KR20160101690A - 플라즈마 처리장치용 소스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판에 대하여 플라즈마를 발생시켜 소정의 처리를 하는 플라즈마 처리장치에 사용되는 소스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극에 복수의 자석을 구비하되, 척력이 발생되도록 배열하여 표면 가우스를 현저히 상승시키고 전극을 감싸는 환형의 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 처리장치용 소스에 관한 것이다.
본 발명에 의한 플라즈마 처리장치용 소스는 복수개의 자석을 포함하되, 이웃하는 자석들끼리 상호 척력이 발생되도록 연속하여 배열된 자석 조립체; 및 내부가 중공형성되어 상기 자석 조립체가 내장되고, 전도성 재질로 형성되는 전극관;을 포함한다.

Description

플라즈마 처리장치용 소스{SOURCE FOR PLASMA TREATMENT APPARATUS}
본 발명은 기판에 대하여 플라즈마를 발생시켜 소정의 처리를 하는 플라즈마 처리장치에 사용되는 소스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극에 복수의 자석을 구비하되, 척력이 발생되도록 배열하여 표면 가우스를 현저히 상승시키고 전극을 감싸는 환형의 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 처리장치용 소스에 관한 것이다.
기판에 트랜지스터 등의 전자 소자와 회로 도선을 형성하는 작업은 반도체 장치 제조나 평판 표시장치 제조 등에서 광범위하게 이루어지고 있다. 가령, 화학기상증착에서는 전자 소자나 도선 형성을 위한 도전막이나 절연막을 만들기 위해 기판이 배치된 공간에 소스 가스(source gas)를 투입하여 기판 표면에 소스 가스들의 화학작용에 의해 만들어지는 물질의 박막(thin film)을 형성하게 된다.
화학기상증착과 같은 기판 처리에 있어서 별다른 조건 부여 없이 소스 가스 투입만으로 공정이 이루어지는 경우도 있지만, 대개 기판 처리의 효율을 높이기 위해 공정이 이루어지는 공정실을 고온으로 하거나, 플라즈마(plasma)를 형성하여 박막을 형성할 소스들의 활성도를 높이는 방법을 사용하고 있다.
이러한 기판 처리에 있어서 처리 효과는 이상적으로는 기판 표면에서만 이루어지는 것이 바람직하지만 실제는 챔버(chamber) 내의 모든 표면에서 물질막 증착과 같은 표면 처리 결과가 이루어질 수 있으며, 따라서, 공정 챔버를 비롯하여 그 내부에 설치되는 설비들을 수시로 혹은 정기적으로 유지 보수(maintenance)할 필요가 있다.
특히, 플라즈마를 형성하여 화학기상증착을 효율적으로 이루어지도록 하는 경우, 플라즈마 형성을 위한 전극 표면에 절연성 물질막이 쌓여 전극(electrode)의 기능을 해칠 수 있으므로 중점적인 관리가 필요하게 된다.
액정표시장치(LCD)나 유기발광다이오드(OLED) 등의 표시장치나 연성인쇄회로기판(FPCB)은 기판 표면에 반도체 전자소자나 회로 패턴을 형성하기 위해 기판 표면에 반도체막과 절연체막을 형성할 필요가 있고, 이를 위해 CVD 장치와 같은 기판 표면 처리 장치가 많이 사용된다. 기판 크기가 커지면서 CVD 장치의 챔버나 소스 공급장치 등 기타 요소들의 크기도 커지고, 이를 관리하기 위해서는 더욱 많은 시간과 수고가 필요하게 된다.
그런데, 기판 표면 처리 장치의 유지 관리 작업을 할 때에는 장비의 가동을 중단하고 다시 세팅을 해야하는 등 작업에 시간이 많이 들게 되므로 기판을 생산하는 시간이 줄어들고, 공정 효율이 떨어지며, 대형 장비일수록 그 소요 시간과 비용을 증가하게 된다.
따라서, 장비 가동 중단 시간을 짧게 하거나 유지 보수 작업의 필요성을 작게할 수 있는 기판 표면 처리 장치가 요청된다.
