KR20040054112A - 유도결합형 플라즈마 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 유도결합형 플라즈마 처리장치가 개시된다. 상기 유도결합형 플라즈마 처리장치는 처리가스의 유,출입구와, 전계 형성의 경로가 되는 유전체벽을 구비하며, 플라즈마 처리 될 사각형 단면의 피처리체를 수용하는 반응챔버와; 이 반응챔버의 외부에 유전체벽과 근접하도록 배치되며, 평면 사각의 형태로 적어도 1회 이상 감겨진 고주파 안테나와; 이 고주파 안테나와 실질상 평행한 평면상에 피처리체를 고주파 안테나에 대해 실질상 45 도의 위상차를 갖도록 탑재하는 하부전극; 및 고주파 안테나와 하부전극에 고주파 전원을 인가하는 전력인가수단;을 구비한다. 개시된 유도결합형 플라즈마 처리장치에 의하면, 사각형 단면을 갖는 피처리체의 위상이 반응챔버 내에서 플라즈마의 밀도가 균일한 영역에 위치되도록 함으로써, 플라즈마 밀도의 균일성을 향상시킬 수 있다.

Description

유도결합형 플라즈마 처리장치{Inductively coupled plasma processing apparatus}

본 발명은 유도결합형 플라즈마 처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플라즈마 밀도의 균일성을 향상시킨 유도결합형 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.

플라즈마란 이온화된 기체로, 양이온, 음이온, 전자, 여기된 원자, 분자 및 화학적으로 매우 활성이 강한 리디칼(radical) 등으로 구성되며, 전기적 및 열적으로 보통 기체와는 매우 다른 성질을 갖기 때문에 물질의 제4상태라고도 칭한다. 이러한 플라즈마는 이온화된 기체를 포함하고 있기 때문에 전기장 또는 자기장을 이용해 가속시키거나 화학반응을 일으켜 웨이퍼와 같은 반도체 기판을 에칭(etching)하거나 증착(deposition)하는 등, 반도체의 제조공정에 유용하게 활용되고 있다.

최근에 반도체 제조공정에서는 고밀도 플라즈마를 사용하는 플라즈마 처리장치를 이용하는 경우가 증가하고 있다. 이는 반도체 소자의 집적도가 높아짐에 따라 미세 가공의 요구는 커지고 있는 반면 직경이 큰 대구경의 웨이퍼 사용이 늘어나고 있기 때문이다.

상기 고밀도 플라즈마로는 공진주파수의 마이크로파를 이용하는 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 플라즈마, 헬리콘(helicon) 또는 휘슬러파(whistler wave)를 이용하는 헬리콘 플라즈마 및 고온 저압의 플라즈마를 이용하는 유도결합형(inductively coupled) 플라즈마 등이 있다. 이들 중 유도결합형 플라즈마는 기판과 같은 피처리체가 반응챔버의 외부에 배치된 나선형의 안테나로부터 발생되는 전자기장의 영향권 밖에 있으면서도 기판에 매우 근접하여 플라즈마가 발생되기 때문에 플라즈마의 손실이 적다는 장점을 갖고 있어서 널리 사용되고 있는 추세이다.

한편, TFT(Thin Film Transistor)-LCD 또는 유기 EL을 비롯한 PDP(Plasma Display Panel)등과 같은 평판 디스플레이(flat panel display)의 제조공정에서는 웨이퍼 공정과 달리 대면적의 사각형 기판에 대한 플라즈마의 처리공정이 요구되고 있다. 이러한 평판 디스플레이의 제조 중 플라즈마 처리공정에서는 반응챔버 내의 중앙영역 뿐만 아니라 모서리 부분에서도 고밀도의 균일한 플라즈마를 유지하는 것이 매우 중요하다.

도 1에는 상기와 같은 사각형 단면의 피처리체를 플라즈마 처리하는 일반적인 유도결합형 플라즈마 처리장치를 나타낸 단면도가 개략적으로 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 내부의 기밀이 유지되고 감압의 분위기가 형성된 반응챔버(10) 내로 처리가스가 도입된다. 그런 다음, 전력인가수단(30)으로부터 고주파 전류가 정합회로(31)를 거쳐 유전체벽(13)에 근접 배치된 고주파안테나(20)로 인가되면, 유전체벽(13)을 매개하여 반응챔버(10)의 내부에 전계가 형성된다. 이와 같이 형성된 전계에 의해 처리가스는 이온화되어 플라즈마를 생성한다. 그 다음으로 상기 플라즈마는 하부전극(50) 상에 탑재된 피처리체(60)에 충돌하여 상기 피처리체(60)를 플라즈마 처리한다. 한편, 플라즈마가 피처리체(60)에 효과적으로 인입될 수 있도록, 하부전극(60)에는 전력인가수단(40)으로부터 정합회로(41)를 거쳐 고주파 전원이 인가된다. 여기서, 미설명된 참조부호 11,12는 처리가스의 유,출입구를 나타낸다.

