KR20120007864A - 다중 분할 전극 세트를 위한 급전장치를 구비한 플라즈마 챔버 - Google Patents

다중 분할 전극 세트를 위한 급전장치를 구비한 플라즈마 챔버 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 분할 전극 세트를 위한 급전장치를 구비한 플라즈마 챔버에 관한 것이다. 본 발명의 다중 분할 전극 세트를 위한 급전장치를 구비한 플라즈마 챔버는 선형 구조를 갖는 다수 개의 단위 분할 전극을 포함하는 다중 분할 전극 세트; 및 상기 다수 개의 단위 분할 전극으로 상호 균형을 조절하여 전류를 분배하는 전류 균형 회로를 포함한다. 본 발명의 다중 분할 전극 세트를 위한 급전장치를 구비한 플라즈마 챔버에 의하면, 다수 개의 선형 단위 분할 전극 및 전류 균형 분배 회로를 이용하여 대면적의 균일한 플라즈마를 생성할 수 있다. 또한 임피던스 전환회로를 사용하여 전류 분배 회로를 통해 전극 세트로 분배된 전류의 낮아진 임피던스 값을 보상함으로써 전류 분배 회로의 입력과 출력단에서의 임피던스 값이 균형을 이루게 한다. 또한 임피던스 값이 보상됨으로써 플라즈마 챔버 내부에 균일한 플라즈마 방전을 유도할 수 있다. 또한, 동축 케이블을 사용하여 전원 공급원으로부터 고주파 전력이 급전되는 과정에서 공중으로 방사되는 것을 차폐하여 방사 손실이 발생되는 것을 최소화한다. 더불어 전류 균형 분배 회로에 의해 분배된 전류가 상호 균형을 이룰 수 있도록 함으로써 플라즈마 챔버 내부에 보다 균일한 플라즈마 방전이 이루어진다.

Description

다중 분할 전극 세트를 위한 급전장치를 구비한 플라즈마 챔버{POWER FEEDING DEVICE FOR MULTI DIVIDED ELECTRODE SET AND PLASMA CHAMBER HAVING THE SAME}
본 발명은 다중 분할 전극 세트를 위한 급전장치를 구비한 플라즈마 챔버에 관한 것으로, 구체적으로는 대면적의 균일한 플라즈마를 발생할 수 있는 다중 분할 전극 세트를 위한 급전장치를 구비한 플라즈마 챔버에 관한 것이다.
플라즈마는 여러 산업 분야에 널리 사용되고 있다. 반도체산업 분야의 경우 플라즈마를 이용한 피처리 기판의 처리 공정들 예를 들어, 증착, 식각, 세정 등에 사용되고 있다.
도 1은 일반적인 원격 플라즈마 발생기와 프로세스 쳄버와의 결합구조를 보여주는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마 챔버(30)는 플라즈마 발생을 위한 전극(32)이 구비된다. 전극(32)은 예를 들어, 가스 공급을 위한 가스 샤워 헤드로 구성될 수 있다. 고주파 전원을 공급하는 전원 공급원(10)은 임피던스 정합기(12)를 통해서 전극(32)으로 연결된다. 전극(32)은 급전라인(34)을 통해서 고주파 전원을 공급받는다. 플라즈마 챔버(30)의 내부에는 피처리 기판(38)이 놓이는 기판 지지대(36)가 구비된다. 기판 지지대(36)는 임피던스 정합기(22)를 통하여 바이어스 전원 공급원(20)에 연결될 수 있다. 플라즈마 챔버(30)로 기판 처리를 위한 공정 가스가 공급되고, 전원 공급원(10)으로부터 발생된 고주파 전력이 임피던스 정합기(12)와 급전 라인(34)을 통하여 전극(32)으로 공급되면 플라즈마 챔버(30)의 내부에 플라즈마가 발생되어 피처리 기판(38)에 대한 플라즈마 처리가 이루어진다.
