KR20090088525A - 플라즈마 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로서, 아크발생의 우려가 불식되고, 구조가 간단하여 제작이 쉬우며 제작단가가 낮은 플라즈마 처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는, 상기 챔버 내부에 RF 전력을 도입하기 위하여 상기 챔버의 탑재대 내부에 형성되는 RF 로드 삽입홈과; 상기 RF 로드 삽입홈에 삽입되어 마련되며, 상기 탑재대와 전기적으로 연결되어 외부에서 전달되는 RF 전력을 상기 탑재대 내부에 도입하는 RF 로드와; 상기 RF 로드 삽입홈 내에서 상기 RF 로드를 감싸도록 마련되며, 상기 RF 로드와 이격되어 전자파를 차단하는 쉴드부재 및; 상기 RF 로드와 쉴드부재 사이에 제작과 동시에 주입되어 마련되며, 상기 RF 로드를 외부와 절연시키는 액체를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

플라즈마, 챔버, 액체, RF

Description

플라즈마 처리장치{Plasma processing apparatus}

본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 진공상태의 챔버 내부에 플라즈마를 발생시켜 기판에 대하여 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.

일반적으로, 플라즈마 처리장치(1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 그 내부를 진공분위기로 형성시킬 수 있는 챔버(10)와, 이 챔버(10) 내에 설치되고 기판(12)을 탑재하는 탑재면을 갖는 탑재대(20)와, 이 탑재대(20)에 탑재된 기판(12)을 승강시킬 수 있도록 탑재대(12) 소정부분에 형성되는 기판 승강부재(30)와, 챔버(10)에 처리가스를 공급하는 가스 공급계(40)와, 공급된 처리 가스를 플라즈마화하기 위한 전계를 발생시키는 전계 발생계(50) 및 기판(12)을 처리한 후 처리가스를 배출시키거나 챔버(10) 내부를 진공분위기로 형성시키기 위한 배기계(60)를 포함하여 이루어져 있다.

이들 구성을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 챔버(10)는, 챔버(10) 내부를 외부와 차단시켜서 챔버(10) 내의 분위기를 진공으로 형성시킬 수 있는 구조를 가진다. 그리고 챔버(10) 내부에는 기판(12)에 소정의 처리를 실시하기 위한 여러 가지 구성요소가 구비된다.

챔버(10) 내부 중, 하부에는 기판(12)이 탑재되는 탑재대(20)가 구비되는데, 탑재대(20)의 상부면에는 기판(12)과 접촉되는 탑재면(미도시됨)이 형성된다. 이 탑재면에는 그 가장자리 영역에 소정 간격으로 다수개의 기판 승강부재(30)가 구비된다. 즉, 탑재대(20)에 탑재된 기판(12)의 가장자리를 지지하고, 또 탑재대(20)를 관통하여 형성된 다수개의 관통공을 통과하도록 다수개의 기판 승강부재(30)가 구비되고, 이 기판 승강부재(30)가 상기 관통공을 따라 상승 및 하강하면서 기판(12)을 들어올리거나 탑재대(20)에 위치시키는 역할을 하게 된다.

이때, 기판 승강부재(30)는 하나의 탑재대에 다수개가 구비되지만, 다수개의 기판 승강부재(30)가 동시에 상승하거나 하강하여야 한다. 따라서 탑재대(20)의 하측에 다수개의 기판 승강부재(30) 전체와 결합되는 승강부재 결합부(미도시됨)가 마련되고, 이 승강부재 결합부를 상승 및 하강시킴으로써 다수개의 기판 승강부재(30)가 동시에 승강된다.

다음으로 플라즈마 처리장치(1)에는 챔버(10) 내부로 처리가스를 공급하는 가스 공급계(40)가 구비되는데, 이 가스 공급계(40)는 챔버(10) 내부로 균일하게 처리가스를 공급하기 위하여 그 내부에 확산판, 상부 샤워헤드, 하부 샤워헤드 등의 세부 구성요소가 더 구비되기도 한다.

그리고 가스 공급계(40)에 의하여 공급된 처리가스를 플라즈마화 하기 위하 여 필요한 전계를 발생시키는 전계 발생계(50)가 마련된다. 이 전계 발생계(50)는 일반적으로 상부 전극 및 탑재대로 이루어지는데, PE(Plasma Enhanced) 방식의 플라즈마 처리장치에서는 탑재대(20)가 하부전극의 역할을 하고, 상부전극은 가스 공급계(40)의 역할을 겸하게 된다.

