KR101437861B1 - High efficiency plasma reactor having plasma chamber coupled with magnetic flux channel - Google Patents

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Abstract

본 발명의 자속 채널에 결합된 플라즈마 챔버를 구비한 고효율 플라즈마 반응기는 마주 대향하는 자속 출입구를 갖는 제1 마그네틱 코어 블록, 상기 제1 마그네틱 코어 블록의 자속 출입구 사이에 위치하여 상기 제1 마그네틱 코어 블록과 연합하여 자속 채널을 형성하는 제2 마그네틱 코어 블록, 상기 자속 채널에 방전 공간이 결합되는 플라즈마 챔버, 상기 제1 마그네틱 코어 블록에 감겨진 제1 자속 유도 코일, 상기 제2 마그네틱 코어 블록에 감겨진 제2 자속 유도 코일; 및 상기 제1 및 제2 자속 유도 코일로 교류 전원을 공급하는 전원 공급원을 포함하고, 상기 전원 공급원에 의해 상기 제1 및 제2 자속 유도 코일의 전류가 구동되어 상기 자속 채널에 유도되는 자속의 변화에 따라 상기 플라즈마 챔버의 방전 공간에서 플라즈마를 형성하는 AC 전위(AC potential)가 유도된다. 본 발명의 플라즈마 반응기는 제1 및 제2 마그네틱 코어 블록에 의해서 플라즈마 챔버의 대부분의 방전 영역에 대하여 자속 채널이 결합되는 구조임으로 플라즈마 챔버의 방전 영역에 결합되는 유도 결합 에너지의 전달 효율이 높이여 고밀도의 플라즈마를 안정적으로 발생 및 유지할 수 있고 확장성이 용이하다.A high efficiency plasma reactor having a plasma chamber coupled to a flux channel of the present invention includes a first magnetic core block having opposing magnetic flux outlets, a second magnetic core block positioned between magnetic flux entrances of the first magnetic core block, A second magnetic core block for forming a magnetic flux channel in association with the first magnetic core block, a plasma chamber in which a discharge space is coupled to the magnetic flux channel, a first magnetic flux induction coil wound around the first magnetic core block, Two magnetic induction coils; And a power supply source for supplying AC power to the first and second magnetic flux induction coils, wherein a current of the first and second magnetic flux induction coils is driven by the power supply source to change a magnetic flux An AC potential is generated which forms a plasma in the discharge space of the plasma chamber. The plasma reactor of the present invention has a structure in which magnetic flux channels are coupled to most of the discharge regions of the plasma chamber by the first and second magnetic core blocks, thereby increasing the efficiency of the inductive coupling energy to be coupled to the discharge region of the plasma chamber, It is possible to stably generate and maintain the plasma of the plasma display panel and to easily expand the plasma.

자속 채널, 유도 결합 플라즈마, 플라즈마 처리, 활성 가스 Flux channel, inductively coupled plasma, plasma treatment, active gas

Description

자속 채널에 결합된 플라즈마 챔버를 구비한 고효율 플라즈마 반응기{HIGH EFFICIENCY PLASMA REACTOR HAVING PLASMA CHAMBER COUPLED WITH MAGNETIC FLUX CHANNEL}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a high-efficiency plasma reactor having a plasma chamber coupled to a magnetic flux channel,

본 발명은 플라즈마 방전에 의하여 이온, 자유 래디컬, 원자 및 분자를 포함하는 활성 가스를 발생 시기고 활성 가스로 고체, 분말, 가스 등의 플라즈마 처리를 하기 위한 플라즈마 소스에 관한 것으로, 구체적으로는 자속 채널에 결합된 플라즈마 챔버를 구비한 고효율 플라즈마 반응기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma source for generating an active gas containing ions, free radicals, atoms and molecules by a plasma discharge and for performing plasma treatment of solid, powder, gas, etc. with an active gas, To a high efficiency plasma reactor having a plasma chamber coupled to the plasma chamber.

플라즈마 방전은 이온, 자유 래디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 발생하기 위한 가스 여기에 사용되고 있다. 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 집적 회로 장치, 평판 디스플레이, 태양 전지등과 같은 장치를 제조하기 위한 여러 반도체 제조 공정 예들 들어, 식각(etching), 증착(deposition), 세정(cleaning), 에싱(ashing) 등에 다양하게 사용된다.Plasma discharges are used in gas excitation to generate active gases including ions, free radicals, atoms, and molecules. The active gas is widely used in various fields and various semiconductor manufacturing processes for manufacturing devices such as an integrated circuit device, a flat panel display, a solar cell, and the like can be used, for example, etching, deposition, cleaning, ashing and so on.

최근, 반도체 장치의 제조를 위한 웨이퍼나 LCD 글라스와 같은 피처리 기판은 더욱 대형화 되어 가고 있다. 그럼으로 플라즈마 이온 에너지에 대한 제어 능력이 높고, 대면적의 처리 능력을 갖는 확장성이 용이한 플라즈마 소스가 요구되고 있다. 플라즈마를 발생하기 위한 플라즈마 소스는 여러 가지가 있는데 무선 주파수(radio frequency)를 사용하는 용량 결합 플라즈마와 유도 결합 플라즈마가 그 대표적인 예이다. 그중 유도 결합 플라즈마 소스는 무선 주파수 전원의 증가에 따라 이온 밀도를 비교적 용이하게 증가시킬 수 있어서 고밀도 플라즈마를 얻기에 적합한 것으로 알려져 있다.2. Description of the Related Art In recent years, wafers and substrates to be processed such as LCD glass for manufacturing semiconductor devices have become larger. Thus, there is a demand for a plasma source that has a high controllability against plasma ion energy, has a large area processing capability, and is easy to expand. There are many kinds of plasma sources for generating plasma, such as capacitive coupled plasma and inductively coupled plasma using radio frequency. Among them, an inductively coupled plasma source is known to be suitable for obtaining a high density plasma because the ion density can be relatively easily increased with an increase in a radio frequency power source.

