KR101016573B1 - 플라즈마 발생 장치 - Google Patents

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김정형
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Abstract

본 발명은 플라즈마 발생 장치를 제공한다. 이 장치는 전력을 공급하는 제1 전원부, 제1 전원부와 직렬 연결되는 제1 정합회로부, 제1 차 코일 및 제2 차 코일을 포함하는 변압부, 플라즈마를 감금하는 챔버부, 및 챔버부의 내부에 배치되는 유도 코일부를 포함한다. 제1 차 코일은 제1 정합회로부와 전기적으로 연결되고, 제2 차 코일은 유도 코일부와 전기적으로 연결된다.
내부형 안테나, 변압기, 플라즈마

Description

플라즈마 발생 장치{PLASMA GENERATION APPARATUS}
본 발명은 플라즈마 발생 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 유도 코일을 포함하는 플라즈마 발생 장치에 관한 것이다.
반도체, 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Pannel:PDP), 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display:LCD), 태양전지(solar cell) 등의 제조공정에 플라즈마는 널리 이용되고 있다. 대표적인 플라즈마 공정으로는 건식각(Dry Etching), 플라즈마 도움 화학기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition:PECVD), 스퍼터링(Sputtering), 에싱(Ashing) 등이 있다. 통상적으로 축전 결합 플라즈마(Capacitive Coupled Plasma: CCP), 유도결합플라즈마(Inductively Coupled Plasma:ICP), 헬리콘 플라즈마(Helicon Plasma), 초고주파 플라즈마(Microwave Plasma) 등이 사용되고 있다.
플라즈마 공정은 플라즈마 변수(전자밀도, 전자온도, 이온 선속, 이온에너지)에 직접적인 연관이 있다고 알려져 있다. 특히, 전자밀도는 생산량( throughput)과 밀접한 관계가 있다고 밝혀졌다. 이에 따라, 높은 전자밀도를 가지는 플라즈마원(plasma source)의 개발이 활발하게 이루어졌다. 대표적인 고밀도 플 라즈마원(plasma source)은 헬리콘 플라즈마(Helicon Plasma), 전자 사이크로트론 공명 플라즈마(electron Cyclotron Resonance Plasma) 등이 있다. 이 플라즈마원은 저압에서 고밀도 플라즈마를 발생하는 것으로 알려져 있다. 그러나 이 플라즈마원은 모두 자기장을 사용해야 하므로, 플라즈마의 불안정성(Plsma Instability)에 의해, 공정 재현성이 제어되지 못한다. 또한, 장치가 비싸고 거대해지며, 자기장이 기판에 전사되어 공정의 균일도에 악영향을 줄 수 있다. 따라서, 산업에서 활발한 응용이 이루어지지 않는 상태이다.
한편, ICP 와 CCP가 통상적으로 많이 이용되고 있다. 두 플라즈마원은 구조적으로 간단하고 공정을 선형적으로 제어 가능하다. 플라즈마 불안정성(Plasma Instability)이 적어, 공정의 신뢰성 확보가 비교적 쉬워 산업에서 많이 사용되고 있다.
챔버 내부에 안테나가 배치되는 경우, 상기 안테나는 파워단에 높은 전압이 인가되어, 상기 전압에 의하여 CCP 방전이나 플라즈마 손실이 있을 수 있다. 이에 따라, 상기 플라즈마 균일도가 파괴되고, 플라즈마 밀도가 손실될 수 있다.
본 발명은 해결하고자 하는 과제는 축전 결합 플라즈마의 발생을 최소화한 챔버 내부형 플라즈마 발생 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 전력을 공급하는 제1 전원부, 상기 제1 전원부와 직렬 연결되는 제1 정합회로부, 제1 차 코일 및 제2 차 코일을 포함하는 변압부, 플라즈마를 감금하는 챔버부, 및 상기 챔버부의 내부에 배치되는 유도 코일부를 포함하되, 상기 제1 차 코일은 상기 제1 정합회로부와 전기적으로 연결되고, 상기 제2 차 코일은 상기 유도 코일부와 전기적으로 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 차 코일의 일단의 상기 유도 코일부의 일단에 전기적으로 연결되고, 상기 제2 차 코일의 타단은 상기 유도코일부의 타단에 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 차 코일의 권선수는 상기 제2 코일의 권수보다 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유도 코일부는 원 턴 안테나, 복수 턴 안테나, 스파이얼 안테나 및 안장형 안테나 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 유도 코일 연결부를 더 포함하되, 상기 챔버부는 챔버 몸통 및 챔퍼 상판을 포함하고, 상기 유도 코일 연결부는 상기 챔버 상판 또는/및 상기 챔버 몸통을 관통하여 배치되고, 상기 유도 코일 연결부는 상기 유도 코일부와 결합할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유도 코일부는 제1 유도 코일부 및 제2 유도 코일부를 포함하되, 상기 제1 유도 코일부의 내 반경은 상기 제2 유도 코일부의 외 반경보다 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 유도 코일부와 상기 제2 유도 코일부의 전류의 방향 또는 반대 방향으로 흐르도록 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 변압부의 2차 코일은 제1 결합부 및 제2 결합부를 포함하되, 상기 제1 결합부는 상기 제1 유도 코일부와 전기적으로 연결되고, 상기 제2 결합부는 상기 제2 유도 코일부 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유도 코일부는 복수의 권선수를 가지는 안테나이고, 상기 권선수가 증가함에 따라 안테나의 반경이 증가하거나 감소할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 전극부를 더 포함하되, 상기 제2 차 코일의 일단은 상기 유도 코일부의 