KR100777465B1

KR100777465B1 - 중성빔 처리 장치

Info

Publication number: KR100777465B1
Application number: KR1020060091524A
Authority: KR
Inventors: 최대규
Original assignee: 주식회사 뉴파워 프라즈마
Priority date: 2006-09-21
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2007-11-21

Abstract

본 발명의 중성빔 처리 장치는 상부 챔버와 피처리 기판이 놓이는 기판 지지대가 구비된 하부 챔버를 포함하는 진공 챔버를 갖는다. 상부 챔버에 장착되는 플라즈마 발생기는 관통된 다수개의 방전 홀들이 분산 설치된 다중 방전 플레이트, 다중 방전 플레이트에 장착되는 다수개의 환형 마그네틱 코어 및, 환형 마드네틱 코어에 권선되어 플라즈마 발생을 위한 고주파를 공급받는 유도 코일을 포함한다. 상부 챔버와 하부 챔버 사이에는 중성빔 변환부가 구성되며, 중성빔 변환부는 플라즈마 발생기에 의해 발생된 플라즈마로부터 추출되는 이온을 중성빔으로 변환하여 기판 지지대에 놓인 피처리 기판을 향하여 출력한다. 본 발명의 중성빔 처리 장치는 다중 방전 플레이트에 의하여 고밀도의 균일한 이온 발생이 이루어짐으로 보다 고밀도의 균일한 중성빔을 대면적으로 얻을 수 있다. 그럼으로 물리적 전기적 손상을 최소화 하면서 대면적의 피처리 기판을 균일하고 고속으로 중성빔 처리 할 수 있다.

플라즈마, 중섬빔, 그리드, 반도체

Description

중성빔 처리 장치{NEUTRAL BEAM PROCESSING APPARATUS}

본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중성빔 처리 장치의 사시도이다.

도 2는 도 1의 중성빔 처리 장치의 수직 단면도이다.

도 3은 도 1의 중성빔 처리 장치의 분해 사시도이다.

도 4는 도 1의 다중 방전 플레이트의 구조를 보여주는 사시도이다.

도 5는 환형 마그네틱 코어와 일차 권선 그리고 일차 권선의 전기적 연결 구조를 예시하는 도면이다.

도 6 및 도 7은 다수개의 환형 마그네틱 코어의 배치 구조와 전기적 연결 방법의 변형예를 보여주는 도면이다.

도 8은 중성빔 발생 과정을 설명하기 위한 중성빔 처리 장치의 부분 단면도이다.

도 9a 내지 도 9f는 본 발명의 중성빔 처리 장치에서 채용 가능한 다양한 이온 가속 구조의 변형예들을 보여주는 도면이다.

도 10은 판형 코일 전극이 설치된 환형 마그네틱 코어의 단위 구조를 보여주기 위한 플라즈마 발생기의 부분 평면도이다.

도 11은 도 10의 A-A 단면도이다.

도 12는 다중 방전 플레이트를 다단으로 구성한 변형예에 따른 플라즈마 발생기의 부분 절개 사시도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100: 진공 챔버 110: 가스 분배기

120: 상부 챔버 130: 플라즈마 발생기

140: 그리드 전극 150: 중성빔 변환부

160: 하부 챔버

본 발명은 중성빔 처리(neutral beam processing) 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 고밀도 플라즈마(high density plasma)로부터 대면적의 고밀도 중성빔을 균일하게 발생하는 중성빔 처리 장치에 관한 것이다.

최근 나노 미터급 반도체 소자를 제조하기 위한 식각이나 증착 장비에서 고밀도 플라즈마(high density plasma)를 이용한 플라즈마 처리 장비가 주로 사용되고 있다. 그러나 반도체 소자의 디자인 룰이 더욱 미세해 지고 있어서 기존의 고밀도 플라즈마 처리 장치로는 고도의 정밀한 패턴을 얻기가 점점 어려워지고 있다. 이러한 난점을 극복하기 위하여 중성빔 처리 장치가 제안되고 있다.

