KR100873686B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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KR100873686B1
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주식회사 래디언테크
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Abstract

본 발명은 안테나의 구조를 변경하여 균일한 플라즈마를 제공하기 위한 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로서, 챔버; 상기 챔버 외부를 적어도 1회전 이상 환포하며, 전력이 인가되는 인입단과 인가된 전력이 배출되는 접지단을 가지는 적어도 둘 이상의 코일; 및 상기 코일의 인입단에 전력을 인가하는 전원;을 포함하며, 상기 적어도 둘 이상의 코일은, 어느 한 코일과 이에 인접된 다른 한 코일의 전류흐름 방향이 상반되게 배치되는 것을 특징으로 하여, 대형화된 장치에서도 밀도가 균일한 플라즈마를 발생시켜 피처리재에 균일한 플라즈마 처리가 가능하여 수율 및 품질을 보증할 수 있도록 할 수 있다.
유도 결합 플라즈마, 플라즈마 처리, ICP 코일, 안테나

Description

플라즈마 처리 장치{Apparatus for plasma treatment}
도 1은 종래의 플라즈마 처리 장치를 나타낸 개략 단면도,
도 2a 및 도 2b는 도 1의 안테나를 나타낸 개략 사시도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타낸 개략 단면도,
도 4 및 도 5는 도 3의 안테나를 나타낸 개략 사시도,
도 6은 다회 권선된 안테나를 나타낸 개략 사시도,
도 7은 도 3의 안테나의 다른 예를 나타낸 개략 사시도,
도 8a 및 도 8b는 단회 권선된 안테나를 나타낸 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100...반응 챔버, 161,162,163...안테나,
161a,162a,163a...인입단, 161b,162b,163b...접지단,
170...전원.
본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 안테나의 구조를 변경하여 균일한 플라즈마를 제공하기 위한 플라즈마 처리 장치에 관한 것이 다.
반도체 및 디스플레이 산업이 발전함에 따라 웨이퍼, 유리 등의 기판 가공도 한정된 면적에 원하는 패턴을 극미세화하고 고집적화하는 방향으로 진행되고 있다.
일반적으로 반도체 소자는 웨이퍼 같은 반도체 기판의 표면에 절연막 또는 금속막 등을 형성시킨 후, 이 막에 반도체 소자의 특성에 따른 패턴을 형성시킴으로써 제조된다.
플라즈마를 생성시키기 위한 전극 형태에 의한 플라즈마 처리 장치는 용량 결합 플라즈마(CCP)와 유도 결합 플라즈마(ICP)로 구분된다.
특히, ICP는 일반적으로 나선형의 코일에 고주파를 인가하여 상기 코일에 흐르는 고주파 전류에 의해 유도되는 전기장에 의해 플라즈마를 발생시킨다.
도 1은 종래의 플라즈마 처리 장치를 나타낸 개략 단면도이다.
도면을 참조하면, 플라즈마 처리 장치는 반응 챔버(10)와, 상기 반응 챔버(10) 내에 대향 위치한 가스 분사부(12) 및 기판 안착부(14)와, 상기 반응 챔버(10)의 외주면을 따라 형성된 안테나(16)로 구성되어 있다.
상기 반응 챔버(10)는 통상 원통형 형상이나, 그 형상은 이에 한정되지 않는다.
상기 반응 챔버(10) 내부에는 서로 대향 위치하는 가스 분사부(12) 및 기판 안착부(14)가 마련되어 있다.
상기 가스 분사부(12)는 외부의 가스 공급원으로부터 반응 가스를 공급받아 플라즈마 영역(P)에 반응 가스를 균일하게 분포시키는 역할을 하고, 기판 안착 부(14)는 처리될 기판을 안착시키기는 역할을 한다.
상기 반응 챔버(10)의 외주면을 따라 안테나(16)가 상기 반응 챔버(10)를 환포하도록 설치되어 있다.
상기 안테나(16)는 외부의 고주파 전원에 의해 안테나(16) 주변에 자기장이 유도되고, 상기 자기장의 변화에 따라 반응 챔버(10) 내부에 전기장이 유도된다.
