KR100242332B1 - 마이크로파 플라즈마 생성장치 - Google Patents

마이크로파 플라즈마 생성장치 Download PDF

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KR100242332B1
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가나이 쓰도무
가부시키가이샤 히다치 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명은 마이크로파 플라즈마생성장치를 제공하며, 영구자석(3)은 전자가열공간실에서 유전체의 마이크로파 도출부(6a)에서 전자사이클로트론 공명자기장의 세기를 초과하는 세기의 자기장을 형성하고, 영구자석에 의해 형성된 자기장의 세기는 급속히 감소되어 전자가열공간실(1)과 플라즈마생성공간실(2)의 경계부 근처의 점(14)에서 제로가 되며, 따라서, 대부분의 마이크로파는 전자사이클로트론 공명층(12)의 위치(12a∼12c)에서 전자에 흡수되어 전자를 가열하여 고에너지 전자를 형성할 수 있다.

Description

마이크로파 플라즈마 생성장치
제1도는 본 발명의 제1실시예를 나타낸 마이크로파 플라즈마 생성장치의 개략적인 단면도.
제2(a)도는 본 발명의 마이크로파 플라즈마 생성장치의 주요부분의 확대도.
제2(b)도는 전류밀도 대 플라즈마생성공간실내의 위치 사이의 관계를 나타낸 그래프.
제2(c)도는 전자가열공간실 및 플라즈마생성공간실의 축상의 위치에서 자기장 세기의 분포를 나타낸 그래프.
제3도는 마이크로파 플라즈마 생성장치의 평면도.
제4도는 마이크로파 플라즈마 생성장치의 전체구조를 나타낸 개략적인 단면도.
제5(a)도는 본 발명의 제2실시예의 마이크로파 플라즈마 생성장치의 주요부분의 확대도.
제5(b)도는 전자가열공간실 및 플라즈마생성공간실의 축상의 위치에서 자기장 세기의 분포를 나타내 그래프.
제6도는 본 발명의 제3실시예의 마이크로파 플라즈마 생성장치의 주요부분의 확대도.
제7도는 본 발명의 제4실시예의 마이크로파 플라즈마 생성장치의 주요부분의 확대도.
제8도는 본 발명의 제5실시예의 마이크로파 플라즈마 생성장치의 개략적인 단면도.
제9도는 제8도에 도시된 마이크로파 플라즈마 생성장치의 평면도.
제10도는 본 발명의 제6실시예의 마이크로파 플라즈마 생성장치의 개략적인 부분정면도.
제11도는 제10도에 도시된 마이크로파 플라즈마 생성장치의 평면도.
제12도는 본 발명의 제7실시예를 나타낸 마이크로파 플라즈마 생성장치의 개략적인 단면도.
제13도는 제12도의 1－1선의 단면도.
제14도는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 마이크로파 플라즈마 생성장치의 개략적인 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 전자가열공간실 2 : 플라즈마생성공간실
3 : 제1정자기장발생수단에 관한 영구자석
4, 4a, 4b : 제2의 정자기장발생수단에 관한 영구자석
5 : 도파관 6 : 유전체
6a : 마이크로파 도출부 9 : 자력선
12, 12a, 12b : 전자사이클로트론 공명충
14 : 전자가열공간실과 플라즈마생성공간실의 경계부분
15 : 배플 24 : 단열재
20 : 기판 23 : 처리실
100 : 방전실
본 발명은, 마이크로파를 전송하여 플라즈마를 발생시키고, 플라즈마내의 이온을 대상물에 조사함으써 대상물의 표면을 처리하여 원하는 형상을 형성하는 마이크로파 플라즈마생성장치에 관한 것으로써, 특히 영구자석을 사용하여 전자사이클로트론 공명자기장을 초과하는 높은 자기장세기분포를 얻는데 가장 바람직한 마이크로파 플라즈마생성장치에 관한 것이다.
상술된 종류의 마이크로파 플라즈마생성장치의 종래기술로서는, 예를 들면, J. 전공과학 및 기술(J. Vacuum Science and Technology,. B9(1), 1월/2월호 26-28쪽, 1991)에 나타낸 바가 있다. 이 문헌에서는, 29 내지 33쪽에 기재되어 있으며 제1정자기장 발생수단으로서 사용되고 있는 솔레노이드코일에 의해 형성된 자기장과 동일한 자장이 영구자석에 의해 형성될 수 있다. 이 실례에서, 솔레노이드 자기장을 대신하여 사용된 영구자석은 거대하게 된다.
거대한 크기의 영구자석은 다음에 기술되는 여러 문제를 발생시킨다.
먼저, 영구자석이 생산가가 높아지게 된다. 또, 영구자석으로부터 분리된 위치에서 자기장의 감쇠율이 작고, 처리대상물에 큰 자기장이 잔류하게 된다. 따라서, 영구자석을 사용하는 플라즈마생성장치는 자기장에 민감한 물질의 처리, 예를 들면, 자성물질의 가공등에는 적합하지 않게 되는 문제가 발생한다. 또한, 거대한 자석에서는 자기장세기의 감쇠가 작고 공간에서 자기장기울기가 완만하기 때문에 마이크로파의 전파 및 흡수의 공간적 변동이 크다. 그리고 자석이 이온원에서 사용된 경우, 자기장은 이온인출전극 부근에 잔류하며, 이온궤도가 휘어지는 결과, 이온빔이 발산하는 문제가 발생한다. 또한, 대상물이 이온빔으로 조사되는 경우, 조사된 부분이 대전되는 것을 피하기 위하여 조사된 부분을 같은 양의 전자로 중화할 필요가 있으나, 전자는 자기장을 거의 횡단할 수 없으므로 전자가 이온빔의 외측으로부터 공급되는 경우, 충분한 양의 전자가 이온빔의 중심부까지 공급될 수 없는 문제가 발생한다.
말하자면, 플라즈마의 질적인 면에서, 플라즈마를 큰 면적에서 균일하게 만들기 위하여, 제1정자기장 발생수단에 의해 강한 자기장내에 생성된 플라즈마는 제2정자기장 발생수단에 의해 생성된 표면자기장으로 둘러싸인 약한 자기장 영역에서 발산되고, 생성된 대다수의 이온이 자기장을 횡단하기 때문에, 플라즈마전위의 경사에 의해 가속된 이온이 가열되므로 앞의 경우에서 이온온도는 높아진다. 자기장내의 사이클로트론 직경의 차이로 인해 이온종(ionspecies)의 분리가 발생하며, 부가적으로, 플라즈마처리장치에 사용된 경우에는, 플라즈마와 동시에 생성된 래디컬이 전자기장에 의하여 동일하게 되지 않으므로 플라즈마처리가 균일하게 수행되지 않는 문제가 발생된다.
