KR20120094291A - 플라즈마 발생 유닛 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 발생 유닛과 플라즈마 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 반응기 내측면과 이격되게 제공되고 그 저면이 곡면으로 이루어진 유도체를 반응기 내에 결합시켜 플라즈마 소스 가스가 플라즈마 소스에 가깝게 유도되게 하고 와류 발생을 최소화시킨다. 이를 통해, 본 발명은 플라즈마 생성률을 높인다.

Description

플라즈마 발생 유닛 및 플라즈마 처리 장치{PLASMA GENERATING UNIT, AND APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE USING PLASMA}
본 발명은 기판을 처리하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마 발생 유닛을 이용하여 기판을 플라즈마 처리하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 플라즈마는 이온이나 전자, 라디칼(Radical) 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말하며, 플라즈마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성된다.
플라즈마 처리 장치로는 플라즈마 생성 에너지원에 따라 축전 용량성 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma, CCP) 처리 장치, 유도 결합형 플라즈마 (Inductively Coupled Plasma, ICP) 처리 장치 및 마이크로웨이브 플라즈마(Microwave Plasma) 처리 장치 등이 제안되어 있으며, 이 중, 유도 결합형 플라즈마(ICP) 처리 장치는 낮은 압력에서 고밀도의 플라즈마를 생성시킬 수 있는 등의 장점으로 인해 널리 사용되고 있다.
상기에서 설명한 것처럼 플라즈마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)와 같은 플라즈마 생성 에너지에 의해 생성된다. 일반적인 플라즈마 처리 장치는 가스 공급 부재를 통해 플라즈마 발생 유닛 내부로 주입된 가스가 내부 전체로 확산되어 플라즈마 생성 에너지가 가스에 전달되는 효율이 낮아진다. 또한, 플라즈마 발생 유닛의 반응기 내부를 흐르는 가스가 와류가 형성되기 때문에 가스가 방전되는 확률을 감소시켜 플라즈마 생성률이 낮아진다. 또한, 매 공정마다 와류가 상이하게 형성되기 때문에 플라즈마 생성률이 매 공정마다 상이하게 된다.
본 발명은 플라즈마 생성율을 높이는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 플라즈마 발생 유닛의 반응기 내부를 흐르는 가스의 와류를 방지하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 발생 유닛은 반응기와 상기 반응기에 가스를 공급하는 가스 주입 포트와 상기 반응기의 외부에 설치되어 상기 반응기 내 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스 및 상기 반응기 내부에 위치하여 가스의 흐름을 상기 반응기 내의 가장자리로 유도하는 유도체를 가지는 유도부재를 포함하되, 상기 유도체는 상기 반응기의 내측벽과 이격되게 위치하고, 상기 유도체의 저면은 곡면으로 이루어진다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 유도 부재는 가스 분산판을 더 포함하고,상기 가스 분산판의 가장자리에는 분사구가 형성되고, 상기 유도체는 상기 가스 분산판의 저면의 중앙 영역에 일체로 형성된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 가스 분산판은 상기 가스 주입 포트와 상기 플라즈마 소스 사이에 위치한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 유도체의 저면은 아래로 볼록한 형상으로 제공된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 유도체의 저면은 돔(DOME) 형상으로 제공된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 유도체는 원기둥 형상의 상체와, 상기 상체로부터 아래로 연장되는 돔(DOME) 형상의 하체를 가진다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 유도체의 저면 끝단이 상기 플라즈마 소스보다 높은 위치에 제공된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 유도체가 석영 재질을 가진다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 플라즈마 소스가 상기 반응기의 길이 방향을 따라 제공되며 상기 반응기를 감싸는 코일을 가진다.
상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 발생 유닛은 반응기와 상기 반응기에 가스를 공급하는 가스 주입 포트와 상기 반응기의 외부에 설치되어 상기 반응기 내 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스 및 상기 반응기 내부에 위치하여 가스의 흐름을 상기 반응기 내의 가장자리로 유도하는 유도부재를 포함하되, 상기 유도 부재는 링형상의 연결부와 상기 연결부의 내부면으로부터 아래로 연장되고 저면은 곡면을 형성하는 본체부를 포함하는 유도체와 상기 유도체의 상면에 제공되는 덮개 및 링 형상으로 제공되어 그 외측끝단은 상기 반응기에 결합되고 그 내측끝단은 상기 유도체와 상기 덮개에 결합되고 상기 외측끝단과 상기 내측끝단 사이에 분사구가 형성되고 상기 가스 주입 포트와 상기 반응기 사이에 위치하는 링 형상의 가스 분산판을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 유도체의 저면은 아래로 볼록한 형상으로 제공된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 유도체의 저면은 돔(DOME) 형상으로 제공된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 유도체는 원기둥 형상의 상체와, 상기 상체로부터 아래로 연장되는 돔(DOME) 형상의 하체를 가진다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 유도체의 저면 끝단이 상기 플라즈마 소스보다 높은 위치에 제공된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 유도체가 석영 재질을 가진다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 플라즈마 소스가 상기 반응기의 길이 방향을 따라 제공되며 상기 반응기를 감싸는 코일을 가진다.
