KR20060094409A - 유도 결합 플라즈마 처리장치 - Google Patents

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이창근
김형수
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Abstract

본 발명은 진공 형성이 가능한 챔버 내부에 고밀도의 유도 결합 플라즈마(ICP)를 공급하여 기판에 소정의 처리를 실시하는 유도 결합 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 챔버의 개구된 상면에 마련되는 유전체 덮개판; 상기 유전체 덮개판의 상면에 구비되며, 인가된 고주파 전원에 의해 자기장이 형성되고, 그 자기장에 의해 챔버 내부에 전기장을 발생시키는 코일 안테나(Coil antenna); 상기 챔버내 하측에 마련되어 상면에 기판이 적재되며, 외부의 고주파 전원이 인가되는 기판 척; 상기 유전체 덮개판에 구비되며, 상기 유전체 덮개판의 온도를 상승시켜 폴리머 축적을 감소시키는 폴리머 축적 감소부;가 마련되는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치를 제공한다.
유도 결합 플라즈마 처리장치, 고밀도 플라즈마(ICP), 코일 안테나, 유전체 덮개판, 폴리머(Polymer), 파티클(Particle), 폴리머 축적 감소부

Description

유도 결합 플라즈마 처리장치{Inductive Coupled Plasma processing apparatus}
도 1은 종래의 유도 결합 플라즈마 처리장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110, 210, 310 : 챔버 112, 212, 312 : 유전체 덮개판
112a : 가열라인 114, 214, 314 : 코일 안테나(Coil antenna)
120, 220, 320 : 기판 척 230 : 고정 브라켓
240 : 발광부 330 : 발열체
본 발명은 유도 결합 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유도 결합용 플라즈마(ICP : Inductive coupled plasma) 처리장치 내에서 실시되는 처리 과정에서 공정 부산물인 폴리머 생성으로 인해 플라즈마 공정에 악영향이 미치는 것을 방지할 수 있게 한 유도 결합 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
고주파를 인가함으로서 발생하는 플라즈마에는 용량 결합형 플라즈마(CCP : Capacitively Coupled Plasma)와 유도 결합형 플라즈마(ICP : Inductively Coupled Plasma)가 있으며, 용량 결합형 플라즈마는 두개의 평행 평판형 전극 사이에 고주파 전원을 인가한 상태에서 플라즈마를 발생시켜 기판의 소정 처리를 하는 방식이고, 유도 결합형 플라즈마는 반응관 외부의 코일에 고주파 전원을 인가함으로써, 무전극형(Electrodeless type)의 플라즈마를 발생시키는 방식이다.
여기서, 상술한 용량 결합형 플라즈마는 기판에 손상을 입히기 때문에, 기판의 처리에는 유도 결합형 플라즈마 쪽이 바람직하다는 것이 판명되어 있으며, 이 유도 결합형 플라즈마를 이용하여 기판에 소정의 처리를 실시하는 장치가 유도 결합 플라즈마 처리장치로써, ICP 방식의 플라즈마를 형성하기 위해선 시간에 따라 변화하는 자기장을 형성하기 위한 코일 안테나(Coil Antenna)가 필수적으로 필요하며, 상기 코일 안테나의 형태에 따라 원통형, 평면형, 반구형, 나선형, 다중 루프(Loop)형 등으로 마련된다.
이러한 유도 결합 플라즈마 처리장치로는 반도체 웨이퍼 등에 대해 에칭(Etching), 에싱(Ashing), CVD(Chemical Vapor Deposition) 처리, 이온 주입 처리 등을 행할 수 있다.
종래의 유도 결합 플라즈마 처리장치는 도 1에 도시된 바와 같이 진공 형성이 가능한 챔버(10)와, 상술한 챔버(10)의 상면이 개구되어 그 개구된 부위에 마련되는 유전체 덮개판(12)과, 상술한 유전체 덮개판(12)의 상면에 나선형 형태로 마련되는 코일 안테나(Coil antenna : 14)와, 상술한 챔버(10)내 하측에 마련되어 그 상면에 기판(S)이 재치되는 기판 척(20)으로 이루어진다.
