KR101073834B1 - 플라즈마 처리장치 및 처리방법 - Google Patents

플라즈마 처리장치 및 처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공정챔버의 세정 주기를 연장시켜 생산성을 향상시킬 수 있도록 한 플라즈마 처리장치 및 처리방법에 관한 것으로, 플라즈마를 이용하여 기판에 박막을 형성하기 위한 반응공간을 제공하는 공정챔버; 상기 공정챔버 내에 설치되어 상기 기판을 지지하는 기판 지지수단; 상기 공정챔버 내에 설치되어 상기 반응공간에 공정가스를 분사하는 가스 분사부재; 및 상기 가스 분사부재에 전기장을 형성하여 상기 박막이 상기 공정챔버에 형성되는 것을 방지하기 위한 바이어스 전원을 포함하여 구성되는 플라즈마 처리장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.
플라즈마 처리장치, 가스 분사부재, 공정챔버, 세정, 바이어스

Description

플라즈마 처리장치 및 처리방법{APPARATUS AND METHOD FOR PLASMA PROCESSING}
본 발명은 플라즈마 처리장치 및 처리방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 공정챔버의 세정 주기를 연장시켜 생산성을 향상시킬 수 있도록 한 플라즈마 처리장치 및 처리방법에 관한 것이다.
일반적으로 플라즈마 처리장치에는 박막증착을 위한 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장치, 증착된 박막을 식각하여 패터닝하는 식각장치, 스퍼터(Sputter), 애싱(Ashing) 장치 등이 있다.
또한, 플라즈마 처리장치는 RF 전력의 인가 방식에 따라 용량 결합형(Capacitively Coupled Plasma, CCP) 플라즈마 방식과 유도 결합형(Inductively Coupled Plasma, ICP) 플라즈마 방식으로 나눌 수 있다.
용량 결합형 방식은 서로 대향하는 평행평판 전극에 RF 전력을 인가하여 전극 사이에 형성되는 전기장을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 방식이고, 유도 결합형 플라즈마 방식은 안테나에 의하여 유도되는 유도 전기장을 이용하여 소스물질을 플라즈마로 변화시키는 방식이다.
도 1은 일반적인 유도 결합형 플라즈마 방식의 플라즈마 처리장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 플라즈마 처리장치는 반응공간을 제공하는 공정챔버(Chamber; 10); 공정챔버(10) 내에 설치되어 기판(S)을 지지하는 기판 지지수단(20); 공정챔버(10) 내부의 상부에 설치되어 공정챔버(10) 내로 공정가스를 분사하기 위한 가스 분사부재(30); 및 가스 분사부재(30)의 하부에 설치되어 공정챔버(10) 내의 공정가스를 플라즈마로 변환시키기 위한 안테나(40)를 구비한다.
공정챔버(10)는 플라즈마 처리 공정을 위한 밀폐된 반응공간을 제공한다.
기판 지지수단(20)은 공정챔버(10) 내에 설치되어 적어도 하나의 기판(S)을 지지한다.
가스 분사부재(30)는 외부로부터 공급되는 공정가스를 공정챔버(10) 내부에 분사한다. 이때, 가스 분사부재(30)는 공정가스를 공정챔버(10) 내부에 균일하게 공급하기 위하여, 복수의 확산 부재를 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 가스 분사부재(30)는 외부에서 공급되는 공정가스를 반응공간 내부로 확산시키는 복수의 샤워 홀을 구비한다.
안테나(40)는 기판 지지수단(20)에 마주보도록 공정챔버(10) 내부의 기판 지지수단(20)과 가스 분사부재(30) 사이에 설치된다. 이를 위해, 안테나(40)는 로드 안테나(41); 및 안테나 절연체(45)를 구비한다.
로드 안테나(41)의 일단은 급전선을 통해 RF 전원(50)에 연결되고, 로드 안테나(41)의 타단은 그라운드(GND)에 접지된다.
안테나 절연체(45)는 로드 안테나(41)를 감싸도록 형성되어 로드 안테나(41)를 절연함과 아울러 진공으로부터 로드 안테나(41)를 격리시킨다.
