KR101158289B1

KR101158289B1 - 플라즈마 처리 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101158289B1
Application number: KR1020100032370A
Authority: KR
Inventors: 안드레이 유샤코브; 조중근; 노일호; 윤창로; 노재민
Original assignee: 세메스 주식회사
Priority date: 2010-04-08
Filing date: 2010-04-08
Publication date: 2012-06-19
Also published as: KR20110113047A

Abstract

본 발명은 솔라셀(solar cell) 등과 같은 전자 소자를 제조하기 위해 기판 상에 박막을 형성하는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 장치를 제공한다. 본 발명의 장치는 샤워 헤드들이 복수 개가 분리되어 제공된다. 각각의 샤워 헤드는 그 길이 방향이 제1방향을 따라 배치되고, 샤워 헤드들은 제1방향에 수직한 제2방향을 따라 일렬로 배열된다. 각각의 샤워 헤드의 일단 및 타단에는 전력이 인가된다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

비정질 실리콘 솔라셀(amorphous silicon solar cell), 마이크로결정 솔라셀(microcrystalline solar cell), 박막 다결정 솔라셀(thin film polycrystalline solar cell), 박막 반도체 소자(thin film semiconductor device), 광센서(optical sensor), 반도체 보호 필름(semiconductor protective film), 그리고 디스플레이 장치(display device) 등과 같은 다양한 전자 소자들을 제조하기 위해 기판 상에 박막을 형성하기 위한 증착 공정이 요구된다. 이와 같이 증착 공정을 수행하기 위해 플라즈마 강화 화학 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition) 장치가 사용되고 있다.

일반적인 플라즈마 강화 화학 기상 증착장치는 용량 결합 플라즈마 방전에 의해 플라즈마를 발생시킨다. 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 챔버와, 그 내부에서 갭을 두고 서로 이격된 2개의 평판 전극들을 가진다. 2개의 전극들 중 하나는 접지되고, 기판이 놓이는 서셉터로서 기능한다. 다른 하나의 전극은 서셉터와 마주보게 위치되고, 고주파 정합기를 통해 고주파 발생부와 연결된다. 또한, 챔버 벽에는 상술한 진공 갭 내로 반응가스를 공급하는 가스 포트가 제공된다.

증착 공정에서 생산성 향상 및 비용 절감을 위해 박막의 증착률을 향상시키는 것은 중요하다. 최근에는 박막의 증착률을 향상시키기 위해 30 내지 300메가 헤르쯔(MHz)의 초단파(VHF, very high frequency)를 전극에 인가한다. 그러나 대면적 솔라 패널(large area solar panel)과 같이 대형 기판에 초단파를 이용하여 플라즈마 공정 수행시 기판의 영역별 증착 균일도가 크게 저하된다.

본 발명은 증착 균일도 및 증착율을 향상시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 대면적 솔라 패널 등과 같은 대형 기판을 대상으로 하여 증착 공정을 수행시 증착 균일도를 향상시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 챔버의 크기를 감소시키고 챔버 내 구성물의 설치가 간편한 플라즈마 처리 장치 및 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 초단파를 사용하여 플라즈마를 발생시키는 장치에서 기판 상에 증착 균일도를 향상시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명은 플라즈마 처리 장치를 제공한다. 상기 플라즈마 처리 장치는 내부에 플라즈마가 발생되는 반응공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버 내에 배치되며 기판이 놓이는, 그리고 전극으로서 제공되는 서셉터(suscepter)와; 상기 챔버 내에서 상기 서셉터 상부에 배치되며, 그리고 전극으로 제공되는 복수의 샤워 헤드들과; 상기 샤워 헤드들 각각으로 전력을 공급하는 전원 공급부를 포함하며, 각각의 상기 샤워 헤드는 내부에 가스가 유입되는 유입공간을 가지고, 각각의 상기 샤워 헤드의 저면에는 상기 유입공간 내 가스를 상기 샤워 헤드의 아래로 공급하는 분사공들이 형성되며, 상기 전원 공급부는 각각의 샤워 헤드의 양단에 각각 전력을 공급하도록 제공된다.

각각의 상기 샤워 헤드는 그 길이방향이 제1방향을 따라 배치되고, 상기 샤워 헤드들은 상기 제1방향에 수직한 제2방향을 따라 배열되고, 상기 제1방향 및 상기 제2방향에 의해 제공된 평면은 상기 서셉터의 상면과 평행하게 제공될 수 있다.

각각의 상기 샤워 헤드들은 직사각의 형상을 가지고, 상기 분사공들이 제공된 각각의 상기 샤워 헤드들의 저면은 동일한 높이에 위치될 수 있다.

상기 플라즈마 처리 장치는 상기 샤워 헤드들 각각으로 반응가스를 공급하는 가스 분배 부재를 더 포함할 수 있다. 상기 가스 배플부재는 상기 샤워 헤드들 상부에 위치되고, 내부공간을 가지는 하우징과; 상기 하우징에 제공되며, 상기 내부공간으로 반응가스가 유입되는 유입 포트와; 그리고 상기 하우징의 내부공간과 각각의 상기 샤워 헤드의 유입공간을 연결하는 연결관들을 포함할 수 있다.

각각의 상기 샤워 헤드들의 유입공간에는 가스 분산판이 제공될 수 있다. 상기 가스 분산판은 그 길이방향이 상기 제1방향을 따라 배치되며, 내부에 관통홀들이 제공되지 않은 블랭크 판일 수 있다.

