KR101584108B1 - 플라즈마 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 플라즈마 장치는 플라즈마를 생성하고, 제1 단자가 마련된 제1 부재 및 상기 제1 단자에 고주파 전원을 인가하는 제2 단자가 마련된 제2 부재를 포함하고, 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자는 상대 회전할 수 있다.

Description

플라즈마 장치{PLASMA DEVICE}

본 발명은 기판 등 가공물을 플라즈마 처리하는 장치에 관한 것이다.

반도체에 사용되는 웨이퍼(wafer)나 LCD에 사용되는 유리 기판 등의 표면에 미세 패턴을 형성하는 표면 처리 기술에 있어서 플라즈마(Plasma)의 생성 기술은, 반도체에서는 미세 회로 선폭에 따라서, 유리기판을 사용하는 LCD분야에서는 크기에 따라서, 플라즈마 생성원의 발전을 이루어왔다.

반도체용 wafer 처리 기술에 사용되는 플라즈마 소오스의 대표적인 방법으로는 평행 평판형 형태의 플라즈마 방식인 용량 결합 플라즈마 (capacitive coupling Plasma, CCP)와 안테나 코일에 의해 유도되는 유도 결합 플라즈마(Inductive coupling Plasma, ICP)방식으로 발전되어 왔다. 전자는 일본의 TEL(Tokyo electron)사와 미국의 LRC(Lam Research)사 등에 의해서 발전되어 왔으며, 후자는 미국의 AMT(Applied Materials)사와 LRC사에 의해 발전, 적용되고 있는 상황이다.

이러한 플라즈마 처리시 가공물 상에 잔류하는 오염 물질을 처리하기 위한 수단이 필요하다.

한국등록특허공보 제0324792호에는 저주파 전력에 의한 변조를 고주파 전력에 가하는 기술이 개시되고 있으나, 잔류하는 오염 물질에 대한 대책은 나타나지 않고 있다.

한국등록특허공보 제0324792호

본 발명은 플라즈마 처리시 가공물 상에 잔류하는 오염 물질을 처리할 수 있는 플라즈마 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 플라즈마 장치는 플라즈마를 생성하고, 제1 단자가 마련된 제1 부재 및 상기 제1 단자에 고주파 전원을 인가하는 제2 단자가 마련된 제2 부재를 포함하고, 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자는 상대 회전하며, 상기 상대 회전에 의해 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자는 간헐적으로 연결될 수 있다.

본 발명의 플라즈마 장치는 상대 회전하는 제1 단자와 제2 단자가 마련된 슬립 모듈을 포함하고, 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자에는 상기 상대 회전시 서로 전기적으로 연결되는 통전 구간, 서로 전기적으로 단절되는 절연 구간이 교번하여 마련될 수 있다.

공정 챔버 내에서 플라즈마 처리가 지속적으로 이루어지면, 플라즈마 처리에 의해 가공물로부터 분리된 파티클 등의 오염 물질이 가공물을 덮고 있는 상태에서 플라즈마 가공이 진행될 수 있다.

본 발명에 따르면 제1 단자 및 제2 단자가 상대 회전하므로, 가공물에 간헐적으로 플라즈마가 인가될 수 있다.

이때, 플라즈마가 인가되지 않는 기간에 오염 물질이 챔버 내의 대류 현상에 의해 가공물로부터 이탈될 수 있다.

이후, 오염 물질이 제거된 가공물에 다시 플라즈마가 인가될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면 가공물을 정밀하게 플라즈마 처리할 수 있다.

도 1은 본 발명의 플라즈마 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 플라즈마 공정에 의해 가공되는 가공물의 상태를 나타낸 개략도이다.
도 3은 펄스화된 고주파 전원의 파형을 나타낸 개략도이다.
도 4는 고주파 전원을 펄스화하는 회로를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 플라즈마 장치를 구성하는 제1 단자와 제2 단자를 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 발명의 플라즈마 장치를 구성하는 다른 제1 단자와 다른 제2 단자를 나타낸 개략도이다.
도 7은 본 발명의 다른 플라즈마 장치를 나타낸 개략도이다.
도 8은 제1 단자 및 제2 단자가 마련된 슬립 모듈을 나타낸 개략도이다.
도 9는 제1 단자 및 제2 단자가 마련된 다른 슬립 모듈을 나타낸 개략도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 플라즈마 장치를 나타낸 개략도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

도 1은 본 발명의 플라즈마 장치를 나타낸 개략도이다.

