KR101916922B1 - 냉각수 조절이 가능한 플라즈마 챔버 및 이의 냉각수 조절 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 냉각수 조절이 가능한 플라즈마 챔버는 활성화 가스를 생성하여 배출하는 플라즈마 챔버에 있어서, 상기 플라즈마 챔버는, 상기 플라즈마 챔버 내부에 구비되어 냉각수가 이동하는 냉각채널; 및 상기 냉각채널의 개폐 정도를 조절하여 이동하는 냉각수의 양을 조절하는 유량 조절부를 포함한다.

Description

냉각수 조절이 가능한 플라즈마 챔버 및 이의 냉각수 조절 방법{PLASMA CHAMBER ABLE TO CONTROL COOLING WATER AND METHOD COOLING WATER CONTROL THEREOF}

본 발명은 냉각수 조절이 가능한 플라즈마 챔버 및 이의 냉각수 조절 방법 에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 활성화 가스를 생성하여 공급하는 플라즈마 챔버에 관한 것이다.

플라즈마 방전은 가스를 여기시켜 이온, 자유 라디칼, 원자 및 분자를 함유하는 활성화된 가스를 생성하도록 사용될 수 있다. 활성화된 가스는 반도체 웨이퍼와 같은 고형 물질, 파우더, 및 기타 가스를 처리하는 것을 포함하는 다양한 산업 및 과학 분야에서 사용된다. 플라즈마의 변수 및 처리되는 물질에 대한 플라즈마의 노출에 관한 조건은 기술 분야에 따라 넓게 변화한다. 예를 들면, 몇몇 분야에서는 처리되는 물질이 손상되기 쉬우므로 이온을 낮은 운동 에너지(즉, 몇 전자 볼트)로 사용할 것을 필요로 한다. 이방성 에칭 또는 평탄화된 절연체 증착과 같은 다른 분야에서는 높은 운동 에너지로 이온을 사용할 것을 필요로 한다. 반응성 이온 빔 에칭과 같은 또 다른 분야에서는 이온 에너지의 정밀 제어를 필요로 한다.

몇몇 분야에서는 처리되는 물질을 높은 밀도의 플라즈마에 직접 노출시키는 것을 필요로 한다. 이러한 분야 중 하나는 이온-활성화된 화학 반응을 생성하는 것이다. 다른 이러한 분야는 높은 종횡비 구조의 에칭 및 그 안으로의 물질 증착을 포함한다. 다른 분야는, 처리되는 물질이 플라즈마로부터 차폐되는 동안, 물질이 이온에 의해 손상되기 쉽거나 처리 공정이 높은 선택비 요구 조건을 갖기 때문에, 원자 및 활성화된 분자를 함유하는 중성 활성화된 가스를 필요로 한다.

다양한 플라즈마 공급원은 DC 방전, 고주파(RF) 방전, 및 마이크로웨이브 방전을 포함하는 다양한 방식으로 플라즈마를 생성할 수 있다. DC 방전은 가스 내의 두 개의 전극 사이에 전위를 인가함으로써 달성된다. RF 방전은 전원으로부터 플라즈마 내로 에너지를 정전기 또는 유도 결합시킴으로써 달성된다. 평행 판들은 에너지를 플라즈마 내에 유도 결합시키도록 통상적으로 사용된다. 유도 코일은 전류를 플라즈마 내에 유도하도록 통상적으로 사용된다. 마이크로웨이브 방전은 가스를 수용하는 방전 챔버 내에 마이크로웨이브 통과 윈도우를 통해 마이크로웨이브 에너지를 직접 결합시킴으로써 달성된다. 마이크로웨이브 방전은 높게 이온화된 전자 사이클론공명(ECR) 플라즈마를 포함하는 넓은 범위의 방전 조건을 지원하도록 사용될 수 있다.

마이크로웨이브 또는 다른 타입의 RF 플라즈마 공급원과 비교하여, 토로이달(toroidal) 플라즈마 공급원은 낮은 전기장, 낮은 플라즈마 챔버 부식, 소형화, 및 비용 효과 면에서 장점을 갖는다. 토로이달 플라즈마 공급원은 낮은 전계로 동작하며 전류-종료 전극 및 관련 음극 전위 강하를 내재적으로 제거한다. 낮은 플라즈마 챔버 부식은 토로이달 플라즈마 공급원이 다른 방식의 플라즈마 공급원보다 높은 전력 밀도에서 작동하도록 한다. 또한, 고 투과성 페라이트 코어를 사용하여 전자기 에너지를 플라즈마에 효율적으로 결합시킴으로써, 토로이달 플라즈마 챔버이 상대적으로 낮은 RF 주파수에서 작동하도록 하여 전력 공급 비용을 낮추게 된다. 토로이달 플라즈마 챔버는 반도체 웨이퍼, 평판 디스플레이, 및 다양한 물질의 처리를 위해 불소, 산소, 수소, 질소 등을 포함하는 화학적으로 활성 가스를 생성하도록 사용되어 왔다.

