KR100718275B1 - 플라즈마 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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KR100718275B1
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황진태
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세메스 주식회사
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Abstract

본 발명은 플라즈마 처리 장치 및 방법을 개시한 것으로서, 플라즈마를 이용하여 기판상의 증착 공정 및 그 공정을 수행한 장치의 클리닝 공정을 수행함에 있어서, 플라즈마 하전 입자들의 기판 및 기판 지지 부재와의 충돌량을 상이하게 조절하여 증착 공정 및 클리닝 공정을 수행하는 것을 특징으로 갖는다.
플라즈마, 증착, 클리닝, 자기장, 하전 입자

Description

플라즈마 처리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TREATING SUBSTRATES USING PLASMA}
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 처리 장치의 개략적 평면도,
도 3a 및 도 3b는 각각 도 1에 도시된 플라즈마 처리 장치의 동작 상태도,
도 4는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성도,
도 5는 도 4에 도시된 플라즈마 처리 장치의 개략적 평면도,
도 6a 및 도 6b는 각각 도 4에 도시된 플라즈마 처리 장치의 동작 상태도,
도 7은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성도,
도 8a 및 도 8b는 각각 도 7에 도시된 플라즈마 처리 장치의 동작 상태도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 플라즈마 처리 장치 100 : 공정 챔버
130 : 기판 지지 부재 132 : 가열 부재
140 : ICP 안테나 160 : 자석
170 : 회전 구동부 180 : 제어부
210 : 자기 감쇄 부재 220 : 이송 부재
222 : 아암 224 : 구동부
300 : 승강 부재 310 : 축 부재
본 발명은 반도체 제조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마 처리 장치 및 이를 이용한 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 플라즈마(Plasma)는 이온이나 전자, 라디칼(Radical) 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말하며, 플라즈마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성된다.
특히, 글로우 방전(Glow Discharge)에 의한 플라즈마 생성은 직류나 고주파 전자계에 의해 여기된 자유 전자에 의해 이루어지는데, 여기된 자유 전자는 가스 분자와 충돌하여 이온, 라디칼, 전자 등과 같은 활성종(Active Species)을 생성한다. 그리고, 활성종은 물리 혹은 화학적으로 물질의 표면에 작용하여 표면의 특성을 변화시킨다. 이와 같이 활성종에 의해 물질의 표면 특성을 변화시키는 것을 플라즈마 처리라고 한다.
플라즈마를 이용하여 기판을 처리하거나 챔버를 클리닝하는 등의 공정을 수행할 때, 플라즈마 내의 이온이나 전자와 같은 하전 입자들은 기판 또는 기판이 놓이는 척 부재 등과 충돌하게 되며, 이러한 하전 입자들의 충돌은 그 처리 공정에 따라 공정 진행에 악영향을 줄 수도 있고, 이와는 달리 공정 진행을 더욱 효율적으 로 진행할 수 있도록 도움을 줄 수도 있다. 예를 들면, 플라즈마를 이용한 탄소 나노 튜브의 합성 공정 등과 같은 증착 공정의 경우에는 하전 입자들의 충돌로 인해 기판에 손상을 줄 뿐만 아니라, 합성되는 탄소 나노 튜브에도 손상을 주게 된다. 반면에, 챔버 클리닝 공정의 경우에는 하전 입자들이 척 부재 등에 충돌함으로써, 클리닝 공정의 효율을 증대시킬 수 있다.
이러한 이유로 인해 플라즈마 처리 공정의 대상에 따라 이온이나 전자 같은 하전 입자의 충돌을 효율적으로 이용할 수 있도록 하전 입자들의 운동성을 제어할 필요성이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 처리 공정에 따라 플라즈마 하전 입자들의 운동성을 조절할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 기판상의 증착 공정 및 그 공정을 수행한 장치의 클리닝을 효율적으로 수행할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 플라즈마 처리 장치는, 플라즈마 처리 공정이 진행되는 공정 챔버와; 상기 공정 챔버 내에 설치되며 기판을 지지하는 기판 지지 부재와; 상기 기판 지지 부재 상부의 플라즈마 처리 영역에 자기장을 형성하는 자기 부재와; 기판상의 플라즈마 처리 공정 진행시와 상기 기판 지지 부재의 클리닝 공정 진행시 상기 플라즈마 처리 영역에 상기 자기장이 미치는 영향이 상이하도록 상기 자기 부재를 조절하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 자기 부재는 상기 공정 챔버의 상부에 일정 배열로 배치되는 복수 개의 자석들과; 상기 제어부의 제어 신호를 수용하여 상기 복수 개의 자석들을 회전시키는 회전 구동부;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 자기 부재는 상기 공정 챔버의 상부에 일정 배열로 배치되는 복수 개의 자석들과; 상기 복수 개의 자석들에 의해 상기 플라즈마 처리 영역에 형성되는 자기장을 차폐하는 자기 감쇄 부재와; 상기 제어부의 제어 신호를 수용하여 상기 