KR20120106351A - Plasma processing device and method thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A plasma processing apparatus and method are provided to efficiently generate plasma using a plasma source discharged several times. CONSTITUTION: A first plasma chamber(110) has a first plasma discharge space. The first plasma source supplies first activation energy to a plasma discharge space within the first plasma chamber. A second plasma chamber(120) is connected to a first plasma chamber in order to have a second plasma discharge space. The second plasma source supplies second activation energy to the plasma discharge space within the second plasma chamber. A third plasma source supplies third activation energy to the plasma discharge space within the second plasma chamber. [Reference numerals] (200) Gas supply source

Description

플라즈마 처리 장치 및 방법{PLASMA PROCESSING DEVICE AND METHOD THEREOF}Plasma processing apparatus and method {PLASMA PROCESSING DEVICE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 플라즈마 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이중으로 활성화된 플라즈마 가스를 이용하여 피처리 기판의 균일하게 처리하기 위한 플라즈마 처리 장치 및 방법에 관한 것이다. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a plasma processing apparatus and method, and more particularly, to a plasma processing apparatus and method for uniformly treating a target substrate using a dually activated plasma gas.

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 예를 들어, 식각(etching), 증착(deposition), 세정(cleaning), 에싱(ashing) 등에 다양하게 사용된다.Plasma is a highly ionized gas containing the same number of positive ions and electrons. Plasma discharges are used for gas excitation to generate active gases containing ions, free radicals, atoms, molecules. Active gases are widely used in various fields and are used in various semiconductor manufacturing processes for manufacturing devices such as integrated circuit devices, liquid crystal displays, solar cells, etc., for example, etching, deposition, cleaning and ashing. It is used in various ways such as ashing.

플라즈마를 발생하기 위한 플라즈마 소스는 여러 가지가 있는데 무선 주파수(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. 또한 대형의 피처리 기판을 한번에 고온으로 히팅하는 경우 기판 표면이 뭉치거나 오그라들어 손상이 발생할 수 있고, 불균일한 플라즈마 밀도로 인해 피처리 기판 전면이 균일하게 처리되기 어렵다. There are a number of plasma sources for generating plasma, and the representative examples are capacitive coupled plasma and inductive coupled plasma using radio frequency. Capacitively coupled plasma sources have the advantage of high process productivity compared to other plasma sources due to their high capacity for precise capacitive coupling and ion control. However, when the capacitively coupled electrode is enlarged in order to process an enlarged substrate, the electrode may be deformed or damaged by deterioration of the electrode. In this case, the electric field strength may be uneven, which may result in uneven plasma density and contaminate the inside of the reactor. In the case of an inductively coupled plasma source, it is also difficult to obtain a uniform plasma density when the area of the induction coil antenna is increased. In addition, when heating a large substrate to be treated at a high temperature at a time, the surface of the substrate may be agglomerated or deformed, and damage may occur.

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 문제점 및 처리에 많은 비용이 소요될 뿐만아니라 처리 시간도 증가된다.In recent years, the semiconductor manufacturing industry has been further improved due to various factors such as ultra miniaturization of semiconductor devices, the enlargement of silicon wafer substrates or substrates to be processed such as glass or plastic substrates for manufacturing semiconductor circuits, and the development of new materials to be processed. Plasma treatment technology is required. In particular, there is a need for improved plasma sources and plasma processing techniques that have good processing capabilities for large area substrates. Furthermore, various semiconductor manufacturing apparatuses using lasers have been provided. Semiconductor manufacturing processes using lasers have been widely applied to various processes such as deposition, etching, annealing, cleaning, and the like on a substrate to be processed. In the case of a semiconductor manufacturing process using such a laser, not only the above-mentioned problems and processing are expensive but also the processing time is increased.

