KR100813090B1 - Neutral beam source for large area processing and plasma density control method thereof - Google Patents

Neutral beam source for large area processing and plasma density control method thereof Download PDF

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염근영
박상덕
박병재
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

A neutral beam source for processing a large area is provided to minimize the length of an induction coil by using a plurality of ICP(inductively coupled plasma) sources with independent loops as an ion source wherein the ICP source is linear in the space of a plasma generation chamber. An ion beam source includes a chamber(11), at least one induction coil part(13) of a linear type and a power supply part. The chamber forms a space for generating plasma wherein the lower end part of the chamber is connected to a grid(20) for extracting an ion beam from an ion beam source and accelerating the extracted ion beam. The induction coil part penetrates the inside of the chamber widthwise wherein both ends of the induction coil part are exposed to the outside of the lateral surface of the chamber. The power supply part applies RF power to one end of each induction coil part so as to generate plasma in the chambers. Each induction coil part includes an induction coil made of copper, stainless steel or aluminum and an insulation material surrounding the induction coil.

Description

대면적 처리용 중성빔 소스 및 그 플라즈마 밀도 제어방법{Neutral Beam Source for Large Area Processing and Plasma Density Control Method thereof}Neutral Beam Source for Large Area Processing and Plasma Density Control Method

도 1은 종래 기술에 따른 중성빔 소스를 나타낸 개략도이다. 1 is a schematic diagram illustrating a neutral beam source according to the prior art.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 대면적 처리용 중성빔 소스를 나타낸 사시단면도이다.2 is a perspective cross-sectional view showing a neutral beam source for large area processing according to a first embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 대면적 처리용 중성빔 소스를 나타낸 측단면도이다. 3 is a side cross-sectional view showing a neutral beam source for large area processing according to a first embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 대면적 처리용 중성빔 소스를 나타낸 사시단면도이다.4 is a perspective cross-sectional view showing a neutral beam source for large area processing according to a second embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 제1,2 실시예에 따른 대면적 처리용 중성빔 소스의 플라즈마 밀도 제어방법을 나타낸 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a plasma density control method of the neutral beam source for large area processing according to the first and second embodiments of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Explanation of symbols for the main parts of the drawings *

10 : 중성빔 소스 11 : 플라즈마 발생 챔버,10: neutral beam source 11: plasma generating chamber,

13 : 선형 유도 코일 14 : 코일 보호관13: linear induction coil 14: coil protection tube

20 : 그리드 30 : 반사체20: grid 30: reflector

본 발명은 기판상에 특정 물질층을 식각 또는 증착하기 위해 이온빔(또는 플라즈마)을 추출하여 중성빔으로 변환시키고 이를 기판에 조사하는 중성빔 소스(source)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대면적 처리용 중심빔을 발생시키기 위해 플라즈마 발생 챔버 내부에 선형 이온 소스를 구비하는 중성빔 소스에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a neutral beam source for extracting an ion beam (or plasma), converting it into a neutral beam and irradiating the substrate to etch or deposit a particular layer of material on the substrate, and more particularly to large area processing. It relates to a neutral beam source having a linear ion source inside the plasma generating chamber for generating a central beam.

최근 들어, 반도체소자의 고집적화에 대한 요구가 계속되어짐에 따라, 반도체 집적회로의 설계에서 디자인룰이 더욱 감소되어 0.09㎛ 이하의 임계치수가 요구되고 있으며, 이러한 나노미터급 반도체소자를 구현하기 위하여 반응성 이온빔 발생 장치(이하, 이온빔 소스라 함)를 사용하게 되었다. In recent years, as the demand for high integration of semiconductor devices continues, design rules are further reduced in the design of semiconductor integrated circuits, so that a critical dimension of 0.09 µm or less is required. The generator (hereinafter referred to as ion beam source) has been used.

이러한 이온빔 소스는 다량의 이온들이 수백 eV의 에너지로 반도체기판 또는 반도체기판상의 특정 물질층에 충돌하므로 상기 반도체 기판이나 특정 물질층을 물리적, 전기적으로 손상시키는 문제점이 있기 때문에, 최근에는 한국공개특허 제2006-0102042호에 개시된 바와 같이 상기 이온빔을 중성빔으로 변화시키는 반사체를 이온빔의 출구에 구비한 중성빔 소스가 개발되었다.The ion beam source has a problem of physically and electrically damaging the semiconductor substrate or a specific material layer because a large amount of ions collide with the semiconductor substrate or a specific material layer on the semiconductor substrate with energy of several hundred eV. As disclosed in 2006-0102042, a neutral beam source has been developed having a reflector for converting the ion beam into a neutral beam at the exit of the ion beam.

종래의 중성빔 소스는 플라즈마 발생 챔버 외벽면에 감겨진 유도 코일 또는 플라즈마 발생 챔버 상부 외면에 배치된 나선형 유도 코일로 구성되는 ICP(Inductively Coupled Plasma) 소스를 이온 소스로 사용하는 것이 일반적인데, 도1은 이러한 중성빔 소스(1)를 나타낸 개략도로서 플라즈마 발생 챔버(2) 외벽면 에 감겨진 유도 코일(3)을 이온 소스(4)로 사용하는 경우이다. Conventional neutral beam sources generally use an inductively coupled plasma (ICP) source composed of an induction coil wound on the outer wall of the plasma generation chamber or a spiral induction coil disposed on the upper surface of the plasma generation chamber. Is a schematic diagram showing such a neutral beam source 1 in the case of using the induction coil 3 wound around the outer wall surface of the plasma generation chamber 2 as the ion source 4.