도 1에 도시된 플라즈마 장치는 플라즈마를 생성하는 제1 부재(130) 및 제1 부재(130)에 플라즈마 생성에 필요한 고주파 전원을 인가하는 제2 부재(400)를 포함할 수 있다.

제1 부재(130)는 구체적으로 플라즈마를 생성하는 안테나 코일 또는 기판을 향하는 방향으로 플라즈마를 잡아당기는 척 유니트(600) 중 하나일 수 있다.

제2 부재(400)는 플라즈마 발생에 필요한 고주파 전원을 생성하고, 제1 부재(130)에 인가할 수 있다.

제1 부재(130)와 제2 부재(400)는 별도로 마련될 수 있으며, 둘 사이의 전기적 연결을 위해 각 부재에는 전기적으로 연결되는 단자가 마련될 수 있다.

이때, 제1 부재(130) 측에 마련된 단자를 제1 단자(421)라 칭하고, 제2 부재(400) 측에 마련된 단자를 제2 단자(412)라 칭하기로 한다.

단자의 입장에서 살펴보면, 제2 단자(412)는 제1 단자(421)에 고주파 전원을 인가할 수 있다.

그런데, 본 발명의 플라즈마 장치에 의하면 제1 단자(421) 및 제2 단자(412)는 상대 회전할 수 있다.

이때의 상대 회전은 다음과 같이 이루어질 수 있다.

제1 단자(421)는 제1 부재(130)에 고정된 상태로 제1 부재(130)와 함께 회전할 수 있다. 또는 제1 단자(421)와 제1 부재(130)가 전기적으로 연결된 상태에서 제1 부재(130)는 가만히 있고 제1 단자(421)만 회전할 수 있다.

제2 단자(412)도 마찬가지일 수 있다.

구체적으로, 제2 단자(412)는 제2 부재(400)에 고정된 상태로 제2 부재(400)와 함께 회전할 수 있다. 또는 제2 단자(412)와 제2 부재(400)가 전기적으로 연결된 상태에서 제2 단자(412)만 회전하고 제2 부재(400)는 가만히 있을 수 있다.

그리고, 제1 단자(421) 및 제2 단자(412)의 상대 회전은 둘 중 어느 하나는 고정된 상태를 유지하고, 다른 하나가 회전하는 것일 수 있다. 또는 제1 단자(421) 및 제2 단자(412)가 서로 다른 속도로 회전하는 것일 수 있다.

이와 같이 제1 단자(421)와 제2 단자(412)를 상대 회전시키는 것은 제1 단자(421) 및 제2 단자(412) 간의 전기적 연결이 간헐적으로 이루어지도록 하기 위해서이다.

도 2는 플라즈마 공정에 의해 가공되는 가공물(10)의 상태를 나타낸 개략도이다. 도 2에는 일예로 가공물(10)의 표면을 식각하는 에칭 공정이 개시된다.

도 2의 (a)와 같이 기판 등 가공물(10)의 표면에 깊이 h1의 미세 홈을 형성하기 위해 플라즈마 공정이 수행될 수 있다.

제1 부재(130)에서 생성된 플라즈마가 가공물(10)을 타격하면 가공물(10)의 표면에는 도 2의 (b)와 같이 우선 h1보다 낮은 깊이 h2의 미세 홈이 형성될 수 있다.

이 상태에서 지속적으로 플라즈마 공정이 진행되면 h1 깊이의 미세 홈이 형성되어야 하나 현실은 그렇지 못하다. 왜냐하면, 챔버(20) 내의 불순물 또는 식각에 의해 가공물(10)로부터 떨어져 나온 파티클(particle)(11)이 미세 홈을 덮어버리기 때문이다.

파티클(11)로 덮힌 미세홈을 플라즈마가 타격하더라도, 해당 타격을 파티클(11)이 받기 때문에 추가적으로 가공물(10)의 식각이 이루어지기 힘들다. 따라서, 초기 목적했던 h1 깊이의 미세 홈이 형성된 도 2의 (d)와 같은 결과물을 획득하기 어려울 수 잇다.

h1 깊이의 미세 홈을 형성하기 위해서는 미세 홈을 덮고 있는 파티클(11) 등의 불순물을 도 2의 (c)와 같이 미세 홈으로부터 걷어내야 한다. 이러한 공정이 펌핑(pumping) 공정일 수 있다.