그러나 유도 결합 플라즈마 방식은 공급되는 에너지에 비하여 플라즈마에 결합되는 에너지가 낮아서 고전압의 구동 코일을 사용하고 있다. 그럼으로 이온 에너지가 높아서 플라즈마 반응기의 내부 표면이 이온 충격(ion bombardment)에 의해 손상되는 경우가 발생될 수 있다. 이온 충격에 의한 플라즈마 반응기의 내부 표면 손상은 플라즈마 반응기의 수명을 단축하는 것뿐만 아니라 플라즈마 처리 오염원으로 작용하는 부정적인 결과를 얻게 된다. 이온 에너지를 낮추려는 경우에는 플라즈마에 결합되는 에너지가 낮아서 잦은 플라즈마 방전이 오프 되는 경우가 발생하게 된다. 그럼으로 안정적인 플라즈마 유지가 어렵게 되는 문제점이 발생한다.However, the inductively coupled plasma method uses a high-voltage driving coil because the energy to be coupled to the plasma is lower than that of the supplied energy. Thus, the ion energy may be high and the inner surface of the plasma reactor may be damaged by ion bombardment. Damage to the inner surface of the plasma reactor due to ion bombardment not only shortens the life of the plasma reactor, but also results in a negative effect acting as a plasma treatment source. When the ion energy is to be lowered, the plasma energy is low and the plasma discharge is frequently turned off. Thus, there is a problem that stable plasma maintenance becomes difficult.

한편, 반도체 제조 공정에서 플라즈마를 이용한 공정에서 원격 플라즈마의 사용은 매우 유용한 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 공정 챔버의 세정이나 포토레지스트 스트립을 위한 에싱 공정에서 유용하게 사용되고 있다. 그런데 피처리 기판의 대형화에 따라 공정 챔버의 볼륨도 증가되고 있어서 고밀도의 활성 가스를 충분히 원격으로 공급할 수 있는 플라즈마 소스가 요구되고 있다.On the other hand, it is known that the use of a remote plasma in a process using a plasma in a semiconductor manufacturing process is very useful. For example, in cleaning process chambers or in ashing processes for photoresist strips. However, as the substrate to be processed becomes larger, the volume of the process chamber is also increased, and a plasma source capable of sufficiently supplying high-density active gas remotely is required.

따라서 본 발명은 플라즈마에 결합되는 유도 결합 에너지의 전달 효율이 높이여 고밀도의 플라즈마를 안정적으로 발생 및 유지할 수 있고 확장성이 용이한 자속 채널에 결합된 플라즈마 챔버를 구비한 플라즈마 반응기를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a plasma reactor having a plasma chamber coupled to a magnetic flux channel which can stably generate and maintain a high density plasma by increasing the efficiency of the inductively coupled energy to be coupled to the plasma, .

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 자속 채널에 결합된 플라즈마 챔버를 구비한 고효율 플라즈마 반응기에 관한 것이다. 본 발명의 자속 채널에 결합된 플라즈마 챔버를 구비한 고효율 플라즈마 반응기는: 마주 대향하는 자속 출입구를 갖는 제1 마그네틱 코어 블록; 상기 제1 마그네틱 코어 블록의 자속 출입구 사이에 위치하여 상기 제1 마그네틱 코어 블록과 연합하여 자속 채널을 형성하는 제2 마그네틱 코어 블록; 상기 자속 채널에 방전 공간이 결합되는 플라즈마 챔버; 상기 제1 마그네틱 코어 블록에 감겨진 제1 자속 유도 코일; 상기 제2 마그네틱 코어 블록에 감겨진 제2 자속 유도 코일; 및 상기 제1 및 제2 자속 유도 코일로 교류 전원을 공급하는 전원 공급원을 포함하고, 상기 전원 공급원에 의해 상기 제1 및 제2 자속 유도 코일의 전류가 구동되어 상기 자속 채널에 유도되는 자속의 변화에 따라 상기 플라즈마 챔버의 방전 공간에서 플라즈마를 형성하는 AC 전위(AC potential)가 유도된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a high efficiency plasma reactor having a plasma chamber coupled to a magnetic flux channel. A high efficiency plasma reactor having a plasma chamber coupled to a flux channel of the present invention comprises: a first magnetic core block having opposing flux entrances; A second magnetic core block positioned between the magnetic flux entrance of the first magnetic core block and forming a magnetic flux channel in association with the first magnetic core block; A plasma chamber in which a discharge space is coupled to the flux channel; A first magnetic flux induction coil wound around the first magnetic core block; A second magnetic induction coil wound around the second magnetic core block; And a power supply source for supplying AC power to the first and second magnetic flux induction coils, wherein a current of the first and second magnetic flux induction coils is driven by the power supply source to change a magnetic flux An AC potential is generated which forms a plasma in the discharge space of the plasma chamber.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 마그네틱 코어 블록의 자속 출입구와 상기 제2 마그네틱 코어 블록의 자속 출입구는 서로 마주 대향하고 상호 반대의 극성을 갖도록 배치되는 구조를 갖는다.In one embodiment, the magnetic flux entrance of the first magnetic core block and the magnetic flux entrance of the second magnetic core block are arranged to face each other and to have opposite polarities.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 자속 유도 코일은 상기 전원 공급원에 직렬 또는 병렬로 연결된다.In one embodiment, the first and second flux induction coils are connected in series or in parallel to the power source.