한편, 플라즈마 처리에 있어서 피처리 기판에 대한 균일한 가공은 매우 중요한 요소이다. 그런데 피처리 기판 예를 들어, 반도체 웨이퍼 기판이나 글라스 기판의 크기가 대형화되면서 플라즈마 챔버의 크기도 대형화되고 있으며 이와 더불어 플라즈마 챔버에 구비되는 전극의 크기도 대형화되고 있다. 게다가 고주파 전력을 공급하는 전원 공급원의 경우에도 더 높은 주파수가 요구되고 있다.
대형 전극과 보다 높은 고주파 전력의 사용은 대형 전극 내에서 위상차에 따른 에너지 밀도의 불균형에 의해 플라즈마 챔버 내에서 불균일한 플라즈마 발생을 초래하게 된다. 또한 전원 공급원과 전극 사이에 구비되는 급전 라인에서 발생되는 리엑턴스 성분에 의한 손실과 고주파 방사에 의한 손실등이 발생하게 된다. 전극이 대형화되고 보다 높은 고주파 전력이 사용되면서 피처리 기판에 대한 균일한 플라즈마 처리가 어려워지고 있다.
본 발명의 목적은 대형화되는 피처리 기판에 대하여 플라즈마 처리를 균일하기 위한 다중 분할 전극 세트를 위한 급전장치를 구비한 플라즈마 챔버를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 임피던스 전환 회로를 통해 전류 균형 분배 회로의 입력과 출력시의 임피던스 값 차이를 보상하여 플라즈마를 균일하게 할 수 있는 다중 분할 전극 세트를 위한 급전장치를 구비한 플라즈마 챔버를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 다중 분할 전극 세트를 위한 급전장치를 구비한 플라즈마 챔버에 관한 것이다. 본 발명의 다중 분할 전극 세트를 위한 급전장치를 구비한 플라즈마 챔버는 선형 구조를 갖는 다수 개의 단위 분할 전극을 포함하는 다중 분할 전극 세트; 및 상기 다수 개의 단위 분할 전극으로 상호 균형을 조절하여 전류를 분배하는 전류 균형 회로를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 챔버는 상기 전류의 임피던스 값을 조절하기 위한 임피던스 전환 회로를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 전류 균형 분배 회로는 전류 균형을 이루는 다수 개의 변압기로 구성되어 반복된 분기 구조를 이루고, 상기 다수 개의 변압기는 양단 출력이 전류 균형을 이루는 다수 개의 차동 변압기로 구성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 단위 분할 전극 사이로 가스가 주입되어 상기 플라즈마 챔버의 내부로 공급된다.
일 실시예에 있어서, 상기 임피던스 전환 회로는 적어도 하나의 차동 변압기로 구성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 임피던스 전환 회로는 상기 전류 균형 회로의 전류가 입력되는 입력단 또는 출력단 중 어느 하나에 구성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 임피던스 전환 회로는 적어도 하나의 인덕터로 구성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 인덕터는 일단이 상기 전류 균형 회로의 출력단에 연결되고, 타단은 접지로 연결되어 상기 인덕터의 일단과 타단 사이에서 전력이 출력된다.
일 실시예에 있어서, 상기 임피던스 전환 회로는 적어도 하나의 캐패시터로 구성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 챔버는 전원 공급원에서 발생된 고주파의 방사를 차폐하기 위한 다수 개의 동축 케이블을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 다수 개의 단위 분할 전극에 직렬로 연결되는 캐패시터를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 다중 분할 전극 세트는 다수 개의 단위 분할 전극 사이에 배열되는 다수 개의 접지 전극을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 단위 분할 전극은 다수 개의 급전점을 갖고, 상기 단위 분할 전극으로 입력되도록 분배된 고주파 전력을 상기 다수 개의 급전점으로 분기하여 입력하는 하나 이상의 분기 급전 라인을 포함한다.
