KR100880540B1 - 플라즈마 처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 진공 상태의 챔버 내부에 플라즈마를 발생시켜 기판에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 챔버내에 상하 대향되게 마련되며, 챔버내에 전계를 발생시키는 상부전극 및 하부전극; 상기 상부전극과 챔버 내벽 사이 또는 상기 하부전극과 챔버 내벽 사이중 적어도 어느 한 곳에 마련되어 상호 전기적으로 연결하여 접지시키는 얇은 판상의 연결부재;를 포함하며,
상기 연결부재는, 상기 상, 하부전극과, 그 전극에서 챔버 내측벽에 수평된 상태로 접촉되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치를 제공한다.
플라즈마 처리장치, 챔버, 상, 하부전극, 접지, 연결부재

Description

플라즈마 처리장치{Plasma processing apparatus}
도 1은 종래의 플라즈마 처리장치를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 "A" 부분의 확대도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 챔버 112 : 상부전극
120 : 하부전극 128 : 연결부재
130 : 측판
본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 챔버 내측벽과 상, 하부전극과 전기적으로 연결시켜 접지시키는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
일반적으로, LCD 등의 평판표시소자를 제조하는 과정에서는 플라즈마를 사용하여 기판에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치가 사용되며, 이러한 반도 체 웨이퍼 또는 액정 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 과정을 설명하면 우선, 기판 수납 장치(이하 "카세트"라 칭함)에 다수 적재된 반도체 웨이퍼 또는 액정기판(이하 "기판"이라 칭함)을 운송 로봇에 의해 반입 또는 반출시키되 진공과 대기압을 순환하는 로드락 챔버(Load Lock Chamber) 내로 반입시키고 상기 로드락 챔버의 내부가 진공상태가 되도록 펌핑(Pumping)을 실시하여 진공으로 만들고 난 다음, 이송수단을 작동시켜 기판을 반송 챔버(Transfer Chamber)로 이동시킨다.
기판이 이송된 반송 챔버는 진공 상태를 유지하는 다수의 공정 챔버(Process Chamber)와 연통되어 있고, 상기 반송 챔버는 각각의 공정 챔버로 이송수단을 통해 반입, 반출을 실시하며, 여기서 각각의 공정 챔버로 반입된 기판은 하부 전극의 상부에 위치된 적재대 상에 놓이게 되며, 상부 전극 하부에 형성된 미세 구멍을 통해 공정 가스가 유입되고, 유입된 가스로 외부의 전원을 인가 받은 상, 하부 전극에 의해 전기 방전을 일으켜 기판의 표면에 플라즈마 공정을 진행하는 것이다.
상술한 공정 챔버의 상, 하부 전극은 챔버의 내부 상, 하측에 각각 설치되며, 플라즈마 공정처리의 수행 대상물인 기판이 적재되는 하부전극의 양측에 절연체가 설치된다. 상술한 전극은 통상적으로 알루미늄이 사용되고, 반도체를 공정 처리하는데 비교적 저렴한 재료로 가장 폭넓게 사용되며 상, 하부전극간에 가해지는 고전압에 따라 전극으로 유입된 가스의 방전으로 형성되는 플라즈마의 화학적인 반응과 고전압으로부터 각각의 전극을 보호한다.
또한, 플라즈마 공정은 알루미늄에 대해 부식을 초래할 수 있으므로 알루미늄재질인 전극의 표면을 보호하기 위한 산화 알루미늄(Al₂O₃)피막과 같은 비교적 불활성의 세라믹 재료가 사용된다.
이러한 플라즈마 처리장치는 상부 전극과 하부 전극 사이에 기판을 위치시키고, 양 전극 사이의 공간에 플라즈마를 발생시켜 기판에 소정의 처리를 실시하는 것이다. 이때 양 전극 중 어느 한 전극에는 고주파 전원이 인가되고, 다른 한 전극은 접지된다.
종래의 플라즈마 처리장치는 도 1에서 도시한 바와 같이 챔버(10)내 상부 영역에 상부전극(12)이 구비되고 이러한 상부전극(12)과 대향되는 하부 영역에 설치되되 상술한 챔버(10) 바닥과 소정 거리만큼 이격된 상태로 구비되는 베이스(14)와, 이 베이스(14)의 상부 영역에 적재되는 절연부재(16)와, 이러한 절연부재(16)의 상부 영역에 적재되는 냉각판(18)과, 이 냉각판(18)의 상부 영역에 적재되는 하부전극(20)으로 구성된 전극부가 구비된다. 상술한 상부전극(12)과, 하부전극(20)이 포함된 전극부는 공정 진행시 플라즈마로부터 보호하기 위하여 전극면을 제외한 나머지 부분 즉, 상부 영역 가장자리부와 각측면을 절연부(22)를 부착한 다음 그 외측에 세라믹판(22)을 부착하였다.
