KR101040924B1 - 플라즈마 발생용 전극 및 이를 포함하는 플라즈마 발생장치 - Google Patents

플라즈마 발생용 전극 및 이를 포함하는 플라즈마 발생장치 Download PDF

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Abstract

플라즈마 발생용 전극 및 이를 포함하는 플라즈마 발생장치가 개시된다. 이러한 플라즈마 발생용 전극은 각각이 아치형 형상을 가지며, 제1 방향을 따라서 배열된 다수의 전극 부재들 및 상기 다수의 전극 부재에 전력을 공급하는 급전부를 포함한다. 따라서, 전극과 기판 사이의 거리를 증가시키면서도 증착률 감소를 보상할 수 있다.

Description

플라즈마 발생용 전극 및 이를 포함하는 플라즈마 발생장치{Electrode for Plasma Generation and Apparatus for Generating plasma}
본 발명은 플라즈마 발생용 전극 및 이를 포함하는 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 대면적에 적용가능한 플라즈마 발생용 전극 및 이를 포함하는 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.
일반적으로, 집적회로장치, 액정표시장치, 태양전지 등과 같은 장치를 제조하기 위한 반도체 제조 공정 중에서, 피처리 기판 상에 박막을 형성하는 공정은 플라즈마 강화 화학기상증착(Plasma Enhanced Camical Vapor Deposition : PECVD) 장치를 통해 진행된다.
PECVD 장치는 챔버의 내부 공간에 형성되어 피처리 기판을 지지 및 가열하기 위한 기판 지지부, 기판 지지부의 상부에 형성되어 피처리 기판을 향해 공정 가스를 분사하는 가스 공급부, 가스를 배출하는 가스 배출부 및 플라즈마 발생용 전극을 포함한다.
한편, 종래에는 플라즈마를 이용하여 기판 위에 필요한 재질의 막을 형성하기 위해 대면적 평판 전극을 사용하였다. 대면적 평판 전극을 사용하는 경우 고밀 도 플라즈마를 발생시키기 위하여 주파수를 증가시키는데, 이때 주파수가 증가함에 따라 전극에서 급격한 전력 손실이 있다. 이를 개선하기 위해서, 사다리 형상의 전극이 개발되었으나, 이러한 사다리 형상의 전극 또한 일부 문제들이 발생되고 있어, 이에 대한 성능 향상의 노력이 지속적으로 진행되고 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 증착의 균일도를 향상시킬 수 있는 플라즈마 발생용 전극을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 이러한 플라즈마 발생용 전극을 포함한 플라즈마 발생장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 특징에 따른 플라즈마 발생용 전극은 각각이 아치형 형상을 가지며, 제1 방향을 따라서 배열된 다수의 전극 부재들 및 상기 다수의 전극 부재에 전력을 공급하는 급전부를 포함한다.
예컨대, 상기 전극 부재들의 중심은 직선을 따라서 배열되거나, 또는 곡선을 따라서 배열될 수 있다. 곡선을 따라 배열되는 경우, 상기 전극 부재들의 중심은 하부의 기판을 향해서 오목한 아치형상으로 배열될 수 있다.
예컨대, 상기 전극 부재들은 중앙부에 배치된 전극 부재를 기준으로 양 단부에 배치되는 전극 부재 방향으로 그 간격이 서로 대칭이 되도록 배열될 수 있다.
예컨대, 상기 다수의 전극 부재들 각각의 단면은 원형, 다각형, H형 중, 어느 하나로 형성될 수 있다.
한편, 상기 급전부는, 상기 전극 부재의 중앙부, 단부 또는 중앙부와 단부 사이를 연결하도록 상기 제1 방향으로 연장되어 형성될 수 있으며, 이때, 상기 급전부는 상기 전극 부재의 중앙부, 단부 또는 중앙부와 단부 사이를 연결하는 선형 의 베이스 부재 및 상기 베이스 부재 상부에서 동일한 간격으로 이격된 다수의 급전점과, 전력이 공급되는 하나의 전력 수신점 사이를, 전기적 길이가 동일하도록 연결하는 연결 부재를 포함하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따른 플라즈마 발생장치는 챔버, 상기 챔버 내부에 가스를 공급하는 가스 공급부, 상기 챔버 내부에서 기판을 지지하는 기판 지지부, 반응 후의 가스를 배출하는 가스 배출부 및 상기 가스에 전력을 인가하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마 발생용 전극을 포함하고, 상기 플라즈마 발생용 전극은 각각이 아치형 형상을 가지며, 제1 방향을 따라서 배열된 다수의 전극 부재들 및 상기 다수의 전극 부재에 전력을 공급하는 급전부를 포함한다.
