KR100581859B1 - 플라즈마 처리 장치용 안테나 및, 그것을 구비한 플라즈마처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 사각형의 외부 루프 안테나와; 상기 사각형 외부 루프 안테나의 내측에 배치되며 코너부의 일부가 외측으로 돌출되도록 변형되어 형성된 루프를 구비하는 사각형의 내부 루프 안테나;를 구비하는 플라즈마 처리 장치용 안테나 및, 그것을 구비한 플라즈마 처리 장치가 제공된다.

Description

플라즈마 처리 장치용 안테나 및, 그것을 구비한 플라즈마 처리 장치{Antenna for plasma treatment apparatus and plasma treatment apparatus therewith}

도 1 은 통상적인 플라즈마 처리 장치에 대한 개략적인 구성도.

도 2a 및, 도 2b 는 통상적인 플라즈마 처리 장치용 단독 루프 안테나에 대한 개략적인 평면도.

도 3a 내지 도 3c 는 통상적인 플라즈마 처리 장치용 다중 루프 안테나에 대한 개략적인 평면도.

도 4a 및, 도 4b 는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치용 다중 루프 안테나에 대한 개략적인 평면도.

< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >

1. 진공 챔버 2. RF 전원 공급기

3. RF 정합 회로 4. 안테나

5. 유전체 덮개 6. 하부 전극

7. 시료 기판 9. 진공 배기구

10. 공정 가스 주입구 41. 외부 루프 안테나

42. 내부 루프 안테나 43. 각형 루프

본 발명은 플라즈마 처리 장치용 안테나 및, 그것을 구비한 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유도 결합형 플라즈마 처리 장치내에서 플라즈마가 전체적으로 균일하게 발생할 수 있도록 하는 플라즈마 처리 장치용 안테나 및, 그것을 구비한 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.

시료를 건식 에칭하거나 또는 화학 증기 증착(CVD) 하는 공정은 종종 플라즈마 방전 상태하에서 이루어지게 되는데, 이를 위해서 플라즈마 처리 장치가 제공된다. 플라즈마 처리 장치는 시료를 진공 챔버내에 배치시키고, 진공 챔버내에 공정 가스를 주입시킨 상태에서 유도 안테나를 통해 인가되는 전압에 의해 플라즈마 상태를 형성하는 장치이다. 즉, 플라즈마 처리 장치의 안테나에 RF 전원을 인가하면 플라즈마 처리 장치의 진공 챔버내에는 시간에 따라 변화하는 유도 자기장이 형성되고, 유도된 자기장에 의해서 유도 전기장이 발생하며 유도 전기장의 전자가 챔버내의 중성 기체와 충돌하여 플라즈마가 발생되는 것이다. 시료는 예를 들면 유기 EL 이나 LCD 의 기판등일 수 있다.

도 1 에 도시된 것은 통상적인 플라즈마 처리 장치에 대한 개략적인 구성도이다.

도면을 참조하면, 플라즈마 처리 챔버(1)의 상부에는 유전체로 형성된 덮개(5)가 덮혀있고, 챔버(1)의 내측에는 하부 전극(6)이 설치되어 있다. 챔버(1) 의 일측에는 가스 주입구(10)가 형성되며, 다른 일측에는 진공 배기구(9)가 형성되어 있다. 진공 챔버(1)는 상기 진공 배기구(9)와 연결된 진공 펌프를 이용하여 진공 챔버(1)를 진공 상태로 만든 후에, 가스 주입구(10)를 통해 공정 가스를 주입하게 된다. 유전체 덮개(5)의 상부에는 유도 안테나(4)가 배치된다. 유도 안테나(4)는 RF 전원 공급기(2)로부터 인가된 RF 전력을 RF 정합 회로(3)를 통해 공급받게 된다. 시료 기판(7)은 하부 전극(6)의 상부에 놓이게 된다. 유도 안테나(4)와 하부 전극(6)에 전압이 인가되면 챔버(1)내에 플라즈마 상태가 발생하며, 그에 따라서 시료 기판(7)이 처리될 수 있다.

위와 같은 플라즈마 처리 장치에서 사용되는 안테나는 나선형 또는 루프형으로 형성될 수 있다. 또한 나선형 또는 루프형 안테나는 단독 직렬로 사용되거나 혹은 다중 병렬로 사용될 수 있다. 단독의 안테나로 또는 다중의 안테나로 사용될 것인가의 여부는 처리되는 시료의 면적에 따라서 결정되는데, 면적이 큰 시료를 처리할 경우에는 다중의 안테나로 구성된다.

