KR102616741B1 - Plasma measuring apparatus and plasma chamber thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라즈마 측정장치 및 이를 포함하는 플라즈마 챔버에 관한 것이다. 본 발명의 플라즈마 상태 측정장치는 플라즈마에 직접 또는 간접적으로 노출되며 전력이 인가되는 제1 센서전극; 상기 제1 센서전극으로부터 전류가 전달되는 제2 센서전극; 상기 제1 센서전극과 연결되어 상기 제1 센서전극으로 인가되는 전류를 측정하기 위한 입력 센싱회로; 및 상기 제2 센서전극과 연결되어 상기 제2 센서전극을 통해 출력되는 전류를 측정하기 위한 출력 센싱회로를 포함하여 측정된 상기 입력 전류와 상기 출력 전류를 제공받아 플라즈마 특성에 관련된 물리량을 측정한다. 본 발명의 플라즈마 측정장치 및 이를 포함하는 플라즈마 챔버를 이용하면, 플라즈마 챔버 내에서 방전된 플라즈마의 상태를 정확하게 측정할 수 있다. 또한 플라즈마 챔버블럭을 이용하여 플라즈마 상태를 측정할 수 있으므로 별도의 측정 센서를 구비하지 않아도 된다. 아울러 챔버블럭을 이용하여 플라즈마를 점화하고, 이후 플라즈마 상태를 측정하기 위한 센서로써 구동될 수 있다. The present invention relates to a plasma measuring device and a plasma chamber including the same. The plasma state measuring device of the present invention includes a first sensor electrode that is directly or indirectly exposed to plasma and to which power is applied; a second sensor electrode through which current is transmitted from the first sensor electrode; an input sensing circuit connected to the first sensor electrode to measure a current applied to the first sensor electrode; And an output sensing circuit connected to the second sensor electrode to measure a current output through the second sensor electrode, and receives the measured input current and output current to measure physical quantities related to plasma characteristics. By using the plasma measuring device of the present invention and the plasma chamber including the same, the state of the discharged plasma within the plasma chamber can be accurately measured. Additionally, since the plasma state can be measured using the plasma chamber block, there is no need to have a separate measurement sensor. In addition, plasma can be ignited using a chamber block and then operated as a sensor to measure the plasma state.
Description
본 발명은 플라즈마 측정장치 및 이를 포함하는 플라즈마 챔버에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마가 발생하는 챔버에서 플라즈마의 상태를 측정하여 모니터링할 수 있는 플라즈마 측정장치 및 이를 포함하는 플라즈마 챔버에 관한 것이다. The present invention relates to a plasma measuring device and a plasma chamber including the same. More specifically, it relates to a plasma measuring device that can measure and monitor the state of plasma in a chamber where plasma is generated and a plasma chamber including the same.
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.Plasma discharges can be used to excite gases to produce activated gases containing ions, free radicals, atoms, and molecules. Activated gases are used in a variety of industrial and scientific applications, including processing solid materials such as semiconductor wafers, powders, and other gases. The parameters of the plasma and the conditions regarding its exposure to the materials being processed vary widely depending on the field of technology. For example, some fields require that ions be used with low kinetic energies (i.e., a few electron volts) because the materials being processed are susceptible to damage. Other applications, such as anisotropic etching or planarized insulator deposition, require the use of ions with high kinetic energy. Other applications, such as reactive ion beam etching, require precise control of ion energy.
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.Some fields require direct exposure of the material being processed to high density plasma. One of these fields is generating ion-activated chemical reactions. Other such areas include the etching of high aspect ratio structures and material deposition therein. Other fields require a neutral activated gas containing atoms and activated molecules, while the material being processed is shielded from the plasma, because the material is susceptible to damage by ions or because the processing process has high selectivity requirements. do.
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.Various plasma sources can generate plasma in a variety of ways, including DC discharge, radio frequency (RF) discharge, and microwave discharge. DC discharge is achieved by applying an electric potential between two electrodes in a gas. RF discharge is achieved by electrostatic or inductive coupling of energy from a power source into the plasma. Parallel plates are commonly used to inductively couple energy into a plasma. Induction coils are commonly used to induce electric current in a plasma. Microwave discharge is achieved by coupling microwave energy directly through a microwave pass-through window into a discharge chamber containing the gas. Microwave discharge can be used to support a wide range of discharge conditions, including highly ionized electron cyclonic resonance (ECR) plasmas.
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 챔버가 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.Compared to microwave or other types of RF plasma sources, toroidal plasma sources have advantages in low electric fields, low plasma chamber corrosion, compactness, and cost effectiveness. Toroidal plasma sources operate at low electric fields and inherently eliminate the current-termination electrode and associated cathode potential drop. Low plasma chamber corrosion allows toroidal plasma sources to operate at higher power densities than other plasma sources. Additionally, by using a high-permeability ferrite core to efficiently couple electromagnetic energy to the plasma, the toroidal plasma chamber can operate at relatively low RF frequencies, lowering power supply costs. Toroidal plasma chambers have been used to generate chemically active gases containing fluorine, oxygen, hydrogen, nitrogen, etc. for the processing of semiconductor wafers, flat panel displays, and various materials.
플라즈마 챔버 내에서 방전된 플라즈마의 상태는 다양한 방법으로 측정이 가능하다. 플라즈마의 상태(예를 들어, 플라즈마 전자밀도, 전자 온도 등)를 측정하는 방법으로는 랑뮈어 프로브를 이용하는 방법 또는 광학적 측정 방법이 있다. The state of the discharged plasma within the plasma chamber can be measured in various ways. Methods for measuring the state of plasma (eg, plasma electron density, electron temperature, etc.) include a method using a Langmuir probe or an optical measurement method.
랑뮈어 프로브(Langmuir probe)는 텅스텐과 같이 고온에서 견디는 금속에 DC 전압을 인가하여 직류 전압-전류 특성을 분석하여 전자온도와 플라즈마 밀도를 구할 수 있다. 금속을 이용하는 랑뮈어 프로브는 시간이 지남에 따라 상기 금속이 식각되거나 상기 금속 상에 오염물이 증착되어 잘못된 플라즈마 정보를 주거나 또는 상기 플라즈마에 영향을 줄 수 있는 단점이 있다.The Langmuir probe applies DC voltage to a metal that can withstand high temperatures, such as tungsten, and analyzes DC voltage-current characteristics to obtain electron temperature and plasma density. Langmuir probes using metal have the disadvantage that the metal may be etched or contaminants may be deposited on the metal over time, which may give incorrect plasma information or affect the plasma.
광학적 진단 방법은 챔버에 윈도우를 설치함으로써 육안으로 플라즈마 상태를 측정하는 것을 말한다. 이러한 광학적 진단 방법은 챔버의 오염 상태를 측정하기 어렵다. 또한, 플라즈마의 전자온도 또는 전자밀도를 정확하게 측정하기 어렵다.The optical diagnosis method refers to measuring the plasma state with the naked eye by installing a window in the chamber. It is difficult to measure the contamination state of the chamber with this optical diagnosis method. Additionally, it is difficult to accurately measure the electron temperature or electron density of plasma.
본 발명의 목적은 센서 전극에 공급되는 전류, 전압과 센서 전극에서 출력되는 전류, 전압을 비교하여 플라즈마의 상태를 정확하게 측정하고 모니터링 할 수 있는 플라즈마 측정장치 및 이를 포함하는 플라즈마 챔버를 제공하는데 있다. The purpose of the present invention is to provide a plasma measuring device that can accurately measure and monitor the state of plasma by comparing the current and voltage supplied to the sensor electrode with the current and voltage output from the sensor electrode, and a plasma chamber including the same.
본 발명은 플라즈마 측정장치 및 이를 포함하는 플라즈마 챔버에 관한 것이다. 본 발명의 플라즈마 측정장치는 플라즈마에 직접 또는 간접적으로 노출되며 전력이 인가되는 제1 센서전극; 상기 제1 센서전극으로부터 전류가 전달되는 제2 센서전극; 상기 제1 센서전극과 연결되어 상기 제1 센서전극으로 인가되는 전류를 측정하기 위한 입력 센싱회로; 및 상기 제2 센서전극과 연결되어 상기 제2 센서전극을 통해 출력되는 전류를 측정하기 위한 출력 센싱회로를 포함하여 측정된 상기 입력 전류와 상기 출력 전류를 제공받아 플라즈마 특성에 관련된 물리량을 측정한다.The present invention relates to a plasma measuring device and a plasma chamber including the same. The plasma measuring device of the present invention includes a first sensor electrode that is directly or indirectly exposed to plasma and to which power is applied; a second sensor electrode through which current is transmitted from the first sensor electrode; an input sensing circuit connected to the first sensor electrode to measure a current applied to the first sensor electrode; And an output sensing circuit connected to the second sensor electrode to measure a current output through the second sensor electrode, and receives the measured input current and output current to measure physical quantities related to plasma characteristics.
일 실시예에 있어서, 상기 입력 센싱회로는 상기 제1 센서전극으로 교류 전압을 인가하는 전원 공급원; 및 상기 제1 센서전극에 인가되는 전류를 측정하기 위한 입력 감지부를 포함한다.In one embodiment, the input sensing circuit includes a power supply that applies alternating voltage to the first sensor electrode; and an input detection unit for measuring the current applied to the first sensor electrode.
일 실시예에 있어서, 상기 교류 전압은 상기 플라즈마를 방전하기 위한 전류와 상이한 주파수를 갖는다.In one embodiment, the alternating voltage has a different frequency than the current for discharging the plasma.
본 발명의 플라즈마 측정장치를 포함하는 플라즈마 챔버는 플라즈마가 방전되기 위한 방전 공간을 갖는 플라즈마 챔버; 상기 플라즈마 챔버에 구비되며 전력이 인가되는 제1 센서전극; 상기 제1 센서전극으로부터 전류가 전달되는 제2 센서전극; 상기 제1 센서전극과 연결되어 상기 제1 센서전극으로 인가되는 전류를 측정하기 위한 입력 센싱회로; 및 상기 제2 센서전극과 연결되어 상기 제2 센서전극을 통해 출력되는 전류를 측정하기 위한 출력 센싱회로를 포함하여 측정된 상기 입력 전류와 상기 출력 전류를 제공받아 플라즈마 특성에 관련된 물리량을 측정한다. A plasma chamber including a plasma measuring device of the present invention includes a plasma chamber having a discharge space for discharging plasma; a first sensor electrode provided in the plasma chamber and to which power is applied; a second sensor electrode through which current is transmitted from the first sensor electrode; an input sensing circuit connected to the first sensor electrode to measure a current applied to the first sensor electrode; And an output sensing circuit connected to the second sensor electrode to measure a current output through the second sensor electrode, and receives the measured input current and output current to measure physical quantities related to plasma characteristics.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 챔버는 토로이달 형상의 플라즈마 채널이 구비되며, 상기 플라즈마 채널의 일부가 포함되며, 상기 플라즈마 챔버 내부로 가스를 공급하기 위한 가스 주입구가 구비된 제1 챔버블럭; 상기 플라즈마 채널의 일부가 포함되며, 상기 플라즈마 챔버 내부에서 활성화된 가스를 외부로 배출하기 위한 가스 배출구가 구비된 제4 챔버블럭; 및 상기 제1 챔버블럭과 상기 제4 챔버블럭을 연결하며 상기 플라즈마 채널과 연속되는 플라즈마 채널을 포함하는 제2, 3 챔버블럭을 포함한다. In one embodiment, the plasma chamber includes a first chamber block including a toroidal-shaped plasma channel, a portion of the plasma channel, and a gas inlet for supplying gas into the plasma chamber; a fourth chamber block including a portion of the plasma channel and having a gas outlet for discharging gas activated within the plasma chamber to the outside; and second and third chamber blocks connecting the first chamber block and the fourth chamber block and including a plasma channel continuous with the plasma channel.