이러한, 안테나(40)는 공정챔버(10)의 양 측벽 간에 설치되어 RF 전원(50)으로부터 공급되는 RF 전력을 이용한 기체 방전을 통해 공정챔버(10) 내의 공정가스를 플라즈마로 변환한다.
이와 같은, 종래의 플라즈마 처리장치는 기판 지지수단(20)에 기판(S)이 공급되면, 공정챔버(10)의 반응공간에 공정가스를 공급함과 동시에 안테나(40)에 RF 전원(50)을 공급하여 반응공간에 플라즈마를 형성함으로써 기판(S) 상에 반도체 제조를 위한 박막을 형성한다.
그러나, 종래의 플라즈마 처리장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 플라즈마 공정시 가스 분사부재(30)에 박막 물질이 증착되고, 플라즈마 공정에 의해 증착된 박막 물질이 박리되어 이물질을 발생시켜 공정 불량을 야기시키기 때문에 가스 분사부재(30)를 주기적으로 세정하기 위한 세정 공정으로 인하여 생산성이 저하된다는 문제점이 있다.
둘째, RF 전력이 공급되는 안테나(40)의 일단과 그라운드에 접지되는 안테나(40)의 타단 사이에 플라즈마(P) 밀도의 좌우 비대칭으로 인하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(S) 상에 형성되는 박막의 균일도가 불균일하다는 문제점이 있다.
셋째, 플라즈마 공정시 안테나(40)의 표면에 박막이 증착됨으로써 주기적으로 공정챔버(10)의 세정 공정을 진행하여야 하므로 생산성이 저하된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 공정챔버의 세정 주기를 연장시켜 생산성을 향상시킬 수 있도록 한 플라즈마 처리장치 및 처리방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 플라즈마 밀도의 좌우 대칭성을 향상시켜 기판 상에 균일한 박막을 형성할 수 있도록 한 플라즈마 처리장치 및 처리방법을 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 플라즈마를 이용하여 기판에 박막을 형성하기 위한 반응공간을 제공하는 공정챔버; 상기 공정챔버 내에 설치되어 상기 기판을 지지하는 기판 지지수단; 상기 공정챔버 내에 설치되어 상기 반응공간에 공정가스를 분사하는 가스 분사부재; 및 상기 가스 분사부재에 전기장을 형성하여 상기 박막이 상기 공정챔버에 형성되는 것을 방지하기 위한 바이어스 전원을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 바이어스 전원은 상기 플라즈마를 이용한 박막 형성시 상기 가스 분사부재에 전기장이 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 전기장은 상기 플라즈마 내의 이온들을 상기 가스 분사부재 쪽으로 가속시켜 상기 가스 분사부재의 표면에서 스퍼터링(Sputtering)이 발생되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 플라즈마 처리장치는 상기 기판 지지수단과 마주보도록 상기 공정챔버에 설치되어 제 1 RF 전력을 이용하여 상기 플라즈마를 발생시키기 위한 적어도 하나의 안테나를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 바이어스 전원은 상기 적어도 하나의 안테나에 공급되는 제 1 RF 전력보다 낮은 세기의 제 2 RF 전력을 상기 가스 분사부재에 공급하여 상기 전기장이 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 및 제 2 RF 전력은 동시에 공급되는 것을 특징으로 한다.
상기 적어도 하나의 안테나 각각은 상기 제 1 RF 전력이 인가되는 로드 안테나; 상기 로드 안테나를 감싸는 유전체; 상기 반응공간에 발생되는 플라즈마 밀도의 좌우 대칭성을 밸런싱하기 위해 상기 유전체를 감싸는 밸런스 부재; 및 상기 밸런스 부재를 감싸는 안테나 절연체를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 밸런스 부재는 전기적으로 플로팅 상태이거나 그라운드에 접지된 상태인 것을 특징으로 한다.
상기 밸런스 부재는 외부로부터 인가되는 밸런싱 전압에 의해 상기 안테나 주위에 전기장을 형성하여 상기 안테나에 박막이 증착되는 것을 방지함과 아울러 안테나에 증착된 박막이 제거되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 밸런싱 전압은 RF 전력 또는 직류 전력인 것을 특징으로 한다.
