KR101254261B1 - 유도 결합형 플라즈마 처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리장치는 기판이 안착되는 서섭터를 구비하는 챔버, 상기 서셉터 상부에 위치하며 복수개의 개별 프레임이 일체로 형성되는 격자형의 리드 프레임, 상기 리드 프레임에서 에디 커런트가 발생하는 것을 차단하기 위하여 적어도 하나 이상의 상기 개별 프레임에 경사지게 커팅되어 형성된 커팅부, 상기 리드 프레임에 설치되는 복수개의 윈도우, 상기 윈도우 상부에 위치하는 안테나, 상기 커팅부에 채워진 절연체를 구비하는 것으로, 본 발명에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리장치는 리드 프레임에 복수개의 커팅부를 형성하여 에디 커런트의 폐루프를 형성함으로써 리드 프레임에 의하여 비정상적인 전기장이 유도되어 플라즈마 발생밀도를 훼손시키는 문제를 해결할 수 있으므로 챔버 내부에서의 플라즈마 발생 균일도를 향상시키고, 기판에 대한 플라즈마 공정 처리 효율 및 제품 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

유도 결합형 플라즈마 처리장치{Apparatus for inductively coupled plasma processing}
본 발명은 유도 결합형 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대면적의 기판에 대한 처리가 가능하도록 하는 유도 결합형 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
유도 결합형 플라즈마 처리장치는 극미세 패턴의 구현이 가능한 낮은 압력하에서 고밀도 플라즈마 발생이 가능하고, 대면적 기판의 처리가 용이하다.
더욱이 유도 결합형 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.
유도 결합형 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.
그런데, 전술한 바와 같이 대면적 기판의 처리를 위해서는 플라즈마 처리장치도 대면적으로 설계되어야 하고, 당연히 세라믹 윈도우도 대면적으로 제조 되어야 한다.
하지만 대면적의 세라믹을 일체형으로 만드는 것은 사실상 불가능하다. 따라서 플라즈마 처리장치의 리드를 다수의 조각으로 된 프레임 구조로 제조하고, 다수의 세라믹을 조립하는 구조로 윈도우를 제조할 수 있다.
한편, 이와 같이 일체형 구조로 프레임을 제조하는 경우 프레임 구조는 폐루프 구조로 제조될 수 밖에 없다. 그런데 프레임을 폐루프 구조로 제조하는 경우 플라즈마 발생을 위하여 안테나에 RF를 인가하면, 폐루프 구조의 프레임에 의하여 프레임의 구조를 따라 에디 커런트(eddy current)가 발생한다. 이 에디 커런트는 플라즈마 발생을 위한 전기장 손실로 작용하여 플라즈마 발생효율 및 균일도를 떨어뜨리는 원인이 된다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 본 발명의 목적은 대면적의 유도 결합형 플라즈마를 발생시키기 위하여 채용되는 프레임에서 에디 커런트에 의한 전기장 손실이 발생하는 것을 최소화한 유도 결합형 플라즈마 처리장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리장치는 기판이 안착되는 서섭터를 구비하는 챔버; 상기 서셉터 상부에 위치하며 복수개의 개별 프레임이 일체로 형성되는 격자형의 리드 프레임; 상기 리드 프레임에서 에디 커런트가 발생하는 것을 차단하기 위하여 적어도 하나 이상의 상기 개별 프레임에 경사지게 커팅되어 형성된 커팅부; 상기 리드 프레임에 설치되는 복수개의 윈도우; 상기 윈도우 상부에 위치하는 안테나; 상기 커팅부에 채워진 절연체를 구비한다.
상기 개별 프레임은 외측 개별 프레임부와 상기 외측 개별 프레임부 내측에 위치하는 내측 개별 프레임부와 상기 내측 개별 프레임부와 상기 외측 개별 프레임부를 연결하는 연결 프레임부를 포함할 수 있다.
상기 커팅부에 채워진 상기 절연체는 엔지니어링 플라스틱일 수 있다.
상기 엔지니어링 플라스틱은 PTFE(Poly-tetra fluoro ethylene), PEEK(Polyether Ether Ketone), 세라졸, 베스펠(Vespel), 아세탈 중의 어느 하나일 수 있다.
상기 안테나는 상기 외측 개별 프레임부들의 상측에 위치하며 나선형으로 절곡되어 있는 제 1안테나부와 상기 내측 개별 프레임부 상측에 위치하며 나선형으로 절곡되어 있는 제 2안테나부를 포함할 수 있다.
상기 커팅부는 상기 내측 개별 프레임부에 형성될 수 있다.
