KR101062452B1 - 플라즈마 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 처리장치를 제공한다. 제공되는 플라즈마 처리장치는 챔버, 상기 챔버 내부의 일측에 설치되고 기판이 안착되는 기판 스테이지, 상기 챔버 내부의 타측에 설치되고 상기 기판 측으로 공급되는 반응가스를 1차 확산시키도록 다수의 제1 가스홀들이 형성된 디퓨져 플레이트 및, 상기 디퓨져 플레이트와 상기 기판 스테이지의 사이에 설치되고 상기 디퓨져 플레이트에 의해 1차 확산된 반응가스를 2차 확산시키되 상기 제1 가스홀들에 대하여 각각 엇갈리는 위치에 형성된 다수의 제2 가스홀들을 구비한 샤워헤드를 포함한다. 따라서, 본 발명의 플라즈마 처리장치에 의하면, 제1 가스홀들이 형성된 디퓨져 플레이트와 상기 제1 가스홀들에 대하여 각각 엇갈리는 위치에 형성된 다수의 제2 가스홀들을 구비한 샤워헤드를 이용하여 반응가스를 피처리 기판 측으로 분사하기 때문에, 기판의 각 부분으로 반응가스를 균일하게 분사할 수 있게 된다. 그 결과, 피처리 기판을 전체적으로 균일하게 처리할 수 있게 된다.

가스, 샤워헤드

Description

플라즈마 처리장치{Apparatus for processing plasma}

본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.

최근 반도체 소자나 평판 디스플레이 장치의 제조를 위한 기판의 미세가공 공정에는 플라즈마를 응용한 기술이 많이 이용되고 있다.

예를 들면, 플라즈마는 반도체 소자 제조용 웨이퍼나 LCD(Liquid Crystal Display) 제조용 기판 등의 표면을 식각하거나 그 표면상에 소정의 물질막을 증착하는데 널리 사용되고 있다.

통상 플라즈마 처리장치에서는 유도결합형 플라즈마 소스(Inductively coupled plasma source), 마이크로파 플라즈마 소스(Microwave plasma source), 또는 용량결합형 플라즈마 소스(Capacitively coupled plasma source) 등을 사용하고 있으며, 그 중 챔버 내에 마주보는 한 쌍의 평판 전극 예를 들면, 상부전극과 하부전극을 구비한 용량결합형 평판 플라즈마 처리장치가 널리 사용되고 있다.

이와 같은 용량결합형 평판 플라즈마 처리장치는 진공 펌프 등을 이용하여 챔버 내부의 진공도를 최대한 높여 챔버 내의 불순물을 제거한 다음, 챔버 내로 반 응가스를 투입하여 적절한 압력으로 유지시키고, 전극들 중 적어도 한쪽에 고주파 전압을 인가함으로써 플라즈마를 형성시켜 기판과 같은 피처리물에 대해 코팅, 에칭(etching), 애싱(ashing), 클리닝 등을 수행하고 있다.

이때, 상기 반응가스는 외부로부터 챔버 내부로 투입되어 상부 전극 하부에 위치하는 가스 분배기에 의해 피처리 기판 위로 분사되도록 구성되어 있고, 이와 같이 분사된 반응가스는 챔버 내부의 각 코너부에 위치하는 배출구를 통해 배기되도록 구성되어 있다.

한편, 이와 같은 반응가스의 분사 및 흐름은 피처리 기판의 에칭 또는 애싱 등에 상당한 영향을 미치고 있는 것으로 파악되고 있다. 따라서, 공정 균일도 즉, 피처리 기판을 전체적으로 균일하게 처리하기 위해서는 반응가스를 피처리 기판의 각 부분으로 균일하게 분사하는 것이 무엇보다 중요하다.

또한, 공정을 장시간 진행할 경우, 반응가스를 피처리 기판 위로 분사하는 가스 분배기는 고온으로 가열될 수 있다. 이 경우, 에칭, 애싱 등 플라즈마 처리공정은 공정 에러를 유발하거나 공정 시간이 다소 지연될 수 있다. 따라서, 정밀한 공정 수행을 위해서는 반응가스를 피처리 기판 위로 분사하는 가스 분배기의 온도를 적정한 일정온도 범위 내에서 유지시키는 것이 필요하다.

본 발명은 이상과 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로써, 본 발명이 해결 하고자 하는 과제는 반응가스를 피처리 기판의 각 부분으로 균일하게 분사하여 피처리 기판을 전체적으로 균일하게 처리할 수 있는 플라즈마 처리장치를 제공하는데에 있다.

