KR102497732B1

KR102497732B1 - 가스의 흐름 및 플라즈마 시인성이 개선된 수직형 플라즈마 챔버 구조

Info

Publication number: KR102497732B1
Application number: KR1020220160009A
Authority: KR
Inventors: 김무환
Original assignee: 김무환
Priority date: 2022-11-25
Filing date: 2022-11-25
Publication date: 2023-02-07

Abstract

본 발명은, 몸체부(10), 상면 중앙부위에는 충전공간(21)이 형성되고 하면 중앙부위에는 복수 개의 배출홀(25)이 형성되며 전면 중앙부위에는 윈도우(25)가 마련되는 도어부(20), 몸체부(10)의 하면 중앙부위에 위치하는 가스이동부(30), 가스이동부(30) 상측부위에 위치하는 전극판부(40), 전극판부(40) 상측부위에 위치하는 안치부(50), 전극판부(40) 외측면부위와 몸체부(10) 내측면부위 사이에 위치하는 가스이동부(60), 몸체부(10)의 배출구(11)와 연결되어 가스를 배출시키는 배출펌프부(50)를 포함하는 수직형 플라즈마 챔버로서, 상기 배출홀(23)이 형성되는 도어부(20)의 하면부위에는 스트립 구조체의 가스유도부(200)가 마련되되, 상기 가스유도부(200)의 상단부위는 배출홀(23)의 주변부위를 따라 도어부(20)의 하면부위에 결합되고, 그 하측부위는 안치부(50) 외측 방향으로 연장되고, 상기 도어부(20)의 윈도우(25)와 대향하는 가스유도부(200)의 전방부위에는 플라즈마 가스에서 방출되는 광을 윈도우(25) 방향으로 집속시키는 홀로그래픽 회절격자필름부(300)가 마련되는, 것을 특징으로 하는 가스의 흐름 및 플라즈마 시인성이 개선된 수직형 플라즈마 챔버 구조를 제공한다.

Description

가스의 흐름 및 플라즈마 시인성이 개선된 수직형 플라즈마 챔버 구조{Structure of vertical type plasma chamber which improved gas flow and plasma visibility}

본 발명은 수직형 플라즈마 챔버 구조에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 충전공간에 일시 저장된 공정 가스들이 몸체부의 내부공간으로 균일하게 공급될 수 있을 뿐 아니라, 공급되는 공정 가스들을 작업 대상물이 안치되는 안치부 상측부위에 집중적으로 유도할 수 있음은 물론, 작업자가 챔버 내부의 플라즈마 가스의 농도나 활성화 정도를 용이하게 확인하면서 작업하는 것이 가능한 가스의 흐름 및 플라즈마 시인성이 개선된 수직형 플라즈마 챔버 구조에 관한 것이다.

플라즈마(Plasma)란 초고온에서 음전하를 가진 전자와 양전하를 띤 이온으로 분리된 기체로서, 전하의 분리도가 상당히 높으면서도 전체적으로 음과 양의 전하수가 같아서 중성을 띠는 특징이 있다. 플라즈마는 수억 도의 온도를 갖는 초고온 핵융합에 이용되는 플라즈마로부터, 반도체 공정이나 신소재 합성 등에 이용되는 저온 글로우 플라즈마나 아크 플라즈마에 이르기까지 다양하게 이용되고 있다.

이 중에서 특히, 글로우 방전에 의한 대기압 플라즈마는 직류나 고주파 전계(RF)에 의해 여기된 자유 전자가 가스 분자와 충돌하면서 이온, 라디칼, 전자 등과 같은 활성종을 생성하고, 생성된 이들 활성종들이 작업 대상물의 표면에 물리적 또는 화학적으로 작용하면서 그 표면에 축적된 유기물들을 세정하거나, 표면의 거칠기 정도를 변화시켜 접착력을 향상시키거나, 또는 표면 자체가 기능성 관능기를 유도할 수 있는 능력을 향상시킬 수 있다.

대기압 플라즈마를 이용하기 위해 관련 업계에서 널리 사용되고 있는 것이, 전극이 마련되는 챔버 내부에 작업 대상물을 안치하고, 챔버를 밀폐한 다음 챔버 내부로 가스를 일정량 유입시켜 챔버 내부공간으로 유입되는 가스가 일정 농도에 도달할 때 전극에 일정 주파수를 가지는 펄스를 인가하는 방식인데, 가스를 챔버의 상측부위를 통해 공급하는 방식을 수평형 챔버라 부르고 있다.

그런데, 종래 수직형 챔버의 대부분은 챔버의 상측부위에서 공급되어 작업을 수행한 폐 가스들을 작업 대상물이 안치된 부위의 측면을 통해 배출시키는 구조를 가지고 있다는 점에서, 플라즈마 상태로 변환된 가스가 챔버의 내부 중앙부위에 위치하는 작업 대상물에 균일하게 작용하지 못하는 단점이 있었다. 이를 위해, 본 출원인은 대한민국 등록특허 제1701381호를 제안한 바 있다.

이 기술은 도 7 내지 도 9 각각에 개시된 것과 같이, 몸체부(130)의 하면 중앙부위에 배출구(175b)를 형성하고, 배출구(175b)가 형성된 몸체부(130)의 하면부위에는 복수 개의 이동로(P)가 마련되는 가스이동부(170)를 마련하여, 도어부(110)의 미도시된 충전공간으로 공급된 공정 가스가 몸체부(130) 내부로 유입된 다음 안치부(131) 상면에 안치된 작업 대상물에 대하여 필요한 작업을 완료하면, 가스이동부(170)를 통해 배출구(175b)로 유도시켜 장치 외부로 배출시킴에 그 기술적 특징이 있다.

