KR100943436B1 - 플라즈마 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공 상태의 공정챔버 내부에 플라즈마를 발생시켜 대면적 기판에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 공정챔버의 측벽에 다수개가 관통 형성되어 공정챔버 내부의 공정가스가 외부로 배출될 수 있게 통로 역할을 하는 배기구 및 배기펌프; 상기 공정챔버내 하측에 마련되며, 그 상면에 기판이 적재되는 하부전극; 상기 하부전극과 공정챔버 벽면과의 이격 공간에 마련되는 간격차단부재;를 포함하며, 상기 간격차단부재는 기류가 수평성을 갖도록 배출되도록 하여 기판의 중심부 및 모서리부의 공정 처리 균일성이 확보되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치를 제공한다.

플라즈마 처리장치, 하부전극, 간격차단부재, 균일성, 기류

Description

플라즈마 처리장치{Plasma processing apparatus}

도 1은 종래의 플라즈마 처리장치를 도시한 측단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 도시한 종단면도이다.

도 3은 상기 도 2의 횡단면도이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 도시한 종단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

110, 210 : 챔버 112, 212 : 배기구

130, 230 : 하부전극 140 : 연결구

142 : 연결통로 144, 244 : 간격차단부재

244a : 배기공 P : 펌프

S : 기판

본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 챔버 내부에 반입되는 대면적 기판의 가장자리부와 그 나머지 부분과의 균일한 공정 처리가 실시되는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.

일반적으로, LCD 등의 평판표시소자를 제조하는 과정에서는 플라즈마를 사용하여 기판에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치가 사용되며, 이러한 반도체 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 로봇(도면에 미도시)에 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 인가받은 상, 하부 전극에 의해 전기 방전을 일으켜 기판의 표면에 플라즈마 공정을 진행하는 것이다.

상술한 공정 챔버의 상, 하부 전극은 공정챔버의 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, 하부전극 간에 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 공정챔버(10)내 상부 영역에 상부전극(20)이 구비되고, 이 상부전극(20)과 대향되는 하부 영역에 설치되되 상술한 공정챔버(10) 바닥과 소정 거리만큼 이격된 상태로 구비되는 하부전극(30)이 구비된다. 상술한 상부전극(20)과 하부전극(30)은 공정 처리시 플라즈마로부터 보호하기 위하여 전극면을 제외한 나머지 부분 즉, 상부 영역 가장자리부와 각 측면을 절연판으로 부착한 다음 그 외측에 세라믹판을 부착하였다.

그리고 상술한 하부전극(20)의 저면에 공정챔버(10)의 외부에서 고주파 전원(RF)이 인가되는 고주파 전원 공급봉(도면에 미도시)이 마련된다.

한편, 플라즈마를 발생시켜 기판(S)에 소정의 처리를 실시하는 과정에서 상부전극(20)과 하부전극(30) 사이에 기판(S)을 위치시켜 상술한 상부전극(20)은 하 강하고, 상술한 하부전극(30)은 상승하여 상술한 하부전극(30)에 적재된 기판(S)의 상면에 그 상부전극(20)을 접촉시킬 때, 상술한 상부전극(20)과 상술한 하부전극(30)이 승강하도록 구동되는 이동수단(도면에 미도시)이 마련된다.

그리고 상술한 공정챔버(10)의 내측벽과 하부전극(30)과의 이격 공간에 구비되어 공정수행 중 또는 공정이 수행된 후 공정챔버(10) 내의 미반응가스 및 공정 중에 발생한 폴리머 등을 공정챔버(10) 외부로 배기시키도록 상술한 공정챔버(10)의 배기구(12)에 마련된 펌프(Pump : P)와의 통로 역할을 하며, 1차적으로 블럭킹(blocking)된 후 공정챔버(10) 하부면 모서리에 각각 형성된 배기구를 통해 배출되는 배플(Baffle : 도면에 미도시)이 마련된다. 여기서, 상술한 배플은 적정 간격으로 배열되는 슬릿(Slit : 도면에 미도시)이 다수개 형성된다.

