KR101254264B1 - 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 사각틀 형태가 일체로 형성되는 격자형의 리드 프레임; 상기 리드 프레임에서 에디 커런트가 발생하는 것을 차단하기 위하여 형성된 적어도 하나 이상의 커팅부; 상기 리드 프레임의 상부에 설치되는 복수개의 지지 플레이트와 상기 지지 플레이트의 상부에 설치되는 복수개의 윈도우를 구비하고, 하나의 상기 지지 플레이트의 상부에 복수개의 상기 윈도우가 안착되고, 상기 윈도우 상부에 설치되는 안테나를 포함하는 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 사각틀 형태가 일체로 형성되는 격자형의 리드 프레임, 상기 리드 프레임에서 에디 커런트가 발생하는 것을 차단하기 위하여 형성된 적어도 하나 이상의 커팅부, 상기 리드 프레임의 상부에 설치되는 복수개의 지지 플레이트와 상기 지지 플레이트의 상부에 설치되는 복수개의 윈도우를 구비하고, 하나의 상기 지지 플레이트의 상부에 복수개의 상기 윈도우가 안착되고, 상기 윈도우 상부에 설치되는 안테나를 포함한다.
상기 리드 프레임과 상기 지지 플레이트 사이에는 제 1오링이 설치되고, 상기 지지 플레이트와 각각의 상기 윈도우 사이에는 제 2오링이 설치될 수 있다.
상기 리드 프레임은 외곽틀을 형성하는 외곽 프레임과, 상기 지지 플레이트의 테두리 부분이 안착되는 단차부가 형성된 걸림 프레임과 상기 걸림 프레임 사이에 연장 형성된 받침 프레임을 포함할 수 있다.
상기 제 1오링은 상기 걸림 프레임의 단차부에 안착될 수 있다.
상기 안테나는 상기 리드 프레임의 상부에 위치하며 나선형으로 절곡되어 있는 제 1안테나부와 상기 제 1안테나부의 내측에 나선형으로 절곡되어 있는 제 2안테나부를 포함할 수 있다.
상기 지지 플레이트의 하부에는 차폐판이 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리장치의 리드는 복수개의 사각틀 형태가 일체로 형성되며, 격자형의 리드 프레임;외곽틀을 형성하는 외곽 프레임과, 상기 외곽 프레임의 내측에 일체로 연결되며 단차부가 형성된 걸림 프레임과 상기 걸림 프레임 사이에 연장 형성된 받침 프레임을 포함하는 리드 프레임; 상기 리드 프레임에서 에디 커런트가 발생하는 것을 차단하기 위하여 형성된 적어도 하나 이상의 커팅부; 상기 리드 프레임의 상부에 설치되는 복수개의 지지 플레이트와 상기 지지 플레이트 상부에 설치되는 복수개의 윈도우를 구비하고, 하나의 상기 지지 플레이트의 상부에 복수개의 상기 윈도우가 안착되고, 상기 윈도우 상부에 설치되는 안테나를 구비한다.
상기 리드 프레임과 상기 지지 플레이트 사이에는 제 1오링이 설치되고, 상기 지지 플레이트와 각각의 상기 윈도우 사이에는 제 2오링이 설치될 수 있다.
상기 제 1오링은 상기 걸림 프레임의 단차부에 안착될 수 있다.
상기 안테나는 상기 리드 프레임의 상부에 위치하며 나선형으로 절곡되어 있는 제 1안테나부와 상기 제 1안테나부의 내측에 나선형으로 절곡되어 있는 제 2안테나부를 포함할 수 있다.
상기 지지 플레이트의 하부에는 차폐판이 구비될 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 리드 프레임을 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리장치의 리드 프레임 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리장치 리드 프레임의 일부를 절개 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리장치의 리드의 일부를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리장치의 지지 플레이트가 배치된 형태를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리장치의 윈도우가 배치된 형태를 도시한 도면이다.
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 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리장치의 리드 프레임을 도시한 평면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리장치의 리드 프레임 사시도이다.
도 1, 2, 3에 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.
그리고 리드(200)는 격자 형태로 형성된 리드 프레임(210)과 리드 프레임(210) 상부에 설치되는 세라믹 재질로 된 윈도우(220)와 윈도우(220) 상부에 설치되는 안테나(231)(232)를 구비한다. 안테나(231)(232)에는 13.56Mhz의 고주파를 안테나(231)(232)로 제공하는 RF 전원공급부(120)가 연결된다.
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.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리장치 리드 프레임의 일부를 절개 도시한 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리장치의 리드의 일부를 도시한 단면도이다.
도 4와 도 5에 도시된 바와 같이 리드 프레임(210)은 외곽 프레임(211)과 이 외곽 프레임(211)들 사이에 연장 형성되며 외곽 프레임(211)과 일체로 형성된 걸림 프레임(212)을 구비한다.
