KR101480114B1 - Ion Source with Sealing and Fixing Insulator - Google Patents

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Abstract

이온 소스는 자기장부, 전극, 절연부를 포함한다. 자기장부는 피처리물을 향하는 일측은 개방되고 타측은 폐쇄된다. 개방 일측에는 다수의 자극이 교대로 이격 배치되고, 폐쇄 타측에는 자심으로 연결되어, 개방 일측에서 플라즈마 전자의 가속 폐 루프를 형성한다. 전극은 자기장부의 가속 폐 루프의 하부에 자기장부와 이격 배치된다. 절연부는 적어도 가속 폐 루프의 공간을 제외한 자기장부의 내부면과 전극의 외부면 사이에 충진되어, 전극을 자기장부에 내장 고정한다. 이를 통해, 이온 소스는 이온화 가스로부터 플라즈마 이온을 생성하여 피처리물로 공급한다.The ion source includes a magnetic circuit, an electrode, and an insulating portion. The magnetic field portion is opened at one side facing the object to be processed and closed at the other side. A plurality of magnetic poles are alternately arranged on the open side and a magnetic core is connected to the other side on the closed side to form an accelerated closed loop of the plasma electrons on the open side. The electrodes are spaced apart from the magnetic book at the bottom of the accelerator closed loop of the magnetic book. The insulating portion is filled at least between the inner surface of the magnetic tape and the outer surface of the electrode except for the space of the accelerator closed loop, thereby fixing the electrode to the magnetic tape. Through this, the ion source generates plasma ions from the ionizing gas and supplies them to the object to be treated.

Description

밀폐 고정 절연부를 갖는 이온 소스{Ion Source with Sealing and Fixing Insulator}[0001] Ion Source with Sealing and Fixing Insulator [0002]

본 발명은 이온 소스에 관한 것으로, 상세하게는 밀폐 고정 절연부를 갖는 이온 소스에 관한 것이다.The present invention relates to an ion source, and more particularly to an ion source having a hermetically sealed insulating portion.

이온 소스(ion source)는 기판 개질이나 박막 증착에 유용하게 이용되고 있다. 이온 소스는 생성 이온을 가속시키는 그리드를 포함하는가에 따라 그리드 타입(grid type)과 비그리드 타입(grid-less type)으로 분류한다.Ion sources are useful for substrate modification and thin film deposition. The ion source is classified into a grid type and a grid-less type depending on whether or not it includes a grid for accelerating the generated ions.

비그리드 타입의 이온 소스는 이온빔의 크기에 제약을 주는 그리드가 없어 이온빔이 넓게 퍼져 나가므로 대면적의 표면 개질에 유리하다. 비그리드 타입의 일종인 엔드홀 이온 소스는 이온빔이 넓게 퍼져 나가고 구조도 간단하여 널리 이용되고 있다.The non-grid type ion source is advantageous for surface modification of a large area because the ion beam spreads widely because there is no grid that restricts the size of the ion beam. An end-hole ion source, which is a type of non-grid type, is widely used because the ion beam spreads widely and the structure is simple.

엔드홀 이온 소스는 전극과 자극을 이용하여 폐쇄 루프(closed drift loop)를 형성하고, 이 루프를 따라 전자를 고속 이동시키는 구조로 되어 있으며, 전자가 이동하는 폐쇄 루프 내에는 공정 챔버 외부로부터 이온 생성을 위한 전용 가스가 연속 공급된다.The end-hole ion source forms a closed drift loop using an electrode and a magnetic pole, and moves electrons at a high speed along the loop. In the closed loop in which electrons move, ions are generated from the outside of the process chamber Is supplied continuously.

미국특허 7,425,709는 엔드홀 이온 소스를 개시하고 있는데, 내부에 냉각수가 통과하고 박벽의 전극을 포함하고 있다. 미국특허 7,425,709는 전극과 자극 사이의 간격을 일정하게 유지하기 위하여 나사 구조의 간격 조절 수단을 구비하고 있다. 또한, 미국특허 7,425,709는 외부로부터 이온 소스 내부로 이온화 공정 가스를 공급받는 별도의 가스 공급 튜브와 가스 확산용 부재를 구비하고 있다.U.S. Patent No. 7,425,709 discloses an end-hole ion source, which includes cooling water passing through it and an electrode of a thin wall. U.S. Patent No. 7,425,709 discloses a means for adjusting the spacing of the screw structure to maintain a constant distance between the electrodes and the magnetic poles. In addition, U.S. Patent No. 7,425,709 has a separate gas supply tube and a gas diffusion member for supplying the ionization process gas from the outside into the ion source.

이와 같이, 종래의 이온 소스는 대부분 외부로부터 이온 생성용 가스를 이온 소스 내부로 공급받아, 이온 소스의 내부에서 플라즈마를 발생시키고 이를 내/외부 압력차에 의한 확산으로 이온을 분출하는 방식이다. 즉, 종래의 이온 소스는 몸체 내부의 이온을 몸체 외부로 인출하기 위한 유로 형성부를 두고 있다. 이러한 방식으로 인해, 종래의 이온 소스는 플라즈마 발생 과정에서 전극 내부 벽면의 식각 현상이 일어나고, 식각된 금속이나 이산화규소 등의 물질들이 압력차에 의해 플라즈마 이온 분출과 함께 외부로 분출되어 불순물 오염의 원인이 될 수 있다. 뿐만 아니라, 분출 영역에서의 파티클 입자들이 전극에 달라붙는 비율이 증가함은 물론, 전극 사이에 아크가 발생하기도 한다. 이러한 불순물 생성 또는 아크 발생은 이온화 성능을 떨어뜨려 연속적 연구나 후속 공정을 저해하는 심각한 원인이 되고 있다.As described above, most of the conventional ion sources receive a gas for ion generation from the outside into the ion source, generate plasma in the ion source, and eject ions by diffusion due to the difference in internal and external pressure. That is, a conventional ion source has a flow path forming portion for drawing ions inside the body to the outside of the body. Due to this method, the conventional ion source causes the etching of the inner wall surface of the electrode during the plasma generation process, and the etched metal or silicon dioxide is ejected to the outside together with the plasma ion ejection due to the pressure difference, . In addition, the ratio of the particle particles sticking to the electrode in the ejection region is increased, and an arc is generated between the electrodes. Such impurity formation or arc generation is a serious cause of deteriorating ionization performance and hindering continuous research or subsequent processes.

이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로, 전극의 극성을 바꾸는 방법 등이 미국특허 6,750,600호, 6,870,164호, 한국특허공개 10-2011-0118622호 등에 제안되어 있다. As a method for solving such a problem, a method of changing the polarity of the electrode is proposed in U.S. Patent Nos. 6,750,600, 6,870,164, and 10-2011-0118622.

그러나, 이러한 해결 방법들은 전원의 극성을 전환시키는 별도 구성이 필요하여, 구조가 복잡하고 제조 비용도 높인다. 더구나, 극성을 전환하는 것으로는, 전극이나 자극에 증착된 이온들을 제거하는데 한계가 있다. 특히, 종래의 해결 방법들은 외부로부터 이온 생성용 가스의 계속적 공급을 전제로 하는 것이어서, 전극이나 자극의 오염을 막는데 한계가 있을 뿐 아니라, 원하는 물질만 증착되어야 하는 기판은 물론이고, 공정 챔버 내부까지도 오염시키는 문제를 야기하기도 한다.
However, these solutions require a separate configuration for switching the polarity of the power supply, which complicates the structure and increases the manufacturing cost. Furthermore, switching the polarity has a limitation in removing ions deposited on the electrode or magnetic pole. Particularly, the conventional solutions are based on the continuous supply of the gas for ion generation from the outside, so that there is a limitation in preventing the contamination of the electrode and the magnetic pole, It also causes pollution problems.

