KR101352496B1 - Plasma Generation Apparatus and Plasma Generation Method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 발생 장치 및 플라즈마 발생 방법을 제공한다. 이 플라즈마 발생 장치는 전기적으로 접지된 통 형상의 방전 챔버, 방전 챔버 내에 배치된 적어도 하나의 전자방출 수단, 및 방전 챔버의 중심 영역에 배치되고 양의 제1 전압이 인가된 중심 전극을 포함한다.The present invention provides a plasma generating apparatus and a plasma generating method. The plasma generating apparatus includes an electrically grounded cylindrical discharge chamber, at least one electron-emitting means disposed in the discharge chamber, and a center electrode disposed in the center region of the discharge chamber and to which a positive first voltage is applied.

Description

플라즈마 발생 장치 및 플라즈마 발생 방법{Plasma Generation Apparatus and Plasma Generation Method}Plasma Generation Apparatus and Plasma Generation Method

본 발명은 저압 플라즈마 소스에 대한 것이다. 텅스텐 필라멘트의 열전자 방출을 이용하여 저압, 저밀도, 저온 플라즈마를 생성해 낼 수 있다.The present invention relates to a low pressure plasma source. Hot electron emission of tungsten filaments can be used to generate low pressure, low density, low temperature plasma.

플라즈마를 이용한 반도체 공정의 최소 선폭은 감소하고 있다. 현재 널리 쓰이고 있는 축전 결합 플라즈마 (Capacitively Coupled Plasma;CCP)나 (유도 결합 플라즈마 (Inductively Coupled Plasma; ICP)는 감소된 선폭을 가지는 반도체 공정을 진행하기 힘들다. The minimum line width of semiconductor processes using plasma is decreasing. Capacitively Coupled Plasma (CCP) or Inductively Coupled Plasma (ICP), which are widely used at present, is difficult to proceed with a semiconductor process having a reduced line width.

첫째, 축전 결합 플라즈마 또는 유도 결합 플라즈마를 사용할 경우, 높은 전자 밀도 하에서 공정을 해야 하기 때문에 원자 수준의 미세공정이 힘들다. First, when capacitively coupled plasmas or inductively coupled plasmas are used, the atomic level microprocessing is difficult because the process must be performed under high electron density.

둘째, 높은 에너지를 갖는 이온의 충돌 및 하전(charging)에 의한 손상 문제가 있다. Second, there is a problem of damage caused by collision and charging of ions having high energy.

따라서 이러한 문제점들을 해결하기 위해 기존의 공정보다 훨씬 낮은 압력 (1 Pascal 이하), 낮은 전자 밀도(10^8/cm^3 이하), 낮은 전자 온도(1eV 이하)를 갖는 플라즈마 신공정 기술이 필요하다. Therefore, in order to solve these problems, there is a need for a plasma new process technology having a much lower pressure (1 Pascal or less), a lower electron density (10 ^ 8 / cm ^ 3 or less), and a low electron temperature (1eV or less).

본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 극저압에서 낮은 전자 온도의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 발생 장치를 제공하는 것이다.One technical problem to be solved of the present invention is to provide a plasma generating device for generating a plasma of a low electron temperature at a very low pressure.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 전기적으로 접지된 통 형상의 방전 챔버; 상기 방전 챔버 내에 배치된 적어도 하나의 전자방출 수단; 및 상기 방전 챔버의 중심 영역에 배치되고 양의 제1 전압이 인가된 중심 전극을 포함한다.Plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention comprises an electrical discharge ground chamber; At least one electron-emitting means disposed in the discharge chamber; And a center electrode disposed in the center region of the discharge chamber and to which a positive first voltage is applied.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 방전 챔버의 내부에 배치되는 매쉬를 더 포함하고, 상기 매쉬는 양의 제2 전압으로 대전되고, 상기 제2 전압은 상기 제1 전압보다 낮고, 상기 전자방출 수단은 상기 매쉬와 상기 방전 챔버 사이에 배치되고, 상기 매쉬는 상기 전자방출 수단으로부터 방출된 전자를 가속하고, 가속된 전자는 상기 매쉬를 통과하여 상기 방전 챔버의 중심 영역에 제공될 수 있다.In one embodiment of the present invention, further comprising a mesh disposed inside the discharge chamber, the mesh is charged to a positive second voltage, the second voltage is lower than the first voltage, the electron emission Means may be disposed between the mesh and the discharge chamber, the mesh accelerates electrons emitted from the electron-emitting means, and the accelerated electrons may pass through the mesh and be provided in a central region of the discharge chamber.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전자방출 수단은 열전자를 방출하고, 상기 전자방출 수단이 전자를 방출하도록 가열하는 가열 전원; 및 상기 전자방출 수단에 제1 바이어스 전압을 인가하기 위한 제1 바이어스 전원; 중에서 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the electron-emitting means is a heating power source for emitting hot electrons, the electron emitting means for heating to emit electrons; And a first bias power supply for applying a first bias voltage to the electron emitting means. As shown in FIG.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전자방출 수단은 양의 제1 바이어스 전압에서 동작하는 제1 전자방출 수단; 및 양의 제2 바이어스 전압에서 동작하는 제2 전자방출 수단을 포함할 수 있다. 상기 제1 바이어스 전압은 상기 제2 바이어스 전압과 서로 다르고, 상기 제1 전자 방출 수단에서 방출된 전자는 중성 기체를 이온화시키고, 상기 제2 전자 방출 수단에서 방출된 전자는 플라즈마 포텐셜을 낮출 수 있다.In one embodiment of the invention, the electron emitting means comprises: first electron emitting means operating at a positive first bias voltage; And second electron-emitting means operating at a positive second bias voltage. The first bias voltage may be different from the second bias voltage, and electrons emitted from the first electron emitting means may ionize a neutral gas, and electrons emitted from the second electron emitting means may lower the plasma potential.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 방전 챔버의 주위에 배치되어 자기장을 형성하는 코일을 더 포함할 수 있다. 상기 코일에 형성된 자기장은 상기 중심 전극으로 접근하는 전자의 궤적을 변경할 수 있다.In one embodiment of the present invention, it may further include a coil disposed around the discharge chamber to form a magnetic field. The magnetic field formed in the coil may change the trajectory of electrons approaching the center electrode.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 방전 챔버는 원통형이고, 상기 매쉬는 원통형일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the discharge chamber is cylindrical, the mesh may be cylindrical.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전자방출 수단은 복수 개이고, 상기 제2 전자방출 수단은 복수개이고, 상기 제1 전자방출 수단 및 상기 제2 전자방출 수단은 한 쌍을 이룰 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first electron emitting means may be plural, the second electron emitting means is plural, and the first electron emitting means and the second electron emitting means may be paired.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 방법은 전자를 구속하는 접지된 방전 챔버를 제공하는 단계; 상기 방전 챔버 내에서 전자발생 수단이 전자를 방출하는 단계; 상기 방출된 전자를 소정의 양의 전압으로 유지되는 매쉬를 통하여 가속하는 단계; 상기 가속된 전자를 방전 챔버의 중심에 배치된 소정의 양의 전압으로 유지되는 중심 전극에 충돌하지 않도록 자기장을 통하여 전자의 궤적을 바꾸는 단계;및 상기 가속된 전자가 중성 입자를 이온화하는 단계를 포함한다.A plasma generating method according to an embodiment of the present invention includes providing a grounded discharge chamber that confines electrons; Emitting electrons by the electron generating means in the discharge chamber; Accelerating the emitted electrons through a mesh maintained at a predetermined amount of voltage; Altering the trajectory of the electrons through a magnetic field such that the accelerated electrons do not impinge on the center electrode held at a predetermined positive voltage disposed in the center of the discharge chamber; and the accelerated electrons ionizing neutral particles. do.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 방전 챔버는 원통 형상이고, 상기 매쉬는 원통 형상일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the discharge chamber is a cylindrical shape, the mesh may be a cylindrical shape.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 종래의 축전 결합 플라즈마 또는 유도 결합 플라즈마에 비해 극저압(1 mTorr 이하)에서 낮은 전자 온도(1 eV 이하) 및 낮은 전자 밀도(10^8 /cm^3)를 가지는 플라즈마를 생성할 수 있다. 따라서, 상기 플라즈마 발생 장치를 잉이용하여 플라즈마 공정을 진행시, 미세하고 기판에 손상이 적은 공정이 수행될 수 있다. 또한 전자 방출 수단에 인가되는 바이어스 전압, 중심 전극에 인가되는 전압 또는 외부 자기장의 세기를 조절하여, 플라즈마 변수의 제어를 수행할 수 있다. 따라서 10nm 이하의 미세 패턴 공정, 이온 및 전자에 의한 손상이 적은 증착 공정등을 수행할 수 있다. The plasma generating apparatus according to the embodiment of the present invention has a low electron temperature (1 eV or less) and a low electron density (10 ^ 8 / cm ^) at a very low pressure (1 mTorr or less), compared to a conventional capacitively coupled or inductively coupled plasma. It is possible to generate a plasma having 3). Therefore, when the plasma process is performed by using the plasma generator, a fine process and less damage to the substrate may be performed. In addition, the control of the plasma parameters may be performed by adjusting the bias voltage applied to the electron emission means, the voltage applied to the center electrode, or the intensity of the external magnetic field. Therefore, it is possible to perform a fine pattern process of less than 10nm, a deposition process with little damage by ions and electrons.

