WO2020166968A1 - 2개의 독립적인 마이크로파 제너레이터를 이용한 선형 ecr 플라즈마 발생 장치 - Google Patents

2개의 독립적인 마이크로파 제너레이터를 이용한 선형 ecr 플라즈마 발생 장치 Download PDF

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WO2020166968A1
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linear
waveguide
microwave
ecr plasma
waveguide resonator
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PCT/KR2020/001976
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Inventor
김재용
심승술
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주식회사 쌤빛
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    • H01J37/32247—Resonators
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    • H01J37/3266—Magnetic control means
    • H01J37/32669—Particular magnets or magnet arrangements for controlling the discharge

Definitions

  • the present invention relates to a linear ECR plasma generating apparatus using two independent microwave generators, and more particularly, to a linear ECR plasma generating apparatus using two independent microwave generators for depositing or etching a surface of a substrate or the like. .
  • a technology using plasma is used in various product processing processes, and is particularly useful as a technology for depositing or etching a predetermined material on the surface of a semiconductor wafer or a liquid crystal display (LCD) substrate.
  • LCD liquid crystal display
  • Plasma devices include Capacitively Coupled Plasma (CCP), Inductively Coupled Plasma (ICP), and Electron Cyclotron Resonance (ECR), depending on the method of generating the plasma, and each method together. Complex means are also proposed.
  • CCP Capacitively Coupled Plasma
  • ICP Inductively Coupled Plasma
  • ECR Electron Cyclotron Resonance
  • electron cyclotron resonance refers to a phenomenon of high-density plasma generation using a phenomenon in which resonance occurs when a microwave is applied and a magnetic field is applied to generate a cyclone frequency of electrons in the plasma equal to the frequency of the microwave. Is presented.
  • the electron cyclotron resonance evaporation apparatus requires the configuration of the electromagnetic wave input condition, the magnetic field formation condition, and the ECR generation area, a chamber for a working space, a microwave input means on one side of the chamber, and a magnetic coil installed in the chamber.
  • a magnetic generating means such as a permanent magnet and a gas supply means for supplying gas to the ECR plasma generating region may be provided.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing one of the conventional ECR devices
  • FIG. 2 is a plan cross-sectional view showing the internal structure of the conventional ECR device.
  • Existing ECR devices include a waveguide resonator 20, a permanent magnet 30 and a chamber 40.
  • the waveguide resonator 20 forms an ellipse with a multiple of ⁇ /2, which is 1/2 of the wavelength ⁇ of the microwave in the waveguide, and the microwave is incident through the slit 21 made in the direction inside the ellipse every ⁇ /2. Plasma is formed in the space inside the ellipse.
  • the magnetic force of the permanent magnet 30 located up and down on one side of the waveguide resonator 20 is the microwave frequency and the plasma frequency in a certain region of the chamber 40 in the ellipse where 875 Gauss is formed, and the high density plasma is generated. Is formed.
  • the slit 21 disposed toward the chamber 40 at a distance of ⁇ /2 is disposed only on the straight portion of the waveguide resonator 20, the curved section is omitted, and only the permanent magnet 30 is disposed outside the curved section. Therefore, the slits 21 into which the microwaves are incident face each other around the chamber 40.
  • a tuner 50 is installed at one side of the waveguide resonator 20, and microwaves generated by the microwave oscillator (power generator) are transmitted to the waveguide resonator 20 through the tuner 50.
  • the curved portion of the waveguide resonator 20 needs to maintain a certain radius of curvature to reduce the loss of microwaves, between the slits 21 facing the chamber 40 into which the microwaves are introduced
  • the distance of is bound to be more than a certain distance. At this distance, the ECR region and the other plasma regions coexist, and this has a problem of plasma uniformity and a problem that the relative low density plasma zone is widened.
  • the plasma control unit 60 may be disposed on the other side of the waveguide resonator 20, but due to the structure of the waveguide resonator 20 having a curved section, precise control of microwaves is impossible, so there is a limit to uniformly forming plasma. have.
  • An object of the present invention is to provide a linear ECR plasma generating apparatus using two independent microwave generators capable of uniformly generating plasma.
  • Another object of the present invention is to provide a linear ECR plasma generating apparatus using two independent microwave generators capable of precisely controlling microwaves.
  • Another object of the present invention is to provide a linear ECR plasma generation apparatus using two independent microwave generators capable of miniaturizing the size of the apparatus.
