KR101031784B1 - 플라즈마 처리장치 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 처리장치가 개시된다. 본 발명의 플라즈마 처리장치는, 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 반응 챔버; 반응 챔버의 상부를 덮는 소스 상판; 소스 상판의 하측에서 복수개의 단위절연판으로 분할 마련되는 절연판; 소스 상판의 하부에 결합되고, 절연판을 지지하는 절연판 지지체; 및 소스 상판과 절연판 사이에 배치되는 적어도 하나의 안테나를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 대형 크기의 기판에 적용하더라도 상부 구조물의 기구적 안정성을 확보할 수 있으며, 상부 구조물에 의한 플라즈마의 저하를 방지할 수 있다.
플라즈마, 절연판, 절연체, 강도, 대형화

Description

플라즈마 처리장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 플라즈마 처리장치에서 기구적 안정성을 확보하고 플라즈마의 저하를 최소화하는 구조에 관한 것이다.
플라즈마 처리장치는, 태양전지 제작에 사용되는 기판, 평면디스플레이(Flat Panel Display, FPD) 제작에 사용되는 기판, 반도체 제작에 사용되는 기판 등에 미세한 패턴을 형성하기 위해 플라즈마(plasma)를 생성하여 증착 또는 에칭 공정을 수행하는 장치이다.
이러한 플라즈마 처리장치는 플라즈마 생성 방식에 따라 축전결합형 플라즈마(CCP, Capacitively Coupled Plasma) 방식과, 유도결합형 플라즈마(ICP, Inductively Coupled Plasma) 방식으로 구분된다.
축전결합형 플라즈마 방식은, 고주파 전력(RF전력)을 인가할 수 있도록 설계된 전극이 있는 것이 구조적 특징이며, 그 명칭에서도 알 수 있듯이 전극의 표면에 분포된 전하 때문에 형성된 축전전기장에 의해서 플라즈마가 발생하고 유지된다.
유도결합형 플라즈마 방식은, 구조적으로 코일 형태의 안테나를 구비하며, 안테나에 고주파 전력을 인가하여 형성된 유도전기장에 의해서 플라즈마가 발생하고 유지된다.
도 1은 종래 기술에 따른 유도결합형 플라즈마 처리장치의 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1의 플라즈마 처리장치에서 소스 상판의 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 플라즈마 처리장치(1)는, 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 반응 챔버(10)와, 반응 챔버(10)의 내부에 마련되어 기판(G)이 안착되는 서셉터(20)와, 반응 챔버(10)의 상부를 덮는 금속 재질의 소스 상판(40)과, 소스 상판(40)의 상단부에 결합되는 접지 케이스(80)와, 소스 상판(40)의 상측에 마련되고 전력 인입선(72)이 접속되는 안테나(70)와, 안테나(70)의 하측에서 4개의 단위절연판(30a)으로 분할 마련되되 소스 상판(40)에 의해 지지되는 세라믹 재질의 절연판(30)을 포함한다.
소스 상판(40)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 사각 형상을 갖는 외곽 프레임(43)과, 외곽 프레임(43)의 내측 영역을 4개의 개구부(44)로 분할하는 가로보(41) 및 세로보(42)를 포함한다. 가로보(41)와 세로보(42)는 외곽 프레임(43)의 중심에서 상호 교차한다. 소스 상판(40)의 4개의 개구부(44)에는 4개의 단위절연판(30a)이 대응 배치된다. 이때, 4개의 단위절연판(30a)은 소스 상판(40)의 하부에 형성된 단턱(40a)에 의해 안착 지지된다. 한편, 소스 상판(40)에서 가로보(41)와 세로보(42)의 상부에는 소스 상판(40)의 기구적 강도를 보강하기 위한 보강 빔(45)이 결합된다.
그러나, 위와 같은 구성을 갖는 종래의 플라즈마 처리장치(1)는, 절연판(30) 이 소스 상판(40)에 의해 안착 지지되고 소스 상판(40)에 개구부(44)가 형성되는 구조이므로, 소스 상판(40)의 상부에 보강 빔(45)을 마련하더라도 대형 크기의 기판(G)에 적용함에 있어서 기구적 안정성을 확보하기 어렵다는 문제점이 있다. 즉, 도 1의 플라즈마 처리장치(1)를 대형 크기의 기판(G)에 적용하는 경우, 반응 챔버(10)의 내부에 형성되는 진공압에 의한 소스 상판(40)의 기구적 변형, 예컨대 처짐 현상이 발생하게 된다.
