KR20100026529A - 용량 결합 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 방법 및 이것에 의해 제조된 반도체 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 용량 결합 플라즈마 반응기는 플라즈마 방전 공간을 형성하는 반응기 몸체, 및 상기 플라즈마 방전 공간의 일면을 형성하며 상기 플라즈마 방전 공간에 플라즈마를 발생시키기 위한 용량 결합 전극 어셈블리를 포함하되, 상기 용량 결합 전극 어셈블리는 복수개의 트랜치 영역을 갖는 공통 전극과 상기 복수개의 트랜치 영역에 설치되는 복수개의 분할 전극을 포함하고, 상기 트랜치 영역에는 상기 복수개의 분할 전극을 감싸도록 플라즈마가 발생된다. 본 발명의 용량 결합 플라즈마 반응기는 복수개의 용량 결합 전극에 의해 대면적의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있다. 복수개의 용량 결합 전극을 병렬 구동함에 있어서 전류 균형을 자동적으로 이루도록 함으로 용량 결합 전극들의 상호간 용량 결합을 균일하게 제어하여 고밀도의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있다. 복수개의 용량 결합 전극은 증설이 용이함으로 플라즈마의 대면적화를 용이하게 이룰 수 있다.

용량 결합 플라즈마, 플라즈마 반응기, 전류 균형, 레이저, 주파수, PECVD

Description

용량 결합 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 방법 및 이것에 의해 제조된 반도체 장치{CAPACITIVELY COUPLED PLASMA REACTOR AND PLASMA PROCESSING METHOD USING THE SAME AND SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURED THEREBY}

본 발명은 용량 결합 플라즈마 반응기에 관한 것으로, 구체적으로는 대면적의 플라즈마를 보다 균일하게 발생하여 대면적의 피처리 대상에 대한 플라즈마 처리 효율을 높일 수 있는 용량 결합 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 방법 및 이것에 의해 제조된 반도체 장치에 관한 것이다.

플라즈마는 같은 수의 양이온(positive ions)과 전자(electrons)를 포함하는 고도로 이온화된 가스이다. 플라즈마 방전은 이온, 자유 래디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 발생하기 위한 가스 여기에 사용되고 있다. 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 집적 회로 장치, 액정 디스플레이, 태양 전지등과 같은 장치를 제조하기 위한 여러 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 주파 수(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. 그러나 대형화되는 피처리 기판을 처리하기 위하여 용량 결합 전극을 대형화하는 경우 전극의 열화에 의해 전극에 변형이 발생되거나 손상될 수 있다. 이러한 경우 전계 강도가 불균일하게 되어 플라즈마 밀도가 불균일하게 될 수 있으며 반응기 내부를 오염시킬 수 있다. 유도 결합 플라즈마 소스의 경우에도 유도 코일 안테나의 면적을 크게 하는 경우 마찬가지로 플라즈마 밀도를 균일하게 얻기가 어렵다.

최근 반도체 제조 산업에서는 반도체 소자의 초미세화, 반도체 회로를 제조하기 위한 실리콘 웨이퍼 기판이나 유리 기판 또는 플라스틱 기판과 같은 피처리 기판의 대형화 그리고 새로운 처리 대상 물질의 개발되고 있는 등과 같은 여러 요인으로 인하여 더욱 향상된 플라즈마 처리 기술이 요구되고 있다. 특히, 대면적의 피처리 기판에 대한 우수한 처리 능력을 갖는 향상된 플라즈마 소스 및 플라즈마 처리 기술이 요구되고 있다. 더욱이 레이저를 이용한 다양한 반도체 제조 장치가 제공되고 있다. 레이저를 이용하는 반도체 제조 공정은 피처리 기판에 대한 증착, 식각, 어닐닝, 세정 등과 같은 다양한 공정에 넓게 적용되고 있다. 이와 같은 레이저를 이용한 반도체 제조 공정의 경우에도 상술한 문제점이 존재한다.