자기 감쇄 부재를 상기 복수의 자석들과 상기 공정 챔버의 사이로 이동시키는 이송 부재;를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 자기 감쇄 부재는 유전체로 마련되는 것이 바람직하며, 상기 복수 개의 자석들은 영구 자석으로 마련되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 장치는 상기 플라즈마 처리 영역 내의 플라즈마 하전 입자들의 상기 기판 및 상기 기판 지지 부재와의 충돌량이 상이하도록 상기 기판 지지 부재를 상하 방향으로 이동시키는 승강 부재;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 장치는 탄소 나노 튜브의 합성 공정에 사용되며, 상기 기판 지지 부재에 놓인 기판을 가열하는 가열 부재와; 상기 공정 챔버 내에 탄소 나노 튜브의 합성을 위한 처리 가스를 공급하는 가스 공급 부재;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 플라즈마 처리 장치는, 플라즈마 처리 공정이 진행되는 공정 챔버와; 상기 공정 챔버 내에 설치되며, 그리고 기판을 지지하는 기판 지지 부재와; 상기 기판 지지 부재를 상하 방향으로 이동시키는 승강 부재와; 기판상의 플라즈마 처리 공정 진행시와 상기 기판 지지 부재의 클리닝 공정 진행시 플라즈마 하전 입자들의 상기 기판 및 상기 기판 지지 부재와의 충돌량이 상이하도록 상기 승강 부재를 조절하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 장치는 상기 기판 지지 부재 상부의 플라즈마 처리 영역에 자기장을 형성하는 자기 부재;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 플라즈마 처리 방법은, 플라즈마를 이용하여 공정 챔버 내의 기판 지지 부재를 클리닝하는 공정과 상기 기판 지지 부재에 놓인 기판을 처리하는 공정을 수행하는 플라즈마 처리 방법에 있어서, 상기 클리닝 공정 및 상기 기판 처리 공정은 플라즈마 하전 입자들의 상기 기판 및 상기 기판 지지 부재와의 충돌량을 서로 간에 상이하게 조절하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의한 플라즈마 처리 방법에 있어서, 상기 클리닝 공정 및 상기 기판 처리 공정은 상기 기판 지지 부재 상부의 플라즈마 처리 영역에 형성되는 자기장이 플라즈마 하전 입자들에 미치는 영향이 상이 하도록 자기 부재를 조절하여 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 클리닝 공정의 진행시에는 상기 자기 부재의 자석들의 축이 기판 평면에 나란한 방향을 향하도록 상기 자기 부재를 회전시키고, 상기 기판 처리 공정의 진행시에는 상기 자기 부재의 자석들의 축이 기판 평면에 대해 연직 방향을 향하도록 상기 자기 부재를 회전시켜, 상기 플라즈마 처리 영역에 형성되는 자기장이 플라즈마 하전 입자들에 미치는 영향을 상이하게 조절하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 클리닝 공정의 진행시에는 상기 플라즈마 영역과 상기 자기 부재의 사이에 자기장 차폐 부재를 배치하고, 상기 기판 처리 공정의 진행시에는 상기 플라즈마 영역과 상기 자기 부재의 사이에 배치된 자기장 차폐 부재를 대기 위치로 이송시켜, 상기 플라즈마 처리 영역에 형성되는 자기장이 플라즈마 하전 입자들에 미치는 영향을 상이하게 조절하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 클리닝 공정의 진행시에는 상기 플라즈마 처리 영역과 상기 기판 지지 부재 사이의 거리가 가까워지도록 상기 기판 지지 부재를 위 방향으로 이동시키고, 상기 기판 처리 공정의 진행시에는 상기 플라즈마 처리 영역과 상기 기판 지지 부재 사이의 거리가 멀어지도록 상기 기판 지지 부재를 아래 방향으로 이동시켜, 플라즈마 하전 입자들의 상기 기판 및 상기 기판 지지 부재와의 충돌량을 상이하게 조절하는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치 및 방법을 상세히 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
아래의 실시 예들에서는 플라즈마를 이용한 탄소 나노 튜브(Carbon-Nano-Tube, CNT) 합성 장치를 예로 들어 설명한다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않으며, 기판상에 박막을 증착하는 것과 같은 플라즈마 처리 공정을 수행하는 다른 종류의 장치에도 적용될 수 있다.
( 실시 예 1 )
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 처리 장치의 개략적 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치(10)는 그 내부에 플라즈마 처리 공정이 진행되는 공간(S)이 마련된 공정 챔버(100)를 가진다.
공정 챔버(100)의 측벽에는 공정 챔버(100) 내부로 반응 가스를 주입하기 위한 가스 유입구(101)가 형성된다. 가스 유입구(101)에는 반응 가스의 이동 경로를 제공하는 가스 공급 라인(110)이 연결된다. 가스 유입구(101)에 연결된 가스 공급 라인(110)의 타 측은 분기되어 각각 제 1 가스 공급원(112)과 제 2 가스 공급원(114)에 연결된다. 제 1 가스 공급원(112)과 제 2 가스 공급원(114)에 연결된 분 기 라인 상에는 공급 가스의 유량을 조절하는 밸브(113,115)가 각각 배치된다. 제 1 가스 공급원(112)은 암모니아 가스 또는 수소 가스 등과 같은 플라즈마 처리 가스를 공급하고, 제 2 가스 공급원(114)은 탄소 나노 튜브(CNT)의 합성을 위한 탄소 소스 가스를 공급한다. 탄소 소스 가스로는 아세틸렌 가스, 메탄 가스, 프로판 가스 또는 에틸렌 가스 등이 사용될 수 있다.