플라즈마 처리 장치에서 발생된 플라즈마를 처리 공정에 적용시키기 위해서는 시료의 면적 이상으로 플라즈마의 밀도가 균일해야만 한다. 만일 플라즈마의 밀도가 국부적으로 낮아지거나 높아지면 전체적인 플라즈마의 균일도가 깨어질 수 있으며, 이는 처리 공정에 부정적인 영향을 미치게 된다. 실제에 있어서, 공정 면적이 넓은 경우에 종래의 안테나에서 발생된 플라즈마는 국부적인 밀도 차이가 존재하게 된다.

도 2a 및, 도 2b 에 도시된 것은 도 1 을 참조하여 설명된 플라즈마 처리 장 치에 설치될 수 있는 통상적인 나선형 안테나와 루프형 안테나에 대한 개략적인 평면도이다.

도 2a 를 참조하면, 단독의 나선형 안테나(21)는 중심부(22)로부터 외부(23)로 90 도의 각도로 전개된 나선형을 가지게 된다. 또한 도 2b 를 참조하면, 단독의 사각형 루프 안테나가 도시되어 있다. 사각형 루프 안테나는 4 개의 변(24)이 사각형을 형성하고 있다.

도 2a 에 도시된 단독 나선형 안테나의 경우에는 안테나의 중심부에 대응하는 부분에서 플라즈마의 밀도가 전체적인 밀도에 비해서 높아지는 경향이 있다. 이는 나선형으로 전개되는 안테나의 형상에 기인하여 RF 전력으로부터 유도되는 자기장 및, 전기장이 중심 부분에 집중되기 때문이다. 또한 도 2b 의 경우에는 루프의 변(24)이 상대적으로 긴 경우에 안테나의 코너 부분(25)에서 플라즈마의 밀도가 높아지고, 루프의 변이 상대적으로 짧은 경우에는 안테나의 중심 부분(26)에서 플라즈마의 밀도가 높아진다. 이도 또한 안테나의 형상이 코너 부분(25) 또는 중심 부분(26)에서 유도 자기장 및, 전기장을 집중시키기 때문이다.

도 3a 내지 도 3c 에 도시된 것은 다중의 안테나를 도시한 것이다.

도 3a 에 도시된 것은 다중의 나선형 안테나를 도시한 것으로서, 도 2a 에 도시된 단독형 안테나(31,32,33,34)가 4 개 인접하게 배치됨으로써 형성된 것이다. 또한 도 3b 에 도시된 것은 2 줄의 안테나 선(35,36)이 중심으로부터 외부로 90 도의 각도로 전개됨으로써 형성된 것이다. 도 3c 에 도시된 것은 다중 루프형 안테나로서, 사각형의 외측 및, 내측 루프 안테나(37,38)가 내측과 외측에 각각 배치됨으 로써 형성된 것이다.

도 3a 내지 도 3c 에 도시된 다중 나선형 및, 루프형 안테나는 대면적의 시료 기판을 가공하는데 적용되는데, 이러한 다중형 안테나에서도 플라즈마 밀도가 국부적으로 높아지거나 또는 낮아지는 현상이 발생한다. 특히 도 3c 에 도시된 다중 루프형 안테나에서는, 내부 안테나와 외부 안테나 사이의 거리가 변과 코너에서 서로 다르기 때문에, 변의 중심부와 코너의 밀도가 다른 부분에 비해서 낮거나 높게 된다. 즉, 코너부에서는 안테나 사이의 거리가 상대적으로 멀어지게 되며, 따라서 그에 대응하는 챔버내에서는 플라즈마 밀도가 낮아지는 현상이 발생한다. 이러한 현상은 통상적인 안테나를 적용한 플라즈마 처리 장치에서 균일한 플라즈마 처리가 곤란하다는 문제점을 초래한다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 개선된 플라즈마 처리 장치용 안테나를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 플라즈마의 밀도가 균일하게 형성되는 플라즈마 처리 장치용 안테나를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 플라즈마의 밀도가 균일하게 형성됨으로써 시료 기판의 처리 품질이 개선될 수 있는 안테나를 구비한 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 사각형의 외부 루프 안테 나와; 상기 사각형 외부 루프 안테나의 내측에 배치되며 코너부의 일부가 외측으로 돌출되도록 변형되어 형성된 루프를 구비하는 사각형의 내부 루프 안테나;를 구비하는 플라즈마 처리 장치용 안테나가 제공된다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 루프는 각형으로 형성된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 루프는 곡선형으로 형성된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 코너부에서 내부 루프 안테나와 외부 루프 안테나 사이의 거리는, 코너부가 아닌 다른 부분에서 내부 루프 안테나와 외부 루프 안테나 사이의 거리와 근접하도록 형성된다.,

