KR101241049B1 - 플라즈마 발생 장치 및 플라즈마 발생 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라즈마 발생 장치 및 플라즈마 발생 방법을 제공한다. 플라즈마 발생 장치는 유전체 창문을 가지고 토로이달 형태의 방전 공간을 가지는 챔버, 챔버의 일부를 감싸도록 배치되는 자성체 코어, 자성체 코어를 감싸도록 배치되는 유도 코일, 및 유전체 창문을 통하여 초고주파를 방사하는 도파관을 포함한다. 유도 코일에 흐르는 교류 전류는 자성체 코어에 자속을 형성하고, 자속은 상기 챔버 내부에 유도 결합 플라즈마를 형성하고, 도파관을 진행하는 초고주파는 챔버에 초고주파 플라즈마를 형성한다.
Description
본 발명은 플라즈마 발생 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 원격 플라즈마 발생 장치에 관한 것이다.
원격 플라즈마 발생 장치는 플라즈마를 이용하여 활성종을 생성하고, 생성된 활성종을 공정 챔버에 제공하여 세정 공정 등을 진행한다. 즉, 원격 플라즈마 발생 장치에서 생성된 플라즈마는 플라즈마가 생성되는 위치와 실제 공정이 진행되는 위치가 서로 다르다.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 초고주파 플라즈마 및 유도 결합 플라즈마를 결합하여 초기 방전이 용이하고 방전 안정성이 있으며 많은 유량을 처리할 수 있는 원격 플라즈마 발생 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 초고주파 플라즈마 및 유도 결합 플라즈마를 결합하여 초기 방전이 용이하고 방전 안정성이 있으며 많은 유량을 처리할 수 있는 원격 플라즈마 발생 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 유전체 창문을 가지고 토로이달 형태의 방전 공간을 가지는 챔버; 상기 챔버의 일부를 감싸도록 배치되는 자성체 코어; 상기 자성체 코어를 감싸도록 배치되는 유도 코일; 및 상기 유전체 창문을 통하여 초고주파를 방사하는 도파관을 포함한다. 유도 코일에 흐르는 교류 전류는 상기 자성체 코어에 자속을 형성하고, 상기 자속은 상기 챔버 내부에 유도 결합 플라즈마를 형성하고, 상기 도파관을 진행하는 초고주파는 상기 챔버에 초고주파 플라즈마를 형성한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 챔버는 도전체이고, 상기 챔버에 발생하는 유도 전류를 차단하는 절연 스페이서를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 챔버는 제1 내지 제4 몸통을 포함하고,
상기 제1 몸통 내지 제4 몸통은 차례로 연결되어 토로이달 형태의 방전 공간을 제공하고, 상기 자성체 코어는 제1 자성체 코어 및 제2 자성체 코어를 포함하고, 상기 제1 자성체 코어는 상기 제1 몸통을 감싸도록 배치되고, 상기 제2 자성체 코어는 상기 제3 몸통을 감싸도록 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 몸통 및 상기 제3 몸통은 전기적으로 플로팅될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 도파관은 제1 슬릿을 가지는 제1 도파관 및 제2 슬릿을 가지는 제2 도파관을 포함하고, 상기 유전체 창문은 제1 유전체 창문 및 제2 유전체 창문을 포함하고, 상기 제1 유전체 창문은 상기 제2 몸통에 장착되고, 상기 제2 유전체 창문은 제4 몸통에 장착되고, 상기 제1 슬릿은 상기 제1 유전체 창문을 통하여 초고주파를 상기 제2 몸통에 제공하고, 상기 제2 슬릿은 상기 제2 유전체 창문을 통하여 초고주파를 상기 제4 몸통에 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 도파관은 제1 슬릿을 및 제2 슬릿을 포함하고, 상기 유전체 창문은 제1 유전체 창문 및 제2 유전체 창문을 포함하고, 상기 제1 유전체 창문은 상기 제2 몸통에 장착되고, 상기 제2 유전체 창문은 제4 몸통에 장착되고, 상기 제1 슬릿은 상기 제1 유전체 창문을 통하여 초고주파를 상기 제2 몸통에 제공하고, 상기 제2 슬릿은 상기 제2 유전체 창문을 통하여 초고주파를 상기 제4 몸통에 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 챔버는 초기 방전 가스 및 공정 가스를 제공하는 가스 유입부; 및 해리된 가스를 토출하는 가스 토출부를 더 포함하고, 상기 가스 유입부는 상기 제1 몸통에 장착되고, 상기 가스 토출부는 상기 제3 몸통에 장착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 챔버는 초기 방전 가스 및 공정 가스를 제공하는 가스 유입부; 및 해리된 가스를 토출하는 가스 토출부를 더 포함하고, 상기 가스 유입부는 상기 제2 몸통에 장착되고, 상기 가스 토출부는 상기 제4 몸통에 장착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 몸통 및 제3 몸통은 외측면 함몰부를 더 포함하고, 상기 제1 자성체 코어는 상기 제1 몸통의 상기 함몰부에 결합하고, 상기 제2 자성체 코어는 상기 제3 몸통의 상기 함몰부에 결합할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 몸통 또는 상기 제4 몸통은 상판 및 하판을 포함하고, 상기 상판의 일면에는 트렌치가 형성되고, 상기 하판의 일면에서는 트렌치가 형성되고, 상기 상판의 트렌치와 상기 하판의 트렌치가 결합하여 상기 방전 공간을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유도 코일은 제1 자성체 코어를 감싸는 제1 유도 코일; 및 제2 자성체 코어를 감싸는 제2 유도 코일을 포함하고, 상기 제1 유도 코일은 제1 교류 전원에 연결되고, 상기 제2 유도 코일은 제2 교류 전원에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 도파관과 상기 유전체 창문 사이에 배치되는 냉각 블록을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 도파관에 초고주파를 공급하는 초고주파 발생기; 초고주파 발생기와 상기 도파관 사이에 배치되어 임피던스 매칭을 위한 튜너; 초고주파 발생기와 상기 도파관 사이에 배치되어 반사파 또는 진행파의 일부를 추출하는 방향성 결합기; 아이솔레이터; 반사파를 소모하는 더미 로드; 및 고주파 발생기의 진행파는 상기 도파관에 제공하고, 부하에서 반사되는 반사파는 상기 더미 로드에 제공하는 서큘레이터 중에서 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 챔버의 내부 단면은 사각형일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 자성체 코어는 페라이트 또는 나노 크라스탈라인 코어일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 도파관의 단면은 직사각형일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유전체 창문은 판형이고, 상기 유전체 창문은 쿼츠, 알루니마, 세라믹, 사파이어, 질화알루미늄, 및 이들의 조합 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 몸통 및 상기 제3 몸통은 절연체이고, 상기 제2 몸통 및 상기 제4 몸통은 도전체일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 몸통 내지 상기 제4 몸통은 서로 절연 스페이서로 전기적으로 분리될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 폐루프(closed loop)를 형성하는 자성체 코어; 상기 자성체 코어의 폐루프를 관통하여 배치되고, 적어도 하나의 폐루프의 방전 공간을 포함하고, 유전체 창문을 가지는 챔버; 상기 자성체 코어를 감싸도록 배치되는 유도 코일; 및 슬롯을 포함하고 상기 슬롯 및 상기 유전체 창문을 통하여 초고주파를 방사하는 도파관을 포함한다. 상기 유도 코일에 흐르는 교류 전류는 상기 자성체 코어에 자속을 형성하고, 상기 자속은 상기 챔버 내부에 유도 결합 플라즈마를 형성하고, 상기 도파관을 진행하는 초고주파는 상기 챔버 내부에 초고주파 플라즈마를 형성한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 폐루프(closed loop)를 형성하는 자성체 코어; 상기 자성체 코어의 폐루프를 관통하여 배치되고, 적어도 하나의 폐루프의 방전 공간을 포함하는 챔버; 상기 자성체 코어를 감싸도록 배치되는 유도 코일; 상기 챔버와 상기 슬롯 사이에 배치되는 유전체 창문; 및 슬롯을 포함하고 상기 슬롯 및 상기 유전체 창문을 통하여 초고주파를 방사하는 도파관을 포함한다. 상기 유도 코일에 흐르는 교류 전류는 상기 자성체 코어에 자속을 형성하고, 상기 자속은 상기 챔버 내부에 유도 결합 플라즈마를 형성하고, 상기 도파관을 진행하는 초고주파는 상기 챔버 내부에 초고주파 플라즈마를 형성한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 해리 가스를 생성하는 플라즈마 발생부; 및 상기 플라즈마 발생부로부터 상기 해리 가스를 제공받아 기판 처리 또는 세정 공정을 수행하는 공정 챔버를 포함한다. 상기 플라즈마 발생부는 유전체 창문을 가지고 토로이달 형태의 방전 공간을 가지는 챔버; 상기 챔버의 일부를 감싸도록 배치되는 자성체 코어; 상기 자성체 코어를 감싸도록 배치되는 유도 코일; 및 상기 유전체 창문을 통하여 초고주파를 방사하는 도파관을 포함한다. 유도 코일에 흐르는 교류 전류는 상기 자성체 코어에 자속을 형성하고, 상기 자속은 상기 챔버 내부에 유도 결합 플라즈마를 형성하고, 상기 도파관을 진행하는 초고주파는 상기 챔버 내부에 초고주파 플라즈마를 형성한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 방법은 초기 방전 가스 또는 공정 가스를 유전체 창문을 가지고 토로이달 형태의 방전 공간을 포함하는 챔버에 제공하는 단계; 상기 유전체 창문을 통하여 초고주파를 제공하여 상기 방전 공간에 초고주파 플라즈마를 생성하는 단계; 및 상기 챔버를 감싸는 자성체 코어를 감싸는 유도 코일에 교류 전력을 제공하여 상기 방전 공간에 유도 결합 플라즈마를 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 챔버에서 플라즈마에 의하여 해리된 해리 가스를 공정 챔버에 제공하여 상기 공정 챔버의 세정 공정을 진행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 초기 방전 가스는 불활성 가스 및 질소 가스 중에서 적어도 하나를 포함하고, 상기 공정 가스는 불소함유 가스 및 산소 가스 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 초기 방전 가스 및 상기 공정 가스의 유량 비를 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마의 플라즈마 초기 방전 장치에 있어서, 유전체 창문을 가지고 적어도 하나의 폐루프의 방전 공간을 포함하는 챔버;및 슬롯을 포함하고 상기 슬롯 및 상기 유전체 창문을 통하여 초고주파를 방사하는 도파관을 포함하고, 상기 도파관을 진행하는 초고주파는 상기 챔버 내부에 초고주파를 이용하여 초기 플라즈마 방전시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원격 플라즈마 발생 장치는 초고주파 플라즈마 및 유도 결합 플라즈마를 결합하여 초기 방전이 용이하고 방전 안정성이 있으며 많은 유량을 처리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 사시도이다.
도 3은 도 2의 플라즈마 발생 장치의 분해 사시도이다.
도 4는 도 2의 I-I'선을 따라 자른 단면도이다.
도 5는 도 2의 II-II'선을 따라 자른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 사시도이다.
도 7은 도 6의 III-III'선을 따라 자른 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 분해 사시도이다.
도 9는 도 8의 IV-IV'선을 따라 자른 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 분해 사시도이다.
도 11은 도 10의 V-V'선을 따라 자른 단면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 단면도이다.
도 14은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 사시도이다.
도 3은 도 2의 플라즈마 발생 장치의 분해 사시도이다.
도 4는 도 2의 I-I'선을 따라 자른 단면도이다.
도 5는 도 2의 II-II'선을 따라 자른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 사시도이다.
도 7은 도 6의 III-III'선을 따라 자른 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 분해 사시도이다.
도 9는 도 8의 IV-IV'선을 따라 자른 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 분해 사시도이다.
도 11은 도 10의 V-V'선을 따라 자른 단면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 단면도이다.
도 14은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 단면도이다.
세정용 원격 플라즈마 발생 장치의 1 세대는 초고주파 플라즈마 발생장치를 이용하였다. 초고주파 플라즈마 발생 장치는 많은 유량의 처리에 한계가 있고, 구조적으로 부피가 크고, 도파관 등의 부품의 가격이 비싸다. 또한, 초고주파 전력이 공간적으로 집중되어 절열체 튜브에 제공되어, 절연체 튜브는 주기적으로 교체되어야 한다. 따라서, 유지 보수가 어렵다.
세정용 원격 플라즈마 발생 장치의 2 세대는 토로이드형 유도 결합 플라즈마 발생장치를 이용하였다. 토로이드형 유도 결합 플라즈마는 초고주파 플라즈마보다 많은 유량을 처리할 수 있다. 그러나, 토로이드형 유도 결합 플라즈마는 초기 방전의 어려움이 있다. 따라서, 토로이드형 유도 결합 플라즈마는 통상적으로 점화용 축전 결합 전극(capactively coupled electrode for ignition)을 사용한다.
