KR101246809B1 - 플라즈마 처리장치 및 이를 위한 안테나 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 기판이 안착되는 서셉터를 구비하는 챔버, 상기 서셉터 상부에 위치하는 리드 프레임, 상기 리드 프레임에 설치되는 복수개의 윈도우, 상기 윈도우 상부에 위치하며, 상기 리드 플레임의 중심부분에 위치하는 중앙부 안테나, 상기 윈도우의 상부에 위치하며, 상기 중앙부 안테나의 주변에 위치하고, 다수개의 안테나로 분기된 주변부 안테나, 상기 주변부 안테나들을 서로 연결하여 상기 주변부 안테나들에서의 RF 커런트를 조절하는 머지 제어부를 구비하는 것으로, 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 리드의 상부에 수회 분기되어 설치되는 안테나 중에서 외곽에 위치하는 안테나에서의 RF 커런트를 조절하도록 하여 챔버 내부의 중앙 부분과 외곽 부분에서의 플라즈마 균일도를 향상시킴으로써 기판 처리 효율을 향상시키도록 하는 효과가 있다.

Description

플라즈마 처리장치 및 이를 위한 안테나{Apparatus for plasma processing and antenna thereof}
본 발명은 플라즈마 처리장치 및 이를 위한 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대면적의 기판에 대한 처리가 가능하도록 플라즈마 균일도를 개선한 플라즈마 처리장치 및 이를 위한 안테나에 관한 것이다.
플라즈마 처리장치는 극미세 패턴의 구현이 가능한 낮은 압력하에서 고밀도 플라즈마 발생이 가능하고, 대면적 기판의 처리가 용이하다.
더욱이 플라즈마 처리장치는 근래에 급속히 대면적화되고 있는 디스플레이 기판 제조 공정에서 유용하게 사용될 수 있다. 대면적 기판의 예로서 8세대 디스플레이 기판 제조 공정에 사용되는 기판 사이즈는 2200mm x 2550mm 정도이다. 그런데, 이와 같이 기판이 대면적화 되면 플라즈마 처리장치의 크기도 당연히 커져야 한다.
플라즈마 처리장치는 처리 챔버 상부에 세라믹 윈도우를 구비하고, 세라믹 윈도우 상부에 안테나가 설치된 구성이다. 윈도우로 세라믹을 사용하는 이유는 세라믹이 진공밀폐(vaccum seal)를 위한 강도에서 유리하고, 플라즈마 내식성이 우수하며, 또한 자기장(B-field) 투과효율이 우수하기 때문이다.
한편, 대면적의 기판 처리를 위하여 안테나 또한 기판 처리 영역 전체에 걸쳐서 배치된다. 그런데, 이와 같이 안테나의 배치를 넓게 배치하는 경우 RF 입력단에서 출력단까지 안테나의 길이가 필연적으로 길어지게 된다.
이와 같이 안테나의 길이가 길어지게 되면 임피던스(umpedance)가 증가하게 되고, 이에 따라 RF 커런트가 입력단과 출력단 측에서 차이가 커지게 된다. 이는 결론적으로 유도 자기장의 세기가 안테나의 RF 입력단과 출력단에서 차이가 커진다는 것을 의미하며, 이는 플라즈마 밀도의 차이를 유발하여 결론적으로 플라즈마 균일도 및 기판 처리 공정 효율을 떨어뜨리는 원인이 된다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 본 발명의 목적은 대면적의 유도 결합형 플라즈마를 발생시키기 위하여 채용되는 안테나의 필드 강도를 최대한 균일하게 하도록 한 플라즈마 처리장치를 이를 위한 안테나를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 기판이 안착되는 서셉터를 구비하는 챔버; 상기 서셉터 상부에 위치하는 리드 프레임; 상기 리드 프레임에 설치되는 복수개의 윈도우; 상기 윈도우 상부에 위치하며, 상기 리드 플레임의 중심부분에 위치하는 중앙부 안테나; 상기 윈도우의 상부에 위치하며, 상기 중앙부 안테나의 주변에 위치하고, 다수개의 안테나로 분기된 주변부 안테나; 상기 주변부 안테나는 등간격으로 분기된 복수개의 주변부 분기 안테나를 구비하고, 각각의 상기 주변부 분기 안테나들은 서로 평행하게 분기되어 연장된 제 1이차 분기 안테나와 제 2이차 분기 안테나를 구비하며, 상기 제 1이차 분기 안테나는 상기 제 2이차 분기 안테나보다 더 길게 연장되고, 상기 제 2이차 분기 안테나의 끝단과 제 1이차 분기 안테나의 표면 사이에 RF 커런트를 조절하기 위한 머지 제어부가 연결된다.
상기 머지 제어부는 임피던스 조절에 의한 RF 커런트 조절이 가능하도록 하는 진공 커페시터(vaccum capacitor) 또는 가변 진공 커페시터(variable vaccum capacitor) 중의 어느 하나일 수 있다.
