KR100635228B1

KR100635228B1 - 플라즈마 처리장치

Info

Publication number: KR100635228B1
Application number: KR1020050030278A
Authority: KR
Inventors: 이영종; 최준영; 김춘식; 이창근; 손형규
Original assignee: 주식회사 에이디피엔지니어링
Priority date: 2005-04-12
Filing date: 2005-04-12
Publication date: 2006-10-17

Abstract

본 발명은 진공 상태의 챔버 내부에 플라즈마를 발생시켜 기판에 대하여 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.

본 발명은, 챔버 내부에 플라즈마를 발생시켜서 기판에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 챔버 내부에 전기장을 형성시키는 상부 전극 및 하부 전극; 상기 챔버 내부에 공정 가스를 공급하는 가스 공급부; 상기 챔버 내부의 압력을 조절하는 압력조절 펌프;를 포함하여 구성되며, 상기 하부 전극은, 전극 플레이트, 쿨링(cooling) 플레이트, 절연 플레이트, 베이스(base) 플레이트가 순차적으로 적층되어 형성되며, 상기 하부 전극에는, 상기 절연 플레이트 및 베이스 플레이트를 두께 방향으로 관통하여 형성되는 냉각가스 공급공 및 상기 냉각가스 공급공에 삽입되어 마련되며 곡선 형태의 냉각가스 공급로를 제공하는 냉각가스 패스 로드(path road)로 구성되어, 상기 냉각 플레이트에 냉각 가스를 공급하는 냉각가스 공급부;가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치를 제공한다.

Description

플라즈마 처리장치{APPARATUS FOR PROCESSING SUBSTRATE WITH PLASMA}

도 1은 플라즈마 처리장치의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 2는 종래의 하부전극의 구조를 나타내는 부분 단면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탑재대 및 냉각가스 공급부의 구조를 나타내는 부분 단면도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각가스 패스 로드의 구조를 나타내는 사시도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각가스 도입판의 분리 사시도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 플라즈마 처리장치

10 : 챔버 20, 120 : 탑재대

30 : 승강부재 40 : 가스 공급계

50 : 전계 발생계 60 : 배기계

70 : 온도 센서 21, 121 : 전극 플레이트

22, 122 : 쿨링 플레이트 23, 123 : 절연 플레이트

24, 124 : 베이스 플레이트 25, 182 : 냉각가스 공급공

180 : 본 실시예에 따른 냉각가스 공급부

184 : 냉각가스 패스 로드 186 : 냉각가스 도입판

일반적으로 반도체, 엘시디(LCD) 기판 등의 처리에는, 진공 분위기에서 플라즈마를 이용하여 기판에 대하여 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치가 많이 사용된다.

도 1은 종래의 플라즈마 처리장치의 내부 구조를 나타내는 단면도이다. 이하에서는 도 1을 참조하여 상술한 플라즈마 처리장치의 구조를 설명한다.

플라즈마 처리장치는 그 내부를 진공분위기로 형성시킬 수 있는 챔버(10); 챔버(10) 내에 설치되고, 기판(12)을 탑재하는 탑재면을 갖는 탑재대(20); 탑재대(20)에 탑재된 기판(12)을 승강할 수 있도록 탑재대(20) 소정부분에 형성되는 기판 승강부재(30); 챔버(10)에 처리가스를 공급하는 가스 공급계(40); 공급된 처리 가스를 플라즈마화하기 위한 전계를 발생시키는 전계 발생계(50); 기판(12)을 처리한 후 처리가스를 배출하거나 챔버(10) 내부를 진공분위기로 형성시키기 위한 배기계(60);를 포함한다.

먼저 챔버(10)는 챔버 내부를 외부와 차단시켜서 챔버 내의 분위기를 진공으 로 형성시킬 수 있는 구조를 가진다. 그리고 챔버(10) 내부에는 기판(12)에 소정의 처리를 실시하기 위한 여러가지 구성요소가 구비된다.

먼저 챔버(10) 내부 중 하부에는 기판(12)이 탑재되는 탑재대(20)가 구비되는데, 탑재대(20)의 상부면에는 기판(12)과 접촉되는 탑재면(도면에 미도시)이 형성된다. 그 탑재면에는 그 가장자리 영역에 소정 간격으로 다수개의 기판 승강부재(30)가 구비된다. 즉, 탑재대(20)에 탑재된 기판(12)의 가장자리를 지지하도록, 탑재대(20)를 관통하여 형성된 다수개의 관통공(22)을 통과하도록 다수개의 기판 승강부재(30)를 구비시켜, 기판 승강부재(30)가 그 관통공(22)을 따라 상승 및 하강 하면서 기판(12)을 들어올리거나 탑재대(20)에 위치시키는 역할을 하게 된다.

