KR100907438B1 - 플라즈마 발생장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 발생장치에 관한 것으로서, 내부가 비어있고, 중앙에 관통공(31a)을 갖는 절연진공플레이트(31)에 의해 상부가 밀폐되는 진공챔버(30); 상기 진공챔버(30) 내부의 중앙부에 배치되고 외부의 바이어스알에프(32)를 인가받으며 그 상면에 기판(33)이 놓여지는 정전척(34)(또는 서셉터, 이하 정전척이라고 함); 상기 절연진공플레이트(31)의 관통공(31a)을 밀봉되게 덮어씌우고 외부의 소스알에프(35)를 인가받는 안테나부(36); 및 상기 안테나부(36)의 상부를 덮어씌우고 외주면에 가스주입구(37a)가 형성된 안테나덮개(37)를 포함하여 구성된다. 따라서, 안테나부를 판형 및 코일형안테나의 복합 구조로 하는 동시에 정전척을 상하로 승강시켜 안테나부와의 정전용량을 조절할 수 있도록 하여 챔버 내에 전기장과 자기장이 선택적으로 형성되도록 함은 물론, 이들의 알에프(RF) 파워 전달율도 조절할 수 있도록 함으로써 대면적 고밀도 플라즈마 형성시 또는 정전척과 안테나부 사이의 갭(gap 또는 간격)의 좁고 넓은 양 조건에서는 물론 진공챔버 내의 저압 및 고압의 양 조건에서도 균질한 플라즈마 밀도를 얻을 수 있고, 또한, 반도체, 엘시디, 오엘이디, 솔라셀의 공정에 다양하게 적용할 수 있는 동시에 식각, 시브이디, 플라즈마 도핑, 플라즈마 클리닝 등 플라즈마를 응용한 물질의 가공에 적용할 수 있도록 하며, 또한, 임피던스 조절수단을 마련하여 전류의 세기 조절이 간편하고 용이하게 되도록 하고, 또한, 코일형 안테나를 기판 가까이 놓이도록 함으로써 기판의 에지(edge)측에 플라즈마 밀도가 보강되도록 하는 등의 효과를 얻는다.
플라즈마 발생장치, 진공챔버, 판형안테나, 정전척, 알에프

Description

플라즈마 발생장치{Apparatus for generating plasma}
도 1은 종래 기술에 따른 플라즈마 발생장치의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 2a는 종래 기술에 따른 플라즈마 발생장치의 다른 예를 나타낸 개략도이다.
도 2b는 도 2a의 ICP안테나를 나타낸 개략 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치를 나타낸 개략 단면도이다.
도 4는 도 3의 평면도이다.
도 5는 도 4의 A-A′선 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 등가회로를 나타낸 개략도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생장치를 나타낸 개략 단면도이다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 안테나부를 나타낸 개략 평면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 안테나부를 나타낸 개략 평면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생장치를 나타낸 개략 단면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생장치를 나타낸 개략 단면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생장치를 나타낸 개략 단면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생장치를 나타낸 개략 단면도이다.
도 14는 도 13의 안테나부를 나타낸 개략 평면도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생장치로서, 코일형안테나의 소정부위에 임피던스 조절수단이 구비된 것을 나타낸 개략 평면도이다.
도 16은 도 15의 개략 측단면도이다.
도 17은 도 15의 공진회로가 병렬공진회로인 것을 나타낸 개략도이다.
도 18은 도 15의 공진회로가 직렬공진회로인 것을 나타낸 개략도이다.
도 19는 도 15의 공진회로가 병렬가변공진회로인 것을 나타낸 개략도이다.
도 20은 도 15의 공진회로가 직렬가변공진회로인 것을 나타낸 개략도이다.
도 21은 도 6의 등가회로에 상기 임피던스 조절수단이 적용된 것을 나타낸 등가회로도이다.
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생장치로서, 진공챔버 의 테두리 상부가 콘 형상의 경사부로 된 것을 나타낸 개략도이다.
도 23은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생장치로서, 진공챔버의 테두리 상부가 돔 형상의 경사부로 된 것을 나타낸 개략도이다.
도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생장치로서, 판형안테나의 중앙부가 분리판으로 분리 구성된 것을 나타낸 개략 단면도이다.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
10 : 진공챔버 11 : 소스전극
12 : 정전척 13 : 소스알에프
14 : 바이어스알에프 15 : 소스메쳐
16 : 바이어스메쳐 17 : 기판
18 : 플라즈마 21 : 진공챔버
22 : 정전척 23 : 기판
24 : 바이어스알에프 24a : 바이어스메쳐
25 : 세라믹진공판 26 : 안테나
27 : 소스알에프 27a : 소스메쳐
28 : 플라즈마 30 : 진공챔버
30a : 오목홈부 30b : 경사부
30d : 실링부재 31 : 절연진공플레이트
31a : 관통공 32 : 바이어스알에프
32a : 바이어스저주파알에프 32b : 바이어스고주파알에프
32c : 바이어스메쳐 33 : 기판
34 : 정전척(또는 서셉터) 35 : 소스알에프
35a : 소스메쳐 36 : 안테나부
36a : 판형안테나 36a1 : 분리판
36a2 : 코팅층 36b : 코일형안테나
36b1 : 제1직선부 36b2 : 원호부
36b3 : 제2직선부 36c : 알에프로드
36d : 체결구 36e : 오목부
36f : 가스분사구 37 : 안테나덮개
37a : 가스주입구 38 : 벨로우즈튜브
39 : 유전체 40 : 가스분배판
41 : 씰
P : 플라즈마 105 : 이격부
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110 : 보호박스 111 : 공진회로
120 : 절연부재
301a : 벽체
304 : 갭블럭
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본 발명은 플라즈마 발생장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안테나부를 판형 및 코일형안테나의 복합 구조로 하는 동시에 정전척을 상하로 승강시켜 안테나부와의 정전용량을 조절할 수 있도록 하여 챔버 내에 전기장과 자기장이 선택적으로 형성되도록 함은 물론, 이들의 알에프(RF) 파워 전달율도 조절할 수 있도록 함으로써 대면적 고밀도 플라즈마 형성시 또는 정전척과 안테나부 사이의 갭(gap 또는 간격)의 좁고 넓은 양 조건에서는 물론 진공챔버 내의 저압 및 고압의 양 조건에서도 균질한 플라즈마 밀도를 얻을 수 있고, 또한, 반도체, 엘시디, 오엘이디, 솔라셀의 공정에 다양하게 적용할 수 있는 동시에 식각, 시브이디, 플라즈마 도핑, 플라즈마 클리닝 등 플라즈마를 응용한 물질의 가공에 적용할 수 있도록 하며, 또한, 임피던스 조절수단을 마련하여 전류의 세기 조절이 간편하고 용이하게 되도록 하고, 또한, 코일형 안테나를 기판 가까이 놓이도록 함으로써 기판의 에지(edge)측에 플라즈마 밀도가 보강되도록 하는 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.
일반적으로 플라즈마는 고체, 액체, 기체도 아닌 제4의 물질로 기체의 일부가 전리된 가스로서, 플라즈마 속에는 자유전자, 양이온, 중성원자, 중성분자가 존재해 그들 사이에 끊임없는 상호작용을 일으키고 있으며, 각각의 성분과 농도의 제어가 중요하고, 공학적인 측면에서 플라즈마는 외부 전자기장에 의해 형성 및 제어가 가능한 기체의 영역으로 간주된다.