상기 밸런싱 전압의 세기는 상기 제 1 RF 전력보다 낮은 것을 특징으로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 처리방법은 가스 분사부재를 통해 공정챔버의 반응공간에 공정가스를 분사하는 단계; 상기 반응공간에 설치된 적어도 하나의 안테나에 제 1 RF 전력을 공급하여 상기 반응공간에 상기 플라즈마를 형성하여 기판에 박막을 형성하는 단계; 및 상기 박막이 상기 기판을 제외한 상기 공정챔버에 형성되는 것을 방지하기 위해 상기 가스 분사부재에 전기장을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 가스 분사부재에 전기장을 형성하는 단계는 상기 플라즈마를 이용한 박막 형성시 상기 가스 분사부재에 전기장이 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 전기장은 상기 플라즈마 내의 이온들을 상기 가스 분사부재 쪽으로 가속시켜 상기 가스 분사부재의 표면에서 스퍼터링(Sputtering)이 발생되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 전기장은 상기 제 1 RF 전력보다 낮은 세기의 제 2 RF 전력에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 및 제 2 RF 전력은 동시에 공급되는 것을 특징으로 한다.
상기 플라즈마는 상기 적어도 하나의 안테나를 감싸는 전도성 부재에 유도된 상기 제 1 RF 전력에 의해 상기 반응공간에 발생되고, 상기 전도성 부재는 상기 반응공간에 발생되는 플라즈마 밀도의 좌우 대칭성을 밸런싱하는 것을 특징으로 한다.
상기 플라즈마 처리방법은 상기 적어도 하나의 안테나를 감싸는 전도성 부재에 바이어스 전압을 인가하여 상기 안테나 주위에 전기장을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 안테나 주위에 형성되는 전기장은 상기 안테나에 박막이 증착되는 것 을 방지함과 아울러 상기 안테나에 증착된 박막이 제거되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치 및 처리방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 가스 분사부재의 주위에 형성되는 전기장을 이용하여 플라즈마 공정시 박막 물질이 기판을 제외한 영역, 즉 공정챔버(반응공간, 챔버 벽, 챔버 상부 등의 공정챔버 내부)에 증착되는 것을 방지함과 아울러 기판을 제외한 영역에 증착된 박막 물질이 제거되도록 함으로써 공정챔버의 세정 주기를 연장하여 생산성을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
둘째, 로드 안테나에 공급되는 RF 전력을 밸런스 부재에 유기시켜 밸런스 부재에서 플라즈마로 유도되도록 함으로써 공정챔버의 반응공간에 발생되는 플라즈마 밀도의 좌우 대칭성을 밸런싱하여 균일한 박막을 기판 상에 형성할 수 있다는 효과가 있다.
셋째, 밸런싱 전압이 인가되는 밸런스 부재를 통해 안테나 절연체 표면에 전기장을 형성하여 플라즈마 공정시 안테나 절연체 표면에 박막이 증착되는 것을 방지함과 아울러 안테나 절연체 표면에 증착된 박막을 제거함으로써 공정챔버의 세정 주기를 연장하여 생산성을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 방식의 플라즈마 처리장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 플라즈마 처리장치는 반응공간을 제공하는 공정챔버(Chamber; 110); 공정챔버(110) 내에 설치되어 기판(S)을 지지하는 기판 지지수단(120); 공정챔버(110) 내부의 상부에 설치되어 공정챔버(110) 내로 공정가스를 분사하기 위한 가스 분사부재(130); 가스 분사부재(130)의 하부에 설치되어 외부로부터 공급되는 RF 전력을 이용해 공정챔버(110)의 반응공간에 플라즈마를 발생시키기 위한 적어도 하나의 안테나(140); 및 가스 분사부재(130)에 바이어스 전압을 공급하여 가스 분사부재(130)의 주위에 전기장을 형성하기 위한 바이어스 전원(135)을 포함하여 구성된다.
공정챔버(110)는 플라즈마 처리 공정을 위한 밀폐된 반응공간을 제공한다.
기판 지지수단(120)은 공정챔버(110) 내에 설치되어 적어도 하나의 기판(S)을 지지한다. 이러한, 기판 지지수단(120)은 서셉터(Susceptor) 또는 정전척(ESC)이 될 수 있다. 한편, 기판 지지수단(120)은 기판(S)의 온도를 조절하기 위한 히터(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이러한, 히터는 기판 지지수단 내부에 설치된 내측 히터 및 외측 히터를 포함하여 구성된다. 내측 및 외측 히터 각각은 동심원 형태를 가지도록 형성될 수 있다.
