KR20050019628A - Radio frequency power supplier for generating large-size plasma and method of power supply thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An RF power supply device for generating large-area plasma and a power supply method using the device are provided to generate stabilized and uniform large-area plasma by appropriately selecting RF power, to thereby reduce the RF power. CONSTITUTION: An RF power supply device used for manufacturing a large liquid crystal display includes a plurality of RF oscillators(200,220,240), and a plurality of impedance matchers(210,230,250). One end of each impedance matcher is connected to each RF oscillator and the other end is connected to a plasma electrode(50). The RF power supply device further includes bandpass filters placed inside the impedance matchers or between the impedance matchers and the plasma electrode. The plurality of RF oscillators include the first RF oscillator generating RF power of 13.56MHz to 100MHz and the second RF oscillator generating RF power of 400KHz to 2MHz.

Description

대면적 플라즈마 발생을 위한 고주파전원 공급장치 및 이를 이용한 전원공급방법{Radio frequency power supplier for generating large-size plasma and method of power supply thereof}Radio frequency power supplier for generating large-size plasma and method of power supply

본 발명은 대면적 LCD기판을 제조하는 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 다수의 고주파발진기를 이용하여, 안정적이고 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있는 전원공급장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for manufacturing a large area LCD substrate, and more particularly, to a power supply apparatus capable of generating stable and uniform plasma using a plurality of high frequency oscillators.

LCD기판을 제조하기 위해 거쳐야 하는 박막증착, 식각, 세정 등의 공정은 그 방법이 다양하나, 일반적으로 균일도 및 계단도포성(step coverage) 등이 좋은 CVD(Chemical Vapor Deposition)법이 흔히 사용되며, 그 중에서도 저온증착이 가능하고 박막형성속도 등이 빠른 장점 때문에 플라즈마를 이용한 PECVD(Plasma Enhanced CVD)법이 최근 많이 이용된다.Processes such as thin film deposition, etching, and cleaning that are required to manufacture an LCD substrate are various, but in general, chemical vapor deposition (CVD), which has good uniformity and step coverage, is commonly used. Among them, PECVD (Plasma Enhanced CVD) method using plasma is widely used because of the advantages of low temperature deposition and rapid formation of thin films.

PECVD법은 유도결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma, ICP)를 이용하는 방법과, 용량결합 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma, CCP)를 이용하는 방법으로 나뉘는데, 전자는 안테나코일에 고주파전원을 인가하여 발생시킨 유도자기장을 이용하는 방법이고, 후자는 플라즈마전극에 고주파전원을 인가하는 방법이다. PECVD is divided into a method using an inductively coupled plasma (ICP) and a method using a capacitively coupled plasma (CCP). The former uses an induction magnetic field generated by applying a high frequency power to an antenna coil. The latter is a method of applying a high frequency power source to the plasma electrode.

본 발명은 이 중에서도 용량결합 플라즈마(CCP)를 이용하는 방법에 관한 것으로서, 이러한 용량결합 플라즈마를 이용하는 대면적 LCD제조장치는 박막증착을 위한 PECVD장치 이외에도, 식각공정을 수행하는 에처(Etcher), 플라즈마 세정공정을 수행하는 건식 세정기 등이 있으나, 각 장치가 모두 플라즈마를 이용하고 있고, 전반적인 공정순서도 유사하기 때문에 이하에서는 PECVD장치를 중심으로 설명하기로 한다.The present invention relates to a method using a capacitively coupled plasma (CCP), the large-area LCD manufacturing apparatus using the capacitively coupled plasma is not only a PECVD device for thin film deposition, but also an etcher (etcher), plasma cleaning to perform an etching process There is a dry scrubber for performing the process, but since each apparatus uses plasma and the overall process sequence is similar, the following description will focus on the PECVD apparatus.

도 1은 일반적인 용량결합 PECVD장치의 개략적인 구성도이며, 도면을 참조하여 공정순서대로 간략히 설명하면 다음과 같다.1 is a schematic configuration diagram of a general capacitively coupled PECVD apparatus, which will be briefly described in the process order with reference to the drawings.

먼저 로봇암(미도시)에 의해 LCD기판(30)이 공정챔버(10)의 내부에 설치된 서셉터(20)의 상면에 안착되면, 반응가스가 가스공급관(60)을 통해 공정챔버 내부로 유입되어 분사된다. 이때 RF(Radio Frequency)발진기(80)로부터 공급된 RF전력이 임피던스정합기(70)를 거쳐 플라즈마전극(50)에 인가되면, 서셉터(20)와 플라즈마전극(50)의 사이에서 RF전기장에 의해 가속된 전자가 주변의 중성기체와 충돌함으로써 이온 또는 라디칼(radical)을 포함하는 플라즈마(40)가 생성된다. First, when the LCD substrate 30 is seated on the upper surface of the susceptor 20 installed in the process chamber 10 by a robot arm (not shown), the reaction gas flows into the process chamber through the gas supply pipe 60. And is sprayed. At this time, if the RF power supplied from the RF (Radio Frequency) oscillator 80 is applied to the plasma electrode 50 through the impedance matcher 70, the RF electric field is between the susceptor 20 and the plasma electrode 50. The accelerated electrons collide with the surrounding neutral gas to generate a plasma 40 containing ions or radicals.

