께보다 클 수 있다. 고전압 전극(41)에 구동 전압이 인가되면, 수평판(21, 22) 각각의 표면 위로 플라즈마가 생성되며, 플라즈마는 수직판(23)의 표면으로 확장된다. 결과적으로, 접지 전극부(20)의 내부 공간 전체에 플라즈마가 생성된다.Each of the plurality of
제8 실시예의 플라즈마 반응장치(270)는 전술한 구성을 제외하고 제7 실시예와 구성 및 작용면에서 동일 또는 유사하며, 중복되는 설명은 생략한다.The
도 14는 본 발명의 제9 실시예에 따른 플라즈마 반응장치의 단면도이다.14 is a cross-sectional view of a plasma reaction apparatus according to a ninth embodiment of the present invention.
도 14를 참고하면, 제9 실시예의 플라즈마 반응장치(280)는 유입관(11)과 확장부(12) 및 배출관(13)을 포함하는 본체(10)와, 확장부(12)의 내부에 위치하는 접지 전극부(20)와, 확장부(12)의 측벽에서 접지 전극부(20)의 각 층마다 분리 설치된 복수의 유전체(31)와, 복수의 유전체(31) 각각의 외면에 고정된 복수의 고전압 전극(41)을 포함한다.Referring to FIG. 14, the
접지 전극부(20)는 제8 실시예의 접지 전극부와 같거나 유사하다. 유전체(31)는 접지 전극부(20) 중 수직 방향을 따라 이웃한 두 개의 수평판(21, 22) 사이에 위치하며, 수평 방향을 따라 수직판(23)과 마주한다. 수직 방향에 따른 유전체(31)와 고전압 전극(41) 각각의 길이는 수직 방향에 따른 수직판(23)의 길이보다 작을 수 있다.The
고전압 전극(41)에 구동 전압이 인가되면 두 개의 수평판(21, 22)과 한 개의 수직판(23)으로 둘러싸인 공간에 플라즈마가 생성되고, 플라즈마는 수직판(23)의 개구를 통해 두 개의 수직판(23) 사이의 공간으로 확장된다. 결과적으로, 접지 전극부(20)의 내부 공간 전체에 플라즈마가 생성된다.When a driving voltage is applied to the
제9 실시예의 플라즈마 반응장치(280)는 전술한 구성을 제외하고 제8 실시예와 구성 및 작용면에서 동일 또는 유사하며, 중복되는 설명은 생략한다.The
도 15는 본 발명의 제10 실시예에 따른 플라즈마 반응장치의 단면도이다.15 is a cross-sectional view of a plasma reaction apparatus according to a tenth embodiment of the present invention.
도 15를 참고하면, 제10 실시예의 플라즈마 반응장치(290)는 유입관(11)과 확장부(12) 및 배출관(13)을 포함하는 본체(10)와, 확장부(12)의 내부에 위치하는 제1 접지 전극(60) 및 제2 접지 전극(70)과, 확장부(12)의 측벽에 설치된 제1 유전체(35) 및 제2 유전체(36)와, 제1 유전체(35)와 제2 유전체(36) 각각의 외면에 고정된 제1 고전압 전극(45) 및 제2 고전압 전극(46)을 포함한다. Referring to FIG. 15, the
제1 접지 전극(60)은 관형부(61)와, 관형부(61)의 일측 단부를 막는 판형부(62)로 구성된 바스켓 형태로 이루어진다. 제1 접지 전극(60)은 그 내측 공간이 유입관(11)과 바로 통하도록 확장부(12)에 고정된다. 구체적으로, 유입관(11)을 향한 관형부(61)의 상측 단부가 확장부(12)의 상부면에 고정되고, 판형부(62)는 관형부(61)의 하측 단부에 연결된다.The
관형부(61)의 내측 폭은 유입관(11)의 내경보다 크고, 관형부(61)의 외측 폭은 확장부(12)의 내측 폭보다 작다. 관형부(61)의 단면 형상은 확장부(12)의 단면 형상과 같을 수 있다. 관형부(61)에는 공정 가스 통과를 위한 적어도 하나의 개구(OP)가 위치한다. 개구(OP)는 원형, 타원형, 다각형 등 다양한 모양으로 형성될 수 있다.The inner width of the
제1 유전체(35)는 관형부(61)와 마주하는 확장부(12)의 측벽에 기밀 상태로 설치될 수 있고, 제1 유전체(35)의 외면에 제1 고전압 전극(45)이 고정된다. 수직 방향에 따른 제1 유전체(35)의 길이는 수직 방향에 따른 관형부(61)의 길이보다 클 수 있다.The
관형부(61)에 형성된 개구(OP)의 전체 면적은 본체(10)의 입구 면적과 같거나 이보다 크고, 본체(10)의 출구 면적과 같거나 이보다 크다. 여기서, 입구 면적은 유입관(11)의 내경을 2r1이라 할 때, π(r1)2로 계산되는 값이고, 출구 면적은 배출관(13)의 내경을 2r2라 할 때, π(r2)2로 계산되는 값이다. 이 조건을 만족할 때, 배기 압력의 상승을 억제할 수 있고, 공정 가스의 배기를 원활하게 할 수 있다.The total area of the opening OP formed in the
