KR101932859B1 - 플라즈마 소스 및 이를 이용한 플라즈마 발생장치 - Google Patents

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김기현
김기석
지유진
박진우
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이원오
송창훈
변지영
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Abstract

플라즈마 소스가 개시된다. 상기 플라즈마 소스는 페라이트 구조체; 및 상기 페라이트 구조체를 사이에 두고 서로 이웃하며 전기적으로 커플링(coupling)된 제1 분할전극 및 제2 분할전극을 포함하는 분할전극쌍을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 플라즈마 소스를 이용하면, 처리기판 방향으로 강한 자기장을 집중시켜서 높은 플라즈마 밀도 및 균일도를 구현할 수 있고, 플라즈마 소스의 가장자리에서도 전력의 손실 없이 플라즈마를 균일하게 생성할 수 있고, 플라즈마 생성 과정에서 전극이 손상되는 것이 방지될 수 있는 등의 이점이 있다.

Description

플라즈마 소스 및 이를 이용한 플라즈마 발생장치{PLASMA SOURCE AND PLASMA GENERATION APPARATUS USING THE SAME}
본 발명은 플라즈마 소스 및 이를 이용한 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 높은 플라즈마 밀도 및 균일도를 구현할 수 있는 플라즈마 소스 및 이를 이용한 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.
일반적으로 진공 분위기에서 플라즈마를 생성하는 플라즈마(plasma) 발생장치는 대향하는 평판형의 상ㅇ하부 전극 사이에 처리기판을 위치시켜 커패시터(capacitor) 특성을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 용량 결합형 플라즈마(CCP; Capacitively Coupled Plasma) 발생장치 및 평판형의 하부 전극과 대향하는 상부 코일로 반응챔버 내에 필드(field)를 유발하여 플라즈마를 발생시키는 유도 결합형 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma) 발생장치가 이용되고 있다.
이러한 플라즈마 발생장치들은, 일반적으로 진공의 챔버 내에 배치되는 두 개의 큰 평행 전극을 포함한다. 진공의 챔버는 정밀한 유속과 유압으로 혼합된 반응가스로 채워지며, 처리기판은 두 전극 중 하부 전극 상에 설치된다. 이들 전극들 간에 고전력 RF 신호를 인가하여, 가스를 이온화된 원자들과 분자들의 하전된 집합체인 고 에너지의 플라즈마로 변환시키는 원리로 박막의 증착, 에칭 등의 반도체 제조공정에 널리 이용된다.
한편, 최근에는 초단파(VHF) 전원을 이용하는 VHF 플라즈마 발생장치가 이용되기도 한다. 초단파 전원을 이용하면, 기체 해리율(gas dissociation rate)이 높아 이온 충격 에너지(ion bombardment energy)가 작을 뿐 아니라 낮은 전자 온도(low electron temperature)에서 고밀도 플라즈마 형성이 가능하며 낮은 압력에서도 안정적인 플라즈마가 형성되는 장점이 있다.
그런데, 이러한 플라즈마 발생장치들은 대면적 처리기판을 처리하기 위해 대면적화 됨에 따라, 플라즈마 소스의 길이가 길어져야만 하고, 이에 따라 인가전력 손실과 플라즈마의 불균일도가 증대되는 문제가 야기된다.
더욱이, 인가 전력을 13.56MHz 파워 서플라이(power supply)로 사용할 경우, 반파장 길이에 해당되는 소스에서 정상파효과(standing wave effect: 진폭과 진동수가 같은 2개 파동이 서로 반대방향으로 진행하여 중첩되어 나타나는 모습을 보면 마치 파동이 정지해 있는 것처럼 보이게 된다)의 문제점이 야기되어 더 이상의 대면적화가 불가능하게 되었다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 처리기판 방향으로 강한 자기장을 집중시켜서 높은 플라즈마 밀도 및 균일도를 구현할 수 있도록 한 플라즈마 소스 및 이를 이용한 플라즈마 발생장치를 제공하는데 있다.
