KR101112745B1

KR101112745B1 - Plasma reactor have a variable capacitively coupled plasma

Info

Publication number: KR101112745B1
Application number: KR1020100009737A
Authority: KR
Inventors: 위순임
Original assignee: 위순임
Priority date: 2010-02-02
Filing date: 2010-02-02
Publication date: 2012-02-24
Also published as: KR20110090132A

Abstract

본 발명은 가변형 용량 결합 전극을 구비한 플라즈마 반응기에 관한 것이다. 본 발명의 가변형 용량 결합 전극을 구비한 플라즈마 반응기는 내부에 플라즈마 반응 공간이 구비된 반응기 몸체; 상기 반응기 몸체 내부에 플라즈마 방전을 유도하기 하기 위해 병렬 배치된 복수 개의 용량 결합 전극을 갖는 용량 결합 전극 어셈블리; 상기 용량 결합 전극 어셈블리에 주파수 전원을 공급하기 위한 전원 공급원; 및 상기 반응기 몸체의 내부로 공정가스를 공급하기 위한 가스 공급부;를 포함하고, 상기 복수 개의 용량 결합 전극은 길이방향으로 적어도 하나의 개구부를 포함하여 상기 용량 결합 전극 간에 공정가스의 이동이 가능하다. 본 발명의 가변형 용량 결합 전극을 구비한 플라즈마 반응기에 의하면, 병렬로 배치된 복수 개의 용량 결합 전극들 간에 공정 가스가 이동되어 용량 결합 전극 전반에 걸쳐 대면적의 플라즈마가 균일하게 발생할 수 있다. 또한 용량 결합 전극의 방전 면적을 조절하여 플라즈마를 제어할 수 있다. 또한 복수 개의 용량 결합 전극을 병렬 구동함에 있어서 전류 균형을 자동적으로 이루도록 함으로써 용량 결합 전극들의 상호간 용량 결합을 균일하게 제어하여 고밀도의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있다. 그리고 복수 개의 용량 결합 전극을 사용하여 플라즈마의 대면적화를 용이하게 이룰 수 있다.The present invention relates to a plasma reactor having a variable capacitively coupled electrode. Plasma reactor having a variable capacitive coupling electrode of the present invention comprises a reactor body having a plasma reaction space therein; A capacitively coupled electrode assembly having a plurality of capacitively coupled electrodes arranged in parallel to induce plasma discharge in the reactor body; A power supply for supplying frequency power to said capacitively coupled electrode assembly; And a gas supply unit for supplying a process gas to the inside of the reactor body, wherein the plurality of capacitively coupled electrodes include at least one opening in a longitudinal direction to allow movement of the process gas between the capacitively coupled electrodes. According to the plasma reactor having the variable capacitive coupling electrode of the present invention, a process gas is moved between a plurality of capacitive coupling electrodes arranged in parallel so that a large area of plasma can be uniformly generated throughout the capacitive coupling electrode. In addition, the plasma may be controlled by adjusting the discharge area of the capacitively coupled electrode. In addition, in parallel driving of the plurality of capacitively coupled electrodes, a current balance is automatically achieved to uniformly control the capacitive coupling of the capacitively coupled electrodes to uniformly generate high-density plasma. And a large area of the plasma can be easily achieved by using a plurality of capacitively coupled electrodes.

Description

Plasma reactor with variable capacitive coupling electrode {PLASMA REACTOR HAVE A VARIABLE CAPACITIVELY COUPLED PLASMA}

본 발명은 가변형 용량 결합 전극을 구비한 플라즈마 반응기에 관한 것으로, 구체적으로는 대면적의 플라즈마를 균일하게 발생하여 대면적의 피처리 대상에 대한 플라즈마 처리 효율을 높일 수 있는 가변형 용량 결합 전극을 구비한 플라즈마 반응기에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma reactor having a variable capacitively coupled electrode. Specifically, the present invention relates to a plasma reactor having a variable capacitively coupled electrode capable of uniformly generating a large area of plasma to increase plasma processing efficiency for a large target object. It relates to a plasma reactor.

플라즈마는 같은 수의 양이온(positive ions)과 전자(electrons)를 포함하는 고도로 이온화된 가스이다. 플라즈마 방전은 이온, 자유 래디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 발생하기 위한 가스 여기에 사용되고 있다. 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 대표적으로 반도체 제조 공정 예들 들어, 식각(etching), 증착(deposition), 세정(cleaning), 에싱(ashing) 등에 다양하게 사용된다.Plasma is a highly ionized gas containing the same number of positive ions and electrons. Plasma discharges are used for gas excitation to generate active gases containing ions, free radicals, atoms, molecules. The active gas is widely used in various fields and is typically used in a variety of semiconductor manufacturing processes such as etching, deposition, cleaning, ashing, and the like.

플라즈마를 발생하기 위한 플라즈마 소스는 여러 가지가 있는데 무선 주파수(radio frequency)를 사용한 용량 결합 플라즈마(capacitive coupled plasma)와 유도 결합 플라즈마(inductive coupled plasma)가 그 대표적인 예이다. 용량 결합 플라즈마 소스는 정확한 용량 결합 조절과 이온 조절 능력이 높아서 타 플라즈마 소스에 비하여 공정 생산력이 높다는 장점을 갖는다. 그러나 대형화되는 피처리 기판을 처리하기 위하여 용량 결합 전극을 대형화하는 경우 전극의 열화에 의해 전극에 변형이 발생되거나 손상될 수 있다. 이러한 경우 전계 강도가 불균일하게 되어 플라즈마 밀도가 불균일하게 될 수 있으며 반응기 내부를 오염시킬 수 있다. 유도 결합 플라즈마 소스의 경우에도 유도 코일 안테나의 면적을 크게 하는 경우 마찬가지로 플라즈마 밀도를 균일하게 얻기가 어렵다.There are a number of plasma sources for generating plasma, and the representative examples are capacitive coupled plasma and inductive coupled plasma using radio frequency. Capacitively coupled plasma sources have the advantage of high process productivity compared to other plasma sources due to their high capacity for precise capacitive coupling and ion control. However, when the capacitively coupled electrode is enlarged in order to process an enlarged substrate, the electrode may be deformed or damaged by deterioration of the electrode. In this case, the electric field strength may be uneven, which may result in uneven plasma density and contaminate the inside of the reactor. In the case of an inductively coupled plasma source, it is also difficult to obtain a uniform plasma density when the area of the induction coil antenna is increased.