이와 같은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 발생용 전극에 따르면, 다수의 전극 부재를 아치형상으로 형성함으로써, 전극과 기판 사이의 거리를 증가시키면서도 증착률 감소를 보상할 수 있다. 즉, 기판 중심부 쪽으로 전극과 기판 사이의 거리의 증가를 가져옴과 동시에 기판 가장자리에서는 전극과 기판 사이의 적정 거리를 유지하여 차폐 전기장(sheath E-field)에 의한 제한(confinement)을 약화시키지 않아, 기판 중심부로 전자의 이용을 용이하게 하고, 기판 가장자리에서 중심부로 공정부피를 점진적으로 증가시켜 플라즈마의 확산을 촉진한다. 따라서, 전체적으로 균일한 플라즈마 분포를 구현할 수 있으며 증착 균일도를 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 하기의 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 기술적 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다. 도면들에 있어서, 각 장치 또는 막(층) 및 영역들의 두께는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 과장되게 도시되었으며, 또한 각 장치는 본 명세서에서 설명되지 아니한 다양한 부가 장치들을 구비할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 발생용 전극의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 발생용 전극(100)은 다수의 전극 부재(110)들 및 급전부(120)을 포함한다.
상기 전극 부재(110)들은 기판을 지지하는 기판 지지부(도시안됨)에 대향하게 배치되며, 상기 급전부(120)로부터 공급되는 전력에 의해 플라즈마를 생성시킨다. 상기 전극 부재(110)들 각각은 아치형 형상을 가지며, 제1 방향(D1)을 따라서 배열된다.
상기 전극 부재(110)들은 서로 동일한 이격거리를 가질 수 있고, 이와 다르게 서로 상이한 이격거리를 가질 수 있다. 보다 상세히, 중앙부위에 배치된 전극 부재(110c)을 중심으로 제1 방향으로의 양단부에 배치된 전극 부재(110e) 방향으로 점차적으로 간격이 증가하거나, 감소할 수 있다. 더욱이, 중앙부위에 배치된 전극 부재(110c)을 중심으로 양단부에 배치된 전극 부재(110e) 방향으로 간격이 대칭적으로 증가하거나, 감소할 수 있다.
이 경우, 본 실시예에서의 급전부(120) 또는 이와 다른 일반적인 급전부(도시안됨)을 사용하는 경우에도 중앙부위에 배치된 전극 부재(110c)와 단부에 배치된 전극 부재(110e)의 상호간 캐패시턴스 및 인덕턴스 차이에 의한 플라즈마의 불균일 성을 감소시켜 형성되는 막질의 균일성을 향상시킬 수 있다.
상기 전극 부재(110)들 각각은 동일한 곡률을 갖도록 형성될 수도 있고, 서로 상이한 곡률을 갖도록 형성될 수도 있다. 이에 대해서, 도 4를 참조로 보다 상세히 설명한다.
상기 급전부(120)는 상기 전극 부재(110)에 외부의 전력을 인가한다. 예컨대, 상기 급전부(120)에 인가되는 전력의 주파수는 400KHz에서 300MHz의 범위를 가질 수 있다. 상기 급전부(120)는 예컨대, 상기 전극 부재(110)들의 양 단부에 배치된 제1 급전 부재(120a) 및 제2 급전 부재(120b)를 포함할 수 있다. 상기 제1 급전 부재(120a) 및 제2 급전 부재(120b) 각각은, 베이스 부재 및 연결 부재를 포함한다. 상기 베이스 부재는 선형으로 형성되며, 상기 전극 부재(110)들의 단부를 연결한다. 상기 연결 부재는 상기 베이스 부재 상부에서 동일한 간격으로 이격된 다수의 급전점과, 전력이 공급되는 하나의 전력 수신점 사이를, 전기적 길이가 동일하도록 연결한다. 이에 대해서, 도 5를 참조로 보다 상세히 설명한다.
