KR100980450B1 - 플라즈마 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공정 수행시 플라즈마의 균일성을 확보할 수 있게 한 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.

즉, 본 발명은 전극의 둘레 면을 감싸도록 절연부재가 구비되는 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 전극의 각 모서리 끝점으로부터 상기 절연부재의 횡방향 끝단까지의 수평길이와, 상기 전극의 각 모서리 끝점으로부터 상기 절연부재의 종방향 끝단까지의 수평길이와, 상기 전극의 각 모서리 끝점으로부터 상기 절연부재의 대각선 방향 끝단까지의 수평길이가 동일하게 형성된 것을 특징으로 한다.

플라즈마, 처리장치, 전극, 절연부재, 라운딩(rounding), 균일성

Description

플라즈마 처리장치{APPARATUS FOR PROCESSING SUBSTRATE WITH PLASMA}

도 1은 종래의 플라즈마 처리장치를 도시한 측단면도이다.

도 2는 도 1의 A-A'선 단면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플라즈마 처리장치의 하부전극을 횡 방향으로 절개한 단면도이다.

도 4는 상기 하부전극 모서리에 구비되는 절연부재의 다른 형상을 확대 도시한 단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

110 : 챔버 114 : 하부전극

116 : 절연부재

본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공정 수행시 플라즈마의 균일성을 확보할 수 있게 한 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 로봇(도면에 미도시)에 의해 반입 또는 반출시키되 진공과 대기압을 반복하는 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.

상기 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.

상기 공정 챔버의 상, 하부 전극은 챔버의 내부 상, 하측에 각각 설치되며, 플라즈마 공정처리의 수행 대상물인 기판이 적재되는 하부전극의 양측에 절연체가 설치된다. 상기 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 알루미 늄재질인 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.

이러한 종래의 플라즈마 처리장치는 도 1에서 도시한 바와 같이 챔버(10)내 상부에 상부전극(12)이 구비되고, 이러한 상부전극(12)과 대향되는 하부에 설치되되 상기 챔버(10) 바닥과 소정 거리만큼 이격된 상태로 그 상면에 기판(도면에 미도시)이 안착되는 하부전극(14)이 구비된다. 여기서, 상기 상부전극(12)과, 하부전극(14)은 공정 진행시 플라즈마로부터 보호하기 위하여 전극 면을 제외한 나머지 부분 즉, 상, 하면 가장자리부와 각 측면에 절연부재(16)를 부착 고정하였다.

즉, 상기 상, 하부전극(12, 14)은 균일한 플라즈마를 형성하고 이 상, 하부 전극(12, 14) 이외의 노출된 부분이 플라즈마에 의해 아킹(Arcing) 등과 같은 손상이 발생할 수 있으므로 반응이 일어나는 전극 면을 제외하고 절연부재(16)를 감싸도록 구비하는 것이다.

그리고 플라즈마를 발생시켜 기판에 소정의 처리를 실시하는 과정에서 상부전극(12)과 하부전극(14) 사이에 기판을 위치시켜 상기 상부전극(12)은 하강하고, 상기 하부전극(14)은 상승하여 상기 하부전극(14)에 적재된 기판(S)의 상면에 그 상부전극(12)을 접촉시킬 때, 상기 상부전극(12)과 상기 하부전극(14)이 승강하도 록 구동되는 이동수단(도면에 미도시)이 마련된다.

그리고 상기 챔버(10)의 내측벽과 하부전극(14)의 사이인 이격 공간에 구비되어 공정수행 중 또는 공정이 수행된 후 챔버(10) 내의 미반응가스 및 공정 중에 발생한 폴리머(Polymer) 등을 챔버(10) 외부로 배기시키도록 상기 챔버(10)의 바닥에는 다수개의 배기홀(10a)이 형성되며, 상기 배기홀(10a)은 진공펌프(P)와의 통로 역할을 하고 공정가스의 흐름을 지연시키며, 1차적으로 블럭킹(blocking)된 후 챔버(10) 하부면 모서리에 각각 형성된 배기홀(10a)을 통해 배출되는 배플(Baffle : 18)이 마련된다.

여기서, 상기 배플(18)은 적정 간격으로 배열되는 슬릿(Slit : 도면에 미도시)이 다수개 형성된다.

즉, 상기 챔버(10)의 저면 중 하부전극(14)과의 이격 공간에 형성되는 배기홀(10a)을 통해 미반응 가스 등이 곧바로 진공펌프(P)를 향해 이동하는 것이 아니라, 상기 배플(18)에 의하여 그 흐름이 일단 멈추었다가 슬릿을 통하여 조금씩 배기되는 것이다.

결국, 상기 배플(18)을 설치함에 따라 모서리 부분 이외의 부분에서 가스가 통과하는 길을 좁혀 줌으로써 공정가스 배출속도를 늦추어 줄 수 있다. 따라서 모서리와 가장자리 부분의 가스 흐름 속도를 일정하게 맞추어 줄 수 있다.

이렇게, 가스의 배기 속도를 늦추기 위해 공정 가스가 분사되는 상부전극(12)의 샤워 헤드 구조도 중요하지만 반응 가스가 균일한 속도로 배기될 수 있어야 하며, 균일한 배기속도를 유지하기 위해 배플(18)을 사용하긴 하나 상기 배플(18) 만으로 문제를 해결하긴 어렵다.

