KR100911327B1

KR100911327B1 - Plasma generator

Info

Publication number: KR100911327B1
Application number: KR1020080094511A
Authority: KR
Inventors: 고희진; 정우영; 김선민
Original assignee: 주식회사 테스
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2009-08-07

Abstract

A plasma generator is provided to improve the efficiency of a substrate by minimizing a defect of a substrate due to ion impact and having a uniform and fast deposition speed on the substrate with a large area. An electrode(610) is separately arranged in an outer frame and a region formed by the outer frame with a square shape. An electrode is comprised of a plurality of inner frames with a bar shape connected to the outer frame electrically. A power unit(630) supplies an RF signal of a first frequency to one of an outer bar facing each other among the outer bars comprising the outer frame. A plurality of feed-throughs(620) are installed in the outer bars facing each other and supply the RF signal of the different frequency supplied from the power unit. The first frequency and the second frequency have a range between 2 MHz and 100 MHz. The frequency difference between the first frequency and the second frequency is between 20 MHz and 80 MHz.

Description

Plasma generator

본 발명은 플라즈마 발생 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 대면적 기판 위에서 균일하고 빠른 증착 속도를 가지고 동시에 이온 충격에 의한 기판의 결함을 최소화하여 기판의 효율을 높일 수 있는 플라즈마 발생 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma generating apparatus, and more particularly, to a plasma generating apparatus capable of increasing the efficiency of a substrate by minimizing defects of a substrate due to ion bombardment while having a uniform and fast deposition rate on a large area substrate. .

반도체 및 디스플레이 제조 공정에서 플라즈마의 기술의 중요성 및 플라즈마의 이용도가 증가하는 추세에 있으며 이는 소자의 집적화 및 생산성 향상을 위한 웨이퍼와 글래스의 대면적화에 상당 부분 기여한다. 이러한 기술적 요구들은 새로운 플라즈마 소스의 개발을 재촉하고 있다. 이하에서 요즘 관심이 증대되고 있는 반도체 및 디스플레이 공정에 사용되는 대표적 플라즈마 발생 장치들의 원리 등에 대하여 간단히 살펴본다.The importance of plasma technology and the availability of plasma in semiconductor and display manufacturing processes are increasing, which contributes to the large area of wafer and glass for device integration and productivity. These technical requirements are driving the development of new plasma sources. Hereinafter, the principles of representative plasma generating apparatuses used in semiconductor and display processes, which are of increasing interest these days, will be briefly described.

반도체, 디스플레이 가공, 환경, 에너지 등 여러 분야에서 광범위하게 플라즈마가 이용되는데, 이는 플라즈마가 하전 입자들로 이루어진 가스이므로 전기장, 자기장 등의 변수를 조절하여 플라즈마 내의 전자, 이온, 활성종 등을 제어할 수 있기 때문이다. 예를 들면 Ar 가스의 경우 플라즈마 상태가 아닐 때는 아무런 화학적 활성이 없다. 그러나 Ar와 같은 비활성 가스가 아닌 O2, N2, Cl2, CF4, SiH4, C3F8 등과 같이 활성종이 생성될 수 있는 가스를 플라즈마 상태로 만들면 훨씬 다양한 공정을 수행할 수 있다. 플라즈마 상태에서는 전자, 이온, 활성종 등이 다양하게 존재하고 이들의 역할은 각기 다르기 때문에 이들을 제어하여 공정을 최적화하는 것이 중요하다. 한편 전자, 이온, 활성종 들 사이의 비율은 플라즈마 발생 방식, 전력, 챔버 구조, 가스 종류 및 압력 등 다양한 외부변수에 의해서 결정된다. 그래서 플라즈마를 이용한 특정 공정을 개발하는 경우 공정에 적합한 플라즈마를 발생시키고 이들을 제어하는 것이 가장 핵심적인 내용이라고 할 수 있다. Plasma is widely used in various fields such as semiconductor, display processing, environment, and energy. Since plasma is a gas composed of charged particles, it is possible to control electrons, ions, active species, etc. in plasma by controlling variables such as electric and magnetic fields. Because it can. Ar gas, for example, has no chemical activity when not in a plasma state. However, if a gas capable of generating active species, such as O2, N2, Cl2, CF4, SiH4, C3F8, but not an inert gas such as Ar, is made into a plasma state, a much wider process can be performed. In the plasma state, there are various electrons, ions, active species, etc., and their roles are different, so it is important to optimize the process by controlling them. Meanwhile, the ratio between electrons, ions, and active species is determined by various external variables such as plasma generation method, power, chamber structure, gas type and pressure. Therefore, when developing a specific process using plasma, the most important content is to generate a plasma suitable for the process and to control them.

현재 반도체 및 디스플레이 분야에서 가장 많이 사용되는 플라즈마 발생 방식은 RF를 이용한 것으로 여기에는 유도결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma: ICP)와 축전결합 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma: CCP) 방식이 있다.Currently, the most commonly used plasma generation method in the semiconductor and display field is RF, which includes an inductively coupled plasma (ICP) and a capacitively coupled plasma (CCP) method.

축전결합 플라즈마는 전력을 인가할 수 있도록 설계된 전극이 있는 것이 구조적 특징이며 명칭에서도 알 수 있듯이 전극의 표면에 분포된 전하 때문에 형성된 축전 전기장에 의해서 플라즈마가 발생되고 유지된다. 매엽식 공정장치에서 축전결합 플라즈마는 웨이퍼 등의 시료가 위치하는 하부 전극과 가스 주입을 위한 샤워 헤드가 포함된 상부 전극으로 이루어져 있는데 일반적으로 반응 이온 에칭(Reactive Ion Etching :RIE) 장비는 하부 전극에 RF를 인가하고, 플라즈마 강화 화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition :PECVD) 장비는 상부 전극에 인가한다. 물론 상부 및 하부 전극에 동시에 RF를 인가하는 등 다양한 변형과 혼합형 등이 존재하며 그들은 다양한 플라즈마 특성과 응용을 만들어 내고 있다. Capacitively coupled plasma is a structural feature that has an electrode designed to apply electric power, and as the name suggests, the plasma is generated and maintained by a capacitive electric field formed due to electric charges distributed on the surface of the electrode. In the single wafer process equipment, the capacitively coupled plasma consists of a lower electrode where a sample such as a wafer is placed and an upper electrode including a shower head for gas injection. Generally, reactive ion etching (RIE) equipment is applied to the lower electrode. RF is applied, and plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) equipment is applied to the upper electrode. Of course, there are various modifications and mixtures such as applying RF to the upper and lower electrodes at the same time, and they are creating various plasma characteristics and applications.

축전결합 플라즈마는 전통적으로 가장 많이 사용되어 왔으며 이는 개념적으로 단순하다. 그러나 하드웨어를 구성하는데 있어서 상당한 노하우가 필요하다. 즉 축전결합 플라즈마는 상하부 전극 사이의 전기장에 의해 플라즈마가 발생되고 제어되는데 이 전기장은 상하부의 전극 모양, 주변 구조물들의 재료적 특성, 기계적 특성, 전기적 특성, 기하적 특성에 아주 민감하여 제어하는데 어려움이 있기 때문이다.Capacitively coupled plasmas have traditionally been the most commonly used and are conceptually simple. However, a considerable amount of know-how is required in configuring the hardware. That is, the capacitively coupled plasma is generated and controlled by the electric field between the upper and lower electrodes, which is difficult to control because it is very sensitive to the shape of the upper and lower electrodes, the material, mechanical, electrical, and geometrical characteristics of the surrounding structures. Because there is.