최근 반도체 제조 산업에서는 반도체 소자의 초미세화, 반도체 회로를 제조하기 위한 실리콘 웨이퍼 기판의 대형화, 액정 디스플레이를 제조하기 위한 유리 기판의 대형화 그리고 새로운 처리 대상 물질의 개발되고 있는 등과 같은 여러 요인으로 인하여 더욱 향상된 플라즈마 처리 기술이 요구되고 있다. 특히, 대면적의 피처리 기판에 대한 우수한 처리 능력을 갖는 향상된 플라즈마 소스 및 플라즈마 처리 기술이 요구되고 있다.In recent years, the semiconductor manufacturing industry has been further improved due to various factors such as ultra miniaturization of semiconductor devices, the enlargement of silicon wafer substrates for manufacturing semiconductor circuits, the enlargement of glass substrates for manufacturing liquid crystal displays, and the development of new materials to be processed. Plasma treatment technology is required. In particular, there is a need for improved plasma sources and plasma processing techniques that have good processing capabilities for large area substrates.

본 발명의 목적은 대면적의 플라즈마를 균일하게 발생 및 유지할 수 있는 가변형 용량 결합 전극을 구비한 플라즈마 반응기를 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a plasma reactor having a variable capacitively coupled electrode capable of uniformly generating and maintaining a large area of plasma.

본 발명의 다른 목적은 용량 결합 전극들의 상호간에 공정가스의 이동이 가능하여 고밀도의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있는 가변형 용량 결합 전극을 구비한 플라즈마 반응기를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a plasma reactor having a variable capacitive coupling electrode capable of uniformly generating a high-density plasma by allowing a process gas to move between capacitively coupled electrodes.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 가변형 용량 결합 전극을 구비한 플라즈마 반응기에 관한 것이다. 본 발명의 가변형 용량 결합 전극을 구비한 플라즈마 반응기는 내부에 플라즈마 반응 공간이 구비된 반응기 몸체; 상기 반응기 몸체 내부에 플라즈마 방전을 유도하기 하기 위해 병렬 배치된 복수 개의 용량 결합 전극을 갖는 용량 결합 전극 어셈블리; 상기 용량 결합 전극 어셈블리에 주파수 전원을 공급하기 위한 전원 공급원; 및 상기 반응기 몸체의 내부로 공정가스를 공급하기 위한 가스 공급부;를 포함하고, 상기 복수 개의 용량 결합 전극은 길이방향으로 적어도 하나의 개구부를 포함하여 상기 용량 결합 전극 간에 공정가스의 이동이 가능하다.One aspect of the present invention for achieving the above technical problem relates to a plasma reactor having a variable capacitive coupling electrode. Plasma reactor having a variable capacitive coupling electrode of the present invention comprises a reactor body having a plasma reaction space therein; A capacitively coupled electrode assembly having a plurality of capacitively coupled electrodes arranged in parallel to induce plasma discharge in the reactor body; A power supply for supplying frequency power to said capacitively coupled electrode assembly; And a gas supply unit for supplying a process gas to the inside of the reactor body, wherein the plurality of capacitively coupled electrodes include at least one opening in a longitudinal direction to allow movement of the process gas between the capacitively coupled electrodes.

일 실시예에 있어서, 상기 개구부는 상기 용량 결합 전극의 길이방향으로 측면에 관통 형성된다.In one embodiment, the opening is formed in the side surface in the longitudinal direction of the capacitive coupling electrode.

일 실시예에 있어서, 상기 개구부는 상기 용량 결합 전극의 하면에 구비된다.In one embodiment, the opening is provided on the bottom surface of the capacitive coupling electrode.

일 실시예에 있어서, 상기 개구부는 동일하거나 서로 다른 간격으로 상기 용량 결합 전극의 길이방향을 따라 형성된다.In one embodiment, the openings are formed along the longitudinal direction of the capacitive coupling electrode at equal or different intervals.

일 실시예에 있어서, 상기 용량 결합 전극 어셈블리는 서로 다른 높이로 형성된 복수 개의 상기 용량 결합 전극을 포함한다.In one embodiment, the capacitively coupled electrode assembly includes a plurality of the capacitively coupled electrodes formed at different heights.

일 실시예에 있어서, 상기 전원 공급원과 상기 용량 결합 전극 어셈블리 사이에 구성되어 임피던스 정합을 수행하는 임피던스 정합기를 포함한다.In one embodiment, an impedance matcher configured between the power supply and the capacitively coupled electrode assembly to perform impedance matching.

일 실시예에 있어서, 상기 전원 공급원으로부터 제공되는 주파수 전원을 상기 용량 결합 전극으로 분배하는 분배 회로를 포함하고, 상기 분배 회로는 상기 용량 결합 전극으로 공급되는 전류의 균형을 조절하는 전류 균형 회로를 포함한다.In one embodiment, a distribution circuit for distributing frequency power provided from the power supply source to the capacitively coupled electrode, the distribution circuit comprises a current balance circuit for adjusting the balance of the current supplied to the capacitively coupled electrode. do.

