KR101507953B1 - 전자장 인가기를 이용한 플라즈마 발생 장치 및 그를 포함하는 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 발생 장치 및 그를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는, RF 신호를 제공하는 RF 전원; 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 플라즈마 챔버; 상기 플라즈마 챔버의 둘레를 따라 형성된 다수의 절연 루프; 및 상기 절연 루프에 결합되고, 상기 RF 신호를 수신하여 상기 플라즈마 챔버에 전자장을 인가하는 다수의 전자장 인가기를 포함하며, 상기 다수의 전자장 인가기는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 임피던스가 높아지도록 구성될 수 있다.

Description

전자장 인가기를 이용한 플라즈마 발생 장치 및 그를 포함하는 기판 처리 장치{APPARATUS FOR GENERATING PLASMA USING ELECTROMAGNETIC FIELD APPLICATOR AND APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 플라즈마 발생 장치 및 그를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체, 디스플레이, 솔라셀 등을 제조하는 공정에는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 공정이 포함되어 있다. 예를 들어, 반도체 제조 공정 중에서 건식 식각에 사용되는 식각 장치 또는 애싱(ashing)에 사용되는 애싱 장치는 플라즈마를 생성하기 위한 챔버를 포함하며, 기판은 상기 플라즈마를 이용하여 식각 또는 애싱 처리될 수 있다.
이러한 기판 처리 장치는 챔버에 설치된 코일에 시변 전류를 흘려 챔버 내에 전자기장을 유도하고, 유도된 전자기장을 이용하여 챔버에 공급된 가스로부터 플라즈마를 발생시킨다.
처리되는 기판의 면적이 커질수록 공정의 수율을 높이기 위해 챔버 내에 플라즈마가 균일하게 생성되는 것이 요구된다. 하지만, 단일 유도 코일 구조의 플라즈마 장비는 코일의 입력단 전압이 접지단 전압보다 훨씬 높기 때문에 챔버 내에 플라즈마가 불균일하게 생성되는 문제가 발생한다.
본 발명의 일 실시예는, 챔버 내에 플라즈마를 균일하게 발생시키는 플라즈마 발생 장치 및 그를 포함하는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는, 대면적의 기판을 처리하는 경우 공정의 수율을 향상시킬 수 있는 플라즈마 발생 장치 및 그를 포함하는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는, RF 신호를 제공하는 RF 전원; 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 플라즈마 챔버; 상기 플라즈마 챔버의 둘레를 따라 형성된 다수의 절연 루프; 및 상기 절연 루프에 결합되고, 상기 RF 신호를 수신하여 상기 플라즈마 챔버에 전자장을 인가하는 다수의 전자장 인가기를 포함하며, 상기 다수의 전자장 인가기는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 임피던스가 높아지도록 구성될 수 있다.
상기 전자장 인가기는: 상기 절연 루프의 제 1 부분을 감싸는 제 1 자성체; 상기 절연 루프의 제 2 부분을 감싸는 제 2 자성체; 및 상기 제 1 자성체와 상기 제 2 자성체에 감긴 코일;을 포함할 수 있다.
상기 제 1 자성체는: 상기 절연 루프의 제 1 부분 중 상반부를 감싸는 제 1 상측 자성체; 및 상기 절연 루프의 제 1 부분 중 하반부를 감싸는 제 1 하측 자성체를 포함하고, 상기 제 2 자성체는: 상기 절연 루프의 제 2 부분 중 상반부를 감싸는 제 2 상측 자성체; 및 상기 절연 루프의 제 2 부분 중 하반부를 감싸는 제 2 하측 자성체를 포함할 수 있다.
상기 다수의 전자장 인가기는 직렬로 연결될 수 있다.
상기 다수의 전자장 인가기는 서로 병렬로 연결된 제 1 인가기 그룹 및 제 2 인가기 그룹을 포함할 수 있다.
상기 다수의 전자장 인가기는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 상기 코일의 권선수가 증가하도록 구성될 수 있다.
상기 다수의 전자장 인가기는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 상기 제 1 상측 자성체와 상기 제 1 하측 자성체 간의 간격, 및 상기 제 2 상측 자성체와 상기 제 2 하측 자성체 간의 간격이 작아지도록 구성될 수 있다.
상기 제 1 상측 자성체와 상기 제 1 하측 자성체 사이, 그리고 상기 제 2 상측 자성체와 상기 제 2 하측 자성체 사이에는 절연체가 삽입될 수 있다.
