KR20120097050A - 플라즈마 처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 기판이 안착되는 서셉터를 구비하는 챔버, 상기 서셉터 상부에 위치하며, 외곽틀을 형성하는 외곽프레임과 복수 개의 사각틀이 형성되도록 상기 외각프레임 내측에 형성되는 내부프레임을 구비하는 리드 프레임, 상기 리드 프레임에 설치되어 공정가스를 공급하는 가스공급부 및 상기 내부프레임에 구비되며 상기 가스공급부와 연결되어 상기 챔버 내로 상기 공정가스를 분사하는 가스분사부를 포함하여, 피처리체인 기판의 전면에 공정가스를 균일하게 분사할 수 있다. 또한, 플라즈마 발생 영역의 상부에 가스분사부가 위치하여 효율적인 플라즈마 발생 및 플라즈마에 의한 기판 처리가 이루어질 수 있다.

Description

플라즈마 처리장치{Plasma Processing Apparatus}
본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 챔버 내로 공정가스를 균일하게 공급할 수 있는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
플라즈마는 반도체 및 디스플레이 장치를 제조하기 위한 여러 공정들, 예를 들어, 증착, 에칭, 박리, 세정 공정 등에 다양하게 사용되고 있다. 현재 반도체 및 디스플레이 제조 분야에서 가장 많이 이용되는 플라즈마 소스 발생 방식은 RF를 이용한 것으로 발생 방식에 따라 용량결합형 플라즈마(Capacitively coupling plasma, CCP)와 유도결합형 플라즈마(Inductively coupled plasma, ICP)로 구분된다.
용량결합형 플라즈마(CCP)는 평행한 전극 간에 전력을 인가하여, 전극의 표면에 분포된 전하에 의해 형성된 축전 전기장에 의해 플라즈마를 발생한다. 따라서 용량결합형 플라즈마를 이용하는 장치는 일반적으로 웨이퍼나 기판이 위치하는 하부전극과 가스 주입을 위한 샤워헤드가 포함된 상부 전극을 구비한다.
유도결합형 플라즈마(ICP)는 코일 형태의 안테나에 RF 전력을 인가하여 안테나에 흐르는 전류에 의해 형성된 유도전기장에 의해 플라즈마를 발생시킨다. 따라서 유도결합형 플라즈마를 이용하는 장치는 일반적으로 코일 형태의 안테나가 플라즈마 발생공간 외부에 배치되고 석영과 같은 유전체윈도우를 통해 플라즈마 발생공간에 전기장을 유도하도록 구성된다.
한편 플라즈마 처리공정에서 피처리체에 대한 플라즈마 처리율 및 처리 균일도는 공정가스의 공급방식과 직결된다. 공정가스가 균일하게 피처리체 위로 집중되어야 플라즈마 처리율과 처리 균일도가 향상될 수 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 피처리체인 기판의 전면에 공정가스를 균일하게 분사할 수 있는 플라즈마 처리장치를 제공하기 위함이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 기판이 안착되는 서셉터를 구비하는 챔버, 상기 서셉터 상부에 위치하며, 외곽틀을 형성하는 외곽프레임과 복수 개의 사각틀이 형성되도록 상기 외각프레임 내측에 형성되는 내부프레임을 구비하는 리드 프레임, 상기 리드 프레임에 설치되어 공정가스를 공급하는 가스공급부 및 상기 내부프레임에 구비되며 상기 가스공급부와 연결되어 상기 챔버 내로 상기 공정가스를 분사하는 가스분사부를 포함한다.
또한 상기 가스분사부는 상기 내부프레임 내부에 구비되는 가스유로와, 상기 가스유로와 연통되며 상기 내부프레임의 저면에 구비되는 다수 개의 분사구를 포함할 수 있다.
또한 가스공급부는 상기 외곽프레임의 일측에 구비되며, 상기 가스유로와 연통될 수 있다.
또한 상기 가스공급부는 상기 외곽프레임과 상기 내부프레임이 연결되는 부분에 설치될 수 있다.
또한 상기 내부프레임 내부에는 상기 가스유로가 형성된 가스배관이 구비되고, 상기 가스배관에는 상기 분사구와 연결되는 다수 개의 배출홀이 형성될 수 있다.
또한 상기 가스공급부는 상기 내부프레임의 상측에 구비되며, 상기 가스유로와 연통될 수 있다.
또한 상기 내부프레임은 복수 개가 교차되도록 형성되며, 상기 가스공급부는 상기 내부프레임이 교차하는 지점에 설치될 수 있다.
또한 상기 내부프레임이 교차하는 지점에는 상기 내부프레임의 하중을 지지하는 지지대가 설치되고, 상기 가스공급부는 상기 지지내 내부를 통해 상기 공정가스를 공급할 수 있다.