본 발명의 가변형 용량 결합 전극을 구비한 플라즈마 반응기에 의하면, 병렬로 배치된 복수 개의 용량 결합 전극들 간에 공정 가스가 이동되어 용량 결합 전극 전반에 걸쳐 대면적의 플라즈마가 균일하게 발생할 수 있다. 또한 용량 결합 전극의 방전 면적을 조절하여 플라즈마를 제어할 수 있다. 또한 복수 개의 용량 결합 전극을 병렬 구동함에 있어서 전류 균형을 자동적으로 이루도록 함으로써 용량 결합 전극들의 상호간 용량 결합을 균일하게 제어하여 고밀도의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있다. 그리고 복수 개의 용량 결합 전극을 사용하여 플라즈마의 대면적화를 용이하게 이룰 수 있다.According to the plasma reactor having the variable capacitive coupling electrode of the present invention, a process gas is moved between a plurality of capacitive coupling electrodes arranged in parallel so that a large area of plasma can be uniformly generated throughout the capacitive coupling electrode. In addition, the plasma may be controlled by adjusting the discharge area of the capacitively coupled electrode. In addition, in parallel driving of the plurality of capacitively coupled electrodes, a current balance is automatically achieved to uniformly control the capacitive coupling between the capacitively coupled electrodes to uniformly generate high-density plasma. And a large area of the plasma can be easily achieved by using a plurality of capacitively coupled electrodes.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 단면을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 용량 결합 전극이 장착된 용량 결합 전극 어셈블리의 사시도이다.
도 3 내지 도 5는 하면이 다양한 형태로 형성된 용량 결합 전극을 도시한 측면도이다.
도 6 및 도 7은 톱니 형상을 갖는 용량 결합 전극을 도시한 측면도이다.
도 8 및 도 9는 길이 방향을 따라 톱니 형상의 방전 면적이 비균일하게 형성된 용량 결합 전극을 도시한 측면도이다.
도 10 내지 도 13은 길이 방향을 따라 측면에 복수 개의 개구부가 형성된 용량 결합 전극을 도시한 측면도이다.
도 14는 사각 형상의 용량 결합 전극과 톱니 형상의 용량 결합 전극이 장착된 용량 결합 전극 어셈블리를 도시한 사시도이다.
도 15는 개구부가 대응되도록 복수 개의 용량 결합 전극이 장착된 용량 결합 전극 어셈블리를 도시한 사시도이다.
도 16 및 도 17은 개구부가 엇갈리도록 복수 개의 용량 결합 전극이 장착된 용량 결합 전극 어셈블리를 도시한 도면이다.
도 18은 형상이 서로 다른 용량 결합 전극이 장착된 용량 결합 전극 어셈블리를 도시한 측면도이다.
도 19는 높이가 서로 다른 용량 결합 전극이 장착된 용량 결합 전극 어셈블리를 도시한 정면도이다.
도 20은 다양한 형상의 단면으로 형성된 용량 결합 전극을 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a plasma reactor according to a preferred embodiment of the present invention.
2 is a perspective view of a capacitively coupled electrode assembly equipped with a capacitively coupled electrode according to a preferred embodiment of the present invention.
3 to 5 are side views illustrating capacitively coupled electrodes having lower surfaces formed in various shapes.
6 and 7 are side views illustrating the capacitively coupled electrode having a sawtooth shape.
8 and 9 are side views illustrating the capacitively coupled electrode in which the sawtooth discharge area is formed non-uniformly along the longitudinal direction.
10 to 13 are side views illustrating a capacitive coupling electrode having a plurality of openings formed on side surfaces thereof in a length direction thereof.
FIG. 14 is a perspective view illustrating a capacitively coupled electrode assembly having a rectangular capacitively coupled electrode and a serrated capacitively coupled electrode; FIG.
FIG. 15 is a perspective view illustrating a capacitively coupled electrode assembly in which a plurality of capacitively coupled electrodes are mounted to correspond to the openings.
16 and 17 illustrate capacitively coupled electrode assemblies in which a plurality of capacitively coupled electrodes are mounted such that openings are staggered.
18 is a side view illustrating a capacitively coupled electrode assembly in which capacitively coupled electrodes having different shapes are mounted.
19 is a front view illustrating a capacitively coupled electrode assembly having capacitively coupled electrodes having different heights.
20 is a cross-sectional view illustrating a capacitive coupling electrode formed in various shapes of cross sections.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
In order to fully understand the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Embodiment of the present invention may be modified in various forms, the scope of the invention should not be construed as limited to the embodiments described in detail below. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Therefore, the shape of the elements in the drawings and the like may be exaggerated to emphasize a more clear description. It should be noted that the same members in each drawing are sometimes shown with the same reference numerals. Detailed descriptions of well-known functions and configurations that are determined to unnecessarily obscure the subject matter of the present invention are omitted.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 단면을 도시한 도면이다.1 is a cross-sectional view of a plasma reactor according to a preferred embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 반응기는 플라즈마 반응기(10), 가스 공급부(20), 용량 결합 전극 어셈블리(30)를 포함한다. 플라즈마 반응기(10)는 내부에 피처리 기판(13)이 놓이는 지지대(12)가 구비된다. 플라즈마 반응기(10)의 상부에는 용량 결합 전극 어셈블리(30)가 구성된다. 가스 공급부(20)는 용량 결합 전극 어셈블리(30)의 상부에 구성되어 가스 공원(미도시)으로부터 제공된 가스를 용량 결합 전극 어셈블리(30)의 가스 분사홀(32)을 통하여 플라즈마 반응기(10)의 내부로 공급한다. 메인 전원 공급원(40)으로부터 발생된 무선 주파수 전원은 임피던스 정합기(41)와 전류 균형 회로(50)를 통하여 용량 결합 전극 어셈블리(30)에 구비된 복수개의 용량 결합 전극(31, 33)으로 공급되어 플라즈마 반응기(10) 내부의 용량 결합된 플라즈마를 유도한다. 플라즈마 반응기(10)의 내부에 발생된 플라즈마에 의해 피처리 기판(13)에 대한 플라즈마 처리가 이루어진다.As shown in FIG. 1, an inductively coupled plasma reactor according to a preferred embodiment of the present invention includes a plasma reactor 10, a gas supply unit 20, and a capacitively coupled electrode assembly 30. The plasma reactor 10 is provided with a support 12 on which a substrate 13 to be processed is placed. The capacitively coupled electrode assembly 30 is configured at the top of the plasma reactor 10. The gas supply unit 20 is configured above the capacitively coupled electrode assembly 30 to supply gas provided from a gas park (not shown) to the plasma reactor 10 through the gas injection hole 32 of the capacitively coupled electrode assembly 30. Supply internally. The radio frequency power generated from the main power source 40 is supplied to the plurality of capacitively coupled electrodes 31 and 33 provided in the capacitively coupled electrode assembly 30 through the impedance matcher 41 and the current balance circuit 50. To induce a capacitively coupled plasma inside the plasma reactor 10. Plasma treatment is performed on the substrate 13 by the plasma generated inside the plasma reactor 10.