상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치는 기판의 플라즈마 처리 공정이 진행되는 공정 처리실과 상기 공정 처리실 내에 위치하며, 기판을 지지하는 기판 지지부재와 상기 공정 처리실 상부에 결합하며, 플라즈마의 확산 공간이 제공되는 리드와 상기 공정 처리실 상부에 위치하며, 상기 공정 처리실과 상기 리드를 구획하고 관통구들이 형성된 배플과 상기 리드의 상부에 결합된 반응기와 상기 반응기의 상부에 제공되며, 상기 반응기 내로 가스를 공급하는 가스 주입 포트와 상기 반응기의 외부에 설치되어 상기 반응기 내의 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스 및 상기 반응기 내부에 위치하여 가스의 흐름을 상기 반응기 내의 가장자리로 유도하는 유도체를 가지는 유도부재를 포함하되, 상기 유도체는 상기 반응기의 내측벽과 이격되게 위치하고, 상기 유도체의 저면은 곡면으로 이루어진다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 유도 부재는 가스 분산판을 더 포함하고, 상기 가스 분산판의 가장자리에는 분사구가 형성되고, 상기 유도체는 상기 가스 분산판의 저면의 중앙 영역에 일체로 형성된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 유도체의 저면은 아래로 볼록한 형상으로 제공된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 유도체의 저면은 돔(DOME) 형상으로 제공된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 유도체는 원기둥 형상의 상체와, 상기 상체로부터 아래로 연장되는 돔(DOME) 형상의 하체를 가진다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 플라즈마 소스가 상기 반응기의 길이 방향을 따라 제공되며 상기 반응기를 감싸는 코일을 가진다..
본 발명에 의하면 가스 흐름을 플라즈마 소스에 가깝게 유도하고 가스의 와류 형성을 최소화함으로써 플라즈마 생성율을 높이며 이로 인해 기판 처리에 대한 공정 효율이 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타낸 평면도이다.
도 2은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛을 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛을 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또다른 일실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛을 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또다른 일실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛을 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 유도부재를 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 또다른 일실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛을 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또다른 일실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛을 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 유도부재를 나타낸 사시도이다.
도 11은 본 발명의 또다른 일실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛을 나타낸 단면도이다.
도 12는 일반적인 플라즈마 발생 유닛의 반응기 내부의 가스 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예로서 플라즈마 발생 유닛의 반응기 내부의 가스 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 일실시예로서 플라즈마 발생 유닛의 반응기 내부의 가스 분포도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 상세히 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 설비(1)를 간략하게 나타내는 평면도이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 설비(1)는 설비 전방 단부 모듈(equipment front end module, EFEM, 10)과 공정 처리실(20)을 가진다.
설비 전당 단부 모듈(EFEM, 10)과 공정 처리실(20)은 일렬로 배치된다. 이하, 설비 전당 단부 모듈(EFEM, 10)과 공정 처리실(20)이 배열된 방향은 제1방향(1)이라 하고, 상부에서 바라볼 때 제 1 방향(1)에 수직인 방향은 제 2 방향(2)이라 정의한다.
설비 전방 단부 모듈(10)은 공정 처리실(20) 전방에 장착되어 기판이 수납된 캐리어(16)와 공정 처리실(20) 간에 기판을 이송한다. 설비 전방 단부 모듈(10)은 로드 포트(12)와 프레임(14)을 포함한다.
로드포트(12)는 프레임(14) 전방에 배치되고, 복수 개를 가진다. 로드 포트(12)들은 제2방향(2)을 따라 일렬로 배치된다. 공정에 제공될 기판(W) 및 공정처리가 완료된 기판(W)이 수납된 캐리어(16)(예를 틀어, 카세트, FOUP등)는 로드 포트에 안착된다.
