KR20120036570A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 소정의 반응 공간을 마련하는 반응 챔버와, 반응 챔버 상에 마련되며, 적층된 적어도 둘 이상의 안테나를 포함하는 안테나부와, 적어도 일부가 안테나부의 일부를 관통하여 반응 챔버 상부의 중앙부와 연결된 가스 공급부를 포함한다.

Description

기판 처리 장치{Substrate processing apparatus}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 특히 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 소자나 평판 디스플레이 장치(flat display panel)의 제조를 위한 기판의 미세 가공 공정에는 저압/저온 플라즈마를 응용한 기술이 많이 이용되고 있다. 즉, 플라즈마는 반도체 소자 제조용 웨이퍼나 LCD(liquid crystal display) 제조용 기판의 표면 상에 소정의 물질막을 증착하거나 식각하는데 널리 이용되고 있다.
플라스마 장치는 플라즈마를 발생시키는 방식에 따라 용량 결합 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma; CCP), 유도 결합 플라즈마(inductively coupled plasma; ICP), 전자 이온가속기 공명(electron cyclotron resonance; ECR), 헬리콘(Helicon) 등이 있으며, 이들을 혼합한 복합 소오스(source) 들도 제안되고 있다. 이 중에 유도 결합 플라즈마는 안테나에 의하여 유도되는 유도 전기장을 이용하여 원료 물질을 플라즈마로 변화시키는 방식으로, 다른 장비에 비해 고밀도 및 고균질의 플라즈마를 쉽게 얻을 수 있는 장점이 있고, 구조가 간단하여 대면적 기판을 위한 장비로 주목받고 있다.
이러한 유도 결합 플라즈마 장비는 일반적으로 기판을 안치하고 소정의 반응 공간이 마련되는 반응 챔버의 상부, 즉 반응 챔버를 밀폐하는 챔버 리드 상에 플라즈마를 발생하기 위한 안테나가 마련된다. 안테나는 대개 코일 형상으로 마련되는데, 코일형 안테나를 이용하는 경우 유도되는 전기장의 세기가 균일하지 않은 단점이 있고, 그에 따라 플라즈마 밀도가 균일하지 않은 단점이 있다.
이러한 코일형 안테나의 문제를 해결하기 위해 복층의 안테나가 제시되었다. 즉, 반응 챔버의 챔버 리드 상에 하부 안테나가 마련되고 그 상부에 상부 안테나가 마련되어 복층의 안테나가 구성된다. 이러한 복층 안테나는 단일의 안테나에 비해 반응 챔버 내부의 플라즈마 밀도를 균일하게 할 수 있다.
한편, 플라즈마 처리 장치의 공정 균일성을 향상시키기 위해서는 플라즈마의 밀도를 균일하게 발생시키는 것 뿐만 아니라 반응 챔버 내에 공정 가스를 균일하게 공급해야 한다. 공정 가스를 균일하게 공급하기 위해서는 반응 챔버 상부의 중앙부에 가스 공급관을 연결하여 반응 챔버 상부의 중앙부로부터 반응 가스를 공급하는 것이 바람직하다. 그런데, 반응 챔버 상부에 복층의 안테나가 마련되는 경우 반응 챔버의 중앙부를 통해 반응 가스를 균일하게 공급하기 어렵게 된다. 즉, 반응 챔버의 챔버 리드 상부에는 하부 안테나와 상부 안테나가 복층으로 마련되어 이들 안테나가 차지하는 공간이 많아지게 되고, 특히 반응 챔버 상부의 중앙부에는 코일과 RF 전원을 연결하기 위한 연결관 등이 마련되어 반응 챔버 상부의 중앙부와 가스 공급관을 연결하는 것이 어렵게 된다. 따라서, 반응 챔버 상부의 안테나가 마련되지 않은 복수의 영역에 반응 가스 공급관을 연결하여 복수의 영역으로부터 반응 가스를 공급하였으나, 이러한 반응 가스 공급 방식은 반응 가스를 반응 챔버 내부에 균일하게 공급하기 어려운 문제가 있다. 또한, 반응 챔버의 측면으로부터 반응 가스를 공급하거나, 반응 챔버의 상부로부터 반응 가스의 일부를 공급하고 반응 챔버의 측면으로부터 반응 가스의 일부를 공급하는 방식도 제안되었으나, 이러한 방식들 또한 반응 가스를 균일하게 공급하지 못한다.
