KR101105420B1 - 플라즈마 기판 처리 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
기판이 수납된 챔버 내에 상호 수직 대향 배치된 적어도 두 개의 주 전극을 포함하는 주 전극부에 공급되는 제 1 전력 및 챔버 내에 상호 수평 대향 배치된 적어도 두 개의 보조 전극을 포함하는 보조 전극부에 공급되는 제 2 전력을 설정하고, 챔버 내에 유체를 주입하고, 주 전극부 및 보조 전극부에 제 1 전력 및 제 2 전력을 공급함으로써, 결정질 실리콘 박막 증착 속도를 높일 수 있는 플라즈마 기판 처리 장치 및 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 플라즈마 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 방식을 이용하여 박막을 증착하는 플라즈마 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 태양전지는 PN 접합된 반도체에서 태양광에 의해 여기된 소수캐리어의 확산에 의하여 발생하는 기전력을 이용하는 것으로, 이에 사용되는 반도체 재료의 종류에는 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 비정질 실리콘, 화합물 반도체 등이 있다.
이때, 단결정 실리콘이나 다결정 실리콘을 이용하면 발전 효율은 높지만 재료비가 비싸고 공정이 복잡하기 때문에 최근에는 유리나 플라스틱 등의 기판에 비정질 실리콘이나 화합물 반도체 등을 증착하는 박막 태양전지가 주목을 받고 있다.
이러한 비정질 실리콘을 이용하는 박막 태양전지는 투명 기판의 상부에 제 1 전극, 비정질 실리콘(a-Si:H)의 반도체층, 제 2 전극이 순차적으로 형성된 구조를 가진다. 구체적으로, 투명 기판은 유리나 투명한 플라스틱 재질이 이용되고, 제 1 전극은 투명 기판 쪽에서 입사되는 태양광의 투과를 위하여 투명 전도성 산화물(Transparent conductive oxide: TCO) 박막으로 형성된다. 그리고 반도체층은 제 1 전극 쪽에서부터 P형 반도체층, 광흡수율을 높이기 위한 진성(intrinsic) 반도체층, N형 반도체층이 순차적으로 적층되어 PIN 접합면을 구성한다. 또한, 제 2 전극은 제 1 전극과 마찬가지로 TCO 박막이 증착되거나 Al, Cu, Ag 등의 금속 박막이 증착되어 형성된다.
이와 같은 박막 태양전지에서는 투명 기판 측에서 태양광이 조사되면 반도체층에서 생성된 소수 캐리어가 PIN 접합면을 가로질러 확산되면서 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 전압 차에 의해 기전력이 발생된다.
그런데 비정질 실리콘을 이용하는 박막 태양전지는 단결정 또는 다결정 실리콘을 이용하는 태양전지나 화합물 반도체를 이용하는 태양전지에 비하여 에너지 변환 효율이 매우 낮고, 빛에 장시간 노출되면 특성 열화 현상(Staebler-Wronski Effect)이 나타나서 시간이 갈수록 효율이 저하되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 비정질 실리콘 대신에 결정질 실리콘(μc-Si:H 또는 nc-SiH)을 이용하는 결정질 실리콘 박막 태양전지가 있다. 결정질 실리콘은 비정질 실리콘과 단결정 실리콘의 경계 물질로서 증착 방법에 따라 수십 내지 수백 nm의 결정크기를 가지며, 비정질 실리콘과 같은 특성 열화 현상이 없다는 장점이 있다.
