KR20120066990A - 진공처리장치 - Google Patents

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Abstract

반도체, 평판패널 디스플레이, 솔라셀 등을 제조하는 과정에서 기판에 대한 각종 공정을 처리하는 진공처리장치에 관한 것이다. 진공처리장치는 진공 챔버와, 유전체 윈도우와, 고주파 안테나, 및 고유전율 유전체막을 포함한다. 진공 챔버는 상부가 개구된 구조이다. 유전체 윈도우는 진공 챔버의 상부 개구에 설치된다. 고주파 안테나는 유전체 윈도우 상에 배치된다. 고유전율 유전체막은 진공 챔버 내에서 플라즈마가 균일하게 발생하도록 상기 유전체 윈도우에서 상기 고주파 안테나가 안착되는 영역 중 적어도 일부 영역에 적층되며, 유전체 윈도우보다 높은 유전율을 갖는다.

Description

진공처리장치{Vacuum processing apparatus}
본 발명은 반도체, 평판패널 디스플레이, 솔라셀 등을 제조하는 과정에서 기판에 대한 각종 공정을 처리하는 진공처리장치에 관한 것이다.
진공처리장치는 진공 챔버 내에서 웨이퍼 또는 글라스기판(이하 기판으로 통칭함)에 대한 식각 또는 증착 등의 각종 공정을 처리하는 장치이다. 진공처리장치는 종류가 다양한데, 그 한 종류로서 고밀도 플라즈마를 발생시킬 수 있는 유도 결합형 플라즈마 처리장치가 알려져 있다.
이러한 플라즈마 처리장치는 진공 챔버의 천정에 유전체 윈도우(Dielectric Window)가 배치되고, 유전체 윈도우 상에 고주파 안테나가 배치된 구조를 갖는다. 고주파 안테나에 의해 진공 챔버 내에 유도 전기장이 형성되고, 유도 전기장에 의해 처리가스가 플라즈마로 변화한다. 이렇게 생성된 플라즈마 가스를 사용하여 진공 챔버 내에 배치된 기판에 대해 식각 또는 증착 등의 공정을 처리하게 된다.
유전체 윈도우는 진공 챔버의 진공 또는 감압 환경을 유지하면서도 고주파 안테나에 의한 고주파 전력을 진공 챔버 내로 전달하는데 전력손실이 없도록 사용하는 것이다. 이러한 유전체 윈도우는 진공 챔버의 내외부 압력 차이를 견딜 수 있을 만큼의 강도를 가져야 한다.
한편, 반도체, 평판패널 디스플레이, 솔라셀 제조에 사용되는 기판은 생산성 향상 등의 이유로 대면적화되는 추세이다. 이에 따라, 진공 챔버가 대형화되어, 유전체 윈도우의 면적이 증가하게 됨으로 인해, 유도 전기장의 불균일이 발생되었다. 따라서, 플라즈마의 균일도가 낮아져 기판에 대한 식각 공정 처리시 식각 균일도가 저하되었다. 또한, 유전체 윈도우의 두께 또한 증가되어야 하므로, 유도 전기장의 세기가 감소하였다. 따라서, 플라즈마 밀도가 감소하게 되므로, 식각률(etching rate) 감소의 원인이 되고 있다.
본 발명의 과제는 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 플라즈마 균일도및 플라즈마 밀도를 향상시킬 수 있는 진공처리장치를 제공함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 진공처리장치는, 상부가 개구된 진공 챔버; 상기 진공 챔버의 상부 개구에 설치되는 유전체 윈도우; 상기 유전체 윈도우 상에 배치되는 고주파 안테나; 및 상기 진공 챔버 내에서 플라즈마가 균일하게 발생하도록 상기 유전체 윈도우에서 상기 고주파 안테나가 안착되는 영역 중 적어도 일부 영역에 적층되며, 상기 유전체 윈도우보다 높은 유전율을 갖는 고유전율 유전체막을 포함한다.