본 발명의 목적은 다수 번 방전된 플라즈마 소스를 이용하여 효율적으로 플라즈마를 발생시켜 피처리 기판의 처리 효율을 증대시키기 위한 플라즈마 처리 장치 및 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus and method for increasing the processing efficiency of a substrate by generating plasma efficiently using a plasma source discharged many times.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 플라즈마 처리 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 제1 플라즈마 방전 공간을 갖는 제1 플라즈마 챔버; 상기 제1 플라즈마 챔버 내의 플라즈마 방전 공간으로 제1차 활성화 에너지를 공급하는 제1 플라즈마 소스; 상기 제1 플라즈마 챔버와 연결되고 제2 플라즈마 방전 공간을 갖는 제2 플라즈마 챔버; 상기 제2 플라즈마 챔버 내의 플라즈마 방전 공간으로 제2차 활성화 에너지를 공급하는 제2 플라즈마 소스; 및 상기 제2 플라즈마 챔버 내의 플라즈마 방전 공간으로 제3차 활성화 에너지를 공급하는 제3 플라즈마 소스를 포함한다.One aspect of the present invention for achieving the above technical problem relates to a plasma processing apparatus and method. The plasma processing apparatus of the present invention comprises: a first plasma chamber having a first plasma discharge space; A first plasma source for supplying first activation energy to a plasma discharge space in the first plasma chamber; A second plasma chamber connected to the first plasma chamber and having a second plasma discharge space; A second plasma source for supplying secondary activation energy to the plasma discharge space in the second plasma chamber; And a third plasma source for supplying third activation energy to the plasma discharge space in the second plasma chamber.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 플라즈마 소스는 상기 제2 플라즈마 챔버 내의 중심영역에 형성되고, 상기 제3 플라즈마 소스는 상기 제2 플라즈마 챔버 내의 주변영역에 형성된다. In one embodiment, the second plasma source is formed in a central region in the second plasma chamber, and the third plasma source is formed in a peripheral region in the second plasma chamber.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 플라즈마 소스는 용량 결합형 플라즈마 소스(Capacitively Coupled Plasma Source) 또는 유도 결합형 플라즈마 소스(Inductively Coupled Plasma Source) 중 어느 하나를 포함하고, 상기 제3 플라즈마 소스는 용량 결합형 플라즈마 소스(Capacitively Coupled Plasma Source) 또는 유도 결합형 플라즈마 소스(Inductively Coupled Plasma Source) 중 어느 하나를 포함한다.In one embodiment, the second plasma source comprises either a capacitively coupled plasma source or an inductively coupled plasma source, and the third plasma source is capacitively coupled. One of a capacitively coupled plasma source or an inductively coupled plasma source is included.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 플라즈마 챔버는 가스 입구와 가스 출구를 갖는 환형 방전관; 및 상기 환형 방전관에 결합되어 전원 공급원에 전기적으로 연결되는 코일이 권선된 환형 코어를 포함한다. In one embodiment, the first plasma chamber comprises an annular discharge tube having a gas inlet and a gas outlet; And an annular core wound around the annular discharge tube, the coil being electrically connected to a power supply source.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 플라즈마 챔버는 상기 내부에 방전 공간을 갖는 챔버 몸체; 및 상기 챔버 몸체의 내부에 구비되어 피처리 기판이 놓이는 기판 지지대를 포함한다.In one embodiment, the second plasma chamber comprises a chamber body having a discharge space therein; And a substrate support provided in the chamber body on which the substrate to be processed is placed.

일 실시예에 있어서, 상기 기판 지지대와 상기 방전공간 사이에 구비되는 가스 분배 배플을 포함한다.In one embodiment, a gas distribution baffle is provided between the substrate support and the discharge space.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 플라즈마 소스 또는 제3 플라즈마 소스가 용량 결합형 플라즈마 소스일 경우 전원 공급원 또는 접지로 연결된다. In one embodiment, when the second plasma source or the third plasma source is a capacitively coupled plasma source, it is connected to a power source or ground.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 플라즈마 소스 또는 제3 플라즈마 소스가 유도 결합형 플라즈마 소스일 경우 상기 제2 플라즈마 챔버 내부로 자속 출입구가 향하도록 설치되는 마크네틱 코어 커버를 포함한다.The magnetic core cover may include a magnetic core cover installed to face a magnetic flux entrance and exit in the second plasma chamber when the second plasma source or the third plasma source is an inductively coupled plasma source.

본 발명의 플라즈마 처리 방법은 제1 플라즈마 챔버로 유입된 가스를 제1 플라즈마 소스에 의해서 1차 활성화하는 단계; 활성화된 가스를 제2 플라즈마 챔버로 공급하는 단계; 상기 제2 플라즈마 챔버로 유입된 활성화 가스를 제2 및 제3 플라즈마 소스에 의해서 2차 활성화하는 단계; 및 상기 2차 활성화된 가스로 피처리 기판을 처리하는 단계를 포함한다.The plasma processing method of the present invention comprises the steps of: first activating a gas introduced into a first plasma chamber by a first plasma source; Supplying activated gas to a second plasma chamber; Secondly activating an activation gas introduced into the second plasma chamber by a second and a third plasma source; And treating the substrate to be treated with the secondary activated gas.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 플라즈마 챔버에 구비되어 2차 활성화된 가스를 피처리 기판으로 분배하는 단계를 포함한다.In an embodiment, the method may include distributing a second activated gas provided in the second plasma chamber to a substrate to be processed.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 플라즈마 소스는 상기 제2 플라즈마 챔버 내의 중심영역에 형성되고, 상기 제3 플라즈마 소스는 상기 제2 플라즈마 챔버 내의 주변영역에 형성된다.In one embodiment, the second plasma source is formed in a central region in the second plasma chamber, and the third plasma source is formed in a peripheral region in the second plasma chamber.

일 실시예에 있어서, 상기 제2 플라즈마 소스는 용량 결합형 플라즈마 소스(Capacitively Coupled Plasma Source) 또는 유도 결합형 플라즈마 소스(Inductively Coupled Plasma Source) 중 어느 하나를 포함하고, 상기 제3 플라즈마 소스는 용량 결합형 플라즈마 소스(Capacitively Coupled Plasma Source) 또는 유도 결합형 플라즈마 소스(Inductively Coupled Plasma Source) 중 어느 하나를 포함한다.In one embodiment, the second plasma source comprises either a capacitively coupled plasma source or an inductively coupled plasma source, and the third plasma source is capacitively coupled. One of a capacitively coupled plasma source or an inductively coupled plasma source is included.

