KR100974962B1 - Plasma Process Apparatus - Google Patents

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Abstract

이온을 트랩하거나 중성화하여 래디컬과 중성화 이온만을 통과시키는 플라즈마 처리장치가 개시된다. 상기 플라즈마 처리장치는, 상부에 플라즈마 발생부가 형성되는 챔버; 상기 플라즈마 발생부에 대응하는 상기 챔버 부분의 외측면을 감싸며 설치되어 플라즈마 소스가 공급되는 RF 안테나; 및 상기 플라즈마 발생부 하부에 설치되고, 다수 개의 스루 홀들이 형성되며, DC 바이어스나 RF 전압이 인가되는 바이어스 그리드 전극을 포함한다.A plasma processing apparatus is disclosed that allows only radicals and neutralized ions to pass through by trapping or neutralizing ions. The plasma processing apparatus includes a chamber in which a plasma generation unit is formed; An RF antenna installed to surround an outer surface of the chamber portion corresponding to the plasma generation unit and to supply a plasma source; And a bias grid electrode disposed under the plasma generation unit, formed with a plurality of through holes, and applied with a DC bias or an RF voltage.

플라즈마, 그리드, 격자, 래디컬, 중성 이온, 이온 에너지, RF Plasma, Grid, Grating, Radial, Neutral Ion, Ion Energy, RF

Description

플라즈마 처리장치{Plasma Process Apparatus}Plasma Processing Apparatus {Plasma Process Apparatus}

본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, RF 플라즈마에 DC 바이어스를 인가하여 이온을 트랩하거나 중성화하여 래디컬과 중성화 이온만을 통과시키는 플라즈마 처리장치에 관련한다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus. The present invention relates to a plasma processing apparatus that applies a DC bias to an RF plasma to trap or neutralize ions to pass only radicals and neutralized ions.

종래의 일반적인 평행 평판형의 플라즈마 처리장치는 진공챔버 내에 기판을 얹어놓는 기판전극과 대향전극을 배설하고, 이들 전극 사이에 전극용 고주파 전원에 의해서 고주파 전압을 인가함으로써 진공챔버 내에 플라즈마를 발생시키도록 구성되어 있다. Conventional general flat plate type plasma processing apparatus arranges a substrate electrode and an opposite electrode on which a substrate is placed in a vacuum chamber, and generates a plasma in the vacuum chamber by applying a high frequency voltage between the electrodes by a high frequency power supply for the electrode. Consists of.

이러한 플라즈마 처리장치에서 이온, 특히 양이온은 기판 및 박막에 손상을 유발할 수 있기 때문에 이러한 이온을 제어하기 위하여 직류 바이어스를 이용한다.본 출원인은 이러한 직류 바이어스 인가를 위한 매니폴드 구조를 공개특허공보 제2004-82738호에서 제안하였다. In such a plasma processing apparatus, ions, in particular cations, may cause damage to the substrate and the thin film, and thus direct current bias is used to control the ions. The present inventors have disclosed a manifold structure for applying such direct current bias. Proposed in 82738.

구체적으로, 탑재된 처리 기판으로부터 일정 거리 이격되어 설치되며, 내부 공간이 형성되고 하부에 복수 개의 소스분출공들이 형성되고 측면에 소스를 공급하는 소스공급관이 결합하며, 상기 내부공간과 구획되고 상기 소스분출공들과 겹치지 않도록 상하 관통되는 복수 개의 플라즈마 통로들이 형성된 매니폴드를 포함하는 플라즈마 처리장치가 개시되어 있다.Specifically, a spaced distance from the mounted processing substrate is installed, the inner space is formed, a plurality of source ejection holes are formed at the bottom and the source supply pipe for supplying a source to the side is coupled, partitioned with the inner space and the source Disclosed is a plasma processing apparatus including a manifold in which a plurality of plasma passages penetrate up and down so as not to overlap blowout holes.