상기 플라즈마 발생 장치는 8 개의 전자장 인가기를 포함하고, 상기 전자장 인가기 중 4 개는 직렬로 연결되어 제 1 인가기 그룹을 형성하고, 상기 전자장 인가기 중 나머지 4 개는 직렬로 연결되어 제 2 인가기 그룹을 형성하고, 상기 제 1 인가기 그룹과 상기 제 2 인가기 그룹은 병렬로 연결되며, 상기 제 1 인가기 그룹을 형성하는 4 개의 전자장 인가기는 임피던스 비가 1:1.5:4:8이고, 상기 제 2 인가기 그룹을 형성하는 4 개의 전자장 인가기는 임피던스 비가 1:1.5:4:8일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 내부에 기판이 배치되어 처리 공정이 수행되는 공간을 제공하는 공정 유닛; 플라즈마를 발생시켜 상기 공정 유닛으로 플라즈마를 공급하는 플라즈마 발생 유닛; 및 상기 공정 유닛 내부의 가스 및 반응 부산물을 배출하는 배기 유닛을 포함하며, 상기 플라즈마 발생 유닛은: RF 신호를 제공하는 RF 전원; 상기 RF 신호를 이용하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마 챔버; 상기 플라즈마 챔버의 둘레를 따라 형성된 다수의 절연 루프; 및 상기 절연 루프에 결합되고, 상기 RF 신호를 수신하여 상기 플라즈마 챔버에 전자장을 인가하는 다수의 전자장 인가기를 포함하며, 상기 다수의 전자장 인가기는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 임피던스가 높아지도록 구성될 수 있다.
상기 전자장 인가기는: 상기 절연 루프의 제 1 부분을 감싸는 제 1 자성체; 상기 절연 루프의 제 2 부분을 감싸는 제 2 자성체; 및 상기 제 1 자성체와 상기 제 2 자성체에 감긴 코일;을 포함할 수 있다.
상기 제 1 자성체는: 상기 절연 루프의 제 1 부분 중 상반부를 감싸는 제 1 상측 자성체; 및 상기 절연 루프의 제 1 부분 중 하반부를 감싸는 제 1 하측 자성체를 포함하고, 상기 제 2 자성체는: 상기 절연 루프의 제 2 부분 중 상반부를 감싸는 제 2 상측 자성체; 및 상기 절연 루프의 제 2 부분 중 하반부를 감싸는 제 2 하측 자성체를 포함할 수 있다.
상기 다수의 전자장 인가기는 직렬로 연결될 수 있다.
상기 다수의 전자장 인가기는 서로 병렬로 연결된 제 1 인가기 그룹 및 제 2 인가기 그룹을 포함할 수 있다.
상기 다수의 전자장 인가기는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 상기 코일의 권선수가 증가하도록 구성될 수 있다.
상기 다수의 전자장 인가기는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 상기 제 1 상측 자성체와 상기 제 1 하측 자성체 간의 간격, 및 상기 제 2 상측 자성체와 상기 제 2 하측 자성체 간의 간격이 작아지도록 구성될 수 있다.
상기 제 1 상측 자성체와 상기 제 1 하측 자성체 사이, 그리고 상기 제 2 상측 자성체와 상기 제 2 하측 자성체 사이에는 절연체가 삽입될 수 있다.
상기 플라즈마 발생 유닛은 8 개의 전자장 인가기를 포함하고, 상기 전자장 인가기 중 4 개는 직렬로 연결되어 제 1 인가기 그룹을 형성하고, 상기 전자장 인가기 중 나머지 4 개는 직렬로 연결되어 제 2 인가기 그룹을 형성하고, 상기 제 1 인가기 그룹과 상기 제 2 인가기 그룹은 병렬로 연결되며, 상기 제 1 인가기 그룹을 형성하는 4 개의 전자장 인가기는 임피던스 비가 1:1.5:4:8이고, 상기 제 2 인가기 그룹을 형성하는 4 개의 전자장 인가기는 임피던스 비가 1:1.5:4:8일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 챔버 내에 플라즈마를 균일하게 발생시킬 수 있다. 특히, 대면적의 기판을 처리하기 위한 대형 챔버에서도 플라즈마를 균일하게 발생시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 대면적의 기판을 처리하는 경우 공정의 수율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 예시적으로 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛의 평면모습을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자장 인가기의 정면모습을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛의 예시적인 회로도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛의 평면모습을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛의 예시적인 회로도이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 이 동사의 다양한 활용형들 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 본 명세서에서 '및/또는' 이라는 용어는 나열된 구성들 각각 또는 이들의 다양한 조합을 가리킨다.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 예시적으로 나타내는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 상기 기판 처리 장치(10)는 플라즈마를 이용하여 기판(W) 상의 박막을 처리, 예컨대 식각 또는 애싱(ashing)할 수 있다. 식각 또는 애싱하고자 하는 박막은 질화막일 수 있다. 일 예에 따르면, 질화막은 실리콘 질화막(Silicon nitride)일 수 있다.
상기 기판 처리 장치(10)는 공정 유닛(100), 배기 유닛(200) 및 플라즈마 발생 유닛(300)을 가질 수 있다. 공정 유닛(100)은 기판이 놓이고 식각 또는 애싱 공정이 수행되는 공간을 제공할 수 있다. 배기 유닛(200)은 공정 유닛(100) 내부에 머무르는 공정 가스 및 기판 처리 과정에서 발생한 반응 부산물 등을 외부로 배출하고, 공정 유닛(100) 내의 압력을 설정 압력으로 유지할 수 있다. 플라즈마 발생 유닛(300)은 외부에서 공급되는 공정 가스로부터 플라즈마(plasma)를 생성시키고, 이를 공정 유닛(100)으로 공급할 수 있다.