대한민국 특허공개 제10-2011-0118622호에는 기판에 박막을 형성하는 공정 과정에서도 전극에 적층되는 물질들을 제거하여 유지보수의 필요성을 줄인 기판 표면 처리 장치 및 방법이 개시된다.
도 1은 이러한 기판처리장치, 특히 플라즈마를 발생시켜 기판(S)의 표면에 소정의 처리를 하는 플라즈마 처리장치(100)를 나타낸다. 이런 플라즈마 처리장치(100)에서는 플라즈마(P) 형성을 위한 두 개의 트랙형 혹은 이중 라인형 이온 소스의 전극에 서로 다른 극성을 인가하여 두 개의 이온 소스가 번갈아 가면서 이온 소스로 작용하고, 이온 소스로 작용하지 않는 기간에는 전자 공급원 기능 및 전극의 자체 세정 기능을 수행하여 전체로서는 장시간 유지 보수 없이 지속적인 이온 소스로서 작용하는 구성이 이루어진다. 특히, 복수의 자석(M1~M4)이 구비된 것을 알 수 있다.
그러나, 이런 구성에서는 지속적인 이온 공급을 위해 두 개의 트랙형 혹은 이중 라인형 이온 소스가 필요하며, 따라서, 하나의 이온 소스로 구성된 경우에 비해 설치 비용과 설치 공간이 더 많이 필요하다는 제약요인이 존재한다.
또한 플라즈마가 발생되는 영역이 국한되어 있어 하나의 기판만을 처리할 수 있을 뿐이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전극에 복수의 자석을 구비하되, 척력이 발생되도록 배열하여 표면 가우스를 현저히 상승시킬 수 있는 플라즈마 처리장치용 소스를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 전극을 감싸는 환형의 플라즈마를 발생시켜 전극의 양측에서 한 쌍의 기판을 동시에 처리할 수 있는 플라즈마 처리장치용 소스를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전극의 표면적을 크게 함으로써 플라즈마 밀도(density)를 향상시키고, 기판 측 접착력을 강화할 수 있는 플라즈마 처리장치용 소스를 제공함에 있다.
위와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 플라즈마 처리장치용 소스는 복수개의 자석을 포함하되, 이웃하는 자석들끼리 상호 척력이 발생되도록 연속하여 배열된 자석 조립체; 및 내부가 중공형성되어 상기 자석 조립체가 내장되고, 전도성 재질로 형성되는 전극관;을 포함한다.
또한 상기 자석 조립체는 상기 자석들끼리 상호 척력이 발생되도록 배열된 상태에서 상기 자석들을 고정하도록 자석 고정수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한 상기 자석 고정수단은 내부가 중공되어 상기 자석들을 내장하고, 일측 또는 양측을 폐쇄하여 내장된 상기 자석들을 고정하는 자석 고정관인 것이 바람직하다.
또한 상기 자석 고정수단은, 상기 복수의 자석을 상호 척력이 발생되도록 배열된 상태에서 관통하는 자석 고정축과, 상기 자석들이 상기 자석 고정축으로부터 이탈되지 않도록 상기 자석 고정축의 끝단에 체결되는 체결부재를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 상기 전극관의 내부에는 냉각수가 흐르도록 유로가 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 자석 고정축은 축방향의 중심에 냉각수가 흐르도록 관통홀이 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 전극관은 표면적을 넓게 하기 위하여 외주면에 복수의 홈이 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 전극관은 표면적을 넓게 하기 위하여 원주방향 또는 길이방향으로 적어도 1 이상의 그루브(groove)가 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 자석은 원기둥 형태이며, 이웃하는 자석들의 밑면이 서로 접하도록 배열되는 것이 바람직하다.
또한 상기 전극관의 주위에는 환형의 플라즈마가 복수개 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 전극에 복수의 자석을 구비하되, 척력이 발생되도록 배열함으로써 동일 조건에서 표면 가우스를 현저히 상승시킬 수 있는 효과가 있다.
