KR20190061287A - 진공 플라즈마 반응 장치 및 이의 조립 방법 - Google Patents

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Abstract

진공 플라즈마 반응 장치가 개시된다. 진공 플라즈마 반응 장치는, 진공 반응기, 반응 가스를 공급받아 플라즈마 반응을 하거나 반응후 배출 가스를 배출하는 다수의 튜브가 격자형 배열 구조로 배치되어 상기 진공 반응기 내의 공정 기판을 증착 또는 에칭하는 진공 플라즈마 유닛 어셈블리를 포함한다.

Description

진공 플라즈마 반응 장치 및 이의 조립 방법{Vacuum plasma reaction apparatus and Method for assembling the same}
본 발명은 진공 플라즈마 반응 장치에 관한 것이다.
진공 플라즈마 반응기는 태양전지, 반도체, 디스플레이 공정중 박막 증착 및 식각에 사용되고 있다. 플라즈마 발생 구조에 따라 진공 플라즈마 반응기는 CCP(Capacitively Coupled Plasma: 용량 결합성 플라즈마)와 ICP(Inductively Coupled Plasma: 유도 결합성 플라즈마)로 구분된다.
이 중, ICP 플라즈마 반응기는 일반적으로 전원공급 및 매칭 네트워크, 유도결합 반응을 위한 코일, 플라즈마 반응 튜브 등으로 구성된다. 플라즈마 밀도가 높아 고수율에 유리하지만, 특유의 구조로 인해 대면적화에 어려움이 있다. 즉, 튜브 직경에 반응 면적이 제한되어 기판 면적을 늘릴 수 없어 대면적 공정에 불리하다.
또한, 대면적에 ICP반응 적용 시 플라즈마 반응 영역 ICP 코일의 직경에 제한된다. 또한, 가스 주입구를 통해 반응가스가 주입되어 대면적의 기판 표면을 지나 가스 배출구로 나가는 가스 경로가 복잡하다. 또한, 기판 중앙과 테두리 부분에서 반응 가스의 조성비가 달라진다. 이 역시 대면적을 불리하게 하는 원인이 된다.
또한, 대면적 장치 구현 시 반응가스의 반응기 내부 체류시간이 길어지고, 반응가스의 체류시간이 길어지면, 반응가스가 불순물에 오염될 확률이 높아지고, 전구체 분자들이 증착에 기여하지 않고, 챔버 내부에서 분말 (파우더)를 형성한다. 즉, 가스 체류시간이 길어 고압 공정시 분발 발생의 원인이 된다. 이는 박막의 핀홀 및/또는 챔버내부 오염의 원인이 된다. 이를 해결하려면, 공정압력을 고압으로 유지하면서도 반응가스의 체류시간을 짧게 가져가야 한다는 문제점이 있다.
마지막으로, 대면적 구현시 열선 구조의 한계로 대면적의 기판온도를 균일하게 유지하는 것이 어렵다는 점이다. 부연하면, 한 가닥 또는 몇 가닥의 열선이 기판 아래에 기하학적으로 배열되어 있으며, 대면적에서 기판온도의 불균일도 발생한다. 또한, 기판 온도를 섭씨 약 1000℃ 정도의 고온에서 공정 진행할 경우 대면적의 기판온도 유지가 매우 어렵다.
1. 한국등록번호 제10-1236206호(등록일자: 2013.02.18) 2. 한국등록번호 제10-0576093호(등록일자: 2006.04.26)
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 대면적 공정에 용이하도록 기판 면적에 따라 배열을 늘일 수 있는 진공 플라즈마 반응 장치 및 이의 조립 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 대면적 구현시 대면적의 기판 온도를 균일하게 유지할 수 있는 진공 플라즈마 반응 장치 및 이의 조립 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 공정 압력을 고압으로 유지하면서도 반응 가스의 체류시간을 짧게 가져갈 수 있는 진공 플라즈마 반응 장치 및 이의 조립 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해 대면적 공정에 용이하도록 기판 면적에 따라 배열을 늘일 수 있는 진공 플라즈마 반응 장치를 제공한다.