그리고, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 반응가스를 피처리 기판 위로 분사하는 부분품의 온도를 적정한 일정온도 범위 내에서 유지시켜 정밀한 공정을 수행할 수 있는 플라즈마 처리장치를 제공하는데에 있다.

이상과 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따르면, 플라즈마 처리장치가 제공된다. 상기 플라즈마 처리장치는 챔버, 상기 챔버 내부의 일측에 설치되고 기판이 안착되는 기판 스테이지, 상기 챔버 내부의 타측에 설치되고 상기 기판 측으로 공급되는 반응가스를 1차 확산시키도록 다수의 제1 가스홀들이 형성된 디퓨져 플레이트 및, 상기 디퓨져 플레이트와 상기 기판 스테이지의 사이에 설치되고 상기 디퓨져 플레이트에 의해 1차 확산된 반응가스를 2차 확산시키되 상기 제1 가스홀들에 대하여 각각 엇갈리는 위치에 형성된 다수의 제2 가스홀들을 구비한 샤워헤드를 포함한다.

이때, 상기 제1 가스홀들과 상기 제2 가스홀들은 각각 상기 반응가스가 상기 기판에 대하여 수직으로 분사되도록 형성될 수 있다.

그리고, 상기 디퓨져 플레이트의 내부에는 상기 디퓨져 플레이트의 가열을 방지하기 위한 쿨링라인이 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 쿨링라인은 상기 제1 가스홀들과 상호 연통되지 않도록 형성되고, 상기 기판에 대하여 평행하게 형성될 수 있다.

또한, 상기 제1 가스홀들은 각각 상기 디퓨져 플레이트 내부에서 분기된 후 다시 합쳐지도록 형성될 수 있고, 상기 쿨링라인은 상기 제1 가스홀들과 상호 연통되지 않은 채 상기 분기된 제1 가스홀들의 사이를 관통하도록 형성될 수 있다.

본 발명의 플라즈마 처리장치에 따르면, 제1 가스홀들이 형성된 디퓨져 플레이트와 상기 제1 가스홀들에 대하여 각각 엇갈리는 위치에 형성된 다수의 제2 가스홀들을 구비한 샤워헤드를 이용하여 반응가스를 피처리 기판 측으로 분사하기 때문에, 기판의 각 부분으로 반응가스를 균일하게 분사할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명의 플라즈마 처리장치를 이용하면, 피처리 기판을 전체적으로 균일하게 처리할 수 있게 되는 효과가 있다.

그리고, 본 발명의 플라즈마 처리장치에 따르면, 디퓨져 플레이트의 내부에 설치되는 쿨링라인을 통하여 디퓨져 플레이트를 쿨링시킬 수 있기 때문에, 반응가스를 피처리 기판 위로 분사하는 부분품인 디퓨져 플레이트의 온도를 적정한 일정온도 범위 내에서 유지시킬 수 있게 된다.

그러므로, 본 발명의 플라즈마 처리장치를 이용하면, 플라즈마를 이용하여 매우 정밀한 공정을 수행할 수 있게 되는 효과가 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 일실시예를 도시한 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시한 플라즈마 처리장치를 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절개한 단면도이며, 도 3은 도 2에 도시한 디퓨져 플레이트를 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절개한 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는 플라즈마 처리공정이 진행되는 챔버(110)를 구비한다. 상기 챔버(110) 내부에는 플라즈마에 의해 기판(80)이 처리되도록 플라즈마 처리공간(90)이 형성된다.

구체적으로, 상기 챔버(110)의 내부 일측 예를 들면, 하측에는 기판(80)이 안착되는 기판 스테이지(120)가 마련된다. 상기 기판 스테이지(120)에는 리프트 핀(미도시) 등이 설치될 수 있다.

따라서, 챔버(120)가 오픈되고, 피처리될 기판(80)이 반입되면, 반입된 기판(80)은 리프트 핀에 의해 기판 스테이지(120)의 상면에 안착될 수 있다. 그리고, 상기 기판 스테이지(120)는 정전기력이나 진공력 등을 이용하여 이와 같이 안착된 기판(80)을 공정 진행동안 홀딩할 수 있다.

상기 기판 스테이지(120)의 내부에는 전극, 예를 들면, 하부전극(130)이 설치될 수 있고, 상기 하부전극(130)은 플라즈마가 발생되도록 미리 지정된 일정 전 압을 인가하는 전원공급유닛(140)에 연결될 수 있다.