상술한 바와 같이 지금까지 반도체, 디스플레이 및 태양광 분야에서 대면적 기판 위에 필요한 재질의 막을 형성하기 위해 플라즈마를 이용하였다. 저비용, 고효율의 생산성을 달성하기 위해 대면적 기판 처리를 수행하는데 대면적 기판 처리를 위해서는 높은 증착 속도의 특성을 갖는 고밀도 플라즈마가 발생되어야 한다. 고밀도 플라즈마를 얻기 위해서는 높은 에너지가 필요하다. 또한 공급된 에너지와 플라즈마 사이의 에너지 전달을 높이기 위하여 높은 공급 주파수가 필요하다.As described above, plasma has been used to form films of required materials on large area substrates in the semiconductor, display, and solar fields. Large area substrate processing is performed to achieve low cost, high efficiency, and high density plasma having high deposition rate characteristics must be generated for large area substrate processing. High energy is required to obtain high density plasma. In addition, a high supply frequency is required to increase the energy transfer between the supplied energy and the plasma.

종래에는 플라즈마를 이용하여 기판 위에 필요한 재질의 막을 형성하기 위해 대면적 평판 전극을 사용하였다. 도 1은 서셉터 상부에 놓인 대면적 평판 전극을 도시한 도면이고, 도 2a 내지 도 2f는 주파수 크기에 따른 대면적 평판 전극에서의 전력 손실을 나타낸 도면이다. 도 2a 내지 도 2f를 참조하면, 고밀도 플라즈마를 발생시키기 위하여 주파수를 증가시키는데, 이때 주파수가 증가함에 따라 전극에서 급격한 전력 손실이 있음을 확인할 수 있다. 이와 같이 대면적 평판 전극은 주파수가 증가함에 따라 전극에서 큰 전력 손실이 발생한다는 문제가 있다.Conventionally, a large area flat plate electrode has been used to form a film of a required material on a substrate using plasma. FIG. 1 is a view showing a large area flat electrode placed on top of a susceptor, and FIGS. 2A to 2F are diagrams showing power loss in a large area flat electrode according to frequency magnitudes. Referring to FIGS. 2A to 2F, the frequency is increased to generate a high density plasma, and it can be seen that there is a sudden power loss at the electrode as the frequency is increased. As described above, a large area flat electrode has a problem in that a large power loss occurs in the electrode as the frequency increases.

상술한 대면적 평판 전극의 문제를 극복하기 위하여 선형 요소들로 이루어진 선형 형태의 전극이 나타났다. 이온 충돌 에너지를 낮추고 고효율의 증착을 위하여 초단파 대역(30~300MHz)의 플라즈마가 요구된다. 도 3은 종래의 사다리형 전극을 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 초단파 대역인 60MHz가 두 루트로 나누어지고 전극의 일측 및 타측 단부로 공급된다. 이때 위상 시프터에 의하여 위상 차이만 있고 동일 주파수의 전원을 공급한다.In order to overcome the problems of the large-area flat electrode described above, a linear electrode made of linear elements has been shown. In order to reduce ion bombardment energy and to deposit high efficiency, a plasma in a microwave band (30 to 300 MHz) is required. 3 is a view showing a conventional ladder electrode. Referring to FIG. 3, the microwave band 60 MHz is divided into two routes and supplied to one side and the other end of the electrode. At this time, only the phase difference is supplied by the phase shifter and power is supplied at the same frequency.

도 4a 및 도 4b는 전극에 동일 주파수의 전원을 공급한 경우 전극 표면의 전위 분포를 도시한 도면이다. 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 주파수가 40MHz 정도까지의 동일 주파수의 전원을 공급하면 진행파가 발생하고 균일한 플라즈마가 형성된다. 그러나 주파수가 60MHz 정도 이상에서는 전극 표면의 전위 분포가 정상파의 패턴을 형성하고 이에 대응하는 플라즈마가 형성되는데, 이때 정상파의 특징인 노드가 형성되어 플라즈마의 균일도가 저하되는 문제가 발생한다.4A and 4B are diagrams showing the potential distribution on the surface of the electrode when the same frequency power is supplied to the electrode. 4A and 4B, when a power source having the same frequency up to about 40 MHz is supplied, traveling waves are generated and a uniform plasma is formed. However, if the frequency is about 60 MHz or more, the potential distribution on the surface of the electrode forms a pattern of standing waves, and a corresponding plasma is formed. In this case, a node that is characteristic of the standing waves is formed, which causes a problem of lowering the uniformity of plasma.

이와 같이 플라즈마 방전 주파수가 증가함에 따라 파장은 감소하여 플라즈마 발생 장치 내부의 전압, 전류의 크기 및 위상의 변화가 발생한다. 이러한 변화로 전압과 전류의 파동 특성이 강하게 나타난다. 이러한 파동 특성 중에 하나인 정상파는 전극에서 발진하게 되고 그 결과 증착면의 균일도를 크게 떨어뜨리는 문제를 야기한다. 특히 동일 주파수의 전원을 전극에 공급하는 경우 전극에서 정상파의 특징 중의 하나인 노드가 형성되는데 이러한 노드는 증착면의 플라즈마 밀도를 낮게 하고 높은 플라즈마 균일도를 보장하지 못하는 문제가 있다. 그리고 플라즈마 밀도의 저하는 중성 입자의 이온화도를 떨어뜨려 국부적인 방전이 이루어지지 않게 되며, 결국 증착이 이루어지지 않는 문제가 발생한다.As the plasma discharge frequency increases as described above, the wavelength decreases, thereby causing a change in the magnitude and phase of the voltage and current inside the plasma generator. These changes result in strong voltage and current wave characteristics. One of these wave characteristics, standing waves, oscillates at the electrode, resulting in a problem of greatly reducing the uniformity of the deposition surface. In particular, when a power source of the same frequency is supplied to the electrode, a node, which is one of the characteristics of standing waves, is formed in the electrode. Such a node has a problem of lowering the plasma density of the deposition surface and ensuring high plasma uniformity. In addition, the decrease in the plasma density lowers the degree of ionization of the neutral particles so that no local discharge occurs, and thus, no deposition occurs.

도 5는 전극에 동일 주파수(60.9MHz) 전원을 공급한 경우의 전극 표면 위의 전기장 및 자기장 분포를 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 전기장에서 정상파의 특징인 노드가 형성된 것을 확인할 수 있고, 자기장에서는 플라즈마가 자기장에 의해 가두어 지고, 자기장의 공간 분포는 플라즈마의 공간 분포와 매칭됨을 확인할 수 있다.FIG. 5 is a diagram showing electric and magnetic field distributions on the electrode surface when the same frequency (60.9 MHz) power is supplied to the electrode. Referring to FIG. 5, it can be seen that a node, which is characteristic of standing waves, is formed in an electric field. In the magnetic field, the plasma is confined by the magnetic field, and the spatial distribution of the magnetic field is matched with the spatial distribution of the plasma.

