KR101916925B1 - 복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버에 관한 것이다. 본 발명의 복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버는 가스가 주입되는 가스인렛 및 가스가 배출되는 가스아웃렛을 갖고 내부에 토로이달 형상의 플라즈마 방전 채널을 포함하는 챔버몸체; 하나의 절연구간을 가지며, 상기 플라즈마 방전 채널을 따라 상기 챔버몸체의 일측을 감싸도록 구비되는 제1 전극블럭; 하나의 절연구간을 가지며, 상기 플라즈마 방전 채널을 따라 상기 제1 전극블럭과 마주하게 상기 챔버몸체의 타측을 감싸도록 구비되는 제2 전극블럭; 상기 제1 전극블럭과 상기 제2 전극블럭 사이에 구비되는 절연 날개부; 상기 제1 및 2 전극블럭 내에 형성되며 냉각수가 순환되는 냉각채널; 및 상기 플라즈마 방전 채널을 쇄교하도록 상기 챔버몸체에 설치되는 페라이트 코어를 포함하며, 상기 챔버몸체는 상기 제1 및 제2 전극블럭 내부에 위치하고, 상기 제1 및 제2 전극블럭은 전력을 공급받아 구동되어 상기 플라즈마 방전 채널 내로 용량 결합 플라즈마 및 유도 결합 플라즈마를 복합적으로 형성한다.

Description

복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버{PLASMA CHAMBER HAVING HYBRID PLASMA SOURCE}

본 발명은 복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방전된 플라즈마에 의해 활성화된 가스를 배출하기 위한 복합 플라즈마 소스를 갖는 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. 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 챔버의 가스 입구를 통해 공급되는 가스는 챔버 내부의 토로이달 플라즈마 채널을 따라 이동하며 플라즈마와 반응함으로써 활성화된 가스를 생성한다. 주입된 가스는 모두 플라즈마와 반응하여 활성화된 가스로 배출되는 것이 바람직하나, 주입되는 가스의 압력으로 인해 플라즈마 챔버의 한쪽으로 가스가 몰리는 현상이 발생할 수 있다. 그러면 챔버 내부에 분포되는 가스가 균일하지 못하게 되므로 플라즈마와 반응하지 않고 배출되는 가스가 존재하게 된다. 플라즈마와 반응하지 않고 배출된 가스는 웨이퍼 처리 공정 또는 세정공정 등에 영향을 미치게 된다. 반응되지 않은 상태로 공급된 가스는 그대로 배기되기 때문에 불필요한 가스 공급으로 인한 비용증가를 야기할 수 있다. 그러므로 챔버로 공급된 가스가 플라즈마와 반응하여 활성화된 가스로써 배출되는 비율을 높이기 위한 노력이 요구된다.

본 발명의 목적은 챔버몸체를 전체적으로 감싸도록 설치되는 제1, 2 전극블럭에 의해 챔버몸체 내에서 용량 결합된 플라즈마와 유도 결합된 플라즈마가 복합적으로 발생하여 활성화된 가스로의 분해 효율을 향상시킬 수 있는 복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버에 관한 것이다. 본 발명의 복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버는 가스가 주입되는 가스인렛 및 가스가 배출되는 가스아웃렛을 갖고 내부에 토로이달 형상의 플라즈마 방전 채널을 포함하는 챔버몸체; 하나의 절연구간을 가지며, 상기 플라즈마 방전 채널을 따라 상기 챔버몸체의 일측을 감싸도록 구비되는 제1 전극블럭; 하나의 절연구간을 가지며, 상기 플라즈마 방전 채널을 따라 상기 제1 전극블럭과 마주하게 상기 챔버몸체의 타측을 감싸도록 구비되는 제2 전극블럭; 상기 제1 전극블럭과 상기 제2 전극블럭 사이에 구비되는 절연 날개부; 상기 제1 및 2 전극블럭 내에 형성되며 냉각수가 순환되는 냉각채널; 및 상기 플라즈마 방전 채널을 쇄교하도록 상기 챔버몸체에 설치되는 페라이트 코어를 포함하며, 상기 챔버몸체는, 상기 제1 및 제2 전극블럭 내부에 위치하고, 상기 제1 및 제2 전극블럭은, 전력을 공급받아 구동되어 상기 플라즈마 방전 채널 내로 용량 결합 플라즈마 및 유도 결합 플라즈마를 복합적으로 형성한다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 전극블럭으로 무선 주파수를 공급하기 위한 교류 스위칭 교류 스위칭 전원 공급원을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 챔버는, 상기 페라이트 코어에 권선되는 일차 권선 코일 및 상기 일차 권선 코일과 연결되며 무선 주파수를 제공하는 교류 스위칭 전원 공급원을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 챔버는, 상기 페라이트 코어에 권선되며 상기 제1 또는 상기 제2 전극블럭과 연결되어 유도 전류를 제공하는 유도 코일을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 가스아웃렛은, 가스의 이동 방향을 따라 직경이 점차 크게 형성된다.

일 실시예에 있어서, 상기 챔버몸체는, 석영으로 제작된다.

일 실시예에 있어서, 상기 냉각채널은, 상기 제1 전극블럭 내에 형성되며 냉각수가 순환되는 제1 냉각채널; 및 상기 제2 전극블럭 내에 형성되며 냉각수가 순환되는 제2 냉각채널을 포함하고, 상기 제1 및 제2 냉각채널은 연결되어 하나의 냉각수 순환패스를 형성한다.

일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 챔버는, 상기 제1 및 제2 냉각채널을 연결하기 위한 내부홀을 포함하며, 상기 내부홀을 통해 상기 제1 냉각채널과 상기 제2 냉각채널이 연결되도록 상기 챔버몸체에 설치되는 연결캡을 더 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 페라이트 코어는, 상기 가스인렛을 중심으로 인접하게 설치되거나 상기 가스아웃렛을 중심으로 인접하게 설치될 수 있고, 상기 가스인렛 및 상기 가스아웃렛 모두를 중심으로 인접하게 설치된다.

