KR101429263B1 - Capacitively coupled plasma reactor and plasma processing method using the same and semiconductor device manufactured thereby - Google Patents

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Abstract

본 발명의 용량 결합 플라즈마 반응기는 플라즈마 방전 공간을 형성하는 반응기 몸체 상기 플라즈마 방전 공간의 일면을 형성하며 상기 플라즈마 방전 공간에 플라즈마를 발생시키기 위한 용량 결합 전극 어셈블리를 포함하되, 상기 용량 결합 전극 어셈블리는 복수개의 트랜치 영역을 갖는 공통 전극과 상기 복수개의 트랜치 영역에 설치되는 복수개의 분할 전극을 포함하여 상기 트랜치 영역에는 상기 복수개의 분할 전극을 감싸도록 플라즈마가 발생되고, 상기 용량 결합 전극 어셈블리에 설치되어 발생된 플라즈마에 발생을 돕는 전기적 에너지 또는 자기적 에너지를 제공하는 플라즈마 제어 수단을 포함한다. 본 발명의 용량 결합 플라즈마 반응기는 복수개의 용량 결합 전극에 의해 대면적의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있다. 복수개의 용량 결합 전극을 병렬 구동함에 있어서 전류 균형을 자동적으로 이루도록 함으로 용량 결합 전극들의 상호간 용량 결합을 균일하게 제어하여 고밀도의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있다. 복수개의 용량 결합 전극은 증설이 용이함으로 플라즈마의 대면적화를 용이하게 이룰 수 있다.The capacitively coupled plasma reactor of the present invention includes a capacitive coupling electrode assembly for generating plasma in the plasma discharge space and forming one side of the plasma discharge space in a reactor body forming a plasma discharge space, And a plurality of split electrodes provided in the plurality of trench areas, wherein plasma is generated in the trench area so as to surround the plurality of split electrodes, and the plasma generated in the capacitive coupling electrode assembly And plasma control means for providing electrical energy or magnetic energy to assist in generating plasma. The capacitively coupled plasma reactor of the present invention can uniformly generate plasma of a large area by a plurality of capacitive coupling electrodes. In the parallel driving of the plurality of capacitive coupling electrodes, the current balance is automatically performed, so that the capacity coupling between the capacitive coupling electrodes is uniformly controlled, so that a high density plasma can be uniformly generated. Since the plurality of capacitive coupling electrodes can be easily expanded, it is possible to facilitate the large-sized plasma.

용량 결합 플라즈마, 플라즈마 반응기, 전류 균형, 레이저, 주파수, PECVD Capacitive coupled plasma, plasma reactor, current balance, laser, frequency, PECVD

Description

용량 결합 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 방법 및 이것에 의해 제조된 반도체 장치{CAPACITIVELY COUPLED PLASMA REACTOR AND PLASMA PROCESSING METHOD USING THE SAME AND SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURED THEREBY}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitively coupled plasma reactor, a plasma processing method using the same, and a semiconductor device manufactured by the method. BACKGROUND ART < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 용량 결합 플라즈마 반응기에 관한 것으로, 구체적으로는 대면적의 플라즈마를 보다 균일하게 발생하여 대면적의 피처리 대상에 대한 플라즈마 처리 효율을 높일 수 있는 용량 결합 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 방법 및 이것에 의해 제조된 반도체 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a capacitively coupled plasma reactor, and more particularly, to a capacitively coupled plasma reactor capable of generating plasma with a large area more uniformly, thereby increasing plasma treatment efficiency for a large-sized object to be treated, a plasma processing method using the same, And a semiconductor device manufactured thereby.

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 집적 회로 장치, 액정 디스플레이, 태양 전지등과 같은 장치를 제조하기 위한 여러 반도체 제조 공정 예들 들어, 식각(etching), 증착(deposition), 세정(cleaning), 에싱(ashing) 등에 다양하게 사용된다.A plasma is a highly ionized gas containing the same number of positive ions and electrons. Plasma discharges are used in gas excitation to generate active gases including ions, free radicals, atoms, and molecules. Active gases are widely used in various fields and various semiconductor manufacturing processes for manufacturing devices such as integrated circuit devices, liquid crystal displays, solar cells, etc. can be used, for example etching, deposition, cleaning, ashing and so on.

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.Plasma sources for generating plasma are various, and examples thereof include capacitive coupled plasma and inductive coupled plasma using a radio frequency. Capacitively coupled plasma sources have the advantage that they have higher capacity for process control than other plasma sources because of their accurate capacitive coupling and ion control capability. However, when the capacitive coupling electrode is enlarged in order to process a substrate to be processed, the electrode may be deformed or damaged due to deterioration of the electrode. In this case, the electric field intensity becomes uneven, the plasma density may become uneven, and the inside of the reactor may be contaminated. Even in the case of the inductively coupled plasma source, it is difficult to uniformly obtain the 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 기판이나 유리 기판 또는 플라스틱 기판과 같은 피처리 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. 더욱이 레이저를 이용한 다양한 반도체 제조 장치가 제공되고 있다. 레이저를 이용하는 반도체 제조 공정은 피처리 기판에 대한 증착, 식각, 어닐닝, 세정 등과 같은 다양한 공정에 넓게 적용되고 있다. 이와 같은 레이저를 이용한 반도체 제조 공정의 경우에도 상술한 문제점이 존재한다.In recent years, the semiconductor manufacturing industry has been further improved due to various factors such as miniaturization of semiconductor devices, enlargement of substrates to be processed such as a silicon wafer substrate, a glass substrate or a plastic substrate for manufacturing a semiconductor circuit, A plasma processing technique is required. In particular, there is a demand for an improved plasma source and a plasma processing technique having excellent processing capability for a large-area substrate to be processed. Further, various semiconductor manufacturing apparatuses using lasers are being provided. A semiconductor manufacturing process using a laser is widely applied to various processes such as deposition, etching, annealing, cleaning, and the like on a substrate to be processed. The above-described problems also exist in the case of such a semiconductor manufacturing process using a laser.

피처리 기판의 대형화는 전체적인 생산 설비의 대형화를 야기하게 된다. 생산 설비의 대형화는 전체적인 설비 면적을 증가시켜 결과적으로 생산비를 증가시키는 요인이 된다. 그럼으로 가급적 설비 면적을 최소화 할 수 있는 플라즈마 반응 기 및 플라즈마 처리 시스템이 요구되고 있다. 특히, 반도체 제조 공정에서는 단위 면적당 생산성이 최종 재품의 가격에 영향을 미치는 중요한 요인의 하나로 작용한다.The enlargement of the substrate to be processed leads to the enlargement of the overall production equipment. The enlargement of the production facilities increases the overall equipment area and consequently increases the production costs. Therefore, a plasma reactor and a plasma processing system capable of minimizing the facility area are desired. Particularly, in the semiconductor manufacturing process, productivity per unit area is one of the important factors affecting the final product price.

반도체 기판을 제조하는 과정에는 여러 공정들이 존재한다. 각각의 공정은 대부분이 별도의 공정 챔버에 진행되기 때문에 하나의 공정이 수행된 피처리 기판은 다음 공정을 진행하기 위하여 다음 공정을 진행하기 위한 공정 챔버로 이송된다. 이러한 공정 챔버간의 이송은 제조 시간을 증가시키는 부정적 요인이기 때문에 최대한 단축되어야 할 필요가 있다. 또는 하나의 공정 챔버에 서로 다른 공정이 교대적으로 진행될 수 있다면 매우 바람직할 것이다.There are several processes in the process of manufacturing a semiconductor substrate. Since each process is performed in a separate process chamber, the target substrate on which one process is performed is transferred to a process chamber for proceeding to the next process. Such transfer between process chambers is a negative factor that increases the manufacturing time, so it needs to be shortened as much as possible. Or it would be highly desirable if different processes could proceed alternately in one process chamber.

본 발명의 목적은 대면적의 플라즈마 균일하게 발생 및 유지 할 수 있는 용량 결합 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 방법 및 이것에 의해 제조된 반도체 장치를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a capacitively coupled plasma reactor capable of uniformly generating and holding a large area of plasma, a plasma processing method using the same, and a semiconductor device manufactured thereby.

본 발명의 다른 목적은 용량 결합 전극의 전류 공급을 균일하게 제어하여 고밀도의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있는 용량 결합 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 방법 및 이것에 의해 제조된 반도체 장치를 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a capacitively coupled plasma reactor capable of uniformly generating a high-density plasma by uniformly controlling the current supply of the capacitive coupling electrode, a plasma processing method using the same, and a semiconductor device manufactured thereby.

