KR101585890B1 - Plasma reactor with vertical dual chamber - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수직 듀얼 챔버로 구성된 대면적 플라즈마 반응기에 관한 것이다. 본 발명의 수직 듀얼 챔버로 구성된 대면적 플라즈마 반응기는 처리대상 기판이 수직으로 설치될 수 있는 기판 지지대를 구비하고 플라즈마가 발생되는 반응 공간을 갖는 제1, 2 수직 공정 챔버; 상기 제1, 2 수직 공정 챔버 사이에 배치되어 상기 제1, 2 수직 공정 챔버 내부에 공정 가스를 제공하기 위한 공통 가스 공급부; 및 상기 공통 가스 공급부에 구비되고 상기 제1, 2 수직 공정 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생 유닛을 포함한다. 본 발명의 플라즈마 반응기에 의하면, 대형화된 기판의 이송을 용이하게하고, 대면적화 되어가는 기판 사이즈의 증가에 맞추어 대면적으로 플라즈마의 확장이 매우 용이하다. 또한 고주파와 저주파를 이용하여 안테나에 균일한 전류 흐름이 형성되어 대면적의 고밀도 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있다. 또한 한번의 공정 가스 공급을 통헤 복수 개의 공정 챔버에서 플라즈마 현상이 발생되기 때문에 작업 효율이 증대된다.
대면적 플라즈마, 플라즈마 반응기, 복합 주파수, 고주파, 저주파, 연속 기판 처리
The present invention relates to a large area plasma reactor composed of vertical dual chambers. A large-area plasma reactor comprising a vertical dual chamber of the present invention includes a first and a second vertical processing chamber having a substrate support to which a substrate to be processed can vertically be installed and having a reaction space in which plasma is generated; A common gas supply disposed between the first and second vertical process chambers to provide a process gas into the first and second vertical process chambers; And a plasma generation unit provided in the common gas supply unit and generating a plasma in the first and second vertical process chambers. According to the plasma reactor of the present invention, the transfer of the enlarged substrate is facilitated, and the expansion of the plasma in a large area is very easy in accordance with the increase of the size of the substrate which is large in size. In addition, a uniform current flow is formed in the antenna by using the high frequency and the low frequency, so that a large-area high-density plasma can be uniformly generated. In addition, since the plasma phenomenon occurs in a plurality of process chambers through a single process gas supply, the working efficiency is increased.
Large area plasma, plasma reactor, complex frequency, high frequency, low frequency, continuous substrate processing
Description
본 발명은 수직 듀얼 챔버로 구성된 대면적 플라즈마 반응기에 관한 것으로, 구체적으로는 대형의 기판을 쉽게 처리할 수 있고 대면적화가 매우 용이한 구조로 플라즈마가 균일하게 형성되는 플라즈마 반응기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a large area plasma reactor having a vertical dual chamber, and more particularly, to a plasma reactor in which a large substrate can be easily processed and a large area can be easily formed.
플라즈마는 같은 수의 음이온(positive ions)과 전자(electrons)를 포함하는 고도로 이온화된 가스이다. 플라즈마 방전은 이온, 자유 래디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 발생하기 위한 가스 여기에 사용되고 있다. 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 대표적으로 반도체 제조 공정 예들 들어, 식각(etching), 증착(deposition), 세정(cleaning), 에싱(ashing) 등에 다양하게 사용된다.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. The active gas is widely used in various fields and is typically used in a variety of semiconductor manufacturing processes such as etching, deposition, cleaning, and ashing.
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. 용량 결합 플라즈마 소스는 무선 주파수 전원의 증가에 따라 이온 밀도를 쉽게 증가시킬 수 있어서 고밀도의 플라즈마를 얻기 위하여 일반적으로 사용되고 있다. 그러나 무선 주파수 전력의 증가는 이온 충격 에너지를 증가시킨다. 결과적으로 이온 충격에 의한 손상을 방지하기 위해서는 무선 주파수 전력의 한계성을 갖게 된다. 유도 결합 플라즈마 소스는 대표적으로 무선 주파수 안테나(RF antenna)를 이용하는 방식과 변압기를 이용한 방식(변압기 결합 플라즈마(transformer coupled plasma)라고도 함)으로 기술 개발이 이루어지고 있다. 여기에 전자석이나 영구 자석을 추가하거나, 용량 결합 전극을 추가하여 플라즈마의 특성을 향상 시키고 재현성과 제어 능력을 높이기 위하여 기술 개발이 이루어지고 있다. 무선 주파수 안테나는 나선형 타입 안테나(spiral type antenna) 또는 실린더 타입의 안테나(cylinder type antenna)가 일반적으로 사용된다. 무선 주파수 안테나는 플라즈마 반응기(plasma reactor)의 외부에 배치되며, 석영과 같은 유전체 위도우(dielectric window)를 통하여 플라즈마 반응기의 내부로 유도 기전력을 전달한다. 무선 주파수 안테나를 이용한 유도 결합 플라즈마는 고밀도의 플라즈마를 비교적 손쉽게 얻을 수 있으나, 안테나의 구조적 특징에 따라서 플라즈마 균일도가 영향을 받는다. 그럼으로 무선 주파수 안테나의 구조를 개선하여 균일한 고밀도의 플라즈마를 얻기 위해 노력하고 있다.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. Capacitively coupled plasma sources are commonly used to obtain high density plasma because they can easily increase ion density with increasing radio frequency power. However, an increase in radio frequency power increases the ion impact energy. As a result, radio frequency power is limited in order to prevent damage due to ion bombardment. Inductively coupled plasma sources are typically developed using a RF antenna or a transformer coupled plasma (also referred to as a transformer coupled plasma). Techniques are being developed to improve the characteristics of plasma by adding electromagnets or permanent magnets thereto or adding capacitive coupling electrodes, and to improve reproducibility and controllability. As a radio frequency antenna, a spiral type antenna or a cylinder type antenna is generally used. A radio frequency antenna is disposed outside a plasma reactor and delivers induced electromotive force into a plasma reactor through a dielectric window, such as quartz. Inductively coupled plasma using radio frequency antenna is relatively easy to obtain high density plasma, but plasma uniformity is affected by the structural characteristics of the antenna. Therefore, we are trying to obtain uniform high density plasma by improving the structure of radio frequency antenna.