본 발명의 다중 분할 전극 세트를 위한 급전장치를 구비한 플라즈마 챔버에 의하면, 다수 개의 선형 단위 분할 전극 및 전류 균형 분배 회로를 이용하여 대면적의 균일한 플라즈마를 생성할 수 있다. 또한 임피던스 전환회로를 사용하여 전류 분배 회로를 통해 전극 세트로 분배된 전류의 낮아진 임피던스 값을 보상함으로써 전류 분배 회로의 입력과 출력단에서의 임피던스 값이 균형을 이루게 한다. 또한 임피던스 값이 보상됨으로써 플라즈마 챔버 내부에 균일한 플라즈마 방전을 유도할 수 있다. 또한, 동축 케이블을 사용하여 전원 공급원으로부터 고주파 전력이 급전되는 과정에서 공중으로 방사되는 것을 차폐하여 방사 손실이 발생되는 것을 최소화한다. 더불어 전류 균형 분배 회로에 의해 분배된 전류가 상호 균형을 이룰 수 있도록 함으로써 플라즈마 챔버 내부에 보다 균일한 플라즈마 방전이 이루어진다.
도 1은 일반적인 플라즈마 챔버의 개략적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 분할 전극 세트를 위한 급전 장치 및 이를 구비한 플라즈마 챔버의 개략적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 다중 분할 전극 세트를 위한 급전 장치 및 이를 구비한 플라즈마 챔버의 구성을 보여주는 단면도이다.
도 4는 가스 공급부에 구비된 다수 개의 단위 분할 전극을 도시한 도면이다.
도 5는 단위 분할 전극에 하나 이상의 분기 급전 라인을 구성한 예를 보여주는 도면이다.
도 6 및 도 7은 다양한 방전 효과를 위한 단위 분할 전극 및 접지 전극을 구성한 예를 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따라 임피던스 전환 회로가 구비된 플라즈마 챔버의 개략적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 9는 임피던스 전환 회로가 다중 분할 전극 세트의 전반부에 구비된 구성을 보여주는 도면이다.
도 10 내지 도 13은 도 9에 도시된 임피던스 전환 회로의 다양한 구성을 보여주는 도면이다.
도 14는 단위 분할 전극에 위상 전환기를 구성한 예를 보여주는 도면이다.
도 15는 단위 분할 전극 세트에 캐패시터를 직렬로 구성한 도면이다.
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 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 분할 전극 세트를 위한 급전 장치 및 이를 구비한 플라즈마 챔버의 개략적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 챔버(200)는 다중 분할 전극 세트(210)를 구비한다. 다중 분할 전극 세트(210)는 전원 공급원(100)으로부터 임피던스 정합기(110)를 통해 제공되는 고주파 전력을 공급받는다. 이때, 다중 분할 전극 세트(210)와 임피던스 정합기(110) 사이에는 전류 균형 분배 회로가 구비되어 다중 분할 전극 세트(210)에 구성된 다수 개의 단위 분할 전극으로 전류가 균일하게 분배되어 제공된다.
도 3은 도 2에 도시된 다중 분할 전극 세트를 위한 급전 장치 및 이를 구비한 플라즈마 챔버의 구성을 보여주는 단면도이고, 도 4는 가스 공급부에 구비된 다수 개의 단위 분할 전극을 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 플라즈마 챔버(200)는 내부에 플라즈마 반응 공간을 갖는 반응기 몸체(240), 반응기 몸체(240)의 천장을 형성하는 다중 분할 전극 세트(210), 다중 분할 전극 세트(210)의 상부에 구비되어 반응기 몸체(220)의 내부로 가스를 공급하는 가스 공급부(230)로 구성된다.
반응기 몸체(240)는 내부에 피처리 기판(13)이 놓이는 기판 지지대(12)가 구비된다. 반응기 몸체(240)는 하부에 배기펌프(8)에 연결된다. 반응기 몸체(240)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(240)를 전체적 또는 부분적으로 석영, 세라믹과 같은 전기적 절연 물질로 제작하는 것도 가능하다. 이와 같이 반응기 몸체(240)는 의도된 플라즈마 프로세스가 수행되기에 적합한 어떠한 물질로도 제작될 수 있다. 반응기 몸체(240)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.
