KR20150077129A - 유도 결합 플라즈마 처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유도 전계에 의해 플라즈마를 생성하여 기판을 플라즈마 처리하는 유도 결합 플라즈마 처리장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치는 챔버, 챔버 외부의 유전체 창 외측에 배치되는 안테나, 챔버의 상부에 배치되어 유전체 창과 안테나가 수용되는 수용 공간을 형성하는 리드 및 안테나의 임피던스 제어를 위해 수용 공간에 배치되는 가변 커패시터와 가변 커패시터에 구동력을 제공하도록 별도의 리드의 외부 공간에 배치되는 구동부를 갖는 가변 커패시터 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 가변 커패시터를 구동하는 구동부와 안테나를 별도의 공간에 배치하여 구동부에 노이즈가 발생되는 것을 저지함으로써 정상적인 가변 커패시터 구동유닛의 작동에 따라 플라즈마 균일도를 향상시킬 수 있다.

Description

유도 결합 플라즈마 처리장치{APPARATUS FOR PROCESSING INDUCTIVELY COUPLED PLASMA}
본 발명은 유도 결합 플라즈마 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유도 전계에 의해 플라즈마를 생성하여 기판을 플라즈마 처리하는 유도 결합 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
유도 결합 플라즈마 처리장치는 반도체 및 디스플레이 제조 공정 상에서 식각을 위한 에칭 공정 또는 증착물을 증착하기 위한 증착 공정에 사용되는 제조 장치이다. 이러한 반도체 및 디스플레이 제조 공정 중 에칭 공정에 사용되는 유도 결합 플라즈마 처리장치는 반응성 이온 에칭 장치 또는 축전 결합형 플라즈마 에칭 장치에 비하여 금속에 대한 식각 효율이 상대적으로 뛰어난 장점이 있다.
여기서, 유도 결합 플라즈마 처리장치는 반응성 이온 에칭 장치 또는 축전 결합형 플라즈마 에칭 장치에 비하여 금속에 대한 식각 효율이 상대적으로 뛰어난 장점이 있지만 대면적 기판에 대한 에칭에는 사용상의 어려움이 있다. 상세하게 대면적 기판의 에칭을 위해 사용되는 유도 결합 플라즈마 처리장치는 플라즈마의 불균일하기 때문에 이를 개선하기 위하여 가변 커패시터(VVC: Vacuum Variable Capacitor)가 적용되었다.
한편, 유도 결합 플라즈마 장치에 사용되는 가변 커패시터는 구동부에 연결되어 구동되며, 특히 가변 커패시터와 구동부는 RF 전원과 연결된 안테나를 수용하는 리드의 수용공간에 배치된다.
그런데 유도 결합 플라즈마 처리장치에 RF 전원의 인가될 때, 안테나의 RF 전류에 의해 구동부에 노이즈가 발생될 수 있음에 따라 가변 커패시터의 사용성이 저하되는 문제점이 있다.
대한민국공개특허공보 제10-2010-0053253호; 유도 결합 플라즈마 안테나
본 발명의 목적은 가변 커패시터 및 이를 구동하는 구동부에서 발생될 수 있는 노이즈를 차단하기 위해 구조가 개선된 유도 결합 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이다.
상기 과제의 해결 수단은, 본 발명에 따라 챔버와, 상기 챔버 외부의 유전체 창 외측에 배치되는 안테나와, 상기 챔버의 상부에 배치되어 상기 유전체 창과 상기 안테나가 수용되는 수용 공간을 형성하는 리드와, 상기 안테나의 임피던스 제어를 위해 상기 수용공간에 배치되는 가변 커패시터 및 상기 가변 커패시터에 구동력을 제공하도록 별도의 상기 리드의 외부 공간에 배치되는 구동부를 갖는 가변 커패시터 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치에 의해 이루어진다.
여기서, 상기 리드는 상기 유전체 창이 배치되는 리드 프레임과, 상기 유전체 창에 대향 배치되며 상기 수용공간과 상기 외부공간으로 구획하는 상부 리드와, 상기 리드 프레임과 상기 상부 리드를 상호 연결하여 상기 수용공간을 형성하는 측부 리드를 포함할 수 있다.
바람직하게 상기 가변 커패시터 구동 유닛의 상기 가변 커패시터와 상기 구동부는 상기 상부 리드를 사이에 두고 각각 상기 수용공간과 상기 외부공간에 배치될 수 있다.