그러나 대면적의 플라즈마를 얻기 위하여 안테나의 구조를 넓게 하거나 안테나에 공급되는 전력을 높이는 것은 한계성을 갖는다. 예를 들어, 정상파 효과(standing wave effect)에 의해 방사선상으로 비균일한 플라즈마가 발생되는 것 으로 알려져 있다. 또한, 안테나에 높은 전력이 인가되는 경우 무선 주파수 안테나의 용량성 결합(capacitive coupling)이 증가하게 됨으로 유전체 윈도우를 두껍게 해야 하며, 이로 인하여 무선 주파수 안테나와 플라즈마 사이의 거리가 증가함으로 전력 전달 효율이 낮아지는 문제점이 발생된다. However, in order to obtain a large-area plasma, it is difficult to increase the structure of the antenna or increase the power supplied to the antenna. For example, it is known that a non-uniform plasma is generated in a radiation image due to a standing wave effect. In addition, when high power is applied to the antenna, the capacitive coupling of the radio frequency antenna increases, so that the dielectric window must be made thick. As a result, the distance between the radio frequency antenna and the plasma increases, Problems arise.
최근 반도체 제조 산업에서는 반도체 소자의 초미세화, 반도체 회로를 제조하기 위한 실리콘 웨이퍼 기판의 대형화, 액정 디스플레이를 제조하기 위한 유리 기판의 대형화 그리고 새로운 처리 대상 물질 등장 등과 같은 여러 요인으로 인하여 더욱 향상된 플라즈마 처리 기술이 요구되고 있다. 특히, 대면적의 피처리물에 대한 우수한 처리 능력을 갖는 향상된 플라즈마 소스 및 플라즈마 처리 기술이 요구되고 있다. 또한 대형화된 기판은 무게가 많이 나갈뿐만 아니라 큰 크기로 인하여 반도체 제조 공정시 이송이 용이하지 않아 플라즈마 처리하기 위하여 기판을 장착하는데 어려움이 존재한다.Recently, in the semiconductor manufacturing industry, due to various factors such as miniaturization of semiconductor devices, enlargement of a silicon wafer substrate for manufacturing a semiconductor circuit, enlargement of a glass substrate for manufacturing a liquid crystal display, and appearance of a new object to be processed, . Particularly, there is a demand for an improved plasma source and plasma processing technique having an excellent processing capability for a large-area object to be processed. In addition, the large-sized substrate is not only heavy in weight but also difficult to transfer in the semiconductor manufacturing process due to its large size, so that it is difficult to mount the substrate for plasma processing.
본 발명의 목적은 대면적화 되어가는 기판 사이즈의 증가에 맞추어 대면적으로 확장이 매우 용이한 구조를 갖으면서도 더불어 플라즈마 발생 및 처리가 균일하게 형성될 수 있는 수직 듀얼 챔버로 구성된 대면적 플라즈마 반응기를 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a large area plasma reactor having a vertical dual chamber in which plasma generation and processing can be uniformly formed while having a structure that can be easily expanded in a large area in accordance with an increase in substrate size .
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 수직 듀얼 챔버로 구성된 대면적 플라즈마 반응기에 관한 것이다. According to an aspect of the present invention, there is provided a large area plasma reactor including a vertical dual chamber.
본 발명의 수직 듀얼 챔버로 구성된 대면적 플라즈마 반응기는 처리대상 기판이 수직으로 설치될 수 있는 기판 지지대를 구비하고 플라즈마가 발생되는 반응 공간을 갖는 제1, 2 수직 공정 챔버; 상기 제1, 2 수직 공정 챔버 사이에 배치되어 상기 제1, 2 수직 공정 챔버 내부에 공정 가스를 제공하기 위한 공통 가스 공급부; 및 상기 공통 가스 공급부에 구비되고 상기 제1, 2 수직 공정 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생 유닛을 포함한다.A large-area plasma reactor comprising a vertical dual chamber of the present invention includes a first and a second vertical processing chamber having a substrate support to which a substrate to be processed can vertically be installed and having a reaction space in which plasma is generated; A common gas supply disposed between the first and second vertical process chambers to provide a process gas into the first and second vertical process chambers; And a plasma generation unit provided in the common gas supply unit and generating a plasma in the first and second vertical process chambers.
일 실시예에 있어서, 상기 공통 가스 공급부는 상기 제1, 2 수직 공정 챔버에 각각 공정 가스를 분리하여 공급하기 위해 분리된다.In one embodiment, the common gas supply is separated to separately supply process gases to the first and second vertical process chambers, respectively.