펌핑 공정을 위해 대류 현상이 이용될 수 있다.

플라즈마 가공을 위해 가공물(10)이 수용되는 챔버(20)가 마련될 수 있다. 그리고, 제1 부재(130)는 챔버(20)의 일측에 배치될 수 있는데, 구체적인 위치는 챔버(20)의 외부 또는 챔버(20)의 내부일 수 있다.

제1 부재(130)에 의해 챔버(20)의 내부에는 플라즈마가 생성되고, 해당 플라즈마는 가공물(10)을 향해 이동할 수 있다.

이렇게 플라즈마 공정이 이루어지는 챔버(20) 내에서는 온도의 불균형이 발생할 수 있다.

예를 들어, 챔버(20)에서 제1 부재(130)가 위치한 일측의 온도가 다른 곳의 온도보다 높을 수 있다. 이러한 온도의 차이로 인해 챔버(20) 내부에는 대류 현상이 발생할 수 있다.

그러나, 대류 현상보다 큰 힘으로 플라즈마가 제1 부재(130)로부터 가공물(10)을 향해 이동하므로, 도 2에서 언급된 파티클(11)은 대류 현상에 의해 펌핑되기 어렵다.

따라서, 대류 현상에 의해 파티클(11)을 펌핑하기 위해서는 플라즈마의 생성이 중단되어야 한다. 플라즈마의 생성이 중단되면 챔버(20) 내에서 발생하는 대류 현상에 의해 가공물(10)을 덮고 있던 파티클(11)은 도 2의 (c)와 같이 가공물(10)의 외부로 빠져나갈 수 있다.

펌핑 처리에 의해 파티클(11)이 제거된 상태에서 다시 가공물(10)에 대해 플라즈마 처리가 이루어지면 초기 설계된 h1 깊이의 미세 홈이 가공물(10)에 형성될 수 있다.

정리하면, 펌핑 처리가 적용되지 않는 경우 플라즈마 처리되는 가공물(10)은 도 2의 (a) 상태에서 (b) 상태로 전이된 후 가공이 완료될 수 있다. 즉, 초기 설계치와 다른 결과물이 획득된다.

이와 다르게, 플라즈마 처리, 펌핑 처리가 교번하여 이루어진다면 도 2의 (a), (b), (c), (d) 상태가 순서대로 이루어질 수 있다. 즉, 초기 설계치에 부합되는 결과물이 획득될 수 있다.

이와 같이 플라즈마 처리와 펌핑 처리가 교번하여 이루어지도록 제1 부재(130)에 인가되는 고주파 전원은 펄스화될 수 있다.

도 3은 펄스화된 고주파 전원의 파형을 나타낸 개략도이다.

제2 부재(400)에서 생성된 고주파 전원 ①은 연속적인 파형을 가질 수 있다. ①이 제1 부재(130)에 그대로 인가되면, 연속적으로 플라즈마 처리가 이루어지게 될 수 있다. 그 결과 펌핑 처리가 이루어지지 않게 되므로 도 2의 (b) 상태의 가공 결과물이 획득될 것이다.

고주파 전원 ①의 펄스화는 특정 구간에서는 ①이 그대로 출력되고, 다른 특정 구간에서는 ①이 출력되지 않도록 ①을 가공한 것일 수 있다.

일예로, ②와 같은 펄스 신호를 고주파 전원 ①에 곱하거나, 앤드(AND) 연산하거나, 필터링하는 것으로 고주파 전원 ①을 펄스화시킬 수 있다.

펄스화된 결과물을 보면, 특정 구간 (a)에서는 ①이 그대로 출력되고, 다른 특정 구간 (c)에서는 ①이 출력되지 않는 것을 알 수 있다.

이러한 구성에 따르면, 특정 구간 (a)에서는 플라스마가 가공물(10)에 인가되고, 특정 구간 (c)에서는 플라즈마가 가공물(10)에 인가되지 않는다. 그 결과 특정 구간 (c)에서 펌핑 처리가 이루어질 수 있다.

고주파 전원 ①을 펄스화하는 방안은 다양할 수 있다.