도 1은 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 단면도이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 발생 장치를 설명하는 부분 사시도이다.
도 3은 도 1의 플라즈마 발생 장치를 설명하는 중심축 방향을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 단면도이다.
도 7은 도 6의 플라즈마 발생 장치의 전자의 궤적을 설명하는 컴퓨터 시뮬레이션 결과이다.
도 8은 도 6의 플라즈마 발생 장치에 의하여 형성된 플라즈마가 방전 챔버(110)의 내부를 채우고 있는 경우의 전위를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 그리드를 가지는 플라즈마 발생 장치를 설명하는 단면도이다.
도 10은 도 9의 플라즈마 발생 장치에서 플라즈마가 발생되기 전의 전기장의 분포를 설명하는 컴퓨터 시뮬레이션 결과이다.
도 11은 도 9의 플라즈마 발생 장치에서 플라즈마가 생성된 후에 전자의 궤적을 설명하는 컴퓨터 시뮬레이션 결과이다.1 is a cross-sectional view illustrating a plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial perspective view illustrating the plasma generator of FIG. 1.
3 is a cross-sectional view taken along the central axis direction of the plasma generator of FIG. 1.
4 is a cross-sectional view illustrating a plasma generating apparatus according to another embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a plasma generating apparatus according to another embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view illustrating a plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a computer simulation result for explaining the trajectory of electrons in the plasma generating device of FIG. 6.
FIG. 8 is a diagram showing the potential when the plasma formed by the plasma generator of FIG. 6 fills the interior of the discharge chamber 110.
9 is a cross-sectional view illustrating a plasma generating apparatus having a grid according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a computer simulation result illustrating distribution of an electric field before plasma is generated in the plasma generating apparatus of FIG. 9.
FIG. 11 is a computer simulation result illustrating the trajectory of electrons after plasma is generated in the plasma generator of FIG. 9.

최근, 반도체 집적도를 높이기 위해 반도체 패터닝 공정의 크기가 줄어들고 있다. 반도체 패터닝 공정의 크기가 감소함에 따라, 플라즈마에 의한 물리적 손상 및 하전(charging)에 의한 문제점이 크게 부각되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 극저온의 전자 온도를 가진 플라즈마가 요구된다. 전자 온도를 낮추기 위한 연구가 다양하게 진행되었다.In recent years, the size of the semiconductor patterning process has been reduced to increase the degree of semiconductor integration. As the size of the semiconductor patterning process is reduced, problems due to physical damage and charging by plasma have been highlighted. To solve this problem, a plasma having a cryogenic electron temperature is required. Various studies have been conducted to lower the electron temperature.

축전 결합 플라즈마 또는 유도 결합 플라즈마는 그 구조적 한계 때문에 10 mTorr 이하의 압력에서는 플라즈마를 생성하기 어렵다. 따라서, 미세 공정을 위한 낮은 공정 압력에서 동작하면서 낮은 전자 온도를 가지는 대면적 플라즈마 발생 장치가 요구된다.Capacitively coupled plasmas or inductively coupled plasmas are difficult to generate plasma at pressures of 10 mTorr or less because of their structural limitations. Therefore, there is a need for a large area plasma generator having a low electron temperature while operating at low process pressures for fine processing.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 텅스텐 필라멘트의 열전자 방출을 통한 저압 (10 mTorr 이하) 방전을 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 텅스텐 필라멘트의 열전자 방출을 통한 극저압 (1 mTorr 이하) 방전을 제공할 수 있다.The plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention may provide a low pressure (10 mTorr or less) discharge through hot electron emission of tungsten filament. The plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention may provide a very low pressure (1 mTorr or less) discharge through hot electron emission of tungsten filament.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 초기 방전을 용이하게 하기 위하여 방전 챔버의 중심 영역에 중심 전극을 배치하였다. 중심 전극은 플라즈마가 발생하기 전에 전자를 상기 중심 전극 주위를 돌도록 하여 평균 자유 경로를 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 평균 자유 경로 내에서 전자는 중성 입자와 충돌하여 상기 중성 입자를 여기 또는 이온화할 수 있다.In the plasma generating apparatus according to the exemplary embodiment of the present invention, the center electrode is disposed in the center region of the discharge chamber to facilitate the initial discharge. The center electrode can increase the average free path by causing electrons to travel around the center electrode before the plasma is generated. Accordingly, electrons may collide with the neutral particles in the average free path to excite or ionize the neutral particles.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 종래의 플라즈마 발생 장치에 비해 낮은 압력에서 낮은 전자 온도 및 낮은 전자 밀도의 플라즈마를 형성할 수 있다. 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치는 낮은 전자온도에 기인하여 손상이 적은 공정을 진행할 수 있다. 또한 열전자 방출 수단에 인가되는 바이어스 전압 및 중심 전극에 인가는되는 전압, 및 외부 자기장을 변경하여, 플라즈마 변수는 다양하게 제어될 수 있다.Plasma generator according to an embodiment of the present invention can form a plasma of low electron temperature and low electron density at a lower pressure than the conventional plasma generator. The plasma generating apparatus according to the present invention can proceed a process with little damage due to the low electron temperature. In addition, by changing the bias voltage applied to the hot electron emission means, the voltage applied to the center electrode, and the external magnetic field, the plasma variable can be variously controlled.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are being provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the components have been exaggerated for clarity. Portions denoted by like reference numerals denote like elements throughout the specification.

