KR100733564B1 - 고주파 플라즈마 원 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자계 코일 장치(4), 가스 분배 시스템(6), 및 플라즈마 빔을 추출하는 유닛(5)이 그 위에 배치되는 지지 요소(1)를 구비한 고주파 플라즈마 원에 관한 것으로, 플라즈마 원의 내부에는 고주파 정합 회로망(2)이 추가로 위치된다.
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고주파 플라즈마 원, 자계 코일 장치, 가스 분배 시스템, 플라즈마 빔 추출 유닛, 고주파 정합 회로망

Description

고주파 플라즈마 원{HIGH FREQUENCY PLASMA SOURCE}
본 발명은 저압 가스 방전(플라즈마)을 효율적으로 여기시키는 장치에 관한 것이다. 그러한 장치는 고도로 이온화되어 전하 보상된 플라즈마 빔(plasma beam)을 제공하는데, 그 플라즈마 빔은 고 밀도 저압 플라즈마로부터 추출된다. 그러한 플라즈마 빔의 특성(예컨대, 이온 에너지, 이온 전류 밀도, 이온 빔의 조성)은 아주 잘 제어되고 조절될 수 있다. 또 다르게는, 전자 또는 이온을 선택적으로 추출하는 시스템과 결부되어 음 또는 양의 입자류가 추출될 수 있다.
플라즈마 시스템은 첨단 기술로 고체 재료를 제조 및 가공함에 있어서 매우 중요한 시스템이다. 특히, 준 중성(quasi-neutral)의 플라즈마 빔을 생성하는 플라즈마 반응기에 관심이 모아지고 있다. 이후로 플라즈마 원(plasma source)으로서 지칭되는 그러한 플라즈마 반응기는 플라즈마 가공의 여러 적용 분야에 사용될 수 있다. 그에는 박층의 침착 및 성장, 분무화, 에칭, 세정 등이 속한다. 플라즈마 빔은 동일한 부분의 양으로 하전된 이온과 전자(음으로 하전된)로 이뤄지므로, 전기적으로 중성이다. 준 중성의 플라즈마 빔은 플라즈마 빔의 중성화를 위한 추가의 구조를 필요로 함이 없이 전기 절연 재료의 코팅 및 표면 처리를 가능하게 한다.
최근의 적용에서는 원하는 화학적 결합을 이루는 것을 보장하기 위해 정밀하게 조절될 수 있는 이온 에너지를 갖는 높은 분율의 이온을 필요로 하게 된다. 즉, 다이아몬드상 탄소(diamond-like carbon, DLC) 또는 입방정 질화붕소(cubic boron nitride)로 이뤄진 경질 층을 침착시키는데는 sp3 결합의 분율을 최대화시키도록 약 100 eV의 이온 에너지를 갖는 고도로 이온화된 플라즈마 빔이 필요하다. 에너지 침착 공정은 치밀한 연속 층을 확보하는데 필요한 것과 마찬가지로 핵 형성의 역치(nucleation threshold)를 넘어서는데도 역시 필요하다. 이온 분율을 가능한 한 높게 하기 위한 요건은 플라즈마가 전형적으로 10-3 mbar 미만의 저압에서 생성되어 플라즈마 용기의 벽에 재결합됨으로 인한 손실을 방지하도록 하는 것을 의미한다. 플라즈마를 효율적으로 여기시키는 것은 플라즈마 밀도 및 침착 속도 또는 에칭 속도를 높임으로써 짧고 저렴한 가공 시간을 보장할 수 있도록 하기 위한 기본 전제이다. 높은 효율로 경제적인 가공을 보장하기 위해서는 플라즈마 원이 가능한 한 넓은 기판 면적을 가공할 수 있도록 하는 것이 매우 중요하다.
고체 표면의 플라즈마 보조 처리를 위한 각종의 시스템이 주어져 있다. 그러한 시스템 중의 일부는 고주파 교번 전자계(electric alternating field)를 사용하여 플라즈마를 생성하는 것을 그 기반으로 한다. 그러한 시스템의 대부분은 음극 판 및 양극 판을 구비하는데, 그 경우에 고주파 전력은 용량적으로 음극을 경유하여 플라즈마에 공급된다. 전극간에는 그 크기가 전극 면적 및 인가된 고주파 진폭에 의존하는 바이어스 전압이 형성된다. 이온 충격을 최대화시키기 위해, 기판은 음극 상에 장착된다. 용량 결합형 고주파 시스템의 단점은 고주파 전력이 비효율적으로 플라즈마에 결합됨으로 인해 나타나는 매우 낮은 플라즈마 밀도이다. 10-3 mbar의 전형적인 공정 압력에서는 기판 상에 입사되는 입자류가 불과 약 5 %만의 에너지 입자를 포함한다. 그것은 에너지 이온에 의해 지배되는 공정을 필요로 하는 다수의 실제 적용에 있어서는 충분하지 못한 것이다. 종래의 고주파 플라즈마 원의 또 다른 단점은 이온 에너지 분포의 폭이 넓다는 것이다. 추가로, 그러한 시스템은 성장 속도가 상대적으로 낮고, 전력 데이터도 주위 조건에 크게 의존한다.