도 4는 고주파 전원을 펄스화하는 회로를 나타낸 개략도이다.

제1 부재(130)와 제2 부재(400)의 사이에 고주파 전원 ①을 펄스화하는 스위칭부(사각형 점선으로 표시)가 마련될 수 있다.

스위칭부의 입력단에는 고주파 전원 ①이 입력되고, 제어단에는 펄스 신호 ②가 입력될 수 있다. 스위칭부는 펄스 신호의 하이 레벨(high level) 구간에서 ①을 그대로 출력단으로 출력하고, 로우 레벨(low level) 구간에서 ①을 차단할 수 있다.

그런데, 이러한 스위칭부가 회로로 구성되면, 장기간 사용이 어렵고, 쉽게 고장날 수 있다.

본 발명의 플라즈마 장치에서 제1 단자(421)와 제2 단자(412)를 상대 회전시키는 것은 위 스위칭부를 기계적으로 구현하기 위한 것일 수 있다.

도 5는 본 발명의 플라즈마 장치를 구성하는 제1 단자(421)와 제2 단자(412)를 나타낸 개략도이다.

제1 단자(421) 및 제2 단자(412)에는 통전 구간과 절연 구간이 교번하여 마련될 수 있다.

통전 구간은 제1 단자(421)와 제2 단자(412)의 상대 회전시, 두 단자가 서로 전기적으로 연결되는 구간일 수 있다.

절연 구간은 제1 단자(421)와 제2 단자(412)의 상대 회전시, 두 단자가 서로 전기적으로 단절되는 구간일 수 있다.

제1 단자(421)와 제2 단자(412)가 상대 회전하면, 적어도 한 단자는 가상의 원 c를 따라 회전 운동 또는 원운동을 할 수 있다.

이때, 통전 구간 및 절연 구간은 가상의 원 c의 원주 상에 형성될 수 있다.

일예로, 도 5에서 제1 단자(421)는 가상의 원주 c에 접하는 위치에 배치될 수 있다. 그리고, 제2 단자(412)는 가상의 원주 c를 따라 회전할 수 있다.

이 상태에서 제1 단자(421)의 길이 L2는 가상의 원주 c의 길이 L1보다 짧을 수 있다. 그리고, 제1 단자(421)는 복수로 마련되고 각 제1 단자(421)는 서로 이격되어 배치될 수 있다.

이러한 구성에 따르면, 원주 c 상에서 제1 단자(421)가 배치된 (a) 구간과 제1 단자(421)가 배치되지 않은 (c) 구간이 구분될 수 있다. 이때, (a) 구간이 통전 구간이고, (b) 구간이 절연 구간일 수 있다.

원주 c를 따라 제2 단자(412)가 회전하면, 제2 단자(412)는 (a) 구간을 지나갈 때 제1 단자(421)와 접촉할 수 있다. 그리고 제2 단자(412)는 (b) 구간을 지나갈 때 제1 단자(421)로부터 이격될 수 있다.

따라서, (a) 구간에서 고주파 전원 ①이 출력되고, (b) 구간에서 고주파 전원 ①이 출력되지 않는 펄스화가 구현될 수 있다. 다시 말해, 제1 단자와 제2 단자의 전기적 연결이 간헐적으로 이루어지도록 함으로써 고주파 전원을 펄스화시킬 수 있다.

절연 구간은 가상의 원주 c 상에 제1 단자(421)를 배치하지 않는 것으로 형성될 수 있다.

제1 단자(421)가 이격되어 배치된 경우, 제2 단자(412)는 제1 단자(421)를 지나가거나, 제1 단자(421) 사이의 이격 공간을 지나갈 수 있다. 그런데, 제2 단자(412)가 위 이격 공간을 지나서 제1 단자(421)와 접촉할 때, 제2 단자(412)는 제1 단자(421)의 측면에 걸릴 수 있다. 이에 따르면 제1 단자(421)의 측면이 스토퍼로서 기능하므로 제1 단자(421)와 제2 단자(412)의 상대 회전이 제한될 수 있다.

도 6은 본 발명의 플라즈마 장치를 구성하는 다른 제1 단자(421)와 다른 제2 단자(412)를 나타낸 개략도이다.