본 발명은 반응 챔버 내에 반응 가스를 균일하게 공급하고 플라즈마를 균일하게 발생시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명은 반응 챔버의 상부에 하부 안테나와 상부 안테나를 포함하는 적층 안테나를 마련하여 플라즈마를 균일하게 발생시키고, 반응 챔버의 중앙부를 통해 반응 가스를 공급하여 반응 가스를 균일하게 공급할 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명은 반응 챔버의 중앙부에 하부 안테나 및 상부 안테나로부터 연장된 연결관을 각각 마련하고, 연결관 내에 가스 공급관을 삽입하여 반응 챔버의 중앙부에 반응 가스를 공급하는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 기판 처리 장치는 소정의 반응 공간을 마련하는 반응 챔버; 상기 반응 챔버 상에 마련되며, 적층된 적어도 둘 이상의 안테나를 포함하는 안테나부; 및 적어도 일부가 상기 안테나부의 일부를 관통하여 상기 반응 챔버 상부의 중앙부와 연결된 가스 공급부를 포함한다.
상기 안테나부는 상기 반응 챔버의 상측으로 서로 이격되어 마련되며 각각 적어도 하나의 턴을 가진 적어도 둘 이상의 코일과, 내부가 빈 관 형상으로 마련되어 상기 반응 챔버 상부의 중앙부에 대응되는 영역에서 상기 적어도 둘 이상의 코일과 각각 연결되고, 서로 이격된 적어도 둘 이상의 연결관을 포함한다.
상기 안테나부는 상기 반응 챔버의 상측에 배치되며 평판 형상으로 마련되어 복수의 관통부가 형성된 하부 전극판과, 상기 하부 전극판 상에 서로 이격되어 마련되며 각각 적어도 하나의 턴을 가진 적어도 하나 이상의 코일과, 내부가 빈 관 형상으로 마련되어 상기 반응 챔버 상부의 중앙부와 대응되는 영역에서 상기 하부 전극판 및 코일과 각각 연결되고, 서로 이격된 적어도 둘 이상의 연결관을 포함한다.
상기 하부 전극판은 상기 적어도 하나의 연결관과 각각 대응되는 영역에 관통홀이 형성된다.
상기 가스 공급부는 상기 적어도 둘 이상의 연결관의 적어도 어느 하나의 내부를 관통하여 상기 반응 챔버의 상부와 연결된 가스 공급관을 포함한다.
상기 연결관과 상기 가스 공급관 사이에 마련된 절연체를 포함한다.
본 발명은 반응 챔버 상부에 플라즈마의 균일한 발생을 위해 하부 안테나와 상부 안테나를 포함하는 적층 안테나 시스템을 설치하고, 하부 안테나 및 상부 안테나는 반응 챔버의 중앙부에 대응되는 영역으로부터 관 형상으로 연결부가 마련되며, 연결부를 관통하여 가스 공급관이 마련된다. 즉, 안테나 시스템의 일부를 관통하여 가스 공급관이 마련된다.
본 발명에 의하면, 반응 챔버의 중앙부로 공정 가스를 공급할 수 있어 공정 가스를 반응 챔버 내부에 균일하게 공급할 수 있고, 하부 안테나와 상부 안테나를 적층하여 안테나 시스템을 설치함으로써 반응 챔버 내부에서 플라즈마를 균일하게 발생시킬 수 있다. 따라서, 반응 챔버 내부에 균일한 공정 가스의 공급 및 균일한 플라즈마의 발생이 가능하므로 균일한 공정이 가능하여 공정 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 즉, 증착 공정의 경우 박막의 균일한 증착이 가능하고, 식각 공정의 경우 균일한 식각이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 개략 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 안테나 시스템의 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 안테나 시스템과 가스 공급관의 결합 상태를 도시한 개략 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 개략 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 안테나 시스템의 사시도.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 안테나 시스템과 가스 공급관의 결합 상태를 도시한 개략 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 개략 단면도이고, 도 2는 안테나 시스템의 사시도이며, 도 3은 안테나 시스템과 반응 가스 공급관이 체결된 상태의 개략 단면도이다.
