KR100994501B1 - Apparatus for plasma processing - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 플라즈마가 발생되는 공정 공간을 형성하는 챔버; 상기 챔버 내에 구비되며, 다수개의 바(bar)가 사다리(ladder) 형태로 연결되고 상기 바(bar) 각각은 길이 방향으로 가우스 곡선 모양을 가지는 상부 전극; 상기 챔버 내의 상기 상부 전극과 대향되는 위치에 구비되며, 기판을 안착하는 하부 전극; 및 상기 상부 전극에 서로 다른 주파수를 가지는 전력을 공급하는 다수개의 전원을 포함한다.

본 실시예에 따르면, 공간적으로 균일한 플라즈마를 발생시켜 대면적의 기판에 플라즈마를 이용하여 처리를 하는 경우, 공간적으로 균일한 처리 효과를 발생시킨다.

Figure R1020080125482

The present invention relates to a plasma processing apparatus, comprising: a chamber forming a process space in which plasma is generated; An upper electrode provided in the chamber, wherein a plurality of bars are connected in the form of a ladder and each of the bars has a Gaussian curve in the length direction; A lower electrode provided at a position opposite to the upper electrode in the chamber and seating a substrate; And a plurality of power sources for supplying power having different frequencies to the upper electrode.

According to this embodiment, when plasma is spatially generated and processed using plasma on a large-area substrate, a spatially uniform processing effect is generated.

Figure R1020080125482

Description

플라즈마 처리장치 {Apparatus for plasma processing}Plasma processing unit {Apparatus for plasma processing}

본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대면적의 전극을 사용하여 플라즈마를 발생시키는 경우, 상기 플라즈마가 공간적으로 균일하게 발생하게 하는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly, to a plasma processing apparatus for generating a plasma uniformly when generating a plasma using a large-area electrode.

플라즈마 처리장치는 방전 플라즈마를 발생시켜 처리 대상물의 표면을 처리하는데 사용되는 장치로, 박막 트랜지스터 또는 태양전지와 같이 박막의 형성이 요구되는 제품의 제조에 널리 사용되는 장치이다. 이러한 플라즈마 처리장치는 공정챔버 벽을 둘러싼 코일에 RF전원을 인가하여 유도 결합된 플라즈마를 생성하는 유도성 플라즈마 처리장치와 2개의 금속판 즉, 전극에 RF전원을 인가하여 플라즈마를 생성하는 용량성 플라즈마 처리장치로 구분할 수 있다. 유도성 플라즈마 처리장치는 상기 장치의 제조 비용이 많이 든다는 점에서 문제가 있으며, 상대적으로 낮은 비용으로 용량성 플라즈마 처리장치를 만들 수 있다. Plasma processing apparatus is a device used to generate the discharge plasma to treat the surface of the object to be treated, and is widely used in the manufacture of products requiring the formation of a thin film, such as a thin film transistor or a solar cell. Such a plasma processing apparatus includes an inductive plasma processing apparatus for generating an inductively coupled plasma by applying RF power to a coil surrounding a process chamber wall and a capacitive plasma processing for generating plasma by applying RF power to two metal plates, that is, electrodes. It can be divided into devices. The inductive plasma processing apparatus is problematic in that the manufacturing cost of the apparatus is high, and the capacitive plasma processing apparatus can be made at a relatively low cost.

이러한 용량성 플라즈마 처리장치는 종래 국제 통신 규약에 의해 산업용으로 개방된 13.56MHz 주파수를 가지는 전원을 이용하였는데, 최근에는 27MHz이상의 초단파(VHF, Very High Frequency) 전원을 이용하는 경우도 있다. 여기서 초단파는 보통 27MHz 내지 300MHz의 주파수 범위를 가지는 전자기파를 가리키는데 그 파장이 대략 1m 내지 10m 이므로 미터파라고 하기도 한다. 상기 초단파 주파수를 가지는 전원을 사용하는 이유는 표면 처리 속도를 증가시키고, 형성되는 막의 품질을 향상시키기 때문이다. The capacitive plasma processing apparatus uses a power source having a 13.56 MHz frequency, which is open for industrial use according to a conventional international communication protocol, but recently, a very high frequency (VHF) power source of 27 MHz or more may be used. Here, the ultra-short wave refers to an electromagnetic wave having a frequency range of 27 MHz to 300 MHz, and may be referred to as a meter wave because the wavelength is approximately 1 m to 10 m. The reason for using the power source having the microwave frequency is because it increases the surface treatment speed and improves the quality of the formed film.

그런데, 용량성 플라즈마 처리장치에 초단파 주파수를 가지는 전원을 이용하는 경우에는 문제가 있는데, 용량성 플라즈마 처리장치에 이용되는 전극이 초단파 파장의 1/4 이상 크기를 가지는 경우 상기 전극에 정재파가 발생하여 플라즈마가 공간적으로 불균일하게 발생하는 것이다.However, there is a problem when a power source having a microwave frequency is used in the capacitive plasma processing apparatus. When an electrode used in the capacitive plasma processing apparatus has a size equal to or greater than 1/4 of the microwave wavelength, standing waves are generated in the electrode and the plasma is generated. Occurs spatially non-uniformly.

