KR102119457B1 - 대향 전극을 갖는 이온 소스 - Google Patents

대향 전극을 갖는 이온 소스 Download PDF

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Abstract

이온 소스는 베이스, 프레임을 갖는다. 프레임은, 베이스의 상부면 가장자리를 따라 피처리물 방향으로 결합되는 전기 절연층, 전기 절연층에 피처리물 방향으로 결합되는 하부 자극, 하부 자극에 피처리물 방향으로 결합되는 자석, 자석에 피처리물 방향으로 결합되는 상부 자극, 그리고 하부 자극, 자석 및 상부 자극에 베이스의 중앙 방향으로 결합되는 전극을 구비하여, 측방, 전방 및 후방을 폐쇄하고 피처리물 방향으로 개방구를 형성한다.

Description

대향 전극을 갖는 이온 소스{Ion Source with Facing Electrodes}
본 발명은 이온 소스에 관한 것으로, 상세하게는 대향 전극을 갖는 이온 소스에 관한 것이다.
이온 소스(ion source)는 기판 개질, 박막 증착 등에 이용되고 있다. 이온 소스는 전극과 자극을 이용하여 폐 루프(closed drift loop)를 형성하고, 폐 루프를 따라 전자를 고속 이동시키는 구조를 갖는다. 전자가 이동하는 폐 루프 내에는 공정 챔버 외부에서 내부로 이온화 가스가 공급된다.
미국특허 7,425,709는 이온 소스의 후단에서 내부로 이온화 가스를 공급받아, 그 내부에서 플라즈마 이온을 생성하고, 이를 내/외부 압력차에 의해 기판 쪽으로 이동시키고 있다.
종래의 이온 소스는 분출 영역에서 파티클 입자들이 전극에 달라붙고 이로 인해 전극과 자극 사이에 아크가 발생할 수 있다. 아크 발생은 또 다른 분순물을 생성할 수 있다. 이러한 불순물은 기판의 증착 품질과 이온 소스의 이온화 성능을 떨어뜨릴 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 반응용 가스 또는 증착용 가스를 이온 소스의 전방에서 주입하는 방법을 제시하고 있다. 그러나, 이러한 방법들도 전극에 플러스 고전압이 인가되고 전극 면이 기판과 대향하고 있는 구조에서는, 예를들어 Si4 - 증착 이온이 전극 면에 달라붙는 것을 차단하는데 한계가 있다. 나아가, 달라붙은 증착 이온은 전극과 자극 사이에 아크를 발생시키고, 이로인해 파티클이 추가 발생할 수 있다.
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로,
첫째, 증착 공정에서 발생하는 파티클에 따른 전극 쇼트를 방지하고,
둘째, 이온 소스 내부의 충방전에 의한 하드 아킹 현상을 최소화하며,
셋째, 이온 소스 사용에 따른 불순물 발생을 최소화할 수 있는, 이온 소스를 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이온 소스의 일 실시예는 베이스, 제1 프레임, 제2 프레임 등을 포함하여 구성할 수 있다.
베이스는 이온 소스의 하부를 구성한다.
제1 프레임은 제1 하부 자극, 제1 자석, 제1 상부 자극, 제1 전기 절연층, 제1 전극 등을 포함할 수 있다. 제1 하부 자극은 베이스의 상부면 일측에 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 제1 자석은 제1 하부 자극에 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 제1 상부 자극은 제1 자석에 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 제1 전기 절연층은 제1 하부 자극, 제1 자석, 및 제1 상부 자극에 베이스의 중앙 방향으로 결합할 수 있다. 그리고 제1 전극은 제1 전기 절연층에 베이스의 중앙 방향으로 결합할 수 있다.
제2 프레임은 제2 하부 자극, 제2 자석, 제2 상부 자극, 제2 전기 절연층, 제2 전극 등을 포함할 수 있다.
제2 하부 자극은 베이스의 상부면 타측에 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 제2 자석은 제2 하부 자극에 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 제2 상부 자극은 제2 자석에 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 제2 전기 절연층은 제2 하부 자극, 제2 자석, 및 제2 상부 자극에 베이스의 중앙 방향으로 결합할 수 있다. 그리고 제2 전극은 제2 전기 절연층에 베이스의 중앙 방향으로 결합할 수 있다.
제2 프레임은 제1 프레임과 대향 배치되어, 길이 방향에 대해 양쪽 측방이 폐쇄되는 일부 폐쇄 공간을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 이온 소스의 일 실시예에서, 베이스는 반자성 물질로 구성할 수 있다.
본 발명에 따른 이온 소스의 일 실시예에서, 베이스는 공정 가스 주입부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 이온 소스의 일 실시예에서, 제1 하부 자극, 제1 자석, 제1 상부 자극, 베이스, 제2 하부 자극, 제2 자석, 및 제2 상부 자극은 전기적으로 결합할 수 있다. 이 경우, 베이스는 접지 또는 플로팅하고, 제1,2 전극 사이에는 교류, 유니폴라(uni-polar) 펄스, 또는 바이폴라(bi-polar) 펄스 전압을 번갈아 인가할 수 있다.
본 발명에 따른 이온 소스의 일 실시예는 제1,2 프레임을 다층으로 구성할 수 있다.
제1 프레임은 제1 추가 자석, 제1 추가 자극, 제1 추가 전기 절연층, 및 제1 추가 전극을 더 포함할 수 있다. 제1 추가 자석은 제1 상부 자극에 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 제1 추가 자극은 제1 추가 자석에 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 제1 추가 전기 절연층은 제1 추가 자석 및 제1 추가 자극에 베이스의 중앙 방향으로 결합할 수 있으며, 제1 전기 절연층에서 연장할 수 있다. 그리고 제1 추가 전극은 제1 추가 전기 절연층에 베이스의 중앙 방향으로 결합하고, 제1 전극에서 연장할 수 있다.
