KR101585893B1 - 복합형 플라즈마 반응기 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 복합형 플라즈마 반응기는 플라즈마 반응기; 복수개의 방전 영역을 가지며, 각 방전 영역은 상기 플라즈마 반응기 내부에 플라즈마 방전을 유도하기 위한 용량 결합 전극을 포함하는 용량 결합 전극 어셈블리; 상기 용량 결합 전극 어셈블리로 전원을 공급하기 위한 둘 이상의 메인 전원 공급원을 포함하되, 상기 용량 결합 전극은 전극 홈이 형성된 제1 전극과 상기 전극 홈 내에 설치된 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에서 용량 결합된 플라즈마를 발생시킨다. 본 발명의 복합형 플라즈마 반응기에 의하면, 보다 효율적인 구조의 용량 결합 전극에 의해 고밀도의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있고, 복수개의 방전 영역에 대해 플라즈마 발생의 제어가 가능하여 대면적의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있다. 또한 테두리 영역의 플라즈마 방전에 의해 대면적의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있으며 용량 결합 플라즈마와 유도 결합 플라즈마를 혼합적으로 발생할 수 있다. 그리고 용량 결합 전극을 방전 영역 별로 구동함에 있어서 다중 주파수에 의해 구동될 수 있으며, 전류 균형을 자동적으로 이루도록 함으로 용량 결합 전극들의 상호간 용량 결합을 균일하게 제어하여 고밀도의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있다.
용량 결합 플라즈마, 전극, 방전 영역, 전류 균형
Description
본 발명은 플라즈마 반응기에 관한 것으로, 구체적으로는 보다 효율적인 구조의 용량 결합 전극에 의해 고밀도의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있고, 복수개의 방전 영역에 대해 플라즈마 발생의 제어가 가능하여 대면적의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있는 복합형 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 높아 서 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. 그러므로 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, 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 플라즈마 를 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.
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 보다 효율적인 구조의 용량 결합 전극에 의해 고밀도의 플 라즈마를 균일하게 발생할 수 있고, 복수개의 방전 영역에 대해 플라즈마 발생의 제어가 가능하여 대면적의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있는 복합형 플라즈마 반응기를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 복합형 플라즈마 반응기에 관한 것이다. 본 발명의 복합형 플라즈마 반응기는: 플라즈마 반응기; 상기 플라즈마 반응기 내부에 플라즈마 방전을 유도하기 위한 용량 결합 전극을 포함하는 용량 결합 전극 어셈블리; 상기 용량 결합 전극 어셈블리로 전원을 공급하기 위한 둘 이상의 메인 전원 공급원을 포함하되, 상기 용량 결합 전극은 전극 홈이 형성된 제1 전극과 상기 전극 홈 내에 설치된 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에서 용량 결합된 플라즈마를 발생시킨다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 전극은 전극 평판의 일면에 전극 홈이 형성된 구조를 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 전극은 원통형 전극의 중심부에 전극 홈이 형성된 구조를 가진다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에는 제1 절연층이 마련될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 용량 결합 전극은 원형 구조, 사각형 구조 및 벌집형 구조 중 어느 하나 이상의 구조를 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 전극에 상기 플라즈마 반응기 내부 방향으로 제3 전극이 설치되며, 상기 제2 전극과 제3 전극 사이에는 제2 절연층이 마련될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 전극은 상기 메인 전원 공급원에 전기적으로 연결되고, 상기 제1 전극 및 제3 전극은 접지될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 반응기 내부에 가스를 보내 넣기 위한 가스 방출구가 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 마련될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 용량 결합 전극은 과열을 방지하기 위한 냉각 라인을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 용량 결합 전극 어셈블리의 테두리 영역에 설치되어 상기 플라즈마 반응기 내부에 플라즈마 방전을 유도하기 위한 에지 플라즈마 발생부와, 상기 에지 플라즈마 발생부로 전원을 공급하기 위한 서브 전원 공급원을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 에지 플라즈마 발생부는 상기 플라즈마 반응기의 상부에 설치되며 개구된 중심 영역에 상기 용량 결합 전극 어셈블리가 마련된 유전체 윈도우와, 상기 유전체 윈도우의 상부에 설치되어 상기 플라즈마 반응기 내부에 유도 결합된 플라즈마 방전을 유도하기 위한 무선 주파수 안테나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 유전체 윈도우의 상부에서 자속 출입구가 상기 플라즈마 반응기의 내부를 향하도록 상기 무선 주파수 안테나를 따라 설치되는 마그 네틱 코어 커버를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 용량 결합 전극 어셈블리는 복수개의 방전 영역을 가지며, 각 방전 영역은 상기 용량 결합 전극을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수개의 방전 영역으로 공급되는 전류의 균형을 조절하는 전류 균형 회로를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전류 균형 회로는 상기 각 방전 영역의 용량 결합 전극에 공급되는 전류의 균형을 조절하며 상기 복수개의 방전 영역 각각에 대응하여 복수개로 마련되는 제1 전류 균형 회로와, 상기 제1 전류 균형 회로에 공급되는 전류의 균형을 조절하는 제2 전류 균형 회로를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전류 균형 회로는 상기 각 방전 영역의 용량 결합 전극을 병렬 구동하며 전류 균형을 이루는 복수개의 트랜스포머를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수개의 트랜스포머의 일차측은 상기 전원이 입력되는 전원 입력단과 접지 사이에 직렬로 연결되며, 이차측은 상기 용량 결합 전극에 대응되게 연결될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수개의 트랜스포머의 이차측들은 각기 접지된 중간 탭을 포함하고, 상기 이차측의 일단은 비반전된 위상의 전원을 타단은 반전된 위상의 전원을 각각 출력될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전류 균형 회로는 전류 균형 조절 범위를 가변 할 수 있는 전압 레벨 조절 회로를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 용량 결합 전극 어셈블리는 상기 용량 결합 전극 이 장착되는 전극 장착판을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전극 장착판은 복수개의 가스 분사홀을 포함하고, 상기 가스 분사홀을 통하여 상기 플라즈마 반응기의 내부로 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 가스 공급부는 하나의 가스 공급 채널 또는 둘 이상의 분리된 가스 공급 채널을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 가스 공급부는 상기 복수개의 방전 영역 각각에 대응하여 복수개로 분리된 가스 공급 채널을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 메인 전원 공급원과 상기 전류 균형 회로 사이에 구성되어 임피던스 정합을 수행하는 임피던스 정합기를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 메인 전원 공급원으로부터의 전원에서 소정 대역의 주파수를 통과시키기 위한 필터를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 메인 전원 공급원은 상기 제1 전극에 제1 주파수 전원을 공급하는 제1 메인 전원 공급원과, 상기 제2 전극에 제2 주파수 전원을 공급하는 제2 메인 전원 공급원을 포함하고, 상기 필터는 상기 제2 메인 전원 공급원측에 마련되어 상기 제1 주파수 전원에서 소정 대역의 주파수를 통과시키는 제1 필터와, 상기 제1 메인 전원 공급원측에 마련되어 상기 제2 주파수 전원에서 소정 대역의 주파수를 통과시키는 제2 필터를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 필터는 하이 패스 필터 및 로우 패스 필터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 반응기는 내부에 피처리 기판이 놓이는 지지대를 구비하고, 상기 지지대는 바이어스 되거나 또는 바이어스 되지 않는 것 중 어느 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 지지대는 바이어스 되되, 단일 주파수 전원 또는 둘 이상의 서로 다른 주파수 전원에 의해 바이어스 된다.
