KR102318915B1 - Ecr 플라즈마 발생기 및 이를 포함하는 중성입자 생성장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 ECR 플라즈마 발생기 및 이를 포함하는 중성입자 생성장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판 등의 표면을 증착 또는 annealing 처리하기 위한 마이크로파 제너레이터를 이용한 ECR 플라즈마 발생기 및 이를 포함하는 중성입자 생성장치에 관한 것이다.
본 발명에서 제안하는 ECR 플라즈마 발생기는, 챔버; 상기 챔버의 일측 및 타측에 각각 형성되며, 슬릿이 형성된 직선 관 형상의 도파관; 상기 도파관과 연결되며, 상기 도파관 내부로 마이크로파를 공급하는 마이크로파 공급수단; 및 상기 슬릿의 상단 또는 하단 중 적어도 어느 하나의 배치되는 자석을 포함하며, 상기 챔버 내부에 직선 형태의 마그네틱 필드가 형성되도록 상기 일측 도파관에 형성된 슬릿 상에는 제1 극성을 자석이 배치되고, 타측 도파관에 형성된 슬릿 상에는 제1 극성의 다른 극성인 제2 극성의 자석이 배치되며, 상기 마이크로파는 상기 슬릿을 통해 챔버 내부로 공급된다.

Description

ECR 플라즈마 발생기 및 이를 포함하는 중성입자 생성장치{ECR plasma generator and neutral particle generator including the same}

본 발명은 ECR 플라즈마 발생기 및 이를 포함하는 중성입자 생성장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판 등의 표면을 증착 또는 annealing 처리하기 위한 마이크로파 제너레이터를 이용한 ECR 플라즈마 발생기 및 이를 포함하는 중성입자 생성장치에 관한 것이다.

Plasma(플라즈마)란 방전으로 인해 생기는 전하를 띤 양이온과 전자들의 집단을 말하며, 현재 다양한 제품의 가공 공정에서 플라즈마를 이용한 기술이 사용되고 있다. 특히 반도체용 웨이퍼나 LCD 기판의 표면에 소정의 물질을 증착(PECVD: Plasma-enhanced chemical vapor deposition) 또는 식각(Plasma Etch)하기 위한 기술로서 매우 유용하게 활용되고 있다.

플라즈마 장치는 플라즈마를 발생시키는 방식에 따라 용량 결합 플라즈마, 유도 결합 플라즈마 및 전자 사이클로트론 공명(Electron Cyclotron Resonance; ECR) 등이 있다.

이 중에서 ECR은 마이크로파를 인가하고, 마이크로파의 주파수와 동일한 플라즈마 내 전자의 사이클론 주파수가 발생하도록 자기장을 인가하면 공명이 일어나는 현상을 이용한 고밀도 플라즈마 발생 현상을 지칭하며, 이를 이용한 다양한 증착 장치들이 제시되고 있다.

일반적으로 ECR 증착 장치는 전자파의 입력조건, 자기장의 형성 조건 및 ECR 발생 영역에 대한 구성이 요구되며, 작업 공간을 위한 챔버, 챔버 일측의 마이크로파 입력 수단, 챔버에 설치되는 자기 코일 또는 영구 자석 등의 자기 발생 수단 및 ECR 플라즈마 발생 영역으로 가스를 공급하기 위한 가스 공급 수단이 구비될 수 있다.

이의 작동을 설명하면, 자기 발생 수단에 의해 챔버 내부에 자기장이 형성된 상태에서 챔버 내부로 마이크로파가 입력되면, ECR 현상이 발생하고, 발생 영역에 공급된 가스가 이온화되어 플라즈마가 형성된다. 플라즈마 내의 전자는 공명 현상에 의해 가속되어 가스의 이온화율을 증가시키므로 고밀도 플라즈마가 발생한다. 이러한 장치는 디스플레이 패널이나 반도체 등의 증착 공정에 사용된다.