도 1은 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 플라즈마 발생 장치를 설명하는 부분 사시도이다.FIG. 2 is a partial perspective view illustrating the plasma generator of FIG. 1.

도 3은 도 1의 플라즈마 발생 장치를 설명하는 중심축 방향을 따라 자른 단면도이다.3 is a cross-sectional view taken along the central axis direction of the plasma generator of FIG. 1.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 플라즈마 발생 장치는 전기적으로 접지된 통 형상의 방전 챔버(110), 상기 방전 챔버(110) 내에 배치된 적어도 하나의 전자방출 수단(180), 및 상기 방전 챔버(110)의 중심 영역에 배치되고 양의 제1 전압(V1)이 인가된 중심 전극(120)을 포함한다.1 to 3, the plasma generator includes an electrically grounded discharge chamber 110, at least one electron-emitting means 180 disposed in the discharge chamber 110, and the discharge chamber ( The center electrode 120 is disposed in the center region of the 110 and applied with the first positive voltage V1.

매쉬(132)는 상기 방전 챔버(110)와 상기 전자방출 수단(180a,180b)의 내부에 배치되고, 상기 매쉬(132)는 양의 제2 전압(V2)으로 유지된다. 상기 제2 전압(V2)은 상기 제1 전압(V1)보다 높거나 낮을 수 있다. 상기 전자방출 수단(180)의 전자 방출 부위는 상기 매쉬(132)와 상기 방전 챔버(110)의 내벽 사이에 배치된다. 상기 매쉬(132)는 상기 전자방출 수단(180)으로부터 방출된 전자를 가속하고, 가속된 전자는 상기 매쉬(132)를 통과하여 상기 방전 챔버(110)의 중심 영역에 제공된다. The mesh 132 is disposed inside the discharge chamber 110 and the electron-emitting means 180a and 180b, and the mesh 132 is maintained at the positive second voltage V2. The second voltage V2 may be higher or lower than the first voltage V1. The electron emission portion of the electron emission means 180 is disposed between the mesh 132 and the inner wall of the discharge chamber 110. The mesh 132 accelerates electrons emitted from the electron-emitting means 180, and the accelerated electrons pass through the mesh 132 and are provided to the center region of the discharge chamber 110.

상기 방전 챔버(110)는 원통 형상, 사각통 형상, 또는 다각통 형상을 가질 수 있다. 상기 방전 챔버(110)는 도전성 물질로 형성되고, 접지될 수 있다. 상기 방전 챔버(110) 내부에 기판 홀더(162)가 배치될 수 있다. 상기 기판 홀더(162) 상에 기판(164)이 장착될 수 있다. 상기 기판(164)은 플렉서블 기판, 유리 기판, 또는 반도체 기판일 수 있다. 상기 방전 챔버(110)는 가스 공급부(172) 및 가스 배기부(174)를 포함할 수 있다. 상기 가스 공급부를 통하여 공급되는 가스는 식각용 가스 또는 증착용 가스일 수 있다. 증착용 가스인 경우, 플라즈마 도움 화학 기상 증착 공정을 수행할 수 있다. 상기 방전 챔버는 상판(112)을 포함할 수 있다. 상기 상판(112)은 도전성 물질로 형성되는 것이 바람직할 수 있다. The discharge chamber 110 may have a cylindrical shape, a square cylinder shape, or a polygonal cylinder shape. The discharge chamber 110 may be formed of a conductive material and grounded. The substrate holder 162 may be disposed in the discharge chamber 110. The substrate 164 may be mounted on the substrate holder 162. The substrate 164 may be a flexible substrate, a glass substrate, or a semiconductor substrate. The discharge chamber 110 may include a gas supply unit 172 and a gas exhaust unit 174. The gas supplied through the gas supply part may be an etching gas or a deposition gas. In the case of a deposition gas, a plasma assisted chemical vapor deposition process may be performed. The discharge chamber may include an upper plate 112. The top plate 112 may be formed of a conductive material.

상기 상판(112)의 중심에는 중심 전극(120)이 관통하여 배치될 수 있다. 상기 상판(112)과 상기 중심 전극(120)의 전기적 절연 및 진공 실링을 위하여 상기 중심 전극(120)의 주위에 절연체(122)가 배치될 수 있다. 상기 중심 전극(120)은 상기 방전 챔버(110)의 중심에 하부로 연장될 수 있다. The center electrode 120 may penetrate the center of the upper plate 112. An insulator 122 may be disposed around the center electrode 120 for electrical insulation and vacuum sealing of the upper plate 112 and the center electrode 120. The center electrode 120 may extend downward in the center of the discharge chamber 110.

전자방출 수단(180a,180b)은 열전자 방출 수단, 광전자 방출 수단, 전기장 전자 방출 수단, 플라즈마 내에 있는 전자를 뽑아 쓰는 동공 음극 전자 방출(hollow cathode electron emission) 등이 있다. 열전자 방출 수단은 가열된 고체 표면에서 고체의 고유 일함수(work function)보다 큰 에너지를 갖는 전자들을 방출할 수 있다. 열전자 방출 수단에 사용되는 고체는 텅스텐(W), 탄탈늄(Ta), 니켈(Ni), 백금(Pt), 크롬(Cr), 카본(C), 세늄(Cs), 이리듐(Ir), 바륨-텅스텐(Ba-W)등일 수 있다. 전기장 전자 방출 수단은 탄소나노튜브를 포함할 수 있다.The electron emission means 180a and 180b may include hot electron emission means, photoelectron emission means, electric field electron emission means, and hollow cathode electron emission to draw electrons from the plasma. The hot electron emitting means can emit electrons with energy greater than the intrinsic work function of the solid at the heated solid surface. Solids used in the hot electron emitting means are tungsten (W), tantalum (Ta), nickel (Ni), platinum (Pt), chromium (Cr), carbon (C), cerium (Cs), iridium (Ir) and barium Tungsten (Ba-W) or the like. The electric field electron-emitting means may comprise carbon nanotubes.

