KR101173293B1 - 기판 처리 장치의 벽면 에너지 손실 저감 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 기판 처리 장치의 벽면 에너지 손실 저감 장치는, 챔버의 벽면의 코너 부위에 에너지 손실을 최소화할 수 있도록 커패시터 및 코너 바가 설치되기 때문에 챔버 중앙부와 벽면 간의 전위차를 최소화할 수 있고, 이에 따라 챔버의 벽면 부위에서의 에너지 손실을 줄여서, 플라즈마 발생 용량을 높일 수 있음은 물론 전체적으로 보다

Description

기판 처리 장치의 벽면 에너지 손실 저감 장치{Device reducing energy-loss on wall portion in substrate processing apparatus}

본 발명은 챔버 내에 플라즈마를 발생시켜 기판 표면 처리 공정을 수행하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.

대규모 집적회로(LSI; Large Scale Integrated Circuit)나 평판표시장치(FPD; Flat Panel Display)와 같은 전자 소자는 제조 과정에서 기판에 대한 진공처리 공정이 수행된다.

이러한 진공처리 공정은 챔버 내에 가스를 도입하고, 고전압 방전에 의하여 플라즈마를 형성하여, 이의 가속력에 의하여 기판 표면 상의 물질을 물리적으로 스퍼터(sputter)시키는 방법과 플라즈마의 활성화종들에 의하여 화학적으로 기판 표면 상의 물질을 분해시키는 방법이다.

플라즈마를 이용한 기판 처리 기술은, 플라즈마를 형성하는 방법에 따라 PE(Plasma Etching), RIE(Reactive Ion Etching), MERIE(Magneticaly Enhanced Reactive Ion Etching), ECR(Electron Cyclotron Resonance), TCP(Transformer Coupled Plasma) 및 ICP(Inductively Coupled Plasma) 등이 있다.

특히, 고밀도의 플라즈마 형성과 유리(또는 반도체) 기판 상에서 플라즈마 농도의 균일성은 증착 또는 식각 성능에 중요한 영향을 미치게 된다. 이 때문에 플라즈마를 발생하기 위한 방식을 여러 가지로 변화시켜 개발이 진행되었고, 그 중에 하나가 유도 결합형 플라즈마 발생방식(ICP; Induced coupling plasma)이다.

이러한 유도 커플링 플라즈마 방식은, 유전체의 외부에 코일을 감아 전기장을 변화시키면 코일의 내부에 유도자장이 발생하게 되고 그에 따른 2차 유도전류가 반응 챔버 내에 형성되는 것을 이용하여 발생시키는 고밀도 플라즈마 방식이다.

ICP 방식을 이용한 기판 처리 장치는, 통상 챔버의 내부 하측에 기판이 탑재되는 하부 전극이 구비되고, 챔버 또는 이 챔버에 결합되는 리드 프레임의 상부에 RF 전원이 인가되는 안테나가 구비되어, 챔버 내에 반응 가스를 공급하면서 플라즈마를 발생시켜 기판의 표면 처리 공정을 수행할 수 있도록 구성된다.

하지만, 종래의 챔버 구조를 갖는 기판 처리 장치는, 안테나에 의해 발생되는 전기장(Magnetic Field)과 전기장(Electrical Field)이 챔버의 벽면에 의해 모두 에너지가 손실되어 전위차가 커짐에 따라 플라즈마가 불균일하게 발생하게 되고, 이에 따라 공정 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

이러한 문제는 평판표시장치 등이 대형화됨에 따라 챔버 역시 대형화되는 추세에서 파워가 커질수록 빈번하게 발생하고 있는 실정이다.

이상 설명한 배경기술의 내용은 이 건 출원의 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 챔버의 벽면의 코너 부위에 에너지 손실을 최소화할 수 있도록 커패시터 및 코너 바를 설치함으로써, 챔버 중앙부와 벽면 간의 전위차를 최소화함으로써 챔버의 벽면 부위에서의 에너지 손실을 줄이고, 보다 균일한 플라즈마를 생성할 수 있도록 하여, 공정 효율을 높일 수 있는 기판 처리 장치의 벽면 에너지 손실 저감 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 벽면 에너지 손실 저감 장치는, 챔버의 코너 부분을 포함한 벽면에 구비되는 라이너 프로텍터와; 상기 챔버의 벽을 관통하여 형성된 홀에 삽입되어, 상기 라이너 프로텍터의 후방에 전기적으로 연결되는 커패시터를 포함한 것을 특징으로 한다.

상기 챔버는, 챔버 본체와, 이 챔버 본체의 상부에 결합되는 리드 프레임으로 구성되고, 상기 라이너 프로텍터 및 커패시터는 상기 리드 프레임에 구비되게 구성될 수 있다.

상기 라이너 프로텍터는 챔버의 코너 부분을 중심으로 양쪽 벽면에 이어지게 설치되고, 상기 커패시터는 상기 챔버의 코너 부분에 설치되게 구성될 수 있다.

