KR100774496B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 플라즈마를 이용한 소정의 처리가 이루어지는 반응챔버와, 상기 플라즈마를 이용한 소정의 처리의 대상물이 장착되는 스테이지와, 상기 플라즈마를 유도하는 파워를 인가하는 전원 공급부와 조합되고 상기 반응챔버의 중앙부로부터 가장자리쪽으로 갈수록 점진적으로 간격이 줄어들도록 상기 반응챔버에 선형적으로 평행하고 이격 배치된 루프 형태의 안테나와, 상기 선형 안테나에 의해 유도되는 전기장의 방향과 교차하는 자기장을 발생시키는 복수개의 영구자석들을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 반응챔버 전체적으로 균일한 플라즈마 밀도를 구현할 수 있게 됨으로써, 플라즈마를 이용한 플라즈마 처리시 균일한 처리 결과를 얻을 수 있는 효과가 있다.
반도체, 평판 패널 디스플레이, 플라즈마 처리 장치, 유도 결합 플라즈마

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA TREATMENT APPARATUS}
도 1은 종래 기술에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시한 부분 절개 사시도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시한 부분 절개 사시도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에 있어서 선형 안테나의 변경례를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시한 부분 절개 사시도.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시한 부분 절개 사시도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100,200,300; 플라즈마 처리 장치
110,210,310; 반응챔버
120,220,320; 스테이지
130,230,330; 선형 안테나
132,232,332; 선형 안테나 보호관
140,240,340; 영구자석
142,242,342; 영구자석 보호관
150,250,350; 프로브
160,170,260,270,360,370; 전원 공급부
본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 플라즈마 밀도를 개선시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조 공정 뿐만 아니라 대면적의 평판 패널 디스플레이(FPD) 장치의 제조 공정에서도 대면적에 걸친 균일한 플라즈마 형성은 매우 중요하다. 특히, 실리콘 웨이퍼의 대구경화와 더불어 평판 패널 디스플레이 기판도 대면적화되어 가고 있는 추세에 있어 더욱 그러하다. 예를 들어, 박막트랜지스터 액정디스플레이(TFT LCD)를 제조하기 위한 플라즈마 처리 공정에서는 높은 플라즈마 밀도가 요구되고 있다. 이러한 요구에 걸맞게 종래에는 나선형 안테나 구조 대신에 선형의 안테나가 루프 형태로 구비된 플라즈마 처리 장치가 제안된 바 있었다.
도 1은 종래의 루프 형태로 연결된 선형 안테나를 구비한 플라즈마 처리 장치를 도시한 부분 절개 사시도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 플라즈마 처리 장치(10)에는 반응챔버(11)의 하부 바닥면에는 평판기판이 장착되는 스테이지(12)가 구비되고 반응챔버(11)의 상부에는 루프 형태로 연결된 선형 안테나(13)가 내장되어 있다. 스테이지(12)에는 바이 어스 파워가 인가되고, 선형 안테나(13)의 일단에는 고주파 소스 파워가 인가되고 타단은 접지된다. 그리고, 선형 안테나(13)의 하부에는 프로브(15)와 복수개의 영구자석(14)이 N극과 S극이 번갈아 가며 배치되어 있다. 선형 안테나(13)에 고주파를 인가하게 되면 선형 안테나(13)에 흐르는 전류에 의해 유도되는 전기장 방향과 영구자석(14)에 의해 유도되는 자기장 방향이 서로 직교하므로써 전자가 나선 운동을 하게 되고 이에 따라 플라즈마 밀도가 반응챔버(11)에 전체에 걸쳐 높아지는 것이다.
그러나, 종래의 플라즈마 처리 장치(10)에 있어서는 선형 안테나(13)의 굵기가 반응챔버(11) 전체에 걸쳐 균일하므로 반응챔버(11)의 중앙 지역에 비해 가장자리 지역의 플라즈마 밀도가 상대적으로 감소하게 된다. 이에 따라, 평판기판에 대한 플라즈마 처리, 가령 플라즈마 식각 처리를 진행하게 되면 평판기판 전체에 걸쳐 식각 균일성을 확보하기 어렵다는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상술한 종래 기술상의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 플라즈마 밀도를 균일하게 할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는 선형 안테나의 구조를 변경시켜 플라즈마 밀도의 균일성을 개선시키는 것을 특징으로 한다.
