KR100716258B1 - 고체원소 중성입자빔 생성장치 및 방법 - Google Patents

고체원소 중성입자빔 생성장치 및 방법 Download PDF

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유석재
이봉주
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Abstract

본 발명에서는 고체원소 중성입자빔 생성장치가 제공된다. 본 발명에 따른 고체원소 중성입자빔 생성장치는 a) 플라즈마 방전에 의해 플라즈마를 생성하는 플라즈마 방전공간과, b) 상기 플라즈마 방전공간의 측면에 배치되고, 플라즈마 방전공간에서 플라즈마 방전에 의해 생성된 플라즈마 이온을 유도하는 제1 바이어스 전압이 인가된 고체원소 코팅층과, c) 상기 고체원소 코팅층을 가로질러 자기장을 인가하는 제1 마그네트론 유닛과, d) 상기 플라즈마 방전공간의 상부에 배치되고, 상기 플라즈마 이온과 고체원소 코팅층의 충돌에 의해 상기 고체원소 코팅층으로부터 스퍼터링된 고체원소 양이온을 유도하는 제2 바이어스 전압이 인가된 금속판을 포함하여 이루어진다. 보다 바람직하게는, 상기 고체원소 중성입자빔 생성장치는 상기 금속판을 가로질러 자기장을 인가하는 제2 마그네트론 유닛을 추가로 포함한다. 상기 제1 마그네트론 유닛과 제2 마그네트론 유닛은 중앙폴과 상기 중앙폴을 둘러싸는 사이드폴이 레이스 트랙 배열을 갖는 것이 특히 바람직하다. 본 발명에 따른 고체원소 중성입자빔 생성장치는 기판의 표면처리에 유용하게 사용된다.

Description

고체원소 중성입자빔 생성장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR GENERATING SOLID ELEMENT NEUTRAL PARTICLE BEAM}
도 1은 본 발명에 따른 고체원소 중성입자빔 생성장치의 바람직한 구현예를 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 고체원소 중성입자빔 생성장치의 다른 바람직한 구현예를 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 고체원소 중성입자빔 생성장치의 또 다른 바람직한 구현예를 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 고체원소 중성입자빔 생성장치에 사용되는 플라즈마 리미터와 칼러메이터의 바람직한 조합을 보여주는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 고체원소 중성입자빔 생성장치에 사용되는 마그네트론 유닛의 바람직한 배열을 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 고체원소 중성입자빔 생성장치에 사용되는 플라즈마 리미터의 바람직한 구현예를 보여주는 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 고체원소 중성입자빔 생성장치를 이용한 박막증착, 플라즈마 도움 박막증착 및 가열증착에 의해 기판 상에 박막을 형성하였을 때의 저항값을 측정한 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 고체원소 중성입자빔 생성장치를 이용한 박막증착, 플라즈마 도움 박막증착 및 가열증착에 의해 기판 상에 박막을 형성하였을 때의 투과도를 측정한 그래프이다.
본 발명은 고체원소 중성입자빔 생성장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은, 고체원소를 함유하는 가스를 사용하여 중성입자빔을 생성하는 것이 아니라, 고체 상태의 고체원소를 이용하여 중성입자빔을 생성하는 고체원소 중성입자빔 생성장치에 관한 것이다.
종래 실리콘 증착, 탄소나노튜브 성장, 이온 임플란팅 등과 같이 고체 원소를 이용한 박막 성장에 널리 사용되어온 방법의 한 예는 타겟을 매우 높은 온도로 가열하고, 고체 원소를 함유하는 가스가 가열된 타겟과 접촉할 때 열분해가 진행되도록 하여 그 중 고체 원소만을 증착시키는 것이다. 그러나, 이 방법은 타겟을 매우 높은 온도로 가열하여야 하기 때문에 많은 제약이 따른다.
박막 성장에 널리 사용되어온 방법의 다른 한 예는 고체 원소를 함유하는 가스의 플라즈마를 이용한 방법이다. 구체적으로는, 박막 성장에 사용하는 고체 원소를 함유하는 가스에 고전압을 인가하여 플라즈마를 발생시키고, 발생된 플라즈마를 타겟과 접촉시켜 박막 증착을 수행하는 것이다. 그러나, 이 방법은 사용 가스를 구성하는 고체 원소 성분(예, 수소 등)이 불순물로서 작용하며, 이것은 고순도 의 박막 성장을 방해한다. 따라서, 고순도의 박막 증착을 성취하기 위해서는, 타겟을 매우 높은 온도로 가열하여야 한다.
예를 들어, 탄소나노튜브를 성장시키기 위해서는 탄소를 포함하는 메탄(CH4)을 사용하게 되는데 메탄에 포함되어 있는 4개의 수소라는 불순물이 발생하게 된다. 또한, 실리콘 증착의 경우, 실리콘을 포함하는 실레인(SiH4)을 사용하게 되는데, 실레인은 매우 독성이 높고 4개의 수소라는 불순물이 발생하게 된다. 마찬가지로, 이온 임플란테이션의 경우, 포스포러사인(PH3), 알사인(AsH3), 보론트라이플로라이드(BF3) 등의 가스를 사용하게 되는데, 이들 가스는 매우 독성이 강한 물질로서 매우 엄격한 설비 기준이 요구된다. 또한, 임플란팅 중에 불순물(수소, 불소)에 의한 영향을 제거하기 위해 고온 가열 등의 추가적 처리가 요구된다.
본 출원인 소유의 WO 2005/117077은 고체 덩어리를 가속된 입자 또는 레이저와 충돌시켜 고체덩어리로부터 고체 원자를 떼어내는 스퍼터링이 수행되는 제1 챔버, 고전압의 인가에 의하여 유입된 원자의 플라즈마 방전을 유도하는 플라즈마 방전이 수행되는 제2 챔버를 포함하는 고체 원소 플라즈마 소스를 제안하고 있다. 상기 고체원소 플라즈마 소스는, 종래의 고체원소를 함유하는 가스를 사용하는 문제점을 해결하는 기초를 제공한다는 점에서, 아주 중요하다.
본 발명의 목적은 고체 원소를 함유하는 가스의 사용에 의해 동반하는 불순물과 가스의 독성에 의한 문제점을 극복하는 고체원소 중성입자빔 생성장치를 제공 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 WO 2005/117077에 개시된 고체원소 플라즈마 소스를 한층 개선한 고체원소 중성입자빔 생성장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, a) 플라즈마 방전에 의해 플라즈마를 생성하는 플라즈마 방전공간과, b) 상기 플라즈마 방전공간의 측면에 배치되고, 플라즈마 방전공간에서 플라즈마 방전에 의해 생성된 플라즈마 이온을 유도하는 제1 바이어스 전압이 인가된 고체원소 코팅층과, c) 상기 고체원소 코팅층을 가로질러 자기장을 인가하는 제1 마그네트론 유닛과, d) 상기 플라즈마 방전공간의 상부에 배치되고, 상기 플라즈마 이온과 고체원소 코팅층의 충돌에 의해 상기 고체원소 코팅층으로부터 스퍼터링된 고체원소 양이온을 유도하는 제2 바이어스 전압이 인가된 금속판을 포함하여 이루어진다.
