KR20140100012A - 기판 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 챔버, 상기 챔버 내부에 배치되는 타겟 지지대와 기판 지지대와 전계 생성기 및 상기 타겟 지지대 근방에 배치되는 유도 전기장 발생기를 포함하고, 상기 타겟 지지대에는 타겟이 장착되고, 상기 전계 생성기에는 전원 생성기가 구비되고, 상기 전계 생성기는 상기 타겟에 전압을 인가하여 상기 타겟 지지대와 상기 기판 지지대 사이에 제1 플라즈마를 형성하고, 상기 유도 전기장 발생기에는 자성 코어가 구비되고, 상기 자성 코어에는 RF 전원 생성기에 연결되는 와이어가 권취되어, 상기 RF 전원 생성기로부터 고주파 전원을 인가받아 상기 자성 코어에는 자기장이 형성되고, 상기 자기장에 의해 상기 타겟의 근방에서 전기장이 유도되고, 유도되는 상기 전기장에 의해 상기 제1 플라즈마에 중첩되는 제2 플라즈마를 형성 가능한 기판 처리 장치로서, 플라즈마의 중첩에 의하여 상기 타겟의 부근에서 상기 플라즈마를 균일하게 형성하여 상기 기판 지지대에 안착된 기판에 박막을 안정적으로 증착하는 기판 처리 장치가 제시된다.

Description

기판 처리 장치{Apparatus for treating substrate}

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판 처리 공정의 안정성 및 생산성을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치에 관한 것이다.

스퍼터링(sputtering) 박막 제조는 스퍼터링 현상을 이용하여 기판상에 목적하는 타겟(target)물질을 증착하는 물리적 기상 증착(Physical Vapor Deposition)공정이다. 스퍼터링 증착은 음극(cathode)이 인가되는 타겟에 양전하를 가지는 이온이 충돌하여 타겟의 입자가 분리되고, 분리된 입자가 주위의 물체면에 부착되어 막을 형성하는 현상이다.

일반적인 스퍼터링 설비의 스퍼터링 과정은 다음과 같다. 저압 혹은 진공 분위기를 형성 가능한 공정챔버 내부에 타겟과 기판을 서로 대향하도록 배치하고, 공정챔버의 내부에 불활성 가스를 도입한다. 타겟에 직류 혹은 고주파 교류 전원을 인가하여 공정챔버 내부에 전계를 형성하고, 전계에 의해 가속되는 전자가 불활성 가스 입자와 충돌하여 플라즈마를 형성한다. 플라즈마 내부에서 생성되는 이온을 이용하여 타겟을 스퍼터링하고, 타겟에서 분리된 입자가 기판으로 이동하여, 기판상에 목적하는 박막을 형성한다. 이때, 타겟의 배면에 구비되는 마그넷(magnet)은 타겟의 표면에 평행한 자계를 형성하고, 자계와 전계의 교차에 의해 타겟 부근에서 구속되는 하전입자는 타겟 부근에 형성되는 플라즈마의 밀도를 증가시킨다.

이와 같은 종래의 스퍼터링 설비는 타겟에 고전압을 인가하여 타겟 부근에 목적하는 플라즈마 밀도를 형성, 이에 박막 형성 속도를 향상시킨다. 하지만 고전압에 의해 형성되는 전계는 이온을 목적하는 속도 이상으로 가속시키고, 이온이 높은 에너지로 타겟에 충돌, 리바운드(rebound)되어 기판측에 입사하는 현상 즉, 플라즈마 손상(Plasma damage)이 발생한다.

또한, 산화물 박막을 형성하는 반응성 스퍼터링에 종래의 스퍼터링 설비를 적용함에 있어서 다음과 같은 문제점이 발생한다. 스퍼터링 과정에서 타겟의 표면이 산소와 반응하여 산화물이 부착, 타겟 표면이 차지 업(charge up)되고, 이로 인해 타겟 표면의 전계가 완화된다. 완화되는 전계에 의해 플라즈마 밀도가 저하되고, 이에 박막 형성 속도가 현저하게 감소한다.

최근에는, 스퍼터링 설비의 스퍼터링 효율을 향상시키기 위해 유도결합 플라즈마(Inductive coupled plasma)를 형성 가능한 고주파 안테나(Radio frequency Antenna)를 타겟의 부근에 구비한 스퍼터링 설비가 제안되었다.

그러나 이처럼 고주파 안테나의 근방에 형성되는 플라즈마는 방사상으로 확산하기 때문에 타겟 표면의 플라즈마 밀도를 집중적으로 높이는 것에 한계가 있다. 즉, 플라즈마 밀도의 상승영역과 강하영역이 존재하며, 이러한 플라즈마의 불균형은 스퍼터링의 균일성 저해 및 아크 방전의 원인이 된다. 또한, 타겟 근방에서 플라즈마 발생효율을 향상시키기 위해서는 고주파 안테나에 공급되는 RF전원을 증대시키거나 혹은, 각각 독립적으로 작용하는 고주파 안테나를 더 구성해야 한다. 이는 이에 해당하는 운용 비용 및 사용 전력의 증가 원인이 된다.

