KR20170034663A - 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 외부에 배치되며 RF 전원으로부터 전원이 인가되는 안테나, 챔버의 상부에 배치되어 안테나가 수용되는 수용 공간을 형성하는 리드 및 리드의 수용 공간에 배치되어 안테나와 일정 간격을 두고 접촉 지지되는 접촉 영역들과 접촉 영역들 사이에 안테나와 일정 간격을 두고 갭(gap)이 형성되는 갭 영역을 가지고 안테나를 지지하는 안테나 지지부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 안테나와 안테나 지지부 사이에 공기의 순환을 유도하는 갭을 형성하여 안테나와 안테나 지지부 사이의 전위차를 감소시킬 수 있으므로 안테나와 안테나 지지부 사이의 접촉 영역에서의 안테나와 안테나 지지부 사이에 아크 발생을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 구조물의 열화 및 파손을 방지할 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 공정상에서 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 장치 대비 금속에 대한 식각 효율이 상대적으로 뛰어난 장점이 있다. 유도 결합 플라즈마 처리장치는 챔버 외부에 설치된 안테나에 인가되는 RF 전원과 안테나에 인접한 유전체 창을 이용하여 챔버 내부의 공정 공간에 플라즈마를 생성한다.
한편, 종래의 유도 결합 플라즈마 처리장치는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, RF 전원을 인가받는 안테나(170)와 안테나를 지지하는 안테나 지지부(190)로 구성된다. 안테나(170)는 안테나 지지부(190)의 접촉 영역(190a)에 삽입 수용되어 접촉 방식으로 지지된다.
그런데, 종래의 유도 결합 플라즈마 처리장치에 사용되는 안테나(170)와 안테나 지지부(190)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상호 접촉 방식으로 지지되기 때문에 RF 전원으로부터 안테나(170)에 높은 전압이 인가될 때 안테나(170)와 안테나 지지부(190) 사이에 가장 큰 전위 차이가 발생한다. 이렇게, 안테나(170)와 안테나 지지부(190)의 접촉 영역(190a)에 발생되는 가장 큰 전위 차이는 안테나(170)와 안테나 지지부(190)의 접촉 영역(190a)에 아크를 발생시켜 안테나(170)와 안테나 지지부(190) 중 적어도 어느 하나의 손상을 초래하는 문제점이 있다.
대한민국공개특허공보 제10-2013-0132355호; 유도 결합 플라즈마 처리장치
본 발명의 목적은 안테나에 RF 전원을 인가할 때 안테나와 안테나의지지 영역 사이에서 아크가 발생되는 것을 저지하기 위해 안테나의 지지 구조가 개선된 유도 결합 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이다.
상기 과제의 해결 수단은, 본 발명에 따라 챔버와, 상기 챔버 외부에 배치되며 RF 전원으로부터 전원이 인가되는 안테나와, 상기 챔버의 상부에 배치되어 상기 안테나가 수용되는 수용 공간을 형성하는 리드와, 상기 리드의 상기 수용 공간에 배치되어 상기 안테나와 일정 간격을 두고 접촉 지지되는 접촉 영역들과 상기 접촉 영역들 사이에 상기 안테나와 일정 간격을 두고 갭(gap)이 형성되는 갭 영역을 가지고 상기 안테나를 지지하는 안테나 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치에 의해 이루어진다.
여기서, 상기 안테나 지지부는 일정 간격을 두고 상기 안테나의 일부 영역이 접촉 지지되며 상기 안테나의 일부 영역들이 수용되는 상기 접촉 영역들을 형성하는 지지부와, 상기 지지부의 상기 접촉 영역들 사이에 상기 안테나의 다른 영역들과 일정 간격을 두고 비접촉 되는 상기 갭이 형성되어 상기 안테나와의 사이에 공기 순환을 유도하는 공기순환부를 포함할 수 있다.
한편, 상기 안테나 지지부는 상기 공기순환부의 적어도 일측에 개구 되어 상기 공기순환부로 유출입 되는 공기의 유출입로를 형성하는 공기유출입부를 더 포함할 수 있다.
상기 공기순환부는 상기 안테나와 상기 지지부 사이의 전위차를 감소시킬 수 있다.
상기 공기순환부는 상기 안테나의 다른 영역들에 대해 상하 방향으로 일정 간격을 가지고 형성될 수 있다.
상기 지지부의 상기 접촉 영역들과 상기 공기순환부의 갭은 일정 깊이를 가지고 함몰 형성될 수 있다.