그리고, 상술한 하부전극(20)의 저면에 챔버(10)의 외부에서 고주파 전원(RF)이 인가되는 고주파 전원 공급봉(24)이 설치되며, 상술한 고주파 전원 공급봉(24)을 외부에서 보호하는 벨로우즈를 베이스(14)의 저면과 챔버(10) 바닥면에 고정시킨다.
또한, 상술한 베이스(14)의 사방 측면에 단차부가 형성되어 이러한 단차부에 상부가 절곡된 측판(30)의 절곡부가 사방에 설치된 상태로 각각 고정되며, 상술한 측판(30)의 하부 영역이 챔버(10) 바닥면에 접촉된 상태로 위치시킨다.
그리고, 상술한 챔버(10)의 내측벽과 측판(30)과의 이격 공간에 구비되어 공정수행 중 또는 공정이 수행된 후 챔버(10) 내의 미반응가스 및 공정 중에 발생한 폴리머 등을 챔버(10) 하부로 배기시키는 통로 역할을 하며, 1차적으로 블럭킹(blocking)된 후 공정챔버 하부면 모서리에 각각 형성된 배기구(도면에 미도시)를 통해 배출되는 배플(Baffle : 32)이 마련된다.
또한, 상술한 냉각판(18)과 이 냉각판(18)의 저면에 설치되는 절연부재(16)의 상면 양단에 수직 방향으로 구비되는 한 쌍의 지지부(26)가 설치될 수 있게 구멍이 형성되며, 상술한 지지부(26)는 전극부의 내부에서 챔버(10)의 하방 외측까지 연장되게 형성되어 그 연장된 지지부(26)의 하단과 챔버(10)의 저면에 지지부(26)의 노출된 부분을 보호하는 벨로우즈가 상술한 지지부(26)의 둘레 영역에 마련된다.
한편, 상술한 베이스(14)의 저면과 챔버(10) 바닥의 양단에 볼트로 각각 체결되는 연결부재(28)가 마련되며, 이러한 연결부재(28)는 전극부의 하부전극(20)과 챔버(10) 바닥을 전기적으로 연결하여 접지시키는 역할을 한다. 여기서, 상술한 연결부재(28)는 도면에는 도시하지 않았지만 상술한 챔버(10)내 천정과 상부전극(12)에도 연결된다. 그리고, 상술한 연결부재(28)는 전극부가 대략 10㎜정도 승강하므로 최고점에 도달했을 때 파손되는 것을 방지하기 위해 신장되는 길이를 고려한 곡선 형상을 갖도록 고정된다.
그러나, 기판에 소정의 처리를 실시하는 과정에서 상술한 고주파 전원 공급 봉(24)에서 인가되는 고주파 전원은 매우 높은 전압이므로 상대적으로 상, 하부전극(12, 20)의 중간부위보다는 가장자리 영역에서 전기장이 집중되어 공정 처리시 플라즈마의 균일하지 못하며, 그에 따라 기판처리시 균일도 확보가 어렵고 상술한 연결부재(28)가 베이스(14)와 챔버(10)의 바닥면에 마련되어 높이 차이에 따른 전위차가 발생되며, 그 전위차에 따른 아킹(Arcing) 현상을 초래하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 상술한 연결부재를 상부전극 및 전극부의 베이스와 수평된 챔버 내측벽에 접지시키므로 상, 하부전극 모서리부에 집중된 전기장이 분산되어 기판에 소정처리시 플라즈마 균일도가 확보되며, 그 연결부재의 설치시 높이차가 없으므로 전위차에 따른 아킹 현상이 발생되지 않게 한 플라즈마 처리장치를 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 진공 상태의 챔버 내부에 플라즈마를 발생시켜 기판에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 챔버내에 상하 대향되게 마련되며, 챔버내에 전계를 발생시키는 상부전극 및 하부전극; 상기 상부전극과 챔버 내벽 사이 또는 상기 하부전극과 챔버 내벽 사이중 적어도 어느 한 곳에 마련되어 상호 전기적으로 연결하여 접지시키는 얇은 판상의 연결부재;를 포함하며, 상기 연결부재는, 상기 상, 하부전극과, 그 전극에서 챔버 내측벽에 수평된 상태로 접촉됨으로써, 상술한 상부전극과 수평된 챔버내 일측벽과, 상술한 하부전극과 연결된 베이스와 수평된 챔버내 일측벽에 적정 길이를 갖는 연결부재로 접지시켜 인가되는 고주파 전원으로 상, 하부전극 가장자리 영역에 자기장이 집중되는 것을 분산시켜 기판에 소정처리할 때 플라즈마의 균일성이 확보되며, 수평방향으로 마련되는 연결부재에 의해 전위차 발생에 따른 아킹 현상이 발생되는 것을 방지하므로 바람직하다.