토로이달 플라즈마 챔버는 내부에서 발생되는 고온의 플라즈마에 의해 챔버몸체가 과열되어 손상되는 것을 방지하기 위한 냉각채널을 포함한다. 냉각채널에는 냉각수가 공급되어 과열된 챔버몸체의 온도를 제어한다. 냉각채널에 공급된 냉각수는 냉각채널을 순환하며 챔버몸체의 온도를 낮추는데, 냉각수가 계속 냉각채널을 순환하는 경우, 챔버몸체의 온도가 너무 낮아져서 플라즈마 초기방전이 실패하는 경우가 발생한다.

본 발명의 목적은 플라즈마 챔버에 삽입된 유량 조절부를 이용하여 플라즈마 챔버의 상태에 따라 냉각채널로 공급되는 냉각수의 양을 조절할 수 있는 냉각수 조절이 가능한 플라즈마 챔버 및 이의 냉각수 조절 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉각수 조절이 가능한 플라즈마 챔버는 활성화 가스를 생성하여 배출하는 플라즈마 챔버에 있어서, 상기 플라즈마 챔버는, 상기 플라즈마 챔버 내부에 구비되어 냉각수가 이동하는 냉각채널; 및 상기 냉각채널의 개폐 정도를 조절하여 이동하는 냉각수의 양을 조절하는 유량 조절부를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 챔버는, 내부에 토로이달 형상의 플라즈마 방전 채널을 갖는 챔버몸체; 및 상기 플라즈마 방전 채널의 일부를 감싸도록 상기 몸체에 설치되는 페라이트 코어와 상기 페라이트 코어에 권선되는 일차 권선 코일을 구비하는 변압기를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 유량 조절부는, 상기 냉각채널 내로 삽입되는 헤드 및 헤드에 연결되는 몸체를 구비한 개폐부를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 유량 조절부는, 상기 냉각채널 내로 삽입되는 헤드 및 상기 헤드에 연결되고 외주면에 나사산을 갖는 몸체를 구비한 개폐부를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 유량 조절부는, 상기 냉각채널 내로 삽입되고 관통 형성된 연결홀을 갖는 헤드 및 상기 헤드에 연결되는 몸체를 구비한 개폐부를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 헤드는, 상기 냉각채널의 직경과 동일하거나 또는 상기 직경보다 크게 형성된다.

일 실시예에 있어서, 상기 유량 조절부는, 몸체; 상기 몸체에 회전 가능하도록 연결되는 레버가이드; 및 상기 레버가이드의 회전에 의해 이동하며 상기 냉각채널을 개폐하는 연결부재를 갖는 개폐부를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 냉각수 조절이 가능한 플라즈마 챔버의 냉각수 조절 방법은 활성화 가스를 생성하여 배출하는 플라즈마 챔버에 냉각채널을 구비하는 단계; 상기 냉각채널의 개폐정도를 조절하여 상기 냉각채널을 이동하는 냉각수의 양을 조절하는 유량 조절부를 구비하는 단계; 및 시스템 제어부를 이용하여 상기 유량 조절부를 제어하고 상기 냉각채널을 이동하는 냉각수의 양이 조절하는 단계를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 냉각수의 양을 조절하는 단계는, 상기 플라즈마 챔버의 구동 여부에 따라 상기 시스템 제어부에서 상기 유량 조절부를 제어한다.

일 실시예에 있어서, 상기 냉각수의 양을 조절하는 단계는, 상기 플라즈마 챔버가 구동되면 상기 냉각채널이 개방되도록 상기 유량 조절부를 제어하는 단계; 및 상기 플라즈마 챔버가 구동되지 않으면 상기 냉각채널이 차단되도록 상기 유량 조절부를 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 냉각수 조절이 가능한 플라즈마 챔버 및 이의 냉각수 조절 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 플라즈마 챔버에 구비된 유량 조절부를 이용하여 냉각채널의 개폐정도를 제어함으로써 냉각수의 양을 조절할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 플라즈마 챔버가 구동되는 경우에만 냉각채널로 냉각수가 공급될 수 있다.

