KR101784387B1 - 플라즈마 전위 분포의 균질화가 가능한 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버 - Google Patents

플라즈마 전위 분포의 균질화가 가능한 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버 Download PDF

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Abstract

본 발명은 균일한 플라즈마 전위를 유지하는 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버에 관한 것이다. 상기 플라즈마 챔버는 플라즈마 생성 챔버의 내부 위치에 따른 플라즈마 전위의 전위차를 없애고 전체적으로 균일한 전위를 유지하는 플라즈마 전위 제어부를 구비한다. 상기 플라즈마 전위 제어부는 플라즈마 생성 챔버내에 전도성 핀들을 배치하거나 금속 플레이트를 배치하거나, 전도성 핀들이 장착된 금속 플레이트를 배치할 수 있다. 또한, 플라즈마 생성 챔버의 형상을 변형함으로써, 챔버로부터 출력되는 이온빔 혹은 전자빔과 같은 하전 입자빔의 플럭스를 전체적으로 균일하게 유지할 수 있다.

Description

플라즈마 전위 분포의 균질화가 가능한 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버{Plasma chamber being capable of controlling the homogenization of plasma potential distribution for a charged particle beam output apparatus}
본 발명은 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 전자빔 또는 이온빔과 같은 하전입자빔을 출력하는 하전입자빔 출력장치의 플라즈마 생성 챔버 내에서의 플라즈마 전위 분포를 위치에 따라 균질화시킬 수 있는 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버에 관한 것이다.
진공 플라즈마를 이용하는 많은 장비들 중에서는 플라즈마로부터 타겟 기판에 조사되어지는 하전 입자들의 에너지와 플러스(flux)를 일정하게 유지하여 균일한 표면 처리를 하여 주어야 한다. 일예로서, 플라즈마를 이용한 반도체 식각공정이나 이온빔을 사용한 이온 주입 혹은 식각 공정이나 표면 처리 공정을 위한 장비, 전자빔을 이용한 표면 처리 공정등을 위한 장비 등이 있을 수 있다.
플라즈마 전위(plasma potential)은 플라즈마를 둘러싸고 있는 벽의 전위와 밀접한 관련이 있다. 플라즈마를 둘러싸고 있는 벽이 있으면 벌크 플라즈마로부터 벽 쪽으로의 플라즈마의 확산이 일어나게 된다. 이때, 양극성 확산(ambipolar diffusion) 과정을 통해서 상대적으로 이동성이 높은 전자의 손실을 억제하며 준중성을 유지하기 위하여, 벌크 플라즈마의 전위는 벽의 전위보다 높은 상태를 유지하게 된다. 여기서, 양극 확산을 간단히 설명하면 다음과 같다. 전자가 이온에 비하여 이동도(mobility)가 훨씬 크기 때문에 밀도의 경사가 있는 경우 이온보다 전자가 훨씬 빠르게 확산을 일으키게 된다. 하지만, 전자의 확산으로 남겨진 플라즈마는 상대적으로 양전하가 많게 되어 전자를 다시 끌어오는 전기장을 발생시키게 된다. 이러한 전기장은 전자와 이온의 확산을 같게 할 정도로 충분히 크기 때문에, 전자와 이온의 확산이 같아지게 된다. 이러한 확산을 "양극 확산"이라고 부르며 이를 통해 플라즈마는 준중성을 유지한다. 이 양극 확산에서 전자와 이온의 이동도 차이에 의해 생성되는 전기장이 플라즈마 내부의 전위를 결정하는 중요한 역할을 하게 된다.
이와 같이, 벌크 플라즈마와 벽의 전위에 차이가 있는 경우, 이들 사이에는 전위가 연속적으로 변화하는 구간이 존재하게 된다. 이 경우, 벌크 플라즈마는 높은 전위를 유지하게 되고 벽의 전위는 전기적으로 어떠한 전극과도 연결시키지 않고 떼어 놓아서 부유(floating) 전위를 유지하거나 접지(earth) 전위를 연결하게 되므로 벌크 플라즈마에서 벽쪽으로 갈수록 전위가 감소하게 된다.