그러나, 상기와 같은 외부 이온 소스(4)는 중성빔 소스(1)가 대면적 처리용으로 대형화됨에 따라 여러 가지 문제점을 야기시킨다. 즉, 플라즈마 발생 챔버(2)가 대면적화 되면 플라즈마 발생 챔버(2)와 이온 소스(4) 사이의 진공을 유지시켜주는 유전체(dielectric) 물질의 크기와 두께가 매우 커지게 되는데, 이는 제조단가를 크게 상승시킬 뿐만 아니라 유도 코일(3)과 플라즈마 발생공간(5) 사이의 거리를 증가시켜 플라즈마의 발생효율을 저감시키는 문제점이 있다. However, the external ion source 4 as described above causes various problems as the neutral beam source 1 is enlarged for large area processing. That is, when the plasma generating chamber 2 becomes large in area, the size and thickness of the dielectric material that maintains the vacuum between the plasma generating chamber 2 and the ion source 4 becomes very large. Not only does it greatly increase, but also increases the distance between the induction coil (3) and the plasma generating space (5) to reduce the generation efficiency of the plasma.

또한, 플라즈마 발생 챔버(2)의 대면적화에 의해 이온 소스(4)를 구성하는 유도 코일(3)의 길이가 길어짐에 따라 유도 코일(3)의 저항에 의한 인가전력 손실이 발생하고, 인가 전원의 주파수(예를 들어, 13.56MHz)에 대한 정상파 효과(standing wave effect)가 발생하는 문제점이 있다.In addition, as the length of the induction coil 3 constituting the ion source 4 becomes longer due to the larger area of the plasma generation chamber 2, the applied power loss due to the resistance of the induction coil 3 occurs, and the applied power source is applied. There is a problem in that a standing wave effect occurs at a frequency of (eg, 13.56 MHz).

또한, 플라즈마 발생공간(5)이 증가함에 따라 ICP 이온 소스를 사용하는 경우 통상적으로 발생하는 플라즈마 밀도의 불균일 현상이 더욱 심화되는 문제점이 있다. In addition, as the plasma generating space 5 increases, there is a problem that the nonuniformity of the plasma density, which is normally generated when the ICP ion source is used, is further intensified.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 ICP 소스를 이온 소스로 사용하고 디스플레이용 기판과 같은 대면적 기판에 사용되는 중성빔 소스에 있어서, 상기 이온 소스의 절연에 필요한 제조단가의 상승을 최소화할 수 있는 중성빔 소스를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to solve the conventional problems as described above, in the neutral beam source using an ICP source as an ion source and used in a large area substrate such as a display substrate, the manufacturing cost required for the insulation of the ion source It is to provide a neutral beam source that can minimize the rise.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 대면적 처리용 중성빔 소스에 있어서, ICP 이온 소스에 의한 전력 손실을 최소화하고, 플라즈마의 발생효율과 발생밀도를 향상시킬 수 있는 중성빔 소스를 제공하기 위한 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a neutral beam source in the neutral beam source for large-area processing, to minimize the power loss by the ICP ion source, and to improve the generation efficiency and density of the plasma. .

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 대면적 처리용 중성빔 소스에 있어서, 플라즈마의 밀도를 균일하게 유지하기 위한 제어방법을 제공하기 위한 것이다.Further, another object of the present invention is to provide a control method for maintaining a uniform density of plasma in the neutral beam source for processing the large area.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 대면적 처리용 중성빔 소스는, 이온빔 소스, 상기 이온빔 소스에서 이온빔을 추출하여 가속시키는 그리드 및 상기 이온빔을 중성빔으로 전환시키는 반사체를 포함하는 중성빔 소스에 있어서, 상기 이온빔 소스는 플라즈마가 생성되는 공간을 형성하고 하단부가 상기 그리드와 연결되는 챔버와, 선형이며 상기 챔버 내부를 폭방향으로 관통하여 양단부가 상기 챔버의 측면 외부로 노출되는 적어도 하나의 유도 코일부 및 상기 각 유도 코일부 일측 단부에 고주파 전원을 인가하여 상기 챔버내에서 플라즈마를 발생시키는 전원 공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a large-area neutral beam source according to the present invention includes a neutral beam source including an ion beam source, a grid for extracting and accelerating an ion beam from the ion beam source, and a reflector for converting the ion beam into a neutral beam. The ion beam source may include a chamber in which a plasma is formed and a lower end portion of the chamber is connected to the grid, and at least one induction nose extending linearly through the inside of the chamber and exposed at both ends outside the side surface of the chamber. It is characterized in that it comprises a power supply for generating a plasma in the chamber by applying a high frequency power to a portion and one end of each induction coil unit.

