KR20140106487A - 반전 비반전 전원 공급 구조를 갖는 용량 결합 플라즈마 챔버 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반전 비반전 전원 공급 구조를 갖는 용량 결합 플라즈마 챔버에 관한 것으로서, 플라즈마 챔버와;상기 플라즈마 챔버의 상부에 구비되며, 동심원 구조와 방사상 구조가 혼합되어 다중 분할된 복수개의 분할전극을 갖는 상부 전극; 상기 프라즈마 챔버의 하부에 구비되며, 상기 상부전극에 대응되게 다중 분할된 복수개의 분할전극을 갖는 하부 전극; 상기 상부전극과 상기 하부전극으로 제1주파수의 플라즈마 발생 전력을 공급하기 위한 메인 전원 공급원; 상기 메인 전원 공급원에서 공급되는 플라즈마 발생 전력의 주파수 위상을 비반전하여 상기 상부전극으로 공급하고 반전하여 상기 하부전극으로 공급하는 위상 제어 출력기; 상기 하부전극으로 상기 제1주파수 보다 높은 제2주파수의 플라즈마 발생 전력을 공급하는 서브 전원 공급원을 포함하고, 상기 위상제어출력기는 상기 상부전극의 복수개의 분할전극으로 제1주파수의 플라즈마 발생 전력을 공급하는 복수개의 변압기를 포함하며, 상기 복수개의 변압기는 각각, 일차권선; 일단이 비반전 출력을 타단이 반전된 출력을 내보내며 접지된 중간탭과 연결되는 이차권선 및 페라이트 코어; 상기 중간탭을 기준으로 비반전 주파수 전력의 전압 레벨을 조절하기 위한 제1전압레벨 조절수단으로 기능하는 상단 멀티탭;상기 중간탭을 기준으로 반전 주파수 전력의 전압 레벨을 조절하기 위한 제2전압레벨 조절수단으로 기능하는 하단 멀티탭을 포함하며, 상기 복수개의 변압기는 상기 일차 권선이 직렬로 연결되고, 상기 이차 권선의 일단들은 상기 복수개의 분할전극에 연결되며 타단은 공통으로 상기 하부 전극에 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 반전 비반전 전원 공급 구조를 갖는 용량 결합 플라즈마 챔버에 따르면 하부전극과 상부전극에 반전 비반전된 제1 주파수의 플라즈마 발생 전력이 공급됨으로 전압차를 높게 일으킬 수 있어서 용량 결합 플라즈마 발생 효율을 높일 수 있다. 또한, 하부 전극에 제1 주파수보다 높은 제2 주파수를 공급하여 플라즈마 제어를 용이하게 할 수 있어서 피처리 기판의 가공 효율을 더욱 높일 수 있다. 상부 전극의 경우 다중 분할된 복수개의 분할 전극을 사용하는 경우 플라즈마 챔버 내부에서 전체적인 플라즈마 밀도를 보다 균일하게 얻을 수 있다.

Description

반전 비반전 전원 공급 구조를 갖는 용량 결합 플라즈마 챔버{CAPACITIVELY COUPLED PLASMA CHAMBER HAVING REVERSED AND NON-REVERSED POWER SUPPLY}
본 발명은 용량 결합 플라즈마 챔버에 관한 것으로, 구체적으로 용량 결합 플라즈마 챔버의 내부에서 플라즈마 처리 효율을 높일 수 있도록 하부전극과 상부전극에 반전 비반전 전원 공급 구조를 갖는 용량 결합 플라즈마 챔버에 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 대표적으로 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 주파수(radio frequency)를 사용하여 용량 결합 플라즈마(capacitive coupled plasma)를 발생하는 용량 결합 플라즈마 소스와 유도 결합 플라즈마(inductive coupled plasma)를 발생하는 유도 결합 플라즈마 소스가 그 대표적인 예이다.