본 발명에 따르면, 고유전율 유전체막이 유전체 윈도우의 전체 영역 중 고주파 안테나가 안착되는 영역에 국부적으로 적층되므로, 유전체 윈도우의 면적이 커지더라도, 진공 챔버 내에서 플라즈마가 균일하게 분포될 수 있다.
그리고, 본 발명에 따르면, 유전체 윈도우의 포켓 내에 고주파 안테나가 수용되어 진공 챔버 내에서 플라즈마 밀도가 향상될 수 있으며, 포켓 내에서 고주파 안테나의 하면에 고유전율 유전체막이 배치되어 진공 챔버 내에서 플라즈마 균일도가 향상될 수 있다. 따라서, 진공 챔버 내에서 플라즈마 밀도와 플라즈마 균일도가 동시에 향상되는 효과가 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공처리장치에 대한 단면도.
도 2는 도 1의 일부를 발췌하여 확대한 단면도.
도 3은 도 2에 있어서, 고주파 안테나가 분리된 상태를 도시한 분해 사시도.
도 4는 도 1에 있어서, 유전체 윈도우가 복수 개로 분할된 형태를 도시한 사시도.
도 5는 도 1에 있어서, 유전체 윈도우의 변형 예를 도시한 단면도.
도 6은 도 5에 도시된 유전체 윈도우로부터 고주파 안테나가 분리된 상태를 도시한 사시도.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공처리장치에 대한 단면도이다. 도 2는 도 1의 일부를 발췌하여 확대한 단면도이다. 그리고, 도 3은 도 2에 있어서, 고주파 안테나가 분리된 상태를 도시한 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 진공처리장치(100)는 진공 챔버(110)와, 유전체 윈도우(120)와, 고주파 안테나(130), 및 고유전율 유전체막(140)을 포함한다.
진공 챔버(110)는 기판(10)에 대한 식각 또는 증착 등의 각종 공정이 수행되는 처리공간을 갖는다. 진공 챔버(110)의 처리공간은 진공 상태로 유지될 수 있다. 진공 챔버(110)는 상부가 개구된 구조를 갖는다.
진공 챔버(110)의 처리공간에는 기판지지부(111)가 설치된다. 기판지지부(111)는 처리공간의 하측에서 기판(10)을 지지한다. 기판지지부(111)는 기판(10)을 고정하기 위한 정전 척, 기판(10)을 승강시키기 위한 리프트 핀, 기판(10)을 가열하기 위한 히터 등을 포함할 수 있다. 그리고, 진공 챔버(110)에는 외부로부터 도입된 처리가스를 처리공간으로 공급하기 위한 가스공급부가 설치될 수 있다.
유전체 윈도우(120)는 진공 챔버(110)의 상부 개구에 설치된다. 유전체 윈도우(120)는 진공 챔버(110)의 진공 또는 감압 환경을 유지하면서도 고주파 안테나(130)에 의한 고주파 전력을 진공 챔버(110) 내로 전달하는데 전력손실이 없도록 한다.
고주파 안테나(130)는 유전체 윈도우(120) 상에 배치된다. 고주파 안테나(130)는 고주파 전원을 공급받아서 유전체 윈도우(120)를 사이에 두고 진공 챔버(110) 내에 유도 전기장을 형성하여 플라즈마를 생성하게 한다. 고주파 안테나(130)의 상부에는 커버(101)가 배치되어 진공 챔버(110)에 장착될 수 있다.
고유전율 유전체막(140)은 진공 챔버(110) 내에서 플라즈마가 균일하게 발생하도록, 유전체 윈도우(120)에서 고주파 안테나(130)가 안착되는 영역에 국부적으로 적층되며, 유전체 윈도우(120)보다 높은 유전율을 갖는다. 고유전율 유전체막(140)은 공정 처리되는 기판(10)의 대면적화로 유전체 윈도우(120)의 면적이 증가하더라도, 진공 챔버(110) 내에서 플라즈마의 균일성이 확보되도록 한다.