그러나, 이러한 종래기술에 의하면, 매니폴드, 또는 샤워 헤드에 인가되는 DC 바이어스에 의해서는 이온을 완전하게 트랩하는 것이 어려우며, 특히 기판과의 간격이 좁기 때문에 트랩되지 않은 이온에 의한 악영향을 줄 수 있다는 문제점이 있다.However, according to this prior art, it is difficult to completely trap ions by the DC bias applied to the manifold or the shower head, and in particular, since the gap with the substrate is narrow, it may adversely affect the untrapped ions. There is a problem.

따라서, 본 발명의 목적은 플라즈마에 포함된 이온을 효과적으로 트랩하거나 중성화하여 기판이나 박막의 손상을 최소화할 수 있는 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of effectively trapping or neutralizing ions contained in plasma to minimize damage to a substrate or a thin film.

상기의 목적은, 상부에 플라즈마 발생부가 형성되는 챔버; 상기 플라즈마 발생부에 대응하는 상기 챔버 부분의 외측면을 감싸며 설치되어 플라즈마 소스가 공급되는 RF 안테나; 및 상기 플라즈마 발생부 하부에 설치되고, 다수 개의 스루 홀들이 형성되며, DC 바이어스나 RF 전압이 인가되는 바이어스 그리드 전극을 포함하는 플라즈마 처리장치에 의해 달성된다.The above object is, the plasma generating unit is formed on the top; An RF antenna installed to surround an outer surface of the chamber portion corresponding to the plasma generation unit and to supply a plasma source; And a bias grid electrode disposed under the plasma generation unit, a plurality of through holes are formed, and to which a DC bias or an RF voltage is applied.

바람직하게, 상기 플라즈마 처리장치는, 상기 플라즈마 발생부 상부에 설치되고, DC 바이어스나 RF 전압이 인가되는 바이어스 전극을 더 포함할 수 있다.Preferably, the plasma processing apparatus may further include a bias electrode disposed above the plasma generating unit and configured to receive a DC bias or an RF voltage.

또한, 바람직하게, 상기 스루 홀의 직경에 대한 스루 홀 길이의 비가 1 내지 40일 수 있다.Further, preferably, the ratio of the through hole length to the diameter of the through hole may be 1 to 40.

바람직하게, 상기 바이어스 그리드 전극은 상기 다수 개의 스루 홀과 구획되는 내부공간을 구비한 매니폴드(manifold) 형태로 구성되고, 상기 내부공간의 측면에 소스를 공급하는 소스공급관이 연통되며, 상기 바이어스 그리드 전극의 하면에는 상기 내부공간의 소스를 배출하는 다수 개의 소스분출공이 형성될 수 있다.Preferably, the bias grid electrode is configured in the form of a manifold having an internal space defined by the plurality of through holes, and a source supply pipe for supplying a source to a side of the internal space is in communication with the bias grid. A plurality of source ejection holes for discharging the source of the internal space may be formed on the lower surface of the electrode.

또한, 선택적으로, 기판 위에 위치한 링 형상의 소스분출 유닛의 하면을 따 라 형성된 다수 개의 소스분출공을 통하여 소스가 공급될 수 있다.Alternatively, the source may be supplied through a plurality of source ejection holes formed along a bottom surface of a ring-shaped source ejection unit located on the substrate.

상기 플라즈마 소스는, 라디오주파수 플라즈마(RFP), 저주파수 플라즈마(LFP), 중주파수 플라즈마(MFP), 고밀도 플라즈마(HDP), 유도결합 플라즈마(ICP), 정전결합 플라즈마(CCP), 및 전자 싸이클론 공진(ECR)을 포함할 수 있다The plasma source is radio frequency plasma (RFP), low frequency plasma (LFP), medium frequency plasma (MFP), high density plasma (HDP), inductively coupled plasma (ICP), electrostatically coupled plasma (CCP), and electron cyclone resonance May include (ECR)

상기의 구성에 의하면, 플라즈마에 포함된 이온을 효과적으로 트랩하여 기판이나 박막에 손상을 가하는 것을 방지할 수 있다.According to the above configuration, it is possible to effectively trap ions contained in the plasma to prevent damage to the substrate or the thin film.