상기 제1 급전 부재(120a) 및 상기 제2 급전 부재(120b)에는 각각 동일한 주파수의 신호가 인가될 수 있으며, 이와 다르게 상이한 주파수의 신호가 인가될 수 있다. 서로 상이한 주파수가 인가되는 경우, 상기 제1 급전 부재(120a)를 통해서 상기 전극 부재(110)의 일 단부로 인가되어, 상기 제1 방향(D1)과 수직한 제2 방향의 반대방향으로 진행하는 제1 진행파와 상기 제2 급전 부재(120b)를 통해서 상기 전극 부재(110)의 타 단부로 인가되어 상기 제2 방향으로 진행하는 제2 진행파의 합성으로 생성될 수 있는 정상파(standing wave)를 억제하여, 플라즈마의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 급전 부재(120a) 및 상기 제2 급전 부재(120b)는, 전극 부재(110)와 전기적으로 연결되는 지점인 복수의 급전점에서 외부의 신호가 입력되는 전력 수신점에 이르는 경로상에서 급전점에 가까울 수록 어드미턴스가 감소하도록 형성할 수 있다. 이 경우, 전력 수신점에서의 반사파 발생을 억제하여 정상파의 발생을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 전력의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 플라즈마 발생용 전극의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 예시적인 또 다른 실시예에 의한 플라즈마 발생용 전극의 사시도이다. 도 2 및 도 3에서 각각 도시된 플라즈마 발생용 전극(200, 300) 은 도 1에서 도시된 플라즈마 발생용 전극(100)과 급전부(120)가 배치된 위치 및 수량을 제외하면 실질적으로 동일하다. 따라서, 동일 또는 유사한 구성요소는 동일한 참조부호를 병기하고 중복되는 설명은 생략한다.
도 2에서 도시된 플라즈마 발생용 전극(200)의 급전부(220)는 전극 부재(110)들의 중앙부에 부착되며, 도 3에서 도시된 플라즈마 발생용 전극(300)의 급전부(120)를 구성하는 제1 급전 부재(120a) 및 제2 급전 부재(120b)는 전극 부재(110)의 중앙부와 단부 사이에 서로 대칭적으로 배치된다.
도 4는 도 1 내지 3에서 도시된 플라즈마 발생용 전극의 전극 부재의 단면부를 개략적으로 도시한 단면도이다.
상기 전극 부재(110)들의 중심은 직선을 따라서 배열되거나, 또는 도 4에서 도시된 바와 같이, 곡선을 따라서 배열될 수 있다. 이때, 상기 전극 부재(110)들의 중심은 하부의 기판을 향해서 오목한 아치형상으로 배열될 수 있다. 이와 같이, 상기 전극 부재(110)들의 중심이 아치형상으로 배열되는 경우, 중심부에 배치된 전극 부재(110c)들과 단부에 배치된 전극 부재(110e) 사이의 인덕턴스 차이를 보상하는 효과뿐만 아니라, 하부에 발생된 플라즈마를 중심부로 제한(confine)하는 효과를 가질 수 있다.
이렇게 전극 부재(110)들의 중심이 아치형으로 배열되는 경우, 도 5에서 도시된 베이스 부재(121)는 아치형으로 형성된다.
도 5는 도 1 내지 3에서 도시된 플라즈마 발생용 전극의 급전부의 일 실시예를 도시한 사시도이다.
도 5를 참조하면, 급전부(120)는 베이스 부재(121) 및 연결 부재를 포함한다. 상기 베이스 부재(121)는 도 2에서 보여지는 바와 같이, 상기 전극 부재의 중앙부를 연결하거나, 도 1에서 보여지는 바와 같이 상기 전극 부재의 단부를 연결하거나 또는 도 3에서 보여지는 바와 같이 상기 전극 부재의 중앙부와 단부 사이를 연결한다. 상기 연결 부재는 상기 베이스 부재(121) 상부에서 동일한 간격으로 이격된 다수의 급전점과, 전력이 공급되는 하나의 전력 수신점(RF) 사이를, 전기적 길이가 동일하도록 연결한다. 이를 위해서 연결부는, 예컨대 도 5에서 보이는 바와 같은 구조를 가질 수 있다.
보다 상세히, 급전부(120)는 접속유닛을 두 개 포함하는 3차원 구조를 가지며, 전극 부재(110) 상에 위치하는 복수의 급전점에 직접 결합되거나, 상면에 복수의 급전점이 위치하는 베이스부재(121)에 의해 전극 부재(110)에 결합될 수 있다. 예컨대, 급전점의 개수는 8개일 수도 있고, 그 배수인 8n개가 될 수도 있다.
