KR20180051980A - 플라즈마 발생모듈 및 이를 포함하는 플라즈마 처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기파 대형화에 대응 가능하며 플라즈마 밀도의 균일성이 확보되는 플라즈마 발생모듈 및 이를 포함하는 플라즈마 처리장치를 제공하기 위하여, 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원 및 상기 고주파 전력을 기반으로 공정공간을 향해 플라즈마를 발생시킬 수 있는 안테나 및 상기 공정공간과 상기 안테나 사이에 배치되고, 내부에 중공이 형성되며 상기 공정공간에서 발생되는 상기 플라즈마의 밀도가 균일하도록 설정된 영역별로 두께차를 갖는 비자성체를 포함한다. 이에, 본 발명은 대형 기판의 처리가 가능하고, 보다 균일한 플라즈마 생성이 가능하여 양질의 기판을 제조할 수 있는 효과가 있다.

Description

플라즈마 발생모듈 및 이를 포함하는 플라즈마 처리장치{THE PLASMA GENERATING MODULE AND THE PLASMA PROCESS APPARATUS HAVING THAT}
본 발명은 플라즈마 발생모듈 및 이를 포함하는 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판이 배치되는 공정공간에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생모듈 및 이를 포함하는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
일반적으로 플라즈마 처리장치는 플라즈마를 기반으로 기판을 처리하는 장치를 의미한다. 플라즈마 처리장치는 증착, 식각 또는 이온 주입 등 다양한 방식으로 기판의 처리를 수행한다. 특히, 최근에는 고밀도의 플라즈마를 얻을 수 있는 유도 결합 플라즈마 처리장치에 대한 연구개발이 활발하게 진행되고 있다.
유도결합 플라즈마 처리장치에 대한 종래 기술은 이미 "대한민국 공개특허공보 제2016-0068254호(플라즈마 발생모듈 및 이를 포함하는 플라즈마 처리장치, 2016.06.15.)"에 의해 공개된 바 있다. 상기 공개발명은 기판이 배치된 챔버 내부에 유도결합 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생모듈을 포함한다. 여기서, 플라즈마 발생모듈은 기판의 대형화에 대응 가능하도록 복수 개의 안테나 및 복수 개의 안테나 각각에 대응되도록 배치되는 유전체 윈도우를 포함한다.
다만, 종래의 플라즈마 발생모듈은 안테나 하부에 배치되는 유전체 윈도우의 낮은 강도로 인해 대형화에 어려움이 있었다. 또한, 종래의 플라즈마 발생모듈은 기판의 중앙영역과, 가장자리영역에서 발생되는 플라즈마의 밀도 차이로 인해 기판 처리의 균일성이 저하되는 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허공보 제2016-0068254호(플라즈마 발생모듈 및 이를 포함하는 플라즈마 처리장치, 2016.06.15.)
본 발명의 목적은 기판 대형화에 대응 가능한 플라즈마 발생모듈 및 이를 포함하는 플라즈마 처리장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 플라즈마 밀도의 균일성이 확보되는 플라즈마 발생모듈 및 이를 포함하는 플라즈마 처리장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 플라즈마 발생모듈은 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원 및 상기 고주파 전력을 기반으로 공정공간을 향해 플라즈마를 발생시킬 수 있는 안테나 및 상기 공정공간과 상기 안테나 사이에 배치되며, 내부에 중공이 형성되는 비자성체를 포함하고, 상기 안테나와 상기 비자성체의 간격은 상기 공정공간에서 발생되는 상기 플라즈마의 밀도가 균일할 수 있도록 설정된 영역별로 상이하다.
상기 안테나는 상기 비자성체의 중앙영역 상부에 배치되는 제1 안테나, 및 상기 비자성체의 가장자리영역 상부에서 상기 제1 안테나와 동일한 높이에 배치되는 제2 안테나를 포함하고, 상기 비자성체는 상기 제1 안테나 하측에 배치되는 중앙영역의 두께가 상기 제2 안테나 하측에 배치되는 가장자리영역의 두께보다 두꺼울 수 있다.
상기 플라즈마 발생모듈은 상기 비자성체를 구획하여, 상기 비자성체가 중앙영역에 배치되는 제1 윈도우 및 가장자리에 배치되는 제2 윈도우로 분리되도록 하는 프레임을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 윈도우의 두께는 상기 제2 윈도우의 두께보다 두꺼울 수 있다.