즉, 공정 가스를 도어부(110) 및 몸체부(130) 각각의 상측부위를 통해 수직으로 공급한 다음, 이를 몸체부(130)의 하면 중앙부위에 마련되는 배출구(175b)를 통해 수직으로 배출시키는 구조를 제안함으로써, 챔버의 하측 측면부위를 통해 공정 가스를 배출시키는 종래 수직형 플라즈마 챔버 방식에 비해 작업 대상물에 대한 보다 균일한 공정 가스의 유도를 기대할 수 있다.

하지만, 이 기술은 도 9에 개시된 것과 같이, 배출펌프부(150)가 작동하는 상태에서 도어부(110)를 통해 공정 가스가 수직 하방으로 몸체부(130) 내부 공간으로 공급되면, 공급되는 공정 가스의 상당 부분은 배출펌프부(150)의 작동으로 인해, 안치부(191)에 안치되는 작업 대상물의 상면부위가 아닌 안치부(131)의 모서리부위에 위치하는 지지부(190) 및 가스이동부(170)를 거쳐 배출구(175b)로 바로 이동할 개연성이 높아, 안치부 상면부위에 공정 가스가 균일하게 공급되지 못하는 한계가 있다.

한편, 공정 가스가 챔버 내부로 공급되어 플라즈마 상태가 되면, 가스들이 충돌하면서 외곽 전자의 에너지 준위가 여기되었다가 기저 상태로 천이함에 따라, 사용되는 공정 가스별로 특유의 광을 방출하게 된다. 이를 위해, 종래 수직형 챔버의 경우, 도 7과 같이, 도어부(110)의 전방부위에 윈도우(111)를 마련하여 챔버 내부의 플라즈마 상태 등을 육안으로 관찰할 수 있도록 배려하고 있다.

그런데, 플라즈마 상태에서 공정 가스들이 충돌하면서 방출되는 광은 특정한 방향성을 가지지 않고 사방으로 방사된다. 이로 인해, 도어부의 전방부위에 챔버 내부를 관찰할 수 있는 윈도우를 마련하더라도, 작업자는 윈도우에 대하여 수직으로 입사하는 광만을 식별할 수 있다는 점에서 당초 윈도우를 마련한 목적을 제대로 살리지 못하는 한계가 있었다.

대한민국 등록특허 제1701381호

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 안치부 상면부위로 공정 가스들을 보다 균일한 상태로 유도할 수 있음은 물론 챔버 내부의 플라즈마 상태를 보다 용이하게 관찰할 수 있는 수직형 플라즈마 챔버 구조를 제안함에 있다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여, 상측부위는 개구되고 하면 중앙부위에는 배출구(11)가 형성되는 몸체부(10), 상측 중앙부위에는 일정 깊이 및 일정 폭을 가지는 환형의 충전공간(21)이 형성되고 하측 중앙부위에는 충전공간(21)과 연통되는 복수 개의 배출홀(23)이 형성되며 전면 중앙부위에는 윈도우(25)가 마련되어 몸체부(10)의 개구부를 개폐하는 도어부(20), 몸체부(10)의 측면부위와 일정간격 이격되어 몸체부(10)의 하면에 마련되되 배출구(11)와 연결되는 복수 개의 가스 이동로가 형성되어 배출구(11) 주변부위에 마련되는 가스이동부(30), 가스이동부(30) 상측부위에 마련되는 전극판부(40), 전극판부(30) 상측부위에 위치하는 안치부(50), 복수 개의 이동공(61)이 형성되되 몸체부(10)의 하면부위에서 일정 수직 높이를 가지며 몸체부(10)의 내측면부위와 가스이동부(30)의 외측면부위 사이에 위치하는 지지부(60), 몸체부(10)의 배출구(11)와 연결되어 가스를 배출시키는 배출펌프부(70)를 포함하는 수직형 플라즈마 챔버로서, 상기 도어부(20)의 충전공간(21) 전면부위에는 가스공급부(100)가 마련되되, 상기 가스공급부(100)는, 모서리부위가 도어부(20)의 전면부위에 결합되어 충전공간(21)의 상측부위를 밀폐하되 상면 중앙부위에는 안치홈(111)이 형성되는 밀폐판(110); 상호 간에 일정각도만큼 이격된 상태로 밀폐판(110)에 형성되어 충전공간(21)과 연통되는 복수 개의 삽입공(120); 하측부위가 밀폐판(110)의 안치홈(111)에 삽입되며 고정되는 분배구(130); 일측부위는 가스탱크와 연결되고 연장되는 타단부위는 분배구(130)의 입력부에 연결되는 공급튜브(140); 각각의 일단부위는 분배구(130)의 출력부에 연결되고 연장되는 각각의 타단부위는 삽입공(120) 각각에 삽입되는 복수 개의 분지튜브(150); 각각의 타단부위는 삽입공(120) 각각에 삽입되어 분지튜브(150) 각각의 일단부위와 연결되고 각각의 일단부위는 충전공간(21)의 내부로 연장되는 분사관(160);으로 이루어지며, 상기 배출홀(23)이 형성되는 도어부(20)의 하면부위에는 스트립 구조체의 가스유도부(200)가 마련되되, 상기 가스유도부(200)의 상단부위는 배출홀(23)의 주변부위를 따라 도어부(20)의 하면부위에 결합되고, 그 하측부위는 안치부(50) 외측 방향으로 연장되고, 상기 도어부(20)의 윈도우(25)와 대향하는 가스유도부(200)의 전방부위에는 플라즈마 가스에서 방출되는 광을 윈도우(25) 방향으로 집속시키는 홀로그래픽 회절격자필름부(300)가 마련되는, 것을 그 기술적 특징으로 한다.

