KR100638059B1 - 플라즈마 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공 분위기의 챔버 내에 플라즈마를 형성시켜 피처리물에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 챔버내 하부 영역에 베이스 플레이트와 절연부재와 쿨링 플레이트와 하부전극이 순차적으로 적층되어 마련되는 전극부; 상기 전극부의 소정 부분을 다수 관통하여 배열되는 리프트 핀 구멍에 각각 구비되며, 상기 피처리물을 상기 전극부에 내려놓거나, 들어올리는 다수개의 리프트 핀; 상기 하부전극과 쿨링 플레이트의 접촉면에 서로 접한 상태로 구비되며, 각각의 리프트 핀에 삽입되도록 마련되는 상, 하부 결합구; 상기 상, 하부 결합구에 개재되어 각각의 리프트 핀의 외주면에 접한 상태로 리프트 핀 구멍의 기밀을 유지하는 기밀유지부재;를 포함하며, 상기 하부 결합구에는 그 하부 영역에 형성되어 리프트 핀의 승강시 기밀유지부재의 마모를 방지할 수 있도록 윤활제가 도포되는 윤활제 위치턱이 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.

플라즈마 처리장치, 전극부, 리프트 핀, 상, 하부결합구, 기밀유지부재, 그리스(Grease)

Description

플라즈마 처리장치{Apparatus for processing substrate with plasma}

도 1은 종래의 플라즈마 처리장치를 개략적으로 도시한 측단면도이다.

도 2는 도 1의 "A" 부분인 전극부 일측을 확대 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 플라즈마 처리장치의 전극부 일측을 확대 도시한 단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

114 : 전극부 122a, 120a : 상, 하부 결합구

120b : 윤활제 위치턱 124 : 리프트 핀(Lift pin)

G : 진공 그리스(Grease) H : 주입관로

O : 기밀유지부재

본 발명은 진공 상태의 챔버 내에 플라즈마를 형성시켜 피처리물에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.

상술한 반도체 웨이퍼 또는 액정 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 과정을 설명하면 우선, 기판 수납 장치(이하 "카세트"라 칭함)에 다수 적재된 반도체 웨이 퍼 또는 액정기판(이하 "기판"이라 칭함)을 운송 로봇에 의해 반입 또는 반출시키되 진공과 대기압을 순환하는 로드락 챔버(Load Lock Chamber) 내로 반입시키고 상기 로드락 챔버의 내부가 진공상태가 되도록 펌핑(Pumping)을 실시하여 진공으로 만들고 난 다음, 이송수단을 작동시켜 기판을 반송 챔버(Transfer Chamber)로 이동시킨다.

기판이 이송된 반송 챔버는 진공 상태를 유지하는 다수의 공정 챔버(Process Chamber)와 연통되어 있고, 상기 반송 챔버는 각각의 공정 챔버로 이송수단을 통해 반입, 반출을 실시하며, 여기서 각각의 공정 챔버로 반입된 기판은 하부 전극의 상부에 위치된 적재대 상에 놓이게 되며, 상부 전극 하부에 형성된 미세 구멍을 통해 공정 가스가 유입되고, 유입된 가스로 외부의 전원을 인가받은 상, 하부 전극에 의해 전기 방전을 일으켜 기판의 표면에 플라즈마 공정을 진행하는 것이다.

이와 같은 플라즈마 공정을 진행하는 플라즈마 처리장치는 그 내부에 진공분위기를 형성시킬 수 있는 챔버, 그 챔버 내에 피처리 기판을 지지할 수 있는 지지면을 가지는 적재대, 챔버 내로 처리 가스를 공급하는 가스 공급계, 방전을 통해 그 처리 가스를 플라즈마화하기 위한 전계를 처리실 내에 발생시키기 위한 전계 발생계, 소정의 처리 후에 처리실 내에 존재하는 처리 가스를 제거하는 배기계로 구성된다.

상술한 챔버는 플라즈마 처리장치 내부에서 플라즈마를 형성시키기 위하여 필요한 진공분위기를 형성시킬 수 있도록 플라즈마 처리장치 내부와 외부를 완벽하게 차단할 수 있는 구조를 가진다. 그리고 플라즈마 처리장치의 다른 구성요소들은 그 챔버 내부에 설치된다.

