KR101456218B1

KR101456218B1 - 플라즈마원

Info

Publication number: KR101456218B1
Application number: KR1020130086141A
Authority: KR
Inventors: 유타카 이노우치; 마사히로 타니이
Original assignee: 닛신 이온기기 가부시기가이샤
Priority date: 2012-10-18
Filing date: 2013-07-22
Publication date: 2014-10-31
Also published as: CN103779155B; JP2014082150A; KR20140049924A; CN103779155A

Abstract

방착판의 교환 사이클을 길게 하여 플라즈마원의 가동률을 향상시킨다.
플라즈마원(1)은 냉각 기구를 가지며, 내부에 플라즈마 생성용 가스가 도입되는 플라즈마 생성 용기(2)와, 상기 플라즈마 생성 용기(2)의 안쪽에 배치된 방착판(5)과, 상기 플라즈마 생성 용기(2)의 외측에 배치된 커스프 자장 생성용 복수개의 영구 자석(3)을 구비하고 있는 동시에, 플라즈마 생성 용기(2)의 안쪽에서, 플라즈마 생성 용기(2)의 벽면을 사이에 끼고 영구 자석(3)과 대향하는 위치에, 플라즈마 생성 용기(2)의 내벽면에 접촉하여 배치된 자성체(4)를 구비하고 있다.

Description

플라즈마원{PLASMA SOURCE}

본 발명은 플라즈마 밀폐용 영구 자석을 구비한 플라즈마원에 관한 것으로, 특히 플라즈마원의 내부에 방착판(防着板)을 구비한 플라즈마원에 관한 것이다.

플라즈마원은 이온빔 조사장치나 전자빔 조사장치, 플라즈마 도핑장치, 플라즈마 플러드 건(plasma flood gun) 등의 장치에서 널리 이용되고 있다.

예를 들면 양의 전하를 가지는 이온빔을 반도체 웨이퍼에 조사하는 이온빔 조사장치에서는 플라즈마원의 하류측에 인출 전극이라고 불리는 플라즈마원의 전위보다도 음의 전위를 가지는 전극을 배치해 두고, 이로 인해 이온빔의 인출이 이루어지고 있다. 이 전극의 매수는 1장에 한정되지 않는다. 이온빔을 인출하기 위해 복수장의 전극을 구비하고 있는 경우도 있다. 이 경우, 이 전극들은 인출 전극계라고 불린다. 이온빔 조사장치에서는 이 인출 전극계를 구성하는 전극군 혹은 1장의 전극과 플라즈마원을 아울러 이온원이라고 부르고 있다.

한편, 전자빔 조사장치에서는 플라즈마원의 하류측에 전극을 배치하고, 이 전극에 의해 플라즈마원으로부터 전자빔이 인출되고 있다. 이온빔 조사장치의 예와 마찬가지로 전극의 매수는 1장에 한정되지 않는다. 복수장의 전극을 이용하는 경우도 있다. 전자빔 조사장치에서는 전자빔을 인출하는 1장 혹은 복수장의 전극과 플라즈마원을 아울러 전자원이라고 부르고 있다.

플라즈마원의 타입으로는 지금까지 다양한 구성이 고안되었지만, 비교적 고농도로 대용량의 플라즈마를 생성하는 플라즈마원으로서, 플라즈마 밀폐용 영구 자석을 구비한 타입의 플라즈마원이 알려져 있다.

구체적인 예를 들자면 특허문헌 1에 기재된 이온원이 있다. 이 이온원에 이용되고 있는 플라즈마원에서는 플라즈마 생성 용기 내에 도입된 가스를 고주파 방전에 의해 전리하여 플라즈마가 생성되고 있다. 플라즈마 생성 용기의 외측에는 복수의 영구 자석이 배치되어 있다. 이 영구 자석들로 인해 플라즈마 생성 용기의 안쪽에 커스프 자장(cusp magnetic field)이 형성되고, 용기 내의 소정 영역에 플라즈마가 갇힌다.

또한 이 플라즈마 생성 용기에는 내벽을 따라 방착판이 마련되어 있다. 방착판은 용기 내에 도입된 가스 및 생성된 플라즈마로 인한 용기 내벽의 에칭을 방지하거나, 가스 및 플라즈마와 내벽의 화학적인 반응을 방지하는 등의 목적에서 마련되어 있다.

일본국 공개특허공보 평9-259779호

플라즈마원의 운전 시간이 경과됨에 따라, 방착판은 플라즈마로 인해 에칭 되거나 하여 손상된다. 방착판의 손상이 커지면 플라즈마원을 정지하고, 이것을 새로운 것으로 교환할 필요가 있게 된다. 또한 방착판과 플라즈마의 반응에 따른 생성물이 방전을 유발하는 경우도 있어, 이로 인해 부재의 교환·청소 등의 유지 보수가 필요하게 되는 경우도 있다.

플라즈마 생성 용기 내에 형성된 커스프 자장은 영구 자석과 대향하는 플라즈마 생성 용기의 안쪽 장소에서 국소적으로 강해진다. 또한 플라즈마 생성 용기의 내벽면은 영구 자석에 가까우므로, 이 내벽면에 근접할수록 자장의 강도는 강해진다.

커스프 자장에 포착된 전자는 자장이 약한 곳으로부터 어느 정도 자장이 강한 곳으로 나아가면, 미러 효과로 인해 그 대부분이 이동방향이 변경되어, 이번에는 자장이 강한 곳에서 자장이 약한 곳으로 이동하게 된다.