제2 프레임은 제2 추가 자석, 제2 추가 자극, 제2 추가 전기 절연층, 및 제2 추가 전극을 더 포함할 수 있다. 제2 추가 자석은 제2 상부 자극에 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 제2 추가 자극은 제2 추가 자석에 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 제2 추가 전기 절연층은 제2 추가 자석 및 제2 추가 자극에 베이스의 중앙 방향으로 결합할 수 있으며, 제2 전기 절연층에서 연장할 수 있다. 그리고 제2 추가 전극은 제2 추가 전기 절연층에 베이스의 중앙 방향으로 결합하고, 제1 전극에서 연장할 수 있다.
본 발명에 따른 이온 소스의 다른 실시예는 베이스, 프레임을 포함하여 구성할 수 있다.
베이스는 이온 소스의 하부를 구성한다.
프레임은 전기 절연층, 하부 자극, 자석, 상부 자극, 전극을 포함할 수 있다.
전기 절연층은 베이스의 상부면 일측에 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 하부 자극은 전기 절연층에 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 자석은 하부 자극에 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 상부 자극은 자석에 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 전극은 하부 자극, 자석, 및 상부 자극에 베이스의 중앙 방향으로 결합할 수 있다. 프레임은 측방, 전방, 및 후방을 폐쇄하고 피처리물 방향으로 개방구를 갖는 부분 폐쇄 공간을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 이온 소스의 다른 실시예에서, 베이스는 반자성 물질로 구성할 수 있다.
본 발명에 따른 이온 소스의 다른 실시예에서, 베이스는 공정 가스 주입부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 이온 소스의 다른 실시예에서, 하부 자극, 자석, 상부 자극, 및 전극이 전기적으로 결합할 수 있다. 이 경우, 전극은 접지 또는 플로팅하고, 베이스에는 직류, 교류, 또는 펄스 전압을 인가할 수 있다.
본 발명에 따른 이온 소스의 다른 실시예에서, 프레임은 하부 자극, 자석, 및 상부 자극과 전극 사이에 추가 전기 절연층을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 이온 소스의 다른 실시예는 프레임을 다층으로 구성할 수 있다.
프레임은 추가 자석, 추가 자극, 추가 전극을 더 포함할 수 있다. 추가 자석은 상부 자극에 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 추가 자극은 추가 자석에 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 추가 전극은 추가 자석 및 추가 자극에 베이스의 중앙 방향으로 결합하고, 전극에서 연장할 수 있다.
본 발명에 따른 이온 소스의 또다른 실시예는 베이스, 내측 프레임, 외측 프레임을 포함하여 구성할 수 있다.
베이스는 이온 소스의 하부를 구성한다.
내측 프레임은 내측 하부 자극, 내측 자석, 내측 상부 자극, 내측 전기 절연층, 내측 전극을 포함할 수 있다. 내측 하부 자극은 베이스의 상부면 중앙 영역에 베이스의 길이 방향을 따라 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 내측 자석은 내측 하부 자극에 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 내측 상부 자극은 내측 자석에 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 내측 전기 절연층은 내측 하부 자극, 내측 자석, 및 내측 상부 자극의 외향 측면에 결합할 수 있다. 그리고, 내측 전극은 내측 전기 절연층의 외향 측면에 결합할 수 있다.
외측 프레임은 외측 하부 자극, 외측 자석, 외측 상부 자극, 외측 전기 절연층, 외측 전극을 포함할 수 있다. 외측 하부 자극은 베이스의 상부면에 내측 하부 자극에서 외향으로 이격되어 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 외측 자석은 외측 하부 자극에 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 외측 상부 자극은 외측 자석에 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 외측 전기 절연층은 외측 하부 자극, 외측 자석, 및 외측 상부 자극의 내향 측면에 결합할 수 있다. 그리고, 외측 전극은 외측 전기 절연층의 내향 측면에 결합할 수 있다.
외측 프레임은 측방, 전방, 및 후방을 폐쇄하고, 내측 프레임과 외측 프레임은 대향 배치되어, 내측 프레임과 외측 프레임 사이에 피처리물 방향으로 개방되는 부분 폐쇄 공간을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 이온 소스의 또다른 실시예에서, 베이스는 공정 가스 주입부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 이온 소스의 또다른 실시예에서, 베이스, 내외측 하부 자극, 내외측 자석, 내외측 상부 자극은 전기적으로 결합할 수 있다. 이 경우, 베이스는 접지 또는 플로팅하고, 내외측 전극 사이에는 교류, 유니폴라 펄스, 또는 바이폴라 펄스 전압을 번갈아 인가할 수 있다.
본 발명에 따른 이온 소스의 또다른 실시예는 베이스, 내측 프레임, 외측 프레임을 포함하여 구성할 수 있다.
베이스는 이온 소스의 하부를 구성한다.
내측 프레임은 내측 전기 절연층, 내측 하부 자극, 내측 자석, 내측 상부 자극, 내측 전극을 포함할 수 있다. 내측 전기 절연층은 베이스의 상부면 중앙 영역에 베이스의 길이 방향으로 따라 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 내측 하부 자극은 내측 전기 절연층에 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 내측 자석은 내측 하부 자극에 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 내측 상부 자극은 내측 자석에 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 내측 전극은 내측 하부 자극, 내측 자석, 및 내측 상부 자극의 외향 측면에 결합할 수 있다.
