KR101307019B1 - Neutral Beam Source With Belt Type Magnet - Google Patents

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석재 유
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Abstract

본 발명은 중성입자 빔 발생장치에 관한 것으로, 고 진공도를 유지하면서도 고 밀도의 플라즈마를 전체 플라즈마 챔버 공간에 균일하게 분포하게 하여, 대면적 기판에 중성입자 빔을 이용하여 균일한 박막을 제작하기 위한 것이다.
본 발명에 따르면, 플라즈마 챔버를 스테인레스스틸로 구성하고, 한 쌍의 벨트형 자석을 플라즈마 챔버 둘레에 배치하여 상기 목적을 달성할 수 있다. The present invention relates to a neutral particle beam generator, and to uniformly distribute a high density plasma in the entire plasma chamber space while maintaining a high degree of vacuum, to produce a uniform thin film using a neutral particle beam on a large area substrate will be.
According to the present invention, the plasma chamber may be made of stainless steel, and a pair of belt-shaped magnets may be disposed around the plasma chamber to achieve the above object.

Description

벨트형 자석을 포함한 중성입자 빔 발생장치{Neutral Beam Source With Belt Type Magnet}Neutral Beam Source With Belt Type Magnet}

본 발명은 중성입자 빔 발생장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 영구자석의 배열을 이용하여 고 밀도 플라즈마와 높은 빔 플럭스의 중성입자 빔을 발생하게 하는 중성입자 빔 발생장치에 관한 것이다. The present invention relates to a neutral particle beam generator, and more particularly to a neutral particle beam generator for generating a high density plasma and a high beam flux neutral particle beam using an array of permanent magnets.

중성입자 빔은 빔 자체의 고 에너지로 인해 저온 증착에 유리하여 반도체, 다이아먼드 박막, LED 제조 등, 다양하게 활용되고 있다. Neutral particle beam is advantageous for low temperature deposition due to the high energy of the beam itself, and is being used in various applications such as semiconductor, diamond thin film, and LED manufacturing.

중성입자 빔 발생은 플라즈마를 발생하게 한 다음 하전 된 플라즈마 입자의 전하량을 중성화하여 이루어진다. 중성입자 빔 발생 방식에는 몇 가지 유형이 있다. Neutral beam generation is achieved by generating a plasma and then neutralizing the amount of charge in the charged plasma particles. There are several types of neutral particle beam generation.

가스에 레이저를 조사하여 플라즈마를 발생시킨 후, 플라즈마를 단면적이 작은 오리피스를 통과하게 하여 오리피스 안에서 플라즈마 입자들이 서로 뭉쳐 전하량이 상쇄되어 중성입자로 출사 되는 방식은 중성입자 빔이 압력 차이에 의해 출사되므로 중성입자 빔의 에너지가 그다지 높지 못하다. After the laser is irradiated to the gas to generate a plasma, the plasma is passed through an orifice having a small cross-sectional area, whereby the plasma particles are aggregated together in the orifice, the charge amount is canceled and emitted to the neutral particles. The energy of the neutral particle beam is not very high.

또한, 발생 된 플라즈마를 그리드 전극에 의해 인출하고 이를 반사판에 충돌시켜 중성화하여 중성입자 빔을 생성하는 방식은 비교적 고에너지의 중성입자 빔을 얻을 수 있으나, 그리드 전극과 플라즈마 사이의 간격 조절이 어려우며 고전압을 그리드에 인가하기 때문에, 단락현상이 발생하기 쉽다.In addition, the method of generating the neutral particle beam by drawing the generated plasma by the grid electrode and impinging it on the reflecting plate and neutralizing it can obtain a relatively high energy neutral particle beam, but it is difficult to control the spacing between the grid electrode and the plasma, and high voltage. Is applied to the grid, a short circuit is likely to occur.

상술한 중성입자 빔 발생방식에 비해, 대한민국 공개특허 10-2009-0051750에 개시된 중성입자 빔 발생방식은 자석 구조물을 설치하여 전자회전공명에 의해 플라즈마를 발생시키고 중성화 반사판에 플라즈마를 충돌시켜 중성입자 빔을 생성하여 고 에너지 및 고 플럭스의 중성입자 빔을 생성할 수 있다. Compared to the neutral particle beam generation method described above, the neutral particle beam generation method disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2009-0051750 provides a neutral particle beam by installing a magnetic structure to generate plasma by electron rotation resonance and impinging the plasma on the neutralizing reflector. It can generate a high energy and high flux neutral particle beam.