그러나, 점화용 전극은 고전압이 요구된다. 상기 점화용 전극에 고전압이 인가되는 경우, 상기 점화용 전극 및 인접한 챔버는 스퍼터링에 취약하다. 스퍼터링된 물질은 챔버의 내구성을 감소시키고, 공정 챔버에 들어가서 오염물질로 작용한다. 또한, 토로이드형 유도 결합 플라즈마 발생장치는 NF3(Nitrogen trifluoride) 등의 공정 가스를 방전하는 경우, 방전이 유지되지 못하고 꺼지는 문제점이 있다. 아르곤(Ar)과 같은 초기 방전 가스를 챔버에 제공하고, 점화용 전극에 고전압을 인가하여 방전을 유지한다. 이어서, 공정 가스를 투입하여 공정 가스 플라즈마가 생성된다. 따라서, 공정 가스에서 방전이 불안정한 경우, 반복적으로 초기 방전을 실시하므로 공정 시간이 증가한다.
따라서, 초기 방전이 용이하고, NF3와 같은 공정 가스에서도 방전 안전성이 크며, 많은 유량을 처리할 수 있는 원격 플라즈마 발생 장치가 요구된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 플라즈마 발생 장치(100)는 유전체 창문(119)을 가지고 토로이달 형태의 방전 공간(121)을 가지는 챔버(122), 상기 챔버(122)의 일부를 감싸도록 배치되는 자성체 코어(124), 상기 자성체 코어(124)를 감싸도록 배치되는 유도 코일(126), 및 상기 유전체 창문(119)을 통하여 초고주파를 방사하는 도파관(116)을 포함한다.
유도 코일(126)에 흐르는 교류 전류는 상기 자성체 코어(124)에 자속을 형성하고, 상기 자속은 상기 챔버(122) 내부에 유도 결합 플라즈마를 형성한다. 상기 도파관(116)을 진행하는 초고주파는 상기 챔버(122)에 초고주파 플라즈마를 형성한다.
상기 챔버(122)는 도전체일 수 있다. 상기 챔버(122)에 발생하는 유도 전류를 차단하는 절연 스페이서(미도시)를 포함한다. 상기 챔버(122)는 적어도 하나의 폐 경로(closed path)를 형성할 수 있다. 상기 챔버(122)는 토로이트 형태의 방전 공간(121)을 형성할 수 있다. 상기 챔버(122)는 전기적으로 절연된 복수의 부품으로 형성될 수 있다.
상기 챔버(122)의 내부 단면은 직사각형일 수 있다. 직사각형의 단면은 초고주파가 용이하게 전달받기 위한 구조일 수 있다. 상기 챔버(122)는 냉매에 의하여 냉각될 수 있다. 상기 챔버(122)의 내부 방전 공간은 절연체로 코팅될 수 있다. 또는 상기 방전 공간의 일부에 유전체관이 삽입될 수 있다. 상기 유전체관은 부식성 가스에 의하여 챔버(122)가 부식되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 상기 챔버(122)는 알루미늄으로 형성되고, 상기 방전 공간은 아노다이징(anodizing) 처리되어 알루미늄 산화막으로 코팅될 수 있다.
상기 챔버(122)의 외부 표면은 유도 전기장에 의하여 가열될 수 있다. 상기 챔버(122)의 표면은 유도 전기장에 의한 유도 전류의 경로를 차단하도록 복수의 트랜치를 포함할 수 있다. 상기 트랜치는 상기 유도 전기장을 가로지르도록 배치될 수 있다.
상기 챔버(122)는 가스 유입부(131a) 및 가스 토출부(131b)를 포함할 수 있다. 상기 가스 유입부(131a)는 초기 방전 가스 및 공정 가스를 상기 챔버(122)에 제공할 수 있다. 상기 초기 방전 가스는 불활성 가스 및 질소 가스 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 공정 가스는 불소 포함가스 및 산소 가스 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 가스 토출부(131b)는 플라즈마에 의하여 해리된 가스를 토출할 수 있다. 상기 가스 유입부는 2개의 입구를 포함할 수 있다.즉, 초기 방전 가스를 제공하는 입구와 공정가스를 제공하는 입구가 서로 다를 수 있다. 상기 가스 유입부(131a)의 내부 단면 또는 가스 토출부(131b)의 내부 단면은 상기 챔버의 내부 단면과 동일할 수 있다.
상기 유전체 창문(119)은 초고주파를 투과시키고 진공을 유지할 수 있는 재질일 수 있다. 상기 유전체 창문(119)의 재질은 쿼츠, 알루미나, 사파이어, 질화 알루미늄, 알루미늄 산화막, 알루미늄 질화막, 및 이들의 조합 중에서 하나일 수 있다. 상기 유전체 창문(119)은 판 형상일 수 있다. 그러나, 상기 유전체 창문은 챔버의 형상에 맞게 변형될 수 있다.
예를 들어, 상기 유전체 창문(119)은 절연체 판 상에 차례로 적층된 도전성 박막, 및 절연성 박막 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 도전성 박막은 열전도율이 좋은 도전성 물질로 코팅될 수 있다. 다만, 상기 도전성 박막은 슬롯(117)에 대응되는 개구부를 가질 수 있다. 초고주파는 상기 개구부를 통하여 상기 챔버(122) 내부로 전달될 수 있다. 상기 도전성 박막은 상기 유전체 창문의 냉각시킬 수 있다.
도파관(116)은 슬롯(117)을 포함하고, 상기 슬롯(117)은 초고주파를 방사한다. 상기 초고주파는 상기 슬롯(117) 및 유전체 창문(119)을 통하여 상기 챔버(122) 내부로 전달된다. 상기 챔버(122) 내부로 전달된 초고주파는 초고주파 플라즈마를 형성한다. 상기 유전체 창문과 상기 도파관 사이에 냉각을 위한 냉각 블록이 추가적으로 배치될 수 있다. 상기 도파관(116)은 직사각형 도파관일 수 있다.
상기 도파관(116)의 일단은 초고주파 발생기에 연결되고, 상기 도파관(116)의 타단은 금속판으로 막혀있다. 이에 따라, 상기 초고주파는 상기 슬롯(117)을 통하여 방사된다. 상기 도파관(117)은 대칭적 구조를 가지도록 상기 챔버(122)의 외측 또는 내측 배치될 수 있다.
초고주파 플라즈마는 국부적으로 강한 전자기파에 의하여 형성된다. 이에 따라, 상기 초고주파 플라즈마와 접촉하는 영역은 가열될 수 있다. 특히, 불소 함유 가스가 방전되는 경우, 가열된 상기 유전체 창문은 쉽게 식각될 수 있다. 이를 방지하기 위하여 상기 도파관(116)과 상기 유전체 창문(119) 사이에는 냉각 블록이 배치될 수 있다. 상기 냉각 블록은 상기 유전체 창문(119)을 냉각한다. 상기 냉각 블록은 알루미늄과 같은 열전도성이 우수한 물질일 수 있다. 상기 냉각 블록은 냉매에 의하여 냉각되거나, 가압 공기에 의하여 냉각될 수 있다.
초고주파 발생기(110)는 상기 도파관(116)에 초고주파를 공급한다. 상기 초고주파 발생기(110)의 주파수는 1 GHz 내지 20 GHz일 수 있다. 상기 초고주파 발생기(110)의 전력은 수십 와트(Watt) 내지 수 킬로 와트(kWatt)일 수 있다. 상기 초고주파 발생기(110)는 2.45 GHz의 마그네트론(magnetron)일 수 있다. 가정용 전자 레인지에 사용되는 마그네트론은 저렴하고, 소형이다. 따라서, 상기 초고주파 발생기(110)는 저렴한 가격으로 초고주파 플라즈마를 형성할 수 있다.
임피던스 매칭을 위한 튜너(115)는 선택적으로 초고주파 발생기(110)와 상기 도파관(116) 사이에 배치될 수 있다. 상기 튜너(115)는 스터브 튜너(stub tuner) 또는 플런저(plunger)일 수 있다. 상기 스터브 튜너는 상기 도파관(116)과 상기 초고주파 발생기(110) 사이에 배치되어, 반사파를 최소화시킬 수 있다. 상기 플런저(plunger)는 상기 도파관(116)의 끝에 삽입될 수 있다.
방향성 결합기(114)는 선택적으로 초고주파 발생기(110)와 상기 도파관(116) 사이에 배치되어 반사파 또는 진행파의 일부를 추출한다. 더미 로드(dummy load)는 선택적으로 반사파를 소모할 수 있다. 서큘레이터(113)는 3 포트 소자로 초고주파 발생기의 진행파는 도파관(116)에 전달하고, 상기 도파관(116) 또는 부하에서 반사되는 반사파는 더미 로드(112)에 제공할 수 있다. 아이솔레이터는 2 포트 소자로 초고주파 발생기(110)의 진행파는 상기 도파관(116)에 전달하고 반사파는 차단할 수 있다.
상기 자성체 코어(124)는 페라이트 또는 나노 크리스탈라인(nano crystalline) 코어일 수 있다. 나노 크리스탈라인 코어의 경우, 투자율은 15000 이상일 수 있다. 이에 따라, 상기 자성체 코어(124)의 부피가 감소되고, 히스테리시스에 의한 열손실이 감소될 수 있다. 상기 자성체 코어(124)는 폐루프를 형성할 수 있다. 이에 따라, 자속은 상기 자성체 코어(124)에 집중될 수 있다. 상기 자성체 코어(124)의 와류(eddy current)에 의한 열 손실을 감소시키기 위하여, 상기 자성체 코어(124)는 복수의 부품으로 분리될 수 있다. 상기 자성체 코어는 챔버의 일부를 감싸도록 배치될 수 있다.
유도 코일(126)은 구리 또는 은과 같은 도전성이 좋은 물질로 형성될 수 있다. 상기 유도 코일(126)은 넓은 띠 형태를 가질 수 있다. 상기 유도 코일(126)은 상기 챔버(122)와 절연되도록 절연체로 코팅될 수 있다.
상기 유도 코일(126)은 교류 전원(128)에 연결된다. 상기 교류 전원(128)의 주파수는 10kHz 내지 10 MHz 일 수 있다. 바람직하게는 상기 교류 전원(128)의 주파수가 100 kHz 내지 1MHz 일 수 있다. 상기 교류 전원(128)의 전력은 처리용량에 비례하여 증가하나, 통상적으로 수 킬로와트 내지 수백 킬로와트일 수 있다.
상기 유도 코일(126)에 흐르는 교류 전류는 상기 자성체 코어(124)에 자속을 유도한다. 상기 시변 자속(time varying magnetic flux)은 상기 자성체 코어(124)의 중심축 방향으로 유도 전기장을 유도한다. 상기 유도 전기장은 상기 챔버(122) 내부의 방전 공간에서 유도 결합 플라즈마를 형성한다. 또한, 상기 유도 전기장은 도전성 챔버에서 옴익 가열(ohmic heating)에 의하여 열을 발생시킨다. 상기 챔버(122)는 옴익 가열을 감소시키기 위하여 전기적으로 서로 분리된 복수의 부품으로 형성될 수 있다.
상기 챔버(122)의 압력은 수 백 밀리토로(mTorr) 내지 수백 토르(Torr)일 수 있다. 유도 결합 플라즈마는 수십 토르 이상에서 공정 가스를 이용하여 방전이 유지되지 않는다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 초고주파 방전의 도움으로 수십 토르 이상에서 공정 가스를 이용하여 방전을 유지할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 유도 결합 플라즈마만으로 처리 가능한 유량보다 수십 퍼센트 이상 더 처리할 수 있다. 상기 처리 유량의 증가는 안정적인 초고주파 플라즈마 방전 및 유도 결합 플라즈마와 결합에 의한 상승 효과에 기인한다. 또한, 초고주파 플라즈마 방전에 의한 초기 방전의 용이성에 의하여, 유도 결합 플라즈마를 형성하는 교류 전원의 동작 전압이 감소할 수 있다. 이에 따라, 교류 전원의 가격이 감소할 수 있다.
유도 결합 플라즈마의 특성과 초고주파 플라즈마의 특성은 서로 다르다. 따라서, 유도 결합 플라즈마가 적용할 수 없는 응용분야에도, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 플라즈마 발생 장치는 대기압에 근처의 압력에서도 동작할 수 있어, 폐기물 처리, 오존을 생성하여 살균하는 살균 공정 등에 적용될 수 있다.
가스 토출부(131b)는 해리된 공정 가스를 공정 용기(132)에 제공할 수 있다. 상기 공정 용기(132)는 식각 공정, 증착 공정, 에싱(ashing) 공정 등을 수행할 수 있다. 상기 증착 공정의 경우, 상기 공정 용기는 별도의 증착 공정 가스를 공급받는다. 상기 공정 용기는 가스 분배부(134), 기판(138), 및 기판 홀더(136)를 포함할 수 있다. 상기 기판(138)은 반도체 기판, 유리 기판, 플라스틱 기판, 및 금속 기판일 수 있다. 상기 공정 용기(132)가 오염된 경우, 상기 플라즈마 발생 장치는 해리된 공정 가스를 상기 공정 용기에 제공하여 세정 공정을 진행할 수 있다.
기판의 크기가 증가함에 따라, 상기 공정 용기의 부피가 증가하여, 상기 플라즈마 발생 장치는 수 SLM(standard liter per minute) 내지 수백 SLM의 해리된 공정 가스를 상기 공정 용기에 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 방법은 초기 방전 가스 및/또는 공정 가스를 유전체 창문을 가지고 토로이달 형태의 방전 공간을 가지는 챔버에 제공한다. 이어서, 초고주파 발생기는 상기 유전체 창문을 통하여 초고주파를 제공하여 초고주파 플라즈마를 생성한다. 교류 전원은 상기 챔버를 감싸는 자성체 코어를 감싸는 유도 코일에 교류 전력을 제공하여 상기 챔버의 내부에 유도 결합 플라즈마를 생성한다.