다른 목적으로, 플라즈마 소스의 가장자리에서도 전력의 손실 없이 플라즈마를 균일하게 생성할 수 있도록 한 플라즈마 소스 및 이를 이용한 플라즈마 발생장치를 제공하는데 있다.
또 다른 목적으로, 플라즈마 생성 과정에서 전극이 손상되는 것이 방지될 수 있도록 한 플라즈마 소스 및 이를 이용한 플라즈마 발생장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 소스는 페라이트 구조체; 및 상기 페라이트 구조체를 사이에 두고 서로 이웃하며 전기적으로 커플링(coupling)된 제1 분할전극 및 제2 분할전극을 포함하는 분할전극쌍을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예로, 상기 페라이트 구조체 및 분할전극쌍이 제1 방향을 따라 다수로 나열되어 선형 배열되고, 상기 페라이트 구조체는 서로 이격된 각각의 분할전극쌍들 사이에도 추가로 개재될 수 있다.
일 실시예로, 상기 분할전극쌍이 제1 방향 및 상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향을 따라 다수로 나열되어 매트릭스 구조로 선형 배열되되 각각의 분할전극쌍은 일정 간격 이격되게 배치되고, 상기 페라이트 구조체는 매트릭스 구조로 서로 이격된 각각의 분할전극쌍들 사이에도 추가로 개재될 수 있다.
일 실시예로, 유전체 플레이트를 더 포함하고, 상기 분할전극쌍 및 페라이트 구조체는 상기 유전체 플레이트 상에 선형 배열될 수 있다.
일 실시예로, 유전체 플레이트를 더 포함하고, 상기 분할전극쌍 및 페라이트 구조체는 상기 유전체 플레이트 내로 임베딩(embedding)되어 선형 배열될 수 있다.
일 실시예로, 상기 페라이트 구조체는, 상기 플레이트 형태의 베이스부; 및 상기 베이스부의 일면으로부터 돌출되고 상기 베이스부의 일측 변과 평행하게 연장되는 삽입돌기부를 포함하고, 상기 페라이트 구조체는 상기 삽입돌기부가 상기 제1 분할전극 및 제2 분할전극의 사이로 삽입되고 상기 베이스부는 상기 제1 분할전극 및 제2 분할전극의 위로 위치하도록 상기 제1 분할전극 및 제2 분할전극 사이에 결합될 수 있다.
일 실시예로, 상기 제1 분할전극 및 제2 분할전극은 직사각형 플레이트 형상이고, 상기 제1 분할전극 및 제2 분할전극은 각각의 장축변이 서로 전기적으로 커플링될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치는 내부에 처리기판을 지지하는 스테이지를 구비하는 진공 챔버; 페라이트 구조체; 및 상기 페라이트 구조체를 사이에 두고 서로 이웃하며 전기적으로 커플링(coupling)된 제1 분할전극 및 제2 분할전극을 포함하고, 전원이 인가되면 일방향으로 자기장을 형성하는 분할전극쌍을 포함하는 플라즈마 소스; 및 상기 제1 분할전극 및 제2 분할전극 중 어느 하나에 연결되어 상기 분할전극쌍에 전원을 인가하는 전원공급부를 포함하고, 상기 플라즈마 소스는 상기 스테이지 상에 놓이는 처리기판과 일정 거리 이격되게 배치되되 상기 자기장이 상기 처리기판을 향하도록 배치될 수 있다.
일 실시예로, 상기 플라즈마 소스는 상기 페라이트 구조체 및 분할전극쌍이 제1 방향을 따라 다수로 나열되어 선형 배열될 수 있다.
일 실시예로, 상기 플라즈마 소스는 상기 분할전극쌍이 제1 방향 및 상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향을 따라 다수로 나열되어 매트릭스 구조로 선형 배열되되 각각의 분할전극쌍은 일정 간격 이격되게 배치되고, 상기 페라이트 구조체가 매트릭스 구조로 서로 이격된 각각의 분할전극쌍들 사이에도 추가로 개재되어 구성될 수 있다.