상기 제2 윈도우는 상기 제1 윈도우에 이웃하는 일영역으로부터 타영역을 향하는 경사면을 가질 수 있다.
상기 프레임은 상기 제1 및 제2 윈도우를 서로 절연시킬 수 있다.
상기 프레임은 외부로부터 제공되는 공정가스가 확산되는 공간을 형성하는 가스 공급부와, 상기 공정가스가 상기 공정공간으로 토출되도록 하는 가스 토출공을 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 윈도우는 상기 공정공간에 마주하는 일면이 서로 평행하게 배치될 수 있다.
상기 플라즈마 발생모듈은 상기 공정공간에 마주하는 상기 비자성체의 저면에 인접하도록 배치되는 보호 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 보호 플레이트는 메탈 재질로 마련될 수 있다.
상기 비자성체는 상호 탈착 가능한 복수 개의 파트로 이루어질 수 있다.
상기 비자성체는 상부 플레이트와, 상기 상부 플레이트 하부에 이격 배치되는 하부 플레이트와, 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에서 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트를 연결하는 연결플레이트를 포함할 수 있다.
상기 비자성체는 상기 플레이트 간의 접촉 부위에 배치되는 실링부재를 더 포함할 수 있다.
상기 비자성체는 외부로부터 제공되는 공간가스 확산되는 공간을 형성하는 가스 공급부와, 상기 공정가스가 상기 공정공간으로 토출되도록 하는 가스 토출공을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 기판의 공정공간을 형성하는 챔버 및 상기 공정공간에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생모듈을 포함하고, 상기 플라즈마 발생모듈은 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원 및 상기 고주파 전력을 기반으로 상기 공정공간을 향해 플라즈마를 발생시킬 수 있는 안테나 및 상기 공정공간과 상기 안테나 사이에 배치되며, 내부에 중공이 형성되는 비자성체를 포함하고, 상기 안테나와 상기 비자성체의 간격은 상기 공정공간에서 발생되는 상기 플라즈마의 밀도가 균일할 수 있도록 설정된 영역별로 상이하다.
상기 안테나는 상기 비자성체의 중앙영역 상부에 배치되는 제1 안테나, 및 상기 비자성체의 가장자리영역 상부에서 상기 제1 안테나와 동일한 높이에 배치되는 제2 안테나를 포함하고, 상기 비자성체는 상기 제1 안테나 하측에 배치되는 중앙영역의 두께가 상기 제2 안테나 하측에 배치되는 가장자리영역의 두께보다 두꺼울 수 있다.
상기 플라즈마 처리장치는 상기 비자성체를 구획하여, 상기 비자성체가 중앙영역에 배치되는 제1 윈도우 및 가장자리에 배치되는 제2 윈도우로 분리되도록 하는 프레임을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 윈도우의 두께는 상기 제2 윈도우의 두께보다 두꺼울 수 있다.
상기 제2 윈도우는 상기 제1 윈도우에 이웃하는 일영역으로부터 타영역을 향하는 경사면을 가질 수 있다.
상기 프레임은 상기 제1 및 제2 윈도우를 서로 절연시킬 수 있다.
상기 프레임은 외부로부터 제공되는 공정가스가 확산되는 공간을 형성하는 가스 공급부와, 상기 공정가스가 상기 공정공간으로 토출되도록 하는 가스 토출공을 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 윈도우는 상기 공정공간에 마주하는 일면이 서로 평행하게 배치될 수 있다.
상기 플라즈마 처리장치는 상기 공정공간에 마주하는 상기 비자성체의 저면에 인접하도록 배치되는 보호 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 보호 플레이트는 메탈 재질로 마련될 수 있다.
상기 비자성체는 상호 탈착 가능한 복수 개의 파트로 이루어질 수 있다.
상기 비자성체는 상부 플레이트와, 상기 상부 플레이트 하부에 이격 배치되는 하부 플레이트와, 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에서 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트를 연결하는 연결플레이트를 포함할 수 있다.
상기 비자성체는 상기 플레이트 간의 접촉 부위에 배치되는 실링부재를 더 포함할 수 있다.