상술한 바와 같이 종래의 대면적 기판 처리를 위한 플라즈마 발생 장치에서는 높은 에너지 공급에 의해 발생된 높은 에너지를 갖는 이온의 기판 위에서의 충돌로 인하여 기판의 결함이 생긴다. 이러한 기판의 결함은 증착막의 특성을 변화시켜 막질의 품질 저하를 가져온다. 이러한 기판의 결함과 막질의 품질 저하는 결국 생산성을 떨어뜨리는 문제를 발생시킨다. 또한 높은 주파수에 해당하는 파장의 크기는 플라즈마 챔버의 크기와 비슷하여 이로 인해 플라즈마 왜곡이 생기고 막질의 증착 균일도가 현저히 떨어지는 문제점이 있다. 또한 선형 전극에 위상만 차이가 나는 동일 주파수의 전원을 공급할 경우에도 정상파의 노드의 형성으로 플라즈마 밀도가 낮아지며 높은 플라즈마 균일도를 보장하는데 한계가 있다. As described above, in the conventional plasma generating apparatus for processing a large-area substrate, defects of the substrate occur due to the collision of the high energy ions generated by the high energy supply on the substrate. Defects of such substrates change the properties of the deposited film, resulting in deterioration of the quality of the film. Defects of the substrate and deterioration of the quality of the film result in a problem of lowering productivity. In addition, since the size of the wavelength corresponding to the high frequency is similar to the size of the plasma chamber, there is a problem that the plasma distortion occurs and the deposition uniformity of the film quality is significantly reduced. In addition, even when the power supply of the same frequency, which differs only in phase to the linear electrode, the plasma density is lowered due to the formation of the nodes of the standing wave, and there is a limit in ensuring high plasma uniformity.

본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 서로 다른 입력 주파수를 이용하여 정상파의 노드 형성을 방지함으로써 대면적에 고밀도이고 높은 균일도를 갖는 플라즈마를 발생시키고, 두 입력 주파수 차이를 조절함으로써 이온 자속과 이온 에너지를 독립적으로 제어하여 이온 충돌에 의한 박막의 결함을 줄이는 플라즈마 발생 장치를 제공하는 데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to generate a plasma having a high density and high uniformity in a large area by preventing the formation of the node of the standing wave by using different input frequencies, and to control the ion flux and ion energy by controlling the difference between the two input frequencies Independently controlled to provide a plasma generating device that reduces the defect of the thin film due to ion collision.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치의 바람직한 제1실시예는, 사각 형상의 외부 프레임 및 상기 외부 프레임에 의해 형성된 영역에 서로 이격되어 배치되고 상기 외부 프레임과 전기적으로 연결되는 막대 형상의 복수의 내부 프레임으로 이루어진 전극; 상기 외부 프레임을 구성하는 외부 막대 중에서 서로 마주보는 외부 막대 중 하나에는 제1주파수의 RF 신호를 공급하고, 다른 하나에는 상기 제1주파수보다 큰 제2주파수의 RF 신호를 공급하는 전원부; 및 상기 서로 마주보는 외부 막대 상에 각각 설치되고 상기 전원부로부터 공급된 서로 다른 주파수의 RF 신호를 상기 전극에 제공하는 복수의 피드쓰루;를 구비한다.In order to achieve the above technical problem, a first preferred embodiment of the plasma generating apparatus according to the present invention is disposed in a rectangular outer frame and an area formed by the outer frame and spaced apart from each other and electrically connected to the outer frame. An electrode made of a plurality of inner frames having a rod shape; A power supply unit which supplies an RF signal of a first frequency to one of the outer bars facing each other among the outer bars constituting the outer frame, and supplies an RF signal of a second frequency greater than the first frequency to the other one; And a plurality of feedthroughs respectively provided on the outer bars facing each other and providing RF signals of different frequencies to the electrode supplied from the power supply unit.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치의 바람직한 제2실시예는, 사각 형상의 외부 프레임 및 상기 외부 프레임에 의해 형성된 영역에 서로 이격되어 배치되고 상기 외부 프레임과 전기적으로 연결되는 막대 형상의 복수의 내부 프레임으로 이루어진 전극; 상기 외부 프레임을 구성하는 외부 막대 중에서 한 쌍의 서로 마주보는 외부 막대에는 제1주파수의 RF 신호를 공급하고, 나머지 한 쌍의 서로 마주보는 외부 막대에는 상기 제1주파수보다 큰 제2주파수의 RF 신호를 공급하는 전원부; 및 상기 외부 막대 각각에 설치되어 상기 전원부로부터 공급된 상기 제1주파수의 RF 신호와 상기 제2주파수의 RF 신호를 상기 전극에 제공하는 복수의 피드쓰루;를 구비한다.In order to achieve the above technical problem, a second preferred embodiment of the plasma generating apparatus according to the present invention is arranged in a rectangular outer frame and an area formed by the outer frame and spaced apart from each other and electrically connected to the outer frame. An electrode made of a plurality of inner frames having a rod shape; A pair of external bars facing each other among the outer bars constituting the outer frame are supplied with an RF signal of a first frequency, and a pair of RF signals of a second frequency greater than the first frequency are supplied to the outer bars facing each other. Power supply for supplying; And a plurality of feedthroughs provided at each of the outer bars to provide the electrode with the RF signal of the first frequency and the RF signal of the second frequency supplied from the power supply unit.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치의 바람직한 제3실시예는, 사각 형상의 외부 프레임 및 상기 외부 프레임에 의해 형성된 영역에 배치되고 상기 외부 프레임과 전기적으로 연결되는 격자 형태의 내부 프레임으로 이루어진 전극; 상기 전극을 구성하는 외부 프레임을 구성하는 외부 막대 중 한 쌍의 서로 마주보는 외부 막대에는 제1주파수의 RF 신호를 공급하고, 나머지 한 쌍의 서로 마주보는 외부 막대에는 상기 제1주파수보다 큰 제2주파수의 RF 신호를 공급하는 전원부; 및 상기 외부 막대 각각에 설치되어 상기 전원부로부터 공급된 상기 제1주파수의 RF 신호와 상기 제2주파수의 RF 신호를 상기 전극에 제공하는 복수의 피드쓰루;를 구비한다.In order to achieve the above technical problem, a third preferred embodiment of the plasma generating apparatus according to the present invention has a rectangular outer frame and a lattice shape disposed in an area formed by the outer frame and electrically connected to the outer frame. An electrode made of an inner frame; A pair of outer bars constituting the outer frame constituting the electrode, the RF bar of a first frequency is supplied to the outer bars facing each other, and a second greater than the first frequency to the other pair of outer bars facing each other A power supply unit supplying an RF signal of a frequency; And a plurality of feedthroughs provided at each of the outer bars to provide the electrode with the RF signal of the first frequency and the RF signal of the second frequency supplied from the power supply unit.

본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치에 의하면, 서로 다른 입력 주파수를 이용하여 정상파의 노드 형성을 방지함으로써 대면적에 고밀도이고 높은 플라즈마 균일성을 보장할 수 있다. 또한 두 입력 주파수의 크기 차이를 조절함으로써 이온 자속과 이온 에너지를 독립적으로 조절하여 이온 충돌에 의한 박막의 결함을 줄일 수 있다. 또한 본 발명에 따른 선형 형태의 전극을 구비한 플라즈마 발생 장치는 면적에 의한 파워의 손실을 줄이면서 기존의 판형이 가지고 있는 특징인 정전 결합, 즉 정전 결합의 특징인 플라즈마 밀도의 균일성을 유지할 수 있다. According to the plasma generating apparatus according to the present invention, it is possible to ensure high density and high plasma uniformity in a large area by preventing node formation of standing waves using different input frequencies. In addition, by controlling the magnitude difference between the two input frequencies, the ion flux and the ion energy can be adjusted independently to reduce the defect of the thin film due to the ion collision. In addition, the plasma generating apparatus having a linear electrode according to the present invention can maintain the uniformity of the plasma density, which is the characteristic of the electrostatic coupling, that is the characteristic of the conventional plate shape while reducing the power loss by the area have.

