KR101151225B1

KR101151225B1 - 축전 결합 플라즈마 발생 장치 및 그 형성 방법

Info

Publication number: KR101151225B1
Application number: KR1020100037666A
Authority: KR
Inventors: 장홍영; 이헌수
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2010-04-23
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2012-06-14
Also published as: KR20110118206A

Abstract

본 발명은 축전 결합 플라즈마 발생 장치 및 축전 결합 플라즈마의 형성 방법을 제공한다. 이 장치는 위치에 따라 다른 할로우 케소드 방전을 유발하는 복수의 홀 영역들을 포함하는 전극, 전극과 이격되어 배치되고 기판을 장착하는 기판 홀더, 전극에 제1 주파수를 가지는 제1 RF 전력을 공급하여 플라즈마를 형성하는 제1 RF 전원, 및 전극에 제2 주파수를 가지는 제 2 RF 전력을 공급하여 플라즈마를 형성하는 제2 RF 전원을 포함한다. 홀 영역들은 홀의 밀도, 홀의 직경, 및 홀의 형태 중에서 적어도 하나는 서로 다르다.

Description

축전 결합 플라즈마 발생 장치 및 그 형성 방법{CAPACTIVELY COUPLED PLASMA GENERATION APPARATUS AND CAPACTIVELY COUPLED PLASMA GENERATION METHOD}

본 발명은 축전 결합 플라즈마 발생 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로, 할로 케소드 방전과 복수의 RF 전원을 사용하여 공정 균일성을 향상시킨 축전 결합 플라즈마 발생 장치에 관한 것이다.

플라즈마 기판 처리 장치는 식각, 증착, 이온 주입, 물질 표면 처리 등의 다양한 공정에 이용되고 있다. 플라즈마 기판 처리 장치는 반도체 기판, 평판 표시 기판, 태양 전지 기판 등의 공정에 사용되고 있다. 이들 공정의 효율화를 위해 대면적화되며, 높은 성능을 위해 세밀한 공정이 시도되고 있다. 그러나 공정이 대면적화 및 세밀화되어 갈수록 공정의 균일도가 점차 중요한 요소로 부각되고 있다.

일 예로 공정 챔버에는 로드락(Load lock), 관찰 포트, 진공 펌핑 포트 등 구조적인 불균일을 가져오는 요소들이 다수 존재한다. 유도 결합 플라즈마의 안테나는 위치별로 축전 결합에 의한 에너지 전달량이 달라진다. 에너지, 유체 등의 인가 수단은 인가되는 요소들을 균일하게 분배하지 못하는 경우가 존재하기도 한다.

이상적으로는 공정을 균일하게 만들기 위해, 공정과 관계된 요소들이 위치별로 모두 균일하게 제공되는 방법이 시도될 수 있다. 그러나, 이는 공정의 특성상 실제 공정에서는 적용하기 어려운 경우가 많다. 그러므로 타 공정 요소들이 불균일하게 분포해 있는 경우에, 균일한 공정을 유도하기 위해서, 한 개 혹은 복수의 공정 요소를 의도적으로 불균일하게 개재하여, 그 외의 공정 요소에 의한 불균일도를 상쇄하여 공정을 개선할 수 있다. 이를 실현하기 위해 가능한 방법 중 하나로는 전산모사를 이용하여 균일도를 원하는 정도로 향상시키는 보정 방법을 찾는 방법이 있다. 그러나 이 방법은 공정이 정밀해지고, 높은 수준의 균일도가 요구될 수록 전산 모사 결과와 실제 공정 결과의 차이의 허용 범위가 줄어들게 된다. 또한, 챔버의 크기 증가에 따른 모사의 난이도와 비용, 전산 모사에 필요한 시간이 증가하여 효율적인 보정이 쉽지 않은 단점이 있다.