이러한 플라즈마상태의 반응가스가 상기 LCD기판(30)상에서의 증착이나 식각공정 등에 이용되며, 공정이 완료된 후 남은 반응가스는 배기관(100)으로 배출된다. 이 경우 별도의 RF전원(미도시)을 서셉터(20)에 인가하여 LCD기판(30)에 입사하는 이온의 에너지를 제어하기도 한다.The plasma reaction gas is used for deposition or etching on the LCD substrate 30, and the remaining reaction gas is discharged to the exhaust pipe 100 after the process is completed. In this case, a separate RF power source (not shown) may be applied to the susceptor 20 to control energy of ions incident on the LCD substrate 30.

상기 플라즈마전극(50)과 공정챔버(10)는 절연블록(90)에 의해 절연되며, 절연블록(90)과 플라즈마전극(50), 절연블록(90)과 챔버벽 사이에는 오링(O-ring)을 설치하여 대기압상태에 있는 플라즈마전극(50)의 상부를 진공분위기의 하부와 차단한다.The plasma electrode 50 and the process chamber 10 are insulated by the insulating block 90, and an O-ring between the insulating block 90 and the plasma electrode 50, the insulating block 90, and the chamber wall. ) To block the upper part of the plasma electrode 50 in the atmospheric pressure state from the lower part of the vacuum atmosphere.

한편 RF발진기(80)에서 공급되는 RF전력은 표피효과로 인해 플라즈마전극(50)의 표면을 따라 전달되므로, 플라즈마전극(50)의 하부에서는 표면의 가장자리로부터 중심부로 전달되고, 이로 인해 플라즈마전극의 표면에는 RF전력의 정재파(standing wave)가 발생하게 된다.On the other hand, since the RF power supplied from the RF oscillator 80 is transmitted along the surface of the plasma electrode 50 due to the skin effect, the lower portion of the plasma electrode 50 is transferred from the edge of the surface to the center, thereby A standing wave of RF power is generated on the surface.

그런데 이러한 정재파로 인해 플라즈마전극(50) 하면에서 RF전력의 크기는 위치마다 달라지게 되므로, 플라즈마 균일도에도 영향을 미치게 된다. However, because of the standing wave, the size of the RF power at the lower surface of the plasma electrode 50 varies with each position, and thus affects the plasma uniformity.

일반적으로 5세대 이하의 LCD기판의 경우에는, 정재파의 파장에 비해서 LCD기판의 크기가 비교적 작아 기판의 중심과 가장자리에서 RF전기장 내지 RF전력의 차이가 크지 않기 때문에, 이러한 영향이 미미하였지만, 최근 기판의 크기가 아래의 표 1과 같이 대형화되는 추세에 있음에 따라 이러한 정재파의 영향을 고려하지 않을 수 없게 되었다.In general, in the case of 5th generation or less LCD substrates, these effects have been insignificant because the size of the LCD substrate is relatively small compared to the wavelength of standing waves, so that the difference between the RF electric field and the RF power is not large at the center and the edge of the substrate. As the size of is increasing in size as shown in Table 1 below, the influence of these standing waves is inevitably considered.

[표 1]TABLE 1

구 분division 크 기 (mm)Size (mm) 단축(mm)Short axis (mm) 장축(mm)Major axis (mm) Rd(대각선/2)(mm)Rd (diagonal / 2) (mm) 면적(mm2)Area (mm 2 ) 4세대4th generation 730 x 920730 x 920 730730 920920 587587 671,600671,600 5세대5th generation 1100 x 12501100 x 1250 11001100 12501250 833833 1,375,0001,375,000 6세대6th generation 1500 x 18501500 x 1850 15001500 18501850 11911191 2,775,0002,775,000 7세대7th generation 1870 x 22001870 x 2200 18701870 22002200 14441444 4,114,0004,114,000 8세대8th generation 2200 x 25502200 x 2550 22002200 25502550 16701670 5,610,0005,610,000

다음의 표 2는 전자온도 3eV, 챔버압력 0.8-2torr, 플라즈마전극과 서셉터 사이의 거리가 25.0mm인 상태에서, 실험에 근거한 이론적인 계산결과를 기초로, 플라즈마 전극에 형성되는 정재파의 파장에 대한 LCD기판의 크기를 나타낸 비교표로서, RF전원의 주파수가 낮을 수록, 전자 밀도가 낮을 수록, 정재파의 파장이 커짐을 알 수 있다. 이는 LCD기판상의 플라즈마 균일도도 증가한다는 것을 의미한다.Table 2 below shows the wavelengths of standing waves formed in the plasma electrode based on the experimental results based on the theoretical calculations based on the experiments with an electron temperature of 3 eV, a chamber pressure of 0.8-2 torr, and a distance of 25.0 mm between the plasma electrode and the susceptor. As a comparison table showing the size of the LCD substrate, the lower the frequency of the RF power supply, the lower the electron density, the larger the wavelength of the standing wave. This means that the plasma uniformity on the LCD substrate also increases.

