KR20130033817A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

플라즈마 처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는 내부에 제1 전극 및 상기 제1 전극과 이격되어 대향하는 제2 전극을 포함하는 챔버, 상기 챔버 내부로 반응가스를 공급하는 가스 공급관 및 상기 가스 공급관 내부에 삽입되며, 상기 가스 공급관 내부 단면적보다 작은 단면적의 가스 통로를 제공하는 삽입부재를 포함할 수 있다. 이에 의해, 플라즈마 처리 장치의 챔버 내부로 반응가스를 안정적으로 공급할 수 있으며, 플라즈마 처리 장치의 파손을 방지할 수 있다.

Description

플라즈마 처리 장치{Apparatus for plasma processing}
본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 플라즈마를 이용하여 증착 또는 식각 공정을 수행하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자, 표시장치 및 박막 태양전지를 제조하기 위해서는 기판에 특정 물질의 박막을 증착하는 박막증착공정, 감광성 물질을 사용하여 이들 박막 중 선택된 영역을 노출 또는 은폐시키는 포토공정, 선택된 영역의 박막을 제거하여 패터닝하는 식각공정 등을 거치게 된다. 이들 공정 중 박막증착공정 및 식각공정 등은 진공상태로 최적화된 플라즈마 처리 장치에서 진행한다.
이러한 플라즈마 처리 장치에서, 고속 증착을 하기 위해 고주파수 및 고출력의 전원을 사용하는 경우, 반응가스를 챔버 내부로 공급해주는 가스 공급관 내부에서 아킹(Arcing) 현상이 발생할 수 있어, 가스 공급관의 파손 및 진공 파괴 등의 사고가 발생하는 등의 문제점이 있다.
본 발명은, 가스 공급관 내부의 아킹 현상을 방지하며 안정적으로 반응가스를 공급할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는 내부에 제1 전극 및 상기 제1 전극과 이격되어 대향하는 제2 전극을 포함하는 챔버, 상기 챔버 내부로 반응가스를 공급하는 가스 공급관 및 상기 가스 공급관 내부에 삽입되며, 상기 가스 공급관 내부 단면적보다 작은 단면적의 가스 통로를 제공하는 삽입부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 가스 공급관 내부에 삽입부재를 포함하여, 가스 공급과 내부의 공간을 감소시킴으로써 아킹 현상을 방지할 수 있다. 이때, 삽입부재에 형성된 관통홀에 의해서 반응가스의 유량을 충분히 확보할 수 있다.
따라서, 플라즈마 처리 장치의 챔버 내부로 반응가스를 안정적으로 공급할 수 있으며, 플라즈마 처리 장치의 파손을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 도시한 단면도,
도 2는 도 1의 플라즈마 처리 장치의 가스 공급관을 도시한 단면도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 가스 공급관을도시한 단면도,
도 4는 도 3의 삽입부재를 나타내는 사시도,
그리고, 도 5는 변형예에 따른 삽입부재를 도시하는 단면도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 도면에서, 각 구성요소는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니며, 동일한 구성요소에 대하여서는 동일한 식별부호를 사용하기로 한다.
또한, 각 구성요소의 설명에 있어서, "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다.
또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1의 플라즈마 처리 장치의 가스 공급관을 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(100)는 내부에 제1 전극(140) 및 제1 전극(140)과 이격되어 대향하는 제2 전극(150)을 포함하는 챔버(110), 챔버(110) 내부로 가스를 공급하는 가스 공급관(120) 및 가스 공급관(120) 내부에 삽입되어 가스 공급관(120)의 내부 공간의 적어도 일부를 채우는 삽입부재(210)를 포함한다.
챔버(110)는 플라즈마 반응을 일으킬 수 있는 충분한 내부 공간을 가지도록 형성되며, 내부 공간은 플라즈마 반응을 유도할 수 있도록 실질적인 진공 상태로 유지될 수 있다. 챔버(110)는 내부에서 일어나는 플라즈마 반응에 의하여 쉽게 손상되지 않는 다양한 물질로 이루어질 수 있는데, 챔버(110)의 측벽은 접지가 될 수 있는 물질로 이루어질 수 있다.
