KR101253295B1 - 유도결합형 플라즈마 처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 유도결합형 플라즈마 처리장치는 플라즈마 처리공간을 구비하는 챔버, 상기 챔버의 개구된 상면을 덮는 유전체윈도우, 상기 유전체윈도우의 가장자리를 지지하는 윈도우프레임, 상기 유전체윈도우 상면에 구비되어 상기 플라즈마 처리공간에 상기 플라즈마의 생성을 유도하는 안테나 코일, 및 상기 윈도우프레임의 상부에 설치되어 상기 윈도우프레임을 지지하는 지지프레임을 포함하는 다중 프레임구조에 의해 유전체윈도우를 지지하여 유전체윈도우의 두께증가를 최소화하며 대면적 기판을 처리할 수 있다. 이에 따라 대형 디스플레이 장치의 생산 품질을 향상할 수 있고, 동시에 다수 개의 기판을 처리할 수 있어 생산효율을 증가시킬 수 있다.

Description

유도결합형 플라즈마 처리장치{Inductively Coupled Plasma Apparatus}
본 발명은 유도결합형 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 유전체윈도우를 지지하는 윈도우프레임을 구비한 유도결합형 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
플라즈마는 반도체 및 디스플레이 장치를 제조하기 위한 여러 공정들 예를 들어, 증착, 에칭, 박리, 세정 등에 다양하게 사용되고 있다. 현재 반도체 및 디스플레이 제조 분야에서 가장 많이 이용되는 플라즈마 소스 발생 방식은 RF를 이용한 것으로 발생 방식에 따라 용량결합형 플라즈마(Capacitively coupling plasma, CCP)와 유도결합형 플라즈마(Inductively coupled plasma, ICP)로 구분된다.
용량결합형 플라즈마(CCP)는 평행한 전극 간에 전력을 인가하여, 전극의 표면에 분포된 전하에 의해 형성된 축전 전기장에 의해 플라즈마를 발생한다. 따라서 용량결합형 플라즈마를 이용하는 장치는 일반적으로 웨이퍼나 기판이 위치하는 하부전극과 가스 주입을 위한 샤워헤드가 포함된 상부 전극을 구비한다.
유도결합형 플라즈마(ICP)는 코일 형태의 안테나에 RF 전력을 인가하여 안테나에 흐르는 전류에 의해 형성된 유도전기장에 의해 플라즈마를 발생시킨다. 따라서 유도결합형 플라즈마를 이용하는 장치는 일반적으로 코일 형태의 안테나가 플라즈마 발생공간 외부에 배치되고 석영과 같은 유전체윈도우를 통해 플라즈마 발생공간에 전기장을 유도하도록 구성된다.
유도결합형 플라즈마는 용량결합형 플라즈마에 비해 저압영역에서도 효과적으로 플라즈마가 발생되고, 높은 밀도의 플라즈마를 얻을 수 있는 장점이 있어 사용영역이 확대되는 추세이다.
디스플레이 제조분야에 있어, 대형화면에 대한 소비자의 요구 및 생산효율 측면에서 기판의 대형화는 필수적이다. 그러나 기판 대형화를 위해서는 유전체윈도우의 대형화가 요구되며, 대면적 유전체윈도우의 제작과 유지를 위해서는 유전체윈도우의 두께가 증가된다. 그러나 유전체의 두께를 두껍게 하면 에너지 효율이 저하되어 플라즈마 밀도가 저하되는 문제가 발생한다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 유전체윈도우의 두께증가를 최소화하는 대면적 유도결합형 플라즈마 처리장치를 제공함에 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 유도결합형 플라즈마 처리장치는 플라즈마 처리공간을 구비하는 챔버, 상기 챔버의 개구된 상면을 덮는 유전체윈도우, 상기 유전체윈도우의 가장자리를 지지하는 윈도우프레임, 상기 유전체윈도우 상면에 구비되어 상기 플라즈마 처리공간에 상기 플라즈마의 생성을 유도하는 안테나 코일 및 상기 윈도우프레임의 상부에 결합되어, 상기 윈도우프레임 및 상기 유전체윈도우의 하중 그리고 상기 윈도우프레임 및 상기 유전체윈도우와 상기 플라즈마 처리공간과의 압력 차이에 따른 상기 윈도우프레임 및 상기 유전체윈도우의 처짐을 저지하는 지지프레임을 포함한다.
