KR101587208B1 - 선형 기울기를 가지는 펄스 생성 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 또는 디스플레이 공정에 적용되는 플라즈마용 펄스 생성 장치 및 그 생성 방법에 관한 것이다. 구체적으로는, 플라즈마 상태 내의 이온에 균일한 에너지를 공급하기 위하여 선형 기울기를 가지는 펄스 전원을 생성하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

선형 기울기를 가지는 펄스 생성 장치 및 방법 {SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING PULSE WITH LINEAR SLOPE}

본 발명은 반도체 또는 디스플레이 공정에 적용되는 플라즈마용 펄스 생성 장치 및 펄스 생성 방법에 관한 것이다. 구체적으로는, 플라즈마 상태 내의 이온에 균일한 에너지를 공급하기 위하여 선형 기울기를 가지는 펄스 전원을 생성하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

플라즈마 전원장치란 물질의 플라즈마 상태를 구현하고 유지시키는데 필요한 전원장치를 일컬으며, 이러한 플라즈마 전원장치는 반도체 공정 등에 쓰이는 각종 CVD(Chemical Vapor Deposition), PVD(Physical Vapor Deposition), 코팅, 스퍼터링, 금속의 질화처리, 탄화 결정성장, 다이아몬드 합성 등에 이용된다.

특히 플라즈마 전원장치는 절연물 공정, 특히 물품의 표면 처리를 위한 공정에서 전력을 공급하는 데에 이용되기도 하며, 이러한 공정에 적용되는 플라즈마 전원장치로는 주로 직류, 교류, RF(Radio Frequency), 펄스 전원 등이 있다.

한편, 펄스 전원에 있어 종래에는 짧은 휴지기간을 두고 일정전압을 공급하는 전압방식 또는 휴지기간 후 전압을 부스팅한 후 정상전압을 인가하는 전류방식과 같이 단순한 파형을 발생 및 제어하는 방법이 이용되어 왔다. 그러나 이와 같은 단일한 전원 제어 방식은 전압방식의 경우 2개의 출력모드, 전류방식의 경우 최대 3개의 출력모드를 가질 수 밖에 없어 출력 모드가 제한된다는 단점이 있으며, 위와 같은 출력 모드의 제한은 결국 플라즈마 내 이온을 효과적으로 제어할 수 없게 되는 결과로 이어지게 된다. 즉, 종래의 전압방식, 전류방식의 펄스 전원 장치는 플라즈마 내 이온의 운동을 평균치로 제어하는 방식을 이용하는 것으로서 각 이온은 인가된 전압에 따라 운동에너지를 가지지만 랜덤(random)한 운동성을 가지게 되는 것이다. 이렇게 운동성이 무작위인 이온의 경우, 해당 이온을 특정 목표물에 부딪치도록 제어함에 있어 각 이온의 에너지 차이 때문에 사용자가 원하는 방향으로의 제어가 곤란하며 그 결과 이온이 목표물 표면에 균일하게 타겟팅되지 않아 제품의 품질이 저하되는 문제가 발생하게 된다.

본 발명은 위와 같은 종래 펄스 전원의 한계에 착안하여 도출된 것으로, 펄스 전원 장치로 하여금 이온이 가속되는 구간 내에서 각 이온에 일정량의 전기에너지를 주입하여 이온들로 하여금 균일한 에너지를 가지도록 하는 펄스 생성 장치 및 그 방법을 제공한다.

관련 선행기술로서 국내공개특허 제10-2011-0012057호(“스위칭 손실을 저감하고 전류원을 갖는 플라즈마용 펄스 전원 장치”)가 존재한다. 위 선행기술은 플라즈마용 펄스 전원 장치를 구현하고 있다는 점에서 본 발명과 관련성이 있으나, 선행기술의 주요 목적은 전류원을 갖는 고주파 펄스 전원 장치의 스위칭 오프시 손실을 최소화하는 것이며, 나아가 선행기술은 일반적인 구형파 형태의 펄스를 구현하는 데에 초점이 맞춰져 있는바, 앞서 언급한 문제점들에 대해서는 해결방안을 제시하고 있지 못하다.