중성빔 처리 장치는 기존의 고밀도 플라즈마 처리 장치에 비하여 피처리 기 판의 물리적, 전기적 손상을 최소화 할 수 있어서 보다 향상된 정밀한 패턴을 얻을 수 있는 것으로 알려져 있다. 2005년 1월 6일 공개된 공개 특허 특2005-1058호에 중성빔을 이용한 반도체 소자의 식각장치가 게시되어 있다. 2005년 2월 1일 공개된 미국 등록 특허 US6,849,857호에는 빔 처리 장치(beam processing apparatus)가 게시되어 있다. 이들 공개된 기술들의 중성빔 발생 구조는 이온 소스로부터 일정 극성을 갖는 이온을 추출하여 가속시켜서 금속 반사체에 충돌시켜서 중성화를 이루어 중성빔을 발생한다.

한편, 반도체 소자를 제조하기 위한 웨이퍼 기판이나 유리 기판과 같은 피처리 기판의 사이즈도 더욱 대면적화 되어 가고 있다. 피처리 기판이 대면적화 되면서 가장 큰 난점 중의 하나는 대면적의 피처리 기판을 균일하게 처리하기가 어렵다는 것이다. 중성빔 처리 장치들의 경우에도 대면적의 피처리 기판을 균일하게 처리하기 위해서는 기본적으로 중성빔 처리 장치에 채용된 이온 소스가 균일하게 이온을 발생할 수 있어야 균일한 중성빔 처리가 가능하다.

그러나 상기 중성빔 처리 장치들의 경우 이온 소스는 챔버의 외부에 수회 권선된 유도 코일을 이용한 유도 결합 플라즈마 소스(inductively coupled plasma source)를 채용하고 있다. 잘 알려진 바와 같이, 챔버의 외부에 권선된 유도 코일이나 챔버의 상부에 설치된 평판 나선형 유도 코일들을 이용한 유도 결합 플라즈마 소스는 고밀도의 플라즈마를 발생할 수 있는 장점이 있지만 균일성면에서는 취약한 것으로 알려져 있다.

그럼으로 물리적 전기적 손상을 최소화 하면서 대면적의 피처리 기판을 균일 하게 중성빔 처리하기 위해서는 보다 고밀도의 균일한 이온 발생을 가능하게 하는 중성빔 처리 장치를 위한 이온 소스가 요구된다. 또한, 피처리 기판의 처리 시간은 이온 밀도에 영향을 받음으로 중성빔 처리 장치에서 피처리 기판의 처리 속도를 높이기 위해서는 균일한 고밀도의 이온 발생 능력을 갖는 이온 소스가 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 대면적의 피처리 기판에 대한 균일한 중성빔 처리가 가능하도록 고밀도의 균일한 이온 발생 능력을 갖는 이온 소스를 구비한 중성빔 처리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 중성빔 처리 장치에 관한 것이다. 본 발명의 중성빔 처리 장치는: 상부 챔버와 피처리 기판이 놓이는 기판 지지대가 구비된 하부 챔버를 포함하는 진공 챔버; 상하로 관통된 다수개의 방전 홀들이 분산 설치된 다중 방전 플레이트, 다중 방전 플레이트에 장착되는 다수개의 환형 마그네틱 코어 및, 환형 마드네틱 코어에 권선되어 플라즈마 발생을 위한 고주파를 공급받는 유도 코일을 포함하는 플라즈마 발생기; 및 상부 챔버와 하부 챔버 사이에 구성되고 플라즈마 발생기에 의해 발생된 플라즈마로부터 추출되는 이온을 중성빔으로 변환하여 기판 지지대에 놓인 피처리 기판을 향하여 출력하는 중성빔 변환부를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 발생기에서 발생된 플라즈마로부터 추출 되는 이온을 중성빔 변환부를 향해 가속시키는 이온 가속 전극을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 이온 가속 전극은 플라즈마 발생기와 중성빔 변환부 사이에 설치되는 하나 이상의 그리드 전극을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 이온 가속 전극은 플라즈마 발생기의 상부에 설치되는 이온 반사 전극을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 중성빔 변환부는 이온 가속을 위한 그리드 전압이 인가된다.

일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 발생기에서 발생된 플라즈마로부터 추출된 이온은 진공 펌프에 의해 중성빔 변환부로 가속된다.

일 실시예에 있어서, 상기 상부 챔버에 상단에 구성되며 하나 이상의 가스 분배판을 포함하며, 가스 소스로부터 입력되는 가스를 고르게 분배하여 플라즈마 발생기 상부로 분사한다.

일 실시예에 있어서, 상기 다중 방전 플레이트는 전기적 절연 물질로 구성된다.

