KR102717459B1 - 고전압 인가와 모듈식 교체가 가능한 유도결합 플라즈마 이온빔 소스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고전압 인가와 모듈식 교체가 가능한 유도결합 플라즈마 이온빔 소스에 관한 것으로서, 입구와 출구를 구비하고, 입구로 유입된 가스를 이용하여 플라즈마를 생성·유지할 수 있도록 내벽과 외벽을 구비한 플라즈마 챔버와, 상기 플라즈마 챔버의 입구에 장착되는 입구 커버 전극과, 입구 커버 홀더, 입구 홀더 마운트, 상기 입구 커버 전극에 장착되는 가스 주입 장치와, 상기 플라즈마 챔버의 출구에 배치되는 출구 커버와, 상기 출구 커버에 배치되는 가속전극과, 상기 가속전극을 지지하는 가속전극 홀더를 포함하는 캡슐형 플라즈마 챔버 조립체; 상기 가속전극 하측으로 일정 거리 이격되어 배치되는 익스트랙터(Extractor) 전극; 상기 플라즈마 챔버의 외벽 외부에 배치되어 RF 파워를 제공하는 RF 코일; 상기 플라즈마 챔버의 내·외벽 사이로 절연 물질을 순환시키는 절연 물질 순환수단;을 포함하여 구성된다.

Description

고전압 인가와 모듈식 교체가 가능한 유도결합 플라즈마 이온빔 소스{Inductively Coupled Plasma ion beam source with high voltage application and modular replacement}

본 발명은 고전압 인가와 모듈식 교체가 가능한 유도결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma : 이하 ICP라 한다) 이온빔 소스에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 ICP 이온빔 소스에 고전압 인가가 가능하도록 플라즈마 챔버를 이중관형으로 구성하고, 상기 이중관형 챔버의 내·외벽 사이로 절연 물질을 순환시켜 고전압 인가에 따라 발생할 수 있는 절연파괴 등의 문제점을 해결하며, 모듈식으로 교체가 가능하게 한 플라즈마 이온빔 소스에 관한 것이다.

플라즈마(Plasma)란 전기적인 방전으로 인해 생기는 전하를 띈 양이온 및 전자들의 집단으로, 짝짓지 않은 전자를 갖는 원자단인 라디칼(Radical)을 포함한다. 플라즈마 내부에는 활발하게 움직이는 전자, 이온 및 라디칼이 존재하므로 다른 물질을 여기 또는 전리시키는 화학적 반응을 일으킬 수 있다. 또한, 플라즈마 외부에 전계를 걸어줌으로써, 전자 및 이온의 운동 속도를 조절하여 다른 물질과 충돌을 유발하는 물리적 반응을 일으킬 수 있다. 상기 플라즈마에 의한 화학적 반응 및 물리적 반응은 물질을 증착하는 공정에 적용할 수 있을 뿐만 아니라, 물질을 식각하는 공정에도 적용할 수 있다.

일반적으로 플라즈마를 이용한 처리장치로는 박막 증착을 위한 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vaper Deposition) 장치, 증착된 박막을 식각하여 패터닝하는 식각장치, 스퍼터(Sputter), 애싱(Ashing) 장치, 이온빔 소스, 전자빔 소스 등이 있다. 또한, 이러한 플라즈마 발생장치는 RF(Radio Frequency) 파워의 인가방식에 따라 용량결합형(Capacitively Coupled Plasma; 이하 CCP라 한다)과, 유도결합형(Inductively Coupled Plasma) 장치로 구분된다.

상기 용량결합형은 서로 대향되는 평행판전극에 RF 파워를 인가하여 전극 사이에 수직으로 형성되는 RF 전기장을 통해 플라즈마를 발생시키는 방식인 반면, 상기 유도결합형은 진공 유지가 가능한 플라즈마 챔버의 외부에 고주파 안테나를 설치하고, 상기 고주파 안테나와 플라즈마 처리실 사이의 벽(window)을 유전체로 구성한 채, 상기 고주파 안테나에 고주파 전력을 공급함으로써 플라즈마 챔버 내부에 유도전기장을 형성시켜, 상기 유도전기장에 의해 상기 플라즈마 챔버에 도입된 처리 가스가 플라즈마화 되도록 하는 방식이다. 상기 유도결합형은 상기 고주파 안테나의 모양과 외부 자기장에 따라 ICP(Inductively Coupled Plasma), TCP(Transformer Coupled Plasma), 헬리컬 플라즈마(Helical Plasma), 헬리콘 플라즈마(Helicon Plasma), ECR 등으로 구분된다.

도 1은 종래의 ICP 이온빔 소스를 도시한 모식도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 플라즈마 이온빔 소스는 플라즈마 챔버의 출구에 이온빔을 가속시키거나 집속시키기 위한 가속전극 및 익스트랙터(Extractor) 전극을 장착하고, 상기 전극들에 소정의 전압을 인가함으로써, 플라즈마로부터 원하는 높은 에너지의 이온빔(이온화된 원자가 이루어진 집단)을 제공하게 된다.

그런데 플라즈마 이온빔 소스를 이용하여 시료를 짧은 시간 내에 가공하려면 많은 양의 이온을 방출시키고 이를 큰 전위차로 가속시킬 필요가 있는바, 많은 양의 이온을 방출시키기 위하여 RF 파워를 상승시키거나, 가스를 보다 많이 공급하거나, 인출구의 구경을 늘리거나, 플라즈마를 인출구 가까이에서 발생시키는 방법 등이 사용될 수 있다. 이 중 가장 효과적인 방법으로 플라즈마를 인출구 가까이에서 발생시키는 방법이 사용될 수 있는데, 이때 인출구는 가속전극의 중앙에 위치하고, 가속전극은 플라즈마 챔버의 하단부 끝단에 위치하게 된다. RF 코일의 위치를 가속전극에 가깝게 위치시키면 진공 외부에 가속전극이 노출되어 있을 경우, 대기압 환경에서 RF 코일과 가속전극 사이에 전기적인 용량 겹합(capacitive coupling)이 증가하게 되어 절연파괴로 이어지는 문제점이 발생하고, 가속전극을 진공 내부에 위치시키더라도 30kV 정도의 고전압이 인가되면 진공 환경이라 하더라도 고전압 존(zone)이 생성되어 가속전극 주변이 불안정해질 뿐만 아니라 RF 코일에 의한 전자기장 존(zone)과 중첩되어 전기적인 용량 결합이 증가하게 되고 절연이 파괴되는 문제점이 발생하기 때문에 RF 코일의 위치를 가속전극에 가깝게 배치하지 못하고 통상적으로는 플라즈마 챔버의 중간에 배치할 수밖에 없었다.

