KR20170035144A - A magnetic core cooling pad - Google Patents

Abstract

The present invention relates to a magnetic core heat dissipation pad. According to the present invention, the magnetic core heat dissipation pad comprises: a heat preventing body having a hollow area having an entrance and an exit of a cooling fluid formed therein; and at least one wing body which is formed to be spaced apart from each other and is connected to the body of the heat dissipation pad. Therefore, cooling efficiency of a reactor can be increased, damage to an inner coating film of the reactor can be prevented, and a cause of a particle formed in the reactor can be removed, so that a more stable plasma process can be proceeded by preventing a plasma from being extinguished when processing the plasma and preventing inner power loss due to an overheating reactor from increasing.

Description

마그네틱 코어 방열패드{A magnetic core cooling pad}A magnetic core cooling pad

본 발명은 플라즈마 반응기의 쿨링에 관한 것으로, 구체적으로는 플라즈마 반응기를 구성하는 마그네틱 코어의 효율적인 냉각에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to cooling of a plasma reactor, and more specifically, to efficient cooling of a magnetic core constituting a plasma reactor.

플라즈마 방전은 이온, 자유 래디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 발생하기 위한 가스 여기에 사용되고 있다. 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 대표적으로 반도체 제조 공정 예들 들어, 식각, 증착, 세정, 에싱 등 다양하게 사용되고 있다.Plasma discharges are used in gas excitation to generate active gases including ions, free radicals, atoms, and molecules. Active gases are widely used in various fields and are typically used in a variety of semiconductor manufacturing processes such as etching, deposition, cleaning, and ashing.

최근, 반도체 장치의 제조를 위한 웨이퍼나 LCD 글라스 기판은 더욱 대형화 되어 가고 있다. 따라서 플라즈마 이온 에너지에 대한 제어 능력이 높고, 대면적의 처리 능력을 갖는 확장성이 용이한 플라즈마 소스가 요구되고 있다. 그런데 피처리 기판의 대형화에 따라 공정 챔버의 볼륨도 증가되고 있어서 고밀도의 활성 가스를 충분히 원격으로 공급할 수 있는 플라즈마 소스가 요구되고 있다.In recent years, wafers and LCD glass substrates for manufacturing semiconductor devices have become larger. Accordingly, 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. 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.

원격 플라즈마 발생기(remote plasma generator)는 플라즈마 발생 방식에 따라 다양한 플라즈마 소스가 사용되고 있다. 예를 들어, 유도 결합 플라즈마 소스(inductively coupled plasma source), 용량 결합 플라즈마 소스(capacitively coupled plasma source), 마이크로웨이브 플라즈마 소스(microwave plasma source) 등이 원격 플라즈마 발생기에 사용되고 있다. 유도 결합 플라즈마 소스의 경우 특히 변압기를 채용한 방식을 변압기 결합 플라즈마 소스(transformer coupled plasma)라 한다. 변압기 결합 플라즈마 소스(transformer coupled plasma source)를 사용한 원격 플라즈마 발생기는 토로이달 구조의 챔버 몸체에 일차 권선 코일을 갖는 마그네틱 코어가 장착된 구조를 갖는다. The remote plasma generator uses various plasma sources depending on the plasma generation method. For example, inductively coupled plasma sources, capacitively coupled plasma sources, and microwave plasma sources have been used in remote plasma generators. In the case of an inductively coupled plasma source, the method employing a transformer is called a transformer coupled plasma. A remote plasma generator using a transformer coupled plasma source has a structure with a magnetic core having a primary winding coil in the chamber body of the toroidal structure.