이러한 문제를 해결하기 위해 사다리(ladder) 형상의 전극구조를 사용하여 플라즈마를 발생시키는 기술이 제안된 바 있다. 상기 기술에서는 기판에 대향하는 위치에 다수개의 바(bar)를 사다리 형태로 구비한 사다리형 전극(electrode)이 사용된다. 이때 상기 다수개의 바는 직선 형태로 구비되며 따라서, 상기 사다리형 전극은 기판에 대해 평행한 면을 이룬다. 이러한 사다리형 전극에 2개 이상의 급전점(feeding point)으로 초단파 전원을 분배하여 공급하는데, 이 때 어느 하나의 초단파 전원 분배 경로에는 위상변환기(phase shifter)가 구비되어 서로 다른 위상을 가지는 전압이 상기 사다리형 전극에 제공되도록 한다. In order to solve this problem, a technique of generating plasma using a ladder-shaped electrode structure has been proposed. In the above technique, a ladder electrode having a plurality of bars in the form of a ladder at a position opposite to the substrate is used. In this case, the plurality of bars are provided in a straight shape, and thus the ladder electrodes form a parallel surface with respect to the substrate. The microwave power is distributed to and supplied to two or more feeding points to the ladder electrode, wherein one of the microwave power distribution paths includes a phase shifter so that voltages having different phases may be different from each other. To be provided to the ladder electrode.

서로 다른 위상을 가지는 전압들은 상기 전극 상에서 합성되어 정재파가 발생하는데, 상기 위상변환기로 위상을 시간에 따라 변화시키면 상기 정재파의 발생 위치가 시간에 따라 변화되는 원리로 플라즈마의 발생 밀도를 시간적으로 균일하게 한다. 상술한 기술은 시간 평균으로는 플라즈마의 발생 밀도를 균일하게 하지만, 어느 한 시점에서 공간적으로 균일한 플라즈마를 발생하게 하는 것은 아니다. Voltages having different phases are synthesized on the electrode to generate standing waves. When the phase is changed with time by the phase shifter, the generation position of the standing waves is changed over time. do. The above-described technique makes the plasma generating density uniform at a time average, but does not cause the plasma to be spatially uniform at any point in time.

본 발명의 목적은, 초단파 주파수를 가지는 전원을 사용하여 공간적으로 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있는 플라즈마 처리장치를 제공함에 있다. An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of generating a spatially uniform plasma using a power source having a microwave frequency.

상기 과제를 해결하기 위한 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치는 플라즈마가 발생되는 공정 공간을 형성하는 챔버; 상기 챔버 내에 구비되며, 다수개의 바(bar)가 사다리(ladder) 형태로 연결되고 상기 바(bar) 각각은 길이 방향으로 가우스 곡선 모양을 가지는 상부 전극; 상기 챔버 내의 상기 상부 전극과 대향되는 위치에 구비되며, 기판을 안착하는 하부 전극; 및 상기 상부 전극에 서로 다른 주파수를 가지는 전력을 공급하는 다수개의 전원을 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a plasma processing apparatus includes a chamber forming a process space in which plasma is generated; An upper electrode provided in the chamber, wherein a plurality of bars are connected in the form of a ladder and each of the bars has a Gaussian curve in the length direction; A lower electrode provided at a position opposite to the upper electrode in the chamber and seating a substrate; And a plurality of power sources for supplying power having different frequencies to the upper electrode.

상기 다수개의 전원은 상기 상부 전극에 초단파 주파수 범위 내의 주파수를 가지는 전압과 상기 전압의 위상을 변화시킨 전압을 공급하는 제 1 전원부; 및 상기 상부 전극에 상기 제 1 전원부보다 낮은 주파수를 가지는 전압을 제공하는 제 2 전원부를 포함한다.The plurality of power sources may include a first power supply unit supplying the upper electrode with a voltage having a frequency within a microwave frequency range and a voltage in which a phase of the voltage is changed; And a second power supply unit providing a voltage to the upper electrode having a lower frequency than the first power supply unit.

상기 제 1 전원부는 27MHz 내지 300MHz, 상기 제 2 전원부는 10KHz 내지 600KHz 범위 내의 주파수를 가질 수 있으며, 상기 제 1 전원부는 13.56 × n MHz(여기서, n은 자연수이고 2≤n≤8) 중 어느 하나의 주파수를 가질 수 있다.The first power supply portion may have a frequency within a range of 27 MHz to 300 MHz, and the second power supply portion may have a frequency in a range of 10 KHz to 600 KHz, and the first power supply portion may be 13.56 × n MHz (where n is a natural number and 2 ≦ n ≦ 8). It may have a frequency of.

상기 제 1 전원부는 전력 분배기와 연결되고, 상기 전력 분배기에서 분배된 전력의 일부는 상기 상부 전극에 다수개의 급전점을 통해 제공되고, 나머지 전력은 위상 변환기를 통해 위상이 변경되어 상기 상부 전극에 공급될 수 있다.The first power supply unit is connected to a power divider, a portion of the power distributed in the power divider is provided to the upper electrode through a plurality of feed points, and the remaining power is phase-changed through a phase converter to supply the upper electrode. Can be.