또한, 트랩되지 않은 이온을 이온화시켜 전하를 띠지 않는 래디컬과 중성화 이온만이 기판이나 박막에 도달하도록 할 수 있다.In addition, the trapped ions can be ionized so that only uncharged radicals and neutralizing ions reach the substrate or the thin film.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 나타내는 구성도이다.1 is a block diagram showing a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 플라즈마 처리장치는, 상부에 플라즈마 발생부(110)가 형성되는 챔버(100)와, 플라즈마 발생부(110)에 대응하는 챔버(100) 외측면을 감싸며 설치되는 RF 안테나(120)와, 플라즈마 발생부 내부에 설치되고 DC 바이어스나 RF 전압이 인가되는 바이어스 그리드 전극(140)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the plasma processing apparatus includes an RF antenna installed around a chamber 100 having a plasma generator 110 formed thereon and an outer surface of the chamber 100 corresponding to the plasma generator 110. 120 and a bias grid electrode 140 installed inside the plasma generator and to which a DC bias or an RF voltage is applied.

챔버(100)는 석영 등의 재질로 이루어지며, 플라즈마 발생부(110)로 플라즈마 발생가스를 도입하기 위한 다수 개의 도입관(112)이 연통된다.The chamber 100 is made of a material such as quartz, and a plurality of introduction pipes 112 for introducing the plasma generating gas into the plasma generating unit 110 communicate with each other.

RF 안테나(120)는 RF 코일이 챔버(100) 외측면을 감싸는 형태로 구현되며, 이 RF 코일에 전원을 인가하여 플라즈마 발생부(110)에 플라즈마를 발생시킨다.The RF antenna 120 is implemented in a form in which the RF coil surrounds the outer surface of the chamber 100, and generates a plasma in the plasma generator 110 by applying power to the RF coil.

본 발명에 따른 바이어스 그리드 전극(140)은 플라즈마 발생부(110)의 하부에 설치되어 DC 바이어스가 인가된다.The bias grid electrode 140 according to the present invention is installed under the plasma generating unit 110 to apply a DC bias.

가령, 도 1을 참조하면, 바이어스 그리드 전극(140)에 양(+)의 DC 바이어스를 인가함으로써, 플라즈마 발생부(110)에서 발생한 플라즈마에 포함된 양이온을 밀어내어 트랩(trap)시킨다.For example, referring to FIG. 1, by applying a positive DC bias to the bias grid electrode 140, positive ions included in the plasma generated by the plasma generator 110 are pushed out and trapped.

도 2는 본 발명에 적용되는 바이어스 그리드 전극을 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a bias grid electrode applied to the present invention.

바이어스 그리드 전극(140)은 매니폴드(manifold) 형태로 플라즈마 통로의 역할을 하는 다수 개의 스루 홀(through hole; 141)이 형성되고, 스루 홀(141)과 분리된 내부공간에는 측면으로부터 연결된 소스공급관(112, 114)을 통하여 소스가 공급되며, 내부공간의 소스는 소스분출공(142)을 통하여 배출된다.The bias grid electrode 140 has a plurality of through holes 141 which serve as plasma passages in the form of a manifold, and a source supply pipe connected from a side surface in an internal space separated from the through holes 141. Sources are supplied through the 112 and 114, and the source of the internal space is discharged through the source ejection hole 142.

바이어스 그리드 전극(140)에 의해 트랩되지 않고 스루 홀(141)을 통과하는 이온을 중성화시켜 전하를 띠지 않는 래디컬(radical)과 중성화 이온만이 통과하도록 한다. 다시 말해, 바이어스 그리드 전극(140)에 의해 트랩되지 않고 플라즈마 발생부(110)으로부터 내려오는 이온들은 각 스루 홀(141)의 내벽에 충돌하여 중성화된다.Neutralize ions passing through the through hole 141 without being trapped by the bias grid electrode 140 so that only non-charged radicals and neutralizing ions pass through. In other words, the ions coming down from the plasma generator 110 without being trapped by the bias grid electrode 140 collide with the inner wall of each through hole 141 and are neutralized.

