KR101833763B1 - 플라즈마의 정보 획득 시스템 및 방법 - Google Patents

플라즈마의 정보 획득 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

플라즈마의 정보 획득 시스템, 방법 및 플라즈마 정보 입력장치를 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 정보 획득 시스템은, 플라즈마의 특성을 진단하기 위하여 상기 플라즈마의 광학적 특성을 진단하기 위한 제1 지표 정보와, 상기 플라즈마로 인하여 유발되는 전기적 특성을 진단하기 위한 제2 지표 정보를 포함하는 상기 플라즈마의 진단 지표 정보를 입력받는 플라즈마 정보 입력 장치 및 입력받은 플라즈마의 제1 지표 정보 또는 제2 지표 정보를 이용하여, 상기 플라즈마의 특성 정보를 획득하는 플라즈마 분석부를 포함한다.

Description

플라즈마의 정보 획득 시스템 및 방법{System and Method for Obtaining Information of Plasma}
본 발명은 플라즈마의 정보 획득 시스템, 방법 및 플라즈마 정보 입력 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 플라즈마의 전기적 특성 및 광학적 특성 정보를 획득하기 위한 플라즈마의 시스템, 방법 및 플라즈마 정보 입력 장치에 관한 것이다.
플라즈마를 이용한 공정은, 플라즈마에 대한 연구뿐만 아니라 반도체, 디스플레이, 태양전지 등의 다양한 분야에서 활용되고, 전체 공정에서 큰 부분을 차지하고 있다. 플라즈마에 대한 정밀한 제어는 공정 결과물의 수율과 직결되기 때문에 플라즈마에 존재하는 다양한 변수에 대한 정밀한 진단을 통하여, 변수 제어를 통하여 플라즈마의 특성을 컨트롤 하고, 이를 위하여 플라즈마를 진단하는 기술의 중요성이 대두된다.
플라즈마 진단은, 플라즈마가 가지는 성질 또는 물리량을 측정하기 위한 일련의 방법, 장치 및 실험 기술 전반에 관한 것으로서, 기존의 플라즈마 진단(Diagnose) 방법은 직접 탐침을 이용한 방법과 플라즈마 방출광의 스펙트럼 측정을 이용하는 방법이 주로 이용되었다.
직접 탐침을 이용하는 방법은 플라즈마에 접촉을 함으로써 전기적 특성을 측정 하는데 이는 플라즈마에 영향을 주어 플라즈마 특성에 변화를 초래하고 실제 공정에서 발생하는 플라즈마의 정밀한 진단이 어렵다는 단점이 있다. 또한 광학적 진단 방법으로서 플라즈마 방출광의 스펙트럼 측정을 이용한 방법은 플라즈마에 간섭을 주지는 않고, 전기적 진단 방법으로는 측정 할 수 없는 변수 또는 인자들을 측정할 수는 있지만, 전기적 진단 방법으로 측정 할 수 있는 전자 온도 등의 플라즈마의 전기적 특성을 정확하게 측정하기 어렵다는 단점을 가지고 있다. 이에 플라즈마에 대한 전기적 진단이 가능하며 간섭이 적은 진단 방법이 요구된다.
또한 진공 공정을 대기압 공정으로 대체하기 위해서 대기압 플라즈마를 응용한 연구가 증가하고 대기압 플라즈마 시장이 확대되고 있음에도 불구하고, 대기압 플라즈마를 진단할 적절한 방법이 없어 플라즈마 방출광의 스펙트럼 측정 방법을 이용하고 있을 뿐이다.
공개특허 10-2011-0118337
본 발명은, 플라즈마의 특성 정보를 획득하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 보다 상세하게는, 플라즈마의 광학적 특성 및 전기적 특성 정보를 획득하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 플라즈마의 정보 획득에 이용되는 플라즈마 정보 입력장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 정보 획득 시스템은, 플라즈마의 특성을 진단하기 위하여 상기 플라즈마의 광학적 특성을 진단하기 위한 제1 지표 정보와, 상기 플라즈마로 인하여 유발되는 전기적 특성을 진단하기 위한 제2 지표 정보를 포함하는 상기 플라즈마의 진단 지표 정보를 입력받는 플라즈마 정보 입력 장치 및 입력받은 플라즈마의 제1 지표 정보 또는 제2 지표 정보를 이용하여, 상기 플라즈마의 특성 정보를 획득하는 플라즈마 분석부를 포함한다.
이때, 플라즈마 정보 입력 장치는, 플라즈마의 방출광을 수집하는 광섬유를 포함하고, 상기 광섬유를 이용하여 상기 플라즈마의 광학적 특성을 진단하기 위한 제1 지표 정보를 입력받는, 제1 입력부 및 일면에 전하가 축적될 수 있는 유전체, 상기 유전체의 다른 일면에 연결되는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로부터 상기 플라즈마의 전기적 특성을 진단하기 위한 제2 지표 정보를 입력 받는 제2 입력부를 포함할 수 있다.
또한 플라즈마 분석부는, 상기 제1 지표 정보 또는 상기 제2 지표 정보를 이용하여, 상기 플라즈마의 밀도 분포 정도 또는 상기 플라즈마에 포함되는 복수개의 성분들에 대한 성분별 강도 분포 정보를 획득할 수 있으며, 플라즈마의 광학적 특성을 진단하기 위한 제1 지표 정보는, 상기 광섬유를 이용하여 분광기로 수집되는 방출광의 스펙트럼인 것으로 구현될 수 있다. 또한, 플라즈마로 인하여 유발되는 전기적 특성을 진단하기 위한 제2 지표 정보는, 상기 플라즈마의 밀도 정보 또는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로부터 측정되는 정전 용량 정보일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 플라즈마 정보 입력 장치는, 상기 플라즈마의 방전이 이루어지는 플라즈마 공정용 챔버에 일체로서 구비되고, 플라즈마 분석부는, 제1 입력부가 입력받은 제1 지표 정보로부터 상기 챔버 공간에서 상기 플라즈마에 포함되는 복수개의 성분들에 대하여 성분별 강도 분포 정보를 획득하는 강도 분포 정보 획득부, 제2 입력부가 입력받은 제2 지표 정보로부터 상기 챔버 공간에서 상기 플라즈마의 밀도 분포 정보를 획득하는 밀도 분포 정보 획득부 및 밀도 분포 정보 및 상기 성분별 강도 분포 정보를 이용하여, 상기 플라즈마의 밀도 분포와 상기 플라즈마에 포함되는 각 성분들 간의 관계를 판단하는 플라즈마 성분 판단부를 포함할 수 있다.
또한 플라즈마의 정보 입력 장치는, 대기압 플라즈마의 특성을 진단하기 위하여 대기압 플라즈마 젯으로부터 상기 대기압 플라즈마의 진단 지표 정보를 입력 받을 수 있다.
한편 본 발명에 따른 플라즈마 정보 획득 시스템은 획득한 플라즈마의 특성 정보를 표시하는 출력부를 더 포함할 수 있으며, 플라즈마 공정용 챔버에 일체로서 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 정보 획득 방법은, 플라즈마 정보 입력 장치가 상기 플라즈마의 특성을 진단하기 위하여 상기 플라즈마의 광학적 특성을 진단하기 위한 제1 지표 정보와, 상기 플라즈마로 인하여 유발되는 전기적 특성을 진단하기 위한 제2 지표 정보를 포함하는 상기 플라즈마의 진단 지표 정보를 입력받는 단계 및 플라즈마 분석부가 상기 입력받은 플라즈마의 제1 지표 정보 또는 제2 지표 정보를 이용하여, 상기 플라즈마의 특성 정보를 획득하는 단계를 포함한다.