공정 유닛(100)은 공정 챔버(110), 기판 지지부(120), 그리고 배플(130)을 가질 수 있다. 공정 챔버(110)의 내부에는 기판 처리 공정을 수행하는 처리 공간(111)이 형성될 수 있다. 공정 챔버(110)는 상부벽이 개방되고, 측벽에는 개구(미도시)가 형성될 수 있다. 기판은 개구를 통하여 공정 챔버(110)에 출입할 수 있다. 개구는 도어(미도시)와 같은 개폐 부재에 의해 개폐될 수 있다. 공정 챔버(110)의 바닥면에는 배기홀(112)이 형성될 수 있다. 배기홀(112)은 배기유닛(200)과 연결되며, 공정 챔버(110) 내부에 머무르는 가스와 반응 부산물이 외부로 배출되는 통로를 제공할 수 있다.
기판 지지부(120)는 기판(W)을 지지할 수 있다. 기판 지지부(120)는 서셉터(121)와 지지축(122)을 포함할 수 있다. 서셉터(121)는 처리 공간(111) 내에 위치되며 원판 형상으로 제공될 수 있다. 서셉터(121)는 지지축(122)에 의해 지지될 수 있다. 기판(W)은 서셉터(121)의 상면에 놓일 수 있다. 서셉터(121)의 내부에는 전극(미도시)이 제공될 수 있다. 전극은 외부 전원과 연결되며, 인가된 전력에 의해 정전기를 발생시킬 수 있다. 발생된 정전기는 기판(W)을 서셉터(121)에 고정시킬 수 있다. 서셉터(121)의 내부에는 가열부재(125)가 제공될 수 있다. 일 예에 의하면, 가열부재(125)는 히팅 코일일 수 있다. 또한, 서셉터(121)의 내부에는 냉각부재(126)가 제공될 수 있다. 냉각부재는 냉각수가 흐르는 냉각라인으로 제공될 수 있다. 가열부재(125)는 기판(W)을 기 설정된 온도로 가열할 수 있다. 냉각부재(126)는 기판(W)을 강제 냉각시킬 수 있다. 공정 처리가 완료된 기판(W)은 상온 상태 또는 다음 공정 진행에 요구되는 온도로 냉각될 수 있다.
배플(130)은 서셉터(121)의 상부에 위치할 수 있다. 배플(130)에는 홀(131)들이 형성될 수 있다. 홀(131)들은 배플(130)의 상면에서 하면까지 제공되는 관통홀로 제공되며, 배플(130)의 각 영역에 균일하게 형성될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 플라즈마 발생 유닛(300)은 공정 챔버(110)의 상부에 위치할 수 있다. 플라즈마 발생 유닛(300)은 소스가스를 방전시켜 플라즈마를 생성하고, 생성된 플라즈마를 처리 공간(111)으로 공급할 수 있다. 플라즈마 발생 유닛(300)은 RF 전원(310), 플라즈마 챔버(320), 절연 루프(330) 및 전자장 인가기(340)를 포함할 수 있다. 나아가, 상기 플라즈마 발생 유닛(300)은 소스 가스 공급부(360)를 더 포함할 수 있다.
플라즈마 챔버(320)는 공정 챔버(110)의 상부에 위치되어 공정 챔버(110)에 결합될 수 있다. 플라즈마 챔버(320)의 상단은 소스 가스 공급부(360)와 연결될 수 있다. 소스 가스는 플라즈마 챔버(320) 내 방전 공간으로 공급될 수 있다. 소스 가스는 이불화메탄(CH2F2, Difluoromethane), 질소(N2), 그리고 산소(O2)를 포함할 수 있다. 선택적으로 소스 가스는 사불화탄소(CF4, Tetrafluoromethane) 등 다른 종류의 가스를 더 포함할 수도 있다.
전자장 인가기(340)는 절연 루프(330)를 통해 챔버(320)의 측벽에 설치될 수 있다. RF 전원(310)은 전자장 인가기(340)에 고주파 전류를 공급할 수 있다. 전자장 인가기(340)에 공급된 고주파 전력은 방전 공간에 인가될 수 있다. 고주파 전류에 의해 방전 공간에는 유도 전기장이 형성되고, 방전 공간 내 소스 가스는 유도 전기장으로부터 이온화에 필요한 에너지를 얻어 플라즈마 상태로 변환될 수 있다. 전자장 인가기(340)의 접지단에는 커패시터(350)가 연결될 수 있으나, 실시예에 따라 커패시터가 연결되지 않고 곧바로 접지에 연결될 수도 있다.
플라즈마 발생 유닛(300)의 구조는 상술한 예에 한정되지 않고, 소스 가스로부터 플라즈마를 발생시키기 위한 다양한 구조가 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛(300)의 평면모습을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 플라즈마 발생 유닛(300)은 RF 전원(310), 플라즈마 챔버(320), 다수의 절연 루프(331 내지 338) 및 다수의 전자장 인가기(341 내지 348)를 포함할 수 있다.
