KR20180001804A - 플라즈마 발생기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라즈마 발생기에 관한 것이다. 본 발명의 플라즈마 발생기는 토로이달 형상의 플라즈마 방전 채널을 갖는 챔버 바디; 상기 플라즈마 방전 채널의 일부를 감싸도록 상기 챔버 바디에 설치되는 페라이트 코어; 상기 페라이트 코어에 권선되는 일차권선 코일; 상기 플라즈마 방전 채널로 플라즈마 초기 점화를 유도하기 위한 점화장치; 및 상기 일차권선 코일로 제1 주파수의 전력을 공급하고, 상기 점화장치로 제2 주파수의 전력을 공급하기 위한 전원 공급원을 포함하며, 상기 제1, 2 주파수는 서로 상이하다. 본 발명의 플라즈마 발생기에 의하면, 플라즈마 방전을 위해 공급되는 주파수와 플라즈마 점화를 위한 공급되는 주파수를 상이하게 공급함으로써 플라즈마 점화 확률을 향상시킬 수 있다. 또한 플라즈마 조건에 따라 페라이트 코어에 권선되는 일차권선의 권선비를 조절하며 플라즈마 점화가 이루어지도록 한다.
Description
본 발명은 플라즈마 발생기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방전된 플라즈마에 의해 분해된 활성화 가스를 배출하는 플라즈마 발생기에 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 방전 채널을 따라 이동하며 플라즈마와 반응함으로써 활성화된 가스를 생성한다. 플라즈마 챔버에는 플라즈마를 점화하는 초기 이온화 이벤트를 제공하는 자유 전하를 생성하기 위한 점화장치가 구비된다. 점화장치는 별도의 전원 공급원을 구비하지 않고, 페라이트 코어에 권선된 일차권선으로 전력을 공급하기 위한 전원 공급원과 연결되어 전력을 제공받는다.
플라즈마 챔버에서 초기에 반응가스를 점화시켜 주입가스에 대한 전기적 반응이 일어나도록 하기 위해서는 매우 높은 개시전압이 필요하다. 그러나 일차권선으로 공급되는 전력과 동일한 전력이 점화장치로 공급되기 때문에 플라즈마 점화가 제대로 이루어지지 않는 점화실패가 발생된다. 잦은 점화 실패는 플라즈마 방전을 지연시키고 이로 인해 기판 처리 공정이 늦어지게된다.
본 발명의 목적은 일차권선으로 공급되는 주파수와 상이한 주파수를 플라즈마 점화를 위한 점화장치에 공급하여 플라즈마 점화효율을 향상시키기 위한 플라즈마 발생기를 제공하는데 있다.
본 발명은 플라즈마 발생기에 관한 것이다. 본 발명의 플라즈마 발생기는 토로이달 형상의 플라즈마 방전 채널을 갖는 챔버 바디; 상기 플라즈마 방전 채널의 일부를 감싸도록 상기 챔버 바디에 설치되는 페라이트 코어; 상기 페라이트 코어에 권선되는 일차권선 코일; 상기 플라즈마 방전 채널로 플라즈마 초기 점화를 유도하기 위한 점화장치; 및 상기 일차권선 코일로 제1 주파수의 전력을 공급하고, 상기 점화장치로 제2 주파수의 전력을 공급하기 위한 전원 공급원을 포함하며, 상기 제1, 2 주파수는 서로 상이하다.
일 실시예에 있어서, 상기 전원 공급원은 상기 제1 주파수의 전력을 공급하기 위한 제1 전원 공급원; 및 상기 제2 주파수의 전력을 공급하기 위한 제2 전원 공급원을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 발생기는 상기 일차권선 코일의 권선 수를 가변하기 위한 가변 스위칭 회로를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 발생기는 상기 가변 스위칭 회로를 제어하기 위한 제어부를 포함한다.