베이스부재(121) 또는 전극 부재(110) 상에 위치하는 각 급전점에는 복수의 제1 부재(122) 및 제2 부재(123)가 결합된다. 즉, 급전점이 8개인 경우에는 4개의 급전점에 두 개의 제1 부재(122)가 결합된다.
각각의 제1 부재(122)는 일 방향으로 길게 형성되며 각각의 급전점에 연결되어 서로 평행하게 배치되는 한 쌍의 제1수직부(122a)와, 한 쌍의 제1수직부(122a)의 각 단부로부터 제1수직부(122a)의 길이방향과 교차하는 방향으로 연장 형성되는 한 쌍의 제1연장부(122b)와, 한 쌍의 제1연장부(122b)의 각 단부를 서로 연결하는 제1 연결부(122c)를 가진다. 이때 제1연장부(122b)는 제1수직부(122a)의 길이방향과 직교하는 방향으로 연장 형성될 수 있다.
각각의 제2 부재(123)는 일 방향으로 길게 형성되며 각각의 제1수직부(122a)와 교번적으로 각각의 급전점에 연결되어 서로 평행하게 배치되는 한 쌍의 제2수직부(123a)와, 한 쌍의 제2수직부(123a)의 각 단부로부터 제2수직부(123a)를 포함하는 평면을 기준으로 제1연장부(122b)의 길이방향과 타방향으로 연장 형성되는 한 쌍의 제2연장부(123b)와, 한 쌍의 제2연장부(123b)의 각 단부를 서로 연결하는 제2 연결부(123c)를 가진다. 8개의 급전점이 일직선 상에 위치하게 되면 제1수직부(122a)와 제2수직부(123b)는 동일 평면상에 서로 교번적으로 배치된다. 또한 제1 부재(122)와 제2 부재(123)의 수직부(122a, 123a), 연장부(122b, 123b) 및 연결부(122c, 123c)는 각각 그 길이가 서로 동일하다.
한편, 제1 부재(122) 및 제2 부재(123)는 급전점들이 위치하는 직선을 회전축으로 하여 회전 가능한 구조를 가질 수 있다. 즉, 제1 부재(122)의 수직부(122a)와 제2 부재(123)의 수직부(123b)는 전극 부재(110)의 상면에 대해 직교할 수도 있고, 일정 각도만큼 기울어진 구조를 가질 수도 있다. 다만, 제1 부재(122) 및 제2 부재(123)의 위쪽으로 다른 구성요소들이 결합하게 되므로 모든 제1 부재(122)와 제2 부재(123)는 전극 부재(110)의 상면에 대해 동일한 각도를 가지도록 베이스부재(121) 또는 전극 부재(110)에 결합된다.
제1 연결 부재(124)는 복수의 제1 부재(122)를 서로 연결하며, 제2 연결 부 재(125)는 복수의 제2 부재(123)를 서로 연결하기 위해 구비된다.
구체적으로, 제1 연결 부재(124)는 일 방향으로 서로 이격되어 배치되는 복수의 제1 부재(122)의 상측에 배치되며, 양 단부가 제1 연결부(122c)의 중심에 각각 연결된다. 또한 제2 연결 부재(125)는 제1 부재(122)의 배치 방향과 동일한 방향으로 서로 이격되어 배치되는 복수의 제2 부재(123)의 상측에 배치되며, 양 단부가 제2 연결부(123c)의 중심에 각각 연결된다. 또한 제1 연결 부재(124)와 제2 연결 부재(125)의 높이는 서로 동일하다. 제1 부재(122) 및 제2 부재(123)에 이어 제1 연결 부재(124)와 제2 연결 부재(125)까지 연결됨으로써 급전부(120)는 2층으로 쌓아올려진 형태를 가지게 된다.
마지막으로 급전부재(126)는 제1 연결 부재(124)와 제2 연결 부재(125)의 중심을 서로 연결하며, 중심에 고주파 신호의 공급지점이 위치한다. 급전용 연결 부재(126)는 도 8a에 도시된 바와 같이 양 단부가 서로 반대방향으로 절곡되어 각각 제1 연결 부재(124)와 제2 연결 부재(125)의 중심에 결합된 형태를 가질 수도 있으며, 제1 연결 부재(124)와 제2 연결 부재(125)의 중심을 직접 연결하는 직선의 형태를 가질 수도 있다.