일 실시예에 있어서, 상기 전원 공급원으로부터 공급되는 교류 전원을 상기 제1 및 제2 자속 유도 코일로 분배하는 분배 회로를 포함한다.In one embodiment, a distribution circuit is provided for distributing the AC power supplied from the power source to the first and second magnetic flux induction coils.

일 실시예에 있어서, 상기 분배 회로는 상기 전원 공급원에 연결되는 일차측과 상기 제1 자속 유도 코일에 일단이 상기 제2 자속 유도 코일에 타단이 각기 연결되는 이차측을 갖는 트랜스포머를 포함한다.In one embodiment, the distribution circuit includes a transformer having a primary side connected to the power source and a secondary side having one end connected to the first magnetic flux induction coil and the other end connected to the second magnetic induction coil, respectively.

일 실시예에 있어서, 상기 트랜스포머의 이차측은 접지된 중간탭을 포함한다.In one embodiment, the secondary side of the transformer comprises a grounded middle tap.

일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 챔버는 금속 물질을 포함한다.In one embodiment, the plasma chamber comprises a metallic material.

일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 챔버는 에디 전류를 최소화하기 위하여 상기 금속 물질 내에서 전기적 불연속성을 갖도록 하는 하나 이상의 전기적 절연 영역을 포함한다.In one embodiment, the plasma chamber includes one or more electrically insulative regions that have electrical discontinuities within the metallic material to minimize eddy currents.

일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 챔버는 절연체 물질을 포함한다.In one embodiment, the plasma chamber comprises an insulator material.

일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 반응기는 냉각 채널을 포함한다.In one embodiment, the plasma reactor comprises a cooling channel.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 또는 제2 마그네틱 코어 블록에 권선되는 점화용 유도 코일과 상기 점화용 유도 코일에 전기적으로 연결되며 상기 플라즈마 챔버 내에서 플라즈마 점화를 유도하는 점화용 전극을 더 포함한다.In one embodiment, the plasma processing apparatus further includes an ignition coil wound around the first or second magnetic core block, and an ignition electrode electrically connected to the ignition coil and inducing plasma ignition in the plasma chamber .

일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 챔버에서 발생된 활성 가스를 제공받아 수용하는 공정 챔버를 더 포함한다.In one embodiment, the plasma processing apparatus further includes a process chamber for receiving and receiving an active gas generated in the plasma chamber.

일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 챔버는 상기 프로세스 챔버에 탑재 가능한 구조를 갖고, 상기 전원 공급원은 상기 플라즈마 챔버와 물리적으로 분리된 구조를 가고, 상기 전원 공급원과 상기 제1 및 제2 자속 유도 코일은 무선 주파수 케이블로 원격으로 연결된다.In one embodiment, the plasma chamber has a structure that is mountable in the process chamber, the power source has a physically separate structure with the plasma chamber, and the power source and the first and second magnetic flux induction coils Connect remotely via radio frequency cable.

일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 챔버로 유입되는 가스는 불활성 가스, 반응 가스, 불활성 가스와 반응 가스의 혼합 가스를 포함하는 그룹으로부터 선택된다.In one embodiment, the gas entering the plasma chamber is selected from the group consisting of an inert gas, a reactive gas, and a mixed gas of an inert gas and a reactive gas.

본 발명의 자속 채널에 결합된 플라즈마 챔버를 구비한 고효율 플라즈마 반응기에 의하면, 제1 및 제2 마그네틱 코어 블록에 의해서 플라즈마 챔버의 대부분의 방전 영역에 대하여 자속 채널이 결합되는 구조임으로 플라즈마 챔버의 방전 영역에 결합되는 유도 결합 에너지의 전달 효율이 높이여 고밀도의 플라즈마를 안정적으로 발생 및 유지할 수 있고 확장성이 용이하다.According to the high efficiency plasma reactor having the plasma chamber coupled to the magnetic flux channel of the present invention, the magnetic flux channels are coupled to most of the discharge regions of the plasma chamber by the first and second magnetic core blocks, The high efficiency plasma can be stably generated and maintained and the expandability is easy.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도 면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.For a better understanding of the present invention, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention may be modified into various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described in detail below. The present embodiments are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention. Therefore, the shapes and the like of the elements in the drawings can be exaggeratedly expressed to emphasize a clearer description. It should be noted that the same members in the respective drawings may be denoted by the same reference numerals. Detailed descriptions of well-known functions and constructions which may be unnecessarily obscured by the gist of the present invention are omitted.

도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 전면 및 후면 사시도이고, 도 3은 플라즈마 반응기의 분해 사시도이다.FIGS. 1 and 2 are front and rear perspective views of a plasma reactor according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an exploded perspective view of a plasma reactor.