즉, 고유전율 유전체막(140)은 고주파 안테나(130)가 안착되는 영역에서 유도 전기장의 세기를 감소시킴으로써, 유전체 윈도우(120)의 면적이 커지더라도 진공 챔버(110) 내의 가장자리까지 플라즈마가 균일하게 분포될 수 있게 한다. 진공 챔버(110) 내에서 플라즈마의 균일성이 확보되면, 기판(10)에 대한 식각 공정 처리시 식각 균일도가 향상될 수 있다.
한편, 고주파 안테나(130)의 형상이나 배치에 따라 유도 전기장의 세기가 유전체 윈도우(120) 영역에 따라 차이가 날 수 있다. 이 경우, 플라즈마의 균일성 확보를 위해, 고유전율 유전체막(140)은 유전체 윈도우(120)에서 고주파 안테나(130)가 안착되는 영역 중 일부 영역에만, 예컨대 유도 전기장의 세기가 상대적으로 높은 영역에만 배치될 수 있다. 유전체 윈도우(120)에서, 고유전율 유전체막(140)이 배치된 영역의 전기장 세기를 고유전율 유전체막(140)이 배치되지 않은 영역의 전기장 세기만큼 감소시킬 수 있어, 유전체 윈도우(120) 전체에 걸쳐 플라즈마의 균일성을 확보할 수 있다.
만일, 유전체 윈도우(120)에서 고주파 안테나(130)가 안착되는 영역 중, 유도 전기장의 세기가 상대적으로 높은 영역이 유전체 윈도우(120)의 중앙부이며, 유도 전기장의 세기가 상대적으로 낮은 영역이 유전체 윈도우(120)의 외곽부라면, 고유전율 유전체막(140)은 유전체 윈도우(120)의 중앙부에만 배치될 수 있다. 이와 반대로, 유도 전기장의 세기가 상대적으로 높은 영역이 유전체 윈도우(120)의 외곽부이며, 유도 전기장의 세기가 상대적으로 낮은 영역이 유전체 윈도우(120)의 중앙부라면, 고유전율 유전체막(140)은 유전체 윈도우(120)의 중앙부에만 배치될 수 있다.
다른 예로, 고유전율 유전체막(140)은 유전체 윈도우(120)에서 고주파 안테나(130)가 안착되는 영역 중 유도 전기장의 세기가 상대적으로 높은 영역에서 유도 전기장의 세기가 상대적으로 낮은 영역보다 높은 유전율을 갖도록 형성될 수 있다. 따라서, 유전체 윈도우(120)에서, 상대적으로 높은 유전율의 고유전율 유전체막(140)이 배치된 영역의 전기장 세기를 상대적으로 낮은 유전율의 고유전율 유전체막(140)이 배치된 영역의 전기장 세기에 맞출 수 있어, 유전체 윈도우(120) 전체에 걸쳐 플라즈마의 균일성을 확보할 수 있다.
또 다른 예로, 고유전율 유전체막(140)은 유전체 윈도우(120)에서 고주파 안테나(130)가 안착되는 영역 중 유도 전기장의 세기가 상대적으로 높은 영역에서 유도 전기장의 세기가 상대적으로 낮은 영역보다 두께가 두껍게 형성될 수 있다. 따라서, 유전체 윈도우(120)에서, 상대적으로 두꺼운 고유전율 유전체막(140)이 배치된 영역의 전기장 세기를 상대적으로 얇은 고유전율 유전체막(140)이 배치된 영역의 전기장 세기에 맞출 수 있어, 유전체 윈도우(120) 전체에 걸쳐 플라즈마의 균일성을 확보할 수 있다.
한편, 동일 구동 주파수에서, 유전체 윈도우(120)에 대한 고유전율 유전체막(140)의 유전율비는 2 ~ 15로 설정될 수 있다. 즉, 고유전율 유전체막의 유전율/유전체 윈도우의 유전율 = 2 ~ 15로 설정될 수 있다. 유전율비는 공정 조건에 따라 플라즈마 균일성을 확보할 수 있는 범주에서 적절히 선택될 수 있다.