가스 공급관(120)은 챔버(110) 내부에서 플라즈마 반응을 일으킬 수 있도록 식각 반응가스 또는 증착 반응가스 등의 반응가스를 공급할 수 있다.
가스 공급관(120)은 제1 전극(140)과 전기적으로 절연될 수 있도록 절연물질로 이루어질 수 있으며, 내구성 및 내열성이 좋은 세라믹 계열의 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 가스 공급관(120)을 전기 전도성이 있는 물질로 형성하고 외부에 절연 관(미도시)을 별도로 위치시키는 등 다양한 변형이 가능하다.
제1 전극(140)은 가스 공급관(120)과 연통되는 공간을 가지고, 기판(160)에 대향하는 면에 관통홀(142)을 가질 수 있으며, 가스 공급관(120)과 연통되는 내부 공간에서 반응 가스가 확산되고, 이 확산된 가스가 관통홀(142)을 통과하여 제1 전극(140)과 제2 전극(150) 사이로 공급될 수 있도록 한다. 일 예로, 제1 전극(140)은 샤워 헤드(showerhead)의 형상을 가질 수 있으며, 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 제1 전극(140)은 플라즈마 형성을 위한 전력을 외부 전원 공급 장치(170)로부터 공급받는다.
제2 전극(150)은 제1 전극(140)과 이격되어 대향되어 위치하며, 제1 전극(140)에 대향하는 일면에 플라즈마 처리될 기판(160)이 위치하게 된다. 제2 전극(150)은 외부 전원 공급 장치(170)로부터 전원이 인가되거나 접지될 수 있다.
플라즈마 처리 장치(100)는 기판(160)에 박막을 증착하거나, 기판(160) 또는 기판(160)에 형성된 박막을 식각할 수 있다. 플라즈마 처리 공정에 대해 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
기판주입구(미도시)를 통해 기판(160)을 상기 챔버(110) 내부로 넣어 제2 전극(150) 상에 위치시킨다. 이후, 도어밸브(미도시)로 챔버(110)를 밀폐시킨 다음 가스 배출구(130)를 통해 공기를 배출시켜, 챔버(110) 내부를 진공으로 만든다. 가스 공급관(120)을 통해 챔버(110) 내부로 식각 반응가스(예를 들어, CF4, CHF3, CO, Ar) 또는 증착 반응가스 (예를 들어, SiH4/N 2, NH3/SiH4, SiH4/N2O)등의 반응가스를 주입하고 외부 전원 공급 장치(170)를 통해 고주파수 및 고출력의 전원을 제1 전극(140) 및 제2 전극(150)에 인가하면, 제1 전극(140) 및 제2 전극(150) 사이에 전기장이 형성되고, 고주파 전기장에 의해 가속된 전자가 반응가스 분자와 여러 번 충돌하여 반응가스 분자를 전리, 여기 하여 플라즈마 가스로 변환시킨다.
이렇게 만들어진 플라즈마 가스는 제1 전극(140) 및 제2 전극(150) 사이의 전위차에 의해 제2 전극(150) 쪽으로 이동하고, 제2 전극(150) 상부에 음(-)의 성격을 띠고 로딩 되어 있는 기판(160)의 재료와 반응하여 증기압이 높은 물질 또는 휘발성 물질을 생성함으로써 플라즈마 공정이 진행된다.
도 2를 참조하면, 가스 공급관(120)은 내부에 삽입부재(210)를 포함할 수 있다.
삽입부재(210)는, 서로의 사이 공간이 가스 통로를 구성하는 복수의 삽입부재(210)를 포함할 수 있다. 복수의 삽입부재(210)가 가스 공급관(120) 내부에 삽입되면, 가스 공급관(120)으로 공급된 반응가스는 복수의 삽입부재(210) 사이를 통하여 제1 전극(140)으로 이동할 수 있다.
