KR20070016187A - 중성빔발생장치를 갖춘 물리적기상 증착장치 - Google Patents

중성빔발생장치를 갖춘 물리적기상 증착장치 Download PDF

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KR20070016187A
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염근영
이도행
박병재
안경준
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(주)에스엔텍
염근영
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Abstract

본 발명은, 주입구를 통해 주입된 가스로부터 극성을 갖는 이온빔을 추출하는 이온소오스와, 상기 이온소오스의 한쪽 단부에 위치하며, 특정 극성의 이온빔을 가속시키는 복수개의 그리드홀이 형성된 그리드 어셈블리 및, 상기 그리드 어셈블리의 그리드홀에 대응하는 복수개의 반사체홀이 형성되어 있으며, 상기 그리드홀을 통과한 이온빔을 상기 반사체홀에서 반사시켜 중성빔으로 전환시키는 반사체를 구비하여 구성되는 중성빔발생장치와, 상기 반사체의 단부에 위치되고, 주입구를 통해 가스가 주입될 수 있으며, 상기 반사체에서 발생된 중성빔의 진행경로상에 피처리기판을 위치시킬 수 있는 스테이지를 포함하는 반응챔버 및, 상기 피처리기판에 증착될 반응물질의 플럭스가 스퍼터링에 의해 생성되는 복수개의 타겟부를 구비하여 구성되고, 상기 반사체의 반사체홀은, 상기 그리드 어셈블리에서 가속된 플럭스가 입사되는 입사면에서의 플럭스 입사면적(A1) 보다 반사체에서 출사되는 중성빔 플럭스의 출사면적(A2)이 크게되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 중성빔발생장치를 갖춘 물리적기상 증착장치를 제공한다.
또한, 본 발명은, 주입구를 통해 주입된 가스로부터 극성을 갖는 이온빔을 추출하는 이온소오스와, 상기 이온소오스의 한쪽 단부에 위치하며, 특정 극성의 이온빔을 가속시키는 복수개의 그리드홀이 형성된 그리드 어셈블리 및, 상기 그리드 어셈블리의 그리드홀에 대응하는 복수개의 반사체홀이 형성되어 있으며, 상기 그리드홀을 통과한 이온빔을 상기 반사체홀에서 반사시켜 중성빔으로 전환시키는 반사 체를 구비하여 구성되는 중성빔발생장치와, 상기 반사체의 단부에 위치되고, 주입구를 통해 가스가 주입될 수 있으며, 상기 반사체에서 발생된 중성빔의 진행경로상에 피처리기판을 위치시킬 수 있는 스테이지를 포함하는 반응챔버 및, 상기 피처리기판에 증착될 반응물질을 서멀 또는 이빔방식으로 증발시키는 복수의 소스부를 구비하여 구성되고, 상기 반사체의 반사체홀은, 상기 그리드 어셈블리에서 가속된 플럭스가 입사되는 입사면에서의 플럭스 입사면적(A1) 보다 반사체에서 출사되는 중성빔 플럭스의 출사면적(A2)이 크게되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 중성빔발생장치를 갖춘 물리적기상 증착장치를 제공한다.
중성빔, 그리드, 반사체, 이온빔, 입사각, 증착

Description

중성빔발생장치를 갖춘 물리적기상 증착장치{Physical vapor deposition equipment having neutral beam producing apparatus}
도 1은 중성빔발생장치를 갖춘 증착장치를 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 도 1에 도시된 증착장치의 이온소오스를 개략적으로 나타낸 사시도,
도 3은 도 1에 도시된 증착장치의 중성빔 발생부(반사체)를 개략적으로 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 다른 실시예의 반사체를 설명하기 위한 개략적인 도면,
도 5는 중성빔발생장치를 갖춘 증착장치에 도 4에 따른 반사체를 설치함에 따라 기대되는 효과를 개략적으로 설명하는 도면,
도 6은 중성빔발생장치를 갖춘 일실시예에 따른 물리적기상 증착장치, 즉 스퍼터장치를 설명하는 개략적인 측단면도,
도 7은 중성빔장치를 갖춘 다른 실시예에 따른 스퍼터장치를 설명하는 개략적인 평면도,
도 8은 중성빔 증착장치를 갖춘 일실시예에 따른 물리적기상 증착장치, 즉 진공증발장치를 설명하는 도면이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 ; 이온소오스 12 ; 유도코일
14 ; 그리드 14a ; 그리드홀
20 ; 피처리기판 40 ; 반사체
42 ; 반사체홀 50 ; 반응챔버
60 ; 스테이지.
본 발명은 반응가스를 플라즈마화시켜 발생된 라디칼의 플럭스, 즉 이온빔을 중성빔화하여 피처리기판에 조사하도록 된 중성빔발생장치를 물리적기상증착 중, 스퍼터링 및 진공증발에 사용하도록 된 중성빔발생장치를 갖춘 물리적기상 증착장치에 관한 것이다.
반도체소자의 고집적화에 대한 요구가 계속되어짐에 따라, 최근 반도체 집적회로의 설계에서 디자인룰이 더욱 감소되어 90nm 이하의 임계치수(Critical Dimension)가 요구되기에 이르렀다. 현재 이러한 나노미터급 반도체소자를 구현하기 위한 장비로서 고밀도 플라즈마(High Density Plasma) 장치, 반응성이온 장치(Reactive Ion Etcher) 등의 이온 강화용 장비가 주로 사용되고 있다. 그러나, 이러한 장비에서는 증착(또는 식각) 공정을 수행하기 위한 다량의 이온들이 존재하고, 이들 이온들이 수백 eV의 에너지로 반도체기판 또는 반도체기판상의 특정 물질층에 충돌되기 때문에 반도체기판이나 이러한 특정 물질층에 물리적, 전기적 손상을 야기시킨다.