일 실시예에 있어서, 상기 제1,2,3,4 챔버블럭 중 하나의 챔버블럭에 상기 제1,2 센서전극이 구비되거나 상기 제1,2,3,4 챔버블럭 중 적어도 두 개의 챔버블럭에 상기 제1, 2 센서전극이 각각 구비된다. In one embodiment, the first and second sensor electrodes are provided in one of the first, second, third and fourth chamber blocks, or at least two chamber blocks among the first, second, third and fourth chamber blocks. The first and second sensor electrodes are provided, respectively.
본 발명의 플라즈마 측정장치 및 이를 포함하는 플라즈마 챔버를 이용하면, 플라즈마 챔버 내에서 방전된 플라즈마의 상태를 정확하게 측정할 수 있다. 또한 플라즈마 챔버블럭을 이용하여 플라즈마 상태를 측정할 수 있으므로 별도의 측정 센서를 구비하지 않아도 된다. 아울러 챔버블럭을 이용하여 플라즈마를 점화하고, 이후 플라즈마 상태를 측정하기 위한 센서로써 구동될 수 있다. By using the plasma measuring device of the present invention and the plasma chamber including the same, the state of the discharged plasma within the plasma chamber can be accurately measured. Additionally, since the plasma state can be measured using the plasma chamber block, there is no need to have a separate measurement sensor. In addition, plasma can be ignited using a chamber block and then operated as a sensor to measure the plasma state.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 챔버가 구비된 플라즈마 처리 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 플라즈마 상태 측정장치의 개념을 도시한 구성도이다.
도 3은 측정장치에서 변압기가 구비된 입력 감지부 및 출력 감지부를 도시한 도면이다.
도 4는 측정장치에서 코일 구조체가 구비된 입력 감지부 및 출력 감지부를 도시한 도면이다.
도 5 내지 도 8은 측정장치에서 센서전극 구조체의 변형 실시예를 도시한 도면이다.
도 9 내지 도 13은 측정장치에서 가드닝을 포함한 센서전극 구조체의 변형 실시예를 도시한 도면이다.
도 14는 측정장치를 이용하여 플라즈마 상태를 측정하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 15는 센서전극 구조체의 설치위치를 다양하게 변경한 경우를 도시한 개념도이다.
도 16은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 플라즈마 상태 측정장치의 개념을 도시한 구성도이다.
도 17은 점화회로가 연결되는 챔버블럭의 다양한 실시예를 도시한 개념도이다.
도 18은 플라즈마 점화 및 플라즈마 상태를 측정하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 19는 플라즈마 챔버의 구조를 도시한 단면도이다.
도 20은 도 16에 도시된 플라즈마 챔버에 캐패시터 또는 가변 캐패시터가 연결된 상태를 도시한 회로도이다.
도 21은 보조 점화전극을 갖는 플라즈마 챔버를 도시한 도면이다.
도 22는 도 21에 도시된 플라즈마 챔버에 캐패시터 또는 가변 캐패시터가 연결된 상태를 도시한 회로도이다.
도 23 및 도 24는 추가 코일이 권선된 플라즈마 챔버 구조를 도시한 도면이다.
도 25 내지 도 29는 추가 코일이 권선된 플라즈마 챔버의 변형 실시예를 도시한 도면이다.
도 30 내지 도 32는 플라즈마 챔버의 다양한 변형 실시예를 도시한 도면이다. 1 is a schematic configuration diagram of a plasma processing system equipped with a plasma chamber according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 2 is a configuration diagram showing the concept of a plasma state measuring device according to a first preferred embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram showing an input detection unit and an output detection unit equipped with a transformer in a measuring device.
Figure 4 is a diagram showing an input detection unit and an output detection unit equipped with a coil structure in a measuring device.
Figures 5 to 8 are diagrams showing modified examples of sensor electrode structures in a measuring device.
9 to 13 are diagrams showing modified examples of sensor electrode structures including gardening in a measuring device.
Figure 14 is a flowchart showing a method of measuring the plasma state using a measuring device.
Figure 15 is a conceptual diagram showing a case in which the installation position of the sensor electrode structure is changed in various ways.
Figure 16 is a configuration diagram showing the concept of a plasma state measuring device according to a second preferred embodiment of the present invention.
Figure 17 is a conceptual diagram showing various embodiments of a chamber block to which an ignition circuit is connected.
Figure 18 is a flowchart showing a method for measuring plasma ignition and plasma state.
Figure 19 is a cross-sectional view showing the structure of a plasma chamber.
FIG. 20 is a circuit diagram showing a capacitor or variable capacitor connected to the plasma chamber shown in FIG. 16.
Figure 21 is a diagram showing a plasma chamber having an auxiliary ignition electrode.
FIG. 22 is a circuit diagram showing a capacitor or variable capacitor connected to the plasma chamber shown in FIG. 21.
Figures 23 and 24 are diagrams showing a plasma chamber structure in which additional coils are wound.
25 to 29 are diagrams showing modified embodiments of a plasma chamber in which additional coils are wound.
30 to 32 are diagrams showing various modified examples of a plasma chamber.
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 제공된다. 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.In order to fully understand the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described in detail below. This example is provided to more completely explain the present invention to those of average skill in the art. Therefore, the shapes of elements in the drawings may be exaggerated to emphasize a clearer description. It should be noted that the same configuration may be indicated by the same reference numeral in each drawing. Detailed descriptions of well-known functions and configurations that are judged to unnecessarily obscure the gist of the present invention are omitted.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 챔버가 구비된 플라즈마 처리 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of a plasma processing system equipped with a plasma chamber according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 플라즈마 처리 시스템은 내부에 기판 지지대(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. 서셉터(25)는 공정챔버(10) 내에 위치되어 처리될 물질,예를 들어, 피처리 기판(미도시)을 지지할 수 있다. 처리될 물질은 플라즈마의 전위에 대해 바이어스될 수 있다. Referring to FIG. 1, the plasma processing system consists of a
플라즈마 챔버(100)로부터 공급된 활성화 가스는 공정챔버(10) 내부를 세정하기 위한 세정용으로 사용되거나 서셉터(25)에 안착되는 피처리 기판을 처리하기 위한 공정용으로 사용될 수 있다.The activation gas supplied from the
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 플라즈마 상태 측정장치의 개념을 도시한 구성도이다.Figure 2 is a configuration diagram showing the concept of a plasma state measuring device according to a first preferred embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 상태 측정장치는 플라즈마와 접촉되는 센서전극 구조체(280), 센서전극 구조체(280)와 연결되는 센싱회로 및 제어부(290)를 포함한다. 센서전극 구조체(280)는 플라즈마 챔버(100)내에 구비되어 플라즈마 챔버(100) 내에서 방전되는 플라즈마 상태를 측정한다. 센서전극 구조체(281)는 둘 이상의 센서전극을 포함하고, 센서전극은 직접 또는 간접적으로 플라즈마와 접촉할 수 있다. 센서전극 구조체(280)는 전기적으로 플로팅(floating)되도록, 센서전극과 플라즈마 사이에 절연 보호막이 배치되거나 센서전극과 센서전극에 전압을 인가하는 제2 전원 공급원(210) 사이에 캐패시터가 배치될 수 있다. 센서전극 상에 형성된 절연 보호막은 캐패시터의 기능을 수행한다. 센서전극 구조체(280)는 제2 전원 공급원(210)과 연결되는 제1 센서전극(282) 및 제1 센서전극(282)과 이격 설치되는 제2 센서전극(284)으로 구성된다. 제1 센서전극(282) 및 제2 센서전극(284)은 면상 구조로 형성될 수 있다. 제1, 2 센서전극(282, 284)은 플라즈마 챔버(100) 내부에 배치되거나, 플라즈마 챔버(100)에 매설되어 설치될 수 있다. 제1 센서전극(282)으로 전압이 인가되면, 제1, 2 센서전극(282, 284) 간에 전위차가 발생되고, 플라즈마를 통해 전류가 제2 센서전극(284)으로 전달됨으로써 제2 센서전극(284)을 통해 전류, 전압을 측정할 수 있다. Referring to FIG. 2, the plasma state measuring device according to the present invention includes a sensor electrode structure 280 in contact with plasma, a sensing circuit connected to the sensor electrode structure 280, and a control unit 290. The sensor electrode structure 280 is provided in the
센싱회로는 제1 센서전극(282)으로 인가되는 전류, 전압을 측정하기 위한 입력 센싱회로(200)와 제2 센서전극(284)을 통해 출력되는 전류, 전압을 측정하기 위한 출력 센싱회로(240)를 포함한다. 입력 센싱회로(200)는 제2 전원 공급원(210)과 제2 전원 공급원(210)에서 제1 센서전극(282)으로 인가되는 전압을 측정하기 위한 입력 감지부(220)를 포함한다. 제2 전원 공급원(210)은 교류 전압을 출력한다. 제2 전원 공급원(210)에서 생성된 교류전압은 제1 센서전극(282)에 인가되고, 제1 센서전극(282)에 인가되는 전류는 입력 감지부(220)를 통하여 측정된다. 입력 감지부(220)는 측정저항(222)을 이용하여 제1 센서전극(282)에 인가되는 전류를 측정할 수 있다. 측정저항(222)의 양단간의 전압차는 증폭기(224)를 통하여 증폭될 수 있다. 증폭기(224)를 통해 증폭된 입력 전압, 입력 전류(VI, II)는 제어부(290)로 전송된다. The sensing circuit includes an input sensing circuit 200 for measuring the current and voltage applied to the first sensor electrode 282 and an output sensing circuit 240 for measuring the current and voltage output through the second sensor electrode 284. ) includes. The input sensing circuit 200 includes a second power supply source 210 and an input detection unit 220 for measuring the voltage applied from the second power supply source 210 to the first sensor electrode 282. The second power supply source 210 outputs alternating current voltage. The alternating current voltage generated by the second power supply source 210 is applied to the first sensor electrode 282, and the current applied to the first sensor electrode 282 is measured through the input detection unit 220. The input detection unit 220 can measure the current applied to the first sensor electrode 282 using the measurement resistance 222. The voltage difference between both ends of the measurement resistor 222 can be amplified through the amplifier 224. The input voltage and input current (V I , I I ) amplified through the amplifier 224 are transmitted to the control unit 290.
