KR20020004934A - 선형이온빔의 플라즈마소스 - Google Patents

Abstract

선형이온빔 플라즈마소스는 사각형의 방출구를 가지는 이온화챔버(1)와, 상기 챔버로의 작업매체공급장치(13)와, 상기 챔버 공동으로의 고주파 전력입력장치와 자기시스템을 포함한다. 상기 자기장 유도값은 상기 챔버(1) 벽들로부터 그 세로대칭축으로 및 상기 방출구방향으로 감소한다. 이온빔의 단면적 전류밀도의 균일도를 증가시키기 위해서는 상기 전력입력장치는 상기 이온화챔버(1)의 반대쪽 벽들 위에 위치하는 두 구역의 형태로 이루어진다. 각 구역은 상기 방출구를 따라서 유전물질로 된 상기 챔버의 측벽들 위에 병렬로 위치된 도선들(2)에 의해 이루어진다. 다른 구조적인 실시예에서 상기 전력입력장치는 적어도 두 구역들로 이루어져있다. 각 구역은 상기 방출구의 세로대칭축을 가로지르는 상기 챔버의 측벽들 위에 병렬로 위치된 도선들(2)에 의해 이루어진다. 각 구역의 상기 도선(2)의 끝들은 종단 전도요소들에 의해 직렬로 연결되어 있다.

Description

선형이온빔의 플라즈마소스 {PLASMA SOURCE OF LINEAR BEAM IONS}

선형이온빔들의 생성을 위해 고안된 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야의 다른 형태의 이온소스들이 현재 알려져 있다.

선행 기술로서 영국특허공보 GB 2070853A(H01J 37/08, 1981)에 게재된 이온소스는 사각형 모양의 방출구를 가지는 이온화(방전)챔버와, 자기시스템과 추출(가속) 전극을 가지는 이온-광학시스템(정전기적)을 포함하고 있다. 상기 이온소스에서 가스이온화 작업을 수행하기 위하여 상기 방출구 반대편에 평행하게 놓인 두개의 직접가열에 의한 막대 열방사전극(thermoemission electrode)들이 사용된다. 두개의 열방사전극들을 이용하게 되면 작동온도를 낮출 수 있게 되고, 이로 인해 이온소스의 작동 신뢰도와 수명을 증가시킨다.

선형빔 이온소스의 또 다른 선행 기술로서, 미국특허 US 5089747A(H01J 27/02 1992)에 게재된 선형빔 이온소스는 비활성기체가 채워져 있는 분리된 이온화챔버 내에 위치된 직접가열에 의한 열방사전극을 가지고 있다. 이 챔버는 작업가스를 이온화하기 위하여 전자들의 소스로 사용된다. 작업화학반응가스가 채워진 주이온화챔버는 작은 구획창(section aperture)과 구멍을 가진 추가된 전극을 통하여 상기 이온소스챔버와 연결되어 있다. 상기 선행 선형빔 이온소스는 화학반응가스가 있는 부분을 고온의 열방사음극이 있는 부분으로부터 분리시키기 위해 다소 복잡한 구조와 전력공급시스템을 가지고 있다.

또한, 본 발명과 유사한 것으로 미국특허 US 4883969A(H01J 27/00, 1989)에 게재된, 사각형 모양의 방출구를 가지고 있는 화학반응작업가스가 채워진 이온화챔버와, 상기 챔버 내에 세로 자기장을 발생시키는 자기시스템과, 상기 방출구의 반대에 위치하는 직접가열에 의한 막대 열방사음극과, 가속전극을 가지는 이온-광학(정전기적) 시스템을 포함하는 선형이온빔소스가 있다. 반응가스매체에서 방사하는 열방사음극의 수명을 증가시키기 위하여 이온소스의 구성에 상기 이온화챔버로의 이미션-액티브 (emission-active)증기의 제어공급이 제공된다. 이미션 액티브 물질의 손실은 음극에서의 증착된 물질 증기에서 이온스퍼터링(ion sputtering)의 결과로 보충된다.

그러나, 상기 이온소스들은 고온으로 가열된 상기 이온화챔버 내에 열방사 구성요소를 포함하기 때문에, 작업매체로서 사용되는 화학반응가스들과 계속하여 신뢰할 수 있게 작동될 수 없다. 게다가, 방출구 모서리에 대한 열방사음극의 위치에 의해 제한을 받기 때문에, 상기 이온소스들은 주어진 전류밀도의 균일도를 가지는 충분히 긴 선형이온빔들을 발생시키지 못한다.