상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 처리 장 치는, 플라즈마를 이용한 소정의 처리가 이루어지는 반응챔버와, 상기 플라즈마를 이용한 소정의 처리의 대상물이 장착되는 스테이지와, 상기 플라즈마를 유도하는 파워를 인가하는 전원 공급부와 조합되고 상기 반응챔버의 중앙부로부터 가장자리쪽으로 갈수록 점진적으로 간격이 줄어들도록 상기 반응챔버에 선형적으로 평행하고 이격 배치된 루프 형태의 안테나와, 상기 선형 안테나에 의해 유도되는 전기장의 방향과 교차하는 자기장을 발생시키는 복수개의 영구자석들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 제1 실시예에 있어서, 상기 안테나의 일단은 상기 전원 공급부가 조합되고, 상기 안테나의 타단은 접지된다. 또는, 상기 안테나의 중심부는 상기 전원 공급부가 조합되고, 상기 안테나의 양단은 접지된다.
본 제1 실시예에 있어서, 상기 영구자석들은 상기 안테나의 길이 방향을 따라 연장되고 N극과 S극이 번갈아가며 배치된다.
상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는, 플라즈마를 이용한 소정의 처리가 이루어지는 반응챔버와, 상기 플라즈마를 이용한 소정의 처리의 대상물이 장착되는 스테이지와, 상기 플라즈마를 유도하는 파워를 인가하는 전원 공급부와 조합되고 상기 반응챔버의 중앙부로부터 가장자리쪽으로 갈수록 점진적으로 단면적이 줄어들도록 상기 반응챔버에 선형적으로 평행하고 동일한 간격으로 이격 배치된 루프 형태의 안테나와, 상기 선형 안테나에 의해 유도되는 전기장의 방향과 교차하는 자기장을 발생시키는 복수개의 영구자석들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 제2 실시예에 있어서, 상기 안테나의 일단은 상기 전원 공급부가 조합되고, 상기 안테나의 타단은 접지된다. 또는, 상기 안테나의 중심부는 상기 전원 공급부가 조합되고, 상기 안테나의 양단은 접지된다.
본 제2 실시예에 있어서, 상기 영구자석들은 상기 안테나의 길이 방향을 따라 연장되고 N극과 S극이 번갈아가며 배치된다.
상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는, 플라즈마를 이용한 소정의 처리가 이루어지는 반응챔버와, 상기 플라즈마를 이용한 소정의 처리의 대상물이 장착되는 스테이지와, 상기 플라즈마를 유도하는 파워를 인가하는 전원 공급부와 조합되고 상기 반응챔버의 중앙부로부터 가장자리쪽으로 갈수록 점진적으로 간격 및 단면적이 줄어들도록 상기 반응챔버에 선형적으로 배치된 루프 형태의 안테나와, 상기 선형 안테나에 의해 유도되는 전기장의 방향과 교차하는 자기장을 발생시키는 복수개의 영구자석들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 제3 실시예에 있어서, 상기 안테나의 일단은 상기 전원 공급부가 조합되고, 상기 안테나의 타단은 접지된다. 또는, 상기 안테나의 중심부는 상기 전원 공급부가 조합되고, 상기 안테나의 양단은 접지된다.
본 제3 실시예에 있어서, 상기 영구자석들은 상기 안테나의 길이 방향을 따라 연장되고 N극과 S극이 번갈아가며 배치된다.
본 발명에 의하면, 반응챔버의 중앙부에서 가장자리쪽으로 갈수록 안테나의 간격이 작아지거나, 또는 안테나의 단면적이 작아지거나, 또는 안테나의 간격 및 단면적이 작아지도록 안테나를 배치시킨다. 이에 따라, 반응챔버 전체적으로 균일한 플라즈마 밀도를 구현할 수 있게 된다.
이하에서 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명과 종래 기술과 비교한 이점은 첨부된 도면을 참조한 상세한 설명과 특허청구범위를 통하여 명백하게 될 것이다. 특히, 본 발명은 특허청구범위에서 잘 지적되고 명백하게 청구된다. 그러나, 본 발명은 첨부된 도면과 관련해서 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수 있다.
