KR20080047141A - 플라즈마 발생장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마를 균일하게 형성하는 플라즈마 발생장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 일자형 전극봉이 일정 간격 이격된 상태로 배열되며, 상기 전극봉의 어느 하나의 전극봉과 이웃하는 전극봉은 서로 반대 방향에서 전력을 공급받도록 상기 전극봉의 상단과 하단에 상부전원공급부 및 하부전원공급부가 구비된다. 그리고 상기 상부전원공급부에 의해 전력을 공급받는 전극봉은 0°와 180°의 위상이 서로 번갈아 이웃하여 공급되도록 하고, 상기 하부전원공급부에 의해 전력을 공급받는 전극봉은 조절 가능한 임의의 위상이 동일하게 공급되도록 구성된다. 이때 상기 위상이 180°로 분리되어 공급되면 전극봉이 배열된 전극 전체에 형성되는 두 개의 정재파는 π/2의 위상차를 가지게 된다. 이와 같은 본 발명에 의하면 균일한 플라즈마를 안정적인 상태로 형성하고 유지할 수 있는 이점이 있다.
Figure P1020060117125
플라즈마, 정재파, 상부전극, 하부전극, 위상, 0°, 180°, 90°.

Description

플라즈마 발생장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR GENERATION A PLASMA}
도 1은 사다리 형상의 전극배열 구조가 이용되어 플라즈마를 발생시키는 종래 장치 구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플라즈마 발생장치의 구성도.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 플라즈마 발생장치의 구성도.
도 4는 본 발명의 플라즈마 발생장치가 이용된 박막형성 공정 흐름도.
도 5는 본 발명의 플라즈마 발생장치가 이용된 박막에칭 공정 흐름도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
102a : 상부전원공급부 102b : 하부전원공급부
103a : 제 1정합부 103b : 제 2정합부
104a, 104b : 전력분배라인 100 : 전극봉
130 : 제 1정재파 140 : 제 2정재파
본 발명은 플라즈마 균일성이 개선된 박막 형성에 관한 것으로서, 특히 위상 이 다른 두 개의 전력 이외에 다른 전력을 공급하여 정재파(standing wave)의 형성 위치를 조절함으로써 박막의 균일성을 개선하기 위한 플라즈마 발생장치 및 방법에 관한 것이다.
고주파 플라즈마 발생장치는, 태양전지, 박막 트랜지스터 등에 이용되는 비정질 실리콘, 미세결정 실리콘, 다결정 박막 실리콘, 질화 실리콘 등의 반도체막의 제조나 반도체막의 에칭에 이용된다.
종래에는 고밀도 플라즈마를 이용하여 성막하는 경우 실용전원주파수인 13.56MHz 무선 주파수(RF)가 이용되었지만 성막 속도, 막의 특성 및 에칭 속도 등을 향상시키기 위하여 27MHz 이상의 초고주파(VHF)가 사용된다. 상기 27MHz 이상의 초고주파(VHF)는 파장의 1/4 이하의 작은 전극크기인 경우 정재파에 의한 효과가 나타나지 않아서 기판상에 플라즈마를 균일하게 성막할 수 있다. 하지만, 대면적 기판을 사용하는 경우 예컨대 1m*1m 이상의 대면적을 갖는 기판인 경우에는 전극으로부터 정재파가 발생하게 되어 플라즈마가 균일하게 형성되지 않는다. 즉 전극이 커지면 그 표면에 정재파가 발생하게 되고 이로 인하여 플라즈마가 불균일하게 형성되는 것이다.
이를 해결하기 위하여 사다리 형상의 전극구조를 사용하여 플라즈마를 발생시키는 기술이 제안된 바 있다.
도 1에는 이와 같은 사다리 형상의 전극구조가 이용되어 플라즈마를 형성하기 위한 장치 구성도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 소정 기판(미도시)과 대향하는 복수 개의 전극봉(1)이 한 쌍의 연결봉(2)(2')에 의해 연결되어 사다리 형상으로 구비되는 사다리형 전극(10)이 구비된다. 상기 사다리형 전극(10)은 방전 전극의 기능을 가진다. 상기 전극봉(1)에 전원을 공급하기 위한 급전회로가 구비된다.