플라즈마 반응기(10)는 반응기 몸체(11)와 그 내부에 피처리 기판(13)이 놓이는 기판 지지대(12)가 구비된다. 반응기 몸체(11)는 알루미늄, 스테인리스, 구리와 같은 금속 물질로 재작될 수 있다. 또는 코팅된 금속 예를 들어, 양극 처리된 알루미늄이나 니켈 도금된 알루미늄으로 재작될 수도 있다. 또는 내화 금속(refractory metal)로 재작될 수도 있다. 또 다른 대안으로 반응기 몸체(11)를 전체적 또는 부분적으로 석영, 세라믹과 같은 전기적 절연 물질로 재작하는 것도 가능하다. 이와 같이 반응기 몸체(11)는 의도된 플라즈마 프로세스가 수행되기에 적합한 어떠한 물질로도 재작될 수 있다. 반응기 몸체(11)의 구조는 피처리 기판(13)에 따라 그리고 플라즈마의 균일한 발생을 위하여 적합한 구조 예를 들어, 원형 구조나 사각형 구조 그리고 이외에도 어떠한 형태의 구조를 가질 수 있다.The plasma reactor 10 includes a reactor support 11 and a substrate support 12 on which a substrate 13 to be processed is placed. The reactor body 11 can be made of a metallic material such as aluminum, stainless steel, copper. Or may be rewritten with coated metal, for example anodized aluminum or nickel plated aluminum. Or it may be rewritten as a refractory metal. As an alternative, it is also possible to reconstruct the reactor body 11 in whole or in part with an electrically insulating material such as quartz, ceramic. As such, the reactor body 11 may be made of any material suitable for carrying out the intended plasma process. The structure of the reactor body 11 may have a structure suitable for uniform generation of the plasma, for example, a circular structure or a square structure, or any other structure depending on the substrate 13 to be processed.

피처리 기판(13)은 예를 들어, 반도체 장치, 디스플레이 장치, 태양전지 등과 같은 다양한 장치들ㄴ의 제조를 위한 웨이퍼 기판, 유리 기판, 플라스틱 기판 등과 같은 기판들이다. 플라즈마 반응기(10)는 배기 펌프(8)에 연결된다.
The substrate 13 to be processed is, for example, substrates such as wafer substrates, glass substrates, plastic substrates, etc. for the manufacture of various devices such as semiconductor devices, display devices, solar cells and the like. The plasma reactor 10 is connected to the exhaust pump 8.

플라즈마 반응기(10)의 내부에는 피처리 기판(13)을 지지하기 위한 기판 지지대(12)가 구비된다. 기판 지지대(15)는 바이어스 전원 공급원(51, 53)에 연결되어 바이어스 된다. 예를 들어, 서로 다른 무선 주파수 전원을 공급하는 두 개의 바이어스 전원 공급원(51, 53)이 임피던스 정합기(55)를 통하여 기판 지지대(12)에 전기적으로 연결되어 바이어스 된다. 기판 지지대(12)의 이중 바이어스 구조는 플라즈마 반응기(10)의 내부에 플라즈마 발생을 용이하게 하고, 플라즈마 이온 에너지 조절을 더욱 개선시켜 공정 생산력을 향상 시킬 수 있다. 또는 단일 바이어스 구조로 변형 실시할 수도 있다. 또는 기판 지지대(12)는 바이어스 전원의 공급 없이 제로 퍼텐셜(zero potential)을 갖는 구조로 변형 실시될 수도 있다. 그리고 기판 지지대(12)는 정전척(미도시)을 포함할 수 있다. 또는 기판 지지대(12)는 히터(미도시)를 포함할 수 있다.The substrate support 12 for supporting the substrate 13 to be processed is provided in the plasma reactor 10. The substrate support 15 is connected and biased to the bias power sources 51 and 53. For example, two bias power sources 51 and 53 for supplying different radio frequency powers are electrically connected and biased to the substrate support 12 through the impedance matcher 55. The dual bias structure of the substrate support 12 facilitates plasma generation inside the plasma reactor 10 and further improves plasma ion energy control to improve process productivity. Alternatively, it may be modified to a single bias structure. Alternatively, the substrate support 12 may be modified to have a zero potential without supplying bias power. The substrate support 12 may include an electrostatic chuck (not shown). Alternatively, the substrate support 12 may include a heater (not shown).

