KR20120025656A

KR20120025656A - Apparatus for generation plasma

Info

Publication number: KR20120025656A
Application number: KR1020100087532A
Authority: KR
Inventors: 문세연
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2010-09-07
Filing date: 2010-09-07
Publication date: 2012-03-16

Abstract

본 발명은 고밀도의 플라즈마를 발생하는 플라즈마 발생장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생장치는, 기판이 안착되는 기판 안착대; 및 상기 기판 안착대와 이격되어 대향되게 배치되며 상기 기판을 처리하는 가스가 분사되는 복수의 동공이 형성된 샤워 헤드를 포함하고, 상기 샤워 헤드는, 직류 전원이 인가되는 제 1 분사판; 상기 제 1 분사판에 적층되는 유전체판; 및 상기 유전체판과 적층되며 접지되는 제 2 분사판을 포함하고, 상기 동공은 상기 제 1 분사판, 상기 유전체판, 및 상기 제 2 분사판을 관통하여 형성된다.The present invention relates to a plasma generating device for generating a high density plasma. Plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention, the substrate seating on which the substrate is seated; And a shower head spaced apart from the substrate seating plate and formed with a plurality of pupils through which a gas for treating the substrate is injected, wherein the shower head comprises: a first jet plate to which DC power is applied; A dielectric plate laminated on the first spray plate; And a second jet plate laminated with the dielectric plate and grounded, wherein the pupil is formed through the first jet plate, the dielectric plate, and the second jet plate.

Description

Plasma generator {Apparatus for generation plasma}

본 발명은 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고밀도의 플라즈마를 발생하는 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma generating apparatus, and more particularly to a plasma generating apparatus for generating a high-density plasma.

태양광을 이용하는 태양전지(solar cell)는 일반적으로 p-n 접합을 이용한 것으로, 단결정, 다결정, 비정질 실리콘, 화합물, 염료감응 태양전지 등 효율과 특성 개선을 위해 다양한 소자가 활용되고 있다. 널리 활용되는 결정형 실리콘 태양전지는 발전효율에 비해 재료단가가 높고, 복잡한 공정 및 다양한 곳에서의 동일 재료에 대한 수요가 많아 안정적인 가격 결정에 불리하다. 이를 극복하기 위해 저렴한 유리 및 플라스틱 등의 표면에 실리콘을 얇게 증착하는 박막형 태양전지(Thin film solar cell)에 대한 관심이 고조되고 있으며, 고효율의 박막형 태양전지에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있다.Solar cells using solar light generally use p-n junctions, and various devices have been used to improve efficiency and characteristics, such as single crystals, polycrystals, amorphous silicon, compounds, and dye-sensitized solar cells. Widely used crystalline silicon solar cells have a high material cost compared to power generation efficiency, and are disadvantageous for stable pricing due to high demand for the same material in complex processes and various places. In order to overcome this, there is a growing interest in thin film solar cells for thinly depositing silicon on inexpensive glass and plastic surfaces, and development of high efficiency thin film solar cells is being actively made.

박막형 태양전지 중 비정질 실리콘(amorphous silicon), 미세결정질 실리콘(microcrystalline silicon), 그리고 각각을 접합하거나, 서로 다른 결정성의 실리콘을 수직 배열하는 접합형 태양전지를 이용하기도 한다. 특히 박막형 태양전지 중 미세 결정질 실리콘을 이용하는 경우, 비정질 실리콘보다 긴 파장(Infra-red) 영역까지 태양광을 이용할 수 있고, 광 유도 결함(Light induced defect) 정도가 낮아, 차세대 태양전지 매질로 활용된다. 그러나 비정질 실리콘에 비해 광 흡수도가 낮아 동일 효율 획득을 위해 증착막의 두께가 그만큼 증가하여 수율 향상에 어려움이 있다. 따라서 박막형 태양전지 기술은 양산성과 효율성을 고려하여 플라즈마를 이용한 고속 증착기술(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD)이 중요하게 부각되고 있다.Among thin-film solar cells, amorphous silicon, microcrystalline silicon, and bonded solar cells that join each other or vertically arrange different crystalline silicon may be used. In particular, when thin crystalline silicon is used in thin-film solar cells, sunlight can be used to an infra-red region longer than amorphous silicon, and the degree of light induced defect is low, which is used as a next-generation solar cell medium. . However, since the light absorption is lower than that of amorphous silicon, in order to obtain the same efficiency, the thickness of the deposited film is increased so that it is difficult to improve the yield. Therefore, in consideration of mass productivity and efficiency, the plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) using plasma is important.