도 1은 플라즈마 시스템에서 플라즈마 챔버와 공정챔버의 연결구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 유량 조절부와 플라즈마 챔버의 연결관계를 간략하게 도시한 구성도이다.
도 3은 유량 조절부의 구성을 간략하게 도시한 도면이다.
도 4는 유량 조절부를 이용한 냉각수 순환 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5는 스크류 형태의 유량 조절부 구조를 간략하게 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7은 밸브 형태의 유량 조절부 구조를 갼락하게 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

도 1은 플라즈마 시스템에서 플라즈마 챔버와 공정챔버의 연결구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 플라즈마 발생 시스템은 전원공급장치(10), 플라즈마 발생기인 플라즈마 챔버(20) 및 공정챔버(30)를 포함한다. 전원공급치(10)는 플라즈마 챔버(20) 내로 플라즈마를 점화시키 위하여 플라즈마 챔버내로 에너지를 전달하기 위한 구성이다. 전원공급장치(10)는 플라즈마 챔버(20)로 에너지를 전달하여 챔버 내로 플라즈마를 점화 또는 발생시킨다.

플라즈마 챔버(20)는 플라즈마(예를 들면 Ar+)로 변환가능한 가스(예를 들면 Ar)를 수용하기 위한 챔버몸체(24)를 구비한다. 몸체(24)는 하나 또는 그 이상의 측면이 공정챔버(30)에 노출되어, 플라즈마에 의해 생성되는 대전된 입자가 처리될 물질과 직접 접촉하도록 한다. 선택적으로, 플라즈마 챔버(20)는 공정챔버(30)로부터 일정 거리에 위치되어, 활성화된 가스가 공정챔버(30) 내로 유동하도록 한다.

플라즈마 챔버(20)는 내부에 토로이달 형상의 플라즈마 방전 채널(22)을 포함하는 챔버몸체(24) 및 전자기 에너지를 플라즈마 방전 채널(22) 내에 형성하여 플라즈마로 결합시키는 변압기(40)를 포함한다. 변압기는 페라이트 코어(44), 일차 권선 코일(42)을 포함한다. 페라이트 코어(44)는 플라즈마 방전 채널(22)에 쇄교하며 챔버몸체(24)의 일부를 감싸도록 설치된다. 페라이트 코어(44)의 일부에는 일차 권선 코일(42)이 권선된다. 변압기(40)의 일차측은 일차 권선 코일(42)을 포함하고, 변압기(40)의 이차측은 플라즈마 방전 채널(22)에 형성되는 플라즈마를 포함한다. 일차 권선 코일(42)은 전원공급장치(10)와 연결되고, 전원공급장치(10)로부터 무선 주파수를 제공받아 구동된다. 전원공급장치(10)로부터의 에너지는 플라즈마 챔버(20)를 통과하는 가스와 변압기(40)를 통해 유도 연결되는 플라즈마를 점화 또는 생성한다. 플라즈마 발생기(20) 내에서 점화된 플라즈마는 변압기(40)의 이차측으로서 기능한다.

챔버몸체(24)에는 플라즈마 챔버(20) 내부에서 플라즈마가 발생할 때 챔버몸체(24)의 온도를 조절하기 위한 냉각채널(미도시)이 구비된다. 냉각채널은 플라즈마 방전 채널(22)을 따라 형성되어, 냉각수 공급원(70)으로부터 공급된 냉각수가 순환된다. 냉각채널을 따라 순환된 냉각수에 의해 챔버몸체(24)의 온도를 제어한다.

전원공급장치(10)는 높은 여기 전압을 변압기(40)의 일차 권선 코일(42)에 인가한다. 이러한 여기 전압은 일차 권선 코일(42) 내에 고전압 전류를 유도함으로써, 페라이트 코어(44)를 통해 교류 자기장을 생성한다. 그 결과, 전류는 플라즈마 챔버(20) 내의 가스로 유도되어 플라즈마의 점화를 유발한다. 플라즈마가 일단 생성되고 나면, 플라즈마는 다른 소스 가스를 여기하도록 사용되어, 원하는 반응가스를 생성한다.

공정챔버(30)는 내부에 피처리 기판(34)을 지지하기 위한 서셉터(32)를 포함한다. 서셉터(32)는 임피던스 정합기(미도시)를 통하여 하나 이상의 바이어스 전원 공급원에 전기적으로 연결될 수 있다. 플라즈마 챔버(20)의 가스 배출구(23)는 어댑터(29)를 통해 연결되어 플라즈마 챔버(20)로부터 활성화 가스가 어댑터(29)을 통해 공정챔버(30)로 공급된다. 어댑터(29)는 전기적 절연을 위한 절연 구간을 구비할 수 있으며, 과열을 방지하기 위한 냉각 채널을 구비할 수 있다(미도시). 피처리 기판(34)은 예를 들어, 반도체 장치를 제조하기 위한 실리콘 웨이퍼 기판 또는 액정디스플레이나 플라즈마 디스플레이 등의 제조를 위한 유리 기판이다.

