KR20120080968A - 플라즈마 처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 기판이 처리되는 공정공간을 가지는 챔버; 상기 챔버의 상부 리드를 관통하여 상기 챔버 내부로 노출된 안테나; 상기 안테나에 RF를 인가하는 RF전원 공급부; 상기 챔버 외부로 노출된 상기 안테나의 단부를 상하 구동시켜 상기 챔버 내부로 노출되는 상기 안테나의 노출 정도를 조절하는 승강부재를 구비하는 것으로, 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 각각의 안테나의 필드 세기 및 전계점을 안테나의 상승과 하강으로 조절할 수 있도록 하여 보다 안정적이고, 균일한 필드 세기 및 전계점에 의하여 플라즈마 균일도를 향상시킬 수 있도록 함으로써, 로우 임피던스 안테나에 의한 공정 마진의 향상과, 플라즈마 균일도의 향상을 능동적으로 수행하도록 함으로써 플라즈마 처리장치의 사용효율을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

플라즈마 처리장치{Plasma processing apparatus}
본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 로우 임피던스로 플라즈마를 발생시키도록 하는 로우 임피던스 안테나를 구비하는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
일반적으로 플라즈마 처리장치는 기판에 박막을 형성하는 플라즈마 CVD 장치, 플라즈마 스퍼터링 장치, 플라즈마 에칭장치 및 플라즈마 이온 주입 및 도핑장치 등에 사용된다.
플라즈마를 생성하는 방법으로는 용량 결합형 플라즈마를 생성하는 방법, 유도 결합형 플라즈마를 생성하는 방법, ECR(Electron Cyclotron Resonance Ion Source) 플라즈마를 생성하는 방법 그리고 마이크로파 플라즈마를 생성하는 방법 등 여러 가지 방법이 있다.
이 중에서 유도 결합형 플라즈마를 생성하는 방법은 고밀도로 균일한 플라즈마를 얻기 위하여 고주파 안테나를 설치하고, 이 고주파 안테나에 고주파 전력을 인가하여 유도 결합 플라즈마를 발생시키는 것이다.
한편, 근래에 플라즈마 처리가 수행되는 기판의 크기는 점점 대면적화 되고 있다. 그런데 대면적 기판을 유도 결합형 플라즈마 처리장치로 처리하기 위해서는 유전체로 된 윈도우의 크기도 대면적으로 구현되어야 한다. 그러나 세라믹 재질로 구성되는 윈도우를 8세대 기판과 같이 대면적의 기판에 대응하는 대면적으로 제조하는 것은 거의 불가능한 문제점이 있다. 또한 고정 장착된 안테나를 구비하는 플라즈마 처리장치는 플라즈마 전계점을 기구적으로 조절하는 것이 불가능한 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 본 발명의 목적은 안테나의 높낮이를 조절 가능하게 하는 로우 임피던스 안테나를 구비하는 플라즈마 처리장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 기판이 처리되는 공정공간을 가지는 챔버; 상기 챔버의 상부 리드를 관통하여 상기 챔버 내부로 노출된 안테나; 상기 안테나에 RF를 인가하는 RF전원 공급부; 상기 챔버 외부로 노출된 상기 안테나의 단부를 상하 구동시켜 상기 챔버 내부로 노출되는 상기 안테나의 노출 정도를 조절하는 승강부재를 구비한다.
상기 안테나는 상기 챔버의 상부 리드를 관통하는 제 1안테나 로드, 제 2안테나 로드 그리고 상기 제 1안테나 로드와 상기 제 2안테나 로드의 상기 챔버 내부에 위치하는 단부를 서로 일체로 연결하는 안테나 연결로드 구비할 수 있다.
상기 챔버 외측에 위치하는 상기 제 1안테나 로드와 상기 제 2안테나 로드의 단부에 각각 설치된 절연관을 구비할 수 있다.
상기 제 1안테나 로드와 상기 제 2안테나 로드에 각각 설치된 상기 절연관에 일단과 타단이 연결되는 구동 연결로드를 구비할 수 있다.
상기 승강부재는 상기 구동 연결로드의 상부에 결합되어 상기 제 1안테나 로드와 상기 제 2안테나 로드 그리고 상기 안테나 연결로드를 함께 승하강시켜 상기 챔버 내부로 노출되는 상기 제 1안테나 로드와 상기 제 2안테나 로드 그리고 상가 안테나 연결로드의 노출 정도를 조절하는 구동축과 구동원을 포함할 수 있다.