한편, 챔버(10)의 소정 부분에는 기판(12)에 대한 처리에 이미 사용된 처리 가스와 그 부산물 등을 제거하는 배기계(60)가 더 구비된다. 물론 이 배기계(60)는 챔버(10) 내부를 진공분위기로 형성시키기 위한 챔버(10) 내부의 기체를 배기하는 경우에도 사용된다.

상기한 바와 같은 플라즈마 처리장치(1)에 기판(12)을 반입하는 경우에는 플라즈마 처리장치의 외부에 마련되어 있는 기판 반송장치(미도시됨)에 의하여 기판(12)이 탑재대(20) 상부로 반송되면, 기판 승강부재(30)가 상승하여 기판 반송장치에 놓여 있는 기판(12)을 들어올리고, 기판 반송장치는 챔버(10) 밖으로 나간다. 그리고 기판 승강부재(30)가 하강하면서 기판(12)을 탑재대(20) 중 기판(12)이 위치될 탑재면에 위치시킨다.

또한 기판(12)을 반출하는 경우에는, 먼저 기판 승강부재(30)를 상승시켜서 기판(12)을 탑재대(20)로부터 일정 높이만큼 들어올린다. 그리고 챔버(20) 외부에 마련되어 있는 기판 반송장치가 기판(12) 하부로 들어오면 기판 승강부재(30)를 하강시켜서 기판(12)을 기판 반송장치로 넘겨준다. 그러면 기판(12)을 넘겨받은 기판 반송장치가 기판(12)을 챔버(10) 외부로 반출하게 된다.

한편, 플라즈마 처리장치(1)에는 내부에 플라즈마를 발생시키기 위하여 RF 전력을 인가하게 된다. 따라서, 챔버(10) 소정 부분에는 RF전력을 인가하기 위한 RF 도입부(70)가 설치된다. 일반적으로 RF 도입부(70)는, RF 로드(72)가 탑재대(20) 소정 부분에 형성되는 RF 로드 삽입홈(14)에 삽입되어 하부전극을 이루는 탑재대(20)와 연결되는 방식을 취한다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 소정 깊이로 RF 로드 삽입홈(14)이 형성되고, RF 로드(72) 주위에는 외부와의 절연을 위해 절연부재(74(가 둘러싸여 마련된다. 그리고 그 외부에는 전자파 차단을 위한 쉴드(Shield)부재(76)가 마련된다.

그러나, 종래에 RF 로드(72)를 절연시키기 위하여 감싸게 되는 절연부재(76)가 유형물인 관계로, 그 제조가 어렵고, RF 전력을 인가하기 위한 RF 로드 설치 구조가 복잡해지는 문제점이 있었다. 또한 RF 로드(72)가 손상되어 교체 작업을 하는 등의 유지 보수 작업시 절연부재(76)를 먼저 해체해야 하는 등 작업이 어려워지는 문제점도 있었다.

이에, 본 발명 출원인은 상기와 같은 제반 문제점에 착안하여 구조가 간단한 RF도입부가 구비된 '플라즈마 처리장치'를 선출원하여 등록(특허 제622860호)받은 바 있다.

상기 선등록된 '플라즈마 처리장치'는, 도 3에 도시된 바와 같이, 진공 상태의 챔버(10) 내부에 플라즈마를 발생시켜 기판에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 탑재대(20) 내부에 RF 전력을 도입하기 위하여 상기 탑재 대 소정 부분에 형성되는 RF 로드 삽입홈(114); 상기 RF로드 삽입홈(114)에 삽입되어 마련되며, 상기 탑재대와 전기적으로 연결되어 외부에서 전달되는 RF 전력을 상기 탑재대 내부에 도입하는 RF 로드(172); 상기 RF 로드 삽입홈(114) 내에서 상기 RF 로드(172)를 감싸도록 마련되며, 상기 RF 로드(172)와 소정 간격 이격되어 전자파를 차단하는 쉴드부재(176); 상기 RF 로드(172)와 쉴드부재(176) 사이의 공간에 소정 압력으로 주입되어 마련되며, 상기 RF 로드(172)를 외부와 절연시키는 절연가스(174); 상기 RF 로드(172)와 쉴드부재(176) 사이의 공간 소정 부분과 연결되어 마련되며, 그 공간에 절연가스(174)를 공급하는 절연가스 공급부(180);가 마련되는 것을 주요 특징으로 하고 있다.