이러한 플라즈마 발생장치의 종래 기술에 대해 살펴보면 다음과 같다.
도 1에서 나타낸 것과 같이, 종래 기술의 플라즈마 발생장치는 진공챔버(10) 내에 소스전극(11) 및 정전척(susceptor 또는 ESC)(12)인 두개의 평판 전극을 상하로 일정간격 이격되게 하여 설치하고 상기 정전척(12) 상면에 기판(17)을 올려놓은 후 외부에서 이들에게 각각 알에프(RF : Radio Frequency, 무선주파수)를 인가하여 이들 사이에서 강력한 전기장(electric field)이 형성되도록 함으로써 진공챔버 내에 플라즈마(18)가 발생되도록 하는 구성으로 되어 있다.
미 설명 부호 13은 소스알에프(source RF)이고, 14는 바이어스알에프(bias RF)이며, 15는 소스메쳐(source matcher)이고, 16은 바이어스메쳐(bias matcher)를 나타낸 것이다.
이러한 종래 기술의 이른바 CCP(Capacitance Coupled Plasma) 방식의 플라즈마 발생장치는 평판 캐피시터(capacitor)를 이용함으로써 대면적에도 균등한 플라즈마를 발생시킬 수 있었다.
그러나, 발생되는 플라즈마의 밀도가 낮고, 특히 최근의 반도체 공정에서의 미세화 및 엘시디(LCD) 공정의 미세화로 인하여 저압공정(10mT 이하, T:torr)이 요구되고 있으나 위와 같은 CCP방식의 플라즈마 발생장치는 10mT 이하의 저압에서는 플라즈마의 발생 및 유지가 매우 어려운 단점이 있다.
또한, 플라즈마 밀도가 낮기 때문에 식각률 및 Depo Rate(적층률)이 낮아서 생산성이 떨어지게 되는 단점이 있다.
도 2에서 나타낸 것과 같이, 또 다른 종래 기술의 플라즈마 발생장치는 진공챔버(21) 내부의 정전척(susceptor 또는 ESC)(22) 상면에 기판(23)을 올려놓아 바이어스알에프(24)를 인가하고, 진공챔버(21)의 상면을 덮고 있는 세라믹진공판(25) 상면에 배치되어 있는 안테나(26)에 소스알에프(27)를 인가하여 전류를 흘려주게 되면, 이에 따라 진공챔버(21) 내부에 자기장(magnetic field)이 인가되게 되며, 이 인가된 자기장은 유도전기장을 형성하여 이 유도전기장에 의해 전자가 가속되면서 플라즈마(28)가 발생되도록 하는 구성으로 되어 있다.
미 설명 부호 24a는 바이어스메쳐(bias matcher)이고, 27a는 소스메쳐를 나타낸 것이다.
이러한 종래 기술의 ICP(Inductive Coupled Plasma) 방식의 장치는 CCP방식 에 비하여 고밀도의 플라즈마를 얻을 수 있는 장점이 있으며, 또한, CCP방식에서는 불가능했던 10mT 이하의 저압에서도 고밀도의 플라즈마를 발생시킬 수 있어 저압특성을 요구하는 반도체 공정에서 주로 사용되어 지고 있다.
그러나, 이러한 ICP방식은 알에프 전력이 인가되는 지점과 전류가 빠져나가는 그라운드 지점이 분리되어 있어서 이들 양단에는 전위차가 존재하게 되므로 균등한 플라즈마 밀도를 얻기 힘들게 되는 단점이 있다.
한편, 최근에 반도체의 웨이퍼 크기는 기존 200mm에서 300mm로 대형화 되었고, 향후 450mm로 더욱 대구경화 될 예정이며, 이 경우 플라즈마의 균일성이 매우 중요하게 되는데, 기존 ICP방식으로는 이러한 대구경화에 한계가 있고, 더구나 LCD장치의 경우 반도체 보다 더 넓은 면적의 플라즈마 균일도를 확보하여야 되는데 기존의 ICP방식으로는 이러한 대면적 균일도를 확보하기가 어려운 문제점이 있다.
ICP방식은 이러한 단점을 극복하기 위하여 정전척과 세라믹 진공판 간격을 넓게 유지하여 주고 있다. 이러한 이유로 인해 챔버내에 주입된 반응가스의 잔류시간이 길어지게 되는데, 이렇게 주입 가스의 잔류시간이 길어지면 가스의 해리율이 높아지게 되며 CCP방식에 비해 복잡한 라디칼 종류가 형성되어 정교한 라디칼을 제어해야 되는 최근의 반도체 및 엘시디 공정에는 적합하지 못한 단점이 있다.
또한, ICP방식은 플라즈마의 확산이 잘되는 저압에서는 CCP방식에 비해 균질한 밀도의 플라즈마를 얻을 수 있으나, 플라즈마의 확산 속도가 느린 고압(100mT ~ 10torr) 공정에서는 균질한 밀도의 플라즈마를 얻을 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 안테나부를 판형 및 코일형안테나의 복합 구조로 하는 동시에 정전척을 상하로 승강시켜 안테나부와의 정전용량을 조절할 수 있도록 하여 챔버 내에 전기장과 자기장이 선택적으로 형성되도록 함은 물론, 이들의 알에프(RF) 파워 전달율도 조절할 수 있도록 함으로써 대면적 고밀도 플라즈마 형성시 또는 정전척과 안테나부 사이의 갭(gap 또는 간격)의 좁고 넓은 양 조건에서는 물론 진공챔버 내의 저압 및 고압의 양 조건에서도 균질한 플라즈마 밀도를 얻을 수 있고, 또한, 반도체, 엘시디, 오엘이디, 솔라셀의 공정에 다양하게 적용할 수 있는 동시에 식각, 시브이디, 플라즈마 도핑, 플라즈마 클리닝 등 플라즈마를 응용한 물질의 가공에 적용할 수 있도록 하며, 또한, 임피던스 조절수단을 마련하여 전류의 세기 조절이 간편하고 용이하게 되도록 하고, 또한, 코일형 안테나를 기판 가까이 놓이도록 함으로써 기판의 에지(edge)측에 플라즈마 밀도가 보강되도록 하는 플라즈마 발생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플라즈마 발생장치는 내부가 비어있고, 중앙에 관통공을 갖는 절연진공플레이트에 의해 상부가 밀폐되는 진공챔버; 상기 진공챔버 내부의 중앙부에 배치되고 외부의 바이어스알에프를 인가받으며 그 상면에 기판이 놓여지는 정전척; 상기 절연진공플레이트의 관통공을 밀봉되게 덮어씌우고 외부의 소스알에프를 인가받는 안테나부; 및 상기 안테나부의 상 부를 덮어씌우고 외주면에 가스주입구가 형성된 안테나덮개를 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 정전척은 소정의 승강수단을 통해 상하로 승강되면서 안테나부와의 정전용량을 조절할 수 있도록 된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 승강수단은 정전척의 저면에서 진공챔버의 바닥면으로 연장되는 벨로우즈튜브인 것이 바람직하다
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 바이어스알에프는 바이어스저주파알에프와 바이어스고주파알에프로 분리 구성된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 안테나부는 정전척과의 사이에서 전기장을 형성하는 정전결합(capacitive coupling)에 의해 플라즈마를 발생시키기 위한 판형안테나와, 진공챔버 내에 자기장을 인가하고 유도전기장을 형성하는 유도결합(inductive coupling)에 의해 플라즈마를 발생시키기 위한 코일형안테나의 결합 구조로 된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 안테나부는 소스에서 인가된 알에프 파워에 의한 전류 흐름이 판형안테나를 거쳐 코일형안테나로 흐르도록 중앙부가 판형안테나로 구성되되 이 판형안테나의 중심부에는 전류를 인가받는 알에프로드가 연결되고, 상기 판형안테나의 외주면에서 코일형안테나가 연장되는 형상으로 된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 안테나부는 소스에서 인가된 알에프 파워에 의한 전류가 안테나덮개로 직접 흐르고, 중앙부에 판형안 테나가 마련되고 이 판형안테나의 외주면에서 코일형안테나가 연장되는 형상으로 된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 안테나부의 판형안테나는 원판 형상으로 되고, 코일형안테나는 이 판형안테나의 외주면에서 방사상으로 연장되는 제1직선부와, 이 제1직선부의 단부에서 판형안테나와 같은 동심원호를 그리면서 곡선 연장되는 원호부 및 이 원호부의 단부에서 다시 방사상으로 연장되는 제2직선부를 포함하는 형상으로 된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 코일형안테나의 제2직선부의 선단부는, 진공챔버의 상면에 오목홈부를 형성하고, 이 오목홈부에 삽입되어 소정의 체결구로 상기 진공챔버의 상면에 체결 고정된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 코일형안테나의 제2직선부의 선단부에 캐패시터를 더 구비한 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 캐패시터는 코일형안테나의 제2직선부 선단부와 진공챔버의 오목홈부 사이에 유전체를 개재시켜 된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 안테나부는 하나의 코일형안테나가 판형안테나의 외주면에서 연장 형성된 단일 구조로 된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 안테나부는 복수의 코일형안테나가 판형안테나의 외주면에서 연장 형성된 복합 구조로 된 것이 바람직 하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 안테나부는 그 중앙이 진공챔버의 절연진공플레이트의 관통공과 동일 선상에 