그러나, 상기 문헌에 의한 중성입자 빔 발생장치는 자석구조물이 중성화 반사판 상단에 배치되어 생성된 자기력선의 형상에 따라 플라즈마 밀도가 특정 지점에 집중되는 문제가 있고, 이를 해결하기 위해 자석구조물을 스캔하여 플라즈마 밀도를 균일화하고자 시도하고 있다. 이와 같은 자석구조물의 스캔은 증착 면적이 넓은 대면적 기판에 대하여 적용하기 어렵다는 문제가 있다. 최근 생산성 향상을 위해 기판은 점점 더 대면적화하고 있음을 감안하면 이에 적합한 새로운 시도가 필요한 상황이다. However, the neutral particle beam generating apparatus according to the above document has a problem that the plasma density is concentrated at a specific point according to the shape of the magnetic force lines generated by the magnet structure disposed on the neutralizing reflector, and to solve this problem, the magnet structure is scanned and the plasma Attempting to equalize the density. Such a scan of the magnet structure has a problem that it is difficult to apply to a large area substrate having a large deposition area. Given that substrates are becoming more and more large in order to improve productivity in recent years, a new attempt is needed.

또한, 중성입자 빔의 평균자유행정은 진공화 도가 높은 고진공일수록 길어지기 때문에 고 진공을 유지하면서도 고 밀도 플라즈마를 발생시켜야 하는 점에 있어서 상기 전자회전공명 방식의 플라즈마 발생은 유용하다고 볼 수 있어, 자석구조물 또한 유용하되, 상기 공보에 개시된 구조와는 달리 개선될 필요가 있다.In addition, since the average free stroke of the neutral particle beam becomes longer as the high vacuum has a high degree of vacuum, the electron-rotated resonance plasma generation is useful because it is required to generate a high density plasma while maintaining a high vacuum. The structures are also useful, but need to be improved unlike the structures disclosed in this publication.

따라서 본 발명의 목적은 자석구조물의 배열을 새롭게 개선하여, 고 진공에서 고 밀도 플라즈마를 발생하여, 고 에너지 및 고 플럭스의 중성입자 빔을 대면적 기판에 적용할 수 있도록 대면적에 걸쳐 균일한 분포로 중성입자 빔을 출사할 수 있는 중성입자 빔 발생장치를 제공하고자 하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to improve the arrangement of the magnet structure, to generate a high density plasma at a high vacuum, uniform distribution over a large area to apply a high energy and high flux neutral particle beam to a large area substrate It is to provide a neutral particle beam generator that can emit a neutral particle beam.

본 발명은, 플라즈마를 생성하는 플라즈마 방전 공간을 제공하는 플라즈마 챔버;
플라즈마 이온을 충돌에 의해 중성입자로 변환시키기 위해 상기 플라즈마 챔
버 내부에 설치되는 중성화 반사판;
중성입자 외의 플라즈마 이온 및 전자를 상기 플라즈마 방전 공간에 제한하도록 상기 플라즈마 방전 공간의 하단에 설치되는 리미터;
상기 플라즈마 챔버 상단에 장착되어 플라즈마 챔버 안으로 마이크로파를 출사하는 마이크로파 도파관;및
상기 플라즈마 챔버의 둘레를 둘러싸는 한 쌍의 벨트형 자석;을 포함하고,
상기 한 쌍의 벨트형 자석 각각은 벨트의 안쪽과 바깥쪽이 서로 상보적인 자력 극성을 나타내고, 하나의 벨트 트랙에서 안쪽의 자석 극성은 일정하게 하고, 바깥쪽의 자석 극성 또한 그에 대한 상보적 극성으로 일정하게 하고, 플라즈마 챔버 둘레에 상하로 나란히 배열되는 두 개의 벨트형 자석의 자력 극성도 상하위치에서 서로 상보적이 되도록 구성하여, 상기 벨트형 자석에 의해 형성되는 자기력선이 위쪽 벨트형 자석과 아래쪽 벨트형 자석을 연결하는 방식으로 되되, 영구자석 또는 전자석이 연속적으로 촘촘히 다수 배열되어 벨트를 이루는 것을 특징으로 하는 중성입자 빔 발생장치를 제공할 수 있다.The present invention provides a plasma chamber for providing a plasma discharge space for generating a plasma;
The plasma chamber to convert plasma ions into neutral particles by collision
A neutralizing reflector installed inside the burr;
A limiter disposed at a lower end of the plasma discharge space to limit plasma ions and electrons other than neutral particles to the plasma discharge space;
A microwave waveguide mounted on the plasma chamber and emitting microwaves into the plasma chamber; and
And a pair of belt-shaped magnets surrounding the circumference of the plasma chamber.
Each of the pair of belt-shaped magnets exhibits a magnetic polarity that is complementary to each other inside and outside of the belt, and the inner magnet polarity is constant in one belt track, and the outer magnet polarity is also complementary thereto. The magnetic force lines formed by the belt-shaped magnets are arranged so that the magnetic force polarities of the two belt-shaped magnets arranged side by side up and down around the plasma chamber are also complementary with each other in the vertical position. By connecting the magnets, it is possible to provide a neutral particle beam generating device characterized in that the permanent magnets or electromagnets are arranged in a plurality of consecutive densely arranged to form a belt.