가스 분사부재(130)는 외부로부터 공급되는 공정가스를 공정챔버(110) 내부에 분사한다. 이때, 가스 분사부재(130)는 공정가스를 공정챔버(110) 내부에 균일하게 공급하기 위하여, 복수의 확산 부재를 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 가스 분사부재(130)는 외부에서 공급되는 공정가스를 반응공간 내부로 확산시키는 복수의 샤워 홀을 구비한다.
적어도 하나의 안테나(140)는 공정챔버(110)의 양 측벽 간에 설치되어 RF 전원(150)으로부터 공급되는 RF 전력을 이용하여 공정가스를 이온화시켜 공정챔버(110)의 반응공간에 플라즈마를 형성한다.
한편, 안테나(140)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 공정챔버(110)의 양 측벽 간에 일정한 간격을 가지도록 복수로 설치될 수 있다. 이때, 복수의 안테나(140) 중 홀수번째 안테나는 제 1 RF 전원(150a)에 접속되고, 복수의 안테나(140) 중 짝수번째 안테나는 제 2 RF 전원(150b)에 접속될 수 있다. 여기서, 제 1 및 제 2 RF 전원(150a, 150b)으로부터 해당 안테나(140)에 공급되는 RF 전력은 공정 조건에 따라 동일하거나 다를 수 있다.
나아가, 안테나(140)와 RF 전원(150a, 150b)의 사이에는 부하 임피던스와 소스 임피던스를 정합시키기 위한 정합수단(미도시)이 접속될 수 있다. 이때, 정합수단을 통해 홀수번째 안테나 및 짝수번째 안테나에 공급되는 RF 전력은 공정 조건에 따라 동일하거나 다를 수 있다.
이와 같은, 적어도 하나의 안테나(140) 각각은 로드 안테나(141); 및 안테나 절연체(145)를 포함하여 구성된다.
로드 안테나(141)의 일단은 급전선을 통해 RF 전원(150)에 연결되고, 로드 안테나(141)의 타단은 그라운드(GND)에 접지된다. 이러한, 로드 안테나(141)는 전기 전도도가 좋은 구리 재질의 금속으로 이루어지며, 필요에 따라 전기 전도도를 향상시키기 위해 외부에 형성된 은(Ag) 등의 도금층을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
안테나 절연체(145)는 로드 안테나(141)를 감싸도록 형성되어 로드 안테나(141)를 절연함과 아울러 진공으로부터 로드 안테나(141)를 격리시킨다. 이때, 안테나 절연체(145)는 세라믹 재질로 이루어진 원통 형태를 가질 수 있다. 이에 따라, 안테나(140)는 로드 안테나(141)가 원통형 안테나 절연체(145)의 내부에 삽입되는 형태로 형성될 수 있다.
이러한, 안테나(140)는 공정챔버(110)의 양 측벽 간에 설치되어 RF 전원(150)으로부터 공급되는 RF 전력에 의해 안테나 절연체(145) 표면에 전기장을 발생시켜 기체 방전을 통해 유도 전기장을 형성하여 공정가스를 이온화시킴으로써 공정챔버(110)의 반응공간에 플라즈마를 형성한다.
바이어스 전원(135)은 RF 전원(150)으로부터 로드 안테나(141)에 RF 전력이 공급될 경우, 가스 분사부재(130)에 바이어스 전압을 공급함으로써 전자와 양이온 사이의 이동성(Mobility)의 차이에 의해 가스 분사부재(130)의 표면에 전자가 축적되도록 하여 가스 분사부재(130)의 주위에 전기장(E)이 형성되도록 한다. 여기서, 바이어스 전압은 음전위 고주파이거나, 2Mhz 정도의 고주파가 될 수 있다.