상기 전자방출 수단(180a,180b)이 열전자를 방출하는 경우, 상기 전자 방출 수단(180a,180b)은 상기 방전 챔버(110)의 내부에 노출된 필라멘트(182a,182b), 상기 필라멘트(182a,182b)와 전기적으로 연결되고 상기 방전 챔버(110)의 외부에 배치된 가열 전원(184a,184b)과 전기적으로 연결하는 연결부(188a,188b), 및 상기 필라멘트(182a,182b)에 전력을 공급하는 가열 전원(184a,184b)을 포함할 수 있다. 상기 필라멘트(182a,182b)는 텡스텐 필라멘트일 수 있다. 상기 연결부(188a,188b)는 도전성의 중심 도선과 상기 중심 도선을 전기적으로 절연하는 절연 자켓을 포함할 수 있다. 상기 연결부(188a,188b)는 진공 실링을 유지하면서, 상기 필라멘트(182a,182b)와 상기 가열 전원(184a,184b)을 전기적으로 연결할 수 있다.When the electron emission means 180a and 180b emit hot electrons, the electron emission means 180a and 180b may include the filaments 182a and 182b and the filaments 182a and 182b exposed inside the discharge chamber 110. ) And electrically connected to the heating parts 184a and 184b electrically connected to the heating power sources 184a and 184b disposed outside the discharge chamber 110, and the heating to supply power to the filaments 182a and 182b. Power sources 184a and 184b may be included. The filaments 182a and 182b may be tungsten filaments. The connection parts 188a and 188b may include a conductive center lead and an insulating jacket electrically insulating the center lead. The connecting portions 188a and 188b may electrically connect the filaments 182a and 182b and the heating power sources 184a and 184b while maintaining the vacuum sealing.

상기 전자방출 수단(180a,180b)은 열전자를 방출할 수 있다. 상기 가열 전원(184a,184b)은 상기 전자방출 수단(180a,180b)이 열 전자를 방출하도록 가열할 수 있다. 상기 전자방출 수단(180a)에 제1 바이어스 전압(Vb1)을 인가하기 위한 제1 바이어스 전원(186a)을 포함할 수 있다. 상기 제1 바이어스 전원(186a)은 상기 필라멘트(182a)에 바이어스 전압을 인가할 수 있다. 이에 따라, 상기 필라멘트(182a)에서 방출된 열 전자는 상기 매쉬(132)의 제2 전압(V2)과 상기 제1 바이어스 전압(Vb1)의 차이에 대응하는 에너지를 얻을 수 있다.The electron emitting means 180a and 180b may emit hot electrons. The heating power sources 184a and 184b may heat the electron emitting means 180a and 180b to emit hot electrons. A first bias power source 186a for applying a first bias voltage Vb1 to the electron emitting means 180a may be included. The first bias power source 186a may apply a bias voltage to the filament 182a. Accordingly, the heat electrons emitted from the filament 182a may obtain energy corresponding to the difference between the second voltage V2 and the first bias voltage Vb1 of the mesh 132.

상기 전자방출 수단(180a,180b)은 양의 제1 바이어스 전압(Vb1, 예를 들어, 2V)에서 동작하는 제1 전자방출 수단(180a), 및 양의 제2 바이어스 전압(Vb2, 예를 들어, 12V)에서 동작하는 제2 전자방출 수단(180b)을 포함할 수 있다. 상기 제1 바이어스 전압(Vb1)은 상기 제2 바이어스 전압(Vb2)과 서로 다르다. 상기 제1 전자 방출 수단(180a)에서 방출된 전자는 중성 기체를 이온화시키고, 상기 제2 전자 방출 수단(180b)에서 방출된 전자는 플라즈마 포텐셜을 감소시킬 수 있다. 상기 제1 전자방출 수단(180a)과 상기 제2 전자 방출 수단(180b)은 상기 방전 챔버(110)의 중심축에 수직한 평면에서 90도 간격으로 배치될 수 있다. 상기 제1 전자 방출 수단(180a)에서 방출된 전자는 상기 제2 전압(V2)과 상기 제1 바이어스 전압(Vb1)의 차이에 해당하는 제1 이득 전압(V2-Vb1)에 대응하는 에너지를 얻는다. 또한, 상기 제2 전자 방출 수단(180b)에서 방출된 전자는 상기 제2 전압(V2)과 상기 제2 바이어스 전압(Vb2)의 차이에 해당하는 제2 이득 전압(V2-Vb1)에 대응하는 에너지를 얻는다. 상기 제1 바이어스 전압(Vb1) 및 제2 바이어스 전압(Vb2)은 직류 전압 또는 저주파의 교류 전압일 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 전자 방출 수단(180a)에서 방출된 전자는 중성 기체를 이온화시키고, 상기 제2 전자 방출 수단(180b)에서 방출된 전자는 플라즈마 포텐셜을 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 높은 에너지의 전자가 필요하지 않아, 이온화된 플라즈마의 전자 온도는 감소할 수 있다. 또한, 외부에서 전기장을 인가하여 방전을 수행하지 않으므로, 통상의 전기장 인가 방식의 방전 특성을 나타내는 파센 커브(Paschen curve)에 구속되지 않아, 극저압(1mTorr이하)에서 방전이 가능하다. The electron-emitting means 180a and 180b may include the first electron-emitting means 180a operating at a positive first bias voltage Vb1 (for example, 2V), and the positive second bias voltage Vb2, for example. , 12V) may include a second electron emitting means 180b. The first bias voltage Vb1 is different from the second bias voltage Vb2. The electrons emitted from the first electron emission means 180a may ionize the neutral gas, and the electrons emitted from the second electron emission means 180b may reduce the plasma potential. The first electron emitting means 180a and the second electron emitting means 180b may be disposed at 90 degree intervals in a plane perpendicular to the central axis of the discharge chamber 110. The electrons emitted from the first electron emission means 180a obtain energy corresponding to the first gain voltage V2-Vb1 corresponding to the difference between the second voltage V2 and the first bias voltage Vb1. . In addition, electrons emitted from the second electron emission means 180b are energy corresponding to a second gain voltage V2-Vb1 corresponding to a difference between the second voltage V2 and the second bias voltage Vb2. Get The first bias voltage Vb1 and the second bias voltage Vb2 may be DC voltages or AC voltages of low frequency. Accordingly, the electrons emitted from the first electron emission means 180a may ionize the neutral gas, and the electrons emitted from the second electron emission means 180b may reduce the plasma potential. Accordingly, high energy electrons are not needed, so the electron temperature of the ionized plasma can be reduced. In addition, since the discharge is not performed by applying an electric field from the outside, the discharge is not limited to the Paschen curve, which represents the discharge characteristic of the conventional electric field application method, and discharge is possible at an extremely low pressure (1 mTorr or less).

