KR20140102798A - 플라즈마 반응기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 플라즈마 반응기는 내부에 피처리 기판이 놓이는 기판 지지대를 갖는 플라즈마 반응기와 상기 기판 지지대와 대응되도록 상기 플라즈마 반응기의 상부에 위치되고, 전원 공급원과 연결되어 상기 기판 지지대와의 사이에서 플라즈마를 발생시키는 상부전극 및 상기 상부전극의 외측을 따라 환형으로 형성되어 상기 피처리 기판의 에지영역으로 플라즈마를 발생시키는 에지 플라즈마 발생부를 포함한다. 본 발명의 플라즈마 반응기에 의하면, 중심 영역 플라즈마와 에지 영역 플라즈마를 이용하여 피처리 기판을 균일하게 처리할 수 있다. 또한 플라즈마 반응기의 중심 영역 또는 에지 영역에 독립적으로 플라즈마를 발생시켜 피처리 기판의 중심 영역 또는 에지 영역을 선택적으로 처리할 수 있다.

Description

플라즈마 반응기{PLASMA REACTOR}
본 발명은 플라즈마 반응기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마 반응기 내부에 플라즈마를 균일하게 생성하여 피처리 기판을 균일하게 처리할 수 있는 플라즈마 반응기에 관한 것이다.
플라즈마 방전은 이온, 자유 래디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 발생하기 위한 가스 여기에 사용되고 있다. 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 반도체 제조 공정 예들 들어, 식각, 증착, 세정 등에 다양하게 사용되고 있다. 특히, 공정 챔버의 세정이나 포토레지스트 스트립을 위한 에싱 공정 등에서 원격 플라즈마가 유용하게 사용되고 있다.
반도체 기판과 같은 기판 또는 평판 패널 디스플레이의 제조에 사용되는 유리 패널과 같은 피처리 기판의 대형화에 따라 공정 챔버의 볼륨도 증가되고 있다. 공정 챔버의 볼륨이 증가되면서 상부전극과 하부전극 사이에서 발생하는 플라즈마의 밀도가 피처리 기판의 중심 영역과 에지 영역에서 불균일하게 발생할 수 있다. 플라즈마의 불균일성은 피처리 기판의 전체를 고르게 처리하지 못하는 문제점을 야기하였다. 그리하여 피처리 기판의 중심 영역과 에지 영역의 플라즈마의 밀도를 균일하게 유지하여 피처리 기판이 대형화되어도 피처리 기판 전체 영역을 고르게 처리하기 위한 기술 개발이 요구되고 있다.
또한 필요에 따라 피처리 기판의 중심 영역 또는 에지 영역을 선택적으로 처리하기 위한 기술 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 피처리 기판을 균일하게 처리하기 위해 에지 영역으로 플라즈마 발생부가 구비된 플라즈마 반응기를 제공하는 데 있다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은 피처리 기판의 중심 영역 또는 에지 영역을 선택적으로 처리하기 위한 플라즈마를 발생시킬 수 있는 플라즈마 반응기를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 플라즈마 반응기에 관한 것이다. 본 발명의 플라즈마 반응기는 내부에 피처리 기판이 놓이는 기판 지지대를 갖는 플라즈마 반응기; 상기 기판 지지대와 대응되도록 상기 플라즈마 반응기의 상부에 위치되고, 전원 공급원과 연결되어 상기 기판 지지대와의 사이에서 플라즈마를 발생시키는 상부전극; 및 상기 상부전극의 외측을 따라 환형으로 형성되어 상기 피처리 기판의 에지영역으로 플라즈마를 발생시키는 에지 플라즈마 발생부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 상부전극은 복수 개의 가스 분사홀을 갖는 샤워헤드 형상으로 형성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 에지 플라즈마 발생부는 상기 상부전극의 외주면을 따라 설치되는 플라즈마 발생부재; 및 상기 플라즈마 발생부재를 감싸는 구조로, 가스 주입구가 구비되고 발생된 플라즈마가 상기 플라즈마 반응기 내부로 배출되도록 형성된 플라즈마 배출구를 포함하는 커버부재를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 배출구는 상기 커버부재의 내주면을 따라 형성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 환형 플라즈마 발생부재는 링 형상의 전극 또는 안테나이다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 반응기 내부에는 상기 상부전극과 상기 기판지지대 사이에 구비되는 배플판을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 배플판은 내부에 열을 발생시키는 열선이 포함된 다.