상기 갭의 함몰 깊이는 상기 지지부의 상기 접촉 영역들의 함몰 깊이 보다 더 깊은 것이 바람직하다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치의 효과는 다음과 같다.
안테나와 안테나 지지부 사이에 공기의 순환을 유도하는 갭을 형성하여 안테나와 안테나 지지부 사이의 전위차를 감소시킬 수 있으므로 안테나와 안테나 지지부 사이의 접촉 영역에서의 안테나와 안테나 지지부 사이에 아크 발생을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 구조물의 열화 및 파손을 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 안테나 지지부의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 안테나 지지부에 안테나가 지지된 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 'Ⅲ-Ⅲ'선의 단면도,
도 4는 본 발명의 실시 예들에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치의 개략 단면도,
도 5는 본 발명의 제 1실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치의 안테나 지지부의 사시도,
도 6은 도 5에 도시된 안테나 지지부에 안테나가 지지된 사시도,
도 7은 도 6에 도시된 'Ⅶ-Ⅶ'선의 단면도,
도 8은 본 발명의 제 2실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치의 안테나 지지부의 사시도,
도 9은 도 8에 도시된 안테나 지지부에 안테나가 지지된 사시도,
도 10은 도 9에 도시된 'Ⅹ-Ⅹ'선의 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 예들에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
설명하기에 앞서, 본 발명의 제 1 및 2실시 예들에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장에서 대해 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호로 기재하였음을 미리 밝혀둔다.
또한, 도 3에 도시된 유도 결합 플라즈마 처리장치는 본 발명의 제 1 및 제 2실시 예에 모두 적용될 수 있음도 미리 밝혀둔다.
<제 1실시 예>
도 4는 본 발명의 실시 예들에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치의 개략 단면도, 도 5는 본 발명의 제 1실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치의 안테나 지지부의 사시도, 도 6은 도 5에 도시된 안테나 지지부에 안테나가 지지된 사시도, 그리고 도 7은 도 6에 도시된 'Ⅶ-Ⅶ'선의 단면도이다.
도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치(1)는 챔버(10), 리드(40), 안테나(90) 및 안테나 지지부(90)를 포함한다. 또한, 본 발명의 제 1실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치(1)는 스테이지(20), 정전척(30) 및 RF 전원(50)을 더 포함한다.
챔버(10)는 챔버몸체(11), 플라즈마 처리공간(13), 게이트(15) 및 배기부(17)를 포함한다. 챔버몸체(11)는 기판(S)의 플라즈마 처리를 위한 플라즈마 처리공간(13)을 형성한다. 게이트(15)는 챔버몸체(11) 내부의 플라즈마 처리공간(13)으로 기판(S)의 인입, 그리고 플라즈마 처리가 끝난 기판(S)의 인출을 위해 마련된다. 배기부(17)는 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(웨이퍼 또는 다양한 크기의 기판 또는 패널)(S)이 안착된다. 정전척(30)은 스테이지(20)와 기판(S) 사이에 배치되어 기판을 척킹한다. 여기서, 정전척(30)은 본 발명의 일 실시 예일 뿐 기판(S)을 척킹할 수 있는 다양한 공지된 척킹 구조를 가질 수 있다.
리드(40)는 챔버(10)의 상부에 배치되어 본 발명에서 미도시된 유전체 창과 안테나(90)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 일 실시 예로서, 리드 프레임(41), 상부 리드(43), 측부 리드(45) 및 수용 공간(47)을 포함한다. 리드 프레임(41)에는 유전체 창이 배치되며, 리드 프레임(41)은 챔버(10) 상부를 밀폐한다. 상부 리드(43)는 유전체 창에 대향 배치되어 리드 프레임(41)과의 사이에 수용 공간(47)을 형성한다. 측부 리드(45)는 리드 프레임(41)과 상부 리드(43)를 상호 연결하여 안테나(90) 및 안테나 지지부(90)가 수용되는 수용 공간(47)을 형성한다.
RF 전원(50)은 챔버(10)의 외부에 배치되고 안테나(90)에 연결된다. RF 전원(50)은 안테나(90)에 고주파 RF를 인가한다.
안테나(90)는 챔버(10)의 수용 공간(47)에 배치된다. 상세하게 안테나(90)는 챔버(10) 외부의 유전체 창 외측에 배치되고, 안테나 지지부(90)에 의해 지지된다. 안테나(90)는 각각 구역별로 권취된 형태와 같이 다양한 형태를 가지고 배치된다.