그리고, 공정 챔버(100)의 바닥면에 형성된 배기구(102)에는 배기 라인(120)이 연결되고, 배기 라인(120) 상에는 공정 챔버(100)의 내부를 진공 상태로 유지하기 위한 진공 펌프 등의 배기 부재(122)가 배치된다.
공정 챔버(100)의 내측에는 기판을 지지하는 기판 지지 부재(130)가 설치된다. 기판 지지 부재(130)로는 정전력에 의해 기판을 흡착 지지하는 정전척(Electro Static Chuck, ESC)이 사용될 수 있다. 이와는 달리 기계적 클램핑 방식을 이용하여 기판을 기판 지지 부재(130)에 고정시킬 수 있으며, 또한 진공압에 의해 기판을 흡착 지지하는 방식의 진공 척(Vacuum Chuck)이 기판 지지 부재(130)로 사용될 수도 있다. 그리고, 기판 지지 부재(130)에는 그 상면에 놓인 기판을 공정 온도로 가열하도록 가열 부재(132)가 결합되며, 가열 부재(132)로는 코일과 같은 저항 발열체 등 다양한 가열 수단이 사용될 수 있다.
기판 지지 부재(130)와 마주보도록 공정 챔버(100)의 상부에는 코일 구조의 유도 결합형 플라즈마(Inductively Coupled Plasma, ICP) 안테나(140)가 설치되고, ICP 안테나(140)에는 RF 파워를 공급하기 위한 RF 전원(142)이 연결된다. ICP 안테나(140)에 RF 전원이 인가되면 안테나(140)의 코일을 따라 흐르는 전류가 공정 챔 버(100) 내부 공간에 자기장을 형성한다. 이 자기장에 의해 유도 전기장이 형성되며, 공정 챔버(100)에 공급된 반응 가스는 유도 전기장으로부터 이온화에 필요한 충분한 에너지를 얻어 플라즈마를 생성한다. 상술한 예에서는 플라즈마 소스로 유도 결합형 플라즈마 소스를 사용한 경우를 설명하였으나, 이 밖에도 다양한 형태의 플라즈마 소스가 사용될 수 있다. 예를 들면, 축전 용량성 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma) , 트랜스포머 결합형 플라즈마(Transformer Coupled Plasma), 헬리컬 공진형 플라즈마(Helical Resonator Plasma), 헬리콘 플라즈마(Helicon Plasma), 전자 사이클로트론 공명 플라즈마(Electron Cyclotron Resonance Plasma) 등이 사용될 수 있다.
공정 챔버(100)의 외측에는 공정 챔버(100) 내의 플라즈마 처리 영역(S)에 자기장을 형성시키는 자기 부재가 배치된다. 자기 부재는 복수 개의 자석들(160)과 자석들(160)을 회전시키기 위한 회전 구동부(170)를 포함한다.
회전 구동부(170)는 회전축(172)들, 구동 부재(174), 그리고 동력 전달 부재(176)들을 포함한다. 회전축(172)들은 공정 챔버(100)의 위쪽에 서로 평행하게 배치되며, 베어링과 같은 회전축 지지 부재(173)에 의해 양단 지지된다. 회전축(172)들 중 어느 하나에는 이에 회전력을 제공하는 구동 부재(174)가 결합되며, 구동 부재(174)로는 모터가 사용될 수 있다. 그리고, 각각의 회전축(172)에는 인접하는 회전축(172)들 간에 회전력을 전달하는 동력 전달 부재(176)가 결합되며, 동력 전달 부재(176)로는 기어들이 사용될 수 있다. 즉, 각각의 회전축(172)들의 일단에는 기어가 결합되고, 인접하는 회전축(172)들에 결합된 기어는 서로 맞물리도 록 위치된다. 여기서, 기어들은 서로 맞물려 반대 방향으로 회전하기 때문에, 도 2에 도시된 바와 같이, 기어가 결합된 인접하는 회전축(172)들도 서로 반대 방향으로 회전하게 된다.