상기 다수개의 전원부와 상기 상부 전극 사이에, 각 전원부의 출력 임피던스와 상기 다수개의 전원부 각각에서 상기 상부 전극 쪽을 바라본 입력 임피던스를 매칭시키는 정합부를 더 구비할 수 있다.A matching unit may be further provided between the plurality of power supply units and the upper electrodes to match an output impedance of each power supply unit and an input impedance viewed toward the upper electrode from each of the plurality of power supply units.

상기 정합부와 상기 상부 전극 사이에, 상기 각 전원부의 주파수를 중심으로 소정 범위 내의 주파수만을 통과시키는 필터를 더 구비할 수 있다.A filter may be further provided between the matching unit and the upper electrode to pass only a frequency within a predetermined range around the frequency of each power supply unit.

본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치는 공간적으로 균일한 플라즈마를 발생시켜, 대면적의 기판에 플라즈마를 이용하여 처리를 하는 경우, 공간적으로 균일한 처리 효과를 발생시킨다.The plasma processing apparatus according to the present embodiment generates a spatially uniform plasma, and generates a spatially uniform processing effect when the plasma processing is performed on a large-area substrate.

이하, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치에 대해, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, a plasma processing apparatus according to the present embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 구성을 보여주는 블록도이다. 도 2는 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 상부 전극 및 하부 전극을 나타내는 사시도이다. 도 1및 도 2를 참조하면, 상기 플라즈마 처리장치는 챔버(110), 상부 전극(120), 하부 전극(130), 다수개의 전원부(140,150)를 포함한다.1 is a block diagram showing the configuration of a plasma processing apparatus according to the present embodiment. 2 is a perspective view showing an upper electrode and a lower electrode of the plasma processing apparatus according to the present embodiment. 1 and 2, the plasma processing apparatus includes a chamber 110, an upper electrode 120, a lower electrode 130, and a plurality of power supply units 140 and 150.

상기 챔버(110)는 플라즈마가 발생되는 공정 공간을 형성하는 부분이다. 이러한 챔버(110) 내부에는 상부 전극(120), 하부 전극(130), 공정 가스를 유입하는 가스 유입관(170), 챔버 내의 가스를 챔버 외부로 배기하는 진공 펌프와 연결되는 펌핑관(180) 등이 구비된다. The chamber 110 is a portion forming a process space in which plasma is generated. In the chamber 110, an upper electrode 120, a lower electrode 130, a gas inlet pipe 170 for introducing a process gas, and a pumping pipe 180 connected with a vacuum pump for exhausting gas in the chamber to the outside of the chamber. Etc. are provided.

상부 전극(120)은 플라즈마를 발생시키기 위해 전압이 인가되는 전극(electrode)으로, 기판이 안착되는 하부 전극(130)과 대향하는 위치에 구비된다. 본 실시예에 따른 상부 전극(120)은 면적이 1㎡ 이상 5㎡ 이하의 대면적(large area)이고 상기 상부 전극(120)은 위에서 본 모양은 종래의 사다리형 전극과 같은 모양이지만, 그 단면이 가우스 곡선(Gaussian curve, 가운데 부분을 기준으로 좌우 대칭 형태의 종 모양을 하고 있는 정상분포곡선)모양을 가지는 점에서 차이가 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 상부 전극(220)은 하부 전극(130)과 평행한 면을 이루지 않고 곡면을 이루고 있다. 즉, 상부 전극(120)의 가운데 부분은 하부 전극(130)과의 갭(gap)을 크게 하고, 가장자리는 하부 전극(130)과의 갭을 상대적으로 작게 하는 형상으로 상부 전극(120)을 구성한다.The upper electrode 120 is an electrode to which a voltage is applied to generate a plasma, and is provided at a position facing the lower electrode 130 on which the substrate is seated. The upper electrode 120 according to the present embodiment has a large area of 1 m 2 or more and 5 m 2 or less, and the upper electrode 120 has the same shape as that of a conventional ladder electrode. There is a difference in the shape of this Gaussian curve (normal distribution curve having a symmetrical bell shape with respect to the center). That is, as shown in FIG. 2, the upper electrode 220 forms a curved surface without forming a surface parallel to the lower electrode 130. That is, the upper portion of the upper electrode 120 is configured to form a gap with the lower electrode 130, and the edge of the lower electrode 130 has a relatively small gap with the upper electrode 120. do.