플라즈마 이온을 충돌에 의해 중성입자로 변환시키기 위해 상기 플라즈마 챔The plasma chamber to convert plasma ions into neutral particles by collision

버 내부에 설치되는 중성화 반사판;A neutralizing reflector installed inside the burr;

중성입자 외의 플라즈마 이온 및 전자를 상기 플라즈마 방전 공간에 제한하도록 상기 플라즈마 방전 공간의 하단에 설치되는 리미터;A limiter disposed at a lower end of the plasma discharge space to limit plasma ions and electrons other than neutral particles to the plasma discharge space;

상기 플라즈마 챔버에 장착되어 플라즈마 챔버 안으로 마이크로파를 출사하는 마이크로파 도파관;및A microwave waveguide mounted in the plasma chamber to emit microwaves into the plasma chamber; and

상기 플라즈마 챔버의 둘레를 둘러싸는 한 쌍의 벨트형 자석;을 포함하고,And a pair of belt-shaped magnets surrounding the circumference of the plasma chamber.

상기 한 쌍의 벨트형 자석 각각은 벨트의 안쪽과 바깥쪽이 서로 상보적인 자력 극성을 나타내고, 하나의 벨트 트랙에서 안쪽의 자석 극성은 일정하게 하고, 바깥쪽의 자석 극성 또한 그에 대한 상보적 극성으로 일정하게 하고, 플라즈마 챔버 둘레에 상하로 나란히 배열되는 두 개의 벨트형 자석의 자력 극성도 상하위치에서 서로 상보적이 되도록 구성하여, 상기 벨트형 자석에 의해 형성되는 자기력선이 위쪽 벨트형 자석과 아래쪽 벨트형 자석을 연결하는 방식으로 되는 것을 특징으로 하는 중성입자 빔 발생장치.를 제공할 수 있다.Each of the pair of belt-shaped magnets exhibits a magnetic polarity that is complementary to each other inside and outside of the belt, and the inner magnet polarity is constant in one belt track, and the outer magnet polarity is also complementary thereto. The magnetic force lines formed by the belt-shaped magnets are arranged so that the magnetic force polarities of the two belt-shaped magnets arranged side by side up and down around the plasma chamber are also complementary with each other in the vertical position. It is possible to provide a neutral particle beam generating device characterized in that the magnet is connected to the manner.

또한, 본 발명은, 상기 중성입자 빔 발생장치에 있어서, 상기 플라즈마 챔버는 비 자성 금속재로 구성하는 것을 특징으로 하는 중성입자 빔 발생장치를 제공할 수 있다.In addition, the present invention, in the neutral particle beam generating apparatus, the plasma chamber may provide a neutral particle beam generating apparatus, characterized in that composed of a non-magnetic metal material.

또한, 본 발명은, 상기 중성입자 빔 발생장치에 있어서, 상기 벨트형 자석은, 막대 자석이 연속적으로 촘촘히 다수 배열되어 하나의 벨트를 이루게 하여 구성되는 것을 특징으로 하는 중성입자 빔 발생장치를 제공할 수 있다.In addition, the present invention, in the neutral particle beam generating device, the belt-type magnet is provided with a neutral particle beam generating device, characterized in that the rod magnets are arranged in a plurality of consecutively arranged to form one belt. Can be.

또한, 본 발명은, 상기 중성입자 빔 발생장치에 있어서, 상기 마이크로파 도파관은 상기 플라즈마 챔버의 상단에 장착되는 것을 특징으로 하는 중성입자 빔 발생장치를 제공할 수 있다. In addition, the present invention, in the neutral particle beam generator, the microwave waveguide may be provided with a neutral particle beam generator, characterized in that mounted on the top of the plasma chamber.

