KR100943013B1 - 멀티 제너레이터 플라즈마 시스템 - Google Patents

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Abstract

멀티 제너레이터 플라즈마 시스템이 개시된다. 본 발명은, 내부에 반응성 가스가 주입되며, 외부로부터의 전원 인가에 따라 플라즈마를 발생시키는 챔버와, 인가되는 제어신호에 따라, 챔버의 상부에 위치한 전극, 챔버의 측부에 위치한 전극, 및 챔버의 하부에 위치한 전극에 선택적으로 펄스를 인가하는 전원 공급부를 구비한다. 본 발명에 따르면, 멀티 제너레이터 플라즈마 시스템을 통해 요구되는 공정 또는 플라즈마 모드에 따라, 작업자는 챔버에 구비된 복수의 전극에 선택적으로 펄스가 인가되도록 함으로써, 다양한 플라즈마 처리 공정을 모두 구현할 수 있게 된다.
플라즈마 시스템, 챔버, 전극, 펄스

Description

멀티 제너레이터 플라즈마 시스템{Multi Generator Plasma System}
본 발명은 멀티 제너레이터 플라즈마 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다양한 플라즈마 처리 공정을 모두 구현할 수 있는 멀티 제너레이터 플라즈마 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 플라즈마(Plasma)란 이온이나 전자, 라디칼 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 의미하는데, 이러한 플라즈마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF electromagnetic fields)에 의해 생성된다. 특히, 글로우방전에 의한 플라즈마 생성은 직류(DC)나 고주파 전계(RF)에 의해 여기된 자유전자에 의해 이루어지는데, 여기된 자유전자는 가스분자와 충돌하여 이온, 라디칼, 전자 등과 같은 활성종(active species)을 생성한다. 그리고 이와 같은 활성종은 물리 혹은 화학적으로 물질의 표면에 작용하여 표면의 특성을 변화시킨다. 이와 같이 활성종(플라즈마)에 의해 의도적으로 물질의 표면 특성을 변화시키는 것을 '표면처리'라고 한다.
플라즈마를 일으키는 대표적인 방법으로서 상온/상압(760torr)에서 유전막을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 유전 장벽 방전(Dielectric Barrier Discharge)과 마이크로웨이브를 이용한 마이크로웨이브 플라즈마 시스템을 들 수 있다.
한편, 종래 기술에 따른 플라즈마 시스템은 특정한 한가지 공정 또는 기능만을 처리할 수 있는 구조로 되어 있으며, 저주파수 펄스 또는 무선 주파수 펄스 중 한가지 펄스만 인가할 수 있는 구조로 되어 있는바, 클리닝, 에칭, 친/발수성, 효소 및 단백질 고정화 등의 복합적 플라즈마 처리 기능을 수행할 수 없다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 다양한 플라즈마 처리 공정을 모두 구현할 수 있는 멀티 제너레이터 플라즈마 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 멀티 제너레이터 플라즈마 시스템은, 내부에 반응성 가스가 주입되며, 외부로부터의 전원 인가에 따라 플라즈마를 발생시키는 챔버; 및 인가되는 제어신호에 따라, 상기 챔버의 상부에 위치한 전극, 상기 챔버의 측부에 위치한 전극, 및 상기 챔버의 하부에 위치한 전극 중 적어도 하나의 전극에 펄스를 인가하는 전원 공급부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 전원 공급부가 상기 챔버의 상부에 위치한 전극, 상기 챔버의 측부에 위치한 전극, 및 상기 챔버의 하부에 위치한 전극 중 적어도 하나의 전극에 펄스를 인가하도록 제어하는 제어부를 더 포함한다.
또한, 상기 전원 공급부는, 상기 챔버의 상부에 위치한 전극에 상기 제어부로부터의 제어신호에 따라 펄스를 인가하는 제1 전원 공급부; 및 상기 챔버의 측부에 위치한 전극 및/또는 상기 챔버의 하부에 위치한 전극에 상기 제어부로부터의 제어신호에 따라 펄스를 인가하는 제2 전원 공급부를 포함한다.
또한, 상기 챔버에서의 플라즈마 모드가 이온 반응 식각(Reactive Ion Etching) 모드인 경우에는, 상기 제2 전원 공급부가 상기 챔버의 하부에 위치한 전극에 펄스를 인가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 챔버에서의 플라즈마 모드가 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma) 모드인 경우에는, 상기 제2 전원 공급부가 상기 챔버의 측부에 위치한 전극 및 상기 챔버의 하부에 위치한 전극에 펄스를 인가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 챔버에서의 플라즈마 모드가 플라즈마 식각(Plasma Etching) 모드인 경우에는, 상기 제1 전원 공급부가 상기 챔버의 상부에 위치한 전극에 펄스를 인가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 멀티 제너레이터 플라즈마 시스템을 통해 요구되는 공정 또는 플라즈마 모드에 따라, 작업자는 챔버에 구비된 복수의 전극에 선택적으로 펄스가 인가되도록 함으로써, 다양한 플라즈마 처리 공정을 모두 구현할 수 있게 된다. 구체적으로, 챔버에 구비된 복수의 전극에 선택적으로 저주파수 펄스 또는 무선 주파스 펄스를 인가함으로써 미세 채널 형성을 통한 나오 바이오 소자 제작, 친수화, 발수화, 효소 및 단백질 고정화를 통해 고정밀 생체 재료의 제작이 가능하게 되며, 선택적 박막이 용이하게 된다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 제너레이터 플라즈마 시스템의 개략적인 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 멀티 제너레이터 플라즈마 시스템은 챔버(100), 유량 제어부(110), 전원 공급부(120), 제어부(130), 진공 펌프(140), 냉각기(150), 밸브(160), 및 게이지(170)를 포함한다.