미국 특허 제5,017,835호는 넓은 면적의 이온 빔을 생성하는 고주파 이온 원을 개시하고 있는데, 그 경우에는 유도 고주파 에너지가 플라즈마에 결합된다. 그러한 이온 원은 지지 판과 폐쇄 판간에 클램핑된 관형 플라즈마 용기 중에서 플라즈마를 전자 사이클로트론 공진에 의해 여기시키는 것을 사용한다. 동조될 수 있는 중간 회로는 고주파 발진기를 부하 회로 코일에 접속시킨다. 플라즈마에는 약한 직류 자계가 중첩된다. 지지 판에는 다수의 전극으로 이뤄진 이온 추출용 이온 광학 시스템이 배치된다.
미국 특허 제5,156,703호는 표면 삭마 및 패터닝 방법, 표면 도핑 제조 방법, 및 플라즈마로부터의 입자 충격에 의한 표면 층 생성 방법을 개시하고 있다. 그 사이에 저압 플라즈마가 위치되는 추출 전극과 또 다른 전극간에 고주파 전압을 인가함으로써 전계 및 자계에 의해 생성된 저압 플라즈마로부터 준 중성의 플라즈마 빔이 추출되게 된다. 플라즈마와 추출 전극간에 강하되는 고주파 전압의 진폭이 추출된 이온의 에너지를 결정한다.
M. Weiler 등은 Applied Physics Letters Vol. 64(1994), 제2797면 내지 제2799면에서 및 Physical Review B, Vol. 53(1996), 제1594면 내지 제1608면에서 고주파(13.56 ㎒) 용량 결합형 자계 보조 플라즈마 방전을 생성하는 플라즈마 원에 의해 비정질 사면체 결합 탄화수소를 침착시키는 것을 개시한 바 있다. 그러한 플라즈마 원은 대형의 이동식 고주파 공급 전극과 접지 전위에 접속된 소형의 망 전극으로 이뤄진다. 플라즈마에는 정적 쌍곡선 자계가 중첩된다. 전극, 플라즈마, 및 접지된 회로망간에는 양의 바이어스 전압이 형성된다. 전극은 수직으로 이동될 수 있다. 그 경우, 전극의 유효 면적 및 형성되는 바이어스 전압이 변동된다. 즉, 그러한 변동에 의해, 가스 압력 또는 공급 전력을 변경하지 않더라도 이온의 에너지가 조절될 수 있다. 그러한 플라즈마 원에서의 혁신 점은 이온 에너지가 기판에 전압을 인가하는 것에 의해서가 아니라, 내부 바이어스 전압에 의해 제어 또는 조절될 수 있다는데 있다. 모든 용량 결합형 플라즈마 원에서와 마찬가지로, 그 시스템에서도 역시 플라즈마 밀도는 10-3 mbar의 압력 미만에서 매우 낮게 된다.
M. Weiler 등은 Applied Physics Letters Vol. 72(1998), 제1314면 내지 제1316면에서 개선된 변형 플라즈마 원을 개시한 바 있다. 플라즈마 빔은 정적 자계가 횡 방향으로 중첩되는 고주파(13.56 ㎒) 유도 결합형 플라즈마 방전에 의해 생성된다. 이온 에너지는 고주파 진폭을 플라즈마의 배후에 위치된 전극에 인가함으로써 변경될 수 있다.
미국 특허 제5,858,477호는 비정질 사면체 결합 탄회수소의 침착에 의해 기록 매체 상의 보호층을 제조하는 방법 및 장치를 포함하고 있다. 그러한 시스템 중의 하나는 안테나가 플라즈마 챔버를 에워쌈으로써 플라즈마가 고주파에 의해 유도 여기되고, 결합 전극이 플라즈마 챔버 쪽에, 그리고 용량 결합에 의해 플라즈마로부터 이온 빔을 추출하는 추출 전극이 플라즈마 챔버의 개구부 위에 각각 배치되는 플라즈마 원을 개시하고 있다. 플라즈마 챔버의 둘레에는 회전 횡 방향 자계를 생성하는 코일이 배치되어 플라즈마 빔을 균질화시키게 된다.