상기 비자성체는 외부로부터 제공되는 공간가스 확산되는 공간을 형성하는 가스 공급부와, 상기 공정가스가 상기 공정공간으로 토출되도록 하는 가스 토출공을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 플라즈마 발생모듈 및 이를 포함하는 플라즈마 처리장치는 대형 기판의 처리가 가능하고, 보다 균일한 플라즈마 생성이 가능하여 양질의 기판을 제조할 수 있는 효과가 있다.
이상과 같은 본 발명의 기술적 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 제1 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 나타낸 단면도이고,
도 2는 제1 실시예에 따른 플라즈마 발생모듈을 나타낸 단면도이고,
도 3은 제1 실시예에 따른 플라즈마 발생모듈의 메탈윈도우를 나타낸 단면도이고,
도 4는 제2 실시예에 따른 플라즈마 발생모듈을 나타낸 단면도이고,
도 5는 제3 실시예에 따른 플라즈마 발생모듈을 나타낸 단면도이고,
도 6은 제4 실시예에 따른 플라즈마 발생모듈을 나타낸 단면도이고,
도 7은 제5 실시예에 따른 플라즈마 발생모듈을 나타낸 단면도이고,
도 8은 제6 실시예에 따른 플라즈마 발생모듈을 나타낸 단면도이고,
도 9는 제7 실시예에 따른 플라즈마 발생모듈을 나타낸 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 실시예는 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장되게 표현된 부분이 있을 수 있으며, 도면 상에서 동일 부호로 표시된 요소는 동일 요소를 의미한다.
도 1은 제1 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 나타낸 단면도이고, 도 2는 제1 실시예에 따른 플라즈마 발생모듈을 나타낸 단면도이다. 그리고 도 3은 제1 실시예에 따른 플라즈마 발생모듈의 메탈윈도우를 나타낸 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100, 이하, 처리장치라 칭한다.)는 챔버(110)를 포함한다.
챔버(110)는 처리장치(100)의 외형을 형성한다. 여기서, 챔버(110)는 내부에 기판(S)을 처리하기 위한 공간을 형성한다. 챔버(110)는 내벽이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 마련될 수 있다.
그리고 챔버(110)의 일측에는 기판(S)이 반입 및 반출되는 경로를 형성하는 게이트 밸브(111)가 장착될 수 있다. 다만, 이는 본 실시예를 설명하기 위한 일 실시예로 챔버(110)는 하부챔버, 및 하부챔버로부터 승강되는 상부챔버로 분리되어 기판(S)의 반입 및 반출 경로를 형성할 수 있다.
한편, 챔버(110) 내부에는 기판(S)을 지지하는 스테이지(113)가 배치된다. 스테이지(113)는 챔버(110) 내부 하부에 배치되어 바이어스용 고주파 전원(P1)과 연결될 수 있다. 여기서, 스테이지(113)에는 기판(S)의 온도를 제어하기 위한 히터, 또는 쿨러 등이 장착될 수 있다. 또한, 스테이지(113)는 스테이지 지지부(113a)에 지지될 수 있다. 여기서, 스테이지 지지부(113a)는 도시되지 않았지만 챔버(110) 외부로 연장되어 스테이지(113)가 챔버(110) 내부에 승강되도록 할 수 있다.
한편, 챔버(110) 상부영역에는 플라즈마 발생모듈(200)이 배치된다. 플라즈마 발생모듈(200)은 안테나(210)를 포함한다.
안테나(210)는 챔버(110) 내부 상부영역에 배치될 수 있다. 여기서, 안테나(210)에는 고주파 전력을 인가하는 고주파전원(P2)이 연결되며, 외부에 접지된 상태일 수 있다. 그리고 안테나(210)와 고주파전원(P2) 사이에는 임피던스 정합을 수행하는 정합기(A)가 마련된다. 안테나(210)는 고주파전력을 기반으로 챔버(110) 내부에 유도전계를 형성한다.
한편, 안테나(210) 하측에는 내부에 중공을 갖는 메탈윈도우(230)가 배치된다. 메탈윈도우(230)는 안테나(210)와 스테이지(113) 사이에서 챔버(110)와 절연된 상태로 배치된다. 이에, 메탈윈도우(230) 상부에는 안테나실(10)이 형성되고 하부에는 공정영역, 즉 공정실(30)이 형성될 수 있다. 여기서, 메탈윈도우(230)는 비자성체이며 도전성을 갖는 재질로 마련되며, 예컨대 알루미늄 또는 알루미늄을 포함하는 재질로 마련될 수 있다.