일 실시예로, 상기 플라즈마 소스는 유전체 플레이트를 더 포함하고, 상기 분할전극쌍 및 페라이트 구조체는 상기 유전체 플레이트 상에 선형 배열될 수 있다.
일 실시예로, 상기 플라즈마 소스는 유전체 플레이트를 더 포함하고, 상기 분할전극쌍 및 페라이트 구조체는 상기 유전체 플레이트 내로 임베딩(embedding)되어 선형 배열될 수 있다.
일 실시예로, 상기 페라이트 구조체는, 상기 플레이트 형태의 베이스부; 및
상기 베이스부의 일면으로부터 돌출되고 상기 베이스부의 일측 변과 평행하게 연장되는 삽입돌기를 포함하고, 상기 페라이트 구조체는 상기 삽입돌기가 상기 제1 분할전극 및 제2 분할전극의 사이로 삽입되고 상기 베이스부는 상기 제1 분할전극 및 제2 분할전극의 위로 위치하도록 상기 제1 분할전극 및 제2 분할전극 사이에 결합될 수 있다.
일 실시예로, 상기 제1 분할전극 및 제2 분할전극은 직사각형 플레이트 형상이고, 상기 제1 분할전극 및 제2 분할전극은 각각의 장축변이 서로 전기적으로 커플링될 수 있다.
본 발명에 따른 플라즈마 소스 및 이를 이용한 플라즈마 발생장치에 의하면,처리기판 방향으로 강한 자기장을 집중시켜서 높은 플라즈마 밀도 및 균일도를 구현할 수 있고, 플라즈마 소스의 가장자리에서도 전력의 손실 없이 플라즈마를 균일하게 생성할 수 있고, 플라즈마 생성 과정에서 전극이 손상되는 것이 방지될 수 있는 등의 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 소스의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 분할전극쌍 및 페라이트 구조체가 제1 방향을 따라 선형 배열된 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 분할전극쌍 및 페라이트 구조체가 제1 방향 및 제2 방향을 따라 네트워크 구조로 선형 배열된 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 소스를 이용한 플라즈마 발생장치의 일 실시예를 나타낸다.
도 5는 X선 광전자 분광법(X-ray Photoelectron Spectroscopy) 분석을 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치에서 플라즈마 소스에 162MHz 주파수 대역의 전원을 공급하여 증착한 박막과 60MHz 주파수 대역의 전원을 공급하는 일반적인 용량 결합형 플라즈마(CCP) 발생장치에서 증착한 박막의 질화율을 비교한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 OES(Optical Emission Spectroscopy) 분석을 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 소스에 162MHz의 주파수 대역의 전원을 공급한 경우와, 60MHz 영역의 주파수를 공급하는 일반적인 용량 결합형 플라즈마(CCP) 발생장치에서의 질소(N2)의 해리율을 분석한 결과를 나타낸 비교 그래프들이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치에서 플라즈마 소스에 162 MHz 주파수 대역의 전원을 공급하여 절연막이 증착된 OLED(Organic Lihgt Emitting Diode) 소자 평가를 통한 플라즈마 증착 데미지를 관찰한 그래프이다.
도 7b는 13.56MHz 영역의 주파수를 공급하는 일반적인 용량 결합형 플라즈마(CCP) 발생장치에서 절연막이 증착된 각각의 OLED(Organic Lihgt Emitting Diode) 소자 평가를 통한 플라즈마 증착 데미지를 평가한 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 소스 및 이를 이용한 플라즈마 발생장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 소스의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 소스(100)는, 분할전극쌍(110) 및 페라이트 구조체(120)를 포함할 수 있다.
분할전극쌍(110)은 제1 분할전극(111) 및 제2 분할전극(112)을 포함한다. 제1 분할전극(111) 및 제2 분할전극(112)은 플레이트 형태로 구비된다. 제1 분할전극(111) 및 제2 분할전극(112)은 일정 거리 이격되어 배치되며, 서로 전기적으로 커플링(coupling)된다. 여기서, 전기적 커플링은 서로 전원의 전도 가능한 연결을 의미한다. 제1 분할전극(111) 및 제2 분할전극(112)은 전원과 연결되면 자기장을 형성한다. 이때, 제1 분할전극(111) 및 제2 분할전극(112) 중 어느 하나는 파워 전극(power electrode)이고, 나머지 하나는 접지 전극(ground electrode)이 될 수 있다.