걸림 프레임(212)은 양측면에 단차부(212a)가 형성된다. 따라서 걸림 프레임(212)에 의한 사각틀의 형태는 직사각 형상으로 8개가 형성된다. 그리고 걸림 프레임(212)의 중간 부분에는 양측으로 연장된 받침 프레임(213)이 형성된다. 따라서 리드 프레임(210)은 외관상 전체적으로 16개의 사각틀 형태로 형성된다.
그리고 리드 프레임(210)의 16개의 사각틀 중에서 모서리 부분에 위치하는 받침 프레임(213)에는 걸림 프레임(212)을 사이에 두고 서로 마주하는 위치에 제 1커팅부(214)와 제 2커팅부(215)가 형성된다. 이 각각의 제 1커팅부(214)와 제 2커팅부(215)에는 절연체가 매립될 수 있다.
이 제 1커팅부(214)와 제 2커팅부(215)는 리드 프레임(210)을 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.
한편, 리드 프레임(210)의 각각의 걸림 프레임(212)에 의하여 헝성되는 8개의 사각틀에는 걸림 프레임(212)의 단차부(212a)에 안착되어 걸림 프레임(212)에 의하여 형성되는 사각틀에서의 밀폐를 위한 제 1오링(216)이 설치된다. 그리고 제 1오링(216)의 상부에는 지지 플레이트(217)가 설치된다.
이 지지 플레이트(217)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 지지 플레이트(217)의 상부에는 받침 프레임(213)의 위치를 따라 설치되는 제 2오링(218)이 설치된다. 즉 외곽 프레임(211)에 의하여 형성되는 하나의 사각틀에는 2개의 제 2오링(218)이 각각 위치한다.
그리고 제 2오링(218)의 상부 각각에는 세라믹 재질의 윈도우(220)가 안착된다. 이 윈도우(220)의 보다 효과적인 안착을 위하여 지지 플레이트(217)에는 안착홈부(217a)가 형성되고, 윈도우(220)의 바닥면에는 이 안착홈부(217a)에 삽입되는 돌출부(220a)가 형성된다. 또한 지지 플레이트(217)의 바닥면은 걸림 프레임(212)과 받침 프레임(213)의 바닥면과 수평이 맞도록 하부로 돌출 형성될 수 있다.
한편, 지지 플레이트(217)의 하부에는 차폐판(240)이 설치된다. 이 차폐판(240)은 지지 플레이트(217)가 챔버(100)의 공정 공간 내부로 노출되지 않도록 하기 위한 것으로, 다수개의 차폐판(240)이 리드 프레임(210)의 하부에 받침 구조물(250)에 의하여 고정 지지되도록 설치될 수 있다.
이상과 같은 구성으로 외곽 프레임(211)에 의하여 형성되는 하나의 사각틀에는 2개의 윈도우(220)가 안착된다. 따라서 챔버(100) 내부와 윈도우(220) 사이의 진공 밀폐가 제 1오링(216)과 제 2오링(218)에 의하여 효과적으로 유지되고, 차폐판(240)에 의하여 지지 플레이트(217)가 챔버(100) 내부로 노출되는 것이 차단된다. 그리고 이 차폐판(240)은 공정 진행 중에 플라즈마에 의하여 상당량이 식각될 경우 유지 보수 공정을 통하여 교체될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리장치의 지지 플레이트가 배치된 형태를 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리장치의 윈도우가 배치된 형태를 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이 8개의 지지 플레이트(217)와 동일한 크기로 배치된 8개의 차폐판(240)이 식별되고, 리드(200)의 상부측에서 보았을 때 도 7에 도시된 바와 같이 16개의 윈도우(220)가 식별된다.
한편, 안테나(231)(232)는 리드 프레임(210)의 상부에 위치하며 나선형으로 절곡되어 있는 제 1안테나부(231)와 제 1안테나부(231)의 내측에 나선형으로 절곡되어 있는 제 2안테나부(232)를 포함한다. 그리고 전술한 바와 같이 안테나(231)(232)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(231)(232)에 RF를 인가하면 챔버(100) 내부에 전기장과 자기장이 유도된다. 그리고 이때 챔버(100) 내부로 공정가스를 공급하면 이 전기장과 자기장에 의하여 공정가스가 여기되어 플라즈마가 발생한다.
전기장은 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 리드 프레임(210)이 위치하는 부분에서의 플라즈마 밀도는 현저히 떨어져 균일한 플라즈마 발생에 장애를 일으킨다.
그러나 본 발명의 실시예와 같이 리드 프레임(210)의 다수의 위치에 커팅부(214)(215)를 형성하는 경우 리드 프레임(210)이 위치하는 부분에서의 플라즈마 손실은 거의 발생하지 않고, 전체적으로 균일한 플라즈마 발생분포를 보이게 된다.
