KR101533711B1 - Microwave plasma processing chamber having mutli separated electrode - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다분할 전극을 구비한 마이크로웨이브 플라즈마 처리 챔버는 플라즈마가 발생되는 공간을 한정하는 챔버 몸체, 마이크로웨이브를 공급받아 구동되는 복수개의 다분할 전극과 상기 다분할 전극이 장착되는 전극 장착 부재를 포함하는 다분할 전극 어셈블리, 및 상기 다분할 전극으로 공급되는 마이크로웨이브를 발생하기 위한 마이크로웨이브 발생원을 포함한다. 본 발명의 다분할 전극을 구비한 마이크로웨이브 플라즈마 처리 장치에 의하면, 복수개의 다분할 전극을 이용하여 대면적으로 확장이 용이하며 복수개의 다분할 전극으로 공급되는 마이크로웨이브의 전력 비율을 가변적으로 제어할 수 있어서 플라즈마 발생 효율을 높일 수 있다.A microwave plasma processing chamber having a multi-division electrode includes a chamber body defining a space in which a plasma is generated, a plurality of multi-division electrodes driven by microwaves, and an electrode mounting member on which the multi-division electrodes are mounted And a microwave generator for generating a microwave supplied to the multi-division electrode. According to the microwave plasma processing apparatus having the multi-division electrode of the present invention, it is possible to variably control the power ratio of the microwaves supplied to the plurality of multi-division electrodes by using a plurality of multi-division electrodes, So that the plasma generation efficiency can be increased.
마이크로웨이브, 플라즈마, 다분할 전극 Microwave, Plasma, Multi-split electrode
Description
본 발명은 마이크로웨이브 플라즈마 처리 챔버에 관한 것으로, 구체적으로는 다분할 전극을 구비한 마이크로웨이브 플라즈마 처리 챔버에 관한 것이다.The present invention relates to a microwave plasma processing chamber, and more particularly, to a microwave plasma processing chamber having a multi-division electrode.
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 발생시키기 위한 방법으로서, 가속입자를 원자 혹은 분자에 충돌시킴으로서 이온화시키기도 하지만, 산업적으로 응용되고 있는 플라즈마는 주로 외부에서 전기장을 인가하여 가스방전을 유도함으로써 이온화 되면서도 전체적으로 중성인 부나 혹은 원자들로 구성되어 있다. 플라즈마 종류는 이러한 전기장 인가방식에 있어서 사용되는 주파수에 따라 여러 가지가 있으며 그 중 하나가 마이크로 웨이브(Microwave) 플라즈마이다. 마이크로웨이브 플라즈마는 손쉽게 활성입자(Free radicals)를 대량 발생시킬 수 있고 플라즈마 속의 전자들은 중성입자들과 상호 작용하여 중성입자들을 들뜬 에너지 상태로 만들기 때문에 매우 효율적인 화학반응을 유도할 수 있는 것으로 알려져 있다.As a method for generating plasma, accelerating particles are ionized by colliding with atoms or molecules. However, industrially applied plasma is mainly ionized by inducing gas discharge by applying electric field from the outside, Consists of. There are various types of plasmas depending on the frequency used in such an electric field application method, and one of them is a microwave plasma. It is known that microwave plasma can easily generate a large amount of free radicals and electrons in plasma interact with neutral particles to turn the neutral particles into an excited energy state, which can lead to highly efficient chemical reactions.
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.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.
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 반응기 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, there is a demand for a plasma reactor and a plasma processing system capable of minimizing a facility area as much as possible. Particularly, in the semiconductor manufacturing process, productivity per unit area is one of the important factors affecting the final product price.
본 발명의 목적은 대면적으로 확장이 용이한 다분할 전극을 구비한 마이크로웨이브 플라즈마 처리 챔버를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a microwave plasma processing chamber having a multi-split electrode that is easy to expand into a large area.
