KR101353684B1 - Apparatus and method for generation a plasma - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라즈마를 균일하게 생성하기 위한 플라즈마 발생장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명은 2개의 일자형 전극봉 일단이 연결봉으로 상호 연결되고 그 연결봉에 전력을 균일하게 제공하기 위한 급전점이 형성된 콤(comb) 형상의 하나의 전극부재가 제공된다. 상기 전극부재는 복수 개가 제공되며 하나의 전극부재와 이웃하는 다른 전극부재는 급전점이 서로 다른 방향을 향하도록 엇갈린 형태로 배열된다. 상기 전극봉의 일단은 전기적으로 오픈(open) 구조 또는 접지(groung) 구조를 갖는다. 그리고, 상기 방향이 상이하게 배열된 2개의 전극부재 그룹에 대하여 시간적으로 분리하여 전력이 상기 급전점을 통해 균일하게 공급되도록 한다. 따라서 어느 하나의 전극부재에 전력이 공급될 때에 방향이 다른 이웃하는 다른 전극부재에는 전력이 공급되지 않기 때문에 전력 공급에 의한 정재파 발생이 억제된다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 전극봉 갯수에 따라 형성할 수 있는 대면적(1m*1m)의 기판에 대해서 균일하고 밀도가 높은 플라즈마를 성막할 수 있는 이점이 있다.
플라즈마, 정재파 억제, 전극 배열구조, 콤(Comb)형 전극.
The present invention relates to a plasma generator and a method for generating the plasma uniformly. The present invention provides a comb-shaped electrode member having one end of two straight electrode rods connected to each other by a connecting rod and having a feeding point for uniformly providing electric power to the connecting rod. The electrode member may be provided in plural, and the other electrode member adjacent to one electrode member may be arranged in a staggered form such that the feed points face different directions. One end of the electrode has an electrically open structure or a ground structure. Then, the two electrodes are arranged in different directions so as to be separated in time so that power is uniformly supplied through the feed point. Therefore, when electric power is supplied to one of the electrode members, no power is supplied to other electrode members adjacent in different directions, so generation of standing waves due to power supply is suppressed. According to the present invention as described above, there is an advantage that a uniform and dense plasma can be formed on a large-area (1 m * 1 m) substrate that can be formed according to the number of electrodes.
Plasma, standing wave suppression, electrode array structure, comb type electrode.
Description
도 1에는 사다리 형상의 전극배열 구조가 이용되어 플라즈마를 발생하기 위한 종래 장치 구성도.1 is a configuration diagram of a conventional apparatus for generating a plasma by using a ladder-shaped electrode array structure.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플라즈마 균일성을 위한 전극 구조를 포함하는 플라즈마 발생장치의 구성도.2 is a block diagram of a plasma generating apparatus including an electrode structure for plasma uniformity according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3은 도 2에 도시된 전극 구조에 초고주파 전원을 시간 흐름에 따라 공급하는 패턴 예시도.Figure 3 is an exemplary pattern for supplying ultra-high frequency power over time to the electrode structure shown in FIG.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전극 구조를 포함하는 플라즈마 발생장치의 구성도.4 is a block diagram of a plasma generating apparatus including an electrode structure according to another embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 플라즈마 발생장치가 이용된 박막형성 공정 흐름도.5 is a thin film forming process flow chart using the plasma generating apparatus of the present invention.
도 6은 본 발명의 플라즈마 발생장치가 이용된 박막에칭 공정 흐름도.6 is a thin film etching process flow chart using the plasma generating apparatus of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*Description of the Related Art [0002]
100 : 전극부재 배열 구조 101 : 일자형 전극봉100: electrode member array structure 101: straight electrode rod
102 : 연결봉 105 : 전극부재102: connecting rod 105: electrode member
110 : 제어부 120 : 초고주파 전원 공급부110: control unit 120: ultra-high frequency power supply
130 : 정합부 140 : 전력분배라인130: matching unit 140: power distribution line
142 : 급전점142: feeding point
본 발명은 플라즈마 균일성이 개선된 박막 형성에 관한 것으로서, 특히 정재파(Standing wave)를 억제하도록 형성된 전극 배열구조를 이용하여 대면적 기판(1m*1m)의 전면에 균일한 밀도로서 플라즈마를 증착하도록 하는 플라즈마 발생장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to thin film formation with improved plasma uniformity. In particular, the present invention relates to depositing plasma with a uniform density on the entire surface of a large area substrate (1 m * 1 m) by using an electrode array structure formed to suppress standing waves. The present invention relates to a plasma generating apparatus and method.
고주파 플라즈마 발생장치는, 태양전지, 박막 트랜지스터 등에 이용되는 비정질 실리콘, 미세결정 실리콘, 다결정 박막 실리콘, 질화 실리콘 등의 반도체막의 제조나 반도체막의 에칭에 이용된다. The high frequency plasma generator is used for the production of semiconductor films such as amorphous silicon, microcrystalline silicon, polycrystalline thin film silicon, silicon nitride, etc. used in solar cells, thin film transistors, and the like, and etching of semiconductor films.