상기 진공 플라즈마 반응 장치는,
진공 반응기(510); 및
반응 가스를 공급받아 플라즈마 반응을 하거나 반응후 배출 가스를 배출하는 다수의 튜브(101)가 격자형 배열 구조로 배치되어 상기 진공 반응기(510) 내측의 공정 기판(110)을 증착 또는 에칭하는 진공 플라즈마 유닛 어셈블리(100); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 다수의 튜브(101) 중 일부는 균일한 비율로 반응 가스를 공급하기 위한 반응 유닛(210)이 되고, 상기 다수의 튜브(101) 중 나머지는 반응후 배출 가스를 배출하는 가스 배출구(220)가 되는 것을 특징으로 할 수 있다.
이와 달리, 상기 다수의 튜브(101) 중 일부는 상이한 비율로 반응 가스를 공급하기 위한 반응 유닛(210)이 되고, 상기 다수의 튜브(101) 중 나머지는 반응후 배출 가스를 배출하는 가스 배출구(220)가 되는 것을 특징으로 할 수 있다.
이 때, 위의 두 가지 모든 경우 가스 공급은 반응기로 유입되는 가스관에 유량 조절기(MFC: Mass Flow Controller)를 설치하여 공정 중 공급되는 가스유량의 조절이 가능하다.
또한, 반응기의 가스 배출구와 펌프 사이에 스로틀 밸브(throttle valve)가 설치되어 배기 유속 및/또는 반응기 내 압력을 조절 가능한 구조의 반응기라는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 진공 플라즈마 반응 장치는, 상기 다수의 튜브(101) 중 일부 튜브의 일측 말단과 연통되어 반응 가스를 공급하기 위한 가스 공급 매니폴드(610);를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 진공 플라즈마 반응 장치는, 상기 다수의 튜브(101) 중 일부 튜브의 일측 말단과 연통되어 반응후 배출 가스를 배출하기 위한 가스 배출 매니폴드(620);를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 진공 플라즈마 반응 장치는, 상기 기판(110)의 표면상에 격자 형태로 배열되는 다수의 히터(720);를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 다수의 히터(720)는 인덕션 히터인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 다수의 히터(720)는 각각 개별적으로 온도 제어가 되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 다수의 히터(720)는 흑연, 스테인리스 스틸, 및 텅스텐 중 어느 하나의 전도체인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 다수의 히터(720)에는 상기 반응 가스로부터의 부식 반응을 방지하기 위해 표면에 코팅층이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 코팅층은 석영, 세라믹, 실리콘 질화막, 및 실리콘 탄화막 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 격자형 배열 구조는 다각형인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 다수의 튜브(101)의 직경은 1mm 내지 10cm인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 반응 가스는 증착 공정 시 SiH4, Si2H6, SiCl4, SiHCl3, SiF4 중 선택된 1종 이상을 H2 또는 He 가스에 희석시킨 가스인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 반응 가스는 에칭 공정시 C4F8, NF3, SF6, Ar, O2 중 선택된 1종 이상을 혼합한 가스인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 진공 플라즈마 반응 장치는, 상기 진공 플라즈마 유닛 어셈블리(100)과 기판(110) 사이에 설치되는 그리드 전극판(900);을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 진공 플라즈마 반응 장치는, 상기 진공 플라즈마 유닛 어셈블리(100), 그리드 전극판(900) 및 기판(110) 사이의 거리를 조절하기 위해 상기 그리드 전극판(900)의 위치를 변경하는 위치 이동 수단;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 그리드 전극판(900) 및 기판(110)에는 직류 전압이 인가되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 그리드 전극판(900)은 메쉬 구조인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 반응을 위한 플라즈마 주파수는 13.56MHz, 27.12MHz, 40 MHz, 54.24 MHz, 60 MHz 중 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 에칭시 공정 압력은 1 내지 100mTorr이고, 증착시 공정 압력은 50mTorr 내지 760Torr인 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 반응 가스를 공급받아 플라즈마 반응을 하거나 반응후 배출 가스를 배출하는 다수의 튜브(101)를 준비하는 단계; 상기 다수의 튜브(101)를 격자형 배열 구조로 배치하여 증착 또는 에칭하는 진공 플라즈마 유닛 어셈블리(100)를 형성하는 단계; 및 증착 또는 에칭되는 공정 기판(110)이 내측에 위치하는 진공 반응기(510)에 상기 진공 플라즈마 유닛 어셈블리(100)를 설치하는 단계;를 포함하는 진공 플라즈마 반응 장치의 제작 방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, ICP(Inductively Coupled Plasma: 유도 결합성 플라즈마) 플라즈마 반응 유닛을 다수 소형의 튜브로 제작하여 격자형 배열 구조를 구현함으로써 기판 면적에 따라 배열을 늘리 수 있어 대면적 공정에 용이하다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 배열된 튜브의 일부를 반응 유닛이 아닌 가스 배출구로 활용함으로써 가스 이동 경로가 단순화되어 가스 체류시간이 아주 짧아 고압, 고능률 공정이 가능하다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 기판의 중앙과 테두리 부분에서 가스의 반응성이 완전히 동일하다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 가스의 반응기내 체류시간이 짧기 때문에 고압 공정시 분말 발생을 억제하여 고압 공정이 가능하고 공정속도 향상에 유리하다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다수의 튜브로 이루어진 진공 플라즈마 유닛 어셈블리(100)의 일부 개념도이다.
