KR102226099B1 - 안테나커버 및 이를 이용한 플라즈마 발생장치 - Google Patents

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스미도모쥬기가이 이온 테크놀로지 가부시키가이샤
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Abstract

플라즈마의 생성 효율을 유지하면서, 플라즈마에 의한 소모의 영향을 저감시킨 안테나커버 및 이를 이용한 플라즈마 발생장치를 제공한다.
플라즈마실(12)의 내부에 마련되어, 당해 플라즈마실(12) 내에 고주파를 방사하는 안테나(20)의 표면을 보호하는 안테나커버(30)가 제공된다. 안테나커버(30)는, 당해 안테나커버(30)의 외표면에 있어서의 전위의 공간의존성이 저감되도록, 안테나(20)의 표면에 직교하는 방향 중 적어도 일방향에 있어서의 안테나커버(30)의 두께가, 당해 표면 상의 위치에 따라 다르다. 안테나커버(30)는, 적어도 일방향의 두께가, 안테나(20)가 뻗는 방향을 따라 변화하여도 된다.

Description

안테나커버 및 이를 이용한 플라즈마 발생장치{ANTENNA COVER AND DEVICE FOR GENERATING PLASMA USING THE SAME}
본 출원은, 2013년 12월 11일에 출원된 일본 특허출원 제2013-256014호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.
본 발명은, 플라즈마 발생장치의 안테나를 보호하는 안테나커버에 관한 것이다.
플라즈마 발생장치에서는, 예를 들면, 플라즈마실 내의 안테나 근방에 발생하는 RF전계에 의하여, 플라즈마전자를 가속하여 플라즈마를 생성한다. 이 때, 안테나가 플라즈마에 노출되면, 안테나가 스퍼터되어 플라즈마의 오염 원인이 되기 때문에, 발생하는 플라즈마로부터 안테나를 보호하는 부재가 마련된다. 예를 들면, 플라즈마실과 안테나실과의 사이에 구획판을 마련함으로써 안테나가 보호된다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
일본 특허공개공보 2010－123467호
안테나의 보호 부재는 플라즈마에 노출되기 때문에, 플라즈마로 인하여 손상을 입게 된다. 만일, 플라즈마의 영향에 의하여 소모되어 보호 부재에 구멍이 뚫려버리면, 안테나가 노출되어 플라즈마가 오염되어 버린다. 보호 부재를 두껍게 하거나, 플라즈마의 발생 위치로부터 안테나나 보호 부재를 멀리 떨어뜨리거나 하면, 보호 부재의 소모를 저감시킬 수 있지만, 플라즈마를 생성하는 효율의 저하로 이어진다.
본 발명의 일 양태의 예시적인 목적의 하나는, 플라즈마의 생성 효율을 유지하면서, 플라즈마에 의한 소모의 영향을 저감시킨 안테나커버 및 이를 이용한 플라즈마 발생장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 플라즈마실 내부에 마련되어, 당해 플라즈마실 내에 고주파를 방사하는 안테나의 표면을 보호하는 안테나커버가 제공된다. 안테나커버는, 당해 안테나커버의 외표면에 있어서의 전위의 공간의존성이 저감되도록, 안테나의 표면에 직교하는 방향 중 적어도 일방향에 있어서의 안테나커버의 두께가, 당해 표면 상의 위치에 따라 다르다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 플라즈마 발생장치가 제공된다. 본 장치는, 플라즈마실과, 플라즈마실 내부에 자장을 인가하는 자석과, 플라즈마실 내부에 마련되어, 당해 플라즈마실 내에 고주파를 방사하는 안테나와, 안테나의 표면을 보호하는 안테나커버를 구비한다. 안테나커버는, 당해 안테나커버의 외표면에 있어서의 전위의 공간의존성이 저감되도록, 안테나의 표면에 직교하는 방향 중 적어도 일방향에 있어서의 안테나커버의 두께가, 당해 표면 상의 위치에 따라 다르다.
다만, 이상의 구성요소의 임의의 조합이나 본 발명의 구성요소나 표현을, 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 서로 치환한 것도 또한, 본 발명의 양태로서 유효하다.
본 발명에 의하면, 플라즈마의 생성 효율을 유지하면서, 플라즈마에 의한 소모의 영향을 저감시킨 안테나커버 및 이를 이용한 플라즈마 발생장치를 제공할 수 있다.
도 1은 실시형태에 관한 이온주입장치를 개략적으로 나타내는 도이다.
도 2는 실시형태에 관한 플라즈마 발생장치를 개략적으로 나타내는 도이다.
도 3은 실시형태에 관한 안테나 및 안테나커버를 나타내는 외관 사시도이다.
도 4는 비교예에 관한 안테나 및 안테나커버를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 5는 비교예에 관한 안테나커버의 두께와 안테나커버의 외표면에 있어서의 이온에너지의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 실시형태에 관한 안테나커버의 두께와 안테나커버의 외표면에 있어서의 이온에너지의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 다른 실시형태에 관한 플라즈마 발생장치를 개략적으로 나타내는 도이다.
도 8은 다른 실시형태에 관한 플라즈마 발생장치를 개략적으로 나타내는 도이다
도 9는 다른 실시형태에 관한 안테나커버를 나타내는 외관 사시도이다.
도 10은 다른 실시형태에 관한 플라즈마 발생장치를 개략적으로 나타내는 도이다.
도 11은 다른 실시형태에 관한 플라즈마 발생장치를 개략적으로 나타내는 도이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 다만, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 적절히 생략한다. 또, 이하에 서술하는 구성은 예시이며, 본 발명의 범위를 전혀 한정하는 것은 아니다.
도 1은, 실시형태에 관한 이온주입장치(100)를 개략적으로 나타내는 도이다. 이온주입장치(100)는, 피처리물(60)의 표면에 이온빔(IB)을 조사하여, 이온 주입 처리를 하도록 구성되어 있다. 피처리물(60)은, 케이싱(50)의 내부에 마련되는 스테이지(52)에 고정되어 있어, 이온원(도시하지 않음)으로부터의 이온빔(IB)이 조사된다. 피처리물(60)은, 예를 들면 기판이며, 예를 들면 웨이퍼이다.
