KR100731734B1 - 유도결합형 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유도결합형 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma) 처리 장치에 관한 것이다.

이 같은 본 발명은, 대면적 플라즈마에 대응하기 위해 연결 조합이 가변되면서 높낮이가 조절되는 선형 안테나를 구성하여 안테나의 과도한 정전결합으로 인한 반응챔버내에서 생성되는 플라즈마의 밀도 저하는 물론, 유전체의 손상을 방지할 수 있도록 하는 유도결합형 플라즈마 처리장치를 제공한다.

선형 안테나, 유도결합형 플라즈마, 반응챔버, 고주파 전원

Description

유도결합형 플라즈마 처리 장치{Inductively Coupled Plasma Processing Apparatus}

도 1은 통상적인 유도결합형 플라즈마 처리 장치에 대한 개략적인 구성도.

도 2는 본 발명의 일실시예로 유전체 절연판에 안테나가 위치하는 개략적인 구성도.

도 3은 본 발명의 일실시예로 선형 안테나의 구조를 보인 개략적인 평면도.

도 4의 a,b,c,d는 본 발명의 일실시예로 선형안테나의 높낮이 조절 상태도.

*도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명*

10; 선형 안테나 11; RF전원부

12; 전원입력단 13; 접지단

21; 연결부 22; 제 1 안테나부

23; 제 2 안테나부

본 발명은 유도결합형 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma) 처리 장 치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대면적 플라즈마에 대응하기 위해 연결 조합이 가변되는 선형 안테나를 구성하는 한편, 그 선형 안테나의 높낮이를 조절하여 안테나의 정전결합으로 인한 반응챔버내에서 생성되는 플라즈마의 밀도 저하는 물론, 유전체의 손상을 방지할 수 있도록 하는 유도결합형 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.

일반적으로, 시료를 건식 에칭하거나 또는 화학 증기 증착(CVD) 하는 공정은 종종 플라즈마 방전 상태하에서 이루어지게 되는데, 이를 위해서 플라즈마 처리 장치가 제공된다.

상기 플라즈마 처리 장치는 시료를 반응챔버내에 배치시키고, 상기 반응챔버내에 반응가스를 주입시킨 상태에서 안테나를 통해 인가되는 전압에 의해 플라즈마 상태를 형성하는 장치이다.

즉, 플라즈마 처리 장치의 안테나에 RF전원을 인가하면 플라즈마 처리 장치의 반응챔버내에는 시간에 따라 변화하는 유도 자기장이 형성되고, 상기 유도된 자기장에 의해서 유도 전자기장이 발생하며, 상기 유도 전자기장에 의해 전자가 반응챔버내의 중성 기체와 충돌하여 플라즈마가 발생되는 것이고, 상기 시료는 예를 들면 유기 EL이나 LCD의 기판 등 일 수 있다.

도 1에 도시된 것은 통상적인 유도결합형 플라즈마 처리장치에 대한 개략적인 구성도이다.

도면을 참조하면, 진공상태의 플라즈마 형성 공간이 마련된 반응챔버(1)의 상부에는 유전체 덮개(2)가 결합되고, 상기 반응챔버(1)의 내부 아래쪽에는 기판을 지지하기 위한 정전척(ESC: electrostatic chuck)(3)이 위치하며, 상기 정전척(3)은 기판(9)를 정전기력으로 척킹(chucking)한다.

상기 반응챔버(1)의 일측에는 가스 주입구(4)가 형성되며, 다른 일측에는 진공 배기구(5)가 형성되어 있다.

상기 반응챔버(1)는 상기 진공 배기구(5)와 연결된 진공 펌프(도면에는 도시하지 않음)를 이용하여 반응챔버(1)를 진공 상태로 만든 후에, 가스 주입구(4)를 통해 반응가스를 주입하게 된다.

상기 덮개(2)의 상부에는 안테나(6)가 배치되며, 상기 안테나(6)는 RF전원부(7)로부터 인가된 RF전원을 매칭회로부(8)를 통해 공급받게 된다.

상기 기판(9)는 정전척(3)의 상부에 놓이게 되며, 상기 안테나(6)와 정전척(3)에 전압이 인가되면, 상기 반응챔버(1)의 가스주입구(4)를 통해 주입되는 반응가스의 이온화가 이루어지면서 반응챔버(1)내에서는 플라즈마 생성이 이루어지고, 상기와 같이 생성된 플라즈마가 기판(9)에 충돌하여, 상기 기판(9)를 원하는 바에 따라 식각할 수 있게 되는 것이다.

