KR100898165B1 - Apparatus and method for generation a plasma - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라즈마를 균일하게 형성하는 플라즈마 발생장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 일자형 전극봉이 일정 간격 이격된 상태로 배열되며, 상기 전극봉의 어느 하나의 전극봉과 이웃하는 전극봉은 서로 반대 방향에서 전력을 공급받도록 상기 전극봉의 상단과 하단에 상부전원공급부 및 하부전원공급부가 구비된다. 그리고 상기 상부전원공급부에 의해 전력을 공급받는 전극봉은 0°와 180°의 위상이 서로 번갈아 이웃하여 공급되도록 하고, 상기 하부전원공급부에 의해 전력을 공급받는 전극봉은 조절 가능한 임의의 위상이 동일하게 공급되도록 구성된다. 이때 상기 위상이 180°로 분리되어 공급되면 전극봉이 배열된 전극 전체에 형성되는 두 개의 정재파는 π/2의 위상차를 가지게 된다. 이와 같은 본 발명에 의하면 균일한 플라즈마를 안정적인 상태로 형성하고 유지할 수 있는 이점이 있다.
플라즈마, 정재파, 상부전극, 하부전극, 위상, 0°, 180°, 90°.
The present invention relates to a plasma generating apparatus and method for uniformly forming a plasma. The present invention is a straight electrode arranged in a state spaced apart a predetermined interval, any one electrode of the electrode and the neighboring electrode is the upper power supply and the lower power supply to the top and bottom of the electrode to receive power in the opposite direction from each other It is provided. In addition, the electrodes that are powered by the upper power supply unit are supplied so that the phases of 0 ° and 180 ° are alternately supplied to each other, and the electrodes that are powered by the lower power supply unit are equally adjustable in arbitrary phases. It is configured to be. At this time, when the phase is separated and supplied at 180 °, the two standing waves formed on the entire electrode on which the electrodes are arranged have a phase difference of π / 2. According to the present invention as described above there is an advantage that can form and maintain a uniform plasma in a stable state.
Plasma, standing wave, upper electrode, lower electrode, phase, 0 °, 180 °, 90 °.
Description
도 1은 사다리 형상의 전극배열 구조가 이용되어 플라즈마를 발생시키는 종래 장치 구성도.1 is a block diagram of a conventional apparatus for generating a plasma by using a ladder-shaped electrode array structure.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플라즈마 발생장치의 구성도.2 is a block diagram of a plasma generating apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 플라즈마 발생장치의 구성도.3 is a block diagram of a plasma generating apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 플라즈마 발생장치가 이용된 박막형성 공정 흐름도.4 is a flowchart of a thin film forming process using the plasma generating apparatus of the present invention.
도 5는 본 발명의 플라즈마 발생장치가 이용된 박막에칭 공정 흐름도.5 is a thin film etching process flow chart using the plasma generating apparatus of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
102a : 상부전원공급부 102b : 하부전원공급부102a: upper
103a : 제 1정합부 103b : 제 2정합부103a: first matching
104a, 104b : 전력분배라인 100 : 전극봉104a, 104b: power distribution line 100: electrode
130 : 제 1정재파 140 : 제 2정재파130: first standing wave 140: second standing wave
본 발명은 플라즈마 균일성이 개선된 박막 형성에 관한 것으로서, 특히 위상 이 다른 두 개의 전력 이외에 다른 전력을 공급하여 정재파(standing wave)의 형성 위치를 조절함으로써 박막의 균일성을 개선하기 위한 플라즈마 발생장치 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
고주파 플라즈마 발생장치는, 태양전지, 박막 트랜지스터 등에 이용되는 비정질 실리콘, 미세결정 실리콘, 다결정 박막 실리콘, 질화 실리콘 등의 반도체막의 제조나 반도체막의 에칭에 이용된다. The high frequency plasma generator is used for the production of semiconductor films such as amorphous silicon, microcrystalline silicon, polycrystalline thin film silicon, silicon nitride, etc. used in solar cells, thin film transistors, and the like, and etching of semiconductor films.
종래에는 고밀도 플라즈마를 이용하여 성막하는 경우 실용전원주파수인 13.56MHz 무선 주파수(RF)가 이용되었지만 성막 속도, 막의 특성 및 에칭 속도 등을 향상시키기 위하여 27MHz 이상의 초고주파(VHF)가 사용된다. 상기 27MHz 이상의 초고주파(VHF)는 파장의 1/4 이하의 작은 전극크기인 경우 정재파에 의한 효과가 나타나지 않아서 기판상에 플라즈마를 균일하게 성막할 수 있다. 하지만, 대면적 기판을 사용하는 경우 예컨대 1m*1m 이상의 대면적을 갖는 기판인 경우에는 전극으로부터 정재파가 발생하게 되어 플라즈마가 균일하게 형성되지 않는다. 즉 전극이 커지면 그 표면에 정재파가 발생하게 되고 이로 인하여 플라즈마가 불균일하게 형성되는 것이다.Conventionally, when the film is formed using a high-density plasma, a 13.56 MHz radio frequency (RF), which is a practical power supply frequency, is used, but an ultrahigh frequency (VHF) of 27 MHz or more is used to improve the film formation speed, film characteristics, and etching speed. When the ultra-high frequency (VHF) of 27 MHz or more is smaller than 1/4 of the wavelength, the effect of the standing wave does not appear, and thus plasma may be uniformly deposited on the substrate. However, in the case of using a large-area substrate, for example, in the case of a substrate having a large area of 1 m * 1 m or more, standing waves are generated from the electrode, so that plasma is not formed uniformly. In other words, when the electrode is large, standing waves are generated on the surface thereof, and thus plasma is unevenly formed.