한편, 도 2에는 종래 유도결합형 플라즈마 처리장치에서 고주파안테나, 피처리체 및 하부전극 사이의 위상관계를 개략적으로 나타낸 평면도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 사각 단면을 갖는 반응챔버(10) 내부에 사각형 단면을 갖는 피처리체(60)가 하부전극(50) 상에 탑재되어 있다. 이와 같이 사각형 단면의 피처리체(60)를 플라즈마 처리하는 유도결합형 플라즈마 처리장치에 있어서, 고주파 안테나(20)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 실질상 평면 사각의 형태로 감겨져 있거나 이를 변형한 구조가 많이 사용된다. 그리고, 상기 피처리체(60)는 고주파안테나(20)와 실질상 평행한 평면상에 고주파 안테나에 대해 실질상 위상이 동일하도록 배치된다.

그런데, 사각형 형태로 감겨진 고주파안테나(20)는 사각형을 형성하는 각 변의 중앙부 직하방에 대응하고 있는 반응챔버(10) 내의 부위에 가장 큰 세기의 전계를 형성한다. 따라서, 플라즈마 밀도가 균일한 영역은, 도 2의 S 영역(비금친 영역)으로 표시된 바와 같이, 고주파안테나(20)에 대해 대략 45 도의 위상차를 갖는 마름모 형태를 갖는다. 따라서, 피처리체(60)의 모서리 부분은 플라즈마 밀도가 상대적으로 낮기 때문에 플라즈마 처리가 불균일하게 되는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 공개특허공보 2001-0053288에서는 안테나 코일의 구조를 변경하고 전류분배를 제어함으로써, 유도적 결합 균일성을 향상시키는 내용을 개시하고 있다. 그러나, 이와 같은 방법은 피처리체의 모서리 부분의 플라즈마 밀도를 보강하기 위해 안테나의 구조가 복잡해지며, 플라즈마의 밀도 분포를 예측하기가 힘들다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 평면 사각 형태의 고주파 안테나를 구비하여 사각 단면의 피처리체를 플라즈마 처리할 때, 플라즈마 밀도의 균일성을 향상시킨 유도결합형 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 유도결합형 플라즈마 처리장치를 개략적으로 나타낸 단면도,

도 2는 종래 유도결합형 플라즈마 처리장치에서 고주파안테나, 피처리체 및 하부전극 사이의 위상관계를 개략적으로 나타낸 평면도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 처리장치에서 고주파안테나, 피처리체 및 하부전극 사이의 위상관계를 개략적으로 나타낸 평면도,

도 4는 도 3에 도시된 고주파안테나와 하부전극 사이의 위상관계에 대한 또 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 평면도,

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 처리장치에서 반응챔버, 고주파안테나, 피처리체 및 하부전극 사이의 위상관계를 개략적으로 나타낸 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

10...반응챔버 11,12...처리가스 유,출입구

13...유전체벽 20,120...고주파안테나

30,40...전력인가수단 50,150,250...하부전극

60,160,260..피처리체

본 발명의 일 측면에 따른 유도결합형 플라즈마 처리장치는, 처리가스의 유,출입구와, 전계 형성의 경로가 되는 유전체벽을 구비하며, 플라즈마 처리 될 실질상 사각형 단면의 피처리체를 수용하는 반응챔버와; 상기 반응챔버의 외부에 상기 유전체벽과 근접하도록 배치되며, 실질상 평면 사각의 형태로 적어도 1회 이상 감겨진 고주파 안테나와; 상기 고주파 안테나와 실질상 평행한 평면상에 상기 피처리체를 상기 고주파 안테나에 대해 실질상 45 도의 위상차를 갖도록 탑재하는 하부전극; 및 상기 고주파 안테나와 하부전극에 고주파 전원을 인가하는 전력인가수단;을 구비한다.