따라서, 외부로부터 처리될 기판(18)이 인입되어 기판(18)이 기판 안착부(14)에 안착되면, 외부 가스 공급원으로부터 가스가 가스 분사부(12)에 인입되어 반응 챔버(10) 내의 플라즈마 영역(P)에 분사된다.
이후, 고주파 전류에 의해 플라즈마가 형성되고, 상기 플라즈마에 의해 기판(18)이 처리되어진다.
하지만, 기판의 면적이 확대되고 공정에 필요한 플라즈마 영역이 확대됨에 따라 요구되는 플라즈마 영역(P)이 확대되고, 넓은 영역에 고밀도 플라즈마를 고르게 분포시키는 기술이 요구된다.
그러나, 종래의 반응 챔버(10) 외주면을 따라 안테나(16)가 형성된 ICP 플라즈마 방식은 안테나(16)의 인입단과 접지단의 전위차에 의하여 플라즈마 불균일이 발생된다는 문제점이 있었다.
즉, 도 2a를 참조하면, 단일 권선 안테나(16)에 있어서 전원(17)과 연결된 인입단(16a)과 접지단(16b)에서의 전류 세기는 인입단(16a)에서 접지단(16b)에 이르기까지 손실되고, 손실된 전류 세기만큼 전위차가 발생되어 접지단(16b) 부근의 플라즈마 영역(P)에서의 플라즈마 밀도는 저하된다.
이러한 전류의 차이는 안테나(16) 길이가 길어질수록 더 커지게 되어 안테나(16) 인입단(16a)과 접지단(16b)에서의 전류량 차이가 더 커지게 되며, 이로 인한 플라즈마 밀도 편차 또한 더욱 커지게 된다.
또한, 도 2b를 참조하면, 다회 권선 안테나(16)의 경우에도 인입단(16a)에서의 전류 세기는 접지단(16b)으로 갈수록 감소되어 플라즈마 밀도의 불균일을 야기할 수 있다.
다회 권선 안테나(16)에서는 이러한 플라즈마 밀도 불균일을 해소하기 위하여 안테나(16) 중간 부분의 세라믹의 두께를 두껍게 하는 경우도 있으나, 이 경우 구조를 복잡하게 하는 결과를 초래하므로 바람직하지 못하다.
이러한 플라즈마 밀도 불균일 현상을 방치할 시에, 플라즈마 처리 장치에서는 플라즈마 밀도 불균일로 인하여 기판(18) 상에 불균일한 처리를 수행하게 되므로 최종 제품의 수율을 저하시키거나 품질을 하락시키는 결과를 초래하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 대형화된 플라즈마 처리 장치에서도 비교적 간단한 구성으로 밀도가 균일한 플라즈마를 발생시켜 피처리재에 균일한 플라즈마 처리가 가능하여 수율 및 품질을 보증할 수 있도록 하는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는, 챔버; 상기 챔버 외부를 적어도 1회전 이상 환포하며, 전력이 인가되는 인입단과 인가된 전력이 배출되는 접지단을 가 지는 적어도 둘 이상의 코일; 및 상기 코일의 인입단에 전력을 인가하는 전원;을 포함하며, 상기 적어도 둘 이상의 코일은, 어느 한 코일과 이에 인접된 다른 한 코일의 전류흐름 방향이 상반되게 배치되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 적어도 둘 이상의 코일은, 상기 어느 한 코일에서의 낮은 전위부가 상기 다른 한 코일에서의 전류 흐름에 의하여 보완되도록 구성된다.
이때, 상기 코일이 2n 개(단, n은 자연수)가 구비될 경우, 임의의 k 번째(단, k는 n보다 작거나 같은 자연수) 코일에 인가되는 전류량은 k+1 번째 코일에 인가되는 전류량과 동일할 수 있으며, 상기 코일이 2n+1 개(단, n은 자연수)가 구비될 경우, 1 내지 k 번째(단, k는 n보다 작거나 같은 자연수) 코일과 k+2 내지 2k+1 번째 코일에 각각 인가되는 전류량은 k+1 번째 코일에 인가되는 전류량보다 작을 수 있다.
또한, 2n+1 개(단, n은 자연수)가 구비된 코일에 있어서, 상기 1 내지 k 번째 코일과 상기 k+2 내지 2k+1 번째 코일에 인가되는 전류량은 상기 k+1 번째 코일에 대하여 대칭일 수 있다.
