KR101180373B1 - 플라즈마 발생 장치 및 기판 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 발생 장치 및 기판처리 장치를 제공한다. 이 플라즈마 발생 장치는 진공 용기의 내부에 배치되고 나란히 연장되는 복수의 접지 전극들, 및 접지 전극들 사이에 배치된 전원 전극들을 포함한다. 접지 전극과 전원 전극 사이의 간격이 일정한 영역을 포함하고, 전원 전극은 기판을 마주보는 방향으로 테이퍼지고, 전원 전극들은 RF 전원에 연결된다.

Description

플라즈마 발생 장치 및 기판 처리 장치{PLASMA GENERATION APPARATUS AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}

본 발명은 축전 결합 플라즈마 발생 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 복수의 전극으로 분할된 축전 결합 플라즈마 발생 장치에 관한 것이다.

고주파 평판형 축전 결합 플라즈마 장치는 공정 균일성 및 공정 속도에 한계가 있다.

본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 전극들의 패턴이 기판에 형성되지 않고 공정 균일성 및 공정 속도를 가진 플라즈마 발생 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 전극들의 패턴이 기판에 형성되지 않고 공정 균일성 및 공정 속도를 가진 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 진공 용기의 내부에 배치되고 나란히 연장되는 복수의 접지 전극들, 및 상기 접지 전극들 사이에 배치된 전원 전극들을 포함한다. 상기 접지 전극과 상기 전원 전극 사이의 간격이 일정한 영역을 포함하고, 상기 전원 전극은 기판을 마주보는 방향으로 테이퍼지고, 상기 전원 전극들은 RF 전원에 연결된다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전원 전극들 및 상기 접지 전극들의 일단은 상기 기판을 마주보는 방향에서 곡면처리될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 기판을 마주보는 방향으로 상기 전원전극의 높이는 상기 접지 전극의 높이보다 클 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전원 전극의 일면을 따라 연장된 방향과 상기 기판을 마주보는 방향 사이의 각도는 5도 내지 15도일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전원 전극들은 짝수일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 접지 전극들 및 상기 전원 전극들이 장착되는 유전체 지지부를 더 포함할 수 있다. 상기 접지 전극들의 일단은 상기 유전체 지지부에 결합하고, 상기 전원 전극들의 일단은 상기 유전체 지지부에 결합하고, 상기 접지 전극들의 타단 및 상기 전원 전극들의 타단은 기판을 향한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유전체 지지부는 상기 접지 전극과 상기 전원 전극 사이에 공정 가스를 분사하는 복수의 노즐을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유전체 지지부 상에 배치되고 상기 노즐에 가스를 분배하는 가스 분배부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 공정 가스는 SiH4 가스, H2 가스, Ar 가스, NF3 가스 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전원에 병렬 연결된 상기 전원 전극들에 전력을 분배하는 전력 분배부를 더 포함하고, 상기 전력 분배부는 적어도 하나의 전원 전극에 적어도 2 지점에서 전력을 공급할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전원 전극과 상기 전력 분배부를 연결하는 전력 공급 라인을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전원에서 상기 전원 전극의 전력 공급 지점 사이의 길이는 동일할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전력 분배부는 상기 진공 용기 내부에서 상기 유전체와 진공 용기의 상판 사이에 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전력 분배부는 상기 진공 용기 외부에 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전력 분배부는 상기 전원 전극의 복수의 지점에 전력을 공급하는 전력 분배 라인들, 및 상기 전력 분배 라인들의 주위에 배치되어 접지되는 가드부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전원 전극은 상기 접지 전극을 마주보는 면에 적어도 하나의 홀을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 접지 전극과 상기 전원 전극 사이의 간격은 3 내지 10 밀리미터일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 RF 전원의 주파수는 13.56 Mhz 내지 100 Mhz일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 접지 전극은 상기 기판 방향으로 폭이 증가하는 테이퍼부 및 일정한 폭을 가지는 연장부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전원 전극은 복수의 지점에서 RF 전력이 공급될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 진공 용기, 상기 진공 용기의 내부에 배치되고 제1 방향으로 나란히 연장되는 접지 전극들, 상기 제1 방향을 가로지르는 제2 방향으로 상기 접지 전극들 사이에 배치되는 전원 전극들, 및 상기 접지 전극들 및 상기 전원 전극들을 장착하는 유전체 지지부를 포함한다. 