또한 상기 내부프레임 내부에는 상기 가스유로가 형성된 가스배관이 구비되고, 상기 가스배관에는 상기 분사구와 연결되는 다수 개의 배출홀이 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는, 윈도우를 지지하는 리드 프레임에 가스분사부를 설치하여, 피처리체인 기판의 전면에 공정가스를 균일하게 분사할 수 있다. 또한, 플라즈마 발생 영역의 상부에 가스분사부가 위치하여 효율적인 플라즈마 발생 및 플라즈마에 의한 기판 처리가 이루어질 수 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 제1실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 리드 프레임을 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 리드 프레임에 가스배관이 설치된 상태를 도시한 부분 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 리드 프레임을 도시한 사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 실시예는 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장되게 표현된 부분이 있을 수 있으며, 도면 상에서 동일 부호로 표시된 요소는 동일 요소를 의미한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는 챔버(110)와 챔버(110) 내부에 위치하며 기판(S)이 안착되는 서셉터(120)와 챔버(110)의 상부에 위치하는 리드(180)를 구비한다.
그리고 리드(180)는 복수 개의 사각틀이 형성된 리드 프레임(130)과, 복수 개의 사각틀 각각에 설치되는 복수 개의 윈도우(133), 그리고 윈도우(133) 상부에 설치되는 안테나(141)를 구비한다. 안테나(141)에는 13.56Mhz의 고주파를 안테나(141)로 제공하는 RF 전원공급부(142)가 연결된다.
윈도우(133)는 절연체로서, 석영판, 질화실리콘(Si3N4), 탄화규소(SiC), 실리콘(Si) 등의 재료가 이용될 수도 있다.
리드 프레임(130)은 알루미늄 합금 재질로 제조될 수 있으며, 리드 프레임(130)의 외곽틀을 형성하는 외곽프레임(131)과, 외곽프레임(131)에 의해 형성된 공간에 복수 개의 사각틀이 형성되도록 외곽프레임(131)의 내측으로 형성되는 내부프레임(132)을 구비한다. 내부프레임(132)에는 외측으로 돌출 형성된 지지단(134)이 구비되어 사각틀 내에 설치되는 윈도우(133)의 측부를 지지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 리드 프레임을 도시한 평면도이며, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 리드 프레임에 가스배관이 설치된 상태를 도시한 부분 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 리드 프레임(130)은 외곽을 형성하는 외곽프레임(131)과, 중앙에 정방형의 중앙 사각틀(151)을 형성하고, 중앙 사각틀(151)의 각 변에는 각 변에 인접하고 동일한 형상을 한 4개의 장방형의 주변 사각틀(152)을 형성하는 내부프레임(132)을 구비할 수 있다. 중앙 사각틀(151)과 주변 사각틀(152)은 다수 개의 사각틀로 다시 나뉘어질 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 리드 프레임(130)에는 플라즈마 발생을 위한 공정가스가 공급되는 가스공급부(160)가 연결될 수 있다. 가스공급부(160)는 내부프레임(132)과 외곽프레임(131)이 만나는 부분의 외곽프레임(131) 외측에 설치될 수 있다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 내부프레임(132)에는 상기 가스공급부(160)로부터 공정가스를 전달받아 챔버(110) 내로 공정가스를 분사하는 가스분사부(170)가 구비된다.
가스분사부(170)는 가스공급부(160)와 연결되는 가스유로(171)와 가스유로(171)에서 배출된 공정가스가 챔버(110) 내로 분사되도록 하는 분사구(172)를 포함할 수 있다.
가스유로(171)는 내부프레임(132)의 내부에 구비되어, 가스공급부(160)를 통해 유입되는 공정가스가 내부프레임(132)을 따라 이동될 수 있도록 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 내부프레임(132)의 저면에는 상기 가스유로(171)와 연통되는 다수 개의 분사구(172)가 형성될 수 있다. 분사구(172)는 내부프레임(132)의 저면에 일정간격을 유지하며 다수 개가 형성되도록 도시되었으나, 플라즈마 분포나 기판에 대한 플라즈마 처리 선택성을 고려하여 분사구(172)의 설치 위치는 다양하게 변경될 수 있다.
한편, 내부프레임(132) 내측의 오염방지를 위해 가스유로(171)가 형성된 가스배관(173)을 내부프레임(132)의 내부에 구비할 수도 있다. 이 경우 가스배관(173)에는 가스배관(173) 내에서 유동하는 공정가스가 배출되도록 복수 개의 배출홀(174)이 형성될 수 있다. 가스배관(173)은 배출홀(174)이 분사구(172)와 연결되도록 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치는 윈도우(133)를 지지하는 내부프레임(132)에 내부공간을 형성하고, 해당 공간을 통해 공정가스를 챔버(110) 내측까지 유입시킨 후, 챔버(110) 상부에서 하방으로 분사함으로, 기판 전면적에 대한 고른 공정가스 분사를 가능하게 한다. 동시에 내부프레임(132)의 무게를 감소시켜, 리드 프레임(130)이 내부프레임(132)과 윈도우(133)의 하중에 의해 중앙부로 갈수록 쳐지는 현상을 감소시킬 수 있다.