본 발명의 또 다른 목적은 대면적화가 용이하며 고밀도의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있는 용량 결합 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 방법 및 이것에 의해 제조된 반도체 장치를 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to provide a capacitively coupled plasma reactor capable of uniformly generating a high density plasma with a large area, a plasma processing method using the same, and a semiconductor device manufactured by the method.

본 발명의 또 다른 목적은 둘 이상의 기판 처리 공정을 하나의 플라즈마 반응기에서 교대적으로 연속해서 수행할 수 있는 용량 결합 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 방법 및 이것에 의해 제조된 반도체 장치를 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to provide a capacitively coupled plasma reactor capable of performing two or more substrate processing processes alternately continuously in one plasma reactor, a plasma processing method using the same, and a semiconductor device manufactured thereby.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 용량 결합 플라즈마 반응기에 관한 것이다. 본 발명의 플라즈마 반응기는: 플라즈마 방전 공간을 형성하는 반응기 몸체; 및 상기 플라즈마 방전 공간의 일면을 형성하며 상기 플라즈마 방전 공간에 플라즈마를 발생시키기 위한 용량 결합 전극 어셈블리를 포함하되, 상기 용량 결합 전극 어셈블리는 복수개의 트랜치 영역을 갖는 공통 전극과 상기 복수개의 트랜치 영역에 설치되는 복수개의 분할 전극을 포함하여 상기 트랜치 영역에는 상기 복수개의 분할 전극을 감싸도록 플라즈마가 발생되고, 상기 용량 결합 전극 어셈블리에 설치되어 발생된 플라즈마에 발생을 돕는 전기적 에너지 또는 자기적 에너지를 제공하는 플라즈마 제어 수단을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a capacitively coupled plasma reactor. The plasma reactor of the present invention comprises: a reactor body forming a plasma discharge space; And a capacitive coupling electrode assembly for generating a plasma in the plasma discharge space, the capacitive coupling electrode assembly including a common electrode having a plurality of trench areas and a plurality of trench areas formed in the plurality of trench areas, And a plurality of divided electrodes formed on the capacitive coupling electrode assembly so as to surround the plurality of divided electrodes, wherein the plasma is generated in the trench region, and a plasma is generated in the capacitive coupling electrode assembly to provide electrical energy or magnetic energy And control means.

일 실시예에 있어서, 상기 용량 결합 전극 어셈블리로 서로 다른 주파수를 선택적으로 공급하는 둘 이상의 전원 공급원과 상기 둘 이상의 전원 공급원과 상기 용량 결합 전극 어셈블리 사이에 구성되어 선택적인 전기적 연결을 제공하는 스위칭 회로를 포함한다.In one embodiment, the capacitive coupling electrode assembly may include two or more power sources selectively supplying different frequencies, and a switching circuit configured between the two or more power sources and the capacitive coupling electrode assembly to provide selective electrical connection. .

일 실시예에 있어서, 상기 복수개의 분할 전극으로 흐르는 전류들의 분배를 조절하는 전류 분배 회로를 포함한다.In one embodiment, the current dividing circuit regulates the distribution of the currents flowing to the plurality of divided electrodes.

일 실시예에 있어서, 상기 전류 분배 회로는 상기 복수개의 분할 전극으로 공급되는 전류의 상호 균형을 자동으로 조절하는 자동 전류 균형 회로를 포함한다.In one embodiment, the current distribution circuit includes an automatic current balancing circuit that automatically adjusts the mutual balance of the currents supplied to the plurality of split electrodes.

일 실시예에 있어서, 상기 공통 전극은 공통 전극 몸체와 상기 공통 전극 몸체를 관통하는 복수개의 가스 분사구를 포함하고, 상기 반응기 몸체의 외측에서 상기 공통 전극의 복수개의 가스 분사구를 통하여 반응기 몸체의 내부로 공정 가스를 공급하기 위한 가스 공급부를 포함한다.In one embodiment, the common electrode includes a common electrode body and a plurality of gas ejection openings penetrating the common electrode body. The common electrode includes a plurality of gas injection openings formed on the outside of the reactor body, And a gas supply unit for supplying the process gas.

일 실시예에 있어서, 상기 가스 공급부는 둘 이상의 독립된 가스 공급 채널을 포함한다.In one embodiment, the gas supply comprises two or more independent gas supply channels.

일 실시예에 있어서, 상기 복수개의 가스 분사구는 상기 복수개의 트랜치 영역에 형성되는 제1 그룹의 가스 분사구와 상기 복수개의 트랜치 영역 이외에 형성되는 제2 그룹의 가스 분사구를 포함한다.In one embodiment, the plurality of gas injection holes include a first group of gas injection holes formed in the plurality of trench areas and a second group of gas injection holes formed in addition to the plurality of trench areas.

일 실시예에 있어서, 상기 가스 공급부를 통하여 상기 반응기 몸체의 내부로 원격 플라즈마를 공급하는 원격 플라즈마 발생기를 더 포함한다.In one embodiment, the apparatus further comprises a remote plasma generator for supplying a remote plasma into the interior of the reactor body through the gas supply.

일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 제어 수단은 용량 결합 전극 어셈블리에 설치되는 무선 주파수 안테나와 상기 무선 주파수 안테나로 무선 주파수를 공급하기 위한 전원 공급원을 포함한다.In one embodiment, the plasma control means includes a radio frequency antenna mounted on the capacitive coupling electrode assembly and a power supply for supplying radio frequency to the radio frequency antenna.

일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 제어 수단은 상기 용량 결합 전극 어셈블리에 설치되며 교대적으로 극성을 달리하여 배치되는 복수개의 영구 자석들을 포함한다.In one embodiment, the plasma control means includes a plurality of permanent magnets installed in the capacitive coupling electrode assembly and alternately arranged with different polarities.

일 실시예에 있어서, 상기 용량 결합 전극 어셈블리는 냉각 채널을 더 포함한다.In one embodiment, the capacitive coupling electrode assembly further includes a cooling channel.

일 실시예에 있어서, 상기 반응기 몸체의 일부에 형성되는 레이저 투과 윈도우와 상기 레이저 투과 윈도우를 통하여 상기 반응기 몸체의 내부로 레이저를 주사하기 위한 레이저 공급원을 더 포함한다.In one embodiment, the apparatus further comprises a laser transmissive window formed in a portion of the reactor body and a laser source for injecting a laser into the reactor body through the laser transmissive window.

본 발명의 용량 결합 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 방법에 의하면, 복수개의 용량 결합 전극에 의해 대면적의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있다. 복수개의 용량 결합 전극을 병렬 구동함에 있어서 전류 균형을 자동적으로 이루도록 함으로 용량 결합 전극들의 상호간 용량 결합을 균일하게 제어하여 고밀도의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있다. 복수개의 용량 결합 전극은 증설이 용이함으로 플라즈마의 대면적화를 용이하게 이룰 수 있다.According to the capacitively coupled plasma reactor of the present invention and the plasma processing method using the same, a large-area plasma can be uniformly generated by a plurality of capacitive coupling electrodes. In the parallel driving of the plurality of capacitive coupling electrodes, the current balance is automatically performed, so that the capacity coupling between the capacitive coupling electrodes is uniformly controlled, so that a high density plasma can be uniformly generated. Since the plurality of capacitive coupling electrodes can be easily expanded, it is possible to facilitate the large-sized plasma.

또한, 둘 이상의 서로 다른 주파수 중 선택된 하나의 주파수로 용량 결합 전극 어셈블리를 선택적으로 구동할 수 있기 때문에 하나의 플라즈마 반응기에서 서로 다른 둘 이상의 공정을 교대적으로 연속해서 수행할 수 있어서 생산성을 극대화 할 수 있다.In addition, since the capacitive coupling electrode assembly can be selectively driven by a selected one of two or more different frequencies, two or more different processes can be alternately performed successively in one plasma reactor, thereby maximizing productivity have.

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.For a better understanding of the present invention, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention may be modified into various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described in detail below. The present embodiments are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention. Therefore, the shapes and the like of the elements in the drawings can be exaggeratedly expressed to emphasize a clearer description. It should be noted that in the drawings, the same members are denoted by the same reference numerals. Detailed descriptions of well-known functions and constructions which may be unnecessarily obscured by the gist of the present invention are omitted.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 보여주는 도면이다.1 is a view showing a plasma reactor according to a preferred embodiment of the present invention.