종래에는 고밀도 플라즈마를 이용하여 성막하는 경우 실용전원주파수인 13.56MHz 무선 주파수(RF)가 이용되었지만 성막 속도, 막의 특성 및 에칭 속도 등을 향상시키기 위하여 27MHz 이상의 초고주파(VHF)가 사용된다. 상기 27MHz 이상의 초고주파(VHF)는 파장의 1/4 이하의 작은 전극크기인 경우 정재파에 의한 효과가 나타나지 않아서 기판상에 플라즈마를 균일하게 성막할 수 있다. 하지만, 대면적 기판을 사용하는 경우 예컨대 1m*1m 이상의 대면적을 갖는 기판인 경우에는 전극으로부터 정재파가 발생하게 되어 플라즈마가 균일하게 형성되지 않는다. 즉 전극이 커지면 그 표면에 정재파가 발생하게 되고 이로 인하여 플라즈마가 불균일하게 형성되는 것이다.Conventionally, when the film is formed using a high-density plasma, a 13.56 MHz radio frequency (RF), which is a practical power supply frequency, is used, but an ultrahigh frequency (VHF) of 27 MHz or more is used to improve the film formation speed, film characteristics, and etching speed. When the ultra-high frequency (VHF) of 27 MHz or more is smaller than 1/4 of the wavelength, the effect of the standing wave does not appear, and thus plasma may be uniformly deposited on the substrate. However, in the case of using a large-area substrate, for example, in the case of a substrate having a large area of 1 m * 1 m or more, standing waves are generated from the electrode, so that plasma is not formed uniformly. In other words, when the electrode is large, standing waves are generated on the surface thereof, and thus plasma is unevenly formed.
이를 해결하기 위하여 사다리 형상의 전극구조를 사용하여 플라즈마를 발생시키는 기술이 제안된 바 있다.In order to solve this problem, a technique for generating plasma using a ladder-shaped electrode structure has been proposed.
도 1에는 이와 같은 사다리 형상의 전극구조가 이용되어 플라즈마를 형성하기 위한 장치구성도가 도시되어 있다.Figure 1 shows a device configuration for forming a plasma using such a ladder-shaped electrode structure.
도 1을 참조하면, 소정 기판(미도시)과 대향하는 복수 개의 전극봉(1)이 한 쌍의 연결봉(2)(2')에 의해 연결되어 사다리 형상으로 구비되는 사다리형 전극(10)이 구비된다. 상기 사다리형 전극(10)은 방전 전극의 기능을 가진다. 상기 전극봉(1)에 전원을 공급하기 위한 급전회로가 구비된다.Referring to FIG. 1, a plurality of electrode rods 1 facing a predetermined substrate (not shown) are connected by a pair of connecting
상기 급전회로에는 초고주파를 발진하는 고주파발진기(21)와, 상기 고주파발진기(21)에 의해 발진된 초고주파를 분배하는 분배기(22)가 구비된다. 상기 분배기(22)에 의해 분배된 초고주파가 서로 다른 경로를 통해 전송되어 증폭되도록 한 쌍의 증폭기(24)(24')가 구비된다. 상기 증폭된 초고주파가 각각 정합부(25)(25')를 매개하여 상기 전극봉(1)에 공급되도록 급전라인(26)(26')이 구비된다. 상기 급전라인(26)(26')은 상기 전극봉(1)을 연결하는 연결봉(2)(2')에 연결된다. 상기 연결봉(2)(2')에는 각각 2개의 급전점(a,b)(c,d)이 존재한다. 그리고 상기 분배기(22)에 분배되어 초고주파가 전달되는 경로 중 어느 하나의 경로에는 위상쉬프터(23)가 구비되고 있다. 상기 위상쉬프터(23)는 분배기(22)에서 분배된 초고주파가 다른 초고주파와 서로 상이한 위상을 가지도록 위상 변조를 실행한다. 이는 상기 초고주파에 의한 정재파 발생을 방지하기 위함이다. The power supply circuit includes a
또한 상기 증폭기(24)(24') 전단에는 미도시되고 있지만 상기 분배기(22)에 의해 분배되어 어느 하나의 경로를 통해 인가되는 초고주파가 다른 경로로 역류하여 공급될 때 발생되는 손실을 방지하기 위한 아이솔레이터(isolate)가 구비된다. Also, although not shown in front of the
이와 같은 구성을 갖는 사다리형 전극(10)에 상기 분배기(22)에서 분배된 두 개의 초고주파 전원을 동시에 공급하고, 상기 위상쉬프터(23)에 의해 초고주파의 위상차를 시간에 따라 변화시켜주면, 상기 기판 전면에 동일한 두께를 갖는 플라즈마를 형성할 수 있다. 다시 말해, 사다리형 전극(10) 구조는 상기 위상 쉬프터(23)의 위상변화 수행에 따라서 정재파의 위치를 조절할 수 있어 플라즈마의 밀도를 균일하게 처리할 수 있다.When the two microwave power supplies distributed by the
그러나, 상기 사다리형 전극 구조에서는 다음과 같은 문제점이 있었다.However, the ladder electrode structure has the following problems.