더욱이, 상기 적어도 둘 이상의 코일은 적어도 2회 이상 각각 권선된 코일이며, 상기 적어도 2회 이상 각각 권선된 코일은 상호 중첩되도록 배치될 수 있으며, 상기 적어도 2회 이상 권선된 코일은 각각 동일한 권선 회수를 가질 수 있다.
그리고, 상기 적어도 둘 이상의 코일은, 상기 인입단을 공유하거나, 각각의 상기 인입단에 개별 전원이 연결될 수 있으며, 상기 접지단을 공유하여 공유 접지연결되거나, 상기 적어도 둘 이상의 코일은, 개별 접지연결되어 각각의 상기 접지 단으로 인가된 전력을 배출할 수도 있다.
여기서, 상기 코일은 유도 결합형 플라즈마 소스일 수 있고, 상기 전원은 고주파 전원일 수 있다.
이때, 상기 적어도 둘 이상의 코일의 인입단은 상기 챔버에 대하여 동일 방향으로 각각 배치될 수 있고, 상기 챔버에 대하여 상반된 방향으로 각각 배치될 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는, 챔버; 상기 챔버 외부를 이격된 상태로 적어도 1 회전 이상 환포하며, 전력이 인가되는 인입단과 인가된 전력이 배출되는 접지단을 가지는 적어도 하나 이상의 코일; 및 상기 코일의 인입단에 전력을 인가하는 전원;을 포함하며, 상기 적어도 하나 이상의 코일은, 상기 인입단과 상기 챔버와의 간격이 상기 접지단과 상기 챔버와의 간격보다 크도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 코일의 상기 인입단에서부터 상기 배출단에 이르는 경로는 상기 챔버와의 간격이 구배를 이루도록 형성되거나, m 개(단, m은 2 이상의 자연수)의 구간으로 구획되며, 상기 인입단에서부터 상기 배출단으로 갈수록 상기 구획된 구간 상기 챔버와의 간격이 작아지도록 형성될 수도 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주 기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타낸 개략 단면도이다.
본 발명의 실시예에서의 플라즈마 처리 장치는 플라즈마를 발생시켜 피처리재를 식각하는 식각 장치이다.
도 3을 참조하면, 플라즈마 처리 장치는 반응 챔버(100)와, 상기 반응 챔버(100)의 외주면을 따라 형성된 안테나(161, 162)와, 상기 반응 챔버(100) 내에 서로 대향 위치하는 가스 분사부(120) 및 기판 안착부(140)를 포함하며, 안테나(161, 162)는 어느 한 안테나(161)와 다른 한 안테나(162)의 전류흐름 방향이 상반되게 배치된다.
반응 챔버(100)는 기판 처리 영역을 기밀하게 유지시키고 이와 동시에 보안 접지(Safety-grounded) 되어 있다.
가스 분사부(120)는 외부의 가스 공급원으로부터 반응 가스를 공급받아 플라즈마 영역(P)에 반응 가스를 균일하게 분포시키는 역할을 하고, 기판 안착부(140)는 처리될 기판(180)을 안착시키기는 역할을 한다.
반응 챔버(100)의 측벽 상부의 일부에는 고주파 유도 수단으로써, 유전체인 세라믹, 석영 등으로 제작된 고주파 투과창(미도시)이 형성될 수 있다.
반응 챔버(100)의 외부에는 단일 권선의 제1안테나(161) 및 제2안테나(162) 두 개가 배치되어 있다. 도 3에 도시된 제1안테나(161) 및 제2안테나(162)는 두 개가 배치되어 있으나, 둘 이상 다수 개가 배치될 수 있고 한 개가 배치될 수도 있다. 또한, 제1안테나(161) 및 제2안테나(162)는 각각이 단일 권선이 아닌 다회 권 선으로 구성될 수도 있다.
제1안테나(161) 및 제2안테나(162)는 유도 결합형 플라즈마 소스로서 코일에 고주파를 인가하여 코일에 흐르는 고주파 전류에 의해 유도되어 생성되는 전기장에 의하여 플라즈마를 발생시키는 수단이다.
제1안테나(161) 및 제2안테나(162)는, 도 4를 참조하면, 두 개가 상호 평행을 이루어 배치된다.