용량 결합 플라즈마 소스는 정확한 용량 결합 조절과 이온 조절 능력이 높아서 타 플라즈마 소스에 비하여 공정 생산력이 높다는 장점을 갖는다. 반면, 무선 주파수 전원의 에너지가 거의 배타적으로 용량 결합을 통하여 플라즈마에 연결되기 때문에 플라즈마 이온 밀도는 용량 결합된 무선 주파수 전력의 증가 또는 감소에 의해서만 증가 또는 감소될 수 있다. 그러나 무선 주파수 전력의 증가는 이온 충격 에너지를 증가시킨다. 결과적으로 이온 충격에 의한 손상을 방지하기 위해서는 공급되는 무선 주파수 전력의 한계성을 갖게 된다.
최근 반도체 제조 산업에서는 반도체 소자의 초미세화, 반도체 회로를 제조하기 위한 실리콘 웨이퍼 기판의 대형화, 액정 디스플레이를 제조하기 위한 유리 기판의 대형화 그리고 새로운 처리 대상 물질 등장 등과 같은 여러 요인으로 인하여 더욱 향상된 플라즈마 처리 기술이 요구되고 있다. 특히, 대면적의 피처리물에 대한 우수한 처리 능력을 갖는 향상된 플라즈마 소스 및 플라즈마 처리 기술이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 용량 결합 플라즈마 챔버의 내부에서 플라즈마 처리 효율을 높일 수 있도록 제1 주파수의 플라즈마 발생전력을 반전 비반전 시켜 하부전극과 상부전극에 분리 공급하는 전원 공급 구조를 갖는 용량 결합 플라즈마 챔버를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 용량 결합 플라즈마 챔버의 내부에서 플라즈마 처리 효율을 높일 수 있도록 하부전극과 상부전극에 반전 비반전 제1 주파수의 플라즈마 발생 전력을 분리 공급하되, 특히 하부 전극에는 제1 주파수보다 높은 제2 주파수의 서브 플라즈마 발생 전력을 추가적으로 공급하여 플라즈마 제어를 용이하게 할 수 있어서 피처리 기판의 가공 효율을 더욱 높일 수 있는 용량 결합 플라즈마 챔버를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 용량 결합 플라즈마 챔버의 내부에서 플라즈마 처리 효율을 높일 수 있도록 하부전극과 상부전극에 반전 비반전 제1 주파수의 플라즈마 발생 전력을 분리 공급하되 상부 전극을 다중 분할된 복수개의 분할 전극을 사용하여 플라즈마 챔버 내부에서 전체적인 플라즈마 밀도를 보다 균일하게 얻을 수 있는 용량 결합 플라즈마 챔버를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 반전 비반전 전원 공급 구조를 갖는 용량 결합 플라즈마 챔버에 관한 것이다. 본 발명의 일면에 따른 반전 비반전 전원 공급 구조를 갖는 용량 결합 플라즈마 챔버는 플라즈마 챔버와;상기 플라즈마 챔버의 상부에 구비되며, 동심원 구조와 방사상 구조가 혼합되어 다중 분할된 복수개의 분할전극을 갖는 상부 전극; 상기 프라즈마 챔버의 하부에 구비되며, 상기 상부전극에 대응되게 다중 분할된 복수개의 분할전극을 갖는 하부 전극; 상기 상부전극과 상기 하부전극으로 제1주파수의 플라즈마 발생 전력을 공급하기 위한 메인 전원 공급원; 상기 메인 전원 공급원에서 공급되는 플라즈마 발생 전력의 주파수 위상을 비반전하여 상기 상부전극으로 공급하고 반전하여 상기 하부전극으로 공급하는 위상 제어 출력기; 상기 하부전극으로 상기 제1주파수 보다 높은 제2주파수의 플라즈마 발생 전력을 공급하는 서브 전원 공급원을 포함하고, 상기 위상제어출력기는 상기 상부전극의 복수개의 분할전극으로 제1주파수의 플라즈마 발생 전력을 공급하는 복수개의 변압기를 포함하며, 상기 복수개의 변압기는 각각, 일차권선; 일단이 비반전 출력을 타단이 반전된 출력을 내보내며 접지된 중간탭과 연결되는 이차권선 및 페라이트 코어; 상기 중간탭을 기준으로 비반전 주파수 전력의 전압 레벨을 조절하기 위한 제1전압레벨 조절수단으로 기능하는 상단 멀티탭;상기 중간탭을 기준으로 