일단과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 차 코일의 타단은 상기 유도 코일부의 타단 및 상기 전극부와 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 전극부 및 축전기를 더 포함하되, 상기 제2 차 코일의 일단은 상기 유도 코일부의 일단과 전기적으로 연결되고, 상기 유도 코일부의 타단은 상기 축전기와 전기저으로 연결되고, 상기 제2 차 코일의 타단은 상기 전극부와 전기적으로 연결되고, 상기 전극부는 상기 챔버부의 내부에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 전력을 공급하는 제2 전원부, 상기 제2 전원부와 직렬연결되는 제2 정합회로부; 및 상기 제2 정합회로부와 직렬 연결되는 전극부를 더 포함하되, 상기 전극부는 상기 챔버부 내부에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 변압부의 상기 제1 차 코일 및 제2차 코일은 솔레노이드 형태이고, 상기 제2 차 코일은 상기 제1 차 코일을 덮도록 감길 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제 1차 코일 내부에 자성 코어를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 변압부의 제2차 코일은 상기 제1 차 코일과 중심축이 일치하도록 배치되고, 상기 제1 코일과 상기 제2 차 코일 사이에 절연체가 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 차 코일 및 상기 제2 차 코일은 솔레노이드 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치는 챔버부 내부에 배치된 유도 코일부를 사용하여 유도 결합 플라즈마를 형성하되, 상기 유도 코일부는 변압부를 사용하여 플로팅(floating)시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 유도 코일부와 플라즈마 사이의 축전결합은 최소화될 수 있다. 또한, 전자밀도 손실, 이온 에너지 손실, 상기 유도 코일부의 스퍼터링 손상, 및 챔버 오염은 최소화될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치는 스킨층(skin layer)에 의한 손실을 최 소화할 수 있어, 고밀도 플라즈마를 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치는 높은 식각 속도를 요구하는 멀티침 패키지(Multi-chip package, MCP), 플라즈마 도움 화학기상증착(Plasma enhanced chemical vapor depositiom: PECVD), 건식 식각(Dry Etch), 스퍼터링 (Sputtering), 이온 주입, 표면처리 등의 공정에 널리 이용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 챔버부 내에 변압부에 연결된 유도 코일부를 배치하여 고밀도이고 균일한 플라즈마를 생성할 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상을 용이실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 개념도들이다.
도 1a을 참조하면, 상기 플라즈마 발생 장치는 전력을 공급하는 제1 전원부(152), 상기 제1 전원부(152)와 직렬 연결되는 제1 정합회로부(142, first impedance matching box), 제1 차 코일(132) 및 제2 차 코일(134)을 포함하는 변압부(130), 플라즈마를 감금하는 챔버부(100), 및 상기 챔버부(100)의 내부에 배치되는 유도 코일부(122)를 포함한다. 상기 제1 차 코일(132)은 상기 제1 정합회로부(142)와 전기적으로 연결되고, 상기 제2 차 코일(134)은 상기 유도 코일부(122)와 전기적으로 연결된다. 상기 변압부(130)는 상기 유도 코일부(122)에 인 가되는 전압을 감소시키고, 상기 유도 코일부(122)에 흐르는 전류를 증가시킬 수 있다. 상기 유도 코일부(122)에 인가되는 낮은 전압과 높은 전류는 고밀도 플라즈마 생성에 도움이 되며, 상기 유도 코일부(122)의 스퍼터링 문제 및 오염 문제들을 해결할 수 있다.
상기 제1 전원부(152)는 라디오 주파수(radio frequency: RF) 전원일 수 있다. 상기 라디오 주파수는 수백 KHz 내지 수백 MHz의 범위일 수 있다. 상기 제1 전원부(1152)의 출력 임피던스는 50 오옴(ohm)일 수 있다. 상기 제1 전원부(152)의 파워는 수백 와트(W)에서 수백 킬로 와트(kW)일 수 있다.
제1 정합회로부(142)는 부하와 상기 제1 전원부(152)의 임피던스를 일치시킬 수 있다. 즉, 상기 제1 정합회로부(142)는 상기 부하에서 반사되는 반사파를 제거하여, 최대의 전력을 상기 부하에 전달할 수 있다. 상기 부하는 상기 유도코일부(122), 상기 변압부(130), 및 플라즈마를 포함할 수 있다. 상기 제1 정합회로부(142)는 적어도 두 개의 가변소자를 포함할 수 있다. 상기 제1 정합회로부(142)는 두 개의 가변 축전기(variable capacitor)를 포함할 수 있다. 상기 제1 정합회로부(142)는 상기 제1 전원부(152)와 직렬 연결될 수 있다.
상기 변압부(130)는 제 1 차 코일(132), 제2 차 코일(134), 및 자성 코어를 포함할 수 있다. 상기 제 1차 코일(132)은 상기 제2 차 코일(134)에 자속(magnetic flux)을 전달할 수 있다. 상기 자성 코어는 강자성체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 강자성체는 페라이트를 포함할 수 있다. 상기 제 1차 코일(132)의 권선수는 제2 차 코일(134)의 권선수보다 클 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 차 코일(132)의 전압은 상기 제2 차 코일(134)의 전압보다 클 수 있다. 상기 제1 차 코일(132)의 전류는 상기 제2차 코일(134)의 전류보다 작을 수 있다. 상기 제2 차 코일(134)의 전류는 상기 유도 코일부(122)를 통하여 유도 기전력을 발생하여, 유도 결합 플라즈마를 생성할 수 있다.
