KR-102961807-B1 - GAS INJECTION MODULE AND PLASMA DEVICE INCLUDING THE SAME

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Abstract

가스 주입 모듈 및 이를 포함하는 플라즈마 디바이스가 개시된다. 본 발명의 가스 주입 모듈은, 가스 인렛 디스크 및 상기 가스 인렛 디스크의 상면에서 연장된 가스 인렛 포트를 포함하는, 가스 인렛 레이어; 상기 가스 인렛 디스크의 아래에 위치하는 미들 절연 디스크 및 상기 미들 절연 디스크에 형성되고 상하로 개방된 미들 절연 홀을 포함하는, 미들 절연 레이어; 상기 미들 절연 디스크의 아래에 위치하는 미들 전극 디스크 및 상기 미들 전극 디스크에 형성되고 상하로 개방된 미들 전극 홀을 포함하는, 미들 전극 레이어; 그리고 상기 미들 전극 디스크의 아래에 위치하는 가스 아웃렛 디스크 및 상기 가스 아웃렛 디스크에 형성되고 상하로 개방된 가스 아웃렛 홀을 포함하는, 가스 아웃렛 레이어를 포함하며, 상기 가스 인렛 레이어 및 상기 미들 전극 레이어 각각은 전기 전도성 소재로 형성되고, 상기 미들 절연 레이어 및 상기 가스 아웃렛 레이어 각각은 유전체로 형성될 수 있다.

Inventors

정경재
이민근
남지성

Assignees

서울대학교산학협력단

Dates

Publication Date: 20260506
Application Date: 20250310

Claims (16)