본 발명의 플라즈마 발생기에 의하면, 플라즈마 방전을 위해 공급되는 주파수와 플라즈마 점화를 위한 공급되는 주파수를 상이하게 공급함으로써 플라즈마 점화 확률을 향상시킬 수 있다. 또한 플라즈마 조건에 따라 페라이트 코어에 권선되는 일차권선의 권선비를 조절하며 플라즈마 점화가 이루어지도록 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 플라즈마 발생기의 개념을 도시한 도면이다.
도 2는 플라즈마 챔버로 전류를 공급하기 위한 전원 공급원의 실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 플라즈마 발생기의 개념을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 플라즈마 발생기의 개념을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 플라즈마 발생기의 개념을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제5 실시예에 따른 플라즈마 발생기의 개념을 도시한 도면이다.
도 2는 플라즈마 챔버로 전류를 공급하기 위한 전원 공급원의 실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 플라즈마 발생기의 개념을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 플라즈마 발생기의 개념을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 플라즈마 발생기의 개념을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제5 실시예에 따른 플라즈마 발생기의 개념을 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 제1 실시예에 따른 플라즈마 발생기의 개념을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 플라즈마 챔버(100)는 전자기 에너지를 플라즈마 방전 채널(112) 내에 형성되는 플라즈마로 결합시키는 변압기를 포함한다. 변압기는 페라이트 코어(132), 일차권선 코일(134) 및 챔버바디(110)를 포함한다. 챔버바디(110)는 토로이달 형상의 플라즈마 방전 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)를 알루미늄과 같은 금속성 물질 또는 다루기 힘든 금속, 양극 산화처리된 알루미늄과 같은 피복된 금속으로 형성될 수도 있고, 석영과 같은 절연 물질로 형성될 수도 있다.
본 발명에 따른 챔버바디(110)는 내부에 플라즈마가 발생하기 위한 방전 공간으로써 토로이달 형상의 플라즈마 방전 채널(112)을 포함한다. 챔버바디(110)는 가스가 주입되는 가스 주입구(114)와 플라즈마와 반응하여 활성화된 가스가 배출되는 가스 배출구(116)가 구비된다. 도면에는 도시하지 않았으나, 챔버바디(110)는 다수 개의 블럭이 결합되는 형태일 수 있다. 플라즈마 챔버(100)에서 페라이트 코어(132)는 플라즈마 방전 채널(112)의 일부를 감싸도록 챔버바디(110)에 설치된다. 페라이트 코어(132)에는 일차권선 코일(134)이 권선된다.
플라즈마 챔버(100)는 플라즈마 공급원으로써 공정챔버(미도시)로 활성화된 가스를 공급한다. 플라즈마 챔버(100)의 하나 또는 그 이상의 측면이 공정챔버에 노출되어, 플라즈마에 의해 생성되는 대전된 입자가 처리될 물질과 직접 접촉하도록 한다. 선택적으로, 플라즈마 챔버(100)는 공정챔버로부터 일정 거리에 위치되어, 활성화된 가스가 공정챔버 내로 유동하도록 한다. 플라즈마 챔버(100)로부터 공급된 활성화 가스는 공정챔버 내부를 세정하기 위한 세정용으로 사용되거나 공정챔버 내에 구비되는 피처리 기판(미도시)을 처리하기 위한 공정용으로 사용될 수 있다.
플라즈마 챔버(100)는 플라즈마 방전 채널(112) 내로 플라즈마 초기점화를 위한 점화장치(120)를 포함한다. 점화장치는 플라즈마 점화를 위한 전극을 사용하며, 토로이달 형상의 플라즈마 방전 채널(112) 내의 플라즈마를 점화하는 초기 이온화 이벤트를 제공하는 자유 전하를 생성할 수 있다. 점화장치(120)는 승압 트랜스(122)를 통해 전원 공급원과 연결된다. 승압 트랜스(122)와 점화장치(120) 사이에는 캐패시터(124)가 연결될 수 있다. 플라즈마 점화를 위해서는 전원 공급원으로부터 제공된 전력은 승압 트랜스(122)를 통해 공급되어 플라즈마 챔버(110) 내에서 플라즈마를 점화하는 초기 점화가 이루어진다.
