KR20100009613A - 플라즈마 반응기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 반응기에 관한 것으로, 구체적으로는 기판(Wafer)의 면적이 넓어짐에 따라 같이 면적이 넓어지는 유전체 윈도우의 균열 및 파손을 막기 위해 복수개의 조각으로 유전체 윈도우를 구성한 플라즈마 반응기에 관한 것이다.
본 발명은 피처리 기판이 수용되는 공간을 갖는 진공챔버, 상기 진공 챔버에 설치되는 유전체 윈도우, 상기 유전체 윈도우 영역에 구비되며 유도코일이 권선된 복수 개의 페라이트 코어 및 상기 진공챔버 내부로 가스를 공급하기 위한 제1 가스공급부를 포함하고, 상기 유전체 윈도우는 상기 페라이트 코어와 접하는 영역에 둘 이상의 조각들로 형성된다.
본 발명의 플라즈마 반응기에 의하면, 진공 챔버의 천정을 형성하는 유전체 윈도우를 둘 이상의 조각으로 형성하여, 기판 및 진공챔버의 사이즈가 증가함에 구애받지 않고, 플라즈마 반응기의 처리 설비의 구성과 유지 보수의 효율을 높일 수 있다.
플라즈마 반응기, 유전체 윈도우, 페라이트 코어

Description

플라즈마 반응기{PLASMA REACTOR}
본 발명은 플라즈마 반응기에 관한 것으로, 구체적으로는 기판(Wafer)의 면적이 넓어짐에 따라 같이 면적이 넓어지는 유전체 윈도우의 균열 및 파손을 막기 위해 복수개의 조각으로 유전체 윈도우를 구성한 플라즈마 반응기에 관한 것이다.
반도체 소자의 초미세화 그리고 기판 사이즈의 증가 그리고 새로운 처리 대상물질의 등장 등의 여러 요인으로 인하여 반도체 제조 공정에서는 더욱 향상된 기판처리 기술이 요구되고 있다. 특히, 플라즈마를 이용한 반도체 제조 공정으로 건식 에칭 공정 분야나 물리적/화학적 기상 증착 분야에서는 이러한 기술적 요구에 대응하여 자기장을 이용하여 고밀도의 플라즈마를 균일하게 얻을 수 있는 플라즈마 반응기에 대한 기술 개발이 지속되고 있다.
일반적으로 플라즈마 반응기의 압력을 낮추면 이온의 평균자유거리가 늘어나 기판에 충돌하는 이온의 에너지가 증가하고 이온들 간의 산란현상도 줄어들기 때문에 에칭에 유리한 것으로 알려져 있다. 그러나 압력이 낮아지면 전자들 역시 평균 자유거리가 늘어나 중성원자들과의 충돌이 감소하므로 플라즈마 상태를 유지하기가 어려워진다. 그러므로 낮은 압력에서도 플라즈마를 유지할 수 있도록 자기장을 이 용하여 전자들의 이동 거리를 증가시켜 중성원자들의 충돌 빈도를 놀펴 낮은 압력에서도 플라즈마가 유지될 수 있는 기술이 제안되고 있다.
또한, 기판 사이즈가 증가함에 따라 기판이 처리되는 진공챔버의 사이즈도 증가되고 이로 인해 진공챔버의 천정을 형성하는 유전체 윈도우의 사이즈도 증가되고 있다. 일반적으로 유전체 윈도우는 석영 또는 세라믹 등의 절연물질이 사용된다. 그러나 상기한 유전체 윈도우는 사이즈가 증가함에 따라 균열 및 파손의 우려가 있기 때문에, 이를 해결하기 위한 수단이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 플라즈마 반응기를 구성하는 진공챔버에 구비되는 유전체 윈도우를 일체로 형성하지 않고 여러 조각으로 분리하여 진공챔버의 사이즈가 증가하여도 유전체 윈도우의 균열 및 파손을 방지하는 플라즈마 반응기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 피처리 기판이 수용되는 공간을 갖는 진공챔버, 상기 진공 챔버에 설치되는 유전체 윈도우, 상기 유전체 윈도우 영역에 구비되며 유도코일이 권선된 복수 개의 페라이트 코어 및 상기 진공챔버 내부로 가스를 공급하기 위한 제1 가스공급부를 포함하고, 상기 유전체 윈도우는 상기 페라이트 코어와 접하는 영역에 둘 이상의 조각들로 형성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수개의 조각들로 형성된 유전체윈도우는 유전체 윈도우를 제외한 영역에 지지체를 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 유전체 윈도우와 지지체 간에는 서로 기밀성을 유지하기 위한 가스켓이 구비된다.
일 실시예에 있어서, 상기 유전체 윈도우와 진공챔버 사이에는 플라즈마 공정에 의하여 유전체 윈도우의 훼손을 방지하기 위한 보호판이 더 포함된다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수개의 페라이트 코어는 방사형으로 배치된다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수개의 페라이트 코어는 다각형 형상으로 일단이 서로 이웃하도록 형성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 페라이트 코어에 권선된 코일은 전원을 분배하여 공급하는 전원분배회로를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 가스공급부를 제외한 영역에 제2 가스 공급부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 가스공급부에는 서로 다른 종류의 공정 가스가 분리되어 입력된다.
