KR101353684B1 - 플라즈마 발생장치 및 방법 - 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.
Description
도 1에는 사다리 형상의 전극배열 구조가 이용되어 플라즈마를 발생하기 위한 종래 장치 구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플라즈마 균일성을 위한 전극 구조를 포함하는 플라즈마 발생장치의 구성도.
도 3은 도 2에 도시된 전극 구조에 초고주파 전원을 시간 흐름에 따라 공급하는 패턴 예시도.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전극 구조를 포함하는 플라즈마 발생장치의 구성도.
도 5는 본 발명의 플라즈마 발생장치가 이용된 박막형성 공정 흐름도.
도 6은 본 발명의 플라즈마 발생장치가 이용된 박막에칭 공정 흐름도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 전극부재 배열 구조 101 : 일자형 전극봉
102 : 연결봉 105 : 전극부재
110 : 제어부 120 : 초고주파 전원 공급부
130 : 정합부 140 : 전력분배라인
142 : 급전점
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.
고주파 플라즈마 발생장치는, 태양전지, 박막 트랜지스터 등에 이용되는 비정질 실리콘, 미세결정 실리콘, 다결정 박막 실리콘, 질화 실리콘 등의 반도체막의 제조나 반도체막의 에칭에 이용된다.
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.
이를 해결하기 위하여 사다리 형상의 전극구조를 사용하여 플라즈마를 발생시키는 기술이 제안된 바 있다.
도 1에는 이와 같은 사다리 형상의 전극구조가 이용되어 플라즈마를 형성하기 위한 장치구성도가 도시되어 있다.
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.
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.
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.
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.
그러나, 상기 사다리형 전극 구조에서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
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.
또한, 상기 정재파의 위치를 조절하여 플라즈마를 균일하게 형성하고 있으나, 상기 정재파 위치를 조절하는 공정이 민감하고 복잡한 구조로 이루어져 있다.
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.
또한, 본 발명은 상기 전극 배열구조를 이용하여 플라즈마를 발생하기 위한 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 플라즈마 발생장치를 이용하여 박막 형성과 박막 에칭을 수행함에 또 다른 목적이 있다.
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.
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.
상기 전극부재 양단은 전기적으로 오픈(open) 되거나, 전기적으로 접지(ground) 된다.
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.
여기서, 상기 제어부는 상기 고주파 전원공급부를 동시에 온 구동할 수 있다.
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.
상기 급전회로부에서의 상기 전력분배부는 트리(tree) 구조이며 대칭된 구조로 제공되어야 한다.
상기 고주파 전원은 13.56MHz의 무선 주파수에서부터 수백 MHz 이상의 초고주파를 포함하고, 펄스(pulse) 형태이다.
상기 전극봉은 플라즈마 성막 및 에칭장치에서 챔버내로 가스를 도입할 수 있도록 일정 토출공이 형성된다.
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.
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.
상기 서로 다른 방향으로 배열된 전극부재에 시간 간격을 두고 교대로 고주파 전원을 공급하여 정재파 발생을 방지한다.
상기 전극부재는 이웃하는 전극부재와 전기적으로 오픈(open)된다.
상기 고주파 전원 공급시 정재파가 발생되면 반대편 고주파 전원을 추가로 공급하여 상기 발생된 정재파를 보상하도록 한다.
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.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 플라즈마의 균일성을 개선하여 우수한 박막을 형성할 수 있다.
이하 본 발명에 의한 플라즈마 발생장치 및 방법을 첨부된 도면에 도시된 바람직한 실시 예를 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플라즈마 균일성을 위한 전극 배열구조를 포함하는 장치 구성도가 도시되어 있다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 전극 배열구조를 이용하여 플라즈마를 균일하게 생성하는 작용을 상세하게 설명한다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
따라서, 앞서 설명한 실시 예와 같이 제 1전극부재 유닛과 제 2전극부재 유닛의 전극부재에는 초고주파가 교대로 공급되어 정재파를 억제하면서 균일성이 개선된 플라즈마를 생성할 수 있다.
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.
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.
먼저, 도 5에는 본 발명의 플라즈마 발생장치가 이용된 박막 형성을 위한 흐름도가 도시되어 있다.
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.
다음 도 6에는 본 발명의 플라즈마 발생장치가 이용된 박막 에칭을 위한 흐름도가 도시되어 있다.
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.
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.
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.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 초고주파를 교대로 공급하여 정재파 를 억제함으로써, 막 두께의 균일성이 우수한 박막을 형성하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 초고주파를 펄스 형태로 공급하여 기상 반응으로 인한 파티클을 형성하는 것을 알려진 Si-H 및 Si-H2의 형성을 억제하는 효과도 있다.