일반적으로 PECVD 기술은 양산성을 고려하여 1m X 1m 이상의 대면적에서 증착 속도(deposition rate)를 증가 시키려 노력하고 있다. 이를 위해 최근 30 MHz 이상의 고주파수(Very high frequency; VHF)를 이용한 대면적 PECVD 장치 개발이 활발히 이루어 지고 있다. 그러나 일반적으로 인가 주파수의 1/4 파장보다 넓은 전극을 사용하는 경우 진공 상태의 전극 간극 사이에서 정상파가 형성되어 플라즈마의 균일도를 급격히 감소시키는 문제점이 있다.In general, PECVD technology is trying to increase the deposition rate in a large area of 1m x 1m or more in consideration of mass production. To this end, the development of large-area PECVD using a high frequency (VHF) of 30 MHz or more has been actively made. In general, however, when an electrode wider than a quarter wavelength of an applied frequency is used, a standing wave is formed between electrode gaps in a vacuum state, thereby rapidly decreasing plasma uniformity.

한편 고속 증착을 위해 플라즈마 발생은 높은 압력, 높은 전력(high pressure, high power) 조건에서 이루어 지고 있으며, 고밀도 플라즈마 발생을 위해 동공(hollow 혹은 hole) 형태의 샤워 헤드(shower head)를 가지는 구조를 이룬다. 이러한 구조를 micro-hollow cathode(MHC) 구조라 한다. 이러한 구조에서는 높은 압력에서 국소적인 고밀도 플라즈마가 발생하여 높은 증착 속도를 기대할 수 있다. 그러나 높은 압력, 높은 전력 그리고 낮은 방전 간극에서 플라즈마를 발생 시킬 경우 상기한 구조에서는 샤워 헤드의 구조와 비슷한 형태의 패턴 증착이 이루어져 불균일도가 증가되게 된다. PECVD 공정에서 사용되는 MHC 구조의 샤워 헤드는 고주파가 인가되는 전력 전극으로 사용된다. 그러나 플라즈마 입장에서 실제적인 Micro-hollow cathode discharge(MHCD) 효과, 즉 전자들의 동공에서의 가둠에 의한 전자 밀도 증가가 일어나는 진자(pendulum) 효과를 보기 위해서는 동공 형태의 전극이 음극(cathode)에 위치하여야 한다. 일반적으로 사용되는 PECVD 에서는 고주파에 의한 위상 변화로 완전한 MHCD 효과가 일어나지 않는다.On the other hand, plasma generation is performed under high pressure and high power conditions for high speed deposition, and has a structure having a shower head of a hollow or hole type for high density plasma generation. . This structure is called a micro-hollow cathode (MHC) structure. In such a structure, a high-density plasma can be generated at high pressure and high deposition rates can be expected. However, when the plasma is generated at high pressure, high power, and low discharge gap, in the above structure, pattern deposition similar to that of the shower head is performed, resulting in increased unevenness. The shower head of the MHC structure used in the PECVD process is used as a power electrode to which a high frequency is applied. However, in order to see the actual micro-hollow cathode discharge (MHCD) effect from the plasma point of view, that is, the pendulum effect in which the electron density increases due to the confinement of electrons in the pupil, the pupil-type electrode must be located at the cathode. do. In the commonly used PECVD, the phase change by the high frequency does not cause the complete MHCD effect.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전자의 진자 효과로 고밀도 플라즈마가 발생하는 플라즈마 발생장치를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a plasma generator that generates a high-density plasma by the pendulum effect of the electron.

본 발명의 또 다른 과제는 샤워 헤드에 직류 전원이 인가되어 공동이 형성된 음극을 포함하는 플라즈마 발생장치를 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a plasma generator including a cathode having a cavity formed by applying DC power to a shower head.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생장치는, 기판이 안착되는 기판 안착대; 및 상기 기판 안착대와 이격되어 대향되게 배치되며 상기 기판을 처리하는 가스가 분사되는 복수의 동공이 형성된 샤워 헤드를 포함하고, 상기 샤워 헤드는, 직류 전원이 인가되는 제 1 분사판; 상기 제 1 분사판에 적층되는 유전체판; 및 상기 유전체판과 적층되며 접지되는 제 2 분사판을 포함하고, 상기 동공은 상기 제 1 분사판, 상기 유전체판, 및 상기 제 2 분사판을 관통하여 형성된다.In order to achieve the above object, the plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention, the substrate mounting table is mounted; And a shower head spaced apart from the substrate seating plate and formed with a plurality of pupils through which a gas for treating the substrate is injected, wherein the shower head comprises: a first jet plate to which DC power is applied; A dielectric plate laminated on the first spray plate; And a second jet plate laminated with the dielectric plate and grounded, wherein the pupil is formed through the first jet plate, the dielectric plate, and the second jet plate.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and the drawings.