본 발명은 이러한 종래의 엔드홀 이온 소스의 문제점을 해결하기 위한 것으로, The present invention addresses the problem of such conventional end-hole ion sources,

첫째, 전극 사이의 일정 간격을 쉽고 간편하게 유지시키고,First, it is easy and easy to maintain a constant gap between the electrodes,

둘째, 기판, 전극, 자극 등에 오염물이 증착되는 것을 최소화하며,Second, the deposition of contaminants on the substrate, electrode, magnetic pole, etc. is minimized,

셋째, 공정 챔버 내의 이온의 밀도를 조절할 수 있고,Third, the density of ions in the process chamber can be controlled,

넷째, 이온 발생 장치에서 발생되는 아크와 이로 인한 파티클을 최소화할 수 있는, 이온 소스를 제공하고자 한다.
Fourth, an ion source capable of minimizing an arc generated in the ion generating device and particles due to the arc is provided.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이온 소스는 자기장부, 전극, 절연부 등을 포함한다.In order to accomplish this object, an ion source of the present invention includes a magnetic circuit, an electrode, an insulating portion, and the like.

자기장부는 피처리물을 향하는 일측이 개방되고 타측은 폐쇄된다. 개방 일측에는 다수의 자극이 교대로 이격 배치되고, 폐쇄 타측에는 자심으로 연결되고 이온화 가스의 유입구를 구비하지 않으며, 개방 일측에서 플라즈마 전자의 가속 폐 루프를 형성한다. The magnetic field portion is opened at one side facing the object to be processed and closed at the other side. A plurality of magnetic poles are alternately arranged on the opening side, a magnetic core is connected to the other side of the closing side, and an inlet of the ionizing gas is not provided, and an accelerated closed loop of the plasma electrons is formed on the opening side.

전극은 자기장부의 가속 폐 루프의 하부에 자기장부와 이격 배치된다. The electrodes are spaced apart from the magnetic book at the bottom of the accelerator closed loop of the magnetic book.

절연부는 적어도 가속 폐 루프의 공간을 제외한 상기 자기장부의 내부면과 전극의 외부면 사이를 충진 밀폐하여, 전극을 자기장부에 내장 고정한다. The insulating portion encapsulates at least the space between the inner surface of the magnetic circuit and the outer surface of the electrode except for the space of the accelerator closed loop, thereby fixing the electrode in the magnetic circuit.

이러한 구성을 갖는 이온 소스는 공정 챔버 내의 이온화 가스로부터 플라즈마 이온을 생성하여 피처리물로 공급한다. 즉, 본 발명의 이온 소스에서는, 전극 근처의 높은 전위차가 이온화 가스로부터 플라즈마 전자를 생성시키고, 전자기장은 폐 루프 공간에서 플라즈마를 활성화시킨다. 초기 플라즈마 전자를 포함하는 플라즈마 내의 음 전하들은 폐 루프를 따라 사이클로트론 운동을 하고, 플라즈마 이온을 포함하는 양 전하는 전기장에 의해 기판 방향으로 튕겨 나간다.An ion source having such a configuration generates plasma ions from the ionizing gas in the process chamber and supplies the plasma ions to the object to be processed. That is, in the ion source of the present invention, a high potential difference near the electrode generates plasma electrons from the ionizing gas, and the electromagnetic field activates the plasma in the closed loop space. Negative charges in the plasma containing the initial plasma electrons make a cyclotron movement along the closed loop, and positive charges including plasma ions are repelled toward the substrate by an electric field.

애노드 근처의 높은 전위차가 이온화 가스로부터 플라즈마 발생을 위한 촉매 이온을 생성시키고, 전자기장은 폐 루프 공간에서 플라즈마를 활성화시킨다. 이렇게 하여 생성된 플라즈마 내의 음 전하는 폐 루프를 따라 사이클로트론 운동을 하고, 양 전하는 전기장에 의해 기판 방향으로 튕겨나가 피처리물로 이동한다.The high potential difference near the anode creates catalytic ions for plasma generation from the ionizing gas, which in turn activates the plasma in the closed loop space. The negative charge in the generated plasma thus performs the cyclotron movement along the closed loop, and the positive charge is repelled toward the substrate by the electric field and moves to the object to be processed.

본 발명의 이온 소스에서, 절연부는 자극의 개방 일측에 형성되는 단부면에 내부로 함몰되는 함몰부를 갖는다. 이를 통해, 절연부는 표면의 장기적 노출 및 오염에 따른 표면 저항의 급격한 감소를 방지할 수 있다. 함몰부는 가장자리에서 중심으로 돌출되는 돌출부를 더 구비할 수 있다. 돌출부는 함몰부와 일체로 구성할 수도 있으나, 제조 편의상 함몰부의 개방구보다 직경이 좁은 뚜껑을 결합하여 구성할 수도 있다.
In the ion source of the present invention, the insulating portion has a concave portion that is recessed inward at an end face formed at one side of the opening of the magnetic pole. Thereby, the insulating portion can prevent a sharp decrease in surface resistance due to long-term exposure of the surface and contamination. The depressed portion may further include a protrusion protruding from the edge to the center. The protruding portion may be integrally formed with the depressed portion, but may be constructed by combining a lid having a smaller diameter than the open portion of the depressed portion for the sake of manufacturing.

본 발명의 이온 소스에서, 자기장부는 개방 일측에서 인접하는 자극의 두께, 경사, 개방 폭 중의 적어도 하나를 조절하여, 플라즈마 이온의 집속, 발산, 또는 평행 이동을 제어할 수 있다.
In the ion source of the present invention, the magnetic field portion can control at least one of the thickness, inclination, and open width of the adjacent magnetic poles on the open side to control the focusing, divergence, or translation of the plasma ions.

본 발명의 이온 소스에서, 자극은 이온밀도 조절가스를 주입하는 가스 주입부를 포함할 수 있다. 가스 주입부는 가스 튜브, 가스 채널, 가스 확산 슬릿으로 구성된다. 가스 튜브는 외부로부터 이온밀도 조절가스를 유입하는 통로이다. 가스 채널은 가스 튜브에 연통되고, 자극의 내부에 길이 방향을 따라 형성된다. 그리고, 가스 확산 슬릿은 가스 채널에 연통되고, 가속 폐 루프의 방향으로 연통되어, 이온밀도 조절가스를 가속 폐 루프 방향으로 확산 방출한다. 가스 주입부는 일체로 구성할 수도 있으나, 제조 편의상 상부 몸체와 하부 몸체로 구분 제조하고 이들을 상하 결합하여 구성할 수도 있다.
In the ion source of the present invention, the stimulus may include a gas injection portion for injecting an ion density control gas. The gas injection part consists of a gas tube, a gas channel, and a gas diffusion slit. The gas tube is a passage through which an ion density control gas flows from the outside. The gas channel communicates with the gas tube and is formed along the longitudinal direction inside the stimulus. The gas diffusion slit communicates with the gas channel and communicates in the direction of the accelerating closed loop to diffuse and discharge the ion density controlling gas in the accelerating closure direction. The gas injection unit may be integrally formed, but it may be divided into an upper body and a lower body for the sake of manufacturing, and the gas injection unit may be vertically coupled.

본 발명의 이온 소스는 이온 중화기를 포함할 수 있다. 이온 중화기는 자극의 개방 일측과 피처리물 사이에 구비되는데, 예를들어 양단은 이온 소스의 전극 전원과 독립된 전원에 연결된 필라멘트를 이용할 수 있다.
The ion source of the present invention may comprise an ion neutralizer. The ion neutralizer is provided between the open end of the stimulus and the object to be processed. For example, the both ends may use filaments connected to a power source independent of the electrode power source of the ion source.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 이온 소스는, 외부로부터 이온 생성용 가스를 공급받지 않고 공정 챔버 내의 이온화 가스로부터 이온을 생성하여 피처리물에 공급함으로써, 이온 소스 자체에서 식각 오염물이 생성되는 것을 최소화할 수 있고, 이로 인해 이온 소스의 전극이나 자극에 식각 오염물이 증착되는 것을 막을 수 있다. 또한, 원하는 물질만 증착되어야 하는 기판에 오염물이 증착되는 것도 차단할 수 있다. The ion source of the present invention having such a configuration can generate ions from the ionized gas in the process chamber without supplying the ion generating gas from the outside and supply the ions to the target to minimize the generation of etch contaminants in the ion source itself Thereby preventing deposition of etch contaminants on the electrode or pole of the ion source. In addition, deposition of contaminants on the substrate, on which only the desired material is to be deposited, can be blocked.