본 발명의 복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버에 의하면, 챔버몸체 전체를 감싸도록 설치된 제1, 2 전극블럭에 의해 챔버몸체 내에서 용량 결합된 플라즈마와 유도 결합된 플라즈마가 용이하게 발생하여 활성화된 가스로의 분해 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 제1, 2 전극블럭 내에 연결되는 냉각채널이 형성되어 제1, 2 전극블럭 및 챔버몸체가 과열되는 것을 방지할 수 있다. 또한 챔버 몸체가 석영으로 형성됨으로써 파티클이 저감되는 효과를 갖는다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 플라즈마 챔버가 프로세스 챔버에 설치되는 다양한 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 플라즈마 챔버가 하우징에 포함된 상태를 도시한 사시도이다.
도 4는 도3에 도시된 플라즈마 챔버의 단면을 도시한 도면이다.
도 5는 제1 실시예에 따른 플라즈마 챔버를 도시한 사시도이다.
도 6 내지 8은 도 5에 도시된 플라즈마 챔버의 단면도이다.
도 9는 도 5에 도시된 플라즈마 챔버의 분해 사시도이다.
도 10은 유량 조절부가 구비된 플라즈마 챔버를 간략하게 도시한 구성도이다.
도 11은 유량 조절부의 구성을 간략하게 도시한 도면이다.
도 12는 유량 조절부를 이용한 냉각수 순환 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 플라즈마 챔버를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 플라즈마 챔버를 도시한 사시도이다.
도 15 및 도 16은 도 14에 도시된 플라즈마 챔버의 단면도이다.
도 17은 도 14에 도시된 플라즈마 챔버의 분해 사시도이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 플라즈마 챔버가 프로세스 챔버에 설치되는 다양한 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면,플라즈마 처리 시스템은 내부에 서셉터(20)가 구비되는 공정챔버(10)와 플라즈마 공급원으로써 공정챔버(10)로 활성화된 가스를 공급하기 위한 플라즈마 챔버(100)로 구성된다. 플라즈마 챔버(100)의 하나 또는 그 이상의 측면이 공정챔버(10)에 노출되어, 플라즈마에 의해 생성되는 대전된 입자가 처리될 물질(도시하지 않음)과 직접 접촉하도록 한다. 선택적으로, 플라즈마 챔버(100)는 공정챔버(10)로부터 일정 거리에 위치되어, 활성화된 가스가 공정챔버(10) 내로 유동하도록 한다.

플라즈마 챔버(100)는 내부에 토로이달 형상의 플라즈마 방전 채널(112)을 포함하는 챔버몸체(110) 및 용량 결합된 플라즈마와 유도 결합된 플라즈마를 복합적으로 형성하기 위한 제1 및 제2 전극블럭(162, 164)을 포함한다. 제1 및 제2 전극블럭(162, 164)은 교류 스위칭 전원 공급원(30)과 연결되고, 교류 스위칭 전원 공급원(30)으로부터 무선 주파수를 제공받아 구동된다

시스템 제어부(60)는 시스템 전반을 제어하기 위한 구성으로, 교류 스위칭 전원 공급원(30)과 연결되어 플라즈마 챔버(100)로 공급되는 전력을 제어한다. 구체적으로 도시하지는 않았으나 교류 스위칭 전원 공급원(30)에는 비정상적인 동작 환경에 의해 발생될 수 있는 전기적 손상을 방지하기 위한 보호회로가 구비된다. 교류 스위칭 전원 공급원(30)은 플라즈마 챔버의 동작 상태 정보를 시스템 제어부(60)로 제공한다. 시스템 제어부(60)는 플라즈마 처리 시스템의 동작 과정 전반을 제어하기 위한 제어 신호를 발생하여 플라즈마 챔버(100)와 공정 챔버(10)의 동작을 제어한다.

구체적으로 도시하지는 않았으나, 플라즈마 챔버(100)에는 플라즈마 상태를 측정하기 위한 측정센서가 구비되고, 시스템 제어부(60)는 측정된 값과 정상 동작에 기준한 기준값과 비교하면 교류 스위칭 전원 공급원(30)을 제어하여 무선 주파수의 전압 및 전류를 제어한다.

공정챔버(10)는 내부에 피처리 기판(25)을 지지하기 위한 서셉터(20)를 포함한다. 서셉터(20)는 임피던스 정합기(74)를 통하여 하나 이상의 바이어스 교류 스위칭 전원 공급원(70, 72)에 전기적으로 연결될 수 있다. 플라즈마 챔버(100)의 가스아웃렛(106)은 어댑터(48)를 통해 연결되어 플라즈마 챔버(100)로부터 활성화 가스가 어댑터(48)을 통해 공정챔버(10)로 공급된다. 어댑터(48)는 전기적 절연을 위한 절연 구간을 구비할 수 있으며, 과열을 방지하기 위한 냉각 채널을 구비할 수 있다.

공정 챔버(10)는 내부에 서셉터(20)와 플라즈마 챔버(100)의 가스아웃렛(106)과 연결되는 공정챔버(10)의 가스입구 사이에 플라즈마 가스 분배를 위한 배플(47)을 구비한다. 배플(46)은 활성화된 가스가 균일하게 분배되어 피처리 기판(25)으로 확산되게 한다. 피처리 기판(25)은 예를 들어, 반도체 장치를 제조하기 위한 실리콘 웨이퍼 기판 또는 액정디스플레이나 플라즈마 디스플레이 등의 제조를 위한 유리 기판이다.

도 2를 참조하면, 플라즈마 챔버(100)는 활성화된 가스를 공정챔버(10)로 공급한다. 플라즈마 챔버(100)로부터 공급된 활성화 가스는 공정챔버(10) 내부를 세정하기 위한 세정용으로 사용되거나 서셉터(20)에 안착되는 피처리 기판(25)을 처리하기 위한 공정용으로 사용될 수 있다. 플라즈마 챔버(100)는 활성화된 가스를 배출하기 위하여 유도 결합 플라즈마 , 용량 결합 플라즈마 또는 변압기 플라즈마를 사용할 수 있다. 이중에서 본 발명에서의 플라즈마 챔버는 변압기 플라즈마를 사용한다.

또는 플라즈마 챔버(100)는 공정챔버(10)와 배기펌프(50) 사이에 설치될 수 있다. 플라즈마 챔버(100)는 공정챔버(10) 내에서 발생되어 배출되는 유해가스(과불화탄소)를 공급받아 무해한 가스로 분해하여 배출한다. 플라즈마 챔버(100)에 의해 환경오염물질인 유해가스를 분해하여 배출할 수 있을 뿐만 아니라 배기펌프(50)의 손상을 방지할 수 있다. 이때 별도의 플라즈마 공급원(15)이 구비될 수 있다.

