KR20210111601A - A plasma apparatus having the multiple matching coils - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다중 정합코일을 구비한 플라즈마 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체, 디스플레이 제조장비에서 사용되는 진공 챔버 또는 진공 배관 라인에 설치되어 플라즈마를 발생시켜, 챔버의 주기 세정을 하거나, 챔버로부터 배출되는 PFC, 미반응가스 및 유해가스를 제거할 수 있는 다중 정합코일을 구비한 플라즈마 처리장치에 관한 것이다. The present invention relates to a plasma processing apparatus having multiple matching coils, and more particularly, is installed in a vacuum chamber or a vacuum pipe line used in semiconductor and display manufacturing equipment to generate plasma to perform periodic cleaning of the chamber, or to It relates to a plasma processing apparatus having multiple matching coils capable of removing PFC, unreacted gas and harmful gas discharged from the apparatus.
반도체, LCD, OLED 등을 생산하는 공정 중 많은 부분이 진공펌프를 이용한 증착 공정(Deposition)과 식각공정(Etching)으로 이루어져 있으며, 이들 공정에 사용되는 진공 챔버는 주기적으로 세정하는 세정 공정이 진행된다. A large part of the process of producing semiconductors, LCDs, OLEDs, etc. consists of a deposition process using a vacuum pump and an etching process, and the vacuum chamber used in these processes is periodically cleaned. .
이러한 세정 공정은 증착 공정 중 진공 챔버에 퇴적되는 부산물을 제거하는 것으로서, 주로 산화막(Oxide), 질화막(Nitride) 또는 금속반응막을 증착한 후 실시한다. 산화막이나 질화막을 증착하게 되면 챔버를 주기적으로 세정해 주어야 하는데, 이때 삼불화질소(NF3) 또는 육불화황(SF6)를 원격플라즈마 장치(remote plasma)로 분해하여 챔버에 유입시켜 세정 공정을 진행한다. This cleaning process is to remove by-products deposited in the vacuum chamber during the deposition process, and is mainly performed after depositing an oxide film, a nitride film, or a metal reaction film. When an oxide or nitride film is deposited, the chamber must be cleaned periodically. At this time, nitrogen trifluoride (NF3) or sulfur hexafluoride (SF6) is decomposed with a remote plasma device and introduced into the chamber to perform the cleaning process. .
한편 증착 공정에서는 상기와 같은 산화막이나 질화막 또는 금속막을 증착한다. 반도체 및 디스플레이 소자의 세대가 진보함에 따라 성능 개선을 얻기 위하여 유독가스와 유해 전구체(precursor)의 사용범위와 사용량이 증가하고 있는 추세이다. 전구체는 주로 금속산화막이나 금속질화막의 증착을 위하여 사용되는데, 일반적으로 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 티타늄(Ti) 등의 재로가 사용된다. 대부분 액체상태인 전구체들은 매우 강한 반응성 때문에, 미반응 상태로 배출되면 그 자체로 매우 해롭거나 위험한 부산물로 배기관에 쌓인다. Meanwhile, in the deposition process, an oxide film, a nitride film, or a metal film is deposited as described above. As the generation of semiconductors and display devices progresses, the range and usage of toxic gases and harmful precursors are increasing in order to improve performance. The precursor is mainly used for the deposition of a metal oxide film or a metal nitride film. Generally, a material such as zirconium (Zr), aluminum (Al), hafnium (Hf), or titanium (Ti) is used. Most of the precursors in liquid state have very strong reactivity, so when they are discharged in an unreacted state, they are accumulated in the exhaust pipe as a very harmful or dangerous by-product in itself.
한편 식각 공정에서는 CF4, C3F8, CHF3 등과 같은 퍼플루오르화합물(PFCs) 가스가 널리 사용되고 있다. 이러한 가스는 미반응 상태로 배출되면 강력한 온실가스로 지구환경에 매우 유해하다. Meanwhile, perfluorinated compound (PFCs) gases such as CF4, C3F8, and CHF3 are widely used in the etching process. When these gases are discharged in an unreacted state, they are powerful greenhouse gases and are very harmful to the global environment.