외측 프레임은 외측 전기 절연층, 외측 하부 자극, 외측 자석, 외측 상부 자극, 외측 전극을 포함할 수 있다. 외측 전기 절연층은 베이스의 상부면에 내측 전기 절연층에서 외향으로 이격되어 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 외측 하부 자극은 외측 전기 절연층에 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 외측 자석은 외측 하부 자극에 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 외측 상부 자극은 외측 자석에 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 외측 전극은 외측 하부 자극, 외측 자석, 및 외측 상부 자극의 내향 측면에 결합할 수 있다.
외측 프레임은 측방, 전방, 및 후방을 폐쇄하고, 내측 프레임과 외측 프레임은 대향 배치되어, 내측 프레임과 외측 프레임 사이에 피처리물 방향으로 개방되는 부분 폐쇄 공간을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 이온 소스의 또다른 실시예에서, 베이스는 공정 가스 주입부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 이온 소스의 또다른 실시예에서, 내외측 전극, 내외측 하부 자극, 내외측 자석, 및 내외측 상부 자극이 전기적으로 결합할 수 있다. 이 경우, 내외측 전극은 접지 또는 플로팅하고, 베이스에는 직류, 교류, 또는 펄스 전압을 인가할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 이온 소스에 의하면, 이온 소스의 전극에 불순물이 증착되는 것을 줄일 수 있다. 특히, 증착 공정에서 발생할 수 있는 다량의 파티클로 인한 전극 쇼트를 효과적으로 방지함으로써, 박막 증착 공정을 안정화시킬 수 있다.
본 발명에 따른 이온 소스에 의하면, 이온 소스 내부의 충방전으로 인한 하드 아킹 현상을 획기적으로 줄일 수 있고, 그 결과 아킹 발생에서 방출되는 불순물도 최소화할 수 있다.
도 1a,1b는 본 발명에 따른 이온 소스의 제1 실시예를 도시하는 사시도 및 단면도이다.
도 1c는 제1 실시예의 변형례를 도시하는 단면도이다.
도 2a,2b는 본 발명에 따른 이온 소스의 제2 실시예를 도시하는 사시도 및 단면도이다.
도 2c는 제2 실시예의 변형례를 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 이온 소스의 제3 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 4a,4b는 본 발명에 따른 이온 소스의 제4 실시예를 도시하는 사시도 및 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 이온 소스의 제5 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 이온 소스를 갖는 증착 장치를 도시하고 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1a,1b는 본 발명에 따른 이온 소스의 제1 실시예를 도시하는 사시도 및 단면도이다.
도 1a,1b에 도시한 바와 같이, 제1 실시예의 이온 소스는 베이스(10), 제1 프레임(20), 제2 프레임(20) 등을 포함하여 구성할 수 있다.
베이스(10)는 이온 소스의 하부를 구성하면서, 상부면에 제1 프레임(20)과 제2 프레임(30)을 지지할 수 있다. 베이스(10)는 제1 프레임(20) 및 제2 프레임(30)과 자기적으로 분리되게 구성할 수 있는데, 이를 위해 알루미늄, 구리 등의 반자성 물질로 구성할 수 있다.
베이스(10)는 상방의 피처리물(또는 기판) 방향으로 가스를 공급하는 가스 주입부(11)를 구비할 수 있다. 도 1b에 도시한 바와 같이, 가스 주입부(11)는 가스 유입부(IN11), 가스 분산부(DIS11), 가스 분출부(OUT11)를 포함할 수 있다.
가스 유입부(IN11)는 외부로부터 가스가 유입한다. 가스 유입부(IN11)는 베이스(10)의 후방 영역에 형성되는 관통공일 수 있다. 관통공에는 튜브를 삽입할 수 있다. 가스 유입부(IN11)는 이온 소스가 클 경우 베이스(10)의 길이 방향을 따라 2개 이상을 형성할 수 있다.
가스 유입부(IN11)에는 공정용 가스를 주입할 수 있다. 공정용 가스는 아르곤, 네온, 헬륨, 크세논 등을 포함할 수 있다. 또한, 가스 유입부(IN11)에는 반응용 가스도 주입할 수 있다. 반응용 가스는 O2, N2 등을 포함할 수 있다.
가스 분산부(DIS11)는 가스 유입부(IN11)와 연통하며, 원형, 사각형 등의 단면을 가질 수 있다. 가스 분산부(DIS11)는 베이스(10)의 길이 방향을 따라 형성할 수 있다. 가스 분산부(DIS11)는 가스 유입부(IN11)보다 넓은 단면을 가질 수 있다. 가스 분산부(DIS11)는 가스 유입부(IN11)로부터 유입하는 가스를 베이스(10)의 내부 전체에 고르게 분산시킬 수 있다.
가스 분출부(OUT11)는 베이스(10)의 길이 방향을 따라 형성할 수 있다. 가스 분출부(OUT11)의 일측은 가스 분산부(DIS11)에 연통되고 타측은 피처리물 방향으로 개방된다. 가스 분출부(OUT11)는 가스 분산부(DIS11)보다 작은 단면을 가져 가스 분산부(DIS11) 내의 가스를 피처리물 방향으로 분출할 수 있다. 가스 분출부(OUT11)는 연속되는 슬릿(slit)이나 다수의 통공으로 구성할 수 있다.
제1 프레임(20)은, 도 1b에 도시한 바와 같이, 베이스(10)의 좌측 상면에 베이스(10)의 길이 방향을 따라 결합하는 플레이트 형상일 수 있다. 제1 프레임(20)은 제1 하부 자극(21), 제1 자석(22), 제1 상부 자극(23), 제1 전기 절연층(24), 제1 전극(25) 등을 포함할 수 있다.