가스 인렛 디스크 및 상기 가스 인렛 디스크의 상면에서 연장된 가스 인렛 포트를 포함하는, 가스 인렛 레이어; 상기 가스 인렛 디스크의 아래에 위치하는 미들 절연 디스크 및 상기 미들 절연 디스크에 형성되고 상하로 개방된 미들 절연 홀을 포함하는, 미들 절연 레이어; 상기 미들 절연 디스크의 아래에 위치하는 미들 전극 디스크 및 상기 미들 전극 디스크에 형성되고 상하로 개방된 미들 전극 홀을 포함하는, 미들 전극 레이어; 그리고 상기 미들 전극 디스크의 아래에 위치하는 가스 아웃렛 디스크 및 상기 가스 아웃렛 디스크에 형성되고 상하로 개방된 가스 아웃렛 홀을 포함하는, 가스 아웃렛 레이어를 포함하며, 상기 가스 인렛 레이어 및 상기 미들 전극 레이어 각각은 전기 전도성 소재로 형성되고, 상기 미들 절연 레이어 및 상기 가스 아웃렛 레이어 각각은 유전체로 형성되며, 상기 미들 절연 레이어는, 상기 가스 인렛 레이어와 상기 미들 전극 레이어의 사이에 위치하며, 상기 가스 인렛 레이어와 상기 미들 전극 레이어를 전기적으로 분리하는, 가스 주입 모듈.
제1항에 있어서, 상기 미들 전극 홀의 횡단면의 면적은, 상기 가스 아웃렛 홀의 횡단면의 면적 보다 큰, 가스 주입 모듈.
제1항에 있어서, 상기 미들 전극 홀의 상하 방향 길이는, 상기 가스 아웃렛 홀의 상하 방향 길이 보다 작은, 가스 주입 모듈.
제1항에 있어서, 상기 미들 전극 홀 및 상기 가스 아웃렛 홀 각각은 복수로 제공되며, 상기 복수의 가스 아웃렛 홀의 개수는, 상기 복수의 미들 전극 홀의 개수 보다 큰, 가스 주입 모듈.
삭제
제1항에 있어서, 상기 미들 절연 레이어의 전위는, 상기 가스 인렛 레이어의 전위 보다 낮은, 가스 주입 모듈.
제1항에 있어서, 상기 가스 인렛 레이어는 상기 가스 인렛 디스크의 테두리에서 상기 미들 절연 레이어를 향하여 돌출된 가스 인렛 레그를 포함하는, 가스 주입 모듈.
제7항에 있어서, 상기 가스 인렛 레이어는, 상기 가스 인렛 디스크의 하면에 형성되고 상기 가스 인렛 포트에 연결되는 가스 인렛 돔; 그리고 상기 가스 인렛 디스크의 상기 하면에 형성되며 상기 가스 인렛 돔에서 연장되어 상기 가스 인렛 레그에 이어지는 가스 인렛 트랙을 포함하는, 가스 주입 모듈.
제8항에 있어서, 상기 가스 인렛 돔은 상기 가스 인렛 트랙에 대하여 경사를 형성하고, 상기 가스 인렛 돔의 중심부와 상기 미들 절연 디스크 사이의 거리는, 상기 가스 인렛 돔의 테두리와 상기 미들 절연 디스크 사이의 거리 보다 큰, 가스 주입 모듈.
제7항에 있어서, 상기 미들 절연 레이어는, 상기 미들 절연 디스크의 테두리에서 상기 미들 전극 레이어를 향하여 돌출된 미들 절연 레그를 포함하고, 상기 미들 전극 레이어는, 상기 미들 전극 디스크의 테두리에서 상기 가스 아웃렛 레이어를 향하여 돌출된 미들 전극 레그를 포함하는, 가스 주입 모듈.
위로 개방된 중공부를 형성하는 플라즈마 챔버; 그리고 상기 플라즈마 챔버의 상단부에 결합되는 가스 주입 모듈을 포함하고, 상기 가스 주입 모듈은, 가스 인렛 디스크 및 상기 가스 인렛 디스크의 상면에서 연장된 가스 인렛 포트를 포함하는, 가스 인렛 레이어; 상기 가스 인렛 디스크의 아래에 위치하는 미들 절연 디스크 및 상기 미들 절연 디스크에 형성되고 상하로 개방된 미들 절연 홀을 포함하는, 미들 절연 레이어; 상기 미들 절연 디스크의 아래에 위치하는 미들 전극 디스크 및 상기 미들 전극 디스크에 형성되고 상하로 개방된 미들 전극 홀을 포함하는, 미들 전극 레이어; 그리고 상기 미들 전극 디스크의 아래에 위치하는 가스 아웃렛 디스크 및 상기 가스 아웃렛 디스크에 형성되고 상하로 개방된 가스 아웃렛 홀을 포함하는, 가스 아웃렛 레이어를 포함하며, 상기 가스 인렛 레이어 및 상기 미들 전극 레이어 각각은 전기 전도성 소재로 형성되고, 상기 미들 절연 레이어 및 상기 가스 아웃렛 레이어 각각은 유전체로 형성되며, 상기 미들 절연 레이어는, 상기 가스 인렛 레이어와 상기 미들 전극 레이어의 사이에 위치하며, 상기 가스 인렛 레이어와 상기 미들 전극 레이어를 전기적으로 분리하는, 플라즈마 디바이스.
삭제
제11항에 있어서, 상기 미들 절연 레이어의 전위는, 상기 가스 인렛 레이어의 전위 보다 낮은, 플라즈마 디바이스.
제13항에 있어서, 상기 가스 인렛 레이어와 상기 미들 전극 레이어를 연결하는 주입 전원을 더 포함하고, 상기 주입 전원은 직류 전압원을 포함하는, 플라즈마 디바이스.
제14항에 있어서, 상기 미들 전극 레이어와 상기 직류 전압원을 연결하는 다이오드를 더 포함하고, 상기 미들 전극 레이어, 상기 다이오드, 상기 직류 전압원, 그리고 상기 가스 인렛 레이어는, 순차적으로 전기적으로 연결된, 플라즈마 디바이스.
제14항에 있어서, 상기 가스 인렛 레이어 및 상기 플라즈마 챔버는, 그라운드에 전기적으로 연결되는, 플라즈마 디바이스.