또한, 종래의 플라즈마 처리장치(1)는, 기판(G)에 대응하는 위치에서 금속 재질의 소스 상판(40)의 하부가 반응 챔버(10) 내의 플라즈마에 노출되기 때문에, 접지된 소스 상판(40)과 안테나(70) 사이의 정전 용량이 반응 챔버(10) 내의 플라즈마의 저하를 초래하는 문제점이 있다. 이러한 문제점은 기판(G)이 대형화될수록 더욱 심각해지는데, 이는 기판(G)이 대형화될수록 기구적 안정성을 확보하기 위해 소스 상판(40)의 크기가 증가하게 되고, 이로 인해 플라즈마에 노출되는 소스 상판(40)의 면적 또한 증가하기 때문이다.
또한, 종래의 플라즈마 처리장치(1)는, 소스 상판(40)에 개구부(44)가 형성되기 때문에, 반응 챔버(110)의 내부로 공정 가스를 주입하기 위한 구조가 복잡해지는 문제점이 있다.
또한, 종래의 플라즈마 처리장치(1)는, 소스 상판(40)에 개구부(44)가 형성되고 절연판(30) 및 안테나(70) 등이 소스 상판(40)의 상측에 배치되는 구조이므로, 소스 상판(40)의 상부에 소스 상판(40)의 기구적 강도를 보강하기 위해 보강 빔(45) 등을 설치함에 있어서 설치 공간상의 제약이 따른다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 대형 크기의 기판에 적용하더라도 상부 구조물의 기구적 안정성을 확보할 수 있으며, 상부 구조물에 의한 플라즈마의 저하를 방지할 수 있는 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 반응 챔버; 상기 반응 챔버의 상부를 덮는 소스 상판; 상기 소스 상판의 하측에서 복수개의 단위절연판으로 분할 마련되는 절연판; 상기 소스 상판의 하부에 결합되고, 상기 절연판을 지지하는 절연판 지지체; 및 상기 소스 상판과 상기 절연판 사이에 배치되는 적어도 하나의 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 절연판 지지체는 세라믹 재질로 이루어질 수 있다. 상기 절연판 지지체의 상부는 테프론 재질로 이루어지고, 상기 절연판 지지체의 하부는 세라믹 재질로 이루어질 수 있다.
상기 절연판 지지체는, 상기 복수개의 단위절연판이 대응 배치되는 복수개의 개구부가 형성될 수 있다.
상기 절연판 지지체는, 상기 소스 상판과 볼트 체결될 수 있다.
상기 절연판 지지체에는 상기 반응 챔버의 내부로 공정 가스를 주입하기 위한 가스 유로가 형성되고, 상기 소스 상판에는 상기 가스 유로와 연통되는 가스 주 입로가 관통 형성될 수 있다.
상기 플라즈마 처리장치는, 상기 소스 상판의 상부에 마련되어 상기 소스 상판의 기구적 강도를 보강하는 적어도 하나의 보강 빔을 더 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 처리장치는, 복수개의 단위절연체로 분할 마련되어 상기 소스 상판과 상기 절연판 사이에 개재되는 절연체를 더 포함할 수 있다.
상기 절연체는 테프론 재질로 이루어질 수 있다. 상기 단위절연체의 상부면에는, 상기 안테나가 수용되는 안테나 안착홈이 형성될 수 있다.
상기 소스 상판과 상기 단위절연체 사이에는 적어도 하나의 오-링이 개재될 수 있다.
상기 안테나에 고주파 전력을 인가하기 위한 전력 인입선은, 상기 소스 상판에 관통 형성된 인입홀을 통해 상기 안테나에 접속될 수 있다.
상기 전력 인입선과 상기 인입홀 사이에는 보조 절연체가 개재될 수 있다.
상기 복수개의 단위절연판은, 동일 평면 상에서 중심 대칭으로 배치되고, 상기 적어도 하나의 안테나는, 상기 복수개의 단위절연판에 대응 배치되는 복수개의 안테나일 수 있다.
상기 안테나는, 사각 형상의 코일 안테나로, 4개의 모서리부 중 상기 소스 상판의 중심에서 가장 가까운 모서리부에 접지선이 접속되고, 상기 접지된 모서리부에 대해 대각선 방향으로 위치하는 모서리부에 전력 인입선이 접속될 수 있다.