안테나 지지부(90)는 리드(40)의 수용 공간(47)에 배치된다. 안테나 지지부(90)는 안테나(90)와 일정 간격을 두고 접촉 지지되는 접촉 영역(91b)들과 접촉 영역(91b)들 사이에 안테나(90)와 일정 간격을 두고 갭(gap)이 형성되는 갭 영역(G)을 가지고 안테나(90)를 지지한다. 본 발명의 안테나 지지부(90)는 지지부(91)와 공기순환부(93)를 포함한다.
지지부(91)는 지지몸체(91a)와 접촉 영역(91b)들을 포함한다. 지지몸체(91a)는 안테나(90)를 지지한다. 접촉 영역(91b)은 지지부(91)에 일정 간격을 두고 복수 개로 형성된다. 접촉 영역(91b)은 지지부(91)에 지지되는 안테나(90)를 수용 지지한다. 접촉 영역(91b)은 지지몸체(91a)에 함몰 형성된다. 이러한 복수 개의 접촉 영역(91b)에는 안테나(90)의 일부 영역이 복수 개로 접촉 지지된다.
공기순환부(93)는 지지부(91)의 접촉 영역(91b)들 사이에 안테나(90)의 다른 영역들과 일정 간격을 두고 비접촉 되는 갭 영역(G)을 형성하여 안테나(90)와의 사이에 공기 순환을 유도한다. 공기순환부(93)는 안테나(90)와 지지부(91) 사이의 전위차를 감소시켜 안테나(90)와 지지부(91)의 접촉 영역(91b)들에서 코로나 발생을 저감시킨다. 즉, 안테나 지지부(90)는 그라운드(ground) 전위이고 안테나(90)에는 RF 전원(50)으로부터 고전압이 인가됨에 큰 전위차가 발생되기 때문에 아크가 발생되나, 본 발명의 공기순환부(93)는 안테나(90)와의 사이에 공기가 순환되는 갭 영역(G)을 형성하여 아크 발생을 저지시킬 수 있다.
여기서, 공기순환부(93)는 지지부(91)의 접촉 영역(91b)에 접촉되지 않는 안테나(90)의 다른 영역들에 대해 상하 방향으로 일정 간격을 가지고 형성된다. 공기순환부(93)는 지지부(91)의 접촉 영역(91b) 보다 함몰 형성된다. 상세하게 지지부(91)의 접촉 영역(91b)들은 일정 깊이를 가지고 함몰 형성되고, 공기순환부(93)의 갭 영역(G)도 일정 깊이를 가지고 함몰 형성된다. 공기순환부(93)의 갭 영역(G)의 함몰 깊이는 지지부(91)의 접촉 영역(91b)의 함몰 깊이 보다 더 깊게 형성되어 비접촉 되는 안테나(90)의 다른 영역들에 공기를 순환시킨다.
<제 2실시 예>
도 8은 본 발명의 제 2실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치의 안테나 지지부의 사시도, 도 9은 도 8에 도시된 안테나 지지부에 안테나가 지지된 사시도, 그리고 도 10은 도 9에 도시된 'Ⅹ-Ⅹ'선의 단면도이다.
본 발명의 제 2실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치(1)는 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 챔버(10), 리드(40), 안테나(90) 및 안테나 지지부(90)를 포함한다. 물론, 본 발명의 제 2실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치(1)는 상술한 제 1실시 예와 같이, 스테이지(20), 정전척(30) 및 RF 전원(50)을 더 포함한다.
챔버(10), 스테이지(20), 정전척(30), 리드(40), RF 전원(50) 및 안테나(90)는 상술한 본 발명의 제 1실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치(1)와 동일한 구성 및 기능을 가지고 있으므로, 이하에서 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다만, 본 발명의 제 2실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치(1)는 제 1실시 예 대비 안테나 지지부(90)가 상이하므로, 안테나 지지부(90)에 대해서만 이하에서 설명하기로 한다.
본 발명의 제 2실시 예의 안테나 지지부(90)는 지지부(91), 공기순환부(93) 및 공기유출입부(95)를 포함한다.
