KR20180001799A - 복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버에 관한 것이다. 본 발명의 복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버는 플라즈마가 방전되는 토로이달 형상의 플라즈마 채널을 갖는 챔버바디; 상기 챔버바디에 설치되어 상기 플라즈마 채널 내로 플라즈마 방전을 위한 제1 이온화 에너지를 제공하는 제1 플라즈마 소스; 및 상기 챔버바디에 설치되어 상기 플라즈마 채널 내로 플라즈마 방전을 위한 제2 이온화 에너지를 제공하는 제2 플라즈마 소스를 포함한다. 본 발명의 복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버에 의하면, 복합적으로 방전되는 플라즈마에 의해 챔버 내로 공급된 가스가 활성화된 가스로 분해되어 배출되는 비율이 높아지게 된다. 특히, 가스 배출구에서 플라즈마를 방전시킴으로써 분해되지 않은 가스가 배출되기 전에 다시 분해될 수 있다. 활성화된 가스로 분해되는 비율이 높아지기 때문에 작업을 위해 사용되는 가스 양을 줄일 수 있다. 뿐만아니라 분해되지 않고 배출되는 가스에 의해 환경오염이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방전된 플라즈마에 의해 가스가 분해되어 활성화된 가스를 배출하는 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. 평행 판들은 에너지를 플라즈마 내에 유도 결합시키도록 통상적으로 사용된다. 유도 코일은 전류를 플라즈마 내에 유도하도록 통상적으로 사용된다. 마이크로웨이브 방전은 가스를 수용하는 방전 챔버 내에 마이크로웨이브 통과 윈도우를 통해 마이크로웨이브 에너지를 직접 결합시킴으로써 달성된다. 마이크로웨이브 방전은 높게 이온화된 전자 사이클론공명(ECR) 플라즈마를 포함하는 넓은 범위의 방전 조건을 지원하도록 사용될 수 있다.
마이크로웨이브 또는 다른 타입의 RF 플라즈마 공급원과 비교하여, 토로이달(toroidal) 플라즈마 공급원은 낮은 전기장, 낮은 플라즈마 챔버 부식, 소형화, 및 비용 효과 면에서 장점을 갖는다. 토로이달 플라즈마 공급원은 낮은 전계로 동작하며 전류-종료 전극 및 관련 음극 전위 강하를 내재적으로 제거한다. 낮은 플라즈마 챔버 부식은 토로이달 플라즈마 공급원이 다른 방식의 플라즈마 공급원보다 높은 전력 밀도에서 작동하도록 한다. 또한, 고 투과성 페라이트 코어를 사용하여 전자기 에너지를 플라즈마에 효율적으로 결합시킴으로써, 토로이달 플라즈마 챔버이 상대적으로 낮은 RF 주파수에서 작동하도록 하여 전력 공급 비용을 낮추게 된다. 토로이달 플라즈마 챔버는 반도체 웨이퍼, 평판 디스플레이, 및 다양한 물질의 처리를 위해 불소, 산소, 수소, 질소 등을 포함하는 화학적으로 활성 가스를 생성하도록 사용되어 왔다.
토로이달 플라즈마 챔버의 가스 입구를 통해 공급되는 가스는 챔버 내부의 토로이달 플라즈마 채널을 따라 이동하며 플라즈마와 반응함으로써 활성화된 가스를 생성한다. 플라즈마 챔버 내에서의 가스의 흐름은 임피던스로 작용한다. 주입된 가스는 모두 플라즈마와 반응하여 활성화된 가스로 배출되는 것이 바람직하나, 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 플라즈마 챔버 내에서 복합적으로 플라즈마가 방전되어 챔버 내로 공급된 가스가 활성화된 가스로 분해되어 배출되는 비율을 높일 수 있는 복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버를 제공하는데 있다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버를 제공한다. 본 발명의 복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버는 플라즈마가 방전되는 토로이달 형상의 플라즈마 채널을 갖는 챔버바디; 상기 챔버바디에 설치되어 상기 플라즈마 채널 내로 플라즈마 방전을 위한 제1 이온화 에너지를 제공하는 제1 플라즈마 소스; 및 상기 챔버바디에 설치되어 상기 플라즈마 채널 내로 플라즈마 방전을 위한 제2 이온화 에너지를 제공하는 제2 플라즈마 소스를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 플라즈마 소스는 상기 플라즈마 채널의 일부를 감싸도록 상기 챔버바디에 설치되는 페라이트 코어; 상기 페라이트 코어에 권선되는 일차권선; 및 상기 일차권선과 연결되어 전력을 공급하는 제1 전원 공급원을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 플라즈마소스는 상기 플라즈마 채널을 중심으로 마주하도록 상기 챔버바디에 설치되어 상기 플라즈마 채널 내에서 용량 결합된 플라즈마를 방전하는 제1, 2 용량 결합 전극; 및 상기 제1 용량 결합 전극으로 전력을 공급하는 제2 전원 공급원을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 플라즈마소스는 상기 플라즈마 채널의 일부에 권선되어 상기 플라즈마 채널 내에서 유도 결합된 플라즈마를 방전하는 안테나 코일; 및 상기 안테나 코일로 전력을 공급하는 제2 전원 공급원을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 챔버는 상기 플라즈마 채널에서 플라즈마와 반응하여 활성화된 가스가 배출되는 가스 배출구를 포함하고, 상기 제2 플라즈마 소스는 상기 가스 배출구에 인접하게 설치된다.