이를 해결하기 위하여 사다리 형상의 전극구조를 사용하여 플라즈마를 발생시키는 기술이 제안된 바 있다.In order to solve this problem, a technique for generating plasma using a ladder-shaped electrode structure has been proposed.
도 1에는 이와 같은 사다리 형상의 전극구조가 이용되어 플라즈마를 형성하기 위한 장치 구성도가 도시되어 있다.FIG. 1 is a block diagram of an apparatus for forming a plasma using such a ladder-shaped electrode structure.
도 1을 참조하면, 소정 기판(미도시)과 대향하는 복수 개의 전극봉(1)이 한 쌍의 연결봉(2)(2')에 의해 연결되어 사다리 형상으로 구비되는 사다리형 전극(10)이 구비된다. 상기 사다리형 전극(10)은 방전 전극의 기능을 가진다. 상기 전극봉(1)에 전원을 공급하기 위한 급전회로가 구비된다.Referring to FIG. 1, a plurality of
상기 급전회로는 초고주파를 발진하는 고주파발진기(21)와, 상기 고주파발진기(21)에 의해 발진된 초고주파를 분배하는 분배기(22)를 구비한다. 상기 분배기(22)에 의해 분배된 초고주파가 서로 다른 경로를 통해 전송되어 증폭되도록 한 쌍의 증폭기(24)(24')가 구비된다. 상기 증폭된 초고주파가 각각 정합부(25)(25')를 매개하여 상기 전극봉(1)에 공급되도록 급전라인(26)(26')이 구비된다. 상기 급전라인(26)(26')은 상기 전극봉(1)을 연결하는 연결봉(2)(2')에 연결된다. 상기 연결봉(2)(2')에는 각각 2개의 급전점(a,b)(c,d)이 존재한다. 그리고 상기 분배기(22)에 분배되어 초고주파가 전달되는 경로 중 어느 하나의 경로에는 위상쉬프터(23)가 구비되고 있다. 상기 위상쉬프터(23)는 분배기(22)에서 분배된 초고주파가 다른 초고주파와 서로 상이한 위상을 가지도록 위상 변조를 실행한다. 이는 상기 초고주파에 의해 발생한 정재파로 인한 불균일한 성막특성을 개선하기 위함이다. The power supply circuit includes a
또한 상기 증폭기(24)(24') 전단에는 미도시되고 있지만 상기 분배기(22)에 의해 분배되어 어느 하나의 경로를 통해 인가되는 초고주파가 다른 경로로 역류하여 공급될 때 발생되는 손실을 방지하기 위해 아이솔레이터(isolator)가 구비된다. In addition, although not shown in front of the amplifier (24) (24 ') to prevent the loss caused when the ultra-high frequency distributed by the
이와 같은 구성을 갖는 사다리형 전극(10)에 상기 분배기(22)에서 분배된 두 개의 초고주파 전원을 동시에 공급하고, 상기 위상쉬프터(23)에 의해 초고주파의 위상차를 시간에 따라 변화시켜주면, 상기 2개의 초고주파에 의해 형성되는 정재파가 시간에 따라 위치가 변경되어 상기 기판 전면에 동일한 두께를 갖는 플라즈마를 형성할 수 있다. 다시 말해, 사다리형 전극(10) 구조는 상기 위상 쉬프터(23)의 위상변화 수행에 따라서 정재파의 위치를 조절할 수 있어 플라즈마의 밀도를 균일하게 처리할 수 있는 것이다.When two ultra-high frequency powers distributed by the
그러나, 상기 사다리형 전극 구조에서는 다음과 같은 문제점이 있었다.However, the ladder electrode structure has the following problems.
상기 사다리형 전극 구조가 이용되는 플라즈마 처리 공정에서는 위상변화를 통하여 정재파의 위치를 조절하기 때문에 근본적으로 플라즈마를 균일하게 처리는 것이 아니고, 불균일한 정재파를 스캐닝하여 균일한 플라즈마처리 효과를 얻는 방법이다. In the plasma treatment process in which the ladder electrode structure is used, the position of the standing waves is adjusted by changing the phase, so that the plasma is not treated uniformly, but a uniform plasma treatment effect is obtained by scanning the non-uniform standing waves.