본 발명은, 소스 상판의 하측에서 절연판 지지체가 절연판을 지지하고 안테 나가 소스 상판의 하측에 배치되는 구조를 가짐으로써, 대형 크기의 기판에 적용하더라도 소스 상판의 기구적 안정성을 확보할 수 있으며, 기판에 대응하는 위치에서 소스 상판의 하부가 반응 챔버 내의 플라즈마에 노출되지 않으므로, 반응 챔버 내의 플라즈마의 저하를 초래하는 부정적인 영향을 방지할 수 있다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
먼저, 이하에서 설명할 「기판」이란, 태양전지 제작에 사용되는 기판, 평면디스플레이(Flat Panel Display, FPD) 제작에 사용되는 기판, 반도체 제작에 사용되는 기판 등을 가리키나, 설명의 편의를 위해 이들을 구분하지 않고 기판이라 하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 개략적인 구성도이고, 도 4는 도 3의 플라즈마 처리장치에서 절연판 지지체의 구조와 안테나의 배치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이며, 도 5는 도 1의 플라즈마 처리장치의 상부 구조의 개략적인 단면도이고, 도 6은 도 1의 플라즈마 처리장치에서 절연체의 개략 적인 평면도이며, 도 7은 도 6의 A-A선에 따른 절연체의 개략적인 단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는, 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 반응 챔버(110)와, 반응 챔버(110)의 내부에 마련되어 기판(G)이 안착되는 서셉터(120)와, 반응 챔버(110)의 상부를 덮는 소스 상판(140)과, 소스 상판(140)의 상단부에 결합되는 접지 케이스(180)와, 소스 상판(140)의 하측에서 4개의 단위절연판(170a)으로 분할 마련되는 절연판(170)과, 상기 소스 상판(140)의 하부에 결합되고 절연판(170)을 지지하는 절연판 지지체(150)과, 소스 상판(140)과 절연판(170) 사이에 배치되는 4개의 안테나(131)를 포함한다.
한편, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는 유도결합형 플라즈마 증착장치(ICP, Inductively Coupled Plasma)이지만, 본 발명은 축전결합형 플라즈마 증착장치(PECVD, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)에도 적용될 수 있음은 물론이다. 그리고 본 발명에서 「플라즈마 처리」란 플라즈마 에칭(Plasma Etching)과 플라즈마 증착(Plasma Vapor Deposition)의 의미를 포함한다.
아울러, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는 태양전지 제작에 사용되는 기판에 대한 플라즈마 처리를 수행하도록 설계되었으나, 평면디스플레이 제작에 사용되는 기판, 반도체 제작에 사용되는 기판 등에 대한 플라즈마 처리에도 적용될 수 있을 것이다.
반응 챔버(110)는, 기판(G)에 대해 플라즈마 증착 공정을 수행하기 위한 환경을 조성하고 플라즈마가 생성·반응되는 공간을 제공한다. 이때, 반응 챔버(110) 는 상측이 개방된 구조로, 사각의 판면 형상을 갖는 기판(G)에 적합하도록 전체적으로 사각 형상을 갖는다. 다만, 본 발명에서 반응 챔버(110)의 형상은 플라즈마 처리 대상이 되는 기판(G)의 종류 및 형상에 따라 변경될 수 있다.
서셉터(120)는, 반응 챔버(110)의 내부 아래쪽에 마련되어 기판(G)을 지지하고, 반응 챔버(110) 내에 생성된 플라즈마가 기판(G)의 표면에 충돌할 수 있도록 바이어스 고주파 전력을 제공한다. 서셉터(120)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 기판(G)이 안착되는 고주파전극(121)과, 접지된 영역을 제공하는 접지전극(123)과, 고주파전극과 접지전극 사이에 개재되는 서셉터 절연체(122)를 구비한다. 이때, 서셉터 절연체(122)는 세라믹 및/또는 테프론 재질로 이루어진다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 반응 챔버(110)의 하부에는 서셉터(120)를 상하 방향으로 이동시키기 위한 Z축 구동모듈(190)이 마련되고, 반응 챔버(110)의 내부 일측에는 서셉터(120)에 안착된 기판(G)의 테두리 부분을 보호하기 위한 새도우 프레임(125)이 마련된다.
소스 상판(140)은, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 반응 챔버(110)의 상단부에 안착되어 반응 챔버(110)의 개방된 상부를 덮는다. 이때, 소스 상판(140)은 반응 챔버(110)의 형상과 대응하도록 사각 판면 형상을 갖는다. 이러한 소스 상판(140)은 반응 챔버(110)의 개방된 상부를 덮어 반응 챔버(110)와 함께 밀폐된 플라즈마 생성 공간을 제공하는 동시에, 절연판(170) 및 절연판 지지체(150) 등의 상부 구조물들을 지지하는 역할을 담당한다. 한편, 소스 상판(140)은 반응 챔버(110)의 내부에 형성되는 진공압에 대한 기구적 강도를 확보해야 하므로, SUS 등의 금속 재질로 이루어진다. 이때, 소스 상판(140)의 두께 또한 진공압에 대한 기구적 강도를 고려하여 결정된다.