KR 2011-0065480 A

본 발명은 기판의 각종 증착 과정에서 타겟표면의 근방에 플라즈마를 균일하게 생성할 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.

본 발명은 생성되는 플라즈마의 밀도를 증가시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.

본 발명은 타겟물질의 사용효율을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.

본 발명은 타겟물질의 산화막 형성을 억제 혹은 방지할 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.

본 발명은 기판의 손상을 방지할 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치는 내부 공간을 가지는 챔버; 상기 챔버 내부에 배치되고 타겟을 지지하는 타겟 지지대; 상기 타겟 지지대와 대향 배치되고 기판을 지지하는 기판 지지대; 상기 타겟 지지대와 상기 기판 지지대 사이에 전계를 형성하는 전계 생성기; 및 상기 타겟 지지대의 근방에 설치되고, 자성 코어에 의하여 형성되는 자기장에 의하여 전기장을 유도하는 유도 전기장 발생기를 포함할 수 있다.

상기 유도 전기장 발생기는 상기 챔버와 연통되는 유도관, 상기 유도관을 둘러싸는 자성코어 및 상기 자성코어에 권취되는 와이어를 포함할 수 있다.

상기 유도관은, 챔버와 연통되는 양단부 및 상기 챔버 외부에서 상기 양단부를 연결하는 연결관을 구비하고, 상기 자성코어는 상기 양단부의 근방에서 상기 연결관을 가로지르는 방향으로 각각 둘러싸도록 복수개 구비되고, 상기 와이어는 상기 각 자성코어에 권취될 수 있다.

상기 유도관은 상기 챔버에서 외측방향으로 연장되는 한쌍의 제1 연결관과 상기 한쌍의 제1 연결관을 연결하는 제2 연결관을 포함할 수 있다.

상기 제2 연결관은 상기 타겟을 가로지는 방향 및 상기 타겟과 나란한 방향 중 적어도 일방향으로 형성될 수 있다.

상기 유도관은 상기 타겟과 나란한 방향으로 복수개 구비될 수 있다.

상기 유도관은 상기 타겟을 가로지며, 상기 타겟과 나란한 방향으로 이격되어 복수개 구비될 수 있다.

상기 와이어는 상기 각 자성코어에 반대 방향으로 각각 권취될 수 있다.

상기 자기장에 의하여 유도되는 전기장은 환형 전기장을 포함하며, 상기 환형 전기장이 상기 타겟을 둘러싸도록 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치는 내부 공간을 가지는 챔버; 상기 챔버 내부에 배치되고 기판을 지지하는 기판 지지대; 상기 기판 지지대와 대향 배치되고 기판을 향해 원료를 공급하는 원료 공급원; 상기 기판 지지대와 상기 원료 공급원 사이에 제1 플라즈마를 형성하는 제1 플라즈마 생성부; 및 상기 원료 공급원 주위에 환형의 제2 플라즈마를 형성하는 제2 플라즈마 생성부를 포함할 수 있다.

상기 제1 플라즈마 생성부는 상기 원료 공급원에 연결되는 DC 전원 생성기를 포함하고, 상기 제2 플라즈마 생성부는 상기 챔버와 연통되는 유도관, 상기 유도관을 둘러싸는 자성코어, 상기 자성코어에 권취되는 와이어 및 상기 와이어와 연결되는 RF 전원 생성기를 포함할 수 있다.

상기 RF 전원 생성기는 1 내지 500kHz 범위의 주파수를 가지는 전원을 사용할 수 있다.

상기 제1 플라즈마와 상기 제2 플라즈마는 서로 연결되거나, 적어도 일부가 중첩되도록 형성될 수 있다.

상기 원료 공급원은 타겟이 장착되는 타겟 지지대를 포함하고, 상기 제2 플라즈마의 적어도 일부는 상기 타겟을 가로지르는 방향으로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 기판의 각종 증착 과정에서 타겟 근방에 플라즈마를 균일하게 생성할 수 있는 기판 처리 장치를 형성하고, 이로부터 기판 증착 작업을 안정적으로 할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 자성코어를 이용한 유도 전기장 발생기를 사용하여 제2 플라즈마를 생성, 기존의 플라즈마에 중첩하여 전체 플라즈마의 밀도를 증가시킬 수 있다. 이에 종래보다 플라즈마 내부의 이온화율을 높여 다수의 이온을 생성할 수 있고, 생성되는 다수의 이온을 타겟에 스퍼터링하여 스퍼터링 증착 속도 및 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 유도 전기장 발생기는 고투자율을 가지는 자성코어를 이용하여 낮은 입력 전원으로도 유도 기전력을 생성하고, 이로부터 제2 플라즈마를 생성 가능하다. 즉, 타겟에 인가되는 전압을 종래보다 낮게 인가하여도 타겟 근방에 목적하는 밀도의 플라즈마를 생성할 수 있다. 따라서, 전체 플라즈마 에너지를 줄일 수 있고, 스퍼터링 박막 형성과정에서 플라즈마 손상에 의한 기판 혹은 하지막 손상을 억제 혹은 방지할 수 있다.