여기서, 상기 하부전극은 상기 피처리체와 실질상 위상이 같도록 배치될 수 있다. 또한, 상기 하부전극은 상기 피처리체에 대해 실질상 45 도의 위상차를 갖도록 배치될 수도 있다. 한편, 상기 반응챔버는 실질상 사각형 단면을 가지는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 처리가스의 유,출입구와, 전계 형성의 경로가 되는 유전체벽을 구비하며, 플라즈마 처리 될 사각형 단면의 피처리체를 수용하는 반응챔버와; 상기 반응챔버의 외부에 상기 유전체벽과 근접하고 상기 반응챔버와 실질상 45 도의 위상차를 갖도록 배치되며, 평면 사각의 형태로 적어도 1회 이상 감겨진 고주파 안테나와; 상기 피처리체를 상기 반응챔버와 실질상 위상이 같도록 탑재하는 하부전극; 및 상기 고주파 안테나와 하부전극에 고주파 전원을 인가하는 전력인가수단;을 구비하는 유도결합형 플라즈마 처리장치가 제공된다.

여기서, 상기 하부전극은 상기 반응챔버와 실질상 위상이 같도록 배치된 것이 바람직하다. 이 때, 상기 반응챔버는 실질상 사각형 단면을 가질 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 처리장치에서 고주파안테나, 피처리체 및 하부전극 사이의 위상관계를 개략적으로 나타낸 평면도이다. 여기서, 도 1 및 도 2에 나타낸 참조부호와 동일한 참조부호는 동일한 구성 및 효과를 갖는 동일부재를 나타낸다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 유도결합형 플라즈마 처리장치는, 플라즈마 처리 될 피처리체(160)를 수용하는 반응챔버(10)와, 이 반응챔버(10)의 외부에 배치된 고주파 안테나(20)와, 상기 피처리체(160)를 탑재하는 하부전극(150)과, 상기 고주파 안테나(20)와 하부전극(150)에 고주파 전원을 인가하는 전력인가수단(30,40)을 구비한다.

상기 반응챔버(10)는 처리가스가 유,출입되는 처리가스의 유,출입구(11)(12)와, 전계 형성의 경로가 되는 유전체벽(13)을 구비하며, 그 내부는 기밀이 유지되고 감압의 분위기가 형성되어 있다. 그리고, 상기 고주파안테나(20)는 상기 유전체벽(13)과 근접하도록 배치된다.

상기 고주파 안테나(20)는 평면 사각의 형태로 1회 이상 감겨져 있다. 그리고, 상기 피처리체(160)는 고주파 안테나(20)와 실질상 평행한 평면상에 배치되며, 실질상 사각형 단면을 가진다. 여기서, 사각형 단면을 가진 피처리체(160)을 배치할 때 그 공간 이용률을 최대로 하기 위하여, 상기 피처리체(160)를 수용하는 반응챔버(10)도 실질상 사각형 단면을 가지는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 피처리체(160)는 상기 고주파 안테나(20)에 대해 실질상 45 도의 위상차를 갖도록 배치된다. 여기서, 상기 하부전극(150)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 피처리체(160)와 위상이 같도록 배치될 수 있다. 또한, 상기 하부전극(150)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 피처리체(160)에 대해 실질상 45 도의 위상차를 갖도록 배치될 수도 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 처리장치의 작용을 도 1 및 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

사각형 단면의 반응챔버(10) 내로 처리가스가 도입된 후, 전력인가수단(30)으로부터 고주파 전류가 정합회로(31)를 거쳐 유전체벽(13)에 근접 배치된 고주파안테나(20)로 인가되면, 유전체벽(13)을 매개하여 반응챔버(10)의 내부에 전계가 형성된다.

다음으로, 반응챔버(10) 내부에 형성된 전계에 의해 처리가스는 이온화되어플라즈마를 생성한다. 이 때, 플라즈마의 밀도가 균일한 영역은, 전술한 바와 같이, 고주파안테나(20)에 대해 대략 45 도의 위상차를 갖는 마름모의 형태를 갖는다.

한편, 플라즈마 처리될 피처리체(160)는 상기 고주파 안테나(20)에 대해 실질상 45 도의 위상차를 갖도록 하부전극(150)에 탑재된다. 즉, 피처리체(160)의 위상이 플라즈마의 밀도가 균일한 영역(S 영역;도 2)과 일치되도록 배치된다. 따라서, 피처리체(160)의 모서리 부분도 플라즈마의 밀도가 균일한 영역(S 영역;도 2)에 포함되기 때문에, 피처리체(160)의 전영역에 걸쳐 플라즈마 밀도는 균일하게 된다.

