KR20050106991A - 플라즈마 처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로서, 피처리물이 위치되는 전극 사이의 공간에 대하여 전기장의 변화가 완만하게 이루어져서, 균일한 플라즈마가 형성되는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
본 발명은, 플라즈마를 이용하여 피처리물에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 플라즈마 처리장치 내부에 마련되며, 상기 플라즈마 처리장치에 고주파 전력을 인가하는 전극; 상기 전극을 플라즈마로 부터 보호하기 위한 차폐부;를 포함하며, 상기 차폐부는, 상기 전극의 측면에 부착되어, 상기 전극의 측면을 보호하는 측면 차폐부 및 상기 전극의 노출 수평면 가장자리 영역에 부착되어, 상기 전극의 수평면 가장자리 영역을 보호하는 수평 차폐부로 구성되며, 상기 수평 차폐부는, 상기 전극과 인접한 면을 기준으로 상기 전극 내측으로 갈수록 그 두께가 점진적으로 얇아지는 형상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치를 제공한다.

Description

플라즈마 처리장치{Apparatus for processing substrate with plasma}
본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로서, 피처리물이 위치되는 전극 사이의 공간에 대하여 전기장의 변화가 완만하게 이루어져서, 균일한 플라즈마가 형성되는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체, 엘시디(LCD) 기판 등 피처리물의 처리에는, 진공 분위기에서 플라즈마를 이용해 피처리물에 대하여 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치가 많이 사용된다.
도 1은 종래의 플라즈마 처리장치의 내부 구조를 나타내는 단면도이다. 이하에서는 도 1을 참조하여 플라즈마 처리장치의 구조를 설명한다.
플라즈마 처리장치는 그 내부를 진공분위기로 형성시킬 수 있는 기밀 처리실(10); 기밀 처리실(10) 내에 설치되고, 피처리물(22)을 탑재하는 탑재면을 갖는 탑재대(20); 기밀 처리실(10)에 처리가스를 공급하는 가스 공급계(30); 공급된 처리 가스를 플라즈마화하기 위한 전계를 발생시키는 전계 발생계(40); 피처리물(22)을 처리한 후 처리가스를 배출하거나 기밀 처리실(10) 내부를 진공분위기로 형성시키기 위한 배기계(50);를 포함한다.
먼저 기밀 처리실(10)은 처리실 내부를 외부와 차단시켜서 처리실 내의 분위기를 진공으로 형성시킬 수 있는 구조를 가진다. 그리고 기밀 처리실(10) 내부에는 피처리물(22)에 소정의 처리를 실시하기 위한 여러가지 구성요소가 구비된다.
그리고 기밀 처리실(10) 내부 중 하부에는 피처리물(22)이 탑재되는 탑재대(20)가 구비되는데, 탑재대(20)의 상부면에는 피처리물(22)과 접촉되는 탑재면(도면에 미도시)이 형성된다. 탑재대(20) 상면 가장자리 영역과 탑재대(20)의 측면에는 탑재대(20)의 소정 부분을 플라즈마의 공격으로부터 차단시키기 위한 하측 차폐부(24)가 마련된다. 일반적으로 이러한 하측 차폐부(24)는 플라즈마에 강한 세라믹(Ceramic)으로 이루어진다.
다음으로 플라즈마 처리장치에는 기밀 처리실(10) 내부로 처리가스를 공급하는 가스 공급계(30)가 구비되는데, 가스 공급계(30)는 기밀 처리실(10) 내부로 균일하게 처리가스를 공급하기 위하여 그 내부에 확산판, 상부 샤워헤드, 하부 샤워헤드 등의 세부 구성요소가 더 구비되기도 한다.
PE(Plasma Enhanced) 방식의 식각장치에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 가스 공급계(30)가 전극(42)에 형성된 홈 내부에 형성되고, 가스 공급 라인(도면에 미도시)이, 고주파 전력을 전극(42)에 인가하기 위하여 플라즈마 처리장치(1)의 외부에 마련되는 고주파 전원(도면에 미도시)과 연결되는 고주파 전력 공급 부재(44)의 내부에 마련된다. 따라서 이 경우 가스 공급계(30)와 전계 발생계(40)가 모두 기밀 처리실(10)의 상부면에 일체로 형성되는 것이다.