또한, 본 발명에서의 연결부재는, 플렉서블(flexible)한 금속으로 형성됨으로써, 상부전극과 챔버 내측벽 또는 전극부의 베이스와 챔버 내측벽을 전기적으로 잘 연결하면서도, 잘 휘어질 수 있어서 양 물체 사이의 간격이 변동되더라도 연결 부재에 손상이 가지 않고, 잘 유지될 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에서의 연결부재는, 플라즈마로부터 미치는 영향을 차단하기 위해 그 표면에 절연체 코팅 처리함으로써, 기판에 공정 처리시 플라즈마 가스로부터 노출되어도 식각되거나 반응하지 못하게 하므로 바람직하다.
또한, 본 발명에서의 연결부재는, 플라즈마로부터 미치는 영향을 차단하기 위해 그 표면에 테이핑(Taping) 처리함으로써, 기판에 공정 처리시 플라즈마 가스로부터 노출되어도 식각되거나 반응하지 못하게 하므로 바람직하다.
이하, 본 발명의 플라즈마 처리장치를 첨부도면을 참조하여 일 실시예를 들 어 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 바람직한 일 실시예의 플라즈마 처리장치는 도 2에 도시된 바와 같이 챔버(110)내부 상측에 마련되어 기판(도면에 미도시)의 표면에 소정의 가스를 제공하는 상부챔버(112)와, 상술한 상부챔버(112)에서 이격된 하측에 마련되며, 상면에 기판이 안착되는 전극부로 이루어진다.
상술한 전극부는 최하부 영역에 적재된 판상의 베이스(114)와, 상술한 베이스(114)의 상부 영역에 적재된 판상의 절연부재(116)와, 상술한 절연부재(116)의 상부 영역에 적재된 판상의 냉각판(118)과, 상술한 냉각판(118)의 상부 영역에 안착되어 기판이 적재되는 하부전극(120)으로 이루어진다.
여기서, 상술한 상부전극(112)과 전극부는 플라즈마의 화학적인 반응과 고전압으로부터 각각의 전극을 보호하기 위해 그 전극부의 사방 측벽과 하부전극(120)의 상면 가장자리부에 다수개의 절연부(122)가 마련되며, 그 절연부(122)의 표면을 세라믹판(122)으로 감싸도록 구비한다.
그리고, 도면에는 도시하지 않았지만 상술한 상부전극(112)의 외측벽과, 그 상부전극(112)과 수평된 챔버(110)의 사방 내측벽에 각각 연결부재(128)가 고정되며, 적정 길이의 연결부재(128)가 상술한 상부전극(112)의 상하 이동시 그 이동거리를 감안하여 상술한 연결부재(128)의 양단은 수평되게 고정하고 중심부는 소정 높이만큼 처지도록 마련된다.
그리고, 상술한 전극부에 마련되며, 베이스(114)의 단차부에 결합되는 측판 (130)의 외측벽과 그와 수평방향으로 대향되는 챔버(110)의 사방 내측벽의 각각 고정되며, 적정 길이를 갖는 연결부재(128)가 상술한 전극부의 상하 이동시 그 이동거리를 감안하여 상술한 연결부재(128)의 양단은 수평된 상태로 고정하고 중심부는 소정 높이만큼 처지도록 마련된다.
상술한 연결부재는 도 2의 "A" 부분을 확대한 도 3에 도시된 바와 같이 플렉서블(flexible)한 금속으로 형성되어 상부전극(112)과 챔버(110) 내측벽 또는 전극부의 베이스(114)에 구비된 측판(130)의 외벽과 챔버(110) 내측벽을 전기적으로 잘 연결하면서도, 잘 휘어질 수 있어서 그 양측 사이의 간격이 변동되더라도 연결부재(128)에 손상이 가지 않는다. 그리고, 상술한 연결부재(128)는 소정길이를 갖는 박판으로 형성되어 공정처리시 플라즈마로부터 미치는 영향으로부터 보호하기 위해 그 표면에 절연체로 코팅하거나 테이핑(Taping) 처리한다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이 상술한 전극부중 최하부에 위치된 베이스(114)와, 절연부재(116)와, 냉각판(118)과, 하부전극(120)을 각각 순차적으로 적층시키는 과정에서 상술한 하부전극(120)의 중심부 저면에 고주파 전원 공급봉(124)을 외부로 연통되게 설치하며, 상술한 베이스(114)의 하면과 챔버(110) 바닥의 이격된 공간을 통해 그 챔버(110) 바닥을 관통하여 외부로 돌출되게 구비하는 고주파 전원 공급봉(124)이 마련되어 그 고주파 전원 공급봉(124)의 도중을 보호할 수 있도록 감싸는 벨로우즈가 마련되고, 상술한 냉각판(118)과 절연부재(116)에 접촉면 양측에 구비되며, 상술한 챔버(110) 바닥에 관통 형성된 구멍으로 하방으로 돌출되게 구비된 지지부(126)가 마련된다.
