KR102484268B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 발생시 하부전극을 보호하고, 하부전극의 수명을 연장시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치가 개시된다. 이는 포커스 링이 하부전극 측면을 감싸도록 분할되어 배치되되, 인접한 변부가 서로 소정의 간격으로 비접촉되도록 배치함으로써, 변부가 열에 의해 팽창하더라도 변부 간에 서로 접촉되는 것을 방지할 수 있어 마찰에 따른 파티클 발생 및 변부의 파손을 방지할 수 있다. 또한, 변부가 서로 인접한 하부전극 모서리 영역에 받침부를 갖는 모서리 절연부재를 배치함으로써, 모서리 절연부재 상승에 의한 헬륨 가스 리크 발생 및 하부전극 모서리 영역으로 플라즈마가 침투하여 아킹이 발생되는 현상을 방지할 수 있다.

Description

플라즈마 처리 장치{Plasma Processing Device}
본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마 발생시 하부전극을 보호하고, 하부전극의 수명을 연장시킬 수 있는 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, 하부전극에 전원을 인가하는 하부 전원 공급부를 포함한다. 이러한 용량성 플라즈마 장치에서 상부 전극 및 하부전극에 전원을 인가하면, 하부전극과 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 플라즈마 장치는 기판이 안착되어 하부전극으로써 기능하는 지지대부와 상기 하부전극을 플라즈마로부터 보호하기 위해 지지대부 측면에 배치되는 포커스 링(Focus Ring)을 구비한다.
포커스 링은 지지대부 측면에 배치되되, 지지대부 2개 이상의 변에 인접하도록 분할되어 볼트 등으로 지지대부에 고정되며, 분할된 포커스 링은 플라즈마가 지지대부 방향으로 침투하는 것을 방지하기 위해 서로 중첩되어 배치된다.
허나, 플라즈마 방전으로 발생하는 열에 의해 지지대부 또는 포커스 링이 열 팽창 또는 수축되어 지지대부와 포커스 링 간에 발생된 간극에 의해 이상 방전이 발생되거나, 지지대부와 포커스 링 간의 접촉에 따른 지지대부 식각에 의해 하부전극 수명이 단축되는 문제가 있다. 또한, 분할된 포커스 링 간에도 열 팽창 또는 수축에 따라 서로 접촉된 부분에 마찰에 의한 식각이 발생되어 플라즈마 장비 내부에 파티클이 유발되거나, 식각된 포커스 링이 파손되는 문제가 있다.
한국특허공개 11-2011-0077575
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 하부전극과 포커스 링 간에 간극을 유지할 수 있고, 열 팽창 또는 수축에 따른 포커스 링 간에 마찰을 방지하여 하부전극과 포커스 링의 수명을 연장시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하는데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명의 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 지지하는 하부전극과 상부에 포커스 링(Focus ring)이 배치된 지지대부를 포함하고, 상기 포커스 링은 상기 하부전극의 둘레를 감싸도록 분할된 복수의 변부를 포함하되, 상기 복수의 변부는 서로 비접촉되도록 간극을 가진다.
상기 간극은 0.03mm 내지 0.08mm 범위를 가질 수 있다.
상기 하부전극은 직사각형 형태를 가지되, 상기 포커스 링은 상기 하부전극의 한 변에 하나씩 배치되도록 분할될 수 있다.
상기 복수의 변부는 모두 동일한 형태를 가질 수 있다.
상기 복수의 변부는, 상기 변부의 길이 방향에 대한 일측 단면이, 인접한 상기 변부의 길이 방향에 대한 타측 측면과 마주하도록 상기 하부전극의 둘레를 감쌀 수 있다.
상기 일측 단면과 상기 타측의 측면은 서로 엇갈리게 배치되도록 계단 형태의 계단부를 포함할 수 있다.
상기 계단부의 단면은 상기 계단부가 서로 지그재그 형태로 마주하도록 상기 계단부의 단면이 지그재그 형상을 가질 수 있다.
상기 하부전극의 모서리에 각각 배치된 모서리 절연부재를 더 포함할 수 있다.
상기 모서리 절연부재는, 상기 하부전극 모서리에서 인접한 상기 변부와 접하도록 배치된 기둥부 및 상기 기둥부 하부에 연장되어 돌출되도록 형성되고, 상기 기둥부와 접하는 상기 변부를 받치는 받침부를 포함할 수 있다.
