KR101478216B1 - 이온 소스 및 이를 갖는 이온빔 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

이온빔 처리 장치에 이용되는 다중 루프 엔드홀 이온 소스는 자기장부와 전원부를 포함한다. 자기장부는 기판을 향하는 일측은 개방되고 타측은 폐쇄되며, 그 일측에는 다수의 자석이 N극과 S극이 교대로 또는 동일 자극으로 이격 배치되고, 그 타측에는 다수 자석이 자심으로 연결되어, 그 일측에서 플라즈마 전자의 가속 루프를 다중으로 형성한다. 전원부는 자기장부의 각 루프 하단에 배치되는 다수의 전극을 포함하고, 다수의 전극에는 동일 또는 다른 전압을 인가한다. 이를 통해, 이온 소스는 공정 챔버 내의 플라즈마 전자를 다중 루프로 회전시켜 공정 챔버 내의 내부 가스로부터 생성되는 플라즈마 이온을 기판으로 공급한다.

Description

이온 소스 및 이를 갖는 이온빔 처리 장치{Ion Source and Ion Beam Processing Apparatus therewith}
본 발명은 이온 소스에 관한 것으로, 상세하게는 이온빔 처리 장치에 이용되는 이온 소스에 관한 것이다.
이온 소스(ion source)는 기판 개질이나 박막 증착에 유용하게 이용되고 있다. 외부로부터 이온 소스 내부로 이온화 가스를 공급받아 플라즈마를 생성하는 이온 소스는 생성 이온을 가속시키는 그리드를 포함하는가에 따라 그리드 타입(grid type)과 비그리드 타입(grid-less type)으로 분류할 수 있다.
비그리드 타입의 이온 소스는 이온빔의 크기에 제약을 주는 그리드가 없기 때문에 이온빔이 넓게 퍼져 나가 대면적의 표면 개질에 이용되고 있다. 비그리드 타입의 이온 소스 중에서 엔드홀 이온 소스는 이온빔이 넓게 퍼져 나가고 구조가 간단하고 제작도 쉬워 널리 이용되고 있다.
엔드홀 이온 소스는 전극과 자극을 이용하여 폐쇄 루프를 형성하고, 이 루프를 따라 전자를 고속 이동시키는 구조로 되어 있으며, 또한 전자가 이동하는 폐쇄 루프 내에는 외부로부터 이온 생성을 위한 가스가 공급된다.
이와 같이, 종래의 엔드홀 이온 소스는 외부로부터 이온화 가스를 계속 공급받으며, 이온 소스의 내부와 외부의 압력차로 인한 확산 현상에 의해 이온이 분출된다. 이로 인해, 분출 영역에서의 파티클 입자들이 전극에 달라붙는 비율이 증가하고, 그 결과 불순물 발생은 물론이고, 전극과 자극 사이에 아크가 발생하기도 한다. 이러한 잦은 불순물 및 아크 발생은 이온화 성능 저하는 물론이고 연속적인 연구 및 생산 공정 환경을 저해하는 치명적 원인이 되고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로서 전극의 극성을 바꾸는 방법 등이 미국특허 6,750,600호, 6,870,164호, 한국특허공개 10-2011-0118622호 등에 제안되어 있다.
그러나, 이러한 종래의 해결 방법들은 전원의 극성을 별도로 전환시키는 구성을 추가해야 하므로 구조가 복잡하고 제조 비용을 상승시킨다. 더구나, 극성을 전환하는 것으로는, 전극이나 자극에 증착된 이온들을 제거하는데 한계가 있다. 또한, 종래의 해결 방법들은 외부로부터 이온 가스의 계속적 공급을 전제로 하는 것이어서, 전극이나 자극은 물론 원하는 물질만 증착되어야 하는 기판에까지 오염물이 증착되는 것을 막는데 근본적 한계가 있다.
본 발명은 이러한 종래의 엔드홀 이온 소스의 문제점을 해결하기 위한 것으로,
첫째, 외부로부터 이온 소스 내부에 이온화 가스를 공급받지 않고 이온을 생성하여 기판으로 공급함으로써 기판은 물론이고 전극이나 자극에 오염물이 증착되는 것을 최소화하고,
둘째, 엔드홀 이온 소스를 이용하여 증착, 표면 개질, 식각 등을 수행할 때 기판에 대한 영향을 최소화하며,
셋째, 동일한 공정 챔버 내에서 공정 압력을 변화시키지 않고 스퍼터링 등의 다른 공정과 함께 수행할 수 있으며,
넷째, 생성 이온의 이동 방향을 조절할 수 있는, 엔드홀 이온 소스 및 이를 갖는 이온빔 처리 장치를 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이온 소스는 자기장부와 전극을 포함한다.