본 발명의 플라즈마 발생장치에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.According to the plasma generating apparatus of the present invention, there are one or more of the following effects.

첫째,　전자의 진자 효과로 고밀도 플라즈마가 발생하는 장점이 있다.First, the high-density plasma is generated by the pendulum effect of electrons.

둘째,　샤워 헤드에 직류 전원을 인가하여 공동이 형성된 음극을 제공하는 장점도 있다.Second, there is also an advantage of providing a cathode having a cavity by applying a DC power to the shower head.

셋째,　샤워 헤드가 유전체를 포함한 이중 구조로 되어있어 한 쪽에 직류 전원을 인가하여 음극 및 양극을 형성하는 장점도 있다.Third, the shower head has a dual structure including a dielectric, which has the advantage of forming a cathode and an anode by applying DC power to one side.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 발생장치에 대한 일부 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 음극인 제 2 분사판에서의 전자들의 진자 효과를 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 동공의 다양한 형태를 나타내는 예이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생장치에 대한 일부 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생장치를 나타내는 개략적인 일부 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing a plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the plasma generator shown in FIG. 1.
3 is a view showing the pendulum effect of electrons in the second injection plate which is a cathode of the plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
4A to 4E are examples showing various forms of pupils of the plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 is a partial cross-sectional view of a plasma generating apparatus according to another embodiment of the present invention.
6 is a schematic partial cross-sectional view showing a plasma generating apparatus according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms, and only the embodiments make the disclosure of the present invention complete, and the general knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, which is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 플라즈마 발생장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings for describing the plasma generating apparatus according to embodiments of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치를 나타내는 개략적인 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 발생장치에 대한 일부 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing a plasma generator according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a partial cross-sectional view of the plasma generator shown in FIG.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치는, 챔버(101)와, 기판(10)이 안착되는 기판 안착대(191)와, 기판 안착대(191)와 이격되어 대향되게 배치되며 기판을 처리하는 가스가 분사되는 복수의 동공(122)이 형성된 샤워 헤드(120)를 포함한다.Plasma generator according to an embodiment of the present invention, the chamber 101, the substrate seating table 191 on which the substrate 10 is seated, and is disposed to face away from the substrate seating table 191 and to process the substrate It includes a shower head 120 is formed with a plurality of pupils 122 through which the gas is injected.

챔버(101)는 내부에 플라즈마를 발생하여 기판(10)을 처리하는 공간을 형성한다. 챔버(101)의 내부에는 하부에 기판 안착대(191)가 구비되며, 상부에 샤워 헤드(120)가 구비된다. 챔버(101) 내부는 플라즈마 발생시 진공 상태를 유지하는 것이 바람직하다. 챔버(101)의 하측에는 챔버(101)내의 공기 또는 가스가 배기되는 배기구(109)가 형성되는 것이 바람직하다. 챔버(101)는 기판 안착대(191) 및 샤워 헤드(120)와 절연되어 접지되는 것이 바람직하다.The chamber 101 generates a plasma therein to form a space for processing the substrate 10. The inside of the chamber 101 is provided with a substrate seat 191 at the bottom, the shower head 120 is provided at the top. It is preferable that the inside of the chamber 101 maintains a vacuum state during plasma generation. It is preferable that an exhaust port 109 through which air or gas in the chamber 101 is exhausted is formed below the chamber 101. The chamber 101 is preferably insulated and grounded from the substrate seat 191 and the shower head 120.