[표 2]TABLE 2

구 분division 전자밀도(수/cm-3)Electron Density (Number / cm-3) 정재파 파장(SWL,mm)Standing wave wavelength (SWL, mm) Bessel Fnradial scale(mm)Bessel Fnradial scale (mm) 27.12MHz27.12 MHz 1.0E+091.0E + 09 6299.026299.02 24122412 5.0E+095.0E + 09 4212.414212.41 16131613 1.0E+101.0E + 10 3542.203542.20 13571357 5.0E+105.0E + 10 2368.812368.81 907907 1.0E+111.0E + 11 1991.921991.92 763763 13.56MHz13.56 MHz 1.0E+091.0E + 09 12598.0312598.03 48254825 5.0E+095.0E + 09 8424.818424.81 32263226 1.0E+101.0E + 10 7084.397084.39 27132713 5.0E+105.0E + 10 4737.624737.62 18141814 1.0E+111.0E + 11 3983.853983.85 15261526 2MHz2 MHz 1.0E+091.0E + 09 8541585415 3271132711 5.0E+095.0E + 09 5712057120 2187521875 1.0E+101.0E + 10 4803248032 1839418394 5.0E+105.0E + 10 3212132121 1230112301 1.0E+111.0E + 11 2701027010 1034410344

그러나 플라즈마전극의 표면에 형성되는 정재파는 거리에 따라 감쇄되므로, 이를 감안하면 제1종 Bessel 함수에 의해 구한 래디얼 스케일(radial scale)이 정재파의 파장보다 실제적인 의미가 있다. However, since the standing wave formed on the surface of the plasma electrode is attenuated according to the distance, the radial scale obtained by the Bessel function of the first kind has a more practical meaning than the wavelength of the standing wave.

도 2는 제1종 Bessel 함수에 의한 래디얼 스케일과 세대별 LCD기판의 크기를 비교한 그래프로서, A그래프는 2MHz, B그래프는 13.56MHz, C그래프는 27.12MHz 의 RF전력이 인가되었을 때의 그래프를 나타낸다. FIG. 2 is a graph comparing a radial scale and generation size of an LCD substrate by a Bessel function of a first kind, where A graph is 2 MHz, B graph is 13.56 MHz, and C graph is 27.12 MHz. Indicates.

도면을 살펴보면 RF전력이 2MHz(A)인 경우에는 기판의 크기에 관계없이 플라즈마가 안정적이고 균일하게 방전된다. 13.56MHz(B)의 경우에는 전자밀도가 대략 6E+10 이하에서는 8세대 LCD기판까지 기판의 크기에 관계없이 플라즈마가 균일하게 방전되나, 그 이상의 전자밀도에서는 8세대 LCD기판의 플라즈마 방전이 제한된다.Referring to the drawing, when the RF power is 2 MHz (A), the plasma is stably and uniformly discharged regardless of the size of the substrate. In the case of 13.56 MHz (B), the plasma is uniformly discharged regardless of the size of the substrate up to the 8th generation LCD substrate when the electron density is about 6E + 10 or less, but the plasma discharge of the 8th generation LCD substrate is limited at the electron density higher than that. .

일반적으로 LCD공정에서는 플라즈마의 불균일도가 최대 20% 이내가 되어야 하고, 좋은 양산 LCD장비에서는 10% 이내가 되어야 한다.In general, plasma non-uniformity should be less than 20% in LCD process and less than 10% in good production LCD equipment.

27.12MHz(C)의 경우에는 전자밀도가 대략 2E+10 이상만 되어도 6세대 LCD기판의 플라즈마 방전이 제한되는 것으로 나타난다.In the case of 27.12 MHz (C), plasma discharge of the 6th generation LCD substrate is limited even if the electron density is about 2E + 10 or more.

이상에서 RF전원의 주파수가 높을수록, 전자밀도가 증가할수록, 래디얼 스케일이 LCD기판의 대각선 반경(Rd)보다 작아지는 구간이 증가하게 되는 것을 알 수 있는데, 이는 LCD기판의 크기가 증가할수록 플라즈마의 방전이 제한되고 불안정하다는 것을 의미한다. The higher the frequency of the RF power source, the higher the electron density, the radial scale becomes smaller than the diagonal radius (Rd) of the LCD substrate increases, which means that as the size of the LCD substrate increases It means that the discharge is limited and unstable.

기존 13.56MHz의 경우, 플라즈마 밀도가 낮아지면, 형성되는 박막의 특성과 증착률 또는 식각률이 낮아져서 생산성이 떨어게 된다.In the case of the existing 13.56MHz, the lower the plasma density, the lower the productivity of the formed thin film and the deposition rate or etching rate.