따라서 이러한 잔류가스를 처리하기 위하여 도 1에 도시된 바와 같이, 스크러버 장치(50)를 사용하기도 하는데, 이는 효율이 매우 낮은 문제점이 있다. 또한 이를 보완하기 위하여 공정 챔버(10)와 진공펌프(40) 중간에 플라즈마 장치(30)를 배치시켜 이 가스들을 분해하는 시도도 이루어지고 있다. 이러한 플라즈마 장치(30)로는 페라이트 코어(34)를 구비하는 페라이트 코어형 플라즈마(Ferritecore plasma)가 사용된다. Therefore, as shown in FIG. 1 to treat such residual gas, a
그런데 이 경우에는 각 장비별로 다른 플라즈마 특성에 적절하게 대응하지 못할 뿐만아니라, 동일한 장비라도 공정특성 때문에 공정별로 다른 가스 종류, 가스량과 압력변화에 따른 임피던스(impedance)의 지속적인 변화 때문에, 플라즈마가 적절하게 대응하지 못하는 문제점이 있다. However, in this case, it is not possible to properly respond to different plasma characteristics for each equipment, and even for the same equipment, because of the continuous change in impedance according to different gas types, gas amounts, and pressure changes due to process characteristics, plasma is not properly generated. There is a problem that cannot be addressed.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 다중 정합 코일을 구비한 플라즈마 장치를 제공함으로써 다양한 가스종류와 가스량이 상이한 반도체 및 장비에 설치되더라도 하나의 동일한 장치로서 다양한 장비환경에 대응될 수 있는 진공배관 설치형 플라즈마 장치를 제공하는 것이다. The technical problem to be solved by the present invention is to provide a plasma apparatus having multiple matching coils, so that even if it is installed in semiconductors and equipment with different gas types and gas amounts, it is a single same device that can respond to various equipment environments as a vacuum pipe installation type plasma to provide the device.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 다중 정합코일을 구비한 플라즈마 처리장치는, 진공 챔버의 배기 라인에 설치되며, 내부 공간에 플라즈마를 발생시켜 내부 공간을 이동하는 기체를 처리하는 방전 공간부; 상기 방전 공간부의 상부에 상기 배기 라인과 상기 방전 공간부를 연결하여 설치되며, 상기 배기 라인을 통하여 배출되는 기체를 상기 방전 공간부로 유입시키는 기체 유입 챔버; 상기 방전 공간부의 하부에 상기 배기 라인과 상기 방전 공간부를 연결하여 설치되며, 상기 방전 공간부를 통과한 기체를 상기 배기 라인으로 배출시키는 기체 배출 챔버; 상기 방전 공간부의 외부를 감싸도록 설치되는 페라이트 코어부; 상기 페라이트 코어부를 감싸는 구조로 권선되어 설치되는 전기장 유도부; 상기 전기장 유도부에 교류 전원을 인가하는 전원 공급부; 상기 기체 유입 챔버 또는 기체 배출 챔버를 감싸는 방식으로 권선되는 하나 이상의 코일로 설치되며, 상기 전원 공급부에서 상기 전기장 유도부로 공급되는 교류 전원을 정합하는 정합 코일부;를 포함한다. Plasma processing apparatus having multiple matching coils according to the present invention for solving the above technical problem is installed in an exhaust line of a vacuum chamber, a discharge space for generating plasma in the internal space to process the gas moving in the internal space wealth; a gas inlet chamber installed in an upper portion of the discharge space by connecting the exhaust line and the discharge space, and configured to introduce a gas discharged through the exhaust line into the discharge space; a gas discharge chamber installed at a lower portion of the discharge space by connecting the exhaust line and the discharge space, and configured to discharge gas passing through the discharge space to the exhaust line; a ferrite core part installed to surround the outside of the discharge space part; an electric field induction part wound and installed in a structure surrounding the ferrite core part; a power supply unit for applying AC power to the electric field induction unit; and a matching coil unit installed with one or more coils wound in such a way as to surround the gas inlet chamber or the gas exhaust chamber, and matching the AC power supplied from the power supply unit to the electric field induction unit.
그리고 본 발명에서 상기 방전 공간부는, 알루미늄 재질로 이루어지며, 기체 흐름이 두 방향으로 나뉘는 구조인 것이 바람직하다. And in the present invention, it is preferable that the discharge space portion is made of an aluminum material and has a structure in which the gas flow is divided into two directions.
또한 본 발명에서 상기 정합 코일부는, 상기 기체 유입 챔버를 감싸도록 설치되며, 상기 전원 공급부로부터 교류 전원을 공급받아서 1차 정합하는 제1 정합 코일; 상기 기체 배출 챔버를 감싸도록 설치되며, 상기 제1 정합 코일로부터 교류 전원을 공급받아서 2차 정합하는 제2 정합 코일;을 포함하는 것이 바람직하다. In addition, in the present invention, the matching coil unit may include: a first matching coil installed to surround the gas inlet chamber and configured to receive AC power from the power supply unit to perform primary matching; It is preferable to include a; a second matching coil installed to surround the gas discharge chamber and configured to receive AC power from the first matching coil to perform secondary matching.
