KR20040025094A - 유도결합형 플라즈마 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유도결합형 플라즈마 처리장치에 관한 것으로서, 플라즈마 처리공간을 형성하는 것으로 그 내부에 피처리기판을 상면에 안착시키는 기판홀더가 설치된 처리챔버와; 상기 처리챔버의 상면을 커버하는 상부유전체와; 상기 상부유전체의 일측에 설치되며 고주파 전력이 인가되는 안테나와; 상기 상부유전체의 하측에 소정의 간격을 두고 설치되는 하부유전체; 및 상기 상·하부 유전체의 사이에 설치되어 안테나와 플라즈마가 용량 결합하는 것을 억제시키는 페러데이실드를 포함한다.

상술한 바와 같이 페러데이실드를 별도의 부재로 제작된 상·하부유전체의 사이에 삽입하여 설치하도록 구성함에 따라 안테나와 플라즈마가 용량 결합하는 것을 효과적으로 억제시켜 플라즈마 처리장치의 생산성을 향상시키면서도 그 제작성을 간편하게 하고 유지 보수성을 편리하게 이점을 제공한다.

Description

유도결합형 플라즈마 처리장치{PLASMA PROCESSING EQUIPMENT}

본 발명은 유도 결합형 플라즈마 처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 안테나와 플라즈마의 용량 결합을 방지하는 페러데이 실드 조립구조가 개선된유도결합형 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.

반도체 혹은 TFT의 고집적화와 높은 양산율을 위하여 플라즈마를 이용한 에칭공정에서 처리물의 선폭 미세화 및 높은 처리속도가 요구된다. 이러한 요구로부터 최근 낮은 압력 하에서 높은 밀도의 플라즈마를 발생시킬 수 있는 유도결합형 플라즈마 처리장치가 널리 사용되고 있다.

유도결합형 플라즈마 처리장치는 처리챔버의 밖으로 설치된 고주파 안테나에 수백㎑ 내지 수백㎒의 고주파 전력을 급전하고 안테나에 의하여 형성되는 유도자장이 처리챔버 내에 도입된 프로세스가스에 에너지를 공급하여 플라즈마 발생 및 유지하도록 한 것이다.

그 구체적 구성은 진공용기로서 전기적으로 접지되어 있고 그 상면이 유전체로 된 처리챔버와, 상기 처리챔버의 내부 바닥에 설치되어 피 처리기판을 지지하는 기판홀더와, 상기 유전체에 근접한 위치에 배치되어 고주파 전원이 공급되는 안테나와, 상기 안테나로 고주파전력을 공급하는 고주파전원 등으로 구성된다.

그런데, 상술한 구성에서 플라즈마의 발생은 유도전기장 뿐만 아니라 안테나와 처리챔버 공간과의 전위차로 인한 축전 전기장에 의해서도 가능하다. 이 축전전기장은 처리실의 수직방향으로 형성되며 수직전기장의 세기가 강할 경우 유전체의 식각을 유발할 수 있으며, 또한, 막을 형성하여 유전체를 오염시키는 문제점이 발생하거나 상기 유전체가 깎이는 문제점이 발생한다.

이를 방지하기 위하여 종래에는 페러데이 실드(FARADAY SHIELD)를 사용하여 상기 안테나와 플라즈마가 용량 결합하는 것을 억제하도록 하고 있다.

상기 페러데이실드는 상기 유전체의 상면과 안테나의 사이에 접지되어 설치되며, 이때, 상기 안테나와 페러데이실드간의 아크(ARC)방지를 위하여 일정한 거리를 유지하는 것이 일반적이다.

그러나, 상기와 같은 구성에 의해 결과적으로 안테나와 처리챔버의 공간과의 거리가 멀어질수록 플라즈마 생성 효율이 현저하게 저하되고, 플라즈마의 착화성 및 안정성에 악영향을 미칠 뿐만 아니라 전력소모가 많아지게 되는 문제점이 있다.

따라서, 종래에는 상기 유전체의 사이에 페러데이실드를 삽입하여 사용하는 구성이 있다.

그러나, 그와 같은 경우 상기 안테나와 페러데이실드 간의 높은 전위차로 인하여 상기 유전체와 페러데이실드가 열 팽창하게 될 경우 열 팽창률이 서로 다르므로 크랙발생의 원인을 제공하는 문제점이 있으며 페러데이실드의 상부유전체로 인하여 플라즈마 생성 효율 역시 저하된다.