상기 변부는, 상기 변부가 길이 방향으로 팽창 또는 수축 되도록 상기 변부의 길이 방향으로 타원 형상을 갖는 제1 유격홈 및 상기 변부가 길이 방향에 수직한 방향으로 팽창 또는 수축 되도록 상기 변부의 길이 방향에 수직한 방향으로 타원 형상을 갖는 제2 유격홈을 포함할 수 있다.
상기 제1 유격홈 및 상기 제2 유격홈 내에는 상기 변부의 이동을 제한하는 고정핀을 더 포함할 수 있다.
상술한 본 발명에 따르면, 포커스 링이 하부전극 측면을 감싸도록 분할되어 배치되되, 인접한 변부가 서로 소정의 간격으로 비접촉되도록 배치함으로써, 변부가 열에 의해 팽창하더라도 변부 간에 서로 접촉되는 것을 방지할 수 있어 마찰에 따른 파티클 발생 및 변부의 파손을 방지할 수 있다.
또한, 비접촉되는 부위를 변부가 서로 엇갈려 배치되도록 계단 형태 또는 지그재그 형태를 갖도록 형성함으로써 플라즈마가 비접촉되는 부위를 통해 유입되는 것을 방지할 수 있다.
더 나아가, 변부가 서로 인접한 하부전극 모서리 영역에 받침부를 갖는 모서리 절연부재를 배치함으로써, 모서리 절연부재 상승에 의한 헬륨 가스 리크 발생 및 지지대부 모서리 영역으로 플라즈마가 침투하여 아킹이 발생되는 현상을 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 플라즈마 처리 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 포커스 링을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 A-A'를 따라 취해진 단면도이다.
도 4는 도 2의 B-B'를 따라 취해진 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 포커스 링을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 C-C'를 따라 취해진 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 포커스 링을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 D-D'를 따라 취해진 단면도이다.
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 플라즈마 처리 장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 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.
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 하부전극(320), 베이스 전극(330), 절연부재(340) 및 포커스 링(350)을 포함할 수 있다.
하부전극(320)은 피처리 기판(101)을 지지하는 동시에 기판을 고정하며, 기판의 온도를 유지시킨다. 피처리 기판(101)은 하부전극(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.
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, 하부전극(320) 하부에는 정전척을 발생시키기 위한 HVDC(High Voltage DC)가 인가될 수 있다.
또한, 하부전극(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 전극(330)은 하부전극(320)의 하부에 배치될 수 있다.
베이스 전극(330)에는 하부전극(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 전극(330)에 형성된 냉각제 패턴(331)을 따라 이동하여 하부전극(320)을 냉각시킨 후 냉각제 배출구(333)로 배출된다. 여기서, 냉각제 패턴(331)은 하부전극(320)의 온도 분포도를 향상시키기 위해 다양한 패턴으로 형성될 수 있다.
또한, 베이스 전극(330) 하부면에는 일단이 베이스 전극(330) 하부면과 연결되고, 타단이 제2 정합기(360)에 연결되어 제2 고주파전원(370)에 의해 바이어스 고주파전력을 하부전극(320)에 전달하는 연결부재(380)가 포함될 수 있다.
절연부재(340)는 하부전극(320)과 베이스 전극(330)의 하부 및 측면을 감싸도록 형성될 수 있다. 따라서, 하부전극(320)과 베이스 전극(330)은 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 하부전극(320)의 주변 홈(322)에서 하부전극(320)의 측면에 배치된 절연부재(340)의 상면까지 연장되도록 배치될 수 있다. 또한, 포커스 링(350)은 하부전극(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 3은 도 2의 A-A'를 따라 취해진 단면도이다.
도 4는 도 2의 B-B'를 따라 취해진 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 포커스 링(350)은 하부전극(320) 측면을 감싸도록 배치되되, 하부전극(320)의 한 변에 하나의 포커스 링(350)이 대응되어 배치되도록 분할된 형태를 가질 수 있다. 일예로, 하부전극(320)이 직사각형 형태를 가질 경우, 포커스 링(350)은 하부전극(320)의 4개의 변에 분할된 포커스 링(350)이 하나씩 배치되도록 4개의 분할된 포커스 링(350)을 가질 수 있다. 즉, 포커스 링(350)은 동일한 형태를 갖는 제1 내지 제4 변부(351,352,353,354)가 하부전극(320)의 측면을 감싸도록 서로 결합된 형태일 수 있다.
