KR20190021302A - 인라인타입 플라즈마 처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스퍼터링 건 또는 PECVD용 소스가 360°의 범위에서 전방위적으로 플라즈마를 발생시켜 기판을 처리할 수 있는 인라인타입 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 인라인타입 플라즈마 처리장치는 기판을 로딩하거나 언로딩하는 로딩/언로딩챔버; 상기 로딩챔버에 이웃하며, 내부에는 서로 다른 공정이 수행되는 제1공정부와 제2공정부가 파티션에 의해 구획되고, 상기 제1공정부와 제2공정부에는 원기둥 형태의 플라즈마 발생부가 구비되는 공정챔버; 상기 공정챔버에 이웃하며, 상기 제1공정부를 통과한 기판을 내부에서 수평이송하여 상기 제2공정부로 공급하는 이송챔버;를 포함한다.

Description

인라인타입 플라즈마 처리장치{IN-LINE TYPE PLASMA TREATMENT APPARATUS}
본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스퍼터링 건 또는 PECVD용 소스가 360°의 범위에서 전방위적으로 플라즈마를 발생시켜 기판을 처리할 수 있는 인라인타입 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
일반적으로 스퍼터링 박막 증착방식은 플라즈마를 발생시켜 얻은 이온들이 높은 에너지를 가지고 타겟물질에 충돌함으로써 타겟물질을 뜯어낼 수 있도록 하는 방식으로 실제 반도체 등의 소자공정에 많이 적용되고 있는 기술이다.
스퍼터링 증착장치의 구조적인 방식은 사용하는 목적에 따라 여러 가지의 형태로 발전되어 왔으나, 그의 수율을 증가시키려는 노력은 아직도 많이 진행되고 있다.
스퍼터링 증착장치는 진공용기 속에 이온화가 잘 일어날 수 있는 최적의 가스압력을 유지하면서 '+', '-'의 양극을 설치하고, 양단의 전극에 직류 또는 교류의 전압을 걸어 플라즈마를 발생시키는 용량성 저온 플라즈마를 이용한 박막제조장치이다.
상식적으로 생각하면 플라즈마 속에 존재하는 '+' 이온들은 '-' 인가 전극쪽으로 진행을 하게 되고, '-' 이온들은 반대로 '+' 인가 전극쪽으로 돌진하게 된다.
이때, '+' 이온들은 질량이 크고 높은 전기적 에너지를 가지고 있기 때문에 '-'의 타겟면에 충돌하는 순간 타겟물질들을 튕겨 나오게 할 수 있으며, 뜯겨져 나온 타겟물질을 마주보고 있는 '+' 전극의 피처리물에 증착시킬 수 있게 된다.
반면에 플라즈마 속에 존재하는 '-' 이온들은 타겟이 아닌 '+' 전극의 피처리물 방향으로 돌진하여 어렵게 쌓아놓은 박막물질들을 다시 뜯어내는 리스퍼터링(re-sputtering) 현상을 일으키게 된다.
발생된 플라즈마에 자기장을 인가하면 플라즈마 내의 전자들에 로렌쯔 힘을 가할 수 있고, 스퍼터 타겟 뒷면에 부착한 자석의 배열형태에 따라 원하는 플라즈마 밀도 분포를 얻을 수 있다. 이를 마그네트론 스퍼터링이라 한다.
따라서, 마그네트론 스퍼터링은 리스퍼터링을 방지할 수 있고, 플라즈마 밀도를 높일 수 있는 장점을 가지고 있다.
실제적으로 가장 많이 응용되고 있는 형태는 직경이 2∼3인치 정도되는 둥근 원판형의 스퍼터 건으로, 타겟의 뒷면 중앙에 1개의 자기극을 두고 둘레에 반대극을 배치하여 2개의 자기극 사이에 균일한 자기장을 형성시켜 줌으로써, 도너츠 모양의 플라즈마 환을 만들어 사용하는 것이다.
이때, 타겟의 면에서 식각되는 식각 부분은 타겟면과 평행하게 형성되는 자기장의 영역에서 집중적으로 일어나기 때문에 도너츠 모양의 환형으로 식각이 일어난다.
그러나, 타겟면이 6인치 이상되는 대면적일 때에는 도너츠 모양의 자석배열 을 사용하면 박막의 균일도 및 타겟의 소모율이 효율적이지 못하다.