도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 반응기(10)는 마주 대향하는 자속 출입구(22)를 갖는 제1 마그네틱 코어 블록(20), 제1 마그네틱 코어 블록(20)의 자속 출입구(22) 사이에 위치하여 제1 마그네틱 코어 블록(20)과 연합하여 자속 채널을 형성하는 제2 마그네틱 코어 블록(40), 자속 채널에 방전 공간이 결합되는 플라즈마 챔버(30)를 구비한다. 제1 마그네틱 코어 블록(20)에는 제1 자속 유도 코일(21)이 그리고 제2 마그네틱 코어 블록(40)에는 제2 자속 유도 코일(41)이 각각 감겨 구비된다. 상기 제1 및 제2 자속 유도 코일(21, 41)은 전원 공급원(50)(도 5 또는 도 6 참조)으로부터 교류 전원을 공급 받아서 구동된다. 전원 공급원(50)에 의해 제1 및 제2 자속 유도 코일(21, 41)의 전류가 구동되면 자속 채널에 유도되는 자속의 변화에 따라 플라즈마 챔버(30)의 방전 공간에서 플라즈마를 형성하는 AC 전위(AC potential)가 유도되어 플라즈마 방전이 이루어진다.1 to 3, a plasma reactor 10 according to a preferred embodiment of the present invention includes a first magnetic core block 20, a first magnetic core block 20, and a second magnetic core block 20. The first magnetic core block 20 has opposing magnetic flux outlets 22, A second magnetic core block 40 positioned between the magnetic flux entry / exit 22 of the first magnetic core block 20 and forming a magnetic flux channel with the first magnetic core block 20, and a plasma chamber 30 coupled to the magnetic flux channel with a discharge space do. The first magnetic core block 20 is provided with a first magnetic flux induction coil 21 and the second magnetic core block 40 is wound with a second magnetic flux induction coil 41. The first and second magnetic flux induction coils 21 and 41 are driven by receiving AC power from a power source 50 (see FIG. 5 or 6). When the currents of the first and second magnetic flux induction coils 21 and 41 are driven by the power source 50, the AC potentials which form plasma in the discharge space of the plasma chamber 30 in accordance with the change of the magnetic flux induced in the magnetic flux channel (AC potential) is induced and a plasma discharge is performed.

제1 마그네틱 코어 블록(20)은 마주 대향하는 자속 출입구(22)를 갖는다. 자속 출입구(22)는 원반 형상의 코어 후면(25)의 원호의 모서리 부분에서 대칭적으로 마주 대향된 수직 돌출 구조를 갖는다. 그럼으로 두 개의 자속 출입구(22) 사 이에는 플라즈마 챔버(30)가 끼워질 수 있는 챔버 삽입 공간(24)이 그리고 상하로 대칭된 개구 영역(23)이 구성된다. 제1 자속 유도 코일(21)은 두 개의 개구 영역(23)을 경유하면서 코어 후면(25)에 감겨진다. 그럼으로 제1 자속 유도 코일(21)이 구동되면 두 개의 자속 출입구(22)는 각기 서로 다른 극성으로 유도된다.The first magnetic core block 20 has opposing magnetic flux outlets 22. The magnetic flux entry port 22 has a vertically protruding structure symmetrically opposing each other at a corner portion of an arc of the disk-shaped core rear surface 25. Thereby, a chamber insertion space 24 in which the plasma chamber 30 can be inserted and an opening region 23 in which the upper and lower portions are symmetrically formed are formed between the two magnetic flux entry / exit portions 22. The first magnetic flux induction coil 21 is wound on the core rear face 25 via the two opening regions 23. [ Thus, when the first magnetic flux induction coil 21 is driven, the two magnetic flux entry / exit ports 22 are induced to have different polarities from each other.

제2 마그네틱 코어 블록(40)은 제1 마그네틱 코어 블록(20)의 두 개의 자속 출입구(22)와 일정 간격을 두고 챔버 삽입 공간(24)에 설치된다. 제2 마그네틱 코어 블록(40)은 상기 개구 영역(23)과 동일하게 정렬되어 상하로 대칭되게 길이 방향으로 코일 장착 홈(43)이 마련된다. 코일 장착 홈(43)에는 제2 자속 유도 코일(41)이 감겨진다. 제1 및 제 2 마그네틱 코어 블록(20, 40)의 각각의 자속 출입구(22, 42)는 서로 마주 대향된다. 바람직하게는, 제1 및 제2 자속 유도 코일(21, 41)의 권선 방향은, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 마그네틱 코어 블록(20, 40)의 각각 자속 출입구(22, 42)는 서로 반대 극성으로 유도되도록 하는 것이 바람직하다.The second magnetic core block 40 is installed in the chamber insertion space 24 at a predetermined distance from the two magnetic flux entry / exit ports 22 of the first magnetic core block 20. The second magnetic core block 40 is provided with a coil mounting groove 43 in the longitudinal direction so as to be aligned with the opening area 23 and to be symmetrical up and down. The second magnetic flux induction coil 41 is wound around the coil mounting groove 43. The magnetic flux entry / exit ports 22, 42 of the first and second magnetic core blocks 20, 40 are opposed to each other. Preferably, the winding directions of the first and second magnetic flux induction coils 21 and 41 are such that the magnetic flux corridors 22 and 24 of the first and second magnetic core blocks 20 and 40, respectively, 42 are preferably induced to have opposite polarities.

