KR20090073565A - 국소영역의 플라즈마 차폐장치 및 그 차폐방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 처리장치내에서 전극주위를 플라즈마로부터 보호하는 플라즈마 차폐장치에 관한 것으로, 플라즈마 처리장치내에서 전극주위를 플라즈마로부터 보호하는 플라즈마 차폐구조에 있어서, 상기 전극의 수평면 가장자리에 형성된 수평 자폐부재 및 상기 전극의 수직면 형성된 수직 차폐부재를 포함하고, 상기 수평 및 수직 차폐부재 중 어느 하나는 복수개의 조각으로 형성하되, 상기 조각들의 경계면은 수직 또는 수평 방향을 기준으로 경사진 차폐구조가 2중으로 형성된 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 플라즈마 차폐장치 및 그 방법을 제공하게 되면, 챔버내의 처리영역 외의 국소 영역의 플라즈마 발생으로 인하여 기판 외의 부품의 식각, 손상, 파티클 형성 및 기판오염 등의 문제를 해결하기 위해 국소 영역의 플라즈마의 공격으로부터의 보호 및 그 플라즈마의 발생을 저지 또는 약화시킬 수 있게 된다.

플라즈마 처리장치, 전극, 차폐부재, 유전율, 세라믹, 절연부재, 전자파, 경사각

Description

국소영역의 플라즈마 차폐장치 및 그 차폐방법{DEVICE OF SHIELDING LOCAL PALSMA AND METHOD THEREOF}

본 발명은 플라즈마 처리장치의 절연체 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 처리장치 내부에 구비된 전극을 감싸는 절연체 구조를 개선하여 공정 진행시 플라즈마로부터 차폐부재의 파티클과 열화, 소성 변형을 방지해 주면서 전극 주변 상부의 전기장과 플라즈마 밀도를 감소시켜서 공정상의 균일하고, 엣지 부위 취약점을 개선할 수 있는 플라즈마 처리장치의 절연체 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 전극은 처리장치의 내부 상, 하면에 각각 설치되며, 플라즈마 공정처리의 수행 대상물인 기판이 적재되는 하부 전극의 양측에 절연체가 설치된다. 상기 전극은 통상적으로 알루미늄이 사용되고, 반도체를 공정 처리하는데 비교적 저렴한 재료로 가장 폭넓게 사용되며 상, 하부 전극간에 가해지는 고전압에 따라 전극으로 유입된 가스의 방전으로 형성되는 플라즈마의 화학적인 반응과 고전압으로부터 각각의 전극을 보호한다.

또한, 플라즈마 공정은 알루미늄에 대해 부식을 초래할 수 있으므로 알루미늄재질인 전극의 표면을 보호하기 위한 산화 알루미늄(Al₂O₃)피막과 같은 비교적 불활성의 세라믹 재료가 사용된다.

종래의 플라즈마 처리장치(100)는 도 1에 도시한 바와 같이 그 내부 상부 영역에 상부 전극(200)이 마련되고, 상기 상부 전극(200)과 대향된 하부 영역에 내부로 반입 또는 반출되는 기판(1)이 적재되는 적재대(미도시)가 마련된 하부 전극(300)이 마련되되, 상기 하부 전극(300)은 보호부재(400)에 적층된다.

종래의 절연체 구조는 도 2에 도시된 바와 같이 하부 전극(300)과 보호부재(400)의 측면 둘레는 차폐부재(500)로 감싸되, 상기 차폐부재(500)의 내측은 절연부재(520)로, 외측은 세라믹(540)으로 이루어져서 고정되고, 상기 하부 전극(300)의 상부 가장자리 부근에는 세라믹(540)이 삽입되어 고정된다. 즉, 전극 이외에 노출된 부분이 플라즈마에 의해 아킹(Arcing)등의 손상될 수 있으므로 반응이 일어나는 전극면을 제외하고 차폐부재(500)로 외곽을 감싸서 보호하게 되는 것이다.

이와 같이 반응 챔버내에 생성되는 플라즈마를 두 개의 전극들 사이의 상호작용 공간에 본질적으로 구속하는 것이 중요하다는 것이 알려져 있다. 그러나, 어떤 플라즈마는 전체 처리 챔버 내부의 틈새로 침투하거나 이동할 수도 있는 것으로 이해된다. 만약, 이러한 상황이 발생되면, 이러한 처리 영역과 떨어진 영역들에서 부식 또는 증착이 발생되어 결과적으로 반응기 내에서의 입자 오염을 야기함으로써 동일한 반응기로부터 제조될 수 있는 제품의 성능 또는 수율을 저하시키게 된다.