그리고 가스 공급계(30)에 의하여 공급된 처리가스를 플라즈마화 하기 위하여 필요한 전계를 발생시키는 전계 발생계(40)가 마련된다. 전계 발생계(40)는 일반적으로 상부 전극 및 하부 전극으로 이루어지는데, PE(Plasma Enhanced) 방식의 플라즈마 처리장치에서는 탑재대(20)가 하부전극의 역할을 하며, 상부 전극에는 가스 공급계가 마련된다. 이때 하부 전극인 탑재대(20)는 기밀 처리실(10)의 벽에 접지되며, 상부 전극(42)에는 고주파 전력 공급 부재(44)에 연결되어 고주파 전원에서 공급되는 고주파 전력이 인가된다.
다음으로 기밀 처리실(10)의 소정 부분에는 피처리물(22)에 대한 처리에 이미 사용된 처리 가스와 그 부산물 등을 제거하는 배기계(50)가 더 구비된다. 물론 이 배기계(50)는 기밀 처리실(10) 내부를 진공분위기로 형성시키기 위하여 기밀 처리실(10) 내부의 기체를 배기하는 경우에도 사용된다.
전계 발생계(40)의 구조를 보다 상세하게 살펴보면, 우선 전극(42)의 양 측면에 마련되어 전극(42) 에지(Edge) 영역의 전압을 강하시키는 측면 절연제(46), 전극(42)과 측면 절연제(46)를 내부에 두고, 전극(42)의 소정 부분을 플라즈마의 공격으로부터 차단시키는 차폐부(48) 및 전극(42)으로 이루어진다. 물론 전극(42)이 이루는 홈에는 상술한 가스 공급계(30)가 마련된다.
플라즈마 처리장치에 있어서, 전극(42)에는 일반적으로 100V의 고전압을 발생시키며, 이러한 고전압을 전극(42)의 에지(edge) 영역에서 강하시킬 목적으로 유전률이 낮은 측면 절연제(46)를 전극(42)의 측면에 마련하는 것이다. 이러한 측면 절연제(46)로는 유전율이 3.1 정도인 폴리 카보네이트(Poly carbonate)가 많이 사용된다. 측면 절연제(46)를 전극(42)의 측면에 마련하는 이유는, 전극(42)의 에지 영역의 전압을 낮추어 전극(42)의 양측면에서 발생될 수 있는 플라즈마를 최소화하기 위한 것이다.
플라즈마 처리장치에 있어서, 양 전극 사이에 존재하는 어느 한 지점에서의 전압은, < 식 1 >에 의하여 구해진다.
V = Vo/K < 식 1 >
( Vo : 전극에 인가되는 최초전압, K : 유전율 )
따라서 전극에 인가되는 전압이 100V 이면, 유전율이 3.1인 측면 절연제가 형성되어 있는 부분의 전압은 약 32V 정도이다. 그러므로 측면 절연제에 의하여 전극의 에지 영역의 전압이 낮아져서, 전극의 양 측면에서 발생되는 플라즈마가 최소화되는 것이다.
그리고 전극(42)과 측면 절연제(46)의 외부에는, 플라즈마에 잘 견디는 세라믹으로 이루어진 차폐부(48)가 마련되는데, 이러한 차폐부(48)는 전극의 측면 부분을 보호하는 측면 차폐부(48A)와 전극(42)의 수평면 가장자리 영역을 보호하는 수평 차폐부(48B)로 이루어진다.
이러한 차폐부(48)는 하부 전극에도 동일하게 마련된다. 즉, 하부 전극의 측면과 상면 가장자리 영역을 각각 플라즈마의 공격(attack)으로부터 보호하기 위한 하측 차폐부가 마련되는 것이다.
일반적으로 전자기장 강도로 표시되는 E(Electrical Field strength)는 < 식 2 > 에 의하여 구해진다.
E = V/m < 식 2 >
( V : 전압, m : 거리)
그런데 일반적으로 PE 방식의 식각 장치에 있어서, 전극과 기판 사이의 거리는 50 ~ 150 mm 를 유지한다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 수평 차폐부(48B)가 마련된 부분은 기판(22)과의 거리가 50 mm 이고, 나머지 부분은 수평 차폐부(48B)의 두께 만큼 거리가 멀어져서 약 150 mm 정도 된다. 따라서 각 부분별로 전기장의 세기(E)를 구하여, 거리별로 그래프를 그려보면 도 2 하단에 나타낸 그래프가 된다.
그래프에서 보면 a 지점에서 급격한 전기장 세기(E)의 하락이 발생하는데, 그 이유는 a 지점에서 전극(42)과 기판(22) 사이의 거리가 급격하게 멀어지기 때문이다. 일반적으로 플라즈마 처리장치에 있어서, 전기장의 세기(E)는 플라즈마 밀도와 밀접한 관계가 있다. 따라서 상술한 바와 같이, 전기장의 세기(E)가 급격하게 변하는 것은 플라즈마 균일성(Plasma uniformity)에 나쁜 영향을 미쳐서, 플라즈마 처리장치에 의하여 처리되는 기판의 처리정도가 각 영역별로 달라지는 심각한 문제점이 발생한다.