도 1을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 반응기(10)는 반응기 몸체(11), 가스 공급부(20), 용량 결합 전극 어셈블리(30)를 포함한다. 상세한 설명은 후술되겠지만, 용량 결합 전극 어셈블리(30)는 평판형의 공통 전극(31)과 복수개의 분할 전극(33)을 포함하여 구성된다. 반응기 몸체(11)의 내부에는 피처리 기판(13)이 놓이는 기판 지지대(12)가 구비된다. 용량 결합 전극 어셈블리(30)는 기판 지지대(12)에 대향되어 반응기 몸체(11)의 상부에 구성되며 그 위에 다시 가스 공급부(20)가 구성된다. 반응기 몸체(11)와 용량 결합 전극 어셈블리(30) 사이에는 절연 부재(25)가 구성되어 전기적 절연을 제공한다. 복수개의 가스 공급원(61)을 구비한 가스 공급 시스템(60)으로부터 제공되는 가스는 가스 공급부(20)와 용량 결합 전극 어셈블리(30)를 통하여 플라즈마 반응기(10)의 내부로 공급된다. 용량 결합 전극 어셈블리(30)는 둘 이상의 서로 주파수에 의해서 선택 적으로 구동되어 플라즈마 반응기(10) 내부에 용량 결합된 플라즈마를 유도한다. 플라즈마 반응기(10)의 내부에 발생된 플라즈마에 의해 피처리 기판(13)에 대한 플라즈마 처리가 이루어진다.Referring to FIG. 1, a plasma reactor 10 according to a preferred embodiment of the present invention includes a reactor body 11, a gas supply unit 20, and a capacitive coupling electrode assembly 30. As will be described later in detail, the capacitive coupling electrode assembly 30 includes a planar common electrode 31 and a plurality of divided electrodes 33. Inside the reactor body 11, a substrate support 12 on which the substrate 13 is placed is provided. The capacitive coupling electrode assembly 30 is formed on the upper portion of the reactor body 11 so as to face the substrate support 12 and a gas supply unit 20 is formed thereon. An insulating member 25 is provided between the reactor body 11 and the capacitive coupling electrode assembly 30 to provide electrical insulation. The gas provided from the gas supply system 60 having the plurality of gas supply sources 61 is supplied to the inside of the plasma reactor 10 through the gas supply unit 20 and the capacitive coupling electrode assembly 30. The capacitive coupling electrode assembly 30 is selectively driven by two or more mutual frequencies to induce a capacitively coupled plasma within the plasma reactor 10. Plasma processing is performed on the substrate 13 by plasma generated in 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 진공펌프(8)에 연결된다. 반응기 몸체(11)는 알루미늄, 스테인리스, 구리와 같은 금속 물질로 제작될 수 있다. 또는 코팅된 금속 예를 들어, 양극 처리된 알루미늄이나 니켈 도금된 알루미늄으로 제작될 수도 있다. 또는 탄소나노튜브가 공유 결합된 복합 금속을 사용할 수도 있다. 또는 내화 금속(refractory metal)로 제작될 수도 있다. 또 다른 대안으로 반응기 몸체(11)를 전체적 또는 부분적으로 석영, 세라믹과 같은 전기적 절연 물질로 제작하는 것도 가능하다. 이와 같이 반응기 몸체(11)는 의도된 플라즈마 프로세스가 수행되기에 적합한 어떠한 물질로도 제작될 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. 피처리 기판(13)은 예를 들어, 반도체 장치, 디스플레이 장치, 태양전지 등과 같은 다양한 장치들의 제조를 위한 웨이퍼 기판, 유리 기판, 플라스틱 기판 등과 같은 기판들이다. 본 발명의 실시예에서 플라즈마 반응기(10)는 대기압 이하의 저압 상태에서 피처리 기판(13)에 대한 플라즈마 처리가 이루어진다. 그러나 본 발명의 용량 결합 플라즈마 반응기는 대기압에서 피처리 기판을 처리하는 대기압의 플라즈마 처리 시스템에서도 사용이 가능하다.The plasma reactor 10 is provided with a reactor body 11 and a substrate support 12 in which a substrate 13 is placed. The reactor body (11) is connected to a vacuum pump (8). The reactor body 11 may be made of a metal material such as aluminum, stainless steel, or copper. Or a coated metal such as anodized aluminum or nickel plated aluminum. Or a composite metal in which carbon nanotubes are covalently bonded may be used. Or a refractory metal. Alternatively, the reactor body 11 may be wholly or partly made of an electrically insulating material such as quartz or ceramic. Thus, the reactor body 11 can be made of any material suitable for the intended plasma process to be performed. The structure of the reactor body 11 may have a suitable structure, for example, a circular structure or a rectangular structure, and any other structure for the uniform generation of the plasma and the substrate 13 according to the target substrate 13. The substrate 13 is a substrate such as a wafer substrate, a glass substrate, a plastic substrate, or the like, for manufacturing various devices such as a semiconductor device, a display device, a solar cell, and the like. In the embodiment of the present invention, the plasma reactor 10 is subjected to plasma treatment on the substrate 13 under a low-pressure state below atmospheric pressure. However, the capacitively coupled plasma reactor of the present invention can also be used in an atmospheric plasma processing system for treating a substrate to be processed at atmospheric pressure.

플라즈마 반응기(10)의 내부에는 피처리 기판(13)을 지지하기 위한 기판 지지대(12)가 구비된다. 기판 지지대(12)는 바이어스 전원 공급원(46, 47)에 연결되어 바이어스 된다. 예를 들어, 서로 다른 무선 주파수 전원을 공급하는 두 개의 바이어스 전원 공급원(46, 47)이 공통 임피던스 정합기(48)(또는 각각의 임피던스 정합기)를 통하여 기판 지지대(12)에 전기적으로 연결된다. 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 정전척을 포함할 수 있다. 또는 기판 지지대(12)는 히터를 포함할 수 있다. 기본적으로 기판 지지대(12)는 고정형 또는 수직으로 승하강이 가능한 구조로 구성된다. 또는 기판 지지대(12)는 용량 결합 전극 어셈블리(30)와 평행하게 선형 또는 회전 이동 가능한 구조를 갖는다. 이러한 이동 가능한 구조에서 기판 지지대(12)를 선형 또는 회전 이동하기 위한 구동 메커니즘을 포함할 수 있다. 반응기 몸체(11)의 하부에 가스의 균일한 배기를 위하여 배기 배플(미도시)이 구성될 수 있다.Inside the plasma reactor 10, a substrate support 12 for supporting the substrate 13 is provided. The substrate support 12 is connected to bias power sources 46 and 47 and biased. For example, two bias power sources 46, 47, which supply different radio frequency power sources, are electrically connected to the substrate support 12 through a common impedance matcher 48 (or each impedance matcher) . The double bias structure of the substrate support 12 facilitates plasma generation within the plasma reactor 10 and can further improve plasma ion energy control to improve process productivity. Or a single bias structure. Alternatively, the substrate support 12 may be deformed into a structure having a zero potential without the supply of bias power. And the substrate support 12 may comprise an electrostatic chuck. Or the substrate support 12 may comprise a heater. Basically, the substrate support table 12 is configured as a fixed or vertically movable structure. Or the substrate support 12 has a structure that is linear or rotationally movable parallel to the capacitive coupling electrode assembly 30. And may include a drive mechanism for linearly or rotationally moving the substrate support 12 in such moveable structure. An exhaust baffle (not shown) may be configured for uniform exhaust of the gas in the lower portion of the reactor body 11.