  • another object of the present invention is to provide an apparatus for generating a linear ECR plasma using two independent microwave generators capable of increasing the plasma density in a chamber.
  • the linear ECR plasma generating apparatus using two independent microwave generators comprises: a pair of waveguide resonators that have a linear tubular shape and are spaced apart from each other by a predetermined distance and face in parallel; A linear reaction chamber disposed between the waveguide resonators; A microwave supply means having a microwave generator, each connected to one end of the waveguide resonator, for supplying microwaves to an inner space of the waveguide resonator; And a plurality of magnetic field generating means disposed on one side of each of the waveguide resonators to face the linear reaction chamber.
  • a plurality of slits are formed along a length direction of the waveguide resonator, and the magnetic field generating means may be disposed between the slits adjacent to each other.
  • the microwave supply means may be provided to face opposite directions in each of the waveguide resonators.
  • auxiliary magnetic field generating means disposed at both ends of the linear reaction chamber.
  • the magnetic field generating means and the auxiliary magnetic field generating means may be permanent magnets.
  • it may further include a microwave resonance adjuster provided to adjust the inner length of the waveguide resonator at a portion opposite to the inlet of the waveguide resonator.
  • a microwave resonance adjuster provided to adjust the inner length of the waveguide resonator at a portion opposite to the inlet of the waveguide resonator.
  • the linear ECR plasma generating apparatus using two independent microwave generators of the present invention can uniformly deposit or etch the surface of a substrate, and minimize the distance between the waveguide resonators to maximize and miniaturize the ECR plasma zone. There is an effect capable of processing an area substrate.
  • one linear waveguide resonator corresponds to one microwave power generator, it is possible to transmit microwave energy with minimized loss and expand the waveguide resonator, so that the device can be enlarged and the plasma density can be increased.
  • FIG. 1 is a diagram showing a conventional ECR device
  • FIG. 2 is a plan cross-sectional view showing the internal structure of a conventional ECR device
  • FIG. 3 is a view showing a linear ECR plasma generating apparatus using two independent microwave generators according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a plan cross-sectional view of a linear ECR plasma generating apparatus using two independent microwave generators according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing the interior of a linear ECR plasma generating apparatus using two independent microwave generators according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing a linear ECR plasma generating apparatus using two independent microwave generators according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a linear ECR plasma using two independent microwave generators according to an embodiment of the present invention.
  • a plan cross-sectional view of the generator and FIG. 5 are views showing the interior of a linear ECR plasma generator using two independent microwave generators according to an embodiment of the present invention.
  • a linear ECR plasma generating apparatus using two independent microwave generators includes a waveguide resonator 100 and a linear reaction chamber 200.
  • a pair of waveguide resonators 100 are disposed to face each other in parallel with a predetermined distance apart.
  • a linear reaction chamber 200 is formed between the waveguide resonators 100 facing each other.
  • the linear reaction chamber 200 has a linear side wall 210 facing each other and is sealed to maintain a vacuum state therein.
  • the side wall 210 of the linear reaction chamber 200 May be made of a ceramic material, and both ends of the linear reaction chamber 200 connected to the sidewall 210 may be made of aluminum.
  • a plurality of slits 130 are formed in the waveguide resonator 100 along the longitudinal direction of the waveguide resonator 100.
  • the slit 130 is positioned to face the linear reaction chamber 200, and a magnet 310 as a means for generating a magnetic field is provided between the slits 130 adjacent to each other. That is, the magnets 310 and the slits 130 are alternately disposed.
  • auxiliary magnets 320 which are magnetic field generating means, are disposed at both ends (curved portions) of the linear reaction chamber 200 to face the linear reaction chamber 200, respectively.
  • the means for generating a magnetic field is a permanent magnet, but is not limited thereto, and any means capable of generating a magnetic field such as a magnetic coil may be used.
  • both sides of the magnet 310 are provided with inclined surfaces 410 inclined from the slit 130. Accordingly, microwaves passing through the slit 130 may be expanded while passing between the neighboring magnets 310 and supplied into the linear reaction chamber 200.
  • each waveguide resonator 100 may serve as an inlet for introducing microwaves, and a microwave supply means (not shown) including a microwave generator is connected to the ceramic wall 110 disposed therein, and microwaves supplied from the microwave supply means Is introduced into the waveguide resonator 100.