도 1은 종래의 스캔 공정용 ECR 장치의 내부 구조의 개념을 도시하고 있으며, 도 2는 종래의 스캔 공정용 ECR 장치의 내부 구조를 도시한 측단면도이다.

종래의 스캔 공정용 ECR 장치는 몸체(10), 도파관(20), 자석(30) Barrier 및 챔버(41)를 포함한다. 몸체(10)는 중앙부에 관통공이 형성된다. 몸체(10)의 상부에는 관통공의 둘레를 따라 내부 공간을 가지는 도파관(20)이 구비된다. 또한, 도파관(20)의 내측에는 챔버(41)가 형성된다.

도파관(20)은 챔버(41)와 마주하도록 복수의 슬릿(20a)이 관통 형성되며, 특히 도파관(20)의 길이 방향으로 일정 간격으로 배치된다.

도파관(20)은 일방향으로 긴 트랙 형상으로 형성되며, 슬릿(20a)은 도파관(20)의 직선 구간에 형성된다. 도파관(20)에는 복수의 자석(30)이 결합되는데, 서로 이웃하는 슬릿(20a) 사이에서 챔버(41)와 마주하도록 각각 배치된다. 또한 자석(30)은 상부 자석(30a)과 하부 자석(30b)으로 상하로 배치되며, 상부 자석(30a)과 하부 자석(30b)은 챔버(41) 측을 향하여 서로 다른 극성을 갖도록 배치된다. 즉, 예를 들어 상부 자석(30a)이 S극이면, 하부 자석(30b)은 N극일 수 있다.

Barrier은 CVD나 anneal 등 챔버 반응이 일어나는 공간을 결정한다.

도파관(20)의 일측에는 마이크로파 제공부(50)가 설치되며, 마이크로파 제공부(50)는 발진기에 연결되어 도파관(20)로 마이크로파를 제공한다. 마이크로파는 도파관(20)의 슬릿(20a)을 통하여 챔버(41) 측으로 공급되며, 가스는 가스 공급수단(미도시)에 의해 챔버(41) 내부로 공급된다. 이때 챔버(41) 하부에는 기판이 배치되어 증착 처리된다.

하지만 종래의 기술에 따르면, 챔버 내의 플라즈마 분포가 균일하지 못하여 기판의 증착 두께가 균일하지 않다는 단점이 있다. 즉, (42)와 같이 도파관(20)의 곡률반경은 일정부분 한계가 있어 마주보는 Barrier(40) 사이는 일정거리가 유지될 수 밖에 없다.

N극과 S극 사이에 형성되는 마그네틱 필드에서 플라즈마 주파수와 마이크로파 주파수 사이에 공명을 이루는 자력(875Gauss)이 형성되는 지점은 특정 거리로 제한될 수 밖에 없으므로 챔버 내부에서 자력이 약해지는 챔버 내부의 중간 지점 부근의 플라즈마의 밀도는 약해질 수 밖에 없다.

한국등록특허 제10-0555849호(발명의 명칭: 중성입자빔 처리장치) 한국등록특허 제10-0754370호(발명의 명칭: 향상된 중성입자 플럭스를 갖는 중성입자빔 생성장치)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 플라즈마의 밀도가 균일한 챔버를 갖는 플라즈마 발생 장치를 제안함에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 내부에 형성되는 자력의 크기가 동일한 챔버를 갖는 플라즈마 발생 장치를 제안함에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 폭과 높이를 감소시킬 수 있는 플라즈마 발생 장치를 제안함에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 annealing 공정에 활용이 가능한 중성입자 생성장치를 제안함에 있다.

본 발명에서 제안하는 ECR 플라즈마 발생기는, 챔버; 상기 챔버의 일측 및 타측에 각각 형성되며, 슬릿이 형성된 직선 관 형상의 도파관; 상기 도파관과 연결되며, 상기 도파관 내부로 마이크로파를 공급하는 마이크로파 공급수단; 및 상기 슬릿의 상단 또는 하단 중 적어도 어느 하나의 배치되는 자석을 포함하며, 상기 챔버 내부에 직선 형태의 마그네틱 필드가 형성되도록 상기 일측 도파관에 형성된 슬릿 상에는 제1 극성을 자석이 배치되고, 타측 도파관에 형성된 슬릿 상에는 제1 극성의 다른 극성인 제2 극성의 자석이 배치되며, 상기 마이크로파는 상기 슬릿을 통해 챔버 내부로 공급된다.