예를 들어, 물리적 손상으로서, 이러한 이온들과 충돌되는 결정성의 기판 또는 특정 물질층의 표면이 비정질층으로 전환되기도 하며, 입사되는 이온들의 일부가 흡착되거나 충돌되는 물질층의 일부 성분만이 선택적으로 탈착되어 증착(또는 식각)되는 표면층의 화학적 조성이 변화되기도 하며, 표면층의 원자 결합이 충돌에 의해 파손되어 댕글링 결합(dangling bond)으로 되기도 한다. 이러한 댕글링 결합은 재료의 물리적 손상뿐만 아니라 전기적 손상의 발생원인이 되기도 하며, 그 밖에 게이트 절연막의 차지업(chargeup) 손상이나 포토레지스트의 차징(charging)에 기인한 폴리실리콘의 노칭(notching) 등에 의한 전기적 손상을 야기시킨다. 또한, 이러한 물리적, 전기적 손상이외에도 챔버 물질에 의한 오염이나 CF계 반응가스를 사용하는 경우 C-F 폴리머의 발생등 반응가스에 의한 표면의 오염이 발생되기도 한다.
따라서, 나노미터급 반도체소자에 있어서 이러한 이온에 의한 물리적, 전기적 손상등은 소자의 신뢰성을 저하시키고 나아가 생산성을 감소시키는 요인이 되기 때문에 향후 반도체소자의 고집적화와 그에 따른 디자인룰의 감소 추세에 대응하여 적용될 수 있는 새로운 개념의 반도체 증착(또는 식각)장치 및 방법에 대한 개발이 요구되고 있다.
이러한 가운데, 디,비,오오크(D.B.Oakes)씨 등은 논문 "Selective, Anisotropic and Damage-Free SiO2 Etching with a Hyperthermal Atomic Beam"에서 과열된 원자빔을 이용한 비손상 식각기술을 제안하고 있으며, 일본인 다카시 유노가미(Takashi Yunogami)씨 등은 논문 " Development of neutral-beam-assisted etcher" (J.Vac. Sci. Technol. A 13(3), May/June, 1995)에서 중성빔과 중성래디칼을 이용하여 손상이 매우 적은 실리콘옥사이드 식각기술을 제시하고 있으며, 엠.제이.고에크너(M.J.Goeckner)씨 등은 논문 "Reduction of Residual Charge in Surface-Neutralization-Based Beams"(1997 2nd International Symposium on Plasma Process-Induced Damage. May 13-14, Monterey, CA.)에서 플라즈마 대신에 전하가 없는 과열 중성빔에 대한 식각기술을 개시하고 있다.
한편, 본 발명의 출원인은 상기와 같은 문헌의 기술내용을 기초로 대한민국 특허등록번호 제0412953호로 등록된 '중성빔을 이용한 식각장치' 및 특허등록번호 제0380660호로 등록된 '중성빔을 이용한 반도체소자의 식각방법 및 이를 위한 식각장치'를 개시한 바 있는데, 상기 출원에는 이온빔을 중성빔으로 변환하는 반사체의 기술 및 반사체를 구비한 장치를 이용한 식각방법에 대한 기술이 기재되어 있고, 참조로 본 발명에 통합되어 있다.
그런데, 이온빔을 중성빔으로 변환하는 반사체를 그 기술내용으로 하는 이러한 등록특허들은 물리적기상증착(Physical vapor deposition), 특히 스퍼터링(sputtering) 및 진공증발(evaporation)에 이용할 수 있다.
통상, 물리적기상증착에 있어서는, 반응가스를 이온소오스로 플라즈마화한 플럭스 또는 이온빔을 사용하고 있는데, 이때 플라즈마의 사용에 따라 이온 또는 전자에 의한 차징(charging)이 발생할 수 있으며, 고에너지의 이온빔에 의해 반응가스 공정이 고온에서 이루어지게 되는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 반사체를 구비하므로써 중성빔을 발생시킬 수 있고, 이러한 중성빔을 물리적기상증착, 예컨대 스퍼터링에 적용할 수 있는 중성빔발생장치를 갖춘 물리적기상 증착장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 반사체를 구비하므로써 중성빔을 발생시킬 수 있고, 이러한 중성빔을 물리적기상증착, 예컨대 진공증발에 적용할 수 있는 중성빔발생장치를 갖춘 물리적기상 증착장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 반응가스를 플라즈마화하고, 반사체를 이용하여 중성빔화한 후, 피처리기판에 조사하므로, 상기와 같은 문제점, 즉 물리적기상증착 공정이 고온(또는 고에너지)에서 이루어지는 문제점에 따른 차징을 감소시키는 중성빔발생장치를 갖춘 물리적기상 증착장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 반사체의 플럭스 입사면 크기에 비해 대구경의 피처리기판을 처리할 수 있는 반사체 구조를 제공하는 중성빔발생장치를 갖춘 물리적기상 증착장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 주입구를 통해 주입된 가스로부터 극성을 갖는 이온빔을 추출하는 이온소오스와, 상기 이온소오스의 한쪽 단부에 위치하며, 특정 극성의 이온빔을 가속시키는 복수개의 그리드홀이 형성된 그리드 어셈블리 및, 상기 그리드 어셈블리의 그리드홀에 대응하는 복수개의 반사체홀이 형성되어 있으며, 상기 그리드홀을 통과한 이온빔을 상기 반사체홀에서 반사시켜 중성빔으로 전환시키는 반사체를 구비하여 구성되는 중성빔발생장치와, 상기 반사체의 단부에 위치되고, 주입구를 통해 가스가 주입될 수 있으며, 상기 반사체에서 발생된 중성빔의 진행경로상에 피처리기판을 위치시킬 수 있는 스테이지를 포함하는 반응챔버 및, 상기 피처리기판에 증착될 반응물질의 플럭스가 스퍼터링에 의해 생성되는 복수개의 타겟부를 구비하여 구성되고, 상기 반사체의 반사체홀은, 상기 그리드 어셈블리에서 가속된 플럭스가 입사되는 입사면에서의 플럭스 입사면적(A1) 보다 반사체에서 출사되는 중성빔 플럭스의 출사면적(A2)이 크게되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 중성빔발생장치를 갖춘 물리적기상 증착장치를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 반사체와 상기 복수개의 타겟부는 한쪽 단부에 위치되고, 상기 스테이지는 상기 한쪽 단부에 대향하는 다른쪽 단부에 위치되며, 상기 타겟부 및 반사체는 상기 스테이지를 향해 플럭스를 조사하며, 이 플럭스 조사에 의해 상기 스테이지상의 피처리기판 상에 막이 증착된다.