한국공개특허 제10-2011-0012057호 (2011.02.09 공개)

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 기울기를 가지는 펄스 전압을 인가함으로써 플라즈마 상태의 이온들이 균일한 에너지를 가질 수 있도록 하는 펄스 생성 장치 및 그 방법을 제공한다.

또한 본 발명은, 생성되는 펄스의 기울기를 전류원에 의하여 제어가 가능하게 함으로써 각 공정의 특징에 따라 이온에너지 값을 조절할 수 있는 펄스 생성 장치 및 그 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 인가된 전압을 회수함으로써 전체적인 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 펄스 생성 장치 및 그 방법을 제공한다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 수단으로 선형기울기를 가지는 펄스 생성 장치 및 방법을 제공한다. 다만, 이러한 발명의 카테고리들은 단어 그 자체에 의해 한정되지 않으며, 이하에서 살펴볼 기술 사상을 포함하는 범위 내에서 다양하게 확장 해석될 수 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 펄스 생성 장치는 제1스위치에 의해 제1용량소자의 일측과 선택적으로 연결되는 제1전압원; 및 제2스위치에 의해 제1용량소자의 타측과 선택적으로 연결되는 제1전류원; 을 포함하고, 상기 제1스위치와 제1용량소자의 일측을 잇는 노드에 제2용량소자가 연결된 회로구성을 가진다.

한편, 상기 펄스 생성 장치에 있어서 상기 제1용량소자는 제1전압원으로부터 전하를 공급받아 출력전압이 시스 전압(sheath voltage)을 발생시킬 수 있는 크기까지 증가될 수 있다.

한편 이후, 상기 제1용량소자는 상기 제1전압원으로부터 공급받은 전하와 동일한 극성의 전하를 제1전류원으로부터 공급받을 수 있다.

또 다른 한편, 상기 펄스 생성 장치에 있어서 제1전류원은 전류의 크기를 제어하여 제1용량소자로 공급되는 전하량을 조절할 수도 있다.

한편, 상기 펄스 생성 장치는 제3스위치에 의해 제1용량소자의 일측과 선택적으로 연결되는 제2전압원이 제1스위치와 제1용량소자를 잇는 노드에 더 연결될 수 있고, 제4스위치에 의해 제1용량소자의 타측과 선택적으로 연결되는 제2전류원이 제2스위치와 제1용량소자를 잇는 노드에 더 연결될 수 있다.

이 때, 상기 제1전압원 및 제1전류원은 상기 제1용량소자와 단절되고, 제1용량소자에 축적된 전하는 제2전압원에 의해 회수되는 것을 특징으로 할 수 있다.

나아가 상기 펄스 생성 장치는 제1용량소자에 축적된 전하가 제2전류원에 의해 회수되는 것을 특징으로 할 수도 있다.

한편, 상기 펄스 생성 장치에 있어서 제1스위치 내지 제4스위치는 (a) 제1스위치 및 제2스위치 닫힘과 동시에 제3스위치 및 제4스위치 열림; (b) 제1스위치 및 제2스위치 열림과 동시에 제3스위치 및 제4스위치 닫힘; 의 순서로 작동될 수 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 제1용량소자의 일측과 선택적으로 연결되는 제1전압원, 상기 제1용량소자의 타측과 선택적으로 연결되는 제1전류원 및 상기 제1용량소자의 일측에 연결되는 제2용량소자를 포함하는 회로 구조를 이용한 펄스 생성 방법은 (a) 제1전압원이 제1용량소자로 일 극성의 전하를 공급하는 제1단계; 및 (b) 제1전류원이 제1용량소자로 상기 전하와 동일 극성의 전하를 공급하는 제2단계; 를 포함한다.