일 실시예에 있어서, 상기 다중 방전 플레이트는 전도성 물질과 전기적 불연속성을 형성하기 위한 전기적 절연 물질을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 환형 마그네틱 코어에 권선되는 다수개의 판형 코일 전극을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 복수의 판형 코일 전극은 외부 전압이 인가된다.

일 실시예에 있어서, 상기 다중 방전 플레이트는 다단으로 병렬 배열되는 제 1 및 제2 다중 방전 플레이트를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 다중 방전 플레이트는 냉각 채널을 포함한다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시예에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다. 각 도면을 이해함에 있어서, 동일한 부재는 가능한 한 동일한 참조부호로 도시하고자 함에 유의하여야 한다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

(실시예)

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 중성빔 처리 장치를 상세히 설명한다. 본 발명의 기본적인 의도는 대면적의 피처리 기판을 물리적 전기적 손상을 최소화 하면서 균일하게 중성빔 처리 할 수 있는 그리고 고밀도의 중성빔을 발생하여 처리 속도를 높일 수 있는 중성빔 처리 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중성빔 처리 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 중성빔 처리 장치의 수직 단면도이다. 그리고 도 3은 도 1의 중성 빔 처리 장치의 분해 사시도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중성빔 처리 장치는 상부 챔버(120)와 하부 챔버(160)가 결합된 진공 챔버(100)를 구비한다. 진공 챔버(100)는 알루미늄, 스테인리스, 구리와 같은 금속 물질로 제작될 수 있다. 또는 코팅된 금속 예를 들어, 양극 처리된 알루미늄이나 니켈 도금된 알루미늄으로 제작될 수 있다. 또는 내화 금속(refractory metal)로 제작될 수 있다. 또 다른 대안으로 석영, 세라믹과 같은 전기적 절연 물질로 제작하는 것도 가능하며, 의도된 플라즈마 프로세스가 수행되기에 적합한 다른 물질로 제작될 수 있다.

상부 챔버(120)와 하부 챔버(160) 사이에는 중성빔 변환부(150)가 구성된다. 중성빔 변환부(150)는 플라즈마 발생기(130)에 의해 발생된 플라즈마로부터 추출되는 이온을 중성빔으로 변환하여 기판 지지대(162)에 놓인 피처리 기판(W)을 향하여 출력한다. 중성빔 변환부(150)는 일정 기울기로 형성되는 복수의 슬릿(152)을 갖는 반사체로서 도전성 물질로 제작된다. 이 도전성 반사체의 개구된 구조는 슬릿형 외에도 원형이나 격자형 등 다양한 형태로 제작될 수 있다.

상부 챔버(120)에는 플라즈마 발생기(130)가 구성된다. 플라즈마 발생기(130)는 상하로 관통된 다수개의 방전 홀(132-3)들이 분산 설치된 다중 방전 플레이트(132)로 구성된다. 다중 방전 플레이트(132)는 원반형 구조를 갖으며 상부 챔버(120)의 중간 부분에 평행하게 설치된다.

도 4는 도 1의 다중 방전 플레이트의 구조를 보여주는 사시도이고, 도 5는 환형 마그네틱 코어와 일차 권선 그리고 일차 권선의 전기적 연결 구조를 예시하는 도면이다.

도 4 및 도 5를 참조하여, 다중 방전 플레이트(132)는 원반형의 주몸체판(132-1)과 커버(132-2)로 구성된다. 다중 방전 플레이트(132)의 내부에는 다수개의 환형의 마그네틱 코어(133)가 규일하게 분산되어 설치되어 있다. 주몸체판(132-1)은 상하를 관통하는 다수개의 방전 홀(132-3)이 균일하게 분포되어 있다. 각각의 방전 홀(132-3)은 원통형의 구조를 갖고 있으며 그 주변을 따라서 코어 장착홈(132-4)이 환형으로 움푹 파여 형성되어 있다. 코어 장착홈(132-4)에는 각기 환형의 마그네틱 코어(133)가 장착되며, 각각의 마그네틱 코어(133)에는 유도 코일(134)이 권선된다. 다수개의 방전 홀(132-3)에는 각기 환형 마그네틱 코어(133)가 모두 설치될 수 있으나, 또는 부분적으로 설치되지 않을 수도 있다.