놓이도록 하방으로 오목하게 형성된 오목부가 마련되고, 이 오목부의 표면에 복수의 가스분사구가 형성된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 안테나부는 오목부와 안테나덮개 사이에 소정의 가스분배판이 더 구비된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 안테나부의 판형안테나는 사각판 형상으로 되고, 코일형안테나는 이 판형안테나의 외주면에서 직각 방향으로 연장되다가 그 단부에서 다시 사각판과 평행하게 연장된 후 그 연장 단부에서 다시 바깥쪽으로 직각 연장되는 다단 절곡 직선 형상으로 된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 CCP성분과 ICP성분 비율을 Zch, Zcoil 의 크기를 변화시킴으로써 조절 가능하게 되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 Zch = 1 / ωCch 이고, Cch = ε(A / dgap)인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 dgap 을 감소시켜 Cch 를 증가시키고, Zch 를 감소시켜 CCP성분의 비율을 증가시킬 수 있도록 된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 Zcoil = R + jωL + 1 / jωC 이고, C = ε(S / d)인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 진공챔버는 정전척과 안테나부와의 정전용량을 조절할 수 있도록 상기 진공챔버의 테두리를 이루는 벽체가 소정위치에서 상하로 분리 구성되고, 이 분리된 벽체 사이에 밀봉 개재되는 갭블럭이 더 구비된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 진공챔버는 정전척과 안테나부와의 정전용량이 고용량을 갖도록 내로우갭(narrow gap)으로 상기 진공챔버의 상하 길이가 짧게 형성된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 진공챔버는 정전척과 안테나부와의 정전용량이 저용량을 갖도록 와이드갭(wide gap)으로 상기 진공챔버의 상하 길이가 길게 형성된 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명의 플라즈마 발생장치는 내부가 비어있고 개방된 상단부에 절연진공플레이트가 덮어씌워지며 그 인접 하부에 가스주입구가 형성된 진공챔버; 상기 진공챔버 내부의 중앙부에 배치되고 외부의 바이어스알에프를 인가받으며 그 상면에 기판이 놓여지는 정전척; 및 상기 절연진공플레이트와 소정거리 이격된 상부에 배치되고 외부의 소스알에프를 인가받는 안테나부를 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 정전척은 소정의 승강수단을 통해 상하로 승강되면서 안테나부와의 정전용량을 조절할 수 있도록 된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 승강수단은 정전척의 저면에서 진공챔버의 바닥면으로 연장되는 벨로우즈튜브인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 바이어스알에프는 바이어스저주파알에프와 바이어스고주파알에프로 분리 구성된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 안테나부는 정전척과의 사이에서 전기장을 형성하는 정전결합(capacitive coupling)에 의해 플라즈마를 발생시키기 위한 판형안테나와, 진공챔버 내에 자기장을 인가하고 유도전기장을 형성하는 유도결합(inductive coupling)에 의해 플라즈마를 발생시키기 위한 코일형안테나의 결합 구조로 된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 절연진공플레이트의 저면에 가스주입구를 통해 주입된 가스가 하방으로 균일하게 분배되도록 하는 가스분배판이 더 구비된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 판형안테나의 면적과 기판과의 면적의 비가 1/25 이상인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 판형안테나와 코일형안테나를 합친 면적과 기판과의 면적의 비가 1/25 이상인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 코일형안테나의 소정부위에 임피던스 조절수단이 더 구비된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 임피던스 조절수단은, 상기 코일형안테나의 소정부위가 일정길이 절취되어 이 코일형안테나의 각 절단면들이 서로 일정간격 이격된 상태를 갖도록 하는 이격부를 형성하되, 상기 이격부에 서로 이격된 상기 코일형안테나의 각 절단면과 연결되는 공진회로; 및 상기 공진회로를 덮어씌우는 보호박스를 포함하여 구성된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 코일형안테나박스 사이에 절연부재가 개재된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 공진회로는 병렬공진회로인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 공진회로는 직렬공진회로인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 공진회로는 병렬가변공진회로인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 공진회로는 직렬가변공진회로인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 진공챔버의 테두리를 이루는 측벽 중 정전척과 안테나부 사이에 해당되는 벽체가 상방으로 좁아지는 콘 형상의 경사부로 된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 진공챔버의 테두리를 이루는 측벽 중 정전척과 안테나부 사이에 해당되는 벽체가 상방으로 완만하게 좁아지는 돔 형상의 경사부로 된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 진공챔버의 벽체 중 경사부와 그 하부의 직벽부는 상하로 분리 구성되고, 이 분리된 벽체 사이에 밀봉 개재되는 실링부재가 더 구비된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 안테나부는 정전척과의 사이에서 전기장을 형성하는 정전결합(capacitive coupling)에 의해 플라즈마를 발생시키기 위한 판형안테나와, 진공챔버 내에 자기장을 인가하고 유도전기장을 형성하는 유도결합(inductive coupling)에 의해 플라즈마를 발생시키기 위해 상기 판형안테나의 외주면에서 연장되고 그 선단부가 경사부의 외주면에 인접 배치되는 코일형안테나의 결합 구조로 된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 판형안테나는 그 테두리부를 기준으로 그 중앙부가 테두리부로부터 밀봉 결합 가능하게 분리되는 분리판으로 된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 분리판(36a1)이 도체인 경우 이 분리판(36a1)은 알루미늄 아노다이징 처리하거나 또는 세라믹, 이트리아(Y2O3), 지르코니아(ZrO2) 등의 인슐레이터를 코팅하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 분리판(36a1)이 반도체인 경우 이 분리판(36a1)은 실리콘 또는 폴리실리콘 재질로 되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 분리판(36a1)이 부도체인 경우 이 분리판(36a1)은 세라믹, 석영, 피크(peek : 폴리에테르에테르케톤) 또는 베스펠(vespel) 중 어느 하나의 재질로 되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 분리판(36a1)의 저면에 코팅층(36a2)이 더 구비된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 분리판(36a1)이 도체인 경우 코팅층(36a2)은 알루미늄 아노다이징 처리하거나 또는 세라믹, 이트리아(Y2O3), 지르코니아(ZrO2) 등의 인슐레이터를 코팅하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 분리판(36a1)이 반도체인 경우 코팅층(36a2)은 실리콘 또는 폴리실리콘 재질로 되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 분리판(36a1)이 부도체인 경우 코팅층(36a2)은 세라믹, 석영, 피크(peek : 폴리에테르에테르케톤) 또는 베스펠(vespel) 중 어느 하나로 되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면에 의거 본 발명을 설명하면 다음과 같다.