한편, 위 펄스 생성 방법에 있어서 상기 회로 구조는 제1용량소자의 일측 및 제2용량소자의 일측과 선택적으로 연결되는 제2전압원이 제1전압원과 제1용량소자 및 제2용량소자를 잇는 노드에 더 연결되고, 제1용량소자의 타측과 선택적으로 연결되는 제2전류원이 제1전류원과 제1용량소자를 잇는 노드에 더 연결된 것을 특징으로 할 수 있으며, (c) 제2전압원이 제1용량소자에 충전되어 있던 전하를 회수하는 제3단계; 및 (d) 제2전류원이 제1용량소자에 충전되어 있던 전하를 회수하는 제4단계; 를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 플라즈마 내 이온들에 일정한 에너지를 주입시킬 수가 있어 각 이온들이 균일한 에너지 상태로 운동할 수 있게 하는 효과가 있다.

또한 본 발명에 의하면, 각 이온들이 균일한 에너지를 가지도록 할 수 있어 공정에의 적용시 상기 이온을 목표물에 대하여 정확하게 타겟팅할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 의하면, 전류원을 통해 공급하는 전하량을 제어할 수 있으므로 사용자가 수행하고자 하는 공정의 특징에 따라 이온에너지 값을 조절할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 의하면, 이온에 에너지를 공급하기 위해 인가했던 전압 또는 전하를 회수할 수가 있으므로 전체적으로 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 의하면, 회로의 구성이 복잡하지 않아 쉽게 구현이 가능하며, 나아가 회로 동작이 안정적으로 수행되는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 의해 생성된 펄스의 형태 및 본 발명에 따라 생성하고자 하는 펄스의 형태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 종래의 펄스 전압이 인가되었을 때와 본 발명에 따른 기울기를 가지는 펄스 전압이 인가되었을 때 이온이 가지는 이온에너지 분포도를 그래프로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 펄스 생성 장치의 회로 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 용량소자에 전하를 제공하는 단계를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 용량소자에 축적된 전하를 회수하는 단계를 도시한 것이다.

본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다.

본 명세서에서 개시되는 실시예들은 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되거나 이용되지 않아야 할 것이다. 이 분야의 통상의 기술자에게 본 명세서의 실시예를 포함한 설명은 다양한 응용을 갖는다는 것이 당연하다. 따라서, 본 발명의 상세한 설명에 기재된 임의의 실시예들은 본 발명을 보다 잘 설명하기 위한 예시적인 것이며 본 발명의 범위가 실시예들로 한정되는 것을 의도하지 않는다.

도면에 표시되고 아래에 설명되는 기능 블록들은 가능한 구현의 예들일 뿐이다. 다른 구현들에서는 상세한 설명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 기능 블록들이 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 하나 이상의 기능 블록이 개별 블록들로 표시되지만, 본 발명의 기능 블록들 중 하나 이상은 동일 기능을 실행하는 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 구성들의 조합일 수 있다.

또한, 어떤 구성요소들을 포함한다는 표현은 “개방형”의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

또한, ‘제1, 제2’ 등과 같은 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있는 것들로서, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들로부터 구별하는 목적으로 사용되는 것으로 이해되어야 할 것이며, 상기 구성요소들의 속성은 위 서수, 순서에 의해 한정되지 않는다.

나아가 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.

이하 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에서 구현하고자 하는 펄스의 형태 및 본 발명에 의해 생성된 펄스의 효과에 대해 구체적으로 살펴본다.

우선 도 1(a)는 종래 펄스 생성 장치에 의해 생성되는 일반적인 구형파 형태의 펄스 전압을 나타낸다. 구형파의 펄스 전원을 생성하는 기술구성에 대해서는 이미 관련기술이 널리 알려져 있는바 본 명세서에서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.

한편, 도 1(b)는 본 발명의 펄스 생성 장치에 의해 구현된 펄스 전압으로서 도 1(a)와 비교할 때 특정 구간에서 일정크기의 기울기가 존재함을 알 수 있다. 즉, 도 1(b)의 펄스 전압은 기울기(slope)를 가지는 것을 특징으로 하며, 전압의 상승 또는 하강 상태에 따라 총 4개의 단계로 나뉠 수 있다.