상기 전원 전극은 상기 유전체 지지부에 접하는 제1 면으로부터 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향으로 제1 높이를 가지고, 상기 전원 전극은 상기 유전체 지지부에 접하는 상기 제1 면에서 제1 두께를 가지고, 상기 전원 전극은 상기 제1 면에서 상기 제3 방향으로 이격된 일단에서 제2 두께를 가진다. 상기 접지 전극은 상기 유전체 지지부에 접하는 상기 제1 면으로부터 제2 높이를 가지고, 상기 접지 전극은 상기 유전체 지지부에 접하는 상기 제1 면에서 제3 두께를 가지고, 상기 접지 전극은 상기 제1 면에서 상기 제3 방향으로 이격된 일단에서 제4 두께를 가진다. 상기 제1 두께는 제2 두께보다 크고, 상기 제3 두께는 상기 제4 두께보다 작다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 높이는 상기 제2 높이보다 크거나 같을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 접지 전극들의 일단 및 상기 전원 전극들의 일단은 곡면으로 처리될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 접지 전극과 상기 전원 전극의 수직거리는 일정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 진공 용기의 내부에 배치되고 나란히 연장되고 절두 삼각 기둥 형상을 포함하는 복수의 접지 전극들, 및 상기 진공 용기의 내부에 배치되고 상기 접지 전극들 사이에 개재된 절두 삼각 기둥 형상을 포함하는 전원 전극들을 포함한다. 상기 접지 전극과 상기 전원 전극 사이의 간격이 일정한 영역을 포함하고, 상기 전원 전극들은 RF 전원에 연결된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 진공 용기, 상기 진공 용기의 내부에 배치되고 접지 전극, 상기 진공 용기의 내부에 배치되고 상기 접지 전극과 이격되어 배치되는 전원 전극, 및 상기 전원 전극 및 상기 접지 전극을 마주보는 기판 홀더를 포함한다. 상기 전원 전극은 상기 접지 전극이 배치되는 평면에 배치되고, 상기 접지 전극과 상기 전원 전극 사이의 간격이 일정한 방전 영역을 포함한다. 상기 방전 영역은 상기 전원 전극이 배치되는 평면에서 비스듬하게 접촉하고, 상기 전원 전극은 RF 전원에 연결된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 진공 용기, 상기 진공 용기의 내부에 배치되고 나란히 연장되는 복수의 접지 전극들, 상기 진공 용기의 내부에 배치되고 상기 접지 전극들 사이에 개재된 전원 전극들, 및 상기 접지 전극들 및 상기 전원 전극들에 대향하여 배치되고 기판을 지지하는 기판 홀더를 포함한다. 상기 접지 전극과 상기 전원 전극 사이의 간격이 일정한 영역을 포함하고, 상기 전원 전극은 기판을 마주보는 방향으로 테이퍼지고, 상기 전원 전극들은 RF 전원에 연결된다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 기판의 온도는 섭씨 50도 내지 250 도이고, 상기 기판 상에 다결정 실리콘 박막 또는 비정질 실리콘 박막이 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 분할된 전원 전극의 구조를 가질 수 있다. 상기 분할된 전원 전극은 라인 형상을 가지며, 상기 전원 전극에 복수의 지점에 RF 전원을 공급하여 상기 전원 전극의 길이 방향으로 정상파 효과를 감소시키고 균일한 플라즈마를 형성할 수 있다. 또한, 상기 전원 전극들 사이에 접지 전극을 배치하여 안정적인이고 서로 독립적인 플라즈마를 형성하고 전원 전극의 길이 방향에 수직 방향으로의 정상파 효과를 제거하고, 기판은 플로팅 상태로 유지할 수 있다. 이에 따라, 플라즈마의 충격에 기인한 상기 기판의 격자 흠결 밀도는 감소할 수 있다. 상기 전원 전극과 상기 기판 사이의 간격은 수 토르(Torr)의 고압력에서 수 센치 미터(cm)이하로 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 부분 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 전력 분배부를 설명하는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하는 도면이다.

1m x 1m 이상의 대면적의 평판 패널 디스플레이 공정 또는 태양 전지 공정에는 정상파 효과(standing wave effect)에 의해 축전 결합 플라즈마의 밀도가 균일하지 않을 수 있다. 상기 정상파 효과는 플라즈마 균일성을 악화시킬 수 있다.

폴리 실리콘을 이용하는 태양 전지 공정에서, 상기 폴리 실리콘의 높은 성장 속도 및 낮은 격자 흠결 밀도(defects density)가 요구된다. 따라서, 작은 격자 흠결 밀도, 높은 성장 속도, 및 공정 균일성을 가진 폴리실리콘 플라즈마 증착 장치는 박막형 태양전지의 가장 중요한 해결 과제이다.

