KR20190114015A - 고주파수 전압을 공급하기 위한 내부 전기 네트워크를 갖는 전자 유닛 및 플라즈마 처리 시스템을 위한 캐리어 어레인지먼트 - Google Patents

고주파수 전압을 공급하기 위한 내부 전기 네트워크를 갖는 전자 유닛 및 플라즈마 처리 시스템을 위한 캐리어 어레인지먼트 Download PDF

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마이어 버거 (저머니) 게엠베하
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Abstract

본 발명은 특정한 인가된 전압에서, 각각의 플라즈마 전극 쌍의 제1 플라즈마 전극과 제2 플라즈마 전극 사이에서 플라즈마를 점화시키기에 적합한 복수의 플라즈마 전극 쌍들; 모든 제1 플라즈마 전극들에 제1 전압을 그리고 모든 제2 플라즈마 전극들에 제2 전압을 공급하기에 적합한 적어도 하나의 내부 전기 공급 네트워크 ― 전압들 중 적어도 하나는 고주파수임 ―; 및 제1 전압 및 제2 전압을 적어도 하나의 공급 네트워크에 피드하기에 적합한 제1 및 제2 연결 단자를 포함하는 전극 유닛과 관련된다. 내부 전기 공급 네트워크는 복수의 라인들을 포함하고, 라인들의 어레인지먼트, 기하학적 치수들 및/또는 재료, 및/또는 공급 네트워크 내의 제1 또는 제2 전압의 피드 포인트의 어레인지먼트에 의해, 공급 네트워크는 전극 유닛, 및 제1 및/ 또는 제2 전압의 주파수에 적응된다.

Description

고주파수 전압을 공급하기 위한 내부 전기 네트워크를 갖는 전자 유닛 및 플라즈마 처리 시스템을 위한 캐리어 어레인지먼트
본 발명은 플라즈마 처리 시스템을 위한 전극 유닛에 관한 것으로, 전극 유닛은 특히 진공 에서 용량적으로 커플링된 플라즈마를 생성하도록 적응된 복수의 플라즈마 전극 쌍들을 포함하고, 각각의 경우 내부 전기 공급 네트워크를 통해 상이한 전기적 고주파수 전압이 각각의 플라즈마 전극 쌍의 2개의 플라즈마 전극들에 공급된다. 게다가, 본 발명은 또한 플라즈마 처리 시스템을 위한 캐리어 어레인지먼트에 관한 것이고, 캐리어 어레인지먼트는 적어도 2개의 이러한 전극 유닛들을 포함한다.
플라즈마 프로세스들은, 예를 들어 층들 또는 입자들의 증착 또는 제거를 위해, 플라즈마 침지 이온 주입에 의한 층들의 도핑을 위해, 또는 기판의 표면을 세정 또는 활성화하기 위해, 예를 들어, 태양 전지들의 제조에서, 마이크로 전자장치들에서 또는 기판 표면들(예를 들어, 유리)의 마감에서 사용된다. 하기에서, 모든 이러한 플라즈마 프로세스들은 플라즈마 처리로 지칭된다.
용량적으로 커플링된 플라즈마들에서, 처리될 기판은 2개의 플라즈마 전극들 사이의 공간에 위치되고, 저주파수 또는 고주파수 전압이 이러한 2개의 플라즈마 전극들에 인가된다. 기판은 통상적으로 플라즈마 전극들 중 하나와의 직접적 오믹 접촉(ohmic contact)에 의한 전압으로 작동된다. 그러나, 특히 유전체 층들의 플라즈마-보조 증착에 있어서, 대응하는 절연 층들이 또한 적어도 기판 에지 영역에서 플라즈마 전극 상에 형성될 수 있고, 이러한 층들은 동일한 플라즈마 전극 상에 후속적으로 증착되는 다른 기판들 상의 증착의 균질성에 부정적으로 영향을 미친다.
플라즈마 처리에서 기판들의 스루풋을 증가시키기 위해, 몇몇 기판들이 동시에 처리되는 배치(batch) 시스템들이 사용된다. 이러한 경우, 기판들은 프로세싱될 표면과 나란히 또는 서로의 위에 배열될 수 있다. 기판들은 각각의 경우에 플라즈마 전극 쌍의 플라즈마 전극들 사이에 배열되고, 플라즈마 전극들은 서로 전기적으로 절연되고, 이러한 플라즈마 전극 쌍들 각각의 플라즈마 전극들 사이에서 플라즈마가 용량적으로 생성될 수 있도록 전압 피드(feed)에 연결된다. 서로의 위에 배열되는 기판들의 경우, 서로로부터 3 mm 내지 30 mm의 통상적 거리에서 평행하게 배열되는 최대 200개의 플라즈마 전극들은, 모든 제2 플라즈마 전극이 공통 전기적 연결을 갖도록 플라즈마 전극 유닛에서 전기적으로 상호연결된다. 그 다음, 모든 플라즈마 전극들 사이에서 플라즈마를 점화시키기에 충분히 큰 AC 전압이 2개의 단자들을 갖는 2개의 전극 그룹들의 결과적 어레인지먼트에 인가된다. 바람직하게는, 이러한 목적으로, 플라즈마 전극들을 둘러싸는 접지(진공 챔버 및 다른 컴포넌트들)에 대해 대칭 전압이 인가되는데, 즉, 포지티브 전압 +U/2가 하나의 전극 그룹에 인가될 때, -U/2는 다른 전극 그룹에 인가된다. 따라서, 전압 U는 플라즈마 전극들 사이에만 인가되며, 이러한 전압은 플라즈마 전극들 사이에 플라즈마를 생성하기에 충분히 크다. 여기에 인가되고 U/2인 전압이 플라즈마 생성을 위해서는 너무 작기 때문에, 주변 접지 부분들에 어떠한 플라즈마도 생성되지 않는다. 이러한 유형의 플라즈마 생성(대칭적 생성기 커플링)은 많은 플라즈마 전극들 상에 많은 기판들에 의한 플라즈마 프로세스들에서 특히 유리한데, 이는 기생 플라즈마를 회피하기 위한 라이브(live) 부분들의 절연이 거의 완전히 제거될 수 있기 때문이다.
이러한 전극 유닛은 예를 들어 EP 0 143 479 A1에 설명되어 있다. 이러한 경우, 개별적인 전극 플레이트들은 전기적 절연 스페이서들에 의해 서로로부터 정의된 거리에서 유지되고 각각 캐리어 상에 배열된 전기적 도체와 접촉된다. 따라서 전극 유닛은 전기적 도체를 각각 갖는 2개의 캐리어들을 포함하고, 캐리어들은 각각의 경우에 전극 유닛의 전체 길이에 걸쳐, 즉 제1 전극 플레이트로부터 마지막 전극 플레이트까지 연장된다.
DE 10 2015 004 352 A1은 또한 유사한 전극 유닛을 설명하고, 여기서 각각의 플레이트-형상의 전기적으로 전도성 기판 지지부는 각각의 평면에 배열되고 접촉 노즈(nose)가 제공된다. 전기적으로 높은 전도성 재료, 특히 흑연으로 제조된 접촉 블록은 2개의 전기적으로 동일하게 연결된 기판 지지부들 사이에 배열되고, 접촉 블록은, 서로 미리 결정된 거리를 동시에 유지하면서, 개별적인 기판 지지부들 사이의 전기적 연결, 및 그에 따라 모든 동일하게 연결된 기판 지지부들에 걸친 전압의 공급을 보장한다.
통상적으로, (20x5) mm2의 단면을 갖는 흑연으로 제조된 고체 흑연 막대들 또는 접촉 편부들이 동일하게 연결된 플라즈마 전극들에 전압을 공급하기 위해 사용된다.
이러한 유형의 전압 피드는 모든 동일하게 연결된 플라즈마 전극들에 균일하게 10 Hz 내지 1000 kHz 범위의 주파수를 갖는 저주파수 전압을 공급하기에 매우 적합하다. 따라서, 각각의 동일하게 연결된 플라즈마 전극에 동일한 전압이 인가되어, 전극 유닛의 모든 플라즈마 전극 쌍들에서 균질 플라즈마가 생성될 수 있다.
10 Hz 내지 1000 kHz의 저주파수 전압들에 대한 앞서 언급된 대칭적 플라즈마 배선은 종래 기술이고 널리 사용되지만, 1 MHz 내지 100 MHz의 주파수들을 갖는 고주파수 플라즈마들에 대해서는 문제가 된다.
보다 높은 주파수들, 예를 들어 13.56 MHz 또는 40 MHz의 전압들을 이용하는 플라즈마 프로세스들은 기판 에지 영역의 플라즈마 전극들 상의 두꺼운 기생 유전체 층들 및 플라즈마로부터 기판을 타격하는 이온들의 낮은 에너지에 의한 부드러운 기판 처리에 의해서도 기판 처리의 양호한 균질성과 같은 특정 이점들을 갖는다. 이러한 고주파수 플라즈마들 및 연관된 플라즈마 프로세스들(예를 들어, PECVD(plasma enhanced chemical vapour deposition) 또는 RIE(reactive ion etching))은 전술된 이들의 프로세스 이점들로 인해 반도체 산업에서 저주파수 플라즈마 프로세스들을 완전히 대체해 왔다. 이들은 통상적으로 단일 디스크 반응기들에서 사용되는데, 즉, 단일 기판, 예를 들어, 300 mm의 직경을 갖는 실리콘 웨이퍼가 2개의 플라즈마 전극들의 단일 전극 어레인지먼트에서 프로세싱된다. HF 생성기 커플링은 비대칭적으로 발생하는데, 즉, 기판은 접지 전극 상에 놓이고, 고주파수 전압에 연결된 제2 전극은 거기서 추가적인 기생 플라즈마들을 방지하기 위해 전극 간극 외부의 접지에 대해 잘 절연되어 구축된 카운터-전극으로서 작용한다.
이러한 주파수 범위의 전압들 및/또는 매우 많은 수의 동일하게 연결된 플라즈마 전극들, 예를 들어 20개 이상의 플라즈마 전극들을 갖는 전극 유닛들의 경우, 대칭적 고주파수 플라즈마의 생성은 문제가 있다. 특히, 전극 유닛에 걸쳐 달성된 전압 분포는 더 이상 충분히 균질하지 않다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 다양한 가능성들이 종래 기술로부터 공지되어 있다. 따라서, US 5,733,511 A는, 본 경우에는 나란히 배열되는 각각 동일하게 연결된 플라즈마 전극에, 이하 HF 생성기로 지칭되는 고주파수 전압 생성기 및 연관된 매칭 네트워크(매칭 네트워크, 매치 네트워크 또는 매치 박스)로부터 (2N+1)λ/4(N = 0, 1, 2 ...)의 길이를 갖는 별개의 동축 케이블을 통해 외부로부터의 전압이 개별적으로 피드되는 어레인지먼트를 설명한다. 많은 수의 동일하게 연결된 플라즈마 전극들의 경우, 이는, 예를 들어 플라즈마 처리 시스템의 처리 챔버에서 전압 피드의 별개의 진공 피드스루(feedthrough)로 인해 매우 복잡하다.
US 4,887,005 A에서, HF 생성기 및 매칭 네트워크로부터 별개의 공급 라인의 개별적으로 조정가능한 인덕턴스 또는 커패시턴스를 통한 전압이 각각 동일하게 연결된 플라즈마 전극에 공급되는 전극 유닛이 설명되지만, 이는 또한 매우 복잡하거나 차동 드라이브 변압기 및 중앙-태핑된 코일(centre-tapped coil)을 갖고, 각각의 경우, 변압기의 출력 권선의 일 단부 또는 코일의 각각의 단부는 동일하게 연결된 플라즈마 전극들 중 특정한 간단한 플라즈마 전극에 연결된다. 추가적인 코일들의 사용에 의해, 전력은 또한 각각의 경우에 2n(n = 1, 2, 3 ...)개의 플라즈마 전극들에 동일한 전력이 공급될 수 있도록 추가로 분할될 수 있다. 그러나, 중앙-태핑된 코일 또는 변압기의 2개의 단부들에, 각각의 경우 반대 부호의 출력 전압의 절반이 인가된다. HF 생성기의 출력 전압은 많은 수의 동일하게 연결된 플라즈마 전극들에 대해 매우 높도록 선택되어야 하고, 이는 구현에서 문제점들을 초래한다. 추가적으로, 여기에서 또한, 모든 추가적인 컴포넌트들, 예를 들어, 인덕터들, 커패시터들, 변압기들 및 중앙-태핑된 코일들은 처리 챔버 외부 및 그에 따른 전극 유닛 외부에 배열되어, 많은 수의 진공 전압 피드스루들을 초래한다.