도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 반응 공간을 마련하는 반응 챔버(100)와, 반응 챔버(100)의 반응 공간에 위치하여 기판(10)을 안치하는 기판 안치부(200)와, 반응 챔버(100) 내에 기판 안치부(200)와 대향되어 마련되며 반응 가스를 기판(10) 상에 분사하는 가스 분배판(300)과, 반응 챔버(100) 상에 마련되며 하부 안테나(410)와 상부 안테나(420)가 적층된 적어도 이중 구조의 안테나 시스템(400)과, 반응 챔버(100) 내에 반응 가스를 공급하는 가스 공급부(500)를 포함한다.
반응 챔버(100)는 내부 공간을 갖는 챔버 몸체(110)와, 챔버 몸체(110)에 착탈 가능하도록 결합되어 반응 공간을 밀봉시키는 챔버 리드(120)를 구비한다. 챔버 몸체(110)는 상부가 개방된 통 형상으로 제작되고, 챔버 리드(120)는 챔버 몸체(110)의 상부를 차폐하는 판 형상으로 제작된다. 챔버 리드(120)의 중앙부에는 가스 공급관(510)이 연결되는 연결 구멍(미도시)이 마련된다. 또한, 도시되지 않았지만, 챔버 몸체(110)와 챔버 리드(120)의 결합면에는 오링 또는 가스켓과 같은 별도의 밀봉 부재가 마련될 수 있고, 챔버 몸체(110)와 챔버 리드(120)를 결합 고정시키는 별도의 고정 부재가 더 구비될 수도 있다. 그리고, 챔버 몸체(110)의 일측에는 기판(10)이 출입하는 출입구가 마련되고, 내부 공간을 배기하는 배기 수단이 접속된다. 물론 이에 한정되지 않고, 다양한 구조의 반응 챔버(100)가 이용될 수 있는데, 예를 들어 챔버 리드(120)와 챔버 몸체(110)가 단일화된 단일 반응 챔버와, 챔버 리드(120)가 챔버 몸체(110)의 하부에 마련된 반응 챔버 등이 이용될 수 있다.
기판 안치부(200)는 적어도 하나의 기판(10)을 안치하는 기판 안치판(210)과, 기판 안치판(210)을 승강시키는 안치판 구동부(220)와, 안치판 구동부(220)와 기판 안치판(210)간을 연결하는 연결축(230)을 구비할 수 있다. 또한, 도시되지 않았지만, 기판(10)의 로딩 및 언로딩을 위한 복수의 리프트 핀부를 더 구비할 수 있다. 먼저, 기판 안치판(210)은 판 형태로 제작되어 그 상부에 적어도 하나의 기판(10)이 안치된다. 또한, 기판 안치판(210)은 기판(10)을 가열 및 냉각하는 온도 조절 수단을 구비할 수도 있다. 이에 따라 기판(10)을 공정 온도로 가열할 수 있다. 가열 수단은 기판 안치판(210) 내부 또는 표면에 위치할 수 있고, 별도의 가열 수단이 기판 안치판(210) 외측에 위치할 수도 있다. 한편, 기판 안치판(210)은 안치판 구동부(220)에 의해 상승 및 하강하고, 또는 회전할 수 있다. 이를 통해 기판(10)의 공정 위치를 설정할 수 있고, 기판(10)의 로딩 및 언로딩을 용이하게 수행할 수도 있다. 이때, 안치판 구동부(220)로 모터를 구비하는 스테이지를 사용할 수 있다. 그리고, 안치판 구동부(220)는 반응 챔버(100)의 외측에 마련되는 것이 효과적인데, 이를 통해 안치판 구동부(220)의 움직임에 의한 파티클 발생을 방지할 수 있다. 여기서, 연결축(230)에 의해 안치판 구동부(220)의 구동력(상승 및 하강력 그리고 회전력)이 기판 안치판(210)에 전달된다. 연결축(230)은 반응 챔버(100)의 바닥면을 관통하여 기판 안치판(210)에 접속된다. 이때, 연결축(230)이 관통하는 반응 챔버(100)의 관통홀 영역에는 반응 챔버(100)의 밀봉을 위한 밀봉 수단(예를 들어, 밸로우즈)(240)이 마련될 수 있다.