플라즈마 챔버(100)와 교류 스위칭 전원 공급원(30)은 물리적으로 분리된 구조를 갖는다. 즉, 플라즈마 챔버(100)와 교류 스위칭 전원 공급원(30)은 무선 주파수 공급 케이블에 의해서 상호 전기적으로 연결된다. 이러한 플라즈마 챔버와 교류 스위칭 전원 공급원(30)의 분리 구조는 유지 보수와 설치의 용이성을 제공한다. 그러나 플라즈마 챔버(100)와 교류 스위칭 전원 공급원(30)이 일체형 구조로 제공될 수도 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 플라즈마 챔버가 하우징에 포함된 상태를 도시한 사시도이고, 도 4는 도3에 도시된 플라즈마 챔버의 단면을 도시한 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 플라즈마 챔버(100)는 하우징(200) 내에 삽입되어 설치된다. 하우징(200)의 상부 중앙에는 내부에 가스가 유동되기 위한 가스공급로(222)가 포함된 가스공급포트(220)가 구비되고, 상부 양측에는 제1, 2 전극블럭(162, 164) 내에 구비된 냉각채널(170)로 냉각수 공급을 위한 냉각채널포트(230)가 구비된다. 가스공급로(222)는 플라즈마 챔버(100)의 가스인렛(104)과 연결된다. 여기서, 가스공급로(222)의 직경은 가스인렛(104)의 직경과 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 가스공급로(222)의 직경은 가스인렛(104)의 직경에 비하여 크게 제작된다. 또한 가스공급로(222)는 가스인렛(104)과 연결되는 부분으로 갈수록 점점 직경이 작게 형성된다. 그러므로 가스공급로(222)에서부터 가스인렛(104)까지의 직경이 점차적으로 작아지게 된다. 가스 공급원(90)(도 1에 도시됨)으로부터 공급된 가스는 가스공급로(222)와 가스인렛(104)을 통해 플라즈마 챔버 내부로 공급된다.

또한 가스공급로(222)와 가스인렛(104)이 연결되는 부분은 하나의 홀로 형성될 수도 있고, 다수개의 홀(미도시)이 형성될 수도 있다. 다수개의 홀이 형성되는 경우에는 하나의 홀이 형성되는 경우에 비하여 가스공급로(222)를 통해 플라즈마 챔버(100) 내부로 가스가 균일하게 분사될 수 있다. 아울러, 다수개의 홀은 가스가 나선형으로 회전하며 분사될 수 있도록 소정의 각도로 기울어져 형성될 수도 있다. 또한 가스인렛(104)에 다수개의 홀이 구비된 노즐이 삽입될 수도 있다.

하우징(200)에는 내부에 설치된 플라즈마 챔버(100)에서 발생되는 열을 하우징(200)의 외부로 배출하기 위하여 하나 이상의 면에 쿨링팬(210)이 설치된다. 쿨링팬(210)은 구동되어 플라즈마 챔버(100)가 과열되는 것을 방지한다.

도 5는 제1 실시예에 따른 플라즈마 챔버를 도시한 사시도이고, 도 6 내지 8은 도 5에 도시된 플라즈마 챔버의 단면도이고, 도 9는 도 5에 도시된 플라즈마 챔버의 분해 사시도이다.

도 5 내지 도 9를 참조하면, 플라즈마 챔버(100)는 토로이달 형상의 플라즈마 방전 채널(112)이 구비된 챔버몸체(110)와, 플라즈마 방전 채널(112) 내로 용량 결합된 플라즈마와 유도 결합된 플라즈마를 복합적으로 형성하기 위한 제1, 2 전극블럭(162, 164)을 포함한다.

챔버몸체(110)는 내부에 방전공간으로 토로이달 형상의 플라즈마 방전 채널(112)이 형성되고, 상부 중앙에 형성되어 가스를 공급받기 위한 가스인렛(104) 및 하부 중앙에 형성되어 활성화된 가스를 배출하기 위한 가스아웃렛(106)이 구비된다. 가스인렛(104)은 케이스(200)의 가스공급포트(220)와 연결되어 가스 공급원(90)으로부터 가스를 공급받는다. 가스인렛(104)을 통해 공급된 가스는 양쪽의 플라즈마 방전 채널(112)로 분기되어 제공된다. 가스아웃렛(106)은 냉각수 주입블럭(180)에 형성된 관통홀과 연결된다. 냉각수 주입블럭(180)은 내부에 관통홀 주변으로 냉각라인(182)이 구비된다. 본 발명에서는 냉각수 주입블럭(180)이 별도로 구비된 것을 도시하였으나, 가스아웃렛(106)을 플랜지 구조로 형성한 후 냉각채널을 형성하는 실시예(미도시)도 가능하다. 가스아웃렛(106)에는 석영관(150) 및 절연판(167)이 끼워진다.

가스아웃렛(106)은 가스가 플라즈마 챔버(100) 내에서 외부로 배출되는 방향으로 관통홀의 직경이 점차적으로 커지도록 형성된다. 그러므로 플라즈마 챔버(100)에서 배출되는 이온이 가스아웃렛(106)과의 충격에 의해 다시 결합되는 현상을 방지할 수 있다. 가스인렛(104)을 통해 챔버몸체(110) 내로 공급된 가스는 토로이달 형상의 플라즈마 방전 채널(112)을 통과하며 방전된 플라즈마에 의해 활성화되어 가스아웃렛(106)을 통해 챔버몸체(110) 외부로 배출된다.

플라즈마 챔버(100)는 공정챔버와 연결되어 플라즈마 챔버(100) 내에서 발생된 활성화된 가스를 공정챔버 내로 공급할 수 있다. 이때, 공정챔버와 플라즈마 챔버(100)의 가스아웃렛(106)은 어댑터를 통해 연결된다. 플라즈마 챔버는 공정챔버와 연결되어 공정챔버 내에서 발생된 가스를 공급받아 처리할 수 있다.