플라즈마 반응기(10)는 용량 결합 전극 어셈블리(30)로 서로 다른 주파수를 선택적으로 공급하기 위한 둘 이상의 전원 공급원(40, 41)과 스위칭 회로(44) 그리고 제어부(66)를 구비한다. 일 실시예로 두 개의 제1 및 제2 전원 공급원(40, 41)이 구비된다. 제1 및 제2 전원 공급원(40, 41)은 각기 서로 다른 주파수(f1, f2) 를 발생한다. 예를 들어, 제1 전원 공급원(40)은 1MHz 이상의 주파수를 발생하고, 제2 전원 공급원(40)은 1MHz 보다 낮은 주파수를 발생한다. 제1 및 제2 전원 공급원(40, 41)은 별도의 임피던스 정합기 없이 출력의 제어가 가능한 무선 주파수 발생기를 사용하여 구성될 수도 있다. 이 실시예에는 두 개의 제1 및 제2 전원 공급원(40, 41)을 구비한 예를 설명하였으나 셋 이상의 서로 다른 무선 주파수를 발생하기 위한 셋 이상의 전원 공급원이 구비될 수도 있다. 또는 주파수 변조가 가능한 하나의 전원 공급원을 사용할 수도 있다.The plasma reactor 10 includes two or more power sources 40 and 41 and a switching circuit 44 and a control unit 66 for selectively supplying different frequencies to the capacitive coupling electrode assembly 30. In one embodiment, two first and second power sources 40 and 41 are provided. The first and second power sources 40 and 41 generate different frequencies f1 and f2, respectively. For example, the first power source 40 generates a frequency of 1 MHz or more, and the second power source 40 generates a frequency of less than 1 MHz. The first and second power sources 40 and 41 may be configured using a radio frequency generator capable of controlling the output without a separate impedance matcher. In this embodiment, the two first and second power sources 40 and 41 are provided. However, three or more power sources may be provided to generate three or more different radio frequencies. Alternatively, one power source capable of frequency modulation may be used.

제1 및 제2 전원 공급원(40, 41)과 용량 결합 전극 어셈블리(30) 사이에는 선택적인 전기적 연결을 제공하는 스위칭 회로(44)가 구비된다. 스위칭 회로(44)는 예를 들어 릴레이 스위치로 구성될 수 있다. 스위칭 회로(44)는 두 개의 입력단과 하나의 출력단을 구비한다. 스위칭 회로(44)의 두 개의 입력단은 제1 및 제2 임피던스 정합기(42, 43)를 통해서 제1 및 제2 전원 공급원(40, 41)과 각기 연결된다. 스위칭 회로(44)는 제어부(66)의 제어를 받아서 스위칭 동작하여 두 개의 입력단 중 어느 하나가 출력단과 전기적으로 연결된다. 그럼으로 제1 및 제2 전원 공급원(40, 41)으로부터 발생된 서로 다른 무선 주파수(f1, f2) 중 어느 하나가 용량 결합 전극 어셈블리(30)로 선택적으로 공급된다. 제어부(66)는 제1 및 제2 전원 공급원(40, 41)과 스위칭 회로(44)를 유기적으로 제어하며 플라즈마 반응기(10)의 전반적인 동작을 제어한다. 그리고 제어부(66)는 플라즈마 반응기(10)에서 실행될 공정과 관련된 하나 이상의 가스가 반응기 몸체(11)의 내부로 공급되도록 가스 공급 시스템(60)을 제어한다.A switching circuit 44 is provided between the first and second power sources 40, 41 and the capacitive coupling electrode assembly 30 to provide a selective electrical connection. The switching circuit 44 may be composed of, for example, a relay switch. The switching circuit 44 has two input terminals and one output terminal. The two input terminals of the switching circuit 44 are connected to the first and second power sources 40 and 41 through the first and second impedance matchers 42 and 43, respectively. The switching circuit 44 under the control of the control unit 66 performs a switching operation so that any one of the two input terminals is electrically connected to the output terminal. Thus, any one of the different radio frequencies f1 and f2 generated from the first and second power sources 40 and 41 is selectively supplied to the capacitive coupling electrode assembly 30. The control unit 66 controls the overall operation of the plasma reactor 10 by organically controlling the first and second power sources 40 and 41 and the switching circuit 44. The control unit 66 controls the gas supply system 60 so that at least one gas related to the process to be performed in the plasma reactor 10 is supplied to the interior of the reactor body 11. [

도 2는 교대적인 공정 진행을 위하여 용량 결합 전극 어셈블리로 서로 다른 주파수가 교대적으로 공급되는 것을 설명하기 위한 타이밍도이고, 도 3은 교대적인 공정 진행에 의해 피처리 기판에 교대적으로 박막이 형성된 것을 예시하는 피처리 기판의 단면도이다.FIG. 2 is a timing chart for explaining how alternate frequencies are alternately supplied to the capacitive coupling electrode assembly for alternate process progression, and FIG. 3 is a timing chart for explaining a case where a thin film is alternately formed on the substrate to be processed Sectional view of the substrate to be processed.

도 2 및 도 3을 참조하여, 플라즈마 반응기(10)는 서로 다른 주파수로 구동되는 용량 결합 전극 어셈블리(30)를 이용하여 피처리 기판(13)에 대하여 서로 다른 두 개의 공정을 교대적으로 실행한다. 예를 들어, 반응기 몸체(11)의 내부로 피처리 기판이 로딩된 후 제1 공정(P_#1)을 진행하기 위한 가스가 공급된다. 이어 제1 전원 공급원(40)으로부터 발생된 제1 주파수(f1)가 용량 결합 전극 어셈블리(30)로 공급되어 플라즈마가 발생되어 제1 공정(P_#1)이 진행된다.2 and 3, the plasma reactor 10 alternately performs two different processes for the substrate 13 using the capacitive coupling electrode assembly 30 driven at different frequencies . For example, after the substrate to be processed is loaded into the interior of the reactor body 11, gas for proceeding the first process (P_ # 1) is supplied. The first frequency f1 generated from the first power source 40 is supplied to the capacitive coupling electrode assembly 30 to generate plasma and the first process P_ # 1 proceeds.

제1 공정(P_#1)이 완료되면 제1 주파수(f1)의 공급이 오프 되고, 제2 공정(P_#2)을 진행하기 위한 가스가 반응기 몸체(11)의 내부로 공급된다. 이어 제2 전원 공급원(41)으로부터 발생된 제2 주파수(f2)가 용량 결합 전극 어셈블리(30)로 공급되어 플라즈마가 발생되어 제2 공정(P_#2)이 진행된다. 제1 및 제2 전원 공급원(40, 41)은 제어부(66)의 제어를 받아서 어느 하나가 동작 중일 때 다른 하나의 동작은 정지된다.When the first process (P_ # 1) is completed, the supply of the first frequency (f1) is turned off and the gas for advancing the second process (P_ # 2) is supplied into the reactor body (11). The second frequency f2 generated from the second power source 41 is supplied to the capacitive coupling electrode assembly 30 to generate plasma and the second process P_ # 2 proceeds. The first and second power sources 40 and 41 are controlled by the control unit 66, and when one of them is in operation, the other is stopped.

제1 공정(P_#1)과 제2 공정(P_#2)은 교대적으로 반복 수행될 수 있다. 제1 및 제2 공정(P_#1, P_#2)은 예를 들어 플라즈마 강화 화학 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition: PECVD) 공정일 수 있다. 이러한 교대적인 반복 공정에 의하여 피처리 기판(13)에는 도 3에 도시된 바와 같이 교대적으로 반 복된 박막(L1, L2)이 증착된다. 제1 공정(P_#1)과 제2 공정(P_#2)에서 플라즈마 반응기(10) 내부의 기압은 동일 기압 또는 서로 다른 기압일 수 있으며, 공급되는 가스도 동일하거나 서로 다른 가스 일 수 있다. 또한 공정 진행 시간의 경우에도 동일한 공정 진행 시간을 갖거나 또는 서로 다른 공정 진행 시간을 가질 수 있다.The first process (P_ # 1) and the second process (P_ # 2) may be alternately repeated. The first and second processes P_ # 1 and P_ # 2 may be, for example, a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) process. As shown in FIG. 3, the alternately repeated thin films L1 and L2 are deposited on the substrate 13 by the alternate repeating process. In the first process (P_ # 1) and the second process (P_ # 2), the atmospheric pressure in the plasma reactor (10) may be the same or different atmospheric pressure, and the supplied gas may be the same or different. In the case of the process progress time, the same process progress time or different process progress time can be obtained.