도 3 내지 도 6에서 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치는 내부가 비어있고 절연진공플레이트(31)에 의해 상부가 밀폐되는 진공챔버(30)와, 이 진공챔버(30) 내부의 중앙부에 배치되고 그 상면에 기판(33)이 놓여지는 정전척(34)과, 상기 절연진공플레이트(31)의 관통공(31a)을 밀봉되게 덮 어씌우는 안테나부(36) 및 이 안테나부(36)의 상부를 덮어씌우는 안테나덮개(37)를 포함하는 구성으로 되어 있다.
상기 진공챔버(30)는 내부가 비어있고 상부가 개방된 형상으로, 그 개방된 상방은 중앙에 관통공(31a)을 갖는 절연진공플레이트(31)에 의해 밀폐되며 이 절연진공플레이트(31)의 외곽에 해당되는 진공챔버(30)의 상면에는 코일형안테나(36b)의 제2직선부(36b3)의 선단부가 삽입되도록 오목하게 패인 오목홈부(30a)가 형성되어 있다(도 4 및 도 5 참조).
여기서, 상기 진공챔버(30)는 그 하단부 소정부위에 내부 가스를 배출시키기 위한 펌핑포트(미도시)가 마련되는 것은 당연할 것이다.
상기 정전척(susceptor or ESC)(34)은 상기 진공챔버(30) 내부의 중앙부에 배치되고 외부의 바이어스알에프(32)를 인가받으며 그 상면에 기판(33)이 놓여지는 판재 형상으로, 그 저면에는 상하로 승강되면서 안테나부(36)와의 갭을 조절할 수 있도록 하는 벨로우즈튜브(38)가 마련되어 있다.
여기서, 상기 바이어스알에프(32)는 바이어스저주파알에프(32a)와 바이어스고주파알에프(32b)를 인가할 수 있도록 분리 구성되어 있다.
상기 안테나부(36)는 상기 절연진공플레이트(31)의 관통공(31a)을 밀봉되게 덮어씌우고 외부의 소스알에프(35)를 인가받는 것으로서, 특히, 상기 안테나부(36)는 정전척(34)과의 사이에서 전기장을 형성하는 정전결합(capacitive coupling)에 의해 플라즈마(P)를 발생시키기 위한 판형안테나(36a)와, 진공챔버(30) 내에 자기장을 인가하고 유도전기장을 형성하는 유도결합(inductive coupling)에 의해 플라 즈마(P)를 발생시키기 위한 코일형안테나(36b)의 결합 구조로 되어 있다.
그리고, 상기 안테나부(36)는 소스에서 인가된 알에프 파워에 의한 전류 흐름이 판형안테나(36a)를 거쳐 코일형안테나(36b)로 흐르도록 중앙부가 판형안테나(36a)로 구성되되 이 판형안테나(36a)의 중심부에는 전류를 인가받는 알에프로드(36c)가 연결되고, 상기 판형안테나(36a)의 외주면에서 코일형안테나(36b)가 연장되는 형상으로 되어 있다.
또는, 본 발명의 다른 실시예로서, 도 7에서 나타낸 것과 같이, 상기 안테나부(36)는 알에프로드(36c) 없이 소스에서 인가된 알에프 파워에 의한 전류가 안테나덮개(37)로 직접 흘러 판형안테나(36a)와 코일형안테나(36b)로 흐르도록 하되, 중앙부에는 판형안테나(36a)가 마련되고 이 판형안테나(36a)의 외주면에서 코일형안테나(36b)가 연장되는 형상으로 구성할 수도 있을 것이다.
여기서, 도 4를 참조하여 안테나부(36)의 형상을 살펴보면, 상기 안테나부(36)의 판형안테나(36a)는 원판 형상으로 되고, 코일형안테나(36b)는 이 판형안테나(36a)의 외주면에서 방사상으로 연장되는 제1직선부(36b1)와, 이 제1직선부(36b1)의 단부에서 판형안테나(36a)와 같은 동심원호를 그리면서 곡선 연장되는 원호부(36b2) 및 이 원호부(36b2)의 단부에서 다시 방사상으로 연장되는 제2직선부(36b3)를 포함하는 형상으로 되어 있다.
한편, 도 8a는 본 발명의 다른 실시예로서, 상기 안테나부(36)는 하나의 코일형안테나(36b)가 판형안테나(36a)의 외주면에서 연장 형성된 단일 구조로 된 것을 나타낸 것이다.
이밖에도, 도 8b 내지 도 8d의 또 다른 실시예에서 나타낸 것과 같이, 상기 안테나부(36)는 복수의 코일형안테나(36b)가 판형안테나(36a)의 외주면에서 n점 분기 구조로 연장 형성되도록 할 수도 있을 것이다.
그리고, 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 코일형안테나(36b)의 제2직선부(36b3)의 선단부는 진공챔버(30)의 상면에 형성된 오목홈부(30a)에 삽입되어 상기 진공챔버(30)에 소정의 체결구(36d)로 체결 고정되도록 되어 있다.
그리고, 상기 코일형안테나(36b)의 제2직선부(36b3)의 선단부에 캐패시터를 더 구비하는데, 본 발명에서는 상기 캐패시터를 코일형안테나(36b)의 제2직선부(36b3) 선단부와 진공챔버(30)의 오목홈부(30a) 사이에 유전체(39)를 개재시키는 구성으로 되어 있다.
다시 도 3을 참조하면, 상기 안테나부(36)는 그 중앙이 진공챔버(30)의 절연진공플레이트(31)의 관통공(31a)과 동일 선상에 놓이도록 하방으로 오목하게 형성된 오목부(36e)가 마련되고, 이 오목부(36e)의 표면에는 복수의 가스분사구(36f)가 형성되어 있다.
그리고, 상기 안테나부(36)는 오목부(36e)와 안테나덮개(37) 사이에 소정의 가스분배판(40)이 더 구비되어 있다.