자기장부는 그 일측이 기판을 향하여 개방되고 그 타측은 폐쇄된다. 자기장부의 그 일측에는 다수의 자극이 N극과 S극을 교대로 이격 배치되고, 그 타측은 자심으로 연결된다. 또한, 자기장부는 그 일측에서 플라즈마 전자의 가속 루프를 다수 형성한다.
전극은 자기장부의 가속 루프 하단에 배치된다. 다수의 전극에는 동일 또는 다른 전압이 인가된다.
이러한 구성을 갖는 이온 소스는 공정 챔버 내의 내부 전자 또는 플라즈마 전자를 다수의 가속 루프로 회전시키며, 이를 통해 공정 챔버 내의 내부 가스로부터 플라즈마 이온을 생성하여 피처리물로 공급한다. 여기서, 피처리물로 보내지는 플라즈마 이온은 양이온이다.
본 발명의 이온 소스에서, 자기장부는 다수의 자극에서 발생하는 자기장의 세기가 루프가 형성되는 각 지점마다 동등하게 형성되게 한다. 이 경우, 자기장부는 다수의 자극의 하단에 자석을 각 구비하고, 가장자리 자극의 하단에 구비되는 자석은 다른 자극의 하단에 구비되는 자석보다 전체 단면적이 1/2이 되게 한다.
본 발명의 이온 소스에서, 자기장부는 개방 측의 인접 자극의 두께, 경사, 개방 폭 중의 적어도 하나를 조절하여 플라즈마 이온을 집속, 발산, 또는 평행 이동시킬 수 있다.
본 발명의 이온 소스는 증착, 식각, 표면 개질 등의 다양한 공정에 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 이온 소스는 전원부를 포함하며, 전원부는 가장자리 루프를 형성하는 전극보다 중앙 루프를 형성하는 전극에 더 높은 전압을 인가할 수 있다.

본 발명에 따른 이온 소스의 다른 형태는 자기장부와 전극을 포함한다.
자기장부는 피처리물을 향하는 일측은 개방되고 타측은 폐쇄된다. 일측에는 다수의 자극이 N극과 S극을 교대로 또는 동일 자극으로 하여 이격 배치되고, 타측에는 자심으로 연결되어, 일측에서 플라즈마 전자의 가속 루프를 하나 형성한다.
전극은 가속 루프의 하단에 배치된다.
이러한 구성을 갖는 이온 소스의 다른 형태는 공정 챔버 내의 플라즈마 전자를 하나의 가속 루프를 따라 회전시켜 공정 챔버 내의 내부 가스로부터 플라즈마 이온을 생성하고 이를 피처리물로 공급한다.
본 발명에 따른 이온빔 처리 장치는 공정 챔버, 이온 소스를 포함하여 구성될 수 있다.
공정 챔버는 증착 등을 위한 내부 공간을 갖는다.
삭제
이온 소스는 공정 챔버 내에서 전처리, 본처리, 또는 후처리의 위치에 배치된다. 이온 소스는 공정 챔버 내의 플라즈마 전자를 다수의 루프로 회전시켜 공정 챔버 내의 내부 가스로부터 플라즈마 이온을 생성하고 이를 피처리물로 공급한다.
이러한 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 이온 소스 내부에 외부로부터 별도의 이온화 가스를 공급받지 않고 공정 챔버 내의 내부 공정용 가스로부터 이온을 생성하여 기판에 공급하기 때문에, 예를들어 이온 소스 내부의 식각 물질이 이온과 함께 분출되지 않으며, 이로 인한 이온 소스 자체의 전극이나 자극에 오염물이 증착되는 것을 막을 수 있을 뿐만 아니라, 원하는 물질만 증착되어야 하는 기판에까지 오염물이 증착되는 것을 차단하는 근본적 방안을 제시할 수 있으며, 동일한 공정 챔버 내부에서 스퍼터링 등의 공정을 병행하여 수행할 때 다른 공정 압력에 변화를 일으키지 않기 때문에 안정적으로 공정을 수행할 수 있다.
본 발명에 의하면, 전처리, 후처리에는 전극에 낮은 전압을 인가함으로써 증착, 표면 개질, 식각 등을 수행할 때 기판에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.
본 발명에 의하면, 여러 대의 이온 소스를 설치해야 하는 경우, 하나의 다중 루프 이온 소스를 적용함으로써 장비 운영 및 공간 효율성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 기판으로 향하는 이온의 이동 방향을 자극의 형상으로 조절할 수 있어, 생성 이온의 이동 방향을 제어하기 위한 방향 제어부를 추가할 필요가 없다.