상기 급전회로는 초고주파를 발진하는 고주파발진기(21)와, 상기 고주파발진기(21)에 의해 발진된 초고주파를 분배하는 분배기(22)를 구비한다. 상기 분배기(22)에 의해 분배된 초고주파가 서로 다른 경로를 통해 전송되어 증폭되도록 한 쌍의 증폭기(24)(24')가 구비된다. 상기 증폭된 초고주파가 각각 정합부(25)(25')를 매개하여 상기 전극봉(1)에 공급되도록 급전라인(26)(26')이 구비된다. 상기 급전라인(26)(26')은 상기 전극봉(1)을 연결하는 연결봉(2)(2')에 연결된다. 상기 연결봉(2)(2')에는 각각 2개의 급전점(a,b)(c,d)이 존재한다. 그리고 상기 분배기(22)에 분배되어 초고주파가 전달되는 경로 중 어느 하나의 경로에는 위상쉬프터(23)가 구비되고 있다. 상기 위상쉬프터(23)는 분배기(22)에서 분배된 초고주파가 다른 초고주파와 서로 상이한 위상을 가지도록 위상 변조를 실행한다. 이는 상기 초고주파에 의해 발생한 정재파로 인한 불균일한 성막특성을 개선하기 위함이다.
또한 상기 증폭기(24)(24') 전단에는 미도시되고 있지만 상기 분배기(22)에 의해 분배되어 어느 하나의 경로를 통해 인가되는 초고주파가 다른 경로로 역류하여 공급될 때 발생되는 손실을 방지하기 위해 아이솔레이터(isolator)가 구비된다.
이와 같은 구성을 갖는 사다리형 전극(10)에 상기 분배기(22)에서 분배된 두 개의 초고주파 전원을 동시에 공급하고, 상기 위상쉬프터(23)에 의해 초고주파의 위상차를 시간에 따라 변화시켜주면, 상기 2개의 초고주파에 의해 형성되는 정재파가 시간에 따라 위치가 변경되어 상기 기판 전면에 동일한 두께를 갖는 플라즈마를 형성할 수 있다. 다시 말해, 사다리형 전극(10) 구조는 상기 위상 쉬프터(23)의 위상변화 수행에 따라서 정재파의 위치를 조절할 수 있어 플라즈마의 밀도를 균일하게 처리할 수 있는 것이다.
그러나, 상기 사다리형 전극 구조에서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
상기 사다리형 전극 구조가 이용되는 플라즈마 처리 공정에서는 위상변화를 통하여 정재파의 위치를 조절하기 때문에 근본적으로 플라즈마를 균일하게 처리는 것이 아니고, 불균일한 정재파를 스캐닝하여 균일한 플라즈마처리 효과를 얻는 방법이다.
따라서, 이때 형성되는 박막은 시간 평균으로는 균일한 파워(Power)를 가지지만 시간에 따라 변화하는 특성을 가지기 때문에 시간에 따라서 다른 플라즈마 처리효과를 가져오게 되는 문제가 있다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 시간이 변화하여도 균일한 플라즈마가 발생되도록 하여 막 두께의 균일성이 우수한 박막을 형성하기 위한 플라즈마 발생장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 일정 간격 이격 배열되는 다수의 일자형 전극봉과, 상기 전극봉의 어느 하나의 전극봉과 이웃하는 전극봉은 서로 반대 방향에서 전력을 공급받도록 상기 전극봉의 상단과 하단에 상부전원공급부 및 하부전원공급부가 구비되며, 상기 상부전원공급부에 의해 전력을 공급받는 전극봉은 0°와 180°의 위상이 전원이 서로 번갈아 이웃하여 공급되도록 하고, 상기 하부전원공급부에 의해 전력을 공급받는 전극봉은 동일한 위상이 공급되도록 구성된다.