도 3은 상부 전극의 모양을 세부적으로 나타낸 도면이다. 도 3 (a)를 참조하면, 상부 전극(120)은 다수개의 바(bar, 310)가 평행한 직선바(321,322)에 소정 간 격을 두고 연결되어 사다리 형태를 이루고 있다. 그런데, 상기 바(310) 각각은 직선형태가 아니며, 길이 방향으로 가우스 곡선 모양을 가지는 곡선 형태이다. 도 3(b)에 도시한 바와 같이, 바(310)는 길이 방향(y축 방향)으로 가우스 곡선을 이루고 있다. 상기와 같은 상부 전극(120)은 알루미늄, 스테인리스 스틸로 만들 수 있다.3 is a view showing in detail the shape of the upper electrode. Referring to FIG. 3 (a), the upper electrode 120 has a plurality of bars (bars 310) connected to parallel straight bars 321 and 322 at a predetermined interval to form a ladder shape. However, each of the bars 310 is not a straight line, but a curved line having a Gaussian curve in the longitudinal direction. As shown in FIG. 3B, the bar 310 forms a Gaussian curve in the longitudinal direction (y-axis direction). The upper electrode 120 as described above may be made of aluminum, stainless steel.

도 4는 본 실시예에 따른 상부 전극의 급전점의 일 예를 나타낸 평면도이다. 도 4를 참조하면, 상부 전극(120)에는 다수개의 급전점(410)이 구비된다. 상기 급전점(410)을 통해 제 1 전원부(140)및 제 2 전원부(150)로부터 전압이 제공된다. 급전점(410)은 상부 전극(120)의 가운데 부분을 기준으로 대칭되는 위치에 구비될 수도 있고, 비대칭적으로 구비될 수도 있다. 4 is a plan view showing an example of a feed point of the upper electrode according to the present embodiment. Referring to FIG. 4, the upper electrode 120 is provided with a plurality of feed points 410. Voltage is provided from the first power supply unit 140 and the second power supply unit 150 through the feed point 410. The feed point 410 may be provided at a position symmetrical with respect to the center portion of the upper electrode 120, or may be provided asymmetrically.

하부 전극(susceptor,130)은 기판을 안착하는 부분으로, 기판에 전압을 인가할 수 있다. 하부 전극(130)에는 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 용도에 따라 히터(heater), ESC(ElectroStatic Chuck)가 모두 구비되거나 하나만 구비될 수 있다. 즉, 플라즈마 처리장치가 증착공정에 사용되는 경우에는 히터, ESC 모두 사용될 수 있고, 애셔(Asher)로 사용되는 경우에는 히터만, 에쳐(Etcher)로 사용되는 경우에는 ESC만 하부 전극(130)에 구비될 수도 있다. 상기 히터는 기판을 가열하여 기판의 온도를 조절할 수 있는 것으로 하부 전극(130)에 내장될 수 있으며, 이 경우 하부 전극(130)에는 기판에 열을 가하는 AC 또는 DC 전원이 추가로 구비된다. 상기 AC 또는 DC전원에 의해 히터가 가열되어 상기 기판의 온도는 100 내지 300℃로 설정될 수 있다.The lower electrode 130 is a portion for mounting the substrate and may apply a voltage to the substrate. The lower electrode 130 may be provided with all or only one heater and ESC (ElectroStatic Chuck) according to the use of the plasma processing apparatus according to the present embodiment. That is, when the plasma processing apparatus is used in the deposition process, both the heater and the ESC may be used. When the plasma processing apparatus is used as the asher, only the heater may be used. When the plasma processing apparatus is used as the etcher, only the ESC may be applied to the lower electrode 130. It may be provided. The heater may be embedded in the lower electrode 130 by heating the substrate to control the temperature of the substrate. In this case, the lower electrode 130 may be further provided with an AC or DC power source for applying heat to the substrate. The heater is heated by the AC or DC power source so that the temperature of the substrate may be set to 100 to 300 ℃.

다수개의 전원부(140,150)는 서로 다른 주파수를 가지는 전원을 상부 전극(120)에 제공하는 부분으로, 다시 도 1을 참조하면, 상부 전극(120)에는 서로 다른 주파수를 가지는 2 개의 전원이 연결된다. The plurality of power supply units 140 and 150 provide power to the upper electrode 120 having different frequencies. Referring to FIG. 1, two power sources having different frequencies are connected to the upper electrode 120.

제 1 전원부(140)는 주로 플라즈마의 발생에 기여하는 전원인데, 상부 전극(120)의 일단(one end)에 전압을 공급하고, 상기 상부 전극(120)의 타단에는 상기 전압의 위상을 변화시킨 전압(이하에서 위상변환전압이라 한다)을 공급한다. 제 1 전원부(140)는 제 1 정합부(141)와 연결되어 있고, 이후 전력분배기(142)와 전기적으로 연결되어 상부 전극(120)의 일단 및 타단에 전력을 제공한다. The first power supply 140 is a power mainly contributing to the generation of plasma, and supplies a voltage to one end of the upper electrode 120, and changes the phase of the voltage to the other end of the upper electrode 120. A voltage (hereinafter referred to as a phase shift voltage) is supplied. The first power supply unit 140 is connected to the first matching unit 141, and then electrically connected to the power distributor 142 to provide power to one end and the other end of the upper electrode 120.