또한, 이온빔 소스, 상기 이온빔 소스에서 이온빔을 추출하여 가속시키는 그리드 및 상기 이온빔을 중성빔으로 전환시키는 반사체를 포함하는 중성빔 소스에 있어서, 상기 이온빔 소스는 플라즈마가 생성되는 공간을 형성하고 하단부가 상기 그리드와 연결되는 챔버와, 두 개의 선형부가 하나의 연결부로 연결된 U자형이며 상기 챔버 내부를 폭방향으로 관통하여 상기 각 선형부의 단부 및 연결부가 상기 챔버의 서로 반대쪽 측면 외부로 각각 노출되는 적어도 하나의 유도 코일부 및 상기 각 유도 코일부의 선형부 중 어느 하나의 단부에 고주파 전원을 인가하여 상기 챔버내에서 플라즈마를 발생시키는 전원 공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, a neutral beam source comprising an ion beam source, a grid for extracting and accelerating the ion beam from the ion beam source, and a reflector for converting the ion beam into a neutral beam, the ion beam source forms a space in which a plasma is generated, At least one chamber connected to the grid and the U-shaped two linear portions connected by one connecting portion and penetrating the inside of the chamber in the width direction so that the ends and the connecting portions of the linear portions are respectively exposed to the outside of the opposite sides of the chamber. It characterized in that it comprises a power supply for generating a plasma in the chamber by applying a high frequency power to any one end of the induction coil unit and the linear portion of each induction coil unit.

또한, 상기 전원 공급부는 챔버 내부의 플라즈마 밀도를 균일하게 제어하기 위하여 상기 적어도 하나의 유도 코일부 각각에 인가되는 전원을 독립적으로 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다.The power supply unit may independently control power applied to each of the at least one induction coil unit to uniformly control the plasma density in the chamber.

또한, 이온빔 소스, 상기 이온빔 소스에서 이온빔을 추출하여 가속시키는 그리드 및 상기 이온빔을 중성빔으로 전환시키는 반사체를 포함하는 중성빔 소스에 있어서, 상기 이온빔 소스는 플라즈마가 생성되는 공간을 형성하고 하단부가 상기 그리드와 연결되는 챔버와, 서로 평행한 복수의 선형부가 상기 챔버 내부를 폭방향으로 관통하여 각 선형부의 양단부가 상기 챔버의 측면 외부로 노출되고 상기 복수 선형부의 양단부 중 같은 방향에 있는 일측 단부들이 제1연결부로 서로 연결된 제1 유도 코일부와, 서로 평행한 복수의 선형부가 상기 챔버 내부를 폭방향으로 관통하여 각 선형부의 양단부가 상기 챔버의 측면 외부로 노출되고 상기 복수 선형부의 양단부 중 같은 방향에 있는 일측 단부들이 제2연결부로 서로 연결된 제2 유도 코일부 및 상기 제1,2 연결부에 고주파 전원을 인가하여 상기 챔버내에서 플라즈마를 발생시키는 전원 공급부를 포함하고, 상기 제1,2 연결부는 챔버에 대해서 서로 반대 방향에 위치하고, 제1,2 코일부의 선형부는 서로 교대로 배치되는 것을 특징으로 한다.In addition, a neutral beam source comprising an ion beam source, a grid for extracting and accelerating the ion beam from the ion beam source, and a reflector for converting the ion beam into a neutral beam, the ion beam source forms a space in which a plasma is generated, A chamber connected to the grid and a plurality of linear portions parallel to each other penetrate the inside of the chamber in a width direction so that both ends of each linear portion are exposed to the outside of the side surface of the chamber and one end portions in the same direction among both ends of the plurality of linear portions are formed. The first induction coil part connected to each other by one connection part and a plurality of linear parts parallel to each other penetrate the inside of the chamber in the width direction so that both ends of each linear part are exposed to the outside of the side surface of the chamber and in the same direction of both ends of the plurality of linear parts. A second induction coil part having one end portions connected to each other by a second connection part and the first and second parts And a power supply unit for generating a plasma in the chamber by applying high frequency power to the connection unit, wherein the first and second connection units are located in opposite directions with respect to the chamber, and the linear parts of the first and second coil units are alternately arranged. It is characterized by.

또한, 이온빔 소스, 상기 이온빔 소스에서 이온빔을 추출하여 가속시키는 그 리드 및 상기 이온빔을 중성빔으로 전환시키는 반사체를 포함하는 중성빔 소스의 플라즈마 밀도 제어방법에 있어서, 상기 이온 소스 내부에 발생되는 플라즈마의 밀도 분포가 균일한지 여부를 판단하는 제1단계와 상기 제1단계의 판단 결과에 따라 이온빔 소스 내부에 배치된 적어도 하나의 선형 이온 소스에 공급되는 고주파 전원을 제어하는 제2단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. A method of controlling plasma density of a neutral beam source, the method comprising: an ion beam source, a grid for extracting and accelerating an ion beam from the ion beam source, and a reflector for converting the ion beam into a neutral beam; A first step of determining whether the density distribution is uniform and a second step of controlling the high frequency power supplied to at least one linear ion source disposed inside the ion beam source according to the determination result of the first step. It is done.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.

도2는 본 발명의 제1실시예에 따른 대면적 처리용 중성빔 소스를 나타낸 사시단면도이며, 도2의 중성빔 소스(10)는 플라즈마 발생 챔버(11) 내부에 구비된 선형 ICP 소스를 이온 소스(12)로 사용한다.FIG. 2 is a perspective cross-sectional view showing a large-area neutral beam source for processing according to a first embodiment of the present invention. The neutral beam source 10 of FIG. 2 is a linear ICP source provided inside the plasma generating chamber 11. Used as source 12.

중성빔 소스(10)의 상부는 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 챔버(11)로서, 수평적으로 일정한 간격을 두고 서로 인접하는 복수 개의 선형 유도 코일(13)들이 설치되어 있다. The upper portion of the neutral beam source 10 is a plasma generation chamber 11 that generates plasma, and a plurality of linear induction coils 13 adjacent to each other are provided at horizontally spaced intervals.