상기 상부 및 하부전원공급부에는 상기 전극봉에 전력이 동일하게 공급되도록 전력분배구조가 형성된다.
상기 전극봉에 전력을 공급하는 전원공급부가 한 개가 제공되고 스위칭수단에 의해 상기 전극봉의 상단과 하단으로 전력을 공급하도록 구성될 수 있다.
상기 전극봉은 아노다이징된 알루미늄, SUS, 금속봉 주위에 절연물질이 코팅된 재질 등을 튜브 상태로 씌운 구조 중 하나이고, 상기 절연물질은 Si02, 수정, 테프론 등이 사용될 수 있다. 그리고, 상기 전극봉은 플라즈마 성막 및 에칭장치에서 챔버내로 가스를 도입할 수 있는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 전극봉은 일단이 플로우팅(floating) 되거나, 또는 접지되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 고주파 전원은 13.56MHz의 무선 주파수에서부터 수백 MHz 이상의 초고주파가 사용된다.
또한 본 발명의 다른 특징에 따르면, 챔버 내부에 제공된 기판을 일정 온도 로 가열하는 단계, 상기 챔버 내부에 제 1항으로 이루어진 전극봉의 토출공(또는 기타 부위에 설치된 토출봉)을 통해 혼합가스를 공급하는 단계, 상기 혼합가스가 공급된 상태에서 상부전원공급부에 의해 전극봉의 상부에서 위상이 다른 2개의 전력이 순서대로 인가되고 상기 전력을 인가받은 전극봉 사이에 위치된 다른 전극봉은 하부전원공급부에 의해 그 전극봉의 하부에서 동일한 위상을 가지는 전력을 인가받는 단계, 상기 전력공급으로 인하여 상기 전극봉이 배열된 전극구조에 형성된 두 개의 정재파의 위상차를 조절하는 단계,상기 위상차 조절에 의하여 상기 전극구조에서 균일하게 형성되는 플라즈마에 의해 상기 기판에 박막을 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.
또한 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 박막형성된 기판이 설치된 챔버 내부로 전극봉에 형성된 토출공을 통해 에칭가스를 공급하는 단계, 상기 전극봉의 상부에서 위상이 다른 2개의 전력을 인가하고 상기 전력을 인가받은 전극봉 사이에 위치된 다른 전극봉은 하부에서 임의의 위상을 가지는 전력을 인가받는 단계, 상기 전력 공급으로 인하여 상기 전극봉이 배열된 전극구조에 형성된 두 개의 정재파의 위상차를 조절하는 단계, 상기 위상차 조절에 의하여 상기 전극구조에서 균일하게 형성되는 플라즈마에 의해 상기 기판에 형성된 박막을 에칭하는 단계를 포함하여 구성된다.
상기 전극봉 하부로부터 공급되는 전원에 의해 위상을 임의로 조절할 수 있는 것이 바람직하다. 그리고 상기 위상조절에 의해 상기 정재파의 형성 위치가 변경되어진다.
상기 전극봉의 상부에 공급되는 위상은 0°와 180°의 위상이 번갈아 공급되며, 이때 상기 위상이 180°로 분리되어 공급되면 상기 두 개의 정재파는 π/2의 위상차를 가지게 된다.
상기 전극봉의 상부로 공급되는 두 개의 전력과 상기 전극봉의 하부로 공급되는 하나의 전력의 상호 간섭에 의하여 플라즈마가 균일하게 형성되어진다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 시간이 변하여도 전극봉의 하부로부터 임의의 위상을 가지는 전력이 공급되기 때문에 플라즈마의 균일성을 개선하여 우수한 박막을 형성할 수 있다.