제1 단자(421)와 제2 단자(412)의 간섭에 의해 상대 회전이 제한되는 것을 해소하기 위해, 제1 단자(421)는 가상의 원주 c를 따라 형성된 원형 단자를 포함할 수 있다. 구체적으로 원형 단자의 외주면이 가상의 원 c를 따라 마련될 수 있다.

제2 단자(412)는 가상의 원주 c를 따라 회전할 수 있다. 이에 따르면 제2 단자(412)는 지속적으로 원형 단자의 외주면에 접촉한 상태로 회전하게 된다.

이때, 원형 단자의 외주면에는 전도체(423)와 절연체(425)가 교번하여 마련될 수 있다. 이러한 구성에 의하면 도 5와 동일한 효과가 발생할 수 있다.

즉, 제2 단자(412)가 원형 단자에서 전도체(423)가 마련된 구간을 지나면, 고주파 전원이 제1 단자(421)에 해당하는 원형 단자에 인가될 수 있다. 따라서, 제1 단자(421)가 마련된 제1 부재(130)에 의해 플라즈마가 생성되고, 가공물(10)은 플라즈마 처리될 수 있다.

만약, 제2 단자(412)가 원형 단자에서 절연체(425)가 마련된 구간을 지나면, 제1 단자(421)로 제공되는 고주파 전원은 차단될 수 있다. 이에 따라 제1 부재(130)에서는 플라즈마가 생성되지 않고, 이 기간 동안 가공물(10) 상의 오염 물질이 펌핑될 수 있다.

상대 회전하는 제1 단자(421) 및 제2 단자(412)에 의하면, 제2 단자(412)는 전도체(423)와 절연체(425)를 교번하여 지나게 되므로, 도 3과 같이 펄스화된 고주파 전원이 제1 부재(130)에 인가될 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 플라즈마 장치를 나타낸 개략도이다.

도 7에 도시된 플라즈마 장치에는 슬립 모듈이 마련될 수 있다.

슬립 모듈(410, 420, 120)은 제1 부재(130)와 제2 부재(400)의 사이에 개재될 수 있으며, 상대 회전하는 제1 단자(421)와 제2 단자(412)가 마련될 수 있다. 이때의 제1 단자(421)와 제2 단자(412)에는 앞에서 살펴본 바와 같이 상대 회전시 서로 전기적으로 연결되는 통전 구간, 서로 전기적으로 단절되는 절연 구간이 교번하여 마련될 수 있다.

슬립 모듈에 마련된 제1 단자(421)는 제1 부재(130)에 연결되고, 제2 단자(412)는 제2 부재(400)에 연결될 수 있다.

슬립 모듈에 연결된 제1 부재(130)는 제2 부재(400)에 대해 회전할 수 있다.

이때, 제1 부재(130)와 제2 부재(400) 간의 전기적 연결을 위해 슬립 모듈이 이용될 수 있다.

슬립 모듈에는 고주파 전원 연결부(410), 슬립 링(420), 전원 입력부(120)가 마련될 수 있다.

고주파 전원 연결부(410)는 제2 부재(400)에 연결될 수 있다.

전원 입력부(120)는 제2 부재(400)에 연결될 수 있다.

슬립 링(420)은 고주파 전원 연결부(410)와 전원 입력부(120)의 사이에 개재될 수 있다. 구체적으로 슬립 링(420)의 일단은 고주파 전원 연결부(410)에 회전 가능하게 끼워지고, 타단은 전원 입력부(120)에 회전 가능하게 끼워질 수 있다.

이렇게 구성된 슬립 모듈에 따르면, 고주파 전원 연결부(410)와 전원 입력부(120)가 상대 회전하더라도 슬립 링(420)에 의해 고주파 전원 연결부(410)와 전원 입력부(120)는 전기적으로 연결될 수 있다.

앞에서 설명된 제1 단자(421) 및 제2 단자(412)는 슬립 모듈에서 다양한 위치에 마련될 수 있다.

도 8은 제1 단자(421) 및 제2 단자(412)가 마련된 슬립 모듈을 나타낸 개략도이다.

살펴보면, 제1 단자(421)는 제1 부재(130)에서 전원 입력부(120)에 접촉하는 중심 코일(130a)의 단부에 마련될 수 있다. 이에 대응하여 제2 단자(412)는 전원 입력부(120)에 마련될 수 있다.