또한 급전용 연결 부재(126)의 중심에는 고주파 신호가 공급되며, 급전용 연결 부재(126)에 공급된 고주파 신호는 연결부재(124, 125)를 거쳐 제1 부재(122) 및 제2 부재(123)를 각각 통과하여 베이스부재(121) 또는 전극 부재(110)의 상면에 위치하는 급전점까지 전달된다. 이후 전극 부재(110)로 제공된 고주파 신호는 전극(100)의 하단에 위치하는 기판과의 사이에 플라즈마를 발생시키게 된다. 본 발명 에 따른 플라즈마 발생용 전극(100)이 정면 및 측면에서 보았을 때 대칭인 3차원 구조를 가지기 때문에 고주파 신호가 공급되는 급전용 연결 부재(126)의 중심으로부터 각각의 급전점까지의 전기적 길이는 모두 동일하게 된다.
급전점의 수가 또 다른 8의 배수, 즉 8, 16,…등인 경우에는 도 5에 도시된 것과 같은 형태를 가진 복수의 급전부(120)를 측방향으로 나란히 연결하여 전극(100)을 구현할 수 있다.
한편, 급전점의 수가 4개인 경우, 즉 급전부(120)에 접속유닛이 한 개 포함되는 경우에도 대칭적인 구조를 가지는 급전부(120)를 구현할 수 있다. 급전점이 4개인 경우, 각각 한 개씩의 제1 부재(122) 및 제2 부재(123)가 각각의 수직부(122a, 123a)가 서로 교번적으로 배치되도록 급전점에 결합된다. 제1 부재(122)와 제2 부재(123)가 각각 한 개씩 구비되므로 급전점이 8개인 경우와 다르게 제1 연결 부재(124)와 제2 연결 부재(125)가 구비될 필요성이 없어지게 된다. 따라서 급전용 연결 부재(126)는 제1 부재(122)의 제1 연결부(122c)와 제2 부재(123)의 제2 연결부(123c)의 중심을 서로 연결하며, 급전용 연결 부재(126)의 중심에 고주파 신호가 입력된다. 본 발명에 따른 플라즈마 발생용 전극(100)의 급전부(120)는 고주파 신호가 입력되는 급전용 연결 부재(126)의 중심에 형성된 전력 수신점(RF)으로부터 각 급전점까지의 전기적 길이가 모두 동일하므로 고주파 신호가 동일하게 분배된다.
본 발명에 따른 플라즈마 발생용 전극(100)이 3차원 대칭구조의 급전부(120)를 구비함으로써 전극 부재(110)에서 정상파의 발생이 억제되어 기판 상에 밀도가 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 도 1 내지 3에서 도시된 플라즈마 발생용 전극의 전극 부재의 단면도들이다.
도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 의한 플라즈마 발생용 전극의 전극 부재(110)들은 원형(110a), 다각형(110b), 또는 H형상(110c)의 단면을 가질 수 있다. 특히, H형상(110c)을 갖는 경우, 처짐 방지에 매우 효과적이다. 본 발명에 의한 플라즈마 발생용 전극에서, 전극 부재(110)들은 아치형으로 형성되어 처짐 방지에 그 자체로 효과적이지만, H형상(110c)을 갖는 경우 고온의 챔버 내부에서도 처짐이 보다 더 방지될 수 있다.
도 7은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 개략도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 발생장치(700)는 챔버(701), 가스 공급부(702), 기판 지지부(703), 가스 배출부(704) 및 플라즈마 생성용 전극(100)을 포함한다. 상기 가스 공급부(702)는 상기 챔버(701) 내부에 가스를 공급하고, 상기 기판 지지부(703)는 상기 챔버(701) 내부에서 기판(S)을 지지한다. 또한, 상기 가스 배출부(704)는 반응 후의 가스를 배출한다. 상기 플라즈마 발생용 전극(100)은 상기 가스에 전력을 인가하여 플라즈마를 생성한다. 상기 플라즈마 발생용 전극(100)은 앞서 설명한 어느 하나의 플라즈마 발생용 전극들(100, 200, 300) 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 또한, 나머지 구성요소는 통상의 것과 동일하므로, 더 이상의 설명은 생략한다.
이하, 본 발명에 의한 플라즈마 발생용 전극 및 이를 포함하는 플라즈마 발생장치의 원리 및 효과를 보다 상세히 설명한다.