방착판은 플라즈마 생성 용기의 내벽면 근방에 배치되어 있으며, 플라즈마 등에 의한 스퍼터링·에칭에 견딜 수 있는 두께를 가지고 있다. 미러 효과로 인해 전자의 이동방향이 변경되는 자장영역은 플라즈마 생성 용기의 내벽 근방에 존재하고 있다. 이 영역에 걸리도록 방착판이 배치되어 있으면, 커스프 자장에 의해 포착된 전자는 전자의 이동방향이 변경되기 전에 방착판에 충돌해 버린다. 이 충돌로 인해, 플라즈마 생성 용기 내에서 생성되는 플라즈마의 밀도가 감소된다.

이러한 방착판에 대한 전자의 충돌을 방지하기 위해 방착판의 두께를 얇게 하여, 미러 효과로 인해 전자의 이동방향이 변경되는 자장영역에 걸리지 않도록 하는 방법을 생각할 수 있다. 그러나 방착판이 충분한 두께를 갖지 않을 경우, 방착판에 대한 전자의 충돌은 회피할 수 있지만, 방착판의 두께가 얇은 만큼 약간의 손상으로 즉시 교환을 해야 한다는 문제가 있었다.

본 발명에서는 종래의 구성에 비해 방착판의 교환 사이클을 길게 하여, 플라즈마원의 가동률을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 플라즈마원은 냉각 기구를 가지는 플라즈마 생성 용기의 내부에 가스를 도입하고, 상기 가스를 전리함으로써 플라즈마를 생성하는 플라즈마원으로서, 상기 플라즈마 생성 용기의 안쪽에 배치된 방착판과, 상기 플라즈마 생성 용기의 외측에 배치된 플라즈마 밀폐용 복수개의 영구 자석을 구비하고 있는 동시에, 상기 플라즈마 생성 용기의 안쪽에서, 상기 플라즈마 생성 용기의 벽면을 사이에 끼고 상기 영구 자석과 대향하는 위치에, 상기 플라즈마 생성 용기의 내벽면에 접촉된 자성체가 마련되어 있다.

이러한 구성에 의해, 미러 효과로 인해 전자의 이동방향이 변화되는 자장이 강한 영역을 플라즈마 생성 용기의 내벽 근방에서 플라즈마 생성 용기의 중앙측으로 시프트시킬 수 있다. 이로 인해, 두께 치수가 큰 방착판을 사용했다고 해도 방착판에 대한 전자의 충돌을 대폭으로 회피시킬 수 있으므로, 방착판의 교환 사이클을 길게 하여 플라즈마원의 가동률을 향상시킬 수 있다.

또한 상기 방착판은 상기 자성체에 지지되어 있어도 된다.

이러한 구성이면 플라즈마원의 설계 자유도를 향상시킬 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 방착판은 상기 자성체의 상기 플라즈마 생성 용기의 가장 중앙측에 위치하는 장소에 지지되어 있으면 된다.

또한 이러한 방착판과 자성체의 치수 관계에 대해서는 각 자성체가 늘어선 방향에 있어서, 상기 자성체의 치수보다 상기 방착판의 치수가 긴 것이 바람직하다.

또한 각 자성체 사이에서, 상기 플라즈마 생성 용기의 내벽면을 따라 상기 방착판이 상기 자성체에 지지되어 있어도 된다.

플라즈마원으로부터 전자빔이나 이온빔, 플라즈마 등의 에너지빔을 인출하는 경우이면서, 플라즈마원으로 붕소함유 가스를 이용할 경우에는 플라즈마원의 구성을 다음과 같이 하면 된다. 상기 플라즈마 생성 용기는 용기 안팎을 접속하는 인출구를 구비하고 있는 동시에, 상기 가스는 붕소함유 가스이고, 상기 자성체 또는 상기 방착판에 지지되며 상기 자성체보다도 상기 플라즈마 생성 용기의 중앙측에 마련된 방전 억제 부재를 구비하고 있다.

플라즈마 생성 용기의 내부 혹은 그 근방에는 냉매가 흐르고 있다. 자성체는 용기의 외측에 배치된 영구 자석에 의해 강하게 흡착되어 있기 때문에 효율적으로 냉각되고 있다. 붕소함유 가스를 이용하면, 냉각된 자성체의 표면에 분말상의 금속 붕소가 퇴적한다. 이 분말상의 금속 붕소는 플라즈마 생성 용기 내에서 비산되므로, 이로 인해 이상 방전이 빈번히 발생한다.

이러한 이상 방전의 발생 횟수를 경감시키기 위해, 상술한 것과 같은 방전 억제 부재를 이용한다. 자성체와는 별도 부재로서 이러한 방전 억제 부재를 마련해 두면, 방전 억제 부재의 온도가 자성체보다 고온이 되므로, 방전 억제 부재에 부착된 분말상의 금속 붕소가 결정 상태가 되어 떨어져 나가기 어려워진다. 이로 인해, 금속 붕소의 비산을 방지할 수 있으므로 이상 방전의 발생 횟수를 경감시킬 수 있다.

또한 상기 방전 억제 부재와 상기 자성체 사이에는 상기 방착판이 배치되어 있어도 된다.