도 2는 1에 도시된 튜브 중 일부를 도시한 것으로서 반응 유닛과 가스 배출구의 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2에 따라 반응 유닛과 가스 배출구로 이루어진 격자형 배열 구조를 갖는 ICP 유닛 어셈블리의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따라 반응 유닛과 가스 배출구의 비율을 다르게 한 진공 플라즈마 유닛 어셈블리의 개념도이다.
도 5는 도 2에 도시된 반응 유닛과 가스 배출구의 구조를 사용한 진공 플라즈마 반응 장치의 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 반응 유닛과 가스 배출구에 매니폴드를 연결한 개념도이다.
도 7은 도 5에 도시된 공정 기판에 히터를 격자 형태로 배열한 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 공정 기판상에 반응 유닛과 가스 배출구를 배열한 예시이다.
도 9는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 도 8에 도시된 공정 기판과 진공 플라즈마 유닛 어셈블리 사이에 그리드 전극판을 배치한 사시도이다.
도 10은 도 9에 도시된 그리드 전극판의 위치를 변경하는 위치 이동 수단의 개념도이다.
도 11은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 진공 플라즈마 반응 장치의 조립 과정을 보여주는 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 진공 플라즈마 반응 장치 및 이의 조립 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다수의 튜브로 이루어진 진공 플라즈마 유닛 어셈블리(100)의 일부 개념도이다. 도 1을 참조하면, 진공 플라즈마 유닛 어셈블리(100)는 다수의 튜브(101)가 격자형 배열 구조로 배치되어 구성된 형태이다. 격자형 배열 구조는 다각형 구조로서, 육각형(벌집), 오각형, 교차 등의 기하학적 배치를 띠게 된다.
튜브(101)의 직경은 약 1mm 내지 10cm가 될 수 있다. 즉 소형의 튜브(101)를 다수 개 만들어서 일정한 간격으로 배열하여 격자형상이 되게 한다. 튜브(101)는 플라즈마 반응을 위해서 석영, 세라믹 등의 부도체로 이루어진다.
따라서, 증착 또는 에칭되는 공정 기판(110)의 기판 면적에 따라 튜브(101)의 개수를 늘려서 배열할 수 있다. 즉, 대면적 공정에 용이하다.
도 2는 1에 도시된 튜브 중 일부를 도시한 것으로서 반응 유닛과 가스 배출구의 구성을 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 다수의 튜브(101) 중 한 쌍의 튜브만을 도시한 것이다. 즉, 하나의 튜브는 반응 가스를 공급받아 플라즈마 반응을 수행하는 반응 유닛(210)이 되고, 나머지 하나의 튜브는 반응후 배출 가스를 배출하는 통로가 되는 가스 배출구(220)가 된다.
반응 유닛(210)은 튜브, 튜브 외관에 권선되는 코일(211), 코일(211)에 교류 전원(AC: Alternating Current)을 공급하는 전원 공급기(230), 교류 전원을 코일에 매칭하는 매칭 네트워크(240) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 매칭 네트워크는 커패시터 및/또는 인덕터의 조합으로 이루어진다.
반응 유닛(210)은 ICP(Inductively Coupled Plasma: 유도 결합성 플라즈마) 반응 유닛이다.
도 2를 참조하면, 배열된 튜브의 일부를 반응 유닛(210)이 아닌 단지 반응후 배출 가스를 배출하기 위한 펌핑 용도로 구성되는 가스 배출구(220)로 이용하는 구조이다.