한편, 상기 제1 분할전극(111) 및 제2 분할전극(112)은 사각 플레이트 형태로 구비된다. 바람직하게는, 제1 분할전극(111) 및 제2 분할전극(112)은 직사각형 플레이트 형상으로 구비되고, 이때 직사각형의 제1 분할전극(111) 및 제2 분할전극(112)은 각각의 장축변이 서로 전기적으로 커플링될 수 있다. 이는, 제1 분할전극(111) 및 제2 분할전극(112)에 전원이 인가되는 경우 서로 전기적으로 빠르게 전력이 공급되기 위함이다.
한편, 도시하지는 않았지만 각각의 분할전극에는 공정가스의 진공 분위기 내로 공정가스를 공급하기 위해 공정가스의 유입 및 배출이 이루어지는 샤워 헤드 형태의 구멍이 형성될 수 있다.
상기 페라이트 구조체(120)는 제1 분할전극(111) 및 제2 분할전극(112)의 사이에 삽입되어 배치되어, 제1 분할전극(111) 및 제2 분할전극(112) 주변으로 형성되는 자기장을 일방향으로 집중시킨다. 이를 위해, 페라이트 구조체(120)는 자기장을 일방향으로 집중시킬 수 있는 형상을 가질 수 있다.
일 예로, 페라이트 구조체(120)는 베이스부(121) 및 삽입돌기부(122)를 포함할 수 있다. 베이스부(121)는 플레이트 형태로 구비될 수 있다. 삽입돌기부(122)는 베이스부(121)의 일면으로부터 돌출되고 베이스부(121)의 일측 변과 평행하게 연장도리 수 있다. 이러한 경우, 페라이트 구조체(120)는 삽입돌기부(122)가 제1 분할전극(111) 및 제2 분할전극(112)의 사이로 삽입될 수 있고, 이때 베이스부(121)는 제1 분할전극(111) 및 제2 분할전극(112) 각각의 일면에 면접하여 그 면접한 일면들을 덮도록 결합될 수 있다. 이러한 페라이트 구조체(120)의 결합 구조에 따라 제1 분할전극(111) 및 제2 분할전극(112) 주변에서 발생되는 자기장은 베이스부(121)가 면접하지 않은 제1 분할전극(111) 및 제2 분할전극(112)의 표면으로부터 외측으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 자기장은 상기 베이스부(121)의 위치의 반대편을 향해 방사형으로 형성될 수 있다.
이러한 페라이트 구조체(120)는 큰 투자율(magnetic permeability)을 갖는 페리자성체(ferromagnetic substance)의 일종으로 외부 자기장 속에서 상기 자기장과 같은 방향으로 강하게 자화되는 특성을 구비한다. 따라서, 상기 페라이트 구조체(120)를 구비하는 본 발명의 플라즈마 소스(100)는 종래의 플라즈마 소스에 비하여 상대적으로 강한 자기장을 형성하여 높은 플라즈마 밀도를 구현할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 분할전극쌍 및 페라이트 구조체가 제1 방향을 따라 선형 배열된 구조를 나타낸 단면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 분할전극쌍 및 페라이트 구조체가 제1 방향 및 제2 방향을 따라 네트워크 구조로 선형 배열된 구조를 나타낸 도면이다.
한편, 분할전극쌍(110) 및 페라이트 구조체(120)는 다수로 배열되어 플라즈마 소스를 구성할 수 있다.
일 예로, 분할전극쌍(110) 및 페라이트 구조체(120)는 도 2에 도시된 바와 같이 제1 방향(X)을 따라 다수로 나열되어 선형 배열될 수 있다. 즉, 1열로 배열될 수 있다. 이때, 각각의 분할전극쌍(110)의 제1 분할전극(111) 및 제2 분할전극(112)은 제1 방향(X)에 직사각형 형상의 장축변이 수직하되 각각의 분할전극(111, 112)의 장축변이 서로 평행하게 이웃하도록 배열되고, 서로 평행하게 이웃하는 장축변이 전기적으로 커플링될 수 있다.
