KR100849394B1 - 높이 조절이 가능한 절연 부재를 갖는 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 높이 조절용 탭을 갖는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다. 본 발명은 플라즈마 발생용 RF 전원이 전기적으로 접속되는 상부 전극 상기 상부 전극에 대향하여 배치되며, 바이어스 발생용 RF 전원이 전기적으로 접속되는 하부 전극 및 상기 하부 전극의 모서리 상부 측에 배치되며, 하나 이상의 높이 조절용 탭을 구비하는 수평 절연부재를 포함한다. 본 발명에 따르면 수평 절연부재의 높이를 조절하여 RF의국부적인 대량 방사를 방지할 수 있다.

절연 부재, 수평, 탭, 나사산, 높이, RF, 방사

Description

높이 조절이 가능한 절연 부재를 갖는 플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS HAVING ISOLATOR CAPABLE OF ADJUSTING HEIGHT}

도 1은 종래기술에 따른 RF 플라즈마 처리 장치의 절연 부재의 일부 사시도.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 측단면도.

도 3은 본 발명에 따른 절연 부재의 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 절연 부재의 측단면도.

도 5는 본 발명에 따른 RF 차폐 판재가 삽입된 구조를 도시한 도면.

도 6은 도 5의 측단면도.

본 발명은 높이 조절이 가능한 절연 부재를 갖는 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 절연 부재의 높이를 조절하여 플라즈마 밀도를 균일하게 유지할 수 있는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.

최근 반도체 소자, LCD, 유기 EL, PDP(Plasma Display Panel) 등과 같은 구성부품들은 구조 또는 구성이 보다 정밀해지므로, 이러한 구성부품들의 제조 공정 에서는 고정밀 처리 제어가 필요한데, 이러한 고정밀 처리 제어가 가능한 장치 중에 일반적으로 플라즈마 처리 장치가 각광받고 있다.

플라즈마 처리 장치로는 전압 인가 방식에 따라 직류 전류(direct current, 이하 ‘DC’라 함) 플라즈마 처리 장치, RF(Radio Frequency) 플라즈마 처리 장치, 마이크로파(microwave) 플라즈마 처리 장치, 전자 사이클로트론 공진(electron cyclontron resonance) 플라즈마 처리 장치 등이 있다.

RF 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 생성과 유지를 위한 전극을 전도성, 비전도성으로 모두 사용가능하며, 이온화율이 높고 제어가 용이하다는 점에서 화학 증착, 에칭(etching) 또는 애싱(ashing)과 같은 플라즈마 공정에 주로 사용되고 있다.

도 1은 종래기술에 따른 RF 플라즈마 처리 장치의 절연 부재의 일부 사시도이다.

RF 플라즈마 처리장치는 진공분위기를 형성시킬 수 있는 챔버와, 상기 챔버 내 상측에 구비되며 RF 전원이 인가되는 상부 전극과, 상부 전극과 이격된 하측에 구비되어 기판이 위치되는 탑재대 기능까지 하는 하부 전극으로 이루어진다.

도 1에 도시된 바와 같이, 하부 전극(102)은 메인 절연판(100) 상부에 위치하며, RF 전력을 인가 받는 전극(104)과 기판을 올리기 위한 정전척에 해당하는 전극(106)을 포함한다.

하부 전극(102)에는 저면 가장자리부와 상면 가장자리부 그리고 외측벽을 각 각 감싸면서 플라즈마로부터 공격을 방지할 수 있도록 수직 절연부재(108, 110)와 수평 절연부재(112)가 각각 구비된다.

여기서, 수직 절연부재(108, 110)와 수평 절연부재(112)는 절연체로서 세라믹 또는 엔지니어링 플라스틱으로 형성된다.

이와 같은 RF 플라즈마 처리 장치는 상부 전극에 플라즈마 발생용 RF(예를 들어 13.6MHz) 전력을 인가하고, 하부 전극(102)에 바이어스 발생용 RF 전력을 인가함으로써 플라즈마를 생성하고, 하부 전극(102) 상에 놓여지는 기판에 대한 에칭 공정 등을 수행한다.

한편, 상기한 절연부재(108 내지 112)는 하부 전극(102)과 플라즈마의 접촉을 차단하여 하부 전극(102)이 등전위를 유지하도록 한다.

한편, 상기한 수평 절연부재(112)에는 절연 볼트가 삽입되는 복수의 관통공(114-n)이 형성된다. 여기서 수직 절연부재(108)에는 관통공(114-n)이 연장되는 지점에 나사산이 형성된 삽입홈이 배치되며, 관통공(114-n)으로 삽입된 절연 볼트는 상기한 나사산을 통해 체결되며, 이에 따라 수평 절연부재(112)가 고정된다.