따라서, 이때 형성되는 박막은 시간 평균으로는 균일한 파워(Power)를 가지지만 시간에 따라 변화하는 특성을 가지기 때문에 시간에 따라서 다른 플라즈마 처리효과를 가져오게 되는 문제가 있다.Therefore, the thin film formed at this time has a uniform power (Power) as a time average, but because of the characteristics that change over time, there is a problem that the plasma treatment effect is different depending on the time.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 시간이 변화하여도 균일한 플라즈마가 발생되도록 하여 막 두께의 균일성이 우수한 박막을 형성하기 위한 플라즈마 발생장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a plasma generating apparatus and method for forming a thin film having excellent uniformity in film thickness by generating a uniform plasma even when time changes. have.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 일정 간격 이격 배열되는 다수의 일자형 전극봉과, 상기 전극봉의 어느 하나의 전극봉과 이웃하는 전극봉은 서로 반대 방향에서 전력을 공급받도록 상기 전극봉의 상단과 하단에 상부전원공급부 및 하부전원공급부가 구비되며, 상기 상부전원공급부에 의해 전력을 공급받는 전극봉은 0°와 180°의 위상이 전원이 서로 번갈아 이웃하여 공급되도록 하고, 상기 하부전원공급부에 의해 전력을 공급받는 전극봉은 동일한 위상이 공급되도록 구성된다.A feature of the present invention for achieving the above object is a plurality of straight electrodes arranged at regular intervals, and any one electrode and the neighboring electrode of the electrode is the top and bottom of the electrode to receive power in the opposite direction from each other The upper power supply unit and the lower power supply unit is provided in, the electrode that is powered by the upper power supply unit has a phase of 0 ° and 180 ° so that the power is alternately supplied to each other and the power is supplied by the lower power supply unit The supplied electrode is configured to supply the same phase.
상기 상부 및 하부전원공급부에는 상기 전극봉에 전력이 동일하게 공급되도록 전력분배구조가 형성된다.A power distribution structure is formed in the upper and lower power supply units so that power is equally supplied to the electrode.
상기 전극봉에 전력을 공급하는 전원공급부가 한 개가 제공되고 스위칭수단에 의해 상기 전극봉의 상단과 하단으로 전력을 공급하도록 구성될 수 있다.One power supply unit for supplying power to the electrode may be provided and configured to supply power to the top and bottom of the electrode by a switching means.
상기 전극봉은 아노다이징된 알루미늄, SUS, 금속봉 주위에 절연물질이 코팅된 재질 등을 튜브 상태로 씌운 구조 중 하나이고, 상기 절연물질은 Si02, 수정, 테프론 등이 사용될 수 있다. 그리고, 상기 전극봉은 플라즈마 성막 및 에칭장치에서 챔버내로 가스를 도입할 수 있는 구조로 이루어질 수 있다.The electrode is one of a structure in which anodized aluminum, SUS, a material coated with an insulating material around a metal rod, and the like in a tube state, and the insulating material may be Si02, quartz, Teflon, or the like. In addition, the electrode may have a structure capable of introducing gas into the chamber in the plasma film forming and etching apparatus.
상기 전극봉은 일단이 플로우팅(floating) 되거나, 또는 접지되어 있는 것을 특징으로 한다.The electrode is characterized in that one end is floating (floating) or grounded.
상기 고주파 전원은 13.56MHz의 무선 주파수에서부터 수백 MHz 이상의 초고주파가 사용된다. The high frequency power source uses a very high frequency of several hundred MHz or more from a radio frequency of 13.56 MHz.
또한 본 발명의 다른 특징에 따르면, 챔버 내부에 제공된 기판을 일정 온도 로 가열하는 단계, 상기 챔버 내부에 제 1항으로 이루어진 전극봉의 토출공(또는 기타 부위에 설치된 토출봉)을 통해 혼합가스를 공급하는 단계, 상기 혼합가스가 공급된 상태에서 상부전원공급부에 의해 전극봉의 상부에서 위상이 다른 2개의 전력이 순서대로 인가되고 상기 전력을 인가받은 전극봉 사이에 위치된 다른 전극봉은 하부전원공급부에 의해 그 전극봉의 하부에서 동일한 위상을 가지는 전력을 인가받는 단계, 상기 전력공급으로 인하여 상기 전극봉이 배열된 전극구조에 형성된 두 개의 정재파의 위상차를 조절하는 단계,상기 위상차 조절에 의하여 상기 전극구조에서 균일하게 형성되는 플라즈마에 의해 상기 기판에 박막을 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.In addition, according to another feature of the invention, the step of heating the substrate provided in the chamber to a predetermined temperature, supplying the mixed gas through the discharge hole (or discharge rod installed in other parts) of the electrode rod of
또한 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 박막형성된 기판이 설치된 챔버 내부로 전극봉에 형성된 토출공을 통해 에칭가스를 공급하는 단계, 상기 전극봉의 상부에서 위상이 다른 2개의 전력을 인가하고 상기 전력을 인가받은 전극봉 사이에 위치된 다른 전극봉은 하부에서 임의의 위상을 가지는 전력을 인가받는 단계, 상기 전력 공급으로 인하여 상기 전극봉이 배열된 전극구조에 형성된 두 개의 정재파의 위상차를 조절하는 단계, 상기 위상차 조절에 의하여 상기 전극구조에서 균일하게 형성되는 플라즈마에 의해 상기 기판에 형성된 박막을 에칭하는 단계를 포함하여 구성된다.In addition, according to another feature of the present invention, the step of supplying the etching gas through the discharge hole formed in the electrode into the chamber in which the thin film-formed substrate is installed, applying two electric power of different phase at the top of the electrode and applying the power The other electrodes located between the received electrodes are applied with power having an arbitrary phase from the bottom, adjusting the phase difference between two standing waves formed in the electrode structure in which the electrodes are arranged by the power supply, and adjusting the phase difference. And etching the thin film formed on the substrate by a plasma uniformly formed in the electrode structure.