반응기 몸체(240)의 내부에는 피처리 기판(13)을 지지하기 위한 기판 지지대(12)가 구비된다. 기판 지지대(12)는 바이어스 전원 공급원(46)(서로 다른 무선 주파수 전원을 공급하는 두 개의 바이어스 전원 공급원(46, 46b)이 연결될 수 있다)에 연결되어 바이어스된다. 바이어스 전원 공급원(46)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 챔버(200)의 내부에 플라즈마 발생을 용이하게 하고, 플라즈마 이온 에너지 조절을 더욱 개선시켜 공정 생산력을 향상 시킬 수 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 전극 어셈블리와 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(240)의 하부에 가스의 균일한 배기를 위하여 배기펌프(8)이 구성된다.
가스 공급부(230)는 반응기 몸체(240)의 상부에 설치되어 반응기 몸체(240)의 천장을 형성한다. 가스 공급부(230)는 가스 입구(231)와 다수 개의 가스 분사홀(232)이 구비된다. 가스 공급원(미도시)으로부터 제공되는 공정 가스는 가스 분사홀(232)를 통해 반응기 몸체(240) 내부로 공급된다.
다중 분할 전극 세트(210)는 다수 개의 단위 분할 전극(212)으로 구성된다. 단위 분할 전극(212)은 선형 구조를 갖고 병렬로 가스 공급부(230)의 하부에 배열된다. 다수 개의 단위 분할 전극(212)은 반응기 몸체(240)의 내부에 용량 결합된 플라즈마 방전을 유도한다. 단위 분할 전극(212)은 전극 장착판(250)에 장착된다. 전극 장착판(250)은 반응기 몸체(240)의 천정을 덮도록 설치될 수 있다. 다수 개의 단위 분할 전극(212)은 전극 장착판(250)의 하부에 돌출된 선형의 장벽구조를 갖도록 병렬로 배열되어 구성된다. 이때 다수 개의 단위 분할 전극(212)의 사이에서 가스가 공급되도록 단위 분할 전극(212) 사이에 가스 공급부(230)의 가스 분사홀(232)이 위치된다. 여기서, 전극 장착판(250)은 다수 개의 가스 분사홀(232)에 대응되는 위치에 가스가 통과할 수 있는 다수 개의 홀을 갖는다.
전극 장착판(250)은 금속이나 비금속 또는 이들의 혼합된 물질로도 구성이 가능하다. 물론, 전극 장착판(34)이 금속 물질로 구성되는 경우에는 다수 개의 단위 분할 전극(212)과의 사이에 전기적 절연 구조를 갖는다. 전극 장착판(250)은 반응기 몸체(240)의 천정을 구성하도록 설치되지만 플라즈마 처리 효율을 높이기 위하여 반응기 몸체(240)의 측벽을 따라서 설치될 수도 있다. 또는 천정과 측벽에 모두 설치될 수도 있다. 구체적인 도시는 생략되었으나, 전극 장착판(250)은 적절한 온도 제어를 위한 냉각 채널 또는 히팅 채널을 구비할 수 있다.
전원 공급원(100)으로부터 공급되는 고주파 전력은 임피던스 정합기(110)를 통하여 다중 분할 전극 세트(210)의 다수 개의 단위 분할 전극(212)으로 제공된다. 이때 전원 공급원(100)은 복수 개로 구성될 수 있다. 예를 들어 제1, 2 전원 공급원(100a, 100b)이 구성되는 경우 제1, 2 전원 공급원(100a, 100b)에서 서로 다른 두 주파수(fm1, fm2)를 공급할 수 있다. 여기서, 전류 균형 분배 회로(120)는 전원 공급원(100)에서 제공되는 전류를 상호 균형을 이루면서 다수 개의 단위 분할 전극(212)으로 분배될 수 있도록 한다. 그러므로 플라즈마 챔버(200)의 내부에 보다 균일한 플라즈마 방전이 이루어지도록 한다.
도 5는 단위 분할 전극에 하나 이상의 분기 급전 라인을 구성한 예를 보여주는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 다중 분할 전극 세트(210)를 구성하는 다수 개의 단위 분할 전극(212)은 다수 개의 급전점(212a)과 하나 이상의 분기 급전 라인(312, 314)을 포함할 수 있다. 이 경우 하나의 단위 분할 전극(212)으로 입력되도록 분배된 고주파 전력은 하나 이상의 분기 급전 라인(312, 314)에 의해 분기되어 다수 개의 급전점(212a)으로 입력된다. 그럼으로 하나의 단위 분할 전극(212) 내에서 발생될 수 있는 위상 오차에 의한 에너지 밀도의 불균형을 최소화하여 보다 균일한 플라즈마 방전을 유도할 수 있다.