따라서 LCD기판이 대면적화 됨에 따라, RF전원을 적절히 조절하여 보다 안정되고 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있는 방안의 마련이 요구된다.Therefore, as the LCD substrate becomes larger, there is a need for a method for generating a more stable and uniform plasma by properly adjusting the RF power supply.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 대면적 LCD기판 제조에 필요한 안정적이고 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있는 고주파 전원공급장치와 전원공급방법을 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a high frequency power supply device and a power supply method capable of generating stable and uniform plasma required for manufacturing a large area LCD substrate.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 다수의 고주파발진기와; 일단은 상기 고주파발진기에, 타단은 플라즈마전극에 각 연결되는 다수의 임피던스정합기를 포함하는 대면적 액정표시장치 제조용 고주파전원 공급장치를 제공한다.The present invention, in order to achieve the above object, a plurality of high frequency oscillator; One end of the high frequency oscillator and the other end of the high-frequency power supply for manufacturing a large-area liquid crystal display device including a plurality of impedance matching devices respectively connected to the plasma electrode.

바람직하게는 상기 임피던스정합기의 내부에, 또는 상기 임피던스정합기와 상기 플라즈마 전극 사이에 대역통과필터가 형성된다.Preferably, a band pass filter is formed inside the impedance matcher or between the impedance matcher and the plasma electrode.

또한 상기 다수의 고주파발진기는 13.56MHz 내지 100MHz 범위의 고주파전력을 발생하는 제1 고주파발진기와, 400KHz 내지 2MHz 범위의 고주파전력을 발생하는 제2 고주파발진기로 이루어진다.The plurality of high frequency oscillators may include a first high frequency oscillator for generating high frequency power in a range of 13.56 MHz to 100 MHz, and a second high frequency oscillator for generating high frequency power in a range of 400 KHz to 2 MHz.

상기 플라즈마전극은 서셉터의 일부에 또는 서셉터와 일체로 형성된다.The plasma electrode is formed on a part of the susceptor or integrally with the susceptor.

또한 본 발명은 제1 고주파발진기를 플라즈마전극과 일정시간 연결하여 플라즈마를 발생시키는 제1단계와; 제2 고주파발진기를 플라즈마전극과 연결하여 상기 플라즈마를 균일하게 유지시키는 제2단계를 포함하는 대면적 액정표시장치 제조용 고주파전원 공급방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises a first step of generating a plasma by connecting the first high frequency oscillator with a plasma electrode for a predetermined time; A second high frequency oscillator is connected to a plasma electrode to provide a high frequency power supply method for manufacturing a large area liquid crystal display device, the second step of maintaining the plasma uniformly.

바람직하게는 상기 제1 고주파발진기는 13.56MHz 내지 100MHz 범위의 고주파전력을 발생하고, 제2 고주파발진기는 400KHz 내지 2MHz 범위의 고주파전력을 발생한다.Preferably, the first high frequency oscillator generates high frequency power in a range of 13.56 MHz to 100 MHz, and the second high frequency oscillator generates high frequency power in a range of 400 KHz to 2 MHz.

상기 제1단계 이후에 상기 제1 고주파발진기와의 연결을 차단하는 단계와, 상기 제2단계이후에 상기 제1 고주파발진기와 다시 연결하는 단계를 더 포함한다.The method may further include disconnecting the first high frequency oscillator after the first step and reconnecting the first high frequency oscillator after the second step.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고로 하여 상세히 설명하기로 하며, 도면 중 동일한 부분은 동일한 부호와 명칭을 사용하기로 한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, the same parts in the drawings will use the same reference numerals and names.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전결합형 플라즈마를 이용하는 대면적 LCD 제조장치를 예시한 것으로서, 상술한 바와 같이 이것은 박막증착을 위한 PECVD 장치, 식각공정을 수행하는 에처(Etcher), 플라즈마 세정공정을 수행하는 건식 세정기 등 플라즈마를 이용하는 여러 장치가 해당될 수 있으므로, 이하에서는 PECVD장치를 중심으로 설명하기로 한다.3 illustrates a large-area LCD manufacturing apparatus using an electrostatically coupled plasma according to an embodiment of the present invention. As described above, this is a PECVD apparatus for thin film deposition, an etcher for performing an etching process, and a plasma. Since various apparatuses using plasma, such as a dry scrubber for performing the cleaning process, may be applicable, the following description will focus on the PECVD apparatus.

도면을 살펴보면 고주파전원 공급장치는 제1고주파발진기(200)와 제1임피던스정합기(210)를 포함하는 제1 전원공급부와, 제2고주파발진기(220)와 제2임피던스정합기(230)를 포함하는 제2 전원공급부로 이루어지며, 각 전원공급부는 가스공급관(60)에 연결되고, 가스공급관(60)은 플라즈마전극(50)에 연결된다. 이와같이 고주파전원 공급장치를 플라즈마전극(50)에 직접 연결하지 않고 가스공급관(60)에 연결하는 것은, 대면적 LCD 제조에 요구되는 플라즈마의 대칭성을 최대한 확보하기 위한 것이므로, 이러한 대칭성이 어느 정도 확보되는 한 각 임피던스정합기(210,230)를 플라즈마전극(50)에 직접 연결하는 것도 무방하다.Referring to the drawings, the high frequency power supply includes a first power supply unit including a first high frequency oscillator 200 and a first impedance matcher 210, a second high frequency oscillator 220, and a second impedance matcher 230. Comprising a second power supply comprising a, each power supply is connected to the gas supply pipe 60, the gas supply pipe 60 is connected to the plasma electrode (50). In this way, the high-frequency power supply device is connected to the gas supply pipe 60 without directly connecting the plasma electrode 50 to ensure maximum symmetry of the plasma required for manufacturing a large area LCD. It is also possible to directly connect each impedance matcher 210 or 230 to the plasma electrode 50.