본 발명의 플라즈마 처리 장치 및 방법에 의하면 중심 영역과 주변 영역으로 플라즈마가 방전되어 기판의 전영역에 걸쳐 균일하게 플라즈마 처리가 가능하다.또한 다중으로 플라즈마를 발생시키기 때문에 한 번에 방전되지 못한 방전 가스를 완전하게 방전시키며 유지할 수 있어 플라즈마 방전 효율을 더욱 높일 수 있다. According to the plasma processing apparatus and method of the present invention, the plasma is discharged to the center region and the peripheral region so that the plasma treatment can be performed uniformly over the entire region of the substrate. Can be completely discharged and maintained to further increase the plasma discharge efficiency.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 단면을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 제2, 3 플라즈마 소스의 제1 실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 제2, 3 플라즈마 소스의 제2 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 제2, 3 플라즈마 소스의 제3 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 제2, 3 플라즈마 소스의 제4 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 무선 주파수 안테나에 설치되는 다양한 형태의 마그네틱 코어 커버를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 이용한 처리 방법을 도시한 흐름도이다.1 is a cross-sectional view of a plasma processing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a first embodiment of the second and third plasma sources shown in FIG. 1.
3 shows a second embodiment of a second, third plasma source.
4 shows a third embodiment of a second, third plasma source.
5 shows a fourth embodiment of the second and third plasma sources.
FIG. 6 is a diagram illustrating various types of magnetic core covers installed in a radio frequency antenna.
7 is a flowchart illustrating a processing method using a plasma processing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.

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.
In order to fully understand the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention may be modified into various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described in detail below. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Therefore, the shapes and the like of the elements in the drawings can be exaggeratedly expressed to emphasize a clearer description. It should be noted that in the drawings, the same members are denoted by the same reference numerals. Detailed descriptions of well-known functions and constructions which may be unnecessarily obscured by the gist of the present invention are omitted.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 단면을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 제2, 3 플라즈마 소스의 제1 실시예를 도시한 도면이다. 1 is a view showing a cross section of a plasma processing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 2 is a view showing a first embodiment of the second, third plasma source shown in FIG.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 반응기(100)는 제1 플라즈마 소스에 의해 1차 활성화 가스를 생성하는 제1 플라즈마 챔버(110)와 제1 플라즈마 챔버(110)에서 활성화된 플라즈마 가스를 제2 및 제3 플라즈마 소스에 의해 2차 활성화 가스를 생성하는 제2 플라즈마 챔버(120)를 포함한다. As shown in FIG. 1, the plasma reactor 100 according to the present invention includes a plasma activated in a first plasma chamber 110 and a first plasma chamber 110 generating a primary activation gas by a first plasma source. And a second plasma chamber 120 for generating the secondary activation gas by means of the second and third plasma sources.

제1 플라즈마 챔버(110)는 가스 입구(112)와 가스 출구(114)를 갖는 환형 방전관(111)과 환형 방전관(111)에 공통으로 결합되는 환형 코어(116)를 포함한다. 환형 코어(116)에는 제1 전원 공급원(10)에 전기적으로 연결되는 코일(118)이 권선된다. 가스 공급원(200)으로부터 가스 입구(112)를 통해 환형 방전관(111) 내부로 제공된 가스는 환형 방전관(111) 내부에서 유도된 플라즈마에 의해 1차로 활성화되어 플라즈마 가스를 생성한다. The first plasma chamber 110 includes an annular discharge tube 111 having a gas inlet 112 and a gas outlet 114 and an annular core 116 commonly coupled to the annular discharge tube 111. The annular core 116 is wound with a coil 118 electrically connected to the first power source 10. The gas provided from the gas supply source 200 into the annular discharge tube 111 through the gas inlet 112 is primarily activated by the plasma induced inside the annular discharge tube 111 to generate the plasma gas.

제2 플라즈마 챔버(120)는 제1 플라즈마 챔버(110)와 연결되어 제1 플라즈마 챔버(110)로부터 플라즈마 가스를 제공받는다. 제1 플라즈마 챔버(110)인 환형 방전관(111)의 가스 출구(114)와 제2 플라즈마 챔버(120)인 챔버 몸체(124)의 개구부는 어댑터(130)로 연결된다. 어댑터(130)는 환형 방전관(111)과 챔버 몸체(122) 사이를 절연하기 위한 절연구간이 포함된다. 제2 플라즈마 챔버(120)는 상부에 1차로 활성화된 플라즈마 가스를 제공받기 위한 개구부가 구비된 챔버 몸체(122)와 챔버 몸체(122) 내부에 구비되어 피처리 기판(1)을 지지하기 위한 기판 지지대(124)를 포함한다. 챔버 몸체(122)의 내부는 방전 공간으로 제1 플라즈마 챔버(110)로부터 제공받은 플라즈마 가스는 제2 및 제3 플라즈마 소스에 의해 2차 활성화되어 플라즈마 가스로 생성된다. 챔버 몸체(122)의 하부에는 배기펌프(50)가 구비된다. The second plasma chamber 120 is connected to the first plasma chamber 110 to receive a plasma gas from the first plasma chamber 110. The gas outlet 114 of the annular discharge tube 111 that is the first plasma chamber 110 and the opening of the chamber body 124 that is the second plasma chamber 120 are connected to the adapter 130. The adapter 130 includes an insulation section for insulating the annular discharge tube 111 and the chamber body 122. The second plasma chamber 120 is provided inside the chamber body 122 and the chamber body 122 provided with an opening for receiving the first activated plasma gas thereon to support the substrate 1 to be processed. Support 124. The interior of the chamber body 122 is a discharge space, and the plasma gas provided from the first plasma chamber 110 is secondly activated by the second and third plasma sources to generate plasma gas. An exhaust pump 50 is provided below the chamber body 122.