본 발명에서 제안하는 다른 ECR 플라즈마 발생기는, 챔버; 상기 챔버의 일측 및 타측에 각각 형성되며, 일정 간격으로 슬릿이 형성된 직선 관 형상의 도파관; 상기 도파관과 연결되며, 상기 도파관 내부로 마이크로파를 공급하는 마이크로파 공급수단; 및 상기 슬릿의 상단 또는 하단 중 적어도 어느 하나의 배치되는 자석을 포함하며, 상기 챔버 내부에 직선 형태의 마그네틱 필드가 형성되도록 상기 일측 도파관에 형성된 슬릿 상에는 제1 극성의 자석과 제1 극성과 다른 극성인 제2 극성의 자석이 교대로 배치되고, 타측 도파관에 형성된 슬릿 상에는 제2 극성의 자석과 제1 극성의 자석이 교대로 배치되며, 상기 마이크로파는 상기 슬릿을 통해 챔버 내부로 공급된다.

본 발명에 따른 ECR 플라즈마 발생기는 한 쌍의 도파관과 챔버 내에서 직선 형태의 마그네틱 필드가 생성되도록 자석을 배치함으로써 챔버 내에 밀도의 균일성이 개선된 플라즈마를 생성할 수 있다. 이와 같이 균일한 플라즈마를 생성하여 기판 표면을 효율적인 공정을 진행할 수 있다.

또한, 도파관에 상이한 극성을 갖도록 자석을 배치함으로써, 마그네틱 필드 형성을 위해 최소한 간격이 유지되어야 했던 기존 ECR 선형 플라즈마 발생기의 높이를 줄일 수 있다.

이외에도 직선 형태의 한 쌍의 도파관을 제안함으로써 ECR 플라즈마 발생기의 폭을 줄일 수 있어, ECR 플라즈마 발생기를 소형화할 수 있다. 특히 별도의 리미터가 필요하지 않은 중성입자 생성장치를 제안함으로써 다양한 형태로 ECR 플라즈마 발생기를 활용할 수 있다.

도 1은 종래 스캔 공정용 ECR 플라즈마 발생기의 개념을 도시하고 있다.
도 2는 종래 스캔 공정용 ECR 플라즈마 발생기의 측단면도를 도시하고 있다.
도 3은 종래 스캔 공정용 ECR 플라즈마 발생기의 자석 배치에 따른 마그네틱 필드를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명에서 제안하는 ECR 플라즈마 발생기를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명에서 제안하는 ECR 플라즈마 발생기의 측단면도를 도시하고 있다.
도 6은 본 발명에서 제안하는 ECR 플라즈마 발생기의 자석 배치에 따른 마그네틱 필드를 도시하고 있다.
도 7은 본 발명에서 제안하는 ECR 플라즈마 발생기의 평단면도이다.
도 8은 본 발명에서 제안하는 ECR 플라즈마 발생기의 다른 형태의 자석 배치를 도시하고 있다.
도 9는 본 발명에서 제안하는 ECR 플라즈마 발생기의 또 다른 형태의 자석 배치를 도시하고 있다.
도 10은 본 발명에서 제안하는 ECR 플라즈마 발생기를 포함된 중성입자 생성장치를 도시하고 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 ECR 플라즈마 발생기의 평단면도이다.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 이러한 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 ECR 플라즈마 발생기를 도시하고 있으며, 도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 ECR 플라즈마 발생기의 측단면도를 도시하고 있다.