챔버의 코너 부분을 포함하여 챔버의 벽면에 구비되는 라이너 프로텍터와; 상기 라이너 프로텍터 중 챔버의 코너 부분의 라이너 프로텍터의 후방에서 챔버 벽을 관통하는 홀에 삽입되어 라이너 프로텍터에 전기적으로 연결되는 커패시터를 포함한 것을 특징으로 한다.

상기 커패시터는 진공 가변형 커패시터일 수 있다. 이때, 상기 진공 가변형 커패시터는 챔버의 외부에서 용량 조절이 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 라이너 프로텍터는, 'L'자형 구조로 형성되어 챔버의 코너부에 설치되는 코너 프로텍터와, 평면형 구조로 형성되어 챔버의 벽면에 설치되고 상기 코터 프로텍터와 조립되는 벽면 프로텍터로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 라이너 프로텍터는 알루미늄 소재에 표면을 아노다이징 처리하여 구성될 수 있다.

상기 커패시터는 상기 챔버의 코너를 관통하여 라이너 프로텍터의 뒷면에 연결될 수 있다.

상기 커패시터는 복수개가 구비되어 챔버의 코너를 중심으로 양쪽 벽면에서 라이너 프로텍터의 뒷면에 각각 연결되게 구성하는 것도 가능하다.

상기 라이너 프로텍터는 그 후면에 보스가 돌출되고, 상기 커패시터는 상기 보스에 나사 조립되는 방식으로 연결되는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 본 발명의 주요한 과제 해결 수단들은, 아래에서 설명될 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용', 또는 첨부된 '도면' 등의 예시를 통해 보다 구체적이고 명확하게 설명될 것이며, 이때 상기한 바와 같은 주요한 과제 해결 수단 외에도, 본 발명에 따른 다양한 과제 해결 수단들이 추가로 제시되어 설명될 것이다.

본 발명에 따른 기판 처리 장치의 벽면 에너지 손실 저감 장치는, 챔버의 벽면의 코너 부위에 에너지 손실을 최소화할 수 있도록 커패시터 및 코너 바가 설치되기 때문에 챔버 중앙부와 벽면 간의 전위차를 최소화할 수 있고, 이에 따라 챔버의 벽면 부위에서의 에너지 손실을 줄여서, 플라즈마 발생 용량을 높일 수 있음은 물론 전체적으로 보다 균일한 플라즈마 생성이 가능하여 공정 효율을 개선할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치가 도시된 단면 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 기판 처리 장치에서 리드 프레임이 도시된 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 기판 처리 장치에서 리드 프레임에 안테나가 배치된 구조를 보인 일 실시예의 평면도,
도 4는 본 발명에 따른 기판 처리 장치에서 리드 프레임에 안테나가 배치된 구조를 보인 다른 실시예의 평면도,
도 5는 본 발명에 따른 기판 처리 장치에서 공정 가스 공급 구조를 보인 리드 프레임 상부의 주요부 사시도,
도 6은 도 5의 A-A 방향의 절개도,
도 7은 본 발명에 따른 기판 처리 장치에서 공정 가스 분사 구조를 보인 중앙 윈도우의 저면 방향 사시도,
도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 기판 처리 장치에서 공정 가스 분사 구조의 여러 실시예의 개략적인 단면도,
도 11은 본 발명에 따른 기판 처리 장치에서 안테나 냉각 구조 및 절연판 히팅 구조를 보인 평면도,
도 12는 본 발명에서 안테나 냉각 및 절연판 히팅에 사용되는 보텍스 제너레이터를 보인 단면도,
도 13은 도 12의 B-B선 방향의 단면도,
도 14는 본 발명에 구성되는 안테나의 단면도,
도 15는 본 발명에 따른 기판 처리 장치에서 에너지 손실 저감 구조의 일 실시예가 도시된 평면 구성도,
도 16은 본 발명에 따른 기판 처리 장치에서 에너지 손실 저감 구조의 다른 실시예가 도시된 평면 구성도,
도 17은 도 16의 주요부 확대도,
도 18은 도 17과 다른 실시예의 주요부 확대도,
도 19는 본 발명의 에너지 손실 저감 구조의 효과를 설명하기 위한 참고도이다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 여러 실시예의 구성을 설명함에 있어서, 동일 유사한 구성 부분에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고 반복 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 일 실시예에 도시된 개략적인 단면 구성도이다.

본 발명에 따른 기판 처리 장치는, 챔버 본체(11)와, 이 챔버 본체에 구비되어 기판(S)이 탑재되는 기판 탑재대(15) 및 하부 전극(17)과, 상기 챔버 본체(11)의 상부에 결합되는 리드 프레임(20)과, 이 리드 프레임(20)에 구비되는 복수개의 윈도우(30)와, 이 윈도우(30)들 위에 배치되는 안테나(40) 및 RF 전원 인가부(50)와, 챔버 본체(11)와 리드 프레임(20)으로 이루어진 챔버(10)의 내부로 공정 가스를 공급하는 공정가스 공급부(60)가 구성된다.