챔버(100)는 내부에 반응성 가스가 주입되며, 외부로부터의 전원 인가에 따라 플라즈마를 발생시킨다. 본 발명에 따른 멀티 제너레이터 플라즈마 시스템에서의 챔버(100)는 도 1에서와 같이 외부로부터의 펄스가 인가되는 전극을 복수개 구비하고 있으며, 구체적으로 챔버(100)의 상부에 위치한 제1전극(103), 챔버(100)의 측부에 위치한 제2전극(105), 챔버(100)의 하부에 위치한 제3전극(107)을 구비하고 있다.
전원 공급부(120)는 제어부(130)로부터의 제어신호에 따라, 상술한 챔버(100)의 제1전극(103), 제2전극(105), 제3전극(107)의 전부 또는 일부에 펄스를 인가한다. 전원 공급부(120)가 챔버(100)에 구비된 전극에 인가하는 펄스는 펄스가 인가되는 전극이 도 1에서의 제1전극(103) 도는 제3전극(107)과 같이 챔버(100)의 내부에 설치된 전극인 경우에는 15~100KHz의 저주파수 펄스 또는 13.56MHz 정도의 무선 주파수 펄스가 모두 인가될 수 있으나, 펄스가 인가되는 전극이 도 1에서의 제2전극(105)과 같이 챔버(100)의 외부에 설치된 전극인 경우에는 무선 주파수 펄 스만이 인가될 수 있다.
한편, 본 발명을 실시함에 있어서, 전원 공급부(120)는 도 1에서와 같이 챔버(100)의 상부에 위치한 전극인 제1전극(103)에 제어부(130)로부터의 제어신호에 따라 펄스를 인가하는 제1 전원 공급부(123)와, 챔부의 측부에 위치한 전극인 제2전극(105) 및/또는 챔부의 하부에 위치한 전극인 제3전극(107)에 제어부(130)로부터의 제어신호에 따라 펄스를 인가하는 제2 전원 공급부(125)로 분리되어 구성될 수도 있을 것이다.
도 1에서의 제2 전원 공급부(125)는 챔버(100)의 제2전극(105)과 제3전극(107)에 개별적으로 무선 주파수 펄스를 인가하며, 이를 위해 내부에 각각 두개의 무선 주파수 발생기(127)와 무선 주파수 네크워크(129)를 구비하고 있다.
무선 주파수 발생기(127)는 13.56MHz의 무선 주파수를 발생시키며, 무선 주파수 네크워크(129)는 무선 주파수 발생기(127)로부터의 무선 주파수가 챔버(100) 내부에 원할하게 인가될 수 있도록 챔버(100)와 무선 주파수 발생기(127)와의 저항값을 일치시켜주는 기능을 수행한다.
또한, 제어부(130)는 작업자로부터의 키입력에 따라 전원 공급부(120)가 챔버(100)의 제1전극(103), 제2전극(105), 제3전극(107)의 전부 또는 일부에 펄스를 인가하도록 제어신호를 전원 공급부(120)에 입력한다.
본 발명을 실시함에 있어서, 제어부(130)는 본 발명에 따른 멀티 제너레이터 플라즈마 시스템에 구비되어 있을 수도 있지만, 멀티 제너레이터 플라즈마 시스템을 제어하는 외부 컴퓨터 단말기에서 제어부(130)의 기능을 수행할 수도 있을 것이 다.
한편, 유량 제어부(110)는 챔버(100)의 내부에 반응성 가스를 주입하며, 작업자가 설정한 양의 반응성 가스를 정확하게 챔버(100)로 주입시키게 된다.
진공 펌프(140)는 챔버(100)의 내부를 진공상태로 만들기 위한 펌프로써, 일반적으로, 초기 진공 상태를 만들기 위한 펌프인 러핑/백킹 펌프(Roughing/Backing Pump)와, 최종 진공 상태를 만들기 위한 펌프인 터보 펌프가 함께 연속적으로 사용된다.
한편, 냉각기(150)는 챔버(100)의 내부에서 플라즈마 반응을 일으키는 전극의 열을 제거하는 기능을 수행하고, 밸브(160)는 챔버(100)에 연결된 배관의 중간에 위치하여, 챔버(100)로부터의 가스의 이동을 제어하며, 게이지(170)는 챔버(100) 내부의 진공도 측정을 수행한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 멀티 제너레이터 플라즈마 시스템의 활용예를 설명하는 도면이다. 이하에서는, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 멀티 제너레이터 플라즈마 시스템의 활용예에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 도 2에서와 같이 멀티 제너레이터 플라즈마 시스템의 챔버(100)에서의 플라즈마 모드가 이온 반응 식각(Reactive Ion Etching:RIE) 모드인 경우에는, 제어부(130)로부터의 제어신호에 따라, 제2 전원 공급부(125)가 챔버(100)의 하부에 위치한 전극인 제3전극(107)에 13.56MHz의 무선 주파수 펄스를 인가한다. 이는 미세채널 형성 또는 이온을 이용한 세정 공정에 적용될 수 있을 것이다.
한편, 도 3에서와 같이 멀티 제너레이터 플라즈마 시스템의 챔버(100)에서의 플라즈마 모드가 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma:ICP) 모드인 경우에는, 제어부(130)로부터의 제어신호에 따라, 제2 전원 공급부(125)가 챔버(100)의 측부에 위치한 전극인 제2전극(105)과 챔버(100)의 하부에 위치한 전극인 제3전극(107)에 13.56MHz의 무선 주파수 펄스를 인가한다.
한편, 도 4에서와 같이 멀티 제너레이터 플라즈마 시스템의 챔버(100)에서의 플라즈마 모드가 플라즈마 식각(Plasma Etching:PE) 모드인 경우에는, 제어부(130)로부터의 제어신호에 따라, 제1 전원 공급부(123)가 챔버(100)의 상부에 위치한 전극인 제1전극(103)에 15~100KHz의 저주파수 펄스를 인가한다. 이는 제품 표면에 친수, 발수성 또는 단백질 흡착과 같은 기능기를 도입하는 공정에 적용될 수 있을 것이다.
이와 같이, 본 발명에 따른 멀티 제너레이터 플라즈마 시스템을 통해 요구되는 공정 또는 플라즈마 모드에 따라, 작업자는 제어부(130)를 통해 전원 공급부(120)를 제어하여, 챔버(100)에 구비된 복수의 전극에 선택적으로 펄스가 인가되도록 함으로써, 바이오 센서의 제작에 필요한 다양한 공정을 모두 구현할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 제너레이터 플라즈마 시스템의 개략적인 구성도, 및
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 멀티 제너레이터 플라즈마 시스템의 활용예를 설명하는 도면이다.