피처리 기판의 대형화는 전체적인 생산 설비의 대형화를 야기하게 된다. 생산 설비의 대형화는 전체적인 설비 면적을 증가시켜 결과적으로 생산비를 증가시키 는 요인이 된다. 그럼으로 가급적 설비 면적을 최소화 할 수 있는 플라즈마 반응기 및 플라즈마 처리 시스템이 요구되고 있다. 특히, 반도체 제조 공정에서는 단위 면적당 생산성이 최종 재품의 가격에 영향을 미치는 중요한 요인의 하나로 작용한다.

반도체 기판을 제조하는 과정에는 여러 공정들이 존재한다. 각각의 공정은 대부분이 별도의 공정 챔버에 진행되기 때문에 하나의 공정이 수행된 피처리 기판은 다음 공정을 진행하기 위하여 다음 공정을 진행하기 위한 공정 챔버로 이송된다. 이러한 공정 챔버간의 이송은 제조 시간을 증가시키는 부정적 요인이기 때문에 최대한 단축되어야 할 필요가 있다. 또는 하나의 공정 챔버에 서로 다른 공정이 교대적으로 진행될 수 있다면 매우 바람직할 것이다.

본 발명의 목적은 대면적의 플라즈마 균일하게 발생 및 유지 할 수 있는 용량 결합 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 방법 및 이것에 의해 제조된 반도체 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 용량 결합 전극의 전류 공급을 균일하게 제어하여 고밀도의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있는 용량 결합 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 방법 및 이것에 의해 제조된 반도체 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 대면적화가 용이하며 고밀도의 플라즈마를 균일하 게 발생할 수 있는 용량 결합 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 방법 및 이것에 의해 제조된 반도체 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 둘 이상의 기판 처리 공정을 하나의 플라즈마 반응기에서 교대적으로 연속해서 수행할 수 있는 용량 결합 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 방법 및 이것에 의해 제조된 반도체 장치를 제공하는데 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 용량 결합 플라즈마 반응기에 관한 것이다. 본 발명의 플라즈마 반응기는: 플라즈마 방전 공간을 형성하는 반응기 몸체; 및 상기 플라즈마 방전 공간의 일면을 형성하며 상기 플라즈마 방전 공간에 플라즈마를 발생시키기 위한 용량 결합 전극 어셈블리를 포함하되, 상기 용량 결합 전극 어셈블리는 복수개의 트랜치 영역을 갖는 공통 전극과 상기 복수개의 트랜치 영역에 설치되는 복수개의 분할 전극을 포함하고, 상기 트랜치 영역에는 상기 복수개의 분할 전극을 감싸도록 플라즈마가 발생된다.

일 실시예에 있어서, 상기 용량 결합 전극 어셈블리로 서로 다른 주파수를 선택적으로 공급하는 둘 이상의 전원 공급원과 상기 둘 이상의 전원 공급원과 상기 용량 결합 전극 어셈블리 사이에 구성되어 선택적인 전기적 연결을 제공하는 스위칭 회로를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 복수개의 분할 전극으로 흐르는 전류들의 분배를 조절하는 전류 분배 회로를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 전류 분배 회로는 상기 복수개의 분할 전극으로 공급되는 전류의 상호 균형을 자동으로 조절하는 자동 전류 균형 회로를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 공통 전극은 공통 전극 몸체와 상기 공통 전극 몸체를 관통하는 복수개의 가스 분사구를 포함하고, 상기 반응기 몸체의 외측에서 상기 공통 전극의 복수개의 가스 분사구를 통하여 반응기 몸체의 내부로 공정 가스를 공급하기 위한 가스 공급부를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 가스 공급부는 둘 이상의 독립된 가스 공급 채널을 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 복수개의 가스 분사구는 상기 복수개의 트랜치 영역에 형성되는 제1 그룹의 가스 분사구와 상기 복수개의 트랜치 영역 이외에 형성되는 제2 그룹의 가스 분사구를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 가스 공급부를 통하여 상기 반응기 몸체의 내부로 원격 플라즈마를 공급하는 원격 플라즈마 발생기를 더 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 용량 결합 전극 어셈블리는 냉각 채널을 더 포함한다.

