KR100710597B1 - 플라즈마 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 진공 상태의 챔버 내부에 플라즈마를 발생시켜 기판에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 챔버내 하측에 절연부재와, 냉각판과, 하부전극이 순차적으로 적층되어 마련되며, 그 상부에 기판이 적재되는 전극부; 상기 절연부재와 챔버내 바닥과의 사이에 개재되어 그 사이 공간을 밀폐시키며, 직립된 판상으로 형성되는 절연체인 간격조절 블럭;을 포함하되, 상기 간격조절 블럭은 상기 챔버내 바닥에서 전극부와의 이격 공간 내측 둘레와 가장자리에 각각 대향되는 홈을 형성하고 상기 홈에 삽입된 상태로 마련되며, 상기 챔버내의 바닥으로부터 전극부의 간격 조절시 높이를 다르게 하여 교체할 수 있도록 높이가 서로 다른 다수개가 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치를 제공한다.

플라즈마 처리장치, 챔버, 전극부, 높이, 간격조절 블럭

Description

플라즈마 처리장치{Plasma processing apparatus}

도 1은 종래의 플라즈마 처리장치를 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 도시한 단면도이다.

도 3은 상기 플라즈마 처리장치인 챔버내 바닥과 전극부의 높이를 조절하는 간격조절 블럭의 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110 : 챔버 112 : 상부전극

116 : 절연부재 120 : 하부전극

140 : 간격조절 블럭

본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 챔버내부에서 전극의 높이 조절이 가능한 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.

일반적으로, LCD 등의 평판표시소자를 제조하는 과정에서는 플라즈마를 사용하여 기판에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치가 사용되며, 이러한 반도 체 웨이퍼 또는 액정 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 과정을 설명하면 우선, 기판 수납 장치(이하 "카세트"라 칭함)에 다수 적재된 반도체 웨이퍼 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 인가 받은 상, 하부 전극에 의해 전기 방전을 일으켜 기판의 표면에 플라즈마 공정을 진행하는 것이다.

상술한 공정 챔버의 상, 하부 전극은 챔버의 내부 상, 하측에 각각 설치되며, 플라즈마 공정처리의 수행 대상물인 기판이 적재되는 하부전극의 양측에 절연체가 설치된다. 상술한 전극은 통상적으로 알루미늄이 사용되고, 반도체를 공정 처리하는데 비교적 저렴한 재료로 가장 폭넓게 사용되며 상, 하부전극간에 가해지는 고전압에 따라 전극으로 유입된 가스의 방전으로 형성되는 플라즈마의 화학적인 반응과 고전압으로부터 각각의 전극을 보호한다.

또한, 플라즈마 공정은 알루미늄에 대해 부식을 초래할 수 있으므로 알루미늄재질인 전극의 표면을 보호하기 위한 산화 알루미늄(Al₂O₃)피막과 같은 비교적 불활성의 세라믹 재료가 사용된다.

이러한, 플라즈마 처리장치는 상부 전극과 하부 전극 사이에 기판을 위치시키고, 양 전극 사이의 공간에 플라즈마를 발생시켜 기판에 소정의 처리를 실시하는 것이다. 이때 양 전극 중 어느 한 전극에는 고주파 전원이 인가되고, 다른 한 전극은 접지된다.

종래의 플라즈마 처리장치는 도 1에서 도시한 바와 같이 챔버(10)내 상부 영역에 상부전극(12)이 구비되고, 이러한 상부전극(12)과 대향되는 하부 영역에 설치되되 상술한 챔버(10) 바닥과 소정 거리만큼 이격된 상태로 구비되는 베이스(14)와, 이러한 베이스(14)의 상부 영역에 적재되는 절연부재(16)와, 이러한 절연부재(16)의 상부 영역에 적재되는 냉각판(18)과, 이 냉각판(18)의 상부 영역에 적재되는 하부전극(20)으로 구성된 전극부가 구비된다. 상술한 상부전극(12)과, 하부전극(20)이 포함된 전극부는 공정 진행시 플라즈마로부터 보호하기 위하여 전극면을 제외한 나머지 부분 즉, 상부 영역 가장자리부와 각측면을 절연판(22)으로 부착한 다음 그 외측에 세라믹판(24)을 부착하였다.