상기 내측 개별 프레임부에 복수개의 상기 커팅부가 형성될 수 있다.
상기 커팅부는 커팅면의 중간부분에서 상기 개별 프레임의 내측으로 연장된 연장 커팅부를 포함할 수 있다.
상기 연장 커팅부는 커팅면의 중간부분에서 상기 개별 프레임의 내측으로 연장된 제 1연장 커팅부와, 상기 제 1연장 커팅부의 반대측 위치에 상기 개별 프레임의 내측으로 연장된 제 2연장 커팅부를 포함할 수 있다.
상기 리드 프레임부의 외곽 테두리 부분에 설치되는 제 1오링과, 상기 리드 프레임부의 사각틀 전체에 일체로 설치되는 엔지니어링 플라스틱과 상기 엔지니어링 플라스틱 상부에 각각의 상기 사각틀에 설치되는 제 2오링을 구비하고, 상기 윈도우는 다수의 상기 윈도우가 상기 제 2오링들 마다 개별적으로 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리장치는 리드 프레임에 복수개의 커팅부를 형성하여 에디 커런트의 폐루프를 형성함으로써 리드 프레임에 의하여 비정상적인 전기장이 유도되어 플라즈마 발생밀도를 훼손시키는 문제를 해결할 수 있으므로 챔버 내부에서의 플라즈마 발생 균일도를 향상시키고, 기판에 대한 플라즈마 공정 처리 효율 및 제품 수율을 향상시킬 수 있는 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 유도 결합형 플라즈마 처리장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리장치의 프레임을 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리장치의 프레임의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 커팅부를 도 2에 표기된 I-I'선을 기준으로 절단한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 커팅부를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리장치의 프레임을 도시한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리장치의 프레임을 도시한 개략도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 이하에서 개시되는 실시예에서는 유도 결합형 플라즈마 처리장치를 실시예로 하여 설명한다. 그러나 본 발명의 유도 결합형 플라즈마 처리장치는 기판처리를 위한 식각장치, 증착장치 및 기타 이와 관련된 장치에서 플라즈마를 발생시키기 위하여 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리장치를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 유도 결합형 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 유도 결합형 플라즈마 처리장치의 프레임을 도시한 평면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리장치의 프레임의 분해 사시도이다.
도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 리드(200)는 격자 형태로 형성된 리드 프레임(210)과 리드 프레임(210) 상부에 설치되는 윈도우(220)와 윈도우(220) 상부에 설치되는 안테나(230)를 구비한다. 안테나(230)에는 13.56Mhz의 고주파를 안테나(230)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 설치될 수 있다.
리드 프레임(210)은 외측 개별 프레임부(211)와 이 외측 개별 프레임부(211) 내측에 위치하는 내측 개별 프레임부(212)를 구비한다. 그리고 리드 프레임(210)은 내측 개별 프레임부(212)와 외측 개별 프레임부(211)를 연결하는 4개의 연결 프레임부(213)를 포함한다. 이 외측 개별 프레임부(211)와 내측 개별 프레임부(212) 그리고 연결 프레임부(213)는 일체로 형성된다.
내측 개별 프레임부(212)는 4개의 직선 프레임으로 된 사각틀 형태로 형성된다. 내측 개별 프레임부(212)의 이들 직선 프레임 각각에는 경사지게 커팅된 적어도 하나 이상의 커팅부(214)가 형성된다.
한편, 리드 프레임(210)의 외곽 테두리 부분에는 리드 프레임(210) 외곽 전체를 밀폐하기 위한 제 1오링(240)이 설치된다. 그리고 제 1오링(240)의 상부에는 리드 프레임(210)의 외측 개별 프레임부(211)와 내측 개별 프레임부(212)를 형성하는 모든 사각틀 전체를 따라 리드 프레임(210)의 상부면에 서로 연결되어 일체로 형성된 엔지니어링 플라스틱(250)이 설치된다.
그리고 엔지니어링 플라스틱(250) 상부에 각각의 사각틀에 개별적으로 설치되는 제 2오링(260)이 설치된다. 윈도우(220)는 다수의 제 2오링(260)들 상부에 개별적으로 사각 판체 형태로 형성되어 설치된다. 따라서 제 1오링(240)과 제 2오링(260) 그리고 엔지니어링 플라스틱(250)에 의하여 커팅부(214)가 형성된 위치에서의 챔버(100) 내부에 대한 진공 누설이 차단되어 효과적인 기판 처리 공정이 이루어지도록 한다.