따라서, 화살표와 같이 반응 가스가 반응 유닛(210)에 공급되며, 이 반응 유닛(210)에 의해 플라즈마 반응이 이루어진 후, 배출 가스는 가스 배출구(220)를 통해 배출된다. 따라서, 공정 기판(110)의 중앙과 테두리 부분에서 가스의 반응성에 있어서 완전히 동일한 환경 조성이 가능하다. 즉, 가스가 진공 반응기(즉 챔버) 내에서 짧은 시간 체류하고 즉시 배출된다. 이러한 신속한 배출로 인해 고압, 고능률 공정이 가능하다.
또한 이 때, 가스 공급은 반응기로 유입되는 가스관(미도시)에 유량 조절기(MFC: Mass Flow Controller)(미도시)를 설치하여 공정 중 공급되는 가스유량의 조절이 가능하다. 또한, 반응기의 가스 배출구와 펌프(미도시) 사이에 스로틀 밸브 (throttle valve)가 설치되어 배기 유속 및/또는 반응기 내 압력을 조절 가능한 구조로 제작할 수 있다.
물론, 반응 유닛(210)의 외관에 별도의 전자기파 차폐를 위해 차폐막이 추가로 구성될 수 있다.
도 3은 도 2에 따라 반응 유닛과 가스 배출구로 이루어진 격자형 배열 구조를 갖는 ICP 유닛 어셈블리(100)의 개념도이다. 도 3을 참조하면, 화살표(일부만 표시)와 같이 가스 흐름이 발생하여, 가스 이동 경로가 단순하며 대면적에서도 균일하다. 특히, 도 3은 반응 유닛(210)과 가스 배출구(220)의 비율이 균일하게 이루어진다. 즉, 반응 유닛(210)과 가스 배출구(220)의 비율이 1:1이 된다.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따라 반응 유닛과 가스 배출구의 비율을 다르게 한 진공 플라즈마 유닛 어셈블리의 개념도이다. 도 4를 참조하면, 배열된 튜브의 일부를 반응 유닛(210)이 아니 가스 배출구(220)로 활용한 예이다. 따라서, 반응 유닛(210)과 가스 배출구(220)의 비율이 1:1이 아니고, 1:2, 1:3, 1:4 등이 될 수 있다.
도 5는 도 2에 도시된 반응 유닛과 가스 배출구의 구조를 사용한 진공 플라즈마 반응 장치(500)의 단면도이다. 특히, 도 5는 도 3에 도시된 바에 따라 반응 유닛(210)과 가스 배출구(220)의 비율이 1:1이다. 또한, 진공 반응기(510) 내측에 공정 기판(110)이 배치되고, 이 진공 반응기(510)에 다수의 반응 유닛(210)과 가스 배출구(220)가 설치된다. 도 5에서는 반응 유닛(210)과 가스 배출구(220)의 반만 진공 반응기(510)에 결합한 형태이나, 이는 이해를 위한 것으로 다양한 결합 형태가 가능하다.
계속, 도 5를 참조하면, 화살표와 같이, 반응 유닛(210)으로부터 가스가 인접한 가스 배출구(220)로 배출된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 가스 흐름이 발생하여, 가스 이동 경로가 단순화된다. 따라서, 기판(110)의 중앙과 테두리 부분에서 가스의 반응성이 동일하다. 이 역시 대면적화에 유리하다. 또한, 반응 유닛(210)으로부터 가스가 인접한 가스 배출구(220)로 배출됨으로써 가스의 진공 반응기내 체류 시간이 짧기 때문에, 고압 공정시 분말 발생이 억제된다. 따라서, 고압 공정이 가능하며, 이는 공정 속도 향상에 유리하다.
이때, 반응 가스는 증착 공정시 SiH4, Si2H6, SiCl4, SiHCl3, SiF4 중 선택된 1종 이상을 H2 또는 He 가스에 희석시킨 가스를 이용한다. 또한, 반응 가스는 에칭 공정시 C4F8, NF3, SF6, Ar, O2 중 선택된 1종 이상을 혼합한 가스인 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서, 반응 가스는 전구체 가스를 포함하는 개념일 수 있다.