상기 중앙부 안테나는 복수개로 분기된 중앙부 분기 안테나를 포함하고, 상기 중앙부 분기 안테나는 사각의 나선형태로 절곡될 수 있다.
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본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 리드의 상부에 수회 분기되어 설치되는 안테나 중에서 외곽에 위치하는 안테나에서의 RF 커런트를 조절하도록 하여 챔버 내부의 중앙 부분과 외곽 부분에서의 플라즈마 균일도를 향상시킴으로써 기판 처리 효율을 향상시키도록 하는 효과가 있다.
이상과 같은 본 발명의 기술적 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 안테나 배치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 안테나의 필드 강도의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 이하에서 개시되는 실시예에서는 플라즈마 처리장치를 실시예로 하여 설명한다. 그러나 본 발명의 플라즈마 처리장치는 기판처리를 위한 식각장치, 증착장치 및 기타 이와 관련된 장치에서 플라즈마를 발생시키기 위하여 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치는 챔버(100)와 챔버(100) 내부에 위치하며 기판이 안착되는 서셉터(110)와 챔버(100)의 상부에 위치하는 리드(200)를 구비한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 안테나 배치를 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이 리드(200)는 격자 형태로 형성된 리드 프레임(210)과 리드 프레임(210)의 상부에 설치되는 윈도우(220)와 윈도우(220) 상부에 설치되는 안테나(300)를 구비한다. 안테나(300)에는 13.56Mhz의 고주파를 안테나(300)로 제공하는 RF 전원공급부(120)가 연결된다.
그리고 리드 프레임(210)에는 플라즈마 발생을 위한 공정가스가 공급되는 공정가스 공급부(130)가 연결된다. 공정가스 공급부(130)는 다른 실시예로, 챔버(100) 내부에 샤워헤드를 설치하고, 이 샤워헤드에 공정가스가 공급되도록 실시할 수 있다. 리드 프레임(210)은 외곽 프레임부(211)와 이 외곽 프레임부(211) 내측에 위치하는 내측 프레임부(212)를 구비한다.
한편, 윈도우(220)의 상부에 구비되는 안테나(300)는 리드 프레임(210)의 중앙 부분에 위치하는 중앙부 안테나(310)와 이 중앙부 안테나(310)의 주변에 위치하는 주변부 안테나(320)를 구비한다. 그리고 RF 전원공급부(120)는 중앙부 안테나(310)의 중앙 부분과 주변부 안테나(320)의 중심 부분에 분기되어 연결되어 있다.
중앙부 안테나(310)는 2개로 분기된 제 1중앙부 분기 안테나(311)와 제 2중앙부 분기 안테나(312)를 포함한다. 이 제 1중앙부 분기 안테나(311)와 제 2중앙부 분기 안테나(312) 각각은 서로 외곽 방향으로 중첩되면서 사각의 나선형태로 수회 절곡되어 있다. 따라서 2개의 중앙부 분기 안테나(311)(312)는 사각의 소용돌이 형태로 갖는다.
그리고 주변부 안테나(320)는 등간격으로 복수개로 분기된 제 1주변부 분기 안테나(321), 제 2주변부 분기 안테나(322), 제 3주변부 분기 안테나(323) 그리고 제 4주변부 분기 안테나(324)를 구비한다. 그리고 각각의 주변부 분기 안테나(321)(322)(323)(324)들은 다시 2차 분기된 제 1이차 분기 안테나(321a)와 제 2이차 분기 안테나(321b)로 분기되어 있다.
이 제 1이차 분기 안테나(321a)와 제 2이차 분기 안테나(321b)는 중앙부 분기 안테나(311)(312)의 주변을 감싸며, 소용돌이 형태로 복수회 절곡 되어 있고, 리드(200)의 변을 따라 절곡 연장되면서 점점 외측으로 확장 연장되어 있다.
한편, 각각의 주변부 분기 안테나(321)(322)(323)(324)에서 연장된 제 2이차 분기 안테나(321b)는 최 외곽측에 위치하며 리드 프레임(210)의 코너 측으로 확장 연장되어 다른 주변부 분기 안테나(321)(322)(323)(324)의 이차 분기 안테나(321a)(321b) 외곽측으로 연장되어 있다.
더욱이 이 제 2이차 분기 안테나(321b)의 확장 범위는 공정 처리가 수행되는 기판의 최외곽의 외측에서 더욱 연장된 위치로 배치된다.
그리고 각각의 주변부 분기 안테나(321)에서 분기된 2개의 이차 분기 안테나(321a)(321b)인 제 1이차 분기 안테나(321a)와 제 2이차 분기 안테나(321a)의 끝단은 머지 제어부(330)에 의하여 연결되어 있다.