그런데 비정질 실리콘을 사용하는 태양전지는 비정질 실리콘 층을 약 400 nm정도의 두께로 증착하면 되지만, 결정질 실리콘을 사용하는 태양전지의 경우 장파장 대역의 광흡수율을 높이기 위해 결정질 실리콘 층을 약 1~5 μm의 두께로 증착해야 하며, 이 경우 증착 속도가 매우 느리기 때문에 생산성을 제한하는 요인이 되고 있다. 또한, 플라즈마 생성 효율성으로 인해 박막의 품질 또한 저하되는 경우가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 결정질 실리콘 박막 증착 속도를 높일 수 있는 PECVD 방식의 플라즈마 기판 처리 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
또한, 결정질 실리콘 박막의 품질을 향상시킬 수 있는 플라즈마 기판 처리 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로써, 본 발명의 일 측면에 따른 플라즈마 기판 처리 장치는, 플라즈마 생성을 위한 유체가 주입되고 기판의 수납이 가능한 챔버, 상기 챔버 내에 상호 수직 대향 배치된 적어도 두 개의 주 전극을 포함하는 주 전극부, 상기 챔버 내에 상호 수평 대향 배치된 적어도 두 개의 보조 전극을 포함하는 보조 전극부 및 상기 주 전극부와 상기 보조 전극부에 전력을 공급하는 전력공급부를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 플라즈마 기판 처리 방법은, 기판이 수납된 챔버 내에 상호 수직 대향 배치된 적어도 두 개의 주 전극을 포함하는 주 전극부에 공급되는 제 1 전력 및 상기 챔버 내에 상호 수평 대향 배치된 적어도 두 개의 보조 전극을 포함하는 보조 전극부에 공급되는 제 2 전력을 설정하는 단계, 상기 챔버 내에 유체를 주입하는 단계 및 상기 주 전극부 및 상기 보조 전극부에 상기 제 1 전력 및 제 2 전력을 공급하는 단계를 포함한다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 플라즈마 기판 처리 장치에 구비되는 주 전극부과 보조 전극부에 전력을 공급하여 플라즈마 생성 밀도를 증가시킴으로써 결정질 실리콘의 박막 증착 속도를 증가시킬 수 있으며 플라즈마 기판 처리의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 전극부의 배향 구조를 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 보조 전극부의 배향 구조를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 수행 시 플라즈마 밀도에 따른 박막 증착률을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 시 XRD(X-Ray Diffraction) 분석 결과 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 시 라만 스펙트럼 분석 결과 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 전극부의 배향 구조를 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 보조 전극부의 배향 구조를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 수행 시 플라즈마 밀도에 따른 박막 증착률을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 시 XRD(X-Ray Diffraction) 분석 결과 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 시 라만 스펙트럼 분석 결과 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호로 표기한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치를 도시한 도면이다.
그리고 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 전극부의 배향 구조를 나타내는 평면도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 보조 전극부의 배향 구조를 나타내는 평면도이다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치(100)는 플라즈마 화학 기상 증착(PECVD: Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 방식으로 플라즈마 밀도를 높여 결정질 실리콘 박막의 증착 속도를 높일 수 있다.
구체적으로, 도 1에서와 같이 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치(100)는 제 1 전극(110), 제 2 전극(120), 제 1 전원(130), 챔버(140), 유체 공급부(150), 제 1 보조 전극(160), 제 2 보조 전극(170) 및 제 2 전원(180)을 포함한다. 이때, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치(100)는 챔버(140) 내부의 진공 형성이 가능한 진공배기계(미도시)를 포함할 수 있다.
제 1 전극(110)과 제 2 전극(120)은 플라즈마 발생을 위한 기전력을 발생시키는 주 전극으로서, 챔버(140) 내에 상호 수직 대향 구비되며 전력의 인가에 따라 전기장을 형성시킨다. 여기서, 제 1 전극(110)과 제 2 전극(120)은 각각 복수의 전극으로 구성될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 이와 같은 주 전극들의 집합을 주 전극부라한다.
구체적으로, 도 1에서 제 1 전원(130)은 제 1 전극(110)에 RF(Radio Frequency) 전력을 공급하며, 제 2 전극(120)은 접지된다. 이때, 제 1 전극(110)에 RF 전력이 공급되면 제 1 전극(110)과 제 2 전극(120) 간에 전기장이 형성된다. 이와 같은 전기장 형성으로 인해 하전 입자들이 ±z 방향으로 교번 가속되어 더 높은 플라즈마 밀도가 형성될 수 있다.