따라서, 본 발명의 목적은 거의 동일한 고주파수 전압이 모든 동일하게 연결된 플라즈마 전극들에 피드되는 전극 유닛을 제공하는 것이며, 종래 기술의 단점들은 회피되거나 감소된다. 또한, 적어도 2개의 이러한 전극 유닛들이 유리하게 배열되는 많은 수의 기판들의 플라즈마 처리를 위한 캐리어 어레인지먼트를 제공하는 것이 목적이다.
이러한 목적은 청구항 제1 항에 따른 전극 유닛에 의해 그리고 청구항 제16 항에 따른 캐리어 어레인지먼트에 의해 달성된다. 바람직한 실시예들은 종속항들에서 발견될 수 있다.
플라즈마 처리 시스템의 처리 챔버에서 복수의 기판들의 플라즈마 처리에 적합한 전극 유닛은 제1 방향을 따라 배열된 복수의 플라즈마 전극 쌍들을 갖는다. 각각의 플라즈마 전극 쌍은, 서로 평행하고 서로 대향하며 서로 전기적으로 절연되어 배열된 제1 및 제2 플라즈마 전극으로 구성된다. 바람직하게는, 전극 유닛의 제1 및 제2 플라즈마 전극들은 제1 방향을 따라 교번하여 배열된다. 각각의 플라즈마 전극 쌍은, 제1 및 제2 플라즈마 전극들 사이에 정의된 전압이 존재하는 경우 제1 및 제2 플라즈마 전극들 사이의 플라즈마 공간에서 플라즈마를 점화시키기에 적합하다. 전극 유닛은 처리 챔버 내에서, 전극 유닛의 각각의 제1 플라즈마 전극에 제1 전압을 그리고 전극 유닛의 각각의 제2 플라즈마 전극에 제1 전압과 상이한 제2 전압을 피드할 수 있는 적어도 하나의 내부 전기 공급 네트워크를 더 갖고, 제1 및 제2 전압 중 적어도 하나는 고주파수 전압이고, 1 MHz 내지 100 MHz 범위의 주파수를 갖는다. 바람직하게는, 제1 전압 및 제2 전압 둘 모두는 고주파수 전압들이다. 적어도 하나의 내부 전기 공급 네트워크는 플라즈마 전극들, 플라즈마 전극들 사이에서 생성된 플라즈마들 및 기판들과 함께, 동작 동안, 즉, 플라즈마들을 점화하고 유지하기에 충분한 전기 전압의 인가가 주어지면 전극 유닛의 내부 전기 네트워크를 형성하고, 내부 전기 네트워크는 전극 유닛에 고유하고 오직 공급된 전압들을 통해서만 외부로부터 제어될 수 있다.
적어도 하나의 내부 전기 공급 네트워크에 제1 및 제2 전압을 피드하기 위해, 전극 유닛은 제1 연결 단자 및 제2 연결 단자를 더 갖는다. 제1 연결 단자는 적어도 하나의 내부 전기 공급 네트워크에 제1 전압을 피드하도록 적응되고, 제2 연결 단자는 적어도 하나의 내부 전기 공급 네트워크에 제2 전압을 피드하도록 적응된다. 처리 챔버 외부에 배열된 적어도 하나의 생성기에 의해 제공되는 고주파수 전력은 오믹 접촉(ohmic contact)들을 통해 제1 및 제2 연결 단자에 송신될 수 있다. 대안적으로, 생성기에 의해 제공된 고주파수 전력의 용량성 또는 유도성 송신에 의해 접촉없이 연결 단자들에 대한 전술된 전압들을 생성하는 커플링 어레인지먼트가 또한 사용될 수 있다.
제1 및 제2 전압들은 하기 특징들, 즉, 유효 값, 주파수 또는 위상 중 적어도 하나에서 상이하다. 바람직하게는, 제1 및 제2 전압은 접지에 대해 대칭적으로 생성되는데, 즉, 이들은 주파수 및 유효 값에서 상이하지 않지만 180°만큼 상이한 위상 위치에 의해 상이하다. 그러나, 예를 들어, 제1 또는 제2 전압은 고주파수 전압인 반면 다른 하나의 전압은 제로와 동일하고 접지에 대응하는 것에 의해 비대칭 전압 피드가 또한 가능하다. 어느 경우이든, 동작 동안 플라즈마 전극 쌍의 플라즈마 전극들의 전기적 전위들에서의 차이로부터 얻어지는 전극 전압은 1 MHz 내지 100 MHz 범위의 정의된 주파수를 갖는 고주파수 전압이다.
본 발명에 따른 전극 유닛의 적어도 하나의 내부 전기 공급 네트워크는 전극 유닛에서 플라즈마 전극들의 어레인지먼트, 특히, 서로에 대한 플라즈마 전극들의 수 및 간격에 따라, 그리고 제1 전압 및/또는 제2 전압의 주파수에 따라 설계되고, 이는 특히 전극 전압의 주파수에 적응된다. 즉, 적어도 하나의 내부 전기 공급 네트워크는, 전극 유닛이 구체적 제1 전압 및 구체적 제2 전압에 의한 동작을 위해 적응되도록 설계된다. 동작 동안, 적어도 하나의 내부 전기 공급 네트워크는 적어도 하나의 외부 매칭 네트워크와 함께, 전극 유닛의 내부 전기 네트워크의 공진 및 매칭, 및 전극 유닛 내부의 균질 전압 분포를 위해 설정된다. 적어도 하나의 외부 매칭 네트워크는 처리 챔버 외부에 배치된 전압 생성기와 제1 또는 제2 연결 단자들 중 적어도 하나 사이에 배열된다. 적어도 하나의 내부 전기 공급 네트워크의 구체적인 설계에 의해, 동작 동안 각각의 플라즈마 전극 쌍의 제1 및 제2 플라즈마 전극 사이에 거의 동일한 전압이 존재하고, 사실상 동일한 플라즈마 전력 밀도가 각각의 기판 상에 생성된다. 이는 특히, 10개 초과의 플라즈마 전극 쌍들이 전극 유닛에 존재하는 경우 유리하다.
적어도 하나의 내부 전기 공급 네트워크는, 제1 및 제2 연결 단자와 적어도 2개의 제1 및 적어도 2개의 제2 플라즈마 전극들 사이의 공급 라인들, 및/또는 각각 2개의 인접한 제1 또는 제2 플라즈마 전극들 사이의 개재 라인들, 및 각각의 경우에 상호연결된 개재 라인들의 제1 또는 제2 시스템으로의 하나의 피드 포인트, 및 각각의 경우에 제1 및 제2 연결 단자와 연관된 피드 포인트 사이의 연결 라인을 갖는다. 공급 네트워크의 구체적 설계는, 공급 라인들의 적합한 어레인지먼트, 및/또는 공급 라인들의 및/또는 개재 라인들의 및/또는 연결 라인들의 적합한 기하학적 치수들 및/또는 공급 라인들의 및/또는 개재 라인들의 및/또는 연결 라인들의 적합한 재료, 및/또는 제1 방향을 따라 전극 유닛에 대한 피드 포인트의 적합한 어레인지먼트로 구성된다. 모든 공급 라인들 및/또는 개재 라인들 및/또는 연결 라인들은 실제 전기 라인들인데, 즉, 정의된 기생 인덕턴스 또는 기생 커패시턴스를 갖고, 1 MHz 내지 100 MHz 범위의 주파수를 갖는 고주파수 전압의 인가가 주어지면 전극 유닛의 내부 전기 네트워크에 대한 그 영향은 무시가능하지 않다.
기생 라인 인덕턴스들 또는 라인 커패시턴스들은 예를 들어, 공급 라인들의 및/또는 개재 라인들의 및/또는 연결 라인들의 기하학적 치수들 및/또는 재료의 적합한 선택에 의해 영향받을 수 있다.
적어도 하나의 내부 전기 공급 네트워크의 언급된 설계들 모두는 도면들을 참조하여 아래에서 설명된다.
적어도 하나의 공급 네트워크의 구체적인 설계의 성질, 예를 들어, 공급 네트워크의 라인들의 구체적인 재료들 및 구체적인 치수들 또는 공급 네트워크에서 피드 포인트의 구체적인 어레인지먼트는, 컴퓨터 모델링 또는 시뮬레이션들의 보조로 평가될 수 있고, 전극 유닛에서 플라즈마 전극들의 어레인지먼트에 대응하여 선택될 수 있다.
그러나, 전극 유닛에 50개 초과의 플라즈마 전극 쌍들이 있으면, 내부 전기 공급 네트워크의 구체적인 설계에 대한 노력은 매우 크다. 따라서, 플라즈마 처리 챔버에서 많은 수의 기판들의 플라즈마 처리를 위한 본 발명에 따른 캐리어 어레인지먼트는 본 발명에 따른 전술된 전극 유닛들 중 적어도 2개를 갖는다. 바람직하게는, 각각의 전극 유닛은 20개 내지 30개의 플라즈마 전극 쌍들, 특히 바람직하게는 25개의 플라즈마 전극 쌍들을 포함한다.
하기에서, 본 발명 및 이의 다양한 실시예들은 실시예들 및 도면들을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 전극 유닛 및 저주파수 전압 공급을 위한 상기 전극 유닛의 내부 전기 네트워크의 전기적 등가 회로도의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전극 유닛 및 고주파수 전압 공급을 위한 상기 전극 유닛의 내부 전기 네트워크의 전기적 등가 회로도의 개략도이다.
도 3은, 플라즈마 전극들의 행-형상 배선 및 공급 네트워크들의 동방향(codirectional) 커플링을 갖는 2개의 공급 네트워크들을 갖는 본 발명에 따른 전극 유닛의 제1 실시예의 개략도 및 결과적 내부 전기 네트워크의 전기적 등가 회로도이다.
도 4a는 동방향 커플링을 갖는 종래 기술에 따른 전극 유닛에 대한 10개의 동일하게 연결된 플라즈마 전극들을 통한 고주파수 전압의 분포를 도시한다.
도 4b는 본 발명에 따른 전극 유닛의 제1 실시예에 대한 10개의 동일하게 연결된 플라즈마 전극들을 통한 고주파수 전압의 분포를 도시한다.
도 5는, 플라즈마 전극들의 행-형상 배선 및 공급 네트워크들의 역방향 커플링을 갖는 2개의 공급 네트워크들을 갖는 본 발명에 따른 전극 유닛의 제2 실시예의 개략도 및 결과적 내부 전기 네트워크의 전기적 등가 회로도이다.
도 6a는 역방향 커플링을 갖는 종래 기술에 따른 전극 유닛에 대한 10개의 동일하게 연결된 플라즈마 전극들을 통한 고주파수 전압의 분포를 도시한다.
도 6b는 본 발명에 따른 전극 유닛의 제2 실시예에 대한 10개의 동일하게 연결된 플라즈마 전극들을 통한 고주파수 전압의 분포를 도시한다.
도 7은, 플라즈마 전극들의 행-형상 배선 및 임의적으로 배열된 피드 포인트들을 갖는 2개의 공급 네트워크들을 갖는 본 발명에 따른 전극 유닛의 제3 실시예의 개략도 및 결과적 내부 전기 네트워크의 전기적 등가 회로도이다.
도 8은, 플라즈마 전극들의 행-형상 배선 및 중앙에 배열된 피드 포인트들을 갖는 2개의 공급 네트워크들을 갖는 본 발명에 따른 전극 유닛의 제4 실시예의 개략도 및 결과적 내부 전기 네트워크의 전기적 등가 회로도이다.
도 9는, 플라즈마 전극들의 트리-형상 배선을 갖는 2개의 공급 네트워크들을 갖는 본 발명에 따른 전극 유닛의 제5 실시예의 개략도 및 결과적 내부 전기 네트워크의 전기적 등가 회로도이다.
