KR20220015629A - 플라즈마 반응기 및 플라즈마 처리 시스템 - Google Patents

플라즈마 반응기 및 플라즈마 처리 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 관점에 따른 플라즈마 반응기는, 일측에 가스 유입부가 형성되고, 타측에 가스 배출부가 형성되며, 내부에 환형 루프 공간이 형성되는 반응 몸체와, 상기 반응 몸체의 일부분을 둘러싸는 형상으로 형성되고, 상기 환형 루프 공간 내의 가스를 여기시켜서 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 전원부에 연결된 일차 권선이 감겨져 있는 마그네틱 코어부와, 상기 환형 루프 공간 내에 생성된 상기 플라즈마의 전기적 파라미터값을 전기 유도 방식으로 측정하기 위한 센서부와, 상기 센서부로부터 측정된 상기 플라즈마의 전기적 파라미터값을 전달받아 상기 플라즈마의 상태를 모니터링하는 제어부를 포함한다.

Description

플라즈마 반응기 및 플라즈마 처리 시스템{Plasma reactor and plasma processing system}
본 발명은 플라즈마 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 플라즈마 방전은 활성 가스를 생성하기 위한 가스 여기에 사용되고 있다. 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며, 대표적으로 반도체 또는 디스플레이 제조 공정, 예컨대, 증착(deposition), 식각(etching), 애싱(ashing) 등 다양한 공정에 사용되고 있다.
최근, 반도체 장치의 제조를 위한 웨이퍼나 LCD 글라스 기판은 더욱 대형화 되어 가고 있다. 그러므로 플라즈마 생성에 대한 제어 능력이 높고, 대면적의 처리 능력을 갖는 확장성이 용이한 플라즈마 반응기가 요구되고 있다. 나아가, 기판의 대형화에 따라 공정 챔버의 볼륨도 증가되고 있어서 고밀도의 활성 가스를 충분히 원격으로 공급할 수 있는 플라즈마 반응기가 요구되고 있다.
한편, 플라즈마 반응기는 변압기 결합 플라즈마(transformer coupled plasma, TCP)를 사용한 것과 유도 결합 플라즈마(inductively coupled plasma, ICP)를 사용한 것이 있다. 변압기 결합 플라즈마(TCP)를 사용한 플라즈마 반응기는 토로이달 구조의 반응 몸체에 일차 권선 코일을 갖는 마그네틱 코어가 장착된 구조를 갖는다. 유도 결합 플라즈마(ICP)를 사용한 플라즈마 반응기는 중공형 튜브 구조의 반응 몸체에 유도 결합 안테나가 장착된 구조를 갖는다.
변압기 결합 플라즈마를 이용한 플라즈마 반응기에 있어서, 플라즈마 환경에 대한 모니터링 및 이를 이용한 피드백 제어가 중요해지고 있다. 하지만, 수시로 변화되는 플라즈마 환경 하에서, 가스의 분해율이나, 플라즈마 밀도를 직접적으로 확인할 수 있는 방법이 없기 때문에 플라즈마 발생 상태나 플라즈마 효율을 정확하게 확인할 수 없었고, 이로 인하여 최적의 상태로 플라즈마를 항상 운영할 수 없어서 플라즈마 효율이 크게 떨어지고 있다.
이에 대해서, 일차 권선 코일의 전기 파라미터를 통해서 반응 몸체 내의 플라즈마를 간접적으로 모니터링하는 시도가 있다. 하지만, 변압기 결합 플라즈마에 있어서 일차측을 통한 이차측의 간접 모니터링은 한계가 있고, 이를 통한 전력 제어 또한 한계가 있다. 나아가, 플라즈마 반응기에 있어서 환형 루프 내 좌우 플라즈마 불균일로 인해서 파티클이 생성되고 활성 가스 생성 효율이 크게 감소되어 이에 대한 개선이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 플라즈마 환경의 모니터링이 가능하고, 이를 기초로 활성 가스를 안정적으로 생성할 수 있는 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 플라즈마 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따른 플라즈마 반응기는, 일측에 가스 유입부가 형성되고, 타측에 가스 배출부가 형성되며, 내부에 환형 루프 공간이 형성되는 반응 몸체와, 상기 반응 몸체의 일부분을 둘러싸는 형상으로 형성되고, 상기 환형 루프 공간 내의 가스를 여기시켜서 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 전원부에 연결된 일차 권선이 감겨져 있는 마그네틱 코어부와, 상기 환형 루프 공간 내에 생성된 상기 플라즈마의 전기적 파라미터값을 전기 유도 방식으로 측정하기 위한 센서부와, 상기 센서부로부터 측정된 상기 플라즈마의 전기적 파라미터값을 전달받아 상기 플라즈마의 상태를 모니터링하는 제어부를 포함한다.
