KR101622320B1 - 이온 빔 공급 장치 및 이를 포함하는 고진공 정전기 제거 시스템 - Google Patents

이온 빔 공급 장치 및 이를 포함하는 고진공 정전기 제거 시스템 Download PDF

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Abstract

이온 빔 공급 장치는 플라즈마를 발생시키거나 발생된 플라즈마를 수용하는 플라즈마 수용부, 플라즈마 수용부로 플라즈마를 주입하거나 플라즈마 소스 가스를 주입하는 주입부, 플라즈마 수용부와 연결되어 플라즈마를 외부로 배출하는 차동펌프 및 플라즈마 수용부의 플라즈마 내의 이온을 진공계로 가이드하는 이온 방출부를 포함한다.

Description

이온 빔 공급 장치 및 이를 포함하는 고진공 정전기 제거 시스템{APPARATUS FOR PROVIDING ION BEAM AND SYSTEM FOR REMOVING STATIC ELECTRICITY IN HIGH VACUUM INCLUDING THE APPARATUS}
본 발명은 이온 빔 공급 장치 및 이를 포함하는 고진공 정전기 제거 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 진공계에서 정전기를 제거하기 위한 플라즈마를 제공하는 이온 빔 공급 장치 및 이를 포함하는 고진공 정전기 제거 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 메모리 소자, 평판 표시장치, IC와 같은 고집적 회로 등의 전자 장치를 제조하는 공정 중에서 정전기의 발생으로 인하여 이물질이 전자 장치에 부착되거나 정전기 방전에 의해서 패턴이 손상되는 문제점이 있다. 특히, 롤투롤(Roll to roll) 공정을 이용하는 경우, 박리지의 제거나 박막 형성 공정에서 정전기가 쉽게 발생하는 문제점이 있다.
정전기의 발생을 최소화시키거나 정전기를 제거하기 위해서 다양한 방법들이 제안되고 있으나, 주로 이온화 장치(ionizer)를 이용하여 정전기를 제거하는 방법을 이용하고 있다. 이온화 장치는 양이온과 음이온을 생성하여 팬(fan)이나 압축 공기를 이용하여 공기 중으로 방출하고, 방출된 이온이 전자 장치에 부착된 하전 입자와 반대의 전기를 제공하여 하전 입자를 중성화시킴으로써 정전기를 제거한다.
상기 이온화 장치는 비진공 환경인 공기 중으로 이온을 방출하기 때문에, 높은 청정도를 갖는 진공계 챔버에서 전자 장치의 박막을 형성한 후에 비진공 분위기의 별도의 제전 공정을 이용하여 정전기를 제거하고 있다. 그러나 박막 형성 공정과 제전 공정이 분리되어 있어 박막 형성 공정에서 생성된 정전기를 바로 제거할 수 없기 때문에 정전기에 의한 전자 소자의 손상을 원천적으로 방지하는데 한계가 있다.
본 발명의 일 목적은 고진공 환경으로 플라즈마를 공급할 수 있는 이온 빔 공급 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 이온 빔 공급 장치를 포함하는 고진공 정전기 제거 시스템을 제공하는 것이다.
일 측면으로서, 본 발명에 따른 이온 빔 공급 장치는 플라즈마를 발생시키거나 발생된 플라즈마를 수용하는 플라즈마 수용부, 상기 플라즈마 수용부로 플라즈마를 주입하거나 플라즈마 소스 가스를 주입하는 주입부, 상기 플라즈마 수용부와 연결되어 플라즈마를 외부로 배출하는 차동펌프, 및 상기 플라즈마 수용부의 플라즈마 내의 이온을 진공계로 가이드하는 이온 방출부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 이온 방출부는 하나 이상의 분사구들이 형성된 노즐 기판을 적어도 1개 포함하고, 상기 이온 방출부가 2개 이상의 노즐 기판들을 포함하는 경우에는 상기 플라즈마 수용부 상에 순차적으로 서로 이격되어 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 이온 방출부는 진공계와 접하는 노즐 기판의 가장 자리를 따라 형성된 둘레 전극을 포함할 수 있다. 이때, 상기 둘레 전극은 교류 전압을 인가 받을 수 있다.
일 실시예에서, 상기 이온 방출부는 상기 플라즈마 수용부로부터 전자 및 양이온 방출을 위한 펄스 전압을 인가받을 수 있다.