본 발명의 플라즈마 반응기에 의하면, 진공 챔버의 천정을 형성하는 유전체 윈도우를 둘 이상의 조각으로 형성하여, 기판 및 진공챔버의 사이즈가 증가함에 구애받지 않고, 플라즈마 반응기의 처리 설비의 구성과 유지 보수의 효율을 높일 수 있다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명의 플라즈마 반응기를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 사시도이고, 도 2는 유전체 윈도우 및 페라이트 코어의 배치를 나타낸 사시도이며, 도 3은 도1의 플라즈마 반응기의 내부 구조를 나타내 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 플라즈마 반응기는 바디를 구성하는 챔버하우징(12)과 상기 챔버하우징(12)의 천정을 형성하는 보호판(34)으로 구성되는 진공챔버(10)를 구비한다. 상기 진공챔버(10)의 내부에는 피처리 기판(16)이 놓이는 기판 지지대(14)가 구비된다. 챔버 하우징(12)의 하단에는 가스 배기를 위한 가스출구(11)가 구비되고 진공펌프(미도시)에 연결된다. 피처리 기판(W)은 예를 들 어, 반도체 장치를 제조하기 위한 실리콘 웨이퍼 기판 또는 액정 디스플레이나 플라즈마 디스플레이 등의 제조를 위한 유리 기판이다.
상기 챔버 하우징(11)은 알루미늄, 스테인리스, 구리와 같은 금속 물질로 제작된다. 또는 코팅된 금속 예를 들어, 양극 처리된 알루미늄이나 니켈 도금된 알루미늄으로 제작될 수 있다. 또는 내화 금속(refractory metal)로 재작될 수 있다. 또 다른 대안으로 챔버 하우징(12)을 전체적으로 석영, 세라믹과 같은 전기적 절연 물질로 재작하는 것도 가능하며, 의도된 플라즈마 반응에 수행되기에 적합한 다른 물질로도 제작될 수 있다.
상기 보호판(34)의 상부에는 원통형으로 형성되는 지지체(32)가 형성된다. 상기 지지체(32)의 내부에는 복수개의 페라이트 코어(50)와 상기 페라이트코어(50)와 접하는 유전체 윈도우(30)가 내장된다. 상기 보호판(34)에는 후술할 가스관(26)에 대응되도록 복수개의 통공(36)들이 형성된다.
상기 페라이트 코어(50)는 방사형으로 배치되며, 각각의 페라이트 코어(50)들에는 유도코일(52)이 권선된다. 상기 페라이트 코어(50)는 "ㄷ"형상으로 형성되며, "ㄷ"의 개구된 부분은 진공챔버(10)의 내부로 향하도록 구비된다. 페라이트 코어(50)들의 개구된 두단 중 한단들은 중앙부에 구비되는 유전체 윈도우(30)와 공통으로 접하게 되며, 다른 일단들은 상기 지지체(32)의 가장자리 영역에 배치된 여러 조각들로 구성된 유전체 윈도우(30)와 접하게 된다. 상기 지지체(32)는 예를 들어 알루미늄 등과 같은 금속재질로 이루어진다.
도 6은 도 3의 "A"부분을 확대한 부분확대 단면도이다.
상기 유전체 윈도우(30)와 지지체(32)는 서로 걸림턱을 가지고 결합되며, 서로 간에 기밀성을 유지하기 위한 가스켓(38)이 구비된다. 상기한 가스켓(38)은 "O"링을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 지지체(32)의 상부에는 제1 가스공급부(20)가 구비된다. 상기 가스공급부(20)는 가스 공급원(미도시)에 연결되는 가스입구(22)가 구비되고, 내부에는 가스공급원으로부터 주입되는 가스를 균일하게 확산하기 위한 가스 샤워헤드(24)가 형성된다. 상기 제1 가스공급부(20)의 하부에는 공급된 가스가 진공챔버(10)로 유입될 수 있도록 복수개의 가스관(26)의 형성된다. 상기 가스관(26)은 유전체 윈도우(30), 지지체(32) 및 보호판(34)까지 관통되며, 진공챔버(10) 내부로 가스를 안내한다.
도 4는 페라이트 코어에 권선된 코어의 전기적 연결을 나타낸 평면도이다.
도 4를 참조하면, 페라이트 코어(50)에는 유도코일(52)이 권선된다. 상기 유도 코일(52)은 전원공급원(40)에 연결되어 플라즈마 유도를 위한 교류전원을 제공받는다. 상기 전원공급원(40)과 유도코일(52) 사이에는 임피던스 정합을 위한 임피던스 정합기(42)가 연결된다. 상기 각각의 페라이트 코어(50)에 권선된 유도코일(52)은 직렬로 연결되어 있으나, 병렬 또는 직렬 및 병렬혼합 방식 중 어느 하나의 방식으로 전원공급원(40)에 연결된다.