복수개의 용량 결합 전극(31, 33)은 메인 전원 공급원(40)으로부터 발생된 무선 주파수 전원을 임피던스 정합기(41)와 전류 균형 회로(50)를 통하여 공급받아 구동되어 플라즈마 반응기(10) 내부의 용량 결합된 플라즈마를 유도한다. 메인 전원 공급원(40)은 별도의 임피던스 정합기 없이 출력 전원의 제어가 가능한 무선 주파수 발생기를 사용하여 구성될 수도 있다. 전류 균형 회로(50)는 메인 전원 공급원(40)으로부터 제공되는 무선 주파수 전원을 복수개의 용량 결합 전극(31, 33)으로 분배하여 병렬 구동되게 하는 분배 회로를 포함한다. 바람직하게, 분배 회로는 전류 균형 회로로 구성되어 복수개의 용량 결합 전극(31, 33)으로 공급되는 전류가 자동적으로 상호 균형을 이루게 된다.
The plurality of capacitively coupled electrodes 31 and 33 are driven by receiving the radio frequency power generated from the main power supply 40 through the impedance matcher 41 and the current balance circuit 50 to operate in the plasma reactor 10. Induce a capacitively coupled plasma. The main power supply 40 may be configured using a radio frequency generator capable of controlling the output power without a separate impedance matcher. The current balancing circuit 50 includes a distribution circuit for distributing radio frequency power provided from the main power supply 40 to the plurality of capacitive coupling electrodes 31 and 33 to be driven in parallel. Preferably, the distribution circuit is composed of a current balancing circuit so that the currents supplied to the plurality of capacitive coupling electrodes 31 and 33 are automatically balanced with each other.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 용량 결합 전극이 장착된 용량 결합 전극 어셈블리의 사시도이고, 도 3 내지 도 5는 하면이 다양한 형태로 형성된 용량 결합 전극을 도시한 측면도이다.2 is a perspective view of a capacitively coupled electrode assembly in which capacitively coupled electrodes are mounted according to a preferred embodiment of the present invention, and FIGS. 3 to 5 are side views illustrating capacitively coupled electrodes formed in various forms on a lower surface thereof.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 용량 결합 전극 어셈블리(30)는 플라즈마 반응기(10) 내부에 용량 결합된 플라즈마 방전을 유도하기 위한 복수 개의 용량 결합 전극(31, 33)을 구비한다. 복수 개의 용량 결합 전극(31, 33)은 전극 장착판(34)에 장착된다. 전극 장착판(34)은 반응기 몸체(11)의 천정을 덮도록 설치될 수 있다. 전극 장착판(34)은 복수 개의 가스 분사홀(32)을 구비한다. 복수개의 가스 분사홀(32)은 복수개의 용량 결합 전극(31, 33) 사이에 일정 간격으로 구성된다. 전극 장착판(34)은 금속이나 비금속 또는 이들의 혼합된 물질로도 구성이 가능하다. 물론, 전극 장착판(34)이 금속 물질로 구성되는 경우에는 복수개의 용량 결합 전극(31, 33)과의 사이에 전기적 절연 구조를 갖는다. 전극 장착판(34)은 반응기 몸체(11)의 천정을 구성하도록 설치되지만 플라즈마 처리 효율을 높이기 위하여 반응기 몸체(11)의 측벽을 따라서 설치될 수도 있다. 또는 천정과 측벽에 모두 설치될 수도 있다. 구체적인 도시는 생략되었으나, 전극 장착판(34)은 적절한 온도 제어를 위한 냉각 채널 또는 히팅 채널을 구비할 수 있다. 2 and 3, the capacitively coupled electrode assembly 30 according to the present invention includes a plurality of capacitively coupled electrodes 31 and 33 for inducing plasma discharge capacitively coupled to the plasma reactor 10. Equipped. The plurality of capacitively coupled electrodes 31 and 33 are mounted to the electrode mounting plate 34. The electrode mounting plate 34 may be installed to cover the ceiling of the reactor body 11. The electrode mounting plate 34 includes a plurality of gas injection holes 32. The plurality of gas injection holes 32 are configured at regular intervals between the plurality of capacitive coupling electrodes 31 and 33. The electrode mounting plate 34 may be made of a metal, a nonmetal, or a mixed material thereof. Of course, when the electrode mounting plate 34 is made of a metal material, it has an electrically insulating structure between the plurality of capacitive coupling electrodes 31 and 33. The electrode mounting plate 34 is installed to form a ceiling of the reactor body 11, but may be installed along the sidewall of the reactor body 11 to increase plasma treatment efficiency. Or it may be installed on both the ceiling and side walls. Although not shown in detail, the electrode mounting plate 34 may include a cooling channel or a heating channel for proper temperature control.

복수 개의 용량 결합 전극(31, 33)은 반응기 몸체(11)의 상부를 선형으로 가로지르는 복수 개의 정전압 전극(33)과 부전압 전극(31)이 교대적으로 병렬로 배열된 구조를 갖는다. 복수 개의 용량 결합 전극(31, 33)은 전극 장착판(34)의 하부로 돌출된 선형의 장벽구조를 갖는다. The plurality of capacitively coupled electrodes 31 and 33 have a structure in which a plurality of constant voltage electrodes 33 and negative voltage electrodes 31 that cross linearly across the reactor body 11 are alternately arranged in parallel. The plurality of capacitively coupled electrodes 31 and 33 have a linear barrier structure protruding below the electrode mounting plate 34.