이러한 구성이면, 방전 억제 부재를 자성체로부터 충분히 이간시킬 수 있으므로, 분말상의 금속 붕소를 효과적으로 결정 상태로 할 수 있다.

또한 상기 방전 억제 부재는 비(非)자성체 또는 약(弱)자성체로 구성되어 있어도 된다. 이러한 구성이면, 자성체의 자력에 의해 방전 억제 부재가 흡착되지 않으므로, 양 부재 사이를 충분히 열적으로 이간시킬 수 있어 금속 붕소를 효과적으로 결정 상태로 할 수 있다.

그리고 상기 방전 억제 부재의 표면에는 블라스트(blast) 처리가 되어 있어도 된다. 이러한 구성을 이용하면 금속 붕소의 비산 방지 효과가 향상된다.

상기 방착판은 세라믹스 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 질화 알루미늄이나 산화 알루미늄 등의 세라믹스 재료를 이용했을 경우, 불소나 염소 등의 부식성 가스를 플라즈마원으로 이용했다고 해도, 그러한 가스로 인해 방착판이 에칭되기 어려워진다.

플라즈마 생성 용기의 안쪽에, 플라즈마 생성 용기의 벽면을 사이에 끼고 영구 자석과 대향하는 자성체를 마련하였기 때문에, 미러 효과로 인해 전자의 이동방향이 변화되는 자장이 강한 영역을 플라즈마 생성 용기의 내벽 근방에서 플라즈마 생성 용기의 중앙측으로 시프트시킬 수 있다. 또한 냉각 기구를 가지는 플라즈마 생성 용기에 접촉 배치된 자성체는 효율적으로 냉각되기 때문에 열팽창이 적어 부재의 뒤틀림이 억제되므로, 세라믹스 등의 내(耐)플라즈마성이 강하지만 취성(脆性;brittleness) 파괴를 일으키기 쉬운 부재를 이러한 자성체에 장착할 수 있게 된다. 또한 두께 치수가 큰 방착판을 사용했다고 해도 방착판에 대한 전자의 충돌을 대폭으로 회피시킬 수 있다. 이러한 이유들로 인해, 방착판의 교환 사이클을 길게 하여 플라즈마원의 가동률을 향상시킬 수 있다.

도 1은 플라즈마원의 외형을 나타내는 사시도이다. (A)는 플라즈마 생성 용기의 개구부가 지면(紙面) 뒤쪽에 있을 때의 모습을 나타내고, (B)는 플라즈마 생성 용기의 개구부가 지면 앞쪽에 있을 때의 모습을 나타낸다.
도 2는 플라즈마원을 도 1(A), 도 1(B)에 기재된 XZ1 평면으로 절단했을 때의 단면도이다.
도 3은 방착판을 자성체에 장착하는 것에 관한 설명도이다.
도 4는 자성체의 위치 맞춤에 관한 설명도이다.
도 5는 자성체의 위치 맞춤에 관한 다른 예를 나타내는 설명도이다.
도 6은 자성체의 위치 맞춤에 관한 다른 예를 나타내는 설명도이다.
도 7은 자성체의 표면에 방전 억제 부재를 장착했을 때의 모습을 나타내는 평면도이다. (A)는 UW 평면에서의 모습을 나타내고, (B)는 UV 평면에서의 모습을 나타낸다.
도 8은 자성체의 표면에 방전 억제 부재를 장착했을 때의 다른 예를 나타내는 평면도이다. (A)는 UW 평면에서의 모습을 나타내고, (B)는 UV 평면에서의 모습을 나타낸다.
도 9는 자성체의 표면에 방전 억제 부재를 장착했을 때의 또 다른 예를 나타내는 평면도이다. (A)는 UW 평면에서의 모습을 나타내고, (B)는 (A)에 기재된 A-A선을 따라 자른 단면의 모습을 나타내고, (C)는 (A)에 기재된 B-B선을 따라 자른 단면의 모습을 나타낸다.
도 10은 자성체의 표면에 방전 억제 부재를 장착했을 때의 기타 예를 나타내는 평면도이다. (A)는 UW 평면에서의 모습을 나타내고, (B)는 (A)에 기재된 A-A선을 따라 자른 단면의 모습을 나타내며, (C)는 (A)에 기재된 B-B선을 따라 자른 단면의 모습을 나타낸다.
도 11은 도 2에 기재된 플라즈마원의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 12는 자성체에 방착판을 장착했을 때의 다른 예를 나타내는 평면도이다. (A)는 UW 평면에서의 모습을 나타내고, (B)는 (A)에 기재된 A-A선을 따라 자른 단면의 모습을 나타낸다.

도 1(A), 도 1(B)에는 플라즈마원(1)의 외형을 나타내는 사시도가 도시되어 있다. 도 1(A)와 도 1(B)는 다른 방향에서 같은 플라즈마원(1)을 보고 있다. 도시된 X, Y, Z축은 서로 직교하고 있다.

도 1(A), 도 1(B)에 기재된 플라즈마원(1)을 구성하는 플라즈마 생성 용기(2)는 직육면체형상을 하고 있고, 이 플라즈마 생성 용기(2)의 Z방향측에 위치하는 면에는 플라즈마원(1)의 내부에서 플라즈마원(1)의 외부로 이온빔이나 전자빔, 플라즈마를 인출하기 위한 인출구(10)가 형성되어 있으며, 이 면을 제외한 다른 면에는 복수의 영구 자석(3)이 대향 배치되어 있다. 이 영구 자석(3)들로 인해 플라즈마 생성 용기(2)의 안쪽에 커스프 자장이 생성된다.

