KR101713983B1 - 차등 배기 구조를 갖는 플라즈마 발생 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 다양한 실시예는 차등 배기 구조를 갖는 플라즈마 발생 장치에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 전자 현미경의 고진공 챔버가 고진공을 유지하는 상태에서도 고진공 챔버의 내부로 저진공의 플라즈마 가스를 안정적으로 유입시켜 플라즈마 클리닝이 가능한 차등 배기 구조를 갖는 플라즈마 발생 장치를 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 플라즈마 가스를 고진공 챔버에 공급하도록, 전방에 전면 포트가 형성된 플라즈마 챔버; 및, 상기 플라즈마 챔버의 후방에 결합되어 가스 입력관, 진공 게이지 또는 RF 전원선이 장착되는 후면 플레이트를 포함하고, 상기 플라즈마 챔버의 전면 포트는 차등 배기구를 더 포함하는 플라즈마 발생 장치를 개시한다.

Description

차등 배기 구조를 갖는 플라즈마 발생 장치{Plasma generating device having differential pumping structure}
본 발명의 다양한 실시예는 차등 배기 구조를 갖는 플라즈마 발생 장치에 관한 것이다.
전자 현미경(예를 들면, TEM(Transmission Electron Microscope), SEM(Scanning Electron Microscope), FIB(Focused Ion Beam Technology)) 등에 사용되는 고진공 챔버(chamber)는 해당 기기의 사용에 따라 고진공 챔버 내의 유기물 오염이 필연적으로 발생한다. 이러한 오염은 전자 현미경의 분해능(resolution)을 저하시키므로, 오염 물질을 제거하기 위해, 고진공 챔버의 일측에 플라즈마 발생 장치를 부착하여, 플라즈마 클리닝(plasma cleaning) 방식으로 이들 오염 물질을 제거하여야 한다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 차등 배기 구조를 갖는 플라즈마 발생 장치를 제공하는데 있다. 즉, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 전자 현미경의 고진공 챔버가 고진공을 유지하는 상태에서도 고진공 챔버의 내부로 저진공의 플라즈마 가스를 안정적으로 유입시켜 플라즈마 클리닝이 가능한 차등 배기 구조를 갖는 플라즈마 발생 장치를 제공하는데 있다. 다르게 설명하면, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 플라즈마 발생 장치의 저진공 플라즈마 챔버와 전자 현미경의 고진공 챔버 사이에 진공도를 차등화시키기 위해 차등 배기(differential pumping) 구조를 적용함으로써, 플라즈마 발생 장치의 저진공이 전자 현미경의 고진공에 영향을 일으키지 않는 차등 배기 구조를 갖는 플라즈마 발생 장치를 제공하는데 있다. 또 다르게 설명하면, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 전자 현미경의 고진공 챔버와 플라즈마 발생 장치의 저진공 플라즈마 챔버를 오리피스 구조를 이용하여 차등 배기되도록 함으로써, 저진공 플라즈마 챔버에서 발생되는 플라즈마 가스가 오리피스를 통하여 전자 현미경의 고진공 챔버로 유입되도록 하여 고진공 상태에서도 플라즈마 클리닝이 가능한 차등 배기 구조를 갖는 플라즈마 발생 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 차등 배기 구조를 갖는 플라즈마 발생 장치는 플라즈마 가스를 장비 챔버에 공급하도록, 전방에 전면 포트가 형성된 플라즈마 챔버; 및, 상기 플라즈마 챔버의 후방에 결합되어 가스 입력관, 진공 게이지 또는 RF 전원선이 장착되는 후면 플레이트를 포함하고, 상기 플라즈마 챔버의 전면 포트는 차등 배기구를 더 포함한다. 이와 같이 하여 본 발명의 실시예는 장비 챔버가 고진공을 유지한 상태에서도 저진공의 플라즈마 챔버로부터 플라즈마 가스를 제공받아 플라즈마 클리닝될 수 있다.