여기서, 제2 플라즈마 소스는 제2 플라즈마 챔버(120) 내부의 중심 영역에 형성되고, 제3 플라즈마 소스는 제2 플라즈마 챔버(120) 내부의 중심 영역을 제외한 주변 영역(제2 플라즈마 소스의 주변)에 형성되어 플라즈마 가스를 활성화시킨다. 그러므로 제2 플라즈마 소스는 피처리 기판(1)의 중심 영역을 처리하고, 제3 플라즈마 소스는 피처리 기판(1)의 주변 영역을 처리한다. Here, the second plasma source is formed in the center region inside the second plasma chamber 120, and the third plasma source is a peripheral region except the center region inside the second plasma chamber 120 (periphery of the second plasma source). It is formed in to activate the plasma gas. Therefore, the second plasma source processes the central region of the substrate 1 and the third plasma source processes the peripheral region of the substrate 1.

본 발명에서의 제2 플라즈마 소스는 용량 결합형 플라즈마 소스(Capacitively Coupled Plasma Source) 또는 유도 결합형 플라즈마 소스(Inductively Coupled Plasma Source) 중 어느 하나이고, 제3 플라즈마 소스는 용량 결합형 플라즈마 소스(Capacitively Coupled Plasma Source) 또는 유도 결합형 플라즈마 소스(Inductively Coupled Plasma Source) 중 어느 하나이다. In the present invention, the second plasma source is either a capacitively coupled plasma source or an inductively coupled plasma source, and the third plasma source is a capacitively coupled plasma source. Plasma Source or Inductively Coupled Plasma Source.

피처리 기판(1)은 예를 들어, 반도체 장치, 디스플레이 장치, 태양전지 등과 같은 다양한 장치들의 제조를 위한 웨이퍼 기판, 유리 기판, 플라스틱 기판 등과 같은 기판들이다.The substrate 1 to be processed is, for example, substrates such as wafer substrates, glass substrates, plastic substrates and the like for the manufacture of various devices such as semiconductor devices, display devices, solar cells and the like.

먼저 도 2를 참조하여, 제2 플라즈마 소스는 용량 결합형 플라즈마 소스로 구성되고 제3 플라즈마 소스는 유도 결합형 플라즈마 소스로 구성되는 실시예를 설명한다. First, referring to FIG. 2, an embodiment in which the second plasma source is configured as a capacitively coupled plasma source and the third plasma source is configured as an inductively coupled plasma source will be described.

제2 플라즈마 소스는 챔버 몸체(122) 내부의 중심 영역에 형성된다. 즉, 챔버 몸체(122)의 중심 영역 상부 천장에는 용량 결합 전극(121)이 구비된다. 용량 결합 전극(121)은 임피던스 정합기(22)를 통해 제2 전원 공급원(20)으로부터 전력을 공급받아 챔버 몸체(122) 내부의 중심 영역에 용량 결합된 플라즈마를 생성한다. The second plasma source is formed in the central region inside the chamber body 122. That is, the capacitive coupling electrode 121 is provided on the ceiling of the center area of the chamber body 122. The capacitive coupling electrode 121 receives power from the second power supply 20 through the impedance matcher 22 to generate plasma capacitively coupled to the central region inside the chamber body 122.

제3 플라즈마 소스는 챔버 몸체(122) 내부의 주변 영역에 형성된다. 여기서, 챔버 몸체(122)의 주변 영역은 제2 플라즈마 소스가 형성되는 중심 영역을 제외한 나머지 영역으로 제2 플라즈마 소스의 둘레에 형성된다. 제3 플라즈마 소스는 챔버 몸체(122)의 상부에 무선 주파수 안테나(123)가 나선 구조로 권선되고, 무선 주파수 안테나(123)는 임피던스 정합기(42)를 통해 제3 전원 공급원(40)으로부터 전력을 공급받아 챔버 몸체(122) 내부의 주변 영역에 유도된 플라즈마를 생성한다. 이때, 챔버 몸체(122)의 주변영역 천정은 무선 주파수 안테나(123)로부터 발생된 에너지가 챔버 몸체(122) 내부로 전달되기 위하여 유전체 물질로 구성된 유전체 윈도우(126)로 형성된다. 무선 주파수 안테나(123)는 마그네틱 코어 커버(125)에 의해 덮여질 수 있다. 마그네틱 코어 커버(125)는 예를 들어, 페라이트 재질로 제작된 마그네틱 코어로써 자속 출입구가 챔버 몸체(122)의 내부를 향하도록 무선 주파수 안테나(123)를 따라 덮여진다. 그러므로 무선 주파수 안테나(123)에 의해 발생되는 유도 기전력은 챔버 몸체(122)의 내부에 고르게 전달될 수 있어서 플라즈마 발생 효율을 향상시킬 수 있다. The third plasma source is formed in the peripheral region inside the chamber body 122. Here, the peripheral region of the chamber body 122 is formed around the second plasma source as a region other than the central region where the second plasma source is formed. The third plasma source is wound in a spiral structure with a radio frequency antenna 123 on top of the chamber body 122, and the radio frequency antenna 123 is powered from the third power source 40 through the impedance matcher 42. Received to generate the plasma induced in the peripheral region inside the chamber body (122). At this time, the peripheral area ceiling of the chamber body 122 is formed of a dielectric window 126 made of a dielectric material so that energy generated from the radio frequency antenna 123 is transferred into the chamber body 122. The radio frequency antenna 123 may be covered by the magnetic core cover 125. The magnetic core cover 125 is, for example, a magnetic core made of a ferrite material and is covered along the radio frequency antenna 123 so that the magnetic flux entrance and exit points toward the inside of the chamber body 122. Therefore, the induced electromotive force generated by the radio frequency antenna 123 may be evenly transmitted to the inside of the chamber body 122, thereby improving the plasma generation efficiency.