이온주입장치(100)는, 플라즈마 발생장치(10)를 구비한다. 플라즈마 발생장치(10)는, 플라즈마실(12)의 내부에서 플라즈마(P)를 생성하여, 플라즈마 중의 전자(e)를 인출하여 케이싱(50)의 내부에 공급한다. 이로써, 이온빔(IB)의 조사에 의한 피처리물(60)의 표면의 대전(차지 업)을 억제한다.
플라즈마 발생장치(10)는, 자석장치(14)에 의하여 플라즈마실(12)의 내표면에 폐입 자장을 형성하여, 이로써 플라즈마 전자의 소산을 억제하여 플라즈마(P)를 유지 생성한다. 안테나(20)는, 플라즈마의 생성 효율을 높이기 위하여 플라즈마(P)가 발생하는 개소에 배치되므로, 플라즈마(P)로부터 안테나(20)를 보호하기 위한 안테나커버(30)가 마련된다. 본 실시형태에서는, 안테나(20)의 표면 상의 위치에 따라, 안테나커버(30)의 두께를 바꿈으로써, 플라즈마(P)에 의한 안테나커버(30)의 국소적인 소모를 억제한다. 이하, 본 실시형태에 관한 플라즈마 발생장치(10)에 대하여 설명한다.
(제1 실시형태)
플라즈마 발생장치(10)는, 플라즈마실(12)과, 자석장치(14)와, 절연부재(16)와, 인출개구(18)를 구비한다. 플라즈마실(12)은, 대략 직육면체의 상자 형상이며, 알루미늄이나 스테인리스강 등의 비자성의 금속 재료로 구성된다. 플라즈마실(12)의 내벽에는, 플라즈마실(12)의 내부에 자장을 인가하기 위한 자석장치(14)가 마련된다. 플라즈마실(12)의 일면에는, 내부에서 생성된 플라즈마를 인출하기 위한 인출개구(18)가 마련된다.
자석장치(14)는, 플라즈마실(12)의 내벽을 덮도록 장착된다. 자석장치(14)는, 플라즈마실(12)의 내표면에 폐입 자장을 형성하여, 이로써 플라즈마 전자의 소산을 억제하여 플라즈마(P)를 유지 생성시킨다. 자석장치(14)는, 예를 들면, 영구자석이며, 극성이 다른 자석이 플라즈마실(12)의 내벽을 따라 교대로 나열되도록 배치된다. 자석장치(14)의 배치나 자력의 강도 등에 따라, 플라즈마(P)가 생성되는 위치가 조정된다. 다만, 자석장치(14)로서 전자석 등을 이용하여도 된다. 또, 자석장치(14)를 플라즈마실(12)의 외부에 배치하여도 된다.
절연부재(16)는, 자석장치(14)의 내측에 배치되어, 플라즈마실(12) 및 자석장치(14)를 플라즈마(P)로부터 보호한다. 또, 플라즈마실(12)이나 자석장치(14)가 플라즈마(P)에 의하여 스퍼터되어, 플라즈마(P)가 금속 입자 등에 의하여 오염되는 것을 방지한다. 절연부재(16)는, 예를 들면, 석영(SiO2)이나, 알루미나(Al2O3) 등의 세라믹 재료에 의하여 구성된다.
플라즈마 발생장치(10)는, 안테나(20)와, 안테나커버(30)를 구비한다. 안테나(20)는, 플라즈마실(12)의 내부에 마련되어, 그 안을 흐르는 RF전류에 의하여 여기되는 RF전계를 표면으로부터 소정 거리의 범위에서 발생시킨다. 안테나(20)는, U자형상을 하고 있다. U자형상의 안테나(20)의 양단에는, 예를 들면, 13.56 MHz의 고주파가 입력된다.
안테나(20)의 일단은, 제1 용량(Ca)을 가지는 제1 콘덴서(42)를 통하여 고주파전원(40)에 접속된다. 안테나(20)의 타단은, 제2 용량(Cb)을 가지는 제2 콘덴서(44)를 통하여 접지된다. 다만, 제1 콘덴서(42) 및 제2 콘덴서(44)는, 고주파전원(40)과의 임피던스 정합에 이용되는 정합기에 대응하여, 임피던스 정합에 적절한 콘덴서의 용량(Ca, Cb)이 선택된다. 다만, 본 실시형태에서는, 제1 용량(Ca)보다 제2 용량(Cb)이 큰(Ca＜Cb이다) 경우에 대하여 설명한다.
안테나커버(30)는, 안테나(20)의 표면을 피복하여, 안테나(20)를 플라즈마(P)로부터 보호한다. 안테나커버(30)는, U자형상의 안테나(20)에 대응하여, U자의 관형상을 가진다. 안테나커버(30)는, 석영(SiO2)이나, 알루미나(Al2O3) 등의 세라믹 재료에 의하여 구성되며, 보다 바람직하게는 석영에 의하여 구성된다.
도 2는, 제1 실시형태에 관한 플라즈마 발생장치(10)를 개략적으로 나타내는 도이며, 도 1의 X－X선 단면을 나타낸다. 도 3은, 제1 실시형태에 관한 안테나(20) 및 안테나커버(30)를 나타내는 외관 사시도이다. 다만, 도 1은, 도 2의 Y－Y선 단면을 나타낸다. 도시되는 바와 같이, 본 실시형태의 안테나커버(30)는, U자형상의 안테나(20)가 뻗는 방향을 따라 직경 방향의 두께(WA~WE)가 변화하는 구조를 가진다. 여기에서, 직경 방향이란, 안테나(20)가 뻗는 방향에 교차 내지 직교하는 방향이며, 안테나(20)의 표면에 교차 내지 직교하는 방향이다.