각각의 회전축(172) 상에는 바아(Bar) 형상을 가지는 복수 개의 자석들(160)이 나란하게 배치되며, 자석들(160)은 그 자석 축(Magnetic Axis)(m)이 동일한 방향을 향하도록 정렬된다. 그리고, 자석들(160)이 배치된 회전축(172)들의 원주 방향 초기 위치는 자석들(160)의 자석 축(m) 방향이 기판 평면에 나란하도록 설정될 수 있다. 이때 자석들(160)은 기판 평면에 대해 평행하게 정렬되며, 자석들(160)의 자극은 N-S-N-S-N-S-N-S와 같이 배열된다. 또한, 회전축(172)들의 원주 방향 초기 위치는 회전축(172) 상에 배치된 자석들(160)의 자석 축(m) 방향이 기판 평면에 수직하도록 설정될 수도 있다. 이때 자석들(160)은 기판 평면에 대해 수직 방향으로 정렬되며, 자석들(160)의 자극은 어느 일 측이 S-N-S-N과 같이 배열되고, 타 측이 N-S-N-S와 같이 배열된다. 이 밖에도 회전 축(172)들은 회전 축(172) 상에 정렬 배치된 자석들(160)의 자석 축(m) 방향이 기판 평면에 대해 경사진 방향을 향하도록 그 초기 위치가 설정될 수도 있다. 자석들(160)은 영구 자석으로 마련될 수 있으며, 이와는 달리 전자석으로 마련될 수도 있다.
자기 부재는 제어부(180)에 의해 그 동작이 제어된다. 제어부(180)는 플라즈마를 이용하여 기판상에 증착 공정을 진행하는 경우와 증착 공정이 완료된 공정 챔버(100)의 내부를 클리닝하는 경우를 식별하여, 자기 부재의 자기장이 플라즈마 처리 영역(S)에 미치는 영향이 상이하도록 자기 부재의 동작을 제어한다.
도 3a 및 도 3b는 각각 도 1에 도시된 플라즈마 처리 장치의 동작 상태도이다.
먼저, 도 2와, 도 3a 및 도 3b를 참조하여, 플라즈마를 이용한 기판상의 증착 공정의 경우(도 3a)를 설명하면 다음과 같다. 증착 공정의 경우, 제어부(180)는 플라즈마 처리 영역(S)에 미치는 자기장의 영향이 커지도록 자기 부재를 조절한다. 앞서 예를 든 바와 같이, 회전축(172) 상에 배치된 자석들(160)의 자석 축(m) 방향이 기판 평면에 나란하도록 회전축(172)들의 원주 방향 초기 위치가 설정된 경우를 예로 들어 설명한다. 제어부(180)는 이러한 초기 상태에서 구동 부재(174)를 구동시키고, 구동 부재(174)의 회전력은 동력 전달 부재들(176)을 통해 각각의 회전축(172)에 전달된다. 그러면, 각각의 회전축(172)에 결합된 자석들(160)은, 도 3a에 도시된 바와 같이, 자석의 축(Magnetic Axis)(m)이 종 방향을 향하고, 자석의 자극이 N-S-N-S(S-N-S-N) 와 같이 정렬되도록 회전한다. 이때, 자석들(160)에 의해 형성된 자기장은 플라즈마 처리 영역에 영향을 미치게 되며, 자석 축(m)의 방향이 종 방향을 향하고 있기 때문에 플라즈마 처리 영역(S)에 미치는 자기장의 자력선의 밀집이 극대화된다. 이를 통해 플라즈마 처리 영역(S) 내의 플라즈마 하전 입자들이 자기장에 의해 구속되며, 자기장에 의해 구속된 하전 입자들과 기판 간의 충돌량이 감소하게 된다. 이에 따라 증착 공정이 진행되는 동안 기판이 하전 입자들과의 충돌로 인하여 손상되는 것을 최소화하여 공정의 생산성을 증대시킬 수 있게 된다. 또한, 자석들(160)에 의해 플라즈마 처리 영역(S)에 형성된 자기장은 플라즈마 하전 입자들을 구속함으로써, 플라즈마 처리 영역(S) 내의 플라즈마 밀도를 높일 수도 있다.
다음으로, 증착 공정이 완료된 공정 챔버(100)의 내부를 클리닝하는 경우(도 3b)를 설명하면 다음과 같다. 클리닝 공정의 경우, 제어부(180)는 플라즈마 처리 영역(S)에 미치는 자기장의 영향이 약해지도록 자기 부재를 조절한다. 도 3a에 도시된 바와 같이 자석들(160)이 정렬된 상태에서 증착 공정이 완료되면, 제어부(180)는 클리닝 공정의 진행을 위해 구동 부재(174)를 구동시킨다. 구동 부재(174)의 회전력은 동력 전달 부재(176)를 통해 회전축(172)에 전달된다. 그러면, 각각의 회전축(172)에 결합된 자석들(160)은, 도 3b에 도시된 바와 같이, 자석의 축(Magnetic Axis)(m)이 횡 방향을 향하고, 자석의 자극이 N-S-N-S-N-S-N-S와 같이 정렬되도록 회전한다. 이때, 자석들(160)에 의해 형성된 자기장은, 도 3b에 도시된 바와 같이, 플라즈마 처리 영역에 영향을 미치게 된다. 하지만, 자석 축(m)의 방향이 횡 방향을 향하고 자석의 자극이 N-S-N-S-N-S-N-S와 같이 정렬되어 있기 때문에, 자기장의 자력선이 자석들(160) 사이의 공간에 밀집된다. 이로 인해 플라즈마 처리 영역(S)에 영향을 주는 자기장의 세기는 증착 공정의 경우(도 3a)와 비교하여 상대적으로 약해지게 된다. 약해진 자기장의 영향에 의해 플라즈마 하전 입자들에 작용하는 구속력 또한 약해지고, 이 때문에 하전 입자들과 기판 지지 부재(130) 등 간의 충돌량이 증가하게 됨으로써, 플라즈마를 이용한 클리닝 공정을 보다 효율적으로 진행할 수 있게 된다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치를 이용하여 탄소 나노 튜브를 합성하는 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, 기판상에 촉매 금속 막을 형성한다. 촉매 금속 막은, 예를 들면, 코발트, 니켈, 철, 이트륨 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 통상의 열 증착 방법 또는 스퍼터링 방법에 의하여 형성될 수 있다.
