KR102309660B1 - 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR102309660B1
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판 처리 장치는, 지지플레이트; 상기 지지플레이트의 일면과 나란하게 배치되며, 내측단으로부터 일방향을 따라 감긴 제1 내지 제 n턴(n=3보다 큰 정수)을 가진 안테나; 그리고 상기 제1 내지 제 n턴의 이격거리를 조절가능한 거리조절유닛을 포함한다.

Description

기판 처리 장치{APPARATUS FOR PROCESSING SUBSTRATE}
본 발명은 기판 처리 처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 안테나의 턴 사이에 형성된 이격거리를 조절가능한 기판 처리 처리 장치에 관한 것이다.
플라즈마 발생장치로는 크게 용량 결합형 플라즈마 발생원(Capacitively coupled plasma source, CCP)과 유도결합형 플라즈마 발생원 (Inductively coupled plasma source, ICP) 및 플라즈마 웨이브(Plasma wave)를 이용한 헬리콘(Helicon)과 마이크로웨이브 플라즈마 발생원(Microwave plasma source) 등이 제안되어 있다. 그 중에서, 고밀도의 플라즈마를 쉽게 형성할 수 있는 유도결합형 플라즈마 발생원이 널리 사용되고 있다.
ICP 방식의 플라즈마 발생장치는 챔버의 상부에 설치된 안테나를 구비한다. 안테나는 외부로부터 인가된 RF 파워를 통해 챔버의 내부공간에 자기장을 만들고 이 자기장에 의해서 유도 전기장이 형성된다. 이때, 챔버 내부에 공급된 반응 가스는 유도 생성된 전기장으로부터 이온화에 필요한 충분한 에너지를 얻고 플라즈마를 형성하며, 형성된 플라즈마는 기판으로 이동하여 기판을 처리한다.
한국공개특허공보 2002-0013842호(2002.02.21.)
본 발명의 목적은 챔버의 내부에 형성되는 플라즈마의 밀도 분포를 조절할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 기판에 대한 공정 균일도를 개선할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판 처리 장치는, 지지플레이트; 상기 지지플레이트의 일면과 나란하게 배치되며, 내측단으로부터 일방향을 따라 감긴 제1 내지 제 n턴(n=3보다 큰 정수)을 가진 안테나; 그리고 상기 제1 내지 제 n턴의 이격거리를 조절가능한 거리조절유닛을 포함한다.
상기 안테나의 외측단은 고정되며, 상기 거리조절유닛은, 상기 안테나의 내측단에 연결되는 홀더; 그리고 상기 홀더에 연결되어 상기 안테나를 상기 일방향 또는 상기 일방향과 반대방향으로 회전가능한 구동모터를 구비할 수 있다.
상기 거리조절유닛은 상기 m-1턴과 상기 m턴 사이에 고정되어 상기 m턴의 이동을 제한하는 복수의 서포터들을 더 구비할 수 있다.
상기 지지플레이트는 중심으로부터 이격되어 배치된 복수의 고정홈들을 가지며, 상기 서포터들은 상기 고정홈들에 각각 삽입고정될 수 있다.
상기 거리조절유닛은 상기 m-1턴과 상기 m턴 사이에 고정되어 상기 m턴의 이동을 제한하는 복수의 서포터들을 더 구비할 수 있다.
상기 지지플레이트는 중심으로부터 이격되어 배치된 복수의 고정홈들을 가지며, 상기 서포터들은 상기 고정홈들에 각각 삽입고정될 수 있다.
상기 기판 처리 장치는, 기판에 대한 공정이 이루어지는 내부공간을 가지며, 상부가 개방된 챔버; 그리고 상기 챔버 내에 설치되어 상기 기판이 놓여지는 서셉터를 더 포함하며, 상기 지지플레이트는 상기 챔버의 상부에 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 안테나의 위치를 조정하여 챔버 내부에 형성되는 플라즈마의 밀도 분포를 조절할 수 있다. 또한, 안테나의 위치를 조정하여 전기장의 형태를 조절할 수 있으며, 이를 통해 기판에 대한 공정 균일도를 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 지지플레이트에 고정된 안테나 및 거리조절유닛을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시한 거리조절유닛을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2에 도시한 안테나의 조정상태를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 내지 도 4를 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 챔버(12)는 내부공간(11)을 가지며, 챔버(12)의 상부는 개방된 상태다. 지지플레이트(14)는 챔버(12)의 개방된 상부에 설치되며, 내부공간(11)을 외부로부터 차단한다.