제1안테나(161)는 고주파 전원(170)과 연결된 인입단(161a)과 접지연결된 접지단(161b)을 가지며, 인입단(161a)에서 접지단(161b)에 이르는 경로는 반응 챔버(100)를 환포하도록 구성된다.
제2안테나(162)는 고주파 전원(170)과 연결된 인입단(162a)과 접지연결된 접지단(162b)을 가지며, 제1안테나(161)와 고주파 전원(170)을 공유한다.
이때, 제1안테나(161) 및 제2안테나(162)의 접지연결된 접지단(161b, 162b) 또한 공유되어 있다.
제2안테나(162)의 인입단(162a)에서 접지단(162b)에 이르는 경로는 반응 챔버(100)를 환포하도록 구성되는데, 인입단(162a)은 제1안테나(161)의 접지단(161b)과 부합되도록 배치된다.
즉, 제2안테나(162)의 인입단(162a)은 제1안테나(161)의 인입단(161a)과, 제2안테나(162)의 접지단(162b)은 제1안테나(161)의 접지단(161b)과 전기적으로 연결되며, 인입단(161a)과 인입단(162a) 및 접지단(161b)과 접지단(162b)은 상호 교차 연결되어, 제1안테나(161) 및 제2안테나(162)가 상호 평행으로 배치된 채로 전류가 상호 역방향으로 흐르도록 구성된다.
제1안테나(161)와 제2안테나(162)에 흐르는 전류가 상호 역방향으로 흐름으로써 제1안테나(161)의 전류 흐름이 가장 강한 지점, 즉 인입단(161a)에서 전류 흐름이 가장 약한 지점, 즉 접지단(161b)에 이르는 전류밀도의 구배는 제1안테나(161)와 동일한 양상을 나타내는 제2안테나(162)의 전류 흐름이 가장 강한 지점, 즉 인입단(162a)에서 전류 흐름이 가장 약한 지점, 즉 접지단(162b)에 이르는 전류밀도 구배에 의하여 보상될 수 있다.
이와 같은 전류 밀도의 보상은 제2안테나(162)에서 또한 동일하며, 제1안테나(161) 및 제2안테나(162)의 전류밀도 손실은 상기와 같이 상호 보완에 의하여 해소될 수 있다.
즉, 전류밀도 구배가 제1안테나(161) 및 제2안테나(162)의 임의의 구간에서 상호 보완되어, 제1안테나(161) 및 제2안테나(162) 전체의 전류밀도는 균일한 분포를 나타낼 수 있게 된다.
이와 같은 제1안테나(161) 및 제2안테나(162) 상호간의 전력 손실 보상으로 인하여 제1안테나(161) 및 제2안테나(162)의 전체 전류밀도는 균일한 분포를 나타낼 수 있고, 제1안테나(161) 및 제2안테나(162) 각 미소구간에서의 전류밀도 또한 전체적으로 균일할 수 있으므로, 제1안테나(161) 및 제2안테나(162)에 의하여 반응 챔버(100) 내에 균일한 플라즈마 발생을 도모할 수 있다.
반응 챔버(100) 내에 균일한 플라즈마 생성시에 그 내부에 수용된 피처리 기판(180)에 균일한 플라즈마 처리를 수행할 수 있으며, 이로써 제조되는 최종 제품 의 수율 및 품질을 보증할 수 있다.
안테나(161, 162)의 구성은 상기와 같이 두 개가 구비될 수도 있으며, 둘 이상이 구성될 수 있고, 어느 경우에나 안테나는 인접 안테나와 전류 흐름 방향이 상반되게 배치된다.
만약, 안테나가 4 개가 구비되는 경우 혹은 그 이상의 짝수 개, 즉 n이 자연수일때 2n 개가 구비되는 경우에 1에서 k 번째 안테나의 전류량 합은 k+1에서 2k 번째 안테나의 전류량의 합과 같도록 구성된다. 여기서, k는 n보다 작거나 같은 자연수이다. 더 바람직하게는, 각각의 안테나에는 동일한 전류량이 유입된다.
이 경우, 인접되는 k번째와 k+1번째의 한 쌍의 안테나를 고려하여 보자면, 상기와 같이 상호 인접된 안테나의 배치로 인하여 전류밀도 손실이 보상되며, 전체 안테나에서 또한 전류밀도 손실이 상호 보완된다.
