KR20220039128A - 플라즈마 발생 장치 및 이를 포함하는 공정 처리 장치 - Google Patents

Abstract

플라즈마 발생 장치는 내부에 플라즈마 채널이 형성되는 공간을 제공하는 반응기, 상기 공간 내에 제공되는 상기 가스의 유량 및 상기 반응기의 전기적 특성 중 적어도 하나를 감지하는 감지부, 상기 반응기에 제공된 변압기, 및 상기 변압기에 연결되어 상기 감지부에서 감지한 데이터에 대응하여 상기 변압기에 로드파워를 인가하는 파워 공급부를 포함한다.

Description

플라즈마 발생 장치 및 이를 포함하는 공정 처리 장치{A plasma generator and processing apparatus including the same}

본 발명은 플라즈마 발생 장치 및 이를 포함하는 공정 처리 장치에 관한 것이다.

디스플레이나 반도체를 제조하기 위해서는 증착, 애싱, 식각, 세정 등의 공정이 저압에서 수행되어야 할 경우가 많다. 특히, 집적 회로(ICs) 제조 공정에서 박막을 처리하는데 사용할 수 있는 입증된 기술들 중에서, 화학기상 증착법(CVD)은 상업화된 공정에서 종종 사용된다. CVD의 변형인 원자층 증착(ALD)은 이제 균일성, 뛰어난 스텝 커버리지(step coverage) 및 기판 크기를 증가시키기 위한 비용 효율적 규모성(cost effective scalability)를 달성하기 위한 가능성 있는 우수한 방법으로 알려지고 있다.

이러한 신공정인 ALD 공정 시스템에서는 공정 웨이퍼의 크기 증가에 따라 공정 가스량이 증가된다. 이러한 공정 부산물의 증가는 공정 시스템에서 배기 경로의 원활한 통로를 방해하게 된다.

본 발명은 안정적으로 플라즈마 구동이 가능한 플라즈마 발생 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기 플라즈마 발생 장치를 채용한 공정 처리 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 내부에 플라즈마 채널이 형성되는 공간을 제공하는 반응기, 상기 공간 내에 제공되는 상기 가스의 유량 및 상기 반응기의 전기적 특성 중 적어도 하나를 감지하는 감지부, 상기 반응기에 제공된 변압기, 및 상기 변압기에 연결되어 상기 감지부에서 감지한 데이터에 대응하여 상기 변압기에 로드파워를 인가하는 파워 공급부를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 변압기는 마그네틱 코어 및 상기 마그네틱 코어에 권선된 일차 권선 코일을 포함하며, 상기 파워 공급부는 상기 일차 권선 코일에 연결된 파워 제너레이터, 및 상기 감지부로부터의 감지된 데이터에 대응하는 상기 로드파워값을 산출하고, 상기 파워 제너레이터가 상기 변압기에 상기 산출된 로드파워 값에 대응하여 로드파워를 인가하도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 파워 제너레이터는 상기 일차 권선 코일에 임피던스 매칭없이 직접 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 감지부는 상기 가스의 유량을 감지하는 가스 유량 감지기를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가스 유량 감지기에서 감지한 상기 가스의 유량과 상기 파워 공급부에서 상기 일차 권선 코일에 인가되는 상기 로드파워는 비례할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가스의 유량과 상기 로드파워는 선형적인 상관 관계를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반응기에 장착되어 상기 반응기의 전기적 특성을 측정하는 전기적 특성 감지기를 더 포함하며, 상기 전기적 특성은 전류, 전압, 임피던스, 및 전력 중 적어도 하나일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 감지부는 상기 반응기의 임피던스를 감지하는 임피던스 감지기일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 반응기 내의 반사파가 소정 값보다 작은 값인 경우 상기 소정 값과 감지된 값과의 차이를 보상하도록 상기 로드파워값을 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 소정 값과 감지된 값과의 차이를 보상하기 위한 로드파워 보상값은 최초 입력 전압과 상기 반사파로부터 계산된 실질 입력 전압과의 차이에 해당할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반응기는 상기 가스가 주입되는 주입구와 상기 가스가 배출되는 배출구를 포함하며, 상기 주입구와 상기 배출구는 지면에 대해 수직 또는 수평한 방향으로 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 파워공급부는, 상기 주입구와 상기 배출구가 지면에 대해 수평한 방향으로 배치되는 경우보다, 상기 주입구와 상기 배출구가 지면에 대해 수직한 방향으로 배치되는 경우에 상기 변압기에 2 내지 4배 큰 파워를 인가할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가스는 공정 챔버를 통해 상기 공간 내에 주입될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가스는 가스 공급부를 통해 상기 공간 내에 공급될 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 상술한 플라즈마 발생 장치를 포함하는 공정 처리 장치를 포함하며, 상기 공정 처리 장치는 기판을 처리하는 공정 챔버 및 상기 공정 챔버에 연결된 상기 플라즈마 발생 장치를 포함할 수 있다.

상술한 플라즈마 발생 장치는 반응기에 제공되는 가스의 유량 및 상기 반응기의 전기적 특성 중 적어도 하나의 데이터 값에 따른 로드파워값을 선결정하고, 상기 플라즈마 발생 장치를 점화하여 작동을 시작하고, 상기 반응기에 제공되는 가스의 유량 및 상기 반응기의 전기적 특성 중 적어도 하나를 감지하고, 상기 감지된 가스의 유량 및 전기적 특성 중 적어도 하나를 기초로 상기 선결정된 로드파워를 상기 반응기에 인가함으로써 구동될 수 있다.

본 발명은 안정적으로 플라즈마 구동이 가능한 플라즈마 발생 장치를 제공한다.

본 발명은 상기 플라즈마 발생 장치를 채용한 공정 처리 장치를 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 4은 본 발명의 일 실시예들에 따른 플라즈마 표시 장치의 구동 순서를 도시한 순서도들이다.
도 5는 도 2의 실시예의 예시로서, 기존 발명에 따른 플라즈마 발생 장치 및 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치에 있어서 주입 가스의 유량에 따라 인가된 파워 값을 도시한 그래프이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치에 있어서, 주입 가스를 변동시키는 경우에 있어서의 파워의 안정성을 테스트한 결과를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기와 기존의 반응기에서의 시간의 경과에 따른 반응기의 상태 및 이에 대응하여 변압기의 1차 권선 코일에 제공되는 파워를 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 처리 장치를 개략적으로 도시한 것이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

본 발명의 일 실시예는 반도체 공정 등에 사용되는 플라즈마 발생 장치의 반응기에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 플라즈마는 가스와 연관된 대전 입자의 집합을 포함하는 물질, 또는 물질의 상태를 의미한다. 여기서 사용되는 것에 따르면, 플라즈마는 라디칼과 같이 이온화된 종, 이온화된 종과 결합된 중성자 및/또는 분자를 포함할 수 있다. 반응기 내의 물질은, 점화 후, 플라즈마 상태에서 종으로 단독해서 구성되어 있는 그러한 물질에 한정되지 않으며 모두 플라즈마로 지칭한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 반응기는 가스 및/또는 플라즈마를 포함하고 내부에서 플라즈마가 점화 및/또는 지속될 수 있는 컨테이너 또는 컨테이너의 일부를 의미한다. 반응기는 플라즈마 발생 장치에 포함되는 다양한 다른 부품, 예를 들어, 발전기와 냉각 부품과 같은 다른 부품들과 결합될 수 있다. 반응기는 다양한 형상을 갖는 채널을 한정할 수 있다. 예를 들면, 채널은 선 형상을 가질 수 있고, 또는 고리 형상(토로이드형 플라즈마를 제공하기 위함)을 가질 수 있다.