한편, 한국등록특허 제 10-1064567호의 "빔폭제어 가능한 전자빔 제공 장치"는 플라즈마를 이용하여 전자빔을 제공하는 장치를 개시하고 있다. 상기 등록 특허에 따른 전자빔 제공 장치는 플라즈마 생성 챔버로부터 추출된 전자입자들이 사전 설정된 빔폭을 갖는 전자빔의 형태로 제공되는 것을 특징으로 한다.
전술한 전자빔 제공 장치에 있어서, 쿼츠(Quartz), 알루미나(Alumina), 파이렉스(Pyrex)등과 같은 세라믹 유전체로 구성된 플라즈마 생성 챔버, 즉 방전 챔버(Discharge chamber)에 직접 접촉되어 있는 1차 그리드에 고전압이 인가되면, 방전 챔버의 내부에 생성된 플라즈마의 전위는 인가된 전압을 따라 부유되어 상승하므로 고전압을 띄우게 된다. 하지만, 방전 챔버는 세라믹으로 되어 있으므로 부유(floating) 전위를 가지고 플라즈마와 접하게 된다. 이 부유 전위는 플라즈마의 운영에 따라 일정한 전하들이 쌓여서 일정한 전위를 이루게 된다. 따라서, 전압이 인가되고 있는 1차 그리드에서 점점 멀어지고 방전 챔버의 벽에 가까워지면 벽전위가 만들어져, 챔버내의 위치에 따른 전위차가 발생하게 되므로 전체적으로 등전위를 이루지 못하게 된다.
도 1은 종래의 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버를 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 개념도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 1차 그리드에 전압이 인가되고 챔버 벽이 세라믹으로 만들어짐에 따라, 상기 플라즈마 챔버 내의 플라즈마 전위가 1차 그리드에 가까워질수록 높은 전위를 유지하고 플라즈마 챔버의 벽은 벽전위를 유지하게 되어, 전체적으로 전위차가 발생하게 된다. 그 결과, 이러한 전위차에 의하여 고전압을 가해주는 그리드에 전하의 균형이 맞지 않아서 아크(Arc)가 발생되거나, 플라즈마 내부의 전위차에 의한 이온 충돌로 인하여 1차 그리드가 손상을 입거나 식각이 되어 챔버 내벽에 증착됨에 따라 오염 발생 원인이 되고 있다. 이러한 문제로 인하여 플라즈마 챔버를 사용하는 장비의 수명이 저하되는 문제가 발생한다.
또한 종래의 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버로부터 차폐와 가속 그리드를 통하여 이온빔이 인출될 때, 이들이 중앙 부위의 flux가 가장 크고 가장자리로 갈수록 flux가 낮은 가우시안(Gaussian) 분포를 갖게 된다. 도 6을 참조하면, 종래의 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버로부터 이온빔이 인출될 때, 가우시안 분포에 의하여 중앙 부분의 전류 및 플럭스(flux)의 세기가 집중되는 현상이 관찰된다. 이러한 문제로 인하여 실제 공정 적용시에는 출력빔에 대한 빔 균일성 제어에 많은 영향을 주게 된다.
따라서, 본 발명은, 이온빔 또는 전자빔과 같은 하전입자빔을 출력하는 하전입자빔 출력장치에 있어서, 출력되는 하전 입자빔이 전체적으로 균일하게 출력되는 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버를 제안하고자 한다.