Description

가스 주입 모듈 및 이를 포함하는 플라즈마 디바이스{GAS INJECTION MODULE AND PLASMA DEVICE INCLUDING THE SAME} 본 발명은 가스 주입 모듈 및 이를 포함하는 플라즈마 디바이스에 관한 것이다. 챔버의 내부에 가스가 주입되고, 주입된 가스에 에너지가 전달되면, 챔버의 내부에 플라즈마가 생성될 수 있다. 챔버의 내부에 가스를 주입하는 부재에 하전 입자가 일정 밀도 이상으로 증가하게 되면, 국부적으로 아킹(arcing)이 발생할 수 있다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 디바이스를 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 디바이스를 자른 단면 사시도이다. 도 3은 도 1에 도시된 가스 주입 모듈을 나타낸 도면이다. 도 4는 도 3에 도시된 가스 주입 모듈의 단면 사시도이다. 도 5는 도 4에 도시된 가스 주입 모듈의 분해 사시도이다. 도 6은 도 5에 도시된 가스 인렛 레이어를 다른 방향에서 바라본 모습을 나타낸 도면이다. 도 7은 도 5에 도시된 가스 아웃렛 레이어를 나타낸 도면이다. 도 8은 도 7에 도시된 가스 아웃렛 레이어에 도 5에 도시된 미들 전극 레이어가 적층된 모습을 나타낸 도면이다. 도 9는 도 8에 도시된 가스 아웃렛 레이어 및 미들 전극 레이어에 도 5에 도시된 미들 절연 레이어가 적층된 모습을 나타낸 도면이다. 도 10은 도 9에 도시된 가스 주입 모듈의 일부를 확대하여 나타낸 도면이다. 도 11은 플라즈마 디바이스의 전기적 연결 관계를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 12는 도 11에 도시된 플라즈마 디바이스에 교류 전원 및 펄스 전원이 추가된 모습을 나타낸 도면이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다. 이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등이 연결되었다고 할 때, 막, 영역, 구성 요소들이 직접적으로 연결된 경우뿐만 아니라 막, 영역, 구성요소들 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소들이 개재되어 간접적으로 연결된 경우도 포함한다. 예컨대, 본 명세서에서 막, 영역, 구성 요소 등이 전기적으로 연결되었다고 할 때, 막, 영역, 구성 요소 등이 직접 전기적으로 연결된 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 간접적으로 전기적 연결된 경우도 포함한다. 본 명세서에서 XYZ 좌표계가 사용될 수 있다. 예를 들어, XYZ 좌표계는 직교 좌표계일 수 있다. XYZ 좌표계는, 카테시안 좌표계(cartesian coordinate)일 수 있다. 예를 들어, X축은 전후방을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 양의 X축은 전방(forward)을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 음의 X축은 후방(rearward)을 나타낼 수 있다. 예를 들어, Z축은 상하방을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 양의 Z축은 상방(upward)을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 음의 Z축은 하방(downward)을 나타낼 수 있다. 예를 들어, Y축은 좌우 방향을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 양의 Y축은 좌방(left direction)을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 음의 Y축은 우방(right direction)을 나타낼 수 있다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 디바이스를 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 디바이스를 자른 단면 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 플라즈마 디바이스(1)는 플라즈마 챔버(10)를 포함할 수 있다. 플라즈마 챔버(10)는 내부에 중공부를 형성할 수 있다. 