또한 상기 유전체윈도우는 복수 개로 구성되며, 상기 윈도우프레임은 상기 윈도우프레임의 외곽을 형성하는 외곽프레임과 상기 외곽프레임에 의해 형성된 공간을 상기 유전체윈도우의 개수와 동일한 수로 구획하는 내부프레임을 구비할 수 있다.
또한 상기 내부프레임은 상기 외곽프레임에 의해 형성된 공간을 격자형으로 구획할 수 있다.
또한 상기 내부프레임은 상기 외곽프레임에 의해 형성된 공간을, 상기 공간의 중앙부에 위치하는 정방형의 중앙구역과, 상기 중앙구역의 둘레를 형성하는 각 변에 인접하여 형성되는 동일한 크기를 갖는 장방형의 주변구역으로 구획할 수 있다.
또한 상기 지지프레임은 상기 내부프레임과 상호 결합되어 상기 윈도우프레임 및 상기 유전체윈도우의 하중과 상기 플라즈마 처리공간이 진공 상태일 때의 압력 차이에 따른 상기 윈도우프레임 및 상기 유전체윈도우의 처짐을 저지하는 지지플레이트를 포함할 수 있다.
또한 상기 지지플레이트에는 상기 안테나 코일이 지날 수 있는 관통홀이 형성될 수 있다.
또한 상기 지지프레임은 상기 외곽프레임과 연결되는 지지 바를 더 구비할 수 있다.
또한 상기 지지 바의 일단은 상기 외곽프레임의 외측으로 일부 돌출되도록 형성되어 상기 챔버의 개구된 상기 상면의 단부에 결합될 수 있다.
본 발명에 따른 유도결합형 플라즈마 처리장치는 다중 프레임구조에 의해 유전체윈도우를 지지하여 유전체윈도우의 두께증가를 최소화하며 대면적 기판을 처리할 수 있다. 이에 따라 대형 디스플레이 장치의 생산 품질을 향상할 수 있고, 동시에 다수 개의 기판을 처리할 수 있어 생산효율을 증가시킬 수 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 유도결합형 플라즈마 처리장치의 구조를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 윈도우프레임을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 윈도우프레임과 지지프레임을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 윈도우프레임을 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 윈도우프레임과 지지프레임을 도시한 사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 실시예는 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장되게 표현된 부분이 있을 수 있으며, 도면 상에서 동일 부호로 표시된 요소는 동일 요소를 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 처리장치의 구조를 도시한 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 처리장치(100)는 플라즈마 처리공간(111)을 구비하며 진공 형성이 가능한 챔버(110)와 챔버(110)의 개구된 상면에 설치되는 윈도우프레임(120)과, 윈도우프레임(120)에 의해 지지되며 챔버(110)의 개구된 상면을 덮는 유전체윈도우(130)와, 유전체 윈도우의 상면에 구비되는 안테나 코일(141)과, 윈도우프레임(120) 상부에서 윈도우프레임(120)을 지지하는 지지프레임(150)과, 챔버(110) 내 하부에 설치되어 그 상면에 기판(S)이 안착되는 서셉터(161), 그리고 서셉터(161)를 승강 및/또는 회전시킬 수 있는 서셉터샤프트(162)를 포함한다.
챔버(110)는 기판이 챔버(110) 내부로 반입 또는 반출될 수 있도록 일측에 출입구(미도시)를 구비할 수 있다. 또한 챔버(110)의 상부에는 플라즈마 처리공간(111)으로 공정가스를 공급하는 소스부(미도시)가 구비되고, 챔버(110)의 하부에는 챔버(110) 내부의 기체를 흡입하여 챔버(110) 외부로 배출하는 배기부가 구비될 수 있다.