또 다른 방법으로 공정 챔버 구조/재질 혹은 에너지/물질 인가 수단을 개조하며 공정을 진행하여, 다수의 시행착오를 통해 원하는 균일도의 공정이 가능하도록 개선하는 방법이 있다. 그러나, 이 경우 시행착오 과정에서, 개조 과정에서 소요되는 비용 및 시간이 크게 낭비되며, 공정 진행 중 공정 영역을 변경할 경우 시행착오를 겪으며 개조하는데 역시 상당한 시간과 물질적 비용이 낭비된다. 또한 보정 방법의 표준화가 이루어지지 않아, 보정 과정의 불안정 하므로 보정 작업 수행자에 따라 보정의 정도가 차이가 나게 되며, 보정에 소요되는 시간 및 부품 수요의 예측이 불가능하여, 계획적인 생산라인 설치/정비 및 경영에 어려움을 가중한다.

그러므로 정해진 순서에 따라 진행하여, 체계적으로 복수의 챔버의 균일도를 낮은 시간적/물질적 비용에 개선하도록 하는 방법의 중요성이 대두되고 있다. 또한 보정 방법이 표준화되어, 보정을 위한 키트를 기성품으로 제작하여 복수의 키트의 패턴 조합을 통해 보정이 가능해지는 경우, 보정에 소요되는 비용이 더욱 절감되며, 시간 및 표준화 측면에도 더욱 기여할 수 있다.

본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 공정 균일성을 향상시킨 축전 결합 플라즈마 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 공정 균일성을 향상시킨 축전 결합 플라즈마의 형성 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 축전 결합 플라즈마 발생 장치는 위치에 따라 다른 할로우 케소드 방전을 유발하는 복수의 홀 영역들을 포함하는 전극, 상기 전극과 이격되어 배치되고 기판을 장착하는 기판 홀더, 상기 전극에 제1 주파수를 가지는 제1 RF 전력을 공급하여 플라즈마를 형성하는 제1 RF 전원, 및 상기 전극에 제2 주파수를 가지는 제 2 RF 전력을 공급하여 플라즈마를 형성하는 제2 RF 전원을 포함한다. 상기 홀 영역들은 홀의 밀도, 홀의 직경, 및 홀의 형태 중에서 적어도 하나는 서로 다르다.

본 발명의 일 실시예에 따른 축전 결합 플라즈마의 형성 방법은 위치에 따라 다른 할로우 케소드 방전을 유발하는 복수의 홀 영역들을 포함하는 전극을 제공하는 단계, 상기 전극에 제1 주파수를 가지는 제1 RF 전력을 공급하여 플라즈마를 형성하는 단계, 상기 전극에 제2 주파수를 가지는 제 2 RF 전력을 공급하여 플라즈마의 균일도를 보정하는 단계를 포함한다. 상기 홀 영역들은 홀의 밀도, 홀의 직경, 및 홀의 형태 중에서 적어도 하나는 서로 다르다.

본 발명의 일 실시예에 따른 축전 결합 플라즈마 발생 장치는 위치에 따라 다른 할로우 케소드 방전을 제공하고, 위치에 따라 다른 RF전원의 에너지 인가 분포를 제공하여 공정 균일도를 용이하게 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 축전 결합 플라즈마 발생 장치를 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1의 축전 결합 플라즈마 발생 장치의 전극의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 축전 결합 플라즈마 발생 장치의 전극의 평면도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 축전 결합 플라즈마 발생 장치를 설명하는 도면들이다.

균일도를 보정하기 위해 챔버의 구조를 변경할 경우, 공정의 조건이 바뀔 때마다 균일도를 유연하게 제어하는 것이 용이하지 않다. 서로 다른 주파수를 가진 복수의 전원만을 이용하여 플라즈마의 분포를 균일하게 유지하는 것은 한계가 있을 수 있다. 일례로 공정에서 요구하는 전원의 파장 길이가 전극의 길이와 비슷하거나 짧은 경우, 상당히 많은 주파수 전원을 인가해야만 균일한 전기장 분포를 얻을 수 있다. 따라서 전원으로 공정의 위치 분포를 균일하게 하는 대신, 1차적으로 전극에 의도적인 할로우 케소드 방전을 이용하여 불균일도를 인가한 후, 전원으로 2차적인 플라즈마 위치 분포를 추가적으로 제어하는 방법으로 균일한 공정을 이룰 수 있다. 따라서,서로 다른 주파수를 가진 복수의 전원과 할로우 케소드 방전을 사용하여, 플라즈마의 공간 분포를 용이하게 바꾸는 것이 가능하다.