본 발명의 다른 일면에 따른 복합형 플라즈마 반응기는: 플라즈마 반응기; 복수개의 방전 영역을 가지며, 각 방전 영역은 상기 플라즈마 반응기 내부에 플라즈마 방전을 유도하기 위한 용량 결합 전극을 포함하는 용량 결합 전극 어셈블리; 상기 용량 결합 전극 어셈블리로 전원을 공급하기 위한 메인 전원 공급원을 포함하되, 상기 용량 결합 전극은 전극 홈이 형성된 제1 전극과 상기 전극 홈 내에 설치된 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에서 용량 결합된 플라즈마를 발생시킨다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 전극은 전극 평판의 일면에 전극 홈이 형성된 구조를 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 전극은 원통형 전극의 중심부에 전극 홈이 형성된 구조를 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 용량 결합 전극은 원형 구조, 사각형 구조 및 벌집형 구조 중 어느 하나 이상의 구조를 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 용량 결합 전극 어셈블리의 테두리 영역에 설치되 어 상기 플라즈마 반응기 내부에 플라즈마 방전을 유도하기 위한 에지 플라즈마 발생부와, 상기 에지 플라즈마 발생부로 전원을 공급하기 위한 서브 전원 공급원을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 에지 플라즈마 발생부는 상기 플라즈마 반응기의 상부에 설치되며 개구된 중심 영역에 상기 용량 결합 전극 어셈블리가 마련된 유전체 윈도우와, 상기 유전체 윈도우의 상부에 설치되어 상기 플라즈마 반응기 내부에 유도 결합된 플라즈마 방전을 유도하기 위한 무선 주파수 안테나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 유전체 윈도우의 상부에서 자속 출입구가 상기 플라즈마 반응기의 내부를 향하도록 상기 무선 주파수 안테나를 따라 설치되는 마그네틱 코어 커버를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수개의 방전 영역으로 공급되는 전류의 균형을 조절하는 전류 균형 회로를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전류 균형 회로는 상기 각 방전 영역의 용량 결합 전극에 공급되는 전류의 균형을 조절하며 상기 복수개의 방전 영역 각각에 대응하여 복수개로 마련되는 제1 전류 균형 회로와, 상기 제1 전류 균형 회로에 공급되는 전류의 균형을 조절하는 제2 전류 균형 회로를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 메인 전원 공급원으로부터의 전원에서 소정 대역의 주파수를 통과시키기 위한 필터를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 메인 전원 공급원은 상기 제1 전극에 제1 주파수 전원을 공급하는 제1 메인 전원 공급원과, 상기 제2 전극에 제2 주파수 전원을 공급하는 제2 메인 전원 공급원을 포함하고, 상기 필터는 상기 제2 메인 전원 공급원측에 마련되어 상기 제1 주파수 전원에서 소정 대역의 주파수를 통과시키는 제1 필터와, 상기 제1 메인 전원 공급원측에 마련되어 상기 제2 주파수 전원에서 소정 대역의 주파수를 통과시키는 제2 필터를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 필터는 하이 패스 필터 및 로우 패스 필터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 복합형 플라즈마 반응기에 의하면, 보다 효율적인 구조의 용량 결합 전극에 의해 고밀도의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있고, 복수개의 방전 영역에 대해 플라즈마 발생의 제어가 가능하여 대면적의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있다. 또한 테두리 영역의 플라즈마 방전에 의해 대면적의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있으며 용량 결합 플라즈마와 유도 결합 플라즈마를 혼합적으로 발생할 수 있다. 그리고 용량 결합 전극을 방전 영역 별로 구동함에 있어서 다중 주파수에 의해 구동될 수 있으며, 전류 균형을 자동적으로 이루도록 함으로 용량 결합 전극들의 상호간 용량 결합을 균일하게 제어하여 고밀도의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있다.
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 복합형 플라즈마 반응기는 플라즈마 반응기(10), 가스 공급부(20), 용량 결합 전극 어셈블리(30) 및 에지 플라즈마 발생부(40)를 포함한다. 플라즈마 반응기(10)는 내부에 피처리 기판(13)이 놓이는 지지대(12)가 구비된다. 플라즈마 반응기(10)의 상부에는 용량 결합 전극 어셈블리(30)와 에지 플라즈마 발생부(40)가 구비된다. 가스 공급부(20)는 용량 결합 전극 어셈블리(30)의 상부에 구성되어 가스 공급원(미도시)으로부터 제공된 가스를 용량 결합 전극 어셈블리(30)의 가스 분사홀(32)을 통하여 플라즈마 반응기(10)의 내부로 공급한다. 용량 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 용량 결합 전극(31, 33)을 포함한다. 용량 결합 전극(31, 33)은 전극 홈이 형성된 제1 전극(31)과 전극 홈 내에 설치된 제2 전극(33)을 포함하고, 제1 전극(31)과 제2 전극(33) 사이에서 용량 결합된 플라즈마를 발생시킨다. 가스 분사홀(32)은 용량 결합 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 용량 결합 전극(31, 33)과의 사이에 전기적 절연 구조를 갖는다.