본 발명의 목적은, 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 소형의 영구자석으로 저렴하고, 자성막의 가공용도에도 확실하게 이용할 수 있으며, 광범위하고 균일한 플라즈마를 안정하게 생성할 수 있는 마이크로파 플라즈마생성장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 관한 마이크로파 플라즈마장치는, 마이크로파를 도입하는 도파관과, 상기 도파관내의 유전체로부터 하류측의 위치에 형성된 전자가열공간실과, 전자가열공간실에 연결된 플라즈마생성공간실과, 제1정자기장 발생수단, 및 제2정자기장 발생수단을 포함하여 이루어지고 ; 전자가열공간실의 외주부를 둘러싸는 영구자석을 포함하는 제1정자기장 발생수단은 유전체의 마이크로파도출부에서의 전자사이클로트론 공명자기장의 세기를 초과하는 강한 자기장을 전자가열공간실의 마이크로파 전달방향으로 형성하는 한편, 전자가열공간실과 플라즈마생성공간실의 경계부 및 유전체의 마이크로파도출부 사이의 부분에서 세기가 급격히 변화하는 자기장을 생성하여 상기 자기장의 방향을 전자가열공간실과 플라즈마생성공간실 사이의 경계부로부터 플라즈마생성공간실내의 강한 자기장의 방향에 반대방향으로 변화시키는 커스프상 자기장(cusped magneticfield)을 형성하며 ; 제2정자기장 발생수단은 플라즈마생성공간실의 주위에 서로 극성을 교대로 변화시켜 배치된 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따라, 마이크로파가 도파관에 공급되는 경우 상기 도파관에 의하여 마이크로파의 기본모드만이 전송된다. 이때, 전자가열공간실이 도파관내의 유전체의 하류측에 형성되고, 이러한 전자가열공간실이 도파관내에 설치됨으로써 작은 단면적을 갖게되므로, 강한 전기장을 갖는 마이크로파가 전자가열 공간실내에 안정하게 도입될 수 있다. 만일 전자가열공간실이 상술된 바와 같이 작은 단면적을 갖는다면, 전자가열공간실의 외주부에 배치된 제1정자기장 발생수단으로서 소형의 영구자석이 사용될 수 있으며, 따라서, 종래기술과 같은 대형의 영구자석은 불필요하게 된다.
상술된 바와 같이 제1정자기장 발생수단에 관한 영구자석은 전자가열공간실에서 마이크로파의 파장의 길이보다 자기장변화도가 급격하게 변화하는 자장을 형성하므로, 즉, 플라즈마의 상태에 따라 변화하는 특정 자기장세기, 예를 들면, 마이크로파가 용이하게 흡수되는 자기장의 세기변화에 의해 야기되는 마이크로파 흡수위치의 공간적 변동이 마이크로파의 파장에 비하여 작으므로, 마이크로파의 전파 및 흡수에 관한 불안정한 요소가 가능한 제거될 수 있고, 높은 전기장의 마이크로파를 확실히 안정하게 얻을 수 있다. 그리고, 전자가 열공간실에서 대부분의 마이크로파가 전자에 흡수되어 전자를 가열하여 고에너지전자로 만들 수 있다.
이때, 제1정자기장 발생수단으로서의 영구자석은 커스프상 자기장을 형성하며, 상술된 바와 같이 자기장의 방향은 전자가열공간실과 플라즈마생성공간실의 경계부의 하류측에서 역향되며, 따라서, 전자가열공간실의 중심축에 가까운 위치의 전자는 플라즈마생성공간실 쪽으로 확산되기가 쉽다. 부가적으로, 이들 전자는 플라즈마생성공간실의 영구자석으로부터 이격된 만큼 영구자석의 자기장의 영향을 받는 일이 없어지므로, 플라즈마생성공간실에 도입되고 확산된 고에너지전자는 플라즈마생성공간실내에서 중성입자에 충돌하여 이 중성입자들을 전리함으로써 광범위에 걸쳐 균일한 플라즈마를 생성할 수 있다. 또한, 플라즈마생성공간실의 외주부에는 제2정자기장생성수단에 관한 복수의 영구자석이 서로 교대로 반대극성을 갖도록 배치되어, 확산된 고에너지전자뿐만 아니라 이 고에너지전자에 의하여 생성된 플라즈마를 플라즈마생성공간실에 효과적으로 가둘 수 있고, 따라서 고밀도의 플라즈마가 플라즈마생성공간실에서 형성될 수 있다.
다음에, 본 발명의 바람직한 실시예들을 제1도 내지 제14도를 참조하여 상세히 설명한다.
제1도 내지 제4도는 본 발명의 제1실시예이다.
제4도를 참조하면, 본 실시예에서의 마이크로파 플라즈마 생성장치는 도파관(5), 도파관(5)의 하류측에 연결되는 방전실(100), 및 방전실(100)의 하류측에 연결되는 처리실(23)을 포함한다.
배기가스 펌핑시스템(제4도에는 미도시)을 사용하여 방전실(100) 및 처리실(23)의 내측으로부터 배기가스를 펌핑한 후, 아르곤가스와 같은 특정가스가 가스도입수단(7)에 의해 방전실(100)내로 도입되어 방전실내의 분위기를 특정가스로 채우게 된다. 그리고나서, 마이크로파가 도파관(5)을 통하여 특정가스분위기중으로 도입되어 방전실(100)에서 방전함으로써 플라즈마를 생성하고, 이온들은 방전실(100) 및 처리실(23) 사이의 경계부에 설치된 빔인출전극(11)에 의해 빔으로서 생성된 플라즈마로부터 인출되며, 인출된 이온들은 기판(20)상에 조사되어 기판의 표면을 바람직한 형상으로 형성한다. 평평한 직사각형(예를 들면, 단측 27㎜ ×장측 96㎜)의 단면을 갖는 도파관(5)은 스테인레스스틸과 같은 비자성물질을 포함하고, 유전체(6)는 방전실(100)의 중간위치에 밀봉하여 설치되며, 통상적으로 사용되는 2.45㎓의 주파수를 갖는 마이크로파가 상류측(제4도에는 미도시)으로부터 도파관(5)내로 도입되는 경우, 유전체(6)의 하류측에 기본모드(TE10모드)를 갖는 마이크로파만을 전달한다. 유전체(6)는 일반적으로 석영과 같은 세라믹과 알루미늄을 포함한다. 본 실시예에 따라, 상술된 바와 같은 평평한 직사각형단면을 갖는 도파관(5)의 일부는 방전실(100)로 이용되며, 방전실(100)은 전자가열공간실(1) 및 플라즈마생성공간실(2)을 포함한다. 전자가열공간실(1)은, 제1도 및 제2도에 도시된 바와 같이, 도파관(5)에서 유전체(6)의 하류측위치에 형성된 작은 단면을 갖는 공간부분이며, 직사각형단면의 도파관(5)에 30㎜길이로 형성된다. 마이크로파가 도파관(5)내로 도입되는 경우, 전자가열공간실(1)을 통과하는 마이크로파는 도파관(5)에 형성된 작은 단면을 갖는 공간부분에 의해 강한 전기장으로 변화된다. 전자가열공간실(1)의 직사각형 단면에서 단측/장측의 비율은 1/2 - 1/5의 범위인 것이 바람직하다.
스테인레스 스틸과 같은 비자성물질을 포함하며 원형의 상부벽(8a)과 주변벽(8b)을 갖는 공통체로 형성된 플라즈마생성공간실(2)은 전자가열공간실보다 훨씬 큰 공간(내부직경 400㎜ 및 높이 200㎜)을 가지며, 중심축은 전자가열공간실(1) 및 도파관(5)의 중심축과 일치한다. 제1정자기장 발생수단에 관한 영구자석(3)은 전자가열공간실(1)의 외주부에 배치된다. 사마륨, 코발트 및 높은 잔류 자속밀도(약 11,000G)를 갖는 다른 재료를 포함하는 물질로 이루어진 복수의 영구자석(3)이, 제2도에 도시된 바와 같이, 유전체(6)위치로부터 하류측의 단부까지 도파관(5)의 축방향의 길이상으로, 제3도에 도시된 바와 같이 도파관(5)의 외주부를 둘러싸도록 배치되어, 제1도 내지 제2도에서 점으로 찍힌 영역으로 도시된 바와 같이 마이크로파의 전달방향상으로 자기장을 형성한다. 상기한 경우, 제2(a)도 및 제2(c)도에 도시된 바와 같이, 유전체(6)의 마이크로파 도출부(6a)에서의 전자가열공간실(1)내의 자기장의 세기(본 실시예에서는, 약 950 G)는 전자사이클로트론 공명자기장의 세기(875 G)보다 더 커지고, 그 세기는 하류쪽 방향에서 빠르게 감소하여, 전자가열공간실(1)의 하류측 단부 및 플라즈마생성공간실(2) 사이의 경계부 근처에서 제로가 되며, 자기장방향은 앞의 경계부로부터 하류측으로 변환되는데, 즉, 자기장은 소위 커스프상 자기장을 형성하도록 이루어진다.