한국등록특허공보 제 10-1064567호
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 플라즈마 생성 챔버내의 플라즈마 전위를 균일하게 유지하도록 제어할 수 있는 구조를 갖는 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 출력되는 하전입자빔이 전체적으로 균일하게 출력되는 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 플라즈마 생성 챔버내의 플라즈마를 균일하게 유지하면서 출력되는 하전 입자빔의 flux가 전체적으로 균일하게 출력되는 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버를 제공하는 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제1 특징에 따른 플라즈마 전위 제어가 가능한 플라즈마 챔버는, 가스 주입구 및 출구를 구비하고, 상기 가스 주입구를 통해 유입된 가스를 이용하여 플라즈마를 생성하고 유지하는 플라즈마 생성 챔버; 상기 플라즈마 생성 챔버의 외주면에 배치되어 RF 전원을 제공하는 안테나; 상기 플라즈마 생성 챔버의 출구에 장착되는 1차 그리드; 상기 1차 그리드와 일정 거리 이격되어 배치되는 2차 그리드; 상기 2차 그리드와 일정 거리 이격되어 배치되거나 생략되어질 수도 있는 3차 그리드; 및 상기 1차 그리드와 전기적으로 연결된 상태에서 플라즈마 생성 챔버내의 플라즈마에 배치되어 플라즈마 전위를 제어하는 플라즈마 전위 제어부;를 구비한다.
전술한 제1 특징에 따른 플라즈마 전위 제어가 가능한 플라즈마 챔버에 있어서, 상기 플라즈마 전위 제어부는 다수 개의 전도성 핀(pin)으로 구성되며, 상기 전도성 핀들의 일단은 상기 1차 그리드에 연결되고 타단은 상기 플라즈마 속에 위치하되 세라믹 챔버와 일정 거리를 유지하는 형태로 세워져 있는 것이 바람직하며, 상기 전도성 핀들의 높이 및 배치, 그리고 서로 인접한 전도성 핀들의 이격 간격은 플라즈마 내의 플라즈마 전위에 따라 결정되는 것이 더욱 바람직하다.
전술한 제1 특징에 따른 플라즈마 전위 제어가 가능한 플라즈마 챔버에 있어서, 상기 플라즈마 전위 제어부는 금속 플레이트(Metal plate)로 구성되며, 상기 금속 플레이트는 1차 그리드와 대향되는 위치에 있는 상기 플라즈마 생성 챔버의 내면에 위치하며, 상기 금속 플레이트의 일단은 상기 1차 그리드와 전기적으로 연결된 것이 바람직하다.
전술한 제1 특징에 따른 플라즈마 전위 제어가 가능한 플라즈마 챔버에 있어서, 상기 플라즈마 전위 제어부는 금속 플레이트(Metal plate)로 구성되며, 상기 금속 플레이트는 1차 그리드와 대향되는 위치에 있는 상기 플라즈마 생성 챔버의 내면에 위치하며, 상기 금속 플레이트의 일단은 상기 1차 그리드와 전기적으로 연결된 것이 바람직하며, 상기 금속 플레이트의 일면에는 다수 개의 전도성 핀(pin)들이 형성되어 있으며, 타단은 상기 플라즈마 속에 위치하되 세라믹 챔버와 일정 거리를 유지하는 형태로 세워져 있는 것이 바람직하며 상기 전도성 핀들은 플라즈마에 위치한 것이 더욱 바람직하다.
전술한 제1 특징에 따른 플라즈마 전위 제어가 가능한 플라즈마 챔버에 있어서, 상기 플라즈마 전위 제어부는 금속 플레이트(Metal plate)로 구성되며, 상기 금속 플레이트는 1차 그리드와 대향되는 위치에 있는 상기 플라즈마 생성 챔버의 외면에 위치하며, 금속 플레이트와 플라즈마 챔버와는 접촉되어 있는 것이 바람직하고, 상기 금속 플레이트의 일단은 상기 1차 그리드와 전기적으로 연결된 것이 바람직하다.
전술한 제1 특징에 따른 플라즈마 전위 제어가 가능한 플라즈마 챔버에 있어서, 상기 전도성 핀들의 표면에는 세라믹 재질로 구성된 보호막이 형성되어 질 수도 있으며, 상기 금속 플레이트의 표면에는 세라믹 재질로 구성된 보호막이 형성되어 질 수도 있다.