프레임(14)은 로드포트(12)와 로드락 챔버(22) 사이에 배치된다. 프레임(14) 내부에 로드포트(12)와 로드락 챔버(22)간에 기판(W)을 이송하는 이송로봇(18)이 배치된다. 이송로봇(18)은 제2방향(2)으로 구비된 이송 레일을 따라 이동한다.
공정처리실(20)은 로드락 챔버(22),트랜스퍼 챔버(24), 그리고 복수 개의 플라즈마 처리 장치(30)를 포함한다. 플라즈마 처리 장치(30)는 공정 챔버(100)와 플라즈마 발생 유닛(200)을 포함한다.
로드락 챔버(22)는 트랜스퍼 챔버(24)와 설비 전방 단부 모듈(10) 사이에 배치되며, 공정에 제공될 기판(W)이 공정 챔버(100)로 이송되기 전, 또는 공정 처리가 완료된 기판(W)이 설비 전방 단부 모듈(10)로 이송되기 전 대기하는 공간을 제공한다. 로드락 챔버(22)는 하나 또는 복수 개가 제공된다. 일 예에 의하면, 로드락 챔버(22)는 두 개가 제공된다. 두 개의 로드락 챔버(22)들 중 하나에는 공정 진행을 위해 공정 챔버(100)로 유입되는 기판(W)이 수납되고, 다른 하나에는 공정이 완료되어 공정 챔버(100)로부터 유출되는 기판(W)이 수납될 수 있다.
트랜스퍼 챔버(24)는 상부에서 바라볼 때 다각형의 몸체를 갖는다. 몸체의 외측에는 로드락 챔버(22)와 복수 개의 플라즈마 처리 장치(30)들이 몸체의 둘레를 따라 배치된다. 몸체의 각 측벽에는 기판(W)이 출입하는 통로(미도시)가 형성되며, 통로는 트랜스퍼 챔버(24)와 로드락 챔버(22) 또는 공정 챔버(100)들을 연결한다. 각 통로에는 통로를 개폐하여 내부를 밀폐시키는 도어(미도시)가 제공된다. 트랜스퍼 챔버(24)의 내부공간에는 로드락 챔버(22)와 공정 챔버(100)들 간에 기판(W)을 이송하는 반송로봇(26)이 배치된다. 반송로봇(26)은 로드락 챔버(22)에서 대기하는 미처리된 기판(W)을 공정 챔버(100)로 이송하거나, 공정처리가 완료된 기판(W)을 로드락 챔버(22)로 이송한다. 그리고, 반송 로봇(26)은 복수 개의 공정 챔버(100)에 기판(W)을 순차적으로 제공하기 위하여 공정 챔버(100)에 기판(W)을 이송한다. 일 실시예에 의하면 트랜스퍼 챔버(24)는 상부에서 바라볼 때, 오각형의 몸체를 갖는다. 설비 전방 단부 모듈(10)과 인접한 측벽에는 로드락 챔버(22)가 각각 배치되며, 나머지 측벽에는 플라즈마 처리 장치(30)들이 배치된다. 트랜스퍼 챔버(24)는 상기 형상뿐만 아니라, 요구되는 공정모듈에 따라 다양한 형태로 제공될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(30)를 나타내는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 플라즈마 처리 장치(30)는 공정 챔버(100)와 플라즈마 발생 유닛(200)을 포함한다. 공정 챔버(100)는 플라즈마를 이용한 기판(W)의 처리 공정을 수행한다. 플라즈마 발생 유닛(200)은 기판의 처리 공정에 사용되는 플라즈마를 발생하고, 플라즈마를 다운 스트림(Down Stream) 방식으로 공정 챔버(100)에 제공한다.
공정 챔버(100)는 공정 처리실(120), 기판 지지 부재(140), 리드(160) 및 배플(180)을 포함한다. 공정 처리실(120)은 상부가 개방된 형상을 가지고, 기판(W) 처리 공정이 진행되는 공정 공간(PS)을 제공한다. 처리실(120)의 바닥 벽(122)에는 배기 홀들(123a, 123b)이 형성되고, 배기 홀들(123a, 123b)에는 배기관(124a, 124b)이 결합된다. 기판(W) 처리 과정에서 공정 공간(PS)에 생성되는 반응 부산물과, 공정 공간(PS)으로 유입된 가스는 배기 홀들(123a, 123b)과 배기관들(124a, 124b)을 통해 외부로 배출된다. 배기관들(124a, 124b)에는 압력 조절 장치(미도시)가 연결될 수 있으며, 압력 조절 장치(미도시)에 의해 공정 처리실(120) 내부의 압력이 조절될 수 있다. 압력 조절 장치로는 진공 펌프가 사용될 수 있다.
