KR101585891B1 - 혼합형 플라즈마 반응기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 혼합형 플라즈마 반응기는 반응기 몸체; 상기 반응기 몸체의 구성된 전극 장착판과 반응기 몸체의 내부 공간에 접하는 상기 전극 장착판의 일면에 간격을 두고 설치되는 복수개의 안테나 전극을 포함하며 상기 반응기 몸체의 내부에 용량 결합된 플라즈마와 유도 결합된 플라즈마를 혼합적으로 발생시키는 안테나 전극 어셈블리; 및 상기 안테나 전극 어셈블리로 전원을 공급하기 위한 메인 전원 공급원을 포함하되, 상기 안테나 전극 어셈블리는 상기 복수개의 안테나 전극 각각에 형성되어 플라즈마의 확산을 위한 개구부를 포함한다. 본 발명의 혼합형 플라즈마 반응기에 의하면, 용량 결합 플라즈마와 유도 결합 플라즈마를 혼합적으로 발생 시킬 수 있는 안테나 전극 어셈블리에 의해 대면적의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있다. 또한 플라즈마의 상호 확산을 용이하게 하여 피처리 기판의 보다 균일한 처리가 가능하다.
플라즈마 반응기, 개구부, 플라즈마 확산

Description

혼합형 플라즈마 반응기{COMPOUND PLASMA REACTOR}
본 발명은 플라즈마 반응기에 관한 것으로, 구체적으로는 대면적의 플라즈마를 보다 균일하게 발생하여 대면적의 피처리 대상에 대한 플라즈마 처리 효율을 높일 수 있는 혼합형 플라즈마 반응기에 관한 것이다.
플라즈마는 같은 수의 양이온(positive ions)과 전자(electrons)를 포함하는 고도로 이온화된 가스이다. 플라즈마 방전은 이온, 자유 라디컬, 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.
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. 반면, 무선 주파수 전원의 에너지가 거의 배타적으로 용량 결합을 통하여 플라즈마에 연결되기 때문에 플라즈마 이온 밀도는 용량 결합된 무선 주파수 전력의 증가 또는 감소에 의해서만 증가 또는 감소될 수 있다. 그러나 무선 주파수 전력의 증가는 이온 충격 에너지를 증가시킨다. 결과적으로 이온 충격에 의한 손상을 방지하기 위해서는 무선 주파수 전력의 한계성을 갖게 된다.
한편, 유도 결합 플라즈마 소스는 무선 주파수 전원의 증가에 따라 이온 밀도를 쉽게 증가시킬 수 있으며 이에 따른 이온 충격은 상대적으로 낮아서 고밀도 플라즈마를 얻기에 적합한 것으로 알려져 있다. 그럼으로 유도 결합 플라즈마 소스는 고밀도의 플라즈마를 얻기 위하여 일반적으로 사용되고 있다. 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, 안테나 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 균일 도가 영향을 받는다. 그럼으로 무선 주파수 안테나의 구조를 개선하여 균일한 고밀도의 플라즈마를 얻기 위해 노력하고 있다.
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 것으로 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.
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.
본 발명의 목적은 용량 결합 플라즈마와 유도 결합 플라즈마를 혼합적으로 발생시킬 수 있는 안테나 전극 어셈블리를 구비하여 대면적의 플라즈마 균일하게 발생 및 유지 할 수 있는 혼합형 플라즈마 반응기를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 플라즈마의 상호 확산을 용이하게 하여 피처리 기판의 보다 균일한 처리가 가능한 혼합형 플라즈마 반응기를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 대면적화가 용이하며 고밀도의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있는 혼합형 플라즈마 반응기를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 혼합형 플라즈마 반응기에 관한 것이다. 본 발명의 혼합형 플라즈마 반응기는: 반응기 몸체; 상기 반응기 몸체의 구성된 전극 장착판과 반응기 몸체의 내부 공간에 접하는 상기 전극 장착판의 일면에 간격을 두고 설치되는 복수개의 안테나 전극을 포함하며 상기 반응기 몸체의 내부에 용량 결합된 플라즈마와 유도 결합된 플라즈마를 혼합적으로 발생시키는 안테나 전극 어셈블리; 및 상기 안테나 전극 어셈블리로 전원을 공급하기 위한 메인 전원 공급원을 포함하되, 상기 안테나 전극 어셈블리는 상기 복수개의 안테나 전극 각각에 형성되어 플라즈마의 확산을 위한 개구부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 안테나 전극 어셈블리는 상기 개구부의 개구 영역의 크기를 가변시키기 위한 개구 영역 조절부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 전극 장착판은 복수개의 가스 분사홀을 포함하고, 상기 가스 분사홀을 통하여 상기 반응기 몸체의 내부로 서로 다른 공정 가스를 공급하기 위한 둘 이상의 가스 공급부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 메인 전원 공급원은 복수개로 마련되어 상기 복수개의 안테나 전극에 서로 다른 주파수의 전원을 공급한다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수개로 마련된 메인 전원 공급원으로부터의 서로 다른 둘 이상의 주파수 합성을 수행하는 주파수 합성기를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 주파수 합성기로부터 제공되는 합성된 주파수 전원을 상기 복수개의 안테나 전극으로 분배하는 분배 회로를 포함하고, 상기 분배 회로는 상기 복수개의 안테나 전극 중 서로 다른 두 개의 안테나 전극이 상호 전위차를 갖도록 주파수의 위상을 달리하여 공급한다.