참고로, 제 1 전극(110)의 크기에 따라 인가되는 전력은 달라질 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(110)의 직경이 200 mm 인 경우 인가되는 RF 전력은 50 ~ 300 W 내외이며, 제 1 전원(130)은 30 KHz ~ 13.56 MHz의 주파수를 가질 수 있다. 이때, 상기 주파수의 범위는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 최근 들어 소자 패턴이 갈수록 미세해짐에 따라 고밀도 플라즈마에 대한 요구가 증가하고 있으므로 이를 위해 20 MHz ~ 300 MHz 정도의 초단파 영역의 RF 전력을 공급할 수 있다.
또한, 플라즈마 기판 처리 장치(100)에서는 제 1 전원(130)으로부터 인가되는 RF 전력이 매칭 박스(미도시)를 통해 제 1 전극(110)에 인가될 수 있다. 이와 같은, 매칭 박스(미도시)는 인가될 RF 전력이 챔버(140)에 정합되어 인가되도록 한다.
한편, 주 전극부에 인가되는 전력은 RF 전력 이외에도 DC, AC, unipolar pulse 방식, bipolar pulse 방식 등 다양한 전력이 사용될 수 있다.
챔버(140)는 기판 처리 공정이 진행되는 공간으로서, 내부가 진공 상태로 배기 및 유지 가능하도록 구성된다. 이때, 챔버(140)는 일측에 제 1 전극(110)이 마련되고, 제 1 전극(110)의 수직 타측에 제 2 전극(120)이 마련된다. 이때, 제 1 전극(110) 및 제 2 전극(120)은 수직 방향으로 일정 거리 이격된 상태에서 상호 평행하게 배치되거나, 상호 소정의 각도를 이루도록 배치될 수도 있다.
이때, 제 1 전극(110)을 향하는 제 2 전극(120)의 면에는 박막이 증착될 기판(W)이 배치되며, 제 2 전극(120)에는 기판(W)을 고정시키는 별도의 고정 수단이 마련될 수 있다. 또한, 챔버(140)는 유체가 반입 또는 반출되는 출입구(미도시 됨)를 포함할 수 있다.
유체 공급부(150)는 챔버(140) 내에 플라즈마 생성을 위한 유체를 공급한다. 구체적으로, 유체 공급부(150)는 질소, 산소, 아르곤 또는 헬륨 등과 같은 유체를 공급 가능하도록 구성되며, 전구체로서 Cyclomethicone (D4 = C8H24SI4O4), Hexamethyldisiloxane (HMDSO) 또는 옥타메틸사이클로테트라실록산(OMCTS)을 공급가능하도록 구성된다.
제 1 보조 전극(160)과 제 2 보조 전극(170)은 플라즈마 발생을 위한 기전력을 발생시키는 보조 전극으로서, 챔버(140) 내에서 상호 수평 대향 구비되며 전력의 인가에 따라 전기장을 형성시킨다. 제 1 보조 전극(160)과 제 2 보조 전극(170)은 각각 복수의 전극으로 구성될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 이와 같은 보조 전극들의 집합을 보조 전극부라한다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치(100)에서는 도 2에서 나타낸 바와 같이 하나의 제 1 보조 전극(160)과 하나의 제 2 보조 전극(170)이 상호 수평 대향하여 구비될 수 있다. 이때, 제 1 보조 전극(160)에는 제 2 전원(180)으로부터 RF 전력이 인가되고 제 2 보조 전극(170)은 접지되며, 두 보조 전극 사이에 전기장이 형성된다. 이와 같은 전기장 형성으로 인해 하전 입자들이 ±y 방향으로 교번 가속되어 더 높은 플라즈마 밀도가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치(100)에서는 도 3에서 나타낸 바와 같이, 복수의 제 1 보조 전극과 복수의 제 2 보조 전극이 수평으로 상호 교차하여 구비될 수 있다. 이때, 도 3의 (a)에서는 두 개의 제 1 보조 전극(161, 162)에 제 2 전원(180)으로부터 전력이 인가되고, 두 개의 제 2 보조 전극(171, 172)이 접지되어 각각 교차 배치된 제 1 보조 전극(161, 162)과 제 2 보조 전극(171, 172) 간에 전기장이 형성된다. 또한, 도 3의 (b)에서는 두 개의 제 1 보조 전극(161, 162)에 제 2 전원(180)으로부터 전력이 인가되고, 세 개의 제 2 보조 전극(171, 172, 173)이 접지되어 각각 교차 배치된 제 1 보조 전극(161, 162)과 제 2 보조 전극(171, 172, 173) 간에 전기장이 형성된다.