그뿐만 아니라 가속전극을 진공 내부에 넣고 고전압을 인가하려면 고전압 케이블을 가속전극에 직접 접속시켜야 하기 때문에, 고전압 인가용 피드스루(Feedthru) 커넥터를 사용할 수밖에 없는데, 이처럼 고전압 인가용 피드스루 커넥터를 사용하면 가속전극의 길이를 플라즈마 챔버의 길이 방향으로 짧게 적용하기 어려워서 결국, 플라즈마 챔버 하부의 공간이 늘어나야 하고 이에 따라 이온빔 소스의 전체 길이가 길어져서, 목적하는 이온빔의 궤적과 전류값을 얻는데 장애요인으로 작용할 뿐만 아니라, 가속전극의 길이가 길어짐에 따라 고전압 존(zone)도 증가하여 이온빔 소스의 안정적 운용이 어렵게 되는 문제점이 있었다.

또한 플라즈마 이온빔 소스는 가스만 주입하면 영구적으로 사용할 수 있는 기기가 아니라 플라즈마 챔버 내부의 오염 문제로 인하여, 이온빔 소스 분해 및 절연 물질을 제거하고 플라즈마 챔버 내부를 주기적으로 클리닝하거나 교체하여야 하는 등의 문제점이 있었다.

특허공고공보 제10-1995-0013431호(1995.11.08. 공고) 등록특허공보 제10-1668822호(2016.10.24. 공고)

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 패러데이 쉴드(faraday shield)를 설치하지 않은 채, 고전압을 인가하면서 RF 코일의 위치를 가속전극에 가깝게 위치시키더라도 절연이 파괴되지 않는 플라즈마 이온빔 소스를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 안정적인 플라즈마의 유지 및 일정한 양의 이온 방출이 가능하도록 전극의 형상 및 가스 주입 장치를 개선한 플라즈마 이온빔 소스를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 플라즈마 챔버의 내부를 클리닝 또는 교체해야 할 경우, 플라즈마 챔버 내·외벽 사이의 절연 물질을 제거하거나 이온빔 소스의 과도한 분해 과정 없이, 플라즈마 챔버 조립체를 모듈식으로 교체가 가능하도록 캡슐형으로 개선한 플라즈마 이온빔 소스를 제공하는데 있다.

또한 본 발명은 명시적으로 기재된 상기 목적 이외에도 본 발명의 구성으로부터 도출될 수 있는 기타 다른 목적도 포함한다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 플라즈마 이온빔 소스는, 입구와 출구를 구비하고, 입구로 유입된 가스를 이용하여 플라즈마를 생성·유지할 수 있도록 내벽과 외벽을 구비한 플라즈마 챔버; 상기 플라즈마 챔버의 입구에 배치되고 절연 물질 유입구 및 절연 물질 유출구가 형성되는 입구 커버 전극; 입구 커버 홀더; 입구 홀더 마운트; 상기 입구 커버 전극에 장착되는 가스 주입 장치; 상기 플라즈마 챔버의 출구에 배치되는 출구 커버; 상기 출구 커버에 배치되는 가속전극; 상기 가속전극을 지지하는 가속전극 홀더;를 포함하는 캡슐형 플라즈마 챔버 조립체; 상기 가속전극 하측으로 일정 거리 이격되어 배치되는 익스트랙터(Extractor) 전극; 상기 플라즈마 챔버의 외벽 외부에 배치되어 RF 파워를 제공하는 RF 코일; 상기 플라즈마 챔버의 내·외벽 사이로 절연 물질을 순환시키는 절연 물질 순환수단;을 포함하여 구성된다.

전술한 특징에 따른 플라즈마 이온빔 소스는 플라즈마 챔버의 내벽 및 외벽이 유전체로 형성되며, 가속전극 및 입구 커버 전극이 금속제로 형성되고, 출구 커버가 세라믹제로 형성됨이 바람직하다.

전술한 특징에 따른 플라즈마 이온빔 소스는 30kV의 고전압이 입구 커버 전극에 인가됨이 바람직하다.

전술한 특징에 따른 플라즈마 이온빔 소스의 RF 코일은 플라즈마 챔버의 외벽 하단부에 배치됨이 바람직하다.

전술한 특징에 따른 플라즈마 이온빔 소스의 가속전극 및 입구 커버 전극의 플라즈마 노출 영역은 요철형으로 형성됨이 바람직하다.

전술한 특징에 따른 플라즈마 이온빔 소스의 가스 주입 장치에 체크 밸브 플러그가 적용됨이 바람직하다.

본 발명은 패러데이 쉴드를 설치하지 않고, RF 코일의 위치를 가속전극에 가깝게 위치시킨 채 고전압을 인가하더라도 절연이 파괴되지 않아 플라즈마를 인출구 가까이에서 발생시킬 수 있으므로 시료를 짧은 시간 내에 가공할 수 있는 이온빔 제공이 가능한 효과가 있다.

또한 본 발명은 진공 외부 노출형 가속전극과 진공 내부 배치형 가속전극의 장점을 모두 취할 수 있어서 많은 양의 이온빔을 제공함과 동시에 이온빔 소스의 안정적 운용이 가능한 효과가 있다.

또한 본 발명은 전극의 형상이 개량되어 플라즈마의 안정적인 유지가 가능하므로, 일정한 양의 이온빔 제공이 가능한 효과가 있다.