  • the microwave in the waveguide resonator 100 is supplied into the linear reaction chamber 200 through the slit 130.
  • the microwave in the waveguide resonator 100 is a standing wave
  • the slit 130 is formed at a distance of ⁇ /2, which is half of the microwave wavelength in the waveguide resonator 100. I can.
  • each waveguide resonator 100 is provided with a microwave resonance regulator 130 including a handle 122 and a movable control plate 121, and the control plate 121 is connected to the waveguide resonator 100 by manipulation of the handle 122. ) Is moved back and forth along the inside of the waveguide resonator 100 to adjust the inner length, so that microwave resonance can be accurately generated.
  • gas may be supplied into the linear reaction chamber 200 by a gas supply means (not shown).
  • the distance between the facing sidewalls 210 is not limited, but as an example, each 875 Gauss point does not overlap, and each 875 Gauss point is too far, which is formed from the facing magnet 310. It is preferable not to reduce the effect of the high density plasma by ECR.
  • auxiliary magnets 320 at both ends of the linear reaction chamber 200 induce gyro-motion of electrons and ions in the plasma by a magnetic field, it is easy to maintain plasma density.
  • microwaves are supplied from opposite directions to the waveguide resonators 100 facing each other, so that uniform plasma generation in the linear reaction chamber 200 is possible.
  • uniform plasma generation is possible even in the vicinity of both ends of the linear reaction chamber 200 by the plasma intensifier 310 provided with the auxiliary magnet 320.
  • microwaves when microwaves are incident in the same direction, strong energy may be added to the inlet of the waveguide resonator 100 to which the microwaves are incident, thereby causing problems in plasma uniformity and durability problems in the hardware side of the device. Since the waveguide resonators 100 facing each other receive microwaves from opposite directions to each other, variations in microwaves are canceled, and uniform plasma generation is possible. In addition, since the microwave passes only a straight section, distortion and loss of microwave energy can be minimized.
  • a high plasma density is formed at the inner edge of the chamber and a relatively low plasma density is formed at the center of the chamber, so that the uniformity of the plasma density inside the chamber is limited.
  • the thin film is layered for each thickness, resulting in an uneven limit.
  • the radius of curvature must be increased, and thus, the straight line sections of the waveguide resonators facing each other must be at least a certain distance.
  • Plasma is generated around a narrow linear area in the chamber, and the plasma density decreases as the distance from the linear area increases. That is, when the distance between the straight line sections of the waveguide resonator is long, a region having a relatively low plasma density at the edge of the chamber widens.
  • microwaves are provided only on one side, variations in plasma occur within the chamber, and precise control of microwaves to reduce this is difficult due to the curved section.
  • microwaves are transmitted along a linear waveguide resonator without a curved path, distortion of microwaves can be minimized, and uniform plasma generation inside the linear reaction chamber is possible.
  • microwaves are supplied from the opposite directions of the linear waveguide resonator, uniform plasma generation is possible.
  • the distance between the waveguide resonators can be freely adjusted, and the distance between the waveguide resonators can be optimally adjusted according to the output of the supplied microwave, so that it is uniform and miniaturized, as well as large size, and stable plasma generation is possible. . Therefore, it is possible to deposit a uniform thin film of the substrate, and there is an advantage of being able to process a large-area substrate. That is, the thickness uniformity of the deposited thin film can be improved, and the high-density thin film and the thin-film density single-layer structure seen from the cross section of the thin film can be minimized.
  • the present invention relates to a linear ECR plasma generating apparatus using two independent microwave generators, and more particularly, to a linear ECR plasma generating apparatus using two independent microwave generators for depositing or etching a surface of a substrate or the like. .
  • the linear ECR plasma generating apparatus using two independent microwave generators of the present invention can uniformly deposit or etch the surface of a substrate, and minimize the distance between the waveguide resonators to maximize and miniaturize the ECR plasma zone. There is an effect capable of processing an area substrate.
  • one linear waveguide resonator corresponds to one microwave power generator, it is possible to transmit microwave energy with minimal loss, and expand the waveguide resonator, so that the device can be enlarged and the plasma density can be increased.