한편, 커팅부(214)는 내측 프레임을 따라 흐르는 에디 커런트(eddy current)의 폐루프(close-loop)를 개루프(open-loop)로 바꾸어 에디 커런트에 의한 비정상적인 전기장이 발생하는 것을 차단하기 위한 것이다. 그리고 커팅부(214)는 내측 개별 프레임부(212)에 등간격으로 서로 이격 형성되며, 각각의 커팅부(214)에는 절연체(215)가 매립될 수 있다.
이 커팅부(214)에 매립되는 절연체(215)는 엔지니어링 플라스틱일 수 있으며, 예를 들어 PTFE(Poly-tetra fluoro ethylene), PEEK(Polyether Ether Ketone), 세라졸, 베스펠(Vespel), 아세탈 중의 어느 하나를 채택할 수 있다.
그리고 커팅부(214)는 내측 개별 프레임부(212)에 경사지게 형성되는데, 이와 같이 커팅부(214)를 경사지게 형성하면, 이 커팅부(214)에 매립되는 절연체(215)가 경사지게 매립됨으로써 커팅된 부분에 서로 마주하는 커팅면의 단부가 경사지게 겹쳐지는 형태로 형성됨으로써 리드 프레임(210)의 형상 유지와 견고성이 수직 커팅한 경우보다 높일 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 커팅부를 도 2에 표기된 I-I'선을 기준으로 절단한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 커팅부를 도시한 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 커팅부(214)는 경사지게 형성되고, 절연체(215)가 매립된 형태로 형성될 수 있고, 도 5에 도시된 바와 같이 커팅부(214)는 경사진 커팅면(214)의 중간부분에서 내측 개별 프레임(212)의 내부로 삽입 연장된 연장 커팅부를 포함할 수 있다.
여기서 연장 커팅부는 커팅면의 중간부분에서 내측 개별 프레임(212)의 내부로 삽입 연장된 제 1연장 커팅부(214a)와, 제 1연장 커팅부(214a)의 반대측 위치에 내측 개별 프레임(212)의 내부로 삽입 연장된 제 2연장 커팅부(214b)를 포함할 수 있다.
한편, 안테나(230)는 외측 개별 프레임부(211) 상측에 위치하며 나선형으로 절곡되어 있는 제 1안테나부(231)와 내측 개별 프레임부(212) 상측에 위치하며 나선형으로 절곡되어 있는 제 2안테나부(232)를 포함한다. 그리고 전술한 바와 같이 안테나(230)의 상측에는 RF 전원공급부(120)가 구비된다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리장치의 동작에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리장치는 플라즈마의 발생을 위하여 안테나(230)에 RF를 인가하면 챔버(100) 내부에 전기장과 자기장이 유도된다. 그리고 이때 챔버(100) 내부로 공정가스를 공급하면 이 전기장과 자기장에 의하여 공정가스가 여기되어 플라즈마가 발생한다.
13.56Mhz의 RF의 인가로 원하는 방향으로 교번하는 전기장이 유도되지만, 리드 프레임(210)에 폐루프가 형성됨에 따라 리드 프레임(210)의 표면을 따라 흐르는 에디 커런트에 의하여 원하지 않은 반대 방향으로 교번하는 전기장이 유도된다. 이에 따라 정상적인 전기장을 상쇄시키는 비정상적인 전기장으로 인하여 리드 프레임(210)이 위치하는 곳에서는 플라즈마 발생 밀도가 매우 약해진다.
따라서 내측 개별 프레임부(212)가 위치하는 부분에서의 플라즈마 밀도는 현저히 떨어져 균일한 플라즈마 발생에 장애를 일으킨다.
그러나 본 발명의 실시예와 같이 내부 개별 프레임부(212)의 다수의 위치에 커팅부(214)를 형성하는 경우 내측 개별 프레임부(212)가 위치하는 부분에서의 플라즈마 손실은 거의 발생하지 않고, 전체적으로 균일한 플라즈마 발생분포를 보이게 된다.
따라서 이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리장치는 챔버(100) 내부에서의 플라즈마 발생을 전체적으로 균일하게 생성하도록 함으로써 대면적의 기판에 대한 처리를 위하여 대면적의 리드 프레임(210)을 제조하는 것이 가능하게 한다.
한편, 상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 발생장치의 리드 프레임(210)은 먼저 일체형으로 형성된 프레임을 제조한다. 리드 프레임(210)은 알루미늄 합금과 같은 금속재질로 제조될 수 있다. 이 리드 프레임(210)은 외측 개별 프레임부(211)와 외측 개별 프레임부(211) 내측에 위치하는 내측 개별 프레임부(212) 그리고 이 내측 개별 프레임부(212)와 외측 개별 프레임부(211)를 연결하는 연결 프레임부(213)를 일체로 형성하도록 제조한다.