도 6 및 도 7은 다양한 방전 효과를 위한 단위 분할 전극 및 접지 전극을 구성한 예를 보여주는 도면이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 다중 분할 전극 세트(210)는 단위 분할 전극(212) 사이에 접지 전극(214)을 교대적으로 배열하여 구성될 수 있다. 즉, 동일한 구조의 다수 개의 단위 분할 전극(212)과 다수 개의 접지 전극(214)이 교대적으로 배열됨으로서 전극들 사이에서 플라즈마 방전이 이루어진다. 이때 단위 분할 전극(212)은 중심부 또는 양단으로 고주파 전류가 인가되는 급전점(212-1, 212-2)를 갖고, 접지 전극(214)은 중심 또는 양단이 접지로 연결되는 접지점(214-1, 214-2)를 갖는다. 예를 들어, 단위 분할 전극(212)은 중심부에 급전점(212-1)을 갖고, 접지 전극(214)은 양단에 접지점(214-1)을 갖는다. 급전점(212-1)으로 전력이 인가된 단위 분할 전극(212)은 양단이 접지된 접지 전극(214) 사이에서 중심부에서 외측으로 방전이 이루어진다. 그러므로 단위 분할 전극(212)과 접지 전극(214) 사이에는 균일한 플라즈마 방전이 유도된다. 또한 단위 분할 전극(212)은 양단에 급전점(212-2)이 구비되고, 접지 전극(214)은 중심부에 접지점(214-2)이 구비되어 플라즈마 방전을 유도할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따라 임피던스 전환 회로가 구비된 플라즈마 챔버의 개략적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 고주파 전력은 전원 공급원(100)으로부터 임피던스 정합기(110)를 통하여 다중 분할 전극 세트(210)로 공급된다. 여기서, 전원 공급원(100)으로부터 공급되는 고주파 전력은 전류가 상호 균형을 이루도록 분배하는 제1, 2 전류 균형 분배 회로(122, 124)를 통해 다중 분할 전극 세트(210)의 단위 분할 전극(212)으로 제공된다. 그러므로 플라즈마 챔버(200)의 내부에 보다 균일한 플라즈마 방전이 이루어지도록 한다. 다중 분할 전극 세트(210)는 단위 분할 전극(212) 사이에 접지 전극(214)을 교대적으로 배열하여 구성된다.
제1, 2 전류 균형 분배 회로(122, 124)는 다수 개의 변압기를 사용하여 반복된 분기 구조로 구성할 수 있다. 예를 들어, 차동 변압기를 사용하여 구성될 수 있다. 제1, 2 전류 균형 분배 회로(122, 124)의 첫 번째 분기 구조를 구성하는 차동 변압기(122a, 124a)의 출력단에 각각 차동 변압기(122b, 124b)를 하나씩 연결함으로써 최종 분기 구조를 구성한다. 이러한 방식으로 반복된 분기 구조를 형성할 수 있다. 최종 분기 구조를 구성하는 차동 변압기(122b, 124b)의 출력단에서 출력되는 전류는 동일하게 균형을 이룬다. 본 발명에서는 제1 전류 균형 분배 회로(120)에서 최종 분기 구조를 구성하는 차동 변압기(122b)의 출력단에 각각 차동 변압기가 반복된 분기구조로 형성된 제2 전류 균형 분배 회로(124)가 연결된다.
