KR102613232B1 - 챔버블럭을 이용하여 플라즈마 점화가 가능한 플라즈마 챔버 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 챔버블럭를 이용하여 플라즈마 점화가 가능한 플라즈마 챔버에 관한 것이다. 본 발명의 챔버블럭를 이용하여 플라즈마 점화가 가능한 플라즈마 챔버는 토로이달 형상의 플라즈마 채널을 갖는 플라즈마 챔버에 있어서, 상기 플라즈마 챔버는 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 제3 챔버블럭; 상기 제1 챔버블럭와 상기 제3 챔버블럭를 연결하며 상기 플라즈마 채널과 연속되는 플라즈마 채널을 포함하는 제2 챔버블럭를 포함하며, 상기 제1, 2, 3 챔버블럭 중 어느 하나와 연결되며 플라즈마 점화를 위한 전력을 공급하기 위한 전원 공급원을 포함하여 상기 챔버블럭를 이용하여 플라즈마 초기 점화가 가능하다. 본 발명의 챔버블럭를 이용하여 플라즈마 점화가 가능한 플라즈마 챔버에 의하면, 플라즈마 챔버블럭를 이용하여 플라즈마를 점화하므로 별도의 점화장치를 구비하지 않아도 된다. 또한 점화장치를 구비하지 않기때문에 점화장치에 의한 파티클이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한 플라즈마 챔버블럭에 저전압의 전류를 인가하여 점화하므로 점화가 용이하고 점화 확률을 높일 수 있다 .
Description
본 발명은 챔버블럭을 이용하여 플라즈마 점화가 가능한 플라즈마 챔버에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마에 의해 활성화된 가스를 공급하기 위한 챔버블럭을 이용하여 플라즈마 점화가 가능한 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 챔버에는 플라즈마를 점화하는 초기 이온화 이벤트를 제공하는 자유 전하를 생성하기 위한 점화장치가 구비된다.
플라즈마 발생장치에서 초기에 반응가스를 점화시켜 주입가스에 대한 전기적 반응이 일어나도록 하기 위해서는 매우 높은 개시전압이 필요하다. 이처럼 높은 개시전압을 만족시키기 위해서는 고주파 전원을 사용해야 하지만 이 경우, 장치가 불안정해짐은 물론, 플라즈마를 일으키지 못하고 아크로 전이되는 문제가 있다. 또한, 높은 개시전압에 따른 아크로 인하여, 장치 과열 및 피처리 대상물이 손상되는 등의 문제점이 발생되고 있다.
위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 별도의 점화수단으로서 점화전극(이그나이터)를 채택함으로써 낮은 소비전력으로 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 점화 전극은 플라즈마 반응기에 구비되어 반응기 내부로 플라즈마 방전을 개시하기 위한 전자를 방출한다. 그러나 점화전극을 이용한 플라즈마 점화 플라즈마 채널 내에서 점화되는 플라즈마에 의해 손상될수 있어 파티클 요소로 작용한다.
본 발명의 목적은 플라즈마 챔버블럭을 이용하여 플라즈마를 점화함으로써 점화 확률을 증가시킬 수 있는 챔버블럭을 이용하여 플라즈마 점화가 가능한 플라즈마 챔버를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 플라즈마 챔버블럭을 플라즈마 점화용으로 사용함으로써 점화전극에 의해 파티클이 발생하는 것을 방지할 수 있는 챔버블럭을 이용하여 플라즈마 점화가 가능한 플라즈마 챔버를 제공하는데 있다.