이와 같이, 바이어스 전압에 의해 가스 분사부재(130)의 주위에 형성되는 전기장(E)은 플라즈마 내의 이온들을 가스 분사부재(130) 쪽으로 가속시켜 가스 분사부재(130)의 표면에서 스퍼터링(Sputtering)이 발생되도록 함으로써 플라즈마 공정시 가스 분사부재(130)에 박막 물질이 증착되는 것을 방지함과 아울러 가스 분사부 재(130)에 증착된 박막 물질이 제거되도록 할 수 있으며, 공정챔버(110) 내부의 기판(S) 이외의 영역, 즉 챔버 벽, 챔버의 상부에 박막 물질이 증착되는 것을 방지할 수도 있다.
이와 같은, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 플라즈마 처리장치는 기판 지지수단(120)에 기판(S)이 공급되면, 공정챔버(110)의 반응공간에 공정가스를 공급함과 동시에 안테나(140)에 RF 전력을 공급하여 플라즈마를 형성함과 동시에 가스 분사부재(130)에 바이어스 전압을 인가하여 가스 분사부재(130)의 주위에 전기장(E)을 형성함으로써 기판(S) 상에 플라즈마를 이용한 반도체 제조 공정을 수행한다.
이에 따라, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 플라즈마 처리장치는 가스 분사부재(130)의 주위에 형성되는 전기장(E)을 이용하여 플라즈마 공정시 박막 물질이 기판(S)을 제외한 영역, 즉 공정챔버(반응공간, 챔버 벽, 챔버 상부 등의 공정챔버 내부)에 증착되는 것을 방지함과 아울러 기판(S)을 제외한 영역에 증착된 박막 물질이 제거되도록 함으로써 공정챔버의 세정 주기를 연장하여 생산성을 향상시킬 수 있다. 특히, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 플라즈마 처리장치는 가스 분사부재(130)의 주위에 형성되는 전기장(E)을 이용하여 플라즈마 공정시 가스 분사부재(130)에 박막 물질이 증착되는 것을 방지함과 아울러 가스 분사부재(130)에 증착된 박막 물질이 제거되도록 함으로써 가스 분사부재(130)의 세정에 따른 공정챔버의 세정 주기를 연장하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 방식의 플라즈마 처리장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 플라즈마 처리장치는 적어도 하나의 안테나(140)를 제외하고는 상술한 본 발명의 제 1 실시 예와 동일한 구성을 가지므로 동일한 구성에 대한 설명은 상술한 설명으로 대신하기로 한다.
적어도 하나의 안테나(140)는 기판 지지수단(120)에 마주보도록 공정챔버(110) 내부의 기판 지지수단(120)과 가스 분사부재(130) 사이에 일정한 간격으로 설치된다. 이때, 적어도 하나의 안테나(140)는 도 3에 도시된 안테나(140)와 동일한 방식으로 배치될 수 있다.
적어도 하나의 안테나(140) 각각은 로드 안테나(141); 유전체(142); 밸런스 부재(또는 전도성 부재; 143); 및 안테나 절연체(145)를 포함하여 구성된다.
로드 안테나(141)의 일단은 급전선을 통해 RF 전원(150)에 연결되고, 로드 안테나(141)의 타단은 그라운드(GND)에 접지된다. 이러한, 로드 안테나(141)는 전기 전도도가 좋은 구리 재질의 금속으로 이루어지며, 필요에 따라 전기 전도도를 향상시키기 위해 외부에 형성된 은(Ag) 등의 도금층을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
유전체(142)는 로드 안테나(141)를 감싸도록 형성된다.
제 1 실시 예에 따른 밸런스 부재(143)는, 도 5a에 도시된 바와 같이, 유전체(142) 표면을 감싸도록 형성된다. 이러한, 밸런스 부재(143)는 전도성 금속 재질로 이루어져 전기적으로 플로팅(Floating) 상태이거나 그라운드에 접속된 접지 상태가 될 수 있다.
제 2 실시 예에 따른 밸런스 부재(143)는, 도 5b에 도시된 바와 같이, 메 쉬(Mesh) 형태를 가지도록 유전체(142) 표면을 감싸는 형태로 형성될 수도 있다. 이러한, 밸런스 부재(143)는 전도성 금속 재질로 이루어져 전기적으로 플로팅 상태이거나 그라운드에 접속된 접지 상태가 될 수 있다.