이들 선형 유도 코일(13)들은 플라즈마 발생 챔버(11) 내부를 관통하여 양단부가 플라즈마 발생 챔버(11)의 측면 외부로 노출되며, 플라즈마 발생 챔버(11)의 외측에서는 서로 이웃한 선형 유도 코일(13)의 일측 단부가 U자형으로 구부려져 직렬로 연결되어 하나의 독립된 루프(loop)를 형성한다.These linear induction coils 13 penetrate the inside of the plasma generation chamber 11 and both ends thereof are exposed to the outside of the side surface of the plasma generation chamber 11, and the linear induction coils 13 adjacent to each other outside the plasma generation chamber 11. One end of the c) is bent in a U shape and connected in series to form one independent loop.

본 실시예에서는 일예로서 중성빔 소스(10)를 직육면체 형태로 구성하여 4개의 U자형 선형 유도 코일(13)을 플라즈마 발생 챔버(11)내에 삽입하는 구조인데, 각 선형 유도 코일(13)은 플라즈마 발생 챔버(11) 내에서 코일 보호관(14)속에 삽입되어 있으며 플라즈마 발생 챔버(11) 내부에서는 선형을 유지한다.In this embodiment, for example, the neutral beam source 10 is configured in the form of a rectangular parallelepiped to insert four U-shaped linear induction coils 13 into the plasma generating chamber 11, and each linear induction coil 13 is a plasma. It is inserted into the coil protection tube 14 in the generation chamber 11 and maintains a linear shape in the plasma generation chamber 11.

코일 보호관(14)은 일예로서 스퍼터링에 내성이 강한 쿼츠 파이프로 이루어지고, 선형 유도 코일(13)은 구리로 형성되는데 이러한 선형 유도 코일(13)은 스테인레스스틸, 은, 알루미늄 등의 재료를 이용하여 제조될 수 있다. The coil protection tube 14 is made of quartz pipe, which is resistant to sputtering as an example, and the linear induction coil 13 is made of copper. The linear induction coil 13 is made of a material such as stainless steel, silver, aluminum, or the like. Can be prepared.

또한, 선형 유도 코일(13)의 양단부 중 일측 단부는 유도 방전을 위해 RF 전원 공급부(18)에 연결되며, 전원 공급부(18)에 연결되지 않은 타측 단부는 접지되어 있다. In addition, one end of both ends of the linear induction coil 13 is connected to the RF power supply 18 for inductive discharge, and the other end not connected to the power supply 18 is grounded.

본 실시예에서 선형 유도 코일(13)은 총 4개의 독립적인 루프로 이루어져 있으며, 위에서부터 순서대로 번호를 매길 경우 1,4번 루프와 2,3번 루프가 같은 길이의 루프이나 필요에 따라 각 루프의 길이를 다르게 구성할 수도 있다. In this embodiment, the linear induction coil 13 has a total of four independent loops, and when numbered in order from the top, loops 1, 4 and 2, 3 are loops of the same length or as needed. You can also configure loop lengths differently.

이렇게 다른 길이의 루프를 구성하는 이유는 플라즈마의 균일도 문제를 고려한 것으로, 루프의 길이에 따라 그 루프가 영향을 미치는 영역의 플라즈마의 밀도 및 균일도가 달라진다는 점을 이용하여 각 루프의 길이를 조절함으로써 플라즈마의 밀도 및 균일도를 제어하기 위한 것이다. The reason for constructing the loops of different lengths is to consider the uniformity of the plasma. By adjusting the length of each loop, the density and uniformity of the plasma in the region affected by the loop vary depending on the length of the loop. To control the density and uniformity of the plasma.

이는 향후 극 초대면적 처리용 중성빔 소스(10)에 대해 본 발명을 응용할 경우 루프의 길이 또는 루프의 개수를 조절함으로써 더 나은 플라즈마 밀도 및 균일도를 얻을 수 있음을 의미한다. This means that when the present invention is applied to the neutral beam source 10 for the ultra-large area processing in the future, better plasma density and uniformity can be obtained by adjusting the length of the loop or the number of loops.

본 실시예에 따라 중성빔 소스(10)의 크기를 일예로서 1020mm x 920mm로 구성하는 경우 이에 장착되는 각 선형 유도 코일(13)의 길이는 약 3m 이내이기 때문 에 종래 기술과 비교하여 선형 유도 코일(13)의 절연에 사용되는 재료(본 실시예에서는 코일 보호관(14))가 현저히 절약될 수 있으며, 또한 인가 전원의 주파수(일예로서 13.56MHz)에 따른 정상파 효과를 배제할 수 있다는 장점이 있다.When the size of the neutral beam source 10 is configured as an example of 1020 mm x 920 mm according to the present embodiment, the length of each linear induction coil 13 mounted thereto is less than about 3 m, so that the linear induction coil is compared with the prior art. The material used for the insulation of (13) (coil protection tube 14 in this embodiment) can be remarkably saved, and there is an advantage that the standing wave effect according to the frequency of the applied power supply (for example, 13.56 MHz) can be excluded. .

한편, 복수의 선형 유도 코일(13) 하부에는 플라즈마 발생 챔버(11) 내부에 발생되는 플라즈마의 밀도 및 균일도를 측정하기 위한 계측장치(미도시)가 설치되는데, 본 실시예에서는 상기 계측장치로서 랑뮤어 프루브(Langmuir probe)를 사용하였다. 즉, 상기 랑뮤어 프루브를 사용하여 이온 포화 전류를 측정하고, 이를 이용하여 플라즈마의 밀도 및 균일도를 측정할 수 있다.On the other hand, a measurement device (not shown) for measuring the density and uniformity of the plasma generated inside the plasma generation chamber 11 is provided below the plurality of linear induction coil 13, in the present embodiment as a measuring device Langmuir probe was used. That is, the ion saturation current may be measured using the Langmuir probe, and the density and uniformity of the plasma may be measured using the Langmuir probe.