유도결합플라즈마 소스의 마그네틱 코어는 페로마그네틱 자성체등으로 이루지는데, 여기에 코일을 감아서 RF전력을 인가하게 되면, 코일에 흐르는 RF전류에 의하여 발생하는 자기장(H: magnetic field strength)의 대부분이 페로마그네틱 자성체로 이루어진 마그네틱코어 내부에 자속밀도(B: magnetic flex density)가 집속되어 유도된다. 이렇게 유도된 자기장은 암페어 법칙(Amperelaw)에 의하여 전기장(E : electric field)을 마그네틱 코어 내측에 자기장과 노말(normal)한 방향으로 형성된다. 이때, 일반적인 유도결합플라즈마 방식에서 사용하는 무선주파수안테나에 비하여 플라즈마 발생을 원하는 부분에 큰 세기의 전기장이 유도된다. 따라서 마그네틱 코어를 이용한 무선주파수안테나를 이용하면 일반 유도결합플라즈마의 사용전력보다 낮은 전력에서도 플라즈마 소스가스의 해리 및 이온화율을 높일 수 있는 고밀도 플라즈마를 얻을 수 있다.The magnetic core of the inductively coupled plasma source is formed of a ferromagnetic magnetic material or the like. When the RF power is applied by winding the coil, most of the magnetic field strength (H) A magnetic flux density (B) is concentrated and induced in a magnetic core made of a magnetic magnetic body. The induced magnetic field is formed in the direction of the electric field (E) inside the magnetic core by the magnetic field and normal by the Amperelaw. At this time, an electric field of a large intensity is induced in a portion where plasma generation is desired, as compared with a radio frequency antenna used in a general inductively coupled plasma method. Therefore, by using a radio frequency antenna using a magnetic core, it is possible to obtain a high-density plasma capable of increasing the dissociation and ionization rate of the plasma source gas even at a power lower than the power of the general inductively coupled plasma.

그런데, 마그네틱 코어의 발열온도가 큐리점(Curie temperature)을 넘게 되면 페로마그네틱 자성체는 상자성이 되어 자기장이 발생하지 않게 되고, 발열로 인하여 투자율이 변화되거나 코어 내부의 전력손실이 증대되며, 나아가서 플라즈마 오랜시간 처리 시 플라즈마가 꺼질 수 있다. 따라서 마그네틱 코어의 온도를 큐리점 이하의 안정적인 플라즈마를 발생시키는 온도로 유지시키는 것이 중요하다. 최근의 대면적화 추세에 있어서 높은 밀도의 플라즈마를 대량으로 발생시켜 제공하기 위해서는 플라즈마 반응기의 볼륨도 커질 수밖에 없는데, 플라즈마 반응기 몸체의 온도를 제어하기 위한 냉각채널로 마그네틱 코어를 냉각시키는 방법이나 냉각 팬으로 공랭시키는 기존의 방법보다 더욱 효과적인 방법이 필요하다.However, when the heating temperature of the magnetic core exceeds the Curie temperature, the ferromagnetic magnetic body becomes parasitic, so that the magnetic field is not generated, the magnetic permeability is changed due to the heat generation, the power loss inside the core is increased, Plasma can be turned off during time processing. Therefore, it is important to keep the temperature of the magnetic core at a temperature that generates a stable plasma below the Curie point. In recent trend toward large-sized plasma, it is necessary to increase the volume of the plasma reactor in order to generate a large amount of high-density plasma. The method of cooling the magnetic core with a cooling channel for controlling the temperature of the plasma reactor body, A more effective method than the existing method of air cooling is needed.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고밀도의 플라즈마를 안정적으로 발생 및 유지할 수 있도록 효과적으로 마그네틱 코어를 냉각하는 플라즈마 반응기를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a plasma reactor that effectively cools a magnetic core to stably generate and maintain a high-density plasma.

마그네틱 코어 방열패드는, 냉각유체 입구 및 출구가 형성된 중공영역을 갖는 방열패드 몸체; 및 상기 방열패드 몸체와 연결되는 하나 이상의 윙바디를 한다.A magnetic core heat dissipation pad comprising: a heat dissipation pad body having a hollow region in which a cooling fluid inlet and an outlet are formed; And at least one wingbody connected to the heat-dissipating pad body.