또한, 안테나는 도 4에 도시된 것과 같은 단일 권선의 안테나를 사용하는 것이 아닌, 다회 권선된 안테나가 사용될 수 있으며, 이때에도 동일한 기술적 사상으로 인접된 안테나에서의 전류밀도 손실이 상호 보완되도록 구성될 수 있다.
더욱이, 도 4에서는 각각의 제1안테나(161) 및 제2안테나(162)에 하나의 고주파 전원(170)을 균등하게 분기시켜 사용하였지만, 각각의 안테나에 개별 고주파 전원을 연결시킬 수도 있다.
마찬가지로, 제1안테나(161) 및 제2안테나(162)의 접지단(161b, 162b) 또한 개별 접지될 수 있다.
도 5를 참조하여 다수 개의 안테나가 홀수 개를 이루어 구성될 경우에 대하 여 설명한다.
도 5를 참조하면, 제1안테나(161), 제2안테나(162) 및 제3안테나(163)가 간격(d1, d2)을 이루어 구비되며, 인입단(161a, 162a, 163a)에 하나의 고주파 전원(170)이 분기되어 연결된 구성을 가진다.
이때에도 역시, 제1안테나(161), 제2안테나(162) 및 제3안테나(163)의 접지연결된 접지단(161b, 162b, 163b)이 공유되어 있다.
이 경우 제1안테나(161), 제2안테나(162) 및 제3안테나(163) 전체에 대하여 전류밀도 손실이 보상되게 하기 위해서는 각각의 인입단(161a, 162a, 163a)에 인입되는 전류량이 다를 필요가 있다.
즉, 동일한 방향의 전류 흐름을 가지는 제1안테나(161) 및 제3안테나(163)에서의 전류량은 이들의 역방향의 전류 흐름을 가지는 제2안테나(162)에서의 전류량 보다 더 작은 값을 가질 수 있고, 제1안테나(161) 및 제3안테나(163)의 전류량 흐름의 합은 제2안테나(162)의 전류량 흐름의 합과 동일할 수 있다. 또한, 제1안테나(161) 및 제3안테나(163)의 전류량 흐름의 합은 제2안테나(162)의 전류량 흐름의 합보다 클 수도 있다.
제1안테나(161) 및 제3안테나(163) 각각의 전류량은 제2안테나(162)와 이루는 각각의 간격(d1, d2)이 0으로 수렴할수록 작아지며, 간격(d1, d2)이 0에서부터 발산될수록 커진다. 예를 들자면, 간격(d1, d2)이 0으로 수렴할수록 제1안테나(161) 및 제3안테나(163)의 전류량은 제2안테나(162)의 전류량의 0.5로 수렴될 수 있으 며, 간격(d1, d2)이 0에서부터 발산될수록 0.5보다 큰 값을 가지고 발산될 수 있을 것이다.
즉, 간격(d1, d2)의 가변에 따라 제1안테나(161) 및 제2안테나(162)에 인가되는 전류량 또한 종속적으로 가변되고, 간격(d1, d2)이 개별적으로 변할 경우 제1안테나(161) 및 제2안테나(162)에 인가되는 전류량은 상이할 수 있다. 그러나, 플라즈마 처리 장치의 설계 및 공정 안정성 등을 고려할 때 간격(d1, d2)이 균등하고 제1안테나(161) 및 제2안테나(162)에 인가되는 전류량 또한 동일한 것이 바람직할 것이다.
따라서, 안테나가 도 5에서 처럼 3 개가 아니라, 5 이상 홀수 개, 즉 2n+1 개로 구성될 경우에도, 중간 순번의 안테나를 기준으로 양 편에 배치된 안테나의 전류량은 대칭인 것이 바람직할 것이다.
그러나, 항상 인가되는 전류량이 대칭이 되어야 하는 것은 아니며, 각각의 안테나에 흐르는 전류량은 간격(d1, d2)에 따라 가변될 수 있다.
예를 들자면, 제1안테나(161)와 제2안테나(162)와의 간격(d1)이 제2안테나(162)와 제3안테나(163)와의 간격(d2)의 3 배인 경우, 제1안테나(161)에서의 전류 세기가 제3안테나(163)에서의 전류 세기보다 더 클 수 있을 것이다.