용량 전극 어셈블리(30)로 전원을 공급하는 메인 전원 공급원(51)과 에지 플라즈마 발생부(40)로 전원을 공급하는 서브 전원 공급원(61)은 복수개로 마련될 수 있으며 직류전원(53, 63)을 포함할 수 있다. 메인 전원 공급원(51)으로부터 발생된 무선 주파수 전원은 임피던스 정합기(55)와 전류 균형 회로(70)를 통하여 용량 결합 전극 어셈블리(30)에 구비된 복수개의 용량 결합 전극(31, 33)으로 공급되어 플라즈마 반응기(10)의 내부에 용량 결합된 플라즈마를 유도한다. 서브 전원 공급원(61)으로부터 발생된 무선 주파수 전원은 임피던스 정합기(65)를 통하여 에지 플라즈마 발생부(40)로 공급되어 플라즈마 반응기(10)의 내부에 플라즈마를 유도한다. 플라즈마 반응기(10)의 내부에 발생된 용량 결합된 플라즈마와 에지 플라즈마 발생부(40)에 발생된 플라즈마에 의해 피처리 기판(13)에 대한 플라즈마 처리가 이루어진다.
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 알 루미늄이나 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 시스템으로도 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(81, 82)에 연결되어 바이어스 된다. 예를 들어, 서로 다른 무선 주파수 전원을 공급하는 두 개의 바이어스 전원 공급원(81, 82)이 임피던스 정합기(85)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.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 용량 결합 전극 어셈블리와 그 테두리 영역에 설치된 무선 주파수 안테나의 평면도이고, 도 3은 용량 결합 전극 어셈블리 및 그 테두리 영역에 설치된 무선 주파수 안테나와 가스 공급부를 보여주는 반응기 상부의 부분 단면도이며, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 용량 결합 전극의 다양한 변형예를 보여주는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 용량 결합 전극 어셈블리(30)의 용량 결합 전극(31, 33)은 전극 홈이 형성된 제1 전극(31)과 전극 홈 내에 설치된 제2 전극(33)을 포함하는데, 제1 전극(31)은 전극 평판의 일면에 전극 홈이 형성된 구조를 가진다. 구체적으로, 전극 평판은 전극 장착판(34)의 밑면에 설치되며, 전극 홈은 전극 평판을 관통하지 않고 소정의 깊이로 파인 사각 홈의 구조를 가진다. 플라즈마 반응기(10) 내부를 향하여 전극 홈이 일정 간격을 두고 복수개로 형성된 전극 평판이 제1 전극(31)이 되고, 복수개의 전극 홈 각각의 내부에 전극 홈 안쪽 면과 일정 간격을 두고 봉 모양으로 형성된 전극이 제2 전극(33)이 된다. 제1 전극(31)과 제2 전극(33) 사이에는 제1 절연층(35)이 마련된다. 그리고 플라즈마 반응기(10) 내부에 가스를 보내 넣기 위한 가스 방출구(39)가 제1 전 극(31)과 제2 전극(33) 사이에 복수개로 마련될 수 있다. 가스 공급부(20)는 하나 가스 분배판(23)이 구비될 수 있으며, 하단에는 복수개의 개구부(25)가 형성되어 있다. 가스 공급부(20)에 형성된 복수개의 개구부(25), 전극 장착판(34)에 형성된 복수개의 가스 분사홀(32) 및 제1 전극(31)에 형성된 복수개의 가스 방출구(39)는 서로 대응하여 플라즈마 반응기(10) 내부에 가스를 보내 넣기 위한 구조를 가진다. 제1 전극(31)과 제2 전극(33) 사이에서 가스는 전기 에너지를 받아 용량 결합된 플라즈마를 발생시킨다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 복합형 플라즈마 반응기는 용량 결합 전극 어셈블리(30)의 테두리 영역에 설치되어 플라즈마 반응기(10) 내부에 플라즈마 방전을 유도하기 위한 무선 주파수 안테나(43)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 용량 결합 전극 어셈블리(30)가 반응기 몸체(11)의 천정 중심 영역에 설치된 상태에서 유전체 윈도우(41)가 반응기 몸체(11)의 천정 외곽을 구성하고, 용량 결합 전극 어셈블리(30)의 주변을 따라 유전체 윈도우(41) 위에 나선형의 무선 주파수 안테나(43)가 설치된다. 이에 의하여, 보다 향상된 제어 능력과 보다 균일한 고밀도 플라즈마를 발생할 수 있도록 한다.
도 4를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 용량 결합 전극(31, 33)은 상기 개시된 원형 구조 외에도 사각형 구조 및 벌집형 구조 등 다양한 형태의 변형 구조를 가질 수 있다.
도 5 및 도 6은 마그네틱 코어 커버가 설치된 무선 주파수 안테나의 부분 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하여, 무선 주파수 안테나(43)는 마그네틱 코어 커버(45)에 의해서 덮여질 수 있다. 도 4와 같이 무선 주파수 안테나(43)의 하나의 라인마다 마그네틱 코어 커버(45)가 덮여지거나, 도 5와 같이 복수개의 라인(43-1, 43-2)이 마그네틱 코어 커버(45a)에 의해서 덮여질 수 있다. 마그네틱 코어 커버(45)는 예를 들어, 페라이트 재질로 제작된 마그네틱 코어로서 자속 출입구가 반응기 몸체의 내부를 향하도록 무선 주파수 안테나(43)를 따라서 덮여진다. 이에 의하여, 무선 주파수 안테나(43)에 의해 발생되는 유도 기전력은 플라즈마 반응기(10)의 내부에 고르게 전달될 수 있어서 플라즈마 반응기(10)의 내부 플라즈마 발생 효율을 향상 시킬 수 있다.
도 7은 제 3전극이 설치된 용량 결합 전극의 부분 단면도이다.