또한, 본 발명은, 상기 벨트형 자석은 플라즈마 챔버 형상에 따라 원형 또는 타원 트랙 형태로 구성하는 것을 특징으로 하는 중성입자 빔 발생장치를 제공할 수 있다.In addition, the present invention, the belt-shaped magnet can provide a neutral particle beam generating device, characterized in that configured in the form of a circular or elliptic track according to the plasma chamber shape.

본 발명에 따르면, 벨트형 자석이 플라즈마 챔버 내에 형성하는 자기장이 플라즈마 챔버 공간의 중심부까지 분포하여, 마이크로파 조사에 의해 발생한 고 밀도 플라즈마를 챔버 공간 내에 균일하게 분포하게 할 수 있으며, 이로 인해 생성되는 중성입자 빔의 균일도 및 플럭스 역시 높아진다.According to the present invention, the magnetic field formed in the plasma chamber by the belt-shaped magnet is distributed to the center of the plasma chamber space, so that the high density plasma generated by the microwave irradiation can be uniformly distributed in the chamber space, and the resulting neutral The uniformity and flux of the particle beam is also high.

또한, 본 발명은 플라즈마 챔버를 스테인레스스틸과 같은 비자성 금속재료로 구성하고 진공실링을 위해 오링 등을 이용하지 않아 석영이나 유리 등으로 플라즈마 챔버를 구성할 경우에 비해 챔버 내를 고 진공으로 만들 수 있고, 이는 생성되는 중성입자 빔의 평균자유행정을 크게 향상시킬 수 있다. In addition, the present invention can be made of a high vacuum in the chamber compared to the case of the plasma chamber composed of a non-magnetic metal material such as stainless steel and using the O-ring for vacuum sealing, such as quartz or glass. This can greatly improve the average free stroke of the generated neutral particle beam.

또한, 본 발명에 따르면, 벨트형 자석은 특별히 자석구조물의 스캔 등의 구동을 요하지 않으면서도 자기장을 대면적에 걸쳐 분포하게 할 수 있으므로 대면적 기판에 균일하게 물질을 증착할 수 있다. In addition, according to the present invention, the belt-shaped magnet can distribute the magnetic field over a large area without requiring a drive such as a scan of the magnetic structure, so that the material can be uniformly deposited on the large area substrate.

도 1은 본 발명의 중성입자 빔 발생장치 구성의 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 중성입자 빔 발생장치에 사용되는 원형 단면을 갖는 벨트형 자석의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 중성입자 빔 발생장치에 사용되는 레이스 트랙(race-track)과 같은 타원형 단면을 갖는 벨트형 자석의 구성을 나타내는 평면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of the configuration of the neutral particle beam generator of the present invention.
2 is a plan view showing the configuration of a belt-shaped magnet having a circular cross section used in the neutral particle beam generator of the present invention.
3 is a plan view showing the configuration of a belt-shaped magnet having an elliptical cross section such as a race track used in the neutral particle beam generator of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1을 보면, 본 발명의 중성입자 빔 발생장치의 구성이 나와있다. 1, the configuration of the neutral particle beam generator of the present invention is shown.

플라즈마를 발생하는 공간을 제공하는 플라즈마 챔버(100) 상단에는 마이크로파 도파로(200)가 장착되어 있고, 상기 마이크로파 도파로(200)에서 마이크로파를 플라즈마 챔버(100) 안으로 방출하게 된다. 마이크로파 도파로(200)를 위에서 보면 원형 또는 타원형 트랙과 같은 모양으로 보인다. 플라즈마 챔버(100) 안에서 플라즈마를 발생하게 한 후, 하전 된 플라즈마를 중성화하기 위하여 중성화 반사판(300)을 플라즈마 챔버(100) 안에 설치한다. 바이어스를 걸어준 중성화 반사판(300)에 충돌한 플라즈마가 중성화되어 중성입자 빔으로 변환하여, 플라즈마 챔버(100)로부터 기판(600)이 있는 공정 챔버(미도시)로 출사될 때, 하전 된 이온을 제거하기 위해 플라즈마 챔버(100) 하단에 리미터(500)가 설치된다. 또한, 상기 플라즈마 챔버(100)의 외벽에 한 쌍의 벨트형 자석(400)을 설치하여 플라즈마 챔버(100) 외벽을 자석으로 둘러싸도록 한다. The microwave waveguide 200 is mounted on the upper portion of the plasma chamber 100 that provides a space for generating plasma, and the microwave waveguide 200 emits microwaves into the plasma chamber 100. When viewed from above, the microwave waveguide 200 looks like a circular or elliptical track. After the plasma is generated in the plasma chamber 100, the neutralizing reflector 300 is installed in the plasma chamber 100 to neutralize the charged plasma. When the plasma impinging on the biased neutralizing reflector 300 is neutralized and converted into a neutral particle beam, charged ions are emitted from the plasma chamber 100 to a process chamber (not shown) having a substrate 600. The limiter 500 is installed at the bottom of the plasma chamber 100 for removal. In addition, a pair of belt-shaped magnets 400 are installed on the outer wall of the plasma chamber 100 to surround the outer wall of the plasma chamber 100 with magnets.