본 발명은 챔버블럭을 이용하여 플라즈마 점화가 가능한 플라즈마 챔버에 관한 것이다. 본 발명의 챔버블럭을 이용하여 플라즈마 점화가 가능한 플라즈마 챔버는 토로이달 형상의 플라즈마 채널을 갖는 플라즈마 챔버에 있어서, 상기 플라즈마 챔버는 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 제3 챔버블럭; 상기 제1 챔버블럭와 상기 제3 챔버블럭를 연결하며 상기 플라즈마 채널과 연속되는 플라즈마 채널을 포함하는 제2 챔버블럭를 포함하며, 상기 제1, 2, 3 챔버블럭 중 어느 하나와 연결되며 플라즈마 점화를 위한 전력을 공급하기 위한 전원 공급원을 포함하여 상기 챔버블럭를 이용하여 플라즈마 초기 점화가 가능하다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 챔버는 상기 전원 공급원으로부터 공급된 전력을 승압시키기 위한 승압 트랜스를 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 전원 공급원을 선택적으로 연결하기 위한 스위치 회로를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 챔버는 상기 상기 페라이트 코어에 권선되어 상기 제1, 2, 3 챔버블럭 중 어느 하나로 유도 전류를 공급하기 위한 서브코일을 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 챔버는 상기 제1, 2, 3 챔버블럭 중 어느 하나로 공급되는 전류를 제어하기 위한 고정 캐패시터 또는 가변 캐패시터를 더 포함한다.
본 발명의 챔버블럭을 이용하여 플라즈마 점화가 가능한 플라즈마 챔버에 의하면, 플라즈마 챔버블럭를 이용하여 플라즈마를 점화하므로 별도의 점화장치를 구비하지 않아도 된다. 또한 점화장치를 구비하지 않기때문에 점화장치에 의한 파티클이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한 플라즈마 챔버블럭에 저전압의 전류를 인가하여 점화하므로 점화가 용이하고 점화 확률을 높일 수 있다 .
도 1은 활성된 가스를 생성하는 플라즈마 공급원으로의 플라즈마 챔버를 도시한 개념도이다.
도 2 및 도 3은 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 회로도이다.
도 5는 도 4에 도시된 플라즈마 챔버에 캐패시터 또는 가변 캐패시터가 연결된 상태를 도시한 회로도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 회로도이다.
도 7은 도 6에 도시된 플라즈마 챔버에 캐패시터 또는 가변 캐패시터가 연결된 상태를 도시한 회로도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 회로도이다.
도 9는 도 8에 도시된 플라즈마 챔버에 캐패시터 또는 가변 캐패시터가 연결된 상태를 도시한 회로도이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 회로도이다.
도 11은 도 10에 도시된 플라즈마 챔버에 캐패시터 또는 가변 캐패시터가 연결된 상태를 도시한 회로도이다.
도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 회로도이다.
도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 회로도이다.
도 14는 본 발명의 제7 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 회로도이다.
도 15는 본 발명의 제8 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제9 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 단면도 및 회로도이다.
도 17은 본 발명의 제10 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 단면도 및 회로도이다.
도 2 및 도 3은 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 회로도이다.
도 5는 도 4에 도시된 플라즈마 챔버에 캐패시터 또는 가변 캐패시터가 연결된 상태를 도시한 회로도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 회로도이다.
도 7은 도 6에 도시된 플라즈마 챔버에 캐패시터 또는 가변 캐패시터가 연결된 상태를 도시한 회로도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 회로도이다.
도 9는 도 8에 도시된 플라즈마 챔버에 캐패시터 또는 가변 캐패시터가 연결된 상태를 도시한 회로도이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 회로도이다.
도 11은 도 10에 도시된 플라즈마 챔버에 캐패시터 또는 가변 캐패시터가 연결된 상태를 도시한 회로도이다.
도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 회로도이다.
도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 회로도이다.
도 14는 본 발명의 제7 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 회로도이다.
도 15는 본 발명의 제8 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제9 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 단면도 및 회로도이다.
도 17은 본 발명의 제10 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 단면도 및 회로도이다.
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 활성된 가스를 생성하는 플라즈마 공급원으로의 플라즈마 챔버를 도시한 개념도이다.
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(20)는 공정챔버(10) 내에 위치되어 처리될 물질,예를 들어, 피처리 기판(25)을 지지할 수 있다. 처리될 물질은 플라즈마의 전위에 대해 바이어스될 수 있다.
플라즈마 챔버(100)로부터 공급된 활성화 가스는 공정챔버(10) 내부를 세정하기 위한 세정용으로 사용되거나 서셉터(20)에 안착되는 피처리 기판(25)을 처리하기 위한 공정용으로 사용될 수 있다. 플라즈마 챔버(100)는 활성화된 가스를 배출하기 위하여 유도 결합 플라즈마 , 용량 결합 플라즈마 또는 변압기 플라즈마 를 사용할 수 있다. 이중에서 본 발명에서의 플라즈마 챔버는 변압기 플라즈마를 사용한다.