본 발명에 의하면, 하나의 공정 챔버 내에서 스퍼터링 등의 공정을 병행하여 수행할 때, 다른 공정의 공정 압력에 변화를 일으키지 않기 때문에, 안정적인 공정 수행이 가능하다.According to the present invention, when a process such as sputtering is simultaneously performed in one process chamber, the process pressure of the other process is not changed, so that a stable process can be performed.

본 발명에 의하면, 절연부에 의해 전극이 자기장부 내에 고정되어 있으므로, 전극과 자극 사이의 간격을 일정하게 유지하기 위한 장치가 필요없다. According to the present invention, since the electrode is fixed in the magnetic field by the insulating portion, there is no need for a device for maintaining a constant gap between the electrode and the magnetic pole.

본 발명에 의하면, 절연부에 형성에 함몰부 및 돌출부로 인해, 전극, 자극 등에 오염물이 증착되더라도 그로 인해 단락이나 아크가 발생할 가능성이 크게 낮아진다.According to the present invention, even if contaminants are deposited on electrodes, magnetic poles or the like due to depressions and protrusions formed in the insulating portion, the possibility of occurrence of a short circuit or an arc is greatly reduced.

본 발명에 의하면, 이온 밀도를 조절하기 위한 이온밀도 조절가스의 공급라인을 별도로 구비함으로써 공정 효율을 높일 수 있다.According to the present invention, it is possible to increase the process efficiency by separately providing a supply line for the ion density control gas for controlling the ion density.

본 발명에 의하면, 이온 소스와 피처리물 사이에 구비되는 이온 중화기로 인해, 후속 이온의 추가 증착이 쉽고, 또한 전하 축적에 따른 방전 현상도 효과적으로 차단할 수 있다.According to the present invention, additional ionization of subsequent ions can be easily performed due to the ion neutralizer provided between the ion source and the object to be processed, and the discharge phenomenon due to charge accumulation can also be effectively blocked.

또한, 본 발명에 의하면, 기판으로 향하는 이온의 이동 방향을 자극의 형상 변경으로 쉽게 조절할 수 있어, 생성 이온의 이동 방향을 제어하기 위한 방향 제어부를 별도 설치할 필요가 없다.
In addition, according to the present invention, the direction of movement of ions toward the substrate can be easily controlled by changing the shape of the magnetic pole, and there is no need to additionally provide a direction control unit for controlling the movement direction of generated ions.

도 1은 본 발명의 이온 소스를 이용하는 이온빔 처리 장치를 도시하고 있다.
도 2는 도 1의 이온 소스의 세부 구조를 도시하는 단면도이다.
도 3a~도 3c는 이온 소스에서 플라즈마 이온의 이동 경로를 변화시키는 자극의 여러 형상을 도시하고 있다.
도 4a,4b는 자극의 경사각을 변화시킨 경우에 플라즈마 이온의 이동 경로가 변한 결과를 보여주고 있다.
도 5a~5c는 절연부의 변형례를 도시하고 있다.
도 6a~6c는 절연부의 다른 변형례를 도시하고 있다.
도7a,7b는 이온밀도 조절가스를 주입하기 위한 가스 주입부를 갖는 자극을 도시하고 있다.
도 8a,8b는 이온 중화기를 구비한 이온 소스를 도시하고 있다.Fig. 1 shows an ion beam processing apparatus using the ion source of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing the detailed structure of the ion source of FIG.
3A to 3C show various shapes of stimuli that change the path of the plasma ion in the ion source.
FIGS. 4A and 4B show the results of a change in the path of the plasma ion when the inclination angle of the stimulus is changed.
5A to 5C show a modification of the insulating portion.
6A to 6C show another modification of the insulating portion.
7A and 7B show stimuli having a gas injection portion for injecting an ion density control gas.
Figures 8a and 8b show an ion source with an ion neutralizer.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 이온 소스를 이용하는 이온빔 처리 장치를 도시하고 있다.Fig. 1 shows an ion beam processing apparatus using the ion source of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 이온빔 처리 장치는 공정 챔버(100), 증착 모듈(200), 기판 캐리어(300), 이온 소스(400) 등을 포함하여 구성할 수 있다.As shown in FIG. 1, the ion beam processing apparatus may include a process chamber 100, a deposition module 200, a substrate carrier 300, an ion source 400, and the like.

공정 챔버(100)는 박막 증착 또는 이온빔 처리를 위한 밀폐된 내부 공간을 구성한다. 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 사용한다.The process chamber 100 constitutes a closed interior space for thin film deposition or ion beam processing. A vacuum pump is coupled to one side of the process chamber 100, which maintains the internal space at a predetermined process pressure. In the process chamber 100, an unreacted gas or a reactive gas is injected according to the process. Examples of the non-reactive gas include argon, neon, helium, and xenon, and the reaction gas includes N 2 , O 2 , CH 4 , CF 4, and the like. In some cases, an unreacted gas and a reactive gas are mixed and used.

증착 모듈(200)은 공정 챔버(100) 내에 구비되고, 타켓 또는 증발 물질을 포함한다. 증착 모듈(200)는 타켓 또는 증발 물질을 이탈시켜 이온, 원자, 또는 분자 형태로 기판(310)에 공급한다. 기판(310)으로 이동한 입자는 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.The deposition module 200 is provided in the process chamber 100 and includes a target or a vapor material. The deposition module 200 removes the target or evaporation material and supplies it to the substrate 310 in the form of ions, atoms, or molecules. The particles moved to the substrate 310 are deposited in the form of a thin film on the substrate 310. Preferred target or evaporation materials are selected from the group consisting of silicon (Si), yttrium (Y), aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), titanium (Ti), magnesium (Mg), neodymium ), Zirconium (Zr), chromium (Cr), nickel (Ni), iron (Fe), molybdenum (Mo), tungsten (W), cobalt (Co), zinc (Zn) ), Gallium (Ga), and selenium (Se).

기판 캐리어(300)는 증착 모듈(200)에 대향되게 기판(310)을 지지하며, 기판(310)을 소정 방향으로 이동시킨다.The substrate carrier 300 supports the substrate 310 in opposition to the deposition module 200 and moves the substrate 310 in a predetermined direction.

증착 모듈(200)이 스퍼터링 공정에 이용되는 경우, 증착 모듈(200)에는 높은 음 전압이 인가되고, 기판 캐리어(300)는 일반적으로 접지된다. 공정 챔버(100) 내부에 아르곤 가스가 주입되어 있으면, 증착 모듈(200)과 기판 캐리어(300) 사이의 고전압에 의해 아르곤 가스가 이온화되어 플라즈마 상태가 된다. 이온화된 아르곤 이온(Ar+)은 고전압에 의해 가속되어 증착 모듈(200)의 타겟에 부딪힌다. 이때, 타겟으로부터 타겟 물질이 이온, 원자, 또는 분자 형태로 튀어나와 기판 캐리어(300) 쪽으로 이동하며, 타켓 물질이 기판 캐리어(300) 전면의 기판(310)에 증착된다.When the deposition module 200 is used in the sputtering process, a high negative voltage is applied to the deposition module 200, and the substrate carrier 300 is generally grounded. When the argon gas is injected into the process chamber 100, argon gas is ionized by the high voltage between the deposition module 200 and the substrate carrier 300 to become a plasma state. The ionized argon ion (Ar + ) is accelerated by the high voltage and strikes the target of the deposition module 200. At this time, the target material protrudes from the target in the form of ions, atoms, or molecules to the substrate carrier 300, and the target material is deposited on the substrate 310 on the front surface of the substrate carrier 300.