이때, 상기의 유도결합형 플라즈마 처리장치에 적용되는 안테나(6)는 나선형 또는 루프형으로 형성될 수 있으며, 이는 단독 직렬로 사용되거나 혹은 다중 병렬로 사용될 수 있도록 하였다.

상기 단독의 안테나로 또는 다중의 안테나로 사용될 것인가의 여부는 처리되는 기판(9)의 면적에 따라서 결정되는데, 면적이 큰 기판(9)을 처리할 경우에는 다중의 안테나로 구성된다.

즉, 유도결합형 플라즈마 처리 장치에서 발생된 플라즈마를 처리 공정에 적용시키기 위해서는 기판(9)의 면적 이상으로 플라즈마의 밀도가 균일해야만 하며, 만약 플라즈마의 밀도가 국부적으로 낮아지거나 높아지면 전체적인 플라즈마의 균일도가 깨어질 수 있으며, 이는 처리 공정에 부정적인 영향을 미치기 때문이다.

일예로, 도시하지 않았지만 대면적의 기판(9)를 가공하기 위해 다중의 안테나를 적용하는 경우, 상기의 다중 안테나에 있어서도 플라즈마 밀도가 국부적으로 높아지거나 또는 낮아지는 현상이 발생하는 경우가 종종 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 대면적 플라즈마에 대응하기 위해 연결 조합이 가변되면서 높낮이가 조절되는 선형 안테나를 구성함으로써, 안테나의 과도한 정전결합으로 인한 반응챔버내에서 생성되는 플라즈마의 밀도 저하는 물론, 유전체의 손상을 방지할 수 있도록 하는 유도결합형 플라즈마 처리장치를 제공하려는데 목적이 있는 것이다.

상기 목적 달성을 위한 본 발명 유도결합형 플라즈마 처리장치는,

진공상태의 플라즈마 형성공간이 마련되는 반응챔버;

상기 반응챔버의 내부 아래쪽에 위치하는 정전척;

상기 반응챔버의 상부에 결합되는 유전체 덮개;

상기 반응챔버의 외부면에 위치하여 RF전원선을 통해 RF전원을 인가하는 RF전원부; 및,

상기 RF전원부로부터 고주파 전원이 인가되는 일단에서 접지가 이루어지는 타단으로 나란하게 연결되는 선형 안테나; 로 구성함을 특징으로 한다.

다른 일면에 따라, 상기 선형 안테나는,

고주파 전원이 인가되는 전원입력단으로부터 접지단으로 제 1 안테나부를 소정간격을 두고 나란하게 배열하고, 상기 배열되는 제 1 안테나부는 제 2 안테나부를 통해 병렬 또는 직렬로 연결되도록 구성함을 특징으로 한다.

또 다른 일면에 따라, 상기 제 1 안테나부는,

제 2 안테나부에 의해 높낮이가 조절되도록 구성함을 특징으로 한다.

또 다른 일면에 따라, 상기 제 1 안테나부의 높낮이 조절은, 제 2 안테나부의 길이에 의해 결정됨을 특징으로 한다.

또 다른 일면에 따라, 상기 제 1 안테나부의 간격은, 등간격으로 구성됨을 특징으로 한다.

또 다른 일면에 따라, 상기 제 1 안테나부는, 비대칭 간격으로 구성됨을 특징으로 한다.

또 다른 일면에 따라, 상기 제 1 안테나부의 간격은, 제 2 안테나부의 가변된 길이에 의해 결정됨을 특징으로 한다.

또 다른 일면에 따라, 상기 제 2 안테나부의 간격은, 등간격으로 구성됨을 특징으로 한다.

또 다른 일면에 따라, 상기 제 2 안테나부의 간격은, 비대칭 간격으로 구성됨을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부된 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 일실시예로 유전체 절연판에 안테나가 위치하는 개략적인 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예로 선형 안테나의 구조를 보인 개략적인 평면도이며, 도 4의 a,b,c,d는 본 발명의 일실시예로 선형안테나의 높낮이 조절 상태도를 도시하고 있다.

이하, 종래 도 1과 동일부분에 대하여는 동일부호로 표시하여 그 중복되는 설명을 생략하였다.

도 1,2를 참조하면, 유도결합형 플라즈마 처리 장치는 반응챔버(1), 유전체로 이루어진 유전체 덮개(2), 정전척(3), 선형 안테나(10), RF전원부(11)를 포함한다.