도 2 및 도 3은 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 챔버는 다양한 형태로의 변형이 가능하다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 페라이트 코어의 설치 위치를 변경할 수도 있고, 플라즈마 챔버의 챔버블럭 형상을 다양하게 변형할 수도 있다.
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)을 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 전원 공급원(102)을 포함한다. 전원 공급원(102)은 변압기의 메인코일(132)과 직접 연결된다.
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 제3 챔버블럭(110c) 및 제1 챔버블럭(110a)와 제3 챔버블럭(110c)을 연결하는 두 개의 제2 챔버블럭(110b)으로 구성된다. 플라즈마 챔버(110)는 절연 브레이크(111)가 형성된 제2 챔버블럭(110b)을 기준으로 상부, 하부로 구분된다. 제1, 2, 3 챔버블럭(110a, 110b, 110c)가 결합됨으로써 플라즈마 채널(112)이 토로이달 형상으로 형성된다. 여기서, 제1 챔버블럭(110a), 제2 챔버블럭(110b) 및 제3 챔버블럭(110c)는 하나 이상으로 분리될 수 있다.
플라즈마 챔버(100)에서 페라이트 코어(130)는 도 2(a)에 도시된 바와 같이, 가스 주입구(114)가 구비된 제1 챔버블럭(110a) 및 가스 배출구(116)이 구비된 제3 챔버블럭(110c)에 설치될 수 있다. 또한 페라이트 코어(130)는 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 제1 챔버블럭(110a)과 제3 챔버블럭(110c)을 연결하는 제2 챔버블럭(110b)에 설치될 수 있다.
도 2(a)를 참조하면, 페라이트 코어(130)는 제1 챔버블럭(110a) 또는 제3 챔버블럭(110c)에 설치되는 구조이고, 도 2(b)는 제2 챔버블럭(110b)에 페라이트 코어(130)가 설치되는 구조이다.
도 2(a)를 참조하면, 제1 챔버블럭(110a)은 중앙에 위치한 가스 주입구(114)를 중심으로 좌,우로 분기되는 구조의 플라즈마 채널(112a)을 포함한다. 좌,우로 분기된 플라즈마 채널(112a)은 두 개의 제2 챔버블럭(110b)에 형성된 플라즈마 채널(112)과 연결된다. 제3 챔버블럭(110c)은 두 개의 제2 챔버블럭(110b)와 연결되어 중앙의 가스 배출구(116)와 연결되는 플라즈마 채널(112C)을 포함한다. 그러므로 전체적으로 플라즈마 채널(112)은 토로이달 형상을 이룬다. 여기서, 제2 챔버블럭(110b)은 제1 챔버블럭(110a) 및 제3 챔버블럭(110c)과 연결되는 양단으로 절연 브레이크(111)가 구비된다.
가스 주입구(114)가 구비된 제1 챔버블럭(110a) 또는 가스 배출구(116)가 구비된 제3 챔버블럭(110c) 중 어느 하나에는 페라이트 코어(130)가 설치될 수 있고, 제1 챔버블럭(110a) 및 제3 챔버블럭(110c) 모두에 페라이트 코어(130)가 설치될 수 있다. 페라이트 코어(130)는 좌, 우로 분기된 플라즈마 채널(112a, 112c)의 양쪽 또는 한쪽에 설치된다. 페라이트 코어(130)에는 메인코일(132)이 권선되어, 페라이트 코어(130)에 의해 유도되는 에너지가 제1 챔버블럭(110a) 및 제 3 챔버블럭(110c)의 플라즈마 채널로 제공된다.