커스프 자장을 생성하는 복수의 영구 자석(3)에는 플라즈마 생성 용기(2)의 벽면에 수직인 방향을 따라 자극(磁極)이 마련되어 있다. 자극의 방향은 Z방향 혹은 X방향을 따라 이웃해서 배치된 영구 자석(3)에서 서로 반대 방향이다. 각 영구 자석(3)은 플라즈마 생성 용기(2)의 벽면을 따라 배치된 도시되지 않은 비자성체의 홀더에 의해 유지되고 있다.

도 1(A), 도 1(B)의 플라즈마 생성 용기(2)의 벽 내부에는 일점쇄선으로 도시되어 있는 바와 같이 영구 자석(3)이 배치되는 장소를 둘러싸도록 냉매 유로(R)가 형성되어 있다. 냉매 유로(R)에는 플라즈마 생성 용기(2)의 외부로부터 냉매가 유입된다. 이 냉매 유입구는 예를 들면 도면에 IN으로 표시된 장소에 마련되어 있다. 한편, 냉매 유로(R)에 유입된 냉매는 냉매 유로(R)에서 플라즈마 생성 용기(2)의 외부로 유출된다. 이 냉매의 외부로의 유출구는 예를 들면 도면에 OUT으로 표시된 장소에 마련되어 있다. 이러한 냉매로 인해 영구 자석(3)의 승온이 억제되어, 온도 상승에 따른 영구 자석(3)의 자력 저하를 막을 수 있다. 한편, 이 냉매 유로(R)는 반드시 플라즈마 생성 용기(2)의 벽 내부에 마련되어 있을 필요는 없다. 영구 자석(3)의 승온이 억제되는 장소라면, 플라즈마 생성 용기(2)의 외측에 마련되어 있어도 된다.

XZ 평면에 평행한 XZ1 평면으로 도 1(A), 도 1(B)에 기재된 플라즈마원(1)을 절단했을 때의 단면도가 도 2에 도시되어 있다. 플라즈마 생성 용기(2)의 외측에는 도 1(A), 도 1(B)에서 설명한 영구 자석(3)이 배치되어 있다. 플라즈마 생성 용기(2)의 내부에서 플라즈마(9)를 생성하기 위한 구성으로는 특허문헌 1에 기재된 고주파 방전에 의해 가스를 전리하는 방식이어도 되지만, 여기서는 그 밖의 예로서 전자 충격에 의해 가스를 전리하는 방식을 제시하고 있다.

플라즈마 생성 용기(2)에는 가스가 봉입된 가스원(8)이 접속되어 있다. 플라즈마 생성 용기(2)에는 도시되지 않은 전원이 접속되어 있으며, 이 전원에 의해 대지 전위를 기준으로 해서 양의 전압이 플라즈마 생성 용기(2)에 인가되고 있다. 플라즈마 생성 용기(2)의 내부에는 열전자를 방출하기 위한 필라멘트(7)가 지지되어 있다. 필라멘트(7)에는 도시되지 않은 전원이 접속되어 있으며, 이 전원에 의해 필라멘트(7)에 전류가 흘러 필라멘트(7)가 가열된다. 필라멘트(7)의 온도가 소정 온도가 되면 필라멘트(7)로부터 열전자가 방출된다.

필라멘트(7)에서 방출된 열전자는 가스원(8)으로부터 플라즈마 생성 용기(2)에 도입된 가스에 충돌한다. 이 충돌로 인해 가스가 전리되어 플라즈마(9)가 생성된다. 이 플라즈마(9)는 플라즈마 생성 용기(2) 안쪽의 소정 영역에 커스프 자장에 의해 갇힌다.

플라즈마 생성 용기(2)의 안쪽에는 플라즈마 생성 용기(2)의 벽면을 사이에 끼고 영구 자석(3)과 대향하는 자성체(4)가 마련되어 있다. 이 자성체(4)는 영구 자석(3)의 자력에 의해 자기를 띠게 된다. 그 결과, 이웃해서 배치된 자성체(4) 사이에는 도 2에 화살표로 나타낸 자장이 형성된다. 이 자장이 커스프 자장이 된다. 자성체(4)의 구체적인 재료로는 영구 자석에 흡착되는 강(强)자성체이며, 페라이트계 스테인리스나 니켈 도금이 표면에 실시된 철, 혹은 니켈 그 자체와 같은 도전성 재료를 이용하는 방법을 생각할 수 있다.

본 발명에서는 이러한 자성체(4)가 마련되어 있으므로, 미러 효과로 인해 전자의 이동방향이 변화되는 자장이 강한 영역을 플라즈마 생성 용기(2)의 내벽 근방에서 플라즈마 생성 용기(2)의 중앙측으로 시프트시킬 수 있다.

이러한 커스프 자장 형성영역의 시프트로 인해, 두께 치수가 큰 방착판(5)을 사용했다고 해도 방착판(5)에 대한 전자의 충돌을 대폭으로 회피시킬 수 있으므로, 방착판(5) 교환 사이클을 길게 하여 플라즈마원의 가동률을 향상시킬 수 있다.