출력 센싱회로(240)는 제2 센서전극(284)과 연결되어 제2 센서전극(284)을 통해 출력되는 전류, 전압을 측정하기 위한 출력 감지부(230)를 포함한다. 제2 센서전극(284)에서 출력되는 전류는 출력 감지부(230)를 통해 측정된다. 출력 감지부(230)는 측정저항(232)을 이용하여 전류를 측정할 수 있다. 측정저항(232)의 양단간의 전압차는 증폭기(234)를 통하여 증폭될 수 있다. 증폭기(234)를 통해 증폭된 출력 전압, 출력 전류(Vo, Io)는 제어부(290)로 전송된다. The output sensing circuit 240 is connected to the second sensor electrode 284 and includes an output detection unit 230 for measuring current and voltage output through the second sensor electrode 284. The current output from the second sensor electrode 284 is measured through the output detection unit 230. The output detection unit 230 can measure current using the measurement resistance 232. The voltage difference between both ends of the measurement resistor 232 can be amplified through the amplifier 234. The output voltage and output current (Vo, Io) amplified through the amplifier 234 are transmitted to the control unit 290.
제어부(290)는 입력 센싱회로(200)를 통해 측정된 입력 전압, 입력 전류(VI, II)와 출력 센싱회로(240)를 통해 측정된 출력 전압, 출력 전류(Vo, Io)를 제공받는다. 제1 센서전극(282)으로 인가되는 입력 전압, 입력 전류(VI, II)는 플라즈마의 상태에 따라 변화되어 제2 센서전극(284)을 통해 출력 전압, 출력 전류(Vo, Io)로 출력된다. 제어부(290)는 입력 전압, 입력 전류(VI, II)와 출력 전압, 출력 전류(Vo, Io)를 비교하고, 비교 결과로부터 플라즈마 상태, 즉 플라즈마 특성에 관련된 물리량들(모니터링을 위한 파라미터)을 측정할 수 있다. 플라즈마 특성에 관련된 물리량은 제1, 2 센서전극(282, 284)과 플라즈마 사이의 등가 정전용량(C), 전자온도(Te), 전자밀도(electron density)(플라즈마 밀도) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제어부(290)는 측정된 파라미터들을 입출력장치를 통해 표시할 수 있다. The control unit 290 provides the input voltage and input current (V I , I I ) measured through the input sensing circuit 200 and the output voltage and output current (Vo, Io) measured through the output sensing circuit 240. Receive. The input voltage and input current (V I , I I ) applied to the first sensor electrode 282 change depending on the state of the plasma and become output voltage and output current (Vo, Io) through the second sensor electrode 284. It is output. The control unit 290 compares the input voltage and input current (V I , I I ) with the output voltage and output current (Vo, Io), and determines the plasma state, that is, physical quantities related to plasma characteristics (parameters for monitoring) from the comparison result. ) can be measured. Physical quantities related to plasma characteristics may include at least one of equivalent capacitance (C), electron temperature (Te), and electron density (plasma density) between the first and second sensor electrodes 282 and 284 and the plasma. You can. The control unit 290 can display the measured parameters through an input/output device.
그러므로 제1 센서전극(282)으로 인가된 전류, 전압과 제2 센서전극(284)을 통해 출력된 전류, 전압을 비교함으로써 플라즈마의 전자온도, 전자밀도 등을 정확하게 실시간으로 측정하여 모니터링 할 수 있다. 제어부(290)는 측정된 플라즈마의 전자온도, 전자밀도 등을 이용하여 플라즈마를 방전시키는 외부변수(예를 들어, 일차권선과 연결되는 제1 전원 공급원)를 피드백 제어할 수 있다. Therefore, by comparing the current and voltage applied to the first sensor electrode 282 with the current and voltage output through the second sensor electrode 284, the electron temperature and electron density of the plasma can be accurately measured and monitored in real time. . The control unit 290 may feedback control an external variable that discharges the plasma (for example, a first power supply source connected to the primary winding) using the measured electron temperature and electron density of the plasma.
플라즈마는 제1 전원 공급원으로부터 공급되는 RF 전원에 의해 발생되므로, RF 전원의 구동 주파수는 플라즈마 전위에 영향을 미칠 수 있다. 이에 따라, RF 전원의 구동 주파수 성분이 입, 출력 감지부(220, 230)의 측정저항(222, 232)에서 측정되지 않도록 입, 출력 감지부(220, 230)는 필터(226, 236)를 포함할 수 있다. 필터(226, 236)는 제2 전원 공급원(210)의 주파수는 통과시키고, 플라즈마로부터 유입되는 노이즈(f1 주파수 성분) 성분을 차단함으로써 입력 감지부(220)와 출력 감지부(230)에서 측정되지 않도록 한다. Since the plasma is generated by RF power supplied from the first power source, the driving frequency of the RF power source may affect the plasma potential. Accordingly, the input and output detection units 220 and 230 use filters 226 and 236 so that the driving frequency component of the RF power is not measured in the measurement resistances 222 and 232 of the input and output detection units 220 and 230. It can be included. The filters 226 and 236 pass the frequency of the second power source 210 and block the noise (f1 frequency component) component flowing from the plasma, so that it is not measured by the input detection unit 220 and the output detection unit 230. Avoid doing so.
본 발명에서 센서전극 구조체(280)로 인가되는 전원의 구동 주파수(f2)는 플라즈마를 방전시키기 위하여 일차권선에 인가되는 구동 주파수(f1)와 상이하다. 센서전극 구조체(280)로 인가되는 전원은 일차권선에 인가되는 구동 주파수와 상이하면서도 둘 이상의 서로 다른 구동 주파수가 입력될 수 있다. In the present invention, the driving frequency (f2) of the power applied to the sensor electrode structure 280 is different from the driving frequency (f1) applied to the primary winding to discharge plasma. The power applied to the sensor electrode structure 280 may be different from the driving frequency applied to the primary winding, and two or more different driving frequencies may be input.
도 3은 측정장치에서 변압기가 구비된 입력 감지부 및 출력 감지부를 도시한 도면이다. Figure 3 is a diagram showing an input detection unit and an output detection unit equipped with a transformer in a measuring device.
도 3을 참조하면, 입력 감지부(220a)는 변압기(transformer)(221)를 이용하여 센서전극 구조체(280)에 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 변압기(220a)의 출력신호는 증폭기(224)를 통하여 증폭될 수 있다. 도면에서는 도시하지 않았으나, 출력 감지부(230)에도 변압기(221)를 적용하여 센서전극 구조체(280)에 흐르는 전류를 측정할 수 있다. Referring to FIG. 3, the input detection unit 220a can measure the current flowing through the sensor electrode structure 280 using a transformer 221. The output signal of transformer 220a may be amplified through amplifier 224. Although not shown in the drawing, the transformer 221 can also be applied to the output detection unit 230 to measure the current flowing through the sensor electrode structure 280.
도 4는 측정장치에서 코일 구조체가 구비된 입력 감지부 및 출력 감지부를 도시한 도면이다. Figure 4 is a diagram showing an input detection unit and an output detection unit equipped with a coil structure in a measuring device.
도 4를 참조하면, 입력 감지부(220b)는 코일 구조체(223)를 이용하여 센서전극 구조체(280)에 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 코일 구조체(223)의 출력신호는 증폭기(224)를 통하여 증폭될 수 있다. 도면에서는 도시하지 않았으나, 출력 감지부(230)에도 코일 구조체(223)를 적용하여 센서전극 구조체(280)에 흐르는 전류를 측정할 수 있다. Referring to FIG. 4, the input detection unit 220b can measure the current flowing through the sensor electrode structure 280 using the coil structure 223. The output signal of the coil structure 223 may be amplified through the amplifier 224. Although not shown in the drawing, the coil structure 223 can also be applied to the output detection unit 230 to measure the current flowing through the sensor electrode structure 280.
도 5 내지 도 8은 측정장치에서 센서전극 구조체의 변형 실시예를 도시한 도면이다.Figures 5 to 8 are diagrams showing modified examples of sensor electrode structures in a measuring device.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 센서전극 구조체(280)는 제1, 2 센서전극(282, 284) 및 센서전극 지지대(286)를 포함할 수 있다. 제1, 2 센서전극(282, 284)은 디스크형, 구형, 반구형, 원기둥 형의 형태 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1, 2 센서전극(282, 284)은 금속, 금속화합물, 반도체, 도핑된 반도체 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 센서 전극 구조체(280)는 제1, 2 센서전극(282, 284) 각각에 교류 전압을 인가하는 도선을 포함할 수 있고, 도선의 주위에 배치된 절연체를 추가로 포함할 수 있다. 제1, 2 센서전극(282, 284)의 단면은 삼각형, 사각형, 원형 중에서 적어도 하나일 수 있다. 제1, 2 센서전극(282, 284)에 인가되는 교류는 2개 이상의 기본 주파수를 가질 수 있다. 제1, 2 센서전극(282, 284)에 2개의 주파수를 갖는 교류 전압을 인가하는 단계는 시간에 따라 연속적으로 주파수를 증가시키는 방법, 서로 다른 주파수를 갖는 교류 전압을 서로 다른 시간에 인가하는 방법, 및 동시에 복수의 기본 주파수를 인가하는 방법 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.Referring to Figures 5 to 8, the sensor electrode structure 280 of the present invention may include first and second sensor electrodes 282 and 284 and a sensor electrode support 286. The first and second sensor electrodes 282 and 284 may include at least one of a disk shape, a spherical shape, a hemisphere shape, and a cylindrical shape. The first and second sensor electrodes 282 and 284 may include at least one of metal, metal compound, semiconductor, and doped semiconductor. The sensor electrode structure 280 may include a conductor that applies an alternating current voltage to each of the first and second sensor electrodes 282 and 284, and may further include an insulator disposed around the conductor. The cross-sections of the first and second sensor electrodes 282 and 284 may be at least one of triangular, square, and circular. The alternating current applied to the first and second sensor electrodes 282 and 284 may have two or more fundamental frequencies. The step of applying alternating voltage with two frequencies to the first and second sensor electrodes 282 and 284 involves continuously increasing the frequency over time and applying alternating voltage with different frequencies at different times. , and a method of simultaneously applying a plurality of fundamental frequencies.