또한, 이러한 증착과 부식은 반응기 또는 그 부품들의 수명을 단축시킬 수도 있다. 전술한 내용 이외에, 만약 플라즈마가 처리 영역 내에 구속되지 않으면, 플 라즈마에 의해 생성되는 대전 입자들은 반응 챔버의 비보호 영역과 충돌함으로써 부가적 불순물, 미립자, 및 오염의 생성을 유발시키고, 처리 되어질 반도체 기판의 표면에서 오염을 유발시킬 수도 있다.

더하여, 플라즈마 처리장치 절연체 구조는 상기 하부 전극의 양측 가장자리 부근에 개재되는 세라믹이 전기전도율이 높아 상기 하부 전극과 세라믹이 접촉되는 부위에 전압강하가 높을 뿐만 아니라, 기판과 전극의 취약한 가장자리 부위의 플라즈마 밀도가 높아져 기판 엣지 부위에 대한 하드웨어적 문제가 발생되는 문제점이 있다.

특히, 챔버 내벽의 불완전한 접지로 인하여 하부전극과 챔버 측벽 사이의 전기장 형성 또는 상부전극과 측벽 사이의 전기장 형성으로 인한 국소 플라즈마(local plasma)의 발생으로 인하여 하부전극 가장자리에서 플라즈마 공격을 많이 받게 된다는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 챔버내의 처리영역 외의 국소 영역의 플라즈마 발생으로 인하여 기판 외의 부품의 식각, 손상, 파티클 형성 및 기판오염 등의 문제를 해결하기 위해 국소 영역의 플라즈마의 공격으로부터의 보호 및 그 플라즈마의 발생을 저지 또는 약화시키고자 함이다.

또한 종래의 전극부위의 차폐수단은 고가의 고 유전체로 되어 있어 그 가공 및 제조 단가가 비싸다는 점을 개선하여 수평 또는 수직 차폐부재를 경사진 조각 유전체의 조합의 구조가 2중으로 형성하여 효과적으로 국소 영역의 플라즈마의 발생을 저지 또는 차폐하여 고효율의 플라즈마 처리 공정을 제공하고자 함이다.

본 발명에 따른 플라즈마 차폐장치는 플라즈마 처리장치내에서 전극주위를 플라즈마로부터 보호하는 플라즈마 차폐구조에 있어서, 상기 전극의 수평면 가장자리에 형성된 수평 자폐부재 및 상기 전극의 수직면 형성된 수직 차폐부재를 포함하고, 상기 수평 및 수직 차폐부재 중 어느 하나는 복수개의 조각으로 형성하되, 상기 조각들의 경계면은 수직 또는 수평 방향을 기준으로 경사진 차폐구조가 2중으로 형성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 전극과 상기 수직 차폐부재 사이에 절연 부재가 적층된 것이 바람직하고, 상기 복수개의 조각들 중 적어도 하나는 유전율이 다른 것이 바람직하며, 상기 경계면 중 적어도 어느 하나의 경사각을 달리하는 것이 역시 바람직하다.

더하여, 바람직하게는 상기 차폐부재의 재질이 세라믹인 것일 수 있고, 상기 절연부재는 강화 테프론 또는 합성수지로 제작되는 것일 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 플라즈마 차폐 방법은 플라즈마 처리장치내에서 전극주위를 플라즈마로부터 보호하는 플라즈마 차폐 방법에 있어서, 상기 전극의 수평 또는 수직면의 가장자리에 차폐부재를 형성하여 플라즈마 공격을 차폐하는 단계; 및 상기 수평 및 수직 차폐부재 중 적어도 어느 하나는 복수개의 조각으로 형성하되, 상기 조각들의 경계면은 수직 또는 수평 방향을 기준으로 경사지도록 하는 차폐구조가 2중으로 형성되어 국소 영역에 플라즈마 발생을 저지하는 단계를 포함한다.

더 나아가, 바람직하게는 상기 절연부재는 강화 테프론 또는 합성수지로 이루어진 것일 수 있고, 상기 경계면의 경사각 중 적어도 어느 하나를 달리하는 것일 수 있으며, 상기 복수개의 조각 중 적어도 어느 하나의 재질을 달리하는 것일 수 있다.