이때 복수 개의 용량 결합 전극(31, 33)은 용량 결합 전극(31, 33) 간에 공정가스가 이동될 수 있는 적어도 하나의 개구부(35)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서 용량 결합 전극(31, 33)의 길이방향을 따라 하면을 볼록한 곡면으로 형성하여 용량 결합 전극(31, 33)의 양측과 중심 부분에 높이차(h)가 발생되도록 한다. 용량 결합 전극(31, 33)에서 높이차(h)를 제외한 영역은 방전이 일어나는 방전 면적이고, 높이차(h) 만큼의 개구부(35)가 형성된다. 그러므로 병렬로 배치된 복수 개의 용량 결합 전극(31, 33)은 개구부(35)를 통하여 서로 간에 공정가스가 이동될 수 있다. 즉, 복수 개의 용량 결합 전극(31, 33) 전면에 걸쳐 공정가스가 분산된다. 병렬로 배치된 용량 결합 전극(31, 33)의 횡방향으로 공정 가스가 이동되면서 균일하게 분포되기 때문에 용량 결합 전극 어셈블리(30)의 전면에 균일한 플라즈마가 형성될 수 있다. 복수 개의 용량 결합 전극(31, 33)의 형상과 배치 구조는 후술되는 바와 같이 다양한 변형이 가능하다. 본 발명의 용량 결합 플라즈마 반응기는 복수개의 용량 결합 전극(31, 33)에 의해 대면적의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있다. 또한, 복수개의 용량 결합 전극을 병렬 구동함에 있어서 전류 균형을 자동적으로 이루도록 함으로 대면적의 플라즈마를 보다 균일하게 발생 및 유지할 수 있다.In this case, the plurality of capacitively coupled electrodes 31 and 33 include at least one opening 35 through which process gas may be moved between the capacitively coupled electrodes 31 and 33. In an embodiment of the present invention, the lower surface of the capacitive coupling electrodes 31 and 33 is formed to have a convex curved surface in the longitudinal direction, so that a height difference h is generated at both sides and the central portion of the capacitive coupling electrodes 31 and 33. . The area of the capacitive coupling electrodes 31 and 33 except for the height difference h is the discharge area where discharge occurs, and the openings 35 are formed as much as the height difference h. Therefore, the plurality of capacitively coupled electrodes 31 and 33 arranged in parallel may move process gases from each other through the opening 35. That is, the process gas is dispersed over the entire surface of the plurality of capacitive coupling electrodes 31 and 33. Since the process gas is uniformly distributed while the process gases are moved in the transverse direction of the capacitive coupling electrodes 31 and 33 arranged in parallel, a uniform plasma may be formed on the entire surface of the capacitive coupling electrode assembly 30. Shapes and arrangements of the plurality of capacitive coupling electrodes 31 and 33 may be variously modified as described below. In the capacitively coupled plasma reactor of the present invention, a large-area plasma can be uniformly generated by the plurality of capacitively coupled electrodes 31 and 33. In addition, it is possible to generate and maintain the plasma of a large area more uniformly by automatically balancing the currents in parallel driving the plurality of capacitive coupling electrodes.

도 4에 도시된 바와 같이, 용량 결합 전극(31, 33)은 하면의 중심 부분을 오목하게 형성할 수도 있다. 오목하게 형성된 중심 부분은 용량 결합 전극(31, 33)의 양측과 높이차(h)가 발생한다. 즉, 용량 결합 전극(31, 33) 병렬로 배치된 용량 결합 전극(31, 33)은 중심 영역에 높이차(h) 만큼 개구부(35)가 형성되기 때문에 개구부(35)를 통해 병렬로 배치된 용량 결합 전극(31, 33) 간에 공정가스가 이동될 수 있다. 또한 도 5에 도시된 바와 같이, 용량 결합 전극(31, 33)은 중심 부분과 양측으로 개구부(35)가 형성될 수도 있다.
As shown in FIG. 4, the capacitive coupling electrodes 31 and 33 may concave the central portion of the lower surface. The concave center portion has a height difference h from both sides of the capacitive coupling electrodes 31 and 33. That is, since the openings 35 are formed in the center region by the height difference h, the capacitive coupling electrodes 31 and 33 disposed in parallel are disposed in parallel through the opening 35. Process gas may be moved between the capacitively coupled electrodes 31 and 33. In addition, as shown in FIG. 5, the capacitive coupling electrodes 31 and 33 may have openings 35 formed at both sides thereof.

도 6 및 도 7은 톱니 형상을 갖는 용량 결합 전극을 도시한 측면도이다.6 and 7 are side views illustrating the capacitively coupled electrode having a sawtooth shape.

도 6에 도시된 바와 같이, 용량 결합 전극(31, 33)은 길이방향을 따라 개구부(35)가 형성된다. 용량 결합 전극(31, 33)은 복수 개의 개구부(35)로 인해 방전 면적이 톱니바퀴 형상으로 형성된다. 이때 개구부(35) 또는 방전 면적은 용량 결합 전극(31, 33)의 길이방향을 따라 동일한 크기로 균일하게 구비된다. 톱니바퀴 형상의 용량 결합 전극(31, 33)에 형성된 개구부(35)를 통해 공정가스가 이동된다. 또한 도 7에 도시된 바와 같이, 용량 결합 전극(31, 33)의 하면은 양측이 곡면으로 형성되고 중심 영역은 복수 개의 개구부(35)가 구비된 톱니 형상으로 형성될 수 있다.As shown in FIG. 6, the capacitive coupling electrodes 31 and 33 have openings 35 formed in the longitudinal direction. The capacitor coupling electrodes 31 and 33 have a discharge area having a gear shape due to the plurality of openings 35. In this case, the opening 35 or the discharge area is uniformly provided with the same size along the longitudinal direction of the capacitive coupling electrodes 31 and 33. The process gas is moved through the opening 35 formed in the gear-shaped capacitive coupling electrodes 31 and 33. In addition, as shown in FIG. 7, both surfaces of the lower surfaces of the capacitive coupling electrodes 31 and 33 may be formed in a curved surface, and the center region may be formed in a sawtooth shape having a plurality of openings 35.