여기서, 일차권선 코일(134)에는 제1 주파수(f1)가 공급되고, 점화장치(120)에는 제2 주파수(f2)가 공급된다. 즉, 일차권선 코일(134)과 점화장치(120)에는 서로 상이한 주파수가 공급된다. 플라즈마를 점화하기 위해서 제2 주파수(f2)를 점화장치(120)로 공급하고, 플라즈마 점화가 완료되면 제2 주파수(f1)를 일차권선 코일(134)로 공급하여 플라즈마 방전을 유지한다. 그러므로 플라즈마 점화를 위한 주파수와 플라즈마 방전 유지를 위한 주파수를 상이하게 함으로써 플라즈마 점화 성공율을 향상시킨다.
챔버바디(110) 내부에는 고온의 플라즈마에 의해 챔버바디(110)가 내부가 손상되는 것을 방지하기 위한 냉각채널(미도시)이 구비된다. 냉각채널은 플라즈마 방전 채널(112)의 주변에 위치한다. 냉각채널은 냉각수 공급원(미도시)로부터 공급된 냉각수가 순환되며 챔버바디(110)의 온도를 낮춘다.
도 2는 플라즈마 챔버로 전류를 공급하기 위한 전원 공급원의 실시예를 도시한 도면이다.
도 2(a)를 참조하면, 제1 주파수(f1)와 제2 주파수(f2)는 동일한 전원 공급원(101)을 통해 공급될 수 있다. 전원 공급원(101)으로부터 제1 주파수(f1)가 일차권선 코일(134)로 공급되고, 전원 공급원(101)으로부터 주파수 변조부(104)를 통해 주파수가 변조되어 제2 주파수(f2)가 점화장치(120)로 공급된다. 그러므로 점화장치(120)와 일차권선 코일(134)은 하나의 전원 공급원(101)으로부터 서로 상이한 주파수를 공급받는다.
도 2(b)를 참조하면, 제1 주파수(f1)와 제2 주파수(f2)는 제1 전원 공급원(102) 및 제2 전원 공급원(142)을 통해 공급될 수 있다. 제1 전원 공급원(102)으로부터 제1 주파수(f1)가 일차권선 코일(134)로 공급되고, 제2 전원 공급원(104)으로부터 제2 주파수(f2)가 점화장치(120)로 공급된다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 플라즈마 발생기의 개념을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 플라즈마 발생기는 일차권선 코일(134)로 공급되는 전력을 제어하기 위한 임피던스 정합기(106)를 포함한다. 임피던스 정합기(106)는 일차권선 코일(134)로 공급되는 전력의 임피던스를 제어한다. 임피던스 정합기(106)는 상기에서 설명한 실시예들에 모두 적용이 가능하다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 플라즈마 발생기의 개념을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 플라즈마 발생기는 일차권선 코일(134)과 연결되는 가변 스위칭 회로(160)를 포함한다. 가변 스위칭 회로(160)는 다수의 스위치를 포함하고, 다수의 스위치는 일차권선 코일(134)에 연결된다. 즉, 일차권선 코일(134)을 권선하는 횟수에 따라 다수의 스위치를 연결한다. 여기서, 일차권선 코일(134)에는 캐패시터(162)가 연결된다. 가변 스위칭 회로(160)는 일차권선 코일(134)에 연결되는 멀티탭(163)과 스위칭 제어 신호에 응답하여 스위칭 동작된다. 제어부(170)는 가변 스위칭 회로(160)를 제어하기 위한 스위칭 제어 신호를 발생하여 일차권선 코일(134)의 권선수를 가변시켜 플라즈마 챔버(100) 내로 유도되는 기전력을 가변한다.