유전체(6)의 마이크로파 도출부(6a)로부터, 자기장의 세기가 제로가 되는, 전자가열공간실 및 플라즈마생성공간실의 경계부에 가까운 점(14)까지의 거리는 도파관(5)에 공급되는 마이크로파의 파장 보다 짧은 것이 바람직하다. 상술된 자기장을 형성하는 영구자석(3)은 본 실시예에서 두께 6㎜, 자화방향길이 50㎜, 원주길이 300㎜의 치수를 갖는다.
제2정자기장발생수단에 관한 복수의 영구자석(4)은 플라즈마생성공간실(2)의 외주부에 배치된다. 제1정자기장발생수단에 관한 영구자석(3)과 동일한 물질로 이루어진 복수의 영구자석(4)은 제3도에 도시된 바와 같이 지정된 간격으로 플라즈마생성공간실(2)의 상부벽(8a) 및 외주벽에 각각 배치된 제1영구자석군(4a), 및 제4도에 도시된 바와 같이 주변벽(4b)을 따라서 지정된 간격으로 플라즈마생성공간실(2)의 외주벽(8b)에 각각 배치된 제2영구자석군(4b)을 포함한다. 또한, 상술된 각각의 영구자석(4)은 반대극성방향으로 서로 교대로 배치된다. 즉, 제1도 및 제3도에 도시된 바와 같이, 제1영구자석군(4a)의 제1자석은 S극이 위에 N극은 아래에 배치되는 방법으로 상부벽(8a)에 배치되어 영구자석(3)의 극성에 대해 반대 극성을 갖고, 제1영구자석군(4a)의 제2자석은 N극이 위에 S극은 아래의 방법으로 배치되어 제1영구자석군(4a)의 제1자석의 극성에 대해 반대 극성을 가지며, 외주벽(8b)에서 제2영구자석군(4b)는 제1영구자석군(4a)와 동일한 방법으로 극성을 교대로 바꿔가며 배치된다. 따라서, 플라즈마생성공간실(2)에 다극 자기장이 형성되어 큰 공간영역은 약한 자기장영역으로 만들어진다. 본 실시예에서는 예를 들면, 플라즈마생성공간실(2)의 중심부에서의 자기장세기는 약 20G이며, 빔인출전극(11)의 위치에서는 10G 보다 작다.
제1도를 참조하면, 참조부호 9는 복수의 영구자석(4)에 의해 형성된 자력선을 표시한다.
다음에, 앞의 구조를 갖는 본 실시예의 플라즈마 생성장치의 작동이 설명된다.
전자가열공간실(1) 및 플라즈마생성공간실(2)을 포함하는 방전실(100)이 특정 가스로 채워진 분위기를 가지며 2.45㎓의 주파수를 갖는 마이크로파가 도파관(5)에 공급되는 경우, 단면이 상술된 바와 같이 평평한 직사각형인 도파관(5)은 기본모드를 갖는 마이크로파만을 전달한다. 이러한 마이크로파 전달모드에서의 전기장방향은 도파관(5)의 단면의 장측방향과 일치한다.
앞의 마이크로파가 전달되는 경우, 도파관(5)내의 유전체(6)의 하류측에 작은 단면적을 갖는 전자가열공간실(1)을 형성함으로써 강한 전기장을 갖는 마이크로파가 전자가열공간실(1)에 안정하게 도입될 수 있다. 만일 전자가열공간실(1)의 단면적이 작으면, 전자가열공간실(1)의 외주부에 배치된 제1정자기장 발생수단에 관한 영구자석(3)은 소형화되며, 따라서, 종래에 사용된 대형의 영구자석은 불필요하게 된다.
단면측의 길이가 27㎜ ×96㎜인 직사각형 도파관(5) 및 약 30㎜의 전자가열공간실을 사용하는 본 실시예에 따라, 400W의 마이크로파전력이 공급되면 도파관의 단면부에서 마이크로파 전기장의 평균세기가 약 80 V/㎝가 된다.
영구자석(3)은 유전체(6)의 마이크로파도출부(6a)에 전자사이클로트론 공명자기장 보다 큰 자기장을 형성하며, 그 세기는 하류쪽 방향에서 급속히 감소하여, 전자가열공간실(1) 및 플라즈마생성공간실(2) 사이의 경계부 근처의 점(14)에서 제로가 된다. 그러므로, 전자사이클로트론 공명층(12)의 두께는 얇으며, 마이크로파 전기장세기 당 전자가열능이 작아지더라도, 전자는 전자사이클로트론 공명층(12)의 위치(12a-12c)에서 대부분의 마이크로파를 흡수하여 고에너지 전자를 형성함으로써, 전기장 자체의 세기는 전자를 가열할 정도로 충분히 강하다.
본 명세서에서, 고에너지 전자는 가스를 이온화하는 능력과 약 10 eV 이상의 에너지를 갖는 전자를 의미하며, 가스를 이온화할 수 없는 전자와는 본질적으로 다르다.
제2(c)도를 참조하면, 영구자석(3)에 의해 생성된 자기장세기의 분포곡선은 전자가열공간실(1)내의 유전체(6)의 마이크로파 도출부(6a)에서, 전자가열공간실(1) 및 플라즈마생성공간실(2) 사이의 경계부까지의 범위에서 급속히 감소하며, 이 범위의 길이는 마이크로파의 파장보다 짧게 만들어진다. 따라서, 마이크로파의 전파 및 흡수에 관한 불안정한 요소들이 가능한 많이 제거되며, 고 전기장을 갖는 마이크로파가 확실하고 안정하게 얻어질 수 있다.
일반적으로, 전자는 대략 강한 자기장내의 자력선을 따라 이동하지만, 전자는 약한 자기장내의 자력선을 용이하게 통과할 수 있다. 따라서, 전자가열공간실(1)의 배출단부에 존재하는 전자, 즉 전자가열공간실(1) 및 플라즈마생성공간실(2) 사이의 경계부 근처의 점(14)에 존재하는 전자는 커스프상 자기장에서 전후이동이 가능하다. 이러한 경우, 전자는 전자사이클로트론 공명층(12)내의 위치(12a 또는 12b)의 커스프영역을 통과할 때 가열되어 고에너지를 갖도록 만들어지며, 고에너지 전자는 상술된 커스프상 자기장영역을 따라 확산하고 중성입자들을 이온화하여 커스프상 자기장영역에서 전후이동하는 동안 중성입자들과 충돌하여 플라즈마를 생성한다. 그리고, 상술된 이온화처리에서 생성된 저에너지 전자는 다극 커스프상 자기장의 영역에서 전후이동하는 동안 전자가열공간실(1)내로 유입되며, 전자사이클로트론 공명층(12)내의 위치(12a 또는 12b)의 커스프영역을 통과할 때 가열되어 고에너지를 갖게되어 중성입자를 이온화하여 플라즈마를 생성할 수 있는 고에너지 전자가 된다.
