KR102299194B1 - 하이브리드 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

하이브리드 플라즈마 처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원장으로 된 피처리 기판과 원장의 하프(Half) 크기를 갖는 복수의 피처리 기판을 플라즈마를 이용하여 처리할 수 있는 하이브리드 플라즈마 처리 장치가 개시된다. 이는 하나의 플라즈마 처리 장비에서 정전척 전극부와 포커스 링만 교체하면 원장의 피처리 기판 및 원장의 하프 크기에 해당하는 복수의 피처리 기판을 각각 처리할 수 있기 때문에 추가 설비에 소요되는 비용을 절감할 수 있으며, 이에 따른 설비가 차지하는 공간을 줄일 수 있다. 또한, 포커스 링을 모서리부와 변부로 구분하여 배치함으로써 모서리 영역에 집중되는 플라즈마에 의해 아킹이 발생되는 현상을 방지할 수 있다.

Description

하이브리드 플라즈마 처리 장치{Hybrid Plasma Processing Device}
본 발명은 하이브리드 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원장으로 된 피처리 기판과 원장의 하프(Half) 크기를 갖는 복수의 피처리 기판을 플라즈마를 이용하여 처리할 수 있는 하이브리드 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치의 제조 분야 등에서는 처리 가스를 플라즈마화하여, 반도체 웨이퍼나 유리 기판 등의 피처리 기판을 소정의 처리, 예를 들면 에칭 처리나 성막 처리 등을 실시하는 플라즈마 처리 장치가 알려져 있다.
일예로, 플라즈마 발생 장치는 플라즈마화 하는 방법에 따라 통상적으로 용량성 플라즈마(CCP: capacitive coupled plasma) 타입과, 유도성 플라즈마(inductive coupled plasma) 타입으로 나눌 수 있다.
용량성 플라즈마 장치는 예컨데, 챔버, 적어도 일부가 챔버 내에 배치되며 접지되는 상부 전극, 챔버 내에서 상부 전극의 하측에 배치되어 원료 가스를 분사하는 가스 분사부, 가스 분사부의 하측에 대향 배치되어 처리대상물을 지지하는 정전척, 상부 전극에 전원을 인가하는 상부 전원 공급부, 하부 전극에 전원을 인가하는 하부 전원 공급부를 포함한다. 이러한 용량성 플라즈마 장치에서 상부 전극 및 하부 전극에 전원을 인가하면, 하부 전극과 상부 전극 사이에 전기장 및 플라즈마가 형성된다. 용량성 플라즈마 장치에서 생성된 플라즈마는 전기장에 의해 이온 에너지가 높은 장점이 있으나, 상기 고 에너지의 이온에 의해 처리대상물 또는 처리대상물 상에 형성된 박막이 손상되는 문제가 발생된다. 그리고 패턴이 미세화 됨에 따라 고 에너지의 이온에 의한 손상의 정도가 크다.
유도성 플라즈마 장치는 예컨데, 챔버, 챔버 내에 배치되어 원료 가스를 분사하는 가스 분사부, 챔버 내에서 가스 분사부와 대향 배치되어 처리대상물을 지지하는 정전척, 챔버 외측에 배치되어 소스 전원이 인가되는 안테나, 안테나에 소스 전원을 인가하는 안테나 소스 전원 공급부 및 정전척에 고주파 바이어스 전원을 인가하는 바이어스전원 공급부를 포함한다. 이러한 유도성 플라즈마 장치에서 정전척에 바이어스 전원을 인가하고, 안테나에 소스 전원이 인가되면, 챔버 내에 플라즈마가 형성된다. 생성된 플라즈마 중 양이온은 처리대상물의 표면에 입사 또는 충돌함으로써, 처리대상물 상에 박막을 형성하거나, 상기 처리대상물 또는 처리대상물 상에 형성된 박막을 식각한다. 유도성 플라즈마 장치에서 형성된 플라즈마는 높은 밀도를 가지고, 낮은 이온 에너지 분포를 형성하여, 처리대상물 또는 박막에 대한 손상이 적은 장점이 있다.
이러한 플라즈마를 이용한 장치는 박막을 식각하는 식각장치, 박막을 증착하는 증착장치 등으로 구분될 수 있다.
또한, 플라즈마 처리 장치가 처리하는 기판은 TFT 백플레인 공정과 OLED 봉지 공정에서 크기가 서로 다르다. 이는, FMM(Fine metal mask)를 이용한 증착공정 장비의 대형화에 한계가 있기 때문에 원장의 기판을 TFT array 공정 완료 후 하프(Half) 크기로 커팅하게 된다.
즉, TFT 공정 전, 후의 기판 크기가 서로 다르기 때문에 다른 크기의 기판을 처리할 수 있는 플라즈마 처리 장치가 요구되고 있는 실정이다.