본 발명의 복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버에 의하면, 복합적으로 방전되는 플라즈마에 의해 챔버 내로 공급된 가스가 활성화된 가스로 분해되어 배출되는 비율이 높아지게 된다. 특히, 가스 배출구에서 플라즈마를 방전시킴으로써 분해되지 않은 가스가 배출되기 전에 다시 분해될 수 있다. 활성화된 가스로 분해되는 비율이 높아지기 때문에 작업을 위해 사용되는 가스 양을 줄일 수 있다. 뿐만아니라 분해되지 않고 배출되는 가스에 의해 환경오염이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 챔버가 구비된 플라즈마 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 챔버를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 플라즈마 챔버의 회로도이다.
도 4는 메인 전원 공급원과 연결된 플라즈마 챔버를 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 합성된 주파수가 공급되는 플라즈마 챔버를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 챔버를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 챔버를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 플라즈마 챔버의 회로도이다.
도 4는 메인 전원 공급원과 연결된 플라즈마 챔버를 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 합성된 주파수가 공급되는 플라즈마 챔버를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 챔버를 도시한 도면이다.
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 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 챔버가 구비된 플라즈마 시스템을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 플라즈마 챔버(100)는 공정 챔버(40)의 외부에 설치되어 원격으로 플라즈마를 공정 챔버(40)로 공급한다. 플라즈마 챔버(100)는 복합 플라즈마 소스(130, 170)를 구비한다. 복합 플라즈마 소스(130, 170)는 플라즈마 챔버(100)에서 생성되는 플라즈마와 변압기 결합되는 변압기 결합 플라즈마 소스인 제1 플라즈마 소스(130)와 플라즈마 챔버(100)에서 생성되는 플라즈마와 유도적 또는 용량적으로 결합되는 플라즈마 소스인 제2 플라즈마 소스(170)를 구비한다. 플라즈마 챔버(100)는 복합 플라즈마 소스에 의해 유도 결합 또는 용량 결합된 플라즈마와 변압기 결합된 플라즈마를 혼합적으로 발생함으로서 1 torr 이하의 저기압에서부터 10 torr 이상의 고기압에 이르기 까지 넓은 범위의 기압 조건에서 안정적으로 플라즈마를 발생할 수 있다. 플라즈마 챔버(100)는 플라즈마 방전 공간을 제공하는 챔버바디(110)를 구비한다. 챔버바디(110)는 가스 주입구(114)와 가스 배출구(116)를 갖는다. 가스 배출구(116)는 어뎁터(48)를 통하여 공정 챔버(40)의 챔버 가스 입구(47)에 연결된다. 플라즈마 챔버(100)에서 발생된 활성화 가스는 어뎁터(48)를 통하여 공정 챔버(40)로 공급된다.
공정 챔버(40)는 내부에 피처리 기판(44)을 지지하는 기판 지지대(42)가 구비된다. 기판 지지대(42)는 임피던스 정합기(74)를 통하여 하나 이상의 바이어스 전원 공급원(70, 72)에 전기적으로 연결될 수 있다. 어뎁터(48)는 전기적 절연을 위한 절연 구간을 구비할 수 있으며, 과열을 방지하기 위한 냉각 채널을 구비할 수 있다.