상기 전극봉 하부로부터 공급되는 전원에 의해 위상을 임의로 조절할 수 있는 것이 바람직하다. 그리고 상기 위상조절에 의해 상기 정재파의 형성 위치가 변경되어진다.It is preferable that the phase can be arbitrarily adjusted by the power supplied from the bottom of the electrode. The position of formation of the standing wave is changed by the phase adjustment.
상기 전극봉의 상부에 공급되는 위상은 0°와 180°의 위상이 번갈아 공급되며, 이때 상기 위상이 180°로 분리되어 공급되면 상기 두 개의 정재파는 π/2의 위상차를 가지게 된다.Phases supplied to the upper part of the electrode are alternately supplied with phases of 0 ° and 180 °. At this time, when the phases are supplied separated by 180 °, the two standing waves have a phase difference of π / 2.
상기 전극봉의 상부로 공급되는 두 개의 전력과 상기 전극봉의 하부로 공급되는 하나의 전력의 상호 간섭에 의하여 플라즈마가 균일하게 형성되어진다.The plasma is uniformly formed by mutual interference between two electric powers supplied to the upper part of the electrode and one electric power supplied to the lower part of the electrode.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 시간이 변하여도 전극봉의 하부로부터 임의의 위상을 가지는 전력이 공급되기 때문에 플라즈마의 균일성을 개선하여 우수한 박막을 형성할 수 있다. According to the present invention having such a configuration, even if the time is changed, the power having an arbitrary phase is supplied from the lower part of the electrode bar, it is possible to improve the uniformity of the plasma to form an excellent thin film.
이하 본 발명에 의한 플라즈마 발생장치 및 방법을 첨부된 도면에 도시된 바람직한 실시 예를 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a plasma generating apparatus and a method according to the present invention will be described in detail with reference to a preferred embodiment shown in the accompanying drawings.
도 2에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플라즈마 발생장치의 구성도가 도시되어 있다.2 is a block diagram of a plasma generating apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
도면을 참조하면, 봉 형상의 일자형 전극(이하 '전극봉'이라 함)(100)이 일정 간격 이격된 상태로 배열된 구조를 갖는다. 상기 전극봉(100)은 상부와 하부에 구성된 전원공급부, 즉 상부전원공급부(102a)와 하부전원공급부(102b)로부터 전력을 공급받는다. 이때 상기 전력이 각 전극봉(100)으로 균일하게 공급되도록 전력분배라인(104a)(104b)이 형성되어진다. 상기 전력분배라인(104a)(104b)은 각 전극봉(100)으로 전달되는 전력 손실이 급전점으로부터 전극봉(100)의 거리에 따라 다르게 발생되지 않고 동일한 위상으로 공급되도록 상기 거리가 동일하게 급전라인을 형성해야만 한다. Referring to the drawings, the rod-shaped straight electrodes (hereinafter referred to as 'electrode rods') 100 have a structure in which they are spaced apart at regular intervals. The
상기 상부전원공급부(102a)로부터 전력을 공급받는 전극봉(100)은 위상이 0°와 180°순서대로 공급되도록 번갈아 가면서 연결된다. 그리고 상기 상부전원공급부(102a)로부터 전력을 공급받는 전극봉(100) 사이에 위치된 다른 전극봉(100)은 상기 하부전원공급부(102b)로부터 공급 전력의 위상이 조절 가능한 임의의 위상으로 공급받게 된다. 즉, 상기 상부전원공급부(102a)와 하부전원공급부(102b)로부터 전력을 공급받는 전극봉(100)은 서로 하나씩 엇갈리도록 배치되어 각 전극이 분리되도록 구성되는 것이다. The