챔버에 배치된 전극에 전력이 인가될 수 있다. 상기 전극은 플라즈마를 생성할 수 있다. 전력이 인가되는 상기 전극에 복수의 홀들이 배치된 경우, 공정을 수행하는 압력 및 인가 전압에 따라 상기 홀 주위에 형성되는 쉬스(sheath)의 두께, 이온화 평균 충돌 거리(ionization mean collision distance), 전기장의 크기 및 방향이 달라지질 수 있다. 적정한 범위의 지름 및 깊이를 갖는 홀이 존재할 경우, 상기 홀 근방에서 전자밀도(플라즈마 밀도) 증가가 뚜렷이 나타날 수 있다. 상기 홀은 할로우 케소드 방전을 유발할 수 있다. 특정 방전 조건에서 상기 홀 전극 근방에서 플라즈마 손실 면적의 증가에 의해 전자밀도(플라즈마 밀도) 감소가 뚜렷이 나타날 수 있다.

이러한 현상을 이용하여, 전극 또는 전력이 인가되는 챔버 벽에 적정한 밀도, 지름 및 깊이의 홀을 만들어 홀 주위의 전자 밀도를 향상/저해하거나 플라즈마 변수를 조절할 수 있다.

적정한 홀(Hole)의 직경은 기체 확산 계수, 전자의 에너지 손실 거리, 전자/가스의 평균 자유 이동거리(mean free path), 쉬스(Sheath)의 길이 및/또는 전자 온도 등의 정보로부터 이론적으로 계산될 수 있다. 그러나, 이론적으로 플라즈마 변수를 계산하고, 상기 플라즈마 변수를 이용하여 홀의 형태를 결정하는 것에 한계가 존재할 수 있다.

전극 구조체는 다양한 형태(깊이, 테이퍼 각도) 및 다양한 밀도의 홀들을 포함할 수 있다. 상기 홀의 단면은 원형, 사각형, 다각형, 별모양 또는 타원형일 수 있다. 또는 상기 홀은 트렌치 형태일 수 있다. 상기 홀들을 포함하는 전극 구조체는 챔버에 장착될 수 있다. 이미 결정된 공정 압력 범위와 전력 범위, 및 공정 가스 범위에서 전극 구조체를 이용하여 기판에 공정을 수행할 수 있다. 이 경우, 소정의 공정 범위에서 상기 전극 구조체의 상기 홀들 중에 일부만이 발광하거나 및/또는 플라즈마 밀도를 향상시킬 수 있다. 가장 강하게 발광하는 홀의 형태 또는 최적 공정 결과를 보이는 홀의 형태는 선택될 수 있다. 상기 발광하는 홀의 형태는 OES(optcal emission spectroscopy) 또는 육안으로 판단될 수 있다. 상기 최적 공정 결과는 상기 기판 분석 장비를 통하여 확인될 수 있다.

이러한 현상을 이용하여, 균일한 플라즈마 방전 및/또는 균일한 공정이 일어나지 않는 플라즈마 발생 장치에서, 플라즈마 밀도가 낮은 또는 높은 구역에 홀의 밀도를 증가 또는 감소시키어 전체적으로 플라즈마 밀도를 균일하게 할 수 있다. 따라서, 상기 플라즈마 발생 장치에서 플라즈마 균일도 및/또는 공정 균일도는 향상될 수 있다.

홀 구조의 방전 시, 홀 방전효과가 일부 홀에서 강하게 일어나 플라즈마의 균일도를 저해하는 현상이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 홀과 홀 사이를 연결하여 전자가 홀과 홀 사이에서 진행할 수 있도록 하여 균일도를 향상할 수 있다.