접지 케이스(180)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 소스 상판(140)의 상단부에 결합되어 소스 상판(140)을 접지시킨다. 즉, 접지 케이스(180)는 접지된 금속 케이스로, 안테나(131)와 전기적으로 연결되는 접지된 영역을 제공한다. 아울러, 접지 케이스(180)는 소스 상판(140) 등의 상부 구조물들이 외부로 노출되지 않도록 한다.
절연판(170)은, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 소스 상판(140)의 하측에서 사각 판면 형상을 갖는 4개의 단위절연판(170a)으로 분할 마련된다. 이때, 4개의 단위절연판(170a)은 동일 평면 상에서 중심 대칭으로 배치된다. 절연판(170)은 통상적으로 세라믹 재질로 이루어지며, 세라믹 윈도우' 또는 '패러데이 쉴드'라고도 한다. 이러한 절연판(170)은 고주파 전력에 의한 에너지를 유도성 결합으로 플라즈마에 더 효과적으로 전달하도록, 안테나(131)와 플라즈마 사이의 축전성 결합을 차단하는 기능을 담당한다. 다만, 본 발명에서 절연판(170)의 분할 개수는 본 실시예에 한정되지 아니하고 플라즈마 처리 대상이 되는 기판(G)의 크기 등에 따라 다양하게 선택될 수 있다.
4개의 안테나(131)는, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 소스 상판(140)과 절연판(170) 사이에서 4개의 단위절연판(170a)에 대응 배치된다. 즉, 4개의 안테나(131)는 동일 평면 상에서 소스 상판(140)의 중심에 대하여 대칭적으로 배치된다. 이러한 안테나(131)는 고주파 전원(미도시)으로부터 고주파 전력을 인가 받아 반응 챔버(110)의 내부에 플라즈마를 생성시키는 전기장을 유도한다. 다만, 본 발명에서 안테나의 형상, 개수 및 배치 형태는 본 실시예에 한정되지 아니하고 다양하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 안테나(131)의 내측 영역에 내부 안테나(미도시)를 추가로 배치할 수 있는데, 이는 전체적인 플라즈마 균일도를 향상시키는 이점을 갖는다.
안테나(131)는, 사각 형상의 코일 안테나로, 4개의 모서리부 중 소스 상판(140)의 중심에서 가장 가까운 모서리부(131b)에 접지선(133)이 접속되고, 접지된 모서리부(131b)에 대해 대각선 방향으로 위치하는 모서리부(131a)에 전력 인입선(132)이 접속된다. 즉, 안테나(131)는 고주파 전력이 인가되는 위치와 접지되는 위치가 대각선 방향으로 배치된다.
전력 인입선(132)은, 안테나(131)에 고주파 전력을 인가하기 위한 수단으로, 일단이 안테나(131)의 모서리부(131a)에 접속되고 타단이 고주파 전원(미도시)에 접속된다. 즉, 고주파 전원(미도시)으로부터 공급되는 고주파 전력은 접지 케이스(180)의 상부에 마련된 임피던스 정합기(185)를 거쳐 전력 인입선(132)을 통해 안테나(170)에 인가된다. 이때, 임피던스 정합기(185)는 고주파 전원(미도시)의 내부 임피던스를 고주파 전력이 공급되는 경로의 임피던스와 매칭(matching)시킨다.
접지선(133)은, 일단이 안테나(131)의 모서리부(131b)에 접속되고 타단이 금속 재질의 소스 상판(140)에 접속됨으로써 안테나(131)를 접지시킨다. 이와 달리, 접지선(133)의 타단을 접지 케이스(180)에 접속하여 안테나(131)를 접지시킬 수도 있지만, 소스 상판(140)과 접지 케이스(180)는 상호 전기적으로 연결되므로, 접지 케이스(180) 내의 공간 활용 측면에서 본 실시예처럼 접지선(133)의 타단을 소스 상판(140)에 접속하여 안테나(131)를 접지시키는 것이 바람직하다.