가스 분배판(300)은 반응 챔버(100) 내의 상부에 기판 안치판(210)과 대향하는 위치에 마련되며, 반응 가스를 반응 챔버(100)의 하측으로 분사한다. 가스 분배판(300)은 상부가 가스 공급부(500)와 연결되고, 하부에는 기판(10)에 공정 가스를 분사하기 위한 복수의 분사홀(310)이 형성된다. 여기서, 가스 분배판(300)은 상부 중앙부에 가스 공급관(510)이 챔버 리드(120)를 관통하여 연결되는데, 예를 들어 제 1 가스 공급관(512)과 제 2 가스 공급관(514)이 소정 간격 이격되어 연결될 수 있다. 한편, 가스 분배판(300)은 대략 원형으로 제작되지만, 기판(10) 형상에 따른 형상으로 제작될 수도 있다.
안테나 시스템(400)은 반응 챔버(100)의 상부, 즉 챔버 리드(120)의 상부에 마련되어 반응 챔버(100) 내부로 공급된 반응 가스를 이온화하여 플라즈마를 생성시키는 전기장을 유도한다. 안테나 시스템(400)은 반응 챔버(100)의 상부에 인접하여 설치되는 하부 안테나(410)와, 하부 안테나(410) 위에 소정 간격 이격되어 설치되는 상부 안테나(420)를 포함한다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 시스템(400)는 복층 구조로 이루어진다.
하부 안테나(410)는 도 2에 도시된 바와 같이 제 1 평면상에 배치된 복수의 턴을 가진 하부 코일(412)과, 하부 코일(412)로부터 상부로 연장되어 RF 전원(430)과 연결된 제 1 연결관(414)을 포함한다. 하부 코일(412)은 구리 등의 도전성 재료로 제작되며, 내부가 빈 관 형상으로 제작될 수 있다. 하부 코일(412)이 관 형상으로 제작되는 경우 냉각수 또는 냉매가 흐를 수 있기 때문에 하부 코일(412)의 온도 상승을 억제할 수 있다. 또한, 하부 코일(412)의 일 단부는 제 1 연결관(414) 하부의 일 측면과 연결되고, 타 단부는 접지 단자와 연결된다. 따라서, 하부 코일(412)은 제 1 연결관(414)을 통해 RF 전원(430)으로부터 공급받은 RF 전원에 따라 반응 챔버(100) 내부에서 플라즈마를 발생시키게 된다. 한편, 하부 코일(412)은 제 1 연결관(414)으로부터 외측으로 다수의 턴으로 감긴 나선형으로 마련되거나, 동심원 형태로 배치되어 서로 연결된 다수의 원형 코일을 포함할 수도 있다. 그러나, 하부 코일(412)은 나선형 코일 또는 동심원상의 원형 코일 뿐만 아니라 여러 가지 다른 형태를 가진 코일로 이루어질 수도 있다. 또한, 제 1 연결관(414)은 챔버 리드(120) 중앙부에 대응되는 영역으로부터 상측으로 연장 형성된다. 이러한 제 1 연결관(414)은 하부의 일 측면이 하부 코일(412)과 연결되고 상부가 적어도 하나의 RF 전원(430)과 연결된다. 또한, 제 1 연결관(414)은 구리 등의 도전성 재료로 제작되고, 내부가 빈 관 형상으로 제작된다. 이러한 제 1 연결관(414)의 내부를 통해 제 1 가스 공급관(512)이 삽입된다. 또한, 제 1 연결관(414) 내부에는 제 1 가스 공급관(512)과의 절연을 위해 절연성 세라믹 등의 절연체(540)가 마련될 수 있다. 따라서, 제 1 연결관(414)의 직경은 제 1 가스 공급관(512)의 직경과 절연체(540)의 두께를 고려하여 제작될 수 있다.