또한 홀의 간격이 넓어짐에 따라 홀의 중앙 위치와 홀 사이 위치에서의 공정 정도 차이에 의한 불균일도가 증가하여, 공정 결과 상에 홀의 각 위치에 대응하는 불균일 공정이 발생할 수 있다. 상기 전극 구조체의 홀 밀도 별로 대응하는 공정 위치의 공정 결과를 관찰하여 공정이 요구하는 불균일도 이내의 공정을 가능하게 하는 홀의 밀도를 선택할 수 있다.

또한, 대면적화에 따라, 상기 전극 구조체는 정상파 효과 및 유도 자기장 효과 등에 의하여 불균일한 플라즈마의 불균일도를 형성할 수 있다. 상기 정상파 효과를 감소시키기 위하여, 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 RF 전원들이 상기 전극 구조체에 인가될 수 있다. 이 경우, RF 전원들의 전력비에 따라, 상기 전극 구조체에 의하여 형성되는 플라즈마 균일도는 변할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 서로 다른 주파수의 복수의 RF 전원들을 전극 구조체에 인가하고, 또한, 상기 전극 구조체는 할로우 케소드 방전을 영역 별로 형성한다. 이에 따라, 상기 전극 구조체에 의한 플라즈마 균일도는 우선 할로우 케소드 방전에 의하여 조절되고, 이후 미세 조정은 RF 전원들의 전력비를 이용하여 수행될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 복수의 RF 전원들을 전극 구조체 상 서로 다른 위치에 인가하고, 또한, 상기 전극 구조체는 할로우 케소드 방전을 영역 별로 형성한다. 이에 따라, 상기 전극 구조체에 의한 플라즈마 균일도는 우선 할로우 케소드 방전에 의하여 조절되고, 이후 미세 조정은 RF 전원들의 전력비를 이용하여 수행될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 RF 전원이 전극 구조체 상 복수의 위치에 가변 축전기를 통해 인가되고, 또한, 상기 전극 구조체는 할로우 케소드 방전을 영역 별로 형성한다. 이에 따라, 상기 전극 구조체에 의한 플라즈마 균일도는 우선 할로우 케소드 방전에 의하여 조절되고, 이후 미세 조정은 위치 별 가변 축전기의 축전용량 변화를 이용하여 수행될 수 있다.

첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층(또는 막) 및 영역들의 두께, 홀의 크기 및 개수는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 또한, 층(또는 막)이 다른 층(또는 막) 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층(또는 막) 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 층(또는 막)이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 축전 결합 플라즈마 발생 장치를 설명하는 도면이다.

도 2는 도 1의 축전 결합 플라즈마 발생 장치의 전극의 평면도이다.

도 1을 참조하면, 상기 축전 결합 플라즈마 발생 장치(100)는 위치에 따라 다른 할로우 케소드 방전을 유발하는 복수의 홀 영역들(121a,121b)을 포함하는 전극(120), 상기 전극(120)과 이격되어 배치되고 기판(144)을 장착하는 기판 홀더(142), 상기 전극(120)에 제1 주파수를 가지는 제1 RF 전력을 공급하여 플라즈마를 형성하는 제1 RF 전원(112), 및 상기 전극(120)에 제2 주파수를 가지는 제 2 RF 전력을 공급하여 플라즈마를 형성하는 제2 RF 전원(114)을 포함한다. 상기 홀 영역들(121a,121b)은 홀의 밀도, 홀의 직경, 및 홀의 형태 중에서 적어도 하나는 서로 다르다.

상기 전극(120)은 복수의 홀 영역들(121a,121b)을 포함할 수 있다. 상기 홀 영역들(121a,121b)은 위치에 따라 서로 다른 홀의 밀도, 홀의 직경, 홀의 깊이, 또는 홀의 테이퍼 각도를 가질 수 있다. 상기 홀 영역들(121a,121b)은 하나의 RF 전력이 인가되는 경우, 공정 불균일성을 보상하도록 배치될 수 있다. 상기 홀 영역들(121a,121b)의 선정은 전산 모사 또는 실험을 통하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 전극(120)의 중심부의 플라즈마 밀도가 낮은 경우, 상기 전극(120)의 중심 영역의 홀의 밀도는 상기 전극(120)의 주변 영역의 홀의 밀도보다 높게 선택될 수 있다.