일 예에 의하면, 상기 전원 공급부는 각각의 상기 샤워 헤드의 일단에 전력을 공급하는 제1전력선과 각각의 상기 샤워 헤드의 타단에 전력을 공급하는 제2전력선을 포함하되, 상기 샤워 헤드의 일단과 상기 샤워 헤드의 타단은 상기 제1방향을 따라 이격된 부분일 수 있다.

상기 전원 공급부는 고주파 발생부; 상기 고주파 발생부로부터 상기 제1전력선들로 고주파전력을 전달하는 제1파워케이블 상에 배치되는 제1고주파 정합기; 그리고 상기 고주파 발생부로부터 상기 제2전력선들로 고주파전력을 전달하는 제2파워케이블 상에 배치되는 제2고주파 정합기를 포함하되; 상기 고주파 발생부는 상기 제2고주파 정합기로 제공되는 고주파 전력의 위상을 변환하는 위상변환기를 포함할 수 있다.

다른 예에 의하면, 상기 샤워 헤드들의 일부는 제1그룹에 속하고, 상기 샤워 헤드들의 다른 일부는 제2그룹에 속하며, 상기 전원 공급부는 각각의 상기 제1그룹에 속하는 샤워 헤드의 일단에 전력을 공급하는 제1전력선과; 각각의 상기 제1그룹에 속하는 샤워 헤드의 타단에 전력을 공급하는 제2전력선과; 각각의 상기 제2그룹에 속하는 샤워 헤드의 일단에 전력을 공급하는 제3전력선과; 각각의 상기 제2그룹에 속하는 샤워 헤드의 타단에 전력을 공급하는 제4전력선과; 제1고주파 발생부와; 상기 제1고주파 발생부로부터 제공받은 고주파 전력을 복수의 경로로 분배하여 상기 제1전력선 및 상기 제2전력선으로 공급하는 제1전력 분배기와; 제2고주파 발생부와; 상기 제2고주파 발생부로부터 제공받은 고주파 전력을 복수 개의 경로로 분배하여 상기 제3전력선 및 상기 제4전력선으로 공급하는 제2전력 분배기와; 상기 제1전력 분배기와 상기 제1전력선 사이에 설치되는 제1고주파 정합기; 상기 제1전력 분배기와 상기 제2전력선 사이에 설치되는 제2고주파 정합기; 상기 제2전력 분배기와 상기 제3전력선 사이에 설치되는 제3고주파 정합기; 그리고 상기 제2전력 분배기와 상기 제4전력선 사이에 설치되는 제4고주파 정합기를 포함할 수 있다.

상기 제1그룹에 속하는 샤워 헤드들은 상기 제2그룹에 속하는 샤워 헤드들의 외측에 배치될 수 있다.

상기 전원 공급부는 상기 제1전력 분배기와 상기 제1전력선, 또는 상기 제2전력 분배기와 상기 제3전력선에 제공되는 위상변환기를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 플라즈마 처리 방법을 제공한다. 상기 플라즈마 처리 방법에 의하면, 복수의 샤워 헤드들 각각의 양단으로 고주파 전력을 인가하고, 상기 샤워 헤드들 각각에서 아래 방향으로 반응가스를 분사하고, 상기 샤워 헤드와 그 아래에 위치된 기판 사이에서 상기 반응가스로부터 플라즈마를 발생시키고, 상기 플라즈마로 상기 기판을 처리한다.

각각의 상기 샤워 헤드는 그 길이방향이 제1방향을 따라 배치되고, 복수의 상기 샤워 헤드들은 제2방향을 따라 배열되며, 상기 샤워 헤드의 양단은 상기 제1방향을 따라 이격된 부분일 수 있다. 상기 샤워 헤드의 양단으로 공급되는 전력들은 위상차가 서로 상이할 수 있다.

본 발명에 의하면 솔라 패널과 같은 대면적 기판에 박막 증착 공정 진행시 증착 균일도 및 증착율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 챔버의 크기를 감소시키고 챔버 내 구성물의 설치가 간편하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도 2는 도 1의 장치의 내부 구성을 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 3a는 도 1에 도시된 챔버의 사시도이다.
도 3b는 도 1에 도시된 챔버가 절단된 상태의 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 샤워 헤드를 일 예를 보여주는 사시도이다.
도 5는 챔버 내에서의 반응가스 흐름을 보여주는 도면이다.
도 6은 도 1의 장치의 전원 공급부의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 7a는 샤워 헤드에서 그 길이방향을 따라 전압 분포를 보여주는 그래프이다.
도 7b는 샤워 헤드의 아래 영역에서 그 길이방향을 따라 형성된 플라즈마 밀도을 보여주는 그래프이다.
도 8은 도 1의 장치의 전원 공급부의 다른 예를 보여주는 도면이다.

상술한 본 발명의 양상은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 바람직한 실시 예를 통해 당업자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 그러나 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 예는 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

도 1 내지 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 구성을 개략적으로 보여주는 도면들이다. 도 1은 본 발명의 플라즈마 처리 장치(1)의 평면도이고, 도 2는 도 1의 플라즈마 처리 장치(1)의 내부 구성을 개략적으로 보여주는 단면도이고, 도 3a는 도 1에 도시된 챔버(100)의 사시도이고, 도 3b는 도 1에 도시된 챔버(100)가 절단된 상태의 사시도이다.