또한, 유전체의 내부에 설치함에 따라 그 제작과정이 어려운 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해소시키기 위하여 종래에는 유전체를 두 부분으로 10㎛~100㎛의 두께로 막을 입혀 상술한 페러데이실드를 대신하는 기술이 사용되고 있으나 그 제작방법이 복잡하고 비용이 많이 들 뿐 만 아니라 페러데이실드의 두께가 얇은 막으로 형성되어 있기 때문에 고주파 안테나와 플라즈마가 용량 결합하는 것을 효과적으로 막지 못하는 문제점이 여전히 존재한다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출 된 것으로서, 본발명의 목적은 페러데이실드의 조립위치를 개선하여 플라즈마 발생효율을 향상시키면서도 안테나와 플라즈마가 용량결합하는 것을 효과적으로 억제하며 그 제작성을 간편하게 하고 유지 보수성을 편리하게 하는 유도결합형 플라즈마 처리장치를 제공하는 데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 플라즈마 처리공간을 형성하고 내부에 피처리기판을 그 상면에 안착시키는 기판홀더가 설치된 처리챔버와; 상기 처리챔버의 상면을 커버하는 상부유전체와; 상기 상부유전체에 의해 상기 처리챔버와 격리되어 상기 상부유전체의 상면에 설치된 고주파 전력이 인가되는 안테나와; 상기 상부유전체의 하측에 소정의 간격을 두고 설치되는 하부유전체; 및 상기 상·하부 유전체의 사이에 설치되어 안테나와 플라즈마가 용량 결합하는 것을 억제시키는 페러데이실드를 포함한다.

상기 상·하부유전체의 간격은 이온평균충돌행정길이보다 작게 함이 바람직하다.

상기 페러데이실드에는 적어도 하나의 접지연결부가 마련된다.

상기 안테나는 그 유도전류라인이 상기 페러데이실드와 대응된 형태로 4각의 고리 형상으로 감겨지되 평면을 이루도록 구성되며; 상기 페레데이실드는 4각 형태의 판으로 제작되며, 각 유도전류라인과 직교된 방향으로 복수의 슬랏이 형성된 것으로, 상기 슬랏은 상기 페러데이실드 중앙측으로 부터 각 변의 중앙부측으로 대칭되게 형성된 “＋”자형의 제1슬랏과; 상기 페러데이실드의 중앙측으로부터 각(角)부측으로 대칭되게 형성된 “×”형의 제2슬랏과; 상기 제1,2슬랏의 사이에 위치하여 상기 페러데이실드의 중앙측으로부터 외측을 향하여 계단형태로 하여 대칭되게 형성된 제3슬랏으로 구성된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 유도결합형 플라즈마 처리장치의 구성을 개략적으로 도시한 전체 구성도,

도 2는 상기 도 1의 패러데이실드의 구성을 도시한 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 피처리기판3 : 기판홀더

5 : 처리챔버P : 플라즈마

7 : 상부유전체11: 안테나

18 : 하부유전체30 : 페러데이실드

31 : 접지연결부33 : 슬랏

33a : 제1슬랏33b : 제2슬랏

33c : 제3슬랏

이하, 도 1 및 도 2를 참조로 하여 본 발명의 일 실시 예에 의한 유도결합형 플라즈마 처리장치의 구성 및 동작원리에 대해서 좀더 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 유도결합형 플라즈마처리장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 상기 도 1의 페러데이실드의 구성을 도시한 평면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 그 내부에 피처리기판(1)이 안착되는 기판홀더(3)가 마련되며 플라즈마(P) 처리공간을 형성하는 처리챔버(5)와, 상기 처리챔버(5)의 상면을 커버하여 상기 처리챔버(5)의 내부의 기밀을 유지시키는 상부유전체(7)와, 상기 상부유전체(7)의 상면에 설치되어 상기 상부유전체(7)에 의해 상기 플라즈마(P)와 격리됨과 아울러 고주파전원장치(9)로부터 고주파(예컨대, 수백㎑~ 수백㎒)전력이 인가되도록 전류라인을 평면을 이루도록 하여 고리모양으로 감아서 된 안테나(11)로 구성된다.

이때, 상기 고주파전원장치(9) 및 안테나(11)의 사이에는 정합기(13)가 설치되어 상기 전력이 적절히 분배될 수 있도록 구성된다.

상기 기판홀더(3)는 정합기(15)를 개재하여 수백㎑~수십㎒ 주파수의 고주파전원(17)이 접속되어 플라즈마 처리 중 피처리기판(1)에 입사하는 이온의 에너지를 제어하도록 구성된다.

한편, 상기 상부유전체(7)의 하부에는 하부유전체(18)를 매개로 하여 페러데이실드(30)가 설치되며, 상기 상부유전체(7) 및 하부유전체(18)와의 거리(d) 즉, 상기 페러데이실드(30)의 두께는 플라즈마(P)의 이온평균충돌행정길이 보다 작게 제작되어 플라즈마(P)가 발생하지 않도록 함이 바람직하다.

상기 하부유전체(18)는 상기 페러데이실드(30)를 지지함과 아울러 유지보수용 기능을 수행하도록 된 것으로서, 상기 상부유전체(7)에 비하여 그 두께가 얇게 형성되어 플라즈마(P) 내의 이온들로부터 오염되거나 식각되었을 경우 그 교체가 쉽게 가능토록 구성된다.