이러한 경우, 영구자석(3)은 자기장방향이 반대인 커스프상 자기장을, 제2(a)도 및 제2(c)도에 도시된 바와 같이, 전자가열공간실(1) 및 플라즈마생성공간실(2)의 경계부 근처의 자기장세기가 제로인 점(14)로부터 하류측영역에 형성함에 따라, 전자가열공간실(1)에서 플라즈마생성공간실(2)로 이동하는 고에너지 전자의 전류밀도는 제2(b)도에 도시된 바와 같이 전자가열공간실(1)의 중심축에서 최고점분포를 갖는다. 따라서, 전자가열공간실(1)에서 떨어진 영역, 즉 플라즈마생성공간실(2)내의 자기장이 약한 영역에서 플라즈마생성이 향상될 수 있다. 실험에 따르면, 방전실(100)내의 아르곤가스압력이 1.0×10－4Torr의 상태하에 직경 350㎜의 금속판이 빔인출전극의 일 위치에 배치되고 400W의 마이크로파전력이 공급될 때, 금속판에 의해 포집된 이온전류는 3A에 달했다. 이 실험결과로부터, 전자가열공간실(1)내로 흘러드는 모든 중성가스의 전기한 가스분위기하에서 1가 이온화되었다고 가정하였을 때, 이 얻어진 값 3A는 전자가열공간실(1)에서의 이온생성량(0.15A)의 20배나 되는 것이 확인되었다.
일반적으로, 고진공상태(1×10－5∼1×10－3Torr)하에서는 전자가 중성입자를 이온화하는 데 필요한 평균자유행로가 수m 내지 수십m에 이르며, 고에너지전자는 중성입자를 이온화하기까지 플라스마생성공간실(2)의 다극 커스프상 자기장에 의해 여러번 반사되면서 자기장이 약한 영역을 임의적으로 이동한다. 따라서 자기장이 약한 영역에서는 플라즈마가 균일하게 생성된다. 또한, 제2정자기장 발생수단에 관한 영구자석이 플라즈마생성공간실(2)의 외주부를 둘러싸이도록 배치되는 동시에 각각의 인접하는 영구자석이 서로 자극을 교대로 바꿔가는 방식으로 배치됨으로써 다극 커스프상 자기장을 형성하기 때문에, 확산된 고에너지전자뿐만 아니라 상기 고에너지전자에 의하여 생성된 플라즈마를 효율적으로 플라즈마 생성공간실(2)내에 가두어 둘 수 있고, 이에 의해 고밀도의 플라즈마를 확실하게 형성할 수 있다. 자기장이 약한 영역에서 생성된 플라즈마는 자기장에 영향을 주는 일이 적고, 따라서 이온종의 분포가 균일하며 이온 온도가 낮은 양호한 플라즈마를 얻을 수 있다.
플라즈마생성공간실(2)에서의 고에너지 전자 및 플라즈마의 양은 자석근방에서 자기장이 강할수록 더 효과적으로 가둘 수 있다. 그러므로, 영구자석(4)부근의 부분에서 전자사이클로트론 공명자기장의 세기 보다 강한 자기장이 때때로 설정된다.
그러나, 본 실시예에서는, 도파관(5)의 유전체(6)보다 하류측에 형성된 전자가열공간실(1) 및 상술된 전자가열공간실(1)의 하류측에 형성된 플라즈마 생성공간실(2)에서 방전실(100)이 형성되고, 전자가열공간실(1)의 외주부에 설치된 영구자석(3)에 의하여 전자가열공간실(1)의 상류측에 강한 자기장이 형성되며, 하류쪽으로 자기장의 세기가 급격히 감소하여 커스프상 자기장이 형성된다. 따라서, 도파관(5)내로 공급된 대부분의 마이크로파가 전자가열공간실(1)에 흡수되고, 마이크로파가 플라즈마생성공간실(2)내로 누출되더라도, 플라즈마생성공간실(2)내의 단면적은 대단히 커서 전기장세기가 상당히 약하게 되므로, 플라즈마생성공간실(2)내에 있어서 영구자석(4)부근에 형성되는 전자사이클로트론 공명층(12)에서의 전자가열은 거의 일어나지 않는다.
상술된 바와 같이 생성된 플라즈마 속에서 제4도에 나타낸 바와 같이 빔인츨전극(11)에 의하여 이온을 인출하고 그 이온빔을 처리실(23)내의 기판(20)에 조사하면, 빔인출 전극위치에서 자기장의 영향이 거의 없기 때문에 빔인출시에 문제가 되는 자기장으로 인한 절연파괴나 빔의 발산등을 종래기술에 비하여 바람직하게 방지할 수 있다. 자기장이 거의 없는 영역에서 생성된 플라즈마 속의 이온의 온도는 낮고, 높은 방향성을 갖는 광대한 이온 빔을 얻을 수 있기 때문에, 제4도에 도시된 바와 같은 이온빔세기의 분포형상은 하나가 되는데, 그 분포는 즉 광범위에 걸쳐 균일하게 된다. 예를 들면, 직경 300㎜의 기판(20)상에서는 이온빔전류량의 분산을 ±5%이하로 억제할 수 있어 극히 높은 질의 처리를 실행할 수 있다.
또한, 빔인출 전극(11)위치에서는 자장의 영향이 거의 없으므로, 이온빔의 외주부로부터 전자를 공급함으로서 이온빔의 중화가 가능하게 된다.
제5(a)도, 제5(b)도, 및 제5(c)도는 본 발명의 제2실시예를 나타낸다.
본 실시예에서는, 제1자기장 발생수단은 영구자석(3)뿐만 아니라 이 영구자석(3)의 외주부에 설치된 전자석(13) 모두를 포함한다. 즉, 본 실시예의 영구자석(3)은 상술된 제1실시예에서와 동일한 형상이며, 자기장의 세기가 제1실시예와 비교하여 전자가열공간실(1)의 축방향에서 제5도(b)에 나타낸 바와 같이 전체적으로 대략 15%정도 감소되고 단일 영구자석(3)에 의한 자기장의 세기는 유전체(6)의 마이크로파 도출부(6a)에서 전자시이클로트론 공명자기장의 세기보다 약간 약하게 설정되도록 구성된다.
한편, 전자석(13)은 제5도(b)에 나타낸 바와 같은 자기장성분을 가지며, 이 자기장성분의 세기가 영구자석(3)에 의한 자기장성분에 중첩함으로써, 제5(b)도에 굵은 선으로 나타낸 바와 같이, 유전체(6)의 마이크로파 도출부(6a)에서 전자사이클로트론 공명자기장의 세기를 초과하도록 구성된다. 따라서, 영구자석(3) 및 전자석(13)의 쌍방에 의하여 전자가열공간실(1)에 있어서 유전체(6)의 마이크로파 도출부(6a)에서는 전자사이클로트론 공명자기장의 세기를 초과하는 강한 자기장이 형성되고, 자기장의 세기는 마이크로파 도출부(6a)로의 하류측에서 급격히 감소되어 전자가열공간실(1) 및 플라즈마생성공간실(2) 사이의 경계부 근처의 점(14)에서 제로가 되며, 강한 자기장에 대해 방향이 다른 커스프상 자기장이 더욱 하류측에 형성된다. 제1정자기장 발생수단 이외의 부분은 제1실시예와 동일한 구성을 가지므로, 본 실시예에서는 그 설명을 생략한다.
상술한 바와 같이, 영구자석(3)과 전자석(13)의 쌍방에 의하여 형성되는 자기장은 영구자석만으로 제1정자기장 발생수단을 구성하는 제1실시예에 비하여 유전체(6)의 마이크로파 도출부(6a)에서는 동일한 강한 자기장이 되지만, 플라즈마생성공간실(2)에 있어서의 자기장(커스프상 자기장)은 제1실시예보다 한층 약하게 할 수 있다. 왜냐하면, 영구자석(3) 자체의 잔류자속밀도가 제1실시예에서 보다 약간 작고, 자기장은 영구자석(3)으로부터 멀어짐에 따라 작아지며, 영구자석(3)의 외주부위치에 전자석(13)을 배치함으로서 전자석(13)과 영구자석(3)에 의한 자기장이 플라즈마생성공간실(2)에서 서로 상쇄되어 자기장을 확실하게 감소시킬수 있기 때문이다. 따라서 플라즈마생성공간실(2)에서 자기장이 약한 영역이 차지하는 비율을 더욱 증가시킬 수 있으며, 따라서 플라즈마를 더욱 균일하게 생성할 수 있다.