본 실시예에서 기판은 솔라 패널(solar panel)일 수 있다. 또한, 기판은 대면적 기판일 수 있다. 예컨대 기판은 가로 및 세로의 길이가 각각 1미터(m)를 초과하는 크기를 가질 수 있다. 예컨대, 기판은 5세대(1,100×1,300㎜)이상의 크기일 수 있다. 플라즈마 처리 장치(1)는 기판에 대해 증착 공정을 수행하는 장치일 수 있다. 또한, 플라즈마 처리 장치(1)는 플라즈마 강화 화학 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor depostion) 장치일 수 있다.

도 1 내지 도 3b를 참조하면, 플라즈마 처리 장치(1)는 챔버(100), 서셉터(200), 샤워 헤드들(300), 전원 공급부(400), 그리고 가스 분배 부재(500)를 가진다. 본 실시예에서 플라즈마 처리 장치(1)는 용량 결합형 플라즈마 소스에 의해 반응 가스로부터 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 서셉터(200)는 서로 마주보는 두 개의 전극들 중 하나의 전극으로 제공되고, 샤워 헤드들(300)은 다른 하나의 전극으로 제공된다.

챔버(100)는 바디(110)와 덮개(120)를 가지며, 외부로부터 밀폐 가능하고 증착 공정이 수행되는 공간을 가진다. 바디(110)를 구성하는 일측벽에는 기판 반입/반출을 위한 개구가 형성되고, 개구는 슬롯밸브(130)에 의해 개폐된다. 슬롯밸브(130)는 바디(110) 내부로 기판(S)이 반입될 때 또는 바디(110)로부터 외부로 기판이 반출될 때 개구를 개방하고, 챔버(100) 내에서 공정이 수행될 때 개구를 폐쇄한다. 챔버(100)에는 공정 진행시 그 내부의 반응 부산물을 배기하고, 챔버(100) 내부를 공정 압력으로 유지하기 위한 배기 부재(도시되지 않음)가 연결된다. 배기 부재는 진공 펌프(도시되지 않음)를 포함한다. 예컨대, 공정진행시 챔버(100)는 0.5~10 토르(torr)의 진공압으로 유지될 수 있다.

서셉터(200)는 챔버(100) 내 공간에 위치되며, 공정 진행시 기판(S)을 지지한다. 서셉터(200)의 상면은 대체로 직사각의 형상을 가지고, 기판(S)의 크기보다 큰 면적으로 제공될 수 있다. 도시되지는 않았으나, 서셉터(200)에는 기판(S)을 서셉터(200) 상에 로딩하기 위한 리프트 핀 어셈블리가 제공될 수 있다. 또한 서셉터(200)는 상하 이동이 가능하도록 설치될 수 있다. 예컨대, 서셉터(200)는 기판의 로딩/언로딩시에는 제1위치에 위치되고, 공정 진행시에는 제2위치에 위치될 수 있다. 제2위치는 제1위치보다 높은 위치이다. 서셉터(200)는 접지될 수 있다. 서셉터(200)의 내부에는 히터(도시되지 않음)가 제공된다. 히터는 기판(S)을 가열하여 기판을 기설정된 공정온도로 유지시킨다.

서셉터(200)의 상부에는 복수의 샤워 헤드들(300)이 배치된다. 샤워 헤드들(300)은 서로 간에 동일한 크기 및 형상을 가질 수 있다. 서셉터(200)와 샤워 헤드들(300) 사이의 공간은 플라즈마가 생성되는 반응 공간으로 제공된다.

각각의 샤워 헤드(300)는 대체로 직육면체의 형상을 가진다. 각각의 샤워 헤드(300)는 그 길이 방향이 제1방향(12)을 따라 배치된다. 각각의 샤워 헤드(300)의 길이는 기판(S) 또는 서셉터(200) 상면의 일 변보다 긴 길이로 제공될 수 있다. 샤워 헤드들(300)은 제2방향(14)을 따라 서로 나란하게 배열된다. 제2방향(14)은 제1방향(12)에 대해 수직한 방향이며, 제1방향(12)과 제2방향(14)에 의해 이루어진 평면은 서셉터(200)의 상면과 대체로 평행한 면이다.

샤워 헤드들(300)은 서로 간에 이격되게 위치되며, 서로 간에 전기적으로 절연된다. 샤워 헤드들(300)은 그 저면이 서로 동일한 높이에 위치된다. 또한, 샤워 헤드들(300)의 저면은 서셉터(200)와 평행하게 제공된다. 공정 진행시 샤워 헤드(300)들과 서셉터(200)사이의 간격은 5 내지 30 미리미터(mm)로 제공될 수 있다. 예컨대 샤워 헤드들(300)과 서셉터(200) 사이의 간격은 10 미리미터(mm)로 제공될 수 있다. 샤워 헤드(300)의 저면들 전체 합의 크기는 처리하고자 하는 기판의 크기보다 크게 제공될 수 있다.