반응 가스는 플라즈마 분위기 내에서 분해되어 기판에 실리콘 박막을 증착한다. 플라즈마 반응을 위한 플라즈마 주파수는 13.56 MHz, 27.12 MHz, 40 MHz, 54.24 MHz, 60 MHz 등이 될 수 있다. 또한, 에칭시 공정 압력은 약 1 내지 100mTorr이고, 증착시 공정 압력은 약 50mTorr 내지 상압(즉 약 760Torr)이 될 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 반응 유닛과 가스 배출구에 매니폴드를 연결한 개념도이다. 도 6을 참조하면, 반응 가스를 공급하기 위한 가스 공급 매니폴드(610)가 반응 유닛(210)으로 사용되는 튜브들의 일측 말단들과 연통된다. 한편, 반응후 배출 가스를 배출하기 위한 가스 배출 매니폴드(620)가 가스 배출구(220)로 사용되는 튜브들의 일측 말단들과 연통된다.
즉, 진공 반응기(510)의 외부에 별도로 연통된 가스 공급 매니폴드(610)를 통해 개별 반응 유닛(210)으로 가스를 분배하여 공급한다. 이후, 진공 반응기(510)의 내부에 있는 가스 배출구(220)를 통한 가스들이 가스 배출 매니폴드(620)를 통해 펌프 라인(미도시)으로 합쳐진다.
도 7은 도 5에 도시된 공정 기판(110)에 히터를 격자 형태로 배열한 사시도이다. 일반적으로 기판(720)의 온도는 약 100~1300℃ 범위에서 조절할 필요가 있다. 물론, 바람직하게는, 결정질 실리콘 기판 온도는 200~950℃ 범위로 조절할 필요가 있다. 따라서, 기판(110) 전체에 대하여 이러한 온도가 균일하게 유지되어 한다.
이를 위해, 본 발명의 일실시예에서는 도 7에 도시된 것처럼, 다수개의 히터(720)를 기판(110)의 표면상에 웨이퍼 1개 크기의 격자 형태로 배열하여 구성한다. 특히, 이들 다수개의 히터(720)는 개별 히터 온도를 독립적으로 통제한다. 즉, 기판(110)의 각 부위마다 온도차가 있으므로 이를 상쇄하기 위해서는 각 히터(720)마다 제어할 필요가 있다.
여기서, 다수의 히터(720)는 인덕션 히터인 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 히터(720)는 흑연, 스테인리스 스틸, 및 텅스텐 등의 전도체를 사용한다. 또한, 부식성의 반응 가스로부터 부식 반응을 방지하기 위해 히터(720)의 표면에는 코팅층이 형성된다.
따라서, 코팅층(미도시)은 석영, 세라믹, 실리콘 질화막, 및 실리콘 탄화막 등의 코팅을 통해 형성된다.
도 8은 도 7에 도시된 공정 기판상에 반응 유닛과 가스 배출구를 배열한 예시이다. 도 8을 참조하면, 도 5에 도시된 반응기 구조에 인덕션 히터 구조를 조합한 것이다. 따라서, 도 5에 도시된 반응기 구조의 장점과 대면적에서 고온의 기판 온도를 균일하게 유지할 수 있는 장점이 있다.
도 9는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 도 8에 도시된 공정 기판과 진공 플라즈마 유닛 어셈블리 사이에 그리드 전극판을 배치한 사시도이다. 도 9를 참조하면, 진공 플라즈마 유닛 어셈블리(100)와 기판(110) 사이에 그리드 전극판(900)을 배열하여 삼극관 플라즈마 장치로 사용하기 위한 것이다. 이 경우, 그리드 전극판(900) 뿐만 아니라 기판(110)에도 직류 전압이 인가된다. 즉, ICP 플라즈마 방식의 경우, 기판에도 전압을 인가해야 된다.
또한, 그리드 전극(900)과 기판(110)간 거리, 그리드 전극(900)과 진공 플라즈마 유닛 어셈블리(100)간 거리를 조절하기 위해 그리드 전극(900)의 위치를 변경하기 위한 위치 이동 수단(미도시)이 구성된다. 따라서, 그리드 전극(900)과 기판(110)간 거리, 그리드 전극(900)과 진공 플라즈마 유닛 어셈블리(100)간 거리 중 하나 이상을 조절하여 공정 파라미터를 변화시킬 수 있다. 이 공정 파라미터는 인가하는 전압의 크기를 시간에 따라 변화시켜 제어할 수 있다.