고주파 전원 연결부(410) 및 슬립 링(420)을 거친 고주파 전원은 전원 입력부(120)에 인가될 수 있다. 이렇게 인가된 고주파 전원은 중심 코일(130a)의 단부에 다시 인가될 수 있다. 이때, 제1 단자(421)와 제2 단자(412)를 위에서 살펴본 바와 같이 상대 회전하도록 구성하면, 기계적인 방법에 따라 고주파 전원을 펄스화시킬 수 있다.

도 9는 제1 단자(421) 및 제2 단자(412)가 마련된 다른 슬립 모듈을 나타낸 개략도이다.

제1 단자(421)는 슬립 링(420)에 마련될 수 있다. 이에 대응하여 제2 단자(412)는 고주파 전원 연결부(410) 또는 전원 입력부(120)에 마련될 수 있다.

이러한 구성에 의해서도 고주파 전원을 펄스화시킬 수 있다.

제1 단자(421)와 제2 단자(412)가 서로 상대 회전하는 구성에 맞춰, 제1 부재(130)와 제2 부재(400)는 서로 상대 회전할 수 있다.

본 발명의 제1 부재(130)는 원형의 형상을 가지는 기판 등의 가공에 대응되는 대면적용 플라즈마 소오스일 수 있다.

제2 부재(400)에 해당하는 고주파 전원부(RF전원)에서 임피던스 정합기를 통하여 제2 단자(412)로 유입된 RF전원은 제1 단자(421)를 거쳐 2개 이상의 병렬 연결된 안테나 코일에 제공될 수 있다. 이때, 안테나 코일은 플라즈마 소오스를 구성하는 요소이며, 수 RPM ~ 수백 RPM의 회전 속도로 회전되어 원운동을 하면서 플라즈마를 발생할 수 있다.

다시 도 7을 참조하여, 플라즈마 장치의 구조 및 작용을 상세히 설명한다.

챔버(20)의 상부에 제1 부재(130)에 해당하는 플라즈마 소오스로서, 회전 안테나(100), 회전 안테나(100)가 조립되는 로테이터(200), 로테이터(200)를 회전 가능하게 지지하는 하우징(300)이 마련될 수 있다. 챔버(20)의 하부에 펌프(PUMP)가 연결되어 챔버(20) 내부를 진공으로 만든다. 챔버(20)의 상부는 오링(40)이 개재되며 덮개(30)로 덮여 밀봉된다. 덮개(30)는 석영 유리판이 바람직하다. 챔버(20)의 내부에는 가공물(10) 및 반응 가스의 균일한 공급을 위한 가스판(500)이 배치되며, 챔버(20) 상부의 플라즈마 소오스에 의하여 상기 반응 가스는 플라즈마 상태로 여기된다.

도시되지 않은 실시예로서, 회전 안테나 및 로테이터가 챔버 내부에 삽입되는 실시예도 가능하다. 냉각제 공급부 및 냉각제 배출부가 마련되는 하우징은 챔버 외부에 위치하는 것이 바람직하므로, 챔버 외부의 하우징과 챔버 내부의 로테이터 사이는 밀봉됨으로써 챔버 내부의 진공 상태가 유지된다.

플라즈마 소오스 외곽에서 가스 인렛(50)을 통하여 아르곤(Ar) 가스와 같이 플라즈마를 활성화시키는데 적당한 반응 가스를 가스 채널(55) 및 가스판(500)을 통하여 고르게 분사시켜 챔버(20) 내에 공급한다. 가스판(500)에는 반응 가스가 토출될 수 있는 홀이 복수로 마련될 수 있다.

제2 부재(400)는 예를 들어 임피던스 정합기를 구비한 고주파 전원 연결부(410)를 거쳐, 슬립 링(420)을 통하여 회전 안테나(100)에 전기적으로 연결될 수 있다. 회전 안테나(100)에서 발생한 유도 전자기장은 석영 유리판으로 된 덮개(30)를 통과하여 챔버(20) 내부에 여기됨으로써 플라즈마가 형성되고, 척 유니트(600)에 올려진 가공물(10)이 플라즈마에 의하여 가공된다. 이때, RF 전원은 수백 KHz부터 수백 MHz까지 사용될 수 있다.