본 발명의 다른 목적은 마이크로웨이브를 효율적으로 공급할 수 있어서 플라즈마 발생 효율을 높일 수 있는 다분할 전극을 구비한 마이크로웨이브 플라즈마 처리 챔버를 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a microwave plasma processing chamber having a multi-division electrode capable of efficiently supplying microwaves and thereby increasing plasma generation efficiency.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 마이크로웨이브 플라즈마 처리 챔버에 관한 것이다. 본 발명의 마이크로웨이브 플라즈마 처리 챔버는: 플라즈마가 발생되는 공간을 한정하는 챔버 몸체; 마이크로웨이브를 공급받아 구동되는 복수개의 다분할 전극과 상기 다분할 전극이 장착되는 전극 장착 부재를 포함하는 다분할 전극 어셈블리; 및 상기 다분할 전극으로 공급되는 마이크로웨이브를 발생하기 위한 마이크로웨이브 발생원을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a microwave plasma processing chamber. A microwave plasma processing chamber of the present invention includes: a chamber body defining a space in which a plasma is generated; A multi-division electrode assembly including a plurality of multi-division electrodes driven by microwaves and an electrode mounting member on which the multi-division electrodes are mounted; And a microwave source for generating a microwave supplied to the multi-division electrode.
일 실시예에 있어서, 상기 마이크로웨이브 발생원으로부터 제공되는 마이크로웨이브를 상기 복수개의 다분할 전극으로 분할 공급하는 스위칭 회로와 상기 스위칭 회로의 스위칭 동작을 제어하는 스위칭 제어부를 포함한다.In one embodiment, a switching circuit for dividing and supplying a microwave provided from the microwave source to the plurality of multi-division electrodes and a switching controller for controlling the switching operation of the switching circuit.
일 실시예에 있어서, 상기 스위칭 회로는 복수개의 스위칭 반도체 소자를 포함한다.In one embodiment, the switching circuit includes a plurality of switching semiconductor elements.
일 실시예에 있어서, 상기 복수개의 다분할 전극으로 분할 공급되는 마이크로웨이브의 전력의 비율은 상기 스위칭 회로의 스위칭 동작에 따라서 가변 가능하다.In one embodiment, the ratio of the power of the microwave divided and supplied to the plurality of multi-division electrodes may vary according to the switching operation of the switching circuit.
일 실시예에 있어서, 상기 챔버 몸체의 내부에 구비되며 피처리 기판이 놓이는 기판 지지대; 및 상기 기판 지지대로 바이어스 전원을 공급하기 위한 하나 이상 의 바이어스 전원 공급원을 포함한다.In one embodiment, the substrate support is provided inside the chamber body and the substrate to be processed is placed thereon. And at least one bias power supply for supplying bias power to the substrate support.
일 실시예에 있어서, 상기 전극 장착 부재는 복수개의 가스 공급홀을 포함한다.In one embodiment, the electrode mounting member includes a plurality of gas supply holes.
본 발명의 다분할 전극을 구비한 마이크로웨이브 플라즈마 처리 장치에 의하면, 복수개의 다분할 전극을 이용하여 대면적으로 확장이 용이하며 복수개의 다분할 전극으로 공급되는 마이크로웨이브의 전력 비율을 가변적으로 제어할 수 있어서 플라즈마 발생 효율을 높일 수 있다.According to the microwave plasma processing apparatus having the multi-division electrode of the present invention, it is possible to variably control the power ratio of the microwaves supplied to the plurality of multi-division electrodes by using a plurality of multi-division electrodes, So that the plasma generation efficiency can be increased.