일예로, 제1 변부(351)의 길이 방향 일측 단면은 제2 변부(352)의 길이 방향의 타측 측면과 인접하도록 배치될 수 있고, 제2 변부(352)의 길이 방향 일측 단면은 제3 변부(353)의 길이 방향 타측 측면과 인접하도록 배치될 수 있다. 또한, 제3 변부(353)의 길이 방향 일측 단면은 제4 변부(354)의 길이 방향 타측 측면과 인접하도록 배치될 수 있고, 제4 변부(354)의 길이 방향 일측 단면은 제1 변부(351)의 길이 방향 타측 측면과 인접하도록 배치될 수 있다. 따라서, 포커스 링(350)은 각각의 변부(351,352,353,354)가 서로 일측 및 타측 측면에 인접하도록 배치되는 링 형태를 가질 수 있다.
이때, 서로 인접하는 변부는 서로 비접촉 되도록 간극(301)을 갖는 것이 바람직하다. 만약, 변부가 서로 접촉되어 배치되면, 플라즈마 방전시 발생되는 열에 의해 하부전극(320) 또는 변부가 열 팽창 또는 수축하게 되고, 이때 서로 접촉되어 있던 변부 간의 마찰에 의해 파티클이 발생하게 된다. 이렇게 발생된 파티클은 챔버 몸체 내부를 오염시키게 되고, 이는 피처리 기판의 불량을 발생시키게 된다.
따라서, 서로 인접하는 변부를 열에 의한 열 팽창 또는 수축을 감안하여 비접촉 되도록 배치하되, 비접촉되는 간극(301)은 0.03mm 내지 0.08mm 범위를 갖도록 배치하는 것이 바람직하다. 이는, 만약 간극(301)이 0.03mm 보다 작으면, 변부의 팽창에 의해 변부간의 접촉이 발생되어 파티클이 유발될 수 있으며, 간극(301)이 0.08mm 보다 크면 비접촉되는 간극(301)으로 플라즈마가 침투하여 하부전극(320) 표면에 이상 방전에 따른 아킹(arcing)을 발생시킬 수 있기 때문이다.
또한, 각각의 변부(351,352,353,354)에는 변부(351,352,353,354)의 팽창 또는 수축에 따른 변부(351,352,353,354)의 이동 방향을 제어하는 제1 유격홈(302) 및 제2 유격홈(303)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 유격홈(302) 및 제2 유격홈(303)은 타원 형태의 장공(slot hole)를 가지되, 변부(351,352,353,354)의 하부에서 상부 방향으로 형성된 홈일 수 있다.
제1 유격홈(302)은 변부(351,352,353,354)의 열 팽창 또는 수축시 변부(351,352,353,354)가 길이 방향으로 팽창 또는 수축되도록, 장공의 길이 방향을 변부의 길이 방향과 동일한 방향이 되도록 형성될 수 있다. 제1 유격홈(302)은 각각의 변부(351,352,353,354)의 타측에 형성되거나, 타측 및 중간 영역에 복수로 형성될 수 있다.
제2 유격홈(303)은 변부(351,352,353,354)의 열 팽창 또는 수축시 변부(351,352,353,354)가 길이 방향의 수직한 방향으로 팽창 또는 수축되도록, 장공의 길이 방향을 변부의 길이 방향의 수직한 방향이 되도록 형성될 수 있다. 제2 유격홈(303)은 각각의 변부(351,352,353,354)의 일측에 형성될 수 있다.
제1 유격홈(302) 및 제2 유격홈(303) 내에는 도 2 및 도 3에서와 같이, 하부전극(320)에 고정된 원형의 고정핀(304)이 배치될 수 있다. 따라서, 변부(351,352,353,354)는 열에 의해 팽창 또는 수축시, 유격홈(302,303) 내에 배치된 고정핀(304)에 의해 장공의 길이 방향을 따라 팽창 또는 수축될 수 있다.