다시, 도 1을 참조하여, 가스 공급부(20)는 용량 결합 전극 어셈블리(30)의 상부에 설치된다. 가스 공급부(20)는 둘 이상의 독립된 가스 공급 채널을 구비하여 서로 다른 가스를 독립적으로 플라즈마 반응기(10)의 내부로 공급할 수도 있다. 예를 들어, 가스 공급부(20)는 하나의 가스 공급 채널을 형성하도록 제1 가스 입구(21)에 연결되는 상부 가스 매니폴드(23)와 다른 하나의 가스 공급 채널을 형성하도록 제2 가스 입구(22)에 연결되는 하부 가스 매니폴드(24)를 구비한다. 상부 및 하부 가스 매니폴드(23, 24)는 도면에는 도시되지 않았으나 가스 분배를 위한 가스 분배판이 구비될 수 있다. 상부 및 하부 가스 매니폴드(23, 24)는 용량 결합 전극 어셈블리(30)에 구성되는 복수개의 가스 분사구(32, 34)에 연결된다. 복수개의 가스 분사구(32, 34)는 후술되는 바와 같이, 용량 결합 전극 어셈블리(30)의 공통 전극(31)의 트랜치 영역(35)에 형성되는 제1 그룹의 가스 분사구(34)와 트랜치 영역(35) 이외의 영역에 형성되는 제2 그룹의 가스 분사구(32)를 포함한다. 제1 및 제2 가스 입구(21, 22)를 통하여 입력된 서로 다른 가스는 상부 가스 매니폴드(23)와 하부 가스 매니폴드(24)를 경유하여 복수개의 가스 분사구(32, 34)를 통해서 플라즈마 반응기(10)의 내부로 고르게 분사된다. 서로 다른 가스를 독립적으로 분리 공급하여 플라즈마 처리의 효율을 높일 수 있다.Referring again to FIG. 1, the gas supply unit 20 is installed on the upper portion of the capacitive coupling electrode assembly 30. The gas supply unit 20 may include two or more independent gas supply channels to independently supply different gases to the inside of the plasma reactor 10. For example, the gas supply unit 20 may include an upper gas manifold 23 connected to the first gas inlet 21 to form one gas supply channel, and a second gas inlet (not shown) And a lower gas manifold (24) connected to the lower gas manifold (22). The upper and lower gas manifolds 23 and 24 are not shown in the figure, but may be provided with gas distribution plates for gas distribution. The upper and lower gas manifolds 23 and 24 are connected to a plurality of gas injection openings 32 and 34 formed in the capacitive coupling electrode assembly 30. The plurality of gas injection openings 32 and 34 are formed in the first group of gas injection openings 34 formed in the trench region 35 of the common electrode 31 of the capacitive coupling electrode assembly 30 and the trench regions 34 And a second group of gas injection orifices 32 formed in regions other than the gas injection orifices 35. The different gases input through the first and second gas inlets 21 and 22 pass through the upper gas manifold 23 and the lower gas manifold 24 and through the plurality of gas injection openings 32 and 34, And is evenly injected into the reactor 10. It is possible to separate and supply different gases independently to increase the efficiency of plasma processing.

한편, 가스 공급부(20)의 상부에는 원격 플라즈마 발생기(65)가 연결될 수 있다. 원격 플라즈마 발생기(65)는 예를 들어, 활성 가스를 플라즈마 반응기(10)의 내부로 공급하여 플라즈마 반응기(10)의 내부를 세정한다. 가스 공급 시스템(60)으로부터 공급되는 가스는 원격 플라즈마 발생기(65)를 경유하거나 또는 경유하지 않고 가스 공급부(20)로 제공될 수 있다. 이를 위하여 가스 공급 시스템(60)으로부터 제공되는 가스 공급 경로에는 다수개의 가스 밸브들(62, 63, 64)이 구비될 수 있다. 또한, 원격 플라즈마 발생기(65)로부터 발생된 활성 가스는 가스 공급부(20)의 하나의 가스 공급 채널로만 공급되거나 또는 두 개의 가스 공급 채널 모두에 공급될 수 있다.A remote plasma generator 65 may be connected to the upper portion of the gas supply unit 20. The remote plasma generator 65 supplies, for example, active gas to the interior of the plasma reactor 10 to clean the interior of the plasma reactor 10. The gas supplied from the gas supply system 60 may be provided to the gas supply unit 20 via or not via the remote plasma generator 65. To this end, the gas supply path provided from the gas supply system 60 may include a plurality of gas valves 62, 63, 64. Further, the active gas generated from the remote plasma generator 65 may be supplied only to one gas supply channel of the gas supply unit 20 or both of the two gas supply channels.

도 4 및 도 5는 용량 결합 전극 어셈블리의 사시도 및 단면도이다.4 and 5 are a perspective view and a cross-sectional view of the capacitive coupling electrode assembly.

도 4 및 도 5를 참조하여, 용량 결합 전극 어셈블리(30)는 플라즈마 반응기(10)의 내부에 용량 결합된 플라즈마 방전을 발생시키기 위한 평판형의 공통 전극(31)과 복수개의 분할 전극(33)을 구비한다. 공통 전극(31)은 기판 지지대(12)에 대향되어 반응기 몸체(11)의 천정을 형성한다. 공통 전극(31)은 평판형의 공통 전극 몸체와 몸체의 저면에 길게 병렬로 형성된 복수개의 트랜치 영역(35)을 갖는다. 각각의 트랜치 영역(35)의 형상은 예를 들어 돔형 구조를 갖고, 복수개의 분할 전극(33)은 원통 구조의 봉형상을 갖는다. 공통 전극(31)은 전기적으로 접지되며, 복수개의 분할 전극(33)은 전류 분배 회로(50)에 병렬로 연결된다. 후술되겠지만, 전류 분배 회로(50)는 스위칭 회로(44)를 통하여 제1 전원 공급원(40) 또는 제2 전원 공급원(41) 중 어느 하나로부터 제공되는 무선 주파수(f1, f2)를 복수개 의 분할 전극(33)으로 분배 공급한다.4 and 5, the capacitive coupling electrode assembly 30 includes a plate-shaped common electrode 31 and a plurality of divided electrodes 33 for generating capacitively coupled plasma discharge in the plasma reactor 10, Respectively. The common electrode 31 is opposed to the substrate support 12 to form the ceiling of the reactor body 11. The common electrode 31 has a plate-shaped common electrode body and a plurality of trench regions 35 formed in parallel on the bottom surface of the body. Each of the trench regions 35 has, for example, a dome-shaped structure, and the plurality of divided electrodes 33 has a cylindrical bar shape. The common electrode 31 is electrically grounded, and the plurality of divided electrodes 33 are connected in parallel to the current distribution circuit 50. As will be described later, the current distribution circuit 50 supplies the radio frequency (f1, f2) provided from either the first power supply source 40 or the second power supply source 41 to the plurality of split electrodes (33).

제1 가스 입구(21)를 통하여 입력된 가스는 상부 가스 매니폴드(23)를 경유하여 제2 그룹의 가스 분사구(34)를 통해 반응기 몸체(11)의 내부로 분사되고, 제2 가스 입구(22)를 통해서 입력된 가스는 하부 가스 매니폴드(24)를 경유하여 제1 그룹의 가스 분사구(34)를 통해 반응기 몸체(11)의 내부로 분사된다. 즉, 제1 그룹의 가스 분사구(34)는 트랜지 영역(35)의 천정 중심부에 정렬되어 있어서 이를 통하여 유입되는 가스는 복수개의 분할 전극(33)에 충돌하면서 양편으로 나뉘어 분사된다. 그럼으로 트랜치 영역(35)에는 복수개의 분할 전극(33)을 감싸도록 플라즈마가 발생된다.The gas input through the first gas inlet 21 is injected into the interior of the reactor body 11 through the second group of gas injection ports 34 via the upper gas manifold 23 and is injected into the second gas inlet 22 are injected into the interior of the reactor body 11 through the lower gas manifold 24 and through the first group of gas injection openings 34. That is, the gas jetting openings 34 of the first group are aligned with the center portion of the ceiling of the transient region 35, so that the gas flowing through the gas jetting openings 34 is divided into two parts and collides with the plurality of divided electrodes 33. Thus, a plasma is generated in the trench region 35 so as to surround the plurality of divided electrodes 33.