제1 하부 자극(21)은 베이스(10)의 좌측 상면에 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 제1 하부 자극(21)은, 도 1b에 도시한 바와 같이, S극을 띌 수 있는데, 이 경우 제1 하부 자극(21)의 상부에 결합되는 제1 자석(22)은 그 하부가 S극일 수 있다.
제1 자석(22)은 제1 하부 자극(21)에서 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 제1 자석(22)은 영구 자석 또는 전자석으로 구성할 수 있다. 제1 자석(22)은, 도 1b에 도시한 바와 같이, 상부가 N극, 하부가 S극을 갖도록 배치할 수 있다.
제1 상부 자극(23)은 제1 자석(22)에서 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 제1 상부 자극(23)은, 도 1b에 도시한 바와 같이, 제1 자석(22)의 상부가 N극일 경우, N극을 띌 수 있다.
제1 전기 절연층(24)은 제1 하부 자극(21), 제1 자석(22), 및 제1 상부 자극(23)에서 베이스(10)의 중앙 방향으로 결합할 수 있다. 제1 전기 절연층(24)은 제1 하부 자극(21), 제1 자석(22) 및 제1 상부 자극(23)과 제1 전극(25)을 전기적으로 절연하는 것으로, 세라믹, 마이카, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 불소 수지, 테플론 수지, 피크(PEEK) 등을 사용할 수 있다.
제1 전극(25)은 제1 전기 절연층(24)에서 베이스(10)의 중앙 방향으로 결합할 수 있다. 제1 전극(25)은 개방면이 베이스(10)의 중앙 방향으로 향하며, 제2 프레임(30)의 제2 전극(35)과 대향할 수 있다. 제1 전극(25)은 베이스(10), 제1 하부 자극(21), 제1 자석(22) 및 제1 상부 자극(23)과 전기적으로 절연할 수 있다.
제1 전극(25)에 전압을 인가하면 제1 전극(25)에 열이 발생할 수 있다. 열을 식히기 위해서, 제1 전극(25) 내에는 냉각용 채널 또는 냉각 튜브(CT)를 구비할 수 있다. 냉각용 채널 또는 냉각 튜브(CT)는 전기 전도율 및 열 전도율이 우수한 금속으로 형성하거나 가공할 수 있다. 냉각용 채널 또는 냉각 튜브(CT)에는 냉각수를 흐를 수 있다.
제2 프레임(30)은, 도 1b에 도시한 바와 같이, 베이스(10)의 우측 상면에 베이스(10)의 길이 방향을 따라 결합하는 플레이트 형상일 수 있다. 제2 프레임(30)은 제1 프레임(20)과 대칭되는 구성, 즉 제2 하부 자극(31), 제2 자석(32), 제2 상부 자극(33), 제2 전기 절연층(34), 제2 전극(35) 등을 포함할 수 있다.
제2 프레임(30)은 제1 프레임(20)과 대칭 구조로서 제1 프레임(20)의 대칭 구성과 형성 방향만 반대일 뿐 동일한 구조를 가지므로, 제2 프레임(30)에 상세한 설명은 제1 프레임(20)의 대칭 구성에 대한 관련 설명으로 갈음한다.
제2 프레임(30)은 제1 프레임(20)과 대향 배치되어, 제1 프레임(20)과 제2 프레임(30) 사이에 베이스(10)의 길이 방향을 따라 양 측방이 폐쇄되는 일부 폐쇄 공간을 형성할 수 있다. 제1 실시예는, 도 1a에 도시한 바와 같이, 전방과 후방이 개방되는 형태로 도시하고 설명하고 있으나, 전방과 후방을 폐쇄하는 형태일 수 있다.
제1 실시예에서, 제1 하부 자극(21), 제1 자석(22), 제1 상부 자극(23), 베이스(10), 제2 하부 자극(31), 제2 자석(32), 및 제2 상부 자극(33)은 전기적으로 결합할 수 있다. 제1 전극(25)과 제2 전극(35)은 각각 제1 전기 절연층(24)과 제2 전기 절연층(34)에 의해 각각 다른 구성들과 전기적으로 절연할 수 있다.
제1 실시예는, 도 1b에 도시한 바와 같이, 베이스(10)는 접지 또는 플로팅하고, 제1,2 전극(25,35) 사이에는 교류, 유니폴라(uni-polar) 펄스, 또는 바이폴라(bi-polar) 펄스의 전압을 인가할 수 있다. 이와 같이 전압을 인가하면, 제1 프레임(20)과 제2 프레임(30)의 사이 공간에서 플라즈마가 뜨고, 전자가 베이스(10)의 길이 방향을 따라 시계추처럼 전후방으로 빠르게 이동할 수 있다. 전자의 전후방 방향 전환은 제1,2 전극(25,35) 사이에 인가되는 교류, 유니폴라 펄스, 또는 바이폴라 펄스의 주파수를 통해 제어할 수 있다. 이 상황에서, 베이스(10)의 가스 주입부(11)를 통해 공정용 가스나 반응용 가스가 유입하면, 공정용 가스 또는 반응용 가스는 전자에 의해 이온화되고, 이온화된 가스는 압력차에 의해 상방 개방구를 통해 피처리물 방향으로 확산 이동할 수 있다.
도 1c는 제1 실시예의 변형례를 도시하는 단면도이다.
도 1c에 도시한 바와 같이, 제1 실시예의 변형례는 제1,2 프레임(20',30')을 다층으로 구성할 수 있다.
제1 변형 프레임(20')은 도 1b의 제1 프레임(20)에서 제1 추가 자석(26), 제1 추가 자극(27)을 더 포함할 수 있고, 제1 변형 전기 절연층(24')과 제1 변형 전극(25')을 포함할 수 있다.