기판 지지 부재(140)는 공정 처리실(120)의 공정 공간(PS)에 배치된다. 기판 지지 부재(140)는 플라즈마 처리 공정이 진행되는 기판(W)을 지지하고, 기판(W)을 회전시키거나 승강시킨다. 기판 지지 부재(140)는 스핀 척(142)과, 구동 축(144)을 포함한다. 스핀 척(142)은 정전력에 의해 기판을 흡착 지지하는 정전척(Electro Static Chuck, ESC)일 수 있으며, 또한 스핀 척(142)은 기계적 클램핑 방식의 척 일 수도 있다. 스핀 척(142)에는 기판의 온도를 공정 온도로 유지하기 위한 온도 조절부(미도시)가 제공될 수 있다. 구동 축(144)은 스핀 척(142)의 아래에 결합된다. 구동축(144)은 구동기(미도시)에 의해 발생된 구동력을 스핀 척(142)에 전달한다. 구동기(미도시)는 스핀 척(142)을 회전시키기 위한 회전 구동력을 제공할 수 있으며, 또한 스핀 척(142)을 승강시키기 위한 직선 이동 구동력을 제공할 수도 있다.
리드(160)는 하부가 개방된 역 깔때기 형상을 가질 수 있으며, 리드(160)의 내부에는 플라즈마의 확산을 위한 확산 공간(DS)이 제공된다. 리드(160)는 처리실(120)의 개방된 상부에 결합하여 공정 처리실(120)의 개방된 상부를 밀폐한다. 리드(160)의 상단 중심부에는 유입구(162)가 형성되고, 플라즈마 발생 유닛(200)이 유입구(162)에 결합된다. 플라즈마 발생 유닛(200)이 제공하는 플라즈마는 유입구(162)를 통해 리드(160)의 확산 공간(DS)으로 유입되고, 유입된 플라즈마는 확산 공간(DS) 내에서 확산된다.
배플(180)은 스핀 척(142)과 마주보도록 공정 처리실(120)의 개방된 상부에 결합된다. 배플(180)은 처리실(120)의 공정 공간(PS)과 리드(160)의 확산 공간(DS)을 구획하며, 홀들(182)을 통해 확산 공간(DS)으로부터 공정 공간(PS)으로 제공되는 플라즈마의 성분을 선택적으로 투과시킨다. 배플(180)은 주로 플라즈마의 라디칼 성분을 공정 공간(PS)으로 투과시킬 수 있다.
플라즈마 발생 유닛(200)은 공정 챔버(100)의 리드(160)의 상부에 결합되고, 기판 처리 공정에 사용되는 플라즈마를 발생하여 리드(160)의 확산 공간(DS)에 제공한다.
도 3 내지 도 11는 본 발명의 일실시예에 따른 다양한 플라즈마 발생 유닛(200)을 나타내는 단면도와 다양한 형태의 유도 부재를 나타낸 사시도이다.
도 3 내지 도 11을 참조하면, 플라즈마 발생 유닛(200)은 반응기(210), 가스 주입 포트(220), 플라즈마 소스(230) 및 유도 부재(240)를 포함한다.
반응기(210)는 관형상을 가진다. 반응기(210)는 길이 방향이 수직 방향을 향하도록 제공된다. 반응기(210)의 상부는 가스 주입 포트(22)에 결합되고, 반응기의 개방된 하부는 리드(160)에 형성된 유입구(162)에 결합된다.
가스 주입 포트(220)는 가스 공급 부재와 결합되어 반응기(210)내 상부 영역으로 가스를 공급한다. 가스는 질소, 산소, 수소, 사불화탄소, 삼불화질소 중 하나 또는 복수를 포함할 수 있다. 가스 주입 포트(220)도 하부가 개방된 역 깔대기 형상을 가질 수 있으며, 가스 주입 포트(220)의 내부에는 가스가 반응기 내부로의 확산을 위한 확산 공간이 제공된다.
플라즈마 소스(230)는 반응기(210)의 길이 방향을 따라 제공되며, 반응기의 중심부를 감싸도록 배치될 수 있다. 플라즈마 소스(230)의 일단에는 전원(232)이 연결되고, 플라즈마 소스(230)의 타단은 접지된다. 전원(232)이 플라즈마 소스(230)에 고주파 전류 또는 마이크로파 전력을 인가한다. 플라즈마 소스(230)는 반응기(210)를 감싸는 코일 형상으로 이루어진 유도 결합형 플라즈마 소스일 수 있다.