또한 본 발명에서 상기 제1 정합 코일은, 상기 기체 유입 챔버 외부를 감싸는 다수개의 제1 코일; 상기 다수개의 제1 코일을 병렬 연결하거나 직렬 연결하는 제1 코일 연결부;를 포함하는 것이 바람직하다. In addition, in the present invention, the first matching coil may include a plurality of first coils surrounding the outside of the gas inlet chamber; It is preferable to include a first coil connection unit for connecting the plurality of first coils in parallel or in series.
또한 본 발명에서 상기 제2 정합 코일은, 상기 기체 배출 챔버 외부를 감싸는 다수개의 제2 코일; 상기 다수개의 제2 코일을 병렬 연결하거나 직렬 연결하는 제2 코일 연결부;를 포함하는 것이 바람직하다. In addition, the second matching coil in the present invention, a plurality of second coils surrounding the outside of the gas discharge chamber; It is preferable to include a second coil connection unit for connecting the plurality of second coils in parallel or in series.
또한 본 발명에서, 상기 제1 코일 또는 제2 코일은 5 ~ 10 스퀘어 규격을 가지는 것이 바람직하다. In addition, in the present invention, the first coil or the second coil preferably has a size of 5 to 10 square.
또한 본 발명에서 상기 전원 공급부는 100 ~ 500 kHz의 주파수를 가지는 전력을 공급하는 것이 바람직하다. In addition, in the present invention, the power supply unit preferably supplies power having a frequency of 100 to 500 kHz.
또한 본 발명에 따른 다중 정합코일을 구비한 플라즈마 처리장치에는, 상기 방전 공간부 내부 공간에 말단이 노출되도록 설치되며, 초기 플라즈마를 점화하는 방전핀이 더 구비되는 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that the plasma processing apparatus having multiple matching coils according to the present invention further includes a discharge pin which is installed so that an end thereof is exposed in the inner space of the discharge space and ignites the initial plasma.
또한 본 발명에서 상기 방전핀은, 말단면의 단면적이 0.5 cm2 이하인 것이 바람직하다. In addition, in the present invention, it is preferable that the cross-sectional area of the distal end surface of the discharge pin is 0.5 cm 2 or less.
또한 본 발명에서, 상기 방전핀에는 전압이 15,000 ~ 20,000 V이고, 전류가 100 mA 이하인 전원이 공급되는 것이 바람직하다. In addition, in the present invention, it is preferable that a voltage of 15,000 ~ 20,000 V and a power of 100 mA or less is supplied to the discharge pin.
또한 본 발명에 따른 다중 정합코일을 구비한 플라즈마 처리장치에는, 상기 플라즈마 점화시에는 상기 방전핀에 전원을 인가하고, 상기 페라이트 코어부에 전원이 인가된 후에는 상기 방전핀에 인가된 전원을 차단하는 제어부가 더 구비되는 것이 바람직하다. In addition, in the plasma processing apparatus having multiple matching coils according to the present invention, power is applied to the discharge pin when the plasma is ignited, and the power applied to the discharge pin is cut off after power is applied to the ferrite core part. It is preferable that the control unit is further provided.
본 발명에 따른 다중 정합코일을 구비한 플라즈마 처리장치에 따르면 구비된 제1 정합코일과 제2 정합 코일의 직렬 또는 병렬 연결의 조합에 의하여 매칭박스 없이도 교류전력의 임피던스를 다양하게 조절가능하게 함으로써 전력을 효과적으로 전송할 수 있으며, 이에 따라 각기 다른 공정의 장비 및 상이한 플라즈마 임피던스 환경에 대하여 장치의 교체 없이 대응할 수 있는 장점이 있다. According to the plasma processing apparatus having multiple matching coils according to the present invention, the impedance of AC power can be variously adjusted without a matching box by a combination of a series or parallel connection of the provided first matching coil and the second matching coil. can be transmitted effectively, and accordingly, there is an advantage in that it can respond to equipment of different processes and environments of different plasma impedances without replacing the device.