공통 전극(31)의 트랜치 영역(35)과 복수개의 분할 전극(33)은 병렬로 배열된 선형 구조를 갖지만 다양한 형태로 변형이 가능하다. 예를 들어, 공통 전극(31)은 반응기 몸체(11)의 천정을 구성하도록 설치되지만 플라즈마 처리 효율을 높이기 위하여 반응기 몸체(11)의 측벽을 구성 할 수도 있다. 또는 천정과 측벽에 모두 설치될 수도 있다. 이와 같이 공통 전극(31)과 복수개의 분할 전극(33)은 플라즈마 발생 효율이나 플라즈마 처리 효율을 높이기 위하여 그 평면적 구조, 입체적 구조, 단면적 구조등과 개수와 길이 등을 다양하게 변형할 수 있다. 용량 결합 전극 어셈블리(30)는 적절한 온도 제어를 위한 냉각 채널 또는 히팅 채널을 구비할 수 있다.The trench region 35 of the common electrode 31 and the plurality of divided electrodes 33 have a linear structure arranged in parallel, but can be modified into various shapes. For example, the common electrode 31 is installed to constitute the ceiling of the reactor body 11, but may constitute the sidewall of the reactor body 11 in order to increase the plasma treatment efficiency. Or both the ceiling and the side wall. The common electrode 31 and the plurality of divided electrodes 33 can be variously modified in terms of the planar structure, the three-dimensional structure, the cross-sectional structure, and the number and length in order to increase the plasma generation efficiency and the plasma treatment efficiency. The capacitive coupling electrode assembly 30 may have a cooling channel or a heating channel for proper temperature control.

다시, 도 1을 참조하여, 제1 또는 제2 전원 공급원(41 or 42)으로부터 발생된 무선 주파수(f1 or f2)의 전류는 전류 분배 회로(50)를 통하여 용량 결합 전극 어셈블리(30)의 복수개의 분할 전극(33)으로 공급되어 플라즈마 반응기(10) 내부에 용량 결합 플라즈마를 유도한다. 바람직하게 전류 분배 회로(50)는 복수개의 분할 전극(33)으로 공급되는 전류의 균형을 자동으로 조절하는 자동 전류 균형 회로로 구성될 수 있다. 자동 전류 균형 회로는 복수개의 분할 전극(33)으로 공급되는 각각의 전류가 자동적으로 상호 균형을 이루게 한다. 그럼으로 복수개의 분할 전극(33)에 의해 대면적의 플라즈마를 발생할 수 있을 뿐만 아니라 복수개의 용량 결합 전극(33)을 병렬 구동함에 있어서 자동적으로 전류 균형을 이루도록 함으로 대면적의 플라즈마를 보다 균일하게 발생 및 유지할 수 있다.1, the current of the radio frequency (f1 or f2) generated from the first or second power source 41 or 42 is supplied to the plurality of capacitive coupling electrode assemblies 30 through the current distribution circuit 50 Divided electrodes 33 to induce a capacitively coupled plasma in the plasma reactor 10. [ The current distribution circuit 50 may be configured as an automatic current balance circuit that automatically adjusts the balance of the current supplied to the plurality of split electrodes 33. [ The automatic current balancing circuit automatically balances the respective currents supplied to the plurality of divided electrodes 33. Therefore, not only a large-area plasma can be generated by the plurality of divided electrodes 33, but also the current balance is automatically made when the plurality of capacitive coupling electrodes 33 are driven in parallel, And can maintain.

도 6은 전류 분배 회로의 회로도이다.6 is a circuit diagram of the current distribution circuit.

도 6을 참조하여, 전류 분배 회로(50)는 직렬로 연결된 복수개의 트랜스포머(52)를 포함하여 자동 전류 균형 회로를 구성한다. 복수개의 트랜스포머(52)는 복수개의 분할 전극(33)과 대응하여 병렬로 연결되어 각각의 전극을 병렬 구동하며 상호간 자동으로 전류 균형을 이루는 자동 전류 균형 회로를 구성한다. 복수개의 트랜스포머(52)의 일차측은 무선 주파수가 입력되는 전원 입력단(스위칭 회로(44)의 출력단)과 접지 사이에 직렬로 연결되며, 이차측의 일단은 대응하는 복수개의 분할 전극(33)에 연결되고 타단은 공통으로 접지된다. 복수개의 트랜스포머(52)는 전원 입력단과 접지 사이의 전압을 균등하게 분할하고 분할된 다수의 분할된 전압을 대응된 복수개의 분할 전극(33)으로 출력한다.Referring to FIG. 6, the current distribution circuit 50 includes a plurality of transformers 52 connected in series to constitute an automatic current balance circuit. The plurality of transformers 52 are connected in parallel to the plurality of divided electrodes 33 in parallel so as to constitute an automatic current balancing circuit that automatically drives each electrode in parallel and balances the current. The primary side of the plurality of transformers 52 is connected in series between a power input terminal (output terminal of the switching circuit 44) to which a radio frequency is inputted and a ground, and one end of the secondary side is connected to a corresponding plurality of divided electrodes 33 And the other ends are commonly grounded. The plurality of transformers 52 divides the voltage between the power input terminal and the ground equally and outputs a plurality of divided voltages to the plurality of divided electrodes 33 corresponding to each other.

이때, 복수개의 트랜스포머(52)의 일차측으로 흐르는 전류는 동일함으로 복수개의 분할 전극(33)으로 공급되는 각각의 전력도 동일하게 된다. 복수개의 분할 전극(33) 중에서 어느 하나의 임피던스가 변화되어 전류량의 변화가 발생되면 복수개의 트랜스포머(52)가 전체적으로 상호 작용하여 전류 균형을 이루게 된다. 그럼으로 복수개의 분할 전극(33)으로 공급되는 전류는 상호 균일하게 지속적인 자동 조절이 이루어진다. 복수개의 트랜스포머(52)는 각기 일차측과 이차측의 권선비율이 기본적으로 1:1로 설정되어 있으나 이는 변경이 가능하다.At this time, since the currents flowing to the primary side of the plurality of transformers 52 are the same, the respective powers supplied to the plurality of divided electrodes 33 are also the same. When the impedance of any one of the plurality of divided electrodes 33 is changed and a change in the amount of current is generated, a plurality of transformers 52 operate as a whole to achieve a current balance. Thus, the currents supplied to the plurality of divided electrodes 33 are uniformly and continuously controlled automatically. In the plurality of transformers 52, the winding ratio of the primary side and the secondary side is basically set to 1: 1, but this can be changed.

이상과 같은 자동 전류 균형 회로로 구성되는 전류 분배 회로(50)는, 도면에는 구체적인 도시를 생략하였으나, 복수개의 트랜스포머(52)에 과도전압이 발생되는 것을 방지하기 위한 보호 회로를 포함할 수 있다. 보호회로는 복수개의 트랜스포머(52) 중 어느 하나가 전기적으로 오픈 상태가 되는 등의 결함에 의해 해당 트랜스포머에 과도전압이 증가되는 것을 방지한다. 이러한 기능의 보호회로는 바람직하게는 복수개의 트랜스포머(52)의 각각의 일차측 양단에 배리스터(Varistor)를 연결하여 구현할 수 있으며, 또는 제너다이오드(Zener Diode)와 같은 정전압 다이오드를 사용하여 구현할 수도 있다. 그리고 전류 분배 회로(50)에는 각각의 트랜스포머(52) 마다 보상 커패시터(51)와 같은 누설 전류의 보상을 위한 보상 회로가 부가될 수 있다. 이와 같이, 전류 분배 회로는 보다 완전한 전류 분배를 위하여 또 다른 형태의 변형이나 회로 구성이 부가가 가능하다.Although not shown in the drawings, the current distribution circuit 50 including the automatic current balancing circuit as described above may include a protection circuit for preventing an excessive voltage from being generated in the plurality of transformers 52. [ The protection circuit prevents the transient voltage from being increased in the transformer due to a defect such as that any one of the plurality of transformers 52 is electrically opened. The protection circuit of this function may be realized by connecting a varistor to both ends of each of the plurality of transformers 52 or by using a constant voltage diode such as a zener diode . A compensation circuit for compensation of a leakage current, such as the compensation capacitor 51, may be added to the current distribution circuit 50 for each transformer 52. As such, the current distribution circuit can add another type of deformation or circuit configuration for a more complete current distribution.

도 7은 도 1의 용량 결합 전극 어셈블리에 무선 주파수 안테나가 매설된 일 변형예를 보여주는 부분 단면도이다.FIG. 7 is a partial cross-sectional view illustrating a modification of the radio frequency antenna embedded in the capacitive coupling electrode assembly of FIG. 1. FIG.