도 8 및 도 9는 길이 방향을 따라 톱니 형상의 방전 면적이 비균일하게 형성된 용량 결합 전극을 도시한 측면도이다. 8 and 9 are side views illustrating the capacitively coupled electrode in which the sawtooth discharge area is formed non-uniformly along the longitudinal direction.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 개구부(35) 또는 방전 면적을 조절하여 공정가스의 균일도를 조절할 수 있다. 용량 결합 전극(31, 33)의 길이 방향을 따라 외측과 내측의 개구부 간격(d1, d2)을 서로 다르게 형성하여 방전 면적을 조절한다. 이러한 방전 면적은 피처리 기판(13)의 센터 영역과 주변 영역에 대한 플라즈마의 균일도를 제어할 수 있다. 본 발명에서의 용량 결합 전극(31, 33)은 길이방향을 따라 외측에서 내측으로 갈수록 개구부의 간격(d1, d2)이 넓어지거나 좁아지도록 형성하여 방전 면적을 조절한다. As illustrated in FIGS. 8 and 9, the uniformity of the process gas may be adjusted by adjusting the opening 35 or the discharge area. The discharge area is controlled by differently forming the opening gaps d1 and d2 of the outer and inner sides along the length direction of the capacitive coupling electrodes 31 and 33. This discharge area can control the uniformity of the plasma with respect to the center region and the peripheral region of the substrate 13 to be processed. The capacitive coupling electrodes 31 and 33 in the present invention are formed such that the gaps d1 and d2 of the openings become wider or narrower from the outer side to the inner side in the longitudinal direction to control the discharge area.

도 10 내지 도 13은 길이 방향을 따라 측면에 복수 개의 개구부가 형성된 용량 결합 전극을 도시한 측면도이다.10 to 13 are side views illustrating a capacitive coupling electrode having a plurality of openings formed on side surfaces thereof in a length direction thereof.

도 10 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 용량 결합 전극(31, 33)은 측면으로 적어도 하나의 개구부(37)를 구비할 수 있다. 병렬로 배열된 복수 개의 용량 결합 전극(31, 33)은 측면에 구비된 개구부(37)를 통해 공정가스 및 플라즈마가 균일하게 분포된다. 여기서, 개구부(37)의 개수를 조절함으로써 용량 결합 전극(31, 33)의 방전 면적 및 플라즈마를 조절할 수 있다. 또한 개구부(37)는 사각형, 원형, 타원형, 다각형과 같이 다양한 형상으로 형성이 가능하다.
As shown in FIGS. 10 to 13, the capacitive coupling electrodes 31 and 33 may have at least one opening 37 at a side surface thereof. In the plurality of capacitively coupled electrodes 31 and 33 arranged in parallel, the process gas and the plasma are uniformly distributed through the openings 37 provided on the side surfaces thereof. Here, the discharge area and the plasma of the capacitive coupling electrodes 31 and 33 may be controlled by adjusting the number of the openings 37. In addition, the opening 37 may be formed in various shapes such as a rectangle, a circle, an oval, and a polygon.

도 14는 사각 형상의 용량 결합 전극과 톱니 형상의 용량 결합 전극이 장착된 용량 결합 전극 어셈블리를 도시한 사시도이다.FIG. 14 is a perspective view illustrating a capacitively coupled electrode assembly having a rectangular capacitively coupled electrode and a serrated capacitively coupled electrode; FIG.

도 14에 도시된 바와 같이, 서로 다른 형상으로 형성된 용량 결합 전극(31, 33)이 교대로 배열되어 용량 결합 전극 어셈블리(30)를 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 사각형의 용량 결합 전극(31)과 톱니 형상의 용량 결합 전극(33)을 교대적으로 배열한다.As shown in FIG. 14, the capacitive coupling electrodes 31 and 33 formed in different shapes may be alternately arranged to form the capacitive coupling electrode assembly 30. In an embodiment of the present invention, the rectangular capacitive coupling electrode 31 and the sawtooth capacitive coupling electrode 33 are alternately arranged.

도 15는 개구부가 대응되도록 복수 개의 용량 결합 전극이 장착된 용량 결합 전극 어셈블리를 도시한 사시도이고, 도 16 및 도 17은 개구부가 엇갈리도록 복수 개의 용량 결합 전극이 장착된 용량 결합 전극 어셈블리를 도시한 도면이고, 도 18은 형상이 서로 다른 용량 결합 전극이 장착된 용량 결합 전극 어셈블리를 도시한 측면도이다.15 is a perspective view illustrating a capacitively coupled electrode assembly in which a plurality of capacitively coupled electrodes are mounted such that openings correspond to each other, and FIGS. 16 and 17 illustrate capacitively coupled electrode assemblies in which a plurality of capacitively coupled electrodes are mounted so that the openings are staggered. 18 is a side view illustrating a capacitively coupled electrode assembly in which capacitively coupled electrodes having different shapes are mounted.