이때, 플라즈마의 진단 지표 정보를 입력받는 단계는, 플라즈마의 방출광을 수집하는 광섬유를 포함하는 제1 입력부가, 상기 광섬유를 이용하여 상기 플라즈마의 광학적 특성을 진단하기 위한 제1 지표 정보를 입력받는 단계 및 일면에 전하가 축적될 수 있는 유전체, 상기 유전체의 다른 일면에 연결되는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 제2 입력부가, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로부터 상기 플라즈마의 전기적 특성을 진단하기 위한 제2 지표 정보를 입력 받는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 플라즈마의 광학적 특성을 진단하기 위한 제1 지표 정보는, 상기 광섬유로부터 수집되는 방출광의 스펙트럼 일 수 있으며, 플라즈마로 인하여 유발되는 전기적 특성을 진단하기 위한 제2 지표 정보는, 상기 플라즈마의 밀도 정보 또는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로부터 측정되는 정전 용량 정보일 수 있다. 플라즈마의 특성 정보는, 상기 플라즈마의 밀도 분포 정도 또는 상기 플라즈마에 포함되는 복수개의 성분들에 대한 성분별 강도 분포 정보일 수 있다.
한편, 플라즈마 정보 입력 장치는, 상기 플라즈마의 방전이 이루어지는 플라즈마 공정용 챔버에 일체로서 구비되고, 플라즈마의 특성 정보를 획득하는 단계는, 제1 입력부가 입력받은 제1 지표 정보로부터 상기 챔버 공간에서 상기 플라즈마에 포함되는 복수개의 성분들에 대하여 성분별 강도 분포 정보를 획득하는 단계, 제2 입력부가 입력받은 제2 지표 정보로부터 상기 챔버 공간에서 상기 플라즈마의 밀도 분포 정보를 획득하는 단계 및 밀도 분포 정보 및 상기 성분별 강도 분포 정보를 이용하여, 상기 플라즈마의 밀도 분포와 상기 플라즈마에 포함되는 각 성분들 간의 관계를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 정보 획득 방법은, 획득한 플라즈마의 특성 정보를 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 정보 입력 장치는, 플라즈마의 방출광을 수집하는 광섬유를 포함하고, 상기 광섬유를 이용하여 상기 플라즈마의 광학적 특성을 진단하기 위한 제1 지표 정보를 입력받는 제1 입력부 및 제1 입력부와 결합되고, 일면에 전하가 축적될 수 있는 유전체, 상기 유전체의 다른 일면에 연결되는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로부터 상기 플라즈마의 전기적 특성을 진단하기 위한 제2 지표 정보를 입력 받는 제2 입력부를 포함할 수 있다.
이때 제2 입력부는, 일면에 전하 또는 플라즈마 공정에 따른 오염물질이 축적될 수 있는 유전체, 유전체의 다른 일면에 위치하는 제1 전극, 유전체의 다른 일면에 위치하고 상기 제1 전극과 공면 전극인 제2 전극 및 제1 전극 및 상기 제2 전극 간을 절연하는 절연체를 포함할 수 있다.
또한, 제1 전극 및 상기 제2 전극은 동일한 중심점을 갖고, 각각 원형의 형상을 가질 수 있고, 제1 전극 및 상기 제2 전극은 공면 전극으로 구비되고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에는 절연체가 위치할 수 있다. 한편, 유전체는 실리콘 웨이퍼 또는 유리로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 정보 획득 시스템을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 정보 획득 시스템에 있어서, 플라즈마 분석부의 일예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 정보 획득 방법을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 정보 획득 방법에 있어서, 플라즈마의 진단 지표 정보를 입력받는 단계의 일예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 정보 획득 방법에 있어서, 플라즈마의 특성 정보를 획득하는 단계의 일예를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 정보 입력 장치를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 정보 획득 시스템을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 정보 입력 장치를 상세히 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 정보 획득 시스템을 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 플라즈마 정보 획득 시스템의 일 실시예에 대한 실험 결과를 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 정보 입력 장치의 작동 원리 일부를 도시한 것이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 정보 획득 시스템의 작동 원리에 대한 참고도를 도시한 것이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 정보 획득 시스템의 실험 결과 일부를 도시한 것이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 정보 획득 시스템의 실험 결과 일부를 도시한 것이다.
발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “...부”, “...기”, “모듈”, “블록” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 발명은 기존 플라즈마 진단 방법의 한계를 극복하고 대기압 플라즈마 진단에 적합한 탐침을 개발하기 위한 것으로서, 플라즈마 방전 시 기판 또는 탐침에서 발생하는 캐패시턴스의 변화를 측정하여 플라즈마의 밀도 등을 측정하는 플라즈마의 정보 획득 시스템, 방법 및 플라즈마 정보 입력 장치에 대하여 개시한다. 본 발명에 따른 플라즈마의 정보 획득 시스템 등에 의할 경우, 기존의 플라즈마 진단 장치에 비하여 소형화가 가능하며 비용이 상대적으로 저렴하다. 또한, 기존의 플라즈마 진단 방법에 비하여 플라즈마에 대한 간섭이 적고, 진공 및 대기압 플라즈마에 대하여도 적용이 가능하다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 정보 획득 시스템(10)을 도시한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 정보 획득 시스템(10)은, 플라즈마 정보 입력 장치(100) 및 플라즈마 분석부(200)를 구비하여 구현될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 정보 획득 시스템(10)은, 출력부(300)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 플라즈마의 정보 획득 시스템(10)은, 개별적으로 구비되어 플라즈마로부터 진단 지표 정보를 입력받고, 이를 분석하여 플라즈마의 특성 정보를 획득할 수 있다. 또한, 본 발명의 플라즈마의 정보 획득 시스템(10)은, 플라즈마 공정용 챔버에 일체로서 구비될 수 있고, 대기압 플라즈마의 특성을 진단하기 위하여 대기압 플라즈마 제트(Atmospheric Plasma Jet)으로부터 상기 대기압 플라즈마의 진단 지표 정보를 입력받을 수도 있다.
플라즈마 정보 입력 장치(100)는, 플라즈마의 특성을 진단하기 위하여 상기 플라즈마의 광학적 특성을 진단하기 위한 제1 지표 정보와, 상기 플라즈마로 인하여 유발되는 전기적 특성을 진단하기 위한 제2 지표 정보를 포함하는 상기 플라즈마의 진단 지표 정보를 입력받을 수 있다. 이때, 입력받는 제1 지표 정보는, 광섬유로부터 수집되는 방출광의 스펙트럼일 수 있으며, 입력받는 제2 지표 정보는, 플라즈마의 밀도 정보 또는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로부터 측정되는 정전 용량 정보인 것으로 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 플라즈마 정보 입력 장치(100)는, 제1 입력부(110) 및 제2 입력부(120)를 포함할 수 있다. 본 발명의 플라즈마 정보 입력 장치(100)는, 플라즈마 공정용 챔버에 일체로서 구비되거나, 별도로 마련되어, 방전되는 진공 플라즈마 또는 대기압 플라즈마 제트로부터 플라즈마의 특성을 진단하기 위한 지표 정보를 입력받을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 정보 입력 장치(100)의 제1 입력부(110)는, 플라즈마의 방출광을 수집하는 광섬유를 포함하고, 상기 광섬유를 이용하여 상기 플라즈마의 광학적 특성을 진단하기 위한 제1 지표 정보를 입력받을 수 있다.