본 발명의 제2 특징에 따른 플라즈마 챔버는, 가스 주입구 및 출구를 구비하고, 상기 가스 주입구를 통해 유입된 가스를 이용하여 플라즈마를 생성하고 유지하는 플라즈마 생성 챔버; 상기 플라즈마 생성 챔버의 외주면에 배치되어 RF 전원을 제공하는 안테나; 상기 플라즈마 생성 챔버의 출구에 장착되는 1차 그리드; 및 상기 1차 그리드와 일정 거리 이격되어 배치되는 2차 그리드; 상기 2차 그리드와 일정 거리 이격되어 배치되거나 생략되어질 수도 있는 3차 그리드; 를 구비하고, 상기 플라즈마 생성 챔버의 그리드와 대향하고 있는 방향의 입구측 벽은 내부로 함몰된 형상으로 구성된다.
전술한 제2 특징에 따른 플라즈마 챔버에 있어서, 상기 플라즈마 챔버는 플라즈마 전위 제어부를 더 구비하고, 상기 플라즈마 전위 제어부는, 전도성 재질로 구성되어 상기 1차 그리드와 전기적으로 연결된 상태에서 플라즈마 생성 챔버내의 플라즈마에 배치되어 플라즈마 전위를 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버는 플라즈마 생성 챔버 내의 플라즈마 전위를 전체적으로 균일하게 유지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 플라즈마 챔버는 플라즈마 생성 챔버의 내부 위치에 따라 발생되는 플라즈마 전위차에 의해 야기되는 문제들을 해결할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 챔버는 생성 챔버의 형상을 변형시킴으로써, 플라즈마 생성 챔버의 출구로부터 출력되는 하전 입자빔의 플럭스가 중앙에서 높은 가우시안 형태가 아니라 전체적으로 균일한 형태로 출력될 수 있게 된다.
도 1은 종래의 하전 입자빔을 출력시키는 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버를 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 그리드에 다수의 핀을 연결하여 플라즈마 전위 제어가 가능하도록 구성된 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 그리드에 대향하는 플라즈마 생성 챔버 내부에 그리드와 전기적으로 연결된 플레이트를 설치하여 플라즈마 전위 제어가 가능하도록 구성된 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 전위 제어가 가능한 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 전위 제어가 가능한 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버에 있어서, 플라즈마 전위 제어부의 위치를 달리 설정한 실시 형태를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 종래의 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버로부터 하전 입자빔이 인출될 때, 빔의 flux가 가우시안(Gaussian) 분포를 갖는 것을 도시한 개념도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버를 개략적으로 도시한 단면도이다.
본 발명에 따른 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버는 플라즈마 생성 챔버내 위치에 따른 플라즈마 전위를 전체적으로 균일하게 유지하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버의 구조 및 동작에 대하여 구체적으로 설명한다.
제1 실시예
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 전위 제어가 가능한 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버(2)는 플라즈마 생성 챔버(200), 1차 그리드(210), 2차 그리드(220), 안테나(230), 플라즈마 전위 제어부(240)를 구비한다.
상기 플라즈마 생성 챔버(200)는 내부에 플라즈마가 생성될 수 있는 중공부를 가진 형상으로 이루어질 수 있으며, 재질은 쿼츠(Quartz), 알루미나(Alumina), 또는 파이렉스(Pyrex)와 같은 세라믹 유전체로 이루어진다. 상기 플라즈마 생성 챔버의 일 실시 형태는, 서로 대향되는 위치에 입구와 출구가 형성된 본체, 본체의 입구에 형성된 가스 주입구를 구비한다. 상기 안테나(230)는 상기 플라즈마 생성 챔버의 외주면에 배치되어 플라즈마 생성을 위한 RF 전원을 제공한다. 상기 안테나는 구리관, 은이 코팅된 금속 관 또는 기타 금속 재질로 된 관으로 구성된다. 한편, 상기 안테나의 표면에 세라믹 절연 물질로 구성된 코팅층을 도포하여 플라즈마의 효율을 향상시키는 것이 바람직하며, 그 안에는 안테나를 냉각시키기 위한 냉각수 통로가 배치될 수 있다. 상기 코팅층은 알루미나, 지르코니아, 질화규소, AlN 등과 같은 절연성 세라믹 재질의 물질들로 이루어질 수 있다. 상기 안테나는 상기 플라즈마 생성 챔버의 외주면에 다수 회 감겨져, 상기 플라즈마 생성 챔버로 RF 전원을 제공하게 된다. 가스 주입구를 통해 플라즈마 생성 챔버의 내부로 아르곤 등의 가스를 주입하고 상기 플라즈마 생성 챔버의 외주면을 감싸는 상기 안테나에 RF 전원을 인가하면, RF 전원에 의하여 플라즈마 생성 챔버내의 아르곤 가스는 해리되면서 아르곤 양이온(Ar+), 아르곤 원자, 전자들(e-)로 이루어진 준중성의 플라즈마가 된다.