센서 전극 구조체(280)는 제1, 2 센서전극(282, 284) 및 제1, 2 센서전극(282, 284) 각각의 외면을 감싼 절연 보호막(283)을 포함할 수 있다. 절연 보호막(283)이 유전체이면, 제1, 2 센서전극(282, 284)을 통하여 직류 전류는 흐를 수 없고 제1, 2 센서전극(282, 284)은 플로팅될 수 있다. 따라서, 절연 보호막(283)이 플라즈마와 직접 또는 간접적으로 접촉하여 제2 센서전극(284)에 변위 전류(displacement current)가 흐를 수 있다. 절연 보호막(283)이 플라즈마와 직접 접촉하는 경우, 상기 플라즈마는 도체로 작용할 수 있고, 절연 보호막(283)은 캐패시터의 유전체의 기능을 수행할 수 있다. 절연 보호막(283)은 제1, 2 센서전극(282, 284)의 일부 또는 전부를 덮을 수 있다. 절연 보호막(283)에 의하여 덮혀진 제1, 2 센서전극(282, 284)의 표면은 플라즈마와 직접적으로 접촉할 수 있다. 절연 보호막(283)은 플라즈마 챔버의 표면의 물질과 같은 재질, 예를 들면 알루미늄산화막(Al2O3)일 수 있다. The sensor electrode structure 280 may include first and second sensor electrodes 282 and 284 and an insulating protective film 283 surrounding the outer surfaces of each of the first and second sensor electrodes 282 and 284. If the insulating protective film 283 is a dielectric, direct current cannot flow through the first and second sensor electrodes 282 and 284, and the first and second sensor electrodes 282 and 284 may be floating. Accordingly, the insulating protective film 283 may directly or indirectly contact the plasma, allowing a displacement current to flow to the second sensor electrode 284. When the insulating protective film 283 is in direct contact with plasma, the plasma can act as a conductor, and the insulating protective film 283 can function as a dielectric of a capacitor. The insulating protective film 283 may cover part or all of the first and second sensor electrodes 282 and 284. The surfaces of the first and second sensor electrodes 282 and 284 covered by the insulating protective film 283 may be in direct contact with plasma. The insulating protective film 283 may be made of the same material as the surface of the plasma chamber, for example, an aluminum oxide film (Al 2 O 3 ).
도 9 내지 도 13은 측정장치에서 가드닝을 포함한 센서전극 구조체의 변형 실시예를 도시한 도면이다. 9 to 13 are diagrams showing modified examples of sensor electrode structures including gardening in a measuring device.
도 9 내지 도 13을 참조하면, 제1, 2 센서전극(282, 284)은 가드링(288)을 더 포함할 수 있다. 가드링(288)은 제1, 2 센서전극(282, 284)과 플라즈마 사이의 간섭을 차단할 수 있다. 이에 따라, 가드링(288)은 제1, 2 센서전극(282, 284)의 일부를 감싸도록 배치될 수 있다. 가드링(288)에 의하여 감싸지지 않은 제1, 2 센서전극(282, 284)의 소정 부분은 절연 보호막(283)에 의하여 덮혀질 수 있다. 가드링(288)은 제1, 2 센서전극(282, 284)의 형태에 따라 다양하게 구조가 변형될 수 있다. 가드링(288)은 유전체일 수 있다. 가드링(288)은 플라즈마 챔버의 표면의 물질과 같은 재질, 예를 들면 알루미늄산화막(Al2O3)일 수 있다.9 to 13, the first and second sensor electrodes 282 and 284 may further include a guard ring 288. The guard ring 288 can block interference between the first and second sensor electrodes 282 and 284 and plasma. Accordingly, the guard ring 288 may be arranged to surround a portion of the first and second sensor electrodes 282 and 284. Certain portions of the first and second sensor electrodes 282 and 284 that are not surrounded by the guard ring 288 may be covered with an insulating protective film 283. The guard ring 288 may have various structures depending on the shape of the first and second sensor electrodes 282 and 284. Guard ring 288 may be dielectric. The guard ring 288 may be made of the same material as the surface of the plasma chamber, for example, an aluminum oxide film (Al 2 O 3 ).
제1, 2 센서전극(282, 284)은 복수의 센서전극(282a, 282b, 284a, 284b)을 포함할 수 있다. 복수의 센서전극(282a, 282b, 284a, 284b)은 하나의 가드링(288)에 배치될 수 있다. 복수의 센서전극(282a, 282b, 284a, 284b)은 서로 절연되도록 이격되어 배치될 수 있다. 복수의 센서전극(282a, 282b, 284a, 284b) 상에 절연 보호막(283)이 배치될 수 있다. 복수의 센서전극(282a, 282b, 284a, 284b)에는 동일한 주파수가 인가될 수도 있고, 서로 다른 주파수가 인가될 수도 있다. The first and second sensor electrodes 282 and 284 may include a plurality of sensor electrodes 282a, 282b, 284a, and 284b. A plurality of sensor electrodes (282a, 282b, 284a, 284b) may be disposed on one guard ring (288). The plurality of sensor electrodes 282a, 282b, 284a, and 284b may be arranged to be spaced apart from each other. An insulating protective film 283 may be disposed on the plurality of sensor electrodes 282a, 282b, 284a, and 284b. The same frequency or different frequencies may be applied to the plurality of sensor electrodes 282a, 282b, 284a, and 284b.
제1, 2 센서전극(282, 284)과 제2 전원 공급원(210) 사이에 캐패시터(289)를 더 포함할 수 있다. 캐패시터(289)에 의하여 제1, 2 센서전극(282, 284)은 플로팅될 수 있다.A capacitor 289 may be further included between the first and second sensor electrodes 282 and 284 and the second power supply source 210. The first and second sensor electrodes 282 and 284 can be floated by the capacitor 289.
도 14는 측정장치를 이용하여 플라즈마 상태를 측정하는 방법을 도시한 흐름도이다. Figure 14 is a flowchart showing a method of measuring the plasma state using a measuring device.
도 14를 참조하면, 제어부(290)는 플라즈마 상태 측정을 위하여 입력 센싱회로(200)의 제2 전원 공급원(210)을 제어하여 제1 센서전극(282)으로 전압을 인가한다(S100). 제1 센서전극(282)으로 인가되는 전류, 전압을 측정하여 제어부(290)로 전송한다(S110). 제어부(290)는 출력 센싱회로(240)를 통해 제2 센서전극(284)으로부터 출력되는 전류, 전압을 측정하고(S120), 측정된 값은 제어부(290)로 전송한다(S130). 제어부(290)는 입력 전류, 전압값 및 출력 전류, 전압값을 비교하여 플라즈마의 전자온도 또는 전자밀도 등의 상태정보를 모니터링할 수 있다. Referring to FIG. 14, the control unit 290 controls the second power supply source 210 of the input sensing circuit 200 to apply a voltage to the first sensor electrode 282 in order to measure the plasma state (S100). The current and voltage applied to the first sensor electrode 282 are measured and transmitted to the control unit 290 (S110). The control unit 290 measures the current and voltage output from the second sensor electrode 284 through the output sensing circuit 240 (S120), and transmits the measured values to the control unit 290 (S130). The control unit 290 can monitor status information such as the electron temperature or electron density of the plasma by comparing the input current, voltage value, and output current and voltage value.
도 15는 센서전극 구조체의 설치위치를 다양하게 변경한 경우를 도시한 개념도이다.Figure 15 is a conceptual diagram showing a case in which the installation position of the sensor electrode structure is changed in various ways.
도 15를 참조하면, 본 발명에 따른 제1, 2 센서전극(282, 284)은 플라즈마 챔버(100)의 다수 챔버블럭(110a, 110b, 110c, 110d) 중 동일한 챔버블럭에 모두 설치될 수 있고, 서로 다른 챔버블럭에 제1, 2 센서전극(282, 284)이 각각 설치될 수 있다. 예를 들어, 제1 센서전극(282)은 제2 챔버블럭(110b)에 설치되고, 제2 센서전극(284)은 제3 챔버블럭(110c)에 설치될 수 있다. 일 실시예로 제1 센서전극(282)은 제1 챔버블럭(110a)에 설치되고, 제2 센서전극(284)은 제4 챔버블럭(110c)에 설치될 수 있다. 또한 제1, 2 센서전극(282, 284)은 이웃한 챔버블럭에 각각 설치될 수 있다. Referring to FIG. 15, the first and second sensor electrodes 282 and 284 according to the present invention can all be installed in the same chamber block among the plurality of chamber blocks 110a, 110b, 110c, and 110d of the
도 16은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 플라즈마 상태 측정장치의 개념을 도시한 구성도이다.Figure 16 is a configuration diagram showing the concept of a plasma state measuring device according to a second preferred embodiment of the present invention.
도 16을 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 상태 측정 장치는 다수의 챔버블럭을 이용할 수 있다. 플라즈마 챔버(100)는 도체로 형성되므로 상기에서 설명한 센서전극으로의 이용이 가능하다. 플라즈마 챔버(100)는 제1, 2, 3, 4 챔버블럭(110a, 110b, 110c, 110d)이 결합되어 형성된다. 여기서, 제1, 2, 3, 4 챔버블럭(110a, 110b, 110c, 110d) 중 두 개의 챔버블럭을 상기에 설명한 제1, 2 센서전극으로 이용하여 플라즈마 상태를 측정할 수 있다. 예를 들어, 입력 감지부(220)와 제2 전원 공급원(210)은 제2 챔버블럭(110b)에 연결되어 제2 챔버블럭(110b)으로 전압을 인가하고, 제2 챔버블럭(110b)으로 인가되는 전류, 전압값을 측정한다. 또한 출력 감지부(230)는 제3 챔버블럭(110c)에 연결되어 제3 챔버블럭(110c)을 통해 출력되는 전류, 전압값을 측정한다. 제어부(290)는 입력 감지부(220) 및 출력 감지부(230)에서 전송되는 전류, 전압값을 비교하여 플라즈마 챔버(100) 내의 플라즈마 상태를 모니터링할 수 있다. 입력 감지부(220) 및 출력 감지부(230)는 스위칭 회로(202)를 통해 연결된다. 챔버블럭을 이용하여 플라즈마 상태를 측정하는 원리 및 방법은 상기에서 설명한 센서전극 구조체를 이용한 상태 측정 원리 및 방법과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.Referring to FIG. 16, the plasma state measuring device according to the present invention can use multiple chamber blocks. Since the
제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)은 플라즈마 챔버(100)의 점화장치로 이용되며, 토로이달 형상의 플라즈마 채널(112) 내의 플라즈마를 점화하는 초기 이온화 이벤트를 제공하는 자유 전하를 생성할 수 있다. 제1 전원 공급원(102)은 승압 트랜스(150)를 통해 두 개의 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)에 연결된다. 플라즈마 점화를 위해서는 제1 전원 공급원(102)으로부터 제공된 전력은 승압 트랜스(150)를 통해 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)으로 공급된다. 그러면 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)과 제1 챔버블럭(110a) 및 제4 챔버블럭(110d) 사이의 전위차에 의해 플라즈마 초기 점화가 이루어진다. The second and third chamber blocks 110b and 110c are used as ignition devices of the
그러므로 플라즈마 챔버(100)는 챔버블럭을 이용한 플라즈마 점화가 가능하기 때문에 별도의 점화장치(예를 들어, 점화전극)를 구비하지 않아도 된다. 별도의 점화장치가 불필요하므로 점화장치에 의해 파티클이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 또한 낮은 전압을 인가하여도 플라즈마 점화가 가능하여 플라즈마 점화 성공률이 향상된다. 플라즈마 챔버(100) 내로 플라즈마를 방전시키기 위하여 제1 전원 공급원(102)으로부터 공급되는 전원 주파수(f1)는 플라즈마 상태 측정을 위하여 제2 전원 공급원으로부터 공급되는 전원 주파수(f2)와 서로 상이하다. Therefore, the
하나의 제1 전원 공급원(102)에 메인코일(132) 및 승압 트랜스(150)가 연결될 수도 있고, 서로 다른 제1 전원 공급원에 메인코일(132) 및 승압 트랜스(150)가 연결될 수 있다. 승압 트랜스(150)는 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)과 계속 연결되어 있을 수도 있고, 스위치 회로(152)를 통해 연결될 수도 있다. 스위치 회로(152)를 통해 연결되는 경우 플라즈마 점화시에는 스위치 회로(152)를 온(on)하고, 플라즈마 점화 성공시에는 스위치 회로(152)를 오프(off)할 수 있다. 다른 실시예로써, 플라즈마 점화를 완료한 후에도 스위치 회로(152)를 온(on)하여 플라즈마 상태가 지속될 수 있도록 할 수 있다. The main coil 132 and the boosting transformer 150 may be connected to one first power supply source 102, or the main coil 132 and the boosting transformer 150 may be connected to different first power supply sources. The boost transformer 150 may be continuously connected to the second and third chamber blocks 110b and 110c, or may be connected through the switch circuit 152. When connected through the switch circuit 152, the switch circuit 152 can be turned on when plasma ignition is performed, and the switch circuit 152 can be turned off when plasma ignition is successful. In another embodiment, the switch circuit 152 may be turned on even after plasma ignition is completed so that the plasma state can be maintained.