축전 결합 플라즈마의 구동 주파수의 증가는 이온 충격 에너지(ion bombardment energy)를 감소시키고, 전자밀도를 증가시키고, 전자온도를 감소시킬 수 있다. 그러나, 상기 구동 주파수의 증가에 따라, 상기 정상파 효과가 증가하여 플라즈마 균일도는 감소할 수 있다. 따라서, 13. 56 Mhz 이상의 구동 주파수에서 고밀도의 균일한 플라즈마를 얻은 방법이 요구된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 13.56 Mhz 내지 200 Mhz의 RF 전원을 복수의 라인 형상의 전원 전극들에 인가한다. 전원 전극의 길이 방향으로의 상기 정상파 효과를 감소시키기 위하여, 상기 전원 전극들 각각은 복수의 위치에서 전력이 공급된다. 상기 전력 공급 위치를 중심으로 좌우측의 전류 분포는 대칭적일 수 있다. 또한, 상기 전원 전극들 사이에 접지 전극이 배치된다. 전원 전극과 접지 전극 사이에 플라즈마 발생이 가능하므로 기판은 플로팅(floating) 상태에 있을 수 있다. 상기 기판은 플라즈마의 충격을 감소시키어 격자 흠결 밀도를 감소시킬 수 있다. 그리고 접지 전극은 전원 전극들이 서로 분리된 방전이 되도록 하여서 전극의 길이 방향에 수직한 방향으로의 정상파 효과를 제거하는 역할도 한다.

상기 전원 전극들과 상기 접지 전극들이 서로 나란히 연장되는 경우, 기판의 표면에 상기 전원 전극들의 패턴이 형성될 수 있다. 따라서, 공정 균일도가 감소할 수 있다. 상기 전원 전극들 및 상기 접지 전극들의 형상은 상기 기판의 공정 균일도에 영향을 미친다. 또한, 상기 전원 전극과 기판 사이의 거리를 증가는 상기 공정 균일성을 증가시킬 수 있다. 하지만, 상기 전원 전극과 기판 사이의 거리를 증가는 공정 속도를 감소시킨다. 따라서, 높은 공정 속도 및 공정 균일성을 제공하는 상기 전원 전극들과 상기 접지 전극들의 새로운 구조가 요구된다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 부분 사시도이다.

도 2는 도 1의 I-I' 선을 따라 자른 단면도이다.

도 3은 전력 분배부를 설명하는 평면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 플라즈마 발생 장치는 진공 용기의 내부에 배치되고 나란히 연장되는 복수의 접지 전극들(120), 및 상기 접지 전극들(120) 사이에 배치된 적어도 하나의 전원 전극(110)을 포함한다. 상기 접지 전극(120)과 상기 전원 전극(110) 사이의 간격(d)이 일정한 영역을 포함하고, 상기 전원 전극(110)은 기판을 마주보는 방향으로 테이퍼진다. 상기 전원 전극(120)은 RF 전원(170)에 연결된다.

상기 진공 용기(102)는 대기압 이하의 압력을 가질 수 있다. 상기 진공 용기(102)는 직육면체 형상의 용기일 수 있다. 상기 진공 용기(102)는 상판(104)을 포함할 수 있다.

상기 진공 용기(120)에 가스 유입부(미도시) 및 가스 배기부(미도시)가 배치될 수 있다. 상기 가스 유입부(미도시)는 상기 진공 용기(120)에 공정 가스를 제공할 수 있다. 상기 가스 배기부는 상기 진공 용기(120)의 공정 가스 및 반응 부산물을 외부로 배출할 수 있다. 상기 플라즈마 발생 장치는 비정질 또는 다결정 실리콘을 기판(182)에 형성할 수 있다. 상기 진공 용기(102)의 압력은 수백 밀리토르(mTorr) 내지 수 토르(Torr)일 수 있다.

상기 기판(182)은 기판 홀더(180) 상에 배치될 수 있다. 상기 기판 홀더(180)는 상기 상판(104)을 대향하여 배치될 수 있다. 상기 기판(182)은 상기 상판(104)과 평행하게 배치될 수 있다. 상기 기판(182)은 반도체 기판, 유리 기판, 또는 유전체 기판일 수 있다. 상기 기판(182)은 사각형 기판일 수 있다. 상기 기판(182)에 증착되는 물질은 비정질 또는 다결정 실리콘일 수 있다. 상기 기판 홀더(180)는 가열부(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 가열부는 상기 기판(182)을 가열할 수 있다. 상기 기판(182)의 온도는 상온 내지 섭씨 300 도 일 수 있다. 상기 기판(182) 또는 상기 기판 홀더(180)는 전기적으로 플로딩(flating)될 수 있다. 상기 기판(182)과 상기 전원 전극(110)의 사이의 간격(g)은 수 내지 수십 센치미터(cm)일 수 있다.