그리고 리드 프레임(210) 상부에 나선형으로 절곡되어 있는 안테나(230)에 고주파가 인가되면 고주파에 의하여 안테나(230)에 유도되는 전기장과 반대방향으로 전기장을 유도하는 에디 커런트가 리드 프레임(210)에 흐르는 것을 차단하기 위하여 커팅부(214)를 형성한다.
커팅부(214)는 내측 개별 프레임부(212)에 등간격으로 4곳 모서리 인접부위에 형성되고, 상기 커팅부(214)에는 절연체(215)를 채워 내측 개별 프레임부(212)에 고정시킨다.
한편, 다른 실시예로 프레임의 구조는 처리하기 위한 기판의 면적에 따라 보다 많은 수의 사각틀 형태로 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리장치의 프레임을 도시한 개략도이고, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리장치의 프레임을 도시한 개략도이다.
도 6에 도시된 바와 같이 16개의 사각틀을 가지는 형태로 리드 프레임(210)을 제조할 수 있고, 이때에는 커팅부(214)를 4개의 등간격 위치에 사각틀이 교차하는 위치에 형성할수 있으며, 또는 도 7에 도시된 바와 같이 리드 프레임(210)의 2개의 상하 등간격 위치에 사각틀이 교차하는 중간 위치에 커팅부(214)를 형성할 수 있으며, 그 외에 도면에 도시되지 않은 다양한 위치 및 방법으로 커팅부를 리드 프레임에 형성할 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. 기판이 안착되는 서셉터를 구비하는 챔버;
    상기 서셉터 상부에 위치하며, 외측 개별 프레임부와 상기 외측 개별 프레임부 내측에 위치하고 서로 연결되는 복수의 내측 개별 프레임부와 상기 내측 개별 프레임부와 상기 외측 개별 프레임부를 연결하는 연결 프레임부를 포함하는 리드 프레임;
    상기 리드 프레임에서 에디 커런트가 발생하는 것을 차단하기 위하여 상기 복수의 내측 개별 프레임의 사이에 형성되는 커팅부;
    상기 리드 프레임에 설치되는 복수개의 윈도우;
    상기 윈도우 상부에 위치하는 안테나;및
    상기 커팅부에 채워진 절연체;를 포함하며,
    상기 커팅부는
    어느 하나의 상기 내측 개별 프레임부가 이웃하는 상기 내측 개별 프레임부에 지지되도록 상기 내측 개별 프레임부의 상면에 수직한 방향에 대해 경사지는 것을 특징으로 하는 유도 결합형 플라즈마 처리장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 커팅부에 채워진 상기 절연체는 엔지니어링 플라스틱인 유도 결합형 플라즈마 처리장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 엔지니어링 플라스틱은 PTFE(Poly-tetra fluoro ethylene), PEEK(Polyether Ether Ketone), 세라졸, 베스펠(Vespel), 아세탈 중의 어느 하나인 유도 결합형 플라즈마 처리장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 안테나는 상기 외측 개별 프레임부들의 상측에 위치하며 나선형으로 절곡되어 있는 제 1안테나부와 상기 내측 개별 프레임부 상측에 위치하며 나선형으로 절곡되어 있는 제 2안테나부를 포함하는 유도 결합형 플라즈마 처리장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서, 상기 커팅부는 커팅면의 중간부분에서 상기 내측 개별 프레임부의 내측으로 연장된 연장 커팅부를 포함하는 유도 결합형 플라즈마 처리장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 연장 커팅부는 커팅면의 중간부분에서 상기 내측 개별 프레임부의 내측으로 연장된 제 1연장 커팅부와, 상기 제 1연장 커팅부의 반대측에 위치하는 상기 내측 개별 프레임부의 내측으로 연장된 제 2연장 커팅부를 포함하는 유도 결합형 플라즈마 처리장치.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 리드 프레임부의 외곽 테두리 부분에 설치되는 제 1오링과, 상기 리드 프레임부의 사각틀 전체에 일체로 설치되는 엔지니어링 플라스틱과 상기 엔지니어링 플라스틱 상부에 각각의 상기 사각틀에 설치되는 제 2오링을 구비하고, 상기 윈도우는 다수의 상기 윈도우가 상기 제 2오링들 마다 개별적으로 설치되는 유도 결합형 플라즈마 처리장치.
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