챔버몸체(110)는 석영과 같은 절연 물질로 일체화된 형상으로 제작된다. 플라즈마 챔버(100)에서 토로이달 형상의 플라즈마 방전 채널(112)은 단면적이 거의 균일하게 형성될 수 있다. 플라즈마 챔버(110) 내의 모든 부분들의 직경은 동일하거나 서로 다르게 형성될 수 있다. 챔버몸체(100)는 석영으로 제작되기 때문에 프로세스 챔버 내에서 기판을 처리하기 위한 공정용 플라즈마 공급원으로 사용될 수 있다. 원형으로 제작된 종래의 플라즈마 챔버의 경우 원심력에 의해 챔버 아래부분이 깍여져 파티클이 발생하는 단점이 존재하였다. 그러나, 본발명에서와 같이, 챔버몸체(110)를 좌,우 대칭형으로 형성함으로써 파티클의 발생을 방지할 수 있다.

제1, 2 전극블럭(162, 164)은 챔버몸체(110)의 일측과 타측에 위치된다. 제1전극블럭(162)은 금속재질(예를 들어, 알루미늄)로 하나의 블럭으로 이루어지며 토로이달 형태로 형성되어 내부에 챔버몸체(110)가 삽입되는 홈이 형성된다. 여기서, 제1 전극블럭(162)은 토로이달 형상의 플라즈마 방전 채널(112)을 따라 원 턴의 전류 경로를 형성할 수 있도록 토로이달 형상으로 형성되며, 일부구간이 절단된 절연구간이 형성된다. 절연구간에는 전기적 절연을 위한 절연부재(163)가 끼워진다. 절연부재(163)에 의해 제1 전극블럭(162)은 원턴의 전류경로가 형성된다. 제2전극블럭(164)은 금속재질로 하나의 블럭으로 이루어지며 토로이달 형태로 형성되어 내부에 챔버몸체(110)가 삽입되는 홈이 형성된다. 여기서, 제2 전극블럭(164)은 제1 전극블럭(162)과 동일하게 토로이달 형상의 플라즈마 방전 채널(112)을 따라 원턴의 전류 경로를 형성할 수 있도록 토로이달 형상으로 형성되며, 일부구간이 절단된 절연구간이 형성된다. 절연구간에는 전기적 절연을 위한 절연부재(163)가 끼워진다. 절연부재(163)에 의해 제2 전극블럭(164)은 원턴의 전류경로가 형성된다. 제1 및 제2 전극블럭(162, 164)은 마주하도록 챔버몸체(110)에 설치된다. 여기서, 제1 및 제2 전극블럭(162, 164)에 의해 챔버몸체(110)의 전체가 감싸지게 된다. 제1 및 제2 전극블럭(162, 164)은 둘 이상으로 분리된 상태일 수 있다.

페라이트 코어(132)는 플라즈마 방전 채널(112)과 쇄교하도록 챔버몸체(110)에 설치된다. 페라이트 코어(132)에는 제1 및 제2 전극블럭(162, 164)이 챔버몸체(110)에 설치된 상태에서 플라즈마 방전 채널(112)에 쇄교하도록 설치되어, 플라즈마 방전 채널(112) 내의 플라즈마가 변압기의 이차 회로를 형성한다.

제1 및 제2 전극블럭(162, 164) 사이에는 전기적 절연을 위하여 세라믹으로 제작된 절연 날개부(113)가 구비된다. 절연 날개부(113)는 판 형태로 챔버몸체(110)의 플라즈마 방전 채널(112) 둘레를 따라 연장 형성된다. 또는 절연 날개부(113)는 챔버몸체(110)와 독립적으로 제작(미도시)되어, 챔버몸체(110)의 둘레에 장착될 수 있다. 절연 날개부(113)에 의해 제1 및 제2 전극블럭(162, 164)은 전기적으로 절연된 상태를 유지한다.

제1 전극블럭(162)의 일단은 전원공급원(30)에 연결되고, 타단은 제2 전극블럭(164)의 일단에 연결된다. 제2 전극블럭(164)의 타단은 접지로 연결된다. 그러므로 전체적으로 제1 및 제2 전극블럭(162, 164)에 의해 투턴의 전류경로가 형성되어 일차권선으로써 기능한다. 제1 및 제2 전극블럭(162, 164)이 구동되면 토로이달 형상의 플라즈마 방전 채널(112) 내의 플라즈마가 변압기의 이차회로를 형성한다.

또한 제1 및 제2 전극블럭(162, 164) 사이에서 전기장이 발생하여 플라즈마 방전 채널(112) 내에 용량 결합된 플라즈마가 발생한다. 여기서, 제1 및 제2 전극블럭(162, 164)은 챔버몸체(110) 전체를 감싸도록 장착되기 때문에 마주하는 제1 및 제2 전극블럭(162, 164) 전체적으로 용량 결합된 플라즈마가 용이하게 발생할 수 있다. 그러므로 플라즈마 방전 채널(112) 내에는 용량 결합된 플라즈마 및 유도 결합된 플라즈마가 복합적으로 형성된다.

본 발명에서는 제1 및 제2 전극블럭(162, 164)을 점화장치로 활용하여 플라즈마 방전 채널(112) 내로 플라즈마 초기 방전을 수행한다. 제1 및 제2 전극블럭(162, 164)에 의해 플라즈마 초기 방전을 수행할 수 있으므로 플라즈마 챔버에 별도의 점화장치를 구비할 필요가 없다. 또한 별도의 점화장치를 구비하지 않아도 되어 점화장치에 의한 파티클 발생을 방지할 수 있다. 또는 초기 이온화 이벤트를 제공하는 자유 전하를 생성하기 위한 점화장치를 포함할 수 있다.

본 발명에서의 플라즈마 챔버(100)는 챔버몸체(110)가 석영으로 제작됨으로써 플라즈마에 의한 파티클이 저감되는 효과를 갖는다. 또한 챔버몸체(110) 전체를 감싸도록 제1, 2 전극블럭(162, 164)이 설치되어 챔버몸체(110) 전체적으로 용량 결합된 플라즈마와 유도 결합된 플라즈마가 복합적으로 용이하게 발생할 수 있다. 그러므로 플라즈마 챔버(100)에서 배출되는 활성화된 가스로의 분해 효율을 향상시킬 수 있다.

도 9를 참조하면, 제1 및 제2 전극블럭(162, 164) 내에는 냉각채널이 구비된다. 제1 전극블럭(162) 내에는 냉각수가 이동하기 위한 제1 냉각채널(미도시)가 포함되고, 제2 전극블럭(164) 내에도 역시 냉각수가 이동하기 위한 제2 냉각채널(미도시)가 구비된다. 제1 및 제2 냉각채널은 토로이달 형상의 제1 및 제2 전극블럭(162, 164)의 형상을 따라 토로이달 형상을 갖으며, 챔버몸체(110) 전체를 커버처럼 감싸며 형성된다.