제2 접지 전극(70)은 개구(OP)의 위치가 서로 다른 적어도 두 종류의 수평판(72)이 수직 방향을 따라 서로간 거리를 두고 하나씩 교대로 반복 배치된 다층 구조로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제2 접지 전극(70)은 중앙에 개구(OP)가 형성된 제1 수평판(71)과, 좌우 양측에 개구(OP)가 형성된 제2 수평판(72)을 포함할 수 있다. 제1, 2 수평판(71, 72)의 폭은 확장부(12)의 내측 폭과 같을 수 있다.The
유입관(11)의 공정 가스는 제1 접지 전극(60)의 내부로 유입되고, 관형부(61)의 개구(OP)를 통과하여 관형부(61)를 빠져 나온다. 이어서 공정 가스는 제1 수평판(71)의 개구(OP)와 제2 수평판(72)의 개구(OP)를 차례로 통과하면서 제2 접지 전극(70)을 지그재그 방식으로 돌며 제2 접지 전극(70) 내부에 고르게 퍼진 후 제2 접지 전극(70)을 빠져 나온다.The process gas of the
제2 유전체(36)는 제2 접지 전극(70)과 마주하는 확장부(12)의 측벽에 기밀 상태로 설치될 수 있고, 제2 유전체(36)의 외면에 제2 고전압 전극(46)이 고정된다. 수직 방향에 따른 제2 유전체(36)의 길이는 수직 방향에 따른 제2 접지 전극(70) 전체의 길이보다 클 수 있다.The
제1, 2 고전압 전극(45, 46)에 구동 전압이 인가되면, 제1 유전체(35)와 관형부(61) 사이의 공간에 플라즈마가 생성되고, 플라즈마는 관형부(61)의 개구(OP)를 통해 관형부(61)의 내측 공간으로 확장된다. 또한, 제2 접지 전극(70)을 구성하는 복수의 수평판(71, 72) 각각의 표면 위로 플라즈마가 생성된다. 유입관(11)을 통해 확장부(12)로 투입된 공정 가스는 플라즈마 영역을 차례로 통과하면서 분해된다.When a driving voltage is applied to the first and second
플라즈마 반응장치(290)는 증착 구간과 세정 구간에서 작동하여 플라즈마를 생성할 수 있다. 증착 구간에서 본체(10)로 유입된 공정 부산물의 일부는 제1 접지 전극(60)의 판형부(62) 표면과 제2 접지 전극(70)의 표면에 축적되고, 나머지는 가스 상태로 제1, 2 접지 전극(60, 70)을 통과한다. 세정 구간에서는 판형부(61)와 제2 접지 전극(70)에 축적된 공정 부산물과, 공정 가스 중의 공정 부산물이 동시에 분해 세정된다.The
플라즈마 반응장치(290)는 증착 구간과 세정 구간에서 반응 가스(세정 가스)를 추가로 공급받을 수 있다. 도 16은 도 15에 도시한 플라즈마 반응장치의 변형예를 나타낸 단면도이다. 도 16을 참고하면, 유입관(11)에 가스 공급장치(50)가 연결 설치될 수 있다. 이 경우, 반응 가스를 이용하여 증착 구간과 세정 구간 모두에서 공정 부산물을 효과적으로 분해 세정할 수 있다.The
반도체 공정 설비는 전술한 제1 실시예 내지 제10 실시예와 이들의 변형예 중 어느 하나의 플라즈마 반응장치를 포함하며, 플라즈마 반응장치는 종래의 트랩 장치를 대체한다.The semiconductor processing equipment includes the plasma reaction apparatus of any one of the above-described first to tenth embodiments and modifications thereof, and the plasma reaction apparatus replaces the conventional trap apparatus.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.In the above, preferred embodiments of the present invention have been described, but the present invention is not limited thereto, and it is possible to implement various modifications within the scope of the claims, the detailed description of the invention, and the accompanying drawings. It is natural to fall within the scope of
100: 반도체 공정 설비
110: 공정 챔버
120: 진공관
130: 진공 펌프
200, 210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 280, 290: 플라즈마 반응장치
10: 본체
11: 유입관
12: 확장부
13: 배출관
20: 접지 전극부
30: 유전체부
40: 고전압 전극부
50: 가스 공급장치
60: 제1 접지 전극
70: 제2 접지 전극100: semiconductor process equipment 110: process chamber
120: vacuum tube 130: vacuum pump
200, 210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 280, 290: plasma reactor
10: main body 11: inlet pipe