이와 같이 표면 가우스가 상승함에 따라 플라즈마 밀도(density)가 높아지고, 특히, 고진공 분위기에서도 플라즈마를 생성할 수 있게 된다.
또한 전극을 감싸는 환형의 플라즈마를 발생시켜 전극의 양측에서 한 쌍의 기판을 동시에 처리할 수 있는 효과가 있다.
또한 복수의 자석을 스캐닝하여 기판에 대하여 균일한 처리가 가능하다.
또한 전극의 표면적을 크게 함으로써 플라즈마 밀도가 높아지고, 기판 측 접착력을 강화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 플라즈마 처리장치의 전극을 나타낸 것이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예 중 요부를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 의한 실시예의 사용상태를 나타낸 것이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명에 의한 다양한 실시예를 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예의 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다.
본 발명에 의한 플라즈마 처리장치는 챔버와 기판이송수단(미도시)과 소스와 매니폴드를 포함한다.
챔버는 기판에 대하여 소정의 처리를 실시하는 공간을 부여하는 구성요소로서, 진공수단이 연결되어 공정에 따라 진공도를 조절한다.
상기 기판이송수단은 상기 챔버의 내부에서 기판을 반입 또는 반출하는 구성요소이고, 경우에 따라 공정 중에 소스에 대하여 기판을 스캐닝하기도 한다.
도 2를 참조하면, 플라즈마 처리장치(1)의 소스(10)는 자석 조립체와, 자석 고정관(12)과, 전극관(13)과, 쿼츠관(Quartz-pipe,14)을 포함한다. 또한 상기 자석 조립체는 복수의 자석과, 상기 자석을 고정하는 자석 고정수단을 포함한다.
특히, 본 발명에 의하면 상기 복수의 자석(11)은 같은 극끼리 마주보도록 설치된다는 것을 알 수 있다. 따라서 조립이 완료된 상태에서 이웃하는 자석들끼리 척력이 발생되도록 배열하는 것이다. 이와 같이 배열하는 것은 자석(11)의 표면 가우스를 증가시키기 위한 것이다. 측정 결과, 동일한 조건에서 복수의 자석(11)을 인력이 작용하도록 배열했을 때보다 본 실시예와 같이 척력이 작용하도록 배열했을 때 표면 가우스가 약 200배 정도 증가하는 것으로 측정되었다.
이와 같이 표면 가우스가 증가하면, 플라즈마 밀도(plasma density)가 높아질 뿐만 아니라 특히 고진공 분위기에서 플라즈마를 생성하는 것이 가능하게 된다. 본 발명과 같이 고진공 분위기에서 플라즈마를 생성할 수 있다는 것은 여러 가지 장점이 있다. 예를 들어 PECVD의 경우, 챔버 분위기가 고진공일수록 증착속도가 빨라지고, 자유행정거리가 커지므로 기판에 형성되는 막이 균일하게 성막되며, 막질의 물성이 개선된다는 것은 주지의 사실이다. 따라서 본 발명과 같이 자석들을 같은 극끼리 마주보게 배열하게 되면 고진공 분위기에서 플라즈마를 생성하여 위와 같은 효과를 기대할 수 있는 것이다.
이와 같이 표면 가우스를 증가시키기 위해 본 발명은 자석들을 척력이 발생되도록 배열하기 때문에 자석 고정수단이 필요하다. 본 발명에 의한 자석 고정수단의 일 예로서 자석 고정관과 자석 고정축이 있다.
먼저, 상기 자석 고정관(12)은 본 실시예에서는 상하부가 개방된 알루미늄관으로 형성되며, 복수의 자석(11)을 삽입한 상태에서 상부와 하부를 테프론 소재의 커버(15)로 실링을 하여 자석들을 고정한다.
상기 전극관(13)은 본 실시예에서는 전원이 공급되어 플라즈마를 발생시키는 구성요소로 구리 또는 알루미늄 재질로 형성된다.