도 2를 참조하면, 바이어스 그리드 전극(140)에서 각 스루 홀(141)의 직경(a)에 대한 스루 홀 길이(b)의 어스펙트 비(aspect ratio)는 1 내지 40 정도인 것이 바람직하며 전도체인 금속이나 흑연을 기본으로 하되, 전도체의 표면을 SiC나 아노다이징된 Al2O3로도 처리할 수 있다. 또한, 바이어스 그리드 전극(140)에 의해 플라즈마 발생부(110)와 하부의 증착 챔버 사이를 완벽하게 분리시킨다.Referring to FIG. 2, the aspect ratio of the through hole length b to the diameter a of each through hole 141 in the bias grid electrode 140 is preferably about 1 to about 40. Based on phosphorus metal or graphite, the surface of the conductor can also be treated with SiC or anodized Al 2 O 3 . In addition, the bias grid electrode 140 completely separates the plasma generator 110 from the lower deposition chamber.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 나타내는 구성도이다.3 is a block diagram showing a plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention.

이 실시예에 따르면, 바이어스 그리드 전극(140) 뿐만 아니라 플라즈마 발생부(110)의 상부에 다른 바이어스 전극(130)을 설치하여 DC 바이어스를 인가한다. 여기서, 바이어스 전극(130)에는 인입되는 가스가 통과하는 다수의 스루 홀이 형성된다. 이와 같은 구성은 RF 코일을 챔버(100)의 외측면을 감싸도록 설치하기 때문에 가능하며, 바이어스 그리드 전극(140)과 함께 양이온의 트랩을 더 확실하게 할 수 있다.According to this embodiment, the DC bias is applied by installing another bias electrode 130 on the plasma generation unit 110 as well as the bias grid electrode 140. Here, a plurality of through holes through which the gas to be introduced is formed in the bias electrode 130 is formed. Such a configuration is possible because the RF coil is installed to surround the outer surface of the chamber 100, and the positive ion trap can be more surely trapped together with the bias grid electrode 140.

가령, 바이어스 그리드 전극(140)에 양(+)의 DC 바이어스를 인가하고, 바이어스 전극(130)에 음(-)의 DC 바이어스를 인가함으로써, 바이어스 그리드 전극(140)은 플라즈마 발생부(110)에서 발생한 플라즈마에 포함된 양이온을 밀어내어 트랩 시키고, 바이어스 전극(130)은 끌어당긴다.For example, by applying a positive DC bias to the bias grid electrode 140 and applying a negative DC bias to the bias electrode 130, the bias grid electrode 140 is connected to the plasma generator 110. The positive electrode contained in the plasma generated in the trap is trapped, and the bias electrode 130 is attracted.

따라서, 이온 트랩의 신뢰성이 향상되며, 특히 트랩되지 않은 이온도 중성화하여 기판이나 박막의 손상을 최소화할 수 있다.Therefore, the reliability of the ion trap is improved, and in particular, the trapped ions can be neutralized to minimize damage to the substrate or the thin film.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 나타내는 구성도이다.4 is a block diagram showing a plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention.

상기의 실시예와 달리, 바이어스 전극(130) 또는 바이어스 그리드 전극(140) 에 DC 바이어스 대신 RF 전압을 인가한다.Unlike the above embodiment, the RF voltage is applied to the bias electrode 130 or the bias grid electrode 140 instead of the DC bias.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 나타내는 구성도이다.5 is a block diagram showing a plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention.

이 실시예에서는 바이어스 그리드 전극(140)으로부터 소스가 공급되는 것이 아니라, 링 형상의 소스분출 유닛(150)에 형성된 소스분출공(151)을 통하여 소스가 공급된다.In this embodiment, the source is not supplied from the bias grid electrode 140, but the source is supplied through the source ejection hole 151 formed in the ring-shaped source ejection unit 150.