(제1 실시예)
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시한 부분 절개 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 제1 실시예의 플라즈마 처리 장치(100)는 선형 유도 결합 플라즈마(ICP) 처리 장치의 일종으로서 특히 유리기판과 같은 대면적 평판기판에 대해 플라즈마 식각 처리와 같은 플라즈마 처리를 하기에 적합하다. 이 플라즈마 처리 장치(110)는 플라즈마 처리 공정이 진행되는 밀폐된 영역을 정의하는 반응챔버(110)를 가진다. 반응챔버(110)의 하부 바닥면에는 플라즈마 처리 공정 대상물인 평판기판이 장착되는 스테이지(120)를 구비한다. 스테이지(120)에는 전원 공급부(160)에 의해 고주파 바이어스 파워가 인가된다. 반응챔버(110)의 상부에는 가령 구리로 이루어진 선형 안테나(130)가 내장된다.
선형 안테나(130)는 반응챔버(110) 내측 영역에서는 직선형을 유지하지만 반응챔버(110) 외측 영역에서는 구부러져 있어 전체적으로 루프와 유사한 형태를 이룬다. 선형 안테나(130)의 일단에는 전원 공급부(170)와 연결되어 고주파 소오스 파워가 인가되고, 타단은 접지부와 같은 부재에 연결되어 접지된다. 선형 안테나(130)는 예를 들어 스퍼터링에 내성이 강한 석영으로 이루어진 관 형태의 안테나 보호관(132) 속에 삽입될 수 있다.
반응챔버(110)에는 선형 안테나(130)의 하측에 복수개의 영구자석들(140)이 선형 안테나(130)의 길이 방향으로 연장되어 배치된다. 서로 이웃한 영구자석들(140)은 서로 반대 극성, 즉 N극과 S극으로 배치된다. 영구자석(140)은 스퍼터링에 저항성이 큰 물질, 가령 석영으로 구성된 보호관(142)으로 둘러싸여 있을 수 있다. 그리고, 반응챔버(110)에는 플라즈마 밀도와 플라즈마 균일도 및 플라즈마 퍼텐셜과 같은 플라즈마 특성을 측정하기 위한 프로브(150)가 더 구비될 수 있다.
서로 이웃하게 배치된 선형 안테나(130)는 반응챔버(110)의 외측에서 직렬 연결되어 있기 때문에 전류의 흐름 방향(화살표)은 서로 반대이다. 따라서, 서로 이웃하게 배치된 선형 안테나(130) 사이에서 유도되는 전기장의 방향은 선형 안테나들(130) 사이에서 위로 향하거나 아래로 향한다. 그리고, 영구자석들(140)은 N극과 S극이 서로 번갈아 배치되기 때문에 영구자석들(140) 사이에서 형성되는 자기장 방향은 전기장 방향과 직교한다. 따라서, 이들 자기장과 전기장 내에서는 전자가 나선 운동을 하게 되어 전자의 이동 경로가 증가되어 플라즈마의 밀도가 높아진다.
한편, 선형 안테나(130)는 수평적으로 소정의 간격을 두고 배치되는데, 반응 챔버(110)의 중앙부에서 가장자리쪽으로 갈수록 그 간격이 점진적으로 좁아지도록 배치된다. 즉, 반응챔버(110)의 중앙부쪽에서 서로 이웃하게 배치된 선형 안테나(130) 사이의 간격(d1)은 반응챔버(110)의 가장자리쪽에서 서로 이웃하게 배치된 선형 안테나(130) 사이의 간격(d2)에 비해 넓고, 반응챔버(110)의 중앙부와 가장자리 사이에 서로 이웃하게 배치된 선형 안테나(130) 사이의 간격(d2)은 중간 정도이다. 선형 안테나(130)의 간격이 좁아지게 되면 자기장 세기가 증가하게 되어 플라즈마 밀도는 커지게 된다. 즉, 선형 안테나(130) 사이의 간격과 플라즈마 밀도 간의 관계는 하기 수학식 1에서와 같이 반비례 관계이다.
Np ∝ d-1
여기서, Np 는 플라즈마 밀도이고, d 는 선형 안테나 사이의 간격이다.