다시 도 1에 도시된 바와 같이, 기판 지지대(124)는 바이어스 전원 공급원(32, 34)에 연결되어 바이어스된다. 예를 들어, 서로 다른 무선 주파수 전원을 공급하는 두 개의 바이어스 전원 공급원(32, 34)이 임피던스 정합기(35)를 통하여 기판 지지대(124)에 전기적으로 연결되어 바이어스된다. 기판 지지대(124)의 이중 바이어스 구조는 플라즈마 반응기(100)의 내부에 플라즈마 발생을 용이하게 하고, 플라즈마 이온 에너지 조절을 더욱 개선시켜 공정 생산력을 향상시킬 수 있다. 또는 단일 바이어스 구조로 변형 실시할 수도 있다. 또는 기판 지지대(124)는 바이어스 전원의 공급 없이 제로 퍼텐셜(zero potential)을 갖는 구조로 변형 실시될 수도 있다. 그리고 기판 지지대(124)는 정전척을 포함할 수 있다. 또는 기판 지지대(124)는 히터를 포함할 수 있다. As shown again in FIG. 1, substrate support 124 is coupled to and biased to bias power sources 32 and 34. For example, two bias power sources 32 and 34 that supply different radio frequency power sources are electrically connected and biased to the substrate support 124 through an impedance matcher 35. The dual bias structure of the substrate support 124 may facilitate plasma generation inside the plasma reactor 100, and further improve plasma ion energy control to improve process productivity. Alternatively, it may be modified to a single bias structure. Alternatively, the substrate support 124 may be modified to have a zero potential without supplying bias power. The substrate support 124 may include an electrostatic chuck. Alternatively, the substrate support 124 may include a heater.

또한 제2 플라즈마 소스와 제3 플라즈마 소스는 동일한 전원 공급원으로부터 전력을 공급받을 수도 있고, 각각 독립적으로 전원 공급원에 연결되어 전력을 공급받을 수도 있다. 또한 제2 전원 공급원(20)과 제3 전원 공급원(40)은 서로 다른 주파수 전원을 공급할 수 있다.In addition, the second plasma source and the third plasma source may be supplied with power from the same power supply, or may be connected to a power supply independently of each other. In addition, the second power source 20 and the third power source 40 may supply different frequency power.

챔버 몸체(122)의 내부에는 2차로 활성화된 플라즈마 가스를 피처리 기판(1)에 균일하게 분배시키기 위한 가스 분배 배플(127)이 구비된다. 기판 지지대(124)와 방전 공간에 사이에 구비되어 가스 분배 배플(127)에 형성된 다수 개의 홀(127a)을 통해 2차 활성화된 플라즈마 가스가 피처리 기판(1)으로 균일하게 분배된다. 가스 분배 배플(127)은 세라믹 절연체 또는 메탈로 이루어진다.
Inside the chamber body 122, a gas distribution baffle 127 is provided to uniformly distribute the secondary activated plasma gas to the substrate 1. The secondary activated plasma gas is uniformly distributed to the substrate 1 through the plurality of holes 127a provided between the substrate support 124 and the discharge space and formed in the gas distribution baffle 127. The gas distribution baffle 127 is made of ceramic insulator or metal.

도 3은 제2, 3 플라즈마 소스의 제2 실시예를 도시한 도면이다. 3 shows a second embodiment of a second, third plasma source.

도 3에 도시된 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(100a)는 제2 플라즈마 소스를 구성하는 용량 결합 전극(321)이 접지로 연결될 수 있다. 접지로 연결된 용량 결합 전극(321)과 기판 지지대(124) 사이에서 용량 결합된 플라즈마가 생성된다. 그러므로 제2 플라즈마 소스와 제3 플라즈마 소스를 통해 2차 활성화 가스를 생성한다.
As illustrated in FIG. 3, in the plasma processing apparatus 100a, the capacitive coupling electrode 321 constituting the second plasma source may be connected to ground. A capacitively coupled plasma is generated between the capacitively coupled electrode 321 and the substrate support 124 connected to ground. Therefore, the secondary activation gas is generated through the second plasma source and the third plasma source.

도 4는 제2, 3 플라즈마 소스의 제3 실시예를 도시한 도면이고, 도 5는 제2, 3 플라즈마 소스의 제4 실시예를 도시한 도면이다. 4 shows a third embodiment of the second and third plasma sources, and FIG. 5 shows a fourth embodiment of the second and third plasma sources.