이후, 촉매 금속 막이 형성된 기판을 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치(10)의 공정 챔버(100)에 로딩하고, 공정 챔버(100) 내부를 기설정된 공정 온도 및 압력으로 유지한다.
그리고, 제 1 가스 공급원(112)으로부터 가스 유입구(101)를 통해 공정 챔버(100) 내에 식각 가스를 공급하면서, ICP 안테나(140)에 RF 파워를 인가한다. ICP 안테나(140)에 RF 파워가 인가되면, 식각 가스가 이온화되어 플라즈마가 생성되고, 생성된 플라즈마를 이용해 촉매 금속 막을 식각하여 복수의 촉매 미립자를 형성한다.
촉매 미립자가 형성된 후, 제 2 가스 공급원(114)으로부터 공정 챔버(100) 내에 탄소 소스 가스를 공급하면서, ICP 안테나(140)에 RF 파워를 인가한다. ICP 안테나(140)에 RF 파워가 인가되면, 기판상의 촉매 미립자 위에는 수직 방향으로 정렬된 탄소 나노 튜브가 합성된다.
이때, 제어부(180)는, 앞서 설명한 바와 같이, 자석의 축(Magnetic Axis)(m)이 종방향을 향하고 자석의 자극이 N-S-N-S(S-N-S-N)와 같이 정렬되도록, 자석들(160)을 회전시켜, 플라즈마 처리 영역(S)에 미치는 자기장의 영향이 커지도록 자기 부재를 조절한다.
그리고, 탄소 나노 튜브의 합성 공정이 완료된 후 공정 챔버(100)의 내부를 클리닝하는 경우, 제어부(180)는, 자석의 축(Magnetic Axis)(m)이 횡 방향을 향하고 자석의 자극이 N-S-N-S-N-S-N-S와 같이 정렬되도록, 자석들(160)을 회전시켜, 플라즈마 처리 영역(S)에 미치는 자기장의 영향이 약해지도록 자기 부재를 조절한다.
( 실시 예 2 )
도 4는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성도이고, 도 5는 도 4에 도시된 플라즈마 처리 장치의 개략적 평면도이다. 여기서, 도 1 내지 도 3b에 도시된 구성 요소들과 동일한 구성 요소들은 참조 번호를 동일하게 기재하고, 이들에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치(20)는 그 내부에 플라즈마 처리 공정이 진행되는 공간(S)이 마련된 공정 챔버(100)를 가진다. 공정 챔버(100)의 내측에는 기판을 지지하는 기판 지지 부재(130)가 설치되며, 그 상부에는 RF 전원(142)이 연결된 코일 구조의 유도 결합형 플라즈마(ICP) 안테나(140)가 기판 지지 부재(130)와 마주보도록 설치된다. 그리고, 공정 챔버(100)의 측벽에 형성된 가스 유입구(101)를 통해 공정 챔버(100) 내로 반응 가스가 공급되며, 공정 챔버(100)의 바닥면에 형성된 배기구(102)를 통해 공정 진행 중 공정 챔버(100) 내에 생성되는 공정 부산물들이 배출된다.
공정 챔버(100)의 상부에는 공정 챔버(100) 내의 플라즈마 처리 영역(S)에 자기장을 형성시키는 자기 부재가 배치된다. 자기 부재는 바아(Bar) 형상의 복수 개의 자석들(160)을 가진다. 자석들(160)은 공정 챔버(100)의 상부에 일정 배열로 배치될 수 있으며, 그 자석 축(m) 방향이 기판 평면에 대해 수직하도록 정렬될 수 있다. 일 예를 들면, 자석들(160)은, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 그 자석 축(m) 방향이 기판 평면에 대해 수직 방향으로 정렬된 상태에서, 공정 챔버(100)의 상면에 나란한 평면상에 가로 및 세로 방향으로 일정 간격을 두고 배치될 수 있다. 이때, 가로 방향으로 배치된 자석들(160)의 자극은 어느 일 측으로 S-N-S-N과 같이 배열되고, 타 측으로 N-S-N-S와 같이 배열될 수 있으며, 이 밖에도 다양한 조합으로 자극(N극, S극)들이 배열될 수 있다. 자석들(160)은 영구 자석으로 마련될 수 있으며, 이와는 달리 전자석으로 마련될 수도 있다.