제1 추가 자석(26)은 제1 상부 자극(23)에서 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 제1 추가 자석(26)은, 제1 상부 자극(23)이 N극을 띌 경우, 하부를 N극으로 상부를 S극으로 배치할 수 있다.
제1 추가 자극(27)은 제1 추가 자석(26)에서 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 제1 추가 자극(27)은, 제1 추가 자석(26)의 상부가 S극이면, S극을 띌 수 있다.
제1 변형 전기 절연층(24')은 제1 추가 자석(26) 및 제1 추가 자극(27)에서 베이스(10)의 중앙 방향으로 결합하는 추가 전기 절연층을 포함할 수 있다. 제1 변형 전기 절연층(24')은 도 1b에 도시한 제1 전기 절연층(24)에서 피처리물 방향으로 연장되어 일체로 형성되는, 1b의 제1 전기 절연층(24)을 포함하는 단일체일 수 있다.
제1 변형 전극(25')은 제1 변형 전기 절연층(24')을 구성하는 추가 전기 절연층에서 베이스(10)의 중앙 방향으로 결합하는 추가 전극을 포함할 수 있다. 제1 변형 전극(25')은 도 1b에 도시한 제1 전극(25)에서 피처리물 방향으로 연장되어 일체로 형성되는, 도 1b의 제1 전극(25)을 포함하는 단일체일 수 있다.
제2 변형 프레임(30')은 도 1b의 제2 프레임(20)에서 제2 추가 자석(36), 제2 추가 자극(37)을 더 포함할 수 있고, 제2 변형 전기 절연층(34')과 제2 변형 전극(35')을 포함할 수 있다.
제2 변형 프레임(30')은 제1 변형 프레임(20')과 대칭 구조로서 제1 변형 프레임(20')의 대칭 구성과 형성 방향만 반대일 뿐 동일한 구조이므로, 제2 변형 프레임(30')에 대한 상세한 설명은 제1 변형 프레임(20')의 대칭 구성에 대한 관련 설명으로 갈음한다.
제2 변형 프레임(30')은 제1 변형 프레임(20')과 대향 배치되어, 제1 변형 프레임(20')과 제2 변형 프레임(30') 사이에 베이스(10)의 길이 방향을 따라 양 측방이 폐쇄되는 확장 폐쇄 공간을 형성할 수 있다. 확장 폐쇄 공간은 플라즈마 이온이 이온 소스 내부에서 피처리물 방향으로 이동할 때 방향성과 집중성을 높일 수 있다.
도 2a,2b는 본 발명에 따른 이온 소스의 제2 실시예를 도시하는 사시도 및 단면도이다.
제2 실시예는 베이스(13), 프레임(40)을 포함하여 구성할 수 있다.
도 2a,2b에 도시한 바와 같이, 제2 실시예는, 도 1a,1b의 제1 실시예와 달리, 베이스(13) 길이 방향의 전방과 후방을 각각 연결하여 하나의 프레임(40)으로 구성하고 있다. 또한, 제2 실시예는, 도 2b에 도시한 바와 같이, 베이스(13)와 하부 자극(41) 사이에 전기 절연층(44)을 삽입하여 베이스(13)와 프레임(40)을 전기적으로 절연하고 있다.
베이스(13)는 제1 실시예의 베이스(10)과 동일하므로, 베이스(13)에 대한 상세한 설명은 제1 실시예의 베이스(10)의 관련 설명으로 갈음한다.
프레임(40)은, 제1 실시예의 제1,2 프레임(20,30)과 달리, 하부 자극(41), 자석(42), 및 상부 자극(43)과 전극(45) 사이에 전기 절연층을 포함하고 있지 않다. 즉, 제2 실시예에서, 하부 자극(41), 자석(42), 상부 자극(43), 및 전극(45)은 전기적으로 결합할 수 있다.
제2 실시예는, 도 2b에 도시한 바와 같이, 베이스(13)에는 직류, 교류, 또는 펄스 전압을 인가하고, 전극(45)은 접지 또는 플로팅할 수 있다. 이와 같이 전압을 인가하면, 베이스(13)와 전극(45)의 사이 공간에 플라즈마가 뜨고, 전자가 내부 공간, 특히 내부 공간의 가장자리 또는 가장자리 하단부를 따라 회전할 수 있다. 베이스(13)에 직류 또는 유니폴라 펄스 전압을 인가하면 전자가 한 방향으로 회전할 수 있고, 교류 또는 바이폴라 펄스 전압을 인가하면 전자가 회전 방향을 바꾸면서 내부 공간을 회전할 수 있다. 이 환경에서, 베이스(13)의 가스 주입부(11)를 통해 공정용 가스나 반응용 가스를 주입하면, 공정용 가스 또는 반응용 가스는 전자에 의해 이온화되고, 이온화된 가스는 압력차에 의해 상방 개방구를 통해 피처리물 방향으로 확산 이동할 수 있다.
제2 실시예는, 도 2a,2b에서, 베이스(13) 길이 방향의 전방과 후방을 각각 연결하여 하나의 프레임(40)으로 구성한 예를 도시 및 설명하고 있으나, 전방과 후방을 개방할 수 있다. 이 경우, 프레임은 좌측 프레임과 우측 프레임으로 분리될 수 있다.
도 2c는 제2 실시예의 변형례를 도시하는 단면도이다.
도 2c에 도시한 바와 같이, 제2 실시예의 변형례는 변형 프레임(40')을 갖는 다층 구조일 수 있다.
변형 프레임(40')은 도 2b의 프레임(40)에서 추가 자석(46), 추가 자극(47)을 더 포함할 수 있고, 변형 전극(45')을 포함할 수 있다.