일 실시예에 있어서, 상기 메인 전원 공급원과 상기 안테나 전극 어셈블리 사이에 구성되어 임피던스 정합을 수행하는 임피던스 정합기를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 반응기 몸체는 내부에 피처리 기판이 놓이는 기판 지지대를 구비하고, 상기 기판 지지대는 단일 주파수 전원 또는 둘 이상의 서로 다른 주파수 전원에 의해 바이어스된다.
일 실시예에 있어서, 상기 안테나 전극 어셈블리는 반구형 구조를 가진다.
일 실시예에 있어서, 상기 안테나 전극 어셈블리의 외곽에 안테나가 구비된다.
본 발명의 혼합형 플라즈마 반응기에 의하면, 용량 결합 플라즈마와 유도 결합 플라즈마를 혼합적으로 발생 시킬 수 있는 안테나 전극 어셈블리에 의해 대면적 의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있다. 또한 플라즈마의 상호 확산을 용이하게 하여 피처리 기판의 보다 균일한 처리가 가능하다.
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.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예예 따른 플라즈마 반응기의 단면도이다.
도 1을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 혼합형 플라즈마 반응기는 플라즈마 반응기(10), 가스 공급부(20), 안테나 전극 어셈블리(30)를 포함한다. 플라즈마 반응기(10)는 내부에 피처리 기판(13)이 놓이는 지지대(12)가 구비된다. 플라즈마 반응기(10)의 상부에는 안테나 전극 어셈블리(30)가 구성된다. 가스 공급부(20)는 안테나 전극 어셈블리(30)의 상부에 구성되어 가스 공급원(미도시)으로부터 제공된 가스를 안테나 전극 어셈블리(30)의 가스 분사홀(32)을 통하여 플라즈마 반응기(10)의 내부로 공급한다. 안테나 전극 어셈블리(30)는 반응기 몸체에 구성된 전극 장착판(34)과 반응기 몸체(11)의 내부 공간에 접하는 전극 장착판(34)의 일면에 간격을 두고 설치되는 복수개의 안테나 전극(31, 33)을 포함한다. 안테나 전극 어셈블리(30)로 전원을 공급하는 메인 전원 공급원은 하나 또는 복수개로 마련될 수 있는데, 본 실시예의 메인 전원 공급원(40, 41)은 제1 메인 전원 공급원(40) 및 제2 메인 전원 공급원(41)으로 구성되어, 서로 다른 주파수(f1, f2)의 전원을 각각 연결된 임피던스 정합기(44, 45)를 통하여 안테나 전극 어셈블리(30)에 구비된 복수개의 안테나 전극(31, 33)으로 공급한다. 안테나 전극(31, 33)으로 공급된 전원은 플라즈마 반응기(10) 내부의 유도 결합된 플라즈마를 유도한다. 또한, 안테나 전극(31,33)에 제 1 메인 전원 공급원(40)과 제 2 메인 전원 공급원(41)으로 서로 다른 전압을 인가하거나 위상차를 다르게 하여 전원을 공급하게 되는데, 도시된 바와 같이, 안테나의 일측이 각각 접지되어 있으므로 안테나 형상이라도 병렬나선구조라 용량결합 플라즈마를 플라즈마 반응기(10) 내부에 유도시킬 수 있다. 따라서 플라즈마 반응기(10)의 내부에 발생된 혼합된 플라즈마에 의해 피처리 기판(13)에 대한 플라즈마 처리가 이루어진다.