도 4 내지 도 5에 의하면, ECR 플라즈마 발생기(100)는 도파관(110), 자석(120), 챔버(130)를 포함한다. 물론 상술한 구성 이외에 다른 구성이 본 발명에서 제안하는 ECR 플라즈마 발생기에 포함될 수 있다.

도파관(110)는 한 쌍으로 구성되며, 길이 방향으로 직선 형태의 관 형상을 가지며, 일정 거리 이격된 상태로 평행하게 대향하도록 배치된다. 서로 마주하는 도파관(110)의 사이에는 챔버(130)가 배치된다.

도파관(110)에는 도파관(110)의 길이 방향으로 복수의 슬릿(140)이 관통 형성된다. 슬릿(140)은 챔버(130)와 마주하도록 위치하며, 인접한 슬롯 사이에는 마그네틱 필드 발생 수단인 자석(120)이 배치된다. 즉, 슬릿(140)과 자석(120)은 교대로 배치된다.

본 발명은 마그네틱 필드 발생 수단에 대해 자석을 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 마그네틱 필드 발생이 가능한 장치인 자기 코일 등도 포함될 수 있다.

자석(120)은 슬릿(140)과 밀착되지 않고 슬릿(140)으로부터 일정 거리 이격될 수 있으나, 본 발명에서는 자석의 양 단부가 슬릿과 각각 밀착되도록 구비한 상태에서 슬릿은 챔버를 향하도록 확장되는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써 슬릿을 통과하는 마이크로파가 서로 인접한 자석 사이를 지나면서 확장되어 챔버(130) 내부로 공급된다.

각 도파관(110)의 일단에는 마이크로파 제너레이터를 포함하는 마이크로파 공급수단(미도시)이 연결되며, 마이크로파 공급수단으로부터 공급되는 마이크로파는 도파관(110) 내부로 유입된다. 도파관(110) 내부로 유입된 마이크로파는 슬릿(140)을 통하여 챔버 내부로 공급된다. 본 발명에서 제안하는 도파관 내부로 유입되는 마이크로파는 정상파이며, 슬릿은 도 6에서 도시한 바와 같이 영구자석 아래 부분에 도파관 방향으로 길게 형성된다. 또한, 가스 공급수단에 의해 챔버(130) 내부로 가스가 공급된다.

서로 마주보는 도파관(110)에 서로 반대 방향으로부터 마이크로파가 공급되면 챔버(130) 내부는 밀도의 균일성이 향상된 플라즈마가 발생된다. 즉, 마이크로파 공급수단으로부터 멀어질수록 마이크로파가 약해지지만, 서로 마주하는 도파관이 서로 반대 방향으로부터 마이크로파를 공급받으므로 마이크로파의 편차가 상쇄되어 상대적으로 균일한 플라즈마의 발생이 가능하다. 또한, 마이크로파가 직선 구간만 지나므로 마이크로파 에너지의 왜곡 및 손실을 최소화할 수 있다.

도 6 내지 도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 ECR 플라즈마 발생기의 자석 배치 구조에 따른 마그네틱 필드를 도시하고 있다. 이하 도 6 내지 도 7을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 ECR 플라즈마 발생기의 자석 배치 구조에 따른 마그네틱 필드에 대해 상세하게 알아보기로 한다.

도 6 내지 도 7에 의하면, 챔버(130)를 사이에 두고 마주하는 자석은 서로 다른 극성을 갖는다. 일 예로 챔버의 일측에 배치되는 자석의 극성이 'N극'이라면, 챔버의 타측에 배치되는 자석의 극성은 'S극'을 갖는다. 따라서 서로 마주하는 자석들은 챔버 내에서 마그네틱 필드가 형성되며, 특히 챔버 내에서 직선 형태의 마그네틱 필드가 형성된다. 이 때 두 도파관 사이의 거리를 조절함으로서 챔버 내에 각 도파관의 영구자석으로부터 형성되는 ECR zone 사이의 거리를 조절할 수 있어 두 ECR zone을 인접시킴으로써 챔버 내 중심 Linear 길이 방향의 high density plasma zone를 만들 수 있다.