도 7을 참조하여, 제1 전극(31)은 전극 평판으로 전극 장착판(34)의 밑면에 설치되며, 전극 홈은 전극 평판을 관통하지 않고 소정의 깊이로 파인 사각 홈의 구조를 가진다. 제2 전극(33)은 전극 홈 각각의 내부에 제1 전극(31)과 일정 간격을 두고 봉 모양으로 형성되며, 제1 전극(31)과 제2 전극(33) 사이에는 제1 절연층(35)이 마련된다. 제2 전극(33)은 플라즈마 반응기 내부 방향으로 제3 전극(33-1)이 설치되어 둘 이상의 용량 결합 전극이 적층된 다단구조를 가질 수 있다. 제2 전극(33)과 제3 전극(33-1) 사이에는 제2 절연층(35-1)이 마련된다. 제2 전극(33)은 메인 전원 공급원에 전기적으로 연결되고, 제1 전극(31) 및 제3 전극(33-1)은 접지될 수 있다. 그리고 플라즈마 반응기(10) 내부에 가스를 보내 넣기 위한 가스 방출구(39)가 제1 전극(31)과 제2 전극(33) 사이에 복수개로 마련될 수 있다. 전 극 장착판(34)에 형성된 복수개의 가스 분사홀(32) 및 제1 전극(31)에 형성된 복수개의 가스 방출구(39)는 서로 대응하여 플라즈마 반응기(10) 내부에 가스를 보내 넣기 위한 구조를 가진다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 용량 결합 전극 어셈블리와 그 테두리 영역에 설치된 무선 주파수 안테나의 평면도이고, 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 용량 결합 전극 어셈블리의 부분 단면도이며, 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 용량 결합 전극의 다양한 변형예를 보여주는 도면이다.
도 8 및 도 9를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 용량 결합 전극 어셈블리(30a)의 용량 결합 전극(31a, 33a)은 전극 홈이 형성된 제1 전극(31a)과 전극 홈 내에 설치된 제2 전극(33a)을 포함하는데, 제1 전극(31a)은 원통형 전극의 중심부에 전극 홈이 형성된 구조를 가진다. 구체적으로, 원통형 전극은 전극 장착판(34a)의 밑면에 설치되며, 전극 홈은 원통형 전극을 관통하지 않고 소정의 깊이로 파인 사각 홈의 구조를 가진다. 플라즈마 반응기(10) 내부를 향하여 전극 홈이 형성된 복수개의 원통형 전극이 제1 전극(31a)이 되고, 복수개의 원통형 전극 각각의 전극 홈 내부에 전극 홈의 안쪽 면과 일정 간격을 두고 봉 모양으로 형성된 전극이 제2 전극(33a)이 된다. 제1 전극(31a)과 제2 전극(33a) 사이에는 제1 절연층(35a)이 마련된다. 그리고 플라즈마 반응기(10) 내부에 가스를 보내 넣기 위한 가스 방출구(39a)가 제1 전극(31a)과 제2 전극(33a) 사이에 복수개로 마련될 수 있다. 전극 장착판(34a)에 형성된 복수개의 가스 분사홀(32a) 및 제1 전극(31a)에 형성된 복수개의 가스 방출구(39a)는 서로 대응하여 플라즈마 반응기(10) 내부에 가스를 보내 넣기 위한 구조를 가진다. 제1 전극(31a)과 제2 전극(33a) 사이에서 가스는 전기 에너지를 받아 용량 결합된 플라즈마를 발생시킨다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 복합형 플라즈마 반응기는 용량 결합 전극 어셈블리(30a)의 테두리 영역에 설치되어 플라즈마 반응기(10) 내부에 플라즈마 방전을 유도하기 위한 무선 주파수 안테나(43)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 용량 결합 전극 어셈블리(30)가 중심 영역에 설치된 상태에서 용량 결합 전극 어셈블리(30)의 주변을 따라 나선형의 무선 주파수 안테나(43)가 설치된다. 이에 의하여, 보다 향상된 제어 능력과 보다 균일한 고밀도 플라즈마를 발생할 수 있도록 한다.
도 10을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 용량 결합 전극(31a, 33a)은 상기 개시된 원형 구조 외에도 사각형 구조 및 벌집형 구조 등 다양한 형태의 변형 구조를 가질 수 있다.
도 11은 용량 결합 전극 어셈블리와 무선 주파수 안테나에 대해 분리된 가스 공급부를 보여주는 반응기 상부의 부분 단면도이다.
도 11을 참조하여, 가스 공급부(20)는 공정 가스를 분리 공급할 수 있는 두 개의 가스 공급 채널(20-1, 20-2)이 구성될 수 있다. 가스 공급부(20)는 중앙 영역의 전극 장착판(34)에 개구된 제1 그룹의 가스 분사홀(32)을 통하여 공정 가스를 공급하는 제1 가스 공급 채널(20-1) 및 에지 영역의 유전체 윈도우(41)의 개구된 제2 그룹의 가스 분사홀(42)을 통하여 공정 가스를 공급하는 제2 가스 공급 채널(20-2)을 구비한다. 구체적으로, 제1 가스 공급채널(20-1)은 용량 결합 전극 어 셈블리(30)의 상부에 설치되고 제2 가스 공급채널(20-2)은 무선 주파수 안테나(43)의 상부에 설치된다. 제1 및 제2 가스 공급채널(20-1, 20-2)은 각각 독립적인 구성요소를 가지고 가스를 공급한다. 가스 공급부(20)의 제1 및 제2 가스 공급 채널(20-1, 20-2)에는 하나 이상의 가스 분배판(23-1, 23-2)이 구비될 수 있으며, 하단에는 제1 및 제2 그룹의 가스 분사홀(32, 42)과 대응된 복수개의 개구부(25-1, 25-2)가 형성되어 있다. 이와 같은 구조에서, 플라즈마 반응기(10)의 내부로 공급되는 공정 가스는 두 개의 가스 공급 채널(20-1, 20-2)을 통하여 에지 영역과 중앙 영역으로 공급되는 가스 유량을 각기 제어할 수 있어서 보다 균일한 플라즈마 발생과 처리가 가능하다.
도 12는 냉각 라인이 형성된 용량 결합 전극의 부분 단면도이고, 도 13은 용량 결합 전극에 대한 전원 공급 방법을 보여주는 도면이다.