플라즈마 챔버(10)의 내부에 기판(웨이퍼 등, 미도시)이 위치할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 챔버(10)는 플라즈마 챔버 월(11)을 포함할 수 있다. 플라즈마 챔버 월(11)은, 일 방향으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 챔버 월(11)은, 하단에서 위로 연장되어 상단에 이어질 수 있다. 플라즈마 챔버 월(11)의 내측면은, 플라즈마 챔버(10)에 형성된 중공부의 경계를 형성할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 챔버 월(11)의 내측면이 형성하는 중공부는, 상하 방향으로 개방될 수 있다. 플라즈마 챔버(10)는 플라즈마 챔버 바텀(12)을 포함할 수 있다. 플라즈마 챔버 바텀(12)은, 플레이트(plate) 또는 디스크(disc)의 형상을 형성할 수 있다. 플라즈마 챔버 바텀(12)은 플라즈마 챔버 월(11)에 연결되거나 결합될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 챔버 바텀(12)은, 플라즈마 챔버 월(11)의 일 단부에 연결되거나 결합될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 챔버 월(11)은 플라즈마 챔버 바텀(12)의 둘레에서 위로 연장된 형상을 형성할 수 있다. 플라즈마 챔버 바텀(12)의 상면에 기판(미도시)이 적재될 수 있다. 플라즈마 디바이스(1)는 가스 주입 모듈(20)을 포함할 수 있다. 가스 주입 모듈(20)은 가스 인렛 디스크(210)를 포함할 수 있다. 가스 인렛 디스크(210)는 디스크(disc)의 형상을 형성할 수 있다. 가스 인렛 디스크(210)는 플라즈마 디바이스(1)의 상면 중 적어도 일부를 형성할 수 있다. 예를 들어, 가스 인렛 디스크(210)는, 플라즈마 챔버 월(11)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 가스 인렛 디스크(210)는, 플라즈마 챔버 월(11)의 상단에 연결되거나 결합될 수 있다. 플라즈마 챔버(10)의 내부로 가스(gas)가 주입될 수 있다. 예를 들어, 가스 주입 모듈(20)은 가스 인렛 포트(240)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가스 인렛 포트(240)는 복수로 제공될 수 있다. 가스 인렛 포트(240)는 가스 인렛 디스크(210)에 연결될 수 있다. 가스 인렛 포트(240)는, 플라즈마 챔버(10)에 형성된 중공부에 연통될 수 있다. 예를 들어, 가스 인렛 포트(240)에 주입된 가스는, 확산되어 플라즈마 챔버(10)에 형성된 중공부에 진입할 수 있다. 플라즈마 챔버(10)의 내부에 에너지가 가해질 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 챔버(10)의 내부에, 전기장이 형성될 수 있다. 플라즈마 챔버(10)의 내부에 형성되는 전기장은, 시불변(non-time-varying) 및 시변(time-varying) 중 적어도 하나일 수 있다. 플라즈마 챔버(10)의 내부에 가해진 에너지는, 플라즈마 챔버(10)에 주입된 가스에 전달될 수 있다. 플라즈마 챔버(10)에 위치하는 가스의 적어도 일부는, 플라즈마 상태로 전환될 수 있다. 즉, 플라즈마 챔버(10)에 플라즈마가 형성될 수 있다. 플라즈마 챔버(10)에 형성된 플라즈마는, 양이온(positive ion) 및 전자(electron)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 챔버(10)의 내부에서, 전자의 이동도(mobility)는 양이온의 이동도 보다 클 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 챔버(10)의 내부에서 전자가 가스 주입 모듈(20)에 형성된 홀(hole)에 진입하여 가스 주입 모듈(20)의 내부에 플라즈마가 형성될 수 있다. 이로써 가스 주입 모듈(20)에 아크 방전(arcing)이 발생할 수 있다. 가스 주입 모듈(20)에 아크 방전이 발생하면, 가스 주입 모듈(20)에 손상이 발생할 수 있고, 플라즈마 디바이스(1)의 기능이 저하될 수 있다. 따라서, 플라즈마 챔버(10)의 중공부에서 가스 주입 모듈(20)로 전자가 이동하는 것을 억제할 필요가 있다. 도 3은 도 1에 도시된 가스 주입 모듈을 나타낸 도면이다. 도 4는 도 3에 도시된 가스 주입 모듈의 단면 사시도이다. 도 5는 도 4에 도시된 가스 주입 모듈의 분해 사시도이다. 도