또한 본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 스테이지는 원통형으로 형성되고 회전할 수 있도록 구성되며, 이 스테이지의 원주면에 다수의 상기 피처리기판이 구비되며, 상기 중성빔발생장치와 상기 타겟부는 상기 스테이지의 원주면과 대향하는 반응챔버 내에 위치되어, 상기 스테이지를 향해 플럭스를 발생시킨다.
또한, 본 발명은, 주입구를 통해 주입된 가스로부터 극성을 갖는 이온빔을 추출하는 이온소오스와, 상기 이온소오스의 한쪽 단부에 위치하며, 특정 극성의 이온빔을 가속시키는 복수개의 그리드홀이 형성된 그리드 어셈블리 및, 상기 그리드 어셈블리의 그리드홀에 대응하는 복수개의 반사체홀이 형성되어 있으며, 상기 그리드홀을 통과한 이온빔을 상기 반사체홀에서 반사시켜 중성빔으로 전환시키는 반사체를 구비하여 구성되는 중성빔발생장치와, 상기 반사체의 단부에 위치되고, 주입구를 통해 가스가 주입될 수 있으며, 상기 반사체에서 발생된 중성빔의 진행경로상에 피처리기판을 위치시킬 수 있는 스테이지를 포함하는 반응챔버 및, 상기 피처리기판에 증착될 반응물질을 서멀 또는 이빔방식으로 증발시키는 복수의 소스부를 구비하여 구성되고, 상기 반사체의 반사체홀은, 상기 그리드 어셈블리에서 가속된 플럭스가 입사되는 입사면에서의 플럭스 입사면적(A1) 보다 반사체에서 출사되는 중성빔 플럭스의 출사면적(A2)이 크게되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 중성빔발생장치를 갖춘 물리적기상 증착장치를 제공한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 첨부하는 특허 청구범위의 기술적 사상 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 형태로 변경하여 실시할 수 있음은 물론이다. 따라서, 본 실시예들은 단지 본 발명의 개시가 보다 완전하도록 하며, 당업자에게 본 발명의 범주를 보다 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 중성빔발생장치를 갖춘 증착장치를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 2는 도 1의 이온소오스 및 그리드에 대한 사시도이고, 도 3은 도 1의 반사체에 대한 사시도이다.
본 발명은 중성빔에 대한 상기 이론적 근거를 토대로 나노미터급 반도체소자의 증착 공정에 보다 바람직한 조건을 구현한 것으로써, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 사용되는 증착장치에 대하여 구체적으로 살펴본다.
도 1을 참조하면, 이온소오스(10)로부터 발생된 이온빔이 이온빔의 진행경로상 이온소오스(10)의 후단에 위치하는 그리드(14)의 일정한 직경을 갖는 복수개의 그리드홀(14a)을 통과한 후 반사체(40)내에 형성된 반사체홀(42)의 표면에 반사된 후 중성빔으로 전환되고, 피처리기판(20)으로 입사되어 피처리기판(20)상의 특정 물질층을 조사한다. 본 발명에 있어서는, 상기 이온소오스와 그리드 및 반사체로 중성빔발생장치가 구성된다.
상기 이온소오스(10)는 가스 주입구(11)를 통해 주입된 각종 반응가스로부터 이온빔을 발생시킬 수 있는 것으로, 본 실시예에서는 유도코일(12)에 유도전력을 인가함으로써 플라즈마를 발생시키는 유도결합형 플라즈마(ICP) 발생장치를 예로서 설명하고 있지만, 다양한 형태로 변형된 이온소오스를 사용할 수 있음은 물론이다.
상기 이온소오스(10)의 후단부에는 전압인가에 의해 이온빔을 가속시킬 수 있으며, 동시에 이온빔이 통과될 수 있는 복수개의 그리드홀(14a)이 형성된 그리드어셈블리(14)가 결합되어 있다.
한편, 본 발명 출원인의 상기 등록특허번호 제0380660호에는 상부그리드와 하부그리드로 구성되는 그리드 구조가 개시되어 있다.
