KR100483355B1 - 자장강화된 외장형 선형 안테나를 구비하는 대면적 처리용유도 결합 플라즈마 소오스 - Google Patents

자장강화된 외장형 선형 안테나를 구비하는 대면적 처리용유도 결합 플라즈마 소오스 Download PDF

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Abstract

대면적의 기판에 대하여 플라즈마 처리 공정을 수행할 수 있도록 플라즈마 밀도 등 플라즈마 특성을 향상시킬 수 있는 자장강화된 외장형 선형 안테나를 구비하는 대면적 처리용 유도 결합 플라즈마 소오스가 개시된다. 본 발명의 유도 결합 플라즈마 소오스는, 반응챔버와 상기 반응챔버의 상부 외측에 형성된 유전물질층 및 상기 유전물질층 상에서 수평적으로 서로 일정한 간격을 두고 배치되어 있으며, 유도전력이 인가되어 전기장을 형성하는 복수개의 선형 안테나들을 포함하며, 상기 선형 안테나에 인접하여 배치된 적어도 하나의 자기장 발생부를 더 포함한다.

Description

자장강화된 외장형 선형 안테나를 구비하는 대면적 처리용 유도 결합 플라즈마 소오스{Magnetically enhanced inductively coupled plasma source having external linear antenna therein for large area processing}
본 발명은 대면적 처리용 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma;ICP) 소오스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대면적의 플라즈마 식각 공정을 수행하기 위하여 반응챔버의 외측에 전기장을 유발하는 선형 안테나 및 자기장을 유발하는 자석을 장착시킨 외장형 선형 안테나를 구비한 대면적 기판 처리용 유도 결합 플라즈마 소오스에 관한 것이다.
반도체소자의 제조공정 뿐만 아니라 대면적의 평판 패널 디스플레이(FPD) 장치의 제조공정에서 대면적에 걸친 균일한 플라즈마의 형성은 매우 중요하다. 특히 최근에 실리콘 웨이퍼의 직경이 300 mm로 대면적화되고 있으며, 평판 패널 디스플레이 기판의 면적도 400 cm2에서 1 m2으로 대면적화하고 있다. 특히 박막 트랜지스터(TFT) 액정 표시장치(LCD) 생산에서 건식 식각장치의 역할은 앞으로 더욱 커질 것이다. 지금까지 습식 식각장치가 사용되던 배선과 화소전극의 가공에 건식 식각 장치가 사용되었기 때문이다. 또한, 마스크 매수와 막두께 감소 실현을 위해서는 유도결합 플라즈마 등을 이용한 고밀도 플라즈마 식각의 도입이 필수적이다.
종래의 일반적인 유도 결합 플라즈마 시스템은 도 2에서 보여지는 나선형 (Spiral type) 안테나를 플라즈마 식각공정이 수행되는 반응챔버의 상측 외부에 유전물질층을 개재한 채로 설치한 후 고주파의 유도전력을 인가하여 반응챔버내에 전기장을 유발하여 플라즈마를 발생시키는 장치이다. 이러한 ICP 소오스는 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 플라즈마 소오스나 HWEP(Helicon-Wave Excited Plasma) 소오스와 비교하여 구조적인 면에서 간단하기 때문에 대면적의 플라즈마를 상대적으로 용이하게 얻을 수 있다는 장점으로 인하여 널리 사용 및 연구되어지고 있다.