이와 같은 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 주요 특징적인 구성 부분에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 리드 프레임(20)에 대하여 도 2 내지 도 3을 참고하여 설명한다.

리드 프레임(20)은 사각틀체 구조로 형성되고, 그 안쪽에 전체적으로 5개의 윈도우(30)를 구성할 수 있도록 구획된 구조를 갖는다.

이를 위해 리드 프레임(20)은, 사각틀체의 외곽면을 구성하는 외곽 프레임(21)과, 이 외곽 프레임(21)의 내부에 상호 연결되어 5개의 윈도우(30)를 구획하는 구획 프레임(25)으로 이루어진다.

리드 프레임(20)에 구성되는 5개의 윈도우(30)는 리드 프레임(20)의 가운데 부분에 위치된 중앙 윈도우(30A)와, 이 중앙 윈도우(30A)의 둘레에 배치된 4개의 주변 윈도우(30B)로 구성된다.

중앙 윈도우(30A) 및 주변 윈도우(30B)들은 모두 사각창 구조로 이루어지는데, 본 실시예의 도면에서는 4개의 주변 윈도우(30B)가 중앙 윈도우(30A)를 중심으로 시계 방향으로 배치된 구성을 보여준다. 물론, 주변 윈도우(30B)들을 중앙 윈도우(30A)를 중심으로 시계 반대 방향으로 배치하는 것도 가능하다.

각 주변 윈도우(30B)가 사각 구조일 때, 중앙 윈도우(30A) 및 시계 방향의 앞쪽의 다른 주변 윈도우(30B)와 구획되는 제1변(a), 시계 방향으로 뒤쪽의 다른 주변 윈도우(30B)와 구획되는 제2변(b), 제1변(a)과 마주하고 리드 프레임(20)의 외곽면에 접촉하는 제3변(c), 제2변(b)과 마주하고 역시 리드 프레임의 외곽면에 접하는 제4변(d)으로 이루어진다.

이때, 각 주변 윈도우(30B)의 제1변(a)은 중앙 윈도우(30A)의 일면과 앞쪽 주변 윈도우(30B)의 제2변(b')과 접하도록 하여, 모든 주변 윈도우(30B)는 중앙 윈도우(30A)를 중심으로 시계 방향으로 연속하여 배치된 구조를 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.

그리고 각 주변 윈도우(30B)는, 시계 방향으로 제1변(a)과 제2변(b)은 상기 구획 프레임(25)에 의해 형성되고, 제3변(c)과 제4변(d)은 상기 외곽 프레임(21)에 의해 형성된다.

따라서, 각 주변 윈도우(30B)가 중앙 윈도우(30A)의 사각면 중 어느 일면에 접하면서, 4개의 주변 윈도우가 중앙 윈도우를 중심으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 연속되게 배치되어, 전체적으로 균일하게 배치되는 것이다.

이와 같은 구성으로 배치되는 중앙 윈도우(30A) 및 주변 윈도우(30B)에는, 세라믹 재질 등으로 이루어진 절연판(31)이 삽입되어 설치되는데, 외곽 프레임(21)의 내측부와 각 구획 프레임(25)의 양쪽부에는 상기 절연판(31)의 외곽면을 지지할 수 있도록 단턱 구조의 판 지지부(22)가 형성된다.

그리고, 상기 각 윈도우(30)에 설치된 절연판(31)이 이탈되지 않도록 외곽 프레임(21)과 구획 프레임(25)에는 고정 지그(23)(26)들이 설치되는데, 도면에 예시된 바와 같이, 외곽 프레임(21)에 설치되는 고정 지그(23)는 단면이 'L'자형 구조로 형성되고, 구획 프레임(25)에 설치되는 고정 지그(26)는 단면이 'U'자형 구조로 형성될 수 있다.

상기 U자형 구조의 고정 지그(26)는 하나의 구획벽을 중심으로 양쪽의 절연판(31)을 모두 지지할 수 있도록 구성된 것이다.

고정 지그(23)(26)들은 체결 부재 등을 이용하여 리드 프레임(20)에 고정되는 것이 바람직하다.

이와 같은 고정 부재(23)(26)들은 실시 조건에 따라 그 형상과 구조를 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

한편, 상기 리드 프레임(20)에서 외곽 프레임(21)에는, 도 3을 참고하면, 리드 프레임을 가열할 수 있는 유체가 통과하는 히팅 유로(24a)가 형성될 수 있다. 물론, 외곽 프레임(21)의 일측에는 상기 히팅 유로(24a)와 외부의 히팅 유체를 공급하는 라인과 연결되는 입출용 연결 니플(24b)이 구비될 수 있다.