챔버(12)는 측면에 형성된 통로(12a)를 가지며, 기판(S)은 통로(12a)를 통해 내부공간(11)으로 로딩되거나 내부공간(11)으로부터 언로딩될 수 있다. 서셉터(20)는 하부에 설치되어 수직배치된 지지축(22)을 통해 지지되며, 내부공간(11)에 설치된다. 기판(S)은 통로(12a)를 통해 로딩된 후 서셉터(20)의 상부면에 대체로 수평한 상태로 놓여진다.
안테나(16)는 지지플레이트(14)의 상부면과 대체로 나란하게 배치된 코일형 안테나이며, 후술하는 바와 같이, 내측단(16a)으로부터 반시계방향을 따라 감긴 제1 내지 제n 턴(n=3보다 큰 정수)을 가진다. 안테나(16)는 RF 전원(19)에 접속되며, RF 전원은 안테나에 전력을 인가한다. 매처(matcher)(18)는 안테나(16)와 RF 전원(19) 사이에 설치되며, 매처(18)를 통해 안테나(16)와 RF 전원(19) 사이의 임피던스 정합이 가능하다
반응가스는 내부공간(11)에 설치된 샤워헤드(도시안함) 또는 분사노즐(도시안함)을 통해 내부공간(11)에 공급되며, 후술하는 전기장을 통해 플라즈마를 생성한다.
안테나(16)는 RF 전원(19)으로부터 공급받은 전력을 통해 내부공간(11)에 자기장을 만들고, 이 자기장에 의해서 유도 전기장이 형성된다. 이를 위해, 지지플레이트(14)는 유전창(dielectric window)일 수 있다. 이때, 반응 가스는 유도 생성된 전기장으로부터 이온화에 필요한 충분한 에너지를 얻고 플라즈마를 생성하며, 형성된 플라즈마는 기판으로 이동하여 기판을 처리한다.
도 2는 도 1에 도시한 지지플레이트에 고정된 안테나 및 거리조절유닛을 나타내는 도면이며, 도 3은 도 2에 도시한 거리조절유닛을 나타내는 도면이다. 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 안테나(16)는 지지플레이트(14) 상에 배치되며, 지지플레이트(14)의 상부면과 대체로 나란하게 배치된 코일형 안테나이다. 안테나(16)는 내측단(16a)으로부터 반시계방향을 따라 감긴 상태로 서로 이격된 제1 내지 제n 턴(n=3보다 큰 정수)을 가진다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 안테나(16)는 내부공간(11)에 전기장을 형성하여, 내부공간(11)에 공급된 반응가스로부터 플라즈마를 생성하며, 이를 통해 기판을 처리한다. 이때, 생성된 플라즈마의 밀도 분포는 안테나(16)에 의해 유도 생성된 전기장의 형태에 좌우되며, 유도 생성된 전기장의 형태는 안테나(16)의 형태에 따라 좌우된다. 따라서, 플라즈마를 통한 기판 처리 공정 결과에 따라, 공정균일도가 불량한 경우, 안테나(16)의 형태를 조정하여 공정균일도를 개선할 수 있다.
예를 들어, 증착 공정 결과, 기판의 전면에 증착된 박막의 두께가 현저히 불균일한 경우, 즉 기판의 중심영역에서 박막의 두께가 크고 가장자리영역에서 박막의 두께가 작을 수 있다. 이와 같은 공정불균일은 다양한 원인이 있을 수 있으나, 플라즈마의 불균일성, 즉 기판의 중심영역에서 플라즈마의 밀도가 높고 기판의 가장자리영역에서 플라즈마의 밀도가 낮은 것이 하나의 원인일 수 있으며, 안테나(16)의 형태를 조정하여 플라즈마의 불균일성을 개선할 수 있다. 또한, 공정에 따라 적절한 플라즈마의 밀도 분포는 다를 수 있으며, 이하에서 설명하는 방법은 플라즈마의 불균일성을 개선하기 위한 필요 이외에도 다양하게 응용될 수 있다.