중심 전극(120)은 상기 방전 챔버(110)의 중심에 배치될 수 있다. 상기 중심 전극(120)은 도전성 물질로 형성되고, 상기 중심 전극(120)의 지름은 수 센티미터(cm) 이하일 수 있다. 상기 중심 전극(120)의 표면은 절연체로 코팅될 수 있다. 상기 중심 전극(120)은 양의 제1 전압(V1)으로 유지될 수 있다. 제1 전원(124)은 상기 상판(112)을 관통하여 배치된 상기 중심 전극(120)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 전원(124)의 전위는 중성 입자를 이온화하기 위하여 15 V 이상일 수 있다.The center electrode 120 may be disposed at the center of the discharge chamber 110. The center electrode 120 may be formed of a conductive material, and the diameter of the center electrode 120 may be several centimeters (cm) or less. The surface of the center electrode 120 may be coated with an insulator. The center electrode 120 may be maintained at a positive first voltage V1. The first power source 124 may be electrically connected to the center electrode 120 disposed through the top plate 112. The potential of the first power source 124 may be 15 V or more to ionize neutral particles.

매쉬(132)는 그리드(Grid) 구조일 수 있고, 상기 매쉬(132)의 그리드 간격은 전위가 충분히 인가될 수 있도록 1 mm 이하일 수 있다. 상기 매쉬(132)는 원통 형상일 수 있고, 상기 매쉬(132)는 상기 중심 전극(132)을 감싸도록 배치될 수 있다. 상기 매쉬(132)는 상기 상판(112)에 고정 수단(133)에 의하여 고정될 수 있다. 또한, 연결 수단(135)은 상기 상판(112)을 관통하여 매쉬 전원(134)과 상기 매쉬(132)를 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 매쉬 전원(134)은 상기 매쉬(132)에 양의 제2 전압(V2)을 인가하고, 상기 제2 전압(V2)은 상기 제1 전압(V1)보다 높거나 낮을 수 있다. 상기 제2 전압(V2)은 14V 이상일 수 있다. 이에 따라, 상기 전자방출 수단(180a,180b)에서 방출된 전자는 상기 매쉬(132)를 통과하면서 운동 에너지를 얻을 수 있다.The mesh 132 may have a grid structure, and the grid spacing of the mesh 132 may be 1 mm or less so that a potential can be sufficiently applied. The mesh 132 may have a cylindrical shape, and the mesh 132 may be disposed to surround the center electrode 132. The mesh 132 may be fixed to the upper plate 112 by fixing means 133. In addition, the connection means 135 may electrically connect the mesh power source 134 and the mesh 132 through the upper plate 112. The mesh power supply 134 may apply a positive second voltage V2 to the mesh 132, and the second voltage V2 may be higher or lower than the first voltage V1. The second voltage V2 may be 14V or more. Accordingly, electrons emitted from the electron-emitting means 180a and 180b may obtain kinetic energy while passing through the mesh 132.

코일(150)은 상기 방전 챔버(112)의 외측 주위에 배치되어 자기장(B)을 형성할 수 있다. 상기 자기장은 상기 중심 전극(120)의 축 방향으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 플라즈마가 형성되지 않은 상태에서, 상기 전자방출 수단(180a,180b)에 방출된 전자는 상기 중심 전극(120)을 향하여 직진하지 않고, 궤적을 변경할 수 있다. 이에 따라, 상기 전자는 상기 중심 전극(120)에 충돌하지 않고 상기 중심 전극(120)을 중심으로 궤도 운동을 수행할 수 있다. 즉, 상기 코일(150)에 형성된 자기장은 상기 중심 전극으로 접근하는 전자의 궤적을 변경할 수 있다. 상기 코일은 헬름홀쯔(Helmholtz) 코일일 수 있다. 상기 코일(150)은 상기 방전 챔버(110)의 중심축 방향으로 서로 이격되어 배치된 제1 코일(150a) 및 제2 코일(150b)을 포함할 수 있다. 상기 코일(150)에 의하여 형성된 자기장은 수 가우스 정도일 수 있다.The coil 150 may be disposed around the outside of the discharge chamber 112 to form a magnetic field B. The magnetic field may be formed in the axial direction of the center electrode 120. Accordingly, in the state where the plasma is not formed, the electrons emitted to the electron-emitting means 180a and 180b do not go straight toward the center electrode 120, but may change the trajectory. Accordingly, the electrons may perform orbital motion about the center electrode 120 without colliding with the center electrode 120. That is, the magnetic field formed in the coil 150 may change the trajectory of electrons approaching the center electrode. The coil may be a Helmholtz coil. The coil 150 may include a first coil 150a and a second coil 150b spaced apart from each other in the direction of the central axis of the discharge chamber 110. The magnetic field formed by the coil 150 may be about several Gauss.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 1 mTorr이하의 극저압에서 방전을 수행할 수 있다. 또한, 상기 플라즈마 발생 장치에 의하여 형성된 플라즈마의 전자 온도는 1 eV 이하일 수 있다. 따라서, 본 발명의 플라즈마 발생 장치는 10 nm 이하 미세 패턴의 식각 등에 사용될 수 있다. The plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention may perform discharge at an extremely low pressure of 1 mTorr or less. In addition, the electron temperature of the plasma formed by the plasma generating device may be 1 eV or less. Therefore, the plasma generating apparatus of the present invention can be used for etching fine patterns of 10 nm or less.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating a plasma generating apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 플라즈마 발생 장치는 전기적으로 접지된 통 형상의 방전 챔버(110), 상기 방전 챔버(110) 내에 배치된 적어도 하나의 전자방출 수단(280), 및 상기 방전 챔버(110)의 중심 영역에 배치되고 양의 제1 전압(V1)이 인가된 중심 전극(120)을 포함한다.Referring to FIG. 4, the plasma generator includes an electrically grounded discharge chamber 110, at least one electron-emitting means 280 disposed in the discharge chamber 110, and the discharge chamber 110. The center electrode 120 is disposed in the center region and to which the positive first voltage V1 is applied.