상기 플라즈마 반응기에 따르면, 상기 센서부는, 상기 반응 몸체의 일부분을 둘러싸는 형상으로 형성되고, 상기 마그네틱 코어부와 이격된 부가 마그네틱 코어부와, 상기 부가 마그네틱 코어부에 감겨져, 상기 환형 루프 공간 내 상기 플라즈마에 의한 상기 부가 마그네틱 코어부의 자속 변화에 의해서 유도 전류가 흐를 수 있는 전류 코일을 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 반응기에 따르면, 상기 반응 몸체는 상기 가스 유입부로부터 양측으로 분기되어 상기 가스 배출부에서 모이는 제 1 반응부 및 제 2 반응부를 포함하고, 상기 센서부는 상기 제 1 반응부 내 제 1 플라즈마의 제 1 전기적 파라미터값을 측정하기 위한 제 1 센서부 및 상기 제 2 반응부 내 제 2 플라즈마의 제 2 전기적 파라미터값을 측정하기 위한 제 2 센서부를 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 반응기에 따르면, 상기 제어부는 상기 제 1 센서부의 상기 제 1 전기적 파라미터값 및 상기 제 2 센서부의 상기 제 2 전기적 파라미터값으로부터 상기 제 1 반응부의 상기 제 1 플라즈마 및 상기 제 2 반응부의 상기 제 2 플라즈마가 균형 상태를 유지하도록 상기 전원부의 전력 또는 그 전달을 제어할 수 있다.
상기 플라즈마 반응기에 따르면, 상기 마그네틱 코어부는 상기 제 1 반응부를 둘러싸도록 형성된 제 1 마그네틱 코어부 및 상기 제 2 반응부를 둘러싸도록 형성된 제 2 마그네틱 코어부를 포함하고, 상기 일차 권선은 상기 제 1 마그네틱 코어부에 감겨진 제 1 권선 코일 및 상기 제 2 마그네틱 코어부에 감겨진 제 2 권선 코일을 포함하고, 상기 제 1 권선 코일에는 제 1 가변 커패시터가 더 연결되고, 상기 제 2 권선 코일에는 제 2 가변 커패시터가 더 연결되고, 상기 제어부는 상기 제 1 센서부의 상기 제 1 전기적 파라미터값 및 상기 제 2 센서부의 상기 제 2 전기적 파라미터값으로부터 상기 제 1 가변 커패시터 및 사기 제 2 가변 커패시터의 값들을 제어할 수 있다.
상기 플라즈마 반응기에 따르면, 상기 제 1 센서부는, 상기 제 1 반응부의 일부분을 둘러싸는 형상으로 형성되고, 상기 제 1 마그네틱 코어부와 이격된 제 1 부가 마그네틱 코어부와 상기 제 1 부가 마그네틱 코어부에 감겨져, 상기 제 1 반응부 내 상기 제 1 플라즈마에 의한 상기 제 1 부가 마그네틱 코어부의 자속 변화에 의해서 유도 전류가 흐를 수 있는 제 1 전류 코일을 포함하고, 상기 제 2 센서부는, 상기 제 2 반응부의 일부분을 둘러싸는 형상으로 형성되고, 상기 제 2 마그네틱 코어부와 이격된 제 2 부가 마그네틱 코어부와, 상기 제 2 부가 마그네틱 코어부에 감겨져, 상기 제 2 반응부 내 상기 제 2 플라즈마에 의한 상기 제 2 부가 마그네틱 코어부의 자속 변화에 의해서 유도 전류가 흐를 수 있는 제 2 전류 코일을 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 반응기에 따르면, 상기 제 1 센서부 및 상기 제 2 센서부는 전류 트랜스포머를 각각 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 반응기에 따르면, 상기 제어부는 상기 가스 배출부에 연결된 공정 챔버 내 공정 파라미터값을 더 전달받고, 상기 플라즈마의 전기적 파라미터값 및 상기 공정 파라미터값으로부터 상기 플라즈마의 상태를 모니터링하고 상기 전원부의 전력 또는 그 전달을 제어할 수 있다.