한국특허공개 10-2016-0078245
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 원장으로 된 피처리 기판과 원장의 하프(Half) 크기를 갖는 복수의 피처리 기판을 플라즈마를 이용하여 처리할 수 있는 하이브리드 플라즈마 처리 장치를 제공하는데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명의 하이브리드 플라즈마 처리 장치는 챔버 몸체, 상기 챔버 몸체에 의해 제공되고, 수용된 피처리 기판의 플라즈마 처리가 이루어지는 처리실, 상기 처리실 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부, 상기 처리실과 상기 플라즈마 발생부 사이에 배치된 프레임 및 상기 처리실 내에 상기 피처리 기판을 지지하고, 상부에 포커스 링(Focus ring)이 배치된 지지대부를 포함하고, 상기 포커스 링은 상기 지지대부의 모서리 영역에 배치된 모서리부와 상기 지지대부의 변 영역에 배치된 변부를 포함한다.
상기 지지대부는, 상기 피처리 기판이 안착되는 정전척 전극부, 상기 정전척 전극부 하부에 배치되고, 상기 정전척 전극부의 온도 분포를 제어하는 냉각제 패턴이 형성된 베이스 전극부 및 상기 정전척 전극부의 측면, 베이스 전극부의 하부와 측면을 절연하도록 배치된 절연부재를 포함할 수 있다.
상기 포커스 링은 상기 정전척 전극부의 둘레를 모두 감싸도록 배치되되, 상기 모서리부와 상기 변부가 서로 연결되도록 배치될 수 있다.
상기 정전척 전극부는, 상기 피처리 기판이 안착되는 전극면 및 상기 전극면이 돌출되도록 상기 정전척 전극부의 주변부에 형성된 주변 홈을 포함할 수 있다.
상기 포커스 링은 상기 주변 홈에서 상기 정전척 전극부의 측면에 배치된 상기 절연부재의 상면까지 연장되도록 배치될 수 있다.
상기 모서리부와 상기 변부는 서로 접하는 단면이 엇갈리게 접하도록 계단 형태의 계단부를 포함할 수 있다.
상기 모서리부와 상기 변부가 접하는 상기 계단부의 단면은 상기 계단부가 서로 지그재그 형태로 접하도록 상기 계단부의 단면이 지그재그 형상을 갖을 수 있다.
상기 정전척 전극부는, 제1 피처리 기판이 안착되는 제1 전극면, 제2 피처리 기판이 안착되는 제2 전극면 및 상기 제1 전극면과 상기 제2 전극면 사이에 형성된 중앙 홈을 포함할 수 있다.
상기 포커스 링은, 상기 홈 상에 배치된 공통 변부 및 상기 공통 변부의 일단과 타단에 각각 배치된 공통 모서리부를 더 포함할 수 있다.
상기 공통 모서리부와 상기 변부가 접하는 단면은 서로 계단 형태로 접하도록 계단부를 포함할 수 있다.
상기 공통 모서리부와 상기 변부가 접하는 상기 계단부의 단면은 상기 계단부가 서로 지그재그 형태로 접하도록 상기 계단부의 단면이 지그재그 형상을 갖을 수 있다.
상기 공통 모서리부는 상기 공통 변부, 상기 제1 전극면 및 상기 제2 전극면의 측면과 모두 접하도록 배치될 수 있다.
상술한 본 발명에 따르면, 하나의 플라즈마 처리 장비에서 정전척 전극부와 포커스 링만 교체하면 원장의 피처리 기판 및 원장의 하프 크기에 해당하는 복수의 피처리 기판을 각각 처리할 수 있기 때문에 추가 설비에 소요되는 비용을 절감할 수 있으며, 이에 따른 설비가 차지하는 공간을 줄일 수 있다.
또한, 정전척 전극부와 포커스 링만 교체하면 두 가지 크기의 피처리 기판을 처리 할 수 있기 때문에 장비 전환에 따른 작업이 간편하고, 작업 시간을 절감할 수 있다.
더 나아가, 포커스 링을 모서리부와 변부로 구분하여 배치함으로써 모서리 영역에 집중되는 플라즈마에 의해 아킹이 발생되는 현상을 방지할 수 있고, 포커스 링이 서로 접하는 부위를 계단 형태로 접하도록 엇갈리게 배치하고, 단면이 서로 지그재그 형태로 접하도록 형성함으로써 포커스 링 사이에 유입되는 플라즈마를 방지할 수 있다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 포커스 링을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 포커스 링을 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 제2 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치로 변경하는 과정을 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 챔버 몸체(1000)는 피처리 기판(101)에 대해 플라즈마 처리 공정을 수행하기 위한 환경을 조성하고 플라즈마가 생성 및 반응되는 공간을 제공한다. 이때, 챔버 몸체(1000)는 사각의 판면 형상을 갖는 피처리 기판(101)에 적합하도록 전체적으로 사각 형상을 가질 수 있다. 다만, 본 발명에서 챔버 몸체(1000)의 형상은 플라즈마 처리 대상이 되는 피처리 기판(101)의 종류 및 형상에 따라 변경될 수 있다.
챔버 몸체(1000)는 플라즈마 발생부(100), 프레임(200) 및 처리실(300)을 포함할 수 있다.