먼저, 상기 사다리형 전극(10)의 한 쪽면에 두개의 급전점(a,b)(c,d)으로 전원이 공급되면 그 급전점에서 공급된 전원이 각 전극봉(1)으로 전해지기 전에 전극봉(1)과 수직으로 위치된 연결봉(2)(2')을 따라 전파되어 각 전극봉으로 전달되는 전력의 손실(loss)이 급전점으로부터 전극봉의 거리에 따라 다르게 발생된다. 이로 인하여 각 전극봉에서의 전력이 다르게 공급될 수 있으며 위상의 경우에도 각 전극봉마다 동일한 위상으로 공급하지 못하게 됨으로써 불균일한 정재파가 발생하여 막 불균일성이 발생하게 되었다.First, when power is supplied to two feed points (a, b) (c, d) on one side of the
또한, 상기 정재파의 위치를 조절하여 플라즈마를 균일하게 형성하고 있으나, 상기 정재파 위치를 조절하는 공정이 민감하고 복잡한 구조로 이루어져 있다.In addition, although the plasma is uniformly formed by adjusting the position of the standing wave, the process of adjusting the position of the standing wave has a sensitive and complicated structure.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 소정 전극배열을 이용하여 초고주파 공급에 따라 발생되는 정재파를 억제하고 막 두께의 균일성이 우수한 박막을 형성하기 위한 플라즈마 발생장치를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, to provide a plasma generating apparatus for suppressing standing waves generated by the ultra-high frequency supply using a predetermined electrode array and to form a thin film having excellent uniformity in film thickness. There is a purpose.
또한, 본 발명은 상기 전극 배열구조를 이용하여 플라즈마를 발생하기 위한 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a method for generating a plasma using the electrode array structure.
또한, 본 발명은 플라즈마 발생장치를 이용하여 박막 형성과 박막 에칭을 수행함에 또 다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to perform thin film formation and thin film etching using a plasma generator.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 일자형 전극 2개가 소정 길이를 갖는 연결봉에 의해 일단이 상호 연결되고, 그 연결봉 중심에 전력을 균일하게 제공하기 위한 급전점이 형성되는 전극부재와, 상기 전극부재에 고주파 전원을 공급하는 급전회로부가 포함되어 구성되고, 상기 전극부재는 동일 평면상에 복수 개 제공된 상태에서 어느 하나의 전극부재는 이웃하는 전극부재와는 서로 반대방향에서 전력을 공급받도록 상기 급전점이 서로 다른 방향을 향하도록 엇갈려서 배열되고, 상기 일자형 전극 각각은 이웃하는 일자형 전극과 각각 일정 간격 이격된 상태가 되도록 위치됨을 특징으로 한다.Features of the present invention for achieving the above object, the two electrodes are connected to one end by a connecting rod having a predetermined length, the electrode member having a feed point for uniformly providing power to the center of the connecting rod, A feeder circuit part for supplying a high frequency power to the electrode member, wherein the electrode member is provided with a plurality of electrodes on the same plane so that any one electrode member receives power in a direction opposite to the neighboring electrode member; The feed points are alternately arranged to face different directions, and each of the straight electrodes is positioned to be spaced apart from each other by the adjacent straight electrodes.
상기 전극부재는 콤(comb) 형상이고, 상기 일자형 전극은 봉 형상으로 제공되어진다. 그리고 상기 일자형 전극은 아노다이징된 알루미늄, SUS, 금속봉 주위에 절연물질이 코팅된 재질 등을 튜브 상태로 씌운 구조이며, 여기서 상기 절연물질은 Si02, 수정, 테프론 등으로 제공된다.The electrode member has a comb shape, and the straight electrode is provided in a rod shape. The straight electrode has a structure in which anodized aluminum, SUS, a material coated with an insulating material around a metal rod, and the like are covered in a tube state, wherein the insulating material is provided as Si02, quartz, Teflon, or the like.
상기 전극부재 양단은 전기적으로 오픈(open) 되거나, 전기적으로 접지(ground) 된다.Both ends of the electrode member may be electrically open or electrically grounded.
그리고, 상기 급전회로부는, 상기 고주파 전원을 발생하는 한 쌍의 고주파 전원공급부, 상기 고주파 전원공급부에 의해 발생된 전원과 상기 전극부재의 임피던스를 일치시키는 한 쌍의 임피던스 정합회로부, 상기 임피던스 정합된 전원이 상기 전극부재의 급전점에 공급되도록 하는 전력분배부, 상기 한 쌍의 고주파 전원공급부를 서로 교번적으로 온/오프 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.The power supply circuit unit includes a pair of high frequency power supply units for generating the high frequency power, a pair of impedance matching circuit units for matching the impedance of the electrode member with the power generated by the high frequency power supply unit, and the impedance matched power source. And a control unit for alternately on / off control of the pair of high frequency power supply units to be supplied to the feed point of the electrode member.
여기서, 상기 제어부는 상기 고주파 전원공급부를 동시에 온 구동할 수 있다.Here, the control unit may simultaneously drive on the high frequency power supply.