챔버(110)의 상부에 위치하는 윈도우프레임(120)은 챔버(110)의 내측벽 또는 개구된 챔버(110)의 상면의 단부를 따라 설치될 있다. 윈도우프레임(120) 내부에 형성되는 공간에는 유전체윈도우(130)가 설치된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 윈도우프레임(120)이 챔버(110)의 내측벽에 설치되는 경우 윈도우프레임(120)의 외곽형상은 챔버(110) 상부 개구면의 형상과 동일하게 형성되어, 윈도우프레임(120)과 유전체윈도우(130)에 의해 챔버(110) 상부의 개구면을 밀폐하도록 설치될 수 있다.
또는 윈도우프레임(120)이 챔버(110) 상면의 단부를 따라 설치되는 경우, 윈도우프레임(120)은 챔버(110) 상부 개구면보다 조금 크게 형성될 수 있다. 이 경우도 윈도우프레임(120)과 유전체윈도우(130)에 의해 챔버(110) 상부의 개구면을 밀폐하도록 설치될 수 있다.
유전체윈도우(130)는 절연체로서 형성되며, 일반적으로 석영판이 사용되나 질화실리콘(Si3N4), 탄화규소(SiC), 실리콘(Si) 등의 재료가 이용될 수도 있다. 유전체윈도우(130)는 윈도우프레임(120)에 설치되어 개구된 챔버(110)의 상면을 덮도록 구비된다.
유전체윈도우(130)의 상부에는 안테나 코일(141)이 위치하며, 안테나 코일(141)에는 RF 전원(142)이 연결되어 안테나 코일(141)에 RF 전력이 인가되게 할 수 있다. 안테나 코일(141)과 RF 전원(142) 사이에는 매칭 박스(143)가 구비되어 RF 전원(142)의 전력 전송을 최적화 할 수 있다. 안테나 코일(141)은 챔버(110) 내 플라즈마 처리공간(111)에서 플라즈마가 생성되도록 플라즈마 처리공간(111)에 전기장이 유도되도록 한다.
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도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 윈도우프레임을 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 윈도우프레임과 지지프레임을 도시한 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 윈도우프레임(120)은 외곽부를 형성하는 사각형 형상의 외곽프레임(121)과 외곽프레임(121)에 의해 구분된 공간을 다시 복수 개의 격자형 구역(124)으로 구분하는 내부프레임(122)을 구비할 수 있다.
대면적 기판에 대한 플라즈마 처리를 위한 장치를 구성하기 위해서는 대면적 기판을 수용할 수 있는 챔버(110)가 요구되고, 이에 따라 해당 챔버(110)의 상면을 덮을 수 있는 대면적의 유전체윈도우(130)가 필요하게 된다. 그러나 플라즈마 처리공정이 진공 하에서 진행됨을 고려할 때, 유전체윈도우(130)의 면적이 넓어지면 유전체윈도우(130)의 하중 및 유전체윈도우(130) 상하의 압력차에 의해 쉽게 파괴된다.
따라서 대면적 기판을 처리하기 위한 플라즈마 처리장치에는 도 2에 도시된 바와 같은 복수 개의 유전체윈도우(130)가 설치되는 구역을 구비한 윈도우프레임(120)이 사용될 수 있다.
윈도우프레임(120)에는 각 구역 내측으로 돌출된 지지턱(123)들이 형성될 수 있다. 유전체윈도우(130)는 각 구역(124)에 밀착되도록 설치되며 지지턱(123)에 안착되어 지지턱(123)에 의해 지지될 수 있다. 지지턱(123) 및/또는 각 구역(124)의 내측면과 유전체윈도우(130)가 접하는 부분은 실링부재(미도시)가 더 구비될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 윈도우프레임(120) 상부에는 윈도우프레임(120) 및 유전체윈도우(130)를 지지하는 지지프레임(150)이 구비된다. 지지프레임(150)은 윈도우프레임(120)의 외곽프레임(121)과 결합되는 다수 개의 지지 바(152)와 윈도우프레임(120)의 내부프레임(122)과 결합되는 다수 개의 지지플레이트(151), 그리고 지지플레이트(151)와 지지 바(152)의 상단에 설치되는 상부플레이트(154)를 구비할 수 있다. 상부플레이트(154)는 도 3에 도시된 바와 같이, 편평한 형태일 수도 있고, 또는 아치형상으로 형성될 수도 있다.