이러한 메탈윈도우(230)는 분해 및 재조립 가능한 복수 개의 파트로 마련될 수 있다. 예컨대, 메탈윈도우(230)는 상부 플레이트(W1), 하부 플레이트(W2), 연결 플레이트(W3) 및 실링부재(R)를 포함할 수 있다.
상부 플레이트(W1)는 메탈윈도우(230)의 상부를 형성하고, 하부 플레이트(W2)는 상부 플레이트(W1) 하부에 이격 배치되어 메탈윈도우(230)의 하부를 형성한다. 그리고 연결 플레이트(W3)는 상부 플레이트(W1)와 하부 플레이트(W2) 사이에서 상부 플레이트(W1)와 하부 플레이트(W2)가 연결되도록 한다. 여기서, 상부 플레이트(W1), 하부 플레이트(W2) 및 연결 플레이트(W3)는 분해 가능하도록 마련되며, 예컨대 볼팅 또는 브레이징 등과 같은 체결방법으로 상호 탈착될 수 있다. 그리고 실링부재(R)는 상부 플레이트(W1)와 연결 플레이트(W3) 사이, 연결 플레이트(W3)와 하부 플레이트(W2) 사이에 각각 배치될 수 있다.
한편, 이러한 메탈윈도우(230)는 안테나(210)에 고주파 전력이 인가될 경우에 공정실(30)에 유도전계가 형성되도록 한다. 예컨대, 안테나(210)에 고주파전력이 인가될 경우 챔버(110)와 절연된 메탈윈도우(230)에는 와전류 루프가 형성된다. 즉, 메탈윈도우(230)의 상부면에는 와전류가 형성되고, 와전류는 메탈윈도우(230) 표면을 따라 맴돌며 와전류 루프를 형성한다. 여기서, 메탈윈도우(230)의 하부면, 즉 기판(S)에 마주하는 면에 형성되는 전류는 공정실(30) 내부에 유도전계가 형성되도록 할 수 있다.
한편, 메탈윈도우(230)는 리드 프레임(250)에 의해 챔버(110)에 지지될 수 있다. 리드 프레임(250)은 메탈윈도우(230)의 테두리 영역을 지지한다. 여기서, 리드 프레임(250)은 유전체로 마련되어 메탈윈도우(230)와 리드 프레임(250)이 상호 절연되도록 할 수 있다. 또한, 리드 프레임(250)은 메탈윈도우(230)를 복수 개로 분리시킬 수 있다. 예컨대, 리드 프레임(250)은 격자 형태로 마련될 수 있으며, 격자공간 각각에는 메탈윈도우(230)가 배치될 수 있다.
한편, 복수 개의 메탈윈도우(230)는 공정실(30)로 공정가스가 공급되는 경로를 형성한다. 예컨대, 메탈윈도우(230)는 가스 공급부(230a) 및 가스 토출공(230c)을 포함할 수 있다.
가스 공급부(230a)는 대략 함체로 마련되어, 메탈윈도우(230)의 외형이 형성되도록 한다. 여기서, 가스 공급부(230a)는 가스공급유닛(50)과 연결되어, 가스공급유닛(50)으로부터 공정가스가 유입된다. 이에, 가스 공급부(230a) 내부에서는 공정가스가 1차적으로 확산되고, 공정가스는 가스 공급부(230a) 바닥면, 즉 하부 플레이트(W2)에 형성된 가스 토출공(230c)을 통해 공정실로 토출될 수 있다.
이와 같이, 본 실시예서는 메탈윈도우(230)가 가스 공급부로 마련되어 챔버(110) 내부에 별도의 가스 공급부를 장착할 필요가 없다. 그리고 가스 공급부 역할 수행을 위해 메탈윈도우(230)가 내부에 중공을 포함하는 바, 메탈윈도우(230)의 자체 무게가 줄어 유지보수가 용이하고 대형 기판 처리에 유리한 효과가 있다.
한편, 리드 프레임(250)에 의해 분리된 복수 개의 메탈윈도우(230)는 스테이지(113)에 마주하는 일면이 상호 동일한 높이에 배치될 수 있으나, 각각의 높이는 서로 상이할 수 있다.