도 17은 점화회로가 연결되는 챔버블럭의 다양한 실시예를 도시한 개념도이다.Figure 17 is a conceptual diagram showing various embodiments of a chamber block to which an ignition circuit is connected.
도 17을 참조하면, 플라즈마 챔버(100)는 제1, 4 챔버블럭(110a, 110d)을 센서전극 구조체로 이용할 수 있다. 제1, 4 챔버블럭(110a, 110d) 중 하나의 챔버블럭으로 주파수를 인가하고, 나머지 하나의 챔버블럭을 통해 전류, 전압을 출력한다. 이때, 센서로 이용되는 챔버블럭과 플라즈마 점화장치로 이용되는 챔버블럭은 모두 동일할 수 있고, 일부 또는 전부가 동일하지 않을 수 있다. Referring to FIG. 17, the
또한 플라즈마 챔버(100)는 서로 이웃한 챔버블럭을 센서전극 구조체로 이용할 수 있다. 제1, 4 챔버블럭(110a, 110d) 중 하나의 챔버블럭으로 전압을 인가하고, 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c) 중 어느 하나를 통해 전류, 전압을 출력한다. 반대로 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c) 중 어느 하나로 전압을 인가하고, 제1, 4 챔버블럭(110a, 110d) 중 어느 하나로 전류, 전압을 출력할 수 있다. 이때, 센서로 이용되는 챔버블럭과 플라즈마 점화장치로 이용되는 챔버블럭은 모두 동일할 수 있고, 일부 또는 전부가 동일하지 않을 수 있다. Additionally, the
도 18은 플라즈마 점화 및 플라즈마 상태를 측정하는 방법을 도시한 흐름도이다.Figure 18 is a flowchart showing a method for measuring plasma ignition and plasma state.
도 18을 참조하면, 점화회로를 제어하여 제1 전원 공급원(102)을 통해 제2, 3 챔버블럭((110b, 110c)에 전압을 공급한다(S200). 본 발명에서의 플라즈마 챔버(100)에서의 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)은 플라즈마 초기 점화를 위한 점화장치로 이용되고, 플라즈마 점화가 완료되면 플라즈마 상태 측정을 위한 센서로 이용될 수 있다. 제어부(290)는 플라즈마 점화를 위해서 승압 트랜스(150)와 연결된 스위치 회로(152)를 온(on)하여 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)에 전력을 공급하여 챔버블럭을 이용한 플라즈마 방전을 수행한다. 제어부(290)는 플라즈마 챔버(100) 내에서 플라즈마 점화가 완료되었는지 확인한다(S210). 플라즈마 방전이 완료되면 제어부(290)는 플라즈마 점화를 위한 스위치 회로(152)를 오프(off)하고 입력 감지부(220)와 출력 감지부(230)가 연결된 스위치 회로(202)를 온(on)한다. 그러므로 제2 챔버블럭(110b)에 전압을 공급한다(S220). 입력 감지부(220)를 통해 입력 전류, 입력 전압을 측정한다(S230). 제3 챔버블럭(110C)은 제2 챔버블럭(110b)으로 입력된 전류가 전달되어 출력 감지부(230)를 통해 출력 전류, 출력 전압이 측정된다(S240). 측정된 입력 전류, 입력 전압과 출력 전류, 출력 전압은 모두 제어부(290)로 제공된다. 제어부(290)는 이를 이용하여 플라즈마 챔버(100) 내의 플라즈마 상태를 측정한다(S250). Referring to FIG. 18, the ignition circuit is controlled to supply voltage to the second and third chamber blocks (110b, 110c) through the first power supply source 102 (S200).
도 19는 플라즈마 챔버의 구조를 도시한 단면도이다.Figure 19 is a cross-sectional view showing the structure of a plasma chamber.
도 19를 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 챔버는 다양한 형태로의 변형이 가능하다. 예를 들어, 페라이트 코어의 설치 위치를 변경할 수도 있고, 플라즈마 챔버의 형상을 다양하게 변형할 수도 있다. Referring to FIG. 19, the plasma chamber according to the present invention can be modified into various forms. For example, the installation location of the ferrite core can be changed, and the shape of the plasma chamber can be modified in various ways.
플라즈마 챔버(100)는 전자기 에너지를 플라즈마 채널(112) 내에 형성되는 플라즈마로 결합시키는 변압기를 포함한다. 변압기는 페라이트 코어(130), 메인코일(132) 및 챔버블럭(110)을 포함한다. 챔버블럭(110)은 챔버 바디로써 토로이달 형상의 플라즈마 채널(112) 내의 플라즈마가 변압기의 이차 회로를 형성하도록 한다. 변압기는 추가의 일차 및 이차 회로를 구성하는 추가의 자기 코일 및 도체 코일(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 챔버블럭(110)은 알루미늄과 같은 금속성 물질 또는 다루기 힘든 금속, 양극 산화처리된 알루미늄과 같은 피복된 금속으로 형성될 수도 있고, 석영과 같은 절연 물질로 형성될 수도 있다. 변압기는 제1 전원 공급원(102)을 포함한다. 제1 전원 공급원(102)은 변압기의 메인코일(132)과 직접 연결된다. The
본 발명에 따른 챔버블럭(110)은 내부에 플라즈마가 발생하기 위한 방전 공간으로써 토로이달 형상의 플라즈마 채널(112)을 포함한다. 챔버블럭(110)은 가스 주입구(114)가 구비되며 플라즈마 채널(112)의 상부가 포함되는 제1 챔버블럭(110a), 가스 배출구(116)가 구비되며 플라즈마 채널(112)의 하부가 포함되는 제4 챔버블럭(110d) 및 제1 챔버블럭(110a)과 제4 챔버블럭(110d)을 연결하는 두 개의 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)으로 구성된다. 플라즈마 챔버(100)는 절연 브레이크(111)가 형성된 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)을 기준으로 상부, 하부로 구분된다. 제1, 2, 3, 4 챔버블럭(110a, 110b, 110c, 110d)가 결합됨으로써 플라즈마 채널(112)이 토로이달 형상으로 형성된다. 여기서, 제1, 2, 3, 4 챔버블럭(110a, 110b, 110c, 110d)은 각각 하나 이상으로 분리될 수 있다. The chamber block 110 according to the present invention includes a toroidal-shaped plasma channel 112 as a discharge space for generating plasma therein. The chamber block 110 is provided with a gas inlet 114 and includes a first chamber block 110a including the upper part of the plasma channel 112, a gas outlet 116 and a lower part of the plasma channel 112. It consists of a fourth chamber block (110d) and two second and third chamber blocks (110b, 110c) connecting the first chamber block (110a) and the fourth chamber block (110d). The
플라즈마 챔버(100)에서 페라이트 코어(130)는 가스 주입구(114)가 구비된 제1 챔버블럭(110a) 및 가스 배출구(116)가 구비된 제4 챔버블럭(110)에 설치될 수 있다. 또한 페라이트 코어(130)는 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)에 설치될 수 있다. In the
제1 챔버블럭(110a)은 중앙에 위치한 가스 주입구(114)를 중심으로 좌,우로 분기되는 구조의 플라즈마 채널(112)을 포함한다. 좌,우로 분기된 플라즈마 채널(112)은 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)에 형성된 플라즈마 채널(112)과 연결된다. 제4 챔버블럭(110d)은 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)과 연결되어 중앙의 가스 배출구(116)와 연결되는 플라즈마 채널(112)을 포함한다. 그러므로 전체적으로 플라즈마 채널(112)은 토로이달 형상을 이룬다. 여기서, 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)은 제1 챔버블럭(110a) 및 제4 챔버블럭(110d)과 연결되는 양단으로 절연 브레이크(111)가 구비된다.The first chamber block 110a includes plasma channels 112 that branch to the left and right around the centrally located gas inlet 114. The plasma channels 112 branched to the left and right are connected to the plasma channels 112 formed in the second and third chamber blocks 110b and 110c. The fourth chamber block 110d is connected to the second and third chamber blocks 110b and 110c and includes a plasma channel 112 connected to the central gas outlet 116. Therefore, the plasma channel 112 as a whole has a toroidal shape. Here, the second and third chamber blocks 110b and 110c are provided with insulating brakes 111 at both ends connected to the first chamber block 110a and the fourth chamber block 110d.
가스 주입구(114)가 구비된 제1 챔버블럭(110a) 또는 가스 배출구(116)가 구비된 제4 챔버블럭(110d) 중 어느 하나에는 페라이트 코어(130)가 설치될 수 있고, 제1 챔버블럭(110a) 및 제4 챔버블럭(110d) 모두에 페라이트 코어(130)가 설치될 수 있다. 페라이트 코어(130)는 좌, 우로 분기된 플라즈마 채널(112)의 양쪽 또는 한쪽에 설치된다. 페라이트 코어(130)에는 메인코일(132)이 권선되어, 페라이트 코어(130)에 의해 유도되는 에너지가 제1 챔버블럭(110a) 및 제4 챔버블럭(110d)의 플라즈마 채널로 제공된다. A ferrite core 130 may be installed in either the first chamber block 110a with the gas inlet 114 or the fourth chamber block 110d with the gas outlet 116, and the first chamber block The ferrite core 130 may be installed in both (110a) and the fourth chamber block (110d). The ferrite core 130 is installed on both sides or one side of the plasma channel 112 branched to the left and right. The main coil 132 is wound around the ferrite core 130, and energy induced by the ferrite core 130 is provided to the plasma channels of the first chamber block 110a and the fourth chamber block 110d.
