KR20190103558A

KR20190103558A - 리니어 icp 플라즈마 소스 및 rf 플라즈마 소스의 안테나 모듈의 제조 방법

Info

Publication number: KR20190103558A
Application number: KR1020180023977A
Authority: KR
Inventors: 김용환
Original assignee: 주식회사 인포비온
Priority date: 2018-02-27
Filing date: 2018-02-27
Publication date: 2019-09-05
Also published as: KR102045058B1

Abstract

본 발명은 리니어 ICP 플라즈마 소스에 관한 것이다. 상기 ICP 플라즈마 소스의 안테나 모듈은, 세라믹 재질의 상판과 하판이 서로 합착되어 구성되어, 플라즈마 챔버의 개구부에 탑재되는 형상으로 이루어지고, 하판의 일면이 플라즈마 챔버의 내부를 향하도록 상기 개구부에 탑재된 세라믹 판; 플라즈마 챔버의 내부를 향하도록 배치된 세라믹 판의 일면에 탑재되고, 양단부는 RF 전원부와 연결되어 플라즈마 생성을 위한 전원을 인가받는 전극 안테나; 상기 세라믹 판의 상판과 하판의 서로 맞닿는 면들 중 하나에 형성되어 냉각수가 흐를 수 있도록 구성된 냉각수 관; 을 구비하여 상기 전극 안테나와 상기 냉각수 관이 서로 분리되어 배치된다.
본 발명에 따른 ICP 플라즈마 소스는 안테나를 플라즈마 챔버의 내부에 배치시킴으로써 플라즈마 생성을 위한 RF 파워의 전달 효율을 높이고, 전극 안테나와 냉각수관을 분리하여 배치함으로써, 전극 안테나를 일정한 패턴 형태로 고정시키고 냉각도 원할히 수행하게 되어 플라즈마와 공정에 대한 재현성을 유지함과 동시에 플라즈마 소스의 설치와 취급을 간단하면서도 정확도를 유지할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

리니어 ICP 플라즈마 소스 및 RF 플라즈마 소스의 안테나 모듈의 제조 방법{Manufacturing method for linear ICP plasma source and an antenna module for RF plasma source}

본 발명은 ICP 플라즈마 소스에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 ICP(Inductively Coupled Plasma) 타입의 플라즈마 생성을 위한 안테나와 냉각수관을 분리하여 구성함으로써, 다양한 형태의 안테나 제작이 용이할 뿐만 아니라 특히 리니어 형태의 안테나를 이용하여 대면적 소스를 제공할 수 있는 리니어 ICP 플라즈마 소스 및 그 제작 방법에 관한 것이다.

플라즈마(Plasma)란 전기적인 방전으로 인해 생기는 전하를 띈 양이온 및 전자들의 집단으로, 짝짓지 않은 전자를 갖는 원자단인 라디칼을 포함한다. 플라즈마 내부에는 활발하게 움직이는 전자, 이온 및 라디칼(radical)이 존재하므로 다른 물질을 여기 또는 전리시키는 화학적 반응을 일으킬 수 있다. 또한, 플라즈마 외부에 전계를 걸어줌으로써, 전자 및 이온의 운동 속도를 조절하여 다른 물질과 충돌을 유발하는 물리적 반응을 일으킬 수 있다. 상기 플라즈마에 의한 화학적 반응 및 물리적 반응은 물질을 증착하는 공정에 적용할 수 있을 뿐만 아니라 표면 세정(Cleaning), 에싱(Ashing), 식각(Etching) 등의 공정에도 적용할 수도 있고 플라즈마를 가두고서 빔 그리드와 액셀 그리드를 설치하여 이온빔과 전자빔 등의 각종 RF Beam Source로도 활용할 수가 있다.

전술한 플라즈마 기술은 현대 산업에 있어서 반도체 소자를 비롯하여 디스플레이, 태양전지, LED 등 무수히 많은 분야의 제조 장비들에 응용되어 사용되고 있다. 일반적으로 플라즈마를 이용한 처리 장치로는 박막 증착을 위한 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vaper Deposition) 장치, 증착된 박막을 식각하여 패터닝하는 식각(Etching) 장치, 스퍼터(Sputter), 애싱(Ashing) 장치, 이온빔 소스, 전자빔 소스 등이 있다.

최근에는 더욱이, 디스플레이 장치들의 크기가 커질 뿐만 아니라 대형 장비를 이용한 대량 양산을 통해 원가 경쟁력을 확보하기 위하여 그 제조 장비들이 대형화되고 있다. 따라서, 플라즈마 소스도 대형 장비에 사용될 수 있는 대면적 플라즈마 소스에 대한 필요성이 증대되고 있는 실정이다.

특히, LCD, OLED, Micro-LED 등의 대면적 디스플레이 장치나 대면적 솔라셀, 대면적 터치 스크린 등을 제작하기 위하여 균일한 증착층을 형성하거나 균일한 표면 처리가 요구됨에 따라, 이들을 수행할 수 있는 대면적 플라즈마 소스에 대한 필요성이 증대되고 있다.

한편, 대면적에 걸쳐 균일한 성능을 만들어 낼 수 있는 플라즈마 소스를 만들기 위해서는 대면적으로 균일한 플라즈마 밀도를 가진 소스를 확보하여야 되며, 이를 위해서 다양한 방법들이 사용되고 있다.

이러한 플라즈마 발생장치는 RF 전력의 인가방식에 따라 용량결합형(Capacitively Coupled Plasma; 이하 CCP)와, 유도결합형(Inductively Coupled Plasma; 이하, ICP) 장치로 구분된다.

상기 용량 결합형(CCP) 플라즈마 소스는 서로 대향되는 평행형판 전극에 RF 전원을 인가하여 전극 사이에 수직으로 형성되는 RF 전력을 인가하여 이로부터 생긴 RF 전기장을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 방식이다. 상기 CCP 플라즈마 소스는 플라즈마를 유지하는 RF 전원이 들어가는 전극판에 일정한 self bias가 걸린 negative potential을 가지게 된다. 따라서, CCP 플라즈마 소스는 plasma potential이 전극판의 일정한 negative potential에 종속되어 묶여 있기 때문에 자유로운 floating potential을 가지기 어려운 문제점이 있다.

한편, 상기 유도결합형(ICP) 플라즈마 소스는 진공으로 유지 가능한 플라즈마 처리를 실시하기 위하여 플라즈마 챔버의 외부에 고주파 안테나가 설치되고, 상기 고주파 안테나와 플라즈마 처리실 사이의 벽(window)은 유전체로 구성된다. 상기 고주파 안테나는 고주파 전력이 공급되어 플라즈마 챔버 내부에 유도전기장이 형성되고, 상기 유도전기장에 의해 상기 플라즈마 챔버에 도입된 처리 가스가 플라즈마화 되어 기판의 플라즈마 처리가 실시되는 방식이다.