또한 본 발명에 따른 다중 정합코일을 구비한 플라즈마 처리장치로서 여러 종류의 공정 조건에도 대응할 수 있는 장점이 있다. In addition, the plasma processing apparatus having multiple matching coils according to the present invention has the advantage of being able to respond to various kinds of process conditions.
도 1은 종래의 잔류가스 처리를 위한 플라즈마 처리장치의 설치 상태를 도시하는 블럭도이다.
도 2는 종래의 잔류가스 처리를 위한 플라즈마 처리장치의 내부 구조를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 구조를 도시하는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 구조를 도시하는 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 구조를 도시하는 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 내부 구조를 도시하는 단면 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 내부 구조를 도시하는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 구조를 도시하는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 구조를 도시하는 정면도이다.
도 10, 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 방전핀의 구조를 도시하는 사시도들이다.
도 12 내지 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1, 2 정합 코일의 서로 다른 연결 방법을 도시하는 도면들이다. 1 is a block diagram showing an installation state of a conventional plasma processing apparatus for residual gas processing.
2 is a view showing an internal structure of a conventional plasma processing apparatus for residual gas processing.
3 is a perspective view illustrating a structure of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a front view showing the structure of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 is an exploded perspective view showing the structure of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional perspective view illustrating an internal structure of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view illustrating an internal structure of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
8 is a perspective view showing the structure of a plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
9 is a front view showing the structure of a plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
10 and 11 are perspective views illustrating a structure of a discharge fin according to an embodiment of the present invention.
12 to 15 are views illustrating different connection methods of first and second matching coils according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 실시예에 따른 다중 정합코일을 구비한 플라즈마 처리장치(100)는 도 3 내지 7에 도시된 바와 같이, 방전 공간부(110), 기체 유입 챔버(120), 기체 배출 챔버(130), 페라이트 코어부(140), 전기장 유도부(150), 전원 공급부(160) 및 정합 코일부(170)를 포함하여 구성된다. As shown in FIGS. 3 to 7 , the
먼저 상기 방전 공간부(110)는 진공 챔버(10)의 배기 라인(20)에 설치되며, 내부 공간에 플라즈마를 발생시켜 내부 공간을 이동하는 기체를 처리하는 구성요소이다. 이때 상기 방전 공간부(110)는 알루미늄 재질로 이루어지며, 도 6, 7에 도시된 바와 같이, 기체 흐름이 두 방향으로 나뉘는 구조인 것이 바람직하다. 따라서 상기 방전 공간부(110)에는 두 갈래로 나눠진 2개의 방전 공간(111, 112)이 형성되고, 그 방전 공간(111, 112) 사이에는 개방 공간(113)이 형성된다. First, the