한편, 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 상기 안테나부(36)의 판형안테나(36a)는 사각판 형상으로 되고, 코일형안테나(36b)는 이 판형안테나(36a)의 외주면에서 직각 방향으로 연장되다가 그 단부에서 다시 사각판과 평행하게 연장된 후 그 연장 단부에서 다시 바깥쪽으로 직각 연장되는 다단 절곡 직선 형상으로 된 것을 나타내고 있다.
이러한 사각기판의 응용은 엘시디(LCD), 오엘이디(OLED), 솔라셀(solar cell) 등 다양한 분야에 적용할 수 있을 것이다.
그리고, 본 발명에서는 상기 판형안테나(36a)의 면적과 기판(33)과의 면적의 비가 1/25 이상인 것이 바람직하다.
즉, 판형안테나의 면적을 Sp라 하고, 기판의 면적을 Sw라고 할 때,
Sp > (1/25)Sw
의 공식이 성립하게 되는 것이다.
또는, 상기 판형안테나(36a)와 코일형안테나(36b)를 합친 면적과 기판(33)과의 면적의 비가 1/25 이상이 되도록 하는 것도 바람직하다.
즉, 코일형 안테나의 면적을 Sc라고 하고, 판형안테나의 면적을 Sp라 하며, 기판의 면적을 Sw라고 할 때,
Sp+Sc > (1/25)Sw
의 공식이 성립하게 되는 것이다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 안테나덮개(37)는 가스분배판(40)을 덮어 씌어 안테나부(36)의 상부에 밀폐 결합되고 그 중앙으로는 알에프로드(36c)가 외부로 노출되도록 하며 외주면 소정 부위에 가스주입구(37a)가 형성된 형상으로 되어 있다.
미 설명 부호 41은 절연진공플레이트(31)와 안테나부(36) 또는 안테나부(36)와 안테나덮개(37) 및 안테나덮개(37)의 내주면과 알에프로드(36c) 사이에서 기밀 을 유지시켜 주는 씰(seal)을 나타낸 것이다.
이러한 구성에 따른 본 발명의 플라즈마 발생장치는 진공챔버(30) 내의 정전척(34) 상면에 기판(33)을 올려놓고 벨로우즈튜브(38)를 이용하여 안테나부(36)와의 갭을 조절한 후, 각 메쳐(32c,35a)를 거쳐 각각의 알에프(32,35) 파워를 진공챔버(30) 내부에 인가하고, 가스주입구(37a)를 통하여 가스를 주입하여 가스분배판(40) 및 가스분사구(36f)를 통해 균일하게 분배되도록 하여 이 진공챔버(30) 내에서 플라즈마(P)가 발생되도록 하는 것이다.
여기서, 상기 바이어스알에프(32) 중 바이어스저주파알에프(32a)는 대체로 100㎑ ~ 4㎒의 범위를 가지며, 또한, 바이어스고주파알에프(32b)는 대체로 4㎒ ~ 100㎒의 범위를 갖는다.
그리고, 상기 판형안테나(36a)와 정전척(34) 사이에서는 전기장이 형성되면서 플라즈마(P)가 발생되고(CCP방식), 상기 코일형안테나(36b)는 자기장을 형성하여 진공챔버(30) 내에서 플라즈마(P)가 발생(ICP방식)되도록 하는 것이다.
그리고, 이러한 CCP방식과 ICP방식은 각각 성분 조정이 가능하게 되는데, 도 6의 등가회로를 참조하여,
Zch = 1 / ωCch
Cch = ε(A / dgap) 이다.
여기서, 상기 Zch 는 진공챔버(30)의 임피던스이고, Cch 는 진공챔버(30)의 캐패시턴스를 나타낸 것으로서, 상기 임피던스는 캐패시턴스의 값을 조절하여 조절 이 가능하게 되는 것이다.
그리고, ε는 진공챔버(30) 내부의 유전율을 나타낸 것으로서, 저압에서는 ε0에 근접한다.
상기 A는 판형안테나(36a)의 면적을 나타낸 것이고, dgap 은 판형안테나(36a)와 정전척(34) 사이의 간격(gap)의 길이를 나타낸 것으로서, 상기 간격을 조절하여 CCP 성분의 비율을 증가 또는 감소시킬 수 있다. 대체로 간격을 좁게 하면 Zch 는 작아지므로 CCP 성분의 비율이 증가하게 된다.
반대로, 간격을 크게 하면 Zch 이 증가하므로 CCP 성분이 감소하게 되는 것이다.
한편, 도 6에서, 코일형안테나(36b)의 임피던스(Zcoil)는
Zcoil = R + jωL + 1 / jωC 로 표시할 수 있다.
여기서, j = 허수단위(j2 = -1)이고, ω = 주파수이며, L = 인덕턴스이고, C = 커패시턴스로서, C = ε(S / d)로 나타낼 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 코일형안테나(36b)와 진공챔버(30) 사이에 유전체(39)를 넣어서 캐피시터를 형성하였다.
상기 ε는 유전체(39)의 유전율이고, S는 유전체(39)의 면적이며, d는 유전체(39)의 두께를 나타낸 것으로서, 상기 C는 유전체(39)의 두께를 조절함으로써 변경시킬 수가 있는 것이다 .
상기 유전체(39)로는 테프론, 베스펠, 피크, 세라믹 등의 물질을 사용할 수가 있다 .
한편, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 10에 나타낸 것과 같이, 진공챔버(30)는 정전척(34)과 안테나부(36)와의 정전용량을 조절할 수 있도록 상기 진공챔버(30)의 테두리를 이루는 벽체(301a)가 소정위치에서 상하로 분리 구성되고, 이 분리된 벽체(301a) 사이에 밀봉 개재되는 갭블럭(304)이 더 구비되도록 할 수도 있다.
여기서, 상기 갭블럭(304)은 원하는 높이로 미리 조절하거나 또는 복수개를 사용하여 그 높이 조절 변경이 가능하게 되며, 이 갭블럭(304)과 상, 하부의 벽체(301a) 사이에는 밀봉 기능을 갖도록 하는 실링부재(30d)가 각각 마련됨이 바람직 할 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 11에 나타낸 것과 같이, 진공챔버(30)는 정전척(34)과 안테나부(36)와의 정전용량이 고용량을 갖도록 내로우갭(narrow gap)으로, 정전척(34)과 안테나부(36)의 판형안테나(36a)간의 간격 길이가 1mm이상 60mm 미만인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 정전척(34)은 진공챔버(30) 내에서 자체적으로 승강 조절이 불가능한 고정식으로 구성되어 있다.
또는, 이와 반대로, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 12에 나타낸 것과 같이, 진공챔버(30)는 정전척(34)과 안테나부(36)와의 정전용량이 저용량을 갖도록 와이드 갭(wide gap)으로, 정전척(34)과 안테나부(36)의 판형안테나(36a)간의 간격 길이가 60mm이상 300mm 미만인 것이 바람직하다.
여기서도, 상기 정전척(34)은 진공챔버(30) 내에서 자체적으로 승강 조절이 불가능한 고정식으로 구성되어 있다.
한편, 상기 내로우 갭과 와이드 갭의 기준 거리는 대략 60mm 정도로 하여 갭이 60mm 이하이면 내로우 갭이 되고, 60mm 이상이면 와이드 갭으로 구분할 수 있는 것이다.