도 2는 개구부가 마련된 안테나 전극 어셈블리를 보여주는 도면이고, 도 3은 개구부의 변형 구조를 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 안테나 전극 어셈블리(30)는 플라즈마의 확산을 위한 개구부(70)가 복수개의 안테나 전극(31, 33) 각각에 형성된다. 안테나 전극 어셈블리(30)는 플라즈마 반응기(10)의 내부에 용량 결합된 플라즈마와 유도 결합된 플라즈마를 혼합적으로 유도하기 위한 복수개의 안테나 전극(31, 33)을 구비한다. 복수개의 안테나 전극(31, 33)은 반응기 몸체(11)의 내부 공간에 접하는 전극 장착판(34)의 일면에 장착된다. 전극 장착판(34)은 반응기 몸체(11)의 천정을 덮도록 설치될 수 있다. 안테나 전극(31, 33)은 전극 장착판(34)의 하부로 돌출된 나선형 장벽구조를 갖는다. 개구부(70)는 안테나 전극(31, 33)의 라인을 따라 복수개로 형성되어 안테나 전극(31, 33)의 장벽 사이에서 플라즈마의 확산을 용이하게 한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 개구부(70)의 형태는 원형의 홀이 다수개 뚫린 다공망 구조를 가질 수 있으며 기타 다양한 변형예를 가질 수 있다.
전극 장착판(34)은 복수개의 가스 분사홀(32)을 구비한다. 복수개의 가스 분사홀(32)은 안테나 전극(31, 33) 사이를 따라서 일정 간격을 두고 형성된다. 전극 장착판(34)은 금속이나 비금속 또는 이들의 혼합된 물질로도 구성이 가능하다. 물론, 전극 장착판(34)이 금속 물질로 구성되는 경우에는 안테나 전극(31, 33)과의 사이에 전기적 절연 구조를 갖는다. 본 실시예에서 전극 장착판(34)과 안테나 전극(31, 33)은 반응기 몸체(11)의 천정에 구성되지만 플라즈마 처리 효율을 높이기 위하여 반응기 몸체(11)의 측벽을 따라서 설치될 수도 있다. 또는 천정과 측벽에 모두 설치될 수도 있다.
도 4 및 도 5는 개구부의 개구 영역의 크기를 가변시키는 개구 영역 조절부의 동작 과정을 보여주는 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하여, 개구부(70)의 개구 영역의 크기를 가변시키기 위한 개구 영역 조절부(75)가 안테나 전극 어셈블리(30)의 안테나 전극(31, 33) 각각에 마련된다. 개구 영역 조절부(75)는 조절판으로 구현되어 상하 또는 좌우로 이동 가능하도록 안테나 전극(31, 33)의 일면에 설치되며, 그 이동 정도에 따라서 개구 영역의 크기가 증가 또는 감소한다. 개구 영역이 가변되는 것에 따라서 용량 결합에 의한 플라즈마 밀도의 균일성 및 상호 확산을 제어할 수 있다. 개구 영역 조절부(75)는 안테나 전극(31, 33)의 전체에 걸쳐서 동일한 이동량을 가지도록 하거나 또는 복수개로 분할하여 각기 독립적으로 구동되도록 하여 지역적으로 서로 다른 이동량을 갖도록 할 수도 있다.
다시 도 1을 참조하여, 플라즈마 반응기(10)는 반응기 몸체(11)와 그 내부에 피처리 기판(13)이 놓이는 지지대(12)가 구비된다. 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 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. 플라즈마 반응기(10)는 진공 펌프(8)에 연결된다. 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 시스템으 로도 그 사용이 가능하다.