본 발명의 보다 바람직한 구현예에 따르면, 상기 금속판을 가로질러 자기장을 인가하는 제2 마그네트론 유닛을 추가로 포함하는 고체원소 중성입자빔 생성장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 상기 제1 마그네트론 유닛과 제2 마그네트론 유닛은 중앙폴과 상기 중앙폴을 둘러싸는 사이드폴이 레이스 트랙 배열을 갖는 고체원소 중성입자빔 생성장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 상기 제1 마그네트론 유닛과 제2 마그네트론 유닛은 플라즈마 방전공간에 인가되는 자기장의 세기를 강화시키기 위해, 자기장 차폐제에 의해 형성된 덮개에 의해 밀봉된다.
본 발명의 다른 바람직한 구현예에 따르면, 플라즈마 이온과 전자에 의한 부작용을 방지하기 위해, 상기 고체원소 중성입자빔 생성장치의 측벽 외부에 자기장 또는 전기장을 인가하는 유닛이 추가로 구비될 수 있다.
본 발명의 보다 바람직한 구현예에 따르면, 상기 플라즈마 방전공간의 하부에 플라즈마 리미터를 추가로 구비하는 고체원소 중성입자빔 생성장치가 제공된다. 상기 플라즈마 리미터는 홀 또는 슬릿구조를 갖는다. 플라즈마 이온 및 전자의 진행경로를 변경시키기 위해, 상기 플라즈마 리미터는 상기 홀 또는 슬릿에 전기장 또는 자기장을 인가하는 유닛을 추가로 구비할 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 중성입자의 방향성을 추가로 향상시키기 위해, 상기 플라즈마 리미터의 하부에 중성입자의 진행방향을 칼러메이팅하는 칼러메이터(collimator)를 추가로 포함하는 고체원소 중성입자빔 생성장치가 제공된다. 상기 칼러메이터는 일정한 방향성을 부여하기 위해 복수의 홀을 갖는다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, a) 플라즈마 방전에 의해 처리가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 방전공간과, b) 상기 플라즈마 방전공간의 측면에 배치되고, 플라즈마 방전공간에서 플라즈마 방전에 의해 생성된 플라즈마 이온을 유도하는 제1 바이어스 전압이 인가된 고체원소 코팅층과, c) 상기 고체원소 코팅층을 가로질러 자기장을 인가하는 제1 마그네트론 유닛과, d) 상기 플라즈마 방전공간의 상부에 배치되고, 상기 고체원소 코팅층과 상기 플라즈마 이온의 충돌에 의 해 상기 고체원소 코팅층으로부터 스퍼터링된 고체원소 양이온을 유도하는 제2 바이어스 전압이 인가된 금속판을 포함하여 이루어진다.
상기 플라즈마 방전공간에서, 상기 방전공간으로 유입된 처리가스가 플라즈마 방전에 의해 플라즈마로 전환된다. 즉, 상기 플라즈마 방전공간에서 플라즈마 이온(또는, 양이온)과 전자들의 집단인 플라즈마가 생성된다. 이때, 플라즈마는 다양한 방식에 의해 생성될 수 있는데, 그러한 예로는 축전용량성 플라즈마 방전(capacitively coupled plasma discharge), 유도결합형 플라즈마 방전(inductively coupled plasma discharge), 플라즈마 웨이브(plasma wave)를 이용한 헬리콘 방전(Helicon discharge) 및 마이크로웨이브 플라즈마 방전(microwave plasma discharge)을 들 수 있다. 그 중에서, 낮은 운전 압력에서 고 밀도의 플라즈마를 형성할 수 있는 유도결합형 플라즈마 방전이 바람직하다. 유도결합형 플라즈마 방전에 사용되는 안테나의 형태와 관련해서, 대한민국 특허출원번호 제7010807/2000호, 제14578/1998호, 제35702/1999호 및 제43856/2001호를 참조하기 바란다.
상기 플라즈마 방전공간에서 생성된 플라즈마 이온은 플라즈마 방전공간의 측면에 배치된 고체원소 코팅막으로 유도된다. 플라즈마 이온의 고체원소 코팅막으로의 유도는 상기 고체원소 코팅막에 음의 바이어스 전압을 인가함에 의해 용이하게 성취될 수 있다. 이 때, 바람직하게는 상기 고체원소 코팅막을 가로질러 자기장이 인가된다. 이러한 자기장의 인가는 상기 고체원소 코팅막의 후면에 배치된 제1 마그네트론 유닛에 의해 수행된다. 상기 제1 마그네트론 유닛에 의해, 고체원 소 코팅막을 가로질러, 플라즈마 방전공간에 인가된 자기장은 고체원소 코팅막의 근방에 높은 플라즈마 밀도를 형성한다. 특히, 상기 제1 마그네트론 유닛이 중앙폴(central pole)과 상기 중앙폴을 둘러싸는 사이드폴(side pole)로 이루어진 레이스 트랙(race track) 배열을 가질 경우, 제1 마그네트론 유닛에 의해 인가된 자기장은, 고체원소 코팅막의 근방에서, 전자를 상기 레이스 트랙을 따라서 회전하도록 한다. 레이스 트랙을 따라 회전하는 전자는, 플라즈마화되지 아니한 주위의 중성가스와 충돌하여, 플라즈마 이온을 형성하고, 이것은 플라즈마 이온의 밀도를 고체원소 코팅막 근방에서 증가시킨다. 제1 마그네트론 유닛에 의해 인가되는 자기장의 세기를 보다 강화시키기 위해, 자기장 차폐제에 의해 형성된 덮개에 의해 상기 제1 마그네트론 유닛은 밀봉된다. 상기 플라즈마 방전공간에서 생성된 처리가스의 플라즈마 이온은, 상기 고체원소 코팅막에 인가된 음의 바이어스 전압의 도움하에, 상기 고체원소 코팅막으로 유도되고, 상기 고체원소 코팅막과의 충돌을 경험한다. 상기 플라즈마 이온과 고체원소 코팅막의 충돌에 의해, 고체원소가 양이온 또는 중성 상태로 플라즈마 방전공간으로 스퍼터링된다.
스퍼터링된 양이온 상태의 고체원소는 상기 플라즈마 방전공간의 상부에 배치된 금속판으로 유도된다. 고체원소 양이온의 금속판으로의 유도는 상기 금속판에 인가된 음의 바이어스 전압에 의해 용이하게 성취된다. 한편, 중성상태로 스퍼터링된 고체원소는 플라즈마 방전에 의해 또는 상기 플라즈마 방전공간에 존재하는 전자와의 충돌 등에 의해 플라즈마화되고, 이것에 의해 고체원소 양이온이 생성된다. 바람직하게는, 중성상태로 스퍼터링된 고체원소를 효과적으로 양이온 상태로 전환시키기 위해, 상기 금속판을 가로질러 자기장이 인가된다. 이를 위해, 상기 금속판의 상부에 제2 마그네트론 유닛이 구비된다. 상기 제2 마그네트론 유닛도 중앙폴과 상기 중앙폴을 둘러싸는 사이드폴로 이루어진 레이스 트랙 배열을 갖는 것이 바람직하다. 금속판의 상부에 배치된 상기 제2 마그네트론 유닛은 상기 금속판 주위에서 전자를 캡쳐링하고, 캡쳐링된 전자를 상기 레이스 트랙을 따라 회전시킨다. 레이스 트랙을 따라 회전하는 전자는 중성 상태로 스퍼터링된 고체원소와 충돌하여 플라즈마 상태의 고체원소 양이온을 생성하고, 이것에 의해 금속판 근방에서의 고체원소 양이온의 밀도를 증가시킨다. 생성된 고체원소 양이온은, 전술한 바와 같이, 상기 금속판에 인가되는 음의 바이어스 전압에 의해 금속판으로 유도된다.