매쉬(132)는 상기 방전 챔버(110)와 상기 전자방출 수단(180)의 내부에 배치되고, 상기 매쉬(132)는 양의 제2 전압(V2)으로 대전된다. 상기 제2 전압(V2)은 상기 제1 전압(V1)보다 높거나 낮을 수 있다. 상기 전자방출 수단(280)의 전자 방출 부위는 상기 매쉬(132)와 상기 방전 챔버(110)의 내벽 사이에 배치된다. 상기 매쉬(132)는 상기 전자방출 수단(180)으로부터 방출된 전자를 가속하고, 가속된 전자는 상기 매쉬(132)를 통과하여 상기 방전 챔버(110)의 중심 영역에 제공된다. The mesh 132 is disposed inside the discharge chamber 110 and the electron-emitting means 180, and the mesh 132 is charged with a positive second voltage V2. The second voltage V2 may be higher or lower than the first voltage V1. The electron emission portion of the electron emission means 280 is disposed between the mesh 132 and the inner wall of the discharge chamber 110. The mesh 132 accelerates electrons emitted from the electron-emitting means 180, and the accelerated electrons pass through the mesh 132 and are provided to the center region of the discharge chamber 110.

상기 전자방출 수단(280)은 양의 제1 바이어스 전압(Vb1, 예를 들어, 2V)에서 동작하는 제1 전자방출 수단(280a), 및 양의 제2 바이어스 전압(Vb2, 예를 들어, 12V)에서 동작하는 제2 전자방출 수단(280b)을 포함할 수 있다. 상기 제1 전자방출 수단(280a)은 복수 개이고, 상기 제2 전자방출 수단(280b)은 복수 개이고, 상기 제1 전자방출 수단(280a) 및 상기 제2 전자방출 수단(280b)은 한 쌍을 이룰 수 있다. 상기 방전 챔버의 내주면을 따라 등 간격으로 상기 전자 방출 수단(280)이 배치될 수 있다. 따라서, 공간적으로 균일하고 대면적 플라즈마 형성이 가능하다.The electron-emitting means 280 is a first electron-emitting means 280a operating at a positive first bias voltage Vb1 (eg 2V), and a positive second bias voltage Vb2 (eg 12V). ) May include a second electron emitting means 280b. The first electron emitting means 280a is provided in plural, the second electron emitting means 280b is formed in plural, and the first electron emitting means 280a and the second electron emitting means 280b form a pair. Can be. The electron emission means 280 may be disposed along the inner circumferential surface of the discharge chamber at equal intervals. Thus, spatially uniform and large area plasma formation is possible.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 도면이다.5 is a view for explaining a plasma generating apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 플라즈마 발생 장치는 전기적으로 접지된 통 형상의 방전 챔버(310), 상기 방전 챔버(310) 내에 배치된 적어도 하나의 전자방출 수단(380), 및 상기 방전 챔버(310)의 중심 영역에 배치되고 양의 제1 전압(V1)이 인가된 중심 전극(320)을 포함한다.Referring to FIG. 5, the plasma generator includes an electrically grounded discharge chamber 310, at least one electron-emitting means 380 disposed in the discharge chamber 310, and the discharge chamber 310. The center electrode 320 is disposed in the center region and to which the positive first voltage V1 is applied.

매쉬(332)는 상기 방전 챔버(310)와 상기 전자방출 수단(380)의 내부에 배치되고, 상기 매쉬(332)는 양의 제2 전압(V2)으로 대전된다. 상기 제2 전압(V2)은 상기 제1 전압(V1)보다 높거나 낮을 수 있다. 상기 전자방출 수단(380)의 전자 방출 부위는 상기 매쉬(332)와 상기 방전 챔버(310)의 내벽 사이에 배치된다. 상기 매쉬(332)는 상기 전자방출 수단(380)으로부터 방출된 전자를 가속하고, 가속된 전자는 상기 매쉬(332)를 통과하여 상기 방전 챔버(310)의 중심 영역에 제공된다. 상기 방전 챔버는 상판(312)을 포함할 수 있다. The mesh 332 is disposed inside the discharge chamber 310 and the electron-emitting means 380, and the mesh 332 is charged with a positive second voltage V2. The second voltage V2 may be higher or lower than the first voltage V1. The electron emission portion of the electron emission means 380 is disposed between the mesh 332 and the inner wall of the discharge chamber 310. The mesh 332 accelerates electrons emitted from the electron-emitting means 380, and the accelerated electrons pass through the mesh 332 and are provided to the center region of the discharge chamber 310. The discharge chamber may include a top plate 312.

상기 방전 챔버(310)는 공정 챔버(303)에 연결될 수 있다. 상기 방전 챔버(310)는 공정 챔버 상판(313)에 일정한 방식으로 정렬되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 방전 챔버(310)는 상기 공정 챔버 상판(313)의 중심에 하나가 배치되고, 6개의 방전 챔버(310)는 중심에 배치된 방전 챔버(310)의 둘레에 일정한 간격을 가지고 배치될 수 있다. 상기 공정 챔버(313)의 내부에는 기판 홀더(362)가 배치될 수 있다. 상기 기판 홀더(362) 상에는 기판(364)이 배치될 수 있다.The discharge chamber 310 may be connected to the process chamber 303. The discharge chamber 310 may be arranged in a predetermined manner on the process chamber top plate 313. For example, one discharge chamber 310 is disposed at the center of the process chamber upper plate 313, and six discharge chambers 310 have a predetermined interval around the discharge chamber 310 disposed at the center. Can be arranged. The substrate holder 362 may be disposed in the process chamber 313. The substrate 364 may be disposed on the substrate holder 362.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 단면도이다. 도 7은 도 6의 플라즈마 발생 장치의 전자의 궤적을 설명하는 컴퓨터 시뮬레이션 결과이다.6 is a cross-sectional view illustrating a plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 7 is a computer simulation result for explaining the trajectory of electrons in the plasma generating device of FIG. 6.

도 6 및 도 7을 참조하면, 방전 챔버(110)의 내부에는 플라즈마가 발생되기 전의 상황을 설명한다. 접지된 방전 챔버(110)의 중심 영역에 배치된 중심 전극(120)은 양의 제1 전압(20V)으로 유지된다. 상기 제1 전압은 중성 입자를 이온화시키기 위한 문턱 에너지보다 크다. 플라즈마가 발생되기 전에, 전기장의 세기는 상기 중심 전극(120)의 주위에 크다. 전자방출 수단(130a, 130b)이 열전자를 방출하면, 방출된 열전자는 상기 중심 전극(120)의 주위를 돈다. 상기 중심 전극(120)은 봉 형태이고, 충분히 지름이 작다. 이에 따라, 상기 열전자의 일부는 상기 중심 전극(120)에 충돌하여 재결합하고, 나머지 일부는 상기 중심 전극(120)을 비켜서 전기장을 따라 상기 중심 전극(120)을 중심으로 소정의 궤도 운동을 한다. 상기 중심 전극(120)이 없으면, 열전자는 임의 방향으로 진행하고, 상기 열전자는 전기장으로터 에너지를 얻지 못하여 초기 방전을 수행하기 어렵다. 방출된 열전자가 상기 방전 챔버에 도달하지 않는 이유는 방출된 열전자의 초기 운동 에너지가 작기 때문이다.6 and 7, a situation before the plasma is generated in the discharge chamber 110 will be described. The center electrode 120 disposed in the center region of the grounded discharge chamber 110 is maintained at a positive first voltage 20V. The first voltage is greater than the threshold energy for ionizing the neutral particles. Before the plasma is generated, the intensity of the electric field is large around the center electrode 120. When the electron-emitting means 130a, 130b emit hot electrons, the emitted hot electrons travel around the center electrode 120. The center electrode 120 has a rod shape and is sufficiently small in diameter. Accordingly, some of the hot electrons collide with the center electrode 120 to be recombined, and the other part moves the center electrode 120 to perform a predetermined orbital motion about the center electrode 120 along an electric field. Without the center electrode 120, the hot electrons proceed in an arbitrary direction, and the hot electrons do not obtain energy from the electric field, making it difficult to perform initial discharge. The reason why the released hot electrons do not reach the discharge chamber is that the initial kinetic energy of the emitted hot electrons is small.