한편, 플라즈마 발생 챔버(11)의 하부 면에는 플라즈마 발생 챔버(11) 내부에 발생된 플라즈마로부터 이온빔을 추출하기 위한 그리드(20)와 그리드(20)에서 추출된 이온빔을 중성빔으로 전환시키는 반사체(30)가 순차적으로 연결되며, 반사체(30) 하부 면에는 처리 기판(미도시)이 배치된다.Meanwhile, a lower surface of the plasma generation chamber 11 has a reflector for converting the grid 20 for extracting the ion beam from the plasma generated inside the plasma generation chamber 11 and the ion beam extracted from the grid 20 into a neutral beam ( 30 are sequentially connected, and a processing substrate (not shown) is disposed on a lower surface of the reflector 30.

본 실시예에서는 플라즈마 발생 챔버(11) 내부에 배치된 복수의 선형 유도 코일(13) 중 이웃한 선형 유도 코일(13)의 일측 단부가 플라즈마 발생 챔버(11) 외부에서 U자형으로 서로 연결된 경우를 예로서 설명하였으나, 이웃한 선형 유도 코일(13)들의 일측 단부가 서로 연결되지 않고 각 선형 유도 코일(13)에 독립적으로 전원이 인가되도록 구성할 수도 있다.In this embodiment, one end of the adjacent linear induction coil 13 among the plurality of linear induction coils 13 disposed in the plasma generation chamber 11 is connected to each other in a U shape outside the plasma generation chamber 11. Although described as an example, one end of the adjacent linear induction coil 13 may be configured to be independently supplied with power to each linear induction coil 13 without being connected to each other.

도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 대면적 처리용 중성빔 소스(10)의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of the neutral beam source 10 for large area processing according to the first embodiment of the present invention.

도3의 중성빔 소스(10)는 통상적으로 석영으로 제작되는 플라즈마 발생 챔버(11)를 구비하며, 플라즈마 발생 챔버(11)의 천정에는 F계열 또는 Cl계열 등의 반응가스와 세정용의 O2가스 등을 공급하기 위한 가스 공급구(16)가 구비된다. 이때, 가스 공급구(16)는 필요에 따라 플라즈마 발생 챔버(11)의 측면에 마련될 수도 있다.The neutral beam source 10 of FIG. 3 includes a plasma generating chamber 11 which is typically made of quartz, and the ceiling of the plasma generating chamber 11 has a reactive gas such as F series or Cl series and O 2 for cleaning. A gas supply port 16 for supplying gas or the like is provided. In this case, the gas supply port 16 may be provided on the side surface of the plasma generation chamber 11 as necessary.

플라즈마 발생 챔버(11)의 상부 공간에는 전술한 바와 같이 복수의 선형 유도 코일(13)이 배치되어 각각 RF 정합박스(17)에 연결되며, RF 정합박스(17)는 플라즈마를 발생시키기 위해 RF 파워를 공급하는 전원 공급부(18)에 연결된다.As described above, a plurality of linear induction coils 13 are disposed in the upper space of the plasma generation chamber 11 and are connected to the RF matching box 17, and the RF matching box 17 is configured to generate RF power to generate plasma. It is connected to the power supply 18 for supplying.

플라즈마 발생챔버(11)의 하단부에는 그리드(20)가 구비되어 있는데, 그리드(20)에는 이온빔이 통과할 수 있는 그리드홀(21)이 형성되어 플라즈마 발생 챔버(11) 내부에 발생된 플라즈마로부터 이온빔을 추출한다.The lower end of the plasma generating chamber 11 is provided with a grid 20, in which the grid hole 21 through which the ion beam can pass is formed to form an ion beam from the plasma generated inside the plasma generating chamber 11. Extract

이때, 그리드(20)는 양전압이 인가되는 상부 그리드와 접지된 하부 그리드 및 상부 그리드와 하부 그리드 사이에 위치되면서 상,하부 그리드에 형성된 홀과 연통하는 홀을 갖춘 절연층으로 이루어지는 그리드 어셈블리로 구성될 수 있다. At this time, the grid 20 is composed of a grid assembly consisting of an upper layer to which a positive voltage is applied, a grounded lower grid, and an insulating layer having holes communicating with holes formed in upper and lower grids while being positioned between the upper grid and the lower grid. Can be.

또한, 그리드(20)는 양(+) 전압이 인가되는 상부의 제1그리드와, 중간의 접지된 제2그리드, 제1그리드와 동일한 양전압이 인가되는 하부의 제3그리드 및, 제1그리드와 제2그리드 사이의 제1절연층, 제2그리드와 제3그리드 사이의 제2절연층으로 구성될 수도 있다. In addition, the grid 20 includes a first grid on the upper side to which a positive voltage is applied, a second grounded middle grid, a third grid on the lower side to which the same positive voltage as the first grid is applied, and a first grid. It may be composed of a first insulating layer between the second grid and the second grid, and a second insulating layer between the second grid and the third grid.

한편, 그리드(20)의 하단부에는 반사체 홀(31)을 통해 입사되는 이온빔을 반 사시켜 중성빔으로 전환시켜주는 반사체(30)가 밀착되어 구성된다. On the other hand, the lower end of the grid 20 is configured to be in close contact with the reflector 30 for reflecting the ion beam incident through the reflector hole 31 to convert to a neutral beam.