상기 RF 전원(310)은 RF 신호를 제공할 수 있다. 상기 플라즈마 챔버(320)는 플라즈마가 생성되는 공간을 제공할 수 있다. 상기 다수의 절연 루프(331 내지 338)는 상기 플라즈마 챔버(320)의 둘레를 따라 형성될 수 있다. 상기 다수의 전자장 인가기(341 내지 348)는 상기 절연 루프(331 내지 338)에 결합되고, 상기 RF 신호를 수신하여 상기 플라즈마 챔버(320)에 전자장을 인가할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 RF 전원(310)은 RF 신호를 생성하여 전자장 인가기(341 내지 348)로 출력할 수 있다. 상기 RF 전원(310)은 RF 신호를 통해 플라즈마 챔버(320)에 고주파 전력을 전달할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 RF 전원(310)은 정현파 형태의 RF 신호를 생성하여 출력할 수 있으나, 상기 RF 신호는 이에 제한되지 않고 구형파, 삼각파, 톱니파, 펄스파 등 다양한 파형을 가질 수 있다.
상기 플라즈마 챔버(320)는 가스를 주입받고, 주입된 가스로부터 플라즈마를 생성하는 공간을 제공할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 챔버(320)는 RF 신호를 통해 전달되는 고주파 전력을 이용하여 챔버에 주입되는 가스를 플라즈마 상태로 변화시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 챔버(320)는 외벽이 다각형인 단면을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 플라즈마 챔버(320)는 단면이 팔각형인 외벽을 가질 수 있으나, 단면의 형상은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 챔버(320)의 외벽 단면 형상은 챔버에 장착되는 절연 루프 또는 전자장 인가기의 개수에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 챔버(320)의 외벽 단면이 다각형인 경우, 상기 다각형의 변의 개수는 상기 절연 루프 또는 상기 전자장 인가기의 개수와 일치할 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 플라즈마 챔버(320)의 내벽은 단면이 원형일 수 있으나, 내벽 단면의 형상은 이에 제한되지 않는다.
상기 다수의 절연 루프(331 내지 338)는 플라즈마 챔버(320)의 둘레를 따라 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 다수의 절연 루프(331 내지 338)는 플라즈마 챔버(320)의 외벽에 일정 간격마다 설치될 수 있다. 도 2에 도시된 플라즈마 발생 유닛(300)은 8 개의 절연 루프(331 내지 338)를 포함하나, 실시예에 따라 절연 루프의 개수는 변경될 수 있다.
상기 절연 루프(331 내지 338)는 절연체로 만들어질 수 있다. 일 예로, 상기 절연 루프(331 내지 338)는 쿼츠 또는 세라믹으로 만들어질 수 있으나, 절연 루프의 재질은 이에 제한되지 않는다.
상기 절연 루프(331 내지 338)는 플라즈마 챔버(320)의 외벽과 함께 폐루프를 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 절연 루프(331 내지 338)는 'ㄷ' 또는 'Ｕ'자 모양으로 형성될 수 있으며, 플라즈마 챔버(320)의 외벽에 설치되는 경우 폐루프를 형성할 수 있다.
상기 전자장 인가기(341 내지 348)는 상기 절연 루프(331 내지 338)에 설치될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자장 인가기의 정면모습을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전자장 인가기(341)는 제 1 자성체(3411), 제 2 자성체(3412) 및 코일(3413)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 자성체(3411)는 절연 루프(331)의 제 1 부분을 감쌀 수 있다. 상기 제 2 자성체(3412)는 절연 루프(331)의 제 2 부분을 감쌀 수 있다. 상기 코일(3413)은 제 1 자성체(3411)와 제 2 자성체(3412)에 감길 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 자성체(3411)와 상기 제 2 자성체(3412)는 인접하도록 설치될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 자성체(3411)와 상기 제 2 자성체(3412)는 서로 접하도록 설치될 수 있으나, 실시예에 따라 제 1 및 제 2 자성체(3411, 3412)는 기 결정된 간격만큼 이격되어 설치될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 자성체(3411) 및 상기 제 2 자성체(3412) 중 적어도 하나는 둘 이상의 부품이 조립되어 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 자성체(3411)는 절연 루프(331)의 제 1 부분 중 상반부를 감싸는 제 1 상측 자성체(3411a), 및 절연 루프(331)의 제 1 부분 중 하반부를 감싸는 제 1 하측 자성체(3411b)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 2 자성체(3412)는 절연 루프(331)의 제 2 부분 중 상반부를 감싸는 제 2 상측 자성체(3412a), 및 절연 루프(331)의 제 2 부분 중 하반부를 감싸는 제 2 하측 자성체(3412b)를 포함할 수 있다.