도 10은, 플라즈마 전극들의 행-형상 및 트리-형상 배선을 갖는 2개의 공급 네트워크들을 갖는 본 발명에 따른 전극 유닛의 제6 실시예의 개략도 및 결과적 내부 전기 네트워크의 전기적 등가 회로도이다.
도 11은, 고주파수 라인으로서 형성된 공급 네트워크를 갖는 본 발명에 따른 전극 유닛의 제7 실시예의 개략도 ― 여기서 제1 및 제2 연결 단자들은 고주파수 라인의 동일한 단부에 놓임 ― 및 결과적 내부 전기 네트워크의 전기적 등가 회로도이다.
도 12는, 고주파수 라인으로서 형성된 공급 네트워크를 갖는 본 발명에 따른 전극 유닛의 제8 실시예의 개략도 ― 여기서 제1 및 제2 연결 단자들은 고주파수 라인의 대향하는 단부들에 놓임 ― 및 결과적 내부 전기 네트워크의 전기적 등가 회로도이다.
도 13은 2개의 공급 네트워크들 및 플라즈마 전극 상의 유전체 층을 갖는 본 발명에 따른 전극 유닛의 제9 실시예의 개략도이다.
도 14a는 제1 단면 평면에서 본 발명에 따른 전극 유닛들을 갖는 본 발명에 따른 캐리어 어레인지먼트의 제1 실시예의 개략도이다.
도 14b는 제1 단면 평면에 수직인 제2 단면 평면에서 캐리어 어레인지먼트의 제1 실시예의 개략도이다.
도 15a는 제1 단면 평면에서 본 발명에 따른 전극 유닛들을 갖는 본 발명에 따른 캐리어 어레인지먼트의 제2 실시예의 개략도이다.
도 15b는 제1 단면 평면에 수직인 제2 단면 평면에서 캐리어 어레인지먼트의 제2 실시예의 개략도이다.
도 1은 플라즈마 처리 시스템의 처리 챔버에서 복수의 기판들(4)의 플라즈마 처리에 적합한 종래 기술에 따른 전극 유닛(1)을 도시한다. 전극 유닛(1)은 처리 챔버에 고정적으로 장착되거나 그 안팎으로 전체적으로 이동될 수 있다. 또한, 전극 유닛(1)이 플라즈마 처리 동안 챔버에서 직선, 회전 또는 달리 균일한 또는 비균일한 방식으로 이동되는 가능성이 또한 존재한다. 기판(4)은 전극 유닛(1)의 일부가 아니다.
전극 유닛(1)은 제1 방향(a-축)을 따라 배열된 많은 수의 플라즈마 전극 쌍들을 갖는다. 각각의 플라즈마 전극 쌍은, 서로 평행하고 서로 대향하며 서로 전기적으로 절연되어 배열된 제1 플라즈마 전극(2) 및 제2 플라즈마 전극(3)으로 구성된다. 바람직하게는, 제1 및 제2 플라즈마 전극(2, 3)은 제1 방향을 따라 교번하여 배열되고 표면 영역에 걸쳐 연장되며, 그 위에는 기판(4)이 플라즈마 처리 동안 제1 방향에 수직으로, 즉, 제1 방향이 또한 속하는 3차원 데카르트 좌표계의 2개의 다른 방향들(b 및 c-축)에 의해 걸쳐 있는 평면에 평행한 평면에 안착된다. 그러나, 제1 플라즈마 전극(2) 및 제2 플라즈마 전극들(3)의 표면들은 또한 제1 방향 및 추가적 방향에 걸쳐 있는 평면에서 연장되어, 각각의 플라즈마 전극들이 제1 방향을 따라 나란히 배열될 수 있다. 그 다음, 플라즈마 전극 쌍의 플라즈마 전극들은 데카르트 좌표계의 다른 2개의 방향들 중 하나를 따라 서로 대향하여 놓인다. 제1 및 제2 플라즈마 전극들(2, 3)은 흑연 또는 알루미늄과 같은 전기 전도성 재료로 제조되어, 플라즈마는 플라즈마 전극 쌍의 제1 및 제2 플라즈마 전극(2, 3) 사이에 정의된 전압의 인가 시에 플라즈마 공간(5)에서 점화된다.
플라즈마 전극들(2, 3)의 표면 영역은 통상적으로 처리될 기판들(4)의 표면 영역보다 약간 크고, 플라즈마 전극들(2, 3)의 표면 영역의 외측 형상(아웃라인, 윤곽)은 대략 기판들(4)의 외측 형상에 대응한다. 그러나, 전기적으로 양호한 전도성 기판들(4)의 경우, 기판(4)의 오직 일부만이 각각의 플라즈마 전극과 접촉할 수 있고, 그 다음, 이러한 플라즈마 전극은 임의의 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 전극(2, 3)은 (156x156) mm2의 기판(4)의 크기로 (200x200) mm2의 영역을 갖는다. 플라즈마 전극 쌍의 제1 플라즈마 전극(2)과 제2 플라즈마 전극(3) 사이의 거리는 3 mm와 50 mm 사이의 범위에 있다.
전극 유닛(1)은 n개의 플라즈마 전극들(2, 3)을 갖고, n은 통상적으로 10 내지 200의 짝수이다. 이러한 경우, n/2개의 제1 플라즈마 전극들(2)(도면들에서 E1, E3, E5, ..., En-1로 라벨링됨) 및 n/2개의 제2 플라즈마 전극들(3)(도면들에서 E2, E4, ..., En으로 라벨링됨)이 존재한다. 그러나, 또한 홀수개의 플라즈마 전극들(2, 3)이 존재할 수 있다. 개별적인 플라즈마 전극들(2, 3)은 절연 지지부들(6)에 의해 제1 방향을 따라 서로 이격되고 절연 지지부들(6)에 의해 지지된다. 지지부들(6)은 상이한 형상들을 가질 수 있고, 예를 들어, 제1 방향을 따라 각각 연장되는 복수의 막대-형상 지지부들일 수 있거나, 또는 플라즈마 전극들이 배열되고 적어도 하나의 측면에 기판들(4)을 도입하기 위한 개구들을 갖는 하우징으로서 형성될 수 있다.
모든 제1 플라즈마 전극들(2), 즉, E1 내지 En-1은 공통 제1 분배 라인(7)을 통해 제1 연결 단자 A에 연결되는 반면, 모든 제2 플라즈마 전극들(3), 즉, E2 내지 En은 공통 제2 분배 라인(8)을 통해 제2 연결 단자 B에 연결된다. 동일한 주파수 및 진폭이지만 접지에 대해 상이한 위상 위치(예를 들어, 180° 위상 오프셋)를 갖는 2개의 전압들을 생성하는 2개의 생성기들(9a 및 9b)이 연결 단자들 A 및 B에 연결된다. 2개의 생성기들 대신, 유도성 또는 용량성 수단에 의해 접촉없이 전극 어레인지먼트에 전력을 송신하고, 접지에 대해 180°만큼 위상 시프트된 2개의 전압들을 각각의 전기 커플링 네트워크로부터, 분배 라인들(7, 8)에 추가로 연결되는 단자들 A 및 B에 전달하는 커플링 어레인지먼트들이 또한 이용될 수 있다.
종래 기술에 따르면, 제1 및 제2 분배 라인들(7, 8)은 통상적으로, 예를 들어, (20x5) mm2의 (b-c 평면에서의) 단면을 갖는 흑연으로 제조된 고체 흑연 막대들 또는 플레이트들 또는 접촉 편부들로서 설계된다. 제1 방향(a-축)을 따른 분배 라인들(7, 8)의 길이는 플라즈마 전극들(2, 3)의 수, 또는 연결 단자들 A 및 B와 마지막 플라즈마 전극들(2 및 3) 사이의 거리로부터 얻어지며, 마지막 플라즈마 전극들(2 및 3)에는 각각의 분배 라인들(7 및 8)을 통해 전압이 각각 공급된다.
플라즈마 전극들(2, 3)에 인가된 저주파수 전압들의 경우, 즉, 10 Hz 내지 1000 kHz 범위의 주파수를 갖는 전압들의 경우, 분배 라인들(7 및 8)은 이상적인 도체들로서 작용하고, 이들의 기생 인덕턴스들 및 기생 커패시턴스들은 무시될 수 있다. 따라서, 모든 제1 플라즈마 전극들(2) 및 모든 제2 플라즈마 전극들(3)은 병렬 연결되고 동일한 전압을 갖는 것으로 고려될 수 있다. 따라서, 전극 유닛(1)의 내부 전기 네트워크는 도 1의 우측에 도시된 전기적 등가 회로도에 의해 특성화될 수 있고, 플라즈마 전극 쌍의 플라즈마 전극들 사이에서 점화되는 플라즈마는 각각의 경우에 플라즈마 임피던스 Z_plasma로 도시되고, 각각의 경우에 플라즈마 전극 쌍의 플라즈마 전극들에 의해 형성된 플레이트 커패시터는 커패시턴스 C로 도시된다. 따라서, 시스템-관련 불균질성들을 무시하면, 전극 유닛(1)에서 점화되는 모든 플라즈마들은 동일한 플라즈마들을 가져서 모든 기판들(4)은 균질하게 프로세싱될 수 있다.
그러나, 13.56 MHz 또는 40 MHz와 같은 더 높은 주파수들을 갖는 전압들 및/또는 예를 들어, 10개 이상의 플라즈마 전극들과 같은 매우 많은 수의 동일하게 연결된 플라즈마 전극들을 갖는 전극 유닛들에 의한 플라즈마 프로세스들의 경우, 그에 따라 도달되는 전압 분배는 더 이상 충분히 균질이 아니다. 이는 도 4a 및 도 6a를 참조하여 더 상세히 후술된다.
이제 도 2는, 제1 플라즈마 전극들(12), 제2 플라즈마 전극들(13), 기판들(14), 플라즈마 공간들(15), 절연 지지부들(16) 및 연결 단자들 A 및 B를 포함하는 본 발명에 따른 전극 유닛(10)을 도시하며, 이와 관련하여 상기 전극 유닛은 도 1의 전극 유닛(1)과 어떠한 차이점도 없다. 그러나, 전극 유닛(10)은 기판들(14)의 플라즈마 처리에 적합하고, 여기서 플라즈마는 접지에 대한 2개의 고주파수 전압 생성기들(19a 및 19b)에 의해 제공되는 2개의 고주파수 전압들의 보조로 점화된다. 바람직하게는, 2개의 전압들은 동일하지만 바람직하게는 180°만큼 위상 시프트된다. 이러한 전압들의 주파수는 1 MHz 내지 100 MHz의 범위, 바람직하게는 10 MHz 내지 40 MHz의 범위, 예를 들어, 13.56 MHz이다. 전압들은 각각의 경우 고주파수 전압 생성기들(19a, 19b)로부터 연관된 외부 매칭 네트워크(190a, 190b)를 통해 제1 연결 단자 A 및 제2 연결 단자 B에 송신된다. 전극 유닛(10)의 일부가 아닌 외부 매칭 네트워크들은 명확성 때문에 도 3, 도 5 및 도 7 내지 도 13에 도시되지 않지만, 동일한 방식으로 그에 존재한다.