또한, 타겟물질의 스퍼터링을 균일하게 하여 타겟물질의 불균일한 스퍼터링에 의해 발생되는 아크방전 및 산화막 형성을 억제 및 방지할 수 있다. 즉, 타겟과 기판 사이의 제1 플라즈마 외에 저주파수의 제2 플라즈마를 타겟의 가장자리 부위에 형성하므로, 종래 타겟의 가장자리에 형성되는 산화막층을 제거시키게 되어 공정 진행시 아킹 발생을 억제할 수 있다.

따라서, 기판의 각종 박막 증착 공정 예컨대 스퍼터링 공정에서 공정의 안정성 및 생산성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 개략도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 유도 전기장 발생기의 배치 개념도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 유도 전기장 발생기의 개략도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 유도 전기장 발생기의 구동 개념도.
도 5는 본 발명의 변형 예에 따른 기판 처리 장치의 개략도.
도 6은 본 발명의 변형 예에 따른 유도 전기장 발생기의 배치 개념도.
도 7은 본 발명의 변형 예들에 따른 유도 전기장 발생기의 배치 개념도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면은 실시 예를 설명하기 위해 그 크기가 과장될 수 있고, 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 단면을 도시한 개략도 이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 유도 전기장 발생기의 배치 개념도 이며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 유도 전기장 발생기의 개략도 이다. 또한, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 유도 전기장 발생기의 구동 개념도 이다. 여기서, 도 4(a)는 자성코어와 이에 권취되는 와이어에 의해 유도 자기장 및 유도 전기장이 발생하는 개념을 도시한 개략도 이고, 도 4(b)는 유도 전기장 발생기에 유도 전기장이 발생하는 개념을 도시한 개략도 이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 기판 처리 장치는 내부 공간을 가지는 챔버(10), 챔버(10) 내부에 배치되고 타겟(T)을 지지하는 타겟 지지대(20), 타겟 지지대(20)와 대향 배치되고 기판(S)을 지지하는 기판 지지대(30), 타겟 지지대(20)와 기판 지지대(30) 사이에서 전계(E0)를 형성하는 전계 생성기(40) 및 타겟 지지대(20)의 근방에 설치되고, 자성 코어(120)에 의하여 형성되는 자기장(B)에 의하여 전기장(E1)을 유도하는 유도 전기장 발생기(100)를 포함한다.

여기서, 기판(S)은 반도체, 액정표시장치, 유기발광다이오드를 포함하는 다양한 소자 및 장치의 베이스를 구성하는 기판일 수 있고, 기판(S)의 재질은 실리콘(Si)이나 유리에 한정되지 않고 다양한 재질일 수 있다. 또한, 타겟(T)은 기판 처리 공정에서 기판(S)상에 증착하고자 하는 금속막, 절연막, 산화막을 포함하는 다양한 박막을 형성하는데 사용되는 원료물질일 수 있다. 타겟(T)은 후술하는 타겟 지지대(20)에 장착되어 기판(S)을 향해 원료를 공급하는 원료 공급원(T, 20)의 역할을 할 수 있다.

챔버(10)는 기판 처리 장치의 몸체를 형성한다. 챔버(10)는 내부에 기판(S) 처리 공정을 수행할 수 있는 소정의 공간을 형성 가능한 형상 및 크기로 제작될 수 있다. 또한, 챔버(10)는 단일 몸체의 챔버로 제작될 수 있고, 착탈 가능한 복수개의 몸체부를 가지는 챔버로 제작될 수 있다. 본 실시 예에서는 챔버(10)는 챔버 몸체(11)와 챔버 리드(12)로 분리 가능하도록 제작된다. 챔버(10)에는 그 내부를 진공분위기로 제어 가능한 압력 조절수단(13) 예컨대 진공펌프가 연결될 수 있다. 또한, 챔버(10)는 내부에 플라즈마(Plasma) 형성을 위한 공정가스 예컨대 아르곤가스(Ar)를 공급하는 가스 공급수단(미도시)을 구비할 수 있다. 챔버 몸체(11)는 기판(S)을 그 내부로 반입 및 반출 가능한 개구(15) 및 개구(15)를 개폐 가능한 개폐수단(미도시)을 구비할 수 있다. 챔버 몸체(11)와 챔버 리드(12)의 접촉면에는 이를 챔버 몸체(11)와 챔버 리드(12)를 결합 가능한 결합수단(미도시) 및 실링(sealing) 가능한 링 형상의 실링수단(16)이 구비될 수 있다.

타겟 지지대(20) 및 기판 지지대(30)는 챔버(10)의 내부에서 서로 대향하게 배치되어 각각 타겟(T) 및 기판(S)을 지지하는 역할을 한다. 본 실시 예에서는 타겟 지지대(20)는 챔버(10)의 상측에 배치되고, 기판 지지대(30)는 챔버(10)의 하측에 배치된다. 물론, 각 지지대(20, 30)는 이에 한정되지 않고 작업자가 요구하는 다양한 방식으로 챔버(10)의 내부에 배치될 수 있다.