안테나(20)는, 제1 직선부(22a)와, 제2 직선부(22b)와, 원호형상으로 구부러진 곡선부(24)를 가지며, 이들에 의하여 U자형상을 구성한다. 안테나(20)는, 막대형상 내지 중공형상의 전도성 재료, 예를 들면, 구리(Cu)나 알루미늄(Al)으로 구성된다. 예를 들면, 중공의 구리 파이프에 U자형상으로 굽힘 가공을 실시한 것으로 구성된다. 또, 안테나(20)는, 양단에 제1 단자(20a)와 제2 단자(20b)를 가진다. 제1 직선부(22a)에 마련되는 제1 단자(20a)는, 제1 콘덴서(42)를 통하여 고주파전원(40)에 접속되고, 제2 직선부(22b)에 마련되는 제2 단자(20b)는, 제2 콘덴서(44)를 통하여 접지된다.
이하의 설명에 있어서, 안테나(20)의 표면 상의 위치를 설명하기 위하여, A지점, B지점, C지점, D지점, E지점의 표현을 이용하는 경우가 있다. A지점은, 제1 직선부(22a) 중 제1 단자(20a)에 가까운 위치를 나타내며, B지점은, 제1 직선부(22a) 중 곡선부(24)에 가깝고, 제1 단자(20a)로부터 떨어진 위치를 나타낸다. C지점은, 곡선부(24)의 중앙 부분의 위치를 나타낸다. D지점은, 제2 직선부(22b) 중 곡선부(24)에 가깝고, 제2 단자(20b)로부터 떨어진 위치를 나타낸다. E지점은, 제2 직선부(22b) 중 제2 단자(20b)에 가까운 위치를 나타낸다.
또, 안테나(20)가 뻗는 방향에 직교하는 방향으로서, 내방향, 외방향, 상방향, 하방향의 표현을 이용하는 경우가 있다. 내방향이란, U자형상의 안테나(20)의 내측을 향하는 방향이며, 그 반대 방향이 외방향이다. 상방향이란, 안테나(20)의 U자형상이 만드는 면에 교차하는 방향 중 인출개구(18)를 향하는 방향이며, 그 반대 방향이 하방향이다. 예를 들면, 제1 직선부(22a)가 뻗는 방향을 기준으로 했을 경우, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 직선부(22a)로부터 제2 직선부(22b)를 향하는 방향이 내방향, 그 반대가 외방향이다. 또, 제1 직선부(22a)가 뻗는 방향과 내외 방향의 쌍방에 직교하는 방향이 상하 방향이며, 그 중, 인출개구(18)를 향하는 방향이 상방향이고, 그 반대가 하방향이다.
안테나커버(30)는, 제1 직선부(22a)를 피복하는 제1 직선보호부(32a)와, 제2 직선부(22b)를 피복하는 제2 직선보호부(32b)와, 곡선부(24)를 피복하는 곡선보호부(34)를 가진다. 안테나커버(30)는, 제1 직선보호부(32a), 제2 직선보호부(32b), 곡선보호부(34)가 일체적으로 성형된 U자형상을 가진다. 다만, 각각의 부재가 분할되고, 이들 부재를 조합함으로써 U자형상의 안테나커버(30)를 구성하여도 된다.
제1 직선보호부(32a)는, A지점 및 B지점을 포함하는 제1 직선부(22a)를 피복하는 중공 부재이다. 제1 직선보호부(32a)는, 원뿔의 꼭지부로부터 소원뿔을 없앤 원뿔대의 형상을 가지고 있으며, A지점을 피복하는 직경 방향의 두께(WA)가, B지점을 피복하는 직경 방향의 두께(WB)보다 크다. 따라서, 제1 직선보호부(32a)는, A지점으로부터 B지점을 향하여 직경 방향의 두께가 서서히 작아지는 형상을 가진다.
제2 직선보호부(32b)는, D지점 및 E지점을 포함하는 제2 직선부(22b)를 피복하는 중공 부재이다. 제2 직선보호부(32b)는, 원뿔대의 형상을 가지고 있으며, D지점을 피복하는 직경 방향의 두께(WD)가, E지점을 피복하는 직경 방향의 두께(WE)보다 크다. 따라서, 제2 직선보호부(32b)는, D지점으로부터 E지점을 향하여 직경 방향의 두께가 서서히 작아지는 형상을 가진다.
곡선보호부(34)는, C지점을 포함하는 곡선부(24)를 피복하고, 곡선부(24)의 형상에 대응하여 원호형상(C자형상)으로 구부러진 중공 부재이다. 곡선보호부(34)는, C지점에 있어서의 직경 방향의 두께(WC)가, B지점에 있어서의 직경 방향의 두께(WB)보다 작고, D지점에 있어서의 직경 방향의 두께(WD)보다 커지도록 형성된다. 또, 곡선보호부(34)는, B지점으로부터 D지점을 향하여 직경 방향의 두께가 서서히 작아지는 형상을 가진다.
이상의 형상의 제1 직선보호부(32a), 제2 직선보호부(32b), 곡선보호부(34)를 조합함으로써, 안테나커버(30)는, 안테나(20)가 뻗는 방향을 따라 A지점으로부터 E지점을 향하여 직경 방향의 두께가 서서히 작아지는 형상을 가진다. 다만, 직경 방향의 두께의 변화 방법은, 선형적이어도 되고, 비선형이어도 된다.
다만, 안테나커버(30)는, 직경 방향의 두께가 각각의 지점에 있어서 등방적이 되도록 형성된다. 여기에서, 직경 방향의 두께가 등방적이란, 안테나(20)가 뻗는 방향에 직교하는 방향 중, 다른 복수의 방향에 대한 두께가 대략 같은 것을 의미하며, 예를 들면, 내외 방향 각각의 두께와, 상하 방향 각각의 두께가 각각 대략 동일한 것을 의미한다.
이어서, 안테나(20)의 표면 상의 위치에 따라 안테나커버(30)의 직경 방향의 두께를 다르게 한 이유에 대하여 서술한다. 먼저, 비교예를 이용하여 플라즈마에 의한 안테나커버의 국소적인 소모에 대하여 설명한다. 이어서, 본 실시형태에 있어서의 안테나커버의 국소적 소모를 억제시키는 효과에 대하여 설명한다.