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, 공정 진행을 위하여 챔버(100) 내부가 진공이 되는 경우 커팅부(214)(215)에서의 실링에 문제가 발생할 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예에서와 같이 리드(200)에는 지지 플레이트(217)의 하부에 제 1오링(216)이 설치되고, 이 제 1오링(216)의 상부에 지지 플레이트(217)가 안착되며, 지지 플레이트(217)의 상부에 제 2오링(218)이 설치되므로 제 1오링(216)과 제 2오링(218) 그리고 지지 플레이트(217)에 의하여 리드(200)에서의 실링이 완전하게 이루어지도록 한다. 그리고 지지 플레이트(217)의 하부에는 차폐판(240)이 설치됨으로써 플라즈마에 의하여 지지 플레이트(217)가 손상되지 않으며, 필요한 경우 차폐판(240)을 교체할 수 있다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리장치는 세라믹 재질로 된 유전체 윈도우(220)의 면적 크기와, 두께를 최소화할 수 있으므로 리드(200)의 전체 중량을 줄일 수 있고, 또한 대면적의 리드(200)의 제작이 가능하도록 함으로써, 대면적의 기판에 대한 플라즈마 처리가 가능하게 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 (11)

  1. 기판이 안착되는 서셉터를 구비하는 챔버;
    상기 서셉터 상부에 위치하며 복수개의 사각틀 형태가 일체로 형성되는 격자형의 리드 프레임;
    상기 리드 프레임에서 에디 커런트가 발생하는 것을 차단하기 위하여 형성된 적어도 하나 이상의 커팅부;
    상기 리드 프레임의 상부에 설치되는 복수개의 지지 플레이트와 상기 지지 플레이트의 상부에 설치되는 복수개의 윈도우를 구비하고, 하나의 상기 지지 플레이트의 상부에 복수개의 상기 윈도우가 안착되고,
    상기 윈도우 상부에 설치되는 안테나를 구비하는 유도 결합형 플라즈마 처리장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 리드 프레임과 상기 지지 플레이트 사이에는 제 1오링이 설치되고, 상기 지지 플레이트와 각각의 상기 윈도우 사이에는 제 2오링이 설치되는 유도 결합형 플라즈마 처리장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 리드 프레임은 외곽틀을 형성하는 외곽 프레임과, 상기 지지 플레이트의 테두리 부분이 안착되는 단차부가 형성된 걸림 프레임과 상기 걸림 프레임 사이에 연장 형성된 받침 프레임을 포함하는 유도 결합형 플라즈마 처리장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제 1오링은 상기 걸림 프레임의 단차부에 안착되는 유도 결합형 플라즈마 처리장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 안테나는 상기 리드 프레임의 상부에 위치하며 나선형으로 절곡되어 있는 제 1안테나부와 상기 제 1안테나부의 내측에 나선형으로 절곡되어 있는 제 2안테나부를 포함하는 유도 결합형 플라즈마 처리장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 지지 플레이트의 하부에는 차폐판이 구비되는 유도 결합형 플라즈마 처리장치.
  7. 복수개의 사각틀 형태가 일체로 형성되며, 격자형의 리드 프레임;외곽틀을 형성하는 외곽 프레임과, 상기 외곽 프레임의 내측에 일체로 연결되며 단차부가 형성된 걸림 프레임과 상기 걸림 프레임 사이에 연장 형성된 받침 프레임을 포함하는 리드 프레임;
    상기 리드 프레임에서 에디 커런트가 발생하는 것을 차단하기 위하여 형성된 적어도 하나 이상의 커팅부;
    상기 리드 프레임의 상부에 설치되는 복수개의 지지 플레이트와 상기 지지 플레이트 상부에 설치되는 복수개의 윈도우를 구비하고, 하나의 상기 지지 플레이트의 상부에 복수개의 상기 윈도우가 안착되고,
    상기 윈도우 상부에 설치되는 안테나를 구비하는 유도 결합형 플라즈마 처리장치의 리드.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 리드 프레임과 상기 지지 플레이트 사이에는 제 1오링이 설치되고, 상기 지지 플레이트와 각각의 상기 윈도우 사이에는 제 2오링이 설치되는 유도 결합형 플라즈마 처리장치의 리드.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 제 1오링은 상기 걸림 프레임의 단차부에 안착되는 유도 결합형 플라즈마 처리장치의 리드.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 안테나는 상기 리드 프레임의 상부에 위치하며 나선형으로 절곡되어 있는 제 1안테나부와 상기 제 1안테나부의 내측에 나선형으로 절곡되어 있는 제 2안테나부를 포함하는 유도 결합형 플라즈마 처리장치의 리드.
  11. 제 7항에 있어서, 상기 지지 플레이트의 하부에는 차폐판(clean kit)이 구비되는 유도 결합형 플라즈마 처리장치의 리드.
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