KR20070010989A - 유도 결합형 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유도 결합형 플라즈마 처리 장치에 대해 개시된다. 개시된 본 발명의 유도 결합형 플라즈마 처리 장치는 반응챔버와, 상기 반응챔버 내에 플라즈마 공간을 형성하고 그 내부에 피처리 기판을 지지하는 기판 홀더와, 상기 기판 홀더 측면에 구비되는 쉴드와, 상기 기판 하부의 소정영역에 형성되는 다수의 처리가스 유입구와, 상기 반응챔버의 하부 면에 설치된 고주파 전력이 인가되는 선형 안테나를 구비한다.
이에 따라, 플라즈마 밀도분포를 균일하게 발생시킬 수 있음으로써 대면적의 평판표시장치를 구현할 수 있다.
플라즈마 처리장치, 선형 안테나, 쉴드, 유입구

Description

유도 결합형 플라즈마 처리 장치{Inductively Coupled Plasma Processing Apparatus}
도 1은 본 발명에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리 장치의 안테나 구조의 평면도이다.
♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣
10 : 반응챔버 100 : 용기부
110,120 : 고주파 전원 111, 121 : 정합회로
130 : 피처리기판 140a : 기판 홀더
140b : 쉴드 150 : 하부전극
160 : 유입구 170 : 유출부
171 : 펌핑 포트 180 : 윈도우
190,191 : 선형 안테나
본 발명은 유도 결합형 플라즈마 처리 장치에 관한 기술로서, 보다 상세하게 는 반응챔버 내의 하부 중앙부 및 측면에 처리가스의 유입구를 형성하며, 반응챔버 하부에 선형 안테나를 사용함으로써 플라즈마 밀도분포를 중앙부와 외곽에 걸쳐 대칭적이고 균일하게 발생시킬 수 있는 유도 결합형 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
평판 디스플레이(FPD : Flat Panel Display )는 사용물질의 종류에 따라 유기물 사용소자와 무기물 사용소자로 구분되고, 무기물 사용소자는 플라즈마 디스플레이 패널( PDP : Plasma Display Panel)과 전계 방출 디스플레이( FED : Field Emission Display ) 등이 있으며, 유기물 사용소자는 액정 디스플레이( LCD : Liquid Crystal Display )와 유기 발광표시장치(OLED: Organic Light Emittig Display) 등이 알려져 있다.
플라즈마란 이온화된 기체로, 양이온, 음이온, 전자, 여기 된 원자, 분자 및 화학적으로 매우 활성이 강한 래디칼(radical)등으로 구성되며, 전기적 및 열적으로 보통 기체와는 매우 다른 성질을 갖기 때문에 물질의 제4 상태라고도 칭한다. 이러한 플라즈마는 이온화된 기체를 포함하고 있기 때문에 전기장 또는 자기장을 이용해 가속시키거나 화학반응을 일으켜 웨이퍼와 같은 반도체 기판을 에칭하거나 증착하는 등, 반도체의 제조공정에 유용하게 활용되고 있다.
이러한 유도결합형 플라즈마 처리장치는 내부의 기밀이 유지되고 감압의 분위기가 형성된 반응챔버와 이 반응챔버 외부의 고주파 안테나를 구비하며, 반응챔버의 내부에는 피처리체를 정확한 위치에 고정하고 이온들의 수직 입사를 위한 쉬스를 형성할 수 있도록 고주파전원이 공급되는 하부전극이 위치한다.
상기 반응챔버 내로 처리가스가 도입되면, 상부의 윈도우 벽체에 근접 배치된 고주파 안테나에 플라즈마 생성용 고주파 전력을 인가되며, 상기 안테나에 의해 수직방향으로 유도 자기장이 형성된다. 상기 유도 자기장은 반응챔버 내에 유도 전기장을 형성시킨다. 상기 유도 전기장은 처리가스가 이온화시켜 플라즈마를 생성시킨다. 이 때, 하부전극에는 바이어스용 고주파 전력이 인가되어 있다.