도 3에 의하면, 종래 ECR 플라즈마 발생기는 서로 상이한 극성을 갖는 상하로 배치시킴으로써 챔버 내에서 타원(또는 원형) 형태의 마그네틱 필드가 형성된다. 이에 비해 본 발명은 서로 마주하는 자석 사이에 의해 직선 형태의 마그네틱 필드가 형성된다. 특히, N극과 S극의 각각 형성되는 마그네틱 필드 875Gauss를 상호 근접하게 되도록 자석 간의 거리를 배치하면, 즉 자석과 일체화된 도파관 사이의 거리를 조절하면 챔버 내의 모든 영역에 상대적으로 균일한 플라즈마가 형성된다. 이때 양 875 Gauss 사이의 상호 근접 거리는 2cm 이하가 적절하다.

또한, 본 발명은 자석의 높이를 조절하여 ECR 플라즈마 발생기의 높이를 조절할 수 있다. 도 3에 의하면, 종래 scan 방식의 ECR 플라즈마 발생기는 상하로 자석이 배치되어 Toroidal type 자석의 높이를 줄이는데 한계가 있었다. 즉 상하로 N극과 S극 또는 S극과 N극으로 구성되어있는 Toroidal type은 두 자석이 차지하는 전체 높이는 slit의 높이와 동일하게 형성시키는데, 이 slit의 높이는 TE10의 도파관일 경우 의 λ/2길이와 동일하다. 이것은 도파관의 단면을 봤을 때 긴 부분에 해당하며 λ/2길이는 더 이상 조정할 수없다는 의미이다. 이에 비해 본 발명은 도파관의 단면을 바라봤을 때 짧은 부분을 이용하여 챔버를 구성하게 하며 각 도파관 짧은 단면의 상부에 N극과 S극 단일 자석만 배치시키고 하부에 도파관 길이 방향으로 길게 slit을 형성시킨다. 이것은 종래의 Toroidal 방식에서 리플렉터와 시료와의 거리에 λ/2길이의 수직 방향의 slit이 차지하는 피할 수 없는 거리의 한계가 있는 반면 도파관의 짧은 단면과 단일자석 그리고 수평방향의 slit 구조는 기존 방식에 비해 리플렉터와 시료 간의 거리를 크게 단축시켜 리플렉터로부터 생성된 중성입자가 플라즈마를 통과하며 scattering 의해 발생하는 loss를 줄여 시료에 도달하는 중성입자 flux를 기존에 비해 획기적으로 증가시킬 수 있다.

이에 대해 구체적으로 살펴보면, 선형 구간을 가지는 도파관 내부로 공급되는 마이크로파는 수평으로 길게 형성된 슬릿을 통해 챔버 내부로 에너지가 전달되며, 도파관의 길이는 마이크로파의 파장의 정수배로 형성된다.

종래에는 슬릿 사이에 배치되는 자석들이 자석의 높이와 동일한 간격을 유지한 상태로 상ㅇ하로 배치된다. 상ㆍ하로 배치된 Toroidal type 자석에 의해 형성된 마그네틱 필드에서 875 Gauss의 마그네틱 필드가 형성된 지점에서 플라즈마 주파수와 마이크로파 주파수가 일치하여 공명이 형성되고, 이로 인해 고밀도 플라즈마가 분포된다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 상부 자석과 하부 자석 사이에 마그네틱 필드가 형성되어야 하므로 상부 자석과 하부 자석은 일정 간격이 유지된 상태에서 배치되어야 하며, 이는 리플렉터와 시료 사이의 거리를 줄이는데 한계가 있음을 의미한다.