동작 동안 전극 유닛(10)의 모든 플라즈마 전극 쌍들에 걸쳐 균질한 플라즈마 점화를 달성하기 위해, 전극 유닛(10)은, 생성기(19a) 및 외부 매칭 네트워크(190a)에 의해 모든 제1 플라즈마 전극들(12)에 제공되는 제1 전압 및 생성기(19b) 및 외부 매칭 네트워크(190b)에 의해 모든 제2 플라즈마 전극들(13)에 제공되는 제2 전압을 피드하는 적어도 하나의 내부 전기 공급 네트워크를 갖는다. 도 2는 2개의 내부 전기 공급 네트워크들(17, 18)을 갖는 실시예를 도시한다. 오직 하나의 내부 전기 공급 네트워크(20)를 갖는 실시예들은 도 11 및 도 12를 참조하여 추가로 설명된다. 전극 유닛(10)에 통합되는 각각의 공급 네트워크(17, 18 또는 20)는 기생 인덕턴스들이 제공되는 실제 라인들로 구성되고, 또한, 그러한 경우, 이러한 라인들의 기생 커패시턴스들, 치수들, 재료들, 어레인지먼트들 및 내부 연결들은, 동작 동안 각각의 플라즈마 전극 쌍의 플라즈마 전극들(12, 13) 사이에 거의 동일한 고주파수 전극 전압이 존재하도록 설계된다. "거의"는, 네트워크들의 매우 양호한 매칭으로도 약간의 전압 차이가 존재할 수 있지만, 기판들(14)의 플라즈마 처리의 관점에서, 이들은 허용가능하거나 또는 추가적 조치들, 예를 들어, 도 13을 참조하여 예시의 방식으로 설명되는 바와 같이 추가로 삽입된 커패시턴스들 또는 인덕턴스들에 의해 허용가능한 정도로 감소될 수 있음을 의미한다. 동작 동안, 외부 매칭 네트워크들(190a 및 190b)은, 전극 유닛(10)의 내부 전기 네트워크와 외부 매칭 네트워크들(190a, 190b) 사이에 공진이 발생하고 모든 네트워크들이 서로 매칭되도록 설정된다.
기판들의 구체적인 플라즈마 처리에 대해 어느 전압 차이들이 허용가능한지는 복수의 기판들에 걸친 플라즈마 처리의 균질성에 대해 부과되는 요건들에 의존한다. 이는 다음을 의미한다: 어느 전압 차이들이 여전히 허용가능한지는 본질적으로, 구체적인 플라즈마 처리 프로세스에 대한 플라즈마 처리 시스템의 사용자에 의해 특정된 균질성 목표들에 의존한다. 예를 들어, 태양 전지 생산에서는, 일반적으로 전극 유닛 사이의 전극 전압들 사이에서 10% 이하의 편차가 허용가능한 것으로 가정된다.
이러한 목적으로, 적어도 하나의 내부 전기 공급 네트워크에 존재하는 라인들, 즉 공급 라인들 및/또는 개재 라인들 및/또는 연결 라인들은 더 이상 종래 기술에서와 같이 고체 흑연 구조로서 형성되지 않고, 그 대신, 예를 들어, 0.1 mm 내지 5 mm 범위, 바람직하게는 0.2 mm 내지 0.5 mm 범위의 두께, 및 1 mm 내지 100 mm, 바람직하게는 20 mm 내지 60 mm 범위의 폭을 갖는 금속 스트립들로서 형성된다. 두께 및 폭은 라인의 단면 영역을 특성화하는 반면, 라인의 길이는 전류 흐름 방향을 따라 측정된다. 하나의 네트워크에서 사용되는 금속 스트립들의 길이는 라인의 유형에 따라 달라지고 그에 의존할 수 있다.
금속 스트립들은 바람직하게는, 알루미늄, 구리, 은 또는 은-도금 구리(표면 상에 은 층을 갖는 구리)와 같은 고 전도성 재료로 제조된다. 재료의 선택은 단지 동작 동안 전극 유닛의 내부 전기 네트워크에서의 전기 조건들 뿐만 아니라, 처리 챔버, 특히 플라즈마에 존재하는 물질들, 분자들, 라디칼들 등에 대한 상기 재료들의 화학적 특성들에 의존한다.
예를 들어, 금속 스트립들은 구리로 제조되고, 각각 0.25 mm의 두께 및 30 mm의 폭을 갖는다.
금속 스트립들이 알루미늄으로 제조되면, 이들은 0.5 mm의 두께 및 50 mm의 폭을 갖는다.
도 2에 도시된 실시예에서, 제1 전압은 연결 단자 A로부터 제1 공급 네트워크(17)에 피드되고 제1 공급 네트워크(17)에 의해 각각의 제1 플라즈마 전극(12)에 이용가능하게 되는 반면, 제2 전압은 연결 단자 B로부터 제2 공급 네트워크(18)에 피드되고 제2 공급 네트워크(18)에 의해 각각의 제2 플라즈마 전극(13)에 이용가능하게 된다.
후속 도면들을 참조하여, 2개의 내부 전기 공급 네트워크들(17, 18)을 갖는 본 발명에 따른 전극 유닛(10)의 실시예들이 제시되어야 하며, 여기서 2개의 공급 네트워크들(17, 18) 각각은 서로 공간적으로 및 전기적으로 분리된다. 이는, 2개의 공급 네트워크들(17, 18)의 서로로부터의 거리가 충분히 커서 2개의 공급 네트워크들(17, 18)의 라인들 사이의 용량서 및 유도성 커플링이 무시가능함을 의미한다. 이러한 거리는 바람직하게는 100 mm 내지 500 mm 범위, 예를 들어, 200 mm이다. 공간적 및 전기적 분리는, 예를 들어, 제1 방향에 수직인 방향에 대해 전극 유닛(10)의 상이한 측면들 상에서 2개의 공급 네트워크들(17, 18)의 어레인지먼트에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 2개의 공급 네트워크들(17, 18)은 도 2에 도시된 바와 같이, b-축에 대해 전극 유닛(10)의 대향 측면들 상에 배열된다.
도 3은 2개의 내부 전기 공급 네트워크들(17, 18)을 갖는 전극 유닛의 제1 실시예(101)를 도시한다. 제1 전압은 제1 공급 네트워크(17)에서 제1 연결 단자 A로부터 제1 연결 라인(171)을 통해 상호연결된 제1 개재 라인들(172a-172i)의 제1 시스템(170)에 피드된다. 궁극적으로 제1 방향을 따라 배열된 마지막 제1 플라즈마 전극(12)(En-1)이 개재 라인(172i)에 의해 그 전에 배열된 제1 플라즈마 전극(12)에 연결될 때까지, 개재 라인(172a)은 제1 방향에서 먼저 배열된 제1 플라즈마 전극(12)(E1)을 제1 방향을 따라 다음에 배열된 제1 플라즈마 전극(12)(E3)과 연결하고, 개재 라인(172b)은 이러한 제1 플라즈마 전극(12)(E3)을 제1 방향을 따라 배열된 다음 제1 플라즈마 전극(12)(E5)에 연결하는 식이다. 이는 연결 라인(171) 및 각각의 개재 라인들(172a-172i)의 직렬 회로에 대응하고, 이러한 라인들 각각은 전기적 등가 회로도(도 3의 우측)에서 기생 인덕턴스 L에 의해 특성화된다. 따라서, 제1 방향을 따라 처음에 배열된 제1 플라즈마 전극(12)(E1)은 제1 연결 라인(171)을 통해 전압을 공급받고, 제1 방향을 따라 두번째에 배열된 제1 플라즈마 전극(12)(E3)은 제1 연결 라인(171) 및 제1 개재 라인(172a)의 직렬 회로를 통해 전력을 공급받고, 제1 방향을 따라 세번째에 배열된 제1 플라즈마 전극(12)(E5)은 제1 연결 라인, 제1 개재 라인(172a) 및 제1 개재 라인(172b)의 직렬 회로를 통해 전압을 공급받는 식이다. 이와 동일한 방식으로, 제2 플라즈마 전극들(13)(E2 내지 En)은, 제2 연결 단자 B로부터 제2 공급 네트워크(18)를 함께 형성하는 제2 개재 라인들(182a-182i)의 제2 시스템(180) 및 제2 연결 라인(181)을 통해 전압을 공급받는다. 제1 시스템(170)에 대한 제1 연결 라인(171)의 연결을 특성화하는 제1 피드 포인트(173)는 전극 유닛(101)에서 제1 방향을 따라 처음에 배열된 제1 플라즈마 전극(12)(E1)의 높이에 있다. 이와 동일한 방식으로, 제2 시스템(180)에 대한 제2 연결 라인(181)의 연결을 특성화하는 제2 피드 포인트(183)는 전극 유닛(101)에서 제1 방향을 따라 처음에 배열된 제2 플라즈마 전극(13)(E2)의 높이에 놓인다. 이는 동방향 배선 또는 동방향 생성기 커플링으로 지칭된다. 고주파수 전압은 여기서는 제1 방향인 동일한 방향에서 각각의 플라즈마 전극들(12, 13) 사이의 공급 네트워크들(17, 18) 둘 모두에서 포워딩된다.
이미 언급된 바와 같이, 연결 라인들(171, 181) 및 개재 라인들(172a-172i, 182a-182i)은 구리 또는 알루미늄과 같은 부분적으로 높은 전도성 재료들로 제조된 금속 스트립들로서 형성될 수 있다. 개재 라인들(172a-172i, 182a-182i)은 제1 방향을 따라 2개의 인접한 동일하게 연결된 플라즈마 전극들(12, 13) 사이의 거리보다 큰, 즉, 예를 들어, 전극 E1과 전극 E3 사이의 거리보다 큰 길이를 가질 수 있다. 이러한 거리는, 또한 종래 기술에 따른 전극 유닛에서와 같이 6 mm 내지 100 mm이다. 연결 라인들(171, 181)의 길이는 또한 전극 유닛(101) 내에서 처음에 배열된 제1 및 제2 플라즈마 전극들(12, 13)로부터 각각의 연결 단자들 A, B의 거리보다 클 수 있다. 종래 기술에 따른 전극 유닛에서의 분배 라인들에 비해 저-인덕턴스 연결 라인들 및 개재 라인들의 사용에 의해, 전극 유닛을 통한 전극 전압들에서의 차이들은 크게 감소된다.
이는 도 4a 및 도 4b에 도시되어 있다. 이러한 도면들은, 전압의 상이한 주파수들에 대해 전극 유닛의 동일하게 연결된 플라즈마 전극들에 인가된 고주파수 전압의 측정들에 기초하고, 다수의 동일하게 연결된 플라즈마 전극들에 걸쳐 PSPICE와 같은 전자 회로들에 대한 통상적인 시뮬레이션 프로그램들에 의한 전압 곡선의 시뮬레이션들과 일치하며, 각각의 경우에 4 MHz, 13.56 MHz, 또는 40 MHz의 주파수에 대해 이러한 플라즈마 전극들 중 하나에 인가되는 가장 높은 전압과 관련된 이러한 플라즈마 전극들 중 특정한 플라즈마 전극에 인가된 전압의 전압 편차를 도시한다. 도 4a는 20개의 플라즈마 전극들을 갖는, 즉, 10개의 동일하게 연결된 플라즈마 전극들에 걸쳐 종래 기술에 따른 전극 유닛에 대한 전압 분포를 도시하는 반면, 도 4b는 20개의 플라즈마 전극들을 갖는 본 발명에 따른 전극 유닛의 제1 실시예에 대한 전압 분포를 도시한다. 각각의 플라즈마 전극 쌍의 제1 및 제2 플라즈마 전극들은 서로로부터 15 mm의 거리에 배열된다. 각각의 경우에, (200 x 200) mm2의 치수들을 갖는 동일하게 연결된 플라즈마 전극들은 동방향으로 연결된다.
알 수 있는 바와 같이, 종래 기술에 따른 전극 유닛 내의 전압 편차는 4 MHz의 주파수에 대해 약 4%이고, 따라서 여전히 허용가능하다. 그러나, 더 높은 주파수들의 경우 더 이상 허용가능하지 않은 강하게 불균질한 전압 분포가 존재하는데, 이는, 전극 유닛을 통해 기판들의 어떠한 균질한 플라즈마 처리도 허용하지 않기 때문이다. 반대로, 본 발명에 따른 전극 유닛의 제1 실시예에서 13.56 MHz에 대한 전압 분포는 이미 크게 개선되었고, 심지어 13.56 MHz에서도 허용될 수 있다.