추가 자석(46)은 상부 자극(43)에서 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 추가 자석(46)은, 상부 자극(43)이 N극을 띌 경우, 하부를 N극으로 상부를 S극으로 배치할 수 있다.
추가 자극(47)은 추가 자석(46)에서 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 추가 자극(47)은, 추가 자석(46)의 상부가 S극이면, S극을 띌 수 있다.
변형 전극(45')은 추가 자석(46) 및 추가 자극(47)에서 베이스(13)의 중앙 방향으로 결합하는 추가 전극을 포함할 수 있다. 변형 전극(45')은 도 2b에 도시한 전극(45)에서 피처리물 방향으로 연장되어 일체로 형성되는, 도 2b의 전극(45)을 포함하는 단일체일 수 있다.
변형 프레임(40')은 베이스(13)의 길이 방향을 따라 확장 폐쇄 공간을 형성할 수 있다. 확장 폐쇄 공간은 플라즈마 이온이 이온 소스 내부에서 피처리물 방향으로 이동할 때 방향성과 집중성을 높일 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 이온 소스의 제3 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제3 실시예는, 도 2b의 실시예에서 하부 자극(41), 자석(42), 및 상부 자극(43)과 전극(45) 사이에 전기 절연층(34)을 더 구비하고 있다. 제3 실시예에서, 그 밖의 구성은 도 2b의 제2 실시예의 구성과 동일하므로, 다른 구성에 대한 상세한 설명은 제2 실시예의 대응 구성에 대한 설명으로 갈음한다.
도 4a,4b는 본 발명에 따른 이온 소스의 제4 실시예를 도시하는 사시도 및 단면도이다.
도 4a,4b에 도시한 바와 같이, 제4 실시예의 이온 소스는 베이스(15), 내측 프레임(50), 외측 프레임(60)을 포함하여 구성할 수 있다.
베이스(15)는 이온 소스의 하부를 구성한다. 베이스(15)는 상부면 중앙에 내측 프레임(50)을, 상부면 가장자리를 따라 외측 프레임(60)을 상방으로 지지할 수 있다. 베이스(15)는 내외측 프레임(50,60)과 자기적으로 분리하기 위해, 알루미늄, 구리 등의 반자성 물질로 구성할 수 있다.
베이스(15)는 가스 주입부(11)를 포함할 수 있다. 가스 주입부(11)의 가스 분출부(OUT11)는 내측 프레임(50)과 외측 프레임(60)의 사이 공간으로 개방되게 구성할 수 있다. 가스 주입부(11)는 도 1b의 제1 실시예의 가스 주입부와 유사하므로, 이에 대한 대한 상세한 설명은 제1 실시예의 관련 설명으로 갈음한다.
내측 프레임(50)은 베이스(15)의 중앙 영역에 외측 프레임(60)과 이격되어 구비할 수 있다. 내측 프레임(50)은 베이스(15)의 상부면에서 피처리물 방향으로 돌출되는 플레이트 형상일 수 있다. 내측 프레임(50)은 내측 하부 자극(51), 내측 자석(52), 내측 상부 자극(53), 내측 전기 절연층(54), 내측 전극(55)을 포함할 수 있다.
내측 하부 자극(51)은 자성 물질로 구성할 수 있으며, 베이스(15)의 상부면 중앙 영역에서 베이스(15)의 길이 방향을 따라 피처리물 방향으로 결합할 수 있다.
내측 자석(52)은 내측 하부 자극(51)에서 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 내측 자석(52)은 영구 자석 또는 전자석으로 구성할 수 있다.
내측 상부 자극(53)은 자성 물질로 구성할 수 있으며, 내측 자석(52)에서 피처리물 방향으로 결합할 수 있다.
내측 전기 절연층(54)은 내측 하부 자극(51), 내측 자석(52), 및 내측 상부 자극(53)의 외향 측면, 즉 외측 프레임(60)과 대향하는 면에 결합할 수 있다.
내측 전극(55)은 내측 전기 절연층(54)의 외향 측면, 즉 외측 프레임(60)과 대향하는 면에 결합할 수 있다.
외측 프레임(60)은 베이스(15)의 상부면 가장자리를 따라 내측 프레임(50)과 소정 간격 이격하여 형성할 수 있다. 외측 프레임(60)은 베이스(15)의 상부면에서 피처리물 방향으로 돌출되며 원형 또는 타원형의 플레이트일 수 있다.
외측 프레임(60)은 외측 하부 자극(61), 외측 자석(62), 외측 상부 자극(63), 외측 전기 절연층(64), 외측 전극(65)을 포함할 수 있다.
외측 하부 자극(61)은 베이스(15)의 상부면에 구비되되, 내측 하부 자극(51)에서 외향으로 소정 간격 이격되어 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 외측 하부 자극(61)은 내측 하부 자극(51)을 둘러싸는 원형 또는 타원형일 수 있다.
외측 자석(62)은 외측 하부 자극(61)에서 피처리물 방향으로 결합할 수 있다. 외측 자석(63)은 영구 자석 또는 전자석일 수 있다.
외측 상부 자극(63)은 자성 물질로 구성할 수 있고, 외측 자석(62)에 피처리물 방향으로 결합할 수 있다.
외측 전기 절연층(64)은 외측 하부 자극(61), 외측 자석(62), 및 외측 상부 자극(63)의 내향 측면, 즉 내측 프레임(50)과 대향하는 면에 결합할 수 있다.
외측 전극(65)은 외측 전기 절연층(64)의 내향 측면, 즉 내측 프레임(50)과 대향하는 면에 결합할 수 있다.