이와 같이, 상기 제 1 자성체(3411)와 상기 제 2 자성체(3412)는 둘 또는 그 이상의 부품으로 구성될 수 있으나, 실시예에 따라 일체로 구성될 수도 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 전자장 인가기(341 내지 348)는 RF 신호를 수신하여 플라즈마 챔버(320)에 전자장을 인가할 수 있다. RF 전원(310)으로부터 출력된 RF 신호는 상기 전자장 인가기의 코일(3413)로 인가되고, 상기 전자장 인가기는 코일(3413)을 따라 흐르는 시변 전류를 이용하여 전자장을 유도하고 이를 플라즈마 챔버(320)로 인가할 수 있다.
상기 다수의 전자장 인가기는 제 1 인가기 그룹 및 제 2 인가기 그룹을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 인가기 그룹은 서로 병렬로 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 다수의 전자장 인가기 중 일부는 직렬로 연결되어 제 1 인가기 그룹을 형성하고, 상기 다수의 전자장 인가기 중 나머지는 직렬로 연결되어 제 2 인가기 그룹을 형성할 수 있으며, 상기 제 1 인가기 그룹과 상기 제 2 인가기 그룹은 병렬로 연결될 수 있다.
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 플라즈마 발생 유닛(300)은 8 개의 전자장 인가기(341 내지 348)를 포함할 수 있으며, 이 중 4 개의 전자장 인가기(341 내지 344)는 직렬로 연결되어 제 1 인가기 그룹을 형성하고, 나머지 4 개의 전자장 인가기(345 내지 348)는 직렬로 연결되어 제 2 인가기 그룹을 형성할 수 있다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 인가기 그룹과 상기 제 2 인가기 그룹은 병렬로 연결될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛(300)의 예시적인 회로도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 전자장 인가기(341 내지 348)는 저항, 인덕터 및 커패시터로 나타낼 수 있으며, 제 1 인가기 그룹을 구성하는 4 개의 전자장 인가기(341 내지 344)는 서로 직렬로 연결되고, 제 2 인가기 그룹을 구성하는 4 개의 전자장 인가기(345 내지 348)는 서로 직렬로 연결될 수 있다. 또한, 제 1 인가기 그룹과 제 2 인가기 그룹은 서로 병렬로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 다수의 전자장 인가기(341 내지 348)는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 임피던스가 높아지도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 4를 참조하면, 제 1 인가기 그룹에 포함된 전자장 인가기(341 내지 344) 중에서, 입력단에 가장 가까운 제 1 전자장 인가기(341)의 임피던스 Z1가 가장 낮고, 그 다음으로 입력단에 가까운 제 2 전자장 인가기(342)의 임피던스 Z2가 두 번째로 낮고, 그 다음으로 입력단에 가까운 제 3 전자장 인가기(343)의 임피던스 Z3가 세 번째로 낮고, 마지막으로 접지단에 가장 가까운 제 4 전자장 인가기(344)의 임피던스 Z4가 가장 높다(Z1 < Z2 < Z3 < Z4).
또한, 제 2 인가기 그룹에 포함된 전자장 인가기(345 내지 348) 중에서는, 입력단에 가장 가까운 제 5 전자장 인가기(345)의 임피던스 Z5가 가장 낮고, 그 다음으로 입력단에 가까운 제 6 전자장 인가기(346)의 임피던스 Z6가 두 번째로 낮고, 그 다음으로 입력단에 가까운 제 7 전자장 인가기(347)의 임피던스 Z7가 세 번째로 낮고, 마지막으로 접지단에 가장 가까운 제 8 전자장 인가기(348)의 임피던스 Z8가 가장 높다(Z5 < Z6 < Z7 < Z8).
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 병렬로 연결된 인가기 그룹들 중에서 서로 대응하는 위치에 있는 전자장 인가기는 임피던스가 동일할 수 있다.
예를 들어, 도 4를 참조하면, 병렬로 연결된 제 1 인가기 그룹과 제 2 인가기 그룹 중에서, 입력단에 가장 가까이 위치한 제 1 전자장 인가기(341)와 제 5 전자장 인가기(345)는 임피던스가 동일(Z1 = Z5)할 수 있다. 마찬가지로, 입력단에서 두 번째로 가까이 위치한 제 2 전자장 인가기(342)와 제 6 전자장 인가기(346)는 임피던스가 동일(Z2 = Z6)할 수 있다. 또한, 입력단에서 세 번째로 가까이 위치한 제 3 전자장 인가기(343)와 제 7 전자장 인가기(347)는 임피던스가 동일(Z3 = Z7)할 수 있다. 마지막으로, 접지단에 가장 가까이 위치한 제 4 전자장 인가기(344)와 제 8 전자장 인가기(348)는 임피던스가 동일(Z4 = Z8)할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 다수의 전자장 인가기는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 코일(3413)의 권선수가 증가하도록 구성될 수 있다. 코일(3413)의 권선수가 늘어남에 따라 코일의 인덕턴스가 증가하게 되며, 상기 다수의 전자장 인가기(341 내지 348)는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 임피던스가 높아지도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 2를 참조하면, 제 1 인가기 그룹을 구성하는 4 개의 전자장 인가기(341 내지 344)의 경우, 제 1 전자장 인가기(341), 제 2 전자장 인가기(342), 제 3 전자장 인가기(343) 및 제 4 전자장 인가기(344) 순으로 코일의 권선수가 증가할 수 있다.