플라즈마 챔버(20)는 활성화된 가스를 공정챔버(30)로 공급한다. 플라즈마 챔버(20)로부터 공급된 활성화 가스는 공정챔버(30) 내부를 세정하기 위한 세정용으로 사용되거나 서셉터(32)에 안착되는 피처리 기판(34)을 처리하기 위한 공정용으로 사용될 수 있다. 플라즈마 챔버(20)는 활성화된 가스를 배출하기 위한 플라즈마 소스로써 유도 결합 플라즈마 , 용량 결합 플라즈마 또는 변압기 플라즈마를 사용할 수 있다. 이중에서 본 발명에서의 플라즈마 발생기(20)는 변압기 플라즈마를 사용한다.

도면에서는 도시하지 않았으나, 플라즈마 챔버(20)는 공정챔버(30)와 배기펌프(36) 사이에 설치될 수 있다. 배기펌프(36)는 공정챔버(30)의 배기구(35)에 연결된다. 플라즈마 챔버(20)는 공정챔버(30) 내에서 발생되어 배출되는 유해가스(과불화탄소)를 공급받아 무해한 가스로 분해하여 배출한다. 플라즈마 챔버(20)에 의해 환경오염물질인 유해가스를 분해하여 배출할 수 있을 뿐만아니라 배기펌프(36)의 손상을 방지할 수 있다. 이때 별도의 플라즈마 공급원이 구비될 수 있다.

시스템 제어부(60)는 시스템 전반을 제어하기 위한 구성으로, 전원공급장치(10)와 연결되어 플라즈마 챔버(20)로 공급되는 전력을 제어한다. 구체적으로 도시하지는 않았으나 전원공급장치(10)에는 비정상적인 동작 환경에 의해 발생될 수 있는 전기적 손상을 방지하기 위한 보호회로가 구비된다. 시스템 제어부(60)는 플라즈마 처리 시스템의 동작 과정 전반을 제어하기 위한 제어 신호를 발생하여 플라즈마 챔버(20)와 공정챔버(30)의 동작을 제어한다. 플라즈마 챔버(20)에는 플라즈마 상태를 측정하기 위한 측정센서(미도시)가 구비되고, 시스템 제어부(60)는 측정된 값과 정상 동작에 기준한 기준값과 비교하면 전원공급장치(10)를 제어하여 무선 주파수의 전압 및 전류를 제어한다.

도 2는 유량 조절부와 플라즈마 챔버의 연결관계를 간략하게 도시한 구성도이고, 도 3은 유량 조절부의 구성을 간략하게 도시한 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 플라즈마 챔버(20)는 냉각채널(24a)로 공급되는 냉각수를 조절하여 공급하기 위한 유량 조절부(80)를 내부에 포함한다. 유량 조절부(80)는 챔버몸체(24) 내부에 구비되고, 냉각채널(24a)과 연결되어 냉각채널(24a) 내로 공급되는 냉각수를 공급하거나 제한하기 위한 수단으로 이용된다. 예를 들어, 유량 조절부(80)는 냉각채널(24a)을 개폐하기 위한 밸브 방식(예를 들어, 솔레노이드 밸브 방식)일 수 있고, 또는 스위치 방식일 수 있다. 유량 조절부(80)는 냉각채널(24a)의 개폐 정도를 제어할 수 있는 다양한 밸브 방식의 적용이 가능하다.

냉각수를 순환시키는 경우, 유량 조절부(80)를 이용하여 냉각채널(24a)로 냉각수가 순환될 수 있도록 한다. 또한 냉각수의 순환을 정지시키는 경우, 유량 조절부(80)를 이용하여 냉각채널(24a)로 냉각수가 순환되지 않도록 한다. 플라즈마 챔버(20)는 챔버몸체(24)의 상태를 측정하기 위한 센서(113)가 구비된다. 센서(113)는 챔버몸체(24)의 온도, 냉각채널 내를 순환하는 냉각수의 유량, 냉각채널 내를 순환하는 냉각수의 압력 등을 측정한다. 센서(113)는 챔버몸체(24) 내부에 형성되는 플라즈마의 상태 정보를 이용할 수도 있다. 센서(113)에서 측정된 챔버몸체(24)의 상태 정보는 시스템 제어부(60)로 전달된다.

유량 조절부(80)는 시스템 제어부(60)의 신호에 의해 제어되어 냉각채널(24a)로 공급되는 냉각수의 양을 조절한다. 유량 조절부(80)는 냉각채널(24a)을 차단하거나 개방하여 냉각채널(24a)을 순환하는 냉각수의 양을 조절할 수 있다. 또는 냉각수 공급원(70) 및 유량 조절부(80)를 함께 제어하여 냉각채널(24a)로 공급되는 냉각수의 양을 조절할 수도 있다.