도 1은 공정 챔버의 내부 가스를 이용하는 엔드홀 이온 소스를 구성요소로 갖는 이온빔 처리 장치를 도시하고 있다.
도 2는 도 1의 엔드홀 이온 소스를 보여주는 단면도이다.
도 3a~도 3c는 엔드홀 이온 소스에서 플라즈마 이온의 이동 경로를 변화시키는 자극부의 형상을 도시하고 있다.
도 4a,4b는 자극부의 경사각을 변화시킨 경우에 플라즈마 이온의 이동 경로가 변하는 것을 보여주고 있다.
도 5a는 다중 루프 엔드홀 이온 소스의 단면도이다.
도 5b,5c는 도 5a의 다중 루프 엔드홀 이온 소스의 변형례들이다.
도 6a,6b는 도 5의 다중 루프 엔드홀 이온 소스에서 생성되는 루프와 인가 전압을 예시하고 있다.
도 7a,7b는 도 6a,6b의 다중 루프 엔드홀 이온 소스의 루프와 인가 전압을 변형한 예를 도시하고 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 진공 챔버의 내부 가스를 이용하는 엔드홀 이온 소스를 구성요소로 갖는 이온빔 처리 장치를 도시하고 있다.
본 발명의 이온빔 처리 장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 공정 챔버(100), 증착 모듈(200), 기판 캐리어(300), 엔드홀 이온 소스(400) 등을 포함하여 구성할 수 있다.
공정 챔버(100)는 박막 증착을 위한 밀폐된 내부 공간을 형성한다. 공정 챔버(100)의 일측에는 진공 펌프가 결합되는데, 진공 펌프는 내부 공간을 소정의 공정 압력으로 유지한다. 공정 챔버(100)에는 공정에 따라 비반응 가스나 반응 가스가 주입된다. 비반응 가스는 예를들어 아르곤, 네온, 헬륨, 크세논 등이 있고, 반응 가스로는 N2, O2, CH4, CF4 등이 있다. 경우에 따라서는 비반응 가스와 반응 가스를 혼합하여 사용하기도 한다.
증착 모듈(200)은 공정 챔버(100) 내에 구비되고, 타켓 또는 증발 물질을 포함한다. 증착 모듈(200)는 타켓 또는 증발물질을 이탈시켜 이온이나 원자 또는 중성입자의 덩어리 형태로 기판(310)에 공급한다. 기판(310)으로 이동된 입자들은 기판(310)에 박막 형태로 증착된다. 바람직한 타겟 또는 증발 물질은 실리콘(Si), 이트륨(Y), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 티타늄(Ti), 마그네슘(Mg), 네오듐(Nd), 탄탈륨(Ta), 지르코늄(Zr), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 철(Fe), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 코발트(Co), 아연(Zn), 주석(Sn), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se) 중 적어도 하나이다.
기판 캐리어(300)는 기판(310)을 증착 모듈(200)에 대향되게 지지하며, 기판(310)을 일정 방향으로 이동시킨다.
증착 모듈(200)이 스퍼터링 공정에 이용되는 경우, 증착 모듈(200)에는 높은 음전압이 인가되고, 기판 캐리어(300)는 접지된다. 이 경우, 공정 챔버(100) 내부에 아르곤 가스가 주입되어 있으면, 증착 모듈(200)과 기판 캐리어(300) 사이의 고전압에 의해 아르곤 가스가 이온화되어 플라즈마 상태로 된다. 이온화된 아르곤 이온(Ar+)은 고전압에 의해 가속되어 증착 모듈(200)의 타겟에 부딪힌다. 이때, 타겟으로부터 타겟 물질이 이온 형태로 튀어나와 기판 캐리어(300) 쪽으로 이동하며, 타켓 물질은 기판 캐리어(300) 전면의 기판(310)에 붙게 된다. 이러한 공정을 통해, 기판(310)에는 타켓 물질이 박막 형태로 적층된다.
엔드홀 이온 소스(400)는 원형 또는 타원형의 내부 루프를 형성하며, 내부 루프에는 전자가 빠른 속도로 이동하면서 내부 가스와 충돌하고, 그 결과로 내부 가스로부터 플라즈마 이온이 생성된다.