상기 챔버의 상기 리드에는 복수개의 관통홀이 형성되고, 각각의 관통홀에는 부싱이 설치되며, 각각의 상기 부싱에는 상기 제 1안테나 로드와 상기 제 2안테나 로드가 관통 설치될 수 있다.
각각의 상기 부싱의 내경과 상기 제 1안테나 로드와 상기 제 2안테나 로드 사이에는 적어도 하나 이상의 오링이 설치될 수 있다.
상기 제 1안테나 로드와 상기 제 2안테나로드와 상기 안테나 연결로드의 표면은 절연 코팅될 수 있다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 각각의 안테나의 필드 세기 및 전계점을 안테나의 상승과 하강으로 조절할 수 있도록 하여 보다 안정적이고, 균일한 필드 세기 및 전계점에 의하여 플라즈마 균일도를 향상시킬 수 있도록 함으로써, 로우 임피던스 안테나에 의한 공정 마진의 향상과, 플라즈마 균일도의 향상을 능동적으로 수행하도록 함으로써 플라즈마 처리장치의 사용효율을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
이상과 같은 본 발명의 기술적 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 안테나를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 안테나의 하강 전 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 안테나의 하강 후 상태를 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 이하에서 개시되는 실시예에서는 플라즈마 처리장치를 실시예로 하여 설명한다. 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치는 기판에 박막을 형성하는 플라즈마 CVD 장치, 플라즈마 스퍼터링 장치, 플라즈마 에칭장치 및 플라즈마 이온 주입 및 도핑장치 등에 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치는 기판이 처리되는 공정공간을 형성하는 챔버(100)를 구비한다. 그리고 챔버(100)의 상부에는 리드(120)가 구비되고, 챔버(100)의 내부 하측에는 플라즈마 처리가 이루어지는 기판이 안착되는 서셉터(110)가 설치된다.
이 서셉터(110)에는 바이어스 전원이 연결될 수 있고, 또한 서셉터(110)에는 기판을 척킹하기 위한 정전척이 설치될 수 있다. 그리고 챔버(100) 내부는 고진공으로 펌핑되는 배출구(미도시)가 형성되고, 배출구는 고진공 펌프(미도시)에 연결되어 있다.
챔버(100) 상부의 리드(120)에는 복수개의 안테나가 설치된다. 이 안테나는 제 1안테나(200), 제 2안테나(300) 그리고 제 3안테나(400)를 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 각각의 안테나(200)(300)(400)는 종래에 비하여 안테나의 길이가 짧은 로우 인덕턴스 안테나(Low inductance antenna)로 구비된다. 다른 실시예로 안테나의 숫자는 2개 이상 다양하게 실시될 수 있다. 또한 각각의 안테나(200)(300)(400)의 하단은 챔버(100)의 상부 리드(120)를 관통하여 챔버(100) 내부로 노출되어 있다.
이하에서는 이 각각의 안테나의 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 안테나를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 안테나의 하강 전 상태를 나타내는 도면이다.
도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 안테나(200)(300)(400) 각각은 챔버(100)의 상부 리드(120)를 수직 관통하는 제 1안테나 로드(210)와 제 2안테나 로드(220) 그리고 챔버(100) 내부에 노출된 제 1안테나 로드(210)와 제 2안테나 로드(220)의 단부를 연결하는 안테나 연결로드(230)를 구비한다.
이 제 1안테나 로드(210)와 제 2안테나 로드(220) 그리고 안테나 연결로드(230)는 일체형으로 구비된다. 그리고 제 1안테나 로드(210)와 제 2안테나 로드(220) 그리고 안테나 연결로드(230)는 구리 또는 알루미늄 재질로 제조될 수 있다. 또한 제 1안테나 로드(210)와 상기 제 2안테나(300)로드와 안테나 연결로드(230)의 표면은 절연 물질로 코팅된다. 절연 물질은 세라믹 등이 사용될 수 있고, 또는 석영관이 외면에 피복될 수 있다.