상기 전극(120)은 가스 분배 기능을 포함할 수 있다. 측면 가드부(122)는 상기 전극(120)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 상기 측면 가드부(122) 상에는 뚜껑(124)이 배치될 수 있다. 상기 뚜껑(124) 및 상기 측면 가드부(122)는 공급된 가스를 혼합하는 혼합 공간을 제공할 수 있다. 상기 뚜껑(124)은 중심부에 관통홀을 포함하고 상기 관통홀을 통하여 가스 공급 라인이 연결될 수 있다. 상기 전극(120), 상기 측면 가드부(122), 및 상기 뚜껑(124)은 서로 결합하여 상기 진공 용기(130) 내부에 배치될 수 있다. 상기 홀(123a,123b)은 상기 전극(120)을 관통할 수 있다.

상기 전극(120)이 복수의 홀 영역들(121a,121b)을 포함하는 경우에도, 상기 전극(120)에 의하여 발생한 플라즈마 균일도 또는 공정 균일도는 다른 공정 조건에서는 변경될 수 있다. 따라서, 상기 전극(120)이 교체되어야 하는 불편을 감소시키기 위하여, 상기 전극(120)은 복수의 서로 다른 주파수를 가지는 RF 전원들(112,114)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 전극(120)에 인가되는 RF 전원들(112,114)의 전력비 또는 주파수에 따라 플라즈마의 균일도는 개선될 수 있다.

상기 기판 홀더(142)는 히터 및/또는 바이아스 전극 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 기판 홀더(142)는 상기 기판(144)을 지지하고 상기 기판(144)에 에너지를 인가하는 수단일 수 있다. 상기 기판(144)은 유리 기판, 또는 반도체 기판일 수 있다.

상기 제1 RF 전원(112)은 제1 매칭 네트워크(116)를 통하여 상기 전극(120)에 제1 전력을 공급한다. 상기 제2 RF 전원(114)은 제2 매칭 네트워크(118)를 통하여 상기 전극에 제2 전력을 공급한다. 상기 제1 매칭 네트워크(116)의 출력과 상기 제2 매칭 네트워크(118)의 출력은 서로 결합하여 상기 전극(120)에 제공될 수 있다. 상기 제1 RF 전원(112)의 제1 주파수(f1)은 가변될 수 있다. 또한, 상기 제2 RF 전원(114)의 제2 주파수(f2)는 가변될 수 있다. 상기 제1 RF 전원(112) 및 상기 제2 RF 전원(114)은 상기 전극(120)의 중심에 전력을 공급할 수 있다. 상기 제1 RF 전원(112)의 제1 전력과 제2 전력(114)의 비를 변경하여, 상기 전극(120)에 의하여 형성된 플라즈마의 균일도를 제어할 수 있다.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 RF 전원들은 3개 이상으로 확장될 수 있다.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, RF 전력은 상기 전극의 중심부에서 한곳으로 공급되는 것에 한하지 않는다. 또한, 상기 제1 RF 전원과 상기 제2 RF 전원 각각은 복수의 위치에서 상기 전극에 전력을 공급할 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 축전 결합 플라즈마 발생 장치의 전극의 평면도이다. 도 1 및 도 2 에서 설명한 것과 중복되는 설명은 생략한다.

도 3을 참조하면, 전극의 홀들(123a,123b)은 적어도 일부는 트렌치(127)를 통하여 서로 연결될 수 있다. 상기 트렌치(127)의 폭은 상기 홀의 직경보다 작을 수 있다. 홀 구조의 방전 시, 홀 방전효과가 일부 홀에서 강하게 일어나 플라즈마의 균일도를 저해하는 현상이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 홀과 홀 사이를 연결하여 전자가 홀과 홀 사이에서 진행할 수 있도록 하여 균일도를 향상할 수 있다. 상기 트렌치(127)의 깊이는 상기 홀(123a,123b)의 깊이와 동일할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

상기 홀들(123a,123b)은 주위에 가장 인접한 홀들과 트렌치(127)를 통하여 연결될 수 있으며, 상기 홀들의 배치관계에 따라 다양하게 변형될 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 축전 결합 플라즈마 발생 장치를 설명하는 도면이다.