일 실시예에 있어서, 상기 윙바디는 방열판으로서 기능하며 구리 또는 구리합금을 포함하는 금속인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the wingbody is a metal that functions as a heat sink and includes copper or a copper alloy.

일 실시예에 있어서, 상기 마그네틱 코어 방열패드는 구리 또는 구리합금을 포함하는 금속인 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the magnetic core radiating pad is a metal including copper or a copper alloy.

본 발명의 마그네틱 코어 방열패드에 의하면, 반응기 냉각 효율의 증가, 반응기 내부 코팅막 손상방지, 반응기 내부에 형성되는 파티클의 원인을 제거할 수 있어 반응기가 과열되어 내부 전력손실이 증가되고 플라즈마 처리시 플라즈마가 꺼지는 경우를 방지할 수 있어 보다 안정적인 플라즈마 프로세스를 진행할 수 있다.According to the magnetic core heat-radiating pad of the present invention, it is possible to increase the cooling efficiency of the reactor, to prevent the damage of the inner coating film in the reactor, to remove the cause of the particles formed in the reactor, It is possible to prevent the plasma process from being turned off and to proceed with a more stable plasma process.

도 1은 플라즈마 발생장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 마그네틱 코어 방열패드의 사시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 마그네틱 코어 방열패드의 단면도이다.
도 5는 마그네틱 코어가 장착된 마그네틱 코어 방열패드의 단면도이다.1 is a perspective view showing a plasma generator.
2 is a perspective view of a magnetic core thermal pad according to the present invention.
3 and 4 are sectional views of a magnetic core thermal pad according to the present invention.
5 is a cross-sectional view of a magnetic core thermal pad equipped with a magnetic core.

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 실시 예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대해 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 components are denoted by the same reference numerals in the drawings. Detailed descriptions of well-known functions and configurations that are considered to be unnecessarily obscuring the subject matter of the present invention are omitted.

도 1은 플라즈마 발생장치를 나타내는 사시도이다. 1 is a perspective view showing a plasma generator.

도 1을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 반응기(100)는 플라즈마 방전실(140)을 갖는 반응기 몸체(110)가 구비된다. 반응기 몸체(110)는 알루미늄, 스테인리스, 구리와 같은 금속성 물질로 제작된다. 또는 양극 산화처리된 알루미늄과 니켈 도금된 알루미늄으로 제작될 수 있다. 또는 내화 금속(refractory metal)로 제작될 수 있다. 또는 석영과 같은 절연 물질로 형성될 수도 있다. 반응기 몸체(110)는 의도된 플라즈마 프로세스가 수행되기에 적합한 다른 물질로도 재작될 수 있다. 플라즈마 챔버가 금속 물질을 포함하는 경우에는 에디 전류를 제거하기 위하여 전기적 불연속성을 갖도록 하는 하나 이상의 전기적 절연 영역을 포함한다. 절연 영역은 석영, 세라믹과 같은 전기적 절연 물질로 구성된다. Referring to FIG. 1, a plasma reactor 100 according to an embodiment of the present invention includes a reactor body 110 having a plasma discharge chamber 140. The reactor body 110 is made of a metallic material such as aluminum, stainless steel, or copper. Or anodized aluminum and nickel plated aluminum. Or a refractory metal. Or may be formed of an insulating material such as quartz. The reactor body 110 may also be re-fabricated with other materials suitable for the intended plasma process to be performed. And one or more electrically insulative regions to provide electrical discontinuity to remove eddy currents when the plasma chamber comprises a metallic material. The insulating region is made of an electrically insulating material such as quartz or ceramics.