도 12를 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 용량 결합 전극(31, 33)은 과열을 방지하기 위한 냉각 라인(37)을 포함할 수 있다. 제1 전극(31)과 제2 전극(33)은 각각 냉각 라인(37)을 포함할 수 있다. 도 13을 참조하여, 전류 균형 회로(70)는 메인 전원 공급원(51)으로부터 제공되는 전원을 복수개의 용량 결합 전극(31, 33)으로 분배하여 병렬 구동되게 한다. 바람직하게, 전류 균형 회로(70)는 복수개의 용량 결합 전극(31, 33)으로 공급되는 전류가 자동적으로 상호 균형을 이루게 한다. 용량 결합 전극 어셈블리(30)는 단일 주파수 전원(fm1)을 공급받아 구동되어 플라즈마 반응기(10) 내부의 용량 결합된 플라즈마를 유도한다. 용량 결합 전극 어셈블리(30)는 다중 주파수로 구동될 수도 있는데 다중 주파수로 구동하는 방식은 여러 가지 방식으로 변형이 가능하다.
도 14는 복수개의 주파수 전원 및 필터를 가지는 전원 공급 구조를 보여주는 도면이다.
도 14를 참조하여, 본 발명의 복합형 플라즈마 반응기는 메인 전원 공급원(51, 52)으로부터의 전원에서 소정 대역의 주파수를 통과시키기 위한 주파수 통과 필터(91, 93) 및 소정 대역의 주파수를 차단시키기 위한 주파수 차단 필터(95, 97)를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 메인 전원 공급원(51)이 상대적으로 주파수가 낮은 저주파 전원이고 제2 메인 전원 공급원(52)이 상대적으로 주파수가 높은 고주파 전원일 경우, 제1 메인 전원 공급원(51)과 제1 임피던스 정합기(55-1) 사이에는 제1 로우 패스 필터(91)가 설치되고 제1 접지와 용량 결합 전극 어셈블리(30) 사이에는 제1 하이 패스 필터(95)가 설치된다. 그리고 제2 메인 전원 공급원(52)과 제2 임피던스 정합기(55-2) 사이에는 제2 하이 패스 필터(95)가 설치되고 제2 접지와 용량 결합 전극 어셈블리(30) 사이에는 제2 로우 패스 필터(97)가 설치된다. 여기서 제1 및 제2 로우패스 필터(91, 93)는 코일로 구현될 수 있으며, 제1 및 제2 하이 패스 필터(95, 97)는 캐패시터로 구현될 수 있다. 제1 로우 패스 필터(91)와 제2 하이 패스 필터(93)는 각각 제1 메인 전원 공급원(51)과 제2 메인 전원 공급원(52)에 대한 주파수 통과 필터가 되며, 제1 하이 패스 필터(95) 제2 로우 패스 필터(97)는 각각 제2 메인 전원 공급원(52)과 제1 메인 전원 공급원(51)에 대한 주파수 차단 필터가 된다. 제1 하이 패스 필터(95)는 제1 임피던스 정합기(55-1)와 제1 전류 균형 회로(70-1) 사이에 설치되거나, 제1 전류 균형 회로(70-1)와 용량 결합 전극 어셈블리(30) 사이에 설치되어 복수개의 용량 결합 전극(31, 33) 각각에 대응하여 복수개로 마련될 수도 있다. 제2 로우 패스 필터(97)는 제2 임피던스 정합기(55-2)와 제2 전류 균형 회로(70-2) 사이에 설치되거나, 제2 전류 균형 회로(70-2)와 용량 결합 전극 어셈블리(30) 사이에 설치되어 복수개의 용량 결합 전극(31, 33) 각각에 대응하여 복수개로 마련될 수도 있다.
도 15는 복수개의 방전 영역에 대응하여 복수개로 구성된 전류 균형 회로를 보여주는 도면이다.
도 15를 참조하여, 용량 전극 어셈블리(30)는 복수개의 방전 영역(30-1~30-4)을 가지며, 각 방전 영역(30-1~30-4)은 플라즈마 반응기(10) 내부에 플라즈마 방전을 유도하기 위한 용량 결합 전극(31, 33)을 포함한다. 전류 균형 회로(70)는 메인 전원 공급원(51, 52)으로부터 제공되는 전원을 용량 전극 어셈블리(30)의 복수개의 방전 영역(30-1~30-4)으로 분배하여 병렬 구동되게 한다. 즉, 전류 균형 회로(70)에 의하여 각 방전 영역(30-1~30-4)에 분배되는 전류를 제어할 수 있다. 바람직하게, 전류 균형 회로(70)는 각 방전 영역(30-1~30-4)의 용량 결합 전극(31, 33)으로 공급되는 전류가 자동적으로 상호 균형을 이루게 한다. 전류 균형 회로(70)는 각 방전 영역(30-1~30-4)의 용량 결합 전극(31, 33)에 공급되는 전류의 균형을 조절하며 복수개의 방전 영역(30-1~30-4) 각각에 대응하여 복수개로 마련되는 제1 전류 균형 회로(70-1)와, 제1 전류 균형 회로(70-1)에 공급되는 전류의 균형을 조절하는 제2 전류 균형 회로(70-2)를 포함할 수 있다. 예컨대, 복수개의 제1 전류 균형 회로(70-1) 및 제2 전류 균형 회로(70-2)가 피라미드 구조로 연결되어 전류를 25%씩 분배하여 각 방전 영역(30-1~30-4)에 제공할 수 있다.
도 16 내지 도 19는 복수개의 트랜스포머로 구성된 전류 균형 회로의 다양한 변형예를 보여주는 도면들이고, 도 20은 전압 레벨 조절 회로를 포함하는 전류 균형 회로를 보여주는 도면이다.
도 16을 참조하여, 전류 균형 회로(70)는 용량 결합 전극(31, 33)을 병렬 구동하며 전류 균형을 이루는 복수개의 트랜스포머(71)를 포함한다. 복수개의 트랜스포머(71)의 일차측은 무선 주파수가 입력되는 전원 입력단과 접지 사이에 직렬로 연결되며, 이차측의 일단은 복수개의 용량 결합 전극(31, 33)에 대응되게 연결되고 타단은 공통으로 접지된다. 복수개의 트랜스포머(71)는 전원 입력단과 접지 사이의 전압을 균등하게 분할하고 분할된 다수의 분할된 전압을 복수개의 용량 결합 전극(31, 33) 중에서 대응된 제1 전극(31)으로 출력한다. 복수개의 용량 결합 전극(31, 33) 중에서 제2 전극(33)은 공통으로 접지된다. 도 17을 참조하여, 다른 실시예로서, 복수개의 트랜스포머(71a)의 이차측의 타단은 서로 연결되어 접지되지 않을 수도 있다.
