KR20100053255A - 이단 진공 챔버를 가지는 유도결합 플라즈마 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유도결합 플라즈마 장치에 있어서 대면적 피처리 기판에 유도결합 플라즈마 증착시 챔버 내부의 안테나실과 기판처리실을 모두 진공 상태를 유지하게 하여 상기 안테나실과 기판처리실 사이에 얇은 두께의 유전체만을 구비하여 유도전기장의 효율을 향상시키고 균일한 플라즈마를 발생시키도록 할 수 있는 이단 진공 챔버를 가지는 유도결합 플라즈마 장치에 관한 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이단 진공 챔버를 가지는 유도결합 플라즈마 장치는 안테나실과 기판처리실로 구획되는 챔버; 상기 기판처리실에 처리 가스를 공급하는 가스공급부; 상기 안테나실과 기판처리실 내부를 배기하고 진공상태로 유지시키는 배기부; 상기 안테나실과 기판처리실 사이에 구비되는 단일원판의 유전체; 상기 안테나실 내부 유전체의 상부에 위치되는 고주파안테나; 및 상기 고주파안테나에 고주파 전력을 공급하여 유도전기장을 형성하도록 하는 전원공급부를 포함한다.

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Description

이단 진공 챔버를 가지는 유도결합 플라즈마 장치{Inductively coupled plasma apparatus with dual vacuumed chambers}

본 발명은 유도결합 플라즈마 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액정표시장치(LCD) 기판 등의 대면적 피처리 기판에 유도결합 플라즈마 증착시 챔버 내부의 안테나실과 기판처리실을 모두 진공 상태를 유지하게 하여 상기 안테나실과 기판처리실 사이에 얇은 두께의 유전체만을 구비하여 유도전기장의 효율을 향상시키고 균일한 플라즈마를 발생시키도록 할 수 있는 이단 진공 챔버를 가지는 유도결합 플라즈마 장치에 관한 것이다.

일반적으로 플라즈마 발생장치에는 박막증착을 위한 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vaper Deposition) 장치, 증착된 박막을 식각하여 패터닝하는 식각장치, 스퍼터(Sputter), 애싱(Ashing) 장치 등이 있다.

또한, 이러한 플라즈마 발생장치는 RF전력의 인가방식에 따라 용량결합형(Capacitively Coupled Plasma, CCP) 장치와 유도결합형(Inductively Coupled Plasma, ICP) 장치로 구분된다.

전자는 서로 대향되는 평행평판 전극에 RF전력을 인가하여 전극사이에 수직 으로 형성되는 RF전기장을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 방식이고, 후자는 진공으로 유지 가능한 플라즈마 처리를 실시하기 위한 처리실의 천장이 유전체로 구성되고, 그 위에 고주파안테나가 설치된다. 그리고 상기 고주파안테나에 고주파 전력이 공급되어 처리실 내부에 유도전기장이 형성되고, 상기 유도전기장에 의해 처리실에 도입된 처리 가스가 플라즈마화 되어 기판의 플라즈마 처리가 실시되는 방식이다.

그런데 LCD의 제조 공정에 있어서는, 피처리 기판인 LCD 유리 기판은 1장부터 복수개의 LCD 패널 제품이 수득될 수 있는 치수로 되어 있다. 그리고 최근 스루풋 향상의 관점에서 LCD 유리 기판은 대형화의 요구가 강하고, 1변이 1m를 초과하는 거대한 것이 요구되고 있어, 이에 동반하는 처리 장치의 대형화에 의해 유전체도 대형화될 수 밖에 없다.

따라서 상기 유전체가 대형화되면, 처리실의 내외의 압력차이나 자중(自重)에 견딜 정도의 충분한 강도를 유지하기 위해서 그 두께를 크게 해야 된다.

그러나 상기와 같이 유전체의 폭을 두껍게 할 경우 고주파안테나와 플라즈마 영역과의 거리가 길어지기 때문에, 에너지 효율이 저하되어 플라즈마 밀도가 저하되는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 도 1의 유도결합 플라즈마 장치에 도시된 바와 같이, 기판의 플라즈마 처리가 실시되는 챔버(1)의 기판처리실(2)과 안테나실(3) 사이에 얇은 두께의 복수개의 유전체(5)가 금속 재질의 유전체지지구조물(6)에 의해 '+'자 형태로 분할 지지되어 기판처리실(2)의 진공상태를 유지하고 안테나실(3)은 대기압상태를 가지도록 하였다.

그러나 상기 금속 재질의 유전체지지구조물(6)에 의해 안테나실(3)의 고주파안테나(7)로부터 발생되는 유도전기장이 상기 유전체(5) 하부의 기판처리실(2)에 효율적으로 전달되지 못하는 문제점이 있다.