챔버 몸체(1000)는 프레임(200)에 의해 플라즈마 발생부(100)와 처리실(300)로 구분되며, 플라즈마 발생부(100) 내에는 고주파 안테나(110)가 배치되며, 처리실(300) 내에는 지지대부(310)가 배치된다.
플라즈마 발생부(100)의 고주파 안테나(110)는 제1 고주파전원(120)으로부터 고주파전력을 인가받아 처리실(300)에 플라즈마를 발생시키는 전기장을 유도하는 수단으로, 전체적으로 코일 형태의 구조를 갖으며, 고주파 안테나(110)의 형상, 개수 및 배치는 실시되는 공정에 따라 적절하게 선택될 수 있다.
한편, 제1 고주파전원(120)으로부터 공급되는 고주파전력은 챔버 몸체(1000)의 상부에 마련된 제1 정합기(130)를 거쳐 플라즈마 발생부(100) 내에 배치된 전력 인입선(140)을 통해 고주파 안테나(110)에 인가된다. 이때, 제1 정합기(130)는 고주파 안테나(110)에 의한 부하 임피던스와 고주파 안테나(110)에 의해 발생되는 플라즈마에 의한 플라즈마 임피던스를 제1 고주파전원(120)의 내부 임피던스와 임피던스 매칭(Impedance matching)시켜 제1 고주파전원(120)으로부터 고주파 안테나(110)로 인가되는 전력의 손실을 최소화시킨다.
제1 고주파전원(120)으로부터 고주파 안테나(110)에 고주파전력이 인가되면 고주파 안테나(110)에서 발생되는 자기장에 의해 유도되는 전기장이 처리 가스와 반응하여 플라즈마를 발생시킨다. 고주파 안테나(110)의 자기장에 의해 유도된 전기장은 자기장에 의해 챔버 몸체(1000) 벽으로 손실되는 전기장을 감소시킬 수 있기 때문에 용량성 플라즈마 처리 장치에서 발생되는 전기장에 비해 고밀도 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
이때, 축전전기장은 초기 플라즈마를 점화(Ignition) 시키기 위한 수단이지만, 스퍼티링(sputtering) 현상에 의해 플라즈마와 고주파 안테나(110) 사이에 배치된 유전체 창(210)을 손상시키고, 플라즈마의 균일도를 떨어뜨리는 등의 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
이러한 부정적인 영향을 방지하기 위해, 고주파 안테나(110)와 유전체 창(210)의 간격을 조절하거나 고주파 안테나(110) 또는 유전체 창(210)의 형상 및 구조를 변경하여 유전체 창(210)에 미치는 축전전기장의 영향을 최소화할 수 있다. 이렇듯 유전체 창(210)에 미치는 축전전기장의 영향을 최소화함으로써 고주파전력에 의한 에너지를 유도성 결합으로 플라즈마에 더 효과적으로 전달하도록 할 수 있다.
프레임(200)은 유전체 창(210)과 동일한 위치에 동일한 형상으로 유전체 창(210) 보다 작은 크기의 개구부(201)가 형성 될 수 있다. 유전체 창(210)은 프레임(200)의 개구부(201) 위치에 배치되고 프레임(200)에 의해 지지되며, 챔버 몸체(1000)의 상부에서 실질적으로 동일한 수평면 상에 구비된다.
유전체 창(210)의 형상은 원, 타원, 삼각, 사각 중 어느 하나의 형상일 수 있으며, 바람직하게는 사각 형상으로 배치될 수 있다. 또한, 유전체 창(210)은 하나 이상의 개수로 분할된 형태를 가질 수 있으며, 4분할, 5분할, 6분할, 8분할, 9분할 및 그 이상으로 분할된 것 중 어느 하나인 형태일 수 있다.
가스공급부(220)는 챔버 몸체(1000)의 상부에서 피처리 기판(101) 방향으로 향하여 가스를 분사하는 분출구(230)를 포함하며, 분출구(230)는 프레임(200)에 형성된 하나 이상의 구멍에 삽입 설치될 수 있다.
플라즈마 처리 장치가 대면적 챔버 몸체(1000)에 적용될 경우, 유전체 창(210) 및 프레임(200)은 다수개의 영역으로 구성될 수 있고, 그에 따라 분출구(230)도 하나 이상 구비될 수 있다.
처리실(300)하부에는 피처리 기판(101)을 지지하도록 배치되는 지지대부(310)가 포함되며, 지지대부(310)는 정전척 전극부(320), 베이스 전극부(330), 절연부재(340) 및 포커스 링(350)을 포함할 수 있다.
정전척 전극부(320)는 피처리 기판(101)을 지지하는 동시에 기판을 고정하며, 기판의 온도를 유지시킨다. 피처리 기판(101)은 정전척 전극부(320)의 전극면(321)에 안착되며, 피처리 기판(101)이 안착되는 전극면(321)을 제외한 주변부는 전극면(321)이 돌출되도록 주변 홈(322)이 형성된다. 여기서, 제1 실시예에 따른 정전척 전극부(320)에 안착되는 피처리 기판(101)은 피처리 기판(101)을 절단하지 않은 원장 형태의 피처리 기판(101)일 수 있다.