그리고, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 13 및 도 14를 참조하여 나타낸 플라즈마 발생장치는 내부가 비어있고 개방된 상단부에 절연진공플레이트(31)가 덮어씌워지며 그 인접 하부에 가스주입구(37a)가 형성된 진공챔버(30)와, 이 진공챔버(30) 내부의 중앙부에 배치되고 외부의 바이어스알에프(32)를 인가받으며 그 상면에 기판(33)이 놓여지는 정전척(34) 및 상기 절연진공플레이트(31)와 소정거리 이격된 상부에 배치되고 외부의 소스알에프(35)를 인가받는 안테나부(36)를 포함하는 구성으로 되어 있다.
이것은 상기 도 3에서 나타낸 장치에서, 크게 안테나부(36)가 진공챔버(30) 외부에 설치되는 구조와, 가스가 안테나부(36)를 통하지 않고 직접 진공챔버(30)의 가스주입구(37a)를 통하여 주입되는 구조적 차이 이외에는 상기 도 3의 장치와 거의 동일한 구성으로 되어 있다.
그리고, 상기 절연진공플레이트(31)의 저면에는 가스주입구(37a)를 통해 주입된 가스가 하방으로 균일하게 분배되도록 하는 가스분배판(40)이 더 구비되어 있다.
이밖에, 상기 승강수단은 정전척(34)의 저면에서 진공챔버(30)의 바닥면으로 연장되는 벨로우즈튜브(38)로 되어 있다.
그리고, 상기 바이어스알에프(32)는 바이어스저주파알에프(32a)와 바이어스고주파알에프(32b)를 인가할 수 있도록 분리 구성되어 있다.
그리고, 상기 안테나부(36)는 정전척(34)과의 사이에서 전기장을 형성하는 정전결합(capacitive coupling)에 의해 플라즈마를 발생시키기 위한 판형안테나(36a)와, 진공챔버(30) 내에 자기장을 인가하고 유도전기장을 형성하는 유도결합(inductive coupling)에 의해 플라즈마를 발생시키기 위한 코일형안테나(36b)의 결합 구조로 되어 있다.
여기서도, 상기 판형안테나(36a)의 면적과 기판(33)과의 면적의 비가 1/25 이상인 것이 바람직하다.
즉, 판형안테나의 면적을 Sp라 하고, 기판의 면적을 Sw라고 할 때,
Sp > (1/25)Sw
의 공식이 성립하게 되는 것이다.
또는, 상기 판형안테나(36a)와 코일형안테나(36b)를 합친 면적과 기판(33)과의 면적의 비가 1/25 이상이 되도록 하는 것도 바람직하다.
즉, 판형안테나의 면적을 Sp라 하고, 코일형 안테나의 면적을 Sc라고 하며,기판의 면적을 Sw라고 할 때,
Sp+Sc > (1/25)Sw
의 공식이 성립하게 되는 것이다.
도 15 내지 도 21은 본 발명의 또 다른 실시예로서, 상기 코일형안테나(36b)의 소정부위에 임피던스 조절수단이 더 구비된 것을 나타낸 것이다.
상기 임피던스 조절수단은, 상기 코일형안테나(36b)의 소정부위가 일정길이 절취되어 이 코일형안테나(36b)의 각 절단면들이 서로 일정간격 이격된 상태를 갖도록 하는 이격부(105)를 형성하되, 상기 이격부(105)에 서로 이격된 상기 코일형안테나(36b)의 각 절단면과 연결되는 공진회로 및 이 공진회로를 덮어씌우는 보호박스(110)를 포함하는 구성으로 되어 있다.
그리고, 상기 코일형안테나(36b)와 보호박스(110) 사이에는 서로 간의 절연을 위한 절연부재(120)가 개재되어 있다.
본 발명에서는 도면상 공진회로의 우측 코일형안테나(36b)에는 어스 처리가 되어 있어 절열부재(120)가 필요 없고, 좌측의 어스 처리가 되지 않은 코일형안테나(36b)의 테두리 전체에 절연부재(120)가 감싸여 있는 형상을 하고 있다.
도 17은 상기 공진회로(111)가 병렬공진회로인 것을 나타낸 것이고, 도 18은 상기 공진회로(111)가 직렬공진회로인 것을 나타낸 것이다.
그리고, 도 19 및 도 20은 가변형 소자를 사용한 것으로서, 도 19는 상기 공진회로(111)가 병렬가변공진회로인 것을 나타낸 것이고, 도 20은 상기 공진회로(111)가 직렬가변공진회로인 것을 나타낸 것이다.
도 21은 도 6의 등가회로에 상기 임피던스 조절수단이 적용된 것을 나타낸 등가회로도이다.
그리고, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 22는 상기 진공챔버(30)의 테두 리를 이루는 측벽 중 정전척(34)과 안테나부(36) 사이에 해당되는 벽체가 상방으로 좁아지는 콘 형상의 경사부(30b)로 된 것을 나타낸 것이다.
그리고, 도 23은 상기 진공챔버(30)의 테두리를 이루는 측벽 중 정전척(34)과 안테나부(36) 사이에 해당되는 벽체가 상방으로 완만하게 좁아지는 돔 형상의 경사부(30b)로 된 것을 나타낸 것이다.
여기서, 상기 진공챔버(30)의 벽체 중 경사부(30b)와 그 하부의 직벽부는 상하로 분리 구성되고, 이 분리된 벽체 사이에 밀봉 개재되는 실링부재(30d)가 더 구비되어 있다.
그리고, 상기 안테나부(36)는 정전척(34)과의 사이에서 전기장을 형성하는 정전결합(capacitive coupling)에 의해 플라즈마(P)를 발생시키기 위한 판형안테나(36a)와, 진공챔버(30) 내에 자기장을 인가하고 유도전기장을 형성하는 유도결합(inductive coupling)에 의해 플라즈마(P)를 발생시키기 위해 상기 판형안테나(36a)의 외주면에서 연장되고 그 선단부가 경사부(30b)의 외주면에 인접 배치되는 코일형안테나(36b)의 결합 구조로 되어 있다.
그리고, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 24는 상기 판형안테나(36a)는 그 테두리부를 기준으로 그 중앙부가 테두리부로부터 밀봉 결합 가능하게 분리되는 분리판(36a1)으로 된 것을 나타내고 있다.
여기서, 상기 분리판(36a1)의 저면에는 아킹(arcing)의 위험성을 방지하는 동시에 플라즈마의 화학적 조정(chemical control)을 위한 플라즈마에 내성을 갖는 절연물질의 코팅층(36a2)이 더 마련되어 있다.
그리고, 상기 분리판(36a1)은 소모품으로서의 기능을 수행하여 해당 분리판(36a1)만 주기적으로 교체할 수 있도록 되어 있어 안테나 전체의 수명을 연장시킬 수 있게 되는 것이다.
이러한 상기 분리판(36a1)은 도체인 경우 이 분리판(36a1) 또는 코팅층(36a2)을 알루미늄 아노다이징 처리하거나 또는 세라믹, 이트니아(Y2O3), 지르코니아(ZrO2) 등의 인슐레이터를 코팅하는 것이 바람직하고, 상기 분리판(36a1)이 반도체인 경우 이 분리판(36a1) 또는 코팅층(36a2)은 실리콘 또는 폴리실리콘 재질로 되는 것이 바람직하며, 또한, 상기 분리판(36a1)이 부도체인 경우 이 분리판(36a1) 또는 코팅층(36a2)은 세라믹, 석영, 피크(peek : 폴리에테르에테르케톤) 또는 베스펠(vespel) 중 어느 하나로 되는 것이 바람직할 것이다.