타겟 지지대(20)는 챔버 리드(12)의 하면에 탈착 가능하도록 제작된다. 또한, 타겟 지지대(20)의 형상 및 크기는 특별히 한정되지 않으며, 목적하는 타겟(T)을 타겟 지지대(20)에 부착 혹은 고정시키기 용이한 형상 및 크기로 제작될 수 있다. 본 실시 예에서는 소정 면적을 가지는 사각 판 형상의 타겟(T)이 예시되고, 이에 대응하여 타겟 지지대(20)는 타겟(T)보다 넓은 면적을 가지는 사각 판 형상으로 제작될 수 있다. 타겟 지지대(20)의 하면에는 타겟(T)이 접촉 고정된다. 이를 위해 타겟 지지대(20)는 타겟(T)을 고정 가능한 고정수단(미도시)을 구비할 수 있다. 예컨대 고정수단(미도시)으로 접착제를 사용하는 경우, 타겟 지지대(20)의 타겟(T) 장착면에 접착제를 균일하게 도포하여 접착력부를 형성하고, 이에 타겟(T)을 밀착시켜 타겟 지지대(20)에 고정할 수 있다. 물론, 고정수단(미도시)은 특별히 한정되지 않으며 타겟(T)을 고정할 수 있는 수단이라면 어떠한 수단이 사용되어도 무방하다. 예컨대 금속 타겟(T)을 사용하는 경우 접착력부를 정전기력을 이용하는 정전척부로 대체할 수 있다. 타겟 지지대(20)에는 후술하는 전원 생성기(41)가 도선에 의해 연결되고, 타겟 지지대(20)는 전원 생성기(41)로부터 인가되는 전원에 의해 배면전극(Back plate)의 역할을 할 수 있다. 이를 위해 타겟 지지대(20)은 전도체의 재질로 제작되는 것이 좋다.

기판 지지대(30)에는 기판(S)이 반입 지지된다. 기판 지지대(30)는 챔버(10)의 내부로 기판(S)을 반입 및 반출하는 방식에 따라 그 형상 및 크기가 다양하게 제작될 수 있다. 본 실시 예에서는 기판 지지대(30)로 챔버(10) 바닥면으로부터 동일 높이로 정렬되는 복수개의 구동 롤러를 예시한다. 각각의 구동 롤러는 이웃하는 구동 롤러와 소정 간격 이격하여 적어도 두 개 이상 구비된다. 구동 롤러는 개구(15)를 통과하여 챔버(10) 내부로 반입되는 기판(S)에 접촉, 롤러의 회전에 의해 기판(S)을 챔버(10)의 하부영역에서 좌우방향으로 수평하게 이동시킬 수 있다. 이를 위해 기판 지지대(30)은 구동수단(미도시)를 구비할 수 있다. 또한, 이처럼 이동하는 기판(S)을 작업자가 원하는 위치로 정렬시킬 수 있는 정렬수단(미도시)를 더 구비할 수 있다.

챔버(10)에 형성되는 플라즈마에 근접하는 챔버 리드(12) 내측면의 소정 영역을 포함하고, 타겟 지지대(20)에 장착되는 타겟(T)으로부터 소정거리 이격하여 가장자리 영역을 둘러싸도록 그라운드 실드(Ground shield)(14)가 장착된다. 장착되는 그라운드 실드(14)는 전계 생성기(40)로부터 발생하는 고압의 전계(E0)로부터 챔버(10)를 절연하는 역할 및 타겟(T)에 플라즈마가 집중하여 스퍼터링 하도록 하는 역할을 한다.

전계 생성기(40)는 기판 지지대(30)와 타겟 지지대(20) 즉, 타겟(T) 혹은 원료 공급원(T, 20) 사이에 전계(E0)를 형성하는 역할을 한다. 이를 위해 전계 생성기(40)는 전원 생성기(41) 및 전원 생성기(41)에 연결되고, 전원 생성기(41)로부터 인가되는 전압에 의해 배면전극으로 작용하는 타겟 지지대(20)를 포함할 수 있다.

전원 생성기(41)는 본 실시 예에서는 직류(Direct current)를 사용하는 DC 전원 생성기를 예시한다. 물론, 이에 한정하지 않고 교류 전원 생성기 혹은 고주파 교류(Radio frequency)를 사용하는 RF 전원 생성기가 적용될 수 있다. DC 전원 생성기가 적용되는 경우 타겟 지지대(20)는 전원 생성기(41)에 도선으로 연결되어 음극(Cathode)으로 대전 된다. 이에 대응하여 기판(S)은 양극(Anode)으로 작용한다. 교류 전원 생성기 혹은 RF 전원 생성기가 적용되는 경우 타겟 지지대(20)에는 교류 혹은 고주파(RF) 교류 전압이 인가된다.