상기 금속판은 고체원소 양이온과 충돌하여, 상기 고체원소 양이온을 중성입자로 전환시킨다. 상기 금속판의 표면 중에서 상기 플라즈마 이온과 충돌하는 면은 폴리싱되면 탄성충돌을 보장할 수 있어 보다 좋은 효과를 제공한다. 상기 금속판은 탄탈룸(Ta), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 금(Au), 백금(Pt), 스테인레스강 또는 이들의 합금에 의해 형성되는 것이 좋다. 상기 금속판은, WO 01/84611 및 WO 2004/036611에 개시된 중성입자빔 생성장치와 달리, 중성입자의 투과경로로서 작용하는 홀을 가질 필요가 없다. 그 이유는, 상기 금속판은 플라즈마 이온과 충돌하여 플라즈마 이온을 중성입자로 전환하는 역할을 수행하나, 생성된 중성입자의 투과경로로서는 작용하지 않기 때문이다.
금속판으로 유도된 고체원소 양이온은 금속판과의 충돌에 의해 중성입자로 전환되고, 금속판에 의해 반사되어 플라즈마 방전공간을 가로질러, 상기 플라즈마 방전공간의 하부에 배치된 기판 표면과 접촉하여 기판의 표면처리를 수행한다.
본 명세서에서, 표면처리라 함은 박막 증착, 박막 성장, 패턴형성, 식각, 애싱, 산화막 형성 및 클리닝 등을 포함한다. 이를 위해, 상기 고체원소 코팅층은 고체 상태의 탄소(C), 인(P), 알사인(As), 갈륨(Ga), 실리콘(Si), 인듐(In), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au) 등과 같이 단일 원소로 되어 있는 고체원소이거나 GaAS, InSnO, Stainless steel, SiC, 등과 같이 복합 원소로 구성되어 있는 고체원소를 사용하여 다양하게 형성될 수 있다.
한편, 플라즈마 이온과 전자 등이 기판에 도달하는 것을 방지하기 위해, 상기 플라즈마 방전공간과 기판을 수납하는 처리실의 사이에 자기장 또는 전기장이 추가로 인가될 수 있다. 자기장 또는 전기장을 인가하기 위해, 상기 고체원소 중성입자빔 생성장치의 측벽의 외부에 자기장 또는 전기장 인가유닛이 구비될 수 있다.
보다 바람직하게는, 플라즈마 이온과 전자에 의한 기판 손상을 방지하기 위해, 상기 플라즈마 방전공간과 처리실 사이에, 플라즈마 리미터가 구비된다. 상기 플라즈마 리미터는 플라즈마 이온 및 전자의 통과는 방해하고, 상기 중성입자를 선택적으로 통과시킨다. 플라즈마 이온 및 전자의 통과를 배제하는 방법은 홀 또는 슬릿을 갖는 플라즈마 리미터에 의한 패시브 리미팅(passive limiting)과 상기 홀 또는 슬릿에 자기장 또는 전기장을 인가하여 전하를 띈 플라즈마 이온 또는 전자의 진행경로를 변경시키는 액티브 리미팅(active limiting)을 들 수 있다.
한편, 기판 상에 정해진 패턴을 형성하기 위해서는 상기 중성입자의 방향성이 적절히 조절될 필요가 있다. 예를 들면, 소정의 패턴을 상기 기판의 표면에 형성하고자 할 경우, 중성입자의 방향성은 중요한 의미를 갖는다. 이를 경우, 상기 플라즈마 리미터와 기판을 수납하는 처리실의 사이에 중성입자의 진행방향을 칼러메이팅하는 칼러메이터(collimator)를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 칼러메이터는 일정한 방향성을 갖기 위해 복수의 홀이 형성된다.
본 발명은 또한 상기 고체원소 중성입자빔 생성장치를 이용한 기판의 표면처리방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 a) 플라즈마 방전공간으로 처리가스를 도입하는 단계, b) 상기 플라즈마 방전공간에서 플라즈마 방전으로 처리가스를 플라즈마로 전환시키는 단계, c) 생성된 플라즈마를 상기 플라즈마 방전공간의 측면에 배치된 고체원소 코팅막과 충돌시켜 고체원소를 상기 고체원소 코팅막으로부터 스퍼터링하는 단계, d) 상기 고체원소 코팅막으로부터 스퍼터링된 고체원소의 양이온을 상기 플라즈마 방전공간의 상부에 배치된 금속판으로 유도하는 단계, e) 상기 금속판과 고체원소의 양이온의 충돌에 의해 고체원소의 중성입자를 생성하는 단계, 및 f) 상기 고체원소의 중성입자를 기판과 접촉시켜 기판 표면을 처리하는 단계를 포함하여 이루어진다. 이 때, 상기 고체원소 코팅막으로부터 고체원소의 스퍼터링은 상기 고체원소 코팅막을 가로질러 자기장을 인가하는 제1 마그네트론 유닛에 의해 추가로 증진된다. 또한 상기 단계 e)의 고체원소의 중성입자의 생성은 상기 금속판을 가로질러 자기장을 인가하는 제2 마그네트론 유닛에 의해 추가로 증진된다. 플라즈마 방전공간에서 발생한 플라즈마 이온과 전자의 영향을 배제하기 위해, 상 기 방법은 상기 단계 e)와 f)의 사이에, 고체원소의 중성입자를 플라즈마 방전공간의 하부에 배치된 홀 또는 슬릿을 갖는 플라즈마 리미터를 통과시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 또한 방향성을 추가로 증진시키기 위해, 상기 방법은 플라즈마 리미터를 통과한 고체원소의 중성입자를 플라즈마 리미터의 하부에 배치된 칼러메이터를 통과시키는 단계가 추가로 포함될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 고체원소 중성입자빔 생성장치의 바람직한 구현예를 도시한 것으로서, 상기 장치는 하부가 개방된 반응챔버(100)와 상기 반응챔버(100)의 하부에 위치한 처리실(300)을 포함한다. 상기 반응챔버(100)의 내부공간은 플라즈마 방전공간(101)이다. 상기 방전공간(101)에는 고주파수의 에너지를 도입하기 위한 안테나(102)가 위치되며, 가스 유입구(미도시)가 상기 반응챔버(100)의 측면에 배치된다. 상기 플라즈마 방전공간(101)의 측면에는 고체원소 코팅막(104a, 104b, 통합하여 "104")이 구비된다. 상기 고체원소 코팅막(104)은 도체 금속필름의 표면에 고체원소 코팅에 의해 형성될 수 있다. 필요할 경우, 상기 고체원소 코팅막(104)은 반응챔버(100)의 내부 측벽에 직접 고체원소를 코팅시켜 형성되어도 무방하다. 이것은 도 2에 도시되어 있다. 상기 고체원소 코팅막(104)에는 음의 바이어스 전압이 인가되고, 상기 고체원소 코팅막(104)의 후면에는 제1 마그네트론 유닛(500)이 구비된다.