상술한 바와 달리 샤워 헤드들은 서로 간에 높이가 상이하게 제공될 수 있다. 예컨대, 안 쪽에 배치된 샤워 헤드들은 바깥 쪽에 배치된 샤워 헤드들보다 높게 위치될 수 있다. 이와 반대로 안 쪽에 배치된 샤워 헤드들은 바깥 쪽에 배치된 샤워 헤드들보다 낮게 위치될 수 있다. 이는 샤워 헤드와 기판 사이의 간격을 상이하게 하여 챔버(100) 내 영역에 따라 플라즈마 밀도를 변경할 수 있도록 한다.

도 4는 샤워 헤드(300)의 일 예를 보여주는 사시도이다. 도 2 및 도 4를 참조하면, 각각의 샤워 헤드(300)는 상술한 바와 같이 직육면체 형상을 가진다. 샤워 헤드들은 모두 동일한 크기, 형상, 그리고 구조를 가질 수 있다. 샤워 헤드(300)의 내부에는 반응 가스가 유입되는 유입 공간(301)이 형성된다. 샤워 헤드(300)의 저면에는 유입 공간(301) 내 반응 가스를 샤워 헤드(300)의 아래로 분사하는 분사공들(302)이 형성된다. 샤워 헤드(300)의 저면은 플라즈마에 의한 아크 발생을 방지하기 위하여 그 표면이 양극화(Anodize) 처리될 수 있다.

샤워 헤드(300)의 유입 공간(301)에는 가스 분산판(390)이 제공될 수 있다. 가스 분산판(390)은 유입 공간(301)으로 유입된 반응 가스가 복수의 분사공들(302)을 통해 균일하게 분사되도록 한다. 가스 분산판(390)은 내부에 상하 방향으로 관통공들이 형성되지 않은 블로킹 판(blocking plate)일 수 있다. 가스 분산판(390)은 그 길이 방향이 제1방향(12)과 평행하게 배치되며, 샤워 헤드(300)의 유입 공간(301)의 상벽 및 하벽으로부터 이격되게 위치된다.

각각의 샤워 헤드(300) 내에서 가스 분산판(390)은 하나 또는 복수 개 제공될 수 있다. 가스 분산판(390)이 복수 개 제공되는 경우, 가스 분산판들(390)은 제 1 방향(12)을 따라 서로 이격되게 배치될 수 있다. 상술한 바와 달리 가스 분산판(390)에는 상하 방향으로 관통될 홀들이 제공될 수 있다.

가스 분배 부재(500)는 각각의 샤워 헤드들(300)의 유입 공간(301)으로 반응 가스를 공급한다. 가스 분배 부재(500)는 하우징(510), 유입 포트(520), 그리고 연결관들(530)을 가진다. 하우징(510)은 샤워 헤드들(300)의 상부에 샤워 헤드들(300)과 마주보도록 배치된다. 하우징(510)은 직육면체 형상을 가지며, 내부에 반응 가스가 유입되는 내부 공간(512)을 가진다.

하우징(510)의 상면에는 유입 포트(520)가 결합된다. 유입 포트(520)는 챔버(100)의 덮개(120)를 관통하여 덮개(120)로부터 상부로 돌출되게 제공될 수 있다. 반응 가스는 챔버(100)의 외부로부터 유입 포트(520)를 통해 하우징(510)의 내부 공간(512)으로 유입된다.

연결관(530)은 하우징(510)의 내부 공간(512)과 샤워 헤드(300)의 유입 공간(301)을 서로 연결하여, 하우징(510)의 내부 공간(512)으로부터 샤워 헤드(300)의 유입 공간(301)으로 가스를 공급한다. 연결관(530)은 복수 개가 제공될 수 있다. 연결관(530)은 제2방향(14)을 따라 일렬로 배치되어, 하나의 연결관(530)은 하나의 샤워 헤드(300)의 유입 공간(301)과 하우징(510)의 내부 공간(512)을 연결할 수 있다. 이와 달리 연결관(530)들은 상부에서 바라볼 때 복수의 행과 열을 가진 격자 모양으로 배치되어, 복수의 연결관들(530)이 하나의 샤워 헤드(300)의 유입 공간(301)과 하우징(510)의 내부 공간(512)을 연결할 수 있다.

이와 달리, 일부 샤워 헤드(300)는 다른 샤워 헤드(300)보다 더 많은 수의 연결관들(530)에 의해 하우징(510)의 내부 공간(512)과 연결될 수 있다. 예컨대, 상술한 안쪽에 위치된 샤워 헤드(300)는 바깥쪽에 위치된 샤워 헤드(300) 보다 더 많은 수의 연결관들(530)에 의해 하우징(510)과 연결될 수 있다. 이와 반대로 바깥쪽에 위치된 샤워 헤드들(300)은 안쪽에 위치된 샤워 헤드들(300)보다 더 많은 수의 연결관(530)들에 의해 하우징(510)과 연결될 수 있다.

도 5는 공정 챔버(100)에서 반응 가스가 흐르는 경로를 보여준다. 도 5에 도시된 바와 같이, 유입 포트(520)를 통해 반응 가스가 외부로부터 가스 분배 부재(500)의 하우징(510)의 내부 공간(512)으로 유입된다. 이후, 반응 가스는 연결관(530)을 통해 하나의 내부 공간(512)으로부터 복수의 샤워 헤드(300)들 각각의 유입 공간(301)으로 분산된다. 이후, 반응 가스는 각각의 샤워 헤드(300)로부터 아래 방향으로 기판의 상부로 균일하게 분산된다.