이 머지 제어부(330)는 2개의 이차 분기 안테나(321a)(321b)에 대한 RF 커런트(RF current)를 조절하는 기능을 수행하는 것으로, 이 머지 제어부(330)는 진공 커페시터(vaccum capacitor) 또는 가변 진공 커페시터(variable vaccum capacitor) 중의 어느 하나일 수 있다.
이 진공 커페시터(vaccum capacitor) 또는 가변 진공 커페시터(variable vaccum capacitor)는 자동적으로 임피던스 조절 기능을 수행하여 두 개의 이차 분기 안테나(321a)(321b) 사이의 RF 커런트 조절이 이루어지도록 한다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 동작에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치는 플라즈마의 발생을 위하여 안테나(300)에 RF를 인가하면 챔버(100) 내부에 전기장과 자기장이 유도된다. 그리고 이때 챔버(100) 내부로 공정가스를 공급하면 이 전기장과 자기장에 의하여 공정가스가 여기되어 플라즈마가 발생한다.
한편, 이때 RF 커런트는 상대적으로 길이가 짧은 중앙부 안테나(310)에서는 임피던스가 약하기 때문에 상대적으로 강한 자기장이 유도된다. 반면에, 상대적으로 길이가 긴 주변부 안테나(320)에서는 외곽측으로 갈수록 임피던스가 커져서 외곽측에서의 RF 커런트가 약해진다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 안테나의 필드 강도의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이 머지 제어부(330)가 없는 경우에 기판의 가장 자리 부분에서의 자기장의 세기(F: field strengh)는 기판의 중앙 부분에서의 자기장 세기보다 상대적으로 약하다. 즉 주변부 안테나(320)의 제 1이차 분기 안테나(321a)와 제 2이차 분기 안테나(321b)에서는 약한 RF 커런트에 의하여 리드(200)의 코너 부분으로 갈수록 유도되는 자기장의 세기가 약해진다(R1).
그러나 머지 제어부(330)를 제 1이차 분기 안테나(321a)와 제 2이차 분기 안테나(321b) 사이에 연결하게 되면 제 1이차 분기 안테나(321a)에서의 RF 커런트와 제 2이차 분기 안테나(321b)에서의 RF 커런트가 조절되면서 제 1이차 분기 안테나(321a)에서 유도되는 자기장의 세기가 보강된다.
더욱이 제 1이차 분기 안테나(321a)가 리드(200)의 코너 부분으로 더욱 인접 확장됨에 따라 리드(200)의 코너 부분에서의 자기장의 세기는 상대적으로 더욱 강화된다(R2).
그리고 제 1이차 분기 안테나(321a)를 더욱 외곽으로 배치함에 따라 자기장이 유도되는 폭이 리드 프레임 폭(WL) 전체로 확장되고, 코너 부분에서 보강되어 기판의 폭(WS) 전체에 고르게 자기장이 유도되도록 한다.
따라서 전체적으로 보다 균일하고 확장된 플라즈마의 발생이 가능하게 하여 고효율의 기판 처리 공정이 이루어지도록 한다.
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. 기판이 안착되는 서셉터를 구비하는 챔버;
    상기 서셉터 상부에 위치하는 리드 프레임;
    상기 리드 프레임에 설치되는 복수개의 윈도우;
    상기 윈도우 상부에 위치하며, 상기 리드 플레임의 중심부분에 위치하는 중앙부 안테나;
    상기 윈도우의 상부에 위치하며, 상기 중앙부 안테나의 주변에 위치하고, 다수개의 안테나로 분기된 주변부 안테나;
    상기 주변부 안테나는 등간격으로 분기된 복수개의 주변부 분기 안테나를 구비하고,
    각각의 상기 주변부 분기 안테나들은 서로 평행하게 분기되어 연장된 제 1이차 분기 안테나와 제 2이차 분기 안테나를 구비하며,
    상기 제 1이차 분기 안테나는 상기 제 2이차 분기 안테나보다 더 길게 연장되고,
    상기 제 2이차 분기 안테나의 끝단과 제 1이차 분기 안테나의 표면 사이에 RF 커런트를 조절하기 위한 머지 제어부가 연결되는 플라즈마 처리장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 머지 제어부는 임피던스 조절에 의한 RF 커런트 조절이 가능하도록 하는 진공 커페시터(vaccum capacitor) 또는 가변 진공 커페시터(variable vaccum capacitor) 중의 어느 하나인 플라즈마 처리장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 중앙부 안테나는 복수개로 분기된 중앙부 분기 안테나를 포함하고, 상기 중앙부 분기 안테나는 사각의 나선형태로 절곡된 플라즈마 처리장치.
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KR20100129086A (ko) * 2009-05-29 2010-12-08 엘아이지에이디피 주식회사 유도결합형 플라즈마 발생장치의 안테나 및 이를 포함하는 유도결합형 플라즈마 발생장치

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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