일 실시예에 있어서, 상기 상부전극과 상기 에지 플라즈마 발생부는 공통 전원 공급원으로부터 무선 주파수 전원을 공급받거나 서로 다른 전원 공급원으로부터 무선 주파수 전원을 공급받는다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 반응기는 상기 공통 전원 공급원으로부터 발생된 무선 주파수 전원을 상기 상부전극 또는 상기 에지 플라즈마 발생부로 공급하기 위한 스위치를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 상부전극과 상기 에지 플라즈마 발생부에는 동일한 플라즈마 반응 가스 또는 서로 다른 플라즈마 반응 가스가 제공된다.
본 발명의 플라즈마 반응기에 의하면, 중심 영역 플라즈마와 에지 영역 플라즈마를 이용하여 피처리 기판을 균일하게 처리할 수 있다. 또한 플라즈마 반응기의 중심 영역 또는 에지 영역에 독립적으로 플라즈마를 발생시켜 피처리 기판의 중심 영역 또는 에지 영역을 선택적으로 처리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 에지 플라즈마 발생부가 구비된 플라즈마 반응기를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에지 플라즈마 발생부의 분리 사시도.
도 3 및 도 4는 에지 플라즈마 발생부에서 전극 또는 안테나로 이루어진 플라즈마 발생부재를 도시한 도면.
도 5는 플라즈마 반응기의 배플판을 도시한 평면도.
도 6은 도 5에 도시된 배플판 단면도.
도 7은 하나의 전원부가 상부전극과 에지 플라즈마 발생부에 연결된 상태를 도시한 도면.
도 8은 상부전극과 에지플라즈마 발생부에 동일 가스를 공급하는 구조를 도시한 도면.
도 9는 상부전극과 에지플라즈마 발생부에 서로 다른 가스를 공급하는 구조를 도시한 도면.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 에지 플라즈마 발생부가 구비된 플라즈마 반응기를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 반응기(100)는 챔버 하우징(101)과 챔버 하우징(101)의 상부에 설치되는 가스 공급부(110)과 상부전극(110)의 둘레에 설치되는 에지 플라즈마 발생부(120)로 구성된다.
챔버 하우징(101)은 내부 하부에 피처리 기판(103)이 놓이는 기판 지지대(102)가 구비된다. 기판 지지대(102)의 내부에는 리프트핀(108)이 설치된다. 리프트핀(108)은 리프트핀 구동기(108a)에 연결되어 기판 지지대(102)의 상부에 놓이는 피처리 기판(103)을 상하로 이동한다.
챔버 하우징(101)은 알루미늄, 스테인리스, 구리와 같은 금속 물질로 제작될 수 있다. 또는 코팅된 금속 예를 들어, 양극 처리된 알루미늄이나 니켈 도금된 알루미늄으로 제작될 수도 있다. 또는 내화금속(refractory mental)으로 제작될 수도 있다. 또 다른 대안으로 챔버 하우징(101)을 전체적 또는 부분적으로 석영, 세라믹과 같은 전기적 절연 물질로 제작하는 것도 가능하다. 이와 같이 챔버 하우징(101)은 의도된 플라즈마 프로세스가 수행되기에 적합한 어떠한 물질로도 제작될 수 있다. 챔버 하우징(101)의 구조는 피처리 기판(103)에 따라 그리고 플라즈마의 균일한 발생을 위하여 적합한 구조 예를 들어, 원형구조나 사각형 구조 그리고 그 외에도 어떠한 형태의 구조를 가질 수 있다. 또한 챔버 하우징(101)은 가스를 배출하기 위한 배기펌프(101a)가 설치된다.