상기 1차 그리드(210) 및 2, 3차 그리드(220)는 Si, Mo, Ti, Graphite, W 등의 재질로 이루어지며, 1차 그리드는 다수 개의 제1 관통구들을 구비하고, 2차 그리드는 다수 개의 제2 관통구들을 3차 그리드는 다수 개의 제3 관통구들을 구비한다. 상기 1차 관통구들과 2차 관통구들이 서로 일정 거리를 유지하면서 정렬되도록, 상기 1차 그리드와 2, 3차 그리드가 나란히 배치되는 것이 바람직하다.
상기 1차 그리드(210)는 상기 플라즈마 생성 챔버의 출구에 장착되며, 인접한 영역의 플라즈마들이 1차 그리드에 인가된 전압에 따른 전위와 동일한 전위를 유지하게 된다. 즉, 플라즈마 생성 챔버내의 플라즈마들은 플라즈마와 접촉하고 있는 1차 그리드에 가해진 전위에 부유(floating)된다. 상기 2차 그리드(220)는 상기 1차 그리드와 일정 거리 이격되어 배치되며, 상기 1차 그리드에 인가된 전압과는 반대 극성의 전압을 인가함으로써, 플라즈마 하전 입자들 중 전자 또는 이온을 추출하게 된다.
그림에서와 같이 1차 그리드(차폐 그리드)에 양(positive)의 전위를 갖는 전원에 스위칭 연결하면 플라즈마는 양의 전위로 인가되어 이온빔을 추출할 수 있고, 1차 그리드에 음(negative)의 전위를 갖는 전원에 스위칭 연결하면 플라즈마는 음의 전위로 인가되어 전자빔을 추출할 수 있다. 이때, 2차 그리드(가속 그리드)는 각자의 1차 그리드와는 반대의 극성을 갖는 전위를 인가하여 주어야 한다. 그림에서 회로의 이해를 돕기 위하여 2차 그리드의 전원 및 전원 연결은 생략하였다.
이때, 2차 그리드에 의해 추출된 전자 또는 이온들은 1차 관통구와 2차 관통구를 순차적으로 통과하면서 가속되어 모두 한 방향으로 향한 다수 개의 전자빔 또는 이온빔 줄기들을 이루게 된다.
상기 플라즈마 전위 제어부(240)는 전도성 재질로 구성되어 상기 1차 그리드와 전기적으로 연결된 상태에서 플라즈마 생성 챔버내의 플라즈마에 챔버 측벽을 바라보고 세워서 일정거리 이격되어 배치됨으로써, 플라즈마 생성 챔버내의 플라즈마 전위를 제어한다. 플라즈마 전위 제어부는 1차 그리드와 전기적으로 연결됨으로써, 1차 그리드와 동일 전위를 유지할 수 있게 된다. 그 결과, 1차 그리드와 전기적으로 연결된 플라즈마 전위 제어부 및 1차 그리드가 동일한 전위를 유지함에 따라, 플라즈마 생성 챔버내의 플라즈마 전위는 전체적으로 균일하게 유지될 수 있게 된다.
상기 플라즈마 전위 제어부는 다수 개의 전도성 핀(pin)들로 구성되며, 상기 전도성 핀들의 일단은 상기 1차 그리드에 연결되고 타단은 상기 플라즈마 속에 위치하도록 구성된다. 따라서, 전도성 핀들에 인접한 위치의 플라즈마 전위는 전도성 핀들과 동일한 전위를 유지할 수 있게 된다.