또한, 본 출원인의 선출원인 대한민국 특허출원 번호 제10-2004-0014977호 "삼중그리드를 이용한 반도체 식각용 중섬빔 소오스"에는 양(+) 전압이 인가되는 상부의 제1그리드와, 중간의 접지된 제2그리드, 제1그리드와 동일한 양전압이 인가되는 하부의 제3그리드 및, 제1그리드와 제2그리드 사이의 제1절연층, 제2그리드와 제3그리드 사이의 제2절연층으로 구성되는 그리드 구조가 개시되어 있다.
또한, 본 출원인의 선출원인 대한미국 특허출원 번호 제10-2004-0101685호 "개선된 이온빔 소스"에는 절연층과 그리드 사이의 접촉면적을 최소화함으로써, 상기 절연층의 원주면 또는 이온빔 통로상에 형성되는 도전통로의 발생확률을 현저히 감소시키면서도 하부 그리드로 유입되는 플럭스량의 감소를 방지하고, 게다가 열팽창의 차이에 따라 발생되는 절연층의 파손을 방지하도록 하는 그리드 구조가 개시되어 있다.
한편, 상기 그리드(14)의 후단에는 입사되는 이온빔을 반사시켜 중성빔으로 전환시켜주는 반사체(40)가 밀착되어 있다. 상기 반사체(40)의 재질은 반도체, 실리콘옥사이드, 금속 등으로 이루어질 수 있으며, 반사체(40) 내의 반사체홀(42)의 표면만이 이들 재질로 구성될 수도 있다. 이때, 반사체홀(42)의 표면은 DLC(diamond like carbon)로 코팅될 수 있다.
한편, 상기 그리드홀(14a)을 통과하여 직진하는 이온빔이 상기 반사체홀(42) 내에서 반사되도록 상기 반사체홀(42)들은 이온빔의 직진 방향(A)에 대하여 일정한 각도(θd)로 경사져 있다.
상기 반사체(40)는 입사된 이온빔에 의해 발생되는 전하의 방전을 위해 접지되는 것이 바람직하다. 또한, 도 3에 있어서는 원통형으로 도시되어 있지만, 상기 반사체(40)는 반드시 원통형으로 한정되는 것은 아니며 다양한 형태, 예를 들어 사각형 등의 다각형 기둥 형태로 제작될 수 있다.
또한, 도 3에 있어서는, 상기 반사체홀(42)이 원통형상으로 도시되어 있지만 이에 한정하지 않고 직사각 또는 다각형 등의 다량한 기둥 형태의 반사체홀(42)이 형성될 수 있음을 물론이다. 특히, 실제의 증착장치를 구현할 때, 본원 발명자의 특허출원 번호 제10-2003-0042116호에 기재된 바와 같이 상기 반사체홀(31) 대신 반사체(40) 내부에 슬릿부 및 반사면을 형성하고 있다. 이와 같은 슬릿부의 형성에 의하면 반사체 부분의 공간 협소화 문제가 해결된다.
한편, 상기 반사체홀의 경사는 상기 그리드홀을 통과한 후 직진하는 이온빔이 반사체홀(42)내에서 한번만 반사되도록 형성한다. 본 실시예에서 상기 반사체홀의 경사는 반사체홀의 내표면에 입사되는 이온빔의 입사각(θi)이, 적어도 15° 이내로 되게 하고, 바람직하게는 적어도 5°내지 15°범위내가 되도록 구성한다. 상기 이온빔의 입사각이 적어도 5°내지 15°범위인 것은 반사체홀의 표면에 대하 여 수직한 법선을 기준으로 한 입사각이 적어도 75°내지 85°임을 의미한다.
또한, 상기 반사체내의 반사체홀의 표면에서 반사되는 중성빔의 반사각(θr)은 5°내지 40° 범위 내가 되도록 구성한다.
본 발명 출원인의 선출원에 의하면, 이상과 같은 입사각 및 반사각 조건에서 최적의 중성빔 플럭스량을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
한편, 도 4에 나타낸 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사체(40-1)에 있어서는, 반사체(40-1)의 반사체홀(42-1)이 반사체(40-1)의 중심축(c) 둘레의 복수의 원주방향(r)[반사체가 다각형 형상일 때는 중심축(c)으로부터 테두리면을 향하는 방향]을 따라 다수개 형성되는 동시에 중심축에 대해서 모두 일정 각도(θc)로 경사를 이루는 상태가 도시된다(도 4의 (a) 참조). 예컨대, 상기 반사체홀(42-1)은 반사체(40-1)의 입사면(1)에서 시작하여, 즉 원주방향(r)과 접선방향(l)이 이루는 2차원 평면 상에서 시작하여, 상기 접선방향(l)과 상기 축방향(c)이 이루는 2차원 평면상에서 중심방향과 소정 각도(θc)를 이루면서 반사체의 출사면(2)을 향해 형성되도록 구성하되, 다수의 원주방향 중 하나의 원주방향(r) 상에 형성된 복수의 반사체홀(42-1)은 상호 3차원적으로 평행하도록 구성하며, 인접한 원주방향(r') 상에 형성된 복수의 반사체홀(42-1)과는 3차원적으로 평행하지 않도록 구성한다(도 4의(b) 및 도 4의 (c) 참조). 여기서, 상기 원주방향(r)과 접선방향(l)이 이루는 2차원 평면과 상기 접선방향(l)과 상기 축방향(c)이 이루는 2차원 평면은 서로 직교한다.