가스 주입구(114)로 제공된 가스는 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)의 플라즈마 채널(112)을 따라 이동되는데, 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)의 플라즈마 채널(112)은 수직으로 형성되어 있어 가스가 빠른 속도로 이동한다. 종래에는 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)에 페라이트 코어(130)가 설치되기 때문에 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)의 플라즈마 채널(112)을 통과하는 가스는 플라즈마와 반응하는 시간이 짧다. 반면에, 본 발명에서는 제1 챔버블럭(110a) 및 제4 챔버블럭(110d)의 플라즈마 채널(112)은 완만한 경사로 형성되어 가스 이동 경로가 길게 형성된다. 그러므로 제1, 4 챔버블럭(110a, 110d)에 페라이트 코어(130)가 설치됨으로써 플라즈마 채널(112)을 통과하는 가스는 체류시간이 길어져 플라즈마의 반응 시간이 길게 된다. 그러므로 플라즈마 챔버(100) 내에서 플라즈마와 반응하여 배출되는 가스의 활성화 비율이 높아지게 된다. The gas provided through the gas inlet 114 moves along the plasma channels 112 of the second and third chamber blocks 110b and 110c, and the plasma channels 112 of the second and third chamber blocks 110b and 110c are vertical. It is formed so that the gas moves at a high speed. Conventionally, since the ferrite core 130 is installed in the second and third chamber blocks (110b, 110c), the gas passing through the plasma channel 112 of the second and third chamber blocks (110b, 110c) reacts with the plasma. This is short. On the other hand, in the present invention, the plasma channels 112 of the first chamber block 110a and the fourth chamber block 110d are formed at a gentle slope, so that the gas movement path is long. Therefore, by installing the ferrite core 130 in the first and fourth chamber blocks 110a and 110d, the residence time of the gas passing through the plasma channel 112 is increased, thereby increasing the plasma reaction time. Therefore, the activation rate of the gas discharged by reacting with the plasma within the
또한 제1 챔버블럭(110a) 또는 제4 챔버블럭(110d)의 플라즈마 채널(112) 길이(L1)는 두 개의 제2 챔버블럭(110b)의 길이(L1)(절연 브레이크 사이의 길이)와 같거나 길게 형성될 수 있다. 여기서, L1은 플라즈마 채널(112)의 수평방향 길이를 지칭할 수 있고, 제1 챔버블럭(110a) 또는 제4 챔버블럭(110d)에 구비되는 플라즈마 채널(112)의 길이를 지칭할 수 있다. In addition, the length (L1) of the plasma channel 112 of the first chamber block (110a) or the fourth chamber block (110d) is equal to the length (L1) (length between the insulating breaks) of the two second chamber blocks (110b). Or it can be formed long. Here, L1 may refer to the horizontal length of the plasma channel 112 and may refer to the length of the plasma channel 112 provided in the first chamber block 110a or the fourth chamber block 110d.
챔버블럭(110)은 내부에 고온의 플라즈마에 의해 챔버블럭(110) 내부가 손상되는 것을 방지하기 위한 냉각채널(미도시)을 포함한다. 냉각채널(미도시)은 플라즈마 채널(112)의 주변에 위치한다. 냉각채널은 냉각수 공급원(미도시)로부터 공급된 냉각수가 순환되며 챔버블럭(110)의 온도를 낮춘다. 변형 실시예로써 플라즈마 챔버(100)는 가스 주입구(114) 및 가스 배출구(116)가 구비된 챔버블럭(110)에서 플라즈마 채널(112)이 경사지도록 형성될 수 있다. 또한 플라즈마 챔버(100)는 챔버블럭(110)에서의 플라즈마 채널(112)이 원형으로 형성될 수 있다. The chamber block 110 includes a cooling channel (not shown) to prevent the inside of the chamber block 110 from being damaged by high-temperature plasma. A cooling channel (not shown) is located around the plasma channel 112. The cooling channel circulates coolant supplied from a coolant source (not shown) and lowers the temperature of the chamber block 110. As a modified example, the
도 20은 블록점화를 위한 플라즈마 챔버의 변형 예로써, 플라즈마 챔버에 캐패시터 또는 가변 캐패시터가 연결된 상태를 도시한 회로도이다.Figure 20 is a modified example of a plasma chamber for block ignition, and is a circuit diagram showing a capacitor or variable capacitor connected to the plasma chamber.
도 20(a)를 참조하면, 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)에는 전류 조절을 위한 캐패시터(154)가 설치될 수 있다. 캐패시터(154)는 제1 전원 공급원(102)으로부터 공급되는 전력이 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)에 과잉공급되지 않도록 전류를 제어하는 기능을 수행한다. 캐패시터(154)는 스위치 회로(152)를 통해 플라즈마의 초기 이온화 이벤트를 수행하는 경우에만 연결될 수도 있고, 계속 연결될 수도 있다. 캐패시터(154)는 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c) 중 어느 하나에만 연결될 수도 있고, 모두에 연결될 수도 있다.Referring to FIG. 20(a), a capacitor 154 for current control may be installed in the second and third chamber blocks 110b and 110c. The capacitor 154 functions to control current so that power supplied from the first power source 102 is not excessively supplied to the second and third chamber blocks 110b and 110c. The capacitor 154 may be connected only when performing an initial ionization event of the plasma through the switch circuit 152, or may be continuously connected. The capacitor 154 may be connected to only one or all of the second and third chamber blocks 110b and 110c.
도 20(b)를 참조하면, 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)에는 전류 조절을 위한 가변 캐패시터(156)가 설치될 수 있다. 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)는 지속적으로 플라즈마 점화 기능을 수행하면서 내부 코팅막(예를 들어 아노다이징 코팅막)의 두께가 얇아지게 된다. 그러면 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)의 캐패시턴스 값이 변화하게 된다. 플라즈마 방전이 지속적으로 균일하게 일어나기 위해서는 전체 캐패시턴스 값이 일정해야 한다. 그러나 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)의 내부 코팅막에 의한 캐패시턴스 값이 변화하면, 일정한 캐패시턴스 값을 유지하기 어려워진다. 그러므로 가변 캐패시터(156)를 이용하여 캐패시턴스 값을 조절함으로써 일정한 캐패시턴스 값을 유지할 수 있어 균일한 플라즈마 점화가 가능하다. Referring to FIG. 20(b), variable capacitors 156 for current control may be installed in the second and third chamber blocks 110b and 110c. As the second and third chamber blocks 110b and 110c continuously perform the plasma ignition function, the thickness of the internal coating film (eg, anodizing coating film) becomes thinner. Then, the capacitance values of the second and third chamber blocks 110b and 110c change. In order for plasma discharge to occur continuously and uniformly, the total capacitance value must be constant. However, if the capacitance value due to the internal coating film of the second and third chamber blocks 110b and 110c changes, it becomes difficult to maintain a constant capacitance value. Therefore, by adjusting the capacitance value using the variable capacitor 156, a constant capacitance value can be maintained, enabling uniform plasma ignition.
도 21은 블록점화를 위한 플라즈마 챔버의 변형 예로써, 보조 점화전극을 갖는 플라즈마 챔버를 도시한 도면이다.Figure 21 is a diagram showing a plasma chamber with an auxiliary ignition electrode as a modified example of a plasma chamber for block ignition.
도 21을 참조하면, 플라즈마 챔버(100)는 플라즈마 점화를 위한 보조적인 수단으로써 점화장치를 더 포함할 수 있다. 점화장치는 예를 들어 점화전극(120)을 포함한다. 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)은 플라즈마를 점화하기 위한 주요 점화수단으로써 기능하고, 점화전극(120)은 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)을 이용하여 플라즈마를 점화할 때 보조 점화수단으로써 기능한다. 점화전극(120)은 플라즈마 챔버(100)의 상부에 설치되므로 별도의 가스 주입구(미도시)가 구비된다. Referring to FIG. 21, the
점화전극(120)은 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)과 동일한 제1 전원 공급원(102)에 연결될 수도 있고, 별도의 제1 전원 공급원(102)에 연결될 수 있다. 또한 점화전극(120)은 스위치 회로(152)를 통해 필요시 승압 트랜스(150)에 연결될 수 있다. 플라즈마 초기 점화가 이루어지면 점화전극(120)과 연결된 스위치 회로(152)를 오프(off)한다. The ignition electrode 120 may be connected to the same first power source 102 as the second and third chamber blocks 110b and 110c, or may be connected to a separate first power source 102. Additionally, the ignition electrode 120 may be connected to the boost transformer 150 through the switch circuit 152 when necessary. When the initial ignition of the plasma is achieved, the switch circuit 152 connected to the ignition electrode 120 is turned off.
도 22는 블록점화를 위한 플라즈마 챔버의 변형 예로써, 도 21에 도시된 플라즈마 챔버에 캐패시터 또는 가변 캐패시터가 연결된 상태를 도시한 회로도이다.FIG. 22 is a modified example of a plasma chamber for block ignition, and is a circuit diagram showing a capacitor or variable capacitor connected to the plasma chamber shown in FIG. 21.
도 22를 참조하면, 플라즈마 챔버(100)는 전류 제어를 위한 캐패시터(154) 및 가변 캐패시터(156)가 연결될 수 있다. 캐패시터(154) 및 가변 캐패시터(156)의 기능은 도 20에서의 설명과 동일하다. Referring to FIG. 22, the
도 23 및 도 24는 블록점화를 위한 플라즈마 챔버의 변형 예로써, 추가 코일이 권선된 플라즈마 챔버 구조를 도시한 도면이다. Figures 23 and 24 are diagrams showing a modified example of a plasma chamber for block ignition and a plasma chamber structure with additional coils wound thereon.
도 23 및 도 24를 참조하면, 플라즈마 챔버(100)는 페라이트 코어(130)에 추가로 권선되는 서브코일(134)을 포함한다. 추가로 권선된 서브코일(134)은 페라이트 코어(130)에 권선되며, 권선된 서브코일(134)은 일단이 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)에 연결된다. 메인코일(132)으로 공급되는 전류는 추가 권선된 서브코일(134)에 유도되어 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)으로 공급된다. 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)은 동전위의 전류가 공급된다. 플라즈마 챔버(100)는 전류 제어를 위한 캐패시터(154) 및 가변 캐패시터(156)가 연결될 수 있다. 캐패시터(154) 및 가변 캐패시터(156)의 기능은 도 20에서의 설명과 동일하다. 23 and 24, the
도 25 내지 도 29는 블록점화를 위한 플라즈마 챔버의 변형 예로써, 추가 코일이 권선된 플라즈마 챔버의 변형 실시예를 도시한 도면이다. Figures 25 to 29 are diagrams showing a modified example of a plasma chamber for block ignition, in which an additional coil is wound.