도 4를 참조하면, 상기 축전 결합 플라즈마 발생 장치는 위치에 따라 다른 할로우 케소드 방전을 유발하는 복수의 홀 영역들(221a,221b)을 포함하는 전극(220), 상기 전극(220)과 이격되어 배치되고 기판(244)을 장착하는 기판 홀더(242), 상기 전극(220)에 제1 주파수를 가지는 제1 RF 전력을 공급하여 플라즈마를 형성하는 제1 RF 전원(112), 및 상기 전극(220)에 제2 주파수를 가지는 제 2 RF 전력을 공급하여 플라즈마를 형성하는 제2 RF 전원(114)을 포함한다. 상기 홀 영역들(221a,221b)은 홀의 밀도, 홀의 직경, 및 홀의 형태 중에서 적어도 하나는 서로 다르다.

진공 용기(230)는 금속 재질이다. 상기 전극(220)은 제1 전극(222) 및 제2 전극(224)을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극(222) 및 상기 제2 전극(224)은 서로 정렬되어 서로 분리 결합할 수 있다. 상기 제1 전극(222) 및 상기 제2 전극(224)은 지지체(226)에 삽입되어 결합할 수 있다. 상기 지지체(226)는 절연물질일 수 있다. 상기 제2 전극(224)은 표면에 홀들(223a,223b)을 포함할 수 있다. 상기 제2 전극은 위치에 따라 다른 홀 영역들(221a,221b)을 포함할 수 있다. 상기 제2 전극(224)은 필요에 따라 교체될 수 있다. 제2 전극(224)은 상기 기판(244)을 마주보고 있다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 축전 결합 플라즈마 발생 장치를 설명하는 도면이다.

도 5를 참조하면, 상기 축전 결합 플라즈마 발생 장치는 위치에 따라 다른 할로우 케소드 방전을 유발하는 복수의 홀 영역들(221a,221b)을 포함하는 전극(220), 상기 전극(220)과 이격되어 배치되고 기판(244)을 장착하는 기판 홀더(242), 상기 전극(220)에 복수의 위치에서 RF 전력을 공급하여 플라즈마를 형성하는 RF 전원(112), 및 상기 RF 전원(112)과 상기 전극 사이에 배치된 복수의 가변 축전기들(115a)을 포함한다. 상기 가변 축전기들(115a)의 정전 용량은 상기 플라즈마의 균일도를 조절한다. 상기 가변 축전기들(115a)은 가변 인턱터들로 변경될 수 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 축전 결합 플라즈마 발생 장치를 설명하는 도면이다.

도 6을 참조하면, 상기 축전 결합 플라즈마 발생 장치는 위치에 따라 다른 할로우 케소드 방전을 유발하는 복수의 홀 영역들(221a,221b)을 포함하는 전극(220), 상기 전극(220)과 이격되어 배치되고 기판(244)을 장착하는 기판 홀더(242), 상기 전극(220)에 제1 주파수를 가지는 제1 RF 전력을 공급하여 플라즈마를 형성하는 제1 RF 전원(112), 및 상기 전극(220)에 제2 주파수를 가지는 제 2 RF 전력을 공급하여 플라즈마를 형성하는 제2 RF 전원(114)을 포함한다. 상기 홀 영역들(221a,221b)은 홀의 밀도, 홀의 직경, 및 홀의 형태 중에서 적어도 하나는 서로 다르다. 상기 전원은 전극 상 다른 위치에 전기적으로 연결되어 RF 전력을 공급할 수 있다.

상기 전극은 복수의 서브 전극들로 구분될 수 있으며, 상기 서브 전극들의 일부는 상기 제1 RF 전원에 연결되고, 나머지 서브 전극들은 상기 제2 RF 전원에 연결될 수 있다. 상기 서브 전극들은 전기적으로 연결되거나 서로 절연된 상태일 수 있다.