도 15 내지 도 17에 도시된 바와 같이, 개구부(35)가 횡방향으로 서로 대응되도록 배치하거나 서로 엇갈리도록 복수 개의 용량 결합 전극(31, 33)을 교대적으로 배치할 수 있다. 또한 도 18에 도시된 바와 같이, 하면이 볼록하게 형성된 용량 결합 전극(31)과 하면이 오목하게 형성된 용량 결합 전극(33)을 교대적으로 배열할 수도 있다.As shown in FIGS. 15 to 17, the plurality of capacitive coupling electrodes 31 and 33 may be alternately disposed such that the openings 35 correspond to each other in the transverse direction or alternate with each other. In addition, as illustrated in FIG. 18, the capacitive coupling electrode 31 having the lower surface convex and the capacitive coupling electrode 33 having the lower surface concave may be alternately arranged.

도 19는 높이가 서로 다른 용량 결합 전극이 장착된 용량 결합 전극 어셈블리를 도시한 정면도이다. 19 is a front view illustrating a capacitively coupled electrode assembly having capacitively coupled electrodes having different heights.

도 19에 도시된 바와 같이, 서로 다른 높이의 용량 결합 전극(31, 33)을 교대적으로 배열하여 방전 면적을 조절할 수 있다. 이때 높이는 다르면서 서로 다른 형상으로 형성된 용량 결합 전극(31, 33)이 교대적으로 배열될 수도 있고, 높이는 다르면서 동일한 형상으로 형성된 용량 결합 전극(31, 33)을 교대적으로 배열할 수도 있다. As shown in FIG. 19, the discharge area may be adjusted by alternately arranging the capacitive coupling electrodes 31 and 33 having different heights. In this case, the capacitive coupling electrodes 31 and 33 formed in different shapes with different heights may be alternately arranged, or the capacitive coupling electrodes 31 and 33 formed in the same shape with different heights may be alternately arranged.

도 20은 다양한 형상의 단면으로 형성된 용량 결합 전극을 도시한 단면도이다.20 is a cross-sectional view illustrating a capacitive coupling electrode formed in various shapes of cross sections.

도 20에 도시된 바와 같이, 용량 결합 전극(31, 33)은 길이방향을 수직으로 자른 단면이 사각형, 육각형 등과 같이 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 용량 결합 전극(31, 33)의 방전 면적이 다양해지기 때문에 플라즈마의 균일도를 효율적으로 제어할 수 있다.As shown in FIG. 20, the capacitive coupling electrodes 31 and 33 may be formed in various shapes, such as a quadrangle and a hexagon, each of which has a vertical cut in the longitudinal direction thereof. Since the discharge areas of the capacitive coupling electrodes 31 and 33 are varied, the uniformity of the plasma can be efficiently controlled.

또한 용량 결합 전극(31, 33)은 중앙 또는 양측이 메인 전원 공급원(40)과 연결되어 무선 주파수 전원을 공급받는다.
In addition, the capacitive coupling electrodes 31 and 33 are connected to the main power supply 40 at the center or both sides thereof to receive radio frequency power.

이상에서 설명된 본 발명의 가변형 용량 결합 전극 어셈블리를 구비한 플라즈마 반응기의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The embodiment of the plasma reactor having the variable capacitive coupling electrode assembly of the present invention described above is merely exemplary, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and other equivalent implementations therefrom. You can see that examples are possible. Accordingly, it is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiments. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims. It is also to be understood that the present invention includes all modifications, equivalents, and substitutes within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

8: 배기 펌프 10: 플라즈마 반응기
11: 반응기 몸체 12: 기판 지지대
13: 피처리 기판 20: 가스 공급부
30: 용량 결합 전극 어셈블리 31, 33: 용량 결합 전극
32: 가스 분사홀 34: 전극 장착판
35, 37: 개구부 40: 메인 전원 공급원
41: 임피던스 정합기 51, 53: 바이어스 전원 공급원
55: 임피던스 정합기 50: 전류 균형 회로8: exhaust pump 10: plasma reactor
11: reactor body 12: substrate support
13: substrate to be processed 20: gas supply part
30: capacitively coupled electrode assembly 31, 33: capacitively coupled electrode
32: gas injection hole 34: electrode mounting plate
35, 37: opening 40: main power source
41: impedance matcher 51, 53: bias power supply
55: impedance matcher 50: current balancing circuit

Claims

A reactor body having a plasma reaction space therein, a capacitive coupling electrode assembly having a plurality of capacitive coupling electrodes arranged in parallel to induce plasma discharge in the reactor body, for supplying frequency power to the capacitive coupling electrode assembly A plasma reactor comprising a power supply and a gas supply for supplying a process gas into the reactor body through between the plurality of capacitively coupled electrodes:
The plurality of capacitive coupling electrodes
Including a plurality of constant voltage electrodes and negative voltage electrodes alternately arranged with a barrier structure that linearly crosses the top of the reactor body,
The plurality of constant voltage electrodes and negative voltage electrodes
At least one opening formed in the longitudinal direction to enable the movement of the process gas in the transverse direction between the capacitive coupling electrode for the uniform distribution of the plasma,
And a discharge area is varied along the lengths of the constant voltage electrode and the negative voltage electrode by the opening to make the plasma of a large area uniform.

The method of claim 1,
And one or more openings formed in a side surface of the plurality of constant voltage electrodes and the negative voltage electrode in a longitudinal direction thereof.

The method of claim 1,
And the openings are formed on the lower surfaces of the plurality of constant voltage electrodes and the negative voltage electrodes to have a height difference along a length direction.

The method according to claim 2 or 3,
The plurality of constant voltage electrode and the negative voltage electrode is a plasma reactor having a variable capacitance coupled electrode characterized in that each of the openings formed are arranged to correspond to each other or to cross each other.

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