지지플레이트(151)는 지지프레임(150)의 상부플레이트(154)와 윈도우프레임(120)의 내부프레임(122) 사이에서 장력을 견디도록 설치된다. 따라서 윈도우프레임(120) 및 유전체윈도우(130)가 견뎌야하는 하방으로 작용하는 힘이 지지플레이트(151)에 의해 감소될 수 있다.
지지플레이트(151)에는 안테나 코일(141)이 지날 수 있는 관통홀(153)이 형성될 수 있다. 안테나 코일(141)이 윈도우프레임(120)과 유전체윈도우(130)의 상면에 걸쳐 설치되는 경우 안테나 코일(141)은 관통홀(153)을 통해 지지플레이트(151)에 방해되지 않고 설치될 수 있다. 관통홀(153)의 크기 및 개수는 안테나 코일(141)의 형상 및 지지플레이트(151)의 제작 용이성 등을 고려하여 결정될 수 있다. 지지플레이트(151)에는 주로 장력이 작용하므로 지지플레이트(151)를 형성하는 재질은 장력에 대한 저항력이 좋은 것으로 선택되는 것이 바람직하다.
지지 바(152)는 지지프레임(150)의 상부플레이트(154)와 윈도우프레임(120)의 외곽프레임(121) 사이에서 압축력을 견디도록 설치된다. 윈도우프레임(120)이 챔버(110)의 내측면에 설치되는 경우, 지지 바(152)는 외곽프레임(121)의 외측으로 돌출되도록 설치되어 하단면의 일부가 챔버(110) 상단에 결합될 수 있다. 이는 지지플레이트(151)에 작용하는 장력을 상부플레이트(154) 및 지지 바(152)를 통해 챔버(110) 측벽으로 전달하기 위함이다. 지지 바(152)는 지지플레이트(151)로 대체될 수 있으며, 이 경우 윈도우프레임(120)의 외곽을 구성하는 변 중 일부 또는 전부에 설치될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 윈도우프레임(220) 및 지지프레임(250)에 대해 설명한다. 설명의 편의를 위하여 제1실시예와 유사한 부분은 동일한 도면번호를 사용하고, 제1실시예와 공통되는 부분은 설명을 생략한다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 윈도우프레임을 도시한 사시도이고, 도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 윈도우프레임과 지지프레임을 도시한 사시도이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 윈도우프레임(120)은 외곽프레임(121)에 의해 구분된 공간을 격자형 구역(124)으로 나눈 반면에 본 발명의 제2실시예에 따른 윈도우프레임(220)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 외곽프레임(221)에 의해 구분된 공간은 중앙부에 형성되는 정사각형 형상의 중앙구역(225)과 중앙구역(225) 주변을 둘러싸는 4개의 직사각형 형상의 주변구역(224)으로 형성된다. 주변구역(224)은 동일한 크기로 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 윈도우프레임(220)은 외곽부를 형성하는 사각형 형상의 외곽프레임(221)과 중앙구역(225)과 주변구역(224)을 구분하는 내부프레임(222)으로 구성될 수 있다. 중앙구역(225)과 각 주변구역(224) 모두에는 유전체윈도우(130)가 설치되며, 각 구역(224, 225)에는 구역(224, 225) 내부로 돌출 형성되는 지지턱(223)이 구비될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 윈도우프레임(220) 상부에는 윈도우프레임(220) 및 유전체윈도우(130)를 지지하는 지지프레임(250)이 구비된다. 도 5에는 지지플레이트(251)가 내부프레임(222) 중 평행한 2개의 내부프레임(222)과 연결되도록 도시되었으나, 윈도우프레임(220)의 크기 및 형상에 따라 지지플레이트(251)의 설치 위치는 다양하게 변경될 수 있다.