플라즈마 챔버(30)는 상부 개구 영역(23)로 가스 입구(31)가 하부 개구 영역(23)으로 가스 출구(32)가 각각 끼워진다. 가스 입구(31)와 가스 출구(32) 사이에는 제2 마그네틱 코어 블록(40)을 감싸도록 챔버 몸체(33)가 구성된다. 챔버 몸체(33)는 중심부에 개구부(34)가 구성된 도넛 형상을 갖는다. 그럼으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 마그네틱 코어 블록(20)의 챔버 삽입 공간(24)에 플라즈마 챔버(20)가 삽입되고, 플라즈마 챔버(20)의 개구부(34)에 제2 마그네틱 코어 블록(40)이 삽입되는 구조를 갖는다. 따라서 플라즈마 챔버(30)의 챔버 몸체(33)는 대부분이 제1 및 제2 마그네틱 코어 블록(20, 40)에 의해서 형성되는 자속 채널에 결합된다. 그럼으로 도 5 도시된 바와 같이, 가스 입구(31)를 통해서 유입된 공정 가스는 챔버 몸체(33)를 경유하면서 자속 채널에 결합되어 플라즈마 방전에 의해 활성화 되어 가스 출구(32)를 통해서 배출된다. 플라즈마 챔버(30)로 유입되는 가스는 불활성 가스, 반응 가스, 불활성 가스와 반응 가스의 혼합 가스를 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다.The plasma chamber 30 is fitted with the gas outlet 32 into the upper opening region 23 and the gas inlet 31 into the lower opening region 23 respectively. A chamber body 33 is formed between the gas inlet 31 and the gas outlet 32 so as to surround the second magnetic core block 40. The chamber body 33 has a donut shape in which an opening 34 is formed at a central portion thereof. 3, the plasma chamber 20 is inserted into the chamber insertion space 24 of the first magnetic core block 20, and the second magnetic portion 20 is inserted into the opening portion 34 of the plasma chamber 20, And the core block 40 is inserted. Thus, the chamber body 33 of the plasma chamber 30 is coupled to the flux channel, which is mostly formed by the first and second magnetic core blocks 20,40. 5, the process gas introduced through the gas inlet 31 is coupled to the magnetic flux channel via the chamber body 33, activated by the plasma discharge, and discharged through the gas outlet 32. The gas introduced into the plasma chamber 30 may be selected from the group consisting of an inert gas, a reactive gas, and a mixed gas of an inert gas and a reactive gas.

전원 공급원(50)은 별도의 임피던스 정합기 없이 출력 전압의 제어가 가능한 전원 공급원으로 하나 이상의 스위칭 반도체 장치를 포함한다. 그러나 별도의 임피던스 정압기를 구비하는 무선 주파수 공급원을 사용하여 구성할 수도 있다. 플라즈마 방전을 초기에 유도하기 위하여 플라즈마 챔버(30)의 방전 공간을 향하는 점화 전극(미도시)과 점화 전원(미도시)이 구비될 수 있다. 점화 전원은 제1 또는 제2 마그네틱 코어 블록(20, 40)에 권선되며 전기적으로 점화 전극에 연결되는 점화용 유도 코일을 포함한다. 또는 점화 전원과 점화 전극은 구비되지 않을 수도 있는데 전원 공급원(50)의 전력 공급을 제어하여 초기 플라즈마 방전을 유도할 수도 있다.The power supply 50 includes at least one switching semiconductor device as a power supply capable of controlling the output voltage without a separate impedance matcher. However, it may be constructed using a radio frequency source having a separate impedance transformer. An ignition electrode (not shown) and an ignition power source (not shown) facing the discharge space of the plasma chamber 30 may be provided to initially induce the plasma discharge. The ignition power source includes an ignition coil wound around the first or second magnetic core block (20, 40) and electrically connected to the ignition electrode. Alternatively, the ignition power source and the ignition electrode may not be provided, but the power supply of the power source 50 may be controlled to induce an initial plasma discharge.

도 6 및 도 7은 제1 및 제2 자속 유도 코일의 전원 공급 구조의 실시예들을 보여주는 도면이다.Figs. 6 and 7 are views showing embodiments of the power supply structure of the first and second magnetic flux induction coils. Fig.

도 6을 참조하여, 전원 공급원(50)은 제1 및 2 자속 유도 코일(21, 41)로 교류 전원인 무선 주파수 전원을 공급한다. 제1 및 제2 자속 유도 코일(21, 41)은 전원 공급원(50)에 직렬로 연결될 수 있으며, 권선 방향은 상술한 바와 같이 제1 및 제2 마그네틱 코어 블록(20, 40)의 각각의 자속 출입구(22, 42)가 상호 반대 극성으로 유도되도록 한다.6, the power supply source 50 supplies radio frequency power, which is an AC power source, to the first and second magnetic flux induction coils 21 and 41. [ The first and second magnetic flux induction coils 21 and 41 may be connected in series to the power source 50 and the winding direction may be set such that the respective magnetic fluxes of the first and second magnetic core blocks 20 and 40 So that the entrances 22 and 42 are induced to have opposite polarities.