상기 차등 배기구에 의해 상기 플라즈마 챔버가 제1진공도를 가질 수 있고, 상기 장비 챔버가 제2진공도를 가질 수 있으며, 상기 제1진공도에 비해 상기 제2진공도가 상대적으로 더 클 수 있다.
상기 플라즈마 챔버의 제1진공도는 1x102 ~ 10-3 Torr일 수 있고, 상기 장비 챔버의 제2진공도는 1x10-3 ~ 1x10-7 Torr일 수 있다.
상기 차등 배기구는 상기 전면 포트에 형성된 오리피스일 수 있다.
상기 오리피스의 직경은 상기 전면 포트의 외경에 비해 0.001배 내지 0.1배일 수 있다.
상기 오리피스는 직경이 0.1 mm 내지 5 mm일 수 있다.
상기 가스 입력관에는 직경이 0.1 mm 내지 1 mm로 조절되는 오리피스를 갖는 수동 유량 밸브가 더 설치될 수 있다.
상기 플라즈마 챔버는 상기 전면 포트로부터 외측 방향으로 연장되어 상기 장비 챔버에 고정되는 플랜지부를 더 포함할 수 있다.
상기 전면 포트는 상기 플랜지부로부터 전방을 향해 돌출될 수 있다.
상기 전면 포트와 상기 플랜지부 사이에는 원형링 형태의 요홈이 더 형성될 수 있다.
상기 장비 챔버는 전자 현미경에 부착될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예는 차등 배기 구조를 갖는 플라즈마 발생 장치를 제공한다. 즉, 본 발명의 다양한 실시예는 전자 현미경의 고진공 챔버가 고진공을 유지하는 상태에서도 고진공 챔버의 내부로 저진공의 플라즈마 가스를 안정적으로 유입시켜 플라즈마 클리닝이 가능한 차등 배기 구조를 갖는 플라즈마 발생 장치를 제공한다. 다르게 설명하면, 본 발명의 다양한 실시예는 플라즈마 발생 장치의 저진공 플라즈마 챔버와 전자 현미경의 고진공 챔버 사이에 진공도를 차등화시키기 위해 차등 배기 구조를 적용함으로써, 플라즈마 발생 장치의 저진공이 전자 현미경의 고진공에 영향을 일으키지 않는 차등 배기 구조를 갖는 플라즈마 발생 장치를 제공한다. 또 다르게 설명하면, 본 발명의 다양한 실시예는 전자 현미경의 고진공 챔버와 플라즈마 발생 장치의 저진공 플라즈마 챔버를 오리피스 구조를 이용하여 차등 배기되도록 함으로써, 저진공 플라즈마 챔버에서 발생되는 플라즈마 가스가 오리피스를 통하여 전자 현미경의 고진공 챔버로 유입되도록 하여 고진공 상태에서도 플라즈마 클리닝이 가능한 차등 배기 구조를 갖는 플라즈마 발생 장치를 제공한다.
도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d 및 도 1e는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 차등 배기 구조를 갖는 플라즈마 발생 장치를 도시한 사시도, 사시 단면도, 정면도, 측면도 및 후면도이다.
도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d, 도 2e 및 도 2f는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 차등 배기 구조를 갖는 플라즈마 발생 장치 중에서 플라즈마 챔버를 도시한 전면 사시 단면도, 전면도, 후면 사시 단면도, 후면도, 측면도 및 측부 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 차등 배기 구조를 갖는 플라즈마 발생 장치 중에서 플라즈마 챔버의 전면 플랜지를 도시한 전면 사시도 및 전면 사시 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 차등 배기 구조를 갖는 플라즈마 발생 장치 중에서 플라즈마 챔버의 전면 플랜지를 도시한 전면 사시도 및 전면 사시 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 차등 배기 구조를 갖는 플라즈마 발생 장치 중에서 플라즈마 챔버의 전면 플랜지를 도시한 전면 사시도 및 전면 사시 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 차등 배기 구조를 갖는 플라즈마 발생 장치가 전자 현미경의 고진공 챔버에 부착된 상태를 도시한 단면도이다.