상기 임피던스정합기(210, 230)는 각 고주파발진기(200, 220)의 고유임피던스와 가스공급관(60) 등의 로드임피던스를 매칭(matching)시키는 역할을 한다. 또한 다수의 고주파발진기(200,220)가 동시에 인가되는 경우 양자를 전기적으로 절연하기 위해, 임피던스정합기(210,230)는 내부에 특정대역의 주파수만을 통과시키는 대역통과필터(band path filter)를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 대역통과필터의 구성은 통상적인 것이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.The impedance matchers 210 and 230 serve to match the inherent impedances of the high frequency oscillators 200 and 220 and the load impedances of the gas supply pipe 60 and the like. Also, in order to electrically insulate both of the high frequency oscillators 200 and 220 when they are simultaneously applied, the impedance matchers 210 and 230 preferably include a band path filter that passes only frequencies of a specific band therein. Do. Since the configuration of the band pass filter is conventional, a detailed description thereof will be omitted.

또한 임피던스정합기(210, 230)의 내부에 대역통과필터를 설치하지 않고, 후술하는 바와 같이 독립적인 대역통과필터를 임피던스정합기(210, 230)와 가스공급관(60)의 사이에 설치하여도 무방하다.In addition, an independent bandpass filter may be provided between the impedance matchers 210 and 230 and the gas supply pipe 60, as described later, without installing the bandpass filter inside the impedance matchers 210 and 230. It's okay.

대역통과필터를 사용하는 것은 각 전원을 전기적으로 절연하기 위한 것이므로, 이러한 효과를 거둘 수 있는 것이라면 다른 수단을 사용하는 것도 무방하다.Since bandpass filters are used to electrically insulate each power supply, other means may be used as long as these effects can be achieved.

한편 고주파발진기(200, 220)가 공급하는 고주파전력은 제1 고주파발진기(200)는 13.56MHz 내지 100MHz 범위의 전력을, 제2 고주파발진기(220)는 400KHz 내지 2MHz 범위의 전력을 공급하는 것이 바람직하다.On the other hand, the high frequency power supplied by the high frequency oscillators 200 and 220 is preferably the first high frequency oscillator 200 supplies power in the range of 13.56 MHz to 100 MHz, and the second high frequency oscillator 220 supplies power in the range of 400 KHz to 2 MHz. Do.

예를 들어 제1 고주파발진기(200)는 13.56MHz, 제2 고주파발진기는 2MHz 의 전력을 공급하도록 할 수 있다.For example, the first high frequency oscillator 200 may supply power of 13.56 MHz and the second high frequency oscillator 2 MHz.

이와 같이 다수의 RF전력을 주파수대를 달리하여 동시에 인가하는 것은, 공급되는 전원의 주파수에 따라 발생되는 플라즈마의 밀도나 성질이 달라지는 현상을 이용하기 위함이다. 즉 플라즈마 내에서 전자와 이온은 질량차로 인해 운동량(mobility)이 달라지는데, 13.56MHz 이상의 주파수에서는 RF전력이 주로 전자의 운동을 여기시키는데 사용되므로, 결과적으로 전자와 중성기체의 충돌빈도가 증가하여 라디칼(radical)의 밀도가 높아지게 되어, 막질이 좋아지고 종횡비(aspect ratio)가 증가하게 된다.The simultaneous application of multiple RF powers in different frequency bands is intended to take advantage of a phenomenon in which the density or property of the plasma generated varies depending on the frequency of the supplied power. In other words, the mobility of electrons and ions in plasma varies due to the mass difference. At frequencies above 13.56 MHz, RF power is mainly used to excite the movement of electrons. As a result, the collision frequency between electrons and neutral gas increases and radicals ( The higher the density of radicals, the better the film quality and the higher the aspect ratio.

반면에 2MHz이하의 주파수는, 플라즈마내 이온의 동작주파수와 비슷하므로, 주로 이온들에 RF 에너지를 공급하여 이온을 가속시키는데 사용된다. 따라서 2MHz이하의 주파수를 가지는 고주파전력만을 인가하는 경우에는 플라즈마 밀도가 낮아져, 막질이나 종횡비가 저하되는 문제가 있다. 또한 플라즈마의 점화를 위해서는 초기에 고전력이 요구되는데, 저주파의 전원만을 인가하는 경우 플라즈마의 점화가 안되는 문제가 발생할 수도 있다.On the other hand, the frequency below 2MHz is similar to the operating frequency of ions in the plasma, so it is mainly used to accelerate the ions by supplying RF energy to the ions. Therefore, when only high frequency power having a frequency of 2 MHz or less is applied, there is a problem that the plasma density is lowered and the film quality and aspect ratio are lowered. In addition, although high power is initially required for ignition of the plasma, a problem may occur that the ignition of the plasma may not occur when only a low frequency power source is applied.