또한, 상기 급전회로부는, 상기 고주파 전원을 발생하는 고주파 전원공급부, 상기 발생된 고주파 전원을 서로 다른 경로로 제공하도록 스위칭 동작하는 스위칭부, 상기 스위칭부 온 동작시 공급되는 상기 고주파 전원을 상기 전극부재로 공급하는 한 쌍의 전력분배부, 상기 고주파 전원공급부와 상기 스위칭부의 스위칭 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 구성될 수도 있다.In addition, the power supply circuit unit, a high frequency power supply for generating the high frequency power, a switching unit for switching to provide the generated high frequency power in different paths, the high frequency power supplied during the switching unit on the electrode member It may be configured to include a pair of power distribution unit for supplying to, a control unit for controlling the switching operation of the high frequency power supply and the switching unit.
상기 급전회로부에서의 상기 전력분배부는 트리(tree) 구조이며 대칭된 구조로 제공되어야 한다.The power distribution unit in the power supply circuit unit should be provided in a tree structure and in a symmetrical structure.
상기 고주파 전원은 13.56MHz의 무선 주파수에서부터 수백 MHz 이상의 초고주파를 포함하고, 펄스(pulse) 형태이다.The high frequency power source includes a very high frequency of several hundred MHz or more from a radio frequency of 13.56 MHz, and is in a pulse form.
상기 전극봉은 플라즈마 성막 및 에칭장치에서 챔버내로 가스를 도입할 수 있도록 일정 토출공이 형성된다.The electrode rod is formed with a predetermined discharge hole to introduce a gas into the chamber in the plasma film forming and etching apparatus.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 챔버 내부에 제공된 기판을 일정 온도로 가열하는 단계, 상기 챔버 내부에 제 1항의 전극배열구조를 갖는 전극봉의 토출공을 통해 혼합가스를 공급하는 단계, 상기 혼합가스가 공급되면 상기 전극배열구조에서 각각 다른 방향으로 배열되어 있는 다수의 전극부재로 고주파 전원을 균일하게 교대로 공급하는 단계, 상기 전극부재 주변에서 플라즈마가 교대로 발생하는 단계, 상기 발생된 플라즈마에 의해 기판 상부에 박막을 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.According to another feature of the invention, the step of heating the substrate provided in the chamber to a predetermined temperature, supplying the mixed gas through the discharge hole of the electrode having the electrode array structure of claim 1 in the chamber, the mixed gas is When supplied, alternately supplying a high frequency power to a plurality of electrode members arranged in different directions in the electrode array structure, alternately generating plasma around the electrode member, the substrate by the generated plasma And forming a thin film thereon.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 박막형성된 기판이 설치된 챔버 내부로 전극봉에 형성된 토출공을 통해 에칭가스를 공급하는 단계, 상기 에칭가스가 공급되면 제 1항의 전극배열구조에서 각각 다른 방향으로 배열되어 있는 다수의 전극부재로 고주파 전원을 균일하게 교대로 공급하는 단계, 상기 고주파 공급에 의해 발생된 플라즈마에 의하여 상기 기판상에 형성된 박막을 에칭하는 단계를 포함하여 구성된다.According to another feature of the invention, the step of supplying the etching gas through the discharge hole formed in the electrode rod into the chamber in which the thin film-formed substrate is installed, when the etching gas is supplied are arranged in different directions in the electrode array structure of claim 1 And uniformly alternately supplying a high frequency power supply to the plurality of electrode members, and etching the thin film formed on the substrate by the plasma generated by the high frequency supply.
상기 서로 다른 방향으로 배열된 전극부재에 시간 간격을 두고 교대로 고주파 전원을 공급하여 정재파 발생을 방지한다.The high frequency power is alternately supplied to the electrode members arranged in different directions to prevent standing waves from occurring.
상기 전극부재는 이웃하는 전극부재와 전기적으로 오픈(open)된다.The electrode member is electrically opened with a neighboring electrode member.
상기 고주파 전원 공급시 정재파가 발생되면 반대편 고주파 전원을 추가로 공급하여 상기 발생된 정재파를 보상하도록 한다.When standing waves are generated when the high frequency power is supplied, the opposite high frequency power is additionally supplied to compensate for the generated standing waves.
상기 고주파 전원 공급에 의해 박막의 불균일성이 발생하면 두 고주파 전원을 동시에 온(on)시켜 임의의 위치에 정재파를 형성하여 박막 또는 에칭의 불균일성을 추가로 보상하는 단계를 더 포함하여 구성된다.When the non-uniformity of the thin film is generated by the high-frequency power supply further comprises the step of simultaneously on (on) the two high-frequency power to form a standing wave at an arbitrary position to further compensate for the nonuniformity of the thin film or etching.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 플라즈마의 균일성을 개선하여 우수한 박막을 형성할 수 있다. According to the present invention having such a configuration, it is possible to form an excellent thin film by improving the uniformity of the plasma.
이하 본 발명에 의한 플라즈마 발생장치 및 방법을 첨부된 도면에 도시된 바람직한 실시 예를 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a plasma generating apparatus and a method according to the present invention will be described in detail with reference to a preferred embodiment shown in the accompanying drawings.
도 2에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플라즈마 균일성을 위한 전극 배열구조를 포함하는 장치 구성도가 도시되어 있다.2 is a block diagram of an apparatus including an electrode array structure for plasma uniformity according to a preferred embodiment of the present invention.