엔드홀 이온 소스(400)는 공정 챔버(100) 내에 삽입된다. 엔드홀 이온 소스(400)에는 외부로부터 전원이 공급되고, 별도의 공정 가스가 엔드홀 이온 소스 내부로 공급되지 않는다. 외부로부터 공정 가스가 공급되지 않으므로, 엔드홀 이온 소스(400)는 공정 챔버(100) 내에 존재하는 내부 전자, 또는 증착 모듈(200)와 기판 캐리어(300) 사이의 고전압으로 발생하는 플라즈마 전자 등을 초기 이온화 전자로 이용할 수 있다. 즉, 엔드홀 이온 소스(400)는 내부 전자 또는 플라즈마 전자 등의 초기 이온화 전자들에 로렌쯔 힘을 인가하여 내부 루프를 따라 회전시켜 공정 챔버 내의 내부 가스로부터 플라즈마 이온을 생성하고 이를 기판(310)으로 공급한다.
엔드홀 이온 소스(400)는 증착 모듈(200)이 기판(310)에 박막을 증착하는 과정에서 동시에 사용되기도 하고, 또는 증착 모듈(200)이 기판(310)에 박막을 증착하기 전에 기판의 표면을 개질하기 위해서 사용될 수도 있다. 또한, 엔드홀 이온 소스(400)는 증착 모듈(200)이 기판(310)에 박막을 증착한 후, 즉 기판(310)의 후처리를 위해서도 사용될 수도 있다.
도 2는 도 1의 엔드홀 이온 소스를 보여주는 단면도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 엔드홀 이온 소스(400)는 자기장부와 전원부를 포함한다.
자기장부는 자석부(411), 자극부(413a~413c), 자심부(415) 등으로 구성되어, 내부에 원형 또는 타원형의 루프 공간을 형성한다. 자기장부가 형성하는 루프 공간은 자극부(413a~413c) 방향으로 개방되고, 자심부(415) 방향으로는 폐쇄된다.
자석부(411)는 자극부(413a~413c)와 자심부(415) 사이에 배치된다. 자석부(411)는 영구자석 또는 전자석으로 구성하며, 예를 들어 상단이 N극, 하단이 S극을 갖도록 구성할 수 있다. 또한, 도 2와 같이 1개 루프를 형성하는 경우, 양측 자극부(413b,413c)는 자석부(411)의 하단에서 자심부(415)로 연결하여 구성할 수 있으므로, 자석부(411)는 중앙, 즉 자극부(413a)의 하부에만 구비할 수 있다.
자극부(413a~413c)는 기판 방향에 소정 간격으로 이격되어 다수가 배치된다. 자극부(413a~413c)는 내부 루프를 사이에 두고 N극과 S극이 교대로 배치된다. 예를들어, 도 2와 같이 1개 루프를 형성하는 경우, 중앙의 자극부(413a)는 N극으로 구성하고, 양측 자극부(413b,413c)는 S극으로 구성할 수 있다. 이 경우, 중앙 자극부(413a)는 자석부(411)의 상단인 N극에 결합되고, 양측 자극부(413b,413c)는 자심부(415)를 통해 자석부(411)의 하단인 S극에 자기 결합된다.
자심부(415)는 자석부(411)의 하단과 양측 자극부(413b,413c)를 자기 결합하는 자심으로, 도 2에 도시한 바와 같이, 자석부(411)의 하단인 S극의 자기력선이 통과하는 통로를 제공한다. 자심부(415)는 양측 자극부(413b,413c)와 연결되어 양측 자극부(413b,413c)를 S극으로 만들며, 아울러 자석부(411)의 하단인 S극의 자기력선이 상단인 N극의 자기력선에 영향을 미치는, 즉 자석 자체에 의한 영향을 최소화한다.
전원부는 전원(V)과 다수의 전극(423a,423b)으로 구성된다.
전원(V)은 전극(423a,423b)에 전압을 인가하는 것으로, AC, DC 중에서 선택하여 사용할 수 있다.
다수의 전극(423a,423b)은 자극부(413a~413c)의 사이 공간, 즉 루프 공간의 하부에 구비된다.
이러한 구성을 갖는 엔드홀 이온 소스(400)에서, 전극(423a,423b)에 플러스 고전압을 인가하고 자극부(413a~413c)를 접지하면, 전극(423a,423b)과 기판 캐리어(300) 사이에 형성되는 전기장에 의해 내부 전자 또는 플라즈마 전자가 루프 공간의 전극(423a,423b) 쪽으로 이동한다. 이 때, 자극부(413a~413c) 사이에서 발생하는 자기장과 전극(423a,423b)과 자극부(413a~413c) 사이에서 발생하는 전기장에 의해 내부 전자 또는 플라즈마 전자가 힘을 받아 루프를 따라 고속 이동한다. 이 때 전자가 받는 힘의 방향은 플레밍의 왼손 법칙에 의해 정해질 수 있으며, 힘은 로렌쯔 힘(Lorentz Force), F = q(E + v × B)으로 표현할 수 있다. 여기서, E는 전기장, B는 자기장, q는 입자의 전하량, v는 입자의 속력이며, ×는 외적을 의미한다.