일 실시예에 있어서, 상기 공통 가스 공급부는 일측에 상기 공정 가스를 주입하기 위한 가스 주입구; 상기 플라즈마 발생 유닛을 설치하기 위한 다수의 플라즈마 유닛 설치홈; 및 상기 다수의 플라즈마 유닛 설치홈 사이에 상기 공정 가스가 상기 제1, 2 수직 공정 챔버 내부에 공급될 수 있도록 관통 형성된 복수 개의 가스 분사구를 포함한다,In one embodiment, the common gas supply unit includes a gas inlet for injecting the process gas into one side thereof; A plurality of plasma unit mounting grooves for installing the plasma generating unit; And a plurality of gas ejection openings formed between the plurality of plasma unit installation grooves such that the process gas can be supplied into the first and second vertical process chambers,
일 실시예에 있어서, 상기 공정 가스가 상기 플라즈마 발생 유닛에 접촉되면서 상기 공정 챔버 내부에 공급되도록 상기 플라즈마 유닛 설치홈 상부를 관통하여 상기 가스 분사구가 더 구비된다.In one embodiment, the gas injection port is further provided through the upper portion of the plasma unit installation groove so that the process gas is supplied into the process chamber while being in contact with the plasma generation unit.
일 실시예에 있어서, 상기 가스 공급부는 도체로 형성되어 상기 플라즈마 발생 유닛과의 사이에서 방전이 발생된다.In one embodiment, the gas supply portion is formed of a conductor and a discharge is generated between the gas supply portion and the plasma generation unit.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 발생 유닛에 서로 다른 주파수 전력을 각각 제공하기 위한 제1, 2 전원 장치; 상기 플라즈마 발생 유닛에 연결되어 상기 플라즈마 발생 유닛을 통해 전달되는 주파수 전력을 분배하기 위한 적어도 하나의 주파수 통과필터를 포함한다.In one embodiment, first and second power supplies for providing different frequency powers to the plasma generating unit, respectively; And at least one frequency pass filter connected to the plasma generating unit for distributing the frequency power transmitted through the plasma generating unit.
일 실시예에 있어서, 상기 주파수 통과필터는 상기 플라즈마 발생 유닛을 통해 전달되는 고주파 전력을 분배하기 위한 하이패스 필터이다.In one embodiment, the frequency pass filter is a high pass filter for distributing the high frequency power transmitted through the plasma generating unit.
일 실시예에 있어서, 상기 주파수 통과필터는 상기 플라즈마 발생 유닛을 통해 전달되는 저주파 전력을 분배하기 위한 로우패스 필터이다. In one embodiment, the frequency pass filter is a low pass filter for distributing the low frequency power delivered through the plasma generation unit.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 발생 유닛은 상기 제1, 2 전원 장치로부터 주파수 전력을 제공받아 상기 공정 챔버의 내부로 유도 결합 플라즈마를 발생시키는 안테나 코일; 및 상기 안테나 코일을 감싸도록 형성된 유전체관을 포함한다.In one embodiment, the plasma generating unit comprises: an antenna coil receiving frequency power from the first and second power supplies to generate inductively coupled plasma into the process chamber; And a dielectric tube formed to surround the antenna coil.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 발생 유닛은 상기 안테나 코일과 상기 유전체관 사이에 상기 안테나 코일의 상측을 감싸도록 설치되어 공정 챔버 내부로 유도되는 자기장의 세기를 강화시키기 위한 마그네틱 코어를 포함한다,In one embodiment, the plasma generating unit includes a magnetic core disposed between the antenna coil and the dielectric tube so as to surround the upper side of the antenna coil to enhance the strength of a magnetic field induced into the processing chamber.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 전원장치는 상기 제2 전원장치보다 높은 주파수 전력을 상기 플라즈마 발생 유닛에 제공한다,In one embodiment, the first power supply provides higher frequency power to the plasma generation unit than the second power supply,
일 실시예에 있어서, 상기 제1 전원장치는 상기 안테나 코일과 병렬로 연결된다.In one embodiment, the first power supply is connected in parallel with the antenna coil.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 전원장치는 상기 안테나 코일과 직렬로 연결된다.In one embodiment, the second power supply is connected in series with the antenna coil.
일 실시예에 있어서, 상기 하이패스 필터는 복수 개로 상기 안테나 코일과 병렬로 연결된다.In one embodiment, the high pass filter is connected in parallel with the antenna coil in a plurality.
일 실시예에 있어서, 상기 로우패스 필터는 상기 안테나 코일과 직렬로 연결된다.In one embodiment, the low pass filter is connected in series with the antenna coil.
일 실시예에 있어서, 상기 하이패스 필터는 캐패시터이다.In one embodiment, the high pass filter is a capacitor.
일 실시예에 있어서, 상기 로우패스 필터는 인덕터이다.In one embodiment, the low-pass filter is an inductor.
일 실시예에 있어서, 상기 공통 가스 공급부는 하나의 가스 공급 채널 또는 둘 이상의 분리된 가스 공급 채널을 포함한다.In one embodiment, the common gas supply includes one gas supply channel or two or more separate gas supply channels.
일 실시예에 있어서, 상기 대면적 플라즈마 반응기는 상기 제1 전원장치로부터 제공되는 전원을 상기 복수개의 플라즈마 발생 유닛으로 분배하는 분배 회로를 포함한다.In one embodiment, the large area plasma reactor includes a distribution circuit that distributes power provided from the first power source device to the plurality of plasma generation units.
일 실시예에 있어서, 상기 대면적 플라즈마 반응기는 상기 제1 전원장치와 상기 분배 회로 사이에 구성되어 임피던스 정합을 수행하는 임피던스 정합기를 포함한다.In one embodiment, the large area plasma reactor includes an impedance matcher configured to perform impedance matching between the first power source device and the distribution circuit.
일 실시예에 있어서, 상기 대면적 플라즈마 반응기는 상기 제2 전원장치와 상기 플라즈마 발생 유닛 사이에 구성되어 임피던스 정합을 수행하는 임피던스 정합기를 포함한다.In one embodiment, the large area plasma reactor includes an impedance matcher configured to perform impedance matching between the second power source device and the plasma generating unit.