또한 본 발명은 가스 주입 장치에 체크 밸브 플러그가 적용되어, 가스 주입 장치를 통하여 공급되는 가스를 정밀하게 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 플라즈마 챔버의 내부 공간이 가스 주입 장치 및 가스 공급 라인까지 확장되는 것을 방지할 수 있어서 플라즈마의 생성 영역을 플라즈마 챔버의 내부 공간만으로 한정할 수 있고, 진공 흡입 효율의 감소를 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 플라즈마 이온빔 소스의 플라즈마 챔버 조립체가 캡슐형으로 제작되어 상기 캡슐형으로 제작된 플라즈마 챔버 조립체를 이온빔 소스 베이스 플레이트에 모듈식으로 교체가 가능하므로 유지 보수가 용이한 효과가 있다.

도 1은 종래의 ICP 이온빔 소스를 도시한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 ICP 이온빔 소스를 도시한 개념도이다.
도 3은 RF 코일의 배치에 따른 빔 강도를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온빔 소스에 있어서, 체크 밸브 플러그가 적용된 가스 주입 장치의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온빔 소스에 있어서, 플라즈마 챔버 내·외벽 사이 공간으로 순환하는 절연 물질의 순환을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온빔 소스에 있어서, 가속전극의 사시도 및 단면도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온빔 소스에 있어서, 입구 커버 전극 및 가속전극의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온빔 소스에 있어서, 입자의 발생을 설명하기 위한 개념도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온빔 소스에 있어서, 가속전극의 캡형 구조를 보이기 위한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온빔 소스에 있어서, 이중관형 플라즈마 챔버의 입구 및 출구 구성을 도시한 개념도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온빔 소스에 있어서, 기밀 유지를 위한 O링 배치 상황을 설명하기 위한 개념도이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온빔 소스에 있어서, 플라즈마 챔버의 출구 측에 배치된 가속전극 및 익스트랙터 전극의 개념도이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온빔 소스에 있어서, 캡슐형 플라즈마 챔버 조립체의 플라즈마 챔버와 가속전극의 결합 상태를 설명하기 위한 개념도이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온빔 소스에 있어서, 캡슐형 플라즈마 챔버 조립체의 교체를 설명하기 위한 개념도이다.

상기한 본 발명의 목적은 플라즈마 이온빔 소스의 플라즈마 챔버 조립체를 내벽과 외벽이 구비된 이중관형 챔버로 형성하고, 상기 내벽과 외벽 사이에 절연 물질을 순환시키며, 플라즈마 챔버에 고주파(RF) 파워를 제공하는 RF 코일을 플라즈마 챔버의 외벽 하부에 배치하고, 플라즈마 챔버의 출구측 내부에 가속전극을 배치한 채 30kV의 고전압을 입구 커버 전극에 인가시킴으로써 달성될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다. 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 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.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 소스를 도시한 개념도이며, 도 3은 RF 코일의 배치에 따른 빔 강도를 설명하기 위한 개념도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 이온빔 소스는 유전체로 이루어진 내벽(11)과 외벽(12)을 포함하는 플라즈마 챔버와, 플라즈마 챔버의 입구(30)에 배치되는 입구 커버 전극(21)과, 입구 커버 홀더(31), 입구 홀더 마운트(33), 상기 입구 커버 전극(21)에 장착되는 가스 주입 장치(32)와, 플라즈마 챔버의 출구(50)에 배치되는 출구 커버(51)와, 상기 출구 커버(51)에 배치되는 가속전극, 상기 가속전극을 지지하는 가속전극 홀더(52)를 포함하는 캡슐형 플라즈마 챔버 조립체(5), 상기 가속전극의 하측으로 일정 거리 이격되어 배치되는 익스트랙터(Extractor) 전극, 상기 챔버 외부에 배치되는 RF 코일(41), 상기 플라즈마 챔버의 내·외벽(11, 12) 사이 공간(13)으로 절연 물질을 순환시키는 절연 물질 순환수단(미도시)을 포함하여 구성됨이 바람직하다.

상기 플라즈마 챔버는 전체적으로 쿼츠 등의 유전체로 형성되되, 내벽(11)과 외벽(12)은 서로 일정 거리 이격 배치되며, 상기 플라즈마 챔버의 내벽(11) 내부 공간에 가스 주입 장치(32)로부터 가스가 공급되어 플라즈마가 생성되고, 상기 내벽(11)과 외벽(12) 사이 공간(13)에 절연 물질 순환 수단(미도시)으로부터 공급된 절연 물질이 순환하면서 상기 플라즈마 챔버를 외부로부터 절연시키도록 구성됨이 바람직하다.

한편 상기 플라즈마 챔버의 입구(30)를 폐쇄할 수 있도록 입구 커버 전극(21)이 플라즈마 챔버의 입구(30)에 배치되는데 상기 입구 커버 전극(21)에는, 절연 물질 유입구(34) 및 절연 물질 유출구(35)가 형성되고, 가스 주입 장치(32)가 장착된다.

상기 플라즈마 챔버의 입구(30)에 배치되는 입구 커버 전극(21)은 금속제로 형성되고 30kV의 고전압이 직접 인가될 수 있도록 그 일부가 외부로 노출될 수 있다. 이와 같이 입구 커버 전극(21)을 금속제로 형성하여 고전압을 인가하는 이유에 대하여 살펴본다.

기존의 플라즈마 이온빔 소스는 시료를 짧은 시간 내에 가공할 수 있도록 플라즈마 챔버에서 생성된 이온을 큰 전위차로 가속시키기 위하여 가속전극에 고전압을 인가하게 되는데, 가속전극이 진공 외부로 노출된 상태에서 고전압이 인가되면 대기압 환경에서 RF 코일과 가속전극 사이에 전기적인 용량 겹합이 증가하게 되어 절연파괴의 문제를 피할 수 없었는바, 이러한 문제점을 피하려면 가속전극을 진공 내부에 넣은 상태에서 고전압을 인가하여야 하는데 이 경우에는 고전압 케이블을 가속전극에 직접 접속시켜야 하기 때문에, 고전압 인가용 피드스루(Feedthru) 커넥터를 사용하여야만 한다. 이때 고전압 인가용 피드스루 커넥터를 사용하면 가속전극의 길이를 플라즈마 챔버의 길이 방향으로 짧게 만들기 어려워서 결국, 플라즈마 챔버 하부의 공간이 늘어나야 하고, 이에 따라 이온빔 소스의 전체 길이가 길어져서, 목적하는 이온빔의 궤적과 전류값을 얻는데 장애요인으로 작용할 뿐만 아니라, 가속전극의 길이가 길어짐에 따라 고전압 존(zone)도 증가하여 이온빔 소스의 안정적 운용이 어렵게 되는 문제점이 발생하게 된다.