일반적으로 용량성 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 밀도가 상대적으로 낮기 때문에 대면적 기판의 공정 중에도 기판의 온도 유지에 큰 문제가 발생되지 않는다. 하지만 상대적으로 높은 공정 온도를 이용하는 용량성 플라즈마 처리 장치는 높은 온도에 의해 기판이 휘어지게 되며, 이를 방지하기 위해 기판의 전면적을 고정시키기 위한 정전척(Electrostatic Chuck, ESC)을 사용한다. 따라서, 정전척 전극부(320) 하부에는 정전척을 발생시키기 위한 HVDC(High Voltage DC)가 인가될 수 있다.
또한, 정전척 전극부(320)에는 헬륨가스를 이용하여 피처리 기판(101)의 열전달 효율을 높이고 온도 분포를 향상시킬 수 있는 헬륨 홀(323)이 형성될 수 있다. 헬륨 홀(323)은 피처리 기판(101)을 향하여 헬륨 가스를 분사하며, 온도 분포를 높이기 위해 피처리 기판(101)에 균일하게 분사되도록 형성될 수 있다.
베이스 전극부(330)는 정전척 전극부(320)의 하부에 배치될 수 있다.
베이스 전극부(330)에는 정전척 전극부(320)의 온도 분포를 제어하기 위한 냉각제 패턴(331)이 형성될 수 있다. 냉각제 패턴(331)은 냉각제 주입구(332) 및 냉각제 배출구(333)와 연결되어 있으며, 냉각제 주입구(332)를 통해 냉각제가 주입되면 냉각제는 베이스 전극부(330)에 형성된 냉각제 패턴(331)을 따라 이동하여 정전척 전극부(320)를 냉각시킨 후 냉각제 배출구(333)로 배출된다. 여기서, 냉각제 패턴(331)은 정전척 전극부(320)의 온도 분포도를 향상시키기 위해 다양한 패턴으로 형성될 수 있다.
또한, 베이스 전극부(330) 하부면에는 일단이 베이스 전극부(330) 하부면과 연결되고, 타단이 제2 정합기(360)에 연결되어 제2 고주파전원(370)에 의해 바이어스 고주파전력을 정전척 전극부(320)에 전달하는 연결부재(380)가 포함될 수 있다.
절연부재(340)는 정전척 전극부(320)와 베이스 전극부(330)의 하부 및 측면을 감싸도록 형성될 수 있다. 따라서, 정전척 전극부(320)와 베이스 전극부(330)는 절연부재(340)에 의해 처리실(300)에서 발생되는 플라즈마로부터 보호될 수 있다.
포커스 링(350)은 지지대부(310) 상부에 배치될 수 있다. 좀 더 상세하게는, 포커스 링(350)은 정전척 전극부(320)의 주변 홈(322)에서 정전척 전극부(320)의 측면에 배치된 절연부재(340)의 상면까지 연장되도록 배치될 수 있다. 또한, 포커스 링(350)은 정전척 전극부(320)의 주변 홈(322) 상에 배치되되, 전극면(321)의 측면을 모두 감싸도록 배치될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 포커스 링을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 포커스 링(350)은 모서리부(351) 및 변부(352)를 포함할 수 있다.
모서리부(351)는 정전척 전극부(320)의 모서리 영역을 감싸도록 배치되되, 정전척 전극부(320)의 주변 홈(322) 중에서 모서리 영역에 해당하는 주변 홈(322) 상에 배치될 수 있다. 일예로, 모서리부(351)는 피처리 기판(101)이 사각 형태를 가지고, 전극면(321)이 피처리 기판(101)에 대응되도록 사각 형태를 가질 경우 모서리부(351)는 4개의 모서리 영역에 각각 배치될 수 있다.
모서리부(351)의 형태는 사각 형태의 전극면(321)의 모서리를 감싸도록 모서리 형상과 동일한 “ㄱ" 형태를 가질 수 있다.
변부(352)는 정전척 전극부(320)의 주변 홈(322) 상에 배치되되, 모서리 영역을 제외한 변 영역에 배치될 수 있다. 일예로, 변부(352)는 피처리 기판(101)이 사각 형태를 가지고, 전극면(321)이 피처리 기판(101)에 대응되도록 사각 형태를 가질 경우 장변과 단변에 해당하는 영역에 각각 배치될 수 있다. 따라서, 전극면(321)은 4개의 모서리에 각각 배치된 모서리부(351)와 장변 및 단변에 각각 배치된 변부(352)에 의해 전극면(321)의 둘레가 모두 감싸지도록 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 포커스 링(350)은 모서리부(351)와 변부(352)로 구분하여 배치된다. 이는 일반적으로 정전척 전극부(320)의 모서리 영역에 집중되는 플라즈마에 의해 상대적으로 취약한 전극면(321)의 모서리 영역을 플라즈마로부터 보호하기 위함이다. 즉, 분할되어 배치되는 포커스 링(350)을 모서리부(351)와 변부(352)로 구분하여 구성하고, 모서리 영역을 모두 감싸도록 모서리부(351)를 일체로 형성함으로써 모서리 영역에 집중되는 플라즈마가 포커스 링(350)의 틈을 타고 전극면(321)에 유입되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 유입되는 플라즈마에 의해 전극면(321)에서 발생되는 아킹(Arcing) 현상을 방지할 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2에서와 같이, 피처리 기판(101)이 전극면(321) 상에 안착될 때, 피처리 기판(101)은 정전척 전극부(320)의 전극면(321)과 포커스 링(350)의 모서리부(351) 및 변부(352)에 중첩되도록 배치될 수 있다. 따라서, 포커스 링(350)과 전극면(321) 사이에 플라즈마가 유입되는 것을 방지할 수 있다.