상기 초기 방전 가스는 초기 방전에 용이한 아르곤 가스 등과 같은 불활성 가스 또는 질소 가스일 수 있다. 상기 공정 가스는 불소 함유 가스 또는 산소 가스일 수 있다.
구체적으로, 상기 공정 가스는 NF3이고, 초기 방전 가스는 아르곤 가스일 수 있다. 상기 챔버에서 플라즈마에 의하여 해리된 해리 가스는 공정 챔버에 제공되어 세정 공정이 수행될 수 있다.
종래의 유도 결합 플라즈마는 낮은 압력에서 초기 방전 가스를 이용하여 방전하고, 압력을 증가시키면서 공정 가스를 챔버에 투입한다. 따라서, 공정 가스가 해리되기까지 대기 시간이 길다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 방법은 공정 가스와 초기 방전가스를 높은 압력에서 동시에 투입할 수 있다. 공정 가스의 비율은 초기 방전가스에 대하여 5 퍼센트 이상일 수 있다. 초고주파 방전은 높은 압력에서도 쉽게 안정적으로 방전된다. 따라서, 공정 가스와 초기 방전 가스의 유량비를 조절하여, 공정 가스의 방전이 가능하다. 따라서, 대기 시간이 현저히 감소한다.
또한, 유도 결합 플라즈마는 초기 방전을 위하여 축전 결합 전극을 이용하나, 축전 결합 플라즈마는 면적이 많을 수록 방전이 용이하다. 축전 결합 전극의 면적의 증가에는 한계가 있다. 축전 결합 전극의 면적 증가는 스퍼터링을 유발한다. 또한, 축전 결합 플라즈마를 형성하기 위하여 별도의 고전압을 유발하는 고전압 전원이 요구된다. 상기 고전압 전원은 별도의 비용을 요구한다. 또한, 축전 결합 플라즈마는 강한 전기장을 이용하여 아크에 취약하다. 또한, 유도결합 플라즈마 발생시에도, 축전 결합 전극은 아크를 발생시킬 수 있다. 한번 아크가 발생하면, 계속 아크가 발생하여 장비의 수명을 현저히 감소시킨다.
그러나, 본 발명에 의한 초기 방전은 초고주파를 이용하여 아크가 발생하지 않는다. 또한, 축전 결합 플라즈마에서 발생하는 스퍼터링 문제가 없다. 또한, 유도 결합 플라즈마 만을 이용하여 공정 가스를 방전하는 경우, 방전은 쉽게 꺼진다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 초고주파 방전이 항시 유지되어 방전 불안정성이 제거된다. 또한, 방전 불안정성이 제거되어, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 처리 유량을 용이하게 증가시킬 수 있다. 또한, 초고주파 플라즈마와 유도 결합 플라즈마가 결합하여, 처리 유량을 더욱 증가시킬 수 있다.
기존의 축전 결합 전극을 이용한 이그나이터(igniter)를 사용하였을 경우에 비해 초고주파 플라즈마를 이그나이터(igniter)로 사용하였을 경우, 아르곤(Ar)에서 자성체 코어를 감싸는 2 차측의 플라즈마 형성 개시전압( 또는 1차측 코일의 인가전압)이 큰 폭으로 감소할 수 있다. 구체적으로, 1차측 코일의 인가전압은 1/3 정도 감소한다. 1차측 코일의 인가전압 감소는 교류 전원의 출력안정성에 도움을 줄 수 있고, 적은 전압으로 초기방전이 형성되므로 초기 방전시 발생하는 고전압에 의한 챔버 내부의 아킹을 현저히 감소시킬 수 있다. 교류 전원은 낮은 전압에서 동작될 수 있다.
또한, 초고주파 방전은 초고주파 발생기와 도파관 만으로 방전이 가능하다. 또한, 초고주파 발생기는 가정용 마그네트론을 사용하는 경우, 초고주파 방전을 위한 설비의 가격은 저렴하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 사시도이다.
도 3은 도 2의 플라즈마 발생 장치의 분해 사시도이다.
도 4는 도 2의 I-I'선을 따라 자른 단면도이다.
도 5는 도 2의 II-II'선을 따라 자른 단면도이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 플라즈마 발생 장치(200)는 유전체 창문(247a,247b)을 가지고 토로이달 형태의 방전 공간을 가지는 챔버(252), 상기 챔버(252)의 일부를 감싸도록 배치되는 자성체 코어(254a,254b), 상기 자성체 코어(254a,254b)를 감싸도록 배치되는 유도 코일(259a,259b), 및 상기 유전체 창문(247a,247b)을 통하여 초고주파를 방사하는 도파관(240a,240b)을 포함한다. 유도 코일(259a,259b)에 흐르는 교류 전류는 상기 자성체 코어(254a,254b)에 자속을 형성하고, 상기 자속은 상기 챔버(252) 내부에 유도 결합 플라즈마를 형성한다. 상기 도파관(240a,240b)을 진행하는 초고주파는 상기 챔버(252)에 초고주파 플라즈마를 형성한다.
상기 챔버(252)는 도전성 물질로 형성될 수 있다. 상기 도전성 물질은 알루미늄일 수 있다. 상기 챔버(252)는 제1 내지 제4 몸통(252a~252d)을 포함할 수 있다. 상기 제1 몸통 내지 제4 몸통(252a~252d)은 차례로 연결되어 토로이달 형태의 방전 공간을 제공할 수 있다. 상기 제1 몸통 내지 제4 몸통(252a~252d)은 절연 스페이서(261)를 통하여 서로 전기적으로 절연될 수 있다.
상기 제1 몸통(252a)은 z 축 방향으로 정렬된 직사각형 기둥 형상일 수 있다. 상기 제1 몸통(252a)의 내부에 홀이 배치된다. 상기 홀은 제1 홀, 제2 홀, 및 제3 홀을 포함할 수 있다. 상기 제1 홀은 상기 제1 몸통의 일단에서 -y축 방향으로 관통되어 형성될 수 있다. 상기 제2 홀은 상기 제1 홀의 중간에서 연결되고 z 축 방향으로 연장될 수 있다. 상기 제3 홀은 상기 제1 몸통의 타단에서 상기 제2 홀과 연결되어 -y축 방향으로 형성될 수 있다. 상기 제1 몸통의 타단에는 포트가 설치될 수 있다.
가스 토출부(256a)는 상기 제1 홀과 연결되어 배치될 수 있다. 상기 가스 토출부(256a)의 형상은 상기 제1 홀의 형상과 동일할 수 있다. 상기 가스 토출부(256a)는 절연 스페이서(261)를 통하여 전기적으로 절연되면서 제1 몸통(252a)와 결합한다. 상기 가스 토출부(256a)는 접지될 수 있다. 상기 제1 몸통(252a)은 냉매에 의하여 냉각될 수 있다. 상기 가스 토출부(256a)의 단면은 상기 제1 몸통(252a)의 단면과 동일할 수 있다.
상기 제1 몸통(252a)의 둘레에는 제1 자성체 코어(254a)가 배치된다. 상기 제1 자성체 코어(254a)는 페라이트 또는 나노 크리스탈라인(nano-crystalline) 코어일 수 있다. 제1 유도 코일(259a)은 상기 제1 자성체 코어(254a)를 감싸도록 배치된다. 상기 제1 유도 코일(259a)은 제1 교류 전원(228a)에 연결된다. 제1 유도 코일(259a)은 변압기의 1차 코일을 형성하고, 상기 챔버(252)에 형성된 유도 결합 플라즈마는 변압기의 2차 코일을 형성한다. 상기 제1 유도 코일(259a)에 흐르는 전류는 상기 제1 자성체 코어(254a)에 자속을 유도하고, 자속의 시간에 따른 변화는 유도 전기장을 상기 챔버(252) 내부에 생성한다. 상기 유도 전기장은 유도 결합 플라즈마를 형성한다. 상기 챔버(252)가 변압기의 2차 코일에 되지 않도록, 상기 제1 몸통(252a)는 전기적으로 플로팅될 수 있다.
제2 몸통(252b)은 y축 방향으로 정렬될 수 있다. 상기 제2 몸통(252b)은 직각사각형 기둥 형상일 수 있다. 상기 제2 몸통(252b)을 y 축 방향으로 관통하는 홀이 형성될 수 있다. 상기 제2 몸통(252b)의 홀은 상기 제1 몸통(252a)의 홀과 연결되어 방전 공간을 형성한다. 상기 제2 몸통(252b)의 외측면에 제1 도파관(240a)이 배치된다. 상기 제2 몸통(252b)은 냉매에 의하여 냉각될 수 있다.
상기 제1 도파관(240a)은 직사각형 도파관일 수 있다. 상기 제1 도파관(240a)은 WR284일 수 있다. 상기 제1 도파관(240a)과 상기 제2 몸통(252b)가 접촉하는 면에 제1 슬롯(249a)이 형성될 수 있다. 상기 제1 슬롯(249a)은 상기 제1 도파관(240a)에서 진행하는 초고주파를 제1 유전체 창문(247a) 방향으로 방사할 수 있다. 상기 제1 슬롯(249a)의 형상은 직사각형 또는 정사각형 일 수 있다. 상기 제1 도파판(240a)의 진행 방향은 x축 방향일 수 있다. 상기 제1 도파관(240a)의 단면에서 긴 방향(y축 방향)의 면은 상기 제2 몸통(252b)와 접촉할 수 있다. 상기 제1 슬롯(249a)은 제1 도파관의 단면에서 긴 방향(y축 방향)으로 연장될 수 있다. 상기 제1 도파관(240a)의 일면은 초고주파 발생기로부터 초고주파를 제공받을 수 있다. 상기 제1 도파관(240a)의 타면은 도전체판(242)으로 막힐 수 있다.
제1 유전체 창문(247a)은 판 형상일 수 있다. 상기 제1 유전체 창문(247a)과 제2 몸통(252b) 사이에 오링과 같은 실링 수단이 배치될 수 있다.
제1 냉각 블록(244a)은 상기 제1 도파관(240a)과 상기 제2 몸통(252b) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제1 냉각 블록(244a)은 관통홀(245)을 포함할 수 있다. 상기 제1 냉각 블록(244a)의 관통홀(245)은 상기 제1 슬롯(249a)을 통하여 방사된 초고주파를 상기 제1 유전체 창문(247a)을 통하여 상기 챔버(252) 내부에 전달할 수 있다. 상기 제1 냉각 블록(244a)은 냉매를 통하여 냉각될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 냉각 블록(244a)은 상기 제1 유전체 창문(247a)을 냉각할 수 있다.
제3 몸통(252c)는 제1 몸통(252a)와 동일한 구조일 수 있다. 제3 몸통(252c)는 z축 방향으로 정렬된 직사각형 기둥형상일 수 있다. 상기 제3 몸통(252c)는 제1홀, 제2 홀, 및 제3 홀을 포함할 수 있다. 제1 홀은 상기 제3 몸통(252c)의 일단에서 y축 방향으로 형성된 관통홀일 수 있다. 제2 홀은 상기 제1 홀에 연결되어 -z축 방향으로 연장될 수 있다. 상기 제3 홀은 상기 제3 몸통(252c)의 타단에서 제2 홀에 연결되어 y축 방향으로 연장될 수 있다. 상기 제1 홀은 제2 몸통(252b)의 홀과 연결된다. 가스 유입부(256b)는 상기 제1 홀에 연결되어 초기 방전 가스 및 공정 가스를 제공한다. 상기 가스 유입부(256b)의 단면은 상기 제3 몸통(252c)의 단면과 동일할 수 있다.
상기 가스 유입부(256b)는 접지되고, 상기 제3 몸통(252c)는 플로팅될 수 있다. 이에 따라, 상기 가스 유입부(256b)와 상기 제3 몸통(252c)가 결합하는 부위에 전기적으로 절연시키는 절연 스페이서(261)가 배치될 수 있다. 제3 몸통(252c)의 주위는 제2 자성체 코어(254b)가 감길 수 있다. 상기 제2 자성체 코어(254b)는 제1 자성체 코어(254a)와 동일한 구조일 수 있다. 상기 제2 자성체 코어(254b)는 페라이트 재질 또는 나노 크리스탈라인 재질일 수 있다. 상기 제2 유도 코일(259b)은 상기 제2 자성체 코어(254b)를 감싸도록 배치된다. 상기 제2 유도 코일(259b)은 제2 교류 전원(228b)에 연결된다. 상기 제2 유도 코일(259b)에 흐르는 교류 전류는 상기 제2 자성체 코어(254b)에 자속을 유도한다. 상기 자속은 상기 제3 몸통(252c)에 유도 전기장을 형성하고, 상기 유도 전기장은 방전 공간 내부에 유도 결합 플라즈마를 형성한다. 상기 제1 교류 전원(228a)에 의하여 유도 되는 유도 전기장의 방향과 상기 제2 교류 전원(228b)에 의하여 유도되는 유도 전기장의 방향은 서로 반대방향일 수 있다.