뿐만 아니라 통상적인 스퍼터 건은 타겟 중 피처리물에 대향된 부분만을 사용하고, 피처리물에 대향되지 않는 부분은 사용하지 못하게 되어 고가의 타겟 사용율이 현저히 낮다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 종래에도 타겟을 회전(이동)시켜 타겟이 사용되지 못한 부분이 피처리물에 대향되게 위치시켜 타겟 사용율을 높이기 위한 노력이 있었으나, 타겟을 회전하는 기구 구성이 복잡하고, 공정을 연속적으로 하지 못하기 때문에 공정 시간이 길어지는 문제가 있다.
도 1은 일반적인 인라인타입 플라즈마 처리장치를 나타낸 것이다.
도시된 바와 같이, 기립상태의 홀더의 양측에 기판을 각각 장착한다. 이 상태에서 게이트를 오픈하여 로딩챔버로 반입한다.
다음으로, 로딩챔버를 저진공분위기로 형성한 다음 기판을 버퍼챔버로 전달한다.
버퍼챔버는 고진공상태이며, 이 상태에서 공정챔버로 기판을 반입한다.
상기 공정챔버는 챔버의 양측벽에 각각 플라즈마 발생부가 구비된다. 따라서 홀더의 양측에 장착된 기판에 대하여 소정의 플라즈마 처리를 하게 되는 것이다. 상기 플라즈마 발생부는 스퍼터 건 또는 PECVD용 소스이다.
이와 같이 공정챔버에서 공정이 완료되면, 버퍼챔버로 반출하고, 버퍼챔버에서 다시 언로딩챔버로 전달한 후, 기판을 언로딩한다.
한편, 기판에는 복수의 플라즈마 처리가 요구되는 경우가 대부분이다. 예를 들어 기판 위에 SiO2를 코팅하고, 그 위에 TiO2와 Al2O3와 In을 순차적으로 적층하는 공정이 있다.
이러한 공정을 위해서는 도 1에 도시된 인라인타입 플라즈마 처리장치가 4개가 연속하여 배치되어야 한다. 각기 다른 인라인타입 플라즈마 처리장치에서 SiO2와, TiO2와, Al2O3와, In을 순차적으로 적층하는 것이다.
따라서 설비가 고가일 뿐만 아니라, 기판이 언로딩챔버에서 배출되어 이송된 후, 다시 다른 로딩챔버로 로딩될 때 기판 위에 파티클이 부착되는 문제가 있다.
대한민국 특허 제10-1626467호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 스퍼터링 건 또는 PECVD용 소스가 360°의 범위에서 전방위적으로 플라즈마를 발생시킬 수 있는 인라인타입 플라즈마 처리장치를 제공함에 있다.
또한 자석의 표면 가우스를 상승시켜 플라즈마 밀도(density)가 높아지고, 고진공 분위기에서도 플라즈마를 생성할 수 있는 인라인타입 플라즈마 처리장치를 제공함에 있다.
위와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 인라인타입 플라즈마 처리장치는 기판을 로딩하거나 언로딩하는 로딩/언로딩챔버; 상기 로딩챔버에 이웃하며, 내부에는 서로 다른 공정이 수행되는 제1공정부와 제2공정부가 파티션에 의해 구획되고, 상기 제1공정부와 제2공정부에는 원기둥 형태의 플라즈마 발생부가 구비되는 공정챔버; 상기 공정챔버에 이웃하며, 상기 제1공정부를 통과한 기판을 내부에서 수평이송하여 상기 제2공정부로 공급하는 이송챔버;를 포함한다.
또한 상기 제1공정부 또는 제2공정부는 상기 플라즈마 발생부를 사이에 두고 한 쌍의 기판을 동시에 처리하는 것이 바람직하다.
또한 상기 플라즈마 발생부는 스퍼터 건 또는 PECVD용 소스인 것이 바람직하다.
또한 상기 스퍼터 건은, 축방향으로 내부가 중공된 원통형태의 타겟; 상기 타겟의 내부에 구비되며 내부가 중공형성되고 전도성 재질로 형성되는 전극관; 및 상기 전극관의 내부에 구비되며 복수개의 자석을 포함하되, 이웃하는 자석들끼리 상호 척력이 발생되도록 연속하여 배열된 자석 조립체;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 상기 자석 조립체 또는 타겟 중 어느 하나가 고정된 상태에서 다른 하나를 스캐닝하는 스캐닝수단;을 포함하는 것이 바람직하다.