플라즈마 발생 장치는 반도체 공정을 위한 공정 챔버의 전단 또는 후단에 배치되는 것일 수 있다. 반도체 공정을 위한 공정 챔버는 기판의 식각, 증착, 세정 공정 등을 수행하기 위한 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 플라즈마 발생 장치의 반응기, 상기 반응기를 포함하는 플라즈마 발생 장치, 및 상기 플라즈마 발생 장치를 포함하는 공정 처리 장치일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 발생 장치는 플라즈마 시스템을 의미하는 것으로서, 설명한 부품 이외에도 추가적인 공정 부품을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 시스템은 하나 이상의 반응기, 전력 공급 부품, 계측 부품, 제어 부품, 등이나 그 이외의 다양한 다른 부품을 포함할 수 있다.

이하에서, 먼저 플라즈마 발생 장치에 대해 설명하고, 이후 플라즈마 발생 장치 중 반응기 및 상기 플라즈마 발생 장치를 채용한 공정 장치에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치(100)는 플라즈마 반응이 일어나는 반응기(110), 가스의 유량을 감지하는 가스 유량 감지기(161), 반응기의 전기적 특성을 감지하는 전기적 특성 감지기(163), 반응기(110)의 플라즈마 방전을 위한 변압기(150), 및 변압기(150)에 로드파워를 인가하는 파워 공급부(180)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, “로드파워”라는 용어는 변압기(150)에 인가되는 변압이 상황에 따라 변하는 가변적인 파워라는 것을 의미한다. 다시 말해, 변압기(150)에 미리 정해진 특정한 값으로 파워가 인가되는 것이 아니라 특정 조건에 따라 파워가 변경되며, 이에 따른 변경된 파워가 변압기(150)에 인가되는 것을 말한다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에서는 반응기(110)의 부하(예를 들어, 임피던스, 가스 공급량, 가스 종류)에 따라 파워가 가변하며, 이 경우 변압기(150)에 반응기의 부하에 따른 변경된 파워가 인가된다. 이와 반대로, 반응기(110)의 부하에 상관 없이 미리 정해진 일정한 파워를 인가하는 경우, 그때의 파워는 세트 파워(set power)라고 지칭한다.

반응기(110)는 플라즈마 발생 장치(10)의 주요 구성으로서, 플라즈마 채널(133)을 형성하는 내부 공간(130)을 제공한다.

반응기(110)는 플라즈마 채널을 형성하는 내부 공간(130; 이하, 반응기 내부 공간, 플라즈마 채널 공간, 플라즈마 형성 공간 등으로 지칭된다)을 갖도록 내부가 비어있는 구조로 제공된다. 내부 공간(130)은 적어도 일부가 소정 축을 기준으로 회전된 토로이드 형상을 갖는다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 반응기(110)는 토로이드 형상을 갖는 내부 공간을 제공하는 것으로 족하며 외부 형상은 다양할 수 있다. 예를 들어, 반응기 형상도 내부와 비슷하게 토로이드 형상으로 제공될 수도 있고, 내부는 토로이드 형상의 공간을 가지나 외부 형상은 다수 개의 정육면체 블록으로 이루어진 형상을 가질 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 내부 공간(130)의 토로이드 형상의 단면은 원 또는 타원이나 이에 한정되는 것은 아니며 다른 형상을 가질 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 반응기(110)의 내부 공간(130), 즉 플라즈마 형성 공간은 소정 축을 기준으로 회전된 형태를 가지며, 토로이드의 단면의 중심을 잇는 선이 이루는 평면은 상기 소정 축에 교차하는 평면과 평행할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 반응기 내부 공간이 토로이드 형상이라는 의미는 반응기 내부 공간(130)이 전체적으로 보아 토로이드 형상, 즉 고리 형상이라는 의미이며, 일부분이 변형되어 일 방향으로 연장된 형태를 갖는 등의 변형된 형상까지도 포함한다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 토로이드는 소정 방향, 예를 들어, 상/하부 방향으로 늘어난 형태를 가질 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 플라즈마 채널(133)은 한정된 부피를 가지며 반응기에 의해 둘러싸인다. 플라즈마 채널(133)은 가스 및/또는 플라즈마를 포함할 수 있고, 가스 종 및 플라즈마 종을 받거나 이송하기 위하여 반응기의 하나 이상의 유입구와 하나 이상의 유출구를 통해 교환될 수 있다. 플라즈마 채널(133)은 소정의 길이를 가지는 바, 여기서 플라즈마 채널(133)의 길이는 플라즈마가 존재할 수 있는 총 경로의 길이를 의미한다.

주입구(170a)는 내부 공간(130)으로 가스를 공급하기 위한 것으로서, 외부의 구성 요소, 예를 들어 공정 챔버 및/또는 가스 공급부와 반응기의 내부 공간(130)을 연결시킨다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 주입구(170a)는 상기 가스가 적어도 두 방향의 유로들로 진행하도록 하는 가지들을 가질 수 있다.

배출구(170b)는 주입구(170a)와 이격되며 플라즈마 채널 형성 공간(130)으로부터 외부로 가스를 배출하기 위한 것으로서 일단이 토로이드에 연결되어 플라즈마 채널 형성 공간(130)에 연통하고 타단이 소정의 직경을 가지며 외측으로 개구된 형태로 제공된다.

도면에 있어서, 주입구(170a)에서의 가스의 이동 방향은 IN으로 표시하였으며, 배출구(170b)에서의 가스의 이동 방향은 OUT으로 표시되었다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 주입구(170a)와 배출구(170b)는 반응기(110) 상에 서로 이격되는 한도 내에서 상하, 좌우 등 다양한 위치에 배치될 수 있으나, 반응기 내부에서의 가스의 흐름이 중력 방향을 따라 상부로부터 하부 방향으로 형성되도록 배치된다.