챔버(10)에는 타겟 지지대(20)를 냉각 가능한 냉각수단(50) 및 타겟(T)의 표면에 평행한 자계를 형성 가능한 자계 생성수단(60)이 구비될 수 있다. 냉각수단(50)은 타겟 지지대(20)에 착탈 가능하게 제작되거나 혹은 타겟 지지대(20)와 일체형으로 제작될 수 있다. 자계 생성수단(60)에는 영구자석 혹은 전자석 중 작업자가 핸들링 하기 용이한 방식의 자석이 적용될 수 있다. 자계 생성수단(60)은 타겟 지지대(20)의 배면 혹은 챔버 리드(12)의 상부면에 위치하여 타겟(T)의 근방에 자계를 형성, 이에 전자를 구속하고, 플라즈마의 밀도를 높이는 역할을 한다. 냉각수단(50) 및 자계 생성수단(60)은 일반적인 마그네트론 스퍼터링 설비에서 사용되는 냉각수단 및 자계 생성수단이 사용될 수 있다. 이와 같이 형성되는 전계 생성기(40)는 타겟(T)과 기판(S) 사이에 전계(E0)를 생성하고, 생성되는 전계(E0)는 전자를 가속시켜 챔버 내부에 공급되는 공정가스 예컨대 아르곤(Ar) 가스 입자와 충돌하여 제1 플라즈마를 형성한다.

연결구(70)는 도 2에 도시된 바와 같이, 챔버 리드(12) 및 챔버 리드(12)에 장착되는 그라운드 실드(14)의 내외측을 관통하여 복수개 형성되고, 타겟(T) 길이방향 예컨대 Y축 방향의 가장자리를 따라서 타겟(T)의 양측 예컨대 X축 방향에 나란하게 배치된다. 연결구(70)는 후술하는 유도관(110)이 결합 가능하도록 유도관(110)의 양단부(111)의 형상에 대응하여 내경이 형성되고, 이에 연결구(70)에 후술하는 유도 전기장 발생기(100)가 장착된다. 이를 위해, 연결구(70)에는 유도관(110)을 장착 및 밀폐 가능한 결합수단(미도시)이 구비될 수 있다.

본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서, 전술한 타겟 지지대(20), 기판 지지대(30) 및 전계 생성기(40)는 본 발명에서 특정 구성으로 제한할 필요가 없으며, 일반적인 기판 처리 장치 예컨대 스퍼터링 장치에서 사용되는 다양한 부속장치 및 그 구성방식이 이에 적용될 수 있다.

하기에서는 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 유도 전기장 발생기(100)를 설명한다.

유도 전기장 발생기(100)는 챔버(10)와 연통되고, 내부에 전기장(E1)이 유도되는 유도관(110), 유도관(110)을 둘러싸고, 자기장(B)을 형성하는 자성코어(120), 자성코어(120)에 권취되는 와이어(130) 및 와이어(130)에 연결되어 RF 전원을 인가하는 RF 전원 생성기(140)를 포함하고, 상술하는 연결구(70)을 통하여 챔버(10)에 장착, 챔버(10) 내부에 연통할 수 있다.

여기서 RF 전원은 일반적인 라디오 주파수 대역 범위를 가지는 교류 전압이 인가되는 전원이다. RF 전원의 주파수 대역이 1ｋ㎐ 이하의 범위를 가지는 경우, 형성되는 플라즈마 밀도가 낮고, 플라즈마 형성의 연속성이 저하된다. 주파수 대역이 500ｋ㎐ 이상의 범위를 가지는 경우 임피던스 매칭에 어려움이 있고, 열이 발생한다. 따라서, 본 발명에서는 주파수 대역을 1 내지 500ｋ㎐의 범위를 가지도록 하는 RF 전원이 사용될 수 있다. 또한, RF 전원 생성기(140)는 와이어(130) 영역과 RF 전원 생성기(140)의 임피던스(Impedance)를 매칭(matching) 가능한 임피던스 매칭수단(141)을 구비하고, 와이어(130)은 임피던스 매칭수단(141)을 통하여 RF 전원 생성기(140)에 연결될 수 있다.

유도관(110)은 챔버 리드(12)의 상측에서 연결구(70)에 장착되어 챔버(10)내부에 연통하는 양단부(111) 및 챔버(10) 외부에서 양단부(111)를 연결하는 연결관(112: 112a, 112b)을 구비한다. 연결관(112)의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 본 실시 예에서 연결관(112)은 양단부(111)에서 외측방향으로 연장되는 한쌍의 제1 연결관(112b) 및 한쌍의 제1 연결관(112b)를 연결하는 제2 연결관(112a)를 포함하고, 예컨대 U 자 형상으로 제작된다. (도 3참조) 연결관(112)은 그 내부에 전기장(E1)을 형성 가능한 다양한 재질 예컨대 절연체 혹은 금속체의 재질로 제작될 수 있다.