반전 주파수 전력의 전압 레벨을 조절하기 위한 제2전압레벨 조절수단으로 기능하는 하단 멀티탭을 포함하며, 상기 복수개의 변압기는 상기 일차 권선이 직렬로 연결되고, 상기 이차 권선의 일단들은 상기 복수개의 분할전극에 연결되며 타단은 공통으로 상기 하부 전극에 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 반전 비반전 전원 공급 구조를 갖는 용량 결합 플라즈마 챔버에 따르면 하부전극과 상부전극에 반전 비반전된 제1 주파수의 플라즈마 발생 전력이 공급됨으로 전압차를 높게 일으킬 수 있어서 용량 결합 플라즈마 발생 효율을 높일 수 있다. 또한, 하부 전극에 제1 주파수보다 높은 제2 주파수를 공급하여 플라즈마 제어를 용이하게 할 수 있어서 피처리 기판의 가공 효율을 더욱 높일 수 있다. 상부 전극의 경우 다중 분할된 복수개의 분할 전극을 사용하는 경우 플라즈마 챔버 내부에서 전체적인 플라즈마 밀도를 보다 균일하게 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 용량 결합 플라즈마 챔버를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 용량 결합 플라즈마 챔버의 상부전극과 하부 전극에 공급되는 전원 공급 파형을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 용량 결합 플라즈마 챔버를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 2의 용량 결합 플라즈마 챔버의 상부전극과 하부 전극에 공급되는 전원 공급 파형을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 용량 결합 플라즈마 챔버를 보여주는 도면이다.
도 6은 도 5의 용량 결합 플라즈마 챔버의 상부전극과 하부 전극에 공급되는 전원 공급 파형을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 용량 결합 플라즈마 챔버를 보여주는 도면이다.
도 8은 도 7의 용량 결합 플라즈마 챔버의 상부전극의 다양한 분할 구조를 예시하는 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 구성은 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 제1 실시예에 따른 용량 결합 플라즈마 챔버를 보여주는 도면이고, 도 2는 도 1의 용량 결합 플라즈마 챔버의 상부전극과 하부 전극에 공급되는 전원 공급 파형을 보여주는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 용량 결합 플라즈마 챔버는 상부전극(16)과 하부전극(12)을 갖는 플라즈마 챔버(10)를 구비한다. 상부전극(16)과 하부전극(12)은 위상 제어 출력기(30)에 연결되며, 상부전극(16)에는 비반전된 플라즈마 발생 전력이 하부전극(12)에는 반전된 플라즈마 발생 전력이 각각 공급된다. 메인 전원 공급원(20)은 제1 주파수의 플라즈마 발생 전력을 발생하고, 임피던스 정합기(22)를 통하여 위상 제어 출력기(30)로 공급된다.
위상 제어 출력기(30)는 임피던스 정합기(22)에 연결되는 일차 권선(31)과 일단이 비반전 출력을 타단이 반전된 출력을 내보내는 이차 권선(32) 및 페라이트 코어(34)를 포함하는 변압기로 구성된다. 이차 권선(32)은 접지된 중간탭(33)이 연결된다.
상부전극(16)은 가스 공급원(50)에 연결되어 플라즈마 챔버(10)의 내부로 가스를 공급하는 가스샤워헤드로 구성된다. 하부전극(12)은 피처리 기판(14)이 놓이는 서셉터로 구성되며, 서셉터는 정전척으로 기능하며 정전척 전원(40)에 연결된다. 플라즈마 챔버(10)는 내부 가스를 배기하기 위한 배기 펌프(60)에 연결된다.