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Abstract

본 발명은 증착 균일성을 월등히 높일 수 있으며 크기 조절이 자유로운 2개의 독립적인 마이크로파 제너레이터를 이용한 선형 ECR 플라즈마 발생 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 2개의 독립적인 마이크로파 제너레이터를 이용한 선형 ECR 플라즈마 발생 장치는, 직선의 관형상을 가지고 서로 소정 간격 이격되어 평행하게 대향하는 한 쌍의 도파관 공명기; 상기 도파관 공명기 사이에 배치되는 선형 반응 채임버; 마이크로파 제너레이터를 가지고, 상기 도파관 공명기의 일단의 입구에 각각 연결되어 상기 도파관 공명기의 내부 공간으로 마이크로파를 공급하기 위한 마이크로파 공급 수단; 및 각각의 상기 도파관 공명기의 일측에 상기 선형 반응 채임버와 마주하도록 배치되는 복수의 자기장 발생 수단을 포함할 수 있다.

Description

2개의 독립적인 마이크로파 제너레이터를 이용한 선형 ECR 플라즈마 발생 장치
본 발명은 2개의 독립적인 마이크로파 제너레이터를 이용한 선형 ECR 플라즈마 발생 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 기판 등의 표면을 증착 또는 식각 처리하기 위한 2개의 독립적인 마이크로파 제너레이터를 이용한 선형 ECR 플라즈마 발생 장치에 관한 것이다.
현재 다양한 제품의 가공 공정에서 플라즈마를 이용한 기술이 사용되고 있으며, 특히 반도체용 웨이퍼나 LCD(liquid crystal display) 기판의 표면에 소정의 물질을 증착 또는 식각하기 위한 기술로서 매우 유용하다.
플라스마 장치는 플라즈마를 발생시키는 방식에 따라 용량 결합 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma; CCP), 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma; ICP) 및 전자 사이클로트론 공명(Electron Cyclotron Resonance; ECR) 등이 있으며, 각 방식을 함께 사용하는 복합 수단들도 제안되고 있다.
이 중에서 전자 사이클로트론 공명은 마이크로파(microwave)를 인가하고 마이크로파의 주파수와 동일한 플라즈마 내 전자의 사이클론 주파수가 발생하도록 자기장을 인가하면 공명이 일어나는 현상을 이용한 고밀도 플라즈마 발생 현상을 말하며, 이를 이용한 다양한 증착 장치들이 제시되어 있다.
일반적으로 전자 사이클로트론 공명 증착 장치는 전자파의 입력조건, 자기장의 형성 조건 및 ECR 발생 영역에 대한 구성이 요구되며, 작업 공간을 위한 채임버, 채임버 일측의 마이크로파 입력 수단, 채임버에 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 채임버 내부에 자기장이 형성된 상태에서 채임버 내부로 마이크로가 입력되면 전자 사이클로트론 공명 현상이 발생하고, 발생 영역에 공급된 가스가 이온화되어 플라즈마가 형성되며, 플라즈마 내의 전자는 공명 현상에 의해 가속되어 기체의 이온화율이 증가하므로 고밀도 플라즈마가 발생한다. 이러한 장치는 디스플레이 패널이나 반도체 등의 증착 등의 공정에 사용된다.
도1은 기존의 ECR 장치들 중 하나의 장치를 나타내는 개념도 및 도2는 종래의 그 ECR 장치의 내부 구조를 나타내는 평단면도이다.
기존의 ECR 장치는 도파관 공명기(20), 영구 자석(30) 및 채임버(40)을 포함한다.
도파관 공명기(20)는 도파관 내의 마이크로파의 파장 λ의 1/2인 λ/2의 배수 길이로 타원을 이루고 있으며 λ/2의 길이 마다 타원 안쪽 방향으로 만들어진 슬릿(21)을 통하여 마이크로 웨이브가 입사하며 타원 안쪽 공간에 플라즈마가 형성되게 된다. 이때 도파관 공명기(20) 일측에 상하로 위치한 영구 자석(30)의 자력이 875 Gauss가 형성되는 타원 안 채임버(40)의 일정 영역에서 마이크로웨이브 주파수와 플라즈마 주파수가 resonance가 발생하며 high density plasma가 형성된다.
λ/2 거리로 채임버(40)를 향하여 배치되는 슬릿(21)은 도파관 공명기(20)의 직선 부분에만 배치되며 곡선 구간은 생략되고 곡선 구간 외부에 영구 자석(30)만 배치된다. 그러므로 마이크로 웨이브가 입사되는 슬릿(21)들은 채임버(40)를 중심으로 서로 마주보고 있게 된다.