상부 안테나(420)는 도 2에 도시된 바와 같이 하부 코일(412)이 마련된 제 1 평면으로부터 하부 코일(412)과 수직으로 소정 간격 이격되어 마련된다. 이러한 상부 안테나(420)는 제 1 평면과 평행한 제 2 평면상에 배치된 적어도 하나의 턴을 가진 상부 코일(422)과, 상부 코일(422)로부터 상부로 연장되어 RF 전원(430)과 연결된 제 2 연결관(424)을 포함한다. 상부 코일(422)은 구리 등의 도전성 재료로 제작되며, 상부 코일(422)의 온도 상승을 억제할 수 있도록 냉각수 또는 냉매가 흐를 수 있는 내부가 빈 관 형상으로 제작될 수 있다. 또한, 상부 코일(422)의 일 단부는 제 2 연결관(424) 하부의 일 측면과 연결되고, 타 단부는 접지 단자와 연결된다. 상부 안테나(420)의 상부 코일(422)의 위치는 반응 챔버(100) 또는 반응 챔버(100) 내에 장입된 기판(10)의 크기에 따라 적정한 위치에 배치될 수 있다. 즉, 상부 안테나(420)는 하부 안테나(410)에 의해 생성되는 플라즈마의 밀도가 낮은 부위, 예컨대 기판(10)의 가장자리 부위에 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 따라서, 상부 안테나(420)에 의해 기판(10) 가장자리 부위의 플라즈마 밀도가 높아지게 되어 기판(10)의 반경 방향 전체에 걸쳐 플라즈마 밀도 분포의 균일성을 확보할 수 있게 된다. 한편, 상부 코일(412)은 제 2 연결관(424)으로부터 외측으로 적어도 하나의 턴으로 감긴 나선형으로 마련되거나, 동심원 형태로 배치되어 서로 연결된 적어도 하나의 원형 코일을 포함할 수도 있다. 그러나, 상부 코일(422)은 나선형 코일 또는 동심원상의 원형 코일 뿐만 아니라 여러 가지 다른 형태를 가진 코일로 이루어질 수도 있다. 또한, 제 2 연결관(424)은 제 1 연결관(414)과 이격되지만, 반응 챔버(100)의 리드(120) 중앙 부위에 대응되는 영역으로부터 상측으로 연장 형성된다. 예를들어, 제 1 연결관(414)이 반응 챔버(100)의 리드(120) 정중앙에 대응되는 영역으로부터 형성되고, 제 2 연결관(424)은 제 1 연결관(414)과 이격되지만 리드(120)의 중앙 영역에 대응되는 영역으로부터 형성된다. 이러한 제 2 연결관(424)은 하부의 일 측면이 상부 코일(422)과 연결되고 상부가 적어도 하나의 RF 전원(430)과 연결된다. 또한, 제 2 연결관(424)은 구리 등의 도전성 재료로 제작되고, 내부가 빈 관 형상으로 제작된다. 이러한 제 2 연결관(424)의 내부를 통해 제 2 가스 공급관(514)이 삽입된다. 또한, 제 2 연결관(424) 내부에는 제 2 가스 공급관(514)과의 절연을 위해 절연성 세라믹 등의 절연체(540) 등이 마련될 수 있다. 따라서, 제 2 연결관(424)의 직경은 제 2 가스 공급관(514)의 직경과 절연 물질(540)의 두께를 고려하여 제작될 수 있다.