계속해서 도 2를 참조하면, 모서리부(351)와 변부(352)는 서로 연결되도록 배치되되, 모서리부(351)와 변부(352)는 접촉되는 단면이 서로 엇갈리게 접촉되도록 계단 형태의 계단부(353)를 포함할 수 있다.
일예로, 모서리부(351)의 계단부(353)는 상부가 변부(352)측으로 돌출되도록 형성되고, 변부(352)의 계단부(353)는 하부가 모서리부(351)측으로 돌출되도록 형성함으로써, 모서리부(351)와 변부(352)가 서로 엇갈리게 접촉되도록 형성될 수 있다. 또한, 이와 반대로 모서리부(351)의 계단부(353) 하부가 변부(352)측으로 돌출되도록 형성되고, 변부(352)의 상부가 모서리부(351)측으로 돌출되도록 형성되어 서로 엇갈리게 접촉되도록 형성될 수도 있다.
이는, 모서리부(351)와 변부(352)가 서로 접촉되는 접촉 부위를 상부에서 바라봤을 때, 모서리부(351) 또는 변부(352)의 계단부(353)에 의해 정전척 전극부(320)가 플라즈마에 노출되지 않도록 하기 위함이다. 즉, 플라즈마가 모서리부(351)와 변부(352)의 접촉 부위를 통해 정전척 전극부(320)로 유입되어 정전척 전극부(320) 표면에 아킹이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 모서리부(351)와 변부(352)에 형성된 계단부(353)의 단면은 서로 지그재그 형태로 접하도록 형성될 수 있다. 즉, 도 2에서와 같이 모서리부(351)와 변부(352)를 상부에서 바라봤을 때 계단부(353)의 단면은 지그재그 형태를 가질 수 있다. 이는, 모서리부(351)와 변부(352)가 서로 접촉되는 접촉 부위를 정전척 전극부(320)의 측변에서 바라봤을 때, 모서리부(351)와 변부(352)가 접촉되는 계단부(353)의 단면에 의해 정전척 전극부(320)의 측면이 플라즈마에 노출되지 않도록 하기 위함이다.
따라서, 본 발명에 따른 포커스 링(350)은 모서리부(351)와 변부(352)의 접촉되는 부위가 계단 형태를 갖도록 계단부(353)를 갖고, 계단부(353)의 단면이 서로 지그재그 형태로 접하도록 형성함으로써 정전척 전극부(320)가 플라즈마에 의해 노출되어 정전척 전극부(320) 표면에 아킹이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 플라즈마 발생부(100) 및 프레임(200)의 구성은 제1 실시예에서의 플라즈마 발생부(100) 및 프레임(200)의 구성과 모두 동일하다. 다만, 처리실(300)의 지지대부(310)에 안착되는 피처리 기판의 크기는 제1 실시예에서 처리되는 피처리 기판(101)의 장변 길이를 절반으로 분할한 하프 크기를 가질 수 있다. 따라서, 제2 실시예에 따른 지지대부(310)는 이러한 하프 크기의 복수 개의 피처리 기판이 동시에 처리되도록 형성될 수 있다.
제2 실시예에 따른 지지대부(310)는 정전척 전극부(420), 베이스 전극부(330), 절연부재(340) 및 포커스 링(450)을 포함할 수 있다. 여기서, 베이스 전극부(330) 및 절연부재(340)는 제1 실시예와 동일한 구성을 가질 수 있다.
다만, 정전척 전극부(420)와 포커스 링(450)은 하프 크기로 형성된 복수 개의 피처리 기판이 안착되어 플라즈마 처리 공정이 수행되도록 형성될 수 있다.
정전척 전극부(420)는 복수개 의 피처리 기판이 안착되도록 제1 전극면(421) 및 제2 전극면(422)을 포함할 수 있다.
제1 전극면(421)과 제2 전극면(422)은 제1 실시예에서 원장 크기의 피처리 기판(101)이 안착되는 전극면(321)을 길이 방향(피처리 기판의 세로 방향)으로 분할하여 제1 피처리 기판(102) 및 제2 피처리 기판(103)이 나란히 안착되도록 정전척 전극부(420) 상에 형성될 수 있다. 즉, 하프 크기의 제1 피처리 기판(102) 및 제2 피처리 기판(103)은 제1 전극면(421)과 제2 전극면(422)에 나란히 배치되되, 길이 방향에 해당되는 면이 서로 마주하도록 나란히 배치될 수 있다.