이와 더불어 기존의 플라즈마 이온빔 소스는 시료를 짧은 시간 내에 가공할 수 있도록 많은 양의 이온빔을 발생시키려면, 플라즈마를 인출구 가까이에서 발생시킬 수 있도록 RF 코일(41)의 위치를 가속전극에 가깝게 배치하여야 하는데, 이와 같이 RF 코일(41)의 위치를 가속전극에 가깝게 배치하면, 가속전극을 진공 내부에 위치시키더라도 30kV 정도의 고전압이 인가될 경우 고전압 존(zone)이 RF 코일(41)에 의한 전자기장 존(zone)과 중첩되어 전기적인 용량 결합이 증가하게 되고 주변 불안정과 함께 절연이 파괴되기 때문에 RF 코일(41)의 위치를 가속전극에 가깝게 배치할 수 없었다.

상술한 문제점과 관련하여 본 발명에서는, 기존의 플라즈마 이온빔 소스가 30kV의 고전압을 가속전극에 인가하는 것과는 다르게, 30kV의 고전압을 입구 커버 전극(21)에 인가함으로써 상기 문제점을 해결하였다. 이때 본 발명의 플라즈마 이온빔 소스는 내·외벽(11, 12)을 가진 이중관형 챔버로 형성되어, 상기 이중관형 챔버의 내·외벽(11, 12) 사이 공간(13)으로 절연 물질이 순환되므로 절연파괴의 문제점이 극복되고, 30kV의 고전압이 주위에 전위차를 일으킬 요소가 없으면서, 외부로 노출된 입구 커버 전극(21)에 직접 인가되므로 고전압 인가용 피드스루 커넥터를 사용하지 않아도 되는 것이다.

이와 더불어 고전압이 인가되는 전극이, 기존 이온 빔 소스의 가속전극이 아닌, 입구 커버 전극(21)이어서 RF 코일(41)을 플라즈마 챔버의 하부에 배치하더라도 고전압 존(zone)과 RF 코일(41)에 의한 전자기장 존(zone)과의 중첩 문제를 절연층이 해결하여 플라즈마를 인출구 근처에서 발생시킬 수 있으므로 시료를 짧은 시간 내에 가공할 수 있는 많은 양의 이온을 방출시켜 큰 전위차로 가속시킬 수 있게 된다.

위와 같이 입구 커버 전극(21)에 고전압을 인가하더라도 이온이 큰 전위차로 가속될 수 있는 이유는 다음과 같이 설명될 수 있다. 외부로 노출된 입구 커버 전극(21)에 30kV의 고전압이 인가되더라도 가스가 주입되거나 플라즈마가 생성되지 않은 상태에서 플라즈마 챔버의 출구(50) 측에 배치된 가속전극은, 세라믹과 같은 절연 소재로 형성된, 하부 커버에 배치되어 있기 때문에, 전압이 걸리지 않은 상태, 즉 0kV 상태에 있게 되므로 입구 커버 전극(21) 및 가속전극 모두 이온을 가속시키는 기능을 수행할 수 없다.

그러나 플라즈마 챔버에 가스를 주입하면서, 플라즈마 발생에 필요한 진공 조건을 맞춘 후 RF 파워를 인가하면 플라즈마가 발생하게 되는데, 이와 같이 플라즈마가 발생한 상태에서 입구 커버 전극(21)에 30kV의 고전압을 인가하면 가속전극을 의도적으로 고전압에 전기적으로 연결시키지 않더라도, 상기 입구 커버 전극(21)과 상기 가속전극 사이의 플라즈마 확산으로 인한 전기적 상호작용에 의해, 상기 가속전극은 상기 입구 커버 전극(21)에 인가된 30kV의 고전압과 거의 동일한 전위, 즉 29.98kV 정도의 전위로 되므로, 상기 가속전극에 고전압을 직접 인가된 상태와 비슷하게 이온을 가속시킬 수 있게 되어 기존의 이온빔 소스에 발생하는 문제점을 해결할 수 있게 되는 것이다.

또한 상술한 바와 같이 본 발명의 플라즈마 이온빔 소스에는 플라즈마를 이온빔의 인출구 가까이에서 발생시킬 수 있도록 RF 코일(41)이 플라즈마 챔버의 하부에 배치될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, RF 코일(41)은 플라즈마 챔버의 상부, 중간, 하부에 배치될 수 있는데, RF 코일(41)의 배치 위치에 따라 방출되는 이온빔의 밀도가 달라질 수 있는바, RF 코일(41)의 배치 위치가 하부로 내려올수록 밀도가 높은 이온빔이 방출될 수 있다, 그러므로 동일한 RF 파워가 플라즈마 챔버에 인가되더라도 RF 코일(41)의 위치를 하부에 배치하게 되면 방출되는 이온빔의 밀도가 높아져 짧은 시간 내에 시료를 가공할 수 있게 된다.

그러나 위와 같이 이온빔의 밀도를 높이기 위하여 기존 이온빔 소스의 플라즈마 챔버에 RF 코일(41)의 위치만 하부로 내려 배치하게 되면 고전압 상태의 가속전극에 의한 고전압 존(zone)에, RF 코일(41)에 의한 전자기장 존(zone)이 간섭하게 되어 이온빔의 밀도를 높이는데 한계가 따르지만, 본 발명에서는 플라즈마 챔버의 내·외벽(11, 12) 사이 공간(13)으로 절연 물질이 순환되며 절연 상태를 유지할 수 있으므로 RF 코일(41)의 위치를 하부로 내려 배치함으로써 이온빔의 밀도를 높일 수 있다.