상기 전원공급부(102a)(102b)와 전력분배라인(104a)(104b) 사이에는 초고주파 전원이 상기 전극봉(100)들에 효율적으로 제공되도록 임피던스를 조정하는 제 1정합부(103a) 및 제 2정합부(103b)가 구비된다.Between the
상기 전극봉(100) 각각은 설명한 바와 같이 일단이 전력을 공급받는 급전점 역할을 수행하고, 타단은 플로우팅(floating) 되거나 접지(ground)된다. 이때 전극봉(100) 각각이 접지된 경우라면 상기 전극봉(100)에 전류가 유도되기 때문에 주위의 자기장을 형성하여 유도결합된 플라즈마(inductive coupled plasma)를 형성하게 되어 플라즈마 밀도를 높일 수 있다.As described above, each of the
상기 전극봉(100)은 아노다이징(Anodizing) 처리된 알루미늄, 금속봉 주위에 절연물질이 코팅된 재질, 예컨대 이산화규소(SiO2), 수정 또는 테프론 등 기타 절연물질 등을 튜브(tube) 상태로 씌운 구조로 이루어진다. 이러한 상기 전극봉(100)은 본 실시 예의 플라즈마 발생장치에서 챔버내에 가스를 공급하기 위한 역할을 제공하기도 한다. 이에 상기 가스 공급을 위하여 상기 전극봉(100)에는 하나 이상의 가스 토출공(미도시)이 형성된다. 상기 가스 토출공은 갯수 및 직경이 플라즈마가 성막되는 기판 크기에 따라 가변되게 제공되는 것이 바람직하다.The
계속해서, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 전극봉(100)이 배열된 상태로부터 서로 위상이 다른 두 개의 전력을 공급받는 전극봉(즉 'A'와 'B'로 표기된 전극봉)과 동일 위상의 전력을 공급받는 전극봉('C'로 표기된 전극봉)에 의하여 전체 전극구조에서 두 개의 정재파(130)(140)가 형성된다. 구체적으로 도 2에서 'A'위상과 'B'위상 및 'C'위상의 전극봉이 배열되어진 상태에서 상기 'A'위상과 'C'위상의 전극봉은 서로 마주보는 상태로 전원이 공급되어지며 이때 플라즈마를 통하여 서로 연결되어 제1정재파(130)를 형성하게 된다. 또한 'B'위상과 'C'위상의 전극봉에 의하여 제2정재파(140)를 형성하게 되는 것이다.Subsequently, as shown in FIG. 2, the electrodes having the same phase and the same power as the electrodes (ie, electrodes indicated by 'A' and 'B') that are supplied with two different phases from the
그리고, 상기 상부전원공급부(102a)로부터 'A'위상과 'B'위상을 갖는 전극봉에 0°와 180°의 위상이 번갈아 공급되도록 하면서 상기 하부전원공급부(102b)로부터 'C'위상을 갖는 전극봉에 임의의 위상을 가지는 전원을 공급하게 되면 상기한 3개의 전력이 서로 간섭을 일으키면서 플라즈마를 균일하게 발생시킬 수 있게 된다.In addition, the electrodes having the 'C' phase from the
한편, 전술한 실시 예에서는 전극봉(100)에 전원을 공급하는 전원공급부가 상부와 하부에 각각 구성되고 있지만, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 전원공급부(110)가 하나만 제공되고 스위칭부(120)의 스위칭 동작에 의하여 전원이 상기 'A'위상과 'B'위상을 갖는 전극봉에 0°와 180°의 위상이 번갈아 공급되도록 하고, 상기 'C'위상을 갖는 전극봉에 동일한 위상을 공급하는 구조로 구성할 수도 있 다. 그리고 상기 전원 공급시 정합부(103a)(103b)에 의한 임피던스 매칭이 일어나고, 전력분배라인(104a)(104b)에 의해 각 전극봉으로의 공급 전원이 균일하게 제공된다.Meanwhile, in the above-described embodiment, the power supply unit for supplying power to the
이어, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 플라즈마 발생장치 및 방법을 첨부된 도면에 도시된 바람직한 실시 예를 참고하여 상세하게 설명한다.Next, a plasma generating apparatus and method according to the present invention having the configuration as described above will be described in detail with reference to a preferred embodiment shown in the accompanying drawings.