그러나 상기 하부전극(14)의 표면 가장자리와 둘레 면을 감싸는 절연부재(16)는 도 2에 도시된 바와 같이 원형의 웨이퍼와는 달리 직사각 형상의 기판을 적재하기 위한 하부전극(14)의 구조상 판상의 여러 개를 벽면에 이웃한 모서리가 90°로 이루어지도록 부착한다.

결국, 상기 절연부재(16)의 모서리에서 횡, 종 방향의 폭 길이(ℓ_1, ℓ₂)가 각각 100㎜일 경우를 예로 들면 대각선 방향의 길이(ℓ₃)는 약 141㎜가 되므로 길이가 상이함에 따라 횡, 종 방향보다 대각선 방향으로의 에지 부분에서 공정가스의 배기 흐름이 나빠져 에칭률이 낮아지게 되고 전체적인 에칭 균일성이 저하되는 문제점이 있었다.

더욱이, 기판 사이즈의 증가에 따라 상기 절연부재(16) 또한 폭이 넓어지므로 더욱 심각한 문제를 초래한다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 절연부재의 폭을 동일하게 한 상태에서 가스를 균일하게 배출하여 에칭 균일성을 확보할 수 있게 한 플라즈마 처리장치를 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전극의 둘레 면을 감싸도록 절연부재가 구비되는 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 절연부재는, 상기 전극 각각의 모서리 부분에서 횡 방향과 종 방향 및 대각 방향의 폭이 동일하도록 형성됨으로써, 기판에 공정처리시 반응가스의 흐름이 균일하게 형성되어 에칭 균일성을 확보할 수 있으므로 바람직하다.

이하, 본 발명의 플라즈마 처리장치를 첨부도면을 참조하여 일 실시 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 플라즈마 처리장치는 도면에는 도시하지 않았지만 크게는 공정이 수행되는 장소인 챔버(110)와 상기 챔버(110) 내 상하측에 구비되는 상부전극(도면에 미도시)과 하부전극(114)으로 구성된다.

여기서, 상기 챔버(110)와 상부전극 및 하부전극(114)은 종래의 그것과 동일한 구조와 기능을 하므로 상세한 설명은 생략한다.

상기 하부전극(114)에는 도 3에 도시된 바와 같이 전극 면을 제외한 상면 가장자리와 둘레 면을 감싸는 세라믹 재질의 절연부재(116)가 구비되며, 상기 절연부재(116)는 하부전극(114) 각각의 모서리를 기점으로 횡 방향의 폭 길이(ℓ₁)와 종 방향의 폭 길이(ℓ₂) 및 대각선 방향의 폭 길이(ℓ₃)가 모두 동일하다.

즉, 반지름의 길이가 모두 동일할 수 있도록 상기 절연부재(116)의 외측 모서리가 모두 라운딩(rounding) 처리되므로 모서리 부분의 반지름(R)은 횡, 종, 대각선 방향의 폭 길이(ℓ_{1 ,} ℓ_2, ℓ₃)와 같으며, 상기 하부전극(114)의 모서리는 직각 상태를 유지한다.

더욱이, 도면에는 도시하지 않았지만 상기 절연부재(116)의 외측 모서리뿐만 아니라 내측 모서리도 라운딩 처리될 수 있으며 이 경우 상기 하부전극(114)의 모서리도 상응한 라운딩이 형성된다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 절연부재(116)의 외측 모서리가 45°로 면취한 챔퍼링(chamfering) 처리될 수 있으며 상기 하부전극(114)의 모서리도 이와 상응한 챔퍼링이 형성될 수 있다.

그리고 상기 절연부재(116)는 하부전극(114)뿐만 아니라 상부전극에도 구비될 수 있다.

그러므로 본 발명의 플라즈마 처리장치에서 하부전극(114)의 둘레 면을 감싸는 절연부재(116) 중 각각의 모서리를 상기 하부전극(114)의 모서리를 중심으로 한 횡 방향의 폭 길이(ℓ₁)와 종 방향의 폭 길이(ℓ₂) 및 대각선 방향의 폭 길이(ℓ₃)를 모두 동일하게 한 라운딩 처리함에 따라 공정 수행시 챔버(110) 바닥에 형성되되 진공펌프(도면에 미도시)가 연결된 배기홀(도면에 미도시)과의 거리를 동일하게 함에 따라 반응가스의 배기 흐름 또한 균일하게 하여 에칭률이 상승하며 결국 에칭 균일성이 확보된다.

이와 같은 본 발명의 플라즈마 처리장치는 하부전극의 표면 가장자리와 둘레 면을 감싸는 절연부재의 모서리에서 폭 길이를 동일하게 하여 공정 처리시 반응가스의 배기 흐름을 균일하게 하므로 에칭 균일성이 확보되는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 전극의 둘레 면을 감싸도록 절연부재가 구비되는 플라즈마 처리장치에 있어서,

   상기 전극의 각 모서리 끝점으로부터 상기 절연부재의 횡방향 끝단까지의 수평길이와,

   상기 전극의 각 모서리 끝점으로부터 상기 절연부재의 종방향 끝단까지의 수평길이와,

   상기 전극의 각 모서리 끝점으로부터 상기 절연부재의 대각선 방향 끝단까지의 수평길이가 동일하게 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 절연부재의 모서리 부분이 라운딩(rounding) 처리되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 절연부재의 모서리 부분이 챔퍼링(chamfering) 처리되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
4. 제 2항에 있어서, 상기 전극의 모서리는,

   상기 절연부재의 모서리와 상응되도록 라운딩 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
5. 제 3항에 있어서, 상기 전극의 모서리는,

   상기 절연부재의 모서리와 상응되도록 챔퍼링 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.

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