이온 소스(400)는 그 내부에 설치된 자석의 자기장과 전극의 전기장에 의해 자극 사이에서 원 또는 타원의 폐 루프를 형성하며, 폐 루프에는 전자가 빠른 속도로 이동하면서 이온화 가스와 충돌하고, 그 결과 이온화 가스로부터 플라즈마 이온이 생성된다. 전극 근처의 높은 전위차는 이온화 가스로부터 플라즈마 전자를 생성시키고, 전자기장은 폐 루프 공간에서 플라즈마를 활성화시킨다. 플라즈마 전자를 포함하는 플라즈마 내의 음 전하는 폐 루프를 따라 사이클로트론 운동을 하고, 플라즈마 이온을 포함하는 양 전하는 전기장에 의해 기판(310) 방향으로 튕겨 나간다. 플라즈마 이온 등의 양 전하는 에너지를 가지고 기판(310)으로 이동하여 기판(310) 표면에 에너지를 전달하거나, 기판 표면의 분자 결합을 파괴하는 등의 역할을 한다. 이와 같이, 이온 소스 내부에 이온화 가스와 이온들의 유로를 형성하여 이온 소스 밖으로 이온들과 불순물들을 분출하는 종래의 이온 소스와는 달리, 본 발명의 이온 소스(400)는 그 개방부 근처에서 이온화 가스로부터 플라즈마 이온을 생성한 후 공정 챔버 내로 돌려 보내는 방식이어서, 전극 내벽의 식각이나 불순물 오염에 따른 단락이 원천적으로 발생하기 어렵다.The ion source 400 forms a closed loop of a circle or oval between the magnetic poles by the magnetic field of the magnet installed in the ion source 400 and the electric field of the electrode, and collides with the ionized gas while the electrons move at a high speed in the closed loop. Plasma ions are generated from the ionizing gas. The high potential difference near the electrodes creates plasma electrons from the ionizing gas, which in turn activates the plasma in the closed loop space. The negative charge in the plasma containing the plasma electrons makes a cyclotron movement along the closed loop, and the positive charge including the plasma ions is repelled toward the substrate 310 by the electric field. The positive ions such as plasma ions move to the substrate 310 to transfer energy to the surface of the substrate 310 or to break molecular bonds on the substrate surface. Unlike the conventional ion source in which the flow path of ionizing gas and ions is formed in the ion source and the ions and the impurities are ejected out of the ion source, the ion source 400 of the present invention has an ionizing gas And then returns to the process chamber. Therefore, it is difficult to originally cause a short circuit due to etching of the inner wall of the electrode or impurity contamination.

따라서, 이온 소스(400)는 증착 모듈(200)이 기판(310)에 박막을 증착하는 과정과 함께 에너지를 주입하는 역할로 사용되기도 하고, 증착 모듈(200)이 기판(310)에 박막을 증착하기 전에 기판 표면을 개질하기 위해서 사용되기도 한다. 또한, 이온 소스(400)는 증착 모듈(200)이 기판(310)에 박막을 증착한 후의 기판 후처리를 위해서도 사용될 수 있다.Accordingly, the ion source 400 may be used for the deposition of the thin film on the substrate 310 and the energy deposition of the thin film on the substrate 310. The deposition module 200 may deposit a thin film on the substrate 310, It may also be used to modify the substrate surface before doing so. The ion source 400 may also be used for post-substrate processing after the deposition module 200 deposits a thin film on the substrate 310.

도 1에 도시한 바와 같이, 이온 소스(400)는 공정 챔버(100) 내에 삽입된다. 이온 소스(400)에는 외부로부터 전원은 공급되지만, 이온 생성을 위한 별도의 가스가 이온 소스(400) 내부로 공급되지 않는다. 외부로부터 이온 생성용 가스가 공급되지 않으므로, 이온 소스(400)는 공정 챔버(100) 내에 존재하는 내부 전자와, 증착 모듈(200)과 기판 캐리어(300) 사이의 고전압으로 발생하는 플라즈마 전자 등을 초기 이온화 전자로 이용한다. 즉, 이온 소스(400)는 내부 전자 또는 플라즈마 전자 등의 초기 이온화 전자들에 로렌쯔 힘을 발생시켜 초기 이온화 전자들을 폐 루프를 따라 고속 회전시키며, 고속 전자는 폐 루프 내의 이온화 가스를 이온화시켜 급격히 높은 플라즈마 이온 밀도를 생성한다. 이때, 자극 슬릿에 의해 노출된 양극의 면적(A1)이 기판을 비롯한 공정 챔버 전체가 가지는 음극 면적(A2)과 이루는 면적 비율의 2 ~ 4 제곱 만큼 매우 높은 공간 전위차를 이온 소스의 자극 슬릿 영역의 공간에서 가지기 때문에 효과적으로 폐 루프 모양의 전자 궤적을 얻을 수 있으며, 이는 다음 식으로 표현할 수 있다. As shown in FIG. 1, an ion source 400 is inserted into the process chamber 100. A separate gas for ion generation is not supplied into the ion source 400 although the ion source 400 is supplied with power from the outside. Since the ion generating gas is not supplied from the outside, the ion source 400 can supply the internal electrons present in the process chamber 100 and the plasma electrons generated at the high voltage between the deposition module 200 and the substrate carrier 300 It is used as initial ionization electron. That is, the ion source 400 generates La Lorentz force in the initial ionizing electrons such as internal electrons or plasma electrons to rotate the initial ionized electrons at high speed along the closed loop, and the high-speed electrons ionize the ionized gas in the closed loop, Thereby generating a plasma ion density. At this time, the space potential difference which is very high by 2 to 4 squares of the area ratio (A 1 ) of the anode exposed by the stimulating slit to the cathode area (A 2 ) of the entire process chamber including the substrate The electron trajectory of the closed loop shape can be obtained effectively, which can be expressed by the following equation.

V1/V2 = (A2/A1)2~4
V 1 / V 2 = (A 2 / A 1 ) 2 to 4

도 2는 도 1의 이온 소스의 세부 구조를 도시하는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing the detailed structure of the ion source of FIG.

도 2에 도시한 바와 같이, 이온 소스(400)는 자기장부(411,413a,413b,415), 전극(423), 절연부(431a)를 포함한다.2, the ion source 400 includes magnetic plates 411, 413a, 413b, and 415, an electrode 423, and an insulating portion 431a.

자기장부는 자석(411), 자극(413a,413b), 자심(415) 등으로 구성되어, 내부에 원형 또는 타원형의 폐 루프 공간을 형성한다. 자기장부가 형성하는 폐 루프 공간은 자극(413a,413b) 방향으로는 개방되고, 자심(415) 방향으로는 폐쇄된다.The magnetic field portion is composed of the magnet 411, the magnetic poles 413a and 413b, the magnetic core 415 and the like, and forms a circular or elliptical closed loop space therein. The closed loop space formed by the magnetic field section is opened in the direction of the magnetic poles 413a and 413b and closed in the direction of the magnetic core 415. [

자석(411)은 자극(413a)과 자심(415) 사이에 배치된다. 자석(411)은 영구자석 또는 전자석으로 구성한다. 이 경우, 외측 자극(413b)은 자석부(411)의 하단에서 자심(415)으로 연결된다.The magnet 411 is disposed between the magnetic pole 413a and the magnetic core 415. [ The magnet 411 is constituted by a permanent magnet or an electromagnet. In this case, the outer magnetic pole 413b is connected to the magnetic core 415 at the lower end of the magnet portion 411.