일반적으로, 플라즈마 클리닝 작업 시, 플라즈마 발생 장치가 부착 또는 삽입되는 전자 현미경(SEM/TEM/FIB)의 고진공 챔버는 매우 높은 고진공을 유지하고 있는 반면 플라즈마 발생 장치의 저진공 플라즈마 챔버는 플라즈마 발생에 필요한 저진공을 유지해야 한다.
그런데, 일반적으로 플라즈마 발생 장치는 고진공 챔버의 개구 포트와 마찬가지로 전면 포트(플라즈마 가스 출구)가 대구경으로 형성되기 때문에 저진공 플라즈마 가스가 직접 고진공 챔버로 전달되고, 이에 따라 고진공 챔버가 저진공 상태로 변할 수 있다. 따라서, 양챔버 간의 진공도 차이를 저진공도(플라즈마 발생 장치의 진공도)로 일치시켜야 하는 작업이 필요하고, 이에 따라 전자 현미경의 진공 상태를 고진공에서 저진공으로 만들기 위해, 전자 현미경의 2차 고진공 펌프인, 예를 들면, 터보 펌프(TMP)를 정지시킨 후, 1차 저진공 펌프(예를 들면, 로터리 펌프, 드라이 펌프 등)만 가동시켜, 플라즈마 발생 장치의 저진공도와 일치시켜야 한다.
따라서, 고진공 챔버의 플라즈마 클리닝 시 고진공 펌프를 정지시켜 저진공화하는 작업이 필수적이고, 이에 따라 저진공화 작업에 시간이 오래 소요될 수 있고, 따라서 전자 현미경의 재가동에 긴 시간이 필요할 수 있으며, 또한 전자 현미경에 관련된 생산 설비의 생산성이 저하될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "하부"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 고진공이라는 용어는, 예를 들면, 전자 현미경의 동작 시 필요한 압력인 대략 1x10-3 ~ 1x10-7 Torr를 의미할 수 있고, 본 명세서에서 사용되는 저진공이라는 용어는, 플라즈마 챔버의 동작 시 필요한 압력인 대략 1x102 ~ 10-3 Torr를 의미할 수 있으나, 이로서 본 발명이 한정되지 않으며, 이밖에도 다양한 압력 범위를 의미할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용하는 오리피스와 같은 차등 배기구는 유체 역학에서 사용하는 오리피스와 동일한 구조를 의미한다. 다만, 플라즈마 챔버(저진공 챔버)의 볼륨(용적)을 계산해서 오리피스의 직경이 결정됨은 당연하다. 본 발명에 따르면, 전자 현미경의 고진공 챔버와 플라즈마 챔버(저진공 챔버)에 있어서, 고진공 챔버의 배기 시스템만으로도 양 챔버의 진공도가 10-2 내지 10-5 torr의 차이를 유지함을 볼 수 있었으며, 이는 오리피스가 유체의 흐름을 억제하여 양챔버 사이에 차등이 발생하기 때문인것으로 추측된다.
도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d 및 도 1e는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 차등 배기 구조를 갖는 플라즈마 발생 장치(100)를 도시한 사시도, 사시 단면도, 정면도, 측면도 및 후면도이다.
도 1a 내지 도 1e에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치(100)는 전방이 장비 챔버(200)에 결합되어 플라즈마 가스를 공급함으로써 플라즈마 클리닝이 수행되도록 하는 플라즈마 챔버(110)와, 플라즈마 챔버(110)의 후방에 결합되어 플라즈마 챔버(110)를 밀폐하는 후면 플레이트(120)를 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치(100)는 플라즈마 챔버(110)에 결합된 방열부(130)를 더 포함할 수 있다.