다음으로 상기 기체 유입 챔버(120)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 방전 공간부(110)의 상부에 상기 배기 라인(20)과 상기 방전 공간부(110)를 연결하여 설치되며, 상기 배기 라인(20)을 통하여 배출되는 기체를 상기 방전 공간부(110)로 유입시키는 구성요소이다. 따라서 상기 기체 유입 챔버(120)는 도 6, 7에 도시된 바와 같이, 상기 방전 공간부(110)의 상부와 연통되도록 내부 공간을 가지는 구조이며, 그 상부에는 상기 배기 라인(20)과 연결되는 연결관(122)이 형성된다. 이때 상기 연결관(122)은 상기 배기 라인(20)의 내경과 동일한 내경을 가지는 형상이 바람직하다. Next, as shown in FIG. 3 , the
물론 본 실시예에서 상기 기체 유입 챔버(120)와 상기 방전 공간부(110)는 도 3 내지 5에 도시된 바와 같이, 일체로 형성될 수도 있으며, 별도로 형성되어 서로 결합되는 구조를 가질 수도 있다. Of course, in the present embodiment, the
다음으로 상기 기체 배출 챔버(130)는 도 3, 4에 도시된 바와 같이, 상기 방전 공간부(110)의 하부에 상기 배기 라인(20)과 상기 방전 공간부(110)를 연결하여 설치되며, 상기 방전 공간부(110)를 통과한 기체를 상기 배기 라인(20)으로 배출시키는 구성요소이다. 따라서 상기 기체 배출 챔버(130)도 도 6, 7에 도시된 바와 같이, 상기 방전 공간부(110)의 하부와 연통되도록 일정한 내부 공간을 가지는 구조이며, 그 하부에는 상기 배기 라인(20)과 연결되는 연결관(132)이 형성된다. Next, as shown in FIGS. 3 and 4 , the
이때 상기 연결관(132)도 당연히 상기 배기 파인(20)의 내경과 동일한 내경을 가지는 형상이 바람직하다. In this case, it is preferable that the connecting
물론 본 실시예에서 상기 기체 배출 챔버(130)와 상기 방전 공간부(110)는 일체로 형성될 수도 있으며, 도 3 내지 5에 도시된 바와 같이, 별도로 형성되어 서로 결합되는 구조를 가질 수도 있다. Of course, in the present embodiment, the
다음으로 상기 페라이트 코어부(140)는 도 3, 4에 도시된 바와 같이, 상기 방전 공간부(110)의 외부를 감싸도록 설치되는 구성요소이다. 본 실시예에서 상기 방전 공간부(110)는 전술한 바와 같이, 방전 공간(111, 112)가 두 갈래로 나뉘어 지는 구조이므로, 상기 페라이트 코어부(140)도 2개의 방전 공간(111, 112)를 모두 감싸는 구조를 가진다. Next, as shown in FIGS. 3 and 4 , the ferrite core part 140 is a component installed to surround the outside of the
따라서 본 실시예에서 상기 페라이트 코어부(140)는 나란하게 설치되는 2 쌍의 페라이트 코어(141, 142)를 각각 구비하며, 이 2 쌍의 페라이트 코어(141, 142)는 상기 개방 공간(143)에서 서로 가장 접근된 상태이다. 따라서 상기 전기장 유도부(150)가 도 4에 도시된 바와 같이, 이 개방 공간(143) 위치에서 상기 2 쌍의 페라이트 코어(141, 142)를 한꺼번에 감싸도록 설치된다. Therefore, in this embodiment, the ferrite core part 140 includes two pairs of
상기 전기장 유도부(150)는 도 3, 4에 도시된 바와 같이, 상기 페라이트 코어부(140)를 감싸는 구조로 권선되어 설치되며, 상기 전원 공급부(160)에서 공급되는 교류 전원에 의하여 전기장을 유도하는 구성요소이다. 이때 상기 전기장 유도부(150)는 상기 1 ~ 4회의 권선수를 가지며, 10 ~ 200 μH의 인덕턴스를 가지는 것이 바람직하다. 그리고 본 실시예에서 상기 전기장 유도부(150)의 시단은 상기 정합 코일부(170)에 연결되고, 상기 전기장 유도부(150)의 종단은 접지된다. As shown in FIGS. 3 and 4 , the electric
다음으로 상기 전원 공급부(160)는 도 12 내지 15에 도시된 바와 같이, 상기 전기장 유도부(150)에 교류 전원을 인가하는 구성요소이다. 본 실시예에서 상기 전원 공급부(160)는 상기 정합 코일부(170)를 경유하여 교류 전원을 상기 전기장 유도부(150)에 인가하며, 구체적으로 100 ~ 500 kHz의 주파수를 가지는 전력을 공급하는 것이 바람직하다. Next, the
다음으로 상기 정합 코일부(170)는 도 3, 4에 도시된 바와 같이, 상기 기체 유입 챔버(120) 또는 기체 배출 챔버(130)를 감싸는 방식으로 권선되는 하나 이상의 코일로 설치되며, 상기 전원 공급부(160)에서 상기 전기장 유도부(150)로 공급되는 교류 전원을 정합하는 구성요소이다. 즉, 상기 정합 코일부(170)는 상기 기체 유입 챔버(120)와 기체 배출 챔버(130) 중 어느 하나 또는 둘 모두를 감싸는 방식으로 권선되는 다수개의 코일로 설치되며, 각 코일의 연결 방식 변경에 의하여 상기 전기장 유도부(50)로 공급되는 교류 전원을 정합하는 것이다. Next, the matching
이를 위하여 본 실시예에서 상기 정합 코일부(170)는, 도 3, 4에 도시된 바와 같이, 제1 정합 코일(171)과 제2 정합 코일(174)로 구성될 수 있다. 먼저 상기 제1 정합 코일(171)은 상기 기체 유입 챔버(120)를 감싸도록 설치되며, 상기 전원 공급부(160)로부터 교류 전원을 공급받아서 1차 정합하는 구성요소이다. To this end, in the present embodiment, the matching
그리고 상기 제1 정합 코일(171)은 도 3, 4에 도시된 바와 같이, 상기 기체 유입 챔버(120) 외부를 감싸는 다수개의 제1 코일(172)과 제1 코일 연결부(173)를 포함하여 구성된다. 여기에서 상기 제1 코일(172)은 도 3, 4에 도시된 바와 같이, 상기 기체 유입 챔버(120) 외부를 수회 감싸는 다수개의 코일로 구성되며, 상기 제1 코일 연결부(173)는 상기 다수개의 제1 코일(172)의 연결 부분에 설치되어 다수개의 제1 코일(172)을 직렬 또는 병렬 등으로 변경하여 연결하는 구성요소이다. And as shown in FIGS. 3 and 4 , the