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 내부 루프 안테나와 외부 루프 안테나는 RF 전원 공급기에 병렬로 연결된다.

또한 본 발명에 따르면, 일측에 공정 가스 주입구와 진공 배기구 형성된 진공 챔버와; 상기 진공 챔버를 덮는 유전체 덮개와; 상기 진공 챔버내에 배치된 것으로 그 위에 시료가 놓이게 되는 하부 전극과; 상기 유전체 덮개의 상부에 설치되며, 사각형의 외부 루프 안테나 및, 상기 사각형 외부 루프 안테나의 내측에 배치되며 코너부의 일부가 외측으로 돌출되도록 변형되어 형성된 루프를 구비하는 사각형의 내부 루프 안테나를 구비한 다중 루프형 안테나와; 상기 다중 루프형 안테나에 RF 전압을 인가하기 위한 RF 전원 공급기 및, RF 정합 회로;를 구비하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고하여 보다 상세하게설명하기로 한다.

도 4a 및, 도 4b 에 도시된 것은 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치용 안테나의 제 1 실시예 및, 제 2 실시예에 대한 개략적인 평면도이다.

도 4a 를 참조하면, 플라즈마 처리 장치용 안테나는 사각형의 외부 루프 안테나(41)와, 상기 사각형의 외부 루프 안테나(41)의 내측에 배치되며 코너부에 각형 루프(43)가 돌출 형성된 사각형의 내부 루프 안테나(42)를 구비한다. 사각형의 내부 루프 안테나(42)의 코너부에 형성된 각형 루프(43)는 내부 루프 안테나(42)로부터 그것의 일부로서 연장된 것으로서, 사각형 내부 루프 안테나(42)의 4 코너에 모두 형성된다.

한편, 도 4b 를 참조하면, 플라즈마 처리 장치용 안테나는 사각형의 외부 루프 안테나(46)와, 상기 사각형 외부 루프 안테나(46)의 내측에 배치되며 코너부에 곡선형 루프(48)가 돌출 형성된 사각형의 내부 루프 안테나(47)를 구비한다. 사각형의 내부 루프 안테나(47)의 코너부에 형성된 원형 루프(48)는 내부 루프 안테나(47)로부터 연장된 것으로서, 사각형 내부 루프 안테나(47)의 4 코너에 모두 형성된다.

상기와 같이 형성된 내부 루프 안테나(42,47)와 외부 루프 안테나(41,46)는 전원에 대하여 병렬로 연결되어 RF 전원이 인가된다. RF 전원이 인가되면 챔버내에 수직으로 자기장이 형성되고 다시 전기장이 유도된다. 코너부에서는 내부 루프 안테나가 변형되어 있으므로 다른 부분과 유사한 강도의 자기장이 형성될 수 있으며, 따라서 전체적인 플라즈마 밀도는 균일하게 될 수 있다.

이와 같이 사각형의 내부 루프 안테나와 사각형의 외부 루프 안테나를 함께 구비하고, 사각형 내부 루프 안테나의 코너에서 안테나의 일부를 변형시킴으로써 국부적으로 플라즈마의 밀도가 저하되는 현상을 방지할 수 있다. 즉, 도 3c 에 도시된 다중 루프형 안테나의 코너에서는 내부 루프 안테나(38)와 외부 루프 안테나(37) 사이의 거리가 다른 부분에 비해서 멀기 때문에 유도 자기장의 강도가 약화되며, 따라서 그에 대응하는 부분에서의 플라즈마 밀도가 감소하게 된다.