유도 부재(240)는 플라즈마 생성율을 높이기 위해 제공된다. 유도 부재(240)는 가스를 반응기(210) 내의 가장자리로 유도하여 가스의 흐름을 플라즈마 소스(230)에 가깝게 유도한다.
도 3 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예로서 유도 부재(240)는 유도체(241)와 가스 분산판(242)을 포함한다.
유도체(241)는 반응기(210) 내부에 위치하여 가스의 흐름을 반응기(210) 내의 가장자리로 유도한다. 유도체(241)는 반응기(210)의 내측벽과 이격되게 위치한다. 이에, 유도체(241)와 반응기(210) 내측벽 사이의 공간에 흘러 들어간 가스는 반응기(210) 내의 가장자리로 흐른다.
유도체(241)는 그 상면이 평면으로 형성되고, 그 저면이 곡면으로 형성된다. 유도체(241)의 상면은 가스 주입 포트(220) 방향을 향하여 제공되고, 그 저면은 반응기(210) 내부 방향을 향하여 제공된다. 유도체(241)의 저면은 모가 진 부분이 없는 곡면으로 형성된다. 유도체(241)의 저면은 아래로 볼록한 형상으로 제공된다. 예컨대, 유도체(241)의 저면은 돔(DOME) 형상일 수 있다. 선택적으로 유도체(241)의 저면은 원뿔 형상을 가지고, 아래로 갈수록 단면적이 줄어들게 제공될 수 있다.이에, 반응기(210) 내부의 가스가 곡면으로 이루어진 유도체(241)를 따라 원활하게 흐르면서 와류 형성을 최소화한다.
유도체(241)는 다양한 돔(DOME) 형상으로 제공될 수 있다. 예컨대, 유도체(241)는 다양한 곡률이 존재하는 곡면으로 이루어진 돔(DOME) 형상이 형성될 수 있으며, 또는 일정한 곡률로 형성된 돔(DOME) 형상일 수 있다.
유도체(241)는 상체를 원기둥 형상으로 제공하고 하체를 돔(DOME) 형상으로 제공할 수 있다. 유도체(241)의 상체와 하체는 일체로 형성된다. 반응기(210)의 원기둥 형태로 제공되는 경우 원기둥 형상의 상체는 반응기(210)의 내측벽과 평행하게 연장된다.
유도체(241)의 길이는 다양하게 제공될 수 있다. 예컨대, 도 3과 같이, 유도체(241)는 반응기(210) 내부의 가스 주입 포트(220)와 플라즈마 소스(230) 사이의 영역에 위치하여 정면에서 바라볼 때 플라즈마 소스(230)와 중첩되지 않도록 제공될 수 있다. 선택적으로, 도 4와 같이 유도체(210)의 끝단이 플라즈마 소스(230)의 내부 영역에 위치될 수 있다. 선택적으로, 도 5와 같이 유도체(210)의 끝단이 플라즈마 소스(230)를 관통하여 지나도록 제공될 수 있다.
도 3의 경우, 유도체와 반응기 내측벽 사이의 공간에 흐르던 가스가 플라즈마 발생 영역 전체로 확산된다. 그러나 플라즈마 소스와 근접한 영역에 더 많은 가스가 흐르므로 플라즈마 생성률이 높다. 또한, 생성된 플라즈마가 반응기 내부를 따라 흐르면서 균일하게 분포되어 기판 전체 영역의 증착 균일도를 향상시킨다.
도 5의 경우, 유도체와 반응기 내측벽 사이의 공간에 흐르는 가스가 플라즈마 발생 영역의 가장자리에서 흐르게 된다. 이에, 도 3보다 플라즈마 소스와 근접한 영역에 더 많은 가스가 흐르므로 플라즈마 생성률이 더 높아진다.
도 4의 경우, 플라즈마 생성률이 도 3보다 높고, 생성된 플라즈마의 균일분포가 도 5보다 우수하다.
유도체(241)는 석영 또는 세라믹과 같은 부도체로 형성될 수 있다. 이는. 플라즈마 내의 라디컬들의 재결합을 최소화할 수 있다.