그러한 종래의 플라즈마 원들의 문제점은 이온 에너지와 이온 전류 밀도가 서로 독립적으로 조절될 수 없다는 것이다. 종래의 고주파 플라즈마 원의 또 다른 문제점은 별도의 고주파 임피던스 정합 회로망이 필요하다는데 있다. 그 경우, 고주파 정합 회로망은 고주파 발진기의 전력을 케이블을 통해 여기 전극에 공급하는데, 그로 인해 상당한 전력 손실이 생기게 된다. 또한, 통상의 플라즈마 원에서는 고주파 정합 회로망의 고주파 전압의 진폭과 고주파 전류의 진폭이 서로 독립적으로 조절될 수 없다. 그로 인해, 전자 사이클로트론 공진 또는 란다우 감쇠(Landau damping)와 같은 공진 효과의 활용이 최적으로 이뤄질 수 없게 된다.
본 발명의 목적은 플라즈마 원의 다목적성, 기능성, 및 효율을 증대시키는 것이다. 즉, 이온 에너지와 이온 전류 밀도를 서로 독립적으로 제어할 수 있도록 하는 동시에, 높은 플라즈마 밀도 및 높은 해리도 또는 이온화도를 제공하고, 전력 손실을 감소시키는 것이다.
준 중성의 플라즈마 빔 또는 이온 빔을 생성하는데 사용될 수 있는 본 발명에 따른 고주파 플라즈마 원은 횡 방향 자계를 생성하는 자계 코일 장치, 작업 가스를 플라즈마 챔버에 유입시키는 가스 분배 시스템, 및 플라즈마 빔을 추출하는 유닛이 그 위에 배치되는 지지 요소로 이뤄지며, 플라즈마 원의 내부에는 플라즈마에 발진 전력을 공급하는 고주파 정합 회로망이 추가로 위치되고, 고주파 회로망은 통상적으로 임의의 커패시터, 가변 커패시터, 및 고주파 공심 코일(air-core coil)을 구비한 1차 전기 회로와, 커패시터, 고주파 공심 코일, 및 하나 이상의 여기 전극을 구비한 2차 전기 회로로 이뤄지며, 양자의 전기 회로는 고주파 공심 코일의 유도 플럭스(inductive flux)에 의해 서로 결합되고 추가로 용량적으로 서로 결합된다.
본 발명에 따른 플라즈마 원에서는 이온 에너지, 이온 전류 밀도, 해리도, 및 이온화도가 서로 독립적으로 조절될 수 있다. 이 플라즈마 원은 고주파(전형적으로 13.56 또는 27.12 ㎒)를 사용하여 가스 방전을 여기시킨다. 이 경우, 고주파 전력은 주로 유도적으로 전자 사이클로트론 공진 또는 란다우 감쇠의 기구를 통해 자계 보조되는 플라즈마에 공급된다.
무엇보다도 전력 손실을 감소시키는 역할을 하는 고주파 정합 회로망은 플라즈마 원의 일체적 구성 요소이다. 즉, 그 고주파 정합 회로망은 플라즈마 원의 내부에 배치되어 추가의 정합 회로망을 필요로 하지 않게끔 한다. 이온 에너지를 넓은 범위에 걸쳐 이온 전류 밀도와 독립적으로 조절하는 것이 가능하게 된다. 2차 전기 회로에 가변 커패시터를 사용할 경우, 그러한 조절은 연속적으로 행해질 수 있다. 고주파 정합 회로망은 고주파 전류 진폭과 고주파 전압 진폭이 독립적으로 제어 및 조절될 수 있음을 보장하는 형식으로 구성된다. 그것은 여기 기구(전자 사이클로트론 공진(ECWR) 또는 란다우 공진)에 필요한 조건을 정밀하게 선택하는 것을 가능하게 하고, 그럼으로써 플라즈마가 각각 높은 효율로 여기될 수 있게 된다. 본 발명에 따른 플라즈마 원은 1013 ㎤까지에 달하는 매우 높은 플라즈마 밀도를 생성하고, 50 %까지에 달하는 매우 높은 이온화도를 제공하며, 예컨대 산소, 질소, 또는 수소와 같은 2원자 분자의 경우에 80 %까지에 달할 수 있는 매우 높은 해리도를 나타낸다. 또한, 이온 에너지를 10 내지 약 1,000 eV의 범위에 걸쳐 이온 전류 밀도와는 독립적으로 연속적으로 조절하는 것이 가능하게 된다. 즉, 본 발명에 따른 플라즈마 원은 플라즈마 빔의 이온 에너지, 이온 전류 밀도, 및 조성의 특성이 잘 규정되도록 한 채로 고도로 이온화되어 전하 보상된 플라즈마 빔을 생성한다. 추가로, 플라즈마 빔의 균질성은 물론 입자 자유도가 확보되게 된다. 그럼으로써, 플라즈마 원의 장기 안정성 및 공정의 제어성은 물론 정비 간격간의 매우 긴 내구 수명이 보장된다.