상기 챔버부(100)의 내부는 대기압 미만일 수 있다. 상기 챔버부(100)의 내부에 플라즈마가 발생할 수 있다. 상기 챔버부(100)는 공정 가스를 공급되는 가스 유입구, 공정 가스를 배출하기 가스 배기구를 포함할 수 있다. 상기 가스 배기구는 진공펌프와 연결될 수 있다. 상기 챔버부(100)는 기판(14)이 놓이는 서셉터(12)를 포함할 수 있다. 상기 서셉터(12)는 직류 전원 및/또는 RF 전원이 연결될 수 있다. 상기 서셉터(12)는 가열 수단 및/또는 냉각 수단을 포함할 수 있다. 상기 챔버부(100)는 플라즈마를 생성하는 플라즈마 챔버와 공정을 수행하는 공정 챔버로 분리될 수 있다. 상기 챔버부(100)는 원통형의 챔버 몸체(112)와 챔버 상판(114)을 포함할 수 있다. 상기 챔버 상판(114)은 유전체 또는 도전체일 수 있다. 상기 챔버 몸체(112)는 도전체일 수 있다. 상기 챔버 몸체(112)의 내벽은 유전체로 코팅될 수 있다. 상기 챔버 상판(114)은 관통홀(118)을 포함할 수 있다. 상기 챔버 상판(114)과 상기 챔버 몸체(112)는 챔버 영역을 형성할 수 있다. 상기 챔버 몸체(112)는 접지될 수 있다.
상기 유도 코일부(122)는 유도결합 플라즈마(inductively coupled plasma:ICP)를 생성하는 에너지 인가 수단일 수 있다. 상기 유도 코일부(122)는 상기 챔버부(100)의 내부에 배치될 수 있다. 상기 유도 코일부(122)는 적어도 하나의 안테나 또는 코일을 포함할 수 있다. 상기 안테나 또는 코일에 흐르는 전류는 유도 기전력(electromotive force)을 발생시킬 수 있다. 상기 유도 기전력이 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 상기 유도 코일부(122)가 상기 챔버부(100)의 내부에 배치됨에 따라, ICP 발생 효율이 증가할 수 있다. 한편, 상기 변압부(130)에 의하여 상기 유도 코일부(122)에 인가되는 전압은 감소할 수 있어, 상기 유도 코일부(122)에 의한 축전 결합 플라즈마(capacitively coupled plasma: CCP)는 최소화할 수 있다. 상기 유도 코일부(122)는 원턴(one turn) 안테나, 복수 턴 안테나, 스파이얼 안테나 및 안장형 안테나 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 유도 코일부(122)의 일단은 상기 변압부(130)의 제 2차 코일(134)의 일단에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 유도 코일부(122)의 타단은 상기 변압부(130)의 제 2차 코일(134)의 타단에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 유도 코일부(122)는 유체에 의하여 냉각될 수 있다. 상기 유도 코일부(122)의 형태는 다양하게 변형될 수 있다. 상기 유도 코일부(122)의 표면은 코팅될 수 있다. 예를 들어, 상기 유도 코일부(122)는 알루미늄으로 형성되고, 상기 알루미늄의 표면은 알루미늄 산화막으로 코팅될 수 있다. 또는 상기 유도 코일부는 다이몬드라이크 카본(diamond like carbon)으로 코딩될 수 있다. 상기 유도 코일부(122)는 상기 변압부(130)에 의하여 플로팅될 수 있다. 이에 따라, 상기 유도 코일부(122)의 축전 결합(capacitive coupling) 또는 정전계(electro static field)는 최소화될 수 있다. 상기 축전 결합에 의한 상기 유도 코일부(122)의 스퍼터링은 감소할 수 있다. 상기 축전 결합의 감소는 전자밀도의 손실을 감소시킬 수 있다. 상기 유도 코일부(122)를 플로팅시킴으로써, 전자 의 손실을 이온포화 전류 정도로 작게 감소시킬 수 있다. 상기 유도 코일부(122)의 축전 결합을 감소시킴에 따라, 상기 유도 코일부(122)는 높은 플라즈마 밀도를 형성할 수 있고, 이온의 스퍼터링을 감소시킬 수 있고, 플라즈마 밀도의 균일도를 향상시킬 수 있다.
유도 코일 연결부(172a,172b)는 상기 유도 코일부(122)와 상기 변압기(130)의 제 2차 코일(134)을 전기적으로 연결하는 수단일 수 있다. 상기 유도 코일 연결부(172a,172b)는 상기 챔버 상판(114)에 상기 관통홀(118)을 관통하여 배치될 수 있다. 상기 유도 코일 연결부(172a,172b)는 상기 챔버 상판(114)과 전기적으로 절연될 수 있다. 상기 유도 코일 연결부(172a,172b)는 상기 챔버 상판(114)과 실링될 수 있다. 상기 유도 코일 연결부(172a,172b)는 상기 유도 코일부(122)의 일단에 연결되는 제1 유도 코일 연결부(172a) 및 상기 유도 코일부(122)의 타단에 연결되는 제2 유도 코일 연결부(172b)를 포함할 수 있다. 절연부(162a,162b)는 상기 유도 코일 연결부(172a,172b)를 덮을 수 있다. 상기 절연부(162a,162b)는 상기 유도 코일 연결부(172a,172b)를 통하여 흐르는 전류에 의하여 형성된 유도 기전력이 플라즈마를 형성하지 못하도록 충분한 두께를 가질 수 있다.