자성코어(120)는 양단부(111)의 근방에서 연결관(112)을 가로지르는 방향으로 연결관(112)을 둘러싸도록 각각 장착된다. 자성코어(120)는 원형 고리의 형태를 가지는 것이 좋다. 또한, 자성코어(120)는 고투자율(High magnetic permeability)을 가지는 재질로 형성되는 것이 좋다. 이러한 자성코어(120)에는 Mn-Zn계 페라이트(ferrite), Ni-Zn계 페라이트를 포함하는 다양한 강자성체 재질이면 어떠한 재질이 사용되어도 무방하다.

와이어(130)는 각각의 자성코어(120)에 직렬로 권취된다. 이때, 한 쌍을 이루는 각각의 자성코어(120)에 반대 방향으로 각각 권취된다. 즉, 와이어(130)가 한 쌍의 자성코어(120, 120') 중 어느 하나의 자성코어(120)에 시계방향으로 감긴 후, 나머지 하나의 자성코어(120')에 시계방향의 반대방향으로 감겨 쌍으로 권취된다. (도 4(b)참조)

도 2를 참조하면, 상술하는 유도 전기장 발생기의 배치는 다음과 같다.

유도 전기장 발생기(100)는 타겟(T)을 가로질러 배치된다. 즉, 유도 전기장 발생기(100)는 타겟(T)의 길이방향 예컨대 Y 축 방향에 교차하도록 타겟(T)을 중심으로 대칭하여 형성되는 한쌍의 연결구(70)에 장착되고, 타겟(T)의 길이방향으로 이격되어 복수개 배치된다. 이와 같이 배치되는 유도 전기장 발생기(100)에 의해 타겟(T)을 중심으로 두고 타겟(T)의 길이방향에 교차하는 후술하는 환형의 제2 플라즈마를 타겟(T)의 길이방향에 따라 복수개 형성될 수 있다.

이와 같이 구성되는 유도 전기장 발생기(100)에서 전기장 및 제2 플라즈마가 발생하는 과정을 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

RF 전원을 인가받은 와이어(130)는 그 주변으로 자기장을 유도하는 안테나(Antenna)역할을 한다. 따라서, 와이어(130)가 권취되는 자성코어(120)에는 시간적으로 변화하는 임의 방향의 강한 자기장(B)이 유도되고, 유도된 자기장(B)에 의해 전기장(E1)이 유도된다. (도 4(a)참조)

전술한 바와 같이, 와이어(130)는 한 쌍을 이루는 자성코어(120, 120')에 각각 반대방향으로 권취된다. 이로 인해, 인접하여 위치하고 와이어(130)가 직렬로 권취되는 한 쌍의 자성코어(120, 120')에는 시간적으로 변화하는 임의 방향의 강한 자기장(B)이 각각 상반된 방향을 가지도록 형성된다. 예컨대, 어느 하나의 자성코어(120)에 시간적으로 변화하는 시계 방향의 자기장이 형성되고, 나머지 하나의 자성코어(120')에는 시간적으로 변화하는 반시계 방향의 자기장이 형성된다. 이처럼 시간적으로 변화하는 상반된 자기장(B)이 한 쌍의 자성코어(120, 120')에 형성되고, 이에 각 자성코어(120, 120')에서 유도되는 전기장(E1)은 그 전기적 흐름이 연결될 수 있다. (도 4(b)참조)

유도되는 전기장(E1)은 도 1에 도시된 바와 같이, 유도관(110) 및 이에 연통하는 챔버(10)에 원형으로 유도되고, 전기장(E1)에 의해 가속되는 전자가 챔버(10) 내부의 공정가스 입자와 충돌하여 전기장(E1)을 따라 환형의 제2 플라즈마가 생성될 수 있다. 생성되는 제2 플라즈마는 전계 생성기(40)에 의해 생성되는 제1 플라즈마에 적어도 일부가 중첩되거나 혹은, 서로 연결되어 전체 플라즈마(제1 플라즈마, 제2 플라즈마)의 밀도를 증가시키고, 균일하게 하는 역할을 한다. 따라서 작업자가 요구하는 타겟(T) 근방의 소정 영역에 유도 전기장 발생기(100)를 선택적으로 배치, 운용하여 다양한 방법으로 전체 플라즈마를 중첩 운용할 수 있다. 예컨대, 본 실시 예에서는 유도 전기장 발생기(100)가 타겟(T)을 가로지르며 타겟(T)과 나란한 방향으로 이격되도록 챔버 리드(12)상에 복수개 배치되고(도 2참조) 이에 생성되는 제2 플라즈마의 적어도 일부는 타겟(T)을 가로지르는 방향으로 형성된다. 즉, 타겟(T)을 중심에 두고 가로질러 둘러싸는 환형의 플라즈마를 형성하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예를 따르는 기판 처리 장치는 다음과 같이 동작한다.