본 발명에 따른 유도결합형 플라즈마 처리장치(100)는 유전체윈도우(130)를 지지하기 위해 유전체윈도우(130)가 직접 설치되는 윈도우프레임(120, 220)과 윈도우프레임(120, 220)의 상부에서 윈도우프레임(120, 220)을 지지하는 지지프레임(150, 250)을 포함하는 다중 프레임 구조를 구비한다. 이러한 프레임 구조에 의해 윈도우프레임(120, 220) 및 유전체윈도우(130)의 하중 및 플라즈마 처리공간(111)이 진공 상태가 되는 경우 압력차에 의해 하방으로 작용하는 힘 등으로 윈도우프레임(120, 220) 및 유전체윈도우(130)가 쳐지는 것을 방지할 수 있다. 또한 윈도우프레임(120, 220) 및 유전체윈도우(130)의 두께를 증가시키지 않고 대면적 기판을 처리할 수 있는 유도결합형 플라즈마 처리장치(100)를 구성할 수 있어 유전체윈도우(130) 두께 증가로 인한 플라즈마 밀도가 감소되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과 대형 디스플레이 기판(S)의 생산 품질을 향상할 수 있고, 동시에 다수 개의 기판을 처리할 수 있는 대형 플라즈마 처리장치를 제공할 수 있어 기판 생산효율을 증가시킬 수 있다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
100: 플라즈마 처리장치 110: 챔버
111: 플라즈마 처리공간 120, 220: 윈도우프레임
130: 유전체윈도우 141: 안테나 코일
142: RF 전원 143: 매칭 박스
150, 250: 지지프레임

Claims (8)

  1. 플라즈마 처리공간을 구비하는 챔버;
    상기 챔버의 개구된 상면을 덮는 유전체윈도우;
    상기 유전체윈도우의 가장자리를 지지하는 윈도우프레임;
    상기 유전체윈도우 상면에 구비되어 상기 플라즈마 처리공간에 상기 플라즈마의 생성을 유도하는 안테나 코일; 및
    상기 윈도우프레임의 상부에 결합되어, 상기 윈도우프레임 및 상기 유전체윈도우의 하중 그리고 상기 윈도우프레임 및 상기 유전체윈도우와 상기 플라즈마 처리공간과의 압력 차이에 따른 상기 윈도우프레임 및 상기 유전체윈도우의 처짐을 저지하는 지지프레임을 포함하고,
    상기 유전체윈도우는 복수개로 구성되며 상기 윈도우프레임은 상기 윈도우프레임의 외곽을 형성하는 외곽프레임 및 상기 외곽프레임에 의해 형성된 공간을 상기 유전체윈도우의 개수와 동일한 수로 구획하는 내부프레임을 구비하며,
    상기 지지프레임은 상기 내부프레임과 상호 결합되어, 상기 윈도우프레임 및 상기 유전체윈도우의 하중과 상기 플라즈마 처리공간이 진공 상태일 때의 압력차에 따른 상기 윈도우프레임 및 상기 유전체윈도우의 처짐을 저지하는 지지플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 내부프레임은 상기 외곽프레임에 의해 형성된 공간을 격자형으로 구획하는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 내부프레임은 상기 외곽프레임에 의해 형성된 공간을, 상기 공간의 중앙부에 위치하는 정방형의 중앙구역과, 상기 중앙구역의 둘레를 형성하는 각 변에 인접하여 형성되는 동일한 크기를 갖는 장방형의 주변구역으로 구획하는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 지지플레이트에는 상기 안테나 코일이 지날 수 있는 관통홀이 형성된 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 지지프레임은 상기 외곽프레임과 연결되는 지지 바를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 지지 바의 일단은 상기 외곽프레임의 외측으로 일부 돌출되도록 형성되어 상기 챔버의 개구된 상기 상면의 단부에 결합되는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리장치.
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