플라즈마 챔버(20)의 구동 유무에 관계없이 냉각채널(24a)에 계속 냉각수를 공급하면, 플라즈마 챔버(20)의 온도가 너무 낮아져서 플라즈마 초기방전 실패가 나타날 수 있다. 그러므로 유량 조절부(80)를 이용하여 플라즈마 챔버(20)가 구동되어 챔버몸체(24)가 플라즈마에 의해 과열되는 경우에만 냉각수를 공급하기 때문에 플라즈마 초기방전 성공률을 향상시킬 수 있다. 여기서, 챔버몸체(24)의 온도는 챔버몸체(24) 전체 온도를 의미할 수도 있고, 플라즈마가 발생되는 플라즈마 방전 채널(22) 내부 온도일 수도 있다. 또는 챔버몸체(24)의 특정부분, 특히 온도가 높은 가스 배출구(23) 부분의 온도를 측정할 수도 있다.

유량 조절부(80)는 구동부(82)와 개폐부(84) 및 탄성부재(86)로 구성된다. 구동부(82)는 개폐부(84)를 상,하 또는 좌, 우로 이동시키기 위한 구성으로 시스템 제어부(60)로부터 전달되는 제어신호에 의해 구동된다. 개폐부(84)는 냉각채널(24a)을 개폐하기 위한 수단으로 기능하며, 상,하 또는 좌, 우로 이동될 수 있도록 챔버몸체(24) 내부에 삽입되며, 개폐부(84)의 일부에 의해 냉각채널(24a)이 차단된다. 개폐부(84)는 냉각채널(24a)을 차단하기 위한 헤드(84a) 및 헤드(84a)에서 연결되는 몸체(84b)로 구성된다. 개폐부(84)는 챔버몸체(24)에 형성된 홀에 삽입되며, 개폐부(84)가 위로 이동시 챔버몸체(24)와의 마찰되는 것을 방지하거나 진공유지를 위하여 홀 내부에 오링(85)이 구비된다.

바람직하게는 헤드(84a)의 직경이 냉각채널(24a)의 직경과 동일하거나 더 크게 형성되어, 헤드(84a)를 냉각채널(24a)로 완전하게 삽입함으로써 냉각채널(24a)이 완전하게 차단될 수 있다. 이 경우에도 헤드(84a)의 삽입 정도에 따라 냉각수 양을 조절할 수 있다. 또는 헤드(84a)의 직경이 냉각채널(24a)의 직경보다 작게 형성되어 냉각채널(24a)을 완전하게 차단하지는 않으나, 냉각채널(24a)을 순환하는 냉각수의 양을 조절할 수 있다.

예를 들어, 개폐부(84)가 위로 이동되면, 냉각채널(24a)이 개방되어 냉각수 공급원(70)으로부터 공급된 냉각수가 냉각채널(24a)을 따라 순환하게 된다. 또한 개폐부(84)가 아래로 이동되면, 개폐부(84)의 헤드(84a)에 의해 냉각채널(24a)이 차단되어 냉각수 공급원(70)으로부터 공급된 냉각수가 냉각채널(24a)로 공급되지 않는다. 개폐부(84)의 이동 정도에 따라 냉각채널(24a)이 개방되는 정도를 조절할 수 있으므로 냉각채널(24a) 내로 공급되는 냉각수의 양을 조절할 수 있다. 챔버몸체(24)의 온도가 높은 경우 냉각수 공급량을 증가시키고, 몸체(24)의 온도가 낮아진 경우 냉각수 공급량을 감소시킴으로써 챔버몸체(24)의 온도에 따른 냉각수의 양을 조절한다. 구동부(82)와 개폐부(84) 사이에는 탄성부재(86)가 포함된다. 구동부(82)를 구동하여 개폐부(84)에 누르는 힘을 가하면 개폐부(84)의 헤드(84a)에 의해 냉각채널(24a)이 차단된다. 구동부(82)의 구동을 멈추어 개폐부(84)에 힘을 가하지 않으면, 탄성부재(86)의 복원력에 의해 개폐부(84)가 원상복귀되며 냉각채널(24a)을 개방한다.

도 4는 유량 조절부를 이용한 냉각수 순환 제어 방법을 도시한 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 챔버몸체(24)의 과열을 방지하기 위한 냉각수 조절 방법을 설명하면 다음과 같다.

