WO2019231308A1 - 절연구간이 개선된 플라즈마 발생기 - Google Patents

절연구간이 개선된 플라즈마 발생기 Download PDF

Info

Publication number
WO2019231308A1
WO2019231308A1 PCT/KR2019/095024 KR2019095024W WO2019231308A1 WO 2019231308 A1 WO2019231308 A1 WO 2019231308A1 KR 2019095024 W KR2019095024 W KR 2019095024W WO 2019231308 A1 WO2019231308 A1 WO 2019231308A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
reactor body
plasma
insulator
discharge channel
plasma generator
Prior art date
Application number
PCT/KR2019/095024
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
최대규
Original Assignee
(주) 엔피홀딩스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주) 엔피홀딩스 filed Critical (주) 엔피홀딩스
Publication of WO2019231308A1 publication Critical patent/WO2019231308A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H05H1/4645—Radiofrequency discharges
    • H05H1/4652—Radiofrequency discharges using inductive coupling means, e.g. coils

Definitions

  • the present invention relates to a plasma generator having an improved insulation section, and more particularly, to a plasma generator having an improved insulation section in which the structure is improved to prevent loss of insulation function.
  • Plasma discharges can be used to excite a gas to produce an activated gas containing ions, free radicals, atoms and molecules.
  • Activated gases are used in various industrial and scientific fields, including processing solid materials such as semiconductor wafers, powders, and other gases.
  • the parameters of the plasma and the conditions regarding the exposure of the plasma to the material to be treated vary widely depending on the art. For example, some applications require the use of ions at low kinetic energy (ie, a few electron volts) as the materials to be treated are susceptible to damage. Other applications, such as anisotropic etching or planarized insulator deposition, require the use of ions with high kinetic energy. Other applications, such as reactive ion beam etching, require precise control of ion energy.
  • Some applications require direct exposure of the material to be treated to high density plasma.
  • One such field is the generation of ion-activated chemical reactions.
  • Another such field involves etching high aspect ratio structures and depositing materials therein.
  • Another field requires a neutral activated gas containing atoms and activated molecules, while the material being treated is shielded from the plasma, because the material is susceptible to damage by ions or the processing process has high selectivity requirements. do.
  • DC discharge is achieved by applying a potential between two electrodes in the gas.
  • RF discharge is achieved by electrostatic or inductive coupling of energy from the power source into the plasma.
  • Parallel plates are commonly used to inductively couple energy into the plasma.
  • Induction coils are commonly used to induce current in the plasma.
  • Microwave discharges are achieved by directly coupling microwave energy through a microwave passing window into a discharge chamber containing a gas. Microwave discharges can be used to support a wide range of discharge conditions, including highly ionized electron cyclone resonance (ECR) plasma.
  • ECR electron cyclone resonance
  • toroidal plasma sources Compared to microwave or other types of RF plasma sources, toroidal plasma sources have advantages in terms of low electric field, low plasma chamber corrosion, miniaturization, and cost effectiveness.
  • the toroidal plasma source operates with a low electric field and inherently eliminates the current-ending electrode and associated cathode potential drop.
  • Low plasma chamber corrosion causes the toroidal plasma source to operate at a higher power density than other plasma sources.
  • the efficient transmission of electromagnetic energy to the plasma using a highly transmissive ferrite core allows the toroidal plasma chamber to operate at a relatively low RF frequency, lowering the power supply cost.
  • Toroidal plasma chambers have been used to generate chemically active gases including fluorine, oxygen, hydrogen, nitrogen, and the like for the processing of semiconductor wafers, flat panel displays, and various materials.
  • a plasma generating vessel may be separated into two blocks and combined.
  • Containers of this shape have the advantage of reducing assembly and processing costs.
  • the container is formed in a left-right asymmetrical structure may cause a problem that the portion to which the gas is supplied and the portion where the gas is discharged to one side. Due to this problem, the gas decomposition rate may drop, and a large amount of particles may be generated by the gas pulling phenomenon.
  • the plasma generating vessel may be separated into six blocks and combined.
  • the container of this shape may be formed in a symmetrical structure so that the gas is uniformly supplied as a whole to increase the gas decomposition rate.
  • processing costs and assembly costs may be increased.
  • the insulating section formed in the portion where the plurality of containers are coupled may be formed with a very fine gap. When particles are accumulated in the gap between the insulating sections, arcing may occur due to the particles, or a problem may occur that the insulating function of the insulating sections is lost.
  • An object of the present invention is to provide a plasma generator having an improved insulation section which prevents particles from accumulating in an insulation section and loses insulation function, and prevents arcing from occurring by the particles.
  • the plasma generator with improved insulation section is the first reactor body and the second reactor for discharging the plasma in the toroidal plasma discharge channel supplied with gas
  • a reactor body having a body;
  • a ferrite core coupled to the reactor body for linking to the plasma discharge channel;
  • an insulation portion provided between the first reactor body and the second reactor body, wherein internal cross-sectional areas of a portion to which the first reactor body and the second reactor body are connected are different from each other, and thus, the first reactor body And the second reactor body are fitted to each other, and the insulating part may be positioned at a portion where the first reactor body and the second reactor body are coupled to each other.
  • the reactor body includes an inlet receiving the gas; And an outlet for discharging radicals decomposed by the discharged plasma, and the insulating part may be provided to be adjacent to the inlet or the outlet.
  • the insulation unit may include: a vacuum seal provided between the first reactor body and the second reactor body; And an insulator provided between the first reactor body and the second reactor body and provided such that the vacuum seal is not exposed to the plasma discharge channel.
  • a part of the insulator may include an insulator having protrusions protruding toward the plasma discharge channel.
  • the protrusion may include at least one groove formed toward the inside of the insulator.
  • a plasma generator having an improved insulation section may include: a reactor body having a first reactor body and a second reactor body configured to discharge a plasma in a toroidal plasma discharge channel; A ferrite core coupled to the reactor body for linking to the plasma discharge channel; A primary winding coil wound around the ferrite core; And an insulation portion provided between the first reactor body and the second reactor body, wherein the insulation portion is provided with a vacuum seal provided between the first reactor body and the second reactor body; And an insulator provided between the first reactor body and the second reactor body and provided such that the vacuum seal is not exposed to the plasma discharge channel.
  • a portion of the insulator may include a protrusion formed to protrude toward the plasma discharge channel.
  • the protrusion may include at least one groove formed toward the inside of the insulator.
  • the reactor body includes an inlet receiving the gas; And an outlet for discharging radicals decomposed by the discharged plasma, and the insulating part may be provided to be adjacent to the inlet or the outlet.
  • the present invention it is possible to prevent particles from accumulating in the insulating section of the plasma generator to maintain the insulating function of the insulating section.
  • the plasma generator by forming the plasma generator with two bodies it is possible to reduce the assembly and installation costs of the body.
  • the plasma generator can be coupled to the two bodies having different internal cross-sectional area can be easily assembled.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a substrate processing system equipped with a plasma generator according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2A to 2D are diagrams illustrating a plasma generator according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an installation example of an insulator according to a first embodiment installed in the plasma generator illustrated in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an installation example of an insulator according to a second embodiment installed in the plasma generator illustrated in FIG. 2.
  • 5A to 5D are diagrams illustrating a plasma generator according to a second embodiment of the present invention.
  • 6A to 6D illustrate an insulator according to a third embodiment installed in the plasma generator illustrated in FIG. 5.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an insulator according to a fourth embodiment installed in the plasma generator illustrated in FIG. 5.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a plasma generator according to a third embodiment of the present invention.
  • FIGS. 9A to 9D are diagrams illustrating a plasma generator according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a substrate processing system equipped with a plasma generator according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the substrate processing system 100 may include a process chamber 120, a plasma generator 130, a trap 140, a pump 150, and a scrubber 160.
  • the process chamber 120 may perform at least one substrate treatment process of etching, depositing, and cleaning the substrate in the internal space.
  • the substrate support may be provided inside the process chamber 120.
  • a substrate for performing an etching and deposition process may be mounted on the substrate support.
  • the substrate may be a wafer or a substrate for display (glass).
  • the exhaust fluid generated by the deposition process in the process chamber 120 includes the by-products of the metal precursor, the non-metallic precursor and the process gas, and the cleaning gas generated during the deposition process in the process chamber 120. Exhaust fluids containing these by-products may accumulate inside the pump 150 or may be discharged to the atmosphere if they are not treated.
  • the lower portion of the process chamber 120 may be provided with a discharge port for forming the inside of the process chamber 120 in a vacuum or to discharge the exhaust fluid containing the unreacted gas.
  • the outlet may be connected to the pump 150 through the foreline.
  • the plasma generator 130 may be connected to the foreline of the process chamber 120.
  • the plasma generator 130 may decompose and process the exhaust fluid discharged from the process chamber 120.
  • the plasma generator 130 may be provided between the process chamber 120 and the pump 150.
  • the plasma generator 130 may decompose the exhaust fluid exhausted from the process chamber 120 and treat it as a material harmless to the human body.
  • Pump 150 may be connected to the end of the foreline.
  • the pump 150 may be connected to the process chamber 120 and the plasma generator 130 through a foreline.
  • the pump 150 may be driven to form the inside of the process chamber 120 as a vacuum, and the exhaust fluid may be discharged to the outside of the process chamber 120.
  • a trap 140 may be provided between the plasma generator 130 and the pump 150.
  • the exhaust fluid that passes through the plasma generator 130 and is not decomposed may be collected by the trap 140.
  • a remote plasma generator 110 may be provided on the process chamber 120 to process or clean the substrate.
  • the remote plasma generator 110 may discharge the plasma therein to supply radicals into the process chamber 120.
  • the remote plasma generator 110 may be provided at an upper portion of the process chamber 120, and supply the generated radicals into the process chamber 120.
  • the remote plasma generator 110 may be used for a process of processing a substrate, or may be used for cleaning of the inside of the process chamber 120.
  • Substrate processing system 100 may include one or more process chambers 120.
  • One or more process chambers 120 may be connected to the plasma generator 130, the trap 140, and the pump 150, respectively.
  • the plurality of process chambers 120 may be connected to one plasma generator 130.
  • the exhaust fluid exhausted from the process chamber 120 may be disassembled or collected, so that the exhaust fluid does not accumulate in the pump 150 and the trap 140. It is possible to extend the life of the trap 140. Therefore, since the cleaning cycle (or replacement cycle) of the pump 150 and the trap 140 may be increased, the process time of the process chamber 120 may also be increased.
  • FIGS. 2A to 2D are diagrams illustrating a plasma generator according to a first embodiment of the present invention.
  • the plasma generator 210 may include a reactor body 212, a transformer, and a power supply.
  • the reactor body 212 has a toroidal plasma discharge channel 211 as a space in which plasma is discharged.
  • the reactor body 212 may be made of a metallic material such as aluminum.
  • a coated metal such as anodized aluminum.
  • an insulating material such as quartz.
  • a composite material for example, a composite material composed of aluminum covalently bonded with carbon nanotubes.
  • a transformer may be installed in the reactor body 212 to bridge a portion of the plasma discharge channel.
  • the reactor body 212 may include a first reactor body 212a positioned above the plasma generator 210 and a second reactor body 212b positioned below the plasma generator 210.