한편, 챔버 내부에서 플라즈마를 발생시켜 기판(S)에 대하여 소정의 처리를 실시하게 되면, 전극관(13)의 표면에 이물질이 부착된다. 따라서 전극관(13)을 주기적으로 세정을 해줘야 한다. 그런데 전극관(13)을 세정하는 것은 복잡할 뿐만 아니라 플라즈마 생성에 영향을 미칠 수 있기 때문에 상대적으로 세정이 용이한 쿼츠관(14)을 덧씌워 제조함으로써, 이물질이 전극관(13)이 아닌 쿼츠관(14)에 달아 붙도록 하는 구성요소이다. 물론, 쿼츠관(14)을 배제한 구성도 가능하며, 특히, 쿼츠관(14) 대신 전극관(13)의 표면을 아노다이징 처리함으로써 이물질이 부착되는 문제를 해결할 수도 있다.
또한 본 실시예에서는 위와 같이 구성된 소스(10) 사이에는 폴리머를 공급하는 매니폴드(20)가 구비된다. 상기 매니폴드(20)에는 폴리머를 공급하는 공급홀(21)이 형성되어 있다.
도 3 및 도 4는 자석(11)을 배열하고 고정하는 다른 실시예를 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, 자석(11)은 원기둥 형태로 형성되되, 그 중심에 체결홀(11a)을 형성하고, 상기 체결홀(11a)을 통해 자석 고정축(31)을 관통시킨다. 마지막으로 상기 자석 고정축(31)의 끝단에 체결부재(32)인 너트를 체결하여 자석(11)을 같은 극끼리 마주보도록 배열하고 고정하는 것이다. 이와 같이 자석 고정축(31)과 체결부재(32)를 이용함으로써, 자석(11)을 같은 극끼리 마주보도록 용이하게 배열하고 고정할 수 있게 된다.
따라서 상기 자석고정축(31)의 끝단에는 체결부재(32)를 체결할 수 있도록 탭이 형성되는 것은 당연하다. 더 나아가 상기 자석 고정축(31)의 중심에는 냉각수가 흐르는 관통홀(16)이 형성될 수 있다.
이와 같이 자석고정축(31)과 체결부재(32)에 고정된 자석(11)을 자석 고정관(12)에 삽입하는 것도 가능하지만, 자석고정관(12)을 배제하는 구성도 가능하다. 즉, 자석고정축(31)과 체결부재(32)에 고정된 자석(11)을 곧바로 전극관(13)에 삽입하는 것이다.
도 5를 참조하면, 소스(10)의 상부와 하부에는 냉각수가 공급, 배출되는 냉각수 공급구(ℓa)와 냉각수 배출구(ℓb)가 형성되어 있고, 이들 사이에는 유로가 형성되어 있으며, 상기 자석 고정축(31)의 중심에 형성된 관통홀(16)로 유로의 일부가 되는 것이다. 또한 전원(17)이 연결된다.
이 상태에서 상기 전원(17)을 공급하게 되면, 상기 자석(11)의 주위에 환형의 플라즈마(P)가 형성되는 것이 확인된다. 상기 환형의 플라즈마(P)는 자석(11)의 수만큼 형성된다.
도 6을 참조하면, 상기 플라즈마(P)는 환형으로서 입체적으로 형성되기 때문에 소스(10)를 사이에 두고 한 쌍의 기판(S1,S2)을 마주보게 배치함으로써 한 쌍의 기판(S1,S2)을 동시에 플라즈마 처리할 수 있게 된다. 즉, 소스(10)를 사이에 두고 한 쌍의 기판(S1,S2)을 마주보게 배치한 다음, 상기 기판들을 이동(스캐닝)함으로써 한 쌍의 기판(S1,S2)을 동시에 플라즈마 처리하는 것이다.
또한 도시되지는 아니하였으나, 상기 소스(10)를 기판(S1,S2)의 면적에 대응하여 복수개 구비한다면, 기판(S1,S2)을 스캐닝하지 않고 정지상태에서 기판(S1,S2)의 전면적에 대하여 플라즈마 처리하는 것도 가능하다. 이와 같이 기판(S1,S2)을 정지상태에서 처리한다면, 챔버의 부피가 현저히 작아진다.