제 3 실시 예에 따른 밸런스 부재(143)는, 도 5c에 도시된 바와 같이, 일정한 간격의 개구부(147)를 가지도록 유전체(142) 표면을 감싸는 형태로 형성될 수도 있다. 이러한, 밸런스 부재(143)는 전도성 금속 재질로 이루어져 전기적으로 플로팅 상태이거나 그라운드에 접속된 접지 상태가 될 수 있다.
이러한, 제 1 내지 제 3 실시 예에 따른 밸런스 부재(143) 각각은 플라즈마 공정시 로드 안테나(141)에 공급되어 유기되는 RF 전력이 균일하게 플라즈마로 유도되도록 함으로써 반응공간에 발생되는 플라즈마 밀도의 좌우 대칭성을 향상시킨다.
안테나 절연체(145)는 밸런스 부재(143)를 감싸도록 형성되어 로드 안테나(141)를 절연함과 아울러 진공으로부터 로드 안테나(141)를 격리시킨다. 이때, 안테나 절연체(145)는 세라믹 재질로 이루어진 원통 형태를 가질 수 있다. 이에 따라, 안테나(140)는 유전체(142) 및 밸런스 부재(143)가 형성된 로드 안테나(141)가 원통형 안테나 절연체(145)의 내부에 삽입되는 형태로 형성될 수 있다.
이러한, 안테나(140)는 공정챔버(110)의 양 측벽 간에 설치되어 RF 전원(150)으로부터 공급되는 RF 전력에 의해 안테나 절연체(145) 표면에 전기장(E)을 발생시켜 기체 방전을 통해 유도 전기장을 형성하여 공정가스를 이온화시킴으로써 공정챔버(110)의 반응공간에 플라즈마(P)를 형성한다.
이와 같은, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 플라즈마 처리장치는 기판 지지수단(120)에 기판(S)이 공급되면, 공정챔버(110)의 반응공간에 공정가스를 공급함과 동시에 안테나(140)에 RF 전력을 공급하여 플라즈마(P)를 형성함과 동시에 가스 분사부재(130)에 바이어스 전압을 인가하여 가스 분사부재(130)의 주위에 전기장(E)을 형성함으로써 기판(S) 상에 플라즈마(P)를 이용한 반도체 제조 공정을 수행한다.
이에 따라, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 플라즈마 처리장치는 로드 안테나(141)에 공급되는 RF 전력을 유전체(142)를 통하여 밸런스 부재(143)에 유기시켜 밸런스 부재(143)에서 플라즈마(P)로 유도되도록 함으로써, 도 4에 도시된 바와 같이, 공정챔버(110)의 반응공간에 발생되는 플라즈마(P) 밀도의 좌우 대칭성을 밸런싱하여 균일한 박막을 기판(S) 상에 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 플라즈마 처리장치는 가스 분사부재(130)의 주위에 전기장(E)을 형성함으로써 상술한 제 1 실시 예의 플라즈마 처리장치와 동일한 효과를 제공할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 플라즈마 처리장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 플라즈마 처리장치는 밸런스 부재(143)에 밸런싱 전압(바이어스 전압)을 공급하기 위한 밸런싱 전원(160)을 더 포함하는 것을 제외하고는 상술한 제 2 실시 예와 동일한 구성을 갖는다. 이에 따라, 이하에서는 밸런스 부재(143) 및 밸런싱 전원(160)을 제외한 나머지 구성에 대한 설명은 상술한 설명으로 대신하기로 한다.
밸런스 부재(143)는 상술한 제 2 실시 예에서와 같이 적어도 하나의 안테나(140)의 유전체(142) 표면을 감싸도록 전도성 금속 재질로 형성된다. 이때, 밸런스 부재(143)는, 도 5a에 도시된 바와 같이, 유전체(142) 표면을 감싸도록 소정 두께로 형성(또는 코팅)되거나, 도 5b에 도시된 바와 같이, 메쉬(Mesh) 형태를 가지도록 유전체(142) 표면을 감싸는 형태로 형성되거나, 도 5c에 도시된 바와 같이, 일정한 간격의 개구부(147)를 가지도록 유전체(142) 표면을 감싸는 형태로 형성될 수도 있다.