플라즈마 챔버(100) 내에는 플라즈마 상태를 측정하기 위한 센서(150)이 구비될 수 있다. 센서(150)에 의해 측정된 플라즈마 상태 정보는 제어부(170)로 제공되고, 제어부(170)는 이를 토대로 가변 스위칭 회로(160)를 제어하여 일차권선 코일(134)의 권선수를 가변한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 플라즈마 발생기의 개념을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 플라즈마 발생기는 스위칭 회로(168)를 통해 점화장치(120)로 제1 주파수(f1) 또는 제2 주파수(f2)가 선택적으로 공급될 수 있다. 여기서, 제1 주파수(f1)는 일차권선 코일(134)로 공급되는 주파수와 동일하다. 플라즈마 점화시 제2 주파수(f2)를 승압 트랜스(122)를 통해 점화장치(120)로 공급할 수도 있고, 제1 주파수(f1)를 승압 트랜스(122)를 통해 점화장치(120)로 공급할 수 있다. 스위칭 회로(168)는 제어부(170)에 의해 제어된다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제5 실시예에 따른 플라즈마 발생기의 개념을 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 플라즈마 발생기는 승압 트랜스(122)와 연결되는 제1 필터부(182)와 일차권선 코일(134)과 연결되는 제2 필터부(184)를 포함한다. 제1 필터부(182)는 일차권선 코일(134)로 공급되는 제1 주파수(f1) 성분을 제거한다. 제2 필터부(184)는 점화장치(120)로 공급되는 제2 주파수(f2) 성분을 제거한다.
이상에서 설명된 본 발명의 플라즈마 발생기의 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: 플라즈마 챔버
101: 전원 공급원
102: 제1 전원 공급원 104: 주파수 변조부
106: 임피던스 정합기 110: 챔버바디
112: 플라즈마 방전 채널 114: 가스 주입구
116: 가스 배출구 120: 점화장치
122: 승압 트랜스 132: 페라이트 코어
134: 일차권선 코일 142: 제2 전원 공급원
150: 센서 160: 가변 스위칭 회로
162: 캐패시터 163: 멀티탭
198: 스위칭 회로 170: 제어부
182, 184: 제1, 2 필터
102: 제1 전원 공급원 104: 주파수 변조부
106: 임피던스 정합기 110: 챔버바디
112: 플라즈마 방전 채널 114: 가스 주입구
116: 가스 배출구 120: 점화장치
122: 승압 트랜스 132: 페라이트 코어
134: 일차권선 코일 142: 제2 전원 공급원
150: 센서 160: 가변 스위칭 회로
162: 캐패시터 163: 멀티탭
198: 스위칭 회로 170: 제어부
182, 184: 제1, 2 필터
Claims (4)
- 토로이달 형상의 플라즈마 방전 채널을 갖는 챔버 바디;
상기 플라즈마 방전 채널의 일부를 감싸도록 상기 챔버 바디에 설치되는 페라이트 코어;
상기 페라이트 코어에 권선되는 일차권선 코일;
상기 플라즈마 방전 채널로 플라즈마 초기 점화를 유도하기 위한 점화장치; 및
상기 일차권선 코일로 제1 주파수의 전력을 공급하고, 상기 점화장치로 제2 주파수의 전력을 공급하기 위한 전원 공급원을 포함하며, 상기 제1, 2 주파수는 서로 상이한 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생기. - 제1항에 있어서,
상기 전원 공급원은
상기 제1 주파수의 전력을 공급하기 위한 제1 전원 공급원; 및
상기 제2 주파수의 전력을 공급하기 위한 제2 전원 공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생기. - 제1항에 있어서,
상기 플라즈마 발생기는 상기 일차권선 코일의 권선 수를 가변하기 위한 가변 스위칭 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생기. - 제3항에 있어서,
상기 플라즈마 발생기는 상기 가변 스위칭 회로를 제어하기 위한 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생기.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160080704A KR20180001804A (ko) | 2016-06-28 | 2016-06-28 | 플라즈마 발생기 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020160080704A KR20180001804A (ko) | 2016-06-28 | 2016-06-28 | 플라즈마 발생기 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180001804A true KR20180001804A (ko) | 2018-01-05 |
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ID=61001938
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020160080704A KR20180001804A (ko) | 2016-06-28 | 2016-06-28 | 플라즈마 발생기 |
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-
2016
- 2016-06-28 KR KR1020160080704A patent/KR20180001804A/ko not_active Application Discontinuation
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