또한, 상기 리드 프레임(20)에서 구획 프레임(25)에는, 아래에서 구체적으로 설명할 주변 안테나(45)들이 통과할 수 있도록 다른 부분보다 상대적으로 낮게 형성된 안테나 통과부(27)가 구성된다. 도 2를 참고하면, 주변 윈도우(30B)와 주변 윈도우(30B) 사이를 구획하는 구획 프레임(25)에 안테나 통과부(27)들이 형성된다.

도 3에서 참조 번호 28은 구획 프레임(25)의 안테나 통과부(27)에 설치되어 안테나들을 고정하는 안테나 고정 브래킷을 나타낸다. 그리고 참조 번호 29는 안테나 고정 브래킷(28)에 씌워져 주변 안테나(45)들이 이탈하지 않도록 하는 안테나 고정지그를 나타낸다. 이때 안테나 고정지그(29)도 U자형 구조로 형성하는 것이 바람직하고, 절연판(31)을 고정하는 역할도 동시에 수행할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

한편, 상기에서는 리드 프레임(20)이 사각틀체 구조로 형성된 구성을 예시하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 리프 프레임(20)을 오각틀체, 육각틀체 등으로 실시 조건에 따라 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

다음, 상기한 바와 같은 리드 프레임(20) 구조를 갖는 기판 처리 장치의 안테나(40) 배치 구조에 대하여, 도 3 및 도 4를 참고하여, 설명한다.

도 3을 참고하면, 리드 프레임(20)의 중앙 윈도우(30A)에 2개의 중앙 안테나(41)가 설치되고, 4개의 주변 윈도우(30B)에 4개의 주변 안테나(45)가 설치된다.

2개의 중앙 안테나(41)는 리드 프레임의 센터에서 도입되어 중앙 윈도우(30A) 내에 시계 방향으로 회전하는 2개의 안테나(40)가 배치될 수 있다.

4개의 주변 안테나(45)는 하나의 안테나가 각 주변 윈도우(30B)에서 도입되어 시계 방향으로 다른 3개의 주변 윈도우(30B)를 순차적으로 통과하면서 연결되게 구성될 수 있다. 도 3을 참조하여 예들 들면, 제1주변 안테나(451)는 제1 주변 윈도우(301)에서 시작하여, 시계 방향으로 제2주변 윈도우(302), 제3주변 윈도우(303)를 거쳐 제4주변 윈도우(304)까지 연결되고, 제2주변 안테나(452)는 제2주변 윈도우(302)에서 시작하여, 시계 방향으로 제3주변 윈도우(303), 제4주변 윈도우(304)를 거쳐 제1주변 윈도우(301)까지 연결되게 구성된다. 이때, 제2주변 안테나(452)는 제1주변 안테나(451)의 안쪽 부분에서 시작하고, 제3주변 안테나(453) 및 제4주변 안테나(454)도 상기 제1주변 안테나(451) 및 제2주변 안테나(452)와 동일한 방법으로 연결됨으로써, 전체적으로 코일형 구조로 4개의 주변 안테나(45)가 균일 간격 및 규칙적으로 배치되는 구성으로 이루어진다.

도면에서, 참조 번호 401은, 중앙 안테나(41) 또는 주변 안테나(45)가 도입되는 부분을 나타내고, 참조 번호 405는, 중앙 안테나(41) 및 주변 안테나(45)가 끝나는 지점에 배치되어 각 안테나(40) 접지되는 부분으로 연결될 수 있도록 하는 끝단 고정체를 나타낸다.

그리고 상기 안테나 고정 브래킷(28)에는 구획 프레임(25)을 통과하는 3개의 주변 안테나(45)가 끼워져 고정될 수 있도록 3개의 안테나 삽입부(28a)를 갖도록 구성되는 것이 바람직하다. 그리고, 안테나 고정 브래킷(28)의 상부에는 상기한 안테나 고정지그(29; 도 2 참조)가 결합됨으로써 주변 안테나(45)들이 안정적으로 고정될 수 있게 된다.

상기한 바와 같은 리드 프레임(20) 및 안테나(40) 배치 구조는, 리드 프레임의 중앙 윈도우를 중심으로, 복수의 주변 윈도우 및 안테나들의 배치 구조에 의해 챔버 내의 플라즈마 발생 방향에 영향을 제공하여, 기판 처리 공정시에 플라즈마 밀도가 챔버의 가운데 부분은 물론 주변 영역까지 전체적으로 균일하게 형성될 수 있다. 또한 구획 프레임(25) 주변에 에디 커런트(eddy current)가 형성되어 균일한 플라즈마 형성에 영향을 미치게 된다. 결국 상기한 바와 같은 리드 프레임(20) 및 안테나(40) 배치 구조에 의해 공정 성능 향상에 기여할 수 있게 된다.

도 4는 상기와 다른 실시예의 안테나 배치 구조를 보여준다.

도 4에 예시된 안테나(40')는, 중앙 안테나(41') 및 주변 안테나(45')가 도 3에 예시된 중앙 안테나(41) 및 주변 안테나(45)와 반대 방향으로 설치된다.

