KR20120090345A - 플라즈마 처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 기판이 처리되는 공정 공간을 가지는 챔버, 상기 챔버의 상부 리드를 관통하여 상기 챔버 내부로 노출된 안테나, 상기 안테나에 RF를 인가하는 RF전원 공급부, 상기 챔버 외부로 노출된 상기 안테나를 회전시키는 회전 동력원을 구비하는 것으로, 본 발명에 따른 플라자마 처리장치는 로우 인덕턴스 안테나의 하측 모서리 부분을 측방향으로 연장시켜 회전시키면 기판의 중앙부분과 가장자리 부분들에 대하여 보다 고르게 필드 분포가 분포되도록 함으로써 기판의 전체에 대한 플라즈마 처리 균일도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

플라즈마 처리장치{Plasma processing apparatus}
본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 낮은 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 널리 사용된다.
플라즈마를 생성하는 방법으로는 용량 결합형 플라즈마를 생성하는 방법, 유도 결합형 플라즈마를 생성하는 방법, ECR(전자사이크로트론공명) 플라즈마를 생성하는 방법 그리고 마이크로파 플라즈마를 생성하는 방법 등 여러가지 타입이 있다.
이들 중에서 유도 결합형 플라즈마를 생성하는 플라즈마 성방법 및 장치는 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 대면적화되고 이다. 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.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 본 발명의 목적은 플라즈마의 균일도를 향상시키도록 챔버 내부로 노출된 로우 임피던스 안테나를 회전가능하게 한 플라즈마 처리장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 기판이 처리되는 공정 공간을 가지는 챔버; 상기 챔버의 상부 리드를 관통하여 상기 챔버 내부로 노출된 안테나; 상기 안테나에 RF를 인가하는 RF전원 공급부; 상기 챔버 외부로 노출된 상기 안테나를 회전시키는 회전 동력원을 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 연결로드를 구비할 수 있다.
상기 제 1안테나 로드의 하단부는 상기 챔버의 내벽을 향하여 하향 경사지게 연장된 제 1안테나 로드측 연장부를 포함하고, 상기 제 2안테나 로드의 하단부는 상기 챔버의 내벽을 향하여 상기 제 1안테나 로드측 연장부와 반대 방향으로 하향 경사지게 연장된 제 2안테나 로드측 연장부를 포함할 수 있다.
상기 안테나 연결로드는 상기 제 1안테나 로드측 연장부와 상기 제 2안테나 로드측 연장부의 끝단부를 서로 연결할 수 있다.
상기 제 1안테나 로드, 상기 제 2안테나 로드, 상기 제 1안테나 로드측 연장부, 상기 제 2안테나 로드측 연장부 그리고 상기 안테나 연결로드의 표면은 절연 코팅될 수 있다.
상기 챔버 외측에 위치하는 상기 제 1안테나 로드의 상단부는 상기 안테나의 회전 중심 부분으로 절곡된 절곡부가 형성될 수 있다.
상기 절곡부는 절연 커플링으로 상기 회전 동력원과 결합될 수 있다.
상기 회전 동력원은 상기 절곡부에 결합되어 상기 안테나를 회전시키는 구동축과 구동원을 포함할 수 있다.
상기 챔버의 상기 리드에는 설치홀이 형성되고, 상기 관통홀에는 상기 제 1안테나 로드와 상기 제 2안테나 로드가 관통하는 관통홀이 형성된 회전 지지판이 설치되고, 상기 회전 지지판과 상기 설치홀의 내면 사이에는 마그네틱 실이 설치될 수 있다.
상기 회전 지지판의 상기 관통홀의 내경과 상기 제 1안테나 로드와 상기 제 2안테나 로드 사이에는 오링이 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 플라자마 처리장치는 로우 인덕턴스 안테나의 하측 모서리 부분을 측방향으로 연장시켜 회전시키면 기판의 중앙부분과 가장자리 부분들에 대하여 보다 고르게 필드 분포가 분포되도록 함으로써 기판의 전체에 대한 플라즈마 처리 균일도를 향상시킬 수 있는 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 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 안테나를 도시한 부분 절개 사시도이다.