도 6은 도 1의 장치의 전원 공급부(400)의 일 예를 보여주는 도면이다. 전원 공급부(400)는 각각의 샤워 헤드(300)로 고주파 전력을 공급한다. 또한, 본 실시예에서 전원 공급부(400)는 각각의 샤워 헤드(300)의 일단 및 타단 각각으로 고주파 전력을 공급한다. 샤워 헤드(300)의 일단 및 타단은 제1방향(12)을 따라 서로 이격된 부분이다.

전원 공급부(400)는 고주파 발생부(410), 제1고주파 정합기(420), 제2고주파 정합기(430), 위상 변환기(440), 제1전력선(482), 그리고 제2전력선(484)을 가진다. 고주파 발생부(410)는 신호 발생기(412), 제1증폭기(414), 그리고 제2증폭기(416)를 가진다. 신호 발생기(412)는 주파수 신호를 발생시키며, 신호 발생기(412)로는 커먼 익사이터(common exciter)가 사용될 수 있다. 제1증폭기(414)와 제2증폭기(416)는 각각 신호 발생기(412)로부터 주파수 신호를 받아 이를 증폭한다. 제1증폭기(414)는 케이블을 통해 제1고주파 정합기(420)와 연결되고, 제2증폭기는 케이블을 통해 제2고주파 정합기(430)과 연결된다. 제1전력선(482)은 샤워 헤드(300)의 일단과 연결되고, 제2전력선(484)은 샤워 헤드(300)의 타단과 연결된다. 제1전력선(482)과 제2전력선(484)은 각각 피드 쓰루(feed through)를 포함할 수 있다. 피드 쓰루는 챔버(100)의 측벽을 관통하여 샤워 헤드(300)와 결합된다.

위상 변환기(440)는 제1전력선(482)을 통해 샤워 헤드(300)의 일단으로 공급되는 전력과 제2전력선(484)을 통해 샤워 헤드(300)의 타단으로 공급되는 전력들 간에 주파수의 위상이 상이하도록 위상을 변환한다. 예컨대, 위상차는 90도, 180도, 또는 270도 일수 있다. 위상 변환기(440)는 신호 발생기(412)와 제2증폭기(416) 사이에 배치될 수 있다.

상술한 예에서는 하나의 고주파 발생부가 샤워헤드의 양단 모두로 전력을 공급하는 것으로 설명하였다. 그러나 이와 달리 샤워 헤드의 일단으로 전력을 공급하는 고주파 발생부와 샤워 헤드의 타단으로 전력을 공급하는 고주파 발생부는 각각 제공될 수 있다.

도 7a는 샤워 헤드(300)의 길이 방향을 따른 전압 분포를 보여주는 그래프이고, 도 7b는 샤워 헤드(300)의 길이 방향을 따라 샤워 헤드 아래 영역에서 발생되는 플라즈마 밀도를 보여주는 그래프이다. 도 7a에서 수평축(X축)은 샤워 헤드(300)의 길이를 나타내고 수직축(Y축)은 전압 크기를 나타내고, 도 7b에서 수평축(X축)은 샤워 헤드의 길이를 나타내고 수직축(Y축)은 플라즈마 밀도를 나타낸다. 도 7a에서 제1라인(L1)은 제1전력선(482)으로부터 샤워 헤드(300)로 전력이 인가된 경우 전압 분포를 보여주며, 제2라인(L2)은 제2전력선(484)로부터 샤워 헤드(300)로 전력이 인가된 경우 전압 분포를 보여준다. 그리고 제3라인(L3)은 제1전력선(482)과 제2전력선(484)을 통해 샤워 헤드(300)로 동시에 전력이 위상차를 가지고 인가된 경우 전압 분포를 보여준다. 또한, 도 7b에서 제1라인(D1)은 제1전력선(482)으로부터 샤워 헤드(300)로 전력이 인가된 경우 플라즈마 밀도 분포를 보여주며, 제2라인(D2)은 제2전력선(484)로부터 샤워 헤드(300)로 전력이 인가된 경우 플라즈마 밀도 분포를 보여준다. 그리고 제3라인(D3)는 제1전력선(482)과 제2전력선(484)을 통해 위상차를 가지고 샤워 헤드(300)로 동시에 전력이 인가된 경우 플라즈마 밀도 분포를 보여준다.

제1라인(L1, D1)과 제2라인(L2, D2)에서 보여주는 바와 같이 샤워 헤드는 전력선이 직접 인가되는 부분으로부터 멀어질수록 전압이 낮고, 플라즈마 밀도는 대체로 전압의 밀도에 비례한다. 그러나 본 실시예와 같이 샤워 헤드의 일단 및 타단 각각으로부터 전력을 동시에 공급하면, 제3라인(L3, D3)과 같이 샤워 헤드의 전체 길이에서 대체로 균일한 전압 분포 및 플라즈마 밀도를 얻을 수 있다.

즉, 본 실시예의 경우, 제1방향(12)을 따른 플라즈마 밀도의 균일도는 샤워 헤드(300)의 일단 및 타단 각각에 전력을 인가함으로써 향상시킬 수 있고, 제2방향(14)으로 플라즈마 밀도의 균일도는 복수의 샤워 헤드들(300)을 제2방향(14)으로 나란하게 배열하고, 각각의 샤워 헤드(300)에 전력을 인가함으로써 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시예의 경우, 샤워 헤드(300)로부터 반응 가스를 공급하고, 샤워 헤드가 전극으로 직접 사용되므로 반응 가스를 공급하는 부재와 플라즈마를 발생시키는 부재가 독립적으로 챔버(100) 내에 제공된 구조에 비해 조립이 간편하고, 챔버 내 공간의 상하 방향으로 폭을 좁게 제공할 수 있다.