  • the first reactor body 212a and the second reactor body 212b may be combined to form a toroidal plasma discharge channel 211. Since the toroidal plasma discharge channel 211 can be formed using two bodies, the coupling is easier and the manufacturing cost can be reduced compared to a structure in which a plurality of bodies are combined.
  • the first reactor body 212a may include an inlet 231 through which gas may be supplied to the plasma discharge channel 211.
  • the inlet 231 may be connected to a separate upper adapter 230.
  • the second reactor body 212b may include an outlet 241 for discharging gas decomposed from the plasma discharge channel 211.
  • the outlet 241 may be connected to a separate lower adapter 240.
  • the first reactor body 212a and the second reactor body 212b may have the same overall cross-sectional area of the plasma discharge channel 211 provided therein.
  • the inner cross-sectional area of the first reactor body 212a and the second reactor body 212b may be different, and only the cross-sectional area of the portion where the first reactor body 212a and the second reactor body 212b meet and be connected may be the same. .
  • the reactor body 212 may be installed with a transformer.
  • the transformer may include a ferrite core 216 and a primary winding coil 218 wound around the ferrite core 216.
  • a ferrite core 216 may be installed in the reactor body 212 to bridge a portion of the plasma discharge channel 211, and the primary winding coil 218 may be wound around the ferrite core 216.
  • the primary winding coil 218 may be connected to the power supply 219 to be driven by receiving power from the power supply 219.
  • the plasma discharge channel 211 in the reactor body 212 may function as a secondary winding so that plasma may be discharged in the plasma discharge channel 211. Radicals decomposed in the plasma discharge channel 211 may be discharged through the discharge port 241.
  • the installation position of the ferrite core 216 is not limited to the position shown in the figure, it may be installed in close proximity to the inlet 231 or the outlet 241.
  • the first reactor body 212a and the second reactor body 212b may be formed of a conductor. Therefore, an insulation portion 214 for preventing vortex may be provided at a portion where the first reactor body 212a and the second reactor body 212b are connected. Insulation 214 is one or more electrically insulating sections to prevent induced current from flowing through first reactor body 212a and second reactor body 212b.
  • the first reactor body 212a and the second reactor body 212b have a top and bottom symmetrical structure in the same shape. Therefore, the insulator 214 may be located at the center of the reactor body 212, which is a portion where the first reactor body 212a and the second reactor body 212b are combined.
  • the length of the first reactor body 212a is formed longer than the length of the second reactor body 212b, such that the insulation portion 214 is adjacent to the outlet 241 through which the gas is discharged. It may be provided.
  • the length of the second reactor body 212b is formed longer than the length of the first reactor body 212a, such that the insulation portion 214 is adjacent to the injection hole 241 into which the gas is injected. It may be provided.
  • the lengths of the first reactor body 212a and the second reactor body 212b are the same, and the insulator 214 is adjacent to the inlet 241 and the outlet 241. Each may be provided.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an installation example of an insulator according to a first embodiment installed in the plasma generator illustrated in FIGS. 2A to 2D.
  • the insulation unit may include a vacuum seal 317 and an insulator 316.
  • the vacuum seal 317 is provided between the first reactor body 312a and the second reactor body 312b as an elastic member so that the inside of the plasma generator can maintain a vacuum state.
  • the insulator 316 prevents the vacuum seal 317 from being damaged by exposing the vacuum seal 317 to the plasma discharged in the plasma discharge channel of the inelastic member (eg, ceramic material) plasma generator, and damaging the vacuum seal 317, and the first reactor body. It is to be insulated between the 312a and the second reactor body 312b.
  • the insulator 316 may be installed at the same position as the inner surfaces of the first reactor body 312a and the second reactor body 312b. In other words, the insulator 316 may be provided between the first reactor body 312a and the second reactor body 312b so as not to protrude from the inner surfaces of the first reactor body 312a and the second reactor body 312b. .
  • the insulator 316 may include protrusions that protrude toward the plasma discharge channel than the inner surfaces of the first reactor body 312a and the second reactor body 312b.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an installation example of an insulator according to a second embodiment installed in the plasma generator illustrated in FIG. 2.
  • the insulator 416 may include a groove 416 a formed in the direction of the plasma discharge channel.
  • the groove 416a may be formed with one or more grooves toward the inside of the insulator 416.
  • the groove 416a may be formed toward the inner side of the insulator 416 to prevent particles from being loaded into the insulator 416 by the groove 416a.
  • the insulator 416 may be installed in the same manner as the inner surfaces of the first reactor body 412a and the second reactor body 412b.
  • the groove 416a may be formed inwardly than the inner surfaces of the first reactor body 412a and the second reactor body 412b. Particles may be accumulated in the insulation part by the groove 416a to prevent the first reactor body 412a and the second reactor body 412b from being electrically connected or shorted.
  • the insulator 416 may be installed to protrude a predetermined portion in the direction of the plasma discharge channel than the inner surfaces of the first reactor body 412a and the second reactor body 412b. Protruding portions of the insulator 416 can prevent particles from accumulating on the insulator.
  • 5A to 5D are diagrams illustrating a plasma generator according to a second embodiment of the present invention.
  • the plasma generator 510 may have different internal cross-sectional areas (inner areas) of the first reactor body 512a and the second reactor body 512b.
  • An inner cross sectional area of the first reactor body 512a may be smaller than an inner cross sectional area of the second reactor body 512b. Since the inner cross-sectional area of the first reactor body 512a is smaller than the inner cross-sectional area of the second reactor body 512b, the gas injected into the inlet 531 of the upper adapter 530 smoothly opens the plasma discharge space 511. Pass through the outlet 541 of the lower adapter 540 can be discharged.
  • the inner cross-sectional area of the first reactor body 512a and the inner cross-sectional area of the second reactor body 512b are the same, and the inner cross-sectional area of the portion where the first reactor body 512a and the second reactor body 512b are connected. Only can be different. In other words, the inner cross-sectional area of the portion connected in the second reactor body 512b may be larger than the inner cross-sectional area of the portion connected in the first reactor body 512a.
  • the first reactor body 512a can be fitted into and coupled to the second reactor body 512b. Therefore, coupling of the first reactor body 512a and the second reactor body 512b may be easy.
  • an insulation part 514 may be provided between the first reactor body 512a and the second reactor body 512b.
  • the first reactor body 512a and the second reactor body 512b are spaced apart from each other by the insulating part 514 to electrically insulate the first reactor body 512a and the second reactor body 512b.
  • the insulation 514 is provided between the outside of the first reactor body 512a and the inside of the second reactor body 512b. Can be. Thus, the distance between the first reactor body 512a and the second reactor body 512b can be increased.
  • the location of the insulator may be located at the center of the plasma generator, an upper portion near the injection hole 531, and a lower portion near the discharge hole. And, as shown in Figure 5d, the location of the insulating portion may be located in the upper and lower portions adjacent to the inlet 531 and the outlet of the plasma generator, respectively.
  • FIGS. 5A to 5D illustrate an insulator according to a third embodiment installed in the plasma generator illustrated in FIGS. 5A to 5D.
  • the inner cross-sectional areas of the first reactor body 612a and the second reactor body 612b are different so that the first reactor body 612a and the second reactor body 612b may be fitted and combined. have. Therefore, the inner diameter (a) of the first reactor body (612a) may be formed smaller than the inner diameter (b) of the second reactor body (612b).
  • a vacuum seal 617 and an insulator 616 may be provided between the first reactor body 612a and the second reactor body 612b.
  • the first reactor body 612a is formed such that an inner portion thereof has a predetermined length, and may be fitted into the second reactor body 612b.
  • the insulator 616 may be formed to be bent in a "b" shape and may be installed between the first reactor body 612a and the second reactor body 612b.
  • a part of the insulator 616 may protrude toward the plasma discharge channel. Therefore, the distance between the first reactor body 612a and the second reactor body 612b may be increased by the protruding portion of the insulator 616.
  • the insulator 616 may be installed at the same position as the protruding portion of the first reactor body 612a.
  • the insulator 616 may be installed into a portion where an inner portion of the first reactor body 612a protrudes. Then, a space may be formed between the protruding portion of the first reactor body 612a and the inner surface of the second reactor body 612b. The capacitively coupled plasma may be discharged between the protruding portion of the first reactor body 612a and the inner surface of the second reactor body 612b.
  • the end of the insulator 616 may be inclined to form a space between the insulator 616 and the first reactor body 612a.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an insulator according to a fourth embodiment installed in the plasma generator illustrated in FIGS. 5A to 5D.
  • a first reactor body 712a and a second reactor body 712b are fitted and coupled, and a vacuum seal 717 and an insulator are interposed between the first reactor body 712a and the second reactor body 712b.
  • 716 may be installed.
  • the insulator 716 may be provided with one or more grooves 716a toward the plasma discharge channel. The grooves 716a may prevent particles from being loaded into the insulator 716 to maintain a gap between the first reactor body 712a and the second reactor body 712b.
  • the insulator 716 may be installed in such a manner that a part of the insulator 716 protrudes from the inner surfaces of the first reactor body 712a and the second reactor body 712b, or is inserted inwardly. Alternatively, the insulator 716 may be installed to be in the same position as the inner surfaces of the first reactor body 712a and the second reactor body 712b.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a plasma generator according to a third embodiment of the present invention.
  • an inner cross-sectional area of the first reactor body 812a may be smaller than an inner cross-sectional area of the second reactor body 812b.
  • the inner diameter b of the second reactor body 812b may be larger than the inner diameter a of the first reactor body 812a.
  • the second reactor body 812b may be formed in a shape (b-> a) in which the inner diameter gradually decreases.
  • the inside of the second reactor body 812b may be formed to have an inclined surface in a funnel shape. Then, a gas may flow smoothly without forming a vortex at a portion where the first reactor body 812a and the second reactor body 812b are coupled.
  • FIGS. 9A to 9D are diagrams illustrating a plasma generator according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the plasma generator 910 may install a ferrite core 916 on the first reactor body 912a to approach the injection hole 931 provided in the upper adapter 930.
  • the magnetic core 916 may be installed in the second reactor body 912b to approach the outlet 941 provided in the lower adapter 940.
  • An insulation part 914 may be provided between the first reactor body 912a and the second reactor body 912b.
  • the insulator 914 is formed closer to the outlet 941 than the inlet 931.
  • the insulator 914 is the inlet 931 rather than the outlet 941.
  • the insulator 914 is formed between the inlet 931 and the outlet 941.
  • the insulator 914 may be provided vertically so as to be adjacent to the inlet 931 and the outlet 941, respectively.
  • the shape and installation example of the insulating portion 914 may be applied in the same manner as described above.
  • the plasma is discharged in the vicinity of the inlet 931 of the first reactor body 912a by the ferrite core 916 installed in the first reactor body 912a, and the ferrite core 916 installed in the second reactor body 912b.
  • the plasma may be discharged in the vicinity of the outlet 941 of the second reactor body 912b. Therefore, the gas supplied to the injection hole 931 is not discharged directly to the discharge port 941 along the plasma discharge channel, and the time for staying in the plasma discharge channel by the discharged plasma may be long. If the residence time of the gas is long, the reaction time of the discharged plasma and the gas is long, and the gas decomposition rate can be improved.
  • Plasma generator with improved insulation section can prevent the particles from accumulating in the insulation section of the plasma generator to maintain the insulation function of the insulation section can increase the uniformity and efficiency of the plasma, and also, the plasma generator Formation of the two bodies can reduce the assembly and installation costs of the body, and can be assembled by inserting two bodies with different internal cross-sectional area can be easily assembled.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