이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치 및 반도체 처리 장치의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of a plasma generating apparatus and a semiconductor processing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 6은 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치의 구성을 도시한 블록도이다.6 is a block diagram showing a configuration of a plasma generating apparatus according to the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치(600)는 전극(610), 복수의 피드 쓰루(620) 및 전원부(630)를 구비한다. 전극(610)은 사각 형상의 외부 프레임과 외부 프레임에 의해 형성된 공간에 배치되는 막대 형상 또는 격자 형상의 내부 프레임으로 이루어진다. 이러한 전극(610)은 종래의 판형 전극과 달리 선형 전극의 형태를 가지며, 내부 프레임으로 동작하는 전도성 막대의 간격을 조절함으로써 판형 전극의 특성을 갖게 된다. Referring to FIG. 6, the plasma generator 600 according to the present invention includes an electrode 610, a plurality of feedthroughs 620, and a power supply unit 630. The electrode 610 is composed of a rectangular outer frame and a rod-shaped or lattice-shaped inner frame disposed in a space formed by the outer frame. Unlike the conventional plate-shaped electrode, the electrode 610 has a form of a linear electrode, and has the characteristics of the plate-shaped electrode by adjusting the interval of the conductive bar operating as the inner frame.

피드 쓰루(620)는 전극(610)의 외부 프레임 상에 배치되어 전원부(630)로부터 공급된 전원을 전극에 제공한다. 이때 피드 쓰루(620)는 외부 프레임을 구성하는 네 개의 전도성 막대 중에서 서로 마주보는 전도성 막대에 배치되며, 각각의 피드 쓰루(620)에는 서로 다른 주파수의 전원이 공급된다. 또한 피드 쓰루(620)가 외부 프레임을 구성하는 네 개의 전도성 막대 모두에 배치될 수 있으며, 이 경우 서로 마주보는 전도성 막대에 동일한 주파수의 전원이 공급되되, 이웃하는 전도성 막대에는 서로 다른 주파수의 전원이 공급된다. 이러한 피드 쓰루(620)를 통해 전극 전체에 전원이 고르게 인가될 수 있다. The feedthrough 620 is disposed on an outer frame of the electrode 610 to provide the electrode with power supplied from the power source 630. At this time, the feed through 620 is disposed on the conductive bars facing each other among the four conductive bars constituting the outer frame, each feed through 620 is supplied with power of different frequencies. In addition, the feed-through 620 may be disposed on all four conductive bars constituting the outer frame. In this case, powers of the same frequency are supplied to the conductive bars facing each other, but power of different frequencies is provided to the neighboring conductive bars. Supplied. Power may be uniformly applied to the entire electrode through the feed through 620.

도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치에 구비되는 전극의 바람직한 제1실시예를 도시한 도면이다.7A and 7B are diagrams showing a first preferred embodiment of the electrode provided in the plasma generating apparatus according to the present invention.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 전극(710)은 사각 형상의 외부 프레임(720) 및 외부 프레임(720)에 의해 형성된 영역에 서로 이격되어 배치되고 외부 프레임(720)과 전기적으로 연결되는 막대 형상의 복수의 내부 프레임(730)으로 이루어진다. 피드 쓰루(740, 745)는 외부 프레임(720)을 구성하는 외부 막대 중에서 서로 마주보는 외부 막대(722, 724)에 각각 설치되어 전원부(630)로부터 공급된 서로 다른 주파수의 RF 신호를 전극(710)에 제공한다. 이러한 피드 쓰루(740, 745)에 의해 전원부(630)로부터 공급된 전원이 전극(710)에 고르게 분배된다. 이때 서로 마주보는 외부 막대 중 하나(722)에는 제1주파수의 RF 신호가 공급되고, 다른 하나(724)에는 제1주파수보다 큰 제2주파수의 RF 신호가 공급된다. 이를 위해 전원부(630)는 서로 다른 주파수를 갖는 두 개의 RF 신호를 생성하여 각각의 피드 쓰루(740, 745)에 공급한다. 도 7a에 도시된 전극은 피드 쓰루(740, 745)가 내부 프레임(730)과 수직하게 설치되는 반면에 도 7b에 도시된 전극은 피드 쓰루(740, 745)가 내부 프레임(730)과 평행하게 설치되는 점에 차이가 있다. Referring to FIGS. 7A and 7B, the electrodes 710 are disposed in the rectangular shape of the outer frame 720 and the outer frame 720, and are spaced apart from each other and electrically connected to the outer frame 720. Consists of a plurality of inner frames 730. The feed-throughs 740 and 745 are respectively installed on the outer bars 722 and 724 facing each other among the outer bars constituting the outer frame 720 to receive RF signals of different frequencies from the power supply unit 630. To provide. Power supplied from the power supply unit 630 by the feed throughs 740 and 745 is evenly distributed to the electrode 710. At this time, one of the external bars facing each other 722 is supplied with an RF signal of the first frequency, the other 724 is supplied with an RF signal of a second frequency greater than the first frequency. To this end, the power supply unit 630 generates two RF signals having different frequencies and supplies them to the respective feedthroughs 740 and 745. The electrodes shown in FIG. 7A have feed throughs 740, 745 installed perpendicular to the inner frame 730, while the electrodes shown in FIG. 7B have feed throughs 740, 745 parallel with the inner frame 730. There is a difference in the installation.

도 8은 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치에 구비되는 전극의 바람직한 제2실시예를 도시한 도면이다.8 is a view showing a second preferred embodiment of the electrode provided in the plasma generating apparatus according to the present invention.

도 8을 참조하면, 전극(810)은 사각 형상의 외부 프레임(820) 및 외부 프레임(820)에 의해 형성된 영역에 서로 이격되어 배치되고 외부 프레임(820)과 전기적 으로 연결되는 막대 형상의 복수의 내부 프레임(830)으로 이루어진다. 피드 쓰루(840, 842, 844, 846)는 외부 프레임(820)을 구성하는 외부 막대(822, 824, 826, 828)에 각각 설치되어 전원부(630)로부터 공급된 서로 다른 주파수의 RF 신호를 전극(810)에 제공한다. 이러한 피드 쓰루(840, 842, 844, 846)에 의해 전원부(630)로부터 공급된 전원이 전극(810)에 고르게 분배된다. 이때 서로 마주보는 외부 막대들(822, 826)에 설치된 피드 쓰루(840, 844)에는 제1주파수의 RF 신호가 공급되고, 다른 외부 막대들(824, 828)에 설치된 피드 쓰루(842, 846)는 제1주파수보다 큰 제2주파수의 RF 신호가 공급된다. 이를 위해 전원부(630)는 서로 다른 주파수를 갖는 두 개의 RF 신호를 생성하여 각각의 피드 쓰루(840과 844, 842와 846)에 공급한다. 도 8에 도시된 전극은 피드 쓰루(840, 842, 844, 846)가 외부 프레임(820)을 구성하는 외부 막대(822, 824, 826, 828) 모두에 설치되고 서로 마주보는 외부 막대들(822와 826, 824와 828) 상에 설치된 피드 쓰루(840과 844, 842와 846)에 서로 다른 주파수의 RF 신호가 공급된다는 점에서 도 7a 및 7b에 도시된 전극과 차이가 있다. Referring to FIG. 8, a plurality of rod-shaped electrodes 810 are spaced apart from each other in an area formed by the rectangular outer frame 820 and the outer frame 820 and electrically connected to the outer frame 820. It consists of an inner frame 830. The feedthroughs 840, 842, 844, and 846 are respectively installed on the outer rods 822, 824, 826, and 828 constituting the outer frame 820 to receive RF signals of different frequencies from the power supply unit 630. To 810. Power supplied from the power supply unit 630 is distributed evenly to the electrode 810 by the feedthroughs 840, 842, 844, and 846. At this time, the feed throughs 840 and 844 provided to the outer rods 822 and 826 facing each other are supplied with an RF signal of a first frequency, and the feed throughs 842 and 846 provided to the other outer rods 824 and 828. Is supplied with an RF signal of a second frequency greater than the first frequency. To this end, the power supply unit 630 generates two RF signals having different frequencies and supplies them to the respective feedthroughs 840 and 844, 842 and 846. The electrodes shown in FIG. 8 are provided with external rods 822 facing each other, with the feedthroughs 840, 842, 844, 846 installed on all of the outer bars 822, 824, 826, 828 constituting the outer frame 820. 826, 824, and 828 are different from the electrodes shown in FIGS. 7A and 7B in that RF signals of different frequencies are supplied to the feedthroughs 840, 844, 842, and 846 installed on them.