12: extension part 13: discharge pipe
20: ground electrode part 30: dielectric part
40: high voltage electrode part 50: gas supply device
60: first ground electrode 70: second ground electrode
Claims (18)
상기 확장부의 내부에 위치하며, 개구의 위치가 서로 다른 적어도 두 종류의 수평판이 공정 가스의 흐름 방향을 따라 하나씩 교대로 반복 배치되어 다층 구조를 이루는 접지 전극부;
상기 확장부의 측벽에 설치된 유전체; 및
상기 유전체의 외면에 위치하며, 전원으로부터 구동 전압을 인가받아 상기 접지 전극부의 내부 공간에 플라즈마를 생성하는 고전압 전극;
을 포함하는 플라즈마 반응장치.A main body installed in a vacuum tube connecting the process chamber and the vacuum pump, and including an inlet pipe, an extension part, and an outlet pipe;
A ground electrode unit in which at least two types of horizontal plates positioned inside the expansion unit and having different opening positions are alternately arranged one by one along the flow direction of the process gas to form a multilayer structure;
A dielectric installed on the sidewall of the extension part; And
A high voltage electrode positioned on an outer surface of the dielectric and receiving a driving voltage from a power source to generate plasma in an inner space of the ground electrode portion;
Plasma reaction apparatus comprising a.
상기 공정 챔버의 증착 구간에서 상기 접지 전극부의 표면에 공정 부산물이 축적되고, 상기 플라즈마는 상기 공정 챔버의 세정 구간에서 생성되어 공정 가스 중의 공정 부산물과 상기 접지 전극부에 축적된 공정 부산물을 제거하는 플라즈마 반응장치.The method of claim 1,
Plasma by which process by-products are accumulated on the surface of the ground electrode in the deposition section of the process chamber, and the plasma is generated in the cleaning section of the process chamber to remove process by-products in the process gas and process by-products accumulated in the ground electrode. Reaction device.
상기 유입관으로 반응 가스를 공급하는 가스 공급장치를 더 포함하고,
상기 플라즈마는 상기 공정 챔버의 증착 구간과 세정 구간에서 생성되는 플라즈마 반응장치.The method of claim 2,
Further comprising a gas supply device for supplying a reactive gas to the inlet pipe,
The plasma reaction apparatus is generated in the deposition section and the cleaning section of the process chamber.
상기 접지 전극부는, 공정 가스의 흐름 방향을 따라 이웃한 두 개의 수평판 사이에 위치하는 적어도 하나의 수직판을 더 포함하는 플라즈마 반응장치.The method of claim 1,
The ground electrode unit further includes at least one vertical plate positioned between two adjacent horizontal plates along a flow direction of the process gas.
상기 수평판의 폭은 상기 확장부의 내측 폭과 동일하며, 상기 접지 전극부는 상기 유전체 또는 상기 확장부의 측벽과 접촉하는 플라즈마 반응장치.The method of claim 1,
The width of the horizontal plate is the same as the inner width of the expansion portion, the ground electrode portion in contact with the dielectric or a sidewall of the expansion portion.