상기 반응챔버(100)의 작동은 다음과 같다. 먼저, 가스 유입구(미도시)를 통해 처리가스가 상기 플라즈마 방전공간(101)으로 유입된다. 상기 처리가스는 이 곳에서 상기 안테나(102)를 통해 공급된 고주파수의 전력에 의해 플라즈마 방전을 경험하며, 그 결과 플라즈마 이온(또는, 양이온)(103b)과 전자(103a)의 조합인 플라즈마(103)로 전환된다.
이 때, 상기 플라즈마 방전공간(101)에서 생성된 플라즈마(103)의 분포는 상기 고체원소 코팅막(104)을 가로질러 상기 플라즈마 방전공간(101)에 인가되는 자기장에 의해 제어된다. 이것을 성취하기 위해, 제1 마그네트론 유닛(500)이 상기 고체원소 코팅막(104)의 후면에 배치된다. 상기 제1 마그네트론 유닛(500)의 배열의 바람직한 구현예가 도 5에 도시되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 마그네트론 유닛(500)은 중앙폴(501)과 상기 중앙폴(501)을 둘러싸는 사이드폴(502)이 레이스 트랙(race track) 형태의 배열을 갖는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 중앙폴(501)의 상부는 N극(또는 S극), 하부는 S극(또는 N극)을 갖고, 상기 사이드폴(502)은 상기 중앙폴(501)과 반대배열을 갖는다. 레이스 트랙의 배열을 갖는 제1 마그네트론 유닛(500)에 의해 상기 고체원소 코팅막(104)을 가로질러 인가된 자기장은 전자(103a)의 운동방향을 제한한다. 다시 말해, 플라즈마 방전공간(101) 내부의 전자(103a)를 레이스 트랙을 따라 회전하게 한다. 레이스 트랙을 따라 회전하는 전자(103a)는 플라즈마 입자 또는 플라즈마화하지 아니한 중성입자(103c)와 충돌하고, 이것으로부터 플라즈마 이온(103b)을 생성한다. 결과적으로, 상기 고체원소 코팅막(104)을 가로질러 인가되는 자기장은 전자(103a)를 레이스 트랙에 캡쳐함으로써, 플라즈마 이온(103b)의 밀도를 상기 고체원소 코팅막(104)의 근방에서 증가시킨다. 상기 제1 마그네트론 유닛(500)에 의해 인가되는 자기장의 세기는 처리가스의 종류 및 양 등을 고려하여 적절히 조절할 수 있다. 통상 1000 - 5000 가우스의 세기를 갖는 자기장이 인가된다. 1000 가우스 미만의 자기장을 인가할 경우 방전 공간 내에 자기장의 크기가 충분하지 않아 효과적으로 전자를 구속하기 어려워 바람직하지 않다. 5000 가우스를 초과하는 자기장을 인가할 경우, 불필요하게 제작비용이 높아지고 제작 및 조립 상의 문제점이 생길 수 있다. 상기 제1 마그네트론 유닛(500)은 일반적으로 영구자석에 의해 형성된다. 그리고, 상기 제1 마그네트론 유닛(500)에 의해 고체원소 코팅막(104)을 가로질러 플라즈마 방전공간(101)으로 인가되는 자기장의 세기를 보다 강화시키기 위해, 상기 제1 마그네트론 유닛(500)은 자기장 차폐제에 의해 형성된 덮개(700)에 의해 밀봉된다. 상기 덮개(700)는 투자율이 큰 물질로 형성되는 것이 좋다. 자기 투자율이 클 경우, 자기력선을 모아 주어 외부로 빠져 나가는 자기력선 손실을 최소화하여 방전 공간 내에 자기장의 크기를 강화해 준다. 통상, 연철(soft iron)이 자기장 차폐제로서 일반적으로 사용되고 있다.
상기 플라즈마 방전공간(101)에서 생성된 플라즈마(103) 중 양이온(플라즈마 이온)(103b)은 상기 플라즈마 방전공간(101)의 측면에 위치한 고체원소 코팅막(104)으로 유도된다. 이러한 유도는 상기 고체원소 코팅막(104)에 인가되는 음의 바이어스 전압의 도움 하에 진행된다. 바이어스 전압은, 사용되는 고체원소의 종류 등을 고려하여 적절히 조절할 수 있다. 통상 100 - 1000 V, 바람직하게는 500 - 1000 V의 음의 바이어스 전압이 인가된다. 상기 고체원소 코팅막(104)으로 유도된 플라즈마 이온(103b)은 상기 고체원소 코팅막(104)과 충돌한다. 상기 플라 즈마 이온(103b)과 고체원소 코팅막(104)의 충돌에 의해, 중성 상태(105a) 또는 양이온(105b)의 고체원소("105")가, 상기 고체원소 코팅막(104)으로부터, 플라즈마 방전공간(101)으로 스퍼터링된다. 통상, 대부분의 고체원소(105)가 중성상태(105a)로 스퍼터링된다.
처리가스의 플라즈마 이온과 고체원소 코팅막(104)의 충돌에 의해 플라즈마 방전공간(101)으로 스퍼터링된 고체원소(105)는, 상기 플라즈마 방전공간(101)에서 플라즈마 방전에 의해, 또는 금속판(106) 주위에 존재하는 전자(103a)와의 충돌에 의해 플라즈마화되고, 이것에 의해 고체원소 양이온(105b)이 생성된다.
플라즈마 방전공간(101)에서 생성된 고체원소 양이온(105b)은 상기 플라즈마 방전공간(101)의 상부에 배치된 금속판(106)으로 유도된다. 고체원소 양이온(105b)의 금속판(106)으로의 유도는 상기 금속판(106)에 인가된 음의 바이어스 전압에 의해 용이하게 성취된다. 바이어스 전압은, 요구되는 중성입자빔의 에너지를 고려하여 적절히 조절할 수 있다. 통상 10 - 100 V, 바람직하게는 10 - 50 V의 음의 바이어스 전압이 인가된다.
