플라즈마 발생장치 및 방법 document_id A220623040371

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.