이하 본 발명에 의한 플라즈마 발생장치 및 방법을 첨부된 도면에 도시된 바람직한 실시 예를 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플라즈마 발생장치의 구성도가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 봉 형상의 일자형 전극(이하 '전극봉'이라 함)(100)이 일정 간격 이격된 상태로 배열된 구조를 갖는다. 상기 전극봉(100)은 상부와 하부에 구성된 전원공급부, 즉 상부전원공급부(102a)와 하부전원공급부(102b)로부터 전력을 공급받는다. 이때 상기 전력이 각 전극봉(100)으로 균일하게 공급되도록 전력분배라인(104a)(104b)이 형성되어진다. 상기 전력분배라인(104a)(104b)은 각 전극봉(100)으로 전달되는 전력 손실이 급전점으로부터 전극봉(100)의 거리에 따라 다르게 발생되지 않고 동일한 위상으로 공급되도록 상기 거리가 동일하게 급전라인을 형성해야만 한다.
상기 상부전원공급부(102a)로부터 전력을 공급받는 전극봉(100)은 위상이 0°와 180°순서대로 공급되도록 번갈아 가면서 연결된다. 그리고 상기 상부전원공급부(102a)로부터 전력을 공급받는 전극봉(100) 사이에 위치된 다른 전극봉(100)은 상기 하부전원공급부(102b)로부터 공급 전력의 위상이 조절 가능한 임의의 위상으로 공급받게 된다. 즉, 상기 상부전원공급부(102a)와 하부전원공급부(102b)로부터 전력을 공급받는 전극봉(100)은 서로 하나씩 엇갈리도록 배치되어 각 전극이 분리되도록 구성되는 것이다.
상기 전원공급부(102a)(102b)와 전력분배라인(104a)(104b) 사이에는 초고주파 전원이 상기 전극봉(100)들에 효율적으로 제공되도록 임피던스를 조정하는 제 1정합부(103a) 및 제 2정합부(103b)가 구비된다.
상기 전극봉(100) 각각은 설명한 바와 같이 일단이 전력을 공급받는 급전점 역할을 수행하고, 타단은 플로우팅(floating) 되거나 접지(ground)된다. 이때 전극봉(100) 각각이 접지된 경우라면 상기 전극봉(100)에 전류가 유도되기 때문에 주위의 자기장을 형성하여 유도결합된 플라즈마(inductive coupled plasma)를 형성하게 되어 플라즈마 밀도를 높일 수 있다.
상기 전극봉(100)은 아노다이징(Anodizing) 처리된 알루미늄, 금속봉 주위에 절연물질이 코팅된 재질, 예컨대 이산화규소(SiO2), 수정 또는 테프론 등 기타 절연물질 등을 튜브(tube) 상태로 씌운 구조로 이루어진다. 이러한 상기 전극봉(100)은 본 실시 예의 플라즈마 발생장치에서 챔버내에 가스를 공급하기 위한 역할을 제공하기도 한다. 이에 상기 가스 공급을 위하여 상기 전극봉(100)에는 하나 이상의 가스 토출공(미도시)이 형성된다. 상기 가스 토출공은 갯수 및 직경이 플라즈마가 성막되는 기판 크기에 따라 가변되게 제공되는 것이 바람직하다.
계속해서, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 전극봉(100)이 배열된 상태로부터 서로 위상이 다른 두 개의 전력을 공급받는 전극봉(즉 'A'와 'B'로 표기된 전극봉)과 동일 위상의 전력을 공급받는 전극봉('C'로 표기된 전극봉)에 의하여 전체 전극구조에서 두 개의 정재파(130)(140)가 형성된다. 구체적으로 도 2에서 'A'위상과 'B'위상 및 'C'위상의 전극봉이 배열되어진 상태에서 상기 'A'위상과 'C'위상의 전극봉은 서로 마주보는 상태로 전원이 공급되어지며 이때 플라즈마를 통하여 서로 연결되어 제1정재파(130)를 형성하게 된다. 또한 'B'위상과 'C'위상의 전극봉에 의하여 제2정재파(140)를 형성하게 되는 것이다.
그리고, 상기 상부전원공급부(102a)로부터 'A'위상과 'B'위상을 갖는 전극봉에 0°와 180°의 위상이 번갈아 공급되도록 하면서 상기 하부전원공급부(102b)로부터 'C'위상을 갖는 전극봉에 임의의 위상을 가지는 전원을 공급하게 되면 상기한 3개의 전력이 서로 간섭을 일으키면서 플라즈마를 균일하게 발생시킬 수 있게 된다.