그리고, 상기 가변 커패시터 유닛은 상기 구동부의 작동을 감지하는 외부 엔코더와, 상기 가변 커패시터에 배치되어 상기 가변 커패시터의 열을 방열하는 냉각부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 유도 결합 플라즈마 처리장치는 상기 냉각부로 냉각유체를 순환시키는 냉각순환부와, 상기 냉각부와 상기 냉각순환부를 상호 연결하여 상기 냉각순환부에 의해 순환되는 냉각유체의 유로를 형성하는 냉각배관을 더 포함할 수 있다.
더불어, 상기 유도 결합 플라즈마 처리장치는 상기 안테나에 연결되어 상기 안테나에서의 전류 값을 감지하는 변류기와, 상기 변류기에서 감지하는 전류값을 수신하여 처리하는 신호 처리부와, 상기 신호 처리부로부터 전달받은 데이터에 기초하여 상기 가변 커패시터 유닛의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
한편, 바람직하게 상기 안테나는 RF 전원으로부터 복수 개로 분기되어 연장되고, 상기 변류기는 분기된 각각의 상기 안테나에 연결되어 각 영역의 상기 안테나에서의 전류 값의 변화를 감지할 수 있다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치는 가변 커패시터를 구동하는 구동부와 안테나를 별도의 공간에 배치하여 안테나로 인가되는 RF 전류에 의해 구동부에 노이즈가 발생되는 것을 저지할 수 있고, 이에 따라 정상적인 가변 커패시터 구동유닛의 작동에 따라 플라즈마 균일도를 향상시킬 수 있는 작용효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치의 개략 단면도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치의 주요부 구성도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치의 상측 주요부의 사시도,
도 4는 도 3에 도시된 가변 커패시터 유닛의 배면 사시도,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치의 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하에서 설명되는 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치의 개략 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치의 주요부 구성도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치(1)는 챔버(10), 스테이지(20), 정전척(30), 리드(40), 유전체 창(50), 안테나(60) 및 가변 커패시터 유닛(70)을 포함한다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치(1)는 냉각순환부(80; 도 5 참조), 냉각배관(90; 도 5 참조), RF 전원(100; 도 5 참조), 매칭박스(110; 도 5 참조), 변류기(120; 도 5 참조), 신호 처리부(130; 도 5 참조), 제어부(140; 도 5 참조) 및 입출력부(150; 도 5 참조)를 더 포함한다.
챔버(10)는 챔버몸체(11), 플라즈마 처리공간(13), 게이트(17) 및 배기홀(19)을 포함한다. 챔버몸체(11)는 기판(S)의 플라즈마 처리를 위한 플라즈마 처리공간(13)을 형성한다. 게이트(17)는 챔버몸체(11) 내부의 플라즈마 처리공간(13)으로 인입, 그리고 플라즈마 처리가 끝난 기판(S)을 인출하기 위해 마련된다. 배기홀(19)은 챔버몸체(11)에 관통 형성되어 챔버몸체(11) 내부가 진공 펌핑되도록 형성된다.
스테이지(20)는 챔버(10)의 내부, 즉 플라즈마 처리공간(13)에 배치된다. 여기서, 스테이지(20)에는 기판(S)(웨이퍼 또는 다양한 크기의 투명 기판)이 안착된다. 정전척(30)은 스테이지(20)와 기판(S) 사이에 배치되어 기판(S)을 척킹한다.
다음으로 리드(40)는 챔버(10)의 상부에 배치되어 유전체 창(50)과 안테나(60)가 수용되는 수용 공간(47)을 형성한다. 리드(40)는 챔버(10)의 상부에 착탈 가능하게 배치된다. 즉, 리드(40)는 챔버(10) 내부의 클리닝 또는 리드 하부면의 클리닝을 위해 챔버(10)로부터 분리될 수 있다.
리드(40)는 본 발명의 일 실시 예로서, 리드 프레임(41), 상부 리드(43), 측부 리드(45) 및 수용 공간(47)을 포함한다. 리드 프레임(41)은 유전체 창(50)이 배치되며 챔버(10) 상부를 밀폐한다. 상부 리드(43)는 유전체 창(50)에 대향 배치되며 수용 공간(47)과 외부 공간(E; 도 5 참조)으로 구획한다. 측부 리드(45)는 리드 프레임(41)과 상부 리드(43)를 상호 연결하여 안테나(60)가 수용되는 수용 공간(47)을 형성한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치의 상측 주요부의 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 가변 커패시터 유닛의 배면 사시도이다.
유전체 창(50)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 챔버(10)의 상부에 배치된다. 유전체 창(50)의 상부에는 RF 전원(100)으로부터 전원이 인가되는 안테나(60)가 설치된다.