또한, 유전체(5)와 유전체지지구조물(6)이 기판처리실(2)의 진공상태를 유지하기 위해서는 어느 정도의 자중(自重)을 가져야 하는데 이로 인하여 유전체(5)의 두께를 아주 얇게 할 수 없는 문제점이 있으며, 상기와 같이 유전체(5)의 두께가 얇지 않아 어느 정도의 무게를 가지는 경우 유전체(5)를 분할 지지하는 유전체지지구조물(6)의 분할벽(6a) 또한 유전체(5)를 안정적으로 지지하기 위해서 그 두께(또는 폭)가 커져야 하기 때문에 결국 유전체지지구조물(6)에 지지되는 유전체(5)의 유효면적이 좁아져 기판처리실(2)에 플라즈마를 발생시키는 유도전기장의 전달 효율이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 안출된 것으로서, 유도결합 플라즈마 장치에 있어서 대면적 피처리 기판에 유도결합 플라즈마 증착시 안테나실과 기판처리실을 모두 진공상태를 가지도록 하여 단일판의 얇은 유전체에 의해 상기 안테나실과 기판처리실이 분리되도록 하여 균일한 플라즈마를 발생시키도록 할 수 있는 이중 진공 챔버를 가지는 유전체지지구조물을 가지는 유도결합 플라즈마 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

한편, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이단 진공 챔버를 가지는 유도결합 플라즈마 장치는 안테나실과 기판처리실로 구획되는 챔버; 상기 기판처리실에 처리 가스를 공급하는 가스공급부; 상기 안테나실과 기판처리실 내부를 배기하고 진공상태로 유지시키는 배기부; 상기 안테나실과 기판처리실 사이에 구비되는 단일원판의 유전체; 상기 안테나실 내부 유전체의 상부에 위치되는 고주파안테나; 및 상기 고주파안테나에 고주파 전력을 공급하여 유도전기장을 형성하도록 하는 전원공급부를 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 유전체는 상기 기판처리실의 평 면적에 대응되는 얇은 두께의 단일판이다.

본 발명에 의하면, 진공상태를 가지는 챔버의 안테나실과 기판처리실의 사이에 단일판의 얇은 두께를 가지는 유전체만이 구비되도록 함으로써, 상기 유전체의 두께를 얇게 제조하여 비용을 절약할 수 있고 상기 고주파안테나와 플라즈마 영역과의 거리를 가깝게 하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있어 대면적 기판 제조를 가능하게 할 수 있다.

또한, 상기 안테나실과 기판처리실 사이에 상기 단일판 구조의 얇은 유전체를 제외한 다른 구성부를 제거함으로써, 상기 고주파안테나의 유도전기장의 감쇄가 발생되지 않고 기판처리실 내부로 바로 전달되어 에너지 효율의 향상과 이를 통한 균일한 플라즈마를 생성하도록 할 수 있다.

한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이단 진공 챔버를 가지는 유도결합 플라즈마 장치를 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이단 진공 챔 버를 가지는 유도결합 플라즈마 장치는, 안테나실(110)과 기판처리실(120)로 구획되는 챔버(130), 기판처리실(120)에 처리 가스를 공급하는 가스공급부(140), 안테나실(110)과 기판처리실(120) 내부를 배기하고 진공상태로 유지시키는 배기부(150), 안테나실(110)과 기판처리실(120) 사이에 구비되는 단일원판의 유전체(160), 안테나실(110) 내부 유전체(160)의 상부에 위치되는 고주파안테나(170) 및 고주파안테나(170)에 고주파 전력을 공급하여 유도전기장을 형성하도록 하는 전원공급부(180)를 포함한다.

챔버(130)는 도전성 재료, 예컨데, 내벽면이 양극 산화 처리된 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 각통(角筒) 형상을 가지며 분해 가능하게 조립되고 접지선(131)에 의해 접지된다. 챔버(130)는 유전체(160)에 의해 상하에 안테나실(110)과 기판처리실(120)로 구획된다.

가스공급부(140)는 기판처리실(120)의 일측으로부터 기판처리실(120)의 내부에 연장되는 가스유로(141)를 통하여 소정의 처리 가스를 샤워 형상으로 토출시킨다.

배기부(150)는 가스공급부(140)로부터 처리 가스가 기판처리실(120)로 토출되기 전에 안테나실(110)과 기판처리실(120) 내부가 진공이 되도록 하고 처리 반응이 완료되면 상기 처리 가스를 외부로 배출하는 진공 펌프 등을 포함한다.