가스 분산판(242)은 반응기(210) 외부를 감싸는 플라즈마 소스(230)의 상부 영역에서 가스 주입 포트(220)와 유도체(241) 사이에 위치한다. 가스 분산판(242)의 가장 자리에는 복수 개의 분사구가 형성된다. 이는 가스 주입 포트(220)를 통해 반응기(210) 내부로 주입된 가스가 가스 분산판(242)의 분사구를 거쳐 유도체(241)와 반응기(210) 내측벽의 공간으로 흘러 들어가면서 반응기(210) 내의 가장자리로 유도되도록 한다. 가스 분산판(242)의 분사구는 슬릿 또는 원형 등 다양한 형태로 제공될 수 있다. 가스 분산판(242)도 다양한 형태로 제공될 수 있으나 반응기(210)가 원통형인 경우에 원판형으로 제공된다.
가스 분산판(242)은 유도체(241)와 일체로 형성될 수 있으며, 유도체(241)는 가스 분산판(242)의 저면으로부터 아래로 연장된다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 일실시예로서 유도 부재(1240)는 유도체(1241), 가스 분사판(1242) 및 덮개(1243)를 포함한다.
도 10을 참조하면, 유도체(1241)는 연결부(1241a)와 본체부(1241b)를 포함한다.
연결부(1241a)는 링 형상으로 형성된다. 연결부(1241a)는 가스 분산판(242)에 분리가능하도록 결합된다.
본체부(1241b)는 연결부(241a)에 일체로 형성된다. 본체부(1241b)는 연결부(1241a)의 내부면으로부터 아래로 연장되고 곡면으로 제공된다. 본체부(1241b)는 반응기(210) 내부를 향하여 제공된다. 본체부(1241b)는 모가 진 부분이 없는 곡면으로 형성된다. 예컨대, 본체부(1241b)는 아래로 볼록한 돔(DOME) 형상으로 제공된다. 이에, 반응기(210) 내부의 가스가 곡면으로 이루어진 본체부(1241b)를 따라 원활하게 흐르면서 와류 형성을 최소화한다.
본체부(1241b)는 다양한 돔(DOME) 형상으로 제공될 수 있다. 예컨대, 본체부(1241b)는 다양한 곡률이 존재하는 곡면으로 이루어진 돔(DOME) 형상이 형성될 수 있으며, 또는 일정한 곡률로 형성된 돔(DOME) 형상일 수 있다.
본체부(1241b)는 상체를 원기둥 형상으로 제공하고 하체를 돔(DOME) 형상으로 제공할 수 있다. 본체부(1241b)의 상체와 하체는 일체로 형성된다. 반응기(210)가 원기둥 형태로 제공되는 경우, 원기둥 형상의 상체는 반응기(210)의 내측벽과 평행하게 연장된다.
도 3 내지 도 5에 도시된 유도체(240)와 같이 본체부(1241b)도 다양한 길이로 제공될 수 있습니다. 본체부(1241b)도 플라즈마 소스(230)와 중첩되지 않는 길이로 제공되거나, 본체부(1241b)의 끝단이 플라즈마 소스(230)를 관통하여 지나가거나, 플라즈마 소스(230)의 내부 영역에 위치될 수 있다. 이에 관한 특징은 상기에서 설명한 것과 같습니다.
본체부(1241b)는 석영 또는 세라믹과 같은 부도체로 형성될 수 있다. 이는. 플라즈마 내의 라디컬들의 재결합을 최소화할 수 있다. 연결부(1241a)도 본체부(1241b)와 같이 석영 또는 세라믹과 같은 부도체로 형성될 수 있다.
덮개(1243)는 유도체(1241)의 상면에 제공된다. 링 형상의 유도체(1241) 연결부(1241a)를 덮어 유도체(1241)의 상면을 밀폐시킨다. 이는 가스 주입 포트(220)로부터 흐르는 가스의 흐름이 유도체(1241)의 본체부(1241b) 내부면으로 흐르는 것을 방지한다.
덮개(1243)는 연결부(1241a)의 내경보다 큰 외경을 가지는 원판형으로 제공된다. 덮개(1243)는 가스 분산판(1242)에 분리가능하도록 결합된다.
가스 분산판(1242)은 유도체(1241)와 덮개(1243)의 외측면에 제공된다. 가스 분산판(1242)는 링형상으로 제공되어, 그 외측끝단은 반응기(210)에 결합되고, 그 내측끝단은 유도체(1241)와 덮개(1243)가 결합된다. 가스 분산판(1242)의 내부 끝단에는 유도체(1241)와 덮개(1243)가 결합되도록 결합홈이 다단으로 형성될 수 있다.