이때 기판 승강부재(30)는 하나의 탑재대(20)에 다수개가 구비되지만, 다수개의 기판 승강부재(30)가 동시에 상승하거나 하강하여야 한다. 따라서 탑재대(20)의 하측에 다수개의 기판 승강부재(30) 전체와 결합되는 승강부재 결합부(32)가 마련되고, 이 승강부재 결합부(32)를 상승 및 하강 시킴으로써 다수개의 기판 승강부재(30)가 동시에 상승 및 하강하게 된다.

다음으로 플라즈마 처리장치에는 챔버(10) 내부로 처리가스를 공급하는 가스 공급계(40)가 구비되는데, 가스 공급계(40)는 챔버(10) 내부로 균일하게 처리가스를 공급하기 위하여 그 내부에 확산판, 상부 샤워헤드, 하부 샤워헤드 등의 세부 구성요소가 더 구비되기도 한다.

그리고 가스 공급계(40)에 의하여 공급된 처리가스를 플라즈마화 하기 위하여 필요한 전계를 발생시키는 전계 발생계(50)가 마련된다. 전계 발생계(50)는 일 반적으로 상부 전극 및 탑재대으로 이루어지는데, PE(Plasma Enhanced) 방식의 플라즈마 처리장치에서는 탑재대(20)가 하부전극의 역할을 하며, 상부 전극은 가스 공급계의 역할을 겸한다. 이때 탑재대인 하부전극(20)은 챔버의 벽에 접지되며, 상부 전극(50)에는 RF 전력이 인가된다. 반대로 RIE(Reactive Ion Etching) 방식의 플라즈마 처리장치에서는 하부 전극인 탑재대(20)에 RF 전력이 인가되고, 상부 전극(50)이 접지된다.

다음으로 챔버(10)의 소정 부분에는 기판(12)에 대한 처리에 이미 사용된 처리 가스와 그 부산물 등을 제거하는 배기계(60)가 더 구비된다. 물론 이 배기계(60)는 챔버(10) 내부를 진공분위기로 형성시키기 위하여 챔버(10) 내부의 기체를 배기하는 경우에도 사용된다.

상술한 플라즈마 처리장치에 기판(12)을 반입하는 경우에는 플라즈마 처리장치의 외부에 마련되어 있는 기판 반송장치(도면에 미도시)에 의하여 기판(12)이 탑재대(20) 상부로 반송되면, 상술한 기판 승강부재(30)가 상승하여 기판 반송장치에 놓여 있는 기판(12)을 들어올리고, 자유로워진 기판 반송장치가 챔버(10) 밖으로 나간다. 그리고 나서 기판 승강부재(30)가 하강하면서 기판(12)을 탑재대(20) 중 기판이 위치될 탑재면에 위치시킨다.

그리고 기판(12)을 반출하는 경우에는, 먼저 기판 승강부재(30)를 상승시켜서 기판(12)을 탑재대(20)로부터 소정 높이 만큼 들어올린다. 그리고 나서 챔버(10) 외부에 마련되어 있는 기판 반송장치가 기판(12) 하부로 들어오면 기판 승강부재(30)를 하강시켜서 기판(12)을 기판 반송장치로 넘겨준다. 그러면 기판(12)을 넘겨 받은 기판 반송장치가 기판(12)을 챔버(10) 외부로 반출하는 것이다.

전술한 플라즈마 처리장치(1)에서는, 플라즈마 에칭 등의 드라이 애칭 처리에 있어서는, 플라즈마의 복사열에 의하여 기판이 과열되고, 기판이 열 손상을 입을 가능성이 있다. 또한 플라즈마 처리장치에서는 기판 온도에 따라 기판의 처리정도가 달라진다. 따라서 이 플라즈마 처리장치에는 처리되는 기판의 온도를 정확하게 측정하고, 이 온도를 조정하기 위하여 온도 센서가 설치된다.

이 온도 센서(70)는 기판이 탑재되는 탑재대(20)의 하부에서 상부로 소정 깊이로 형성되는 온도 센서 삽입홈(72)에 삽입되어 마련된다. 이때 플라즈마 처리장치(1)에서는 이 온도 센서(70)로, 넓은 온도 범위에서 안정된 출력을 제공하고, 소폭의 온도 범위에서 정확하게 온도를 측정할 수 있는 RTD(Resistance Temperature Detector) 온도 센서를 사용한다.