따라서, ICP 플라즈마 소스는 플라즈마에 전극이 닿지 않기 때문에 plasma potential을 자유로운 floating potential로 만들어 플라즈마 하전 입자의 위치 에너지를 임의로 제어할 수 있게 되어 높은 전위를 갖는 플라즈마를 생성할 수 있다.

상기 유도결합형 플라즈마 소스는 상기 고주파 안테나의 모양과 가해준 외부 자기장에 따라 ICP(Inductively Coupled Plasma), TCP(Transformer Coupled Plasma), 헬리칼 플라즈마(Helical Plasma), 헬리콘 플라즈마(Helicon Plasma), ECR(Electron Cyclotron Resonance) 등으로 세분된다.

상기 유도결합형 플라즈마 소스에 있어서, 플라즈마 전위를 임의의 위치에너지로 올리면 플라즈마 속의 하전 입자는 가해준 위치 에너지 전위를 가지게 되므로, 이를 일정한 구멍을 갖는 그리드로 차폐시키고 하전입자만을 추출해서 기판 표면에 조사해주면 기판 표면 처리를 할 수 있는 하전 입자빔 Source를 만들 수 있게 된다.

이와 같이 고밀도 플라즈마를 이용할 수 있는 ICP 또는 TCP 플라즈마 소스의 안테나는 전원이 인가되어 전류가 흐르면 열이 발생하게 되므로 냉각수를 이용하여 냉각시켜 주어야 한다. 종래의 ICP 또는 TCP 플라즈마 소스의 안테나는 내부로 냉각수가 흐를 수 있는 구리관과 같은 금속 튜브로 제작되어, 안테나에 전원이 인가될 때 안테나의 내부로 냉각수를 흘려 안테나를 냉각시키게 된다.

종래의 ICP 또는 TCP 플라즈마 소스는 안테나를 내부로 냉각수가 흐를 수 있는 구리관과 같은 튜브로 제작함으로써, 안테나의 굵기가 두꺼워져 유전체 챔버인 플라즈마 윈도우로부터 일정한 이격 간격을 유지시키면서 안테나를 정밀하게 절곡시키거나 균일하게 배치하기가 어려워진다. 그 결과, 종래의 안테나 구조를 갖는 플라즈마 소스는 대면적에 균일하게 하전 입자빔을 제공하기 어려워지는 문제점을 갖고 있을 뿐만 아니라 안테나의 구경이 크므로 플라즈마를 바라보고 있는 방향에서 안테나의 표면이 capacitance를 가지게 되어 플라즈마 형성에 CCP 성향의 플라즈마 성분이 생겨 플라즈마의 완전한 floating이 어려워지는 단점을 낳게 된다.

한편, 종래의 ICP 플라즈마 소스는 RF 안테나 코일이 대기쪽에 배치되는데, 그 결과 플라즈마 소스의 크기가 커질수록 진공 압력에 견뎌야 하는 플라즈마 window인 유전체 챔버의 두께가 두꺼워져야 한다. 따라서, 안테나 코일에 흘려주는 RF 전원이 두꺼운 유전체 챔버 안으로 통과하여 유전체 챔버 안에 있는 가스를 해리하여 플라즈마로 만들어주어야 하므로 RF 파워의 손실이 커지게 된다.

이로 인해, 종래의 ICP 플라즈마 소스는 유전체 챔버와 안테나 코일을 진공안으로 배치하게 되고 유전체 챔버는 유전체 챔버를 감싸고 있는 안테나로부터 전달된 RF 파워에 의해 만들어진 플라즈마를 가두어 두는 역할을 하게 된다.

이와 같이, 유전체 챔버를 진공 안에 배치시키는 경우, 유전체 챔버를 진공의 압력을 견뎌야 하는 두께로 두꺼울 필요가 없기 때문에 유전체 챔버의 두께를 얇게 제작하여도 된다. 유전체 챔버의 두께가 얇아짐에 따라, 플라즈마를 통과시키기에 용이하게 된다. 하지만 안테나가 진공 안에 배치되어 있기 때문에 유전체 챔버 내벽이 오염이 되거나 플라즈마 챔버안의 다른 기체가 플라즈마 생성에 용이하지 않은 상황이 되면, RF Matching이 떨어지지 않으면서 플라즈마는 유전체 챔버 안에 생기지 않고 유전체 챔버 밖의 안테나 코일 주위로 생기게 된다.

이와 같은 상황이 되면, 안테나를 구성하는 금속관이 스퍼터되어 유전체 챔버의 외벽에 안테나 금속이 코팅되어 플라즈마 챔버안에 플라즈마가 생기는 일은 불가능하게 되어버린다.

그러므로, 안테나 코일을 사용한 ICP 플라즈마 소스는, 상기의 경우와 같이 RF 파워를 전달하는 안테나 코일이 진공 안에 설치되기 때문에 유전체 챔버 내부에 플라즈마가 형성되어야 하나 RF Matching이 떨어지지 않으면 안테나 코일이 있는 유전체 챔버 외부에 플라즈마가 생기는 단점이 있다.

한편, 안테나 코일을 사용한 ICP 플라즈마 소스는, 안테나 코일을 일정한 형태로 유지시키면서 유전체 챔버의 외부에 일정한 거리를 두고 고정시켜야 하며, 또한 유전체 챔버로부터 일정한 거리를 유지한 채 일정한 안테나의 패턴을 유지시켜야 한다. 또한, 안테나를 고정하여 지지하는 받침대는 RF 전원이 흐르지 않아야 하며, 플라즈마 챔버로부터 일정한 거리를 유지하면서 안테나를 지지하여야 하고, 유전체 챔버로부터 전달되어 오는 열에도 견딜 수 있는 재질로 만들어야 한다.

전술한 바와 같이 ICP 플라즈마 소스는 유전체 챔버와 RF 안테나 코일 및 상기 챔버와 코일을 고정하여 지지하는 지지대로 이루어지게 되며, 상기 플라즈마 소스는 이 자체가 갖는 모양이 소스의 전체 부피를 가지고 일정한 형태를 유지해야 한다.

그러나, ICP 플라즈마 소스를 클리닝하거나 overhaul하는 동안에도 안테나의 모양과 지지 거리, 유격 등이 항시 일정한 형태를 유지하여야 하며 그럼으로써 이로부터 만들어지는 플라즈마는 재현성을 가질 수 있어 그 결과 공정의 신뢰도를 이룰 수가 있으나 현실적으로 이러한 것이 어려운 측면이 있게 된다.

또한, ICP 플라즈마 소스는 RF 절연을 위하여 무거운 하중을 지지하기에는 어렵지만 최소의 접촉 면적으로 유전체 챔버와 RF 안테나 코일을 고정해야 하므로 플라즈마 소스를 수평, 수직, 거꾸로 설치하는 등 설치 방향에 따라 소스의 기구들이 자체 하중 때문에 일정한 구조적 형태를 유지하지 못하고 불안정해지는 문제점이 있으며 또한 이와 같은 변형된 자세의 설치로 플라즈마 유전체 챔버가 깨지기 쉬워 핸들링이 어려워지는 문제점이 있다. 이러한 문제점들은 플라즈마 소스의 overhaul이나 필요에 따른 교체 시기마다 반복되어 발생되어질 수 있다.