본 발명의 용량 결합 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 방법에 의하면, 복수개의 용량 결합 전극에 의해 대면적의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있다. 복수개의 용량 결합 전극을 병렬 구동함에 있어서 전류 균형을 자동적으로 이루도록 함으로 용량 결합 전극들의 상호간 용량 결합을 균일하게 제어하여 고밀 도의 플라즈마를 균일하게 발생할 수 있다. 복수개의 용량 결합 전극은 증설이 용이함으로 플라즈마의 대면적화를 용이하게 이룰 수 있다.

또한, 둘 이상의 서로 다른 주파수 중 선택된 하나의 주파수로 용량 결합 전극 어셈블리를 선택적으로 구동할 수 있기 때문에 하나의 플라즈마 반응기에서 서로 다른 둘 이상의 공정을 교대적으로 연속해서 수행할 수 있어서 생산성을 극대화 할 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 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 반응기(10)는 반응기 몸체(11), 가스 공급부(20), 용량 결합 전극 어셈블리(30)를 포함한다. 상세한 설명은 후술되겠지만, 용량 결합 전극 어셈블리(30)는 평판형의 공통 전극(31)과 복수개의 분할 전극(33)을 포함하여 구성된다. 반응기 몸체(11)의 내부에는 피처리 기판(13)이 놓이는 기판 지지대(12)가 구비된다. 용량 결합 전극 어셈블리(30)는 기판 지지대(12)에 대향되어 반응기 몸체(11)의 상부에 구성되며 그 위에 다시 가스 공급부(20)가 구성된다. 반응기 몸체(11)와 용량 결합 전극 어셈블리(30) 사이에는 절연 부재(25)가 구성되어 전기적 절연을 제공한다. 복수개의 가스 공급원(61)을 구비한 가스 공급 시스템(60)으로부터 제공되는 가스는 가스 공급부(20)와 용량 결합 전극 어셈블리(30)를 통하여 플라즈마 반응기(10)의 내부로 공급된다. 용량 결합 전극 어셈블리(30)는 둘 이상의 서로 주파수에 의해서 선택적으로 구동되어 플라즈마 반응기(10) 내부에 용량 결합된 플라즈마를 유도한다. 플라즈마 반응기(10)의 내부에 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 기판 지지대(12)가 구비된다. 반응기 몸체(11)는 진공펌프(8)에 연결된다. 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 탄소나노튜브가 공유 결합된 복합 금속을 사용할 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 플라즈 마 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. 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 시스템에서도 사용이 가능하다.

플라즈마 반응기(10)의 내부에는 피처리 기판(13)을 지지하기 위한 기판 지지대(12)가 구비된다. 기판 지지대(12)는 바이어스 전원 공급원(46, 47)에 연결되어 바이어스 된다. 예를 들어, 서로 다른 무선 주파수 전원을 공급하는 두 개의 바이어스 전원 공급원(46, 47)이 공통 임피던스 정합기(48)(또는 각각의 임피던스 정합기)를 통하여 기판 지지대(12)에 전기적으로 연결된다. 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 기판 지지대(12)는 바이어스 전원의 공급 없이 제로 퍼텐셜(zero potential)을 갖는 구조로 변형 실시될 수도 있다. 그리고 기판 지지대(12)는 정전척을 포함할 수 있다. 또는 기판 지지대(12)는 히터를 포함할 수 있다. 기본적으로 기판 지지대(12)는 고정형 또는 수직으로 승하강이 가능한 구조로 구성된다. 또는 기판 지지대(12)는 용량 결합 전극 어셈블리(30)와 평행하게 선형 또는 회전 이동 가능한 구조를 갖는다. 이러한 이동 가능한 구조에서 기판 지지대(12)를 선형 또는 회전 이동하기 위한 구동 메커니즘을 포함할 수 있다. 반응기 몸체(11)의 하부에 가스의 균일한 배기를 위하여 배기 배플(미도시)이 구성될 수 있다.