기판 안착대(191)는 챔버(101) 내에 기판(10)이 안착되도록 수평하게 배치된다. 기판 안착대(191)는 정전기력이나 진공력을 이용하여 기판(10)이 처리되는 동안 안착된 기판(10)을 고정할 수 있다. 기판 안착대(191)는 열을 발생하는 히터(미도시)를 포함하여 기판(10)을 설정된 온도까지 가열할 수 있다.The substrate seat 191 is disposed horizontally so that the substrate 10 is seated in the chamber 101. The substrate seat 191 may fix the seated substrate 10 while the substrate 10 is processed by using electrostatic force or vacuum force. The substrate seat 191 may include a heater (not shown) that generates heat to heat the substrate 10 to a predetermined temperature.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 기판 안착대(191)는 고주파 전원이 인가된다. 기판 안착대(191)는 고주파 전원이 인가되어 기판 안착대(191)와 샤워 헤드(120) 사이에 플라즈마를 형성한다.The substrate seat 191 of the plasma generating apparatus according to the embodiment of the present invention is applied with a high frequency power. The high frequency power is applied to the substrate seat 191 to form a plasma between the substrate seat 191 and the shower head 120.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치는, 기판 안착대(191)에 인가되는 고주파 전원을 발생시키는 고주파 전원부(141), 고주파 전원을 제어하는 매칭 회로(143), 및 고주파 전원을 필터링하는 고주파 전원 필터(145)를 더 포함할 수 있다.Plasma generator according to an embodiment of the present invention, the high frequency power supply unit 141 for generating a high frequency power applied to the substrate seat 191, a matching circuit 143 for controlling the high frequency power, and filtering the high frequency power A high frequency power filter 145 may be further included.

고주파 전원부(141)는 하나 이상의 주파수를 가지는 전원을 발생시키는 것이 바람직하다. 매칭 회로(143)는 고주파 전원의 임피던스를 조절한다. 고주파 전원 필터(145)는 서로 다른 주파수를 가지는 전원의 상호 영향을 방지한다.The high frequency power supply unit 141 preferably generates a power source having one or more frequencies. The matching circuit 143 adjusts the impedance of the high frequency power supply. The high frequency power filter 145 prevents mutual influence of power sources having different frequencies.

샤워 헤드(120)는 챔버(101) 내에 기판 안착대(191)와 이격되어 대향되도록 배치된다. 샤워 헤드(120)는 기판 안착대(191)와 평행하게 배치되는 것이 바람직하다. 샤워 헤드(120)의 상부에는 기판(10)을 처리하는 가스가 주입되는 가스 주입구(121)가 형성된다. 가스 주입구(121)는 샤워 헤드(120)의 중앙에 형성되어 샤워 헤드(120)로 가스가 편차없이 균일하게 주입되는 것이 바람직하다.The shower head 120 is disposed to be spaced apart from the substrate seat 191 in the chamber 101 to face each other. The shower head 120 may be disposed in parallel with the substrate seat 191. A gas injection hole 121 into which a gas for treating the substrate 10 is injected is formed on the shower head 120. The gas inlet 121 is preferably formed at the center of the shower head 120 so that the gas is uniformly injected into the shower head 120 without deviation.

샤워 헤드(120)의 내부에는 가스 주입구(121)로 주입된 가스가 균일하게 확산되는 가스 확산 공간(123)이 형성된다. 샤워 헤드(120)의 하부에는 가스 확산 공간(123)에서 확산된 가스가 분사되는 복수의 동공(122)이 형성된다.A gas diffusion space 123 in which the gas injected into the gas injection hole 121 is uniformly diffused is formed in the shower head 120. A plurality of pupils 122 through which the gas diffused in the gas diffusion space 123 is injected are formed under the shower head 120.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 샤워 헤드(120)는, 직류 전원이 인가되는 제 1 분사판(125)과, 제 1 분사판에 적층되는 유전체판(127)과, 유전체판(127)과 적층되며 접지되는 제 2 분사판(126)을 포함하고, 동공(122)은 제 1 분사판(125), 유전체판(127), 및 제 2 분사판(126)을 관통하여 형성된다.2, the shower head 120 of the plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention, the first injection plate 125 to which the DC power is applied, and the dielectric plate 127 stacked on the first injection plate ) And a second spray plate 126 stacked and grounded with the dielectric plate 127, and the pupil 122 includes the first spray plate 125, the dielectric plate 127, and the second spray plate 126. It is formed through).