한편, 하부 안테나(410)와 상부 안테나(420)는 하나의 RF 전원(430)에 연결될 수 있고, 각각 다른 RF 전원(430)에 연결될 수도 있다. 특히, 하부 안테나(410)와 상부 안테나(420)를 하나의 RF 전원(430)에 함께 연결하는 경우 두 안테나(410, 420)는 RF 전원(430)에 병렬로 연결되는 것이 자체 인덕턴스가 감소하게 되므로 바람직하다. 즉, 두 안테나(410, 420)를 병렬로 연결하게 되면 인덕턴스가 낮아지게 되므로 플라즈마 방사 효율이 높아지게 되는 장점이 있다. 또한, RF 전원(430)과 하부 안테나(410) 및 상부 안테나(420)를 연결하는 정합 회로(432)가 마련되고, 정합 회로(432)와 어느 하나의 안테나, 예컨데 상부 안테나(420)와의 사이에는 캐패시터(434)가 설치될 수 있다. 이 경우 하부 안테나(310)와 상부 안테나(420)를 통해 흐르는 RF 전류의 위상차를 조절할 수 있다. 따라서, 안테나 시스템(400)을 이루는 하부 안테나(410) 및 상부 안테나(420)에는 RF 전류가 흐르게 되어 자기장이 발생되고, 이 자기장 내의 자속의 시간에 따른 변화에 의해 반응 챔버(100) 내부에는 전기장이 유도된다. 유도 전기장은 가스 공급부(500)를 통해 반응 챔버(100) 내부로 유입된 반응 가스를 이온화시켜 플라즈마를 생성하게 된다.
가스 공급부(500)는 증착 가스, 불순물 가스, 식각 가스 등의 공정 가스를 가스 분배판(300)에 공급하는 가스 공급관(510)와, 각각의 공정 가스를 저장하는 복수의 가스 공급원(520)과, 가스 공급관(510)과 가스 공급원(520) 사이에 마련된 유량 제어기(530)를 포함한다. 가스 공급관(510)은 안테나 시스템(400)의 제 1 및 제 2 연결관(412, 414)을 관통하여 가스 분배판(300) 상부의 중앙부와 연결될 수 있다. 예를들어, 제 1 및 제 2 가스 공급관(512, 514)은 적어도 일부가 도 3에 도시된 바와 같이 제 1 및 제 2 연결관(412, 422)의 내부에 삽입되며, 제 1 및 제 2 가스 공급관(512, 514)과 제 1 및 제 2 연결관(412, 414) 사이에는 세라믹 등의 절연체(540)가 마련된다. 즉, 제 1 및 제 2 연결관(412, 414)은 RF 전원을 하부 및 상부 코일(422, 424)에 공급하기 위해 구리 등의 도전 물질로 제작되고, 이들 사이에 절연체(540)가 마련됨으로써 제 1 및 제 2 가스 공급관(512, 514)에 전기장이 인가되지 않도록 하여 제 1 및 제 2 가스 공급관(512, 514) 내부에서 공정 가스가 플라즈마화되지 않도록 한다. 여기서, 절연체(540)는 제 1 및 제 2 연결관(412, 414)을 통해 인가되는 RF 전류가 제 1 및 제 2 가스 공급관(512, 514)에 영향을 미치지 않도록 하는 두께로 마련될 수 있다. 따라서, 상기한 바와 같이 절연체(540)의 두께, 제 1 및 제 2 가스 공급관(512, 514)의 직경 등에 따라 제 1 및 제 2 연결관(412, 414)의 직경을 결정할 수 있다. 한편, 유량 제어기(530)는 가스 공급원(520)으로부터 공급되는 공정 가스의 유량을 제어하며, 밸브 및 질량 흐름 제어기 등을 포함할 수 있다. 또한, 가스 공급원(520)에는 증착 막에 따라 다양한 증착 가스를 저장할 수 있고, 증착 막의 막질을 조절하기 위한 불순물 가스를 저장할 수도 있다. 예를 들어, 제 1 공정 가스 공급관(512)을 통해 제 1 가스 공급원(522)으로부터 증착 가스가 공급될 수 있고, 제 2 공정 가스 공급관(514)을 통해 제 2 가스 공급원(524)으로부터 불순물 가스가 공급될 수 있다. 물론, 공정 가스로는 증착 가스 뿐만 아니라 식각 가스를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예는 반응 챔버(100) 상부에 플라즈마의 균일한 발생을 위해 하부 안테나(410)와 상부 안테나(420)를 포함하는 적층 안테나 시스템(400)을 설치하고, 반응 챔버(100)의 중앙부에 대응되는 영역으로부터 관 형상으로 마련된 하부 안테나(410) 및 상부 안테나(420)의 연결부(414, 424)를 관통하여 가스 공급관(512, 514)이 마련된다. 즉, 안테나 시스템(400)의 일부를 관통하여 가스 공급관(510)이 마련된다. 따라서, 반응 챔버(100)의 중앙부로 공정 가스를 공급할 수 있어 반응 가스를 반응 챔버(100) 내부에 균일하게 공급할 수 있다. 결과적으로, 반응 챔버(100) 내부에 균일한 공정 가스의 공급 및 균일한 플라즈마의 발생이 가능하므로 균일한 공정이 가능하여 공정 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 즉, 증착 공정의 경우 박막의 균일한 증착이 가능하고, 식각 공정의 경우 균일한 식각이 가능하다.