도 2에서 상부전원공급부(102a)로부터 전력을 공급받는 전극봉(100)들은 그 상부전원공급부(102a)에 의해 위상('A'위상, 'B'위상)이 다른 두 개의 전력으로 구분되어 번갈아 가면서 공급받게 된다. 아울러 상기 'A'위상과 'B'위상을 갖는 전극봉 사이에 위치되고 있는 전극봉 즉 하부전원공급부(102b)와 연결된 전극봉에는 하부전원공급부(102b)로부터 임의의 위상을 가지는 전력이 공급한다. 상기 전력공급은 제 1정합부(103a) 및 제 2정합부(103b), 그리고 그와 대응되어 구성되는 전력분배라인(104a)(104b)에 의해 균일하게 이루어진다. In FIG. 2, the
그와 같이 상기 전극봉(100)에 상부전원공급부(102a)로부터 위상이 다른 전력이 공급되고, 하부전원공급부(102b)로부터 동일한 위상이 공급되면, 상기 전극봉(100)으로부터 초고주파가 발생되고 상기 전극봉(100) 주변에는 플라즈마가 발생된다. As such, when the electric power having a different phase is supplied to the
따라서, 상기 플라즈마 발생으로 인하여 상기 'A'위상과 'C'위상의 두 전극봉에 의해 제 1정재파(130)가 형성되고, 상기 'B'위상과 'C'위상의 두 전극봉에 의해 제 2정재파(140)가 형성된다. 이때 상기 하부전원공급부(102b)와 연결된 전극봉으로 공급되는 위상을 조절하게 되면 상기 제1정재파(130) 및 제2정재파(140)의 위 치가 변경된다. Accordingly, due to the plasma generation, the
그러나, 상기 제1정재파(130) 및 제2정재파(140)의 단순한 위치 변경만으로는 플라즈마를 균일하게 형성할 수가 없다. 이에, 상기 제1정재파(130) 및 제2정재파(140)가 형성된 상태에서 상기 상부전원공급부(102a)로부터 전극봉에 공급되는 서로 다른 위상차를 180°(π)로 분리하여 공급하게 되면, 상기 제1정재파(130) 및 제2정재파(140)는 90°(π/2)의 위상차를 가지게 되고 전체적으로 균일한 플라즈마를 형성할 수 있게 된다.However, simply changing the position of the
즉 다시말해, 상기 하부전원공급부(102b)에서 임의의 위상을 가지는 전력을 공급할 때 전극봉(100)내에서 플라즈마를 균일하게 형성할 수 있도록 대략 상부측 위상의 중간쯤되는 90° 부근의 위상을 가지도록 해야 하는 것이다.In other words, when the lower
상기 제1정재파(130) 및 제2정재파(140)가 90°의 위상차를 가지게 되는 과정은 다음 관계식들에 의해 설명된다.The process in which the
I(1)= COS2(2πZ/λ+(θ1-θ2)/2) ----관계식(1)I (1) = COS2 (2πZ / λ + (θ1-θ2) / 2) ---- Relationship (1)
I(2)= COS2(2πZ/λ+(θ1+π-θ2)/2)= COS2(2πZ/λ+(θ1-θ2)/2+π/2))- 관계식(2).I (2) = COS2 (2πZ / λ + (θ1 + π−θ2) / 2) = COS2 (2πZ / λ + (θ1-θ2) / 2 + π / 2)-(2).
I=I(1)+I(2) -----------관계식(3)I = I (1) + I (2) ----------- Relationship (3)
= COS2(2πZ/λ+(θ1-θ2)/2) + COS2(2πZ/λ+(θ1-θ2)/2+π/2))= COS2 (2πZ / λ + (θ1-θ2) / 2) + COS2 (2πZ / λ + (θ1-θ2) / 2 + π / 2)
= COS2(2πZ/λ+(θ1-θ2)/2)) + SIN2(2πZ/λ+(θ1-θ2)/2)= COS2 (2πZ / λ + (θ1-θ2) / 2) + SIN2 (2πZ / λ + (θ1-θ2) / 2)
= 1= 1
(여기서, I(1) : upper side intensity, I(2) : lower side intersity, Z : position on the electrode, θ1 : phase of the potential from the upper side, θ2 : phase of the potential from the lower side)Where I (1): upper side intensity, I (2): lower side intersity, Z: position on the electrode, θ1: phase of the potential from the upper side, θ2: phase of the potential from the lower side
그와 같이 상부전원공급부(102a)로부터 위상이 180° 다른 두 개의 전력이 'A'위상의 전극과 'B'위상의 전극에 0°와 180°위상으로 순서대로 공급되고 하부전원공급부(102b)로부터 조절가능한 임의의 위상을 제공하는 전력이 'C'위상 전극에 공급되면 상기 제 1정재파(130)와 제 2정재파(140)의 위상이 π/2의 위상차를 가지게 되고, 따라서 상기 전력들 상호간의 간섭에 의하여 플라즈마를 균일하게 발생시킬 수 있는 조건을 제공하게 되는 것이다.As such, two electric powers 180 degrees out of phase from the
즉, 본 실시 예에서 상부전원공급부(102a)로부터 위상이 180° 다른 전력이 인가되는 것만으로는 플라즈마를 균일하게 발생할 수 없으며, 하부전원공급부(102b)로부터 제 3의 전력이 인가되는 경우에만 플라즈마를 균일하게 발생시키는 조건을 만족하게 된다. That is, in this embodiment, the plasma cannot be generated uniformly only by applying a power 180 degrees out of phase from the
이와 같이 하면 시간이 변하여도 플라즈마간의 위상이 90°도를 만족하여 균일한 플라즈마를 형성할 수 있게 되어 기판 전면에서 동시에 플라즈마를 균일하게 처리할 수 있다.In this way, even if the time changes, the phase between the plasma satisfies 90 degrees, thereby forming a uniform plasma, and thus the plasma can be uniformly processed at the front of the substrate.
