KR20210120262A - 대면적 고효율 고주파 플라즈마 소스 - Google Patents

Abstract

대면적 고효율 고주파 플라즈마 소스가 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 대면적 고효율 고주파 플라즈마 소스는, 진공 챔버와, 상기 진공챔버의 상부 구조물과, 상기 상부 구조물 상에 설치되는 하나 이상의 선형안테나와, 상기 상부 구조물 상에 설치되는 전자석 코일, 및 상기 선형안테나 및 상기 전자석 코일을 제어하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는, 상기 선형안테나를 제어하여, RF 전기장을 유도하고, 상기 선형안테나를 따라 DC 자기장을 형성하도록, 상기 전자석 코일을 제어하여, 플라즈마 특성을 개선한다.

Description

대면적 고효율 고주파 플라즈마 소스{LARGE AREA HIGH EFFICIENCY HIGH FREQUENCY PLASMA SOURCE}

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. RF 주파수를 사용하는 플라즈마에는 유도결합 플라즈마와 용량결합 플라즈마가 있다.

유도결합 플라즈마는 용량결합플라즈마에 비해 플라즈마 가열효율이 높기는 하나 전력전달이 표피층에 국한 되어 시스템의 임피던스 특성상 실수 성분이 허수성분에 비해 매우 적고, 경우에 따라서는 저압에서 종종 임피던스 메칭의 불안정성이 나타난다. 이런 문제는 유도결합플라즈마의 대면적 디스플레이나 대면적 Roll to Roll 공정의 적용을 어렵게 하는 요소가 된다. 특히 대면적의 Reactive Sputtering 공정의 경우 이런 문제가 두드러지게 나타난다.

본 발명은 대면적 공정에 적용 가능한 유도결합플라즈마의 일종으로, 기본적으로 선형안테나를 채용하여 RF 전기장을 유도하고 선형안테나를 따라 DC 자기장을 형성하여 플라즈마 특성을 개선하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 대면적 고효율 고주파 플라즈마 소스는, 진공 챔버와, 상기 진공챔버의 상부 구조물과, 상기 상부 구조물 상에 설치되는 하나 이상의 선형안테나와, 상기 상부 구조물 상에 설치되는 전자석 코일, 및 상기 선형안테나 및 상기 전자석 코일을 제어하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는, 상기 선형안테나를 제어하여, RF 전기장을 유도하고, 상기 선형안테나를 따라 DC 자기장을 형성하도록, 상기 전자석 코일을 제어하여, 플라즈마 특성을 개선한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 대면적 공정에 적용 가능한 자화유도결합 플라즈마 장치를 통해, 기본적으로 선형안테나를 채용하여 RF 전기장을 유도하고 선형안테나를 따라 DC 자기장을 형성하여 플라즈마 특성을 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 대면적 고효율 고주파 플라즈마 소스의 전체 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 있어서 선형 유도결합플라즈마의 안테나 설치 예를 보여준다.
도 3은 도 2의 구성에 따른 자기장 발생 모양을 시뮬레이션 한 결과이다,
도 4는 본 발명에 있어서 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 발명의 일실시예에 따른 대면적 고효율 고주파 플라즈마 소스의 전체 시스템을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 대면적 고효율 고주파 플라즈마 소스는, 프로세스가 이루어지는 진공 챔버와, 진공챔버의 상부 구조물, RF 전기장을 유도하는 선형안테나, 및 선형안테나를 따라 자기장을 발생시키기 위한 전자석 코일로 이루어진다.

본 발명의 대면적 고효율 고주파 플라즈마 소스는, 진공 챔버와, 상기 진공챔버의 상부 구조물과, 상기 상부 구조물 상에 설치되는 하나 이상의 선형안테나와, 상기 상부 구조물 상에 설치되는 전자석 코일, 및 상기 선형안테나 및 상기 전자석 코일을 제어하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는, 상기 선형안테나를 제어하여, RF 전기장을 유도하고, 상기 선형안테나를 따라 DC 자기장을 형성하도록, 상기 전자석 코일을 제어하여, 플라즈마 특성을 개선한다.

도 2는 본 발명에 있어서 선형 유도결합플라즈마의 안테나 설치 예를 보여준다. 도 3은 도 2의 구성에 따른 자기장 발생 모양을 시뮬레이션 한 결과이다.

도 2에는 자기장 형성용 상부코일과 ICP선형안테나가 도시되고, 도 3에는 상부코일에 전류를 인가하여 얻어지는 자기장의 크기분포와 방향이 도시된다.

도 2를 참조하면, 안테나는 단수 또는 복수개로 설치가 가능하며, 안테나 상부에 적절한 shielder를 설치하여, 복수개의 안테나가 설치되는 경우 각 안테나 성분에 의한 자기장의 소멸, 보강간섭을 제어할 수 있도록 한다. 상부에 설치되는 자기장 발생 코일의 모양을 보여준다. 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 본 발명에 있어서 도파관의 측면에 사용되는 자기장 발생용 코일의 설치예를 보여준다. 도 5는 측면에 배치한 코일에 의해 발생되는 자기장 발생 모양의 시뮬레이션 결과이다.

도 4에는 측면부에 설치된 자기장형성 코일이 도시되고, 도 5에는 측면부 코일에 의한 자기장 형성이 도시되어 있다.

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 플라즈마내에는 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 수도 있으며 동시에 사용되어 합성 자기장의 이용도 가능하다.

이와 같이 본 발명의 일실시예에 따르면, 대면적 공정에 적용 가능한 자화유도결합 플라즈마 장치를 통해, 기본적으로 선형안테나를 채용하여 RF 전기장을 유도하고 선형안테나를 따라 DC 자기장을 형성하여 플라즈마 특성을 개선할 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 진공챔버의 상부 구조물;
   상기 상부 구조물 상에 설치되는 하나 이상의 선형안테나;
   상기 상부 구조물 상에 설치되는 전자석 코일; 및
   상기 선형안테나 및 상기 전자석 코일을 제어하는 컨트롤러
   를 포함하고,
   상기 컨트롤러는,
   상기 선형안테나를 제어하여, RF 전기장을 유도하고,
   상기 선형안테나를 따라 DC 자기장을 형성하도록, 상기 전자석 코일을 제어하여, 플라즈마 특성을 개선하는
   대면적 고효율 고주파 플라즈마 소스.

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