반응기 몸체(110)의 상부에는 반응기 몸체(110) 내로 공급된 공정 가스에 플라즈마가 방전되도록 하는 점화전극부가 구비된다. 점화전극부는 반응기 몸체(110) 상부의 개구된 영역에 설치된다. 점화전극부는 점화전극과 유전체 플레이트 및 점화전극 지지부로 구성된다. In the upper portion of the reactor body 110, an ignition electrode is provided for discharging the plasma to the process gas supplied into the reactor body 110. The ignition electrode portion is installed in the open region above the reactor body 110. The ignition electrode portion is composed of an ignition electrode, a dielectric plate, and an ignition electrode supporter.

플라즈마 방전실(140)에 플라즈마 발생을 위한 기전력이 전달되도록 반응기 몸체(110)에 장착되는 마그네틱 코어(120) 및 일차 권선을 갖는다. 전원부는 일차 권선에 전기적으로 연결되며, 무선 주파수 발생기에서 공급되는 무선 주파수를 받아들인다. 일차 권선에 구동되는 전류는 토로이달형의 원격 유도 결합 플라즈마 채널이 형성되는 하나 이상의 절연체로 나뉘어진 플라즈마 방전실(140)의 내측에 전류를 유도하여 결과적으로 플라즈마 방전실(140) 내측이 이차 권선이 된다. 다음으로, 플라즈마 발생시 반응기 몸체(110)의 온도가 높아져 플라즈마 상태가 불안정해지는 것을 막기 위해 냉각유체 공급원으로부터 반응기 몸체(110) 내부에 중공벽을 형성하고 이와 연결된 프로세스 쿨링라인부를 설치하여 냉각유체탱크를 형성한다. 또는 냉각유체 공급라인이 반응기 몸체(110)의 일부 또는 외부에 형성된 프로세스쿨링라인도 가능하다. 반응기 몸체(110)는 가스입구를 포함하는 두 개의 상부 블록과 좌우 관형태의 플라즈마 방전관 블록 및 가스배출구와 배기부를 포함하는 두 개의 하부 블록으로 구성된다.And a magnetic core 120 and a primary winding, which are mounted on the reactor body 110 so as to transfer an electromotive force for generating plasma to the plasma discharge chamber 140. The power supply is electrically connected to the primary winding and accepts the radio frequency supplied by the radio frequency generator. The current to be driven in the primary winding induces a current inside the plasma discharge chamber 140 divided into at least one insulator in which a toroidal remote inductively coupled plasma channel is formed. As a result, the inside of the plasma discharge chamber 140 becomes a secondary winding do. Next, in order to prevent the reactor body 110 from becoming unstable due to an increase in the temperature of the plasma during the plasma generation, a hollow wall is formed in the reactor body 110 from a cooling fluid supply source and a process cooling line unit connected thereto is provided, . Or a process cooling line in which a cooling fluid supply line is formed on part of or outside the reactor body 110 is also possible. The reactor body 110 is composed of two upper blocks including a gas inlet, a plasma discharge tube block in the form of a right and left tube, and two lower blocks including a gas outlet and an exhaust.

도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 마그네틱 코어 방열패드를 도시한 도면이다.2 to 5 are views showing a magnetic core thermal pad according to the present invention.

도 2 및 도 3을 참조하면, 마그네틱 코어 방열패드(160)는 프로세스쿨링라인과 연결되는 냉각유체입구(172a)와 냉각유체출구(173a)를 가지며 다수의 마그네틱 코어가 삽입되도록 윙 바디를 갖는다. 본 발명에 따른 마그네틱 코어 방열패드(160)는, 도 1에 도시된 플라즈마 반응기(100)의 마그네틱 코어(120)가 2개의 아이튜브형태의 플라즈마 방전실(140) 사이에 장착되고 각각의 윙바디(161) 사이사이에 마그네틱 코어(120)가 삽입된다.Referring to FIGS. 2 and 3, the magnetic core thermal pad 160 has a cooling fluid inlet 172a and a cooling fluid outlet 173a connected to the process cooling line, and has a wing body for inserting a plurality of magnetic cores. The magnetic core thermal pad 160 according to the present invention is configured such that the magnetic core 120 of the plasma reactor 100 shown in FIG. 1 is mounted between the plasma discharge chambers 140 in the form of two eye tubes, The magnetic core 120 is inserted between the magnetic core 120 and the magnetic core 120.