플라즈마 챔버(110)는 RF(Radio Frequency) 고주파 에너지와 가스(예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 아르곤, 산소, 공기 등)와의 상호 반응에 의한 활성화된 플라즈마 상태의 저온(또는 고온) 라디칼 및 이온을 발생시키고 이를 장비 챔버(200)에 공급하는 역할을 한다. 이를 위해 플라즈마 챔버(110)는 전면 포트(111), 전면 플랜지(113), 경사부(114), 원통부(115), 후면 플랜지(116) 및 전극부(117)를 포함할 수 있다. 이들 구성 요소는 플라즈마 가스에 부식되거나 손상되지 않는 내플라즈마 금속(예를 들면, SUS, 하스텔로이(Hasteloy), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐카바이드(WC), 백금이리듐(PtIr) 등등), 세라믹, 유리 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다. 더욱이, 이들 구성 요소의 표면에는 내플라즈마 코팅막(예를 들면, 이트륨 계열 산화물, 질화알루미늄, 질화규소, 질화티탄, Y2O3-Al2O3계열 화합물, B4C, ZrO2 및 Al2O3으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종의 혼합물)이 더 형성됨으로써, 발생된 플라즈마 가스에 의해 이들 구성 요소의 표면이 식각되거나 손상되지 않도록 할 수 있다. 이러한 특징은 하기할 후면 플레이트(120) 역시 동일하게 공유할 수 있다.
전면 포트(111)는 대략 평평한 원판 형태로 형성되며, 이는 전면 플랜지(113)로부터 전방을 향해 일정 길이 돌출됨으로써, 장비 챔버(200)에 밀착되는 역할을 한다. 이러한 전면 포트(111)는 장비 챔버(200)와의 높은 밀착력/결합력을 위해, 장비 챔버(200)를 향하는 표면에 탄성 계수(Elastic Modulus (GPa))가 높고플라즈마 가스에 잘 손상되지 않는 탄소강(S45C)(탄성계수: 205), 인바(INVAR)(탄성계수: 141) 및/또는 텅스텐(W)(탄성계수: 400)이 도금될 수 있으며, 바람직하게는 탄성계수가 상대적으로 높은 텅스텐이 도금될 수 있다.
또한, 전면 포트(111)는 대략 중앙에 형성된 차등 배기구(112)를 더 포함한다. 이러한 차등 배기구(112)에 의해 플라즈마 챔버(110)가 제1진공도(저진공도)를 유지하고, 장비 챔버(200)가 제2진공도(고진공도)를 유지할 수 있다. 일례로, 제1진공도에 비해 제2진공도가 상대적으로 더 크게(높게) 유지될 수 있다. 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 플라즈마 챔버(110)의 제1진공도는 대략 1x102 ~ 10-3 Torr로 유지되도록 플라즈마 챔버(110)가 배기될 수 있고, 장비 챔버(200)의 제2진공도는 대략 1x10-3 ~ 1x10-7 Torr로 유지되도록 장비 챔버(200)가 배기될 수 있다. 즉, 플라즈마 챔버(110) 및 장비 챔버(200)가 각각의 고유한 진공도를 갖도록 차등 배기될 수 있다.
또한, 차등 배기구(112)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 전면 포트(111)의 대략 중앙에 형성된 오리피스일 수 있다. 더욱이, 오리피스는 직경이, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 전면 포트(111)의 외경에 비해 대략 0.001배 내지 0.1배일 수 있다. 구체적으로, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 오리피스는 직경이 대략 0.1 mm 내지 5 mm일 수 있다. 오리피스의 직경이 대략 0.1 mm(또는 0.001배)보다 작으면, 플라즈마 챔버(110)로부터의 플라즈마 가스가 장비 챔버(200)에 너무 느리게 전달되는 문제가 있고, 오리피스의 직경이 대략 5 mm(또는 0.1배)보다 크면 플라즈마의 제1진공도와 장비 챔버(200)의 제2진공도가 비슷해지는 문제가 있다. 즉, 오리피스의 직경이 대략 5 mm보다 크면, 플라즈마 챔버(110)와 장비 챔버(200) 사이에 차등 배기 구조가 구현되지 않는 문제가 있다. 이러한 차등 배기구(112)를 갖는 전면 포트(111)는 전면 플랜지(113)로부터 전방을 향해 일정 길이 더 돌출된 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 종래에는 전면 플랜지(113)로부터 형성된 전면 포트(111)의 전체가 커다란 동공 또는 개구의 형태였다.