한편, 챔버(100)의 리드(120)에는 제 1안테나 로드(210)와 제 2안테나 로드(220)가 관통하여 설치되도록 하는 복수개의 관통홀(121)이 형성된다. 그리고 각각의 관통홀(121)에는 부싱(122)이 설치된다. 이 부싱(122)과 관통홀(121)의 사이에는 챔버(100) 내부의 실링을 위한 제 1오링(123)이 설치된다.
그리고 각각의 부싱(122)에는 제 1안테나 로드(210)와 제 2안테나 로드(220)가 관통 설치된다. 또한 각각의 부싱(122)의 내경과 제 1안테나 로드(210) 그리고 제 2안테나 로드(220) 사이에는 제 2오링(124)과 제 3오링(125)이 설치되어 챔버(100) 내부의 실링이 이루어지도록 한다.
한편, 챔버(100) 외측에 위치하는 제 1안테나 로드(210)와 제 2안테나 로드(220)의 단부 각각에는 중공의 절연관(240)이 설치된다. 따라서 제 1안테나 로드(210)와 제 2안테나 로드(220)의 단부는 이 절연관(240)에 삽입되어 결합된다.
그리고 각각의 절연관(240)의 측부에는 상하로 연장된 슬릿(241)이 형성되고, 이 슬릿(241)에는 제 1안테나 로드(210)에 RF 전원을 인가하기 위한 접속선(280)이 연결된다. 그리고 다른 절연관(240)과 연결된 제 2안테나 로드(220)에는 접지를 위한 접속선(280)이 연결된다.
그리고 절연관(240)의 상단에는 일단이 제 1안테나 로드(210)와 연결된 절연관(240)과 연결되고, 타단이 제 2안테나 로드(220)와 연결된 절연관(240)에 연결된 구동 연결로드(250)가 구비된다.
또한 구동 연결로드(250)의 상부에는 승강부재(260)가 구비된다. 승강부재(260)는 구동 연결로드(250)의 상부에 결합되어 제 1안테나 로드(210)와 제 2안테나 로드(220) 그리고 안테나 연결로드(230)를 함께 승하강시키기 위한 구성이다.
이와 같이 제 1안테나 로드(210)와 제 2안테나 로드(220) 그리고 안테나 연결로드(230)를 승하강시킬 수 있게 구성되는 경우 기판 처리를 위한 플라즈마 전계점을 보다 효과적으로 조절할 수 있다. 따라서 기판에 대한 플라즈마 처리 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
그리고 승강부재(260)는 챔버(100) 내부로 노출되는 제 1안테나 로드(210)와 제 2안테나 로드(220) 그리고 안테나 연결로드(230)의 노출 정도를 조절하며, 이를 위하여 승강부재(260)는 상하 직선 구동하는 구동축(261)과 이 구동축(261)을 직선 구동시키는 구동원(262)을 포함한다.
구동원(262)은 선형 동작하는 모터와 회전 운동을 직선운동으로 전환하는 래크와 피니언과 같은 회전 운동을 직선 운동으로 전환하는 기어구조물 또는 선형 액츄에이터로 실시될 수 있다.
다음으로 제 1안테나 로드(210)에서 연장된 접속선(280)에는 매쳐(270)가 연결된다. 이 매쳐(270)는 커페시터를 이용하여 임피던스(Impedance)를 조절함으로써 플라즈마의 안정화를 수행하기 위한 것이다. 그리고 매쳐에는 RF를 인가하는 RF전원공급부(130)가 연결된다.
이하에서는 전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 작용 상태에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 안테나의 하강 전 상태를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 안테나의 하강 후 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치는 챔버(100) 내부로 기판이 반입되어 서셉터(110) 상에 기판이 안착되면 챔버(100) 내부는 고진공 상태로 펌핑된다.
그리고 챔버(100) 내부가 펌핑되면 이후 RF 전원공급부(130)는 병렬로 연결된 제 1안테나(200), 제 2안테나(300) 그리고 제 3안테나(400)에 RF를 공급한다. RF가 안테나에 공급되면 챔버(100) 내부로 노출된 제 1안테나(200), 제 2안테나(300) 그리고 제 3안테나(400)에서 유도 전자기장이 발생한다.