마찬가지로, 도 2를 참조하면, 제 2 인가기 그룹을 구성하는 4 개의 전자장 인가기(345 내지 348)의 경우, 제 5 전자장 인가기(345), 제 6 전자장 인가기(346), 제 7 전자장 인가기(347) 및 제 8 전자장 인가기(348) 순으로 코일의 권선수가 증가할 수 있다.
또한, 제 1 인가기 그룹과 제 2 인가기 그룹을 비교하면, 서로 대응하는 위치에 있는 제 1 전자장 인가기(341)와 제 5 전자장 인가기(345)의 코일 권선수가 동일하고, 제 2 전자장 인가기(342)와 제 6 전자장 인가기(346)의 코일 권선수가 동일하고, 제 3 전자장 인가기(343)와 제 7 전자장 인가기(347)의 코일 권선수가 동일하고, 제 4 전자장 인가기(344)와 제 8 전자장 인가기(348)의 코일 권선수가 동일할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 다수의 전자장 인가기는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 제 1 상측 자성체(3411a)와 제 1 하측 자성체(3411b) 간의 간격(d1), 및 제 2 상측 자성체(3412a)와 제 2 하측 자성체(3412b) 간의 간격(d2)이 작아지도록 구성될 수 있다. 상측 자성체와 하측 자성체 간의 간격(d1, d2)이 커질수록 자성체와 코일 간의 결합계수가 감소하여 인덕턴스가 작아질 수 있다. 그리고, 인덕턴스가 작아질수록 전자장 인가기의 임피던스는 작아지므로, 상기 다수의 전자장 인가기(341 내지 348)는 입력단에서 접지단으로 갈수록 임피던스가 높아지도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 2를 참조하면, 제 1 인가기 그룹을 구성하는 4 개의 전자장 인가기(341 내지 344)의 경우, 제 1 전자장 인가기(341), 제 2 전자장 인가기(342), 제 3 전자장 인가기(343) 및 제 4 전자장 인가기(344) 순으로 자성체 간의 간격(d1, d2)이 작아질 수 있다.
마찬가지로, 도 2를 참조하면, 제 2 인가기 그룹을 구성하는 4 개의 전자장 인가기(345 내지 348)의 경우, 제 5 전자장 인가기(345), 제 6 전자장 인가기(346), 제 7 전자장 인가기(347) 및 제 8 전자장 인가기(348) 순으로 자성체 간의 간격(d1, d2)이 작아질 수 있다.
또한, 제 1 인가기 그룹과 제 2 인가기 그룹을 비교하면, 서로 대응하는 위치에 있는 제 1 전자장 인가기(341)와 제 5 전자장 인가기(345)의 자성체 간 간격이 동일하고, 제 2 전자장 인가기(342)와 제 6 전자장 인가기(346)의 자성체 간 간격이 동일하고, 제 3 전자장 인가기(343)와 제 7 전자장 인가기(347)의 자성체 간 간격이 동일하고, 제 4 전자장 인가기(344)와 제 8 전자장 인가기(348)의 자성체 간 간격이 동일할 수 있다.
이와 같이, 다수의 전자장 인가기(341 내지 348)는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 코일의 권선수가 증가하거나 자성체 간의 간격이 작아져 임피던스가 증가할 수 있으나, 실시예에 따라 상기 다수의 전자장 인가기(341 내지 348)는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 코일의 권선수 증가와 자성체 간의 간격 감소가 함께 이루어질 수도 있다. 이 경우, 전자장 인가기의 임피던스는 코일의 권선수에 의해 대략적으로 조절되고, 자성체 간의 간격에 의해 미세하게 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전자장 인가기는 자성체 사이에 절연체가 삽입될 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 전자장 인가기는 제 1 상측 자성체(3411a)와 제 1 하측 자성체(3411b) 사이, 그리고 제 2 상측 자성체(3412a)와 제 2 하측 자성체(3412b) 사이에 절연체(3414)가 삽입될 수 있다. 상기 절연체는 절연 물질로 만들어진 테잎일 수 있으며, 이 경우 자성체 간의 간격(d1, d2)을 조절하기 위해 한 장 또는 그 이상의 절연테잎이 자성체 사이에 부착될 수 있다.
다시 도 2 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛(300)은 8 개의 전자장 인가기(341 내지 348)를 포함할 수 있다. 이 중 4 개(341 내지 344)는 직렬로 연결되어 제 1 인가기 그룹을 형성하고, 나머지 4 개(345 내지 348)는 직렬로 연결되어 제 2 인가기 그룹을 형성할 수 있다. 상기 제 1 인가기 그룹과 상기 제 2 인가기 그룹은 병렬로 연결될 수 있다. 그리고, 상기 제 1 인가기 그룹을 구성하는 4 개의 전자장 인가기(341 내지 344)는 임피던스 비가 1:1.5:4:8이고, 제 2 인가기 그룹을 구성하는 4 개의 전자장 인가기(345 내지 348) 역시 임피던스 비가 1:1.5:4:8일 수 있다(Z1:Z2:Z3:Z4 = Z5:Z6:Z7:Z8 = 1:1.5:4:8).