도 4와 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치에서 안테나의 회전 동작을 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 기판(300)이 처리되는 공정 공간을 형성하는 챔버(100)를 구비한다. 본 발명의 실시예에서 챔버(100)는 사각형 형태의 디스플레이 기판을 처리하기 위하여 사각 형태로 구비될 수 있다. 하지만, 원형의 웨이퍼를 처리하는 경우 챔버(100)는 원형으로 형성될 수 있다.
그리고 챔버(100)의 상부에는 리드(120)가 구비되고, 챔버(100)의 내부 하측에는 플라즈마 처리가 이루어지는 기판(300)이 안착되는 서셉터(110)가 설치된다.
이 서셉터(110)에는 바이어스 전원이 연결될 수 있다. 또한 서셉터(110)에는 기판(300)을 척킹하기 위한 정전척이 설치될 수 있다. 그리고 챔버(100)의 하측에는 고진공으로 챔버(100) 내부의 공정 공간을 펌핑하기 위한 배출구(150)가 형성되고, 이 배출구(150)에는 고진공 펌프(미도시)가 연결된다.
또한 챔버(100) 내부의 공정 공간으로 공정 가스를 공급하기 위한 가스 공급부(140)가 챔버(100) 상부의 리드(120)에 구비된다. 가스 공급부(140)는 가스 공급관과 가스 공급원을 포함할 수 있다.
그리고 챔버(100) 상부의 리드(120)에는 안테나(200)가 설치된다. 본 발명의 실시예에 따른 안테나(200)는 종래에 비하여 안테나(200)의 길이가 짧은 로우 인덕턴스 안테나(Low inductance antenna)로 구비된다. 그리고 이 로우 인덕턴스 안테나(200)의 숫자는 1개 또는 복수개로 실시될 수 있다. 이 안테나(200)의 하측 부분은 챔버(100)의 상부 리드(120)를 관통하여 챔버(100) 내부의 공정 공간에 노출되어 있다.
이하에서는 안테나(200)의 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 안테나를 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 안테나를 도시한 부분 절개 사시도이다.
도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 안테나(200)는 리드(120)에 설치된 회전 지지판(290)에 결합된다. 이를 위하여 안테나(200)는 회전 지지판(290)을 관통하도록 된 제 1안테나 로드(210)와 제 2안테나 로드(220)를 구비한다.
그리고 제 1안테나 로드(210)의 하단부는 제 1안테나 로드(210)와 일체로 형성되며 챔버(100)의 내부 측벽을 향하여 하향 경사지게 연장된 제 1안테나 로드측 연장부(211)를 포함한다. 그리고 제 2안테나 로드(220)의 하단부는 제 2안테나 로드(220)와 일체로 형성되며 제 1안테나 로드측 연장부(211)와 반대하는 방향으로 챔버(100)의 내측벽을 향하여 하향 경사지게 연장된 제 2안테나 로드측 연장부(221)를 포함한다.
그리고 이 제 1안테나 로드측 연장부(211)와 제 2안테나 로드측 연장부(221)의 챔버(100) 내부에 위치하는 하단부를 수평 방향으로 서로 일체로 연결하는 안테나 연결로드(230)를 구비한다.
이러한 제 1안테나 로드(210), 제 2안테나 로드(220), 제 1안테나 로드측 연장부(211), 제 2안테나 로드측 연장부(221) 그리고 안테나 연결로드(230)는 일체로 제조된다. 그리고 제 1안테나 로드(210), 제 2안테나 로드(220), 제 1안테나 로드측 연장부(211), 제 2안테나 로드측 연장부(221) 그리고 안테나 연결로드(230)는 구리 또는 알루미늄 재질로 제조될 수 있고, 표면은 절연 물질로 코팅될 수 있다. 절연 물질은 세라믹 등이 사용될 수 있고, 또는 석영관이 외면에 피복될 수 있다.