상기 플라즈마 반응기에 따르면, 상기 제어부는 상기 가스 배출부 및 상기 공정 챔버 사이의 주변 파라미터값을 더 전달받고, 상기 플라즈마의 전기적 파라미터값, 상기 공정 파라미터값 및 상기 주변 파라미터값으로부터 상기 플라즈마의 상태를 모니터링하고 상기 전원부의 전력 또는 그 전달을 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따른 플라즈마 처리 시스템은, 전술한 플라즈마 반응기와, 상기 플라즈마 반응기의 상기 가스 배출부에 연결되어 처리 가스를 공급받아 기판을 처리하기 위한 공정 챔버를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 반응기 및 플라즈마 처리 시스템에 따르면, 플라즈마의 전기적 파라미터의 측정을 통해서 플라즈마 환경의 모니터링이 가능하고, 이를 기초로 전원부의 전력 또는 그 전달을 제어하여, 활성 가스를 안정적으로 생성할 수 있는 수 있는 효과를 가질 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 반응기의 센서부를 보여주는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 플라즈마 반응기를 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 3의 플라즈마 반응기의 주요 구성을 개략적으로 보여주는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 플라즈마 반응기를 보여주는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 플라즈마 반응기 및 이를 포함하는 플라즈마 처리 시스템을 보여주는 개략적인 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 다음 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예들에 따른 플라즈마 반응기(100)를 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 플라즈마 반응기(100)는 반응 몸체(110), 마그네틱 코어부(130), 센서부(150) 및 제어부(160)를 포함할 수 있다.
반응 몸체(110)는 플라즈마가 생성되는 반응 공간을 한정할 수 있다. 예를 들어, 반응 몸체(110)는 그 일측에 가스 유입부(120)가 형성되고, 타측에 가스 배출부(130)가 형성되며, 내부에 환형 루프 공간(112)이 형성될 수 있다. 따라서, 가스가 가스 유입부(120)로 유입되어 환형 루프 공간(112) 내에서 활성화되어, 가스 배출부(130)로 활성 가스가 배출될 수 있다. 환형 루프 공간(112)은 토로이달 반응 공간으로 불릴 수도 있다.
반응 몸체(110)는 하나의 구조로 형성되거나 또는 여러 블록으로 구성될 수 있다. 반응 몸체(110)는 절연 코팅이 이루어진 전도성 금속으로 구성되거나 또는 석영과 같은 절연물로 구성될 수도 있다. 반응 몸체(110)는 환형 루프 공간(112)을 갖도록 튜브 형상으로 형성되거나 또는 내측에 환형 루프 공간(112)이 가공된 블록 구조물로 형성될 수도 있다.
일부 실시예에서, 반응 몸체(110)는 복수의 절연부(114)를 기준으로 여러 블록으로 조립될 수 있으며, 예컨대 상부 블록, 중간 블록, 하부 블록으로 구분될 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 상부 블록에서 가스 유입부(120)를 통해서 유입된 가스가 두 유로로 분지되고, 중간 블록은 한 쌍으로 구성되어 분지된 두 유로에 각각 결합되고, 하부 블록에서 두 유로가 합쳐져 가스가 가스 배출부(125)로 배출될 수 있다.
나아가, 상부 블록, 중간 블록 및 하부 블록은 단일 블록으로 구성되거나 또는 이 중 일부가 여러 블록으로 조립되어 구성될 수도 있다.
마그네틱 코어부(130)는 변압기(transformer)의 코어로 기능하며, 일차 권선(140)에 의한 자기력이 반응 몸체(110)의 환형 루프 공간(112)을 둘러싸는 형태로 배치되도록, 반응 몸체(110)의 일부분을 둘러싸는 형상으로 형성될 수 있다. 일차 권선(140)은 전원부(145)에 연결되어 전력을 전송하며, 마그네틱 코어부(130)에 감겨져 있다.
예를 들어, 마그네틱 코어부(130)는 하나 또는 복수의 마그네틱 코어들을 포함할 수 있다. 마그네틱 코어들은 반응 몸체(110)의 신장 방향을 따라서 이격되게 반응 몸체(110)를 실질적으로 한바퀴 둘러싸는 형태로 배치될 수 있다. 예를 들어, 마그네틱 코어들은 반응 몸체(110)의 중간 블록을 수평 방향으로 둘러싸도록 배치될 수 있다. 마그네틱 코어들은 자성 물질로 구성될 수 있고, 예컨대 페라이트(ferrite)로 구성될 수 있다.