유전체(160)는 배기부(150)에 의해 진공상태를 가지는 안테나실(110)과 기판처리실(120)의 사이에 구비되는데, 이때 유전체(160)는 상기 안테나실(110)과 기판처리실(120)이 모두 진공상태를 가지기 때문에 종래에서와 같이, 기판처리실(120) 만의 진공을 위한 자중(自重)을 가질 필요가 없다. 따라서 유전체(160)는 종래에서와 같이, 유전체지지구조물 등에 의해 분할 지지될 필요가 없기 때문에 유전체(160)의 두께를 얇게 할 수 있고 이를 통하여 안테나실(110)과 기판처리실(120)의 평면적에 대응되는 단일판의 구조를 가질 수 있다. 여기서, 유전체(10)는 세라믹, 석영 등으로 구성된다.

따라서 상기와 같은 안테나실(110)과 기판처리실(120)이 진공상태를 가지는 챔버(130)에 의하면, 대면적 기판의 플라즈마 처리를 위한 유도결합 플라즈마 장치에 있어서, 안테나실(110)과 기판처리실(120)의 사이에 단일판의 얇은 두께를 가지는 유전체(160)만이 구비됨으로써, 유전체(160)의 두께를 얇게 제조하여 비용을 절약할 수 있고, 고주파안테나(170)와 플라즈마 영역과의 거리를 가깝게 하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 안테나실(110)과 기판처리실(120) 사이에 유전체(160)를 제외한 다른 구성부 예를 들면, 종래에서와 같이 대면적 기판 형성을 위한 복수개의 분할 유전체와 상기 유전체를 분할 지지하는 유전체지지구조물이 구비되지 않아 즉 유전체의 유효면적이 넓어져 상기 유전체지지구조물에 의한 고주파안테나(170)의 유도전기장의 감쇄가 발생되지 않고 기판처리실(120) 내부로 바로 전달되어 에너지 효율의 향상과 이를 통한 균일한 플라즈마를 생성하도록 할 수 있다.

고주파안테나(170)는 안테나실(110)의 단일판의 유전체(160) 상측에 배치되며, 구체적으로는 대략 각형 소용돌이 형상을 이루는 평면형의 안테나편(171)으로 이루어지고, 안테나편(171)의 코일은 인접하는 안테나선이 서로 반대 방향으로 감 겨있다. 상기 안테나편(171)은 일단이 안테나실(110)로부터 상방으로 수직으로 연장되어 전원공급부(180)에 접속되고 타단이 챔버(130)를 통해 접지되어 있다.

여기서 고주파안테나(170)는, 병렬 연결된 한 쌍의 루프형 안테나로 이루어지고, 상기 각 루프형 안테나는 전력인가부와 접지부를 각각 가지며, 한 쌍의 루프형 안테나가 상하로 각각 위치되는 한 쌍의 제1 안테나유닛과, 상기 한 쌍의 제1 안테나유닛 사이에 위치되고, 병렬 연결된 한 쌍의 루프형 안테나로 이루어지며, 상기 각 루프형 안테나는 전력인가부와 접지부를 각각 가지고, 상기 각 루프형 안테나의 전력인가부와 접지부가 인접한 루프형 안테나의 상부 또는 하부의 절곡 부위에 위치되도록 배열되는 단일의 제2 안테나유닛으로 구성되어, 상기 한 쌍의 제1 안테나유닛과 제1 안테나유닛의 내측에 위치하는 단일의 제2 안테나유닛을 통하여, RF전원의 전력인가부 부근(중심부분)에 강하게 발생되는 플라즈마 밀도를 상쇄시켜 균일하게 할 수 있고 접지부 부근(네모서리부분)에 강하게 플라즈마 밀도를 발생시켜 구조물 등에 의해 전하가 손실되어 플라즈마의 밀도가 낮아지더라도 RF전원의 전력인가부 부근의 플라즈마 밀도와 유사한 플라즈마 밀도를 생성하도록 하여 대면적 평판표시장치의 표면처리를 가능하게 할 수 있는 것이 바람직하다.

또한, 고주파안테나(170)는, 병렬 연결된 한 쌍의 루프형 안테나로 이루어지고, 상기 각 루프형 안테나는 전력인가부와 접지부를 각각 가지며, 한 쌍의 루프형 안테나가 상하로 각각 위치되는 한 쌍의 제1 안테나유닛과, 상기 한 쌍의 제1 안테나유닛 내측에 위치되고, 병렬 연결된 한 쌍의 루프형 안테나로 이루어지며, 상기 각 루프형 안테나는 전력인가부와 접지부를 각각 가지고, 상기 한 쌍의 루프형 안 테나가 상하로 각각 위치되는 단일의 제2 안테나유닛과, 상기 단일의 제2 안테나유닛 내측에 위치되고, 병렬 연결된 한 쌍의 루프형 안테나로 이루어지며, 상기 각 루프형 안테나는 전력인가부와 접지부를 각각 가지고, 상기 한 쌍의 루프형 안테나가 상하로 각각 위치되는 단일의 제3 안테나유닛으로 구성되어, 상기 한 쌍의 제1 안테나유닛과 상기 한 쌍의 제1 안테나유닛의 내측에 위치하는 단일의 제2 안테나유닛 및 상기 단일의 제2 안테나유닛의 내측에 위치하는 단일의 제3 안테나유닛을 통하여, RF전원의 전력인가부 부근(중심부분)에 강하게 발생되는 플라즈마 밀도를 상쇄시켜 균일하게 할 수 있고 접지부 부근(네모서리부분)에 강하게 플라즈마 밀도를 발생시켜 구조물 등에 의해 전하가 손실되어 플라즈마의 밀도가 낮아지더라도 RF전원의 전력인가부 부근의 플라즈마 밀도와 유사한 플라즈마 밀도를 생성하도록 하여 대면적 평판표시장치의 표면처리를 가능하게 할 수 있는 것이 바람직하다.