한편, 제 1안테나 로드(210)와 제 2안테나 로드(220)의 상단은 회전 지지판(290)을 관통하여 리드(120)의 상부로 연장되어 있다. 따라서 회전 지지판(290)은 챔버(100)의 리드(120)에 형성된 설치홀(121)에 개재되어 설치된다. 또한 이 회전지지판(290)에는 제 1안테나 로드(210)가 관통하는 제 1관통홀(291)과 제 2안테나 로드(220)가 관통하는 제 2관통홀(292)이 형성되어 있다.
그리고 제 1관통홀(291)과 제 2관통홀(292) 각각에는 제 1오링(293)과 제 2오링(294)이 함께 설치되어 각각의 관통홀(291)(292)에 관통 설치되는 안테나 로드(210)(220) 각각에 대한 실링 설치가 이루어지도록 구성된다.
또한 회전 지지판(290)의 외주와 설치홀(121)의 내주 사이 중의 하측부분에는 챔버(100) 내부와 외부 사이의 실링을 위한 마그네틱 실(Magnetic fluid seal; 123))이 설치되고, 마그네틱 실(123)의 상부중의 회전 지지판(290)의 외주와 설치홀(121)의 내주 사이에는 베어링(122)이 설치된다. 따라서 회전 지지판(290)은 실링이 완전히 이루어진 상태에서 회전이 가능하게 설치홀(121)에 설치된다.
한편, 설치홀(121)을 관통하여 리드(120)의 상부로 노출된 제 1안테나 로드(210)의 상단에는 회전 중심축 방향으로 절곡된 절곡부(212)가 형성되고, 이 절곡부(212)의 상단에는 절연 커플링(240)이 설치된다. 그리고 절연 커플링(240)의 상단에는 회전 동력원(260)이 연결된다.
그리고 제 1안테나 로드(210)과 매쳐(270)을 연결하는 접속선(280)은 제 1슬립링(241)에 의하여 연결된다. 그리고 제 2안테나 로드(220)에서 연장된 접속선은 제 2슬립링(242)에 의하여 케이스(124)에 접지된다. 매쳐(270)는 커페시터를 이용하여 임피던스(Impedance)를 조절함으로써 플라즈마의 안정화를 수행하기 위한 것이다. 이 매쳐(270)에는 RF를 인가하는 RF전원 공급부(130)와 연결된다.
회전 동력원(260)은 구동 연결로드(250)에 결합된 구동축(261)과 이 구동축(261)을 회전시키는 구동원(262)을 포함한다. 구동원(262)은 회전 모터와 같은 회전 구동력을 제공하는 구성일 수 있고, 그 외에 기계적인 회전 구조물, 예를 들어 래크와 피니언 그리고 모터와 같은 구성이 이용될 수 있다.
이와 같이 제 1안테나 로드(210)와 제 2안테나 로드(220), 제 1안테나 로드측 연장부(211), 제 2안테나 로드측 연장부(221) 그리고 안테나 연결로드(230)를 회전하도록 구성하면, 기판(300)의 가장 자리 부분들에 대한 플라즈마 처리가 균일하게 이루어지도록 함으로써 플라즈마 처리 효율을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치에 대한 작용 상태에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치는 챔버(100) 내부로 기판(300)이 반입되어 서셉터(110) 상에 안착되면 챔버(100) 내부는 고진공 상태로 펌핑된다.
그리고 챔버(100) 내부가 펌핑되면 이후 RF 전원공급부(130)는 병렬로 연결된 안테나(200)에 RF를 공급한다. RF가 안테나(200)에 공급되면 챔버(100) 내부로 노출된 안테나(200)의 제 1안테나 로드(210)와 제 2안테나 로드(220), 제 1안테나 로드측 연장부(211), 제 2안테나 로드측 연장부(221) 그리고 안테나 연결로드(230)에서는 유도 전자기장이 발생한다.