본 발명에 따른 전극 유닛의 제2 실시예(102) 및 그와 연관된 전기적 등가 회로도가 도 5에 도시되어 있다. 전극 유닛은 다시 제1 실시예에서의 것과 동일하게 설계된 제1 공급 네트워크(17) 및 제2 공급 네트워크(18)를 갖는다. 제2 공급 네트워크(18)는 제1 실시예의 것과 유사하게 형성되지만, 제2 피드 포인트(183)는 이제 전극 유닛(102)의 마지막에 제1 방향(a-축)을 따라 배열된 제2 플라즈마 전극(13)의 높이에 있다. 이는 플라즈마 전극 En이다. 따라서, 마지막 제2 플라즈마 전극(13)(En)을 선행 제2 플라즈마 전극(13)(En-2)에 연결하는 제2 개재 라인(182a)은 제2 시스템(180)에서 제1 개재 라인인 반면, 개재 라인(182i)은 제2 시스템(180)에서 마지막이고 전극 유닛(102)에서 처음 2개로서 제1 방향을 따라 배열된 제2 플라즈마 전극들(13)(E2 및 E4)을 상호연결한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제2 연결 단자 B는 또한 제1 방향에 대해 전극 유닛(102)의 다른 측면 상에 배열될 수 있다. 그러나, 정확히 제1 실시예(101)에서와 같이, 제2 연결 단자 B는 전극 유닛의 하부 단자에 배열될 수 있고, 그 다음, 연결 라인(181)은 제2 공급 네트워크(18) 내에서 마지막 제2 플라즈마 전극(13)(En)까지 그리고 그에 따라 제2 피드 포인트(183)까지 대응적으로 안내된다.
제2 실시예(102)의 이러한 배열은 역 배선 또는 역 생성기 커플링으로 지칭된다. 고주파수 전압은 제1 방향을 따라 제1 공급 네트워크(17)에서 그리고 제1 방향에 대향하는 제2 방향을 따라 제2 공급 네트워크(18)에서 각각의 플라즈마 전극들(12, 13) 사이에서 포워딩된다. 결과적으로, 플라즈마 처리 동안 흐르는 전류는 각각의 플라즈마 전극 쌍에 대해 연결 단자들 A 및 B 사이에서 동일한 수의 기생 라인 인덕턴스들 L 및 기생 커패시턴스들을 통과하고, 따라서 전압 분포의 균질성을 추가로 증가시킨다.
이는 도 6a 및 도 6b에서 명백하게 볼 수 있다. 도 6a는 다시 종래 기술에 따른 전극 유닛의 10개의 동일하게 연결된 플라즈마 전극들에 걸친 전압 분포를 도시하는 반면, 도 6b는 10개의 동일하게 연결된 플라즈마 전극들을 갖는 본 발명에 따른 전극 유닛의 제2 실시예에 대한 전압 분포를 도시한다. 각각의 플라즈마 전극 쌍의 제1 및 제2 플라즈마 전극은 다시 서로로부터 15 mm의 거리에 배열된다. 각각의 경우에, (200 x 200) mm2의 치수들을 갖는 동일하게 연결된 플라즈마 전극들은 HF 전압 생성기(들)에 역 커플링된다.
여기서, 주파수들 13.56 MHz 및 40 MHz에 대한 종래 기술에 따른 전극 유닛에 대해 너무 강한 전압 불균질성을 볼 수 있는 반면(도 6a), 13.56 MHz의 주파수에 대한 본 발명에 따른 전극 유닛의 제2 실시예에 대한 전압 분포는 거의 균질이고 40 MHz의 주파수에 대해 적어도 크게 개선된다(도 6b).
도 7은 본 발명에 따른 전극 유닛의 제3 실시예(103) 및 그 전기적 등가 회로도를 도시한다. 제3 실시예(103)는, 제1 피드 포인트(173) 및 제2 피드 포인트(183)가 전극 유닛(103)의 처음 및 마지막에 각각 배열된 제1 및 제2 플라즈마 전극들(12, 13) 사이에서 자유롭게 배열되고 개재 라인들(172a-172i, 182a-182i)의 제1 및 제2 시스템들(170, 180)에 의해 서로 연결된다는 점에서 제1 및 제2 실시예(101, 102)와는 상이하다. 이는, 연결 라인들(171, 181)이 각각의 시스템(170, 180) 내의 플라즈마 전극들(12, 13)의 처음 또는 마지막이 아닌 제1 또는 제2 플라즈마 전극들(12, 13) 중 하나 또는 개재 라인들(172a-172i, 182a-182i) 중 하나의 높이에서 제1 시스템(170) 및 제2 시스템(180)에 접촉한다는 것을 의미한다. 도 7에 도시된 예에서, 제1 피드 포인트(173)는 세번째 제1 플라즈마 전극(12)의 높이, 즉, 전극 E5의 높이에 놓이는 반면, 제2 피드 포인트(183)는 끝에서 두번째 제2 플라즈마 전극(13)의 높이, 즉, 전극 En-2의 높이에 놓인다.
따라서 제1 시스템(170) 및 제2 시스템(180) 각각은 제1 부분(170a, 180a) 및 제2 부분(170b, 180b)을 갖는다. 각각의 경우에 제1 부분(170a, 180a)은 전극 유닛(103)에서 각각 마지막에 배열된 제1 및 제2 플라즈마 전극들(12, 13) 사이, 즉, 전극들 En-1 및 En과 각각의 피드 포인트(173, 183) 사이에 배열되는 개재 라인들(172c-172i 및 182i)을 포함한다. 반대로, 제2 부분(170b, 180b)은 전극 유닛(103)에서 각각 처음에 배열된 제1 및 제2 플라즈마 전극들(12, 13) 사이, 즉, 전극들 E1 및 E2와 각각의 피드 포인트(173, 183) 사이에 배열되는 개재 라인들(172a, 172b 및 182a-182h)을 포함한다. 따라서, 피드인된 제1 전압 및 피드인된 제2 전압은 제1 시스템(170)의 제1 부분(170a) 및 제2 시스템(180)의 제1 부분(180a)에서 제1 방향으로, 그리고 제1 시스템(170)의 제2 부분(170b) 및 제2 시스템(180)의 제2 부분(180b)에서 제1 방향에 대향하는 제2 방향으로 포워딩된다.
도 5를 참조하여 이미 언급된 바와 같이, 연결 단자들 A, B는 특정 위치에, 특히 도 7에 도시된 바와 같이 전극 유닛의 측면에 배열될 필요가 없고, 그 대신 또한 전극 유닛의 하부 단자 또는 상부 단자에 배열될 수 있거나 임의적으로 배열될 수 있고, 그 다음, 연결 라인들(171, 181)은 그에 따라 안내되고 구성된다.
도 8에 도시된 본 발명에 따른 전극 유닛의 제4 실시예(104)는 도 7에 도시된 실시예의 특수한 경우이고, 피드 포인트들(173, 183)이 각각 상호연결된 개재 라인들(172a-172d 및 182a-182d)의 연관된 시스템(170, 180)에 대해 중앙에 배열된다는 점에서 특성화된다. 예시의 방식으로, 10개의 플라즈마 전극들의 어레인지먼트가 도시되어 있다. 제1 피드 포인트(173)는 중간 제1 플라즈마 전극(12)의 높이, 즉, 전극 E5의 높이에 배열되는 반면, 제2 피드 포인트(183)는 중간 제2 플라즈마 전극(13)의 높이, 즉, 전극 E6의 높이에 배열된다. 따라서, 제1 시스템(170)의 제1 부분(170a) 및 제1 시스템(170)의 제2 부분(170b) 각각은 제1 시스템(170)의 제1 또는 제2 절반을 표현하는 반면, 제2 시스템(180)의 제1 부분(180a) 및 제2 시스템(180)의 제2 부분(180b) 각각은 제2 시스템(180)의 제1 또는 제2 절반을 표현한다. 따라서, 피드인된 제1 전압 및 피드인된 제2 전압은 제1 시스템(170)의 제1 절반(170a) 및 제2 시스템(180)의 제1 절반(180a)에서 제1 방향으로, 그리고 제1 시스템(170)의 제2 절반(170b) 및 제2 시스템(180)의 제2 절반(180b)에서 제1 방향에 대향하는 제2 방향으로 포워딩된다.
도 3, 도 5, 도 7 및 도 8에 도시된 실시예들에서, 각각의 경우에 모든 동일하게 연결된 플라즈마 전극들(12, 13)에는 직렬 연결된 개재 라인들(172a-172i, 182a-182i)의 시스템(170, 180)에 의해 전압이 공급된다. 그러나, 이는, 도 10을 참조하여 추후에 설명될 바와 같이 필수적이 아니다.
도 9는 본 발명에 따른 전극 유닛의 제5 실시예(105) 및 그와 연관된 전기적 등가 회로도를 도시한다. 여기서 제1 및 제2 공급 네트워크(17, 18)는 트리-형상의 어레인지먼트를 갖는 이진-분기 공급 라인들(174a-174g 및 184a-184g)로 구성된다. 각각의 연결 단자 A, B로부터, 제1 공급 라인(174a) 및 제2 공급 라인(184a)은 제1 또는 제2 노드(분기 포인트)(175a, 185a)로 연장된다. 이들로부터, 2개의 다른 제1 및 제2 공급 라인들(174b, 174c, 184b, 184c)은 다른 제1 및 다른 제2 노드들(175b, 175c, 185b, 185c)로 연장되고, 여기서 공급 라인들이 다시 분기된다. 이러한 이진 분기는 제1 및 제2 플라즈마 전극들(12, 13) 각각이 정확히 하나의 별개의 공급 라인에 의해 접촉될 때까지 계속되며, "이진"은 각각의 노드에서 하나의 인입 공급 라인으로부터 2개의 인출 공급 라인들이 생성됨을 의미한다. 도 9에서, 이는 4개의 제1 플라즈마 전극들(12) 및 4개의 제2 플라즈마 전극들(13)에 대해 도시되어 있다. 제5 실시예에서, 모든 2n개의 동일하게 연결된 플라즈마 전극들(12, 13)이 접촉될 수 있고, 여기서 n은 노드 레벨들의 수이다. 도시된 예에서, 제1 플라즈마 전극들(12)에는 제1 공급 라인들(174d-174g)을 통해 제1 전압이 공급되는 반면, 제2 플라즈마 전극들(13)에는 제2 공급 라인들(184d-184g)을 통해 제2 전압이 공급된다. 공급 네트워크들(17, 18)에서, 각각의 경우에 2개의 노드 레벨들이 존재하고, 여기서 제1 노드 레벨은 노드들(175a 또는 185a)을 포함하고, 제2 노드 레벨은 노드들(175b 및 175c 또는 185b 및 185c)을 각각 포함한다.
연관된 전기적 등가 회로도(도 9의 우측)로부터 학습될 수 있는 바와 같이, 플라즈마 처리 동안 흐르는 전류는 그에 따라, 연관된 연결 단자 A, B와 모든 제1 및 제2의 동일하게 연결된 플라즈마 전극들(12, 13)에 대한 플라즈마 전극들(12, 13) 중 하나 사이의 자신의 경로 상에서 동일한 수의 라인 인덕턴스들 L 및 기생 커패시턴스들을 통과한다. 무엇보다도 공급 라인들로서 사용되는 금속 스트립들 또는 라인들의 치수들에 의해 구현될 수 있는 라인 콘덕턴스들 L 및 기생 커패시턴스들이 유사하게 구성되면, 전극 유닛의 모든 플라즈마 전극 쌍들에 대한 전압 강하는 동일하다. 따라서, 전극 유닛 내부에 배열된 모든 기판들에 대한 균질한 플라즈마 처리가 달성된다.
도 10은 개별적인 라인들의 트리-형상 및 행-형상 연결의 하이브리드인 본 발명에 따른 전극 유닛의 제6 실시예(106)를 도시한다. 내부 공급 네트워크들(17, 18) 둘 모두는 공급 라인들(174a-174e, 184a-184e)을 갖고, 각각은 또한 상호연결된 개재 라인들(172a, 172b, 182a, 182b)의 시스템(170, 180)을 갖는다. 도시된 예에서, 전극 유닛은 10개의 플라즈마 전극들 E1-E10을 갖는 것으로 도시되어 있고, 제1 플라즈마 전극들(12) 중 일부(구체적으로 전극들 E3, E7 및 E9)에는 공급 라인들(174a-174e)을 통해 전압이 공급되고, 일부(구체적으로 전극들 E1 및 E5)에는 공급 라인들(174a 및 174b) 및 중간 라인들(172a, 172b)을 통해 전압이 공급된다. 제1 시스템(170)에서 제1 피드 포인트(173)는 제1 시스템(170)의 중간에 있지만, 또한 제1 시스템(170) 내의 임의의 다른 제1 플라즈마 전극(2)의 높이에 놓일 수 있다. 제1 공급 라인들(174a 및 174b)은 연결 단자 A와 제1 피드 포인트(173) 사이의 연결 라인들로서 기능한다. 전압 피드의 동일한 구성이 제2 네트워크(18)에 존재하며, 이를 이용하여 제2 플라즈마 전극들(13)에 전압이 공급된다.