복수개의 트랜스포머(71)의 일차측으로 흐르는 전류는 동일하므로 복수개의 제1 전극(31)으로 공급되는 전력도 동일하게 된다. 복수개의 용량 결합 전극(31, 33)들 중에서 어느 하나의 임피던스가 변화되어 전류량의 변화가 발생되면 복수개의 트랜스포머(71)가 전체적으로 상호 작용하여 전류 균형을 이루게 된다. 그러므로 복수개의 용량 결합 전극(31, 33)으로 공급되는 전류는 상호 균일하게 지속적인 자동 조절이 이루어진다. 복수개의 트랜스포머(71)는 각기 일차측과 이차측의 권 선비율이 기본적으로 1:1로 설정되어 있으나 이는 변경이 가능하다.
도 18을 참조하여, 일 변형의 전류 균형 회로(70)는 복수개의 트랜스포머(71b)의 이차측들이 각기 접지된 중간 탭(72)을 포함하여 이차측의 일단은 비반전된 위상의 전원을 타단은 반전된 위상의 전원을 각각 출력한다. 비반전된 위상의 전원은 복수개의 용량 결합 전극의 제1 전극(31)으로 반전된 위상의 전원은 복수개의 용량 결합 전극의 제2 전극(33)으로 제공된다. 도 19를 참조하여, 복수개의 트랜스포머(71c)가 피라미드 구조로 연결되어 전류를 50%씩 분배하여 복수개의 용량 결합 전극(31, 33)에 제공할 수도 있다.
도 20를 참조하여, 다른 변형의 전류 규형 회로(70)는 전류 균형 조절 범위를 가변 할 수 있는 전압 레벨 조절 회로(75)를 구비할 수 있다. 전압 레벨 조절 회로(75)는 멀티 탭을 구비한 코일(77)과 멀티 탭 중 어느 하나를 접지로 연결하는 멀티 탭 스위칭 회로(78)를 포함한다. 전압 레벨 조절 회로(75)는 멀티 탭 스위칭 회로(78)의 스위칭 위치에 따라 가변된 전압 레벨을 전류 균형 회로(70)로 인가하게 되며, 전류 균형 회로(70)는 전압 레벨 조절 회로(75)에 의해서 결정되는 전압 레벨에 의해 전류 균형 조절 범위가 가변된다.
도 21 및 도 22는 용량 결합 전극으로 구성된 에지 플라즈마 발생부의 평면도이다.
도 21을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 에지 플라즈마 발생부(40a)는 용량 결합 전극 어셈블리(30)의 에지 영역을 둘러싸며 설치된 에지측 용량 결합 전극(43a)으로 구현될 수 있다. 구체적으로, 에지 플라즈마 발생부(40a) 는 플라즈마 반응기(10)의 상부에 설치되며 개구된 중심 영역에 용량 결합 전극 어셈블리(30)가 마련된 에지측 전극 장착판(미도시)과 반응기 몸체의 내부 공간에 접하는 에지측 전극 장착판의 일면에 간격을 두고 설치되는 에지측 용량 결합 전극(43a)을 포함할 수 있다. 에지측 용량 결합 전극(43a)으로 전원을 공급하는 서브 전원 공급원(61)은 하나 또는 복수개로 마련될 수 있으며 직류전원(63)을 포함할 수 있다. 서브 전원 공급원(61)으로부터 발생된 무선 주파수 전원은 임피던스 정합기(65)를 통하여 에지측 용량 결합 전극(43a)으로 공급되어 플라즈마 반응기(10)의 내부에 용량 결합된 플라즈마를 유도한다. 도 22를 참조하여, 용량 결합 전극 어셈블리(30)의 에지 영역에 설치된 에지측 용량 결합 전극(43b)은 선형 전극이 에지 영역의 각 방향에 설치된 구조를 가질 수 있다. 에지 영역에 설치된 에지측 용량 결합 전극(43b)은 기타 다양한 구조의 변형예를 가질 수 있다.
도 23은 가스 공급부를 공유하는 다중 플라즈마 반응기의 단면도이다.
도 23을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합 플라즈마 반응기는 가스 공급부(20a)를 중심으로 병렬로 구성되는 제1 및 제2 플라즈마 반응기(10a, 10b), 제1 및 제2 플라즈마 반응기(10a, 10b)의 내부에 각기 구비되는 제1 및 제2 다중 소스 타겟 어셈블리(30a, 30b) 그리고 제1 및 제2 다중 소스 타겟 어셈블리(30a, 30b)의 사이에 구성되는 가스 공급부(20a)를 포함한다. 제1 및 제2 플라즈마 반응기(10a, 10b)는 내부에 피처리 기판(13a, 13b)이 놓이는 지지대(12a, 12b)가 제1 및 제2 다중 소스 타겟 어셈블리(30a, 30b)에 대향하여 일 측으로 설치된다. 가스 공급부(20)는 제1 및 제2 다중 소스 타겟 어셈블리(30a, 30b)의 사이 에 구성되어 가스 공급원(미도시)으로부터 제공된 가스를 제1 및 제2 다중 소스 타겟 어셈블리(30a, 30b)의 가스 분사홀(32a, 32b)을 통하여 제1 및 제2 플라즈마 반응기(10a, 10b)의 내부로 공급한다. 이에 의하여, 피처리 기판의 생산속도를 높이고 생산효율을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 복합형 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 복합형 플라즈마 반응기는 반도체 집적 회로의 제조, 평판 디스플레이 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 본 발명의 제1 실시예에 따른 용량 결합 전극 어셈블리와 그 테두리 영역에 설치된 무선 주파수 안테나의 평면도이다.
도 3은 용량 결합 전극 어셈블리 및 그 테두리 영역에 설치된 무선 주파수 안테나와 가스 공급부를 보여주는 반응기 상부의 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 용량 결합 전극의 다양한 변형예를 보여주는 도면이다.
도 5 및 도 6은 마그네틱 코어 커버가 설치된 무선 주파수 안테나의 부분 단면도이다.