폐회로의 루프를 따라 고속으로 사이클로트론(cyclotron) 운동을 하며 이동하는 전자는 루프 내부에 존재하는 내부 가스를 이온화시키고, 이온화된 플라즈마 이온 중에서 양이온은 전극(423a,423b)과 기판 캐리어(300) 사이의 전기장 등에 의해 기판 캐리어(300) 쪽으로 이동하여 기판(310)에 표면 개질 등의 작용을 하게 된다.
도 3a~도 3c는 엔드홀 이온 소스에서 플라즈마 이온의 이동 경로를 변화시키는 자극부의 형상을 도시하고 있다.
도 3a와 같이, 중앙 자극부(413a)와 양측 자극부(413b,413c)의 간격을 넓게 하고 수직 연장부의 높이(a1,b1)를 낮게 하며, 경사면의 경사각(θ1,Φ1)을 작게 하면, 기판으로 이동하는 플라즈마 이온을 발산시킬 수 있다.
도 3b와 같이, 중앙 자극부(413a)와 양측 자극부(413b',413c')의 간격을 도 3a의 예보다 좁게 하고, 양측 자극부(413b',413c')의 수직 연장부의 높이(a2)를 중앙 자극부(413a)의 수직 연장부(b2)보다 높게 하고, 중앙 자극부(413a)의 경사면 경사각(θ2)을 양측 자극부(413b',413c')의 경사각(Φ1)보다 작게 하면, 플라즈마 이온을 기판까지 평행하게 이동시킬 수 있다.
도 3c와 같이, 중앙 자극부(413a)와 양측 자극부(413b",413c")의 간격을 도 3b의 예보다 더 좁게 하고, 양측 자극부(413b",413c")의 수직 연장부의 높이(a3)를 중앙 자극부(413a)의 수직 연장부(b3)보다 훨씬 높게 하며, 중앙 자극부(413a)의 경사각(θ3)을 양측 자극부(413b",413c")의 경사각(Φ1)보다 훨씬 낮게 하면, 플라즈마 이온을 기판의 일정 지점에 집속시킬 수 있다.
도 4a,4b는 자극부의 경사각을 변화시킨 경우에 플라즈마 이온의 이동 경로가 변하는 것을 보여주고 있다.
도 4a는 자극부 경사면의 경사각, 즉 Φ과 θ의 각도를 40°로 하여 측정한 식각면의 형상을 나타낸 것이고, 도 4b는 Φ과 θ의 각도를 60°로 하여 측정한 식각면의 형상을 나타낸 것이다. 식각에 적용된 박막은 유리면에 니켈크롬(NiCr)을 각각 17%와 16%의 광선이 투과되도록 형성한 박막 시료를 사용했으며, 이온빔과 기판 사이의 거리는 268mm로 동일하게 하였다.
도 4a의 경우, 내부원의 직경(내경)과 외부원의 직경(외경)이 각각 20 mm와 60 mm 영역에서 집중적으로 식각이 일어났고, 식각 후의 식각 면의 투과율은 78%였다. 한편, 도 4b의 경우에는, 내부원의 직경과 외부원의 직경이 각각 30 mm와 45 mm 영역에서 집중적으로 식각이 일어났으며, 식각 후의 식각 면의 투과율은 약 80%였다. 이와 같이, 자극부 경사면의 경사각만을 변화시키더라도 기판으로 이동하는 플라즈마 이온의 이동 경로를 변화시킬 수 있다.
도 5a는 다중 루프 엔드홀 이온 소스의 단면도이다.
도 5a에 도시한 바와 같이, 엔드홀 이온 소스는 다중 루프를 갖도록 구성할 수 있다.
다중 루프 엔드홀 이온 소스(500)는 자기장부와 전원부를 포함한다.
자기장부는 자석부(511a~511c), 자극부(513a~513e), 자심부(515a,515b) 등으로 구성되며, 내부에 2개의 원형 또는 타원형 루프 공간을 형성한다. 자기장부가 형성하는 루프 공간은 자극부(513a~513e) 방향으로 개방되고, 자심부(515a,515b) 방향으로는 폐쇄 또는 개방된다.
자석부(511a~511c)는 자극부(513a~513c)의 하단에 각각 배치되고, 영구자석 또는 전자석으로 구성된다. 예를 들어, 중앙 자석부(511a)의 상단을 N극, 하단을 S극으로 구성하여 자기장이 자극부와 자심부에 의해 폐회로가 형성되게 한다.