도4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 대면적 처리용 중성빔 소스(110)를 나타낸 사시단면도이다.4 is a perspective cross-sectional view showing a neutral beam source 110 for processing a large area according to a second embodiment of the present invention.

도4의 중성빔 소스(110)는 제1 실시예에서와 같이 구성하되 플라즈마 발생 챔버(111) 외부로 돌출된 복수의 선형 유도 코일(113) 중에서 서로 인접되지 않는 선형 유도 코일(113)들의 동일한 방향에 있는 일측 단부들이 제1 연결부로 연결되어 있고, 제1 연결부는 유도 방전을 위해 RF 유도전력부(118)에 연결되어 있으며, 서로 연결되지 않은 각 단부는 각기 접지되어 있다. The neutral beam source 110 of FIG. 4 is configured as in the first embodiment, but the same of the linear induction coils 113 which are not adjacent to each other among the plurality of linear induction coils 113 protruding out of the plasma generating chamber 111. One end in the direction is connected to the first connection, the first connection is connected to the RF induction power unit 118 for inductive discharge, and each end not connected to each other is grounded.

또한, 나머지 선형 유도 코일(113)들을 상기와 같이 제2 연결부로 연결하여 전원을 인가하되 제2 연결부가 상기 먼저 연결된 선형 유도 코일(113)의 접지된 단부 쪽(즉, 제1 연결부의 반대쪽)으로 위치하게 하고, 연결되지 않은 타측 단부들은 각기 접지되도록 형성된다. In addition, the remaining linear induction coil 113 is connected to the second connection as described above to apply power, but the second connection is connected to the grounded end side of the first linear induction coil 113 (ie, opposite to the first connection). And the other ends which are not connected are formed to be grounded, respectively.

상기와 같이 선형 유도 코일(113)의 경우 2개의 서로 다른 루프에 각각 전원이 인가되어 플라즈마를 발생시키는 형태로, 본 실시예의 경우 5개의 선형 유도 코일 모두가 각각 접지(ground) 되어있다. 이때, 전원 공급부(118)에서 공급된 알에프 파워(RF power)가 지나가는 패스(path)는 플라즈마 발생 챔버(111)의 가로길이(폭)의 정도 즉, 1.5m가 채 안되는 길이이기 때문에 정상파 효과를 완전히 배제시킬 수 있다는 장점이 있다. As described above, in the case of the linear induction coil 113, power is applied to two different loops to generate plasma, and in this embodiment, all five linear induction coils are grounded. In this case, the path through which the RF power supplied from the power supply unit 118 passes is a degree of the horizontal length (width) of the plasma generating chamber 111, that is, a length less than 1.5 m. The advantage is that it can be completely excluded.

또한, 선형 유도 코일(113)의 길이가 종래기술과 비교하여 짧아지므로 절연 에 사용되는 절연재의 양을 감소시킬 수 있다.In addition, since the length of the linear induction coil 113 is shorter than in the related art, it is possible to reduce the amount of insulating material used for insulation.

또한, 선형 유도 코일(113)의 개수 및 배치 간격의 조절, 그리고 제1,2 연결부에 공급되는 전원을 각각 독립적으로 제어함으로써 플라즈마 발생 챔버(111) 내부의 플라즈마 밀도 및 균일도를 제어할 수 있다는 장점이 있다.In addition, the plasma density and uniformity of the plasma generation chamber 111 can be controlled by independently controlling the number and arrangement intervals of the linear induction coils 113 and the power supplied to the first and second connection units. There is this.

그 외, 그리드(120)와 반사체(130)에 대한 설명은 제1 실시예의 경우와 동일하므로 설명을 생략한다.In addition, since the description of the grid 120 and the reflector 130 is the same as in the case of the first embodiment, description thereof will be omitted.

도5는 본 발명의 제1,2 실시예에 따른 대면적 처리용 중성빔 소스(10,110)의 플라즈마 밀도 제어방법을 나타낸 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a plasma density control method of the neutral beam sources 10 and 110 for processing the large area according to the first and second embodiments of the present invention.

선형 유도 코일(13,113)에 전원이 인가되어 플라즈마 발생 챔버(11,111) 내부에서 방전이 일어나고 그 결과 플라즈마가 발생되면, 전술한 랑뮤어 프루브를 이용하여 플라즈마 분포의 균일도를 측정한다(S200).When power is applied to the linear induction coils 13 and 113 and discharge occurs in the plasma generating chambers 11 and 111, and as a result, plasma is generated, the uniformity of the plasma distribution is measured using the Langmuir probe described above (S200).

S200 단계가 완료되면, 측정된 플라즈마 분포의 균일도를 미리 설정된 설정 수준과 비교하여(S210), 설정 수준 이하(즉, 불균일하다고 판단된 경우)이면 각 선형 유도 코일(즉, 이온 소스, 13,113)에 인가되는 전원을 제어한다(S220).When the step S200 is completed, the uniformity of the measured plasma distribution is compared with the preset setting level (S210), and if it is below the setting level (ie, if it is determined to be non-uniform), each linear induction coil (ie, ion source 13,113) The applied power is controlled (S220).

이때, 량뮤어 프루브를 이용하여 얻은 플라즈마 분포의 프로파일(profile)을 분석하여 각 선형 유도 코일(13,113)에 인가되는 전원을 제어하게 된다.At this time, the profile of the plasma distribution obtained by using the Muir Muir probe is analyzed to control the power applied to each of the linear induction coils 13 and 113.