또한 ICP 이온빔 소스의 플라즈마 챔버 외부에 RF 코일(41)이 배치되어 상기 RF 코일(41)에 전류가 흐르면, 코일에 흐르는 전류에 의해 자기장이 형성되고, 자기장으로부터 유도 전기장이 형성되면서 유도 전기장에 의해 플라즈마 챔버 내의 입자가 진동 및 충돌함으로써 플라즈마를 형성하게 되므로, 플라즈마와 RF 코일(41) 사이에 존재하는 유전체가 스퍼터링 현상에 의하여 손상을 입게 되고 시간이 경과하면서 플라즈마 챔버 내의 오염도를 촉진하게 되지만, 본 발명에서는 상술한 바와 같이 플라즈마 이온빔 소스의 플라즈마 챔버를 내벽과 외벽이 구비된 이중관형 챔버로 형성하고, 상기 내벽과 외벽 사이에 절연 물질을 순환시키며, RF 코일을 플라즈마 챔버의 외벽 바깥에 적용한바, 상기 RF 코일이 플라즈마가 생성 및 유지되는 플라즈마 챔버의 내벽과 근접하지 않고 최적의 거리를 유지하는 구조로 형성되어 있으므로 플라즈마 챔버의 내벽에 self bias charging effect를 감소시킬 수 있다. 이는 플라즈마 챔버의 내벽과 RF 코일 간의 전기적인 용량 결합을 축소시키며, 유전체가 스퍼터링 현상에 의해 입게 되는 손상이 줄어들어 플라즈마 챔버 내의 오염도를 감소시키는 효과를 얻을 수 있다. 전기적인 용량 결합을 감소시키는 방안으로, 접지 된 슬릿 패턴 원통형 금속체인 페러데이 쉴드를 RF 코일과 유전체 사이에 적용하기도 하지만, 페러데이 쉴드를 적용하게 되면 기존 입력 에너지의 손실이 발생하기 때문에 더 큰 RF 파워를 인가해서 보상해야 하는 점, 그로 인해 전자기장 존(zone)이 더 증가하고 주변 기기들에도 영향을 미칠 수 있는 점 등의 문제점이 있으나, 본 발명은 플라즈마 챔버가 내벽과 외벽의 이중관형 챔버로 형성되고 그 내부에 절연 물질이 순환되는 구조로 형성되어 플라즈마 챔버의 내벽과 RF 코일과의 거리가 충분히 멀고 그 사이가 확실하게 절연되어 있어서, 페러데이 쉴드 없이 전기적인 용량 결합 축소 및 구조 간소화가 가능하다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온빔 소스에 있어서, 체크 밸브 플러그가 적용된 가스 주입 장치의 개념도이다.

도 4를 참조하면, 플라즈마 생성에 필요한 가스는 입구 커버 전극(21)에 장착된 가스 주입 장치(32)를 통해 공급된다. 이때 상기 가스 주입 장치(32)의 가스 주입구(36)에는, 체크 밸브 플러그 조립체(37)의 구성품인 체크 밸브 플러그(38)가 적용된다.

상기 체크 밸브 플러그 조립체(37)를 구성하는 체크 밸브 플러그(38)는 가스의 역류를 방지하기 위한 목적보다는 플라즈마 챔버의 내부 공간을 가스 주입 장치(32)로부터 완전히 분리하기 위한 목적으로 적용된다. 이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 이온빔 생성에 필요한 플라즈마 챔버 내부는 10-2Torr 정도의 진공 상태가 유지되어야 하는바, 상기한 진공 상태를 만들기 위하여 후술될 가속전극의 빔 인출구를 통해 플라즈마 내부 공간의 압력을 배기시키게 되므로 플라즈마 챔버의 내부 공간이 명확하게 구분될수록 플라즈마의 생성 및 유지조건의 기준이 되는 진공도의 수치를 정확하게 표현하는 것이 가능해진다.

그럼에도 기존의 플라즈마 이온빔 소스는 플라즈마 챔버 내부로 가스를 공급하는 가스 주입 장치(32)의 가스 주입구(36)가 구멍이 한 개 또는 여러 개가 뚫린 구조로 형성될 뿐 아니라, 상기 가스 주입 장치(32)로부터 플라즈마 챔버의 내부 공간을 분리시키는 수단이 없어서 플라즈마 챔버 내부 공간이 가스 주입 장치(32)와 가스 공급 라인까지 쉽게 확장되게 되어 플라즈마 챔버의 내부 공간이 확장된 것과 같은 결과를 초래한다. 즉 기존의 플라즈마 이온빔 소스는 이온빔 생성에 중대한 효과를 미치는 플라즈마 챔버의 내부 공간이 가스 주입 장치(32)와 가스 공급 라인까지 확장되어 진공 흡입 효율이 낮아지고 플라즈마의 생성 영역을 플라즈마 챔버의 내부 공간만으로 한정할 수 없는바, 본 발명은 이러한 문제점을 해결할 수 있도록 플라즈마 챔버의 내부 공간과 가스 주입 장치(32)를 분리시킬 수 있는 체크 밸브 플러그(38)를 적용한 것이다.

상기 체크 밸브 플러그 조립체(37)는 가스 주입 장치(32)에 설치되는 조립체로서, 가스 주입구(36) 내부로 쉽게 삽입되어 가스를 씰링할 수 있도록 선단이 원뿔형으로 형성된 체크 밸브 플러그(38)와, 상기 체크 밸브 플러그(38)를 탄성 지지 가능하도록 상기 체크 밸브 플러그(38) 하부에 배치되는 스프링(39)과, 상기 스프링의 탄성력을 조절할 수 있는 무두 볼트(40)를 포함하여 구성된다. 상기 체크 밸브 플러그 조립체(37)에서 상기 무두 볼트(40)는 상기 스프링(39)의 하부에 배치되어 좌우로 회전하면서 상기 스프링(39)의 길이 조절을 통해 상기 스프링(39)의 탄성력을 조절하고, 상기 스프링(39)은 탄성력에 의해 상부에 설치된 체크 밸브 플러그(38)를 가압함으로써 가스 주입구(36)를 통해 플라즈마 챔버 내부로 공급되는 가스 공급 압력을 적합하게 조절할 수 있도록 한다.