그러나, 종래의 나선형 유도 결합 플라즈마 소오스는 200 mm 또는 300 mm 정도의 실리콘 웨이퍼에 대한 식각공정시에는 어느 정도 만족할 만한 균일도를 갖는 플라즈마를 형성할 수 있음이 보고되고 있으나, 그 이상의 보다 큰 면적, 예를 들어 한변의 길이가 500 mm 이상의 초대면적의 평판 패널 디스플레이 장치를 위한 식각공정시에는 한계를 가지고 있다. 종래의 나선형 안테나는 안테나의 자기 인덕턴스(self inductance)값과 더불어서 상당히 큰 상호 인덕턴스(mutual inductance)값을 가지고 있다. 이런 나선형 안테나의 특성은 소면적에서는 고밀도 플라즈마를 발생시킬 수 있는 큰 장점으로 작용하나 대면적 기판을 처리하기 위하여 따라서 안테나의 길이가 증가되면 너무 높은 인덕턴스값을 가지게 되어 결과적으로는 대면적에 걸쳐 유도된 전압이 커짐에 따라 용량성 결합(capacitive coupling)이 증가하게 되어 고 임피던스 소오스(high impedance source)로 작용하게 되어 전력 전달 효율(power transfer efficiency)의 감소 및 불균일한 플라즈마를 발생시키게 된다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 우선적으로 소면적의 기판에 대하여 플라즈마 처리 공정을 수행할 수 있도록 상대적으로 상호 인덕턴스값이 낮은 외장형 선형 안테나를 이용하며, 낮은 인덕턴스값에 기인한 낮은 플라즈마 밀도를 보상하기 위하여 외부 자장을 이용하여 플라즈마 밀도를 높일 수 있는 대면적 처리용 유도 결합 플라즈마 소오스를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 초대면적을 갖는 기판에 대하여도 플라즈마 공정을 수행할 수 있도록 향상된 플라즈마 특성을 얻을 수 있는 자장 강화된 외장형 선형 안테나를 구비하는 대면적 처리용 유도 결합 플라즈마 소오스를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 외장형 선형 안테나를 구비하는 유도 결합 플라즈마 소오스는, 반응챔버와 상기 반응챔버의 상부 외측에 형성된 유전물질층 및 상기 유전물질층 상에서 수평적으로 서로 일정한 간격을 두고 배치되어 있으며, 유도전력이 인가되어 전기장을 형성하는 안테나의 모양이 종래의 나선형과는 다른 복수개의 선형 안테나들을 포함한다.
또한, 상기 복수개의 선형 안테나들로부터 발생되는 전기장과 교차하는 자기장을 발생시켜 상기 반응챔버 내에 존재하는 전자의 나선운동을 촉진시키도록 상기 적어도 하나의 선형 안테나에 인접하여 배치된 적어도 하나의 자기장 발생부를 더 포함할 수 있다.
상기 복수개의 선형 안테나들은 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있으며 또는 직렬 및 병렬의 조합 형태로 연결되어 있을 수 있으며, 이때 상기 복수개의 선형 안테나들은 향상된 전기장이 형성될 수 있도록 서로 인접한 안테나에서의 전류의 방향이 서로 다르도록 전기적으로 연결되도록 한다.
상기 자기장 발생부는 상기 복수개의 선형 안테나들의 상측에 일정한 거리를 두고 배치되며, 상기 선형 안테나의 길이방향을 따라 상기 선형 안테나의 좌우에 각기 다른 극성의 자석이 배치도록 하여 상기 선형 안테나에 의해 형성되는 전기장과 상기 자기장 발생부에 의해 형성된 자기장이 서로 직교되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 선형 안테나들과 상기 자석과의 수직 거리는 임의로 조절될 수 있도록 할 수 있으며, 상기 선형 안테나의 좌우에 각기 배치된 상기 자석간의 거리도 임의로 조절될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 자기장 발생부는, 구체적인 예로서 서로 마주보는 두 변을 따라 복수개의 홀이 형성된 사각형 기판; 상기 사각형 기판의 마주보는 두 변에 형성된 대응하는 홀들에 체결될 수 있도록 길게 연장된 복수개의 자석부착대; 상기 각 자석부착대에 형성되어 있으며 자석의 탈부착이 가능한 재질로 이루어진 자석부착판들; 및 상기 각 자석부착대의 자석부착판들상에 형성된 복수개의 자석들을 포함하도록 구성되어 있다.
본 발명에 의하면, 반응챔버의 외측에 형성된 외장형 선형 안테나 또는 이들 안테나와 결합된 자석들에 의해 반응챔버내의 대면적에 걸쳐 전기장과 자기장이 형성되며 그 속에서 전자들의 나선운동으로 인하여 전자와 중성자간의 충돌 확률이 높아지기 때문에 안정되고 균일한 플라즈마의 형성이 가능하며, RF 유도전력에 비례하는 원하는 플라즈마 밀도를 얻을 수 있으며, 전자손실(Electron loss)이 작아짐에 따라 전자온도가 낮아져 낮은 플라즈마 포텐셜을 유지할 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 본 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니라, 본 발명의 구체적인 실시예로서 본 발명의 사상을 당업자가 쉽게 이해할 수 있도록 단순히 예시한 것에 불과하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 소오스를 구비하는 플라즈마 식각장치를 나타내는 개략도이며, 도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 선형 안테나의 전기적 연결관계의 다양한 예들을 보여주는 개략도이다.