S220 단계가 완료되면 S200 단계를 수행하고, S210 단계에서 플라즈마의 균일도가 설정 수준 이상(즉, 균일하다고 판단된 경우)이면 각 선형 유도 코일(13,113)에 현재 인가되는 전원을 유지한다(S230).When the step S220 is completed, the step S200 is performed. If the uniformity of the plasma is equal to or greater than the set level (that is, it is determined to be uniform) in the step S210, the power currently applied to each of the linear induction coils 13 and 113 is maintained (S230).

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 대면적 처리용 중성빔 소스는 플라즈마 발생 챔버 내부 공간에서 선형이며 독립된 루프를 가지는 복수의 ICP 소스를 이온 소스로 사용함으로써 유도 코일의 길이를 최소화할 수 있다.As described above, the large-area neutral beam source for processing according to the present invention can minimize the length of the induction coil by using a plurality of ICP sources having a linear and independent loop as an ion source in the plasma generating chamber internal space.

그 결과, 중성빔 소스가 대형화되는 경우에도 상기 ICP 이온 소스의 절연에 사용되는 비용을 저감할 수 있으며, 정상파 효과도 배제할 수 있는 장점이 있다.As a result, even when the neutral beam source is enlarged, the cost used to insulate the ICP ion source can be reduced, and the standing wave effect can be eliminated.

또한, ICP 이온 소스를 플라즈마 발생 챔버의 내부에 배치함으로써 플라즈마 발생 효율을 최대화할 수 있으며, 각 ICP 이온 소스의 인가 전원을 독립적으로 제어하는 것이 가능하기 때문에 플라즈마의 밀도를 균일하게 제어할 수 있는 장점이 있다.In addition, the plasma generation efficiency can be maximized by disposing the ICP ion source inside the plasma generating chamber, and the power density of each ICP ion source can be controlled independently, so that the density of the plasma can be uniformly controlled. There is this.

Claims (14)