석영으로 형성된 챔버몸체(110)는 고온 환경과 저온 환경이 교대적으로 형성되는 상황에서 깨지는 현상이 발생할 수 있는데, 제1 및 제2 냉각채널을 통과하는 냉각수에 의해 제1, 2 전극블럭(162, 164)이 과열되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 챔버몸체(110)의 온도를 제어할 수 있다. 전력을 공급받아 과열된 제1, 2 전극블럭(162, 164)은 금속으로 형성되기 때문에 냉각수에 의해 쉽게 온도를 낮출 수 있어 챔버몸체(110)가 과열되는 것을 방지할 수 있다. 또한 챔버몸체(110) 전체를 감싸도록 설치되어 챔버몸체(110)와 제1, 2 전극블럭(162, 164) 간의 접촉 면적이 매우 넓게 된다 .그러므로 제1, 2 전극블럭(162, 164)을 이용한 온도 제어 효율을 더욱 높일 수 있다.

제1 및 제2 전극블럭(162, 164)의 양측으로는 제1 냉각채널 및 제2 냉각채널을 연결하기 위한 연결캡(165)이 구비된다. 연결캡(165) 내에는 냉각수가 이동될 수 있는 내부홀이 형성된다. 연결캡(165)에 의해 제1 및 제2 냉각채널은 연결되어 하나의 냉각수 패스를 이룰 수 있다. 냉각수 주입블럭(180)으로 공급된 냉각수는 냉각수 주입블럭(180) 내의 냉각라인(182)을 따라 먼저 순환한 후, 일측의 연결캡(165)으로 공급된다. 공급된 냉각수는 연결캡(165)을 통해 제1 및 제2 전극블럭(162, 164)의 제1 및 제2 냉각채널로 분배되어 공급된다. 냉각수는 제1 및 제2 냉각채널을 따라 순환된 후 타측의 연결캡(165)을 통해 외부로 배출되는 하나의 냉각수 순환패스를 형성한다.

냉각수는 제일 먼저 냉각수 주입블럭(180)에 공급된다. 챔버몸체(110) 중에서 플라즈마 발생시 활성화된 가스가 배출되는 가스아웃렛(106) 근방이 가장 온도가 높아진다. 그러므로 가스아웃렛(106) 근방의 챔버몸체(110)에서 과열로 인한 파티클이 많이 발생될 수 있다. 냉각수 주입블럭(180)은 활성화된 가스가 배출되는 가스아웃렛(106)에 설치되기 때문에 다른 냉각채널보다 냉각수 주입블럭(180)에 먼저 냉각수를 공급함으로써 고온의 가스아웃렛(106) 근방의 온도를 효과적으로 제어할 수 있다.

도 10은 유량 조절부가 구비된 플라즈마 챔버를 간략하게 도시한 구성도이고, 도 11은 유량 조절부의 구성을 간략하게 도시한 도면이고, 도 12는 유량 조절부를 이용한 냉각수 순환 제어 방법을 도시한 흐름도이다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 플라즈마 챔버(100)는 냉각채널(170)로 공급되는 냉각수를 조절하기 위한 유량 조절부(80)를 내부에 포함한다. 유량 조절부(80)는 제1, 2 전극블럭(162, 164)에 구비되고, 냉각채널(170)과 연결되어 냉각채널 내로 냉각수를 공급하거나 제한하기 위한 수단을 일컫는다. 예를 들어, 유량 조절부(80)는 밸브 또는 개폐를 위한 스위치일 수 있다.

냉각수를 순환시키는 경우, 유량 조절부(80)를 이용하여 냉각채널(170)로 냉각수가 순환될 수 있도록 한다. 또한 냉각수의 순환을 정지시키는 경우, 유량 조절부(80)를 이용하여 냉각채널(170)로 냉각수가 순환되지 않도록 한다. 플라즈마 챔버(100)는 챔버몸체(110) 및 제1, 2 전극블럭(162, 164)의 상태를 측정하기 위한 센서(113)가 구비된다.

센서(113)는 챔버몸체(110) 및 제1, 2 전극블럭(162, 164)의 온도, 냉각채널 내를 순환하는 냉각수의 유량 및 냉각채널 내를 순환하는 냉각수의 압력 등을 측정한다. 센서(113)는 챔버몸체(110) 내부에 형성되는 플라즈마의 상태 정보를 이용할 수도 있다. 센서(113)에서 측정된 챔버몸체(110) 및 제1, 2 전극블럭(162, 164)의 상태 정보는 시스템 제어부(60)로 공급된다.

유량 조절부(80)는 시스템 제어부(60)의 신호에 의해 제어되어 냉각채널(170)로 공급되는 냉각수의 양을 조절한다. 유량 조절부(80)는 냉각채널(170)을 차단하거나 개방하여 냉각채널(170)을 순환하는 냉각수의 양을 조절할 수 있다. 또는 냉각수 공급원(70) 및 유량 조절부(80)를 함께 제어하여 냉각채널(170)로 공급되는 냉각수의 양을 조절할 수도 있다.

플라즈마 챔버(100)의 구동 유무에 관계없이 냉각채널(170)에 계속 냉각수를 공급하면, 플라즈마 챔버(100)의 온도가 너무 낮아져서 플라즈마 초기방전 실패가 나타날 수 있다. 그러므로 유량 조절부(80)를 이용하여 플라즈마 챔버(100)가 구동되어 챔버몸체(110) 또는 제1, 2 전극블럭(162, 164)가 플라즈마에 의해 과열되는 경우에만 냉각수를 공급하기 때문에 플라즈마 초기방전 성공률을 향상시킬 수 있다. 여기서, 챔버몸체(110) 또는 제1, 2 전극블럭(162, 164)의 온도는 챔버몸체(110) 및 제1, 2 전극블럭(162, 164)의 전체 온도를 의미할 수도 있고, 플라즈마가 발생되는 플라즈마 방전 채널(112) 내부 온도일 수도 있다. 또는 챔버몸체(110) 또는 제1, 2 전극블럭(162, 164)의 특정부분, 특히 온도가 높은 가스아웃렛(106) 부분의 온도를 측정할 수도 있다.