상기 분사관(160) 각각의 일단부위는 시계방향 또는 반시계방향으로 절곡될 수 있다.

상기 도어부(20)의 윈도우(25)와 대향하는 가스유도부(200)의 전방부위에는, 상기 윈도우(25)의 면적보다 큰 절개부(210)가 형성되고; 상기 홀로그래픽 회절격자필름부(300)는, 상기 절개부(210)의 좌, 우 가이드단(211) 각각에 끼움 결합되는 제1, 2슬라이드바(310, 320) 및 좌, 우 각각의 단부가 제1, 2슬라이드바(310, 320) 각각에 결합되어 절개부(210)를 폐쇄하며 위치하는 회절격자필름(330)으로 이루어질 수 있다.

상기 지지부(60)의 상측부위에는 안치부(50) 반경보다 큰 반경을 가지는 보조가스유도부(400)가 마련되되, 상기 보조가스유도부(400)는, 배출홀(23)이 형성되는 도어부(20) 방향으로 일정 수직 높이로 돌출되는 유도몸체(410); 상호 간에 일정간격 이격되어 유도몸체(410)의 하단부위에 마련되는 복수 개로 이루어지되, 각각의 하면부위는 상기 지지부(60)의 상면부위에 밀착되고 각각의 타단부위는 몸체부(10)의 내측면 방향으로 일정길이 연장되는 지지단(420)으로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 유도몸체(410)에는, 상호 간에 일정간격 이격되어 일정 수직 높이로 돌출되는 복수 개의 측벽(411) 및 인접하는 측벽(411) 사이에 형성되는 복수 개의 배출가이드홈(415)이 형성될 수 있다.

본 발명은 복수 개의 분사관이 마련되는 가스공급부를 통해 도어부의 상면부위에 형성되는 충전공간에 공정 가스가 분사되도록 구성함으로써, 충전공간에 일시 저장된 공정 가스들이 도어부의 하면부위에 형성되는 배출홀을 통해 몸체부의 내부공간으로 균일하게 공급될 수 있도록 해준다.

또한, 본 발명은 배출홀이 형성되는 도어부의 하면부위에는 가스유도부를 마련하고, 작업 대상물이 안치되는 안치부와 몸체부의 내측면 사이에는 보조가스유도부를 위치시키는 방안을 제안함으로써, 공정 가스의 대부분이 곧바로 배출구로 배출되지 않고 안치부의 상측부위로 유도되어 작업을 수행한 다음 배출구를 통해 외부로 배기되도록 해준다.

또한, 본 발명은 공정 가스를 안치부로 유도하는 가스유도부에서 윈도우와 대향하는 지점에는 광을 집속시킬 수 있는 홀로그래픽 회절격자필름부를 마련함으로써, 작업자가 챔버 내부의 플라즈마 가스의 농도나 활성화 정도를 용이하게 확인하면서 작업하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 수직형 플라즈마 챔버에 있어 도어부 상면의 개략적인 결합 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 수직형 플라즈마 챔버에 있어 도어부 상면의 개략적인 외관 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 수직형 플라즈마 챔버의 개략적인 개방 상태도.
도 4는 본 발명에 따른 수직형 플라즈마 챔버에 있어 가스유도부와 홀로그래픽 회절격자필름부 상호 간의 결합 관계도.
도 5는 본 발명에 따른 수직형 플라즈마 챔버로 공급되는 공정 가스의 개략적인 이동 경로도.
도 6은 본 발명에 따른 수직형 플라즈마 챔버에 있어 홀로그래픽 회절격자필름부에 의해 플라즈마 가스에서 방출되는 광을 유도하는 개략적인 구성도.
도 7은 종래 수직형 플라즈마 챔버의 개략적인 일 구성도.
도 8은 도 7에 있어 몸체부에 마련되는 가스이동부, 전극판부, 안치부, 지지부 상호 간의 개략적인 결합 구성도.
도 9는 도 7에 개시된 수직형 플라즈마 챔버로 공급되는 공정 가스의 개략적인 이동 경로도.

본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명의 실시예를 상술함에 있어 본 발명의 기술적 특징과 직접적인 관련성이 없거나, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

본 발명은 가스의 흐름이 개선된 수직형 플라즈마 챔버 구조에 관한 것으로, 몸체부(10), 도어부(20), 가스이동부(30), 전극판부(40), 안치부(50), 지지부(60), 배출펌프부(70), 가스공급부(100), 가스유도부(200), 홀로그래픽 회절격자필름부(300)를 포함하여 이루어짐에 그 기술적 특징이 있다. 이하 이들 각 구성을 구체적으로 살펴본다.