그리고 상술한 가스 공급계는 플라즈마 처리장치에 의해서 피처리 기판에 소정의 처리를 하기 위한 플라즈마 형성에 사용되는 처리 가스를 챔버 내부로 공급하는 구성요소이다. 일반적으로 가스 공급계는 챔버의 상측에 구비되며, 챔버의 상부로부터 처리 가스를 공급받는다. 상술한 가스 공급계는 처리 가스를 챔버 내에 균일하게 공급하기 위하여 그 내부에 여러 가지 확산 기능을 하는 확산부를 포함하고 있다.

다음으로, 기판이 탑재되는 탑재대는 소정의 처리를 위하여 외부에서 반입되는 피처리 기판을 지지하는 구성요소이다. 이러한 탑재대 역할을 하는 하부전극은 챔버 내부의 하측에 설치되며, 피처리 기판을 지지할 수 있는 지지면을 가진다. 여기서, 상술한 하부전극은 피처리 기판을 지지하고, 플라즈마 발생시에 전극으로서의 역할도 하며, 특정한 경우에는 기판을 고정시키기 위하여 정전척이 그 내부에 설치되기도 한다.

다음으로, 전계 발생계는 가스 공급계에 의하여 공급되는 처리 가스를 플라즈마화하기 위하여 필요한 전계를 발생시키는 구성요소이다. 전계 발생계는 기본적으로 전계를 발생시킬 공간의 상하측에 각각 전극이 형성되는 구조이며, 그 전극 중 어느 하나 또는 두 전극에 고주파 전력을 인가하여 전계를 발생시킨다. 일반적으로는 상술한 탑재대가 하부 전극의 역할을 수행하며, 상부 전극은 챔버의 상부에 별도로 설치된다.

다음으로, 배기계는 이미 피처리 기판의 처리에 사용된 처리 가스를 챔버 내 부에서 제거하는 구성요소이다. 일단 피처리 기판의 처리에 한번 사용된 처리 가스는 챔버에서 모두 제거되어 다음 공정에 영향을 미치지 않도록 하는 것이 플라즈마 처리 공정에 오류가 발생하지 않도록 하는 것이므로, 배기계가 처리 가스를 완전하게 배출시키는 것이 중요하다.

이와 같은 종래의 플라즈마 처리장치는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 진공 분위기인 내부에서 공정 처리가 이루어지는 챔버(10)와, 상술한 챔버(10)내 상측에 마련되어 외부의 공정 가스가 유입되는 상부전극(12)과, 상술한 상부전극(12)과 대향된 하측에 마련되어 기판(S)이 상면에 적재되며, 고주파 전원이 인가되는 전극부(14)로 이루어진다.

상술한 전극부는 최하부에 위치된 베이스 플레이트(Base plate : 16)와, 상술한 베이스 플레이트(16) 상부 영역에 적재된 절연부재(18)와, 상술한 절연부재(18) 상부 영역에 적재된 쿨링 플레이트(Cooling plate : 20)와, 상술한 쿨링 플레이트(18)의 상부 영역에 적재된 하부전극(22)이 순차적으로 적층되어 이루어지며, 상술한 전극부(14)의 외벽과 상부 영역 가장자리부에 플라즈마로부터 보호하는 절연판(도면에 미도시) 및 세라믹판(도면에 미도시)이 전극부(14)의 둘레를 감싸도록 한 다음 다수개의 볼트에 의해 상면 가장자리부와 측면 및 저면에서 각각 체결된다.

여기서, 도면에는 도시하지 않았지만 상술한 상부전극(12)의 하부 영역과 전극부의 하부전극 상부 영역에는 정전척(ESC : Electric Static Charge)이 마련되어 상술한 정전척의 정전기력에 의해 전극 상에 기판(S)을 흡착시킨다.

상술한 상부전극(12)과 전극부(14)에는 외부의 운송수단(도면에 미도시)에 반입된 기판(S)을 받기 위해서 상승하고 공정 처리된 기판(S)을 운송수단의 진입 위치까지 상승케 하는 리프트 핀(24)이 전극부(14)의 가장자리를 따라 두께 방향으로 관통 형성된 리프트 핀 구멍마다 내부에서 적정 높이만큼 승강하게 된다.