이온빔 소스, 상기 이온빔 소스에서 이온빔을 추출하여 가속시키는 그리드 및 상기 이온빔을 중성빔으로 전환시키는 반사체를 포함하는 중성빔 소스에 있어서, A neutral beam source comprising an ion beam source, a grid for extracting and accelerating an ion beam from the ion beam source, and a reflector for converting the ion beam into a neutral beam, 상기 이온빔 소스는, 플라즈마가 생성되는 공간을 형성하고 하단부가 상기 그리드와 연결되는 챔버;The ion beam source may include a chamber forming a space in which a plasma is generated and a lower end connected to the grid; 선형이며, 상기 챔버 내부를 폭방향으로 관통하여 양단부가 상기 챔버의 측면 외부로 노출되는 적어도 하나의 유도 코일부; 및At least one induction coil part linearly extending through the inside of the chamber in a width direction such that both ends thereof are exposed to the outside of the side surface of the chamber; And 상기 각 유도 코일부 일측 단부에 고주파 전원을 인가하여 상기 챔버내에서 플라즈마를 발생시키는 전원 공급부를 포함하는 중성빔 소스.And a power supply unit applying high frequency power to one end of each induction coil unit to generate plasma in the chamber. 이온빔 소스, 상기 이온빔 소스에서 이온빔을 추출하여 가속시키는 그리드 및 상기 이온빔을 중성빔으로 전환시키는 반사체를 포함하는 중성빔 소스에 있어서, A neutral beam source comprising an ion beam source, a grid for extracting and accelerating an ion beam from the ion beam source, and a reflector for converting the ion beam into a neutral beam, 상기 이온빔 소스는, 플라즈마가 생성되는 공간을 형성하고 하단부가 상기 그리드와 연결되는 챔버;The ion beam source may include a chamber forming a space in which a plasma is generated and a lower end connected to the grid; 두 개의 선형부가 하나의 연결부로 연결된 U자형이며, 상기 챔버 내부를 폭방향으로 관통하여 상기 각 선형부의 단부 및 연결부가 상기 챔버의 서로 반대쪽 측면 외부로 각각 노출되는 적어도 하나의 유도 코일부; 및At least one induction coil part having a U-shape in which two linear parts are connected by one connection part, penetrating the inside of the chamber in a width direction so that an end portion and each connection part of the linear parts are respectively exposed to the outside of the opposite sides of the chamber; And 상기 각 유도 코일부의 선형부 중 어느 하나의 단부에 고주파 전원을 인가하여 상기 챔버내에서 플라즈마를 발생시키는 전원 공급부를 포함하는 중성빔 소스.And a power supply unit configured to generate a plasma in the chamber by applying a high frequency power to one of the linear portions of the induction coil units. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 각 유도 코일부는 구리, 스테인레스스틸 또는 알루미늄 중 어느 하나로 이루어진 유도 코일과, 상기 유도 코일을 둘러싸는 절연재를 포함하는 중성빔 소스.Each of the induction coil unit is a neutral beam source including an induction coil made of any one of copper, stainless steel or aluminum, and an insulating material surrounding the induction coil. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 전원 공급부는 챔버 내부의 플라즈마 밀도를 균일하게 제어하기 위하여 상기 적어도 하나의 유도 코일부 각각에 인가되는 전원을 독립적으로 제어할 수 있는 중성빔 소스.The power supply unit is a neutral beam source that can independently control the power applied to each of the at least one induction coil unit in order to uniformly control the plasma density in the chamber. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 각 유도 코일부의 선형부 중 전원이 인가되지 않는 단부는 접지시키는 중성빔 소스. Neutral beam source for grounding the end of the linear portion of each of the induction coil portion to which power is not applied. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 적어도 하나의 유도 코일부는 챔버 상부에 배치되고, 각 유도 코일부는 수평적으로 서로 이격되어 있는 중성빔 소스.And the at least one induction coil part is disposed above the chamber, and each induction coil part is horizontally spaced apart from each other. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 중성빔 소스는 육면체 형상인 중성빔 소스.The neutral beam source is a hexahedral shape neutral beam source. 이온빔 소스, 상기 이온빔 소스에서 이온빔을 추출하여 가속시키는 그리드 및 상기 이온빔을 중성빔으로 전환시키는 반사체를 포함하는 중성빔 소스에 있어서, A neutral beam source comprising an ion beam source, a grid for extracting and accelerating an ion beam from the ion beam source, and a reflector for converting the ion beam into a neutral beam, 상기 이온빔 소스는, 플라즈마가 생성되는 공간을 형성하고 하단부가 상기 그리드와 연결되는 챔버;The ion beam source may include a chamber forming a space in which a plasma is generated and a lower end connected to the grid; 서로 평행한 복수의 선형부가 상기 챔버 내부를 폭방향으로 관통하여 각 선형부의 양단부가 상기 챔버의 측면 외부로 노출되고, 상기 복수 선형부의 양단부 중 같은 방향에 있는 일측 단부들이 제1연결부로 서로 연결된 제1 유도 코일부; A plurality of linear portions parallel to each other penetrate the inside of the chamber in a width direction so that both ends of each linear portion are exposed to the outside of the side surface of the chamber, and one end portions in the same direction of both ends of the plurality of linear portions are connected to each other by a first connection portion; 1 induction coil part; 서로 평행한 복수의 선형부가 상기 챔버 내부를 폭방향으로 관통하여 각 선형부의 양단부가 상기 챔버의 측면 외부로 노출되고, 상기 복수 선형부의 양단부 중 같은 방향에 있는 일측 단부들이 제2연결부로 서로 연결된 제2 유도 코일부; 및A plurality of linear portions parallel to each other penetrate the inside of the chamber in a width direction so that both ends of each linear portion are exposed to the outside of the side surface of the chamber, and one end portions in the same direction of both ends of the plurality of linear portions are connected to each other by a second connection portion; Two induction coil parts; And 상기 제1,2 연결부에 고주파 전원을 인가하여 상기 챔버내에서 플라즈마를 발생시키는 전원 공급부를 포함하고,A power supply unit for generating a plasma in the chamber by applying high frequency power to the first and second connection units; 상기 제1,2 연결부는 챔버에 대해서 서로 반대 방향에 위치하고, 제1,2 코일부의 선형부는 서로 교대로 배치되는 중성빔 소스. And the first and second connection portions are located in opposite directions with respect to the chamber, and the linear portions of the first and second coil portions are alternately disposed. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 제1,2 유도 코일부는 각각 구리, 스테인레스스틸 또는 알루미늄 중 어느 하나로 이루어진 유도 코일과, 상기 유도 코일을 둘러싸는 절연재를 포함하는 중성빔 소스.Each of the first and second induction coil units may include an induction coil made of any one of copper, stainless steel, or aluminum, and an insulating material surrounding the induction coil. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 전원 공급부는 챔버 내부의 플라즈마 밀도를 균일하게 제어하기 위하여 상기 제1,2 연결부 각각에 인가되는 전원을 독립적으로 제어할 수 있는 중성빔 소스.The power supply unit is a neutral beam source that can independently control the power applied to each of the first and second connection in order to uniformly control the plasma density in the chamber. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 제1,2 유도 코일부의 양단부 중 서로 연결되지 않은 단부는 접지시키는 중성빔 소스. Neutral beam source for grounding the ends of the first and second induction coil portion that is not connected to each other. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 제1,2 유도 코일부는 챔버 상부에 수평적으로 배치되는 중성빔 소스.And the first and second induction coil parts are horizontally disposed above the chamber. 제12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 중성빔 소스는 육면체 형상인 중성빔 소스.The neutral beam source is a hexahedral shape neutral beam source. 이온빔 소스, 상기 이온빔 소스에서 이온빔을 추출하여 가속시키는 그리드 및 상기 이온빔을 중성빔으로 전환시키는 반사체를 포함하는 중성빔 소스의 플라즈마 밀도 제어방법에 있어서, In the plasma density control method of the neutral beam source comprising an ion beam source, a grid for extracting and accelerating the ion beam from the ion beam source and a reflector for converting the ion beam into a neutral beam, 상기 이온빔 소스 내부에 발생되는 플라즈마의 밀도 분포가 균일한지 여부를 판단하는 제1단계;와Determining whether the density distribution of plasma generated inside the ion beam source is uniform; and 상기 제1단계의 판단 결과에 따라 이온빔 소스 내부에 배치된 적어도 하나의 선형 이온 소스에 공급되는 고주파 전원을 제어하는 제2단계를 포함하는 중성빔 소스의 플라즈마 밀도 제어방법. And a second step of controlling high frequency power supplied to at least one linear ion source disposed in the ion beam source according to the determination result of the first step.
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KR20060102042A (en) * 2005-03-22 2006-09-27 성균관대학교산학협력단 Neutral beam etching system having improved reflector

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