도 4에 도시된 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(100b)의 제2 및 제3 플라즈마 소스는 유도 결합형 플라즈마 소스로 구성될 수 있다. 즉, 제2 및 제3 플라즈마 소스는 제1 및 제2 무선 주파수 안테나(421, 423)를 통해 유도된 플라즈마를 생성한다. 이때, 챔버 몸체(122)의 천정은 유전체 윈도우(426)로 형성된다. As shown in FIG. 4, the second and third plasma sources of the plasma processing apparatus 100b may be configured as an inductively coupled plasma source. That is, the second and third plasma sources generate plasma induced through the first and second radio frequency antennas 421 and 423. At this time, the ceiling of the chamber body 122 is formed of a dielectric window 426.

마그네틱 코어 커버(425)는 제3 플라즈마 소스를 생성하기 위한 제2 무선 주파수 안테나(423)에 설치될 수 있다. 또한 제1 및 제2 무선 주파수 안테나(421, 423)은 동일한 임피던스 정합기를 통해 동일한 전원 공급원으로부터 전력을 공급받을 수도 있고, 각각 독립적으로 임피던스 정합기(22b, 42b)를 통해 제2, 3 전원 공급원(22b, 42b)에 연결되어 전력을 공급받을 수도 있다. The magnetic core cover 425 may be installed on the second radio frequency antenna 423 for generating the third plasma source. In addition, the first and second radio frequency antennas 421 and 423 may be supplied with power from the same power source through the same impedance matcher, and each of the second and third power sources through the impedance matcher 22b and 42b independently. It may be connected to (22b, 42b) to receive power.

도 5에 도시된 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(100c)의 제2 및 제3 플라즈마 소스는 유도 결합형 플라즈마 소스로 구성될 수 있다. 즉, 제2 및 제3 플라즈마 소스는 제1 및 제2 무선 주파수 안테나(521, 523)를 통해 유도된 플라즈마를 생성한다. 이때, 챔버 몸체(122)의 천정은 유전체 윈도우(526)로 형성된다. As shown in FIG. 5, the second and third plasma sources of the plasma processing apparatus 100c may be configured as an inductively coupled plasma source. That is, the second and third plasma sources generate plasma induced through the first and second radio frequency antennas 521, 523. At this time, the ceiling of the chamber body 122 is formed of a dielectric window 526.

마그네틱 코어 커버(525)는 제2 및 3 플라즈마 소스를 생성하기 위한 제1, 2 무선 주파수 안테나(521, 523)에 설치될 수 있다. 또한 제1 및 제2 무선 주파수 안테나(521, 523)은 동일한 임피던스 정합기를 통해 동일한 전원 공급원으로부터 전력을 공급받을 수도 있고, 각각 독립적으로 임피던스 정합기(22c, 42bc)를 통해 제2, 3 전원 공급원(22c, 42c)에 연결되어 전력을 공급받을 수도 있다.
The magnetic core cover 525 may be installed on the first and second radio frequency antennas 521 and 523 for generating the second and third plasma sources. In addition, the first and second radio frequency antennas 521 and 523 may be supplied with power from the same power source through the same impedance matcher, and each of the second and third power sources independently through the impedance matcher 22c and 42bc. It may be connected to 22c and 42c to receive power.

도 6은 무선 주파수 안테나에 설치되는 다양한 형태의 마그네틱 코어 커버를 도시한 도면이다. FIG. 6 is a diagram illustrating various types of magnetic core covers installed in a radio frequency antenna.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 주파수 안테나(123)는 마그네틱 코어 커버(125)가 한 개의 무선 주파수 안테나(123)를 감싸는 형태로 구비되고 있으나, 도 6에 도시된 바와 같이 복수열의 무선 주파수 안테나(123)를 한 개의 마그네틱 코어 커버(125a, 125b)가 동시에 감싸도록 구비될 수도 있다 각각의 경우에 무선 주파수 안테나(123)에 의해 발생된 자기장과, 자기장에 의해 유도되는 전기장의 형상이 상이하므로 발생되는 플라즈마의 세기와 집속도를 조절할 수 있다.
In the radio frequency antenna 123 according to the preferred embodiment of the present invention, the magnetic core cover 125 is provided in such a manner as to surround one radio frequency antenna 123, but as shown in FIG. One magnetic core cover 125a and 125b may be provided to enclose 123 at the same time. In each case, the shape of the magnetic field generated by the radio frequency antenna 123 and the electric field induced by the magnetic field are different. The intensity and focusing speed of the generated plasma can be controlled.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 이용한 처리 방법을 도시한 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a processing method using a plasma processing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.

도 7에 도시된 바와 같이, 가스 공급원(200)으로부터 제1 플라즈마 챔버(110)인 환형 방전관(111)으로 가스가 공급된다. 환형 방전관(111) 내부에서 발생된 제1 플라즈마 소스에 의해 가스 공급원(200)으로부터 제공받은 가스는 1차로 활성화되어 플라즈마 가스를 생성한다(S100).As shown in FIG. 7, gas is supplied from the gas supply source 200 to the annular discharge tube 111 that is the first plasma chamber 110. The gas provided from the gas supply source 200 by the first plasma source generated inside the annular discharge tube 111 is primarily activated to generate the plasma gas (S100).