본 실시예에서는, 전자석(13)이 단면길이 60×20㎜의 구리권선으로 만들어지며, 단위 단면적당 약 2A/㎟의 전류를 통전시켜 유전체(6)의 마이크로파도출부(6a)에서 대략 150G의 자기장을 생성하도록 구성된다. 전자석(13)의 크기는 비교적 작으며, 자기장이 용이하게 형성된다.
제6도는 본 발명의 제3실시예를 나타낸다.
본 실시예에서는, 도파관(5)내의 유전체(6)의 형상을 개선한 것이다.
즉, 마이크로파의 발산방향을 따라 전자가열공간실(1)쪽으로 돌출된 돌출부(6b)가 유전체(6)의 마이크로파 도출부(6a)에 형성된다. 돌출부(6b)는 제1실시예에 설명된 바와 같이 전자가열공간실(1)에서 가열되어 고에너지를 갖는 전자가 플라즈마생성공간실(2)쪽으로 이동하지 않게 되는 위치(1c)에 배치된다. 따라서, 즉, 돌출부(6b)는, 전자가 플라즈마생성공간실(2)쪽으로 확산되지 않거나, 플라즈마생성에 기여하지 않는 전자가열공간실의 부분을 차단한다.
전술된 바와 같이, 유전체(6)의 일부로서 돌출부(6b)를 마련함으로써 전자사이클로트론 공명층(12)의 위치(12a, 12b)에서 전자가 효과적으로 가열될 수 있다. 실제로, 방전실(100)내의 아르곤가스압력 1.0×10－4Torr 및 마이크로파 공급전력 400W의 조건하에서 빔인출전극위치에 직경 350㎜의 금속판이 배치되는 경우, 금속판에 의해 포집된 이온 전류량은 4.5A가 되는 것이 확인되었다. 이 값은 이온 전류량 3A를 얻을 수 있었던 제1실시예에 비하여 1.5배의 값이다. 따라서 제1실시예 보다 높은 에너지를 갖는 전자를 얻게 되는 것을 알 수 있다.
돌출부(6b)는 전자가 플라즈마생성공간실(2) 쪽으로 향하는 것을 막는 위치(1c)를 거의 전면적으로 막고 있으나, 제6도에 도시된 바와 같이, 전자가 플라즈마생성공간실(2) 쪽으로 향하는 것을 막는 위치(1c)의 작은 부분이 차단되지 않으면, 이 작은 부분(1c)의 존재를 플라즈마의 점화를 용이하게 하여 플라즈마 방전을 안정화 시킬 수 있으며, 더욱 안정화한 고에너지전자를 얻을 수 있다. 이 경우, 상술된 영역(1c)에 의해 흡수된 마이크로파의 비율은 대략 전체 마이크로파 전력의 10∼20% 정도로 추정된다.
제7도는 본 발명의 제4실시예를 나타낸다.
본 실시예에 따라, 제3실시예의 전자가열공간실(1)의 위치와 동일한 위치(1c)에 도파관(5)의 내벽의 일부를 팽창시킴으로써 돌출부(5b)가 형성되며, 이 돌출부는 전자가 가열되어 높은 에너지를 갖게 되는 것을 막는다. 즉, 이 돌출부(5b)는 역삼각형으로 형성된 유전체(6)의 형상에 대응하며, 하류측으로 갈수록 점차 팽창한다. 또한, 돌출부(5b)는 도출단부에서 그대로의 크기를 유지하여 축방향에서 다소 외측으로 연장되며, 전자가열공간실(1)의 개방된 공간의 단면적이 연장된 돌출부의 하류측에서 크게 연장된다. 앞에 설명된 바와 같이 돌출부(5b)가 도파관(5)의 일부에 의하여 형성되더라도, 단위 마이크로파 전력당의 플라즈마생성율을 확실하게 향상시킬 수 있다. 빔인출전극(11)의 일위치에 직경 350㎜의 금속판을 둔 경우, 5A의 이온전류량이 얻어지는 것이 확인되었다.
그러나, 제3실시예가 방전의 안정화라는 점에 관해서는 제4실시예 보다 양호하였다. 또 처리실(23)내에 있어서의 기판(20)의 표면이 도전성재료로 만들어지며, 이 표면이 이온빔으로 에칭처리되는 경우, 도전성입자가 그 표면으로부터 방출되어 유전체(6)의 마이크로파 도출부(6a)에 부착된다. 따라서, 어떤 경우에는, 마이크로파의 도입이 곤란하게 된다. 방출된 입자가 마이크로파 도출부(6a)에 부착하는 것을 막는 효과에 관해서는, 제4실시예의 제7도에 도시된 바와 같이 돌출부(5b)가 마련된 전자가열공간실(2)의 형상이 제3실시예의 형상보다 더욱 효과적이다. 방전의 안정화 및 방출된 입자들의 부착억제효과는 돌출부(6b, 5b)형상의 상이에 따라 다르며, 그 형상은 용도에 따라 선택된다.
제8도 및 제9도는 본 발명의 제5실시예를 나타낸다.
본 실시예에 따라, 2개의 도파관(5)이 이용된다. 방전실(100)은 각 도파관에서 유전체(6)의 하류측에 설치된 2개의 전자가열공간실(1), 및 각 전자가열공간실(1)의 하류측에 공통적으로 연결된 1개의 플라즈마생성공간실(2)을 포함한다. 전자가열공간실(1)의 형상은 제1실시예에 사용된 것과 동일하므로, 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.
한편, 프라즈마생성공간실(2)은 제1실시예와 다른 형상을 가지며, 스테인레스 스틸등의 비자성재료로 세로 500㎜, 가로 700㎜, 높이 200㎜의 박스형상을 이루고 있다. 플라스마생성공간실(2)의 상벽(8a)에는 2개의 전자가열공간실(1)의 약 300㎜의 간격으로 각각 설치된다. 각 가열공간실(1)의 외측치수는 서로 동일하다. 또한, 플라즈마생성공간실(2)의 상벽(8a)에는 제2정자기장 발생수단에 관한 복수의 영구자석(4)이 배치되어, 자극방향이 교대로 바뀌는 방법으로 소정의 간격을 두고 제1정자기장 발생수단에 관한 영구자석을 둘러싼다. 또한 복수의 영구자석이 플라즈마생성공간실(2)의 주변벽(8b)에도 배치되어, 제8도에서 자력선(9)으로 도시된 바와 같이 플라즈마생성공간실(2)에 다극자기장을 형성한다. 이 경우, 영구자석(4)는 사마륨코발트(잔류자속밀도 약 11,000 G)로 만들어지고, 두께 6㎜, 자화방향의 길이는 20㎜이며, 서로 인접하는 자석 사이의 간격은 30∼80㎜이다.
본 실시예의 구성에 따라, 고에너지 전자가 각 전자가열공간실(1)에 발생하며, 고에너지 전자는 플라즈마생성공간실(2) 쪽으로 확산한다. 고에너지 전자는 다극자기장에서 이동하는 중에 가스공급수단(7)에 의해 공급된 가스와 충돌하여 이온화된다. 따라서, 플라즈마생성공간실(2)이 큰 단면적을 갖더라도, 고밀도 및 저온의 균일한 플라즈마가 안정하게 생성된다. 따라서, 본 실시예에 의해 단면적이 큰 플라즈마생성공간실(2)에서 플라즈마가 안정하게 생성되므로, 처리실(23)이 넓게 만들어질 수 있으며, 대형의 기판(20)이 확실하게 처리될 수 있다.