정전척 전극부(420)는 제1 전극면(421) 및 제2 전극면(422)을 제외한 주변부에 제1 전극면(421)과 제2 전극면(422)이 돌출되도록 주변 홈(423)이 형성될 수 있다. 또한, 제1 전극면(421)과 제2 전극면(422)이 마주하는 중앙 영역은 주변 홈(423)의 높이와 같은 높이를 가지는 중앙 홈(424)이 포함될 수 있다. 즉, 중앙 홈(424)은 정전척 전극부(420)를 상부에서 바라봤을 때, 길이 방향의 중심 영역을 가로지르도록 형성되되, 주변 홈(423)과 연통되도록 형성될 수 있다.
따라서, 제1 전극면(421) 및 제2 전극면(422)은 주변 홈(423) 및 중앙 홈(424)에 의해 상부 방향으로 돌출되는 형태를 갖는다.
포커스 링(450)은 지지대부(310) 상부에 배치될 수 있다. 좀 더 상세하게는, 포커스 링(450)은 정전척 전극부(420)의 주변 홈(423)에서 정전척 전극부(420)의 측변에 배치된 절연부재(340)의 상면에 연장되도록 배치될 수 있다. 또한, 포커스 링(450)은 정전척 전극부(420)의 주변 홈(423) 및 중앙 홈(424) 상에 배치되되, 제1 전극면(421) 및 제2 전극면(422)의 측면을 모두 감싸도록 배치될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 포커스 링을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 포커스 링(450)은 모서리부(451), 변부(452), 공통 변부(453) 및 공통 모서리부(454)를 포함할 수 있다.
모서리부(451)는 정전척 전극부(420)의 모서리 영역을 감싸도록 배치되되, 정전척 전극부(420)의 주변 홈(423) 중에서 모서리 영역에 해당하는 주변 홈(423) 상에 배치될 수 있다. 일예로, 모서리부(451)는 피처리 기판이 사각 형태를 가지고, 전극면이 피처리 기판에 대응되도록 사각 형태를 가질 경우 모서리부(451)는 4개의 모서리에 각각 배치될 수 있다. 따라서, 모서리부(451)는 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 전극면(421)과 제2 전극면(422)의 모서리 영역 중 정전척 전극부(420)의 외곽에 해당하는 모서리 영역을 감싸도록 배치될 수 있다.
모서리부(451)의 형태는 사각 형태의 전극면의 모서리를 감싸도록 모서리 형상과 동일한 “ㄱ" 형태를 가질 수 있다.
변부(452)는 정전척 전극부(420)의 주변 홈(423) 상에 배치되되, 모서리 영역을 제외한 변 영역에 배치될 수 있다. 일예로, 변부(452)는 피처리 기판이 사각 형태를 가지고, 전극면이 피처리 기판에 대응되도록 사각 형태를 가질 경우 장변과 단변에 해당하는 영역에 각각 배치될 수 있다. 좀 더 상세하게는, 제1 전극면(421)과 제2 전극면(422)의 단변에 해당하는 주변 홈(423) 및 제1 전극면(421)과 제2 전극면(422)의 장변 중 정전척 전극부(420)의 주변 영역에 해당하는 장변에 각각 배치될 수 있다.
여기서, 모서리부(451)와 변부(452)는 서로 접하도록 배치되되, 제1 실시예서와 같이, 서로 계단 형태로 결합되도록 계단부(353)를 갖고, 계단부(353) 단면은 서로 지그재그 형태로 접하도록 형성될 수 있다.
공통 변부(453)는 제1 전극면(421)과 제2 전극면(422) 사이에 형성된 중앙 홈(424) 내에 삽입되도록 배치될 수 있다. 즉, 제1 전극면(421)과 제2 전극면(422)이 마주하는 장변은 공통 변부(453)에 의해 공통으로 감싸지도록 할 수 있다. 여기서, 공통 변부(453)의 일단 및 타단은 제1 전극면(421) 및 제2 전극면(422)의 단변에 해당하는 주변 홈(423)의 측면과 동일선 상에 위치하도록 형성될 수 있다.
공통 모서리부(454)는 공통 변부(453)의 일단 및 타단에 접하도록 주변 홈(423) 상에 형성될 수 있다. 또한, 공통 모서리부(454)의 측면은 제1 전극면(421)과 제2 전극면(422)의 단변에 해당하는 주변 홈(423)에 배치된 변부(452)와 접하도록 형성될 수 있다. 즉, 공통 변부(453) 및 공통 모서리부(454)는 제1 전극면(421)과 제2 전극면(422)이 마주하는 장변과 모서리 영역을 감싸도록 배치될 수 있다. 따라서, 제1 전극면(421) 및 제2 전극면(422)의 측면은 모서리부(451), 변부(452), 공통 변부(453) 및 공통 모서리부(454)에 의해 모두 감싸질 수 있다.