따라서, 플라즈마 밀도는 반응챔버(110)의 중앙부 영역에 비해 가장자리 영역에서 상대적으로 증가하게 된다. 이는 도 1에 도시된 종래의 반응챔버(11)의 가장자리 영역의 플라즈마 밀도가 중앙부 영역의 플라즈마 밀도에 비해 상대적으로 작은 것을 보상하므로, 반응챔버(110) 전체적으로는 플라즈마 밀도가 균일해진다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예의 플라즈마 처리 장치에 있어서 선형 안테나 구조의 변경례를 도시한 사시도이다.
도 3을 참조하면, 선형 안테나(130a)에 고주파 소스 파워를 인가하는 전원 공급부(170a)를 선형 안테나(130a)의 중앙부에 연결하고 선형 안테나(130a)의 양단 을 접지부(180a)로써 접지시키는 구조로 형성할 수 있다. 고주파 소스 파워를 선형 안테나(130a)의 중앙부에 설치하게 되면, 선형 안테나(130a)의 일단으로 고주파 소스 파워를 인가하는 것에 비해 선형 안테나(130a)의 중심부를 기준으로 좌우 양단을 향해 균일한 파워를 인가시킬 수 있게 된다.
(제2 실시예)
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시한 부분 절개 사시도이다. 도 4에 도시된 플라즈마 처리 장치는 도 2에 도시된 플라즈마 처리 장치와 대동소이하므로 이하에선 상위점에 대해서 상세히 설명하도록 하고 동일한 점에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4를 참조하면, 본 제2 실시예의 플라즈마 처리 장치(200)에 있어서 선형 안테나(230)는 동일한 간격으로 반응챔버(210) 내에 내장 설치되지만, 선형 안테나(230)의 단면적은 반응챔버(210) 내에서의 배치 위치에 따라 다르게 설정되어 있다. 구체적으로, 반응챔버(210)의 중앙부에서 가장자리쪽으로 갈수록 선형 안테나(230)의 단면적은 점진적으로 작아진다. 즉, 반응챔버(210)의 중앙부쪽에 배치된 선형 안테나(230)의 단면적은 상대적으로 가장 크고 반응챔버(210)의 가장자리쪽에 배치된 선형 안테나(230)의 단면적은 가장 작으며, 반응챔버(210)의 중앙부와 가장자리 사이에 배치된 선형 안테나(230)의 단면적은 중간 정도이다.
선형 안테나(230)의 단면적이 작아지게 되면 리액턴스는 작아져 플라즈마 밀도는 커지게 된다. 다시 말하면, 선형 안테나(230)의 단면적과 플라즈마 밀도 간의 관계는 하기 수학식 2에서 보는 바와 같이 반비례 관계이다.
Np ∝ D-1
여기서, Np 는 플라즈마 밀도이고, D 는 선형 안테나 사이의 간격이다.
따라서, 플라즈마 밀도는 반응챔버(210)의 중앙부 영역에 비해 가장자리 영역에서 상대적으로 증가하게 된다. 이는 반응챔버(210)의 가장자리 영역의 플라즈마 밀도가 중앙부 영역의 플라즈마 밀도에 비해 상대적으로 작은 것을 보상하므로, 반응챔버(210) 전체적으로는 플라즈마 밀도가 균일해진다.
한편, 본 제2 실시예에 있어서도, 도 3에서와 같이, 전원 공급부(270)를 선형 안테나(230)의 중앙부와 연결시켜 고주파 소스 파워를 선형 안테나(230)의 중앙부로 인가할 수 있게 선형 안테나(230)의 구조를 변경시킬 수 있다. 고주파 소스 파워를 선형 안테나(230)의 중심부로 인가하게 되면 선형 안테나(230)의 좌우 양단은 균일한 파워를 느끼게 된다.