제10도 및 제11도는 본 발명에 의한 제6실시예를 나타낸다.
본 실시예에서는, 앞의 제5실시예와 동일한 복수의 전자가열공간실(1)를 이용하여 균일한 플라즈마를 생성한다. 본 실시예가 제5실시예와 다른 점은, 구성에 있어서 플라즈마생성공간실(2)이 정사각형의 측벽을 갖는 입방체로 형성되고, 전자가열공간실(1)을 갖는 각 도파관(5)이 입방체의 외주부를 이루는 각 정사각형측벽의 중심부에 연결되는 것이다. 플라즈마생성공간실(2)은, 예를 들면, 폭 700㎜, 높이 250㎜이며, 다른 실시예들과 마찬가지로 비자성재료이다.
전자가열공간실(1)를 갖는 도파관(5)의 수는 플라즈마생성공간실(2)의 네 개의 각 측벽에 대응하여 4개로 이루어지며, 모든 도파관(5)은 측벽에 각각 연결되어, 도파관(5)의 모든 축선이 플라즈마생성공간실(2)의 중심축선에 대하여 직교하게 된다. 도파관(5)의 전자가열공간실(1) 및 영구자석(3)은 제1실시예와 동일하다.
본 실시예에 따라, 이온빔이 처리실(23)내의 기판(20)에 조사되었을 때 입자가 처리실(23)로부터 방출되더라도, 각 도파관(5) 및 전자가열공간실(1)이 플라즈마생성공간실(2)에 대하여 직교하도록 연결되므로, 방출된 입자가 도파관(5)의 유전체(6)에 부착하는 것을 가능한 방지할 수 있다. 그 결과, 기판이 도전성물질로 만들어지더라도, 이온빔 에칭가공이 장시간 행해질 수 있다. 앞에서, 플라즈마생성공간실(2)이 입방체로 형성된 예를 설명하였다. 그러나, 원형인 것도 본질적으로 동일한 효과를 얻을 수 있다.
제12도 및 제13도는 본 발명의 제7실시예를 나타낸다.
본 실시예에서는, 도파관(5) 및 플라즈마생성공간실(2)이 동일 중심축선상에 배치된다. 본 실시예는 플라즈마생성공간실(2)내에 전자를 확산시키는 배플(15)이 구비되는 것이 특징이다. 이 배플(15)은 도전성의 앵글부재(앵글부재 일 측의 폭 30㎜, 길이 120㎜)로 만들어지며, 절연물질로 만들어진 지지부재(16)에 의하여 플라즈마생성공간실(2)내에서 전자가열공간실(1)의 중심축상의 중간부에 설치되어, 제12도에 도시된 바와 같이 앵글부재의 상부가 전자가열공간실 쪽으로 향하게 된다. 배플(15)에는 부바이어스를 인가하는 수단(17)이 접속된다. 부바이어스(17)를 공급하는 수단(17)을 사용하여, 0∼100V, 바람직하게는 15∼60V의 부바이어스가 배플(15)에 인가되어, 전자가열공간실(1)로부터의 고에너지 전자가 플라즈마생성공간실(2)내의 배플(15)과 충돌하는 경우, 고에너지 전자는 제12도에서 화살표(e－)에 의해 도시된 바와 같이 반사됨으로써 플라즈마생성공간실(2)내에 광범위하게 확산될 수 있다.
본 실시예에 따라, 고에너지 전자는 배플(15)의 효과에 의해 플라즈마생성공간실(2)내에서 광범위하게 확산될 수 있다. 부가적으로, 도전성 입자가 도파관(5)내의 유전체(6)에 부착하는 것이 크게 감소된다. 배플(15)에 의한 전자확산의 효과는, 부바이어스가 도전성배플에 인가될 때 상당히 효과적이지만, 이 효과는 배플을 절연물질로 형성하여 부바이어스를 인가하지 않는 경우에도 약간은 기대될 수 있다.
제14도는 본 발명의 제8실시예를 나타낸다.
본 실시예에서는, 본 발명이 플라즈마처리장치에 적용되는 것으로서, 먼저 처리단계에서 장치내측의 공기가 배기용 펌핑시스템에 의하여 펌프되고, 그 후 가스도입시스템에 의하여 특정가스가 도입되어 내측에 소정의 가스분위기를 형성하고, 도파관(5)을 통과하여 도입되는 마이크로파에 의해 플라즈마생성공간실(2)에 플라즈마가 발생되며, 지지장치(21)상에서 플라즈마 및 이것에 부수하여 생성된 래디컬을 사용하여 바이어스없이 기판(20)이 처리된다(또는 교류 또는 직류에 의해 바이어스가 적용된다). 일반적으로, 플라즈마처리장치는 동일 규모의 이온원을 위한 가스유량 보다 많은 양의 가스유량을 필요로 한다.
그래서, 본 실시예에서는, 플라스마생성공간실(2)내에 다극자기장을 형성하는 영구자석(4a, 4b)중 영구자석(4a)이 이전의 실시예와 마찬가지로 상부벽(8a)에 배치되며, 영구자석(4b)은 플라즈마생성공간실(2)의 내부에 배치된다. 이 경우, 영구자석은 기판(20)을 오염시키지 않고 영구자석(4b)이 다른 열적 영향을 받지 않게 하는 물질로 이루어진 단열부재(24)로 차폐되며, 지지수단(도면에 미도시된)에 의해 배치된다. 영구자석(4b) 사이의 간격으로부터 플라즈마생성공간실(2)내의 배기통로를 통하여 배기가스를 펌핑함으로써, 플라즈마생성공간실(2)로부터 펌핑되는 배기가스의 컨덕턴스를 증가시킬 수 있고, 따라서, 충분한 고진공상태를 유지하면서 다량의 가스를 장치내로 도입할 수 있다. 상술된 영구자석은 솔레노이드코일에 비하여 소형이며, 자기발열이 없다. 따라서, 영구자석(4b)은 지지수단에 의해 플라즈마생성공간실(2)에 용이하게 배치가능하다. 전기된 바와 같이, 플라즈마생성공간실(2)에는 배기통로(8c)가 형성된다. 플라즈마생성공간실(2)의 내측에 기판(20)을 설치 할 때, 기판(20)이 배치되는 위치는 빔인출 전극(11)의 위치와 동일하고, 제1정자기장 발생수단에 관한 영구자석(3)의 자기장의 세기는 기본적으로 제1실시예 또는 제2실시예와 동일하며, 제3 및 제4실시예 뿐만 아니라 본 실시예에서도 돌출부가 전자가열공간실(1)의 내부구조에 구비될 수 있다.
이전의 실시예들에서는, 빔으로 인출된 이온전류량과 동일한 양의 전자가 빔인출전극(11) 또는 플라즈마생성공간실(2)의 진공벽에 모아진다. 따라서, 전극(11) 또는 플라즈마 생성공간실내의 진공벽이 도전성재료로 만들어 져야 한다. 또한 처리실(23)은 플라즈마생성공간실(2)로부터 분리되어야 한다. 반대로, 본 실시예에서는 이러한 전술된 필요성이 요구되지 않으며, 도파관(5), 플라즈마생성공간실(2)의 진공벽, 영구자석(4b), 및 지지수단등과 같은 플라즈마와 접하는 모든 부품을 석영 등의 절연물질로 덮어서 기판(20)이 금속으로 오염되는 것을 방지하도록 구성함으로써 플라즈마생성공간실(2)내에 기판(20)을 그대로 설치하여 플라즈마처리를 할 수 있다. 본질적으로, 이들 영구자석(4a, 4b)은 인접하는 자석의 자극이 서로 반대가 되도록 배치된다.