본 실시예에 따른 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버는, 전도성 핀들에 의하여 플라즈마 생성 챔버내의 플라즈마 전위가 전체적으로 균일하게 유지할 수 있게 될 것이다.
한편, 상기 전도성 핀들은 플라즈마 내부에 배치되어야 하므로, 전도성 핀들의 표면에는 유전체 재질의 보호막을 형성함으로써, 전도성 핀들의 표면이 플라즈마들로 인하여 손상되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
제2 실시예
본 발명의 제2 실시예에 따른 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버는 금속 플레이트로 구성된 플라즈마 전위 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 전위 제어가 가능한 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 챔버(3)의 플라즈마 전위 제어부(340)는 플라즈마 생성 챔버 내에 금속 플레이트(Metal plate)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 실시예에 따른 플라즈마 챔버는 플라즈마 전위 제어부를 제외한 나머지 구성은 제1 실시예의 그것들과 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 플라즈마 전위 제어부(340)의 금속 플레이트는 1차 그리드와 전기적으로 연결되는 것이 바람직하며, 1차 그리드와 대향되는 위치에 있는 플라즈마 생성 챔버의 내부 측벽에 인접하여 위치하는 것이 바람직하다. 이로써, 서로 대향되는 플라즈마 생성 챔버의 내부 측벽 인접 영역과 1차 그리드가 동일한 전위를 유지할 수 있게 된다.
상기 플라즈마 전위 제어부를 구성하는 금속 플레이트는 단일의 평판으로 구성되거나 다수의 평판 혹은 나선 형상으로 구성되어 질 수도 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 전위 제어가 가능한 플라즈마 챔버(4)에 있어서, 플라즈마 전위 제어부(440)의 위치를 달리 설정한 실시 형태를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 실시예의 다른 실시 형태는 플라즈마 전위 제어부를 플라즈마 챔버의 외부에 설치하는 것을 특징으로 한다. 상기 플라즈마 전위 제어부의 구성은 제2 실시예의 그것과 동일하며, 다만 그 설치 위치만 상이하다.
제3 실시예
본 발명의 제3 실시예에 따른 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버는 전도성핀들을 구비한 금속 플레이트로 구성된 플라즈마 전위 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 전위 제어가 가능한 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 챔버(5)의 플라즈마 전위 제어부(540)는 플라즈마 생성 챔버 내에 금속 플레이트(Metal plate)를 구비하고, 상기 금속 플레이트의 일면에 다수 개의 전도성 핀들이 형성된 것을 특징으로 한다. 본 실시예에 따른 플라즈마 챔버는 플라즈마 전위 제어부를 제외한 나머지 구성은 제1 실시예의 그것들과 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 플라즈마 전위 제어부(540)의 금속 플레이트는 1차 그리드와 전기적으로 연결되는 것이 바람직하며, 1차 그리드와 대향되는 위치에 있는 플라즈마 생성 챔버의 내부 측벽에 인접하여 위치하는 것이 바람직하다. 이로써, 서로 대향되는 플라즈마 생성 챔버의 내부 측벽 인접 영역과 1차 그리드가 동일한 전위를 유지할 수 있게 된다.
상기 금속 플레이트의 일면에는 다수 개의 전도성 핀(pin)들이 형성되어 있으며, 상기 전도성 핀들의 일단은 상기 플라즈마 속에 위치한다. 따라서, 전도성 핀들에 인접한 위치의 플라즈마 전위는 전도성 핀들에 인가되는 전압을 유지할 수 있게 된다. 상기 전도성 핀들의 높이 및 굵기, 이격 간격은 플라즈마 내의 배치 위치에 따라 달리 결정될 수 있다.