자극(413a,413b)은 기판 방향으로 소정 간격 이격 배치된다. 자극(413a,413b)은 폐 루프를 경계로 N극과 S극이 교대로 배치된다. 예를들어, 도 2에서 중앙 자극(413a)을 N극으로, 외측 자극(413b)을 S극으로 할 수 있다. 이 경우, 중앙 자극(413a)에 연결되는 자석(411)의 상단은 N극이고, 자석(411)의 하단은 S극이다. 외측 자극(413b)은 자심(415)를 통해 자석(411)의 하단인 S극에 자기 결합되어 S극을 띄게 된다.The magnetic poles 413a and 413b are spaced apart from each other by a predetermined distance in the substrate direction. The magnetic poles 413a and 413b are arranged with N poles and S poles alternating with a closed loop as a boundary. For example, in FIG. 2, the central pole 413a may be an N pole and the outer pole 413b may be an S pole. In this case, the upper end of the magnet 411 connected to the central pole 413a is an N pole, and the lower end of the magnet 411 is an S pole. The outer magnetic pole 413b is magnetically coupled to the S pole at the lower end of the magnet 411 through the magnetic core 415 to have an S pole.

자심(415)은 자석(411)의 하단과 외측 자극(413b)을 자기 결합하는 것으로, 자석(411)의 하단인 S극의 자기력선이 통과하는 통로이며, 투자율이 높은 물질로 구성되어 있다. 자심(415)은 외측 자극(413b)과 연결되어 외측 자극(413b)이 S극을 띄게 하며, 아울러 자석(411)의 하단인 S극의 자기력선이 상단인 N극의 자기력선에 영향을 미치는, 즉 자석(411) 자체에 의한 자기 영향을 최소화한다.
The magnetic core 415 magnetically couples the lower end of the magnet 411 and the outer magnetic pole 413b and is a passage through which the magnetic force lines of the S pole at the lower end of the magnet 411 pass and is made of a material having a high magnetic permeability. The magnetic core 415 is connected to the outer magnetic pole 413b so that the outer magnetic pole 413b makes the S pole and the magnetic force lines of the S pole at the lower end of the magnet 411 affect the magnetic force lines of the N pole, Thereby minimizing magnetic influence by the magnet 411 itself.

전극(423)은 자극(413a,413b)의 사이 공간, 즉 폐 루프 공간의 하부에 구비된다. 전극(423)에는 전원(V)이 연결되면, 전원(V)은 AC 또는 DC의 고전압이다.The electrode 423 is provided in the space between the magnetic poles 413a and 413b, that is, below the closed loop space. When the power source V is connected to the electrode 423, the power source V is a high voltage of AC or DC.

전극(423)에 고전압이 인가되면, 전극(423)에는 열이 발생한다. 따라서, 열을 식히기 위해, 전극(423) 내에는 전극을 가공하여 만든 냉각용 채널 또는 냉각 튜브(CT)를 구비할 수 있다. 냉각용 채널 또는 냉각 튜브(CT)는 전기전도율 및 열전도율이 우수한 금속으로 구성되며, 냉각용 채널 또는 냉각 튜브(CT)에는 냉각수가 흐른다.
When a high voltage is applied to the electrode 423, heat is generated in the electrode 423. Therefore, in order to cool the heat, the electrode 423 may have a cooling channel or a cooling tube CT made by processing an electrode. The cooling channel or the cooling tube (CT) is made of a metal having excellent electrical conductivity and thermal conductivity, and cooling water flows through the cooling channel or the cooling tube (CT).

절연부(431a)는 자기장부의 내부면과 전극(423)의 외부면 사이에 충진되어, 전극(423)을 자기장부의 내부에 고정한다. 이때, 절연부(431a)는 적어도 중앙 자극(413a)과 외측 자극(413b)의 사이 공간에는 충진되지 않는다. 또한, 자기장부와 전극(423)에 의해 폐 루프를 형성하기 위해서는, 자극(413a,413b)과 전극(423)이 대향하는 부분의 공간 일부에도 절연부(431a)가 충진되지 않는다. 그 밖의 자기장부의 내면과 전극(423)의 외면 사이에 절연부(431a)를 충진할 때, 모든 공간에 충진할 수도 있고, 전극(423)과 자기장부의 고정에 영향을 미치지 않는 범위에서 일부 공간에만 충진할 수도 있다.The insulating portion 431a is filled between the inner surface of the magnetic tape and the outer surface of the electrode 423 to fix the electrode 423 inside the magnetic tape. At this time, the insulating portion 431a is not filled at least between the central magnetic pole 413a and the outer magnetic pole 413b. In addition, in order to form a closed loop by the magnetic circuit and the electrode 423, the insulating portion 431a is not filled in a part of the space where the magnetic poles 413a and 413b and the electrode 423 face each other. It may be filled in all spaces when the insulating portion 431a is filled between the inner surface of the other magnetic recording portion and the outer surface of the electrode 423, It can be filled only in space.

절연부(431a)는 마이카(mica), 스테아타이트, 석영 유리, 소다 유리,납 유리, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 천연 고무, 에보나이트, 부틸 고무, 클로로프렌 고무, 실리콘 고무, 에폭시 수지 니스포르말수지 니스, 불소 수지, 테플론 수지, 피크(PEEK)와 같은 엔지니어링 플라스틱 등으로 구성할 수 있다.
The insulating portion 431a may be made of any one of mica, stearate, quartz glass, soda glass, lead glass, polyester, polyethylene, polystyrene, polypropylene, polyvinyl chloride, natural rubber, ebonite, butyl rubber, chloroprene rubber, , Epoxy resin varnish resin varnish, fluorine resin, Teflon resin, engineering plastic such as PEEK (PEEK), and the like.

이러한 구성을 갖는 이온 소스(400)에서, 전극(423)에 플러스 고전압을 인가하고 주위의 자극(413a,413b)을 접지하면, 전극(423)과 기판 캐리어(300) 사이에 형성되는 전기장에 의해 내부 전자 또는 플라즈마 전자가 폐 루프 공간의 전극(423) 쪽으로 이동한다. 이때, 자극(413a,413b) 사이에서 발생하는 자기장과 전극(423)과 자극(413a,413b) 사이에서 발생하는 전기장에 의해 내부 전자 또는 플라즈마 전자가 힘을 받아 폐 루프를 따라 고속 이동한다. 이때 전자가 받는 힘의 방향은 플레밍의 왼손 법칙에 의해 정해지고, 힘은 로렌쯔 힘(Lorentz Force), F = q(E + v × B)으로 표현된다. 여기서, E는 전기장, B는 자기장, q는 입자의 전하량, v는 입자의 속력이며, ×는 외적이다.When a positive high voltage is applied to the electrode 423 and the surrounding magnetic poles 413a and 413b are grounded in the ion source 400 having such a configuration by the electric field formed between the electrode 423 and the substrate carrier 300 Internal electrons or plasma electrons move toward the electrode 423 in the closed loop space. At this time, internal electrons or plasma electrons are actuated by the magnetic field generated between the magnetic poles 413a and 413b and the electric field generated between the electrode 423 and the magnetic poles 413a and 413b to move at high speed along the closed loop. At this time, the direction of the force received by the electron is determined by Fleming's left-hand rule, and the force is expressed by the Lorentz force, F = q ( E + v × B ). Where E is the electric field, B is the magnetic field, q is the charge of the particle, v is the speed of the particle, and x is the external.

폐 루프를 따라 고속으로 사이클로트론(cyclotron) 운동을 하며 이동하는 전자는 폐 루프 내부에 존재하는 이온화 가스를 이온화시키고, 이온화된 플라즈마 이온 중에서 양 이온은 전극(423)과 기판 캐리어(300) 사이의 전기장 등에 의해 기판 캐리어(300) 쪽으로 에너지를 얻어 이동하여 타 물체에 에너지를 전가하거나 기판(310)의 표면을 개질하는 등의 작용을 하게 된다.
The moving electrons cause cyclotron movement at high speed along the closed loop, ionizing the ionized gas existing in the closed loop, and the positive ions among the ionized plasma ions are generated in the electric field between the electrode 423 and the substrate carrier 300 Or the like to move energy to the substrate carrier 300 and to transfer energy to another object or to modify the surface of the substrate 310. [

도 3a~3c는 이온 소스에서 플라즈마 이온의 이동 경로를 변화시키는 자극의 여러 형상을 도시하고 있다.Figures 3A-3C illustrate various shapes of stimulation that change the path of the plasma ion in the ion source.