이상에서와 같이, 본 발명의 플라즈마 발생장치는 안테나부를 판형 및 코일형안테나의 복합 구조로 하는 동시에 정전척을 상하로 승강시켜 안테나부와의 정전용량을 조절할 수 있도록 하여 챔버 내에 전기장과 자기장이 선택적으로 형성되도록 함은 물론, 이들의 알에프(RF) 파워 전달율도 조절할 수 있도록 함으로써 대면적 고밀도 플라즈마 형성시 또는 정전척과 안테나부 사이의 갭(gap 또는 간격)의 좁고 넓은 양 조건에서는 물론 진공챔버 내의 저압 및 고압의 양 조건에서도 균질한 플라즈마 밀도를 얻을 수 있고, 또한, 반도체, 엘시디, 오엘이디, 솔라셀의 공정에 다양하게 적용할 수 있는 동시에 식각, 시브이디, 플라즈마 도핑, 플라즈마 클리닝 등 플라즈마를 응용한 물질의 가공에 적용할 수 있도록 하며, 또한, 임피던스 조절수단을 마련하여 전류의 세기 조절이 간편하고 용이하게 되도록 하고, 또한, 코일형 안테나를 기판 가까이 놓이도록 함으로써 기판의 에지(edge)측에 플라즈마 밀도가 보강되도록 하는 등의 효과를 얻는다.

Claims (50)

  1. 내부가 비어있고, 중앙에 관통공(31a)을 갖는 절연진공플레이트(31)에 의해 상부가 밀폐되는 진공챔버(30);
    상기 진공챔버(30) 내부의 중앙부에 배치되고 외부의 바이어스알에프(32)를 인가받으며 그 상면에 기판(33)이 놓여지는 정전척(34);
    상기 절연진공플레이트(31)의 관통공(31a)을 밀봉되게 덮어씌우고 외부의 소스알에프(35)를 인가받는 안테나부(36)로, 정전척(34)과의 사이에서 전기장을 형성하는 정전결합(capacitive coupling)에 의해 플라즈마(P)를 발생시키기 위한 판형안테나(36a)와, 진공챔버(30) 내에 자기장을 인가하고 유도전기장을 형성하는 유도결합(inductive coupling)에 의해 플라즈마(P)를 발생시키기 위한 코일형안테나(36b)의 결합 구조로 된 안테나부(36); 및
    상기 안테나부(36)의 상부를 덮어씌우고 외주면에 가스주입구(37a)가 형성된 안테나덮개(37);를 포함하며,
    상기 안테나부(36)는 그 중앙이 진공챔버(30)의 절연진공플레이트(31)의 관통공(31a)에 놓이도록 하방으로 오목하게 형성된 오목부(36e)가 마련되고, 이 오목부(36e)의 표면에 복수의 가스분사구(36f)가 형성되며, 상기 오목부(36e)와 안테나덮개(37) 사이에 소정의 가스분배판(40)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정전척(34)은 소정의 승강수단을 통해 상하로 승강되면서 안테나부(36)와의 정전용량을 조절할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 승강수단은 정전척(34)의 저면에서 진공챔버(30)의 바닥면으로 연장되는 벨로우즈튜브(38)인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 바이어스알에프(32)는 바이어스저주파알에프(32a)와 바이어스고주파알에프(32b)로 분리 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 안테나부(36)는 소스에서 인가된 알에프 파워에 의한 전류 흐름이 판형안테나(36a)를 거쳐 코일형안테나(36b)로 흐르도록 중앙부가 판형안테나(36a)로 구성되되 이 판형안테나(36a)의 중심부에는 전류를 인가받는 알에프로드(36c)가 연결되고, 상기 판형안테나(36a)의 외주면에서 코일형안테나(36b)가 연장되는 형상으로 된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 안테나부(36)는 소스에서 인가된 알에프 파워에 의한 전류가 안테나덮개(37)로 직접 흐르고, 중앙부에 판형안테나(36a)가 마련되고 이 판형안테나(36a)의 외주면에서 코일형안테나(36b)가 연장되는 형상으로 된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 안테나부(36)의 판형안테나(36a)는 원판 형상으로 되고, 코일형안테나(36b)는 이 판형안테나(36a)의 외주면에서 방사상으로 연장되는 제1직선부(36b1)와, 이 제1직선부(36b1)의 단부에서 판형안테나(36a)와 같은 동심원호를 그리면서 곡선 연장되는 원호부(36b2) 및 이 원호부(36b2)의 단부에서 다시 방사상으로 연장되는 제2직선부(36b3)를 포함하는 형상으로 된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 코일형안테나(36b)의 제2직선부(36b3)의 선단부는, 진공챔버(30)의 상면에 오목홈부(30a)를 형성하고, 이 오목홈부(30a)에 삽입되어 소정의 체결구(36d)로 진공챔버(30)의 상면에 체결 고정된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 코일형안테나(36b)의 제2직선부(36b3)의 선단부에 캐패시터를 더 구비 한 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 캐패시터는 코일형안테나(36b)의 제2직선부(36b3) 선단부와 진공챔버(30)의 오목홈부(30a) 사이에 유전체(39)를 개재시켜 된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 안테나부(36)는 하나의 코일형안테나가 판형안테나(36a)의 외주면에서 연장 형성된 단일 구조로 된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 안테나부(36)는 복수의 코일형안테나가 판형안테나(36a)의 외주면에서 연장 형성된 복합 구조로 된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 안테나부(36)의 판형안테나(36a)는 사각판 형상으로 되고, 코일형안테나(36b)는 이 판형안테나(36a)의 외주면에서 직각 방향으로 연장되다가 그 단부에서 다시 사각판과 평행하게 연장된 후 그 연장 단부에서 다시 바깥쪽으로 직각 연장되는 다단 절곡 직선 형상으로 된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 판형안테나(36a)에 의해 발생되는 플라즈마 성분(P)인 CCP성분과 상기 코일형안테나(36b)에 의해 발생되는 플라즈마(P) 성분인 ICP성분 비율을 진공챔버(30)의 임피던스인 Zch, 코일형 안테나(36b)의 임피던스인 Zcoil의 크기를 변화시킴으로써 조절 가능하게 되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 Zch = 1 / ωCch 이고, Cch= ε(A / dgap)으로, Zch는 진공챔버(30)의 임피던스, Cch는 진공챔버(30)의 커패시턴스, ω는 주파수, ε는 진공챔버(30) 내부의 유전율, 상기 A는 판형안테나(36a)의 면적, dgap 은 판형안테나(36a)와 정전척(34) 사이의 간격(gap)의 길이인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 dgap 을 감소시켜 Cch 를 증가시키고, Zch 를 감소시켜 CCP성분의 비율을 증가시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 Zcoil = R + jωL + 1 / jωC 이고, C = ε(S / d)으로, R은 저항, j는 허수단위이고, ω는 주파수이며, L은 인덕턴스이고, C는 커패시턴스, ε은 유전체(30b)의 유전율, S는 유전체(30b)의 면적, d는 유전체(30b)의 두께인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  21. 제7항에 있어서,
    상기 진공챔버(30)는 정전척(34)과 안테나부(36)와의 정전용량을 조절할 수 있도록 상기 진공챔버(30)의 테두리를 이루는 벽체(301a)가 소정위치에서 상하로 분리 구성되고, 이 분리된 벽체(301a) 사이에 밀봉 개재되는 갭블럭(304)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  22. 제7항에 있어서,
    상기 진공챔버(30)는 정전척(34)과 안테나부(36)와의 정전용량이 고용량을 갖도록 내로우갭(narrow gap)으로, 정전척(34)과 안테나부(36)의 판형안테나(36a)간의 간격 길이가 1mm이상 60mm 미만인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  23. 제7항에 있어서,