도면을 참조하면, 일자형 전극(101) 2개가 소정 길이를 갖는 연결봉(102)에 의해 일단이 상호 연결되고, 그 연결봉(102) 중심에 전력을 균일하게 제공하기 위한 급전점(142)이 형성되는 콤(comb) 형상의 전극부재(105)가 제공된다. 상기 일자형 전극(101)은 봉 형상을 갖는다(이에, 이하에서는 '전극봉'으로 명명하여 설명한다). 상기 각 전극봉(101)의 한쪽 끝은 급전점(142)을 통해 전원이 공급되고, 전극봉(101)의 다른 한쪽은 전기적으로 오픈(open) 상태이거나 접지(ground)된 상태를 갖는다.Referring to the drawings, one end of each of the two
그리고, 상기 전극봉은 아노다이징(Anodizing) 처리된 알루미늄, 금속봉 주위에 절연물질이 코팅된 재질, 예컨대 이산화규소(SiO2), 수정 또는 테프론 등 기타 절연물질 등을 튜브(tube) 상태로 씌운 구조로 이루어진다. 이러한 상기 전극봉은 본 실시 예의 플라즈마 발생장치에서 챔버 내부에 가스를 공급하기 위한 역할을 제공하기도 한다. 이에 상기 가스 공급을 위하여 상기 전극봉(101)에는 하나 이상의 가스 토출공(미도시)이 형성된다. 상기 가스 토출공은 갯수 및 직경이 플라즈마가 성막되는 기판 크기에 따라 가변되게 제공되어진다. The electrode is made of anodized aluminum, a material coated with an insulating material around a metal rod, such as silicon dioxide (SiO 2), quartz, or other insulating material such as Teflon in a tube (tube). The electrode also provides a role for supplying gas into the chamber in the plasma generator of the present embodiment. Accordingly, at least one gas discharge hole (not shown) is formed in the
상기 전극봉(101)이 연결봉(102)으로 조합되어 구성되는 전극부재(105)가 다수개 제공된다. 그리고 상기 전극부재(105)는 이웃하는 전극부재와 급전점(142)이 서로 다른 방향을 향하도록 엇갈려서 배열되고, 전극봉(101) 각각은 이웃하는 전극봉과 각각 일정 간격 이격된 상태가 되도록 위치된다. 상기 배열에 따르면 전극부재(105) 각각은 이웃하는 전극부재와는 서로 반대방향에서 교번적으로 초고주파를 공급받게 된다. A plurality of
그와 같이 상기 전극부재(105)들이 서로 반대방향으로 엇갈려서 배열되어 본 실시 예의 플라즈마 발생장치에 제공되는 전극배열구조(100)를 이룬다. 본 발명의 설명을 쉽게 하기 위해 배열방향에 따라 전극부재를 제 1전극부재 유닛과 제 2전극부재 유닛으로 구분하여 설명한다. 도 2를 참조하면 상기 제 1전극부재 유닛은 상기 급전점(142)이 상단에 위치하고 있는 것을 말하고, 제 2전극부재 유닛은 상기 급전점(142)이 하단에 위치하고 있는 것을 말한다.As such, the
상기 제 1전극부재 유닛과 제 2전극부재 유닛에 제공되는 각각의 전극봉(101)으로 동일한 위상을 갖는 전력이 공급될 수 있도록 전력분배구조가 각각 제공된다. 상기 전력분배구조는 상기 제 1전극부재 유닛 및 제 2전극부재 유닛으로 초고주파를 공급하는 급전회로부(110, 120, 130, 140)이다. 상기 급전회로부(110, 120, 130, 140)는 상기 제 1전극부재 유닛과 상기 제 2전극부재 유닛에 각각 초고 주파를 공급하기 위한 구성을 갖는다. 구체적으로 보면, 상기 제 1전극부재 유닛으로 초고주파를 인가하기 위하여 초고주파를 발생하는 제1초고주파전원공급부(120)와, 상기 제 2전극부재 유닛으로 초고주파를 인가하기 위하여 초고주파를 발생하는 제2초고주파전원공급부(120')가 구비된다. 상기 제 1 및 제 2초고주파 전원공급부(120)(120')는 제어부(110)에 의해 서로 교번적으로 구동되어 초고주파를 발생시키며, 이때 초고주파는 펄스(pulse) 형태로 공급된다. 여기서 상기 초고주파 전원공급부(120)(120')는 초고주파(VHF) 영역으로 한정하고 있으나, 13.56MHz의 무선 주파수에서부터 수백 MHz 이상의 초고주파 영역까지 포함할 수 있음을 유의해야 한다. 즉 다양한 고주파 전력을 공급하여 기판 상면에 플라즈마를 형성한다.A power distribution structure is provided so that power having the same phase can be supplied to each
상기 제어부(110)는 상기 제 1초고주파 전원공급부(120) 및 제 2초고주파 전원공급부(120')에서 초고주파가 소정 시간차를 가지고 발생되도록 제어하는 기능을 갖는다. 상기 제어부(110)는 본 발명의 다른 실시 예에서 설명하겠지만 상기 제 1초고주파 전원공급부(120) 및 제 2초고주파 전원공급부(120')를 동시에 구동시키도록 제어할 수도 있다. 또한 초고주파 전원공급부를 하나만 설계하고, 상기 제어부(110) 제어동작에 따라 상기 초고주파 전원공급부로부터 발생되는 초고주파를 스위칭하여 제 1전극부재 유닛 또는 제 2전극부재 유닛으로 공급하도록 할 수도 있다.The
상기 제 1초고주파 전원공급부(120) 및 제 2초고주파 전원공급부(120')에서 발생된 초고주파 전원이 상기 전극봉(101)들에 효율적으로 제공되도록 임피던스를 조정하는 제 1 및 제 2정합부(130)(130')가 구비된다.First and
상기 제 1 및 제 2정합부(130)(130')를 매개하여 공급된 초고주파가 상기 전극부재의 급전점(142)를 통해 전극봉(101)들로 동일한 위상으로 각각 인가되도록 전력분배라인(140)(140')이 구비된다. 상기 전력분배라인(140)(140')는 상기 제 1 및 제 2초고주파 전원공급부(120)(120')로부터 공급된 초고주파를 상기 전극봉(101)들에 균일하게 공급되도록 트리(tree) 구조 형태로 형성된다.The
이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 전극 배열구조를 이용하여 플라즈마를 균일하게 생성하는 작용을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the operation of uniformly generating the plasma using the electrode array structure according to the present invention having the configuration as described above will be described in detail.