한편, 상술한 밸런스 부재(143)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 유전체(142)의 전체를 감싸도록 형성되거나, 도 6에 도시된 바와 같이, 공정챔버(110)의 챔버 벽에 위치하는 유전체(142)의 양 가장자리를 제외한 공정 챔버(110)의 내부에 위치하는 유전체(142) 표면만을 감싸도록 형성될 수 있다.
밸런싱 전원(160)은 접속부재(162)를 통해 적어도 하나의 안테나(140)에 형성된 밸런스 부재(143)에 전기적으로 접속되어 밸런스 부재(143)에 바이어스 전압을 공급한다. 이때, 접속부재(162)는 밸런싱 전원(160)에 전기적으로 접속됨과 아울러 공정챔버(110)의 일측벽 및 안테나 절연체(145)를 관통하여 밸런스 부재(143)의 일측에 전기적으로 접속된다. 여기서, 접속부재(162)는 그라운드에 접지되는 로드 안테나(141) 측에 대응되는 밸런스 부재(143)의 일측에 전기적으로 접속되는 것이 바람직하다.
밸런싱 전원(160)은 적어도 하나의 안테나(140)의 표면에 전기장(E)을 발생 시킬 수 있는 RF 전력 또는 직류 전력이 될 수 있다. 이때, RF 전력의 세기는 로드 안테나(141)에 인가되는 RF 전력의 1/10 정도, 예를 들어, 1.5KW 정도일 수 있으며, 2Mh 정도의 주파수를 가질 수 있다.
이러한, 밸런스 부재(143)는 안테나 절연체(145)의 표면에 균일한 전기장(E)을 생성하게 된다. 이에 따라, 본 발명은 밸런스 부재(143)에 의해 발생되는 전기장(E)을 이용하여 로드 안테나(141)에 인가되는 RF 전력에 의해 공정챔버(110)의 반응공간에 발생되는 플라즈마(P) 내의 이온을 안테나 절연체(145)의 표면으로 가속시켜 스퍼터링(Sputtering)을 유도함으로써 안테나 절연체(145)의 표면에 박막이 증착되는 것을 방지함과 아울러 안테나 절연체(145)에 증착된 박막을 제거하게 된다.
이와 같은, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 플라즈마 처리장치는 기판 지지수단(120)에 기판(S)이 공급되면, 공정챔버(110)의 반응공간에 공정가스를 공급하고, 가스 분사부재(130)에 바이어스 전압을 인가하여 가스 분사부재(130)의 주위에 전기장(E)을 형성함과 아울러 밸런싱 전압을 밸런스 부재(143)에 공급하여 안테나 절연체(145) 표면에 전기장(E)을 발생시킴과 동시에 안테나(140)에 RF 전력을 공급함으로써 공정챔버(110)의 반응공간에 플라즈마(P)를 형성하여 기판(S) 상에 박막을 형성한다.
따라서, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 플라즈마 처리장치는 밸런스 부재(143)에 의해 안테나 절연체(145) 표면에 발생되는 전기장(E)을 이용하여 플라즈마 공정시 안테나 절연체(145) 표면에 박막이 증착되는 것을 방지함과 아울러 안테 나 절연체(145) 표면에 증착된 박막을 제거함으로써 공정챔버의 세정 주기를 연장하여 생산성을 향상시킬 수 있으며, 밸런스 부재(143)를 통해 공정챔버(110)의 반응공간에 발생되는 플라즈마(P) 밀도의 좌우 대칭성을 밸런싱하여 기판(S) 상에 형성되는 박막의 균일도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 플라즈마 처리장치는 가스 분사부재(130)의 주위에 전기장(E)을 형성함으로써 상술한 제 1 실시 예의 플라즈마 처리장치와 동일한 효과를 제공할 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 제 1 내지 제 3 실시 예에 있어서, 적어도 하나의 안테나(140)는 냉매(미도시)가 흐를 수 있도록 관 형태로 이루어진다. 이때, 냉매는 냉매 순환장치(미도시)에 의해 안테나(140) 내부를 순환함으로써 각 안테나(140)에서 발생되는 열을 일정한 온도로 냉각시킨다. 여기서, 냉매는 워터(Water), DI 워터(De-Ionized Water), PCW(Process cooling water), 갈덴(Galden), 또는 플러리너트(Fluorinert)가 될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 일반적인 유도 결합형 플라즈마 방식의 플라즈마 처리장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 방식의 플라즈마 처리장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 안테나의 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 방식의 플라즈마 처리장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 5a는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 안테나의 일부분을 절개하여 나타내는 도면이다.