회전축 C-C'를 중심으로 회전하는 회전 안테나(100)는 종래의 고정된 안테나 코일을 가진 유도 결합형 플라즈마 소오스에서 구현하기가 어려운, 원주 방향으로 균일한 플라즈마를 생성할 수 있다. 회전 안테나(100)는 절연 부재(280)를 사이에 두고 로테이터(200)에 조립되어 함께 회전된다. 회전 안테나(100)가 조립된 로테이터(200)는 하우징(300)에 회전 가능하게 끼워진다. 하우징(300) 및 로테이터(200)의 회전 접촉면에는 베어링(350)이 삽입된다. 하우징(300) 측에 마련된 모터(380) 및 로테이터(200)는 벨트 풀리(290,390)로 연결되며, 모터(380)의 회전에 따라 로테이터(200) 및 회전 안테나(100)가 회전력을 얻게 된다. 이때 고주파 전원 연결부(410), 전원 입력부(120), 중심 코일(130a) 중 하나도 회전해야 하므로 슬립 링(420)을 사용하여 RF 전원을 연결하였다.

일 실시예로서, 본 발명의 안테나 코일은 회전 중심이 되는 중심 코일(130a)과 중심 코일(130a)에 병렬 연결된 3개의 브랜치 코일(130b,130c,130d)로 구성된다. 브랜치 코일(130b,130c,130d)은 중심 코일(130a)에 연결되는 시작 부분과 전원 접지부(140)가 마련되는 종단 부분이 실질적으로 동축 상에 위치할 수 있도록 'U'자형 또는 'C' 자형 등의 일측이 개구된 폐곡선 형상을 갖는다. 브랜치 코일(130b,130c,130d) 및 중심 코일(130a)의 조립을 위하여 커넥터(150)가 개재된다.

슬립 링(420)을 통하여 제2 부재(400)에 연결된 전원 입력부(120)는 중심 코일(130a)의 단부에 마련된다. 브랜치 코일(130b,130c,130d)의 말단부는 전원 접지부(140)를 구비하며 로테이터(200)와 접촉됨으로써 접지되어 있다.

하우징(300)의 냉각제 공급부(310)를 통하여 공급된 냉각제는 하우징(300)과 로테이터(200)의 회전 접촉면에 형성된 그루브(312)를 거쳐 냉각제 채널(220)로 유입된다.

냉각제 채널(220)로 유입된 냉각제는 냉각제 연결부(210)에 도달한다. 로테이터(200)는 접지되고 중심 코일(130a)에는 펄스화된 고주파 전원이 인가되므로 절연을 위하여 냉각제 연결부(210) 및 중심 코일(130a)의 냉각제 인렛(110)은 절연 호스(215)로 연결된다.

안테나 코일은, 내부에 냉각제가 유동되며 고주파 전원이 도통하기 위하여 도체 파이프로 이루어진 것이 바람직하다. 안테나 코일에 냉각제가 흐르지 않게 해도 되지만, 냉각제의 사용은 RF 전원이 코일에 인가될 때 발생하는 열 손실을 방지하기 위함이다. 냉각제 인렛(110)을 통하여 유입된 냉각제는 중심 코일(130a)을 거쳐 중심 코일(130a)에 병렬 연결된 각각의 브랜치 코일(130b,130c,130d)로 흐르며, 전원 접지부(140)에 형성된 냉각제 아웃렛(141)을 통하여 빠져나간다.

전원 접지부(140)는 로테이터(200)와 접촉하며 함께 회전되므로 전원 접지부(140)의 냉각제 아웃렛(141)은 로테이터(200)에 형성된 냉각제 채널(240)과 연결된다. 따라서 브랜치 코일(130b,130c,130d)에서 배출된 냉각제는 냉각제 아웃렛(141)을 거쳐 냉각제 채널(240)로 유입되며, 시일(seal)(345)로 밀봉된 그루브(342)를 거쳐 냉각제 배출부(340)로 배출된다. 그루브(312,342)는 하우징(300)의 원주 방향을 따라 형성된 홈이며, 그루브(312,342)의 주위는 하우징(300)과 로테이터(200)의 회전을 방해하지 않는 구조로 된 시일(315,345)에 의하여 밀봉된다. 냉각제의 공급 및 배출 경로는 도 7에 화살표로 도시되었다.

도 10은 본 발명의 또 다른 플라즈마 장치를 나타낸 개략도이다.