한편, 상술한 베이스(114)는 그 사방 측면에 단차부가 형성되어 이러한 단차부에 "ㄱ"자 형상으로 절곡된 측판(130)의 상단에 형성된 절곡부가 사방에 걸린 상태로 각각 고정되며, 상술한 측판(130)의 하단은 챔버(110) 바닥의 둘레를 따라 구비된다. 여기서, 상술한 측판(130)이 마련되어 형성된 내부공간은 밀폐되므로 플라즈마로부터 미치는 영향이 차단된다.
그리고, 상술한 챔버(110)의 내측벽과 측판(130)과의 이격된 공간에 구비되며, 공정수행 중 또는 공정이 수행된 후 챔버(110) 내의 미반응가스 및 공정 중에 발생한 폴리머 등을 챔버(110) 하부로 배기시키는 통로 역할을 하며, 1차적으로 블럭킹(blocking)된 후 공정챔버 하부면 모서리에 각각 형성된 배기구(도면에 미도시)를 통해 배출되는 배플(Baffle : 132)이 마련된다.
여기서, 상술한 연결부재(128)는 상술한 배플(32)의 상측에 마련된다.
상술한 고주파 전원 공급봉(124)은 외부에서 인가 받은 고주파 전원(RF) 공급 라인과 전기적으로 연결될 수 있도록 하부전극(120)의 저면 중심부에 접촉되게 설치되어 상술한 하부전극(120)에 고주파 전원을 전달한다.
또한, 베이스(114)의 저면과 챔버(110) 바닥과의 공간에서 노출된 고주파 전원 공급봉(124)의 도중을 보호할 수 있도록 상술한 베이스(114)의 저면과 챔버(110) 바닥에 상술한 고주파 전원 공급봉(124)의 외측 둘레 영역에 벨로우즈가 마련된다.
그러므로, 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 챔버 내부에 마련된 상, 하부전극을 접지하는 연결수단은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상술한 하부전극 (120)상에 안착된 기판에 소정의 가스로 공정 처리하는 과정에서 소정 높이만큼 상,하방향으로 이동되는 하부전극(120)에 고주파 전원이 인가될 때, 상술한 하부전극(120)의 가장자리 부위에 집중되는 전기장으로 인해 플라즈마 가스에 의한 공정처리가 불균일하게 이루어지는 것을 방지할 수 있게 상술한 전극부의 베이스(114)에 결합된 측판(130)과 수평된 챔버(110) 내측벽의 위치에 중심부가 하방으로 처진 연결부재(128)를 볼트에 의해 체결 고정하므로 수평된 연결부재(128)를 따라 전기장이 이동하면서 집중되는 것을 방지하여 공정처리시 플라즈마의 균일성이 확보되며, 상술한 바와 같이 연결부재(128)를 전극부의 사방 측벽에 마련된 측판(130)과 그 측판(130)과 수평된 위치에서 대향되는 챔버(110)의 내측벽에 마련함으로써, 수평된 상태로 마련된 연결부재(128)에 의해 접지시 전위차가 발생하지 않으므로 아킹(Arcing) 현상이 일어나는 것을 방지할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 플라즈마 처리장치는, 상술한 상부전극과 그 상부전극과 수평된 챔버 내측벽 또는 상술한 하부전극의 베이스와 그 베이스와 수평된 챔버 내측벽에 적정 높이만큼 처진 상태로 고정하는 연결부재에 의해 접지함으로써, 고전압인 고주파 전원의 전압으로 인해 상, 하부전극의 가장자리부에 자기장이 집중되지 않고 연결부재를 따라 분산되어 플라즈마 가스로 기판에 소정 처리할 때 균일한 플라즈마화를 형성시킬 수 있으며, 상술한 연결부재의 개재위치가 수평된 상태로 마련하여 전위차로 인해 발생될 수 있는 아킹 현상이 발생되지 않는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 진공 상태의 챔버 내부에 플라즈마를 발생시켜 기판에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서,
    상기 챔버내에 상하 대향되게 마련되며, 챔버내에 전계를 발생시키는 상부전극 및 하부전극;
    상기 상부전극과 하부전극 중 고주파 전원이 인가되는 전극과 챔버 내벽 사이에 수평상태로 마련되어 상호 전기적으로 연결하여 접지시키는 얇은 판상으로서 플렉서블(flexible)한 금속재로 형성되는 연결부재;를 포함하며,
    상기 연결부재는 플라즈마로부터 미치는 영향을 차단하기 위해 그 표면을 절연체 코팅 처리하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 연결부재는,
    플라즈마로부터 미치는 영향을 차단하기 위해 그 표면에 테이핑(Taping) 처리하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
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