이때, 변부(351,352,353,354)는 변부(351,352,353,354)의 길이 방향으로 팽창 또는 수축하되, 변부(351,352,353,354)의 수직한 방향으로 형성된 제2 유격홈(303)에 의해 대부분 일측에서 타측 방향으로 팽창 또는 수축될 수 있다. 즉, 변부(351,352,353,354)는 길이 방향의 일면이 개방된 타측 방향으로 팽창 또는 수축되기 때문에 열에 의해 변부(351,352,353,354)가 팽창되더라도 변부(351,352,353,354) 간에 서로 간섭되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제2 유격홈(303)에 의해 변부(351,352,353,354)가 변부(351,352,353,354)의 타측 방향으로 대부분 팽창 또는 수축된다 하더라도, 변부(351,352,353,354)의 일측 방향으로 일부 팽창될 수 있다. 따라서, 서로 인접한 변부가 접촉되어 배치되면, 일측 방향으로 일부 팽창된 변부에 의해 서로 마찰이 발생되어 파티클이 유발될 수 있다. 이에 상술한 바와 같이, 인접한 변부는 서로 비접촉되도록 배치하는 것이 바람직하다.
하부전극(320) 모서리에는 모서리 절연부재(390)가 배치될 수 있다. 모서리 절연부재(390)는 하부전극(320) 상부 중 플라즈마의 노출에 가장 취약한 모서리 부분을 플라즈마로부터 보호하는 역할로써 기능한다.
일예로, 피처리 기판(101)이 하부전극(320) 상부에 안착시 피처리 기판(101)의 미세 슬라이딩에 의해 피처리 기판(101)이 틀어져 하부전극(320) 상부를 모두 커버하지 못하는 현상이 발생될 수 있다. 피처리 기판(101)의 미세 틀어짐에 의해 하부전극(320) 상부가 노출될 때 플라즈마로부터 가장 취약한 부분이 하부전극(320) 상부의 모서리영역일 수 있다.
모서리 절연부재(390)는 이러한 피처리 기판(101)의 미세 틀어짐에 의해 하부전극(320) 상부의 모서리영역이 플라즈마에 노출되어 아킹에 의한 하부전극(320) 파손을 방지할 수 있다.
또한, 모서리 절연부재(390)는 기둥부(391) 및 받침부(392)를 포함할 수 있다.
기둥부(391)는 단면이 삼각 또는 사각형태를 가질 수 있다. 바람직하게는 삼각 형태를 가질 수 있다. 이때, 기둥부(391)는 하부전극(320)의 모서리에 각각 배치되되, 인접한 변부와 접하도록 배치될 수 있다. 일예로, 단면이 삼각형태를 갖는 기둥부(391)에서 삼각 기둥의 한 면은 하부전극(320)의 모서리와 접하도록 배치되되, 두 개의 면은 각각 인접한 변부와 접하도록 배치될 수 있다. 즉, 모서리 절연부재(390)가 기둥 형태를 갖도록 형성함으로써, 서로 비접촉되는 변부 조립시, 조립 오차에 따른 간극(301)으로의 플라즈마 침투를 방지할 수 있다.
받침부(392)는 기둥부(391)와 연장되도록 기둥부(391) 하부에 배치될 수 있다. 즉, 모서리 절연부재(390)는 받침부(392)에 의해 모서리 하부가 돌출된 형태를 가질 수 있다. 따라서, 기둥부(391)에 접하는 두 개의 변부는 도 4에서와 같이, 받침부(392)의 상면에 안착되도록 배치될 수 있다. 즉, 접하는 두 개의 변부가 받침부(392)에 안착됨으로써 모서리 절연부재(390)는 고정될 수 있다.
일예로, 모서리 절연부재(390)가 기둥부(391)만으로 형성될 경우, 챔버 내부의 공정 환경 형성을 위한 챔버 내부의 펌핑(pumping) 또는 퍼지(purge) 동작시 작고, 가벼운 모서리 절연부재(390)는 상승될 수 있다. 이때, 모서리 절연부재(390)의 상승에 의해 피처리 기판(101)의 모서리도 같이 상승될 수 있다. 이에 따라, 모서리 절연부재(390)의 상승에 의해 형성된 공간으로 피처리 기판(101)을 냉각시키기 위해 분사된 헬륨 가스의 리크(leak)가 발생될 수 있고, 노출된 하부전극(320) 모서리 영역으로 플라즈마가 침투하여 아킹이 발생될 수 있다.