바람직하게는, 금속판(106) 근방에서의 고체원소 양이온(105b)의 밀도를 증가시키기 위해, 상기 금속판(106)을 가로질러 자기장이 인가된다. 이를 위해, 상기 금속판(106)의 상부에 제2 마그네트론 유닛(600)이 구비된다. 상기 제2 마그네트론 유닛(600)도 중앙폴(601)과 상기 중앙폴(601)을 둘러싸는 사이드폴(602)로 이루어진 레이스 트랙 배열을 갖는 것이 바람직하다. 통상 1000 - 5000 가우스의 세기를 갖는 자기장이 인가된다. 금속판(106)의 상부에 배치된 상기 제2 마그네트론 유닛(600)은 상기 금속판(106) 주위에서 전자(103a)를 캡쳐링하고, 캡쳐링된 전자(103a)를 상기 레이스 트랙을 따라 회전시킨다. 레이스 트랙을 따라 회전하는 전자(103a)는 중성 고체원소(105a)와 충돌하여 플라즈마 상태의 고체원소 양이온(105b)을 생성하고, 이것에 의해 금속판(106) 근방에서의 고체원소 양이온(105b)의 밀도를 증가시킨다. 도 1에 도시되지 아니하였지만, 상기 금속판(106)을 가로질러 플라즈마 방전공간(101)으로 인가되는 자기장의 세기를 보다 강화시키기 위해, 상기 제2 마그네트론 유닛(600)도, 상기 도 5에 도시된 바와 유사하게, 자기장 차폐제에 의해 형성된 덮개(미도시)에 의해 밀봉된다.
상기 금속판(106)에 음의 바이어스 전압을 인가할 경우, 고체원소 양이온(105b)은 상기 금속판(106)에 수직 또는 근사 수직으로 입사하고, 상기 금속판(106)과 충돌한다. 금속판(106)과의 충돌에 의한 중성입자 전환효율의 향상 및 충돌에 의한 에너지 손상을 방지하기 위해, 금속판(106)의 표면 중에서 상기 고체원소 양이온(105b)과 충돌하는 면은 폴리싱되는 것이 바람직하다. 상기 금속판(106)과 고체원소 양이온(105b)이 충돌한 후 금속판 내부에서 중성화 과정(대표적 중성화 과정: Auger 중성화 등)에 의해 생성된 고체원소 중성입자(105c)는, 상기 플라즈마 방전공간(101)을 가로질러, 상기 반응챔버(100)의 하부에 배치된 처리실(300)로 입사한다. 이 곳에서, 상기 처리실(300)에 수납된 기판(301)의 표면과 접촉하고, 표면처리를 수행한다. 필요할 경우, 상기 반응챔버에서 배출된 고체원소 중성입자(105c)는 리모트 중성입자 소스로 이용될 수 있다.
상기 반응챔버(100)에서 생성된 전자(103a)와 플라즈마 이온(103b)에 의해 기판(301) 손상을 방지하기 위해, 고체원소 중성입자 생성장치는 측벽 외부에 자기장 또는 전기장을 인가하는 유닛을 추가로 구비할 수 있다.
전자(103a)와 플라즈마 이온(103b)에 의한 간섭을 보다 효율적으로 방지하기 위해, 상기 고체원소 중성입자 생성장치는 상기 플라즈마 방전공간(101)과 상기 처리실(300)의 사이에 플라즈마 리미터(200)를 구비한다. 상기 플라즈마 리미터(200)는 홀 또는 슬릿(201)을 갖고 있으며, 상기 홀 또는 슬릿(201)을 통해 상기 중성입자는 통과하나, 상기 홀 또는 슬릿(201)에 의해 상기 플라즈마 이온 및 전자의 통과는 방해된다. 따라서, 고체원소 중성입자(105c)만 선택적으로 상기 플라즈마 리미터(200)를 통과하여 처리실(300)에 배치된 기판(301)에 도달하게 된다. 이 때 상기 플라즈마 리미터(200)는 세라믹과 같은 유전체로 형성될 수 있다. 세라믹 유전체에 의해 형성된 플라즈마 리미터(200)는 상기 플라즈마 이온 또는 전자가 상기 플라즈마 리미터(200)의 측벽(202)과 충돌할 때, 이들이 갖는 에너지를 흡수하여 플라즈마 이온(103b) 또는 전자(103a)에 의한 영향을 최소화할 수 있다. 한편, 상기 플라즈마 리미터(200)는 일정한 방향성을 갖지 아니하는 중성입자와 충돌하여 이들의 에너지를 흡수함으로써 일정한 방향성을 갖지 아니하는 중성입자에 의한 영향을 배제할 수도 있다. 상기한 홀 또는 슬릿(201)에 의한 플라즈마 이온 또는 전자의 패시브 리미팅은 홀 또는 슬릿(201)의 직경과 깊이에 의해 의존하므로 이들의 적절한 조절이 요구된다.
플라즈마 이온 및 전자가 상기 플라즈마 리미터(200)를 통과하는 것을 배제하기 위해, 상기 플라즈마 리미터(200)의 측벽(202)에 자기장 또는 전기장을 인가 하는 유닛(203)을 추가로 배치할 수 있다. 상기 자기장 또는 전기장 인가 유닛(203)은 플라즈마 이온 또는 전자의 이동방향을 변화시켜 플라즈마 이온 또는 전자가 기판의 표면에 도달하는 것을 배제하며, 이러한 리미팅은 "액티브 리미팅(active limiting)"이라 불리운다. 도 6은 액티브 리미팅에 사용되는 플라즈마 리미터의 바람직한 구현예를 보여주는 단면도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 플라즈마 리미터(200)는, 중앙에 위치하는, 홀 또는 슬릿(201)에 자기장을 인가하는 마그넷(203a)과, 상기 마그넷(203a)의 양측면에 배치된, 홀 또는 슬릿(201)에 전기장을 인가하기 위한 전도성 금속막(203b)과, 상기 전도성 금속막(203b)을 절연시키는 절연막(204)으로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 마그넷(203a)에 의해 인가된 자기장의 손실을 막기 위해, 차폐제로 이루어진 필름(미도시)이 상기 마그넷(203a)의 하부에 부착될 수 있다. 차폐제로는 당해 분야에서 일반적으로 사용되는 물질이 채용될 수 있다. 통상 연철(soft iron)이 사용된다. 상기 전도성 금속막(203b)은 전력을 공급하는 전원(미도시)에 연결되며, 상기 절연막(204)은 절연체로 형성되거나 상기 전도성 금속막(203b)의 표면을 산화시켜 형성시킬 수 있다. 상기 전도성 금속막(203b)은 상기 마그넷(203a)의 일부 영역에만 형성되어도 무방하며, 필요할 경우, 상기 자기장을 차폐하는 필름에 의해 전기장이 형성될 수 있다. 자기장의 세기는 1000 - 5000 가우스, 전기장의 세기는 플라즈마 공간 전위 보다 높은 10 - 100 볼트 이상이 좋다.
상기 "패시브 리미팅" 또는 "액티브 리미팅"에 의해 플라즈마 이온 및 전자의 간섭이 배제된 상기 고체원소 중성입자(105c)는 상기 처리실(300)에 수납된 기 판(301)의 표면처리를 수행하게 된다. 예를 들면, 상기 고체원소 중성입자(105c)는 기판(예를 들면, 웨이퍼)(301) 상에 박막 성장, 박막 증착 또는 패턴 형성 등을 수행할 수 있다. 이 때, 중성입자는 대전된 입자가 아니기 때문에 기판(301)에 손상을 가하지 아니한다. 미설명된 참조번호 302는 탑재대로서 승강부재(미도시)에 접속되어 있는 승강부재의 작동에 의해 처리된 기판(301)의 반입과 새로이 처리될 기판의 반출이 수행된다. 한편, 탑재대(302)는, 필요할 경우, 모터(미도시됨)에 의해 수평이동 시켜, 중성입자들이 웨이퍼 상에 도입되는 지점이 국부화되어 중성입자들의 도입량이 적은 부분(Blind spot)이 존재하게 되는 현상을 방지한다. 미설명된 참조번호 303은 가스 배출구로서 진공펌프(미도시)에 연결되어 처리실(300)을 1 밀리토르(mTorr) 정도의 압력으로 유지되도록 해준다.