도 4에 도시된 바와 같이, 마그네틱 코어 방열패드(160) 내부에는 중공영역(B)이 형성되어 있으며, 이러한 중공영역은 냉각유체탱크로서 기능한다. 중공영역은 도시하지는 않았으나 프로세스쿨링라인의 형태를 탱크 또는 변형한 형태로 제조할 수 있다. 마그네틱 코어 방열패드(160)의 윙바디 부분은 방열판으로서 기능한다. 마그네틱 코어 방열패드(160)의 본체 및 윙바디 부분은 비자성체로 이루어지며, 열전도율이 높은 금속재질로 구리가 바람직하다. As shown in FIG. 4, a hollow region B is formed in the magnetic core heat radiating pad 160, and the hollow region functions as a cooling fluid tank. The hollow region, although not shown, may be manufactured in the form of a tank or a modified process cooling line. The wrist portion of the magnetic core thermal pad 160 functions as a heat sink. The body of the magnetic core heat dissipation pad 160 and the wrist portion are made of a nonmagnetic material and preferably made of a metal having high thermal conductivity.

도 5의 마그네틱 코어(120)는 마그네틱 코어 방열패드(160)의 윙바디(161) 부분에 각각 삽입되며 마그네틱 코어 방열패드(160)의 냉각유체입구(172a)와 냉각유체출구(173a)를 통하여 프로세스쿨링라인으로부터 유입되는 냉각유체로 1차적으로 냉각된다. The magnetic core 120 of FIG. 5 is inserted into the wingbody 161 of the magnetic core heat radiating pad 160 and passes through the cooling fluid inlet 172a of the magnetic core heat radiating pad 160 and the cooling fluid outlet 173a, And is primarily cooled by the cooling fluid flowing from the cooling line.

반응기 몸체의 여분의 냉기를 반응기 몸체와 접촉하여 2차적으로 냉각할 수도 있다.The extra cool air of the reactor body may be secondarily cooled by contacting with the reactor body.

이상에서 설명된 본 발명의 마그네틱 코어 방열패의 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. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 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 magnetic core heat spreader of the present invention described above are merely illustrative and those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent embodiments can be made without departing from the scope of the present invention. You will know. Therefore, it is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiments. 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.

100 : 플라즈마 반응기 110 : 반응기 몸체
120 : 마그네틱 코어 140 : 플라즈마 방전실
160 : 마그네틱 코어 방열패드 161 : 윙바디
172a : 냉각유체입구 173a : 냉각유체출구
B : 중공영역100: plasma reactor 110: reactor body
120: Magnetic core 140: Plasma discharge chamber
160: Magnetic core thermal pad 161: Wingbodies
172a: cooling fluid inlet 173a: cooling fluid outlet
B: hollow region

Claims (3)

냉각유체 입구 및 출구가 형성된 중공영역을 갖는 방열패드 몸체; 및
상기 방열패드 몸체와 연결되고, 간격을 두고 형성된 하나 이상의 윙바디를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 코어 방열패드.A heat dissipation pad body having a hollow region in which a cooling fluid inlet and an outlet are formed; And
And at least one wing body connected to the heat dissipating pad body and formed with a gap therebetween. 제 1 항에 있어서,
상기 윙바디는 방열판으로서 기능하며 구리 또는 구리합금인 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 코어 방열패드.The method according to claim 1,
Wherein the wingbody functions as a heat sink and includes a metal that is copper or a copper alloy. 제 1 항에 있어서,
상기 윙바디의 간격에 마그네틱 코어가 삽입되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 코어 방열패드.The method according to claim 1,
And inserting a magnetic core into the gap of the wingbody.

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