본 발명에 따른 플라즈마 차폐장치 및 그 방법을 제공하게 되면, 챔버내의 처리영역 외의 국소 영역의 플라즈마 발생으로 인하여 기판 외의 부품의 식각, 손상, 파티클 형성 및 기판오염 등의 문제를 해결하기 위해 국소 영역의 플라즈마의 공격으로부터의 보호 및 그 플라즈마의 발생을 저지 또는 약화시킬 수 있게 된다.

또한 종래의 전극부위의 차폐수단은 고가의 고 유전체로 되어 있어 그 가공 및 제조 단가가 비싸다는 점을 개선하여 수평 또는 수직 차폐부재를 경사진 조각 유전체의 조합의 구조가 2중으로 형성하여 효과적으로 국소 영역의 플라즈마의 발생을 저지 또는 차폐하여 고효율의 플라즈마 처리 공정을 할 수 있게 된다.

도 3는 본 발명에 따른 플라즈마 차폐장치(10)를 구비한 플라즈마 처리 장치의 ,개략도를 예시한 도면이다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 고진공을 유지하는 처리실 내에 상부전극(12), 기판을 지지하는 지지대(14) 및 지지대 상측에 위치한 하부전극(13)으로 구성된다. 상부 전극(12) 및 하부전극(13)의 가장자리 또는 측면 부분에는 플라즈마 처리 영역에서 소외된 영역이지만 챔버(11)내의 전극 및 측벽 등 각종 부품의 분포로 인하여 전기장 또는 전자파가 형성되어 플라즈마를 발생하게 된다.

이렇게 발생된 플라즈마를 국소 플라즈마(local plasma)라고 하는데, 국소 플라즈마는 챔버내 플라즈마 처리영역 외의 영역에 발생하는 플라즈마를 말하는 것으로, 국소 플라즈마는 처리영역 외의 곳에서 플라즈마의 공격을 받게되어 부품의 에칭, 파티클 형성 및 손상 등을 일으키는 문제를 발생하게 된다.

국소플라즈마의 발생원인은 플라즈마 발생원리에서 찾아 볼 수 있는데, 이하 플라즈마 발생원리를 통한 국소플라즈마 발생원인을 살펴보기로 한다.

플라즈마를 발생시키는 메카니즘은 여러 가지가 있지만 산업체에서 주로 사용되는 플라즈마 발생 방식은 대부분 전기장을 통해 하전입자에 에너지를 전달하는 방식으로 이루어진다. 전기장에는 시간에 따른 전기장의 크기와 방향이 어떻게 변하느냐에 따라 직류 전기장과 교류전기장으로 나눌 수 있으며 이러한 전기장의 주 파수에 따라 플라즈마가 발생되는 메카니즘과 플라즈마의 특성이 다르게 된다.

여기에서는 직류 및 교류 전기장 각각에 대해서 플라즈마 발생 메카니즘과 플라즈마의 특성에 대해서 살펴보기로 한다. 특히 교류 전기장을 이용하는 경우 수백 KHz에서 수십 MHz 까지에 걸쳐 사용되는 라디오 주파수대의 전기장과 수 GHz 정도의 마이크로 웨이브를 이용하는 것에 대해 살펴본다.

플라즈마가 발생되기 전 단계의 물체 상태는 레이저 핵융합과 같은 특이한 경우를 제외하면 대부분 기체 상태이다. 이러한 기체 내에는 아주 작은 양의 전자가 존재하는데 이러한 전자들은 지구 바깥에서 온 방사선이나 우주선, 빛 등 여러 가지 원인에 의해서 이온화된 것들이다.

이렇게 기체 내부에는 미세한 양이기는 하지만 전자들이 존재하며 기체에 전압이 인가되면 전기장이 형성되고 이런 전자들은 전기장에 의해 가속되며 에너지를 얻게 된다. 전기장에 의해 얻은 전자의 에너지가 작은 경우에는 기체분자들과 충돌과정에서 기체분자를 이온화 또는 해리시키지 못하고 주로 탄성충돌에 의해 자신의 운동 방향만 바뀌게 된다.

원자나 분자와의 탄성 충돌로 전자가 잃는 에너지의 비율은 대략 2me/M (M은 원자나 분자의 질량, Ar 원자의 경우 대략 1/38,000)정도이기 때문에 이러한 탄성 충돌 동안 전자는 전체 에너지의 아주 작은 부분만 잃는다. 반면 전자의 에너지가 큰 경우는 기체 분자를 해리시키기도 하고 이온화시키기도 하는데 플라즈마가 처음에 생성되기 위해서는 이온화 과정이 필수적으로 일어나야 한다.