그러나 상술한 공정챔버(10)의 내측벽과 하부전극(30)과의 사이에는 이격 공간이 형성되며, 이 공간은 공정챔버(10)내 바닥면 가장자리에 다수개 형성된 배기구(12)를 통하여 펌프(P)로 미반응가스 및 공정 중에 발생한 폴리머 등을 공정챔버(10)의 외부로 배출시키기 위해 형성됨에 따라 공정 가스의 흐름 속도 차이가 발생하여 공정 처리 소면적 기판(S)에서는 거의 균일하지만 대면적 기판(S)에서는 배기구(12) 및 펌프(P)에서 멀어질수록 식각이 느려 기판(S)이 균일한 공정처리를 받지 못한다. 즉, 상술한 공정챔버(10)의 내측벽과 하부전극(30)과의 사이에서 측벽의 절연층 전하의 영향으로 상술한 공정챔버(10)의 내측벽과 하부전극(30) 사이에서 공정가스의 동요(動搖)가 증대되어 대면적 기판(S)의 중심 영역과 그 나머지 가장자리 영역에서의 식각이 균일하지 못한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 대형화 기판의 가장자리부와 그 나머지 부분에 대해 균일한 공정처리를 실시할 수 있게 한 플라즈마 처리장치를 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 진공 상태의 공정챔버 내부에 플라즈마를 발생시켜 대면적 기판에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 공정챔버의 측벽에 다수개가 관통 형성되어 공정챔버 내부의 공정가스가 외부로 배출될 수 있게 통로 역할을 하는 배기구 및 배기펌프; 상기 공정챔버내 하측에 마련되며, 그 상면에 기판이 적재되는 하부전극; 상기 하부전극과 공정챔버 벽면과의 이격 공간에 마련되는 간격차단부재;를 포함하며, 상기 간격차단부재는 기류가 수평성을 갖도록 배출되도록 하여 기판의 중심부 및 모서리부의 공정 처리 균일성이 확보됨으로써, 상술한 간격차단부재를 공정챔버의 내측벽과 하부전극과의 사이에 삽입하여 상술한 간격차단부재로 하여금 전하를 증가시키고 공정가스의 동요를 감소시켜 대형화 기판에 균일한 식각을 진행하므로 바람직하다.

또한, 본 발명에서의 배기구는, 상기 챔버의 대향된 측벽에 형성되며, 기판과 동등한 높이 영역에 마련되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 배기구와 펌프 사이에 마련되어 상기 펌프가 차지하는 공간을 줄이기 위해 펌프를 수직 방향으로 연결하는 연결구가 더 마련됨으로써, 상술한 펌프를 수평상태로 위치시키면 펌프에 의해 처리장치가 차지하는 공간이 확대되므로 이 펌프를 수직 방향으로 위치시켜 펌프가 차지하는 면적을 축소하므로 바람직하다.

또한, 본 발명에서의 간격차단부재는, 적정 두께를 갖는 사각판상으로 형성된 절연체로 마련되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서의 간격차단부재는, 그 상면이 상기 하부전극의 상면과 동일한 높이 영역에 마련되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 진공 상태의 공정챔버 내부에 플라즈마를 발생시켜 대면적 기판에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 공정챔버의 내측벽과 하부전극과의 이격 공간인 하부전극 바닥면에 다수개가 관통 형성되어 공정챔버 내부의 공정가스가 외부로 배출될 수 있게 통로 역할을 하는 배기구 및 배기펌프; 상기 공정챔버내 하측에 마련되며, 그 상면에 기판이 적재되는 하부전극; 상기 하부전극과 공정챔버 벽면과의 이격 공간에 마련되는 간격차단부재;를 포함하며, 상기 간격차단부재는 공정처리 시작점과 공정챔버 내측벽과의 거리를 최대한 증가시켜 기판의 중심부 및 모서리부의 공정 처리 균일성이 확보됨으로써, 상술한 간격차단부재의 가장자리부에 형성된 배기공을 공정 처리 시작점에서부터 최대 한 멀리 위치시켜 기판의 공정 처리가 균일하므로 바람직하다.

이하, 본 발명의 플라즈마 처리장치를 첨부도면을 참조하여 실시예들을 들어 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 바람직한 일 실시예의 플라즈마 처리장치는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 공정챔버(110)와, 상술한 공정챔버(110)내 상부 영역에 마련되는 상부전극(120)과, 상술한 상부전극(120)과 대향된 상태로 공정챔버(110)내 하부 영역에 마련되는 하부전극(130)으로 이루어진다.

여기서, 상술한 상부전극(120)과 하부전극(130)은 종래의 그것과 동일한 구조와 기능을 하므로 상세한 설명은 생략한다.

상술한 공정챔버(110)의 측벽에는 관통되는 다수개의 배기구(112)가 형성되며, 상술한 배기구(112)는 하부전극(130)에 안착되는 기판(S)의 위치와 동일 높이 영역에 마련된다.