또한, 도 3 및 도 4에서와 같이, 제1 피처리 기판(102) 및 제2 피처리 기판(103)이 제1 전극면(421) 및 제2 전극면(422) 상에 안착될 때, 제1 피처리 기판(102) 및 제2 피처리 기판(103)은 정전척 전극부(420)의 제1 전극면(421) 및 제2 전극면(422)과 포커스 링(450)의 모서리부(451), 변부(452), 공통 변부(453) 및 공통 모서리부(454)에 중첩되도록 배치될 수 있다. 따라서, 포커스 링(450)과 제1 전극면(421) 및 제2 전극면(422) 사이에 플라즈마가 유입되는 것을 방지할 수 있다.
공통 변부(453)와 접하는 공통 모서리부(454)의 단면은 평면으로 접할 수 있고, 변부(452)와 접하는 공통 모서리부(454)의 단면은 변부(452)와 계단 형태로 접하도록 계단부(455)를 갖고, 계단부(455)의 단면은 서로 지그재그 형태로 접할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 포커스 링(450)은 제1 전극면(421)과 제2 전극면(422) 사이에 공통 변부(453) 및 공통 모서리부(454)를 포함하고, 제1 실시예에서와 같이 포커스 링(450)이 서로 접촉되는 부위가 계단 형태를 갖도록 계단부(455)를 갖고, 계단부(455)의 단면이 서로 지그재그 형태로 접촉되도록 형성함으로써 정전척 전극부(420)가 플라즈마에 의해 노출되어 정전척 전극부(420) 표면에 아킹이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 제2 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치로 변경하는 과정을 나타낸 도면이다.
우선, 도 5를 참조하면, 도 2에 도시한 지지대부(310)에서 정전척 전극부(320)에 배치된 포커스 링(350)을 제거한다. 즉, 정전척 전극부(320)의 주변 홈(322)에 배치된 4개의 모서리부(351) 및 장변과 단변의 4개의 변부(352)를 제거한다. 이때, 계단부(455)에 의해 엇갈려 배치된 모서리부(351)와 변부(352) 중 계단부(455)의 상단이 돌출된 모서리부(351) 또는 변부(352)를 먼저 제거한 후, 하부에 배치되고 하단이 돌출된 모서리부(351) 또는 변부(352)를 제거한다.
도 6을 참조하면, 포커스 링(350)을 제거한 후에 원장의 피처리 기판(101)이 안착되는 정전척 전극부(320)를 베이스 전극부(330)가 노출되도록 지지대부(310)에서 제거한다.
도 7을 참조하면, 제1 실시예에 따른 포커스 링(350)과 정전척 전극부(320)가 제거된 후에, 제2 실시예에 따른 정전척 전극부(420)를 지지대부(310)의 베이스 전극부(330) 상에 장착한다. 여기서, 제2 실시예에 따른 정전척 전극부(420)는 복수의 피처리 기판이 안착되도록 제1 전극면(421) 및 제2 전극면(422)을 가질 수 있다.
도 8을 참조하면, 제2 실시예에 따른 정전척 전극부(420) 상에 제2 실시예에 따른 포커스 링(450)을 장착한다. 즉, 모서리부(451), 변부(452), 공통 변부(453) 및 공통 모서리부(454)가 제1 전극면(421) 및 제2 전극면(422)의 측면을 모두 감싸도록 주변 홈 및 중앙 홈(424)에 각각 장착한다. 이때, 모서리부(451), 변부(452) 및 공통 모서리부(454)는 계단부(455)에 의해 엇갈려 배치되도록 하단이 돌출된 모서리부(451), 변부(452) 또는 공통 모서리부(454)를 먼저 정전척 전극부(420)의 주변 홈(423) 상에 배치하고, 상단이 돌출된 모서리부(451), 변부(452) 또는 공통 모서리부(454)를 하부에 배치된 계단부(455)와 엇갈려 접하도록 장착한다.
도 5 내지 도 8에서와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 플라즈마 처리 장치는 지지대부(310)를 제외한 플라즈마 발생부(100) 및 프레임(200)의 변경 없이, 단지 지지대부(310)의 정전척 전극부(320,420)와 포커스 링(350,450)만 교체하면 원장의 피처리 기판(101) 및 원장의 하프 크기에 해당하는 복수의 피처리 기판(102,103)을 각각 처리할 수 있기 때문에, 피처리 기판 크기에 따라 별도의 플라즈마 처리 장치를 구비할 필요가 없다. 따라서, 추가 설비에 소요되는 비용을 절감할 수 있으며, 이에 따른 설비가 차지하는 공간을 줄일 수 있다.