또한 상기 자석은 높이방향으로 관통홀이 형성된 원기둥 또는 다각기둥 형태로 형성되며, 상기 자석 조립체는 상기 자석들을 상호 척력이 발생되도록 배열한 상태에서 상기 관통홀을 관통하는 자석 고정축에 의해 상기 자석들을 고정시키는 것이 바람직하다.
또한 상기 PECVD용 소스는, 내부가 중공된 전극 보호관; 상기 전극 보호관의 내부에 구비되며 내부가 중공형성되고 전도성 재질로 형성되는 전극관; 상기 전극관의 내부에 구비되며 복수개의 자석을 포함하되, 이웃하는 자석들끼리 상호 척력이 발생되도록 연속하여 배열된 자석 조립체; 및 공정가스를 공급하는 매니폴드;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 상기 자석 조립체 또는 전극 보호관 중 어느 하나가 고정된 상태에서 다른 하나를 스캐닝하는 스캐닝수단;을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 스퍼터링 건 또는 PECVD용 소스가 360°의 범위에서 전방위적으로 플라즈마를 발생시킬 수 있는 효과가 있다.
따라서 스퍼터링 건 또는 PECVD용 소스를 사이에 두고 양측에서 한 쌍의 기판에 대하여 동시에 플라즈마 처리하는 것이 가능하다.
공정챔버를 파티션으로 나누어 하나의 공정챔버에서 서로 독립적인 공정을 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한 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 피처리물을 동시에 처리할 수 있는 효과가 있다.
또한 자석 또는 타겟을 스캐닝하여 피처리물에 대하여 타겟 사용율을 극대화할 수 있다.
또한 기판을 대기중에 노출하지 않고 스퍼터링과 CVD공정을 연속적으로 수행할 수 있게 된다.
도 1은 일반적인 인라인타입 플라즈마 처리장치를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 인라인타입 플라즈마 처리장치를 도시한 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 실시예의 공정챔버를 구체적으로 나타낸 것이다.
도 4 내지 도 12는 본 발명에 의한 실시예의 요부인 스퍼터 건을 구체적으로 나타낸 것이다.
도 13 내지 도 19는 본 발명에 의한 실시예의 요부인 PECVD용 소스를 구체적으로 나타낸 것이다.
도 20 내지 도 24는 본 발명에 의한 실시예의 사용상태를 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예의 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이다. 이를 참조하면, 본 발명에 의한 실시예(1)는 로딩/언로딩챔버(110)와, 제1버퍼챔버(120)와 제1공정챔버(130)와, 제2버퍼챔버(140)와, 제2공정챔버(150)와, 이송챔버(160)를 포함한다.
상기 로딩/언로딩챔버(110)는 대기분위기에서 기판이 반입되고, 저진공분위기로 조성한 다음, 제1버퍼챔버(120)로 기판을 전달한다. 또는 대기분위기에서 기판을 반출한다. 상기 로딩/언로딩챔버(110)는 기판의 진행방향으로 파티션(191)에 의해 구획되어 로딩부(111)와 언로딩부(112)가 형성된다.
상기 제1버퍼챔버(120)는 챔버 내 분위기가 고진공분위기로서, 기판을 제1공정챔버(130)로 전달한다.
상기 제1공정챔버(130)는 기판의 진행방향으로 파티션(193)에 의해 구획되어 제1공정부(131)와 제2공정부(132)가 형성된다. 상기 제1공정챔버(130)의 제1공정부(131)와 제2공정부(132)에는 중심에 플라즈마 발생부로서 PECVD용 소스(300)가 구비된다.
상기 제1공정챔버(130)에 이웃하여 제2버퍼챔버(140)와 제2공정챔버(150)가 구비된다. 제2버퍼챔버(140)는 제1공정챔버(130)와 유사한 압력으로 조성된다.
상기 제2공정챔버(150)도 역시 상기 제1공정챔버(130)와 동일하게 파티션(195)으로 구획되어 제1공정부(151)와 제2공정부(152)가 형성된다.
상기 제2공정챔버(150)의 일측에는 이송챔버(160)가 구비되는데, 상기 이송챔버(160)는 상기 제2공정챔버(150)에서 기판이 반입되는 방향과 직교되는 방향으로 기판을 수평이송하는 이송수단(162)이 구비된다.
상기 각 챔버들 사이에는 기판이 드나드는 개구부를 개폐하는 게이트 밸브(G)가 구비된다. 특히, 파티션(191~195)에 의해 구획된 부분들만 별도로 개폐하기 위하여 게이트 밸브(G) 역시 나란하게 이웃하여 2개가 병렬로 구비된다.