도 1b을 참조하면, 플라즈마 발생 장치는 전력을 공급하는 제1 전원부(152), 상기 제1 전원부(152)와 직렬 연결되는 제1 정합회로부(142), 제1 차 코일(132) 및 제2 차 코일(134)을 포함하는 변압부(130), 플라즈마를 감금하는 챔버부(100), 및 상기 챔버부(100)의 내부에 배치되는 유도 코일부(122)를 포함한다. 상기 제1 차 코일(132)은 상기 제1 정합회로부(142)와 전기적으로 연결되고, 상기 제2 차 코일(134)은 상기 유도 코일부(122)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 변압부(130)는 상기 유도 코일부(122)에 인가되는 전압을 감소시킬 수 있다.
상기 챔버(100)는 챔버 몸통(112)과 챔버 상판(114)을 포함할 수 있다. 상기 챔버 몸통(112)의 측면에 관통홀이 배치될 수 있다. 유도 코일 연결부(172a,172b)는 상기 관통홀을 관통하도록 배치될 수 있다. 상기 유도 코일부(122)는 상기 2차 코일과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 개념도들이다.
도 2a를 참조하면, 상기 플라즈마 발생 장치는 전력을 공급하는 제1 전원부(152), 상기 제1 전원부(152)와 직렬 연결되는 제1 정합회로부(142), 제1 차 코일(132) 및 제2 차 코일(134)을 포함하는 변압부(130), 플라즈마를 감금하는 챔버부(100), 및 상기 챔버부(100)의 내부에 배치되는 유도 코일부(120)를 포함한다. 상기 제1 차 코일(132)은 상기 제1 정합회로부(142)와 전기적으로 연결되고, 상기 제2 차 코일(134)은 상기 유도 코일부(120)와 전기적으로 연결된다. 상기 변압부(130)는 상기 유도 코일부(120)에 인가되는 전압을 감소시킬 수 있다.
상기 챔버부(100)는 챔버 몸체(112)와 챔버 상판(114)을 포함할 수 있다. 상기 챔버 상판(114)은 복수의 관통홀(118)을 포함할 수 있다. 상기 유도 코일부(120)는 제1 유도 코일부(122) 및 제2 유도 코일부(124)를 포함할 수 있다. 상기 제1 유도 코일부(122) 및 상기 제2 유도 코일부(124)는 원턴 안테나일 수 있다. 상기 제1 유도 코일부(122) 및 상기 제2 유도 코일부(124)는 같은 평면에 배치 될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 유도 코일부(122)의 일단과 타단은 서로 전기적으로 접촉하지 않을 수 있다. 상기 제1 유도 코일부(122)의 일단 및 타단의 주위에 제1 유도 코일 연결부(172a,172b)가 배치될 수 있다. 상기 제2 유도 코일부(124)의 일단과 타단은 서로 전기적으로 접촉하지 않을 수 있다. 상기 제2 유도 코일부(124)의 일단 및 타단의 주위에 제2 유도 코일 연결부(172c,172d)가 배치될 수 있다. 상기 제1 유도 코일부(122)의 일단 및 상기 제2 유도 코일부(124)의 일단은 상기 챔버부(100)의 중심축을 중심으로 서로 대각선 방향에 배치될 수 있다.
유도 코일 연결부(172)는 상기 챔버 상판(114)의 상기 관통홀(118)을 관통하여 배치될 수 있다. 상기 유도 코일 연결부(172)는 상기 유도 코일부(120)와 상기 제2 차 코일(134)을 전기적으로 연결하는 수단일 수 있다. 상기 유도 코일 연결부는 제1 내지 제4 유도 코일 연결부(172a,172b,172c,172d)를 포함할 수 있다. 상기 변압부(130)의 상기 제 2차 코일(134)의 일단은 상기 제1 유도 코일 연결부(172a)를 통하여 상기 제1 유도 코일부(122)의 일단과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 변압부(130)의 상기 제 2차 코일(134)의 타단은 상기 제3 유도 코일 연결부(172c)를 통하여 상기 제2 유도 코일부(124)의 일단과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 유도 코일부(122)의 타단은 상기 제2 유도 코일 연결부(172b) 및 상기 제4 유도 코일 연결부(172d)를 통하여 상기 제2 유도 코일부(124)의 타단과 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 제1 유도 코일부(122) 및 제2 유도 코일부(124)는 전기적으로 직렬 또는 병렬연결될 수 있다. 상기 제1 유도 코일부(122)의 전류와 상기 제2 유도 코일부(124)의 전류는 서로 같은 방향 또는 서로 반대 방향으로 흐르도록 연결될 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 제1 유도 코일부(122) 및 상기 제2 유도 코일부(124)는 다른 평면에 배치될 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 유도 코일부(120)는 복수의 안테나를 포함할 수 있다. 상기 안테나들의 적어도 하나는 상기 챔버부(100) 내부에 배치될 수 있다. 상기 복수의 안테나들은 전기적으로 병렬 또는 직렬 연결될 수 있다. 상기 유도 코일부(120)는 상기 복수의 안테나들 각각의 전류를 조절하기 위하여 가변 리액티브 소자를 포함할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 상기 플라즈마 발생 장치는 전력을 공급하는 제1 전원부(152), 상기 제1 전원부(152)와 직렬 연결되는 제1 정합회로부(142), 제 1 차 코일(132) 및 제 2 차 코일(134)을 포함하는 변압부(130), 플라즈마를 감금하는 챔버부(100), 및 상기 챔버부(100)의 내부에 배치되는 유도 코일부(120)를 포함한다. 상기 제 1차 코일(132)은 상기 제1 정합회로부(142)와 전기적으로 연결되고, 상기 제 2 차 코일(134)은 상기 유도 코일부(120)와 전기적으로 연결된다. 상기 변압부(130)는 상기 유도 코일부(120)에 인가되는 전압을 감소시킬 수 있다.