도 4는, 비교예에 관한 안테나(20) 및 안테나커버(80)를 모식적으로 나타내는 도이다. 비교예에 관한 안테나커버(80)는, 본 실시형태와 달리, 직경 방향의 두께(W)가 장소에 관계없이 일정한 형상을 가진다. 비교예에 관한 안테나(20)는, 본 실시형태와 동일하다. 제1 단자(20a)에는, 상대적으로 용량이 작은 제1 용량(Ca)의 제1 콘덴서(42)가 접속되며, 제2 단자(20b)에는, 상대적으로 용량이 큰 제2 용량(Cb)의 제2 콘덴서(44)가 접속된다.
플라즈마 중에 놓인 안테나커버(80)의 외표면에는, 플라즈마 중의 전자가 대전하여 시스(Sheath)가 형성된다. 시스가 형성되면, 안테나커버(80)의 외표면이 플라즈마에 대하여 부의 직류전위(DC전위)를 가지게 되어, 플라즈마 중의 양이온이 가속되면서 끌어 당겨져 안테나커버(80)의 외표면에 충돌한다. 충돌하는 양이온의 이온에너지는, 안테나커버(80)의 외표면의 전위에 비례하므로, 외표면 중 전위가 높은 개소에는 이온에너지가 높은 양이온이 충돌하여, 안테나커버(80)의 소모가 국소적으로 커진다.
이 때, 안테나커버(80)의 외표면에 있어서의 전위는, 안테나(20)의 용량 및 안테나커버(80)의 용량에 따라 결정되며, 용량이 작을수록 전위가 커진다. U자형상의 안테나의 경우, 안테나 용량은 안테나(20)의 양단에 접속되는 콘덴서의 용량에 따라 결정된다. 또, 안테나커버(80)의 용량은, 안테나커버(80)의 두께나 구성하는 재료의 유전율 등에 의하여 결정된다. 비교예에 있어서는, 안테나커버(80)의 두께가 장소에 관계없이 일정하기 때문에, 안테나(20)의 양단에 접속되는 콘덴서의 용량(Ca, Cb)에 의하여 결정된다. 안테나(20)의 양단에 접속되는 콘덴서 용량(Ca, Cb)은, 비대칭이므로, 위치에 따라 안테나커버(80)의 외표면에 있어서의 전위가 다르게 된다.
도 5는, 비교예에 관한 안테나커버(80)의 두께와 안테나커버(80)의 외표면에 있어서의 이온에너지의 관계를 나타내는 그래프이다. 비교예에 있어서, 용량이 작은 제1 콘덴서(42)가 접속되는 제1 단자(20a)에 가까운 A지점에서는, 안테나커버(80)의 외표면에서의 이온에너지가 커진다. 한편, 용량이 큰 제2 콘덴서(44)가 접속되는 제2 단자(20b)에 가까운 E지점에서는, 안테나커버(80)의 외표면에서의 이온에너지가 작다. 중간의 C지점에서는, A지점과 E지점의 사이의 이온에너지의 값을 취한다.
그래프에 있어서, 안테나커버(80)의 두께를 W1로 하면, A지점, C지점, E지점에 있어서의 이온에너지는 다른 값 EA1, EC1, EE1가 된다. A지점에 있어서의 이온에너지는 다른 지점과 비교하여 크기 때문에, 커버의 소모가 심하고, 다른 장소보다 손상되기 쉬워진다. 그러면, 안테나커버(80)의 다른 지점에 있어서의 소모가 작은 경우이더라도, A지점에 있어서의 국소적인 소모에 의하여 안테나커버(80)의 수명이 다하게 되어 버린다.
한편, 안테나커버(80)의 두께를 W2로 하면, A지점, C지점, E지점에 있어서의 이온에너지를 상대적으로 작은 값 EA2, EC2, EE2로 할 수 있기 때문에, 안테나커버(80)의 소모를 저감시킬 수 있다. 그러나, 안테나커버(80)의 두께를 전체적으로 두껍게 하면, 안테나(20)로부터 플라즈마(P)까지의 거리가 커져, 이에 따라 플라즈마(P)가 발생하는 위치에서의 RF전계도 작아지기 때문에, 플라즈마의 생성 효율이 저하되어 버린다.
다만, 안테나(20)의 양단에 접속되는 콘덴서(42, 44)의 용량(Ca, Cb)을 동일하게 하면, 안테나(20)의 장소에 따른 이온에너지의 차이를 저감할 수 있을지도 모른다. 그러나, 안테나(20)에 접속되는 콘덴서 용량은, 안테나로의 고주파 공급 수법에 따라 결정되어 버리는 점에서, 임의의 값을 취하는 것은 어렵다. 일반적인 임피던스 정합기에 있어서는, 안테나(20)의 양단에 접속되는 콘덴서 용량은 비대칭이 되는 경우가 많다.
따라서, 본 실시형태에서는, 안테나커버(30)의 두께를 장소에 따라 바꿈으로써, 안테나커버(30)의 외표면에 있어서의 전위의 공간의존성이 저감되도록 한다. 도 6은, 실시형태에 관한 안테나커버(30)의 두께와 안테나커버(30)의 외표면에 있어서의 이온에너지의 관계를 나타내는 그래프이다. 그래프에 나타내는 바와 같이, A지점, C지점, E지점의 각 지점에 있어서의 이온에너지가 같은 값 E가 되도록, 안테나커버(30)의 두께를 각 지점에서 바꾸어, 각각 WA, WC, WE(WA＞WC＞WE)로 한다.
도 2 및 도 3을 이용하여 상기 서술한 바와 같이, 안테나 용량이 작은 A지점 가까이에서는, 안테나커버(30)의 두께를 상대적으로 크게 하고, 안테나 용량이 큰 E지점에 가까워질수록 안테나커버(30)의 두께를 작게 한다. 이로써, 안테나커버(30)에 충돌하는 양이온의 에너지를 균일화시킬 수 있어, 안테나커버(30)의 국소적인 소모를 억제할 수 있다. 국소적인 소모를 억제시킴으로써, 안테나커버(30)의 수명을 늘릴 수 있어, 플라즈마 발생장치(10) 및 이온주입장치(100)의 신뢰성을 높일 수 있다.