그러한 정합 회로망은 CCR GmbH Beschichtungstechnologie사의 독일 특허 출원 제100 08 485.0호, "고주파 정합 회로망"에 상세히 기재되어 있다.
유도 플라즈마 여기와 용량 플라즈마 여기를 조합시키는 역할을 하는 여기 전극은 진공 중에는 물론 외부에도 배치될 수 있다. 그러한 여기 전극은 형태, 크기, 및 배치에 있어서 원하는 플라즈마 빔의 기하 형상에 맞춰질 수 있다. 다수의 여기 전극을 사용하는 것도 가능한데, 그 경우에 여기 전극은 서로 10 내지 100 ㎜의 간격을 두고 진공 중에 배치되는 것이 바람직하다. 그 경우에는 통상적으로 각각의 전극이 고유의 정합 회로망 및 독립적인 고주파 발진기를 경유하여 공급된다. 즉, 개별 플라즈마 챔버 내에 상이한 여러가지 플라즈마를 생성하고, 그들 플라즈마의 빔 특성을 서로 독립적으로 제어 및 조절하는 것이 가능하게 된다.
그 코일 권취수가 n ≤ 1인 여기 전극만이 사용된다. 그렇게 하면, 여기 전극의 유도성과, 그리고 그에 따라 플라즈마를 통해 여기 전극과 접지간에 강하되는 고주파 진폭이 최소화되게 된다. 그럼으로써, 플라즈마에의 전력 결합이 주로 유도적으로 이뤄지게 된다. 그 경우, 본 발명에 따른 정합 회로망의 회로 설계에 의해 연속적으로 접속될 수 있는 전력 결합이 이뤄진다.
통상, 여기 전극은 관 재료 또는 와이어 재료로 제작된다. 이제, 플라즈마에의 용량 결합에 의해, 즉 플라즈마를 통해 여기 전극과 접지간에 인가되는 추가의 고주파 진폭에 의해 이온 에너지를 증대시킬 경우, 그럼에도 불구하고 최대로 얻어질 수 있는 이온 에너지는 아무래도 낮은 편이다. 관 재료 또는 와이어 재료로 이뤄진 여기 전극에 의해서는 보다 더 높은 이온 에너지를 얻을 수 없다. 플라즈마 챔버의 에지 면은 접지된 면 또는 고주파 도전면으로 이뤄진다. 접지된 면에 대한 고주파 도전면의 비율이 높을수록 최대로 얻어질 수 있는 이온 에너지도 더욱 높아진다. 따라서, 여기 전극은 케이싱형 또는 스트립형으로 구성되어 가능한 한 많은 접지면이 고주파 도전면으로 대체되도록 한다. 그 경우, 케이싱의 높이는 최대로 플라즈마 챔버의 길이에 해당된다. 그러한 전극은 판 또는 폐쇄되지 않은 케이싱의 형태를 취할 수 있는데, 그 경우에 그 케이싱의 단면은 환형, 부채꼴형, 정방형, 또는 장방형인 것이 바람직하다.
플라즈마에의 전력 공급은 고주파에 의해 이뤄진다. 전력 공급의 효율을 증대시키기 위해, 통상적으로 플라즈마와 여기 전극에까지 공진 여기용 횡 방향 자계가 중첩된다. 그러한 자계는 플라즈마 챔버의 둘레에 배치된 자계 코일에 의해 생성될 수 있다. 자계 코일은 진공의 외부에는 물론 내부에도 배치될 수 있고, 플라즈마 챔버의 기하 형상에 맞춰질 수 있다. 코일이 직류로 동작되면, 자계는 정적이다. 교류로 동작될 경우에는 병렬 배치된 코일이 시간적으로 간격을두고 트리거링됨으로써 또는 전류의 위상이 변환됨으로써 플라즈마 원의 종 방향 축을 중심으로 한 자계의 회전이 얻어지게 된다. 그럴 경우, 자계는 동적이다.