일 실시예에 있어서, 상기 분배 회로는 상기 복수 개의 플라즈마 발생 유닛으로 공급되는 전류의 균형을 조절하는 전류 균형 회로를 포함한다.In one embodiment, the distribution circuit includes a current balance circuit that regulates the balance of the current supplied to the plurality of plasma generation units.
일 실시예에 있어서, 상기 대면적 플라즈마 반응기는 상기 플라즈마 발생 유 닛으로 공급되는 전류 중 상기 제1, 2 전원장치로 서로 다른 주파수가 유입되는 것을 방지하기 위한 필터를 포함한다.In one embodiment, the large area plasma reactor includes a filter for preventing different frequencies from flowing into the first and second power sources among currents supplied to the plasma generating unit.
본 발명의 플라즈마 반응기에 의하면, 대형화된 기판의 이송을 용이하게하고, 대면적화 되어가는 기판 사이즈의 증가에 맞추어 대면적으로 플라즈마의 확장이 매우 용이하다. 또한 고주파와 저주파를 이용하여 안테나에 균일한 전류 흐름이 형성되어 대면적의 고밀도 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있다. 또한 한번의 공정 가스 공급을 통헤 복수 개의 공정 챔버에서 플라즈마 현상이 발생되기 때문에 작업 효율이 증대된다.According to the plasma reactor of the present invention, the transfer of the enlarged substrate is facilitated, and the expansion of the plasma in a large area is very easy in accordance with the increase of the size of the substrate which is large in size. In addition, a uniform current flow is formed in the antenna by using the high frequency and the low frequency, so that a large-area high-density plasma can be uniformly generated. In addition, since the plasma phenomenon occurs in a plurality of process chambers through a single process gas supply, the working efficiency is 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 공통 가스 공급부를 갖는 대면적 플라즈마 반응기를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a large area plasma reactor having a common gas supply unit according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 대면적 플라즈마 반응기(100)는 제1, 2 수직 공정 챔버(120a, 120b)와 공통 가스 공급부(140), 플라즈마 발생 유닛(150) 및 배기 시스템(101)을 포함한다.1, the large
제1, 2 수직 공정 챔버(120a, 120b)는 피처리 기판(50)이 놓이는 기판 지지대(124)가 구비된다. 이때 기판 지지대(124)은 제1, 2 수직 공정 챔버(120a, 120b)의 측면에 구비되어 피처리 기판(50)이 지면과 수직으로 놓일 수 있도록 한다. 즉, 대형의 피처리 기판(50)을 수직으로 이송시킨 후 플라즈마 반응기(100)에 그대로 장착할 수 있기 때문에 대형 크기의 기판이나 무거운 기판을 쉽고 안전하게 이송 및 장착할 수 있다. 제1, 2 수직 공정 챔버(120a, 120b)에 구비된 기판 지지대(124)은 각각 바이어스 전원 공급원(182)에 연결되어 바이어스 되고, 각각의 바이어스 전원 공급원(182)이 임피던스 정합기(184)를 통하여 기판 지지대(124)에 전기적으로 연결되어 바이어스 된다.The first and second
기판 지지대(124)의 이중 바이어스 구조는 플라즈마 반응기(100)의 내부에 플라즈마 발생을 용이하게 하고, 플라즈마 이온 에너지 조절을 더욱 개선시켜 공정 생산력을 향상 시킬 수 있다. 이때 서로 다른 주파수 전력을 공급하기 위한 제1, 2 바이어스 전원 공급원(182a, 182b)을 구비한다. 또는 단일 바이어스 구조로 변형 실시할 수도 있다. 또는 기판 지지대(124)는 바이어스 전원의 공급 없이 제로 퍼텐셜(zero potential)을 갖는 구조로 변형 실시될 수도 있다. 그리고 기판 지지 대(124)는 정전척(미도시)을 포함할 수 있다. 또는 기판 지지대(124)는 히터(미도시)를 포함할 수 있다.The dual bias structure of the
제1, 2 수직 공정 챔버(120a, 120b)를 구성하는 몸체는 알루미늄, 스테인리스, 구리와 같은 금속 물질이나 코팅된 금속 예를 들어, 양극 처리된 알루미늄이나 니켈 도금된 알루미늄으로 제작될 수도 있다. 또는 내화 금속(refractory metal)으로 제작될 수도 있다. 또 다른 대안으로 몸체를 전체적 또는 부분적으로 석영, 세라믹과 같은 전기적 절연 물질로 제작하는 것도 가능하다. 이와 같이 몸체는 의도된 플라즈마 프로세스가 수행되기에 적합한 어떠한 물질로도 제작될 수 있다. 몸체의 구조는 피처리 기판(50)에 따라 그리고 플라즈마의 균일한 발생을 위하여 적합한 구조를 가질 수 있다.The body constituting the first and second
피처리 기판(50)은 예를 들어, 반도체 집적 회로 장치, 평판 디스플레이 장치, 태양전지 등과 같은 다양한 장치들의 제조를 위한 웨이퍼 기판, 유리 기판, 플라스틱 기판 등과 같은 기판들이다. 플라즈마 반응기(100)는 진공 펌프(미도시)에 연결된다. 플라즈마 반응기(100)는 대기압 이하의 저압 상태에서 피처리 기판(50)에 대한 플라즈마 처리가 이루어진다. 그러나 본 발명의 플라즈마 반응기(100)는 대기압에서 피처리 기판(50)을 처리하는 대기압의 플라즈마 처리 시스템으로도 구현될 수 있다.The substrate to be processed 50 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 integrated circuit device, a flat panel display device, a solar cell, The