공정 챔버(40)는 내부에 기판 지지대(42)와 챔버 가스 입구(47) 사이에 플라즈마 가스 분배를 위한 배플(46)을 구비한다. 배플(46)은 챔버 가스 입구(47)를 통하여 유입된 활성화된 가스인 플라즈마 가스가 균일하게 분배되어 피처리 기판으로 확산되게 한다. 피처리 기판(44)은 예를 들어, 반도체 장치를 제조하기 위한 실리콘 웨이퍼 기판 또는 액정 디스플레이나 플라즈마 디스플레이 등의 제조를 위한 유리 기판이다.
제1 플라즈마 소스(130)는 제1 전원 공급원(102)으로부터 무선 주파수를 공급받아 동작한다. 제1 전원 공급원(102)은 하나 이상의 스위칭 반도체 장치를 구비하여 무선 주파수를 발생하는 교류 스위칭 전원 공급원(AC switching power supply)(104)과 제어 회로(power control circuit)(105) 및 전압 공급원(103)을 포함한다. 하나 이상의 스위칭 반도체 장치는 예를 들어, 하나 이상의 스위칭 트랜지스터를 포함한다. 전압 공급원(103)은 외부로부터 입력되는 교류 전압을 정전압으로 변환하여 교류 스위칭 전원 공급원(104)으로 공급한다. 교류 스위칭 전원 공급원(104)은 제어 회로(105)의 제어를 받아 동작하며 무선 주파수를 발생한다. 제어 회로(105)는 교류 스위칭 전원 공급원(104)의 동작을 제어하여 무선 주파수의 전압 및 전류를 제어한다. 제어 회로(105)의 제어는 제1 플라즈마 소스(130)와 챔버바디(110)의 내부에서 발생되는 복합 플라즈마 중 적어도 하나와 관련된 전기적 또는 광학적 파라미터 값에 기초하여 이루어진다. 이를 위하여 제어 회로(105)는 전기적 또는 광학적 파라미터 값을 측정하기 위한 측정 회로가 구비된다. 예를 들어, 플라즈마의 전기적 및 광학적 파라미터를 측정하기 위한 측정 회로는 전류 프로브와 광학 검출기를 포함한다. 측정 회로는 복합 플라즈마 소스의 구동 전류, 구동 전압, 평균 전력과 최대 전력, 전압 공급원(103)에서 발생된 전압 등을 측정한다. 제어 회로(105)는 측정 회로를 통하여 관련된 전기적 또는 광학적 파라미터 값을 지속적으로 모니터링하고 측정된 값과 정상 동작에 기준한 기준 값과 비교하면서 교류 스위칭 전원 공급원(104)을 제어하여 무선 주파수의 전압 및 전류를 제어한다. 구체적으로 도시하지는 않았으나 제1 전원 공급원(102)에는 비정상적인 동작 환경에 의해 발생될 수 있는 전기적 손상을 방지하기 위한 보호회로가 구비된다.
제2 플라즈마 소스(170)는 제2 전원 공급원(172)으로부터 무선 주파수를 공급받아 동작한다. 제2 전원 공급원(172)은 상기에서 설명한 제1 전원 공급원(102)과 구성 및 작용이 동일하다.
제1, 2전원 공급원(102, 172)은 플라즈마 처리 시스템의 전반을 제어하는 시스템 제어부(60)와 연결된다. 제1, 2전원 공급원(102, 172)은 플라즈마 챔버(100)의 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(40)의 동작을 제어한다.
플라즈마 챔버(100)와 제1, 2 전원 공급원(102, 172)은 물리적으로 분리된 구조를 갖는다. 즉, 플라즈마 챔버(100)와 제1, 2 전원 공급원(102, 172)은 무선 주파수 공급 케이블(35, 36)에 의해서 상호 전기적으로 연결된다. 이러한 플라즈마 챔버(100)와 제1, 2전원 공급원(102, 172)의 분리 구조는 유지 보수와 설치의 용이성을 제공한다. 그러나 플라즈마 챔버(100)와 제1, 2전원 공급원(102, 172)이 일체형 구조로 제공될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 챔버를 도시한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 플라즈마 챔버의 회로도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 플라즈마 챔버(100)는 제1 플라즈마 소스(130) 및 제2 플라즈마 소스(170)를 포함한다. 제1 플라즈마 소스(130)는 플라즈마 챔버(100)의 챔버바디(110)에 장착되는 페라이트 코어(132) 및 일차권선(134)을 포함한다. 제1 플라즈마 소스(130)는 토로이달 형상의 플라즈마 채널(112) 내로 플라즈마가 방전되도록 전자기 에너지를 공급한다. 챔버바디(110)는 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. 챔버바디(110)는 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 일차권선(132)과 연결된다.