선형이온빔을 생성시키기 위하여 SHF발전기(마그네트론)를 사용할 수 있는데, 상기 SHF발전기는 도파관 시스템과 감속시스템을 경유하여 유전물질로 만들어진 상기 이온화챔버와 연결되어 있다(미국특허 US 4316090 A, H01J 27/00, 1982 참조). 이러한 형태의 이온소스들의 이온화챔버 안에는 외부 자기시스템에 의하여 자기장이 생성되며, 상기 자기장의 변수들은 상기 챔버 내부에서 SHF전력공진 흡수를 제공할 수 있도록 선택된다. 가열된 구성요소가 없기 때문에 SHF소스의 이온화챔버는 작업매체로서 화학반응가스들을 널리 적용할 수 있는 가능성이 있어 보인다. 그러나, 상기 형태의 이온소스는 마그네트론을 포함하는 다소 복잡하고 값비싼 구조를 가지며 소비된 전력에 비해 낮은 효율을 가지는 특징이 있다.

본 발명과 가장 유사한 장치로 미국특허 US 4859908 (H01J 27/02, 1989)에 기술된 크게 연장된 선형이온빔을 가지는 플라즈마소스가 있다. 상기 선행 이온소스는 사각형 모양의 방출구를 가지는 이온화챔버와, 상기 챔버로의 작업매체 공급장치와, 상기 챔버 내에 정적 비균일 자기장을 발생시키는 자기시스템과, 챔버 공동 내로의 고주파전력 입력장치와 이온추출을 위한 정전기시스템을 포함한다.

상기 선행 이온소스에서는 유전물질로 된 챔버 벽들 위에 챔버로의 고주파전력 입력을 위한 HF(RF)전극들이 위치되어 있다. 상기 발전기 전극들 중 하나는 주파수 13.56MHz의 진동이 있는 HF 발전기와 연결되어 있으며, 두 번째 것은 접지 되어 있다. 이온화챔버 내의 작업가스압력은 10^-3- 10^-4Torr 범위 내에서 유지된다. 이온화챔버 내의 자기 유도값은 10에서 200Gs내에서 선택된다(어떠한 경우에도500Gs이하).

상기 지적된 변수들과 함께 이온화챔버 내로의 전자 자기화와 충분한 유효 HF전력입력이 공급되고, 그 결과 지속적이고 공간적으로 균일한 플라즈마가 생성된다.

그러나, 이러한 이온소스 구조는 생성 플라즈마의 필요 균일도를 이루도록 허용하지 않으며, 따라서 발생 선형이온빔소스의 전류밀도 균일도는 방출구의 300㎜이상의 세로 크기의 증가 조건에 있게 된다. 이러한 경우에 챔버 볼륨 전체에 균일한 플라즈마를 생성하면서 상기 이온화챔버의 세로 크기가 더 커져야 한다.

상기의 조건들을 수행하게 되면 방전 볼륨(volume) 내로의 유효 HF 전력입력을 공급하는 관점에서 볼 때 최적변수들을 따를 수 없게 된다. 상기 선행기술에 의한 이온소스의 구조에서 HF 전력입력의 최적조건에 맞추지 못하게 되면 명백히 상기 장치의 전력 및 가스 효율 감소 뿐만 아니라 신뢰도와 수명 단축의 결과를 초래한다.

본 발명은 플라즈마 기법 및 기술에 관한 것으로, 특히 선형이온빔들의 생성을 위해 사용되는 가스방전 장치들에 관한 것이다. 본 발명은 이온빔들을 이용하여 코팅, 이온보조, 이온이식 및 물성 변화에 적용되는 과학기술 공정들에 활용될 수 있다.

첨부된 도면에 도시된 특정한 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하고자 한다.

도 1은 이온소스의 첫 번째 대안의 실시예에 따른 고주파 전력입력장치의 개략도를 나타낸 것이다.

도 2는 이온소스의 두 번째 대안의 실시예에 따른 고주파 전력입력장치의 개략도를 나타낸 것이다.

도 3은 부분적인 세로 구역을 가진 본 발명에 따라 구성된 플라즈마이온소스의 개략측면도를 나타낸 것이다.

도 4는 이온방출을 위한 정전기 시스템의 측면으로부터 본 이온소스를 나타낸 것이다(저면도).

도 5는 플라즈마이온소스를 확대한 단면도를 나타낸 것이다.

본 발명은 선형 이온빔 플라즈마소스에 관한 것으로, 충분한 신뢰도, 긴 수명, 전력 및 가스 효율을 가지며, 게다가 상기 빔의 단면적을 따라 높은 전류밀도의 균일도를 가지는 비활성 및 화학반응 물질들의 연장된 선형 이온빔을 얻을 수 있도록 하는 선형 이온빔의 플라즈마소스에 관한 것이다.