대면적 플라즈마 반응기(100)는 각각 서로 다른 주파수 전력을 플라즈마 발생 유닛(140)의 안테나 코일(156)에 인가하기 위한 제1, 2 전원장치(162, 164)를 포함한다. The large
제1 전원장치(162)는 임피던스 정합기(162b), 고주파전원부(162a) 및 필터(162c)를 포함한다. 또한 제2 전원장치(164)는 임피던스 정합기(164b), 저주파전원부(164a) 및 필터(164c)를 포함한다. The first
임피던스 정합기(162b)는 고주파전원부(162a)와 안테나 코일(156) 사이에 구비되고, 임피던스 정합기(164b)는 저주파전원부(164b)와 안테나 코일(156) 사이에 구비되어 임피던스 정합 기능을 수행한다. The
고주파전원부(162a)와 임피던스 정합기(162b) 사이에는 필터(162c)가 구비되어 안테나 코일(156)을 통해 전달되는 저주파 전력이 고주파전원부(162a)로 인가되는 것을 방지한다. 또한 저주파전원부(164a)와 임피던스 정합기(164b) 사이에는 필터(164c)가 구비되어 안테나 코일(156)을 통해 전달되는 고주파 전력이 저주파전원부(164a)로 인가되는 것을 방지한다.A
또한 플라즈마 반응기(100)는 전원장치로부터 제공되는 주파수 전력의 소정 대역 주파수를 통과시키기 위한 주파수 통과필터를 포함한다. 이러한 주파수 통과필터는 고주파 전력을 통과시키기 위한 하이패스 필터(170)와 저주파 전력을 통과시키기 위한 로우패스 필터(180)로 구현된다. 주파수 통과 필터에 의한 주파수 전력의 분배는 하기에서 상세하게 설명한다.The
도 2는 공통 가스 공급부를 도시한 사시도이다.2 is a perspective view showing a common gas supply unit.
도 2에 도시된 바와 같이, 공통 가스 공급부(140)는 제1, 2 수직 공정 챔버(120a, 120b)의 사이에 위치된다. 공통 가스 공급부(140)는 가스 주입구(142), 플라즈마 유닛 설치홈(146) 및 가스 분사구(144)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the
가스 주입구(142)는 공통 가스 공급부(140)의 일측에 형성되어 외부로부터 플라즈마를 발생시키기 위한 공정 가스를 공급받는다. The
플라즈마 유닛 설치홈(146)은 공통 가스 공급부(140)의 양측, 즉 제1, 2 수직 공정 챔버(120a, 120b)가 결합되는 방향으로 형성되고, 여기에 플라즈마 발생 유닛(150)이 설치된다. 이때 플라즈마 유닛 설치홈(146)은 플라즈마 발생 유닛(150)의 외주면과 동일한 형태로 형성된다. 본 발명은 공통 가스 공급부(140)가 제1, 2 수직 공정 챔버(120a, 120b)의 사이에 위치되기 때문에 공통 가스 공급부(140)의 양측에 플라즈마 유닛 설치홈(146)이 각각 형성된다. 플라즈마 발생 유닛(150)은 공정 챔버 내부에 설치되기 때문에 유전체 윈도우가 불필요하여 전력 전달 효율이 증대된다. The plasma
가스 분사구(144)는 가스 주입구(142)를 통해 제공된 공정 가스를 제1, 2 수직 공정 챔버(120a, 120b)의 내부로 공급하기 위해 공통 가스 공급부(140)를 관통하여 형성된다. 이때 가스 분사구(144)는 복수 개의 플라즈마 유닛 설치홈(146) 사이에 각각 구비되어 제1, 2 수직 공정 챔버(120a, 120b) 내부에 공정 가스가 골고루 공급될 수 있도록 한다. The
즉, 가스 주입구(142)를 통해 주입된 공정 가스는 공통 가스 공급부(140)를 통해 공급되고, 공정 가스와 플라즈마 발생 유닛(150)에 의해 플라즈마가 발생되어 제1, 2 수직 공정 챔버(120a, 120b) 내부에서 피처리 기판(50)과 반응하게 된다.That is, the process gas injected through the
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공통 가스 공급부의 제1 실시예를 도시한 평면도이다.3 is a plan view showing a first embodiment of a common gas supply unit according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 가스 분사구(144)는 가스 주입구(142)를 통해 제공된 공정 가스를 공정 챔버(120)의 내부로 공급하기 위해 공통 가스 공급부(140)를 관통하여 형성된다. 이때 가스 분사구(144)는 복수 개의 플라즈마 유닛 설치홈(146) 사이에 각각 구비되어 제1, 2 수직 공정 챔버(120a, 120b) 내부에 공정 가스가 골고루 공급될 수 있도록 한다. 즉, 공통 가스 공급부(140)를 통해 공급된 공정 가스와 플라즈마 발생 유닛(150)에서 유도된 유도 기전력에 의해 공정 챔버(120) 내부에서 피처리 기판(50)과 반응하게 된다. 3, the
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공통 가스 공급부의 제2 실시예를 도시한 평면도이다.4 is a plan view showing a second embodiment of a common gas supply unit according to a preferred embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 가스 분사구(144)는 플라즈마 유닛 설치홈(146)에 설치되는 플라즈마 발생 유닛(150)에 분사된 공정 가스가 접촉되면서 제1, 2 수직 공정 챔버(120a, 120b)에 공급될 수 있도록 플라즈마 유닛 설치홈(146)의 상부에 관통되어 형성된다. 즉, 공통 가스 공급부(140)를 통해 제공되는 공정 가스가 플라즈마 유닛 설치홈(146) 사이 및 플라즈마 유닛 설치홈(146)에 구비된 가스 분사구(144)로 골고루 분사되면서 제1, 2 수직 공정 챔버(120a, 120b) 내부에서 고른 플라즈마가 형성될 수 있도록 한다. 4, the
도 5는 공통 가스 공급부에 설치된 플라즈마 발생 유닛을 도시한 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing the plasma generating unit installed in the common gas supply unit.