또, 본 실시형태에서는, 안테나커버(30)의 두께를 장소에 따라 바꿈으로써, 안테나커버(30)의 용량을 장소에 따라 바꿀 수 있다고도 할 수 있다. 안테나(20)의 용량이 상대적으로 작은 A지점에서는, 안테나커버(30)의 두께를 크게 함으로써, 안테나커버(30)의 용량을 작게 한다. 한편, 안테나(20)의 용량이 상대적으로 큰 E지점에서는, 안테나커버(30)의 두께를 작게 함으로써, 안테나커버(30)의 용량을 크게 한다. 즉, 안테나(20)와 안테나커버(30)의 용량의 쌍방을 비대칭으로 함으로써, 안테나(20)와 안테나커버(30)의 용량의 합계치의 비대칭성을 저감시킨다. 이로써, 안테나커버(30)의 외표면에 있어서의 전위의 공간의존성을 저감시켜, 안테나커버(30)의 국소적인 소모를 억제할 수 있다.
(제2 실시형태)
도 7은, 제2 실시형태에 관한 플라즈마 발생장치(10)를 개략적으로 나타내는 도이다. 본 실시형태에서는, 플라즈마실(12)의 내부를 플라즈마가 생성되는 제1 구획(12a)과, 안테나(20)가 마련되는 제2 구획(12b)으로 구획하는 안테나커버(130)를 이용하는 점에서, 상기 서술한 제1 실시형태와 다르다. 또한, 본 실시형태에서는, 플라즈마실(12)의 상반분의 영역에 상당하는 제1 구획(12a)에 플라즈마(P)가 생성되도록 구성된다. 이하, 제1 실시형태와의 상이점을 중심으로 설명한다.
안테나커버(130)는, 피복부(132)와 구획부(134)를 구비한다. 구획부(134)는 평판형상이며, 플라즈마실(12)을 구성하는 벽면 중, 인출개구(18)에 대향하는 저면(12c)과 대향하여 마련된다. 이로써, 구획부(134)는, 플라즈마실(12)의 내부를 상하방향으로 이분하여, 주로 플라즈마(P)가 생성되는 상반분의 영역인 제1 구획(12a)과, 플라즈마가 생성되지 않는 하반분의 영역인 제2 구획(12b)으로 구획한다. 다만, 평판형상의 구획부(134) 중, 안테나(20)가 배치되는 위치에는 홈부(136)가 마련된다. 홈부(136)에는, 상방향으로 돌기된 피복부(132)가 마련된다.
피복부(132)는, U자형상의 안테나(20)의 표면을 피복하여 보호한다. 피복부(132)는, 원통부재를 축 방향으로 반으로 절단한 형상을 가지며, 안테나(20)의 표면 중 주로 상반분의 영역을 피복하도록 마련된다. 피복부(132)는, 구획부(134)로부터 상방향으로 돌출되도록 마련되어 있으며, 내측에 안테나(20)가 수용되는 홈부(136)가 마련된다. 피복부(132)를 상방향으로 돌출시킴으로써, 제1 구획(12a)의 중앙에 가까운 위치에 안테나(20)를 배치할 수 있다.
피복부(132)는, 안테나(20)의 표면 상의 위치에 따라 직경 방향의 두께가 다르도록 마련된다. 제1 실시형태와 마찬가지로, 용량이 작은 제1 콘덴서(42)의 접속 위치에 가까운 A지점에서는, 직경 방향의 두께를 상대적으로 큰 WA로 하고, 용량이 큰 제2 콘덴서(44)의 접속 위치에 가까운 E지점에서는, 직경 방향의 두께를 상대적으로 작은 WE로 한다. 또, 피복부(132)는, 안테나(20)가 뻗는 방향으로 A지점으로부터 E지점으로 향함에 따라, 직경 방향의 두께가 서서히 작아지도록 마련된다.
제2 실시형태에 있어서는, 플라즈마(P)가 주로 플라즈마실(12)의 상반분의 영역인 제1 구획(12a)에 생성되기 때문에, 안테나커버(130) 중, 안테나(20)보다도 상반분의 영역인 피복부(132)가 플라즈마에 노출된다. 안테나커버(130)의 외표면에 있어서의 전위는, 플라즈마(P)가 존재하는 방향에 대한 두께에 따라 결정된다. 따라서, 안테나커버(130)의 외표면에 있어서의 이온에너지를 균일화하기 위해서는, 플라즈마(P)에 노출되는 개소의 두께를 적절히 설정하면 되게 된다.
제2 실시형태에 의하면, 안테나(20)의 안테나 용량의 비대칭성에 따라 피복부(132)의 두께를 변화시킴으로써, 플라즈마(P)에 노출되는 피복부(132)의 외표면에 있어서 이온에너지를 균일화시킬 수 있다. 이로 인하여, 안테나커버(130)가 안테나(20)의 전면을 덮고 있지 않은 경우이더라도, 상기 서술한 제1 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또, 제2 실시형태에 의하면, 제1 구획(12a)과 제2 구획(12b)을 구획하는 구획부(134)가 마련되기 때문에, 안테나(20)가 마련되는 제2 구획(12b)에 플라즈마가 침입하는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 안테나(20)의 표면이 홈부(136)의 위치에서 노출되어 있었다고 하여도, 플라즈마(P)로부터 안테나(20)를 보호할 수 있다. 또, 만일 제2 구획(12b)에 있어서 플라즈마가 발생하여 안테나(20)가 스퍼터되어, 금속 입자가 발생하는 경우이더라도, 안테나커버(130)의 구획에 의하여 제1 구획(12a)의 플라즈마(P)가 오염되어 버리는 것을 방지할 수 있다.