도 1 및 도 3 내지 도 6을 참조하면, 반응챔버(10)내의 하부에는 플라즈마 식각공정 또는 증착 공정을 수행할 기판(도시안됨)을 장착할 수 있는 스테이지(20)가 설치되어 있다. 상기 스테이지(20)는 바람직하게는 상하구동이 가능하며, 정전척의 형태로 구성될 수 있다. 반응챔버(10)의 바닥 또는 측벽의 일부에는 진공펌프(도시안됨)와 연결된 배기라인이 더 형성되어 있다. 상기 스테이지(20)에는 바이어스 전력을 인가할 수 있도록 바이어스 전력부(70)가 연결되어 있다. 또한 상기 스테이지(20)에는 DC 바이어스 전압을 측정할 수 있는 DC 바이어스 전압 측정수단(도시안됨)이 더 설치된다. 본 실시예에서는 반응챔버(10)를 대면적의 FPD 패널 공정의 적용을 위해 360 mm x 360 mm의 크기를 갖는 스테인레스 스틸로 이루어진 직육면체 형태로 구성하였다.
한편, 반응챔버(10)의 상부 외측에는 유전물질층(30), 예를 들어 쿼츠가 일정한 두께로 형성되어 있으며, 상기 유전물질층(30) 상에는 수평적으로 일정한 간격을 두고 서로 인접되어 설치되어 있는 복수개의 선형 안테나(40; 40a,40b,40c, 40d)들이 설치되어 있다.
이들 선형 안테나(40)들은 도 2에서 보여지는 바와 같이 종래의 나선형 안테나와 달리 상기 유전물질층(30) 상에서 선형으로된 복수개의 안테나들이 서로 전기적으로 연결되어 있다. 이들 선형 안테나(40)는 도 3에서와 같이 직렬로 연결되거나, 도 5에서 보여지는 바와 같이 병렬로 연결될 수 있으며, 도 4 및 도 6에서 보여지는 바와 같이 직렬 및 병렬의 조합에 의해 연결될 수도 있다. 이때 이웃하는 안테나(40)에서는 전류의 방향이 서로 다르도록 한다. 또한, 본 실시예에서는 안테나의 수가 4개인 것을 예로 들었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 더 많은 안테나 수를 구비할 수 있으며, 복수개의 안테나의 연결관계도 다양하게 선택하여 사용할 수 있다. 본 실시예에서 각 선형 안테나(40)는 직경 10 mm의 구리로 형성하였으며, 상호 직렬/병렬 연결된 안테나(40)의 일단은 접지되어 있으며, 타단은 유도 방전을 위해 13.56 MHz의 RF 유도전력부(60)에 연결되어 있다.
한편, 수평적으로 일정한 간격을 두고 배치된 복수개의 선형 안테나(40)들의 상측에는 도 1에서 보여지는 바와 같이 영구 자석(83)들이 사각형 기판(80)에 부착되어 일정한 간격으로 배치되어 있다.
그리고 안테나(40) 하부의 상기 반응챔버(10) 내에는 그 측벽으로부터 플라즈마가 형성되는 중앙으로 돌출된 랑규뮤어(Langmuir) 프로브(50)가 설치되어 있다. 상기 랑규뮤어 프로브(50)로서는 영국의 Hiden Analytical Inc.사의 제품을 사용하였다. 상기 랑규뮤어 프로브(50)는 외장형 선형 안테나를 구비한 본 발명의 유도 결합 플라즈마 소오스의 플라즈마 밀도, 플라즈마 균일도 및 플라즈마 포텐셜과 같은 플라즈마 특성들을 측정하기 위해 설치되어 있으며, 상기 플라즈마 특성들을 모니터링하기 위해 아르곤 가스가 사용된다.