가스 주입구(114)로 제공된 가스는 제2 챔버블럭(110b)의 플라즈마 채널(112)을 따라 이동되는데, 제2 챔버블럭(110b)의 플라즈마 채널(112)은 수직으로 형성되어 있어 가스가 빠른 속도로 이동한다. 종래에는 제2 챔버블럭(110b)에 페라이트 코어(130)가 설치되기 때문에 제2 챔버블럭(110b)의 플라즈마 채널(112b)을 통과하는 가스는 플라즈마와 반응하는 시간이 짧다. 반면에, 본 발명에서는 제1 챔버블럭(110a) 및 제3 챔버블럭(110c)의 플라즈마 채널(112a, 112c))은 완만한 경사로 형성되어 가스 이동 경로가 길게 형성된다. 그러므로 제1, 3 챔버블럭(110a, 110c)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.
또한 제1 챔버블럭(110a) 또는 제3 챔버블럭(110c)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 제3 챔버블럭(110c)에 구비되는 플라즈마 채널(112)의 길이를 지칭할 수 있다.
챔버블럭(110)는 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.
도 3을 참조하면, 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.
하기에서 설명하는 플라즈마 점화를 위한 구성들은 도 2 및 도 3에 도시된 다양한 형상의 플라즈마 챔버에 모두 적용이 가능하다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 회로도이다.
도 4를 참조하면, 플라즈마 챔버(100)는 제2 챔버블럭(110b)을 점화장치로 이용하여 토로이달 형상의 플라즈마 채널(112) 내의 플라즈마를 점화하는 초기 이온화 이벤트를 제공하는 자유 전하를 생성할 수 있다. 전원 공급원(102)은 승압 트랜스(150)를 통해 두 개의 제2 챔버블럭(110b)에 연결된다. 플라즈마 점화를 위해서는 전원 공급원(102)으로부터 제공된 전력은 승압 트랜스(150)를 통해 제2 챔버블럭(110b)로 공급된다. 그러면 제2 챔버블럭(110b)과 제1 챔버블럭(110a) 및 제 3 챔버블럭(110c) 사이의 전위차에 의해 플라즈마를 점화하는 초기 점화가 이루어진다.
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.
하나의 전원 공급원(102)에 메인코일(132) 및 승압 트랜스(150)가 연결될 수도 있고, 서로 다른 전원 공급원에 메인코일(132) 및 승압 트랜스(150)가 연결될 수 있다. 승압 트랜스(150)는 제2 챔버블럭(110b)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.
도 5는 도 4에 도시된 플라즈마 챔버에 캐패시터 또는 가변 캐패시터가 연결된 상태를 도시한 회로도이다.
도 5(a)를 참조하면, 제2 챔버블럭(110b)에는 전류 조절을 위한 캐패시터(154)가 설치될 수 있다. 캐패시터(154)는 전원 공급원(102)으로부터 공급되는 전력이 제2 챔버블럭(110b)에 과잉공급되지 않도록 전류를 제어하는 기능을 수행한다. 캐패시터(154)는 스위치 회로(154)를 통해 플라즈마의 초기 이온화 이벤트를 수행하는 경우에만 연결될 수도 있고, 계속 연결될 수도 있다. 캐패시터(154)는 두 개의 챔버블럭(110b) 중 어느 하나에만 연결될 수도 있고, 모두에 연결될 수도 있다.
도 5(b)를 참조하면, 제2 챔버블럭(110b)에는 전류 조절을 위한 가변 캐패시터(156)가 설치될 수 있다. 제2 챔버블럭(110b)는 지속적으로 플라즈마 점화 기능을 수행하면서 내부 코팅막(예를 들어 아노다이징 코팅막)의 두께가 얇아지게 된다. 그러면 제2 챔버블럭(110b)의 캐패시턴스 값이 변화하게 된다. 플라즈마 방전이 지속적으로 균일하게 일어나기 위해서는 전체 캐패시턴스 값이 일정해야 한다. 그러나 제2 챔버블럭(110b)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.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 회로도이다.
도 6을 참조하면, 플라즈마 챔버(100)는 플라즈마 점화를 위한 보조적인 수단으로써 점화장치를 더 포함할 수 있다. 점화장치는 예를 들어 점화전극(120)을 포함한다. 제2 챔버블럭(110b)은 플라즈마를 점화하기 위한 주요 점화수단으로써 기능하고, 점화전극(120)은 제2 챔버블럭(110b)을 이용하여 플라즈마를 점화할 때 보조 점화수단으로써 기능한다. 점화전극(120)은 플라즈마 챔버(100)의 상부에 설치되므로 별도의 가스 주입구(미도시)가 구비된다.