도 5a의 경우, 형성되는 다중 루프 수와 자석 배열 수의 관계를 "자석 배열 수 = (2 × 루프 수) - 1"로 나타낼 수 있다. 여기서, 자석 배열 수와 루프 수는 1, 2, 3, .... 의 자연수이다.
자극부(513a~413e)는 기판 방향으로 소정 간격 이격되어 배치된다. 자극부(513a~513e)는 루프를 사이에 두고 N극과 S극이 교대로 배치된다. 예를들어, 중앙의 자극부(513a)를 N극으로 하면, 인접 자극부(513b,513c)는 S극, 그리고 가장자리 자극부(513d,513e)는 인접 자극부의 N극 및 자심부(515)에 의해 N극으로 구성된다. 이 경우, 중앙 자극부(513a)의 하단은 자석부(511a)의 상단 N극에 결합되고, 인접 자극부(513b,513c)의 하단은 자석부(511b,511c)의 상단 S극에 각각 결합된다.
자심부(515)는 전제 자석부(511a,511b,511c)의 하단과 가장자리 자극부(513d,513e)를 연결하여 전체 자기장의 통로가 되게 하며, 이로 인해 가장자리 자극부(513d,513e)가 S극을 띄게 한다.
전원부는 전원(V11,V12)과 다수의 전극(523a~523d)으로 구성된다.
전원(V11,V12)은 동일 전압 또는 다른 전압일 수 있다.
전극(523a~523d)은 자극부(513a~513e) 사이의 루프 공간의 하부에 구비된다.
이러한 구성을 갖는 도 5a의 다중 루프 엔드홀 이온 소스는 2개의 루프를 형성하는 점과 각 루프에 다른 전압을 인가할 수 있다는 점에서 도 2의 단일 루프 엔드홀 이온 소스와 다르다. 그러나, 도 2에서 설명한 엔드홀 이온 소스의 기본 구조 및 그 작용은 도 5a의 다중 루프 엔드홀 이온 소스의 구조 및 작용에도 적용될 수 있다. 따라서, 도 5a에서, 엔드홀 이온 소스의 기본 구조 및 기능에 대한 상세 설명은 도 2의 설명으로 갈음한다.
도 5b,5c는 도 5a의 다중 루프 엔드홀 이온 소스의 변형례들이다.
먼저, 도 5b에 도시한 바와 같이, 자극들에 의해 만들어지는 공간 자기장을 균일하게 하기 위하여 가장자리 자극부(513d,513e)의 하단에 보조 자석부(511d,511e)를 추가할 수 있다. 이 경우, 보조 자석부(511d,511e)의 단면적은 중앙에 위치하는 자석부(511a~511c)의 단면적의 절반(1/2)이 되게 하며, 이로써 각 자극부(513a~513e)에서 발생하는 자기장의 세기를 균일하게 할 수 있다.
도 5b의 경우, 형성되는 다중 루프 수와 자석 배열 수의 관계는 "자석 배열 수 = (2 × 루프 수) + 1"로 나타낼 수 있다. 여기서, 자석 배열 수와 루프 수는 1, 2, 3, .... 의 자연수이다.
한편, 도 5c에 도시한 바와 같이, 가장 중앙의 자석부(511a)를 제거할 수 있다. 이 예는 도 2의 단일 루프 엔드홀 이온 소스를 병렬 결합한 경우와 유사하며, 이 경우 이웃하는 인접 자극부는 N극 또는 S극의 동일한 자극으로 배치된다.
도 5c의 경우, 형성되는 다중 루프 수와 자석 배열 수의 관계는 "자석 배열 수 = 루프 수"로 나타낼 수 있다.
도 6a,6b는 도 5a의 다중 루프 엔드홀 이온 소스에서 생성되는 루프와 인가 전압을 예시하고 있다.
도 6a에 도시한 바와 같이, 제1 루프(L11)는 전극(523a,523b)과 자극부(513a~513c)에 의해 형성되며, 내부 전자 또는 플라즈마 전자의 일부가 제1 루프(L11)를 따라 고속 이동하면서 내부 가스를 이온화시킨다.
제2 루프(L12)는 전극(523c,523d)과 자극부(513b~513e)에 의해 형성되며, 제2 루프(L12)를 따라서도 내부 전자 또는 플라즈마 전자의 일부가 고속 이동하면서 내부 가스를 이온화시킨다.