이하에서는 도 1(b)의 펄스 전압 내 각 단계들이 플라즈마 이온이 활용되는 공정상에서 어떠한 의미를 가지는지에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.

우선 단계1은 전압이 급격하게 상승하는 구간으로서, 이 단계는 절연물 사이에 이온층을 신속하게 형성하고 절연물 사이에 시스 전압(sheath voltage)이 발생되도록 하게 하기 위해 순간적으로 전압을 공급하는 단계이다. 즉, 단계1은 절연물 사이의 시스 전압을 가능한 한 빠르게 생성시키기 위해 순간적인 전압 인가를 필요로 한다. 이와 같은 전압 상승은 일반적으로 용량소자에 전압원을 연결하여 전압이 순간적으로 상기 용량소자에 공급되도록 하게 함으로써 구현하게 된다.

단계2는 전압이 일정 기울기를 가지고 상승하는 구간으로서, 본 단계는 플라즈마 내에서 이동하는 이온들에 균일한 에너지를 전달한다. 단계2는 총 4개의 단계 중 가장 핵심이 되는 단계로서 정해진 시간 동안 일정량의 에너지를 공급하여 플라즈마 내 이온들로 하여금 균일한 이온에너지를 형성하게 한다. 앞서도 설명하였듯이 각 이온들이 균일한 이온에너지를 가지게 되면 증착, 세정, 식각 등 다양한 공정에 있어 대상물에 대한 타겟팅이 정밀하게 이루어질 수 있어 공정품질을 크게 향상시킬 수 있으며 나아가 높은 수율, 처리속도의 향상이라는 부가적인 효과까지 얻을 수 있다.

한편, 단계2는 전류원에 의하여 구현되며, 이미 단계1에서 용량소자에 전하가 충전되어 있는 상태에서 전류원이 일정량의 전하를 일정시간동안 더 공급하는 방식으로 상기 용량소자의 전압을 상승시킨다.

이 때, 도 1(b)의 단계2 기울기(slope)는 상기 전류원이 공급하는 시간당 전하량, 즉 전류의 크기에 따라 조절될 수 있으며, 사용자는 전류원의 크기를 조절함으로써 수행하고자 하는 공정 종류에 따라 이온에너지 값을 제어할 수 있게 된다.

앞서 단계1, 단계2는 용량소자 측으로 전하를 공급하여 전압을 상승시킴으로써 플라즈마 내 이온들에 에너지를 공급하는 단계였다면, 이하 설명하게 될 단계3, 단계4는 반대로 에너지를 회수하는 단계에 해당한다.

즉, 플라즈마 내부 상태는 챔버 내의 이온들이 재구성되어 다시 목표물에 대한 타겟팅이 가능하도록 초기상태로 회귀하여야 하는데, 단계3, 단계4는 이와 같이 용량소자에 공급되었던 전하를 회수함으로써 이온에 공급되었던 에너지를 회수하는 단계인 것이다.

단계3은 앞서 단계1에서 발생시켰던 시스 전압(sheath voltage)를 감소시키는 단계로서, 더 구체적으로는 절연물 간 형성된 전압을 신속하게 감소시키기 위해 단계1에서 사용한 전압원과는 방향성이 다른 전압원을 사용하여 용량소자에 걸려있는 전압을 강하시키는 단계이다.

단계4는 앞선 단계2와 대응되는 단계로서, 용량소자 내 축적된 전하를 회수하는 단계이다. 즉, 단계4는 단계3에서 절연물 사이 시스 전압이 감소되어 소멸된 이후 절연물 사이에 축적된 이온을 제거하는 단계를 일컫는다.