플라즈마를 발생시키기 위하여 전원공급장치(10)로부터 무선 주파수를 공급받아 플라즈마 챔버(20)가 구동된다(S110). 플라즈마 챔버(20)는 플라즈마 방전 채널(22) 내에서 플라즈마가 발생되며, 챔버몸체(24)가 고온의 플라즈마에 의해 과열된다. 여기서, 센서(113)를 이용하여 플라즈마 챔버(20)의 상태를 측정한다(S120). 플라즈마 챔버(20)의 상태란 상기에서 설명된 바와 같이, 챔버몸체(24)의 온도, 냉각수 유량, 냉각수 압력 또는 플라즈마 방전 채널(22) 내의 온도 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 측정된 상태 정보는 시스템 제어부(60)로 전송된다(S130). 시스템 제어부(60)에서는 측정된 상태 정보를 이용하여 플라즈마 챔버(20)의 상태, 예를 들어 챔버몸체(24)의 온도를 확인한다. 시스템 제어부(60)는 측정된 상태 정보와 기준값을 비교하여 냉각수를 공급할지 여부를 판단한다. 여기서, 기준값이란 플라즈마가 정상적으로 발생될 수 있도록 설정된 온도 , 냉각수 유량 또는 유압 등과 같은 정보로 사용자에 의해 설정된다. 측정된 정보가 기준값과 같거나 크면, 챔버몸체(24)가 과열된 상태로 판단되어 온도를 낮추기 위하여 냉각수를 공급해야 한다. 시스템 제어부(60)는 유량 조절부(80)로 제어신호를 전달한다(S140).

여기서, 제어신호는 냉각수의 양을 조절하기 위한 개폐부(84)의 이동정도를 제어하는 신호이다. 제어신호에 의해 유량 조절부(80)의 개폐부(84)는 냉각채널(24a)이 개방되도록 이동하여 냉각채널(24a)을 따라 냉각수가 순환된다(S150). 시스템 제어부(60)는 플라즈마 챔버(20)가 계속 구동되고 있는지, 플라즈마 챔버(20)가 오프된 상태인지를 확인하고(S160), 플라즈마 챔버(20)의 구동이 오프되면 냉각채널(24a)로 냉각수가 공급되는 것을 차단하기 위한 제어신호를 유량 조절부(80)로 전달한다(S170). 제어신호에 의해 유량 조절부(80)의 개폐부(84)는 냉각채널(24a)이 차단되도록 이동하여 냉각수의 공급을 차단한다(S180). 시스템 제어부(60)는 플라즈마 챔버(20)의 구동이 오프되면 곧바로 냉각수의 공급을 차단할 수도 있고, 챔버몸체(24)의 상태에 따라 소정의 시간이 지난 후에 냉각수의 공급 차단할 수도 있다.

본 발명에서는 센서(113)를 이용하여 플라즈마 챔버(20)의 상태를 측정하며 냉각수 공급을 제어하는 방법을 설명하였으나, 플라즈마 챔버(20)가 구동되면 냉각수가 공급되고, 플라즈마 챔버(20)가 구동을 멈추면 냉각수의 공급이 차단되도록 제어될 수 있다. 본 발명에서의 유량 조절부(80)는 챔버몸체(24) 전체를 순환하는 냉각수의 흐름을 조절하는 것을 설명하였으나, 챔버몸체(24)의 일부분으로만 냉각수가 순환될 수 있도록 제어할 수 있다.

도 5는 스크류 형태의 유량 조절부 구조를 간략하게 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 유량 조절부(80a)의 개폐부(84)는 나사산(84c)이 형성된 몸체(84b)와 그 몸체(84b)의 일단에 구비된 헤드(84a)를 포함한다. 나사산(84c)은 개폐부(84)의 외주면에 형성되고, 몸체(84b)가 삽입되는 홀에도 나사산(84c)과 맞물리도록 나사산이 구비된다. 그러므로 개폐부(84)는 몸체(84b)에 형성된 나사산(84c)에 의해 스크루 방식으로 이동하는데, 몸체(84b)가 상, 하로 이동하면 헤드(84a)에 의해 냉각채널(24a)이 차단되거나 개방된다. 바람직하게는 헤드(84a)의 직경이 냉각채널(24a)의 직경과 동일하거나 더 크게 형성되어, 헤드(84a)를 냉각채널(24a)로 완전하게 삽입함으로써 냉각채널(24a)이 완전하게 차단될 수 있다. 나머지 구성 및 작용, 효과는 상기에 설명한 실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

도 6 및 도 7은 밸브 형태의 유량 조절부 구조를 갼락하게 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 유량 조절부(80b)의 개폐부(90)는 몸체(94) 및 헤드(92)를 포함한다. 몸체(94)의 일단에는 헤드(92)가 구비되고, 헤드(92)는 챔버몸체(24)내에 삽입된다. 헤드(92)에 의해 냉각채널(24a)이 개방되거나 차단된다. 헤드(92)에는 관통 형성되는 연결홀(98)이 구비된다. 연결홀(98)은 헤드(92)의 일측에서 타측을 관통하도록 형성된다. 바람직하게는 헤드(92)의 직경이 냉각채널(24a)의 직경과 동일하거나 더 크게 형성되어, 헤드(92)를 냉각채널(24a)로 완전하게 삽입함으로써 냉각채널(24a)이 완전하게 차단될 수 있다.