상기 전도성 핀들은 플라즈마 내부에 배치되어야 하므로, 전도성 핀들의 표면에는 유전체 재질의 보호막을 형성함으로써, 전도성 핀들의 표면이 플라즈마들로 인하여 손상되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
제4 실시예
본 발명의 제4 실시예에 따른 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버(6)는 플라즈마 생성 챔버가 플라즈마 생성 챔버의 입구 측 벽이 돔(dome) 형상으로 함몰된 형태로 구성되어, 플라즈마 생성 챔버의 중심부의 플라즈마 공간이 주변부의 플라즈마 공간보다 작은 것을 특징으로 한다. 이와 같이, 본 실시예에 따른 플라즈마 챔버는 중심부의 플라즈마 용적을 작게 조절함으로써 플라즈마 전위를 감소시키게 된다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 플라즈마 전위 제어가 가능한 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 챔버의 플라즈마 생성 챔버(600)는 가스 주입구가 장착된 입구측 벽이 함몰된 구조로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버는 플라즈마 생성 챔버(600)의 중심부의 용적을 작게 디자인함으로써, 출력되는 빔 플럭스의 가우시안 분포를 조절할 수 있게 된다. 따라서, 중앙부분에 Beam current 및 flux가 중앙부분에 집중되던 도 6의 종래 구조와는 달리, 본 발명의 제4 실시예에 의한 플라즈마 챔버는 중앙부분에서의 Beam current 및 flux 가 줄어들게 되어, 전체적으로 빔의 균일성을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 제4 실시예의 구조를 갖는 플라즈마 생성 챔버를 사용하면서, 전술한 제1 내지 제3 실시예에서의 플라즈마 전위 제어부를 선택적으로 적용할 수도 있을 것이다. 이와 같이, 플라즈마 생성 챔버의 구조 변경과 함께 플라즈마 전위 제어부를 설치함으로써, 플라즈마 생성 챔버 내의 플라즈마 전위를 전체적으로 균일하게 유지할 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.
본 발명에 따른 플라즈마 챔버는 플라즈마로부터 이온빔이나 전자빔을 추출하는 장비로서 반도체 및 플라즈마를 이용한 각종 제조 공정에 널리 사용될 수 있다.
2, 3, 4, 5, 6 : 플라즈마 챔버
200, 600 : 플라즈마 생성 챔버
210 : 1차 그리드
220 : 2차 그리드
230 : 안테나
240, 340, 440, 540 : 플라즈마 전위 제어부

Claims (15)

  1. 가스 주입구 및 출구를 구비하고, 상기 가스 주입구를 통해 유입된 가스를 이용하여 플라즈마를 생성하고 유지하는 플라즈마 생성 챔버;
    상기 플라즈마 생성 챔버의 외주면에 배치되어 RF 전원을 제공하는 안테나;
    상기 플라즈마 생성 챔버의 출구에 장착되고, 전압 인가에 의해 상기 플라즈마 생성 챔버의 플라즈마로부터 전자빔 또는 이온빔을 추출하는 1차 그리드;
    상기 1차 그리드와 일정 거리 이격되어 배치되고, 상기 1차 그리드와는 반대의 극성을 갖는 전압을 인가하여 전자빔 또는 이온빔을 가속시켜 출력하는 2차 그리드; 및
    전도성 재질로 구성되어 상기 1차 그리드와 전기적으로 연결된 상태에서 플라즈마 생성 챔버내의 플라즈마에 배치되어, 플라즈마 생성 챔버내의 플라즈마가 1차 그리드와 동일한 전위를 유지하도록 제어하는 플라즈마 전위 제어부;
    를 구비하여, 상기 플라즈마 전위 제어부와 1차 그리드가 동일한 전위를 유지하도록 함으로써, 플라즈마 생성 챔버내의 플라즈마 전위를 전체적으로 균일하게 유지하도록 제어 가능한 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 전위 제어부는 다수 개의 전도성 핀(pin)으로 구성되며, 상기 전도성 핀들의 일단은 상기 1차 그리드에 연결되고 타단은 상기 플라즈마 속에 위치한 것을 특징으로 하는 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전도성 핀들의 높이 및 배치, 그리고 서로 인접한 전도성 핀들의 이격 간격은 플라즈마 내의 플라즈마 전위에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버.