본 발명의 절연구간이 개선된 플라즈마 발생기는 가스를 공급받아 토로이달 형상의 플라즈마 방전 채널에서 플라즈마를 방전하는 제1반응기 몸체 및 제2 반응기 몸체를 갖는 반응기 몸체; 상기 플라즈마 방전 채널에 쇄교하도록 상기 반응기 몸체에 결합되는 페라이트 코어; 상기 페라이트 코어에 권선되는 일차 권선 코일; 및 상기 제1 반응기 몸체와 상기 제2 반응기 몸체의 사이에 구비되는 절연부를 포함하며, 상기 제1 반응기 몸체와 상기 제2 반응기 몸체가 연결되는 부분의 내부 단면적은 서로 상이하여, 상기 제1 반응기 몸체와 상기 제2 반응기 몸체가 끼워져 결합되고, 상기 절연부는 상기 제1 반응기 몸체와 상기 제2 반응기 몸체가 결합되는 부분에 위치할 수 있다.

Description

절연구간이 개선된 플라즈마 발생기
본 발명은 절연구간이 개선된 플라즈마 발생기에 관한 것이며, 구체적으로 구조를 개선하여 절연기능이 상실되는 것을 방지한 절연구간이 개선된 플라즈마 발생기에 관한 것이다.
플라즈마 방전은 가스를 여기시켜 이온, 자유 라디칼, 원자 및 분자를 함유하는 활성화된 가스를 생성하도록 사용될 수 있다. 활성화된 가스는 반도체 웨이퍼와 같은 고형 물질, 파우더, 및 기타 가스를 처리하는 것을 포함하는 다양한 산업 및 과학 분야에서 사용된다. 플라즈마의 변수 및 처리되는 물질에 대한 플라즈마의 노출에 관한 조건은 기술 분야에 따라 넓게 변화한다. 예를 들면, 몇몇 분야에서는 처리되는 물질이 손상되기 쉬우므로 이온을 낮은 운동 에너지(즉, 몇 전자 볼트)로 사용할 것을 필요로 한다. 이방성 에칭 또는 평탄화된 절연체 증착과 같은 다른 분야에서는 높은 운동 에너지로 이온을 사용할 것을 필요로 한다. 반응성 이온 빔 에칭과 같은 또 다른 분야에서는 이온 에너지의 정밀 제어를 필요로 한다.
몇몇 분야에서는 처리되는 물질을 높은 밀도의 플라즈마에 직접 노출시키는 것을 필요로 한다. 이러한 분야 중 하나는 이온-활성화된 화학 반응을 생성하는 것이다. 다른 이러한 분야는 높은 종횡비 구조의 에칭 및 그 안으로의 물질 증착을 포함한다. 다른 분야는, 처리되는 물질이 플라즈마로부터 차폐되는 동안, 물질이 이온에 의해 손상되기 쉽거나 처리 공정이 높은 선택비 요구 조건을 갖기 때문에, 원자 및 활성화된 분자를 함유하는 중성 활성화된 가스를 필요로 한다.
다양한 플라즈마 공급원은 DC 방전, 고주파(RF) 방전, 및 마이크로웨이브 방전을 포함하는 다양한 방식으로 플라즈마를 생성할 수 있다. DC 방전은 가스 내의 두 개의 전극 사이에 전위를 인가함으로써 달성된다. RF 방전은 전원으로부터 플라즈마 내로 에너지를 정전기 또는 유도 결합시킴으로써 달성된다. 평행 판들은 에너지를 플라즈마 내에 유도 결합시키도록 통상적으로 사용된다. 유도 코일은 전류를 플라즈마 내에 유도하도록 통상적으로 사용된다. 마이크로웨이브 방전은 가스를 수용하는 방전 챔버 내에 마이크로웨이브 통과 윈도우를 통해 마이크로웨이브 에너지를 직접 결합시킴으로써 달성된다. 마이크로웨이브 방전은 높게 이온화된 전자 사이클론공명(ECR) 플라즈마를 포함하는 넓은 범위의 방전 조건을 지원하도록 사용될 수 있다.
마이크로웨이브 또는 다른 타입의 RF 플라즈마 공급원과 비교하여, 토로이달(toroidal) 플라즈마 공급원은 낮은 전기장, 낮은 플라즈마 챔버 부식, 소형화, 및 비용 효과 면에서 장점을 갖는다. 토로이달 플라즈마 공급원은 낮은 전계로 동작하며 전류-종료 전극 및 관련 음극 전위 강하를 내재적으로 제거한다. 낮은 플라즈마 챔버 부식은 토로이달 플라즈마 공급원이 다른 방식의 플라즈마 공급원보다 높은 전력 밀도에서 작동하도록 한다. 또한, 고 투과성 페라이트 코어를 사용하여 전자기 에너지를 플라즈마에 효율적으로 결합시킴으로써, 토로이달 플라즈마 챔버이 상대적으로 낮은 RF 주파수에서 작동하도록 하여 전력 공급 비용을 낮추게 된다. 토로이달 플라즈마 챔버는 반도체 웨이퍼, 평판 디스플레이, 및 다양한 물질의 처리를 위해 불소, 산소, 수소, 질소 등을 포함하는 화학적으로 활성 가스를 생성하도록 사용되어 왔다.
등록특허 제10-1680707호와 같은 종래의 플라즈마 발생기에서 플라즈마 발생되는 용기는 두 개의 블록으로 분리되어 결합될 수 있다. 이러한 형상의 용기는 조립 및 가공 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다. 반면에, 용기는 좌우 비대칭 구조로 형성되어 가스가 공급되는 부분과 가스가 배출되는 부분이 일측으로 쏠리는 문제점이 발생할 수 있다. 이러한 문제점으로 인해 가스 분해율이 떨어질 수 있고, 가스 쏠림 현상에 의해 많은 양의 파티클이 생성될 수 있다.
또 다른 플라즈마 발생기에서 플라즈마 발생되는 용기는 여섯 개의 블록으로 분리되어 결합될 수 있다. 이러한 형상의 용기는 좌우 대칭 구조로 형성되어 가스가 전체적으로 균일하게 공급되어 가스 분해율이 높아질 수 있다. 반면에, 다수 개의 블록을 가공 및 조립해야하므로 가공비용 및 조립 비용이 높아질 수 있는 단점이 존재할 수 있다.
상기에서 언급된 종래의 플라즈마 발생기는 모두 플라즈마 이온이 용기 내부와 충돌하여 대량의 파티클이 발생하는 문제점이 존재할 수 있다. 또한 다수 개의 용기가 결합되는 부분에 형성된 절연구간은 매우 미세한 간극으로 형성될 수 있다. 이러한 절연구간의 간극에 파티클이 쌓이는 경우, 파티클에 의해 아킹(arcing)이 발생하거나 절연구간의 절연 기능을 상실하는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 목적은 절연구간에 파티클이 쌓여 절연기능을 상실하는 것을 방지하고, 파티클에 의해 아킹이 발생하는 것을 방지하는 절연구간이 개선된 플라즈마 발생기를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 절연구간이 개선된 플라즈마 발생기는 가스를 공급받아 토로이달 형상의 플라즈마 방전 채널에서 플라즈마를 방전하는 제1반응기 몸체 및 제2 반응기 몸체를 갖는 반응기 몸체; 상기 플라즈마 방전 채널에 쇄교하도록 상기 반응기 몸체에 결합되는 페라이트 코어; 상기 페라이트 코어에 권선되는 일차 권선 코일; 및 상기 제1 반응기 몸체와 상기 제2 반응기 몸체의 사이에 구비되는 절연부를 포함하며, 상기 제1 반응기 몸체와 상기 제2 반응기 몸체가 연결되는 부분의 내부 단면적은 서로 상이하여, 상기 제1 반응기 몸체와 상기 제2 반응기 몸체가 끼워져 결합되고, 상기 절연부는 상기 제1 반응기 몸체와 상기 제2 반응기 몸체가 결합되는 부분에 위치할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 반응기 몸체는 상기 가스를 공급받는 주입구; 및 방전된 플라즈마에 의해 분해된 라디칼을 배출하는 배출구를 포함하고, 상기 절연부는 상기 주입구 또는 상기 배출구에 인접하도록 구비될 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 절연부는, 상기 제1 반응기 몸체와 상기 제2 반응기 몸체 사이에 구비되는 진공씰; 및 상기 제1 반응기 몸체와 상기 제2 반응기 몸체 사이에 구비되고, 상기 진공씰이 상기 플라즈마 방전 채널에 노출되지 않도록 구비되는 절연체를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 절연체의 일부는 상기 플라즈마 방전 채널을 향해 돌출 형성된 돌출부를 갖는 절연체를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 돌출부는, 상기 절연체의 내측을 향해 형성되는 적어도 하나 이상의 홈을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 절연구간이 개선된 플라즈마 발생기는 가스를 공급받아 토로이달 형상의 플라즈마 방전 채널에서 플라즈마를 방전하는 제1반응기 몸체 및 제2 반응기 몸체를 갖는 반응기 몸체; 상기 플라즈마 방전 채널에 