제4 몸통(252d)는 제2 몸통(252b)와 동일한 구조일 수 있다. 제4 몸통(252d)의 외측에 제2 도파관(240b)이 배치된다. 상기 제2 도판관(240b)의 제2 슬롯(249b)은 상기 제4 몸통(252d)와 접촉하는 면에 배치될 수 있다. 상기 제4 몸통(252d)는 제2 유전체 창문(247b)을 포함한다. 제2 슬롯(249b)은 초고주파를 방사하여 상기 제2 유전체 창문(247b)을 통하여 상기 제4 몸통(252d)의 내부에 초고주파를 전달한다. 상기 초고주파는 초고주파 플라즈마를 형성한다. 상기 제2 도파관(240b)의 일면은 초고주파 발생기로부터 초고주파를 제공받고, 상기 제2 도파관(240b)의 타면은 도전체판(242)으로 막힐 수 있다.
상기 제2 냉각 블록(244b)은 상기 제2 도파관(240b)과 상기 제4 몸통(252d) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제2 냉각 블록(244b)은 관통홀(245)을 포함할 수 있다. 상기 제2 냉각 블록(244b)의 관통홀(245)은 제2 슬롯(249b)을 통하여 방사된 초고주파를 상기 제2 유전체 창문(247b)을 통하여 챔버(252) 내부에 전달할 수 있다. 제4 몸통(252d)는 절연 스페이서(261)를 통하여 상기 제1 몸통(252a)와 결합할 수 있다.
상기 제1 몸통 내지 제4 몸통(252a~252d)의 내부 방전 공간의 단면은 직사각형일 수 있다. 상기 제1 몸통(252a) 및 상기 제3 몸통(252c)은 전기적으로 플로팅되고, 상기 제2 몸통(252b) 및 상기 제4 몸통(252d)은 전기적으로 접지될 수 있다.
유도 결합 플라즈마는 주로 제1 몸통(252a) 및 제3 몸통(252c)에서 생성되고, 초고주파 플라즈마는 주로 제2 몸통(252b) 및 제4 몸통(252d)에서 형성된다. 이에 따라, 유도 결합 플라즈마가 발생하는 영역과 초고주파 플라즈마가 발생하는 영역이 서로 구별될 수 있다. 초고주파 플라즈마는 확산하여 유도 결합 플라즈마가 발생하는 영역으로 이동할 수 있다. 한편, 유도 결합 플라즈마 효율은 변압기의 2차축에 흐르는 전류에 비례할 수 있다. 유도 결합 플라즈마는 제1 몸통(252a) 및 제3 몸통(252c)에서 주로 형성된다. 제2 몸통(252b) 및 제4 몸통(252d)에서 초고주파 플라즈마가 형성되지 않는 경우, 상기 유도 결합 플라즈마는 제2 몸통 및 제4 몸통에서 재결합에 의하여 대부분 소멸된다. 그러나, 본 발명에서는 제2 몸통(252b) 및 제4 몸통(252d)에서 형성된 초고주파 플라즈마는 변압기의 2차축을 형성하여, 상기 유도 결합 플라즈마 효율을 상승시킬 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 초고주파를 방사하기 위한 슬롯은 도전체판(242)에 형성될 수 있다. 상기 슬롯이 형성된 도전체판이 상기 유전체 창문과 접촉하여 배치될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 사시도이다.
도 7은 도 6의 III-III'선을 따라 자른 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 플라즈마 발생 장치(300)는 유전체 창문(347a,347b)을 가지고 토로이달 형태의 방전 공간을 가지는 챔버(352), 상기 챔버(352)의 일부를 감싸도록 배치되는 자성체 코어(354a,354b), 상기 자성체 코어(354a,354b)를 감싸도록 배치되는 유도 코일(359a,359b), 및 상기 유전체 창문(347a,347b)을 통하여 초고주파를 방사하는 도파관(340a,340b)을 포함한다. 유도 코일(359a,359b)에 흐르는 교류 전류는 상기 자성체 코어(354a,354b)에 자속을 형성하고, 상기 자속은 상기 챔버(352) 내부에 유도 결합 플라즈마를 형성한다. 상기 도파관(340)을 진행하는 초고주파는 상기 챔버(352)에 초고주파 플라즈마를 형성한다.
상기 챔버(352)는 도전성 물질로 형성될 수 있다. 상기 도전성 물질은 알루미늄일 수 있다. 상기 챔버(352)는 제1 내지 제4 몸통(352a~352d)을 포함할 수 있다. 상기 제1 몸통 내지 제4 몸통(352a~352d)은 차례로 연결되어 토로이달 형태의 방전 공간을 제공할 수 있다. 상기 제1 몸통 내지 제4 몸통(352a~352d)은 절연 스페이서(361)를 통하여 서로 전기적으로 절연될 수 있다.
상기 제1 몸통(352a)은 z 축 방향으로 정렬된 직사각형 기둥 형상일 수 있다. 상기 제1 몸통(352a)의 내부에 홀이 배치된다. 상기 홀은 제1 홀, 제2 홀, 및 제3 홀을 포함할 수 있다. 상기 제1 홀은 상기 제1 몸통의 일단에서 -y축 방향으로 관통되어 형성될 수 있다. 상기 제2 홀은 상기 제1 홀의 중간에서 연결되고 z 축 방향으로 연장될 수 있다. 상기 제3 홀은 상기 제1 몸통의 타단에서 상기 제2 홀과 연결되어 -y축 방향으로 형성될 수 있다. 상기 제1 몸통의 타단에는 포트가 설치될 수 있다. 가스 토출부(356a)는 상기 제1 홀과 연결되어 배치될 수 있다. 상기 가스 토출부(356a)의 형상은 상기 제1 홀의 형상과 동일할 수 있다. 상기 가스 토출부(356a)는 절연 스페이서(361)를 통하여 전기적으로 절연되면서 제1 몸통(352a)와 결합한다. 상기 가스 토출부(356a)는 접지될 수 있다. 상기 제1 몸통(352a)은 냉매에 의하여 냉각될 수 있다. 상기 가스 토출부(356a)의 단면은 상기 제1 몸통(352a)의 단면과 동일할 수 있다. 상기 제1 몸통(352a)는 외측면에 함몰부(355)를 포함한다.
상기 제1 몸통(352a)의 함몰부(355)에는 제1 자성체 코어(354a)가 배치된다. 상기 제1 자성체 코어(354a)는 페라이트 또는 나노 크리스탈라인(nano-crystalline) 코어일 수 있다. 제1 유도 코일(359a)은 상기 제1 자성체 코어(354a)를 감싸도록 배치된다. 상기 제1 유도 코일(359a)은 제1 교류 전원에 연결된다. 제1 유도 코일(359a)은 변압기의 1차 코일을 형성하고, 상기 챔버(352)에 형성된 유도 결합 플라즈마는 변압기의 2차 코일을 형성한다. 상기 제1 유도 코일(359a)에 흐르는 전류는 상기 제1 자성체 코어(354a)에 자속을 유도하고, 자속의 시간에 따른 변화는 유도 전기장을 상기 챔버(352) 내부에 생성한다. 상기 유도 전기장은 유도 결합 플라즈마를 형성한다. 상기 챔버(352)가 변압기의 2차 코일에 되지 않도록, 상기 제1 몸통(352a)는 전기적으로 플로팅될 수 있다.
제2 몸통(352b)은 y축 방향으로 정렬될 수 있다. 상기 제2 몸통(352b)은 직각사각형 기둥 형상일 수 있다. 상기 제2 몸통(352b)을 y 축 방향으로 관통하는 홀이 형성될 수 있다. 상기 제2 몸통(352b)의 홀은 상기 제1 몸통(352a)의 홀과 연결되어 방전 공간을 형성한다.
상기 제2 몸통(352b)과 제4 몸통(352d)의 사이에 도파관(340)이 배치된다. 상기 제2 몸통(352b)은 냉매에 의하여 냉각될 수 있다.
상기 도파관(340)은 직사각형 도파관일 수 있다. 상기 도파관(340)은 WR284일 수 있다. 상기 도파관(340)과 상기 제2 몸통(352b)이 접촉하는 면에 제1 슬롯(349a)이 형성되고, 상기 도파관(340)과 상기 제4 몸통(352d)이 접촉하는 면에 제2 슬롯(349b)이 형성될 수 있다. 상기 제1 슬롯(349a)은 상기 도파관(340)에서 진행하는 초고주파를 제1 유전체 창문(347a) 방향으로 방사할 수 있고, 제2 슬롯(349b)은 상기 도파관(340)에서 진행하는 초고주파를 제2 유전체 창문(347b) 방향으로 방사할 수 있고. 상기 슬롯(349a,349b)의 형상은 직사각형 또는 정사각형 일 수 있다. 상기 도파판(340)의 진행 방향은 x축 방향일 수 있다. 상기 도파관(340)의 단면에서 긴 방향(y축 방향)의 면은 상기 제2 몸통(352b) 및 제4 몸통(352d)와 접촉할 수 있다. 상기 슬롯(349a,349b)은 도파관의 단면에서 긴 방향(y축 방향)으로 연장될 수 있다. 상기 도파관(340)의 일면은 초고주파 발생기로부터 초고주파를 제공받을 수 있다. 상기 도파관(340)의 타면은 도전체판(342)으로 막힐 수 있다.
제1 유전체 창문(347a)은 판 형상일 수 있다. 상기 제1 유전체 창문(347a)과 제2 몸통(352b) 사이에 오링과 같은 실링 수단이 배치될 수 있다.
제1 냉각 블록(344a)은 상기 도파관(340)과 상기 제2 몸통(352b) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제1 냉각 블록(344a)은 관통홀을 포함할 수 있다. 상기 제1 냉각 블록(344a)의 관통홀은 상기 제1 슬롯(349a)을 통하여 방사된 초고주파를 상기 제1 유전체 창문(347a)을 통하여 상기 챔버(352) 내부에 전달할 수 있다. 상기 제1 냉각 블록(344a)은 냉매를 통하여 냉각될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 냉각 블록(344a)은 상기 제1 유전체 창문(347a)을 냉각할 수 있다.
제3 몸통(352c)는 제1 몸통(352a)와 동일한 구조일 수 있다. 제3 몸통(352c)는 z축 방향으로 정렬된 직사각형 기둥형상일 수 있다. 상기 제3 몸통(352c)는 제1홀, 제2 홀, 및 제3 홀을 포함할 수 있다. 제1 홀은 상기 제3 몸통(352c)의 일단에서 y축 방향으로 형성된 관통홀일 수 있다. 제2 홀은 상기 제1 홀에 연결되어 -z축 방향으로 연장될 수 있다. 상기 제3 홀은 상기 제3 몸통(352c)의 타단에서 제2 홀에 연결되어 y축 방향으로 연장될 수 있다. 상기 제1 홀은 제2 몸통(352b)의 홀과 연결된다. 가스 유입부(356b)는 상기 제1 홀에 연결되어 초기 방전 가스 및 공정 가스를 제공한다. 상기 가스 유입부(356b)의 단면은 상기 제3 몸통(352c)의 단면과 동일할 수 있다.
상기 가스 유입부(356b)는 접지되고, 상기 제3 몸통(352c)는 플로팅될 수 있다. 이에 따라, 상기 가스 유입부(356b)와 상기 제3 몸통(352c)가 결합하는 부위에 전기적으로 절연시키는 절연 스페이서(361)가 배치될 수 있다. 제3 몸통(352c)의 주위는 제2 자성체 코어(354b)가 감길 수 있다. 상기 제2 자성체 코어(354b)는 제1 자성체 코어(354a)와 동일한 구조일 수 있다. 상기 제2 자성체 코어(354b)는 페라이트 재질 또는 나노 크리스탈라인 재질일 수 있다. 상기 제2 유도 코일(359b)은 상기 제2 자성체 코어(354b)를 감싸도록 배치된다. 상기 제2 유도 코일(359b)은 제2 교류 전원에 연결된다. 상기 제2 유도 코일(359b)에 흐르는 교류 전류는 상기 제2 자성체 코어(354b)에 자속을 유도한다. 상기 자속은 상기 제3 몸통(352c)에 유도 전기장을 형성하고, 상기 유도 전기장은 방전 공간 내부에 유도 결합 플라즈마를 형성한다. 상기 제1 교류 전원에 의하여 유도 되는 유도 전기장의 방향과 상기 제2 교류 전원에 의하여 유도되는 유도 전기장의 방향은 서로 반대방향일 수 있다.
제4 몸통(352d)는 제2 몸통(352b)와 동일한 구조일 수 있다. 상기 도판관(340)의 제2 슬롯(349b)은 상기 제4 몸통(352d)와 접촉하는 면에 배치될 수 있다. 상기 제4 몸통(352d)는 제2 유전체 창문(347b)을 포함한다. 제2 슬롯(349b)은 초고주파를 방사하여 상기 제2 유전체 창문(347b)을 통하여 상기 제4 몸통(352d)의 내부에 초고주파를 전달한다. 상기 초고주파는 초고주파 플라즈마를 형성한다.