상기 수평판의 폭은 상기 확장부의 내측 폭보다 작고, 상기 수평판 각각의 가장자리에 플랜지가 연결되며, 공정 가스의 흐름 방향을 따라 이웃한 두 개의 플랜지는 서로간 거리를 두고 위치하는 플라즈마 반응장치.The method of claim 1,
The width of the horizontal plate is smaller than the inner width of the expansion portion, flanges are connected to the edges of each of the horizontal plates, and the two adjacent flanges along the flow direction of the process gas are located at a distance from each other.
공정 가스의 흐름 방향에 따른 상기 유전체와 상기 고전압 전극 각각의 길이는 공정 가스의 흐름 방향에 따른 상기 접지 전극부의 전체 길이보다 큰 플라즈마 반응장치.The method of claim 1,
A plasma reaction device in which a length of each of the dielectric and the high voltage electrode according to a flow direction of a process gas is greater than a total length of the ground electrode according to a flow direction of a process gas.
공정 가스의 흐름 방향에 따른 상기 유전체와 상기 고전압 전극 각각의 길이는 공정 가스의 흐름 방향에 따른 상기 접지 전극부의 전체 길이보다 작으며, 상기 유전체와 상기 고전압 전극은 상기 배출관보다 상기 유입관에 더 가깝게 위치하는 플라즈마 반응장치.The method of claim 1,
Each length of the dielectric and the high voltage electrode according to the flow direction of the process gas is smaller than the total length of the ground electrode part according to the flow direction of the process gas, and the dielectric and the high voltage electrode are closer to the inlet pipe than the discharge pipe. Plasma reaction device located.
상기 유전체는 상기 수평판 사이마다 개별로 분리 설치되거나 상기 수평판 각각에 대응하여 개별로 분리 설치되는 플라즈마 반응장치.The method of claim 1,
The dielectric is separately installed for each of the horizontal plates or a plasma reaction device that is separately installed corresponding to each of the horizontal plates.
상기 본체는, 상기 확장부의 내부에서 상기 유입관과 상기 접지 전극부 사이에 위치하는 제1 확산판과, 상기 확장부의 내부에서 상기 배출관과 상기 접지 전극부 사이에 위치하는 제2 확산판을 더 포함하는 플라즈마 반응장치.The method of claim 1,
The main body further includes a first diffusion plate positioned between the inlet pipe and the ground electrode portion in the expansion portion, and a second diffusion plate positioned between the discharge pipe and the ground electrode portion in the expansion portion. Plasma reaction device.
상기 유전체는 제1 유전체이고, 상기 고전압 전극은 제1 고전압 전극이며,
상기 접지 전극부의 상측에 위치하는 제2 유전체와, 상기 제2 유전체의 외면에 위치하며 상기 접지 전극부의 상측 공간에 플라즈마를 생성하는 제2 고전압 전극을 더 포함하는 플라즈마 반응장치.The method of claim 1,
The dielectric is a first dielectric, the high voltage electrode is a first high voltage electrode,
A plasma reaction apparatus further comprising: a second dielectric positioned above the ground electrode portion; and a second high voltage electrode positioned on an outer surface of the second dielectric portion and generating plasma in an upper space of the ground electrode portion.
상기 제2 유전체는 상기 유입관에 설치되고,
상기 배출관에 설치된 제3 유전체와, 상기 제3 유전체의 외면에 위치하며 상기 접지 전극부의 하측 공간에 플라즈마를 생성하는 제3 고전압 전극을 더 포함하는 플라즈마 반응장치.The method of claim 11,
The second dielectric is installed in the inlet pipe,
A plasma reaction apparatus further comprising: a third dielectric installed in the discharge pipe; and a third high voltage electrode positioned on an outer surface of the third dielectric and generating plasma in a space under the ground electrode.
상기 제2 유전체는 복수 개로 구비되고, 상기 복수의 제2 유전체는 상기 확장부의 상부면에서 상기 유입관의 둘레 방향을 따라 서로간 거리를 두고 배치되는 플라즈마 반응장치.The method of claim 11,
The plasma reaction apparatus is provided with a plurality of second dielectrics, and the plurality of second dielectrics are disposed at a distance from each other along a circumferential direction of the inlet pipe on an upper surface of the expansion part.