자계의 변동에 의해, 선택적으로 정상파를 생성함으로써 또는 란다우 감쇠를 위한 공진 조건을 충족시킴으로써 플라즈마의 공진 여기가 행해질 수 있게 된다. 플라즈마 공간 중에서의 자계 강도의 변동에 의해, 플라즈마의 굴절률이 n이 넓은 범위, 대체로 50 내지 500 사이의 범위에서 변동될 수 있다. 란다우 공진 조건의 충족을 위해서는 전자파의 위상 속도 CPL이 플라즈마 전자의 평균 속도 Ve와 일치되어야 한다. 위상 속도는 전자 온도 Te를 매개로 한 굴절률과 전자의 평균 속도에 의해 결정된다. 즉, CPL = Cv/n = (kTe/me)1/2이어야 한다.
정적 횡 방향 자계는 플라즈마 챔버에 걸쳐 균질하지 않다. 그로 인해, 플라즈마 챔버 중에서 국부적으로 상이한 여기 효율이 생기게 되고, 그 결과 플라즈마 밀도가 국부적으로 상이하게 된다. 따라서, 추출된 플라즈마 빔도 역시 균질하지 않다. 궁극적으로, 층 두께의 변동이 심한 코팅이 이뤄지는 결과를 가져온다. 즉, 횡 방향 자계의 불균질성은 기판 상에 그대로 반영된다. 여기의 균질성은 동적 자계를 사용함으로써 최적화될 수 있다. 그 경우, 2개의 자계 코일(정적) 대신에 적어도 3개의 자계 코일이 플라즈마 챔버의 둘레에 배치된다. 코일을 구동하는데는 교류(f ＜ 100 ㎐)가 사용될 수 있고, 그것도 특히 2개의 병렬로(또는 전후로) 놓인 코일에서 전류가 서로 위상 변환되도록 하는 형식으로 사용된다. 그럼으로써, 플라즈마 원의 종 방향 축을 중심으로 한 자계의 회전이 얻어지게 된다. 그러한 자계의 회전은 회전 사이클에 걸쳐 통합되거나 합쳐져서 플라즈마가 균질하게 여기되는 결과를 가져온다. 추가로, 균질성을 개선시키는 플라즈마의 혼합이 행해진다.
제2 위치의 코일의 중심이 가장 안쪽 위치의 코일 쌍의 단부 위에 배치되도록 가장 안쪽의 코일 위치 위에 제2 위치를 배치할 경우에 추출된 플라즈마 빔의 균질성이 추가로 개선되게 된다.
이상적인 것은 고주파 플라즈마 원에서 자계 코일, 여기 전극, 및 가스 유입 시스템이 공간적으로 및 기하 형상적으로 서로 맞춰지는 것이다.
플라즈마로부터 전기적으로 하전된 입자(통상, 이온 및/또는 전자)를 추출하기 위해, 추출 시스템으로도 지칭되는 플라즈마 빔 추출 유닛이 플라즈마 챔버의 개구부에 배치될 수 있다. 가장 간단한 경우로는, 개구부를 구비한 블라인드, 즉 평탄한 판이 사용되어 플라즈마의 방출이 보장되도록 한다. 변형된 방안은 접지 전위로 있는 격자, 망, 또는 와이어 형상체를 사용하는 것이다. 그럼으로써, 플라즈마 원으로부터 나오는 이온의 에너지가 플라즈마 전위와 접지 전위와의 차이로부터 주어지게 된다. 플라즈마 전위는 여기 전극에 인가된 교번 전자계의 고주파 진폭에 의해 변경될 수 있다. 즉, 이온의 운동 에너지가 고주파 전압 진폭에 의해 변경될 수 있게 된다.
이하, 본 발명을 첨부 도면에 의거하여 예시적으로 설명하기로 한다. 첨부 도면 중에서,
도 1은 플라즈마 원의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 2a 내지 도 2j는 여기 전극의 가능한 형태 및 배열을 나타낸 도면이며,
도 3a 내지 도 3c는 여기 전극의 단면도이고,
도 4a 내지 도 4n은 자계 코일의 가능한 형태 및 배열을 나타낸 도면이며,
도 5는 이온 전류 밀도를 자계 강도의 함수로서 도시하여 란다우 감쇠 공진을 나타낸 도면이고,
도 6a 및 도 6b는 플라즈마 빔 추출 시스템이 상이하게 배치된 것을 나타낸 도면이다.