도 7을 참조하여, 제1 및 제2 자속 유도 코일(21, 41)은 분배 회로(52)에 의해서 전원 공급원(50)에 병렬로 연결될 수 있다. 분배 회로(52)는 전원 공급원(50)으로부터 공급되는 교류 전원을 상기 제1 및 제2 자속 유도 코일(21, 41)로 분배한다. 분배 회로(52)는 트랜스포머(52)로 구성될 수 있다. 트랜스포머(52)의 일차측은 전원 공급원(50)에 연결되고, 이차측의 일단은 제1 자속 유도 코일(21)에 타단은 제2 자속 유도 코일(41)에 각각 연결된다. 그리고 트랜스포머의 이차측은 접지된 중간탭을 포함할 수 있으며, 이때 제1 및 제2 자속 유도 코일(21, 41)은 사호 반대 위상의 무선 주파수가 공급된다. 이와 같이 구성하는 경우 높은 구동 효율을 얻을 수 있다.Referring to Fig. 7, the first and second magnetic flux induction coils 21 and 41 may be connected in parallel to the power source 50 by the distribution circuit 52. Fig. The distribution circuit 52 distributes the AC power supplied from the power source 50 to the first and second magnetic flux induction coils 21 and 41. The distribution circuit 52 may comprise a transformer 52. The primary side of the transformer 52 is connected to the power source 50 and the other end of the secondary side is connected to the first magnetic flux induction coil 21 and the other end is connected to the second magnetic flux induction coil 41, respectively. And the secondary side of the transformer may include a grounded intermediate tap, wherein the first and second magnetic flux induction coils 21 and 41 are supplied with a radio frequency of a negative anti-phase. With such a configuration, high driving efficiency can be obtained.

제1 및 제2 마그네틱 코어 블록(20, 40)은 페라이트로 제작되지만 다른 대안의 재료로 제작될 수 도 있으며, 단일 몸체로 구성되거나 여러 코어 조각들을 조립하여 구성할 수 있다. 여러 개의 조각을 사용하여 구성하는 경우에는 각 조각의 조립면에 절연 물질과 같은 비자성 스페이서를 삽입하여 연결할 수 있다. 제1 및 제2 자속 유도 코일(21, 41)과 플라즈마 챔버(30) 사이에는 선택적으로 패러데이 쉴드가 구성될 수 있다. 도면에 구체적으로 도시되지 않았지만, 플라즈마 반응기(10)의 과열을 방지하기 위한 냉각 채널을 구비하는 것이 바람직하다. 냉각 채널은 플라즈마 챔버(30)에 구성하거나 제1 및 제2 자속 유도 코일(21, 41)을 냉각수가 흐를 수 있는 튜브 구조로 구성할 수도 있다. The first and second magnetic core blocks 20 and 40 may be made of ferrite, but may be made of other alternative materials, or may be composed of a single body or assembled into several core pieces. In the case of using multiple pieces, a non-magnetic spacer such as an insulating material may be inserted and connected to the assembly surface of each piece. A Faraday shield may be selectively formed between the first and second magnetic flux induction coils 21 and 41 and the plasma chamber 30. Although not specifically shown in the drawings, it is preferable to provide a cooling channel for preventing overheating of the plasma reactor 10. The cooling channel may be formed in the plasma chamber 30, or the first and second magnetic flux induction coils 21 and 41 may be formed in a tube structure in which cooling water can flow.

플라즈마 챔버(30)는 예를 들어, 석영, 세라믹과 같은 절연체 물질로 제작된다. 그러나 알루미늄, 스테인리스, 구리와 같은 금속 물질을 포함할 수 있으며, 코팅된 금속 예를 들어, 양극 처리된 알루미늄이나 니켈 도금된 알루미늄을 포함할 수도 있다. 또는 내화 금속(refractory metal)을 포함할 수 있으며 의도된 프로세스가 수행되기에 적합한 다른 물질을 포함할 수 있다. 플라즈마 챔버(30)가 금속 물질을 포함하는 경우에는 에디 전류를 최소화하기 위하여 금속 물질 내에서 전기적 불연속성을 갖도록 하는 하나 이상의 전기적 절연 영역을 포함하는 것이 바람직하다.The plasma chamber 30 is made of an insulator material such as, for example, quartz, ceramic. However, it may include metallic materials such as aluminum, stainless steel, copper, and may also include coated metals such as anodized aluminum or nickel plated aluminum. Or refractory metal, and may include other materials suitable for the intended process to be performed. It is preferred that if the plasma chamber 30 comprises a metallic material, it preferably comprises one or more electrically insulating regions which have electrical discontinuities in the metallic material to minimize eddy currents.

이상과 같은 플라즈마 반응기(10)는 공정 챔버(미도시)에 연결되어 활성 가스를 공정 챔버로 공급한다. 공정 챔버는 활성 가스를 수용하여 플라즈마 처리 예를 들어, 반도체 장치의 제조를 위한 증착, 식각, 에싱, 및 세정 등의 반도체 제조 공정의 어느 하나를 수행한다. 발명의 플라즈마 반응기(10)는 공정 챔버에 플라즈마 챔버(30)가 탑재되고, 전원 공급원(50) 분리형 구조를 가질 수 있다. 분리형의 전원 공급원(30)은 무선 주파수 케이블(미도시)을 통해서 제1 및 제2 자속 유도 코일(21, 41)과 전기적으로 연결된다. 분리형 구조는 설비 구성에 있어서 설치 방법의 유연성을 제공하며 유지 보수를 보다 용이하게 할 수 있는 장점을 제공한다.The plasma reactor 10 as described above is connected to a process chamber (not shown) to supply the active gas to the process chamber. The process chamber accommodates the active gas and performs any of the semiconductor fabrication processes such as deposition, etching, ashing, and cleaning for plasma processing, for example, for the fabrication of semiconductor devices. The plasma reactor 10 of the present invention may be equipped with a plasma chamber 30 in a process chamber and may have a separate structure of the power source 50. The separate power source 30 is electrically connected to the first and second magnetic flux induction coils 21 and 41 via a radio frequency cable (not shown). The detachable structure provides the flexibility of the installation method in the construction of the facility and provides the advantage of easier maintenance.