도 5b는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 안테나의 일부분을 절개하여 나타내는 도면이다.
도 5c는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 안테나의 일부분을 절개하여 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 유도 결합형 플라즈마 방식의 플라즈마 처리장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 >
110: 공정챔버 120: 기판 지지수단 130: 가스 분사부재
135: 바이어스 전원 140: 안테나 150: RF 전원
160: 밸런싱 전원 162: 접속부재

Claims (18)

  1. 플라즈마를 이용하여 기판에 박막을 형성하기 위한 반응공간을 제공하는 공정챔버;
    상기 공정챔버 내에 설치되어 상기 기판을 지지하는 기판 지지수단;
    상기 공정챔버 내에 설치되어 상기 반응공간에 공정가스를 분사하는 가스 분사부재;
    상기 기판 지지수단과 마주보도록 상기 공정챔버에 설치되어 RF 전력을 이용하여 상기 플라즈마를 발생시키기 위한 적어도 하나의 안테나; 및
    상기 가스 분사부재에 바이어스 전압을 인가하는 바이어스 전원을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이어스 전압은 상기 플라즈마 내의 이온들을 상기 가스 분사부재 쪽으로 가속시켜 상기 가스 분사부재의 표면에서 스퍼터링(Sputtering)이 발생되도록 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이어스 전압은 상기 적어도 하나의 안테나에 공급되는 RF 전력보다 낮은 세기의 RF 전력인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  6. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 RF 전력과 상기 바이어스 전압은 동시에 공급되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 안테나 각각은,
    상기 RF 전력이 인가되는 로드 안테나;
    상기 로드 안테나를 감싸는 유전체;
    상기 반응공간에 발생되는 플라즈마 밀도의 좌우 대칭성을 밸런싱하기 위해 상기 유전체를 감싸는 밸런스 부재; 및
    상기 밸런스 부재를 감싸는 안테나 절연체를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 밸런스 부재는 전기적으로 플로팅 상태이거나 그라운드에 접지된 상태인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 밸런스 부재는 외부로부터 인가되는 밸런싱 전압에 의해 상기 안테나 주위에 전기장을 형성하여 상기 안테나에 박막이 증착되는 것을 방지함과 아울러 안테나에 증착된 박막이 제거되도록 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 밸런싱 전압은 상기 RF 전력보다 낮은 RF 전력이거나 직류 전력인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  11. 삭제
  12. 플라즈마를 이용하여 기판에 박막을 형성하기 위한 플라즈마 처리방법에 있어서,
    가스 분사부재를 통해 공정챔버의 반응공간에 공정가스를 분사하는 단계;
    상기 반응공간에 설치된 적어도 하나의 안테나에 RF 전력을 공급하여 상기 반응공간에 상기 플라즈마를 형성하는 단계; 및
    상기 가스 분사부재에 바이어스 전압을 인가하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리방법.
  13. 삭제
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 바이어스 전압은 상기 플라즈마 내의 이온들을 상기 가스 분사부재 쪽으로 가속시켜 상기 가스 분사부재의 표면에서 스퍼터링(Sputtering)이 발생되도록 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 바이어스 전압은 상기 RF 전력보다 낮은 세기의 RF 전력에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리방법.
  16. 제 12 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 바이어스 전압과 상기 RF 전력은 동시에 공급되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리방법.
  17. 제 12 항에 있어서,
    전기적으로 플로팅 상태이거나 그라운드에 접지된 상태가 되도록 상기 적어도 하나의 안테나를 감싸도록 형성된 밸런스 부재를 이용하여 상기 반응공간에 발생되는 플라즈마 밀도의 좌우 대칭성을 밸런싱하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리방법.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 안테나를 감싸는 밸런스 부재에 밸런싱 전압을 인가하여 상기 안테나 주위에 전기장을 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 안테나 주위에 형성되는 전기장은 상기 안테나에 박막이 증착되는 것을 방지함과 아울러 상기 안테나에 증착된 박막이 제거되도록 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리방법.
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