예컨대, 스테이지(113)의 중앙영역에 대응되도록 배치되는 메탈윈도우(231, 이하, 제1 메탈윈도우라 칭한다.)의 두께는 스테이지(113)의 가장자리영역에 대응되도록 배치되는 메탈윈도우(233, 이하, 제2 메탈윈도우라 칭한다.)의 두께보다 두껍게 마련될 수 있다.
이에, 동일한 높이에 배치되는 제1 및 제2 안테나(211, 213)를 기반으로 공정실(30) 내부에 플라즈마를 발생시킬 경우에 제1 안테나(211) 하부에 형성되는 플라즈마 밀도보다 제2 안테나(213) 하부에 형성되는 플라즈마 밀도가 높게 형성된다.
즉, 종래의 안테나의 경우 기판(S)의 중앙영역과 가장자리영역에서 발생되는 플라즈마 밀도가 상이하며, 특히 가장자리의 플라즈마 밀도가 상대적으로 중앙의 플라즈마 밀도보다 떨어져 기판(S)의 균일한 처리가 어려운 문제점이 있었다. 그러나 본 실시예에 따른 처리장치는 제1 및 제2 메탈윈도우(231, 233)의 두께 차이로 인해 기판(S)의 중앙영역과 가장자리영역에서 발생되는 플라즈마 밀도가 균일하도록 할 수 있다.
한편, 메탈윈도우(230) 상부에는 안테나 지지부(240)가 배치된다. 안테나 지지부(240)는 절연체로 마련되어, 안테나(210)의 하부면을 지지한다. 안테나 지지부(240)는 복수 개의 메탈윈도우(230) 상부에 각각 배치되는 안테나(210)가 메탈윈도우(230)로부터 절연된 상태로 이격되도록 할 수 있다.
그리고 플라즈마 발생모듈(200)의 하부면 즉, 메탈윈도우(230)와 리드 프레임(250) 저면에는 보호플레이트(270)가 장착된다. 보호플레이트(270)에는 가스 토출공(230c)과 연통되는 가스 분사홀(271)이 형성되어 공정가스가 공정실(30) 내부로 유입되도록 할 수 있다. 이러한 보호플레이트(270)는 메탈재질 또는 유전체로 마련될 수 있으며, 볼팅 등과 같은 체결 방법에 의해 메탈윈도우(230)와 리드 프레임(250) 저면으로부터 탈착 가능하게 마련될 수 있다.
이러한 보호플레이트(270)는 공정실(30) 내부에서 발생되는 유도결합 플라즈마에 의해 메탈윈도우(230)와, 리드 프레임(250)이 훼손되는 것을 저지할 수 있으며, 바람직하게 챔버(110)에 접촉되지 않도록 마련될 수 있다. 다만, 보호플레이트(270)의 측벽과, 챔버(110) 내벽 사이에 절연체를 삽입하여 보호플레이트(270)와 챔버(110)를 절연시키는 실시예도 가능할 수 있다.
한편, 이하에서는 본 실시예에 따른 플라즈마 발생모듈의 다양한 실시예에 대하여 상세히 설명하도록 한다. 다만, 상술된 구성요소에 대해서는 상세한 설명을 생략하고 동일한 참조부호를 부여하여 설명하도록 한다.
도 4는 제2 실시예에 따른 플라즈마 발생모듈을 나타낸 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 따른 플라즈마 발생모듈(200)은 메탈윈도우(230)를 포함한다. 메탈윈도우(230)는 상부 플레이트(W1), 하부 플레이트(W2), 연결 플레이트(W3) 및 실링부재(R)를 포함할 수 있다.
상부 플레이트(W1)는 메탈윈도우(230)의 상부를 형성하고, 하부 플레이트(W2)는 상부 플레이트(W1) 하부에 이격 배치되어 메탈윈도우(230)의 하부를 형성한다. 그리고 연결 플레이트(W3)는 상부 플레이트(W1)의 가장자리로부터 하부 플레이트(W2)를 향해 연장된다. 여기서, 연결 플레이트(W3)는 하부 플레이트(W2) 상부에 연결될 수 있다. 그리고 실링부재(R)는 연결 플레이트(W3)와 하부 플레이트(W2) 사이에 배치될 수 있다.