수평 절연부재(112)의 높이는 하부전극(102)의 수평 방향으로의 RF 방사 정도를 조절하는 것인데, 플라즈마 처리 공정의 시간이 경과함에 따라 높이가 낮아지게 된다.

그러나 수평 절연부재의 높이가 낮아지는 경우, 절연부재의 전기적 전위가 불균형을 이루게 되며 이에 따라 절연부재를 통해 국부적인 RF 대량 방사가 발생한다.

절연부재가 파괴되는 경우 플라즈마와 전극의 접촉이 차단되지 않아 챔버 내부의 플라즈마 밀도가 일정하게 유지되지 않으며 원하는 플라즈마 공정을 수행할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명에서는 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 안정된 RF 방사가 가능한 RF 차폐 구조를 갖는 플라즈마 처리 장치를 제안하고자 한다.

본 발명의 다른 목적은 안정된 RF 방사를 통해 챔버 내부에 플라즈마 밀도를 일정하게 유지할 수 있는 RF 차폐 구조를 갖는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 수평 절연부재의 높이를 조절할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 플라즈마 처리 장치에 있어서, 플라즈마 발생용 RF 전원이 전기적으로 접속되는 상부 전극 상기 상부 전극에 대향하여 배치되며, 바이어스 발생용 RF 전원이 전기적으로 접속되는 하부 전극 및 상기 하부 전극의 모서리 상부 측에 배치되며, 하나 이상의 높이 조절용 탭을 구비하는 수평 절연부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 기판 손상 검출 장치 및 방법에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 측단면도이다.

본 발명에서는 설명의 편의를 위해 플라즈마 에칭 장치를 중심으로 본 발명을 설명할 것이나 반드시 이에 한정됨이 없이 플라즈마를 이용하여 각종 처리를 하는 장치가 본 발명의 범주에 속할 수 있다는 점을 당업자는 이해하여야 할 것이다.

도 2는 용량 결합형 평행 평판 플라즈마 에칭 장치를 도시한 도면으로서, 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 이루어지는 대략 원통 형상의 챔버(처리 용기)(10)를 포함한다.

챔버(10)의 바닥부에는 세라믹 등으로 이루어지는 메인 절연판(12)이 배치되며, 메인 절연판(12) 상면에는 하부 전극(14)이 구비된다.

하부 전극(14)의 상면에는 피처리 기판(18)에 해당하는 반도체 웨이퍼 또는 글래스가 놓여지는 정전척(16)이 마련된다.

여기서 정전척(16)은 기판(18)을 정전력으로 흡착 유지한다.

정전척(16)은 직류 전원(22)이 전기적으로 접속되어 있고, 스위치에 의해 온·오프 동작이 가능하게 되어 있다. 그리고, 직류 전원(22)으로부터의 직류 전압에 의해 발생한 쿨롱력 등의 정전력에 의해 기판(18)이 정전척(16)에 흡착 유지된다.

하부 전극(14) 및 정전척(16)의 주변부에 이들을 고정하기 위한 전극 고정 부(20)가 배치된다. 전극 고정부(20)는 하부 전극(14) 및 정전척(16)을 둘러싸면서 하부 전극(14)과 정전척(16)의 유동을 방지한다.

하부 전극(14) 및 정전척(16)의 주변부, 즉 전극 고정부(20)의 외측벽 방향으로 제1 수직 절연부재(26), 제2 수직 절연부재(28) 및 수평 절연부재(24)가 배치된다.

이와 같은 절연부재(24,26,28)는 세라믹 또는 엔지니어링 플라스틱으로 이루어지며, 하부 전극(14)이 플라즈마와 접촉하는 것을 방지한다.

수평 절연부재(24)와 제1 수직부재(26) 사이에는 하나 이상의 체결 수단이 제공되며, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 수평 절연부재(24)에 탭(tap)이 형성되며 이를 통해 체결 수단이 체결된다. 이에 따라 수평 절연부재(24)의 높이 조절이 가능하며, 시간 경과에 따라 수평 절연부재(24)의 높이가 낮아지는 현상은 방지된다. 따라서, 하부 전극(14)으로부터의 국부적인 RF 대량 방사가 이루어지는 현상은 방지된다.

본 발명에 따른 수평 절연부재(24)의 탭 구조는 도 2의 A 부분을 확대한 하기의 도 3 내지 도 4를 통해 상세하게 설명할 것이다.

한편, 정전척(16)의 상부 측에는 하부 전극(14)와 평행하게 대향하는 상부 전극(34)이 구비되며, 상부 및 하부 전극(34, 16) 사이의 공간이 플라즈마 생성 공간으로 된다.