앞에서 기술된 바와 같이, 본 발명의 청구항 1∼8에 따라, 강한 전기장의 마이크로파가 도파관내에 안정하게 도입될 수 있도록 전자가열공간실이 제공되고, 영구자석이 전자가열공간실의 외주부에 제1정자기장 발생수단으로서 배치되고, 영구자석은 유전체의 마이크로파 도출부에서 전자사이클로트론 공명자기장의 세기를 초과하는 강한 자기장을 형성하며, 유전체의 마이크로파 도출부로부터 전자가열공간실 및 플라즈마생성공간실 사이의 경계부 근처에서 자기장이 급격히 감소하고 또한 전자가열공간실과 플라즈마생성공간실 사이의 경계부 근처의 영역에서 플라즈마생성공간실 쪽으로 자기장의 방향이 변화되는 방법으로 커스프상 자기장이 형성된다. 따라서, 영구자석의 크기는 감소되며, 생산가가 낮아진다. 그리고, 제2정자기장 생성수단에 관한 복수의 영구자석이 플라즈마생성공간실의 외주부에 인접한 자석의 자극이 서로 반대가 되도록 배치된다. 따라서, 광범위에 걸쳐 균일한 고밀도 플라즈마가 플라즈마생성공간실에 안정하게 형성가능하며, 플라즈마가 자성물질 등을 제조하는 데에도 안정하게 사용가능하다. 결국, 품질이 양호한 제품이 넓은 면적에서 플라즈마로 안정하게 처리될 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (13)

  1. 마이크로파를 도입하는 도파관과: 상기 도파관내의 유전체로부터 하류측의 위치에 형성된 전자가열공간실과: 상기 전자가열공간실에 연결된 플라즈마생성공간실과; 상기 전자가열공간실의 외주부를 둘러싸는 영구자석을 포함하여, 전자가열공간실내에서 마이크로파의 전달방향을 따라, 상기 유전체의 마이크로파 도출부에서 전자사이클로트론 공명자기장의 세기를 초과하는 강한 자기장을 형성함과 동시에, 상기 유전체의 상기 마이크로파 도출부와 상기 전자가열공간실 및 상기 플라즈마생성공간실간의 경계부 사이의 부분에서 급속하게 세기가 변화하며 또한 전자가열공간실과 플라즈마생성공간실의 경계부로부터 상기 플라즈마생성공간실의 안쪽을 향함에 따라 자기장의 방향이 상기 전자가열공간실내의 상기 강한 자기장의 방향과 반대로 역전되는, 커스프 모양의 자기장을 형성하는 제1정자기장 발생수단, 및 상기 플라즈마생성공간실의 주위에 서로 극성이 교대로 다르게 배치된 영구자석을 포함하는 제2정자기장 발생수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마생성장치.
  2. 유전체가 내설되고 마이크로파를 전달하는 도파관과; 상기 도파관의 하류측에 연결되어 상기 도파관으로부터 특정가스분위기내로 마이크로파를 도입받아 플라즈마를 생성하기 위해, 상기 도파관내의 상기 유전체로부터 하류측위치에 축방향을 따라 형성되어 전자를 가열하는 전자가열 공간실과, 상기 전자가열공간실의 하류측에 형성되어 플라즈마를 생성하는 플라즈마생성공간실과, 상기 전자가열공간실의 외주부를 둘러싸는 영구자석을 포함하여, 전자가열공간실내에서 마이크로파의 전달방향을 따라, 상기 유전체의 마이크로파 도출부에서 전자사이클로트론 공명자기장의 세기를 초과하는 강한 자기장을 형성함과 동시에, 상기 유전체의 상기 마이크로파 도출부와 상기 전자가열공간실 및 상기 플라즈마생성공간실간의 경계부 사이의 부분에서 급속하게 세기가 변화하며 또한 전자가열공간실과 플라즈마생성공간실의 경계부로부터 상기 플라즈마생성공간실의 안쪽을 향함에 따라 자기장의 방향이 상기 전자가열공간실내의 상기 강한 자기장의 방향과 반대로 역전되는, 커스프 모양의 자기장을 형성하는 제1정자기장 발생수단과, 상기 플라즈마생성공간실의 주위에 서로 극성이 교대로 다르게 배치된 영구자석을 포함하는 제2정자기장 발생수단을 포함하여 이루어지는 방전실과; 상기 생성된 플라즈마내의 이온을 조사하여 대상물을 처리하는 처리실을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마생성장치.
  3. 유전체가 내설되고 마이크로파를 전달하는 도파관과; 상기 도파관의 하류측에 연결되어 상기 도파관으로부터 특정가스분위기내로 마이크로파를 도입받아 플라즈마를 생성하기 위해, 상기 도파관내의 상기 유전체로부터 하류측위치에 축방향을 따라 형성되어 전자를 가열하는 전자가열공간실과, 상기 전자가열공간실의 하류측에 형성되어 플라즈마를 생성하는 플라즈마생성공간실과, 상기 전자가열공간실의 외주부를 둘러싸는 전자석을 포함하고, 전자가열공간실내에서 마이크로파의 전달방향을 따라, 상기 유전체의 마이크로파 도출부에서 전자사이클로트론 공명자기장의 세기를 초과하는 강한 자기장을 형성함과 동시에, 상기 유전체의 상기 마이크로파 도출부와 상기 전자가열공간실 및 상기 플라즈마생성공간실간의 경계부 사이의 부분에서 급속하게 세기가 변화하며 또한 전자가열공간실과 플라즈마생성공간실의 경계부로부터 상기 플라즈마생성공간실의 안쪽을 향함에 따라 자기장의 방향이 상기 전자가열공간실내의 상기 강한 자기장의 방향과 반대로 역전되는, 커스프 모양의 자기장을 형성하는 제1정자기장 발생수단과, 상기 플라즈마생성공간실의 주위에 서로 극성이 교대로 다르게 배치된 영구자석을 포함하는 제2정자기장 발생수단을 포함하여 이루어지는 방전실과; 상기 플라즈마생성공간실에 제공된 전자를 상기 전자가열공간실의 중심축상에서 확산시키는 배플; 및 상기 생성된 플라즈마내의 이온을 조사하여 대상물을 처리하는 처리실을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마생성장치.
  4. 유전체가 내설되고 마이크로파를 전달하는 도파관과; 상기 도파관의 하류측에 연결되어 상기 도파관으로부터 특정가스분위기내로 마이크로파를 도입받아 플라즈마를 생성하기 위해, 상기 도파관내의 상기 유전체로부터 하류측위치에 축방향을 따라 형성되어 전자를 가열하는 전자가열공간실과, 상기 전자가열공간실의 하류측에 형성되어 플라즈마를 생성하는 플라즈마생성공간실과, 상기 전자가열공간실의 외주부를 둘러싸는 영구자석과 상기 영구자석의 외주부를 둘러싸는 전자석을 포함하여, 상기 전자가열공간실내에서 마이크로파의 전달방향을 따라, 상기 유전체의 마이크로파 도출부에서 전자시이클로트론공명자기장의 세기를 초과하는 강한 자기장을 형성함과 동시에, 상기 유전체의 상기 마이크로파 도출부와 상기 전자가열공간실 및 상기 플라즈마생성공간실간의 경계부 사이의 부분에서 급속하게 세기가 변화하며 또한 전자가열공간실과 플라즈마생성공간실의 경계부로부터 상기 플라즈마생성공간실의 안쪽을 향함에 따라 자기장의 방향이 상기 전자가열공간실내의 상기 강한 자기장의 방향과 반대로 역전되는, 커스프 모양의 자기장을 형성하는 제1정자기장 발생수단과, 상기 플라즈마생성공간실의 주위에 서로 극성이 교대로 다르게 배치된 영구자석을 포함하는 제2정자기장 발생수단을 포함하여 이루어지는 방전실과; 상기 생성된 플라즈마내의 이온을 조사하여 대상물을 처리하는 처리실을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마생성장치.