도 9는 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치에 구비되는 전극의 바람직한 제3실시예를 도시한 도면이다.9 is a view showing a third preferred embodiment of the electrode provided in the plasma generating apparatus according to the present invention.

도 9를 참조하면, 전극(910)은 사각 형상의 외부 프레임(920) 및 외부 프레임(920)에 의해 형성된 영역에 배치되고 외부 프레임(920)과 전기적으로 연결되는 격자 형상의 내부 프레임(930)으로 이루어진다. 피드 쓰루(940, 942, 944, 946)는 외부 프레임(920)을 구성하는 외부 막대(922, 924, 926, 928)에 각각 설치되어 전 원부(630)로부터 공급된 서로 다른 주파수의 RF 신호를 전극(910)에 제공한다. 이러한 피드 쓰루(940, 942, 944, 946)에 의해 전원부(630)로부터 공급된 전원이 전극(910)에 고르게 분배된다. 이때 서로 마주보는 외부 막대들(922, 926)에 설치된 피드 쓰루(940, 944)에는 제1주파수의 RF 신호가 공급되고, 다른 외부 막대들(924, 928)에 설치된 피드 쓰루(942, 946)는 제1주파수보다 큰 제2주파수의 RF 신호가 공급된다. 이를 위해 전원부(630)는 서로 다른 주파수를 갖는 두 개의 RF 신호를 생성하여 각각의 피드 쓰루(940과 944, 942와 946)에 공급한다. 도 9에 도시된 전극은 내부 프레임(930)이 격자 형상으로 이루어진다는 점에서 도 8에 도시된 일정 간격 이격된 막대 형상으로 이루어진 내부 프레임(830)을 갖는 전극의 제2실시예와 차이가 있다. Referring to FIG. 9, the electrode 910 is disposed in a rectangular outer frame 920 and an area formed by the outer frame 920, and an inner frame 930 having a grid shape electrically connected to the outer frame 920. Is done. The feedthroughs 940, 942, 944, and 946 are respectively installed on the outer rods 922, 924, 926, and 928 constituting the outer frame 920 to receive RF signals of different frequencies supplied from the power source 630. The electrode 910 is provided. Power supplied from the power supply unit 630 is distributed evenly to the electrode 910 by the feed throughs 940, 942, 944, and 946. At this time, the feed throughs 940 and 944 provided to the outer bars 922 and 926 facing each other are supplied with an RF signal of a first frequency, and the feed throughs 942 and 946 provided to the other outer bars 924 and 928. Is supplied with an RF signal of a second frequency greater than the first frequency. To this end, the power supply unit 630 generates two RF signals having different frequencies and supplies them to the respective feedthroughs 940, 944, 942, and 946. The electrode shown in FIG. 9 differs from the second embodiment of the electrode having an inner frame 830 formed in a bar shape spaced apart at regular intervals in that the inner frame 930 has a lattice shape. .

도 10은 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치에 구비되는 전극의 바람직한 제4실시예를 도시한 도면이다. 도 10에 도시된 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치에 구비되는 전극의 바람직한 제4실시예는 도 7a 또는 도 7b에 도시된 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치에 구비되는 전극의 바람직한 제1실시예를 적층하여 이루어진다. 10 is a view showing a fourth preferred embodiment of the electrode provided in the plasma generating apparatus according to the present invention. A fourth preferred embodiment of the electrode provided in the plasma generating apparatus according to the present invention shown in FIG. 10 is a stack of the first preferred embodiment of the electrode provided in the plasma generating apparatus according to the present invention shown in FIG. 7A or 7B. It is done by

도 10을 참조하면, 전극(1000)은 제1전극(1010)과 제2전극(1060)으로 이루어진다. 제1전극(1010)과 제2전극(1060)은 동일한 형상을 가지며, 도 7a 또는 도 7b에 도시된 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치에 구비되는 전극의 바람직한 제1실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다. 제2전극(1060)은 제1전극(1010)의 상부에 배치되며, 이러한 배치에 의해 제1전극(1010)과 제2전극(1060)의 내부 프레 임(1030, 1080)은 도 9에 도시된 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치에 구비되는 전극의 바람직한 제3실시예의 내부 프레임과 같은 격자 형상을 이루게 된다. 이때 제1전극(1010)의 외부 프레임(1020)을 구성하는 외부 막대 중에서 서로 마주보는 외부 막대(1022, 1024)들에 설치된 피드 쓰루(1040, 1045)에는 동일한 주파수의 제1RF 신호가 공급되고, 제2전극(1060)의 외부 프레임(1070)을 구성하는 외부 막대 중에서 서로 마주보는 외부 막대(1072, 1074)들에 설치된 피드 쓰루(1090, 1095)에는 제1RF 신호보다는 높은 주파수를 갖는 동일한 주파수의 제2RF 신호가 공급된다. 따라서 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치에 구비되는 전극의 바람직한 제4실시예에 있어서 전원 공급 방식은 도 9에 도시된 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치에 구비되는 전극의 바람직한 제3실시예의 전원 공급 방식과 동일하게 된다. Referring to FIG. 10, the electrode 1000 includes a first electrode 1010 and a second electrode 1060. Since the first electrode 1010 and the second electrode 1060 have the same shape, and are the same as the first preferred embodiment of the electrode provided in the plasma generating apparatus according to the present invention shown in FIG. Omit. The second electrode 1060 is disposed on the upper portion of the first electrode 1010, and the internal frames 1030 and 1080 of the first electrode 1010 and the second electrode 1060 are shown in FIG. The same shape as the inner frame of the third preferred embodiment of the electrode provided in the plasma generating apparatus according to the present invention is achieved. At this time, the first RF signal of the same frequency is supplied to the feedthroughs 1040 and 1045 installed on the outer bars 1022 and 1024 facing each other among the outer bars constituting the outer frame 1020 of the first electrode 1010, The feed-throughs 1090 and 1095 installed on the outer bars 1072 and 1074 facing each other among the outer bars constituting the outer frame 1070 of the second electrode 1060 have the same frequency having a higher frequency than the first RF signal. The second RF signal is supplied. Therefore, in the fourth preferred embodiment of the electrode provided in the plasma generating apparatus according to the present invention, the power supply method is a power supply method of the third preferred embodiment of the electrode provided in the plasma generating apparatus according to the present invention shown in FIG. Will be the same.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치에 구비되는 전극의 바람직한 제1실시예, 제2실시예 및 제4실시예에 있어서 내부 프레임들은 10㎜ 이상 50㎜ 이하의 간격을 두고 설치된다. 내부 프레임들의 간격이 10㎜보다 작으면 전극간의 상호작용에 의해 전극에 의한 전력손실이 증가하는 문제가 있고, 50㎜를 초과하면 투영이 이루어지는 문제가 있다. 또한 전극(710, 810, 910, 1000)은 인코넬 스틸(inconel steel)로 제조되며, 인코넬 스틸을 이용하면 내열성의 측면에서 유리하다. 아울러 전원부(630)가 공급하는 제1주파수의 RF 신호 및 제2주파수의 RF 신호는 2MHz 이상 100MHz 이하의 주파수 범위를 가지며, 제1주파수의 RF 신호와 제2주파수의 RF 신호의 주파수 차이는 20MHz 이상 80MHZ 이하의 값을 갖도록 설정된다. 만약 제1주파수의 RF 신호와 제2주파수의 RF 신호의 주파수 차이가 20MHz 보다 작으면 동일한 주파수의 신호가 공급되는 상황과 마찬가지로 노드가 재현된다. 한편 제1주파수의 RF 신호와 제2주파수의 RF 신호의 주파수 차이가 80MHz 보다 크면 두 개의 서로 다른 주파수의 RF 신호 중에서 하나의 주파수 성질이 손실될 수 있어 낮은 주파수가 단지 잡음으로서 기능하게 되며, 이에 의해 플라즈마의 균일도 향상을 효과를 얻을 수 없게 되고 단지 전력손실만을 유발하게 된다. In the first, second and fourth embodiments of the electrode provided in the plasma generating apparatus according to the present invention as described above, the inner frames are provided at intervals of 10 mm or more and 50 mm or less. If the interval between the inner frame is less than 10mm there is a problem that the power loss by the electrode increases due to the interaction between the electrodes, if it exceeds 50mm there is a problem that the projection is made. In addition, the electrodes 710, 810, 910, and 1000 are made of Inconel steel, and using Inconel steel is advantageous in terms of heat resistance. In addition, the RF signal of the first frequency and the second frequency supplied by the power supply unit 630 has a frequency range of 2MHz to 100MHz, the frequency difference between the RF signal of the first frequency and the RF signal of the second frequency is 20MHz The value is set to have a value of 80 MHZ or less. If the frequency difference between the RF signal of the first frequency and the RF signal of the second frequency is less than 20MHz, the node is reproduced as in the situation where a signal of the same frequency is supplied. Meanwhile, if the frequency difference between the RF signal of the first frequency and the RF signal of the second frequency is greater than 80 MHz, one of the two RF signals of different frequencies may be lost, so that the low frequency functions only as noise. As a result, the effect of improving the uniformity of plasma cannot be obtained and only power loss is caused.