이때, 광섬유는 플라즈마의 방출광을 수집하는 분광기로 전송할 수 있으며, 제1 입력부는, 광섬유를 이용하여 상기 플라즈마의 광학적 특성을 진단하기 위한 제1 지표 정보를 입력받고 플라즈마 방출광 분석을 위한 분광기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 정보 입력 장치(100)의 제2 입력부(120)는, 제1 입력부와 결합되고, 일면에 전하가 축적될 수 있는 유전체, 상기 유전체의 다른 일면에 연결되는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로부터 상기 플라즈마의 전기적 특성을 진단하기 위한 제2 지표 정보를 입력 받을 수 있다. 이때, 유전체는 실리콘 웨이퍼 또는 유리일 수 있으며, 그 외의 공정 기판과 동일한 재질의 유전체로 구현될 수 있다.
이때, 제2 입력부(120)는, 유전체, 제1 전극, 제2 전극 및 절연체를 포함할 수 있으며, 유전체는 일면에 전하 또는 플라즈마 공정에 따른 오염물질이 축적될 수 있고, 제1 전극은 유전체의 다른 일면에 위치하고, 제2 전극은 유전체의 다른 일면에 위치하고 상기 제1 전극과 공면 전극이며, 절연체는 제1 전극 및 상기 제2 전극 간을 절연할 수 있다.
이때, 플라즈마 정보 입력 장치(100)가 플라즈마 공정용 챔버와 일체로서 구비되는 경우, 유전체의 오염물질이 축적되는 일면은 플라즈마 공정용 챔버의 내부를 향하며, 제1 전극 및 제2 전극이 위치하는 유전체의 다른 일면은 플라즈마 공정용 챔버의 외부를 향하도록 마련될 수 있다.
제1 전극 및 상기 제2 전극은, 동일한 중심점을 갖고, 각각 원형의 형상을 가지도록 구현될 수 있다. 이때, 제1 전극 및 제2 전극은 동심원의 구조를 가질 수 있으며, 절연체는 제1 전극 및 제2 전극의 사이를 메우는 동심원의 구조를 가질 수 있다. 또한, 제1 입력부(110)는, 제1 전극 및 제2 전극과 동심원의 구조로서, 플라즈마 정보 입력 장치(100)의 최중심부에 위치하도록 구현될 수 있다. 플라즈마 정보 입력 장치(100)의 보다 상세한 일 실시예에 대하여는, 도 6과 관련 하여 후술한다.
플라즈마 분석부(200)는 입력받은 플라즈마의 제1 지표 정보 또는 제2 지표 정보를 이용하여, 상기 플라즈마의 특성 정보를 획득할 수 있다. 본 발명에 따른 플라즈마 분석부(200)는, 플라즈마 정보 입력 장치(100)로부터 입력받은 진단 지표 정보들을 분석하여, 획득 하고자 하는 플라즈마의 특성 정보를 출력할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 플라즈마 분석부(200)는, 제1 지표 정보 또는 상기 제2 지표 정보를 이용하여, 상기 플라즈마의 밀도 분포 정도, 제1 전극 및 제2 전극 간의 정전 용량의 변화 정보, 플라즈마로부터 방출되는 방출광의 스펙트럼 정보 및 플라즈마에 포함되는 복수개의 성분들에 대한 성분별 강도 분포 정보로 이루어지는 군으로부터 적어도 어느 하나를 획득할 수 있다. 플라즈마에 포함되는 성분별 강도 분포 정보 획득에 대하여, 도 2와 관련하여 상세히 후술한다
추가적으로 구비될 수 있는 출력부(300)는, 획득한 플라즈마의 특성 정보를 표시할 수 있다. 출력부(300)는, 플라즈마 분석부(200)로부터, 플라즈마의 강도 분포 정보, 밀도 분포 정보 및 이를 이용하여 획득되는 성분 정보로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 입력 받고, 표시하도록 구현될 수 있다.
한편, 도 1에 도시하지는 아니하였으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 정보 획득 시스템(10)은, 사용자의 입력에 따라, 플라즈마 측정 장치(100)를 제어하기 위한 제어부를 더 포함할 수 있다. 이때, 플라즈마 측정 장치(100)를 제어하는 것은, 플라즈마 공정용 챔버 내부에서 플라즈마 측정 장치(100)의 측정 위치를 제어하는 것으로 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 정보 획득 시스템(10)에 있어서, 플라즈마 분석부(200)의 일예를 도시한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 플라즈마 정보 입력 장치(100)는, 플라즈마의 방전이 이루어지는 플라즈마 공정용 챔버에 일체로서 구비되고, 플라즈마 분석부(200)는, 강도 분포 정보 획득부(210), 밀도 분포 정보 획득부(220) 및 플라즈마 성분 판단부(230)을 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 플라즈마 분석부(200)는, 플라즈마 정보 입력 장치(100)로부터 진단 지표 정보로서 제1 전극 및 제2 전극 간의 정전 용량 지표 정보 및 플라즈마로부터 방출되는 방출광의 스펙트럼을 이용하여, 플라즈마에 포함되는 복수개의 성분들과 플라즈마의 밀도 분포의 관계를 판단할 수 있다.
강도 분포 정보 획득부(210)는, 제1 입력부가 입력받은 제1 지표 정보로부터 상기 챔버 공간에서 상기 플라즈마에 포함되는 복수개의 성분들에 대하여 성분별 강도 분포 정보를 획득할 수 있다. 플라즈마는 복수개의 구분되는 성분들을 포함할 수 있고, 이때 제1 입력부로부터 플라즈마가 방출하는 방출광의 스펙트럼을 입력받아 방출광의 파장별 강도를 분석하여, 플라즈마의 구성 성분별로 챔버 공간에서의 강도 분포를 획득할 수 있다. 이때, 사용자의 입력에 따라 챔버 공간에서 플라즈마 정보 입력 장치(100)의 움직임을 제어하여, 공간에 따른 플라즈마의 강도 분포 정보를 획득할 수 있다.
밀도 분포 정보 획득부(220)는, 제2 입력부가 입력받은 제2 지표 정보로부터 상기 챔버 공간에서 상기 플라즈마의 밀도 분포 정보를 획득할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 제2 입력부로부터 측정되는 정전용량의 플라즈마에 의한 변화를 입력받고, 정전 용량의 변화로부터, 플라즈마 공정용 챔버 공간에서의 플라즈마의 밀도 분포를 획득할 수 있다. 이때, 사용자의 입력에 따라 챔버 공간에서 플라즈마 정보 입력 장치(100)의 움직임을 제어하여, 공간에 따른 플라즈마의 밀도 분포 정보를 획득할 수 있다.