다른 예로, 분할전극쌍(110) 및 페라이트 구조체(120)는 도 3에 도시된 바와 같이 제1 방향(X) 및 제1 방향(X)에 수직하는 제2 방향(Y)을 따라 다수로 나열되어 매트릭스 구조로 선형 배열될 수 있다. 이때, 각각의 분할전극쌍(110)은 일정 간격 이격되게 배치될 수 있으며, 서로 이웃하는 분할전극쌍(110)들 간의 간격은 제1 분할전극(111) 및 제2 분할전극(112)이 이격된 거리와 동일한 거리로 이격될 수 있다.
이러한 예시들에서, 서로 이웃하는 분할전극쌍(110)들의 사이에는 상기 페라이트 구조체(120)가 추가로 개재될 수 있으며, 이에 따라, 서로 이웃하는 분할전극쌍(110)들의 사이에서 형성되는 자기장 역시 페라이트 구조체(120)에 의해 일방향으로 집중될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 소스는 유전체 플레이트(130)를 더 포함할 수 있다.
유전체 플레이트(130)는 분할전극쌍(110) 및 페라이트 구조체(120)를 덮어 보호할 수 있다. 이를 위해, 분할전극쌍(110) 및 페라이트 구조체(120)는 유전체 플레이트(130) 상에 선형 배열될 수 있다. 일 예로, 분할전극쌍(110) 및 페라이트 구조체(120)는 유전체 플레이트(130)의 위로 배치되는 형태일 수 있고, 다른 예로, 분할전극쌍(110) 및 페라이트 구조체(120)는 유전체 플레이트(130) 내에 임베딩(embedding)되어 선형 배치될 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 소스는 플라즈마 발생장치에 이용될 수 있다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 소스를 이용한 플라즈마 발생장치의 일 실시예를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치는 진공챔버(200), 플라즈마 소스(100) 및 전원공급부(300)를 포함할 수 있다.
진공챔버(200)는 내부공간에 처리기판을 지지하는 스테이지(210)가 구비될 수 있다. 진공챔버(200)의 바닥 또는 측벽의 일부에 진공펌프(미도시)와 연결된 배기라인이 연결되어, 진공챔버(200)의 내부공간을 진공 분위기로 형성할 수 있다.
플라즈마 소스(100)는 분할전극쌍(110), 페라이트 구조체(120) 및 유전체 플레이트(130)를 포함하며, 일 실시예로, 플라즈마 소스(100)는 도 3에 도시된 플라즈마 소스와 같이 분할전극쌍(110) 및 페라이트 구조체(120)가 네트워크 구조로 선형 배열되고, 유전체 플레이트(130) 내로 임베딩된 형태로 구비될 수 있다. 네트워크 구조로 선형 배열된 각각의 분할전극쌍(110)은 서로 전기적으로 커플링된다.
플라즈마 소스(100)는 진공챔버(200)의 내부에서 상기 스테이지(210) 상에 놓이는 처리기판과 일정 거리 이격되도록 스테이지(210)의 위로 배치될 수 있다. 이때, 플라즈마 소스(100)는 전원이 인가됨에 따라 발생되고 페라이트 구조체(120)에 의해 일방향으로 집중되어 형성되는 자기장이 상기 스테이지(210) 상에 놓이는 처리기판(10)을 향하도록 배치된다. 즉, 플라즈마 소스(100)는 페라이트 구조체(120)의 삽입돌기부(122) 방향이 처리기판(10)과 대향하도록 배치되며, 이때, 유전체 플레이트(130)는 처리기판(10)과 대향된다. 상기 자기장은 유전체 플레이트(130) 방향으로 집중되어 형성된다.