한편, 전술한 실시 예에서는 전극봉(100)에 전원을 공급하는 전원공급부가 상부와 하부에 각각 구성되고 있지만, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 전원공급부(110)가 하나만 제공되고 스위칭부(120)의 스위칭 동작에 의하여 전원이 상기 'A'위상과 'B'위상을 갖는 전극봉에 0°와 180°의 위상이 번갈아 공급되도록 하고, 상기 'C'위상을 갖는 전극봉에 동일한 위상을 공급하는 구조로 구성할 수도 있 다. 그리고 상기 전원 공급시 정합부(103a)(103b)에 의한 임피던스 매칭이 일어나고, 전력분배라인(104a)(104b)에 의해 각 전극봉으로의 공급 전원이 균일하게 제공된다.
이어, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 플라즈마 발생장치 및 방법을 첨부된 도면에 도시된 바람직한 실시 예를 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2에서 상부전원공급부(102a)로부터 전력을 공급받는 전극봉(100)들은 그 상부전원공급부(102a)에 의해 위상('A'위상, 'B'위상)이 다른 두 개의 전력으로 구분되어 번갈아 가면서 공급받게 된다. 아울러 상기 'A'위상과 'B'위상을 갖는 전극봉 사이에 위치되고 있는 전극봉 즉 하부전원공급부(102b)와 연결된 전극봉에는 하부전원공급부(102b)로부터 임의의 위상을 가지는 전력이 공급한다. 상기 전력공급은 제 1정합부(103a) 및 제 2정합부(103b), 그리고 그와 대응되어 구성되는 전력분배라인(104a)(104b)에 의해 균일하게 이루어진다.
그와 같이 상기 전극봉(100)에 상부전원공급부(102a)로부터 위상이 다른 전력이 공급되고, 하부전원공급부(102b)로부터 동일한 위상이 공급되면, 상기 전극봉(100)으로부터 초고주파가 발생되고 상기 전극봉(100) 주변에는 플라즈마가 발생된다.
따라서, 상기 플라즈마 발생으로 인하여 상기 'A'위상과 'C'위상의 두 전극봉에 의해 제 1정재파(130)가 형성되고, 상기 'B'위상과 'C'위상의 두 전극봉에 의해 제 2정재파(140)가 형성된다. 이때 상기 하부전원공급부(102b)와 연결된 전극봉으로 공급되는 위상을 조절하게 되면 상기 제1정재파(130) 및 제2정재파(140)의 위 치가 변경된다.
그러나, 상기 제1정재파(130) 및 제2정재파(140)의 단순한 위치 변경만으로는 플라즈마를 균일하게 형성할 수가 없다. 이에, 상기 제1정재파(130) 및 제2정재파(140)가 형성된 상태에서 상기 상부전원공급부(102a)로부터 전극봉에 공급되는 서로 다른 위상차를 180°(π)로 분리하여 공급하게 되면, 상기 제1정재파(130) 및 제2정재파(140)는 90°(π/2)의 위상차를 가지게 되고 전체적으로 균일한 플라즈마를 형성할 수 있게 된다.
즉 다시말해, 상기 하부전원공급부(102b)에서 임의의 위상을 가지는 전력을 공급할 때 전극봉(100)내에서 플라즈마를 균일하게 형성할 수 있도록 대략 상부측 위상의 중간쯤되는 90° 부근의 위상을 가지도록 해야 하는 것이다.
상기 제1정재파(130) 및 제2정재파(140)가 90°의 위상차를 가지게 되는 과정은 다음 관계식들에 의해 설명된다.
l(1)= COS2(2πZ/λ+(θ1-θ2)/2) ----관계식(1)
l(2)= COS2(2πZ/λ+(θ1+π-θ2)/2)= COS2(2πZ/λ+(θ1-θ2)/2+π/2))- 관계식(2).