상기 제2 냉각 블록(344b)은 상기 도파관(340b)과 상기 제4 몸통(352d) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제2 냉각 블록(344b)은 관통홀을 포함할 수 있다. 상기 제2 냉각 블록(344b)의 관통홀은 제2 슬롯(349b)을 통하여 방사된 초고주파를 상기 제2 유전체 창문(347b)을 통하여 챔버(352) 내부에 전달할 수 있다. 제4 몸통(352d)는 절연 스페이서(361)를 통하여 상기 제1 몸통(352a)와 결합할 수 있다.
상기 제1 몸통 내지 제4 몸통(352a~352d)의 내부 방전 공간의 단면은 직사각형일 수 있다. 상기 제1 몸통(352a) 및 상기 제3 몸통(352c)은 전기적으로 플로팅되고, 상기 제2 몸통(352b) 및 상기 제4 몸통(352d)은 전기적으로 접지될 수 있다.
유도 결합 플라즈마는 주로 제1 몸통(352a) 및 제3 몸통(352c)에서 생성되고, 초고주파 플라즈마는 주로 제2 몸통(352b) 및 제4 몸통(352d)에서 형성된다. 이에 따라, 유도 결합 플라즈마가 발생하는 영역과 초고주파 플라즈마가 발생하는 영역이 서로 구별될 수 있다. 초고주파 플라즈마는 확산하여 유도 결합 플라즈마가 발생하는 영역으로 이동할 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 분해 사시도이다.
도 9는 도 8의 IV-IV'선을 따라 자른 단면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 플라즈마 발생 장치(400)는 폐루프(closed loop)를 형성하는 자성체 코어(454a,454b), 상기 자성체 코어(454a,454b)의 폐루프를 관통하여 배치되고 적어도 하나의 폐루프의 방전 공간을 포함하고, 유전체 창문(447a,447b)을 가지는 챔버(452), 상기 자성체 코어(454a,454b)를 감싸도록 배치되는 유도 코일(459a,459b), 및 슬롯(449a,449b)을 포함하고, 상기 슬롯(449a,449b) 및 상기 유전체 창문(447a,447b)을 통하여 초고주파를 방사하는 도파관(440a,440b)을 포함한다. 유도 코일(459a,459b)에 흐르는 교류 전류는 상기 자성체 코어(454a,454b)에 자속을 형성하고, 상기 자속은 상기 챔버(452) 내부에 유도 결합 플라즈마를 형성한다. 상기 도파관(440a,440b)을 진행하는 초고주파는 상기 챔버(452) 내부에 초고주파 플라즈마를 형성한다.
상기 챔버(452)는 도전성 물질 및/또는 절연성 물질로 형성될 수 있다. 상기 도전성 물질은 알루미늄일 수 있다. 상기 챔버(452)는 제1 내지 제4 몸통(452a~452d)을 포함할 수 있다. 상기 제1 몸통 내지 제4 몸통(452a~452d)은 차례로 연결되어 토로이달 형태의 방전 공간을 제공할 수 있다. 상기 제1 몸통 내지 제4 몸통(452a~452d)은 절연 스페이서(461)를 통하여 서로 전기적으로 절연될 수 있다.
상기 제1 몸통(452a)은 z 축 방향으로 정렬된 직사각형 기둥 형상일 수 있다. 상기 제1 몸통(452a)의 내부에 홀이 배치된다. 상기 제1 몸통(452a)의 홀은 z축 방향으로 관통하는 홀일 수 있다. 상기 제1 몸통(452a)은 냉매에 의하여 냉각될 수 있다.
상기 제1 몸통(452a)의 둘레에는 제1 자성체 코어(454a)가 배치된다. 상기 제1 자성체 코어(454a)는 페라이트 또는 나노 크리스탈라인(nano-crystalline) 코어일 수 있다. 제1 유도 코일(459a)은 상기 제1 자성체 코어(454a)를 감싸도록 배치된다. 상기 제1 유도 코일(459a)은 제1 교류 전원에 연결된다. 제1 유도 코일(459a)은 변압기의 1차 코일을 형성하고, 상기 챔버(452)에 형성된 유도 결합 플라즈마는 변압기의 2차 코일을 형성한다. 상기 제1 유도 코일(459a)에 흐르는 전류는 상기 제1 자성체 코어(454a)에 자속을 유도하고, 자속의 시간에 따른 변화는 유도 전기장을 상기 챔버(452) 내부에 생성한다. 상기 유도 전기장은 유도 결합 플라즈마를 형성한다. 상기 챔버(452)가 변압기의 2차 코일에 되지 않도록, 상기 제1 몸통(452a)는 전기적으로 플로팅될 수 있다.
제2 몸통(452b)은 y축 방향으로 정렬될 수 있다. 상기 제2 몸통(452b)은 상판(491a)과 하판(492a)을 포함할 수 있다. 상기 상판(491a)의 일면에는 트렌치가 형성되고, 상기 하판(492a)의 일면에서는 트렌치가 형성되고, 상기 상판(491a)의 트렌치와 상기 하판(492a)의 트렌치가 결합하여 상기 방전 공간을 형성할 수 있다. 분리된 상기 상판과 하판은 서로 결합하여 방전 경로를 형성한다. 상기 방전 경로를 형성 제작에 용이성이 있다.
상기 제2 몸통(452a)의 내부에 홀이 배치된다. 상기 홀은 제1 홀, 제2 홀, 및 제3 홀을 포함할 수 있다. 상기 제1 홀은 상기 제2 몸통의 일단에서 z축 방향으로 관통되어 형성될 수 있다. 상기 제2 홀은 상기 제1 홀의 중간에서 연결되고 -y 축 방향으로 연장될 수 있다. 상기 제3 홀은 상기 제2 몸통의 타단에서 상기 제2 홀과 연결되어 -z축 방향으로 형성될 수 있다. 상기 제2 몸통(452b)의 홀은 상기 제1 몸통(452a)의 홀과 연결되어 방전 공간을 형성한다.
상기 가스 유입부(456a)는 상기 제2 몸통의 일단에 결합할 수 있다. 상기 가스 유입부의 단면은 상기 제2 몸통(452a)의 단면과 동일할 수 있다. 가스 유입부(456a)는 상기 제2 몸통에 연결되어 초기 방전 가스 및 공정 가스를 제공한다.
상기 제2 몸통(452b) 상에 제1 도파관(440a)이 배치된다. 상기 제2 몸통(452b)은 냉매에 의하여 냉각될 수 있다.
상기 제1 도파관(440a)은 직사각형 도파관일 수 있다. 상기 제1 도파관(440a)은 WR284일 수 있다. 상기 제1 도파관(440a)과 상기 제2 몸통(452b)이 접촉하는 면에 제1 슬롯(449a)이 형성될 수 있다.
상기 제1 슬롯(449a)은 상기 제1 도파관(440a)에서 진행하는 초고주파를 제1 유전체 창문(447a) 방향으로 방사할 수 있다.
상기 제1 슬롯(449a)의 형상은 직사각형 또는 정사각형 일 수 있다. 상기 제1 도파판(440a)의 진행 방향은 x축 방향일 수 있다. 상기 제1 도파관(440a)의 단면에서 긴 방향(y축 방향)의 면은 상기 제2 몸통(452b)와 접촉할 수 있다. 상기 제1 도파관(440a)의 일면은 초고주파 발생기로부터 초고주파를 제공받을 수 있다. 상기 제1 도파관(440)의 타면은 도전체판(442)으로 막힐 수 있다.
제1 유전체 창문(447a)은 판 형상일 수 있다. 상기 제1 유전체 창문(447a)과 제2 몸통(452b) 사이에 오링과 같은 실링 수단이 배치될 수 있다.
제3 몸통(452c)는 제1 몸통(452a)와 동일한 구조일 수 있다. 제3 몸통(452c)는 z축 방향으로 정렬된 직사각형 기둥형상일 수 있다. 상기 제3 몸통(452c)는 z축 방향으로 관통하는 홀을 포함할 수 있다. 상기 제3 몸통(452c)의 홀은 제2 몸통(352b)의 홀과 연결된다.
제3 몸통(452c)의 주위는 제2 자성체 코어(454b)가 감길 수 있다. 상기 제2 자성체 코어(454b)는 제1 자성체 코어(454a)와 동일한 구조일 수 있다. 상기 제2 자성체 코어(454b)는 페라이트 재질 또는 나노 크리스탈라인 재질일 수 있다. 상기 제2 유도 코일(459b)은 상기 제2 자성체 코어(454b)를 감싸도록 배치된다. 상기 제2 유도 코일(459b)은 제2 교류 전원에 연결된다. 상기 제2 유도 코일(459b)에 흐르는 교류 전류는 상기 제2 자성체 코어(454b)에 자속을 유도한다. 상기 자속은 상기 제3 몸통(452c)에 유도 전기장을 형성하고, 상기 유도 전기장은 방전 공간 내부에 유도 결합 플라즈마를 형성한다. 상기 제1 교류 전원에 의하여 유도 되는 유도 전기장의 방향과 상기 제2 교류 전원에 의하여 유도되는 유도 전기장의 방향은 서로 반대방향일 수 있다.
제4 몸통(452d)는 제2 몸통(452b)와 동일한 구조일 수 있다. 상기 제2 도판관(440b)의 제2 슬롯(449b)은 상기 제4 몸통(452d)와 접촉하는 면에 배치될 수 있다. 상기 제4 몸통(452d)는 제2 유전체 창문(447b)을 포함한다. 제2 슬롯(449b)은 초고주파를 방사하여 상기 제2 유전체 창문(447b)을 통하여 상기 제4 몸통(452d)의 내부에 초고주파를 전달한다. 상기 초고주파는 초고주파 플라즈마를 형성한다. 제4 몸통(452d)는 절연 스페이서(461)를 통하여 상기 제1 몸통(452a)와 결합할 수 있다.
상기 제1 몸통 내지 제4 몸통(452a~452d)의 내부 방전 공간의 단면은 직사각형일 수 있다. 상기 제1 몸통(452a) 및 상기 제3 몸통(452c)은 전기적으로 플로팅되고, 상기 제2 몸통(452b) 및 상기 제4 몸통(452d)은 전기적으로 접지될 수 있다.
유도 결합 플라즈마는 주로 제1 몸통(452a) 및 제3 몸통(452c)에서 생성되고, 초고주파 플라즈마는 주로 제2 몸통(452b) 및 제4 몸통(452d)에서 형성된다. 이에 따라, 유도 결합 플라즈마가 발생하는 영역과 초고주파 플라즈마가 발생하는 영역이 서로 구별될 수 있다. 초고주파 플라즈마는 확산하여 유도 결합 플라즈마가 발생하는 영역으로 이동할 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 제1 몸통(452a) 및 제3 몸체(452c)은 원통형의 절연체일 수 있다. 상기 절연체는 알루미나, 쿼츠, 또는 세라믹일 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 몸통의 내부 홀은 z축 방향의 양단에서 홀은 원통형이고, y축 방향의 홀은 사각형일 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 가스 유입구와 가스 토출구의 위치는 서로 바뀔 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 분해 사시도이다.
도 11은 도 10의 V-V'선을 따라 자른 단면도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 플라즈마 발생 장치(500)는 폐루프(closed loop)를 형성하는 자성체 코어(554a,554b), 상기 자성체 코어(554a,554b)의 폐루프를 관통하여 배치되고 적어도 하나의 폐루프의 방전 공간을 포함하고, 유전체 창문(547a,547b)을 가지는 챔버(552), 상기 자성체 코어(554a,554b)를 감싸도록 배치되는 유도 코일(559a,559b), 및 슬롯(549a,549b)을 포함하고, 상기 슬롯(549a,549b) 및 상기 유전체 창문(547a,547b)을 통하여 초고주파를 방사하는 도파관(544)을 포함한다. 유도 코일(559a,559b)에 흐르는 교류 전류는 상기 자성체 코어(554a,554b)에 자속을 형성하고, 상기 자속은 상기 챔버(552) 내부에 유도 결합 플라즈마를 형성한다. 상기 도파관(540)을 진행하는 초고주파는 상기 챔버(552) 내부에 초고주파 플라즈마를 형성한다.
상기 챔버(552)는 도전성 물질로 형성될 수 있다. 상기 도전성 물질은 알루미늄일 수 있다. 상기 챔버(552)는 제1 내지 제4 몸통(552a~552d)을 포함할 수 있다. 상기 제1 몸통 내지 제4 몸통(552a~552d)은 차례로 연결되어 토로이달 형태의 방전 공간을 제공할 수 있다. 상기 제1 몸통 내지 제4 몸통(552a~552d)은 절연 스페이서(561)를 통하여 서로 전기적으로 절연될 수 있다.
상기 제1 몸통(552a)은 z 축 방향으로 정렬된 직사각형 기둥 형상일 수 있다. 상기 제1 몸통(552a)의 내부에 홀이 배치된다. 상기 제1 몸통(552a)의 홀은 z축 방향으로 관통하는 홀일 수 있다. 상기 제1 몸통(552a)은 냉매에 의하여 냉각될 수 있다.