제 1 분사판(125)은 기판 안착대(191) 측인 샤워 헤드(120)의 최하단에 배치된다. 제 1 분사판(125)은 기판 안착대(191)와 이격되어 평행하게 배치된다. 제 1 분사판(125)의 상측에는 유전체판(127)이 적층된다.The first spray plate 125 is disposed at the lowermost end of the shower head 120 on the substrate seating plate 191 side. The first spray plate 125 is spaced apart from the substrate seating plate 191 in parallel. The dielectric plate 127 is stacked on the upper side of the first jet plate 125.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 제 1 분사판(125)은 플러스 전원이 인가되어 제 1 분사판(125)이 양극(anode)을 형성한다. 제 1 분사판(125)에 플러스 전원이 인가되면, 제 2 분사판(126)은 제 1 분사판(125)과 유전체판(127)을 사이에 두고 접지되어 있으므로, 제 2 분사판(126)은 음극(cathode)을 형성한다.The first jet plate 125 of the plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention is applied with a positive power supply so that the first jet plate 125 forms an anode. When positive power is applied to the first jet plate 125, the second jet plate 126 is grounded with the first jet plate 125 and the dielectric plate 127 interposed therebetween, so that the second jet plate 126 is provided. Forms a cathode.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치는 제 1 분사판(125)에 직류 전원을 인가하는 직류 전원부(131)와, 직류 전원을 가변하는 가변 저항(133)과, 직류 전원을 필터링하는 직류 전원 필터(135)를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a plasma generator includes a DC power supply unit 131 for applying DC power to the first jet plate 125, a variable resistor 133 for varying DC power, and a DC filter for filtering DC power. The apparatus may further include a power filter 135.

직류 전원부(131)는 직류 전원을 발생시켜 플러스 전원을 제 1 분사판(125)에 인가한다. 가변 저항(133)은 안정적인 플라즈마 발생을 위하여 가변되는 거대 저항(수 kW ~ 수 MW)이다. 직류 전원 필터(135)는 고주파가 간섭을 일으키는 것을 차단하는 회로이다.The DC power supply unit 131 generates DC power to apply positive power to the first jet plate 125. The variable resistor 133 is a giant resistor (several kW to several MW) that is variable for stable plasma generation. The DC power filter 135 is a circuit which blocks high frequency interference.

유전체판(127)은 제 1 분사판(125)과 제 2 분사판(126) 사이에 배치된다. 유전체판(127)은 세라믹, 운모(mica) 등의 유전체로 형성된다.The dielectric plate 127 is disposed between the first jet plate 125 and the second jet plate 126. The dielectric plate 127 is formed of a dielectric such as ceramic, mica, or the like.

제 2 분사판(126)은 유전체판(127)의 상측에 적층되어 가스 주입구(121) 측에 배치된다. 제 2 분사판(126)은 내부에 가스 확산 공간(123)이 형성될 수 있다. 제 2 분사판(126)은 가스 주입구(121) 주변부와 일체로 형성되거나 전도될 수 있도록 결합되어 접지된다.The second injection plate 126 is stacked on the dielectric plate 127 and disposed on the gas injection hole 121 side. The gas diffusion space 123 may be formed in the second jet plate 126. The second jet plate 126 is coupled and grounded so as to be integrally formed with the gas injection hole 121 and to be inverted.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 음극인 제 2 분사판에서의 전자들의 진자 효과를 나타내는 도면이다.3 is a view showing the pendulum effect of electrons in the second injection plate which is a cathode of the plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention.

음극에서 MHCD 효과가 일어나기 위해서는 음극내의 압력(p)과 동공(122)의 지름(D)과의 곱, 즉 pD값이 작아야 하며, 이온의 평균 자유 행로(mean free path)가 동공(122)의 지름(D)을 넘지 않아야 한다. 또한, 음극 동공(122) 내의 전자들의 진자 효과를 극대화하여 고밀도 플라즈마를 발생시키기 위하여 음극 판의 길이, 즉 제 2 분사판(126)의 두께(L)가 동공(122)의 지름(D)의 5배 이상인 것이 바람직하다.In order for the MHCD effect to occur at the cathode, the product of the pressure (p) in the cathode and the diameter (D) of the pupil 122, i.e., the pD value, should be small, and the mean free path of ions may be It should not exceed diameter (D). In addition, in order to maximize the pendulum effect of the electrons in the cathode pupil 122 to generate a high density plasma, the length L of the cathode plate 126, that is, the thickness L of the second jet plate 126, is determined by the diameter D of the pupil 122. It is preferable that it is 5 times or more.