그리고 상술한 리프트 핀(24) 각각은 그 리프트 핀(24)과 수직선상 위치인 챔버(10) 하벽에 각각의 구멍을 관통 형성하고 그 구멍을 통해 챔버(10)의 하측까지 연장되며, 그 리프트 핀(24) 저면을 플레이트(30)에 의해 고정하여 이 리프트 핀(24)들이 일률적으로 승강하게 되며, 챔버(10)의 외부로 노출된 리프트 핀(24)은 챔버(10)와 플레이트(30)의 사이에서 상술한 리프트 핀(24)의 노출 부위를 감싸도록 양단이 고정되는 벨로우즈(Bellows : 32)가 각각 구비된다.

이러한, 상술한 리프트 핀(24)은 특성상 온도가 상승하게 되며, 온도 상승에 대처하기 위해 상부전극(12)에서 공정 가스 외에 헬륨 가스를 주입하여 그 상단과 기판(S)을 냉각하게 된다.

한편, 상술한 리프트 핀(24)이 내부에 위치되는 전극부(14)는 그 리프트 핀(24)의 삽입 구멍을 형성할 때 열 변형에 의한 리프트 핀(24)의 위치가 최상단에 구비되는 하부전극(22)의 열 변형에만 영향을 받을 수 있도록 미세한 간격만큼 이격되지만 그 나머지 베이스 플레이트(16)와, 절연부재(18)와, 쿨링 플레이트(20)는 열 변형을 고려한 여유 간격만큼 이격되게 형성한다. 여기서, 상술한 하부전극(22)과 리프트 핀(24)과의 사이는 대략 0.25∼0.5㎜ 이격된다.

그리고 상술한 전극부(14)의 리프트 핀(24) 삽입 구멍 내주면에는 특성상 절 연부재가 구비된다.

그러나 상술한 전극부(14) 중 기판(S)과 접하는 하부전극(22) 상에 정전기력에 의해 기판(S)을 흡착하는 정전척(ESC : 도면에 미도시)을 구비할 경우, 상술한 하부전극(22)의 리프트 핀 구멍과 기판(S)과의 사이에는 구조상 미세한 이격 공간이 형성될 수밖에 없으며, 이러한 공간으로 공정 처리 도중 공정 가스가 침투하게 되어 이 리프트 핀 구멍으로 침투하는 공정 가스에 의해 이상 방전 현상으로 인한 아킹(Arcing)이 리프트 핀 구멍 내에서 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 공정 처리시 전극부의 리프트 핀 구멍으로 공정 가스가 침투하여 발생하는 이상 방전 현상을 방지할 수 있게 한 플라즈마 처리장치를 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 진공 분위기의 챔버 내에 플라즈마를 형성시켜 피처리물에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 챔버내 하부 영역에 베이스 플레이트와 절연부재와 쿨링 플레이트와 하부전극이 순차적으로 적층되어 마련되는 전극부; 상기 전극부의 소정 부분을 다수 관통하여 배열되는 리프트 핀 구멍에 각각 구비되며, 상기 피처리물을 상기 전극부에 내려놓거나, 들어올리는 다수개의 리프트 핀; 상기 하부전극과 쿨링 플레이트의 접촉면에 서로 접한 상태로 구비되며, 각각의 리프트 핀에 삽입되도록 마련되는 상, 하부 결합구; 상기 상, 하부 결합구에 개재되어 각각의 리프트 핀의 외주면에 접한 상태로 리프트 핀 구멍의 기밀을 유지하는 기밀유지부재;를 포함하며, 상기 하부 결합구에는 그 하부 영역에 형성되어 리프트 핀의 승강시 기밀유지부재의 마모를 방지할 수 있도록 윤활제가 도포되는 윤활제 위치턱이 마련됨으로써, 상술한 상, 하부 결합구의 접촉면에 구비되는 기밀유지부재에 의해 리프트 핀 구멍을 밀폐하고 상술한 기밀유지부재의 마모 방지를 위한 윤활제를 리프트 핀의 외주면에 도포하므로 바람직하다.

또한, 본 발명에서의 하부 결합구에는, 전극부의 외부와 연통되되 윤활제 위치턱에 윤활제를 주입할 수 있도록 주입관로가 내부에 원통형으로 형성됨으로써, 외부에서 윤활제를 주입관로로 주입 충전하여 유지보수 주기를 길게 할 수 있으므로 바람직하다.