도 7은 도 1에서 자석들이 부착된 자기장 발생부를 나타내는 사시도이며, 도 8은 도 7에서 자석들이 부착된 하나의 자석부착판의 단면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 자기장 발생부는, 서로 마주보는 두 변을 따라 복수개의 홀(85)들이 형성된 사각형 기판(80)이 예를 들어, 스테인레스 또는 SUS 재질로 형성되며, 상기 사각형 기판(80)의 마주보는 두 변에 형성된 대응하는 홀(85)들에 길게 연장된 복수개의 자석부착대(81)가 사각형 기판(80)의 상측으로 일정한 높이 만큼 돌출되는 형태로 볼트-너트와 같은 조립수단(84)에 의해 체결되어 있다. 한편, 상기 각 자석부착대(81)의 표면상에 형성되어 있으며 자석의 탈부착이 가능한 재질, 예를 들어 순철판으로 이루어진 자석부착판(82)들이 형성되어 있으며, 상기 각 자석부착대(81)의 자석부착판(82)들상에는 복수개의 자석(83)들이 형성되어 있다.
상기 자석부착대(81)는 사각형 기판(80)의 대응하는 두 변에 형성된 홀(85)들을 따라 이동가능하게 체결될 수 있으며, 따라서 이웃하는 자석부착대(81)에 부착된 자석(83)간의 거리가 임의로 조절될 수 있다. 또한 각 자석부착대(81)에는 같은 극성, 즉 N극 또는 S극 중의 어느 하나의 극성이 나오도록 영구 자석(83)들을 부착하며, 하나의 쌍을 이루는 서로 이웃하는 자석부착대(81)에는 서로 다른 극성이 나오도록 영구 자석(83)들이 부착된다.
도 1, 도 11, 도 12, 도 14 및 도 16에서 보여지는 바와 같이, 선형 안테나(40)와 자석(83)의 배치관계는, 선형 안테나(40a, 40b, 40c, 40d)들의 전부에 대하여 또는 일부에 대하여 그 상측으로 일정한 거리를 유지한 채 하나의 안테나를 중심으로 길이 방향을 따라 양측에 서로 다른 극성의 자석(83)들이 배치되도록 한다. 한편, 도 1에서 보여지는 바와 같이 선형 안테나들(40a, 40b, 40c, 40d)과 자석(83)은 서로 마주보도록 배치되며, 상기 반응챔버(10)의 상부로부터 상기 자석(83)들이 부착된 사각형 기판(80)의 높이를 임의로 조절할 수 있도록 구성하여 안테나(40)와 자석(83)간의 수직 거리를 조절할 수 있다.
도 9는 종래의 나선형 안테나와 본 발명의 자기장 발생부를 적용하지 않은 상태의 각 선형 안테나들의 종류에 따라 유도전력 대 DC 바이어스 전압의 관계를 비교하여 나타내는 그래프이다.
도 9의 결과는 아르곤 가스를 사용하여 DC 바이어스 전압 측정수단을 이용해 측정한 결과이며, 동작 압력은 15 mTorr이며, 바이어스 전력은 50 W로 설정하였다. 도 9에서 보여지듯이 종래의 나선형 안테나의 경우 DC 바이어스 전압의 절대값이 매우 작은 것을 알 수 있으며, 유도전력의 증가에 따라 DC 바이어스 전압의 절대값이 약간씩 증가함을 알 수 있다. 여기서 DC 바이어스 전압의 절대값이 작다는 것은 플라즈마의 이온 밀도가 크다는 것을 의미한다.
도 9로부터 종래의 나선형 안테나에 비하여 본 발명의 선형 안테나들에 있어서 전반적으로 DC 바이어스 전압의 절대값이 크다는 것을 알 수 있으며, 직렬형 안테나(도 3에서와 같이 배치된 안테나), 병렬형(2) 안테나(도 5에서와 같이 배치된 안테나), 병렬형(1) 안테나(도 4에서와 같이 배치된 안테나), 병렬형(3) 안테나(도 6에서와 같이 배치된 안테나)의 순서대로 DC 바이어스 전압의 절대값이 작아짐을 알 수 있다. 즉, 여러가지 선형 안테나중에서 병렬형(3) 안테나의 경우가 종래의 나선형 안테나에 비하여는 크지만, 비교적 작은 DC 바이어스 전압값을 나타내어 원하는 크기의 플라즈마 밀도, 즉 이온 밀도를 얻을 가능성이 매우 높음을 알 수 있다.