그리고, 자석들(160)과 공정 챔버(100)의 사이에는 자석들(160)에 의해 플라즈마 처리 영역에 형성되는 자기장을 차폐할 수 있도록 자기 감쇄 부재(210)가 배치될 수 있다. 자기 감쇄 부재(210)는 유전체로 마련될 수 있으며, 공정 챔버(100)의 상면을 충분히 커버할 수 있을 정도의 크기를 갖는 판 부재로 마련될 수 있다. 자기 감쇄 부재(210)는 이송 부재(220)에 의해 대기 위치로부터 자석들(160)과 공정 챔버(100) 사이의 위치로 이동된다. 이송 부재(220)는 자기 감쇄 부재(210)에 연결된 아암(222)과 아암(222)을 구동시키는 구동부(224)를 갖는다. 구동부(224)는 아암(222)을 회전 구동시키기 위한 모터로 마련될 수 있으며, 또한 아암(222)을 직선 왕복 운동시키기 위한 실린더 기구로 마련될 수도 있다.
자기 감쇄 부재(210)는 제어부(180)에 의해 그 동작이 제어된다. 제어부(180)는 플라즈마를 이용하여 기판상에 증착 공정을 진행하는 경우와 증착 공정이 완료된 공정 챔버(100)의 내부를 클리닝하는 경우를 식별하여, 자석들(160)에 의해 형성된 자기장이 플라즈마 처리 영역(S)에 미치는 영향이 상이하도록 자기 감쇄 부재(210)의 동작을 제어한다.
도 6a 및 도 6b는 각각 도 4에 도시된 플라즈마 처리 장치의 동작 상태도이다.
먼저, 도 6a 및 도 6b를 참조하여, 플라즈마를 이용한 기판상의 증착 공정의 경우(도 6a)를 설명하면 다음과 같다. 증착 공정의 경우, 제어부(180)는 플라즈마 처리 영역(S)에 미치는 자기장의 영향이 커지도록 자기 감쇄 부재(210)를 조절한다. 제어부(180)는 구동부(224)에 제어 신호를 전송하고, 구동부(224)는 전달받은 제어 신호에 의해 아암(222)을 스윙 동작시킨다. 그러면 아암(222)에 연결된 자기 감쇄 부재(210)가 회전하여, 도 6a에 도시된 바와 같이, 대기 위치로 이동하게 된다. 이때, 자석들(160)에 의해 형성된 자기장은 플라즈마 처리 영역에 영향을 미치게 되며, 자석 축(m)의 방향이 종 방향을 향하고 있기 때문에 플라즈마 처리 영역(S)에 미치는 자기장의 자력선의 밀집이 극대화된다. 이를 통해 플라즈마 처리 영역(S) 내의 플라즈마 하전 입자들이 자기장에 의해 구속되며, 자기장에 의해 구속된 하전 입자들과 기판 간의 충돌량이 감소하게 된다. 이에 따라 증착 공정이 진행되는 동안 기판이 하전 입자들과의 충돌로 인하여 손상되는 것을 최소화하여 공정의 생산성을 증대시킬 수 있게 된다. 또한, 자석들(160)에 의해 플라즈마 처리 영역(S)에 형성된 자기장은 플라즈마 하전 입자들을 구속함으로써, 플라즈마 처리 영역(S) 내의 플라즈마 밀도를 높일 수도 있다.
다음으로, 증착 공정이 완료된 공정 챔버(100)의 내부를 클리닝하는 경우(도 6b)를 설명하면 다음과 같다. 클리닝 공정의 경우, 제어부(180)는 플라즈마 처리 영역(S)에 미치는 자기장의 영향이 약해지도록 자기 감쇄 부재(210)를 조절한다. 도 6a에 도시된 바와 같이 자석들(160)이 정렬된 상태에서 증착 공정이 완료되면, 제어부(180)는 클리닝 공정의 진행을 위해 구동부(224)를 구동시킨다. 구동부(224)가 구동되면 이에 연결된 아암(222)이 스윙 동작하게 되고, 아암(222)의 스윙 동작에 의해 아암(222)에 연결된 자기 감쇄 부재(210)가 회전하여, 도 6b에 도시된 바와 같이 자석들(160)과 공정 챔버(100) 사이의 위치로 이동하게 된다. 이때, 자석들(160)에 의해 형성된 자기장은, 도 6b에 도시된 바와 같이, 자기 감쇄 부재(210)에 의해 차단되어 플라즈마 처리 영역에 영향을 미치지 못하게 된다. 이 때문에, 증착 공정의 경우와 비교하여 하전 입자들과 기판 지지 부재(130) 등 간의 충돌량이 증가하게 됨으로써, 플라즈마를 이용한 클리닝 공정을 보다 효율적으로 진행할 수 있게 된다.