제 1 전원부(140)의 주파수는 VHF주파수 범위인데, 27MHz 내지 300MHz를 가질 수 있다. 바람직하게는 제 1 전원부(140)는 13.56 × n MHz(여기서, n은 자연수이고 2≤n≤8) 중 어느 하나의 주파수를 가질 수 있다. 즉, 제 1 전원부(140)는 27.12MHz, 40.68MHz, 54.24MHz, 67.8MHz, 81.36MHz, 94.92MHz, 108.48MHz 중 어느 하나의 주파수를 가질 수 있다. 이하에서는 제 1 전원부(140)가 67.8MHz(n이 5인 경우)의 주파수를 가지는 경우를 예로 들어 설명하지만, 이는 제한이 아니며 상기 다양한 주파수 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 이러한 제 1 전원부(140)는 저주파에 비해 발생하는 플라즈마 밀도가 크고, 그 결과 건식 식각, 클리닝, 증착공정 등에 사용될 경우 상대적으로 빠른 공정 처리가 가능하여 생산성을 향상시키는 장점이 있다. The frequency of the first power supply unit 140 is in the VHF frequency range, it may have a 27MHz to 300MHz. Preferably, the first power source 140 may have a frequency of any one of 13.56 × n MHz (where n is a natural number and 2 ≦ n ≦ 8). That is, the first power supply 140 may have any one frequency of 27.12 MHz, 40.68 MHz, 54.24 MHz, 67.8 MHz, 81.36 MHz, 94.92 MHz, and 108.48 MHz. Hereinafter, a case in which the first power supply 140 has a frequency of 67.8 MHz (when n is 5) will be described as an example. However, this is not a limitation, and any one of the various frequencies may be used. The first power supply 140 has a higher plasma density than the low frequency, and as a result, when used in dry etching, cleaning, and deposition processes, a relatively fast process can be performed to improve productivity.

제 1 전원부(140)와 제 1 전원부(140)의 위상변환전압이 상부 전극(120)에 연결되어 전압을 제공하는 경우, 이론적으로 상기 상부 전극(120)의 크기가 상기 제 1 전원부(140)의 파장의 1/4보다 커지게 되면 정재파(standing wave)의 문제가 발생한다. 이러한 문제점은 상술한 상부 전극(120)의 모양을 가우스 곡선을 가지는 사다리형 전극으로 하는 것에 의해 해결될 수 있다. When the phase conversion voltage of the first power supply 140 and the first power supply 140 is connected to the upper electrode 120 to provide a voltage, the size of the upper electrode 120 is theoretically the first power supply 140. If it becomes larger than 1/4 of the wavelength of, a standing wave problem occurs. This problem can be solved by making the above-described upper electrode 120 a ladder electrode having a Gaussian curve.

즉, 상부 전극(120)이 종래와 같이 하부 전극(130)과 평행한 면을 이루는 사다리형 전극모양일 경우에는 제 1 전원부(140) 및 제 1 전원부의 위상변환전압이 연결되면, 상부 전극(120)에는 정재파가 발생하고, 상부 전극(120)의 가운데 부분에서는 플라즈마 밀도가 높고 가장자리 부분에서는 낮게 된다. 이것은 정재파가 종래의 사다리형 전극에 공간적으로 균일한 영향을 미치는 형태로 발생하지는 않으며, 상기 사다리형 전극의 가운데 부분에서는 그 영향이 크고, 가장자리에서는 영향이 작은 형태로 발생하는 것을 의미한다. 따라서, 상부 전극(120)의 모양을 본 실시예와 같이 가우스 곡선 형태의 사다리형 전극으로 하면, 상부 전극(120)의 가운데 부분에서는 공정 갭(상부 전극과 하부 전극 사이의 갭)이 커지므로 플라즈마 밀도가 낮아지고, 가장자리에서는 공정 갭이 상대적으로 작으므로 플라즈마 밀도가 높아지게 되어 플라즈마 밀도가 공간적으로 균일해지는 효과가 생긴다.That is, when the upper electrode 120 is a ladder-like electrode forming a plane parallel to the lower electrode 130 as in the prior art, when the phase shift voltage of the first power supply 140 and the first power supply is connected, the upper electrode ( A standing wave is generated in the 120, and the plasma density is high at the center portion of the upper electrode 120 and is low at the edge portion. This means that the standing wave does not occur in the form of spatially uniform influence on the conventional ladder electrode, and the effect is large in the center portion of the ladder electrode and occurs in the form of small effect on the edge. Therefore, if the shape of the upper electrode 120 is a Gaussian-shaped ladder electrode as in this embodiment, the process gap (gap between the upper electrode and the lower electrode) is increased in the center portion of the upper electrode 120 so that the plasma Since the density is lowered and the process gap is relatively small at the edge, the plasma density is increased, resulting in the spatial uniformity of the plasma density.

또한, 상부 전극(120)을 상술한 것처럼 가우스 곡선 형태로 휘어진 사다리 모양 형태로 구성하면, 상부 전극(120)과 하부 전극(130)사이의 전위의 불균일성을 개선하여 플라즈마 이온 밀도의 불균일성을 보상할 수 있다. In addition, when the upper electrode 120 is configured in the shape of a ladder curved in the shape of a Gaussian curve as described above, the nonuniformity of the plasma ion density may be compensated by improving the nonuniformity of the potential between the upper electrode 120 and the lower electrode 130. Can be.