도 5에 도시된 바와 같이, 플라즈마 발생 유닛(150)은 안테나 코일(156)과 유전체관(152)을 포함한다. As shown in FIG. 5, the
안테나 코일(156)은 전원공급장치로부터 주파수 전력을 제공받아 제1, 2 수직 공정 챔버(120a, 120b)의 내부로 유도 결합 플라즈마 발생을 위한 유도 기전력을 전달한다. 이때 안테나 코일(156)은 제공받는 주파수 전력에 의해 발열되기 때문에 내부에 이러한 열을 식혀주기 위한 냉각수(미도시)가 안테나 코일(156) 내부를 따라 흐른다.The
유전체관(152)은 내부가 중공인 관 형태로 형성되어 내부에 안테나 코일(156)이 설치된다. 즉, 유전체관(152)은 안테나 코일(156)의 외부를 감싸는 형태로 형성된다. 안테나 코일(156)에 의해 유도되는 유도 자기장은 복수 개의 유전체관(152) 사이에서 발생된다. 그리고 이러한 유도 자기장에 의해서 복수 개의 유전체관(152)을 따라서 유도 전기장이 발생되어 제1, 2 수직 공정 챔버(120a, 120b)의 내부에 대면적의 플라즈마가 형성된다.The
또한 안테나 코일(156)에 의해 유도되는 자기장의 세기를 강화시키기 위하여 복수 개의 유전체관(152) 내부에 마그네틱 코어(154)가 각각 설치될 수 있다. 마그네틱 코어(154)는 안테나 코일(156)을 상측에서 감싸도록 설치하여 제1, 2 수직 공정 챔버(120a, 120b) 내부로 유도되는 자기장의 세기를 강화한다. In addition, a
공통 가스 공급부(140)는 복수 개의 가스 공급 채널을 구비하여 다른 종류의 가스를 제1, 2 수직 공정 챔버(120a, 120b)에 공급할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 이층 구조로 가스 공급부(140)가 형성된다. 상층에는 제1 가스를 공급하여 플라즈마 유닛 설치홈(146)의 사이에 구비된 가스 분사구(144)로 분사되도록 한다. 또한 하층에는 제2 가스를 공급하여 플라즈마 유닛 설치홈(146) 상에 구비된 가스 분사구(144)로 분사되도록 한다.The common
이때 두가지 이상의 공정 가스를 혼합한 혼합가스를 가스 공급부(140)의 상층과 하층에 동일하게 공급할 수도 있고, 서로 다른 공정 가스를 각각 상층과 하층에 공급할 수도 있다.At this time, a mixed gas obtained by mixing two or more process gases may be supplied to the upper and lower layers of the
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공통 가스 공급부(140)는 도체로 형성되어, 공통 가스 공급부(140)에 설치된 플라즈마 발생 유닛(150)과의 사이에서 방전이 일어나 자기장을 형성한다. 즉, 플라즈마 발생 유닛(150)을 통해 유도 결합된 플라즈마가 유도되고, 플라즈마 발생 유닛(150)과 공통 가스 공급부(140) 사이에서 방전이 일어나 플라즈마가 유도된다. 그러므로 플라즈마 반응기(100)에 균일하고 대면적인 플라즈마가 형성된다.The common
대면적 플라즈마 반응기(100)는 제1, 2 수직 공정 챔버(120a, 120b)에 각각 분리 형성된 공통 가스 공급부를 설치할 수 있다. 즉, 분리된 공통 가스 공급부는 상기에 설명된 공통 가스 공급부(140)와 동일한 구성으로 형성되어 제1, 2 수직 공정 챔버(120a, 120b)에 각각 별도로 공정 가스를 각각 제공할 수 있다. The large
도 6 및 도 7은 플라즈마 발생 유닛에 복수 개의 안테나 코일이 포함된 것을 도시한 단면도이다. FIGS. 6 and 7 are cross-sectional views showing that a plurality of antenna coils are included in the plasma generating unit. FIG.