한편, 제1 루프(L11)와 제2 루프(L12)를 형성하는 각 전극에는 다른 전압을 인가할 수 있다. 인가 전압이 달라지면, 루프를 따라 이동하는 전자의 속도가 달라지고, 그 결과 내부 가스의 이온화 정도가 달라져 생성되는 플라즈마 이온의 수가 달라진다.
일반적으로 기판(310)의 표면을 개질할 때, 처음부터 다량의 플라즈마 이온을 가하면 기판(310)이 손상될 수 있다. 따라서, 기판(310)에 가해지는 플라즈마 이온의 양을 서서히 증가시킬 필요가 있다. 또한, 공정을 종료할 때도 플라즈마 이온의 양을 서서히 감소시키면 표면 개질의 효과를 높일 수 있다. 이와 같이, 공정 챔버(100) 내에서 이동하는 기판(310)에 대해, 처음에는 소량의 플라즈마 이온을 공급하는 전처리 과정을 진행하고, 이후 다량의 플라즈마 이온을 공급하는 본처리 과정을, 그리고 플라즈마 이온의 양을 줄이는 후처리 과정의 순서로 표면 개질 공정을 진행하는 것이 바람직할 수 있다. 이를 위해서는, 도 5a와 같이, 제1 루프(L11)를 형성하는 전극(523a,523b)에는 상대적으로 높은 전압을 인가하고, 제2 루프(L12)를 형성하는 전극(523c,523d)에는 상대적으로 낮은 전압을 인가하면, 위에서 설명한 기판의 전처리, 본처리, 후처리 공정을 수행할 수 있다.
도 7a,7b는 도 6a,6b의 다중 루프 엔드홀 이온 소스의 루프와 인가 전압을 변형한 예를 도시하고 있다.
도 7a에 도시한 바와 같이, 도 2의 단일 루프 엔드홀 이온 소스를 하나의 몸체에 3개 결합한 형태이며, 이를 통해 3개 루프를 갖는 엔드홀 이온 소스를 구성할 수 있다. 중앙에 위치하는 제1 루프(L21)는 전극(623c,623d)과 자극부(613a~613c)에 의해 형성되고, 양측에 위치하는 제2,3 루프는(L22,L23)는 전극(623e,623f)과 자극부(613c,613e,613g), 전극(623a,623b)과 자극부(613b,613d,613f)에 의해 각각 형성된다. 각 루프(L21,L22,L23)는 나란히 배열되고, 각각 독립된 루프를 형성하면서 내부 전자 또는 플라즈마 전자의 일부를 고속 이동시켜 내부 가스를 이온화시킨다.
한편, 도 7b에 도시한 바와 같이, 중간 루프(L21)를 형성하는 전극(623c,623d)에는 상대적으로 높은 전압을 인가하고, 양측 루프(L22,L23)를 형성하는 전극(623e,623f, 623a,623b)에는 상대적으로 낮은 전압을 인가하면, 도6a,6b에서 설명한 바와 같이, 기판에 대한 전처리, 본처리, 후처리 공정을 수행할 수 있다.
이상에서는 단일 루프 또는 다중 루프의 엔드홀 이온 소스를 증착, 표면 개질 등에 적용하는 것을 예로 하여 설명하였으나, 이 외에도 식각 등의 공정에도 적용할 수 있다.
이상 본 발명을 여러 실시예에 기초하여 설명하였으나, 이는 본 발명을 예증하기 위한 것이다. 통상의 기술자라면, 위 실시예에 기초하여 본 발명의 기술사상을 다양하게 변형하거나 수정할 수 있을 것이다. 그러나, 그러한 변형이나 수정은 아래의 특허청구범위에 포함되는 것으로 해석될 수 있다.