도 3a와 같이, 중앙 자극(413a)과 외측 자극(413b)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.As shown in FIG. 3A, when the distance between the central magnetic pole 413a and the outer magnetic pole 413b is made wider and the heights a1 and b1 of the vertical extending portions are made lower and the inclination angles? 1 and? 1 of the inclined surfaces are made smaller, Plasma ions can be emitted.

도 3b와 같이, 중앙 자극(413a)와 외측 자극(413b')의 간격을 도 3a의 예보다 좁게 하고, 외측 자극(413b')의 수직 연장부의 높이(a2)를 중앙 자극(413a)의 수직 연장부(b2)보다 높게 하고, 중앙 자극(413a)의 경사면 경사각(θ2)을 외측 자극(413b')의 경사각(Φ1)보다 작게 하면, 플라즈마 이온을 기판까지 평행하게 이동시킬 수 있다.3B, the distance between the central pole 413a and the outer pole 413b 'is narrower than that in the example of FIG. 3A, and the height a2 of the vertically extending portion of the outer pole 413b' The plasma ion can be moved parallel to the substrate by setting the angle of inclination of the central magnetic pole 413a to be higher than the extended portion b2 and making the inclined angle of inclination [theta] 2 of the central magnetic pole 413a smaller than the inclination angle phi 1 of the outer magnetic pole 413b '.

한편, 도 3c와 같이, 중앙 자극(413a)와 외측 자극(413b")의 간격을 도 3b의 예보다 더 좁게 하고, 외측 자극(413b")의 수직 연장부의 높이(a3)를 중앙 자극(413a)의 수직 연장부(b3)보다 훨씬 높게 하며, 중앙 자극(413a)의 경사각(θ3)을 외측 자극(413b")의 경사각(Φ1)보다 훨씬 낮게 하면, 플라즈마 이온을 기판의 일정 지점에 집속시킬 수 있다.
3B, the distance between the central pole 413a and the outer pole 413b "is narrower than that in the example of Fig. 3B, and the height a3 of the vertically extending portion of the outer pole 413b" 3 and the inclination angle 3 of the central magnetic pole 413a is made much lower than the inclination angle phi 1 of the outer magnetic pole 413b ", the plasma ions are focused at a certain point on the substrate .

도 4a,4b는 자극의 경사각을 변화시킨 경우에 플라즈마 이온의 이동 경로가 변한 결과를 보여주고 있다.FIGS. 4A and 4B show the results of a change in the path of the plasma ion when the inclination angle of the stimulus is changed.

도 4a는 자극 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. Fig. 4A shows the shape of the etched surface measured at an angle of? And? Of 40 degrees, and Fig. 4B shows the shape of the etched surface measured at an angle of? will be. The thin films used for the etching were thin film samples in which 17% and 16% of nickel chromium (NiCr) were transmitted through the glass surface, and the distance between the ion beam and the substrate was 268 mm.

도 4a의 경우는, 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 경우는, 내부원의 직경과 외부원의 직경이 각각 30 mm와 45 mm 영역에서 집중적으로 식각이 일어났으며, 식각 후의 식각 면의 투과율은 약 80%였다. In the case of FIG. 4A, the etching was intensively performed in the range of the inner diameter (inner diameter) and the outer diameter (outer diameter) of 20 mm and 60 mm, respectively, and the transmittance of the etched surface after etching was 78%. In the case of FIG. 4B, on the other hand, intrinsic etching occurred in the areas of the inner circle and the outer circle of 30 mm and 45 mm, respectively, and the transmittance of the etched surface after etching was about 80%.

이와 같이, 자극 경사면의 경사각만을 변화시키더라도 기판으로 이동하는 플라즈마 이온의 이동 경로를 변화시킬 수 있다.
Thus, even if only the inclination angle of the stimulating slope is changed, the path of movement of the plasma ions moving to the substrate can be changed.

도 5a~5c는 절연부의 변형례를 도시하고 있다.5A to 5C show a modification of the insulating portion.

도 5a에 도시한 바와 같이, 절연부(431b)는 자극(413a,413b) 방향의 단부면에 함몰부(R1)을 형성할 수 있다. 함몰부(R1)는 삼각형, 사각형, 원형, 다각형 등으로 다양하게 형성할 수 있다. As shown in Fig. 5A, the insulation portion 431b can form a depression R1 on an end face in the direction of the magnetic poles 413a and 413b. The depressions R1 may be formed in a variety of shapes such as a triangle, a quadrangle, a circle, and a polygon.

함몰부(R1)는 자극(413a,413b)과 전극(423) 사이에 위치하며, 표면이 금속 등으로 오염될 경우 단락의 우려가 있으나 표면 길이를 길게 함과 동시에 일부분에 오염 방지 기능을 부여할 경우 단락을 효과적으로 방지할 수 있다. 플라즈마 이온 자체, 또는 플라즈마 전자 등에 의해 이온 소스나 공정 챔버 내의 부속 장비들이 식각되어 생성되는 식각 오염물이 절연부(431b)의 단부면에 증착되면, 이들 오염 증착물로 인해 자극(413a,413b)과 전극(423)이 단락될 수 있다. 이러한 단락은 플라즈마 이온이나 식각 오염물은 함몰부(R1) 내부면 전체에 증착되어야 한다. 그러나, 증착의 특성상 함몰부(R1) 내에 플라즈마 이온이나 식각 오염물이 증착되기는 쉽지 않다. 그 결과, 절연부(431b)의 함몰부(R1)는 자극(413a,413b)과 전극(423)의 단락을 방지하는 효과적 수단이 될 수 있다. 덧붙여, 함몰부(R1)의 폭이나 깊이를 조절하면, 자극(413a,413b)과 전극(423)의 단락 방지 효과를 높일 수 있다.
The depressed portion R1 is located between the magnetic poles 413a and 413b and the electrode 423 and may be short-circuited if the surface is contaminated with metal or the like. However, It is possible to effectively prevent a short circuit. When the etchant contaminants generated by etching the ion source or the associated equipment in the process chamber are deposited on the end face of the insulating portion 431b by the plasma ion itself or by plasma electrons, the impurities 413a and 413b and the electrodes (423) may be short-circuited. Such a short circuit must be deposited over the entire inner surface of the depression R1 of plasma ions or etch contaminants. However, due to the nature of the deposition, it is not easy to deposit plasma ions or etch contaminants in the depressions R1. As a result, the recessed portion R1 of the insulating portion 431b can be an effective means for preventing short-circuiting between the magnetic poles 413a and 413b and the electrode 423. [ In addition, by adjusting the width or depth of the depression R1, it is possible to enhance the effect of preventing short-circuiting between the magnetic poles 413a and 413b and the electrode 423.

절연부(431c)의 함몰부(R2) 형상을 도 5b와 같이 구성하면, 자극(413a,413b)과 전극(423)의 단락을 더 효과적으로 방지할 수 있다. 즉, 함몰부(R2)의 가장자리에서 함몰부(R2)의 중심으로 돌출되는 돌출부를 형성하면, 함몰부(R2)는 그 내부에 양측으로 함몰되는 보조 함몰부가 형성된다. 이러한 구조의 보조 함몰부에 플라즈마 이온이나 식각 오염물이 증착되기는 더 어렵다. 그 결과, 함몰부(R2)는 자극(413a,413b)과 전극(423)의 단락을 더 효과적으로 차단할 수 있다.
5B, the short circuit between the magnetic poles 413a and 413b and the electrode 423 can be more effectively prevented. That is, when the projecting portion protruding from the edge of the depressed portion R2 to the center of the depressed portion R2 is formed, the depressed portion R2 is formed with auxiliary depressed portions that are recessed into both sides thereof. It is more difficult to deposit plasma ions or etch contaminants in the auxiliary depression of such a structure. As a result, the depression R2 can more effectively block the short circuit between the magnetic poles 413a and 413b and the electrode 423.