이때에도, 상기 반사체홀(42-1)의 경사(θc)는 상기 그리드홀을 통과한 후 직진하는 이온빔이 반사체홀(42-1) 내에서 한번만 반사되도록 형성되며, 반사체홀의 경사는 반사체홀의 내표면에 입사되는 이온빔의 입사각(θi)이, 적어도 15° 이내로 되게 하고, 바람직하게는 적어도 5°내지 15°범위내가 되도록 구성한다. 또한, 상기 반사체내의 반사체홀의 표면에서 반사되는 중성빔의 반사각(θr)은 5°내지 40° 범위 내가 되도록 구성한다.
도 5는 도 4의 반사체(42-1) 구조에 따른 효과를 나타낸 도면으로, 그리드를 통과한, 반경(r1)에 의해 플럭스 입사면적이 정의되는 중성빔 플럭스가 반사체(40-1)를 통과한 후, 반사체(40-1)의 플럭스 입사면적(A1)의 소정 반경(r1) 보다 큰 확대된 반경(r2)에 따라 플럭스 출사면적(A2)을 갖게 된 상태를 개략적으로 나타내고 있다. 즉, 이온빔이 반사체(40-1)를 통과함에 따라 생성된 플럭스 밀도는 감소하지만 반사체(40-1)의 플럭스 입사면적(A1) 보다 큰 면적을 조사하게 된다.
여기서, 설명의 편의를 위해 상기 플럭스 입사면적 및 플럭스 출사면적을 반경을 갖는 원형으로 표현하고 있지만, 이에 한정하는 것은 아니고, 반사체홀(42-1)을 반사체 상에 형성하는 방법에 따라 상기 입사면적 및 출사면적은 원형 또는 사각형 형상을 포함하는 다양한 형태를 취할 수 있음은 물론이다.
한편, 상기 반사체(40)로부터 반사되어 전환된 중성빔의 진행경로상에 피처리기판(20)이 배치된다. 상기 피처리기판(20)은 로터리 펌프, 부스터 펌프 또는 터보펌프를 구비하여 구성될 수 있는 진공장치(도시생략)에 의해 일정한 진공도로 유 지되는 반응챔버(50)내의 스테이지(60)상에 안착되는데, 이러한 스테이지(60)는 중성빔의 진행경로에 대하여 수직방향으로 배치될 수도 있으며, 증착공정의 종류에 따라 일정한 각도로 경사지게(tilting) 배치될 수 있도록 그 위치 및 방향이 제어되도록 설치될 수 있다. 한편, 상기 반응챔버(50)에는 다양한 가스를 주입하고, 필요에 따라서는 MFC(mass flow controller)가 구비되어, 주입 가스량을 정밀 제어하기 위한 가스 주입구(51)가 형성되며, 상기 스테이지(60)에는 피처리기판(20)을 가열하기 위한 히터(61)가 구비된다.
(제1실시예)
도 6은 중성빔발생장치를 갖춘 일실시예에 따른 물리적기상 증착장치(100), 즉 스퍼터장치(100)를 설명하는 도면으로, 피처리기판(20)에 증착될 제1반응물질, 예컨대 Ti 플럭스가 생성되는 제1타겟부(110), 피처리기판에 증착될 다른 제2반응물질, 예컨대 Si 플럭스가 생성되는 제2타겟부(120), 중성빔을 발생시키는 상기와 같은 구조의 중성빔발생장치(130)가 구성된다. 여기서, 상기 타겟부(110,120)와 중성빔장치(130)는 도면 중 하부에 구비되며, 피처리기판(20)이 로딩되는 스테이지(60)는 상부에 구비된다. 한편, 도 6에 있어서 타겟부(110,120)는 2개 도시되어 있으나 다수개 구비될 수 있음은 물론이다. 한편, 상기 중성빔발생장치와 함께 설명된 참조부호에 대해서는 그 설명을 생략한다.
이와 같은 스퍼터장치(200)의 동작을 설명하면, 먼저 반응챔버(50) 내의 스테이지(60)상에 피처리기판(20)을 안착시키고, 진공펌프를 이용하여 챔버 내부를 고진공 상태로 만들어 불순물 등을 제거함으로써 박막 형성 환경을 만들며, 이어서 중성빔발생장치에 Ar가스 및 산소가스를 투입하고 전원을 인가함으로써 반응챔버 내로 중성빔 또는 이온빔을 조사하여 피처리기판(20)을 건식 세정한다(전처리 과정).
한편, 상기 제1타겟부(110)에는 Ti를 포함하는 화합물을 제1타겟으로 설치하고, 상기 제2타겟부(120)에는 Si를 포함하는 화합물을 제2타겟으로 설치한다.
이어서, 상기 제1타겟부(110)에 전원장치(111)를 통해, 예컨대 펄스화된 DC전원을 인가한 상태에서 가스 도입구(51)를 통해 Ar가스를 상기 제1타겟부(110) 근방에 도입하여 가속시킨 후, 제1타겟부(110)에 충돌시켜서 제1타겟을 스퍼터링시키는 동시에 상기 중성빔발생장치에, 예컨대 산소 기체만을 도입하여 중성빔을 생성하여 피처리기판에 조사한다(제1박막층 형성공정).
이에 따라, 피처리기판(20) 상에는 상기 제1타겟부의 스퍼터링에 의한 이온빔 플럭스와 중성빔발생장치에 의해 생성된 중성빔 플럭스가 화학 결합하면서, 제1박막층, 예컨대 TiO2막이 증착된다. 필요에 따라서 상기 제1박막층으로는 TiO2, Ta2O5, ZrO2, Nb2O5, Nb2O3, HfO2 등이 형성될 수 있다.