한편, 플라즈마의 발생은 상기 유도전기장 뿐만 아니라, 고주파 안테나와 반응챔버 내부와의 전위 차이로 인한 축전 전기장에 의해서도 발생될 수 있다. 상기와 같은 유도 결합형 플라즈마 처리장치에서는 고주파 안테나 부근의 하부전극, 즉, 기판 홀더부에 바이어스를 걸어 기판 쪽으로 음의 바이어스가 인가된다. 이에 따라, 반응챔버 내에 수직 축전 용량이 발생된다. 이러한 축전용량은 반응챔버 내부에는 축전 전기장에 의한 플라즈마와 유도 자기장에 의한 플라즈마가 공존하며 일정한 분포를 이루게 된다.
그러나 일반적인 유도 결합형 플라즈마 처리 장치는 고주파 안테나의 구조상 축전 전기장과 유도 자기장의 비대칭성을 유발시키며, 이에 따라 반응챔버의 중앙부와 외곽 부의 플라즈마 밀도 분포가 다르게 나타나는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 종래의 문제점들을 해소하기 위해 도출된 발명으로 반응챔버 내부에서 플라즈마 밀도분포를 중앙부와 외곽에 걸쳐 대칭적이고 균일하게 발생시킬 수 있는 유도 결합형 플라즈마 처리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한. 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명의 유도 결합형 플라즈마 처리 장치는 반응챔버와, 상기 반응챔버 내에 플라즈마 공간을 형성하고 그 내부에 피처리 기판을 지지하는 기판 홀더와, 상기 기판 홀더 측면에 구비되는 쉴드와, 상기 기판 하부의 소정영역에 형성되는 다수의 처리가스 유입구와, 상기 반응챔버의 하부 면에 설치된 고주파 전력이 인가되는 선형 안테나를 구비한다.
바람직하게, 선형 안테나는 상기 기판 보다 크게 형성되며, 상기 쉴드는 망 구조 또는 균일하게 홀이 형성된 구조를 가지며, 상기 쉴드는 플라즈마가 반응챔버 상부로 흐르는 것을 방지하며, 상기 기판 홀더와 상기 쉴드는 상,하로 이동할 수 있다.
상기 윈도우는 세라믹 또는 석영으로 이루어지며, 상기 기판 크기의 소정분할이며, 상기 소정 분할은 상기 기판의 1분할 내지 16분할일 수 있다.
상기 기판 상부에 유출부는 더 포함하며, 상기 유출부는 펌핑포트와 연결된다.
이하에서는, 본 발명의 실시 예들을 도시한 도면을 참조하여, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리 장치의 단면도이다.
도 1을 참고하면, 유도 결합형 플라즈마 처리 장치(20)는 반응챔버(10)와, 상기 반응 챔버 내에 플라즈마 처리 공간을 형성하고 그 내부에 피처리 기판(130) 을 지지하는 기판 홀더(140a)와, 상기 기판 홀더(140a) 측면에 구비되는 쉴드(140b) 및 하부전극(150)과, 상기 반응챔버(10) 하부 중앙부 및 측면에 설치된 다수의 처리가스 유입구(160a,160b)와, 상기 피처리 기판(130) 상부에 형성되는 처리가스의 유출부(170)와, 상기 반응챔버(10)의 하면을 형성하는 윈도우(180)와, 상기 윈도우(180)에 의해 상기 반응챔버(10)와 격리되어 상기 윈도우(180) 하면에 설치된 고주파 전력(120)이 인가되는 선형 안테나(190)를 구비한다.
상기 반응챔버(10)는 플라즈마 처리가 이루어질 수 있도록 밀폐된 상기 용기부(100)로 구성된다. 상기 용기부(100)는 모두 유전체로 구성되며, 알루미늄(Al), 알루미나(Al203) 또는 질화알류미늄(AlN)으로 형성될 수 있으며, 이들에 제한 되지는 않는다.
상기 반응챔버(10) 내부에는 피처리 기판(130)이 탑재된 하부전극(150)이 구비되며, 상기 피처리 기판(130)을 지지하는 기판 홀더(140a)와 쉴드(140b)가 구비된다.