전원공급부(300)는 플라즈마 소스(100)에 전원일 인가한다. 이를 위해, 전원공급부(300)는 상기 플라즈마 소스(100)의 분할전극쌍(110)들 중 어느 하나의 분할전극쌍(110)의 제1 분할전극(111) 및 제2 분할전극(112) 중 어느 하나에 연결되어 전원을 인가할 수 있다. 전원공급부(300)는 초단파(very high frepuency; VHF) 전력(예를 들어, 30~162 MHz 범위)을 제공할 수 있다. 또는 전원공급부(300)는 RF 전원을 인가할 수도 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치는 반도체 공정에 이용될 수 있다. 예를 들어, 박막 증착 장비로 이용될 수 있다.
박막 증착을 위해 이용되는 경우, 처리기판(10)을 진공챔버(200) 내의 스테이지(210) 상에 위치시키고, 진공이 유지된 상태에서 전원공급부(300)를 통해 플라즈마 소스(100)에 전원을 인가한다. 이때, 플라즈마 소스(100)는 분할전극쌍(110) 및 페라이트 구조체(120)가 유전체 플레이트(130) 내에 임베딩되어 네트워크 구조로 선형 배열된 구조일 수 있고, 이러한 경우, 전원공급부(300)는 선형 배열된 분할전극쌍(110)들 중 어느 하나에 전원을 인가하며, 인가된 전원은 분할전극쌍(110)들이 전기적으로 커플링되어서 분할전극쌍(110)들에 공급될 수 있다.
플라즈마 소스(100)에 전원이 인가되면, 각각의 분할전극쌍(110)의 제1 분할전극(111) 및 제2 분할전극(112) 사이에 자기장이 형성된다. 이때, 제1 분할전극(111) 및 제2 분할전극(112) 주변으로 형성되는 자기장은 제1 분할전극(111) 및 제2 분할전극(112) 사이에 배치된 페라이트 구조체(120)에 의해 일방향, 즉 페라이트 구조체(120)가 면접하지 않은 제1 분할전극(111) 및 제2 분할전극(112)의 일면으로부터 처리기판(10) 방향으로 집중된다.
이와 동시에 또는 이전에 플라즈마 소스(100) 주변으로 반응가스가 주입되며, 주입된 반응가스는 자기장과의 반응으로 해리되어 플라즈마를 생성하고, 플라즈마에 의해 반응물질이 처리기판(10)의 표면에 증착될 수 있다. 일 예로, 증착되는 박막은 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4) 등의 박막일 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 소스 및 이를 이용한 플라즈마 발생장치를 이용하면, 선형 배열된 각 분할전극들(111, 112) 사이에 페라이트 구조체(120)가 구비되므로 페라이트의 큰 투자율(magnetic permeability)로 인하여 종래의 플라즈마 소스에 비하여 상대적으로 강한 자기장을 형성하여 높은 플라즈마 밀도 및 균일도를 구현할 수 있고, 플라즈마 소스(100)는 처리기판의 반대방향으로 자기장이 형성되는 것으로부터 발생하는 전력손실을 줄인다. 그 결과, 처리기판에 적용되는 식각 공정 또는 증착 공정의 효율을 높여 반도체소자 제조의 수율(yield)을 향상시킬 수 있다.
또한, 분할전극쌍(110)이 선형으로 연속되는 경우, 전원이 인가되면 자기장을 형성하는 전극들(111, 112)이 분할된 형태로 선형 배열되고, 각각의 전극들(111, 112)은 직사각형 플레이트 형상으로 구비되어서 직사각형의 장축변 방향에서 서로 전기적으로 커플링되므로 플라즈마 생성을 위한 자기장이 선형 배열된 각 분할전극쌍(110)의 위치에서 형성되면서 각 분할전극쌍(110)이 배열된 방향을 따라 선형으로 연속되어, 플라즈마 소스(100)의 가장자리에서도 전력의 손실 없이 플라즈마를 균일하게 생성할 수 있는 이점이 있다. 이에 따라, 종래의 용량 결합형 플라즈마(CCP)에서 발생되는 정상파효과(standing wave effect)에 따라 전극의 끝에서 발생되는 전력 손실 및 플라즈마의 불균일도 문제를 해결할 수 있다. 즉, 전원공급부(300)로부터 공급되는 VHF 또는 RF 전원의 주파수가 인가되고, 전극의 크기가 큰 경우, 전극의 전계(electric field intensity)는 정상파효과를 발생시킬 수 있는데, 본 발명은 분할전극쌍(110)이 선형으로 연속되는 구조를 가지므로 정상파효과로 인한 전력 손실 및 플라즈마의 불균일도 문제를 해결할 수 있다.