여기서, 하부 플레이트(W2) 및 연결 플레이트(W3)는 볼팅 등과 같은 체결 방법에 의해 상호 탈착 가능하게 연결될 수 있다.
도 5는 제3 실시예에 따른 플라즈마 발생모듈을 나타낸 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제3 실시예에 따른 플라즈마 발생모듈(200)은 메탈윈도우(230)를 포함한다. 메탈윈도우(230)는 상부 플레이트(W1), 하부 플레이트(W2), 연결 플레이트(W3) 및 실링부재(R)를 포함할 수 있다.
상부 플레이트(W1)는 메탈윈도우(230)의 상부를 형성하고, 하부 플레이트(W2)는 상부 플레이트(W1) 하부에 이격 배치되어 메탈윈도우(230)의 하부를 형성한다. 그리고 연결 플레이트(W3)는 하부 플레이트(W2)로부터 상부 플레이트(W1)을 향해 연장된다. 여기서, 연결 플레이트(W3)는 상부 플레이트(W1) 하부에 연결될 수 있다. 그리고 실링부재(R)는 상부 플레이트(W1)와 연결 플레이트(W3) 사이에 배치될 수 있다.
도 6은 제4 실시예에 따른 플라즈마 발생모듈을 나타낸 단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제4 실시예에 따른 플라즈마 발생모듈(200)은 리드 프레임(250)이 공정실(30)로 공정가스가 공급되는 경로를 형성한다. 즉. 리드 프레임(250)이 내부에 중공을 갖도록 마련되며, 가스 공급부(250a) 및 가스 토출공(250c)을 포함할 수 있다.
가스 공급부(250a)는 대략 함체로 마련되어, 리드 프레임(250)의 외형이 형성되도록 한다. 여기서, 가스 공급부(250a)는 가스공급유닛(50)과 연결되어, 가스공급유닛(50)으로부터 공정가스가 유입된다. 이에, 가스 공급부(250a) 내부에서는 공정가스가 1차적으로 확산되고 공정가스는 가스 공급부(250a) 바닥면에 형성된 가스 토출공(250c)을 통해 공정실(30)로 토출될 수 있다.
다만, 제2 실시예서는 리드 프레임(250)이 가스 공급부 역할을 수행하지만 메탈윈도우(230) 역시 내부에 중공을 갖도록 마련되어 플라즈마 발생모듈(200)의 무게를 줄일 수 있다. 또한, 필요에 따라 메탈윈도우(230)는 리드 프레임(250)과 함께 가스 공급부의 역할을 수행할 수 있다. 즉, 처리장치(100)는 메탈윈도우(230), 및 리드 프레임(250) 중 적어도 어느 하나가 공정실(30) 내부로 공정가스를 분사하는 가스 공급부의 역할을 수행할 수 있다.
도 7은 제5 실시예에 따른 플라즈마 발생모듈을 나타낸 단면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제5 실시예에 따른 플라즈마 발생모듈(200)은 함체의 제1 및 제2 메탈윈도우(231, 233)를 포함한다. 제1 및 제2 메탈윈도우(231, 233)는 하부면이 동일한 높이에 배치될 수 있다.
여기서, 기판(S)의 중앙영역에 대응되도록 배치되는 제1 메탈윈도우(231)는 상부면과 하부면이 서로 평행한 평판 형태로 마련될 수 있다. 그리고 제2 메탈윈도우(233)는 상부면이 경사면을 갖도록 마련될 수 있다.
예컨대, 제2 메탈윈도우(233)는 기판(S)의 가장자리영역에서 발생되는 플라즈마의 밀도가 기판(S)의 중앙영역에서 발생되는 플라즈마 밀도와 동일 유사해질 수 있도록 제1 메탈윈도우(231)에 이웃하는 일측으로부터 타측으로 하향 경사면을 가질 수 있다.
이때, 제2 메탈윈도우(233)의 두께가 기판(S)의 가장자리 방향을 향할수록 얇게 되어 공정실(30) 가장자리에서 발생되는 플라즈마의 밀도 저하를 해결할 수 있는 이점이 있다.
도 8은 제6 실시예에 따른 플라즈마 발생모듈을 나타낸 단면도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제6 실시예에 따른 플라즈마 발생모듈(200)은 리드 프레임(250)에 지지되는 함체의 메탈윈도우(230)가 단일로 마련될 수 있다. 여기서, 단일의 메탈윈도우(230)는 단차를 갖도록 마련된다.
