KR101091556B1 - Plasma source apparatus for large size wafer - Google Patents

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Abstract

대면적 플라즈마 소스장치가 개시된다. 상기 대면적 플라즈마 소스장치는 진공챔버의 상부 또는 하부에 위치하여 외부로부터 소스알에프를 인가받아 상기 진공챔버 내에 정전결합에 의한 플라즈마를 발생시키기 위한 소스전극 및 일단이 상기 소스전극의 외주면에 연결되고, 타단은 상기 진공챔버에 접지되며, 상기 소스알에프에 의해 소스전극으로부터 상기 진공챔버로 흐르는 전류를 조절하는 복수개의 임피던스 박스를 포함하고, 상기 복수개의 임피던스 박스는 각각 RLC로 구성된 병렬 공진회로 또는 RLC로 구성된 직렬 공진회로 또는 가변 RLC로 구성된 병렬 공진회로 또는 가변 RLC로 구성된 직렬 공진회로 중 적어도 어느 하나를 적용하고, 개별적으로 설정되는 임피던스 값을 조절하여 상기 진공챔버 내의 플라즈마가 균일하도록 상기 소스전극의 에지 부위 전위를 동일하게 하는 것을 특징으로 한다. 이를 통해 웨이퍼의 대면적화에 따라 발생되는 스탠딩 웨이브 효과에 의한 플라즈마 밀도의 분균일을 해결할 수 있다.A large area plasma source device is disclosed. The large-area plasma source device is located above or below the vacuum chamber, and receives source RF from the outside, and a source electrode and one end of the plasma chamber generated by electrostatic coupling in the vacuum chamber are connected to an outer circumferential surface of the source electrode. The other end is grounded to the vacuum chamber, and includes a plurality of impedance boxes for controlling the current flowing from the source electrode to the vacuum chamber by the source RF, the plurality of impedance boxes are each a parallel resonant circuit or RLC consisting of RLC An edge of the source electrode is applied such that at least one of a series resonant circuit configured in this embodiment, a parallel resonant circuit composed of variable RLC, or a series resonant circuit composed of variable RLC is applied, and an impedance value set individually is adjusted to uniformly plasma in the vacuum chamber. To make the site potential equal And a gong. Through this, it is possible to solve the dispersion of the plasma density due to the standing wave effect generated by the large area of the wafer.

Description

대면적 플라즈마 소스장치{PLASMA SOURCE APPARATUS FOR LARGE SIZE WAFER}Large Area Plasma Source Device {PLASMA SOURCE APPARATUS FOR LARGE SIZE WAFER}

본 발명은 플라즈마 소스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 판형 안테나인 소스전극의 외주면에 전류 조절을 위한 복수개의 임피던스 박스를 진공챔버에 접지되도록 설치하고 각 임피던스 박스의 임피던스는 개별적으로 조절가능하도록 함으로써, 웨이퍼의 대면적화에 따라 발생되는 스탠딩 웨이브 효과에 의한 플라즈마 밀도의 분균일을 해결하기 위한 대면적 플라즈마 소스에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma source, and more particularly, by installing a plurality of impedance boxes for current control on the outer circumferential surface of the source electrode, which is a plate antenna, to be grounded in the vacuum chamber, and by adjusting the impedance of each impedance box individually, The present invention relates to a large-area plasma source for solving the dispersion of the plasma density due to the standing wave effect generated by the large area of the wafer.

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. In general, a plasma is a gas in which a part of the gas is ionized as a fourth material that is not a solid, a liquid, or a gas. In the plasma, free electrons, cations, neutrons and neutrons are present, causing continuous interaction between them. The control of each component and concentration is important, and from an engineering point of view, the plasma is regarded as an area of gas that can be formed and controlled by an external electromagnetic field.

이러한 플라즈마 발생장치의 종래 기술에 대해 살펴보면 다음과 같다.Looking at the prior art of such a plasma generating apparatus as follows.

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. 이렇게 발생된 플라즈마는 LCD 장치나 태양광 제조용 장치에서 증착이나 에칭 등에 사용된다.As shown in FIG. 1, the plasma generating apparatus of the related art is installed in the vacuum chamber 10 with two flat electrodes, a source electrode 11 and an electrostatic chuck (susceptor or ESC) 12, spaced vertically apart. After placing the substrate 17 on the upper surface of the electrostatic chuck 12 and applying them to the RF (Radio Frequency, respectively) from the outside to form a strong electric field (electric field) between them vacuum chamber The plasma 18 is configured to be generated. Reference numeral 13 denotes a source RF, 14 denotes a bias RF, 15 denotes a source matcher, and 16 denotes a bias matcher. The plasma generated in this way is used for deposition or etching in an LCD device or a photovoltaic device.