그리고 4개의 주변 안테나(45')는 하나의 도입선에서 두 개로 분기된 구조로 1 쌍(45a)을 이루면서, 4개의 주변 윈도우(30B)에 전체적으로 4쌍의 주변 안테나(45')가 코일형 구조로 배치되어 구성된다.

다음, 상기한 바와 같은 리드 프레임(20) 구조를 갖는 기판 처리 장치에서, 공정 가스 도입 및 분사 구조에 대하여, 주로 도 5 내지 도 10을 참조하여, 설명한다.

본 발명은, 상기 중앙 윈도우(30A)를 구획하는 구획 프레임(25)에 샤워헤드(61; 도 7 참조) 구조를 구성하여 공정 가스가 분사되도록 구성된다. 즉, 중앙 윈도우(30A)가 사각 구조로 형성되므로, 이를 구획하는 네 변의 구획 프레임(25)에 샤워헤드(61)를 구성하여 공정 가스가 분사될 수 있도록 구성되는 것이다.

도 7은 리드 프레임(20)의 중앙 부분을 아래에서 본 도면으로서, 이를 참조하여 샤워헤드(61) 구조를 설명한다.

각 변을 구성하는 구획 프레임(25)에는 다수의 분사구(62a)들이 규칙적으로 배열된 샤워헤드(61)가 구성된다. 도 7에서는 중앙 윈도우(30A)의 모서리 부근을 제외하고 네 변 쪽에서 각각 공정 가스를 분사할 수 있도록 샤워헤드(61)가 구성된 구조를 예시하고 있다.

이러한 샤워헤드(61)의 구성은, 구획 프레임(25)의 각 변의 밑부분에 공정 가스가 통과하는 홈부(63; 도 6 참조)를 형성하고, 이 홈부(63)의 바깥쪽에 분사구(62a)들이 형성된 샤워헤드 플레이트(62)를 조립하는 방식으로 구성하는 것이 바람직하다.

도 8 내지 도 10은, 샤워헤드 플레이트(62)를 포함한 구획 프레임(25)의 횡방향 단면도로서, 이를 참조하여 샤워헤드(61) 분사 구조의 여러 실시예들을 설명한다.

샤워헤드(61) 분사 구조는, 구획 프레임(25)의 밑면에 분사면(62b)을 구성하는데, 이때, 도 8에 도시된 바와 같이 분사면(62b)이 수평 구조로 형성된 구조로 형성하고, 분사구(62a)는 수직 방향으로 구성할 수 있다.

또한 도 9에 도시된 바와 같이 분사면(62b')이 라운드 구조(반원형, 반타원형 등)로 형성하고, 분사구(62a')는 라운드형 분사면에 방사형 구조로 퍼지는 구조로 형성하는 것도 가능하다. 이와 같이 라운드형 분사면(62b') 및 방사형 분사구(62a')의 구성은, 간단한 구조로 공정 가스가 챔버 내에 균일하게 퍼지면서 분사될 수 있도록 하여 공정 효율의 향상을 도모할 수 있게 된다.

또한, 도 10에 도시된 바와 같이 구획 프레임(25)의 밑면뿐만 아니라 측면에도 분사면(62b")을 구성하여, 밑면과 측면에 각각 분사구(62a")를 형성하는 구성도 가능하다. 이때, 측면 분사구(62a")는 중앙 윈도우(30A) 쪽으로 공정 가스가 분사되게 구성하는 것이 바람직하다.

이제, 상기한 바와 같이 구성되는 여러 실시예의 샤워헤드(61)에 공정 가스를 공급하는 구조에 대하여, 도 5와 도 6 등을 참조하여 설명한다.

공정 가스 공급 구조는 실시 조건에 따라 다양하게 구성할 수 있으나, 본 실시에서는 중앙 윈도우(30A)의 네 모서리 부근에 가스 유입구(64; 도 6 참조)를 구성하고, 이 가스 유입구(64)가 형성된 구획 프레임(25)의 상부에 가스 도입관(65)이 수직으로 연결된 구조를 예시하고 있다.

이때, 하나의 가스 도입관(65)을 통해 공급된 가스는, 중앙 윈도우(30A)의 모서리를 중심으로 구획 프레임에 형성된 유로의 경로에 따라 어느 한 쪽 방향, 또는 양쪽 방향으로 공급되게 구성될 수 있다. 이때, 양쪽 방향으로 유동하도록 구성된 경우에, 각 변에서 유로를 구성하는 홈부(63)의 가운데 부분에 차단벽을 형성하는 것도 가능하다.

중앙 윈도우(30A)의 네 모서리에 가스 도입관(65)이 설치되므로, 절연판(31)을 고정하는 고정지그(26,29)와 간섭 없이 가스 공급 구조를 구성할 수 있다.

참조 번호 65a, 65b는, 가스 도입관(65)의 플랜지부로서, 상부 플랜지부(65a)는 챔버의 상측 커버 구조물 등에 고정되고, 하부 플랜지부(65b)는 리드 프레임(20)에 고정된다.