도 7을 참조하여, 용량 결합 전극 어셈블리(30)는 고밀도 플라즈마의 보다 균일한 발생과 제어를 위하여 플라즈마 제어 수단으로서 무선 주파수 안테나(57)를 부가적으로 구비할 수 있다. 예를 들어, 무선 주파수 안테나(57)는 공통 전극(31)의 내부에 매설되는 경우 절연관(58)에 감싸서 매설된다. 무선 주파수 안테나(57)는 무선 주파수를 발생하는 제3 전원 공급원(55)에 임피던스 정합기(56)를 통하여 전기적으로 연결된다. 제3 전원 공급원(55)은 제1 또는 제2 전원 공급원(40)과 연동하거나 또는 모두와 연동하며 무선 주파수 안테나(57)를 구동시킨다. 무선 주파수 안테나(57)는 파이프 형태의 도전체 튜브로 구성하고, 이를 통하여 냉각수를 공급하는 냉각 채널을 겸할 수 있다.Referring to FIG. 7, the capacitive coupling electrode assembly 30 may additionally include a radio frequency antenna 57 as a plasma control means for more uniform generation and control of the high-density plasma. For example, when the radio frequency antenna 57 is buried in the common electrode 31, the radio frequency antenna 57 is embedded and embedded in the insulating joint 58. The radio frequency antenna 57 is electrically connected to a third power supply 55 for generating a radio frequency through an impedance matcher 56. The third power supply source 55 operates in conjunction with the first or second power supply 40 or both and drives the radio frequency antenna 57. The radio frequency antenna 57 is formed of a pipe-shaped conductor tube, and can also serve as a cooling channel for supplying cooling water.

도 8은 도 1의 용량 결합 전극 어셈블리에 영구 자석이 매설된 다른 변형예를 보여주는 도면이다.8 is a view showing another modified example in which the permanent magnet is embedded in the capacitive coupling electrode assembly of FIG.

도 8을 참조하여, 용량 결합 전극 어셈블리(30)는 고밀도 플라즈마의 보다 균일한 발생과 제어를 위하여 플라즈마 제어 수단으로서 복수개의 영구 자석이 구비될 수 있다. 예를 들어, 복수개의 영구 자석(58)이 트랜치 영역(35)을 사이에 두고 공통 전극(31)의 내부에 교대적으로 극성을 달리하여 배치된다.Referring to FIG. 8, the capacitive coupling electrode assembly 30 may include a plurality of permanent magnets as plasma control means for more uniform generation and control of the high-density plasma. For example, a plurality of permanent magnets 58 are arranged in the inside of the common electrode 31 alternately in different polarities with the trench region 35 interposed therebetween.

도 9는 도 2의 용량 결합 전극 어셈블리의 상부에 무선 주파수 안테나가 설치된 또 다른 변형예를 보여주는 도면이다.FIG. 9 is a view showing another modified example in which a radio frequency antenna is installed on the capacitive coupling electrode assembly of FIG. 2. FIG.

도 9를 참조하여, 용량 결합 전극 어셈블리(30)는 고밀도 플라즈마의 보다 균일한 발생과 제어를 위하여 플라즈마 발생 제어 수단으로서 공통 전극(31)의 상부에 무선 주파수 안테나(70)가 설치될 수 있다. 무선 주파수 안테나(70)는 마그네틱 코어 커버(71)에 의해 덮여 질 수 있으며, 이때 마그네틱 코어 커버(71)의 자극은 반응기 몸체(11)의 내부를 향하도록 설치된다.Referring to FIG. 9, the capacitive coupling electrode assembly 30 may be provided with a radio frequency antenna 70 on the common electrode 31 as a plasma generation control means for more uniform generation and control of the high-density plasma. The radio frequency antenna 70 may be covered by a magnetic core cover 71, at which time the magnetic poles of the magnetic core cover 71 are installed to face the inside of the reactor body 11.

도 10은 플라즈마 반응기의 내부에 멀티 레이저 스캐닝 라인이 형성된 예를 보여주는 도면이다.10 is a view showing an example in which a multi-laser scanning line is formed inside a plasma reactor.

도 10을 참조하여, 고밀도 플라즈마의 보다 균일한 발생과 제어를 위한 또 다른 플라즈마 제어 수단으로서 플라즈마 반응기(10)는 반응기 몸체(11)의 내부에 복수개의 레이저 주사선으로 이루어지는 멀티 레이저 스캐닝 라인(73)을 구성하기 위한 레이저 공급원(72)을 포함한다. 레이저 공급원(72)은 반응기 몸체(11)의 내부에 복수개의 레이저 주사선으로 이루어지는 멀티 레이저 스캐닝 라인(73)을 구성하기 위한 레이저를 제공한다. 멀티 레이저 스캐닝 라인(73)은 용량 결합 전극 어셈블리(30)의 하단에 근접하여 위치할 수 있다. 멀티 레이저 스캐닝 라인(73)은 복수개의 가스 분사구(32, 34) 아래에 정렬되는 것이 바람직할 수 있다. 그러나 다른 다양한 방법으로 레이저 스캐닝 라인을 형성할 수 도 있다. 그리고 보다 구체적인 구성과 설명은 생략되었으나, 레이저 빔을 반응기 몸체(11)의 내부로 주사시키기 위하여 반응기 몸체(11)의 측벽에는 레이저 투과 윈도우가 구비되며, 적절한 구조의 광학계가 사용될 수 있음을 당 업계의 통상적인 기술자들은 잘 알 수 있을 것이다. 반응기 몸체(11)의 내부로 멀티 레이저 스캐닝 라인(73)이 플라즈마 방전 공간에 부가되는 경우를 예시하였으나, 직접적으로 피처리 기판(13)에 주사되도록 구성할 수도 있다.10, as another plasma control means for more uniform generation and control of the high density plasma, the plasma reactor 10 includes a multi-laser scanning line 73 consisting of a plurality of laser scanning lines inside the reactor body 11, (Not shown). The laser source 72 provides a laser for constituting a multi-laser scanning line 73 composed of a plurality of laser scanning lines inside the reactor body 11. The multi-laser scanning line 73 may be located close to the lower end of the capacitive coupling electrode assembly 30. The multi-laser scanning line 73 may be preferably aligned under the plurality of gas injection openings 32, 34. However, laser scanning lines can also be formed in a variety of other ways. Although a specific construction and description have been omitted, it has been described that a laser-transmissive window is provided on the side wall of the reactor body 11 to scan the laser beam into the reactor body 11, The skilled artisan will appreciate that. The case where the multi laser scanning line 73 is added to the inside of the reactor body 11 in the plasma discharge space is exemplified. However, the multi-laser scanning line 73 may be directly scanned on the substrate 13.

이상에서 설명된 본 발명의 용량 결합 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 방법 및 이것에 의해 제조된 반도체 장치의 실시예는 예시적인 것에 불 과하며, 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 above-described capacitive coupled plasma reactor of the present invention, the plasma processing method using the same, and the semiconductor device manufactured by the method are merely illustrative, and those skilled in the art will understand that, It will be appreciated that various modifications and equivalent embodiments are possible. Accordingly, it is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiments. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims. It is also to be understood that the invention includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

본 발명의 용량 결합 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 방법은 반도체 집적 회로의 제조, 평판 디스플레이 제조, 태양전지의 제조와 같은 다양한 종류의 반도체 장치의 제조에 매우 유용하게 이용될 수 있다. The capacitively coupled plasma reactor of the present invention and the plasma processing method using the same can be very usefully used for manufacturing various kinds of semiconductor devices such as a semiconductor integrated circuit, a flat panel display, and a solar cell.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 보여주는 도면이다.1 is a view showing a plasma reactor according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2는 교대적인 공정 진행을 위하여 용량 결합 전극 어셈블리로 서로 다른 주파수가 교대적으로 공급되는 것을 설명하기 위한 타이밍도이다.FIG. 2 is a timing diagram illustrating how different frequencies are alternately supplied to the capacitive coupling electrode assembly for alternate process progression.

도 3은 교대적인 공정 진행에 의해 피처리 기판에 교대적으로 박막이 형성된 것을 예시하는 피처리 기판의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a substrate to be processed which exemplarily shows a thin film alternately formed on a substrate to be processed by an alternate process.

도 4 및 도 5는 용량 결합 전극 어셈블리의 사시도 및 단면도이다.4 and 5 are a perspective view and a cross-sectional view of the capacitive coupling electrode assembly.

도 6은 전류 분배 회로의 회로도이다.6 is a circuit diagram of the current distribution circuit.

도 7은 도 1의 용량 결합 전극 어셈블리에 무선 주파수 안테나가 매설된 일 변형예를 보여주는 부분 단면도이다.FIG. 7 is a partial cross-sectional view illustrating a modification of the radio frequency antenna embedded in the capacitive coupling electrode assembly of FIG. 1. FIG.