상기 반응챔버(2)는 덮개(2)에 의해 진공상태의 플라즈마 형성공간이 마련되는 구조로, 그 일측에는 반응가스(예; 에칭가스로서 CF₄가스, C₄F₈가스, Cl₂ 가스 등)의 주입이 가능하도록 하는 가스주입구(4)를 형성하고 있으며, 이를 위해 상기 반응챔버(1)에는 반응가스를 상기의 가스주입구(4)로 주입시키기 위한 가스공급부를 연결 구성하였다.

상기 정전척(3)은 반응챔버(1)의 내부 아래쪽에 마련되어 기판을 정전기력으로 척킹하는 것으로, 상기 정전척(3)은 공정 수행을 위한 기판이 안착될 때 상기 기판을 정전기력으로 지지하는 구조이다.

여기서, 상기 정전척(3)의 하부로는 통상적인 구조로 도면에 도시하지 않았지만 공정 수행 중 기판의 냉각을 위한 헬륨가스가 공급되는 헬륨가스 공급부를 연결시켜 기판의 아랫면으로 헬륨가스를 공급하도록 하였다.

이때, 상기 정전척(3)에는 통상적인 구성요소로서 도시하지 않았지만 플라즈마 식각 공정 수행을 위하여 제공되는 바이어스 전력이 연결되고, 또한 공정 수행 시에 기판이 정전척(3) 상에 안정적으로 안착되도록 하기 위하여 고전압을 제공하는 고압모듈이 연결되도록 하고, 상기 유전체 덮개(2)의 위로는 선형안테나(10)가 개재된다.

도 2,3을 참조하면, 상기 선형 안테나(10)는 RF전원부(11)가 연결되는 전원입력단(12)으로부터 접지단(13)으로 병렬(또는 직렬)로 나란하게 연결되도록 구성되며, 이를 위해 상기의 선형안테나(10)는 연결부(21)를 통해 연결되는 제 1,2 안테나부(22)(23)로 이루어진다.

상기 제 1 안테나부(22)는 고주파 전원부(11)가 연결된 전원입력단(12)으로부터 접지단(13)으로 등간격을 유지하면서 나란하게 배열이 이루어지거나, 또는 비대칭 간격을 유지하면서 나란하게 배열된다.

이때, 상기 제 1 안테나부(22)는 도 4의 a,b,c,d에서와 같이 연결부(21)를 통해 상향으로 꺽어 올라갔다 다시 내려오는 제 2 안테나부(23)의 변형된 형태로부터 높낮이가 조절되며, 상기의 높낮이의 조절폭은 제 2 안테나부(23)의 길이에 의해 결정된다.

즉, 상기 제 2 안테나부(23)의 길이가 길게 구성될 경우에는 병렬(또는 직 렬)로 나란하게 배열된 제 1 안테나부(22)의 높낮이 조절폭은 높게 이루어지고, 상기 제 2 안테나부(23)의 길이가 짧은 경우에는 병렬로 나란하게 배열되는 제 1 안테나부(22)의 높낮이 조절폭은 낮게 이루어지는 것이다.

이때, 상기 제 2 안테나부(23)는 그 길이에 따라 제 1 안테나부(21)가 등간격 또는 비대칭 간격으로 그 순차 배열이 이루어질 수 있는 것이다.

즉, 상기 다수의 제 2 안테나부(23)를 서로 다른 길이로서 교차 배열하는 경우, 상기 제 2 안테나부(23)를 통해 병렬로 나란하게 배열되는 제 1 안테나부(22)는 비대칭 간격을 유지하게 된다.

반면, 상기 다수의 제 2 안테나부(23)를 서로 동일한 길이로서 교차 배열하는 경우, 상기 제 2 안테나부(23)를 통해 병렬로 나란하게 배열되는 제 1 안테나부(22)는 등간격을 유지할 수 있게 되는 것이다.

따라서, 상기와 같이 형성된 선형 안테나(10) 일단의 전원입력단(12)으로 고주파 전원부(11)의 고주파 전원이 인가되면, 도 1의 반응챔버(1)내에 수직으로 자기장이 형성되고 다시 전자기장이 유도된다.