나아가, 마그네틱 코어들은 중간 블록이 두 부분으로 나누어진 경우, 이 두 부분들을 모두 둘러싸도록 배치될 수도 있다. 예를 들어, 도 1에서 마그네틱 코어들은 두 중간 블록을 둘러싸는 부분이 서로 연결되게 형성될 수 있다. 마그네틱 코어들은 수직 구조의 중간 블록을 따라서 수직으로 적층된 형태로 배치될 수 있다. 한편, 반응 몸체(110)가 전체적으로 환형 튜브 형태로 형성된 경우, 마그네틱 코어들은 이러한 환형 튜브를 따라서 배치될 수도 있다.
일부 실시예에서, 마그네틱 코어부(130) 내 각 마그네틱 코어는 환형의 단일 구조로 형성되거나 또는 복수의 조각들이 결합된 구조로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 두 조각들이 서로 마주보는 형태로 배치될 수 있고, 두 조각들은 서로 접촉되거나 또는 자력선이 폐루프를 형성하는 한도 내에서 조금 이격될 수도 있다.
일차 권선(140)은 마그네틱 코어부(130)의 일부분을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 일차 권선(140)은 마그네틱 코어부(130)의 일부분 상에 1회전 이상 감겨져 있다. 마그네틱 코어부(130)의 루프와 일차 권선(140)의 루프는 실질적으로 수직 방향으로 배치될 수 있다.
이러한 구조는 전체적으로 변압기를 구성할 수 있다. 마그네틱 코어부(130)에 일차 권선(140)이 감겨져 있고, 마그네틱 코어부(130)를 감싸는 형태로 반응 몸체(110)의 환형 루프 공간(112)이 배치될 수 있다. 즉, 환형 루프 공간(112)이 변압기의 2차측이 될 수 있다. 이에 따라, 일차 권선(140)에 1차 전류가 흐르게 되면, 마그네틱 코어부(130)에 자기력이 유도되고, 이러한 유도 자기력에 의해서 환형 루프 공간(112)에 2차 전류가 유도되면서 플라즈마가 형성될 수 있다. 이러한 의미에서 이 플라즈마는 변압기 유도 플라즈마(transformer coupled plasma, TCP)라고 불릴 수도 있다.
이 플라즈마에 의해서 환형 루프 공간(112) 내에 가스들이 활성화될 수 있다. 이러한 활성 가스는 라디칼(radical), 이온 등을 포함할 수 있다. 이러한 활성 가스는 가스 배출부(125)를 통해서 필요한 곳으로 공급될 수 있다. 이러한 의미에서 플라즈마 반응기(100)는 원격 플라즈마 생성기(remote plasma generator, RPG), 원격 플라즈마 소스(remote plasma source, RPS) 또는 리모트 플라즈마 시스템(remote plasma system, RPS)으로 불릴 수도 있다. 하지만, 본 발명이 이러한 명칭에 의해서 제한되지는 않는다.
센서부(150)는 환형 루프 공간(112) 내에 생성된 플라즈마의 전기적 파라미터값을 측정하기 위해서 제공될 수 있다. 예를 들어, 센서부(150)는 전기 유도 방식으로 플라즈마의 전기적 파라미터값을 측정하도록 반응 몸체(110)의 외부에 설치될 수 있다. 나아가, 센서부(150)는 플라즈마의 전기적 파라미터로 환형 루프 공간(112) 내 플라즈마의 전압 또는 전류 등을 측정할 수 있다. 예를 들어, 센서부(150)는 전류 트랜스포머(current transformer)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 센서부(150)는 부가 마그네틱 코어부(152), 전류 코일(154) 및 전기 측정기(156)를 포함할 수 있다. 부가 마그네틱 코어부(152)는 반응 몸체(110)의 일부분을 둘러싸는 형상으로 형성될 수 있다. 부가 마그네틱 코어부(152)는 일차 권선(140)이 감겨져 있지 않아서 일차 권선(140)으로부터 전력을 유도 받지 않는다는 점에서 변압기 결합 플라즈마(TCP) 형성을 위한 마그네틱 코어부(130)와 구분될 수 있다. 부가 마그네틱 코어부(152)는 마그네틱 코어부(130)와 서로 이격되게 배치될 수 있다.