여기서, 제1, 2 전류 균형 분배 회로(122, 124)로 입력되는 전류는 제1, 2 전류 균형 분배 회로(122, 124)에 의해 분배되면서 임피던스 값이 점차 낮아지게 된다. 그러므로 본 발명에서는 전류 균형 분배 회로(120)를 통해 분배된 전류의 낮아진 임피던스 값을 보상하여 임피던스 값을 균형을 이루기 위한 임피던스 전환 회로(130)를 갖는다. 본 발명에서는 제1, 2 전류 균형 분배 회로(122, 124)로 전류가 입력되는 입력단에 제1, 2 임피던스 전환 회로(130a, 130b)를 구비하여 낮아진 임피던스 값이 보상됨으로써 임피던스 값의 균형이 이루어진다. 즉, 제1 전류 균형 분배 회로(122)를 통해 분배된 전류의 임피던스 값은 제1 임피던스 전환 회로(130a)에 의해 보상되고, 제2 전류 균형 분배 회로(124)를 통해 분배된 전류의 임피던스 값은 제2 임피던스 전환기(130b)에 의해 보상된다, 제1, 2 전류 균형 분배 회로(122, 124)의 전류 입력단과 출력단에서의 임피던스 값이 균형을 이룬다. 임피던스 값이 균형적으로 단위 분할 전극(212)으로 제공되므로 균일한 플라즈마 방전을 유도할 수 있다.
임피던스 전환회로(130)는 차동 변압기를 사용하여 구성된다. 차동 변압기는 하나의 입력 전류를 하나의 출력 전류로 출력한다. 제1 임피던스 전환회로(130a)의 일단은 임피던스 정압기(110)의 출력단에 연결되고, 타단은 제1 전류 균형 분배 회로(122)에 구성되는 첫 번째 분기 구조를 구성하는 차동 변압기(122a)의 입력단에 연결된다. 또한 제2 임피던스 전환회로(130b)의 일단은 제1 전류 균형 분배 회로(120)에 구성되는 두 번째 분기 구조를 구성하는 차동 변압기(122b)의 출력단에 연결되고, 타단은 제2 전류 균형 분배 회로(124)에 구성되는 첫 번째 분기 구조를 구성하는 차동 변압기(124a)의 입력단에 연결된다. 제2 전류 균형 분배 회로(124)에 구성되는 두 번째 분기 구조를 구성하는 차동 변압기(124b)의 출력단은 고주파 방사 차폐 분배기(150)에 구성된 동축 케이블(152)로 단위 분할 전극(212)과 연결된다. 고주파 방사 차폐 분배기(150)는 고주파 전력이 전원 공급원(100)으로부터 다중 분할 전극 세트(210)로 급전되는 과정에서 공중으로 방사되는 것을 차폐한다. 그럼으로 다중 분할 전극 세트(210)로 고주파 전력이 급전되는 과정에서 방사 손실이 발생되는 것을 최소화한다. 동축 케이블(150)은 전원 공급원(100)으로부터 제공되는 고주파 전력이 공중으로 방사되지 않도록 차폐하여 급전 과정에서 전력 손실을 방지한다. 동축 케이블(150)의 길이는 고주파 전력의 주파수와 상관되며, 바람직하게는 1/4 람다를 갖는다.
도 9는 임피던스 전환 회로가 다중 분할 전극 세트의 전반부에 구비된 구성을 보여주는 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 플라즈마 챔버(200)는 상술한 제2 실시예의 플라즈마 챔버(200)와 동일한 구성을 갖는다. 다만, 제2 전류 균형 분배 회로(124)의 출력단에 제2 임피던스 전환회로(160)를 구비한다. 즉, 제2 임피던스 전환회로(160)는 일단은 제2 전류 균형 분배 회로(124)와 연결되고, 타단은 단위 분할 전극(212)과 연결되어 제2 전류 균형 분배 회로(124)를 지난 고주파 전류의 임피던스 값을 보상하여 단위 분할 전극(212)으로 제공한다.
