[发明专利]等离子体离子密度测定装置和利用其的等离子体诊断装置

说明书

本发明涉及等离子体离子密度测定装置，上述等离子体离子密度测定装置的特征在于，包括：收发天线，向等离子体施加能够改变频率的微波并接收；以及频率分析器，分析上述收发天线接收的微波的频率来测定截止频率，能够在100kHz以上且500MHz以下的范围内改变向上述等离子体施加的微波的频率。

技术领域

本发明涉及等离子体离子密度测定装置和利用其的等离子体诊断装置，本发明用于提供如下的等离子体离子密度测定装置，即，可从通过超高频收发天线测定的离子等离子体截止频率求出等离子体离子密度，以此求出等离子体密度。

本发明接收从韩国科学技术信息通信部(Ministry of Science and ICT)获得研究资金的韩国国家研究基金会(NRF，National Research Foundation of Korea)的材料创新计划(1711120490/2020M3H4A3106004，贡献率51％)、韩国国家科学国家科学技术研究委员会(NST，National Research Council of ScienceTechnology)的RD转换计划(1711062007/CAP-17-02-NFRI-01)和未来的领先融合研究小组项目(CRC-20-01-NFRI)以及韩国标准科学研究所(KRISS，Korea Research Institute of Standards and Science)的支援来进行了研究。

背景技术

随着等离子体的应用领域的多方面扩大，等离子体诊断技术的重要性进一步提高，在通常使用的朗缪尔(Langmuir)探针的情况下，可从基于所施加的电压V的电流I的I-V特性测定等离子体的电子密度和离子密度，但是其测定准确度降低，向探针施加的高的电压有可能改变等离子体，在工艺气体环境条件下，因探针的蚀刻或蒸镀，等离子体测定变得更加艰难。

为了解决上述朗缪尔探针的问题，开发了如下的技术，即，为了利用等离子体的密度与固有频率所具有的相关关系，在对腔室内的等离子体施加与上述等离子体的固有频率对应的电磁波的情况下，扫描截止(cut-off)的频带来测定及监控等离子体的密度，在这种技术中，分析基于等离子体内的电子密度的等离子体的频率。

等离子体为电中性状态的离子化气体，在等离子体内，负(-)粒子和正(+)粒子以相同的密度存在，大部分负(-)粒子为电子，因此，可以看出，电子密度和正(+)的离子密度几乎相同。

在这种观点上，以往，仅分析了以电子密度为基础的GHz频带的等离子体的频率，但与电子的粒子种类为一种不同的是，正(+)离子的粒子种类多样，因此，在实际薄膜蒸镀及蚀刻工艺中，需要把握作为主要因子作用的正(+)离子的移动。

结果，应根据等离子体密度的变化，调节向等离子体腔室施加的电力等的外部变量，而以往的等离子体密度的变化仅分析以电子密度为基础的等离子体的频率，因此，在实际薄膜蒸镀工艺中，无法精密地控制离子的密度。

韩国授权专利公报第10-0473794号涉及具有天线结构的频率探针仪的结构的等离子体电子密度测定装置，在上述等离子体电子密度测定装置中，具有杆形状的探针的收发天线，向等离子体内部插入频率探针仪来测定等离子体内的电子密度，但是无法对等离子体内的离子密度进行测定，因此，在薄膜蒸镀工艺中，无法精密地控制离子的密度。

韩国授权专利公报第10-0805879号涉及等离子体电子密度及电子温度监控装置及方法，上述等离子体电子密度及电子温度监控装置及方法虽然监控等离子体内的电子密度和电子温度，但是，无法测定等离子体内的离子密度，因此，在薄膜蚀刻及蒸镀工艺中，无法精密地控制离子的密度。

韩国授权专利公报第10-1225010号涉及具有杆形状的辐射天线和环形状的接收天线的超高频探针，在具有杆形状的辐射天线和环形状的接收天线的超高频探针中，具有杆形状的辐射天线和环形状的接收天线，接收天线呈环形状，从而提高接收率，但无法测定等离子体内的离子密度，因此，在薄膜蚀刻及蒸镀工艺中，无法精密地测定离子的密度。