<도면 부호의 설명>
1 : 지지 요소 2 : 고주파 정합 회로망
3 : 여기 전극 4 : 자계 코일 장치
5 : 플라즈마 빔 추출 유닛 6 : 가스 분배 시스템
7 : 진공 용기의 하우징 벽 8 : 고주파 발진기
9 : 진공 전류 덕트 10 : 관 라인
11: 관 라인의 내부 12 : 중공 공간
13 : 천공 블라인드 14 : 격자, 망, 또는 와이어 형상체
도 1에는 플라즈마 원의 원리적 구조가 도시되어 있다. 그러한 플라즈마 원은 여러 주요 구성 부품으로 이뤄진다. 플라즈마 원은 횡 방향 자계를 생성하는 다수의 자계 코일(4), 플라즈마 빔을 추출하는 유닛(5), 및 가스 분배 시스템(6)이 그 위에 배치되는 지지 요소(1)로 이뤄진다. 또한, 플라즈마 원의 내부에는 플라즈마를 생성하는 여기 전극(3)이 부속된 임피던스 정합용 고주파 정합 회로망(2)이 역시 지지 요소(1)에 결합된 채로 위치된다. 여기 전극(3)은 진공 중에 배치되고, 진공 전류 덕트(9)를 통해 정합 회로망의 본체부에 접속된다. 작업 가스는 가스 분배 시스템을 거쳐 플라즈마 원을 통과하여 플라즈마 챔버로 유입된다. 플라즈마 원은 조립된 상태에서, 그리고 모든 구성 부품을 조정한 후에 진공 용기(7)의 하우징 벽에 플랜지 결합될 수 있는 콤팩트한 유닛이 된다. 전력을 공급하는데는 그 주파수가 13.56 ㎒인 고주파 발진기(8)를 필요로 한다. 자계 코일(4)의 트리거링은 회전 자계가 생성되도록 행해진다.
도 2에는 여기 전극의 각종의 형태 및 배열이 도시되어 있다. 여기 전극의 형태 및 크기는 원하는 플라즈마 빔의 횡단면에 맞춰진다. 부채꼴형 여기 전극(도 2a)은 원형의 빔 단면을, 그리고 정방형 여기 전극(도 2b)은 정방형의 빔 프로파일을 각각 형성한다. 장방형 여기 전극(도 2c) 및 스트립으로서 구성된 여기 전극(도 2d)은 선형의 빔 단면을 형성한다. 예시적으로 설명된 여기 전극은 단지 10 내지 100 ㎜의 간격을 두고 서로 나란히 배치될 수 있다(도 2e 내지 도 2j).
도 3a는 폭이 5 ㎜이고 높이가 50 ㎜인 케이싱형 여기 전극의 단면도를 나타낸 것이다. 도 3b는 그러한 여기 전극의 변형례를 나타낸 것인데, 그 경우에는 관 라인(10)이 그 여기 전극에 결합되어 있다. 도 3c는 여기 전극의 또 다른 변형례를 나타낸 것인데, 그 경우에는 여기 전극 자체가 중공 공간(12)을 구비한다. 관 라인의 내부(11) 또는 중공 공간(12)은 냉각을 위해 액상 매체, 바람직하게는 물로 씻겨질 수 있다.
도 4는 횡 방향 자계를 생성하는 자계 코일의 가능한 형태 및 배열을 나타낸 것이다.
도 5는 자계 코일 전류의 함수로서의 이온 전류 밀도를 도시하여 플라즈마 원의 공진 거동을 나타낸 것이다.
도 6은 추출 시스템의 상이한 변형례를 나타낸 것이다. 가장 간단한 경우로는 개구부를 구비한 평탄한 판이 사용될 수 있다(도 6a). 도 6b는 접지 전위로 있는 와이어 형상체(14)를 나타낸 것이다.

Claims (26)

  1. 지지 요소(1)를 구비하고 있는 고주파 플라즈마 원으로서, 상기 지지 요소(1) 상에,
    - 자계 코일 장치(4),
    - 작업 가스를 플라즈마 챔버내로 유입시키는 가스 분배 시스템(6), 및
    - 플라즈마 빔을 추출하는 유닛(5)이 장착되어 있고,
    상기 플라즈마 원의 내부에는 고주파 정합 회로망(2)이 추가로 배열되어 있고,
    상기 고주파 정합 회로망(2)은 임의의 커패시터, 가변 커패시터, 및 고주파 공심 코일을 구비한 1차 전기 회로와, 커패시터, 고주파 공심 코일, 및 하나 이상의 여기 전극을 구비한 2차 전기 회로로 이뤄지고, 상기 제 1차 전기 회로와 제2차 전기 회로는 고주파 공심 코일의 유도 플럭스에 의해 서로 결합되고 추가로 용량적으로 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 고주파 플라즈마 원.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 용량성 플라즈마 결합과 유도성 플라즈마 결합중에서의 선택이 가능한 것을 특징으로 하는 고주파 플라즈마 원.