한국공개특허 제10-2010-0053255호

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 안테나를 플라즈마 챔버의 내부에 배치시키되, 안테나와 냉각수관을 분리하여 구성하고 플라즈마 대향으로 바라보는 안테나의 표면적을 최소화하여 CCP 성분이 최소화되고 대면적에 걸쳐 균일하게 플라즈마가 생성될 수 있도록 한 리니어 ICP 플라즈마 소스를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 안테나와 냉각수관을 분리하여 구성된 리니어 ICP 플라즈마 소스를 제작하는 방법을 제공하는 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제1 특징에 따른 ICP 플라즈마 소스는, 전체적으로 유전체로 이루어지고, 일면에 안테나 모듈이 장착될 개구부가 형성된 플라즈마 챔버; 상기 플라즈마 챔버의 개구부에 장착된 안테나 모듈; 상기 안테나 모듈로 RF 전압을 인가하는 RF 전원부: 를 구비하고,

상기 안테나 모듈은, 세라믹 재질의 상판과 하판이 서로 합착되어 구성되어, 상기 플라즈마 챔버의 개구부에 탑재되는 형상으로 이루어지고, 하판의 일면이 상기 플라즈마 챔버의 내부를 향하도록 상기 개구부에 탑재된 세라믹 판; 상기 플라즈마 챔버의 내부를 향하도록 배치된 세라믹 판의 일면에 탑재되고, 양단부는 상기 RF 전원부와 연결되어 플라즈마 생성을 위한 전원을 인가받는 전극 안테나; 상기 세라믹 판의 상판과 하판의 서로 맞닿는 면들 중 하나에 형성되어 냉각수가 흐를 수 있도록 구성된 냉각수 관; 을 구비하여 상기 전극 안테나와 상기 냉각수 관이 서로 분리되어 배치된다.

전술한 제1 특징에 따른 유도 결합형 플라즈마 소스에 있어서, 상기 냉각수 관은 상기 전극 안테나가 형성된 면과 대향되는 상판의 일면에 형성되거나 상판과 맞닿는 하판의 일면에 형성된 것이 바람직하다.

전술한 제1 특징에 따른 유도 결합형 플라즈마 소스에 있어서, 상기 전극 안테나는 세라믹 판의 하판의 일면에 소정 형상의 안테나용 홈을 형성하고 상기 안테나용 홈에 전기 전도성 금속 파우더 또는 금속 페이스트 혹은 금속 페이스트를 채운 후 열처리 소결을 하여 형성된 것이 바람직하다.

전술한 제1 특징에 따른 유도 결합형 플라즈마 소스에 있어서, 상기 냉각수 관은 상기 세라믹 판의 상판과 하판이 서로 맞닿는 면들 중 하나에 냉각수용 홈을 파고, 상기 냉각수용 홈이 형성된 상판 또는 하판과 나머지의 판을 서로 합착시켜, 냉각수 관이 형성된 것이 바람직하다.

본 발명의 제2 특징에 따른 유도 결합형 플라즈마 소스는, 전체적으로 유전체로 이루어지고, 일면에 안테나 모듈이 장착될 개구부가 형성된 플라즈마 챔버; 상기 플라즈마 챔버의 개구부에 장착된 안테나 모듈; 상기 안테나 모듈로 RF 전압을 인가하는 RF 전원부: 를 구비하고,

상기 안테나 모듈은, 세라믹 재질의 판상 형태로 구성되어, 일면이 상기 플라즈마 챔버의 내부를 향하도록 상기 플라즈마 챔버의 개구부에 탑재된 세라믹 판; 금속 재질의 튜브 형태로 이루어져 상기 플라즈마 챔버의 내부를 향하도록 배치된 세라믹 판의 일면에 탑재되고, 양단부는 상기 RF 전원부와 연결되어 플라즈마 생성을 위한 전원을 인가받는 전극 안테나; 을 구비하여 상기 튜브 형태의 전극 안테나는 내부로 냉각수가 공급되도록 구성된다.

전술한 제2 특징에 따른 유도 결합형 플라즈마 소스에 있어서, 상기 세라믹 판은 일면에 전극 안테나를 탑재하기 위한 소정 형상의 안테나용 홈이 형성되고, 상기 안테나용 홈에 상기 전극 안테나가 탑재된 것이 바람직하다.

전술한 제1 및 제2 특징에 따른 유도 결합형 플라즈마 소스에 있어서, 상기 유도 결합형 플라즈마 소스는 상기 전극 안테나의 표면을 500㎛ 이하의 알루미나 혹은 지르코니아 세라믹으로 코팅하여 형성된 세라믹 코팅층을 더 구비하거나, 상기 전극 안테나의 전면에 전극 안테나로부터 일정 거리 이격된 위치에 세라믹 재질의 플라즈마 차폐막을 더 구비하여, 상기 전극 안테나가 플라즈마에 직접 닿지 않도록 하는 것이 바람직하다.

전술한 제1 및 제2 특징에 따른 유도 결합형 플라즈마 소스에 있어서, 상기 유도 결합형 플라즈마 소스는 전극 안테나의 전면에 생성된 플라즈마로부터 이온 또는 전자를 선택적으로 추출하여 이온빔 또는 전자빔을 출력할 수 있도록 구성된 빔 출력 모듈을 더 구비하여, 상기 유도 결합형 플라즈마 소스를 이온빔 또는 전자빔 소스로 동작하도록 할 수 있다.

전술한 제1 및 제2 특징에 따른 유도 결합형 플라즈마 소스에 있어서, 상기 빔 출력 모듈은, 전극 안테나의 전면에 생성되는 플라즈마를 가두어 둘 수 있도록 형성된 금속 재질의 플라즈마 하우징; 상기 플라즈마 하우징으로부터 플라즈마의 이온 또는 전자를 추출하기 위하여 플라즈마 하우징의 일면에 형성된 1차 그리드; 상기 1차 그리드로부터 추출된 이온 또는 전자를 가속시키기 위하여, 상기 1차 그리드의 전면에 1차 그리드와 일정 간격 이격된 위치에 배치된 2차 그리드;를 구비하여, 상기 1차 그리드 및 2차 그리드에 인가되는 전압을 조절하여 2차 그리드를 통해 이온빔 또는 전자빔이 출력되도록 한다.

본 발명의 제3 특징에 따른 유도 결합형 플라즈마 소스의 제조 방법은, (a) 제1 세라믹 판의 제1 면에 소정 형상을 갖는 홈을 파서 냉각수용 홈을 형성하는 단계; (b) 제2 세라믹 판의 제1 면에 전극 안테나의 패턴에 대응되는 소정 형상을 갖는 홈을 파서 안테나용 홈을 형성하는 단계; (c) 상기 제1 세라믹 판의 제1 면과 제2 세라믹 판의 제2 면을 합착시켜 냉각수 관을 형성하는 단계; (d) 상기 안테나용 홈에 전기 전도성 금속 파우더 또는 금속 페이스트를 채운 후 열처리 소결을 하여 제2 세라믹 판의 제1 면에 도체의 전극 안테나를 형성하는 단계;를 구비한다.