이렇듯 단계3, 단계4는 플라즈마 챔버에 누적된 이온에너지가 전원으로 궤환되는 과정이며, 이와 같은 궤환과정을 통해 본 펄스 생성 장치, 즉 전원장치의 전기적 효율을 극대화 할 수 있다.

도 2는 앞서 살펴본 도 1(a)의 구형파 펄스와 도 1(b)의 기울기를 가지는 펄스를 인가한 경우 플라즈마 상태에서 이온들이 가지는 에너지 분포를 나타낸 그래프이다.

구형파 펄스를 인가한 경우의 이온에너지 분포는 점선으로, 기울기를 가지는 펄스를 인가한 경우의 이온에너지 분포는 실선으로 표시되어 있으며, 그래프의 가로축은 이온에너지의 크기를, 세로축은 가로축의 이온에너지를 가지는 이온이 얼마나 많이 분포하는지에 대한 분포도(IED: Ion Energy Distribution)를 나타낸다.

우선 구형파 펄스가 인가된 경우를 살펴보면, 플라즈마 챔버 내에는 약 5eV의 낮은 이온에너지를 가지는 이온이 0.05au 만큼 분포되어 존재할 뿐, 그 외의 영역에서는 각각의 이온이 서로 다른 이온에너지를 가지고 있음을 알 수 있다.

즉, 각 이온들이 서로 다른 이온에너지를 가진 채로 플라즈마 챔버 내에서 운동을 하므로 사용자로서는 공정 수행시 위 이온들을 특정 목표물에 대해 부딪치도록 제어하기가 매우 곤란하게 되고, 그 결과 공정품질이 저하되는 문제가 발생하는 것이다.

반면, 기울기를 가지는 펄스가 인가된 경우를 살펴보면, 플라즈마 챔버 내에는 약 80eV의 이온에너지를 가지는 이온들이 0.15au에 이를 정도의 높은 분포도로 산재해 있음을 확인할 수 있다. 즉, 다른 크기의 이온에너지를 가지는 이온들은 거의 존재하지 않으며, 챔버 내 압도적 다수의 이온들이 공통적으로 80eV의 이온에너지를 가진 상태로 존재하는 것이다.

이와 같이, 같은 크기의 이온에너지를 가지는 이온들은 공정 수행시 사용자로 하여금 목표물에 대한 이온 타겟팅을 용이하게 하여 공정품질 향상, 나아가 공정속도 향상 및 수율증가와 같은 부수적인 효과까지도 얻을 수 있게 해 준다.

본 발명은 도 2에서와 같이 플라즈마 챔버 내 이온들이 균일한 이온에너지 크기를 갖게 하기 위해 기울기를 가지는 펄스를 생성하는 장치 및 방법을 제공하는 것을 주요 목적으로 한다.

이하에서는 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 펄스 생성 장치의 회로구성에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.

도 3에 따르면 본 발명에 따른 펄스 생성 장치는 전하공급, 즉 전압을 상승시키기 위한 구성으로서 제1스위치(210)에 의해 제1용량소자(300)의 일측과 선택적으로 연결되는 제1전압원(110), 제2스위치(220)에 의해 제1용량소자(300)의 타측과 선택적으로 연결되는 제1전류원(120) 및 상기 제1스위치(210)와 제1용량소자(300)의 일측을 잇는 노드에 연결된 제2용량소자(310)를 가진다. 한편, 본 예시에서 제1용량소자(300)의 일측은 제1전압원(110)과 연결되는 노드와 연결된 방향, 제2용량소자(310)의 일측 역시 제1전압원(110)과 연결되는 노드와 연결된 방향을 의미한다.

이 때, 펄스 전압은 제1용량소자(300)의 일측면과 타측면 사이에 형성된 출력전압을 의미하며, 제2용량소자(310)는 제1용량소자(300)에 전하를 축적시키기 위해, 즉 전하를 트랩시키기 위한 구성이며 동시에 전류원 제어에 의해 일정 기울기로 상승하는 전압을 얻기 위한 구성이기도 하다.