한편, 상기의 실시예에 있어서 플라즈마 소스는, 라디오주파수 플라즈마(RFP), 저주파수 플라즈마(LFP), 중주파수 플라즈마(MFP), 고밀도 플라즈마(HDP), 유도결합 플라즈마(ICP), 정전결합 플라즈마(CCP), 전자 싸이클론 공진(ECR) 등의 모든 플라즈마 소스를 포함할 수 있다.Meanwhile, in the above embodiment, the plasma source includes radio frequency plasma (RFP), low frequency plasma (LFP), medium frequency plasma (MFP), high density plasma (HDP), inductively coupled plasma (ICP), and electrostatically coupled plasma (CCP). ), And any plasma source such as electron cyclone resonance (ECR).

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 나타내는 구성도이다.1 is a block diagram showing a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명에 적용되는 바이어스 그리드 전극을 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a bias grid electrode applied to the present invention.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 나타내는 구성도이다.3 is a block diagram showing a plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 나타내는 구성도이다.4 is a block diagram showing a plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 나타내는 구성도이다.5 is a block diagram showing a plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention.

Claims (7)

상부에 플라즈마 발생부가 형성되는 챔버;A chamber in which a plasma generation unit is formed; 상기 플라즈마 발생부에 대응하는 상기 챔버 부분의 외측면을 감싸며 설치되어 플라즈마 소스가 공급되는 RF 안테나; 및An RF antenna installed to surround an outer surface of the chamber portion corresponding to the plasma generation unit and to supply a plasma source; And 상기 플라즈마 발생부 하부에 설치되고, 플라즈마 통로로 기능하는 다수 개의 스루 홀들이 형성되며, DC 바이어스나 RF 전압이 인가되는 바이어스 그리드 전극을 포함하며,Is installed below the plasma generating unit, a plurality of through holes are formed to function as a plasma passage, and includes a bias grid electrode to which a DC bias or RF voltage is applied, 상기 바이어스 그리드 전극은 상기 챔버 내벽에 접촉하여 상기 플라즈마 발생부와 상기 챔버 하부를 구획하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.And the bias grid electrode contacts the inner wall of the chamber to partition the plasma generator and the lower chamber. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 플라즈마 발생부의 상부에 설치되고, DC 바이어스나 RF 전압이 인가되는 바이어스 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.And a bias electrode provided on the plasma generating unit, to which a DC bias or an RF voltage is applied. 청구항 1 또는 2에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 스루 홀의 직경에 대한 길이의 비가 1 내지 40인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.And a ratio of the length to the diameter of the through hole is 1 to 40. 청구항 1 또는 2에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 바이어스 그리드 전극은 상기 다수 개의 스루 홀과 구획되는 내부공간을 구비한 매니폴드(manifold) 형태로 구성되고, 상기 내부공간의 측면에 소스를 공급하는 소스공급관이 연통되며, 상기 바이어스 그리드 전극의 하면에는 상기 내부공간의 소스를 배출하는 다수 개의 소스분출공이 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.The bias grid electrode is configured in the form of a manifold having an inner space partitioned from the plurality of through holes, a source supply pipe for supplying a source to a side of the inner space is in communication, and a lower surface of the bias grid electrode. Plasma processing apparatus characterized in that a plurality of source ejection holes for discharging the source of the internal space is formed. 청구항 1 또는 2에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 기판 위에 위치한 링 형상의 소스분출 유닛의 하면을 따라 형성된 다수 개의 소스분출공을 통하여 소스가 공급되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.And a source is supplied through a plurality of source ejection holes formed along a bottom surface of a ring-shaped source ejection unit positioned on a substrate. 청구항 1 또는 2에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 플라즈마 소스는, 라디오주파수 플라즈마(RFP), 저주파수 플라즈마(LFP), 중주파수 플라즈마(MFP), 고밀도 플라즈마(HDP), 유도결합 플라즈마(ICP), 정전결합 플라즈마(CCP), 및 전자 싸이클론 공진(ECR)을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.The plasma source is radio frequency plasma (RFP), low frequency plasma (LFP), medium frequency plasma (MFP), high density plasma (HDP), inductively coupled plasma (ICP), electrostatically coupled plasma (CCP), and electron cyclone resonance (ECR) comprising a plasma processing apparatus. 삭제delete
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