이 RTD 온도 센서는 전기적 신호에 민감하므로 온도 센서 삽입홈(72) 내벽에는 온도 센서(70)를 탑재대(20)로부터 절연시키기 위하여 절연 덮개(74)가 마련된다. 이 절연덮개(74)는 온도 센서(70)를 둘러싸도록 마련된다. 그리고 이 절연 덮개(74)와 온도 센서(70) 사이의 공간에는 온도 측정의 안정성을 위하여 산화 마그네슘(MgO) 페이스트가 채워진다.

그리고 플라즈마 처리장치에 있어서 전술한 탑재대(20)는 도 2에 도시된 바와 같이, 전극 플레이트(21), 쿨링(cooling) 플레이트(22), 절연 플레이트(23), 베이스(base) 플레이트(24)가 순차적으로 적층되어 형성된다. 이때 이 쿨링 플레이트(22)는 공정 진행 중에 전극 플레이트(21)가 과도하게 가열되어 그 상부면에 놓여 진 기판(12)이 손상되는 것을 방지하기 위하여 전극 플레이트(21)를 냉각시키는 역할을 한다. 따라서 이 쿨링 플레이트(22)에는 전극 플레이트(21)의 냉각을 위한 냉각 가스가 공급되어야 하므로, 이 탑재대(20)에는 도 2에 도시된 바와 같이, 절연 플레이트(23) 및 베이스 플레이트(24)의 소정 부분을 관통하여 냉각가스 공급공(25)이 마련된다. 그리고 이 냉각가스 공급공(25)의 하측에는 플라즈마 처리장치(1)의 외부에 마련되는 냉각가스 공급장치(도면에 미도시)에 연결되는 배관(26)의 일단이 연결된다. 그리고 이 배관(26)의 일단을 고정시키는 고정판(27)이 배치된다.

그런데 종래에는 이 냉각가스 공급공(25)이 그냥 뚤려 있는 형태이므로 상측의 전극 플레이트(21)와 하측의 고정판(27)에 의하여 적당한 거리를 두고 서로 마주보는 전극 형태가 형성되고, 그 사이의 공간에 일정한 압력의 기체가 채워진 상태가 이루어진다. 이때 전극 플레이트(21)에는 고압의 전원이 인가되고, 고정판(27)은 접지되므로 이 냉각가스 공급공(25) 내에서 방전이 발생하는 문제점이 있다. 즉, 종래의 냉각가스 공급공(25)은 방전이 발생하기 쉬운 구조를 가지고 있었으므로 그 내부에서 많은 방전이 발생하여 기판 처리 공정에 영향을 주는 심각한 문제점이 있는 것이다.

본 발명의 목적은 방전 현상이 발생하지 않는 냉각가스 공급부가 마련되는 플라즈마 처리장치를 제공함에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 챔버 내부에 플라즈마를 발생시켜서 기판에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 챔버 내부에 전기장을 형성시키는 상부 전극 및 하부 전극; 상기 챔버 내부에 공정 가스를 공급하는 가스 공급부; 상기 챔버 내부의 압력을 조절하는 압력조절 펌프;를 포함하여 구성되며,

상기 하부 전극은, 전극 플레이트, 쿨링(cooling) 플레이트, 절연 플레이트, 베이스(base) 플레이트가 순차적으로 적층되어 형성되며, 상기 하부 전극에는, 상기 절연 플레이트 및 베이스 플레이트를 두께 방향으로 관통하여 형성되는 냉각가스 공급공 및 상기 냉각가스 공급공에 삽입되어 마련되며 곡선 형태의 냉각가스 공급로를 제공하는 냉각가스 패스 로드(path road)로 구성되어, 상기 냉각 플레이트에 냉각 가스를 공급하는 냉각가스 공급부;가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치를 제공한다.

이때 냉각가스 패스 로드는, 절연체로 이루어지도록 함으로써, 각 냉각가스 공급로의 단면 구조에는 냉각가스가 마주보는 전극 사이가 아닌 전극과 절연체 사이에 위치되는 구조를 취하도록 하여 방전을 방지하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서는, 냉각가스 패스 로드를, 나선형 냉각가스 공급로를 제공하는 스파이럴(spiral) 패스 로드로 마련함으로써, 냉각가스가 통과하는 경로를 길게함으로써, 전극 사이의 가상 거리가 길어지게 하여 방전을 방지시키는 것이 바람 직하다.