상기 챔버(110)의 내부 타측 예를 들면, 상측에는 상기 하부전극(130)에 대향되는 전극 즉, 상부전극(160)이 설치된다. 상기 상부전극(160) 또한 플라즈마가 발생되도록 미리 지정된 일정 전압을 인가하는 전원공급유닛(150)에 연결된다.

그리고, 상기 챔버(110)의 외부 상측에는 가스공급유닛(170)이 설치된다. 상기 가스공급유닛(170)은 상기 상부전극(160) 사이에 형성되는 가스공급홀(175)을 통하여 상기 챔버(110) 내부 예를 들면, 기판(80) 측으로 소정 반응가스를 공급한다.

한편, 상기 상부전극(160)과 상기 기판 스테이지(120) 사이에는 상기 가스공급유닛(170)이 공급하는 반응가스를 상기 기판 스테이지(120)에 안착된 기판(80)의 각 부분으로 균일하게 분사하기 위한 부분품 곧, 디퓨져 플레이트(180)와 샤워헤드(190)가 설치된다.

먼저, 상기 디퓨져 플레이트(180)에 대해 설명하면, 상기 디퓨져 플레이트(180)는 상기 기판 스테이지(120)에 안착된 기판(80)에 대하여 평행하게 설치된다.

그리고, 상기 디퓨져 플레이트(180)의 내부에는 상기 기판(80) 측으로 공급되는 반응가스를 1차 확산시키도록 다수의 제1 가스홀들(185)이 형성된다. 이때, 상기 제1 가스홀들(185)은 각각 상기 반응가스가 상기 기판(80)에 대하여 수직으로 분사되도록 형성되되, 도 3에 도시된 바와 같이, 각각 상기 디퓨져 플레이트(180) 내부에서 마름모 형태와 같이 분기된 후 다시 합쳐지도록 형성된다.

또한, 상기 디퓨져 플레이트(180)의 내부에는 상기 디퓨져 플레이트(180)의 가열을 방지하기 위한 쿨링라인(188)이 형성되고, 상기 쿨링라인(188)에는 도시되지 않은 쿨링유체 공급장치에 의해 쿨링 워터나 쿨링 가스가 연속적으로 공급되어 상기 디퓨져 플레이트(180)의 가열을 방지한다.

이때, 상기 쿨링라인(188)은 상기 제1 가스홀들(185)과 상호 연통되지 않도록 형성되고, 상기 기판(80)에 대하여 평행하게 형성된다. 바람직하게, 상기 쿨링라인(188)은 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 가스홀들(185)과 상호 연통되지 않은 채 상기 분기된 제1 가스홀들(185)의 사이를 관통하도록 형성될 수 있다.

상기 샤워헤드(190)는 상기 디퓨져 플레이트(180)와 상기 기판 스테이지(120)의 사이에 설치된다. 바람직하게, 상기 샤워헤드(190)는 상기 디퓨져 플레이트(180)의 하부에 설치되되 상기 디퓨져 플레이트(180)로부터 일정간격 이격되게 설치되고, 상기 디퓨져 플레이트(180)와 상기 샤워헤드(190)의 사이에는 상기 제1 가스홀들(185)과 후술된 제2 가스홀들(195)을 상호 연통시키기 위한 연통공간 곧, 연통홀(187)이 형성된다.

한편, 상기 샤워헤드(190)는 상기 디퓨져 플레이트(180)에 의해 1차 확산된 반응가스를 2차 확산시키는 역할을 한다. 이를 위해 상기 샤워헤드(190)에는 상기 제1 가스홀들(185)에 대하여 각각 엇갈리는 위치에 형성된 다수의 제2 가스홀들(195)이 구비된다.

따라서, 가스공급유닛(170)을 통해 챔버(110) 내부로 공급된 반응가스는 디퓨져 플레이트(180)를 거치면서 1차 확산되고 이후 샤워헤드(190)를 거치면서 다시 재차 확산되어 기판 스테이지(120)에 안착된 기판(80)의 각 부분으로 균일하게 분사된다.

여기서, 상기 샤워헤드(190)에 구비된 제2 가스홀들(195)은 제1 가스홀들(185)과 같이 각각 상기 기판(80) 측으로 분사되는 반응가스가 상기 기판(80)에 대하여 수직으로 분사되도록 형성될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치(100)의 동작을 설명하기로 한다.