이처럼, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치(100)에서는 제 1 보조 전극과 제 2 보조 전극의 개수가 챔버(140) 내 수용 가능한 개수 내에서 다양하게 설정될 수 있다. 즉, 챔버(140) 내 제 1 보조 전극과 제 2 보조 전극은 도 3의 (a)에서와 같이 서로 동일한 개수로 구비되거나, 도 3이 (b)에서와 같이 비대칭 개수로 구비될 수 있다.
다시 도 1로 돌아가서, 제 1 보조 전극(160)의 크기에 따라 인가되는 전력은 달라질 수 있으며, 제 1 전원(130)과 제 2 전원(180)이 둘 다 RF 전원일 때 제 2 전원(180)은 제 1 전원(130)에서 공급되는 전력보다 높은 주파수를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 2 전원(180)은 300 MHz 이상의 UHF 전력을 공급할 수 있다.
또한, 제 1 보조 전극(160) 및 제 2 보조 전극(170)은 제 2 전극(120)에 배치된 기판(W)의 상부에 위치하며, 두 보조 전극 간에 RF 전력이 인가되면 기판(W)의 주변 상부에 보조 전극부에 의한 전기장이 더 형성됨으로써 챔버(140) 내 플라즈마 발생 밀도를 높일 수 있는 효과가 있다.
구체적으로, 유체 공급부(150)가 챔버(140) 내 플라즈마 생성을 위한 가스(유체)를 공급한 후 제 1 전극(110) 및 제 2 전극(120) 간에 RF 전력이 인가되면 수직 전기장이 형성되어 하전 입자들이 ±z 방향으로 교번 가속된다. 그와 동시에, 제 1 보조 전극(160) 및 제 2 보조 전극(170) 간에 RF 전력이 인가되면 수평 전기장이 형성되어 하전 입자들이 ±y 방향으로 교번 가속된다. 이처럼, 하전 입자들이 ±z 방향으로 교번 가속되고, 또한 ±z 방향과 교차하는 ±y 방향으로 하전 입자들이 교번 가속되면서 하전 입자들 간의 상호 충돌 확률이 더 높아지게 됨에 따라 챔버(140) 내 고밀도의 플라즈마 형성이 가능하다.
한편, 도 1 내지 도 3에서는 주 전극부와 보조 전극부가 직교하는 형태로 배치되어 있지만 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 직교 배치 형태 이외에 다른 형태의 배치 또한 가능하다. 예를 들면, 보조 전극부의 제 1 보조 전극(160) 및 제 2 보조 전극(170) 중 적어도 하나의 보조 전극의 일단이 +z 방향 또는 ?z 방향으로 더 이동 배치되어 주 전극부가 대향하는 방향과 보조 전극부가 대향하는 방향이 직각이 아닌 소정의 경사각을 이루어 배치될 수도 있다. 이러한 경우, 주 전극부에 의한 하전 입자들의 ±z 방향의 교번 가속과 보조 전극부에 의한 하전 입자들의 ±y 방향의 교번 가속이 중첩되는 영역이 더 넓어지게 되어 플라즈마 생성 효율이 더욱 향상될 수 있다.
이하, 도 4 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 방법을 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
그리고 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 수행 시 플라즈마 밀도에 따른 박막 증착률을 나타내는 그래프이다.