도 2 및 도 4에 도시된 플라즈마 발생 유닛(300)은 총 8 개의 전자장 인가기를 포함하지만, 상기 전자장 인가기의 개수는 이에 제한되지 않고 그보다 적을수도 많을수도 있다.
또한, 도 2 및 도 4에 도시된 플라즈마 발생 유닛(300)은 총 2 개의 인가기 그룹이 병렬로 연결되도록 구성되지만, 병렬로 연결되는 인가기 그룹의 개수는 그보다 많을 수도 있다. 예를 들어, 플라즈마 발생 유닛은 총 9 개의 전자장 인가기를 포함할 수 있으며, 이 중 3 개의 전자장 인가기가 하나의 인가기 그룹을 구성하여 총 3 개의 인가기 그룹이 구성될 수 있다. 그리고 상기 3 개의 인가기 그룹은 서로 병렬로 연결될 수 있다.
또한, 도 2 및 도 4에 도시된 실시예와 달리, 상기 다수의 전자장 인가기는 직렬로 연결될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛(300)의 평면모습을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 플라즈마 발생 유닛(300)은 다수의 전자장 인가기(341 내지 348)를 포함할 수 있으나, 도 2에 도시된 실시예와 달리 상기 다수의 전자장 인가기(341 내지 348)는 모두 직렬로 연결될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛(300)의 예시적인 회로도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 다수의 전자장 인가기(341 내지 348)는 직렬로 연결될 수 있다. 그리고, 상기 다수의 전자장 인가기(341 내지 348)는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 임피던스가 높아지도록 구성될 수 있다. 다시 말해, 입력단에 가까운 순서대로 제 1 전자장 인가기(341), 제 2 전자장 인가기(342), 제 3 전자장 인가기(343), 제 4 전자장 인가기(344), 제 5 전자장 인가기(345), 제 6 전자장 인가기(346), 제 7 전자장 인가기(347) 및 제 8 전자장 인가기(348) 순으로 임피던스가 높아지도록 구성될 수 있다(Z1 < Z2 < Z3 < Z4 < Z5 < Z6 < Z7 < Z8).
이상, 플라즈마 챔버의 둘레를 따라 다수의 전자장 인가기가 설치되고, 상기 다수의 전자장 인가기의 임피던스가 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 높아지는 플라즈마 발생 장치 및 이를 포함하는 기판 처리 장치가 설명되었다.
상기 플라즈마 발생 장치 및 기판 처리 장치에 따르면, 전압 불균형으로 인해 챔버 내에 플라즈마가 불균일하게 발생하는 현상을 방지할 수 있다. 특히, 대면적의 기판을 처리하기 위한 대형 챔버에서도 플라즈마를 균일하게 발생시킬 수 있어, 기판 처리 공정의 수율을 향상시킬 수 있다.
100: 공정 유닛
200: 배기 유닛
300: 플라즈마 발생 유닛
310: RF 전원
320: 플라즈마 챔버
330: 절연 루프
340: 전자장 인가기

Claims (18)

  1. RF 신호를 제공하는 RF 전원;
    플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 플라즈마 챔버;
    상기 플라즈마 챔버의 둘레를 따라 형성된 다수의 절연 루프; 및
    상기 절연 루프에 결합되고, 상기 RF 신호를 수신하여 전자장을 생성하는 다수의 전자장 인가기를 포함하며,
    상기 다수의 전자장 인가기는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 임피던스가 높아지도록 구성되는 플라즈마 발생 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자장 인가기는:
    상기 절연 루프의 제 1 부분을 감싸는 제 1 자성체;
    상기 절연 루프의 제 2 부분을 감싸는 제 2 자성체; 및
    상기 제 1 자성체와 상기 제 2 자성체에 감긴 코일;
    을 포함하는 플라즈마 발생 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 자성체는:
    상기 절연 루프의 제 1 부분 중 상반부를 감싸는 제 1 상측 자성체; 및
    상기 절연 루프의 제 1 부분 중 하반부를 감싸는 제 1 하측 자성체를 포함하고,
    상기 제 2 자성체는:
    상기 절연 루프의 제 2 부분 중 상반부를 감싸는 제 2 상측 자성체; 및
    상기 절연 루프의 제 2 부분 중 하반부를 감싸는 제 2 하측 자성체를 포함하는 플라즈마 발생 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 전자장 인가기는 서로 직렬로 연결되는 플라즈마 발생 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 전자장 인가기는 서로 병렬로 연결된 제 1 인가기 그룹 및 제 2 인가기 그룹을 포함하는 플라즈마 발생 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 전자장 인가기는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 상기 코일의 권선수가 증가하도록 구성되는 플라즈마 발생 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 다수의 전자장 인가기는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 상기 제 1 상측 자성체와 상기 제 1 하측 자성체 간의 간격, 및 상기 제 2 상측 자성체와 상기 제 2 하측 자성체 간의 간격이 작아지도록 구성되는 플라즈마 발생 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 상측 자성체와 상기 제 1 하측 자성체 사이, 그리고 상기 제 2 상측 자성체와 상기 제 2 하측 자성체 사이에는 절연체가 삽입되는 플라즈마 발생 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생 장치는 8 개의 전자장 인가기를 포함하고,
    상기 전자장 인가기 중 4 개는 서로 직렬로 연결되어 제 1 인가기 그룹을 형성하고,
    상기 전자장 인가기 중 나머지 4 개는 서로 직렬로 연결되어 제 2 인가기 그룹을 형성하고,
    상기 제 1 인가기 그룹과 상기 제 2 인가기 그룹은 서로 병렬로 연결되며,
    상기 제 1 인가기 그룹을 형성하는 4 개의 전자장 인가기는 임피던스 비가 1:1.5:4:8이고,
    상기 제 2 인가기 그룹을 형성하는 4 개의 전자장 인가기는 임피던스 비가 1:1.5:4:8인 플라즈마 발생 장치.
