KR101000335B1 - 플라즈마 처리장치의 전극 구조 - Google Patents

플라즈마 처리장치의 전극 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마 처리장치의 전극 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 챔버 천장과 이격되는 전극의 모서리에서 전기장의 밀도를 감소시킬 수 있도록 이격 거리를 증가시키거나 모서리 가공하여 아킹 현상을 방지할 수 있게 한 플라즈마 처리장치의 전극 구조에 관한 것이다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 전극 구조를, 플라즈마 처리장치에 구비되는 전극의 구조에 있어서, 모서리부에서 과도한 전기장의 발생이 방지되는 형태로 모서리부가 가공되어 이루어진다.
플라즈마 처리장치, 챔버, 전극 구조, 아킹

Description

플라즈마 처리장치의 전극 구조{ELECTRODE STRUCTURE OF APPARATUS FOR PROCESSING SUBSTRATE WITH PLASMA}
도 1은 종래의 플라즈마 처리장치를 개략적으로 도시한 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 플라즈마 처리장치의 전극 구조를 도시한 확대도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 플라즈마 처리장치의 전극 구조를 도시한 확대도이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 플라즈마 처리장치의 전극 구조를 도시한 확대도이다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 플라즈마 처리장치의 전극 구조를 도시한 확대도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
120, 220, 320, 420: 상부전극
122, 222, 322, 422: 몸체
126, 226, 326, 426: 수평 절연부재
128, 228, 328, 428: 수직 절연부재
본 발명은 플라즈마 처리장치의 전극 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 챔버 천장과 이격되는 전극의 모서리에서 전기장의 밀도를 감소시킬 수 있도록 이격 거리를 증가시키거나 모서리 가공하여 아킹 현상을 방지할 수 있게 한 플라즈마 처리장치의 전극 구조에 관한 것이다.
상술한 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 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 처리 가스가 유입되고, 유입된 가스로 외부의 전원을 인가받은 상, 하부 전극에 의해 전기 방전을 일으켜 기판의 표면에 플라즈마 공정을 진행하는 것이다.
이와 같은 플라즈마 공정을 진행하는 플라즈마 처리장치는 그 내부에 진공분 위기를 형성시킬 수 있는 챔버, 그 챔버 내에 피처리 기판을 지지할 수 있는 지지면을 가지는 적재대, 챔버 내로 처리 가스를 공급하는 가스 공급계, 방전을 통해 그 처리 가스를 플라즈마화하기 위한 전계를 처리실 내에 발생시키기 위한 상, 하부 전극인 전계 발생계, 소정의 처리 후에 처리실 내에 존재하는 처리 가스를 제거하는 배기계로 구성된다.
종래의 플라즈마 처리장치는 도 1에 도시된 바와 같이 진공 상태인 내부에서 공정 처리가 수행되는 챔버(10)와, 상기 챔버(10)내 상측에 마련되는 상부전극(20)과, 상기 상부전극(20)과 이격된 하측에 마련되어 기판이 적재되는 하부전극(30)으로 크게 구성된다.
상기 상부전극(20)은 몸체(24) 및 상기 몸체(24)의 최하단에 처리 가스가 기판에 분사되는 샤워 헤드(Shower head: 26)로 크게 구성되며, 공급된 처리 가스를 플라즈마화하기 위한 전계를 발생시킬 수 있도록 상면에 RF 전원공급라인(22)이 연결되므로, PE(Plasma Etching)식 식각장비이다.
상기 하부전극(30)은 외벽과 상부 영역 가장자리부에 플라즈마로부터 보호하는 절연판이 전극부의 둘레를 감싸도록 한 다음 다수개의 볼트에 의해 상면 가장자리부와 측면에서 각각 체결된다.
그러나 상기 RF 전원공급라인(22)이 챔버(10)를 통해 상부전극(20)까지 연결되는데 상기 챔버(10) 천장과 이격된 상부전극(20)의 상면 사이 공간이 협소할 경우 절연부재의 배치가 난해하고 상기 절연부재를 설치하지 못함에 따라 이 사이에서 고주파 전원이 전이되어 상, 하부전극(20, 30) 사이에서의 공간보다 강한 전기 장이 형성되며 상부전극(20)의 몸체(24)의 표면을 따라 이동하면서 상기 몸체(24)의 모서리에서 플라즈마 집중으로 인한 열적 손상으로 아킹(Arcing)이 발생하는 문제점이 있었다.