또한, 상기 절연가스(174)는, 유전율이 0.95-1.05인 가스인 것과, 또 공기인 것을 부가적인 특징으로 하고 있다.

또, 상기 절연가스(174)의 압력을 측정하는 압력센서(182)가 더 마련되는 것과, 상기 압력센서(182)에 의하여 측정되는 절연가스(174)의 압력 측정값을 전달받아 절연가스(174)의 압력이 일정하도록 상기 절연가스 공급부(180)를 제어하는 제어부가 더 마련되는 것도 부가적인 특징으로 하고 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 '플라즈마 처리장치'는 RF 로드(172)의 설치시에 별도의 절연부재를 가공하고, 조립하는 공정이 불필요하므로 제작 및 설치작업이 용이해지는 장점이 있고, 또한 RF 도입부(170)의 유지 보수 작업시에도 절연부재를 먼저 해체할 필요가 없으며, 작업 종료 후에 절연부재를 다시 조립할 필요가 없으므로 유지 보수 작업이 단순하면서도 용이해지는 장점을 가지게 된다.

그러나, 본 발명 출원인은 상기한 '플라즈마 처리장치'를 구현하여 실시해본 결과, 종래에서와 같이 유형물인 절연부재를 사용할 경우보다 절연가스를 사용함으로써, 상기한 작용효과를 가지는 것은 사실이지만, 몇 가지 문제점을 발견하게 되었다.

즉, 절연가스(174)는 기체 상태이기 때문에 기밀성이 낮을 수밖에 없게 된다. 따라서, RF 로드(172)를 감싸는 절연가스(174)가 외부로 새어나가지 않도록 하는 쉴드부재(176)에 미세한 손상만 발생하더라도 절연가스(174)가 외부로 새어나가게 되어 압력이 낮아짐으로써, 아크(Arc)가 발생될 확률이 매우 높아지게 된다.

아크는 진공상태에서 제일 잘 일어나고, 다음에 대기상태에서 잘 일어나며, 압력이 높은 상태에서 가장 잘 일어나지 않게 된다.

그런데, 앞서 설명한 바와 같이, 절연가스(174)가 외부로 새어나가서 압력이 낮아지게 되면, 아크 발생조건에 부합되어서 아크가 발생될 확률이 매우 높아지게 된다.

또한, 절연가스(174)의 누설로 압력이 낮아지는 것을 예방하기 위하여 압력을 체크하는 압력센서(182)가 구비되고, 이 압력센서(182)의 감지에 따라 부족한 절연가스를 공급해주기 위한 절연가스 공급부(180) 및 이들을 제어하기 위한 제어부의 구성이 필요로 하기 때문에, 그 구성이 복잡하고, 제작이 어려우며 이에 따라 제작단가가 높아지게 되는 문제점도 있었다.

또, 절연가스가 계속해서 누설되면, 이를 계속적으로 공급해줘야 함으로써, 비용이 증가되고, 또한 절연가스의 누설로 인한 소음이 발생되는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점들을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, RF 로드와 쉴드부재 사이의 공간에 전기에 대한 절연성이 우수하고 화학적으로 안정성을 갖는 액체를 주입하여 RF 로드를 외부와 확실하게 절연시킴으로써, 아크발생을 예방하도록 한 플라즈마 처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 RF 로드와 쉴드부재 사이에 전기에 대한 절연성이 우수하고 화학적으로 안정성을 갖는 액체를 RF 도입부 제작과 동시에 밀봉되게 주입시켜서, 누설의 가능성을 배제시켜 압력이 낮아지는 것을 예방함으로써, 아크발생의 우려를 불식시키도록 한 플라즈마 처리장치를 제공하는데에도 목적이 있다.

또한, 본 발명은 전기에 대한 절연성이 우수하고 화학적으로 안정성을 갖는 액체를 계속적으로 주입하기 위한 별도의 구성과, 상기 액체의 압력을 측정하기 위한 별도의 구성이 배제됨으로써, 구성이 간단하여 제작이 쉽고, 이로 인하여 제작단가가 낮아지는 플라즈마 처리장치를 제공하는데에도 목적이 있다.