여기서, 반응기(110)는 연직 방향으로 가스 주입 및 배출이 이루어지는 형태(즉, 수직형 반응기) 또는 연직 방향의 직교하여 가스 주입 및 배출이 이루어지는 형태(즉, 수평형 반응기)일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 주입구와 배출구가 지면에 대해 수직한 방향으로 배치된 형태, 즉, 상술한 수직형 반응기에 해당된다. 즉, 지면을 기준으로 볼 때 상측에 주입구가 형성되며 하측에 배출구가 형성된다. 이에 따라, 토로이달 형상의 반응기는 지면을 기준으로 수직하게 서 있는 형상을 가지며, 이러한 형상으로 인해, 주입구로 주입된 기체는 배출구로 이동할 때 대략 중력 방향을 따라 상부로부터 하부 방향으로 이동한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 주입구(170a)와 배출구(170b)는 플라즈마 발생 장치(10)를 이루는 다른 추가적인 구성요소에 연결될 수 있으며, 예를 들어 주입구(170a)의 일단은 공정 챔버 및/또는 가스 공급부에 배출구(170b)의 타단은 포집기에 믹싱 챔버나 포집기에 연결될 수 있다. 또한 주입구(170a)와 배출구(170b)에는 다른 구성 요소와의 사이에, 주입구(170a)와 배출구(170b)와 다른 구성 요소를 연결하기 위한 별도의 연결 부재(예를 들어, 어댑터라고 지칭하는 것)가 제공될 수 있다.

또한 반응기(110)에는 플라즈마 방전을 점화하기 위한 점화기(140)가 제공될 수 있다. 본 발명에 있어서, 점화는 플라즈마를 형성하기 위하여 가스 내의 초기 붕괴의 원인이 되는 공정이다. 상기 점화기(140)는 다양한 위치에 배치될 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에서는 주입구(170a) 근처에 배치될 수 있다.

반응기 (110)는 도전성 재료 또는 비도전성 재료로 이루어질 수 있다. 반응기 (110)가 도전성 재료로 이루어지는 경우 다양한 금속성 재료 또는 피복된 금속성 재료로 제조될 수 있다. 상기 반응기(110)는 예를 들어, 알루미늄, 스테인리스(예를 들어, SUS), 구리와 같은 금속성 재료, 또는 양극 산화처리된 알루미늄, 니켈 도금된 알루미늄 등으로 제조될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 반응기(110)은 적어도 두 개의 바디를 포함할 수 있으며, 서로 인접한 두 개의 바디 사이에는 절연부(120)가 제공될 수 있다. 절연부(120)는 반응기(110)가 도전성 재료로 이루어진 경우 유도된 전류가 반응기(110)에 흐르는 것을 방지하기 위한 것으로서, 전기적 절연을 위해 제공될 수 있다. 또한 절연부(120)은 서로 인접한 두 바디가 연결되는 부분에서 내부 가스의 와류를 방지하기 위한 것일 수 있다. 반응기(110)는 복수의 절연부(120)를 기준으로 여러 블록으로 조립될 수 있으며, 예컨대 상부 블록, 중간 블록, 하부 블록으로 구분될 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 상부 블록에서 가스 주입구(170a)를 통해서 유입된 가스가 두 유로로 분지되고, 중간 블록은 한 쌍으로 구성되어 분지된 두 유로에 각각 결합되고, 하부 블록에서 두 유로가 합쳐져 가스가 배출부(170b)로 배출될 수 있다.

상기 반응기(110)에는 외부의 구성 요소, 예를 들어, 공정 챔버(미도시), 가스 공급부(190) 등으로부터 가스가 제공된다.

공정 챔버, 가스 공급부(190) 등의 구성 요소는 반응기(110) 내 플라즈마 채널 형성 공간(130)에 다양한 반응성 가스를 제공한다.

특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기(110), 및/또는 이를 포함하는 플라즈마 발생 장치(10)는 공정 중 공정 챔버에서 발생하는 배기 가스 처리를 위해 사용될 수 있다. 이 경우, 공정 챔버에서 발생된 배기 가스는 주입구(170a)로 주입될 수 있는 바, 상기 배기 가스와 반응시킴으로써 상기 배기 가스를 분해시키기 위한 반응 가스들이 가스 공급부(190)으로부터 공급될 수 있다. 이러한 반응 가스들은 상기 주입구(170a)로 제공될 수 있다.

배기 가스는 공정 챔버에서의 공정에 따라 다양한 가스들을 포함할 수 있다. 배기 가스는 공정을 진행하면서 발생되거나 공정을 진행하면서 공정 챔버(20)로부터 반응하지 않은 상태로 유입되는 공정 부산물을 포함하는 것으로서 그 종류는 한정되는 것은 아니다. 배기 가스에 포함된 공정 부산물은 예를 들어 PFCs(perfluorocompounds), 전구체(Zr-precursor, Si-precursor, Ti-precursor, Hf-precursor 등), TiCl₄, WF₆, SiH₄, Si₂H₆, SiH₂Cl₂, NF3, NH₃, NH₄Cl, TiO₂, WN, ZrO₂, TiN 등을 포함할 수 있다.

이러한 배기 가스는 공정 챔버에서의 공정에 따라 다양하게 발생할 수 있다. 예를 들어, 에칭(etching) 공정에서는 주로 실리콘 옥사이드(silicon oxide), 실리콘 니트라이드(silicon nitride) 및 폴리 크리스탈린 실시콘(polycrystalline silicon)을 에칭하는데 사용되는 CF₄, SF₆, CHF₃, C2F₆, SiF₄, F₂, HF, NF₃ 등의 불소계 가스(fluorine gas)들이 배기 가스에 포함될 수 있다. 또한, 알루미늄과 실리콘을 에칭하는 데 사용되는 Cl₂, HCl, BCl₃, SiCl₄, CCl₄, CHCl₃ 등의 염소계 가스(chlorine gas)들과, 트렌치 에칭(trench-etch) 또는 Cl₂와 함께 알루미늄의 에칭 공정에 사용되는 HBr, Br₂ 등의 브롬계 가스(bromine gas)들이 배기 가스에 포함될 수 있다. 다음 화학증착(CVD, Chemical Vapor Deposition)공정에서는 흔히 실란(Silane), N₂ 및 NH₃가 챔버내에 투입되어 사용될 수 있으며, 특히 PECVD 공정에서는 챔버 내를 세정하기 위해 PFC 또는 ClF₃ 가 사용되며 이 때 SiF₄가 생성될 수도 있다.