본 발명은 전극과 기판 사이의 전 영역에서 전기장의 세기가 완만하게 변화하여 균일한 플라즈마를 생성할 수 있는 플라즈마 처리장치를 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 플라즈마를 이용하여 피처리물에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 플라즈마 처리장치 내부에 마련되며, 상기 플라즈마 처리장치에 고주파 전력을 인가하는 전극; 상기 전극을 플라즈마로 부터 보호하기 위한 차폐부;를 포함하며, 상기 차폐부는, 상기 전극의 측면에 부착되어, 상기 전극의 측면을 보호하는 측면 차폐부 및 상기 전극의 노출 수평면 가장자리 영역에 부착되어, 상기 전극의 수평면 가장자리 영역을 보호하는 수평 차폐부로 구성되며, 상기 수평 차폐부는, 상기 전극과 인접한 면을 기준으로 상기 전극 내측으로 갈수록 그 두께가 점진적으로 얇아지는 형상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치를 제공한다.
이때 본 발명의 플라즈마 처리장치는, PE(Plasma Enhanced) 방식 식각장치, RIE(Reactive-Ion Etching) 방식 식각장치, ICP(Inductively Coupled Plasma) 방식의 식각장치 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있어서, 본 발명의 기술적 사상은 여러가지 플라즈마 처리장치에 공통적으로 적용될 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다.
본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는, 그 내부를 진공분위기로 형성시킬 수 있는 기밀 처리실(110); 기밀 처리실(110) 내에 설치되고, 피처리물(22)을 탑재하는 탑재면을 갖는 탑재대(120); 기밀 처리실(110)에 처리 가스를 공급하는 가스 공급계(130); 공급된 처리 가스를 플라즈마화하기 위한 전계를 발생시키는 전계 발생계(140); 피처리물(22)을 처리한 후 처리가스를 배출하거나 기밀 처리실(110) 내부를 진공분위기로 형성시키기 위한 배기계(150);로 구성된다. 이때 각 구성요소의 구조 및 기능은 종래의 플라즈마 처리장치(1)에 마련되는 각 구성요소의 구조 및 기능과 동일하므로 여기에서 반복하지 않는다.
이하에서는 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)에 마련되는 전계 발생계(140)의 구조에 대해서 상세하게 설명하되, 플라즈마 처리장치로는 PE 방식의 식각장치를 예로 한다. 다만 본 발명이 PE 방식의 식각장치에 한정되는 것은 아니다.
먼저 외부에 마련되는 고주파 전원(도면에 미도시)에 의하여 공급되는 고주파 전력을, 플라즈마 처리장치(100) 내에 인가하는 전극(142)이 마련된다. 그리고 전극(142)에 형성된 홈의 내부 및 전극(142)의 하부에는 샤워헤드(shower head, 132)가 마련된다. 즉, 샤워 헤드(132)는, 플라즈마 처리장치(100)의 외부에서 전극(142)의 내부 공간으로 처리가스가 공급되고, 그 처리 가스를 고르게 확산시켜 기밀 처리실(110) 내부로 공급되도록 하는 것이다. 이러한 샤워헤드(132)는 가스 공급계(130)의 가장 중요한 세부 구성요소이다. 이때 샤워 헤드(132)를 전극(142)의 하면에 고정하기 위하여 볼트 등의 결합부재(134)가 전극(142)의 하부에 결합된다.
그리고 전극(142)의 측면에는 전극(142)의 양측면에서 발생될 수 있는 플라즈마를 최소화하기 위해 측면 절연재(146)를 형성시킨다. 상술한 측면 절연재(146) 및 전극(142)의 소정 부분이 기밀 처리실(110) 내부에서 발생되는 플라즈마에 의한 공격(attack)을 받지 않도록 하기 위하여, 특히, 샤워헤드(132)를 전극(142)에 고정시키기 위하여 전극(142) 하면에 결합되어 있는 결합 부재(134) 및 결합 부재(134)가 결합된 부위를 플라즈마로부터 보호하기 위하여 차폐부(148)를 마련한다.