또한, 본 발명에서의 윤활제는 진공 그리스(Grease)인 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 플라즈마 처리장치를 첨부도면을 참조하여 일 실시예를 들어 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치는 도면에는 도시하지 않았지만 챔버(110)와, 상부전극(도면에 미도시)과, 전극부(114)로 이루어지며, 상술한 챔버(110)와 상부전극은 종래의 그것과 동일한 구조와 기능을 하므로 상세 한 설명은 생략한다.

상술한 전극부(114)는 도 3에 도시된 바와 같이 베이스 플레이트(116)와, 절연부재(118)와, 쿨링 플레이트(120) 및 하부전극(122)으로 이루어지며, 이 전극부(114)의 가장자리에는 적정 간격으로 배열 형성되되 상술한 전극부(114)의 두께 방향으로 관통되는 다수개의 리프트 핀 구멍이 구비되며, 그 리프트 핀 구멍 각각에는 적정 높이만큼 승강하는 리프트 핀(124)이 구비된다.

그리고 상술한 리프트 핀(124) 각각은 종래와 마찬가지로 챔버(110)의 하측까지 연장되어 노출되고 그 노출된 리프트 핀(124)들의 저면에 고정되는 플레이트(130)에 의해 일률적으로 승강하며, 그 노출 부위를 감싸도록 양단이 고정되는 벨로우즈(Bellows : 132)가 각각 구비된다.

여기서, 상술한 전극부(114) 중 쿨링 플레이트(120)와 하부전극(122)과의 접촉면에 형성되는 리프트 핀 구멍에는 상, 하부 결합구(122a, 120a)가 각각 구비되고 그 상부 결합구(122a)와 하부 결합구(120a)에는 오링(O-ring)인 기밀유지부재(O)가 개재된다.

상술한 상부 결합구(122a)는 단차진 일측 단면 형상이 "ㄱ" 형상으로 원형이 바람직하며, 중심부에는 리프트 핀(124)의 상단 직경보다 미세량 만큼 크게 구멍이 형성된다.

상술한 하부 결합구(120a)는 단차진 일측 단면 형상이 "ㄱ" 형상으로 원형이 바람직하며, 중심부에는 적정 직경으로 단차진 내주면은 단차 형성되고 그 단차진 내주면 상단에 상부 결합구(122a)의 하단이 삽입 고정된다.

그리고 상술한 상부 결합구(122a)의 하단과 상술한 하부 결합구(120a)의 내주면 하단과의 공간에는 기밀유지부재(O)가 개재되며, 그 기밀유지부재(O)는 그 내주면이 리프트 핀(124)의 소정 위치 외주면에 삽입된 상태로 상, 하부 결합구(122a, 120a)에 의해 위치 고정된다.

한편, 상술한 리프트 핀(124)은 기판(S)의 반입 또는 반출되는 높이만큼 기밀유지부재(O)의 내주면을 따라 승강한다.

그리고 상술한 하부 결합구(120a)의 저면에는 윤활제 위치턱(120b)이 마련되어 최초 및 기밀유지부재(O)의 유지보수시 그 윤활제 위치턱(120b)에 진공 그리스(G : Grease)인 윤활제를 도포하여 리프트 핀(124)의 승강에 따라 기밀유지부재(O)의 마모를 최소화한다.

그리고 상술한 하부 결합구(120a)의 일측벽에는 쿨링 플레이트(120)에서 수평선상으로 연통되되 그 하부 결합구(120a)의 윤활제 위치턱(120b)에 윤활제(G)를 충전할 수 있는 주입관로(H)가 내부에 원통형으로 형성되어 전극부(114)의 외부에서 윤활제(G)를 윤활제 위치턱(120b)인 기밀유지부재(O)의 하측에 주입하면 주입관로(H)가 원통형이므로 리프트 핀(124)의 소정 위치 둘레면에 주입되는 윤활제가 도포되어 기밀유지부재(O)의 마모됨에 따른 교체기간을 늘릴 수 있다.

그러나 상술한 하부 결합구(120a)의 주입관로(H)를 통해 윤활제(G)를 주기적으로 주입하더라도 기밀유지부재(O)의 내주면을 따라 리프트 핀(124)이 승강함에 따라 그 기밀유지부재(O)는 저속으로 마모되며, 단지 윤활제(G)는 기밀유지부재(O)의 수명을 일시적으로 증대시키는 것으로 상술한 기밀유지부재(O)의 교체는 적정 기간마다 교체해야 한다.