결국, 진공 영역에서 대향되는 상기 챔버(10)내 천장과 상부전극(20)에 의해 그 대향되는 공간에서 강한 전기장이 형성되어 원하지 않은 플라즈마가 형성되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 챔버 천장과 이격되는 전극의 모서리에서 전기장의 밀도를 감소시킬 수 있도록 이격 거리를 증가시키거나 모서리 가공하여 아킹 현상을 방지할 수 있게 한 플라즈마 처리장치의 전극 구조를 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 플라즈마 처리장치에 구비되는 전극의 구조에 있어서, 상기 전극은, 모서리부에서 과도한 전기장의 발생이 방지되는 형태로 모서리부가 가공됨으로써, 상기 전극의 모서리에서 플라즈마가 집중되는 아킹 현상을 방지하여 원하지 않은 플라즈마의 발생을 방지하므로 바람직하다.
이하, 본 발명의 플라즈마 처리장치의 전극 구조를 첨부도면을 참조하여 실시 예들을 들어 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 플라즈마 처리장치는 도면에는 도시하지 않았지만 진공이 형성되는 챔버와, 상기 챔버 내부 상하측에 각각 구비되는 상, 하부전극으로 크게 이루어지며, 상기 챔버 및 하부전극은 종래의 그것과 동일한 구조와 기능을 하므로 상세한 설명은 생략한다.
그리고 상기 상부전극(120)은 도 2에 도시된 바와 같이 챔버(110) 천장에서 소정거리만큼 이격된 상태로 구비되며 그 사이에 전기적으로 절연하기 위한 유전체인 수평 절연부재(126)이 개재되고, 외벽에도 절연체인 수직 절연부재(128)이 둘레 면을 감싸도록 구비된다.
또한, 상기 상부전극(120)은 상기 수평 절연부재(126)와 접하는 몸체(122) 및 상기 몸체(122)의 저면에 구비되는 샤워 헤드(124)로 크게 이루어진다.
더욱이, 상기 플라즈마 처리장치는 PE(Plasma Enhanced) 방식 식각장치로 상부전극(120)에 RF 전원공급라인(22)으로 RF 전원을 인가하는 방식이 채용된다.
< 실시예 1 >
본 실시 예에 따른 플라즈마 처리장치의 전극 구조에 있어서 상부전극(120)은 도 2에 도시된 바와 같이 몸체(122)의 상면 모서리부가 적어도 하나의 단 형상을 갖도록 단차면(122a)이 형성되도록 가공하는 것으로, 상면 네 모서리부에서 전자기장의 밀도를 최소화하여 아킹 현상이 발생하는 것을 방지한다.
즉, 상기 RF 전원공급라인에 의한 상부전극(120)에 전원인가시 상기 몸체(122)의 표면을 따라 이동하는 RF 표면파가 모서리에 가공된 단차면(122a)에 의해 챔버(110)의 천장과 거리가 멀어지므로 전기장이 집중되지 않고 접지되므로 이 몸체(122)의 네 모서리에서 이상 방전 현상인 아킹의 발생을 방지하는 것이다.
여기서, 상기 몸체(122)의 단차면(122a)은 실험치에 의해 증감이 가능하다.
< 실시예 2 >
본 실시 예에 따른 플라즈마 처리장치의 전극 구조에 있어서 상부전극(220)은 도 3에 도시된 바와 같이 몸체(222)의 상면 모서리부가 라운딩(rounding)면(222a)이 형성되도록 가공하는 것으로, 상면 네 모서리부에서 전자기장의 밀도를 최소화하여 아킹 현상이 발생하는 것을 방지한다.
즉, 상기 RF 전원공급라인에 의한 상부전극(220)에 전원인가시 상기 몸체(222)의 표면을 따라 이동하는 RF 표면파가 모서리에 가공된 라운딩면(222a)에 의해 전기장이 집중되지 않고 접지되므로 이 몸체(222)의 네 모서리에서 이상 방전 현상인 아킹의 발생을 방지하는 것이다.
그리고 상기 챔버(210)내 천장과 상부전극(220)과의 사이와 상기 상부전극(220)의 외벽에는 앞선 실시 예와 마찬가지로 수평 절연부재(226) 및 수직 절연부재(228)가 감싸도록 구비되어 전기적으로 절연된다.
여기서, 설명하지 않은 부호 224는 샤워 헤드이며, 라운딩면(222a)의 반지름은 실험치에 의해 책정이 가능하고 반지름 또한 증감이 가능하다.