상기한 구조의 체크 밸브 조립체(37)를 가스 주입 장치(32)에 장착한 후, 무두 볼트(40)를 회전시켜 스프링(39)의 작용 압력을 조절함으로써, 가스 주입구(36)를 통하여 공급되는 가스를 0.1 sccm(standard cubic centimeter per minute) 이하의 정밀도로 조절하면서 공급할 수 있으며, 상술한 바와 같이 플라즈마 챔버의 내부 공간이 가스 주입 장치(32) 및 가스 공급 라인까지 확장되는 것이 방지될 수 있어서, 플라즈마의 생성 영역을 플라즈마 챔버의 내부 공간만으로 한정할 수 있고, 진공 흡입 효율이 떨어지는 문제점도 방지할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온빔 소스에 있어서, 플라즈마 챔버 내·외벽 사이 공간으로 순환하는 절연 물질의 순환을 설명하기 위한 개념도이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온빔 소스에 있어서, 가속전극의 사시도 및 단면도이며, 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온빔 소스에 있어서, 입구 커버 전극 및 가속전극의 단면도이고, 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온빔 소스에 있어서, 입자의 발생을 설명하기 위한 개념도이며, 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온빔 소스에 있어서, 가속전극의 캡형 구조를 보이기 위한 단면도이다.

도 5를 참조하면, 플라즈마 챔버의 입구(30)에 배치되는 입구 커버 전극(21)에는 절연 물질 유입구(34)와 절연 물질 유출구(35)가 형성되어 플라즈마 챔버의 내·외벽(11, 12) 사이 공간(13)으로 절연 물질을 순환시킬 수 있다. 절연 물질을 순환시키는 이유는, 플라즈마 발생으로 인한 열이 플라즈마 챔버의 내벽을 통하여 지속적으로 절연 물질에 가해지면 절연 물질의 기능에 영향을 미칠 수 있는 바, 절연 물질을 순환시킴으로써 열에 지속적으로 노출되는 문제를 해결하기 위함이다.

상기 절연 물질로는 물보다 비중이 큰 절연유가 사용되는데, 이러한 절연유는 비중이 커서 상기 절연 물질 유입구(34)를 통해 저속으로 주입되더라도 플라즈마 챔버의 내·외벽(11, 12) 사이 공간(13)의 하부까지 쉽게 하강하면서, 상기 절연 물질 유출구(35) 부근의 절연유를 밀어 올려 절연유가 순환할 수 있도록 한다.

이때 내·외벽(11, 12) 사이 공간(13)을 순환하는 절연 물질로 인해 플라즈마 챔버에는 팽창압이 발생하게 되지만, 플라즈마 챔버 내부의 진공압이 상기 팽창압을 중앙에서 상쇄시킬 수 있다. 그리고 플라즈마 챔버의 외벽(12)과, 후술할 플라즈마 챔버의 입구 커버 홀더(31) 및 후술할 출구 커버 홀더(54) 사이에 각각 O링(42)이 개재된 홀더 마운트(33, 53)로 상·하 측면을 보강하게 된다. 상기 홀더 마운트는 플라즈마 챔버의 외벽(12)과, 플라즈마 챔버의 입구 커버 홀더(31) 또는 출구 커버 홀더(54)에 접하는 면이 빗면 형태로 형성되어 상기 O링(42)을 강하게 압박하면서 내·외벽(11, 12) 사이 공간(13)을 순환하는 절연 물질로 인해 발생하는 팽창압에 저항할 수 있게 된다.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 가속전극은 전체적으로 캡형으로 형성되되, 플라즈마 노출부(22)의 표면적을 증가시키기 위하여 상부가 요철형으로 형성된다. 가스 분자는 전자와 충돌하여 이온화되고, 다시 전자가 재결합 및 이탈을 반복하며 플라즈마가 생성 및 유지되므로 보다 많은 전자를 플라즈마의 연료로써 지속적으로 공급시킬 수 있도록 전극의 플라즈마 노출부에 요철을 형성하는 것이다. 이때 가속전극의 요철면까지는 동전위 공간에서 쉬스(sheath)에 의해 전자가 이동하게 되고 가속전극의 인출구를 통과한 이후에야 이온이 가속되게 되므로, 가속전극에 요철을 형성하더라도 다른 요소에는 영향을 주지 않고 전자가 증가하여 플라즈마의 연료가 증가하게 되는 효과를 얻을 수 있는 것이다. 상기 요철은 파형을 비롯하여 플라즈마 노출부(22)의 표면적이 증가할 수 있는 형상이면 어느 것으로도 변형하여 사용할 수 있으며, 가속전극과 마찬가지로 입구 커버 전극(21)도 플라즈마 노출부(24)를 요철형으로 형성할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 전극의 형상이 개량되어 보다 안정적인 플라즈마의 생성 및 유지가 가능하게 되어 일정한 양의 이온빔 방출이 가능하다.

도 9를 참조하면, 가속전극은 절연파괴를 방지할 수 있도록 전체적인 형상이 캡형으로 형성됨이 바람직하다. 즉 플라즈마 이온빔 소스로부터 이온빔이 방출될 때 가속전극 근처에 배치된 익스트랙터 전극(25)에 발산된 빔의 일부가 맞을 수 있는데, 이때 발생하는 전자들이 세라믹 재질의 플라즈마 챔버 출구 커버(51)에 쌓이면서 그라운드(Ground)로 빠지지 못하게 된다. 이와 같이 전자들이 계속 쌓이게 되면 전위를 이루게 되고 시간이 경과하면서 가속전극과 전위차가 발생하게 되어 절연파괴로 이어질 수 있기 때문에 세라믹 재질의 출구 커버(51)가 전자에 노출되지 않도록 익스트랙터 전극을 감싸는 형상의 캡형으로 형성됨이 바람직한 것이다.

도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온빔 소스에 있어서, 이중관형 플라즈마 챔버의 입구 및 출구 구성을 도시한 개념도이고, 도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온빔 소스에 있어서, 기밀 유지를 위한 O링 배치 상황을 설명하기 위한 개념도이다.