I=I(1)+I(2) -----------관계식(3)
= COS2(2πZ/λ+(θ1-θ2)/2) + COS2(2πZ/λ+(θ1-θ2)/2+π/2))
= COS2(2πZ/λ+(θ1-θ2)/2)) + SIN2(2πZ/λ+(θ1-θ2)/2)
= 1
(여기서, I1 : upper side intensity, I2 : lower side intersity, z : position on the electrode, θ1 : phase of the potential from the upper side, θ2 : phase of the potential from the lower side)
그와 같이 상부전원공급부(102a)로부터 위상이 180° 다른 두 개의 전력이 'A'위상의 전극과 'B'위상의 전극에 0°와 180°위상으로 순서대로 공급되고 하부전원공급부(102b)로부터 조절가능한 임의의 위상을 제공하는 전력이 'C'위상 전극에 공급되면 상기 제 1정재파(130)와 제 2정재파(140)의 위상이 π/2의 위상차를 가지게 되고, 따라서 상기 전력들 상호간의 간섭에 의하여 플라즈마를 균일하게 발생시킬 수 있는 조건을 제공하게 되는 것이다.
즉, 본 실시 예에서 상부전원공급부(102a)로부터 위상이 180° 다른 전력이 인가되는 것만으로는 플라즈마를 균일하게 발생할 수 없으며, 하부전원공급부(102b)로부터 제 3의 전력이 인가되는 경우에만 플라즈마를 균일하게 발생시키는 조건을 만족하게 된다.
이와 같이 하면 시간이 변하여도 플라즈마간의 위상이 90°도를 만족하여 균일한 플라즈마를 형성할 수 있게 되어 기판 전면에서 동시에 플라즈마를 균일하게 처리할 수 있다.
한편 본 실시 예에서는 상부전원공급부(102a)와 하부전원공급부(102b)의 전원부를 별도로 구성하지 않고, 스위칭부(120)의 스위칭동작에 따라 하나의 전원공급부(110)로부터 전력을 상기 전극봉(100)의 상부와 하부로 공급할 수도 있다. 물론, 상기 전극봉(100)의 상부로 전력을 공급하는 경우에는 상부 전력을 공급받는 전극봉의 각 이웃하는 전극봉의 위상차는 180°가 되도록 해야한다.
이와 같이 상기 실시 예에 설명되고 있는 본 발명은 두 개의 위상을 공급받는 구조에서 그 위상을 공급받는 전극봉 사이에 배열된 전극봉에 반대편에서 임의의 위상을 공급하도록 하여 정재파를 보상하면서 균일한 플라즈마를 안정되게 형성하고 유지할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 플라즈마 발생장치가 적용되어 박막 형성과 박막 에칭 공정을 수행하는바, 이를 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.
먼저, 도 4에는 본 발명의 플라즈마 발생장치가 이용된 박막형성 공정 흐름도가 도시되어 있다. 도 4의 박막 형성은 실리콘 태양전지용 실리콘 박막을 형성하는 것을 실시 예로 제공하고 있다.
실리콘 박막 형성을 위해 제 200 단계에서 글라스 혹은 금속이나 플라스틱류의 기판의 온도를 100~250도로 가열하고, 제 202 단계에서 전극봉(100)의 가스 토출공을 통해 SiH4/H2의 혼합가스를 챔버내로 공급한다.
제 204 단계에서 상기 챔버내에 혼합가스가 공급된 상태에서 상기 전극봉의 상부로부터 동일 방향에서 전력을 공급받도록 배열되고 이웃하는 전극봉 상호간은 위상이 180° 다른 두 개의 전력을 번갈아가면서(또는 동시에) 공급받게 된다. 아울러 제 206 단계에서 상기 두 개의 전력을 공급받는 전극봉(100) 사이에 위치된 다른 전극봉은 하부로부터 동일 위상의 전력을 공급받게 된다. 상기 전력 공급은 전력분배구조에 의해 균일하게 공급되어진다.