또한, 분할전극쌍(110)은 유전체 플레이트(130)에 의해 보호되므로 플라즈마 생성 과정에서 전극이 손상되는 것이 방지될 수 있는 이점이 있다.
도 5는 X선 광전자 분광법(X-ray Photoelectron Spectroscopy) 분석을 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치에서 플라즈마 소스에 162MHz 주파수 대역의 전원을 공급하여 증착한 박막과 60MHz 주파수 대역의 전원을 공급하는 일반적인 용량 결합형 플라즈마(CCP) 발생장치에서 증착한 박막의 질화율을 비교한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 60MHz의 주파수 대역의 전원을 공급하는 일반적인 용량 결합형 플라즈마(CCP) 발생장치에서 증착한 질화규소 박막에 비해, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치에서 증착한 질화규소 박막의 질화율이 더 우수한 것으로 확인되었다.
도 6은 OES(Optical Emission Spectroscopy) 분석을 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 소스에 162MHz의 주파수 대역의 전원을 공급한 경우와, 60MHz 영역의 주파수를 공급하는 일반적인 용량 결합형 플라즈마(CCP) 발생장치에서의 질소(N2)의 해리율을 분석한 결과를 나타낸 비교 그래프들이다.
도 6을 참조하면, 60MHz의 주파수 대역의 전원을 공급하는 일반적인 용량 결합형 플라즈마(CCP) 발생장치의 경우보다 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 소스에 162MHz 영역의 주파수를 공급한 경우에 질소의 해리율이 높음을 확인할 수 있었다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치에서 플라즈마 소스에 162 MHz 주파수 대역의 전원을 공급하여 절연막이 증착된 OLED(Organic Lihgt Emitting Diode) 소자 평가를 통한 플라즈마 증착 데미지를 관찰한 그래프이고, 도 7b는 13.56MHz 영역의 주파수를 공급하는 일반적인 용량 결합형 플라즈마(CCP) 발생장치에서 절연막이 증착된 각각의 OLED(Organic Lihgt Emitting Diode) 소자 평가를 통한 플라즈마 증착 데미지를 평가한 그래프이다.
도 7a의 그래프에서와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치에서 절연막이 증착된 OLED 소자의 경우 증착 전, 후 비교시 OLED 소자의 품질 저하가 관찰되지 않았으나, 도 7b의 그래프에서와 같이, 13.56MHz 영역의 주파수를 공급하는 일반적인 용량 결합형 플라즈마(CCP) 발생장치에서 절연막이 증착된 각각의 OLED 소자의 경우 발광 강도 감소(순방향 전압(Turn on Voltage) 증가 및 V 커브에서의 disturb 발생(점선 원 부분))가 발생되는 것으로 관찰되었다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 소스 및 이를 이용한 플라즈마 발생장치를 이용하면 반도체 제조공정에서의 효율성이 증가될 수 있는 이점이 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 페라이트 구조체; 및
    상기 페라이트 구조체를 사이에 두고 서로 이웃하며 전기적으로 커플링(coupling)된 제1 분할전극 및 제2 분할전극을 포함하는 분할전극쌍을 포함하고,
    상기 페라이트 구조체는,
    플레이트 형태의 베이스부; 및
    상기 베이스부의 일면으로부터 돌출되고 상기 베이스부의 일측 변과 평행하게 연장되는 삽입돌기부를 포함하고,
    상기 페라이트 구조체는 상기 삽입돌기부가 상기 제1 분할전극 및 제2 분할전극의 사이로 삽입되고 상기 베이스부는 상기 제1 분할전극 및 제2 분할전극의 위로 위치하도록 상기 제1 분할전극 및 제2 분할전극 사이에 결합되는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 소스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 페라이트 구조체 및 분할전극쌍이 제1 방향을 따라 다수로 나열되어 선형 배열되고,
    상기 페라이트 구조체는 서로 이격된 각각의 분할전극쌍들 사이에도 추가로개재되는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 소스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 분할전극쌍이 제1 방향 및 상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향을 따라 다수로 나열되어 매트릭스 구조로 선형 배열되되 각각의 분할전극쌍은 일정 간격 이격되게 배치되고,