가스 분산판(1242)의 내측끝단과 외측끝단 사이에는 복수 개의 분사구가 형성된다. 이는 가스 주입 포트(220)를 통해 반응기(210) 내부로 주입된 가스가 가스 분산판(242)의 분사구를 거쳐 유도체(1241)와 반응기(210) 내측벽의 공간으로 흘러 들어가면서 반응기(210) 내의 가장자리로 유도되도록 한다. 가스 분산판(1242)의 분사구는 슬릿 또는 원형 등 다양한 형태로 제공될 수 있다. 가스 분산판(1242)도 다양한 형태로 제공될 수 있으나 반응기(210)가 원통형인 경우에 원판형으로 제공된다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일실시예로서 유도 부재(2240)는 유도체만을 제공할 수 있다. 유도부재(2240)는 상기에서 설명한 유도체(240,1240)와 동일하다. 유도 부재(2240)는 상기에서 설명한 가스 분산판(242,1242) 없이 유도체(241,1241) 만으로 구비된다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생 유닛(200)을 사용하여 플라즈마를 생성시키는 과정을 설명하면 다음과 같다.
가스 공급 부재를 통해 공급된 가스가 가스 주입 포트(220)를 통해 반응기 (210)의 내부로 주입된다. 주입된 가스는 반응기(210) 내부를 흐르다 반응기(210) 내부에 위치한 가스 분산판(242,1242)의 분사구를 거쳐 유도체(241,1241)와 반응기(210) 내측벽 사이의 공간으로 흘러 반응기(210) 내의 가장자리로 유도된다. 이 때 플라즈마 소스에 고주파 전류가 인가된다. 반응기 내의 가장 자리로 유도된 가스는 플라즈마 상태로 변환한다.
도 12은 일반적인 플라즈마 발생 유닛의 반응기 내부의 가스 흐름도이다. (화살표는 가스의 흐름을 나타낸다.)
도 13 및 도 14는 본 발명의 일실시예로서 플라즈마 발생 유닛의 반응기 내부의 가스 흐름도이다. (화살표는 가스의 흐름을 나타내고, 명암은 가스의 분포를 나타낸다.)
도 12를 참조하면, 일반적인 플라즈마 발생 유닛은 가스 주입홀을 통해 반응기 내부로 직접 가스를 주입된다. 유도부재(240,1240)가 없는 반응기 내부는 가스의 와류 현상이 심하게 발생되고 공정 처리실 내부로 향하는 가스의 흐름도 적어진다. 또한, 가스가 반응기 내부 전체로 넓게 확산되어 플라즈마 소스의 에너지가 제대로 전달되지 못하는 영역에 상당량의 가스가 분포하게 된다. 이에, 플라즈마 생성률도 작아지며 가스도 공정 처리실로 원활하게 흐르지 못한다.
이와 달리, 본 발명은 도 13과 도 14에 도시된 것과 같은 반응기 내부의 가스 흐름을 보인다. 도 13을 참조하면, 반응기 내부의 가스는 공정 처리실(100)을 향하여 흐르며, 역방향의 가스 흐름은 거의 존재하지 않는다. 도 14를 참조하면, 반응기 내부 가장자리에 집중적으로 가스가 분포된다. 유도체(241,1241)는 반응기(210) 내측벽과 이격되게 위치하여 유도체(241,1241)의 외면을 따라 가스가 반응기(210) 내부의 가장자리로 흐르도록 유도한다. 또한, 곡면으로 이루어진 유도체(241,1241)의 저면은 가스의 와류 발생이 최소화되게 한다. 이는, 유도체(241,1241)의 저면이 모서리가 없는 곡면으로 형성되어 있기 때문에 모서리에 부딪히는 가스가 없고 이로 인한 와류 발생도 없어지기 때문이다. 가스 분산판(242,1242)은 가스 주입 포트(220)를 통해 주입된 가스가 반응기(210) 내부의 가장자리로 유도할 수 있도록 분사구를 통해 가스를 분산해준다.
이와 같이, 본 발명은 반응기 내부의 가스 흐름을 반응기 내부 가장자리로 집중시키고 반응기 내부 중앙에 발생되는 와류를 최소화함으로써 플라즈마 생성률을 높인다.