그리고, 상술한 하부전극(20)의 저면에 챔버(10)의 외부에서 고주파 전원(RF)이 인가되는 고주파 전원 공급봉(26)이 설치되며, 상술한 고주파 전원 공급봉(26)을 외부에서 보호하는 전원공급봉 벨로우즈(28)가 상술한 베이스(14)의 저면과 챔버(10) 바닥면에 고정된다.

또한, 상술한 베이스(14)의 사방 측면에 단차부가 형성되어 이러한 단차부에 상부가 절곡된 측판(36)의 절곡부가 사방에 설치된 상태로 각각 고정되며, 상술한 측판(36)의 하부 영역이 챔버(10) 바닥면에 접촉된 상태로 위치시킨다.

그리고, 상술한 챔버(10)의 내측벽과 측판(36)과의 이격 공간에 구비되어 공정수행 중 또는 공정이 수행된 후 챔버(10) 내의 미반응가스 및 공정 중에 발생한 폴리머 등을 챔버(10) 하부로 배기시키는 통로 역할을 하며, 1차적으로 블럭킹(blocking)된 후 공정챔버 하부면 모서리에 각각 형성된 배기구를 통해 배출되는 배플(Baffle : 38)이 마련된다.

또한, 상술한 냉각판(18)과 이 냉각판(18)의 저면에 설치되는 절연부재(16)의 상면 양단에 수직 방향으로 구비되는 한 쌍의 지지부(30)가 설치될 수 있게 구멍이 형성되며, 상술한 지지부(30)는 전극부의 내부에서 챔버(10)의 하방 외측까지 연장되게 형성되어 그 연장된 지지부(30)의 하단과 챔버(10)의 저면에 지지부(30)의 노출된 부분을 보호하는 지지부 벨로우즈(32)가 상술한 지지부(30)의 둘레 영역에 마련된다.

한편, 상술한 베이스(14)의 저면과 챔버(10) 바닥의 양단에 볼트로 각각 체결되는 연결부재(34)가 마련되며, 이러한 연결부재(34)는 전극부의 하부전극(20)과 챔버(10) 바닥을 전기적으로 연결하여 접지시키는 역할을 한다. 여기서, 상술한 연결부재(34)는 도면에는 도시하지 않았지만 상술한 챔버(10)내 천정과 상부전극(12)에도 연결된다. 그리고, 상술한 연결부재(34)는 전극부가 대략 10㎜정도 승강하므로 최고점에 도달했을 때 파손되는 것을 방지하기 위해 신장되는 길이를 고려한 곡선 형상을 갖도록 고정된다.

그리고, 플라즈마를 발생시켜 기판에 소정의 처리를 실시하는 과정에서 상부 전극(12)과 하부전극(20) 사이에 기판을 위치시켜 상술한 상부전극(12)은 하강하고, 상술한 하부전극(20)은 상승하여 상술한 하부전극(20)에 적재된 기판의 상면에 그 상부전극(12)을 접촉시킬 때, 상술한 상부전극(12)과 상술한 하부전극(20)이 마련된 전극부를 승강하도록 구동되는 이동수단(도면에 미도시)이 마련된다.