이와 같이, 중앙 윈도우(30A)를 중심으로 모두 네 개의 가스 도입관(65)이 구성되는데, 도 5를 참조하면, 네 개의 가스 도입관(65)에 가스를 공급하는 하나의 가스 공급 파이프(66a)는 두 개의 제1공급관(66b)로 분기되고, 이 제1공급관(66b)은 다시 두 개의 제2공급관(66c)으로 분기된 후에, 각 제2공급관(66c)이 각 가스 도입관(65)에 연결된 구조로 구성할 수 있다.

한편, 상기에서는 샤워 헤드(61)가 사각 링 구조로 배치된 구성을 예시하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 리드 프레임(20)의 구조에 따라 샤워 헤드(61)를 오각 또는 육각 배치 구조로 다양하게 변형하여 실시하는 것도 가능하다.

다음, 상기한 안테나(40)의 냉각 구조 및 절연판(31) 히팅 구조에 대하여, 도 11 내지 도 14를 참조하여 설명한다.

절연판(31)을 히팅하는 구조는, 절연판(31)의 상부에 가열 공기를 분사할 수 있는 히팅 튜브(71)가 구성된다.

히팅 튜브(71)의 배치 구조는 절연판(31)을 전체적으로 균일하게 가열할 수 있는 구조이면, 실시 조건에 따라 적절하게 설계하여 구성할 수 있다. 본 실시예의 도면에서는 각 주변 윈도우(30B)에 2개씩의 히팅 라인이 형성되고, 중앙 윈도우(30A)는 주변 윈도우(30B)에 배치된 히팅 라인을 도입하여 절연판(31)을 가열할 수 있는 구조를 예시하고 있다. 이때 히팅 라인은 윈도우 상부에 수평 방향으로 배치되어 윈도우 방향으로 분사구들이 형성된 히팅 튜브(71)로 구성된다.

물론, 히팅 튜브(71)는 윈도우 상부에 배치되는 안테나들과 간섭이 발생하지 않도록 안테나 보다 낮거나 높게 배치되어 구성된다.

한편, 도 11에서 히팅 튜브(71) 사이에 연결되는 히팅 라인(71a)은 다른 히팅 튜브들보다 상대적으로 작은 관경을 가진 튜브로 구성하거나, 히팅 라인(71a)을 구성하지 않을 수 있다.

이와 같이, 절연판(31)을 가열하는 히팅 튜브(71)를 구성함으로써, 챔버(10)의 내측에서 폴리머(Polymer)가 절연판(31)에 증착되는 것을 줄일 수 있게 된다.

상기 히팅 튜브(71)에 가열 공기를 공급하는 방법은, 가열 공기를 공급하는 라인을 연결하여 다양하게 구성할 수 있는데, 본 실시예에서는 보텍스 제너레이터(Vortex Generator)(73)를 이용한다. 이에 대해서는 아래에서 도 12를 참조하여 설명한다.

다음, 안테나(40)를 냉각하는 구조는, 도 14에 도시된 바와 같이 각각의 안테나(40; 41, 45)를 중공의 튜브 형상으로 구성하고, 그 내부에 냉각 유체가 통과하도록 하여 안테나를 냉각한다.

이때 냉각 유로의 구성은, 안테나(40) 도입부 쪽에서 안테나 내부로 냉각 유체가 유입되도록 하고, 안테나(40)의 끝단부 쪽에서 냉각유체가 배출될 수 있도록 구성한다. 안테나(40) 내부에 냉각 유체가 통과하는 회로 구성은, 널리 공지되어 있으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

다만, 본 발명의 실시예에서는, 절연판 히팅과 안테나 냉각을 보텍스 제너레이터(73)를 이용하여 동시에 실시할 수 있도록 구성되는 바, 이에 대하여 설명한다.

보텍스 제너레이터(73)는, 간단한 구조의 노즐과 원형관을 이용하여 어떠한 화학적 작용이나 연소 작용 없이 압축공기로부터 저온공기와 고온공기를 분리하는 에너지 분리 장치로서, 도 12에 예시된 바와 같이, 압축 공기가 배관을 통해 와류 관(74)으로 공급되면 1차로 보텍스 회전실(75)에 투입이 되어 초고속 회전을 하게 된다. 이 회전 공기는 뜨거운 공기 출구 쪽으로 나가게 되는데, 이때 2차 와류의 흐름은 1차 보텍스 흐름의 안쪽에 있는 보다 낮은 압력의 지역을 통과하면서 열량을 잃고 냉기 출구 쪽으로 향하게 된다. 이때, 회전하는 두 개의 공기 흐름에 있어서 내부 흐름의 공기 입자는 바깥 흐름의 공기 입자와 1회전하는 시간이 동일하므로 실제 운동 속도는 바깥 흐름보다 낮다. 이 운동 속도의 차이는 운동에너지가 줄었음을 의미하며 이 상실된 운동 에너지는 열로 변환하여 바깥 흐름의 공기의 온도를 상승시키고 내부 흐름은 더욱 더 온도가 내려간다.