플라즈마 반응기(10)의 내부에는 피처리 기판(13)을 지지하기 위한 지지대(12)가 구비된다. 기판 지지대(12)는 바이어스 전원 공급원(52, 53)에 연결되어 바이어스 된다. 예를 들어, 서로 다른 무선 주파수 전원을 공급하는 두 개의 바이어스 전원 공급원(52, 53)이 임피던스 정합기(54)를 통하여 기판 지지대(12)에 전기적으로 연결되어 바이어스 된다. 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 지지대(12)는 바이어스 전원의 공급 없이 제로 퍼텐셜(zero potential)을 갖는 구조로 변형 실시될 수도 있다. 그리고 기판 지지대(12)는 정전척(미도시)을 포함할 수 있다. 또는 기판 지지대(12)는 히터(미도시)를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 혼합형 플라즈마 반응기는 둘 이상의 분리된 가스 공급부(20-1, 20-2)를 구비하여 서로 다른 가스를 플라즈마 반응기(10)의 내부로 공급한다. 서로 다른 가스를 분리 공급하도록 하여 플라즈마 처리의 균일도를 높일 수 있다. 제1 가스 공급부(20-1) 및 제2 가스 공급부(20-2)는 안테나 전극 어셈블리(30)의 상부에 설치된다. 제1 및 제2 가스 공급부(20-1, 20-2)는 각각 독립적인 구성요소를 가지고 가스를 공급한다. 구체적으로, 제1 및 제2 가스 공급부(20-1, 20-2)는 각각의 가스 공급원(미도시)에 연결되는 제1 및 제2 가스 입구(21-1, 21-2)와 하나 이상의 제1 및 제2 가스 분배판(22-1, 22-2) 그리고 복수개 의 제1 및 제2 가스 주입구(23-1, 23-2)를 구비한다. 복수개의 가스 주입구(23-1, 23-2)는 전극 장착판(34)의 복수개의 가스 분사홀(32)에 대응되어 연결된다. 제1 및 제2 가스 공급부(20-1, 20-2) 내로 입력된 가스는 하나 이상의 가스 분배판(22-1, 22-2)에 의해서 고르게 분배되어 복수개의 가스 주입구(23-1, 23-2)와 그에 대응된 복수개의 가스 분사홀(32)을 통하여 플라즈마 반응기(10)의 내부로 고르게 분사된다.
도 6은 서로 다른 주파수의 전원이 각각 연결된 안테나 전극 어셈블리의 구조를 보여주는 도면이고, 도 7은 안테나 전극 어셈블리의 변형 구조를 보여주는 도면이다.
도 6을 참조하여, 플라즈마 반응기(10)는 안테나 전극 어셈블리(30)로 서로 다른 주파수를 공급하기 위한 둘 이상의 메인 전원 공급원(40, 41)을 구비한다. 일 실시예로 제1 메인 전원 공급원(40)은 제1 안테나 전극(31)에 제1 주파수(f1)의 전원을, 제2 메인 전원 공급원(41)은 제2 안테나 전극(33)에 제2 주파수(f2)의 전원을 공급한다. 또한 제1 및 제2 메인 전원 공급원(40, 41)과 임피던스 정합기(44, 45) 사이에 직류 전원을 공급하는 직류 전원 공급원(42, 43)이 각각 마련될 수 있다. 직류 전원 공급원(42, 43)은 제1 및 제2 주파수(f1, f2)의 전원의 전압 레벨을 높인다. 안테나 전극 어셈블리(30)는 둘 이상의 서로 주파수에 의해서 구동되어 플라즈마 반응기(10) 내부에 용량 결합 및 유도 결합된 플라즈마를 유도한다. 플라즈마 반응기(10)의 내부에 발생된 플라즈마에 의해 피처리 기판(13)에 대한 플라즈마 처리가 이루어진다.
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. 이 실시예에는 두 개의 제1 및 제2 전원 공급원(40, 41)을 구비한 예를 설명하였으나 셋 이상의 서로 다른 주파수를 발생하기 위한 셋 이상의 전원 공급원이 구비될 수도 있다. 또는 주파수 변조가 가능한 하나의 전원 공급원을 사용할 수도 있다.
한편 도 7을 참조하여, 안테나 전극(31, 33)의 형상과 배치 구조는 다양한 변형이 가능하다. 도 2에서는 두 개의 안테나 전극(31, 33)이 간격을 두고 이중 나선형으로 설치된 구조를 예시하고 있지만, 도 7에서와 같이 둘 이상의 영역으로 분할되어 설치될 수도 있다.
도 8은 서로 다른 주파수의 전원이 합성되어 연결된 안테나 전극 어셈블리의 구조를 보여주는 도면이고, 도 9는 서로 다른 주파수의 전원이 합성되어 연결된 안테나 전극 어셈블리의 변형 구조를 보여주는 도면이다.