어느 경우에나, 중간 순번의 안테나를 기준으로 양 편에 배치된 안테나의 전류량이 대칭이건 아니건 간에, 다수의 안테나 전체를 고려하여 개별 안테나 간의 전류밀도 손실을 상호 보완해주도록 구성되는 것이 바람직하다.
도 5에서도 역시, 단일 권선의 안테나가 아닌 다회 권선된 안테나가 사용될 수 있으며, 이때에도 동일한 기술적 사상으로 인접된 안테나에서의 전류밀도 손실이 상호 보완되도록 구성될 수 있다.
더욱이, 도 5에서도 또한 각각의 안테나(161, 162, 163)에 하나의 고주파 전원(170)을 분기하여 연결하였지만, 각각의 안테나(161, 162, 163)에 요구되는 전류량을 가지는 고주파 전원을 연결할 수 있고, 상대적으로 전류량이 더 큰 제2안테나(162)에 제1고주파 전원을 연결하고 제1안테나(161) 및 제3안테나(163)에 제2고주파 전원을 분기시켜 연결하는 구성을 가질 수도 있다.
마찬가지로, 제1안테나(161), 제2안테나(162) 및 제3안테나(163)의 접지단(161b, 162b, 163b) 또한 개별 접지될 수 있으며, 둘 이상이 접지 공유될 수도 있다.
도 6은 다회 권선된 한 쌍의 안테나를 나타낸 개략 사시도이다.
도 6을 참조하면, 2회 권선된 제1안테나(161) 및 2회 권선된 제2안테나(162)는 상호 중첩되어 배치된다.
제1안테나(161)는 고주파 전원(170)과 연결된 인입단(161a)과 접지연결된 접지단(161b)을 가지며, 인입단(161a)에서 접지단(161b)에 이르는 경로는 반응 챔버(100)를 환포하도록 구성된다.
제2안테나(162)는 고주파 전원(170)과 연결된 인입단(162a)과 접지연결된 접지단(162b)을 가지며, 제1안테나(161)와 고주파 전원(170)을 공유한다.
여기서도 마찬가지로, 제1안테나(161) 및 제2안테나(162)의 접지연결된 접지단(161b, 162b)이 공유되어 있다.
제2안테나(162)의 인입단(162a)에서 접지단(162b)에 이르는 경로는 반응 챔버(100)를 환포하도록 구성되는데, 인입단(162a)은 제1안테나(161)의 접지단(161b)과 부합되도록 배치된다.
각기 다회 권선된 제1안테나(161) 및 제2안테나(162)를 상호 중첩되게 배치함으로써 인입단(161a, 162a)에서 접지단(161b, 162b)에 이르는 경로 상의 전류밀도 구배가 상호 보완될 수 있으며, 전체적인 전류밀도를 균일하게 유지시킬 수가 있다.
만약, 각각 다회 권선된 제1안테나(161) 및 제2안테나(162)를 비중첩되게 배치시킨다면, 즉 다회 권선된 제1안테나(161) 및 제2안테나(162)를 도 4에서와 같이 상호 이격되게 배치시킨다면, 제1안테나(161) 및 제2안테나(162)에서의 전체적인 전류밀도는 균일하게 유지시킬 수 있으나, 국소적인 전류밀도는 균일하지 못하게 된다. 특히나, 권선 회수가 증가될수록 이러한 국소 전류밀도 불균일성은 더욱 커지게 된다.
또한, 제1안테나(161) 및 제2안테나(162)의 권선 회수가 다르다면, 플라즈마 처리 장치의 설계가 난해해지고 권선 회수가 큰 어느 한 안테나에서의 전류밀도 손실을 다른 한 안테나에서 보상해주는데 한계가 있을 수 있으므로, 각각의 안테나에서의 권선 회수는 동일한 것이 바람직하다.
따라서, 다회 권선된 안테나를 사용할 경우에는 각각의 안테나를 상호 중첩 되게 배치하는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 각각의 안테나의 권선 회수는 동일하도록 구성된다.
도 7은 도 3의 안테나의 다른 예를 나타낸 개략 사시도이다.