또한, 도 5c와 같이, 함몰부(R2)의 개방구를 일부 폐쇄하는 커버부(441a~441d)를 더 구비할 수 있다. 이와 같이 구성하면, 커버부(441a~441d)의 하부면에는 플라즈마 이온이나 식각 오염물이 증착되기가 거의 불가능하기 때문에, 자극(413a,413b)과 전극(423)의 단락을 더욱 효과적으로 차단할 수 있다.
Further, as shown in FIG. 5C, it is possible to further include cover portions 441a to 441d which partially close the opening of the depression R2. With this configuration, it is almost impossible to deposit plasma ions or etching contaminants on the lower surfaces of the cover portions 441a to 441d, so that the short circuit between the magnetic poles 413a and 413b and the electrode 423 can be more effectively blocked.

도 6a~6c는 절연부의 다른 변형례를 도시하고 있다.6A to 6C show another modification of the insulating portion.

도 6a~6c는 절연부(433a~433c)는, 도 2,5a,5b의 절연부(431a~431c)를 변형한 것으로, 절연부(433a~433c)의 단부면이 전극(423)의 상부면 일측까지 연장되어 있다. The insulating portions 433a to 433c are deformed from the insulating portions 431a to 431c in Figures 5a and 5b and the end portions of the insulating portions 433a to 433c are connected to the upper portion of the electrode 423 And extends to one side of the face.

절연부(433a~433c)는, 위에서 설명한 바와 같이, 자기장부의 내부면과 전극(423)의 외부면 사이에 충진되어 전극(423)을 자기장부의 내부에 고정하는 기능을 수행한다. 특히, 폐 루프의 개방 측의 자극(413a,413b)과 전극(423)의 간극을 일정하게 유지하는 것이 중요하다. 따라서, 도 6a~6c에 도시한 바와 같이, 절연부(433a~433c)의 단부면을 전극(423)의 상부면 일측까지 연장하여 구성하면, 폐 루프의 개방 측의 자극(413a,413b)과 전극(423)의 간극을 일정하게 유지하는데 유리하다. 다만, 자극(413a,413b)의 내측 단부 및 하부 일측과 전극(423)의 상부면이 대향하는 부분의 공간은 절연부(433a~433b)가 충진되지 않는다. 이는, 폐 루프 공간이 자극(413a,413b)과 전극(423)의 사이 공간에서 형성되기 때문이다.As described above, the insulating portions 433a to 433c are filled between the inner surface of the magnetic tape and the outer surface of the electrode 423 to fix the electrode 423 inside the magnetic tape. Particularly, it is important to keep the gap between the magnetic poles 413a and 413b on the open side of the closed loop and the electrode 423 constant. 6A to 6C, if the end surfaces of the insulating portions 433a to 433c are extended to one side of the upper surface of the electrode 423, the magnetic poles 413a and 413b on the open side of the closed loop It is advantageous to keep the gap of the electrode 423 constant. However, the spaces between the inner ends of the magnetic poles 413a and 413b and the upper surface of the electrode 423 are not filled with the insulating portions 433a to 433b. This is because the closed loop space is formed in the space between the poles 413a and 413b and the electrode 423.

그 밖에, 함몰부(R1,R2)의 형상과 기능에 대한 상세한 설명은 도 5a,5b의 함몰부(R1,R2) 설명으로 갈음한다.
In addition, details of the shape and function of the depressions R1 and R2 are replaced with the depiction of the depressions R1 and R2 in FIGS. 5A and 5B.

도7a,7b는 이온밀도 조절가스를 주입하기 위한 가스 주입부를 갖는 자극을 도시하고 있다.7A and 7B show stimuli having a gas injection portion for injecting an ion density control gas.

예를들어, 공정 챔버 내부의 압력이 10-5 ~ 10-6 Torr 영역으로 매우 낮은 경우, 이온 생성용 가스의 밀도도 매우 낮기 때문에 수행하고자 하는 공정이 원활히 이루어지지 않을 수 있다. 이러한 경우, 이온 소스로부터 생성되는 이온의 공간 밀도를 높이기 위해 선택적으로 또는 국부적으로 이온 가스를 주입할 수 있다.For example, if the pressure inside the process chamber is very low in the range of 10 -5 to 10 -6 Torr, the density of the ion generating gas is very low, so that the process to be performed may not be performed smoothly. In this case, ion gas may be selectively or locally injected to increase the spatial density of ions generated from the ion source.

이를 위해, 본 발명의 이온 소스는 이온밀도 조절가스를 주입하기 위한 가스 주입부를 구비한다. 가스 주입부는 가스 튜브(GT), 가스 채널(GC), 가스 확산 슬릿(GS) 등으로 구성된다.To this end, the ion source of the present invention has a gas injection part for injecting an ion density control gas. The gas injection unit is composed of a gas tube (GT), a gas channel (GC), a gas diffusion slit (GS), and the like.

도7a,7b에 도시한 바와 같이, 자극(413b)은 그 내부에 외측과 연통되는 가스 튜브(GT)를 구비한다. 가스 튜브(GT)는 이온 밀도를 조절하기 위한 이온 가스를 외부로부터 유입한다. 여기서, 이온밀도 조절가스는 예를들어 아르곤(Ar)과 같은 플라즈마 이온화 가스, 산소(O2), 질소(N2)와 같은 반응성 가스, CH3COOH, CH4, CF4, SiH4, NH3, TMA(tri-methyl aluminum) 등과 같은 박막 형성용 가스 등이며, 경우에 따라서는 하나 이상의 이들 가스를 혼합하여 사용한다.As shown in Figs. 7A and 7B, the magnetic pole 413b has a gas tube GT which communicates with the outside inside thereof. The gas tube (GT) introduces an ion gas from the outside to control the ion density. Here, the ion density controlling gas may be a plasma ionized gas such as argon (Ar), a reactive gas such as oxygen (O 2 ), nitrogen (N 2 ), CH 3 COOH, CH 4 , CF 4 , SiH 4 , NH 3 , and tri-methyl aluminum (TMA). In some cases, one or more of these gases are used in combination.

자극(413b)은 가스 튜브(GT)에 연결되고, 길이 방향을 따라 그 내부에 형성되는 소정 공간의 가스 채널(GC)을 형성한다. 가스 채널(GC)은 가스 튜브(GT)로부터 유입되는 이온밀도 조절가스를 자극(413b)의 길이 방향으로 분산시킨다. The magnetic pole 413b is connected to the gas tube GT and forms a gas channel GC in a predetermined space formed therein along the longitudinal direction. The gas channel GC disperses the ion density control gas flowing from the gas tube GT in the longitudinal direction of the magnetic pole 413b.

또한, 자극(413b)은 폐 루프 공간으로 연통되는 가스 확산 슬릿(GS)을 구비한다. 가스 확산 슬릿(GS)은 가스 채널(GC)에 연통되고, 자극(413b)의 길이 방향을 따라 폐 루프 방향으로 절결/개방되는 슬릿 형태로 구성할 수 있다.Further, the magnetic pole 413b has a gas diffusion slit GS communicating with the closed loop space. The gas diffusion slit GS may be in the form of a slit communicating with the gas channel GC and being cut / opened in the closed loop direction along the longitudinal direction of the magnetic pole 413b.