그리드 전극(900)에 인가되는 전압의 크기가 커지면 플라즈마에서 발생한 이온과 그리드 전극(900) 간에 척력이 커지고 이온이 기판(110)으로 가속되는 속력을 줄이거나 상쇄시키기는 정도를 더 크게 할 수 있다. 또한, 그리드 전극(900)은 메쉬 구조가 될 수 있다. 즉 가속된 이온이 기판에 직접 충돌하는 것을 방지한다.
도 10은 도 9에 도시된 그리드 전극판의 위치를 변경하는 위치 이동 수단의 개념도이다. 도 10을 참조하면, 위치이동수단은 랙 기어(1031), 피니언 기어(1033), 구동모터(미도시)를 포함한다. 랙 기어(1031)는 진공 플라즈마 유닛 어셈블리(100)와 공정 기판(110) 사이에 수직방향으로 길게 배치된다.
피니언 기어(1033)는 랙 기어(1031)와 맞물리도록 설치되며 일측이 그리드 전극(900)과 연결된다. 피니언 기어(1033)는 중심축(1035)이 구동모터와 연결되어 구동모터의 구동시 회전하면서 랙 기어(1031)를 따라 이동하게 된다.
피니언 기어(1033)의 회전은 그리드 전극(900)의 위치를 이동시켜 그리드 전극(900)과 기판(110) 사이의 거리(n) 및 그리드 전극(900)과 진공 플라즈마 유닛 어셈블리(100) 사이의 거리(m)를 조절할 수 있도록 한다.
그리드 전극(900)의 위치를 진공 플라즈마 유닛 어셈블리(100) 방향으로 이동시키면 그리드 전극(900)과 기판(110) 사이의 거리(n)가 넓어지고 상대적으로 그리드 전극(900)과 진공 플라즈마 유닛 어셈블리(100) 사이의 거리(m)는 좁아진다.
위치이동수단을 랙 기어(1031), 피니언 기어(1033)의 조합으로 설명하였으나, 그리드 전극을 위치를 이동시킬 수 있는 다양한 수단이 채용 가능하다.
또한, 그리드 전극(900)은 이온 충돌 에너지 조절을 위해 평행하게 다수 개가 배치되는 구조를 채용할 수도 있다.
도 11은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 진공 플라즈마 반응 장치의 조립 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 11을 참조하면, 반응 가스를 공급받아 플라즈마 반응을 하거나 반응후 배출 가스를 배출하는 다수의 튜브(101)를 준비한다(단계 S1110). 이후, 상기 다수의 튜브(101)를 격자형 배열 구조로 배치하여 증착 또는 에칭하는 진공 플라즈마 유닛 어셈블리(100)를 형성한다(단계 S1120). 이후, 증착 또는 에칭되는 공정 기판(110)이 내에 위치하는 진공 반응기(510)에 상기 진공 플라즈마 유닛 어셈블리(100)를 설치한다(단계 S1130).
물론, 이들 단계들은 이해를 위한 것으로 순서들이 다르게 일어날 수도 있다.