점화전극(120)은 제2 챔버블럭(110b)과 동일한 전원 공급원(102)에 연결될 수도 있고, 별도의 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.
도 7은 도 6에 도시된 플라즈마 챔버에 캐패시터 또는 가변 캐패시터가 연결된 상태를 도시한 회로도이다.
도 7을 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 5에서의 설명과 동일하다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 회로도이다.
도 8을 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 두 개의 제2 챔버블럭(110b)에 연결된다. 메인코일(132)으로 공급되는 전류는 추가 권선된 서브코일(134)에 유도되어 제2 챔버블럭(110b)으로 공급된다. 두 개의 제2 챔버블럭(110b)은 동전위의 전류가 공급된다.
도 9는 도 8에 도시된 플라즈마 챔버에 캐패시터 또는 가변 캐패시터가 연결된 상태를 도시한 회로도이다.
도 9를 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 5에서의 설명과 동일하다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 회로도이다.
도 10을 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 코일(134)은 일단 및 타단이 두 개의 제2 챔버블럭(110b) 각각에 연결된다. 메인코일(132)으로 공급되는 전류는 추가 권선된 서브코일(134)에 유도되어 제2 챔버블럭(110b)으로 공급된다. 두 개의 제2 챔버블럭(110b)은 역전위의 전류가 공급된다.
도 11은 도 10에 도시된 플라즈마 챔버에 캐패시터 또는 가변 캐패시터가 연결된 상태를 도시한 회로도이다.
도 11을 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 5에서의 설명과 동일하다.
도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 회로도이다.
도 12를 참조하면, 플라즈마 챔버는 페라이트 코어(130)에 추가로 권선되는 서브코일(134)을 포함한다. 추가로 권선된 코일(134)은 페라이트 코어(130)에 권선되며, 권선된 서브코일(134)은 일단 및 타단이 두 개의 제2 챔버블럭(110b) 각각에 연결되고, 중심이 접지로 연결된다. 메인코일(132)으로 공급되는 전류는 추가 권선된 서브코일(134)에 유도되어 제2 챔버블럭(110b)으로 공급된다.
도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 회로도이고, 도 14는 본 발명의 제7 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 회로도이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 플라즈마 챔버(100)는 제2 챔버블럭(110b)에 설치되는 플라즈마 점화를 위한 점화용 페라이트 코어(136)를 포함한다. 점화용 페라이트 코어(136)는 두 개의 제2 챔버블럭(110b) 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 챔버블럭(110b) 내로 에너지를 전달함으로써 플라즈마 점화를 용이하게 한다.
도 15는 본 발명의 제8 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 단면도이다.
도 15를 참조하면, 플라즈마 챔버(200)는 빗각으로 형성된 절연 브레이크(211)를 포함한다. 절연 브레이크(211)는 제1, 3 챔버블럭(210a, 210c)과 연결되는 제2 챔버블럭(210b)의 양단에 구비된다. 여기서, 절연 브레이크(211)는 플라즈마 채널에 대하여 빗각으로 형성되므로, 제1, 3 챔버블럭(210a, 210c)을 각각 하나로 형성할 수 있다.
플라즈마 챔버(200)는 가스 주입구(214) 및 가스 배출구(216)가 구비된 제1, 3챔버블럭(210a, 210c)에 페라이트 코어(230)를 설치하여 형성된다. 또한 제2 챔버블럭(210b)에는 점화용 페라이트 코어(236)가 설치된다. 페라이트 코어(130) 및 점화용 페라이트 코어(136)는 함께 메인코일(132)에 의해 감겨져 전원 공급원(102)에 연결된다. 제1, 3챔버블럭(210a, 210c)에 페라이트 코어(230)를 설치 구조 및 작용은 상기에서 상세히 설명하였으므로 생략한다. 다수 개의 페라이트 코어(130)에는 일차권선(232)이 권선되어 전원 공급원(202)과 연결된다. 일차권선(232)의 권선방법은 상기에 설명된 실시예에서의 권선방법을 적용 가능하다.