도파관 공명기(20)의 일측에는 튜너(50)가 설치되며, 마이크로파 발진기(파워 제너레이터)에서 발생된 마이크로파는 튜너(50)를 거쳐 도파관 공명기(20)로 전달된다.
하지만, 기존의 기술에 따르면, 도파관 공명기(20)의 곡선 부분이 마이크로파의 손실을 줄이기 위하여 일정 곡률 반경을 유지해야 하므로 마이크로파가 유입되는 채임버(40)를 중심으로 마주보는 슬릿(21)들 사이의 거리가 일정 거리 이상이 될 수 밖에 없다. 이 거리에서는 ECR 영역과 그 외의 플라즈마 영역이 공존하게 되며 이것은 플라즈마 균일도의 문제와 상대적인 Low density plasma zone이 넓어지게 되는 문제를 가지게 된다.
이의 보완을 위하여 도파관 공명기(20)의 타측에 플라즈마 제어부(60)가 배치될 수 있지만, 도파관 공명기(20)가 곡선 구간을 가지는 구조상 마이크로파의 정밀한 제어가 불가능하여 플라즈마를 균일하게 형성하는 것에 한계가 있다.
또한, 종래의 ECR 증착 장치에 따르면, 도파관 공명기(20)의 양 곡선 구간(C)에서 마이크로파의 반사, 중첩 등의 현상이 발생하여 마이크로파 에너지의 손실이 커지고 플라즈마 생성에 악영향을 미치는 문제점이 있다.
본 발명은 플라즈마를 균일하게 발생시킬 수 있는 2개의 독립적인 마이크로파 제너레이터를 이용한 선형 ECR 플라즈마 발생 장치를 제공함에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 마이크로파를 정밀하게 제어할 수 있는 2개의 독립적인 마이크로파 제너레이터를 이용한 선형 ECR 플라즈마 발생 장치를 제공함에 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 장치의 크기를 소형화할 수 있는 2개의 독립적인 마이크로파 제너레이터를 이용한 선형 ECR 플라즈마 발생 장치를 제공함에 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 채임버 내의 플라즈마 밀도를 높일 수 있는 2개의 독립적인 마이크로파 제너레이터를 이용한 선형 ECR 플라즈마 발생 장치를 제공함에 또 다른 목적이 있다.
본 발명에 따른 2개의 독립적인 마이크로파 제너레이터를 이용한 선형 ECR 플라즈마 발생 장치는, 직선의 관형상을 가지고 서로 소정 간격 이격되어 평행하게 대향하는 한 쌍의 도파관 공명기; 상기 도파관 공명기 사이에 배치되는 선형 반응 채임버; 마이크로파 제너레이터를 가지고, 상기 도파관 공명기의 일단에 각각 연결되어 상기 도파관 공명기의 내부 공간으로 마이크로파를 공급하기 위한 마이크로파 공급 수단; 및 각각의 상기 도파관 공명기의 일측에 상기 선형 반응 채임버와 마주하도록 배치되는 복수의 자기장 발생 수단을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 도파관 공명기의 길이 방향을 따라 복수의 슬릿이 형성되고, 상기 자기장 발생 수단은 서로 이웃하는 상기 슬릿들의 사이에 각각 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 마이크로파 공급 수단은 각각의 상기 도파관 공명기에서 서로 반대 방향을 향하도록 구비될 수 있다.
바람직하게는, 상기 선형 반응 채임버의 양 단부에 각각 배치되는 보조 자기장 발생 수단을 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 자기장 발생 수단 및 상기 보조 자기장 발생 수단은 영구 자석일 수 있다.
바람직하게는, 상기 도파관 공명기의 상기 입구의 반대 측 부분에 상기 도파관 공명기의 내부 길이를 조절하도록 구비되는 마이크로파 공명 조절기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 2개의 독립적인 마이크로파 제너레이터를 이용한 선형 ECR 플라즈마 발생 장치는, 기판 표면을 균일하게 증착 또는 식각시킬 수 있고, 도파관 공명기 사이의 거리를 줄여 최소화함으로써 ECR 플라즈마 존의 극대화 및 소형화가 가능하면서도 대면적 기판의 처리가 가능한 효과가 있다. 또한, 하나의 마이크로파 제너레이터(Microwave power generator)에 직선형의 도파관 공명기 하나가 대응하므로 손실이 최소화된 마이크로파 에너지 전달이 가능하여 도파관 공명기의 확장성이 가능하므로 장치의 대형화가 가능하고 플라즈마 밀도를 높일 수 있어 대면적 기판의 처리에 유리한 효과가 있다. 더하여, 마이크로파의 정밀한 제어가 가능한 효과가 있다.