상술한 챔버(10)는 기판(S)이 그 챔버(10) 내부로 반입 또는 반출될 수 있도록 출입구(도면에 미도시)가 일측에 형성되고, 그 출입구를 개폐하는 게이트(도면에 미도시)가 마련된다.
그리고, 상술한 코일 안테나(14)와 기판 척(20)에는 개별적으로 고주파 전원이 인가된다.
여기서, 상술한 챔버(10)의 상면에 챔버(10) 내부로 공정가스를 공급하는 소스부(도면에 미도시)가 마련되며, 상술한 챔버(10)의 바닥면 일측에 챔버(10) 내부의 기체를 흡입하여 외부로 배출하는 배기부(도면에 미도시)가 마련된다.
그러나, 상술한 유도 결합 플라즈마 처리장치는 특성상 공정 부산물인 폴리머(Polymer)가 고밀도 플라즈마에 영향을 받아 재분해 및 재축적되는 현상이 발생되며, 그로 인해 유전체 덮개판(12)에 축적되어 공정 재연성의 저하 및 파티클(particle) 발생에 따른 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적 은 기판을 고밀도 플라즈마에 의해 공정 처리하는 과정에서 생성되는 폴리머가 공정에 미치는 영향을 최소화시키는 유도 결합 플라즈마 처리장치를 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 진공 형성이 가능한 챔버 내부에 고밀도의 유도 결합 플라즈마(ICP)를 공급하여 기판에 소정의 처리를 실시하는 유도 결합 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 챔버의 개구된 상면에 마련되는 유전체 덮개판; 상기 유전체 덮개판의 상면에 구비되며, 인가된 고주파 전원에 의해 자기장이 형성되고, 그 자기장에 의해 챔버 내부에 전기장을 발생시키는 코일 안테나(Coil antenna); 상기 챔버내 하측에 마련되어 상면에 기판이 적재되며, 외부의 고주파 전원이 인가되는 기판 척; 상기 유전체 덮개판에 구비되며, 상기 유전체 덮개판의 온도를 상승시켜 폴리머 축적을 감소시키는 폴리머 축적 감소부;가 마련됨으로써, 상술한 폴리머 축적 감소부에 의한 유전체 덮개판의 온도 상승으로 공정 부산물인 폴리머가 축적되지 않으므로 바람직하다.
또한, 본 발명에서의 폴리머 축적 감소부는, 상기 유전체 덮개판의 내부에 일단은 유입구이고 타단은 배출구인 지그재그 형상의 가열라인이 형성되며, 이 가열라인을 통한 가열 매체의 순환에 의해 유전체 덮개판의 온도를 상승시킴으로써, 상술한 가열라인에 가열매체가 순환하여 유전체 덮개판의 온도를 상승시키므로 상술한 유전체 덮개판 저면에 축적되는 폴리머의 생성을 감소시키므로 바람직하다.
또한, 본 발명에서의 코일 안테나는, 나선형의 평면형태로 형성되어 마련되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서의 폴리머 축적 감소부는, 상기 유전체 덮개판 상측에 다수개의 발광부가 마련되어 상기 발광부에서 조사되는 빛에 의해 유전체 덮개판의 온도를 상승시킴으로써, 상술한 발광부에서 조사되는 빛에 의해 유전체 덮개판의 온도를 상승시켜 그 유전체 덮개판 저면에 축적되는 폴리머의 생성을 감소시키므로 바람직하다.
또한, 본 발명에서의 발광부는, 적외선 램프인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서의 폴리머 축적 감소부는, 상기 유전체 덮개판의 상면에 구비되는 코일 안테나와, 상기 코일 안테나의 사이사이에 마련되는 발열체의 발열에 의해 유전체 덮개판의 온도를 상승시킴으로써, 상술한 발열체에서 발생하는 열에 의해 유전체 덮개판의 온도를 상승시켜 그 유전체 덮개판 저면에 축적되는 폴리머의 생성을 감소시키므로 바람직하다.
이하, 본 발명의 유도 결합 플라즈마 처리장치를 첨부도면을 참조하여 실시예들을 설명하면 다음과 같다.