상기 플라즈마 챔버(100)는 자기 상대 투과율 계수가 1 에 가까운 비 자성 금속재로 구성하는 것이 바람직하며, 본 실시예에서는 스테인레스스틸을 이용하였다. The plasma chamber 100 is preferably composed of a non-magnetic metal material having a magnetic relative transmittance coefficient close to 1, and in this embodiment, stainless steel is used.

상기 벨트형 자석(400)의 자극 구조는 도 2에 상세히 나와있다. The magnetic pole structure of the belt magnet 400 is shown in detail in FIG.

즉, 한 쌍을 이루는 벨트형 자석(400) 각각은 안쪽과 바깥쪽이 서로 다른 자기극을 띠도록 구성한다. 이는 마치 작은 막대 자석이 예를 들면, S극을 안쪽으로 하고, N극을 바깥쪽으로 하도록 배열되며, 이러한 작은 막대 자석이 연속적으로 촘촘히 다수 배열되어 하나의 벨트를 이루는 것과 같이 생각할 수 있다. 또한, 쌍을 이루는 벨트형 자석(400)은 안쪽과 바깥쪽의 자기극 구성을 서로 상보적으로 구성한다. 즉, 도 2에 나와 있는 것과 같이, 하나의 벨트형 자석은 안쪽이 S극, 바깥쪽이 N극이 오도록 구성하고, 다른 하나의 벨트형 자석은 이와 반대로 안쪽이 N극, 바깥쪽이 S극이 오도록 구성하는 것이다. That is, each pair of belt-shaped magnets 400 are configured to have different magnetic poles inside and outside. It can be thought as if the small bar magnets are arranged such that, for example, the S pole is inward and the N pole is outward, and these small bar magnets are arranged in a large number in succession to form one belt. In addition, the pair of belt-shaped magnet 400 is configured to complement the inner and outer magnetic pole configuration of each other. That is, as shown in Figure 2, one belt-shaped magnet is configured so that the inner side of the S pole, the outside of the N pole, the other belt-shaped magnet on the contrary N pole, the outside of the S pole Is to configure this to come.

또한, 이러한 벨트형 자석(400)은 다양한 플라즈마 챔버의 형상에 따라 도 3에 나와 있는 것과 같이 타원형 레이스 트랙 형태 등 다양한 형태로 구성할 수 있다. 특히, 디스플레이 제조에 사용되는 8 세대 기판과 같은 대면적 기판을 사용할 경우, 플라즈마 챔버를 한 방향으로 길게 만들고 기판을 스캔하여 공정을 실시하며, 이때 상기 벨트형 자석(400)을 타원형 레이스 트랙 형태로 만들어 적용할 수 있으며, 이는 플라즈마 챔버의 용량을 지나치게 확대하지 않으면서도 대면적 기판에 적용할 수 있는 장점을 갖는다. In addition, the belt-shaped magnet 400 may be configured in various forms, such as an elliptical race track, as shown in Figure 3 according to the shape of the various plasma chamber. In particular, when using a large-area substrate, such as the eighth generation substrate used for display manufacturing, the plasma chamber is made long in one direction and the substrate is scanned to perform the process, wherein the belt-shaped magnet 400 is in the form of an elliptical race track. It can be made and applied, which has the advantage that it can be applied to a large area substrate without excessively expanding the capacity of the plasma chamber.

상술한 바와 같이 자기극을 서로 상보적으로 만든 한 쌍의 벨트형 자석(400)은 도 1에서와 같이, 플라즈마 챔버(100)의 외벽에 상하로 나란히 배열되며, 서로 약간의 간격을 두고 배열된다. As described above, a pair of belt-shaped magnets 400 having magnetic poles complementary to each other are arranged up and down side by side on the outer wall of the plasma chamber 100, as shown in FIG. .