도1은 종래의 ECR 장치를 나타내는 도면,
도2는 종래의 ECR 장치의 내부 구조를 나타내는 평단면도,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 독립적인 마이크로파 제너레이터를 이용한 선형 ECR 플라즈마 발생 장치를 나타내는 도면,
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 독립적인 마이크로파 제너레이터를 이용한 선형 ECR 플라즈마 발생 장치의 평단면도 및
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 독립적인 마이크로파 제너레이터를 이용한 선형 ECR 플라즈마 발생 장치의 내부를 나타내는 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 독립적인 마이크로파 제너레이터를 이용한 선형 ECR 플라즈마 발생 장치를 나타내는 도면, 도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 독립적인 마이크로파 제너레이터를 이용한 선형 ECR 플라즈마 발생 장치의 평단면도 및 도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 독립적인 마이크로파 제너레이터를 이용한 선형 ECR 플라즈마 발생 장치의 내부를 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 독립적인 마이크로파 제너레이터를 이용한 선형 ECR 플라즈마 발생 장치는, 도파관 공명기(100) 및 선형 반응 채임버(200)를 포함한다.
한 쌍의 도파관 공명기(100)는 서로 소정 간격 이격되어 평행하게 대향하도록 배치된다. 마주하는 도파관 공명기(100)의 사이에는 선형 반응 채임버(200)가 형성된다. 선형 반응 채임버(200)는 마주하는 선형의 측벽(210)을 가지고 내부가 진공 상태를 유지하도록 실링(sealing)된다, 본 발명의 일 실시예에 따르면 선형 반응 채임버(200)의 측벽(210)은 세라믹 재질일 수 있으며, 측벽(210)에 연결되는 선형 반응 채임버(200)의 양 단부는 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다.
도파관 공명기(100)에는 도파관 공명기(100)의 길이 방향을 따라 복수의 슬릿(130)이 형성된다. 슬릿(130)은 선형 반응 채임버(200)와 마주하도록 위치하며, 서로 이웃하는 슬릿(130)의 사이에는 자기장 발생 수단인 자석(310)이 각각 구비된다. 즉, 자석(310)과 슬릿(130)이 교대로 배치된다. 또한, 선형 반응 채임버(200)의 양 단부(곡선 부분)에도 선형 반응 채임버(200)와 마주하도록 자기장 발생 수단인 보조 자석(320)이 각각 배치된다. 본 발명의 일 실시예에서 자기장 발생 수단은 영구 자석이지만 이에 한정되는 것은 아니며, 자기 코일 등 자기장 발생이 가능한 어떠한 수단이라도 가능하다.
또한, 자석(310)의 양 측부에는 슬릿(130)으로부터 경사진 경사면(410)이 구비되는 것이 바람직하다. 이로써 슬릿(130)을 지나는 마이크로파가 서로 이웃하는 자석(310)의 사이를 지나면서 확장되어 선형 반응 채임버(200) 내부로 공급될 수 있다.
각 도파관 공명기(100) 일단은 마이크로파 도입을 위한 입구가 될 수 있으며, 이에 배치되는 세라믹 벽(110)에는 마이크로파 제너레이터를 포함하는 마이크로파 공급 수단(미도시)이 연결되고, 마이크로파 공급 수단으로부터 공급되는 마이크로파는 도파관 공명기(100) 내부로 유입된다. 도파관 공명기(100) 내의 마이크로파는 슬릿(130)을 통하여 선형 반응 채임버(200) 내부로 공급된다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도파관 공명기(100) 내의 마이크로파는 정상파(standing wave)이며, 슬릿(130)은 도파관 공명기(100) 내의 마이크로파 파장의 절반인 λ/2의 거리마다 형성될 수 있다.
각 도파관 공명기(100)의 타단에는 핸들(122), 이동 가능한 조절판(121)을 포함하는 마이크로파 공명 조절기(130)가 구비되는데, 핸들(122)의 조작에 의해 조절판(121)이 도파관 공명기(100)의 내부를 따라 전후진 이동되어 도파관 공명기(100)이 내부 길이가 조절됨으로써 마이크로파 공명이 정확히 발생될 수 있다.