만약 하나의 전자와 하나의 기체가 충돌하여 이온화 과정이 일어났다고 한다 면 결과적으로 전자는 2개가 된다. 2개의 전자는 다시 가속되어 에너지를 얻게 되고 이들은 다시 이온화 과정을 통해 4개의 전자를 만들게 되며 이러한 반응은 반복적으로 일어나 전자의 수는 급격하게 증가하게 되며 이 과정을 ‘전자 증식’이라 한다. 이온화에 의해서 생성되는 전자 수와 재결합에 의해서 없어지는 수가 같아지는 평형 상태에 도달할 때까지 전자의 수는 계속 증가하게 된다.

이때 형성된 전자 밀도 및 전자온도가 플라즈마의 물리 화학적 특성을 결정하게 되며 이는 인가된 전기장의 세기, 주파수, 가스의 종류와 압력, 반응기의 크기와 재료의 표면 등 수많은 원인 들에 의해서 결정이 된다. 또한 해리, 이온화, 여기 등과 같은 비탄성 충돌로 전자는 많은 양의 에너지를 원자나 분자로 전달하게 되어 효과적인 에너지 전달을 할 수 있다.

RF 방전에는 전극에 전압을 인가하여 방전하는 축전결합형 플라즈마 발생 방식과 코일이나 안테나에 전류를 인가하여 방전하는 유도결합형 플라즈마 발생 방식으로 나누어진다. 이 두 방식은 발생 방법뿐만 아니라 방전 메카니즘, 플라즈마 특성들에 많은 차이점이 있어서 공정에 따라 적합한 방식을 사용해야 한다. 여기에서는 DC 방전 메카니즘과 비교가 용이하도록 DC 방전관과 구조가 비슷한 축전 결합형 플라즈마 발생 방식을 조금 더 자세히 살펴보도록 한다.

이제 교류 전기장에 대한 방전을 위해 100 Hz 이하의 낮은 주파수의 교류 전기장을 두 전극에 인가한다고 가정해 보자. 이때 각 전극이 시간에 따라 음극에서 양극으로, 양극에서 음극으로 변하게 되며 반 주기 동안의 전압이 사태 전압보다 높으면 DC 방전과 같이 순간적으로 플라즈마가 발생하게 된다. 전압이 주기 동안 사태 전압보다 낮아지면 방전은 꺼지게 되며 이는 반대 극으로 방전이 다시 켜지기 전에 공간 전하가 사라지기 때문이다.

전기장의 주파수가 이온들이 전극사이를 왕복하는 주파수 (임계 이온 주파수)보다 높아지면 양이온이 두 전극 사이를 움직이는데 걸리는 시간은 전기장의 반주기보다 커지게 된다. 이때 양극 근처에서 만들어진 이온이 전기장의 방향이 바뀌기 전에 음극에 도달할 수가 없게 되며 이 경우 전기장 내에서 가속 받는 이온이 이동한 거리는 플라즈마 쉬스 두께보다 짧게 된다.

그러한 주파수에서는 교류 전기장의 반주기 동안에 양전하(이온)가 부분적으로 남아 있게 되고 다음 반주기의 방전 점화(ignition)에 도움을 준다. 이러한 임계 이온 주파수, 즉 이온 전이 주파수(ion transition frequency)는 다음과 같이 정의된다. 산업용 저온 저압 플라즈마에서는 이온 전이 주파수는 약 500kHz에서 수 MHz 사이가 된다.

글로우 방전 조건에서의 탄성 충돌 주파수는 대개 109~1011 회/초이다. 이렇게 충돌 주파수가 인가하는 주파수(대개 13.56MHz 사용)보다 매우 높아 전자들은 인가된 전기장 주기 동안 충돌을 많이 하게 된다. 전자들은 용기 벽으로 확산되어 사라지고 플라즈마 내에서는 충돌 이온화(impact ionization)로 전자와 이온들이 다시 생성된다. 그러므로 전하 손실은 전기장에 의해서가 아니라 주로 양쪽극 퍼짐(ambipolar diffusion)과 균질 재결합(homogeneous recombination, 기체 상에서 재결합을 의미)에 의해 결정된다. 물론 새로운 하전 입자들은 주로 전자와 중성 종과의 충돌 이온화로 생성된다.