상기한 도 1은 유도결합형 플라즈마 방전에 의한 플라즈마의 생성을 예시하고 있으나, 플라즈마 방전공간에서 방전에 의한 플라즈마 이온의 인시투(in situ) 생성, 그리고 생성된 플라즈마 이온과 금속판과의 탄성적 충돌에 의한 중성입자의 생성이라는 전제하에, 축전용량성 플라즈마 방전, 플라즈마 웨이브를 이용한 헬리콘 방전과 마이크로웨이브 플라즈마 방전이 널리 채용될 수 있다. 상기 플라즈마 방전방식의 다양한 응용과 더불어, 상기 금속판(106)에 음의 바이어스를 인가하는 대신에 반응챔버(100)의 측벽에 양의 바이어스를 인가하여 플라즈마 이온을 상기 금속판(106)으로 유도할 수 있다. 음의 바이어스의 인가는 양전하를 띈 플라즈마 이온을 인력에 의해 상기 금속판(106)으로 유도하는 것이고, 양의 바이어스의 인가는 척력에 의해 플라즈마 이온을 상기 금속판(106)으로 유도하는 것이다.
본 발명에 따른 고체원소 중성입자빔 생성장치는 상기 처리가스의 중성입자빔와 더불어 상기 중성입자에 의한 표면 세정을 도와주는 첨가가스가 추가로 처리실(300)에 공급될 수 있다. 이러한 사항은 WO 2004/036611에 자세히 기재되어 있다.
상기 고체원소 중성입자빔 생성장치는 상기 금속판(106)을 플라즈마 방전공간(101)의 상부에 별도로 배치되는 것을 예시하고 있으나, 상기 반응챔버(100)의 내부 상부면(107)을 고체원소 양이온(105b)과 충돌하여 고체원소 중성입자로 전환시킬 수 있는 금속을 재질로 제작하거나 또는 이러한 금속을 상기 상부면(107)에 코팅하여 이용할 수 있다. 더 나아가, 상기 고체원소 코팅막(104)도, 상기 금속판(106)과 유사하게, 내부 측벽에 코팅되어 형성될 수 있다. 그러한 예가 도 2에 도시되어 있다. 도 2에서, 고체원소 코팅막(104)이 별도로 설치되지 않고, 내부측벽에 코팅되어 형성되어 있다. 상기 고체원소 코팅막(104)과 플라즈마 이온(103b)의 충돌에 의해 고체원소(105)가 중성 또는 양이온 상태로 스퍼터링된다. 더 나아가, 반응챔버(100)의 내부 상부면에 형성된 금속코팅이 금속판(106)으로 작용하며, 여기에 음의 바이어스 전압이 인가되어, 플라즈마 방전공간(101)에서 생성된 고체원소 양이온(105b)을 금속판(106)으로 유도한다. 상기 고체원소 양이온(105b)이 내부상부면에 중금속으로 코팅되어 형성된 금속판(106)과 충돌하여 고체원소 중성입자(105c)를 생성한다. 이 때, 상기 상부면은 절연체(107)에 의해 반응챔버(100)의 이웃한 면들과 전기적으로 절연되어 있다. 더 나아가, 자기장에 의해 코팅된 금속판(106)이 손상되는 것을 방지하기 위해, 상기 코팅된 금속판(106)과 내벽 사 이에 절연체(미도시)가 구비될 수 있다. 미설명된 참조번호들은 도 1의 고체원소 중성입자빔 생성장치에서 기술한 것과 동일하다.
도 3은 본 발명에 따른 고체원소 중성입자빔 생성장치의 또 다른 바람직한 구현예를 도시한 것으로서, 상기한 장치는 하부가 개방된 반응챔버(100), 상기 반응챔버(100)의 개방된 하부면에 위치하는 플라즈마 리미터(200), 상기 플라즈마 리미터(200)의 하부에 위치한 처리실(300) 및 상기 플라즈마 리미터(200)와 처리실(300) 사이에 위치한 칼러메이터(400)를 포함한다. 상기 반응챔버(100), 상기 플라즈마 리미터(200) 및 상기 처리실(300)은 도 1과 동일하므로 설명을 생략한다. 상기 플라즈마 리미터(200)와 처리실(300) 사이에 위치한 칼러메이터(400)는 상기 플라즈마 리미터(200)를 통과한 중성입자를 칼러메이팅하여 중성입자의 방향성을 증진시킨다. 상기 칼러메이터(400)는 복수의 홀(401)을 갖는다. 상기 홀(401)의 측벽(402)과 1회 이상 충돌하는 중성입자는 에너지가 흡수되어 더 이상 자신의 역할을 수행하지 못한다. 따라서, 상기 칼러메이터(400)를 통과하는 중성입자 중 홀(401)을 수직으로 관통하는 중성입자만 표면처리에 이용될 수 있으며, 중성입자의 방향성이 상기 칼러메이터(400)에 의해 증진된다.
도 4는 상기 플라즈마 리미터와 상기 칼러메이터의 바람직한 조합을 보여주는 사시도이다. 도 4에서 상기 플라즈마 리미터(200)는 세라믹으로 이루어진 평판(204)에 의해 슬릿(201)이 형성되어 있으며, 상기 플라즈마 리미터(200)의 슬릿(201)에 대응되게 상기 칼러메이터(400)에는 홀(401)이 형성되어 있다. 상기 플라즈마 리미터(200)에 형성된 슬릿(201)은 중성입자의 관통효율을 향상시키고, 플 라즈마 이온 및 전자는 자기장 인가수단으로서의 자석(203)에 의해 슬릿(201) 통과가 방해된다. 그리고, 상기 칼러메이터(400)에 형성된 홀(401)은 중성입자의 방향성을 향상시킨다. 이들의 조합에 의해 플라즈마 이온 및 전자의 간섭이 배제되고, 중성입자는 일정한 방향성을 갖고 기판(301)에 도달한다. 일정한 방향성을 갖는 중성입자빔은 기판(301)의 표면처리를 수행한다. 예를 들면, 방향성이 향상된 중성입자빔은 본딩 공정, 에칭 공정, 애셔 공정을 포함한 다양한 반도체 공정에 응용될 수 있다. 다른 예로서, 상기 방향성이 향상된 중성입자빔은 기판(301) 상에서의 패턴 형성 또는 리소그라피에 유용하게 적용될 수 있다. 예를 들면, 배율이 1인 스텐실 마스크(stencil mask)를 상기 기판(301) 상에 위치하고, 상기 고체원소 중성입자빔을 기판(301)과 접촉시켜, 원하는 부위에만 박막 증착 또는 박막 성장을 수행할 수 있다. 한편, 도 4에서 상기 플라즈마 리미터(200) 및 칼러메이터(400)는 육면체인 것을 제시하고 있으나, 이것을 설명을 위한 것으로서 원통형, 타원형 등을 포함한 다양한 형태로 변형할 수 있다.