한편, 상기 펄스 생성 장치는 전하를 회수, 즉 전압을 강하시키기 위한 구성으로서, 제3스위치(230)에 의해 제1용량소자(300)의 일측과 선택적으로 연결되는 제2전압원(130), 제4스위치(240)에 의해 제1용량소자(300)의 타측과 선택적으로 연결되는 제2전류원(140)을 더 포함하며, 상기 제2전압원(130)은 제1스위치(210)와 제1용량소자(300)를 잇는 노드에, 그리고 제2전류원(140)은 제2스위치(220)와 제1용량소자(300)를 잇는 노드에 각각 연결된다.

한편, 본 발명에 따른 펄스 생성 장치는 상기 제1전압원(110) 및 제1전류원(120), 제2전압원(130) 및 제2전류원(140), 제1스위치 내지 제4스위치(210 내지 240)의 동작을 총괄하여 제어할 수 있는 제어부를 더 포함할 수 있다. 이 때 상기 제어부는, 각 전압원 및 전류원이 생성하는 전압 또는 전류의 크기를 조절함으로써 도선을 통해 공급, 회수되는 전하량을 제어할 수 있으며, 또한 스위치의 닫힘과 열림을 제어함으로써 펄스 생성 장치를 정상적으로 작동시킬 수 있다.

이하에서는 도 4 및 도 5를 참조하여 앞서 도 3에서 살펴본 회로가 단계별로 어떻게 작동하는지 구체적으로 살펴본다.

도 4의 단계1, 단계2는 제1용량소자(300)에 전하를 공급하는 단계, 즉 전압을 상승시켜 플라즈마 챔버 내 이온들에 이온에너지를 공급하는 단계를 도시한 것이다.

단계1은 제1전압원(110)에 의해 제1용량소자(300)의 일측면 또는 제2용량소자(310)의 일측면에 전하가 공급되어 출력전압이 급증하는 모습을 도시한 것이다. 참고로 이하의 설명에서는 전하의 극성을 임의로 정하여 설명함을 밝히며, 본 단락에서의 설명을 위해 설정된 전하의 극성은 본 발명의 권리범위에 영향을 미치지 않음을 알아야 할 것이다.

제1전압원(110)과 제1용량소자(300)의 일측 및 제2용량소자(310)의 일측이 제1스위치(210)를 통해 연결되는 순간 제1전압원(110)으로부터 공급된 +전하는 제2 용량소자의 일측면으로 누적되어 쌓이게 된다. 이는 제2용량소자(310)의 타측면이 그라운드에 연결되어 있으므로, 전하의 성질상 +전하는 제2용량소자(310)의 일측면에 모이기 때문이다. (제2용량소자(310)의 타측면에 축적된 전하는 미도시) 이 때 상기 +전하가 용량소자의 일측면에 누적되는 데 걸리는 시간은 매우 짧은 순간으로서, 이는 절연물간 이온층이 신속하게 형성되도록 하여 절연물간 시스 전압(sheath voltage)을 발생시키는 것을 목표로 하는 단계1에 적합한 전압 상승 구현형태라 할 수 있다.

한편, 상기 제1용량소자(300)의 출력전압은 제1전압원(110)의 최대 공급 전압 또는 제1용량소자(300)의 최대 수용치까지의 전압만큼 상승한 이후 단계2와 같이 제1전류원(120)에 의해 일정 기울기를 가지며 상승하게 된다.

단계2는 제1전류원(120)에 의해 제어되는 구간으로서, 제1전류원(120)은 상기 제1용량소자(300)의 타측면으로 전하를 공급하여 출력전압을 상승시킨다. 이 때 제1전류원(120)으로부터 공급되는 전하는 앞서 제1전압원(110)에서 공급된 전하와 같은 +극성의 전하이어야 하며, +전하가 제1용량소자(300)의 타측면에 축적됨으로써 제1용량소자(300)의 일측면에 누적된 음전하와의 관계에서 전압이 상승하는 결과를 얻을 수 있다.