  10. 내부에 기판이 배치되어 처리 공정이 수행되는 공간을 제공하는 공정 유닛;
    플라즈마를 발생시켜 상기 공정 유닛으로 플라즈마를 공급하는 플라즈마 발생 유닛; 및
    상기 공정 유닛 내부의 가스 및 반응 부산물을 배출하는 배기 유닛을 포함하며,
    상기 플라즈마 발생 유닛은:
    RF 신호를 제공하는 RF 전원;
    플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 플라즈마 챔버;
    상기 플라즈마 챔버의 둘레를 따라 형성된 다수의 절연 루프; 및
    상기 절연 루프에 결합되고, 상기 RF 신호를 수신하여 전자장을 생성하는 다수의 전자장 인가기를 포함하며,
    상기 다수의 전자장 인가기는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 임피던스가 높아지도록 구성되는 기판 처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전자장 인가기는:
    상기 절연 루프의 제 1 부분을 감싸는 제 1 자성체;
    상기 절연 루프의 제 2 부분을 감싸는 제 2 자성체; 및
    상기 제 1 자성체와 상기 제 2 자성체에 감긴 코일;
    을 포함하는 기판 처리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 자성체는:
    상기 절연 루프의 제 1 부분 중 상반부를 감싸는 제 1 상측 자성체; 및
    상기 절연 루프의 제 1 부분 중 하반부를 감싸는 제 1 하측 자성체를 포함하고,
    상기 제 2 자성체는:
    상기 절연 루프의 제 2 부분 중 상반부를 감싸는 제 2 상측 자성체; 및
    상기 절연 루프의 제 2 부분 중 하반부를 감싸는 제 2 하측 자성체를 포함하는 기판 처리 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 다수의 전자장 인가기는 서로 직렬로 연결되는 기판 처리 장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 다수의 전자장 인가기는 서로 병렬로 연결된 제 1 인가기 그룹 및 제 2 인가기 그룹을 포함하는 기판 처리 장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 다수의 전자장 인가기는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 상기 코일의 권선수가 증가하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 다수의 전자장 인가기는 입력단으로부터 접지단으로 갈수록 상기 제 1 상측 자성체와 상기 제 1 하측 자성체 간의 간격, 및 상기 제 2 상측 자성체와 상기 제 2 하측 자성체 간의 간격이 작아지도록 구성되는 기판 처리 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 상측 자성체와 상기 제 1 하측 자성체 사이, 그리고 상기 제 2 상측 자성체와 상기 제 2 하측 자성체 사이에는 절연체가 삽입되는 기판 처리 장치.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생 유닛은 8 개의 전자장 인가기를 포함하고,
    상기 전자장 인가기 중 4 개는 서로 직렬로 연결되어 제 1 인가기 그룹을 형성하고,
    상기 전자장 인가기 중 나머지 4 개는 서로 직렬로 연결되어 제 2 인가기 그룹을 형성하고,
    상기 제 1 인가기 그룹과 상기 제 2 인가기 그룹은 서로 병렬로 연결되며,
    상기 제 1 인가기 그룹을 형성하는 4 개의 전자장 인가기는 임피던스 비가 1:1.5:4:8이고,
    상기 제 2 인가기 그룹을 형성하는 4 개의 전자장 인가기는 임피던스 비가 1:1.5:4:8인 기판 처리 장치.
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KR20080051669A (ko) * 2006-12-06 2008-06-11 주식회사 뉴파워 프라즈마 다중 루프 코어 플라즈마 발생기를 구비한 플라즈마 반응기
KR20100061126A (ko) * 2008-11-28 2010-06-07 위순임 혼합 플라즈마 반응기

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