그러나, 상술한 상부전극(12)과, 하부전극(20)이 마련된 전극부를 상하로 승강하도록 구동력을 제공하는 이동수단을 설치함에 따라 그에 따른 소요 비용이 증가되고, 상술한 베이스(14)와 챔버(10) 바닥 사이에 마련되어 접지 역할을 하는 연결부재(34)는 박판으로 형성되어 상술한 베이스(14)가 포함된 전극부의 상, 하 이동시 고정된 연결부재(34)의 양단에서 응력이 집중되어 내구성이 저하되며, 그에 따라 플라즈마로부터 노출되어 부식 및 파티클(Particle)이 발생되고, 그 연결부재(34)의 설치 위치상 유지 보수가 어려우며, 개방된 베이스(14)와 챔버(10) 바닥과의 공간에 외부로 배출되지 못한 플라즈마가 잔류하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 상술한 전극부에 이동수단의 설치가 용이하도록 마련된 베이스를 전극부에서 제거하고, 상술한 베이스와 챔버 바닥과의 높이를 조절할 수 있게 그 사이에 두께가 다른 간격조절 블럭을 마련함으로써 그 간격조절 블럭을 삽입하여 측판과 연결부재와 벨로우즈가 필요하지 않으므로 설치비용이 감소되는 플라즈마 처리장치를 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 진공 상태의 챔버 내부에 플라즈마를 발생시켜 기판에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 챔버내 하측에 절연부재와, 냉각판과, 하부전극이 순차적으로 적층되어 마련되며, 그 상부에 기판이 적재되는 전극부; 상기 절연부재와 챔버내 바닥과의 사이에 개재되어 그 사이 공간을 밀폐시키며, 직립된 판상으로 형성되는 절연체인 간격조절 블럭;을 포함하되, 상기 간격조절 블럭은 상기 챔버내 바닥에서 전극부와의 이격 공간 내측 둘레와 가장자리에 각각 대향되는 홈을 형성하고 상기 홈에 삽입된 상태로 마련되며, 상기 챔버내의 바닥으로부터 전극부의 간격 조절시 높이를 다르게 하여 교체할 수 있도록 높이가 서로 다른 다수개가 구비됨으로써, 상술한 전극부를 승강하는 이동수단 대신에 적정 높이를 갖는 다수개의 간격조절 블럭을 개재하고 높이가 각각 다른 간격조절 블럭을 상황에 따라 교체 가능하여 상술한 이동수단이 불필요하며, 그 이동수단을 설치하지 않으므로 그 이동수단에 지지되는 베이스 또한 불필요하고 상술한 간격조절 블럭이 접지시키는 연결부재 역할과 배플 고정시 그 고정작업이 용이하도록 마련되는 측판 역할 및 전극부와 챔버 바닥과의 공간을 보호하는 보호 역할도 하여 설비 비용이 감소되므로 바람직하다.
그리고 상술한 전극부의 저면 내측 둘레와 가장자리에 간격조절 블럭을 개재하여 전극부의 자중을 분산시켜 지지하므로 바람직하다.

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

본 발명의 바람직한 일 실시예의 플라즈마 처리장치는 도 2에 도시된 바와 같이 챔버(110)내부 상측에 마련되어 기판(도면에 미도시)의 표면에 외부에서 소정의 가스를 분사시켜 제공하는 상부챔버(112)와, 상술한 상부챔버(112)에서 이격된 하측에 마련되며, 상면에 기판이 안착되는 전극부로 이루어진다.

상술한 전극부는 최하부 영역에 적재된 판상의 절연판(116)과, 상술한 절연판(116)의 상부 영역에 적재된 판상으로 기판에 소정의 처리를 실시할 때 온도 상승에 따라 하부전극(120)의 온도를 적정 온도로 냉각시켜 일정한 온도로 유지하는 냉각판(118)과, 상술한 냉각판(118)의 상부 영역에 안착되어 기판이 적재되는 하부전극(120)으로 이루어진다.

여기서, 상술한 상부전극(112)과 전극부는 플라즈마의 화학적인 반응과 고전압으로부터 각각의 전극을 보호하기 위해 그 전극부의 사방 측벽과 하부전극(120)의 상면 가장자리부에 다수개의 절연판(122)이 마련되며, 그 절연판(122)의 표면을 세라믹판(124)으로 감싸도록 구비한다. 그리고, 상술한 절연판(122)과 세라믹판 (124)은 챔버(110)의 바닥면까지 연장되어 그 챔버(110)의 바닥면에 접한 상태로 마련되거나, 별도의 홈을 가공하여 그 홈에 절연판(122)과 세라믹판(124)의 하단이 삽입되게 마련된다.