또한 본 발명에서는, 냉각가스 공급부에, 냉각가스 공급공 및 냉각가스 패스 로드의 하부에 접촉되어 마련되며, 상기 냉각가스 패스 로드에 연통되는 냉각가스 도입로를 제공하는 냉각가스 도입판이 더 마련되도록 함으로써, 냉각가스 도입 경로를 더욱 길게 하여 방전을 방지하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서는, 냉각가스 도입판을, 판상의 냉각가스 도입판재;와, 그 하면 측부에 마련되는 냉각가스 도입공;과 그 상면 중앙부에 마련되는 냉각가스 배출공;과 상기 냉각가스 도입공과 냉각가스 배출공을 곡선으로 연통시키는 연결로;을 포함하여 구성되도록 함으로써, 그 가공이 용이하도록 하며 방전을 방지하는 것이 바람직하다.

이때 냉각가스 도입판재는, 절연체로 형성되도록 함으로써, 전극이 서로 마주보는 형태를 피하는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 일 실시예를 상세하게 설명한다.

본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치도 전술한 종래의 플라즈마 처리장치(1) 와 전체적으로 동일한 구조 및 기능을 가진다. 따라서 여기에서 각 구성요소들을 반복하여 설명하지는 않는다.

다만, 본 실시예에서는 하부 전극인 탑재대(120)에 마련되는 냉각가스 도입부(180)가 종래와 상이하므로 이를 중심적으로 설명한다. 우선 본 실시예에 따른 냉각가스 공급부(180)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 냉각가스 공급공(182) 및 냉각가스 패스 로드(path road, 184)를 포함하여 구성된다.

여기에서 냉각가스 공급공(182)은 절연 플레이트(123)와 베이스 플레이트(124)를 관통하여 형성된며, 소정 공간을 형성한다.

한편 냉각가스 패스 로드(184)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 전술한 냉각가스 공급공(182)에 삽입될 수 있는 크기의 직경 및 길이를 가지는 원통형으로 형성되며, 그 내부 또는 외부에 냉각가스가 통과할 수 있는 냉각가스 공급로(184a)가 형성된다. 이때 본 실시예에서는 이 냉각가스 공급로(184a)는 곡선주로로 마련된다. 이렇게 냉각가스 공급로(184a)가 곡선주로로 마련되는 경우에는 냉각가스가 통과하는 경로가 길어지므로, 전극과 전극 사이의 가상 거리가 길어지므로 방전현상이 감소하는 장점이 있다. 본 실시예에서는 이 냉각가스 공급로(184a)를 도 4에 도시된 바와 같이 냉각가스 패스 로드(184)의 외주면을 따라 나선형으로 형성되는 스파이럴(spiral) 패스 로드로 형성시킨다.

또한 본 실시예에서는 이 냉각가스 패스 로드(184)를 절연체로 형성시킨다. 이렇게 냉각가스 패스 로드(184)를 절연체로 형성시키는 경우에는 냉각가스가 통과하는 냉각가스 공급로(184a)의 상하부가 모두 절연체이거나 적어도 어느 한부분은 절연체이므로 전극이 마주보는 상태에서 냉각가스가 존재하는 가능성이 없어진다. 따라서 냉각가스의 도입과정에서 방전현상이 발생할 가능성이 원천적으로 사라지는 장점이 있다.

그리고 본 실시예에 따른 냉각가스 공급부(180)에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 냉각가스 도입판(186)이 더 마련되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서 이 냉각가스 도입판(186)은, 냉각가스 공급공(182) 및 냉각가스 패스 로드(184)의 하부에 접촉되어 마련되며, 냉각가스 패스 로드(184)를 고정시키고, 냉각가스 패스 로드(184)에 연통되는 냉각가스 도입로를 제공하는 역할을 한다. 이 냉각가스 도입판(186)은 냉각가스 도입판재(186a); 냉각가스 도입공(186b); 냉각가스 배출공(186c); 연결로(186d);로 구성된다. 냉각가스 도입판재(186a)는 도 3에 도시된 바와 같이 냉각가스 공급공(182)의 하부를 막을 수 있을 정도의 면적을 가지는 판재 형상으로 마련된다. 그리고 이 냉각가스 도입판재(186a)의 양 측부에는 이 냉각가스 도입판재(186a)를 베이스 플레이트(124)에 고정시킬 수 있도록 고정 볼트(128)가 결합되는 고정 볼트공이 형성된다. 다음으로 냉각가스 도입공(186b)은 상기 냉각가스 도입판재(186a)의 하면에 형성되며, 외부에서 냉각가스가 처음으로 도입되는 곳이다. 본 실시예에서 이 냉각가스 도입공(186b)은 냉각가스 도입판재(186a)의 중앙 영역에서 벗어난 측부 영역에 형성된다. 그리고 냉각가스 배출공(186c)은 냉각가스 도입판재(186a)로 유입된 냉각가스가 배출되는 곳이다. 본 실시예에서는 이 냉각가스 배출공(186c)이 냉각가스 도입판재(186a)의 상면 중앙 영역에 형성된다. 다음으로 연결로(186d)는 전술한 냉각가스 도입공(186b)의 상단과 냉각가스 배출공 (186c)의 하단을 연결하여 연통시키되, 곡선 주로로 연결시켜 냉각가스가 통과하는 경로를 길게하여 방전을 방지하는 것이 바람직하다.