플라즈마 챔버(100)는 토로이달 형상의 플라즈마 채널(112) 내의 플라즈마를 점화하는 초기 이온화 이벤트를 제공하는 자유 전하를 생성하기 위한 점화장치(120)를 포함할 수 있다. 초기 이온화 이벤트는 플라즈마 챔버(110)에 인가되는 짧고 높은 전압 펄스일 수 있다. 연속적인 높은 RF 전압은 또한 초기 이온화 이벤트를 생성하도록 사용될 수 있다. 자외선 복사는 또한, 플라즈마 채널(112) 내의 플라즈마를 점화하는 초기 이온화 이벤트를 제공하는, 플라즈마 채널(112) 내의 자유 전하를 생성하도록 사용될 수 있다. 다른 실시예로, 점화전력은 점화장치(120)에 구비되는 점화전극(미도시)에 인가된다. 또 다른 실시예로, 점화전력은 일차권선(132)에 직접 인가되어 초기 이온화 이벤트를 제공할 수 있다. 다른 실시예로, 플라즈마 챔버(100)는 챔버바디(110)에 광학 결합하는 자외선 광원(미도시)으로부터 나오는 자외선 복사에 노출되어 플라즈마를 점화하는 초기 이온화 이벤트를 유발할 수 있다.
본 발명에 따른 챔버바디(110)는 내부에 플라즈마가 발생하기 위한 방전 공간으로써 토로이달 형상의 플라즈마 채널(112)을 포함한다. 챔버바디(110)는 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(110)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)이 결합됨으로써 플라즈마 채널(112)이 토로이달 형상으로 형성된다. 여기서, 제1 챔버블럭(110a), 제2 챔버블럭(110b) , 제3 챔버블럭(110c) 및 제4 챔버블럭(110d)은 하나 이상으로 분리될 수 있다. 다수의 챔버블럭은 결합시 각 챔버블럭 사이에 오링(미도시)이 설치된다.
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 두 개의 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 제3 챔버블럭(110c)과 연결되는 양단으로 절연 브레이크(111)가 구비된다.
페라이트 코어는 가스 주입구(114)가 구비된 제1 챔버블럭(110a) 또는 가스 배출구(116)가 구비된 제4 챔버블럭(110d) 중 어느 하나에 설치될 수 있고, 제1 챔버블럭(110a) 및 제4 챔버블럭(110d) 모두에 설치될 수 있다. 페라이트 코어(130)는 좌, 우로 분기된 플라즈마 채널(112)의 양쪽 또는 한쪽에 설치된다. 페라이트 코어(130)에는 일차권선(132)이 권선되어, 페라이트 코어(130)에 의해 유도되는 에너지가 제1 챔버블럭(110a) 및 제4 챔버블럭(110d)의 플라즈마 채널로 제공된다. 페라이트 코어는 제2 챔버블럭(110b) 또는 제3 챔버블럭(110c) 중 어느 하나에 설치될 수 있고, 제2 챔버블럭(110b)과 제3 챔버블럭(110c) 모두에 설치될 수 있다.
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.
제2 플라즈마 소스(170)는 플라즈마 챔버(100)의 가스 배출구(116)에 인접하게 위치된다. 제2 플라즈마 소스(170)는 플라즈마 챔버(100) 내에서 플라즈마에 의해 분해되어 배출되는 활성화 가스 중 가스로 재결합되거나 분해가 되지 않은 가스에 에너지를 공급한다. 플라즈마 채널(120) 내로 공급된 가스는 제1 플라즈마 소스(130)를 통해 방전된 플라즈마에 의해 이온으로 분해되어 가스 배출구(116)로 배출된다. 이때, 가스 배출구(116)로 제2 플라즈마 소스(170)를 통해 에너지를 공급하면, 가스 배출구(116) 내에서 플라즈마가 방전된다. 그러므로 가스 배출구(116)로 배출되는 활성화 가스 중 가스로 재결합되거나 분해되지 않은 가스는 다시 활성화 가스로 분해되어 배출된다. 제2 플라즈마 소스(170)는 가스 배출구(116) 내로 플라즈마 방전을 위한 에너지를 공급하기 위하여 용량 결합 플라즈마 , 유도 결합 플라즈마 또는 변압기 플라즈마 중 어느 하나를 포함한다. 제2 플라즈마 소스(170)는 가스 배출구(116)에 인접하게 구비되는 것이 바람직하나, 다른 실시예로써 플라즈마 채널(120) 내로 에너지를 전달할 수 있는 위치에 구비될 수 있다.