상기 제1 몸통(552a)의 외측면에는 함몰부(555)가 형성된다. 상기 함몰부(555)에 제1 자성체 코어(554a)가 배치된다. 상기 제1 자성체 코어(554a)는 페라이트 또는 나노 크리스탈라인(nano-crystalline) 코어일 수 있다. 제1 유도 코일(559a)은 상기 제1 자성체 코어(554a)를 감싸도록 배치된다. 상기 제1 유도 코일(559a)은 제1 교류 전원에 연결된다. 제1 유도 코일(559a)은 변압기의 1차 코일을 형성하고, 상기 챔버(552)에 형성된 유도 결합 플라즈마는 변압기의 2차 코일을 형성한다. 상기 제1 유도 코일(559a)에 흐르는 전류는 상기 제1 자성체 코어(554a)에 자속을 유도하고, 자속의 시간에 따른 변화는 유도 전기장을 상기 챔버(552) 내부에 생성한다. 상기 유도 전기장은 유도 결합 플라즈마를 형성한다. 상기 챔버(552)가 변압기의 2차 코일에 되지 않도록, 상기 제1 몸통(552a)는 전기적으로 플로팅될 수 있다.
제2 몸통(552b)은 y축 방향으로 정렬될 수 있다. 상기 제2 몸통(552b)은 상판(591a)과 하판(592a)을 포함할 수 있다. 상기 제2 몸통(552a)의 내부에 홀이 배치된다. 상기 홀은 제1 홀, 제2 홀, 및 제3 홀을 포함할 수 있다. 상기 제1 홀은 상기 제2 몸통의 일단에서 z축 방향으로 관통되어 형성될 수 있다. 상기 제2 홀은 상기 제1 홀의 중간에서 연결되고 -y 축 방향으로 연장될 수 있다. 상기 제3 홀은 상기 제2 몸통의 타단에서 상기 제2 홀과 연결되어 -z축 방향으로 형성될 수 있다. 상기 제2 몸통(552b)의 홀은 상기 제1 몸통(552a)의 홀과 연결되어 방전 공간을 형성한다.
상기 가스 유입부(556a)는 상기 제2 몸통의 일단에 결합할 수 있다. 상기 가스 유입부의 단면은 상기 제2 몸통(552a)의 단면과 동일할 수 있다. 가스 유입부(556a)는 상기 제2 몸통에 연결되어 초기 방전 가스 및 공정 가스를 제공한다.
상기 제2 몸통(552b)과 제4 몸통(552d) 사이에 도파관(540)이 배치된다. 상기 제2 몸통(552b)은 냉매에 의하여 냉각될 수 있다.
상기 도파관(540)은 직사각형 도파관일 수 있다. 상기 도파관(540)은 WR284일 수 있다. 상기 도파관(540)과 상기 제2 몸통(552b)이 접촉하는 면에 제1 슬롯(549a)이 형성될 수 있고, 상기 도파관(540)과 상기 제4 몸통(552d)이 접촉하는 면에 제2 슬롯(549b)이 형성될 수 있다.
상기 제1 슬롯(549a)은 상기 도파관(540)에서 진행하는 초고주파를 제1 유전체 창문(547a) 방향으로 방사할 수 있다. 상기 제2 슬롯(549b)은 상기 제1 도파관(540)에서 진행하는 초고주파를 제2 유전체 창문(547b) 방향으로 방사할 수 있다.
상기 제1 슬롯(549a)의 형상은 직사각형 또는 정사각형 일 수 있다. 상기 도파판(540)의 진행 방향은 x축 방향일 수 있다. 상기 도파관(540)의 단면에서 긴 방향(y축 방향)의 면은 상기 제2 몸통(552b)와 접촉할 수 있다. 상기 도파관(540)의 일면은 초고주파 발생기로부터 초고주파를 제공받을 수 있다. 상기 도파관(540)의 타면은 도전체판으로 막힐 수 있다.
제1 유전체 창문(547a)은 판 형상일 수 있다. 상기 제1 유전체 창문(547a)과 제2 몸통(552b) 사이에 오링과 같은 실링 수단이 배치될 수 있다.
제3 몸통(552c)는 제1 몸통(552a)와 동일한 구조일 수 있다. 제3 몸통(552c)는 z축 방향으로 정렬된 직사각형 기둥형상일 수 있다. 상기 제3 몸통(552c)는 z축 방향으로 관통하는 홀을 포함할 수 있다. 상기 제3 몸통(552c)의 홀은 제2 몸통(552b)의 홀과 연결된다.
제3 몸통(552c)의 주위는 제2 자성체 코어(554b)가 감길 수 있다. 상기 제2 자성체 코어(554b)는 제1 자성체 코어(554a)와 동일한 구조일 수 있다. 상기 제2 자성체 코어(554b)는 페라이트 재질 또는 나노 크리스탈라인 재질일 수 있다. 상기 제2 유도 코일(559b)은 상기 제2 자성체 코어(554b)를 감싸도록 배치된다. 상기 제2 유도 코일(559b)은 제2 교류 전원에 연결된다. 상기 제2 유도 코일(559b)에 흐르는 교류 전류는 상기 제2 자성체 코어(554b)에 자속을 유도한다. 상기 자속은 상기 제3 몸통(552c)에 유도 전기장을 형성하고, 상기 유도 전기장은 방전 공간 내부에 유도 결합 플라즈마를 형성한다. 상기 제1 교류 전원에 의하여 유도 되는 유도 전기장의 방향과 상기 제2 교류 전원에 의하여 유도되는 유도 전기장의 방향은 서로 반대방향일 수 있다.
제4 몸통(552d)는 제2 몸통(552b)와 동일한 구조일 수 있다. 상기 도판관(540)의 제2 슬롯(549b)은 상기 제4 몸통(552d)와 접촉하는 면에 배치될 수 있다. 상기 제4 몸통(552d)는 제2 유전체 창문(547b)을 포함한다. 제2 슬롯(549b)은 초고주파를 방사하여 상기 제2 유전체 창문(547b)을 통하여 상기 제4 몸통(552d)의 내부에 초고주파를 전달한다. 상기 초고주파는 초고주파 플라즈마를 형성한다. 제4 몸통(552d)는 절연 스페이서(561)를 통하여 상기 제1 몸통(552a)와 결합할 수 있다.
상기 제1 몸통 내지 제4 몸통(552a~552d)의 내부 방전 공간의 단면은 직사각형일 수 있다. 상기 제1 몸통(552a) 및 상기 제3 몸통(552c)은 전기적으로 플로팅되고, 상기 제2 몸통(552b) 및 상기 제4 몸통(552d)은 전기적으로 접지될 수 있다.
유도 결합 플라즈마는 주로 제1 몸통(552a) 및 제3 몸통(552c)에서 생성되고, 초고주파 플라즈마는 주로 제2 몸통(552b) 및 제4 몸통(552d)에서 형성된다. 이에 따라, 유도 결합 플라즈마가 발생하는 영역과 초고주파 플라즈마가 발생하는 영역이 서로 구별될 수 있다. 초고주파 플라즈마는 확산하여 유도 결합 플라즈마가 발생하는 영역으로 이동할 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 단면도이다.
도 12를 참조하면, 플라즈마 발생 장치(600)는 폐루프(closed loop)를 형성하는 자성체 코어(654a,654b), 상기 자성체 코어(654a,654b)의 폐루프를 관통하여 배치되고 적어도 하나의 폐루프의 방전 공간을 포함하고, 유전체 창문(647a,647b)을 가지는 챔버(652), 상기 자성체 코어(654a,654b)를 감싸도록 배치되는 유도 코일(659a,659b), 및 슬롯(649a,649b)을 포함하고 상기 슬롯(649a,649b) 및 상기 유전체 창문(647a,647b)을 통하여 초고주파를 방사하는 도파관(640a,640b)을 포함한다. 유도 코일(659a,659b)에 흐르는 교류 전류는 상기 자성체 코어(654a,654b)에 자속을 형성하고, 상기 자속은 상기 챔버(652) 내부에 유도 결합 플라즈마를 형성한다. 상기 도파관(640a,640b)을 진행하는 초고주파는 상기 챔버(652) 내부에 초고주파 플라즈마를 형성한다.
상기 챔버(652)는 도전성 물질로 형성될 수 있다. 상기 도전성 물질은 알루미늄일 수 있다. 상기 챔버(652)는 제1 내지 제4 몸통(652a~652d)을 포함할 수 있다. 상기 제1 몸통 내지 제4 몸통(652a~652d)은 차례로 연결되어 토로이달 형태의 방전 공간을 제공할 수 있다. 상기 제1 몸통 내지 제4 몸통(652a~652d)은 절연 스페이서(661)를 통하여 서로 전기적으로 절연될 수 있다.
상기 제1 몸통(652a)은 z 축 방향으로 정렬된 직사각형 기둥 형상일 수 있다. 상기 제1 몸통(652a)의 내부에 홀이 배치된다. 상기 제1 몸통(652a)의 홀은 z축 방향으로 관통하는 홀일 수 있다. 상기 제1 몸통(652a)은 냉매에 의하여 냉각될 수 있다.
상기 제1 몸통(652a)의 둘레에는 제1 자성체 코어(654a)가 배치된다. 상기 제1 자성체 코어(654a)는 페라이트 또는 나노 크리스탈라인(nano-crystalline) 코어일 수 있다. 제1 유도 코일(659a)은 상기 제1 자성체 코어(654a)를 감싸도록 배치된다. 상기 제1 유도 코일(659a)은 제1 교류 전원에 연결된다. 제1 유도 코일(659a)은 변압기의 1차 코일을 형성하고, 상기 챔버(652)에 형성된 유도 결합 플라즈마는 변압기의 2차 코일을 형성한다. 상기 제1 유도 코일(659a)에 흐르는 전류는 상기 제1 자성체 코어(654a)에 자속을 유도하고, 자속의 시간에 따른 변화는 유도 전기장을 상기 챔버(652) 내부에 생성한다. 상기 유도 전기장은 유도 결합 플라즈마를 형성한다. 상기 챔버(652)가 변압기의 2차 코일에 되지 않도록, 상기 제1 몸통(652a)는 전기적으로 플로팅될 수 있다.
제2 몸통(652b)은 y축 방향으로 정렬될 수 있다. 상기 제2 몸통(652a)은 내부에 홀을 가진 직사각형 형상일 수 있다. 상기 홀은 제1 홀, 제2 홀, 및 제3 홀을 포함할 수 있다. 상기 제1 홀은 상기 제2 몸통의 일단에서 z축 방향으로 형성될 수 있다. 상기 제2 홀은 상기 제1 홀에 연결되고 -y 축 방향으로 연장될 수 있다. 상기 제3 홀은 상기 제2 몸통의 타단에서 상기 제2 홀과 연결되어 -z축 방향으로 형성될 수 있다. 상기 제2 몸통(652b)의 홀은 상기 제1 몸통(652a)의 홀과 연결되어 방전 공간을 형성한다.
상기 가스 유입부(656a)는 상기 제2 몸통의 타단에 결합할 수 있다. 상기 가스 유입부(656a)의 단면은 상기 제2 몸통(652a)의 단면과 동일할 수 있다. 가스 유입부(656a)는 상기 제2 몸통에 연결되어 초기 방전 가스 및 공정 가스를 제공한다.
상기 제2 몸통(652b) 상에 제1 도파관(640a)이 배치된다. 상기 제2 몸통(652b)은 냉매에 의하여 냉각될 수 있다.
상기 제1 도파관(640a)은 직사각형 도파관일 수 있다. 상기 제1 도파관(640a)은 WR284일 수 있다. 상기 제1 도파관(640a)과 상기 제2 몸통(652b)이 접촉하는 면에 제1 슬롯(649a)이 형성될 수 있다.
상기 제1 슬롯(649a)은 상기 제1 도파관(640a)에서 진행하는 초고주파를 제1 유전체 창문(647a) 방향으로 방사할 수 있다.
상기 제1 슬롯(649a)의 형상은 직사각형 또는 정사각형 일 수 있다. 상기 제1 도파판(640a)의 진행 방향은 x축 방향일 수 있다. 상기 제1 도파관(640a)의 단면에서 긴 방향(y축 방향)의 면은 상기 제2 몸통(652b)와 접촉할 수 있다. 상기 제1 도파관(640a)의 일면은 초고주파 발생기로부터 초고주파를 제공받을 수 있다. 상기 제1 도파관(640a)의 타면은 도전체판으로 막힐 수 있다.
제1 유전체 창문(647a)은 판 형상일 수 있다. 상기 제1 유전체 창문(647a)과 제2 몸통(652b) 사이에 오링과 같은 실링 수단이 배치될 수 있다.
제3 몸통(462c)는 제1 몸통(652a)와 동일한 구조일 수 있다. 제3 몸통(652c)는 z축 방향으로 정렬된 직사각형 기둥형상일 수 있다. 상기 제3 몸통(652c)는 z축 방향으로 관통하는 홀을 포함할 수 있다. 상기 제3 몸통(652c)의 홀은 제2 몸통(652b)의 홀과 연결된다.
제3 몸통(652c)의 주위는 제2 자성체 코어(654b)가 감길 수 있다. 상기 제2 자성체 코어(654b)는 제1 자성체 코어(654a)와 동일한 구조일 수 있다. 상기 제2 자성체 코어(654b)는 페라이트 재질 또는 나노 크리스탈라인 재질일 수 있다. 상기 제2 유도 코일(659b)은 상기 제2 자성체 코어(654b)를 감싸도록 배치된다. 상기 제2 유도 코일(659b)은 제2 교류 전원에 연결된다. 상기 제2 유도 코일(659b)에 흐르는 교류 전류는 상기 제2 자성체 코어(654b)에 자속을 유도한다. 상기 자속은 상기 제3 몸통(652c)에 유도 전기장을 형성하고, 상기 유도 전기장은 방전 공간 내부에 유도 결합 플라즈마를 형성한다. 상기 제1 교류 전원에 의하여 유도되는 유도 전기장의 방향과 상기 제2 교류 전원에 의하여 유도되는 유도 전기장의 방향은 서로 반대방향일 수 있다.