상부 전극(34)은 상부 절연부재(42)를 거쳐서, 챔버(10)의 상부에 지지되어 있고, 다수의 토출 구멍(37)을 갖는 전극판(36)과, 이 전극판(36)을 착탈 자유롭게 지지하고, 도전성 재료, 예컨대 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 이루어지는 수냉 구조의 전극 지지체(38)에 의해서 구성되어 있다.

전극판(36)은 주울열이 적은 저저항의 도전체 또는 반도체가 바람직하며, 실리콘 함유 물질이 바람직하다. 이러한 관점에서, 전극판(36)은 실리콘이나 SiC로 구성되는 것이 바람직하다.

전극 지지체(38)의 내부에는 가스 확산실(40)이 마련되며, 가스 확산실(40)로 처리 가스 공급원(48)에서 공급하는 처리 가스가 유입된다.

에칭을 위한 처리 가스로는 예를 들어, C₄F₈ 가스와 같은 플루오르화카본 가스(CxFy)가 사용될 수 있다.

처리 가스는 가스 확산실(40)을 통해 가스 토출 구멍(37)을 거쳐서 샤워 형상으로 플라즈마 생성 공간에 토출된다.

상부 전극(34)에는 임피던스 매칭부(50) 및 플라즈마 발생용 RF 전원(52)이 전기적으로 접속되어 있다.

플라즈마 발생용 RF 전원(52)은 13.56 ㎒ 이상의 주파수가 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 임피던스 매칭부(50)는 플라즈마 발생용 RF 전원(52)의 내부(또는 출력) 임피던스에 부하 임피던스를 정합시키는 것으로, 플라즈마 발생용 RF 전원(52)에 의해 인가되는 RF 전력이 반사되는 것을 방지한다.

그밖에 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는 처리 가스의 배출을 위한 배기 플레이트(30), 배기구(32), 기판의 출입을 위한 입출구(44) 및 입출구의 개폐를 위한 밸브(46)를 포함할 수 있다.

한편, 상기한 하부 전극(14)에는 임피던스 매칭부(54)를 거쳐 바이어스 발생용 RF 전원(56)이 전기적으로 접속된다.

이하에서는 도면 3 및 4를 참조하여 본 발명에 따른 높이조절용 탭 구조를 보다 상세하게 살펴본다.

도 3은 본 발명에 따른 절연 부재의 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 절연 부재의 측단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 수평 절연부재(24)에는 하나 이상의 관통공(70-n) 및 탭(72-n)이 형성된다.

여기서 관통공(70-n) 및 탭(72-n)은 체결 수단, 바람직하게는 절연 볼트(80)가 삽입되는 것으로서, 수평 절연부재의 면적에 따라 소정 간격 및 개수로 제공될 수 있다.

여기서, 탭(72-n)은 나사산(81)이 형성된 홈으로서, 바람직하게 하나 이상의 탭(70-n)은 500mm 간격으로 배치되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 3에 도시된 바와 같이, 관통공(70-n)은 수평 절연부재(24)의 양 측면 방향을 따라 배치될 수 있으며, 탭(72-n)은 관통공(70-n) 사이에 소정 간격으로 배치될 수 있다.

복수의 관통공(70-n)은 제1 수직 절연부재(26) 측으로 연장되며, 복수의 관통공(70-n)으로 삽입된 체결 수단(80)은 전극 고정부(20)에 형성된 관통공(82)을 거쳐 제1 수직 절연부재(26)의 제1 삽입홈(84)에 삽입된다.

상기한 제1 삽입홈(84)의 가장자리에는 나사산(85)이 형성되어 체결 수단(80)이 체결될 수 있다.

본 발명에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이 제1 수평 절연부재(24)에 나사산이 형성된 탭(72-n)이 형성되며, 여기에 체결 수단(80)이 삽입된다.

탭(72-n)으로 삽입된 체결 수단(80)은 전극 고정부(20)에 형성된 관통공(82)을 거쳐 제1 수직 절연부재(26)의 제2 삽입홈(86)에 삽입된다. 본 발명에 따르면, 제1 수직 절연부재(26)의 제2 삽입홈(86)에는 나사산이 형성되지 않는다.

본 발명에 따르면, 수평 절연부재(24)에 하나 이상의 탭(72-n)이 형성되기 때문에 탭(72-n)에 삽입된 체결 수단의 조임 정도를 조절하여 수평 절연부재(24)의 높이를 조절할 수 있다.

플라즈마 공정, 특히 플라즈마 에칭 공정 중 시간이 경과함에 따라 수평 절연부재(24)의 높이가 낮아질 수 있는데, 이러한 경우, RF 방전 저항이 변하여 국부적인 RF 대량 방사가 이루어지며, 이에 따라 챔버 내부의 플라즈마 밀도가 불균일해진다.