유량 조절부(80)는 구동부(82)와 개폐바(84) 및 탄성부재(86)로 구성된다. 구동부(82)는 개폐바(84)를 상,하 또는 좌, 우로 이동시키기 위한 구성으로 시스템 제어부(60)로부터 전달되는 제어신호에 의해 구동된다. 개폐바(84)는 냉각채널(170)을 개폐하기 위한 수단으로 기능하며, 상,하 또는 좌, 우로 이동될 수 있도록 제1, 2 전극블럭(162, 164) 내부에 삽입되며, 개폐바(84)의 일부에 의해 냉각채널(170)이 차단된다. 개폐바(84)는 냉각채널(170)을 차단하기 위한 헤드(84a) 및 해당 헤드(84a)에서 연결되는 몸체(84b)로 구성된다. 개폐바(84)는 제1, 2 전극블럭(162, 164)에 형성된 홀에 삽입되며, 개폐바(84)가 위로 이동시 제1, 2 전극블럭(162, 164)과의 마찰되는 것을 방지하거나 또는 진공유지를 위하여 홀 내부에 오링(85)이 구비된다.

예를 들어, 개폐바(84)가 위로 이동되면, 냉각채널(170)이 개방되어 냉각수 공급원(70)으로부터 공급된 냉각수가 냉각채널(170)을 따라 순환하게 된다. 또한 개폐바(84)가 아래로 이동되면, 개폐바(84)의 헤드(84a)에 의해 냉각채널(170)이 차단되어 냉각수 공급원(70)으로부터 공급된 냉각수가 냉각채널(170)로 공급되지 않는다. 개폐바(84)의 이동 정도에 따라 냉각채널(170)이 개방되는 정도를 조절할 수 있으므로 냉각채널(170) 내로 공급되는 냉각수의 양을 조절할 수 있다. 챔버몸체(110) 및 제1, 2 전극블럭(162, 164)의 온도가 높은 경우 냉각수 공급량을 증가시키고, 챔버몸체(110) 및 제1, 2 전극블럭(162, 164)의 온도가 낮아진 경우 냉각수 공급량을 감소시킴으로써 챔버몸체(110)의 온도에 따른 냉각수의 양을 조절한다. 구동부(82)와 개폐바(84) 사이에는 탄성부재(86)가 포함된다.

도 12를 참조하면, 챔버몸체(110) 또는 제1, 2 전극블럭(162, 164)의 과열을 방지하기 위한 냉각수 조절 방법을 설명하면 다음과 같다.

플라즈마를 발생시키기 위하여 전원 공급원(30)으로부터 무선 주파수를 공급받아 플라즈마 챔버(100)가 구동된다(S110). 플라즈마 챔버(100)는 플라즈마 방전 채널(112) 내에서 플라즈마가 발생되며, 챔버몸체(110) 및 제1, 2 전극블럭(162, 164)가 고온의 플라즈마에 의해 과열된다. 여기서, 센서(113)를 이용하여 플라즈마 챔버(100)의 상태를 측정한다(S120). 플라즈마 챔버(100)의 상태란 상기에서 설명된 바와 같이, 챔버몸체(110) 및 제1, 2 전극블럭(162, 164)의 온도, 냉각수 유량, 냉각수 압력을 나타내거나 플라즈마 방전 채널(112) 내의 온도를 나타낼 수 있다. 측정된 상태 정보는 시스템 제어부(60)로 전송된다(S130). 시스템 제어부(60)에서는 측정된 상태 정보를 이용하여 플라즈마 챔버(100)의 상태, 예를 들어 챔버몸체(110) 및 제1, 2 전극블럭(162, 164)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(110) 및 제1, 2 전극블럭(162, 164)이 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 개폐바(84)의 이동정도를 제어하는 신호이다. 제어신호에 의해 유량 조절부(80)의 개폐바(84)는 냉각채널(170)이 개방되도록 이동하여 냉각채널(170)을 따라 냉각수가 순환된다(S150). 시스템 제어부(60)는 플라즈마 챔버(100)가 계속 구동되고 있는지, 플라즈마 챔버(100)가 오프된 상태인지를 확인하고(S160), 플라즈마 챔버(100)의 구동이 오프되면 냉각채널(170)로 냉각수가 공급되는 것을 차단하기 위한 제어신호를 유량 조절부(80)로 전달한다(S170). 제어신호에 의해 유량 조절부(80)의 개폐바(84)는 냉각채널(170)이 차단되도록 이동하여 냉각수의 공급을 차단한다(S180). 시스템 제어부(60)는 플라즈마 챔버(100)의 구동이 오프되면 곧바로 냉각수의 공급을 차단할 수도 있고, 챔버몸체(110) 및 제1, 2 전극블럭(162, 164)의 상태에 따라 소정의 시간이 지난 후에 냉각수의 공급 차단할 수도 있다.

본 발명에서는 센서(113)를 이용하여 플라즈마 챔버(100)의 상태를 측정하며 냉각수 공급을 제어하는 방법을 설명하였으나, 플라즈마 챔버(100)가 구동되면 냉각수가 공급되고, 플라즈마 챔버(100)가 구동을 멈추면 냉각수의 공급이 차단되도록 제어될 수 있다.

본 발명에서의 유량 조절부(80)는 제1, 2 전극블럭(162, 164) 전체를 순환하는 냉각수의 흐름을 조절하는 것을 설명하였으나, 제1, 2 전극블럭(162, 164)의 일부분으로만 냉각수가 순환될 수 있도록 제어할 수 있다.

도 13은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 플라즈마 챔버를 설명하기 위한 도면이고, 도 14는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 플라즈마 챔버를 도시한 사시도이고, 도 15 및 도 16은 도 14에 도시된 플라즈마 챔버의 단면도이고, 도 17는 도 14에 도시된 플라즈마 챔버의 분해 사시도이다.

도 13 내지 도 17을 참조하면, 플라즈마 챔버(300)는 가스인렛(304) 및 가스아웃렛(306)을 포함하는 챔버몸체(310), 챔버몸체(310)에 장착되는 페라이트 코어(332), 페라이트 코어(332)에 권선되는 일차 권선 코일(334) 및 유도 코일(336)을 포함한다.