한편, 최근에는 웨이퍼의 크기가 대면적화되는 추세이며, 이로 인해 플라즈마를 발생시키기 위한 안테나의 크기 역시 증가하여야 한다. 하지만, 도 1에 도시된 바와 같은 종래 기술에 의하면, 소스전극(11)인 판형 안테나는 플로팅(floating)되어 있기 때문에 경계조건이 확정되지 않고, 이로 인해 소스전극(11)의 중심과 에지간에 전기장의 불균일이 발생하게 되어 도 2에 도시된 바와 같이 소스전극(11)의 에지부위에 전달되는 RF 파워가 감소하게 된다. 이러한 전기장의 불균일은 스탠딩 웨이브 효과를 야기시켜 판형안테나의 에지부위에서 발생되는 플라즈마의 균일도를 떨어뜨리게 된다는 문제점이 있다.On the other hand, in recent years, the size of the wafer has become large, and therefore, the size of the antenna for generating the plasma must also increase. However, according to the related art as shown in FIG. 1, the boundary condition is not determined because the plate-shaped antenna which is the source electrode 11 is floating, and thus the electric field between the center and the edge of the source electrode 11 is not determined. As the non-uniformity of, the RF power delivered to the edge of the source electrode 11 is reduced as shown in FIG. Such non-uniformity of the electric field causes a standing wave effect, thereby lowering the uniformity of plasma generated at the edge portion of the plate antenna.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 웨이퍼의 대면적화에 따라 발생되는 스탠딩 웨이브 효과에 의한 플라즈마 밀도의 분균일을 해결하기 위한 대면적 플라즈마 소스를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a large-area plasma source for solving the plasma density due to the standing wave effect caused by the large area of the wafer. do.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 대면적 플라즈마 소스장치는, 진공챔버의 상부 또는 하부에 위치하여 외부로부터 소스알에프를 인가받아 상기 진공챔버 내에 정전결합에 의한 플라즈마를 발생시키기 위한 소스전극 및 일단이 상기 소스전극의 외주면에 연결되고, 타단은 상기 진공챔버에 접지되며, 상기 소스알에프에 의해 소스전극으로부터 상기 진공챔버로 흐르는 전류를 조절하는 복수개의 임피던스 박스를 포함하고, 상기 복수개의 임피던스 박스는 각각 RLC로 구성된 병렬 공진회로 또는 RLC로 구성된 직렬 공진회로 또는 가변 RLC로 구성된 병렬 공진회로 또는 가변 RLC로 구성된 직렬 공진회로 중 적어도 어느 하나를 적용하고, 개별적으로 설정되는 임피던스 값을 조절하여 상기 진공챔버 내의 플라즈마가 균일하도록 상기 소스전극의 에지 부위 전위를 동일하게 하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the large-area plasma source device according to the present invention includes a source electrode for generating a plasma by electrostatic coupling in the vacuum chamber by receiving a source RF from the outside located above or below the vacuum chamber; One end is connected to an outer circumferential surface of the source electrode, the other end is grounded to the vacuum chamber, and includes a plurality of impedance boxes configured to regulate a current flowing from the source electrode to the vacuum chamber by the source RF; Is applied to at least one of a parallel resonant circuit consisting of RLC, a series resonant circuit consisting of RLC, a parallel resonant circuit consisting of variable RLC, or a series resonant circuit consisting of variable RLC, respectively, and adjusting the impedance values individually set to adjust the vacuum. The source electrode so that the plasma in the chamber is uniform It is characterized by making the edge portion potential of the same.

또한, 소스전극(31)의 형상은, 원판형상 또는 사각형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the shape of the source electrode 31 is characterized in that it consists of a disk shape or a square shape.

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상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 소스전극의 외주면에 전류 조절을 위한 복수개의 임피던스 박스를 진공챔버에 접지되도록 설치하고 각 임피던스 박스의 임피던스는 개별적으로 조절가능하도록 함으로써, 웨이퍼의 대면적화에 따라 발생되는 스탠딩 웨이브 효과에 의한 플라즈마 밀도의 분균일을 해결할 수 있다.As described above, according to the present invention, a plurality of impedance boxes for current regulation are installed on the outer circumferential surface of the source electrode so as to be grounded in the vacuum chamber, and the impedance of each impedance box is individually adjustable, thereby increasing the wafer size. It is possible to solve the dispersion of plasma density due to the standing wave effect generated.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 대면적 플라즈마 소스에 대하여 가장 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, the most preferred embodiment of the large-area plasma source according to the present invention with reference to the accompanying drawings will be described in detail. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art. It is provided for complete information.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 소스를 도시한 도면이며, 도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 박스의 예시를 도시한 도면이다.3 is a diagram showing a plasma source according to an embodiment of the present invention, Figures 5 to 8 are views showing an example of an impedance box according to an embodiment of the present invention.