다음에는 상술한 구성을 갖는 기판 처리 장치에서 대면적 기판에 대해 증착 공정을 수행하는 일 예를 설명한다. 예컨대 기판은 직사각 형상을 가지고, 기판의 일변 및 타변의 길이는 각각 1,500 미리미터(mm) 및 1,200 미리미터(mm) 일 수 있다. 또한, 기판은 솔라 패널(solar panel)이고, 기판 상에 증착되는 박막은 아모퍼스 실리콘 박막일 수 있다. 고주파 전력의 주파수는 초단파일 수 있다. 예컨대, 고주파 전력의 주파수는 30 내지 300메가 헤르쯔(MHz)일 수 있다. 공정 진행시 공급되는 반응가스의 유량은 5,000 내지 30,000 SCCM일 수 있다. 반응 가스는 실란(SiH4) 가스를 포함할 수 있다. 공정 진행시 챔버 내 압력은 0.5 내지 10토르(torr) 일 수 있다.

처음에 기판(S)이 서셉터(200) 상에 놓이면 챔버(100) 내부가 상술한 공정 압력에 해당되는 진공도로 조절되고, 기판(S)은 가열된다. 반응 가스(SiH4)는 가스 분배 부재(500)의 내부 공간(512)으로 유입되고, 이후에 각 연결관(530)들을 통해 샤워 헤드(300)들의 유입 공간(301) 각각으로 균일하게 제공된다. 샤워 헤드(300)들로 제공된 반응가스는 샤워 헤드(300) 내부에 설치된 가스 분산판(390)에 의해 확산된 후 분사공들(302)을 통해 기판(S) 상으로 균일하게 분사된다. 반응 가스는 샤워 헤드(300)와 기판(S) 사이의 공간에서 플라즈마로 발생되고, 이후 기판(S) 상에 증착된다.

전원 공급부(400)는 각각의 샤워 헤드(300)의 일단 및 타단으로 각각 전력을 공급한다. 이 때, 샤워 헤드(300)의 일단으로 공급되는 전력과 샤워 헤드의 타단으로 공급되는 전력은 서로 상이한 위상을 가질 수 있다.

도 8은 전원 공급부(400')의 다른 예를 보여주는 도면이다. 도 8을 참조하면, 샤워 헤드(300)는 복수의 그룹으로 나누어지고, 각각의 그룹은 서로 상이한 전원 공급부로부터 고주파 전력을 인가받는다. 예컨대, 도 8과 같이 네 개의 샤워 헤드(300)가 제공되는 경우, 두 개의 샤워 헤드(400a)는 제1그룹에 속하고, 나머지 두 개의 샤워 헤드(400b)는 제2그룹에 속한다. 제1그룹의 샤워 헤드(400a)는 안쪽에 위치되고, 제2그룹의 샤워 헤드(400b)는 바깥 쪽에 위치될 수 있다.

전원 공급부(400')는 제1고주파 발생부(410a), 제1고주파 정합기(422a), 제2고주파 정합기(424a), 제1파워 스플릿터(450a), 제1전력선(482a), 제2전력선(484a), 제2고주파 발생부(410b), 제3고주파 정합기(422b), 제4고주파 정합기(424b), 제2파워 스플릿터(450b), 제3전력선(482b), 그리고 제4전력선(484b)을 가진다. 제1고주파 발생부(410a), 제1고주파 정합기(422a), 제2고주파 정합기(424b), 제1파워 스플릿터(450a), 제1전력선(482a), 그리고 제2전력선(484a)는 제1그룹의 샤워 헤드(300a)에 전력을 인가하기 위해 사용되고, 제2고주파 발생부(410b), 제3고주파 정합기(422b), 제4고주파 정합기(424b), 제2파워 스플릿터(450b), 제3전력선(482b), 제4전력선(484b)는 제2그룹의 샤워 헤드(300b)에 전력을 인가하기 위해 사용된다.

제1전력선(482a)은 제1그룹의 샤워 헤드들(300a)의 일단에 각각 연결되고, 제2전력선(484a)는 제1그룹의 샤워 헤드들(300a)의 타단에 각각 연결된다. 제1전력선들(482a)은 제1고주파 정합기(422a)에 연결되고, 제2전력선들(484a)는 제2고주파 정합기(424a)에 연결된다. 제1고주파 발생부(410a)로부터 제공된 전력은 제1파워 스플릿터(450a)에 의해 분할되어 제1고주파 정합기(422a)와 제2고주파 정합기(424a)로 공급된다.

제3전력선(482b)은 제2그룹의 샤워 헤드들(300b)의 일단에 각각 연결되고, 제4전력선(484b)는 제2그룹의 샤워 헤드들(300b)의 타단에 각각 연결된다. 제3전력선들(482b)은 제3고주파 정합기(422b)에 연결되고, 제4전력선들(484b)는 제4고주파 정합기(424b)에 연결된다. 제2고주파 발생부(410b)로부터 제공된 전력은 제2파워 스플릿터(450b)에 의해 분할되어 제3고주파 정합기(422b)와 제4고주파 정합기(424b)로 공급된다. 제2파워 스플릿터(450b)와 제3고주파 정합기(422b)를 연결하는 케이블에는 고주파 전력의 위상을 변환하는 위상 변환기(440b)가 설치된다.