몸체부(10)는 접지 전극으로 기능하며, 도 3과 같이 그 상측부위가 개구되고, 내부공간의 하면에는 도 4와 같이 배출구(11)가 형성된다. 배출구(11)는 작업을 완료한 폐 가스가 배출되는 부분으로, 몸체부(10)의 하면 중앙부위에 형성된다. 도 1에서의 도면부호 1은 몸체부(10)가 고정 장착되는 지지부로서, 지지부(1)에는 공정 가스가 저장된 각종 탱크 및 모터나 압축기, 제어보드 등이 내장된다.

도어부(20)는 몸체부(10)의 개구부를 개폐하는 부분으로, 그 후측부위가 몸체부(10)의 상면 후측부위에 힌지 결합된다. 도어부(20)의 정면 중앙부위에는 챔버 내부를 관찰하는 수단인 윈도우(25)가 마련된다. 이에 따라, 외부 작업자는 도 6과 같이, 도어부(20)에 의해 폐쇄된 몸체부(10)와 도어부(20) 내부 상태를 윈도우(25)를 통해 관찰할 수 있다.

도면부호 26은 윈도우(25)를 도어부(20)에 고정 결합시키는 윈도우 고정링으로, 윈도우(25)가 도어부(20)의 전면 중앙부위에 형성되는 관통공(도면부호 미도시)을 밀폐하면, 별도의 체결볼트에 의해 도어부(20)에 결합되면서 윈도우(25)를 고정한다. 이때, 도어부(20)의 하면부위에 마련되는 챔버 폐쇄부(28)에도 관통공에 대응되는 투시공(도면부호 미도시)가 형성되어야 함은 물론이다.

그리고, 도어부(20)의 상면 중앙부위에는 충전공간(21)이 형성되고, 도어부(20)의 하면 중앙부위에는 복수 개의 배출홀(23)이 형성된다. 충전공간(21)은 후술할 가스공급부(100)에서 공급되는 공정 가스들이 일시 저장되는 공간으로, 도어부(20)의 상면에서 하방으로 일정 깊이를 가지는 형상으로 이루어질 수 있다. 배출홀(23)은 충전공간(21)에 일시 저장되어 있던 공정 가스가 배출되는 부분으로, 충전공간(21)과 연통된다.

가스이동부(30)는 작업 대상물에 대하여 작업을 마친 폐 가스들을 배출구(11)로 유도하는 부분으로, 배출구(11) 주변부위를 따라 일정 수직 높이를 이룬다. 이때, 가스이동부(30)에는 도 5와 같이 배출구(11)와 연결되는 복수 개의 가스 이동로가 형성된다. 가스이동부(30)는 전술한 대한민국 등록특허 제1701381호(도 8의 도면부호 170 참조)에 개시된 구성과 대동소이하게 이루어질 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

전극판부(40)는 펄스가 인가되는 부분으로, 가스이동부(30)의 상측부위에 위치한다. 전극판부(40)에는 미도시된 전원공급부와 연결된 전선이 연결되며, 전극판부(40)와 연결된 전선은 몸체부(10)를 관통하여 미도시된 전원공급부로 연결된다. 이때, 전선은 미도시된 절연체에 매개되어 몸체부(10)를 관통하여 연장된다.

안치부(50)는 작업 대상물이 안치되는 부분으로, 배출홀(25)이 형성되는 도어부(20)의 하면부위와 대향하며 전극판부(40)의 상측부위에 위치한다. 안치부(50)는 절연체로 이루어지는 것이 바람직하며, 전체 면적은 도어부(20) 하면부위에 있어 배출홀(25)이 형성되는 부위 면적보다 작은 크기로 이루어지는 것이 바람직하다.

지지부(60)는 몸체부(10)의 하면부위에서 일정 수직 높이를 가지는 환형의 판상 구조를 이루며, 몸체부(10)의 내측면부위와 가스이동부(30)의 외측면부위 사이에 위치한다. 이때, 지지부(60)에는 복수 개의 이동공(61)이 형성된다. 본 발명에 있어, 지지부(60)는 전술한 대한민국 등록특허 제1701381호에 개시된 구성(도 8의 도면부호 190 참조)과 대동소이하게 이루어질 수 있다.

배출펌프부(70)는 몸체부(10) 내부의 폐 가스를 강제 배출시키는 수단으로, 배출관(71)에 의해 몸체부(10)의 배출구(11)와 연결된다. 배출펌프부(70)가 작동하며 몸체부(10) 내부 공간이 일정 값의 진공 상태에 도달하면, 가스공급부(100)를 통해 공급되어 충전공간(21)에 일시 저장되는 공정 가스들이 배출홀(25)을 통해 몸체부(10) 내부 공간으로 진입한다.

가스공급부(100)는 도어부(20)의 충전공간(21)으로 공정 가스들을 공급하는 부분으로, 밀폐판(110), 분배구(130), 공급튜브(140), 분지튜브(150), 배출관(160)으로 이루어진다.

밀폐판(110)은 도 1 및 도 2 각각과 같이, 모서리부위가 도어부(20)의 전면부위에 결합되어 충전공간(21)의 상측부위를 밀폐하며, 상측 중앙부위에는 일정 깊이의 안치홈(111)이 형성된다. 밀폐판(110)은 별도의 체결부재에 의해 도어부(20)에 고정 결합되며, 일정 두께를 가지는 금속재질로 이루어질 수 있다.