차폐부(148)는 전극(142)의 측면에 부착 마련되어, 전극(142)의 측면 및 측면 절연제(146)를 보호하는 측면 차폐부(148A)와 전극(142)의 하면 가장 자리 영역에 부착 마련되어, 전극(142)의 하면 가장자리 및 결합 부재(134)를 보호하는 수평 차폐부(148B)로 나누어진다. 그리고 측면 차폐부(148A)와 수평 차폐부(148B)는 전극(142)의 하부 모서리 부분에서 만나는데, 그 만나는 부분은 도 4에 도시된 바와 같이, 측면 차폐부(148A) 또는 수평 차폐부(148B)의 소정 부분을 단차지도록 하여 서로 만나도록 한다. 따라서 측면 차폐부(148A)와 수평 차폐부(148B)가 만나는 부분에 존재하는 좁은 틈으로 침투하는 플라즈마의 경로를 수직방향으로 꺽이게 하여 플라즈마를 2중으로 차폐하도록 한다.
그리고 수평 차폐부(148B)를, 도 4에 도시된 바와 같이 수평 차폐부(148B)의 일 측단에서 타 측단으로 갈 수록 두께가 얇아지는 형상으로 마련한다. 즉, 전극(142)의 외부에서 전극(142)의 내부로 갈수록 수평 차폐부(148B)의 두께가 점진적으로 얇아지도록 하여, 수평 차폐부(148B)의 단면이 완만한 기울기를 가지는 빗면을 형성하도록 하는 것이다.
상술한 바와 같이, 수평 차폐부(148B)의 두께가 점진적으로 얇아지도록 하면, 도 4 하측에 도시된 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 전기장의 세기가 급격하게 하락하지 않고, 완만하게 하락하여 플라즈마 밀도에 영향을 미치지 않게 된다. 즉, 기판(22)과 전극(142) 사이의 거리가 급격히 변화하지 않고, 완만하게 증가하므로 전기장의 세기도 급격하게 변화하지 않고, 완만한 변화 곡선을 보인다.
이러한 차폐부 구조는 도면에 도시된 PE 방식의 식각 장치 외에, RI(Reactive-Ion) 방식 식각장치, ICP(Inductively Coupled Plasma) 방식의 식각장치에도 널리 사용될 수 있다.
플라즈마 처리장치에 있어서는 발생되는 플라즈마의 균일성(Uniformity)이 피처리물의 모든 면에 대하여 처리되는 정도의 일정성을 결정하므로, 플라즈마 균일성이 매우 중요한 요소이다. 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)에서는 기판의 모든 면에 대하여 균일한 플라즈마를 발생시키므로 기판의 모든 영역에 대하여 일정한 처리가 이루어진다.
본 발명에 의한 플라즈마 처리장치는, 수평 차폐부의 두께가 전극 내부 방향으로 갈수록 점진적으로 얇아지도록 수평 차폐부를 마련함으로써, 전극과 기판 사이의 전 영역에서 전기장의 세기가 완만하게 변화하며, 그에 따라 플라즈마 처리장치 내부에서 발생하는 플라즈마도 균일해지고, 처리되는 피처리물의 각 영역에 대한 처리정도도 일정해지는 점이 있다.
도 1은 종래의 플라즈마 처리장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 종래의 플라즈마 처리장치에 마련되는 전계 발생계의 구조를 나타내는 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치에 마련되는 전계 발생계의 구조를 나타내는 부분 단면도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 종래의 플라즈마 처리장치
10, 110 : 기밀 처리실
20, 120 : 탑재대
30, 130 : 가스 공급계
40, 140 : 전계 발생계
42, 142 : 전극
44, 144 : 고주파 전력 공급 부재
46, 146 : 측면 절연재
48A, 148A : 측면 차폐부
48B, 148B : 수평 차폐부
50, 150 : 배기계

Claims (2)

  1. 플라즈마를 이용하여 피처리물에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서,
    상기 플라즈마 처리장치 내부에 마련되며, 상기 플라즈마 처리장치에 고주파 전력을 인가하는 전극;
    상기 전극을 플라즈마로 부터 보호하기 위한 차폐부;를 포함하며,
    상기 차폐부는, 상기 전극의 측면에 부착되어, 상기 전극의 측면을 보호하는 측면 차폐부 및 상기 전극의 노출 수평면 가장자리 영역에 부착되어, 상기 전극의 수평면 가장자리 영역을 보호하는 수평 차폐부로 구성되며,
    상기 수평 차폐부는, 상기 전극과 인접한 면을 기준으로 상기 전극 내측으로 갈수록 그 두께가 점진적으로 얇아지는 형상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 처리장치는,
    PE(Plasma Enhanced) 방식 식각장치, RIE(Reactive-Ion Etching) 방식 식각장치, ICP(Inductively Coupled Plasma) 방식의 식각장치 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
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