한편, 전력 인입선(132)은, 소스 상판(140)에 관통 형성된 인입홀(140a)을 통해 안테나(131)에 접속된다. 이때, 전력 인입선(132)과 인입홀(140a) 사이에는 전력 인입선(132)이 금속 재질의 소스 상판(140)과 전기적으로 절연되도록 보조 절연체(165)가 개재된다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는, 절연판(170)을 4개의 단위절연판(170a)으로 분할하고, 4개의 안테나(131)를 중심 대칭으로 배치함으로써, 전체적인 플라즈마 균일도를 향상시킬 수 있다. 아울러, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는, 안테나(131)의 고주파 전력이 인가되는 위치와 접지되는 위치를 대각선 방향으로 배치함으로써, 플라즈마 밀도가 높은 고주파 전력이 인가되는 부분들이 기판(G)의 중심에 대하여 대각선 방향으로 대칭되도록 배치되므로, 전체적인 플라즈마 균일도를 더욱 향상시킬 수 있다.
절연판 지지체(150)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 사각 형상을 갖는 외곽 프레임(151)과, 외곽 프레임(151)의 내측 영역을 4개의 개구부(150a)로 분할하는 가로 프레임(152) 및 세로 프레임(153)을 포함한다. 가로 프레임(152)과 세로 프레임(153)은 외곽 프레임(151)의 중심에서 상호 교차한다. 절연판 지지체(150)의 4개의 개구부(150a)에는 4개의 단위절연판(170a)이 대응 배치된다. 이때, 4개의 단위절연판(170a)은 절연판 지지체(150)의 하부에 형성된 단턱(150b)에 의해 안착 지지된다.
절연판 지지체(150)를 구성하는 외곽 프레임(151), 가로 프레임(152) 및 세로 프레임(153)은 각각 별도로 제작된 후에 상호 결합할 수도 있지만, 본 실시예에서는 외곽 프레임(151), 가로 프레임(152) 및 세로 프레임(153)이 일체로 형성된다. 아울러, 본 발명에서 절연판 지지체(150)의 구조는 본 실시예에 한정되지 아니하고, 소스 상판(140)의 하측에서 절연판(170)을 안정적으로 지지할 수 있다면, 다양하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 절연판 지지체는 전체적으로 사각 형상을 갖는 프레임 구조에서 벗어나 단위절연판(170a)의 모서리부만을 지지하도록 분할된 구조로 선택될 수도 있다.
한편, 본 발명에서 반응 챔버(110)의 내부에 형성되는 진공압에 대한 기구적 안정성은 소스 상판(140)에 의해 확보되므로, 절연판(170)을 지지하는 절연판 지지체(150)는 상대적으로 얇은 두께를 갖도록 구성하는 것이 가능하다.
절연판 지지체(150)는, 첨부된 도면에 자세히 도시되지 않았지만, 볼트 체결 방식에 의해 소스 상판(140)에 체결된다. 다만, 본 발명에서 절연판 지지체(150)와 소스 상판(140)의 체결 방식은 본 실시예에 한정되지 아니하고 용접 등의 다른 다양한 방식이 선택될 수 있다.
절연판 지지체(150)는 반응 챔버(110) 내의 플라즈마에 노출되기 때문에, 접지된 소스 상판(140)과 전기적으로 절연되도록 세라믹 재질로 이루어진다. 이에 따라, 절연판 지지체(150)가 금속 재질의 소스 상판(140)의 하부에 결합되더라도, 접지된 소스 상판(140)과 안테나(131) 사이의 정전 용량이 반응 챔버(110) 내의 플라즈마의 저하를 초래하는 부정적인 영향을 차단할 수 있다.
다만, 본 발명에서 절연판 지지체(150)의 재질은 세라믹 재질에 한정되지 아니하고, 다양한 절연성 재질이 선택될 수 있다. 예를 들어, 절연판 지지체(150)의 상부는 테프론 재질로 이루어지고, 절연판 지지체(150)의 하부는 세라믹 재질로 이루어질 수 있는데, 이는 반응 챔버(110) 내의 플라즈마에 직접 노출되는 부분만 성능이 우수한 세라믹 재질로 하고 나머지 부분은 상대적으로 저렴한 테프론 재질로 함으로써, 절연판 지지체(150)의 제조 단가를 낮추기 위함이다. 아울러, 본 발명에서 절연판 지지체(150)는 금속 재질로 이루어질 수도 있는데, 이는 전술한 바와 같이 절연판 지지체(150)는 상대적으로 얇은 두께를 갖도록 구성하는 것이 가능하므로, 절연판 지지체(150)를 금속 재질로 제작하더라도, 반응 챔버(110) 내의 플라즈마에 노출되는 면적이 작아 종래 기술에 비해 플라즈마의 저하를 초래하는 부정적인 영향은 줄어들기 때문이다.