본 발명의 일 실시예에서는 유전체관(152) 내부에 하나의 안테나 코일(156)을 설치한 것으로 설명하였으나, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 유전체관(152) 내부에 두 개 또는 세 개의 안테나 코일(156)을 설치할 수도 있다. 즉, 안테나 코일(156)의 개수에 관계없이 유전체관(152) 내부에 안테나 코일(156)을 설치하는 구 성이면 무방하다. 6 and 7, the
도 8은 절첩형 안테나 코일을 도시한 도면이고, 도 9는 연속된 안테나 코일을 도시한 도면이다.Fig. 8 is a view showing a folding type antenna coil, and Fig. 9 is a view showing a continuous antenna coil.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 안테나 코일(156)은 절첩형으로 형성되거나 이중으로 연속된 형태로 형성될 수 있다. 안테나 코일(156)은 전원 장치(162, 164)로부터 주파수 전력을 제공받아 제1, 2 수직 공정 챔버(120a, 120b)의 내부로 유도 결합 플라즈마 발생을 위한 유도 기전력을 전달한다.8 and 9, the
안테나 코일(156)에 의해 유도되는 유도 자기장은 복수 개의 플라즈마 발생 유닛(150) 사이에서 교대적으로 상하 방향으로 발생됨을 알 수 있다. 그리고 이러한 유도 자기장에 의해서 복수 개의 플라즈마 발생 유닛(150)을 따라서 유도 전기장이 발생되어 제1, 2 수직 공정 챔버(120a, 120b)의 내측 상부에 대면적의 플라즈마가 발생된다.It can be seen that the induced magnetic field induced by the
도 10 및 도 11은 제1 실시예로 안테나 코일에 주파수 전력이 인가되어 분배되는 것을 도시한 도면이다. FIGS. 10 and 11 are views showing that the antenna coil is divided and applied with frequency power according to the first embodiment.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 제1, 2 수직 공정 챔버(120a, 120b)에 포함된 안테나 코일(156)에 공통적으로 제1 전원장치(162) 및 제2 전원장치(164)가 연결된다. 10 and 11, a first
제1 전원장치(162)에서는 고주파 전력이 출력되고, 제2 전원장치(164)에서는 저주파 전력이 출력된다. 즉, 하나의 전원장치에서는 다른 하나의 전원장치보다 높은 주파수가 출력된다. 본 발명의 일 실시예에서는 제1 전원장치(162)가 제2 전원 장치(164)보다 높은 주파수 전력을 출력하는 것으로 설명하였다. The first
안테나 코일(156)은 하이패스 필터(170)와 로우패스 필터(180)를 통해 접지된다. 이때 하이패스 필터(170)는 캐패시터로 구현되고 로우패스 필터(180)는 인덕터로 구현된다. 이러한 캐패시터와 인덕터는 전원 용량을 조절하여 전원인가지점과 접지지점에 걸리는 전압을 분배해준다. The
제1 전원장치(162)와 하이패스 필터(170)는 안테나 코일(156)에 병렬로 연결된다.The
제1 전원장치(162)에서 출력된 고주파 전력은 하이패스 필터(170)가 연결된 안테나 코일(156) 방향으로 분배되어 흐르게 된다. 즉, 하이패스 필터(170)는 고주파 전력이 절첩된 안테나 코일(156)의 노드별로 분배될 수 있도록 한다. 균일하게 분배된 고주파 전력에 의해 안테나 코일(156)에서는 균일하게 유도 자기장이 형성되어 균일하면서 대면적의 플라즈마를 형성할 수 있다. 이때 하이패스 필터(170)는 안테나 코일이 도 10과 같이 절첩된 경우, 제1 전원장치(162)에서 출력된 고주파 전력이 절첩된 각 안테나 코일(156)에 균일하게 분배될 수 있는 개수가 구성되는 것이 바람직하다.The high-frequency power output from the first
제2 전원장치(164)와 로우패스 필터(180)는 안테나 코일(156)에 직렬로 연결된다.The
안테나 코일(156)의 일측에 연결된 제2 전원장치(164)에서 저주파 전력이 출력되고, 안테나 코일(156)의 타측에 연결된 로우패스 필터(180)를 통해 접지된다. The
본 발명에서는 고주파 전력과 복수 개의 하이패스 필터(170)를 통해 고주파 전력이 균일하게 분배되어 플라즈마를 형성할 수 있도록 하였으나, 저주파 전력과 복수 개의 로우패스 필터(180)를 통해 저주파 전력이 균일하게 분배되어 플라즈마를 형성할 수 있도록 할 수도 있다.In the present invention, the high-frequency power and the high-frequency power are uniformly distributed through the plurality of high-
또한 도 11에 도시된 바와 같이, 절첩된 안테나 코일(156) 중간 부분에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원부(162a)를 연결하고, 양단의 안테나 코일(156) 부분에 하이패스 필터(170)를 연결하여 고주파 전력을 균일하게 분배할 수도 있다.11, a high-
공통의 제2 전원장치(164)를 통해 제1, 2 수직 공정 챔버(120a, 120b)에 포함된 안테나 코일(156)에 공통적으로 저주파 전력을 인가하고, 각 공정 챔버의 안테나 코일(156)별로 로우패스 필터(180)를 구비한다.Frequency power is commonly applied to the
도 12는 제2 실시예로 안테나 코일에 주파수 전력이 인가되어 분배되는 것을 도시한 도면이다. FIG. 12 is a view showing that frequency power is applied to an antenna coil to be distributed in a second embodiment.
도 12에 도시된 바와 같이, 제1, 2 수직 공정 챔버(120a, 120b)에 포함된 안테나 코일(156)에 공통적으로 제1 전원장치(162) 및 제2 전원장치(164)가 연결된다. 12, a first
제1, 2전원장치(162, 164)를 통해 전원이 인가되어 분배되는 구조는 상기에서 설명한 바와 동일하다. 한편, 제1 수직 공정 챔버(120a)에 포함된 안테나 코일(156)과 제2 수직 공정 챔버(120b)에 포함된 안테나 코일(156b)은 연결되어 있다. 그러므로, 공통의 제2 전원장치(164)를 통해 제1 수직 공정 챔버(120a)에 포함된 안테나 코일(156)에 인가된 저주파 전력은 제 2 수직 공정 챔버(120b)에 포함된 안테나 코일(156)로 전달되기 때문에 제2 수직 공정 챔버(120b)에 포함된 안테나 코일(156)에 로우패스 필터(180)를 구비한다.The structure in which power is supplied and distributed through the first and second
도 13 및 도 14는 제3 실시예로 안테나 코일에 주파수 전력이 인가되어 분배되는 것을 도시한 도면이다. Figs. 13 and 14 are views showing that the antenna coil is divided and applied with frequency power according to the third embodiment. Fig.