도 8을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 반응기는 메인 전원 공급원(40, 41)으로부터의 서로 다른 둘 이상의 주파수 합성을 수행하는 주파수 합성기(46), 및 주파수 합성기(46)로부터 제공되는 합성된 주파수(f1+f2)의 전원을 복수개의 안테나 전극(31, 33)으로 분배하는 분배 회로(60)를 포함한다. 복수개의 안테나 전극(31, 33)은 합성된 주파수(f1+f2)의 전원을 분배 회로(60)를 통하여 공급받아 구동되며 이에 따라 반응기 몸체(11)의 내부에 용량 결합 및 유도 결합된 플라즈마가 유도된다. 도 8에서는 두 개의 안테나 전극(31, 33)이 간격을 두고 이 중 나선형으로 설치된 구조를 예시하고 있지만, 도 9에서와 같이 둘 이상의 영역으로 분할되어 설치될 수도 있다.
분배 회로(60)는 제1 안테나 전극(31)에 합성된 주파수(f1+f2)의 전원을 공급하는 비반전기(61)와 제2 안테나 전극(33)에 합성된 주파수(f1+f2)의 반전된 전원을 공급하는 반전기(62)를 포함할 수 있다. 바람직하게, 분배 회로(60)는 전류 균형 회로를 포함할 수 있다. 전류 균형 회로는 복수개의 안테나 전극(31, 33)으로 공급되는 전류가 자동적으로 상호 균형을 이루게 한다. 그럼으로 복수개의 안테나 전극(31, 33)에 의해 대면적의 플라즈마를 발생할 수 있을 뿐만 아니라 복수개의 안테나 전극(31, 33)을 병렬 구동함에 있어서 자동적으로 전류 균형을 이루도록 함으로 대면적의 플라즈마를 보다 균일하게 발생 및 유지할 수 있다.
도 10 및 도 11은 반구형의 변형 구조를 가지는 안테나 전극 어셈블리를 보여주는 도면이다.
도 10 및 도 11을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 반응기는 위로 볼록한 반구형 안테나 전극 어셈블리(30c) 또는 아래로 볼록한 반구형 안테나 전극 어셈블리(30d)를 가질 수 있다. 이와 같이, 안테나 전극 어셈블리의 구조는 다양한 형태를 가질 수 있으며, 이에 의하여 보다 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
도 12는 안테나 전극 어셈블리의 외곽에 안테나가 구비된 플라즈마 반응기의 단면도이다.
도 12를 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 반응기(10a) 는 안테나 전극 어셈블리(30)의 외곽에 안테나(90)를 구비할 수 있다. 안테나(90)의 하단에는 반응기 몸체(11)의 방전 영역 사이에는 유전체 윈도우(80)가 마련되며, 안테나(90)는 플라즈마 방전 영역으로 플라즈마 방전을 발생시키기 위한 유도 기전력을 제공한다. 즉, 평판형의 유전체 윈도우(80)가 반응기 몸체(11)의 천정 외곽을 구성하고, 그 위에 평판 나선형의 안테나(90)가 설치된다. 안테나(90)는 임피던스 정합기(48)를 통하여 무선 주파수 전력을 제공하는 안테나 전원 공급원(47)에 전기적으로 연결된다. 이에 의하여, 보다 향상된 제어 능력과 보다 균일한 고밀도 플라즈마를 발생할 수 있도록 한다.
이상에서 설명된 본 발명의 혼합형 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.
본 발명의 혼합형 플라즈마 반응기는 반도체 집적 회로의 제조, 평판 디 스플레이 제조, 태양전지의 제조와 같은 다양한 박막 형성을 위한 플라즈마 처리 공정에 매우 유용하게 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예예 따른 플라즈마 반응기의 단면도이다.
도 2는 개구부가 마련된 안테나 전극 어셈블리를 보여주는 도면이다.
도 3은 개구부의 변형 구조를 보여주는 도면이다.
도 4 및 도 5는 개구부의 개구 영역의 크기를 가변시키는 개구 영역 조절부의 동작 과정을 보여주는 도면이다.
도 6은 서로 다른 주파수의 전원이 각각 연결된 안테나 전극 어셈블리의 구조를 보여주는 도면이다.