도 7을 참조하면, 제1안테나(161) 및 제2안테나(162)는 두 개가 상호 평행을 이루어 배치되며, 각각의 인입단(161a, 162a) 및 접지단(161b, 162b)이 동일 방향으로 배치되는 도 4에서와 달리 각각의 인입단(161a, 162a) 및 접지단(161b, 162b)이 상반된 방향을 이룬다.
제1안테나(161)는 고주파 전원(170)과 연결된 인입단(161a)과 접지연결된 접지단(161b)을 가지며, 인입단(161a)에서 접지단(161b)에 이르는 경로는 반응 챔버(100)를 환포하도록 구성된다.
제2안테나(162)는 고주파 전원(170)과 연결된 인입단(162a)과 접지연결된 접지단(162b)을 가지며, 제1안테나(161)와 고주파 전원(170)을 공유한다.
이때, 제1안테나(161) 및 제2안테나(162)의 접지연결된 접지단(161b, 162b) 또한 공유되어 있다.
제2안테나(162)의 인입단(162a)에서 접지단(162b)에 이르는 경로는 반응 챔버(100)를 환포하도록 구성되는데, 인입단(162a)은 제1안테나(161)의 인입단(161a) 및 접지단(161b)과 상반된 방향으로 배치된다.
여기서도 또한, 도 4에서처럼, 제2안테나(162)의 인입단(162a)은 제1안테나(161)의 인입단(161a)과, 제2안테나(162)의 접지단(162b)은 제1안테나(161)의 접지단(161b)과 전기적으로 연결되며, 인입단(161a)과 인입단(162a) 및 접지단(161b) 과 접지단(162b)은 상호 교차 연결되어, 제1안테나(161) 및 제2안테나(162)가 상호 평행으로 배치된 채로 전류가 상호 역방향으로 흐르도록 구성된다.
제1안테나(161)와 제2안테나(162)에 흐르는 전류가 상호 역방향으로 흐름으로써 제1안테나(161)를 통하여 흐르는 전류밀도 구배와 제2안테나(162)를 통하여 흐르는 전류밀도 구배가 상호 보상될 수 있다.
즉, 전류밀도 구배가 제1안테나(161) 및 제2안테나(162)의 임의의 구간에서 상호 보완되어, 제1안테나(161) 및 제2안테나(162) 전체의 전류밀도는 균일한 분포를 나타낼 수 있게 된다.
도 8a 및 도 8b는 단회 권선된 안테나를 나타낸 평면도이다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 챔버(100) 외벽과 소정 간격 이격되어 이를 환포하는 안테나(161)는 인입단(161a)과 챔버(100)와의 간격이 접지단(161b)과 챔버(100)와의 간격보다 크도록 형성된다.
도 8a에서는 챔버(100)에 대하여 안테나(161)가 4 구간으로 구획되어 각각의 구간에서의 안테나(161)와 챔버(100)와의 간격(D1, D2, D3, D4)이 각각 다르게 형성되며, 인입단(161a) 측에서의 간격(D1)이 가장 크고 접지단(161b) 측에서의 간격(D4)이 가장 작으며, 이 간격(D1, D2, D3, D4)은 인입단(161a)에서 접지단(161b)으로 갈수록 작아진다(D1 > D2 > D3 > D4).
물론, 도 8a에서는 4 구간 구획을 도시하였으나, 2 이상 다수의 구간 구획이 가능하고, 가능한한 다수의 구간으로 구획하는 것이 바람직할 것이다.
여기서, 간격(D1, D2, D3, D4)은 안테나(161)의 구간별 전류밀도에 따라 가변될 수 있으며, 챔버(100) 내부에 발생되는 플라즈마 밀도의 균일화가 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 도 8b에서는 인입단(161a)에서 접지단(161b)으로 갈수록 간격(D, d)이 구배를 이루며, 인입단(161a)에서의 간격(D)이 가장 크고 접지단(161b)에서의 간격(d)이 가장 작도록 형성된다.
도 8b는 사실상 도 8a에서의 구간을 무한대로 구획한 것으로 볼 수도 있다.
여기서도 또한, 간격(D, d)은 안테나(161)의 구간별 전류밀도에 따라 가변될 수 있으며, 챔버(100) 내부에 발생되는 플라즈마 밀도의 균일화가 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.