이어서, 반응챔버 내의 반응 잔여물을 도시 생략된 배기 펌프를 이용하여 제거한다(반응 잔여물 제거 공정).
이어서, 상기 제2타겟부(120)에 전원장치(121)를 통해, 예컨대 펄스화된 DC전원을 인가한 상태에서 가스 도입구(51)를 통해 Ar가스를 상기 제2타겟부(120) 근방에 도입하여 가속시킨 후, 제2타겟부에 충돌시켜서 제2타겟을 스퍼터링시키는 동 시에 상기 중성빔발생장치에, 예컨대 산소 기체만을 도입하여 중성빔을 생성하여 피처리기판에 조사한다(제2박막층 형성공정). 이때, 상기 전원장치(111)에 의한 제1타겟부(110)로의 전원공급은 정지된다.
이에 따라, 제1박막(TiO2막)층이 형성된 피처리기판(20) 상에는 상기 제2타겟부(120)의 스퍼터링에 의한 이온빔 플럭스와 중성빔발생장치(130)에 의해 생성된 중성빔 플럭스가 화학 결합하면서, 제2박막층, 예컨대 SiO2막이 형성된다. 필요에 따라서 상기 제2박막층으로는 SiO2, MgF2, ThF4 등이 형성될 수 있다.
이어서, 반응챔버 내의 반응 잔여물을 도시 생략된 배기 펌프를 이용하여 제거한다(반응 잔여물 제거 공정).
여기서, 상기 제1박막(예컨대, TiO2막)층은 상기 제2박막층(예컨대, SiO2막) 보다 고굴절률을 갖는다.
따라서, 일련의 상기 전처리 공정과, 제1박막층 형성공정, 반응 잔여물 제거 공정, 제2박막층 형성 공정 및, 반응 잔여물 제거공정을 다수회 반복 수행함에 따라, 고굴절층과 저굴절층이 교대하는 기판을 생성하게 된다.
(제2실시예)
한편, 도 7은 중성빔발생장치(230)를 갖춘 다른 실시예에 따른 스퍼터장치(200)를 설명하는 도면으로, 피처리기판(20)에 증착될 제1반응물질, 예컨대 Ti 플럭스가 생성되는 제1타겟부(210), 피처리기판에 증착될 다른 제2반응물질, 예컨대 Si 플럭스가 생성되는 제2타겟부(220), 중성빔을 발생시키는 상기와 같은 구조 의 중성빔발생장치(230)가 구성된다. 여기서, 상기 타겟부(110,120)와 중성빔장치(130)는, 예컨대 원통상으로 도시된 반응챔버(50)의 측면에 구비되며, 피처리기판(20)이 로딩되는 스테이지(60-1)는 반응 챔버(50)의 중앙에 원통형(드럼형상)을 이루며 구성된다. 여기서, 상기 원통형 스테이지(60-1)의 측면에는 복수개의 피처리기판(20)이 원주방향으로 따라 로딩된다. 또한, 이러한 스테이지(60-1)는 도시생략된 회전장치에 의해 양쪽 화살표로 나타낸 바와 같이 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하도록 구성된다. 한편, 도 7에 있어서 타겟부(210,220)는 2개 도시되어 있으나 다수개 구비될 수 있음은 물론이다.
이와 같은 스퍼터장치(100)의 동작을 설명하면, 먼저 반응챔버(50) 내의 스테이지(60-1)상에 피처리기판(20)을 안착시키고, 진공펌프를 이용하여 챔버 내부를 고진공 상태로 만들어 불순물 등을 제거함으로써 박막 형성 환경을 만들며, 중성빔발생장치에 Ar가스 및 산소가스를 투입하고 전원을 인가함으로써 반응챔버 내로 중성빔 또는 이온빔을 조사하여 피처리기판(20)을 건식 세정한다(전처리 과정).
한편, 상기 제1타겟부(210)에는 Ti를 포함하는 화합물을 제1타겟으로 설치하고, 상기 제2타겟부(220)에는 Si를 포함하는 화합물을 제2타겟으로 설치한다.
이어서, 상기 제1타겟부(210)에 전원장치(211)를 통해, 예컨대 펄스화된 DC전원을 인가한 상태에서 가스 도입구(51)를 통해 Ar가스를 상기 제1타겟부(210) 근방에 도입하여 가속시킨 후, 제1타겟부(210)에 충돌시켜서 제1타겟을 스퍼터링시키는 동시에 상기 중성빔발생장치(230)에, 예컨대 산소 기체만을 도입하여 중성빔을 생성하여 회전하는 스테이지(60-1) 상의 다수의 피처리기판에 조사한다(제1박막층 형성공정).
이에 따라, 다수개의 피처리기판(20) 상에는 상기 제1타겟부의 스퍼터링에 의한 이온빔 플럭스와 중성빔발생장치에 의해 생성된 중성빔 플럭스가 화학적으로 결합하면서, 제1박막층, 예컨대 TiO2막이 증착된다.
이어서, 반응챔버(50) 내의 반응 잔여물을 도시 생략된 배기 펌프를 이용하여 제거한다(반응 잔여물 제거 공정).
이어서, 상기 제2타겟부(220)에 전원장치(221)를 통해, 예컨대 펄스화된 DC전원을 인가한 상태에서 가스 도입구(51)를 통해 Ar가스를 상기 제2타겟부(220) 근방에 도입하여 가속시킨 후, 제2타겟부에 충돌시켜서 제2타겟을 스퍼터링시키는 동시에 상기 중성빔발생장치에, 예컨대 산소 기체만을 도입하여 중성빔을 생성하여 회전하는 스테이지(60-1) 상의 다수의 피처리기판에 조사한다(제2박막층 형성공정). 이때, 상기 전원장치(221)에 의한 제1타겟부로의 전원공급은 중단된다.