본 발명에 따르면, 고체원소 플라즈마 또는 중성입자빔을 생성하기 위해, 상기 고체원소를 함유하는 가스를 사용하는 것이 아니라 고체 상태의 고체원소를 이용한다. 종래의 경우, 고체 원소의 플라즈마 또는 중성입자빔을 얻기 위해, 고체 원소를 포함하는 가스를 사용하나, 이것은 불순물과 가스의 독성에 의해 제한을 받아왔다. 예를 들면, 종래기술에 따르면, 탄소원자 소스로서 메탄(CH4), 실리콘 원자 소스로서 실레인(SiH4), 보론 원자 소스로서 보론트라이플로라이드(BF3), 포스포 러스 원자 소스로서 포스포러사인(PH3), 알스닉 원자 소스로서 알사인(AsH3) 등을 이용한다. 그러나, 가스를 이용할 경우, 가스 내에 함유된 다른 원자(수소 또는 불소 등)가 불순물로서 작용하게 된다. 아울러, 실레인(SiH4), 보론트라이플로라이드(BF3), 포스포러사인(PH3) 등은 독성 물질로서 가스 누출의 위험이 완전히 제거되어야 한다. 그러나, 본 발명은 고체 상태의 고체원소를 이용한다. 본 발명은 고체원소를 함유하는 가스를 사용할 때 발생하는 고체 원소 이외의 다른 원소에 의한 영향을 배제할 수 있다. 따라서, 불순물을 제거하기 위해 타겟을 가열할 필요가 전혀 없다. 이것은 열적 팽창에 의한 기판 손상을 감소시킨다. 아울러, 독성 가스가 사용되는 것이 아니므로 작업 환경의 개선이 이루어진다. 상기 고체원소 코팅층(104)은 고체 상태의 탄소(C), 인(P), 알사인(As), 갈륨(Ga), 실리콘(Si), 인듐(In), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au) 등과 같이 단일 원소로 되어 있는 고체원소이거나 GaAs, InSnO, 스테인레스강, SiC, 등과 같이 복합 원소로 구성되어 있는 고체원소를 사용하여 다양하게 형성될 수 있다. 한편, 도 1 내지 도 3에서, 상기 고체원소 코팅막(104)은 2개가 배치되는 것을 보여주고 있다. 그러나, 이것은 예시적인 것이다. 사용되는 고체원소의 종류, 요구되는 고체원소의 농도, 및 인가되는 자기장 및 전기장 등 다양한 작업조건을 고려하여, 상기 고체원소 코팅막(104)의 개수는 적절히 조절될 수 있다. 필요할 경우, 1개의 고체원소 코팅막(104)만 사용하는 것도 가능하다. 바람직하게는, 2-4개의 상기 고체원소 코팅막(104)이 대칭적(symmetrical) 배치를 갖는 것이다. 이러한 대칭적 배치는 고체원소 중성입자빔의 균일도를 향상시킨다.
실시예
LCD, OLED, OTFT 등에 많이 쓰이는 ITO 박막을 도 1에 도시된 고체원소 중성입자빔 생성장치를 이용하여 증착을 수행하였다. 금속판에 인가된 음의 바이어스 전압은 50 V이었다. 비교의 목적 하에, 플라즈마 도움 박막 증착 및 가열증착을 각각 수행하였다. 가열증착시의 온도는 280℃이었다. 증착결과를 도 7 및 도 8에 나타내었다. 도 7은 박막증착시의 저항값을 측정한 그래프이고, 도 8은 박막증착시의 투과도를 측정한 그래프이다. 도 7 및 도 8에서, HNB는 본 발명에 따른 고체원소 중성입자빔 생성장치를 이용한 박막증착을, PE는 플라즈마 도움 박막증착을, Heat는 가열증착을 각각 나타낸다. 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고체원소 중성입자빔 생성장치를 이용한 방법이 보다 우수한 결과를 제공하여 주었다.
본 발명에 따른 고체원자 중성입자빔 생성장치는, 기존의 고체원자 플라즈마 소스 또는 중성입자빔 소스에 비해, 간단하고 효율적인 방법으로 고체원자 중성입자빔을 생성한다. 고체원소를 함유하는 가스를 전혀 사용하지 아니한다. 따라서, 가스에 함유되어 있는 다른 원소에 의한 부작용이 배제된다. 더 나아가, 독성 가스의 사용이 배제된다. 본 발명은 또한 WO 2005/117077에 개시된 기술적 이점을 이용하면서도, 이것을 보다 개선시킨 고체원소 중성입자빔 생성장치를 제공한다.
본 발명에 따른 고체원소 중성입자빔 생성장치는 구조가 간단하고, 중성입자 플럭스가 향상된다. 예를 들면, WO 01/84611 및 WO 2004/036611의 경우 복잡한 반사판 구조를 채용하여 중성입자빔을 제조하나, 본 발명은 이러한 구조를 전혀 채용하지 아니한다. 플라즈마 방전공간에서 생성된 플라즈마 이온을 중성입자로 변환시키는 금속판과, 상기 중성입자만 선택적으로 통과시키고, 플라즈마 방전공간에서 생성된 플라즈마 이온 및 전자의 통과는 배제시키는 플라즈마 리미터가 플라즈마 방전공간을 사이에 두고 분리배치됨에 따라 중성입자로의 변환이 단순화되고 플라즈마 이온과 전자에 의한 간섭이 용이하게 배제된다. 따라서, 중성입자의 전환효율과, 표면처리효율이 현저히 향상된다.
더 나아가, 본 발명에 따르면, 마그네트론 유닛에 의해 플라즈마 이온의 분포가 제어되고, 이것은 중성입자 플럭스를 향상시킨다. 기존의 WO 2005/053365에 의해 성취할 수 있는 것보다 약 10 배 정도 증가된 중성입자 플럭스가 얻어진다. 특히, 본 발명에 따른 고체원소 중성입자빔 생성장치는 중성입자 플럭스가 증진되고, 따라서, 됨에 따라 박막 증착, 박막 성장, 패턴형성, 식각, 애싱, 산화막 형성 및 클리닝 등을 포함한 다양한 반도체 공정에 적용될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되 는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. a) 플라즈마 방전에 의해 플라즈마를 생성하는 플라즈마 방전공간과, b) 상기 플라즈마 방전공간의 측면에 배치되고, 플라즈마 방전공간에서 플라즈마 방전에 의해 생성된 플라즈마 이온을 유도하는 제1 바이어스 전압이 인가된 고체원소 코팅층과, c) 상기 고체원소 코팅층을 가로질러 자기장을 인가하는 제1 마그네트론 유닛과, d) 상기 플라즈마 방전공간의 상부에 배치되고, 상기 플라즈마 이온과 고체원소 코팅층의 충돌에 의해 상기 고체원소 코팅층으로부터 스퍼터된 고체원소 양이온을 유도하는 제2 바이어스 전압이 인가된 금속판을 포함하여 이루어진, 고체원소 중성입자빔 생성장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속판을 가로질러 자기장을 인가하는 제2 마그네트론 유닛을 추가로 포함하는 고체원소 중성입자빔 생성장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 마그네트론 유닛과 제2 마그네트론 유닛은 중앙폴과 상기 중앙폴을 둘러싸는 사이드폴이 레이스 트랙 배열을 갖는 고체원소 중성입자빔 생성장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 마그네트론 유닛과 제2 마그네트론 유닛은 플라즈마 방전공간에 인가되는 자기장의 세기를 강화시키기 위해, 자기장 차폐제에 의해 형성된 덮개에 의해 밀봉된 고체원소 중성입자빔 생성장치.