본 발명의 제4 특징에 따른 유도 결합형 플라즈마 소스의 제조 방법은, (a) 제2 세라믹 판의 제1 면에 전극 안테나의 패턴에 대응되는 소정 형상을 갖는 홈을 파서 안테나용 홈을 형성하는 단계; (b) 상기 안테나용 홈이 형성된 제1 면과 대향되는 제2 세라믹 판의 제2 면에 홈을 파서 냉각수용 홈을 형성하는 단계; (c) 냉각수용 홈이 형성된 상기 제2 세라믹 판의 제2 면에 제1 세라믹 판의 제1 면을 합착시켜 냉각수 관을 형성하는 단계; (d) 상기 안테나용 홈에 전기 전도성 금속 파우더 또는 금속 페이스트를 채운 후 열처리 소결을 하여 제2 세라믹 판의 제1 면에 도체의 전극 안테나를 형성하는 단계;를 구비한다.

한편, 전술한 제조 방법에 있어서, (b) 단계와 (c) 단계를 수행하여, 제1 세라믹 판에 냉각수 관을 먼저 파고 합착한 뒤, (a) 단계와 (d) 단계를 수행하여 제2 세라믹 판에 안테나 홈을 파고 금속을 바른 뒤 소성한 후, 마지막에 안테나 표면에 알루미나 혹은 지르코니아 세라믹을 코팅하여 완성할 수도 있다.

본 발명의 제5 특징에 따른 유도 결합형 플라즈마 소스의 제조 방법은, (a) 세라믹 판의 제1 면에 전극 안테나의 패턴에 대응되는 소정 형상을 갖는 홈을 파서 안테나용 홈을 형성하는 단계; (b) 상기 안테나용 홈에 튜브 형태의 전극 안테나를 삽입하는 단계; (c) 상기 세라믹 판의 제1 면에 형성된 전극 안테나의 전면에 전극 안테나로부터 일정 거리 이격된 위치에 플라즈마 차폐의 역할을 하는 플라즈마 차폐막을 형성하여, 전극 안테나가 플라즈마에 직접 닿는 것을 방지하는 단계; 를 구비한다.

전술한 제3 및 제4 특징에 따른 유도 결합형 플라즈마 소스의 제조 방법에 있어서, (e) 상기 제1 세라믹 판의 제1 면에 형성된 전극 안테나의 전면에 전극 안테나로부터 일정 거리 이격된 위치에 플라즈마 차폐의 역할을 하는 플라즈마 차폐막을 형성하거나 상기 전극 안테나의 전면에 알루미나 또는 지르코니아 세라믹을 코팅하여 세라믹 코팅층을 형성하여, 전극 안테나가 플라즈마에 직접 닿는 것을 방지하는 단계; 를 더 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 ICP 플라즈마 소스는, RF 파워를 전달하는 안테나 코일이 진공에 설치되지 않고 금속 재질의 안테나 코일이 세라믹 재질의 유전체 내부에 삽입되어 있거나 안테나 코일로부터 일정한 거리(약 5mm 이하) 이하를 유지하도록 가공된 세라믹 재질의 유전체에 둘러 쌓여 있기 때문에, RF matching이 떨어지지 않는다 할지라도 안테나 코일의 주위로 플라즈마가 생겨서 유전체 챔버의 외벽에 안테나 금속이 스퍼터되어 코팅되는 일은 없게 된다.

또한, 본 발명에 따른 ICP 플라즈마 소스는, 전술한 바와 같이 금속 재질의 안테나 코일이 세라믹 재질의 유전체 내부에 삽입되어 있거나 안테나 코일로부터 일정한 거리(약 5mm 이하) 이하를 유지하도록 가공된 세라믹 재질의 유전체에 둘러 쌓여 있기 때문에, 이 자체가 갖는 모양이 항상 일정한 형태를 유지할 수 있게 된다. 그럼으로써, 플라즈마 소스를 클리닝하거나 overhaul하는 동안에도 항상 일정한 형태를 유지할 수 있게 되고, 그 결과 본 발명에 따른 플라즈마 소스로부터 만들어지는 플라즈마에 대한 재현성을 갖게 될 뿐만 아니라 이로 인해 공정의 신뢰도를 이룰 수 있게 된다.

또한, 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 ICP 플라즈마 소스는 안테나 코일이 항상 일정한 형태를 유지할 수 있기 때문에, 플라즈마 소스를 수평, 수직, 거꾸로 설치하는 등 설치 방향에 관계없이 안테나 코일이 일정한 구조적 형태를 유지할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 따른 ICP 플라즈마 소스는 플라즈마 챔버가 견고한 세라믹 재질의 유전체로 이루어지므로 플라즈마 챔버가 깨지는 일이 거의 발생하지 않게 되며, 이로 인해 플라즈마 소스의 overhaul이나 필요에 따른 교체 시기마다 안정적으로 다룰 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 ICP 플라즈마 소스는 RF mis-matching에 의하여 안테나 코일의 주위로 플라즈마가 뜨는 일이 없으며, 플라즈마 window가 얇아서 플라즈마를 만드는 RF 파워의 전달 효율이 높고, 안테나 코일을 일정한 형태로 고정시킴으로써 플라즈마와 공정의 재현성을 유지할 수 있으며, 일정한 안테나 코일의 모양을 유지하면서도 안테나 코일의 냉각을 원할히 수행할 수 있기 때문에, 전체 플라즈마 소스의 설치와 취급이 간단하면서도 정확도를 유지할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 ICP 플라즈마 소스는 플라즈마를 바라보는 방향에 있는 안테나의 표면적이 적어서 플라즈마에 미치는 CCP 성분이 존재하지 않거나 적어서 플라즈마의 floating을 만들기가 쉬우며 이로부터 플라즈마를 감싸고 있는 재질이나 그리드에 플라즈마의 이온이 충돌하여 그리드 금속 물질을 스퍼터하므로 이로부터 플라즈마 윈도우인 세라믹 물질의 내부에 스퍼터된 금속물질이 코팅되게 하는 일이 없게 되고 floating 이 용이하게 되므로 높은 에너지를 가진 하전 입자빔을 만들기가 용이하게 된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 ICP 플라즈마 소스(1)를 도시한 단면도이며, 도 2의 (a)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 ICP 플라즈마 소스(1)에 대한 정면도이며, (b)는 A-A' 방향에서의 단면도이며, (c)는 B-B' 방향에서의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 ICP 플라즈마 소스의 안테나 모듈의 제조 공정을 순차적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 ICP 플라즈마 소스의 안테나 모듈을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 ICP 플라즈마 소스를 이용한 이온빔 또는 전자빔 소스에 있어서, 안테나 모듈 및 빔 출력 모듈을 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 ICP 플라즈마 소스에 있어서, 안테나 배치 구조에 대한 다른 실시 형태를 도시한 안테나 모듈의 저면도이다.