따라서, 본 발명의 모서리 절연부재(390)는 기둥부(391) 하부에 받침부(392)를 형성하여 변부(351,352,353,354)에 의해 모서리 절연부재(390)가 고정되도록 함으로써 모서리 절연부재(390)가 상승되는 것을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 포커스 링(350)은 하부전극(320) 측면을 감싸도록 분할되어 배치되되, 인접한 변부가 서로 소정의 간격으로 비접촉되도록 배치함으로써, 변부(351,352,353,354)가 열에 의해 팽창하더라도 변부(351,352,353,354) 간에 서로 접촉되는 것을 방지할 수 있어 마찰에 따른 파티클 발생 및 변부(351,352,353,354)의 파손을 방지할 수 있다. 또한, 변부(351,352,353,354)가 서로 인접한 하부전극(320) 모서리 영역에 받침부(392)를 갖는 모서리 절연부재(390)를 배치함으로써, 모서리 절연부재(390) 상승에 의한 헬륨 가스 리크 발생 및 하부전극(320) 모서리 영역으로 플라즈마가 침투하여 아킹이 발생되는 현상을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 포커스 링을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 C-C'를 따라 취해진 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 포커스 링(350)은 제1 실시예에와 동일하게 하부전극(320) 측면을 감싸도록 배치되되, 하부전극(320)의 한 변에 하나의 포커스 링(350)이 대응되어 배치되도록 분할된 변부(351,352,353,354)를 가질 수 있다.
다만, 서로 인접되는 변부의 일측 및 타측의 측면은 계단 형태로 서로 엇갈려 배치되도록 계단부(305)를 포함할 수 있다. 이때, 서로 엇갈려 배치된 변부는 제1 실시예에서와 같이 서로 비접촉되도록 배치하는 것이 바람직하다.
일예로, 제1 변부(351)의 길이 방향 일측 단면과 제2 변부(352)의 길이 방향의 타측 측면, 제2 변부(352)의 길이 방향 일측 단면과 제3 변부(353)의 길이 방향 타측 측면, 제3 변부(353)의 길이 방향 일측 단면과 제4 변부(354)의 길이 방향 타측 측면 및 제4 변부(354)의 길이 방향 일측 단면과 제1 변부(351)의 길이 방향 타측 측면은 각각 서로 엇갈려 배치하도록 계단부(305)가 형성되되, 서로 비접촉되도록 배치될 수 있다.
이는, 포커스 링(350)을 상부에서 바라봤을 때, 변부(351,352,353,354)가 서로 비접촉되도록 하는 간극(301)에 의해 하부전극(320)이 플라즈마에 노출되지 않도록 하기 위함이다. 즉, 변부(351,352,353,354)가 서로 비접촉되는 부위를 계단 형태로 형성함으로써 플라즈마가 간극(301)의 상부에서 하부 방향으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 포커스 링을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 D-D'를 따라 취해진 단면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 포커스 링(350)은 제2 실시예에와 동일하게 인접되는 변부의 일측 및 타측의 측면이 계단 형태로 서로 엇갈려 배치되도록 계단부(305)를 포함하되, 계단부(305)의 단면이 서로 지그재그 형태로 마주하도록 계단부(305)의 단면은 서로 지그재그 형상(306)을 가질 수 있다. 즉, 도 7에서와 같이, 서로 인접되는 변부를 상부에서 바라봤을 때, 계단부(305)의 단면은 지그재그 형상(306)을 가질 수 있다. 이때, 변부(351,352,353,354)가 서로 마주하는 지그재그 형상(306)의 단면은 비접촉되도록 배치하는 것이 바람직하다.
일예로, 제1 변부(351)의 길이 방향 일측 단면과 제2 변부(352)의 길이 방향의 타측 측면, 제2 변부(352)의 길이 방향 일측 단면과 제3 변부(353)의 길이 방향 타측 측면, 제3 변부(353)의 길이 방향 일측 단면과 제4 변부(354)의 길이 방향 타측 측면 및 제4 변부(354)의 길이 방향 일측 단면과 제1 변부(351)의 길이 방향 타측 측면은 각각 서로 엇갈려 배치하도록 계단부(305)가 형성되되, 계단부(305)의 마주하는 단면은 지그재그 형상(306)으로 비접촉되도록 배치될 수 있다.