한편, 상기 제1전류원(120)은 제1용량소자(300) 측으로 공급하는 전하량을 조절할 수 있다. 즉 상기 제1전류원(120)은 전류의 크기값을 조절함으로써 시간당 일정 면적을 지나는 전하량을 조절할 수 있으며, 이러한 공급전하량 조절은 앞서 설명한 것과 같이 사용자가 수행하고자 하는 공정의 특성에 따라 이온에 공급하는 이온에너지를 제어할 수 있게 한다.

도 5의 단계3, 단계4는 제1용량소자(300)로부터 전하를 회수하는 단계, 즉 상기 제1용량소자(300)에 걸린 전압을 강하시켜 플라즈마 챔버 내 이온들로부터 이온에너지를 회수하는 단계를 도시한 것이다.

상기 단계3, 단계4는 단계1, 단계2에서 닫혀 있었던 제1스위치(210), 제2스위치(220)가 열리는 것을 전제로 하며, 바람직하게는 제3스위치(230) 및 제4스위치(240)는 상기 제1스위치(210) 및 제2스위치(220)가 열림과 동시에 닫혀야 할 것이다.

단계3은 제2전압원(130)에 의해 제1용량소자(300)의 일측면에 축적된 전하가 거두어지고 결과적으로 출력전압이 급감하는 모습을 도시한 것이다.

제2전압원(130)과 제1용량소자(300)의 일측 및 제2용량소자(310)의 일측이 제3스위치(230)를 통해 연결되는 순간 상기 제1용량소자(300) 또는 제2용량소자(310)에 축적되어 있던 전하는 제2전압원(130) 측으로 이동하여 회수된다. 이 때 상기 제2전압원(130)은 앞서 제1전압원(110)과 반대의 방향성을 가져야 한다

한편, 앞서 단계1에서와 마찬가지로 전하가 용량소자에 공급되는 시간, 또는 용량소자에 축적된 전하가 제2전압원(130)으로 이동하는 시간은 매우 짧은 순간으로서, 이는 절연물간 존재하는 시스 전압(sheath voltage)를 신속하게 소멸시켜야 하는 단계3에 적합한 전압 하강 구현형태라 할 수 있다.

단계4는 제2전류원(140)에 의해 제어되는 구간으로서, 제2전류원(140)은 상기 제1용량소자(300)의 타측면으로부터 축적된 전하를 회수하여 출력전압을 더 감소시킨다. 즉, 단계4는 앞서 단계3에 따라 출력전압을 일정 수치까지 감소시킨 상태에서 최종적으로 출력전압이 0이 되도록 축적된 전하를 회수하는 과정에 해당한다.

한편, 본 발명에 일 실시예에 따른 펄스 생성 방법은 우선적으로 제1전압원(110)이 제1용량소자(300) 또는 제2용량소자(310)의 일측면으로 전하를 공급하는 단계; 제1전류원(120)이 제1용량소자(300)의 타측면으로 상기 전하와 동일 극성의 전하를 공급하는 단계;를 포함한다. 상기 두 단계는 앞서 설명한 것과 같이 용량소자에 전하를 공급하는 단계, 즉 이온에 이온에너지를 공급하는 과정에 해당한다. 한편, 상기 에너지 공급 단계는 제1스위치(210) 및 제2스위치(220)가 닫혀있는 상태, 제3스위치(230) 및 제4스위치(240)는 열려있는 상태임을 전제로 한다.

상기 이온에너지 공급 과정 이후, 제1스위치(210) 및 제2스위치(220)가 열림과 동시에 제3스위치(230) 및 제4스위치(240)가 닫히며 곧바로 용량소자로부터 전하를 회수하는 단계, 즉 이온으로부터 이온에너지를 회수하는 과정이 진행된다. 상기 회수 과정은 제2전압원(130)이 제1용량소자(300) 또는 제2용량소자(310)에 충전되어 있던 전하를 회수하는 단계; 및 제2전류원(140)이 제1용량소자(300)에 충전되어 있던 전하를 회수하는 단계;를 포함한다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 구별되어 이해되어서는 안 될 것이다.