상기 하부전극(150)은 바이어스 전압을 걸기 위한 플레이트로서, 상기 고주파 전원(110)으로 부터 고주파 또는 중주파 전력 예컨대, 13.56MHz 또는 수십, 수백Hz ~ 수백MHz의 전력이 상기 정합회로(111)를 통해 인가된다. 상기 정합회로(111)는 상기 전력을 적절히 분배할 수 있으며 전력손실을 최소화할 수 있다.
상기 쉴드(140b)는 상기 기판 홀더(140a) 측면에 형성되며, 망(mesh) 구조 또는 균일하게 홀이 형성된 구조를 갖는다. 상기 쉴드(140b)는 플라즈마 공정이 진행될 경우, 플라즈마가 상기 피처리 기판(130) 상부로 흐르는 것을 방지할 수 있다.
상기 기판 홀더(140a)와 상기 쉴드(140b)는 상·하로 이동 가능하다. 상기 기판 홀더(140a)와 상기 쉴드(140b)는 상·하로 이동 가능함으로써 상기 피처리 기판(130)과 플라즈마 사이의 거리를 적절히 조절할 수 있다. 또한, 상기 기판 홀더(140a)와 상기 쉴드(140b)는 상·하로 이동 가능함으로써 상기 피처리 기판(130) 표면에 손상을 주지 않고 플라즈마를 처리할 수 있다. 더 나아가서는 상기 피처리 기판(130)의 플라즈마 처리 모듈 진행시 즉, 이송 및 취출이 간소화될 수 있으며, 상향 유기물 증착을 원활하게 증착할 수 있다.
상기 유입구(160)는 상기 반응챔버(10)의 피처리 기판 하부의 중앙부(160b) 및 측면(160a)의 소정영역에 형성되다. 상기 유입구(160)에는 처리가스가 공급된다. 이에 따라, 상기 반응챔버(10) 내부의 플라즈마는 중앙부와 외곽에 걸쳐 대칭적이고 균일한 밀도분포를 나태낸다. 상기 처리가스는 O2, N2 또는 Ar 등의 가스를 이용할 수 있으며, 상기 유입구(160)를 통해서 1mTorr 내지 100mTorr 정도의 내압으로 유지될 수 있다.
상기 유출부(170)는 상기 반응챔버(10) 상부의 소정영역에 형성될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 상기 유출부(170)는 상기 피처리 기판(130)과 대칭되는 위치에 형성함으로써 가장 균일한 플라즈마를 형성할 수 있다. 또한, 상기 유출부(170)는 보다 균일한 플라즈마 배기를 위해 즉, 일정한 공정압력, 이온화 되지 못한 분자 및 입자 등을 보다 쉽게 상기 반응챔버(10) 밖으로 배출될 수 있도록 펌핑 포트(punping port:171)를 더 형성한다.
상기 윈도우(180)는 상기 반응챔버(10)의 하부벽을 형성한다. 상기 윈도우(180)는 절연체로 구성되며, 예컨대 세라믹(Ceramic) 또는 석영(quartz)으로 형성될 수 있으며, 이들에 제한되지는 않는다. 상기 윈도우(180)는 상기 피처리 기판(130)의 소정분할 예컨대, 상기 피처리 기판(130)의 1분할 내지 16분할 크기로 형성될 수 있다. 상기 윈도우(180)는 상기 선형 안테나(190,191) 주변부에 발생된 전기장 및 자기장을 상기 피처리 기판(130)의 하부로 이동시킬 수 있음으로써 플라즈마의 고밀도화를 촉진시킬 수 있다.
상기 반응챔버(10)의 외측 하부에 상기 선형 안테나(190,191)를 위치시키며, 상기 선형 안테나(190,191)에는 상기 정합회로(121)를 거쳐 상기 고주파 전원(120)이 접속된다. 상기 고주파 전원(120)은 상기 선형 안테나(190,191)에 플라즈마 생성용 고주파 전력을 인가한다.
상기 선형 안테나(190,191)는 상기 피처리 기판(130)의 크기보다 크게 형성된다. 상기 선형 안테나(190,191)는 상기 피처리 기판(130)의 전 영역에 걸쳐 전력을 인가함으로써 균일한 플라즈마를 형성할 수 있다.