  5. 제1항에 있어서, 플라즈마 이온과 전자에 의한 부작용을 방지하기 위해, 상기 고체원소 중성입자빔 생성장치가 상기 플라즈마 방전공간의 하부에 홀 또는 슬릿을 갖는 플라즈마 리미터를 추가로 구비하는 고체원소 중성입자빔 생성장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 플라즈마 리미터는, 플라즈마 이온 및 전자의 진행경로를 변경시키기 위해, 상기 홀 또는 슬릿에 전기장 또는 자기장을 인가하는 유닛을 추가로 구비하는, 중성입자빔 생성장치.
  7. 제5항에 있어서, 중성입자의 방향성을 추가로 향상시키기 위해, 상기 플라즈마 리미터의 하부에 복수의 홀을 갖는 칼러메이터(collimator)를 추가로 포함하는 고체원소 중성입자빔 생성장치.
  8. a) 플라즈마 방전공간으로 처리가스를 도입하는 단계,
    b) 상기 플라즈마 방전공간에서 플라즈마 방전으로 처리가스를 플라즈마로 전환시키는 단계,
    c) 생성된 플라즈마를 상기 플라즈마 방전공간의 측면에 배치된 고체원소 코팅막과 충돌시켜, 고체원소를 상기 고체원소 코팅막으로부터 플라즈마 방전공간으로 스퍼터링하는 단계,
    d) 상기 고체원소 코팅막으로부터 스퍼티링된 고체원소의 양이온을 상기 플라즈마 방전공간의 상부에 배치된 금속판으로 유도하는 단계,
    e) 상기 금속판과 고체원소의 양이온의 충돌에 의해 고체원소의 중성입자를 생성하는 단계, 및
    f) 상기 고체원소의 중성입자를 기판과 접촉시켜 기판 표면을 처리하는 단계를 포함하여 이루어진, 고체원소 중성입자빔을 이용한 기판의 표면처리방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 단계 c)의 고체원소 코팅막으로부터 고체원소의 스퍼터링은 상기 고체원소 코팅막을 가로질러 자기장을 인가하는 제1 마그네트론 유닛에 의해 촉진되고, 상기 단계 e)의 고체원소의 중성입자의 생성은 상기 금속판을 가로질러 자기장을 인가하는 제2 마그네트론 유닛에 의해 촉진된 것을 특징으로 하는 표면처리방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 마그네트론 유닛과 제2 마그네트론 유닛은 중앙폴과 상기 중앙폴을 둘러싸는 사이드폴이 레이스 트랙 배열을 갖는 것을 특징으로 하는 표면처리방법.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100977171B1 (ko) 2008-04-25 2010-08-20 한국기초과학지원연구원 탄소원자빔을 이용한 다이아몬드 박막형성방법
KR101038767B1 (ko) 2009-09-24 2011-06-03 한국기초과학지원연구원 질화물반도체 단결정 박막형성 장치 및 방법
KR101121055B1 (ko) * 2009-08-13 2012-03-15 한국기초과학지원연구원 에너지 조절이 가능한 질소원자빔을 이용한 질화막 형성장치 및 방법
KR101145343B1 (ko) * 2009-08-11 2012-05-14 고려대학교 산학협력단 전자 물질막의 형성 방법 및 이를 적용한 전자소자의 제조 방법 및 장치
KR20160123785A (ko) * 2015-04-17 2016-10-26 (주)에스엔텍 기판 손상을 줄일 수 있는 스퍼터링 장치 및 이에 사용되는 광학차폐수단

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8017198B2 (en) * 2009-04-24 2011-09-13 Ovshinsky Innovation Llc Thin film deposition via charged particle-depleted plasma achieved by magnetic confinement
KR101239575B1 (ko) 2010-08-16 2013-03-05 고려대학교 산학협력단 기체 차단막 형성 장치 및 그 방법
EP3002996B1 (en) * 2011-06-09 2020-03-25 Korea Basic Science Institute Neutral particle beam source including belt-type magnets and microwave irradiating equipment

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5468955A (en) 1994-12-20 1995-11-21 International Business Machines Corporation Neutral beam apparatus for in-situ production of reactants and kinetic energy transfer
KR20010102628A (ko) * 2000-05-02 2001-11-16 이학주 하이퍼서멀 중성입자 발생 장치 및 이를 채용하는중성입자 처리 장치
JP2002289585A (ja) 2001-03-26 2002-10-04 Ebara Corp 中性粒子ビーム処理装置
KR20050051195A (ko) * 2003-11-27 2005-06-01 주식회사 셈테크놀러지 중성입자빔 처리장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5468955A (en) 1994-12-20 1995-11-21 International Business Machines Corporation Neutral beam apparatus for in-situ production of reactants and kinetic energy transfer
KR20010102628A (ko) * 2000-05-02 2001-11-16 이학주 하이퍼서멀 중성입자 발생 장치 및 이를 채용하는중성입자 처리 장치
JP2002289585A (ja) 2001-03-26 2002-10-04 Ebara Corp 中性粒子ビーム処理装置
KR20050051195A (ko) * 2003-11-27 2005-06-01 주식회사 셈테크놀러지 중성입자빔 처리장치

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100977171B1 (ko) 2008-04-25 2010-08-20 한국기초과학지원연구원 탄소원자빔을 이용한 다이아몬드 박막형성방법
KR101145343B1 (ko) * 2009-08-11 2012-05-14 고려대학교 산학협력단 전자 물질막의 형성 방법 및 이를 적용한 전자소자의 제조 방법 및 장치
KR101121055B1 (ko) * 2009-08-13 2012-03-15 한국기초과학지원연구원 에너지 조절이 가능한 질소원자빔을 이용한 질화막 형성장치 및 방법
KR101038767B1 (ko) 2009-09-24 2011-06-03 한국기초과학지원연구원 질화물반도체 단결정 박막형성 장치 및 방법
KR20160123785A (ko) * 2015-04-17 2016-10-26 (주)에스엔텍 기판 손상을 줄일 수 있는 스퍼터링 장치 및 이에 사용되는 광학차폐수단
KR101674547B1 (ko) 2015-04-17 2016-11-22 (주)에스엔텍 기판 손상을 줄일 수 있는 스퍼터링 장치 및 이에 사용되는 광학차폐수단

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