선형이온빔 플라즈마소스, 즉 그 구조가 사각형 방출구를 가지는 이온화챔버와, 상기 챔버로의 작업매체 입력장치와, 상기 챔버 내부에 정적 자기장을 발생시키는 자기시스템과, 유전물질로 이루어진 챔버 벽들 위에 구성요소들이 위치된 상기 챔버 공동으로의 HF전력 입력장치와, 이온추출을 위한 정전기 시스템을 포함하는 선형이온빔 플라즈마소스에 있어서, 본 발명에 따르면 상기 자기시스템은 상기 챔버 내의 자기장, 즉 그 유도값이 상기 챔버 벽들로부터 그 세로 대칭축으로 및 상기 방출구 방향으로 감소하는 자기장의 생성과, 상기 방출구 길이를 따라 상기 이온화챔버의 세로 대칭축을 따라 제공되는 자기장의 균일도를 확보하게 해준다는 사실에서 상기 열거된 기술적 결과들을 얻을 수 있다. 그러나, 발명의 목적을 이루기 위해서는 고주파수 입력장치는 고주파수 발전기에 직렬 또는 병렬 연결이 가능하도록 하여 이온화챔버의 반대편 벽들에 위치된 두 구역의 형태로 만들어지며, 상기 전력입력장치의 각 구역은 직렬로 연결되고 상기 방출구를 따라 상기 챔버의 측벽들 위에 직렬로 위치된 전류도선들에 의해 형성된다. 각 구역의 도선 끝들은 종단 전도요소들에 의해 직렬로 직렬전기회로와 연결된다.

본 발명의 또 다른 실시예를 보면, 선형이온빔 플라즈마소스, 즉 사각형 방출구를 가지는 이온화챔버와, 상기 챔버로의 작업매체 공급장치와, 상기 챔버 내부에 정적 자기장을 발생시키는 자기시스템과, 유전물질로 이루어진 챔버 벽들 위에 구성요소들이 위치된 상기 챔버 공동으로의 고주파 전력입력장치와 이온추출을 위한 정전기 시스템을 포함하는 선형이온빔 플라즈마소스에 있어서, 본 발명에 따른면 상기 자기시스템은 또한 상기 챔버내의 자기장, 즉 그 유도값이 상기 챔버 벽들로부터 그 세로 대칭축으로 및 상기 방출구 방향으로 감소하는 자기장의 생성과, 방출구 길이를 따라 상기 이온화챔버의 세로 대칭축에 따라 제공되는 자기장의 균일도를 확보하게 해준다는 사실에서 상기 열거된 기술적 결과들을 얻을 수 있다. 이온소스의 두 번째 실시예에서의 고주파 전력 입력장치는 적어도 두개의 구역에 의해 형성되며, 상기 두 구역 중 한쪽 구역은 상기 방출구의 세로 대칭축을 가로지르는 상기 챔버의 측벽들 위에 병렬로 위치된 전류도선들에 의해 형성된다. 각 구역의 도선 끝들은 종단 전도요소들에 의해 직렬로 직렬전기회로와 연결된다. 상기 구역들은 고주파수 발전기에 직렬 또는 병렬 연결이 가능하며 상기 방출구의 대칭축을 따라 상기 이온화챔버의 벽들 위에 위치된다.

상기 이온소스 구조의 첫 번째 실시예와 두 번째 실시예 둘다 다음과 같은 특별한 실시예가 가능하다.

이온소스 구조의 바람직한 실시예는 적어도 상기 챔버 벽들 부근에 위치한 단일 자기코어와 영구자석들로 이루어진 자기시스템을 포함하는 것이 그 하나이다.

상기 이온화챔버는 사각형의 평행파이프 형태로 하여 만들어 질 수도 있다.

또한, 실린더 표면의 형태를 이루며, 그 대칭축은 상기 이온화챔버의 세로대칭축에 평행한 상기 챔버의 측벽들이 또 하나의 실시예가 될 수 있다.

선형이온빔 단면의 특정 지역을 선택하거나 그 균일도를 제어하기 위해 이온추출을 위한 정전기시스템 전극들이 오목하게 또는 볼록하게 만들어 질 수 있다.

상기 챔버 볼륨내의 이온화된 작업매체의 균일한 분포를 위해서는 상기 작업매체의 공급장치가 상기 방출구 반대편 벽 위에 위치하는 것이 바람직하다.

상기 이온소스 구조의 바람직한 실시예에서는 상기 이온화챔버가 전기 입력의 진공연결 플러그들로 이루어진 조정 플랜지(flange) 위에 고정된다. 이러한 구조의 실시예는 소형의 이온소스를 제공할 수 있게 하며 그 작동을 간단하게 한다.