플라즈마 챔버(10)로 가스 공급원(50)으로부터 공정 가스가 공급되면, 메인 전원 공급원(20)에서 제1 주파수의 플라즈마 발생 전력이 발생된다. 제1 주파수의 플라즈마 발생 전력은 임피던스 정합기(22)를 통하여 위상 제어 출력기(30)의 일차 권선(31)으로 공급된다. 그러면 첨부 도면 도 2에 예시된 바와 같이, 상부전극(16)으로는 비반전된 제1 주파수의 플라즈마 발생 전력이 하부 전극(12)으로는 반전된 제1 주파수의 플라즈마 발생 전력이 각각 위상 제어 출력기(31)의 이차 권선(32)의 양단을 통하여 공급된다.
그럼으로 하부전극(12)과 상부전극(16)에 반전 비반전된 제1 주파수의 플라즈마 발생 전력이 공급됨으로 전압차를 높게 일으킬 수 있어서 용량 결합 플라즈마 발생 효율을 높일 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 용량 결합 플라즈마 챔버를 보여주는 도면이고, 도 4는 도 2의 용량 결합 플라즈마 챔버의 상부전극과 하부 전극에 공급되는 전원 공급 파형을 보여주는 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 용량 결합 플라즈마 챔버는 상술한 제1 실시예의 구성된 기본적으로 동일한 구성을 갖는다. 그럼으로 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략한다. 제2 실시예에 따른 용량 결합 플라즈마 챔버는 위상 제어 출력기(30a)의 이차권선(32)에 접지된 중간탭(33)을 기준으로 상단 멀티탭(35)과 하단 멀티탭(36)이 각각 구성된다. 상단 멀티탭(35)은 비반전 주파수 전력의 전압 레벨을 조절하기 위한 제1 전압레벨 조절수단으로 기능하고, 하단 멀티탭(36)은 반전 주파수 전력의 전압 레벨을 조절하기 위한 제2 전압레벨 조절수단으로 기능한다.
*그럼으로 첨부 도면 도 4에 에시된 바와 같이, 상부전극(16)과 하부전극(12)으로 공급되는 비반전 및 반전된 제1 주파수 플라즈마 발생 전력의 전압 레벨을 각기 개별적으로 제어할 수 있다. 이러한 개별전 전압 레벨의 제어는 플라즈마 챔버 내부에서 플라즈마 발생 효율을 좀더 높일 수 있게 한다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 용량 결합 플라즈마 챔버를 보여주는 도면이고, 도 6은 도 5의 용량 결합 플라즈마 챔버의 상부전극과 하부 전극에 공급되는 전원 공급 파형을 보여주는 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 용량 결합 플라즈마 챔버는 상술한 제1 실시예의 구성과 동일하며, 추가적으로 서브 전원 공급원(24)과 이를 위한 임피던스 정합기(26)를 더 구비한다. 서브 전원 공급원(24)은 하부 전극(12)으로 제1 주파수 보다 높은 제2 주파수의 플라즈마 발생 전력을 발생하여 임피던스 정합기(260를 통하여 하부 전극(12)으로 공급한다.
첨부 도면 도 6에 도시된 바와 같이, 상부전극(16)으로는 비반전된 제1 주파수의 플라즈마 발생 전력이 공급되고 하부전극(120으로는 반전된 제1 주파수의 플라즈마 발생 전력과 제2 주파수의 플라즈마 발생 전력이 합성되어 공급된다. 그럼으로 플라즈마 챔버 내부에서 플라즈마 발생 효율을 더욱 높일 수 있다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 용량 결합 플라즈마 챔버를 보여주는 도면이고, 도 8은 도 7의 용량 결합 플라즈마 챔버의 상부전극의 다양한 분할 구조를 예시하는 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하여, 본 발명의 제4 실시예에 따른 용량 결합 플라즈마 챔버는 상술한 제1 실시예와 기본적으로 동일한 구성을 갖는다. 상부전극(16a)은 다중 분할된 전극(16a-1~16a-3)으로 구성된다. 다중 분할된 전극(16a-1~16a-3)은 동심원 구조로 분할된 구조를 갖는다. 또는 도 8에 도시된 바와 같이, 방사형으로 분할되거나 또는 동심원 구조와 방사형 구조가 혼합된 분할 구조를 가질 수 있다. 이러한 다중 분할 구조는 플라즈마 챔버(10) 내부에서 보다 균일한 플라즈마를 발생하기 위한 구조이다.