도 10을 참조하면, 이중관형 플라즈마 챔버의 입구(30) 측에는 입구 커버 전극(21), 입구 홀더 마운트(33), 입구 커버 홀더(31)가 배치되고, 상기 이중관형 플라즈마 챔버의 출구(50) 측에는 출구 커버(51), 가속전극 홀더(52), 출구 홀더 마운트(53), 출구 커버 홀더(54), 이온빔 소스 베이스 플레이트(55)가 배치된다.

즉 상기 이중관형 플라즈마 챔버의 입구(30) 측에는 입구 커버 전극(21), 입구 홀더 마운트(33), 입구 커버 홀더(31)가 배치되는데, 상기 입구 커버 전극(21)에는 상술한 바와 같이, 절연 물질 유입구(34) 및 절연 물질 유출구(35)가 형성되고, 또한 가스 주입 장치(32)가 장착된다. 상기 입구 커버 홀더(31)는 상기 입구 커버 전극(21)을 수용하는 한편 플라즈마 챔버의 내·외벽(11, 12) 사이 공간(13)을 순환하는 절연 물질로 인해 발생하는 팽창압에 저항하도록 설치된 입구 홀더 마운트(33)와 결합되어 설치됨이 바람직하다.

또한 상기 이중관형 플라즈마 챔버의 출구(50) 측에는 출구 커버(51), 출구 홀더 마운트(53), 출구 커버 홀더(54)가 배치되는데, 상기 출구 커버(51)에는 플라즈마 챔버와 가속전극이 수용되고, 상기 가속전극은 상기 가속전극 홀더(52)에 의해 지지되는 한편 이중관형 플라즈마 챔버의 진공을 유지하는 이온빔 소스 베이스 플레이트(55)와 출구 커버 홀더(54)에 의해 결합되도록 구성됨이 바람직하다. 상기 출구 커버 홀더(54)는 플라즈마 챔버의 내·외벽(11, 12) 사이 공간(13)을 순환하는 절연 물질로 인해 발생하는 팽창압에 저항하도록 설치된 출구 홀더 마운트(53)와 결합되어 설치됨이 바람직하다.

상기 입구 커버 홀더(31), 입구 홀더 마운트(33), 출구 커버(51), 가속전극 홀더(52), 이온빔 소스 베이스 플레이트(55), 출구 홀더 마운트(53) 및 출구 커버 홀더(54)는 절연 효과를 높일 수 있도록 세라믹재로 형성함이 바람직하며, 또한 도 11에 도시된 바와 같이 절연 물질의 누설을 방지하고 플라즈마 챔버의 기밀을 유지함과 동시에 절연 효과가 강화될 수 있도록 필요 개소에 O링(42)을 부가함이 바람직하다.

한편 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 플라즈마 챔버의 출구(50) 측에 배치된 가속전극 하부에는 익스트랙터 전극(25)이 배치된다. 상기 익스트랙터 전극(25)은 상기 가속전극과의 전위차로 이온빔을 가속시킴과 동시에 이온빔의 수렴 및 발산 정도를 조절하기 위한 전극이다. 즉 익스트랙터 전극(25)과 가속전극 사이의 전위차를 작게 하면 발산각이 작아지면서 분해능이 떨어지고, 전위차를 크게 하면 발산각이 커지면서 분해능이 향상된다. 그러나 가공용 시료에 도달하는 이온빔의 양과 절연파괴의 여부도 고려해야 하기에, 형상 및 주변 전극들 간의 거리가 고려되어 배치될 수 있다.

한편 통상적인 플라즈마 이온빔 소스는 가스만 주입하면 영구적으로 사용할 수 있는 기기가 아니라 플라즈마 챔버 오염 등의 문제로, 이온빔 소스를 분해하여 절연 물질을 제거한 후 플라즈마 챔버 내부를 주기적으로 클리닝하거나, 플라즈마 챔버 자체를 교체하여야 하는 등의 문제점이 있으므로, 유지 보수를 용이하게 할 필요가 있다.

도 13을 참조하면, 본 발명의 플라즈마 이온빔 소스를 구성하는, 캡슐형 플라즈마 챔버 조립체(5)는 유전체로 이루어진 내벽(11)과 외벽(12)을 포함하는 플라즈마 챔버와, 플라즈마 챔버의 입구(30)에 배치되는 입구 커버 전극(21)과, 입구 커버 홀더(31), 입구 홀더 마운트(33), 상기 입구 커버 전극(21)에 장착되는 가스 주입 장치(32)와, 플라즈마 챔버의 출구(50)에 배치되는 출구 커버(51)와, 상기 출구 커버(51)에 배치되는 가속전극(23)과, 상기 가속전극(23)을 지지하는 가속전극 홀더(52)를 포함하여 구성되는 바, 상기와 같이 구성된 본 발명의 플라즈마 이온빔 소스는 플라즈마 챔버 내부를 클리닝 할 필요가 있을 때 캡슐형 플라즈마 챔버 조립체(5)를 이온빔 소스 베이스 플레이트(55)로부터 떼어낸 후, 상기 캡슐형 플라즈마 챔버 조립체(5)에서 가속전극(23)과 가속전극 홀더(52)만을 분해하여 플라즈마 챔버 내부를 용이하게 유지 보수 할 수 있다.

도 14를 참조하면, 본 발명의 플라즈마 이온빔 소스는, 캡슐형 플라즈마 챔버 조립체(5)와, 상기 캡슐형 플라즈마 챔버 조립체(5) 외부에 배치되는 RF 코일(41), 출구 홀더 마운트(53), 출구 커버 홀더(54), 이온빔 소스 베이스 플레이트(55)를 포함하여 구성되는 바, 상기와 같이 구성된 본 발명의 플라즈마 이온빔 소스는 필요할 경우 캡슐형 플라즈마 챔버 조립체(5)를 이온빔 소스 베이스 플레이트(55)로부터 떼어낸 후 새로운 캡슐형 플라즈마 챔버 조립체(5)로 간단하게 교체가 가능하다. 이때 플라즈마 챔버의 기밀을 유지함과 동시에 절연 효과가 강화될 수 있도록 필요 개소에 O링(42)이 부가됨이 바람직하다.