다른 측면으로서, 본 발명에 따른 고진공 정전기 제거 시스템은 진공계 챔버 및 이온 빔 공급 장치를 포함한다. 상기 이온 빔 공급 장치는 상기 진공계 챔버와 연결되고, 플라즈마를 발생시키거나 발생된 플라즈마를 수용하는 플라즈마 수용부, 상기 플라즈마 수용부로 플라즈마를 주입하거나 플라즈마 소스 가스를 주입하는 주입부, 상기 플라즈마 수용부와 연결되어 플라즈마를 외부로 배출하는 차동펌프 및 상기 플라즈마 수용부의 플라즈마 내의 이온을 진공계로 가이드하는 이온 방출부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 진공계 챔버에서 롤투롤(Roll to Roll) 공정이 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 진공계로 이온 빔을 제공할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 이온 빔 제공 장치는 약 10-5 토르(torr) 이하의 고진공 환경으로 이온 빔을 제공할 수 있다. 따라서 고진공 환경의 박막 형성 공정 중에서 생성된 정전기를 고진공 환경 하에서 바로 제거할 수 있다.
또한, 노즐 기판을 복수개 이용함으로서 이온 빔의 직진성을 향상시킬 수 있고, 컨덕턴스(conductance)를 낮추어 진공계로 이온 빔을 용이하게 제공할 수 있다. 뿐만 아니라, 노즐 기판과 연결된 둘레 전극을 이용함으로써 이온 빔의 방향성을 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 빔 공급 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 도 1의 이온 빔 공급 장치가 고진공계 챔버에서 이온 빔을 분사하는 것을 설명하기 위한 개념도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들에 대해서만 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 구성요소 등이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 구성요소 등이 존재하지 않거나 부가될 수 없음을 의미하는 것은 아니다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 빔 공급 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 이온 빔 공급 장치(500)는 플라즈마 수용부(100), 이온 방출부(200), 차동펌프(300, differential pump) 및 주입부(400)를 포함한다.
플라즈마 수용부(100)는 플라즈마를 발생시키거나 발생된 플라즈마를 수용한다. 플라즈마 수용부(100)는 주입부(400)를 통해서 플라즈마를 공급받거나, 플라즈마 소스 가스를 공급받아 플라즈마를 생성한다.
이온 방출부(200)는 플라즈마 수용부(100)의 플라즈마 내의 이온을 진공계로 가이드한다. 이온 방출부(200)는 플라즈마 수용부(100)와 연결되고, 이온 빔 공급 장치(500)에서 실질적으로 이온 빔이 분사되는 부분이다. 이온 방출부(200)는 플라즈마가 토출되는 제1 노즐들(212)이 형성된 제1 노즐 기판(210)을 포함한다.
제1 노즐들(212)은 플라즈마 수용부(100)로부터 연장된 유로들의 일단부에 배치되어 플라즈마를 진공계로 토출한다. 제1 노즐 기판(210)은 일 방향으로 연장된 바(bar) 형상을 갖고, 제1 노즐들(212)은 제1 노즐 기판(210)에 제1 노즐 기판(210)의 연장 방향을 따라 일렬로 배열될 수 있다. 제1 노즐들(212)이 플라즈마 수용부의 내의 플라즈마의 컨덕턴스(conductance)를 낮춤으로써, 이온 빔 공급 장치(500)가 진공계의 외부로 분사될 수 있다. 이때, 이온 빔 공급 장치(500)는 특히 약 10-5 토르(torr) 이하의 고진공계로 이온 빔을 공급할 수 있다.
이온 방출부(200)에는 플라즈마 수용부(100)에서 전자 및 양이온 방출을 위한 펄스 전압이 인가될 수 있다. 제1 펄스 전압과 제2 펄스 전압은 또한, 펄스 전압은 편향 폭을 제어하여 플라즈마 수용부(100)에 인가될 수 있다.
이온 방출부(200)는 제1 노즐 기판(210)의 가장자리를 따라 형성된 둘레 전극(220)을 더 포함할 수 있다. 둘레 전극(220)은 플라즈마가 방출되는 방향으로 돌출되어 형성된다. 둘레 전극(220)에는 교류 전압이 인가될 수 있다. 둘레 전극(220)에 전압이 인가되면, 둘레 전극(220) 사이에 형성된 전기장에 의해서 이온 빔과 전자의 방향성 및 그 폭의 크기가 조절될 수 있다. 즉, 둘레 전극(220)에 인가되는 전압에 따라, 이온 빔이 직진하여 방출되거나 소정 각도 휘어져 둘레 전극(220)이 커버하는 영역의 주변까지도 이온 빔이 방출되도록 제어될 수 있다.