플라즈마 반응기(10)는 용량 결합 전극 어셈블리(30)로 서로 다른 주파수를 선택적으로 공급하기 위한 둘 이상의 전원 공급원(40, 41)과 스위칭 회로(44) 그리고 제어부(66)를 구비한다. 일 실시예로 두 개의 제1 및 제2 전원 공급원(40, 41)이 구비된다. 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. 제1 및 제2 전원 공급원(40, 41)은 별도의 임피던스 정합기 없이 출력의 제어가 가능한 무선 주파수 발생기를 사용하여 구성될 수도 있다. 이 실시예에는 두 개의 제1 및 제2 전원 공급원(40, 41)을 구비한 예를 설명하였으나 셋 이상의 서로 다른 무선 주파수를 발생하기 위한 셋 이상의 전원 공급원이 구비될 수도 있다. 또는 주파수 변조가 가능한 하나의 전원 공급원을 사용할 수도 있다.

제1 및 제2 전원 공급원(40, 41)과 용량 결합 전극 어셈블리(30) 사이에는 선택적인 전기적 연결을 제공하는 스위칭 회로(44)가 구비된다. 스위칭 회로(44)는 예를 들어 릴레이 스위치로 구성될 수 있다. 스위칭 회로(44)는 두 개의 입력단과 하나의 출력단을 구비한다. 스위칭 회로(44)의 두 개의 입력단은 제1 및 제2 임피던스 정합기(42, 43)를 통해서 제1 및 제2 전원 공급원(40, 41)과 각기 연결된다. 스위칭 회로(44)는 제어부(66)의 제어를 받아서 스위칭 동작하여 두 개의 입력단 중 어느 하나가 출력단과 전기적으로 연결된다. 그럼으로 제1 및 제2 전원 공급원(40, 41)으로부터 발생된 서로 다른 무선 주파수(f1, f2) 중 어느 하나가 용량 결합 전극 어셈블리(30)로 선택적으로 공급된다. 제어부(66)는 제1 및 제2 전원 공급원(40, 41)과 스위칭 회로(44)를 유기적으로 제어하며 플라즈마 반응기(10)의 전반적인 동작을 제어한다. 그리고 제어부(66)는 플라즈마 반응기(10)에서 실행될 공정과 관련된 하나 이상의 가스가 반응기 몸체(11)의 내부로 공급되도록 가스 공급 시스템(60)을 제어한다.

도 2는 교대적인 공정 진행을 위하여 용량 결합 전극 어셈블리로 서로 다른 주파수가 교대적으로 공급되는 것을 설명하기 위한 타이밍도이고, 도 3은 교대적인 공정 진행에 의해 피처리 기판에 교대적으로 박막이 형성된 것을 예시하는 피처리 기판의 단면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하여, 플라즈마 반응기(10)는 서로 다른 주파수로 구동되는 용량 결합 전극 어셈블리(30)를 이용하여 피처리 기판(13)에 대하여 서로 다른 두 개의 공정을 교대적으로 실행한다. 예를 들어, 반응기 몸체(11)의 내부로 피처리 기판이 로딩된 후 제1 공정(P_#1)을 진행하기 위한 가스가 공급된다. 이어 제1 전원 공급원(40)으로부터 발생된 제1 주파수(f1)가 용량 결합 전극 어셈블리(30)로 공급되어 플라즈마가 발생되어 제1 공정(P_#1)이 진행된다.

제1 공정(P_#1)이 완료되면 제1 주파수(f1)의 공급이 오프 되고, 제2 공 정(P_#2)을 진행하기 위한 가스가 반응기 몸체(11)의 내부로 공급된다. 이어 제2 전원 공급원(41)으로부터 발생된 제2 주파수(f2)가 용량 결합 전극 어셈블리(30)로 공급되어 플라즈마가 발생되어 제2 공정(P_#2)이 진행된다. 제1 및 제2 전원 공급원(40, 41)은 제어부(66)의 제어를 받아서 어느 하나가 동작 중일 때 다른 하나의 동작은 정지된다.