여기서, 도 1에서는 공정 챔버로부터의 배기 가스 이외에도 가스 공급부(190)로부터 주입구(170a)를 통해 가스가 공급되는 것을 개략적으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 추가적인 주입구를 통해 가스가 공급될 수도 있다. 예를 들어, 주입구(170a)는 도시된 주입구 이외에도 점화가스 주입구 및/또는 부가가스 주입구를 포함할 수 있다. 즉, 상기 가스는 점화 가스 주입구나 부가 가스 주입구는 도시된 주입구 이외의 다른 경로를 통해 반응기(110)에 주입될 수 있다. 점화가스 주입구는 점화기(140)에 설치될 수 있으며, 이 경우 점화가스 주입구를 통해 점화가스가 추가로 주입될 수 있다. 또한, 도시하지는 않았으나, 부가 가스 주입구는 반응기(110)에 추가적으로 설치될 수도 있다. 가스 공급부(190)로부터 이러한 주입구까지는 가스를 공급하기 위한 배관이 연결된다. 배관에는 가스 공급량을 제어하기 위한 밸브가 설치될 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 플라즈마 발생 장치에 있어서, 공정 챔버에서의 공정에 사용된 가스가 주입구에 제공될 수 있는 바, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이렇게 주입구에 제공되는 가스의 종류 및 배합비가 다양하게 설정될 수 있으며, 이에 따라 플라즈마 발생 장치는 다양한 모드로 구동될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 발생 장치는 주입구마다 동일한 성분의 가스가 주입되거나, 주입구에 따라 동일 성분의 가스가 주입되나 배합비만 다르다거나, 하는 등 다양한 모드들 중 어느 하나로 선택적으로 구동될 수 있다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 플라즈마 발생 장치는 다양한 모드들 중 어느 하나로 선택되어 그 모드로만 구동될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 플라즈마 발생 장치는 어떤 한 모드로 사용된 후 다른 모드로 사용될 수도 있다.

플라즈마 발생 장치가 다양한 모드들 중 어느 하나의 모드를 선택함에 있어, 주입구로 주입되는 가스의 종류 및 배합비 등은 플라즈마로 분해하고자 하는 목적 물질에 따라 달라질 수 있다. 즉, 상기 배기 가스와 반응하는 반응성 가스들은 배기 가스의 종류에 따라 달라질 수 있다. 특히, 배기 가스의 종류에 따라 반응하는 반응성 가스가 달라질 수 있으며, 반응성 가스와의 반응에 의해 생성되는 부산물이 달라질 수 있다.

가스 유량 감지기(161)는 공정 챔버, 가스 공급부(190) 등로부터 공간(130) 내에 제공되는 가스의 유량을 감지하며, 감지된 유량 데이터 값을 후술할 제어부(183)로 제공한다. 여기서 가스를 감지하는 것으로서, 가스 유량 감지기를 일예로 제시하였으나, 본 발명의 일 실시예에서는 가스 유량 감지기에 더해 가스의 종류를 감지할 수 있는 감지기가 더 추가될 수도 있다.

가스 유량 감지기(161)는 가스의 유량을 측정할 수 있는 것으로 특별히 한정되는 것은 아니다. 유량을 측정할 수 있는 가스 유량 감지기는 예를 들어, 압력 감지기일 수 있다.

가스 유량 감지기(161)는 가스가 공급되는 배관에 1개 이상 설치될 수 있다. 그러나, 가스 유량 감지기(161)의 설치 위치는 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 가스 유량 감지기(161)는 반응기(110) 내에 제공되는 가스의 유량 등을 측정할 수 있는 것이라면, 반응기(110)의 주입구(170a)나 배출구(170b) 또는 그 외 반응기(110)의 적절한 곳에 설치될 수도 있다.

변압기(150)는 반응기에 제공되며, 마그네틱 코어(151) 및 상기 마그네틱 코어(151)에 권선된 일차 권선 코일(153)을 포함한다. 변압기(150)는 반응기(110) 내부의 플라즈마 채널 형성 공간(130) 내에 플라즈마의 발생을 위한 유도 기전력을 제공한다.

변압기(150)의 마그네틱 코어(151)는 플라즈마 방전 채널의 일부를 쇄교하도록 반응기(110)에 배치되고, 그 코어에 일차 권선 코일(153)이 권선된다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 마그네틱 코어(151)는 페라이트 코어일 수 있다. 마그네틱 코어(151)는 주입구(170a)와 배출구(170b) 사이의 토로이드에 설치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 코어(151)는 주입구(170a)의 양쪽으로 가스를 분기시키는 대칭형 구조의 우측과 좌측 각각에 일대일로 장착되는 대칭적 구조를 형성할 수 있다. 그러나, 마그네틱 코어(151)의 위치는 이에 한정되는 것은 아니다.

일차 권선 코일(153)에는 배선(181)을 통해 파워 공급부(180)가 연결된다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 반응기(110)에 제공되는 가스 유량 및/또는 가스의 종류에 따라 플라즈마 반응의 정도가 달라지고, 그 결과 반응기 내부에서의 전기적 특성이 달라질 수 있으며, 이러한 전기적 특성을 측정하여 그 전기적 특성 값을 근거로 로드파워 값을 산출할 수도 있다. 상기한 전기적 특성 감지기(163)는 이러한 반응기(110) 내의 전기적 특성을 측정하기 위한 것이다.

전기적 특성 감지기(163)가 측정할 수 있는 전기적 특성 값으로는, 전류, 전압, 임피던스, 전력 등이 있을 수 있다. 전기적 특성 감지기는 이러한 전기적 특성 값을 측정하기 위한 것으로 전류 프로브, 전력 검출기, 광학 검출기, CT(Current Transformer), PT(Potential Transformer) 등 다양한 것이 채용될 수 있다. 예를 들어, CT를 이용하여 전류를 측정하는 경우는 반응기(110)의 일부를 둘러싸 유도되는 전류를 측정하고, PT를 이용하여 전압을 측정하는 경우는 반응기의 절연 구간 사이의 전압을 측정한다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 있어서 반응기(110)에 제공되는 가스 유량 및/또는 가스의 종류에 따라 비저항이 변할 수 있기 때문에 반응기(110) 내부에서의 임피던스가 달라질 수 있으며, 임피던스 값을 측정하여 그 값을 근거로 로드파워 값 또는 로드파워 값의 증가량 등을 산출할 수 있다. 임피던스는 주파수를 가진 AC 회로에 있어서의 소정 구조의 교류 전압과 전류의 비로서, 어떤 매질에서 파동의 전파를 방해하거나, 어떤 도선 및 회로에서 전기의 흐름을 방해하는 정도를 나타낸다. 임피던스는 반응기(110)의 절연 구간 사이의 전압과 전류값을 측정하고 유효 전력을 계산함으로써 도출해 낼 수 있다.