제1 플라즈마 챔버(110)에서 1차로 활성화된 플라즈마 가스는 제2 플라즈마 챔버(120)로 공급된다(S200).The first activated plasma gas in the first plasma chamber 110 is supplied to the second plasma chamber 120 (S200).

제2 플라즈마 챔버(120)로 제공된 1차 활성화 플라즈마 가스는 제2 및 제3 플라즈마 소스에 의해 2차로 활성화되어 플라즈마 가스를 생성한다. 제2 플라즈마 소스는 피처리 기판(1)의 중심 영역을 처리하고, 제3 플라즈마 소스는 피처리 기판(1)의 주변 영역을 처리한다. 제2 플라즈마 소스는 용량 결합형 플라즈마 소스(Capacitively Coupled Plasma Source) 또는 유도 결합형 플라즈마 소스(Inductively Coupled Plasma Source) 중 어느 하나이고, 제3 플라즈마 소스는 용량 결합형 플라즈마 소스(Capacitively Coupled Plasma Source) 또는 유도 결합형 플라즈마 소스(Inductively Coupled Plasma Source) 중 어느 하나이다. 1차 및 2차로 활성화된 플라즈마 가스는 챔버 몸체(122) 내부에 머무르게 된다(S300). The primary activated plasma gas provided to the second plasma chamber 120 is secondary activated by the second and third plasma sources to generate the plasma gas. The second plasma source processes the central region of the substrate 1 and the third plasma source processes the peripheral region of the substrate 1. The second plasma source is either a capacitively coupled plasma source or an inductively coupled plasma source, and the third plasma source is a capacitively coupled plasma source or Any one of an inductively coupled plasma source. The first and second activated plasma gas stays inside the chamber body 122 (S300).

제2 플라즈마 챔버(120)에서 2차로 활성화된 플라즈마 가스는 내부에 구비된 가스 분배 배플(127)을 통해 기판 지지대(124)에 놓인 피처리 기판(1)에 균일하게 분사된다. 그러므로 균일하게 분사된 플라즈마 가스에 의해 피처리 기판(1)이 가공된다(S400).
The plasma gas secondary activated in the second plasma chamber 120 is uniformly sprayed onto the processing target substrate 1 placed on the substrate support 124 through the gas distribution baffle 127 provided therein. Therefore, the substrate 1 to be processed is processed by the plasma gas uniformly injected (S400).

이상에서 설명된 본 발명의 플라즈마 처리 장치 및 방법의 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.Embodiments of the plasma processing apparatus and method of the present invention described above are merely exemplary, and various modifications and equivalent other embodiments may be made by those skilled in the art to which the present invention pertains. You can see well. Accordingly, it is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiments. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims. It is also to be understood that the invention includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

1: 피처리 기판 10: 제1 전원 공급원
20, 20b, 20c: 제2 전원 공급원 40, 40b, 40c: 제3 전원 공급원
22, 35, 42: 임피던스 정합기 32, 34: 바이어스 전원 공급원
50: 배기 펌프 110: 제1 플라즈마 챔버
100, 100a, 100b, 100c: 플라즈마 반응기
111: 환형 방전관 112: 가스 입구
114: 가스 출구 116: 환형 코어
118: 코일 120: 제2 플라즈마 챔버
121, 321: 용량 결합 전극 122: 챔버 몸체
123: 무선 주파수 안테나 124: 기판 지지대
126, 426, 526: 유전체 윈도우
125, 125a, 125b, 425, 525: 마그네틱 코어 커버
127: 가스 분배 배플 127a: 홀
130: 어댑터
421, 521: 제1 무선 주파수 안테나
423, 523: 제2 무선 주파수 안테나1: substrate to be processed 10: first power supply source
20, 20b, 20c: second power source 40, 40b, 40c: third power source
22, 35, 42: impedance matcher 32, 34: bias power supply
50: exhaust pump 110: first plasma chamber
100, 100a, 100b, 100c: plasma reactor
111: annular discharge tube 112: gas inlet
114: gas outlet 116: annular core
118: coil 120: second plasma chamber
121, 321: capacitive coupling electrode 122: chamber body
123: radio frequency antenna 124: substrate support
126, 426, 526: dielectric window
125, 125a, 125b, 425, 525: magnetic core cover
127: gas distribution baffle 127a: hole
130: adapter
421 and 521: first radio frequency antenna
423, 523: second radio frequency antenna

Claims (12)