제1 실시예예에서는 제2 플라즈마 소스(170)로써 용량 결합 플라즈마를 방전하기 위한 제1, 2 용량 결합 전극(174, 176)을 포함한다. 제1 용량 결합 전극(174)은 가스 배출구(116)가 구비된 제4 챔버블럭(110d)에서 가스 배출구(116)를 향하여 설치되며, 제2 전원 공급원(172)과 연결되어 전력을 제공받는다. 제2 용량 결합 전극(176)은 접지로 연결되며, 제1 용량 결합 전극(174)과 가스 배출구(116)를 사이에 두고 마주하도록 챔버블럭()에 설치된다. 제1, 2 용량 결합 전극(174, 176) 사이에서 용량 결합된 플라즈마가 방전된다.
제1 용량 결합 전극은 제4 챔버블럭(110d) 내에 설치된다. 플라즈마 채널(112)로부터 제4 챔버블럭(110d)의 일부에 제1 용량 결합 전극(174)을 설치하기 위한 홈을 형성한다. 형성된 홈에 제1 용량 결합 전극(174)을 삽입하고, 제1 용량 결합 전극(174)이 플라즈마에 노출되지 않도록 절연 플레이트(177)가 설치된다. 절연 플레이트(177)와 제1 용량 결합 전극(174) 사이에는 오링(175)이 설치된다. 제1 용량 결합 전극(174)은 다양한 방식으로 플라즈마 챔버(100)에 설치될 수 있다. 제2 용량 결합 전극(176)은 제 1 용량 결합 전극(174)과 동일한 방식으로 설치된다.
제1 전원 공급원(102)으로부터 제1 플라즈마 소스(130)로 공급되는 주파수와 제2 전원 공급원(172)으로부터 제2 플라즈마 소스(170)로 공급되는 주파수는 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다. 도면에서는 생략하였으나, 제2 전원 공급원(172)과 제1 용량 결합 전극(174) 사이에는 스위칭 회로(미도시)가 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 플라즈마 챔버(100)는 제1, 2 플라즈마 소스(130, 170)에 의해 가스를 분해하기 때문에 가스 주입구(116)를 통해 공급된 가스가 활성화된 가스로 분해되는 비율이 향상된다. 복합적으로 방전되는 플라즈마에 의해 챔버 내로 공급된 가스가 활성화된 가스로 분해되어 배출되는 비율이 높아지게 된다. 특히, 가스 배출구에서 플라즈마를 방전시킴으로써 분해되지 않은 가스가 배출되기 전에 다시 분해될 수 있다. 활성화된 가스로 분해되는 비율이 높아지기 때문에 작업을 위해 사용되는 가스 양을 줄일 수 있다. 뿐만아니라 분해되지 않고 배출되는 가스에 의해 환경오염이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다.
도 4는 메인 전원 공급원과 연결된 플라즈마 챔버를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 제1 플라즈마소스(130)와 제2 플라즈마 소스(170)는 동일한 주파수(f1)를 공급받을 수 있다. 일차권선(132) 및 제1 용량 결합 전극(174)은 하나의 메인 전원 공급원(101)으로부터 전력을 공급받을 수 있다. 여기서, 제1 용량 결합 전극(174)과 메인 전원 공급원(101)은 스위칭 회로(180)를 통해 연결된다. 스위칭 회로(180)를 이용하여 제1, 2 플라즈마 소스(130, 170)에 동시에 전력을 공급할 수도 있고, 제1 플라즈마 소스(130) 또는 제2 플라즈마소스(170)에 순차적으로 전력을 공급할 수도 있다.