선형이온빔 소스는 기술설비의 일부로서, 예를 들면 전기 추진체의 구조적 구성요소 뿐만 아니라 플라즈모케미컬(plasmochemical) 반응기와 이온빔 설비의 일부로서 다른 구조적 실시예로 사용될 수 있다.

이온빔 기술설비 일부의 역할을 하도록 설계된 선형이온빔소스의 두 가지 바람직한 대안의 실시예에 대하여 아래와 같이 설명하고자 한다.

첫 번째 실시예(도 1 참조)에서 플라즈마이온소스는 평행파이프 형태의 유전물질, 예컨대 석영 또는 유리로 이루어져 있는 이온화챔버(1)를 포함한다(이온들의 플라즈마소스의 다른 구조들에서는 챔버(1)의 측벽들이 실린더 표면 형태로 만들어질 수 있다). 챔버 공동에서 HF 안테나가 되는 고주파 전력(HF 전력) 입력장치의 구성요소들은 이온화챔버(1)의 측벽들에 탑재되어 있다.

상기 HF전력 입력장치는 연장된 전류도선들(2)로 이루어져 있으며, 이 도선들은 방출구를 따라서 챔버(1)의 측벽들 위에 병렬로 위치하고 있다(도 1 참조, 도 3에서는 도면을 간단히 하기 위하여 HF전력 입력장치를 도시하지 않았다). 상기 도선(2)의 끝들은 종단 전도요소들(3)에 의하여 직렬전기회로와 직렬로 연결되어 있으며, 정합시스템(matching system)(4)을 거쳐 고주파 발전기(HF generator)(5)와 연결되어 있다. HF 전력 입력장치의 바람직한 실시예는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 이온화챔버(1)의 반대쪽 측벽들 위에 위치하는 두 구역의 형태로 되어 있으며, 정합시스템(4)을 거쳐 HF 발전기(5)와 직렬로 연결되어 있다(다른 실시예에서는 상기 HF전력 입력장치 구역들이 HF 발전기에 병렬로 연결될 수 있다). 상기 이온화챔버(1)로의 유효 HF 전력입력을 확보하기 위하여 상기 챔버 벽들은 사각형의 방출구가 있는 벽 부분을 제외하고 유전 물질로 되어 있다. 상기 유전물질은 HF 전력입력장치 위치 영역이 있는 상기 챔버(1)의 부분에서만 사용될 수 있다는 것에 주목하여야 한다(상기 챔버 내에서 유효 HF 전력 입력을 위하여).

플라즈마이온소스의 일부로서 이온추출을 위한 상기 정전기시스템(6)은 상기 이온화챔버(1)의 사각형의 방출구 위에 탑재되며, 직렬로 놓인 방출전극(7)과, 가속전극(8)과 출력접지전극(9)을 포함한다(도 5 참조). 전체적으로 선형이온빔의 플라즈마소스의 방출구를 형성하는 전극 창들은 다양한 형태를 이룰 수 있다. 도 4를 보면, 상기 창의 구체적 형태가 원형을 이룰 수도 있지만, 전극 창들이 슬릿 형태를 이루고 있으며, 상기 슬릿 창들은 상기 이온화챔버(1)의 세로 대칭축과 수직을 이룬다.

상기 선형이온빔 단면의 특정 지역과 그 균일도를 택하기 위해 상기 정전기 시스템(6)의 전극들은 다른 형태를 이룰 수 있다: 오목 또는 볼록. 전극들(7,8,9)이 오목한 모양을 이루게 되면, 상기 선형빔 단면이 증가하게 되고 따라서, 큰 크기의 표면들을 다룰 수 있는 가능성이 있게 된다. 전극들(7,8,9)이 볼록한 경우에는 선형빔의 단면적이 감소하게 되나, 이온빔 전류밀도 값이 증가하게 된다. 예를 들면, 이온소스의 이러한 구체적인 실시예는 처리할 좁은 대역에 대하여 이온소스의 세로 위치와 상기 방출구에 대하여 충분히 높은 속도로 대신하여 사용될 수 있다.

플라즈마이온소스의 상기 자기시스템은 상기 이온화챔버(1)의 측벽들을 따라 위치하여 상기 부착 구성요소들 위의 영구자석(10) 결합체들로 구성되며, 상기 영구자석(10) 결합체들은 상기 부착 구성요소들에 의하여 자기코어 역할을 하는 자기 조정플랜지들(11,12)에 고정된다(도 5 참조). 이러한 자기시스템의 구체적인 예는 상기 이온화챔버(1) 내에 자기장을 생성할 수 있게 하며, 그 유도값은 상기 챔버 벽들로부터 그 세로방향 대칭축 방향으로, 상기 방출구 방향으로 감소하게 된다. 게다가, 자기시스템은 상기 방출구 길이를 따라 상기 이온화챔버(1)의 세로 대칭축을 따라 장기장의 균일도를 확보해 준다.