제1 공정(P_#1)과 제2 공정(P_#2)은 교대적으로 반복 수행될 수 있다. 제1 및 제2 공정(P_#1, P_#2)은 예를 들어 플라즈마 강화 화학 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition: PECVD) 공정일 수 있다. 이러한 교대적인 반복 공정에 의하여 피처리 기판(13)에는 도 3에 도시된 바와 같이 교대적으로 반복된 박막(L1, L2)이 증착된다. 제1 공정(P_#1)과 제2 공정(P_#2)에서 플라즈마 반응기(10) 내부의 기압은 동일 기압 또는 서로 다른 기압일 수 있으며, 공급되는 가스도 동일하거나 서로 다른 가스 일 수 있다. 또한 공정 진행 시간의 경우에도 동일한 공정 진행 시간을 갖거나 또는 서로 다른 공정 진행 시간을 가질 수 있다.

다시, 도 1을 참조하여, 가스 공급부(20)는 용량 결합 전극 어셈블리(30)의 상부에 설치된다. 가스 공급부(20)는 둘 이상의 독립된 가스 공급 채널을 구비하여 서로 다른 가스를 독립적으로 플라즈마 반응기(10)의 내부로 공급할 수도 있다. 예를 들어, 가스 공급부(20)는 하나의 가스 공급 채널을 형성하도록 제1 가스 입구(21)에 연결되는 상부 가스 매니폴드(23)와 다른 하나의 가스 공급 채널을 형성하도록 제2 가스 입구(22)에 연결되는 하부 가스 매니폴드(24)를 구비한다. 상부 및 하부 가스 매니폴드(23, 24)는 도면에는 도시되지 않았으나 가스 분배를 위한 가스 분배판이 구비될 수 있다. 상부 및 하부 가스 매니폴드(23, 24)는 용량 결합 전극 어셈블리(30)에 구성되는 복수개의 가스 분사구(32, 34)에 연결된다. 복수개의 가스 분사구(32, 34)는 후술되는 바와 같이, 용량 결합 전극 어셈블리(30)의 공통 전극(31)의 트랜치 영역(35)에 형성되는 제1 그룹의 가스 분사구(34)와 트랜치 영역(35) 이외의 영역에 형성되는 제2 그룹의 가스 분사구(32)를 포함한다. 제1 및 제2 가스 입구(21, 22)를 통하여 입력된 서로 다른 가스는 상부 가스 매니폴드(23)와 하부 가스 매니폴드(24)를 경유하여 복수개의 가스 분사구(32, 34)를 통해서 플라즈마 반응기(10)의 내부로 고르게 분사된다. 서로 다른 가스를 독립적으로 분리 공급하여 플라즈마 처리의 효율을 높일 수 있다.

한편, 가스 공급부(20)의 상부에는 원격 플라즈마 발생기(65)가 연결될 수 있다. 원격 플라즈마 발생기(65)는 예를 들어, 활성 가스를 플라즈마 반응기(10)의 내부로 공급하여 플라즈마 반응기(10)의 내부를 세정한다. 가스 공급 시스템(60)으로부터 공급되는 가스는 원격 플라즈마 발생기(65)를 경유하거나 또는 경유하지 않고 가스 공급부(20)로 제공될 수 있다. 이를 위하여 가스 공급 시스템(60)으로부터 제공되는 가스 공급 경로에는 다수개의 가스 밸브들(62, 63, 64)이 구비될 수 있다. 또한, 원격 플라즈마 발생기(65)로부터 발생된 활성 가스는 가스 공급부(20)의 하나의 가스 공급 채널로만 공급되거나 또는 두 개의 가스 공급 채널 모두에 공급될 수 있다.