또한, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 시 XRD(X-Ray Diffraction) 분석 결과 그래프이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 시 라만 스펙트럼 분석 결과 그래프이다.
먼저, 도 4에서 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 방법에서는 플라즈마 기판 처리 장치(100)의 챔버(140) 내에 구비된 주 전극부에 인가할 공급 전원을 설정한다(S410).
이때, 주 전극부는 박막 증착 공정을 수행할 기판(W)의 상부 및 하부에 위치하며, 상호 수직 대향 구비된 제 1 전극(110) 및 제 2 전극(120)을 포함한다. 참고로, 단계 S410에서는 제 1 전극(110)에 인가할 RF 전력의 크기 및 주파수를 제 1 전극(110)의 크기에 기초하여 설정할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에서는 제 1 전극(110)의 직경이 200 mm인 경우 제 1 전극(110)에 인가될 RF 전력의 크기를 50 ~ 300 W로 설정하고, 주파수를 13.56MHz로 설정할 수 있다.
이와 같은 제 1 전극(110)에는 RF 전력이 인가되고 제 2 전극(120)은 접지됨으로써 주 전극부에 전기장이 형성된다.
다음으로, 챔버(140) 내에 구비된 보조 전극부에 인가할 공급 전원을 설정한다(S420).
이때, 보조 전극부는 상기 기판의 주변 상부에 위치하여 서로 수평으로 대향하도록 구비되는 제 1 보조 전극(160) 및 제 2 보조 전극(170)을 포함한다. 참고로, 상기 기판의 주변 상부에 위치하는 보조 전극부는 복수의 전극으로 구성될 수 있으며, 상기 복수의 전극은 쌍을 이룰 수 있다.
또한, 단계 S420에서는 제 1 보조 전극(160)에 인가할 RF 전력의 주파수를 제 1 전극(110)에 인가되는 RF 전력의 주파수보다 높게 설정할 수 있다. 예를 들어, 제 1 보조 전극(160)에 인가될 RF 전력은 314MHz로 설정할 수 있다.
이와 같은 제 1 보조 전극(160)에는 RF 전력이 인가되고 제 2 보조 전극(170)은 접지됨으로써 보조 전극부에 전기장이 형성된다.
다음으로, 챔버(140) 내에 가스(유체)를 공급한다(S430). 예를 들면, 플라즈마 기판 처리 장치(100)의 유체 공급부(150)는 질소, 산소, 아르곤 또는 헬륨 가스 등을 공급하고, 전구체로써 사이클로메티콘 Cyclomethicone (D4 = C8H24SI4O4), Hexamethyldisiloxane (HMDSO) 또는 옥타메틸사이클로테트라실록산(OMCTS)을 공급할 수 있다.
다음으로, 단계 S410 및 단계 S420에서 각각 설정된 공급 전원들에 따른 전력을 상기 주 전극부와 보조 전극부에 공급하여 각각 기전력을 발생시켜 플라즈마를 생성시킨다(S440).
이때, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 방법에서는 상기 주 전극부에 발생된 전기장과 더불어 상기 기판 상부 주변에 배치된 보조 전극부에 발생되는 전기장을 더 형성시킴으로써 플라즈마 기판 처리 장치 내 생성되는 플라즈마 밀도를 높여 박막 증착 속도를 향상시키는 효과가 있다.
예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 방법을 적용할 때 생성되는 플라즈마 밀도에 따라 SiH4의 농도가 변화함에 따라 도 5에서 나타낸 바와 같이 박막 증착률에 변화가 발생할 수 있다. 또한, 도 6 및 도 7에서 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 방법을 적용할 때 생성되는 플라즈마 밀도에 따라 증착되는 박막의 품질이 향상될 수 있다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 방법 수행 시 단계 S440에서와 같이 주 전극부와 보조 전극부에 상이한 RF 전력을 인가함으로써 기판 처리 장치 내의 플라즈마 밀도가 증가하면 SiH4의 농도가 증가된다.