상기 이온화챔버(1) 공동 내의 자기장의 균일한 분포를 위하여 추가적인 영구자석 결합체 및/또는 추가적인 자기코어들이 사용될 수 있으며, 상기 챔버의 전면 벽들에 대칭적으로 탑재될 수 있다(도면에는 도시되지 않았다). 이러한 구체적인 예의 자기시스템은 추출된 선형이온빔의 균일도 증가를 위해서 상기 이온화챔버(1)의 벽들로부터 시작되는 방향으로 감소하는 자기장을 생성할 수 있게 해준다. 상기 이온화챔버(1)의 세로 대칭축을 따라 자기장의 필요 균일도는 그 방출구 길이를 따라 확보된다. 따라서 상기 챔버(1) 전면 벽들의 자기 고립화가 발생하며, 상기 작업가스 이온화를 위한 HF전력 사용 효율이 증가하여, 상기 방출구를 따라서 방전 볼륨 내에서의 대전입자 집중이 증가하게 된다. 전자석 자기코일들이 자기장 소스로서 또한 사용될 수 있다는 것에 주목하여야 한다.

상기 이온화챔버로의 작업매체의 공급장치는 상기 방출구의 반대편에 위치한 챔버 벽에 위치한다. 상기 장치는 연장된 방출구를 따라서 상기 챔버 공동 내에 위치한 가스분배기(13)를 포함한다(도 3 및 도 5 참조). 상기 가스분배기(13)는 가스입구(14)를 통하여 상기 작업매체 공급시스템과 연결되어 있다.

상기 이온화챔버(1)는 조정구들(fitting components)(15)에 의해 상기 자기 조정 플랜지(12)에 고정된다. 플랜지들(11,12)은 상기 챔버(1)와 함께 전기 입력을 위한 진공 커넥터 플러그들을 가지고 있는 상기 진공챔버 배열 플랜지 위에 탑재되어 있다(탈착가능한 플랜지와 커넥터들은 도면에 표시하지 않았다). 이러한 커넥터 플러그들은 전극(7,8,9) 전력공급을 위하여 고안되었다.

두 번째 실시예(도 2 참조)에서는 플라즈마이온소스는 적어도 두 구역을 포함하는 HF전력 입력장치를 포함하며, 상기 각 구역중 하나는 상기 방출구의 대칭축을 가로질러 상기 챔버(1)의 측벽에 평행하게 위치한 전류도선들(2)에 의해 형성된다. 각 구역에서 상기 도선(2)의 끝들은 정합시스템(4)을 통하여 HF 발전기(5)에 의해 형성되고 연결된 직렬 전기회로와, 종단 전도요소들(3)에 의하여 직렬로 연결되어 있다. 상기 HF전력 입력장치 구역들은 상기 방출구의 세로 대칭축을 따라서 상기 챔버(1) 벽들 위에 위치한다. 도 2는 두 구역의 병렬연결을 보이며, 상기 두 구역중 하나는 직렬로 연결된 도선들(2)과 정합시스템(4)을 통하여 HF발전기(5)와 연결된 종단요소들(3)을 포함한다. 또한, 상기 구역들이 HF발전기(5)에 직렬로 연결될 때 상기 HF 전력입력장치의 또 다른 실시예가 가능할 것이다.

다른 관점에서 보면 두 번째 실시예의 플라즈마이온소스는 첫 번째 실시예의 플라즈마이온소스의 구조적 요소들과 장치들과 같은 구조적 요소들과 장치들을 포함한다(도 3,4,5 참조).

위에서 언급된 바람직한 실례에 따른 첫 번째와 두 번째 실시예의 상기 플라즈마이온소스는 다음과 같은 방식으로 작동한다.

상기 작업매체는, 아르곤과 함께 사용되어, 가스입구(14)를 통하여 상기 이온화챔버(1)에 공급된다(상기 이온소스구조는 화학반응물질들을 비활성기체들과 함께 사용할 수 있게 해준다). 상기 챔버(1) 내에서 영구자석(10) 결합체에 의해 정적 비균일 자기장이 생성되고, 그 유도값은 상기챔버(1)의 벽들로부터 그 세로 대칭축으로 및 상기 방출구 방향으로 감소하며, 정전기 이온추출 시스템의 전극들(7,8,9)이 탑재되어 있다. 상기 챔버(1) 내의 특정 자기장 분포는 또한 이기술분야의 전문가들에게 알려진 다른 수단들에 의하여 확보된다.