또한 플라즈마가 발생하는 영역의 상부에 위치하는 리드 프레임(130)의 저면에서 하방으로 플라즈마 발생영역을 향해 공정가스를 분사함으로 효율적인 플라즈마 발생 및 플라즈마에 의한 기판처리를 가능하게 한다.
또한 본 실시예에 따라 외부프레임(31)의 측부를 통해 공정가스를 유입시키는 경우, 챔버(110)의 중앙부까지 공정가스가 원활하게 유입되어 기판(S) 전면에 대한 플라즈마 처리가 균일하게 이루어질 수 있다. 이는 대면적 기판을 처리하는 플라즈마 처리장치에서 요구되는 기판처리의 균일성 확보를 가능하게 할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈마 처리장치에 대해 설명한다. 설명의 편의를 위하여 제1실시예와 유사한 부분은 동일한 도면번호를 사용하고, 제1실시예와 공통되는 부분은 설명을 생략한다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 리드 프레임을 도시한 사시도이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는 공정가스의 공급이 리드 프레임(130)의 측면부에 설치된 가스공급부(160)를 통해 이루어졌으나, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(200)는 공정가스의 공급이 리드 프레임(130)의 상부를 통해 이루어진다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(200)는 리드 프레임(130)의 상부에서 리드 프레임(130)의 하중을 지지하는 지지프레임(210)을 구비한다.
지지프레임(210)은 외곽프레임(131)에서 리드 프레임(130) 상부로 연장될 수 있다. 또한 내부프레임(132)이 서로 교차하는 지점에서 내부프레임(132)의 상부로 연장되는 지지대(220)를 구비할 수 있다.
상기 지지대(220)의 일단에는 공정가스가 공급되는 가스공급부(260)가 연결된다. 그리고 지지대(220) 내부에는 가스공급부(260)로부터 유입된 공정가스가 지나는 연결관(221)이 구비될 수 있다. 상기 연결관(221)은 가스공급부(260)와 내부프레임(132) 내부에 구비된 가스유로(171)를 서로 연결한다.
가스공급부(260)와 연결관(221)을 순차적으로 지난 공정가스는 내부프레임(132) 내부에 위치하는 가스유로(171)로 진입하고, 내부프레임(132)의 저면에 위치하는 분사구(172)를 통해 챔버(110) 내부에 분사되게 된다.
본 실시예의 플라즈마 처리장치(200)는 내부프레임(132)이 서로 교차하는 지점에 내부프레임(132) 및 윈도우(133)의 하중을 지지하는 지지대(220)를 설치하고 상기 지지대(220)를 통해 공정가스를 공급함으로서, 균일한 공정가스의 공급을 가능하게 하며, 동시에 윈도우(133)를 지지하는 리드 프레임(130)의 하중을 효과적으로 지지할 수 있어 대면적 기판을 처리할 수 있는 대형 플라즈마 처리장치의 설계를 용이하게 할 수 있다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
100, 200: 플라즈마 처리장치 110: 챔버
120: 서셉터 130: 리드프레임
131: 외곽프레임 132: 내부프레임
133: 윈도우 141: 안테나
151: 중앙사각틀 152: 주변사각틀
160: 가스공급부 170: 가스분사부
171: 가스유로 172: 분사구
173: 가스배관 174: 배출홀
210: 지지프레임 220: 지지대
221: 연결관

Claims (9)

  1. 기판이 안착되는 서셉터를 구비하는 챔버;
    상기 서셉터 상부에 위치하며, 외곽틀을 형성하는 외곽프레임과, 복수 개의 사각틀이 형성되도록 상기 외곽프레임 내측에 형성되는 내부프레임을 구비하는 리드 프레임;
    상기 리드 프레임에 설치되어, 공정가스를 공급하는 가스공급부; 및
    상기 내부프레임에 구비되며, 상기 가스공급부와 연결되어 상기 챔버 내로 상기 공정가스를 분사하는 가스분사부를 포함하는 플라즈마 처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스분사부는 상기 내부프레임 내부에 구비되는 가스유로와, 상기 가스유로와 연통되며 상기 내부프레임의 저면에 구비되는 다수 개의 분사구를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가스공급부는 상기 외곽프레임의 일측에 구비되며, 상기 가스유로와 연통되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가스공급부는 상기 외곽프레임과 상기 내부프레임이 연결되는 부분에 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항 있어서,
    상기 내부프레임 내부에는 상기 가스유로가 형성된 가스배관이 구비되고, 상기 가스배관에는 상기 분사구와 연결되는 다수 개의 배출홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 가스공급부는 상기 내부프레임의 상측에 구비되며, 상기 가스유로와 연통되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 내부프레임은 복수 개가 교차되도록 형성되며, 상기 가스공급부는 상기 내부프레임이 교차하는 지점에 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 내부프레임이 교차하는 지점에는 상기 내부프레임의 하중을 지지하는 지지대가 설치되고, 상기 가스공급부는 상기 지지내 내부를 통해 상기 공정가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부프레임 내부에는 상기 가스유로가 형성된 가스배관이 구비되고, 상기 가스배관에는 상기 분사구와 연결되는 다수 개의 배출홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
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