원하는 타겟(T)이 부착된 타겟 지지대(20)가 챔버내에 준비된다. 기판(S)을 챔버(10)의 내부로 반입하여 기판 지지대(30)상에 위치시킨다. 압력 조절수단(13)에 의하여 챔버(10)의 내부를 진공분위기로 조성한 후, 가스 공급수단(미도시)에 의해 플라즈마 생성가스 예컨대 아르곤(Ar) 가스를 챔버(10)의 내부에 도입하고, 챔버(10) 내부를 소정 압력으로 조절한다. 자계 생성수단(60) 예컨대 설치된 자석에 의하여 타겟(T)표면 근방에서 타겟(T)과 나란하게 자계를 생성한다. 이와 함께 전계 생성기(40)에 구비된 전원 생성기(41)를 구동하여 타겟 지지대(20)와 기판 지지대(30) 사이에 전계(E0)를 형성한다. 또한, 유도 전기장 발생기(100)에 구비된 RF 전원 생성기(140)을 구동하여 적어도 일부가 타겟(T)을 가로지르는 방향으로 형성되는 전기장(E1)을 형성한다. 형성되는 각각의 전계(E0) 및 전기장(E1)에 의해 제1 플라즈마 및 제2 플라즈마가 형성된다. 이때, 제2 플라즈마는 챔버(10)에 장착되는 유도 전기장 발생기(100)의 배치에 대응하여 복수개의 경로로 형성 가능하고, 이렇게 형성되는 전체 플라즈마는 서로 연결되거나 혹은 적어도 일부가 각각 중첩되도록 형성된다. 즉, 전계 생성기(40)는 본 실시 예에서 제1 플라즈마 생성부의 역할을 하고, 유도 전기장 발생기(100)는 본 실시 예에서 제2 플라즈마 생성부의 역할을 한다.

도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였으나 본 발명은 하기의 변형 예를 포함하여 다양한 형식으로 구성될 수 있다.

도 5는 본 발명의 제1 변형 예에 따른 기판 처리 장치의 단면을 도시한 개략도 이고, 도 6은 본 발명의 제1 변형 예에 따른 유도 전기장 발생기의 배치 개념도 이며, 도 7은 본 발명의 변형 예들에 따른 유도 전기장 발생기의 배치 개념도 이다. 여기서 도 7(a)는 본 발명의 제2 변형 예에 따른 유도 전기장 발생기의 배치 개념도 이고, 도 7(b)는 본 발명의 제3 변형 예에 따른 유도 전기장 발생기의 배치 개념도 이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 변형 예에 따른 기판 처리 장치는 내부 공간을 가지는 챔버(10), 챔버(10) 내부에 배치되고 타겟(T)을 지지하는 타겟 지지대(20), 타겟 지지대(20)와 대향 배치되고 기판(S)을 지지하는 기판 지지대(30), 타겟 지지대(20)와 기판 지지대(30) 사이에서 전계(E0)를 형성하는 전계 생성기(40) 및 타겟 지지대(20)의 근방에 설치되고, 자성 코어(120)에 의하여 형성되는 자기장(B)에 의하여 전기장(E1)을 유도하는 유도 전기장 발생기(100)를 포함한다.

본 발명의 제1 변형 예에 따른 기판 저리 장치는 상술하는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치와 구성이 유사하므로 중복되는 설명은 생략한다. 따라서, 본 발명의 실시 예와 구분되는 본 발명의 제1 변형 예에 따른 기판 처리 장치의 특징을 하기에 자세히 설명한다.

유도 전기장 발생기(100)는 타겟(T)의 길이방향을 따라 나란하게 챔버 리드(12)에 복수개 장착될 수 있다. (도 6참조) 이로 인해 유도 전기장 발생기(100)로부터 유도되는 전기장(E1) 및 전기장(E1)을 따라 형성되는 제2 플라즈마는 도 5에 도시된 바와 같이 타겟(T)의 길이방향에 나란하게 환형의 경로를 이루며 타겟(T)의 가장자리 영역에 형성된다. (도 5참조) 이와 같은 경우 제2 플라즈마를 타겟(T) 근방의 가장자리 영역 즉, 전계 생성기(40)에 의해 생성되는 제1 플라즈마의 밀도 하강부분에 집중하여 중첩되거나 연결되어 전체 플라즈마의 밀도를 증가시킬 수 있다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 변형 예들에 따른 유도 전기장 발생기(100)의 다양한 배치는 다음과 같다.

유도 전기장 발생기(100)는 타겟(T)을 가로지르는 방향 및 타겟(T)과 나란한 방향 중 적어도 일방향으로 형성될 수 있다. 예컨대 유도 전기장 발생기(100)는 타겟(T)을 가로지르는 방향 예컨대 X축 방향으로 챔버 리드(12)에 좁은 간격을 형성하며 복수개 장착될 수 있다. 이와 같은 경우 제2 플라즈마는 타겟(T)의 길이방향을 따라 타겟(T) 근방의 전체 영역에 높은 밀도의 플라즈마 영역을 생성할 수 있다. (도 7(a)) 또한, 유도 전기장 발생기(100)는 타겟(T)을 가로지르는 방향 및 타겟(T)과 나란한 방향 모두에 형성될 수 있다. 이와 같은 경우에는 타겟(T)의 외주변을 둘러싸며 제2 플라즈마가 생성, 제1 플라즈마에 중첩될 수 있다. (도 7(b)) 또한, 유도관(110)은 타겟(T)을 가로지르며 자유로운 방향으로 장착될 수 있다. (도 7(c)) 이처럼 다양한 방식으로 중첩되는 전체 플라즈마에 의해 기판 처리 공정 예컨대 스퍼터링 공정에서 목적하는 플라즈마 분포 및 밀도를 형성, 타겟(T)을 균일하게 스퍼터링 할 수 있고, 안정적으로 기판 처리 조업을 실시할 수 있다.