또한 제1버퍼챔버(120)와 제2버퍼챔버(140)도 기판의 진행방향으로 파티션(192,194)에 의해 구획되어 제1버퍼부(121,141)와 제2버퍼부(122,142)가 구성된다. 그러나 본 실시예와 달리 제1버퍼챔버(120)와 제2버퍼챔버(140)는 파티션(192,194)에 의해 구획되지 않을 수 있다. 이와 마찬가지로 로딩/언로딩챔버(110)도 파티션(191)에 의해 로딩부(111)와 언로딩부(112)로 구획되지 않을 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 제2공정챔버(150)를 구체적으로 나타낸 것이다. 그러나 제1공정챔버(120)도 동일한 구조이다.
도시된 바와 같이, 제2공정챔버(150)는 챔버의 내부 중심에 파티션(195)이 구비된다. 상기 파티션(195)은 상기 제2공정챔버(150)의 내부공간을 제1공정부(151)와 제2공정부(152)로 구획하기 위한 구성요소이다.
상기 파티션(195)의 전방과 후방에서 제2공정챔버(150)의 측벽에는 각각 개구부(153~156)가 형성되어 있다. 그리고 이를 각각 개별적으로 개폐하기 위한 게이트 밸브(G1~g4)가 구비된다.
또한 상기 제1공정부(151)와 제2공정부(152)는 파티션(195)에 의해 구획되어 기판에 대하여 서로 다른 공정을 처리할 수 있다.
예를 들어 본 실시예에서는 제1공정부(151)에는 플라즈마 발생부로서 PECVD용 소스(300)가 구비되어 기판에 대하여 CVD공정을 수행하고, 제2공정부(152)에는 플라즈마 발생부로서 스퍼터 건(200)이 구비되어 기판에 대하여 스퍼터링 공정을 할 수 있는 것이다.
또한 상기 PECVD용 소스(300)와 스퍼터 건(200)은 원기둥 형태로 구성되어 360°의 범위에서 전방위적으로 플라즈마를 발생시킬 수 있는 구조이다.
따라서 PECVD용 소스(300) 또는 스퍼터 건(200)을 사이에 두고 한 쌍의 기판이 서로 마주보도록 배치되어 동시에 플라즈마 처리가 가능한 것이다.
참고로 도 1에 도시된 일반적인 플라즈마 처리장치는 플라즈마 발생부가 360°의 범위에서 플라즈마를 발생시키는 것이 아니라 일측으로만 플라즈마를 발생시키기 때문에 한 쌍의 기판을 처리하기 위해서는 챔버의 양측벽에 각각 플라즈마 발생부를 구비해야 하는 것이다.
이와 달리 본 실시예는 플라즈마 발생부인 PECVD용 소스와 스퍼터 건이 원기둥 형태로 형성되고 360°의 범위에서 플라즈마를 발생시키기 때문에 제1공정부 또는 제2공정부의 중심에 구비되어 양측으로 기판을 통과시켜 동시에 처리 가능하다.
도 4는 스퍼터 건(200)을 도시한 것이다. 스퍼터 건(200)은 자석 조립체와, 자석 고정관(212)과, 전극관(213)과, 타겟(214)을 포함한다. 또한 상기 자석 조립체는 복수의 자석(211)과, 상기 자석(211)을 고정하는 자석 고정수단을 포함한다.
특히, 본 발명에 의하면 상기 복수의 자석(211)은 같은 극끼리 마주보도록 설치된다는 것을 알 수 있다. 따라서 조립이 완료된 상태에서 이웃하는 자석들끼리 척력이 발생되도록 배열하는 것이다. 이와 같이 배열하는 것은 자석(211)의 표면 가우스를 증가시키기 위한 것이다. 측정 결과, 동일한 조건에서 복수의 자석(211)을 인력이 작용하도록 배열했을 때보다 본 실시예와 같이 척력이 작용하도록 배열했을 때 표면 가우스가 약 2배 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. 즉, 스퍼터링공정에서 챔버 분위기가 고진공일수록 스퍼터링 속도가 빨라지고, 자유행정거리가 커지므로 피처리물에 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 고정축이 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 자석(211)은 원기둥 형태로 형성되되, 그 중심에 관통홀(211a)을 형성하고, 상기 관통홀(211a)을 통해 자석 고정축(231)을 관통시킨다. 마지막으로 상기 자석 고정축(231)의 끝단에 체결부재(232)인 너트를 체결하여 자석(211)을 같은 극끼리 마주보도록 배열하고 고정하는 것이다. 이와 같이 자석 고정축(231)과 체결부재(232)를 이용함으로써, 자석(211)을 같은 극끼리 마주보도록 용이하게 배열하고 고정할 수 있게 된다.