그러나 2MHz이하의 고주파전력은 이미 발생된 플라즈마의 가장자리를 가열하여 플라즈마를 전체적으로 균일하게 하는데 중요한 역할을 한다.However, high frequency power of less than 2MHz plays an important role in heating the edge of the generated plasma to make the plasma uniform.

도 3은 다수의 전원 공급부가 공정챔버(10) 상부의 플라즈마전극(50)에 연결된 것을 도시하고 있으나, 용량결합 PECVD장치의 경우 서셉터(20)에 고주파전원을 인가하는 구성도 많이 사용되므로, 도 4는 이와 같은 구성에서 본 발명이 적용한 예를 도시하고 있다.3 shows that a plurality of power supply units are connected to the plasma electrode 50 above the process chamber 10. However, in the case of the capacitively coupled PECVD apparatus, since a configuration for applying high frequency power to the susceptor 20 is also used, 4 shows an example in which the present invention is applied in such a configuration.

이 경우의 고주파전원 공급장치는 제1 고주파발진기(200), 제1 임피던스정합기(210), 상기 제1 임피던스정합기(210)와 서셉터(20)사이에 형성되는 제1 대역통과필터(310)를 포함하는 제1 전원공급부와, 제2 고주파발진기(220), 제2 임피던스정합기(230), 상기 제2 임피던스정합기(230)와 서셉터(20)사이에 형성되는 제2 대역통과필터(330)를 포함하는 제2 전원공급부로 이루어진다.In this case, the high frequency power supply device includes a first bandpass filter formed between the first high frequency oscillator 200, the first impedance matcher 210, the first impedance matcher 210 and the susceptor 20. A second band formed between the first power supply unit including the first power supply unit 310, the second high frequency oscillator 220, the second impedance matcher 230, and the second impedance matcher 230 and the susceptor 20. It consists of a second power supply including a pass filter (330).

대역통과필터(310,330)는 각 전원을 전기적으로 절연하기 위한 것이므로, 상술한 바와 같이 임피던스정합기(210,230)의 내부에 포함시켜도 무방함은 물론이다.Since the band pass filters 310 and 330 electrically insulate the power supplies, the band pass filters 310 and 330 may be included in the impedance matchers 210 and 230 as described above.

이상과 같은 구성의 고주파전원 공급장치에서 공급되는 고주파전력의 역할을 살펴보면, 먼저 제1 고주파발진기에서 공급되는 높은 주파수범위의 고주파전력은 플라즈마의 밀도와 종횡비를 증가시키는 역할을 하며, 제2 고주파발진기에서 공급되는 낮은 주파수범위의 고주파전력은 플라즈마의 가장자리를 가열하여 대면적 플라즈마를 안정적으로 유지시켜주는 역할을 하게 된다.Looking at the role of the high frequency power supplied from the high frequency power supply of the configuration as described above, the high frequency power of the high frequency range supplied from the first high frequency oscillator serves to increase the density and aspect ratio of the plasma, the second high frequency oscillator The high frequency power of the low frequency range supplied from the heating the edge of the plasma serves to maintain a large area of plasma stable.

이와같이 낮은 주파수범위의 고주파전력이 대면적 플라즈마를 안정적이고 균일하게 유지시키는 역할을 하므로, 전체공정의 면에서는 인가되는 전체 RF전력이 낮아지는 효과도 얻게 된다.As such, the high frequency power of the low frequency range plays a role of maintaining a large area of plasma stably and uniformly, so that the overall RF power applied in terms of the overall process is lowered.

또한 이상과 같은 방식을 이용함으로써, 6세대 이상의 대면적 LCD기판의 제조에 필요한 대면적의 플라즈마를 안정되고 균일하게 발생시킬 수 있게 된다.In addition, by using the above-described method, it is possible to stably and uniformly generate a large-area plasma required for the production of large-area LCD substrates of six or more generations.

한편, 이와 같이 다수의 고주파발진기를 포함하는 전원공급장치에서 고주파전력을 인가하는 방법으로는 먼저 높은 주파수범위, 예를들어 13.56MHz 의 고주파전력을 제1 고주파발진기(200)를 통해 플라즈마전극(50)에 인가하여 플라즈마를 점화시킨 후, 낮은 주파수범위, 예를 들어 2MHz의 고주파전력을 제2 고주파발진기(220)를 통해 플라즈마전극(50)에 인가하여 발생된 플라즈마의 가장자리를 가열하여 전체적으로 균일한 플라즈마를 발생시킨다.On the other hand, as a method of applying high frequency power in a power supply device including a plurality of high frequency oscillators, first, a high frequency range, for example, high frequency power of 13.56 MHz is transmitted through the first high frequency oscillator 200 to the plasma electrode 50. ) To ignite the plasma, and then apply a high frequency power of a low frequency range, for example, 2 MHz, to the plasma electrode 50 through the second high frequency oscillator 220 to heat the edge of the generated plasma, thereby making the overall uniform. Generate a plasma.