이러한 하이브리드에 있어서, 전압 공급은, 각각의 경우에 2의 거듭제곱과 동일하지 않고(≠ 2n) 따라서 도 9에 도시된 바와 같이 공급 라인들의 순수하게 트리-형상의 공급 네트워크를 통해 전력을 공급받을 수 없는 제1 및 제2 플라즈마 전극들(12, 13)의 수를 갖는 전극 유닛에 대해 실현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전극 유닛의 내부 공급 네트워크는 또한 상호연결된 개재 라인들의 다수의 시스템들을 가질 수 있고, 연관된 연결 단자와 시스템들로의 각각의 피드 포인트들 사이의 연결 라인들은 트리-형상 및 분기된 방식으로 배열된 공급 라인들에 의해 구현된다. 따라서, 특히 많은 수의 플라즈마 전극들이 주어지면, 전극 유닛의 동일하게 연결된 플라즈마 전극들을 통한 전압 분포의 균질성은 추가로 개선될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 전극 유닛의 이미 설명된 실시예들에 존재하는 2개의 내부 공급 네트워크들(17 및 18)은 동일하게 설계된다. 즉, 공급 라인들 및/또는 연결된 개재 라인들의 시스템들을 통한 전압 분포의 유형은 공급 네트워크들 둘 모두에 대해 동일하다.
물론, 도 8 내지 도 10에 구체적인 수가 도시된 실시예들에서 플라즈마 전극들의 수가 이러한 수로 제한되는 것이 아니라, 그 대신 각각의 실시예에 대해 실현가능한 수의 맥락에서 자유롭게 선택될 수 있다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 전극 유닛의 플라즈마 전극들(12, 13)에 전압을 공급하기 위해 오직 하나의 내부 전기 공급 네트워크(20)를 각각 갖는 본 발명에 따른 전극 유닛의 실시예들이 설명된다. 각각의 경우에 공급 네트워크(20)는 고주파수 라인으로 설계되고, 여기서 상호연결된 개재 라인들(212a-212i, 222a-222i)의 2개의 시스템들(210, 220)은 서로 공간적으로 나란히 배열되고, 이전 실시예들에서와 같이 서로 공간적으로 분리되지 않는다. 제1 시스템(210)과 제2 시스템(220) 사이의 거리는 충분히 작아서, 2개의 시스템들(210, 220)은 서로 용량적으로 및 유도적으로 커플링된다. 거리는 바람직하게는 1 mm 내지 50 mm 범위이고, 예를 들어, 10 mm이다. 고주파수 라인은, 예를 들어, 2개의 병렬적 와이어들 또는 2개의 병렬적 금속 스트립들의 이중 라인의 형태일 수 있고, 이들 각각은 개재 라인들(212a-212i, 222a-222i) 및 또한 가능하게는 연결 라인들(211, 221)을 구현한다. 바람직하게는, 2개의 와이어들 또는 금속 스트립들 사이에, 절연체로서 공기 뿐만 아니라 예를 들어, 알루미늄 산화물 세라믹, 실리콘 산화물 세라믹 등으로 제조된 유전체 재료가 존재하고, 이는 2개의 와이어들 또는 금속 스트립들을 서로 절연하고 커패시턴스들 C_I로서 각각의 전기적 등가 회로에 도시된다. 개재 라인들에 대한 금속 스트립들의 위에 주어진 치수들 및 절연체로서 알루미늄 산화물 세라믹 뿐만 아니라 상이한 시스템들(210, 220)의 금속 스트립들 사이의 10 mm의 거리는 10 Ω 내지 100 Ω 범위의 통상적인 파 임피던스를 갖는 이중 라인을 생성한다. 플라즈마 전극들(12, 13)의 기하구조의 적합한 치수화에 의해, 플라즈마 전극들(12, 13)의 부하 저항이 또한 매칭되어, 그에 의해 전압 피드가 추가로 균질화될 수 있다. 이중 라인 대신에, 동축 케이블들이 또한 사용될 수 있다.
도 11은 내부 공급 네트워크(20)를 갖는 본 발명에 따른 전극 유닛의 제7 실시예(107)를 도시하고, 여기서 시스템들(210, 220) 둘 모두의 피드 포인트들(213, 223) 각각은 전극 유닛에서 제1 방향을 따라 처음에 배열된 제1 및 제2 플라즈마 전극들(12, 13)(E1 및 E2)의 높이에 배열된다. 즉, 피드 포인트들(213, 213)은 제1 방향에 대해 전극 유닛의 동일한 측면에 있다. 따라서, 플라즈마 처리 동안 시스템들(210, 220) 중 하나로 그리고 다시 다른 시스템(210, 220)으로부터 흐르는 고주파수 전류가 공급 네트워크(20)의 고주파수 라인을 가로지르는데, 즉, 결과적 전류는 제1 시스템(210) 및 제2 시스템(220)에서 대향하는 방향으로 흐른다. 따라서, 2개의 시스템들(210, 220)의 각각의 요소에서, 즉, 개재 라인들(212a-212i, 222a-222i) 각각에서, "유출"은 "리턴 전류"와 동일하여, 그에 의해 기생 라인 인덕턴스들 L에서의 전압 강하들이 추가로 감소된다.
도 12는 본 발명에 따른 전극 유닛의 제8 실시예(108)를 도시하고, 여기서는 제7 실시예(107)와 반대로, 피드 포인트들(213, 223)이 제1 방향에 대해 각각의 시스템들(210, 220)의 대향하는 측면들에 있다. 따라서, 예를 들어, 제1 시스템(210)으로의 제1 피드 포인트(213)는 전극 유닛에서 제1 방향을 따라 처음에 배열된 제1 플라즈마 전극(12)(E1)의 높이에 있는 반면, 제2 시스템(220)으로의 제2 피드 포인트(223)는 전극 유닛에서 제1 방향을 따라 마지막에 배열된 제2 플라즈마 전극(13)(En)의 높이에 있다. 결과적으로, 플라즈마 처리의 경우, 시스템들(210, 220)의 평행 라인들에서 앞뒤로 흐르는 어떠한 고주파수 전류도 생성되지 않지만, 그 대신 시스템들(210, 220) 둘 모두에서 동일한 방향에서 고주파수 전류 흐름이 생성된다. 이는 또한 전압 분포의 균질화를 도출한다.
본 발명에 따른 전극 유닛의 다른 설계는 도 13에 대해 설명된다. 도 13은 제9 실시예(109)를 도시하고, 전극 유닛은 도 3에 도시된 제1 실시예와 유사하게 구성된 서로 공간적으로 분리된 2개의 공급 네트워크들(17, 18)을 갖는다. 동일하게 연결된 플라즈마 전극들(12, 13)에 대해 가능하게는 여전히 존재하는 전압 차이들을 추가로 감소시키기 위해, 유전체 층(30)이 플라즈마 전극들(12, 13) 상에 배열되고, 각각의 경우에 플라즈마 전극들(12, 13)의 표면 상에서 플라즈마 공간(15)을 향한다. 이는 각각의 플라즈마 전극 쌍에 대해 추가 커패시터로서 작용한다. 전극 유닛의 플라즈마 공간들(15) 사이에서 플라즈마 생성 조건들을 균질화하기 위해, 유전체 층(30)은 그 특성들에서, 특히, 층의 두께 뿐만 아니라 가능하게는 층의 재료에서 각각의 플라즈마 전극 쌍에 매칭될 수 있다. 유전체 층(30)은 바람직하게는 알루미늄 산화물, 실리콘 산화물, 지르코늄 산화물 또는 이들의 조합들 또는 라미네이션들과 같은 재료들 중 임의의 것으로 제조되고, 바람직하게는 1 μm 내지 1000 μm 범위의 두께를 갖는다. 층의 두께는 각각의 플라즈마 전극들(12, 13)의 전체 범위에 걸쳐 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 전극들(12, 13)의 에지들에서보다 플라즈마 전극들(12, 13)의 중앙 영역에서 더 두꺼울 수 있다.
물론, 유전체 층은 또한 기판(14)을 향하는 각각의 플라즈마 전극들(12, 13)의 표면 상에 또는 플라즈마 전극들(12, 13)의 표면들 둘 모두 상에 형성될 수 있다. 또한, 유전체 층은 모든 플라즈마 전극들(12, 13) 상에 배열되는 것이 아니라 단지 적어도 하나의 또는 선택된 플라즈마 전극들(12, 13) 상에 배열될 수 있다. 또한, 공급 네트워크들(17, 18)은 전술된 실시예들에 따라 임의적으로 설계될 수 있거나 또는 도 11 및 도 12에 대응하여 오직 하나의 전기 공급 네트워크만이 존재할 수 있다.
도 3, 도 5 및 도 7 내지 도 13에 도시된 고주파수 전압 생성기들(19a 및 19b) 각각은 도 2에 대해 설명된 바와 같이 고주파수 생성기 및 외부 매칭 네트워크의 조합이다. 외부 매칭 네트워크들의 보조로, 연결 단자들 A, B에 대한 리턴 고주파수 전력은 포함된 전기 컴포넌트들의 적합한 세팅 또는 선택에 의해 최소로 설정될 수 있다. 또한, 모든 도면들에 도시된 대칭적 전압 피드는 오직 하나의 바람직한 실시예이다. 제1 및 제2 플라즈마 전극들의 비대칭적 공급이 또한 가능하다.
지금까지 제시된 모든 실시예들에 대해, 적어도 하나의 내부 전기 공급 네트워크는 공급 라인들 및/또는 개재 라인들 및/또는 연결 라인들 이외에 다른 수동 전기 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 이들은 전극 유닛을 넘어 전압 분포의 추가적 균질화를 위해 기능하는 추가적인 인덕터들 또는 커패시터들일 수 있다.
적어도 하나의 내부 전기 공급 네트워크는 또한 통합된 전기 라인들 및 통합된 수동 전기 컴포넌트들을 갖는 인쇄 회로 보드로서 설계될 수 있다.
전극 유닛의 동일하게 연결된 플라즈마 전극들 및 설명된 실시예들에 의한 전압 분포의 균질성을 개선하기 위한 전술된 가능성들 중 일부 또는 전부는 또한 이들이 상호 배타적이지 않는 한 서로 조합될 수 있다.
본 발명에 따른 캐리어 어레인지먼트(40)가 도 14a 내지 도 15b를 참조하여 추가로 설명된다. 도 14a 및 도 15a는 각각 제3 방향(x-축)을 따라, 즉, 라인 A'-A'을 따라 캐리어 어레인지먼트(40)를 통한 개략적 단면들을 도시하고, 도 14b 및 도 15b는 제4 방향(y-축)을 따라, 즉, 라인 B'-B'를 따라 캐리어 어레인지먼트(40)를 통한 개략적 단면들을 도시한다. 제3 및 제4 방향은, 캐리어 어레인지먼트(40)에 대해 정의된 데카르트 좌표계(x, y, z)의 2개의 방향들이고, 전극 유닛에 대해 정의되고 도 1 내지 도 13에서 도시된 데카르트 좌표계(a, b, c)와는 독립적이다.
각각의 경우의 캐리어 어레인지먼트(40)는, 캐리어 어레인지먼트(40) 내부에서 제3 방향을 따라 서로 나란히 정적 방식으로 배열된 본 발명에 따른 적어도 2개의 전극 유닛들을 갖는다. 3개의 이러한 전극 유닛들(10a-10c)이 도 14a 및 도 15a에 개략적으로 도시되어 있다. 각각의 전극 유닛(10a-10c)은 플라즈마 전극들(41) 및 적어도 하나의 내부 전기 공급 네트워크, 즉 도시된 예들에서는 2개의 공급 네트워크들(17, 18)을 갖는다. 캐리어 어레인지먼트(40)는 또한 연결 유닛(42)을 포함하고, 이는 처리 챔버 외부에 배열된 고주파수 전압 생성기에 대한 상이한 전극 유닛들(10a-10c)의 전기적 연결을 구현한다. 연결 유닛(42)은 다양한 전극 유닛들(10a-10c)을 전달하고 고정하며, 따라서 캐리어 어레인지먼트(40)의 상이한 전극 유닛들(10a-10c)의 기계적 안정성 및 물리적 결합성을 보장한다. 이는 또한 전극 유닛들(10a-10c)의 공급 네트워크들(17, 18)의 전기적 접촉을 보장한다. 바람직하게는, 캐리어 어레인지먼트(40)는 플라즈마 처리 시스템의 처리 챔버 안팎으로 이동가능하고, 여기서 캐리어 어레인지먼트(40)는 플라즈마 처리 자체 동안 처리 챔버에서 고정된 또는 이동가능한 방식으로 배열된다. 캐리어 어레인지먼트(40)를 참조하여 정의된 제3 방향(x-축)은 예를 들어, 캐리어 어레인지먼트(40)가 처리 챔버 안팎으로 이동되는 방향이다.