따라서 상기 자석 고정축(231)의 끝단에는 체결부재(232)를 체결할 수 있도록 탭이 형성되는 것은 당연하다. 더 나아가 상기 자석 고정축(231)의 중심에는 냉각수가 흐르는 관통홀(216)이 형성될 수 있다.
자석 고정수단의 다른 예로서 자석 고정관이 있다.
상기 자석 고정관(도 4의 '212')은 상하부가 개방된 관으로 형성되며, 복수의 자석(211)을 삽입한 상태에서 상부와 하부를 커버로 실링을 하여 자석들을 같은 극끼리 마주보면서 고정한다.
상기 전극관(213)은 본 실시예에서는 전원이 공급되어 플라즈마를 발생시키는 구성요소로 구리 또는 알루미늄 재질로 형성된다.
상기 타겟(214)은 축방향으로 내부가 중공된 원통형태로 형성되어 내부에 상기 전극관(13)과 자석 조립체를 내장한다.
도 7을 참조하면, 스퍼터 건(200)의 상부와 하부에는 냉각수가 공급, 배출되는 냉각수 공급구(ℓa)와 냉각수 배출구(ℓb)가 형성되어 있고, 이들 사이에는 유로가 형성되어 있으며, 상기 자석 고정축(231)의 중심에 형성된 관통홀(216)로 유로의 일부가 되는 것이다. 또한 전원(217)이 연결된다.
이 상태에서 상기 전원(217)을 공급하게 되면, 상기 자석(211)의 주위에 환형의 플라즈마(P)가 형성되는 것이 확인된다. 상기 환형의 플라즈마(P)는 자석(211)의 수만큼 형성된다.
도 8을 참조하면, 상기 플라즈마(P)는 환형으로서 입체적으로 형성되기 때문에 스퍼터 건(200)을 중심으로 360°스퍼터링 공정이 가능하다는 것을 알 수 있다. 즉, 스퍼터 건(200)을 중심으로 하여 피처리물을 방사상으로 배치하여 동시에 많은 피처리물을 스퍼터링 공정을 할 수 있는 것이다.
또한 사각형태의 피처리물(예를 들어 유리기판)의 경우 한 쌍의 피처리물을 마주보게 배치하여 한 쌍의 피처리물을 동시에 스퍼터링 공정을 할 수 있다.
한편, 본 발명은 자석 주위로 환형의 플라즈마를 발생시켜 스퍼터링을 통해 피처리물의 표면에 대하여 금속막 등을 성막할 수 있는데, 환형의 플라즈마는 자석의 수만큼 발생된다. 이와 같이 스퍼터링 공정을 수행하면 타겟(214a)이 일정하게 소모되지 않고 종단면이 물결모양의 파형이 형성되면서 소모된다(도 9 참조). 즉, 타겟에 일정한 간격으로 원주방향으로 복수개의 홈(214M)이 형성되는 것이다. 이것은 본 발명은 환형의 플라즈마가 자석의 수만큼 형성되고, 플라즈마가 형성되는 위치의 타겟이 주로 소모되기 때문이다.
이러한 현상을 고려하여 본 발명은 스캐닝수단을 구비한다.
상기 스캐닝수단은 전극 조립체 또는 타겟 중 어느 하나가 고정된 상태에서 다른 하나를 스캐닝하는 구성요소이다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 의한 스캐닝수단(270)의 일실시예는 상기 타겟(214)을 고정한 상태에서 자석 조립체(211,231,232)를 상하로 스캐닝하는 것이다. 즉, 상기 스캐닝수단(270)은 모터 또는 에어 실린더 등의 공지의 구동수단으로서 증착 공정 중에 자석 조립체를 상하로 일정하게 왕복운동시키는 것이다.
도 11은 본 발명에 의한 스캐닝수단(270)의 다른 실시예를 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, 자석 조립체는 고정된 상태에서 타겟(214)을 상하로 일정하게 왕복운동시키는 것이다. 이를 위해 상기 타겟(214)을 파지하고 상기 스캐닝수단(270)에 연결하는 지그(271)가 구비된다.
상기 스캐닝수단(270)이 자석 조립체 또는 타겟(214)을 스캐닝할 때 그 스트로크는 자석(211)의 두께만큼 왕복운동시킨다.