도 8은 도 6의 플라즈마 발생 장치에 의하여 형성된 플라즈마가 방전 챔버(110)의 내부를 채우고 있는 경우의 전위를 나타내는 도면이다.FIG. 8 is a diagram showing the potential when the plasma formed by the plasma generator of FIG. 6 fills the interior of the discharge chamber 110.

도 8을 참조하면, 초기 방전에 성공하여, 플라즈마가 상기 방전 챔버를 채우면, 중심 전극(120)의 주위에 쉬스가 생성되고, 상기 방전 챔버(110)의 내벽에 쉬스가 생성된다. 또한, 플라즈마 내부에는 전기장이 형성되지 않는다. 전자방출 수단에서 방출된 열전자는 플라즈마 포텐셜(Vp)와 필라멘트의 바이어스 전압(Vb)의 차이인 이득 전압에 대응하는 에너지를 얻어 플라즈마 내부를 진행한다. 이렇게 가속된 열전자는 중성입자를 이온화할 수 있다.Referring to FIG. 8, when the initial discharge is successful and the plasma fills the discharge chamber, a sheath is generated around the center electrode 120, and a sheath is generated on the inner wall of the discharge chamber 110. Also, no electric field is formed inside the plasma. The hot electrons emitted from the electron-emitting means travel through the plasma by obtaining energy corresponding to a gain voltage which is a difference between the plasma potential Vp and the bias voltage Vb of the filament. The accelerated hot electrons can ionize the neutral particles.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 그리드를 가지는 플라즈마 발생 장치를 설명하는 단면도이다. 9 is a cross-sectional view illustrating a plasma generating apparatus having a grid according to an embodiment of the present invention.

도 10은 도 9의 플라즈마 발생 장치에서 플라즈마가 발생되기 전의 전기장의 분포를 설명하는 컴퓨터 시뮬레이션 결과이다.FIG. 10 is a computer simulation result illustrating distribution of an electric field before plasma is generated in the plasma generating apparatus of FIG. 9.

도 9 및 도 10을 참조하면, 방전 챔버(110) 내부에는 플라즈마가 없는 초기 방전 상태이다. 상기 방전 챔버(110)는 접지되어 있으며, 중심 전극(120)은 양의 제1 전압(V1=20V)으로 유지된다. 매쉬(132)는 양의 제2 전압(V2=16V)으로 유지된다. 또한, 제1 전자방출 수단(180a)은 제1 바이어스 전압(Vb1=2 V)로 유지된다. 제2 전자방출 수단(180b)은 제2 바이어스 전압(Vb2=2V)로 유지된다. 플라즈마가 없는 초기 상태의 경우, 매쉬의 제2 전압 (V2)과 제1 전자 방출 수단(180ㅁa)의 제1 바이어스 전압(Vb1)의 차이인 제1 이득 전압은 방출된 전자에게 에너지를 제공한다. 이에 따라, 상기 매쉬(132)를 통과한 전자는 상기 제1 이득 전압에 대응하는 에너지를 얻는다. 상기 제1 이득 전압은 중성 입자를 이온화시키기 위한 문턱 에너지 이상일 수 있다. 따라서, 가속된 전자는 매쉬를 통과하여 중심 전극(120) 방향으로 이동하면서 중성 입자를 이온화하여 초기 방전을 수행할 수 있다. 상기 매쉬의 제2 전압(V2)과 상기 중심 전극의 제1 전압(V1)의 차이는 가속 전압이다. 상기 가속 전압이 상기 제1 이득 전압보다 큰 경우, 전자는 주로 제1 이득 전압으로부터 에너지를 얻는다. 따라서, 전기장은 상기 중심 전극 주위에 집중되지 않고, 전자는 상기 매쉬 내부에 넓게 분포하면서 플라즈마를 발생시킬 수 있다.9 and 10, the discharge chamber 110 has an initial discharge state without plasma. The discharge chamber 110 is grounded, and the center electrode 120 is maintained at a positive first voltage (V1 = 20V). The mesh 132 is maintained at a positive second voltage (V2 = 16V). In addition, the first electron-emitting means 180a is maintained at the first bias voltage (Vb1 = 2 V). The second electron emitting means 180b is maintained at the second bias voltage Vb2 = 2V. In the initial state without plasma, the first gain voltage, which is the difference between the second voltage V2 of the mesh and the first bias voltage Vb1 of the first electron emitting means 180 wh a, provides energy to the emitted electrons. do. Accordingly, electrons passing through the mesh 132 obtain energy corresponding to the first gain voltage. The first gain voltage may be equal to or greater than a threshold energy for ionizing neutral particles. Therefore, the accelerated electrons may pass through the mesh and move toward the center electrode 120 to ionize neutral particles to perform initial discharge. The difference between the second voltage V2 of the mesh and the first voltage V1 of the center electrode is an acceleration voltage. If the acceleration voltage is greater than the first gain voltage, the electrons primarily derive energy from the first gain voltage. Thus, the electric field is not concentrated around the center electrode, and electrons can generate plasma while being widely distributed inside the mesh.

도 11은 도 9의 플라즈마 발생 장치에서 플라즈마가 생성된 후에 전자의 궤적을 설명하는 컴퓨터 시뮬레이션 결과이다.FIG. 11 is a computer simulation result illustrating the trajectory of electrons after plasma is generated in the plasma generator of FIG. 9.