도 11a 내지 도 11c는 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치에 구비되는 전극의 내부 프레임 간격(G)에 따른 전기장의 분포를 도시한 도면이다.11A to 11C are diagrams showing the distribution of electric fields according to the internal frame interval G of an electrode provided in the plasma generating apparatus according to the present invention.

도 11a 내지 도 11c를 참조하면, 내부 프레임 간격(1110, 1120)이 30㎜와 50㎜일 때에는 내부 프레임의 형상이 기판 상에 투영이 되지 않음을 알 수 있다. 그러나 내부 프레임 간격(1130)이 100㎜인 경우에는 내부 프레임의 선형 형상이 기판 상에 투영된다. 이와 같이 내부 프레임의 간격이 커짐에 따라 내부 프레임의 개수가 감소하여 플라즈마 발생 장치의 임피던스가 작아지면서 높은 전류에 의해 내부 프레임의 형상이 기판에 투영된다. 11A to 11C, it can be seen that the shape of the inner frame is not projected onto the substrate when the inner frame intervals 1110 and 1120 are 30 mm and 50 mm. However, when the inner frame spacing 1130 is 100 mm, the linear shape of the inner frame is projected onto the substrate. As the interval between the inner frames increases, the number of the inner frames decreases, so that the impedance of the plasma generating apparatus decreases, and the shape of the inner frame is projected onto the substrate by a high current.

도 12a 및 도 12b는 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치에 RF 전원을 공급하는 방법을 도시한 도면이다. 도 12a에 도시된 전원 공급 방식은 전극의 외부 프레임을 구성하는 외부 막대 중에서 내부 프레임과 수직인 외부 막대에 설치된 피드 쓰루를 통해 서로 다른 주파수의 RF 전원을 공급하는 방식이다. 또한 도 12b에 도시된 전원 공급 방식은 전극의 외부 프레임을 구성하는 외부 막대 중에서 내부 프레임과 평행인 외부 막대에 설치된 피드 쓰루를 통해 서로 다른 주파수의 RF 전원을 공급하는 방식이다. 이때 인가되는 주파수의 범위는 2MHz 이상 100MHz 이하이 다. 또한 제1주파수의 RF 전원과 제2주파수의 RF 전원의 주파수 차이는 20MHz 이상 80MHz 이하이다.12A and 12B illustrate a method of supplying RF power to a plasma generating apparatus according to the present invention. The power supply method shown in FIG. 12A is a method of supplying RF power of different frequencies through a feed through installed in an outer bar perpendicular to the inner frame among the outer bars constituting the outer frame of the electrode. In addition, the power supply method illustrated in FIG. 12B is a method of supplying RF power of different frequencies through a feed through installed in an outer bar parallel to the inner frame among the outer bars constituting the outer frame of the electrode. At this time, the applied frequency range is 2MHz or more and 100MHz or less. The frequency difference between the RF power supply of the first frequency and the RF power supply of the second frequency is 20 MHz or more and 80 MHz or less.

도 13a는 동일 주파수의 RF 신호를 서로 다른 방향으로 인가하는 경우의 입력 및 출력의 파형을 도시한 도면이고, 도 13b는 두 개의 서로 다른 주파수의 RF 신호를 서로 다른 방향으로 인가하는 입력의 파형을 도시한 도면이고, 도 13c는 두 개의 서로 다른 주파수의 RF 신호를 서로 다른 방향으로 인가한 경우의 출력의 파형을 도시한 도면이다.FIG. 13A illustrates waveforms of inputs and outputs when RF signals of the same frequency are applied in different directions, and FIG. 13B illustrates input waveforms that apply RF signals of two different frequencies in different directions. FIG. 13C is a diagram illustrating waveforms of outputs when RF signals of two different frequencies are applied in different directions.

도 13a를 참조하면, 동일 주파수의 RF 신호를 서로 다른 방향으로 인가하는 경우에 하나의 중첩된 주파수에 의해 플라즈마가 발생된다. 이때 인가된 RF 신호의 파장이 플라즈마 챔버의 크기와 비슷할 경우 그 중첩된 파는 정상파가 되고 이로 인해 플라즈마의 균일도가 낮아지게 된다. 이와 달리 도 13b 및 도 13c에 도시된 바와 같이 두 개의 서로 다른 주파수의 RF 신호가 인가되면, 두 종류의 맥놀이파(beat wave)가 발생한다. 이때 각각의 맥놀이파에 의해 발생된 정상파의 각각의 노드는 서로 위치가 다르기 때문에 서로의 노드가 상쇄되고, 이에 의해 플라즈마 균일도가 향상된다.Referring to FIG. 13A, when an RF signal of the same frequency is applied in different directions, plasma is generated by one overlapping frequency. At this time, if the wavelength of the applied RF signal is similar to the size of the plasma chamber, the superimposed wave becomes a standing wave, thereby lowering the uniformity of the plasma. On the contrary, when two different frequency RF signals are applied as shown in FIGS. 13B and 13C, two kinds of beat waves are generated. At this time, since each node of the standing wave generated by each beat wave is different from each other, the nodes of each other cancel each other, thereby improving the plasma uniformity.