제4 몸통(652d)는 제2 몸통(652b)와 동일한 구조일 수 있다. 상기 제2 도판관(640b)의 제2 슬롯(649b)은 상기 제4 몸통(652d)와 접촉하는 면에 배치될 수 있다. 상기 제4 몸통(652d)는 제2 유전체 창문(647b)을 포함한다. 제2 슬롯(649b)은 초고주파를 방사하여 상기 제2 유전체 창문(647b)을 통하여 상기 제4 몸통(652d)의 내부에 초고주파를 전달한다. 상기 초고주파는 초고주파 플라즈마를 형성한다. 제4 몸통(652d)는 절연 스페이서(661)를 통하여 상기 제1 몸통(652a)와 결합할 수 있다.
상기 가스 토출부(656b)는 상기 제4 몸통(652d)에 결합할 수 있다. 상기 가스 유입부(656b)의 단면은 상기 제4 몸통(652d)의 단면과 동일할 수 있다. 상기 가스 토출부(656b)는 상기 제4 몸통에 연결되어 해리된 가스를 토출할 수 있다.
상기 제1 몸통 내지 제4 몸통(652a~652d)의 내부 방전 공간의 단면은 직사각형일 수 있다. 상기 제1 몸통(652a) 및 상기 제3 몸통(652c)은 전기적으로 플로팅되고, 상기 제2 몸통(652b) 및 상기 제4 몸통(652d)은 전기적으로 접지될 수 있다.
유도 결합 플라즈마는 주로 제1 몸통(652a) 및 제3 몸통(652c)에서 생성되고, 초고주파 플라즈마는 주로 제2 몸통(652b) 및 제4 몸통(652d)에서 형성된다. 이에 따라, 유도 결합 플라즈마가 발생하는 영역과 초고주파 플라즈마가 발생하는 영역이 서로 구별될 수 있다. 초고주파 플라즈마는 확산하여 유도 결합 플라즈마가 발생하는 영역으로 이동할 수 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 단면도이다.
도 13을 참조하면, 플라즈마 발생 장치(700)는 폐루프(closed loop)를 형성하는 자성체 코어(754a,754b), 상기 자성체 코어(754a,754b)의 폐루프를 관통하여 배치되고 적어도 하나의 폐루프의 방전 공간을 포함하고, 유전체 창문(747a,747b)을 가지는 챔버(752), 상기 자성체 코어(754a,754b)를 감싸도록 배치되는 유도 코일(759a,759b), 및 슬롯(749a,749b)을 포함하고 상기 슬롯(749a,749b) 및 상기 유전체 창문(747a,747b)을 통하여 초고주파를 방사하는 도파관(744)을 포함한다. 유도 코일(759a,759b)에 흐르는 교류 전류는 상기 자성체 코어(754a,754b)에 자속을 형성하고, 상기 자속은 상기 챔버(752) 내부에 유도 결합 플라즈마를 형성한다. 상기 도파관(740)을 진행하는 초고주파는 상기 챔버(752) 내부에 초고주파 플라즈마를 형성한다.
상기 챔버(752)는 도전성 물질로 형성될 수 있다. 상기 도전성 물질은 알루미늄일 수 있다. 상기 챔버(752)는 제1 내지 제4 몸통(752a~752d)을 포함할 수 있다. 상기 제1 몸통 내지 제4 몸통(752a~752d)은 차례로 연결되어 토로이달 형태의 방전 공간을 제공할 수 있다. 상기 제1 몸통 내지 제4 몸통(752a~752d)은 절연 스페이서(761)를 통하여 서로 전기적으로 절연될 수 있다.
상기 제1 몸통(752a)은 z 축 방향으로 정렬된 직사각형 기둥 형상일 수 있다. 상기 제1 몸통(752a)의 내부에 홀이 배치된다. 상기 제1 몸통(752a)의 홀은 z축 방향으로 관통하는 홀일 수 있다. 상기 제1 몸통(752a)은 냉매에 의하여 냉각될 수 있다.
상기 제1 몸통(752a)의 외측면을 감싸도록 제1 자성체 코어(754a)가 배치된다. 상기 제1 자성체 코어(754a)는 페라이트 또는 나노 크리스탈라인(nano-crystalline) 코어일 수 있다. 제1 유도 코일(759a)은 상기 제1 자성체 코어(754a)를 감싸도록 배치된다. 상기 제1 유도 코일(759a)은 제1 교류 전원에 연결된다. 제1 유도 코일(759a)은 변압기의 1차 코일을 형성하고, 상기 챔버(752)에 형성된 유도 결합 플라즈마는 변압기의 2차 코일을 형성한다. 상기 제1 유도 코일(759a)에 흐르는 전류는 상기 제1 자성체 코어(754a)에 자속을 유도하고, 자속의 시간에 따른 변화는 유도 전기장을 상기 챔버(752) 내부에 생성한다. 상기 유도 전기장은 유도 결합 플라즈마를 형성한다. 상기 챔버(752)가 변압기의 2차 코일에 되지 않도록, 상기 제1 몸통(752a)는 전기적으로 플로팅될 수 있다.
제2 몸통(752b)은 y축 방향으로 정렬될 수 있다. 상기 제2 몸통(752a)의 내부에 홀이 배치된다. 상기 홀은 제1 홀, 제2 홀, 및 제3 홀을 포함할 수 있다. 상기 제1 홀은 상기 제2 몸통의 일단에서 z축 방향으로 형성될 수 있다. 상기 제2 홀은 상기 제1 홀에 연결되고 -y 축 방향으로 연장될 수 있다. 상기 제3 홀은 상기 제2 몸통의 타단에서 상기 제2 홀과 연결되어 -z축 방향으로 형성될 수 있다. 상기 제2 몸통(752b)의 홀은 상기 제1 몸통(752a)의 홀과 연결되어 방전 공간을 형성한다.
상기 가스 유입부(756a)는 상기 제2 몸통의 타단에 결합할 수 있다. 상기 가스 유입부의 단면은 상기 제2 몸통(752a)의 단면과 동일할 수 있다. 가스 유입부(756a)는 상기 제2 몸통에 연결되어 초기 방전 가스 및 공정 가스를 제공한다.
상기 제2 몸통(752b)과 제4 몸통(752d) 사이에 도파관(740)이 배치된다. 상기 제2 몸통(752b)은 냉매에 의하여 냉각될 수 있다.
상기 도파관(740)은 직사각형 도파관일 수 있다. 상기 도파관(740)은 WR284일 수 있다. 상기 도파관(740)과 상기 제2 몸통(752b)이 접촉하는 면에 제1 슬롯(749a)이 형성될 수 있고, 상기 도파관(740)과 상기 제4 몸통(752d)이 접촉하는 면에 제2 슬롯(749b)이 형성될 수 있다.
상기 제1 슬롯(749a)은 상기 도파관(740)에서 진행하는 초고주파를 제1 유전체 창문(747a) 방향으로 방사할 수 있다. 상기 제2 슬롯(749b)은 상기 제1 도파관(740)에서 진행하는 초고주파를 제2 유전체 창문(747b) 방향으로 방사할 수 있다.
상기 제1 슬롯(749a)의 형상은 직사각형 또는 정사각형 일 수 있다. 상기 도파판(740)의 진행 방향은 x축 방향일 수 있다. 상기 도파관(740)의 단면에서 긴 방향(y축 방향)의 면은 상기 제2 몸통(752b)와 접촉할 수 있다. 상기 도파관(740)의 일면은 초고주파 발생기로부터 초고주파를 제공받을 수 있다. 상기 도파관(740)의 타면은 도전체판으로 막힐 수 있다.
제1 유전체 창문(747a)은 판 형상일 수 있다. 상기 제1 유전체 창문(747a)과 제2 몸통(752b) 사이에 오링과 같은 실링 수단이 배치될 수 있다.
제3 몸통(752c)는 제1 몸통(752a)와 동일한 구조일 수 있다. 제3 몸통(752c)는 z축 방향으로 정렬된 직사각형 기둥형상일 수 있다. 상기 제3 몸통(752c)는 z축 방향으로 관통하는 홀을 포함할 수 있다. 상기 제3 몸통(752c)의 홀은 제2 몸통(752b)의 홀과 연결된다.
제3 몸통(752c)의 주위는 제2 자성체 코어(754b)가 감길 수 있다. 상기 제2 자성체 코어(754b)는 제1 자성체 코어(754a)와 동일한 구조일 수 있다. 상기 제2 자성체 코어(754b)는 페라이트 재질 또는 나노 크리스탈라인 재질일 수 있다. 상기 제2 유도 코일(759b)은 상기 제2 자성체 코어(754b)를 감싸도록 배치된다. 상기 제2 유도 코일(759b)은 제2 교류 전원에 연결된다. 상기 제2 유도 코일(759b)에 흐르는 교류 전류는 상기 제2 자성체 코어(754b)에 자속을 유도한다. 상기 자속은 상기 제3 몸통(752c)에 유도 전기장을 형성하고, 상기 유도 전기장은 방전 공간 내부에 유도 결합 플라즈마를 형성한다. 상기 제1 교류 전원에 의하여 유도 되는 유도 전기장의 방향과 상기 제2 교류 전원에 의하여 유도되는 유도 전기장의 방향은 서로 반대방향일 수 있다.
제4 몸통(752d)는 제2 몸통(752b)와 동일한 구조일 수 있다. 상기 도판관(740)의 제2 슬롯(749b)은 상기 제4 몸통(752d)와 접촉하는 면에 배치될 수 있다. 상기 제4 몸통(752d)는 제2 유전체 창문(747b)을 포함한다. 제2 슬롯(749b)은 초고주파를 방사하여 상기 제2 유전체 창문(747b)을 통하여 상기 제4 몸통(752d)의 내부에 초고주파를 전달한다. 상기 초고주파는 초고주파 플라즈마를 형성한다. 제4 몸통(752d)는 절연 스페이서(761)를 통하여 상기 제1 몸통(752a)와 결합할 수 있다.
상기 가스 토출부(756b)는 상기 제4 몸통(752d)에 결합할 수 있다. 상기 가스 유입부(756b)의 단면은 상기 제4 몸통(752d)의 단면과 동일할 수 있다. 상기 가스 토출부(756b)는 상기 제4 몸통에 연결되어 해리된 가스를 토출할 수 있다.
상기 제1 몸통 내지 제4 몸통(752a~752d)의 내부 방전 공간의 단면은 직사각형일 수 있다. 상기 제1 몸통(752a) 및 상기 제3 몸통(752c)은 전기적으로 플로팅되고, 상기 제2 몸통(752b) 및 상기 제4 몸통(752d)은 전기적으로 접지될 수 있다.
유도 결합 플라즈마는 주로 제1 몸통(752a) 및 제3 몸통(752c)에서 생성되고, 초고주파 플라즈마는 주로 제2 몸통(752b) 및 제4 몸통(752d)에서 형성된다. 이에 따라, 유도 결합 플라즈마가 발생하는 영역과 초고주파 플라즈마가 발생하는 영역이 서로 구별될 수 있다. 초고주파 플라즈마는 확산하여 유도 결합 플라즈마가 발생하는 영역으로 이동할 수 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치의 단면도이다.
도 14를 참조하면, 플라즈마 발생 장치(800)는 폐루프(closed loop)를 형성하는 자성체 코어(854a,854b), 상기 자성체 코어(854a,854b)의 폐루프를 관통하여 배치되고 적어도 하나의 폐루프의 방전 공간을 포함하고 유전체 창문(847a,847b)을 가지는 챔버(852), 상기 자성체 코어(854a,854b)를 감싸도록 배치되는 유도 코일(859a,859b), 및 슬롯(849a,849b)을 포함하고, 상기 슬롯(849a,849b) 및 상기 유전체 창문(847a,847b)을 통하여 초고주파를 방사하는 도파관(840a,840b)을 포함한다.
유도 코일(859a,859b)에 흐르는 교류 전류는 상기 자성체 코어(854a,854b)에 자속을 형성하고, 상기 자속은 상기 챔버(852) 내부에 유도 결합 플라즈마를 형성한다. 상기 도파관(840a,840b)을 진행하는 초고주파는 상기 챔버(852) 내부에 초고주파 플라즈마를 형성한다.
상기 챔버(852)는 도전성 물질로 형성될 수 있다. 상기 도전성 물질은 알루미늄일 수 있다. 상기 챔버(852)는 제1 내지 제4 몸통(852a~852d)을 포함할 수 있다. 상기 제1 몸통 내지 제4 몸통(852a~852d)은 차례로 연결되어 토로이달 형태의 방전 공간을 제공할 수 있다. 상기 제1 몸통 내지 제4 몸통(852a~852d)은 절연 스페이서(861)를 통하여 서로 전기적으로 절연될 수 있다.