그리고, 상술한 절연부재(116)의 하면중 내측 둘레와 가장자리부에 홈부(117)가 형성되고, 그 홈부(117)와 대향되는 챔버(110)의 바닥에 홈부(111)가 형성된다.

그러므로, 상술한 절연부재(116)의 하면과, 챔버(110)의 바닥과의 대향되는 수직선상 위치인 절연부재(116)의 가장자리부와 내측 둘레에 각각 홈부(111, 117)가 음각의 사각 형상으로 2개씩 각각 형성되며, 그 홈부(111, 117)에 간격조절 블럭(140)이 삽입된다. 여기서, 상술한 간격조절 블럭(140)이 챔버(110)내 바닥과 절연부재(116)와의 이격 공간 내측과 그 절연부재(116)의 가장자리부에 각각 마련되어 각각의 간격조절 블럭(140)이 전극부의 자중을 분산시켜 전극부를 지탱한다.

상술한 간격조절 블럭(140)은 도 3에 도시된 바와 같이 판상으로 전극부를 챔버(110) 바닥으로부터 설정 높이에 위치될 수 있게 적정 높이(a, b ~ n)를 갖는 다수개가 마련되며, 설정하고자 하는 높이에 따라 그 높이를 다르게 제작하여 적정 높이로 교체하여 간격을 조절한다. 그리고, 상술한 간격조절 블럭(140)은 절연체인 복수의 조각으로 형성되어 조립시 기밀을 유지할 수 있도록 접촉면에 기밀부재(도면에 미도시)를 개입시키는 것도 가능하다.

또한, 상술한 간격조절 블럭(140)은 상술한 전극부와 챔버(110)와의 사이공간을 밀폐시킬 수 있도록 사방에 마련되어 플라즈마가 그 내부로 침입하는 것을 차 단하며, 상술한 전극부와 챔버(110) 바닥을 서로 접지시키는 역할과 측판의 역할을 겸비한다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이 상술한 전극부중 최하부에 위치된 절연부재(116)와, 냉각판(118)과, 하부전극(120)을 각각 순차적으로 적층시키는 과정에서 상술한 하부전극(120)의 중심부 저면에 고주파 전원 공급봉(126)을 외부로 연통되게 설치하며, 상술한 절연부재(116)의 하면과 챔버(110) 바닥의 이격된 공간을 통해 그 챔버(110) 바닥을 관통하여 외부로 돌출되게 구비하는 고주파 전원 공급봉(126)이 마련되고, 상술한 냉각판(118)과 절연판(116)에 접촉면 양측에 구비되며, 상술한 챔버(110) 바닥에 관통 형성된 구멍을 통해 하방으로 돌출되게 구비된 지지부(126)가 챔버(110)의 외부로 마련된다.

여기서, 상술한 챔버(110)의 바닥으로 연장되게 위치되는 지지부(126)는 챔버(110)의 저면과 그 지지부(126)의 하단에 벨로우즈를 마련하지 않는다. 이유는 전극부가 이동수단의 작동에 의해 상, 하 이동하는 것이 아니라 높이가 정해진 간격조절 블럭(140)의 교체작업에 의해 이루어지므로 상술한 지지부(126)이 삽입되는 챔버(110) 바닥의 구멍과 지지부(126)에 오링(도면에 미도시)을 개재하여 기밀을 유지한다.

상술한 고주파 전원 공급봉(126)은 외부에서 인가되는 고주파 전원(RF) 공급 라인과 전기적으로 연결될 수 있도록 하부전극(120)의 저면 중심부에 접촉되게 설치되어 상술한 하부전극(120)에 고주파 전원을 전달한다.

여기서, 상술한 고주파 전원 공급봉(126)은 간격조절 블럭(140)이 사방에 마 련되어 그 내부가 밀폐된 절연부재(116)와 챔버(110) 바닥과의 사이 공간에서 노출되므로 플라즈마로부터 영향을 받지 않는다.