도 8은 도 1의 용량 결합 전극 어셈블리에 영구 자석이 매설된 다른 변형예를 보여주는 도면이다.8 is a view showing another modified example in which the permanent magnet is embedded in the capacitive coupling electrode assembly of FIG.

도 9는 도 1의 용량 결합 전극 어셈블리의 상부에 무선 주파수 안테나가 설치된 또 다른 변형예를 보여주는 도면이다.FIG. 9 is a view showing another modification example in which a radio frequency antenna is provided on the capacitive coupling electrode assembly of FIG.

도 10은 플라즈마 반응기의 내부에 멀티 레이저 스캐닝 라인이 형성된 예를 보여주는 도면이다.10 is a view showing an example in which a multi-laser scanning line is formed inside a plasma reactor.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*Description of the Related Art [0002]

8: 진공펌프 10: 플라즈마 반응기8: Vacuum pump 10: Plasma reactor

11: 반응기 몸체 12: 기판 지지대11: reactor body 12: substrate support

13: 피처리 기판 20: 가스 공급부13: substrate to be processed 20: gas supply unit

21: 제1 가스 입구 22: 제2 가스 입구21: first gas inlet 22: second gas inlet

23: 상부 가스 매니폴드 24: 하부 가스 매니폴드23: upper gas manifold 24: lower gas manifold

25: 절연 부재 30: 용량 결합 전극 어셈블리25: Insulation member 30: Capacitive coupling electrode assembly

31: 공통 전극 32: 가스 분사구31: common electrode 32: gas jet opening

33: 분할 전극 34: 가스 분사구33: split electrode 34: gas jet opening

35: 트랜치 영역 40: 제1 전원 공급원35: trench region 40: first power source

41: 제2 전원 공급원 42, 43: 임피던스 정합기41: second power source 42, 43: impedance matcher

44: 스위칭 회로 46, 47: 바이어스 전원 공급원44: switching circuit 46, 47: bias power source

48: 임피던스 정합기 50: 전류 분배 회로48: Impedance matching circuit 50: Current distribution circuit

51: 보상 커패시터 52: 트랜스포머51: compensation capacitor 52: transformer

55: 제3 전원 공급원 56: 임피던스 정합기55: third power source 56: impedance matcher

57: 무선 주파수 안테나 58: 절연관57: Radio Frequency Antenna 58: Para-related

59: 영구 자석 60: 가스 공급 시스템59: permanent magnet 60: gas supply system

61: 가스 공급원 62, 63, 64: 가스 밸브61: gas supply source 62, 63, 64: gas valve

65: 원격 플라즈마 발생기 66: 제어부65: remote plasma generator 66:

70: 무선 주파수 안테나 71: 마그네틱 코어 커버70: Radio frequency antenna 71: Magnetic core cover

Claims (12)

플라즈마 방전 공간을 형성하는 반응기 몸체; 및A reactor body forming a plasma discharge space; And 상기 플라즈마 방전 공간의 일면을 형성하며 상기 플라즈마 방전 공간에 플라즈마를 발생시키기 위한 용량 결합 전극 어셈블리를 포함하되,And a capacitive coupling electrode assembly for generating a plasma in the plasma discharge space and forming one side of the plasma discharge space, 상기 용량 결합 전극 어셈블리는 복수개의 트랜치 영역을 갖는 공통 전극과 상기 복수개의 트랜치 영역에 설치되는 복수개의 분할 전극을 포함하여 상기 트랜치 영역에는 상기 복수개의 분할 전극을 감싸도록 플라즈마가 발생되고,Wherein the capacitive coupling electrode assembly includes a common electrode having a plurality of trench regions and a plurality of split electrodes disposed in the plurality of trench regions so that plasma is generated in the trench region to surround the plurality of split electrodes, 상기 용량 결합 전극 어셈블리에 설치되어 발생된 플라즈마에 발생을 돕는 전기적 에너지 또는 자기적 에너지를 제공하는 플라즈마 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 용량 결합 플라즈마 반응기.And a plasma control means for providing electrical energy or magnetic energy to the plasma generated by the capacitive coupling electrode assembly. 제1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 용량 결합 전극 어셈블리로 서로 다른 주파수를 선택적으로 공급하는 둘 이상의 전원 공급원과Two or more power sources for selectively supplying different frequencies to the capacitive coupling electrode assembly; 상기 둘 이상의 전원 공급원과 상기 용량 결합 전극 어셈블리 사이에 구성되어 선택적인 전기적 연결을 제공하는 스위칭 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 용량 결합 플라즈마 반응기.And a switching circuit configured between the at least two power sources and the capacitive coupling electrode assembly to provide a selective electrical connection. 제1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 복수개의 분할 전극으로 흐르는 전류들의 분배를 조절하는 전류 분배 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 용량 결합 플라즈마 반응기.And a current distribution circuit for controlling the distribution of the currents flowing to the plurality of split electrodes. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 전류 분배 회로는 상기 복수개의 분할 전극으로 공급되는 전류의 상호 균형을 자동으로 조절하는 자동 전류 균형 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 용량 결합 플라즈마 반응기.Wherein the current distribution circuit comprises an automatic current balancing circuit that automatically adjusts the mutual balance of the currents supplied to the plurality of split electrodes. 제1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 공통 전극은The common electrode 공통 전극 몸체와 상기 공통 전극 몸체를 관통하는 복수개의 가스 분사구를 포함하고,A common electrode body and a plurality of gas ejection openings penetrating the common electrode body, 상기 반응기 몸체의 외측에서 상기 공통 전극의 복수개의 가스 분사구를 통하여 반응기 몸체의 내부로 공정 가스를 공급하기 위한 가스 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용량 결합 플라즈마 반응기.And a gas supply unit for supplying a process gas to the interior of the reactor body through a plurality of gas injection openings of the common electrode outside the reactor body. 제5항에 있어서,6. The method of claim 5, 상기 가스 공급부는The gas supply part 둘 이상의 독립된 가스 공급 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 용량 결합 플라즈마 반응기.≪ / RTI > wherein the plasma reactor comprises at least two independent gas supply channels. 제6항에 있어서,The method according to claim 6, 상기 복수개의 가스 분사구는The plurality of gas ejection openings 상기 복수개의 트랜치 영역에 형성되는 제1 그룹의 가스 분사구와 상기 복수개의 트랜치 영역 이외에 형성되는 제2 그룹의 가스 분사구를 포함하는 것을 특징으로 하는 용량 결합 플라즈마 반응기.A first group of gas injection holes formed in the plurality of trench regions and a second group of gas injection holes formed in the plurality of trench regions in addition to the plurality of trench regions. 제5항에 있어서,6. The method of claim 5, 상기 가스 공급부를 통하여 상기 반응기 몸체의 내부로 원격 플라즈마를 공급하는 원격 플라즈마 발생기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용량 결합 플라즈마 반응기.Further comprising a remote plasma generator for supplying a remote plasma into the interior of the reactor body through the gas supply. 제1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 플라즈마 제어 수단은The plasma control means 용량 결합 전극 어셈블리에 설치되는 무선 주파수 안테나와A radio frequency antenna installed in the capacitive coupling electrode assembly 상기 무선 주파수 안테나로 무선 주파수를 공급하기 위한 전원 공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 용량 결합 플라즈마 반응기.And a power source for supplying radio frequency to the radio frequency antenna. 제1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 플라즈마 제어 수단은The plasma control means 상기 용량 결합 전극 어셈블리에 설치되며 교대적으로 극성을 달리하여 배치되는 복수개의 영구 자석들을 포함하는 것을 특징으로 하는 용량 결합 플라즈마 반응기.And a plurality of permanent magnets installed in the capacitive coupling electrode assembly and alternately arranged with different polarities. 제1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 용량 결합 전극 어셈블리는 냉각 채널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용량 결합 플라즈마 반응기.Wherein the capacitive coupling electrode assembly further comprises a cooling channel. 제1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 반응기 몸체의 일부에 형성되는 레이저 투과 윈도우와A laser transmission window formed in a part of the reactor body 상기 레이저 투과 윈도우를 통하여 상기 반응기 몸체의 내부로 레이저를 주사하기 위한 레이저 공급원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용량 결합 플라즈마 반응기.Further comprising a laser source for injecting a laser into the reactor body through the laser transmission window.
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