도 14a 및 도 14b에 도시된 본 발명에 따른 캐리어 어레인지먼트(40)의 제1 실시예에 따르면, 전극 유닛들(10a-10c)의 공급 네트워크들(17, 18) 중 적어도 하나는 다른 전극 유닛(10a-10c)과 접하지 않는 관련된 전극 유닛(10a-10c)의 일 측면을 따라 배열된다. 도 14a 및 도 14b에 도시된 예의 경우, 모든 전극 유닛들(10a-10c)의 공급 네트워크들(17, 18)은 제3 방향(x-축)을 따라 연장되는 각각의 전극 유닛들(10a-10c)의 양측면 상에 배열된다.
도 15a 및 도 15b에 도시된 본 발명에 따른 캐리어 어레인지먼트(40)의 제2 실시예에 따르면, 전극 유닛들(10a-10c)의 공급 네트워크들(17, 18) 중 적어도 하나는 다른 전극 유닛(10a-10c)과 접하는 관련된 전극 유닛(10a-10c)의 측면을 따라 배열된다. 도 15a 및 도 15b에 도시된 예의 경우, 모든 공급 네트워크들(17, 18)은 제4 방향(y-축)을 따라 연장되는 각각의 전극 유닛들(10a-10c)의 양측면 상에 배열되어, 적어도 중간 전극 유닛(10b)의 공급 네트워크들(17, 18)은 전극 유닛들(10a 및 10b 또는 10b 및 10c)의 플라즈마 전극들(41) 사이에 배열된다.
바람직하게는, 캐리어 어레인지먼트의 모든 전극 유닛들의 공급 네트워크들은 도 14a 내지 도 15b에 도시된 바와 동일한 방식으로 배열된다. 그러나, 캐리어 어레인지먼트의 적어도 하나의 전극 유닛의 적어도 하나의 공급 네트워크는 또한, 캐리어 어레인지먼트의 기판들의 플라즈마 처리 또는 다른 특성들에 대해 유리한 경우 상이하게 배열될 수 있다.
또한, (도 14a 내지 도 15b에 도시된 바와 같이) 제3 방향(x-축)을 따라 서로 나란히 배열되는 전극 유닛들 이외에, 캐리어 어레인지먼트는 또한 제4 방향(y-축)을 따라 또는 제5 방향(z-축)을 따라 서로 나란히 배열되는 전극 유닛들을 포함할 수 있다.
참조 부호들
1 종래 기술에 따른 전극 유닛
2 제1 플라즈마 전극
3 제2 플라즈마 전극
4 기판
5 플라즈마 공간
6 절연 지지부
7 제1 분배 라인
8 제2 분배 라인
9 저주파수 전압 생성기
10, 10a-10c, 101-109 본 발명에 따른 전극 유닛
12 제1 플라즈마 전극
13 제2 플라즈마 전극
14 기판
15 플라즈마 공간
16 절연 지지부
17 제1 공급 네트워크
18 제2 공급 네트워크
19a, 19b 고주파수 전압 생성기
20 공급 네트워크
30 유전체 층
40 캐리어 어레인지먼트
41 플라즈마 전극
42 연결 유닛
170 제1 시스템
170a 제1 시스템의 제1 부분
170b 제1 시스템의 제2 부분
171 제1 연결 라인
172a-172i 제1 개재 라인
173 제1 피드 포인트
174a-174g 제1 공급 라인
175a-175c 제1 노드
180 제2 시스템
180a 제2 시스템의 제1 부분
180b 제2 시스템의 제2 부분
181 제2 연결 라인
182a-182i 제2 개재 라인
183 제2 피드 포인트
184a-184g 제2 공급 라인
185a-185c 제2 노드
190a, 190b 외부 매칭 네트워크
210 제1 시스템
211 제1 연결 라인
212a-212i 제1 개재 라인
213 제1 피드 포인트
220 제2 시스템
221 제2 연결 라인
222a-222i 제2 개재 라인
223 제2 피드 포인트
A 제1 연결 단자
B 제2 연결 단자

Claims (18)

  1. 플라즈마 처리 시스템의 처리 챔버에서 복수의 기판들(14)의 플라즈마 처리에 적합한 전극 유닛(10, 101 ... 109)으로서,
    - 제1 방향을 따른 복수의 플라즈마 전극 쌍들 ― 각각의 플라즈마 전극 쌍은, 서로 평행하고 서로 대향하며 서로 전기적으로 절연되어 배열된 제1 플라즈마 전극(12) 및 제2 플라즈마 전극(13)으로 구성되고, 정의된 전압의 존재 하에서, 상기 플라즈마 전극 쌍의 제1 및 제2 플라즈마 전극들(12, 13) 사이의 플라즈마 공간(15)에서 플라즈마를 점화시킬 수 있음 ―,
    - 상기 처리 챔버 내에서, 상기 전극 유닛(10, 101 ... 109)의 각각의 제1 플라즈마 전극(12)에 제1 전압을 그리고 상기 전극 유닛(10, 101 ... 109)의 각각의 제2 플라즈마 전극(13)에 제2 전압을 공급하기에 적합한 적어도 하나의 내부 전기 공급 네트워크(17, 18, 20) ― 상기 전압 중 적어도 하나는 1 MHz 내지 100 MHz 범위의 주파수를 갖는 전압임 ―,
    - 제1 연결 단자(A) 및 제2 연결 단자(B) ― 상기 제1 연결 단자(A)를 통해 상기 제1 전압을 그리고 상기 제2 연결 단자(B)를 통해 상기 제2 전압을 상기 적어도 하나의 내부 전기 공급 네트워크(17, 18, 20)에 공급하기(feeding)에 적합함 ―
    를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 내부 전기 공급 네트워크(17, 18, 20)는 상기 전극 유닛(10, 101 ... 109) 내의 상기 플라즈마 전극들(12, 13)의 어레인지먼트(arrangement) 및 상기 제1 전압 및/또는 상기 제2 전압의 주파수에 따라 설계되고, 상기 적어도 하나의 내부 전기 공급 네트워크(17, 18, 20)는 상기 제1 및 제2 연결 단자(A, B)와 적어도 2개의 제1 및 적어도 2개의 제2 플라즈마 전극들(12, 13) 사이의 공급 라인들(174a-g, 184a-g), 및/또는 2개의 인접한 제1 또는 제2 플라즈마 전극들(2, 3) 사이의 개재 라인들(172a-i, 182a-i, 212a-212i, 222a-222i), 및 각각의 경우에 상호연결된 개재 라인들(172a-172i, 182a-182i, 212a-i, 222a-i)의 제1 또는 제2 시스템(170, 180, 210, 220)으로의 하나의 피드 포인트(173, 182, 213, 222), 및 각각의 경우에 상기 제1 및 상기 제2 연결 단자(A, B)와, 연관된 피드 포인트(173, 183, 213, 223) 사이의 하나의 연결 라인(171, 181, 211, 221)을 갖고, 상기 네트워크의 설계는, 상기 공급 라인들(174a-g, 184a-g)의 적합한 어레인지먼트, 및/또는 상기 공급 라인들(174a-g, 184a-g)의 및 또는 상기 개재 라인들(172a-i, 182a-i, 212a-212i, 222a-222i)의 및/또는 상기 연결 라인들(171, 181, 211, 221)의 적합한 기하학적 치수들 및/또는 상기 공급 라인들(174a-g, 184a-g)의 및/또는 상기 개재 라인들(172a-i, 182a-i, 212a-i, 222a-i)의 및/또는 상기 연결 라인들(171, 181, 211, 221)의 적합한 재료, 및/또는 상기 제1 방향을 따라 상기 전극 유닛(10, 101 ...109)에 대한 상기 피드 포인트(173, 183, 213, 223)의 적합한 어레인지먼트로 구성되는 것을 특징으로 하는, 전극 유닛(10, 101 ... 109).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공급 라인들(174a-g, 184a-g) 및/또는 상기 개재 라인들(172a-i, 182-i, 212-i, 222-i) 및/또는 상기 연결 라인들(171, 181, 211, 221)은 각각 0. mm 내지 5 mm 범위의 두께 및 1 mm 내지 100 mm 범위의 폭을 갖는 각각의 금속 스트립(strip)들인 것을 특징으로 하는, 전극 유닛.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 공급 라인들(174a-g, 184a-g) 및/또는 상기 개재 라인들(172a-i, 182-i, 212-i, 222-i) 및/또는 상기 연결 라인들(171, 181, 211, 221)은 각각의 경우에, 알루미늄, 구리, 은 및 은-도금 구리를 포함하는 그룹으로부터의 고 전도성 재료의 금속 스트립들인 것을 특징으로 하는, 전극 유닛.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 유닛은, 상기 처리 챔버 내에서, 상기 전극 유닛의 각각의 제1 플라즈마 전극(12)에 상기 제1 전압을 공급하기에 적합한 제1 내부 전기 공급 네트워크(17), 및 상기 처리 챔버 내에서, 상기 전극 유닛의 각각의 제2 플라즈마 전극(13)에 상기 제2 전압을 공급하기에 적합한 제2 내부 전기 공급 네트워크(18)를 갖고, 상기 제1 공급 네트워크(17) 및 상기 제2 공급 네트워크(18)는 서로 공간적으로 분리되고, 상기 제1 공급 네트워크(17)의 상기 피드 포인트(173)는 상기 개재 라인들(172a-i)의 상기 제1 시스템(170)에 의해 서로 연결된 제1 플라즈마 전극들(12)의 그룹에서 처음에 상기 제1 방향을 따라 배열되는 제1 플라즈마 전극(12)의 높이로 배열되고, 상기 제2 공급 네트워크(18)의 상기 피드 포인트(183)는 상기 개재 라인들(182a-i)의 상기 제2 시스템(180)에 의해 서로 연결된 제2 플라즈마 전극들(13)의 그룹에서 처음에 상기 제1 방향을 따라 배열되는 제2 플라즈마 전극(13)의 높이로 배열되어, 피드인된(fed-in) 제1 또는 제2 전압은 상기 제1 및 상기 제2 시스템(170, 180)에서 동일한 방향으로 포워딩되는 것을 특징으로 하는, 전극 유닛(101).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 유닛은, 상기 처리 챔버 내에서, 상기 전극 유닛의 각각의 제1 플라즈마 전극(12)에 상기 제1 전압을 공급하기에 적합한 제1 내부 전기 공급 네트워크(17), 및 상기 처리 챔버 내에서, 상기 전극 유닛의 각각의 제2 플라즈마 전극(13)에 상기 제2 전압을 공급하기에 적합한 제2 내부 전기 공급 네트워크(18)를 갖고, 상기 제1 공급 네트워크(17) 및 상기 제2 공급 네트워크(18)는 서로 공간적으로 분리되고, 상기 제1 공급 네트워크(17)의 상기 피드 포인트(173)는 상기 개재 라인들(172a-1)의 상기 제1 시스템(170)에 의해 서로 연결된 제1 플라즈마 전극들(12)의 그룹에서 처음에 상기 제1 방향을 따라 배열되는 제1 플라즈마 전극(12)의 높이로 배열되고, 상기 제2 공급 네트워크(18)의 상기 피드 포인트(183)는 상기 개재 라인들(182a-i)의 상기 제2 시스템(180)에 의해 서로 연결된 제2 플라즈마 전극들(13)의 그룹에서 마지막에 상기 제1 방향을 따라 배열되는 제2 플라즈마 전극(13)의 높이로 배열되어, 피드인된(fed-in) 제1 또는 제2 전압은 상기 제1 및 상기 제2 시스템(170, 180)에서 대향 방향으로 포워딩되는 것을 특징으로 하는, 전극 유닛(102).