RF 방전에 의한 파워흡수는 충돌, 비충돌 과정 모두를 통해 일어난다. 플라즈마 내에서 고주파 파워의 충돌흡수는 전자가 이온과 충돌하거나 중성입자와 충돌하는 경우에 해당한다. 103 Pa (7.5 Torr) 이상의 플라즈마에서는 이온화율이 매우 낮아(<10-4) 중성 종의 밀도가 이온 밀도보다 매우 높기 때문에 전자와 중성 종이 주로 충돌한다. 한편 1 Pa (7.5m Torr) 이하에서는 이온화율이 10-2 이상 되어 전자-이온 충돌도 중요해진다. 중간 정도 압력에서는 전자-중성종 충돌 및 전자-이온 충돌 모두 다 파워 소모에 중요하다. 충돌 주파수가 더 낮아서 ν/ω << 1일 정도의 낮은 압력에서는 비충돌 흡수가 주된 파워흡수 과정이 된다.

비충돌 상황에서는 전자가 RF 전기장에 따라 진동하며 에너지를 얻게 되는데 예를 들면 13.56 MHz를 사용하고 전기장의 세기가 10 V/cm인 RF 방전에서는 약 11 eV 정도의 에너지를 갖게 된다. 이는 비충돌 플라즈마에서 아르곤의 이온화 에너지(15.7 eV)에 도달할 수 있는 전자들을 만들기 위해서는 전기장이 10 V/cm보다 다소 높아야 한다는 것을 의미한다. 그러나 중성 원소들과 충돌하면 전자 운동은 무작위(random)로 바뀌게 된다.

중성 원소와 충돌하는 동안 전자는 외부 전기장으로부터 추가의 에너지를 얻는다. 만약 전자가 전기장의 방향이 바뀔 때마다 탄성 충돌을 하여 운동 방향이 반대로 바뀌면 전자는 계속적으로 에너지를 얻게 된다. 이렇게 해서 낮은 전기장의 RF 방전에서도 전자가 중성 원소를 이온화시킬 수 있는 정도의 충분한 에너지를 축적할 수 있다. DC 방전보다 RF 방전이 이온화율이 높고 방전을 유지하는 데 더욱 효율적이다.

50 kHz 보다 높은 주파수에서는 진동하는 전자들이 이온화시킬 정도의 충분한 에너지를 얻을 수 있어, 방전이 이차전자에 의존하는 정도가 줄어들며 사태전압은 낮아진다. 즉 벽이나 전극에서 방출되는 이차전자의 수율과 무관하게 방전이 유지된다. 이온의 낮은 이동도 때문에 고주파수의 경우 이온은 거의 정지해 있지만 전자는 전기장을 따라 전극 사이를 이동할 수 있어 전자의 분포는 시간과 공간의 함수로 주어진다.

RF 방전에서는 RF 전극이나 벽에서 방출된 이차 전자가 플라즈마 쉬스를 가로지르면서 가속되어 이온화 과정에 기여하지만 DC 방전만큼 이차 전자 방출이 방전 유지에 중요하지는 않다. 방전 임피던스는 주파수가 증가할수록 작아져, 같은 전압에 더 많은 전류를 흘릴 수 있게 된다. 기체들을 주입하여 만든 플라즈마에서 같은 세기의 전기장과 같은 압력에서 DC 플라즈마에서 보다 RF 방전에서 원자나 라디칼이 더 많이 생성된다.

RF 방전에서는 전자의 진동으로 인해 이온화 효율이 높아져 1 mTorr 정도의 낮은 압력에서도 방전이 유지된다. 이러한 장점은 스퍼터링처럼 떨어져 나온 물질이 기체분자와의 충돌로 인해 다시 타겟으로 되돌아가면 안되는 경우나, 이온의 방향성이 요구되는 식각이나 증착에 유용하다. 이렇게 압력이 낮으면 이온 운동이 거의 직선 운동이 되므로 이온 운동이 방향성을 가질 수 있기 때문이다.

이와 같은 발생원리와 구조로 볼 때 반응챔버 측벽과 전극 사이에는 RF 펄스의 인가로 인하여 전극주변에 발생되는 전자파 또는 전기장에 의하여 국소 플라즈마가 생성되어 전극의 손상, 파티클 형성 등 많은 문제점 발생한다. 즉, 국소 플라 즈마에 의해 생성되는 대전 입자들은 반응 챔버의 비보호 영역과 충돌함으로써 부가적 불순물, 미립자, 및 오염의 생성을 유발시키고, 처리 되어질 기판의 표면에서 오염을 유발시킬 수도 있다.