이하에서 본 발명의 일 실시예에 따른 축전 결합 플라즈마의 형성 방법을 설명한다.

위치에 따라 다른 할로우 케소드 방전을 유발하는 복수의 홀 영역들을 포함하는 전극을 제공한다. 상기 위치에 따른 홀들의 배치는 실험 , 경험 또는 전산모사를 통하여 설정될 수 있다. 상기 홀 영역들은 홀의 밀도, 홀의 직경, 및 홀의 형태 중에서 적어도 하나는 서로 다르게 설정된다.

이어서, 상기 전극에 제1 주파수를 가지는 제1 RF 전력을 공급하여 플라즈마를 형성한다. 상기 전극에 의하여 형성된 플라즈마가 충분한 균일성을 제공하지 않는 경우, 상기 전극에 제2 주파수를 가지는 제 2 RF 전력을 공급하여 플라즈마의 균일도를 보정할 수 있다. 상기 보정은 상기 제 1 RF 전력과 상기 제2 RF 전력의 비를 변경하거나, 상기 제 1 RF 전력과 상기 제2 RF 전력의 주파수를 변경하여 수행될 수 있다.

플라즈마 방전 조건에 따라, 위치 별 플라즈마 분포가 달라질 수 있다. 따라서, 소정의 공정 조건에서 플라즈마 변수의 위치 분포를 보정하여 균일도를 향상한 경우라도, 공정 조건이 변경되면, 균일도가 저하할 수 있다. 예를 들어, 하나의 진공 용기에서 다양한 공정이 이루어지는 경우, 공정 중 균일도 제어가 힘들다. 따라서, 이러한 경우, 상기 복수의 RF 전원을 사용하여 용이하게 균일도를 향상시킬 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 축전 결합 플라즈마 발생 장치
120: 전극
121a,121b: 홀 영역들
112: 제1 RF 전원
114: 제 2 RF 전력
142: 기판 홀더