이온 방출부(200)는 제2 노즐 기판(230, 도 2 참조)을 더 포함할 수 있다.
제2 노즐 기판(230)은 제1 노즐 기판(210)과 이격되어 배치되고, 다수의 제2 노즐들(232, 도 2 참조)이 제2 노즐 기판(230)에 형성된다. 제2 노즐들(232) 각각은 제1 노즐들(212) 각각과 일대응 대응하여 배열될 수 있다. 제2 노즐 기판(230)은 제1 노즐 기판(210)과 평행하게 배치된다. 이온 방출부(200)가 제2 노즐 기판(230)을 더 포함하는 경우, 플라즈마는 제2 노즐 기판(230) 및 제1 노즐 기판(210)을 순차적으로 통과할 수 있어 이들을 통과한 이온 빔의 직진성이 향상될 수 있고 컨덕턴스를 용이하게 조절할 수 있다. 제1 노즐 기판(210)에는 펄스 전압을 인가하고 제2 노즐 기판(230)에는 고정 전압을 인가함으로써 플라즈마 수용부(100)의 플라즈마를 안정화시킬 수 있다.
차동펌프(300)는 플라즈마 수용부(100)와 연결되어 플라즈마를 외부로 배출한다. 또한, 차동펌프(300)는 고진공 환경을 갖는 진공계 챔버와, 상기 진공계 챔버보다 상대적으로 저진공계인 플라즈마 수용부(100) 사이에서 차동 펌핑(differential pumping)함으로써 상기 진공계 챔버와 플라즈마 수용부(100) 각각이 독립적으로 진공 상태를 유지할 수 있고, 플라즈마 소스 가스가 상기 진공계 챔버로 배출되는 것을 방지하여 플라즈마 수용부(100)에서 안정적으로 플라즈마가 생성될 수 있도록 한다. 차동펌프(300)는 플라즈마 수용부(100) 내의 플라즈마에 컨덕턴스를 형성하도록 구성되며, 이온 방출부(200)의 노즐들에 의해 방해된 컨덕턴스로 플라즈마 수용부(300)로부터 전자 및 양이온이 방출된다.
차동펌프(300)를 통해서 배출되는 플라즈마는 이온 빔 공급 장치(500)가 공급하는 이온 빔과 다른 외부 영역으로 배출된다. 일례로, 이온 빔은 고진공 환경을 갖는 진공계 챔버로 제공되고, 차동펌프(300)를 통해서 배출되는 가스는 일반 대기 환경으로 배출될 수 있다.
상기에서 설명한 바에 따르면, 이온 빔 공급 장치(500)는 진공계, 특히 약 10-5 토르(torr) 이하의 고진공계로 이온 빔을 제공할 수 있다. 따라서 고진공계의 박막 형성 공정 중에서 생성된 정전기를 고진공계 내에서 바로 제거할 수 있다.
또한, 노즐 기판을 복수개 이용함으로서 이온 빔의 직진성을 향상시킬 수 있고, 컨덕턴스를 용이하게 제어할 수 있다. 뿐만 아니라, 둘레 전극(230)을 이용함으로써 이온 빔의 방향성을 제어할 수 있다.
도 2는 도 1의 이온 빔 공급 장치가 고진공계 챔버에서 이온 빔을 분사하는 것을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2를 도 1과 함께 참조하면, 이온 빔 공급 장치(500)는 진공계 챔버(600)과 연결되어 진공계 챔버(600)로 이온 빔을 제공한다. 이때, 차동펌프(300)는 진공계 챔버(600)의 외부로 플라즈마를 배출하도록 배치된다. 예를 들어, 이온 빔 공급 장치(500)의 일부는 진공계 챔버(600) 내에 배치되고, 차동펌프(300)가 형성된 측은 진공계 챔버(600)의 외부, 일반 대기 환경에 배치될 수 있다.
둘레 전극(220)에 인가된 전압에 인해서, 이온 방출부(200)에 자기장이 형성되어 이온 빔의 방향성을 제어할 수 있다. 즉, 이온 빔이 제공되는 영역을 둘레 전극(220)과 대응하는 영역 뿐만 아니라 주변 영역까지도 확장할 수 있다. 동시에, 플라즈마가 제2 노즐(232)과 제1 노즐(212)을 순차적으로 통과하여 진공계 챔버(600)로 분사됨에 따라 이온 빔의 직진성을 향상시킬 수 있다.
진공계 챔버(600)에는 제조 공정 중에 정전기가 발생한 피처리물이 배치될 수 있다. 일례로, 피처리물은 롤투롤(Roll to roll) 공정을 통해서 박막이 형성된 기판일 수 있고, 피처리물은 이온 빔 공급 장치(500)에 의해서 이온 빔을 제공받을 수 있다. 이온 빔은 피처리물의 정전기를 제거할 수 있다.
정밀 전자 소자나 이물에 의한 손상도가 큰 전자 소자 등의 경우, 진공 조건, 특히 진공계에서 제조되는데 이때 본 발명에 따른 이온 빔 공급 장치(500)를 이용하고, 이를 포함하는 정전기 제거 시스템(600)을 구축함으로써, 제조 공정의 신뢰성 및 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
500: 이온 빔 공급 장치 100: 플라즈마 수용부
200: 이온 방출부 300: 차동펌프
400: 주입부 600: 진공계 펌프