도 3, 도 5 내지 도 8을 참조하면, 플라즈마 소스는 정전척(미도시)과의 사이에서 정전결합에 의한 플라즈마를 발생시키기 위한 소스전극(31)과, 일단이 소스전극(31)의 외주면에 연결되며, 타단은 진공챔버(30)에 접지되도록 구성된 임피던스 박스(32, 33, 34, 35)를 포함하여 이루어진다. 소스전극(31)은 판형의 안테나이 며, 도 1에 도시된 바와 같이 진공챔버(30)내 또는 진공챔버(30)의 상부에 위치된다. 다만, 실시예에 따라서는 소스전극(31)이 진공챔버(30)의 하부에 위치되는 RIE(Rection Ion Etching) 방식의 적용도 가능하며, 소스전극(31)이 진공챔버(30)의 상부 및 하부 모두에 위치하도록 구성할 수도 있을 것이다.3, 5 to 8, the plasma source is a source electrode 31 for generating a plasma by the electrostatic coupling between the electrostatic chuck (not shown), one end of the outer peripheral surface of the source electrode 31 The other end comprises an impedance box 32, 33, 34, 35 configured to be grounded to the vacuum chamber 30. The source electrode 31 is a plate-shaped antenna, and is located in or in the vacuum chamber 30 as shown in FIG. 1. However, according to the embodiment, the source electrode 31 may be applied in a manner of the method of Reaction Ion Etching (RIE) in which the source electrode 31 is positioned below the vacuum chamber 30. It may be configured to be located at both bottoms.

본 발명에 따르면, 외부의 소스알에프(미도시)에 의해 인가되는 전류는 소스전극(31)과 임피던스 박스(32, 33, 34, 35)를 통해 흐르며, 각 임피던스 박스들(32, 33, 34, 35)의 임피던스 값은 개별적으로 설정 및 조절이 가능하다. 이렇게 함으로써, 각 임피던스 박스들(32, 33, 34, 35)이 연결된 소스전극의 에지부위(A, B, C, D)의 전위를 같게 조절할 수 있으며, 이를 통해 스탠딩 웨이브 효과에 의한 플라즈마 밀도의 분균일을 해결할 수 있다. According to the present invention, a current applied by an external source RF (not shown) flows through the source electrode 31 and the impedance boxes 32, 33, 34, 35, and each of the impedance boxes 32, 33, 34. , 35) can be set and adjusted individually. In this way, the potentials of the edge portions A, B, C, and D of the source electrode to which the impedance boxes 32, 33, 34, and 35 are connected can be adjusted to be equal, thereby adjusting the plasma density due to the standing wave effect. It can solve the uniformity.

여기서 스탠딩 웨이브 효과란 안테나(31)의 크기가 커짐으로 인해 안테나(31)의 중심보다 바깥쪽으로 전달되는 RF 파워효율이 감소하고, 그로 인해 안테나(31) 바깥 쪽에서 생성되는 플라즈마의 밀도가 감소되는 현상을 말한다[Ref.1 XXVIIth Eindhonen, the Netherlands, 18-22 July, 2005, Plasma Processing in the 21st Century, M.A. Lieberman]. 따라서, 본 발명에서는 소스전극(31)의 외주면에 연결된 임피던스 박스(32, 33, 34, 35)의 각 임피던스 값을 조절함으로써, 이와 같은 스탠딩 웨이브 효과를 감소시키기 위한 것이다.Here, the standing wave effect is a phenomenon in which the RF power efficiency transmitted to the outside of the center of the antenna 31 is reduced due to the increase in the size of the antenna 31, and thereby the density of plasma generated outside the antenna 31 is reduced. Ref. 1 XXVIIth Eindhonen, the Netherlands, 18-22 July, 2005, Plasma Processing in the 21 st Century, MA Lieberman. Therefore, in the present invention, by adjusting the respective impedance value of the impedance boxes 32, 33, 34, 35 connected to the outer circumferential surface of the source electrode 31, this standing wave effect is reduced.

임피던스 박스(32, 33, 34, 35) 각각은 도 5에 도시된 바와 같은 RLC로 구성된 병렬 공진회로, 도 6에 도시된 바와 같은 RLC로 구성된 직렬 공진회로, 도 7에 도시된 바와 같은 가변 RLC로 구성된 병렬 공진회로, 도 8에 도시된 바와 같은 가변 RLC로 구성된 직렬 공진회로 중 어느 하나로 구성될 수 있다.Each of the impedance boxes 32, 33, 34, 35 has a parallel resonant circuit composed of an RLC as shown in FIG. 5, a series resonant circuit composed of an RLC as shown in FIG. 6, and a variable RLC as shown in FIG. It can be configured as one of a parallel resonant circuit composed of a series resonant circuit composed of a variable RLC, as shown in FIG.