도 25를 참조하면, 플라즈마 챔버(100)는 페라이트 코어(130)에 추가로 권선되는 서브코일(134)을 포함한다. 추가로 권선된 서브코일(134)은 페라이트 코어(130)에 권선되며, 권선된 서브코일(134)은 일단은 제2 챔버블럭(110b)에 연결되고, 타단이 제3 챔버블럭(110c)에 연결된다. 메인코일(132)으로 공급되는 전류는 추가 권선된 서브코일(134)에 유도되어 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)으로 공급된다. 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)에는 역전위의 전류가 공급된다.Referring to FIG. 25, the
도 26을 참조하면, 도 25에서의 플라즈마 챔버(100)에 추가로 전류 제어를 위한 캐패시터(154) 및 가변 캐패시터(156)가 연결될 수 있다. 캐패시터(154) 및 가변 캐패시터(156)의 기능은 도 20에서의 설명과 동일하다. Referring to FIG. 26, a capacitor 154 and a variable capacitor 156 for current control may be additionally connected to the
도 27을 참조하면, 플라즈마 챔버는 페라이트 코어(130)에 추가로 권선되는 서브코일(134)을 포함한다. 추가로 권선된 서브코일(134)은 페라이트 코어(130)에 권선되며, 권선된 서브코일(134)은 일단 및 타단이 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c) 각각에 연결되고, 중심이 접지로 연결된다. 메인코일(132)으로 공급되는 전류는 추가 권선된 서브코일(134)에 유도되어 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)으로 공급된다. Referring to FIG. 27, the plasma chamber includes a subcoil 134 that is additionally wound around the ferrite core 130. The additionally wound subcoil 134 is wound on the ferrite core 130, and one end and the other end of the wound subcoil 134 are connected to the second and third chamber blocks 110b and 110c, respectively, and the center is grounded. It is connected to The current supplied to the main coil 132 is induced in the additionally wound sub-coil 134 and supplied to the second and third chamber blocks 110b and 110c.
도 28 및 도 29를 참조하면, 플라즈마 챔버(100)는 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c)에 설치되는 플라즈마 점화를 위한 점화용 페라이트 코어(136)를 포함한다. 점화용 페라이트 코어(136)는 제2 챔버블럭(110b) 또는 제3 챔버블럭(110c) 중 어느 한쪽에만 설치될 수도 있고, 양쪽 모두에 설치될 수도 있다. 점화용 페라이트 코어(136)는 메인으로 설치되는 페라이트 코어(130)에 추가적으로 권선되는 서브코일(134)이 직접 권선되거나 스위치 회로(152)를 통해 점화용 페라이트 코어(136)에 권선된다. 이때, 서브코일(134)은 두 개의 점화용 페라이트 코어(136)에 각각 권선될 수도 있고, 하나의 점화용 페라이트 코어(136)에 권선된 후 나머지 페라이트 코어(136)에 권선될 수도 있다. 점화용 페라이트 코어(136)는 서브코일(134)에 유도되는 전류에 의해 제2, 3 챔버블럭(110b, 110c) 내로 에너지를 전달함으로써 플라즈마 점화를 용이하게 한다. 28 and 29, the
도 30 내지 도 32는 블록점화를 위한 플라즈마 챔버의 변형 예로써, 플라즈마 챔버의 다양한 변형 실시예를 도시한 도면이다. 30 to 32 are diagrams illustrating various modified examples of a plasma chamber for block ignition.
도 30을 참조하면, 플라즈마 챔버(400)는 빗각으로 형성된 절연 브레이크(411)를 포함한다. 절연 브레이크(411)는 제1, 4 챔버블럭(410a, 410d)과 연결되는 제2, 3 챔버블럭(410b, 410c)의 양단에 구비된다. 여기서, 절연 브레이크(411)는 플라즈마 채널에 대하여 빗각으로 형성되므로, 제1, 4 챔버블럭(410a, 410c)을 분리하지 않고 하나의 블럭을 이용하여 가공할 수 있다. 종래에는 토로이달 형상의 플라즈마 채널(112)을 형성하기 위해서는 제1, 4 챔버블럭(410a, 410d)은 각각 두 개의 블럭을 가공하여 형성하였다. 그러나 본 발명에서는 빗각의 절연 브레이크(411) 부분에서 일방향으로 가공함으로써 플라즈마 채널(112)의 상부를 형성할 수 있다. 동일한 방식으로 플라즈마 채널(112)의 하부를 형성할 수 있다. 그러므로 가공 비용이 절감될 뿐만아니라 플라즈마 챔버 내를 진공상태로 유지하기가 용이해진다.Referring to FIG. 30, the plasma chamber 400 includes an insulating break 411 formed at an oblique angle. The insulating brake 411 is provided at both ends of the second and third chamber blocks 410b and 410c connected to the first and fourth chamber blocks 410a and 410d. Here, since the insulating break 411 is formed at an oblique angle with respect to the plasma channel, it can be processed using one block without separating the first and fourth chamber blocks 410a and 410c. Conventionally, in order to form the toroidal-shaped plasma channel 112, the first and fourth chamber blocks 410a and 410d were each formed by processing two blocks. However, in the present invention, the upper part of the plasma channel 112 can be formed by processing the oblique insulating break 411 in one direction. The lower part of the plasma channel 112 can be formed in the same way. Therefore, not only is the processing cost reduced, but it also becomes easier to maintain a vacuum within the plasma chamber.
플라즈마 챔버(400)는 가스 주입구(414) 및 가스 배출구(416)가 구비된 제1, 4 챔버블럭(410a, 410d)에 페라이트 코어(430)를 설치하여 형성된다. 또한 제2, 3 챔버블럭(410b, 410c)에는 점화용 페라이트 코어(436)가 설치된다. 페라이트 코어(430) 및 점화용 페라이트 코어(436)는 함께 메인코일(132)에 의해 감겨져 제1 전원 공급원(102)에 연결된다. 제1, 4 챔버블럭(410a, 410d)에 페라이트 코어(130)를 설치 구조 및 작용은 상기에서 상세히 설명하였으므로 생략한다. 다수 개의 페라이트 코어(130)에는 일차권선(132)이 권선되어 제1 전원 공급원(102)과 연결된다. 일차권선(132)의 권선방법은 상기에 설명된 실시예에서의 권선방법을 적용 가능하다. The plasma chamber 400 is formed by installing a ferrite core 430 in the first and fourth chamber blocks 410a and 410d provided with a gas inlet 414 and a gas outlet 416. Additionally, ferrite cores 436 for ignition are installed in the second and third chamber blocks 410b and 410c. The ferrite core 430 and the ignition ferrite core 436 are wound together by the main coil 132 and connected to the first power source 102. The structure and operation of installing the ferrite core 130 in the first and fourth chamber blocks 410a and 410d have been described in detail above and are therefore omitted. A primary winding 132 is wound around the plurality of ferrite cores 130 and connected to the first power supply source 102. The winding method of the primary winding 132 can be applied to the winding method in the embodiment described above.
도 31을 참조하면, 플라즈마 챔버는 토로이달 형상의 플라즈마 채널(112) 상부에 가스 분배부(117)가 구비된다. 가스 분배부(117)는 알루미늄으로 제조되며 플라즈마 채널(112) 내로 가스를 플라즈마 채널(112) 전체로 가스를 균일하게 분배하기 위한 구성이다. 가스 분배부(117)는 상부에 가스 주입구(114)가 구비되고, 플라즈마 채널(112)과 연통되도록 하부에 다수의 홀(118)이 구비된다. 가스 주입구(114)로 공급된 가스는 다수의 홀(118)을 통해 가스 분배부(117)로 공급된다. 그러므로 플라즈마 채널(112) 내로 가스가 균일하게 공급되여 플라즈마 채널(112) 내에서 균일하게 플라즈마 방전이 이루어진다. 가스 분배부(117)와 챔버블럭(110) 사이에는 오링(119)이 삽입된다.Referring to FIG. 31, the plasma chamber is provided with a gas distribution unit 117 on the upper part of the toroidal-shaped plasma channel 112. The gas distribution unit 117 is made of aluminum and is configured to uniformly distribute gas into the plasma channel 112 throughout the plasma channel 112. The gas distribution unit 117 has a gas inlet 114 at the top and a plurality of holes 118 at the bottom to communicate with the plasma channel 112. The gas supplied through the gas inlet 114 is supplied to the gas distribution unit 117 through a plurality of holes 118. Therefore, gas is uniformly supplied into the plasma channel 112, and plasma discharge occurs uniformly within the plasma channel 112. An O-ring 119 is inserted between the gas distribution unit 117 and the chamber block 110.
도 32을 참조하면, 플라즈마 챔버(400)는 도 31에 도시된 플라즈마 챔버에 점화용 페라이트 코어(136)를 더 포함한다. 가스 주입구(114)와 가스 배출구(116)가 구비된 챔버블럭(110)에 페라이트 코어(130)가 설치된다. 페라이트 코어(130) 및 점화용 페라이트 코어(136)는 함께 메인코일(132)에 의해 감겨져 제1 전원 공급원(102)에 연결된다. 그러므로 챔버블럭(110)은 가스 주입구(114)가 구비된 제1 챔버블럭, 제2, 3 챔버블럭 및 가스 배출구(116)가 구비된 제4 챔버블럭에 전압이 형성되어 챔버블럭를 이용하여 플라즈마 초기 점화가 가능하다. 이때 메인코일(132)의 권선수를 조절하여 전압의 형성을 조절할 수 있다. Referring to FIG. 32 , the plasma chamber 400 further includes a ferrite core 136 for ignition in the plasma chamber shown in FIG. 31 . A ferrite core 130 is installed in the chamber block 110 provided with a gas inlet 114 and a gas outlet 116. The ferrite core 130 and the ignition ferrite core 136 are wound together by the main coil 132 and connected to the first power supply source 102. Therefore, in the chamber block 110, a voltage is formed in the first chamber block equipped with the gas inlet 114, the second and third chamber blocks, and the fourth chamber block equipped with the gas outlet 116, and the initial plasma is generated using the chamber block. Ignition is possible. At this time, the formation of voltage can be controlled by adjusting the number of turns of the main coil 132.
이상에서 설명된 본 발명의 플라즈마 측정장치 및 이를 포함하는 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. The embodiments of the plasma measuring device of the present invention and the plasma chamber including the same described above are merely illustrative, and those skilled in the art will recognize various modifications and other equivalent embodiments thereof. You will be able to see that it is possible.