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 유닛은, 상기 처리 챔버 내에서, 상기 전극 유닛의 각각의 제1 플라즈마 전극(12)에 상기 제1 전압을 공급하기에 적합한 제1 내부 전기 공급 네트워크(17), 및 상기 처리 챔버 내에서, 상기 전극 유닛의 각각의 제2 플라즈마 전극(13)에 상기 제2 전압을 공급하기에 적합한 제2 내부 전기 공급 네트워크(18)를 갖고, 상기 제1 공급 네트워크(17) 및 상기 제2 공급 네트워크(18)는 서로 공간적으로 분리되고, 상기 제1 공급 네트워크(17)의 상기 피드 포인트(173)는 상기 개재 라인들(172a-i)의 상기 제1 시스템(170)에 의해 서로 연결된 제1 플라즈마 전극들(12)의 그룹에서 처음에 상기 제1 방향을 따라 배열되는 제1 플라즈마 전극(12)과 상기 개재 라인들(172a-i)의 상기 제1 시스템(170)에 의해 서로 연결된 상기 제1 플라즈마 전극들(12)의 그룹에서 마지막에 상기 제1 방향을 따라 배열되는 다른 제1 플라즈마 전극(12) 사이에 배열되고, 상기 제2 공급 네트워크(18)의 상기 피드 포인트(183)는 상기 개재 라인들(182a-i)의 상기 제2 시스템(180)에 의해 서로 연결된 제2 플라즈마 전극들(13)의 그룹에서 처음에 상기 제1 방향을 따라 배열되는 제2 플라즈마 전극(13)과 상기 개재 라인들(182a-i)의 상기 제2 시스템(180)에 의해 서로 연결된 상기 제2 플라즈마 전극들(13)의 그룹에서 마지막에 상기 제1 방향을 따라 배열되는 다른 제2 플라즈마 전극(13) 사이에 배열되어, 상기 피드인된 제1 또는 제2 전압은 상기 제1 시스템(170)의 제1 부분(170a) 및 상기 제2 시스템(180)의 제1 부분(180a)에서 상기 제1 방향으로, 그리고 상기 제1 시스템(170)의 제2 부분(170b) 및 상기 제2 시스템(180)의 제2 부분(180b)에서 상기 제1 방향에 대향하는 제2 방향으로 포워딩되는 것을 특징으로 하는, 전극 유닛(103).
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 공급 네트워크(17)의 상기 피드 포인트(173)는 상호연결된 개재 라인들(172a-i)의 상기 제1 시스템(170)에서 중앙에서 상기 제1 방향을 따라 배열되고, 상기 제2 공급 네트워크(18)의 상기 피드 포인트(183)는 상호연결된 개재 라인들(182a-i)의 상기 제2 시스템(180)에서 중앙에서 상기 제1 방향을 따라 배열되어, 상기 피드인된 제1 또는 제2 전압은 상기 제1 시스템(170)의 제1 절반(170a) 및 상기 제2 시스템(170)의 제1 절반(180a)에서 상기 제1 방향으로, 그리고 상기 제1 시스템(170)의 제2 절반(170b) 및 상기 제2 시스템(180)의 제2 절반(180b)에서 상기 제1 방향에 대향하는 제2 방향으로 포워딩되는 것을 특징으로 하는, 전극 유닛(104).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 유닛의 모든 제1 플라즈마 전극들(12)에는 상기 제1 시스템(170)에 의한 전압이 공급되고, 모든 제2 플라즈마 전극들(13)에는 상기 제2 시스템(180)에 의한 전압이 공급되는 것을 특징으로 하는, 전극 유닛(101...104).
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 유닛은, 상기 처리 챔버 내에서, 상기 전극 유닛의 각각의 제1 플라즈마 전극(12)에 상기 제1 전압을 공급하기에 적합한 제1 내부 전기 공급 네트워크(17), 및 상기 처리 챔버 내에서, 상기 전극 유닛의 각각의 제2 플라즈마 전극(13)에 상기 제2 전압을 공급하기에 적합한 제2 내부 전기 공급 네트워크(18)를 갖고, 상기 제1 공급 네트워크(17) 및 상기 제2 공급 네트워크(18)는 서로 공간적으로 분리되고, 각각의 공급 네트워크(17, 18)는 상기 제1 및 상기 제2 연결 단자(A, B)와 적어도 2개의 제1 및 적어도 2개의 제2 플라즈마 전극들(12, 13) 사이의 공급 라인들(174a, 174c-e, 184a, 184c-e) 및 상호연결된 개재 라인들(172a, 172b, 182a, 182b)의 적어도 하나의 시스템(170, 180)에 대한 적어도 하나의 공급 라인(174a, 174b, 184a, 184b)을 갖고, 상기 제1 또는 제2 연결 단자(A, B)에 연결되는 공급 라인(174a, 184a)으로부터 시작하는 공급 라인들(174a-g, 184a-g)은, 적어도 2개의 제1 또는 적어도 2개의 제2 플라즈마 전극들(12, 13) 각각 및 상호연결된 개재 라인들(172a, 172b, 182a, 182b)의 적어도 하나의 시스템(170, 180)이 별개의 공급 라인(174b, 174d, 174e, 184b, 184d, 184e)에 의해 접촉될 때까지, 각각의 경우에 트리-형상의 어레인지먼트에서의 이진 방식으로 2개의 추가적 공급 라인들(174b-e, 184b-e)로 분할되는 것을 특징으로 하는, 전극 유닛(106).
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 유닛은, 상기 처리 챔버 내에서, 상기 전극 유닛의 각각의 제1 플라즈마 전극(12)에 상기 제1 전압을 공급하기에 적합한 제1 내부 전기 공급 네트워크(17), 및 상기 처리 챔버 내에서, 상기 전극 유닛의 각각의 제2 플라즈마 전극(13)에 상기 제2 전압을 공급하기에 적합한 제2 내부 전기 공급 네트워크(18)를 갖고, 상기 제1 공급 네트워크(17) 및 상기 제2 공급 네트워크(18)는 서로 공간적으로 분리되고, 각각의 공급 네트워크(17, 18)는 상기 제1 및 상기 제2 연결 단자(A, B)와 각각의 제1 및 제2 플라즈마 전극(12, 13) 사이의 공급 라인들(174a-g, 184a-g)을 갖고, 상기 제1 또는 제2 연결 단자(A, B)에 연결되는 공급 라인(174a, 184a)으로부터 시작하는 공급 라인들(174a-g, 184a-g)은 각각의 제1 및 제2 플라즈마 전극(12, 13)이 별개의 공급 라인(174d-g, 184d-g)을 통해 접촉될 때까지, 각각의 경우에 트리-형상의 어레인지먼트에서의 이진 방식으로 2개의 추가적 공급 라인들(174b-g, 184b-g)로 분할되는 것을 특징으로 하는, 전극 유닛(105).
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 유닛은 오직 하나의 내부 전기 공급 네트워크(20)를 갖고, 모든 제1 플라즈마 전극들(12)을 서로 연결하는 상호연결된 개재 라인들(212a-i)의 상기 제1 시스템(210), 및 모든 제2 플라즈마 전극들(13)을 서로 연결하는 상호연결된 개재 라인들(222a-i)의 상기 제2 시스템(220)은, 상기 제1 시스템(210)과 상기 제2 시스템(220) 사이의 용량성 및 유도성 커플링이 존재하고 무시가능하지 않으며, 절연체에 의해 서로 분리되기에 충분할만큼 작은 거리로 공간적으로 서로 나란히 배열되고, 상기 제1 시스템(210) 및 상기 제2 시스템(220)은 고주파수 라인으로 설계되고, 상기 제1 시스템(210)의 상기 피드 포인트(213)는 상기 제1 시스템(210)에 의해 서로 연결된 제1 플라즈마 전극들(12)의 그룹에서 처음에 상기 제1 방향을 따라 배열되는 제1 플라즈마 전극(12)의 높이로 배열되고, 상기 제2 시스템(220)의 상기 피드 포인트(223)는 상기 제2 시스템(220)에 의해 서로 연결된 제2 플라즈마 전극들(13)의 그룹에서 처음에 상기 제1 방향을 따라 배열되는 제2 플라즈마 전극(13)의 높이로 배열되어, 플라즈마 처리 동안 결과적 전류가 상기 제1 시스템(210) 및 상기 제2 시스템(220)에서 대향하는 방향들로 흐르는 것을 특징으로 하는, 전극 유닛(107).
  12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 유닛은 오직 하나의 내부 전기 공급 네트워크(20)를 갖고, 모든 제1 플라즈마 전극들(12)을 서로 연결하는 상호연결된 개재 라인들(212a-i)의 상기 제1 시스템(210), 및 모든 제2 플라즈마 전극들(13)을 서로 연결하는 상호연결된 개재 라인들(222a-i)의 제2 시스템(220)은, 상기 제1 시스템(210)과 상기 제2 시스템(220) 사이의 용량성 및 유도성 커플링이 존재하고 무시가능하지 않으며, 절연체에 의해 서로 분리되기에 충분할만큼 작은 거리로 공간적으로 서로 나란히 배열되고, 상기 제1 시스템(210) 및 상기 제2 시스템(220)은 고주파수 라인으로 설계되고, 상기 제1 시스템(210)의 상기 피드 포인트(213)는 상기 제1 시스템(210)에 의해 서로 연결된 제1 플라즈마 전극들(12)의 그룹에서 처음에 상기 제1 방향을 따라 배열되는 제1 플라즈마 전극(12)의 높이로 배열되고, 상기 제2 시스템(220)의 상기 피드 포인트(223)는 상기 제2 시스템(220)에 의해 서로 연결된 제2 플라즈마 전극들(13)의 그룹에서 마지막에 상기 제1 방향을 따라 배열되는 제2 플라즈마 전극(13)의 높이로 배열되어, 플라즈마 처리 동안 결과적 전류가 상기 제1 시스템(210) 및 상기 제2 시스템(220)에서 동일한 방향으로 흐르는 것을 특징으로 하는, 전극 유닛(108).
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 제1 또는 적어도 제2 플라즈마 전극(12, 13)은 상기 플라즈마 전극(12, 13)에 속하는 플라즈마 공간(15)을 향하는 측면에 그리고/또는 상기 플라즈마 전극(12, 13) 상에 안착된 기판(14)을 향하는 측면에 유전체 층(30)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전극 유닛(109).
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 내부 전기 공급 네트워크(17, 18, 20)는 상기 공급 라인들(174a-g, 184a-g) 및/또는 상기 개재 라인들(172a-i, 182a-i, 212a-i, 222a-i) 및/또는 상기 연결 라인들(171, 181, 211, 221)에 추가로 수동 전기 컴포넌트들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전극 유닛.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 내부 전기 공급 네트워크(17, 18, 20)는 통합된 전기 라인들 및 통합된 수동 전기 컴포넌트들을 갖는 인쇄 회로 보드로서 설계되는 것을 특징으로 하는, 전극 유닛.
  16. 플라즈마 처리 시스템의 처리 챔버에서 복수의 기판들(14)의 플라즈마 처리를 위한 캐리어 어레인지먼트(40)로서,
    상기 캐리어 어레인지먼트(40)는, 제1 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 2개의 전극 유닛들(10a...10c)을 포함하는, 캐리어 어레인지먼트.
  17. 제16항에 있어서,
    하나의 전극 유닛(10a...10c)의 적어도 하나의 내부 전기 공급 네트워크(17, 18, 20)는 다른 전극 유닛(10a-10c)과 접하지 않는 상기 전극 유닛(10a...10c)의 측면을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는, 캐리어 어레인지먼트.
  18. 제16항에 있어서,
    하나의 전극 유닛(10a...10)의 적어도 하나의 내부 전기 공급 네트워크(17, 18, 20)는 다른 전극 유닛(10a-10c)과 접하는 상기 전극 유닛(10a...10c)의 측면을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는, 캐리어 어레인지먼트.
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