상기 상판(104)은 상기 진공 용기(102)의 상부면에 배치될 수 있다. 상기 상판(104)은 금속일 수 있다. 상기 상판(104)은 알루미늄 또는 스테인레스일 수 있다. 상기 상판(104)은 사각판 형상을 가질 수 있다. 상기 상판()과 상기 진공 용기()는 밀착되어 진공을 유지할 수 있다. 상기 상판은 복수의 관통홀들(106)을 포함할 수 있다. 전력 공급 라인(142)은 상기 관통홀(106)에 배치된다. 전력 공급 라인(142)은 전력 분배부(140)와 전원 전극(110)을 전기적으로 연결한다. 또한, 전력 공급 라인(142)은 전원 전극(110)을 지지할 수 있다.

상기 상판(104)의 하부에 유전체 지지부(150)가 배치된다. 상기 유전체 지지부(150)는 알루미나, 세라믹, 쿼츠, 테프론, 피크(PEEK) 및 실리콘 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 유전체 지지부(150)는 단층 또는 복층일 수 있다. 상기 유전체 지지부(150)는 상기 상판(104)과 평행하게 배치될 수 있다. 상기 유전체 지지부(104)는 상기 전원 전극(110)과 상기 접지 전극(120) 사이에 공정 가스를 제공하는 노즐들(132)을 포함할 수 있다. 상기 노즐들(132)은 일정한 간격으로 상기 전원 전극(110)이 연장되는 제1 방향으로 배열될 수 있다.

상기 접지 전극(120)은 상기 유전체 지지부(150)의 사이에 배치되어 상기 제1 방향으로 연장될 수 있다. 이에 따라, 상기 유전체 지지부(150)는 상기 제1 방향으로 연장되는 띠 형상을 가질 수 있다. 노즐들(132)은 상기 유전체 지지부(150)의 양쪽 가장 자리에 배치될 수 있다.

상기 유전체 지지부(150)와 상기 상판(104) 사이에 가스 분배부(130)가 배치될 수 있다. 상기 가스 분배부(130)는 외부에서 공정 가스를 제공받아 상기 접지 전극(120)과 상기 전원 전극(110) 사이의 노즐들(132)에 상기 공정 가스를 제공할 수 있다. 상기 공정 가스는 수소 가스(H2)와 사일렌(SiH4)를 포함할 수 있다.

상기 가스 분배부(130)는 예비 노즐들(135), 상기 예비 노즐들(135)이 배치된 하부 가스 분배판(130a), 및 상기 하부 가스 분배판(130a) 상에 배치된 상부 가스 분배판(130b)을 포함한다. 상기 예비 노즐들(135)은 상기 노즐들(132)과 정렬될 수 있다. 상기 예비 노즐들(135)은 상기 제1 방향으로 정렬될 수 있다.

상기 하부 가스 분배판(130a)은 상기 예비 노즐들(135)이 배치된 영역에서 트렌치(133)를 가질 수 있다. 상기 트렌치(133)의 내부에 상기 예비 노즐들(135)이 배치될 수 있다. 상기 제1 방향으로 정렬된 상기 예비 노즐들(135) 및 상기 제2 방향으로 이격되어 배치된 예비 노즐들(135)은 상기 트렌치(133) 내부에 배치될 수 있다. 상기 하부 가스 분배판(130a)은 하부 관통홀들(137a)을 포함할 수 있다. 상기 상부 가스 분배판(130b)는 상기 하부 관통홀들(137a)에 정렬된 상부 관통홀들(137b)을 포함할 수 있다.

상기 유전체 지지부(150)는 관통홀(151)을 포함할 수 있다. 상기 관통홀은 상기 하부 관통홀과 정렬될 수 있다. 상기 전력 공급 라인(142)은 상기 상부 관통홀(137b), 상기 하부 관통홀(137a) 및 상기 관통홀(151)을 통하여 상기 전원 전극(110)에 연결된다.

상기 상부 가스 분배판(130b) 및 상기 하부 가스 분배판(130a)은 결합한다. 이에 따라, 공정 가스는 상기 트렌치(133), 상기 예비 노즐들(135), 및 상기 노즐들(132)을 통하여 공급된다.