RF 파워가 인가되는 전극의 양단 근처에 가장 큰 전기장이 형성되고, 이 전기장으로 부터 에너지를 얻은 전자들이 플라즈마를 발생시킨다. 이 후 큰 에너지를 가진 전자들의 이동(transport)과 플라즈마의 확산(ambipolar diffusion)에 의해서 플라즈마의 분포는 평형상태에 이른다.
평형상태에 이른 플라즈마의 분포를 결정하는 중요한 변수는 L, λ, R의 세가지 특성길이(Characteristic length)로 나타낼 수 있다. 여기서, L은 전극과 기판 사이의 거리(process gap)으로서, 일반적으로 1 내지 4cm이고, λ는 에너지 릴렉세이션 길이(energy relaxation length)로 전자가 에너지를 흡수하여 소비할 때까지 움직일 수 있는 거리이고, R은 최대 전기장의 반지름이다. 여기서, L은 기구적으로 조정 가능하며, λ는 압력에 반비례하고, R은 전극의 형상 및 파워가 인가되는 위치에 따라 변한다.
시뮬레이션과 실험을 통해 얻은 이들의 관계에 따른 플라즈마의 분포는 다음표 1과 같다.
케이스 특성 길이간의 상호관계 플라즈마 분포( Density Peak )
1 L << R < λ 에지부를 향함
2 L < R < λ 중심부를 향함
3 L < λ < R 에지부를 향함
4 λ < L < R 에지부를 향함
5 λ < R < L 중심부를 향함
6 R < λ < L 중심부를 향함
위의 표 1에서 도시된 바와 같이, 플라즈마의 분포가 중심부를 향하는 케이스 2, 5 및 6이 바람직하다.
우선, L이 가장 큰 케이스 5 및 케이스 6은, 다른 두 가지 요소인 λ 및 R에 무관하게 균일한 분포를 얻을 수 있었으나, 공정 부피의 증가로 인한 전반적인 플마즈마 밀도의 감소로 RF파워 및 공정가스의 증가가 요구될 수도 있다. 한편, λ가 가장 큰 경우는 전자들이 챔버 내부의 벽에 의해서 손실되어 이온화에 기여할 수 있을 만큼 챔버 내에서의 수명에 도달하지 못하기 때문에 플라즈마 자체를 유지하기도 힘들 수 있지만, 차폐 전기장(sheath E-field)의 정전기적 제한(electrostatic confinement)으로 챔버의 중심부 쪽으로 이동하며 플라즈마 분포에 기여한다.
도 8은 전극과 기판 사이의 거리(L)에 따른 플라즈마 분포에 대한 시뮬레이션 결과와 증착 패턴을 도시하는 사진이다. 도 8에서, 시뮬레이션 및 증착 조건은 L 이외에는 모두 동일하다.
L이 작을 때(L <<<λ)는 전자들의 이동보다는 손실이 크기 때문에 밀도 피크(density peak)가 파워가 인가되는 부분에 형성되며 이때 챔버 중심부와 가장자리의 분압 (partial pressure) 및 전위차에 의해 플라즈마가 챔버 중심부로 일부 확산된다.
L이 증가함에 따라 (L < λ ->λ < L) 전자의 이동과 플라즈마의 확산이 활성화되면서, 그 분포가 균일해지며, 계속되는 L의 증가 (λ <<< L)는 전극과 접지(ground)와의 거리, 즉 플라즈마를 통한 전류 흐름(current path)의 증가로 차폐 전기장(sheath E-field)을 약화시켜 전자의 손실을 증가시키며, 공정 부피의 증가로 전체적인 플라즈마 밀도의 감소를 가져와 기판 전면적에서 증착률이 감소한다.
따라서, 본 발명에서와 같이, 전극 부재를 아치형으로 형성하는 경우, L을 증가시키면서도 증착률 감소를 보상할 수 있다. 즉, 기판 중심부 쪽으로 L의 증가를 가져옴과 동시에 기판 가장자리에서는 적정 L을 유지하여 차폐 전기장(sheath E-field)에 의한 제한(confinement)을 약화시키지 않아, 기판 중심부로 전자의 이용을 용이하게 하고, 기판 가장자리에서 중심부로 공정부피를 점진적으로 증가시켜 플라즈마의 확산을 촉진한다. 따라서, 전체적으로 균일한 플라즈마 분포를 구현할 수 있으며 증착 균일도를 향상시킬 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 발생용 전극의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 플라즈마 발생용 전극의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 또 다른 실시예에 의한 플라즈마 발생용 전극의 사시도이다.