본 발명에 따른 ICP 플라즈마 소스는 안테나를 플라즈마 챔버의 내부에 배치시킴으로써 플라즈마 생성을 위한 RF 파워의 전달 효율을 높이고, 전극 안테나와 냉각수관을 분리하여 배치함으로써, 전극 안테나를 일정한 패턴 형태로 고정시키고 냉각도 원할히 수행하게 되어 플라즈마와 공정에 대한 재현성을 유지함과 동시에 플라즈마 소스의 설치와 취급을 간단하면서도 정확도를 유지할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 ICP 플라즈마 소스의 구조 및 동작, 그리고 그 제조 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.

< 제1 실시예 >

이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 ICP 플라즈마 소스의 구조 및 제작 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 ICP 플라즈마 소스(1)를 도시한 단면도이며, 도 2의 (a)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 ICP 플라즈마 소스(1)에 대한 저면도이며, (b)는 A-A' 방향에서의 단면도이며, (c)는 B-B' 방향에서의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 ICP 플라즈마 소스는, 플라즈마 챔버(10), 안테나 모듈(12) 및 RF 전원부(14)를 구비한다. 상기 안테나 모듈(12)은 상기 플라즈마 챔버의 개구부에 탑재된 세라믹 판(120); 세라믹판의 일면에 탑재된 전극 안테나(122); 전극 안테나가 탑재된 면과 대향되는 상기 세라믹판의 일면에 형성된 냉각수 관(124); 상기 전극 안테나의 전면에 설치된 플라즈마 차폐막(126); 을 구비한다. 이하, 전술한 각 구성 요소들에 대하여 구체적으로 설명한다.

상기 플라즈마 챔버(10)는 세라믹 재질의 유전체로 이루어지며, 전극 안테나를 통해 인가되는 RF 전원에 의해 플라즈마 챔버의 내부에 플라즈마가 형성된다. 상기 플라즈마 챔버는 알루미나, 지르코니아, 보론나이트라이드, 파이로리틱 보론나이트라이드, 쿼츠, 파이렉스 중 하나로 이루어질 수 있다. 상기 플라즈마 챔버(10)는 안테나 모듈이 탑재되기 위한 개구부를 구비하고, 상기 개구부는 안테나 모듈에 의해 밀봉되어야 한다.

상기 안테나 모듈(20)은 상기 플라즈마 챔버의 개구부에 탑재되고, RF 전원부로부터 인가된 RF 전원에 의해 플라즈마 챔버의 내부에 플라즈마를 생성하게 된다.

상기 세라믹 판(120)은 일면이 서로 맞닿는 상판(1202) 및 하판(1204)으로 구성되고, 상기 하판(1204)은 일면이 상기 플라즈마 챔버의 내부를 향하도록 배치되고, 상기 전극 안테나(122)는 상기 하판(1204)의 일면에 탑재되어 상기 플라즈마 챔버의 내부를 향하도록 배치된다. 상기 세라믹 판은 알루미나, 지르코니아, 보론나이트라이드, 파이로리틱 보론나이트라이드, 파이렉스, 쿼츠 등으로 제작될 수 있다.

상판과 하판으로 구성된 상기 세라믹 판은 상기 플라즈마 챔버(10)의 개구부에 탑재된다. 이때, 서로 맞닿는 개구부의 단부와 세라믹 판이 외주면의 사이에 O-ring 과 같은 탄성 재질의 밀봉 부재(102)를 배치함으로써, 상기 개구부가 안테나 모듈의 세라믹 판(120)에 의해 밀봉되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 전극 안테나(122)는 플라즈마 챔버의 내부를 향하도록 배치된 세라믹 판의 하판의 일면에 탑재되고, 양단부는 RF 전원부와 연결되어 플라즈마 생성을 위한 전원을 인가한다. 상기 전극 안테나(122)는, 하판(1204)의 일면에 전극 안테나의 패턴에 대응되는 형상을 갖는 홈을 파서 안테나용 홈을 형성하고, 상기 안테나용 홈에 전기 전도성 금속 파우더 또는 금속 페이스트를 채운 후 열처리 소결을 함으로써, 도체의 전극 안테나를 완성하게 된다. 한편, 상기 하판에 형성된 전극 안테나의 양단부에 대응되는 위치의 하판과 상판에 관통홀을 형성하고 상기 관통홀에 도전성 금속 물질을 채워 넣음으로써, 상판(1202)의 상부면에 전극 안테나의 양단부와 연결된 전원 입력 단자(Power IN)와 전원 출력 단자(Power OUT)가 형성되도록 한다.

상기 냉각수 관(124)은 상기 상판과 하판의 서로 맞닿는 면들 중 상판(1202)의 표면에 형성함으로써, 상기 전극 안테나(122)과 상기 냉각수 관(122)은 서로 분리된다. 도 2를 참조하면, 상기 냉각수 관(124)은 상판(1202)의 일면에 냉각수용 홈을 파고, 상판(1202)의 상기 냉각수용 홈이 형성된 표면을 하판(1204)과 합착시킴으로써, 상판과 하판의 계면에 냉각수 관(124)을 형성할 수 있다. 이 경우, 상판(1202)의 일면에는 냉각수 관(124)이 형성되고, 하판(1202)의 일면에는 전극 안테나(122)가 탑재된다. 상기 냉각수관의 양단부에 대응되는 위치의 상판은 상부 표면까지 관통홀을 형성함으로써, 냉각수 주입구(냉각수 IN)와 냉각수 배출구(냉각수 OUT)를 상판의 상부 표면에 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 플라즈마 소스에서의 냉각수 관의 다른 실시 형태에 따르면, 상기 냉각수 관은 상기 전극 안테나가 형성된 면과 대향되는 하판의 일면에 형성될 수도 있다. 상기 다른 실시 형태에 따른 냉각수 관은, 전극 안테나가 형성된 면과 대향되는 하판의 일면에 냉각수용 홈을 파고, 하판의 냉각수용 홈이 형성된 표면을 상판과 합착시킴으로써, 상판과 하판의 계면에 냉각수 관을 형성할 수도 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 세라믹 판의 하판의 서로 대향되는 제1 면과 제2 면에 각각 전극 안테나과 냉각수 관을 서로 분리하여 배치하게 된다.

상기 플라즈마 차폐막(126)은, 상기 유도 결합형 플라즈마 소스에 있어서 상기 전극 안테나의 전면에 전극 안테나로부터 일정 거리 이격된 위치에 배치되어 플라즈마 윈도우(window) 역할을 하게 된다. 이때, 상기 플라즈마 차폐막(126)과 전극 안테나(122)과의 이격 거리는 약 5㎜ 이하를 유지하도록 구성되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 상기 플라즈마 차폐막을 전극 안테나의 전면에 배치하여 플라즈마 윈도우로 사용함으로써, 전극 안테나가 플라즈마에 직접적으로 노출되지 않도록 할 수 있다.