  4. 제 1 항에 있어서, 용량성 플라즈마 결합과 유도성 플라즈마 결합 중에서의 연속적인 선택이 가능한 것을 특징으로 하는 고주파 플라즈마 원.
  5. 제 1 항에 있어서, 하나 이상의 여기 전극(3)은 진공 중에 배치되는 것을 특징으로 하는 고주파 플라즈마 원.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 여기 전극(3)의 형태, 크기, 및 배열은 원하는 플라즈마 빔의 기하 형상에 맞춰지는 것을 특징으로 하는 고주파 플라즈마 원.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 여기 전극(3)은 판의 형태를 취하는 것을 특징으로 하는 고주파 플라즈마 원.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 여기 전극(3)은 폐쇄되지 않은 케이싱의 형태를 취하는 것을 특징으로 하는 고주파 플라즈마 원.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 케이싱의 단면은 환형인 것을 특징으로 하는 고주파 플라즈마 원.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 케이싱의 단면은 부채꼴인 것을 특징으로 하는 고주파 플라즈마 원.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 케이싱의 단면은 정방형인 것을 특징으로 하는 고주파 플라즈마 원.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 케이싱의 단면은 장방형인 것을 특징으로 하는 고주파 플라즈마 원.
  13. 제 1 항에 있어서, 다수의 상기 여기 전극(3)이 10 내지 100 ㎜의 간격을 두고 나란히 진공 중에 배치되는 것을 특징으로 하는 고주파 플라즈마 원.
  14. 제 5 항에 있어서, 상기 여기 전극(3)에는 횡 방향 자계가 중첩되는 것을 특징으로 하는 고주파 플라즈마 원.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 횡 방향 자계를 생성하기 위해 상기 자계 코일(4)이 플라즈마 챔버의 둘레에 배치되는 것을 특징으로 하는 고주파 플라즈마 원.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 자계 코일(4)은 진공의 외부에 배치되는 것을 특징으로 하는 고주파 플라즈마 원.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 자계 코일(4)은 진공의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 고주파 플라즈마 원.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 자계 코일(4)은 플라즈마 챔버의 기하 형상에 맞춰지는 것을 특징으로 하는 고주파 플라즈마 원.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 자계 코일(4)은 직류로 동작되고, 자계는 정적인 것을 특징으로 하는 고주파 플라즈마 원.
  20. 제 15 항에 있어서, 상기 자계 코일(4)은 교류로 동작되고, 자계는 회전되는 것을 특징으로 하는 고주파 플라즈마 원.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 자계는 인접 자계 코일(4)을 통한 전류가 위상 변환되도록 하는 형식으로 생성되는 것을 특징으로 하는 고주파 플라즈마 원.
  22. 제 5 항에 있어서, 상기 자계 코일(4), 상기 여기 전극(3), 및 상기 가스 분배 시스템(6)은 공간적으로 및 기하 형상적으로 서로 조정되는 것을 특징으로 하는 고주파 플라즈마 원.
  23. 제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마 빔을 추출하는 유닛(5)은 플라즈마 챔버의 개구부 앞에 배치되는 것을 특징으로 하는 고주파 플라즈마 원.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 플라즈마 빔을 추출하는 유닛(5)은 천공 블라인드(13)로 이뤄지는 것을 특징으로 하는 고주파 플라즈마 원.
  25. 제 23 항에 있어서, 상기 플라즈마 빔을 추출하는 유닛(5)은 격자 또는 망(14)으로 이뤄지는 것을 특징으로 하는 고주파 플라즈마 원.
  26. 제 1 항에 따른 고주파 플라즈마 원을 준 중성의 플라즈마 빔을 생성하는데 사용하는 방법.