이에 비해 본 발명에서는 챔버 내에 균일하게 875 Gauss의 마그네틱 필드가 형성되므로, 챔버의 플라즈마 발생 영역 상에 위치하는 리플렉터(미도시)와 챔버 하부에 배치되는 시료 사이의 거리를 줄일 수 있으며, 이로 인해 공정 특성이 향상된다. 즉, 플라즈마 내의 양이온들이 리플렉터에 충돌 후 중성 입자가 되어 플라즈마 영역을 통과하여 박막에 충돌하는 경우, 플라즈마 zone을 통과하는 중성입자와 플라즈마의 입자들 간의 충돌 확률이 줄어들어 시료에 도달하는 중성입자의 flux가 증가하므로 toroidal 방식을 이용한 구조보다 우수한 공정 특성을 얻을 수 있다.

부연하여 설명하면, 본 발명에서 제안하는 ECR 플라즈마 발생기는 챔버 내의 플라즈마 밀도를 높일 수 있으며, 플라즈마의 분포 역시 상대적으로 균일하게 된다. 또한, 챔버 내의 플라즈마 발생 영역의 높이를 낮춰 기재와 리플렉터 사이의 거리를 줄일 수 있으므로, 기재에 도달하는 중성입자의 flux(에너지)를 높여 증가된 에너지 효과로 인하여 일반적인 증착 공정에 비해 우수한 측정 특성을 갖게 된다.

도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자석 배치 구조를 도시하고 있다. 이하 도 8을 이용하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자석 배치 구조에 대해 상세하게 알아보기로 한다.

도 8에 의하면, ECR 플라즈마 발생기는 일렬로 배열된 자석이 서로 다른 극성을 가지도록 교대로 배치된다. 특히, 챔버(130)를 기준으로 일측은 N극, S극, N극, S극... 으로 자석을 배치하며, 타측은 S극, N극, S극, N극...으로 자석을 배치한다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 자석 배치 구조를 도시하고 있다. 이하 도 9를 이용하여 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 자석 배치 구조에 대해 상세하게 알아보기로 한다.

도 9에 의하면, ECR 플라즈마 발생기는 일렬로 배열된 자석이 서로 다른 극성을 가지도록 교대로 배치된다. 특히, 도 8과 달리 챔버(130)를 기준으로 일측은 N극, S극, N극, S극... 으로 자석을 배치하며, 타측 역시 N극, S극, N극, S극... 으로 자석을 배치한다.

이외에도 다양한 방식으로 단일 평면 상에서 자석을 배치하는 것이 가능한 ECR 플라즈마 발생기를 제안한다.

플라즈마 방전으로 인해 전하를 띤 양이온(플라즈마 이온)과 전자가 생성되며, 반도체 공정에서 식각 및 증착 등을 포함한 기판의 표면처리에 광범위하게 이용되고 있다. 플라즈마로부터 중성입자를 생성하는 방법은 크게 두 가지로 이루어진다. 그 중 하나는 플라즈마와 가스입자의 충돌에 의해 일어나는 전하 교환에 의한 중성입자의 생성이고, 다른 하나는 플라즈마 이온과 금속판과의 충돌에 의한 중성입자의 생성이다.

플라즈마 방전 공간에서 생성된 플라즈마 이온은 금속판과 충돌하여 중성입자로 전환된다. 금속판은 플라즈마 이온과의 충돌에 의해 플라즈마 이온을 중성입자로 전환시키는 금속 재질을 갖거나 금속으로 표면이 코팅된 판을 말한다.

도 10은 본 발명의 일실시 예에 따른 중성입자 생성장치를 도시하고 있다. 이하 도 10을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 중성입자 생성장치에 대해 상세하게 알아보기로 한다.

도 10에 의하면, 중성입자 생성장치는 ECR 플라즈마 발생기(100), 금속판(200) 및 바이어스 공급수단(300)을 포함한다. 물론 상술한 구성 이외에 다른 구성이 본 발명에서 제안하는 중성입자 생성장치에 포함될 수 있다.

ECR 플라즈마 발생기(100)는 상술한 바와 같이 도파관, 자석, 챔버 등으로 구성되며, 챔버 내에서 플라즈마 방전에 의해 공급된 가스의 플라즈마를 생성한다.