110: 제1전압원 210: 제1스위치
120: 제1전류원 220: 제2스위치
130: 제2전압원 230: 제3스위치
140: 제2전류원 240: 제4스위치
300: 제1용량소자
310: 제2용량소자

Claims (10)

1. 제1스위치에 의해 제1용량소자의 일측과 선택적으로 연결되는 제1전압원; 및
   제2스위치에 의해 제1용량소자의 타측과 선택적으로 연결되는 제1전류원;
   을 포함하고, 상기 제1스위치와 제1용량소자의 일측을 잇는 노드에 제2용량소자가 연결되는 것을 특징으로 하는 펄스 생성 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1용량소자는 제1전압원으로부터 전하를 공급받아 출력전압이 시스 전압(sheath voltage)을 발생시킬 수 있는 크기까지 증가되는 것을 특징으로 하는 펄스 생성 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1용량소자는 상기 제1전압원으로부터 공급받은 전하와 동일 극성의 전하를 제1전류원으로부터 공급받는 것을 특징으로 하는 펄스 생성 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   제1전류원은 전류의 크기를 제어하여 제1용량소자로 공급되는 전하량을 조절하는 것을 특징으로 하는 펄스 생성 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   제3스위치에 의해 제1용량소자의 일측과 선택적으로 연결되는 제2전압원이 제1스위치와 제1용량소자를 잇는 노드에 더 연결되고,
   제4스위치에 의해 제1용량소자의 타측과 선택적으로 연결되는 제2전류원이 제2스위치와 제1용량소자를 잇는 노드에 더 연결되는 것을 특징으로 하는 펄스 생성 장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   제1전압원 및 제1전류원은 상기 제1용량소자와 단절되고,
   제1용량소자에 축적된 전하는 제2전압원에 의해 회수되는 것을 특징으로 하는 펄스 생성 장치.
   
7. 제6항에 있어서,
   제1용량소자에 축적된 전하는 제2전류원에 의해 회수되는 것을 특징으로 하는 펄스 생성 장치.
   
8. 제5항에 있어서,
   제1스위치 내지 제4스위치는
   (a) 제1스위치 및 제2스위치 닫힘과 동시에 제3스위치 및 제4스위치 열림;
   (b) 제1스위치 및 제2스위치 열림과 동시에 제3스위치 및 제4스위치 닫힘;
   의 순서로 동작하는 것을 특징으로 하는 펄스 생성 장치.
   
9. 제1용량소자의 일측과 선택적으로 연결되는 제1전압원, 상기 제1용량소자의 타측과 선택적으로 연결되는 제1전류원 및 상기 제1용량소자의 일측에 연결되는 제2용량소자를 포함하는 회로 구조를 이용한 펄스 생성 방법에 있어서,
   (a) 제1전압원이 제1용량소자로 일 극성의 전하를 공급하는 제1단계; 및
   (b) 제1전류원이 제1용량소자로 상기 전하와 동일 극성의 전하를 공급하는 제2단계;
   를 포함하는 펄스 생성 방법.
   
10. 제9항에 있어서,
    제1용량소자의 일측 및 제2용량소자의 일측과 선택적으로 연결되는 제2전압원이 제1전압원과 제1용량소자 및 제2용량소자를 잇는 노드에 더 연결되고,
    제1용량소자의 타측과 선택적으로 연결되는 제2전류원이 제1전류원과 제1용량소자를 잇는 노드에 더 연결된 회로 구조를 이용한 펄스 생성 방법에 있어서,
    (c) 제2전압원이 제1용량소자에 충전되어 있던 전하를 회수하는 제3단계; 및
    (d) 제2전류원이 제1용량소자에 충전되어 있던 전하를 회수하는 제4단계;
    를 더 포함하는 펄스 생성 방법.
    

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