상술한 구조로 인해 제1그룹에 속하는 샤워 헤드들과 제2그룹에 속하는 샤워 헤드들로 상이한 전력을 공급할 수 있으며, 이로 인해 챔버 공간 내 영역에 따라 플라즈마 밀도 균일도를 조절할 수 있다.

상술한 예에서는 위상 변환기는 제2그룹의 샤워 헤드(300b)에 전력을 인가하는 구성에 설치되는 것으로 설명하였다. 그러나 이와 달리 위상 변환기는 제1파워 스플릿터(450a)와 제1고주파 정합기(422b) 사이에도 설치될 수 있다. 상술한 바와 달리 전원 공급부(400')에는 위상 변환기가 제공되지 않을 수 있다.

상술한 예에서는 제1그룹의 샤워 헤드는 안 쪽에 위치되고 제2그룹의 샤워 헤드는 바깥 쪽에 위치되는 것으로 설명하였다. 그러나 이와 달리 제1그룹의 샤워 헤드와 제2그룹의 샤워 헤드는 이와 상이하게 배치될 수 있다. 예컨대, 제1그룹에 속하는 샤워 헤드들 중 하나와 제2그룹에 속하는 샤워 헤드들 중 하나가 교대로 배치될 수 있다.

또한, 상술한 예에서는 4개의 샤워 헤드가 제공되고, 제1그룹의 샤워 헤드와 제2그룹의 샤워 헤드는 동일한 수로 제공되는 것으로 설명하였다. 그러나 이와 달리 샤워 헤드는 3개 또는 5개 이상으로 제공되고, 제1그룹의 샤워 헤드의 수와 제2 그룹의 샤워 헤드의 수는 서로 상이하게 제공될 수 있다.

또한, 상술한 예에서는 샤워 헤드가 두 개의 그룹으로 나누어진 것으로 설명하였다. 그러나 이와 달리 샤워 헤드는 세 개 이상의 그룹으로 나누어질 수 있다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 챔버
200 : 서셉터
300 : 샤워 헤드
400 : 전원 공급부
500 : 가스 분배 부재