그러므로 본 발명의 플라즈마 처리장치의 리프트 핀은 반입된 기판(S)에 공정 처리하는 과정에서 상부전극(도면에 미도시)으로 유입되는 공정 가스가 전극부(114)의 리프트 핀 구멍 내부로 침투하여 그 리프트 핀 구멍내에서 공정 가스에 의한 이상 방전으로 아킹(Arcing)이 발생하는 것을 방지하기 위해 하부전극(122)과 쿨링 플레이트(120)의 접촉면에 기밀유지부재(O)의 위치를 고정하는 상, 하부 결합구(122a, 120a)를 구비한다.

즉, 상술한 기밀유지부재(O)를 상, 하부 결합구(122a, 120a)에 개재하되 그 기밀유지부재(O)의 내주면에 리프트 핀(124)의 외주면이 삽입된 상태로 이 리프트 핀(124)이 적정 높이만큼 승강함에 따라 그 기밀유지부재(O)에 의해 리프트 핀 구멍의 기밀이 유지되므로 공정 가스가 전극부(114)의 리프트 핀 구멍 내부로 침투하지 못한다.

그리고 상술한 하부 결합구(120a)의 저면에는 그리스인 윤활제가 도포되는 윤활제 위치턱(120b)이 마련되어 상술한 리프트 핀(124)이 기밀유지부재(O)에 접한 상태로 승강함에 따라 발생하는 마찰력을 감소시켜 기밀유지부재(O)의 수명을 연장시킨다.

그리고 상술한 하부 결합구(120a)의 일측벽에는 쿨링 플레이트(120)의 외측벽에서 윤활제 위치턱(120b)까지 연통되는 주입관로(H)가 구비되어 상술한 쿨링 플레이트(120)의 외부에서 윤활제를 윤활제 위치턱(120b)까지 주입 충전하므로 윤활 제가 소멸되어도 전극부(114)를 분리하지 않고 윤활제의 충전이 가능하다.

이와 같은 본 발명의 플라즈마 처리장치는 전극부 내부에 적정 간격으로 배열되는 다수개의 리프트 핀 구멍을 관통 형성하고 그 리프트 핀 구멍에 기판의 반입 또는 반출 높이만큼 승강하는 리프트 핀을 구비함에 있어, 상술한 리프트 핀 구멍 내부로의 공정 가스 침투를 방지하기 위해 하부전극과 쿨링 플레이트와의 접촉면에 상, 하부 결합구에 의해 위치 고정되는 기밀유지부재를 구비하고, 상술한 리프트 핀이 위치 고정된 기밀유지부재를 따라 승강할 때 마찰력이 발생하여 마모됨에 따라 윤활제인 그리스를 윤활제 위치턱에 도포함으로써 리프트 핀 구멍의 기밀을 유지함과 동시에 기밀유지부재의 마모를 감소시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명에서는 전극부의 외부에서 하부 결합구의 윤활제 위치턱까지 연통 형성되는 주입관로에 의해 윤활제를 주기적으로 주입하므로 유지보수 기간이 증대되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 진공 분위기의 챔버 내에 플라즈마를 형성시켜 피처리물에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서,

   상기 챔버내 하부 영역에 베이스 플레이트와 절연부재와 쿨링 플레이트와 하부전극이 순차적으로 적층되어 마련되는 전극부;

   상기 전극부의 소정 부분을 다수 관통하여 배열되는 리프트 핀 구멍에 각각 구비되며, 상기 피처리물을 상기 전극부에 내려놓거나, 들어올리는 다수개의 리프트 핀;

   상기 하부전극과 쿨링 플레이트의 접촉면에 서로 접한 상태로 구비되며, 각각의 리프트 핀에 삽입되도록 마련되며, 적정 간격으로 리프트 핀 구멍이 배열되는 상, 하부 결합구;

   상기 상, 하부 결합구에 개재되어 각각의 리프트 핀의 외주면에 접한 상태로 리프트 핀 구멍의 기밀을 유지하는 기밀유지부재;를 포함하며,

   상기 하부 결합구에는 그 하부 영역에 형성되어 리프트 핀의 승강시 기밀유지부재의 마모를 방지할 수 있도록 윤활제가 도포되는 윤활제 위치턱이 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 하부 결합구에는,

   전극부의 외부와 연통되되 윤활제 위치턱에 윤활제를 주입할 수 있도록 주입관로가 내부에 원통형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 윤활제는 진공 그리스(Grease)인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.

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