쇄교하도록 상기 반응기 몸체에 결합되는 페라이트 코어; 상기 페라이트 코어에 권선되는 일차 권선 코일; 및 상기 제1 반응기 몸체와 상기 제2 반응기 몸체의 사이에 구비되는 절연부를 포함하며, 상기 절연부는 상기 제1 반응기 몸체와 상기 제2 반응기 몸체 사이에 구비되는 진공씰; 및 상기 제1 반응기 몸체와 상기 제2 반응기 몸체 사이에 구비되고, 상기 진공씰이 상기 플라즈마 방전 채널에 노출되지 않도록 구비되는 절연체; 상기 절연체의 일부가 상기 플라즈마 방전 채널을 향해 돌출 형성된 돌출부를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 돌출부는, 상기 절연체의 내측을 향해 형성되는 적어도 하나 이상의 홈을 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 반응기 몸체는 상기 가스를 공급받는 주입구; 및 방전된 플라즈마에 의해 분해된 라디칼을 배출하는 배출구를 포함하고, 상기 절연부는, 상기 주입구 또는 상기 배출구에 인접하도록 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 절연구간이 개선된 플라즈마 발생기의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 플라즈마 발생기의 절연구간에 파티클이 쌓이는 것을 방지하여 절연구간의 절연기능이 유지되도록 할 수 있다. 또한 플라즈마 발생기를 두 개의 몸체로 형성함으로써 몸체의 조립 및 설치 비용을 절감할 수 있다.
또한 플라즈마 발생기는 내부 단면적이 상이한 두 개의 몸체를 끼워 결합할 수 있어 용이한 조립이 가능할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플라즈마 발생기가 구비된 기판 처리 시스템을 도시한 도면이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 플라즈마 발생기를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 플라즈마 발생기에 설치되는 제 1 실시 예에 따른 절연체의 설치 예를 도시한 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 플라즈마 발생기에 설치되는 제 2 실시 예에 따른 절연체의 설치 예를 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 플라즈마 발생기를 도시한 도면이다.
도 6a 내지 도 6d는 도 5에 도시된 플라즈마 발생기에 설치되는 제3 실시 예에 따른 절연체를 도시한 도면이다.
도 7은 도 5에 도시된 플라즈마 발생기에 설치되는 제4 실시 예에 따른 절연체를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 플라즈마 발생기를 도시한 도면이다.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 플라즈마 발생기를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플라즈마 발생기가 구비된 기판 처리 시스템을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 시스템(100)은 공정챔버(120), 플라즈마 발생기(130), 트랩(140), 펌프(150) 및 스크러버(160)를 포함할 수 있다.
공정챔버(120)는 내부 공간에서 기판의 식각, 증착 및 세정 공정 중 적어도 하나의 기판 처리 공정을 수행할 수 있다. 공정챔버(120)의 내부에는 기판 지지대가 구비될 수 있다. 기판 지지대에는 식각, 증착 공정을 수행하기 위한 기판이 안착될 수 있다. 기판은 웨이퍼 또는 디스플레이용 기판(유리)일 수 있다.
공정챔버(120)에서 증착 공정에 의해 생성된 배기유체에는 공정챔버(120)에서 증착 공정 시 생성되는 금속 전구체, 비금속 전구체 및 공정가스, 클리닝(cleaning) 가스의 부산물들이 포함되어 있다. 이러한 부산물들이 포함된 배기유체는 처리되지 않으면, 펌프(150)의 내부에 축적되거나 대기 중으로 배출될 수 있다.
공정챔버(120)의 하부에는 공정챔버(120) 내부를 진공으로 형성하거나 미반응 가스가 포함된 배기유체를 배출하기 위한 배출구가 구비될 수 있다. 배출구는 포어라인을 통해 펌프(150)와 연결될 수 있다.
플라즈마 발생기(130)는 공정챔버(120)의 포어라인에 연결될 수 있다. 플라즈마 발생기(130)는 공정챔버(120)에서 배출되는 배기유체를 분해하여 처리할 수 있다. 구제적으로 플라즈마 발생기(130)는 공정챔버(120)와 펌프(150) 사이에 구비될 수 있다. 플라즈마 발생기(130)는 공정챔버(120)에서 배기되는 배기유체를 분해하여 인체에 무해한 물질로 처리할 수 있다.
펌프(150)는 포어라인의 끝단에 연결될 수 있다. 펌프(150)는 공정챔버(120) 및 플라즈마 발생기(130)와 포어라인을 통해 연결될 수 있다. 펌프(150)를 구동하여 공정챔버(120) 내부를 진공으로 형성할 수도 있고, 배기유체를 공정챔버(120) 외부로 배출할 수도 있다.
플라즈마 발생기(130)와 펌프(150) 사이에는 트랩(140)이 구비될 수 있다. 플라즈마 발생기(130)를 통과하며 분해되지 않은 배기유체는 트랩(140)에 의해 포집될 수 있다.
공정챔버(120)의 상부에는 기판의 처리공정 또는 세정을 위한 원격 플라즈마 발생기(110)가 구비될 수 있다. 원격 플라즈마 발생기(110)는 내부에서 플라즈마를 방전하여 공정챔버(120) 내로 라디칼을 공급할 수 있다. 원격 플라즈마 발생기(110)는 공정챔버(120)의 상부에 구비되고, 발생된 라디칼을 공정챔버(120) 내로 공급할 수 있다. 원격 플라즈마 발생기(110)는 기판을 처리하는 공정용으로 사용될 수도 있고, 공정챔버(120) 내부를 세정하는 세정용으로 사용될 수도 있다.
기판 처리 시스템(100)은 하나 이상의 공정챔버(120)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 공정챔버(120)는 각각 플라즈마 발생기(130), 트랩(140) 및 펌프(150)와 연결될 수 있다. 또는 다수 개의 공정챔버(120)는 하나의 플라즈마 발생기(130)와 연결될 수도 있다.
본 발명에서의 플라즈마 발생기(130)를 이용하면 공정챔버(120)에서 배기되는 배기유체를 분해하거나 포집할 수 있어 펌프(150) 및 트랩(140)에 배기유체가 축적되지 않아 펌프(150) 및 트랩(140)의 수명을 연장시킬 수 있다. 그러므로 펌프(150) 및 트랩(140)의 세정주기(또는 교체주기)를 늘릴 수 있으므로 공정챔버(120)의 공정 시간도 늘릴 수 있다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 플라즈마 발생기를 도시한 도면이다.
도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 플라즈마 발생기(210)는 반응기 몸체(212), 변압기 및 전원 공급부를 포함할 수 있다.
반응기 몸체(212)는 내부에 플라즈마가 방전되는 공간으로 토로이달 형상의 플라즈마 방전 채널(211)을 갖는다. 반응기 몸체(212)는 알루미늄과 같은 금속성 물질로 제작될 수 있다. 반응기 몸체(212)를 금속성 물질로 제작하는 경우, 양극 산화처리(anodized)된 알루미늄과 같은 피복된 금속을 사용하는 것이 바람직하다. 또는 석영과 같은 절연 물질로 제작될 수 있다. 또는 반응기 몸체(212)를 금속성 물질로 제작하는 경우 복합소재 예를 들어, 탄소나노튜브와 공유결합된 알루미늄으로 구성되는 복합소재를 사용하는 것이 매우 유용할 수 있다.