( 실시 예 3 )
도 7은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성도이다. 여기서, 도 1 내지 도 6b에 도시된 구성 요소들과 동일한 구성 요소들은 참조 번호를 동일하게 기재하고, 이들에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치(30)는 그 내부에 플라즈마 처리 공정이 진행되는 공간(S)이 마련된 공정 챔버(100)를 가진다. 공정 챔버(100)의 내측에는 기판을 지지하는 기판 지지 부재(130)가 설치되고, 기판 지지 부재(130)로는 정전 척이나 진공 척 등이 사용될 수 있다. 그리고, 기판 지지 부재(130)는 그 상부의 플라즈마 처리 영역(S)과의 거리 조절이 가능하도록 승강 부재(300)에 의해 상하 방향으로 이동될 수 있다. 승강 부재(300)는 공정 챔버(100)의 외측에 배치되며, 기판 지지 부재(130)를 직선 왕복 운동시키기 위한 실린더 기구 등으로 마련될 수 있다. 기판 지지 부재(130)와 승강 부재(300)는 공정 챔버(100)의 바닥면에 형성된 홀에 상하 이동 가능하게 설치되는 축 부재(310)에 의해 연결되고, 기판 지지 부재(130)는 승강 부재(300)의 구동력에 의해 상하 방향으로 직선 왕복 운동을 할 수 있게 된다.
기판 지지 부재(130)의 상부에는 RF 전원(142)이 연결된 코일 구조의 유도 결합형 플라즈마(ICP) 안테나(140)가 설치된다. 그리고, 공정 챔버(100)의 측벽에 형성된 가스 유입구(101)를 통해 공정 챔버(100) 내로 반응 가스가 공급되며, 공정 챔버(100)의 바닥면에 형성된 배기구(102)를 통해 공정 진행 중 공정 챔버(100) 내에 생성되는 공정 부산물들이 외부로 배출된다.
그리고, 승강 부재(300)는 제어부(180)에 의해 그 동작이 제어된다. 제어부(180)는 플라즈마를 이용하여 기판상에 증착 공정을 진행하는 경우와 증착 공정이 완료된 공정 챔버(100)의 내부를 클리닝하는 경우를 식별하여, 플라즈마 하전 입자들의 기판 및 기판 지지 부재와의 충돌량이 상이하도록 승강 부재(300)의 동작을 제어한다.
도 8a 및 도 8b는 각각 도 7에 도시된 플라즈마 처리 장치의 동작 상태도이다.
먼저, 도 8a 및 도 8b를 참조하여, 플라즈마를 이용한 기판상의 증착 공정의 경우(도 8a)를 설명하면 다음과 같다. 증착 공정의 경우, 제어부(180)는 플라즈마 하전 입자들의 기판과의 충돌량이 감소하도록 승강 부재(300)의 동작을 제어한다. 제어부(180)는 승강 부재(300)에 제어 신호를 전송하고, 승강 부재(300)는 전달받은 제어 신호에 의해 축 부재(310)를 아래 방향으로 이동시킨다. 그러면 축 부재(310)에 연결된 기판 지지 부재(130)가 플라즈마 처리 영역(S)으로부터 멀어지게 된다. 이에 따라 증착 공정이 진행되는 동안 플라즈마 하전 입자들과 기판 간의 충돌량이 감소하고, 이를 통해 기판이 하전 입자들과의 충돌로 인하여 손상되는 것을 최소화할 수 있게 된다.
다음으로, 증착 공정이 완료된 공정 챔버(100)의 내부를 클리닝하는 경우(도 8b)를 설명하면 다음과 같다. 클리닝 공정의 경우, 제어부(180)는 플라즈마 하전 입자들의 기판과의 충돌량이 증대되도록 승강 부재(300)의 동작을 제어한다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 기판 지지 부재(130)가 아래 방향으로 이동한 상태에서 증착 공정이 완료되면, 제어부(180)는 클리닝 공정의 진행을 위해 승강 부재(300)에 제어 신호를 전송한다. 승강 부재(300)는 제어부(180)로부터 전달받은 제어 신호에 의해 축 부재(310)를 위 방향으로 이동시킨다. 그러면 축 부재(310)에 연결된 기판 지지 부재(130)가 플라즈마 처리 영역(S)과의 거리가 가까워지도록 이동된다. 이에 따라 클리닝 공정이 진행되는 동안 플라즈마 하전 입자들과 기판 간의 충돌량이 증대되고, 이를 통해 보다 효율적으로 클리닝 공정을 진행할 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질 적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 플라즈마 처리 공정의 진행시 처리 공정에 따라 플라즈마 하전 입자들의 운동성을 상이하게 조절할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 기판상의 증착 공정 및 그 공정을 수행한 장치의 클리닝 공정을 효율적으로 수행할 수 있다.