다수개의 방전 홀(132-3), 코어 장착홈(132-4), 및 마그네틱 코어(133)는 원통형과 환형 구조를 갖고 정육각으로 반복된 배치 구조를 갖고 있으나 그 형상과 개수 그리고 배치 구조는 각각 다양한 변형 실시가 가능하다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 정사각 구조로 또는, 도 7에 도시된 바와 같이, 동심원 구조 등과 같은 변형이 가능하다.

주몸체판(132-1)과 커버(132-2)는 석영, 세라믹과 같은 전기적 절연 물질로 제작 된다. 또는 상부 챔버(120)와 동일한 금속물질로 제작될 수 있다. 이 경우, 주몸체판(132-1)과 커버(132-2)는 에디 전류를 방지하기 위하여 전기적 불연속성을 갖도록 적절히 전기적 절연 영역을 포함하도록 하는 것이 바람직하다. 도면에는 도시되지 않았으나, 주몸체판(132-1)과 커버(132-2)는 다수개의 오링을 사용하여 진공 절연되어 결합된다.

마그네틱 코어(133)는 전체적으로 하나의 단일 몸체를 갖도록 제작될 수 있으나 여러 개의 조각을 조립하여 구성할 수 있다. 여러 개의 조각을 사용하여 구성하는 경우에 각 조각의 조립면에 절연재를 삽입하여 연결 구성할 수 있다. 마그네틱 코어(135)는 페라이트물질로 제작되지만 철, 공기와 같은 다른 대안의 재료로 구성될 수도 있다.

다수개의 마그네틱 코어(133)에는 각기 유도 코일(134)이 권선된다. 다수개의 마그네틱 코어(133)와 유도 코일(134)에 의해서 유도되는 자기장은 다양한 경로를 따라서 유도되어질 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 정육각 구조의 반복 배치 구조를 따라서 서로 이웃하는 방전홀(132-3) 사이에서 전기장의 유도 경로(L1)가 서로 교대적으로 형성되도록 할 수 있다. 또는 도 6에 도시된 바와 같이, 정사각 구조의 반복 배치 구조를 따라서 서로 이웃하는 방전홀(132-3) 사이에서 전기장의 유도 경로(L2)가 서로 교대적으로 형성되도록 할 수 있다. 또는 도 7에 도시된 바와 같이, 동심원 구조의 배치 구조를 따라서 서로 이웃하는 방전홀(132-3) 사이에서 전기장의 유도 경로(L3)가 서로 교대적으로 형성되도록 할 수 있다. 이와 같은 전기장의 유도 경로를 형성하기 위하여 다수개의 마그네틱 코어(134)에 권선되는 유도 코일(134)들은 적절한 권선 방향과 전류 방향이 결정된다.

다수개의 마그네틱 코어(133)에 권선된 유도 코일(134)들은 고주파(radio frequency) 전력을 공급하는 전원 공급원(136)에 임피던스 정합기(135)를 통하여 전기적으로 연결된다. 다수의 유도 코일(134)들은 직렬, 병렬, 직렬/병렬 혼합 방식과 같은 다양한 전기적 연결 방식을 취할 수 있다. 전원 공급원(136)은 별도의 임피던스 정합기 없이 자체적으로 출력 전압의 제어가 가능한 전원 공급원을 사용하여 구성할 수도 있다.

도면에는 구체적으로 도시하지 않았으나 다중 방전 플레이트(132)에는 냉각 채널이 구성된다. 냉각 채널은 주몸체판(132-1)에 구성되거나 마그네틱 코어(133)를 감싸는 냉각관의 형태로 실시될 수 있다. 또는 마그네틱 코어(133)의 중심부를 관통하도록 통로를 형성하고 그 곳에 냉각관을 매설할 수도 있다. 냉각관을 금속 물질로 제작하는 경우에는 에디 전류를 방지하기 위해 냉각관에 적절히 절연 영역을 구성하는 것이 바람직하다.