이러한 보텍스 제너레이터(73)의 양쪽에 상기 히팅 튜브(71)와 안테나(40)의 냉각 유로에 각각 연결함으로써, 간단한 구조 도입으로 절연판(31)을 히팅하고, 안테나(40)를 동시에 냉각할 수 있는 구조를 실현할 수 있게 된다.

한편, 상기에서는 가열 공기 및 냉각 공기를 제공하는 수단으로 보텍스 제너레이터를 예시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 다른 냉각기의 구성 또는 별도의 가열공기 공급수단과 냉각공기 공급수단을 이용하여 구성하는 것도 가능하다.

다음, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 기판 처리 장치에서 챔버 내벽 부분의 에너지 손실을 최소화하고, 플라즈마의 균일성을 확보할 수 있도록 하는 에너지 손실 저감 구조에 대하여, 도 15 내지 도 19를 참고하여 설명한다.

도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 챔버(10)의 벽면에는 라이너 프로텍터(liner protector)(81)가 설치된다. 이때 라이너 프로텍터(81)는, 챔버(10)의 벽면의 모서리를 이루는 코너 부분을 포함하여 챔버의 벽면에 밀착되게 설치된다.

도 15는 앞서 설명한 리드 프레임(20)의 내측 벽면(도 1의 'W'부분)에, 코너 부분을 중심으로 양쪽 벽면으로 이어지게 라이너 프로텍터(81)가 설치된 구성을 보여주고 있다.

도 16은 리드 프레임(20) 안쪽에 상기한 구획 프레임(25; 도 2 등 참조)이 형성되지 않은 경우, 또는 리드 프레임 쪽이 아닌 챔버(10) 본체의 내부에 라이너 프로텍터(81)가 설치된 구성을 보여준다. 이때, 라이너 프로텍터(81)는, 라이너 또는 프로텍터라고도 불리는 구성 부분으로서, 'L'자형 구조로 형성되어 챔버(10)의 코너부에 설치되는 코너 프로텍터(82)와, 평면형 구조로 형성되어 챔버(10)의 벽면에 설치되는 벽면 프로텍터(83)로 이루어질 수 있다.

상기 라이너 프로텍터(81)는 알루미늄 소재에 표면을 아노다이징 처리하여 구성할 수 있다.

또한 도 16에 예시된 실시예에서 라이너 프로텍터(81)는 코너 프로텍터(82)만 알루미늄 소재에 표면을 아노다이징 처리하여 구성할 수도 있다. 이때 벽면 프로텍터(83)는 세라믹 재질을 코팅하여 구성할 수도 있다.

이때, 코너 프로텍터(82)와 벽면 프로텍터(83)는 상호 조립되는 부분은 계단형 구조로 상호 접합되도록 하여, 챔버의 벽면에 높이차가 형성되지 않도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 코너 프로텍터(82)는, 도 17의 'C' 부분과 같이, 안쪽 코너 부분이 챔버의 벽면에 대하여 경사면으로 구성되는 것도 가능하다.

다음, 본 발명의 에너지 손실 저감 구조에서는, 상기 코너 프로텍터(82)의 후방에서 챔버의 벽을 관통하는 홀(12)이 형성되고, 이 홀(12)에 코너 프로텍터(82)에 전기적으로 연결되는 커패시터(Capacitor)(85)가 설치된다. 이때 커패시터(85)는 외부 회로와 연결되거나 접지되게 구성된다.

커패시터는, 도 15 내지 도 17에서와 같이, 하나가 상기 챔버(10)의 코너를 관통하여 코너 프로텍터(82)의 뒷면에 연결되게 구성할 수 있다. 이때 챔버(10)의 코너에는 커패시터(85)가 삽입되어 장착할 수 있도록 홀(12)이 대각선 방향으로 관통되어 형성된다.

이와는 달리, 도 18에서와 같이 상기 커패시터(85)는 복수개가 구비되어 챔버(10)의 코너를 중심으로 양쪽 벽면에서 코터 프로텍터(82)의 뒷면에 각각 연결되게 구성되는 것도 가능하다. 이때 챔버(10)의 코너 쪽 벽면에는 각각의 커패시터(85)를 삽입하여 장착할 수 있도록 홀(12)이 각각 형성된다.

도면에 예시하지는 않았지만, 커패시터(85)가 장착되는 홀(12) 내에는 챔버의 내부를 밀봉할 수 있는 밀폐부재(미도시)가 구비되는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 커패시터(85)는 코너 프로텍터(82)에 나사 결합 방식으로 연결되게 구성될 수 있다. 이때 코너 프로텍터(82)의 후방에는 보스(84)가 돌출되고, 커패시터(85)에는 나사부(86)가 구비되어, 나사부(86)가 보스(84)에 체결되게 구성되는 것이 바람직하다. 챔버의 홀(12)은 보스(84)가 끼워져 안착될 수 있도록 보스 삽입부(13)가 구비된다.