또, 제2 실시형태에 의하면, 제1 실시형태보다 쉽게 안테나커버(130)를 안테나(20)에 장착할 수 있다. 제1 실시형태에서는, 안테나커버(30)가 안테나(20)의 표면의 전체를 피복하고 있으므로, 안테나(20)와 안테나커버(30)를 일체적으로 성형하거나, 분할된 복수의 부재를 조합하여 안테나커버(30)를 형성할 필요가 있다. 한편, 제2 실시형태에 의하면, 안테나커버(130)의 홈부(136)에 안테나(20)를 끼워 넣으면 되기 때문에, 안테나(20)와 안테나커버(130)를 따로 성형하는 것이 쉬워지고, 또, 조립도 쉬워진다.
(제3 실시형태)
도 8은, 제3 실시형태에 관한 플라즈마 발생장치(10)를 개략적으로 나타내는 도이며, 도 9는, 제3 실시형태에 관한 안테나커버(180)를 나타내는 외관 사시도이다. 본 실시형태에서는, 안테나(20)의 상반분을 피복하는 피복부(182)의 단면 형상이 직사각형상이며, 피복부(182)의 외표면이 평탄한 상면(182a), 외측면(182b), 내측면(182c)에 의하여 구성되는 점에서, 상기 서술한 제2 실시형태와 다르다. 본 실시형태에서는, 제1구획(12a) 중, 주로 안테나(20)의 내측의 영역에 플라즈마(P)가 생성되도록 구성된다. 이하, 제2 실시형태와의 상이점을 중심으로 설명한다.
안테나커버(180)는, 피복부(182)와, 구획부(184)를 구비한다. 구획부(184)는, 상기 서술한 제2 실시형태에 관한 구획부(134)와 동일한 구성을 가진다. 한편, 피복부(182)는, 안테나(20)가 뻗는 방향의 단면이 대략 직사각형상이며, 안테나(20)가 뻗는 방향으로 긴 각기둥부재의 일면에 안테나(20)를 수용하기 위한 홈부(186)를 형성한 형상을 가진다.
피복부(182)는, 제1 구획(12a)에 접하는 면으로서, 상면(182a)과, 외측면(182b)과, 내측면(182c)을 가진다. 상면(182a)은, 안테나(20)로부터 상방향으로 떨어져 마련되는 면이다. 마찬가지로, 외측면(182b)은, 안테나(20)로부터 외방향으로 떨어져 마련되는 면이며, 내측면(182c)은, 안테나(20)로부터 내방향으로 떨어져 마련되는 면이다.
피복부(182)의 직경 방향의 두께는, 그 방향에 따라 두께가 다르다. 안테나(20)로부터 상면(182a)까지의 두께는, 안테나(20)가 뻗는 방향을 따라 변화시키지 않고, 일정한 값(Wup)이 되도록 마련된다. 마찬가지로, 안테나(20)로부터 외측면(182b)까지의 두께는, 안테나(20)가 뻗는 방향을 따라 변화시키지 않고, 일정한 값(Wout)이 되도록 마련된다. 상면(182a) 및 외측면(182b)은, 플라즈마(P)에 노출되기 어려운 위치에 있기 때문에, 그 두께를 변화시켰다고 하여도 안테나커버(180)의 국소적인 소모의 저감에는 기여하기 어렵기 때문이다.
한편, 안테나(20)로부터 내측면(182c)까지의 두께는, 상면(182a)이나 외측면(182b)과는 상이하여, 안테나(20)가 뻗는 방향의 위치에 따라 다른 두께로 되어 있다. 예를 들면, 용량이 작은 제1 콘덴서(42)의 접속 위치에 가까운 A지점에서는, 직경 방향의 두께를 상대적으로 큰 WAin으로 하고, 용량이 큰 제2 콘덴서(44)의 접속 위치에 가까운 E지점에서는, 직경 방향의 두께를 상대적으로 작은 WEin으로 한다. 내측면(182c)은, 안테나(20)의 내측의 영역에 생성되는 플라즈마(P)에 노출되는 위치에 있기 때문에, 그 두께를 변화시킴으로써, 안테나커버(180)의 국소적인 소모의 저감에 기여하기 때문이다.
도 10은, 플라즈마 발생장치(10)를 개략적으로 나타내는 도이며, 도 8의 X－X선 단면을 나타낸다. 피복부(182)는, 제1 직선부(22a)를 보호하는 제1 직선보호부(192a)와, 제2 직선부(22b)를 보호하는 제2 직선보호부(192b)와, 곡선부(24)를 보호하는 곡선보호부(194)를 가진다.
도시되는 바와 같이, 피복부(182)의 직경 방향의 두께 중, 외방향의 두께는, 제1 직선보호부(192a) 및 제2 직선보호부(192b)에 있어서 일정한 Wout이 된다. 바꾸어 말하자면, A지점, B지점, D지점, E지점에 있어서는, 외방향의 두께를 일정한 Wout으로 하고 있다. 한편, 곡선보호부(194)에 있어서는, 곡선부(24)의 형상에 관계없이 외방향의 두께를 임의로 설정함으로써, 곡선보호부(194)에 있어서의 외측면(194b)이 평탄면이 되도록 하고 있다. 외방향의 두께를 이와 같이 설정함으로써, 안테나(20)가 뻗는 방향을 따라 두께를 변화시키는 경우보다, 안테나커버(180)의 성형이 쉬워진다.
또한, 피복부(182)의 직경 방향의 두께 중, 내방향의 두께는, 제1 직선보호부(192a)에 있어서 일정한 WAin으로 하고, 제2 직선보호부(192b)에 있어서 일정한 WEin으로 하고 있다. 바꾸어 말하자면, A지점 및 B지점에서는, 외방향의 두께를 공통의 WAin으로 하고, D지점 및 E지점에서는, 외방향의 두께를 공통의 WEin으로 하고 있다. 한편, 곡선보호부(194)에 있어서의 내방향의 두께는, B지점으로부터 D지점을 향하여 서서히 작아지도록 하여, C지점에 있어서의 내방향의 두께를 WCin으로 하고 있다. 따라서, B지점, C지점, D지점의 내방향의 두께는, WAin＞WCin＞WEin의 관계가 된다.