이하, 본 발명의 사용 상태에 대하여 설명한다.

본 발명의 이온빔 발생장치를 통해, 플라즈마 챔버의 내·외벽(11, 12) 사이 공간(13)으로 절연 물질을 순환시키면서 플라즈마 챔버 내부를 10-2Torr 정도의 진공압을 형성한 후, 가스 주입 장치(32)를 통해 플라즈마 생성 챔버의 내부로 불활성 가스를 주입하고 상기 플라즈마 생성 챔버의 하부 외측에 배치된 RF 코일(41)에 RF 파워를 인가하지만, 입구 커버 전극(21)에는 아직 전압을 인가하지 않는다. RF 파워에 의해 플라즈마 생성 챔버 내에 주입된 불활성 가스는 이온화되어 중성의 플라즈마가 생성된다. 이때 입구 커버 전극(21)에 30kV의 고전압을 인가하면 플라즈마 생성 챔버에 발생된 플라즈마에 의해 가속전극(23)이 입구 커버 전극(21)과 동전위가 되고, 방출된 이온은 가속전극(23)과 익스트랙터 전극(25) 간의 전위차에 의해 가속되면서 이온빔이 만들어지게 된다.

이상 서술한 바와 같이, 본 발명의 이온빔 발생장치에 의하면 패러데이 쉴드를 설치하지 않고, RF 코일의 위치를 가속전극에 가깝게 위치시킨 채 고전압을 인가하더라도 상기 RF 코일이 플라즈마가 생성 및 유지되는 플라즈마 챔버의 내벽과 근접하지 않고 최적거리를 유지 및 절연층으로 분리된 구조로 형성되어 있으므로 유전체가 스퍼터링 현상에 의해 입게 되는 손상이 줄어들어 플라즈마 챔버 내의 오염도를 감소시키는 효과를 얻을 수 있다.

또한 RF 코일의 위치를 가속전극에 가깝게 위치시킨 채 고전압을 인가하더라도 절연이 파괴되지 않아 플라즈마를 인출구 가까이에서 발생시킬 수 있으므로 시료를 짧은 시간 내에 가공할 수 있는 이온빔을 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 진공 외부 노출형 가속전극과 진공 내부 배치형 가속전극의 장점을 모두 취할 수 있어서 많은 양의 이온빔을 제공함과 동시에 이온빔 소스의 안정적 운용이 가능한 효과가 있다.

또한 본 발명은 플라즈마 이온빔 소스의 플라즈마 챔버 조립체가 캡슐형으로 형성되어 이온빔 소스 베이스 플레이트에 모듈식으로 교체가 가능하므로 유지 보수가 용이하게 되는 효과가 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: ICP 이온빔 소스 5: 플라즈마 챔버 조립체
10: 플라즈마 챔버 11: 내벽
12: 외벽 13: 내·외벽 사이 공간
20: 전극 21: 입구 커버 전극
22: 입구 커버 전극의 플라즈마 노출부
23: 가속전극 24: 가속전극의 플라즈마 노출부
25: 익스트랙터 전극
30: 플라즈마 챔버의 입구 31: 입구 커버 홀더
32 : 가스 주입 장치 33: 입구 홀더 마운트
34: 절연 물질 유입구 35: 절연 물질 유출구
36: 가스 주입구 37: 체크 밸브 플러그 조립체
38: 체크 밸브 플러그 39: 스프링
40: 무두 볼트 41: RF 코일
42: O링
50: 플라즈마 챔버의 출구 51: 출구 커버
52: 가속전극 홀더 53: 출구 홀더 마운트
54: 출구 커버 홀더 55: 이온빔 소스 베이스 플레이트

Claims (7)

1. 입구와 출구를 구비하고, 입구로 유입된 가스를 이용하여 플라즈마를 생성·유지할 수 있도록 내벽과 외벽을 구비한 플라즈마 챔버, 상기 플라즈마 챔버의 입구에 배치되고 절연 물질 유입구 및 절연 물질 유출구가 형성되는 입구 커버 전극, 상기 입구 커버 전극에 장착되는 가스 주입 장치, 상기 플라즈마 챔버의 출구에 배치되는 출구 커버, 상기 출구 커버에 배치되는 가속전극, 상기 가속전극을 지지하는 가속전극 홀더를 포함하는 캡슐형 플라즈마 챔버 조립체; 상기 가속전극 하측으로 일정 거리 이격되어 배치되는 익스트랙터(Extractor) 전극; 상기 플라즈마 챔버의 외벽 외부에 배치되어 RF 파워를 제공하는 RF 코일; 상기 플라즈마 챔버의 내·외벽 사이로 절연 물질을 순환시키는 절연 물질 순환수단;을 포함하는, 고전압 인가와 모듈식 교체가 가능한 유도결합 플라즈마 이온빔 소스
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 플라즈마 챔버는 상기 내벽 및 외벽이 유전체로 형성되며, 상기 가속전극 및 입구 커버 전극이 금속제로 형성되고, 상기 출구 커버가 세라믹제로 형성되는, 고전압 인가와 모듈식 교체가 가능한 유도결합 플라즈마 이온빔 소스
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 이온빔 소스는 30kV의 고전압이 상기 입구 커버 전극에 인가되는, 고전압 인가와 모듈식 교체가 가능한 유도결합 플라즈마 이온빔 소스
   
4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 이온빔 소스의 RF 코일은 상기 플라즈마 챔버의 외벽 하단부에 배치되는, 고전압 인가와 모듈식 교체가 가능한 유도결합 플라즈마 이온빔 소스
   
5. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 이온빔 소스의 상기 가속전극 및 상기 입구 커버 전극의 플라즈마 노출 영역이 요철형으로 형성되는, 고전압 인가와 모듈식 교체가 가능한 유도결합 플라즈마 이온빔 소스
   
6. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 이온빔 소스의 가스 주입 장치에 체크 밸브 플러그가 적용되는, 고전압 인가와 모듈식 교체가 가능한 유도결합 플라즈마 이온빔 소스
   
7. 삭제