먼저, 피처리될 기판(80)이 로봇(미도시)에 의해 챔버(110) 내부로 반입되면, 기판 스테이지(120)에 설치된 리프트 핀(미도시)은 반입된 기판(80)을 로봇으로부터 수취한 후, 수취된 기판(80)을 기판 스테이지(120) 상에 안착시키며, 로봇은 챔버(110) 외부로 이동한다.

이후, 챔버(110)는 외부로부터 밀폐되고, 챔버(110) 내부로는 플라즈마 처리에 필요한 소정 반응가스가 가스공급유닛(170)에 의해 기판(80) 측으로 공급된다.

이때, 기판(80) 측으로 공급되는 반응가스는 디퓨져 플레이트(180)와 샤워헤드(190)를 경유하게 된다.

따라서, 기판(80) 측으로 공급되는 반응가스는 디퓨져 플레이트(180)의 제1 가스홀들(185)을 거치면서 1차 확산되어지게 되고, 이후 샤워헤드(190)의 제2 가스홀들(195)을 거치면서 재차 확산되어진다. 그 결과, 반응가스는 기판 스테이지(120)에 안착된 기판(80)의 각 부분으로 균일하게 분사되어진다.

다음, 챔버(110) 내부로 반응가스가 공급되면, 전원공급유닛들(140,150)은 각각 상부전극(160)과 하부전극(130)에 미리 정해진 일정 전압을 인가한다. 그 결과, 플라즈마 처리장치(100)의 챔버(110) 내부에는 플라즈마가 발생되며, 발생된 플라즈마는 기판 스테이지(120)에 안착된 기판(80)을 처리하게 된다.

이때, 기판(80) 측으로 분사되어지는 반응가스들은 제1 가스홀들(185)이 형성된 디퓨져 플레이트(180)와 상기 제1 가스홀들(185)에 대하여 각각 엇갈리는 위치에 형성된 다수의 제2 가스홀들(195)을 구비한 샤워헤드(190)로 인하여 기판(80)의 각 부분으로 균일하게 분사되어지기 때문에, 기판 스테이지(120)에 안착된 기판(80)은 전체적으로 균일하게 처리되어지게 된다.

다음, 기판(80)이 플라즈마 처리되면, 챔버(110) 내부의 잔존 가스들은 배기장치(미도시)에 의해 외부로 모두 배기되어지고, 로봇은 다시 챔버(110) 내부로 유입되어 플라즈마 처리된 기판(80)을 외부로 이송함으로써 플라즈마 처리공정은 완료된다.

여기서, 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치(100)의 경우, 디퓨져 플레이트(180)의 내부에 설치되는 쿨링라인(188)을 통하여 디퓨져 플레이트(180)를 쿨링시킬 수 있기 때문에, 반응가스를 피처리 기판(80) 위로 분사하는 부분품인 디퓨져 플레이트(180)의 온도를 적정한 일정온도 범위 내에서 유지시킬 수 있게 된다. 그러므로, 본 발명의 플라즈마 처리장치(100)를 이용하면, 플라즈마를 이용하여 매우 정밀한 공정을 수행할 수 있게 된다.

이상, 본 발명은 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균 등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구의 범위와 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 일실시예를 도시한 구성도이다.

도 2는 도 1에 도시한 플라즈마 처리장치를 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절개한 단면도이다.

도 3은 도 2에 도시한 디퓨져 플레이트를 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절개한 단면도이다.

Claims (4)

1. 챔버;

   상기 챔버 내부의 일측에 설치되고, 기판이 안착되는 기판 스테이지;

   상기 챔버 내부의 타측에 설치되고, 상기 기판 측으로 공급되는 반응가스를 1차 확산시키도록 다수의 제1 가스홀들이 형성된 디퓨져 플레이트; 및,

   상기 디퓨져 플레이트와 상기 기판 스테이지의 사이에 설치되고, 상기 디퓨져 플레이트에 의해 1차 확산된 반응가스를 2차 확산시키되 상기 제1 가스홀들에 대하여 각각 엇갈리는 위치에 형성된 다수의 제2 가스홀들을 구비한 샤워헤드를 포함하고,

   상기 디퓨져 플레이트의 내부에는 상기 디퓨져 플레이트의 가열을 방지하기 위한 상기 기판에 대하여 평행하게 형성된 쿨링라인이 구비되고, 상기 제 1가스홀들은 마름모 형태로 상기 쿨링라인의 주변을 둘러싸도록 분기된 후 합쳐지도록 된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제1 가스홀들과 상기 제2 가스홀들은 각각 상기 반응가스가 상기 기판에 대하여 수직으로 분사되도록 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
3. 삭제
4. 삭제

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