< 실시예 1 >
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치는 도 2에 도시된 바와 같이 진공 형성이 가능한 챔버(110)와, 상술한 챔버(110)의 상면이 개구되어 그 개구된 부위에 마련되는 유전체 덮개판(112)과, 상술한 유전체 덮개판(112)의 상면에 나선형 형태로 마련되는 코일 안테나(Coil antenna : 114)와, 상술한 챔버(110)내 하측에 마련되어 그 상면에 기판(S)이 재치되는 기판 척(120)으로 이루어진다.
여기서, 상술한 챔버(110)와 코일 안테나(114)와 기판 척(120)은 종래의 그것과 동일한 구조와 기능을 하므로 상세한 설명은 생략한다.
한편, 종래와 마찬가지로 상술한 챔버(110)의 상면에 챔버(110) 내부로 공정가스를 공급하는 소스부(도면에 미도시)가 마련되며, 상술한 챔버(110)의 바닥면 일측에 챔버(110) 내부의 기체를 흡입하여 외부로 배출하는 배기부(도면에 미도시)가 마련된다.
그리고, 상술한 코일 안테나(114)와 기판 척(120)에는 개별적으로 고주파 전원이 인가된다. 한편, 상술한 코일 안테나(114)는 알루미늄(Al)재의 나선형 형상을 갖도록 평면형태로 마련되며, 평면 형태로 이루어져 대면적 기판(S)에서 플라즈마 균일도가 뛰어나고 챔버(110)의 체적이 작게 형성되는 장점이 있다.
또한, 상술한 코일 안테나(114)는 코일 내부에 흐르는 고주파 전원을 공급받아 고주파 전원은 챔버(110) 내부에 강한 전기장을 유도하게 되며, 그 전기장으로 소스부를 통해 유입된 고밀도 플라즈마 가스는 코일 안테나(114)의 전류에 의해 전 기장이 발생되어 챔버(110) 내부에 고밀도의 플라즈마를 형성시킨다.
상술한 유전체 덮개판(112)은 판상으로 내부에서 일단은 유입구이고 타단은 배출구인 지그재그 형상의 폴리머 축적 감소부인 가열라인(112a)이 형성되며, 그 가열라인(112a)을 통해 유입구에서 유입된 가열 매체가 순환하여 배출구를 통해 외부로 배출되는 과정에서 상술한 유전체 덮개판(112)의 온도를 상승시켜 폴리머의 축적을 방지한다.
그리고, 상술한 유전체 덮개판(112)은 절연체로 석영 또는 세라믹으로 형성되어 마련된다.
여기서, 상술한 가열라인(112a)은 건 드릴(Gun Drill)에 의해 가공하는 것이 일반적이며, 수평 방향과 수직 방향으로 관통하여 유로가 형성될 수 있게 유입구와 배출구를 제외한 나머지 끝단에 형성된 관통 구멍을 마감부재(도면에 미도시)로 마감하여 지그재그 형상으로 이루어지게 한다.
그러므로, 본 실시예에서의 유도 결합 플라즈마 처리장치는 도 2에 도시된 바와 같이 챔버(110) 내부로 별도의 운송수단(도면에 미도시)에 의해 반입된 기판(S)이 기판 척(120)상에 적재되면 소스부에서 공정 가스가 공급되고 코일 안테나(114)와 기판 척(120)에 고주파 전원이 인가되며, 이때, 코일 안테나(114)에서 인가되는 고주파 전원에 의해 자기장이 형성되고 이 자기장에 의해 챔버(110) 내부에서 전기장이 형성되어 상술한 챔버(110) 내부에 고밀도 플라즈마 가스가 전기장에 의해 활성화되면서 고밀도 플라즈마가 형성되며, 그 고밀도 플라즈마에 의해 기판 (S)을 공정 처리하게 된다.
여기서, 공정 처리시 유전체 덮개판(112)의 온도를 상승시켜 상술한 유전체 덮개판(112)의 저면 영역에 생성되는 공정 부산물인 폴리머의 축적을 방지하기 위해 상술한 유전체 덮개판(112) 내부에 지그재그 형상의 폴리머 축적 감소부인 가열라인(112a)이 형성되게 하며, 그 가열라인(112a)을 통해 유입되는 가열매체가 순환되게 하여 상술한 유전체 덮개판(112)의 온도를 상승하게 한다.
