KR20210120261A - 대면적 고효율 플라즈마 발생 장치 - Google Patents

Abstract

대면적 고효율 플라즈마 발생 장치가 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 대면적 고효율 플라즈마 발생 장치는, 진공 챔버와, 상기 진공 챔버의 상부 구조물과, 상기 상부 구조물 위에 설치되어, 좌우 및 상부가 알루미늄 금속으로 이루어지고, 하부가 유전체로 이루어지는 마이크로웨이브 도파관, 및 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는, 상기 마이크로웨이브 도파관의 상부에 설치된 자기장 발생용 코일을 통해, 플라즈마 내부에 자기장을 발생시키고, 상기 마이크로웨이브 도파관의 하부에 상대적으로 강하게 형성되고 상기 진공 챔버의 하부로 갈수록 약해지는 상기 자기장에 의해, 상기 유전체에 평행한 평면 방향으로 플라즈마를 구속시켜, 플라즈마 발생 영역을 고밀도화 하고, 상기 플라즈마 내 하전입자의 자기모우멘트와 B field gradient의 곱의 힘에 의해, 하전입자를, 상기 진공 챔버의 하부의 처리 대상물이 있는 영역으로 전달한다.

Description

대면적 고효율 플라즈마 발생 장치{LARGE AREA HIGH EFFICIENCY PLASMA GENERATOR}

본 발명은 평면디스플레이, 플렉시블 디스플레이, 반도체의 세정, 식각 및 증착공정과 다양한 물질의 표면처리에 사용될 수 있는 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.

물질가공이나 반도체 공정에 사용되는 플라즈마에는 수~ 수십 MHz 영역의 주파수를 사용하는 RF 플라즈마와 수 GHz의 초고주파 플라즈마등이 있다. 초고주파 플라즈마는 수 mTorr 이하의 압력에서 고효율 플라즈마를 발생시킬수 있는 전자회전공명 플라즈마나 유전체와 플라즈마 경계에서 전달되는 표면파 플라즈마 등이 존재한다. 기존에 사용되는 ECR 플라즈마는 공진영역이 협소한 문제가 있고, 공정압력이 높은 영역에서 효율이 감소하는 문제가 있다. 표면파 플라즈마의 경우에는 파의 불통영역이 존재하여 공정윈도우가 작아지는 단점이 있다.

본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는, 대형 디스플레이나 Roll to Roll 공정에 사용할 수 있는 초고주파를 사용하면서, 넓은 공정 압력범위를 가지는 대면적 플라즈마 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 대면적 고효율 플라즈마 발생 장치는, 진공 챔버와, 상기 진공 챔버의 상부 구조물과, 상기 상부 구조물 위에 설치되어, 좌우 및 상부가 알루미늄 금속으로 이루어지고, 하부가 유전체로 이루어지는 마이크로웨이브 도파관, 및 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는, 상기 마이크로웨이브 도파관의 상부에 설치된 자기장 발생용 코일을 통해, 플라즈마 내부에 자기장을 발생시키고, 상기 마이크로웨이브 도파관의 하부에 상대적으로 강하게 형성되고 상기 진공 챔버의 하부로 갈수록 약해지는 상기 자기장에 의해, 상기 유전체에 평행한 평면 방향으로 플라즈마를 구속시켜, 플라즈마 발생 영역을 고밀도화 하고, 상기 플라즈마 내 하전입자의 자기모우멘트와 B field gradient의 곱의 힘에 의해, 하전입자를, 상기 진공 챔버의 하부의 처리 대상물이 있는 영역으로 전달한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 플라즈마 효율과 공정윈도우를 넓히기 위해 초고주파 도파관을 따라 플라즈마를 발생시키고, 또한 도파관을 따라 측면부와 상부에 자기장을 발생시킬 수 있는 전자석을 설치하여 플라즈마 발생효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 대면적 고효율 플라즈마 발생 장치의 전체적인 구성을 도시한다.
도 2는 본 발명의 핵심 부분인 초고주파 도파관과, 상부에 설치되는 자기장 발생 코일의 모양을 보여준다.
도 3은 도 2의 구성에 따른 자기장 발생 크기를 시뮬레이션 한 결과이다.
도 4는 도파관의 측면에 사용되는 자기장 발생용 코일의 설치예를 보여준다.
도 5는 측면에 배치한 코일에 의해 발생되는 자기장 발생 모양의 시뮬레이션 결과이다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 대면적 고효율 플라즈마 발생 장치의 전체적인 구성을 도시한다.

도 1을 참조하면, 대면적 고효율 플라즈마 발생 장치는 프로세스가 이루어지는 진공 챔버, 진공 챔버의 상부 구조물 및 마이크로웨이브 도파관(초고주파 도파관)의 좌우 측면과 상부의 전자석을 포함하여 구성할 수 있다.