플라즈마 생성 용기(2) 주위나 플라즈마 생성 용기(2)를 구성하는 벽의 내부에는 복수의 영구 자석(3)이나 냉매 유로(R) 등이 마련되어 있다. 방착판(5)의 지지 구조로는 방착판(5)을 플라즈마 생성 용기(2)의 내벽에 볼트로 장착하도록 해도 되지만, 플라즈마 생성 용기(2)의 구성이나 그 주위에 배치된 다른 부재와의 관계로 인해 방착판(5)의 장착 위치가 제약을 받게 된다. 플라즈마원(1)의 설계 자유도를 향상시키는 것을 고려하면, 방착판(5)을 플라즈마 생성 용기(2)에 장착하는 것보다, 도 2에 도시되어 있듯이 자성체(4)에 장착해 두는 것이 바람직하다. 도 3을 참조하여 방착판(5)을 자성체(4)에 장착하는 구조에 대하여 설명한다.

방착판(5)에는 관통 구멍(13)이 마련되어 있어, 이곳을 통해 고정용 볼트(11)가 삽입된다. 고정용 볼트(11)의 선단부는 자성체(4)에 형성된 나사구멍(14)에 끼워 맞춰진다. 이로 인해, 방착판(5)이 자성체(4)에 장착된다. 도 3의 예에서는 자성체(4)의 양측에 방착판(5)이 장착되어 있지만, 자성체(4)의 한쪽에만 방착판(5)을 장착해 두어도 된다.

자성체(4)를 플라즈마 생성 용기(2)에 장착할 때의 위치 조정에 대해서는 도 4나 도 5에 기재된 구성을 생각할 수 있다. 한편, 도 4, 도 5에서는 자성체(4)에 대하여 방착판(5)을 장착한 후에 자성체(4)를 플라즈마 생성 용기(2)에 장착하는 구성이 도시되어 있지만, 장착 순서는 반대여도 된다. 즉, 자성체(4)를 플라즈마 생성 용기(2)에 장착한 후에 방착판(5)를 자성체(4)에 장착해도 된다.

영구 자석(3)의 자력에 의해, 자성체(4)는 플라즈마 생성 용기(2)의 내벽에 장착된다. 플라즈마 생성 용기(2)에 자성체(4)가 장착되면, 영구 자석(3)의 자력이 강하므로 자성체(4)의 위치를 재조정하기가 어려워진다. 그렇기 때문에, 장착시에 자성체(4)의 위치 결정이 정밀하게 이루어지는 것이 바람직하다.

도 4에 기재된 자성체(4)에는 그 상부면에서 하부면에 걸쳐 자성체(4)를 관통하는 관통 구멍(13)이 마련되어 있다. 이 관통 구멍(13)을 통해 위치 결정용 볼트(12)가 삽입된다. 이 상태에서 위치 결정용 볼트(12)의 선단부가 플라즈마 생성 용기(2)를 구성하는 벽면(16)에 마련된 오목부(15)에 접촉하도록 자성체(4)의 위치 맞춤이 이루어진다. 자성체(4)가 플라즈마 생성 용기(2)에 장착된 후에는 위치 결정용 볼트(12)가 불필요하게 되므로, 이것을 자성체(4)의 관통 구멍(13)에서 빼 둔다.

위치 결정용 볼트(12)는 금속제여도 되지만, 영구 자석(3)의 자력의 영향을 받지 않는 수지제를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 수지제 볼트를 이용하면 장착 후에 이루어지는 볼트 빼기를 간단히 실시할 수 있다.

또한 자성체(4)의 단부에 형성된 관통 구멍(13)과 그곳에 삽입되는 위치 결정용 볼트(12)의 일부에 나사를 마련해 두면, 플라즈마 생성 용기(2)로부터 자성체(4)를 간단히 떼어낼 수 있다. 자성체(4)의 하부면은 플라즈마 생성 용기(2)의 벽면(16)에 영구 자석(3)의 자력에 의해 흡착되어 있다. 자성체(4)의 단부가 플라즈마 생성 용기(2)로부터 이간되면, 자성체(4)를 흡착하는 흡착력이 급격히 약해진다. 그렇기 때문에, 자성체(4)를 떼어낼 때에는 나사가 형성된 위치 결정용 볼트(12)를 조여, 자성체(4)의 단부를 플라즈마 생성 용기(2)의 벽면(16)으로부터 이간시킨다. 이렇게 하면 자성체(4)를 간단히 떼어낼 수 있다.

자성체(4) 위치 결정의 다른 예로는 도 5에 기재된 구성을 이용해도 된다. 이 예에서는 플라즈마 생성 용기(2)를 구성하는 벽면(16)의 일부에 위치 결정용 돌기(17)를 형성해 둔다. 이러한 위치 결정용 돌기(17)에 자성체(4)를 따르도록 해서 자성체(4)를 장착해도 된다. 또한 여기서 말한 위치 결정용 돌기(17) 대신에, 벽면(16)의 일부를 오목하게 하고 이 오목한 부위에 자성체(4)를 끼워 넣어 위치 결정을 해도 된다.