한편, 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 하부 안테나와 상부 안테나가 적어도 한층 적층된 복층 구조의 안테나 시스템으로 다양하게 변형할 수 있다. 즉, 다양한 형상으로 복층 안테나를 구성하고, 복층 안테나의 반응 챔버의 상부 중앙부에 하부 코일 및 상부 코일과 각각 연결되는 연결관을 마련하고, 연결관 내부를 관통하여 가스 공급관이 삽입되도록 다양하게 변형할 수 있다. 예를 들어 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 코일 형상의 상부 안테나(420)와 평판 전극 형상의 하부 전극판(450)을 포함하는 안테나 시스템을 구비하는 기판 처리 장치를 이용할 수 있고, 이 경우에도 각각의 연결관 내부를 관통하도록 가스 공급관을 마련된다.
도 4, 도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 안테나 시스템(400)이 하부 전극판(450)과 상부 안테나(420)를 포함하여 구성된다. 상부 안테나(420)는 복수의 안테나 유닛(425, 426, 427)을 포함하는 바람개비형 병렬 안테나로 구성될 수 있다. 또한, 안테나 유닛(425, 426, 427)은 제 2 연결관(414)로부터 접지점(e, f, g) 사이에 마련된 곡선 형상의 제 1, 2, 3 내부 코일(425a, 426a, 427a)과, 접지점(e, f, g)에서 제 1, 2, 3 내부 코일(425a, 426a, 427a)과 각각 연결되는 제 1, 2, 3 외부 코일(425b, 426b, 427b)를 포함한다. 여기서, 제 2 연결관(414)은 반응 챔버(100)의 리드(120)의 정중앙에 대응되는 영역에 마련될 수 있다. 즉, 제 2 연결관(414)이 정중앙에 마련되고 제 3 연결관(454)이 제 2 연결관(414)과 이격되어 중앙 영역에 마련된다. 한편, 도면에서 3개의 안테나 유닛(425, 426, 427)을 도시하였으나, 더 많은 갯수의 안테나 유닛(425, 426, 427)이 방사형으로 배치될 수 있음은 물론이다. 각 외부 코일(425b, 426b, 427b)은 제 1 연결관(414)을 기준으로 하는 원주상에 배열되며, 일단은 접지점(e, f, g)에서 각 내부 코일(425a, 426a, 427a)과 연결되고, 반대편의 끝단은 하부의 판형 전극(450)에 연결된다.
하부 전극판(450)은 소정 두께를 갖는 대략 원형의 판(452)과, 제 2 연결관(414)과 이격되어 반응 챔버(100)의 리드(120) 중앙 영역에 대응되는 부분에 마련된 제 3 연결관(454)이 마련되고, 판(452) 상에 홀 또는 슬릿 형상의 복수의 관통부(456)가 형성된다. 즉, 반응 챔버(100) 내부에서 플라즈마를 발생시키기 위해서는 상부 안테나(420)에서 발생하는 RF 자기장이 반응 챔버(100) 내부로 충분히 전달되어야 하는데, 이를 위해 관통부(456)를 형성하여 유도 자기장이 지나갈 수 있는 통로를 제공한다. 관통부(456)의 형상이나 패턴의 형상은 제한이 없으나, 가급적 판형의 하부 전극판(450)의 상부에 위치하는 코일 형상의 상부 안테나(420)의 코일 패턴에 따라 관통부(456)의 패턴도 결정되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 바람개비형 병렬 안테나를 이용하는 경우에는 제 1, 2, 3 안테나 유닛(425, 426, 427)의 사이에는 하부 전극판(450)의 중심에서 방사형으로 배열하고, 상부 안테나(420)의 하부에는 안테나 코일에 대하여 수직 방향으로 형성된 관통부(456)를 형성한다. 이때 각 내부 코일(425a, 426a, 427a)의 직하부에 위치하는 관통부(456)는 각 코일(425, 426, 427)에서 발생하는 RF 전기장을 제한적으로 투과 및 차폐하는 역할을 한다.