또한, 가스 공급 수단(미도시)에 의해 선형 반응 채임버(200) 내부로 가스가 공급될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 마주하는 측벽(210) 사이의 거리는 제한되지 않으나 마주하는 자석(310)으로부터 형성되는, 일례로서 각 875 Gauss 지점이 겹치지 않고, 각 875 Gauss 지점이 너무 멀어 ECR에 의한 고밀도 플라즈마(hith density plasma) 효과가 감소하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 선형 반응 채임버(200) 양 단부의 보조 자석(320)으로 인하여 마그네틱 필드(magnetic field)에 의한 플라즈마 내의 전자와 이온의 gyro-motion이 유도됨으로써 플라즈마 밀도 유지가 용이하다.
본 발명에 따르면, 서로 마주하는 도파관 공명기(100)에 서로 반대 방향으로부터 마이크로파가 공급되어 선형 반응 채임버(200) 내의 균일한 플라즈마 발생이 가능하다. 또한, 보조 자석(320)이 구비되는 플라즈마 강화부(310)에 의해 선형 반응 채임버(200) 양단 부근에서도 균일한 플라즈마 발생이 가능하다.
즉, 같은 방향으로 마이크로파가 입사될 경우 마이크로파가 입사되는 도파관 공명기(100) 입구 부분에 강한 에너지가 서로 더해질 수 있어 플라즈마 균일도에 문제가 생길 수 있고 장치의 하드웨어 측면에서도 내구성 문제가 있을 수 있는 반면, 서로 마주하는 도파관 공명기(100)가 서로 반대 방향으로부터 마이크로파를 공급 받으므로 마이크로파의 편차가 상쇄되어 균일한 플라즈마 발생이 가능하다. 또한, 마이크로파가 직선 구간만 지나므로 마이크로파 에너지의 왜곡 및 손실이 최소화될 수 있다.
종래의 ECR 장치에 따르면, 마이크로파가 곡선 구간을 통과하며, 에너지의 반사, 중첩(superposition) 및 왜곡 등이 발생하여 마이크로파 에너지가 손실되고 불균일하게 되는 문제가 있다. 즉, 마이크로파는 급격한 곡률 반경을 가지는 경로를 통과하기가 어려우므로 하나의 마이크로파 제너레이터를 사용하는 채임버는 곡선 구간이 완만한 곡률 반경을 가지도록 이루어져야 한다. 이는 원형 채임버의 타원 구조와 유사하므로 채임버의 내측 가장자리에서 발생하는 ECR 존의 고밀도 플라즈마가 입자들의 스캐터링(scattering)을 통하여 채임버 안쪽으로 확산되는 구조이다. 따라서, 채임버의 내측 가장자리에는 높은 플라즈마 밀도가 형성되고 채임버의 중심부는 상대적으로 낮은 플라즈마 밀도가 형성되어 채임버 내부의 플라즈마 밀도 균일성에 한계가 있으며, 이러한 장치를 스캔 방식의 박막 증착에 사용할 경우 박막이 두께 별로 층을 이뤄 불균인한 한계가 발생한다.
따라서, 에너지 손실과 불균일을 최소화하기 위하여 곡률 반경을 크게 해야 하므로 서로 마주하는 도파관 공명기의 직선 구간 사이가 일정 거리 이상이어야 한다. 플라즈마는 채임버 내에서 좁은 선형 영역을 중심으로 발생하는데, 선형 영역으로부터 멀어질수록 플라즈마 밀도가 낮아지게된다. 즉, 도파관 공명기의 직선 구간 사이의 거리가 멀면 채임버의 가장자리에서 상대적으로 플라즈마 밀도가 낮은 영역이 넓어진다.
상기와 같은 종래의 ECR 장치를 이용하여 스캔 방식으로 디스플레이 기판 등에 박막을 증착하는 경우에 박막이 심한 단층이 형성되는 문제점이 있다.
또한, 도파관 공명기의 직선 구간 사이가 일정 거리 이상이어야 하므로 장치의 크기가 커지는 단점이 있다.
또한, 마이크로파가 일측에서만 제공되므로 채임버 내에서 플라즈마의 편차가 발생되며, 이를 줄이기 위한 마이크로파 정밀한 제어가 곡선 구간으로 인하여 곤란한 단점이 있다.