한편, 상술한 고주파 전원 공급봉(126)의 둘레 영역과 지지부(130)의 둘레 영역인 절연부재(116)의 가장자리에 각각 간견조절 블럭(140)이 마련되는 것이다.

그리고, 상술한 챔버(110)의 내측벽과 절연판(122)과의 이격 공간에 구비되며, 공정수행 중 또는 공정이 수행된 후 챔버(110) 내의 미반응가스 및 공정 중에 발생한 폴리머 등을 챔버(110) 하부로 배기시키는 통로 역할을 하며, 1차적으로 블럭킹(blocking)된 후 공정챔버 하부면 모서리에 각각 형성된 배기구를 통해 배출되는 배플(Baffle : 138)이 마련된다.

그러므로, 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 도 2에 도시된 바와 같이 챔버(110) 바닥에서 전극부의 간격을 적정 높이로 형성시키되 높이를 다르게 한 간격조절 블럭(140)을 교체하면서 높이를 조절하여 상술한 전극부를 상하로 이동시키는 과정에서 그 전극부를 이동시키는 이동수단이 불필요하므로 그 이동수단의 지지 및 구동을 위해 필수적으로 필요한 베이스가 불필요하게 된다.

그리고, 상술한 간격조절 블럭(140)이 전극부와 챔버(110)를 연결시켜 접지하는 연결부재 역할을 하므로 접지부재가 불필요하며, 측판 또한 불필요하게 되므로 설치비용이 대폭 감소하게 된다. 여기서, 접지부재인 연결부재가 불필요하여 상술한 전극부의 상, 하 이동시 그 전극부와 챔버(110) 바닥 사이에 고정된 박판 형상을 갖는 연결부재의 양단에서 응력이 집중되어 내구성이 저하됨에 따라 그에 플라즈마로부터 노출되어 부식 및 파티클(Particle)이 발생될 문제가 없다.

그리고, 상술한 전극부의 하면과 그와 이격된 챔버(110) 바닥과의 사이공간을 사방에 마련된 간격조절 블럭(140)에 의해 그 내부가 밀폐되므로 플라즈마 공정 처리시 플라즈마 가스가 기생하는 것을 방지한다.

이와 같은 본 발명의 플라즈마 처리장치는, 상술한 전극부와 챔버 바닥과의 공간에 마련되어 그 전극부를 승강시키는 이동수단을 제거함으로써 그 이동수단을 지지하고 구동시키는 베이스 또한 불필요하며, 상술한 이동수단 대신에 높이가 다른 다수개의 간격조절 블럭을 베이스와 챔버 바닥과의 이격된 공간 외측과 내측에 각각 마련하되 원하는 높이에 따라 교체 가능하게 개재하여 형성된 공간을 밀폐시키므로 상술한 간격조절 블럭이 연결부재와 측판 등을 플라즈마로부터 보호하며, 상술한 간격조절 블럭이 전극부와 챔버 바닥을 접지시키는 연결부재와 배플의 고정이 용이하도록 마련되는 측판을 대신하여 설치비용이 감소되며, 상술한 간격조절 블럭이 베이스와 챔버 바닥과의 공간을 밀폐시켜 그 공간에서 플라즈마가 기생하는 것을 방지하는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 진공 상태의 챔버 내부에 플라즈마를 발생시켜 기판에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서,

   상기 챔버내 하측에 절연부재와, 냉각판과, 하부전극이 순차적으로 적층되어 마련되며, 그 상부에 기판이 적재되는 전극부;

   상기 절연부재와 챔버내 바닥과의 사이에 개재되어 그 사이 공간을 밀폐시키며, 직립된 판상으로 형성되는 절연체인 간격조절 블럭;을 포함하되,

   상기 간격조절 블럭은 상기 챔버내 바닥에서 전극부와의 이격 공간 내측 둘레와 가장자리에 각각 대향되는 홈을 형성하고 상기 홈에 삽입된 상태로 마련되며, 상기 챔버내의 바닥으로부터 전극부의 간격 조절시 높이를 다르게 하여 교체할 수 있도록 높이가 서로 다른 다수개가 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
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