Claims (21)
- 일자형 전극 2개가 연결봉에 의해 연결되고, 그 연결봉 중심에 고주파 전원을 균일하게 제공하기 위한 급전점이 형성되는 다수의 전극부재와;상기 전극부재에 고주파 전원을 공급하는 급전회로부를 포함하고;상기 전극부재는, 동일 평면상에 복수 개 제공된 상태에서 어느 하나의 전극부재가 이웃하는 전극부재와는 서로 반대방향에서 고주파 전원을 공급받도록 상기 급전점이 서로 다른 방향을 향하도록 엇갈려서 배열되고, 상기 일자형 전극 각각은 이웃하는 일자형 전극과 각각 일정 간격 이격된 상태가 되도록 위치되고;상기 급전회로부는, 상기 고주파 전원을 발생하는 한 쌍의 고주파 전원공급부와, 상기 고주파 전원공급부에 의해 발생된 전원과 상기 전극부재의 임피던스를 일치시키는 한 쌍의 임피던스 정합회로부, 상기 임피던스 정합된 전원이 상기 전극부재의 급전점에 공급되도록 하는 전력분배부, 그리고 상기 한 쌍의 고주파 전원공급부를 서로 교번적으로 온/오프 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 전극부재는 콤(comb) 형상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 일자형 전극은 봉 형상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
- 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,상기 일자형 전극은 아노다이징된 알루미늄, SUS, 금속봉 주위에 절연물질이 코팅된 재질 등을 튜브 상태로 씌운 구조 중 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 절연물질은 Si02, 수정, 테프론 등인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
- 제 1항에 있어서,상기 전극부재의 연결봉에서 먼 단부는 전기적으로 오픈(open) 되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 전극부재의 연결봉에서 먼 단부는 전기적으로 접지(ground) 되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 제어부는 상기 고주파 전원공급부를 동시에 온 구동하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
- 일자형 전극 2개가 연결봉에 의해 연결되고, 그 연결봉 중심에 고주파 전원을 균일하게 제공하기 위한 급전점이 형성되는 다수의 전극부재와;상기 전극부재에 고주파 전원을 공급하는 급전회로부를 포함하고;상기 전극부재는, 동일 평면상에 복수 개 제공된 상태에서 어느 하나의 전극부재가 이웃하는 전극부재와는 서로 반대방향에서 고주파 전원을 공급받도록 상기 급전점이 서로 다른 방향을 향하도록 엇갈려서 배열되고, 상기 일자형 전극 각각은 이웃하는 일자형 전극과 각각 일정 간격 이격된 상태가 되도록 위치되고;상기 급전회로부는, 상기 고주파 전원을 발생하는 고주파 전원공급부와, 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, 그리고 상기 고주파 전원공급부와 상기 스위칭부의 스위칭 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
- 제 10 항에 있어서,상기 전력분배부는 트리(tree) 구조인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
- 제 10 항에 있어서,상기 전력분배부는 대칭 구조인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
- 제 10 항에 있어서,상기 고주파 전원은 13.56MHz의 무선 주파수에서부터 수백 MHz 이상의 초고주파를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
- 제 13 항에 있어서,상기 고주파 전원은 펄스(pulse) 형태인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
- 제 10 항에 있어서,상기 일자형 전극은 플라즈마 성막 및 에칭장치에서 챔버내로 가스를 도입할 수 있도록 일정 토출공이 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
- 챔버 내부에 제공된 기판을 일정 온도로 가열하는 단계,상기 챔버 내부에 제 1 항의 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 구성됨을 특징으로 하는 플라즈마 발생방법.
- 박막형성된 기판이 설치된 챔버 내부로 전극봉에 형성된 토출공을 통해 에칭가스를 공급하는 단계,상기 에칭가스가 공급되면 제 1 항의 전극배열구조에서 각각 다른 방향으로 배열되어 있는 다수의 전극부재로 고주파 전원을 균일하게 교대로 공급하는 단계,상기 고주파 공급에 의해 발생된 플라즈마에 의하여 기판상에 형성된 박막을 에칭하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 플라즈마 발생방법.
- 제 16항 또는 제 17항에 있어서,상기 서로 다른 방향으로 배열된 전극부재에 시간 간격을 두고 교대로 고주파 전원을 공급하여 정재파 발생을 방지하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생방법.
- 제 16항 또는 제 17항에 있어서,상기 전극부재는 이웃하는 전극부재와 전기적으로 오픈(open)되는 것을 특징 으로 하는 플라즈마 발생방법.
- 제 16항 또는 제 17항에 있어서,상기 고주파 전원 공급시 정재파가 발생되면 반대편 고주파 전원을 추가로 공급하여 상기 발생된 정재파를 보상하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생방법.
- 제 16항 또는 제 17항에 있어서,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 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생방법.
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