그러므로, 이러한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 전극 주변에서 발생하는 전자파의 방향을 변화시키거나 왜곡시켜 전극의 측면부에 생성되는 국소 플라즈마를 발생을 저지하거나 세기를 약화시키고자 하는데 그 목적이 있다.

도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 하부 전극(13)의 가장자리의 수평면에는 세라믹 재질의 수평 차폐부재(21)로 전극을 감싸고, 전극의 수직면에는 세라믹 등과 같은 고 유전체 조각들의 합착으로 이루어지는데, 그 계면(25)을 수평 또는 수직 방향을 기준으로 일정 각도로 경사지게 하고, 이와 같은 차폐구조를 2중으로 형성함으로써, 전극 주변에서 발생하는 전기장 또는 전자파의 방향을 왜곡하여 하부 전극과 측벽 사이에 발생하는 국소 플라즈마를 저지하거나 그 세기를 더욱 효율적으로 약화시킬 수 있게 된다. 물론 하부전극(13)뿐만 아니라, 상부전극(12)의 가장자리에도 본 발명에 따른 차폐장치를 구비하는 것도 역시 바람직하다.

즉, 2중의 차폐구조는 제1차 차폐부재가 고 유전율을 갖는 유전체 조각들이 경사지도록 합체되어, 그 경계면에서 전극주변에서 발생한 전자파를 1차로 굴절 또는 왜곡하고, 다시 제2차 차폐부재가 그 경계면에서 전자파를 굴절시킴으로써, 더욱 효과적으로 비 처리영역의 국소 플라즈마 발생을 저지 또는 그 세기를 약화시킬 수 있는 구조이다.

이하에서 유전율 또는 입사각에 따른 전자파의 진행방향에 대한 원리를 설명 하기 위해, 유전물질 내에서 전자파의 굴절에 대해 살펴 보기로 한다.

굴절율은 매질에서의 파의 속도와 진공에서의 파의 속도 비로 정의한다. 굴절 현상이 일어나는 이유는 매질의 경계면에서 전파의 속도의 변화로 인해 발생한다. 굴절율의 제곱은 유전율과 같다는 식은 굴절율의 정의와 빛(전자기파)의 속도와의 관계에서 찾을 수가 있다. 이는 맥스웰 방정식을 파의 형태로 기술하여 진행파의 속도를 구하면 유전율과 투자율의 제곱근의 역수의 형태가 된다. 그래서 굴절률의 정의에 넣으면(이때 투자율을 1에 근사시키면) 굴절율과 유전율의 관계를 얻을 수 있게 된다. 진공을 제외한 고유한 유전율과 투자율을 가지는 매질에서의 전파속도는 상대유전율로 표시할 수 있으며 일반적으로 진공에서의 전파속도가 제일 크다.

물질의 유전율은 전기장이 얼마나 그 매질에 영향을 미치는지, 얼마나 그 매질에 의해 영향을 받는지를 나타내는 물리적 단위이다. 유전율은 매질이 저장할 수 있는 전하량으로 볼 수도 있다.

유전율이 매질내의 속도를 변하게 하는 원인은 마이크로영역에서 전자기파는 매질 내에서 원자의 전하들의 디스터번스(disturbance)를 발생시켜서 위상속도의 지연이 일어나게 되기 때문이다. 유전율이 커서 분극 및 디스터번스(disturbance)가 잘 일어난다면 그 영향 때문에 유전율이 작은 매질보다는 속도가 느려지게 될 것이다. 서로 다른 매질에서의 파의 진행은 Snell’s Law로 설명이 가능하다.

결국 유전율은 굴절율과 매우 밀접한 관계를 가지게 되며, 그 크기는 파장에 따라서 변하게 된다. 액정의 유전율과 굴절율의 표기에 있어서 전기장으로 구동하 는데 필요한 유전율의 경우는 저주파에서 표기하고 굴절율의 경우에는 가사광에 대한 굴절율이므로 가시광의 주파수로 굴절율을 표기한다.

이와 같은 원리를 통해서 보면 전극 주변에서 국소 영역의 플라즈마 발생원인이 되는 전자파를 도 4에 나타낸 바와 같이, 전극 주변에서 발생하는 전자파가 세락믹등과 같은 고 유전율을 갖는 유전체가 복수개의 조각으로 경사지게 합착된 차폐부재로 진행하는 경우, 그 경계면에서 굴절되어 진행방향이 변화됨으로써, 국소 영역의 플라즈마 발생을 저지 또는 약화시키는 역할을 하게 된다.