플라즈마 방전 채널 일부에 쇄교하도록 반응기 몸체(212)에 변압기가 설치될 수 있다. 반응기 몸체(212)는 플라즈마 발생기(210)의 상부에 위치되는 제1 반응기 몸체(212a) 및 플라즈마 발생기(210)의 하부에 위치되는 제2 반응기 몸체(212b)를 포함할 수 있다. 제1 반응기 몸체(212a) 및 제2 반응기 몸체(212b)는 결합되어 토로이달 형상의 플라즈마 방전 채널(211)을 형성할 수 있다. 두 개의 몸체를 이용하여 토로이달 형상의 플라즈마 방전 채널(211)을 형성할 수 있으므로 다수 개의 몸체를 결합하는 구조에 비해 결합이 용이하며, 제조비용을 절감할 수 있다.
제1 반응기 몸체(212a)는 가스가 플라즈마 방전 채널(211)로 공급될 수 있는 주입구(231)를 포함할 수 있다. 주입구(231)는 별도의 상부 어댑터(230)에 연결될 수 있다. 제2 반응기 몸체(212b)는 플라즈마 방전 채널(211)에서 분해된 가스를 배출하는 배출구(241)를 포함할 수 있다. 배출구(241)는 별도의 하부 어댑터(240)에 연결될 수 있다. 제1 반응기 몸체(212a)와 제2 반응기 몸체(212b)는 내부에 구비된 플라즈마 방전 채널(211)의 전체 단면적이 동일할 수 있다. 또는 제1 반응기 몸체(212a)와 제2 반응기 몸체(212b)의 내부 단면적은 상이하고, 제1 반응기 몸체(212a)와 제2 반응기 몸체(212b)가 만나 연결되는 부분의 단면적만 동일할 수도 있다.
반응기 몸체(212)에는 변압기가 설치될 수 있다. 변압기는 페라이트 코어(216) 및 페라이트 코어(216)에 권선되는 일차 권선 코일(218)을 포함할 수 있다. 플라즈마 방전 채널(211)의 일부를 쇄교하도록 반응기 몸체(212)에 페라이트 코어(216)가 설치되고, 페라이트 코어(216)에 일차 권선 코일(218)이 권선될 수 있다. 일차 권선 코일(218)은 전원 공급부(219)와 연결되어 전원 공급부(219)로부터 전력을 공급받아 구동될 수 있다. 일차 권선 코일(218)이 구동되면 반응기 몸체(212) 내부의 플라즈마 방전 채널(211)이 이차 권선으로 기능하여 플라즈마 방전 채널(211)내에서 플라즈마가 방전될 수 있다. 플라즈마 방전 채널(211)에서 분해된 라디칼은 배출구(241)를 통해 배출될 수 있다. 페라이트 코어(216)의 설치 위치는 도면의 도시된 위치에 국한되지 않고, 주입구(231) 또는 배출구(241) 와 근접하게 설치될 수 있다.
제1 반응기 몸체(212a) 및 제2 반응기 몸체(212b)는 도체로 형성될 수 있다. 그러므로 제1 반응기 몸체(212a) 및 제2 반응기 몸체(212b)가 연결되는 부분에는 와류를 방지하기 위한 절연부(214)가 구비될 수 있다. 절연부(214)는 유도된 전류가 제1 반응기 몸체(212a) 및 제2 반응기 몸체(212b)에 흐르는 것을 방지하기 위하여 하나 이상의 전기적 절연 구간이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 제1 반응기 몸체(212a) 및 제2 반응기 몸체(212b)는 동일한 형상으로 상, 하 대칭 구조를 이룬다. 그러므로 절연부(214)는 제1 반응기 몸체(212a) 및 제2 반응기 몸체(212b)가 결합되는 부분인 반응기 몸체(212)의 중앙에 위치될 수 있다.
또는 도 2b에 도시된 바와 같이, 제1 반응기 몸체(212a)의 길이는 제2 반응기 몸체(212b)의 길이보다 길게 형성됨으로써, 절연부(214)는 가스가 배출되는 배출구(241)에 인접하게 구비될 수 있다.
또는 도 2c에 도시된 바와 같이, 제2 반응기 몸체(212b)의 길이는 제1 반응기 몸체(212a)의 길이보다 길게 형성됨으로써, 절연부(214)는 가스가 주입되는 주입구(241)에 인접하게 구비될 수 있다.
그리고, 도 2d에 도시된 바와 같이, 제1반응기 몸체(212a) 및 제2반응기 몸체(212b)의 길이는 동일하게 형성되고, 절연부(214)가 주입구(241) 및 배출구(241)에 인접하게 각각 구비될 수 있다.
도 3은 도 2a 내지 도 2d에 도시된 플라즈마 발생기에 설치되는 제 1 실시 예에 따른 절연체의 설치 예를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 절연부는 진공씰(317) 및 절연체(316)를 포함할 수 있다. 진공씰(317)은 탄성 부재로 제1 반응기 몸체(312a)와 제2 반응기 몸체(312b) 사이에 구비되어 플라즈마 발생기 내부가 진공 상태를 유지할 수 있도록 한다. 절연체(316)는 비탄성 부재(예를 들어, 세라믹 재질)플라즈마 발생기의 플라즈마 방전 채널에서 방전된 플라즈마에 진공씰(317)이 노출되어 진공씰(317)이 손상되는 것을 방지하고, 제1 반응기 몸체(312a) 와 제2 반응기 몸체(312b) 사이가 절연 되도록 한다.
도 3(a)에 도시된 바와 같이, 절연체(316)는 제1 반응기 몸체(312a) 및 제2 반응기 몸체(312b)의 내면과 동일한 위치에 구비되도록 설치될 수 있다. 다시 말해, 절연체(316)는 제1 반응기 몸체(312a) 및 제2 반응기 몸체(312b) 의 내면에서 돌출되지 않도록 제1 반응기 몸체(312a)와 제2 반응기 몸체(312b) 사이에 구비될 수 있다.
도 3(b)에 도시된 바와 같이, 절연체(316)는 제1 반응기 몸체(312a) 및 제2 반응기 몸체(312b)의 내면보다 플라즈마 방전 채널을 향해 돌출되는 돌출부를 포함할 수 있다.
절연체(316)에 의해 제1 반응기 몸체(312a) 및 제2 반응기 몸체(312b) 사이의 간극이 넓어지게 되므로 절연체(316)가 설치되는 부분에는 파티클이 적재되지 않는다. 그러므로 절연부에 적재된 파티클에 의해 제1 반응기 몸체(312a)와 제2 반응기 몸체(312b) 간에 쇼트 또는 아킹이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 플라즈마 발생기에 설치되는 제 2 실시 예에 따른 절연체의 설치 예를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 절연체(416)는 플라즈마 방전 채널 방향으로 형성된 홈(416a)을 포함할 수 있다. 홈(416a)은 절연체(416)의 내측을 향해 하나 이상의 홈이 구비되어 형성될 수 있다. 홈(416a)은 절연체(416)의 내측을 향해 형성되어 홈(416a)에 의해 절연체(416)에 파티클이 적재되는 것을 방지할 수 있다.
도 4(a)를 참조하면, 절연체(416)는 제1 반응기 몸체(412a)와 제2 반응기 몸체(412b)의 내면과 동일하게 설치될 수 있다. 이때, 홈(416a)는 제1 반응기 몸체(412a)와 제2 반응기 몸체(412b)의 내면보다 내측으로 형성될 수 있다. 홈(416a)에 의해 절연부에 파티클이 쌓여 제1 반응기 몸체(412a)와 제2 반응기 몸체(412b)가 전기적으로 연결되거나 쇼트되는 것을 방지할 수 있다.
도 4(b)를 참조하면, 절연체(416)는 제1 반응기 몸체(412a)와 제2 반응기 몸체(412b)의 내면보다 플라즈마 방전 채널 방향으로 소정의 부분 돌출되어 설치될 수 있다. 절연체(416)의 돌출된 부분에 의해 절연부에 파티클이 쌓이는 것을 방지할 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 플라즈마 발생기를 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 5d를 참조하면, 플라즈마 발생기(510)는 제1 반응기 몸체(512a)와 제2 반응기 몸체(512b)의 내부 단면적(내면적)이 서로 상이할 수 있다. 제1 반응기 몸체(512a)의 내부 단면적은 제2 반응기 몸체(512b)의 내부 단면적보다 작게 형성될 수 있다. 제1 반응기 몸체(512a)의 내부 단면적이 제2 반응기 몸체(512b)의 내부 단면적보다 작게 형성됨으로써, 상부 어댑터(530)의 주입구(531)로 주입된 가스가 플라즈마 방전 공간(511)을 원활하게 통과하여 하부 어댑터(540)의 배출구(541)로 배출될 수 있다.