도 7은 안테나 전극 어셈블리의 변형 구조를 보여주는 도면이다.
도 8은 서로 다른 주파수의 전원이 합성되어 연결된 안테나 전극 어셈블리의 구조를 보여주는 도면이다.
도 9는 서로 다른 주파수의 전원이 합성되어 연결된 안테나 전극 어셈블리의 변형 구조를 보여주는 도면이다.
도 10 및 도 11은 반구형의 변형 구조를 가지는 안테나 전극 어셈블리를 보여주는 도면이다.
도 12는 안테나 전극 어셈블리의 외곽에 안테나가 구비된 플라즈마 반응기의단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
8: 진공 펌프 10: 플라즈마 반응기
11: 반응기 몸체 12: 지지대
13: 피처리 기판 20: 가스 공급부
20-1: 제1 가스 공급부 20-2: 제2 가스 공급부
21-1: 제1 가스 입구 21-2: 제2 가스 입구
22-1: 제1 가스 분배판 22-2: 제2 가스 분배판
23-1: 제1 가스 주입구 23-2: 제2 가스 주입구
30: 안테나 전극 어셈블리 31 제1 안테나 전극
33 제2 안테나 전극 32: 가스 분사홀
34: 전극 장착판 40: 제1 메인 전원 공급원
41: 제2 메인 전원 공급원 42, 43: 직류 전원 공급원
44: 제1 임피던스 정합기 45: 제2 임피던스 정합기
46: 주파수 합성기 52, 53: 바이어스 전원 공급원
54: 임피던스 정합기 60: 분배 회로
70: 개구부 75: 개구 영역 조절부

Claims (10)

  1. 반응기 몸체;
    상기 반응기 몸체에 구성된 전극 장착판과 반응기 몸체의 내부 공간에 접하는 상기 전극 장착판의 일면에 간격을 두고 설치되는 복수개의 안테나 전극을 포함하며, 상기 안테나 전극은 각각 일측이 접지되어 상기 반응기 몸체의 내부에 용량 결합된 플라즈마와 유도 결합된 플라즈마를 혼합적으로 발생시키는 안테나 전극 어셈블리; 및
    상기 안테나 전극 어셈블리로 전원을 공급하기 위한 메인 전원 공급원을 포함하되,
    상기 안테나 전극 어셈블리는 상기 복수개의 안테나 전극 각각에 형성되어 플라즈마 확산을 위해 개구 영역의 크기를 가변시키기 위한 개구 영역 조절부를 포함하는 개구부를 특징으로 하는 혼합형 플라즈마 반응기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전극 장착판은 복수개의 가스 분사홀을 포함하고,
    상기 가스 분사홀을 통하여 상기 반응기 몸체의 내부로 서로 다른 공정 가스를 공급하기 위한 둘 이상의 가스 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합형 플라즈마 반응기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 메인 전원 공급원은 복수개로 마련되어 상기 복수개의 안테나 전극에 서로 다른 주파수의 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 혼합형 플라즈마 반응기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수개로 마련된 메인 전원 공급원으로부터의 서로 다른 둘 이상의 주파수 합성을 수행하는 주파수 합성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합형 플라즈마 반응기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 주파수 합성기로부터 제공되는 합성된 주파수 전원을 상기 복수개의 안테나 전극으로 분배하는 분배 회로를 포함하고,
    상기 분배 회로는 상기 복수개의 안테나 전극 중 서로 다른 두 개의 안테나 전극이 상호 전위차를 갖도록 주파수의 위상을 달리하여 공급하는 것을 특징으로 하는 혼합형 플라즈마 반응기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 메인 전원 공급원과 상기 안테나 전극 어셈블리 사이에 구성되어 임피던스 정합을 수행하는 임피던스 정합기를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합형 플라즈마 반응기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반응기 몸체는 내부에 피처리 기판이 놓이는 기판 지지대를 구비하고,
    상기 기판 지지대는 단일 주파수 전원 또는 둘 이상의 서로 다른 주파수 전원에 의해 바이어스 되는 것을 특징으로 하는 혼합형 플라즈마 반응기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 전극 어셈블리는 반구형 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 혼합형 플라즈마 반응기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 전극 어셈블리의 외곽에 안테나가 구비된 것을 특징으로 하는 혼합형 플라즈마 반응기.
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