지지부(91)는 본 발명의 제 1실시 예와 같이, 일정 간격을 두고 안테나(90)의 일부 영역을 접촉 지지하며 안테나(90)의 일부 영역들이 수용되는 접촉 영역(91b)들을 형성한다. 지지부(91)는 안테나 지지부(90)의 외관을 형성하는 지지몸체(91a)와 지지몸체(91a)에 일정 간격을 두고 형성하는 접촉 영역(91b)들을 포함한다.
공기순환부(93)는 지지부(91)의 접촉 영역(91b)들 사이에 안테나(90)의 다른 영역들, 즉 접촉 영역(91b)들에 의해 접촉 되지 않는 비접촉 영역인 안테나(90)의 다른 영역들과 일정 간격을 두고 비접촉 되는 갭 영역(G)으로 형성되어 안테나(90)와의 사이에 공기 순환을 유도한다. 공기순환부(93)는 안테나(90)의 지지면에 대해 일정 간격의 갭 영역(G)으로 형성되도록 함몰 형성된다. 공기순환부(93)는 RF 전원(50)으로부터 안테나(90)에 인가되는 고전압에 의해 안테나(90)의 지지면과 지지부(91) 사이에 코로나 방전이 발생되는 것을 저지할 수 있도록 안테나(90)와 지지부(91) 사이에 공기 순환을 유도한다.
공기유출입부(95)는 공기순환부(93)의 적어도 일측에 개구 되어 공기순환부(93)로 유출입 되는 공기의 유출입로를 형성한다. 본 발명의 공기유출입부(95)는 공기순환부(93)의 대향된 양측에 각각 개구 형성된다. 본 발명의 제 1실시 예에서의 공기순환부(93)는 우물 형상으로 지지몸체(91a)에 함몰 형성되어 갭 영역(G)으로 공기 순환을 유도하나, 본 발명의 제 2실시 예의 공기유출입부(95)는 공기순환부(93)의 적어도 일측에 개구 형성되어 공기순환부(93)에 대해 공기를 유출입 시킨다. 이렇게 공기유출입부(95)는 본 발명의 제 1실시 예의 공기순환부(93)에 대비 추가적으로 보다 많은 양의 공기를 유출입 시킬 수 있음에 따라 본 발명의 제 2실시 예의 공기순환부(93)의 공기 순환 효율을 향상시킬 수 있다.
이에, 안테나와 안테나 지지부 사이에 공기의 순환을 유도하는 갭을 형성하여 안테나와 안테나 지지부 사이의 전위차를 감소시킬 수 있으므로 안테나와 안테나 지지부 사이의 접촉 영역에서의 안테나와 안테나 지지부 사이에 아크 발생을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 구조물의 열화 및 파손을 방지할 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
50: RF 전원 70: 안테나
90: 안테나 지지부 91: 지지부
93: 공기순환부 95: 공기유출입부

Claims (7)

  1. 챔버와;
    상기 챔버 외부에 배치되며, RF 전원으로부터 전원이 인가되는 안테나와;
    상기 챔버의 상부에 배치되어, 상기 안테나가 수용되는 수용 공간을 형성하는 리드와;
    상기 리드의 상기 수용 공간에 배치되어, 상기 안테나와 일정 간격을 두고 접촉 지지되는 접촉 영역들과 상기 접촉 영역들 사이에 상기 안테나와 일정 간격을 두고 갭(gap)이 형성되는 갭 영역을 가지고 상기 안테나를 지지하는 안테나 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 안테나 지지부는,
    일정 간격을 두고 상기 안테나의 일부 영역이 접촉 지지되며, 상기 안테나의 일부 영역들이 수용되는 상기 접촉 영역들을 형성하는 지지부와;
    상기 지지부의 상기 접촉 영역들 사이에 상기 안테나의 다른 영역들과 일정 간격을 두고 비접촉 되는 상기 갭이 형성되어, 상기 안테나와의 사이에 공기 순환을 유도하는 공기순환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 안테나 지지부는,
    상기 공기순환부의 적어도 일측에 개구 되어 상기 공기순환부로 유출입 되는 공기의 유출입로를 형성하는 공기유출입부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 공기순환부는 상기 안테나와 상기 지지부 사이의 전위차를 감소시키는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 공기순환부는 상기 안테나의 다른 영역들에 대해 상하 방향으로 일정 간격을 가지고 형성되는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 지지부의 상기 접촉 영역들과 상기 공기순환부의 갭은 일정 깊이를 가지고 함몰 형성되는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 갭의 함몰 깊이는 상기 지지부의 상기 접촉 영역들의 함몰 깊이 보다 더 깊은 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치.
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