도 5는 유도코일에 전원분배회로가 연결된 모습을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 각각의 유도코일(52)은 공통 접지되는 구성을 갖으며, 서로 병렬로 구성된다. 또한, 각각의 유도코일(52)은 전원분배 회로(60)와 연결된다. 전원공급원(40)을 통하여 공급된 교류전원은 임피던스 정합기(42)를 거쳐 전원분배회로(60)로 입력되고, 입력받은 전원은 각각의 유도코일(52)로 고르게 분배되는 것이다.
도 7 내지 도 8은 페라이트 코어의 다양한 배치를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 페라이트 코어(50)는 방사형으로 배치되며, 개구부의 일단들은 서로 쌍을 이루어 지지체(32)의 상기 지지체(32)의 중앙부에 마련된 유전체 윈도우(30)와 접하고, 다른 일단들의 각각은 지지체(32)의 가장자리에 마련된 유전체 윈도우(30)들과 접하게 된다.
도 8을 참조하면, 페라이트 코어(50)는 다각형의 형상으로 개구부의 일단들이 서로 이웃하도록 유전체 윈도우(30)와 접하게 구성된다.
도 9은 본 발명에 따른 플라즈마 반응기에 2중 가스공급부가 구비된 모습을 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 진공챔버(10)의 내부로 서로 다른 공정가스를 주입하기 위한 제1 가스 공급부(20)와 제2 가스공급부(70)가 구비된다. 제1 가스 공급부(20)는 진공챔버(10)를 기준으로 중앙부에 구비되며, 제2 가스공급부(70)는 진공챔버(10)의 가장자리 영역에 구비된다.
제1 및 제2 가스공급부(20, 70)는 각각의 가스 샤워헤드(24, 74)가 구비되고, 하부에는 제1 및 제2 가스를 안내하는 가스관(26, 76)들이 통공(36)들과 서로 대응된다. 이와 같은 구조에서, 진공 챔버(10)의 내부로 공급되는 공정 가스는 두 개의 가스 공급부(20, 70)를 통하여 중앙 영역과 가장자리 영역으로 공급되는 가스 의 용량을 각각 제어할 수 있어서 보다 균일한 플라즈마 발생과 처리가 가능하다.
이상에서 설명된 본 발명의 플라즈마 반응기의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이상과 같은 본 발명의 플라즈마 반응기는 반도체 집적 회로의 제조, 평판 디스플레이 제조, 태양전지의 제조와 같은 다양한 박막 형성을 위한 플라즈마 처리 공정에 매우 유용하게 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 사시도이다.
도 2는 유전체 윈도우 및 페라이트 코어의 배치를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 1의 플라즈마 반응기의 내부 구조를 나타내 단면도이다.
도 4는 도 4는 페라이트 코어에 권선된 코어의 전기적 연결을 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 5는 유도코일에 전원분배회로가 연결된 모습을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 3의 "A"부분을 확대한 부분확대 단면도이다.
도 7 내지 도 8은 페라이트 코어의 다양한 배치를 나타낸 도면이다.
도 9은 본 발명에 따른 플라즈마 반응기에 2중 가스공급부가 구비된 모습을 나타낸 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 진공 챔버 11: 가스 출구
12: 챔버 하우징 14: 기판 지지대
16: 피처리 기판 20: 제1 가스공급부
22: 가스입구 24: 가스샤워헤드
26: 가스관 30: 유전체 윈도우
32: 지지체 34: 보호판
36: 통공 38: 가스켓
40: 전원 공급원 42: 임피던스 정합기
43, 44: 바이어스 전원 46: 임피던스 정합기
50: 페라이트 코어 52: 유도코일
60: 전원분배회로 70: 제2 가스공급부
72: 가스입구 74: 가스샤워헤드
76: 가스관

Claims (9)

  1. 피처리 기판이 수용되는 공간을 갖는 진공챔버;
    상기 진공 챔버에 설치되는 유전체 윈도우;
    상기 유전체 윈도우 영역에 구비되며 유도코일이 권선된 복수 개의 페라이트 코어; 및
    상기 진공챔버 내부로 가스를 공급하기 위한 제1 가스공급부를 포함하고;
    상기 유전체 윈도우는 상기 페라이트 코어와 접하는 영역에 둘 이상의 조각들로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수개의 조각들로 형성된 유전체윈도우는,
    유전체 윈도우를 제외한 영역에 지지체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 유전체 윈도우와 지지체 간에는 서로 기밀성을 유지하기 위한 가스켓이 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 유전체 윈도우와 진공챔버 사이에는 플라즈마 공정에 의하여 유전체 윈도우의 훼손을 방지하기 위한 보호판이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 복수개의 페라이트 코어는 방사형으로 배치된 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 복수개의 페라이트 코어는 다각형 형상으로 일단이 서로 이웃하도록 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 페라이트 코어에 권선된 코일은,
    전원을 분배하여 공급하는 전원분배회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 가스공급부를 제외한 영역에 제2 가스 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 가스공급부에는 서로 다른 종류의 공정 가스가 분리되어 입력되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
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