상기 변압부(130)는 제 1차 코일(132) 및 제 2 차 코일(134)을 포함할 수 있다. 상기 제 2 차 코일(134)은 제1 결합부(134a) 및 제2 결합부(134b)를 포함할 수 있다. 상기 제1 결합부(134a)의 권선수와 상기 제2 결합부(134b)의 권선수는 서로 다를 수 있다. 상기 제1 차 코일(132)의 권선수는 상기 제1 결합부(134a) 및 상기 제2 결합부(134b)의 총 권선수 보다 클 수 있다.
상기 챔버부(100)는 챔버 몸체(112)와 챔버 상판(114)을 포함할 수 있다. 상기 챔버 상판(114)은 복수의 관통홀(118)을 포함할 수 있다. 상기 유도 코일부(120)는 제1 유도 코일부(122) 및 제2 유도 코일부(124)를 포함할 수 있다. 상기 제1 유도 코일부(122) 및 상기 제2 유도 코일부(124)는 원턴 안테나일 수 있다. 상기 제1 유도 코일부(122) 및 상기 제2 유도 코일부(124)는 같은 평면에 배치될 수 있다. 상기 제1 유도 코일부(122)의 일단 및 타단의 주위에 각각 제1, 제2 유도 코일 연결부(172a,172b)가 배치될 수 있다. 상기 제2 유도 코일부(124)의 일단과 타단은 서로 전기적으로 접촉하지 않을 수 있다. 상기 제2 유도 코일부(124)의 일단 및 타단의 주위에 제3, 제4 유도 코일 연결부(172c,172d)가 배치될 수 있다. 상기 제1 유도 코일부(122)의 일단은 상기 제2 유도 코일부(124)의 일단과 상기 챔버부(100)의 중심축을 중심으로 서로 대각선 방향에 배치될 수 있다. 상기 제1 결합부(134a)는 상기 제1 유도 코일부(122)와 전기적으로 연결되고, 상기 제2 결합부(134b)는 상기 제2 유도 코일부(124)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 유도 코일부(122)의 일단 및 타단은 각각 상기 제1, 제2 유도 코일 연결부(172a,172b)를 통하여 상기 제1 결합부(134a)의 일단 및 타단에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2 유도 코일부(124)의 일단 및 타단은 각각 상기 제3, 제4 유도 코일 연결부(172c,172d)를 통하여 상기 제2 결합부(134b)의 일단 및 타단에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 유도 코일부(122)의 전류와 상기 제2 유도 코일부(124)의 전류는 서로 같은 방향 또는 반대 방향으로 흐를 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 도면들이다.
도 3a 및 3b를 참조하면, 상기 플라즈마 발생 장치는 전력을 공급하는 제1 전원부(152), 상기 제1 전원부(152)와 직렬 연결되는 제1 정합회로부(142), 제1 차 코일(132) 및 제2 차 코일(134)을 포함하는 변압부(130), 플라즈마를 감금하는 챔버부(100), 및 상기 챔버부(100)의 내부에 배치되는 유도 코일부(120)를 포함한다. 상기 제 1 차 코일(132)은 상기 제1 정합회로부(142)와 전기적으로 연결되고, 상기 제 2 차 코일(134)은 상기 유도 코일부(126)와 전기적으로 연결된다. 상기 변압부(130)는 상기 유도 코일부(126)에 인가되는 전압을 감소시킬 수 있다.
상기 챔버부(100)는 챔버 몸체(112)와 챔버 상판(114)을 포함할 수 있다. 상기 챔버 상판(114)은 복수의 관통홀(118)을 포함할 수 있다. 상기 유도 코일부(126)는 스파이얼 형태일 수 있다. 상기 유도 코일부(126)는 중심축을 중심으로 각도가 증가함에 따라 반경이 증가 또는 감소할 수 있다. 상기 유도 코일부(126)의 일단 및 타단의 주위에 유도 코일 연결부(172a,172b)가 배치될 수 있다. 상기 유도 코일부(126)의 일단 및 타단은 각각 상기 유도 코일 연결부(172a,172b)를 통하여 상기 변압부(130)의 제 2차 코일(134)에 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 유도 코일부(126)의 각각의 권선은 같은 평면에 배치될 수 있다. 상기 유도 코일부(126)의 각각의 권선은 절곡부를 통하여 다른 평면에 배치된 각각의 권선을 서로 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 유 도 코일부(126)의 형태는 다양하게 변형될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 플라즈마 발생 장치는 전력을 공급하는 제1 전원부(152), 상기 제1 전원부(152)와 직렬 연결되는 제1 정합회로부(142), 제1 차 코일(132) 및 제2 차 코일(134)을 포함하는 변압부(130), 플라즈마를 감금하는 챔버부(100), 및 상기 챔버부(100)의 내부에 배치되는 유도 코일부(128)를 포함한다. 상기 제1 차 코일(132)은 상기 제1 정합회로부(142)와 전기적으로 연결되고, 상기 제2 차 코일(134)은 상기 유도 코일부(128)와 전기적으로 연결된다. 상기 변압부(130)는 상기 유도 코일부(128)에 인가되는 전압을 감소시킬 수 있다.