Claims (7)

  1. 진공계 챔버; 및
    상기 진공계 챔버와 연결되고, 플라즈마를 발생시키거나 발생된 플라즈마를 수용하는 플라즈마 수용부, 상기 플라즈마 수용부로 플라즈마를 주입하거나 플라즈마 소스 가스를 주입하는 주입부, 상기 플라즈마 수용부와 연결되어 플라즈마를 외부로 배출하는 차동펌프 및 상기 플라즈마 수용부의 플라즈마 내의 이온을 진공계로 가이드하는 이온 방출부를 포함하는 이온 빔 공급 장치를 포함하고,
    상기 이온 방출부는 하나 이상의 분사구들이 형성된 적어도 1개 이상의 노즐 기판을 포함하고,
    상기 이온 방출부는 상기 진공계 챔버 내에 배치되고,
    상기 주입부는 플라즈마 또는 플라즈마 소스 가스를 상기 진공계 챔버의 외부로부터 상기 플라즈마 수용부로 제공하고,
    상기 차동펌프는 상기 플라즈마 수용부 내의 플라즈마에 컨덕턴스를 형성하도록 상기 진공계 챔버의 외부로 차동 펌핑하며,
    상기 진공계 챔버가 상기 플라즈마 수용부보다 상대적으로 고진공인 것을 특징으로 하는,
    고진공 정전기 제거 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이온 방출부가 2개 이상의 노즐 기판들을 포함하는 경우에는 상기 플라즈마 수용부 상에 순차적으로 서로 이격되어 배치된 것을 특징으로 하는,
    고진공 정전기 제거 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이온 방출부는
    진공계와 접하는 노즐 기판의 가장 자리를 따라 형성된 둘레 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    고진공 정전기 제거 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 둘레 전극은 교류 전압을 인가 받는 것을 특징으로 하는,
    고진공 정전기 제거 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이온 방출부는 상기 플라즈마 수용부로부터 전자 및 양이온 방출을 위한 펄스 전압을 인가받는 것을 특징으로 하는,
    고진공 정전기 제거 시스템.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 진공계 챔버에서 롤투롤(Roll to Roll) 공정이 수행되는 것을 특징으로 하는,
    고진공 정전기 제거 시스템.
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