도 5의 구성 대신에 도 6의 구성을 이용해도 된다. 여기서는 플라즈마 생성 용기(2)의 벽면(16)에 고정용 볼트(11)를 이용해서 2개의 방착판(5)을 고정하고, 이 방착판들(5) 사이에 자성체(4)를 장착하도록 하였다. 이 경우, 방착판(5)이 도 5에서 설명한 자성체(4)의 위치 결정용 돌기(17)로서 기능한다. 한편, 이 예에서 방착판(5)은 별체로서 도시되어 있지만, 자성체(4)의 형상에 따라 이 방착판들(5)을 일체화한 것으로 해도 된다.

플라즈마원(1)에 붕소함유 가스(예를 들면 BF3나 B2F4, BCl3 등)를 도입하여 이것을 플라즈마화했을 경우, 자성체(4)의 표면에는 분말상의 금속 붕소가 퇴적한다. 이러한 분말상 금속 붕소의 발생은 자성체(4)의 온도가 저온으로 유지되고 있는 것이 원인으로 여겨진다.

플라즈마 생성 용기(2)의 내벽에 대하여 자성체(4)가 바짝 흡착되어 있는 상태에서는 플라즈마 생성 용기(2)를 냉각하는 냉매의 영향을 크게 받아 자성체(4)의 온도가 저온으로 유지되어 버린다.

플라즈마 생성 용기(2)가 인출구(10)를 구비하고, 그 하류측에 그곳으로부터 전자빔이나 이온빔, 플라즈마 등의 에너지빔을 인출하는 1장 혹은 복수장의 전극으로 이루어지는 인출 전극계가 배치되어 있는 구성이면, 상술한 분말상의 금속 붕소가 인출 전극계에 비산되어, 플라즈마원(1) 운전시에 인출 전극계에서 이상 방전이 발생한다.

이러한 분말상의 금속 붕소로 인한 이상 방전을 억제하기 위한 구성으로서 도 7에 기재된 구성을 생각할 수 있다.

도 7에서는 자성체(4)의 표면에서, 특히 분말상의 금속 붕소가 퇴적하기 쉬운 자성체(4)의 상부면(플라즈마 생성 용기(2)의 벽면에 접해 있는 면과 반대측의 면)에 방전 억제 부재(18)가 고정용 볼트(11)로 장착되어 있다. 이 구성에 대하여, 도 7(A)에는 UW 평면에서 보았을 때의 모습이 도시되어 있으며, 도 7(B)에는 UV 평면에서 보았을 때의 모습이 도시되어 있다.

자성체(4)의 상부면에 마련된 방전 억제 부재(18)는 자성체(4)로부터 냉각되게 되는데, 자성체(4) 자체가 아니기 때문에 그 온도는 자성체(4)에 비하면 약간 고온이 된다. 또한 방전 억제 부재(18)는 플라즈마 생성 용기(2) 안에 배치된 필라멘트로부터의 복사열이나 플라즈마 중의 이온이나 전자의 유입의 영향을 받아 가열된다. 자성체(4)보다 고온인 방전 억제 부재(18)에 퇴적되는 금속 보론은 결정상으로 변화되어 상술한 비산이 억제된다. 그 결과, 인출 전극계에서의 이상 방전을 방지할 수 있다.

금속 보론의 결정화를 효과적으로 실시하기 위해서는, 방전 억제 부재(18)로서 비자성체이거나 자성체이지만 자석에 흡착되지 않을 정도의 약자성체이며 내열성이 뛰어난 것을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 텅스텐이나 몰리브덴, 혹은 카본과 같은 재료가 사용된다.

이러한 재료를 사용하면, 방전 억제 부재(18)는 자기를 띠게 된 자성체(4)에 흡착되지 않는다. 이 경우, 고정용 볼트(11)에 의한 조임력에 따라 다르지만, 자성체(4)에 의한 흡착력이 작용하지 않으므로 자성체(4)와 방전 억제 부재(18) 사이에 미소한 틈이 발생한다. 이러한 틈의 존재로 인해 자성체(4)와 방전 억제 부재(18)를 충분히 열적으로 분리시킬 수 있다. 이로 인해, 방전 억제 부재(18)의 온도를 더욱 고온으로 유지할 수 있으므로 금속 보론의 결정화를 효과적으로 실시할 수 있다. 또한 방전 억제 부재(18)의 표면(특히 자성체(4)와 반대측의 면)에 블라스트 처리를 실시하면 금속 보론의 비산이 더욱 억제된다.

도 8에는 도 7에서 설명한 방전 억제 부재(18)의 변형예가 기재되어 있다. 도 8(A)에는 방전 억제 부재(18)와 방착판(5)이 장착된 자성체(4)의 UW 평면에서의 모습이 도시되어 있고, 도 8(B)에는 UV 평면에서 보았을 때의 모습이 도시되어 있다.

도 8의 예에서 방전 억제 부재(18)는 UV 평면에서 단면이 대략 コ형상을 하고 있다. 이 예에서는 방전 억제 부재(18)를 자성체(4)에 대하여 끼워맞춤으로써, 자성체(4)에 방전 억제 부재(18)를 장착한다. 또한 이러한 장착시에는 자성체(4)와 방전 억제 부재(18) 사이에 약간의 틈을 갖게 하는 것이 좋다. 이는 방전 억제 부재(18)의 온도를 보다 고온으로 유지하기 위함이다.

도 7, 도 8의 예에서는 자성체(4)의 도시된 U방향에서의 측면에 방착판(5)을 장착하는 구성이었지만, 이 대신에 도 9나 도 10의 예와 같이 자성체(4)의 V방향에서의 상부면에 방착판(5)을 장착하는 구성을 이용해도 된다.