또한, 상술한 배기구(112)마다 연결구(140)가 마련되어 연통되며, 상술한 연결구(140)에는 이 연결구(140)를 통해 공정 진행 중 또는 공정이 수행된 후 공정챔버(110) 내의 미반응가스 및 공정 중에 발생한 폴리머 등을 공정챔버(110) 외부로 배기하는 펌프(Pump : P)가 각각 마련된다.

여기서, 상술한 연결구(140)는 블록(Block) 형상으로 내부에 수평 방향과 수직 방향이 직교되게 형성되어 공정가스가 이 연결통로(142)를 거쳐 펌프(P)의 펌핑 (Pumping)에 의해 외부로 배기된다.

그리고 상술한 공정챔버(110)의 내측벽과 하부전극(130)과의 사이에는 이격 공간이 형성되며, 이 이격 공간에 간격차단부재(144)가 개재된다.

상술한 간격차단부재(144)는 절연체이며, 적정 두께를 갖는 사각틀 형상으로 상술한 공정챔버(110)의 내측벽과 하부전극(130)과의 하부 영역을 밀폐시키고 그 사이에 절연성을 부여한다.

그리고, 상술한 간격차단부재(144)는 그 상면이 하부전극(130)의 상면과의 높이 영역이 동일한 위치에 마련된다.

여기서, 상술한 공정챔버(110)의 내측벽과 하부전극(130)과의 사이에서 공정챔버(110) 내측벽의 절연층 전하의 영향으로 공정가스의 동요(動搖)가 증대되므로 유전율이 높은 간격차단부재(144)를 공정챔버(110)의 내측벽과 하부전극(130)과의 사이에 개재하면 공정챔버(110)의 내측벽의 전하가 증대되는 반면에 공정가스의 동요가 감소된다.

그러므로 소형화 기판(S)은 공정 진행시 균일한 식각이 진행되지만 대형화 기판(S)은 중심 부분과는 달리 가장자리 부분에서 식각이 과도하게 진행되므로 이를 해소하기 위해 기판(S)상에 식각 진행점과 공정챔버(110)의 내측벽과의 거리를 극대화시켜 대형화 기판(S)에 균일한 식각이 진행되도록 하는 것이다.

즉, 상술한 펌프(P)에 의한 기류 형성이 수평성을 갖도록 하여 기판(S)의 식각 시작점에서 배기구(112)까지 수평 방향으로 공정 수행된 공정 가스가 배출되어 기판(S)에 균일한 식각이 진행된다.

그리고 상술한 공정챔버(110)의 내측벽과 하부전극(130)과의 사이에 간격차단부재(114)가 마련되어 배기구(112) 및 펌프(P)의 구비 위치를 기판(S)과 대략 동일선상인 공정챔버(110)의 측벽에 마련되게 함으로써, 상술한 간격차단부재(144)를 구비함에 따른 조건을 만족하며, 상술한 공정챔버(110)의 하단에 길이 방향으로 연장되는 각종 부품(도면에 미도시)을 용이하게 배치할 수 있고 진공 라인(도면에 미도시) 또한 용이하게 설계할 수 있다.

그러므로 본 실시예에서의 플라즈마 처리장치는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 대면적 기판(S)의 공정처리시 공정챔버(110)의 내측벽과 하부전극(130)과의 이격 공간에 절연체인 간격차단부재(144)를 개재하여 상술한 공정챔버(110)의 내측벽과 하부전극(130)과의 이격 공간에 절연성을 개입시키며, 상술한 배기구(112) 및 펌프(P)의 구비 위치를 공정챔버(110)내 바닥에서 기판(S)과 상응한 높이 영역인 공정챔버(110)의 대향된 측벽에 다수개 마련하여 유전율이 높은 간격차단부재(144)에 의해 공정챔버(110)의 내측벽의 전하가 증대되는 반면 공정가스의 동요는 감소하고 배기구(112)와 펌프(P)에 의한 전기적 영향도를 줄여 대형화 기판(S)상에 균일한 식각을 진행할 수 있다.

또한, 상술한 간격차단부재(144)의 상면과 하부전극(130)의 상면과의 높이 영역이 동일하므로 펌프(P)에 의한 기류가 수평성을 갖도록 하여 기판(S)에 균일한 공정처리를 실시할 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 실시예의 플라즈마 처리장치는 도 4에 도시된 바와 같이 공정챔버(210)와, 상, 하부챔버(220, 230)와, 간격차단부재(244)로 이루어지며, 상술한 상, 하부챔버(220, 230)는 앞선 실시예에서의 그것과 동일한 기능과 구조를 갖으므로 상세한 설명은 생략한다.