대면적 고효율 플라즈마 발생 장치는, 진공 챔버와, 상기 진공 챔버의 상부 구조물과, 상기 상부 구조물 위에 설치되어, 좌우 및 상부가 알루미늄 금속으로 이루어지고, 하부가 유전체로 이루어지는 마이크로웨이브 도파관, 및 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는, 상기 마이크로웨이브 도파관의 상부에 설치된 자기장 발생용 코일을 통해, 플라즈마 내부에 자기장을 발생시키고, 상기 마이크로웨이브 도파관의 하부에 상대적으로 강하게 형성되고 상기 진공 챔버의 하부로 갈수록 약해지는 상기 자기장에 의해, 상기 유전체에 평행한 평면 방향으로 플라즈마를 구속시켜, 플라즈마 발생 영역을 고밀도화 하고, 상기 플라즈마 내 하전입자의 자기모우멘트와 B field gradient의 곱의 힘에 의해, 하전입자를, 상기 진공 챔버의 하부의 처리 대상물이 있는 영역으로 전달한다.

도 2는 본 발명의 핵심 부분인 초고주파 도파관과, 상부에 설치되는 자기장 발생 코일의 모양을 보여준다. 도 3은 도 2의 구성에 따른 자기장 발생 크기를 시뮬레이션 한 결과이다.

도 2를 참조하면, 초고주파 도파관(마이크로웨이브 도파관)의 좌우 및 상부는 전도성이 매우 우수하면서도 자기적 성질을 가지지 않는 알루미늄과 같은 금속으로 되어 있고 하부는 유전체로 되어 있어 전자파가 플라즈마로 전달되며, 플라즈마는 도파관의 경계조건을 제공한다, 상부에 설치되는 자기장 발생용 코일은 도파관을 따라 길게 설치되어 플라즈마 내부에 적절한 자기장을 발생시키게 된다. 이 자기장은 통상적으로 도파관 하부에 상대적으로 강하게 형성되고 챔버 하부로 갈수로 자기장의 세기가 약해지게 되어 유전체에 평행한 평면 방향으로는 플라즈마를 구속시켜 플라즈마 발생영역이 고밀도화 되고, 챔버 하부쪽으로 하전입자는

(플라즈마내 하전입자의 자기모우멘트와 B field gradient의 곱) 힘에 의해 처리 대상물이 있는 영역으로 용이하게 전달된다.

도 4는 도파관의 측면에 사용되는 자기장 발생용 코일의 설치예를 보여준다. 도 5는 측면에 배치한 코일에 의해 발생되는 자기장 발생 모양의 시뮬레이션 결과이다.

도 4를 참조하면, 측면부 코일은 한 쌍으로 설치되며 코일이 흐르는 전류의 방향을 동일하게 하거나 서로 반대방향으로 할 수 있다. 일반적인 응용에서는 동일한 방향의 전류를 흐르게 하는 것이 유리하다. 이 코일에 의해 발생되는 자기장 성분은 유전체 윈도에 수평한 방향의 성분을 가지고 있어 유전체에 수직한 방향의 전기장 성분과의 상호 작용에 의해 플라즈마 내에는 다양한 파동모드가 발생함과 동시에 고효율의 플라즈마를 얻을 수 있다.

도 3 내지 도 4에서 제시된 상부 코일과, 도 4 내지 도 5에서 제시된 측면 코일은 각각 독립적으로 사용될 수 도 있으며 동시에 사용되어 합성 자기장의 이용도 가능하다.

이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면, 플라즈마 효율과 공정윈도우를 넓히기 위해 초고주파 도파관을 따라 플라즈마를 발생시키고, 또한 도파관을 따라 측면부와 상부에 자기장을 발생시킬 수 있는 전자석을 설치하여 플라즈마 발생효율을 높일 수 있다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (1)

1. 진공 챔버;
   상기 진공 챔버의 상부 구조물;
   상기 상부 구조물 위에 설치되어, 좌우 및 상부가 알루미늄 금속으로 이루어지고, 하부가 유전체로 이루어지는 마이크로웨이브 도파관; 및
   컨트롤러
   를 포함하고,
   상기 컨트롤러는,
   상기 마이크로웨이브 도파관의 상부에 설치된 자기장 발생용 코일을 통해, 플라즈마 내부에 자기장을 발생시키고,
   상기 마이크로웨이브 도파관의 하부에 상대적으로 강하게 형성되고 상기 진공 챔버의 하부로 갈수록 약해지는 상기 자기장에 의해, 상기 유전체에 평행한 평면 방향으로 플라즈마를 구속시켜, 플라즈마 발생 영역을 고밀도화 하고,
   상기 플라즈마 내 하전입자의 자기모우멘트와 B field gradient의 곱의 힘에 의해, 하전입자를, 상기 진공 챔버의 하부의 처리 대상물이 있는 영역으로 전달하는
   대면적 고효율 플라즈마 발생 장치.

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