< 실시예 3 >
본 실시 예에 따른 플라즈마 처리장치의 전극 구조에 있어서 상부전극(320)은 도 4에 도시된 바와 같이 몸체(322)의 상면 모서리부에 파형면(322a)이 형성되도록 가공하는 것으로, 상면 네 모서리부에서 전자기장의 밀도를 최소화하여 아킹 현상이 발생하는 것을 방지한다.
즉, 상기 RF 전원공급라인에 의한 상부전극(320)에 전원인가시 상기 몸체(322)의 표면을 따라 이동하는 RF 표면파가 모서리에 가공된 파형면(322a)에 의해 전기장이 집중되지 않고 접지되므로 이 몸체(322)의 네 모서리에서 이상 방전 현상인 아킹의 발생을 방지하는 것이다.
그리고 상기 챔버(310)내 천장과 상부전극(320)과의 사이와 상기 상부전극(320)의 외벽에는 앞선 실시 예와 마찬가지로 수평 절연부재(326) 및 수직 절연부재(328)가 감싸도록 구비되어 전기적으로 절연된다.
여기서, 설명하지 않은 부호 324는 샤워 헤드이며, 파형면(322a)의 형상은 실험치에 의해 책정이 가능하고 반지름도 증감이 가능하다.
< 실시예 4 >
본 실시 예에 따른 플라즈마 처리장치의 전극 구조에 있어서 상부전극(420)은 도 5에 도시된 바와 같이 몸체(422)의 상면 모서리부에 챔퍼링(chamfering)면(422a)이 형성되도록 가공하는 것으로, 상면 네 모서리부에서 전자기장의 밀도를 최소화하여 아킹 현상이 발생하는 것을 방지한다.
즉, 상기 RF 전원공급라인에 의한 상부전극(420)에 전원인가시 상기 몸체 (422)의 표면을 따라 이동하는 RF 표면파가 모서리에 가공된 챔퍼링면(422a)에 의해 전기장이 집중되지 않고 접지되므로 이 몸체(422)의 네 모서리에서 이상 방전 현상인 아킹의 발생을 방지하는 것이다.
그리고 상기 챔버(410)내 천장과 상부전극(420)과의 사이와 상기 상부전극(420)의 외벽에는 앞선 실시 예와 마찬가지로 수평 절연부재(426) 및 수직 절연부재(428)가 감싸도록 구비되어 전기적으로 절연된다.
여기서, 설명하지 않은 부호 424는 샤워 헤드이며, 챔퍼링면(422a)의 이웃한 거리는 실험치에 의해 책정이 가능하고 증감이 가능하다.
그러므로 앞선 실시 예들에서와 같이 상부전극 몸체의 네 모서리를 가공하여 모서리부에서 플라즈마가 집중되는 것을 방지하기 위함으로 모서리부는 단차면(122a), 라운딩면(222a), 파형면(322a) 및 챔퍼링면(422a) 등에 한정하지 않고 변경이 가능하다.
이와 같은 본 발명의 플라즈마 처리장치의 전극 구조는 챔버 천장과 이격되는 전극의 모서리에서 전기장의 밀도를 감소시킬 수 있도록 이격 거리를 증가시키거나 모서리 가공하여 아킹 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 플라즈마 처리장치에 구비되는 전극의 구조에 있어서,
    상측에 구비되는 상부전극에 고주파 전원이 인가되는 PE(Plasma Enhanced) 방식에서의 상부전극은,
    모서리부에서 과도한 전기장의 발생이 방지되는 형태로 모서리부가 가공되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치의 전극 구조.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 가공된 모서리부 형상은,
    적어도 하나의 단 형상을 갖도록 단차면이 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치의 전극 구조.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 가공된 모서리부 형상은,
    라운딩(rounding)면이 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치의 전극 구조.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 가공된 모서리부 형상은,
    챔퍼링(chamfering)면이 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치의 전극 구조.
  5. 플라즈마 처리장치에 구비되는 전극의 구조에 있어서,
    상기 전극은,
    모서리부에서 과도한 전기장의 발생이 방지되는 형태로 모서리부가 가공되되, 상기 가공된 모서리부 형상은, 파형면이 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치의 전극 구조.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 전극 중 상측에 구비되는 전극에 고주파 전원이 인가되는 PE(Plasma Enhanced) 방식인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치의 전극 구조.
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