제3 실시형태에서는, 피복부(182)의 직경 방향의 두께에 대하여, 외방향 및 상방향에 대해서는 안테나(20)의 위치에 관계없이 임의의 값을 설정함으로써, 안테나커버(180)의 가공 용이성을 높이고 있다. 한편, 주로 플라즈마에 노출되게 되는 내측면(182c)에 대한 두께, 즉, 플라즈마로 향하는 내방향의 두께에 대해서는, 안테나(20)의 위치에 따라 두께를 변화시키는 것으로 한다. 이로써, 플라즈마에 의하여 소모되기 쉬운 내측면(182c)에 있어서의 이온에너지를 균일화시켜, 안테나커버(180)의 국소적인 소모를 저감시킬 수 있다.
또, 제3 실시형태에서는, 제1 직선보호부(192a) 및 제2 직선보호부(192b)에 있어서 내방향의 두께를 일정치로 함으로써, 내측면(182c)의 가공 용이성을 높이고 있다. 이 경우, 내측면(182c)에 있어서의 이온에너지의 공간의존성을 저감시키는 효과는 낮아지지만, 제1 직선보호부(192a)와 제2 직선보호부(192b)는 두께가 다르기 때문에, 제1 직선보호부(192a)에 있어서의 소모도와 제2 직선보호부(192b)에 있어서의 소모도의 차를 저감시킬 수 있다. 이로써, 가공 용이성을 갖게 하면서, 국소적인 소모를 저감시킬 수 있는 안테나커버(180)로 할 수 있다.
(제4 실시형태)
도 11은, 제4 실시형태에 관한 플라즈마 발생장치(210)를 개략적으로 나타내는 도이다. 본 실시형태는, 안테나(220)가 U자형상이 아니라 직선 형상인 점에서, 상기 서술의 실시형태와 상이하다. 또, 안테나커버(230)도, 안테나(220)에 대응하여 직선 형상을 가진다. 이하, 상기 서술의 실시형태와의 상이점을 중심으로 설명한다.
플라즈마 발생장치(210)는, 플라즈마실(12)과, 자석장치(14)와, 절연부재(16)와, 인출개구(18)와, 안테나(220)와, 안테나커버(230)를 구비한다. 플라즈마실(12)의 내부에는, 직선 형상의 안테나(220)와, 안테나(220)의 표면을 보호하는 안테나커버(230)가 마련된다.
안테나(220)는, 양단에 제1 단자(220a)와, 제2 단자(220b)를 가진다. 제1 단자(220a)는, 제1 용량(Ca)의 제1 콘덴서(42)를 통하여 고주파전원(40)에 접속되고, 제2 단자(220b)는, 제2 용량(Cb)의 제2 콘덴서(44)를 통하여 접지된다. 콘덴서(42, 44)의 용량은, 제1 용량(Ca)보다 제2 용량(Cb)이 크다(Ca＜Cb이다).
안테나커버(230)는, 직선형상의 안테나(220)를 피복하는 중공 부재이다. 안테나커버(230)는, 원뿔대의 형상을 가지고 있으며, 제1 단자(220a)의 근방을 피복하는 제1 단부(230a)에 있어서의 직경 방향의 두께(WA)가, 제2 단자(220b)의 근방을 피복하는 제2 단부(230b)에 있어서의 직경 방향의 두께(WB)보다 크다. 따라서, 안테나커버(230)는, 제1 단부(230a)로부터 제2 단부(230b)를 향하여 직경 방향의 두께가 서서히 작아지는 형상을 가진다.
제4 실시형태에 있어서도, 안테나 용량이 작은 제1 단자(220a)의 근처에서는, 안테나커버(230)의 두께를 상대적으로 크게 하고, 안테나 용량이 큰 제2 단자(220b)에 가까워질수록 안테나커버(230)의 두께를 작게 한다. 이로써, 안테나커버(230)에 충돌하는 양이온의 에너지를 균일화시킬 수 있어, 안테나커버(230)의 국소적인 소모를 억제할 수 있다. 국소적인 소모를 억제시킴으로써, 안테나커버(230)의 수명을 늘릴 수 있다.
이상, 본 발명을 실시예에 의거하여 설명했다. 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 다양한 설계 변경이 가능하며, 다양한 변형예가 가능한 것, 또 그러한 변형예도 본 발명의 범위에 있는 것은, 당업자에게 이해되는 바이다.
상기 서술의 실시형태에서는, 안테나의 양단 중, 상대적으로 작은 용량(Ca)의 제1 콘덴서가 접속되는 제1 단자측에 고주파전원을 접속하고, 상대적으로 큰 용량(Cb)의 제2 콘덴서가 접속되는 제2 단자측을 접지하는 경우에 대하여 설명했다. 변형예에 있어서는, 용량이 작은 제1 단자측을 접지하고, 용량(Cb)이 큰 제2 단자측에 고주파전원을 접속하여도 된다. 이 경우, 안테나 용량이 작은 제1 단자측의 안테나커버의 두께를 크게 하고, 안테나 용량이 큰 제2 단자측의 안테나커버의 두께를 작게 하면 된다.
상기 서술의 실시형태에서는, U자형상의 안테나의 표면의 전체나, 상반분의 전체를 덮는 안테나커버에 대하여 설명했다. 변형예에 있어서는, 안테나 경로의 일부분에 상당하는 표면만을 덮는 안테나커버로 하여도 된다. 예를 들면, U자형상의 곡선부에는 안테나커버를 마련하지 않고, 직선부에만 안테나커버를 마련하는 것으로 하여도 된다. 또, 플라즈마가 생성되는 위치의 근방에만 안테나커버를 마련하는 것으로 하여도 된다.