한편, 절연판 지지체(150)에는, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 반응 챔버(110) 내부로 플라즈마 생성을 위한 공정 가스를 주입하기 위한 가스 유로(155)가 형성된다. 또한, 소스 상판(140)에는 절연판 지지체(150)에 형성된 가스 유로(155)와 연통되는 가스 주입로(145)가 형성된다. 이에 따라, 공정 가스는 외부로부터 가스 공급라인(미도시)에 의해 소스 상판(140)의 상부 쪽으로 공급된 후, 소스 상판(140)에 형성된 가스 주입로(145)와 절연판 지지체(150)에 형성된 가스 유로(155)를 통해 반응 챔버(110) 내부로 주입된다.
도 3 및 도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는, 복수개의 단위절연체(160a)로 분할 마련되어 소스 상판(140)과 절연 판(170) 사이에 개재되는 절연체(160)를 더 포함한다. 이때, 4개의 단위절연체(160a)는 4개의 단위절연판(170a)에 대응 배치된다. 절연체(160)는 테프론 재질로 이루어진다. 이러한 절연체(160)는 금속 재질의 소스 상판(140)이 전자기적으로 안테나(131)에 미치는 영향을 차단하여 반응 챔버(110)의 내부에 플라즈마 밀도를 높이는 기능을 담당한다.
단위절연체(160a)의 상부면에는, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 안테나(131)가 수용되는 안테나 안착홈(161)이 안테나(131)와 대응하는 위치 및 형상으로 형성된다. 또한, 단위절연체(160a)와 소스 상판(140) 사이에는 2개의 오링(172,173, O-ring)이 개재되는데, 2개의 오링(172,173)은 단위절연체(160a)의 상부면에 안테나 안착홈(161)의 내외측으로 형성된 2개의 오링 홈(162,163)에 수용된다. 구체적으로, 2개의 오링(172,173)은 안테나(131)의 내측에서 안테나(131)에 인접 배치되는 제1 오링(172)과, 안테나(131)의 외측에서 안테나(131)에 인접 배치되는 제2 오링(173)을 포함한다. 1개의 단위절연체(160a)에 대하여 2개의 오링(172,173)이 마련되므로, 전체적으로는 8개의 오링(172,173)이 마련된다. 오링(172,173)은 절연판 지지체(150)와 소스 상판(140)의 볼트 체결 시 그 체결압에 의해 소스 상판(140)을 향하여 밀착된다.
이처럼, 안테나(131)에 인접하는 위치에서 단위절연체(160a)와 소스 상판(140) 사이에 2개의 오링(172,173)을 개재하는 것은, 반응 챔버(110)의 내부에 형성되는 진공압에 대한 밀폐성을 보장하기 위한 것인데, 특히, 고주파 전력을 인가하는 전력 인입선(132)이 소스 상판(140)에 관통 형성된 인입홀(140a)을 통과하 여 안테나(131)에 접속되기 때문에, 안테나(131)에 인접한 영역에서 밀폐성이 떨어지는 문제점을 보완한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는, 금속 재질의 소스 상판(140)이 절연판(170)을 직접 지지하는 것이 아니라 소스 상판(140)의 하측에서 세라믹 재질의 절연판 지지체(150)가 절연판(170)을 지지하고 안테나(131)가 소스 상판(140)의 하측에 배치되는 구조를 갖는다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는, 종래 기술과 달리, 절연판(170)에 대응 배치되는 개구부가 없는 소스 상판(140)을 적용하는 것이 가능하므로, 대형 크기의 기판(G)에 적용하더라도 소스 상판(140)의 기구적 안정성을 확보할 수 있고 반응 챔버(110)의 내부에 형성되는 진공압에 의한 소스 상판(140)의 기구적 변형을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는, 종래 기술과 달리, 기판(G)에 대응하는 위치에서 금속 재질의 소스 상판(140)의 하부가 반응 챔버(110) 내의 플라즈마에 노출되지 않기 때문에, 접지된 소스 상판(140)과 안테나(131) 사이의 정전 용량이 고주파 전력의 손실을 야기하여 반응 챔버(110) 내의 플라즈마의 저하를 초래하는 부정적인 영향을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는, 소스 상판(140)에 절연판(170)에 대응 배치되는 개구부가 형성되지 않기 때문에, 가스 주입로(145)를 형성하고 가스 주입로(145)에 공정 가스를 공급하기 위한 가스 공급라인(미도시)을 설치하는 등의 반응 챔버(110)의 내부로 공정 가스를 주입하기 위한 구조가 단순해 지고 안정적이라는 이점을 있다.