이때, 상기 선형 안테나(10)는 도 4의 a,b,c,d에서와 같이 유전체 절연판(2)으로부터 그 높낮이가 자유는 조절될 수 있는 바, 상기 선형 안테나(10)의 높낮이 조절로부터 선형안테나(10)를 이루는 제 1,2 안테나부(22)(23)의 정전 결합은 물론 손상을 줄이면서 국부적으로 플라즈마의 밀도가 저하되는 현상을 방지할 수 있게 되고, 이에따라 도 1의 반응챔버(1)에서 생성되는 전체적인 플라즈마 밀도는 균일하게 나타날 수 있게 되는 것이다.

즉, 도 4의 a,b,c,d와 같이 선형 안테나(10)의 제 1 안테나부(22)에 대한 높낮이를 임의로 조절한 경우, 상기 선형 안테나(10)의 일단에 형성되는 전원입력단(12)으로 고주파 전원이 인가될 때 그 고주파 전원으로 인해 순차 배열되는 제 1 안테나부(22)의 정전 결합은 서로 다른 높낮이에 의해 감소하게 되는 바,

상기의 정전 결합으로 인해 반응챔버(1)내에서 플라즈마 밀도가 저하되는 현상을 방지할 수 있게 되는 것이다.

다시말해, 고주파 전원이 인가되는 쪽이 전자기장의 세기가 강하므로 기본적으로 안테나의 높낮이 조절은 고주파 전원이 인가되는 안테나 쪽을 올려준다.

따라서, 병렬로 선형안테나(10)를 연결하는 경우에는 도 4a와 같은 높낮이를 가지고, 직렬로 선형안테나(10)의 한쪽만을 연결하는 경우에는 도 4d와 같은 높낮이를 가지게 되는 것이다.

이하, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 이하의 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 범위 이내에서 실시예의 변형이 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명 유도결합형 플라즈마 처리장치는 대면적 플라즈마에 대응할 수 있도록 높낮이 조절이 가능한 선형 안테나로 구성한 것으로, 이를 통해 안테나의 과도한 정전결합으로 인한 반응챔버내의 플라즈마 밀도 저하를 방지함은 물론, 유전체의 손상을 방지할 수 있도록 하면서 플라즈마 밀도의 균일한 분포를 통해 기판의 식각 공정 효율을 향상시킨 것이다.

Claims (9)

1. 진공상태의 플라즈마 형성공간이 마련되는 반응챔버;

   상기 반응챔버의 내부 아래쪽에 위치하는 정전척;

   상기 반응챔버의 상부에 결합되는 유전체 덮개;

   상기 반응챔버의 외부면에 위치하여 RF전원선을 통해 RF전원을 인가하는 RF전원부; 및,

   상기 RF전원부로부터 고주파 전원이 인가되는 일단에서 접지가 이루어지는 타단으로 나란하게 제 1 안테나부와 제 2 안테나부가 연결로 구성되며, 상기 제 1 안테나부의 높낮이 조절은 제 2 안테나부의 길이에 의해 결정되는 선형 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리장치.
2. 진공상태의 플라즈마 형성공간이 마련되는 반응챔버;

   상기 반응챔버의 내부 아래쪽에 위치하는 정전척;

   상기 반응챔버의 상부에 결합되는 유전체 덮개;

   상기 반응챔버의 외부면에 위치하여 RF전원선을 통해 RF전원을 인가하는 RF전원부; 및,

   상기 RF전원부로부터 고주파 전원이 인가되는 일단에서 접지가 이루어지는 타단으로 나란하게 제 1 안테나부와 제 2 안테나부가 연결로 구성되며, 상기 제 1 안테나부의 간격은 제 2 안테나부의 가변된 길이에 의해 결정되는 선형 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 선형 안테나는,

   고주파 전원이 인가되는 전원입력단으로부터 접지단으로 제 1 안테나부를 소정간격을 두고 나란하게 배열하고, 상기 배열되는 제 1 안테나부는 제 2 안테나부를 통해 병렬 또는 직렬로 연결되도록 구성함을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 제 1 안테나부는,

   제 2 안테나부에 의해 높낮이가 조절되도록 구성함을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리 장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 제 1 안테나부의 간격은, 등간격으로 구성됨을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리 장치.
6. 제3항에 있어서, 상기 제 1 안테나부는, 비대칭 간격으로 구성됨을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리 장치.
7. 제3항에 있어서, 상기 제 2 안테나부의 간격은, 등간격으로 구성됨을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리 장치.
8. 제3항에 있어서, 상기 제 2 안테나부의 간격은, 비대칭 간격으로 구성됨을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리 장치.
9. 삭제

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