< 실시예 2 >
본 발명의 2 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치는 도 3에 도시된 바와 같이 진공 형성이 가능한 챔버(210)와, 상술한 챔버(210)의 상면이 개구되어 그 개구된 부위에 마련되는 유전체 덮개판(212)과, 상술한 유전체 덮개판(212)의 상면에 나선형 형태로 마련되는 코일 안테나(Coil antenna : 214)와, 상술한 챔버(210)내 하측에 마련되어 그 상면에 기판(S)이 재치되는 기판 척(220)으로 이루어진다.
여기서, 상술한 챔버(210)와 코일 안테나(214)와 기판 척(220)은 앞선 실시예의 그것과 동일한 구조와 기능을 하므로 상세한 설명은 생략한다.
또한, 상술한 코일 안테나(214)도 앞선 실시예와 마찬가지로 코일 내부에 흐르는 고주파 전원을 공급받으며, 상술한 고주파 전원은 챔버(210) 내부에 강한 전기장을 유도하게 되며, 그 전기장으로 소스부를 통해 유입된 고밀도 플라즈마 가스는 코일 안테나(214)의 전류에 의해 전기장으로 발생되어 챔버(210) 내부에 고밀도 의 플라즈마를 형성시킨다.
여기서, 상술한 챔버(210)의 상면에 하부 양단이 고정된 상태로 상단이 이격되는
Figure 112005009955243-PAT00001
형상의 고정브라켓(230)이 마련되며, 상술한 고정브라켓(230)의 수평 부위 하부에 하방을 향하면서 외부의 인가 전원에 의해 빛이 조사되도록 하여 그 빛에 의해 폴리머의 축적을 감소시키는 폴리머 축적 감소부인 발광부(240)가 다수개 마련된다.
여기서, 상술한 폴리머 축적 감소부인 발광부(240)는 자외선 램프이다.
그러므로, 본 실시예에서의 유도 결합 플라즈마 처리장치는 도 3에 도시된 바와 같이 챔버(210) 내부로 별도의 운송수단(도면에 미도시)에 의해 반입된 기판(S)이 기판 척(220)상에 적재되면 소스부에서 공정 가스가 공급되고 코일 안테나(214)와 기판 척(220)에 고주파 전원이 인가되며, 이때, 코일 안테나(214)에서 인가되는 고주파 전원에 의해 자기장이 형성되고 이 자기장에 의해 챔버(210) 내에서 전기장이 형성되어 상술한 챔버(210) 내부에 고밀도 플라즈마 가스가 전기장에 의해 활성화되면서 고밀도 플라즈마가 형성되며, 그 고밀도 플라즈마에 의해 기판(S)을 공정 처리하게 된다.
여기서, 공정 처리시 유전체 덮개판(212)의 온도를 상승시켜 상술한 유전체 덮개판(212)의 저면 영역에 생성되는 공정 부산물인 폴리머의 축적을 방지하기 위해 상술한 유전체 덮개판(212)과 이격된 상측에 인가 전원에 의해 빛을 조사하는 폴리머 축적 감소부인 발광부(240)를 마련하여, 그 발광부(240)에서 조사되는 빛에 의해 상술한 유전체 덮개판(212)의 온도를 상승하게 한다.
< 실시예 3 >
본 발명의 3 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치는 도 4에 도시된 바와 같이 챔버(310); 유전체 덮개판(312); 코일 안테나(Coil antenna : 314); 기판 척(320)으로 이루어지며, 상술한 챔버(310)와 코일 안테나(314)와 기판 척(320)은 앞선 실시예의 그것과 동일한 구조와 기능을 하므로 상세한 설명은 생략한다.
상술한 코일 안테나(314)는 나선형으로 구비되어 관 형태의 코일 안테나(314)의 사이사이에는 공간이 형성됨에 따라 그 공간에 상응하는 나선형의 형상을 갖는 폴리머 축적 감소부인 발열체(330)를 구비한다. 여기서, 상술한 발열체(330)는 외부의 인가 전원에 의해 발열하게 되며, 상술한 발열체(330)에서 발생되는 열에 의해 상술한 유전체 덮개판(312)의 온도를 상승시킨다.