도 7은 제 3전극이 설치된 용량 결합 전극의 부분 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 용량 결합 전극 어셈블리와 그 테두리 영역에 설치된 무선 주파수 안테나의 평면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 용량 결합 전극 어셈블리의 부분 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 용량 결합 전극의 다양한 변형예를 보여주는 도면이다.
도 11은 용량 결합 전극 어셈블리와 무선 주파수 안테나에 대해 분리된 가스 공급부를 보여주는 반응기 상부의 부분 단면도이다.
도 12는 냉각 라인이 형성된 용량 결합 전극의 부분 단면도이다.
도 13은 용량 결합 전극에 대한 전원 공급 방법을 보여주는 도면이다.
도 14는 복수개의 주파수 전원 및 필터를 가지는 전원 공급 구조를 보여주는 도면이다.
도 15는 복수개의 방전 영역에 대응하여 복수개로 구성된 전류 균형 회로를 보여주는 도면이다.
도 16 내지 도 19는 복수개의 트랜스포머로 구성된 전류 균형 회로의 다양한 변형예를 보여주는 도면들이다.
도 20은 전압 레벨 조절 회로를 포함하는 전류 균형 회로를 보여주는 도면이다.
도 21 및 도 22는 용량 결합 전극으로 구성된 에지 플라즈마 발생부의 평면도이다.
도 23은 가스 공급부를 공유하는 다중 플라즈마 반응기의 단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 플라즈마 반응기 8 : 진공 펌프
11 : 반응기 몸체 12 : 기판 지지대
13 : 피처리 기판 20 : 가스 공급부
30 : 용량 결합 전극 어셈블리 30-1~30-4 : 복수개의 방전 영역
31, 33 : 용량 결합 전극 32, 42 : 가스 분사홀
34 : 전극 장착판 37: 냉각 라인
39 : 가스 방출구 40 : 에지 플라즈마 발생부
41 : 유전체 윈도우 43 : 무선 주파수 안테나
45 : 마그네틱 코어 커버 51 : 메인 전원 공급원
55 : 임피던스 정합기 61 : 서브 전원 공급원
53, 63 : 직류전원 70 : 전류 균형 회로
71 : 복수개의 트랜스포머 72 : 중간 탭
75 : 전압 레벨 조절 회로 77 : 코일
78 : 멀티 탭 스위칭 회로 91, 93 : 주파수 통과 필터
95, 97 : 주파수 차단 필터 81, 82 : 바이어스 전원 공급원
Claims (40)
- 플라즈마 반응기;상기 플라즈마 반응기 내부에 플라즈마 방전을 유도하기 위한 용량 결합 전극을 포함하는 용량 결합 전극 어셈블리;상기 용량 결합 전극 어셈블리로 전원을 공급하기 위한 둘 이상의 메인 전원 공급원을 포함하되,상기 용량 결합 전극은 전극 홈이 형성된 제1 전극과 상기 전극 홈 내에 설치된 제2 전극, 상기 제2 전극에 상기 플라즈마 반응기 내부 방향으로 설치된 제3 전극을 포함하며,상기 제1, 2, 3 전극 사이에서 용량 결합된 플라즈마를 발생시키는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제1항에 있어서,상기 제1 전극은 전극 평판의 일면에 전극 홈이 형성된 구조를 가지는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제1항에 있어서,상기 제1 전극은 원통형 전극의 중심부에 전극 홈이 형성된 구조를 가지는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제1항에 있어서,상기 제1 전극과 제2 전극 사이에는 제1 절연층이 마련되는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제1항에 있어서,상기 제1, 2, 3 전극은 원형 구조, 사각형 구조 및 벌집형 구조 중 어느 하나 이상의 구조를 갖는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제1항에 있어서,상기 제2 전극과 제3 전극 사이에는 제2 절연층이 마련되는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제1항에 있어서,상기 제2 전극은 상기 메인 전원 공급원에 전기적으로 연결되고, 상기 제1 전극 및 제3 전극은 접지되는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제7항에 있어서,상기 플라즈마 반응기 내부에 가스를 보내 넣기 위한 가스 방출구가 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 마련되는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제1항에 있어서,상기 용량 결합 전극은 과열을 방지하기 위한 냉각 라인을 포함하는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제1항에 있어서,상기 용량 결합 전극 어셈블리의 테두리 영역에 설치되어 상기 플라즈마 반응기 내부에 플라즈마 방전을 유도하기 위한 에지 플라즈마 발생부와,상기 에지 플라즈마 발생부로 전원을 공급하기 위한 서브 전원 공급원을 포함하는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제10항에 있어서,상기 에지 플라즈마 발생부는상기 플라즈마 반응기의 상부에 설치되며 개구된 중심 영역에 상기 용량 결합 전극 어셈블리가 마련된 유전체 윈도우와,상기 유전체 윈도우의 상부에 설치되어 상기 플라즈마 반응기 내부에 유도 결합된 플라즈마 방전을 유도하기 위한 무선 주파수 안테나를 포함하는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제11항에 있어서,상기 유전체 윈도우의 상부에서 자속 출입구가 상기 플라즈마 반응기의 내부를 향하도록 상기 무선 주파수 안테나를 따라 설치되는 마그네틱 코어 커버를 포함하는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제1항에 있어서,상기 용량 결합 전극 어셈블리는 복수개의 방전 영역을 가지며, 각 방전 영역은 상기 용량 결합 전극을 포함하는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제13항에 있어서,상기 복수개의 방전 영역으로 공급되는 전류의 균형을 조절하는 전류 균형 회로를 포함하는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제14항에 있어서,상기 전류 균형 회로는 상기 각 방전 영역의 용량 결합 전극에 공급되는 전류의 균형을 조절하며 상기 복수개의 방전 영역 각각에 대응하여 복수개로 마련되는 제1 전류 균형 회로와, 상기 제1 전류 균형 회로에 공급되는 전류의 균형을 조절하는 제2 전류 균형 회로를 포함하는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제14항에 있어서,상기 전류 균형 회로는 상기 각 방전 영역의 용량 결합 전극을 병렬 구동하며 전류 균형을 이루는 복수개의 트랜스포머를 