이와 같은 벨트형 자석의 배열은 플라즈마 챔버(100) 내부 공간에 도 1과 같은 자기력선 분포를 나타내는 자기장을 형성한다. 플라즈마 챔버(100) 표면에서 자기장의 세기 Bs는 마이크로파 도파로(200)에서 출사 되는 마이크로파 주파수와 공진하는 공진 자기장 Bres에 비해 더 커야하며, Bs ≥1.5 Bres를 만족하게 하는 것이 전자를 고밀도화함에 있어 유리하다. 여기서 공진 자기장 Bres는,This arrangement of the belt-shaped magnet forms a magnetic field representing the magnetic force line distribution as shown in FIG. The intensity B s of the magnetic field at the surface of the plasma chamber 100 should be larger than the resonant magnetic field B res , which resonates with the microwave frequency emitted from the microwave waveguide 200, and satisfies B s ≥1.5 B res . It is advantageous in densification of the former. Where the resonant magnetic field B res is

Bres= 2π×f×me/eB res = 2π × f × m e / e

π: 원주율=3.141592...π: circumference rate = 3.141592 ...

f: 공진 주파수f: resonant frequency

e: 전자전하량e: electronic charge

me: 전자질량 m e : electron mass

으로 계산될 수 있다. It can be calculated as

이러한 자기장의 분포는 플라즈마 발생단계에서 플라즈마 분포를 플라즈마 챔버(100) 전체에 균일하게 분포하게 하는 역할을 할 수 있으며, 그 원리는 이하에서 설명될 것이다. The distribution of the magnetic field may serve to uniformly distribute the plasma distribution throughout the plasma chamber 100 in the plasma generation step, the principle of which will be described below.

플라즈마를 발생시키기 위하여, 플라즈마 챔버(100) 내부를 고 진공화한 후, 불활성 가스 등의 가스를 도입하되, 진공화도를 지나치게 떨어뜨리지 않는 범위 내에서 불활성 가스를 도입한다. 이는 이후, 중성 입자 빔을 생성하여 중성입자 빔을 공정 챔버로 출사할 때, 중성입자 빔의 평균자유행정을 길게 유지하기 위함이다. In order to generate a plasma, the inside of the plasma chamber 100 is high vacuumed, and then a gas such as an inert gas is introduced, but an inert gas is introduced within a range not lowering the degree of vacuuming. This is to maintain a long average free stroke of the neutral particle beam when generating the neutral particle beam to emit the neutral particle beam into the process chamber.

또한, 플라즈마 챔버(100)의 구성재는 스테인레스스틸로 구성하는 것이 고진공화에 유리하다. 이는 석영 등으로 챔버를 구성하거나, 스테인레스스틸로 구성하되, 마이크로파의 조사를 위해, 석영이나 유리재질의 윈도우를 스테인레스스틸재 챔버의 벽 일부에 내는 경우, 진공 실링을 위해 오링 등을 사용하게 되어 진공화 과정에서 진공이 완벽하게 유지되지 못하거나, 공정 진행 중, 석영이나 유리가 파손되어 진공도가 급격히 떨어지는 문제가 있기 때문이다. 이러한 구성은 궁극적으로 중성입자 빔의 진로를 방해하게 되어 증착 공정효율을 떨어뜨릴 수 있다.In addition, the material of the plasma chamber 100 is made of stainless steel is advantageous for high vacuum. It is composed of a chamber made of quartz or stainless steel, but in order to irradiate microwaves, when a window made of quartz or glass is placed on a part of the wall of the stainless steel chamber, an O-ring or the like is used for vacuum sealing. This is because there is a problem that the vacuum is not maintained perfectly during the oxidization process, or the vacuum degree is sharply dropped due to the destruction of quartz or glass during the process. This configuration ultimately interferes with the path of the neutral particle beam, which can reduce the deposition process efficiency.

따라서 본 발명은 예를 들면 스테인레스스틸과 같은 비자성 금속재로 만든 플라즈마 챔버(100)에 오링 등의 사용 없이 마이크로파 도파로(200)를 플라즈마 챔버(100) 상단에 밀착시켜 고진공을 유지할 수 있도록 하였다. Therefore, in the present invention, the microwave waveguide 200 can be closely adhered to the upper portion of the plasma chamber 100 without the use of an O-ring in the plasma chamber 100 made of a non-magnetic metal such as stainless steel, for example, to maintain high vacuum.