본 발명의 대상물은 유리 기판등과 같이 다른 종류의 기판일 수 있으며, 플라즈마 소스는 용량 결합형 플라즈마(Capacitively coupled plasma) 등과 같은 다양한 종류가 사용될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 플라즈마 처리 장치
200 플라즈마 발생 유닛
210 반응기
220 가스 주입 포트
230 플라즈마 소스
240,1240 유도 부재
241.1241 유도체
1241a 연결부
1241b 본체부
242,1242 가스 분산판
1243 덮개

Claims (16)

  1. 반응기;
    상기 반응기에 가스를 공급하는 가스 주입 포트;
    상기 반응기의 외부에 설치되어 상기 반응기 내 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스; 및
    상기 반응기 내부에 위치하여 가스의 흐름을 상기 반응기 내의 가장자리로 유도하는 유도체를 가지는 유도부재를 포함하되,
    상기 유도체는 상기 반응기의 내측벽과 이격되게 위치하고, 상기 유도체의 저면은 곡면으로 이루어진 플라즈마 발생 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유도 부재는 가스 분산판을 더 포함하고,
    상기 가스 분산판의 가장자리에는 분사구가 형성되고,
    상기 유도체는 상기 가스 분산판의 저면의 중앙 영역에 일체로 형성된 플라즈마 발생 유닛.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가스 분산판은 상기 가스 주입 포트와 상기 플라즈마 소스 사이에 위치하는 플라즈마 발생 유닛.
  4. 반응기;
    상기 반응기에 가스를 공급하는 가스 주입 포트;
    상기 반응기의 외부에 설치되어 상기 반응기 내 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스; 및
    상기 반응기 내부에 위치하여 가스의 흐름을 상기 반응기 내의 가장자리로 유도하는 유도부재를 포함하되,
    상기 유도 부재는
    링형상의 연결부와 상기 연결부의 내부면으로부터 아래로 연장되고 저면은 곡면을 형성하는 본체부를 포함하는 유도체;
    상기 유도체의 상면에 제공되는 덮개; 및
    링 형상으로 제공되어 그 외측끝단은 상기 반응기에 결합되고, 그 내측끝단은 상기 유도체와 상기 덮개에 결합되고, 상기 외측끝단과 상기 내측끝단 사이에 분사구가 형성되고, 상기 가스 주입 포트와 상기 반응기 사이에 위치하는 링 형상의 가스 분산판을 포함하는 플라즈마 발생 유닛.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유도체의 저면은 아래로 볼록한 형상으로 제공된 플라즈마 발생 유닛.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유도체의 저면은 돔(DOME) 형상으로 제공된 플라즈마 발생 유닛.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유도체는 원기둥 형상의 상체와, 상기 상체로부터 아래로 연장되는 돔(DOME) 형상의 하체를 가지는 플라즈마 발생 유닛.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유도체의 저면 끝단이 상기 플라즈마 소스보다 높은 위치에 제공된 플라즈마 발생 유닛.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유도체가 석영 재질을 가지는 플라즈마 발생 유닛.
  10. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 소스가 상기 반응기의 길이 방향을 따라 제공되며 상기 반응기를 감싸는 코일을 가지는 플라즈마 발생 유닛.
  11. 기판의 플라즈마 처리 공정이 진행되는 공정 처리실;
    상기 공정 처리실 내에 위치하며, 기판을 지지하는 기판 지지부재;
    상기 공정 처리실 상부에 결합하며, 플라즈마의 확산 공간이 제공되는 리드;
    상기 공정 처리실 상부에 위치하며, 상기 공정 처리실과 상기 리드를 구획하고 관통구들이 형성된 배플;
    상기 리드의 상부에 결합된 반응기;
    상기 반응기의 상부에 제공되며, 상기 반응기 내로 가스를 공급하는 가스 주입 포트;
    상기 반응기의 외부에 설치되어 상기 반응기 내의 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스; 및
    상기 반응기 내부에 위치하여 가스의 흐름을 상기 반응기 내의 가장자리로 유도하는 유도체를 가지는 유도부재를 포함하되,
    상기 유도체는 상기 반응기의 내측벽과 이격되게 위치하고, 상기 유도체의 저면은 곡면으로 이루어진 플라즈마 처리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 유도 부재는 가스 분산판을 더 포함하고,
    상기 가스 분산판의 가장자리에는 분사구가 형성되고,
    상기 유도체는 상기 가스 분산판의 저면의 중앙 영역에 일체로 형성된 플라즈마 처리 장치.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 유도체의 저면은 아래로 볼록한 형상으로 제공된 플라즈마 처리 장치.
  14. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 유도체의 저면은 돔(DOME) 형상으로 제공된 플라즈마 처리 장치.
  15. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 유도체는 원기둥 형상의 상체와 상기 상체로부터 아래로 연장되는 돔(DOME) 형상의 하체를 가지는 플라즈마 처리 장치.
  16. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 플라즈마 소스가 상기 반응기의 길이 방향을 따라 제공되며 상기 반응기를 감싸는 코일을 가지는 플라즈마 처리 장치.
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