전류 코일(154)은 부가 마그네틱 코어부(152)에 감겨져 있고, 전기 측정기(156)에 연결되어 있다. 환형 루프 공간(112) 내 플라즈마에 의해 부가 마그네틱 코어부(152)에 자속이 유도되고, 전류 코일(154)에는 부가 마그네틱 코어부(152)의 자속 변화에 의해서 유도 전류가 흐를 수 있다. 전기 측정기(156)는 전류 코일(154) 내 전기적 파라미터값, 예컨대 전압, 전류 정보를 측정할 수 있다.
센서부(150)를 통한 전기적 파라미터값은 환형 루프 공간(112) 내 플라즈마로부터 직접 유도된 값이므로, 환형 루프 공간(112) 내 플라즈마의 상태를 대변한다고 볼 수 있다. 따라서, 센서부(150)를 통한 플라즈마 모니터링은 변압기의 일차측, 즉 전원부(145) 또는 일차 권선(140)의 모니터링을 통한 2차측 플라즈마의 추정보다 실제 상황을 잘 대변한다고 볼 수 있다.
제어부(160)는 센서부(150)부터 측정된 플라즈마의 전기적 파라미터값을 전달받아 플라즈마의 상태를 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 제어부(160)는 플라즈마의 전기적 파라미터값으로부터 플라즈마 반응기(100)의 분해율을 추정하거나 또는 환형 루프 공간(112) 내 아크 발생 또는 파티클 발생 여부를 모니터링할 수 있다.
나아가, 제어부(160)는 전술한 모니터링 결과를 바탕으로, 플라즈마 반응기(100)의 구동을 제어하여, 활성 가스의 생성을 안정화할 수 있다. 예를 들어, 제어부(160)는 플라즈마를 제어하기 위하여, 전원부(145)의 전력을 제어하거나 또는 전원부(145)로부터 반응 몸체(110)로의 전력 전달을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 제어부(160)는 전력 제어 방식, 예컨대 펄스폭 변조(pulse width modification, PWM, 펄스 주파수 변조(pulse frequency modification, PFM) 등을 바꾸거나 또는 전력 전달에 있어서 공진 회로 등의 구성을 변경할 수 있다.
전술한 플라즈마 반응기(100)에서 생성된 활성 가스는 반도체, 디스플레이 또는 솔라셀 등의 제조 장치에서 챔버를 세정하기 위한 세정 가스로 사용되거나 또는 기판을 처리하기 위한 공정 가스로 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 플라즈마 반응기(100a)를 보여주는 단면도이고, 도 4는 도 3의 플라즈마 반응기(100a)의 주요 구성을 개략적으로 보여주는 사시도이다. 플라즈마 반응기(100a)는 도 1의 플라즈마 반응기(100)에서 일부 구성을 변형하거나 부가한 것이고, 따라서 두 실시예들은 서로 참조할 수 있고 중복된 설명은 생략된다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 플라즈마 반응기(100a)에는 환형 루프 공간(112)의 양측을 별도로 모니터링하기 위해서 일부 구성을 분리하거나 또는 일부 구성이 더 부가되어 있다.
예를 들어, 반응 몸체(110)는 가스 유입부(120)로부터 양측으로 분기되어 가스 배출부(125)에서 모이는 제 1 반응부(110a) 및 제 2 반응부(110b)를 포함할 수 있다. 즉, 제 1 반응부(110a)는 환형 루프 공간(112)의 일측 반루프 공간을 포함하고, 제 2 반응부(110b)는 환형 루프 공간(112)의 타측 반루프 공간을 포함할 수 있다.
센서부(150)는 제 1 반응부(110a)에 설치되어 제 1 반응부(110a) 내 제 1 플라즈마의 제 1 전기적 파라미터값을 측정하기 위한 제 1 센서부(150a) 및 제 2 반응부(110b)에 설치되어 제 2 반응부(110b) 내 제 2 플라즈마의 제 2 전기적 파라미터값을 측정하기 위한 제 2 센서부(150b)를 포함할 수 있다.
마그네틱 코어부(130)는 제 1 반응부(110a)를 둘러싸도록 형성된 제 1 마그네틱 코어부(130a) 및 제 2 반응부(110b)를 둘러싸도록 형성된 제 2 마그네틱 코어부(130b)를 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 마그네틱 코어부(130a) 및 제 2 마그네틱 코어부(130b)는 서로 전기적으로 분리될 수 있다. 일차 권선(140)은 제 1 마그네틱 코어부(130a) 및 제 2 마그네틱 코어부(130b)에 함께 감겨질 수 있다.