파워 공급부(180)는 파워를 생성하는 파워 제너레이터(181)와, 파워 제너레이터(181)를 구동하고 제어하는 제어부(183)를 포함한다.

파워 제너레이터(181)는 변압기(150)의 일차 권선 코일(153)에 연결되어 로드파워를 변압기(150)에 제공한다.

제어부(183)는 가스 유량 감지기(161) 및/또는 전기적 특성 감지기(163)로부터의 감지된 데이터 값에 대응하여 로드파워를 인가하도록 제어한다. 상세하게는 제어부(183)는 상기 가스 유량 감지기(161) 및/또는 전기적 특성 감지기(163)로부터 데이터를 수신하고, 수신된 데이터를 기초로 로드파워값을 산출하며, 파워 제너레이터(181)가 변압기(150)에 산출된 로드파워 값(또는 로드파워 증가량)에 대응하는 로드파워를 인가하여 일차 권선 코일(153)을 구동한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 장치는 상술한 구성 이외에도 파워 제너레이터(181)로부터 제공된 파워의 이상 여부를 감지하는 파워 감지부, 반응기의 온도를 감지하는 온도 감지부, 플라즈마 발생 장치의 온도를 조절하기 위한 냉각부, 다양한 정보를 사용자에게 전달하기 위해 정보들을 표시하는 디스플레이부 등을 포함할 수 있다. 파워 감지부, 온도 감지부, 냉각부, 디스플레이부 등은 제어부(183)에 연결될 수 있으며, 제어부(183)는 각 구성 요소와의 사이에서 정보를 송신하거나 수신함으로써 플라즈마 발생 장치를 제어할 수 있다.

파워 감지부는 파워 제너레이터(181)로부터 제공된 파워가 설정된 값보다 크거나 작은 경우, 점화 성공 및 실패 여부, 플라즈마 온/오프, 플라즈마 준비 상태를 감지하고 이러한 데이터를 제어부(183)에 제공한다. 제어부(182)는 이러한 데이터를 수신하여 디스플레이부를 통해 사용자에게 관련 내용을 표시하는 알람을 제공할 수 있다.

반응기(110)의 온도를 감지하는 온도 감지부는 반응기의 온도가 소정 온도 범위 내에 있는지 감지한다. 즉, 반응기(110)의 온도가 지나치게 높게 과열되거나, 플라즈마 방전에 영향을 미칠만큼 낮아지는 경우에 해당하는지를 감지한다. 예를 들어, 온도 감지부는 반응기 상부의 온도가 200도 이상이 되거나, 반응기 하부의 온도가 300도 이상이 되는 경우, 반응기가 과열되었다고 판단할 수 있다.

냉각부는 반응기(110)나 파워 제너레이터(181) 등에 인접하게 제공되어 반응기(110)의 온도를 소정 범위로 제어하거나, 절연부(120)에 인접하게 제공되어 절연부(120) 내의 실링 부재의 온도를 낮춤으로써 실링 부재의 파손을 방지할 수 있다. 냉각부는 냉각 배관, 냉각 배관 내에 제공된 냉각 유체, 및 냉각 배관 내에 냉각 유체를 제공하거나 냉각 배관 내로부터 냉각 유체를 배출하기 위한 위한 냉각 유체 유입구와 냉각 유체 배출구를 포함할 수 있다. 냉각 배관은 반응기의 온도를 낮출 수 있도록 다양한 위치에 다양한 개수로 제공될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 냉각 유체는 낮은 온도로 제공되어 인접한 영역의 열을 흡수할 수 있는 유체로서 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 물, 냉매, 배기 가스와 같은 유체일 수 있다. 이에 더해, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 냉각부는 냉각 유체의 흐름 여부, 유량, 냉각 유체의 온도 등을 감지하는 냉각부 측정 감지기를 더 포함할 수 있다. 이러한 냉각부 측정 감지기들은 반응기(110)나 파워 제너레이터(181)에 제공된 냉각 유체의 누출 여부를 확인할 수 있다. 예를 들어, 반응기(110)나 파워 제너레이터(181)에 흐르는 냉각 유체의 유량을 감지하여 유량이 설정 값보다 적게 흐르는 경우 냉각 유체가 누출 되었다고 판단할 수 있다.

상술한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 기존 발명 대비 플라즈마를 안정적으로 구동할 수 있는 바, 이를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 파워 제너레이터는 별도의 임피던스 매칭을 위한 정합기 (matcher) 없이 1차 권선 코일에 로드파워를 인가함으로써 플라즈마를 안정적으로 구동한다. 즉, 본 발명의 파워 제너레이터는 일차 권선 코일에 직접 연결되어 로드파워를 인가한다.

상세하게는 제어부는 가스 유량 감지기로부터 가스 유량 데이터 및/또는 전기적 특성 감지기로부터 임피던스 데이터를 수신하고, 상기 가스 유량 데이터 및/또는 임피던스 데이터를 기초로 로드파워 값을 산출하며, 상기 산출된 로드파워를 일차 권선 코일에 인가한다. 이에 따라, 가스 유량의 변화에 따라 인가되는 파워값이 달라지게 되거나, 또는 임피던스 변화에 따라 인가되는 파워값이 달라지게 된다. 일차 권선 코일이 구동되면 반응기 내부의 플라즈마 방전 채널이 이차 권선으로 기능하여 플라즈마 채널 형성 공간 내에서 플라즈마가 원하는 정도로 안정적으로 방전될 수 있다.

여기서, 인가되는 로드파워는, 측정된 전압이 최초 입력 전압, 즉 반사(손실) 없었을 경우의 최초 전압에 비해 감소된 값을 나타내었을 때, 그 감소된 값만큼을 보상하는 정도로 추가 인가될 수 있다. 또는 입력된 전압에 따른 유효 전력을 계산함으로써 감소된 전력 값을 보상할 수 있는 바, 입력 파워를 계산하고, 반응기 내 반사된 파워를 계산한 후, 입력 파워에 반사 파워만큼을 추가적으로 보상하여 반응기에 전력을 인가할 수 있다. 다시 말해, 상기 소정 값과 감지된 값과의 차이를 보상하기 위한 로드파워 보상값은 최초 입력 전압과 상기 반사파로부터 계산된 실질 입력 전압과의 차이에 해당할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 가스 유량 감지기로부터 가스 유량 데이터 및/또는 전기적 특성 감지기로부터 임피던스 데이터에 따라 최종적으로 반응기에 적용되는 보상하고자 하는 로드파워 값은 선결정될 수 있다. 예를 들어, 가스 유량 감지기로부터 가스 유량 데이터 및/또는 전기적 특성 감지기로부터 임피던스 데이터가 어떤 소정 값을 가질 때 이에 대응하는 로드파워 값을 순차적으로 확인한 다음, 이를 근거로 가스 유량 데이터 및/또는 전기적 특성 감지기로부터 임피던스 데이터와, 로드파워와의 관계식을 함수로 도출해 놓을 수 있다. 또는 특정 가스 유량 감지기로부터 가스 유량 데이터 및/또는 전기적 특성 감지기로부터 임피던스 데이터 값에 대응하는 로드파워 값을 범위에 따라 특정하여 룩업 테이블의 형태로 저장해 놓을 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 반응기가 상술한 바와 같이 지면에 대해 수직형으로 제공되는 경우, 지면에 대해 수평하게 제공되는 경우보다 내부 공간에 파우더와 같은 이물질의 쌓임 현상이 현저하게 감소한다. 이에 따라 반응기 내부의 컨덕턴스가 수평형으로 제공되는 것보다 현저하게 유리해진다. 이에 더해, 수평형의 경우 이물질의 적층으로 인해 반응기 내부 공간이 협소해질 수 있으며, 이에 따라 내부 압력이 상승될 수 있으나, 수직형으로 반응기가 제공되는 경우, 이물질의 적층이 감소되어 내부 압력 상승 또한 방지되는 효과가 있다.