도 13 및 도14에 도시된 바와 같이, 제1, 2 수직 공정 챔버(120a, 120b)에 포함된 안테나 코일(156)에 각각 제1. 2 전원장치(162, 164), 하이패스 필터(170) 및 로우패스 필터(180)를 구비하여 제1, 2 수직 공정 챔버(120a, 120b)에서 각각 별도의 플라즈마 공정 처리를 수행할 수 있다.As shown in Figs. 13 and 14, the
전류 분배 회로(200)는 전원장치로부터 전원을 플라즈마 발생 유닛(150) 안테나 코일(156)의 여러 지점으로 분배하여 제공한다. 또한 전류 분배 회로(200)는 복수 개의 플라즈마 발생 유닛(150)으로 공급되는 전류의 균형을 조절하는 전류 균형 회로를 포함한다. 이러한 전류 균형 회로는 공지된 사항으로 상세한 설명은 생략한다.The
도 15는 안테나 코일의 형태에 따른 하이패스 필터와 로우패스 필터의 연결상태를 도시한 도면이다.15 is a diagram showing a connection state of a high-pass filter and a low-pass filter according to the shape of an antenna coil.
도 13에 도시된 바와 같이, 사각 나선형 안테나 코일(300)에 제1 전원장치(162)와 복수 개의 하이패스 필터(170)를 병렬로 연결하고, 제2 전원장치(164)와 로우패스 필터(180)를 직렬로 연결함으로써 주파수 전력이 각 안테나 코일(156)을 따라 균일하게 흘러 균일한 대면적의 플라즈마를 형성할 수 있다. 13, a first
즉, 안테나 코일(156)의 형태에 구애받지 않고 안테나 코일(156)에 고주파 또는 저주파 전력을 균일하게 분배할 수 있는 구성이면 바람직하다.That is, it is preferable that the
이상에서 설명된 본 발명의 수직 듀얼 챔버로 구성된 대면적 플라즈마 반응기의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The embodiments of the large-area plasma reactor having the vertical dual chamber of the present invention described above are merely illustrative, and those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent embodiments can be made without departing from the scope of the present invention. You can see that it is 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.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공통 가스 공급부를 갖는 대면적 플라즈마 반응기를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a large area plasma reactor having a common gas supply unit according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 공통 가스 공급부를 도시한 사시도이다.2 is a perspective view showing a common gas supply unit.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공통 가스 공급부의 제1 실시예를 도시한 평면도이다.3 is a plan view showing a first embodiment of a common gas supply unit according to a preferred embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공통 가스 공급부의 제2 실시예를 도시한 평면도이다.4 is a plan view showing a second embodiment of a common gas supply unit according to a preferred embodiment of the present invention.
도 5는 공통 가스 공급부에 설치된 플라즈마 발생 유닛을 도시한 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing the plasma generating unit installed in the common gas supply unit.
도 6 및 도 7은 플라즈마 발생 유닛에 복수 개의 안테나 코일이 포함된 것을 도시한 단면도이다. FIGS. 6 and 7 are cross-sectional views showing that a plurality of antenna coils are included in the plasma generating unit. FIG.
도 8은 절첩형 안테나 코일을 도시한 도면이다. 8 is a view showing a folding type antenna coil.
도 9는 연속된 안테나 코일을 도시한 도면이다.9 is a view showing a continuous antenna coil.
도 10 및 도 11은 제1 실시예로 안테나 코일에 주파수 전력이 인가되어 분배되는 것을 도시한 도면이다. FIGS. 10 and 11 are views showing that the antenna coil is divided and applied with frequency power according to the first embodiment.
도 12는 제2 실시예로 안테나 코일에 주파수 전력이 인가되어 분배되는 것을 도시한 도면이다. FIG. 12 is a view showing that frequency power is applied to an antenna coil to be distributed in a second embodiment.
도 13 및 도 14는 제3 실시예로 안테나 코일에 주파수 전력이 인가되어 분배되는 것을 도시한 도면이다. Figs. 13 and 14 are views showing that the antenna coil is divided and applied with frequency power according to the third embodiment. Fig.
도 15는 안테나 코일의 형태에 따른 하이패스 필터와 로우패스 필터의 연결상태를 도시한 도면이다.15 is a diagram showing a connection state of a high-pass filter and a low-pass filter according to the shape of an antenna coil.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*Description of the Related Art [0002]
50: 피처리 기판 100: 플라즈마 반응기50: substrate to be processed 100: plasma reactor
101: 배기 시스템 120a: 제1 수직 공정 챔버101:
120b: 제2 수직 공정 챔버 124: 기판 지지대120b: second vertical process chamber 124: substrate support
140: 공통 가스 공급부 142: 가스 주입구140: common gas supply unit 142: gas inlet
144: 가스 분사구 146: 플라즈마 유닛 설치홈144: Gas jet opening 146: Plasma unit installation groove
150: 플라즈마 발생 유닛 152: 유전체관150: plasma generating unit 152: dielectric tube
154: 마그네틱 코어 156: 안테나 코일154: magnetic core 156: antenna coil
162: 제1 전원장치 162a: 고주파전원부162: first
162b: 임피던스 정합기 162c, 164c: 필터162b:
164: 제2 전원장치 164a: 저주파전원부164: Second
164b: 임피던스 정합기 170: 하이패스 필터164b: impedance matcher 170: high pass filter
180: 로우패스 필터 182: 바이어스 전원 공급원180: Low pass filter 182: Bias power source
182a, 182b: 바이어스 전원 공급원 184: 임피던스 정합기182a, 182b: bias power supply source 184: impedance matcher
200: 전류 분배 회로 300: 사각 나선형 안테나 코일200: Current distribution circuit 300: Square spiral antenna coil
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