또한 제1 전류 균형 분배회로(122)와 제2 전류 균형 분배 회로(124)는 동축 케이블(150)로 연결된다. 즉, 제1 전류 균형 분배 회로(122)의 두 번째 분기 구조를 구성하는 차동 변압기(122b)의 출력단은 각각 동축 케이블(150)을 사용하여 제2 전류 균형 분배 회로(124)의 첫 번째 분기 구조를 구성하는 차동 변압기(124a)의 입력단과 연결된다. 여기서, 제2 전류 균형 분배 회로(124)의 첫 번째 분기 구조를 구성하는 차동 변압기(124a)와 같이, 전류의 용량에 따라 변압기의 갯수를 조절하여 구성할 수도 있다. 본 발명의 실시예에서는 제2 임피던스 전환회로(160)로 인덕터(162)를 사용한다. 인덕터(162)는 일단은 제2 전류 균형 분배 회로(124)의 마지막 분기 구조를 구성하는 차동 변압기(124b)의 출력단과 연결되고, 타단은 접지로 연결된다. 인덕터(162)의 일단과 타단 사이의 임의의 지점에서 탭을 단위 분할 전극(212)에 연결함으로써 전압 레벨을 조절할 수 있다.
도 10 내지 도 14는 도 9에 도시된 임피던스 전환 회로의 다양한 구성을 보여주는 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제2 임피던스 전환회로(160a)는 인덕터(164)의 멀티 탭을 스위치 회로(166)를 통해 선택적으로 단위 분할 전극(212)과 연결될 수 있다. 인덕터(164)는 일단은 제2 전류 균형 분배 회로(124)의 마지막 분기 구조를 구성하는 차동 변압기(124b)의 출력단과 연결되고, 타단은 접지로 연결된다. 인덕터(164)의 일단과 타단 사이에 구성된 멀티 탭은 선택적으로 스위치 회로(166)를 통해 단위 분할 전극(212)과 연결된다.
도 11에 도시된 바와 같이, 제2 임피던스 전환회로(160b)는 다수 개의 캐패시터(172)로 구성될 수 있다. 다수 개의 캐패시터(172)는 일단은 제2 전류 균형 분배 회로(124)의 마지막 분기 구조를 구성하는 차동 변압기(124b)의 출력단과 연결되고, 타단은 접지로 연결된다. 다수 개의 캐패시터(172) 사이에 단위 분할 전극(212)이 연결된다.
도 12에 도시된 바와 같이, 제2 임피던스 전환기(160c)는 다수 개의 캐패시터(174)로 구성되고, 다수 개의 캐패시터(174) 사이에 구성된 멀티 탭은 스위치 회로(166)를 통해 선택적으로 단위 분할 전극(212)과 연결될 수 있다. 캐패시터(174)는 일단은 제2 전류 균형 분배 회로(124)의 마지막 분기 구조를 구성하는 차동 변압기(124b)의 출력단과 연결되고, 타단은 접지로 연결된다. 다수 개의 캐패시터 사이에서 구성된 다수 개의 탭은 선택적으로 스위치 회로(166)를 통해 단위 분할 전극(212)과 연결된다. 또한 도 13을 참조하여, 제2 임피던스 전환기(160d)는 도 11 또는 도 12와 동일한 구성으로 캐패시터(174)를 대신하여 가변 캐패시터(176)를 사용할 수 있다.
도 14는 단위 분할 전극에 위상 전환기를 구성한 예를 보여주는 도면이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 단위 분할 전극(212)은 위상 전환기(190)를 통해 위상이 반전된 고주파 전력을 제공받는다. 위상 전환기(190)는 전원 공급원(100)으로부터 제공받은 주파수의 위상을 반전시켜 단위 분할 전극(212)에 제공함으로써 효율적으로 플라즈마 방전이 발생되도록 한다.
도 15는 단위 분할 전극 세트에 캐패시터를 직렬로 구성한 도면이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 단위 분할 전극(212)은 직렬로 연결된 캐패시터(177)를 통해 고주파 전력을 제공받는다. 단위 분할 전극(212)과 직렬로 연결된 캐패시터(177)는 단위 분할 전극(212)으로 제공되는 전류를 보호하는 기능을 수행한다.
이상에서 설명된 본 발명의 다중 분할 전극 세트를 위한 급전장치를 구비한 플라즈마 챔버의 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.