더욱이 이물질의 적층시, 이물질의 적층이 지속되는 경우 가스의 속도가 급변할 수 있으며 또한 내부에서의 반사파가 발생할 수 있다. 이렇게 발생된 반사파는 안정한 플라즈마의 형성에 방해가 될 뿐 아니라, 매칭 범위를 벗어날 경우 플라즈마 방전이 꺼질 가능성도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 본 발명의 반응기가 수직형으로 제공되는 바, 수직형 반응기의 경우, 수평형 반응기에 비해 반응 시간이 짧은 편이기 때문에 반응기 내 플라즈마의 반응 효율이 낮을 경우, 배기 가스 등의 분해율이 감소할 수 있으며, 이에 따라 수직형의 경우 수평형에 비해 2배 내지 4배의 파워를 반응기에 인가할 수 있다.

이때, 반응기 내부로 공급되는 가스의 공급량이 증가하면 이에 대응하여 파워도 비례하여 증가시킴으로써, 높은 파워에 의해 내부 반응 가스의 분해율 또한 상승한다. 특히, 임피던스를 이용하여 반사파 보상을 실시함으로써 가스 공급량이 급변하더라도 플라즈마 상태는 안정적으로 유지되며 갑자기 꺼지는 현상이 방지된다.

특히, 기존 발명과 같이 미리 설정된 파워 값(세트 파워)을 이용하여 플라즈마 장치를 구동하는 경우, 파우더의 적층에 따라 매칭 레인지를 넘어설 가능성이 높아지며, 점차적으로 플라즈마가 약해지면서 배기 가스 등의 분해 효율이 낮아질 수 있다. 배기 가스 등의 분해 효율이 낮아지는 경우, 이물질의 적층이 더욱 심화되며 악순환이 일어날 수 있다.

반응기 내에 파우더와 같은 이물질이 쌓임으로써 유로가 좁아지는 경우, 전기적으로는 반응기 내부의 임피던스가 증가하면서 반사파도 증가한다. 이는 배기 가스의 반응 효율이 감소하였다는 점을 의미한다.

본 발명의 일 실시예에서는 반응기를 수직형으로 사용함으로써 이물질의 적층을 최소화함과 동시에, 설령 이물질들이 반응기 내부에 쌓였을 때에도 능동적인 파워의 인가가 가능하다. 본 발명의 일 실시예에서는 임피던스, 반사파, 및/또는 이에 대응하는 유효 전력을 측정하고, 측정된 데이터를 기초로 시간에 따른 차이만큼 파워를 보상함으로써 배기 가스의 반응 효율을 회복시킬 수 있는 것이다. 다시 말해, 이물질들이 반응기 내부에 쌓여 가스의 이동 등이 지연되더라도, 반응기의 가스의 유량 및/또는 내부 임피던스 측정을 통해 내부 반사파 등을 확인한 후, 이에 대응하는 로드파워를 1차 권선 코일에 인가함으로써, 가스량이 급변하는 상황에서도 안정적으로 플라즈마를 구동한다.

도 2 내지 도 4은 본 발명의 일 실시예들에 따른 플라즈마 표시 장치의 구동 순서를 도시한 순서도들이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 표시 장치는, 먼저 가스 공급량에 따라 반응기에 제공되는 가스의 유량에 따른 로드파워값을 선 결정(S11)하고, 다음으로 플라즈마 발생 장치의 점화기를 이용하여 플라즈마를 점화하여 작동을 시작(S13)하며, 플라즈마 작동시 플라즈마에 제공되는 배기 가스 등의 가스 유량을 지속적으로 확인(S15)한 다음, 확인된 가스 공급량에 따라 앞 단계에서 선 결정된 로드파워를 변압기의 1차 권선 코일에 인가(S17)하는 방법으로 구동될 수 있다.

또는, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 표시 장치는, 반응기의 전기적 특성에 따른 로드파워값을 선결정(S21)하고, 다음으로 플라즈마 발생 장치의 점화기를 이용하여 플라즈마를 점화하여 작동을 시작(S23)하며, 플라즈마 작동시 반응기의 전기적 특성을 감지(S25)한 다음, 감지된 전기적 특성을 기초로 선 결정된 로드파워를 변압기의 1차 권선 코일에 인가(S27)하는 방법으로 구동될 수 있다.

또는, 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 표시 장치는, 공정 챔버, 가스 공급부 등으로부터 반응기에 제공되는 가스의 유량 및 반응기의 전기적 특성의 데이터 값에 따른 로드파워값을 선결정(S31)하고, 다음으로 플라즈마 발생 장치의 점화기를 이용하여 플라즈마를 점화하여 작동을 시작(S33)하며, 플라즈마 작동시 반응기에 제공되는 가스의 유량 및 반응기의 전기적 특성을 감지(S35)한 다음, 감지된 가스 유량 및 전기적 특성을 기초로 선 결정된 로드파워를 변압기의 1차 권선 코일에 인가(S37)하는 방법으로 구동될 수 있다. 여기서, 감지되는 전기적 특성은 여러 가지가 있을 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 임피던스일 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 반응기에 제공되는 가스의 유량 및 반응기의 전기적 특성의 데이터 값 중 어느 하나, 또는 두 데이터 모두를 이용하여 로드파워를 인가할 수 있다.

도 5는 도 2의 실시예의 예시로서, 기존 발명에 따른 플라즈마 발생 장치 및 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치에 있어서 주입 가스의 유량에 따라 인가된 파워 값(진행파 파워)을 도시한 그래프이다. 도 4에 있어서, 기존 발명에 따른 플라즈마 장치의 파워값은 REF로 표시되었으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 장치의 파워값은 FWD로 표시되었다. 사용된 가스는 질소(N2)였으며, 단위는 LPM(Litter per Minute)다.