내측 프레임(50)과 외측 프레임(60)은 소정 간격 이격되어 대향 배치될 수 있다. 내측 프레임(50)과 외측 프레임(60) 사이에는 피처리물 방향으로 개방되고, 원형 또는 타원형의 폐 루프를 형성하는 부분 폐쇄 공간을 형성할 수 있다.
제4 실시예는, 도 4b에 도시한 바와 같이, 베이스(15), 내측 하부 자극(51), 외측 하부 자극(61)이 전기적으로 연결할 수 있고, 이들은 내외측 전기 절연층(54,64)에 의해 내외측 전극(55,65)과 전기적으로 절연할 수 있다.
제4 실시예는, 도 4b에 도시한 바와 같이, 베이스(15)는 접지 또는 플로팅하고, 내외측 전극(55,65) 사이에는 교류, 유니폴라 펄스, 또는 바이폴라 펄스 전압을 인가할 수 있다. 이와 같이 전압을 인가하면, 베이스(15)와 전극(55,65)의 사이 공간에 플라즈마가 뜨고, 전자가 내부 공간을 회전할 수 있다. 이러한 환경에서, 베이스(15)의 가스 주입부(11)를 통해 공정용 가스나 반응용 가스를 주입하면, 공정용 가스 또는 반응용 가스가 전자에 의해 이온화되고, 이온화된 가스는 압력차에 의해 상방 개방구를 통해 피처리물 방향으로 확산 이동할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 이온 소스의 제5 실시예를 도시하는 단면도이다.
제5 실시예는, 도 5에 도시한 바와 같이, 내측 프레임(70)은 내측 하부 자극(71), 내측 자석(72), 및 내측 상부 자극(73)과 내측 전극(75) 사이, 그리고 외측 프레임(80)은 외측 하부 자극(81), 외측 자석(82), 및 외측 상부 자극(83)과 외측 전극(85) 사이에 전기 절연층을 포함하고 있지 않다. 즉, 제5 실시예는, 내측 하부 자극(71), 내측 자석(72), 및 내측 상부 자극(73)은 내측 전극(75)과, 외측 하부 자극(81), 외측 자석(82), 및 외측 상부 자극(83)은 외측 전극(85)과 각각 전기적으로 결합할 수 있다.
또한, 제5 실시예는, 도 4a,4b의 제4 실시예와 달리, 베이스(15)와 내측 하부 자극(71) 사이, 그리고 베이스(15)와 외측 하부 자극(81) 사이에 전기 절연층(74,84)을 각각 삽입하여, 베이스(15)와 내외측 프레임(40)을 각각 전기적으로 절연하고 있다.
나머지 구성은 제4 실시예의 대응 구성과 동일하므로, 이들에 대한 상세한 설명은 제4 실시예의 관련 설명으로 갈음한다.
제5 실시예는, 도 5에 도시한 바와 같이, 내외측 전극(75,85)은 접지 또는 플로팅하고, 베이스(15)에는 직류, 교류, 또는 펄스 전압을 인가할 수 있다. 이와 같이 전압을 인가하면, 베이스(15)와 전극(75,85)의 사이 공간에 플라즈마가 뜨고, 전자가 내부 공간을 회전할 수 있다. 이러한 환경에서, 베이스(15)의 가스 주입부(11)를 통해 공정용 가스나 반응용 가스를 주입하면, 공정용 가스 또는 반응용 가스는 회전 전자에 의해 이온화되고, 이온화된 가스는 압력차에 의해 상방 개방구를 통해 피처리물 방향으로 확산 이동할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 이온 소스를 적용한 증착 장치를 도시하고 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 증착 장치는 공정 챔버(100), 캐리어(200), 기판(300), 이온 소스(400), 공정 가스 주입기(500), 증착 가스 주입기(600) 등을 포함하여 구성할 수 있다.
공정 챔버(100)는 박막 증착을 위한 밀폐된 내부 공간을 형성한다. 공정 챔버(100)의 일측에는 진공 펌프가 결합되는데, 진공 펌프는 내부 공간을 소정의 공정 압력으로 유지시킬 수 있다. 공정 챔버(100)에는 공정에 따라 공정용 가스, 반응용 가스, 또는 증착용 가스를 주입한다. 반응용 가스로는 N2, O2 등이 있고, 공정용 가스로는 아르곤, 네온, 헬륨, 크세논 등이 있으며, 증착용 가스로는 CH3COOH, CH4, CF4, SiH4, TMA(tri-methyl aluminum) 등이 있다.
캐리어(200)는 기판(300)을 이온 소스(400)에 대향되게 지지하며, 기판(300)을 일정 방향으로 이동시킨다.
이온 소스(400)는 위에서 설명한 제1 내지 5 실시예의 이온 소스를 사용할 수 있다.
공정 가스 주입기(500)는 이온 소스(400)의 가스 주입부(11)와 연결되어, 이온 소스(400) 내에 아르곤 등의 공정용 가스를 분출할 수 있다. 공정 가스 주입기(500)는 경우에 따라 산소 등의 반응용 가스를 주입할 수 있다.
증착 가스 주입기(600)는 공정 챔버(100)의 측방에 결합할 수 있는데, 그 위치는 한정하지 않는다. 증착 가스 주입기(600)는 CH3COOH, CH4, CF4, SiH4, TMA(tri-methyl aluminum)와 같은 증착용 가스를 공정 챔버(100) 내에 공급할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 증착 장치는, 먼저 이온 소스(400)는 전극과 베이스 사이에 형성되는 전기장과 자기장으로 전자를 빠르게 시계추 운동 또는 회전 운동시킬 수 있다. 이 때, 공정 가스 주입기(500)로부터 공정용 가스가 주입되면, 공정용 가스는 이온화되어 플라즈마 이온이 생성될 수 있다. 이온화된 플라즈마 이온, 예를들어 아르곤 이온(Ar+)은 압력차에 따른 확산 작용으로 기판(300) 방향으로 이동할 수 있다. 이동하는 아르곤 이온(Ar+)은 증착용 가스를 이온화시켜 증착 이온, 예를들어 실리콘 이온(Si4 -)을 생성할 수 있다. 여기서, 증착용 가스는 증착 가스 주입기(600)를 통해, 아르곤 이온(Ar+)이 기판까지 이동하는 길목에 주입할 수 있다. 증착 이온은 기판(300)으로 이동하여 기판(300)에 증착할 수 있다.