도 10은 본 발명의 선형 안테나들에서 자석의 배치에 따라 유도전력 대 DC 바이어스 전압의 관계를 비교하여 나타내는 그래프이다.
도 10을 참조하면, 공정조건은 도 9에서와 같이 아르곤 가스를 사용하여 랑규뮤어 프로브(50)로 측정한 결과이며, 동작 압력은 15 mTorr이며, 바이어스 전력은 50 W로 설정하였으며, 자석과 안테나 코일과의 거리는 22 mm로 설정하였다. 사용된 본 발명의 안테나의 배치는 도 9에서 가장 좋은 결과를 보인 병렬형(3) 안테나의 경우만을 사용한 결과이다.
도 10에서 보여지듯이 역시 종래의 나선형 안테나의 경우 DC 바이어스 전압의 절대값이 매우 작은 것을 알 수 있으며, 종래의 나선형 안테나에 비하여 본 발명의 선형의 병렬형(3) 안테나들에 있어서 전반적으로 DC 바이어스 전압의 절대값이 크다는 것을 알 수 있다. 그러나 자기장을 발생시키는 자석이 배치되지 않은 경우에 비하여 자장이 형성된 경우에 DC 바이어스 전압의 절대값이 감소하여 플라즈마내의 이온밀도가 향상된다는 것을 알 수 있다.
도 10에서 병렬형(N｜S｜N)의 경우 도 12에서와 같이 자석(83)이 배치된 경우를 나타내며, 병렬형(N｜S｜N｜S)의 경우 도 11에서와 같이 자석(83)이 배치된 경우를 나타낸다. 도 11에서 한 쌍의 이웃하는 자석(83)간의 거리(L1)는 5 cm이며, 도 12에서 한 쌍의 이웃하는 자석(83)간의 거리(L2)는 7 cm이다. 도 10으로부터 자기장이 인가된 경우 300 W에서 800 W에 이르는 모든 유도전력에 대하여 유도된 DC 바이어스 전압의 절대값은 작아짐을 알 수 있다. 이웃하는 자석(83)간의 거리가 5 cm인 경우와 7 cm인 경우에는 큰 차이가 없음을 알 수 있었다.
이와 같이 선형 안테나(40)들에 의해 인가되는 전기장에 더하여 자석(83)에 의해 발생되는 자기장을 인가하는 경우 플라즈마의 이온밀도 특성이 향상된다는 것은 도 11, 12, 14, 16에서 알 수 있듯이, 서로 이웃하여 설치된 선형 안테나들 사이에는 전류의 흐름방향이 서로 반대로 되어 있어서 이에 의해 유도되는 전기장(Electric field)의 방향은 두 인접한 선형 안테나들의 중간부분에서 상향 또는 하향하는 방향이 되며, 안테나(40)들의 상측에 설치된 자석(83)들은 N극 및 S극이 서로 번갈아 배치되기 때문에 이들 사이에 형성되는 자기력선들에 의한 자기장(Magnetic field)의 방향과 상기 전기장의 방향은 서로 직교하며, 이들 자기장과 전기장내에서의 전자의 나선운동을 촉진하기 때문이라 할 수 있다. 이것은 전자의 이동 경로를 증가시킴으로써 전자와 중성자의 충돌 확률, 즉 충돌 주파수를 증가시키는 것을 의미한다. 따라서 자기장의 도입에 따른 전자의 나선형 운동으로부터 전자와 중성자의 충돌 확률의 증가에 따라 이온 밀도가 증가하는 반면에, 전자의 이동도(mobility)는 감소하게 되어 전자 손실(electron loss)은 감소하게 된다.
도 13은 본 발명의 선형 안테나들과 자석의 거리에 따라 유도전력 대 DC 바이어스 전압의 관계를 비교하여 나타내는 그래프이며, 도 14는 도 13의 그래프를 위해 적용된 병렬형(3) 안테나에 대하여 안테나와 자석의 배치관계를 보여주는 개략도이다.