개폐부(90)를 한쪽 방향으로 돌리면, 몸체(94)와 헤드(92)가 회전하게 된다. 여기서, 헤드(92)에 형성된 연결홀(98)의 양단이 냉각채널(24a)과 접하게 되고, 이로 인하여 연결홀(98)에 의해 냉각채널(24a)이 연결됨으로써 냉각수가 이동할 수 있다. 반대로, 개폐부(90)를 다시 원래의 방향으로 돌려서 연결홀(98)과 냉각채널(24a)이 연결되지 않는 상태, 다시 말해 냉각채널(24a)을 차단할 수 있다. 연결홀(98)의 직경은 냉각채널(24a)의 직경과 동일할 수 있고, 냉각채널(24a)의 직경보다 크거나 작을 수도 있다. 나머지 구성 및 작용, 효과는 상기에 설명한 실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 유량 조절부(80c)의 개폐부(52)는 몸체(54), 레버가이드(55) 및 연결부재(56)를 포함한다. 몸체(54)는 레버가이드(55)와 힌지(53)로 결합되어 하나의 조립체로 구성된다. 레버가이드(55)의 일부는 연결부재(56)에 형성된 삽입홀(56a)에 삽입된다. 연결부재(56)의 하부에는 유로(56b)가 형성되어, 유로(56b)에 의해 분리된 냉각채널(24a)이 하나로 연결된다.

개폐부(52)를 위로 올리면, 몸체(54)에 연결된 레버가이드(55)가 회전하며 연결부재(56)를 전방으로 이동시킨다. 전방으로 연결부재(56)가 이동하면, 유로(56b)는 분리된 냉각채널(24a) 사이에 위치하게 되어 냉각채널(24a)이 연결되어 개방된다. 그러므로 냉각수 공급원(70)으로부터 공급된 냉각수가 냉각채널(24a)을 따라 이동할 수 있다. 반대로, 개폐부(52)를 아래로 내리면, 몸체(54)에 연결된 레버가이드(55)가 회전하며 연결부재(56)를 후방으로 이동시킨다. 후방으로 연결부재(56)가 이동하면, 유로(56b)의 위치가 이동되어 냉각채널(24a)이 연결되지 않고 차단된다. 상기에 설명한 몸체(54)를 이용한 방식은 레버식으로 동작하는 수도꼭지의 구조와 유사하며, 상기에 설명한 구조를 포함하여 다양한 변형 실시가 가능하다. 나머지 구성 및 작용, 효과는 상기에 설명한 실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

상기에서 설명한 유량 조절부(80, 80a, 80b, 80c)는 구동부(82)에 의해 자동으로 구동되어 냉각채널(24a)을 개폐한다. 구동부(82)는 개폐부(84, 90, 52) 를 구동하여 냉각채널(24a)을 개방하거나 차단하기 위한 구성으로, 예를 들어 구동부(82)는 솔레노이드, 모터 등일 수 있다.

이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

10: 전원공급장치 20: 플라즈마 챔버
21: 가스 주입구 22: 플라즈마 방전 채널
23: 가스 배출구 24: 챔버몸체
24a: 냉각채널 29: 어댑터
30: 공정챔버 32: 서셉터
34: 피처리 기판 35: 배기구
36: 배기펌프 40: 변압기
42: 일차 권선 코일 44: 페라이트 코어
60: 시스템 제어부 70: 냉각수 공급원
80: 유량 조절부 82: 구동부
84: 개폐부 84a: 헤드
84b: 몸체 85: 오링
86: 탄성부재

Claims (10)