Claims

위치에 따라 다른 할로우 케소드 방전을 유발하는 복수의 홀 영역들을 포함하는 전극;
상기 전극과 이격되어 배치되고 기판을 장착하는 기판 홀더;
상기 전극에 제1 주파수를 가지는 제1 RF 전력을 공급하여 플라즈마를 형성하는 제1 RF 전원; 및
상기 전극에 제2 주파수를 가지는 제 2 RF 전력을 공급하여 플라즈마를 형성하는 제2 RF 전원을 포함하고,
상기 홀 영역들은 홀의 밀도, 홀의 직경, 및 홀의 형태 중에서 적어도 하나는 서로 다르고,
상기 전극은 복수의 서브 전극들로 분리되며,
상기 제1 RF 전원은 상기 서브 전극들의 일부에 전력을 공급하고,
상기 제2 RF 전원은 나머지 서브 전극들에 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 축전 결합 플라즈마 발생 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 전극은 가스를 공급하는 가스 공급홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축전 결합 플라즈마 발생 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 홀들은 상기 전극을 관통하여 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 축전 결합 플라즈마 발생 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 RF 전원 및 상기 제2 RF 전원은 상기 전극의 중심에 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 축전 결합 플라즈마 발생 장치.
제 1항에 있어서,
상기 전극 상 복수의 홀 사이를 서로 연결하는 트렌치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축전 결합 플라즈마 발생 장치.
위치에 따라 다른 할로우 케소드 방전을 유발하는 복수의 홀 영역들을 포함하는 전극;
상기 전극과 이격되어 배치되고 기판을 장착하는 기판 홀더;
상기 전극에 제1 주파수를 가지는 제1 RF 전력을 공급하여 플라즈마를 형성하는 제1 RF 전원; 및
상기 전극에 제2 주파수를 가지는 제 2 RF 전력을 공급하여 플라즈마를 형성하는 제2 RF 전원을 포함하고,
상기 홀 영역들은 홀의 밀도, 홀의 직경, 및 홀의 형태 중에서 적어도 하나는 서로 다르고,
상기 제 1 RF 전원과 제 2 RF 전원의 전력비 또는 주파수를 변경하여 위치에 따라 불균일한 전기장을 유도하여 상기 홀 영역들 중 일부에 선택적으로 할로우 케소드 방전을 활성화하는 것을 특징으로 하는 축전 결합 플라즈마 발생장치.
위치에 따라 다른 할로우 케소드 방전을 유발하는 복수의 홀 영역들을 포함하는 전극을 제공하는 단계;
상기 전극에 제1 주파수를 가지는 제1 RF 전력을 공급하여 플라즈마를 형성하는 단계; 및
상기 전극에 제2 주파수를 가지는 제 2 RF 전력을 공급하여 플라즈마의 균일도를 보정하는 단계를 포함하고,
상기 홀 영역들은 홀의 밀도, 홀의 직경, 및 홀의 형태 중에서 적어도 하나는 서로 다르고,
상기 전극은 복수의 서브 전극들로 분리되며,
상기 제1 RF 전력은 상기 서브 전극들의 일부에 공급되고,
상기 제2 RF 전력은 나머지 서브 전극들에 공급되는 것을 특징으로 하는 축전 결합 플라즈마의 형성 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 전극은 가스를 공급하는 가스 공급홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축전 결합 플라즈마의 형성 방법.
위치에 따라 다른 할로우 케소드 방전을 유발하는 복수의 홀 영역들을 포함하는 전극;
상기 전극과 이격되어 배치되고 기판을 장착하는 기판 홀더;
상기 전극에 복수의 위치에서 RF 전력을 공급하여 플라즈마를 형성하는 RF 전원; 및
상기 RF 전원과 상기 전극 사이에 배치된 적어도 하나의 가변 축전기들을 포함하고,
상기 가변 축전기의 정전 용량을 변화시켜 상기 플라즈마의 균일도를 조절하고,
상기 전극은 복수의 서브 전극들로 분리되며,
상기 RF 전원은 제1 RF 전원 및 제2 RF 전원을 포함하고,
상기 제1 RF 전원은 상기 서브 전극들의 일부에 전력을 공급하고,
상기 제2 RF 전원은 나머지 서브 전극들에 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 축전 결합 플라즈마 발생 장치.
위치에 따라 다른 할로우 케소드 방전을 유발하는 복수의 홀 영역들을 포함하는 전극을 제공하는 단계;
상기 전극에 제1 주파수를 가지는 제1 RF 전력을 공급하여 플라즈마를 형성하는 단계;
상기 전극에 공급되는 제1 RF 전력은 가변 리엑턴스를 가지는 적어도 하나의 가변 수동 소자들을 통하여 복수의 위치에서 상기 전극에 공급되고, 상기 가변 리엑턴스를 통하여 상기 플라즈마의 균일도를 보정하는 단계를 포함하고,
상기 전극은 복수의 서브 전극들로 분리되며,
상기 가변 수동 소자들은 각각 대응하는 상기 서브 전극들에 직렬 연결되고,
상기 가변 수동 소자들은 서로 병렬 연결되고,
상기 제1 RF 전력은 상기 가변 수동 소자들에 각각 공급되는 것을 특징으로 하는 축전 결합 플라즈마의 형성 방법.
할로우 케소드 방전을 유발하는 복수의 홀들을 포함하는 전극;
상기 전극과 이격되어 배치되고 기판을 장착하는 기판 홀더;
상기 전극에 제1 주파수를 가지는 제1 RF 전력을 공급하여 플라즈마를 형성하는 제1 RF 전원; 및
상기 전극에 제2 주파수를 가지는 제 2 RF 전력을 공급하여 플라즈마를 형성하는 제2 RF 전원을 포함하고,
상기 전극은 복수의 서브 전극들로 분리되며,
상기 제1 RF 전원은 상기 서브 전극들의 일부에 전력을 공급하고,
상기 제2 RF 전원은 나머지 서브 전극들에 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 축전 결합 플라즈마 발생 장치.
제 11항에 있어서,
상기 전극의 홀들 사이를 서로 연결하는 트렌치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축전 결합 플라즈마 발생 장치.