Claims (14)

  1. 플라즈마 처리 공정이 진행되는 공정 챔버와;
    상기 공정 챔버 내에 설치되며 기판을 지지하는 기판 지지 부재와;
    상기 기판 지지 부재 상부의 플라즈마 처리 영역에 자기장을 형성하는 자기 부재와;
    기판상의 플라즈마 처리 공정 진행시와 상기 기판 지지 부재의 클리닝 공정 진행시 상기 플라즈마 처리 영역에 상기 자기장이 미치는 영향이 상이하도록 상기 자기 부재를 조절하는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기 부재는,
    상기 공정 챔버의 상부에 일정 배열로 배치되는 복수 개의 자석들과;
    상기 제어부의 제어 신호를 수용하여 상기 복수 개의 자석들을 회전시키는 회전 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기 부재는,
    상기 공정 챔버의 상부에 일정 배열로 배치되는 복수 개의 자석들과;
    상기 복수 개의 자석들에 의해 상기 플라즈마 처리 영역에 형성되는 자기장을 차폐하는 자기 감쇄 부재와;
    상기 제어부의 제어 신호를 수용하여 상기 자기 감쇄 부재를 상기 복수의 자석들과 상기 공정 챔버의 사이로 이동시키는 이송 부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 자기 감쇄 부재는 유전체로 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수 개의 자석들은 영구 자석으로 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 장치는,
    상기 플라즈마 처리 영역 내의 플라즈마 하전 입자들의 상기 기판 및 상기 기판 지지 부재와의 충돌량이 상이하도록 상기 기판 지지 부재를 상하 방향으로 이동시키는 승강 부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 장치는 탄소 나노 튜브의 합성 공정에 사용되며,
    상기 기판 지지 부재에 놓인 기판을 가열하는 가열 부재와;
    상기 공정 챔버 내에 탄소 나노 튜브의 합성을 위한 처리 가스를 공급하는 가스 공급 부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 플라즈마 처리 공정이 진행되는 공정 챔버와;
    상기 공정 챔버 내에 설치되며, 그리고 기판을 지지하는 기판 지지 부재와;
    상기 기판 지지 부재를 상하 방향으로 이동시키는 승강 부재와;
    기판상의 플라즈마 처리 공정 진행시와 상기 기판 지지 부재의 클리닝 공정 진행시 플라즈마 하전 입자들의 상기 기판 및 상기 기판 지지 부재와의 충돌량이 상이하도록 상기 승강 부재를 조절하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 장치는,
    상기 기판 지지 부재 상부의 플라즈마 처리 영역에 자기장을 형성하는 자기 부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  10. 플라즈마를 이용하여 공정 챔버 내의 기판 지지 부재를 클리닝하는 공정과 상기 기판 지지 부재에 놓인 기판을 처리하는 공정을 수행하는 플라즈마 처리 방법에 있어서,
    상기 클리닝 공정 및 상기 기판 처리 공정은 플라즈마 하전 입자들의 상기 기판 및 상기 기판 지지 부재와의 충돌량을 서로 간에 상이하게 조절하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 클리닝 공정 및 상기 기판 처리 공정은,
    상기 기판 지지 부재 상부의 플라즈마 처리 영역에 형성되는 자기장이 플라즈마 하전 입자들에 미치는 영향이 상이하도록 자기 부재를 조절하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 클리닝 공정의 진행시에는 상기 자기 부재의 자석들의 축이 기판 평면에 나란한 방향을 향하도록 상기 자기 부재를 회전시키고,
    상기 기판 처리 공정의 진행시에는 상기 자기 부재의 자석들의 축이 기판 평면에 대해 연직 방향을 향하도록 상기 자기 부재를 회전시켜,
    상기 플라즈마 처리 영역에 형성되는 자기장이 플라즈마 하전 입자들에 미치는 영향을 상이하게 조절하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 클리닝 공정의 진행시에는 상기 플라즈마 영역과 상기 자기 부재의 사이에 자기장 차폐 부재를 배치하고,
    상기 기판 처리 공정의 진행시에는 상기 플라즈마 영역과 상기 자기 부재의 사이에 배치된 자기장 차폐 부재를 대기 위치로 이송시켜,
    상기 플라즈마 처리 영역에 형성되는 자기장이 플라즈마 하전 입자들에 미치는 영향을 상이하게 조절하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 클리닝 공정의 진행시에는 상기 플라즈마 처리 영역과 상기 기판 지지 부재 사이의 거리가 가까워지도록 상기 기판 지지 부재를 위 방향으로 이동시키고,
    상기 기판 처리 공정의 진행시에는 상기 플라즈마 처리 영역과 상기 기판 지지 부재 사이의 거리가 멀어지도록 상기 기판 지지 부재를 아래 방향으로 이동시켜,
    플라즈마 하전 입자들의 상기 기판 및 상기 기판 지지 부재와의 충돌량을 상이하게 조절하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR930003790A (ko) * 1991-07-23 1993-02-24 이노우에 아키라 마그네트론 플라즈마 처리장치
KR200151319Y1 (ko) * 1996-02-26 1999-07-15 이해규 통신망 이중화를 위한 ibm pc용 통신망 스위칭보드
KR200152285Y1 (ko) * 1997-03-25 1999-07-15 오재진 관로구 장치
KR200428958Y1 (ko) * 2006-07-27 2006-10-16 주식회사 삼성산업 폐콘크리트 침목을 이용한 용승류블록

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