100 : 공정 챔버 200 : 증착 모듈
300 : 기판 캐리어 310 : 기판
400 : 엔드홀 이온 소스 411 : 자석부
413a~413c : 자극부 415 : 자심부
423a, 423b : 전극 L11,L12,L21,L22,L23 : 루프

Claims (12)

  1. 이온빔 처리 장치에 있어서,
    내부에 이온화 가스를 포함하는 공정 챔버;
    일측은 개방되고 타측은 폐쇄되며, 상기 폐쇄 타측에는 상기 이온화 가스의 유입구를 구비하지 않으며, 상기 공정 챔버 내에서 전처리, 본처리 또는 후처리의 위치에 배치되고, 상기 공정 챔버 내의 플라즈마 전자를 상기 개방 일측에 형성되는 다수의 가속 루프를 따라 회전시켜 상기 개방 일측에서 상기 공정 챔버 내의 상기 이온화 가스로부터 플라즈마 이온을 생성하고, 상기 플라즈마 이온을 전기장에 의해 피처리물로 이동시키는 이온 소스;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이온빔 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이온 소스는
    상기 개방 일측에서 이격 배치되는 다수의 자극과 상기 폐쇄 타측에서 상기 다수의 자극에 결합되는 자심을 포함하는 자기장부;
    상기 자기장부 내에서 상기 가속 루프의 하단에 배치되는 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는, 이온빔 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 자기장부는
    상기 다수의 자극에서 발생하는 자기장의 세기가 상기 가속 루프가 형성되는 각 지점마다 동등한 것을 특징으로 하는, 이온빔 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 자기장부는
    상기 다수의 자극의 하단에 구비되는 적어도 하나의 자석을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 자석 중에서 가장자리 자극의 하단에 구비되는 자석의 단면적은 다른 자극의 하단에 구비되는 자석의 단면적의 1/2인 것을 특징으로 하는, 이온빔 처리 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 이온 소스는 전원부를 포함하고,
    상기 전원부는 가장자리의 가속 루프를 형성하는 전극보다 중앙의 가속 루프를 형성하는 전극에 더 높은 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는, 이온빔 처리 장치.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기장부는
    상기 개방 일측에서 인접하는 자극의 두께, 경사, 개방 폭 중의 적어도 하나를 조절하여 상기 플라즈마 이온의 집속, 발산 또는 평행 이동을 제어하는 것을 특징으로 하는, 이온빔 처리 장치.
  7. 이온 소스에 있어서,
    일측은 개방되고 타측은 폐쇄되며, 상기 개방 일측에는 다수의 자극이 이격 배치되고, 상기 폐쇄 타측에는 자심으로 연결되고 이온화 가스의 유입구를 구비하지 않으며, 상기 개방 일측에 플라즈마 전자의 가속 루프를 다수 형성하는 자기장부; 및
    상기 자기장부 내에서 상기 가속 루프의 하단에 배치되는 전극을 포함하며,
    공정 챔버 내의 플라즈마 전자를 상기 다수의 가속 루프를 따라 회전시켜 상기 개방 일측에서 공정 챔버 내의 이온화 가스로부터 플라즈마 이온을 생성하고, 상기 플라즈마 이온을 전기장에 의해 피처리물로 이동시키는 것을 특징으로 하는, 이온 소스.
  8. 제7항에 있어서, 상기 자기장부는
    상기 다수의 자극에서 발생하는 자기장의 세기가 상기 가속 루프가 형성되는 각 지점마다 동등한 것을 특징으로 하는, 이온 소스.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 자기장부는 상기 다수의 자극의 하단에 구비되는 적어도 하나의 자석을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 자석 중에서 가장자리 자극의 하단에 구비되는 자석의 단면적은 다른 자극의 하단에 구비되는 자석의 단면적의 1/2인 것을 특징으로 하는, 이온 소스.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 이온 소스는 전원부를 포함하고,
    상기 전원부는 가장자리의 가속 루프를 형성하는 전극보다 중앙의 가속 루프를 형성하는 전극에 더 높은 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는, 이온 소스.
  11. 제7항에 있어서, 상기 자기장부는
    상기 개방 일측에서 인접하는 자극의 두께, 경사, 개방 폭 중의 적어도 하나를 조절하여 상기 플라즈마 이온의 집속, 발산 또는 평행 이동을 제어하는 것을 특징으로 하는, 이온 소스.
  12. 이온 소스에 있어서,
    일측은 개방되고 타측은 폐쇄되며, 상기 개방 일측에는 다수의 자극이 이격 배치되고, 상기 폐쇄 타측에는 자심으로 연결되고 이온화 가스의 유입구를 구비하지 않으며, 상기 개방 일측에 플라즈마 전자의 가속 루프를 형성하는 자기장부; 및
    상기 자기장부 내에서 상기 가속 루프의 하단에 배치되는 전극을 포함하며,
    공정 챔버 내의 플라즈마 전자를 상기 가속 루프를 따라 회전시켜 상기 개방 일측에서 공정 챔버 내의 이온화 가스로부터 플라즈마 이온을 생성하고, 상기 플라즈마 이온을 전기장에 의해 피처리물로 이동시키는 것을 특징으로 하는, 이온 소스.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050247885A1 (en) * 2003-04-10 2005-11-10 John Madocks Closed drift ion source
KR20110118622A (ko) * 2008-12-08 2011-10-31 제너럴 플라즈마, 인크. 자체 세정 애노드를 포함하는 폐쇄 드리프트 자계 이온 소스 장치와 이 장치를 사용하여 기판을 개질하는 방법

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