예를 들어, 제 1 센서부(150a) 및 제 2 센서부(150b)는 각각 전류 트랜스포머를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 제 1 센서부(150a)는 제 1 반응부(110a)의 일부분을 둘러싸는 형상으로 형성되고, 제 1 마그네틱 코어부(130a)와 이격된 제 1 부가 마그네틱 코어부(152a)와 제 1 부가 마그네틱 코어부(152a)에 감겨져, 제 1 반응부(110a) 내 제 1 플라즈마에 의한 제 1 부가 마그네틱 코어부(130a)의 자속 변화에 의해서 유도 전류가 흐를 수 있는 제 1 전류 코일(154a)을 포함할 수 있다. 나아가, 제 1 센서부(150a)는 제 1 전류 코일(154a)에 연결된 제 1 전기 측정기(156a)를 더 포함할 수 있다.
제 2 센서부(150b)는 제 2 반응부(110b)의 일부분을 둘러싸는 형상으로 형성되고, 제 2 마그네틱 코어부(130b)와 이격된 제 2 부가 마그네틱 코어부(152b)와, 제 2 부가 마그네틱 코어부(152b)에 감겨져, 제 2 반응부(110b) 내 제 2 플라즈마에 의한 제 2 부가 마그네틱 코어부(152b)의 자속 변화에 의해서 유도 전류가 흐를 수 있는 제 2 전류 코일(154b)을 포함할 수 있다. 나아가, 제 2 센서부(150b)는 제 2 전류 코일(154b)에 연결된 제 2 전기 측정기(156b)를 더 포함할 수 있다.
제어부(160)는 제 1 센서부(150a)의 제 1 전기적 파라미터값 및 제 2 센서부(150b)의 제 2 전기적 파라미터값으로부터 제 1 반응부(110a)의 제 1 플라즈마 및 제 2 반응부(110b)의 제 2 플라즈마를 분리해서 모니터링할 수 있다. 특히, 제어부(160)는 제 1 반응부(110a)의 제 1 플라즈마 및 제 2 반응부(110b)의 제 2 플라즈마의 균형 상태를 모니터링하고, 이를 기초로 플라즈마 반응기(100a)를 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 플라즈마 반응기(100b)를 보여주는 단면도이다. 플라즈마 반응기(100b)는 도 4의 플라즈마 반응기(100a)에서 일부 구성을 변형하거나 부가한 것이고, 따라서 도 1 내지 도 4의 플라즈마 반응기들(100, 100a)을 참조할 수 있고, 중복된 설명은 생략된다.
도 5를 참조하면, 플라즈마 반응기(100b)는 제 1 반응부(110a)의 제 1 플라즈마와 제 2 반응부(110b)의 제 2 플라즈마의 균형 상태를 유지할 수 있도록 전원부(145)의 전력 또는 그 전달을 제어할 수 있다.
일차 권선(140)은 제 1 마그네틱 코어부(130a)에 감겨진 제 1 권선 코일(140a) 및 제 2 마그네틱 코어부(130b)에 감겨진 제 2 권선 코일(140b)을 포함할 수 있다. 제 1 권선 코일(140a)에는 제 1 가변 커패시터(142a)가 더 연결되고, 제 2 권선 코일(140b)에는 제 2 가변 커패시터(142b)가 더 연결될 수 있다.
제어부(160)는 제 1 센서부(150a)의 제 1 전기적 파라미터값 및 제 2 센서부(150b)의 제 2 전기적 파라미터값으로부터 제 1 반응부(110a)의 제 1 플라즈마와 제 2 반응부(110b)의 제 2 플라즈마의 균형 상태를 모니터링하고, 불균형이 발생되면 제 1 반응부(110a)와 제 2 반응부(110b)의 전력 전달을 가변시키기 위해서 제 1 가변 커패시터(142a) 및 제 2 가변 커패시터(142b)의 값들을 제어할 수 있다.
이와 같이, 제 1 반응부(110a)의 제 2 플라즈마와 제 2 반응부(110b)의 제 2 플라즈마의 균형을 유지시키면, 전체적으로 플라즈마 균형을 유지할 수 있어서, 환형 루프 공간(112) 내 플라즈마 불균형으로 인한 분해율 저하 및 파티클 발생 등을 억제할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 시스템(200)을 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 6을 참조하면, 기판 처리 시스템(200)은 플라즈마 반응기(100a) 및 공정 챔버(210)를 포함할 수 있다.