도 11을 참조하면, 매쉬 내부는 플라즈마로 채워져 있다. 상기 전자방출 수단(180a,180b)에서 방출된 전자는 매쉬를 통과하여 에너지를 얻고, 상기 매쉬(132) 내부로 공급된다. 플라즈마 내부에서는 전기장이 없으므로, 전기장은 주로 중심 전극 주위에 생성된 쉬스에서 발생한다. 따라서, 상기 매쉬를 통과한 가속된 전자는 플라즈마 내부를 진행하면서 중성 입자를 이온화시킨다. 또한, 상기 매쉬(132)를 통과하여 방전 챔버(110)에 입사하는 전자는 에너지 장벽에 의하여 상기 매쉬(132)로 되돌아간다.Referring to FIG. 11, the inside of the mesh is filled with plasma. Electrons emitted from the electron-emitting means 180a and 180b pass through the mesh to obtain energy, and are supplied into the mesh 132. Since there is no electric field inside the plasma, the electric field is mainly generated in the sheath created around the center electrode. Thus, the accelerated electrons passing through the mesh ionize the neutral particles while traveling inside the plasma. In addition, electrons passing through the mesh 132 and entering the discharge chamber 110 are returned to the mesh 132 by an energy barrier.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, And all of the various forms of embodiments that can be practiced without departing from the technical spirit.

110: 방전 챔버
180: 전자방출 수단
120: 중심 전극
132: 매쉬
182a: 필라멘트
184a: 가열 전원
186a: 바이어스 전원110: discharge chamber
180: electron emitting means
120: center electrode
132: mash
182a: filament
184a: heating power
186a: bias power

Claims (9)

삭제delete 전기적으로 접지된 통 형상의 방전 챔버;
상기 방전 챔버 내에 배치된 적어도 하나의 전자방출 수단; 및
상기 방전 챔버의 중심 영역에 배치되고 양의 제1 전압이 인가된 중심 전극을 포함하고,
상기 방전 챔버의 내부에 배치되는 매쉬를 더 포함하고,
상기 매쉬는 양의 제2 전압으로 대전되고,
상기 제2 전압은 상기 제1 전압보다 높거나 낮고,
상기 전자방출 수단은 상기 매쉬와 상기 방전 챔버 사이에 배치되고,
상기 매쉬는 상기 전자방출 수단으로부터 방출된 전자를 가속하고, 가속된 전자는 상기 매쉬를 통과하여 상기 방전 챔버의 중심 영역에 제공되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.An electrically grounded cylindrical discharge chamber;
At least one electron-emitting means disposed in the discharge chamber; And
A center electrode disposed in the center region of the discharge chamber and to which a positive first voltage is applied;
Further comprising a mesh disposed inside the discharge chamber,
The mesh is charged with a positive second voltage,
The second voltage is higher or lower than the first voltage,
The electron-emitting means is disposed between the mesh and the discharge chamber,
And wherein the mesh accelerates electrons emitted from the electron-emitting means, and the accelerated electrons pass through the mesh and are provided to a central region of the discharge chamber. 제2 항에 있어서,
상기 전자방출 수단은 열전자를 방출하고,
상기 전자방출 수단이 전자를 방출하도록 가열하는 가열 전원; 및
상기 전자방출 수단에 제1 바이어스 전압을 인가하기 위한 제1 바이어스 전원; 중에서 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.The method of claim 2,
The electron-emitting means emits hot electrons,
A heating power source for heating the electron-emitting means to emit electrons; And
A first bias power supply for applying a first bias voltage to the electron emitting means; The plasma generating apparatus further comprising: 전기적으로 접지된 통 형상의 방전 챔버;
상기 방전 챔버 내에 배치된 적어도 하나의 전자방출 수단; 및
상기 방전 챔버의 중심 영역에 배치되고 양의 제1 전압이 인가된 중심 전극을 포함하고,
상기 전자방출 수단은:
양의 제1 바이어스 전압에서 동작하는 제1 전자방출 수단; 및
양의 제2 바이어스 전압에서 동작하는 제2 전자방출 수단을 포함하고,
상기 제1 바이어스 전압은 상기 제2 바이어스 전압과 서로 다르고,
상기 제1 전자 방출 수단에서 방출된 전자는 중성 기체를 이온화시키고,
상기 제2 전자 방출 수단에서 방출된 전자는 플르즈마 포텐셜을 낮추는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.An electrically grounded cylindrical discharge chamber;
At least one electron-emitting means disposed in the discharge chamber; And
A center electrode disposed in the center region of the discharge chamber and to which a positive first voltage is applied;
The electron emitting means is:
First electron-emitting means operating at a positive first bias voltage; And
A second electron emitting means operating at a positive second bias voltage,
The first bias voltage is different from the second bias voltage,
Electrons emitted from the first electron emitting means ionize the neutral gas,
And the electrons emitted from the second electron emission means lower the plasma potential. 제2 항에 있어서,
상기 방전 챔버의 주위에 배치되어 자기장을 형성하는 코일을 더 포함하고,
상기 코일에 형성된 자기장은 상기 중심 전극으로 접근하는 전자의 궤적을 변경하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.The method of claim 2,
A coil disposed around the discharge chamber to form a magnetic field,
The magnetic field formed in the coil changes the trajectory of electrons approaching the center electrode. 제2 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방전 챔버는 원통형이고,
상기 매쉬는 원통형인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.6. The method according to any one of claims 2 to 5,
The discharge chamber is cylindrical,
The mesh is a plasma generating device, characterized in that the cylindrical. 제4 항에 있어서,
상기 제1 전자방출 수단은 복수 개이고, 상기 제2 전자방출 수단은 복수개이고, 상기 제1 전자방출 수단 및 상기 제2 전자방출 수단은 한 쌍을 이루는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.5. The method of claim 4,
And a plurality of first electron emitting means, a plurality of second electron emitting means, and a pair of the first electron emitting means and the second electron emitting means. 전자를 구속하는 접지된 방전 챔버를 제공하는 단계;
상기 방전 챔버 내에서 전자발생 수단이 전자를 방출하는 단계;
상기 방출된 전자를 소정의 양의 전압으로 유지되는 매쉬를 통하여 가속하는 단계;
상기 가속된 전자를 방전 챔버의 중심에 배치된 소정의 양의 전압으로 유지되는 중심 전극에 충돌하지 않도록 자기장을 통하여 전자의 궤적을 바꾸는 단계;및
상기 가속된 전자가 중성 입자를 이온화하는 단계를 포함하는 플라즈마 발생 방법.Providing a grounded discharge chamber that confines electrons;
Emitting electrons by the electron generating means in the discharge chamber;
Accelerating the emitted electrons through a mesh maintained at a predetermined amount of voltage;
Changing a trajectory of the electrons through a magnetic field such that the accelerated electrons do not collide with the center electrode maintained at a predetermined positive voltage disposed at the center of the discharge chamber; and
And wherein the accelerated electrons ionize neutral particles. 제8 항에 있어서,
상기 방전 챔버는 원통 형상이고,
상기 매쉬는 원통 형상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 방법.The method of claim 8,
The discharge chamber is cylindrical in shape,
And said mesh is cylindrical in shape.
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