도 2의 제어부(110)는 제 1초고주파 전원공급부(120) 및 제 2초고주파 전원공급부(120')의 구동을 제어한다. 이는 제 1초고주파 전원공급부(120) 및 제 2초고주파 전원공급부(120')가 서로 다른 시간동안에 구동되어 초고주파가 서로 오버랩(overlap) 되지 않고 공급하기 위함이다. 즉 어느 하나의 초고주파 전원공급부가 먼저 구동되고 난 다음 중지된 시간 동안에 다른 하나의 초고주파 전원공급부가 구동되도록 하여 두 초고주파 상호간의 간섭으로 인한 정재파가 형성되지 않도록 한다.The
상기 설정된 구동시간에 따라 제 1초고주파 전원공급부(120) 및 제 2초고주파 전원공급부(120')가 교번적으로 구동되면, 도 3(a) 및 도 3(b)에 도시된 바와 같이 시간 흐름에 따라 펄스 형태의 초고주파가 교대로 발생된다. 구체적으로 설명하면, 상기 제어부(110)에 의해 제 1초고주파 전원공급부(120)가 온되면 펄스형태의 초고주파가 발생되고, 그 발생된 초고주파는 제 1정합부(130)를 매개하여 전력분배라인(140)으로 인가된다. 이때 상기 제 1정합부(130)는 제 1초고주파 전원공급 부(120)와 전력분배라인(140) 사이의 임피던스를 일치시킨다. When the first ultra-high
상기 전력분배라인(140)은 상기 전극봉(101)을 연결하는 연결봉(102)의 중앙에 위치된 급전점(142)에 상기 인가된 초고주파가 공급되기 때문에 각 전극봉(101)에 균일하게 초고주파가 분배되어 공급되어진다. 상기 초고주파가 발생되면 상기 제 1전극부재 유닛의 전극부재(101) 주변에 플라즈마가 발생된다. 이때 상기 제 2초고주파 전원공급부(120')는 오프(off)상태이기 때문에 초고주파가 발생되지 않는다.The
다음 상기 제어부(110)는 제 1초고주파 전원공급부(120)를 오프시키고 제 2초고주파 전원공급부(120')를 온 구동한다. 그러면 제 2초고주파 전원공급부(120')에서는 상기 제 1초고주파 전원공급부(120)와 마찬가지로 펄스형태의 초고주파가 발생되고, 그 발생된 초고주파는 제 2정합부(130')를 매개하여 전력분배라인(140')로 인가된다. 그러면 상기 전력분배라인(140')에 의하여 초고주파를 균일하게 분배하여 제 2전극부재 유닛의 전극부재(105) 각각과 연결된 급전점(142)을 통해 초고주파를 각각의 전극봉(101)으로 공급한다. 이때 상기 제 1초고주파 전원공급부(120)는 구동 오프(off)상태이기 때문에 초고주파가 발생되지 않는다. Next, the
이와 같이, 상기 제 1초고주파 전원공급부(120) 및 제 2초고주파 전원공급부(120')가 서로 상이한 시간에 의해 온 구동되어 초고주파를 발생시키기 때문에 정재파 발생을 억제할 수 있게 된다. 그리고 상기 초고주파가 전극부재(105)에 공급될 때 전력이 대칭되게 공급된다. 또한 종래 사다리형상의 전극봉에 위상차이로 발생되는 간섭현상을 방지할 수도 있다. 따라서 플라즈마 막을 균일하게 생성할 수 있는 것이다.As such, since the first ultra-high frequency
그리고, 상기 각각의 전극봉(101) 일단은 다른 전극봉에 대하여 오픈(open)된 상태이다. 즉 어느 하나의 전극부재 유닛에 포함된 전극봉은 다른 하나의 전극부재 유닛에 포함된 전극봉과 전기적으로 분리된다. 따라서 전극부재 유닛 상호간이 전원에 의해 손상되는 것이 방지된다. 이에 다른 전극부재로 초고주파가 인가되어 발생되는 손실을 방지하게 되어 종래 구조에서 제공되는 아이솔레이터를 제거할 수 있다. One end of each
또한, 상기 전극봉(101) 일단이 접지(ground)된 구조로 제공될 수 있다. 만일 전극봉(101) 각각이 접지된 경우라면 상기 전극봉(101)에 전류가 유도되기 때문에 주위의 자기장을 형성하여 유도결합된 플라즈마(inductive coupled plasma)를 형성하게 되어 플라즈마 밀도를 높일 수 있다.In addition, one end of the
한편, 스킨 효과(skin effect) 및 전극봉(101)을 지나감에 따른 전력의 손실에 의하여 전극봉(101)을 따라 전력이 감쇠하는 현상이 발생할 수 있는데 이를 보상하기 위하여 추가로 상기 초고주파를 동시에 공급하여 정재파를 적절한 위치에 형성하여 보상할 수 있다. On the other hand, due to the skin effect (skin effect) and the loss of power due to passing the