상기 마이크로파 도파로(200)를 통해 플라즈마 챔버(100) 안으로 출사 되는 마이크로파의 주파수는 가장 흔하게 사용되는 2.45 GHz인 것으로 할 수 있으며, 발생 되는 플라즈마의 밀도가 마이크로파 주파수 제곱에 비례함을 고려하여 이보다 더 높은 주파수의 마이크로파를 발생하게 하는 것도 가능하다. 그러나, 주파수 증가에 따라 벨트형 자석(400)에 의한 Bs 또한 크게 구성하여야 하므로, 약 5 GHz 정도로 제한하는 것이 실질상 바람직하다. 즉, 예를 들면, 2.45 GHz 공진 주파수를 사용하는 경우에 공진 자기장 Bres은 875 Gauss이고, 표면에서의 자기장 Bs의 크기는 1.5 x 875 = 1312.5 Gauss 이상이 되어야 한다. 또 다른 예로, 5 GHz 공진 주파수 경우, 공진 자기장 Bres은 1785.7 Gauss이고, 표면에서의 자기장 Bs는 2,678.6 Gauss 이상이 되어야 하는 것이다. The frequency of the microwaves emitted into the plasma chamber 100 through the microwave waveguide 200 may be 2.45 GHz, which is most commonly used, and is higher than that in consideration of the density of the generated plasma being proportional to the square of the microwave frequency. It is also possible to generate microwaves of frequency. However, B s caused by the belt-shaped magnet 400 also increases with increasing frequency. Since it should be large, it is practically desirable to limit it to about 5 GHz. That is, for example, when using a 2.45 GHz resonant frequency, the resonant magnetic field B res is 875 Gauss, and the magnitude of the magnetic field B s at the surface should be 1.5 x 875 = 1312.5 Gauss or more. As another example, for the 5 GHz resonant frequency, the resonant magnetic field B res should be 1785.7 Gauss and the magnetic field B s at the surface should be 2,678.6 Gauss or more.

그러나 벨트형 자석(400)을 영구자석이 아닌 전자석으로 구성할 경우, 좀 더 복잡한 설비를 요하지만, 더 높은 주파수를 사용할 수 있다. However, when the belt-shaped magnet 400 is composed of an electromagnet instead of a permanent magnet, more complicated equipment is required, but higher frequencies may be used.

또한, 플라즈마 챔버(100)의 기저 압력은 10-8 torr 이하의 고진공으로 할 수 있고, 운전 압력은 10-3 torr 이하에서도 가능해야 한다. In addition, the base pressure of the plasma chamber 100 may be set to a high vacuum of 10 −8 torr or less, and the operating pressure should be even 10 to 3 torr or less.

플라즈마가 발생 되면, 그 하전 량과 본래 가지고 있던 운동량으로 인해 상기 벨트형 자석(400)에 의한 자기장과 상호작용하여 로렌츠 힘(Loretz force)을 받아 이동하게 되므로 플라즈마의 분포는 전체 플라즈마 챔버(100) 안에서 상당히 균일한 분포를 갖게 된다. 즉, 본 발명의 벨트형 자석(400)에 의한 자기장은, 전자로 하여금 자기장을 따라 나선 운동을 반복하게 하여, 마치 플라즈마를 교반 하여 전체 챔버 안에 고르게 분포하게 한 것과 같은 효과를 낸다. 이에 따라 이후 중성화 단계에서 생성되는 중성입자 빔의 분포도 넓은 면적에 걸쳐 균일하게 할 수 있다. 따라서 기판이 대면적일 경우에도 중성 입자 빔 플럭스가 전면적에 걸쳐 출사 될 수 있어 궁극적으로 균일한 박막을 제작할 수 있게 된다.
When the plasma is generated, due to the charge amount and the momentum originally possessed, the plasma is moved by receiving the Lorentz force by interacting with the magnetic field by the belt-shaped magnet 400. It has a fairly uniform distribution inside. That is, the magnetic field of the belt-shaped magnet 400 of the present invention has the effect of causing the electrons to repeat the spiral motion along the magnetic field, as if the plasma is stirred and distributed evenly in the entire chamber. Accordingly, the distribution of the neutral particle beams generated in the neutralization step can be uniformed over a large area. Therefore, even when the substrate is a large area, the neutral particle beam flux can be emitted over the entire area, thereby ultimately producing a uniform thin film.

이와 같이 하여, 대형의 플라즈마 챔버(100)를 고진공이 유지되게 할 수 있으면서도, 고 밀도의 플라즈마를 전체 공간에 균일하게 분포하게 하여 대면적 증착에 유리한 중성입자 빔 발생장치를 제공할 수 있다.
In this way, the large-sized plasma chamber 100 can be maintained in a high vacuum, but the plasma of high density can be uniformly distributed in the entire space, thereby providing a neutral particle beam generator that is advantageous for large-area deposition.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
It is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiment, but is capable of many modifications and variations within the scope of the appended claims. It is self-evident.