즉, 도 5에서 나타낸 바와 같이, 기판 처리 장치(100)의 챔버(140) 내 SiH4의 농도가 높아짐에 따라 기판의 박막 증착률은 증가하게 된다. 도 5에서는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 수행 시 SiH4의 농도(concentration) SC가 4.0% 및 4.5%일 때 1.7~1.9nm/s의 박막 증착률을 보이는 것을 나타내었다. 이는, 도 5에서 나타낸 종래의 PECVD 방식(conventional RF-PECVD)에서 수직 대향 전극 간에만 전기장이 형성될 때의 최대 박막 증착률 0.2nm/s에 비하여 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 시 박막 증착 속도가 현저하게 증가되는 것을 나타낸다.
한편, 도 6 및 도 7에서는 종래의 PECVD 방식에서 수직 대향 전극 간에만 전기장이 형성될 때 증착된 박막의 물성 그래프를 하부 그래프로 나타내었다. 그리고 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 시 증착된 박막의 물성 그래프를 상부 그래프로 나타내었다. 이때, 본 발명의 실시예에서는 주 전극부에 RF 13.56 MHz, 보조 전극부에 UHF 314 MHz를 인가한 것을 나타내었으며, 종래의 PECVD 방식에서는 수직 대향 전극에 RF 13.56 MHz를 인가한 것을 나타내었다.
이때, 도 6에 나타난 바와 같이 종래의 PECVD 방식에서보다 본 발명의 실시예에 의한 결과에서 (111), (220), (311) 포인트에서 피크가 월등히 높은 것을 알 수 있다. 또한, 도 7에 나타난 바와 같이 종래의 PECVD 방식에서보다 본 발명의 실시예에 의한 결과에서 결정화율(Xc)이 46.2%에서 51.1%로 향상된 것을 알 수 있다. 이처럼, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 방법 수행 시 박막의 물성이 개선되는 것을 알 수 있다.
다시 도 4로 돌아가서, 단계 S440 이후에 챔버(140) 내에 플라즈마가 생성됨에 따라 기판(W)에 증착 공정을 수행한다(S450). 이때, 상기 증착 공정이 수행됨에 따라 기판(W)에는 결정질 실리콘 박막이 증착된다. 참고로, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 방법에서는 기판(W)에 결정질 실리콘 박막이 증착되도록 하는 적절한 조건을 설정할 수 있다.
한편, 도 4에서는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 방법에서 주 전극부에 공급할 공급 전력을 설정한 후 보고 전극부에 공급할 공급 전력을 설정하는 것으로 설명하였으나, 이와 같은 주 전극부 및 보조 전극부에 대한 공급 전력 설정 순서는 다양하게 설정될 수 있으며 동시에 설정되는 것도 가능하다.
또한, 도 1 내지 도 7에서는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치 및 방법에서 박막의 증착 만을 예로 들었지만, 박막의 증착 이외에 기판의 식각, 또는 표면 처리 등에도 적용될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 제 1 전극 120: 제 2 전극
130: 제 1 전원 140: 챔버
150: 유체공급부 160: 제 1 보조 전극
170: 제 2 보조 전극 180: 제 2 전원
130: 제 1 전원 140: 챔버
150: 유체공급부 160: 제 1 보조 전극
170: 제 2 보조 전극 180: 제 2 전원
Claims (11)
- 플라즈마 기판 처리 장치에 있어서,
플라즈마 생성을 위한 유체가 주입되고, 기판의 수납이 가능한 챔버;
상기 챔버 내에 상호 수직 대향 배치된 적어도 두 개의 주 전극을 포함하는 주 전극부;
상기 챔버 내에 상호 수평 대향 배치된 적어도 두 개의 보조 전극을 포함하는 보조 전극부; 및
상기 주 전극부와 상기 보조 전극부에 전력을 공급하는 전력공급부를 포함하되,
상기 보조 전극부는,
상기 보조 전극 중 제 1 보조 전극 및 상기 제 1 보조 전극에 수평 대향 배치된 제 2 보조 전극이 상기 챔버 내 일 측에 고정되어 타 측 방향으로 연장되어 배치되거나,
상기 제 1 보조 전극이 상기 챔버 내 일 측에 고정되어 타 측 방향으로 연장되고, 상기 제 2 보조 전극이 상기 타 측에 고정되어 상기 일 측 방향으로 연장되어 배치되며,
상기 제 1 보조 전극이 접지되고 상기 제 2 보조 전극이 상기 전력공급부에 연결되는 것인 플라즈마 기판 처리 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 주 전극부와 상기 보조 전극부는,
상기 주 전극부를 통해 형성되는 전기장과 상기 보조 전극부을 통해 형성되는 전기장이 상호 교차되도록 배치되는 플라즈마 기판 처리 장치.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 보조 전극부는,
서로 동일한 개수 또는 상이한 개수의 상기 제 1 보조 전극 및 제 2 보조 전극을 포함하는 플라즈마 기판 처리 장치.