상기 제1 몸통(852a)은 z 축 방향으로 정렬된 직사각형 기둥 형상일 수 있다. 상기 제1 몸통(852a)의 내부에 홀이 배치된다. 상기 제1 몸통(852a)의 홀은 z축 방향으로 형성된 관통홀일 수 있다. 상기 제1 몸통(852a)은 냉매에 의하여 냉각될 수 있다.
상기 제1 몸통(852a)의 외측면에는 함몰부(855)가 형성된다. 상기 함몰부(855)에 제1 자성체 코어(854a)가 배치된다. 상기 제1 자성체 코어(854a)는 페라이트 또는 나노 크리스탈라인(nano-crystalline) 코어일 수 있다. 제1 유도 코일(859a)은 상기 제1 자성체 코어(554a)를 감싸도록 배치된다. 상기 제1 유도 코일(859a)은 제1 교류 전원에 연결된다. 제1 유도 코일(859a)은 변압기의 1차 코일을 형성하고, 상기 챔버(852)에 형성된 유도 결합 플라즈마는 변압기의 2차 코일을 형성한다. 상기 제1 유도 코일(859a)에 흐르는 전류는 상기 제1 자성체 코어(854a)에 자속을 유도하고, 자속의 시간에 따른 변화는 유도 전기장을 상기 챔버(852) 내부에 생성한다. 상기 유도 전기장은 유도 결합 플라즈마를 형성한다. 상기 챔버(852)가 변압기의 2차 코일에 되지 않도록, 상기 제1 몸통(852a)는 전기적으로 플로팅될 수 있다.
제2 몸통(852b)은 y축 방향으로 정렬될 수 있다. 상기 제2 몸통(852b)은 상판(891a)과 하판(892a)을 포함할 수 있다. 상기 제2 몸통(852a)의 내부에 홀이 배치된다. 상기 홀은 제1 홀, 제2 홀, 및 제3 홀을 포함할 수 있다. 상기 제1 홀은 상기 제2 몸통의 일단에서 z축 방향으로 관통되어 형성될 수 있다. 상기 제2 홀은 상기 제1 홀의 중간에서 연결되고 -y 축 방향으로 연장될 수 있다. 상기 제3 홀은 상기 제2 몸통의 타단에서 상기 제2 홀과 연결되어 -z축 방향으로 형성될 수 있다. 상기 제2 몸통(852b)의 홀은 상기 제1 몸통(852a)의 홀과 연결되어 방전 공간을 형성한다.
상기 가스 유입부(856a)는 상기 제2 몸통의 일단에 결합할 수 있다. 상기 가스 유입부의 단면은 상기 제2 몸통(852a)의 단면과 동일할 수 있다. 가스 유입부(856a)는 상기 제2 몸통에 연결되어 초기 방전 가스 및 공정 가스를 제공한다.
상기 제2 몸통(852b)과 제4 몸통(852d) 사이에 도파관(840a,840b)이 배치된다. 상기 제2 몸통(852b)은 냉매에 의하여 냉각될 수 있다.
상기 도파관(840a,840b)은 직사각형 도파관일 수 있다. 상기 도파관(840a,840b)은 WR284일 수 있다. 상기 도파관(840a,840b)은 제1 도파관(840a) 및 제2 도파관(840b)을 포함할 수 있다. 제1 도파관(840a) 및 제2 도파관(840b)은 서로 인접하게 상기 챔버(852)에 형성된 내부 공간에 배치될 수 있다. 제1 도파관(840a)은 제1 초고주파 발진기에 연결될 수 있고, 제2 도파관(840b)은 제2 초고주파 발진기에 연결될 수 있다.
상기 제1 도파관(840a)과 상기 제2 몸통(852b)이 접촉하는 면에 제1 슬롯(849a)이 형성될 수 있고, 상기 제2 도파관(840b)과 상기 제4 몸통(852d)이 접촉하는 면에 제2 슬롯(849b)이 형성될 수 있다.
상기 제1 슬롯(849a)은 상기 제1 도파관(840a)에서 진행하는 초고주파를 제1 유전체 창문(847a) 방향으로 방사할 수 있다. 상기 제2 슬롯(849b)은 상기 제2 도파관(840b)에서 진행하는 초고주파를 제2 유전체 창문(847b) 방향으로 방사할 수 있다.
상기 제1 슬롯(849a) 및 제2 슬롯(849b)의 형상은 직사각형 또는 정사각형 일 수 있다. 상기 도파판(840a,840b)의 진행 방향은 x축 방향일 수 있다. 상기 제1 도파관(840a)의 단면에서 긴 방향(y축 방향)의 면은 상기 제2 몸통(852b)와 접촉할 수 있다. 상기 제1 도파관(840a)의 일면은 초고주파 발생기로부터 초고주파를 제공받을 수 있다. 상기 제1 도파관(840a)의 타면은 도전체판으로 막힐 수 있다.
상기 챔버(852)에 의하여 형성된 내부 공간에 제1 도파관(840a) 및 제2 도파관(840b)이 모두 삽입되기 않을 수 있다. 이 경우, 상기 제1 도파관(840a) 및 제2 도파관(840b)은 단축 방향(z축 방향)으로 테이퍼진 영역을 포함할 수 있다.
제1 유전체 창문(847a)은 판 형상일 수 있다. 상기 제1 유전체 창문(847a)과 제2 몸통(852b) 사이에 오링과 같은 실링 수단이 배치될 수 있다.
제3 몸통(852c)는 제1 몸통(852a)와 동일한 구조일 수 있다. 제3 몸통(852c)는 z축 방향으로 정렬된 직사각형 기둥형상일 수 있다. 상기 제3 몸통(852c)는 z축 방향으로 관통하는 홀을 포함할 수 있다. 상기 제3 몸통(852c)의 홀은 제2 몸통(852b)의 홀과 연결된다.
제3 몸통(852c)의 주위는 제2 자성체 코어(854b)가 감길 수 있다. 상기 제2 자성체 코어(854b)는 제1 자성체 코어(854a)와 동일한 구조일 수 있다. 상기 제2 자성체 코어(854b)는 페라이트 재질 또는 나노 크리스탈라인 재질일 수 있다. 상기 제2 유도 코일(859b)은 상기 제2 자성체 코어(854b)를 감싸도록 배치된다. 상기 제2 유도 코일(859b)은 제2 교류 전원에 연결된다. 상기 제2 유도 코일(859b)에 흐르는 교류 전류는 상기 제2 자성체 코어(854b)에 자속을 유도한다. 상기 자속은 상기 제3 몸통(852c)에 유도 전기장을 형성하고, 상기 유도 전기장은 방전 공간 내부에 유도 결합 플라즈마를 형성한다. 상기 제1 교류 전원에 의하여 유도 되는 유도 전기장의 방향과 상기 제2 교류 전원에 의하여 유도되는 유도 전기장의 방향은 서로 반대방향일 수 있다.
제4 몸통(852d)는 제2 몸통(852b)와 동일한 구조일 수 있다. 상기 도판관(840)의 제2 슬롯(849b)은 상기 제4 몸통(852d)와 접촉하는 면에 배치될 수 있다. 상기 제4 몸통(852d)는 제2 유전체 창문(847b)을 포함한다. 제2 슬롯(849b)은 초고주파를 방사하여 상기 제2 유전체 창문(847b)을 통하여 상기 제4 몸통(852d)의 내부에 초고주파를 전달한다. 상기 초고주파는 초고주파 플라즈마를 형성한다. 제4 몸통(852d)는 절연 스페이서(861)를 통하여 상기 제1 몸통(852a)와 결합할 수 있다.
상기 제1 몸통 내지 제4 몸통(852a~852d)의 내부 방전 공간의 단면은 직사각형일 수 있다. 상기 제1 몸통(852a) 및 상기 제3 몸통(852c)은 전기적으로 플로팅되고, 상기 제2 몸통(852b) 및 상기 제4 몸통(852d)은 전기적으로 접지될 수 있다.
유도 결합 플라즈마는 주로 제1 몸통(852a) 및 제3 몸통(852c)에서 생성되고, 초고주파 플라즈마는 주로 제2 몸통(852b) 및 제4 몸통(852d)에서 형성된다. 이에 따라, 유도 결합 플라즈마가 발생하는 영역과 초고주파 플라즈마가 발생하는 영역이 서로 구별될 수 있다. 초고주파 플라즈마는 확산하여 유도 결합 플라즈마가 발생하는 영역으로 이동할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
110: 초고주파 발생기
116: 도파관
119: 유전체 창문
117: 슬롯
122: 챔버
124: 자성체 코어
126: 유도 코일
128: 교류 전원
116: 도파관
119: 유전체 창문
117: 슬롯
122: 챔버
124: 자성체 코어
126: 유도 코일
128: 교류 전원
Claims (27)
- 유전체 창문을 가지고 토로이달 형태의 방전 공간을 가지는 챔버;
상기 챔버의 일부를 감싸도록 배치되는 자성체 코어;
상기 자성체 코어를 감싸도록 배치되는 유도 코일; 및
상기 유전체 창문을 통하여 초고주파를 방사하는 도파관을 포함하고,
유도 코일에 흐르는 교류 전류는 상기 자성체 코어에 자속을 형성하고, 상기 자속은 상기 챔버 내부에 유도 결합 플라즈마를 형성하고,
상기 도파관을 진행하는 초고주파는 상기 챔버에 초고주파 플라즈마를 형성하고,
상기 챔버는 제1 내지 제4 몸통을 포함하고,
상기 제1 몸통 내지 제4 몸통은 차례로 연결되어 토로이달 형태의 방전 공간을 제공하고,
상기 자성체 코어는 제1 자성체 코어 및 제2 자성체 코어를 포함하고,
상기 제1 자성체 코어는 상기 제1 몸통을 감싸도록 배치되고,
상기 제2 자성체 코어는 상기 제3 몸통을 감싸도록 배치되고,
상기 도파관은 제1 슬릿을 가지는 제1 도파관을 포함하고,
상기 유전체 창문은 제1 유전체 창문을 포함하고,
상기 제1 유전체 창문은 상기 제2 몸통에 장착되고,
상기 제1 슬릿은 상기 제1 유전체 창문을 통하여 초고주파를 상기 제2 몸통에 제공하고,
상기 제1 몸통 내지 상기 제4 몸통은 서로 절연 스페이서로 전기적으로 분리되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치. - 유전체 창문을 가지고 토로이달 형태의 방전 공간을 가지는 챔버;
상기 챔버의 일부를 감싸도록 배치되는 자성체 코어;
상기 자성체 코어를 감싸도록 배치되는 유도 코일; 및
상기 유전체 창문을 통하여 초고주파를 방사하는 도파관을 포함하고,
유도 코일에 흐르는 교류 전류는 상기 자성체 코어에 자속을 형성하고, 상기 자속은 상기 챔버 내부에 유도 결합 플라즈마를 형성하고,
상기 도파관을 진행하는 초고주파는 상기 챔버에 초고주파 플라즈마를 형성하고,
상기 챔버는 제1 내지 제4 몸통을 포함하고,
상기 제1 몸통 내지 제4 몸통은 차례로 연결되어 토로이달 형태의 방전 공간을 제공하고,
상기 자성체 코어는 제1 자성체 코어 및 제2 자성체 코어를 포함하고,
상기 제1 자성체 코어는 상기 제1 몸통을 감싸도록 배치되고,
상기 제2 자성체 코어는 상기 제3 몸통을 감싸도록 배치되고,
상기 도파관은 제1 슬릿을 및 제2 슬릿을 포함하고,
상기 유전체 창문은 제1 유전체 창문 및 제2 유전체 창문을 포함하고,
상기 제1 유전체 창문은 상기 제2 몸통에 장착되고,
상기 제2 유전체 창문은 제4 몸통에 장착되고,
상기 제1 슬릿은 상기 제1 유전체 창문을 통하여 초고주파를 상기 제2 몸통에 제공하고,
상기 제2 슬릿은 상기 제2 유전체 창문을 통하여 초고주파를 상기 제4 몸통에 제공하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치. - 유전체 창문을 가지고 토로이달 형태의 방전 공간을 가지는 챔버;
상기 챔버의 일부를 감싸도록 배치되는 자성체 코어;
상기 자성체 코어를 감싸도록 배치되는 유도 코일; 및
상기 유전체 창문을 통하여 초고주파를 방사하는 도파관을 포함하고,
유도 코일에 흐르는 교류 전류는 상기 자성체 코어에 자속을 형성하고, 상기 자속은 상기 챔버 내부에 유도 결합 플라즈마를 형성하고,
상기 도파관을 진행하는 초고주파는 상기 챔버에 초고주파 플라즈마를 형성하고,
상기 챔버는 제1 내지 제4 몸통을 포함하고,
상기 제1 몸통 내지 제4 몸통은 차례로 연결되어 토로이달 형태의 방전 공간을 제공하고,
상기 자성체 코어는 제1 자성체 코어 및 제2 자성체 코어를 포함하고,
상기 제1 자성체 코어는 상기 제1 몸통을 감싸도록 배치되고,
상기 제2 자성체 코어는 상기 제3 몸통을 감싸도록 배치되고,
상기 제1 몸통 내지 상기 제4 몸통은 서로 절연 스페이서로 전기적으로 분리되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치. - 삭제
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