이에 반하여, 도 4a 및, 도 4b 에 도시된 루프 안테나의 경우에는 코너부에서 각형 루프(43) 또는 원형 루프(48)를 형성함으로써, 코너부에서 내부 루프 안테나와 외부 루프 안테나 사이의 거리는, 코너부가 아닌 다른 부분에서 내부 루프 안테나와 외부 루프 안테나 사이의 거리와 상당히 유사하게 된다. 여기서 루프 안테나들 사이의 거리는 내부 또는 외부 루프 안테나에서 가장 근접한 다른 루프 안테나의 일 지점에 대한 길이를 의미한다. 따라서 코너부에서의 유도 자기장의 강도는 전체적으로 균일하게 되고, 그러므로 플라즈마 밀도가 균일하게 형성될 수 있다.

도 4a 및, 도 4b 에 도시된 다중 루프 안테나는 도 1 을 참조하여 설명된 플라즈마 처리 장치에 장착될 수 있다. 도 1 을 참조하여 설명된 바와 같이, 플라즈마 처리 장치는 일측에 공정 가스 주입구(10)와 진공 배기구(9)가 형성된 진공 챔버(10)와, 상기 진공 챔버(10)를 덮는 유전체 덮개(5)와, 상기 진공 챔버(1)내에 배치된 것으로 그 위에 시료가 놓이게 되는 하부 전극(6)과, 상기 유전체 덮개(5)의 상부에 설치되는 본 발명에 따른 다중 루프형 안테나와, 상기 다중 루프형 안테나에 RF 전압을 인가하기 위한 RF 전원 공급기(2) 및, RF 정합 회로(3)를 구비한다. 도시되지 않은 전원 공급기가 하부 전극(6)에 전원을 공급하게 된다. 이와 같 은 플라즈마 처리 장치에서는 다중 루프형 안테나가 도 4a 및, 도 4b 에 도시된 바와 같이 형성되므로 균일한 플라즈마 밀도가 형성되며, 그에 따라서 플라즈마 처리된 시료의 품질의 균질성 및, 안정성이 향상된다.

본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치용 안테나는 다중 루프형 안테나로서 내부 루프 안테나의 모서리부에서 돌출 변형된 사각형 또는 원형의 루프가 플라즈마의 발생시에 전체적인 플라즈마 밀도를 균일하게 하는 장점이 있다. 따라서 그러한 플라즈마 빌도의 균일성에 기인하여 플라즈마 처리의 품질이 향상될 수 있다.

Claims (7)

1. 사각형의 외부 루프 안테나와;

   상기 사각형 외부 루프 안테나의 내측에 배치되며 코너부의 일부가 외측으로 돌출되도록 변형되어 형성된 루프를 구비하는 사각형의 내부 루프 안테나;를 구비하는 플라즈마 처리 장치용 안테나.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 루프는 각형으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치용 안테나.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 루프는 곡선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치용 안테나.
4. 제 1 항 내지 제 3 항의 어느 한 항에 있어서,

   상기 코너부에서 내부 루프 안테나와 외부 루프 안테나 사이의 거리는, 코너부가 아닌 다른 부분에서 내부 루프 안테나와 외부 루프 안테나 사이의 거리와 근접하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치용 안테나.
5. 제 1 항 내지 제 3 항의 어느 한 항에 있어서,

   상기 내부 루프 안테나와 외부 루프 안테나는 RF 전원 공급기에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치용 안테나.
6. 일측에 공정 가스 주입구와 진공 배기구 형성된 진공 챔버와;

   상기 진공 챔버를 덮는 유전체 덮개와;

   상기 진공 챔버내에 배치된 것으로 그 위에 시료가 놓이게 되는 하부 전극과;

   상기 유전체 덮개의 상부에 설치되며, 사각형의 외부 루프 안테나 및, 상기 사각형 외부 루프 안테나의 내측에 배치되며 코너부의 일부가 외측으로 돌출되도록 변형되어 형성된 루프를 구비하는 사각형의 내부 루프 안테나를 구비한 다중 루프형 안테나와;

   상기 다중 루프형 안테나에 RF 전압을 인가하기 위한 RF 전원 공급기 및, RF 정합 회로;를 구비하는 플라즈마 처리 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 코너부에서 내부 루프 안테나와 외부 루프 안테나 사이의 거리는, 코너부가 아닌 다른 부분에서 내부 루프 안테나와 외부 루프 안테나 사이의 거리와 근접하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.

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