도 14a는 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치에 RF 전원을 공급하는 일 실시예를 도시한 도면, 도 14b는 도 13c에 도시된 제1주파수의 RF 신호인 RF 1 출력에 대응하는 맥놀이파의 전기장의 분포를 도시한 도면, 도 14c는 도 13c에 도시된 제2주파수의 RF 신호인 RF 2 출력에 대응하는 맥놀이파의 전기장의 분포를 도시한 도면, 도 14d는 도 14b와 도 14c에 도시된 두 개의 맥놀이파의 중첩에 의한 전기장의 분포를 도시한 도면, 그리고, 도 14e는 도 14a에 도시된 플라즈마 발생 장치에 동일한 주파수의 RF 신호를 인가한 경우에 맥놀이파의 전기장의 분포를 도시한 도면이다.FIG. 14A illustrates an embodiment of supplying RF power to a plasma generating apparatus according to the present invention, and FIG. 14B illustrates an electric field of a beat wave corresponding to an RF 1 output, which is an RF signal of a first frequency shown in FIG. 13C. FIG. 14C shows a distribution of electric field of a beat wave corresponding to an RF 2 output, which is an RF signal of a second frequency shown in FIG. 13C. FIG. 14D is a diagram showing two of FIG. 14B and FIG. 14C. FIG. 14E is a diagram showing the electric field distribution of the beat wave when the RF signal of the same frequency is applied to the plasma generating apparatus shown in FIG. 14A. .

도 14a에 도시된 플라즈마 발생 장치에 구비되는 전극은 도 7a에 도시된 전극과 동일하다. 이러한 전극의 피드 쓰루에 도 13c에 도시된 바와 같은 두 개의 서로 다른 주파수의 RF 신호를 공급하면, 도 14b 및 도 14c에 도시된 바와 같이 각각의 RF 신호 출력의 맥놀이파에 의한 전기장의 분포를 확인할 수 있다. 이때 13.56MHz의 낮은 주파수를 갖는 RF 신호 출력의 맥놀이파에 의한 전기장의 분포는 도 14c에 도시된 바와 같이 일정정도 균일하지만, 60MHz의 높은 주파수를 갖는 RF 신호 출력의 맥놀이파에 의한 전기장의 분포는 도 14b에 도시된 바와 같이 노드가 존재한다. 이와 같이 전기장 분포의 비균일성은 도 14e에 도시된 바와 같이 60MHz의 높은 주파수를 갖는 두 개의 RF 신호를 도 14a에 도시된 전극의 피드 쓰루에 공급하는 경우에도 동일하게 발생한다. 그러나 도 14d에 도시된 전기장의 분포를 살펴보면, 각각의 맥놀이파에 의한 전기장의 분포가 고주파에서의 전기장 분포를 더욱 균일하게 유지하여 이에 따라 플라즈마 균일도가 현저히 향상됨을 알 수 있다. 이처럼 맥놀이파의 고유한 특성을 이용한 플라즈마 발생장치는 동일 주파수를 사용할 시 발행하는 정상파의 노드를 제거함으로써 대면적에 균일하고 높은 밀도의 플라즈마를 형성할 수 있다. The electrode provided in the plasma generating apparatus shown in FIG. 14A is the same as the electrode shown in FIG. 7A. When the RF signals of two different frequencies as shown in FIG. 13C are supplied to the feed-throughs of these electrodes, as shown in FIGS. 14B and 14C, the distribution of the electric field by the beat wave at each RF signal output is confirmed. Can be. At this time, the distribution of the electric field by the beat wave of the RF signal output having a low frequency of 13.56MHz is uniform to some extent as shown in Figure 14c, but the distribution of the electric field by the beat wave of the RF signal output having a high frequency of 60MHz is There is a node as shown in FIG. 14B. As described above, nonuniformity of the electric field distribution occurs in the case of supplying two RF signals having a high frequency of 60 MHz to the feed through of the electrode shown in FIG. 14A as shown in FIG. 14E. However, looking at the distribution of the electric field shown in FIG. 14D, it can be seen that the distribution of the electric field due to each beat wave maintains the electric field distribution at high frequency more uniformly, thereby significantly improving the plasma uniformity. As such, the plasma generator using the unique characteristics of the beat wave can form a uniform and high-density plasma in a large area by removing nodes of standing waves generated when using the same frequency.

도 15a 내지 도 15e는 두 개의 입력 주파수 차이를 각각 다르게 한 경우의 전기장의 분포를 도시한 도면이다.15A to 15E are diagrams showing distributions of electric fields when two input frequency differences are different from each other.

도 15a 내지 도 15e를 참조하면, 두 개의 RF 신호의 주파수의 차이가 클수록 높은 플라즈마 균일도가 보장된다. 즉 도 15a에 도시된 바와 같이 두 개의 RF 신호의 주파수의 차이가 가장 클 때 전기장의 분포가 균일하고 플라즈마 균일도가 가장 높다. 이때 사용되는 RF 신호의 주파수의 범위는 2MHz 이상 100MHz 이하이고, 두 RF 신호의 주파수 차이는 20MHz 이상 80MHz 이하이다. 한편, 플라즈마의 밀도는 방전 주파수의 제곱에 비례한다. 초단파 대역에서 높은 공진 특성으로 인해 플라즈마 경계면인 쉬스(sheath)의 두께가 얇아지면서 소스와 플라즈마 사이의 에너지 커플링이 보다 향상된다. 이로 인해 플라즈마 밀도는 더욱 높아지게 된다. 또한 두 주파수의 차이와 크기를 조절함으로써 이온 자속과 이온 에너지를 독립적으로 제어할 수 있어 이온 충격에 의한 박막의 결함을 줄이게 되어 소자의 품질을 높일 수 있다.15A to 15E, the greater the difference in frequency between two RF signals, the higher the plasma uniformity. That is, as shown in FIG. 15A, when the frequency difference between the two RF signals is the greatest, the electric field is uniformly distributed and the plasma uniformity is the highest. At this time, the frequency range of the RF signal used is 2MHz or more and 100MHz or less, and the frequency difference between the two RF signals is 20MHz or more and 80MHz or less. On the other hand, the density of the plasma is proportional to the square of the discharge frequency. Due to the high resonance characteristics in the microwave band, the thickness of the sheath, which is the plasma interface, becomes thinner, thereby improving energy coupling between the source and the plasma. This results in a higher plasma density. In addition, by controlling the difference and magnitude between the two frequencies, the ion flux and the ion energy can be controlled independently, thereby reducing the defect of the thin film due to the ion bombardment, thereby improving the device quality.

본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치는 박막 증착 장치, 에칭 장치 등 플라즈마를 이용하는 다양한 반도체 처리 장치에 적용될 수 있다. 이러한 반도체 처리 장치는 챔버 및 챔버 내부에 구비되는 플라즈마 발생 장치를 포함한다. 이때 플라즈마 발생 장치는 도 7a 내지 도 10을 참조하여 설명한 바와 같은 전극을 구비하며, 서로 다른 주파수의 RF 신호를 제공하는 전원장치는 챔버 내부 또는 외부에 선택적으로 설치될 수 있다.The plasma generating apparatus according to the present invention can be applied to various semiconductor processing apparatuses using plasma, such as a thin film deposition apparatus and an etching apparatus. Such a semiconductor processing apparatus includes a chamber and a plasma generating apparatus provided inside the chamber. In this case, the plasma generating apparatus includes an electrode as described with reference to FIGS. 7A to 10, and a power supply unit providing RF signals having different frequencies may be selectively installed inside or outside the chamber.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and the present invention belongs to the present invention without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and such changes are within the scope of the claims.