도 16은 본 발명의 제9 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 단면도이다.
도 16을 참조하면, 플라즈마 챔버(300)는 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)와 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.
도 17은 본 발명의 제10 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 개념을 도시한 단면도 및 회로도이다.
도 17을 참조하면, 플라즈마 챔버(400)는 도 16에 도시된 플라즈마 챔버(300)에 점화용 페라이트 코어(136)더 포함된다. 플라즈마 챔버(400)는 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 전원 공급원(102)에 연결된다. 그러므로 챔버블럭(110)은 가스 주입구(114)가 구비된 제1 챔버블럭, 제2 챔버블럭 및 가스 배출구(116)가 구비된 제3 챔버블럭에 전압이 형성되어 챔버블럭를 이용하여 플라즈마 초기 점화가 가능하다. 이때 메인코일(132)의 권선수를 조절하여 전압의 형성을 조절할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 챔버블럭를 이용하여 플라즈마 점화가 가능한 플라즈마 챔버의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다.
그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10: 공정챔버 20: 기판 지지대
25: 서셉터 50: 펌프
100: 플라즈마 챔버 102: 전원 공급원
110: 챔버블럭 110a: 제1 챔버블럭
110b: 제2 챔버블럭 110c: 제3 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
25: 서셉터 50: 펌프
100: 플라즈마 챔버 102: 전원 공급원
110: 챔버블럭 110a: 제1 챔버블럭
110b: 제2 챔버블럭 110c: 제3 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
Claims (5)
- 공정챔버로부터 일정거리에 위치되어 활성화된 가스가 상기 공정 챔버 내로 유동하도록 하는 토로이달 형상의 플라즈마 채널을 갖는 플라즈마 챔버에 있어서,
상기 플라즈마 챔버는
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 제3 챔버블럭;
상기 제1 챔버블럭와 상기 제3 챔버블럭를 연결하며 상기 플라즈마 채널과 연속되는 플라즈마 채널을 포함하는 제2 챔버블럭;
상기 제1, 2, 3 챔버블럭 중 어느 하나 이상에 설치되는 페라이트 코어;
상기 페라이트 코어에 권선되는 메인코일;
상기 제2 챔버블럭과 연결되며 플라즈마 점화를 위한 전력을 공급하기 위한 전원 공급원; 및
상기 전원 공급원으로부터 공급된 전력을 승압시키기 위한 승압 트랜스;
를 포함하며,
상기 전원 공급원은,
상기 승압 트랜스를 통해 상기 제2 챔버블럭에 연결되어 상기 승압 트랜스를 통해 승압된 전력을 상기 제2 챔버블럭으로 공급하여 챔버블럭 사이에 전위차를 발생시켜 초기 점화가 가능한 것을 특징으로 하는 챔버블럭을 이용하여 플라즈마 점화가 가능한 플라즈마 챔버.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 전원 공급원을 선택적으로 연결하기 위한 스위치 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 챔버블럭을 이용하여 플라즈마 점화가 가능한 플라즈마 챔버. - 제1항에 있어서,
상기 플라즈마 챔버는
상기 페라이트 코어에 권선되어 상기 제1, 2, 3 챔버블럭 중 어느 하나로 유도 전류를 공급하기 위한 서브코일을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 챔버블럭을 이용하여 플라즈마 점화가 가능한 플라즈마 챔버. - 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플라즈마 챔버는
상기 제1, 2, 3 챔버블럭 중 어느 하나로 공급되는 전류를 제어하기 위한 고정 캐패시터 또는 가변 캐패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 챔버블럭을 이용하여 플라즈마 점화가 가능한 플라즈마 챔버.
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|---|---|---|---|
| KR1020160065619A KR102613232B1 (ko) | 2016-05-27 | 2016-05-27 | 챔버블럭을 이용하여 플라즈마 점화가 가능한 플라즈마 챔버 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020160065619A KR102613232B1 (ko) | 2016-05-27 | 2016-05-27 | 챔버블럭을 이용하여 플라즈마 점화가 가능한 플라즈마 챔버 |
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