그러므로, 본 실시예에서의 유도 결합 플라즈마 처리장치는 도 4에 도시된 바와 같이 공정 처리시 유전체 덮개판(312)의 온도를 상승시켜 상술한 유전체 덮개판(312)의 저면 영역에 생성되는 공정 부산물인 폴리머의 축적을 방지하기 위해 상술한 유전체 덮개판(312)의 상면에 마련된 코일 안테나(314)의 내측 여유 공간에 그 코일 안테나(314)의 형상과 상응한 나선형의 폴리머 축적 감소부인 발열체(330)를 마련하여, 그 발열체(330)의 발열에 의해 상술한 유전체 덮개판(312)의 온도를 상승하게 한다.
이와 같은 본 발명의 유도 결합 플라즈마 처리장치는 그 내부에 구비되는 소스부에서 공정 가스가 공급되고 코일 안테나와 기판 척에 고주파 전원이 인가되며, 이때, 코일 안테나에서 인가되는 고주파 전원에 의해 자기장이 형성되고 이 자기장에 의해 챔버 내부에 전기장이 형성되어 상술한 챔버 내부에 고밀도 플라즈마 가스가 전기장에 의해 활성화되면서 고밀도 플라즈마가 형성되며, 그 고밀도 플라즈마에 의해 기판을 공정 처리하게 되는 과정에서 공정 부산물인 폴리머가 재분해 및 재축적되는 현상이 발생되어 상술한 폴리머가 유전체 덮개판의 저면에서 축적되는 것을 방지하기 위해 상술한 유전체 덮개판에 폴리머 축적 감소부를 마련하여 공정수율 저하 및 파티클(particle) 문제 등 공정에 미치는 영향을 최소화하는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 진공 형성이 가능한 챔버 내부에 고밀도의 유도 결합 플라즈마(ICP)를 공급하여 기판에 소정의 처리를 실시하는 유도 결합 플라즈마 처리장치에 있어서,
    상기 챔버의 개구된 상면에 마련되는 유전체 덮개판;
    상기 유전체 덮개판의 상면에 구비되며, 인가된 고주파 전원에 의해 자기장이 형성되고, 그 자기장에 의해 챔버 내부에 전기장을 발생시키는 코일 안테나(Coil antenna);
    상기 챔버내 하측에 마련되어 상면에 기판이 적재되며, 외부의 고주파 전원이 인가되는 기판 척;
    상기 유전체 덮개판에 구비되며, 상기 유전체 덮개판의 온도를 상승시켜 폴리머 축적을 감소시키는 폴리머 축적 감소부;가 마련되는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 폴리머 축적 감소부는,
    상기 유전체 덮개판의 내부에 일단은 유입구이고 타단은 배출구인 지그재그 형상의 가열라인이 형성되며, 이 가열라인을 통한 가열 매체의 순환에 의해 유전체 덮개판의 온도를 상승시키는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 코일 안테나는,
    나선형의 평면형태로 형성되어 마련되는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 폴리머 축적 감소부는,
    상기 유전체 덮개판 상측에 다수개의 발광부가 마련되어 상기 발광부에서 조사되는 빛에 의해 유전체 덮개판의 온도를 상승시키는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 발광부는,
    적외선 램프인 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 폴리머 축적 감소부는,
    상기 유전체 덮개판의 상면에 구비되는 코일 안테나와, 상기 코일 안테나의 사이사이에 마련되는 발열체의 발열에 의해 유전체 덮개판의 온도를 상승시키는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 발열체는,
    상기 코일 안테나의 공간에 위치될 수 있도록 그와 상응되는 나선 형상인 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100840126B1 (ko) * 2006-12-28 2008-06-19 지멘스 오토모티브 주식회사 압축 천연가스-가솔린 겸용 차량의 연료 분사 제어 방법
KR101408375B1 (ko) * 2007-08-29 2014-06-18 최대규 유도 결합 플라즈마 소스가 내장된 히터 및 이를 구비한플라즈마 처리 챔버
KR20180003781A (ko) * 2016-07-01 2018-01-10 세메스 주식회사 기판 처리 장치
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US10359362B2 (en) 2013-04-15 2019-07-23 Plexense, Inc. Method for manufacturing nanoparticle array, surface plasmon resonance-based sensor and method for analyzing using same

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