한편, 하부의 판(452)과 연결된 제 3 연결관(454)과 상부 코일(422)와 연결된 제 2 연결관(424)은 각각 내부가 빈 관 형상으로 제작되며, 제 2 연결관(424)을 관통하여 제 1 가스 공급관(512)이 마련되고 제 3 연결관(454)을 관통하여 제 2 가스 공급관(514)이 마련된다. 이때, 제 2 및 제 3 연결관(424, 454)을 관통하는 제 1 및 제 2 가스 공급관(512, 514)은 하부 전극판(450)을 관통하여 반응 챔버(100) 내의 가스 분배판(300)과 연결될 수 있다. 즉, 제 1 및 제 2 가스 공급관(512, 514)이 가스 분배판(300)과 연결되기 위해서는 평판 형상의 하부 전극판(450)을 관통해야 하고, 이를 위해 하부 전극판(450)의 중앙부는 제 1 및 제 2 가스 공급관(512, 514)이 지나는 홀이 형성되어야 한다. 물론, 하부 전극판(450)과 제 1 및 제 2 가스 공급관(512, 514) 사이에도 절연성 세라믹 등의 절연체(540)가 마련되어야 한다.
한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 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.
100 : 반응 챔버 200 : 기판 안치부
300 : 가스 분배판 400 : 안테나 시스템
500 : 가스 공급부 540 : 절연체

Claims (6)

  1. 소정의 반응 공간을 마련하는 반응 챔버;
    상기 반응 챔버 상에 마련되며, 적층된 적어도 둘 이상의 안테나를 포함하는 안테나부; 및
    적어도 일부가 상기 안테나부의 일부를 관통하여 상기 반응 챔버 상부의 중앙부와 연결된 가스 공급부를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 안테나부는 상기 반응 챔버의 상측으로 서로 이격되어 마련되며 각각 적어도 하나의 턴을 가진 적어도 둘 이상의 코일과,
    내부가 빈 관 형상으로 마련되어 상기 반응 챔버 상부의 중앙부에 대응되는 영역에서 상기 적어도 둘 이상의 코일과 각각 연결되고, 서로 이격된 적어도 둘 이상의 연결관을 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 안테나부는 상기 반응 챔버의 상측에 배치되며 평판 형상으로 마련되어 복수의 관통부가 형성된 하부 전극판과,
    상기 하부 전극판 상에 서로 이격되어 마련되며 각각 적어도 하나의 턴을 가진 적어도 하나 이상의 코일과,
    내부가 빈 관 형상으로 마련되어 상기 반응 챔버 상부의 중앙부와 대응되는 영역에서 상기 하부 전극판 및 코일과 각각 연결되고, 서로 이격된 적어도 둘 이상의 연결관을 포함하는 기판 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 하부 전극판은 상기 적어도 하나의 연결관과 각각 대응되는 영역에 관통홀이 형성된 기판 처리 장치.
  5. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 가스 공급부는 상기 적어도 둘 이상의 연결관의 적어도 어느 하나의 내부를 관통하여 상기 반응 챔버의 상부와 연결된 가스 공급관을 포함하는 기판 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 연결관과 상기 가스 공급관 사이에 마련된 절연체를 포함하는 기판 처리 장치.
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JPH10149896A (ja) * 1996-11-19 1998-06-02 Kokusai Electric Co Ltd プラズマ処理装置
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