예컨대, 단일의 메탈윈도우(230)는 상부면에 단차를 가질 수 있다. 여기서, 단차는 제1 안테나(211)가 배치되는 중앙영역의 두께보다 제2 안테나(213)가 배치되는 가장장리영역의 두께가 얇게 마련될 수 있다.
이에, 제2 안테나(213) 하부에 배치된 메탈윈도우(230)의 가장자리 하측에서 발생되는 플라즈마 밀도와, 제1 안테나(211) 하부에 배치된 메탈윈도우(230)의 중앙영역 하측에서 발생되는 플라즈마 밀도는 상호 동일 유사해질 수 있다. 이에, 공정실(30) 가장자리에서 발생되는 플라즈마의 밀도저하를 해결할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 실시예서는 단일의 메탈윈도우(230) 상부에 제1 및 제2 안테나(211, 213)가 배치되는 실시예를 설명하고 있으나, 단일의 메탈윈도우(230)의 상부에는 단일의 안테나가 배치되어 단일의 메탈윈도우(230) 전체에 하나의 와전류 루프를 형성할 수 있다.
도 9는 제7 실시예에 따른 플라즈마 발생모듈을 나타낸 단면도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제7 실시예에 따른 플라즈마 발생모듈(200)은 리드 프레임(250)에 지지되는 함체의 메탈윈도우(230)가 단일로 마련될 수 있다. 여기서, 단일의 메탈윈도우(230)는 경사면을 갖도록 마련된다.
예컨대, 단일의 메탈윈도우(230)는 상부면에 경사면을 가질 수 있다. 여기서, 제1 안테나(211)가 배치되는 중앙영역은 상부면이 평판으로 이루어질 수 있으나, 제2 안테나(213)가 배치되는 가장자리영역은 메탈윈도우(230)의 가장자리 방향을 향해 하향 경사질 수 있다.
이때, 메탈윈도우(230)의 두께가 기판(S)의 가장자리 방향을 향할수록 얇게 되어 공정실(30) 가장자리에서 발생되는 플라즈마의 밀도 저하를 해결할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 실시예서는 단일의 메탈윈도우(230) 상부에 제1 및 제2 안테나(211, 213)가 배치되는 실시예를 설명하고 있으나, 단일의 메탈윈도우(230)의 상부에는 단일의 안테나(210)가 배치되어 단일의 메탈윈도우(230) 전체에 하나의 와전류 루프를 형성할 수 있다.
이와 같이, 플라즈마 발생모듈 및 이를 포함하는 플라즈마 처리장치는 대형 기판의 처리가 가능하고, 보다 균일한 플라즈마 생성이 가능하여 양질의 기판을 제조할 수 있는 효과가 있다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
100 : 플라즈마 처리장치
110 : 챔버
200 : 플라즈마 발생모듈
210 : 안테나
230 : 메탈윈도우
250 : 리드 프레임
270 : 보호플레이트

Claims (28)

  1. 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원;
    상기 고주파 전력을 기반으로 공정공간을 향해 플라즈마를 발생시킬 수 있는 안테나; 및
    상기 공정공간과 상기 안테나 사이에 배치되며, 내부에 중공이 형성되는 비자성체를 포함하고,
    상기 안테나와 상기 비자성체의 간격은
    상기 공정공간에서 발생되는 상기 플라즈마의 밀도가 균일할 수 있도록 설정된 영역별로 상이한 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 안테나는
    상기 비자성체의 중앙영역 상부에 배치되는 제1 안테나, 및 상기 비자성체의 가장자리영역 상부에서 상기 제1 안테나와 동일한 높이에 배치되는 제2 안테나를 포함하고,
    상기 비자성체는
    상기 제1 안테나 하측에 배치되는 중앙영역의 두께가 상기 제2 안테나 하측에 배치되는 가장자리영역의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생모듈.
  3. 제1 또는 제2 항에 있어서,
    상기 비자성체를 구획하여, 상기 비자성체가 중앙영역에 배치되는 제1 윈도우 및 가장자리에 배치되는 제2 윈도우로 분리되도록 하는 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생모듈.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 윈도우의 두께는
    상기 제2 윈도우의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생모듈.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 윈도우는
    상기 제1 윈도우에 이웃하는 일영역으로부터 타영역을 향하는 경사면을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생모듈.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 프레임은
    상기 제1 및 제2 윈도우를 서로 절연시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생모듈.