12: 기판 지지대 13: 피처리 기판
46, 46b: 바이어스 전원 공급원 48: 임피던스 정합기
100, 100a, 100b: 전원 공급원 110: 임피던스 정합기
120: 전류 균형 분배 회로 130: 임피던스 전환 회로
122, 124: 제1, 2 전류 균형 분배 회로
122a, 122b, 124a, 124b: 차동 변압기
130a, 130b: 제1, 2 임피던스 전환기
150: 고주파 방사 차폐 분배기 150: 동축 케이블
160, 160a, 160b, 160c, 160d: 제2 임피던스 전환기
162, 164: 인덕터 166: 스위치 회로
172, 174, 177: 캐패시터 176: 가변 캐패시터
190: 위상 전환기 200: 플라즈마 챔버
210: 다중 분할 전극 세트 212: 단위 분할 전극
212a, 212-1, 212-2: 급전점 214: 접지 전극
214-1, 214-2: 접지점 230: 가스 공급부
231: 가스 입구 232: 가스 분사홀
250: 전극 장착판 312, 314: 분기 급전 라인

Claims (13)

  1. 선형 구조를 갖는 다수 개의 단위 분할 전극을 포함하는 다중 분할 전극 세트; 및
    상기 다수 개의 단위 분할 전극으로 상호 균형을 조절하여 전류를 분배하는 전류 균형 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 분할 전극 세트를 위한 급전장치를 구비한 플라즈마 챔버.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 챔버는 상기 전류의 임피던스 값을 조절하기 위한 임피던스 전환 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 분할 전극 세트를 위한 급전장치를 구비한 플라즈마 챔버.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전류 균형 분배 회로는 전류 균형을 이루는 다수 개의 변압기로 구성되어 반복된 분기 구조를 이루고, 상기 다수 개의 변압기는 양단 출력이 전류 균형을 이루는 다수 개의 차동 변압기로 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 분할 전극 세트를 위한 급전장치를 구비한 플라즈마 챔버.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단위 분할 전극 사이로 가스가 주입되어 상기 플라즈마 챔버의 내부로 공급되는 것을 특징으로 하는 다중 분할 전극 세트를 위한 급전장치를 구비한 플라즈마 챔버.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 임피던스 전환 회로는 적어도 하나의 차동 변압기로 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 분할 전극 세트를 위한 급전장치를 구비한 플라즈마 챔버.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 임피던스 전환 회로는 상기 전류 균형 회로의 전류가 입력되는 입력단 또는 출력단 중 어느 하나에 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 분할 전극 세트를 위한 급전장치를 구비한 플라즈마 챔버.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 임피던스 전환 회로는 적어도 하나의 인덕터로 구성된 것을 특징으로 하는 다중 분할 전극 세트를 위한 급전장치를 구비한 플라즈마 챔버.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 인덕터는 일단이 상기 전류 균형 회로의 출력단에 연결되고, 타단은 접지로 연결되어 상기 인덕터의 일단과 타단 사이에서 전력이 출력되는 것을 특징으로 하는 다중 분할 전극 세트를 위한 급전장치를 구비한 플라즈마 챔버.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 임피던스 전환 회로는 적어도 하나의 캐패시터로 구성된 것을 특징으로 하는 다중 분할 전극 세트를 위한 급전장치를 구비한 플라즈마 챔버.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 챔버는 전원 공급원에서 발생된 고주파의 방사를 차폐하기 위한 다수 개의 동축 케이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 분할 전극 세트를 위한 급전장치를 구비한 플라즈마 챔버.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 다수 개의 단위 분할 전극에 직렬로 연결되는 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 분할 전극 세트를 위한 급전장치를 구비한 플라즈마 챔버.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 다중 분할 전극 세트는 다수 개의 단위 분할 전극 사이에 배열되는 다수 개의 접지 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 분할 전극 세트를 위한 급전장치를 구비한 플라즈마 챔버.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 단위 분할 전극은 다수 개의 급전점을 갖고, 상기 단위 분할 전극으로 입력되도록 분배된 고주파 전력을 상기 다수 개의 급전점으로 분기하여 입력하는 하나 이상의 분기 급전 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 분할 전극 세트를 위한 급전장치를 구비한 플라즈마 챔버.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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