그리고, 고 유전율을 갖는 유전체가 복수개의 조각으로 경사지게 합착된 차폐구조가 도 3 및 도 4에 예시된 바와 같이, 2중으로 형성된 경우에는 전극주변에서 발생하는 전자파의 굴절을 2단계로 일어나게 함으로써, 더욱 효율적으로 전자파를 방향을 왜곡 또는 세기를 약화시킬 수 있게 된다.

상술한 전자파의 진행 방향은 하나의 예시일 뿐 예시된 방향으로 한정되는 것은 아니고, 전극 주변 어디에서도 발생할 수 있음은 물론이다.

여기서, 전극의 수직면에 부착된 절연부재는 전극과 그 이외의 부품의 통전을 막기위한 절연체로서, 단가가 낮고 전기 전도도가 매우 낮은 강화 테프론 또는 플라스틱을 재질로 하는 것이 바람직하다.

도 5는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 전극의 측면을 덮는 차폐부를 통과하는 전자파의 진행경로를 예시한 도면이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 전극에서(13) 발생된 전자파는 절연부재(23)를 통과하여 차폐부재(27,28)로 진행하게 되는데, 본 발명에 따른 차폐부재(27,28)는 세라믹 등과 같은 고 유전율을 갖는 유전 체가 복수개의 조각으로 경사지게 합착된 차폐부재(27,29)가 2중으로 형성되어 구성되어 있기 때문에, 그 경계면(25)에서 2단계로 굴절되어 진행방향이 변화됨으로써, 전자파라는 플라즈마 발생원인 중 하나를 제거 또는 약화시킬 수 있게 된다.

여기서, 2중의 차폐부재는 경계면을 서로 엇갈리게 배치함으로써, 전자파의 진행경로를 2단계로 굴절시킬 수 있게 되고, 플라즈마 처리장치내의 전극 가장자리의 국소 플라즈마의 발생을 저지 또는 약화 킬 수 있는 가장 적정한 배치와 경사각을 결정하는 물론이다.

도 6은 본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, 전극 가장자리 주변에 설치된 플라즈마 차폐장치의 구조를 예시한 도면이다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 전극(13)의 수평면 가장자리에는 유전체 재질인 수평 차폐부재(21)가 설치되고, 전극의 수직면에는 절연부재(23)가 부착되고, 그 절연부재에 다시 유전체로 이루어진 차폐부재(27)가 부착되어 본 발명에 따른 플라즈마 차폐장치가 구성된다.

수직 차폐부재는 복수개의 세라믹 등과 같은 고 유전체 조각이 경사지도록 부착된 구조가 2중으로 형성되어, 전극주변에서 발생되는 전자파가 상기 차폐부재로 진행하는 경우, 그 경계면(27)에서 2단계로 굴절되어 진행방향을 변화시키게 되는데, 도 6에 나타낸 바와 같이, 복수개의 조각들(27,29) 각각의 유전율을 서로 다르게 하면 굴절각이 더 커져 처리영역 외의 국소영역에서의 플라즈마 발생을 저지 또는 그 세기를 약화시킬 확률이 높아진다.

도 7은 본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, 전극 가장자리 주변에 설치된 플라즈마 차폐장치의 구조를 예시한 도면이다.

수직 차폐부재(27)는 복수개의 세라믹 등과 같은 고 유전체 조각이 경사지도록 부착된 2중 구조 형태로 되어, 전극주변에서 발생되는 전자파가 상기 차폐부재로 진행하는 경우, 그 경계면(25)에서 2단계로 굴절되어 진행방향을 변화시키게 되는데, 도 7에 나타낸 바와 같이, 복수개의 조각의 부착된 경계면(25)의 경사각을 서로 다르게 하면 굴절각이 각각 다르게 되고 전극 주변에서 발생하는 전자파를 더욱더 분산시키게 되어, 더욱 효과적으로 종래에 전극의 측면 및 에지(edge) 부분에 형성되었던 국소 영역의 플라즈마를 발생을 저지하거나 그 세기를 약화시킬 수 있게 된다.

즉 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치내에서의 국소 영역의 플라즈마 차폐방법은 수직 또는 수평면에 차폐부재를 형성하여 플라즈마의 공격 내지 전극의 손상을 막고자하는 차폐단계 및 국소 영역의 플라즈마 형성의 주원인인 전자파룰 반사시키거나 방향을 왜곡시켜 플라즈마 발생을 저지하거나 그 세기를 약화시키는 저지수단을 포함한다.