금속판(리플렉터)(200)은 상술한 바와 같이 전하를 띤 플라즈마 입자를 중성입자로 변환하는 기능을 수행한다. 금속판(200)은 ECR 플라즈마 발생기를 구성하는 챔버의 상단에 위치한다.

금속판(200)은 탄티룸(Ta), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 백금(Pt), 금(Au), 스테인레스강 또는 이들의 합금으로 구성될 수 있다.

바이어스 공급수단(300)은 금속판으로 바이어스를 공급한다. 플라즈마 이온의 금속판으로의 유도는 금속판에 음의 바이어스 전압을 인가하여 용이하게 구현될 수 있다. 바이어스 전압은 요구되는 중성입자 빔의 에너지 크기를 고려하여 적절하게 조절할 수 있다. 금속판에 음의 바이어스 전압을 인가할 경우, 플라즈마 이온은 금속에 수직 또는 근사 수직으로 입사하고, 금속판과 충돌한다. 금속판과의 충돌 후 중성입자의 균일한 반사각을 위하여 플라즈마 이온과 충돌하는 면은 폴리싱 처리하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 제안하는 중성입자 생성장치는 별도의 리미터를 형성하지 않는다. 일반적으로 리미터는 플라즈마 이온 및 전자의 통과는 방해하고 중성입자를 선택적으로 통과시키는 역할을 수행한다.

박막증착 공정에 있어 리미트는 증착률을 현저하게 저하시키는 문제가 있다. PECVD에 있어 증착에 큰 영향을 미치는 요소가 시료 위의 플라즈마 쉬스(plasma sheath)에 존재하는 양전하이다. 이 양전하가 쉬스에 형성된 potential drop zone을 거쳐 박막에 입사하며 증착율을 증가시킨다.

양전하의 에너지가 박막에 입사하며, 증착율을 증가시킨다고 보여진다. 이 양전하의 효과는 radical에 의한 증착과 상호 협력하기도 한다. 현재 반도체 CVD 장비의 장치에서 susceptor에 DC bias를 인가하여 증착율을 높이는 기술을 사용하기도 한다.

radical만을 이용하는 LPCVD(low pressure)의 증착률에 비해 PECVD의 증착률이 현저히 높은 것도 plasma sheath에 존재하는 양전하의 에너지효과라고 보여진다.

그런데 리미터는 이 양전하의 효과를 차단하므로 CVD의 depㆍrate를 현실적으로 사용하지 못할 정도로 현저하게 저하시킨다. 따라서 본 발명은 박막증착 공정에 적용되는 리미터가 형성되지 않은 중성입자 생성장치를 제안한다.

도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 ECR 플라즈마 발생기의 평단면도이다. 이하 도 11을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 ECR 플라즈마 발생기의 구조에 대해 상세하게 알아보기로 한다.

도 11에 의하면, ECR 플라즈마 발생기를 구성하는 슬릿의 방향을 비스듬하게 형성한다. 슬릿으로부터 나오는 마이크로파가 맞은편 슬릿으로부터 나오는 Linear 마이크로파와 resonance이 발생되는 것을 방지하기 위해 슬릿의방향은 서로 교차되도록 엇갈리게 형성한다.

부연하여 설명하면, 도 7에 도시된 ECR 플라즈마 발생기는 두 개의 도파관에 형성된 슬릿이 서로 마주보고 있는 반면, 도 11에 도시된 ECR 플라즈마 발생기는 두 개의 도파관에 형성된 슬릿이 서로 마주보고 있지 않으며, 엇갈리게 형성되며, 특히 챔버 내부로 사선 방향으로 형성되어 마이크로파 역시 챔버 내부로 사선 방향으로 공급된다.