상기 서술의 실시형태에서는, U자형상의 안테나가 뻗는 경로를 따라, 직경 방향의 두께가 서서히 작아지는 형상의 안테나커버에 대하여 설명했다. 변형예에 있어서는, 안테나 경로의 어느 구간에 있어서, 직경 방향에 있어서의 안테나커버의 두께를 일정하게 하는 것으로 하여도 된다. 예를 들면, 제1 직선부와 곡선부의 두께를 일정하게 하고, 제2 직선부의 두께를 그보다 작은 일정치로 하여도 된다. 제1 직선부의 두께를 일정하게 하고, 곡선부와 제2 직선부의 두께를 그보다 작은 일정치로 하여도 된다. 이 때, 제1 직선부와 제2 직선부에서 두께에 차이를 마련함으로써, 안테나커버의 외표면에 있어서의 이온에너지의 상대차를 저감시킬 수 있다.
상기 서술의 실시형태에서는, 직경 방향의 두께 중 내방향의 두께를 안테나 경로를 따라 변화시키고, 그 이외의 두께에 대해서는 임의의 두께로 하는 안테나커버에 대하여 설명했다. 변형예에 있어서는, 직경 방향에 있어서의 안테나커버의 두께 중, 적어도 일방향에 대해서는 안테나 경로를 따라 변화시키는 한편, 다른 방향에 대해서는 안테나 경로에 관계없이 일정치 또는 임의치로 하여도 된다. 이 경우, 플라즈마를 향하는 방향에 있어서의 안테나커버의 두께를 안테나 경로를 따라 변화시킴으로써, 플라즈마의 영향을 받기 쉬운 개소에 있어서의 이온에너지의 상대차를 저감시킬 수 있다. 예를 들면, 플라즈마가 안테나의 외측의 영역에 있어서 주로 생성되는 경우에 있어서는, 내방향의 두께는 임의치로 하고, 상하 방향이나, 외방향에 있어서의 안테나커버의 두께를 안테나 경로를 따라 변화시키는 것으로 하여도 된다.
10 플라즈마 발생장치
12 플라즈마실
20 안테나
20a 제1 단자
20b 제2 단자
22a 제1 직선부
22b 제2 직선부
24 곡선부
30 안테나커버
32a 제1 직선보호부
32b 제2 직선보호부
34 곡선보호부
40 고주파전원
130 안테나커버
132 피복부
134 구획부
180 안테나커버
182 피복부
184 구획부
192a 제1 직선보호부
192b 제2 직선보호부
194 곡선보호부
P 플라즈마

Claims (10)

  1. 플라즈마실 내부에 마련되어, 당해 플라즈마실 내에 고주파를 방사하는 안테나의 표면을 보호하는 안테나커버로서,
    상기 안테나는, 당해 안테나의 양단에 마련되는 제1 단자 및 제2 단자를 구비하고, 상기 제1 단자를 가지는 제1 직선부와, 상기 제2 단자를 가지는 제2 직선부와, 상기 제1 직선부와 상기 제2 직선부를 접속하는 곡선부에 의하여 구성되는 U자형상을 가지고 있고,
    상기 안테나커버는, 당해 안테나커버의 외표면에 있어서의 전위의 공간의존성이 저감되도록, 상기 안테나의 표면에 직교하는 방향 중 적어도 일방향에 있어서의 안테나커버의 두께가, 당해 표면 상의 위치에 따라 다르며,
    상기 안테나의 U자형상이 만드는 면에 교차하는 방향을 상하방향으로 한 경우에, 상기 플라즈마실 내를 상기 상하방향으로 이분하도록 구획하는 구획부를 구비하는 것을 특징으로 하는 안테나커버.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 일방향의 두께가, 상기 안테나가 뻗는 방향을 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 안테나커버.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 단자 및 제2 단자는 콘덴서를 통하여 고주파전원에 접속되고, 상기 제1 단자는, 상기 제2 단자와 비교하여 용량이 큰 콘덴서에 접속되어 있으며,
    상기 제1 단자측에 있어서의 상기 적어도 일방향의 두께는, 상기 제2 단자측에 있어서의 상기 적어도 일방향의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 안테나커버.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 안테나커버는, 상기 제1 직선부의 표면을 보호하는 제1 직선보호부와, 상기 제2 직선부의 표면을 보호하는 제2 직선보호부와, 상기 곡선부의 표면을 보호하는 곡선보호부를 구비하며,
    상기 제1 직선보호부에 있어서의 상기 적어도 일방향의 두께는, 상기 제2 직선 보호부에 있어서의 상기 적어도 일방향의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 안테나커버.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 곡선보호부에 있어서의 상기 적어도 일방향의 두께는, 상기 제1 직선보호부에 있어서의 상기 적어도 일방향의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 안테나커버.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 곡선보호부에 있어서의 상기 적어도 일방향의 두께는, 상기 제2 직선보호부에 있어서의 상기 적어도 일방향의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 안테나커버.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 안테나의 표면 중, 적어도 상반분 또는 하반분을 피복하는 것을 특징으로 하는 안테나커버.
  8. 삭제
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 안테나커버는 석영(SiO2)에 의하여 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나커버.
  10. 플라즈마실과,
    상기 플라즈마실의 내부에 자장을 인가하는 자석과,
    상기 플라즈마실의 내부에 마련되어, 당해 플라즈마실 내에 고주파를 방사하는 안테나와,
    상기 안테나의 표면을 보호하는 안테나커버를 구비하고,
    상기 안테나는, 당해 안테나의 양단에 마련되는 제1 단자 및 제2 단자를 구비하고, 상기 제1 단자를 가지는 제1 직선부와, 상기 제2 단자를 가지는 제2 직선부와, 상기 제1 직선부와 상기 제2 직선부를 접속하는 곡선부에 의하여 구성되는 U자형상을 가지고 있고,
    상기 안테나커버는, 당해 안테나커버의 외표면에 있어서의 전위의 공간의존성이 저감되도록, 상기 안테나의 표면에 직교하는 방향 중 적어도 일방향에 있어서의 안테나커버의 두께가, 당해 표면 상의 위치에 따라 다르며,
    상기 안테나의 U자형상이 만드는 면에 교차하는 방향을 상하방향으로 한 경우에, 상기 플라즈마실 내를 상기 상하방향으로 이분하도록 구획하는 구획부를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
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