플라즈마 성분 판단부(230)는, 밀도 분포 정보 및 상기 성분별 강도 분포 정보를 이용하여, 상기 플라즈마의 밀도 분포와 상기 플라즈마에 포함되는 각 성분들 간의 관계를 판단할 수 있다. 보다 상세하게는, 강도 분포 정보 획득부(210)로부터 입력받은 플라즈마의 구성 성분별 챔버 공산에서의 강도 분포 정보와, 밀도 분포 정보 획득부(220)로부터 입력받은 챔버 공간에서의 플라즈마의 밀도 분포 정보를 비교하고, 플라즈마의 밀도 분포에 영향을 미치는 플라즈마의 구성 성분을 판단할 수 있다. 일 실시예로서, 플라즈마의 구성 성분들 중, 강도 분포 그래프가 플라즈마의 밀도 분포 그래프와 가장 유사한 양상을 가지는 구성 성분을 플라즈마의 밀도 분포에 주된 영향을 미치는 것으로 판단할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 정보 획득 방법을 도시한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 정보 획득 방법은, 플라즈마의 진단 지표 정보를 입력받는 단계(S100) 및 플라즈마의 특성 정보를 획득하는 단계(S200)를 포함한다. 다른 실시예에 따른 플라즈마의 정보 획득 방법은, 플라즈마의 특성 정보를 표시하는 단계(S300)를 추가적으로 구비할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 정보 획득 방법은 플라즈마 공정용 챔버에 일체로서 구비되는 플라즈마 정보 입력 장치를 이용할 수 있고, 대기압 플라즈마의 특성을 진단하기 위하여 대기압 플라즈마 제트(Atmospheric Plasma Jet)으로부터 상기 대기압 플라즈마의 진단 지표 정보를 입력 받을 수도 있다. 도 1 및 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
진단 지표 정보를 입력 받는 단계(S100)에서는, 플라즈마 정보 입력 장치가 상기 플라즈마의 특성을 진단하기 위하여 상기 플라즈마의 광학적 특성을 진단하기 위한 제1 지표 정보와, 상기 플라즈마로 인하여 유발되는 전기적 특성을 진단하기 위한 제2 지표 정보를 포함하는 상기 플라즈마의 진단 지표 정보를 입력 받을 수 있다. 이때, 입력 받는 제1 지표 정보는, 광섬유로부터 수집되는 방출광의 스펙트럼일 수 있으며, 입력 받는 제2 지표 정보는, 플라즈마의 밀도 정보 또는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로부터 측정되는 정전 용량 정보인 것으로 구현될 수 있다.
플라즈마의 특성 정보를 획득하는 단계(S200)에서는, 플라즈마 분석부가 상기 입력 받은 플라즈마의 제1 지표 정보 또는 제2 지표 정보를 이용하여, 상기 플라즈마의 특성 정보를 획득할 수 있다. 이때 획득되는 플라즈마의 특성 정보는, 상기 플라즈마의 밀도 분포 정도 또는 상기 플라즈마에 포함되는 복수개의 성분들에 대한 성분별 강도 분포 정보일 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 플라즈마의 특성 정보를 획득하는 단계(S200)에서는, 제1 지표 정보 또는 상기 제2 지표 정보를 이용하여, 상기 플라즈마의 밀도 분포 정도, 제1 전극 및 제2 전극 간의 정전 용량의 변화 정보, 플라즈마로부터 방출되는 방출광의 스펙트럼 정보 및 플라즈마에 포함되는 복수개의 성분들에 대한 성분별 강도 분포 정보로 이루어지는 군으로부터 적어도 어느 하나를 획득할 수 있다. 플라즈마에 포함되는 성분별 강도 분포 정보 획득에 대하여, 도 5와 관련하여 상세히 후술한다.
플라즈마의 특성 정보를 표시하는 단계(S300)에서는, 획득한 플라즈마의 특성 정보를 표시할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 특성 정보를 표시하는 단계(S300)에서는, 플라즈마의 강도 분포 정보, 밀도 분포 정보 및 이를 이용하여 획득되는 성분 정보로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 입력 받고, 표시할 수 있다.
한편, 도시하지는 아니하였으나, 사용자의 입력에 따라, 플라즈마 측정 장치(100)를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 플라즈마 측정 장치(100)를 제어하는 것은, 플라즈마 공정용 챔버 내부에서 플라즈마 측정 장치(100)의 측정 위치를 제어하는 것으로 구현될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 정보 획득 방법에 있어서, 플라즈마의 진단 지표 정보를 입력받는 단계(S100)의 일예를 도시한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 진단 지표 정보를 입력받는 단계(S100)는, 제1 지표 정보를 입력받는 단계(S110) 및 제2 지표 정보를 입력받는 단계(S120)를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 플라즈마의 진단 지표 정보를 입력받는 단계(S100)는, 플라즈마 공정용 챔버에 일체로서 구비되거나, 별도로 마련되는 플라즈마 정보 입력 장치(100)를 이용하여, 방전되는 진공 플라즈마 또는 대기압 플라즈마 제트로부터 플라즈마의 특성을 진단하기 위한 지표 정보를 입력 받을 수 있다.
제1 지표 정보를 입력받는 단계(S110)에서는, 플라즈마의 방출광을 수집하는 광섬유를 포함하는 제1 입력부(110)가, 상기 광섬유를 이용하여 상기 플라즈마의 광학적 특성을 진단하기 위한 제1 지표 정보를 입력받을 수 있다. 제1 지표 정보는, 광섬유로부터 수집되는 방출광의 스펙트럼일 수 있다.
이때, 광섬유는 플라즈마의 방출광을 수집하는 분광기로 전송할 수 있으며, 제1 입력부는, 광섬유를 이용하여 상기 플라즈마의 광학적 특성을 진단하기 위한 제1 지표 정보를 입력받고 플라즈마 방출광 분석을 위한 분광기를 더 포함할 수 있다.
제2 지표 정보를 입력받는 단계(S120)에서는, 일면에 전하가 축적될 수 있는 유전체, 상기 유전체의 다른 일면에 연결되는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 제2 입력부(120)가, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로부터 상기 플라즈마의 전기적 특성을 진단하기 위한 제2 지표 정보를 입력 받을 수 있다. 이때, 유전체는 실리콘 웨이퍼 또는 유리일 수 있으며, 그 외의 공정 기판과 동일한 재질의 유전체로 구현될 수 있다. 또한, 제2 지표 정보는, 상기 플라즈마의 밀도 정보 또는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로부터 측정되는 정전 용량 정보일 수 있다.
이때, 제2 입력부(120)는, 유전체, 제1 전극, 제2 전극 및 절연체를 포함할 수 있으며, 유전체는 일면에 전하 또는 플라즈마 공정에 따른 오염물질이 축적될 수 있고, 제1 전극은 유전체의 다른 일면에 위치하고, 제2 전극은 유전체의 다른 일면에 위치하고 상기 제1 전극과 공면 전극이며, 절연체는 제1 전극 및 상기 제2 전극 간을 절연할 수 있다.
이때, 진단 지표 정보를 입력 받는 단계(S100)에서 이용되는 플라즈마 정보 입력 장치(100)가 플라즈마 공정용 챔버와 일체로서 구비되는 경우, 유전체의 오염물질이 축적되는 일면은 플라즈마 공정용 챔버의 내부를 향하며, 제1 전극 및 제2 전극이 위치하는 유전체의 다른 일면은 플라즈마 공정용 챔버의 외부를 향하도록 마련될 수 있다.