한편 본 실시 예에서는 상부전원공급부(102a)와 하부전원공급부(102b)의 전원부를 별도로 구성하지 않고, 스위칭부(120)의 스위칭동작에 따라 하나의 전원공급부(110)로부터 전력을 상기 전극봉(100)의 상부와 하부로 공급할 수도 있다. 물론, 상기 전극봉(100)의 상부로 전력을 공급하는 경우에는 상부 전력을 공급받는 전극봉의 각 이웃하는 전극봉의 위상차는 180°가 되도록 해야한다.Meanwhile, in the present embodiment, the power supply units of the upper
이와 같이 상기 실시 예에 설명되고 있는 본 발명은 두 개의 위상을 공급받는 구조에서 그 위상을 공급받는 전극봉 사이에 배열된 전극봉에 반대편에서 임의의 위상을 공급하도록 하여 정재파를 보상하면서 균일한 플라즈마를 안정되게 형성하고 유지할 수 있게 된다. As described above, the present invention described in the above embodiment stabilizes a uniform plasma while compensating standing waves by supplying an arbitrary phase from the opposite side to the electrodes arranged between the electrodes receiving the phases in the structure receiving the two phases. Can be formed and maintained.
한편, 본 발명의 플라즈마 발생장치가 적용되어 박막 형성과 박막 에칭 공정을 수행하는바, 이를 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. On the other hand, the plasma generating apparatus of the present invention is applied to perform a thin film formation process and a thin film etching process, which will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
먼저, 도 4에는 본 발명의 플라즈마 발생장치가 이용된 박막형성 공정 흐름도가 도시되어 있다. 도 4의 박막 형성은 실리콘 태양전지용 실리콘 박막을 형성하는 것을 실시 예로 제공하고 있다.First, FIG. 4 is a flowchart of a thin film forming process using the plasma generator of the present invention. The thin film formation of FIG. 4 provides an example of forming a silicon thin film for a silicon solar cell.
실리콘 박막 형성을 위해 제 200 단계에서 글라스 혹은 금속이나 플라스틱류의 기판의 온도를 100~250도로 가열하고, 제 202 단계에서 전극봉(100)의 가스 토출공을 통해 SiH4/H2의 혼합가스를 챔버내로 공급한다. In step 200, the glass or metal or plastic substrate is heated to a temperature of 100 to 250 degrees to form a silicon thin film, and in step 202, a mixed gas of SiH 4 /
제 204 단계에서 상기 챔버내에 혼합가스가 공급된 상태에서 상기 전극봉의 상부로부터 동일 방향에서 전력을 공급받도록 배열되고 이웃하는 전극봉 상호간은 위상이 180° 다른 두 개의 전력을 번갈아가면서(또는 동시에) 공급받게 된다. 아울러 제 206 단계에서 상기 두 개의 전력을 공급받는 전극봉(100) 사이에 위치된 다른 전극봉은 하부로부터 동일 위상의 전력을 공급받게 된다. 상기 전력 공급은 전력분배구조에 의해 균일하게 공급되어진다.In step 204, the mixed gas is supplied in the chamber to be supplied with power from the top of the electrode in the same direction, and the neighboring electrodes are alternately supplied (or at the same time) with two electric powers of 180 ° out of phase. do. In addition, in step 206, the other electrode positioned between the two
그와 같이 상기 전극봉의 어느 하나의 전극봉과 바로 이웃하는 전극봉은 서로 반대 방향에서 전력을 공급받게 되면 전극봉의 소정 위치에는 두 개의 정재파가 형성된다. 이때 제 208 단계에서와 같이 상기 정재파가 90°의 위상차를 가지도록 상기 전극봉의 하부로부터 인가되는 위상을 조절하게 되면, 제 210 단계에서는 균일하게 플라즈마를 발생시킬 수 있게 된다. 이러한 플라즈마로 상기 기판상에 박막을 형성한다. As such, when one electrode of the electrode and the electrode immediately neighboring are supplied with power in opposite directions, two standing waves are formed at a predetermined position of the electrode. In this case, if the phase applied from the lower part of the electrode is adjusted such that the standing wave has a phase difference of 90 ° as in step 208, the plasma can be uniformly generated in step 210. Such plasma forms a thin film on the substrate.
다음, 도 5에는 본 발명의 플라즈마 발생장치가 이용된 박막에칭 공정 흐름도가 도시되어 있다. 도 5의 박막 에칭공정은 실리콘 산화막의 에칭 공정의 실시 예이다. Next, FIG. 5 is a flowchart of a thin film etching process using the plasma generator of the present invention. The thin film etching process of FIG. 5 is an embodiment of an etching process of a silicon oxide film.
이를 설명하면, 먼저 제 220 단계에서 챔버내의 압력을 조절한 후, 제 222 단계에서는 CF4가스와 Ar가스를 혼합하여 상기 전극봉의 토출공을 통해 챔버내에 공급한다. In this case, the pressure in the chamber is first adjusted in step 220, and then in step 222, CF4 gas and Ar gas are mixed and supplied into the chamber through the discharge hole of the electrode.
그리고 제 224 단계에서 상기 챔버내에 에칭가스가 공급된 상태에서 상기 전극봉의 상부로부터 이웃하는 전극봉 상호간은 위상이 180° 다른 두개의 전력을 번갈아가면서 공급받게 된다. 아울러 제 226 단계에서 상기 전극봉의 하부로부터 동일 위상의 전력을 공급받게 된다. 상기 전력 공급은 전력분배구조에 의해 균일하게 공급되어진다.In operation 224, when the etching gas is supplied into the chamber, the neighboring electrodes are alternately supplied with two electric powers having different phases 180 ° from the top of the electrode. In addition, in step 226, the same phase electric power is supplied from the lower part of the electrode. The power supply is uniformly supplied by the power distribution structure.