상기 고주파 전원(120)은 음극(-)과 양극(+)이 계속 변경되는 특성을 가지고 있다. 상기 고주파 전원(120)은 20MHz 내지 60MHz의 전력을 상기 정합회로(121)를 통해 인가될 수 있으나, 13.56MHz의 전력이 인가되는 것이 가장 바람직하다.
상기 정합회로(121)는 상기 전력을 적절히 분배할 수 있으며 전력손실을 최 소화할 수 있다.
전술한 실시 예에서는 처리가스의 유입구(160)는 상기 반응챔버(10)의 피처리 기판 하부 중앙부(160b) 및 측면(160a)의 소정영역에 다수개가 형성되었으나, 유입구(160)의 형성위치는 이에 한정되지 않으며, 그 수에 제한을 받지 않는다. 다만, 플라즈마 밀도를 떨어뜨리지 않는 위치에 형성될 수 있음은 물론이다.
도 2는 본 발명에 따른 유도 결합형 플라즈마 처리 장치의 안테나 구조의 평면도이다. 여기서, 도 1에 나타낸 참조 부호와 동일한 참조부호는 동일한 구성 및 효과를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 상기 고주파 전원(120)이 전력은 상기 정합회로(121)를 거쳐 상기 윈도우(180)에 근접 배치된 상기 선형 안테나(190,191)에 인가되면, 상기 윈도우(180)를 매개하여 상기 피처리 기판(130)의 하부에 전계가 형성된다.
상기 고주파 전원(120)은 플라즈마 생성용 고주파 전력을 인가한다.
상기 선형 안테나(190,191)는 상기 피처리 기판(130) 보다 크게 형성됨으로써 상기 피처리 기판(130) 하부 전 영역에 전력을 공급할 수 있다.
이에 따라, 상기 피처리 기판(130) 하부에 형성된 전계에 의해 처리가스는 이온화되어 균일한 플라즈마를 생성할 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 실시 예에 따라 기술되었으나, 상기한 실시 예는 설명을 위한 것이며, 사상의 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 반응챔버 내의 하부 중앙부 및 측면에 처리가스의 유입구를 형성하며, 반응챔버 하부에 선형 안테나를 사용함으로써 반응챔버 내부의 플라즈마 밀도분포를 중앙부와 외곽에 걸쳐 대칭적이고 균일하게 발생시킬 수 있다. 이에 따라 플라즈마의 발생효율을 높여 대면적의 평판표시장치의 표면 처리에 적합한 플라즈마 장치를 제공할 수 있다.
또한, 균일한 플라즈마 생성으로 인한 애노드 전극의 표면 특성과 일함수가 향상되어 유기층과 전하 이동 특성을 향상 시킬 수 있으며, 전체 증착 시스템 내의 물류를 원활하게 수행할 수 있다.

Claims (10)

  1. 반응챔버와,
    상기 반응챔버 내에 플라즈마 공간을 형성하고 그 내부에 피처리 기판을 지지하는 기판 홀더와,
    상기 기판 홀더 측면에 구비되는 쉴드와,
    상기 기판 하부의 소정영역에 형성되는 다수의 처리가스 유입구와,
    상기 반응챔버의 하부면에 설치된 고주파 전력이 인가되는 선형 안테나를 구비하는 것을 특징으로 하는 유도 결합형 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 선형 안테나는 상기 기판 보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 유도 결합형 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 쉴드는 망 구조 또는 균일하게 홀이 형성된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 유도 결합형 플라즈마 처리 장치.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 쉴드는 플라즈마가 상기 반응챔버 상부로 흐르는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 유도 결합형 플라즈마 처리 장치.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 기판 홀더와 상기 쉴드는 상·하로 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 유도 결합형 플라즈마 처리 장치.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 윈도우는 세라믹 또는 석영으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유도 결합형 플라즈마 처리 장치.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 윈도우는 상기 기판 크기의 소정분할인 것을 특징으로 하는 유도 결합형 플라즈마 처리 장치.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 소정 분할은 상기 기판의 1분할 내지 16분할인 것을 특징으로 하는 유도 결합형 플라즈마 처리 장치.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 기판 상부에 유출부는 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합형 플라즈마 처리 장치.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 유출부는 펌핑포트와 연결된 것을 특징으로 하는 유도 결합형 플라즈마 처리 장치.
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