삽입공(120)은 상호 간에 일정각도만큼 이격된 상태로 밀폐판(110)에 형성되며, 각 삽입공(120)은 충전공간(21)과 연통된다. 도면에는 3개의 삽입공(120)이 형성된 예가 개시되어 있으나, 이와 달리 2개 또는 4개 이상으로 이루어질 수 있음은 물론이다.

분배구(130)는 공급되는 공정 가스를 복수 개로 분배하는 수단으로, 밀폐판(110)의 안치홈(111)에 삽입되어 고정된다. 분배구(130)는 유체를 분배시키는 통상적인 분배구로 이루어질 수 있으며, 별도의 체결부재에 의해 밀폐판(110)에 고정되거나 결합될 수도 있다.

공급튜브(140)는 그 일측부위가 미도시된 가스탱크와 연결되고, 연장되는 그 타단부위는 분배구(130)의 입력부에 연결된다. 분지튜브(150)는 각각의 일단부위가 분배구(130)의 출력부에 연결되고, 연장되는 각각의 타단부위는 삽입공(120) 각각에 삽입된다.

분사관(160)은 분지튜브(150) 각각을 따라 이동하는 공정 가스들을 충전공간(21)으로 분사시키는 부분으로, 각각의 타단부위는 삽입공(120) 각각에 삽입되어 분지튜브(150) 각각의 일단부위와 연결되고, 각각의 일단부위는 충전공간(21)의 내부로 연장된다. 도면부호 121, 151 각각은 씰링부재 및 연결부재이다.

본 발명이 복수 개의 분사관(160)을 이용하여 공정 가스들을 충전공간(21)의 각 부위를 통해 분사시키는 이유는, 충전공간(21) 전체 공간에 대하여 공정 가스들이 균일한 상태로 일시 저장된 다음 배출홀(25)을 통해 몸체부(10)의 내부공간으로 배출되도록 유도하기 위함이다.

이때, 분사관(160) 각각의 일단부위는 도 2에 개시된 것과 같이, 시계방향 또는 반시계방향으로 절곡되는 경우를 배제하지 않는다. 만일, 분지튜브(150)를 따라 이동한 공정 가스들을 분사관(160)의 단부(161)를 통해 충전공간(21)에 수평 또는 수직으로 분사하게 되면, 분사관(160)과 인접하여 위치하거나 대향하며 위치하는 배출홀(25)을 통해 그대로 몸체부(10) 내부공간으로 진입함에 따라 균일한 가스 공급이 이루어지지 않는다.

이를 위해, 본 발명은 도면과 같이 충전공간(21) 내부로 연장되는 분사관(160) 각각의 일단부위를 시계방향 또는 반시계방향으로 절곡함으로써, 분사관(160) 각각을 통해 분사된 공정 가스들이 충전공간(21) 내부에 골고루 분사되며 일시 저장된 다음, 각 배출홀(25)을 통해 균일한 양으로 몸체부(10) 내부공간으로 공급되도록 유도할 수 있다.

가스유도부(200)는 배출홀(23)을 통해 유입되는 공정 가스들을 안치부(50) 상측부위로 집중시켜 유도하는 부분으로, 도 3 및 도 4 각각과 같이, 스트립 구조체를 이루며, 배출홀(23)이 형성되는 도어부(20)의 하면부위에 마련된다. 이때, 가스유도부(200)의 상단부위는 배출홀(23)의 주변부위를 따라 도어부(20)의 하면부위에 결합되고, 그 하측부위는 안치부(50)의 외측 방향으로 연장된다.

종래, 안치부(50) 주변부위에 지지부(60)가 위치한 상태에서 공정 가스가 몸체부(10) 내부공간으로 유입되면, 배출펌프부(70)의 작동으로 인해 공정 가스들 중 상당 부분이 안치부(50) 상측부위가 아닌 지지부(60) 방향으로 곧장 이동하여 배출되는데, 본 발명과 같이 가스유도부(200)를 마련하게 되면, 공정 가스 대부분을 안치부(50) 상측부위로 집중시켜 유도하는 것이 가능하다. 도면부호 210은 결합단이다.

홀로그래픽 회절격자필름부(300)는 플라즈마 가스에서 방출되는 광을 윈도우(25) 방향으로 집속시키는 수단으로, 도 3 및 도 6 각각에 개시된 것과 같이, 도어부(20)의 윈도우(25)와 대향하며 위치하는 가스유도부(200)의 전방부위에 마련되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 홀로그래픽 회절격자필름부(300)는 관련 업계에서 HOE(holographic optical elements) 또는 DOE(diffractive optical elements)로 불리는 광학 소자로서의 투과형 회절격자필름으로 이루어질 수 있다. 투과형 회절격자필름은 일정 각도로 필름에 입사되는 광을 집속시키는 소자로서, 포토폴리머 필름을 준비한 다음, 광의 경로 차이를 이용하여 간섭무늬를 형성시키는 방식으로 제작될 수 있다. 이는 관련 업계에 널리 알려져 있는바 상세한 설명은 생략한다.

이때, 본 발명은 도 4에 개시된 것과 같이, 가스유도부(200)의 전방부위에는 절개부(210)가 형성되고, 홀로그래픽 회절격자필름부(300)는 제1, 2슬라이드바(310, 320) 및 회절격자필름(330)로 이루어져 가스유도부(200)의 절개부(210)에 결합되는 경우를 제안한다.