이에 따라, 제1박막(TiO2막)층이 형성된 피처리기판(20) 상에는 상기 제2타겟부(220)의 스퍼터링에 의한 이온빔 플럭스와 중성빔발생장치에 의해 생성된 중성빔 플럭스가 화학 결합하면서, 제2박막층, 예컨대 SiO2막이 형성된다.
이어서, 반응챔버 내의 반응 잔여물을 도시 생략된 배기 펌프를 이용하여 제거한다(반응 잔여물 제거 공정).
따라서, 일련의 상기 전처리 공정과, 제1박막층 형성공정, 반응 잔여물 제거 공정, 제2박막층 형성 공정 및 반응 잔여물 제거공정을 다수회 수행함에 따라, 고 굴절층과 저굴절층이 교대하는 다수개의 기판을 생성하게 된다.
(제3실시예)
도 8은 중성빔발생장치를 갖춘 일실시예에 따른 물리적기상 증착장치, 즉 진공증발장치(300)를 설명하는 도면으로, 피처리기판(20)에 증착될 반응물질, 예컨대 Ti 플럭스가 서멀(thermal) 또는 이빔(E-beam) 방식으로 생성되는 소스부(310)와, 중성빔을 발생시키는 상기와 같은 구조의 중성빔발생장치(330)가 구성된다. 여기서, 상기 소스부(310)와 중성빔장치(330)는 도면 중 반응챔버(50)의 하부에 구비되며, 피처리기판(20)이 로딩되는 스테이지(60)는 반응챔버(50)의 상부에 구비된다. 한편, 도 8에 있어서 소스부(310)는 1개 도시되어 있으나 다수개 구비될 수 있음은 물론이다.
이와 같은 진공증발장치(100)의 동작을 설명하면, 먼저 반응챔버(50) 내의 스테이지(60)상에 피처리기판(20)을 안착시키고, 진공펌프를 이용하여 챔버 내부를 고진공 상태로 만들어 불순물 등을 제거함으로써 박막 형성 환경을 만들고, 이어서 중성빔발생장치에 Ar가스 및 산소가스를 투입하고 전원을 인가함으로써 반응챔버 내로 중성빔 또는 이온빔을 조사하여 피처리기판(20)을 건식 세정한다(전처리 과정).
한편, 상기 제1소스부(310)에는 Ti를 포함하는 화합물을 제1타겟으로 설치하고, 도시생략된 제2소스부에는 Si를 포함하는 화합물을 제2타겟으로 설치한다.
이어서, 상기 제1소스부(310)에 전원장치(311)를 통해, 예컨대 펄스화된 DC전원을 인가함으로써 Ti 포함 화합물을 증발시켜 피처리기판(20)에 증착시키는 동 시에 상기 중성빔발생장치에, 예컨대 산소 또는 질소가스를 도입하여 중성빔을 생성하여 피처리기판에 조사함으로써 Ti를 포함하는 제1박막층이 피처리기판에 형성되도록 한다(제1박막층 형성공정).
이에 따라, 피처리기판(20) 상에는 상기 제1소스부의 화합물 증발에 의한 이온빔 플럭스와 중성빔발생장치에 의해 생성된 중성빔 플럭스가 화학 결합하면서, 제1박막층, 예컨대 TiO2막이 증착된다. 필요에 따라서 상기 제1박막층으로는 TiO2, Ta2O5, ZrO2, Nb2O5, Nb2O3, HfO2 등이 형성될 수 있다.
이어서, 반응챔버 내의 반응 잔여물을 도시 생략된 배기 펌프를 이용하여 제거한다(반응 잔여물 제거 공정).
이어서, 도시생략된 제2타겟부에 전원장치를 통해, 예컨대 펄스화된 DC전원을 인가함으로써, Si 포함 화합물을 증발시켜 피처리기판(20)에 증착시키는 동시에 상기 중성빔발생장치에, 예컨대 산소 또는 질소가스를 도입하여 중성빔을 생성하여 피처리기판에 조사함으로써, Si를 포함하는 제2박막층이 피처리기판에 형성되도록 한다(제2박막층 형성공정). 이때, 상기 전원장치(311)에 의한 제1소스부(310)로의 전원공급은 정지된다.
이에 따라, 제1박막(TiO2막)층이 형성된 피처리기판(20) 상에는 상기 제2소스부의 증발에 의한 이온빔 플럭스와 중성빔발생장치(330)에 의해 생성된 중성빔 플럭스가 화학 결합하면서, 제2박막층, 예컨대 SiO2막이 형성된다. 필요에 따라서 상기 제2박막층으로는 SiO2, MgF2, ThF4 등이 형성될 수 있다.
이어서, 반응챔버 내의 반응 잔여물을 도시 생략된 배기 펌프를 이용하여 제거한다(반응 잔여물 제거 공정).
여기서, 상기 제1박막층(예컨대, TiO2막)은 상기 제2박막층(예컨대, SiO2막) 보다 고굴절률을 갖는다.