그와 같이 상기 전극봉의 어느 하나의 전극봉과 바로 이웃하는 전극봉은 서로 반대 방향에서 전력을 공급받게 되면 전극봉의 소정 위치에는 두 개의 정재파가 형성된다. 이때 제 208 단계에서와 같이 상기 정재파가 90°의 위상차를 가지도록 상기 전극봉의 하부로부터 인가되는 위상을 조절하게 되면, 제 210 단계에서는 균일하게 플라즈마를 발생시킬 수 있게 된다. 이러한 플라즈마로 상기 기판상에 박막을 형성한다.
다음, 도 5에는 본 발명의 플라즈마 발생장치가 이용된 박막에칭 공정 흐름도가 도시되어 있다. 도 5의 박막 에칭공정은 실리콘 산화막의 에칭 공정의 실시 예이다.
이를 설명하면, 먼저 제 220 단계에서 챔버내의 압력을 조절한 후, 제 222 단계에서는 CF4가스와 Ar가스를 혼합하여 상기 전극봉의 토출공을 통해 챔버내에 공급한다.
그리고 제 224 단계에서 상기 챔버내에 에칭가스가 공급된 상태에서 상기 전극봉의 상부로부터 이웃하는 전극봉 상호간은 위상이 180° 다른 두개의 전력을 번갈아가면서 공급받게 된다. 아울러 제 226 단계에서 상기 전극봉의 하부로부터 동일 위상의 전력을 공급받게 된다. 상기 전력 공급은 전력분배구조에 의해 균일하게 공급되어진다.
그와 같이 상기 전극봉의 어느 하나의 전극봉과 이웃하는 전극봉은 서로 반대 방향에서 전력을 공급받게 되면 전극봉의 소정 위치에는 두 개의 정재파가 형성된다. 이때 제 228 단계에서와 같이 상기 정재파가 90°의 위상차를 가지도록 상기 전극봉의 하부로부터 인가되는 위상을 조절하고, 제 230 단계에서는 플라즈마를 균일하게 발생시키면서 상기 기판상에 형성된 박막을 에칭한다.
이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명의 속하는 기술분야의 통상 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
예를 들어, 본 발명은 초고주파를 이용하여 플라즈마를 소정 두께로 형성하는 실시 예에 대해 설명하고 있으나, 태양전지의 마이크로 크리스탈 실리콘 막의 형성에도 적용할 수 있고 특히 대면적이거나 주파수가 높은 경우에도 효과적으로 플라즈마를 성막할 수 있다. 또한 초고주파 전원을 사용하는 드라이 에칭 등 대면적 플라즈마를 사용하는 시스템과, 플라즈마를 이용한 증착장비, 대면적 에칭장비, 클리닝(cleaning) 장비, 표면처리장비 등에도 적용할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 플라즈마 발생장치 및 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
먼저, 종래 U자형 전극봉이 제공되어서 진행방향에 따라 생성된 정재파가 만나 90°의 위상차를 갖는 두 개의 플라즈마를 만드는 조건이 만족되어 균일한 플라즈마가 형성되는 것에 비하여 본원은 하부전극의 위상을 임의로 조절할 수 있어 보다 넓은 공정범위에 적용할 수 있다. 즉 U자형 전극봉인 경우 반대방향에 되돌아오 는 전력의 위상은 전극의 길이를 조절해야 하고 이 경우 공정 조건이 변경되면 전극길이 등의 시스템을 변경해야 하지만 본 발명은 하부전극의 위상을 임의로 조절할 수 있어 어떠한 전극길이나 공정조건에도 동일한 시스템을 적용하여 균일한 플라즈마를 형성할 수 있다.
또한, 정재파의 위상차가 π/2을 가지게 되어 시간이 변하여도 균일한 플라즈마가 유지되기 때문에, 플라즈마가 한쪽에 집중하여 발생할 수 있는 전극의 국부적 승온현상을 억제할 수 있어 기판 전면에서 동시에 플라즈마를 균일하게 처리할 수 있는 효과도 있다.