전면 플랜지(113)는 전면 포트(111)의 둘레로부터 방사상으로 연장된 형태를 하며, 이는 플라즈마 챔버(110)의 전면 포트(111)가 장비 챔버(200)에 밀착되도록 장비 챔버(200)에 고정되는 역할을 한다. 이를 위해, 전면 플랜지(113)에는 다수의 관통홀(113a)이 형성되며, 이러한 관통홀(113a)에 볼트가 결합되어 전면 포트(111) 및 전면 플랜지(113)를 장비 챔버(200)에 고정시킨다. 마찬가지로, 전면 플랜지(113) 역시 장비 챔버(200)를 향하는 표면에 탄성 계수가 높고 플라즈마 가스에 잘 부식되지 않는 탄소강(S45C), 인바(INVAR) 및/또는 텅스텐(W)이 도금될 수 있으며, 바람직하게는 탄성계수가 상대적으로 높은 텅스텐이 도금될 수 있다.
경사부(114)는 전면 포트(111) 및 전면 플랜지(113)로부터 후방으로 경사지게 즉, 확장되는 형태로 연장된다.
원통부(115)는 경사부(114)로부터 후방으로 동일하거나 또는 유사한 직경을 가지며 연장되고, 내부에 전극부(117)가 위치되도록 한다.
후면 플랜지(116)는 원통부(115)로부터 방사상 외측 방향으로 연장되며, 이러한 후면 플랜지(116)에는 하기할 후면 플레이트(120)가 결합된다. 또한, 후면 플랜지(116)에는 방열부(130)가 더 결합될 수 있다. 여기서, 후면 플랜지(116) 역시 후면 플레이트(120)를 향하는 표면에 탄성 계수가 높고 플라즈마 가스에 잘 부식되지 않는 탄소강(S45C), 인바(INVAR) 및/또는 텅스텐(W)이 도금될 수 있으며, 바람직하게는 탄성계수가 상대적으로 높은 텅스텐이 도금될 수 있다.
전극부(117)는 상술한 바와 같이 원통부(115)의 내측에 위치되며, 대략 접시 모양으로 형성될 수 있다. 또한, 전극부(117)는 유입된 가스와의 반응 면적이 극대화되도록 다수의 홀을 포함할 수 있다.
계속해서, 후면 플레이트(120)는 대략 판 형태로서 플라즈마 챔버(110)의 후방에 결합된다. 이러한 후면 플레이트(120)를 통해서는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 가스 입력관(121), 진공 게이지(123) 및/또는 RF 전원선(124)이 장착될 수 있다.
가스 입력관(121)은 플라즈마 챔버(110)의 내부에 장비 챔버(200)의 클리닝을 위한 다양한 종류의 가스(예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 아르곤, 산소, 공기 등)를 주입하는 역할을 하고, 진공 게이지(123)는 플라즈마 챔버(110)의 내부 진공을 센싱하는 역할을 한다. 또한, RF 전원선(124)은 플라즈마 챔버(110)의 내부에 장착된 전극부(117)에 RF 전원을 인가하는 역할을 하며, 이를 위해 RF 전원선(124)은 전극부(117)에 직접 연결될 수 있다.
한편, 가스 입력관(121)에는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 직경이 대략 0.1 mm 내지 1 mm로 조절되는 오리피스(미도시)를 갖는 수동 유량 밸브(122)가 더 설치될 수 있다. 이러한 오리피스를 갖는 수동 유량 밸브(122)의 조정에 의해 가스 입력관(121)을 통해 주입되는 가스의 유량이 미세하게 조절될 수 있다. 여기서, 오리피스의 직경이 대략 0.1 mm보다 작으면 가스의 유입 속도가 너무 느린 문제가 있고, 오리피스의 직경이 대략 1 mm보다 크면 가스의 유입 속도가 너무 빨라 플라즈마 챔버(110)의 내부 진공이 급격히 변화하는 문제가 있다.
실질적으로 본 발명의 실시예에서, 플라즈마 챔버(110)의 전면 포트(111)에 형성된 오리피스와, 가스 입력관(121)에 오리피스를 가지며 설치된 수동 유량 밸브(122)에 의해 차등 배기구(112)(또는 구조)가 실현된다. 즉, 본 발명의 실시예에서 플라즈마 발생 장치(100)는 2중 오리피스 구조를 갖는다. 이러한 2중 오리피스 구조에 의해, 플라즈마 챔버(110)는 저진공도를 갖도록 배기되고, 장비 챔버(200)는 고진공도를 갖도록 배기된다. 다르게 설명하면, 2중 오리피스 구조에 의해 플라즈마 챔버(110)와 장비 챔버(200)가 차등 배기될 수 있다.
마지막으로, 방열부(130)는 플라즈마 챔버(110)의 후면 플랜지(116) 및/또는 후면 플레이트(120)에 결합된 동시에 후방으로 일정 길이 연장된 형태를 한다. 이러한 방열부(130)는 플라즈마 챔버(110)로부터 발생되는 열을 외부로 신속하게 방출하는 역할을 하며, 열 방출 효율을 극대화하기 위해 다수의 홀이 형성될 수 있다. 또한, 이러한 방열부(130)는 가스 입력관(121), 수동 유량 밸브(122), 진공 게이지(123) 및/또는 RF 전원선(124)을 외부 환경으로부터 보호하기도 한다.
여기서, 장비 챔버(200)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 전자 현미경에 부착되어 시료 분석을 수행하는 고진공 챔버일 수 있다. 더불어, 전자 현미경은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, TEM(Transmission Electron Microscope), SEM(Scanning Electron Microscope), FIB(Focused Ion Beam Technology) 등을 포함할 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예는 전자 현미경의 고진공 챔버가 고진공을 유지하는 상태에서도 고진공 챔버의 내부로 저진공의 플라즈마 가스를 안정적으로 유입시켜 플라즈마 클리닝이 가능한 차등 배기구(112)를 갖는 플라즈마 발생 장치(100)를 제공하게 된다. 즉, 본 발명의 실시예는 플라즈마 발생 장치(100)의 저진공 플라즈마 챔버(110)와 전자 현미경의 고진공 챔버 사이에 진공도를 차등화시키기 위해 차등 배기구(112)를 적용함으로써, 플라즈마 발생 장치(100)의 저진공이 전자 현미경의 고진공에 영향을 일으키지 않는 플라즈마 발생 장치(100)를 제공하게 된다. 다르게 설명하면, 본 발명의 실시예는 전자 현미경의 고진공 챔버와 플라즈마 발생 장치(100)의 저진공 플라즈마 챔버(110)를 오리피스 구조를 이용하여 차등 배기되도록 함으로써, 저진공 플라즈마 챔버(110)에서 발생되는 플라즈마 가스가 오리피스를 통하여 전자 현미경의 고진공 챔버로 유입되도록 하여 고진공 상태에서도 플라즈마 클리닝이 가능한 차등 배기구(112)를 갖는 플라즈마 발생 장치(100)를 제공하게 된다.
도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d, 도 2e 및 도 2f는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 차등 배기 구조를 갖는 플라즈마 발생 장치(100) 중에서 플라즈마 챔버(110)를 도시한 전면 사시 단면도, 전면도, 후면 사시 단면도, 후면도, 측면도 및 측부 단면도이다.
도 2a 내지 도 2f에 도시된 바와 같이, 플라즈마 챔버(110)는 전방으로 일정 길이 돌출된 대략 원형의 전면 포트(111), 전면 포트(111)로부터 방사상 외측 방향으로 연장된 대략 원형의 전면 플랜지(113), 전면 포트(111) 및 전면 플랜지(113)로부터 후방으로 확장되며 연장된 경사부(114), 경사부(114)로부터 후방으로 동일 직경을 가지며 연장된 원통부(115), 및 원통부(115)로부터 방사상 외측 방향으로 연장된 대략 사각의 후면 플랜지(116)를 포함한다.
여기서, 전방의 전면 포트(111)에 차등 배기구(112) 즉, 오리피스가 형성될 수 있다. 비록 도면에서는 1개의 차등 배기구(112)가 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이는 필요에 따라 다수개가 형성될 수도 있다.
이러한 플라즈마 챔버(110)의 구조 및 기능은 이미 위에서 충분하게 설명하였으므로, 이에 대한 추가적인 설명은 생략하도록 한다.
도 3a 및 도 3b, 도 4a 및 도 4b, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 차등 배기 구조를 갖는 플라즈마 발생 장치(100) 중에서 플라즈마 챔버(110)의 전면 플랜지(113)를 도시한 전면 사시도 및 전면 사시 단면도이다.
도 3a 및 도 3b, 도 4a 및 도 4b, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예는 다양한 형태의 플라즈마 챔버(110)를 제공할 수 있다. 일례로, 본 발명의 실시예는 플라즈마 챔버(110) 중에서 전면 포트(111)의 돌출 높이가 다르거나, 전면 포트(111)의 직경이 다르거나, 특히, 전면 플랜지(113)의 두께가 다르거나, 전면 플랜지(113)의 직경이 다를 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 전면 포트(111)와 전면 플랜지(113) 사이에 대략 원형링 형태의 요홈(113b)을 갖는 플라즈마 챔버(110)를 제공할 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치(100)는 다양한 구조의 장비 챔버(200), 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 다양한 종류의 전자 현미경의 고진공 챔버에 용이하게 결합되어 플라즈마 가스를 공급할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 차등 배기 구조를 갖는 플라즈마 발생 장치(100)가 전자 현미경의 고진공 챔버(장비 챔버(200))에 부착된 상태를 도시한 단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치(100)는 전자 현미경의 고진공 챔버와 같은 장비 챔버(200)에 부착됨으로써, 장비 챔버(200)에 플라즈마 가스를 공급할 수 있다.
여기서, 장비 챔버(200)에 형성된 개구의 내경과, 플라즈마 발생 장치(100) 중 플라즈마 챔버(110)의 전방에 돌출 형성된 전면 포트(111)의 외경은 동일할 수 있다. 즉, 플라즈마 챔버(110)의 돌출 전면 포트(111)가 장비 챔버(200)의 개구를 완전히 막고, 또한 플라즈마 챔버(110)의 전면 플랜지(113)가 장비 챔버(200)의 외벽면에 완전하게 밀착 고정될 수 있다. 더불어, 플라즈마 챔버(110)로부터 발생된 플라즈마 가스는 전면 포트(111)에 미세하게 형성된 차등 배기구(즉, 오리피스)(112)를 통해서만 장비 챔버(200)에 공급된다. 즉, 본 발명의 실시예에서 장비 챔버(200)의 개구 사이즈 대비 플라즈마 가스 유입구의 사이즈는 상대적으로 매우 작다.
따라서, 장비 챔버(200)는 고진공 상태이고, 플라즈마 챔버(110)는 저진공 상태일 수 있다. 다르게 설명하면, 플라즈마 챔버(110)에는 상술한 바와 같이 차등 배기구(112)(즉, 전면 포트(111)에 형성된 오리피스 및/또는 수동 유량 밸브(122)에 형성된 오리피스)가 구비되어 있음으로써, 장비 챔버(200)는 고진공 펌프를 이용하여 고진공 상태를 유지하고, 플라즈마 챔버(110)는 저진공 펌프를 이용하여 저진공 상태를 유지할 수 있다. 물론, 플라즈마 챔버(110)로부터 발생된 저진공의 플라즈마 가스는 전면 포트(111)의 차등 배기구(112)를 통해 장비 챔버(200)에 공급됨으로써, 장비 챔버(200)는 고진공 상태에서 유기물 등의 플라즈마 클리닝을 수행하도록 한다.
이와 같이 하면, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치(100)는 플라즈마 챔버(110)의 저진공도(1x102 ~ 1x10-3 torr)가 장비 챔버(200)의 고진공도(1x10-3 ~ 1x10-7torr)에 영향을 일으키지 않도록 한다.
다르게 설명하면, 플라즈마 발생 장치(100) 중 플라즈마 챔버(110)의 전면 포트(111)에 차등 배기구(112), 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 대략 0.1 mm ~ 5 mm의 오리피스가 형성됨으로써, 장비 챔버(200)와 플라즈마 챔버(110)의 진공도를 차등화시킨다.
또 다르게 설명하면, 장비 챔버(200)의 배기(펌핑) 시 차등 배기구(112)(오리피스)에 의한 플라즈마 챔버(110)로부터의 플라즈마 가스 유입을 제한시켜서 장비 챔버(200)를 고진공 상태로 유지하도록 한다.
또한, 플라즈마 챔버(110)의 후단 가스 입력관(121)에, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 대략 0.1 mm~1 mm의 오리피스를 갖는 수동 유량 밸브(122)를 더 설치함으로써, 플라즈마 발생 시 요구되는 저진공도를 적절하게 조절 가능하게 된다.
더욱이, 장비 챔버(200)와 플라즈마 챔버(110)를 차등 배기구(112)(즉, 오리피스 또는 2중 오리피스)에 의한 차등 배기(펌핑)가 되도록 함으로써, 저진공 플라즈마 챔버(110)에서 발생된 플라즈마 가스가 차등 배기구(112)(즉, 오리피스)를 통하여 고진공 장비 챔버(200)로 유입이 가능하도록 하여, 고진공에서도 플라즈마 클리닝이 이루어질 수 있도록 한다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 차등 배기 구조를 갖는 플라즈마 발생 장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 플라즈마 발생 장치
110; 플라즈마 챔버 111; 전면 포트
112; 차등 배기구 113; 전면 플랜지
113a; 관통홀 114; 경사부
115; 원통부 116; 후면 플랜지
117; 전극부 120; 후면 플레이트
121; 가스 입력관 122; 수동 유량 밸브
123; 진공 게이지 124; RF 전원선
130; 방열부 200; 장비 챔버

Claims (11)

  1. 플라즈마 가스를 장비 챔버에 공급하도록, 전방에 전면 포트가 형성된 플라즈마 챔버; 및, 상기 플라즈마 챔버의 후방에 결합되어 가스 입력관, 진공 게이지 또는 RF 전원선이 장착되는 후면 플레이트를 포함하고,
    상기 플라즈마 챔버의 전면 포트는 차등 배기구를 포함하며, 상기 차등 배기구는 상기 전면 포트에 형성된 제1 오리피스이고,
    상기 가스 입력관에는 제2 오리피스를 갖는 수동 유량 밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 차등 배기구에 의해 상기 플라즈마 챔버가 제1진공도를 갖고, 상기 장비 챔버가 제2진공도를 가지며, 상기 제1진공도에 비해 상기 제2진공도가 상대적으로 더 큰 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 플라즈마 챔버의 제1진공도는 1x102 ~ 10-3 Torr이고, 상기 장비 챔버의 제2진공도는 1x10-3 ~ 1x10-7 Torr인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 오리피스의 직경은 상기 전면 포트의 외경에 비해 0.001배 내지 0.1배인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 오리피스는 직경이 0.1 mm 내지 5 mm인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 오리피스는 직경이 0.1 mm 내지 1 mm로 조절되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 챔버는 상기 전면 포트로부터 외측 방향으로 연장되어 상기 장비 챔버에 고정되는 플랜지부를 더 포함함을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전면 포트는 상기 플랜지부로부터 전방을 향해 돌출된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전면 포트와 상기 플랜지부 사이에는 원형링 형태의 요홈이 더 형성된 것을 특징을 하는 플라즈마 발생 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 장비 챔버는 전자 현미경에 부착된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
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