이처럼 박막의 불균일성을 개선하기 위한 추가공정으로 동시에 초고주파를 공급하는 경우에는 상기 제 1초고주파 전원공급부(120) 및 제 2초고주파 전원공급부(120')를 동시에 온 구동시키게 된다. 이 경우 제 1전극부재 유닛과 제 2 전극부재의 전극봉(101)으로부터 발생되는 초고주파에 의하여 정재파가 발생된다. 하지만 상기 정재파가 발생하더라도 그 정재파의 발생위치를 적절하게 조절하게 되면 플라 즈마를 균일하게 형성할 수도 있다. 다시 말해 정재파 발생을 방지하게 되면 박막의 불균일성이 해소되지만, 정재파가 발생되더라도 정재파 발생위치에 따라 플라즈마 균일성을 개선할 수 있다는 것이다. 이때 상기 정재파 발생 위치는 반복된 실험을 통해 얻어지는 값으로 제공된다.As such, when the ultra-high frequency is simultaneously supplied as an additional process for improving the nonuniformity of the thin film, the first ultra-high
다음, 도 4에는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전극 구조를 포함하는 박막 형성 장치의 변형된 구성도가 도시되어 있다. 도 4의 실시 예 구성은 도 2의 실시 예 구성과 유사하기 때문에 동일한 구성요소에 대해서는 동일 부호를 부여한다.Next, FIG. 4 is a modified configuration diagram of the thin film forming apparatus including the electrode structure according to another embodiment of the present invention. Since the embodiment configuration of FIG. 4 is similar to the embodiment configuration of FIG. 2, the same reference numerals are assigned to the same components.
도 4의 구성은 초고주파 전원공급부(120)가 하나만 구비되고 상기 제어부(110)가 초고주파 전원공급부(120) 후단에 위치한 스위칭부(150)를 스위칭 조작하여 상기 초고주파 전원공급부(120)로부터 발생된 초고주파를 제 1전극부재 유닛과 제 2 전극부재 유닛으로 공급하는 구조이다. 4 is provided with only one
이를 설명하면, 상기 제어부(110)는 상기 초고주파 전원공급부(120)를 온구동하여 초고주파가 발생되도록 한다. 이때 상기 제어부(110)는 정해진 시간동안 스위칭부(150)를 교대로 스위칭 동작시켜 상기 초고주파가 상기 제 1전극부재 유닛과 제 2전극부재 유닛으로 서로 상이한 시간동안 공급되도록 한다. Referring to this, the
따라서, 앞서 설명한 실시 예와 같이 제 1전극부재 유닛과 제 2전극부재 유닛의 전극부재에는 초고주파가 교대로 공급되어 정재파를 억제하면서 균일성이 개선된 플라즈마를 생성할 수 있다.Accordingly, as in the above-described embodiment, ultra-high frequencies are alternately supplied to the electrode members of the first electrode member unit and the second electrode member unit, thereby generating a plasma having improved uniformity while suppressing standing waves.
이와 같이 상기 실시 예들에 설명되고 있는 본 발명은 일단이 오픈(open) 또는 접지 상태를 갖는 전극봉이 연결봉에 의해 연결된 콤(comb)형상의 전극부재가 이웃하는 전극부재와는 각각 서로 반대방향을 가지며 동일 평면상에 다수개 배열된 상태에서, 동일 방향으로 배열된 전극부재와 다른 방향으로 배열된 전극부재에 시간차를 두고 초고주파를 교대로 공급함으로써 균일성이 개선된 플라즈마 박막을 형성할 수 있다. As described above, the present invention described in the above embodiments has a comb-shaped electrode member in which one end of which is open or grounded and connected by a connecting rod has opposite directions to the neighboring electrode member. In a state where a plurality of electrodes are arranged on the same plane, a plasma thin film having improved uniformity can be formed by alternately supplying ultra-high frequencies with time difference between electrode members arranged in the same direction and electrode members arranged in different directions.