도 9(A)에는 플라즈마 생성 용기(2)의 내벽면의 모습을 나타내는 UW 평면이 도시되어 있다. 도 9(B)에는 도 9(A)에 기재된 A-A선을 따라 자른 단면의 모습이 도시되어 있다. 그리고 도 9(C)에는 도 9(A)에 기재된 B-B선을 따라 자른 단면의 모습이 도시되어 있다.

도 9의 예에서는 도 9(B)에 도시되어 있는 바와 같이 자성체(4) 상에 방전 억제 부재(18)가 지지되어 있다. 이러한 구성을 이용했을 경우, 방착판(5)의 재료로서 취성 파괴를 일으키기 쉬운 것을 사용할 수 있으므로 방착판(5)의 재료 선택 폭이 넓어진다.

또한 도 9의 예에서 나타낸 구성을 이용하면 방착판(5)은 1장이어도 된다. 그로 인해, 도 7이나 도 8에서 설명한 것과 같은 2장의 방착판(5)을 자성체(4)에 장착하거나 떼거나 할 필요가 없으므로, 방착판(5)의 장착 분리 작업이 간단히 끝난다.

한편, 도 9의 구성 대신에 도 10과 같은 구성을 이용해도 된다. 도 10(A)에는 플라즈마 생성 용기(2)의 내벽면의 모습을 나타내는 UW 평면이 도시되어 있다. 도 10(B)에는 도 10(A)에 기재된 A-A선을 따라 자른 단면의 모습이 도시되어 있다. 그리고 도 10(C)에는 도 10(A)에 기재된 B-B선을 따라 자른 단면의 모습이 도시되어 있다.

도 10(A)~(C)를 보면 알 수 있듯이, 방착판(5) 상에 방전 억제 부재(18)가 지지되어 있다. 이러한 구성을 이용했을 경우, 방전 억제 부재(18)와 자성체(4) 사이에 방착판(5)이 끼여 있으므로, 방전 억제 부재(18)를 자성체(4)로부터 확실하게 이간시킬 수 있다. 이로 인해, 도 9의 구성에 비해 방전 억제 부재(18)의 온도가 고온이 되어, 방전 억제 부재(18) 상의 금속 보론의 결정화를 효과적으로 진행시킬 수 있다.

또한 도 9의 구성과 마찬가지로 도 10의 구성을 이용하면 방착판(5)이 1장이면 되므로, 도 7이나 도 8의 구성에 비해 방착판(5)의 장착 분리 작업이 간단히 끝난다.

지금까지 설명한 실시형태에서는 플라즈마 생성 용기(2)의 안쪽에 1종류의 방착판(5)을 배치한 구성이었지만, 도 11에 기재되어 있듯이 필요에 따라서 제2의 방착판(6)을 마련해도 된다. 또한 플라즈마 생성 용기(2)의 내벽에 제2의 방착판(6)을 마련하는 경우에는 제2의 방착판(6)을 판형상 부재로 구성해도 되고, 용사(溶射)에 의해 플라즈마 생성 용기(2)의 내벽에 제2의 방착판(6)을 형성하도록 해도 된다. 한편, 제2의 방착판(6)은 플라즈마 생성 용기(2) 내부의 더러움을 방지할 목적에서 마련되어 있으며, 그 재료는 예를 들면 종래부터 사용되고 있는 몰리브덴이나 스테인리스 혹은 세라믹스 재료이다.

플라즈마원(1)에 불소함유 가스(예를 들면 BF3나 CF4, SF6 등)나 염소함유 가스(BCl3나 PCl3, PCl5 등)와 같은 부식성 가스를 도입하여 이것을 플라즈마화했을 경우, 커스프 자장이 비교적 강한 장소에 불소나 염소에 의한 에칭의 영향이 강하게 나타나는 경향이 있다. 커스프 자장이 비교적 강한 장소는 본 발명의 구성예에서 말하면 자성체(4)가 배치된 근방이다. 그렇기 때문에, 자성체(4)에 접촉하도록 방착판(5)을 배치해 두는 동시에, 불소나 염소에 의한 에칭에 내성을 가지고 있어서 온도가 높은 플라즈마 생성 용기(2)의 내부에 배치해도 열 변형되지 않는 재료로 방착판(5)을 구성해 둘 것이 요망된다. 구체적인 재료예를 제시하면, 질화 알루미늄이나 산화 알루미늄 등의 세라믹스 재료를 이용하는 것을 생각할 수 있다.

또한 스테인리스제나 몰리브덴제 방착판을 사용했을 경우, 불소함유 가스와의 반응에 의해 불화물이 생성되어 버린다. 플라즈마원(1)으로부터 이온빔이나 전자빔, 플라즈마 등의 에너지빔을 인출하는 구성인 장치이면, 플라즈마 생성 용기(2) 안에서 발생한 불화물의 일부가 인출 전극계에 퇴적되어 버린다. 인출 전극계에 퇴적된 퇴적물은 절연물이기 때문에, 플라즈마원(1) 운전시에 인출 전극계에서의 방전을 유발하는 원인이 된다.

이에 반해, 세라믹스제 방착판으로 하면 불소함유 가스를 사용해도 불소와의 반응이 일어나지 않기 때문에, 상술한 것과 같은 인출 전극계에서의 방전을 유발하는 불화물이 생성되지 않는다. 이러한 이유 때문에도 방착판(5)의 재료로서 세라믹스 재료가 사용되는 것이 바람직하다.