본 발명의 상기 실시 예는 스퍼터링 방식 박막 형성 장치의 경우가 예시되었으나, 이외의 다양한 설비의 기판 처리과정에도 적용될 수 있다. 한편, 본 발명의 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아니다. 또한, 본 발명이 해당하는 기술분야에서의 업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

10: 챔버 20: 타겟 지지대
30: 기판 지지대 40: 전계 생성기
100: 유도 전기장 발생기 120: 자성코어
130: 와이어 140: RF 전원 생성기

Claims (14)

1. 내부 공간을 가지는 챔버;
   상기 챔버 내부에 배치되고 타겟을 지지하는 타겟 지지대;
   상기 타겟 지지대와 대향 배치되고 기판을 지지하는 기판 지지대;
   상기 타겟 지지대와 상기 기판 지지대 사이에 전계를 형성하는 전계 생성기; 및
   상기 타겟 지지대의 근방에 설치되고, 자성 코어에 의하여 형성되는 자기장에 의하여 전기장을 유도하는 유도 전기장 발생기를 포함하는 기판 처리 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 유도 전기장 발생기는 상기 챔버와 연통되는 유도관, 상기 유도관을 둘러싸는 자성코어 및 상기 자성코어에 권취되는 와이어를 포함하는 기판 처리 장치.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 유도관은 챔버와 연통되는 양단부 및 상기 챔버 외부에서 상기 양단부를 연결하는 연결관을 구비하고,
   상기 자성코어는 상기 양단부의 근방에서 상기 연결관을 가로지르는 방향으로 각각 둘러싸도록 복수개 구비되고,
   상기 와이어는 상기 각 자성코어에 권취되는 기판 처리 장치.
   
4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
   상기 유도관은 상기 챔버에서 외측방향으로 연장되는 한쌍의 제1 연결관과 상기 한쌍의 제1 연결관을 연결하는 제2 연결관을 포함하는 기판 처리 장치.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제2 연결관은 상기 타겟을 가로지는 방향 및 상기 타겟과 나란한 방향 중 적어도 일방향으로 형성되는 기판 처리 장치.
   
6. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
   상기 유도관은 상기 타겟과 나란한 방향으로 복수개 구비되는 기판 처리 장치.
   
7. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
   상기 유도관은 상기 타겟을 가로지며, 상기 타겟과 나란한 방향으로 이격되어 복수개 구비되는 기판 처리 장치.
   
8. 청구항 3에 있어서,
   상기 와이어는 상기 각 자성코어에 반대 방향으로 각각 권취되는 기판 처리 장치.
   
9. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 자기장에 의하여 유도되는 전기장은 환형 전기장을 포함하며,
   상기 환형 전기장이 상기 타겟을 둘러싸도록 배치되는 기판 처리 장치.
   
10. 내부 공간을 가지는 챔버;
    상기 챔버 내부에 배치되고 기판을 지지하는 기판 지지대;
    상기 기판 지지대와 대향 배치되고 기판을 향해 원료를 공급하는 원료 공급원;
    상기 기판 지지대와 상기 원료 공급원 사이에 제1 플라즈마를 형성하는 제1 플라즈마 생성부; 및
    상기 원료 공급원 주위에 환형의 제2 플라즈마를 형성하는 제2 플라즈마 생성부를 포함하는 기판 처리 장치.
    
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 플라즈마 생성부는 상기 원료 공급원에 연결되는 DC 전원 생성기를 포함하고,
    상기 제2 플라즈마 생성부는 상기 챔버와 연통되는 유도관, 상기 유도관을 둘러싸는 자성코어, 상기 자성코어에 권취되는 와이어 및 상기 와이어와 연결되는 RF 전원 생성기를 포함하는 기판 처리 장치.
    
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 RF 전원 생성기는 1 내지 500kHz 범위의 주파수를 가지는 전원을 사용하는 기판 처리 장치.
    
13. 청구항 10 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 플라즈마와 상기 제2 플라즈마는 서로 연결되거나, 적어도 일부가 중첩되도록 형성되는 기판 처리 장치.
    
14. 청구항 10 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원료 공급원은 타겟이 장착되는 타겟 지지대를 포함하고, 상기 제2 플라즈마의 적어도 일부는 상기 타겟을 가로지르는 방향으로 형성되는 기판 처리 장치.

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