내부공간(11) 내에서 플라즈마의 밀도 분포는 안테나(16)에 의해 유도 생성된 전기장의 분포 또는 자기장의 분포에 의해 좌우되며, 전기장/자기장의 분포는 안테나(16)의 형태에 의해 좌우된다. 즉, 앞서 설명한 바와 같이, 안테나(16)의 턴 사이에 형성된 이격거리가 작을수록 전기장/자기장은 강해지고 플라즈마의 밀도는 증가하며, 반대로, 안테나(16)의 턴 사이에 형성된 이격거리가 클수록 전기장/자기장은 약해지고 플라즈마의 밀도는 감소한다.
구체적으로, 안테나(16)의 중심영역에서 턴 사이의 이격거리가 작을 경우 내부공간(11)의 중심영역에서 전기장/자기장은 강해지고 플라즈마의 밀도는 증가하여 공정율(또는 박막의 두께)은 증가하며, 반대로, 안테나(16)의 중심영역에서 턴 사이의 이격거리가 클 경우 내부공간(11)의 중심영역에서 전기장/자기장은 약해지고 플라즈마의 밀도는 감소하여 공정율은 감소한다. 안테나(16)의 가장자리영역의 경우에도 마찬가지다.
턴 사이의 이격거리는 안테나(16)의 내측단(16a)을 감거나 푸는 방법을 통해 조절될 수 있으며, 홀더(42)를 통해 안테나(16)의 내측단(16a)을 회전하는 방법으로 안테나(16)의 내측단(16a)을 감거나 풀 수 있다.
구체적으로, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 안테나(16)가 지지플레이트(14)의 상부에 놓인 상태에서, 안테나(16)의 외측단(16b)은 지지플레이트(14)의 상부면에 고정된다. 안테나(16)의 내측단(16a)은 지지플레이트(14)의 중심영역에 배치된 상태에서 홀더(42)의 삽입홈 내에 삽입된다.
홀더(42)는 하부로부터 함몰된 삽입홈을 가지며, 회전축(46)을 통해 구동모터(44)에 연결된다. 홀더(42)는 구동모터(44)를 통해 정방향 또는 역방향으로 회전가능하며, 내측단(16a)과 함께 회전할 수 있다.
도 4는 도 2에 도시한 안테나의 조정상태를 나타내는 도면이다. 도 4의 좌측 도면에 도시한 바와 같이, 홀더(42)가 시계방향으로 회전할 경우, 내측단(16a)이 안테나(16)의 턴이 감긴 방향과 반대방향으로 회전하므로, 안테나(16)가 감겨져 중심영역에 배치된 턴 사이의 이격거리는 감소한다. 따라서, 내부공간(11)의 중심영역에서 전기장/자기장은 강해지고 플라즈마의 밀도는 증가하여 공정율(또는 박막의 두께)은 증가한다.
반대로, 도 4의 우측 도면에 도시한 바와 같이, 홀더(42)가 반계방향으로 회전할 경우, 내측단(16a)이 안테나(16)의 턴이 감긴 방향으로 회전하므로, 안테나(16)가 풀려 중심영역에 배치된 턴 사이의 이격거리는 증가한다. 따라서, 내부공간(11)의 중심영역에서 전기장/자기장은 약해지고 플라즈마의 밀도는 감소하여 공정율(또는 박막의 두께)은 감소한다.
이와 같은 방법으로 안테나(16)를 변형할 수 있으며, 내부공간(11)의 중심영역과 가장자리영역에 대한 전기장/자기장의 분포 및 플라즈마의 밀도 분포를 조정할 수 있다.