    상기 진공챔버(30)는 정전척(34)과 안테나부(36)와의 정전용량이 저용량을 갖도록 와이드갭(wide gap)으로, 정전척(34)과 안테나부(36)의 판형안테나(36a)간의 간격 길이가 60mm이상 300mm 미만인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  24. 내부가 비어있고 개방된 상단부에 절연진공플레이트(31)가 덮어씌워지며 그 인접 하부에 가스주입구(37a)가 형성된 진공챔버(30);
    상기 진공챔버(30) 내부의 중앙부에 배치되고 외부의 바이어스알에프(32)를 인가받으며 그 상면에 기판(33)이 놓여지는 정전척(34); 및
    상기 절연진공플레이트(31)와 소정거리 이격된 상부에 배치되고 외부의 소스알에프(35)를 인가받는 안테나부(36)로, 정전척(34)과의 사이에서 전기장을 형성하는 정전결합(capacitive coupling)에 의해 플라즈마를 발생시키기 위한 판형안테나(36a)와, 진공챔버(30) 내에 자기장을 인가하고 유도전기장을 형성하는 유도결합(inductive coupling)에 의해 플라즈마를 발생시키기 위한 코일형안테나(36b)의 결합 구조로 된 안테나부(36);를 포함하며,
    상기 코일형안테나(36b)의 소정부위에 임피던스 조절수단이 더 구비되며, 상기 임피던스 조절수단은,
    상기 코일형안테나(36b)의 소정부위가 일정길이 절취되어 이 코일형안테나(36b)의 각 절단면들이 서로 일정간격 이격된 상태를 갖도록 하는 이격부(105)를 형성하되, 상기 이격부(105)에 서로 이격된 상기 코일형안테나(36b)의 각 절단면과 연결되는 공진회로; 및
    상기 공진회로를 덮어씌우는 보호박스(110);
    를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 정전척(34)은 소정의 승강수단을 통해 상하로 승강되면서 안테나부(36)와의 정전용량을 조절할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 승강수단은 정전척(34)의 저면에서 진공챔버(30)의 바닥면으로 연장되는 벨로우즈튜브(38)인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 바이어스알에프(32)는 바이어스저주파알에프(32a)와 바이어스고주파알에프(32b)로 분리 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  28. 삭제
  29. 제24항에 있어서,
    상기 절연진공플레이트(31)의 저면에 가스주입구(37a)를 통해 주입된 가스가 하방으로 균일하게 분배되도록 하는 가스분배판(40)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  30. 제1항 또는 제24항에 있어서,
    상기 판형안테나(36a)의 면적과 상기 기판(33)과의 면적의 비가 1/25 이상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  31. 제1항 또는 제24항에 있어서,
    상기 판형안테나(36a)와 상기 코일형안테나(36b)를 합친 면적과 기판(33)과의 면적의 비가 1/25 이상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  32. 제1항에 있어서,
    상기 코일형안테나(36b)의 소정부위에 임피던스 조절수단이 더 구비된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 임피던스 조절수단은,
    상기 코일형안테나(36b)의 소정부위가 일정길이 절취되어 이 코일형안테나(36b)의 각 절단면들이 서로 일정간격 이격된 상태를 갖도록 하는 이격부(105)를 형성하되,
    상기 이격부(105)에 서로 이격된 상기 코일형안테나(36b)의 각 절단면과 연결되는 공진회로; 및
    상기 공진회로를 덮어씌우는 보호박스(110);
    를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 코일형안테나(36b)와 보호박스(110) 사이에 절연부재(120)가 개재된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  35. 제33항에 있어서,
    상기 공진회로(111)는 병렬공진회로 또는 직렬공진회로인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  36. 제34항에 있어서,
    상기 공진회로(111)는 병렬공진회로 또는 직렬공진회로인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  37. 제33항에 있어서,
    상기 공진회로(111)는 병렬가변공진회로 또는 직렬가변공진회로인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  38. 제34항에 있어서,
    상기 공진회로(111)는 병렬가변공진회로 또는 직렬가변공진회로인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  39. 제7항에 있어서,
    상기 진공챔버(30)의 테두리를 이루는 측벽 중 정전척(34)과 안테나부(36) 사이에 해당되는 벽체가 상방으로 좁아지는 콘 형상의 경사부로 된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  40. 제7항에 있어서,
    상기 진공챔버(30)의 테두리를 이루는 측벽 중 정전척(34)과 안테나부(36) 사이에 해당되는 벽체가 상방으로 완만하게 좁아지는 돔 형상의 경사부로 된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  41. 제39항 또는 제40항에 있어서,
    상기 진공챔버(30)의 벽체 중 상기 경사부와 그 하부의 직벽부는 상하로 분리 구성되고, 이 분리된 벽체 사이에 밀봉 개재되는 실링부재(30d)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 안테나부(36)의 코일형안테나(36b)는 그 선단부가 상기 경사부의 외주면에 인접 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  43. 제1항에 있어서,
    상기 판형안테나(36a)는 그 테두리부를 기준으로 그 중앙부가 테두리부로부터 밀봉 결합 가능하게 분리되는 분리판(36a1)으로 된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 분리판(36a1)이 도체인 경우 이 분리판(36a1)은 알루미늄 아노다이징 처리하거나 또는 세라믹, 이트리아(Y2O3), 지르코니아(ZrO2) 중 어느 하나의 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  45. 제43항에 있어서,
    상기 분리판(36a1)이 반도체인 경우 이 분리판(36a1)은 실리콘 또는 폴리실리콘 중 어느 하나의 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  46. 제43항에 있어서,
    상기 분리판(36a1)이 부도체인 경우 이 분리판(36a1)은 세라믹, 석영, 피크(peek : 폴리에테르에테르케톤) 또는 베스펠(vespel) 중 어느 하나의 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  47. 제43항에 있어서,
    상기 분리판(36a1)의 저면에 코팅층(36a2)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  48. 제47항에 있어서,
    상기 분리판(36a1)이 도체인 경우 코팅층(36a2)은 알루미늄 아노다이징 처리하거나 또는 세라믹, 이트리아(Y2O3), 지르코니아(ZrO2) 중 어느 하나의 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  49. 제47항에 있어서,
    상기 분리판(36a1)이 반도체인 경우 코팅층(36a2)은 실리콘 또는 폴리실리콘 중 어느 하나의 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  50. 제47항에 있어서,
    상기 분리판(36a1)이 부도체인 경우 코팅층(36a2)은 세라믹, 석영, 피크(peek : 폴리에테르에테르케톤) 또는 베스펠(vespel) 중 어느 하나의 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
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