제2 지표 정보를 입력받는 단계(S120)에서에서 이용되는 제1 전극 및 제2 전극은, 동일한 중심점을 갖고, 각각 원형의 형상을 가지도록 구현될 수 있다. 이때, 제1 전극 및 제2 전극은 동심원의 구조를 가질 수 있으며, 절연체는 제1 전극 및 제2 전극의 사이를 메우는 동심원의 구조를 가질 수 있다. 또한, 제1 입력부(110)는, 제1 전극 및 제2 전극과 동심원의 구조로서, 플라즈마 정보 입력 장치(100)의 최중심부에 위치하도록 구현될 수 있다.
플라즈마 정보 입력 장치(100)의 보다 상세한 일 실시예에 대하여는, 도 6과 관련 하여 후술한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 정보 획득 방법에 있어서, 플라즈마의 특성 정보를 획득하는 단계(S200)의 일예를 도시한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 플라즈마 정보 입력 장치는, 상기 플라즈마의 방전이 이루어지는 플라즈마 공정용 챔버에 일체로서 구비되고, 플라즈마의 특성 정보를 획득하는 단계(S200)는, 챔버 공간에서 플라즈마에 포함되는 복수개의 성분별 강도 분포 정보를 획득하는 단계(S210), 챔버 공간에서 플라즈마의 밀도 분포 정보를 획득하는 단계(S220) 및 플라즈마의 밀도 분포와 플라즈마에 포함되는 각 성분들 간의 관계를 판단하는 단계(S230)를 포함할 수 있다. 본 발명의 플라즈마의 특성 정보를 획득하는 단계(S200)에서는, 진단 지표 정보로서 제1 전극 및 제2 전극 간의 정전 용량 지표 정보 및 플라즈마로부터 방출되는 방출광의 스펙트럼을 이용하여, 플라즈마에 포함되는 복수개의 성분들과 플라즈마의 밀도 분포의 관계를 판단할 수 있다.
챔버 공간에서 플라즈마에 포함되는 복수개의 성분별 강도 분포 정보를 획득하는 단계(S210)에서는, 제1 입력부가 입력받은 제1 지표 정보로부터 상기 챔버 공간에서 상기 플라즈마에 포함되는 복수개의 성분들에 대하여 성분별 강도 분포 정보를 획득할 수 있다. 플라즈마는 복수개의 구분되는 성분들을 포함할 수 있고, 이때 제1 입력부로부터 플라즈마가 방출하는 방출광의 스펙트럼을 입력받아 방출광의 파장별 강도를 분석하여, 플라즈마의 구성 성분별로 챔버 공간에서의 강도 분포를 획득할 수 있다. 이때, 사용자의 입력에 따라 챔버 공간에서 플라즈마 정보 입력 장치(100)의 움직임을 제어하여, 공간에 따른 플라즈마의 강도 분포 정보를 획득할 수 있다.
챔버 공간에서 플라즈마의 밀도 분포 정보를 획득하는 단계(S220) 에서는, 제2 입력부가 입력받은 제2 지표 정보로부터 상기 챔버 공간에서 상기 플라즈마의 밀도 분포 정보를 획득할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 제2 입력부로부터 측정되는 정전용량의 플라즈마에 의한 변화를 입력받고, 정전 용량의 변화로부터, 플라즈마 공정용 챔버 공간에서의 플라즈마의 밀도 분포를 획득할 수 있다. 이때, 사용자의 입력에 따라 챔버 공간에서 플라즈마 정보 입력 장치(100)의 움직임을 제어하여, 공간에 따른 플라즈마의 밀도 분포 정보를 획득할 수 있다.
플라즈마의 밀도 분포와 플라즈마에 포함되는 각 성분들 간의 관계를 판단하는 단계(S230)에서는, 밀도 분포 정보 및 상기 성분별 강도 분포 정보를 이용하여, 상기 플라즈마의 밀도 분포와 상기 플라즈마에 포함되는 각 성분들 간의 관계를 판단할 수 있다. 보다 상세하게는, 입력받은 플라즈마의 구성 성분별 챔버 공산에서의 강도 분포 정보와, 입력받은 챔버 공간에서의 플라즈마의 밀도 분포 정보를 비교하고, 플라즈마의 밀도 분포에 영향을 미치는 플라즈마의 구성 성분을 판단할 수 있다. 일 실시예로서, 플라즈마의 구성 성분들 중, 강도 분포 그래프가 플라즈마의 밀도 분포 그래프와 가장 유사한 양상을 가지는 구성 성분을 플라즈마의 밀도 분포에 주된 영향을 미치는 것으로 판단할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 정보 입력 장치를 도시한 것이다. 도 1 내지 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 플라즈마 정보 획득 장치(100)는, 광학적 진단부(A), 공면 전극부(B), 절연체(C), 광섬유(optic fiber)(D) 및 유전체(F)를 포함할 수 있다. 이때, 광학적 진단부(A)는 선택적으로 구비될 수 있다. 도 6의 (b)에 도시된 (E)는, 전극부의 제1 전극 및 제2 전극 간에 소정의 전압이 인가된 경우에 측정되는 정전 용량에 대하여 도시한 것이다.
도 6의 (a)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 정보 획득 장치(100)를 정면에서 바라본 형태를 도시한 것이다. 광학적 진단부(A)는, 제1 입력부(110)에 대응되고, 공면 전극부(B)는 제2 입력부(120)의 제1 전극, 제2 전극에 대응되고, 광학적 진단부(A) 및 공면 전극부(B)의 전극들은 동심원 구조를 가질 수 있다. 절연체(C)는 공면 전극부(B)의 전극들 간의 절연을 위한 공간 또는 재료로서 구현되며, 내진공성 및 내열성을 갖추는 것이 바람직하다. 예컨대, 세라믹(Ceramic) 또는 테프론(Teflon,TFF)이 이용될 수 있다.
도 6의 (b)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 정보 획득 장치(100)의 측단면을 도시한 것이다. 광섬유(optic fiber)(D)는 플라즈마의 방출을 측정하는 것으로서, 플라즈마로부터 방출되는 방출광을 수집하고, 이를 이용하여 방출광의 스펙트럼 정보를 획득할 수 있다. 유전체(F)는, (a)에서 도시하는 광학적 진단부(A), 공면 전극부(B), 절연체(C)의 일면을 덮도록 위치할 수 있다. 유전체(F)는 실리콘 웨이퍼 또는 유리와 같은 공정 기판과 동일한 재질로 마련될 수 있으며, 플라즈마의 전자, 이온, 라디칼 등의 입자가 전극에 직접 접촉되지 않도록 할 수 있다. 유전체가 공면 전극부(B) 등과 접촉하고 있지 않은 일면에는 플라즈마로 인한 오염물질 등이 증착 될 수 있다. 공면 전극부(B)의 전극들 간에 소정의 전압이 인가되는 경우, 도 11에서 후술하는 바와 같이, 전극들 간의 정전 용량(F)를 측정할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 정보 획득 시스템을 도시한 것으로서, 공면 전극부(A), 유전체(B), 광학적 진단부(C), 플라즈마 특성 분석 시스템(D) 및 모니터링 시스템(E)을 도시한 것이다. 특히, 공면 전극부(A), 유전체(B), 광학적 진단부(C)의 경우, 중심선(CL; center line)을 기준으로, 회전 대칭 구조를 가지므로 간략히 도시한 것이다. 공면 전극부(A), 유전체(B) 및 광학적 진단부(C)과 관련하여, 상술한 도 1 내지 6과 중복되는 부분은 생략한다.
플라즈마 특성 분석 시스템(D)은, 공면 전극부(A)를 이용하여, 공면 전극들 사이에서 측정되는 정전 용량을 획득하거나 이를 이용하여 플라즈마의 밀도 정보를 획득할 수 있고, 광학적 진단부(C)를 이용하여 획득되는 방출광의 스펙트럼으로부터 플라즈마의 구성 성분 정보를 획득할 수 있다. 이때, 정보 획득의 대상이 되는 플라즈마는 진공 챔버에 방전되는 플라즈마 또는 대기압에서의 플라즈마가 이용될 수 있다.
모니터링 시스템(E)은, 플라즈마 특성 분석 시스템(D)으로부터 획득된 정보를 입력받고, 획득된 정보를 표시하거나, 측정 장치로서 공면 전극부(A) 및 광학적 진단부(C)의 움직임 등을 질량 유량 제어기(MFC; mass floss controller)를 통하여 제어하거나, 공면 전극부(A)를 원하는 전기적 상태로 제어할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 정보 입력 장치를 상세히 도시한 것이다. 도 1 내지 7을 참조하여 도 8의 플라즈마의 정보 입력 장치를 설명하면 다음과 같다.
도 8의 (a)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 정보 입력 장치(100)의 조립된 상태를 도시한 것으로서, 도 6에서 도시한 플라즈마의 정보 입력 장치(100)의 일예를 보다 상세히 도시한 것이며, 도 7에서 도시한 플라즈마의 정보 획득 시스템에서와 같이 이용될 수 있다.
도 8의 (b)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 정보 입력 장치(100)의 분해된 상태를 도시한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 정보 입력 장치(100)는, 유전체(A), 공면 전극부(B), 광학적 진단부(C), 광섬유(D)를 포함하여 구현될 수 있다. 도 6에서 도시한 바와 같이 각 구성 요소들은 동심원 구조를 가지도록 구현되는 것이 바람직하며, 각 구성 요소들을 고정 및 보호하는 케이스는, 플라즈마에 대한 영향을 고려하여 대칭 형태로 제작하고, 스테인리스 스틸(stainless steel)과 같이 진공 상에서의 기체 방출(outgassing)이 적고 플라즈마에 의한 스퍼터링(sputtering)이 적은 재질로 구현되는 것이 바람직하다. 장치의 크기는 적용 목적과 위치에 따라 수 마이크로미터(μm) 부터 수십 밀리미터(mm)까지 제작이 가능하며, 한정되지 아니한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 정보 획득 시스템을 도시한 것이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마의 정보 획득 시스템에 있어서, 대기압 플라즈마 제트(atmospheric plasma jet)를 이용한 경우에, 플라즈마의 유무 및 위치에 따라 측정되는 정전 용량의 변화를 확인하기 위한 실시예를 도시한 것이다.
도 9의 실시예에 따른 플라즈마의 정보 획득 시스템은, 대기압 플라즈마 제트(A), 플라즈마 정보 입력부(B) 및 정전 용량 측정부(C)를 포함한다. 플라즈마 정보 입력부(B)는 공면 전극들을 포함하고, 플라즈마 제트로부터 방출되는 플라즈마를 안정적으로 측정할 수 있도록 하는 오목한 형태의 용기의 바닥면에 공면 전극들이 위치하도록 구현될 수 있다. 정전 용량 측정부(C)는, 캐패시턴스 미터(capacitance meter) 또는 LCR 미터(LCR meter) 등으로 구현될 수 있다.
본 실시예에 따른 플라즈마의 정보 획득 시스템은, 대기압 플라즈마 제트(A)의 플라즈마 정보 입력부(B)로부터의 거리(D)(단위: mm)에 따른, 플라즈마 정보 입력부(B)의 전극들 간의 정전 용량의 변화를 정전 용량 측정부(C)를 이용하여 획득할 수 있으며, 획득된 실험 결과는 도 10에서 상세히 후술한다.
도 10은 본 발명의 플라즈마 정보 획득 시스템의 일 실시예에 대한 실험 결과를 도시한 것이다. 도 10의 실험 결과는, 도 9의 실시예에 따른 플라즈마의 정보 획득 시스템을 이용하여 플라즈마 제트의 유무(a) 및 플라즈마 제트와의 거리(b)에 따른 정전 용량(단위: pF)의 변화를 도시한 것이다.
도 10의 (a)는, 도 9와 같은 플라즈마 정보 획득 시스템으로부터, 플라즈마가 방출된 경우(▲) 및 플라즈마가 방출되지 않는 경우(●)의 공면 전극들로부터 측정되는 정전 용량의 변화를 도시한 것이다. (a)의 결과로부터, 플라즈마가 방출되는 경우(▲)에 측정되는 정전 용량이 시간의 흐름(단위: min)에 따라 감소하고, 플라즈마가 방출되지 않는 경우(●)에 측정되는 정전 용량은 변화하지 않는 경향을 확인할 수 있다. 따라서, 플라즈마의 방출이 정전 용량의 감소를 가져온다고 판단할 수 있다.
도 10의 (b)는, 도 9와 같은 플라즈마 정보 획득 시스템으로부터, 대기압 플라즈마 제트(A)의 플라즈마 정보 입력부(B)로부터의 거리(D)가 각각 0 mm(▼), 5 mm(■), 10 mm(●) 및 15 mm(▲)인 경우에 있어서, 시간의 흐름(단위: min)에 따라 측정되는 정전 용량의 변화를 나타낸 것이다. (b)의 결과로부터, 플라즈마 제트(A)의 플라즈마 정보 입력부(B)로부터의 거리(D)가 5 mm인 경우에 시간에 따라 측정되는 정전 용량의 변화가 가장 현저한 것을 알 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 정보 입력 장치의 작동 원리 일부를 도시한 것이다. 본 발명에 따른 플라즈마 정보 획득 시스템은, 플라즈마 정보 입력 장치를 구비하고 플라즈마 정보 입력 장치에 포함되는 전극들을 이용하여 전극들 간의 정전 용량 정보를 획득할 수 있다. 도 11은 정전 용량의 획득 과정에 대한 참고도이다.
Cr은 정전 용량 측정 장치에 포함되고, 값이 미리 주어지는 캐패시터(capacitor)의 정전 용량 값이다. Vr은 Cr에 인가되는 전압이고, Cx는, 전극들 사이에서 측정되는 정전 용량 값이며, Vr'은 플라즈마가 방출된 경우에 Cx의 변화에 따른 Vr의 전압이고, Q0는, Cx에 형성되는 총 전하량이고, qp 는 플라즈마의 전하량이고, VI는 입력되는 전압이고, Vx는 Cx에 인가되는 전압이고, e는 기본 전하량이고, n이 플라즈마 밀도인 경우에, 전극들 간의 정전 용량 Cx는 아래 수학식 1과 같이 얻어진다.
Figure 112016084917022-pat00001
위와 같이 획득한 정전 용량 정보를 이용하여, 다음과 같이 플라즈마의 밀도를 획득할 수 있다.
Figure 112016084917022-pat00002
이고,
Figure 112016084917022-pat00003
이므로, 플라즈마의 밀도는 아래 수학식 2와 같이 얻어진다.
Figure 112016084917022-pat00004
위와 같이 정전 용량 정보를 획득하고 이를 이용하여 플라즈마의 밀도 정보를 획득할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 정보 획득 시스템의 작동 원리에 대한 참고도를 도시한 것이다. 종래의 진단 방법과 같이 정성적 진단을 하기 위하여, 액체 샘플(liquid sample)에 대하여 플라즈마 방전을 처리한 경우(a)와, 플라즈마 방전을 처리하지 않은 경우(b)를 도시한 것이다. 본 실시예의 경우, 혈장 샘플에 대하여, 아르곤(Ar) 기체(Gas) 또는 아르곤 플라즈마(Plasma)를 처리하였을 때, 처리 전과 처리 후의 혈장 샘플의 상태를 나타낸다. 본 실시예에 의하면, 혈장 샘플에 아르곤 기체를 5분간 처리한 경우, 혈장이 응고되지 않으나, 혈장 샘플아 아르곤 플라즈마를 5분간 처리한 경우, 혈장이 응고되는 것을 육안으로 확인이 가능하여, 정성적 진단이 가능하다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 정보 획득 시스템의 실험 결과 일부를 도시한 것이다. 도 13에 따르면, 도 12와 같이 종래의 진단 방법의 경우 정성적 진단에 그치는 것에 비하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면 샘플의 상태 변화에 대한 정량적 진단이 가능한 것을 확인할 수 있다. 도 13은, 도 9와 같은 플라즈마 정보 획득 시스템의 일 실시예에 있어서 액체 샘플이 각각 증류수(DI)(▼), 샘플 없음(■), 에탄올(ethanol)(●) 및 혈장(Bio-Plasma)(▲)인 경우에, 각 액체 샘플들을 전극들이 설치된 시료대에 위치시키고 5 mm 거리에서 3lpm의 유속으로 아르곤 플라즈마를 방전하였을 때 시간에 따라 측정되는 정전 용량의 변화를 각 액체 별로 도시한 것이다.
도 13의 실험 결과에 따르면, 샘플이 없는 경우, 플라즈마를 켜지 않은 경우 측정되는 정전용량이 약 50 pF였으나, 방전 후 측정되는 정전용량은 점차 감소하여 약 40 pF에 수렴하는 것을 확인할 수 있다.
샘플이 에탄올인 경우, 플라즈마를 켜지 않은 경우 측정되는 정전용량이 약 50 pF였으나, 방전 후 측정되는 정전용량은 급격히 감소하여 약 35 pF에 수렴하였다가 약 5분 후 다시 증가하는 경향을 확인할 수 있다. 이것은 에탄올의 높은 휘발성으로 인하여, 약 5분 경과 후 증발하였기 때문인 것으로 판단이 가능하다.
샘플이 혈장인 경우, 플라즈마를 켜지 않은 경우 측정되는 정전용량이 약 50 pF였으나, 방전 후 측정되는 정전용량은 서서히 감소하여 약 20 pF에 수렴하는 것을 확인할 수 있다. 이것은 혈장의 응고 또는 증발에 소요되는 시간이 에탄올보다 길고, 약 5분 경과시 혈장이 응고되기 때문인 것으로, 정전 용량 측정을 통한 정량적인 관찰이 가능하다.
샘플이 증류수인 경우, 플라즈마를 켜지 않은 경우 측정되는 정전용량이 약 50 pF였으나, 방전 후 측정되는 정전용량은 급격히 감소하여 약 10 pF까지 감소 하였다가 약 15 pF까지 증가하는 것을 확인할 수 있다. 역시 증류수의 휘발성에 의하여 정전 용량이 감소하였다가, 다시 증가하는 것으로 판단할 수 있다.
위와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 정보 획득 시스템은, 플라즈마 뿐 아니라, 액체 시료에 대하여도 상태 변화 등에 대한 정량적인 관찰에 이용될 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 정보 획득 시스템의 실험 결과 일부를 도시한 것이다. 도 14는 본 발명의 광섬유를 포함하는 광학적 진단부를 이용하여 획득할 수 있는, 플라즈마가 방출하는 방출광의 스펙트럼(spectrum)의 일예(A)를 도시한 것이다. 보다 상세하게는, 플라즈마가 방출하는 방출광의 스펙트럼(spectrum)의 일예(A) 및 플라즈마에 포함되는 산소의 유량 조건을 변화시킬 때, 얻어지는 스펙트럼의 변화(B)를 파장(단위: nm)에 따른 강도 그래프로서 도시한 것이다. 특히 산소의 유량 변화에 따른 스펙트럼 변화 그래프(B)는, 아르곤의 유량이 100 sccm 일 때, 산소의 유량을 0, 0.5, 1 sccm으로 각각 변화시켜 가면서 획득한 스펙트럼을 도시한 것이다. 그 결과, 산소의 유량이 증가함에 따라, 777 nm의 피크가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 특성을 이용하여, 본 발명의 광학적 진단부를 이용하여 플라즈마의 특성 정보를 획득할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (21)

  1. 플라즈마의 정보 획득 시스템에 있어서,
    상기 플라즈마의 특성을 진단하기 위하여 상기 플라즈마의 광학적 특성을 진단하기 위한 제1 지표 정보와, 상기 플라즈마로 인하여 유발되는 전기적 특성을 진단하기 위한 제2 지표 정보를 포함하는 상기 플라즈마의 진단 지표 정보를 입력받는 플라즈마 정보 입력 장치; 및
    상기 입력받은 플라즈마의 제1 지표 정보 또는 제2 지표 정보를 이용하여, 상기 플라즈마의 특성 정보를 획득하는 플라즈마 분석부; 를 포함하고,
    상기 플라즈마 정보 입력 장치는,
    상기 플라즈마의 방전이 이루어지는 플라즈마 공정용 챔버의 내부 벽면에 일체로 평행하게 결합되어 상기 챔버 내부와 인접하고, 일면에 전하가 축적되며, 상기 플라즈마 공정용 챔버 내부의 공정 기판과 동일한 재질을 포함하는 유전체, 상기 유전체의 다른 일면에 위치하여 상기 챔버와 공간적으로 구분되며, 상기 플라즈마의 방출광을 수집하는 광섬유를 포함하고, 상기 광섬유를 이용하여 상기 플라즈마의 광학적 특성을 진단하기 위한 제1 지표 정보를 입력받는 제1입력부; 및
    상기 유전체의 다른 일면에 위치하여 상기 챔버와 공간적으로 구분되는 제1 전극 및 상기 제1 전극과 동일 평면상에 위치하고, 상기 제1 전극과 전기적으로 절연되어 상기 제1 전극과 동일한 중심점을 가지며 상기 유전체의 다른 일면에 위치하는 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 입력부와 결합되며, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로부터 상기 플라즈마의 전기적 특성을 진단하기 위한 제2 지표 정보를 입력 받는 제2 입력부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마의 정보 획득 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 분석부는, 상기 제1 지표 정보 또는 상기 제2 지표 정보를 이용하여, 상기 플라즈마의 밀도 분포 정도 또는 상기 플라즈마에 포함되는 복수개의 성분들에 대한 성분별 강도 분포 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 플라즈마의 정보 획득 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마의 광학적 특성을 진단하기 위한 제1 지표 정보는, 상기 광섬유로부터 수집되는 방출광의 스펙트럼인 것을 특징으로 하는 플라즈마의 정보 획득 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마로 인하여 유발되는 전기적 특성을 진단하기 위한 제2 지표 정보는, 상기 플라즈마의 밀도 정보 또는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로부터 측정되는 정전 용량 정보인 것을 특징으로 하는 플라즈마의 정보 획득 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 정보 입력 장치는, 상기 플라즈마의 방전이 이루어지는 플라즈마 공정용 챔버에 일체로서 구비되고,
    상기 플라즈마 분석부는,
    상기 제1 입력부가 입력받은 제1 지표 정보로부터 상기 챔버 공간에서 상기 플라즈마에 포함되는 복수개의 성분들에 대하여 성분별 강도 분포 정보를 획득하는 강도 분포 정보 획득부;
    상기 제2 입력부가 입력받은 제2 지표 정보로부터 상기 챔버 공간에서 상기 플라즈마의 밀도 분포 정보를 획득하는 밀도 분포 정보 획득부; 및
    상기 밀도 분포 정보 및 상기 성분별 강도 분포 정보를 이용하여, 상기 플라즈마의 밀도 분포와 상기 플라즈마에 포함되는 각 성분들 간의 관계를 판단하는 플라즈마 성분 판단부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마의 정보 획득 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마의 정보 입력 장치는, 대기압 플라즈마의 특성을 진단하기 위하여 대기압 플라즈마 젯으로부터 상기 대기압 플라즈마의 진단 지표 정보를 입력받는 것을 특징으로 하는 플라즈마의 정보 획득 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 획득한 플라즈마의 특성 정보를 표시하는 출력부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마의 정보 획득 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마의 정보 획득 시스템은, 플라즈마 공정용 챔버에 일체로서 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마의 정보 획득 시스템.