절개부(210)는 윈도우(25)와 대향하는 지점에 형성되며, 윈도우(25)의 면적보다 큰 면적으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이때, 회절격자필름(330)은 투과형으로 이루어져 좌, 우 각각의 단부가 제1, 2슬라이드바(310, 320) 각각에 결합되고, 제1, 2슬라이드바(310, 320) 각각은 절개부(210)의 좌, 우 가이드단(211) 각각에 끼움 결합되는 방식으로 이루어질 수 있다.

이에 따라, 투과형 회절격자필름(330)는 제1, 2슬라이드바(310, 320) 각각에 의해 절개부(210)를 폐쇄하면서 윈도우(25)와 대향하며 위치하게 되고, 챔버 내부로 공정 가스가 공급되어 플라즈마화 되면, 공정 가스들 상호 간의 충돌로 인해 생성되는 광을 윈도우(25) 방향으로 집속시키게 된다. 홀로그래픽 회절격자필름부(300)가 이처럼 끼움 방식으로 구성되면, 챔버의 운용 과정에서 회절격자필름(330)에 대한 점검 및 교체 등이 매우 용이하다.

한편, 회절격자필름(330) 방향으로 광이 입사하는 경우, 광의 입사 각도에 따라 회절격자필름(330)에서 회절되는 광의 각도 또한 달라지는데, 이를 위해 본 발명은 회절격자필름(330)이 일률적인 간섭무늬를 가지지 않고, 위치에 따라 서로 다른 간섭무늬가 형성되는 필름으로 이루어지는 경우를 제안한다.

즉, 회절격자필름(330)에 있어 중앙부위 및 모서리부위로 분할한 다음, 모서리부위가 중앙부위에 비해 더 큰 각도로 입사하는 광을 집속시킬 수 있도록 간섭무늬를 서로 달리 형성시키는 것이다. 이럴 경우, 챔버 내부에서 생성되어 방출되는 광 중에서 큰 각도를 가지며 회절격자필름(330)으로 입사하는 광까지 윈도우(25) 방향으로 집속시키는 것이 가능하다.

한편, 본 발명은 도 3 및 도 4 각각과 같이, 지지부(60)의 상측부위에 보조가스유도부(400)가 마련되는 경우를 배제하지 않는다. 보조가스유도부(400)는 도어부(20)의 배출홀(23)을 통해 수직 하방으로 유입되는 공정 가스들이 안치부(50)의 상측부위로 모일 수 있도록 유도하는 수단으로, 유도몸체(410) 및 지지단(420)으로 이루어질 수 있다.

유도몸체(410)는 안치부(50)의 반경보다 큰 반경을 가지는 스트립 구조체로 이루어지며, 배출홀(23)이 형성되는 도어부(20) 방향으로 일정 수직 높이로 돌출된다. 도면부호 430은 유도몸체(410)의 내측면과 전극판부(40) 외측면 사이에 매개되는 위치조절링이다.

지지단(420)은 상호 간에 일정간격 이격되어 유도몸체(410)의 하단부위에 마련되는 복수 개로 이루어지며, 지지단(420) 각각은 그 하면부위가 지지부(60)의 상면부위에 밀착되고, 각각의 타단부위는 몸체부(10)의 내측면 방향으로 일정길이 연장되는 구조로 이루어질 수 있다.

이때, 유도몸체(410)에는 측벽(411) 및 배출가이드홈(415)이 형성될 수 있다. 측벽(411)은 상호 간에 일정간격 이격되어 일정 수직 높이로 돌출되는 복수 개로 이루어질 수 있으며, 배출가이드홈(415)은 인접하는 측벽(411) 사이에 형성되는 복수 개로 이루어질 수 있다.

측벽(411)은 안치부(50) 상측부위로 유입되는 공정 가스들의 이동을 일시 제한하는 부분이며, 배출가이드홈(415)은 작업을 완료한 폐 가스들이 빠져나가는 부분이다. 배출가이드홈(415)을 통해 이동한 폐 가스들은 지지부(60)의 이동공(61), 가스이동부(30) 각각을 거쳐 배출구(11)로 배출된다.

이처럼, 지지부(60) 상측부위에 보조가스유도부(400)가 마련되면, 도어부(20)의 배출홀(23)을 통해 몸체부(10)의 내부공간으로 유입되는 공정 가스들은 1차로 가스유도부(200)에 의해 안치부(50) 상측으로 유도된 다음, 2차로 보조가스유도부(400)에 의해 그 이동이 일시 제한된 상태에서 필요한 작업을 수행한 이후에 지지부(60)를 통해 배기구(11)로 빠져나가게 된다.

이러한 구성으로 이루어지는 본 발명이 개략적인 작동 구성을 전술한 설명부분 및 첨부된 도면 각각을 참조하여 살펴본다.

먼저, 몸체부(10)의 내부공간을 개방하고, 안치부(50)에 작업 대상물(P)을 안치한 다음, 도어부(20)를 이용하여 몸체부(10)의 내부공간을 폐쇄한다. 몸체부(10)의 내부공간이 폐쇄되면, 배출펌프부(50)를 작동시켜, 몸체부(10) 내부공간에 잔존하는 공기를 배출시킨다.