피처리 기판(103)은 예를 들어, 반도체 장치, 디스플레이 장치, 태양전지 등과 같은 다양한 장치들의 제조를 위한 웨이퍼 기판, 유리 기판, 플라스틱 기판 등과 같은 기판들이다.
기판 지지대(102)는 바이어스 전원 공급원(104)에 연결되어 바이어스 된다. 예를 들어, 무선 주파수 전원을 공급하는 바이어스 전원 공급원(104)이 임피던스 정합기(106)를 통하여 기판 지지대(102)에 전기적으로 연결되어 바이어스 될 수 있다. 또는 서로 다른 무선 주파수 전원을 공급하는 두 개의 바이어스 구조로 변형 실시할 수도 있다. 또는 기판 지지대(102)는 바이어스 전원의 공급 없이 제로 퍼텐셜(zeropotential)을 갖는 구조로 변형 실시될 수도 있다. 그리고 기판 지지대(102)는 정전척이나 히터를 포함할 수 있다.
가스 공급부(110)은 챔버 하우징(101)의 상부에 기판 지지대(102)와 대향되도록 설치되어 상부전극으로 기능된다. 가스 공급부(110)은 메인 전원 공급원(112)과 연결된다. 메인 전원 공급원(112)으로부터 발생된 무선 주파수 전원은 임피던스 정합기(114)를 통하여 가스 공급부(110)로 공급되어 챔버 하우징(101)의 내부에 용량 결합된 플라즈마를 유도한다. 가스 공급부(110)의 상부에는 가스 공급원(140)으로부터 가스를 제공받기 위한 가스 주입구(110a)가 구비되고, 하부에는 챔버 하우징(101) 내부로 가스를 균일하게 분사하기 위한 다수 개의 가스 분사홀(116)이 구비된 샤워 헤드 형상으로 형성된다.
에지 플라즈마 발생부(120)는 가스 공급부(110)의 둘레를 따라 설치되어 피처리 기판(103)의 에지 영역을 처리하기 위한 플라즈마를 발생시킨다. 에지 플라즈마 발생부(120)는 에지 전원 공급원(122)과 연결된다. 에지 전원 공급원(122)으로부터 발생된 무선주파수 전원은 임피던스 정합기(124)를 통하여 에지 플라즈마 발생부(120)로 공급되어 플라즈마를 유도한다.
본 발명에 따른 플라즈마 반응기(100)는 가스 공급부(110)에 의해 발생된 중심 영역 플라즈마와 에지 플라즈마 발생부(120)에 의해 발생된 주변 영역 플라즈마에 의해 내부에 균일한 플라즈마가 형성되고, 피처리 기판(103)을 효율적으로 처리할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에지 플라즈마 발생부의 분리 사시도이고, 도 3 및 도 4는 에지 플라즈마 발생부에서 전극 또는 안테나로 이루어진 플라즈마 발생부재를 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 에지 플라즈마 발생부(120)는 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부재(128)와 플라즈마 발생부재(128)를 감싸는 커버부(126)로 구성된다. 플라즈마 발생부재(128)는 가스 공급부(110)의 둘레를 따라 설치되는데, 가스 공급부(110)의 형상에 따라 원형 또는 사각 구조 등으로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 원형의 가스 공급부(110)의 둘레를 따라 환형으로 플라즈마 발생부재(128)가 설치된다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 플라즈마 발생부재(120)는 링 형상의 용량 결합 전극(128a)으로 구성될 수 있다. 용량 결합 전극(128a)은 에지 전원 공급원(122)으로부터 무선 주파수 전원을 공급받고, 접지된 챔버 하우징(101)과의 사이에서 용량 결합된 플라즈마를 생성한다.
또한 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 플라즈마 발생부재(120)는 링 형상의 안테나(128b)로 구성될 수 있다. 안테나(128b)는 에지 전원 공급원(122)으로부터 무선 주파수 전원을 공급받아 유도 결합된 플라즈마를 생성한다.