도 4 및 도 5는 용량 결합 전극 어셈블리의 사시도 및 단면도이다.

도 4 및 도 5를 참조하여, 용량 결합 전극 어셈블리(30)는 플라즈마 반응 기(10)의 내부에 용량 결합된 플라즈마 방전을 발생시키기 위한 평판형의 공통 전극(31)과 복수개의 분할 전극(33)을 구비한다. 공통 전극(31)은 기판 지지대(12)에 대향되어 반응기 몸체(11)의 천정을 형성한다. 공통 전극(31)은 평판형의 공통 전극 몸체와 몸체의 저면에 길게 병렬로 형성된 복수개의 트랜치 영역(35)을 갖는다. 각각의 트랜치 영역(35)의 형상은 예를 들어 돔형 구조를 갖고, 복수개의 분할 전극(33)은 원통 구조의 봉형상을 갖는다. 공통 전극(31)은 전기적으로 접지되며, 복수개의 분할 전극(33)은 전류 분배 회로(50)에 병렬로 연결된다. 후술되겠지만, 전류 분배 회로(50)는 스위칭 회로(44)를 통하여 제1 전원 공급원(40) 또는 제2 전원 공급원(41) 중 어느 하나로부터 제공되는 무선 주파수(f1, f2)를 복수개의 분할 전극(33)으로 분배 공급한다.

제1 가스 입구(21)를 통하여 입력된 가스는 상부 가스 매니폴드(23)를 경유하여 제2 그룹의 가스 분사구(34)를 통해 반응기 몸체(11)의 내부로 분사되고, 제2 가스 입구(22)를 통해서 입력된 가스는 하부 가스 매니폴드(24)를 경유하여 제1 그룹의 가스 분사구(34)를 통해 반응기 몸체(11)의 내부로 분사된다. 즉, 제1 그룹의 가스 분사구(34)는 트랜지 영역(35)의 천정 중심부에 정렬되어 있어서 이를 통하여 유입되는 가스는 복수개의 분할 전극(33)에 충돌하면서 양편으로 나뉘어 분사된다. 그럼으로 트랜치 영역(35)에는 복수개의 분할 전극(33)을 감싸도록 플라즈마가 발생된다.

공통 전극(31)의 트랜치 영역(35)과 복수개의 분할 전극(33)은 병렬로 배열된 선형 구조를 갖지만 다양한 형태로 변형이 가능하다. 예를 들어, 공통 전 극(31)은 반응기 몸체(11)의 천정을 구성하도록 설치되지만 플라즈마 처리 효율을 높이기 위하여 반응기 몸체(11)의 측벽을 구성 할 수도 있다. 또는 천정과 측벽에 모두 설치될 수도 있다. 이와 같이 공통 전극(31)과 복수개의 분할 전극(33)은 플라즈마 발생 효율이나 플라즈마 처리 효율을 높이기 위하여 그 평면적 구조, 입체적 구조, 단면적 구조등과 개수와 길이 등을 다양하게 변형할 수 있다. 용량 결합 전극 어셈블리(30)는 적절한 온도 제어를 위한 냉각 채널 또는 히팅 채널을 구비할 수 있다.

다시, 도 1을 참조하여, 제1 또는 제2 전원 공급원(41 or 42)으로부터 발생된 무선 주파수(f1 or f2)의 전류는 전류 분배 회로(50)를 통하여 용량 결합 전극 어셈블리(30)의 복수개의 분할 전극(33)으로 공급되어 플라즈마 반응기(10) 내부에 용량 결합 플라즈마를 유도한다. 바람직하게 전류 분배 회로(50)는 복수개의 분할 전극(33)으로 공급되는 전류의 균형을 자동으로 조절하는 자동 전류 균형 회로로 구성될 수 있다. 자동 전류 균형 회로는 복수개의 분할 전극(33)으로 공급되는 각각의 전류가 자동적으로 상호 균형을 이루게 한다. 그럼으로 복수개의 분할 전극(33)에 의해 대면적의 플라즈마를 발생할 수 있을 뿐만 아니라 복수개의 용량 결합 전극(33)을 병렬 구동함에 있어서 자동적으로 전류 균형을 이루도록 함으로 대면적의 플라즈마를 보다 균일하게 발생 및 유지할 수 있다.