도 10의 플라즈마 장치에는 도 7 내지 도 9와 다르게 베어링(350)을 통해 로테이터(200)를 회전 가능하게 지지하는 하우징(300)에 제2 단자(412)가 마련되고 있다. 이에 대응하여 로테이터(200) 또는 중심 코일(130a)에서 제2 단자(412)에 대면하는 면에 제1 단자(421)가 마련될 수 있다.

제2 단자(412)는 하우징(300)을 통해 제2 부재(400)에 연결된 상태일 수 있다.

이상에서 설명된 플라즈마 장치는 제1 부재(130)와 제2 부재(400)의 사이에 마련된 슬립 모듈을 통해 플라즈마가 생성되는 구간과 플라즈마가 생성되지 않는 구간이 번갈아 반복될 수 있다. 이러한 구성에 따르면 가공물(10) 상에 쌓이는 오염 물질을 신뢰성 있게 제거할 수 있으므로, 가공물을 정밀하게 가공할 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10...가공물 20...챔버(chamber)
30...덮개 40...오링(O-ring)
50...가스 인렛(gas inlet) 55...가스 채널(gas channel)
100...안테나(antenna) 110...냉각제 인렛(coolant inlet)
120...전원 입력부 130...제1 부재
130a...중심 코일(center coil)
130b,130c,130d...브랜치 코일(branch coil)
140...전원 접지부 141...냉각제 아웃렛(coolant outlet)
150...커넥터(connector) 200...로테이터(rotator)
210...냉각제 연결부 215...호스
220,240...냉각제 채널(coolant channel)
280...절연 부재 290,390...풀리(pulley)
300...하우징(housing) 310...냉각제 공급부
312,342...그루브(groove) 315,345...시일(seal)
340...냉각제 배출부 350...베어링
380...모터 400...제2 부재
410...고주파 전원 연결부 412...제2 단자
420...슬립 링(slip ring) 421...제1 단자
500...가스판

Claims (8)

1. 플라즈마를 생성하도록 회전하는 안테나 코일 또는 가공물이 안착되는 척 유니트를 포함하는 제1 부재; 및
   상기 플라즈마의 생성에 필요한 제1 고주파 전원이 연결되는 제2 부재;를 포함하고,
   상기 제1 부재에는 제1 단자가 마련되며,
   상기 제2 부재에는 제2 단자가 마련되고,
   상기 제1 단자 및 상기 제2 단자의 상대 회전에 의하여 상기 제1 고주파 전원을 펄스화시킨 제2 고주파 전원이 상기 제1 부재에 인가되는 플라즈마 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 단자 및 상기 제2 단자에는 상기 상대 회전시 서로 전기적으로 연결되는 통전 구간, 서로 전기적으로 단절되는 절연 구간이 교번하여 마련되는 플라즈마 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 단자는 가상의 원주에 접하는 위치에 배치되고,
   상기 제2 단자는 상기 가상의 원주를 따라 회전하며,
   상기 제1 단자의 길이는 상기 가상의 원주의 길이보다 짧은 플라즈마 장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 단자는 복수로 마련되고,
   상기 각 제1 단자는 서로 이격되어 배치되는 플라즈마 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 단자는 가상의 원주를 따라 형성된 원형 단자를 포함하고,
   상기 제2 단자는 상기 가상의 원주를 따라 회전하며,
   상기 원형 단자의 외주면에는 전도체와 절연체가 교번하여 마련되는 플라즈마 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 단자 및 상기 제2 단자의 상대 회전시 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 사이에 간헐적인 기계적 접촉이 발생되고,
   상기 간헐적인 기계적 접촉에 의하여 상기 제1 고주파 전원을 간헐적으로 온오프(on-off)시킨 상기 제2 고주파 전원이 상기 제1 부재에 인가되며,
   상기 제1 고주파 전원의 온(on)은 상기 상대 회전의 특정 구간에서 상기 제1 고주파 전원이 그대로 출력되는 것이고,
   상기 제1 고주파 전원의 오프는 상기 상대 회전의 다른 구간에서 상기 제1 고주파 전원이 비출력되는 것인 플라즈마 장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1 고주파 전원의 펄스화는 상기 제1 부재와 상기 제2 부재의 상대 회전의 속도에 따라 달라지는 플라즈마 장치.
8. 삭제

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