이와 같이 스퍼터링 공정 중 자석 조립체 또는 타겟(214)을 스캐닝하게 되면 타겟(도 12의 '214b' 참조)이 전범위에 걸쳐 일정하게 소모되어 고르게 사용할 수 있고 그로 인해 타겟 사용율이 현저하게 높아진다(도 12참조).
도 13은 PECVD용 소스를 도시한 것이다. PECVD용 소스(300)는 자석 조립체와, 자석 고정관(312)과, 전극관(313)과, 전극 보호관을 포함한다. 본 실시예에서는 전극보호관으로서 쿼츠관(Quartz-pipe,314)을 구비한다. 또한 상기 자석 조립체는 복수의 자석(311)과, 상기 자석(311)을 고정하는 자석 고정수단을 포함한다.
특히, 본 발명에 의하면 상기 복수의 자석(311)은 같은 극끼리 마주보도록 설치된다는 것을 알 수 있다. 따라서 조립이 완료된 상태에서 이웃하는 자석들끼리 척력이 발생되도록 배열하는 것이다. 이와 같이 배열하는 것은 자석(311)의 표면 가우스를 증가시키기 위한 것이다. 따라서 증착속도가 빨라지고, 자유행정거리가 커지므로 기판에 형성되는 막이 균일하게 성막되며, 막질의 물성이 개선된다.
이와 같이 표면 가우스를 증가시키기 위해 본 발명은 자석들을 척력이 발생되도록 배열하기 때문에 자석 고정수단이 필요하다. 본 발명에 의한 자석 고정수단의 일 예로서 자석 고정축이 있다.
도 13 내지 도 15를 참조하면, 자석(311)은 원기둥 형태로 형성되되, 그 중심에 관통홀(311a)을 형성하고, 상기 관통홀(311a)을 통해 자석 고정축(331)을 관통시킨다. 마지막으로 상기 자석 고정축(331)의 끝단에 체결부재(332)인 너트를 체결하여 자석(311)을 같은 극끼리 마주보도록 배열하고 고정하는 것이다. 이와 같이 자석 고정축(331)과 체결부재(332)를 이용함으로써, 자석(311)을 같은 극끼리 마주보도록 용이하게 배열하고 고정할 수 있게 된다.
따라서 상기 자석 고정축(331)의 끝단에는 체결부재(332)를 체결할 수 있도록 탭이 형성되는 것은 당연하다. 더 나아가 상기 자석 고정축(331)의 중심에는 냉각수가 흐르는 관통홀(316)이 형성될 수 있다.
자석 고정수단의 다른 예로서 자석 고정관이 있다.
상기 전극관(313)은 본 실시예에서는 전원이 공급되어 플라즈마를 발생시키는 구성요소로 구리 또는 알루미늄 재질로 형성된다.
한편, 챔버 내부에서 플라즈마를 발생시켜 피처리물(L)에 대하여 PECVD공정을 실시하게 되면, 전극관(313)의 표면에 물질이 부착된다. 따라서 전극관(313)을 주기적으로 세정을 해줘야 한다. 그런데 전극관(313)을 세정하는 것은 복잡할 뿐만 아니라 플라즈마 생성에 영향을 미칠 수 있기 때문에 상대적으로 세정이 용이한 쿼츠관(314)을 덧씌워 제조함으로써, 이물질이 전극관(313)이 아닌 쿼츠관(314)에 달라 붙도록 하여 전극을 보호하는 구성요소이다. 물론, 쿼츠관(314)을 배제한 구성도 가능하며, 특히, 쿼츠관(314) 대신 전극관(313)의 표면을 아노다이징 처리함으로써 이물질이 부착되는 문제를 해결할 수도 있다.
도 16을 참조하면, PECVD용 소스(300)의 상부와 하부에는 냉각수가 공급, 배출되는 냉각수 공급구(ℓa)와 냉각수 배출구(ℓb)가 형성되어 있고, 이들 사이에는 유로가 형성되어 있으며, 상기 자석 고정축(331)의 중심에 형성된 관통홀(316)로 유로의 일부가 되는 것이다. 또한 전원(317)이 연결된다.
이 상태에서 상기 전원(317)을 공급하게 되면, 상기 자석(311)의 주위에 환형의 플라즈마(P)가 형성되는 것이 확인된다. 상기 환형의 플라즈마(P)는 자석(111)의 수만큼 형성된다.