챔버몸체(310)는 제1 실시예의 플라즈마 챔버(100)와 동일하게 석영으로 제작된다. 내부에 토로이달 형상의 플라즈마 방전 채널(312)이 구비된다. 챔버몸체(310)는 상부 중앙에 가스인렛(304)이 구비되고, 하부 중앙에 가스아웃렛(306)이 구비된다. 여기서, 챔버몸체(310)는 세로축에 비해 가로축 방향으로 길이가 길게 형성된다. 가스인렛(304)으로 공급된 가스는 양측으로 분기되고, 다시 하나로 모여 가스아웃렛(306)으로 배출된다. 복수 개의 페라이트 코어(132)는 가스가 양쪽으로 분기되는 부분(챔버몸체의 가로축방향) 및 분기된 양쪽이 모이는 부분(챔버몸체의 가로축방향)에 설치된다. 토로이달 형상의 플라즈마 방전 채널(312)은 단면적이 거의 균일하게 형성될 수 있다. 플라즈마 챔버(300) 내의 모든 부분들의 직경은 동일하거나 서로 다르게 형성될 수 있다. 예를 들어, 챔버몸체(310) 상부에서 챔버몸체(310) 하부로 갈수록 직경이 점점 커지도록 형성될 수 있다.

페라이트 코어(332)는 가스인렛(304)이 형성된 챔버몸체(310) 상부 또는 가스아웃렛(306)이 형성된 챔버몸체(310) 하부 부분 중 어느 하나에 장착(미도시)될 수 있고, 챔버몸체(310)의 상, 하부 모두에 장착될 수 있다. 특히, 페라이트 코어(332)는 좌, 우로 분기된 플라즈마 방전 채널(312)의 양쪽 또는 한쪽(미도시)에 설치될 수 있다. 특히, 가스인렛(304)과 가스아웃렛(306)을 중심으로 양쪽으로 근접하게 페라이트 코어(332)를 설치함으로써, 챔버몸체(310)의 상, 하부에 플라즈마(312a, 312b)가 발생된다. 가스인렛(304)의 양쪽으로 설치되는 페라이트 코어(332)는 통합적으로 플라즈마(312a)가 형성될 수 있도록 근접하게 설치되는 것이 바람직하다. 가스아웃렛(306)의 양쪽으로 설치되는 페라이트 코어(332) 또한 동일하다. 가스인렛(304)으로 제공된 가스는 플라즈마 방전 채널(312) 내로 분기되고, 챔버몸체(310)의 상부에 플라즈마(312a)가 발생한다. 발생된 플라즈마(312a)는 균일하게 양쪽으로 분기된 후 다시 모여 가스아웃렛(306)을 통해 외부로 배출된다. 플라즈마 방전 채널(312)을 이동하며 재결합되거나, 분해되지 않은 가스는 배출되기 전에, 챔버몸체(310)의 하부에 발생된 플라즈마(312b)에 의해 한 번 더 활성화된 가스로 분해될 수 있다.

종래에 페라이트 코어가 챔버몸체의 수직인 부분에 설치되는 경우, 가스의 빠른 이동 시간으로 인하여 챔버몸체(310) 내에서의 가스 체류시간이 짧아져 플라즈마와의 반응 시간 또한 짧았다. 반면에, 도면에 도시한 바와 같이 페라이트 코어(332)를 챔버몸체(310)의 상, 하부에 설치하면, 플라즈마 방전 채널(312)을 통과하는 가스는 플라즈마 방전 채널(312) 내에서 체류하는 시간이 길어지게 되고, 이와 비례하여 플라즈마의 반응 시간이 길게 된다. 그러므로 플라즈마 챔버(300) 내에서 플라즈마와 반응하여 배출되는 가스의 활성화 비율이 높아지게 된다. 또한 챔버몸체(310)의 상, 하부에 페라이트 코어(332)가 설치되는 경우, 주입된 가스는 챔버 상부에서 한 번, 챔버 하부에서 다시 한 번 더 에너지를 공급받기 때문에 여러 번 플라즈마와 반응하여 가스의 활성화 비율이 높아진다.

또한 챔버몸체의 수직 부분에 각각 페라이트 코어를 설치하는 종래의 경우에는 각각의 페라이트 코어에 의해 유도되는 전기장의 세기 및 압력이 균일하지 않게 된다. 그러므로 플라즈마 방전 채널로 공급된 가스가 한쪽으로만 몰리게 되어 균일하게 가스가 활성화되지 못한다. 또한 플라즈마가 몰린 부분에서는 활성화된 가스로의 분해율이 낮아져 공급된 가스가 모두 활성화되지 못하고 그대로 배출될 수도 있다. 반면에, 도면에 도시한 바와 같이 페라이트 코어(332)를 챔버몸체(310)의 상, 하부에 설치하면, 가스인렛(304)에 인접하여 형성된 플라즈마(312a)가 균일하게 분기되어 제공된다. 그러므로 플라즈마 방전 채널(312) 내에서의 가스 분해율이 향상될 수 있다. 제공된 가스는 챔버 상부에서 한번, 챔버 하부에서 다시 한번 더 에너지를 공급받기 때문에 여러 번 플라즈마와 반응하여 가스의 활성화 비율이 높아진다. 또한 챔버몸체(310)를 가로측 방향으로 길게 형성함으로써 챔버몸체(310) 내로 공급된 가스가 압력 차이에 의해 한쪽으로만 쏠리는 것을 방지할 수 있다.

페라이트 코어(332)에는 교류 스위칭 전원 공급원(30)과 연결되는 일차 권선 코일(334)이 권선된다. 일차 권선 코일(334)은 교류 스위칭 전원 공급원(30)으로부터 무선 주파수를 공급받아 구동되고, 토로이달 형상의 플라즈마 방전 채널(312) 내의 플라즈마가 변압기의 이차 회로를 형성한다.

페라이트 코어(332)에는 추가적으로 유도 코일(336)이 권선된다. 페라이트 코어(332)에 권선된 유도 코일(336)의 일단은 제1 전극블럭(362)에 연결되고, 타단은 제2 전극블럭(364)에 연결된다. 일차 권선 코일(334)로 무선 주파수가 공급되면, 유도 코일(336)로 전류가 유도되어 제1 및 제2 전극블럭(362, 364)에 공급된다. 그러면, 페라이트 코어(332) 및 제1 및 제2 전극블럭(362, 364)에 의해 플라즈마 방전 채널(312) 내에서 유도 결합된 플라즈마가 발생된다. 또한 제1 및 제2 전극블럭(362, 364)에 의해 플라즈마 방전 채널(312) 내에서 용량 결합된 플라즈마가 복합적으로 발생된다. 결과적으로 제1 및 제2 전극블럭(362, 364)에 의해 플라즈마 방전 채널(312) 내에서 용량 결합된 플라즈마와 유도 결합된 플라즈마가 복합적으로 발생하게 된다.