도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 동공의 다양한 형태를 나타내는 예이다.4A to 4E are examples showing various forms of pupils of the plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 동공(122)은 중간의 지름이 상단 또는 하단의 지름보다 작은 것이 바람직하다. 동공(122)에서 가스가 주입되는 부분과 가스가 분출되는 부분의 지름이 가운데 부분보다 큰 것이 바람직하다. 도 4a와 같이 제 1 분사판(125) 및 제 2 분사판(126)에 형성된 동공의 지름이 유전체판(127)에 형성된 동공의 지름보다 크도록 형성될 수 있다.4A to 4C, the pupil 122 preferably has a middle diameter smaller than a top or bottom diameter. In the cavity 122, the diameter of the portion into which the gas is injected and the portion from which the gas is ejected is preferably larger than the center portion. As shown in FIG. 4A, the diameters of the holes formed in the first and second jet plates 125 and 126 may be greater than the diameters of the holes formed in the dielectric plate 127.

유전체판(127)에 형성된 동공의 최소 지름이 제 1 분사판(125) 또는 제 2 분사판(126)에 형성된 동공의 최대 지름보다 작은 것이 바람직하다. 도 4b와 같이 유전체판(127)에 형성된 동공의 지름이 변화하여 가운데 부분의 지름이 작도록 형성될 수 있다. 또한, 도 4c와 같이 제 1 분사판(125) 및 제 2 분사판(126)에 형성된 동공의 지름이 변화하도록 형성될 수도 있다.Preferably, the minimum diameter of the pupil formed in the dielectric plate 127 is smaller than the maximum diameter of the pupil formed in the first injection plate 125 or the second injection plate 126. As shown in FIG. 4B, the diameter of the pupil formed in the dielectric plate 127 may be changed to reduce the diameter of the center portion. In addition, as shown in FIG. 4C, the diameters of the pupils formed in the first and second jet plates 125 and 126 may be changed.

도 4d 및 도 4e를 참조하면, 동공(122)의 상부 및/또는 하부는 지름이 점차 변하는 깔때기 형태일 수 있다. 제 1 분사판(125) 및/또는 제 2 분사판(126)에 형성된 동공이 깔때기 형태를 이루거나, 제 1 분사판(125) 및/또는 제 2 분사판(126)에 형성된 동공이 유전체판(127)에 형성된 동공의 일부와 함께 깔때기 형태를 이룰 수 있다.4D and 4E, the upper and / or lower portion of the pupil 122 may be in the form of a funnel of which the diameter gradually changes. The pupils formed in the first jet plate 125 and / or the second jet plate 126 form a funnel, or the pupils formed in the first jet plate 125 and / or the second jet plate 126 are dielectric plates. A funnel form with a portion of the pupil formed in 127.

도시되지 않았으나, 제 2 분사판(126)에 형성된 동공 및 유전체판(127)에 형성된 동공은 일정한 지름을 가지고, 제 1 분사판(125)에 형성된 동공은 지름이 하단으로 갈수록 넓어지는 깔때기 형태일 수도 있다.Although not shown, the pupils formed in the second jet plate 126 and the pupils formed in the dielectric plate 127 have a constant diameter, and the pupils formed in the first jet plate 125 may have a funnel shape in which the diameter becomes wider toward the lower end. It may be.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention configured as described above are as follows.

기판(10)이 챔버(101) 내부로 반입되어 기판 안착대(191)에 안착되면 기판 안착대(191)는 기판을 고정한다. 챔버(101)가 밀폐된 후 배기구(109)를 통하여 공기가 빠져나가면 챔버(101) 내부는 진공상태에 가까워지게 된다.When the substrate 10 is loaded into the chamber 101 and seated on the substrate seat 191, the substrate seat 191 fixes the substrate. If air escapes through the exhaust port 109 after the chamber 101 is sealed, the inside of the chamber 101 is close to a vacuum state.

가스 주입구(121)를 통하여 기판(10)을 처리하는 가스가 주입되면, 주입된 가스는 가스 확산 공간(123)에서 균일하게 확산된다. 이 때, 고주파 전원부(141) 및 직류 전원부(131)이 전원을 발생하여, 기판 안착대(191)에 고주파 전원이 인가되고 제 1 분사판(125)에 플러스 전원이 인가되면 플라즈마가 발생한다.When the gas treating the substrate 10 is injected through the gas injection hole 121, the injected gas is uniformly diffused in the gas diffusion space 123. At this time, when the high frequency power supply unit 141 and the DC power supply unit 131 generates power, high frequency power is applied to the substrate seat 191 and positive power is applied to the first spray plate 125, plasma is generated.