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 마이크로웨이브 플라즈마 처리 챔버의 개략적인 구성도이고, 도 2는 다분할 전극 어셈블리의 평면도이다.FIG. 1 is a schematic view of a microwave plasma processing chamber according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of a multi-division electrode assembly.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로웨이브 플라즈마 처리 챔버(10)는 플라즈마가 발생되는 공간을 한정하는 챔버 몸체(11)와 챔버 몸체(11)의 상부에 구성되는 다분할 전극 어셈블리(30)를 구비한다. 챔버 몸체(11)의 내부에는 피처리 기판(W)이 놓이는 기판 지지대(14)가 구비된다. 도면에는 구체적으로 도시되지는 않았으나 가스 공급원으로부터 제공되는 공정 가스는 챔버 몸체(11)의 내부로 공급되며, 진공 펌프(18)에 의해서 배기된다. 다분할 전극 어셈블리(30)는 마이크로웨이브를 공급받아 구동되는 복수개의 다분할 전극(33)과 복수개의 다분할 전극(33)이 장착되는 전극 장착 부재(31)를 포함한다. 복수개의 다분할 전극(33)은 마이크로웨이브 발생원(40)에 전기적으로 연결되어 마이크로웨이브를 공급받아 구동되어 챔버 몸체(11)의 내부에 플라즈마를 발생시킨다. 챔버 몸체(11)의 내부에 발생된 플라즈마에 의해서 피처리 기판(W)에 대한 기판 처리 공정이 이루어진다.1 and 2, a microwave plasma processing chamber 10 according to a preferred embodiment of the present invention includes a
챔버 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. 이와 같이 챔버 몸체(11)는 의도된 플라즈마 프로세스가 수행되기에 적합한 어떠한 물질로도 제작될 수 있다. 챔버 몸체(11)의 구조는 피처리 기판(W)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 들 어, 반도체 장치, 디스플레이 장치, 태양전지 등과 같은 다양한 장치들의 제조를 위한 웨이퍼 기판, 유리 기판, 플라스틱 기판 등과 같은 기판들이다. 본 발명의 실시예에서 플라즈마 처리 챔버(10)는 대기압 이하의 저압 상태에서 피처리 기판(W)에 대한 플라즈마 처리가 이루어진다. 그러나 플라즈마 처리 챔버(10)는 대기압에서 피처리 기판을 처리하는 대기압의 플라즈마 처리 시스템에서도 사용이 가능하다.The
플라즈마 처리 챔버(10)의 내부에는 피처리 기판(W)을 지지하기 위한 기판 지지대(14)가 구비된다. 기판 지지대(12)는 바이어스 전원 공급원(20, 21)에 연결되어 바이어스 된다. 예를 들어, 서로 다른 무선 주파수 전원을 공급하는 두 개의 바이어스 전원 공급원(20, 21)이 공통 임피던스 정합기(22)(또는 각각의 임피던스 정합기)를 통하여 기판 지지대(14)에 전기적으로 연결된다. 기판 지지대(14)의 이중 바이어스 구조는 플라즈마 처리 챔버(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(14)는 바이어스 전원의 공급 없이 제로 퍼텐셜(zero potential)을 갖는 구조로 변형 실시될 수도 있다. 그리고 기판 지지대(14)는 정전척을 포함할 수 있다. 또는 기판 지지대(14)는 히터를 포함할 수 있다. 기본적으로 기판 지지대(14)는 고정형 또는 수직으로 승하강이 가능한 구조로 구성된다. 또는 기판 지지대(14)는 평행하게 선형 또는 회전 이동 가능한 구조를 갖는다. 이러한 이동 가능한 구조에서 기판 지지대(14)를 선형 또는 회전 이동하기 위한 구동 메커니즘을 포함할 수 있다. 챔버 몸체(11)의 하부에 가스의 균일한 배기를 위하여 배기 배플(미도시)이 구성될 수 있다.Inside the plasma processing chamber 10, a substrate support 14 for supporting a substrate W is provided. The substrate support 12 is connected to
챔버 몸체(11)의 내부로 공정 가스를 공급하기 위한 구조는 예를 들어, 다분할 전극 어셈블리(30)를 통하여 공급되는 구조를 가질 수 있다. 이를 위하여, 전극 장착 부재(31)에는 복수개의 가스 공급홀(32)을 구비할 수 있다. 복수개의 가습 공급홀(32)은 복수개의 다분할 전극(33) 사이에 배치되는 구조일 수 있다. 가스 공급 구조는 하나의 가스 공급 채널로 구성되거나, 둘 이상의 독립된 서로 다른 가스 공급 채널로 구성될 수도 있다. 서로 다른 가스를 독립적으로 분리 공급하여 플라즈마 처리의 효율을 높일 수 있다.The structure for supplying the process gas into the interior of the
도 3은 다분할 전극 어셈블리로 마이크로웨이브를 분할 공급하기 위한 스위칭 회로의 회로도이다.3 is a circuit diagram of a switching circuit for dividing and supplying a microwave with a multi-division electrode assembly.