상기 접지 전극들(120)은 제1 방향으로 나란히 연장될 수 있다. 상기 접지 전극들(120) 사이의 간격은 일정할 수 있다. 상기 접지 전극(120)은 프리즘 형상 또는 삼각뿔 형상을 포함할 수 있다. 상기 접지 전극(120)과 상기 전원 전극(110)사이의 간격(d)이 일정한 영역(103)을 포함하는 한, 상기 접지 전극(120) 형상 및 상기 전원 전극(110)의 형상은 다양하게 변형될 수 있다.

상기 접지 전극들(120)은 상기 제1 방향을 가로지르는 제2 방향으로 배열될 수 있다. 상기 제1 방향과 상기 제2 방향에 의하여 정의되는 평면은 상기 상판(104)이 배치되는 평면과 평행할 수 있다.

상기 접지 전극(120)은 상기 진공 용기(102) 내부에 노출되는 노출 접지 전극(120b)과 상기 유전체 지지부(150) 내부에 매몰되는 매몰 접지 전극(120a)으로 분리될 수 있다. 상기 매몰 접지 전극(120a)은 상기 유전체 지지부(150)에 삽입될 수 있다.

상기 노출 접지 전극(120b)의 일단의 폭은 t3이고, 상기 노출 접지 전극(120b)의 타단의 폭은 t4이다. t3은 t4보다 크다. 상기 노출 접지 전극(120b)의 타단은 상기 기판(182)을 향할 수 있다. 따라서, 상기 노출 접지 전극(120b)은 테이퍼질 수 있다. 상기 노출 접지 전극(120b)의 타단은 곡선 형일 수 있다. 제3 방향은 상기 제1 방향과 상기 제2 방향에 의하여 형성된 면에 수직한다. 상기 제3 방향과 상기 노출 접지 전극(120b)의 일면 사이의 각도(θ)는 5 도 내지 15도 일 수 있다.

상기 전원 전극(110)은 상기 유전체 지지부(150)에 부착될 수 있다. 상기 전원 전극(110)은 상기 접지 전극(120)의 길이 방향으로 연장된다. 상기 전원 전극(110)은 도전성 물질일 수 있다. 상기 전원 전극(110)은 상기 제1 방향으로 나란히 연장될 수 있다. 상기 전원 전극들(110)은 제2 방향으로 이격되어 배열될 수 있다. 상기 전원 전극들(110)은 짝수일 수 있다.

상기 유전체 지지부(150)와 접하는 면에서 상기 전원 전극(110)의 일단의 폭은 t1이고, 상기 전원 전극(110)의 타단의 폭은 t2이다. t1은 상기 t2보다 작다. 상기 전원 전극(110)과 상기 접지 전극(120) 사이의 간격(d)은 일정할 수 있다. 상기 전원 전극(110)과 상기 접지 전극(120) 사이의 간격(d)은 3 mm 내지 10 mm일 수 있다. d가 3mm 미만이면, 방전이 어려울 수 있다. 또한, d가 10 mm 초과이면, 방전에 의한 공정 균일도가 저하될 수 있다. 상기 전원 전극(110)의 타단은 곡선 형일 수 있다. 노출된 전원 전극의 높이(h1)는 노출된 접지 전극의 높이(h2)보다 크거나 같을 수 있다.

상기 전원 전극들(110)은 상기 접지 전극(120)을 마주보는 면에 적어도 하나의 홀들(112)을 포함할 수 있다. 상기 홀들(112)은 규칙적으로 배치된다. 상기 홀들(112)은 할로우 케소드 방전을 유발할 수 있다. 상기 홀들(112)은 제1 방향으로 정렬될 수 있다.

축전 결합 플라즈마에서, 상기 RF 전원(170)의 주파수가 증가하면, 플라즈마 밀도가 증가할 수 있다. 그러나, 상기 RF 전원(170)의 주파수가 증가하면, 정상파 효과는 증가할 수 있다. 상기 정상파 효과는 플라즈마 균일도 및 공정 균일도를 제약할 수 있다. 상기 전원 전극(110)의 노드들(N1,N2)에 RF 전력의 공급은 상기 정상파 효과를 감소시킬 수 있다. 상기 전원 전극(110)에 RF 전력이 공급되는 위치에 따라 플라즈마 밀도 분포는 변경될 수 있다.

상기 전원 전극들(110)은 균등하게 N 분할될 수 있다. 상기 전원 전극(110)의 N 분할된 부분의 중심부에 RF 전력이 공급된다. 즉, 상기 전원 전극(110)의 노드들(N1, N2)은 분할된 부분의 중심부에 위치할 수 있다. 상기 전원 전극(110)의 전류 분포 또는/및 전압 분포는 상기 전원 전극(110)의 중심에 대하여 대칭적일 수 있다.