고주파전력을 인가하는 또다른 방법으로는 먼저 높은 주파수범위, 예를들어 13.56MHz 의 고주파전력을 제1 고주파발진기(200)를 통해 플라즈마전극(50)에 인가하여 플라즈마를 점화시킨 후 일정시간, 예를 들어 수초, 후에 제1 고주파발진기(200)를 차단 또는 오프(off)한다. 다음에 낮은 주파수범위, 예를 들어 2MHz의 고주파전력을 제2 고주파발진기(220)를 통해 플라즈마전극(50)에 인가하여, 이미 발생된 플라즈마의 가장자리를 가열함으로써 전체적으로 균일한 대면적의 플라즈마를 발생시킨 후, 다시 제1 고주파발진기(200)을 연결하여 플라즈마 밀도를 증가시키는 한편 대면적의 플라즈마를 안정적으로 유지시킨다.As another method of applying the high frequency power, first, a high frequency range, for example, 13.56 MHz high frequency power is applied to the plasma electrode 50 through the first high frequency oscillator 200 to ignite the plasma, For example, after a few seconds, the first high frequency oscillator 200 is cut off or off. Next, a high frequency power of a low frequency range, for example, 2 MHz, is applied to the plasma electrode 50 through the second high frequency oscillator 220, thereby heating the edge of the already generated plasma, thereby generating a plasma with a large uniform area as a whole. After the connection, the first high frequency oscillator 200 is connected again to increase the plasma density and stably maintain the plasma of the large area.

이상에서는 고주파전원 공급장치가 2개의 전원공급부로 구성되는 것에 대해서만 설명하였으나, 공정상 필요에 의해 더 많은 전원공급부를 포함할 수 있음은 당연하다. 도 3 및 도 4에는 제3의 전원공급부가 점선으로 도시되어 있으며, 제4, 제5 의 전원공급부도 역시 유사한 방식으로 연결될 수 있다.In the above description, only the high frequency power supply is composed of two power supply units, but it is natural that more power supply units may be included as necessary in the process. 3 and 4, the third power supply unit is shown by a dotted line, and the fourth and fifth power supply units may also be connected in a similar manner.

상기 제3 전원공급부는 제3 고주파발진기(240)와 제3 임피던스정합기(250)와, 제3 대역통과필터(350)로 이루어지며, 제3 대역통과필터(350)는 도 3의 경우와 같이 제3 임피던스정합기(250)에 포함되거나, 도 4의 경우처럼 제3 임피던스정합기(250)와 서셉터(20)의 사이에 독립적으로 형성될 수도 있다.The third power supply unit includes a third high frequency oscillator 240, a third impedance matcher 250, and a third band pass filter 350, and the third band pass filter 350 is similar to the case of FIG. 3. Likewise, the third impedance matcher 250 may be included, or may be formed independently between the third impedance matcher 250 and the susceptor 20, as shown in FIG. 4.

제3 고주파발진기(240)에는 플라즈마의 밀도를 보다 증대시키고 막질을 향상시키기 위해 27.12MHz의 고주파전력을 인가하는 것을 예상할 수 있다.In order to further increase the density of the plasma and to improve the film quality, the third high frequency oscillator 240 may be expected to apply high frequency power of 27.12 MHz.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 한하여 설명하고 있으나, 당업자에 의한 다양한 수정이나 변경이 가능하며, 이러한 수정이나 변경도 본 발명의 기술적사상을 바탕으로 하는 한 본 발명의 권리범위에 당연히 포함된다 할 것이다.In the above description of the preferred embodiment of the present invention, various modifications or changes by those skilled in the art are possible, such modifications or changes are naturally included in the scope of the present invention based on the technical spirit of the present invention. will be.

본 발명에 따르면 RF전원을 적절히 선택함으로써, 정재파에 의한 한계를 극복하여, 종전방식에 비해 안정적이고 균일한 대면적 플라즈마를 발생시킬 수 있게 되며, 한개의 고주파 발진기를 사용하는 경우보다 고주파전력을 낮출 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, by appropriately selecting the RF power source, it is possible to overcome the limitations due to standing waves, and to generate a stable and uniform large-area plasma compared to the conventional method, and to lower the high frequency power than when using one high frequency oscillator. There are advantages to it.