도 17을 참조하면, 상기 플라즈마(P)는 환형으로서 입체적으로 형성되기 때문에 PECVD용 소스(300)를 중심으로 360°PECVD공정이 가능하다는 것을 알 수 있다. 즉, PECVD용 소스(300)를 중심으로 하여 피처리물을 방사상으로 배치하여 동시에 많은 피처리물을 PECVD 공정을 할 수 있는 것이다.
또한 사각형태의 피처리물(예를 들어 유리기판)의 경우 한 쌍의 피처리물을 마주보게 배치하여 한 쌍의 피처리물을 동시에 PECVD공정을 할 수 있다.
한편, 본 발명은 자석 주위로 환형의 플라즈마를 발생시켜 PECVD공정을 통해 피처리물의 표면에 대하여 절연막이나 보호막 등을 성막할 수 있는데, 환형의 플라즈마는 자석의 수만큼 발생된다. 이와 같이 PECVD공정을 수행하면 쿼츠관(314)의 외주면에도 물질이 성막이 되어 문제가 되기도 한다. 특히, 상기 증착물질은 쿼츠관(14)에 균일하게 성막되는 것이 아니라 플라즈마(P)가 형성된 부분에 두껍게 성막되어 쿼츠관(114)의 단면에는 물결모양의 막이 형성된다. 이와 같이 쿼츠관(314)에 증착물질이 성막되는 것도 문제지만, 증착물질이 균일한 두께가 아니라 단면이 파형을 이루면서 성막되는 것이 더욱 큰 문제가 된다. 이 경우, 피처리물에 대한 증착이 불균일해지기 때문이다. 증착물질은 자석의 중심부분에서 더 두껍게 증착되어 단면형상이 파형으로 증착된다.
이러한 현상을 고려하여 본 발명은 스캐닝수단을 구비한다.
상기 스캐닝수단은 전극 조립체 또는 쿼츠관 중 어느 하나가 고정된 상태에서 다른 하나를 스캐닝하는 구성요소이다.
도 18을 참조하면, 본 발명에 의한 스캐닝수단(370)의 일실시예는 상기 쿼츠관(314)을 고정한 상태에서 자석 조립체(311,331,332)를 상하로 스캐닝하는 것이다. 즉, 상기 스캐닝수단(370)은 모터 또는 에어 실린더 등의 공지의 구동수단으로서 증착 공정 중에 자석 조립체를 상하로 일정하게 왕복운동시키는 것이다.
도 19는 본 발명에 의한 스캐닝수단(370)의 다른 실시예를 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, 자석 조립체는 고정된 상태에서 쿼츠관(314)을 상하로 일정하게 왕복운동시키는 것이다. 이를 위해 상기 쿼츠관(314)을 파지하고 상기 스캐닝수단(370)에 연결하는 지그(371)가 구비된다.
상기 스캐닝수단(370)이 자석 조립체 또는 쿼츠관(314)을 스캐닝할 때 그 스트로크는 자석(311)의 두께만큼 왕복운동시킨다.
이와 같이 PECVD공정 중 자석 조립체 또는 쿼츠관(314)을 스캐닝하게 되면 쿼츠관(314)에 증착물질이 성막되더라도 균일한 두께로 성막되게 된다. 따라서 피처리물의 플라즈마 처리에 균일성이 향상된다.
이하, 본 발명에 의한 실시예의 작동상태를 설명한다.
먼저, 한 쌍의 홀더를 마련하고, 상기 홀더의 일측에 각각 기판(S1,S2)을 장착한다.
이와 같이 기판이 장착된 홀더를 수직으로 기립한 상태에서 게이트밸브(G)를 개방하여 로딩/언로딩챔버(110)로 반입한다. 상기 한 쌍의 기판(S1,S2)은 서로 마주보도록 로딩된다.
다음으로, 로딩/언로딩챔버(110)는 기판(S1,S2) 반입 후 저진공상태로 분위기를 조성한 다음, 기판을 고진공분위기의 제1버퍼챔버(120)로 이송하고, 이어서 제1공정챔버(130)의 제1공정부(131)로 수평이송한다(도 20 참조). 이 때, 한 쌍의 기판(S1,S2)은 상기 제1공정부(131)에 구비된 원기둥 형태의 PECVD용 소스(300)를 사이에 두고 서로 마주보도록 반입된다.
이 상태에서 상기 PECVD용 소스(300)를 작동시키면, 도넛 형태의 플라즈마가 생성된다(도 16의 'P' 참조). 한편으로 공정가스를 제1공정챔버(130)의 내부에 공급하면 서로 마주보는 한 쌍의 기판 표면에 동시에 SiO2를 성막할 수 있다.