다시 말해, 직선 모양의 바(bar)를 이용한 사다리 형 전극을 상부 전극으로 사용하는 경우 상기 상부 전극의 가운데 부분에서는 플라즈마 밀도가 높은 반면 상기 상부 전극의 가장자리에서는 플라즈마 밀도가 낮게 되는 문제점을 상부 전 극(120)의 모양을 가우스 곡선을 가지는 곡면으로 형성함으로써 해결하는 것이다. In other words, when a ladder electrode using a straight bar is used as the upper electrode, the upper electrode has a problem that the plasma density is high at the center of the upper electrode while the plasma density is low at the edge of the upper electrode. This is solved by forming the shape of 120 into a curved surface having a Gaussian curve.

제 1 정합부(matcher, 141)는 제 1 전원부(140)에서 공급하는 전력에서 부하(load)인 상부 전극, 플라즈마 및 하부 전극에 최대 전력이 전달되도록 임피던스 매칭을 시켜주는 부분이다. 제 1 전원부(140)의 출력 임피던스와 상부 전극, 플라즈마 및 하부 전극에 의해 존재하는 부하 임피던스가 매칭되지 않으면 상기 부하에 전달되는 전력의 양이 최대로 되지 않아 효율이 떨어지며, 공정에 따라 요구되는 최적 플라즈마 밀도가 유지되지 않을 수 있기 때문에 이러한 정합부(141)를 통해 임피던스 매칭을 능동적으로 해 주어야 한다.The first matcher 141 is a portion that performs impedance matching so that maximum power is transmitted to the upper electrode, the plasma, and the lower electrode which are the loads from the power supplied by the first power supply 140. If the output impedance of the first power supply unit 140 and the load impedance existing by the upper electrode, the plasma, and the lower electrode do not match, the amount of power delivered to the load is not maximized, and the efficiency is lowered. Since the plasma density may not be maintained, impedance matching must be actively performed through the matching unit 141.

전력분배기(power distributor, 142)는 제 1 전원부(140)에서 공급되는 전력을 분할하여 다수개의 급전점을 통해 상부 전극(120)에 제공한다. 예를 들어, 제 1 전원부(140)에서 제공하는 전력을 나누어 일부는 상부 전극(120)의 일단(one end)으로, 나머지는 상부 전극(120)의 타단으로 제공할 수 있다. 상기 급전점은 다양한 위치에 존재할 수 있다. The power distributor 142 divides the power supplied from the first power supply 140 and provides the power to the upper electrode 120 through a plurality of feed points. For example, the power provided by the first power supply unit 140 may be divided and provided to one end of the upper electrode 120 and the other to the other end of the upper electrode 120. The feed point may exist at various locations.

전력분배기(142)에서 상부 전극(120) 방향으로는 고역통과필터(High Pass Filter, HPF, 144)가 연결되는데, 이 고역통과필터(144)는 제 1 전원부(140)의 주파수는 잘 통과시키고, 상기 주파수보다 낮은 주파수를 차단하는 역할을 한다. A high pass filter (HPF, 144) is connected to the upper electrode 120 in the power divider 142. The high pass filter 144 passes the frequency of the first power supply 140 well. It serves to block frequencies lower than the frequency.

전력분배기(142)에서 상기 상부 전극(120)의 방향으로의 하나의 경로에는 위상 변환기(Phase shifter, 143)가 전기적으로 연결되는데, 상기 위상 변환기(143)는 제 1 전원부(140)에서 공급되는 초단파 전압의 위상을 변환시킨 뒤, 상부 전극(120)에 제공한다. A phase shifter 143 is electrically connected to one path from the power divider 142 in the direction of the upper electrode 120, and the phase shifter 143 is supplied from the first power supply 140. The phase of the microwave voltage is converted and then provided to the upper electrode 120.

제 2 전원부(150)는 상부 전극(120)에 제 1 전원부(140)에 비해 낮은 주파수를 가지는 전원을 공급하는 부분이다. 제 2 전원부(150)는 10KHz 내지 600KHz 범위 내의 주파수를 가질 수 있다. 상부 전극(120)에 제 2 전원부(150)를 연결하는 이유는 플라즈마 밀도의 균일성을 향상시키는 측면과, 기판에 충돌하는 플라즈마 이온의 에너지를 조절하기 위한 측면이 있다.The second power supply unit 150 supplies a power having a lower frequency to the upper electrode 120 than the first power supply unit 140. The second power supply 150 may have a frequency within a range of 10KHz to 600KHz. The reason for connecting the second power supply unit 150 to the upper electrode 120 is to improve the uniformity of the plasma density and to adjust the energy of the plasma ions impinging on the substrate.

먼저, 플라즈마 밀도의 균일성 향상의 측면을 살펴보면 제 2 전원부(150)처럼 낮은 주파수의 전원이 상부 전극(120)에 인가되면, 상부 전극(120) 가장자리에서는 플라즈마 밀도가 높아지고 가운데 부분에서는 플라즈마 밀도가 낮아지는 효과가 발생한다. 상기 효과는 상부 전극(120)에 제 1 전원부(140)가 단독으로 인가되었을 때 기판의 가운데 부분에 발생하는 정재파 효과를 보상하는 역할을 하게 된다. First, in the aspect of improving the uniformity of the plasma density, when a low frequency power source is applied to the upper electrode 120 such as the second power supply unit 150, the plasma density increases at the edge of the upper electrode 120 and the plasma density at the center portion thereof. A lowering effect occurs. The effect is to compensate for the standing wave effect occurring in the center portion of the substrate when the first power supply 140 is applied to the upper electrode 120 alone.