이러한 구성을 갖는 가스 주입부는, 가스 튜브(GT)를 통해 이온밀도 조절가스가 유입되면, 가스 채널(GC)이 자극(413b)의 길이 방향으로 고르게 분산시키고, 이어서 가스 확산 슬릿(GS)이 이온밀도 조절가스를 폐 루프 방향으로 확산 분출시킨다.When the ion density control gas flows through the gas tube GT, the gas injection unit having such a configuration can uniformly disperse the gas channel GC in the longitudinal direction of the stimulus 413b, The density control gas is diffused and ejected in the closed loop direction.

위에서 설명한 가스 주입부는 이온 소스 내부에 이온 생성용 가스를 주입하는 것이 아니라, 로렌쯔 힘이 작용하는 폐 루프 공간에 이온밀도 조절가스를 주입하는 것이므로, 종래기술에서 기술한 이온 생성용 가스가 외부에서 유입되는 이온 소스와 구별된다.
The gas injection unit described above injects the ion density control gas into the closed loop space in which the Lorentz force acts, instead of injecting the ion generation gas into the ion source. Therefore, the ion generation gas described in the prior art is introduced from the outside Gt; ion source. ≪ / RTI >

도 8a,8b는 이온 중화기를 구비한 이온 소스를 도시하고 있다.Figures 8a and 8b show an ion source with an ion neutralizer.

금속이 아닌 기판 표면에 이온을 증착하면, 동일 전하의 축적으로 인해 후속 이온이 기판으로 이동하는 것이 어렵게 된다. 또한, 많은 양의 이온이 기판에 축적되면, 방전에 의한 박막 손상도 우려된다. 이를 방지하기 위해, 본 발명의 이온 소스는 이온 소스와 기판 사이에 이온 중화기를 구비할 수 있다. When ions are deposited on the surface of a substrate other than a metal, accumulation of the same charge makes it difficult for subsequent ions to migrate to the substrate. Further, if a large amount of ions are accumulated on the substrate, damage to the thin film due to discharge is also a concern. To prevent this, the ion source of the present invention may include an ion neutralizer between the ion source and the substrate.

이온 중화기는, 도 8a,8b에 도시한 바와 같이, 필라멘트(P)의 양단은 이온 소스의 전원(V)과 별개의 전원에 연결된 전원 단자(E1,E2)에 각각 연결된다. 필라멘트(P)와 전원 단자(E1,E2)는 도입선을 매개로 연결된다. 선형 타입(linear type)의 이온 소스는 긴 필라멘트(P)를 필요로 하므로, 이 경우에는 필라멘트(P)를 지지하는 다수의 앵커를 설치할 수 있다. 8A and 8B, both ends of the filament P are respectively connected to power terminals E1 and E2 connected to a power source different from the power source V of the ion source. The filament P and the power terminals E1 and E2 are connected via a lead wire. A linear type ion source requires a long filament P, and in this case, a plurality of anchors for supporting the filament P can be provided.

필라멘트(P)는 주로 텅스텐이나 니켈 등을 이용한다. 필라멘트(P)에는 산화알루미늄(알루미나), 산화규소, 산화칼륨 등을 첨가할 수 있는데, 이는 고온에서 필라멘트(P)가 변형되는 것을 막기 위함이다. The filament (P) mainly uses tungsten or nickel. Aluminum oxide (alumina), silicon oxide, potassium oxide or the like can be added to the filament P to prevent the filament P from being deformed at a high temperature.

필라멘트(P)에 전원을 인가하여 가열하면 열전자가 방출된다. 열전자는 이온 소스로부터 튕겨 나와 양 이온과 결합되고, 그 결과 양 이온은 중성 이온으로 바뀌어 기판으로 향한다. 이를 통해, 기판에는 양 이온의 과다 축적을 방지할 수 있다.When the filament P is heated by applying power, a thermoelectron is emitted. The hot electrons are ejected from the ion source and combined with the positive ions, so that the positive ions are converted into neutral ions and directed to the substrate. As a result, excessive accumulation of positive ions in the substrate can be prevented.

한편, 이온 소스를 장시간 가동하는 경우에는, 여러 개의 필라멘트를 병렬로 연결하여 선택적으로 가동시킬 수 있다. 이 경우, 장시간의 공정에도 유연하게 대처할 수 있다.
On the other hand, when the ion source is operated for a long time, several filaments may be connected in parallel to selectively operate. In this case, it is possible to flexibly cope with a long time process.

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.
Although the present invention has been described based on various embodiments, it is intended to exemplify the present invention. Those skilled in the art will recognize that the technical idea of the present invention can be variously modified or modified based on the above embodiments. However, such variations and modifications may be construed to be included in the following claims.

100 : 공정 챔버 200 : 증착 모듈
300 : 기판 캐리어 310 : 기판
400 : 이온 소스 411 : 자석
413a, 413b : 자극 415 : 자심
423 : 전극 431a~431c, 433a~433c : 절연부
CT : 냉각 튜브 R1, R2 : 함몰부
GT : 가스 튜브 GC : 가스 채널
GS : 가스 확산 슬릿 P : 필라멘트
E1, E2 : 전원 단자
100: Process chamber 200: Deposition module
300: substrate carrier 310: substrate
400: ion source 411: magnet
413a, 413b: Stimulation 415:
423: Electrodes 431a to 431c, 433a to 433c:
CT: cooling tube R1, R2: depression
GT: Gas tube GC: Gas channel
GS: gas diffusion slit P: filament
E1, E2: Power terminal

Claims (8)

이온 소스에 있어서,
피처리물을 향하는 일측은 개방되고 타측은 폐쇄되며, 상기 개방 일측에는 다수의 자극이 교대로 이격 배치되고, 상기 폐쇄 타측에는 자심으로 연결되고 이온화 가스의 유입구를 구비하지 않으며, 상기 개방 일측에서 플라즈마 전자의 가속 폐 루프를 형성하는 자기장부;
상기 자기장부 내에서 상기 가속 폐 루프의 하부에 상기 자기장부와 이격 배치되고, 상기 개방 일측의 상기 자극의 내부면보다 상기 폐쇄 타측 방향으로 이격 배치되며, 상기 피처리물을 향하는 일부가 상기 자극에 의해 폐쇄되고 상기 자극 사이의 슬릿보다 큰 폭을 갖는 전극;
적어도 상기 가속 폐 루프의 공간을 제외한 상기 자기장부의 내부면과 상기 전극의 외부면 사이를 충진 밀폐하여, 상기 전극을 상기 자기장부에 내장 고정하는 절연부를 포함하고,
공정 챔버 내의 이온화 가스로부터 플라즈마 이온을 생성하여 상기 피처리물로 이동시키는, 밀폐 고정 절연부를 갖는 이온 소스.In the ion source,
Wherein a plurality of magnetic poles are arranged alternately and spaced from each other on the opening side, a magnetic core is connected to the closing side, and an inlet for ionizing gas is not provided, and a plasma A magnetic head forming an electronically accelerated closed loop;
And a part of the magnetic pole facing the object to be processed is spaced apart from the inner surface of the magnetic pole on the one side of the opening, An electrode that is closed and has a width greater than the slit between the magnetic poles;
And an insulating portion for sealingly filling the space between the inner surface of the magnetic field and the outer surface of the electrode except for the space of the accelerated closed loop to fix the electrode in the magnetic field,
An ion source having a hermetically sealed insulation portion for generating plasma ions from the ionizing gas in the process chamber and moving the ions to the object to be processed. 제1 항에 있어서, 상기 절연부는
상기 개방 일측을 향하는 단부면에 함몰부를 갖는, 밀폐 고정 절연부를 갖는 이온 소스.The apparatus of claim 1,
And having a depressed portion on an end face facing said one open side. 제2 항에 있어서, 상기 함몰부는
가장자리에서 중심으로 돌출되는 돌출부를 갖는, 밀폐 고정 절연부를 갖는 이온 소스.3. The apparatus of claim 2, wherein the depression
An ion source having a sealing fixed insulation portion, the protrusion protruding from the edge to the center. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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