그리고 본 실시예에서 상기 제1 코일(172)들은 도 3, 4에 도시된 바와 같이, 코일 설치 지그(177)에 의하여 안정적으로 상기 기체 유입 챔버(120) 외부에 설치되는 것이 바람직하며, 상기 코일 설치 지그(177)에는 다수개의 제1 코일(172)들이 일정한 간격을 유지하고 상기 기체 유입 챔버(120)에 권선되도록 다수개의 설치 슬롯을 가진다. And in this embodiment, the
또한 상기 제2 정합 코일(174)도 도 3, 4에 도시된 바와 같이, 상기 기체 배출 챔버(130)를 감싸도록 설치되며, 상기 제1 정합 코일(171)로부터 교류 전원을 공급받아서 2차 정합하는 구성요소이다. 즉, 상기 제2 정합 코일(174)은 상기 제1 정합 코일(171)과 전기적으로 연결되어 설치되며, 상기 제1 정합 코일(171)에 의하여 1차 정합된 교류 전원을 다시 2차 정합하는 것이다. In addition, as shown in FIGS. 3 and 4 , the
본 실시예에서 상기 제2 정합 코일(174)의 구체적인 구조는 상기 제1 정합 코일(171)의 그것과 실질적으로 동일하므로 이에 대한 반복 설명은 생략한다. In this embodiment, the detailed structure of the
한편 본 실시예에서 상기 제1 코일(172) 또는 제2 코일(175)은 5 ~ 10 스퀘어 규격을 가지는 것이, 교류 전원의 이동과 코일의 설치가 용이하여 바람직하다. 여기에서 '스퀘어'는 전선의 단면적을 나타내는 단위로서 mm2 을 말한다.Meanwhile, in the present embodiment, it is preferable that the
일반적으로 교류회로에서 총임피던스는 저항성분(resistivity), 커패시터성분(capacitance), 인덕터성분(inductance)의 복소제급근으로 이루어진다. 본 실시예에서 사용되는 페라이트 코어부(140)를 이용한 플라즈마 장치(100)의 경우에는, 저항성분과 커패시터 성분이 거의 없기 때문에, 총 임피던스는 인덕턴스값으로 구성된다고 볼 수 있다. 이를 식으로 나타내면 아래와 같다. In general, in an AC circuit, the total impedance consists of the complex square root of the resistivity component, the capacitor component, and the inductance component. In the case of the
< 식 1 ><
일반적으로 플라즈마용 전력장치는 출력임피던스가 고정되어 있기 때문에 플라즈마 챔버측에도 이 출력임피던스와 근사하도록 구성하여야 플라즈마를 효과적으로 유지할 수 있다. 따라서 플라즈마 장치와 전력 전원 사이에 임피던스 매칭을 할 수 있는 회로가 필요한 것이며, 본 실시예에서는 상기 정합 코일부(170)가 이러한 매칭 기능을 담당하는 것이다. In general, since the plasma power device has a fixed output impedance, the plasma chamber side must also be configured to approximate this output impedance to effectively maintain the plasma. Therefore, a circuit capable of performing impedance matching between the plasma device and the power source is required, and in the present embodiment, the matching
이러한 정합 코일부(170)에 의한 정합의 예가 도 12 내지 15에 도시되어 있다. 먼저 도 12의 경우, 제1 정합 코일(171)과 제2 정합 코일(174)을 직렬로 연결하고, 상기 제1, 2 정합 코일(171, 174) 내의 복수개의 코일도 직렬 연결하는 것이다. 이 경우의 총 임피던스(L(total))는 아래의 식에 의하여 구해진다. Examples of matching by the matching
< 식 2 >< Equation 2 >
L(total) = L1 + L2L(total) = L1 + L2
도 13의 경우, 제1, 2 정합 코일(171, 174) 내의 복수개의 코일들은 서로 직렬 연결하고, 제1 정합 코일(171)과 제2 정합 코일(174)은 서로 병렬 연결한 경우이다. 이 경우의 총 임피던스(L(total))는 아래의 식에 의하여 구해진다. 13 , a plurality of coils in the first and second matching coils 171 and 174 are connected in series with each other, and the
< 식 3 ><Equation 3>
L(total) = L1×L2/(L1 + L2)L(total) = L1×L2/(L1 + L2)
또한 도 14의 경우, 교류 전원이 제1 정합 코일(171)은 건너 뛰고, 제2 정합 코일(174)만 지나도록 연결되고, 제2 정합 코일(174) 내의 모든 코일들은 직렬 연결된 경우이다. 이 경우 총 임피던스(L(total))는 L1과 동일하다. Also, in the case of FIG. 14 , the AC power supply skips the
마지막으로 도 15의 경우, 제1 정합 코일(171)과 제2 정합 코일(174)은 직렬 연결하되, 제1, 2 정합 코일(171, 174) 내의 복수개의 코일들은 서로 병렬 연결한 경우이다. 이 경우 총 임피던스(L(total))는 아래의 식에 의하여 구해진다. Finally, in the case of FIG. 15 , the