다시, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 플라즈마 발생기(130)와 중성빔 변환부(160)의 사이에는 이온 가속을 위한 전극으로 하나 이상의 그리드 전극(140)이 구비된다. 그리드 전극(140)은 다수의 구멍이 균일하게 형성된 평판 전극으로 구성되며 상부 챔버(120)와 전기적으로 절연되고 그리드 전압(G)을 공급 받는다. 그리드 전극(140)은 단 하나의 가속 전극만으로 구성될 수 있으나, 하나의 가속 전극과 다른 하나의 감속 전극을 포함하여 구성될 수 있다. 또는 세 개 이상의 다중 그리드로 구성될 수도 있다. 본 발명의 중성빔 처리 장치에서 이온 가속 구조는 다양하게 변형될 수 있는데 그 다양한 변형예들을 후에 설명한다.

하부 챔버(160)의 내부에는 피처리 기판(W)이 놓이는 기판 지지대(162)가 구비되며, 진공 펌프(166)에 연결되는 가스 출구(164)가 구비된다. 피처리 기판(W) 은 웨이퍼 기판이거나 유리 기판일 수 있으며 또는 중성빔 처리를 위한 임의의 피처리 대상물일 수 있다.

상부 챔버(120)의 상단에는 가스 분배기(110)가 구성된다. 가스 분배기(110)는 가스 입구(112)와 다수의 구멍이 형성된 하나 이상의 가스 분배판(114)을 포함한다. 가스 분배기(110)는 가스 소스(미도시)로부터 입력되는 공정 가스를 고르게 분배하여 플라즈마 발생기(130) 상부로 분사한다.

도 8을 참조하여, 가스 분배판(114)을 통해서 공정 가스가 다중 방전 플레이트(132)의 상부로 고르게 분사된다. 전원 공급원(136)으로부터 고주파가 유도 코일(134)로 공급되면 유도 코일(134)의 전류가 구동된다. 유도 코일(134)의 구동 전류에 의해 다중 방전 플레이트(132)의 다수개의 방전 홀(132-3)을 통하여 2차 회로를 완성하는 AC 전위(AC potential)가 유도된다. 이 유도된 AC 전위는 서로 이웃하는 방전 홀(132-3들 사이에 회전하는 유도 전기장(131)을 형성하여 상부 챔버(120)의 내부에는 유도 결합 플라즈마가 발생된다. 발생된 플라즈마로부터 특정 극성이 이온들(139)은 그리드 전극(140)에 의해 중성빔 변환부(150)를 향하여 가속된다. 가속된 이온들(139)은 중성빔 변환부(150)에 충돌하면서 중성 입자들(153)로 변환되어 피처리 기판(W)을 향하여 가속되는 중성빔을 형성한다. 이와 같이 발생된 중성빔에 의해 피처리 기판(W)은 중성빔 처리가 이루어진다.

도 9a 내지 도 9f는 본 발명의 중성빔 처리 장치에서 채용 가능한 다양한 이 온 가속 구조의 변형예들을 보여주는 도면이다.

도 9a를 참조하여, 본 발명의 중성빔 처리 장치에 채용 가능한 이온 가속 구조의 일 실시예로 중성빔 처리 장치는 상부 챔버(120)에 그리드 전극(140)이 구비된 상태에서 플라즈마 발생기(130)의 상부에 이온 반사 전극(170)을 설치할 수 있다. 이온 반사 전극(170)은 다수의 구멍이 균일하게 형성된 평판 전극으로 구성되며, 실질적으로 가스 분배기(110)와 상부 챔버(120) 사이에 구성된다. 이온 반사 전극(170)은 절연링(172)에 의해 가스 분배기(110)와 상부 챔버(120)에 각각 전기적으로 절연되어 설치된다.

이온 반사 전극(170)은 이온 반사를 위한 반사 전압(Ref_V)이 인가된다. 반사 전압(Ref_V)은 음 전압, 양 전압 또는 교류 전압 중에서 선택될 수 있다. 이온 반사 전극(170)에 인가되는 전압과 동일한 극성의 이온들은 반발력에 의해 플라즈마 발생기의 하부 즉, 중성빔 변환부(150)를 향하여 가속된다.

도 9b를 참조하여, 본 발명의 중성빔 처리 장치에 채용 가능한 이온 가속 구조의 다른 실시예로 별도의 이온 반사 전극(170)의 설치 없이 가스 분배기(110)를 이온 반사 전극으로 기능하도록 할 수 있다. 즉, 가스 분배기(110)에 반사 전압(Ref_V)을 인가하여 특정 극성의 이온이 반사되도록 할 수 있다.