도면에서는 복수의 삽입부재(210)의 형상을 구형으로 도시하였으나, 이에 한정하지 않고 사면체, 육면체, 원기둥 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
또한, 복수의 삽입부재(210)에는 관통홀(215)이 형성될 수 있다. 관통홀(215)이 형성되면 추가적인 가스 통로가 형성되어 유량 확보에 용이할 수 있다. 도면에서는 복수의 삽입부재(210) 중 일부에만 관통홀(215)이 형성된 것으로 도시하였으나, 이에 한정하지 않고 복수의 삽입부재(210) 전체에 관통홀(215)이 형성될 수 있다.
삽입부재(210)는 절연물질로 이루어질 수 있으며, 가스 공급관(120)과 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 반응가스에 의해 부식이 되지 않는 재질로 이루어질 수 있고 예를 들어, 세라믹 계열의 재질로 이루어질 수 있다.
상기와 같이, 복수의 삽입부재(210)를 포함하는 삽입부재(210)를 가스 공급관(120) 내부에 삽입하면, 가스 공급관(120) 내부 단면적보다 작은 단면적을 통하여 반응가스가 흐르게 된다. 따라서, 아킹이 일어날 수 있는 공간이 감소하여 반응가스에 의한 아킹 현상을 방지할 수 있다.
따라서, 상술한 플라즈마 처리 장치를 이용하여 플라즈마 증착 또는 식각 공정을 수행하게 되면 고속 증착 등의 고주파수 및 고출력의 전원을 요구하는 공정에 있어서도 반응가스를 안정적으로 공급할 수 있고, 이에 의해 플라즈마 처리 장치에 의한 증착 또는 식각 품질을 향상시킬 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 다른 실시예를 도 3 및 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 가스 공급관을 도시한 단면도이고, 도 4는 도 3의 삽입부재를 도시하는 사시도이며, 도 5는 변형예에 따른 삽입부재의 단면을 도시하는 도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 삽입부재(310)는 제1 삽입부재(311)와 제2 삽입부재(312)를 포함하여, 복수 개의 삽입부재(310)가 블록처럼 쌓인 형태 일 수 있다.
이하에서는, 제1 삽입부재(311)를 기준으로 설명하며, 제2 삽입부재(312)는 제1 삽입부재와 동일한 형상 및 재질을 포함할 수 있다.
제1 삽입부재(311)는 가스 공급관(120) 내부에 밀착되는 형상일 수 있다. 일 예로, 가스 공급관(120)이 관 형상을 가지면, 제1 삽입부재(311)가 원기둥 형상일 수 있다.
상기와 같이, 제1 삽입부재(311)가 가스 공급관(120) 내부에 밀착되면, 구조적 안정성이 증가하고, 플라즈마 반응 조건에 따라 반응가스의 유속을 조절하기 용이할 수 있다.
제1 삽입부재(311)는 내부에 관통홀(315)이 형성되어 반응가스가 관통홀(315)을 통과하여 제1 전극(140) 방향으로 이동할 수 있다.
또한, 관통홀(315)은 복수 개로 형성될 수 있고, 관통홀(315)의 단면형상은 삼각형, 사각형 등 다각형의 형태 또는 원 형상일 수 있으며, 이에 한정되지 않고 다양한 변형이 가능하다.
일 변형예로는 도 5에 도시하고 있는 바와 같이, 관통홀(415)의 단면형상은 허니콤 구조를 포함할 수 있다.
관통홀(415)을 허니콤 구조로 형성하면, 삽입부재(310)의 단면적 대비 관통홀(415)이 차지하는 단면적 비율이 높아질 수 있다. 따라서, 각각의 관통홀(415)의 단면적은 작게 하여 아킹 현상을 방지하면서도, 복수 개의 관통홀(415)을 통과하는 반응가스의 유량은 많아질 수 있다.