한편, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 소스를 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 플라즈마 소스는 소스전극(31)이 원판 형상임을 제외하고는 도 3과 동일하게, 소스전극(31)과 외주면에 연결된 복수개의 임피던스 박스들(32, 33, 34, 35)로 구성될 수 있다. 도 3 및 도 4에서 도시된 임피던스 박스는 4개인 경우를 도시하고 있으나, 반드시 4개에 한정되는 것은 아니며, 그 갯수는 당업자의 필요에 따라 결정될 수 있을 것이다.4 is a diagram illustrating a plasma source according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the plasma source has a plurality of impedance boxes 32, 33, 34, and 35 connected to the source electrode 31 and the outer circumferential surface of the plasma source in the same manner as in FIG. 3 except that the source electrode 31 has a disc shape. It can be configured as. 3 and 4 illustrate four cases, but the number of impedance boxes is not necessarily limited to four, and the number may be determined according to the needs of those skilled in the art.

이상 도면과 명세서에서 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.The best embodiments have been disclosed in the drawings and specification above. Although specific terms have been used herein, they are used only for the purpose of describing the present invention and are not used to limit the scope of the present invention as defined in the meaning or claims. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible from this. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

도 1은 종래 기술에 따른 플라즈마 발생장치의 일례를 나타낸 개략도이다.1 is a schematic view showing an example of a plasma generating apparatus according to the prior art.

도 2는 스탠딩 웨이브 효과를 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram for explaining a standing wave effect.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 소스를 도시한 도면이다.3 illustrates a plasma source according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 소스를 도시한 도면이다.4 illustrates a plasma source according to another embodiment of the present invention.

도 5는 도 3 및 도 4의 임피던스 박스가 병렬공진회로인 것을 나타낸 개략도이다.5 is a schematic diagram showing that the impedance box of FIGS. 3 and 4 is a parallel resonant circuit.

도 6은 도 3 및 도 4의 임피던스 박스가 직렬공진회로인 것을 나타낸 개략도이다.6 is a schematic diagram showing that the impedance box of FIGS. 3 and 4 is a series resonant circuit.

도 7은 도 3 및 도 4의 임피던스 박스가 병렬가변공진회로인 것을 나타낸 개략도이다.7 is a schematic diagram showing that the impedance box of FIGS. 3 and 4 is a parallel variable resonance circuit.

도 8은 도 3 및 도 4의 임피던스 박스가 직렬가변공진회로인 것을 나타낸 개략도이다. 8 is a schematic diagram showing that the impedance box of FIGS. 3 and 4 is a series variable resonance circuit.

Claims (6)

대면적 플라즈마 소스장치에 있어서, In the large area plasma source apparatus, 진공챔버의 상부 또는 하부에 위치하여 외부로부터 소스알에프를 인가받아 상기 진공챔버 내에 정전결합에 의한 플라즈마를 발생시키기 위한 소스전극 및 A source electrode positioned above or below the vacuum chamber to receive a source RF from the outside to generate a plasma by electrostatic coupling in the vacuum chamber; 일단이 상기 소스전극의 외주면에 연결되고, 타단은 상기 진공챔버에 접지되며, 상기 소스알에프에 의해 소스전극으로부터 상기 진공챔버로 흐르는 전류를 조절하는 복수개의 임피던스 박스를 포함하고, One end is connected to the outer circumferential surface of the source electrode, the other end is grounded to the vacuum chamber, and includes a plurality of impedance box for controlling the current flowing from the source electrode to the vacuum chamber by the source RF, 상기 복수개의 임피던스 박스는 The plurality of impedance box 각각 RLC로 구성된 병렬 공진회로 또는 RLC로 구성된 직렬 공진회로 또는 가변 RLC로 구성된 병렬 공진회로 또는 가변 RLC로 구성된 직렬 공진회로 중 적어도 어느 하나를 적용하고, Apply at least one of a parallel resonant circuit composed of RLC, a series resonant circuit composed of RLC, a parallel resonant circuit composed of variable RLC, or a series resonant circuit composed of variable RLC, respectively, 개별적으로 설정되는 임피던스 값을 조절하여 상기 진공챔버 내의 플라즈마가 균일하도록 상기 소스전극의 에지 부위 전위를 동일하게 하는 것을 특징으로 하는 대면적 플라즈마 소스장치.A large-area plasma source device, characterized in that the potential of the edge region of the source electrode is equalized so that the plasma in the vacuum chamber is uniform by adjusting the impedance value set individually. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 소스전극의 형상은, 원판형상 또는 사각형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 대면적 플라즈마 소스장치.The source electrode has a large area plasma source device, characterized in that the disk shape or rectangular shape. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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