상기 플라즈마 차폐막은 쿼츠(Quartz), 파이렉스, 유리, 알루미나 판과 같은 세라믹 재질로 이루어질 수 있으며, 두께는 약 2~3㎜ 로 형성될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 플라즈마 소스에 있어서, 상기 플라즈마 차폐막을 대신하여 상기 전극 안테나의 전면에 알루미나, 지르코니아 등과 같은 세라믹을 수십 ~ 500 ㎛ 정도로 코팅하여 세라믹 코팅층을 형성할 수 있다. 상기 세라믹 코팅층은 플라즈마 윈도우 역할을 수행하여 전극 안테나가 플라즈마에 직접적으로 노출되지 않도록 할 수 있으며, 세라믹 코팅층의 두께가 얇아서 플라즈마의 파워 손실없이 효율적인 파워 전달이 이루어질 수 있게 된다.

< 제1 실시예에 따른 안테나 모듈의 제조 방법 >

이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 ICP 플라즈마 소스의 안테나 모듈의 제조 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 ICP 플라즈마 소스의 안테나 모듈의 제조 공정을 순차적으로 도시한 단면도이다. 본 발명에 따른 ICP 플라즈마 소스의 안테나 제조 방법은, 도 3의 (a)를 참조하면, 상판이 될 제1 세라믹 판(1202)의 제1 면에 홈을 파서 냉각수용 홈(124)을 형성한다.

다음, 도 3의 (b)를 참조하면, 하판이 될 제2 세라믹 판(1204)의 제1 면에 전극 안테나의 패턴에 대응되는 소정 형상을 갖는 홈을 파서 안테나용 홈(302)을 형성한다.

다음, 도 3의 (c)를 참조하면, 상기 제1 세라믹 판(1202)의 제1 면에 제2 세라믹 판(1204)의 제2 면을 합착시켜 냉각수 관(124)을 형성한다.

다음, 도 3의 (d)를 참조하면, 상기 안테나용 홈(302)에 전기 전도성 금속 파우더 또는 금속 페이스트를 채운 후 열처리 소결을 함으로써, 제2 세라믹 판(1204)의 일면에 도체의 전극 안테나(122)를 형성한다. 상기 제1 및 제2 세라믹 판은 알루미나, 지르코니아, 보론나이트라이드, 파이로리틱 보론나이트라이드, 쿼츠, 파이렉스 중 하나로 제작될 수 있다.

다음, 도 3의 (e)를 참조하면, 전극 안테나의 양단부에 대응되는 위치의 하판과 상판에 안테나용 관통홀(306)을 형성하고 상기 안테나용 비아홀을 전기 전도성 금속 물질을 채워넣어 전원 입력 단자와 전원 출력 단자를 형성하며, 냉각수관의 양단부에 대응되는 위치의 상판에 관통홀(308)을 형성하여 냉각수 주입구와 냉각수 배출구를 형성한다. 그리고, 상기 제2 세라믹 판의 제1 면에 형성된 전극 안테나(122)의 전면에 전극 안테나로부터 일정 거리 이격된 위치에 플라즈마 윈도우의 역할을 하는 플라즈마 차폐막(126)을 형성한다.

한편, 플라즈마 차폐막을 대신하여, 전극 안테나의 전면에 알루미나 또는 지르코니아 세라믹을 코팅하여 세라믹 코팅층을 형성할 수도 있다.

한편 본 발명에 따른 ICP 플라즈마 소스의 제작 방법에 있어서, 냉각수관의 제조 단계에 대한 다른 실시 형태는 제1 세라믹 판의 제1 면과 대향되는 제2 면에 냉각수용 홈을 형성하고, 제1 세라믹의 제2면에 제2 세라믹을 합착시킴으로써, 제1 세라믹의 제1면과 제2면에 각각 전극 안테나와 냉각수 관을 형성할 수도 있다.

< 제2 실시예 >

이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 ICP 플라즈마 소스의 구조 및 제작 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 ICP 플라즈마 소스는, 제1 실시예의 플라즈마 소스와 마찬가지로, 플라즈마 챔버, 안테나 모듈 및 RF 전원부를 구비하며, 안테나 모듈을 제외한 나머지의 구성은 제1 실시예의 그것들과 동일하다. 따라서, 이하, 제2 실시예에 따른 플라즈마 소스의 안테나 모듈에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 ICP 플라즈마 소스의 안테나 모듈을 도시한 단면도이다. 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 ICP 플라즈마 소스는, 상기 안테나 모듈(40)은 상기 플라즈마 챔버의 개구부에 탑재된 세라믹 판(400); 세라믹판의 일면에 탑재된 전극 안테나(410); 상기 전극 안테나의 전면에 설치된 플라즈마 차폐막(430); 을 구비한다. 이하, 전술한 각 구성 요소들에 대하여 구체적으로 설명한다.

상기 안테나 모듈(40)은 상기 플라즈마 챔버의 개구부에 탑재되고, RF 전원부로부터 인가된 RF 전원에 의해 플라즈마 챔버의 내부에 플라즈마를 생성하게 된다.

상기 세라믹 판(400)은 일면이 상기 플라즈마 챔버의 내부를 향하도록 배치되고, 상기 전극 안테나(410)는 상기 플라즈마 챔버의 내부를 향하도록 배치된 세라믹 판의 일면에 배치된다. 상기 세라믹 판은 알루미나, 지르코니아, 보론나이트라이드, 파이로리틱 보론나이트라이드, 파이렉스, 쿼츠 등으로 제작될 수 있다.

상기 세라믹 판은 상기 플라즈마 챔버의 개구부에 탑재된다. 이때, 서로 맞닿는 개구부의 단부와 세라믹 판이 외주면의 사이에 O-ring 과 같은 탄성 재질의 밀봉 부재를 배치함으로써, 상기 개구부를 밀봉시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기 전극 안테나(410)는 전기 전도성을 갖는 금속 재질의 튜브 형상으로 이루어지며, 상기 세라믹 판의 일면에 형성된 소정 형상의 안테나 홈에 탑재된다. 튜브 형태의 상기 전극 안테나는 튜브의 내부에 냉각수를 주입시켜 냉각 기능을 수행하게 된다.

상기 전극 안테나(410)의 양단부는 RF 전원과 연결되어 플라즈마 생성을 위한 전원을 인가한다. 세라믹 판(400)의 일면에 소정 형상을 갖는 홈을 파서 안테나용 홈을 형성하고, 상기 안테나용 홈에 상기 전극 안테나를 탑재시킨 후 고정하게 된다. 이로써, 본 실시예에 따른 플라즈마 소스의 안테나 모듈은 하나의 세라믹판에 전극 안테나를 탑재할 수 있게 된다.