이는, 포커스 링(350)의 계단부(305)를 측면에서 바라봤을 때, 변부(351,352,353,354)의 간극(301)에 의해 하부전극(320)의 측면이 플라즈마에 노출되는 것을 최소화 하기 위함이다.
즉, 변부(351,352,353,354)가 서로 비접촉되는 부위를 계단 형태로 형성하되, 단면을 지그재그 형태로 형성함으로써 플라즈마가 포커스 링(350)의 측면방향으로 유입되는 것을 최소화할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는 포커스 링(350)이 하부전극(320) 측면을 감싸도록 분할되어 배치되되, 인접한 변부가 서로 소정의 간격으로 비접촉되도록 배치함으로써, 변부가 열에 의해 팽창하더라도 변부 간에 서로 접촉되는 것을 방지할 수 있어 마찰에 따른 파티클 발생 및 변부의 파손을 방지할 수 있다. 또한, 비접촉되는 부위를 변부가 서로 엇갈려 배치되도록 계단 형태 또는 지그재그 형태를 갖도록 형성함으로써 플라즈마가 비접촉되는 부위를 통해 유입되는 것을 방지할 수 있다.
더 나아가, 변부가 서로 인접한 하부전극(320) 모서리 영역에 받침부(392)를 갖는 모서리 절연부재(390)를 배치함으로써, 모서리 절연부재(390) 상승에 의한 헬륨 가스 리크 발생 및 하부전극(320) 모서리 영역으로 플라즈마가 침투하여 아킹이 발생되는 현상을 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
301 : 간극 302 : 제1 유격홈
303 : 제2 유격홈 304 : 고정핀
305 : 계단부 306 : 지그재그 형상
310 : 지지대부 320 : 하부전극
330 : 베이스 전극 340 : 절연부재
350 : 포커스 링 351,352,353,354 : 변부
352,452 : 변부 353,455 : 계단부
390 : 모서리 절연부재 391 : 기둥부
392 : 받침부

Claims (11)

  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;
    상기 처리실 내에 상기 피처리 기판을 지지하는 하부전극과 상부에 포커스 링(Focus ring)이 배치된 지지대부; 및
    상기 하부전극의 모서리에 각각 배치된 모서리 절연부재를 포함하고,
    상기 포커스 링은 상기 하부전극의 둘레를 감싸도록 분할된 복수의 변부를 포함하되, 상기 복수의 변부는 서로 비접촉되도록 간극을 갖는 것인 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 간극은 0.03mm 내지 0.08mm 범위를 갖는 것인 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하부전극은 직사각형 형태를 가지되, 상기 포커스 링은 상기 하부전극의 한 변에 하나씩 배치되도록 분할되는 것인 플라즈마 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 변부는 모두 동일한 형태를 갖는 것인 플라즈마 처리 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 복수의 변부는,
    상기 변부의 길이 방향에 대한 일측 단면이, 인접한 상기 변부의 길이 방향에 대한 타측 측면과 마주하도록 상기 하부전극의 둘레를 감싸는 것인 플라즈마 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 일측 단면과 상기 타측의 측면은 서로 엇갈리게 배치되도록 계단 형태의 계단부를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 계단부의 단면은 상기 계단부가 서로 지그재그 형태로 마주하도록 상기 계단부의 단면이 지그재그 형상을 갖는 것인 플라즈마 처리 장치.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 모서리 절연부재는,
    상기 하부전극 모서리에서 인접한 상기 변부와 접하도록 배치된 기둥부; 및
    상기 기둥부 하부에 연장되어 돌출되도록 형성되고, 상기 기둥부와 접하는 상기 변부를 받치는 받침부를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 변부는,
    상기 변부가 길이 방향으로 팽창 또는 수축 되도록 상기 변부의 길이 방향으로 타원 형상을 갖는 제1 유격홈; 및
    상기 변부가 길이 방향에 수직한 방향으로 팽창 또는 수축 되도록 상기 변부의 길이 방향에 수직한 방향으로 타원 형상을 갖는 제2 유격홈을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 유격홈 및 상기 제2 유격홈 내에는 상기 변부의 이동을 제한하는 고정핀을 더 포함하는 플라즈마 처리 장치.
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