안테나(60)는 챔버(10) 외부의 유전체 창(50) 외측에 배치된다. 안테나(60)는 9개의 분할된 영역(A1 ~ A9)에 연결된다. 여기서, 각각의 영역(A1 ~ A9)에 연결된 안테나(60)는 4개의 하위 안테나(60), 즉 제1안테나(61; 도 5 참조), 제2안테나(62; 도 5 참조), 제3안테나(63; 도 5 참조) 및 제4안테나(64; 도 5 참조)로 분기된다. 각각의 하위 안테나(60)인 제1 내지 제4안테나(61, 62, 63, 64)는 해당 영역에서 동일한 방향으로 권취되어 있다. 본 발명의 실시 예에서 안테나(60)는 9개의 분할된 영역(A1 ~ A9)에 연결된 것으로 설명되나, 이는 제한적이지 않고 변경 실시될 수 있음을 밝혀둔다.
가변 커패시터 유닛(70)은 가변 커패시터(71) 및 구동부(73)를 포함한다. 또한, 가변 커패시터 유닛(70)은 외부 엔코더(75), 절연 플랜지(77) 및 냉각부(79)를 더 포함한다. 가변 커패시터 유닛(70)은 안테나(60)의 개수에 대응되어 복수 개로 배치된다. 가변 커패시터 유닛(70)은 플라즈마 균일도를 유지하기 위한 임피던스 제어를 위해 동작한다. 상세하게, 복수 개의 가변 커패시터(71)는 임피던스 제어를 위해 각각 대응된 구동부(73)로부터 제공된 구동력에 의해 개별적으로 제어된다.
가변 커패시터(71)와 구동부(73)는 상부 리드(43)를 사이에 두고 배치된다. 즉, 가변 커패시터(71)는 안테나(60)를 수용하는 리드(40)의 수용 공간(47)에 함께 수용되고, 구동부(73)는 상부 리드(43)에 구획되어 리드(40)의 외부 공간(E)에서 가변 커패시터(71)에 연결된다. 이렇게 구동부(73)는 안테나(60)의 수용 공간(47)과 구획된 별도의 외부 공간(E)에 배치됨으로써 RF 전원(100)의 RF 인가에 따른 안테나(60)로부터의 RF 전류에 의해 노이즈가 발생되는 것이 저지될 수 있다. 구동부(73)는 본 발명의 일 실시 예로서 스텝 모터로 마련되나, 설계 변경에 따라 서보 모터 등과 같은 다양한 공지된 모터가 사용될 수 있다. 여기서, 구동부(73)는 PID(Proportional-plus-Integrate-plus-Derivative) 제어기를 이용하여 제어한다. PID 제어기는 구동부(73)의 제어장치에 일체로 구비될 수 있으므로 별도로 도시 하지 않았다.
이러한 PID 제어기는 비례-적분-미분 제어를 하는 자동 제어기이다. PID 제어는 목표 값에 인접하게 구동부(73)의 동작을 제어할 수 있고, 외란(disturbance)에 대하여 기민하게 반응하여 적극적으로 신속히 목표 값이 되도록 구동부(73)를 제어한다.
외부 엔코더(75)는 가변 커패시터(71)의 회전 각도를 감지하도록 마련된다. 외부 엔코더(75)는 원형판(75a) 및 원형판(75a)의 원주 방향을 따라 7.2도 마다 형성된 총 50개의 감지홀(75b)을 포함한다. 또한, 외부 엔코더(75)는 원형판(75a)의 외부 상부와 하부에 각각 발광부와 수광부가 위치하도록 된 감지센서(75c)를 포함한다. 그리고, 가변 커패시터(71)에는 Z-스캔 센서(미도시)가 함께 배치된다.
절연 플랜지(77)는 외부 엔코더(75)를 거쳐서 연장된다. 냉각부(79)는 가변 커패시터(71)의 단부에 배치되어 가변 커패시터(71)의 열을 방열한다. 냉각부(79)는 이하에서 상세히 설명할 냉각순환부(80) 및 냉각배관(90)에 연결된다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치의 구성도이다.
냉각순환부(80)는 가변 커패시터 유닛(70)의 냉각부(79)로 냉각유체를 순환시킨다. 냉각순환부(80)는 냉각유체를 저장하는 저장부와 함께 냉각유체를 순환시키도록 순환펌프로 구성될 수 있다. 그리고, 냉각배관(90)은 냉각부(79)와 냉각순환부(80)를 상호 연결하여 냉각순환부(80)에 의해 순환되는 냉각유체의 유로를 형성한다. 냉각배관(90)은 상부 리드(43)를 관통하여 리드(40) 내부의 수용 공간(47)에 배치된 냉각부(79)와 연결된다.