도 4는 도 1 내지 3에서 도시된 플라즈마 발생용 전극의 전극 부재의 단면부를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 도 1 내지 3에서 도시된 플라즈마 발생용 전극의 급전부의 일 실시예를 도시한 사시도이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 1 내지 3에서 도시된 플라즈마 발생용 전극의 전극 부재의 단면도들이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 발생장치의 개략도이 다.
도 8은 전극과 기판 사이의 거리(L)에 따른 플라즈마 분포에 대한 시뮬레이션 결과와 증착 패턴을 도시하는 사진이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 플라즈마 발생용 전극 110: 전극 부재
120: 급전부 120a: 제1 급전 부재
120b: 제2 급전 부재 121: 베이스 부재
122: 제 1 부재 122a: 제1 수직부
122b: 제1 연장부 122c: 제1 연결부
123: 제2 부재 123a: 제2 수직부
123b: 제2 연장부 123c: 제2 연결부
124: 제1 연결 부재 125: 제2 연결 부재
126: 급전용 연결 부재 700: 플라즈마 발생장치
701: 챔버 702: 가스 공급부
703: 기판 지지부 704: 가스 배출부

Claims (14)

  1. 각각이 아치형 형상을 가지며, 제1 방향을 따라서 배열된 다수의 전극 부재들; 및
    상기 다수의 전극 부재에 전력을 공급하는 급전부를 포함하는 플라즈마 발생용 전극.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전극 부재들의 중심은 직선을 따라서 배열되거나, 또는 곡선을 따라서 배열된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생용 전극.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전극 부재들의 중심은 하부의 기판을 향해서 오목한 아치형상으로 배열된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생용 전극.
  4. 제2항에 있어서, 상기 전극 부재들은 중앙부에 배치된 전극 부재를 기준으로 양 단부에 배치되는 전극 부재 방향으로 그 간격이 서로 대칭인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생용 전극.
  5. 제1항에 있어서, 상기 다수의 전극 부재의 단면은 원형, 다각형, H형 중, 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생용 전극.
  6. 제1항에 있어서, 상기 급전부는, 상기 전극 부재의 중앙부, 단부 또는 중앙부와 단부 사이를 연결하도록 상기 제1 방향으로 연장되어 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생용 전극.
  7. 제6항에 있어서, 상기 급전부는
    상기 전극 부재의 중앙부, 단부 또는 중앙부와 단부 사이를 연결하는 선형의 베이스 부재; 및
    상기 베이스 부재 상부에서 동일한 간격으로 이격된 다수의 급전점과, 전력이 공급되는 하나의 전력 수신점 사이를, 전기적 길이가 동일하도록 연결하는 연결 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생용 전극.
  8. 챔버;
    상기 챔버 내부에 가스를 공급하는 가스 공급부;
    상기 챔버 내부에서 기판을 지지하는 기판 지지부;
    반응 후의 가스를 배출하는 가스 배출부; 및
    상기 가스에 전력을 인가하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마 발생용 전극을 포함하고,
    상기 플라즈마 발생용 전극은 각각이 아치형 형상을 가지며, 제1 방향을 따라서 배열된 다수의 전극 부재들 및 상기 다수의 전극 부재에 전력을 공급하는 급전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 전극 부재들의 중심은 직선을 따라서 배열되거나, 또는 곡선을 따라서 배열된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 전극 부재들의 중심은 하부의 기판을 향해서 오목한 아치형상으로 배열된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 전극 부재들은 중앙부에 배치된 전극 부재를 기준으로 양 단부에 배치되는 전극 부재 방향으로 그 간격이 서로 대칭인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  12. 제8항에 있어서, 상기 다수의 전극 부재의 단면은 원형, 다각형, H형 중, 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  13. 제8항에 있어서, 상기 급전부는, 상기 전극 부재의 중앙부, 단부 또는 중앙부와 단부 사이를 연결하도록 상기 제1 방향으로 연장되어 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 급전부는
    상기 전극 부재의 중앙부, 단부 또는 중앙부와 단부 사이를 연결하는 선형의 베이스 부재; 및
    상기 베이스 부재 상부에서 동일한 간격으로 이격된 다수의 급전점과, 전력이 공급되는 하나의 전력 수신점 사이를, 전기적 길이가 동일하도록 연결하는 연결 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
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