도 1은 서셉터 상부에 놓인 대면적 평판 전극을 도시한 도면, 1 shows a large area flat plate electrode placed on top of a susceptor;

도 2a 내지 도 2f는 주파수 크기에 따른 대면적 평판 전극에서의 전력 손실을 나타낸 도면,2A to 2F are diagrams showing power loss in a large area flat electrode according to frequency magnitudes;

도 3은 종래의 사다리형 전극을 도시한 도면,3 is a view showing a conventional ladder electrode,

도 4a 및 도 4b는 전극에 동일 주파수의 전원을 공급한 경우 전극 표면의 전위 분포를 도시한 도면,4A and 4B are diagrams showing the potential distribution on the surface of an electrode when the same frequency power is supplied to the electrode;

도 5는 전극에 동일 주파수(60.9MHz) 전원을 공급한 경우의 전극 표면 위의 전기장 및 자기장 분포를 도시한 도면,5 is a diagram illustrating electric and magnetic field distributions on an electrode surface when the same frequency (60.9 MHz) power is supplied to the electrodes;

도 6은 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치의 상세한 구성을 도시한 블록도,6 is a block diagram showing a detailed configuration of a plasma generating apparatus according to the present invention;

도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치에 구비되는 전극의 바람직한 제1실시예를 도시한 도면,7a and 7b are views showing a first preferred embodiment of the electrode provided in the plasma generating apparatus according to the present invention,

도 8은 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치에 구비되는 전극의 바람직한 제2실시예를 도시한 도면, 8 is a view showing a second preferred embodiment of the electrode provided in the plasma generating apparatus according to the present invention,

도 9는 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치에 구비되는 전극의 바람직한 제3실시예를 도시한 도면,9 is a view showing a third preferred embodiment of the electrode provided in the plasma generating apparatus according to the present invention,

도 10은 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치에 구비되는 전극의 바람직한 제4실시예를 도시한 도면,10 is a view showing a fourth preferred embodiment of the electrode provided in the plasma generating apparatus according to the present invention;

도 11a 내지 도 11c는 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치에 구비되는 전극의 내부 프레임의 간격(G)에 따른 전기장의 분포를 도시한 도면,11A to 11C are diagrams showing the distribution of electric fields according to the interval G of the inner frame of the electrode provided in the plasma generating apparatus according to the present invention;

도 12a 및 도 12b는 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치에 구비되는 전극에 RF 전원을 공급하는 방식의 일 예를 도시한 도면,12A and 12B illustrate an example of a method of supplying RF power to an electrode provided in the plasma generating apparatus according to the present invention;

도 13a는 동일 주파수를 서로 다른 방향으로 인가하는 경우의 입력 및 출력의 파형을 도시한 도면, 도 13b는 두 개의 서로 다른 주파수를 서로 다른 방향으로 인가하는 입력의 파형을 도시한 도면, 그리고, 도 13c는 두 개의 서로 다른 주파수를 서로 다른 방향으로 인가한 경우의 출력의 파형을 도시한 도면,FIG. 13A illustrates waveforms of inputs and outputs when the same frequency is applied in different directions, and FIG. 13B illustrates waveforms of inputs that apply two different frequencies in different directions, and FIG. 13c shows a waveform of an output when two different frequencies are applied in different directions;

도 14a는 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치에 RF 전원을 공급하는 일 실시예를 도시한 도면, 도 14b는 도 13c에 도시된 제1주파수의 RF 신호인 RF 1 출력에 대응하는 맥놀이파의 전기장의 분포를 도시한 도면, 도 14c는 도 13c에 도시된 제2주파수의 RF 신호인 RF 2 출력에 대응하는 맥놀이파의 전기장의 분포를 도시한 도면, 도 14d는 도 14b와 도 14c에 도시된 두 개의 맥놀이파의 중첩에 의한 전기장의 분포를 도시한 도면, 그리고, 도 14e는 도 14a에 도시된 플라즈마 발생 장치에 동일한 주파수의 RF 신호를 인가한 경우에 맥놀이파의 전기장의 분포를 도시한 도면, 그리고,FIG. 14A illustrates an embodiment of supplying RF power to a plasma generating apparatus according to the present invention, and FIG. 14B illustrates an electric field of a beat wave corresponding to an RF 1 output, which is an RF signal of a first frequency shown in FIG. 13C. FIG. 14C shows a distribution of electric field of a beat wave corresponding to an RF 2 output, which is an RF signal of a second frequency shown in FIG. 13C. FIG. 14D is a diagram showing two of FIG. 14B and FIG. 14C. FIG. 14E is a diagram showing an electric field distribution due to superimposition of two beat waves, and FIG. 14E is a diagram showing a distribution of electric fields of beat waves when an RF signal of the same frequency is applied to the plasma generator shown in FIG. And,

도 15a 내지 도 15e는 두 개의 입력 주파수 차이를 각각 다르게 한 경우의 전기장의 분포를 각각 도시한 도면이다.15A to 15E are diagrams showing distributions of electric fields when two input frequency differences are different from each other.

Claims

In the plasma generating apparatus for a large area substrate,

An electrode having a rectangular outer frame and a plurality of rod-shaped inner frames spaced apart from each other in an area formed by the outer frame and electrically connected to the outer frame;

One of the outer bars facing each other among the outer bars constituting the outer frame to improve the uniformity of the plasma by removing the node of the standing wave appearing in the plasma formed between the electrode and the substrate disposed opposite to the electrode The power supply unit for supplying an RF signal of a first frequency, the other supplying an RF signal of a second frequency greater than the first frequency; And

And a plurality of feedthroughs respectively provided on the outer bars facing each other and providing RF signals of different frequencies to the electrode supplied from the power supply unit.

The first frequency and the second frequency has a range of 2MHz or more and 100MHz or less, and the frequency difference between the first frequency and the second frequency is 20MHz or more 80MHz or less.

In the plasma generating apparatus for a large area substrate,

A pair of external facing each other among the outer bars constituting the outer frame to remove the standing wave node appearing in the plasma formed between the electrode and the substrate disposed opposite to the electrode to improve the uniformity of the plasma A power supply unit supplying an RF signal of a first frequency to the rod, and supplying an RF signal of a second frequency greater than the first frequency to the pair of external bars facing each other; And

And a plurality of feedthroughs installed on each of the outer bars to provide the electrode with the RF signal of the first frequency and the RF signal of the second frequency supplied from the power supply unit.

In the plasma generating apparatus for a large area substrate,

An electrode having a rectangular outer frame and an inner frame disposed in a region formed by the outer frame and electrically connected to the outer frame;

A pair of outer bars facing each other outside of the outer bar constituting the outer frame to improve the uniformity of the plasma by removing the nodes of the standing wave appearing in the plasma formed between the electrode and the substrate disposed opposite to the electrode A power supply unit supplying an RF signal of a first frequency to the rod, and supplying an RF signal of a second frequency greater than the first frequency to the pair of external bars facing each other; And

The method of claim 3, wherein

The electrode,

A first electrode disposed in a region formed by a first rectangular outer frame and spaced apart from each other, and including a plurality of rod-shaped first inner frames electrically connected to the first outer frame; And

A plurality of second inner frames having a bar shape disposed on the first electrode and spaced apart from each other in an area formed by the second outer frame and electrically connected to the second outer frame. It comprises a second electrode;

And the first electrode and the second electrode are arranged such that the first inner frame and the second inner frame are perpendicular to each other.

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The method according to any one of claims 1, 2 or 4,

And the plurality of inner frames are provided at intervals of 10 mm or more and 50 mm or less.

The method according to any one of claims 1 to 4,

The electrode is plasma generating apparatus, characterized in that made of inconel steel (inconel steel).

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