상기 챔버(1)로의 아르곤 공급 후에 상기 HF발전기(5)가 작동하기 시작하며, 정합시스템(4)을 통하여 연결된 HF전력입력장치의 도움으로 전력이 방전 볼륨으로 보내진다. 위에서 언급된 구조를 가진 HF전력입력장치는 상기 챔버(1) 공동내의 고주파 전기장 구성요소를 여자 하게 한다.

유효 HF 전력 입력은 상기 챔버(1)의 측벽들 위에 있는 도선들(2)에 의해 형성되는 두 장치구역들에 의해 수행된다. 도선(2)의 끝들은 종단 전도요소들(3)에 의해 직렬로 연결되어 있다. 어느 한쪽 구역의 직렬회로는 원하는 형상의 자기장 효과 영역 내의 연장된 이온화챔버(1)의 측벽들을 감싼다. 자기시스템에 의하여 발생된 자기장은 방출구를 가지는 벽을 제외한 상기 챔버의 모든 벽들의 자기 분리화를 일으킨다. 상기 HF전력 입력장치 구역들이 상기 챔버(1)의 벽 표면 위에서 같은 도선들의 임피던스와 같은 도선들의 분포밀도를 가질 때 가장 좋은 결과를 얻을 수 있다.

이온소스의 첫 번째 실시예(도 1참조)에서는 상기 HF전력 입력장치 구역들을 이루는 도선들(2)은 상기 방출구의 세로 대칭축을 따라서 상기 챔버(1)의 측벽들 위에 병렬로 놓여져 있다. 두 번째 실시예(도 2참조)에서는 상기 도선들(2)은 상기 방출구의 세로 대칭축을 가로지르는 상기 챔버 측벽들 위에 병렬로 놓여져 있다.

HF 전력입력장치의 두 가지 실시예 모두 연장된 챔버(1)의 전체 길이를 따라서, 그러므로 연장된 방출구를 따라서 방전 볼륨 내로의 유효 HF전력 입력을 수행할 수 있게 한다. 상기 방전 챔버(1)내의 HF 장 전기 구성요소의 효과의 영향으로고주파 방전을 시작한다. 그 결과 플라즈마가 생성된다. 상기 챔버의 전체 볼륨 내에서, 즉 상기 연장된 방출구의 전체길이를 따라서 작업매체의 이온화가 발생한다. 이러한 것은 위에서 언급된 구조적 형태의 HF전력 입력장치의 구체적인 예와 상기 챔버(1) 공동 내의 특정 배열의 자기장을 생성하기 위해 따르는 자기시스템의 사용에 의해 얻을 수 있다. 이러한 효과는 원하는 전류밀도의 균일도를 가지는 선형이온빔을 발생시킬 수 있는 가능성을 예측케 한다.

상기 HF장 발생 영역 내에 자기장을 국한시킴으로써 HF장 전력 입력 효율의 증가, 따라서 상기 이온화챔버(1) 전체 볼륨내의 대전입자밀도 및 플라즈마 온도의 증가를 얻을 수 있다. 위에서 언급된 구조적인 대체 실시예에 의한 HF전력입력장치를 구체화하는 경우에 상기 챔버(1)내의 플라즈마 생성, 결과적으로 선형이온빔 생성의 전력 및 가스 효율의 증가를 얻을 수 있다는 사실은 실험적으로 증명되었다.

작업매체로서 아르곤 가스를 사용하는 경우에 상기 챔버(1)에 생성된 HF장 의 주파수는 필요 플라즈마 집중 및 추출된 이온전류밀도에 따라서 10에서 100MHz의 범위 내에서 선택된다. 정적자기장 최대 유도값은 바람직하게는 0.01에서 0.1T범위 내에서 결정된다. 상기 챔버 내로의 HF전력 입력 값은 20W에서 1kW에 이른다.

실제 조건들에서는 50㎜×300㎜ 크기의 방출구를 가지는 이온소스로부터 추출된 선형이온빔 전류 값은 300mA에 이를 것이다. 발생된 HF장의 작동 주파수를 증가시켜 추출된 전류를 증가시킬 수도 있다.

선형이온빔의 추출과 형성은 상기 이온소스에서 세 개의 전극을 포함하는 정전기 이온추출시스템(6)에 의해 이루어진다. 이온추출을 위한 이 시스템은 유명한작동원리:<<가속 감속>>를 실현한다. 상기 정전기시스템(6)의 전극들(7,8,9)에는 상기 조정플랜지(12)에 만들어진 진공연결플러그들을 통한 전기입력들에 의해 일정한 포텐셜(potential)이 정해진다. 생성된 가스방전 플라즈마의 포텐셜은 방출전극(7)에 의해 주어진다. 방출전극(7), 가속전극(8)과 접지전극(9)에 의해 생성된 전기장은 상기 전극들에 만들어진 각각의 구멍을 통하여 상기 챔버(1)로부터 기본 빔들의 형태로 이온들을 추출한다.