  7. 제3 항에 있어서,
    상기 프레임은
    외부로부터 제공되는 공정가스가 확산되는 공간을 형성하는 가스 공급부와,
    상기 공정가스가 상기 공정공간으로 토출되도록 하는 가스 토출공을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생모듈.
  8. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 윈도우는
    상기 공정공간에 마주하는 일면이 서로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생모듈.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 공정공간에 마주하는 상기 비자성체의 저면에 인접하도록 배치되는 보호 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생모듈.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 보호 플레이트는
    메탈 재질로 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생모듈.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 비자성체는
    상호 탈착 가능한 복수 개의 파트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생모듈.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 비자성체는
    상부 플레이트와,
    상기 상부 플레이트 하부에 이격 배치되는 하부 플레이트와,
    상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에서 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트를 연결하는 연결플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생모듈.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 비자성체는
    상기 플레이트 간의 접촉 부위에 배치되는 실링부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생모듈.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 비자성체는
    외부로부터 제공되는 공간가스 확산되는 공간을 형성하는 가스 공급부와,
    상기 공정가스가 상기 공정공간으로 토출되도록 하는 가스 토출공을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생모듈.
  15. 기판의 공정공간을 형성하는 챔버; 및
    상기 공정공간에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생모듈을 포함하고,
    상기 플라즈마 발생모듈은
    고주파 전력을 공급하는 고주파 전원;
    상기 고주파 전력을 기반으로 상기 공정공간을 향해 플라즈마를 발생시킬 수 있는 안테나; 및
    상기 공정공간과 상기 안테나 사이에 배치되며, 내부에 중공이 형성되는 비자성체를 포함하고,
    상기 안테나와 상기 비자성체의 간격은
    상기 공정공간에서 발생되는 상기 플라즈마의 밀도가 균일할 수 있도록 설정된 영역별로 상이한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 안테나는
    상기 비자성체의 중앙영역 상부에 배치되는 제1 안테나, 및 상기 비자성체의 가장자리영역 상부에서 상기 제1 안테나와 동일한 높이에 배치되는 제2 안테나를 포함하고,
    상기 비자성체는
    상기 제1 안테나 하측에 배치되는 중앙영역의 두께가 상기 제2 안테나 하측에 배치되는 가장자리영역의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  17. 제15 항 또는 제16항에 있어서,
    상기 비자성체를 구획하여, 상기 비자성체가 중앙영역에 배치되는 제1 윈도우 및 가장자리에 배치되는 제2 윈도우로 분리되도록 하는 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 윈도우의 두께는
    상기 제2 윈도우의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 제2 윈도우는
    상기 제1 윈도우에 이웃하는 일영역으로부터 타영역을 향하는 경사면을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 프레임은
    상기 제1 및 제2 윈도우를 서로 절연시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  21. 제17 항에 있어서,
    상기 프레임은
    외부로부터 제공되는 공정가스가 확산되는 공간을 형성하는 가스 공급부와,
    상기 공정가스가 상기 공정공간으로 토출되도록 하는 가스 토출공을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  22. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 윈도우는
    상기 공정공간에 마주하는 일면이 서로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  23. 제15 항에 있어서,
    상기 공정공간에 마주하는 상기 비자성체의 저면에 인접하도록 배치되는 보호 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  24. 제23 항에 있어서,
    상기 보호 플레이트는
    메탈 재질로 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  25. 제15 항에 있어서,
    상기 비자성체는
    상호 탈착 가능한 복수 개의 파트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  26. 제25 항에 있어서,
    상기 비자성체는
    상부 플레이트와,
    상기 상부 플레이트 하부에 이격 배치되는 하부 플레이트와,
    상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에서 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트를 연결하는 연결플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  27. 제26 항에 있어서,
    상기 비자성체는
    상기 플레이트 간의 접촉 부위에 배치되는 실링부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  28. 제15 항에 있어서,
    상기 비자성체는
    외부로부터 제공되는 공간가스 확산되는 공간을 형성하는 가스 공급부와,
    상기 공정가스가 상기 공정공간으로 토출되도록 하는 가스 토출공을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.


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