이 유도 전자기장에 의하여 챔버(100) 내부로 공급된 공정가스를 여기하여 챔버(100) 내부에 플라즈마가 발생하도록 한다. 이때 발생한 플라즈마에 의하여 기판에 대한 처리가 이루어진다. 이 기판의 처리는 식각, 증착, 이온 도핑 등 플라즈마를 이용한 다양한 처리를 일컫는다.
한편, 공정 수행전 플라즈마의 균일도와 전계점을 조정하기 위하여 제 1안테나(200), 제 2안테나(300) 그리고 제 3안테나(400)의 높낮이는 조절될 수 있다.
예를 들어 챔버(100) 중심부분의 필드가 매우 강하고, 상대적으로 주변부분의 필드 세기가 약한 경우 주변부분의 안테나(200)(400)를 하강시켜 주변부분의 필드 세기 및 전계점을 보정할 수 있다. 반대로 중앙부분의 필드가 약한 경우에는 중앙부분의 안테나(300)를 하강시키거나 주변부분의 안테나(200)(300)를 상승시켜 필드 세기 및 전계점을 보정할 수 있다.
이와 같이 각각의 안테나(200)(300)(400)에 의한 플라즈마의 발생을 위한 필드 세기 및 전계점을 각각의 안테나에 대한 개별 제어로 상승 또는 하강시켜 조절할 수 있게 되면 보다 안정적이고, 균일한 필드 분포 및 최적 전계점에 의하여 플라즈마 균일도 및 기판 처리 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
즉 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치에서의 승하강 높이 조절이 가능한 로우 임피던스 안테나는 공정 마진의 향상과, 플라즈마 균일도의 향상을 능동적으로 관리할 수 있으므로 플라즈마 처리장치의 사용효율을 향상시킬 수 있도록 한다.
상기한 바와 같은, 본 발명의 실시예들에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 예를 들어 각각의 안테나 로드와 안테나 연결로드는 관형태로 구비되어 플라즈마에 의한 안테나의 온도를 낮추기 위하여 내부에 냉매 순환로가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 기판이 처리되는 공정공간을 가지는 챔버;
    상기 챔버의 상부 리드를 관통하여 상기 챔버 내부로 노출된 안테나;
    상기 안테나에 RF를 인가하는 RF전원 공급부;
    상기 챔버 외부로 노출된 상기 안테나의 단부를 상하 구동시켜 상기 챔버 내부로 노출되는 상기 안테나의 노출 정도를 조절하는 승강부재를 구비하는 플라즈마 처리장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 안테나는 상기 챔버의 상부 리드를 관통하는 제 1안테나 로드, 제 2안테나 로드 그리고 상기 제 1안테나 로드와 상기 제 2안테나 로드의 상기 챔버 내부에 위치하는 단부를 서로 일체로 연결하는 안테나 연결로드 구비하는 플라즈마 처리장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 챔버 외측에 위치하는 상기 제 1안테나 로드와 상기 제 2안테나 로드의 단부에 각각 설치된 절연관을 구비하는 플라즈마 처리장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제 1안테나 로드와 상기 제 2안테나 로드에 각각 설치된 상기 절연관에 일단과 타단이 연결되는 구동 연결로드를 구비하는 플라즈마 처리장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 승강부재는 상기 구동 연결로드의 상부에 결합되어 상기 제 1안테나 로드와 상기 제 2안테나 로드 그리고 상기 안테나 연결로드를 함께 승하강시켜 상기 챔버 내부로 노출되는 상기 제 1안테나 로드와 상기 제 2안테나 로드 그리고 상가 안테나 연결로드의 노출 정도를 조절하는 구동축과 구동원을 포함하는 플라즈마 처리장치.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 챔버의 상기 리드에는 복수개의 관통홀이 형성되고, 각각의 관통홀에는 부싱이 설치되며, 각각의 상기 부싱에는 상기 제 1안테나 로드와 상기 제 2안테나 로드가 관통 설치되는 플라즈마 처리장치.
  7. 제 6항에 있어서, 각각의 상기 부싱의 내경과 상기 제 1안테나 로드와 상기 제 2안테나 로드 사이에는 적어도 하나 이상의 오링이 설치되는 플라즈마 처리장치.
  8. 제 2항에 있어서, 상기 제 1안테나 로드와 상기 제 2안테나로드와 상기 안테나 연결로드의 표면은 절연 코팅된 플라즈마 처리장치.
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