본 실시예에 따른 플라즈마 소스의 안테나 모듈도, 제1 실시예의 그것과 마찬가지로, 전극 안테나가 플라즈마에 직접적으로 노출되는 것을 방지하기 위하여 플라즈마 차폐막 또는 세라믹 코팅층을 전극 안테나의 전면에 설치할 수 있다. 본 실시예에 따른 플라즈마 차폐막 또는 세라믹 코팅층은 제1 실시예에 설명된 것들과 동일하다.

전술한 제1 내지 제2 실시예에 따른 ICP 플라즈마 소스는 플라즈마로부터 이온 또는 전자를 추출하여 출력시킴으로써, 이온빔 또는 전자빔 소스로 사용할 수 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 ICP 플라즈마 소스를 이용한 이온빔 또는 전자빔 소스의 구조 및 동작에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 5는 본 발명에 따른 ICP 플라즈마 소스를 이용한 이온빔 또는 전자빔 소스에 있어서, 안테나 모듈 및 빔 출력 모듈을 도시한 단면도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 ICP 플라즈마 소스를 이용한 이온빔 또는 전자빔 소스는, 플라즈마 챔버의 개구부에 탑재된 안테나 모듈(50) 및 상기 안테나 모듈의 전면에 설치된 빔 출력 모듈(60)을 구비한다.

본 실시예에 따른 상기 안테나 모듈(50)은 제1 및 제2 실시예에 따른 안테나 모듈들 중 하나를 사용할 수 있다.

상기 빔 출력 모듈(60)은, 전극 안테나의 전면에 생성되는 플라즈마를 가두어 둘 수 있도록 형성된 금속 재질의 플라즈마 하우징(600); 상기 플라즈마 하우징으로부터 플라즈마의 이온 또는 전자를 추출하기 위하여 플라즈마 하우징의 일면에 형성된 1차 그리드(610); 상기 1차 그리드로부터 추출된 이온 또는 전자를 가속시키기 위하여, 상기 1차 그리드의 전면에 1차 그리드와 일정 간격 이격된 위치에 배치된 2차 그리드(620);을 구비한다.

상기 빔 출력 모듈(60)의 상기 1차 그리드(610) 및 2차 그리드(620)에 인가되는 전압을 조절함으로써, 1차 그리드를 통해 플라즈마의 이온 또는 전자를 추출되고, 추출된 이온 또는 전자는 2차 그리드에 인가된 전압에 의해 가속되어 2차 그리드를 통해 이온빔 또는 전자빔을 출력한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 1차 그리드에 양의 전압을 인가시키고 2차 그리드에 음의 전압을 인가시키면, 플라즈마의 이온들이 추출되어 출력됨으로써 이온빔 소스로서 동작하게 된다. 한편, 이와 반대로 1차 그리드에 음의 전압을 인가시키고 2차 그리드에 양의 전압을 인가시키면, 플라즈마의 전자들이 추출되어 출력됨으로써 전자빔 소스로서 동작하게 된다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 ICP 플라즈마 소스에 있어서, 안테나 배치 구조에 대한 다른 실시 형태를 도시한 안테나 모듈의 저면도이다.

전술한 제1 내지 제2 실시예에 따른 ICP 플라즈마 소스의 안테나 모듈에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이 단일의 전극 안테나(122)를 배치할 수 있으며, 도 6에 도시된 바와 같이 2개의 전극 안테나를 나란히 배치할 수 있다. 각 전극 안테나의 양단부는 각각 전원 입력 단자(Power IN) 및 전원 출력 단자(Power OUT)가 된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 제1 전극 안테나(A)와 제2 전극 안테나(B)를 나란히 배치하되, 제1 전극 안테나의 패턴과 제2 전극 안테나의 패턴은 서로 대칭되도록 거울 반사형 구조를 갖도록 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 제1 전극 안테나와 제2 전극 안테나의 전원 입력 단자들(Power IN)에 별도의 RF 전원을 인가하거나, 단일의 RF 전원의 양측 단자에 제1 및 제2 전극 안테나의 전원 입력 단자를 각각 연결시킴으로써 제1 및 제2 전극 안테나에 동시에 RF 전원을 인가할 수도 있다.

한편, 전술한 바와 같이, 서로 대칭되는 거울 반사형 구조의 패턴을 갖는 제1 및 제2 전극 안테나의 쌍을 측면으로 연속적으로 배치함으로써, 플라즈마 소스의 크기를 확장시킬 수 있으며, 그 결과 대형의 선형(Linear) 플라즈마 소스를 간단하게 제작할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 플라즈마 챔버
12, 40, 50 : 안테나 모듈
120, 400 : 세라믹 판
1202 : 상판
1204 : 하판
122, 410 : 전극 안테나
124 : 냉각수 관
126, 430 : 플라즈마 차폐막
60 : 빔 출력 모듈
610 : 1차 그리드
620 : 2차 그리드