상기 챔버부(100)는 챔버 몸체(112)와 챔버 상판(114)을 포함할 수 있다. 상기 챔버 상판(114)은 복수의 관통홀(118)을 포함할 수 있다. 상기 유도 코일부(128)는 안장형(saddle type)일 수 있다. 상기 유도 코일부(128)의 일단 및 타단의 주위에 유도 코일 연결부(172a,172b)가 배치될 수 있다. 상기 유도 코일부(172)의 일단 및 타단은 각각 상기 유도 코일 연결부(172a,172b)를 통하여 상기 변압부(130)의 제 2차 코일(134)에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 플라즈마 발생 장치는 전력을 공급하는 제1 전원부(152), 상기 제1 전원부(152)와 직렬 연결되는 제1 정합회로부(142), 제1 차 코일(132) 및 제2 차 코일(134)을 포함하는 변압부(130), 플라즈마를 감금하는 챔버부(100), 상기 챔버부(100)의 내부에 배치되는 유도 코일부(122), 및 상기 챔버부(100)의 내부에 배치되는 전극부(182)를 포함한다. 상기 제1 차 코일(132)은 상기 제1 정합회로부(142)와 전기적으로 연결되고, 상기 제2 차 코일(134)은 상기 유도 코일부(122)와 전기적으로 연결된다. 상기 변압부(130)는 상기 유도 코일부(122) 및 상기 전극부(182)에 인가되는 전압을 감소시킬 수 있다.
상기 챔버부(100)는 챔버 몸체(112)와 챔버 상판(114)을 포함할 수 있다. 상기 챔버 상판(114)은 복수의 관통홀(118)을 포함할 수 있다. 상기 전극부(182)는 상기 챔버부(100) 내부에 배치될 수 있다. 상기 전극부(182)는 도전성 원판의 형태일 수 있다. 상기 유도 코일부(122)는 원턴 안테나일 수 있다. 상기 유도 코일부(122)의 일단은 제1 유도 코일 연결부(172a)를 통하여 상기 제 2차 코일(132)의 일단과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 유도 코일부(132)의 타단 및 상기 전극부(182)는 각각 제2 유도 코일 연결부(172b) 및 전극 연결부(183)를 통하여 상기 제 2차 코일(134)의 타단과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전극부(182)는 축전 결합 플라즈마를 형성할 수 있다.
도 6는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 도면이다.
도 6를 참조하면, 상기 플라즈마 발생 장치는 전력을 공급하는 제1 전원부(152), 상기 제1 전원부(152)와 직렬 연결되는 제1 정합회로부(142), 제1 차 코일(132) 및 제2 차 코일(134)을 포함하는 변압부(130), 플라즈마를 감금하는 챔 버부(100), 및 상기 챔버부(100)의 내부에 배치되는 유도 코일부(122)를 포함한다. 상기 제1 차 코일(132)은 상기 제1 정합회로부(142)와 전기적으로 연결되고, 상기 제2 차 코일(134)은 상기 유도 코일부(122)와 전기적으로 연결된다. 상기 변압부(130)는 상기 유도 코일부(122)에 인가되는 전압을 감소시킬 수 있다.
상기 챔버부(100)는 챔버 몸체(112)와 챔버 상판(114)을 포함할 수 있다. 상기 챔버 상판(114)은 복수의 관통홀(118)을 포함할 수 있다. 전극부(182)는 상기 챔버부(100) 내부에 배치될 수 있다. 상기 전극부(182)는 도전성 원판의 형태일 수 있다. 상기 유도 코일부(122)는 원턴 안테나일 수 있다. 상기 유도 코일부(122)의 일단은 상기 제 2차 코일(134)의 일단과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 유도 코일부(122)의 타단은 가변 소자부(192)의 일단과 전기적으로 직렬연결될 수 있다. 상기 가변 소자부(192)의 타단은 접지될 수 있다. 상기 전극부(182)는 상기 제 2차 코일(134)의 타단과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전극부(182)는 축전 결합 플라즈마를 형성할 수 있다. 상기 전극부(182)와 상기 유도 코일부(122)는 같은 평면에 배치될 수 있다.
도 7a 및 7b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 도면이다.
도 7a를 참조하면, 상기 플라즈마 발생 장치는 전력을 공급하는 제1 전원부(152), 상기 제1 전원부(152)와 직렬 연결되는 제1 정합회로부(142), 제1 차 코일(132) 및 제2 차 코일(134)을 포함하는 변압부(130), 플라즈마를 감금하는 챔버부(100), 및 상기 챔버부(100)의 내부에 배치되는 유도 코일부(122)를 포함한다. 상기 제1 차 코일(132)은 상기 제1 정합회로부(142)와 전기적으로 연결되고, 상기 제2 차 코일(134)은 상기 유도 코일부(122)와 전기적으로 연결된다. 상기 변압부(130)는 상기 유도 코일부(122)에 인가되는 전압을 감소시킬 수 있다.