도 13을 참조하면, 공정조건은 도 10에서와 같이 아르곤 가스를 사용하여 DC 바이어스 전압 측정수단으로 측정한 결과이며, 동작 압력은 15 mTorr이며, 바이어스 전력은 50 W로 설정하였으며, 자석과 안테나 코일과의 거리는 22 mm, 40 mm, 50 mm로 각기 설정하였다. 사용된 본 발명의 안테나의 배치는 도 9에서 가장 좋은 결과를 보인 병렬형(3) 안테나의 경우를 사용하였으며, 도 14에서 보여지듯이 인접한 자석(83)간의 거리(L3)는 2.4 cm로 설정하였다.
도 13에서 보여지듯이, 종래의 나선형 안테나에 비하여 본 발명의 선형의 병렬형(3) 안테나들에 있어서 전반적으로 DC 바이어스 전압의 절대값이 크다는 것을 알 수 있으나, 자석(83)과 안테나(40)간의 거리가 22 mm이고 자석(83)간의 거리가 2.4 cm인 경우 유도전력이 600 W 내지 800 W의 범위에서 거의 종래의 나선형 안테나에 근접할 정도로 낮은 DC 바이어스 전압을 얻을 수 있었다. 따라서, 초대면적의 처리장치내에서도 선형 안테나(40)의 배치 및 연결관계와 자기장이 인가되는 자석(83)의 배치를 적절히 조절하면 원하는 플라즈마 밀도를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
도 15는 자기장의 유무에 따른 유도전력의 함수로서 이온밀도를 나타낸 비교 그래프이며, 도 16은 도 15에서 "C"를 위해 적용된 병렬형 선형 안테나와 자석의 배치관계를 보여주는 개략도이다.
도 15를 참조하면, 공정조건은 도 10에서와 같이 아르곤 가스를 사용하여 랑규뮤어 프로브(50)로 측정한 결과이며, 동작 압력은 15 mTorr이며, 바이어스 전력은 50 W로 설정하였으며, 자석과 안테나 코일과의 거리는 22 mm로 설정하였으며, 각기 유도전력을 600 W와 800 W의 대하여 측정하였다. 사용된 본 발명의 안테나의 배치는 도 9에서 가장 좋은 결과를 보인 병렬형(3) 안테나의 경우만을 사용한 결과이다. 도 15에서 "A"의 경우는 자석이 배치되지 않은 경우이며, "B"의 경우는 도 14에서와 같이 4개의 선형 안테나(40) 중에서 중앙의 두개의 선형 안테나(40b, 40c)에 대하여 자석(83) 배치되어 있으며 자석(83)간의 거리(L3)가 2.4 cm인 경우이며, "C"의 경우 도 16에서 보여지는 바와 같이 4개의 선형 안테나(40)들의 모두에 대하여 자석(83)들이 배치된 경우이며 이때 자석(83)간의 거리(L4)는 2.4 cm인 경우를 각기 나타낸다.
도 15로부터 본 발명의 각 실시예에서 1017 m-3 이상(즉, 1011 cm-3 이상)의 높은 플라즈마 이온밀도를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
이상의 실시예들에 대해 상술하였지만, 본 발명은 첨부되는 특허청구범위의 기술적 사상 범위내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다. 즉, 플라즈마 처리를 위한 반응챔버의 크기에 따라 선형 안테나의 수와 이들 선형 안테나들간의 연결관계를 다양하게 선택하여 사용할 수 있으며, 자기장을 인가할 수 있는 자석의 배치도 원하는 이상의 플라즈마 이온 밀도와 균일한 플라즈마 형성을 위해 다양하게 선택하여 사용할 수 있음은 물론이다.
본 발명에 의하면, 자장강화된 외장형 선형 안테나와 영구 자석을 결합하여 반응챔버내의 플라즈마 생성 영역에서 전기장과 자기장을 최적화되도록 결합시킴으로써 전자의 나선운동에 의해 이동 경로가 증가하여 전자와 중성자간의 충돌 확률이 높아지게 된다. 따라서 초대면적의 플라즈마 처리장치에서 요구하는 균일한 플라즈마와 플라즈마 이온 밀도를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 소오스를 적용한 플라즈마 공정 장치의 개략도이다.