상기 처리챔버(5)에는 처리가스가 공급되는 가스공급구(5a) 및 상기 처리챔버를 진공상태로 유지시키기 위해 상기 처리챔버 내부의 공기를 배기시키는 배기구(5b)가 마련되며, 상기 상부유전체(7) 및 처리챔버(5)의 접촉부에는 상기 처리챔버(7) 내부의 기밀유지를 위한 오링부재(21)가 설치되고, 상기 하부유전체(18)는 브라켓부재(21)에 의해 지지된다,

다음 도 2는 상기 도 1의 상기 페러데이실드(30)의 구성을 도시한 평면도로서, 도시된 바와 같이 도전성의 금속판으로 제작되는 것으로서, 전기적으로 접지되어 고주파 안테나(11)를 통해 흐르는 전류와 플라즈마(P)가 용량 결합하는 것을 방지하는 역할을 수행하는 것으로서, 그 측면에서 적어도 하나의 접지연결부(31)가 마련된다.

상기 패러데이실드(30)는 상기 안테나(11)로부터 유도전류가 생성되어 발열하는 것을 줄이기 위해 상기 안테나(11)의 전류의 흐름과 직교된 방향으로슬랏(33)이 형성된다.

이때, 상기 피처리기판(1)이 LCD(LIQUID CRYSTAL DISPLAY)제작용 글라스이거나 또는 유기EL제작용 글라스 등과 같이 4각일 경우 그 글라스 형태와 대응되게 처리챔버(5)와, 상·하부유전체(7,15) 및 페러데이실드(30)가 4각의 형태로 이루어 질 것이며, 따라서, 상기 안테나(11)의 전류라인 또한 4각의 고리모양으로 감겨서 구성될 것이다.

그와 같은 경우 상기 슬랏(33)을 좀더 효과적으로 상기 안테나(11)의 전류라인에 직교된 방향으로 형성시키기 위하여 도 2에 도시된 바와 같이 구성한다.

그에 대해 좀더 자세히 설명하면, 상기 슬랏(33)을 상기 페러데이실드(30) 중앙측으로부터 각 변의 중앙부측으로 대칭되게 형성된 “＋”자형의 제1슬랏(33a)과, 상기 페러데이실드(30)의 중앙측으로부터 각(角)부측으로 대칭되게 형성된 “×”형의 제2슬랏(33b)과; 상기 제1,2슬랏(33a,33b)의 사이에 위치하여 상기 페러데이실드(30)의 중앙측으로부터 페러데이실드(30)외측을 향하여 계단형태로 하여 대칭되게 형성된 제3슬랏(33c)으로 한다.

도 2에서 점선표시된 부분은 상기 안테나(11)에 의한 유도전류라인을 나타낸 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명은 유전체를 상·하부유전체로 하고, 상기 상·하부유전체의 사이에 페러데이실드를 설치하여 구성함에 따라 페러데이실드를 유전체의 내부에 삽입하여 구성하는 종래의 구조에 비하여 제작성을 향상시킴과 아울러유전체의 내부에 페러데이실드를 삽입하여 제작할 경우 유전체의 열팽창에 의한 크랙이 쉽게 발생하게 되는 문제점을 해소시킨다.

또한, 그 두께가 얇은 하부유전체를 페러데이실드하부에 위치시켜 지지하도록 구성함에 따라 식각 및 오염 등의 문제가 발생할 경우 상기 하부유전체만을 교체하게 되어 그 유지보수성이 향상된다.

뿐 만 아니라 식각 및 오염 등의 문제가 발생할 경우 상술한 바와 같이 재료비가 적게드는 하부유전체만을 교체하면 되므로 그 유지 보수를 위한 비용이 적게 드는 이점이 있다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (4)

1. 플라즈마 처리공간을 형성하고 그 내부에 피처리기판을 그 상면에 안착시키는 기판홀더가 설치된 처리챔버;

   상기 처리챔버의 상면을 커버하는 상부유전체;

   상기 상부유전체에 의해 상기 처리챔버와 격리되어 상기 상부유전체의 상면에 설치된 고주파 전력이 인가되는 안테나;

   상기 상부유전체의 하측에 소정의 간격을 두고 설치되는 하부유전체; 및

   상기 상·하부 유전체의 사이에 설치되어 안테나와 플라즈마가 용량 결합하는 것을 억제시키는 페러데이실드를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 상·하부유전체의 간격은 이온평균충돌행정길이보다 작게 된 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 페러데이실드에는 적어도 하나의 접지연결부가 마련된 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 안테나는 그 유도전류라인이 상기 페러데이실드와 대응된 형태로 4각의 고리 형상으로 감겨지되 평면을 이루도록 구성되며;

   상기 페레데이실드는 4각 형태의 판으로 제작되며, 각 유도전류라인과 직교된 방향으로 복수의 슬랏이 형성된 것으로,

   상기 슬랏은 상기 페러데이실드 중앙측으로 부터 각 변의 중앙부측으로 대칭되게 형성된 “＋”형의 제1슬랏과;

   상기 페러데이실드의 중앙측으로부터 각(角)부측으로 대칭되게 형성된 “×”형의 제2슬랏과;

   상기 제1,2슬랏의 사이에 위치하여 상기 페러데이실드의 중앙측으로부터 외측을 향하여 계단형태로 하여 대칭되게 형성된 제3슬랏으로 구성된 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리장치.