한편, 서포터(32)는 지지플레이트(14)에 고정되어 안테나(16)의 턴과 턴 사이에 배치되며, 내측단(16a)의 회전시 안테나(16)의 턴을 지지하고 이동을 제한할 수 있다. 지지플레이트(14)는 상부면에 형성된 복수의 고정홈들(15)을 가지며, 고정홈들(15)은 지지플레이트(14)의 중심으로부터 이격되어 배치된다. 서포터들(32)의 하단은 고정홈들(15)에 각각 삽입되어 외력을 통한 이동이 제한된 상태로 안테나(16)의 턴을 지지할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 내측단(16a)을 회전하여 턴 사이의 이격거리를 조정할 경우, 서포터들(32)은 이격거리가 조정되는 조정영역과 조정되지 않는 비조정역을 구분하는 하나의 경계 역할을 한다. 즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 서포터들(32)의 내측에 위치한 안테나(16)의 턴들의 이격거리가 감소할 경우, 서포터들(32)의 외측에 위치한 안테나(16)의 턴들은 서포터들(32)에 의해 이동이 제한되어 이격거리가 거의 동일하게 유지된다. 반대로, 서포터들(32)의 내측에 위치한 안테나(16)의 턴들의 이격거리가 증가할 경우, 서포터들(32)에 바로 인접한 안테나(16)의 턴과 서포터들(32)의 외측에 위치한 안테나(16)의 턴들은 서포터들(32)에 의해 이동이 제한되어 이격거리가 거의 동일하게 유지된다.
본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.

Claims (7)

  1. 지지플레이트;
    상기 지지플레이트의 일면과 나란하게 배치되며, 내측단으로부터 일방향을 따라 이격되도록 감긴 제1 내지 제 n턴(n=4보다 큰 정수)을 가진 안테나;
    상기 안테나의 제m-1 턴과 제m 턴(m=3보다 크고 n보다 작은 정수) 사이에 고정되어 상기 제m-1 턴 및 상기 제m 턴의 이동을 제한가능한 복수의 서포터들; 및
    상기 안테나의 내측을 상기 일방향 또는 상기 일방향과 반대방향으로 회전하여 상기 제1 내지 제m-1 턴의 이격거리를 조절가능한 거리조절유닛을 포함하되,
    상기 안테나는,
    상기 제1 내지 제m-1 턴을 구비하고 상기 서포터들의 내측에 위치하며, 상기 안테나의 내측 회전시 상기 안테나의 내측단을 향해 자유롭게 이동가능한 내측 안테나;
    상기 제m 내지 제n 턴을 구비하고 상기 서포터들의 외측에 위치하며, 상기 안테나의 내측 회전시 상기 안테나의 내측단을 향해 이동이 제한되는 외측 안테나; 및
    상기 내측 안테나와 상기 외측 안테나 사이에 배치되어 상기 내측 안테나와 상기 외측 안테나를 연결하는 직선 형상이며, 상기 안테나의 내측 회전에 의해 상기 내측 안테나 및 상기 외측 안테나와 이루는 각도가 변화하는 연결 안테나를 구비하는, 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안테나의 외측단은 고정되며,
    상기 거리조절유닛은,
    상기 안테나의 내측단에 연결되는 홀더; 및
    상기 홀더에 연결되어 상기 안테나를 회전가능한 구동모터를 구비하는, 기판 처리 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 지지플레이트는 중심으로부터 이격되어 배치된 복수의 고정홈들을 가지며,
    상기 서포터들은 상기 고정홈들에 각각 삽입고정되는, 기판 처리 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 서포터는,
    상기 제m-1 턴의 외측 이동을 제한하며,
    상기 제m 턴의 내측에 밀착되어 내측 이동을 제한하는, 기판 처리 장치.
  7. 제1항, 제2항, 제4항, 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 처리 장치는,
    기판에 대한 공정이 이루어지는 내부공간을 가지며, 상부가 개방된 챔버; 및
    상기 챔버 내에 설치되어 상기 기판이 놓여지는 서셉터를 더 포함하며,
    상기 지지플레이트는 상기 챔버의 상부에 설치되는, 기판 처리 장치.
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