따라서, 일련의 상기 전처리 공정과, 제1박막층 형성공정, 반응 잔여물 제거 공정, 제2박막층 형성 공정 및, 반응 잔여물 제거공정을 다수회 반복 수행함에 따라, 고굴절층과 저굴절층이 교대하는 기판을 생성하게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
이상의 설명에 의하면, 반사체를 구비하므로써 중성빔을 발생시킬 수 있고, 이러한 중성빔을 물리적기상증착, 예컨대 스퍼터링에 적용할 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 반사체를 구비함으로써 중성빔을 발생시킬 수 있고, 이러한 중성빔을 물리적기상증착, 예컨대 진공증발에 적용할 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 반사체의 플럭스 입사면 크기에 비해 대구경의 피처리기판을 처리할 수 있는 반사체 구조를 제공하는 중성빔발생장치를 갖춘 물리적기상 증착장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

Claims (7)

  1. 주입구를 통해 주입된 가스로부터 극성을 갖는 이온빔을 추출하는 이온소오스와, 상기 이온소오스의 한쪽 단부에 위치하며, 특정 극성의 이온빔을 가속시키는 복수개의 그리드홀이 형성된 그리드 어셈블리 및, 상기 그리드 어셈블리의 그리드홀에 대응하는 복수개의 반사체홀이 형성되어 있으며, 상기 그리드홀을 통과한 이온빔을 상기 반사체홀에서 반사시켜 중성빔으로 전환시키는 반사체를 구비하여 구성되는 중성빔발생장치와;
    상기 반사체의 단부에 위치되고, 주입구를 통해 가스가 주입될 수 있으며, 상기 반사체에서 발생된 중성빔의 진행경로상에 피처리기판을 위치시킬 수 있는 스테이지를 포함하는 반응챔버 및,
    상기 피처리기판에 증착될 반응물질의 플럭스가 스퍼터링에 의해 생성되는 복수개의 타겟부를 구비하여 구성되고,
    상기 반사체의 반사체홀은, 상기 그리드 어셈블리에서 가속된 플럭스가 입사되는 입사면에서의 플럭스 입사면적(A1) 보다 반사체에서 출사되는 중성빔 플럭스의 출사면적(A2)이 크게되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 중성빔발생장치를 갖춘 물리적기상 증착장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반사체와 상기 복수개의 타겟부는 한쪽 단부에 위치되 고, 상기 스테이지는 상기 한쪽 단부에 대향하는 다른쪽 단부에 위치되며,
    상기 타겟부 및 반사체는 상기 스테이지를 향해 플럭스를 조사하며, 이 플럭스 조사에 의해 상기 스테이지상의 피처리기판 상에 막이 증착되는 것을 특징으로 하는 중성빔발생장치를 갖춘 물리적기상 증착장치.
  3. 제1항에 있어서, 스테이지는 원통형으로 형성되고 회전할 수 있도록 구성되며, 이 스테이지의 원주면에 다수의 상기 피처리기판이 구비되며,
    상기 중성빔발생장치와 상기 타겟부는 상기 스테이지의 원주면과 대향하는 반응챔버 내에 위치되어, 상기 스테이지를 향해 플럭스를 발생시키는 것을 특징으로 하는 중성빔발생장치를 갖춘 물리적 기상 증착장치.
  4. 주입구를 통해 주입된 가스로부터 극성을 갖는 이온빔을 추출하는 이온소오스와, 상기 이온소오스의 한쪽 단부에 위치하며, 특정 극성의 이온빔을 가속시키는 복수개의 그리드홀이 형성된 그리드 어셈블리 및, 상기 그리드 어셈블리의 그리드홀에 대응하는 복수개의 반사체홀이 형성되어 있으며, 상기 그리드홀을 통과한 이온빔을 상기 반사체홀에서 반사시켜 중성빔으로 전환시키는 반사체를 구비하여 구성되는 중성빔발생장치와;
    상기 반사체의 단부에 위치되고, 주입구를 통해 가스가 주입될 수 있으며, 상기 반사체에서 발생된 중성빔의 진행경로상에 피처리기판을 위치시킬 수 있는 스테이지를 포함하는 반응챔버 및,
    상기 피처리기판에 증착될 반응물질을 서멀 또는 이빔방식으로 증발시키는 복수의 소스부를 구비하여 구성되고,
    상기 반사체의 반사체홀은, 상기 그리드 어셈블리에서 가속된 플럭스가 입사되는 입사면에서의 플럭스 입사면적(A1) 보다 반사체에서 출사되는 중성빔 플럭스의 출사면적(A2)이 크게되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 중성빔발생장치를 갖춘 물리적기상 증착장치.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 반사체홀은, 반사체의 중심축(c)으로부터 테두리를 향하는 방향을 따라 복수개 형성되는 동시에, 중심축에 대해서 모두 일정 각도(θc)로 경사를 이루고, 중심축으로부터 테두리면를 향하는 다수의 방향(r) 중 하나 상에 형성된 복수의 반사체홀은 상호 3차원적으로 평행하도록 구성하며, 중심축으로부터 테두리면를 향하는 다른 복수의 방향(r') 상에 형성된 복수의 반사체홀과는 3차원적으로 평행하지 않도록 구성된 것을 특징으로 하는 중성빔발생장치를 갖춘 물리적기상 증착장치.
  6. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 반사체홀에 입사되는 이온빔의 입사각이 15°이내의 범위인 것을 특징으로 하는 중성빔발생장치를 갖춘 물리적기상 증착장치.
  7. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 반사체 내의 반사체홀 또는 슬릿부의 표면에서 반사되는 이온빔의 반사각이 5°내지 40°인 것을 특징으로 하는 중성빔발생장치를 갖춘 물리적기상 증착장치.
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