다시 도 2를 참조하면, 커버부(126)는 플라즈마 발생부재(128)를 감싸는 구조로 상부 커버부재(126a)와 하부 커버부재(126b)로 구성된다. 먼저, 하부 커버부재(126b)는 플라즈마 발생부재(128)의 하부를 감싸는 형태로 플라즈마 발생부재(128)의 길이 방향을 따라 형성된다. 상부 커버부재(126a)는 플라즈마 발생부재(128)의 상부를 감싸도록 하부 커버부재(126b)의 상부에 설치된다. 여기서, 상부 커버부재(126a)에는 커버부(126) 내부로 가스를 공급받기 위한 가스 주입구(125)가 구비된다. 또한 하부 커버부재(126b)와 상부 커버부재(126a) 사이에는 에지 플라즈마 발생부(120)에서 생성된 플라즈마를 챔버 하우징(101) 내부로 배출하기 위한 플라즈마 배출구(127)가 구비된다. 플라즈마 배출구(127)는 커버부(126) 내부에서 생성된 플라즈마를 외부로 배출하기 위한 구조로, 본 발명의 실시예에서는 커버부(126)의 내주면을 따라 형성된다.
에지 플라즈마 발생부(120)는 냉각수 공급원(129)으로부터 냉각수를 공급받아 에지 플라즈마 발생부(120)의 온도를 적절하게 유지할 수 있다.
도 5는 플라즈마 반응기의 배플판을 도시한 평면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 배플판 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 플라즈마 반응기(100)는 챔버 하우징(101) 내부에 배플판(130)이 구성된다. 배플판(130)은 가스 공급부(110)와 기판 지지대(102) 사이에 설치되어 플라즈마 반응기(100) 내부에서 생성된 플라즈마가 피처리 기판(103)에 균일하게 분사될 수 있도록 한다. 배플판(130)에는 배플판(130) 상부에서 발생된 플라즈마가 하부로 이동할 수 있도록 다수 개의 홀(132)이 구비된다. 다수 개의 홀(132)은 모두 동일한 크기로 형성될 수도 있고 서로 다른 크기로 형성될 수도 있다. 또한 도면에 도시된 것처럼 배플판(130)의 내부로 갈수록 홀(132)의 크기가 커지도록 형성될 수도 있고, 내부로 갈수록 홀(132)의 크기가 작아지도록 형성될 수도 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 배플판(130)의 내부에는 열선(134)이 매설될 수 있다. 열선(134)은 히터전원 공급원(136)과 연결되어 열을 발산한다. 배플판(130)이 도체인 경우, 열선(134)과 배플판(130) 사이에는 절연체(135)가 구비되어 배플판(130)과 열선(134)을 전기적으로 절연한다.
도 7은 하나의 전원부가 상부전극과 에지 플라즈마 발생부에 연결된 상태를 도시한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 가스 공급부(110)와 에지 플라즈마 발생부(120)는 공통 전원 공급원(150)에 연결되어 무선 주파수 전원을 공급받을 수 있다. 공통 전원 공급원(150)으로부터 발생된 무선 주파수 전원은 임피던스 정합기(152)와 스위치(158)를 통해 가스 공급부(110) 또는 에지 플라즈마 발생부(120)로 공급될 수 있다.