(제3 실시예)
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시한 부분 절개 사시도이다. 도 5에 도시된 플라즈마 처리 장치는 도 2에 도시된 플라즈마 처리 장치와 대동소이하므로 이하에선 상위점에 대해서 상세히 설명하도록 하고 동일한 점에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 5를 참조하면, 본 제3 실시예의 플라즈마 처리 장치(300)에 있어서 선형 안테나(330)는 반응챔버(310)의 중앙부에서 가장자리쪽으로 갈수록 그 간격과 단면적이 점진적으로 작아지도록 배치된다. 반응챔버(310)의 중앙부에서 가장자리쪽으로 갈수록 선형 안테나(330)의 간격(d)과 단면적(D)이 점진적으로 작아지게 되면 상술한 수학식 1 및 2에 기재된 관계에 따라 반응챔버(310) 전체적으로 플라즈마 밀도가 균일해진다.
한편, 제3 실시에에 있어서도, 도 3에서와 같이, 전원 공급부(370)를 선형 안테나(330)의 중앙부와 연결시켜 고주파 소스 파워를 선형 안테나(330)의 중앙부로 인가할 수 있게 선형 안테나(330)의 구조를 변경시킬 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 그리고, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 반응챔버의 중앙부에서 가장자리쪽으로 갈수록 안테나의 간격이 작아지거나, 또는 안테나의 단면적이 작아지거나, 또는 안테나의 간격 및 단면적이 작아지도록 안테나의 구조를 변경시킴으로써 반응챔버 전체적으로 균일한 플라즈마 밀도를 구현할 수 있게 된다. 따라서, 플라즈마를 이용한 플라즈마 처리시 균일한 처리 결과를 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 플라즈마를 이용한 플라즈마 처리가 이루어지는 반응챔버;
    상기 플라즈마를 이용한 소정의 처리의 대상물이 장착되는 스테이지;
    상기 반응챔버 내에서 선형적으로 평행하게 이격되어 배치된 다수의 선형부를 포함하고, 상기 스테이지와 마주하며, 상기 플라즈마를 유도하는 파워를 인가하는 전원 공급부와 조합된 선형 안테나; 및
    상기 스테이지와 마주하고, 상기 반응챔버 내에서 상기 선형 안테나와 평행하게 배치되며, 상기 선형 안테나에 의해 유도되는 전기장의 방향과 교차하는 자기장을 발생시키는 복수개의 영구자석들을 포함하고,
    상기 다수의 선형부는 상기 반응챔버의 중앙부에 위치한 선형부로부터 상기 반응챔버의 가장자리 측에 위치한 선형부로 갈수록 인접한 두 개의 선형부들 간의 간격이 감소되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 선형 안테나의 일단은 상기 전원 공급부가 조합되고, 상기 선형 안테나의 타단은 접지된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 선형 안테나의 중심부는 상기 전원 공급부가 조합되고, 상기 선형 안테나의 양단은 접지된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 영구자석들은 상기 선형 안테나의 길이 방향을 따라 연장되고 N극과 S극이 번갈아가며 배치된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 플라즈마를 이용한 플라즈마 처리가 이루어지는 반응챔버;
    상기 플라즈마를 이용한 소정의 처리의 대상물이 장착되는 스테이지;
    상기 반응챔버 내에서 선형적으로 평행하게 이격되어 배치된 다수의 선형부를 포함하고, 상기 스테이지와 마주하며, 상기 플라즈마를 유도하는 파워를 인가하는 전원 공급부와 조합된 선형 안테나; 및
    상기 스테이지와 마주하고, 상기 반응챔버 내에서 상기 선형 안테나와 평행하게 배치되며, 상기 선형 안테나에 의해 유도되는 전기장의 방향과 교차하는 자기장을 발생시키는 복수개의 영구자석들을 포함하고,
    상기 다수의 선형부는 상기 반응챔버의 중앙부에 위치한 선형부로부터 상기 반응챔버의 가장자리 측에 위치한 선형부로 갈수록 두께가 감소되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 선형 안테나의 일단은 상기 전원 공급부가 조합되고, 상기 선형 안테나의 타단은 접지된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 선형 안테나의 중심부는 상기 전원 공급부가 조합되고, 상기 선형 안테나의 양단은 접지된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 영구자석들은 상기 선형 안테나의 길이 방향을 따라 연장되고 N극과 S극이 번갈아가며 배치된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 선형부는 등간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  10. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수의 선형부는 상기 반응챔버의 중앙부에 위치한 선형부로부터 상기 반응챔버의 가장자리 측에 위치한 선형부로 갈수록 인접한 두 개의 선형부들 간의 간격이 감소되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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