Claims (15)

  1. 일정 간격 이격 배열되는 다수의 일자형 전극봉과,
    상기 전극봉의 어느 하나의 전극봉과 이웃하는 전극봉은 서로 반대 방향에서 전력을 공급받도록 상기 전극봉의 상단과 하단에 상부전원공급부 및 하부전원공급부가 구비되며,
    상기 상부전원공급부에 의해 전력을 공급받는 전극봉은 0°와 180°위상이 전원이 서로 번갈아 이웃하여 공급되도록 하고, 상기 하부전원공급부에 의해 전력을 공급받는 전극봉은 임의의 위상으로 동일하게 공급되도록 구성됨을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 상부전원공급부 및 하부전원공급부에는 상기 전극봉에 전력이 동일하게 공급되도록 전력분배구조가 형성됨을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 전극봉에 전력을 공급하는 전원공급부가 한 개가 제공되고 스위칭수단에 의해 상기 전극봉의 상단과 하단으로 전력을 공급하도록 구성됨을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전극봉은 아노다이징된 알루미늄, 스테인레스(SUS), 금속봉 주위에 절연물질이 코팅된 재질 등을 튜브 상태로 씌운 구조임을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 절연물질은 이산화규소(Si02), 수정, 테프론이 사용됨을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  6. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 전극봉은 플라즈마 성막 및 에칭장치에서 챔버내로 가스를 도입할 수 있는 구조임을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  7. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 전극봉은 일단이 플로우팅(floating) 되거나, 또는 접지되어 구성됨을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 고주파 전원은 13.56MHz의 무선 주파수에서부터 수백 MHz 이상의 초고주파가 사용됨을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  9. 챔버 내부에 제공된 기판을 일정 온도로 가열하는 단계,
    상기 챔버 내부에 제 1항으로 이루어진 전극봉의 토출공을 통해 혼합가스를 공급하는 단계,
    상기 혼합가스가 공급된 상태에서 상부전원공급부에 의해 전극봉의 상부에서 위상이 다른 2개의 전력이 순서대로 인가되고 상기 전력을 인가받은 전극봉 사이에 위치된 다른 전극봉은 하부전원공급부에 의해 그 전극봉의 하부에서 동일한 위상을 가지는 전력을 인가받는 단계,
    상기 전력공급으로 인하여 상기 전극봉이 배열된 전극구조에 형성된 두 개의 정재파의 위상차를 조절하는 단계,
    상기 위상차 조절에 의하여 상기 전극구조에서 균일하게 형성되는 플라즈마에 의해 상기 기판에 박막을 형성하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 플라즈마 발생방법.
  10. 박막형성된 기판이 설치된 챔버 내부로 전극봉에 형성된 토출공을 통해 에칭가스를 공급하는 단계,
    상기 전극봉의 상부에서 위상이 다른 2개의 전력을 인가하고 상기 전력을 인가받은 전극봉 사이에 위치된 다른 전극봉은 하부에서 임의의 위상을 가지는 전력을 인가받는 단계,
    상기 전력 공급으로 인하여 상기 전극봉이 배열된 전극구조에 형성된 두 개 의 정재파의 위상차를 조절하는 단계,
    상기 위상차 조절에 의하여 상기 전극구조에서 균일하게 형성되는 플라즈마에 의해 상기 기판에 형성된 박막을 에칭하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 플라즈마 발생방법.
  11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    상기 전극봉 하부로부터 공급되는 전원에 의해 위상을 임의로 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 위상조절에 의해 상기 정재파의 형성 위치가 변경되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생방법.
  13. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    상기 전극봉의 상부에 공급되는 위상은 0°와 180°의 위상이 번갈아 공급되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 위상이 180°로 분리되어 공급되면 상기 두 개의 정재파는 π/2의 위상차를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생방법.
  15. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    상기 전극봉의 상부로 공급되는 두 개의 전력과 상기 전극봉의 하부로 공급되는 하나의 전력의 상호 간섭에 의하여 플라즈마가 균일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생방법.
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