상기와 같은 제반 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는, 상기 챔버 내의 탑재대 내부에 RF 전력을 도입하기 위하여 상기 탑재대에 형성되는 RF 로드 삽입홈과; 상기 RF 로드 삽입홈에 삽입되어 마련되며, 상기 탑재대와 전기적으로 연결되어 외부에서 전달되는 RF 전력을 상기 탑재대 내부에 도입하 는 RF 로드와; 상기 RF 로드 삽입홈 내에서 상기 RF 로드를 감싸도록 마련되며, 상기 RF 로드와 이격되어 전자파를 차단하는 쉴드부재 및; 상기 RF 로드와 쉴드부재 사이에 제작과 동시에 주입되어 마련되며, 상기 RF 로드를 외부와 절연시키는 액체를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이 경우, 상기 액체는 전기적으로 절연성이 우수하고, 화학적으로 안정적인 것을 적용하되, 특히 상기 액체는 고분자 계열의 액체를 적용하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 고분자 계열의 액체는 합성 고분자 화합물인 것을 적용하는 것이 바람직하며, 상기 합성 고분자 화합물로는 베이클라이트(bakelite), 폴리염화비닐(PVC : polyvinyl chloride), 폴리에틸렌(polyethylene), 발포폴리스티렌(expanded polystyrene), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리프로필렌(polypropylene) 중, 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 액체는 불소계열의 용액인 고절연성 물질인 것을 적용할 수도 있으며, 이 경우 상기 불소계열의 용액인 고절연성 물질은 갈덴(galden)을 적용하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치에 의하면, RF 로드와 쉴드부재 사이의 공간에 전기에 대한 절연성이 우수하고 화학적으로 안정성을 갖는 액체가 주입되어 RF 로드를 외부와 확실하게 절연시킴으로써, 아크발 생의 우려가 불식되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 RF 로드와 쉴드부재 사이에 전기에 대한 절연성이 우수하고 화학적으로 안정성을 갖는 액체를 RF 도입부의 제작과 동시에 밀봉되게 주입시켜서, 누설의 가능성이 배제되어 결국 압력이 낮아지는 것이 예방됨으로써, 아크발생의 우려가 더욱 불식되는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명은 전기에 대한 절연성이 우수하고 화학적으로 안정성을 갖는 액체를 계속적으로 주입하기 위한 별도의 구성과, 상기 액체의 압력을 측정하기 위한 별도의 구성들이 배제됨으로써, 구성이 간단하여 제작이 쉽고, 이로 인하여 제작단가가 낮아지는 효과도 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 RF 도입부 구성을 나타낸 단면도이다.

본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는, 종래의 플라즈마 처리장치와 마찬가지로 그 내부를 진공분위기로 형성시킬 수 있는 챔버와; 이 챔버 내에 설치되고 기판을 탑재하는 탑재면을 갖는 탑재대와; 상기 탑재대에 탑재된 기판을 승강시킬 수 있도록 탑재대 소정부분에 형성되는 기판 승강부재와; 챔버에 처리가스를 공급하는 가스 공급계와; 공급된 처리 가스를 플라즈마화하기 위한 전계를 발생시키는 전계 발생계와; 기판을 처리한 후 처리가스를 배출시키거나 챔버 내부를 진공분위기로 형성시키기 위한 배기계;를 포함하여 구성된다.

여기서, 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 각 구성요소는 종래의 플라즈마 처리장치와 동일한 구조 및 기능을 수행하므로 반복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에 따른 플라즈마 처리장치에도 RF 전력을 도입하기 위하여 RF 도입부(270)가 설치된다.

탑재대(20) 소정 부분에 RF 로드 삽입홈(214)이 형성되고, 이 RF 로드 삽입홈(214)은 RF 전력을 도입할 필요가 있는 상부전극 또는 하부전극에 인접한 부분에 형성되는 것이 바람직한데, 본 발명의 실시 예에서는 이 RF 로드 삽입홈(214)은 하부전극에 인접한 부분에 소정깊이로 형성된다.

그리고, 상기 RF 로드 삽입홈(214)에 RF 로드(272)가 삽입되어 마련된다. 이 RF 로드(272)는 그 일단이 챔버 외부에 별도로 마련되는 RF 전원(278)과 연결되며, 타단은 상기 RF 로드 삽입홈(214)에 삽입되고, 탑재대(20)의 일측과 전기적으로 연결된다. 따라서 상기 RF 로드(272)가 탑재대(20) 내부로 RF 전력을 도입하게 된다.