제1 플라즈마 방전 공간을 갖는 제1 플라즈마 챔버;
상기 제1 플라즈마 챔버 내의 플라즈마 방전 공간으로 제1차 활성화 에너지를 공급하는 제1 플라즈마 소스;
상기 제1 플라즈마 챔버와 연결되고 제2 플라즈마 방전 공간을 갖는 제2 플라즈마 챔버;
상기 제2 플라즈마 챔버 내의 플라즈마 방전 공간으로 제2차 활성화 에너지를 공급하는 제2 플라즈마 소스; 및
상기 제2 플라즈마 챔버 내의 플라즈마 방전 공간으로 제3차 활성화 에너지를 공급하는 제3 플라즈마 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.A first plasma chamber having a first plasma discharge space;
A first plasma source for supplying first activation energy to a plasma discharge space in the first plasma chamber;
A second plasma chamber connected to the first plasma chamber and having a second plasma discharge space;
A second plasma source for supplying secondary activation energy to the plasma discharge space in the second plasma chamber; And
And a third plasma source for supplying third activation energy to the plasma discharge space in the second plasma chamber. 제1항에 있어서,
상기 제2 플라즈마 소스는 상기 제2 플라즈마 챔버 내의 중심영역에 형성되고, 상기 제3 플라즈마 소스는 상기 제2 플라즈마 챔버 내의 주변영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.The method of claim 1,
And the second plasma source is formed in a central region in the second plasma chamber, and the third plasma source is formed in a peripheral region in the second plasma chamber. 제2항에 있어서,
상기 제2 플라즈마 소스는 용량 결합형 플라즈마 소스(Capacitively Coupled Plasma Source) 또는 유도 결합형 플라즈마 소스(Inductively Coupled Plasma Source) 중 어느 하나를 포함하고, 상기 제3 플라즈마 소스는 용량 결합형 플라즈마 소스(Capacitively Coupled Plasma Source) 또는 유도 결합형 플라즈마 소스(Inductively Coupled Plasma Source) 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.The method of claim 2,
The second plasma source includes any one of a capacitively coupled plasma source or an inductively coupled plasma source, and the third plasma source is a capacitively coupled plasma source. Plasma Source) or inductively coupled plasma source (Inductively Coupled Plasma Source). 제1항에 있어서,
상기 제1 플라즈마 챔버는
가스 입구와 가스 출구를 갖는 환형 방전관; 및
상기 환형 방전관에 결합되어 전원 공급원에 전기적으로 연결되는 코일이 권선된 환형 코어를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.The method of claim 1,
The first plasma chamber is
An annular discharge tube having a gas inlet and a gas outlet; And
And an annular core having a coil wound around the annular discharge tube and electrically connected to a power supply source. 제1항에 있어서,
상기 제2 플라즈마 챔버는
상기 내부에 방전 공간을 갖는 챔버 몸체; 및
상기 챔버 몸체의 내부에 구비되어 피처리 기판이 놓이는 기판 지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.The method of claim 1,
The second plasma chamber is
A chamber body having a discharge space therein; And
And a substrate support provided in the chamber body on which the substrate to be processed is placed. 제5항에 있어서,
상기 기판 지지대와 상기 방전공간 사이에 구비되는 가스 분배 배플을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.The method of claim 5,
And a gas distribution baffle provided between the substrate support and the discharge space. 제3항에 있어서,
상기 제2 플라즈마 소스 또는 제3 플라즈마 소스가 용량 결합형 플라즈마 소스일 경우 전원 공급원 또는 접지로 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.The method of claim 3,
And the second plasma source or the third plasma source is connected to a power supply or ground when the capacitively coupled plasma source is used. 제3항에 있어서,
상기 제2 플라즈마 소스 또는 제3 플라즈마 소스가 유도 결합형 플라즈마 소스일 경우 상기 제2 플라즈마 챔버 내부로 자속 출입구가 향하도록 설치되는 마크네틱 코어 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.The method of claim 3,
And a magnetic core cover installed to face a magnetic flux entrance and exit inside the second plasma chamber when the second plasma source or the third plasma source is an inductively coupled plasma source. 제1 플라즈마 챔버로 유입된 가스를 제1 플라즈마 소스에 의해서 1차 활성화하는 단계;
활성화된 가스를 제2 플라즈마 챔버로 공급하는 단계;
상기 제2 플라즈마 챔버로 유입된 활성화 가스를 제2 및 제3 플라즈마 소스에 의해서 2차 활성화하는 단계; 및
상기 2차 활성화된 가스로 피처리 기판을 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.Firstly activating the gas introduced into the first plasma chamber by the first plasma source;
Supplying activated gas to a second plasma chamber;
Secondly activating an activation gas introduced into the second plasma chamber by a second and a third plasma source; And
And treating the substrate to be treated with the secondary activated gas. 제9항에 있어서,
상기 제2 플라즈마 챔버에 구비되어 2차 활성화된 가스를 피처리 기판으로 분배하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.10. The method of claim 9,
And distributing a second activated gas provided to the second plasma chamber to the substrate to be processed. 제9항에 있어서,
상기 제2 플라즈마 소스는 상기 제2 플라즈마 챔버 내의 중심영역에 형성되고, 상기 제3 플라즈마 소스는 상기 제2 플라즈마 챔버 내의 주변영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.10. The method of claim 9,
And wherein the second plasma source is formed in a central region in the second plasma chamber, and the third plasma source is formed in a peripheral region in the second plasma chamber. 제11항에 있어서,
상기 제2 플라즈마 소스는 용량 결합형 플라즈마 소스(Capacitively Coupled Plasma Source) 또는 유도 결합형 플라즈마 소스(Inductively Coupled Plasma Source) 중 어느 하나를 포함하고, 상기 제3 플라즈마 소스는 용량 결합형 플라즈마 소스(Capacitively Coupled Plasma Source) 또는 유도 결합형 플라즈마 소스(Inductively Coupled Plasma Source) 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.The method of claim 11,
The second plasma source includes any one of a capacitively coupled plasma source or an inductively coupled plasma source, and the third plasma source is a capacitively coupled plasma source. Plasma Source) or Inductively Coupled Plasma Source (Inductively Coupled Plasma Source).
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