공정 챔버(210)는 기판(S)을 처리하기 위한 처리 공간을 포함하고, 플라즈마 반응기(100a)의 가스 배출부(125)에 연결되어 처리 가스를 공급받을 수 있다. 예를 들어, 공정 챔버(210)는 기판(S)을 안착시키기 위한 기판 지지대(220)를 포함할 수 있다. 공정 챔버(210)는 기판(S)에 박막을 형성하거나, 기판(S) 상의 박막을 식각하거나 기판(S) 상의 유기물을 애싱처리하거나 또는 기판(S)을 세정 처리하는 데 이용될 수 있다.
플라즈마 반응기(100a)는 공정 챔버(210)를 세정하기 위하여 세정 처리를 위한 활성 처리 가스를 생성하여 가스 배출부(125)를 통해서 공정 챔버(210)로 보내거나 또는 공정 챔버(210) 내에서 기판 처리를 위하여 활성 공정 가스를 가스 배출부(125)를 통해서 공정 챔버(210)로 제공할 수 있다.
제어부(160)는 제 1 센서부(150a) 및 제 2 센서부(150b)의 신호 외에 공정 챔버(210)와 관련된 신호를 더 제공받을 수 있다. 예를 들어, 제어부(160)는 공정 챔버(210)의 환경을 모니터링하기 위한 제 3 센서부(172)로부터 공정 챔버(210) 내 공정 파라미터값을 더 전달받을 수 있다. 예를 들어, 공정 파라미터값은 공정 챔버(210) 내부의 온도, 압력 등을 포함할 수 있다.
나아가, 제어부(160)는 가스 배출부(125) 및 공정 챔버(210) 사이의 제 4 센서부(174)로부터 주변 파라미터값을 더 전달 받을 수 있다. 예를 들어, 주변 파라미터값은 가스 배출부(125)로부터 공정 챔버(210)로 연결되는 라인 내부의 압력, 온도, 유속, 유량 등의 정보를 포함할 수 있다.
제어부(160)는 플라즈마의 전기적 파라미터값, 공정 파라미터값 및 주변 파라미터값의 어느 하나 또는 이들 중 둘 이상의 조합으로부터 플라즈마의 상태를 모니터링하고 플라즈마 반응기(100a)를 제어하기 위하여 전원부(145)의 전력 또는 그 전달을 제어할 수 있다.
기판 처리 시스템(200)에서 플라즈마 반응기(100a)는 도 1의 플라즈마 반응기(100) 또는 도 5의 플라즈마 반응기(100b)로 대체될 수 있다.
기판 처리 시스템(200)에 따르면, 플라즈마 반응기(100a)의 상태, 공정 챔버(210)의 상태 또는 이들을 연결하는 연결부의 상태를 모니터링하여, 플라즈마 반응기(100a)를 효율적으로 제어할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100, 100a, 100b: 플라즈마 반응기
110: 반응기 본체
120: 가스 유입부
125: 가스 배출부
130, 130a, 130b: 마그네틱 코어부
140: 1차 권선
150, 150a, 150b: 센서부
160: 제어부
200: 기판 처리 시스템
210: 공정 챔버
220: 기판 지지대

Claims (10)

  1. 일측에 가스 유입부가 형성되고, 타측에 가스 배출부가 형성되며, 내부에 환형 루프 공간이 형성되는 반응 몸체;
    상기 반응 몸체의 일부분을 둘러싸는 형상으로 형성되고, 상기 환형 루프 공간 내의 가스를 여기시켜서 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 전원부에 연결된 일차 권선이 감겨져 있는 마그네틱 코어부;
    상기 환형 루프 공간 내에 생성된 상기 플라즈마의 전기적 파라미터값을 전기 유도 방식으로 측정하기 위한 센서부; 및
    상기 센서부로부터 측정된 상기 플라즈마의 전기적 파라미터값을 전달받아 상기 플라즈마의 상태를 모니터링하는 제어부를 포함하는,
    플라즈마 반응기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서부는,
    상기 반응 몸체의 일부분을 둘러싸는 형상으로 형성되고, 상기 마그네틱 코어부와 이격된 부가 마그네틱 코어부; 및
    상기 부가 마그네틱 코어부에 감겨져, 상기 환형 루프 공간 내 상기 플라즈마에 의한 상기 부가 마그네틱 코어부의 자속 변화에 의해서 유도 전류가 흐를 수 있는 전류 코일을 포함하는,