이에 따라 라이너 프로텍터(81), 보스(84) 및 나사부(86), 커패시터(85), 그리고 커패시터(85)에 연결된 외부 회로는 전기적으로 상호 연결된 구조를 갖는다.

챔버(10)의 바깥쪽 벽면에는 커패시터(85)는 지지하기 위한 지지 캡(88)이 설치되는 것이 바람직하다. 지지 캡(88)은 상기 커패시터(85)가 챔버의 홀(12)에 삽입된 상태가 유지될 수 있도록 지지할 수 있는 구성이면 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

한편, 상기 커패시터(85)는 진공 가변형 커패시터로 구성될 수 있다. 진공 가변형 커패시터는 널리 공지된 커패시터의 구성이므로 구체적인 구조 설명은 생략한다. 다만 본 발명에서 진공 가변형 커패시터는 챔버의 외측에서 용량 조절 기구(89)를 조절(회전 조절 등)하는 방식으로 커패시터의 용량을 적절하게 제어할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 커패시터의 용량을 조절하는 이유는 챔버(10) 내부의 플라즈마 발생 상태에 따라 그에 맞게 커패시터(85) 용량을 조절하여 최적화된 에너지 손실 저감 작동을 실현하기 위해서이다.

도 19에 도시된 바와 같이, 본 발명의 에너지 손실 저감 구조가 구비되지 않은 경우(A)에는, 챔버(10)의 벽면 및 코너 쪽 전위가 거의 제로 상태에 가깝지만, 본 발명에서와 같이 라이너 프로텍터(81)와 커패시터(85)가 설치된 경우(B)에는 챔버(10)의 코너쪽 전위가 제로보다 상당이 높게 발생하게 된다.

따라서 본 발명에서는, 도 19의 (B)에서와 같이 전체적으로 챔버(10) 내부의 전위차가 최소화되어 챔버 내에 보다 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 특히 그래프의 "K" 부분과 같이 챔버의 벽면에서의 에너지 손실을 줄여서, 이 에너지를 플라즈마를 발생시키는데 온전히 쓰일 수 있게 함으로써 증착 장치 또는 식각 장치의 효율 상승을 기대할 수 있게 된다.

한편, 상기한 바와 같은 본 발명은 플라즈마를 이용한 기판처리장치에 모두 적용 가능하다. 예를 들면, 기판 처리 장치(Dry etcher), 화학기상 증착장치(Chemical Vapor Deposition) 등에 적용하여 이용할 수 있다.

상기한 바와 같은, 본 발명의 실시예들에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

1. 챔버의 벽면의 모서리를 이루는 코너 부분을 포함한 벽면에 구비되는 라이너 프로텍터와;
   상기 챔버의 벽을 관통하여 형성된 홀에 삽입되어, 상기 라이너 프로텍터의 후방에 전기적으로 연결되는 커패시터를 포함한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 벽면 에너지 손실 저감 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 챔버는, 챔버 본체와, 이 챔버 본체의 상부에 결합되는 리드 프레임으로 구성되고,
   상기 라이너 프로텍터 및 커패시터는 상기 리드 프레임에 구비된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 벽면 에너지 손실 저감 장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 라이너 프로텍터는 챔버의 코너 부분을 중심으로 양쪽 벽면에 이어지게 설치되고,
   상기 커패시터는 상기 챔버의 코너 부분에 설치된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 벽면 에너지 손실 저감 장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 커패시터는 진공 가변형 커패시터인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 벽면 에너지 손실 저감 장치.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 진공 가변형 커패시터는 챔버의 외부에서 용량 조절이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 벽면 에너지 손실 저감 장치.
   
6. 청구항 1에 있어서, 상기 라이너 프로텍터는,
   'L'자형 구조로 형성되어 챔버의 코너부에 설치되는 코너 프로텍터와;
   평면형 구조로 형성되어 챔버의 벽면에 설치되고 상기 코너 프로텍터와 조립되는 벽면 프로텍터로 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 벽면 에너지 손실 저감 장치.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 라이너 프로텍터는 알루미늄 소재에 표면을 아노다이징 처리하여 구성된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 벽면 에너지 손실 저감 장치.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 커패시터는 상기 챔버의 코너를 관통하여 라이너 프로텍터의 뒷면에 연결된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 벽면 에너지 손실 저감 장치.
   
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 커패시터는 복수개가 구비되어 챔버의 코너를 중심으로 양쪽 벽면에서 라이너 프로텍터의 뒷면에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 벽면 에너지 손실 저감 장치.
   
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 라이너 프로텍터는 그 후면에 보스가 돌출되고, 상기 커패시터는 상기 보스에 나사 조립되는 방식으로 연결된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 벽면 에너지 손실 저감 장치.

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