다음으로, 한 쌍의 기판(S1,S2)은 제2버퍼챔버(140)를 통과하여 제2공정챔버(150)의 제1공정부(151)로 반입된다(도 21 참조). 이 상태에서 PECVD용 소스(300)를 작동시켜 TiO2를 성막한다. 이 때도 역시 PECVD용 소스(300)는 도넛 형태의 플라즈마를 발생시키기 때문에 서로 마주보는 한 쌍의 기판(S1,S2)을 동시에 플라즈마 처리가 가능한 것이다.
다음으로, 제2공정챔버(150)로부터 반출된 한 쌍의 기판(S1,S2)은 이송챔버로 반입된다. 이송챔버(160)에는 기판을 수평이송하는 이송수단(161)이 구비되는데, 구체적으로 설명하면, 상기 이송수단(161)은 제2공정챔버(150)에서 한 쌍의 기판(S1,S2)이 반입되는 방향과 직교되는 방향(도 22의 화살표 참조)으로 기판을 수평이송하는 것이다(도 22 참조).
다음으로, 이송챔버(160)에서 수평이송된 한 쌍의 기판(S1,S2)은 제2공정챔버(150)의 제2공정부(152)로 반입된다(도 23 참조). 상기 제2공정부(152)에는 원기둥형태의 스퍼터 건(200)이 구비되어 있다. 따라서 서로 마주보는 한 쌍의 기판(S1,S2)의 표면에 동시에 In막을 스퍼터링하여 성막한다.
다음으로, 상기 제2공정부(152)에서 스퍼터링된 한 쌍의 기판(S1,S2)은 제2버퍼챔버(140)를 통과하여 제1공정챔버(130)의 제2공정부(132)로 전달된다(도 24 참조). 상기 제1공정챔버(130)의 제2공정부(132)에는 PECVD용 소스(300)가 구비되어 있는데, 이를 이용하여 Al2O3을 성막할 수 있는 것이다.
본 발명에 의한 플라즈마 처리장치는 공정챔버를 1개 이상 복수개 구비할 수도 있고, 또한 각 공정챔버에는 1개 이상의 파티션이 구비되어 복수개의 공정부로 구획될 수 있으며, 각 공정부에는 원기둥 형태의 플라즈마 발생부가 구비되어 동종 또는 이종의 막을 성막하는 등의 플라즈마 처리를 할 수 있는 것은 당연하다.
100: 실시예
110: 로딩챔버
120: 제1버퍼챔버
130: 제1공정챔버
140: 제2버퍼챔버
150: 제2공정챔버
160: 이송챔버
170: 제3버퍼챔버
180: 언로딩챔버
200: 스퍼터 건
211: 자석
212: 자석고정관
213: 전극관
214: 타겟
270: 스캐닝수단
300: PECVD용 소스
320: 매니폴드
331: 자석 고정축
370: 스캐닝수단

Claims (2)

  1. 기판을 로딩하거나 언로딩하는 로딩/언로딩챔버;
    상기 로딩챔버에 이웃하며, 내부에는 서로 다른 공정이 수행되는 제1공정부와 제2공정부가 파티션에 의해 구획되고, 상기 제1공정부와 제2공정부에는 원기둥 형태의 PECVD용 소스가 구비되는 공정챔버; 및
    상기 공정챔버에 이웃하며, 상기 제1공정부를 통과한 기판을 내부에서 수평이송하여 상기 제2공정부로 공급하는 이송챔버;를 포함하며,
    상기 PECVD용 소스는,
    내부가 중공된 전극 보호관;
    상기 전극 보호관의 내부에 구비되며 내부가 중공형성되고 전도성 재질로 형성되는 전극관;
    상기 전극관의 내부에 구비되며 복수개의 자석을 포함하되, 이웃하는 자석들끼리 상호 척력이 발생되도록 연속하여 배열된 자석 조립체;
    상기 전극 보호관의 표면에 증착물질이 균일하게 성막되도록 상기 자석 조립체 또는 전극 보호관 중 어느 하나가 고정된 상태에서 다른 하나를 스캐닝하는 스캐닝수단; 및
    공정가스를 공급하는 매니폴드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인라인 타입 플라즈마 처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1공정부 또는 제2공정부는 상기 플라즈마 발생부를 사이에 두고 한 쌍의 기판을 동시에 처리하는 것을 특징으로 하는 인라인 타입 플라즈마 처리장치.

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