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1426671A (zh) * 2000-02-24 2003-06-25 Ccr涂复技术有限责任公司 高频匹配网络
DE10243406A1 (de) 2002-09-18 2004-04-01 Leybold Optics Gmbh Plasmaquelle
JP2006524339A (ja) * 2003-04-15 2006-10-26 ブラックライト パワー インコーポレーティド 低エネルギー水素種を生成するためのプラズマ反応炉およびプロセス
JP4411581B2 (ja) * 2003-06-13 2010-02-10 株式会社Ｓｅｎ イオン源装置及びそのための電子エネルギー最適化方法
US7748344B2 (en) * 2003-11-06 2010-07-06 Axcelis Technologies, Inc. Segmented resonant antenna for radio frequency inductively coupled plasmas
US7421973B2 (en) * 2003-11-06 2008-09-09 Axcelis Technologies, Inc. System and method for performing SIMOX implants using an ion shower
FR2864795B1 (fr) * 2004-01-06 2008-04-18 Air Liquide Procede de traitement des gaz par des decharges hautes frequence
US7323400B2 (en) * 2004-08-30 2008-01-29 Micron Technology, Inc. Plasma processing, deposition and ALD methods
DE102006020290B4 (de) * 2006-04-27 2010-04-15 Ipt Ionen- Und Plasmatechnik Gmbh Plasmaquelle
EP2142557B1 (de) * 2007-03-30 2012-09-05 Spawnt Private S.à.r.l. Plasmaunterstützte organofunktionalisierung von siliciumtetrahalogeniden oder von organohalogensilanen
KR100941070B1 (ko) * 2007-05-10 2010-02-09 세메스 주식회사 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치
EP2207911A1 (en) * 2007-08-17 2010-07-21 Epispeed S.A. Apparatus and method for producing epitaxial layers
WO2010023878A1 (ja) * 2008-08-28 2010-03-04 株式会社イー・エム・ディー スパッタリング薄膜形成装置
GB201006567D0 (en) 2010-04-20 2010-06-02 Plasma Quest Ltd High density plasma source
US10573495B2 (en) 2017-10-09 2020-02-25 Denton Vacuum, LLC Self-neutralized radio frequency plasma ion source
DE102021200747A1 (de) 2021-01-28 2022-07-28 Carl Zeiss Smt Gmbh Verfahren zum Bilden einer Schicht, optisches Element und optisches System
WO2023174571A1 (de) 2022-03-17 2023-09-21 Ccr Gmbh, Beschichtungstechnologie Verfahren und anlage zur plasmabeschichtung

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5858477A (en) * 1996-12-10 1999-01-12 Akashic Memories Corporation Method for producing recording media having protective overcoats of highly tetrahedral amorphous carbon

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5244174A (en) * 1975-10-06 1977-04-06 Hitachi Ltd Plasma treatment device
JPH0740468B2 (ja) * 1984-12-11 1995-05-01 株式会社日立製作所 高周波プラズマ発生装置
JPS62177181A (ja) * 1986-01-31 1987-08-04 Komatsu Ltd 電子写真感光体の製造方法
JPS63941A (ja) * 1986-06-18 1988-01-05 Hitachi Ltd 高周波イオン源
JPS6366826A (ja) * 1986-09-08 1988-03-25 Hitachi Ltd 高周波イオン源応用装置
JPH0682635B2 (ja) * 1986-10-20 1994-10-19 東京エレクトロン株式会社 半導体処理装置
JP2581151B2 (ja) * 1988-04-25 1997-02-12 日新電機株式会社 Ｅｃｒプラズマ源
DE3901017A1 (de) * 1989-01-14 1990-07-19 Leybold Ag Verfahren und vorrichtung zur ueberwachung des schichtabtrags bei einem trockenaetzprozess
JPH0395843A (ja) 1989-09-07 1991-04-22 Nec Corp イオン源
US4994711A (en) * 1989-12-22 1991-02-19 Hughes Aircraft Company High brightness solid electrolyte ion source
US5392018A (en) * 1991-06-27 1995-02-21 Applied Materials, Inc. Electronically tuned matching networks using adjustable inductance elements and resonant tank circuits
JPH0773997A (ja) * 1993-06-30 1995-03-17 Kobe Steel Ltd プラズマｃｖｄ装置と該装置を用いたｃｖｄ処理方法及び該装置内の洗浄方法
JPH07254500A (ja) * 1994-03-14 1995-10-03 Kokusai Electric Co Ltd プラズマ処理装置
JP3276514B2 (ja) * 1994-04-26 2002-04-22 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
JPH08188877A (ja) * 1995-01-09 1996-07-23 Sumitomo Metal Ind Ltd ＴｉＮ膜の成膜方法及び装置
US5573595A (en) * 1995-09-29 1996-11-12 Lam Research Corporation Methods and apparatus for generating plasma
JPH1116893A (ja) * 1997-06-25 1999-01-22 Hitachi Ltd プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
US6516742B1 (en) 1998-02-26 2003-02-11 Micron Technology, Inc. Apparatus for improved low pressure inductively coupled high density plasma reactor

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5858477A (en) * 1996-12-10 1999-01-12 Akashic Memories Corporation Method for producing recording media having protective overcoats of highly tetrahedral amorphous carbon

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