이러한 빔들은 전체 빔으로 결합되고, 결과적으로 특정한 단면적의 선형이온빔이 전체 방출구의 크기들에 의해 결정되어 형성된다. 상기 고안된 구체적인 예에서의 이온소스로부터 추출된 이온빔의 크기는 다음과 같은 크기에 이를 수 있다: 세로방향으로는 300㎜까지, 가로지르는 방향으로는 50㎜까지 이다. 또한 이온전류의 밀도는 0.05에서 2mA/㎠까지 제어가 가능하다.

이온들의 플라즈마소스의 다른 구조적 구성요소들과 관계없이 상기 이온화챔버(1)를 분리할 수 있게 하기 위하여, 상기 챔버(1)는 탈착가능한 조정플랜지 위에 탑재되어 있다. 상기 이온들의 플라즈마소스는 기술설비의 진공챔버 내에 탑재되어 있다. 이온추출을 위한 정전기시스템은 상기 조정플랜지(12)에 위에 고정되어 있다. 상기 자기시스템의 구성요소들은 상기 조정플랜지들(11,12) 사이의 조정구들에 의해 고정되어 있다.

위에서 설명한 실시예와 함께 상기 챔버(1) 벽들 위의 HF전력입력장치의 배열과 특정한 그래디언트(gradient)를 가지는 상기 방전 볼륨 내의 정상 비균일 자기장의 발생을 제공하는 자기시스템의 사용으로 상기 챔버(1) 볼륨 전체에 발생된자기반응 플라즈마 내의 유효 HF전력입력을 줄일 수 있게 해준다. 따라서, 위에서 기술한 상기 실시예에 선형이온빔 플라즈마소스를 적용할 때, 상기 이온추출을 위한 정전기시스템으로부터 300-400㎜의 거리가 떨어진 곳에 위치하는 표적에서 세로 및 횡단하는 방향으로 연장된 이온빔의 비균일도의 값이 5%를 넘지 않았다.

충분한 신뢰도, 긴 수명과 전력 및 가스 효율을 가지는 상기 플라즈마이온소스는 높은 균일도의 전류밀도를 가지는 비활성 및 화학반응물질들로 된 연장된 선형이온빔을 발생할 수 있게 한다.

선형이온빔(그 대안들)을 가지는 플라즈마이온소스는 예를 들면 임플란터(implanter)와 같은 가스방전이온소스들을 가지는 기술설비의 일부로서, 플라즈마 기술에 사용될 수 있다. 본 발명은 이온빔의 사용과 그 세로 크기가 300㎜ 또는 그 이상에 이르게 하여, 다른 기술 공정들에 적용될 수 있다. 이러한 크기의 균일한 선형이온빔은 널리 반도체물질, 코팅, 이온주입, 이온보조, 표면세척과 물성변화를 다루는데 사용될 수 있다.

본 발명이 바람직한 실시예를 근거로 하여 기술되어 있으나, 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 제시된 특허청구범위에 따른 본 발명의 요지로부터 벗어나지 않는 이온소스의 구조적 교체들이 있을 수 있다.

Claims (14)

1. 사각형의 방출구를 가지는 이온화챔버(1)와,

   상기 챔버로의 작업매체공급장치(13)와,

   상기 챔버 공동 내에 정적 자기장을 발생시키는 자기시스템과,

   유전물질로 된 상기 챔버의 벽들 위에 구성요소들이 위치하는 챔버(1) 공동으로의 고주파 전력입력장치와, 및

   이온추출을 위한 정전기시스템(6)을 포함하는 선형이온빔의 플라즈마소스에 있어서,

   자기시스템은 상기 이온화챔버(1) 내에 상기 챔버(1) 벽들로부터 상기 챔버의 세로대칭축으로 및 상기 방출구 방향으로 감소하는 유도값을 가지는 자기장의 발생과 상기 챔버의 방출구를 따라서 제공되는 상기 이온화챔버 내의 장기장의 균일도를 확보하며,