상기 확장부의 하부면에서 상기 배출관의 둘레 방향을 따라 서로간 거리를 두고 배치된 복수의 제3 유전체와, 복수의 제3 유전체 각각의 외면에 위치하는 복수의 제3 고전압 전극을 더 포함하는 플라즈마 반응장치.The method of claim 13,
Plasma reaction further comprising a plurality of third dielectrics disposed at a distance from each other along the circumferential direction of the discharge pipe on the lower surface of the extension part, and a plurality of third high voltage electrodes disposed on the outer surfaces of each of the plurality of third dielectrics Device.
복수의 개구가 형성된 관형부와, 관형부의 일측 단부를 막는 판형부로 구성된 바스켓 형태로 이루어지며, 내측 공간이 상기 유입관과 바로 통하도록 상기 확장부의 내부에 고정된 제1 접지 전극;
상기 제1 접지 전극과 거리를 두고 상기 확장부의 내부에 위치하며, 개구의 위치가 서로 다른 적어도 두 종류의 수평판이 공정 가스의 흐름 방향을 따라 하나씩 교대로 반복 배치되어 다층 구조를 이루는 제2 접지 전극;
상기 관형부 및 상기 제2 접지 전극과 각각 마주하도록 상기 확장부의 측벽에 설치된 제1 유전체 및 제2 유전체;
상기 제1 유전체 및 상기 제2 유전체 각각의 외면에 위치하며, 상기 제1 접지 전극과 상기 제2 접지 전극 주위로 플라즈마를 생성하는 제1 고전압 전극 및 제2 고전압 전극
을 포함하는 플라즈마 반응장치.A main body installed in a vacuum tube connecting the process chamber and the vacuum pump, and including an inlet pipe, an extension part, and an outlet pipe;
A first ground electrode formed in a basket shape comprising a tubular portion having a plurality of openings and a plate-shaped portion blocking one end of the tubular portion, and fixed inside the expansion portion so that an inner space directly communicates with the inlet pipe;
At least two types of horizontal plates located inside the extension part at a distance from the first ground electrode and having different opening positions are alternately arranged one by one along the flow direction of the process gas to form a multilayer structure. electrode;
A first dielectric and a second dielectric installed on a sidewall of the extension part to face the tubular part and the second ground electrode, respectively;
A first high voltage electrode and a second high voltage electrode positioned on outer surfaces of each of the first dielectric and the second dielectric and generating plasma around the first and second ground electrodes
Plasma reaction apparatus comprising a.
상기 공정 챔버의 증착 구간에서 상기 판형부와 상기 제2 접지 전극의 표면에 공정 부산물이 축적되고, 상기 플라즈마는 상기 공정 챔버의 세정 구간에서 생성되어 공정 가스 중의 공정 부산물과 상기 판형부 및 상기 제2 접지 전극에 축적된 공정 부산물을 제거하는 플라즈마 반응장치.The method of claim 15,
Process by-products are accumulated on the surface of the plate-shaped portion and the second ground electrode in the deposition section of the process chamber, and the plasma is generated in the cleaning section of the process chamber, and the process by-products in the process gas and the plate-shaped portion and the second Plasma reactor to remove process by-products accumulated in the ground electrode.
상기 유입관으로 반응 가스를 공급하는 가스 공급장치를 더 포함하고,
상기 플라즈마는 상기 공정 챔버의 증착 구간과 세정 구간에서 생성되어 공정 가스 중의 공정 부산물과 상기 판형부 및 상기 제2 접지 전극에 축적된 공정 부산물을 제거하는 플라즈마 반응장치.The method of claim 16,
Further comprising a gas supply device for supplying a reactive gas to the inlet pipe,
The plasma is generated in the deposition section and the cleaning section of the process chamber to remove process by-products in the process gas and process by-products accumulated in the plate-shaped portion and the second ground electrode.
진공관에 의해 상기 공정 챔버와 연결되며, 상기 공정 챔버의 내부를 배기시키는 진공 펌프; 및
상기 진공관에 설치되며, 상기 공정 챔버에서 배출되는 공정 가스 중의 부산물을 제거하는, 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 플라즈마 반응장치
를 포함하는 반도체 공정 설비.A process chamber in which a deposition process is performed;
A vacuum pump connected to the process chamber by a vacuum tube and exhausting the inside of the process chamber; And
The plasma reaction device according to any one of claims 1 to 17, which is installed in the vacuum tube and removes by-products in the process gas discharged from the process chamber.
Semiconductor process equipment comprising a.
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