이 유도 전자기장에 의하여 챔버(100) 내부로 공급된 공정가스를 여기하여 챔버(100) 내부에 플라즈마가 발생하도록 한다. 이때 발생한 플라즈마에 의하여 기판(300)에 대한 처리가 이루어진다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 안테나(200)는 회전 동력원(260)에 의하여 회전한다. 도 4와 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치에서 안테나의 회전 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4와 도 5에 도시된 바와 같이 안테나(200)가 회전 동력원(260)에 의하여 일방향, 또는 정역 방향으로 회전함으로써 제 1안테나 로드측 연장부(211)와 제 2안테나 로드측 연장부(221)는 반복적인 회전으로 기판(300)의 중심 부분과 주변 부분들에서의 플라즈마 발생이 전체적으로 균일하게 발생하도록 유도한다.
즉, 안테나(200)의 회전으로 안테나(200)의 위치에 따라 발생하는 필드의 세기가 계속 해서 변하게 되고, 결론적으로 기판(300) 전체에 배포되는 플라즈마의 발생 균일도가 높아지게 된다. 이에 따라 기판(300)의 가장자리 부분에 대한 플라즈마 처리에 의한 식각이나 증착이 균일하게 이루어지도록 한다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치에서의 회전이 가능한 로우 임피던스 안테나(200)는 기판(300)의 중심 부분과 가장 자리 부분에 대한 기판 처리 효율을 향상시켜 플라즈마 처리장치의 사용효율을 향상시킬 수 있도록 한다.
더욱이 원형의 웨이퍼에 대한 플라즈마 처리를 수행하는 경우에 플라즈마 분포 및 처리 효율성이 매우 우수할 수 있다. 또한 사각형 형태의 디스플레이 유리 기판을 처리하는 경우 디스플레이 유리 기판의 네 모서리 부분에 대한 식각 또는 증착 효율이 보강될 수 있다. 따라서 웨이퍼 또는 디스플레이용 유리 기판 어느 경우에도 매우 우수한 플라즈마 처리효율을 구현할 수 있다.
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 (10)

  1. 기판이 처리되는 공정 공간을 가지는 챔버;
    상기 챔버의 상부 리드를 관통하여 상기 챔버 내부로 노출된 안테나;
    상기 안테나에 RF를 인가하는 RF전원 공급부;
    상기 챔버 외부로 노출된 상기 안테나를 회전시키는 회전 동력원을 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 제 1안테나 로드의 하단부는 상기 챔버의 내벽을 향하여 하향 경사지게 연장된 제 1안테나 로드측 연장부를 포함하고, 상기 제 2안테나 로드의 하단부는 상기 챔버의 내벽을 향하여 상기 제 1안테나 로드측 연장부와 반대 방향으로 하향 경사지게 연장된 제 2안테나 로드측 연장부를 포함하는 플라즈마 처리장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 안테나 연결로드는 상기 제 1안테나 로드측 연장부와 상기 제 2안테나 로드측 연장부의 끝단부를 서로 연결하는 플라즈마 처리장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제 1안테나 로드, 상기 제 2안테나 로드, 상기 제 1안테나 로드측 연장부, 상기 제 2안테나 로드측 연장부 그리고 상기 안테나 연결로드의 표면은 절연 코팅된 플라즈마 처리장치.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 챔버 외측에 위치하는 상기 제 1안테나 로드의 상단부는 상기 안테나의 회전 중심 부분으로 절곡된 절곡부가 형성된 플라즈마 처리장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 절곡부는 절연 커플링으로 상기 회전 동력원과 결합되는 플라즈마 처리장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 회전 동력원은 상기 절곡부에 결합되어 상기 안테나를 회전시키는 구동축과 구동원을 포함하는 플라즈마 처리장치.
  9. 제 2항에 있어서, 상기 챔버의 상기 리드에는 설치홀이 형성되고, 상기 관통홀에는 상기 제 1안테나 로드와 상기 제 2안테나 로드가 관통하는 관통홀이 형성된 회전 지지판이 설치되고, 상기 회전 지지판과 상기 설치홀의 내면 사이에는 마그네틱 실이 설치되는 플라즈마 처리장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 회전 지지판의 상기 관통홀의 내경과 상기 제 1안테나 로드와 상기 제 2안테나 로드 사이에는 오링이 설치되는 플라즈마 처리장치.
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