음극인 제 2 분사판(126)에서 전자들의 진자 효과가 나타나 고밀도 플라즈마가 발생하고, 가스 확산 공간(123) 내의 가스는 동공(122)을 통하여 기판(10)의 각 부분에 균일하게 분사된다.A pendulum effect of electrons is generated in the second jet plate 126, which is a cathode, to generate a high-density plasma, and the gas in the gas diffusion space 123 is uniformly injected to each part of the substrate 10 through the pupil 122.

기판(10)이 플라즈마 처리되면, 챔버(101) 내부의 잔존 가스는 배기구(109)를 통하여 외부로 배기되고 처리된 기판(10)이 챔버(101) 외부로 반출된다.When the substrate 10 is plasma treated, the remaining gas in the chamber 101 is exhausted to the outside through the exhaust port 109, and the processed substrate 10 is carried out of the chamber 101.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생장치에 대한 일부 단면도이다.5 is a partial cross-sectional view of a plasma generating apparatus according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 샤워 헤드(220)는, 마이너스 전원이 인가되는 제 1 분사판(225)과, 제 1 분사판의 하측에 적층되는 유전체판(227)과, 유전체판(227)의 하측에 적층되어 접지되는 제 2 분사판(226)을 포함한다.The shower head 220 of the plasma generating apparatus according to another embodiment of the present invention, the first injection plate 225 to which negative power is applied, the dielectric plate 227 stacked below the first injection plate, the dielectric The second jet plate 226 laminated on the lower side of the plate 227 is grounded.

제 1 분사판(225)은 마이너스 전원이 인가되어 음극(cathode)를 형성한다. 제 1 분사판(225)은 유전체판(227)의 상측에 적층되어 가스 주입구(221) 측에 배치된다. 제 1 분사판(225)은 내부에 가스 확산 공간(223)이 형성될 수 있다.The first jet plate 225 is applied with negative power to form a cathode. The first jet plate 225 is stacked on the dielectric plate 227 and disposed on the gas injection hole 221. The gas diffusion space 223 may be formed in the first injection plate 225.

제 2 분사판(226)은 기판 안착대(291) 측인 샤워 헤드(220)의 최하단에 배치된다. 제 2 분사판(226)은 기판 안착대(291)와 이격되어 평행하게 배치된다. 제 2 분사판(226)의 상측에는 유전체판(227)이 적층된다.The second jet plate 226 is disposed at the lowermost end of the shower head 220 on the substrate seating plate 291 side. The second jet plate 226 is spaced apart from and parallel to the substrate seating plate 291. The dielectric plate 227 is stacked on the upper side of the second jet plate 226.

제 2 분사판(226)에 마이너스 전원이 인가되면, 제 1 분사판(225)은 제 2 분사판(226)과 유전체판(227)을 사이에 두고 접지되어 있으므로, 제 1 분사판(225)은 양극(anode)을 형성한다.When negative power is applied to the second jetting plate 226, the first jetting plate 225 is grounded with the second jetting plate 226 and the dielectric plate 227 interposed therebetween, and thus, the first jetting plate 225. Forms an anode.

직류 전원부(231)는 직류 전원을 발생시켜 마이너스 전원을 제 1 분사판(225)에 인가한다.The DC power supply unit 231 generates DC power to apply negative power to the first injection plate 225.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생장치를 나타내는 개략적인 일부 단면도이다.6 is a schematic partial cross-sectional view showing a plasma generating apparatus according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생장치는, 고주파 전원 및 직류 전원이 인가되는 샤워 헤드(320)와, 접지되는 기판 안착대(391)를 포함한다.The plasma generating apparatus according to another embodiment of the present invention includes a shower head 320 to which high frequency power and direct current power are applied, and a substrate seating plate 391 to be grounded.

샤워 헤드(320)는 고주파 전원 및 직류 전원이 인가되는 제 1 분사판(325)과, 제 1 분사판의 하측에 적층되는 유전체판(327)과, 유전체판(327)의 하측에 적층되어 접지되는 제 2 분사판(326)을 포함한다.The shower head 320 is laminated with a first spray plate 325 to which high frequency power and DC power are applied, a dielectric plate 327 stacked below the first spray plate, and a dielectric plate 327 below the ground. And a second jet plate 326.