한편, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는, 소스 상판(140)의 상부에 소스 상판(140)의 기구적 강도를 보강하기 위해 보강 빔(미도시) 등을 설치할 수 있는데, 절연판(170) 및 안테나(131) 등이 소스 상판(140)의 하측에 배치되는 구조이므로, 보강 빔(미도시) 등을 설치함에 있어서 공간 상의 제약이 거의 없고, 설치가 용이하다는 이점이 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 개략적인 구성도이고, 도 9는 도 8의 플라즈마 처리장치에서 절연판 지지체의 구조와 안테나의 배치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이며, 도 10은 도 8의 플라즈마 처리장치의 상부 구조의 개략적인 단면도이다. 전술한 실시예와 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 나타낸다. 이하, 전술한 실시예와 상이한 점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(200)는, 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 반응 챔버(110)와, 반응 챔버(110)의 내부에 마련되어 기판(G)이 안착되는 서셉터(120)와, 반응 챔버(110)의 상부를 덮는 소스 상판(240)과, 소스 상판(240)의 상단부에 결합되는 접지 케이스(180)와, 소스 상판(240)의 하측에서 16개의 단위절연판(270a)으로 분할 마련되는 절연판(270)과, 상기 소스 상판(240)의 하부에 결합되고 절연판(270)을 지지하는 절연판 지지체(250)과, 소스 상판(240)과 절연판(270) 사이에 배치되는 16개의 안테나(231)와, 16개의 단위절연체(260a)로 분할 마련되어 소스 상판(240)과 절연판(270) 사이에 개재되는 절연체(260)를 포함한다.
절연판(270)은, 세라믹 재질로 이루어지며, 소스 상판(240)의 하측에서 사각 판면 형상을 갖는 16개의 단위절연판(270a)으로 분할 마련된다.
16개의 안테나(231)는 소스 상판(240)과 절연판(270) 사이에서 16개의 단위절연판(270a)에 대응 배치된다. 이때, 안테나(231)는, 사각 형상의 코일 안테나로, 4개의 모서리부 중 소스 상판(240)의 중심에서 가장 가까운 모서리부(231b)에 접지선(233)이 접속되고, 접지된 모서리부(231b)에 대해 대각선 방향으로 위치하는 모서리부(231a)에 전력 인입선(232)이 접속된다. 이때, 전력 인입선(232)은, 소스 상판(240)에 관통 형성된 인입홀(240a)을 통해 안테나(231)에 접속된다. 그리고, 전력 인입선(232)과 인입홀(240a) 사이에는 전력 인입선(232)이 금속 재질의 소스 상판(240)과 전기적으로 절연되도록 보조 절연체(265)가 개재된다.
절연판 지지체(250)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 사각 형상을 갖는 외곽 프레임(251)과, 외곽 프레임(251)의 내측 영역을 16개의 개구부(250a)로 분할하는 3개의 가로 프레임(252) 및 3개의 세로 프레임(253)을 포함한다. 절연판 지지체(250)의 16개의 개구부(250a)에는 16개의 단위절연판(270a)이 대응 배치된다. 이러한 절연판 지지체(250)는 소스 상판(240)의 하부에 볼트 체결되어 절연판(270)을 지지한다. 한편, 절연판 지지체(250)에는, 도 8 및 도 10에 도시된 바와 같이, 반응 챔버(110) 내부로 플라즈마 생성을 위한 공정 가스를 주입하기 위한 가스 유로(255)가 형성된다. 또한, 소스 상판(240)에는 절연판 지지체(250)에 형성된 가스 유로(255)와 연통되는 가스 주입로(245)가 형성된다.
절연체(260)는, 테프론 재질로 이루어지며, 소스 상판(240)과 절연판(270) 사이에서 사각 판면 형상을 갖는 16개의 단위절연체(260a)로 분할 마련된다. 이때, 16개의 단위절연체(260a)는 16개의 단위절연판(270a)에 대응 배치된다. 한편, 단위절연체(260a)와 소스 상판(240) 사이에는 2개의 오링(272,273)이 개재되어 반응 챔버(110)의 내부에 형성되는 진공압에 대한 밀폐성을 보장한다.
한편, 소스 상판(240)의 상부에는 반응 챔버(110)의 내부에 형성되는 진공압에 대한 소스 상판(240)의 기구적 강도를 보강하기 위해 복수개의 보강 빔(241)이 마련된다. 이때, 보강 빔(241)은 소스 상판(240)과 볼트 체결되거나 용접에 의해 결합된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(200)는, 5세대 이상의 대형 기판에 대한 플라즈마 처리를 수행하도록 설계된 것으로, 대형화에 대한 기구적 안정성과 플라즈마 균일도를 확보하기 위하여, 절연판(270)이 16개의 단위절연판(270)으로 분할되고, 16개의 안테나(231)가 16개의 단위절연판(270) 상에 대응 배치되며, 소스 상판(240)의 상부에 보강 빔(241)이 마련된다는 점을 제외하고, 전술한 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다.