고유전율 유전체막(140)은 알루미나 또는 티탄산바륨(BaTiO3)으로 형성될 수 있다. 여기서, 유전체 윈도우(120)가 알루미나로 형성된다면, 고유전율 유전체막(140)은 유전체 윈도우(120)보다 높은 유전율을 갖는 알루미나로 형성된다. 알루미나는 Al2O3의 함유량에 따라 유전율이 달라지는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 유전체 윈도우(120)가 8 정도의 유전율을 갖는 알루미나로 형성된다면, 고유전율 유전체막(140)은 유전율이 16.7의 값을 갖는 Al2O3의 함유량이 99.99%인 흑색 알루미나로 형성될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 유전체 윈도우(120)는 복수 개로 분할된 윈도우 세그먼트(120a)들을 구비할 수 있다. 이에 따라, 유전체 윈도우(120)의 면적이 커지더라도 자중을 보다 효과적으로 분산시켜 유전체 윈도우(120)의 처짐 현상이 방지될 수 있다. 일 예로, 유전체 윈도우(120)는 동일한 크기를 갖고 사각형 형태를 갖는 4개의 윈도우 세그먼트(120a)들을 구비할 수 있다. 여기서, 윈도우 세그먼트(120a)들 사이는 프레임에 의해 지지될 수 있다.
고주파 안테나(130)는 윈도우 세그먼트(120a)들에 하나씩 대응되도록 복수 개로 구비될 수 있다. 그리고, 각각의 고주파 안테나(130)는 동일 평면 상에 사각형 나선으로 감긴 형상으로 형성되어 유전체 윈도우(120) 상에 안착될 수 있다.
이 경우, 고유전율 유전체막(140)은 고주파 안테나(130)의 형상에 상응하는 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 고유전율 유전체막(140)은 고주파 안테나(130)에 맞닿게 동일 평면 상에 사각형 나선으로 감긴 형상으로 유전체 윈도우(120) 상에 적층될 수 있다. 한편, 고주파 안테나(130)는 하나로 구비되고 사각형 나선으로 감긴 형태로 이루어져 윈도우 세그먼트(120a)들 전체에 걸쳐 배치되는 것도 가능하므로, 전술한 예에 반드시 한정되지는 않는다.
도 5는 도 1에 있어서, 유전체 윈도우의 변형 예를 도시한 단면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 유전체 윈도우(220)는 고주파 안테나(130)가 안착되는 영역에 포켓(221)이 형성될 수 있다. 그리고, 포켓(221)의 저면에 고유전율 유전체막(140)이 배치되며, 포켓(221) 내에서 고주파 안테나(130)가 고유전율 유전체막(140) 상에 배치될 수 있다.
고주파 안테나(130)는 도 6에 도시된 바와 같이, 동일 평면 상에 사각형 나선으로 감긴 형상일 수 있다. 이 경우, 포켓(221)은 고주파 안테나(130)의 형상에 상응하는 형상으로 형성되어 고주파 안테나(130)를 수용할 수 있다. 즉, 포켓(221)은 고주파 안테나(130)를 수용할 수 있도록 동일 평면 상에 사각형 나선으로 오목하게 파인 형상일 수 있다.