- 삭제
- 제 1 항, 제 2 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전력공급부는,
상기 주 전극부에 전력을 공급하는 제 1 전원 및 상기 보조 전극부에 전력을 공급하는 제 2 전원을 포함하고,
상기 제 2 전원은 상기 제 1 전원에서 공급되는 전력의 주파수보다 높은 주파수의 전력을 공급하는 플라즈마 기판 처리 장치.
- 제 1 항, 제 2 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보조 전극부는와 상기 주 전극부는 서로 직교하거나 또는 소정의 경사각을 이루어 배치되는 플라즈마 기판 처리 장치.
- 플라즈마 기판 처리 방법에 있어서,
기판이 수납된 챔버 내에 상호 수직 대향 배치된 적어도 두 개의 주 전극을 포함하는 주 전극부에 공급되는 제 1 전력 및 상기 챔버 내에 상호 수평 대향 배치된 적어도 두 개의 보조 전극을 포함하는 보조 전극부에 공급되는 제 2 전력을 설정하는 단계;
상기 챔버 내에 유체를 주입하는 단계; 및
상기 주 전극부 및 상기 보조 전극부에 상기 제 1 전력 및 제 2 전력을 공급하는 단계를 포함하되,
상기 보조 전극 중 제 1 보조 전극 및 상기 제 1 보조 전극에 수평 대향 배치된 제 2 보조 전극은 상기 챔버 내 일 측에 고정되어 타 측 방향으로 연장되어 배치되거나,
상기 제 1 보조 전극은 상기 챔버 내 일 측에 고정되어 타 측 방향으로 연장되고, 상기 제 2 보조 전극은 상기 타 측에 고정되어 상기 일 측 방향으로 연장되어 배치되는 것이며,
상기 제 1 전력 및 제 2 전력을 공급하는 단계에서,
상기 제 1 보조 전극을 접지한 상태에서 상기 제 2 보조 전극에 상기 제 2 전력을 공급하는 것인 플라즈마 기판 처리 방법.
- 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 전력 및 상기 제 2 전력을 공급하는 단계에서,
상기 제 2 전력의 주파수는 상기 제 1 전력의 주파수보다 높게 설정되는 플라즈마 기판 처리 방법.
- 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 전력 및 제 2 전력을 설정하는 단계에서,
상기 기판에 결정질 실리콘 박막이 증착되는 플라즈마 농도에 부합하는 공급 전력 값으로 상기 제 1 전력 및 상기 제 2 전력을 설정하는 플라즈마 기판 처리 방법.
- 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 전력 및 제 2 전력을 공급하는 단계 이전에,
상기 주 전극부를 통해 형성되는 전기장과 상기 보조 전극부을 통해 형성되는 전기장이 상호 교차하도록 상기 주 전극부와 상기 보조 전극부를 배치하는 단계를 더 포함하는 플라즈마 기판 처리 방법.
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