따라서, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(200)는, 전술한 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)가 갖는 이점들을 포함하되, 대형 크기의 기판에 대한 플라즈마 처리에 더욱 적합하다. 특히, 소스 상판(240)의 상부에 보강 빔(241)이 마련되므로, 대형 크기의 기판에 적용하더라도 소스 강판(240)의 기구적 안정성을 확보하여 반응 챔버(110)의 내부에 형성되는 진공압에 의한 소스 상판(240)의 기구적 변형을 방지할 수 있다. 이때, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(200)는, 전술한 실시예와 마찬가지로, 절연판(270) 및 안테나(231) 등이 소스 상판(240)의 하측에 배치되는 구조이므로, 보강 빔(241)을 소스 상판(240)의 상부에 설치함에 있어서 공간 상의 제약이 거의 없고 설치가 용이하다는 이점을 갖는다.
본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 유도결합형 플라즈마 처리장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 처리장치에서 소스 상판의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 개략적인 구성도이다.
도 4는 도 3의 플라즈마 처리장치에서 절연판 지지체의 구조와 안테나의 배치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 5는 도 1의 플라즈마 처리장치의 상부 구조의 개략적인 단면도이다.
도 6은 도 1의 플라즈마 처리장치에서 절연체의 개략적인 평면도이다.
도 7은 도 6의 A-A선에 따른 절연체의 개략적인 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 개략적인 구성도이다.
도 9는 도 8의 플라즈마 처리장치에서 절연판 지지체의 구조와 안테나의 배치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 10은 도 8의 플라즈마 처리장치의 상부 구조의 개략적인 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100,200 : 플라즈마 처리장치
110 : 반응 챔버 120 : 서셉터
131,231 : 안테나 140,240 : 소스 상판
150,250 : 절연판 지지체 160,260 : 절연체
170,270 : 절연판 180 : 접지 케이스

Claims (15)

  1. 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 반응 챔버;
    상기 반응 챔버의 상부를 덮는 소스 상판;
    상기 소스 상판의 하측에서 복수개의 단위절연판으로 분할 마련되는 절연판;
    상기 소스 상판의 하부에 결합되고, 상기 절연판을 지지하는 절연판 지지체; 및
    상기 소스 상판과 상기 절연판 사이에 배치되는 적어도 하나의 안테나를 포함하며,
    상기 절연판 지지체에는 상기 반응 챔버의 내부로 공정 가스를 주입하기 위한 가스 유로가 형성되고,
    상기 소스 상판에는 상기 가스 유로와 연통되는 가스 주입로가 관통 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연판 지지체는 세라믹 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절연판 지지체의 상부는 테프론 재질로 이루어지고, 상기 절연판 지지체의 하부는 세라믹 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절연판 지지체는,
    상기 복수개의 단위절연판이 대응 배치되는 복수개의 개구부가 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 절연판 지지체는,
    상기 소스 상판과 볼트 체결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 소스 상판의 상부에 마련되어 상기 소스 상판의 기구적 강도를 보강하는 적어도 하나의 보강 빔을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  8. 제1항에 있어서,
    복수개의 단위절연체로 분할 마련되어 상기 소스 상판과 상기 절연판 사이에 개재되는 절연체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 절연체는 테프론 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 단위절연체의 상부면에는,
    상기 안테나가 수용되는 안테나 안착홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 소스 상판과 상기 단위절연체 사이에는 적어도 하나의 오-링이 개재되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 안테나에 고주파 전력을 인가하기 위한 전력 인입선은,
    상기 소스 상판에 관통 형성된 인입홀을 통해 상기 안테나에 접속되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전력 인입선과 상기 인입홀 사이에는 보조 절연체가 개재되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 단위절연판은, 동일 평면 상에서 중심 대칭으로 배치되고,
    상기 적어도 하나의 안테나는, 상기 복수개의 단위절연판에 대응 배치되는 복수개의 안테나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 안테나는, 사각 형상의 코일 안테나로,
    4개의 모서리부 중 상기 소스 상판의 중심에서 가장 가까운 모서리부에 접지선이 접속되고, 상기 접지된 모서리부에 대해 대각선 방향으로 위치하는 모서리부에 전력 인입선이 접속되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
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KR20040010260A (ko) * 2002-07-22 2004-01-31 동경 엘렉트론 주식회사 유도 결합 플라즈마 처리 장치
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