이상에서 설명된 본 발명의 자속 채널에 결합된 플라즈마 챔버를 구비한 고효율 플라즈마 반응기의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에 서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The embodiments of the high-efficiency plasma reactor having the plasma chamber coupled to the magnetic flux channel of the present invention described above are merely illustrative and those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent It will be appreciated that other embodiments are possible. Accordingly, it is to be understood that the invention is not limited to the forms described in the foregoing description. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims. It is also to be understood that the invention includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

본 발명의 자속 채널에 결합된 플라즈마 챔버를 구비한 고효율 플라즈마 반응기는 반도체 집적 회로의 제조, 평판 디스플레이 제조, 태양전지의 제조와 같은 다양한 박막 형성을 위한 플라즈마 처리 공정에 매우 유용하게 이용될 수 있다. 본 발명의 플라즈마 반응기는 플라즈마 챔버의 방전 영역에 결합되는 유도 결합 에너지의 전달 효율이 높이여 고밀도의 플라즈마를 안정적으로 발생 및 유지할 수 있고 확장성이 용이하다. The high efficiency plasma reactor having the plasma chamber coupled to the magnetic flux channel of the present invention can be very usefully used in plasma processing for forming various thin films such as the manufacture of semiconductor integrated circuits, the manufacture of flat panel displays, and the manufacture of solar cells. The plasma reactor according to the present invention increases the efficiency of the inductive coupling energy to be coupled to the discharge region of the plasma chamber to stably generate and maintain a high density plasma and is easy to expand.

도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 전면 및 후면 사시도이다.1 and 2 are front and rear perspective views of a plasma reactor according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3은 플라즈마 반응기의 분해 사시도이다.3 is an exploded perspective view of the plasma reactor.

도 4는 제1 및 제2 마그네틱 코어 블록에 의해 형성되는 자속 채널 구조를 보여주는 도면이다.4 is a view showing a magnetic flux channel structure formed by the first and second magnetic core blocks.

도 5는 플라즈마 챔버 내부에서 가스 흐름 경로를 보여주기 위한 단면 사시도이다.5 is a cross-sectional perspective view to show the gas flow path within the plasma chamber.

도 6 및 도 7은 제1 및 제2 자속 유도 코일의 전원 공급 구조의 실시예들을 보여주는 도면이다.Figs. 6 and 7 are views showing embodiments of the power supply structure of the first and second magnetic flux induction coils. Fig.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*Description of the Related Art [0002]

10: 플라즈마 반응기 20: 제1 마그네틱 코어 블록10: plasma reactor 20: first magnetic core block

21: 제1 자속 유도 코일 22: 자속 출입구21: first magnetic flux induction coil 22: flux entrance

23: 개구 영역 24: 챔버 삽입 공간23: opening area 24: chamber insertion space

25: 코어 후면 30: 플라즈마 챔버25: Core rear face 30: Plasma chamber

31: 가스 입구 33: 챔버 몸체31: gas inlet 33: chamber body

34: 개구부 40: 제2 마그네틱 코어 블록34: opening 40: second magnetic core block

41: 제2 자속 유도 코일 42: 자속 출입구41: second magnetic induction coil 42: magnetic flux entrance

43: 절개 영역 50: 전원 공급원43: incision area 50: power source

52: 분배 회로52: Distribution circuit

Claims (14)