  5. 유전체가 내설되고 마이크로파를 전달하는 복수의 도파관과; 상기 복수의 도파관의 하류측에 연결되어 상기 도파관으로부터 특정가스분위기내로 마이크로파를 도입받아 플라즈마를 생성하기 위해, 상기 각 도파관내의 상기 유전체로부터 하류측위치에 각각 축방향을 따라 형성되어 전자를 가열하는 복수의 전자가열공간실과, 상기 전자가열공간실의 하류측에 형성되어 플라즈마를 생성하는 플라즈마생성공간실과, 상기 전자가열공간실의 외주부를 둘러싸는 영구자석을 포함하여, 상기 전자가열공간실내에서 마이크로파의 전달방향을 따라, 상기 유전체의 마이크로파 도출부에서 전자사이클로트론 공명자기장의 세기를 초과하는 강한 자기장을 형성함과 동시에, 상기 유전체의 상기 마이크로파 도출부와 상기 전자가열공간실 및 상기 플라즈마생성공간실간의 경계부 사이의 부분에서 급속하게 세기가 변화하며 또한 전자가열공간실과 플라즈마생성공간실의 경계부로부터 상기 플라즈마생성공간실의 안쪽을 향함에 따라 자기장의 방향이 상기 전자가열공간실내의 상기 강한 자기장의 방향과 반대로 역전되는, 커스프 모양의 자기장을 형성하는 제1정자기장 발생수단과, 상기 플라즈마생성공간실의 주위에 서로 극성이 교대로 다르게 배치된 영구자석을 포함하는 제2정자기장 발생수단을 포함하여 이루어지는 방전실과; 상기 생성된 플라즈마내의 이온을 조사하여 대상물을 처리하는 처리실을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마생성장치.
  6. 유전체가 내설되고 마이크로파를 전달하는 복수의 도파관과; 상기 복수의 도파관의 하류측에 연결되어 상기 도파관으로부터 특정가스 분위기내로 마이크로파를 도입받아 플라즈마를 생성하기 위해, 상기 각 도파관내의 상기 유전체로부터 하류측위치에 각각의 축방향을 따라 형성되어 전자를 가열하는 복수의 전자가열공간실과, 상기 전자가열공간실부 주위에 연결되고 중심축방향이 상기 복수의 전자가열공간실의 축방향과 직교하도록 배치되어 플라즈마를 생성하는 플라즈마생성공간실과, 상기 전자가열공간실의 외주부를 둘러싸는 영구자석을 포함하여, 전자가열공간실내에서 마이크로파의 전달방향을 따라, 상기 유전체의 마이크로파 도출부에서 전자사이클로트론 공명자기장의 세기를 초과하는 강한 자기장을 형성함과 동시에, 상기 유전체의 상기 마이크로파 도출부와 상기 전자가열공간실 및 상기 플라즈마생성공간실간의 경계부 사이의 부분에서 급속하게 세기가 변화하며 또한 전자가열공간실과 플라즈마생성공간실의 경계부로부터 상기 플라즈마생성공간실의 안쪽을 향함에 따라 자기장의 방향이 상기 전자가열공간실내의 상기 강한 자기장의 방향과 반대로 역전되는, 커스프 모양의 자기장을 형성하는 제1정자기장 발생수단과, 상기 플라즈마생성공간실의 주위에 서로 극성이 교대로 다르게 배치된 영구자석을 포함하는 제2정자기장 발생수단을 포함하여 이루어지는 방전실과; 상기 생성된 플라즈마내의 이온을 조사하여 대상물을 처리하는 처리실을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마생성장치.
  7. 유전체가 내설되고 마이크로파를 전달하는 도파관과; 상기 도파관내의 상기 유전체로부터 하류측위치에 축방향을 따라 형성되어 전자를 가열하는 전자가열공간실과; 배기통로를 구비하고, 상기 전자가열공간실의 하류측에 형성되어 플라즈마를 생성하는 플라즈마생성공간실과; 상기 전자가열공간실의 외주부를 둘러싸는 영구자석을 포함하여, 전자가열공간실내에서 마이크로파의 전달방향을 따라, 상기 유전체의 마이크로파 도출부에서 전자사이클로트론 공명자기장의 세기를 초과하는 강한 자기장을 형성함과 동시에, 상기 유전체의 상기 마이크로파 도출부와 상기 전자가열공간실 및 상기 플라즈마생성공간실 간의 경계부 사이의 부분에서 급속하게 세기가 변화하며 또한 전자가열공간실과 플라즈마생성공간실의 경계부로부터 상기 플라즈마생성공간실의 안쪽을 향함에 따라 자기장의 방향이 상기 전자가열공간실내의 상기 강한 자기장의 방향과 반대로 역전되는, 커스프 모양의 자기장을 형성하는 제1정자기장 발생수단; 상기 플라즈마생성공간실의 주위에 서로 극성이 교대로 다르게 배치된 영구자석을 포함하며, 플라즈마생성공간실의 내측에 배치된 영구자석은 절연재에 의해 차폐되는 제2정자기장 발생수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마생성장치.
  8. 유전체가 내설되고 마이크로파를 전달하는 도파관과; 상기 도파관내의 상기 유전체로부터 하류측위치에 형성되어 전자를 가열하는 전자가열공간실과; 배기통로를 구비하고, 상기 전자가열공간실의 하류측에 형성되어 플라즈마를 생성하는 플라즈마생성공간실과; 상기 전자가열공간실의 외주부를 둘러싸는 영구자석 및 상기 영구자석의 외주부를 둘러싸는 전자석을 포함하여, 전자가열공간실내에서 마이크로파의 전달방향을 따라, 상기 영구자석 및 상기 전자석 쌍방의 작용에 의해 상기 유전체의 마이크로파 도출부에서 전자사이클로트론 공명자기장의 세기를 초과하는 강한 자기장을 형성함과 동시에, 상기 유전체의 상기 마이크로파 도출부와 상기 전자가열공간실 및 상기 플라즈마생성공간실간의 경계부 사이의 부분에서 급속하게 세기가 변화하며 또한 전자가열공간실과 플라즈마생성공간실의 경계부로부터 상기 플라즈마생성공간실의 안쪽을 향함에 따라 자기장의 방향이 상기 전자가열공간실내의 상기 강한 자기장의 방향과 반대로 역전되는, 커스프 모양의 자기장을 형성하는 제1정자기장 방생수단과; 상기 플라즈마생성공간실의 주위에 서로 극성이 교대로 다르게 배치된 영구자석중 플라즈마생성공간실의 내측에 배치된 영구자석이 절연재에 의해 차폐되는 제2정자기장 발생수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마생성장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 도파관은 직사각형의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마생성장치.
  10. 제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 전자가열공간실의 축방향의 길이는 상기 도파관에 공급되는 마이크로파의 파장보다 짧은 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마생성장치.
  11. 제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 전자가열공간실은 전자가 플라즈마생성공간실쪽으로 이동하지 않게되는 위치에 마이크로파의 전달방향에 따라 상기 전자가열공간실 쪽으로 돌출하도록 배치된 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마생성장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 돌출부는 마이크로파의 전달방향을 따라 상기 전자가열공간부내의 유전체의 마이크로파 도출부의 일부로 형성되고 전자가열공간실을 향하여 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마생성장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 돌출부는 전자가 플라즈마생성공간실쪽으로 이동하지 않는 위치를 향해 상기 도파관의 내벽의 일부를 팽창시킴으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마생성장치.
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