포켓(221)의 저면으로부터 유전체 윈도우(220)의 하면까지 거리(a)는 유전체 윈도우(220)의 상면으로부터 유전체 윈도우(220)의 하면까지 거리(b)보다 짧다. 이에 따라, 고주파 안테나(130)가 포켓(221)에 수용되면, 고주파 안테나(130)가 유전체 윈도우(220)의 상면에 배치되는 것보다 진공 챔버(110)까지 거리가 짧아질 수 있다. 따라서, 진공 챔버(110) 내에서 유도 전기장의 세기가 증가할 수 있다. 포켓(221)의 깊이는 유전체 윈도우(220)가 진공 챔버(110)의 내외부 압력 차이를 견딜 수 있는 강도를 갖는 한도 내에서 설정될 수 있다. 포켓(221)의 깊이에 따라, 고주파 안테나(130)는 포켓(221) 내에 완전히 수용되거나, 일부만 수용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 유전체 윈도우(220)의 포켓(221) 내에 고주파 안테나(130)가 수용되면, 기판(10)이 대면적화되어 유전체 윈도우(220)의 두께가 증가하더라도 유도 전기장의 세기가 증가되어 플라즈마 밀도가 증가할 수 있다. 그 결과, 기판(10)에 대한 식각 공정 처리시 식각률이 향상될 수 있다. 게다가, 포켓(221) 내에서 고주파 안테나(130)의 하면에 고유전율 유전체막(140)이 배치되므로, 진공 챔버(110) 내에서 플라즈마 균일도가 향상될 수 있다. 따라서, 진공 챔버(110) 내에서 플라즈마 밀도와 플라즈마 균일도가 동시에 향상될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
110..진공 챔버 120,220..유전체 윈도우
130..고주파 안테나 140..고유전율 유전체막
221..포켓

Claims (12)

  1. 상부가 개구된 진공 챔버;
    상기 진공 챔버의 상부 개구에 설치되는 유전체 윈도우;
    상기 유전체 윈도우 상에 배치되는 고주파 안테나; 및
    상기 진공 챔버 내에서 플라즈마가 균일하게 발생하도록 상기 유전체 윈도우에서 상기 고주파 안테나가 안착되는 영역 중 적어도 일부 영역에 적층되며, 상기 유전체 윈도우보다 높은 유전율을 갖는 고유전율 유전체막;
    을 포함하는 진공처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 윈도우는 상기 고주파 안테나가 안착되는 영역에 포켓이 형성되며,
    상기 포켓의 저면에 상기 고유전율 유전체막이 배치된 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 포켓은 상기 고주파 안테나의 형상에 상응하는 형상으로 형성되어 상기 고주파 안테나의 전부 또는 일부를 수용하는 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 유전체 윈도우는 복수 개로 분할된 윈도우 세그먼트들을 구비하는 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고주파 안테나는 상기 윈도우 세그먼트들에 하나씩 대응되도록 복수 개로 구비되는 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 고주파 안테나는 상기 윈도우 세그먼트들 전체에 걸쳐 배치되도록 하나로 구비되는 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고유전율 유전체막은 상기 유전체 윈도우에서 상기 고주파 안테나가 안착되는 영역 중 일부에만 배치되는 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 고유전율 유전체막은 상기 유전체 윈도우에서 상기 고주파 안테나가 안착되는 영역 중 유도 전기장의 세기가 상대적으로 높은 영역에서 유도 전기장의 세기가 상대적으로 낮은 영역보다 높은 유전율을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 고유전율 유전체막은 상기 유전체 윈도우에서 상기 고주파 안테나가 안착되는 영역 중 유도 전기장의 세기가 상대적으로 높은 영역에서 유도 전기장의 세기가 상대적으로 낮은 영역보다 두께가 두껍게 형성된 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 유전체 윈도우에서 상기 고주파 안테나가 안착되는 영역 중, 유도 전기장의 세기가 상대적으로 높은 영역은 상기 유전체 윈도우의 중앙부와 외곽부 중 어느 한쪽이며, 유도 전기장의 세기가 상대적으로 낮은 영역은 상기 유전체 윈도우의 중앙부와 외곽부 중 다른 한쪽인 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    동일 구동 주파수에서 상기 유전체 윈도우에 대한 상기 고유전율 유전체막의 유전율비는 2 ~ 15인 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
  12. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고유전율 유전체막은 알루미나 또는 티탄산 바륨으로 형성되는 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
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