스위치(158)가 가스 공급부(110)와 연결되면, 가스 공급부(110)에는 무선 주파수 전원이 공급되고 플라즈마 반응기(100) 내부의 중심 영역에만 플라즈마가 발생한다. 또한 스위치(158)가 에지 플라즈마 발생부(120)와 연결되면, 에지 플라즈마 발생부(120)에는 무선 주파수 전원이 공급되고 플라즈마 반응기(100) 내부의 주변 영역에만 플라즈마가 발생한다. 즉, 플라즈마 반응기(100) 내부의 중심 영역 또는 주변 영역에 선택적으로 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
도 8은 상부전극과 에지플라즈마 발생부에 동일 가스를 공급하는 구조를 도시한 도면이고, 도 9는 상부전극과 에지플라즈마 발생부에 서로 다른 가스를 공급하는 구조를 도시한 도면이다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 가스 공급부(110)와 에지 플라즈마 발생부(120)에 동일한 가스를 공급할 수도 있고, 서로 다른 가스를 공급할 수도 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 가스 공급부(110)와 에지 플라즈마 발생부(120)는 가스 공급원(140)으로부터 동일한 가스를 공급받아 플라즈마를 생성한다. 또한 가스 공급원(140)와 가스 공급부(110), 가스 공급원(140)과 에지 플라즈마 발생부(120) 사이에는 각각 밸브(142)가 구비되어 가스 공급부(110)와 에지 플라즈마 발생부(120)로 공급되는 가스를 동시에 공급하거나 분리하여 공급할 수도 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 가스 공급부(110)는 제1가스 공급원(140a)으로부터 가스를 공급받고, 에지 플라즈마 발생부(120)는 제2가스 공급원(140b)으로부터 가스를 공급받을 수 있다. 즉, 가스 공급부(110)와 에지 플라즈마 발생부(120)에는 서로 다른 가스가 공급될 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 플라즈마 반응기의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다.
그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
100: 플라즈마 반응기 101: 챔버 하우징
101a: 배기펌프 102: 기판 지지대
103: 피처리 기판 104: 바이어스 전원
106, 114, 124, 152: 임피던스 정합기 108: 리프트핀
108a: 리프트핀 구동기 110: 가스 공급부
110a, 125: 가스 주입구 112: 메인 전원 공급원
116: 가스 분사홀 120: 에지 플라즈마 발생부
122: 에지 전원 공급원 126: 커버부
126a, 126b: 상, 하부 커버부재 127: 플라즈마 배출구
128: 플라즈마 발생부재 129: 냉각수 공급원
130: 배플판 132: 홀
134: 열선 135: 절연체
136: 히터전원 공급원 140: 가스 공급원
140a, 140b: 제1, 2가스 공급원 142: 밸브
150: 공통 전원 공급원 158: 스위치

Claims (10)

  1. 내부에 피처리 기판이 놓이는 기판 지지대를 갖는 플라즈마 반응기;
    상기 기판 지지대와 대응되도록 상기 플라즈마 반응기의 상부에 위치되고, 전원 공급원과 연결되어 상기 기판 지지대와의 사이에서 플라즈마를 발생시키는 상부전극; 및
    상기 상부전극의 외측을 따라 환형으로 형성되어 상기 피처리 기판의 에지영역으로 플라즈마를 발생시키는 에지 플라즈마 발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부전극은 복수 개의 가스 분사홀을 갖는 샤워헤드 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에지 플라즈마 발생부는
    상기 상부전극의 외주면을 따라 설치되는 플라즈마 발생부재; 및
    상기 플라즈마 발생부재를 감싸는 구조로, 가스 주입구가 구비되고 발생된 플라즈마가 상기 플라즈마 반응기 내부로 배출되도록 형성된 플라즈마 배출구를 포함하는 커버부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 플라즈마 배출구는 상기 커버부재의 내주면을 따라 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 환형 플라즈마 발생부재는 링 형상의 전극 또는 안테나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응기 내부에는 상기 상부전극과 상기 기판지지대 사이에 구비되는 배플판을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 배플판은 내부에 열을 발생시키는 열선이 포함된 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 상부전극과 상기 에지 플라즈마 발생부는 공통 전원 공급원으로부터 무선 주파수 전원을 공급받거나 서로 다른 전원 공급원으로부터 무선 주파수 전원을 공급받는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응기는 상기 공통 전원 공급원으로부터 발생된 무선 주파수 전원을 상기 상부전극 또는 상기 에지 플라즈마 발생부로 공급하기 위한 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 상부전극과 상기 에지 플라즈마 발생부에는 동일한 플라즈마 반응 가스 또는 서로 다른 플라즈마 반응 가스가 제공되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
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