  10. 플라즈마의 정보 획득 방법에 있어서,
    플라즈마 정보 입력 장치가 상기 플라즈마의 특성을 진단하기 위하여 상기 플라즈마의 광학적 특성을 진단하기 위한 제1 지표 정보와, 상기 플라즈마로 인하여 유발되는 전기적 특성을 진단하기 위한 제2 지표 정보를 포함하는 상기 플라즈마의 진단 지표 정보를 입력받는 단계; 및
    플라즈마 분석부가 상기 입력받은 플라즈마의 제1 지표 정보 또는 제2 지표 정보를 이용하여, 상기 플라즈마의 특성 정보를 획득하는 단계; 를 포함하고,
    상기 플라즈마의 진단 지표 정보를 입력받는 단계는,
    상기 플라즈마의 방전이 이루어지는 플라즈마 공정용 챔버의 내부 벽면에 일체로 평행하게 결합되어 상기 챔버 내부와 인접하고, 일면에 전하가 축적되며, 상기 플라즈마 공정용 챔버 내부의 공정 기판과 동일한 재질을 포함하는 유전체, 상기 유전체의 다른 일면에 위치하여 상기 챔버와 공간적으로 구분되며, 상기 플라즈마의 방출광을 수집하는 광섬유를 포함하는 제1 입력부가, 상기 광섬유를 이용하여 상기 플라즈마의 광학적 특성을 진단하기 위한 제1 지표 정보를 입력받는 단계; 및
    상기 유전체의 다른 일면에 위치하여 상기 챔버와 공간적으로 구분되는 제1 전극 및 상기 제1 전극과 동일 평면상에 위치하고, 상기 제1 전극과 전기적으로 절연되어 상기 제1 전극과 동일한 중심점을 가지며 상기 유전체의 다른 일면에 위치하는 제2 전극을 포함하는 제2 입력부가, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 으로부터 상기 플라즈마의 전기적 특성을 진단하기 위한 제2 지표 정보를 입력 받는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마의 정보 획득 방법.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서,
    상기 플라즈마의 광학적 특성을 진단하기 위한 제1 지표 정보는, 상기 광섬유로부터 수집되는 방출광의 스펙트럼인 것을 특징으로 하는 플라즈마의 정보 획득 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 플라즈마로 인하여 유발되는 전기적 특성을 진단하기 위한 제2 지표 정보는, 상기 플라즈마의 밀도 정보 또는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로부터 측정되는 정전 용량 정보인 것을 특징으로 하는 플라즈마의 정보 획득 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 플라즈마의 특성 정보는, 상기 플라즈마의 밀도 분포 정도 또는 상기 플라즈마에 포함되는 복수개의 성분들에 대한 성분별 강도 분포 정보인 것을 특징으로 하는 플라즈마의 정보 획득 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 플라즈마 정보 입력 장치는, 상기 플라즈마의 방전이 이루어지는 플라즈마 공정용 챔버에 일체로서 구비되고,
    상기 플라즈마의 특성 정보를 획득하는 단계는, 상기 제1 입력부가 입력받은 제1 지표 정보로부터 상기 챔버 공간에서 상기 플라즈마에 포함되는 복수개의 성분들에 대하여 성분별 강도 분포 정보를 획득하는 단계;
    상기 제2 입력부가 입력받은 제2 지표 정보로부터 상기 챔버 공간에서 상기 플라즈마의 밀도 분포 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 밀도 분포 정보 및 상기 성분별 강도 분포 정보를 이용하여, 상기 플라즈마의 밀도 분포와 상기 플라즈마에 포함되는 각 성분들 간의 관계를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마의 정보 획득 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 획득한 플라즈마의 특성 정보를 표시하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마의 정보 획득 방법.
  17. 플라즈마 정보 입력 장치에 있어서,
    상기 플라즈마의 방전이 이루어지는 플라즈마 공정용 챔버의 내부 벽면에 일체로 평행하게 결합되어 상기 챔버 내부와 인접하고, 일면에 전하가 축적되며, 상기 플라즈마 공정용 챔버 내부의 공정 기판과 동일한 재질을 포함하는 유전체, 상기 유전체의 다른 일면에 위치하여 상기 챔버와 공간적으로 구분되며, 상기 플라즈마의 방출광을 수집하는 광섬유를 포함하고, 상기 광섬유를 이용 하여 상기 플라즈마의 광학적 특성을 진단하기 위한 제1 지표 정보를 입력받는 제1입력부; 및
    상기 유전체의 다른 일면에 위치하여 상기 챔버와 공간적으로 구분되는 제1 전극 및 상기 제1 전극과 동일 평면상에 위치하고, 상기 제1 전극과 전기적으로 절연되어 상기 제1 전극과 동일한 중심점을 가지며 상기 유전체의 다른 일면에 위치하는 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 입력부와 결합되며, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로부터 상기 플라즈마의 전기적 특성을 진단하기 위한 제2 지표정보를 입력 받는 제2 입력부; 를 포함하는 플라즈마 정보 입력 장치.
  18. 삭제
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 동일한 중심점을 갖고, 각각 원형의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 정보 입력 장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 공면 전극으로 구비되고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에는 절연체가 위치하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 정보 입력 장치.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 유전체는 실리콘 웨이퍼 또는 유리인 것을 특징으로 하는 플라즈마 정보 입력 장치.
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