본 발명은 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

100: ECR 플라즈마 발생기 110: 도파관
120: 자석 130: 챔버
140: 슬릿 200: 금속판
300: 바이어스 공급수단

Claims (8)

1. 챔버;
   상기 챔버의 일측 및 타측에 각각 형성되며, 슬릿이 형성된 직선의 관 형상을 갖는 도파관;
   상기 도파관과 연결되며, 상기 도파관 내부로 마이크로파를 공급하는 마이크로파 공급수단; 및
   상기 슬릿의 상단 또는 하단 중 적어도 어느 하나에 배치되는 자석을 포함하며,
   상기 슬릿은 도파관의 길이 방향으로 형성되며,
   상기 마이크로파는 상기 슬릿을 통해 챔버 내부로 공급되며,
   상기 도파관은 제1 도파관과 제2 도파관으로 구성되며,
   상기 챔버 내부에 직선 형태의 마그네틱 필드가 형성되도록 상기 제1 도파관 상에는 제1 극성의 자석이 배치되고, 상기 제2 도파관 상에는 제1 극성과 다른 극성인 제2 극성의 자석이 배치되며,
   상기 챔버 내부로 공급되는 마이크로파의 세기를 고려하여 상기 제1 도파관은 제1 방향으로 마이크로파가 공급되도록 제1 도파관의 일측에 마이크로파 공급수단이 연결되며, 제2 도파관은 제1 방향의 역방향인 제2 방향으로 마이크로파가 공급되도록 제2 도파관의 타측에 마이크로파 공급수단이 연결됨을 특징으로 하는 ECR 플라즈마 발생기.
   
2. 챔버;
   상기 챔버의 일측 및 타측에 각각 형성되며, 슬릿이 형성된 직선의 관 형상을 갖는 도파관;
   상기 도파관과 연결되며, 상기 도파관 내부로 마이크로파를 공급하는 마이크로파 공급수단; 및
   상기 슬릿의 상단 또는 하단 중 적어도 어느 하나에 배치되는 자석을 포함하며,
   상기 슬릿은 도파관의 길이 방향으로 형성되며,
   상기 마이크로파는 상기 슬릿을 통해 챔버 내부로 공급되며,
   상기 도파관은 제1 도파관과 제2 도파관으로 구성되며,
   상기 챔버 내부에 직선 형태의 마그네틱 필드가 형성되도록 상기 제1 도파관 상에는 제1 극성의 자석과 제1 극성과 다른 극성인 제2 극성의 자석이 교대로 배치되며, 제2 도파관 상에는 제2 극성의 자석과 제1 극성의 자석이 교대로 배치되며,
   상기 챔버 내부로 공급되는 마이크로파의 세기를 고려하여 상기 제1 도파관은 제1 방향으로 마이크로파가 공급되도록 제1 도파관의 일측에 마이크로파 공급수단이 연결되며, 제2 도파관은 제1 방향의 역방향인 제2 방향으로 마이크로파가 공급되도록 제2 도파관의 타측에 마이크로파 공급수단이 연결됨을 특징으로 하는 ECR 플라즈마 발생기.
   
3. 제 1항 내지 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 슬릿은 상기 도파관의 길이 방향으로 경사지게 형성됨을 특징으로 하는 ECR 플라즈마 발생기.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 챔버 내부로 가스를 공급하는 가스 공급수단을 포함함을 특징으로 하는 ECR 플라즈마 발생기.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 슬릿은 도파관 길이 방향으로 자석의 하단에 형성되며,
   상기 도파관의 길이는 상기 마이크로파의 파장의 양의 정수배로 구성됨을 특징으로 하는 ECR 플라즈마 발생기.
   
6. 제 3항에 있어서,
   상기 제1 도파관에 형성되는 슬릿과 제2 도파관에 형성되는 슬릿은 서로 엇갈리게 형성됨을 특징으로 하는 ECR 플라즈마 발생기.
   
7. 제 3항의 ECR 플라즈마 발생기를 포함하며,
   상기 챔버의 상단에 형성되는 금속판;
   상기 금속판으로 바이어스를 공급하는 바이어스 공급수단을 포함함을 특징으로 하는 중성입자 공급장치.
   
8. 제 7항에 있어서,
   리미트가 형성되지 않는 박막증착 공정에 적용되는 중성입자 공급장치.

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