도 2는 플라즈마 공정 장치 상측의 유전물질층 상에 형성된 종래의 나선형 안테나를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 직렬형의 선형 안테나를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 병렬형의 선형 안테나의 여러 형태를 개략적으로 나타낸 도면들이다.
도 7은 도 1에서 자석들이 부착된 자기장 발생부를 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 7에서 자석들이 부착된 하나의 자석부착판의 단면도이다.
도 9는 종래의 나선형 안테나와 본 발명의 자기장 발생부를 적용하지 않은 상태의 각 선형 안테나들의 종류에 따라 유도전력 대 DC 바이어스 전압의 관계를 비교하여 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 선형 안테나들에서 자석의 배치에 따라 유도전력 대 DC 바이어스 전압의 관계를 비교하여 나타내는 그래프이다.
도 11 및 도 12는 도 10에서 자기장 발생부를 적용한 병렬형 안테나에 대하여 안테나와 자석의 배치관계를 보여주는 개략도이다.
도 13은 본 발명의 선형 안테나들과 자석의 거리에 따라 유도전력 대 DC 바이어스 전압의 관계를 비교하여 나타내는 그래프이다.
도 14는 도 13의 그래프를 위해 적용된 병렬형 안테나에 대하여 안테나와 자석의 배치관계를 보여주는 개략도이다.
도 15는 자기장의 유무에 따른 유도전력의 함수로서 이온밀도를 나타낸 비교 그래프이다.
도 16은 도 15에서 "C"를 위해 적용된 병렬형 선형 안테나와 자석의 배치관계를 보여주는 개략도이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 ; 반응챔버 20 ; 스테이지
30 ; 유전물질층 40 ; 선형 안테나
50 ; 프로브 60 ; 유도전력부
70 ; 바이어스전력부 80 ; 사각형 기판
83 ; 자석

Claims (9)

  1. 반응챔버;
    상기 반응챔버의 상부 외측에 형성된 유전물질층;
    상기 유전물질층 상에서 수평적으로 서로 일정한 간격을 두고 배치되어 있으며, 유도전력이 인가되어 전기장을 형성하는 복수개의 선형 안테나들;
    서로 마주보는 두 변을 따라 복수개의 홀이 형성된 사각형 기판과, 상기 사각형 기판의 마주보는 두 변에 형성된 대응하는 홀들에 체결될 수 있도록 길게 연장된 복수개의 자석부착대, 상기 각 자석부착대에 형성되어 있으며 자석의 탈부착이 가능한 재질로 이루어진 자석부착판들 및 상기 각 자석부착대의 자석부착판들상에 형성된 복수개의 자석들을 포함하고, 상기 복수개의 선형 안테나들로부터 발생되는 전기장과 교차하는 자기장을 발생시켜 상기 반응챔버 내에 존재하는 전자의 나선운동을 촉진시키도록 상기 적어도 하나의 선형 안테나에 인접하여 배치된 적어도 하나의 자기장 발생부를 포함하는 자장강화된 대면적 처리용 유도 결합 플라즈마 소오스.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 복수개의 선형 안테나들은 전기적으로 직렬, 병렬 또는 직렬 및 병렬의 조합 형태로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 자장강화된 대면적 처리용 유도 결합 플라즈마 소오스.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 복수개의 선형 안테나들은 서로 인접한 안테나에서의 전류의 방향이 서로 다르도록 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 자장강화된 대면적 처리용 유도 결합 플라즈마 소오스.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 자기장 발생부는 상기 복수개의 선형 안테나들의 상측에 일정한 거리를 두고 배치되며, 상기 선형 안테나의 길이방향을 따라 상기 선형 안테나의 좌우에 각기 다른 극성의 자석이 배치된 것임을 특징으로 하는 자장강화된 대면적 처리용 유도 결합 플라즈마 소오스.
  6. 삭제
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 선형 안테나들과 상기 자석들은 각각 임의의 수직 거리를 두고 있는 것을 특징으로 하는 자장강화된 대면적 처리용 유도 결합 플라즈마 소오스.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 선형 안테나의 좌우에 각기 배치된 상기 자석간의 거리는 상호 임의의 거리를 두고 있는 것을 특징으로 하는 자장강화된 대면적 처리용 유도 결합 플라즈마 소오스.
  9. 삭제
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