도 5를 참조하면, 기존 발명에 따른 플라즈마 발생 장치는 주입 가스의 양과 무관하게 실질적으로 고정된 파워값을 나타낸다. 이에 비해, 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치는 주입된 가스의 유량이 증가함에 따라 파워 값도 증가함을 확인할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서 주입된 가스의 유량과 인가된 파워 값은 도시된 바와 같이 선형적으로 비례할 수 있으며, 그 기울기는 주입되는 반응기, 가스의 종류 등에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 질소 가스가 10LPM 증가시 파워는 2500W~3500W 증가할 수 있으며, 질소 가스가 LPM 10에서 20으로 증가시 파워는 5000W에서 8000W 정도로 증가할 수 있다. 이 경우, 주입된 가스량과 인가된 파워 값은 선형적 상관관계를 갖고, 예를 들어, LPM 당 3000W일 수 있다.

도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치에 있어서, 주입 가스를 변동시키는 경우에 있어서의 파워의 안정성을 테스트한 결과를 도시한 그래프이다. 도 6에 있어서, 가스로 질소가 사용되었으며, 주입량은 10000sccm (standard cubic centimeter per minute)으로부터 40000sccm으로 변동되었을 경우의 파워값이 도시되었다.

도 6를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르면 가스의 주입량이 달라지면서 반응기 내부의 압력 또한 달라짐에 따라 파워 또한 다른 값으로 제공됨으로써, 안정적으로 파워가 유지되고 있음을 확인할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기와 기존의 반응기에서의 시간의 경과에 따른 반응기의 상태 및 이에 대응하여 변압기의 1차 권선 코일에 제공되는 파워를 개략적으로 도시한 그래프이다. 여기서, 기존 발명의 경우는 세트 파워를 인가한 경우 반응기로서 C로 표시되었으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기는 로드파워를 인가한 경우의 반응기로서 P로 표시되었다. 여기서, 두 반응기는 인가되는 파워를 제외하고 동일한 조건으로 구동되었을 경우에 해당한다.

도 7을 참조하면, 기존 발명에 따른 반응기의 경우, 시간의 경과와 상관없이 파워 값이 일정하게 유지된다. 그런데 시간이 경과됨에 따라 내부에 파우더와 같이 이물질이 지속적으로 누적되며, 이에 따라 플라즈마 반응이 감소하여 배기 가스의 분해 효율이 감소할 수 밖에 없다.

이에 비해, 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기의 경우, 플라즈마 반응에 따른 파우더와 같은 이물질이 증가하더라도 파워가 이에 대응하여 증가되므로 분해 효율의 감소가 거의 없다. 이에 따라, 내부에 파우더와 같은 이물질의 누적이 기존 발명 대비 훨씬 적다. 또한, 이물질이 누적되더라도 특정 정도로 이물질이 누적되는 시간이 기존 발명에 비해 현저하게 지연된다.

이러한 점에서, 본 발명의 일 실시예에 따라 반응기에 로드 파워를 인가하는 경우, 반응기가 수직형이든 수평형이든 상관 없이, 반응기에 세트 파워를 인가할 때보다 더 훌륭한 분해 효율 및 긴 가동 시간을 보장한다. 다만, 동일한 방식으로 로드 파워를 인가하는 경우 수평형 보다는 수직형의 경우 더 향상된 분해 효율 및 긴 가동 시간을 나타내는 것은 상술한 바 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 다양한 종류의 공정 처리 장치에 채용될 수 있다. 예를 들어, 공정 챔버에 플라즈마를 제공하는 용도로 사용될 수도 있다. 즉, 플라즈마 발생 장치는 공정 챔버에서 이루어지는 공정의 전단계에 사용되어 공정 챔버에 플라즈마를 제공하는 용도로 수 있다. 이와 독립적으로 플라즈마 발생 장치는 공정 챔버(20)에서 이루어지는 공정의 후단계에 사용되어 공정 챔버로부터 나오는 배기 가스를 처리하는 용도로 사용될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 처리 장치로서, 공정 챔버에서의 공정 이후 단계에 플라즈마 발생 장치가 연결된 것을 도시하였다.

도 8를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공정 처리 장치(10)는 공정 챔버(20), 공정 챔버(20)에 연결되며, 플라즈마 발생 장치(100) 및 포집부(30)를 포함다.

공정 챔버(20)는 포토레지스트를 제거하는 애싱(ashing) 챔버일 수 있고, 절연막을 증착시키도록 구성된 CVD(Chemical Vapor Deposition) 챔버일 수 있고, 각종 절연막 구조 및 금속 배선 구조들을 형성하기 위한 에칭 챔버일 수 있다. 또는 절연막이나 금속막 등을 증착시키키기 위한 PVD(Physical Vapor Deposition) 챔버 또는 ALD(Atomic Layer Deposition) 챔버일 수도 있다.

공정 챔버(20)는 내부에 피처리 기판(23)을 지지하기 위한 서셉터(21)를 포함할 수 있다. 피처리 기판(23)은 예를 들어, 반도체 장치를 제조하기 위한 실리콘 웨이퍼 기판 또는 액정디스플레이나 플라즈마 디스플레이 등의 제조를 위한 유리 기판 등일 수 있으며 그 종류는 한정되는 것이 아니다.

플라즈마 발생 장치(100)는 공정 챔버(미도시)의 배기가스에 플라즈마 에너지 및/또는 정화 가스 등을 인가함으로써 배기 가스의 유해 성분들을 연소시키거나 정화시키는 데 사용된다. 이를 위해, 상기 플라즈마 발생 장치(10)의 주입구(170a)는 공정 챔버의 배출구에 연결된다. 이를 위해 플라즈마 발생기(10)의 주입구(170a)는 공정 챔버의 배출구의 직경에 대응하는 크기로 제공될 수 있다.

포집부(30)는 상기 플라즈마 발생 장치(10)의 타측, 즉 플라즈마 발생기(10)의 배출구(170b) 측에 배기관을 통해 연결된다. 플라즈마 발생기(10)의 배출구(170b)는 배기관의 직경에 대응하는 크기로 제공될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 주입구(170a)와 배출구(170b)의 크기는 배기 가스 및 반응 후 결과물의 이동이 용이하도록 상대적으로 큰 직경으로 제공될 수 있다.

포집부(30)는 배기가스가 플라즈마 에너지를 인가받아 유해한 성분들이 산화 등의 반응으로 인해 연소되거나 정화됨으로써 파티클 형태의 이물질들이 형성되면 그 이물질들을 포집한다. 포집부(30)의 일측에는 파티클 형태의 이물질들이 포집부(30)에서 포집된 후의 배기가스를 외부로 배출시키는 배출 펌프(미도시)가 설치될 수 있다.