Claims

플라즈마 처리 장치에 있어서:
내부에 플라즈마가 발생되는 반응공간을 제공하는 챔버와;
상기 챔버 내에 배치되며 기판이 놓이는, 그리고 전극으로서 제공되는 서셉터(suscepter)와;
상기 챔버 내에서 상기 서셉터 상부에 배치되며, 그리고 전극으로 제공되는 복수의 샤워 헤드들과;
상기 샤워 헤드들 각각으로 전력을 공급하는 전원 공급부를 포함하되;
각각의 상기 샤워 헤드는 내부에 가스가 유입되는 유입공간을 가지고, 각각의 상기 샤워 헤드의 저면에는 상기 유입공간 내 가스를 상기 샤워 헤드의 아래로 공급하는 분사공들이 형성되며,
상기 전원 공급부는 각각의 샤워 헤드의 양단에 각각 전력을 공급하도록 제공되며,
각각의 상기 샤워 헤드는 그 길이방향이 제1방향을 따라 배치되고,
상기 샤워 헤드들은 상기 제1방향에 수직한 제2방향을 따라 배열되고,
상기 제1방향 및 상기 제2방향에 의해 제공된 평면은 상기 서셉터의 상면과 평행하고,
상기 전원 공급부는,
각각의 상기 샤워 헤드의 일단에 전력을 공급하는 제1전력선과;
각각의 상기 샤워 헤드의 타단에 전력을 공급하는 제2전력선을 포함하되,
상기 샤워 헤드의 일단과 상기 샤워 헤드의 타단은 상기 제1방향을 따라 이격된 부분인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
삭제
제1항에 있어서,
각각의 상기 샤워 헤드들은 직사각의 형상을 가지고, 각각의 상기 샤워 헤드들의 저면은 동일한 높이에 위치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
플라즈마 처리 장치에 있어서:
내부에 플라즈마가 발생되는 반응공간을 제공하는 챔버와;
상기 챔버 내에 배치되며 기판이 놓이는, 그리고 전극으로서 제공되는 서셉터(suscepter)와;
상기 챔버 내에서 상기 서셉터 상부에 배치되며, 그리고 전극으로 제공되는 복수의 샤워 헤드들과;
상기 샤워 헤드들 각각으로 전력을 공급하는 전원 공급부와;
상기 샤워 헤드들 각각으로 반응가스를 공급하는 가스 분배 부재를 포함하되,
각각의 상기 샤워 헤드는 내부에 가스가 유입되는 유입공간을 가지고, 각각의 상기 샤워 헤드의 저면에는 상기 유입공간 내 가스를 상기 샤워 헤드의 아래로 공급하는 분사공들이 형성되며,
각각의 상기 샤워 헤드는 그 길이방향이 제1방향을 따라 배치되고,
상기 샤워 헤드들은 상기 제1방향에 수직한 제2방향을 따라 배열되고,
상기 제1방향 및 상기 제2방향에 의해 제공된 평면은 상기 서셉터의 상면과 평행하고,
상기 가스 분배 부재는,
상기 샤워 헤드들 상부에 위치되고, 내부공간을 가지는 하우징과;
상기 하우징에 제공되며, 상기 내부공간으로 반응가스가 유입되는 유입 포트와; 그리고
상기 하우징의 내부공간과 각각의 상기 샤워 헤드의 유입공간을 연결하는 연결관들을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제4항에 있어서,
각각의 상기 샤워 헤드들의 유입공간에는 가스 분산판이 제공되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제5항에 있어서,
상기 가스 분산판은 그 길이방향이 상기 제1방향을 따라 배치되며, 내부에 관통홀들이 제공되지 않은 블랭크 판인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 전원 공급부는 상기 제1전력선과 상기 제2전력선 간에 공급되는 전력의 위상차가 발생되도록 위상을 변환시키는 위상변환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 전원 공급부는
고주파 발생부;
상기 고주파 발생부와 상기 제1전력선들 사이에 배치되는 제1고주파 정합기;
상기 고주파 발생부와 상기 제2전력선들 사이에 배치되는 제2고주파 정합기를 포함하되;
상기 고주파 발생부는 상기 제2고주파 정합기로 제공되는 고주파 전력의 위상을 변환하는 위상변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
플라즈마 처리 장치에 있어서:
내부에 플라즈마가 발생되는 반응공간을 제공하는 챔버와;
상기 챔버 내에 배치되며 기판이 놓이는, 그리고 전극으로서 제공되는 서셉터(suscepter)와;
상기 챔버 내에서 상기 서셉터 상부에 배치되며, 그리고 전극으로 제공되는 복수의 샤워 헤드들과;
상기 샤워 헤드들 각각으로 전력을 공급하는 전원 공급부를 포함하되;
각각의 상기 샤워 헤드는 내부에 가스가 유입되는 유입공간을 가지고, 각각의 상기 샤워 헤드의 저면에는 상기 유입공간 내 가스를 상기 샤워 헤드의 아래로 공급하는 분사공들이 형성되며,
상기 전원 공급부는 각각의 샤워 헤드의 양단에 각각 전력을 공급하도록 제공되며,
각각의 상기 샤워 헤드는 그 길이방향이 제1방향을 따라 배치되고,
상기 샤워 헤드들은 상기 제1방향에 수직한 제2방향을 따라 배열되고,
상기 제1방향 및 상기 제2방향에 의해 제공된 평면은 상기 서셉터의 상면과 평행하고,
상기 샤워 헤드들의 일부는 제1그룹에 속하고, 상기 샤워 헤드들의 다른 일부는 제2그룹에 속하며,
상기 전원 공급부는,
각각의 상기 제1그룹에 속하는 샤워 헤드의 일단에 전력을 공급하는 제1전력선과;
각각의 상기 제1그룹에 속하는 샤워 헤드의 타단에 전력을 공급하는 제2전력선과;
각각의 상기 제2그룹에 속하는 샤워 헤드의 일단에 전력을 공급하는 제3전력선과;
각각의 상기 제2그룹에 속하는 샤워 헤드의 타단에 전력을 공급하는 제4전력선과;
제1고주파 발생부와;
상기 제1고주파 발생부로부터 제공받은 고주파 전력을 복수의 경로로 분배하여 상기 제1전력선 및 상기 제2전력선으로 공급하는 제1전력 분배기와;
제2고주파 발생부와;
상기 제2고주파 발생부로부터 제공받은 고주파 전력을 복수 개의 경로로 분배하여 상기 제3전력선 및 상기 제4전력선으로 공급하는 제2전력 분배기와;
상기 제1전력 분배기와 상기 제1전력선 사이에 설치되는 제1고주파 정합기;
상기 제1전력 분배기와 상기 제2전력선 사이에 설치되는 제2고주파 정합기;
상기 제2전력 분배기와 상기 제3전력선 사이에 설치되는 제3고주파 정합기; 그리고
상기 제2전력 분배기와 상기 제4전력선 사이에 설치되는 제4고주파 정합기를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제10항에 있어서,
상기 제1그룹에 속하는 샤워 헤드들은 상기 제2그룹에 속하는 샤워 헤드들의 외측에 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제10항에 있어서,
상기 전원 공급부는
상기 제1전력 분배기와 상기 제1전력선, 또는 상기 제2전력 분배기와 상기 제3전력선에 제공되는 위상변환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
플라즈마 처리 방법에 있어서:
복수의 샤워 헤드들 각각의 양단으로 고주파 전력을 인가하고, 상기 샤워 헤드들 각각에서 아래 방향으로 반응가스를 분사하고, 상기 샤워 헤드와 그 아래에 위치된 기판 사이에서 상기 반응가스로부터 플라즈마를 발생시키고, 상기 플라즈마로 상기 기판을 처리하되,
각각의 상기 샤워 헤드는 그 길이방향이 제1방향을 따라 배치되고, 복수의 상기 샤워 헤드들은 제2방향을 따라 배열되며, 상기 샤워 헤드의 양단은 상기 제1방향을 따라 이격된 부분이며,
상기 샤워 헤드의 양단으로 공급되는 전력들은 위상차가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
삭제
삭제
제13항에 있어서,
상기 고주파 전력의 주파수는 30 ~ 200 MHz 범위인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
제13항 또는 제16항에 있어서,
상기 고주파 전력은 초단파(very high frequency;VHF)인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.