앞서 예시된 발명에서 설명한 바와 같이, 저지수단으로서 수직 또는 수평 차폐부재로 사용하는 세라믹 조각을 부착하여 형성하되, 상기 조각들의 경계면은 수평 또는 수직한 방향을 기준으로 일정 각도로 경사지도록 하는 구조를 2중으로 형성하도록 함으로써, 전극 주변에서 발생하는 전기장 또는 전자파의 방향을 왜곡시켜 종래의 국소 영역에서 발생하는 플라즈마 발생을 저지 또는 그 세기를 약화시킬 수 있는 수단을 제공한다.

이상에서 예시된 플라즈마 차폐장치는 하부전극으로 예시하였지만 상부 전극 또한 처리영역 이외의 장소에 국소 플라즈마가 발생한다는 점에서 본 발명에 따른 차폐장치 및 방법을 사용할 수 있음은 물론이다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 중점적으로 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예 및 도면에 한정되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이므로, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위 및 그와 균등한 범위에 의해 결정되어야 할 것이다.

도 1은 종래의 전극 가장자리에 플라즈마 차폐장치가 부착된 플라즈마 처리 장치에 관한 개략도,

도 2는 도 1의 국소영역의 플라즈마로부터 전극을 보호하는 차폐장치의 개략도,

도 3는 본 발명에 따른 플라즈마 차폐장치를 구비한 플라즈마 처리 장치의 ,개략도를 예시한 도면,

도 4는 본 발명에 따른 전극 가장자리에 설치된 플라즈마 차폐장치의 구성을 예시한 도면,

도 5는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 전극의 측면을 덮는 차폐부재를 통과하는 전자파의 진행경로를 예시한 도면,

도 6은 본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, 전극 가장자리 주변에 설치된 플라즈마 차폐장치의 구조를 예시한 도면,

도 7은 본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, 전극 가장자리 주변에 설치된 플라즈마 차폐장치의 구조를 예시한 도면이다.

[도면부호에 대한 설명]

10 : 플라즈마 처리장치, 11 : 챔버, 12 : 상부전극, 13 : 하부전극,

14 : 기판지지대, 20 : 플라즈마 차폐장치, 21 : 수평 차폐부재

23 : 절연부재, 25 : 경계면, 27 : 수직 차폐부재

Claims (10)

1. 플라즈마 처리장치내에서 전극주위를 플라즈마로부터 보호하는 플라즈마 차폐구조에 있어서,

   상기 전극의 수평면 가장자리에 형성된 수평 자폐부재 및 상기 전극의 수직면 형성된 수직 차폐부재를 포함하고, 상기 수평 및 수직 차폐부재 중 적어도 어느 하나는 복수개의 조각으로 형성하되, 상기 조각들의 경계면은 수직 또는 수평 방향을 기준으로 경사진 차폐구조가 2중으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 차폐장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전극과 상기 수직 차폐부재 사이에 절연 부재가 적층된 것을 특징으로 하는 플라즈마 차폐장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 복수개의 조각들 중 적어도 하나는 유전율이 다른 것을 특징으로 하는 플라즈마 차폐장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 경계면 중 적어도 어느 하나의 경사각을 달리하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 차폐장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 차폐부재의 재질이 세라믹인 것을 특징으로 하는 플라즈마 차폐장치.
6. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 절연부재는 강화 테프론 또는 합성수지로 제작되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 차폐장치.
7. 플라즈마 처리장치내에서 전극주위를 플라즈마로부터 보호하는 플라즈마 차폐 방법에 있어서,

   상기 전극의 수평 또는 수직면의 가장자리에 차폐부재를 형성하여 플라즈마 공격을 차폐하는 단계;

   상기 수평 및 수직 차폐부재 중 적어도 어느 하나는 복수개의 조각으로 형성하되, 상기 조각들의 경계면은 수직 또는 수평 방향을 기준으로 경사지도록 하는 차폐구조가 2중으로 형성되어 국소 영역에 플라즈마 발생을 저지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 차폐방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 절연부재는 강화 테프론 또는 합성수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 차폐방법.
9. 제7항에 있어서,

   상기 경계면의 경사각 중 적어도 어느 하나를 달리하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 차폐방법.
10. 제7항에 있어서,

    상기 복수개의 조각 중 적어도 어느 하나의 재질을 달리하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 차폐방법.

Images