배출펌프부(50)의 작동으로 몸체부(10) 내부공간이 일정 값의 진공 상태를 이루면, 미도시된 밸브가 개방하여 공정 가스를 공급튜브(140)로 유입시킨다(도 2의 ① 참조). 이에 따라 공정 가스는 공급튜브(140)를 따라 분배구(130)로 이동한 다음 분지튜브(150)로 일정 양씩 분배된 다음 이동하여(도 2 및 도 4 각각의 ② 참조), 분사관(160)의 단부(161)를 통해 충전공간(21)으로 분사된다(도 2 및 도 4 각각의 ③ 참조).

분사관(160)에 의해 충전공간(21)으로 분사된 공정 가스들은 충전공간(21)에 일시 저장된 다음 도어부(20)의 하면부위에 형성되는 배출홀(23) 각각을 통해 몸체부(10)의 내부공간으로 배출된다(도 4의 ④ 참조). 이때, 배출홀(23) 각각을 통해 몸체부(10)의 내부공간으로 배출된 공정 가스들은 가스유도부(200)에 의해 안치부(50) 상측으로 유도되며, 안치부(50) 주변부위에 보조가스유도부(400)가 더 마련되면 공정 가스들은 보조가스유도부(400)에 의해 그 이동이 일시 제한된다.

공정 가스들이 몸체부(10)의 내부공간으로 균일하게 유입되어 그 농도가 일정 값에 도달하면, 전극판부(40)에 펄스를 인가한다. 전극판부(40)에 펄스가 인가되면, 펄스의 주파수에 따라 공정 가스에 함유되어 있던 자유전자가 몸체부(10)의 내부공간에서 상하로 운동하며 내부공간을 채우고 있던 공정 가스와 충돌하게 되고, 이에 따라 이온, 라디칼, 전자 등과 같은 활성종들이 생성되어 내부공간은 플라즈마 상태가 된다(도 4의 ⑤ 참조).

이때, 이온들은 전극판부(40)가 위치한 안치부(50) 부근에 정체되면서 작업 대상물(P)의 표면에 직접 부딪히며 접촉함에 따라 물리적 및 화학적 표면 처리 작업이 이루어진다. 만일, 전극판부(40)에 13.56MHz의 무선 펄스가 인가되면, 작업 대상물(P)의 표면 부위에는 이온에 의한 미세 채널 형성이나 세정과 같은 처리 작업을 수행할 수 있다.

또한, 자유전자와 공정 가스 상호 간의 충돌로 인해, 공정 가스의 분자에 있어 최외곽 전자는 여기 상태가 되었다가 기저 상태로 천이하게 되는데, 이때 사용되는 공정 가스 특유의 파장대를 가진 광이 방출된다. 방출되는 광 중에서 홀로그래픽 회절격자필름부(300) 방향으로 입사하는 광들은, 도 6과 같이 회절격자필름(330)에 의해 집속되어 윈도우(25)로 투사된다.

작업자는 윈도우(25)를 통해 투사된 광의 색상 변화를 육안으로 관찰하면서 플라즈마 가스의 농도와 활성화 정도를 가늠하고, 작업 대상물(P)에 대한 처리 작업 정도를 판단한다. 만일, 윈도우(25)를 통해 식별되는 광의 색상 변화가, 일반적인 경우에 비해 너무 급격하게 변화하거나 또는 너무 완만하게 변화하는 경우에는, 공급되는 공정 가스의 공급량을 조절하는 방식으로 플라즈마 가스의 농도나 활성화 정도를 제어할 수도 있을 것이다.

한편, 몸체부(10)의 내부공간에는 가스가 일정 농도를 유지할 수 있도록 배출펌프부(70)에서 펌핑이 이루어지고 있기 때문에, 안치부(50) 상면에 안치된 작업 대상물(P)에 대하여 작업을 완료한 폐 가스들은 보조가스유도부(400)의 배출가이드홈(415) 각각을 통해 지지부(60)로 이동한 다음(도 4의 ⑥ 참조), 지지부(60)의 이동공(61)을 거쳐 측면 공간(13) 및 가스이동부(30)의 이동로를 따라 이동하고(도 4의 점선부분 참조), 최종적으로 배출구(11)를 통해 외부로 배기된다(도 4의 ⑦ 참조). 이러한 과정은 작업 대상물(P)에 대한 처리 작업이 이루어지는 동안 계속된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들에 한정하여 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐이며, 본 발명은 이에 한정되지 않고 여러 다양한 방법으로 변경되어 실시될 수 있으며, 나아가 개시된 기술적 사상에 기초하여 별도의 기술적 특징이 부가되어 실시될 수 있음은 자명하다 할 것이다.

10 : 몸체부 20 : 도어부
21 : 충전공간 23 : 배출홀
25 : 윈도우 26 : 윈도우 고정링
30 : 가스이동부 40 : 전극판부
50 : 안치부 60 : 지지부
70 : 배출펌프부
100 : 가스공급부 110 : 밀폐판
120 : 삽입공 130 : 분배구
140 : 공급튜브 150 : 분지튜브
160 : 분사관
200 : 가스유도부 210 : 절개부
211 : 가이드단
300 : 홀로그래픽 회절격자필름부
310, 320 : 제1, 2슬라이드바 330 : 회절격자필름
400 : 보조가스유도부 410 : 유도몸체
411 : 측벽 415 : 배출가이드홈
420 : 지지단