RF 전원(100)은 안테나(60)에 연결된다. 매칭박스(110)는 RF 전원(100)으로부터 인가되는 임피던스를 공정에 필요한 임피던스로 매칭하기 위해서 배치된다. 매칭박스(110)는 임피던스 자동 정합장치로도 불린다. 즉, 매칭박스(110)는 반도체 전 공정, 예를 들어 본 발명의 실시 예와 같은 에칭 공정 장비에 사용된다.
변류기(120; Current Transducer)는 각각의 안테나(60)에 연결된다. 변류기(120)는 안테나(60)에서의 전류 변화를 감지한다. 각각의 변류기(120)로부터 감지되는 전류 값을 전달받은 신호 처리부(130)가 네트워크 상에 연결된다. 신호 처리부(130)는 각각의 변류기(120)로부터 전류 값을 수신하여 아날로그 또는 디지털 신호로 변환한다. 제어부(140)는 신호 처리부(130)에서 변환된 신호를 수신한다. 이때 신호 처리부(130)에서 제어부(140)로 전송되는 신호에는 해당 안테나(60)에 대한 식별을 위한 식별자가 포함될 수 있다. 그리고, 전류 값을 수신한 제어부(140)는 전류 값 변화의 이상 유무를 판단한다.
입출력부(150)는 제어부(140)에서 판단된 전류 값 이상을 외부로 출력하고, 필요한 경우 장치의 구동과 관련된 다양한 조작 명령을 입력하기 위해 마련된다. 입출력부(150)는 외부로 이상 경보를 알리기 위한 경보 기능을 포함할 수 있고, 또는 이상 유무를 별도로 표시하는 디스플레이 장치일 수 있다. 그리고, 입출력부(150)는 터치패드 및 키보드 등 다양한 입력수단이 사용될 수 있다.
이에, 가변 커패시터를 구동하는 구동부와 안테나를 별도의 공간에 배치하여 안테나로 인가되는 RF 전류에 의해 구동부에 노이즈가 발생되는 것을 저지할 수 있고, 이에 따라 정상적인 가변 커패시터 구동유닛의 작동에 따라 플라즈마 균일도를 향상시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징들이 변경되지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것으로 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 챔버 40: 리드
41: 리드 프레임 43: 상부 리드
45: 측부 리드 47: 수용공간
60: 안테나 70: 가변 커패시터 유닛
71: 가변 커패시터 73: 구동부
79: 냉각부 80: 냉각순환부
90: 냉각배관 120: 변류기
130: 신호 처리부 140: 제어부

Claims (7)

  1. 챔버와;
    상기 챔버 외부의 유전체 창 외측에 배치되는 안테나와;
    상기 챔버의 상부에 배치되어, 상기 유전체 창과 상기 안테나가 수용되는 수용 공간을 형성하는 리드와;
    상기 안테나의 임피던스 제어를 위해 상기 수용 공간에 배치되는 가변 커패시터 및 상기 가변 커패시터에 구동력을 제공하도록 별도의 상기 리드의 외부 공간에 배치되는 구동부를 갖는 가변 커패시터 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리드는,
    상기 유전체 창이 배치되는 리드 프레임과;
    상기 유전체 창에 대향 배치되며, 상기 수용공간과 상기 외부공간으로 구획하는 상부 리드와;
    상기 리드 프레임과 상기 상부 리드를 상호 연결하여, 상기 수용공간을 형성하는 측부 리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가변 커패시터 구동 유닛의 상기 가변 커패시터와 상기 구동부는 상기 상부 리드를 사이에 두고 각각 상기 수용공간과 상기 외부공간에 배치되는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 가변 커패시터 유닛은,
    상기 구동부의 작동을 감지하는 외부 엔코더와;
    상기 가변 커패시터에 배치되어, 상기 가변 커패시터의 열을 방열하는 냉각부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유도 결합 플라즈마 처리장치는,
    상기 냉각부로 냉각유체를 순환시키는 냉각순환부와;
    상기 냉각부와 상기 냉각순환부를 상호 연결하여, 상기 냉각순환부에 의해 순환되는 냉각유체의 유로를 형성하는 냉각배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 유도 결합 플라즈마 처리장치는,
    상기 안테나에 연결되어, 상기 안테나에서의 전류 값을 감지하는 변류기와;
    상기 변류기에서 감지하는 전류값을 수신하여 처리하는 신호 처리부와;
    상기 신호 처리부로부터 전달받은 데이터에 기초하여, 상기 가변 커패시터 유닛의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 안테나는 RF 전원으로부터 복수 개로 분기되어 연장되고,
    상기 변류기는 분기된 각각의 상기 안테나에 연결되어 각 영역의 상기 안테나에서의 전류 값의 변화를 감지하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치.
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