도 8a 또는 도 8b에서와 같은 구성을 통하여 전류흐름 순방향을 따라 안테나(161)와 챔버(100)와의 간격을 점차 좁게 하여 전류밀도를 보상함으로써, 챔버(100) 내부에 발생되는 플라즈마 밀도의 균일화를 도모할 수 있다.
도 8a 및 도 8b에서는 도 4, 도 5 및 도 7의 다수의 안테나 또는 도 6에서의 다회 권선된 안테나의 실시예에서와 달리 단회 권선된 단일 안테나를 나타내었으나, 이또한 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 안테나로서 적용될 수 있음은 물론이다.
또한, 도 4 내지 도 7에서와 같이 다수의 안테나 또는 다회 권선된 안테나의 실시예에서도 도 8a 및 도 8b와 같은 안테나 구조가 적용가능할 것이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 작동에 대하여 설명한다.
먼저, 선행 공정을 완료한 기판(180)은 별도의 반송수단에 의하여 반응 챔버(100) 내로 반입된다. 이후, 반입된 기판(180)은 기판 안착부(140) 상에 안착된다.
기판(180)이 기판 안착부(140) 상에 안착된 이후에 반응 챔버(100) 내는 진공배기수단에 의해 진공 상태로 유지되고, 가스 공급부(120)에 의해 반응 챔버(100) 내로 반응 가스가 공급된다. 이때, 반응 가스는 필요에 따라 한개 또는 복수 종이 인입될 수 있다.
이와 같은 상태에서, 플라즈마 발생용 고주파 전력이 제1안테나(161) 및 제2안테나(162)에 인가되어 반응 챔버(100) 둘레에 고주파 유도 전계가 발생되고, 이 고주파 전계는 반응 가스를 여기시켜 플라즈마를 형성시킨다.
이때, 본 발명에서와 같이 제1안테나(161) 및 제2안테나(162)의 전류 흐름을 상반되게 함으로써, 전류 손실로 인하여 상대적으로 플라즈마 밀도가 낮은 각각의 안테나(161, 162)의 접지단(161b, 162b)에서의 전류 손실을 보상하여 플라즈마 밀도를 균일하게 분포시킬 수 있다.
이와 같이 균일하게 분포된 플라즈마로써 기판(180)을 처리한 뒤, 전원이 차단되고 기판(180)이 반응 챔버(100) 외부로 반출되어 공정을 종료하게 된다.
본 발명의 기술적 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지 해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
특히, 본 발명의 명세서 및 도면에서는 플라즈마 처리 장치로서 상기와 같은 구성의 식각 장치를 예시하였지만, 본 발명의 기술적 범주는 식각 장치에 한정되는 것은 아니며, 증착 장치 또는 표면 세정 장치 등의 플라즈마를 생성시켜 피처리물을 플라즈마로써 처리하는 수단이면 어느 것에나 적용될 수 있을 것이다.
상기와 같은 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치에 의하여, 대형화된 장치에서도 비교적 간단한 구성으로 밀도가 균일한 플라즈마를 발생시켜 피처리재에 균일한 플라즈마 처리가 가능하여 수율 및 품질을 보증할 수 있도록 할 수 있다.

Claims (10)

  1. 챔버;
    상기 챔버 외부를 이격된 상태로 적어도 1 회전 이상 환포하며, 전력이 인가되는 인입단과 인가된 전력이 배출되는 접지단을 가지는 적어도 하나 이상의 코일; 및
    상기 코일의 인입단에 전력을 인가하는 전원;
    을 포함하며,
    상기 적어도 하나 이상의 코일은, 상기 인입단과 상기 챔버와의 간격이 상기 접지단과 상기 챔버와의 간격보다 크도록 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코일의 상기 인입단에서부터 상기 배출단에 이르는 경로는 상기 챔버와의 간격이 구배를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코일의 상기 인입단에서부터 상기 배출단에 이르는 경로는 m 개(단, m은 2 이상의 자연수)의 구간으로 구획되며, 상기 인입단에서부터 상기 배출단으로 갈수록 상기 구획된 구간 상기 챔버와의 간격이 작아지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코일은 적어도 둘 이상 구비되며, 어느 한 코일과 이에 인접된 다른 한 코일의 전류흐름 방향이 상반되게 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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