지금까지의 실시형태에서는 플라즈마 생성 용기(2)가 인출구(10)를 가지고 있었지만, 이러한 인출구(10)를 갖지 않아도 된다. 예를 들면 플라즈마 생성 용기(2)의 내부에 피(被)처리 대상물(예를 들면 실리콘 등의 반도체 기판)을 배치할 경우, 이온빔이나 전자빔, 플라즈마 등의 에너지빔을 플라즈마 생성 용기(2)의 외부로 인출할 필요가 없으므로 이러한 인출구(10)가 불필요하게 된다.

또한 플라즈마(9)를 발생시키는 수단은 고주파 방전형이나 전자 충격형에 한정되지 않으며 어떠한 수단을 이용해도 된다. 전기적으로 중성인 플라즈마(9) 중에는 전자가 존재하고 있으므로 이 전자가 커스프 자장에 포착되게 된다. 그로 인해 플라즈마가 발생되고, 커스프 자장에 의해 이것을 소정 영역 내에 가두는 방식의 플라즈마원이며, 플라즈마 생성 용기의 내부에 방착판이 배치되어 있는 플라즈마원이라면 본 발명을 적용할 수 있다.

또한 플라즈마 생성 용기(2)의 형상은 도 1에 기재된 것과 같은 직육면체형상에 한정되지 않는다. 예를 들면 원통형상이어도 된다.

도 9, 도 10에 도시한 구성에서는 방전 억제 부재(18)를 구비하였지만, 이러한 구성에서 방전 억제 부재(18)를 제거하고 고정용 볼트(11)를 사용해서 방착판(5)을 자성체(4)의 상부면(플라즈마 생성 용기(2)의 벽면에 접해 있는 면과 반대측의 면)에 직접 장착해도 된다. 이 경우, 플라즈마 생성 용기(2) 안에서의 플라즈마의 점등을 고려하면, 방착판(5)의 재료는 도전성 재료이고, 구체적인 구성으로는 도 12에 기재되어 있는 것과 같은 구성을 이용하는 방법을 생각할 수 있다. 한편, 도 9나 도 10에 도시한 구성으로, 방착판(5)을 세라믹스 재료로 구성하고, 볼트 등을 이용해서 방착판(5)을 자성체(4)에 고정했을 경우, 플라즈마가 점등하지 않을 가능성이 있으므로 방전 억제 부재(18)와 같은 도전성 부재를 마련해 두는 것을 생각할 수 있다. 이 경우, 플라즈마 생성 용기(2) 안에 불소함유 가스가 도입되면 도전성 부재는 방전 억제 부재(18)로서도 기능한다.

전술한 것 외에, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 각종 개량 및 변경을 해도 되는 것은 물론이다.

1 플라즈마원 2 플라즈마 생성 용기
3 영구 자석 4 자성체
5 방착판 7 필라멘트
8 가스원 9 플라즈마
10 인출구 R 냉매 유로

Claims

냉각 기구를 가지는 플라즈마 생성 용기를 포함하며, 상기 플라즈마 생성 용기 내부에 도입되는 가스를 전리함으로써 플라즈마를 생성하는 플라즈마원으로서,
상기 플라즈마 생성 용기의 안쪽에 배치된 방착판(防着板)과,
상기 플라즈마 생성 용기의 외측에 배치된 플라즈마 밀폐용 복수개의 영구 자석을 구비하고 있는 동시에,
상기 플라즈마 생성 용기의 안쪽에서, 상기 플라즈마 생성 용기의 벽면을 사이에 끼고 상기 영구 자석과 대향하는 위치에, 상기 플라즈마 생성 용기의 내벽면에 접촉한 자성체가 마련되어 있으며,
상기 자성체는, 전자의 이동 방향이 변화되는 커스프 자장 영역을 상기 플라즈마 생성 용기의 내벽에서 중앙측으로 시프트시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마원.
제1항에 있어서,
상기 방착판은 상기 자성체에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마원.
제2항에 있어서,
상기 자성체에 지지되어 있는 상기 방착판은 상기 플라즈마 생성 용기의 중앙에서 가장 가까운 위치에 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마원.
제1항에 있어서,
각 자성체가 늘어선 방향에 있어서, 상기 자성체의 치수보다 상기 방착판의 치수가 긴 것을 특징으로 하는 플라즈마원.
제2항에 있어서,
각 자성체 사이에서, 상기 플라즈마 생성 용기의 내벽면을 따라 상기 방착판이 상기 자성체에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마원.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스는 붕소 함유 가스이고,
상기 플라즈마 생성 용기는, 용기 안팎을 접속하는 인출구, 및 상기 자성체 또는 상기 방착판에 지지되며 상기 자성체보다도 상기 플라즈마 생성 용기의 중앙으로부터 가까운 위치에 배치되는 방전 억제 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마원.
제6항에 있어서,
상기 방전 억제 부재와 상기 자성체 사이에는 상기 방착판이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마원.
제6항에 있어서,
상기 방전 억제 부재는 비(非)자성체 또는 약(弱)자성체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마원.
제6항에 있어서,
상기 방전 억제 부재의 표면에는 블라스트 처리가 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마원.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방착판은 세라믹스 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마원.