    플라즈마 반응기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응 몸체는 상기 가스 유입부로부터 양측으로 분기되어 상기 가스 배출부에서 모이는 제 1 반응부 및 제 2 반응부를 포함하고,
    상기 센서부는 상기 제 1 반응부 내 제 1 플라즈마의 제 1 전기적 파라미터값을 측정하기 위한 제 1 센서부 및 상기 제 2 반응부 내 제 2 플라즈마의 제 2 전기적 파라미터값을 측정하기 위한 제 2 센서부를 포함하는,
    플라즈마 반응기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 1 센서부의 상기 제 1 전기적 파라미터값 및 상기 제 2 센서부의 상기 제 2 전기적 파라미터값으로부터 상기 제 1 반응부의 상기 제 1 플라즈마 및 상기 제 2 반응부의 상기 제 2 플라즈마가 균형 상태를 유지하도록 상기 전원부의 전력 또는 그 전달을 제어하는,
    플라즈마 반응기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 마그네틱 코어부는 상기 제 1 반응부를 둘러싸도록 형성된 제 1 마그네틱 코어부 및 상기 제 2 반응부를 둘러싸도록 형성된 제 2 마그네틱 코어부를 포함하고,
    상기 일차 권선은 상기 제 1 마그네틱 코어부에 감겨진 제 1 권선 코일 및 상기 제 2 마그네틱 코어부에 감겨진 제 2 권선 코일을 포함하고,
    상기 제 1 권선 코일에는 제 1 가변 커패시터가 더 연결되고, 상기 제 2 권선 코일에는 제 2 가변 커패시터가 더 연결되고,
    상기 제어부는 상기 제 1 센서부의 상기 제 1 전기적 파라미터값 및 상기 제 2 센서부의 상기 제 2 전기적 파라미터값으로부터 상기 제 1 가변 커패시터 및 사기 제 2 가변 커패시터의 값들을 제어하는,
    플라즈마 반응기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 센서부는,
    상기 제 1 반응부의 일부분을 둘러싸는 형상으로 형성되고, 상기 제 1 마그네틱 코어부와 이격된 제 1 부가 마그네틱 코어부; 및
    상기 제 1 부가 마그네틱 코어부에 감겨져, 상기 제 1 반응부 내 상기 제 1 플라즈마에 의한 상기 제 1 부가 마그네틱 코어부의 자속 변화에 의해서 유도 전류가 흐를 수 있는 제 1 전류 코일을 포함하고,
    상기 제 2 센서부는,
    상기 제 2 반응부의 일부분을 둘러싸는 형상으로 형성되고, 상기 제 2 마그네틱 코어부와 이격된 제 2 부가 마그네틱 코어부; 및
    상기 제 2 부가 마그네틱 코어부에 감겨져, 상기 제 2 반응부 내 상기 제 2 플라즈마에 의한 상기 제 2 부가 마그네틱 코어부의 자속 변화에 의해서 유도 전류가 흐를 수 있는 제 2 전류 코일을 포함하는,
    플라즈마 반응기.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 센서부 및 상기 제 2 센서부는 전류 트랜스포머를 각각 포함하는,
    플라즈마 반응기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 가스 배출부에 연결된 공정 챔버 내 공정 파라미터값을 더 전달받고,
    상기 플라즈마의 전기적 파라미터값 및 상기 공정 파라미터값으로부터 상기 플라즈마의 상태를 모니터링하고 상기 전원부의 전력 또는 그 전달을 제어하는,
    플라즈마 반응기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 가스 배출부 및 상기 공정 챔버 사이의 주변 파라미터값을 더 전달받고,
    상기 플라즈마의 전기적 파라미터값, 상기 공정 파라미터값 및 상기 주변 파라미터값으로부터 상기 플라즈마의 상태를 모니터링하고 상기 전원부의 전력 또는 그 전달을 제어하는,
    플라즈마 반응기.
  10. 제 1 항 내지 제 7 항의 어느 한 항에 따른 플라즈마 반응기; 및
    기판을 처리하기 위한 처리 공간을 포함하고, 상기 플라즈마 반응기의 상기 가스 배출부에 연결되어 처리 가스를 공급받는 공정 챔버를 포함하는,
    기판 처리 시스템.
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