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.Thus, it will be understood that the present invention is not limited to the forms mentioned in the detailed description above. Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached patent claims. In addition, the present invention should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes within the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims.
10: 공정챔버 20: 기판 지지대
25: 서셉터 50: 펌프
100: 플라즈마 챔버 102: 전원 공급원
110: 챔버블럭 110a: 제1 챔버블럭
110b: 제2 챔버블럭 110c: 제3 챔버블럭
110d: 제4 챔버블럭 111: 절연 브레이크
112: 플라즈마 채널 114: 가스 주입구
116: 가스 배출구 120: 점화전극
130: 페라이트 코어 132: 메인코일
134: 서브코일 136: 점화용 페라이트 코어
150: 승압 트랜스 152: 스위치 회로
154: 캐패시터 156: 가변 캐패시터
200: 입력 센싱회로 210: 제2 전원 공급원
220, 220a, 220b: 입력 감지부 221: 변압기
222: 측정저항 223: 코일 구조체
224: 증폭기 226, 236: 필터
230: 출력 감지부 232: 측정저항
234: 증폭기 240: 출력 센싱회로
280: 센서전극 구조체 282: 제1 센서전극
283: 절연 보호막 284: 제2 센서전극
288: 가드링 289: 캐패시터
290: 제어부10: Process chamber 20: Substrate support
25: susceptor 50: pump
100: plasma chamber 102: power source
110: Chamber block 110a: First chamber block
110b: second chamber block 110c: third chamber block
110d: fourth chamber block 111: insulation brake
112: plasma channel 114: gas inlet
116: gas outlet 120: ignition electrode
130: Ferrite core 132: Main coil
134: Subcoil 136: Ferrite core for ignition
150: Step-up transformer 152: Switch circuit
154: capacitor 156: variable capacitor
200: input sensing circuit 210: second power source
220, 220a, 220b: input detection unit 221: transformer
222: Measurement resistance 223: Coil structure
224: amplifier 226, 236: filter
230: output detection unit 232: measurement resistance
234: amplifier 240: output sensing circuit
280: Sensor electrode structure 282: First sensor electrode
283: Insulating protective film 284: Second sensor electrode
288: Guard ring 289: Capacitor
290: Control unit
Claims (9)
상기 플라즈마 챔버 내부에 위치하고, 상기 제1 센서전극으로부터 전류가 전달되는 제2 센서전극;
상기 제1 센서전극에 인가된 입력 전류와 입력 전압 중 적어도 하나를 측정하기 위한 입력감지부; 및
상기 제2 센서전극에서 출력되는 출력 전류와 출력 전압 중 적어도 하나를 측정하기 위한 출력 감지부; 및
상기 입력 전류와 상기 출력 전류 또는 상기 입력 전압과 상기 출력 전압을 제공받아 플라즈마 상태를 모니터링하는 제어부;
를 포함하고,
상기 출력 감지부는,
상기 제1 센서전극으로 전압이 인가되면, 상기 제1 센서전극으로 인가된 전류가 상기 플라즈마를 통하여 상기 제2 센서전극으로 전달되며, 상기 제2 센서전극을 통하여 상기 플라즈마의 상태에 따라 변화된 상기 출력 전류 및 상기 출력 전압을 측정하는, 플라즈마 측정장치.A first sensor electrode located inside the plasma chamber;
a second sensor electrode located inside the plasma chamber and through which current is transmitted from the first sensor electrode;
an input detection unit for measuring at least one of an input current and an input voltage applied to the first sensor electrode; and
an output detection unit for measuring at least one of an output current and an output voltage output from the second sensor electrode; and
a control unit that receives the input current and the output current or the input voltage and the output voltage to monitor a plasma state;
Including,
The output detection unit,
When voltage is applied to the first sensor electrode, the current applied to the first sensor electrode is transmitted to the second sensor electrode through the plasma, and the output changes depending on the state of the plasma through the second sensor electrode. A plasma measuring device that measures current and the output voltage.
상기 플라즈마 챔버로 플라즈마 방전을 위한 제1 전원을 공급하고,
상기 플라즈마 상태를 모니터링하기 위해 상기 제1 센서전극으로 제2 전원을 공급하는 전원 공급원을 더 포함하되,
상기 제1 전원과 상기 제2 전원의 주파수는 서로 상이한 플라즈마 측정장치.According to paragraph 1,
Supplying a first power source for plasma discharge to the plasma chamber,
It further includes a power source that supplies second power to the first sensor electrode to monitor the plasma state,
A plasma measuring device wherein the first power source and the second power source have different frequencies.
상기 제1 센서전극과 상기 제2 센서전극 중 적어도 하나의 외면을 감싸는 절연보호막을 더 포함하고,
상기 절연보호막은,
상기 제1 센서전극에서 상기 제2 센서전극으로 흐르는 직류 전류를 차단하되, 변위 전류는 흐르게 하는 기능을 제공하는 플라즈마 측정장치.According to paragraph 1,
Further comprising an insulating protective film surrounding an outer surface of at least one of the first sensor electrode and the second sensor electrode,
The insulating protective film is,
A plasma measuring device that blocks direct current flowing from the first sensor electrode to the second sensor electrode, but provides a function of allowing displacement current to flow.
상기 절연보호막은 유전체를 포함하는 플라즈마 측정장치.According to paragraph 3,
A plasma measuring device wherein the insulating protective film includes a dielectric.
상기 제어부는,
상기 플라즈마 상태를 상기 입력 전류와 상기 출력 전류를 비교하여 상기 플라즈마 상태를 모니터링하거나 상기 입력 전압과 상기 출력 전압을 비교하여 상기 플라즈마 상태를 모니터링하는 플라즈마 측정장치.According to paragraph 1,
The control unit,
A plasma measuring device that monitors the plasma state by comparing the input current and the output current or monitors the plasma state by comparing the input voltage and the output voltage.
상기 플라즈마 챔버 내부에서 활성화된 가스를 배출하기 위한 가스 배출구가 형성된 제4 챔버블럭;
상기 제1 챔버블럭의 일측과 상기 제4 챔버블럭의 일측을 연결하는 제2 챔버블럭;
상기 제1 챔버블럭의 타측과 상기 제4 챔버블럭의 타측을 연결하는 제3 챔버블럭;
상기 제1 챔버블럭 내지 상기 제4 챔버블럭 중 적어도 하나에 인가된 입력 전류와 입력 전압 중 적어도 하나를 측정하기 위한 입력 감지부;
상기 제1 챔버블럭 내지 상기 제4 챔버블럭 중 상기 입력 전류 또는 상기 입력 전압이 측정되지 않은 다른 챔버블럭의 출력 전류와 출력 전압 중 적어도 하나를 측정하기 위한 출력 감지부; 및
상기 입력 전류와 상기 출력 전류 또는 상기 입력 전압과 상기 출력 전압을 제공받아 플라즈마 상태를 모니터링하는 제어부;
를 포함하고,
상기 출력 감지부는,
상기 제1 챔버블럭 내지 상기 제4 챔버블럭 중 적어도 하나에 전압이 인가되면, 상기 제1 챔버블럭 내지 상기 제4 챔버블럭 중 적어도 하나에 인가된 전류가 상기 플라즈마를 통하여 상기 다른 챔버블럭으로 전달되며, 상기 다른 챔버블럭을 통하여 상기 플라즈마의 상태에 따라 변화된 상기 출력 전류 및 상기 출력 전압을 측정하는, 플라즈마 챔버.A first chamber block having a gas inlet for supplying gas into the plasma chamber;
a fourth chamber block formed with a gas outlet for discharging activated gas within the plasma chamber;
a second chamber block connecting one side of the first chamber block and one side of the fourth chamber block;
a third chamber block connecting the other side of the first chamber block and the other side of the fourth chamber block;
an input detection unit for measuring at least one of an input current and an input voltage applied to at least one of the first to fourth chamber blocks;
An output detection unit for measuring at least one of the output current and output voltage of another chamber block among the first to fourth chamber blocks in which the input current or the input voltage is not measured; and
a control unit that receives the input current and the output current or the input voltage and the output voltage to monitor a plasma state;
Including,
The output detection unit,
When a voltage is applied to at least one of the first to fourth chamber blocks, the current applied to at least one of the first to fourth chamber blocks is transmitted to the other chamber block through the plasma. , A plasma chamber that measures the output current and output voltage changed according to the state of the plasma through the different chamber blocks.
플라즈마 방전을 위해 상기 제1 챔버블럭 내지 상기 제4 챔버블럭 중 적어도 하나의 챔버블럭에 제1 전원을 공급하고,
상기 플라즈마 상태를 모니터링하기 위해 상기 제1 챔버블럭 내지 상기 제4 챔버블럭 중 적어도 하나의 챔버블럭에 제2 전원을 공급하는 전원공급원을 더 포함하되,
상기 제1 전원과 상기 제2 전원의 주파수는 서로 상이한 플라즈마 챔버.According to clause 6,
Supplying a first power source to at least one of the first to fourth chamber blocks for plasma discharge,
It further includes a power supply source that supplies second power to at least one of the first to fourth chamber blocks to monitor the plasma state,
A plasma chamber wherein the first power source and the second power source have different frequencies.
상기 제1 챔버블럭 내지 상기 제4 챔버블럭 중 하나에 연결되어, 연결된 챔버블록으로 공급되는 전류를 제어하는 캐패시터를 더 포함하고,
상기 캐패시터는 가변 캐패시터를 포함하는 플라즈마 챔버.According to clause 6,
It is connected to one of the first chamber block to the fourth chamber block, and further includes a capacitor that controls the current supplied to the connected chamber block,
The capacitor is a plasma chamber including a variable capacitor.
상기 제어부는,
상기 플라즈마 상태를 상기 입력 전류와 상기 출력 전류를 비교하여 상기 플라즈마 상태를 모니터링하거나 상기 입력 전압과 상기 출력 전압을 비교하여 상기 플라즈마 상태를 모니터링하는 플라즈마 챔버.According to clause 6,
The control unit,
A plasma chamber that monitors the plasma state by comparing the input current and the output current or monitors the plasma state by comparing the input voltage and the output voltage.
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|---|---|---|---|
| KR1020160072080A KR102616741B1 (en) | 2016-06-10 | 2016-06-10 | Plasma measuring apparatus and plasma chamber thereof |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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|---|---|
| KR20170139754A KR20170139754A (en) | 2017-12-20 |
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| JP2011014579A (en) * | 2009-06-30 | 2011-01-20 | Hitachi High-Technologies Corp | Device and method of plasma processing |
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| KR20120030720A (en) * | 2010-09-20 | 2012-03-29 | 주식회사 뉴파워 프라즈마 | Plasma reactor having multi power supply for multi divided electrode |
| KR20140137172A (en) * | 2013-05-22 | 2014-12-02 | 최대규 | Remote plasma system having self-management function and self management method of the same |
-
2016
- 2016-06-10 KR KR1020160072080A patent/KR102616741B1/en active IP Right Grant
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