도 6은 전류 분배 회로의 회로도이다.

도 6을 참조하여, 전류 분배 회로(50)는 직렬로 연결된 복수개의 트랜스포머(52)를 포함하여 자동 전류 균형 회로를 구성한다. 복수개의 트랜스포머(52)는 복수개의 분할 전극(33)과 대응하여 병렬로 연결되어 각각의 전극을 병렬 구동하며 상호간 자동으로 전류 균형을 이루는 자동 전류 균형 회로를 구성한다. 복수개의 트랜스포머(52)의 일차측은 무선 주파수가 입력되는 전원 입력단(스위칭 회로(44)의 출력단)과 접지 사이에 직렬로 연결되며, 이차측의 일단은 대응하는 복수개의 분할 전극(33)에 연결되고 타단은 공통으로 접지된다. 복수개의 트랜스포머(52)는 전원 입력단과 접지 사이의 전압을 균등하게 분할하고 분할된 다수의 분할된 전압을 대응된 복수개의 분할 전극(33)으로 출력한다.

이때, 복수개의 트랜스포머(52)의 일차측으로 흐르는 전류는 동일함으로 복수개의 분할 전극(33)으로 공급되는 각각의 전력도 동일하게 된다. 복수개의 분할 전극(33) 중에서 어느 하나의 임피던스가 변화되어 전류량의 변화가 발생되면 복수개의 트랜스포머(52)가 전체적으로 상호 작용하여 전류 균형을 이루게 된다. 그럼으로 복수개의 분할 전극(33)으로 공급되는 전류는 상호 균일하게 지속적인 자동 조절이 이루어진다. 복수개의 트랜스포머(52)는 각기 일차측과 이차측의 권선비율이 기본적으로 1:1로 설정되어 있으나 이는 변경이 가능하다.

이상과 같은 자동 전류 균형 회로로 구성되는 전류 분배 회로(50)는, 도면에는 구체적인 도시를 생략하였으나, 복수개의 트랜스포머(52)에 과도전압이 발생되는 것을 방지하기 위한 보호 회로를 포함할 수 있다. 보호회로는 복수개의 트랜스포머(52) 중 어느 하나가 전기적으로 오픈 상태가 되는 등의 결함에 의해 해당 트랜스포머에 과도전압이 증가되는 것을 방지한다. 이러한 기능의 보호회로는 바람직하게는 복수개의 트랜스포머(52)의 각각의 일차측 양단에 배리스터(Varistor)를 연결하여 구현할 수 있으며, 또는 제너다이오드(Zener Diode)와 같은 정전압 다이오드를 사용하여 구현할 수도 있다. 그리고 전류 분배 회로(50)에는 각각의 트랜스포머(52) 마다 보상 커패시터(51)와 같은 누설 전류의 보상을 위한 보상 회로가 부가될 수 있다. 이와 같이, 전류 분배 회로는 보다 완전한 전류 분배를 위하여 또 다른 형태의 변형이나 회로 구성이 부가가 가능하다.

이상에서 설명된 본 발명의 용량 결합 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 방법 및 이것에 의해 제조된 반도체 장치의 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 용량 결합 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 방법은 반도체 집적 회로의 제조, 평판 디스플레이 제조, 태양전지의 제조와 같은 다양한 종류의 반도체 장치의 제조에 매우 유용하게 이용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 보여주는 도면이다.

도 2는 교대적인 공정 진행을 위하여 용량 결합 전극 어셈블리로 서로 다른 주파수가 교대적으로 공급되는 것을 설명하기 위한 타이밍도이다.