   고주파 전력입력장치는 고주파 발전기(5)에 직렬 또는 병렬 연결이 가능한 상기 이온화챔버의 반대쪽 벽들 위에 위치하는 두 구역의 형태로 만들어지며, 각 구역은 직렬로 연결되고 상기 방출구를 따라서 상기 챔버의 측벽 위에 병렬 위치된 전류도선들(2)에 의해 형성되며, 상기 도선의 끝들은 종단 전도요소들(3)에 의해 직렬전기회로와 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 선형이온빔의 플라즈마소스.
2. 제 1항에 있어서, 자기시스템은 챔버(1) 벽들에 탑재된 적어도 단일 자기코어(11,12)와 영구자석들(10)로 이루어진 것을 특징으로 하는 선형이온빔의 플라즈마소스.
3. 제 1항에 있어서, 상기 이온화챔버(1)는 사각형의 평행파이프 형태로 만들어지는 것을 특징으로 하는 선형이온빔의 플라즈마소스.
4. 제 1항에 있어서, 상기 이온화챔버(1)의 측벽들은 실린더 표면의 형태로 만들어지는 것을 특징으로 하는 선형이온빔의 플라즈마소스.
5. 제 1항에 있어서, 상기 정전기 이온추출시스템(6)의 전극들(7,8,9)은 오목하거나 또는 볼록한 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 선형이온빔의 플라즈마소스.
6. 제 1항에 있어서, 상기 챔버로의 상기 작업매체 입력장치(13)는 상기 방출구의 반대쪽에 위치하는 상기 이온화챔버(1) 벽에 고정되는 것을 특징으로 하는 선형이온빔의 플라즈마소스.
7. 제 1항에 있어서, 상기 이온화챔버(1)는 조정플랜지에 고정되며, 상기 조정플랜지에는 전기 입력들을 위한 진공연결 플러그들이 있는 것을 특징으로 하는 선형이온빔의 플라즈마소스.
8. 사각형의 모양을 이룬 방출구를 가지는 이온화챔버(1)와,

   상기 챔버로의 작업매체공급장치(13)와,

   상기 챔버 공동 내에 정적 자기장을 발생시키는 자기시스템과,

   유전물질로 된 상기 챔버의 벽들 위에 구성요소들이 위치하는 챔버(1) 공동으로의 고주파 전력입력장치와, 및

   이온추출을 위한 정전기 시스템(6)을 포함하는 선형이온빔의 플라즈마소스에 있어서,

   자기시스템은 상기 이온화챔버(1) 내에 상기 챔버(1) 벽들로부터 상기 챔버의 세로대칭축으로 및 상기 방출구 방향으로 감소하는 유도값을 가지는 자기장의 발생과 상기 챔버의 방출구 길이를 따라서 상기 이온화챔버의 세로대칭축을 따라 제공되는 상기 이온화챔버 내의 장기장의 균일도를 확보하며,

   고주파 전력입력장치는 적어도 두 구역의 형태로 만들어지며, 상기 두 구역 중 하나의 구역은 상기 방출구의 세로대칭축을 가로지르는 상기 챔버의 측벽들 위에 병렬로 위치된 전류도선들(2)에 의해 이루어져 있으며, 상기 각 구역의 상기 도선의 끝들은 종단 전도요소들(3)에 의해 직렬전기회로와 직렬로 연결되며, 상기 구역들은 고주파 발전기(5)에 직렬 또는 병렬 연결이 가능하며 상기 방출구의 대칭축을 따라서 상기 챔버 벽들 위에 위치하는 것을 특징으로 하는 선형이온빔의 플라즈마소스.
9. 제 8항에 있어서, 상기 자기시스템은 상기 챔버(1) 벽들에 위치하는 적어도하나의 자기코어(11,12)와 영구자석들(10)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 선형이온빔의 플라즈마소스.
10. 제 8항에 있어서, 상기 이온화챔버(1)는 사각형의 평행파이프 형태로 만들어지는 것을 특징으로 하는 선형이온빔의 플라즈마소스.
11. 제 8항에 있어서, 상기 이온화챔버(1)의 측벽들은 실린더 표면의 형태로 만들어지는 것을 특징으로 하는 선형이온빔의 플라즈마소스.
12. 제 8항에 있어서, 이온추출을 위한 정전기 시스템(6)의 전극들(7,8,9)은 오목하거나 볼록한 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 선형이온빔의 플라즈마소스.
13. 제 8항에 있어서, 상기 챔버로의 작업매체 공급장치(13)는 상기 방출구의 반대쪽에 위치하는 상기 이온화챔버(1)의 벽 위에 있는 것을 특징으로 하는 선형이온빔의 플라즈마소스.
14. 제 8항에 있어서, 상기 이온화챔버(1)는 조정플랜지에 고정되며, 상기 조정플랜지에는 전기 입력들을 위한 진공밀폐연결이 만들어져 있는 것을 특징으로 하는 선형이온빔의 플라즈마소스.