예를 들어, 상기 전원 전극들(110)은 노드들(N1,N2)을 포함할 수 있다. 상기 노드들(N1,N2)은 상기 RF 전원(170)의 전력을 상기 전원 전극(110)에 공급할 수 있다. 상기 노드들(N1,N2)은 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2)를 포함한다. 상기 전원 전극(140)의 길이는 L이다. 상기 제1 노드(N1)는 L/4에 위치하고, 상기 제2 노드(N2)는 3L/4에 위치할 수 있다. 상기 노드들(N1,N2)에서 전류는 최대값을 가질 수 있고, 상기 노드들(N1,N2)에서 전압은 최소값을 가질 수 있다. 상기 전류 또는 상기 전압의 분포는 상기 노드들(N1,N2) 중심을 좌우 대칭일 수 있다. 상기 노드들(N1,N2)에서 전압의 위상은 동위상일 수 있다.

상기 노드들(N1,N2)의 위치는 상기 제1 방향의 공정 균일도를 가지도록 변경될 수 있다.

플라즈마는 상기 전원 전극(110)과 상기 접지 전극(120) 사이에 형성될 수 있다. 상기 전원 전극(110)과 상기 접지 전극(120) 사이의 간격(d)는 3mm 내지 15 mm일 수 있다. 상기 전원 전극(110)과 상기 접지 전극(120)이 인접한 구조는 플라즈마의 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 플라즈마의 플라즈마 포텐셜 및/또는 DC 바이어스(bias)를 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 기판은 플로팅되어, 증착 공정에서 상기 플라즈마 발생 장치는 낮은 격자 흠결을 제공할 수 있다.

테이퍼진 상기 전원 전극(110)과 테이퍼진 상기 접지 전극(120)은 공정 가스의 흐름 패턴을 개선할 수 있다. 또한, 상기 전원 전극(110)의 일단의 폭(t1)이 상기 전원 전극(110)의 타단의 폭(t2)보다 크다. 이에 따라, 상기 전력 공급 라인(142)은 용이하게 상기 전원 전극(110)에 결합할 수 있다. 또한, 방전 영역을 증가시키어 공정 속도를 증가시킬 수 있다.

또한, 곡률 형태의 상기 전원 전극(110) 및 곡률 형태의 상기 접지 전극(110)은 공정 가스의 흐름 패턴을 개선할 수 있다. 곡률 형태의 상기 전원 전극(110 및 곡률 형태의 상기 접지 전극(120)은 아크 방전을 억제할 수 있다.

또한, 상기 전원 전극(110)의 높이(h1)은 상기 접지 전극의 높이(h2)보다 클 수 있다. 이에 따라, 5 토르 이하의 압력에서, 공정 균일도 및 공정 속도가 확보될 수 있다.

상기 전원 전극(110)의 타단의 폭(t2)는 10 mm 정도가 바람직할 수 있다. 또한, 상기 노출 접지 전극(120b)의 타단의 폭의 10 mm 정도가 바람직할 수 있다. 또한, 상기 전원 전극(110)과 상기 접지 전극(120) 사이의 간격(d)는 3 mm 내지 15 mm가 바람직할 수 있다. 상기 기판(182)은 플라즈마에 최소한 노출될 수 있다. 즉, 상기 플라즈마 발생 장치는 리모트 플라즈마를 생성하고, 상기 활성종은 상기 기판에 제공될 수 있다.

상기 전력 분배부(140)는 전원단(P)로부터 상기 RF 전원(170)의 전력을 제공받아 상기 전원 전극들(110)에 전력을 전달할 수단일 수 있다. 상기 전력 분배부(140)는 전력 분배 라인(144) 및 상기 전력 분배 라인(144) 주위에 배치되는 가드부(146)를 포함할 수 있다. 상기 가드부(146)는 접지된다. 이에 따라, 상기 전력 분배 라인(144)과 상기 가드부(146)은 전송선을 형성한다. 상기 전력 분배부(140)는 상기 진공 용기(102) 외부에 배치될 수 있다.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 전력 분배부(140)는 상기 진공 용기(102) 내부에 배치될 수 있다. 상기 전력 분배부(140)는 상기 상판과 상기 가스 분배부 사이에 배치될 수 있다.

전력 공급 라인(142)은 상기 전력 분배 라인(144)과 상기 전원 전극(110)을 전기적으로 연결한다. 또한, 상기 전력 공급 라인(142)은 상기 전원 전극(110)을 지지할 수 있다. 복수의 전력 공급라인(142)은 하나의 전원 전극(110)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 전원 전극(110)은 복수의 지점에서 동위상으로 전력을 공급받을 수 있다.