한편 본 실시예에서는 이 냉각가스 도입판(186)의 가공을 용이하게 하기 위하여 냉각가스 도입판(186)을 도 5에 도시된 바와 같이, 상하 2개의 판재로 각각 형성시키는 방식도 개시한다. 이 경우에는 상부 판재(186aa)에 냉각가스 배출공(186c)만을 형성시킨다. 그리고 하부 판재(186ab)에 냉각가스 도입공(186b)과 연결로(186d)를 형성시킨다. 이때 연결로(186d)는 하부 판재(186ab)의 상면에 형성된다. 그리고 이 냉각가스 도입판(186)을 베이스 플레이트(124)에 고정시키는 경우에는 상하 양 판재를 겹쳐서 고정시킨다. 이때 이 상하 판재 사이에는 밀봉을 위하여 O-링(도면에 미도시)이 개재되는 것이 바람직하다.

한편 상부 판재(186aa)는 방전을 방지하기 위하여 절연체로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 냉각가스가 도입되는 냉각가스 도입부(180)에 절연체로 이루어진 냉각가스 패스 로드(184)와 냉각가스 도입판(186)을 구비시킴으로써, 전극이 서로 마주보는 구조를 회피하여 냉각가스에 의하여 방전이 발생할 수 있는 가능성을 원천적으로 방지하는 장점이 있다. 또한 본 발명에서는 냉각가스가 통과하는 경로를 길게하여 전극과 전극 사이의 가상적인 거리를 길게하여 방전발생을 방지할 수 있는 장점이 있다.

Claims

챔버 내부에 플라즈마를 발생시켜서 기판에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서,

상기 챔버 내부에 전기장을 형성시키는 상부 전극 및 하부 전극;

상기 챔버 내부에 공정 가스를 공급하는 가스 공급부;

상기 챔버 내부의 압력을 조절하는 압력조절 펌프;를 포함하여 구성되며,

상기 하부 전극은,

전극 플레이트, 쿨링(cooling) 플레이트, 절연 플레이트, 베이스(base) 플레이트가 순차적으로 적층되어 형성되며,

상기 전극에는, 상기 절연 플레이트 및 베이스 플레이트를 두께 방향으로 관통하여 형성되는 냉각가스 공급공 및 상기 냉각가스 공급공에 삽입되어 마련되며 곡선 형태의 냉각가스 공급로를 제공하는 냉각가스 패스 로드(path road)로 구성되어, 상기 냉각 플레이트에 냉각 가스를 공급하는 냉각가스 공급부;가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
제1항에 있어서, 상기 냉각가스 패스 로드는,

절연체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
제2항에 있어서, 상기 냉각가스 패스 로드는,

나선형 냉각가스 공급로를 제공하는 스파이럴(spiral) 패스 로드인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
제3항에 있어서, 상기 냉각가스 공급부에는,

상기 냉각가스 공급공 및 냉각가스 패스 로드의 하부에 접촉되어 마련되며, 상기 냉각가스 패스 로드에 연통되는 냉각가스 도입로를 제공하는 냉각가스 도입판이 더 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
제4항에 있어서, 상기 냉각가스 도입판은,

판상의 냉각가스 도입판재;와, 그 하면 측부에 마련되는 냉각가스 도입공;과 그 상면 중앙부에 마련되는 냉각가스 배출공;과 상기 냉각가스 도입공과 냉각가스 배출공을 곡선으로 연결하여 연통시키는 연결로;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
제5항에 있어서, 상기 냉각가스 도입판재는,

절연체로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.