또한, 도파관 공명기의 양 곡선 구간에서 발생하는 에너지의 반사, 중첩 및 왜곡 등에 의해 플라즈마의 불균일성이 심해지는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명에 따르면, 마이크로파가 곡선 경로 없는 선형의 도파관 공명기를 따라 전달되므로 마이크로파의 왜곡을 최소화할 수 있고 선형 반응 채임버 내부의 균일한 플라즈마 발생이 가능하다. 또한, 선형의 도파관 공명기의 반대 방향으로부터 마이크로파가 각각 공급되므로 균일한 플라즈마 발생이 가능하다.
또한, 곡선 구간이 없으므로 도파관 공명기 사이의 거리를 자유롭게 조절할 수 있고, 공급되는 마이크로파의 출력에 따라 도파관 공명기 사이의 거리를 최적으로 조절할 수 있으므로 균일하고 소형화는 물론 대형화가 가능하며 안정적인 플라즈마 발생이 가능하다. 따라서, 기재의 균일한 박막 증착이 가능하며 대면적 기판도 처리할 수 있는 장점이 있다. 즉, 증착되는 박막의 두께 균일도 향상 및 고밀도 박막 그리고 박막의 단면에서 보이는 박막 밀도 단층 구조가 최소화될 수 있다.
또한, 마이크로파가 직선 구간만 지나므로 마이크로파의 정밀한 제어가 가능한 장점이 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
본 발명은 2개의 독립적인 마이크로파 제너레이터를 이용한 선형 ECR 플라즈마 발생 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 기판 등의 표면을 증착 또는 식각 처리하기 위한 2개의 독립적인 마이크로파 제너레이터를 이용한 선형 ECR 플라즈마 발생 장치에 관한 것이다.
본 발명의 2개의 독립적인 마이크로파 제너레이터를 이용한 선형 ECR 플라즈마 발생 장치는, 기판 표면을 균일하게 증착 또는 식각시킬 수 있고, 도파관 공명기 사이의 거리를 줄여 최소화함으로써 ECR 플라즈마 존의 극대화 및 소형화가 가능하면서도 대면적 기판의 처리가 가능한 효과가 있다. 또한, 하나의 마이크로파 제너레이터(Microwave power generator)에 직선형의 도파관 공명기 하나가 대응하므로 손실이 최소화된 마이크로파 에너지 전달이 가능하여 도파관 공명기의 확장성이 가능하므로 장치의 대형화가 가능하고 플라즈마 밀도를 높일 수 있어 대면적 기판의 처리에 유리한 효과가 있다. 더하여, 마이크로파의 정밀한 제어가 가능한 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 직선의 관형상을 가지고 서로 소정 간격 이격되어 평행하게 대향하는 한 쌍의 도파관 공명기;
    상기 도파관 공명기 사이에 배치되는 선형 반응 채임버;
    마이크로파 제너레이터를 가지고, 상기 도파관 공명기의 일단의 입구에 각각 연결되어 상기 도파관 공명기의 내부 공간으로 마이크로파를 공급하기 위한 마이크로파 공급 수단; 및
    각각의 상기 도파관 공명기의 일측에 상기 선형 반응 채임버와 마주하도록 배치되는 복수의 자기장 발생 수단을 포함하는 2개의 독립적인 마이크로파 제너레이터를 이용한 선형 ECR 플라즈마 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도파관 공명기의 길이 방향을 따라 복수의 슬릿이 형성되고, 상기 자기장 발생 수단은 서로 이웃하는 상기 슬릿들의 사이에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 2개의 독립적인 마이크로파 제너레이터를 이용한 선형 ECR 플라즈마 발생 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로파 공급 수단은 각각의 상기 도파관 공명기에서 서로 반대 방향을 향하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 2개의 독립적인 마이크로파 제너레이터를 이용한 선형 ECR 플라즈마 발생 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 선형 반응 채임버의 양 단부에 각각 배치되는 보조 자기장 발생 수단을 더 포함하는 균일 ECR 플라즈마 발생 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 자기장 발생 수단 및 상기 보조 자기장 발생 수단은 영구 자석인 것을 특징으로 하는 2개의 독립적인 마이크로파 제너레이터를 이용한 선형 ECR 플라즈마 발생 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도파관 공명기의 상기 입구의 반대 측 부분에 상기 도파관 공명기의 내부 길이를 조절하도록 구비되는 마이크로파 공명 조절기를 더 포함하는 2개의 독립적인 마이크로파 제너레이터를 이용한 선형 ECR 플라즈마 발생 장치.
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