상기 챔버부(100)는 챔버 몸체(112) 및 챔버 상판(114)을 포함할 수 있다. 상기 챔버 상판(114)은 복수의 관통홀(118)이 배치될 수 있다. 상기 변압부(100)의 제 2차 코일(134)의 일단은 상기 유도 코일부(122)의 일단과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 변압부(139)의 제 2차 코일(134)의 타단은 상기 유도 코일부(122)의 타단과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 유도 코일부(122)는 원턴 안테나일 수 있다. 유도 코일 연결부(172a,172b)는 상기 관통홀(118) 내에 배치될 수 있다. 상기 유도 코일 연결부(172a,172b)는 상기 제 2차 코일(134)과 상기 유도 코일부(122)를 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 플라즈마 발생 장치는 제2 전원부(154), 제2 정합회로부(144), 및 전극부(182)를 포함할 수 있다. 상기 제2 전원부(154)는 상기 제2 정합회로부(144)과 전기적으로 직렬 연결될 수 있다. 상기 전극부(154)는 상기 챔버부(100) 내부에 배치될 수 있다. 상기 전극부(182)는 도전성 원판 형태일 수 있다. 상기 전극부(182)는 상기 제2 정합회로부(154)와 전기적으로 연결될 수 있다. 전극 연결부(183)는 상기 관통홀(118) 내에 배치될 수 있다. 상기 전극 연결부(183)은 상기 제2 정합회로부(144)와 상기 전극부(182)를 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 전극부(182)는 상기 챔버부(100)의 중심에 배치될 수 있다. 상기 전극부(182)의 반경은 상기 유도 코일부(122)의 반경보다 작을 수 있다.
상기 전극부(182)와 상기 유도 코일부(122)는 같은 평면 또는 다른 평면에 배치될 수 있다. 초기 방전(discharge)을 위하여, 상기 전극부(182)이 전력이 공급될 수 있다. 상기 전극부(182)에 의하여 초기 방전이 이루어진 경우, 상기 유도 코일부에 전력이 공급될 수 있다. 상기 제1 전원부(152)와 상기 제2 전원부(154)는 연속 모드 및 펄스 모드로 동작할 수 있다.
도 7b를 참조하면, 상기 전극부(182)는 원통형일 수 있다. 상기 전극부(182)는 상기 챔버부(100)의 내부 측면에 배치될 수 있다. 상기 전극부(182)의 반경은 상기 유도 코일부(122)의 반경보다 클 수 있다.
도 8 및 9는 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 발생 장치의 변압부를 설명하는 도면들이다.
도 8 를 참조하면, 변압부(130)는 제 1차 코일(132), 제 2 차 코일(134), 및 자성 코어(133)를 포함할 수 있다. 상기 제 1차 코일(132) 및 제2 차 코일(134)은 솔레노이드 형태일 수 있다. 상기 제1 차 코일(132)의 중심축에 상기 자성 코어(133)가 배치될 수 있다. 상기 자성 코어는 고주파에서 주파수 특성이 우수한 강자성 물질일 수 있다. 상기 강자성 물질은 페라이트(ferrite)일 수 있다.
상기 제 1차 코일(132)의 권선수는 상기 제2 차 코일(134)의 권선수보다 클 수 있다. 상기 제 2차 코일(134)은 상기 제 1차 코일(132)과 중첩되게 감길 수 있다. 상기 제2 차 코일(134)의 반경은 상기 제1 차 코일(132)의 반경보다 클 수 있다. 상기 제 2차 코일(134)과 상기 제 1차 코일(132)의 중심축은 일치할 수 있다. 상기 제 1차 코일(132)은 제1 단자(N1) 및 제2 단자(N2)를 포함할 수 있고, 상기 제 2차 코일(134)은 제3 단자(N3) 및 제4 단자(N4)를 포함할 수 있다. 상기 제 1차 코일(132) 및 상기 제2 차 코일(134)은 유전체로 코팅된 구리 도선일 수 있다. 상기 솔레노이드의 단면은 원형 또는 다각형일 수 있다.
도 9를 참조하면, 변압부(130)는 제 1차 코일(132), 제 2차 코일(134), 및 자성 코어(133)를 포함할 수 있다. 상기 자성 코어(133)는 폐루프(closed loop)를 형성할 수 있다. 상기 제 1차 코일(132) 및 상기 제2 차 코일(134)은 각각 상기 자성 코어(133)를 감싸도록 배치될 수 있다. 상기 제 1차 코일(132)은 제1 단자(N1) 및 제2 단자(N2)를 포함할 수 있고, 상기 제 2차 코일(134)은 제3 단자(N3) 및 제4 단자(N4)를 포함할 수 있다. 상기 제 1차 코일(132) 및 상기 제2 차 코일(134)은 공간적으로 분리될 수 있다. 상기 제 1차 코일(132)의 권선수는 상기 제2 차 코일(134)의 권선수보다 클 수 있다. 상기 자성 코어(133)는 복수의 부품으로 결합되어 와전류(eddy current)를 감소시키도록 구성될 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 변압부를 설명하는 도면들이다. 도 10b는 도 10a의 상기 변압부의 코일의 단면을 설명하는 단도면이다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 상기 변압부(130)는 제 1차 코일(132), 제 2차 코일(134), 및 자성 코어(133)를 포함할 수 있다. 상기 제 1차 코일(132) 및 상기 제2차 코일(134)은 동축 게이블(coaxial cable)의 형태를 가질 수 있다. 상기 동축 게이블의 중심 도선은 상기 제 1차 코일(132)에 해당되고, 상기 동축 게이블의 외측 도선은 상기 제 2차 코일(134)에 해당될 수 있다. 상기 제 1차 코일(132) 및 상기 제 2차 코일(134)은 솔레노이드(solenoid) 형태 또는 토로이드(toroid) 형태를 가질 수 있다. 상기 변압부(130)의 중심에는 상기 자성 코어(133)가 배치될 수 있다. 상기 제 1차 코일(132)의 권선수는 상기 제 2차 코일(134)의 권선수 보다 클 수 있다. 즉, 상기 동축 게이블의 중심 도선은 상기 외측 도선보다 짧을 수 있다. 상기 제1 차 코일(132)과 상기 제2 차 코일(132) 사이에는 절연체(135)가 배치될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 개념도들이다.