Claims

전체적으로 유전체로 이루어지고, 일면에 안테나 모듈이 장착될 개구부가 형성된 플라즈마 챔버;
상기 플라즈마 챔버의 개구부에 장착된 안테나 모듈;
상기 안테나 모듈로 RF 전압을 인가하는 RF 전원부:
를 구비하고, 상기 안테나 모듈은,
세라믹 재질의 상판과 하판이 서로 합착되어 구성되어, 상기 플라즈마 챔버의 개구부에 탑재되는 형상으로 이루어지고, 하판의 일면이 상기 플라즈마 챔버의 내부를 향하도록 상기 개구부에 탑재된 세라믹 판;
상기 플라즈마 챔버의 내부를 향하도록 배치된 세라믹 판의 일면에 탑재되고, 양단부는 상기 RF 전원부와 연결되어 플라즈마 생성을 위한 전원을 인가받는 전극 안테나;
상기 세라믹 판의 상판과 하판의 서로 맞닿는 면들 중 하나에 형성되어 냉각수가 흐를 수 있도록 구성된 냉각수 관;
을 구비하여 상기 전극 안테나와 상기 냉각수 관이 서로 분리되어 배치된 것을 특징으로 하는 유도 결합형 플라즈마 소스.
제1항에 있어서, 상기 냉각수 관은 상기 전극 안테나가 형성된 면과 대향되는 상판의 일면에 형성되거나 상판과 맞닿는 하판의 일면에 형성된 것을 특징으로 하는 유도 결합형 플라즈마 소스.
제1항에 있어서, 상기 전극 안테나는 세라믹 판의 상판의 일면에 소정 형상의 안테나용 홈을 형성하고 상기 안테나용 홈에 전기 전도성 금속 파우더 또는 금속 페이스트를 채운 후 열처리 소결을 하여 형성된 것을 특징으로 하는 유도 결합형 플라즈마 소스.
제1항에 있어서, 상기 냉각수 관은 상기 세라믹 판의 상판과 하판이 서로 맞닿는 면들 중 하나에 냉각수용 홈을 파고, 상기 냉각수용 홈이 형성된 상판 또는 하판과 나머지의 판을 서로 합착시켜, 냉각수 관이 형성된 것을 특징으로 하는 유도 결합형 플라즈마 소스.
전체적으로 유전체로 이루어지고, 일면에 안테나 모듈이 장착될 개구부가 형성된 플라즈마 챔버;
상기 플라즈마 챔버의 개구부에 장착된 안테나 모듈;
상기 안테나 모듈로 RF 전압을 인가하는 RF 전원부:
를 구비하고, 상기 안테나 모듈은,
세라믹 재질의 판상 형태로 구성되어, 일면이 상기 플라즈마 챔버의 내부를 향하도록 상기 플라즈마 챔버의 개구부에 탑재된 세라믹 판;
금속 재질의 튜브 형태로 이루어져 상기 플라즈마 챔버의 내부를 향하도록 배치된 세라믹 판의 일면에 탑재되고, 양단부는 상기 RF 전원부와 연결되어 플라즈마 생성을 위한 전원을 인가받는 전극 안테나;
을 구비하여 상기 튜브 형태의 전극 안테나는 내부로 냉각수가 공급되도록 구성된 것을 특징으로 하는 유도 결합형 플라즈마 소스.
제5항에 있어서, 상기 세라믹 판은 일면에 전극 안테나를 탑재하기 위한 소정 형상의 안테나용 홈이 형성되고, 상기 안테나용 홈에 상기 전극 안테나가 탑재된 것을 특징으로 하는 유도 결합형 플라즈마 소스.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유도 결합형 플라즈마 소스는 상기 전극 안테나의 표면이 세라믹으로 코팅되거나, 상기 전극 안테나의 전면에 전극 안테나로부터 일정 거리 이격된 위치에 세라믹 재질의 플라즈마 차폐막을 더 구비하여, 상기 전극 안테나가 플라즈마에 직접 닿지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 유도 결합형 플라즈마 소스.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유도 결합형 플라즈마 소스는 전극 안테나의 전면에 생성된 플라즈마로부터 이온 또는 전자를 선택적으로 추출하여 이온빔 또는 전자빔을 출력할 수 있도록 구성된 빔 출력 모듈을 더 구비하여,
상기 유도 결합형 플라즈마 소스를 이온빔 또는 전자빔 소스로 동작하도록 하는 것을 특징으로 하는 유도 결합형 플라즈마 소스.
제8항에 있어서, 상기 빔 출력 모듈은,
전극 안테나의 전면에 생성되는 플라즈마를 가두어 둘 수 있도록 형성된 금속 재질의 플라즈마 하우징;
상기 플라즈마 하우징으로부터 플라즈마의 이온 또는 전자를 추출하기 위하여 플라즈마 하우징의 일면에 형성된 1차 그리드;
상기 1차 그리드로부터 추출된 이온 또는 전자를 가속시키기 위하여, 상기 1차 그리드의 전면에 1차 그리드와 일정 간격 이격된 위치에 배치된 2차 그리드;
를 구비하여, 상기 1차 그리드 및 2차 그리드에 인가되는 전압을 조절하여 2차 그리드를 통해 이온빔 또는 전자빔이 출력되는 것을 특징으로 하는 유도 결합형 플라즈마 소스.
(a) 제1 세라믹 판의 제1 면에 소정 형상을 갖는 홈을 파서 냉각수용 홈을 형성하는 단계;
(b) 제2 세라믹 판의 제1 면에 전극 안테나의 패턴에 대응되는 소정 형상을 갖는 홈을 파서 안테나용 홈을 형성하는 단계;
(c) 상기 제1 세라믹 판의 제1 면과 제2 세라믹 판의 제2 면을 합착시켜 냉각수 관을 형성하는 단계;
(d) 상기 안테나용 홈에 전기 전도성 금속 파우더 또는 금속 페이스트를 채운 후 열처리 소결을 하여 제2 세라믹 판의 제1 면에 도체의 전극 안테나를 형성하는 단계;
를 구비하는 것을 특징으로 하는 유도 결합형 플라즈마 소스의 안테나 모듈 제조 방법.
(a) 제2 세라믹 판의 제1 면에 전극 안테나의 패턴에 대응되는 소정 형상을 갖는 홈을 파서 안테나용 홈을 형성하는 단계;
(b) 상기 안테나용 홈이 형성된 제1 면과 대향되는 제2 세라믹 판의 제2 면에 홈을 파서 냉각수용 홈을 형성하는 단계;
(c) 냉각수용 홈이 형성된 상기 제2 세라믹 판의 제2 면에 제1 세라믹 판의 제1 면을 합착시켜 냉각수 관을 형성하는 단계;
(d) 상기 안테나용 홈에 전기 전도성 금속 파우더 또는 금속 페이스트를 채운 후 열처리 소결을 하여 제2 세라믹 판의 제1 면에 도체의 전극 안테나를 형성하는 단계;
를 구비하는 것을 특징으로 하는 유도 결합형 플라즈마 소스의 안테나 모듈 제조 방법.
(a) 세라믹 판의 제1 면에 전극 안테나의 패턴에 대응되는 소정 형상을 갖는 홈을 파서 안테나용 홈을 형성하는 단계;
(b) 상기 안테나용 홈에 튜브 형태의 전극 안테나를 삽입하는 단계;
(c) 상기 세라믹 판의 제1 면에 형성된 전극 안테나의 전면에 전극 안테나로부터 일정 거리 이격된 위치에 플라즈마 차폐의 역할을 하는 플라즈마 차폐막을 형성하여, 전극 안테나가 플라즈마에 직접 닿는 것을 방지하는 단계;
를 구비하는 것을 특징으로 하는 유도 결합형 플라즈마 소스의 안테나 모듈 제조 방법.
제10항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안테나 모듈 제조 방법은,
(e) 상기 제1 세라믹 판의 제1 면에 형성된 전극 안테나의 전면에 전극 안테나로부터 일정 거리 이격된 위치에 플라즈마 차폐의 역할을 하는 플라즈마 차폐막을 형성하거나 상기 전극 안테나의 전면에 세라믹을 코팅하여 세라믹 코팅층을 형성하여, 전극 안테나가 플라즈마에 직접 닿는 것을 방지하는 단계; 를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 유도 결합형 플라즈마 소스의 안테나 모듈 제조 방법.
제10항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 세라믹 판은 알루미나, 지르코니아, 보론나이트라이드, 파이로리틱 보론나이트라이드, 쿼츠, 파이렉스 중 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 유도 결합형 플라즈마 소스의 안테나 모듈 제조 방법.
제10항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라즈마 차폐막 코팅은 알루미나 또는 지르코니아 세라믹 재질로 이루어지고, 플라즈마 차폐막 코팅의 두께는 최대 500 ㎛ 보다 작게 형성하여 RF 파워에 대한 손실이 발생되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 유도 결합형 플라즈마 소스의 안테나 모듈 제조 방법.