  4. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 전위 제어부는 금속 플레이트(Metal plate)로 구성되며, 상기 금속 플레이트는 1차 그리드와 대향되는 위치에 있는 상기 플라즈마 생성 챔버의 내면에 위치하며, 상기 금속 플레이트의 일단은 상기 1차 그리드와 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버.
  5. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 전위 제어부는 금속 플레이트(Metal plate)로 구성되며, 상기 금속 플레이트는 1차 그리드와 대향되는 위치에 있는 상기 플라즈마 생성 챔버의 외면에 위치하며, 상기 금속 플레이트의 일단은 상기 1차 그리드와 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버.
  6. 제4항에 있어서, 상기 금속 플레이트의 일면에는 다수 개의 전도성 핀(pin)들이 형성되어 있으며, 상기 전도성 핀들은 플라즈마에 위치한 것을 특징으로 하는 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버.
  7. 제2항에 있어서, 상기 전도성 핀들의 표면에는 전기적 절연이 가능한 재질로 구성된 보호막이 형성된 것을 특징으로 하는 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버.
  8. 제4항에 있어서, 상기 금속 플레이트의 표면에는 전기적 절연이 가능한 재질로 구성된 보호막이 형성된 것을 특징으로 하는 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버.
  9. 제6항에 있어서, 상기 전도성 핀들의 표면에는 전기적 절연이 가능한 재질로 구성된 보호막이 형성된 것을 특징으로 하는 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버.
  10. 제7항, 제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호막은 세라믹 재질의 전기적 절연이 가능한 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버.
  11. 가스 주입구 및 출구를 구비하고, 상기 가스 주입구를 통해 유입된 가스를 이용하여 플라즈마를 생성하고 유지하는 플라즈마 생성 챔버;
    상기 플라즈마 생성 챔버의 외주면에 배치되어 RF 전원을 제공하는 안테나;
    상기 플라즈마 생성 챔버의 출구에 장착되고, 전압 인가에 의해 상기 플라즈마 생성 챔버의 플라즈마로부터 전자빔 또는 이온빔을 추출하는 1차 그리드;
    상기 1차 그리드와 일정 거리 이격되어 배치되고, 상기 1차 그리드와는 반대의 극성을 갖는 전압을 인가하여 전자빔 또는 이온빔을 가속시켜 출력하는 2차 그리드; 및
    전도성 재질로 구성되어 상기 1차 그리드와 전기적으로 연결된 상태에서 플라즈마 생성 챔버내의 플라즈마에 배치되어, 플라즈마 생성 챔버내의 플라즈마가 1차 그리드와 동일한 전위를 유지하도록 제어하는 플라즈마 전위 제어부;
    를 구비하고, 상기 플라즈마 생성 챔버의 입구측 벽은 내부로 함몰된 형상으로 구성된 것을 특징으로 하며,
    상기 플라즈마 전위 제어부와 1차 그리드가 동일한 전위를 유지하도록 함으로써, 플라즈마 생성 챔버내의 플라즈마 전위를 전체적으로 균일하게 유지하도록 제어 가능한 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서, 상기 플라즈마 전위 제어부는 다수 개의 전도성 핀(pin)으로 구성되며, 상기 전도성 핀들의 일단은 상기 1차 그리드에 연결되고 타단은 상기 플라즈마 속에 위치한 것을 특징으로 하는 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버.
  14. 제11항에 있어서, 상기 플라즈마 전위 제어부는 금속 플레이트(Metal plate)로 구성되며, 상기 금속 플레이트는 1차 그리드와 대향되는 위치에 있는 상기 플라즈마 생성 챔버의 내면에 위치하며, 상기 금속 플레이트의 일단은 상기 1차 그리드와 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버.
  15. 제11항에 있어서, 상기 플라즈마 전위 제어부는 금속 플레이트(Metal plate)로 구성되며, 상기 금속 플레이트는 1차 그리드와 대향되는 위치에 있는 상기 플라즈마 생성 챔버의 외면에 위치하며, 상기 금속 플레이트의 일단은 상기 1차 그리드와 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 하전입자빔 출력장치용 플라즈마 챔버.
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