또한 자석(11)들을 상하방향으로 스캐닝하는 이동수단(미도시)을 구비하여 자석(11)들을 스캐닝한다면, 기판(S1,S2)에 대하여 보다 균일하게 플라즈마 처리할 수 있게 된다.
도 7 내지 도 9는 본 발명에 의한 다른 실시예를 나타낸 것이다.
도 7에 도시된 소스(10A)는 상기 전극관(13)의 표면에 원주방향으로 그루브(groove, Ga)가 형성되어 있는 것이다. 또한 냉각수는 전극관(13)과 자석 사이로 공급되어 열을 교환한 다음, 자석 고정축(31)의 관통홀(16)을 통과해 배출된다.
도 8의 (a)는 소스(10B)의 정면도이고, (b)는 평면도이다. 도 8에 도시된 소스(10B)는 상기 전극관(13)의 표면에 원주방향으로 제1그루브(groove, 13a)가 형성되어 있을 뿐만 아니라, 길이방향으로도 제2그루브(13b)가 형성되어 있다. 이와 같이 전극관(13)의 표면에는 제1그루브(13a)와 제2그루브(13b)가 교차하여 돌출부(13c)가 형성되어 있는 것을 알 수 있다.
마지막으로 도 9에 도시된 소스(10C)는 전극관(13)의 외주면에 복수개의 홈(13d)이 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이 가공하는 것은 예를 들어 드릴을 이용하여 외주면에 홈(13d)을 형성하는 것이다. 상기 홈(13d)은 전극관(13)의 측벽을 관통하는 것은 아니다.
도 7 및 도 8의 그루브(Ga, 13a, 13b)와, 도 9의 홈(13d)을 형성하는 것은 전극관(13)의 표면적을 넓게 하기 위한 것이다. 전극관(13)의 표면적을 넓게 하게 되면 플라즈마의 밀도가 커지게 되어 박막의 균일도가 향상되고 물성이 좋은 막을 성막할 수 있다.
1: 플라즈마 처리장치
10: 소스
11: 자석
12: 자석고정관
13: 전극관
14: 쿼츠관
15: 커버
16: 관통홀
17: 전원
20: 매니폴드
21: 공급홀
31: 자석고정축
32: 체결부재

Claims (10)

  1. 복수개의 자석을 포함하되, 이웃하는 자석들끼리 상호 척력이 발생되도록 연속하여 배열된 자석 조립체; 및
    내부가 중공형성되어 상기 자석 조립체가 내장되고, 전도성 재질로 형성되는 전극관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치용 소스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자석 조립체는 상기 자석들끼리 상호 척력이 발생되도록 배열된 상태에서 상기 자석들을 고정하도록 자석 고정수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치용 소스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 자석 고정수단은 내부가 중공되어 상기 자석들을 내장하고, 일측 또는 양측을 폐쇄하여 내장된 상기 자석들을 고정하는 자석 고정관인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치용 소스.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 자석 고정수단은,
    상기 복수의 자석을 상호 척력이 발생되도록 배열된 상태에서 관통하는 자석 고정축과,
    상기 자석들이 상기 자석 고정축으로부터 이탈되지 않도록 상기 자석 고정축의 끝단에 체결되는 체결부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치용 소스.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 전극관의 내부에는 냉각수가 흐르도록 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치용 소스.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 자석 고정축은 축방향으로 냉각수가 흐르도록 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치용 소스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전극관은 표면적을 넓게 하기 위하여 외주면에 복수의 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치용 소스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전극관은 표면적을 넓게 하기 위하여 원주방향 또는 길이방향으로 적어도 1 이상의 그루브(groove)가 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치용 소스.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 자석은 원기둥 형태이며, 이웃하는 자석들의 밑면이 서로 접하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치용 소스.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전극관의 주위에는 환형의 플라즈마가 복수개 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치용 소스.
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