< 식 4 ><Equation 4>
L(total) = La×Lb/(La + Lb) + Lc×Ld/(Lc + Ld)L(total) = La×Lb/(La + Lb) + Lc×Ld/(Lc + Ld)
이렇게 본 실시예에 따른 정합 코일부(170)에서는 각 정합 코일(171, 174)의 연결 관계 및 한 정합 코일 내의 코일 간의 연결 관계를 변화시켜 매우 다양한 임피던스를 제공할 수 있는 것이다. 따라서 해당 공정 조건에서 가장 플라즈마 발생에 적합한 임피던스를 각 코일 간의 연결관계를 변화시켜 정합할 수 있는 것이다. In this way, in the matching
그리고 본 실시예에 따른 다중 정합코일을 구비한 플라즈마 처리장치(100)에는 도 8, 9에 도시된 바와 같이, 방전핀(180)이 더 구비되는 것이 바람직하다. 상기 방전핀(180)은 도 8, 9에 도시된 바와 같이, 상기 방전 공간부(110) 내부 공간(111, 112)에 말단이 노출되도록 설치되며, 초기 플라즈마를 점화하는 구성요소이다. In addition, as shown in FIGS. 8 and 9 , the
이를 위하여 본 실시예에서 상기 방전핀(180)은 말단면(183)의 단면적이 0.5 cm2 이하인 것이, 용이한 방전을 위하여 바람직하다. 또한 상기 방전핀(180)에는 전압이 15,000 ~ 20,000 V이고, 전류가 100 mA 이하인 전원이 공급되는 것이, 효과적인 방전을 위하여 바람직하다. To this end, in the present embodiment, the discharging
구체적으로 상기 방전핀(180)은 방전핀 설치 지그(182)에 의하여 상기 방전 공간부(110)에 형성되어 있는 방전핀 설치홀(181)을 관통하여 설치된다. Specifically, the
그리고 본 실시예에 따른 다중 정합코일을 구비한 플라즈마 처리장치(100)에는 상기 플라즈마 점화시에는 상기 방전핀(180)에 전원을 인가하고, 상기 페라이트 코어부(140)에 전원이 인가된 후에는 상기 방전핀(180)에 인가된 전원을 차단하는 제어부(도면에 미도시)가 더 구비되는 것이 바람직하다. And in the
100 : 본 발명에 따른 다중 정합코일을 구비한 플라즈마 처리장치
110 : 방전 공간부 120 : 기체 유입 챔버
130 : 기체 배출 챔버 140 : 페라이트 코어부
150 : 전기장 유도부 160 : 전원 공급부
170 : 정합 코일부 180 : 방전핀100: plasma processing apparatus having multiple matching coils according to the present invention
110: discharge space 120: gas inlet chamber
130: gas discharge chamber 140: ferrite core part
150: electric field induction unit 160: power supply
170: matching coil unit 180: discharge pin
Claims (8)
상기 방전 공간부의 상부에 상기 배기 라인과 상기 방전 공간부를 연결하여 설치되며, 상기 배기 라인을 통하여 배출되는 기체를 상기 방전 공간부로 유입시키는 기체 유입 챔버;
상기 방전 공간부의 하부에 상기 배기 라인과 상기 방전 공간부를 연결하여 설치되며, 상기 방전 공간부를 통과한 기체를 상기 배기 라인으로 배출시키는 기체 배출 챔버;
상기 방전 공간부의 외부를 감싸도록 설치되는 페라이트 코어부;
상기 페라이트 코어부를 감싸는 구조로 권선되어 설치되는 전기장 유도부;
상기 전기장 유도부에 교류 전원을 인가하는 전원 공급부;
상기 기체 유입 챔버 또는 기체 배출 챔버를 감싸는 방식으로 권선되는 하나 이상의 코일로 설치되며, 상기 전원 공급부에서 상기 전기장 유도부로 공급되는 교류 전원을 정합하는 정합 코일부;를 포함하는 다중 정합코일을 구비한 플라즈마 처리장치.a discharge space unit installed in the exhaust line of the vacuum chamber, generating plasma in the internal space to process the gas moving in the internal space;
a gas inlet chamber installed in an upper portion of the discharge space by connecting the exhaust line and the discharge space, and configured to introduce a gas discharged through the exhaust line into the discharge space;
a gas discharge chamber installed at a lower portion of the discharge space by connecting the exhaust line and the discharge space, the gas exhaust chamber discharging the gas passing through the discharge space to the exhaust line;
a ferrite core part installed to surround the outside of the discharge space part;
an electric field induction part wound and installed in a structure surrounding the ferrite core part;
a power supply unit for applying AC power to the electric field induction unit;