다른 실시 예로, 제1 반응기 몸체(512a)의 내면적과 제2 반응기 몸체(512b)의 내부 단면적은 동일하고, 제1 반응기 몸체(512a)와 제2 반응기 몸체(512b)가 연결되는 부분의 내부 단면적만 상이할 수 있다. 다시 말해, 제1 반응기 몸체(512a)에서 연결되는 부분의 내부 단면적보다 제2 반응기 몸체(512b)에서 연결되는 부분의 내부 단면적이 더 크게 형성될 수 있다. 그리하여 제1 반응기 몸체(512a)는 제2 반응기 몸체(512b)의 내로 끼워져 결합될 수 있다. 그러므로 제1 반응기 몸체(512a)와 제2 반응기 몸체(512b)의 결합이 용이할 수 있다.
이때, 제1 반응기 몸체(512a)와 제 2 반응기 몸체(512b) 사이에 절연부(514)가 구비될 수 있다. 절연부(514)에 의해 제1 반응기 몸체(512a)와 제2 반응기 몸체(512b)가 이격됨으로써 제1반응기 몸체(512a)와 제2 반응기 몸체(512b)가 전기적으로 절연될 수 있다.
특히, 제1 반응기 몸체(512a)와 제2 반응기 몸체(512b)는 끼워져 결합되므로, 절연부(514)는 제1 반응기 몸체(512a)의 외부와 제2 반응기 몸체(512b)의 내부 사이에 구비될 수 있다. 그리하여 제1 반응기 몸체(512a)와 제2 반응기 몸체(512b) 사이의 간격이 커질 수 있다.
도 5a, 도 5b, 도 5c와 같이, 절연부의 위치는 플라즈마 발생기의 중앙, 주입구(531)와 근접한 상부, 배출구와 근접한 하부에 위치될 수 있다. 그리고, 도 5d와 같이, 절연부의 위치는 플라즈마 발생기의 주입구(531) 및 배출구와 근접한 상하부에 각각 위치될 수 있다.
도 6a 내지 도 6d는 도 5a 내지 도 5d에 도시된 플라즈마 발생기에 설치되는 제3 실시 예에 따른 절연체를 도시한 도면이다.
도 6a 내지 도 6d를 참조하면, 제1 반응기 몸체(612a)와 제2 반응기 몸체(612b)의 내부 단면적이 상이하여 제1 반응기 몸체(612a)와 제2 반응기 몸체(612b)가 끼워져 결합될 수 있다. 그러므로 제1 반응기 몸체(612a)의 내부 직경(a)은 제2 반응기 몸체(612b)의 내부 직경(b)보다 작게 형성될 수 있다. 제1 반응기 몸체(612a)와 제2 반응기 몸체(612b) 사이에 진공씰(617) 및 절연체(616)가 구비될 수 있다.
제1 반응기 몸체(612a)는 내측 일부가 소정의 길이를 갖도록 형성되어, 제2 반응기 몸체(612b) 내에 끼워질 수 있다. 이때, 절연체(616)는 "ㄱ"자 형상으로 절곡되게 형성되어 제1 반응기 몸체(612a)와 제2 반응기 몸체(612b) 사이에 설치될 수 있다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 절연체(616)의 일부는 플라즈마 방전 채널을 향해 돌출되어 설치될 수 있다. 그러므로 절연체(616)의 돌출된 부분에 의해 제1 반응기 몸체(612a)와 제2 반응기 몸체(612b) 간격이 커질 수 있다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 절연체(616)는 제1 반응기 몸체(612a)의 돌출된 부분과 동일한 위치에 설치될 수도 있다.
도 6c에 도시된 바와 같이, 절연체(616)는 제1 반응기 몸체(612a)의 내측 일부가 돌출된 부분 내로 설치될 수 있다. 그러면 제1 반응기 몸체(612a)에서 돌출된 부분과 제 2 반응기 몸체(612b)의 내면 사이에 공간이 형성될 수 있다. 제1 반응기 몸체(612a)의 돌출된 부분과 제2 반응기 몸체(612b)의 내면 사이에서 용량 결합 플라즈마가 방전될 수 있다.
도 6d에 도시된 바와 같이, 절연체(616)는 끝단이 경사지게 형성되어 제1반응기 몸체(612a)와의 사이에 공간이 형성될 수 있다.
도 7은 도 5a 내지 도 5d에 도시된 플라즈마 발생기에 설치되는 제4 실시 예에 따른 절연체를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 제1 반응기 몸체(712a)와 제2 반응기 몸체(712b)는 끼워져 결합되고, 제1 반응기 몸체(712a)와 제2 반응기 몸체(712b) 사이에 진공씰(717) 및 절연체(716)가 설치될 수 있다. 절연체(716)는 플라즈마 방전 채널을 향해 하나 이상의 홈(716a)이 구비될 수 있다. 홈(716a)에 의해 절연체(716)에 파티클이 적재되는 것을 방지하여 제1 반응기 몸체(712a)와 제2 반응기 몸체(712b) 사이의 간격을 유지할 수 있다.
절연체(716)는 제1 반응기 몸체(712a) 및 제2 반응기 몸체(712b) 내면에서 일부가 돌출되거나 내측으로 삽입되는 형태로 설치될 수 있다. 또는 제1 반응기 몸체(712a) 및 제2 반응기 몸체(712b)의 내면과 동일한 위치가 되도록 절연체(716)가 설치될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 플라즈마 발생기를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 제1 반응기 몸체(812a)의 내부 단면적은 제2 반응기 몸체(812b)의 내부 단면적 보다 작게 형성될 수 있다. 제1 반응기 몸체(812a)의 내부 직경(a)보다 제2 반응기 몸체(812b)의 내부 직경(b)이 더 크게 형성될 수 있다.
특히, 제2 반응기 몸체(812b)는 내부 직경이 점차 작아지는 형상(b -> a)으로 형성될 수 있다. 제2 반응기 몸체(812b)의 내부는 깔대기 형상으로 경사면을 갖도록 형성될 수 있다. 그러면 제1 반응기 몸체(812a)와 제2 반응기 몸체(812b)가 결합되는 부분에서 와류가 형성되지 않고 원활하게 가스가 유동될 수 있다.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 플라즈마 발생기를 도시한 도면이다.
도 9a 내지 도 9d를 참조하면, 플라즈마 발생기(910)는 상부 어댑터(930)에 구비된 주입구(931)에 근접하도록 페라이트 코어(916)를 제1 반응기 몸체(912a)에 설치할 수 있다. 또한 하부 어댑터(940)에 구비된 배출구(941)에 근접하도록 마그네틱 코어(916)를 제2 반응기 몸체(912b)에 설치할 수 있다. 제1 반응기 몸체(912a) 및 제2 반응기 몸체(912b) 사이에는 절연부(914)가 구비될 수 있다.
도 9a를 참조하면, 상기 절연부(914)는 주입구(931)보다 배출구(941)에 근접하게 형성되고, 도 9b를 참조하면, 상기 절연부(914)는 배출구(941)보다 주입구(931)에 근접하게 형성되며, 도 9c를 참조하면, 상기 절연부(914)는 주입구(931) 및 배출구(941)의 중간에 형성된다.
또한, 도 9d를 참조하면, 상기 절연부(914)는 주입구(931) 및 배출구(941)에 각각 인접하도록 상하로 구비될 수 있다.
절연부(914)의 형상 및 설치 예는 상기에서 설명한 바와 동일하게 적용할 수 있다.
제1 반응기 몸체(912a)에 설치된 페라이트 코어(916)에 의해 제1 반응기 몸체(912a)의 주입구(931) 근방에서 플라즈마가 방전되고, 제2 반응기 몸체(912b)에 설치된 페라이트 코어(916)에 의해 제2 반응기 몸체(912b)의 배출구(941) 근방에서 플라즈마가 방전될 수 있다. 그러므로 주입구(931)로 공급된 가스는 플라즈마 방전 채널을 따라 바로 배출구(941)로 배출되지 않고, 방전된 플라즈마에 의해 플라즈마 방전 채널 내에서 체류하는 시간이 길어질 수 있다. 가스의 체류 시간이 길어지면, 방전된 플라즈마와 가스의 반응 시간이 길어져 가스 분해율을 향상시킬 수 있다.
이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명에 따른 절연구간이 개선된 플라즈마 발생기는, 플라즈마 발생기의 절연구간에 파티클이 쌓이는 것을 방지하여 절연구간의 절연기능이 유지되도록 하여 플라즈마의 균일성 및 효율성을 높일 수 있으며, 또한, 플라즈마 발생기를 두 개의 몸체로 형성함으로써 몸체의 조립 및 설치 비용을 절감할 수 있고, 내부 단면적이 상이한 두 개의 몸체를 끼워 결합할 수 있어 조립이 용이할 수 있다.