Claims (6)

  1. 내부에 반응성 가스가 주입되며, 외부로부터의 전원 인가에 따라 플라즈마를 발생시키는 챔버; 및
    상기 챔버에서의 플라즈마 모드에 따라 인가되는 제어신호에 의해, 상기 챔버의 상부에 위치한 전극, 상기 챔버의 측부에 위치한 전극, 및 상기 챔버의 하부에 위치한 전극 중 적어도 하나의 전극에 펄스를 인가하는 전원 공급부
    를 포함하는 멀티 제너레이터 플라즈마 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전원 공급부가 상기 챔버의 상부에 위치한 전극, 상기 챔버의 측부에 위치한 전극, 및 상기 챔버의 하부에 위치한 전극 중 적어도 하나의 전극에 펄스를 인가하도록 제어하는 제어부를 더 포함하는 멀티 제너레이터 플라즈마 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전원 공급부는,
    상기 챔버의 상부에 위치한 전극에 상기 제어부로부터의 제어신호에 따라 펄스를 인가하는 제1 전원 공급부; 및
    상기 챔버의 측부에 위치한 전극 및/또는 상기 챔버의 하부에 위치한 전극에 상기 제어부로부터의 제어신호에 따라 펄스를 인가하는 제2 전원 공급부
    를 포함하는 멀티 제너레이터 플라즈마 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 챔버에서의 플라즈마 모드가 이온 반응 식각(Reactive Ion Etching) 모드인 경우에는, 상기 제2 전원 공급부가 상기 챔버의 하부에 위치한 전극에 펄스를 인가하는 것을 특징으로 하는 멀티 제너레이터 플라즈마 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 챔버에서의 플라즈마 모드가 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma) 모드인 경우에는, 상기 제2 전원 공급부가 상기 챔버의 측부에 위치한 전극 및 상기 챔버의 하부에 위치한 전극에 펄스를 인가하는 것을 특징으로 하는 멀티 제너레이터 플라즈마 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 챔버에서의 플라즈마 모드가 플라즈마 식각(Plasma Etching) 모드인 경 우에는, 상기 제1 전원 공급부가 상기 챔버의 상부에 위치한 전극에 펄스를 인가하는 것을 특징으로 하는 멀티 제너레이터 플라즈마 시스템.
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