도 9c 및 도 9d를 참조하여, 본 발명의 중성빔 처리 장치에 채용 가능한 이온 가속 구조의 또 다른 실시예들로 그리드 전극(140)의 설치 없이, 도 9c에 도시된 바와 같이, 이온 반사 전극(170)만을 구비하도록 할 수 있다. 또는 도 9d에 도시된 바와 같이, 가스 분배기(110)에 반사 전압(Ref_V)을 인가하여 이온 반사 전극 으로 기능하도록 할 수 있다.

도 9e를 참조하여, 본 발명의 중성빔 처리 장치에 채용 가능한 이온 가속 구조의 또 다른 실시예로 그리드 전극(140)이나 이온 반사 전극(170)의 구성없이 중성빔 변환부(150)를 이온 가속 수단으로 사용할 수 있다. 중성빔 변환부(150)를 상하 절연링(154, 156)을 사용하여 상부 챔버(120)와 하부 챔버(160)에 절연되도록 하고, 그리드 전압(G)을 인가하여 이온 가속이 이루어지도록 할 수 있다.

도 9f를 참조하여, 본 발명의 중성빔 처리 장치에 채용 가능한 이온 가속 구조의 또 다른 실시예로 별도의 이온 가속을 위한 전극의 구성이 없이 진공 펌프(166)의 구성만으로 이온의 가속을 얻도록 하는 것이다. 진공펌프(166)의 흡입력에 의해 플라즈마 발생기(130)에 의해서 발생된 플라즈마로부터 추출되는 이온들은 중성빔 변환부(150)로 가속된다.

이상과 같은 본 발명의 중성빔 처리 장치에 채용 가능한 이온 가속 구조는 중성빔 처리가 수행되는 공정의 특성과 피처리 기판의 특성 등에 의해서 적절히 선택되어 질 수 있다. 그리고 예시된 이온 가속 구조 이외에도 다양한 형태의 다른 이온 가속 구조가 선택될 수 도 있을 것이다.

도 10은 판형 코일 전극이 설치된 환형 마그네틱 코어의 단위 구조를 보여주기 위한 플라즈마 발생기의 부분 평면도이고, 도 11은 도 10의 A-A 단면도이다.

도 10 및 도 11을 참조하여, 다중 방전 플레이트(132)는 환형 마그네틱 코어(133)에 각기 설치되는 복수의 판형 코일 전극(PW1, PW2)을 포함할 수 있다. 복수의 판형 코일 전극(PW1, PW2)은 마그네틱 코어(133)에 권선되어 코어 장착 홈(132-4)에 설치된다. 판형 코일 전극(PW1, PW2)은 얇은 동판 재료를 사용하여 구성할 수 있다. 판형 코일 전극(PW1, PW2)은 환형 마그네틱 코어(133)에 양측으로 마주 대향하도록 장착되는데, 적어도 일 회 이상 권선된다.

유도 코일(134)에 고주파가 공급되면 도 11에 도시된 바와 같이 환형 마그네틱 코어(133)의 중심을 관통하는 유도 전기장(131a, 131b)이 발생된다. 이 유도 전기장(131a, 131b)은 도시된 바와 같이 판형 코일 전극(PW1, PW2)의 기준에서 볼 때 실질적으로 역방향을 갖게 되는 전기장으로 나뉠 수 있다. 그럼으로 판형 코일 전극(PW1, PW2)들에 유도되는 전압(PW1_V, PW2_V)도 음 전압과 양 전압이 교대적으로 유도된다. 따라서 복수의 판형 코일 전극(PW1, PW2)에 의해 또 다른 전기장(137)이 형성된다. 즉, 복수의 판형 코일 전극(PW1, PW2)은 상부 챔버(120)의 내부에서 용량 결합 전극으로 기능하게 된다.

이와 같이, 복수의 판형 코일 전극(PW1, PW2)이 다중 방전 플레이트(132)의 다수개의 방전 홀(132-2) 마다 설치됨으로서 플라즈마 발생 밀도와 균일도를 더욱 높일 수 있다. 또한, 판형 코일 전극(PW1, PW2)의 권선수를 조절하여 유도 전압의 크기를 제어할 수 있어서 플라즈마 밀도의 세밀한 제어가 가능하다. 그럼으로 보다 고밀도의 균일한 중성빔을 대면적으로 얻을 수 있다.