제 2 전원부(150)의 플라즈마 이온의 에너지 조절의 측면은, 플라즈마에 고주파 전원과 저주파 전원을 같이 걸면 고주파 전원은 주로 플라즈마의 생성 즉 ,원자를 이온과 전자로 해리시키는 과정이나 재결합하는 과정에 영향을 미치고, 저주파 전원은 주로 생성된 플라즈마 이온의 충돌 에너지에 주로 영향을 준다는 사실로 설명이 가능하다. 따라서, 제 2 전원부(150)의 전력을 조절함으로써 이온의 에너지를 조절할 수 있다. In terms of energy control of plasma ions of the second power supply unit 150, when the high frequency power source and the low frequency power source are coupled to the plasma, the high frequency power source mainly affects the generation of plasma, ie, dissociation of atoms into ions and electrons, or recombination. This can be explained by the fact that the low frequency power source mainly affects the collision energy of the generated plasma ions. Therefore, the energy of the ions may be adjusted by adjusting the power of the second power supply unit 150.

제 2 전원부(150)에도 임피던스 매칭을 시켜 최대 전력이 상부 전극(120)에 전달되게 하는 제 2 정합부(151)가 구비되며, 이 후 저역통과필터(Low Pass Filter, LPF, 152)가 연결된다. 이 저역통과필터(152)는 제 2 전원부(150)의 주파 수는 잘 통과시키되, 그보다 높은 주파수는 잘 통과시키지 않도록 구성된다.The second power supply unit 150 is also provided with a second matching unit 151 for impedance matching to transfer the maximum power to the upper electrode 120, after which a low pass filter (LPF, 152) is connected. do. The low pass filter 152 is configured to pass the frequency of the second power supply unit 150 well, but not to pass a frequency higher than that.

본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 예를 들어, 건식 식각(Dry etching) 공정에 사용하는 경우를 설명하면, 먼저 챔버(110) 내로 기판을 반입한다. 반입된 기판은 하부 전극(130)에 안착된다. 하부 전극(130)에 구비된 ESC(ElectroStatic Chuck, 정전척, 미도시)등의 기판 유지 수단이 온(on) 되어 기판을 부착하면, 공정 가스가 챔버(110)내로 유입된다. Referring to the case where the plasma processing apparatus according to the present embodiment is used in, for example, a dry etching process, the substrate is first loaded into the chamber 110. The loaded substrate is seated on the lower electrode 130. When a substrate holding means such as an ESC (Electrostatic Chuck, electrostatic chuck, etc.) included in the lower electrode 130 is turned on to attach the substrate, the process gas flows into the chamber 110.

그러면, 상부 전극(120)에 연결된 다수개의 전원(140,150)이 동시에 온(on)되면서 상부 전극(120)과 하부 전극(130) 사이의 공정 공간에 플라즈마가 생성된다. 상기 다수개의 전원(140,150)이 상부 전극(120)에 연결되어 공간적으로 균일한 플라즈마가 생성되는 것에 대해서는 이미 상술하였으므로 여기서는 생략한다.Then, a plurality of power sources 140 and 150 connected to the upper electrode 120 are simultaneously turned on to generate plasma in the process space between the upper electrode 120 and the lower electrode 130. Since the plurality of power sources 140 and 150 are connected to the upper electrode 120 to generate a spatially uniform plasma have been described above, a description thereof will be omitted.

공간적으로 균일하게 형성된 플라즈마는 상부 전극(120)과 하부 전극(130) 사이에 형성되는 전기장에 의해 기판 쪽으로 움직이며, 기판의 표면을 에칭하게 된다. 기판의 표면을 처리하는 과정이 종료되면, 공정 가스는 챔버(110) 외부로 배기되며, 정전척이 오프(off)된 후 기판은 챔버 외부로 이송된다.The spatially uniform plasma is moved toward the substrate by an electric field formed between the upper electrode 120 and the lower electrode 130 to etch the surface of the substrate. When the process of processing the surface of the substrate is finished, the process gas is exhausted to the outside of the chamber 110, the substrate is transferred to the outside of the chamber after the electrostatic chuck is off (off).

본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치는 대면적 기판의 플라즈마 처리장치 예컨대, 대면적의 평판 디스플레이(예컨대 LCD, PDP 등), 반도체 및 태양전지 등의 제조 과정에서 건식 식각 공정(Etcher로 사용), 애싱 공정(Asher로 사용), 박막 증착 공정, 클리닝 공정, 이온 임플란트 공정 등의 다양한 공정에 사용될 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다.The plasma processing apparatus according to the present embodiment is a plasma processing apparatus of a large-area substrate, for example, a dry etching process (used as an etcher) and ashing in the manufacturing process of a large-area flat panel display (for example, LCD, PDP, etc.), semiconductors, and solar cells. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention can be used in various processes such as a process (used as Asher), a thin film deposition process, a cleaning process, an ion implant process, and the like.