Claims (8)

  1. 가스를 공급받아 토로이달 형상의 플라즈마 방전 채널에서 플라즈마를 방전하는 제1반응기 몸체 및 제2 반응기 몸체를 갖는 반응기 몸체;
    상기 플라즈마 방전 채널에 쇄교하도록 상기 반응기 몸체에 결합되는 페라이트 코어;
    상기 페라이트 코어에 권선되는 일차 권선 코일; 및
    상기 제1 반응기 몸체와 상기 제2 반응기 몸체의 사이에 구비되는 절연부를 포함하며,
    상기 제1 반응기 몸체와 상기 제2 반응기 몸체가 연결되는 부분의 내부 단면적은 서로 상이하여, 상기 제1 반응기 몸체와 상기 제2 반응기 몸체가 끼워져 결합되고,
    상기 절연부는 상기 제1 반응기 몸체와 상기 제2 반응기 몸체가 끼워져 결합되는 부분에 위치하는 절연구간이 개선된 플라즈마 발생기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 반응기 몸체는
    상기 가스를 공급받는 주입구; 및
    방전된 플라즈마에 의해 분해된 라디칼을 배출하는 배출구를 포함하고,
    상기 절연부는 상기 주입구 또는 상기 배출구에 인접하도록 구비되는 절연구간이 개선된 플라즈마 발생기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절연부는,
    상기 제1 반응기 몸체와 상기 제2 반응기 몸체 사이에 구비되는 진공씰; 및
    상기 제1 반응기 몸체와 상기 제2 반응기 몸체 사이에 구비되고, 상기 진공씰이 상기 플라즈마 방전 채널에 노출되지 않도록 구비되는 절연체를 포함하는 절연구간이 개선된 플라즈마 발생기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 절연체의 일부는 상기 플라즈마 방전 채널을 향해 돌출 형성된 돌출부를 갖는 절연체를 포함하는 절연구간이 개선된 플라즈마 발생기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 돌출부는,
    상기 절연체의 내측을 향해 형성되는 적어도 하나 이상의 홈을 포함하는 절연구간이 개선된 플라즈마 발생기.
  6. 가스를 공급받아 토로이달 형상의 플라즈마 방전 채널에서 플라즈마를 방전하는 제1반응기 몸체 및 제2 반응기 몸체를 갖는 반응기 몸체;
    상기 플라즈마 방전 채널에 쇄교하도록 상기 반응기 몸체에 결합되는 페라이트 코어;
    상기 페라이트 코어에 권선되는 일차 권선 코일; 및
    상기 제1 반응기 몸체와 상기 제2 반응기 몸체의 사이에 구비되는 절연부를 포함하며,
    상기 절연부는
    상기 제1 반응기 몸체와 상기 제2 반응기 몸체 사이에 구비되는 진공씰; 및
    상기 제1 반응기 몸체와 상기 제2 반응기 몸체 사이에 구비되고, 상기 진공씰이 상기 플라즈마 방전 채널에 노출되지 않도록 구비되는 절연체;
    상기 절연체의 일부가 상기 플라즈마 방전 채널을 향해 돌출 형성된 돌출부를 포함하는 절연구간이 개선된 플라즈마 발생기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 돌출부는,
    상기 절연체의 내측을 향해 형성되는 적어도 하나 이상의 홈을 포함하는 절연구간이 개선된 플라즈마 발생기.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 반응기 몸체는
    상기 가스를 공급받는 주입구; 및
    방전된 플라즈마에 의해 분해된 라디칼을 배출하는 배출구를 포함하고,
    상기 절연부는,
    상기 주입구 또는 상기 배출구에 인접하도록 구비되는 절연구간이 개선된 플라즈마 발생기.
PCT/KR2019/095024 2018-05-31 2019-05-30 절연구간이 개선된 플라즈마 발생기 WO2019231308A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2018-0062762 2018-05-31
KR1020180062762A KR102113294B1 (ko) 2018-05-31 2018-05-31 절연구간이 개선된 플라즈마 발생기