Plasma with multiple matching coils including; a matching coil part installed with one or more coils wound in a manner that surrounds the gas inlet chamber or the gas exhaust chamber, and matching the AC power supplied from the power supply part to the electric field induction part processing unit.
알루미늄 재질로 이루어지며, 기체 흐름이 두 방향으로 나뉘는 구조인 것을 특징으로 하는 다중 정합코일을 구비한 플라즈마 처리장치.According to claim 1, wherein the discharge space portion,
Plasma processing apparatus with multiple matching coils, characterized in that it is made of aluminum and has a structure in which gas flow is divided in two directions.
상기 기체 유입 챔버를 감싸도록 설치되며, 상기 전원 공급부로부터 교류 전원을 공급받아서 1차 정합하는 제1 정합 코일;
상기 기체 배출 챔버를 감싸도록 설치되며, 상기 제1 정합 코일로부터 교류 전원을 공급받아서 2차 정합하는 제2 정합 코일;을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 정합코일을 구비한 플라즈마 처리장치.According to claim 1, wherein the matching coil unit,
a first matching coil installed to surround the gas inlet chamber and configured to receive AC power from the power supply and perform primary matching;
and a second matching coil installed to surround the gas exhaust chamber and configured to receive AC power from the first matching coil to perform secondary matching.
상기 기체 유입 챔버 외부를 감싸는 다수개의 제1 코일;
상기 다수개의 제1 코일을 병렬 연결하거나 직렬 연결하는 제1 코일 연결부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 정합코일을 구비한 플라즈마 처리장치.According to claim 3, The first matching coil,
a plurality of first coils surrounding the outside of the gas inlet chamber;
and a first coil connection unit for connecting the plurality of first coils in parallel or in series.
상기 기체 배출 챔버 외부를 감싸는 다수개의 제2 코일;
상기 다수개의 제2 코일을 병렬 연결하거나 직렬 연결하는 제2 코일 연결부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 정합코일을 구비한 플라즈마 처리장치.According to claim 3, The second matching coil,
a plurality of second coils surrounding the outside of the gas discharge chamber;
and a second coil connection unit for connecting the plurality of second coils in parallel or in series.
상기 제1 코일 또는 제2 코일은 5 ~ 10 스퀘어 규격을 가지는 것을 특징으로 하는 다중 정합코일을 구비한 플라즈마 처리장치.6. The method according to any one of claims 4 or 5,
The plasma processing apparatus having multiple matching coils, characterized in that the first coil or the second coil has a size of 5 to 10 square.
100 ~ 500 kHz의 주파수를 가지는 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 다중 정합코일을 구비한 플라즈마 처리장치.According to claim 1, wherein the power supply unit,
Plasma processing apparatus having multiple matching coils, characterized in that supplying power having a frequency of 100 to 500 kHz.
상기 방전 공간부 내부 공간에 말단이 노출되도록 설치되며, 초기 플라즈마를 점화하는 방전핀이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 다중 정합코일을 구비한 플라즈마 처리장치.According to claim 1,
Plasma processing apparatus with multiple matching coils, characterized in that the discharge pin is installed so that the end is exposed in the inner space of the discharge space, and further comprises a discharge pin for igniting the initial plasma.
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