마주 대향하는 자속 출입구를 갖는 제1 마그네틱 코어 블록;A first magnetic core block having opposed magnetic flux entrances; 상기 제1 마그네틱 코어 블록의 자속 출입구 사이에 위치하여 상기 제1 마그네틱 코어 블록과 연합하여 자속 채널을 형성하는 제2 마그네틱 코어 블록;A second magnetic core block positioned between the magnetic flux entrance of the first magnetic core block and forming a magnetic flux channel in association with the first magnetic core block; 상기 자속 채널에 방전 공간이 결합되는 플라즈마 챔버;A plasma chamber in which a discharge space is coupled to the flux channel; 상기 제1 마그네틱 코어 블록에 감겨진 제1 자속 유도 코일;A first magnetic flux induction coil wound around the first magnetic core block; 상기 제2 마그네틱 코어 블록에 감겨진 제2 자속 유도 코일; 및A second magnetic induction coil wound around the second magnetic core block; And 상기 제1 및 제2 자속 유도 코일로 교류 전원을 공급하는 전원 공급원을 포함하고,And a power source for supplying AC power to the first and second magnetic flux induction coils, 상기 전원 공급원에 의해 상기 제1 및 제2 자속 유도 코일의 전류가 구동되어 상기 자속 채널에 유도되는 자속의 변화에 따라 상기 플라즈마 챔버의 방전 공간에서 플라즈마를 형성하는 AC 전위(AC potential)가 유도되는 것을 특징으로 하는 자속 채널에 결합된 플라즈마 챔버를 구비한 고효율 플라즈마 반응기.Wherein an AC potential for generating a plasma in the discharge space of the plasma chamber is induced according to a change in magnetic flux induced in the flux channel by driving the currents of the first and second magnetic flux induction coils by the power source And a plasma chamber coupled to the flux channel. 제1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제1 마그네틱 코어 블록의 자속 출입구와 상기 제2 마그네틱 코어 블록의 자속 출입구는 서로 마주 대향하고 상호 반대의 극성을 갖도록 배치되는 구조를 갖는 자속 채널에 결합된 플라즈마 챔버를 구비한 고효율 플라즈마 반응기.Wherein the magnetic flux entrance of the first magnetic core block and the magnetic flux entrance of the second magnetic core block are opposed to each other and are arranged to have mutually opposite polarities. 제2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 제1 및 제2 자속 유도 코일은 상기 전원 공급원에 직렬 또는 병렬로 연결되는 자속 채널에 결합된 플라즈마 챔버를 구비한 고효율 플라즈마 반응기.Wherein the first and second flux induction coils have a plasma chamber coupled to a flux channel connected in series or parallel to the power source. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 전원 공급원으로부터 공급되는 교류 전원을 상기 제1 및 제2 자속 유도 코일로 분배하는 분배 회로를 포함하는 자속 채널에 결합된 플라즈마 챔버를 구비한 고효율 플라즈마 반응기.And a distribution circuit for distributing the AC power supplied from the power source to the first and second magnetic flux induction coils. 제4항에 있어서,5. The method of claim 4, 상기 분배 회로는 상기 전원 공급원에 연결되는 일차측과 상기 제1 자속 유도 코일에 일단이 상기 제2 자속 유도 코일에 타단이 각기 연결되는 이차측을 갖는 트랜스포머를 포함하는 자속 채널에 결합된 플라즈마 챔버를 구비한 고효율 플라즈마 반응기.Wherein the distribution circuit includes a plasma chamber coupled to a magnetic flux channel including a primary side connected to the power source and a transformer having a first side connected to the first magnetic flux induction coil and a secondary side connected to the other end of the second magnetic flux induction coil, A high-efficiency plasma reactor. 제5항에 있어서,6. The method of claim 5, 상기 트랜스포머의 이차측은 접지된 중간탭을 포함하는 자속 채널에 결합된 플라즈마 챔버를 구비한 고효율 플라즈마 반응기.Wherein the secondary side of the transformer has a plasma chamber coupled to a flux channel including a grounded intermediate tap. 제1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 플라즈마 챔버는 금속 물질을 포함하는 자속 채널에 결합된 플라즈마 챔버를 구비한 고효율 플라즈마 반응기.Wherein the plasma chamber comprises a plasma chamber coupled to a flux channel comprising a metallic material. 제7항에 있어서,8. The method of claim 7, 상기 플라즈마 챔버는 에디 전류를 최소화하기 위하여 상기 금속 물질 내에서 전기적 불연속성을 갖도록 하는 하나 이상의 전기적 절연 영역을 포함하는 자속 채널에 결합된 플라즈마 챔버를 구비한 고효율 플라즈마 반응기.Wherein the plasma chamber has a plasma chamber coupled to a flux channel comprising at least one electrically insulative region that has electrical discontinuity in the metallic material to minimize eddy current. 제1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 플라즈마 챔버는 절연체 물질을 포함하는 자속 채널에 결합된 플라즈마 챔버를 구비한 고효율 플라즈마 반응기.Wherein the plasma chamber has a plasma chamber coupled to a flux channel comprising an insulator material. 제1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 플라즈마 반응기는 냉각 채널을 포함하는 자속 채널에 결합된 플라즈마 챔버를 구비한 고효율 플라즈마 반응기.Wherein the plasma reactor has a plasma chamber coupled to a flux channel including a cooling channel. 제1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제1 또는 제2 마그네틱 코어 블록에 권선되는 점화용 유도 코일과An ignition coil wound around the first or second magnetic core block; 상기 점화용 유도 코일에 전기적으로 연결되며 상기 플라즈마 챔버 내에서 플라즈마 점화를 유도하는 점화용 전극을 더 포함하는 자속 채널에 결합된 플라즈 마 챔버를 구비한 고효율 플라즈마 반응기.And a plasma chamber coupled to the flux channel, the plasma chamber being electrically connected to the induction coil for inducing plasma ignition in the plasma chamber. 제1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 플라즈마 챔버에서 발생된 활성 가스를 제공받아 수용하는 공정 챔버를 더 포함하는 자속 채널에 결합된 플라즈마 챔버를 구비한 고효율 플라즈마 반응기.And a plasma chamber coupled to the magnetic flux channel, the plasma chamber including a process chamber receiving and receiving an active gas generated in the plasma chamber. 제1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 플라즈마 챔버는 프로세스 챔버에 탑재 가능한 구조를 갖고,Wherein the plasma chamber has a structure mountable in a process chamber, 상기 전원 공급원은 상기 플라즈마 챔버와 물리적으로 분리된 구조를 갖고,Wherein the power source has a structure physically separated from the plasma chamber, 상기 전원 공급원과 상기 제1 및 제2 자속 유도 코일은 무선 주파수 케이블로 원격으로 연결되는 자속 채널에 결합된 플라즈마 챔버를 구비한 고효율 플라즈마 반응기.Wherein the power source and the first and second flux induction coils have a plasma chamber coupled to a flux channel that is remotely connected with a radio frequency cable. 제1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 플라즈마 챔버로 유입되는 가스는 불활성 가스, 반응 가스, 불활성 가스와 반응 가스의 혼합 가스를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 자속 채널에 결합된 플라즈마 챔버를 구비한 고효율 플라즈마 반응기.Wherein the gas introduced into the plasma chamber has a plasma chamber coupled to a magnetic flux channel selected from the group consisting of an inert gas, a reactive gas, and a mixed gas of an inert gas and a reactive gas.
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