도 1은 일반적인 용량결합 PECVD장치의 개략적인 구성도1 is a schematic configuration diagram of a conventional capacitively coupled PECVD apparatus

도 2는 베셀(Bessel)함수로 구한 래디얼스케일(radical scale)과 세대별 LCD기판의 크기를 비교한 그래프Figure 2 is a graph comparing the size of the LCD substrate by generation and the radial scale calculated by the Bessel function

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 PECVD장치의 개략적인 구성도3 is a schematic structural diagram of a PECVD apparatus according to an embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 PECVD장치의 개략적인 구성도4 is a schematic structural diagram of a PECVD apparatus according to another embodiment of the present invention;

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10 : 공정챔버 20 : 서셉터10: process chamber 20: susceptor

30 : LCD기판 40 : 플라즈마30: LCD substrate 40: plasma

50 : 플라즈마전극 60 : 가스공급관50: plasma electrode 60: gas supply pipe

70 : 임피던스정합기 80 : RF 발진기70: impedance matcher 80: RF oscillator

90 : 절연블록 100 : 배기관90: insulation block 100: exhaust pipe

200, 220, 240 : 제 1, 2, 3 고주파발진기200, 220, 240: 1st, 2nd, 3rd high frequency oscillator

210, 230, 250 : 제 1, 2, 3 임피던스 정합기210, 230, 250: first, second, third impedance matcher

310, 330, 350 : 제 1, 2, 3 대역통과필터310, 330, 350: 1st, 2nd, 3rd band pass filter

Claims (9)

다수의 고주파발진기와;A plurality of high frequency oscillators; 일단은 상기 고주파발진기에, 타단은 플라즈마전극에 각 연결되는 다수의 임피던스정합기A plurality of impedance matching devices, each connected to the high frequency oscillator and the other end to the plasma electrode 를 포함하는 대면적 액정표시장치 제조용 고주파전원 공급장치High frequency power supply for manufacturing a large area liquid crystal display comprising a 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 임피던스정합기의 내부에, 또는 상기 임피던스정합기와 상기 플라즈마 전극 사이에 대역통과필터가 형성되는 대면적 액정표시장치 제조용 고주파전원 공급장치A high frequency power supply for manufacturing a large area liquid crystal display device having a band pass filter formed inside the impedance matcher or between the impedance matcher and the plasma electrode. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 다수의 고주파발진기는 13.56MHz 내지 100MHz 범위의 고주파전력을 발생하는 제1 고주파발진기와, 400KHz 내지 2MHz 범위의 고주파전력을 발생하는 제2 고주파발진기로 이루어지는 대면적 액정표시장치 제조용 고주파전원 공급장치The plurality of high frequency oscillators include a first high frequency oscillator for generating high frequency power in the range of 13.56 MHz and 100 MHz, and a second high frequency oscillator for generating high frequency power in the range of 400 KHz to 2 MHz. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 플라즈마전극은 서셉터의 일부에 또는 서셉터와 일체로 형성되는 대면적 액정표시장치 제조용 고주파전원 공급장치The plasma electrode is a high frequency power supply for manufacturing a large area liquid crystal display device formed on a part of the susceptor or integrally with the susceptor. 제1 고주파발진기를 플라즈마전극과 일정시간 연결하여 플라즈마를 발생시키는 제1단계와;A first step of generating a plasma by connecting the first high frequency oscillator to the plasma electrode for a predetermined time; 제2 고주파발진기를 플라즈마전극과 연결하여 상기 플라즈마를 균일하게 유지시키는 제2단계A second step of maintaining the plasma uniformly by connecting a second high frequency oscillator with a plasma electrode; 를 포함하는 대면적 액정표시장치 제조용 고주파전원 공급방법High frequency power supply method for manufacturing a large area liquid crystal display comprising a 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 제1 고주파발진기는 13.56MHz 내지 100MHz 범위의 고주파전력을 발생하고, 제2 고주파발진기는 400KHz 내지 2MHz 범위의 고주파전력을 발생하는 대면적 액정표시장치 제조용 고주파전원 공급방법The first high frequency oscillator generates high frequency power in the range of 13.56 MHz to 100 MHz, and the second high frequency oscillator generates high frequency power in the range of 400 KHz to 2 MHz. 제5항 또는 제6항에 있어서,The method according to claim 5 or 6, 상기 제1단계 이후에 상기 제1 고주파발진기와 상기 플라즈마전극과의 연결을 차단하는 단계를 더 포함하는 대면적 액정표시장치 제조용 고주파전원 공급방법A method for supplying a high frequency power supply for manufacturing a large area liquid crystal display device further comprising the step of disconnecting the connection between the first high frequency oscillator and the plasma electrode after the first step. 제5항 또는 제6항에 있어서,The method according to claim 5 or 6, 상기 제2단계이후에 상기 제1 고주파발진기와 상기 플라즈마전극을 다시 연결하는 단계를 더 포함하는 대면적 액정표시장치 제조용 고주파전원 공급방법And reconnecting the first high frequency oscillator and the plasma electrode after the second step. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 제2단계이후에 상기 제1 고주파발진기와 상기 플라즈마전극을 다시 연결하는 단계를 더 포함하는 대면적 액정표시장치 제조용 고주파전원 공급방법And reconnecting the first high frequency oscillator and the plasma electrode after the second step.
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