도 5 및 도 6은 합성된 주파수가 공급되는 플라즈마 챔버를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 제1 플라즈마소스(130)와 제2 플라즈마 소스(170)는 동일한 주파수를 공급받을 수 있다. 일차권선(134) 및 제1 용량 결합 전극(174)은 제1 전원 공급원(102)과 제2 전원 공급원(172)으로부터 합성된 주파수(f1+f2)를 공급받을 수 있다. 여기서, 제1 용량 결합 전극(174)과 제1, 2 전원 공급원(102, 172)은 스위칭 회로(180)를 통해 연결된다. 스위칭 회로(180)를 이용하여 제1, 2 플라즈마 소스(130, 170)에 동시에 전력을 공급할 수도 있고, 제1 플라즈마 소스(130) 또는 제2 플라즈마소스(170)에 순차적으로 전력을 공급할 수도 있다.
도 6을 참조하면, 제1 플라즈마소스(130)와 제2 플라즈마 소스(170)는 서로 다른 주파수의 전력을 공급받을 수 있다. 일차권선(132)은 두 개의 제1 전원 공급원(102a, 102b)으로부터 합성된 주파수(f1+f1')를 공급받을 수 있다. 제1 용량 결합 전극(174)은 두 개의 제2 전원 공급원(172a, 172b)로부터 합성된 주파수(f2+f2')를 공급받을 수 있다. 일차권선(132)과 제1 용량 결합 전극(174)으로 공급되는 합성 주파수는 서로 상이하다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 챔버를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 제2 플라즈마소스(170)는 유도 결합 플라즈마를 포함한다. 플라즈마 챔버(200)의 가스 배출구(116)를 따라 안테나 코일(210)을 권선한다. 안테나 코일(210)과 연결된 제2 전원 공급원(272)으로부터 전력을 공급받아 플라즈마 챔버(200) 내로 유도 결합된 플라즈마를 방전한다.
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.
100, 200: 플라즈마 챔버
102: 제1 전원 공급원
110: 챔버바디
110a, 110b, 110c, 110d: 제1, 2, 3, 4 챔버블럭
112: 플라즈마 채널 120: 점화장치
130: 제1 플라즈마 소스 132: 페라이트 코어
134: 일차권선 170: 제2 플라즈마 소스
172, 272: 제2 전원 공급원 174: 제1 용량 결합 전극
175: 오링 176: 제2 용량 결합 전극
177: 절연 플레이트 180: 스위칭 회로
210: 안테나 코일
110: 챔버바디
110a, 110b, 110c, 110d: 제1, 2, 3, 4 챔버블럭
112: 플라즈마 채널 120: 점화장치
130: 제1 플라즈마 소스 132: 페라이트 코어
134: 일차권선 170: 제2 플라즈마 소스
172, 272: 제2 전원 공급원 174: 제1 용량 결합 전극
175: 오링 176: 제2 용량 결합 전극
177: 절연 플레이트 180: 스위칭 회로
210: 안테나 코일
Claims (5)
- 플라즈마가 방전되는 토로이달 형상의 플라즈마 채널을 갖는 챔버바디;
상기 챔버바디에 설치되어 상기 플라즈마 채널 내로 플라즈마 방전을 위한 제1 이온화 에너지를 제공하는 제1 플라즈마 소스; 및
상기 챔버바디에 설치되어 상기 플라즈마 채널 내로 플라즈마 방전을 위한 제2 이온화 에너지를 제공하는 제2 플라즈마 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버. - 제1항에 있어서,
상기 제1 플라즈마 소스는
상기 플라즈마 채널의 일부를 감싸도록 상기 챔버바디에 설치되는 페라이트 코어;
상기 페라이트 코어에 권선되는 일차권선; 및
상기 일차권선과 연결되어 전력을 공급하는 제1 전원 공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버. - 제1항에 있어서,
상기 제2 플라즈마소스는
상기 플라즈마 채널을 중심으로 마주하도록 상기 챔버바디에 설치되어 상기 플라즈마 채널 내에서 용량 결합된 플라즈마를 방전하는 제1, 2 용량 결합 전극; 및
상기 제1 용량 결합 전극으로 전력을 공급하는 제2 전원 공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버. - 제1항에 있어서,
상기 제2 플라즈마소스는
상기 플라즈마 채널의 일부에 권선되어 상기 플라즈마 채널 내에서 유도 결합된 플라즈마를 방전하는 안테나 코일; 및
상기 안테나 코일로 전력을 공급하는 제2 전원 공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플라즈마 챔버는 상기 플라즈마 채널에서 플라즈마와 반응하여 활성화된 가스가 배출되는 가스 배출구를 포함하고, 상기 제2 플라즈마 소스는 상기 가스 배출구에 인접하게 설치되는 것을 특징으로 하는 복합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 챔버.
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