상기 RF 전원(170)은 임피던스 매칭 네트워크(150)를 통하여 상기 전력 분배 라인(144)에 전력을 공급한다. 상기 RF 전원(170)의 전력 공급 지점부터 상기 전력 공급라인(142) 사이의 길이는 동일하다. 따라서, 상기 전력 공급 라인(142)은 모든 전원 전극(110)에 동위상으로 전력을 공급할 수 있다. 상기 RF 전원(170)의 주파수는 1 Mhz 이상일 수 있다. 바람직하게는, 상기 RF 전원(170)의 주파수는 13.56 내지 50 Mhz 일 수 있다. 상기 임피던스 매칭 네트워크(160)는 상기 RF 전원(170)의 전력을 부하에 최대로 전달하는 수단일 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 도면이다. 도 1 내지 3에서 설명한 것과 중복되는 설명은 생략한다.

도 4를 참조하면, 플라즈마 발생 장치는 진공 용기(102), 상기 진공 용기(102)의 내부에 배치되고 제1 방향으로 나란히 연장되는 접지 전극들(220), 상기 제1 방향을 가로지르는 제2 방향으로 상기 접지 전극들(220) 사이에 배치되는 전원 전극들(210), 및 상기 접지 전극들(220) 및 상기 전원 전극들(210)을 장착하는 유전체 지지부(250)를 포함한다.

상기 전원 전극(210)은 상기 유전체 지지부(250)에 접하는 제1 면으로부터 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향으로 제1 높이(h1)를 가진다. 상기 전원 전극(210)은 상기 유전체 지지부(250)에 접하는 상기 제1 면에서 제1 두께(t1)를 가진다. 상기 전원 전극(210)은 상기 제1 면에서 상기 제3 방향으로 이격된 일단에서 제2 두께(t2)를 가진다.

상기 접지 전극(220)은 상기 유전체 지지부(250)에 접하는 상기 제1 면으로부터 제2 높이(h2)를 가진다. 상기 접지 전극(220)은 상기 유전체 지지부(250)에 접하는 상기 제1 면에서 제3 두께(t3)를 가진다. 상기 접지 전극(220)은 상기 제1 면에서 상기 제3 방향으로 이격된 일단에서 제4 두께(t4)를 가진다. 상기 제1 두께(t1)는 제2 두께(t2)보다 크고, 상기 제3 두께(t3)는 상기 제4 두께(t4)보다 작다. 상기 접지 전극(220)과 상기 전원 전극(220)의 수직거리(d)는 일정하다.

상기 제1 높이(h1)는 상기 제2 높이(h2)보다 크거나 같을 수 있다. 상기 접지 전극들(220)의 일단 및 상기 전원 전극들(210)의 일단은 곡면으로 처리될 수 있다. 상기 전원 전극(210)의 노출된 측면과 상기 제3 방향 사이의 각도는 5도 내지 15도일 수 있다. 또는, 상기 접지 전극(220)의 노출된 측면과 상기 제3 방향 사이의 각도는 5도 내지 15도일 수 있다.

상기 전원 전극(210)은 절두 삼각 기둥 형상일 수 있다. 상기 접지 전극(220)은 절두 삼각 기둥 형상일 수 있다. 상기 전원 전극(210)과 상기 접지 전극(220)의 간격(d)이 일정하도록, 상기 접지 전극(220)은 뒤집혀서 상기 유전체 지지부(250)에 결합할 수 있다.

상기 유전체 지지부(250)는 제1 방향으로 정렬된 복수의 노즐들(132)을 포함할 수 있다. 상기 노즐들(132)은 상기 전원 전극(210)과 상기 접지 전극(220) 사이에 공정 가스를 공급할 수 있다. 상기 유전체 지지부(250)는 서로 분리되지 않는 일체형일 수 있다. 상기 접지 전극(220) 및 상기 전원 전극(220)은 상기 유전체 지지부(250)의 하부면에 접촉하여 배치될 수 있다.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 전원 전극의 일부 및 상기 접지 전극의 일부은 상기 유전체 지지부에 삽입될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하는 도면이다. 도 1 내지 3에서 설명한 것과 중복되는 설명은 생략한다.

도 5를 참조하면, 상기 기판 처리 장치는 상기 진공 용기(102)의 내부에 배치되고 나란히 연장되는 복수의 접지 전극들(320), 상기 진공 용기(120)의 내부에 배치되고 상기 접지 전극들(320) 사이에 개재된 전원 전극들(310), 및 상기 접지 전극들(320) 및 상기 전원 전극들(310)에 대향하여 배치되고 기판(182)을 지지하는 기판 홀더(180)를 포함한다.