이상에서 본 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분 야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 특허청구범위에 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although the present embodiment has been described in detail above, those skilled in the art to which the present invention pertains have various aspects of the present invention without departing from the scope of the present invention as defined in the appended claims. It will be understood that modifications can be made.

도 1은 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 구성을 보여주는 블록도이다. 1 is a block diagram showing the configuration of a plasma processing apparatus according to the present embodiment.

도 2는 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 상부 전극 및 하부 전극을 나타내는 사시도이다.2 is a perspective view showing an upper electrode and a lower electrode of the plasma processing apparatus according to the present embodiment.

도 3은 본 실시예에 따른 상부 전극의 모양을 세부적으로 나타낸 도면이다.3 is a view showing in detail the shape of the upper electrode according to the present embodiment.

도 4는 본 실시예에 따른 상부 전극의 급전점을 나타낸 평면도이다.4 is a plan view showing a feeding point of the upper electrode according to the present embodiment.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명><Description of Signs of Major Parts of Drawings>

110 : 챔버 120 : 상부 전극110 chamber 120 upper electrode

130 : 하부 전극 140 : 제 1 전원부130: lower electrode 140: first power supply

150 : 제 2 전원부 150: second power supply

Claims (7)

플라즈마가 발생되는 공정 공간을 형성하는 챔버;A chamber forming a process space in which plasma is generated; 상기 챔버 내에 구비되며, 다수개의 바(bar)가 사다리(ladder) 형태로 연결되고 상기 바(bar) 각각은 길이 방향으로 가우스 곡선 모양을 가지는 상부 전극;An upper electrode provided in the chamber, wherein a plurality of bars are connected in the form of a ladder and each of the bars has a Gaussian curve in the length direction; 상기 챔버 내의 상기 상부 전극과 대향되는 위치에 구비되며, 기판을 안착하는 하부 전극; 및A lower electrode provided at a position opposite to the upper electrode in the chamber and seating a substrate; And 상기 상부 전극에 서로 다른 주파수를 가지는 전력을 공급하는 다수개의 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.And a plurality of power sources for supplying power having different frequencies to the upper electrode. 제 1 항에 있어서, 상기 다수개의 전원은 The method of claim 1, wherein the plurality of power supplies 상기 상부 전극에 초단파 주파수 범위 내의 주파수를 가지는 전압과 상기 전압의 위상을 변화시킨 전압을 공급하는 제 1 전원부; 및A first power supply unit supplying the upper electrode to a voltage having a frequency within a microwave frequency range and a voltage having a phase changed from the voltage; And 상기 상부 전극에 상기 제 1 전원부보다 낮은 주파수를 가지는 전압을 공급하는 제 2 전원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.And a second power supply unit supplying the upper electrode to a voltage having a frequency lower than that of the first power supply unit. 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 상기 제 1 전원부는 27MHz 내지 300MHz, 상기 제 2 전원부는 10KHz 내지 600KHz 범위 내의 주파수를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.And the first power supply unit has a frequency within a range of 27 MHz to 300 MHz, and the second power supply unit has a frequency in a range of 10 KHz to 600 KHz. 제 3 항에 있어서, The method of claim 3, wherein 상기 제 1 전원부는 13.56 × n MHz(여기서, n은 자연수이고 2≤n≤8) 중 어느 하나의 주파수를 가지는 전압을 제공하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.And the first power supply unit provides a voltage having a frequency of any one of 13.56 x n MHz (where n is a natural number and 2≤n≤8). 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 상기 제 1 전원부는 전력 분배기와 연결되고, 상기 전력 분배기에서 분배된 전력의 일부는 상기 상부 전극에 다수개의 급전점을 통해 제공되고, 나머지 전력은 위상 변환기를 통해 위상이 변경되어 상기 상부 전극에 다수개의 급전점을 통해 제공되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.The first power supply unit is connected to a power divider, a portion of the power distributed in the power divider is provided to the upper electrode through a plurality of feed points, and the remaining power is phase-changed through a phase shifter to provide a plurality of power to the upper electrode. Plasma processing apparatus characterized in that provided through the two feed points. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 다수개의 전원부와 상기 상부 전극 사이에, 각 전원부의 출력 임피던스와 상기 다수개의 전원부 각각에서 상기 상부 전극 쪽을 바라본 입력 임피던스를 매칭시키는 정합부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.And a matching unit matching the output impedance of each power supply unit and the input impedance viewed from the power supply unit toward the upper electrode, between the plurality of power supply units and the upper electrodes. 제 6 항에 있어서, The method of claim 6, 상기 정합부와 상기 상부 전극 사이에, 상기 각 전원부의 주파수를 중심으로 소정 범위 내의 주파수만을 통과시키는 필터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.And a filter for allowing only a frequency within a predetermined range to pass between the matching portion and the upper electrode, centering on the frequency of each power supply portion.
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