따라서, 많은 유량의 반응가스가 필요한 플라즈마 처리 공정시, 반응가스의 충분한 유량 확보가 가능하다.
다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 관통홀(315)의 직경은 0.5mm 내지 5mm일 수 있다.
관통홀(315)의 직경이 5mm보다 큰 경우, 아킹 현상을 방지하는 효과가 작을 수 있다. 관통홀(315)의 직경이 0.5mm보다 작은 경우, 관통홀(315)을 형성하기 어려우므로 가스 공급관(120) 내부에서 아킹 현상을 효과적으로 방지하기 위해 관통홀(315)의 직경은 0.5mm 내지 5mm일 수 있다.
제1 삽입부재(311)의 단부에는 캐비티(317)가 형성될 수 있다. 즉, 제1 삽입부재(311)의 일단에만 캐비티(317)가 형성되는 것도 가능한바, 도면에서는 제1 삽입부재(311)의 양단에 캐비티(317)가 형성된 것을 도시하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
캐비티(317)의 단면형상은 삼각형, 사각형 등 다각형의 형태 또는 원 형상일 수 있으며, 이에 한정되지 않고 다양한 변형이 가능하다.
캐비티(317)의 단면적은 관통홀(315)의 단면적보다 크게 형성될 수 있고, 관통홀(315)과 연통되어, 관통홀(315)을 통과한 반응가스가 캐비티(317)로 이동하도록 할 수 있다. 따라서, 캐비티(317)에 의한 공간을 반응가스의 버퍼공간으로 사용할 수 있다.
특히, 복수의 삽입부재(310) 즉, 제1 삽입부재(311)와 제2 삽입부재(312)가 블록처럼 연결된 경우에는 복수의 삽입부재(310) 사이의 캐비티(317)에 의하여 반응가스의 버퍼공간을 충분히 확보할 수 있다.
반응가스는 관통홀(315)을 통과하면서 유속이 저하될 수 있는데, 상기와 같이 제1 삽입부재(311)와 제2 삽입부재(312) 사이에 관통홀(315)의 단면적보다 큰 단면적을 가지는 캐비티(317)가 형성되면, 캐비티(317)가 버퍼공간으로 작용하여 반응가스의 유속 저하를 방지할 수 있어 안정적인 가스 공급이 가능할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 않는다. 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100: 플라즈마 장치 110: 챔버
120: 가스 공급관 140: 제1 전극
150: 제2 전극 210, 310: 삽입부재
215, 315, 415: 관통홀

Claims (11)

  1. 내부에 제1 전극 및 상기 제1 전극과 이격되어 대향하는 제2 전극을 포함하는 챔버;
    상기 챔버 내부로 반응가스를 공급하는 가스 공급관; 및
    상기 가스 공급관 내부에 삽입되며, 상기 가스 공급관 내부 단면적보다 작은 단면적의 가스 통로를 제공하는 삽입부재를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 삽입부재는 절연물질을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 삽입부재는, 서로의 사이 공간이 상기 가스 통로를 구성하는 복수의 삽입부재를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 삽입부재 중 적어도 일부에 관통홀이 형성되어, 추가적인 가스 통로를 제공하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 삽입부재는 가스 공급관 내부에 밀착되며, 내부에 상기 가스 통로를 구성하는 관통홀이 형성되는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 관통홀의 직경은 0.5mm 내지 5mm인 플라즈마 처리 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 관통홀이 허니콤 구조를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 삽입부재의 단부에는 상기 관통홀의 단면적보다 큰 단면적을 가지며, 상기 관통홀과 연통되는 캐비티가 형성되는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 삽입부재는 복수 개로 형성되고, 상기 복수 개의 삽입부재 사이에 위치하는 상기 캐비티에 의해 상기 가스의 버퍼공간이 형성되는 플라즈마 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급관과 상기 삽입부재는 동일한 재질을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급관 및 상기 삽입부재 중 적어도 하나는 세라믹 물질을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
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