한편, 본 발명의 플라즈마 발생장치가 적용되어 박막 형성과 박막 에칭 공정을 수행하여 박막을 균일하게 형성할 수 있는바, 이를 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다. Meanwhile, the plasma generating apparatus of the present invention may be applied to uniformly form a thin film by performing a thin film formation process and a thin film etching process, which will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
먼저, 도 5에는 본 발명의 플라즈마 발생장치가 이용된 박막 형성을 위한 흐름도가 도시되어 있다. First, FIG. 5 is a flowchart for forming a thin film using the plasma generator of the present invention.
도 5의 박막 형성공정은 실리콘 태양전지용 실리콘 박막을 형성하는 것을 보인 실시 예 흐름도이다. 이를 참조하면, 실리콘 박막 형성을 위해 제 200 단계에서 글라스 혹은 금속이나 플라스틱류의 기판의 온도를 100~250도로 가열하고, 제 202 단계에서 전극봉의 토출공을 통해 SiH4/H2의 혼합가스를 챔버내로 공급한다. 상기 챔버내에 혼합가스가 공급되면 제 204 단계에서 제어부(110)의 제어동작에 따라 제 1전극부재 유닛과 제 2전극부재 유닛에 교번적으로 초고주파를 공급한다. 그러면 상술한 바와 같이 상기 전극봉(101)의 주변에 플라즈마가 발생되고, 제 206 단계에서 기판상에 박막이 형성된다. 5 is a flowchart illustrating an example of forming a silicon thin film for a silicon solar cell. Referring to this, in step 200, the temperature of the glass or metal or plastic substrate is heated to 100 to 250 degrees to form a silicon thin film, and in step 202, the mixed gas of SiH 4 /
다음 도 6에는 본 발명의 플라즈마 발생장치가 이용된 박막 에칭을 위한 흐름도가 도시되어 있다. Next, FIG. 6 is a flowchart for thin film etching using the plasma generator of the present invention.
도 6의 박막 에칭공정은 실리콘 산화막의 에칭 공정을 보인 실시 예 흐름도 이다. 이를 참조하면, 먼저 제 210 단계에서 챔버내의 압력을 조절한 후, 제 212 단계에서는 에칭가스로서 CF4가스와 Ar가스를 혼합하여 상기 전극봉의 토출공을 통해 챔버내에 공급한다. 제 214 단계에서 제어부의 제어동작에 따라 제 1전극부재 유닛과 제 2전극부재 유닛에 교번적으로 초고주파가 공급되면, 제 216 단계에서는 상기 에칭가스에 의해 상기 기판상에 형성된 박막이 에칭된다.6 is a flowchart illustrating an etching process of a silicon oxide film. Referring to this, first, in step 210, the pressure in the chamber is adjusted, and in step 212, CF4 gas and Ar gas are mixed as an etching gas and supplied into the chamber through the discharge hole of the electrode. When ultra-high frequency is alternately supplied to the first electrode member unit and the second electrode member unit according to the control operation of the controller in operation 214, in operation 216, the thin film formed on the substrate is etched by the etching gas.
이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명의 속하는 기술분야의 통상 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and alternative constructions without departing from the spirit and scope of the invention. It will be apparent that other, alternative and equivalent embodiments are possible. Therefore, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
예를 들어, 본 발명은 초고주파를 이용하여 플라즈마를 소정 두께로 형성하는 실시 예에 대해 설명하고 있으나, 태양전지의 마이크로 크리스탈 실리콘 막의 형성에도 적용할 수 있고 특히 대면적이거나 주파수가 높은 경우에도 효과적으로 플라즈마를 성막할 수 있다. 또한 초고주파 전원을 사용하는 드라이 에칭 등 대면적 플라즈마를 사용하는 시스템과, 플라즈마를 이용한 증착장비, 대면적 에칭장비, 클리닝(cleaning) 장비, 표면처리장비 등에도 적용할 수 있다.For example, although the present invention has been described for the embodiment of forming a plasma with a predetermined thickness using ultra-high frequency, the present invention can be applied to the formation of a micro crystal silicon film of a solar cell, and particularly effectively in a large area or a high frequency. Can be formed. In addition, it can be applied to a system using a large-area plasma, such as dry etching using a high frequency power supply, a deposition equipment, a large-area etching equipment, a cleaning (cleaning) equipment, a surface treatment equipment using a plasma.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 초고주파를 교대로 공급하여 정재파 를 억제함으로써, 막 두께의 균일성이 우수한 박막을 형성하는 효과가 있다.As described above, the present invention has the effect of forming a thin film having excellent uniformity in film thickness by supplying ultra-high frequencies alternately to suppress standing waves.
또한, 본 발명은 초고주파를 펄스 형태로 공급하여 기상 반응으로 인한 파티클을 형성하는 것을 알려진 Si-H 및 Si-H2의 형성을 억제하는 효과도 있다.In addition, the present invention also has the effect of suppressing the formation of Si-H and Si-H2, which is known to form particles due to the gas phase reaction by supplying ultra-high frequency in the form of a pulse.
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