포함하는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제16항에 있어서,상기 복수개의 트랜스포머의 일차측은 상기 전원이 입력되는 전원 입력단과 접지 사이에 직렬로 연결되며, 이차측은 상기 용량 결합 전극에 대응되게 연결되는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제17항에 있어서,상기 복수개의 트랜스포머의 이차측들은 각기 접지된 중간 탭을 포함하고,상기 이차측의 일단은 비반전된 위상의 전원을 타단은 반전된 위상의 전원을 각각 출력하는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제16항에 있어서,상기 전류 균형 회로는 전류 균형 조절 범위를 가변 할 수 있는 전압 레벨 조절 회로를 포함하는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제1항에 있어서,상기 용량 결합 전극 어셈블리는 상기 용량 결합 전극이 장착되는 전극 장착판을 포함하는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제20항에 있어서,상기 전극 장착판은 복수개의 가스 분사홀을 포함하고,상기 가스 분사홀을 통하여 상기 플라즈마 반응기의 내부로 가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제21항에 있어서,상기 가스 공급부는하나의 가스 공급 채널 또는 둘 이상의 분리된 가스 공급 채널을 포함하는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제1항 및 제14항에 있어서,상기 메인 전원 공급원과 상기 전류 균형 회로 사이에 구성되어 임피던스 정합을 수행하는 임피던스 정합기를 포함하는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제1항에 있어서,상기 메인 전원 공급원으로부터의 전원에서 소정 대역의 주파수를 통과시키기 위한 필터를 포함하는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제24항에 있어서,상기 메인 전원 공급원은 상기 제1 전극에 제1 주파수 전원을 공급하는 제1 메인 전원 공급원과, 상기 제2 전극에 제2 주파수 전원을 공급하는 제2 메인 전원 공급원을 포함하고,상기 필터는 상기 제2 메인 전원 공급원측에 마련되어 상기 제1 주파수 전원에서 소정 대역의 주파수를 통과시키는 제1 필터와, 상기 제1 메인 전원 공급원측에 마련되어 상기 제2 주파수 전원에서 소정 대역의 주파수를 통과시키는 제2 필터를 포함하는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제25항에 있어서,상기 필터는 하이 패스 필터 및 로우 패스 필터 중 적어도 하나를 포함하는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제1항에 있어서,상기 플라즈마 반응기는 내부에 피처리 기판이 놓이는 지지대를 구비하고, 상기 지지대는 바이어스 되거나 또는 바이어스 되지 않는 것 중 어느 하나인 복합 형 플라즈마 반응기.
- 제27항에 있어서,상기 지지대는 바이어스 되되, 단일 주파수 전원 또는 둘 이상의 서로 다른 주파수 전원에 의해 바이어스 되는 복합형 플라즈마 반응기.
- 플라즈마 반응기;복수개의 방전 영역을 가지며, 각 방전 영역은 상기 플라즈마 반응기 내부에 플라즈마 방전을 유도하기 위한 용량 결합 전극을 포함하는 용량 결합 전극 어셈블리;상기 용량 결합 전극에 공급되는 전류의 균형을 조절하며 상기 복수개의 방전 영역 각각에 대응하여 복수개로 마련되는 제1 전류 균형 회로와, 상기 제1 전류 균형 회로에 공급되는 전류의 균형을 조절하는 제2 전류 균형 회로를 포함하는 전류 균형 회로;상기 용량 결합 전극 어셈블리로 전원을 공급하기 위한 메인 전원 공급원을 포함하되,상기 용량 결합 전극은 전극 홈이 형성된 제1 전극과 상기 전극 홈 내에 설치된 제2 전극, 상기 제2 전극에 상기 플라즈마 반응기 내부 방향으로 설치된 제3 전극을 포함하며,상기 제1, 2, 3 전극 사이에서 용량 결합된 플라즈마를 발생시키는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제29항에 있어서,상기 제1 전극은 전극 평판의 일면에 전극 홈이 형성된 구조를 가지는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제29항에 있어서,상기 제1 전극은 원통형 전극의 중심부에 전극 홈이 형성된 구조를 가지는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제29항에 있어서,상기 제1, 2, 3 전극은 원형 구조, 사각형 구조 및 벌집형 구조 중 어느 하나 이상의 구조를 갖는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제29항에 있어서,상기 용량 결합 전극 어셈블리의 테두리 영역에 설치되어 상기 플라즈마 반응기 내부에 플라즈마 방전을 유도하기 위한 에지 플라즈마 발생부와,상기 에지 플라즈마 발생부로 전원을 공급하기 위한 서브 전원 공급원을 포함하는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제33항에 있어서,상기 에지 플라즈마 발생부는상기 플라즈마 반응기의 상부에 설치되며 개구된 중심 영역에 상기 용량 결합 전극 어셈블리가 마련된 유전체 윈도우와,상기 유전체 윈도우의 상부에 설치되어 상기 플라즈마 반응기 내부에 유도 결합된 플라즈마 방전을 유도하기 위한 무선 주파수 안테나를 포함하는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제34항에 있어서,상기 유전체 윈도우의 상부에서 자속 출입구가 상기 플라즈마 반응기의 내부를 향하도록 상기 무선 주파수 안테나를 따라 설치되는 마그네틱 코어 커버를 포함하는 복합형 플라즈마 반응기.
- 삭제
- 삭제
- 제29항에 있어서,상기 메인 전원 공급원으로부터의 전원에서 소정 대역의 주파수를 통과시키기 위한 필터를 포함하는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제38항에 있어서,상기 메인 전원 공급원은 상기 제1 전극에 제1 주파수 전원을 공급하는 제1 메인 전원 공급원과, 상기 제2 전극에 제2 주파수 전원을 공급하는 제2 메인 전원 공급원을 포함하고,상기 필터는 상기 제2 메인 전원 공급원측에 마련되어 상기 제1 주파수 전원에서 소정 대역의 주파수를 통과시키는 제1 필터와, 상기 제1 메인 전원 공급원측 에 마련되어 상기 제2 주파수 전원에서 소정 대역의 주파수를 통과시키는 제2 필터를 포함하는 복합형 플라즈마 반응기.
- 제38항에 있어서,상기 필터는 하이 패스 필터 및 로우 패스 필터 중 적어도 하나를 포함하는 복합형 플라즈마 반응기.
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2009
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