    상기 페라이트 구조체는 매트릭스 구조로 서로 이격된 각각의 분할전극쌍들 사이에도 추가로 개재되는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 소스.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    유전체 플레이트를 더 포함하고,
    상기 분할전극쌍 및 페라이트 구조체는 상기 유전체 플레이트 상에 선형 배열되는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 소스.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    유전체 플레이트를 더 포함하고,
    상기 분할전극쌍 및 페라이트 구조체는 상기 유전체 플레이트 내로 임베딩(embedding)되어 선형 배열되는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 소스.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 분할전극 및 제2 분할전극은 직사각형 플레이트 형상이고,
    상기 제1 분할전극 및 제2 분할전극은 각각의 장축변이 서로 전기적으로 커플링되는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 소스.
  8. 내부에 처리기판을 지지하는 스테이지를 구비하는 진공 챔버;
    페라이트 구조체; 및 상기 페라이트 구조체를 사이에 두고 서로 이웃하며 전기적으로 커플링(coupling)된 제1 분할전극 및 제2 분할전극을 포함하고, 전원이 인가되면 일방향으로 자기장을 형성하는 분할전극쌍을 포함하는 플라즈마 소스; 및
    상기 제1 분할전극 및 제2 분할전극 중 어느 하나에 연결되어 상기 분할전극쌍에 전원을 인가하는 전원공급부를 포함하고,
    상기 플라즈마 소스는 상기 스테이지 상에 놓이는 처리기판과 일정 거리 이격되게 배치되되 상기 자기장이 상기 처리기판을 향하도록 배치되며,
    상기 페라이트 구조체는,
    플레이트 형태의 베이스부; 및
    상기 베이스부의 일면으로부터 돌출되고 상기 베이스부의 일측 변과 평행하게 연장되는 삽입돌기를 포함하고,
    상기 페라이트 구조체는 상기 삽입돌기가 상기 제1 분할전극 및 제2 분할전극의 사이로 삽입되고 상기 베이스부는 상기 제1 분할전극 및 제2 분할전극의 위로 위치하도록 상기 제1 분할전극 및 제2 분할전극 사이에 결합되는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 발생장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 플라즈마 소스는
    상기 페라이트 구조체 및 분할전극쌍이 제1 방향을 따라 다수로 나열되어 선형 배열되는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 발생장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 플라즈마 소스는
    상기 분할전극쌍이 제1 방향 및 상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향을 따라 다수로 나열되어 매트릭스 구조로 선형 배열되되 각각의 분할전극쌍은 일정 간격 이격되게 배치되고, 상기 페라이트 구조체가 매트릭스 구조로 서로 이격된 각각의 분할전극쌍들 사이에도 추가로 개재되어 구성된 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 발생장치.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 소스는 유전체 플레이트를 더 포함하고,
    상기 분할전극쌍 및 페라이트 구조체는 상기 유전체 플레이트 상에 선형 배열되는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 발생장치.
  12. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 소스는 유전체 플레이트를 더 포함하고,
    상기 분할전극쌍 및 페라이트 구조체는 상기 유전체 플레이트 내로 임베딩(embedding)되어 선형 배열되는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 발생장치.
  13. 삭제
  14. 제8항에 있어서,
    상기 제1 분할전극 및 제2 분할전극은 직사각형 플레이트 형상이고,
    상기 제1 분할전극 및 제2 분할전극은 각각의 장축변이 서로 전기적으로 커플링되는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 발생장치.
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