Claims

상측부위는 개구되고 하면 중앙부위에는 배출구(11)가 형성되는 몸체부(10), 상측 중앙부위에는 일정 깊이 및 일정 폭을 가지는 환형의 충전공간(21)이 형성되고 하측 중앙부위에는 충전공간(21)과 연통되는 복수 개의 배출홀(23)이 형성되며 전면 중앙부위에는 윈도우(25)가 마련되어 몸체부(10)의 개구부를 개폐하는 도어부(20), 몸체부(10)의 측면부위와 일정간격 이격되어 몸체부(10)의 하면에 마련되되 배출구(11)와 연결되는 복수 개의 가스 이동로가 형성되어 배출구(11) 주변부위에 마련되는 가스이동부(30), 가스이동부(30) 상측부위에 마련되는 전극판부(40), 전극판부(30) 상측부위에 위치하는 안치부(50), 복수 개의 이동공(61)이 형성되되 몸체부(10)의 하면부위에서 일정 수직 높이를 가지며 몸체부(10)의 내측면부위와 가스이동부(30)의 외측면부위 사이에 위치하는 지지부(60), 몸체부(10)의 배출구(11)와 연결되어 가스를 배출시키는 배출펌프부(70)를 포함하는 수직형 플라즈마 챔버로서,
상기 도어부(20)의 충전공간(21) 전면부위에는 가스공급부(100)가 마련되되, 상기 가스공급부(100)는, 모서리부위가 도어부(20)의 전면부위에 결합되어 충전공간(21)의 상측부위를 밀폐하되 상면 중앙부위에는 안치홈(111)이 형성되는 밀폐판(110); 상호 간에 일정각도만큼 이격된 상태로 밀폐판(110)에 형성되어 충전공간(21)과 연통되는 복수 개의 삽입공(120); 하측부위가 밀폐판(110)의 안치홈(111)에 삽입되며 고정되는 분배구(130); 일측부위는 가스탱크와 연결되고 연장되는 타단부위는 분배구(130)의 입력부에 연결되는 공급튜브(140); 각각의 일단부위는 분배구(130)의 출력부에 연결되고 연장되는 각각의 타단부위는 삽입공(120) 각각에 삽입되는 복수 개의 분지튜브(150); 각각의 타단부위는 삽입공(120) 각각에 삽입되어 분지튜브(150) 각각의 일단부위와 연결되고 각각의 일단부위는 충전공간(21)의 내부로 연장되는 분사관(160);으로 이루어지며,
상기 배출홀(23)이 형성되는 도어부(20)의 하면부위에는 스트립 구조체의 가스유도부(200)가 마련되되, 상기 가스유도부(200)의 상단부위는 배출홀(23)의 주변부위를 따라 도어부(20)의 하면부위에 결합되고, 그 하측부위는 안치부(50) 외측 방향으로 연장되고,
상기 도어부(20)의 윈도우(25)와 대향하는 가스유도부(200)의 전방부위에는 플라즈마 가스에서 방출되는 광을 윈도우(25) 방향으로 집속시키는 홀로그래픽 회절격자필름부(300)가 마련되는, 것을 특징으로 하는 가스의 흐름 및 플라즈마 시인성이 개선된 수직형 플라즈마 챔버 구조.
제1항에 있어서,
상기 분사관(160) 각각의 일단부위는 시계방향 또는 반시계방향으로 절곡되는 것을 특징으로 하는 가스의 흐름 및 플라즈마 시인성이 개선된 수직형 플라즈마 챔버 구조.
제1항에 있어서,
상기 도어부(20)의 윈도우(25)와 대향하는 가스유도부(200)의 전방부위에는, 상기 윈도우(25)의 면적보다 큰 절개부(210)가 형성되고; 상기 홀로그래픽 회절격자필름부(300)는, 상기 절개부(210)의 좌, 우 가이드단(211) 각각에 끼움 결합되는 제1, 2슬라이드바(310, 320) 및 좌, 우 각각의 단부가 제1, 2슬라이드바(310, 320) 각각에 결합되어 절개부(210)를 폐쇄하며 위치하는 회절격자필름(330)으로 이루어지는; 것을 특징으로 하는 가스의 흐름 및 플라즈마 시인성이 개선된 수직형 플라즈마 챔버 구조.
제1항에 있어서,
상기 지지부(60)의 상측부위에는 안치부(50) 반경보다 큰 반경을 가지는 보조가스유도부(400)가 마련되되, 상기 보조가스유도부(400)는, 배출홀(23)이 형성되는 도어부(20) 방향으로 일정 수직 높이로 돌출되는 유도몸체(410); 상호 간에 일정간격 이격되어 유도몸체(410)의 하단부위에 마련되는 복수 개로 이루어지되, 각각의 하면부위는 상기 지지부(60)의 상면부위에 밀착되고 각각의 타단부위는 몸체부(10)의 내측면 방향으로 일정길이 연장되는 지지단(420)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스의 흐름 및 플라즈마 시인성이 개선된 수직형 플라즈마 챔버 구조.
제4항에 있어서,
상기 유도몸체(410)에는, 상호 간에 일정간격 이격되어 일정 수직 높이로 돌출되는 복수 개의 측벽(411) 및 인접하는 측벽(411) 사이에 형성되는 복수 개의 배출가이드홈(415)이 형성되는 것을 특징으로 하는 가스의 흐름 및 플라즈마 시인성이 개선된 수직형 플라즈마 챔버 구조.