도 3은 교대적인 공정 진행에 의해 피처리 기판에 교대적으로 박막이 형성된 것을 예시하는 피처리 기판의 단면도이다.

도 4 및 도 5는 용량 결합 전극 어셈블리의 사시도 및 단면도이다.

도 6은 전류 분배 회로의 회로도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

8: 진공펌프 10: 플라즈마 반응기

11: 반응기 몸체 12: 기판 지지대

13: 피처리 기판 20: 가스 공급부

21: 제1 가스 입구 22: 제2 가스 입구

23: 상부 가스 매니폴드 24: 하부 가스 매니폴드

25: 절연 부재 30: 용량 결합 전극 어셈블리

31: 공통 전극 32: 가스 분사구

33: 분할 전극 34: 가스 분사구

35: 트랜치 영역 40: 제1 전원 공급원

41: 제2 전원 공급원 42, 43: 임피던스 정합기

44: 스위칭 회로 46, 47: 바이어스 전원 공급원

48: 임피던스 정합기 50: 전류 분배 회로

51: 보상 커패시터 52: 트랜스포머

60: 가스 공급 시스템 61: 가스 공급원

62, 63, 64: 가스 밸브 65: 원격 플라즈마 발생기

66: 제어부

Claims (9)

1. 플라즈마 방전 공간을 형성하는 반응기 몸체; 및

   상기 플라즈마 방전 공간의 일면을 형성하며 상기 플라즈마 방전 공간에 플라즈마를 발생시키기 위한 용량 결합 전극 어셈블리를 포함하되,

   상기 용량 결합 전극 어셈블리는 복수개의 트랜치 영역을 갖는 공통 전극과 상기 복수개의 트랜치 영역에 설치되는 복수개의 분할 전극을 포함하고,

   상기 트랜치 영역에는 상기 복수개의 분할 전극을 감싸도록 플라즈마가 발생되는 것을 특징으로 하는 용량 결합 플라즈마 반응기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 용량 결합 전극 어셈블리로 서로 다른 주파수를 선택적으로 공급하는 둘 이상의 전원 공급원과

   상기 둘 이상의 전원 공급원과 상기 용량 결합 전극 어셈블리 사이에 구성되어 선택적인 전기적 연결을 제공하는 스위칭 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 용량 결합 플라즈마 반응기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 복수개의 분할 전극으로 흐르는 전류들의 분배를 조절하는 전류 분배 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 용량 결합 플라즈마 반응기.
4. 제3항에 있어서,

   상기 전류 분배 회로는 상기 복수개의 분할 전극으로 공급되는 전류의 상호 균형을 자동으로 조절하는 자동 전류 균형 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 용량 결합 플라즈마 반응기.
5. 제1항에 있어서,

   상기 공통 전극은

   공통 전극 몸체와 상기 공통 전극 몸체를 관통하는 복수개의 가스 분사구를 포함하고,

   상기 반응기 몸체의 외측에서 상기 공통 전극의 복수개의 가스 분사구를 통하여 반응기 몸체의 내부로 공정 가스를 공급하기 위한 가스 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용량 결합 플라즈마 반응기.
6. 제5항에 있어서,

   상기 가스 공급부는

   둘 이상의 독립된 가스 공급 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 용량 결합 플라즈마 반응기.
7. 제6항에 있어서,

   상기 복수개의 가스 분사구는

   상기 복수개의 트랜치 영역에 형성되는 제1 그룹의 가스 분사구와 상기 복수개의 트랜치 영역 이외에 형성되는 제2 그룹의 가스 분사구를 포함하는 것을 특징으로 하는 용량 결합 플라즈마 반응기.
8. 제5항에 있어서,

   상기 가스 공급부를 통하여 상기 반응기 몸체의 내부로 원격 플라즈마를 공급하는 원격 플라즈마 발생기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용량 결합 플라즈마 반응기.
9. 제1항에 있어서,

   상기 용량 결합 전극 어셈블리는 냉각 채널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용량 결합 플라즈마 반응기.

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