그 다음으로 상기 플라즈마는 하부전극(50) 상에 탑재된 피처리체(160)에 충돌하여 상기 피처리체(160)를 플라즈마 처리한다. 이 때, 플라즈마가 피처리체(160)에 효과적으로 인입될 수 있도록, 하부전극(160)에는 전력인가수단(40)으로부터 정합회로(41)를 거쳐 고주파 전원이 인가된다.

이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 처리장치를 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 유도결합형 플라즈마 처리장치에서 반응챔버, 고주파안테나, 피처리체 및 하부전극 사이의 위상관계를 개략적으로 나타낸 평면도이다. 여기서, 도 1 내지 도 4에 나타낸 참조부호와 동일한 참조부호는 동일한 구성 및 효과를 갖는 동일 부재를 나타내므로 반복적인 설명은 생략한다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 고주파 안테나(120)는 반응챔버(10)에 대해 실질상 45 도의 위상차를 갖도록 배치된다. 그리고, 피처리체(60)는 상기 반응챔버(10)와 실질상 위상이 같도록 하부전극(50)에 탑재된다. 여기서, 하부전극(50)도 반응챔버(10)와 실질상 위상이 같도록 배치될 수 있다.

한편, 여기서도 상기 고주파 안테나(120)는 평면 사각의 형태로 1회 이상 감겨져 있다. 상기 피처리체(60)는 고주파안테나(120)와 실질상 평행한 평면상에 배치되며, 실질상 사각형 단면을 가진다. 또한, 상기 반응챔버(10)도 실질상 사각형 단면을 가지는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제2실시예에서, 피처리체(60)는 반응챔버(10)와 위상이 같도록 배치되고, 반응챔버(10)의 외부에 배치되는 고주파안테나(120)만이 반응챔버(10)에 대해 실질상 45 도의 위상차를 가지도록 배치됨으로써, 반응챔버(10) 내부에서 피처리체(60)를 배치할 때 그 공간 이용률을 최대화 할 수 있다.

본 발명에 따른 유도결합형 플라즈마 처리장치에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 사각형 단면을 갖는 피처리체의 위상이 반응챔버 내에서 플라즈마의 밀도가 균일한 영역에 위치되도록 함으로써, 플라즈마 밀도의 균일성을 향상시킬 수 있다.

둘째, 피처리체를 반응챔버와 위상이 같도록 배치하고, 반응챔버의 외부에 배치되는 고주파안테나만을 반응챔버에 대해 실질상 45 도의 위상차를 가지도록 배치하는 제2실시예에 의하면, 반응챔버 내부에서 피처리체의 공간 이용률을 최대화할 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (7)

1. 처리가스의 유,출입구와, 전계 형성의 경로가 되는 유전체벽을 구비하며, 플라즈마 처리 될 실질상 사각형 단면의 피처리체를 수용하는 반응챔버와;

   상기 반응챔버의 외부에 상기 유전체벽과 근접하도록 배치되며, 실질상 평면 사각의 형태로 적어도 1회 이상 감겨진 고주파 안테나와;

   상기 고주파 안테나와 실질상 평행한 평면상에 상기 피처리체를 상기 고주파 안테나에 대해 실질상 45 도의 위상차를 갖도록 탑재하는 하부전극; 및

   상기 고주파 안테나와 하부전극에 고주파 전원을 인가하는 전력인가수단;을 구비하는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 하부전극은 상기 피처리체와 실질상 위상이 같도록 배치된 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 하부전극은 상기 피처리체에 대해 실질상 45 도의 위상차를 갖도록 배치된 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 반응챔버는 실질상 사각형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리장치.
5. 처리가스의 유,출입구와, 전계 형성의 경로가 되는 유전체벽을 구비하며, 플라즈마 처리 될 사각형 단면의 피처리체를 수용하는 반응챔버와;

   상기 반응챔버의 외부에 상기 유전체벽과 근접하고 상기 반응챔버와 실질상 45 도의 위상차를 갖도록 배치되며, 평면 사각의 형태로 적어도 1회 이상 감겨진 고주파 안테나와;

   상기 피처리체를 상기 반응챔버와 실질상 위상이 같도록 탑재하는 하부전극; 및

   상기 고주파 안테나와 하부전극에 고주파 전원을 인가하는 전력인가수단;을 구비하는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 하부전극은 상기 반응챔버와 실질상 위상이 같도록 배치된 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리장치.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,

   상기 반응챔버는 실질상 사각형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라즈마 처리장치.