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019231308A1 true WO2019231308A1 (ko) 2019-12-05

Family

ID=68698383

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2019/095024 WO2019231308A1 (ko) 2018-05-31 2019-05-30 절연구간이 개선된 플라즈마 발생기

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102113294B1 (ko)
WO (1) WO2019231308A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102661030B1 (ko) * 2020-08-14 2024-04-25 (주) 엔피홀딩스 플라즈마 발생 장치, 및 플라즈마 발생 장치를 포함하는 공정 처리 장치
US20230245861A1 (en) * 2020-08-14 2023-08-03 Np Holdings Co., Ltd. Plasma generating device and process executing apparatus including the same

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050103183A (ko) * 2003-04-16 2005-10-27 엠케이에스 인스트루먼츠, 인코포레이티드 절연성 진공 용기를 갖는 토로이드형 로필드 반응성 가스와 플라즈마 소스
KR20060010798A (ko) * 2003-05-14 2006-02-02 세키스이가가쿠 고교가부시키가이샤 플라스마 처리 장치 및 그 제조 방법
KR20080066888A (ko) * 2007-01-13 2008-07-17 최대규 다중 경로 유도 결합 플라즈마 반응기
JP2015512117A (ja) * 2012-12-28 2015-04-23 ニュー パワー プラズマ カンパニー リミテッド プラズマ反応器及びこれを用いたプラズマ点火方法
KR20160049630A (ko) * 2014-10-28 2016-05-10 최도현 파티클 저감 구조를 갖는 플라즈마 챔버

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050103183A (ko) * 2003-04-16 2005-10-27 엠케이에스 인스트루먼츠, 인코포레이티드 절연성 진공 용기를 갖는 토로이드형 로필드 반응성 가스와 플라즈마 소스
KR20060010798A (ko) * 2003-05-14 2006-02-02 세키스이가가쿠 고교가부시키가이샤 플라스마 처리 장치 및 그 제조 방법
KR20080066888A (ko) * 2007-01-13 2008-07-17 최대규 다중 경로 유도 결합 플라즈마 반응기
JP2015512117A (ja) * 2012-12-28 2015-04-23 ニュー パワー プラズマ カンパニー リミテッド プラズマ反応器及びこれを用いたプラズマ点火方法
KR20160049630A (ko) * 2014-10-28 2016-05-10 최도현 파티클 저감 구조를 갖는 플라즈마 챔버

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190136710A (ko) 2019-12-10
KR102113294B1 (ko) 2020-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100715070B1 (ko) 재료 처리용 ｒｆ 플라즈마 소스
US7094315B2 (en) Chamber configuration for confining a plasma
WO2019231308A1 (ko) 절연구간이 개선된 플라즈마 발생기
KR20100031960A (ko) 플라즈마 발생장치
KR20180001799A (ko) 복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버
KR20040014130A (ko) 챔버 배기장치내의 플라즈마용 자기 배리어
WO2017007059A1 (ko) 공정설비에서 발생되는 배기가스 처리 플라즈마 반응기
WO2010085109A2 (en) Antenna for inductively coupled plasma generation, inductively coupled plasma generator, and method of driving the same
KR20080067042A (ko) 코어 커버를 구비한 유도 결합 플라즈마 반응기
WO2010027184A2 (ko) 저압 및 대기압 플라즈마를 이용한 폐가스 제거 시스템
KR101881537B1 (ko) 가스 분해 효율 향상을 위한 플라즈마 챔버
WO2015026057A1 (ko) 플라즈마 반응장치
KR100599461B1 (ko) 대기압 플라즈마 발생장치 및 이를 이용한 플라즈마프로세스 시스템
KR100520407B1 (ko) 대기압 플라즈마 발생장치
WO2012036491A2 (ko) 누설 전류형 변압기를 이용한 플라즈마 처리장치
WO2009131374A2 (ko) 플라즈마 발생장치
KR20170139759A (ko) 균일한 가스 분배를 위한 가스 분배 플레이트를 포함하는 플라즈마 챔버
KR102619010B1 (ko) 페라이트 코어의 설치 위치를 변경한 플라즈마 챔버
WO2021256604A1 (ko) 플라즈마 반응 장치
KR102616743B1 (ko) 플라즈마 상태 측정 센서가 구비된 일체형 연결부를 갖는 플라즈마 챔버 및 플라즈마 상태 측정 센서가 구비된 어댑터
KR102467296B1 (ko) 차폐 구조의 점화전극
WO2020166969A1 (ko) 개선된 ecr 균일 플라즈마 발생 장치
WO2023128325A1 (ko) 기판 처리 장치
KR101336798B1 (ko) 다중 가스 공급 구조를 갖는 다중 방전관 플라즈마 반응기
WO2023182827A1 (ko) 소모성 금속부재를 포함하는 식각용 플라즈마 처리 장치

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19810943

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 26-04-2021)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19810943

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1