100: 플라즈마 챔버
200: 마이크로파 도파로
300: 중성화 반사판
400: 벨트형 자석
500: 리미터
600: 기판100: plasma chamber
200: microwave waveguide
300: Neutralizing reflector
400: Belt type magnet
500: limiter
600: substrate

Claims (5)

플라즈마를 생성하는 플라즈마 방전 공간을 제공하는 플라즈마 챔버;
플라즈마 이온을 충돌에 의해 중성입자로 변환시키기 위해 상기 플라즈마 챔
버 내부에 설치되는 중성화 반사판;
중성입자 외의 플라즈마 이온 및 전자를 상기 플라즈마 방전 공간에 제한하도록 상기 플라즈마 방전 공간의 하단에 설치되는 리미터;
상기 플라즈마 챔버 상단에 장착되어 플라즈마 챔버 안으로 마이크로파를 출사하는 마이크로파 도파관;및
상기 플라즈마 챔버의 둘레를 둘러싸는 한 쌍의 벨트형 자석;을 포함하고,
상기 한 쌍의 벨트형 자석 각각은 벨트의 안쪽과 바깥쪽이 서로 상보적인 자력 극성을 나타내고, 하나의 벨트 트랙에서 안쪽의 자석 극성은 일정하게 하고, 바깥쪽의 자석 극성 또한 그에 대한 상보적 극성으로 일정하게 하고, 플라즈마 챔버 둘레에 상하로 나란히 배열되는 두 개의 벨트형 자석의 자력 극성도 상하위치에서 서로 상보적이 되도록 구성하여, 상기 벨트형 자석에 의해 형성되는 자기력선이 위쪽 벨트형 자석과 아래쪽 벨트형 자석을 연결하는 방식으로 되되, 영구자석 또는 전자석이 연속적으로 배열되어 벨트를 이루는 것을 특징으로 하는 중성입자 빔 발생장치.A plasma chamber providing a plasma discharge space for generating a plasma;
The plasma chamber to convert plasma ions into neutral particles by collision
A neutralizing reflector installed inside the burr;
A limiter disposed at a lower end of the plasma discharge space to limit plasma ions and electrons other than neutral particles to the plasma discharge space;
A microwave waveguide mounted on the plasma chamber and emitting microwaves into the plasma chamber; and
And a pair of belt-shaped magnets surrounding the circumference of the plasma chamber.
Each of the pair of belt-shaped magnets exhibits a magnetic polarity that is complementary to each other inside and outside of the belt, and the inner magnet polarity is constant in one belt track, and the outer magnet polarity is also complementary thereto. The magnetic force lines formed by the belt-shaped magnets are arranged so that the magnetic force polarities of the two belt-shaped magnets arranged side by side up and down around the plasma chamber are also complementary with each other in the vertical position. A method of connecting magnets, wherein the neutral particle beam generator, characterized in that the permanent magnet or electromagnet is continuously arranged to form a belt. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 챔버는 비 자성 금속재로 구성하는 것을 특징으로 하는 중성입자 빔 발생장치.The apparatus of claim 1, wherein the plasma chamber is made of a nonmagnetic metal material. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 벨트형 자석은, 막대 자석이 연속적으로 촘촘히 다수 배열되어 하나의 벨트를 이루게 하여 구성되는 것을 특징으로 하는 중성입자 빔 발생장치. 3. The neutral particle beam generating device according to claim 1 or 2, wherein the belt-shaped magnets are configured such that a plurality of bar magnets are arranged in succession to form one belt. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 마이크로파 도파관은 상기 플라즈마 챔버의 상단에 장착되는 것을 특징으로 하는 중성입자 빔 발생장치.The neutral particle beam generating device according to claim 1 or 2, wherein the microwave waveguide is mounted on an upper end of the plasma chamber. 제1항에 있어서, 상기 벨트형 자석은 플라즈마 챔버 형상에 따라 원형 또는 타원 트랙 형태로 구성하는 것을 특징으로 하는 중성입자 빔 발생장치.




The neutral particle beam generator of claim 1, wherein the belt magnet has a circular or elliptic track shape according to a plasma chamber shape.




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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20050051195A (en) * 2003-11-27 2005-06-01 주식회사 셈테크놀러지 Neutral particle beam processing apparatus
KR100754370B1 (en) * 2006-06-29 2007-09-03 한국기초과학지원연구원 Neutral particle beam generating apparatus with increased neutral particle flux
KR20100133056A (en) * 2009-06-11 2010-12-21 한국기초과학지원연구원 Neutral particle beam generating apparatus and method with increased neutral particle flux and transport

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