본 발명은 탭을 통해 수평 절연부재의 높이를 조절할 수 있어 RF 대량 방사를 방지할 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따르면, 탭이 형성된 수평 절연부재(24)와 제1 수직 절연부재(26) 사이에는 RF 방전 저항을 일정하게 유지하기 위한 RF 차폐 판재가 개재될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 RF 차폐 판재가 삽입된 구조를 도시한 도면이고, 도 6은 도 5의 측단면도이다.

도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 수평 절연부재(24)와 전극 고정부(20) 사이에는 RF 차폐를 위한 판재(60)가 개재될 수 있으며, 이러한 경우, 체결 수단의 통과를 위해 RF 차폐 판재(60)에는 수평 절연부재(24)의 하나 이상의 관통공(70-n) 및 탭(72-n)에 상응하는 복수의 관통공(90)이 형성될 수 있다.

여기서 RF 차폐 판재(60)는 직류 저항이 1㏁-㎝ 이상 5㏁-㎝ 이하로 낮은 도전성 판재로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 하부 전극(14)을 전체적으로 둘러싼다.

바람직하게, RF 차폐 판재(60)는 Al-Mg-Si계 합금인 Al60 계열로 형성되며, 바람직하게는 하부 전극(14)의 재질과 동일한 것이 바람직하다.

또한, RF 차폐 판재(60)의 두께는 제1 및 제2 수직 절연부재(26,28) 사이의 간격을 고려하여 0.05mm 내지 0.3mm인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

상부 전극(34)과 하부 전극(14)에 인가되는 RF 전력에 의해 챔버(10) 내부에 플라즈마가 형성되어 기판 표면의 에칭 공정이 이루어지는데, 하부 전극(14)과 플라즈마의 접촉을 차단하는 절연부재(24,26,28)만을 제공하는 경우에는 절연부재(24,26,28)에 전기적 전위를 불균형하게 만드는 충전이 발생하며, 또한 이로 인해 하부 전극(14)에서 국부적인 RF 대량 방사가 발생한다.

본 발명에 따르면, 탭을 통해 수평 절연부재(24)의 높이를 조절할 뿐만 아니라 수평 절연부재(24)와 제1 수직 절연부재(26) 사이에 RF 차폐 판재(60)를 제공하기 때문에 RF 대량 방사 차단 효율을 높일 수 있게 된다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 수평 절연부재 내에 하나 이상의 탭을 제공하기 때문에 수평 절연부재의 높이를 자유롭게 조절할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면 RF 차폐 구조를 제공함으로써 하부 전극에서의 국부적인 RF 대량 방사를 방지할 수 있는 장점이 있다.

Claims (8)

1. 플라즈마 처리 장치에 있어서,

   플라즈마 발생용 RF 전원이 전기적으로 접속되는 상부 전극

   상기 상부 전극에 대향하여 배치되며, 바이어스 발생용 RF 전원이 전기적으로 접속되는 하부 전극 및

   상기 하부 전극의 모서리 상부 측에 배치되며, 하나 이상의 높이 조절용 탭을 구비하는 수평 절연부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 하부 전극 측면에 인접 배치되는 제1 수직 절연부재 및

   상기 하부 전극에서 멀어지는 방향으로 상기 제1 수직 절연부재와 이격되어 배치되는 제2 수직 절연부재를 더 포함하되,

   상기 탭에 삽입된 하나 이상의 체결 수단은 상기 제1 수직 절연부재로 연장되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 수평 절연부재는 하나 이상의 관통공을 구비하며, 상기 제1 수직 절연 부재는 상기 관통공에 상응하는 위치에 나사산이 형성된 하나 이상의 제1 삽입홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 제1 수직 절연부재는 상기 하나 이상의 탭에 상응하는 위치에 상기 체결수단이 삽입되는 하나 이상의 제2 삽입홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
5. 제2항에 있어서,

   상기 수평 절연부재 및 제1 수직 절연부재 사이에 배치되며, 상기 하부 전극에 의한 RF 대량 방사를 차폐하는 RF 차폐 판재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 RF 차폐 판재는 상기 하부 전극과 동일한 재질로 이루어지는 플라즈마 처리 장치.
7. 제5항에 있어서,

   상기 RF 차폐 판재는 저항이 1㏁-㎝ 이상 5㏁-㎝ 이하인 플라즈마 처리 장치.
8. 제5항에 있어서,

   상기 RF 차폐 판재는 상기 하나 이상의 탭에 상응하는 위치에 상기 체결수단이 삽입되는 하나 이상의 관통공을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.

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