또한, 하나의 플라즈마 처리 장치에서 정전척 전극부(320,420)와 포커스 링(350,450)만 교체하면 두 가지 크기의 피처리 기판을 처리 할 수 있기 때문에 장비 전환에 따른 작업이 간편하고, 작업 시간을 절감할 수 있는 효과를 갖는다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 플라즈마 처리 장치는 하나의 플라즈마 처리 장비에서 정전척 전극부와 포커스 링만 교체하면 원장의 피처리 기판 및 원장의 하프 크기에 해당하는 복수의 피처리 기판을 각각 처리할 수 있기 때문에 추가 설비에 소요되는 비용을 절감할 수 있으며, 이에 따른 설비가 차지하는 공간을 줄일 수 있다.
또한, 정전척 전극부와 포커스 링만 교체하면 두 가지 크기의 피처리 기판을 처리할 수 있기 때문에 장비 전환에 따른 작업이 간편하고, 작업 시간을 절감할 수 있다.
더 나아가, 포커스 링을 모서리부와 변부로 구분하여 배치함으로써 모서리 영역에 집중되는 플라즈마에 의해 아킹이 발생되는 현상을 방지할 수 있고, 포커스 링이 서로 접하는 부위를 계단 형태로 접하도록 엇갈리게 배치하고, 단면이 서로 지그재그 형태로 접하도록 형성함으로써 포커스 링 사이에 유입되는 플라즈마를 방지할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
1000 : 챔버 몸체 100 : 플라즈마 발생부
110 : 고주파 안테나 200 : 프레임
210 : 유전체 창 220 : 가스공급부
230 : 분출구 300 : 처리실
310 : 지지대부 320,420 : 정전척 전극부
321 : 전극면 322,423 : 주변 홈
330 : 베이스 전극부 340 : 절연부재
350,450 : 포커스 링 351,451 : 모서리부
352,452 : 변부 353,455 : 계단부
421 : 제1 전극면 422 : 제2 전극면
424 : 중앙 홈 453 : 공통 변부
454 : 공통 모서리부

Claims (12)

  1. 챔버 몸체;
    상기 챔버 몸체에 의해 제공되고, 수용된 피처리 기판의 플라즈마 처리가 이루어지는 처리실;
    상기 처리실 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부;
    상기 처리실과 상기 플라즈마 발생부 사이에 배치된 프레임; 및
    상기 처리실 내에 상기 피처리 기판을 지지하고, 상부에 포커스 링(Focus ring)이 배치된 지지대부를 포함하고,
    상기 포커스 링은 상기 지지대부의 모서리 영역에 배치된 모서리부와 상기 지지대부의 변 영역에 배치된 변부를 포함하며,
    상기 지지대부는,
    상기 피처리 기판이 안착되는 정전척 전극부; 상기 정전척 전극부 하부에 배치되고, 상기 정전척 전극부의 온도 분포를 제어하는 냉각제 패턴이 형성된 베이스 전극부; 및 상기 정전척 전극부의 측면, 상기 베이스 전극부의 하부와 측면을 절연하도록 배치된 절연부재를 포함하되,
    상기 정전척 전극부는,
    제1 피처리 기판이 안착되는 제1 전극면; 제2 피처리 기판이 안착되는 제2 전극면; 및 상기 제1 전극면과 상기 제2 전극면 사이에 형성된 중앙 홈을 포함하는 하이브리드 플라즈마 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 포커스 링은 상기 정전척 전극부의 둘레를 모두 감싸도록 배치되되, 상기 모서리부와 상기 변부가 서로 연결되도록 배치되는 것인 하이브리드 플라즈마 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 정전척 전극부는,
    상기 제1 전극면 및 상기 제2 전극면이 돌출되도록 상기 정전척 전극부의 주변부에 형성된 주변 홈을 포함하는 하이브리드 플라즈마 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 포커스 링은 상기 주변 홈에서 상기 정전척 전극부의 측면에 배치된 상기 절연부재의 상면까지 연장되도록 배치되는 것인 하이브리드 플라즈마 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 모서리부와 상기 변부는 서로 접하는 단면이 엇갈리게 접하도록 계단 형태의 계단부를 포함하는 하이브리드 플라즈마 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 모서리부와 상기 변부가 접하는 상기 계단부의 단면은 상기 계단부가 서로 지그재그 형태로 접하도록 상기 계단부의 단면이 지그재그 형상을 갖는 것인 하이브리드 플라즈마 처리 장치.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 포커스 링은,
    상기 중앙 홈 상에 배치된 공통 변부; 및
    상기 공통 변부의 일단과 타단에 각각 배치된 공통 모서리부를 더 포함하는 하이브리드 플라즈마 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 공통 모서리부와 상기 변부가 접하는 단면은 서로 계단 형태로 접하도록 계단부를 포함하는 하이브리드 플라즈마 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 공통 모서리부와 상기 변부가 접하는 상기 계단부의 단면은 상기 계단부가 서로 지그재그 형태로 접하도록 상기 계단부의 단면이 지그재그 형상을 갖는 것인 하이브리드 플라즈마 처리 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 공통 모서리부는 상기 공통 변부, 상기 제1 전극면 및 상기 제2 전극면의 측면과 모두 접하도록 배치되는 것인 하이브리드 플라즈마 처리 장치.
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