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 개념도들이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 도면들이다.
도 4 내지 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 도면이다.
도 7a 및 7b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 도면이다.
도 8 및 9는 본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 발생 장치의 변압부를 설명하는 도면들이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 변압부를 설명하는 도면들이다.

Claims (16)

  1. 전력을 공급하는 제1 전원부;
    상기 제1 전원부와 직렬 연결되는 제1 정합회로부;
    제1 차 코일 및 제2 차 코일을 포함하는 변압부;
    플라즈마를 감금하는 챔버부;
    상기 챔버부의 내부에 배치되는 유도 코일부;
    상기 유도 코일부와 상기 변압부를 연결하는 유도 코일 연결부; 및
    상기 유도 코일 연결부를 덮고 있는 절연부를 포함하되,
    상기 유도 코일 연결부는 상기 챔버부를 관통하여 배치되고,
    상기 제1 차 코일은 상기 제1 정합회로부와 전기적으로 연결되고, 상기 제2 차 코일은 상기 유도 코일부와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 플라즈마 발생 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 차 코일의 일단의 상기 유도 코일부의 일단에 전기적으로 연결되고, 상기 제2 차 코일의 타단은 상기 유도코일부의 타단에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    제1 차 코일의 권선수는 상기 제2 코일의 권수보다 큰 것을 특징으로 플라즈마 발생 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 유도 코일부는 원 턴 안테나, 복수 턴 안테나, 스파이얼 안테나 및 안장형 안테나 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  5. 전력을 공급하는 제1 전원부;
    상기 제1 전원부와 직렬 연결되는 제1 정합회로부;
    제1 차 코일 및 제2 차 코일을 포함하는 변압부;
    플라즈마를 감금하는 챔버부;
    상기 챔버부의 내부에 배치되는 유도 코일부; 및
    상기 유도 코일부와 상기 변압부를 연결하는 유도 코일 연결부를 포함하고,
    상기 제1 차 코일은 상기 제1 정합회로부와 전기적으로 연결되고, 상기 제2차 코일은 상기 유도 코일부와 전기적으로 연결되고,
    상기 챔버부는 챔버 몸통 및 챔퍼 상판을 포함하고, 상기 유도 코일 연결부는 상기 챔버 상판 또는 상기 챔버 몸통을 관통하여 배치되고,
    상기 유도 코일 연결부는 상기 유도 코일부와 결합하는 것을 특징으로 하는 는 플라즈마 발생 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 유도 코일부는 제1 유도 코일부 및 제2 유도 코일부를 포함하되,
    상기 제1 유도 코일부의 내 반경은 상기 제2 유도 코일부의 외 반경보다 큰 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제1 유도 코일부와 상기 제2 유도 코일부의 전류의 방향 또는 반대 방향으로 흐르도록 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 변압부의 2차 코일은 제1 결합부 및 제2 결합부를 포함하되,
    상기 제1 결합부는 상기 제1 유도 코일부와 전기적으로 연결되고, 상기 제2 결합부는 상기 제2 유도 코일부 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 유도 코일부는 복수의 권선수를 가지는 안테나이고, 상기 권선수가 증가함에 따라 안테나의 반경이 증가하거나 감소하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    전극부를 더 포함하되,
    상기 제2 차 코일의 일단은 상기 유도 코일부의 일단과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 차 코일의 타단은 상기 유도 코일부의 타단 및 상기 전극부와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    전극부 및 축전기를 더 포함하되,
    상기 제2 차 코일의 일단은 상기 유도 코일부의 일단과 전기적으로 연결되고, 상기 유도 코일부의 타단은 상기 축전기와 전기저으로 연결되고, 상기 제2 차 코일의 타단은 상기 전극부와 전기적으로 연결되고, 상기 전극부는 상기 챔버부의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    전력을 공급하는 제2 전원부,
    상기 제2 전원부와 직렬연결되는 제2 정합회로부; 및
    상기 제2 정합회로부와 직렬 연결되는 전극부를 더 포함하되,
    상기 전극부는 상기 챔버부 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 변압부의 상기 제1 차 코일 및 제2차 코일은 솔레노이드 형태이고, 상기 제2 차 코일은 상기 제1 차 코일을 덮도록 감겨있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1차 코일 내부에 자성 코어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 변압부의 제2차 코일은 상기 제1 차 코일과 중심축이 일치하도록 배치되고, 상기 제1 코일과 상기 제2 차 코일 사이에 절연체가 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제1 차 코일 및 상기 제2 차 코일은 솔레노이드 형태인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
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