이러한 다중 분할 구조를 갖는 상부 전극(16a)으로 비반전된 제1 주파수의 플라즈마 발생 전력을 공급하기 위하여, 위상 제어 출력기는 복수개의 변압기(30-1~30-3)로 구성된다. 복수개의 변압기(30-1~30-3)는 일차측이 직렬로 연결되고, 이차측의 일단들은 각기 다중 분할된 전극들(16a-1~16a-3)에 대응하여 연결되며 타단은 공통으로 연결되어 하부 전극(12)으로 연결된다.
이러한 다중 분할된 상부 전극(16a)은 대응하여 하부 전극(12)도 다중 분할된 전극 구조를 가질 수 있다. 또한, 제3 실시예에서와 같이 서브 전원 공급원(24)에 의한 제2 주파수의 플라즈마 발생 전력이 추가적으로 하부 전극(12)에 공급될 수도 있을 것이다.
이상에서 설명된 본 발명의 반전 비반전 전원 공급 구조를 갖는 용량 결합 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.
10: 플라즈마 챔버 12: 하부전극(서셉터, 정전척)
14: 피처리 기판 16: 상부전극(가스샤워헤드)
20: 메인 전원 공급원 22: 임피던스 정합기
24: 서브 전원 공급원 26: 임피던스 정합기
30: 위상 제어 출력기 31: 일차 권선
32: 이차 권선 33: 중간탭
34: 페라이트 코어 40:정전척 전원
50: 가스 공급원 60: 배기펌프

Claims (1)

  1. 플라즈마 챔버와;
    상기 플라즈마 챔버의 상부에 구비되며, 동심원 구조와 방사상 구조가 혼합되어 다중 분할된 복수개의 분할전극을 갖는 상부 전극;
    상기 프라즈마 챔버의 하부에 구비되며, 상기 상부전극에 대응되게 다중 분할된 복수개의 분할전극을 갖는 하부 전극;
    상기 상부전극과 상기 하부전극으로 제1주파수의 플라즈마 발생 전력을 공급하기 위한 메인 전원 공급원;
    상기 메인 전원 공급원에서 공급되는 플라즈마 발생 전력의 주파수 위상을 비반전하여 상기 상부전극으로 공급하고 반전하여 상기 하부전극으로 공급하는 위상 제어 출력기;
    상기 하부전극으로 상기 제1주파수 보다 높은 제2주파수의 플라즈마 발생 전력을 공급하는 서브 전원 공급원을 포함하고,
    상기 위상제어출력기는 상기 상부전극의 복수개의 분할전극으로 제1주파수의 플라즈마 발생 전력을 공급하는 복수개의 변압기를 포함하며,
    상기 복수개의 변압기는 각각,
    일차권선;
    일단이 비반전 출력을 타단이 반전된 출력을 내보내며 접지된 중간탭과 연결되는 이차권선 및 페라이트 코어;
    상기 중간탭을 기준으로 비반전 주파수 전력의 전압 레벨을 조절하기 위한 제1전압레벨 조절수단으로 기능하는 상단 멀티탭;
    상기 중간탭을 기준으로 반전 주파수 전력의 전압 레벨을 조절하기 위한 제2전압레벨 조절수단으로 기능하는 하단 멀티탭을 포함하며,
    상기 복수개의 변압기는 상기 일차 권선이 직렬로 연결되고, 상기 이차 권선의 일단들은 상기 복수개의 분할전극에 연결되며 타단은 공통으로 상기 하부 전극에 연결되는 것을 특징으로 하는 반전 비반전 전원 공급 구조를 갖는 용량 결합 플라즈마 챔버.
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