100: 진공 플라즈마 유닛 어셈블리
101: 튜브
110: 공정 기판
210: 반응 유닛
220: 가스 배출구
500: 진공 플라즈마 반응 장치
510: 진공 반응기
610: 가스 공급 매니폴드
620: 가스 배출 매니폴드
720: 히터
900: 그리드 전극

Claims (24)

  1. 진공 반응기(510); 및
    반응 가스를 공급받아 플라즈마 반응을 하거나 반응후 배출 가스를 배출하는 다수의 튜브(101)가 격자형 배열 구조로 배치되어 상기 진공 반응기(510) 내측의 공정 기판(110)을 증착 또는 에칭하는 진공 플라즈마 유닛 어셈블리(100);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 플라즈마 반응 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 튜브(101) 중 일부는 균일한 비율로 반응 가스를 공급하기 위한 반응 유닛(210)이 되고, 상기 다수의 튜브(101) 중 나머지는 반응후 배출 가스를 배출하는 가스 배출구(220)가 되는 것을 특징으로 하는 진공 플라즈마 반응 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 튜브(101) 중 일부는 상이한 비율로 반응 가스를 공급하기 위한 반응 유닛(210)이 되고, 상기 다수의 튜브(101) 중 나머지는 반응후 배출 가스를 배출하는 가스 배출구(220)가 되는 것을 특징으로 하는 진공 플라즈마 반응 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 튜브(101) 중 일부 튜브의 일측 말단과 연통되어 반응 가스를 공급하기 위한 가스 공급 매니폴드(610);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 플라즈마 반응 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 튜브(101) 중 일부 튜브의 일측 말단과 연통되어 반응후 배출 가스를 배출하기 위한 가스 배출 매니폴드(620);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 플라즈마 반응 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판(110)의 표면상에 격자 형태로 배열되는 다수의 히터(720);를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 플라즈마 반응 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 다수의 히터(720)는 인덕션 히터인 것을 특징으로 하는 진공 플라즈마 반응 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 다수의 히터(720)는 각각 개별적으로 온도 제어가 되는 것을 특징으로 하는 진공 플라즈마 반응 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 다수의 히터(720)는 흑연, 스테인리스 스틸, 및 텅스텐 중 어느 하나의 전도체인 것을 특징으로 하는 진공 플라즈마 반응 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 다수의 히터(720)에는 상기 반응 가스로부터의 부식 반응을 방지하기 위해 표면에 코팅층이 형성되는 것을 특징으로 하는 진공 플라즈마 반응 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 코팅층은 석영, 세라믹, 실리콘 질화막, 및 실리콘 탄화막 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 진공 플라즈마 반응 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 격자형 배열 구조는 다각형인 것을 특징으로 하는 진공 플라즈마 반응 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 튜브(101)의 직경은 1mm 내지 10cm인 것을 특징으로 하는 진공 플라즈마 반응 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응 가스는 증착 공정시 SiH4, Si2H6, SiCl4, SiHCl3, SiF4 중 선택된 1종 이상을 H2 또는 He 가스에 희석시킨 가스인 것을 특징으로 하는 진공 플라즈마 반응 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응 가스는 에칭 공정시 C4F8, NF3, SF6, Ar, O2 중 선택된 1종 이상을 혼합한 가스인 것을 특징으로 하는 진공 플라즈마 반응 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 진공 플라즈마 유닛 어셈블리(100)와 기판(110) 사이에 설치되는 그리드 전극판(900);을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 플라즈마 반응 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 진공 플라즈마 유닛 어셈블리(100), 그리드 전극판(900) 및 기판(110) 사이의 거리를 조절하기 위해 상기 그리드 전극판(900)의 위치를 변경하는 위치 이동 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 플라즈마 반응 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 그리드 전극판(900) 및 기판(110)에는 직류 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 진공 플라즈마 반응 장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 그리드 전극판(900)은 메쉬 구조인 것을 특징으로 하는 진공 플라즈마 반응 장치.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응을 위한 플라즈마 주파수는 13.56 MHz, 27.12 MHz, 40 MHz, 54.24 MHz, 60 MHz 중 하나인 것을 특징으로 하는 진공 플라즈마 반응 장치.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 에칭시 공정 압력은 1 내지 100mTorr이고, 증착시 공정 압력은 50mTorr 내지 760Torr인 것을 특징으로 하는 진공 플라즈마 반응 장치.
  22. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 반응 가스의 공급 유량을 조절하기 위해 상기 진공 반응기(510)로 유입되는 가스관에 유량 조절기(MFC: Mass Flow Controller)가 설치되는 것을 특징으로 하는 진공 플라즈마 반응 장치.
  23. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    배기 유속 및 반응기 내 압력을 조절하기 위해 상기 반응기(510)의 가스 배출구와 펌프 사이에 스로틀 밸브(throttle valve)가 설치되는 것을 특징으로 하는 진공 플라즈마 반응 장치.
  24. 반응 가스를 공급받아 플라즈마 반응을 하거나 반응후 배출 가스를 배출하는 다수의 튜브(101)를 준비하는 단계;
    상기 다수의 튜브(101)를 격자형 배열 구조로 배치하여 증착 또는 에칭하는 진공 플라즈마 유닛 어셈블리(100)를 형성하는 단계; 및
    증착 또는 에칭되는 공정 기판(110)이 내측에 위치하는 진공 반응기(510)에 상기 진공 플라즈마 유닛 어셈블리(100)를 설치하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 플라즈마 반응 장치의 제작 방법.
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