전원공급부(180)는 안테나실(110)의 천장벽(111)의 위에 구비되어 플라즈마의 임피던스를 고주파의 전송로 임피던스에 정합시키기 위해 안테나편(171)의 일단에 연결되는 정합기(181)와, 정합기(181)에 유도전기장을 형성하기 위한 고주파 주파수를 공급하기 위한 고주파전원(182)을 포함한다.

플라즈마 처리 중 고주파전원(182)으로부터 유도전기장 형성용 주파수가 예를 들면, 13.56MHz의 고주파 전력이 고주파안테나(170)로 공급되면, 고주파안테나(170)에 의해 기판처리실(120) 내에 유도전기장이 형성되고 상기 유도전기장에 의해 가스공급부(140)로부터 기판처리실(120) 내부에 공급되는 처리 가스가 플라즈마화 된다. 이 때의 고주파전원(182)의 출력은 플라즈마를 발생시키는 데 충분한 값이 되도록 적절히 설정되는 것이 바람직하다.

또한, 기판처리실(120) 내의 아래쪽에는 유전체(10)와 고주파안테나(170)에 대향되도록 LCD 등과 같은 기판(w)을 배치하기 위한 배치대로서의 서셉터(121)가 설치된다. 여기서, 서셉터(121)는 도전성 재료, 예컨대 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄 등으로 구성된다. 서셉터(121)에 배치된 기판(w)은 정전척에 의해 서셉터(121)에 흡착될 수 있다.

서셉터(121)는 절연체 프레임(122)내에 수납되고 중공 지주(123)에 의해 지지되어 상하 방향으로 구동된다. 또한, 서셉터(121)는 중공 지주(123) 내에 설치된 급전봉(미부호)에 의해 정합기(124)와 고주파전원(125)에 접속되어 상기 고주파전원(125)을 통하여 플라즈마 처리 중 바이어스용 고주파 전력을 서셉터(121)에 인가하여 기판처리실(120) 내에 형성된 플라즈마 중의 이온이 효과적으로 기판(w)에 인입되게 한다.

따라서 상기와 같이 전술한 바에 의하면, 안테나실과 기판처리실이 진공상태를 가지는 챔버를 통하여 상기 안테나실과 기판처리실의 사이에 단일판의 얇은 두께를 가지는 유전체만이 구비되도록 함으로써, 상기 유전체의 두께를 얇게 제조하여 비용을 절약할 수 있고 상기 고주파안테나와 플라즈마 영역과의 거리를 가깝게 하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 안테나실과 기판처리실 사이에 상기 단일판 구조의 얇은 유전체를 제외한 다른 구성부를 제거함으로써, 상기 고주파안테나의 유도전기장의 감쇄가 발생되지 않고 기판처리실 내부로 바로 전달되어 에너지 효율의 향상과 이를 통한 균일한 플라즈마를 생성하도록 할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

도 1은 종래의 유도결합 플라즈마 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이단 진공 챔버를 가지는 유도결합 플라즈마 장치를 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

110 : 안테나실 120 : 기판처리실

130 : 챔버 140 : 가스공급부

150 : 배기부 160 : 유전체

170 : 고주파안테나 180 : 전원공급부

Claims (2)

1. 안테나실과 기판처리실로 구획되는 챔버;

   상기 기판처리실에 처리 가스를 공급하는 가스공급부;

   상기 안테나실과 기판처리실 내부를 배기하고 진공상태로 유지시키는 배기부;

   상기 안테나실과 기판처리실 사이에 구비되는 단일원판의 유전체;

   상기 안테나실 내부 유전체의 상부에 위치되는 고주파안테나; 및

   상기 고주파안테나에 고주파 전력을 공급하여 유도전기장을 형성하도록 하는 전원공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이단 진공 챔버를 가지는 유도결합 플라즈마 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 유전체는 상기 기판처리실의 평면적에 대응되는 얇은 두께의 단일판인 것을 특징으로 하는 이단 진공 챔버를 가지는 유도결합 플라즈마 장치

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