상기 접지 전극(320)과 상기 전원 전극(310) 사이의 간격(d)이 일정한 영역을 포함한다. 상기 전원 전극(310)은 기판을 마주보는 방향으로 테이퍼진다. 상기 전원 전극들(310)은 RF 전원(170)에 연결된다.

상기 접지 전극(320)은 상기 기판 방향(182)으로 폭이 증가하는 테이퍼부(320a) 및 일정한 폭을 가지는 연장부(320b)를 포함한다. 상기 접지 전극(320) 및 상기 전원 전극(310)은 유전체 지지부(350)의 하부면에 배치될 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

110: 전원 전극
120: 접지 전극들
130: 가스 분배부
150: 유전체 지지부
140: 전력 분배부
160: 임피던스 매칭 네트워크
170: RF 전원

Claims (28)

1. 진공 용기의 내부에 배치되고 나란히 연장되는 복수의 접지 전극들; 및
   상기 접지 전극들 사이에 배치된 전원 전극들을 포함하고,
   상기 접지 전극과 상기 전원 전극 사이의 간격이 일정한 방전 영역을 포함하고, 상기 전원 전극은 기판을 마주보는 방향으로 테이퍼지고,
   상기 전원 전극들 및 상기 접지 전극들의 일단은 상기 기판을 마주보는 방향에서 곡면처리되고,
   상기 전원 전극들은 RF 전원에 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   기판을 마주보는 방향으로 상기 전원전극의 높이는 상기 접지 전극의 높이보다 큰 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 전원 전극의 일면을 따라 연장된 방향과 상기 기판을 마주보는 방향 사이의 각도는 5도 내지 10도인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 접지 전극들 및 상기 전원 전극들이 장착되는 유전체 지지부를 더 포함하고,
   상기 유전체 지지부는 상기 접지 전극과 상기 전원 전극 사이에 공정 가스를 분사하는 복수의 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 유전체 지지부 상에 배치되고 상기 노즐에 가스를 분배하는 가스 분배부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
6. 제4 항에 있어서,
   상기 공정 가스는 SiH4 가스, H2 가스, Ar 가스, NF3 가스 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 RF 전원에 병렬 연결된 상기 전원 전극들에 전력을 분배하는 전력 분배부를 더 포함하고,
   상기 전력 분배부는:
   상기 전원 전극의 복수의 지점에 전력을 공급하는 전력 분배 라인들; 및
   상기 전력 분배 라인들의 주위에 배치되어 접지되는 가드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
8. 제1 항에 있어서,
   상기 전원 전극은 상기 접지 전극을 마주보는 면에 적어도 하나의 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
9. 제1 항에 있어서,
   상기 접지 전극과 상기 전원 전극 사이의 간격은 3 내지 10 밀리미터인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
10. 제1 항에 있어서,
    상기 접지 전극은 상기 기판 방향으로 폭이 증가하는 테이퍼부 및 일정한 폭을 가지는 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
11. 진공 용기;
    상기 진공 용기의 내부에 배치되고 제1 방향으로 나란히 연장되는 접지 전극들;
    상기 제1 방향을 가로지르는 제2 방향으로 상기 접지 전극들 사이에 배치되는 전원 전극들; 및
    상기 접지 전극들 및 상기 전원 전극들을 장착하는 유전체 지지부를 포함하고,
    상기 전원 전극은 상기 유전체 지지부에 접하는 제1 면으로부터 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향으로 제1 높이를 가지고, 상기 전원 전극은 상기 유전체 지지부에 접하는 상기 제1 면에서 제1 두께를 가지고, 상기 전원 전극은 상기 제1 면에서 상기 제3 방향으로 이격된 일단에서 제2 두께를 가지고,
    상기 접지 전극은 상기 유전체 지지부에 접하는 상기 제1 면으로부터 제2 높이를 가지고, 상기 접지 전극은 상기 유전체 지지부에 접하는 상기 제1 면에서 제3 두께를 가지고, 상기 접지 전극은 상기 제1 면에서 상기 제3 방향으로 이격된 일단에서 제4 두께를 가지고,
    상기 제1 두께는 제2 두께보다 크고, 상기 제3 두께는 상기 제4 두께보다 작고,
    상기 전원 전극들 및 상기 접지 전극들의 일단은 기판을 마주보는 방향에서 곡면처리된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 높이는 상기 제2 높이보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생 장치.
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