배기 가스는 공정을 진행하면서 발생되거나 공정을 진행하면서 공정 챔버(20)로부터 반응하지 않은 상태로 유입되는 공정 부산물을 포함하는 것으로서 그 종류는 한정되는 것은 아니다. 배기 가스에 포함된 공정 부산물은 예를 들어 PFCs(perfluorocompounds), 전구체(Zr-precursor, Si-precursor, Ti-precursor, Hf-precursor 등), TiCl₄, WF₆, SiH₄, Si₂H₆, SiH₂Cl₂, NF₃, NH₃, NH₄Cl, TiO₂, WN, ZrO₂, TiN 등을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 공정 처리 장치(10)에는 플라즈마 발생 장치에서의 제어부가 연결될 수 있다. 이에 따라, 제어부는 공정 챔버(20) 및 플라즈마 발생 장치(10) 전반을 제어할 수 있다. 제어부는 플라즈마 발생 장치(10)를 제어하기 위한 제어 신호를 발생하여 플라즈마 챔버와 공정 챔버(20)의 동작을 제어할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

10 플라즈마 발생 장치 100 반응기
110 반응기 본체 120 절연부
130 플라즈마 챔버 133 플라즈마 채널
140 점화기 150 변압기
151 마그네틱 코어 153 일차 권선 코일
161 가스 유량 감지기 163 전기적 특성 감지기
170a 주입구 170b 배출구
180 파워 공급부 181 파워 제너레이터
183 제어부 190 가스 공급부
10 플라즈마 발생기 20 공정 챔버
30 포집부

Claims (16)

1. 내부에 플라즈마 채널이 형성되는 공간을 제공하는 반응기;
   상기 공간 내에 제공되는 가스의 유량 및 상기 반응기의 전기적 특성 중 적어도 하나를 감지하는 감지부;
   상기 반응기에 제공된 변압기; 및
   상기 변압기에 연결되어 상기 감지부에서 감지한 데이터에 대응하여 상기 변압기에 로드파워를 인가하는 파워 공급부를 포함하는 플라즈마 발생 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 변압기는 마그네틱 코어 및 상기 마그네틱 코어에 권선된 일차 권선 코일을 포함하며,
   상기 파워 공급부는
   상기 일차 권선 코일에 연결된 파워 제너레이터; 및
   상기 감지부에 의해 감지된 데이터에 대응하는 로드파워 값을 산출하고, 상기 파워 제너레이터가 상기 변압기에 상기 산출된 로드파워 값에 대응하여 로드파워를 인가하도록 제어하는 제어부를 포함하는 플라즈마 발생 장치.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 파워 제너레이터는 상기 일차 권선 코일에 임피던스 매칭없이 직접 연결되는 플라즈마 발생 장치.
4. 제2 항에 있어서,
   상기 감지부는 상기 가스의 유량을 감지하는 가스 유량 감지기를 포함하는 플라즈마 발생 장치.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 가스 유량 감지기에서 감지한 상기 가스의 유량과 상기 파워 공급부에서 상기 일차 권선 코일에 인가되는 상기 로드파워는 비례하는 플라즈마 발생 장치.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 가스의 유량과 상기 로드파워는 선형적인 상관 관계를 갖는 플라즈마 발생 장치.
7. 제4 항에 있어서,
   상기 반응기에 장착되어 상기 반응기의 전기적 특성을 측정하는 전기적 특성 감지기를 더 포함하며, 상기 전기적 특성은 전류, 전압, 임피던스, 및 전력 중 적어도 하나인 플라즈마 발생 장치.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 감지부는 상기 반응기의 임피던스를 감지하는 임피던스 감지기인 플라즈마 발생 장치.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 반응기 내의 반사파가 소정 값보다 작은 값인 경우 상기 소정 값과 감지된 값과의 차이를 보상하도록 상기 로드파워 값을 제어하는 플라즈마 발생 장치.
10. 제9 항에 있어서,
    상기 소정 값과 감지된 값과의 차이를 보상하기 위한 로드파워 보상값은 최초 입력 전압과 상기 반사파로부터 계산된 실질 입력 전압과의 차이에 해당하는 플라즈마 발생 장치.
11. 제1 항에 있어서,
    상기 반응기는 상기 가스가 주입되는 주입구와 상기 가스가 배출되는 배출구를 포함하며,
    상기 주입구와 상기 배출구는 지면에 대해 수직 또는 수평한 방향으로 배치되는 플라즈마 발생 장치.
12. 제11 항에 있어서,
    상기 파워 공급부는, 상기 주입구와 상기 배출구가 지면에 대해 수평한 방향으로 배치되는 경우보다, 상기 주입구와 상기 배출구가 지면에 대해 수직한 방향으로 배치되는 경우에 상기 변압기에 2 내지 4배 큰 파워를 인가하는 플라즈마 발생 장치.
13. 제1 항에 있어서,
    상기 가스는 공정 챔버를 통해 상기 공간 내에 주입되는 플라즈마 발생 장치.
14. 제1 항에 있어서,
    상기 가스는 가스 공급부를 통해 상기 공간 내에 공급되는 플라즈마 발생 장치.
15. 기판을 처리하는 공정 챔버; 및
    상기 공정 챔버에 연결된 플라즈마 발생 장치를 포함하며,
    상기 플라즈마 발생 장치는
    내부에 플라즈마 채널이 형성되는 공간을 제공하는 반응기;
    상기 공간 내에 가스가 제공될 때 상기 가스의 유량 및 상기 반응기의 전기적 특성 중 적어도 하나를 감지하는 감지부;
    상기 반응기에 제공된 변압기; 및
    상기 변압기에 연결되어 상기 감지부에서 감지한 데이터에 대응하여 상기 변압기에 로드파워를 인가하는 파워 공급부를 포함하는 공정 처리 장치.
16. 제1 항의 플라즈마 발생 장치를 구동하는 플라즈마 발생 장치 구동 방법에 있어서,
    반응기에 제공되는 가스의 유량 및 상기 반응기의 전기적 특성 중 적어도 하나의 데이터 값에 따른 로드파워값을 선결정하는 단계;
    상기 플라즈마 발생 장치를 점화하여 작동을 시작하는 단계;
    상기 반응기에 제공되는 가스의 유량 및 상기 반응기의 전기적 특성 중 적어도 하나를 감지하는 단계; 및
    상기 감지된 가스의 유량 및 전기적 특성 중 적어도 하나를 기초로 상기 선결정된 로드파워를 상기 반응기에 인가하는 단계를 포함하는 플라즈마 발생 장치 구동 방법.
    

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