제 1 분사판(325)은 고주파 전원 및 마이너스 전원이 인가되어 음극(cathode)를 형성한다. 제 1 분사판(325)은 유전체판(327)의 상측에 적층되어 가스 주입구(321) 측에 배치된다. 제 1 분사판(325)은 내부에 가스 확산 공간(323)이 형성될 수 있다.The first jet plate 325 is applied with a high frequency power and a negative power to form a cathode. The first spray plate 325 is stacked on the dielectric plate 327 and disposed on the gas injection hole 321. The gas diffusion space 323 may be formed in the first injection plate 325.

제 2 분사판(326)은 기판 안착대(391) 측인 샤워 헤드(320)의 최하단에 배치된다. 제 2 분사판(326)은 기판 안착대(391)와 이격되어 평행하게 배치된다. 제 2 분사판(326)의 상측에는 유전체판(327)이 적층된다.The second jet plate 326 is disposed at the lowermost end of the shower head 320 on the substrate seating plate 391 side. The second jet plate 326 is spaced apart from and parallel to the substrate seat 391. The dielectric plate 327 is stacked on the upper side of the second jet plate 326.

기판 안착대(391)는 기판(10)이 안착되며 접지된다.The substrate seating plate 391 is grounded with the substrate 10 seated thereon.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.Although the above has been illustrated and described with respect to preferred embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, but in the art to which the invention pertains without departing from the spirit of the invention as claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or the prospect of the present invention.

10: 기판
101, 301: 챔버
109, 309: 배기구
120, 220, 320: 샤워 헤드
121, 221, 321: 가스 주입구
122, 222, 322: 동공
123, 223, 333: 가스 확산 공간
125, 225, 325: 제 1 분사판
126, 226, 326: 제 2 분사판
127, 227, 327: 유전체판
131, 231, 331: 직류 전원부
133, 233, 333: 가변 저항
135, 235, 335: 직류 전원 필터
141. 341: 고주파 전원부
143, 343: 매칭 회로
145, 345: 고주파 전원 필터
191, 391: 기판 안착대10: Substrate
101, 301: chamber
109, 309: exhaust vent
120, 220, 320: shower head
121, 221, 321: gas inlet
122, 222, 322: pupils
123, 223, 333: gas diffusion space
125, 225, 325: first jet plate
126, 226, 326: second jet plate
127, 227, 327: dielectric plate
131, 231, 331: DC power supply
133, 233, 333: variable resistor
135, 235, 335: DC power filter
141. 341: High frequency power supply
143, 343: matching circuit
145, 345: high frequency power filter
191, 391: Board Mount

Claims

A substrate seating board on which the substrate is seated; And
A shower head spaced apart from the substrate seating plate and having a plurality of pupils in which a gas for treating the substrate is injected;
The shower head,
A first jet plate to which DC power is applied;
A dielectric plate laminated on the first spray plate; And
A second jet plate laminated with the dielectric plate and grounded;
The pupil is formed through the first jet plate, the dielectric plate, and the second jet plate.

The method of claim 1,
The first jet plate is applied with a negative power,
The second jet plate is disposed on the substrate mounting side.

The method of claim 2,
And a thickness of the first jet plate is greater than or equal to the diameter of the cavity.

The method of claim 1,
The first jet plate is applied with a positive power and the plasma generating device disposed on the substrate seating side.

The method of claim 4, wherein
And the thickness of the second jet plate is greater than or equal to the diameter of the cavity.

The method of claim 1,
The shower head is a plasma generating device formed with a gas injection port for supplying the gas.

The method of claim 1,
A DC power supply unit generating a DC power applied to the first jet plate;
A variable resistor controlling the DC power generated by the DC power supply; And
Plasma generator further comprises a DC power filter for filtering the DC power generated by the DC power supply.

The method of claim 1,
And a high frequency power supply unit generating high frequency power applied to the substrate mounting table.

The method of claim 8,
A matching circuit for controlling the high frequency power generated by the high frequency power source; And
And a high frequency power filter for filtering the high frequency power generated by the high frequency power supply.

The method of claim 1,
And a high frequency power supply unit generating high frequency power applied to the first jet plate.

The method of claim 1,
The pupil is a plasma generating device of which the diameter of the middle is smaller than the diameter of the top or bottom.

The method of claim 1,
The minimum diameter of the pupil formed in the dielectric plate is smaller than the maximum diameter of the pupil formed in the first injection plate or the second injection plate.

The method of claim 12,
A pupil formed in the first jet plate or the second jet plate is a funnel-shaped plasma generator.