도면에서는 도시하지 않았으나, 다른 실시예로써, 유도 코일(336)의 일단은 교류 스위칭 전원 공급원(30)과 연결되고, 타단은 제1 전극블럭(162)에 연결될 수 있다. 제2 전극블럭(162)은 접지로 연결되거나, 또 다른 교류 스위칭 전원 공급원과 연결될 수도 있다.

제1 및 제2 전극블럭(362, 364) 사이에는 전기적 절연을 위한 절연 날개부(313)가 구비된다. 절연 날개부(313)는 세라믹으로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 전극블럭(362, 364) 내부에는 냉각채널(미도시)이 구비되며, 냉각채널은 상기 제1 실시예와 동일하게 기능한다.

석영을 이용하여 원형으로 제작된 종래의 플라즈마 챔버의 경우 원심력에 의해 챔버 아래부분이 깍여져 파티클이 발생하는 단점이 존재하였다. 그러나, 본발명에서와 같이, 챔버몸체(310)를 좌,우 대칭형으로 형성함으로써 파티클의 발생을 방지할 수 있다. 또한 챔버몸체(310)를 가로측방향으로 길게 형성함으로써 챔버몸체(310) 내로 공급된 가스가 압력 차이에 의해 한쪽으로만 쏠리는 것을 방지할 수 있다. 그러므로 가스 공급이 균일하게 분포되어 활성 가스로 이온화되는 비율을 높일 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다.

그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10: 공정챔버 30: 교류 스위칭 전원 공급원
60: 시스템 제어부
80: 냉각수 개폐수단 100, 300: 플라즈마 챔버
104, 304: 가스인렛 106, 306: 가스아웃렛
110, 310: 챔버몸체 112, 312: 플라즈마 방전 채널
113, 313: 절연 날개부 132, 332: 페라이트 코어
134, 334: 일차 권선 코일 150: 석영관
162, 164: 제1, 2 전극블럭 163: 절연부재
165: 연결캡 167: 절연판
170: 냉각채널 180: 냉각수 주입블럭
182: 냉각라인 200: 하우징
210: 쿨링팬 220: 가스공급포트
222: 가스공급로 230: 냉각채널포트
336: 유도 코일

Claims (9)

1. 가스가 주입되는 가스인렛 및 가스가 배출되는 가스아웃렛을 갖고 내부에 토로이달 형상의 플라즈마 방전 채널을 포함하는 챔버몸체;
   하나의 절연구간을 가지며, 상기 플라즈마 방전 채널을 따라 상기 챔버몸체의 일측을 감싸도록 구비되는 제1 전극블럭;
   하나의 절연구간을 가지며, 상기 플라즈마 방전 채널을 따라 상기 제1 전극블럭과 마주하게 상기 챔버몸체의 타측을 감싸도록 구비되는 제2 전극블럭;
   상기 제1 전극블럭과 상기 제2 전극블럭 사이에 구비되는 절연 날개부;
   상기 제1 및 2 전극블럭 내에 형성되며 냉각수가 순환되는 냉각채널; 및
   상기 플라즈마 방전 채널을 쇄교하도록 상기 챔버몸체에 설치되는 페라이트 코어를 포함하며,
   상기 챔버몸체는,
   상기 제1 및 제2 전극블럭 내부에 위치하고,
   상기 제1 및 제2 전극블럭은,
   전력을 공급받아 구동되어 상기 플라즈마 방전 채널 내로 용량 결합 플라즈마 및 유도 결합 플라즈마를 복합적으로 형성하고,
   상기 페라이트 코어가 상기 제1 및 제2 전극블럭들이 상기 챔버몸체에 설치된 상태에서 상기 플라즈마 방전 채널을 쇄교하도록 상기 챔버몸체에 설치되어, 상기 제1 및 제2 전극블럭들은 상기 페라이트 코어의 일차권선으로 기능하여 변압기의 이차회로에 의해 상기 유도 결합 플라즈마를 상기 플라즈마 방전 채널 내로 형성하는,
   복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 전극블럭으로 무선 주파수를 공급하기 위한 교류 스위칭 교류 스위칭 전원 공급원을 포함하는 복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버.
3. 제1항에 있어서,
   상기 챔버몸체, 상기 제1 전극블럭, 상기 제2 전극블럭 및 상기 냉각채널의 상태 정보를 측정하기 위한 센서; 및
   상기 센서 정보를 기초로 상기 냉각채널로 공급되는 냉각수를 조절하기 위한 유량 조절부를 더 포함하는,
   복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 전극블럭의 일단은 전원공급원에 연결되고 타단은 제2 전극블럭의 일단에 연결되고 제 2 전극블럭의 타단은 접지에 연결되어, 상기 제1 및 제2 전극블럭들은 상기 페라이트 코어 상에서 투턴의 전류경로를 갖는 일차 권선으로 기능하는, 복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버.
5. 제1항에 있어서,
   상기 가스아웃렛은,
   가스의 이동 방향을 따라 직경이 점차 크게 형성되는 복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버.
6. 제1항에 있어서,
   상기 챔버몸체는,
   석영으로 제작되는 복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버.
7. 제1항에 있어서,
   상기 냉각채널은,
   상기 제1 전극블럭 내에 형성되며 냉각수가 순환되는 제1 냉각채널; 및
   상기 제2 전극블럭 내에 형성되며 냉각수가 순환되는 제2 냉각채널을 포함하고,
   상기 제1 및 제2 냉각채널은 연결되어 하나의 냉각수 순환패스를 형성하는 복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버.
8. 제7항에 있어서,
   상기 플라즈마 챔버는,
   상기 제1 및 제2 냉각채널을 연결하기 위한 내부홀을 포함하며, 상기 내부홀을 통해 상기 제1 냉각채널과 상기 제2 냉각채널이 연결되도록 상기 챔버몸체에 설치되는 연결캡을 더 포함하는 복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버.
9. 제1항에 있어서,
   상기 페라이트 코어는,
   상기 가스인렛이 형성된 상기 챔버몸체의 상부 및 상기 가스아웃렛이 형성된 챔버몸체의 하부 중 어느 하나 또는 양쪽 모두에 장착되는, 복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버.

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