또한, 상기 RF 로드(272)의 외측에는 쉴드부재(276)가 마련된다. 이 쉴드부재(276)는 도 4에서와 같이, RF 로드 삽입홈(214) 내에서 RF 로드(272)를 감싸도록 RF 로드(272)와 소정 간격 이격되어 마련된다. 상기 쉴드부재(276)는 외부의 전자파를 차단하여 RF 로드(272)에 의하여 전달되는 RF 전력이 영향을 받지 않도록 하여 항상 일정한 RF 전력이 공급되도록 하는 기능을 담당하게 된다.

그리고, 본 발명에 따른 실시 예에서는 RF 로드(272)와 쉴드부재(276) 사이의 공간에 전기에 대한 절연성이 우수하고 화학적으로 안정된 액체(274)가 주입되어 있다.

상기 액체(274)는 RF 도입부(270)를 제작하는 과정에서 RF 로드(272)와 쉴드부재(276) 사이에 충진된다.

여기서 상기 액체(274)는 일정 점도 이상의 점성을 가지는 것이 바람직하다. 그 이유는 쉴드부재(276)에 미세한 손상이 발생되더라도 누설이 이루어지지 않도록 하기 위함이다. 특히, 상기 액체는 고분자 계열인 것을 적용하는 것이 바람직하며, 특히 합성 고분자 화합물을 적용하는 것이 좋다.

여기서, 합성 고분자 화합물로는, 베이클라이트(bakelite), 폴리염화비닐(PVC : polyvinyl chloride), 폴리에틸렌(polyethylene), 발포폴리스티렌(expanded polystyrene), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리프로필렌(polypropylene) 중, 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 액체는 불소계열의 용액인 고절연성 물질인 것을 적용할 수도 있으며, 이 경우에는 갈덴(galden)을 적용하는 것이 가장 바람직하다.

따라서, 상기 RF 로드(272)와 쉴드부재(276) 사이에 전기에 대한 절연성이 우수하고 화학적으로 안정적이면서 일정 점도 이상의 점성을 갖는 액체(274)가 충진된 상태로 RF 도입부(270)가 제작됨으로써, 쉴드부재(276)가 큰 손상이 발생되지 않는 한 RF 로드(272)와 쉴드부재(276) 사이에는 항상 일정한 압력이 유지되게 되는 바, 저압에 따른 아크 발생의 우려가 불식된다.

도 1은 종래의 일반적인 플라즈마 처리장치 구성을 나타낸 단면도.

도 2는 종래의 플라즈마 처리장치에서 RF 도입부 구성을 나타낸 단면도.

도 3은 종래의 플라즈마 처리장치에서 다른 RF 도입부 구성을 나타낸 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치에서의 RF 도입부 구성을 나타낸 단면도.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

1 : 플라즈마 처리장치 20 : 탑재대

214 : RF 로드 삽입홈 270 : RF 도입부

272 : RF 로드 274 : 액체

276 : 쉴드부재 278 : RF 전원

Claims (7)

1. 진공상태의 챔버 내부에 플라즈마를 발생시켜 기판에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서,

   상기 챔버 내부의 탑재대에 RF 전력을 도입하기 위하여 상기 탑재대에 형성되는 RF 로드 삽입홈과;

   상기 RF 로드 삽입홈에 삽입되어 마련되며, 상기 탑재대와 전기적으로 연결되어 외부에서 전달되는 RF 전력을 상기 탑재대 내부에 도입하는 RF 로드와;

   상기 RF 로드 삽입홈 내에서 상기 RF 로드를 감싸도록 마련되며, 상기 RF 로드와 이격되어 전자파를 차단하는 쉴드부재 및;

   상기 RF 로드와 쉴드부재 사이에 제작과 동시에 주입되어 마련되며, 상기 RF 로드를 외부와 절연시키는 액체를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 액체는 전기적으로 절연성이 우수하고, 화학적으로 안정적인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 액체는 고분자 계열의 액체인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 고분자 계열의 액체는 합성 고분자 화합물인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 합성 고분자 화합물은 베이클라이트, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 발포폴리스티렌, 폴리스티렌, 폴리프로필렌 중, 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 액체는 불소계열의 용액인 고절연성 물질인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 불소계열의 용액인 고절연성 물질은 갈덴인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.

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