한편, 다른 실시예로서 복수의 판형 코일 전극(PW1, PW2)은 별도로 외부 전압을 집적 인가하도록 할 수 있다. 이때, 인가되는 전압은 교대적으로 서로 반대의 극성을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 또는, 일정 전압 레벨의 바이어스 전압을 인가하는 것도 가능하다.

도 12를 참조하여, 또 다른 변형예의 플라즈마 발생기(130a)는 다단으로 설치된 두 개 이상의 다중 방전 플레이트(132a, 132b)를 구비한다. 예를 들어, 상부 챔버(120)의 상단부에 하나의 다중 방전 플레이트(132-1)가 설치되고, 그 하단으로 또 다른 다중 방전 플레이트(132b)가 병렬로 설치되어 다단 구조를 갖는다. 상단과 하단의 다중 방전 플레이트(132a, 132b)의 방전 홀들은 서로 일치하거나 또는 엇갈리는 구조를 가질 수 있다.

이와 같이, 2단 이상의 다단으로 다중 방전 플레이트(132a, 132b)를 구성하여 플라즈마 발생 밀도와 균일성을 높여서 보다 고밀도의 균일한 중성빔을 대면적으로 발생 시킬 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 중성빔 처리 장치의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

상술한 바와 같은 본 발명의 중성빔 처리 장치는 다중 방전 플레이트를 갖는 플라즈마 발생기를 구비하여 고밀도의 균일한 이온 발생이 이루어짐으로 보다 고밀도의 균일한 중성빔을 대면적으로 얻을 수 있다. 그럼으로 물리적 전기적 손상을 최소화 하면서 대면적의 피처리 기판을 균일하고 고속으로 중성빔 처리 할 수 있다.

Claims

상부 챔버와 피처리 기판이 놓이는 기판 지지대가 구비된 하부 챔버를 포함하는 진공 챔버;

상하로 관통된 다수개의 방전 홀들이 분산 설치된 다중 방전 플레이트, 다중 방전 플레이트에 장착되는 다수개의 환형 마그네틱 코어 및, 환형 마드네틱 코어에 권선되어 플라즈마 발생을 위한 고주파를 공급받는 유도 코일을 포함하는 플라즈마 발생기; 및

상부 챔버와 하부 챔버 사이에 구성되고 플라즈마 발생기에 의해 발생된 플라즈마로부터 추출되는 이온을 중성빔으로 변환하여 기판 지지대에 놓인 피처리 기판을 향하여 출력하는 중성빔 변환부를 포함하는 중성빔 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 플라즈마 발생기에서 발생된 플라즈마로부터 추출되는 이온을 중성빔 변환부를 향해 가속시키는 이온 가속 전극을 포함하는 중성빔 처리 장치.
제2항에 있어서, 상기 이온 가속 전극은 플라즈마 발생기와 중성빔 변환부 사이에 설치되는 하나 이상의 그리드 전극을 포함하는 중성빔 처리 장치.
제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이온 가속 전극은 플라즈마 발생기의 상부에 설치되는 이온 반사 전극을 포함하는 중성빔 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 중성빔 변환부는 이온 가속을 위한 그리드 전압이 인가되는 중성빔 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 플라즈마 발생기에서 발생된 플라즈마로부터 추출된 이온은 진공 펌프에 의해 중성빔 변환부로 가속되어지는 중성빔 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 상부 챔버에 상단에 구성되며 하나 이상의 가스 분배판을 포함하며, 가스 소스로부터 입력되는 가스를 고르게 분배하여 플라즈마 발생기 상부로 분사하는 가스 분배기를 포함하는 중성빔 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 다중 방전 플레이트는 전기적 절연 물질로 구성되는 중성빔 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 다중 방전 플레이트는 전도성 물질과 전기적 불연속성을 형성하기 위한 전기적 절연 물질을 포함하여 구성되는 중성빔 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 환형 마그네틱 코어에 권선되는 다수개의 판형 코일 전극을 포함하는 중성빔 처리 장치.
제10항에 있어서, 상기 복수의 판형 코일 전극은 외부 전압이 인가되는 중성빔 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 다중 방전 플레이트는 다단으로 병렬 배열되는 제1 및 제2 다중 방전 플레이트를 포함하는 중성빔 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 다중 방전 플레이트는 냉각 채널을 포함하는 중성빔 처리 장치.