1. 활성화 가스를 생성하여 배출하는 플라즈마 챔버에 있어서,
   상기 플라즈마 챔버는,
   상기 플라즈마 챔버 내부에 구비되어 냉각수가 이동하는 냉각채널;
   상기 플라즈마 챔버 내부에 구비되고, 상기 냉각채널의 개폐 정도를 조절하여 이동하는 냉각수의 양을 조절하는 유량 조절부;
   내부에 토로이달 형상의 플라즈마 방전 채널을 갖는 챔버몸체; 및
   상기 챔버몸체의 온도와, 상기 냉각채널 내를 순환하는 냉각수의 유량 및 압력을 측정하여 상태 정보를 시스템 제어부로 전달하는 센서;를 포함하고,
   상기 냉각채널은,
   상기 플라즈마 방전 채널을 따라 형성되고,
   상기 유량 조절부는,
   상기 센서로부터 전달받은 상기 상태 정보를 이용한 상기 시스템 제어부의 신호에 의해 제어되고, 상기 챔버몸체의 내부에 구비되어 상기 냉각채널과 연결되는 냉각수 조절이 가능하고,
   상기 시스템 제어부는,
   측정된 상기 상태 정보와 기준값을 비교하여 냉각수를 공급할지 여부를 판단하고, 상기 플라즈마 챔버가 구동되어 상기 챔버몸체가 플라즈마에 의해 과열되는 경우에만 냉각수를 공급하여 플라즈마 초기방전 성공률을 향상시킬 수 있도록, 측정된 상기 상태 정보가 상기 기준값과 같거나 크면 상기 챔버몸체가 과열된 상태로 판단하여, 냉각수를 공급하기 위해 상기 유량 조절부에 제어신호를 인가하는 플라즈마 챔버.
2. 제1항에 있어서,
   상기 플라즈마 챔버는,
   상기 플라즈마 방전 채널의 일부를 감싸도록 상기 챔버몸체에 설치되는 페라이트 코어와 상기 페라이트 코어에 권선되는 일차 권선 코일을 구비하는 변압기를 더 포함하는 냉각수 조절이 가능한 플라즈마 챔버.
3. 제1항에 있어서,
   상기 유량 조절부는,
   상기 냉각채널 내로 삽입되는 헤드 및 헤드에 연결되는 몸체를 구비한 개폐부를 포함하는 냉각수 조절이 가능한 플라즈마 챔버.
4. 제1항에 있어서,
   상기 유량 조절부는,
   상기 냉각채널 내로 삽입되는 헤드 및 상기 헤드에 연결되고 외주면에 나사산을 갖는 몸체를 구비한 개폐부를 포함하는 냉각수 조절이 가능한 플라즈마 챔버.
5. 제1항에 있어서,
   상기 유량 조절부는,
   상기 냉각채널 내로 삽입되고 관통 형성된 연결홀을 갖는 헤드 및 상기 헤드에 연결되는 몸체를 구비한 개폐부를 포함하는 냉각수 조절이 가능한 플라즈마 챔버.
6. 제3 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 헤드는,
   상기 냉각채널의 직경과 동일하거나 또는 상기 직경보다 크게 형성된 냉각수 조절이 가능한 플라즈마 챔버.
7. 제1항에 있어서,
   상기 유량 조절부는,
   몸체;
   상기 몸체에 회전 가능하도록 연결되는 레버가이드; 및
   상기 레버가이드의 회전에 의해 이동하며 상기 냉각채널을 개폐하는 연결부재를 갖는 개폐부를 포함하는 냉각수 조절이 가능한 플라즈마 챔버.
8. 제1항, 제2항, 제3항, 제4항, 제5항 및 제7항 중 어느 한 항에 따른 냉각수 조절이 가능한 플라즈마 챔버를 이용한 냉각수 조절이 가능한 플라즈마 챔버의 냉각수 조절 방법으로서,
   상기 플라즈마 챔버에 상기 냉각채널을 구비하는단계;
   상기 냉각채널의 개폐정도를 조절하여 상기 냉각채널을 이동하는 냉각수의 양을 조절하는 상기 유량 조절부를 구비하는 단계; 및
   상기 시스템 제어부를 이용하여 상기 유량 조절부를 제어하고 상기 냉각채널을 이동하는 냉각수의 양이 조절하는 단계를 포함하는 냉각수 조절이 가능한 플라즈마 챔버의 냉각수 조절 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 냉각수의 양을 조절하는 단계는,
   상기 플라즈마 챔버의 구동 여부에 따라 상기 시스템 제어부에서 상기 유량 조절부를 제어하는 냉각수 조절이 가능한 플라즈마 챔버의 냉각수 조절 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 냉각수의 양을 조절하는 단계는,
    상기 플라즈마 챔버가 구동되면 상기 냉각채널이 개방되도록 상기 유량 조절부를 제어하는 단계; 및
    상기 플라즈마 챔버가 구동되지 않으면 상기 냉각채널이 차단되도록 상기 유량 조절부를 제어하는 단계를 포함하는 냉각수 조절이 가능한 플라즈마 챔버의 냉각수 조절 방법.
    

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