도 3을 참조하여, 복수개의 다분할 전극(33)으로 마이크로웨이브를 분배 공급하기 위하여 스위칭 회로(41)와 스위칭 제어부(41)가 구비된다. 스위칭 회로(41)는 복수개의 스위칭 반도체 소자로 구성될 수 있으며, 스위칭 제어부(41)의 제어 신호에 따라서 구동되어 복수개의 다분할 전극(33)으로 분할 공급되는 마이크로웨이브의 전력의 비율이 가변 가능하다. 전력 비율을 제어함으로서 챔버 몸체(11)의 내부에 보다 균일한 대면적의 플라즈마를 발생할 수 있으며 플라즈마 이온에너지에 대한 제어 능력을 높일 수 있다.Referring to FIG. 3, a switching
이상에서 설명된 본 발명의 다분할 전극을 구비한 마이크로웨이브 플라즈마 처리 장치의 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 embodiments of the microwave plasma processing apparatus having the multi-division electrode of the present invention described above are merely illustrative and those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent implementations It will be appreciated that 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 다분할 전극을 구비한 마이크로웨이브 플라즈마 처리 챔버는 반도체 집적 회로의 제조, 평판 디스플레이 제조, 태양전지의 제조와 같은 다양한 종류의 반도체 장치의 제조에 매우 유용하게 이용될 수 있다. The microwave plasma processing chamber having the multi-division electrode of the present invention can be very usefully used for manufacturing various types of semiconductor devices such as the manufacture of semiconductor integrated circuits, the manufacture of flat panel displays, and the manufacture of solar cells.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로웨이브 플라즈마 처리 챔버의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic diagram of a microwave plasma processing chamber according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 다분할 전극 어셈블리의 평면도이다.2 is a top view of the multi-segment electrode assembly.
도 3은 다분할 전극 어셈블리로 마이크로웨이브를 분할 공급하기 위한 스위칭 회로의 회로도이다.3 is a circuit diagram of a switching circuit for dividing and supplying a microwave with a multi-division electrode assembly.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*Description of the Related Art [0002]
10: 플라즈마 처리 챔버 11: 챔버 몸체10: plasma processing chamber 11: chamber body
14: 기판 지지대 18: 진공 펌프14: substrate support 18: vacuum pump
20, 21: 바이어스 전원 22: 임피던스 정합기20, 21: bias power source 22: impedance matching device
30: 다분할 전극 어셈블리 31: 전극 장착 부재30: Multi-pole electrode assembly 31: Electrode mounting member
32: 가스 유입구 33: 다분할 전극32: gas inlet 33: multiple electrode
40: 마이크로웨이브 발생원 41: 스위칭 회로40: microwave source 41: switching circuit
42: 스위칭 제어부 W: 피처리 기판42: switching control unit W: substrate to be processed
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JPH09312271A (en) * | 1996-05-22 | 1997-12-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Plasma device, thin film formation and etching |
JP2001338885A (en) * | 2000-03-23 | 2001-12-07 | Sharp Corp | Plasma film-forming device for forming thin film |
KR20080037917A (en) * | 2006-10-27 | 2008-05-02 | 주식회사 뉴파워 프라즈마 | Inductively coupled plasma reactor with multi antenna and multi antenna driving system |
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- 2008-11-19 KR KR1020080115437A patent/KR101533711B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
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KR20080037917A (en) * | 2006-10-27 | 2008-05-02 | 주식회사 뉴파워 프라즈마 | Inductively coupled plasma reactor with multi antenna and multi antenna driving system |
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