상술한 공정챔버(210)는 그 내측벽과 하부전극(230)과의 이격 공간 중 공정챔버(210)내 바닥면 가장자리에 다수개 형성되는 배기구(212)와 상술한 배기구(212)와 연통되어 공정 가스를 배기구(212)를 통해 외부로 배출시키는 펌프(P)가 마련된다.

상술한 간격차단부재(244)는 절연체인 판상의 사각틀 형상으로 형성되고 두께 방향으로 관통 형성되는 배기공(244a)이 둘레를 따라 적정 간격으로 형성 마련되며, 상술한 공정챔버(210)의 내측벽과 하부전극(230)과의 이격된 공간에서 하부전극(230)의 상면과 간격차단부재(244)의 상면이 동일한 높이 영역에 마련되어 기류가 수평성을 갖도록 한다.

즉, 상술한 하부전극(230)의 상면과 간격차단부재(244)의 상면이 동일 수평선상에 마련되게 하는 것이다.

그러므로 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치는 도 4에 도시된 바와 같이 대면적 기판(S)의 공정처리시 공정챔버(210)의 내측벽과 하부전극(230)과의 이격 공간에 절연체로 가장자리부를 따라 다수개의 배기공(244a)이 형성된 간격차단부재(244)를 개재하여 상술한 공정챔버(210)의 내측벽과 하부전극(230)과의 이격 공간 에 절연성을 개입시키며, 상술한 간격차단부재(244)의 배기공(244a)이 공정챔버(210)의 내측벽에 최대한 근접하게 마련되어 하부전극(230)에 안착된 기판(S)의 가장자리부에 공정가스가 이동하여 공정처리가 실시될 때 기판(S)의 가장자리부에서 위치간격부재(244)의 배기공(244a) 위치까지 적정 거리만큼 이격되어 상술한 배기공(244a)의 형성 위치가 기판(S)의 가장자리부에 근접했을 때보다 최대한 멀게 위치시켜 좀더 균일한 식각을 진행할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 플라즈마 처리장치는 공정챔버의 내측벽과 하부전극과의 이격 공간에 절연체인 간격차단부재를 개재하고 공정챔버내 바닥면에 마련되었던 배기구 및 펌프를 기판과 동일선상의 공정챔버 측벽에 형성 마련하여 상술한 공정챔버 내측벽과 식각의 시작점의 간격을 극대화시키기 위해 간격차단부재를 개입시키고 그 간격차단부재에 의해 전하가 증가하면 공정가스의 동요가 감소하여 기류의 수평성에 따른 공정처리를 대형화 기판에 균일하게 실시할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상술한 배기구 및 펌프가 공정챔버 측벽에 마련되므로 상술한 공정챔버의 바닥에 장 방향의 부품 및 진공 라인의 구비가 용이한 효과가 있다.

또한, 상술한 배기구 및 펌프가 공정챔버의 내측벽과 하부전극과의 이격 공간의 바닥면에 형성되었을 때 기판의 가장자리부에서 간격차단부재의 배기공까지의 거리를 최대한 증대시켜 공정처리를 대형화 기판에 균일하게 실시할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 진공 상태의 공정챔버 내부에 플라즈마를 발생시켜 대면적 기판에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서,

   상기 공정챔버의 측벽에 다수개가 관통 형성되어 공정챔버 내부의 공정가스가 외부로 배출될 수 있게 통로 역할을 하는 배기구 및 배기펌프;

   상기 배기구와 펌프 사이에 마련되어 상기 펌프가 차지하는 공간을 줄이기 위해 펌프를 수직 방향으로 연결하는 연결구;

   상기 공정챔버내 하측에 마련되며, 그 상면에 기판이 적재되는 하부전극;

   상기 하부전극과 공정챔버 벽면과의 이격 공간에 마련되는 간격차단부재;를 포함하며,

   상기 배기구는 상기 공정챔버의 대향된 측벽에 형성되며, 기판과 동등한 높이 영역에 마련되고, 상기 간격차단부재는 기류가 수평성을 갖도록 배출되도록 하여 기판의 중심부 및 모서리부의 공정 처리 균일성이 확보되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서, 상기 간격차단부재는,

   적정 두께를 갖는 사각판상으로 형성된 절연체인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 간격차단부재는,

   그 상면이 상기 하부전극의 상면과 동일한 높이 영역에 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제

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