이상 본 발명을 여러 실시예에 기초하여 설명하였으나, 이는 본 발명을 예증하기 위한 것이다. 통상의 기술자라면, 위 실시예에 기초하여 본 발명의 기술사상을 다양하게 변형하거나 수정할 수 있을 것이다. 그러나, 그러한 변형이나 수정은 아래의 특허청구범위에 포함되는 것으로 해석될 수 있다.
10 : 베이스 11 : 가스 주입부
20,30,40,50,60,70,80 : 프레임
21,31,41,51,61,71,81 : 하부 자극
22,26,32,36,42,46,52,62,72,82 : 자석
23,33,43,53,63,73,83 : 상부 자극
24,34,44,54,64,74,84 : 전기 절연층
25,35,45,55,65,75,85 : 전극
100 : 공정 챔버 200 : 캐리어
300 : 기판 400 : 이온 소스
500 : 공정 가스 주입기 600 : 증착 가스 주입기

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 이온 소스에 있어서,
    접지 또는 플로팅되는 베이스;
    상기 베이스의 상부면 중앙 영역에 상기 베이스의 길이 방향을 따라 피처리물 방향으로 결합되는 내측 하부 자극, 상기 내측 하부 자극에 피처리물 방향으로 결합되는 내측 자석, 상기 내측 자석에 피처리물 방향으로 결합되는 내측 상부 자극, 상기 내측 하부 자극, 상기 내측 자석, 및 상기 내측 상부 자극의 외향 측면에 결합되는 내측 전기 절연층, 그리고 상기 내측 전기 절연층의 외향 측면에 결합되는 내측 전극을 포함하는 내측 프레임;
    상기 베이스의 상부면에 상기 내측 하부 자극에서 외향으로 이격되어 피처리물 방향으로 결합되는 외측 하부 자극, 상기 외측 하부 자극에 피처리물 방향으로 결합되는 외측 자석, 상기 외측 자석에 피처리물 방향으로 결합되는 외측 상부 자극, 상기 외측 하부 자극, 상기 외측 자석, 및 상기 외측 상부 자극의 내향 측면에 결합되는 외측 전기 절연층, 그리고 상기 외측 전기 절연층의 내향 측면에 결합되는 외측 전극을 포함하여, 상기 내측 프레임과 대향 배치되고 상기 내측 프레임과 사이에 피처리물 방향으로 개방되는 부분 폐쇄 공간을 형성하는 외측 프레임을 포함하며,
    상기 베이스, 상기 내외측 하부 자극, 상기 내외측 자석, 상기 내외측 상부 자극은 전기적으로 결합되고,
    상기 내외측 전극은 상기 피처리물 방향의 개방구보다 후방에서 상기 베이스와 상기 개방구 사이에 배치되고, 공정 가스의 이동 방향과 수직되는 방향으로 전위차를 형성하며, 교류, 또는 유니폴라 또는 바이폴라 펄스 전압이 번갈아 인가되는, 이온 소스.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 베이스는
    공정 가스 주입부를 포함하는, 이온 소스.
  8. 이온 소스에 있어서,
    직류, 교류, 또는 펄스 전압이 인가되는 베이스;
    상기 베이스의 상부면 중앙 영역에 상기 베이스의 길이 방향으로 따라 피처리물 방향으로 결합되는 내측 전기 절연층, 상기 내측 전기 절연층에 피처리물 방향으로 결합되는 내측 하부 자극, 상기 내측 하부 자극에 피처리물 방향으로 결합되는 내측 자석, 상기 내측 자석에 피처리물 방향으로 결합되는 내측 상부 자극, 상기 내측 하부 자극, 상기 내측 자석, 및 상기 내측 상부 자극의 외향 측면에 결합되는 내측 전극을 포함하는 내측 프레임;
    상기 베이스의 상부면에 상기 내측 전기 절연층에서 외향으로 이격되어 피처리물 방향으로 결합되는 외측 전기 절연층, 상기 외측 전기 절연층에 피처리물 방향으로 결합되는 외측 하부 자극, 상기 외측 하부 자극에 피처리물 방향으로 결합되는 외측 자석, 상기 외측 자석에 피처리물 방향으로 결합되는 외측 상부 자극, 상기 외측 하부 자극, 상기 외측 자석, 및 상기 외측 상부 자극의 내향 측면에 결합되는 외측 전극을 포함하여, 상기 내측 프레임과 대향 배치되고 상기 내측 프레임과 사이에 피처리물 방향으로 개방되는 부분 폐쇄 공간을 형성하는 외측 프레임을 포함하며,
    상기 내외측 전극, 상기 내외측 하부 자극, 상기 내외측 자석, 상기 내외측 상부 자극은 전기적으로 결합되고,
    상기 내외측 전극은 상기 피처리물 방향의 개방구보다 후방에서 상기 베이스와 상기 개방구 사이에 배치되고, 공정 가스의 이동 방향과 수직되는 방향으로 전위차를 형성하며, 접지 또는 플로팅되는, 이온 소스.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 베이스는
    공정 가스 주입부를 포함하는, 이온 소스.
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