그와 같이 상기 전극봉의 어느 하나의 전극봉과 이웃하는 전극봉은 서로 반대 방향에서 전력을 공급받게 되면 전극봉의 소정 위치에는 두 개의 정재파가 형성된다. 이때 제 228 단계에서와 같이 상기 정재파가 90°의 위상차를 가지도록 상기 전극봉의 하부로부터 인가되는 위상을 조절하고, 제 230 단계에서는 플라즈마를 균일하게 발생시키면서 상기 기판상에 형성된 박막을 에칭한다.As such, when one electrode of the electrode and the neighboring electrode are supplied with power in opposite directions, two standing waves are formed at a predetermined position of the electrode. In this case, as in step 228, the standing wave is adjusted from the bottom of the electrode to have a phase difference of 90 °, and in step 230, the thin film formed on the substrate is etched while generating plasma uniformly.
이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명의 속하는 기술분야의 통상 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although described with reference to the illustrated embodiment of the present invention as described above, this is merely exemplary, those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications without departing from the spirit and scope of the present invention. It will be apparent that other embodiments may be modified and equivalent. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
예를 들어, 본 발명은 초고주파를 이용하여 플라즈마를 소정 두께로 형성하는 실시 예에 대해 설명하고 있으나, 태양전지의 마이크로 크리스탈 실리콘 막의 형성에도 적용할 수 있고 특히 대면적이거나 주파수가 높은 경우에도 효과적으로 플라즈마를 성막할 수 있다. 또한 초고주파 전원을 사용하는 드라이 에칭 등 대면적 플라즈마를 사용하는 시스템과, 플라즈마를 이용한 증착장비, 대면적 에칭장비, 클리닝(cleaning) 장비, 표면처리장비 등에도 적용할 수 있다.For example, although the present invention has been described for the embodiment of forming a plasma with a predetermined thickness using ultra-high frequency, the present invention can be applied to the formation of a micro crystal silicon film of a solar cell, and particularly effectively in a large area or a high frequency. Can be formed. In addition, it can be applied to a system using a large-area plasma, such as dry etching using a high frequency power supply, a deposition equipment, a large-area etching equipment, a cleaning (cleaning) equipment, a surface treatment equipment using a plasma.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 플라즈마 발생장치 및 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the plasma generating apparatus and method of the present invention have the following effects.
먼저, 종래 U자형 전극봉이 제공되어서 진행방향에 따라 생성된 정재파가 만나 90°의 위상차를 갖는 두 개의 플라즈마를 만드는 조건이 만족되어 균일한 플라즈마가 형성되는 것에 비하여 본원은 하부전극의 위상을 임의로 조절할 수 있어 보다 넓은 공정범위에 적용할 수 있다. 즉 U자형 전극봉인 경우 반대방향에 되돌아오 는 전력의 위상은 전극의 길이를 조절해야 하고 이 경우 공정 조건이 변경되면 전극길이 등의 시스템을 변경해야 하지만 본 발명은 하부전극의 위상을 임의로 조절할 수 있어 어떠한 전극길이나 공정조건에도 동일한 시스템을 적용하여 균일한 플라즈마를 형성할 수 있다.First, the present U-shaped electrode is provided so that the conditions for creating two plasmas having a phase difference of 90 ° where the standing waves generated along the traveling direction are satisfied are uniform. It can be applied to a wider process range. That is, in the case of a U-shaped electrode, the phase of power returned in the opposite direction should be adjusted to the length of the electrode. In this case, if the process conditions are changed, the system such as the electrode length should be changed, but the present invention can arbitrarily adjust the phase of the lower electrode. The same system can be applied to any electrode length or process conditions to form a uniform plasma.
또한, 정재파의 위상차가 π/2을 가지게 되어 시간이 변하여도 균일한 플라즈마가 유지되기 때문에, 플라즈마가 한쪽에 집중하여 발생할 수 있는 전극의 국부적 승온현상을 억제할 수 있어 기판 전면에서 동시에 플라즈마를 균일하게 처리할 수 있는 효과도 있다.In addition, since the phase difference of the standing waves is π / 2 to maintain a uniform plasma even when the time changes, it is possible to suppress the local temperature rise of the electrode, which can be generated by concentrating the plasma on one side, and uniformly plasma at the front of the substrate. There is also an effect that can be handled.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
J201 | Request for trial against refusal decision | ||
AMND | Amendment | ||
B601 | Maintenance of original decision after re-examination before a trial | ||
E801 | Decision on dismissal of amendment | ||
S901 | Examination by remand of revocation | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
GRNO | Decision to grant (after opposition) | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
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Payment date: 20120424 Year of fee payment: 4 |
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FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130424 Year of fee payment: 5 |
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |