KR20190076556A - 유도결합 플라즈마 처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 밀도의 균일성이 확보되는 유도결합 플라즈마 처리장치를 제공하기 위하여, 기판이 반입되는 챔버 및 상기 기판 상측에 배치되는 윈도우 및 상기 윈도우 상측에 배치되어, 상기 기판과 상기 윈도우 사이에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스부 및 상기 윈도우 하부에 배치되어 상기 윈도우가 상기 챔버 내부로 노출되는 것을 방지하고, 상기 플라즈마가 발생될 수 있도록 상기 기판을 향해 공정가스를 공급하는 보호 플레이트를 포함한다. 이에, 챔버 내부에서 발생될 수 있는 플라즈마 밀도 차를 극복하여 보다 양질의 기판을 제조할 수 있고, 별도의 샤워헤드를 구성하지 않은 상태에서 클린키트를 활용하여 공정가스를 공급하는 바, 장비의 설치 및 유지보수가 간편한 효과가 있다.

Description

유도결합 플라즈마 처리장치{APPARATUS FOR PROCESSING INDUCTIVELY COUPLED PLASMA}
본 발명은 유도결합 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유도결합형 플라즈마를 기반으로 기판을 처리하는 유도결합 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
일반적으로 유도결합 플라즈마 처리장치는 피처리 기판이 수용되는 챔버, 챔버의 상부에 배치되는 유전체 윈도우 및 유전체 윈도우 상측에 배치되는 안테나로 구성된다. 여기서, 유도결합 플라즈마 처리장치는 챔버 내부로 공급되는 공정가스를 기반으로 유도결합 플라즈마를 발생시켜 피처리 기판이 식각 또는 증착 처리되도록 할 수 있다.
이러한 유도결합 플라즈마 처리장치에 대한 종래 기술은 이미 "대한민국 공개특허공보 제2012-0048919호(유도결합 플라즈마 처리장치, 2012.05.16.)"에 의해 공개된 바 있다. 상기 공개특허는 챔버 내부로 공정가스를 공급하며, 유도결합 플라즈마에 의해 기판 처리를 수행한다.
다만, 종래의 유도결합 플라즈마 처리장치는 기판의 대면적화가 진행됨에 따라 챔버의 중앙부와 주연부로 공급되는 공정가스의 공급량이 상이해질 수 있어, 양질의 기판을 제조하기 어려운 문제점이 있었다. 또한, 종래의 유도결합 플라즈마 처리장치는 챔버 리드에 플라즈마 처리를 위한 각종 유닛이 배치됨에 따라 자중에 따른 리드 처짐이 발생될 수 있었다.
대한민국 공개특허공보 제2012-0048919호(유도결합 플라즈마 처리장치, 2012.05.16.)
본 발명의 목적은 플라즈마 밀도의 균일성이 확보되는 유도결합 플라즈마 처리장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 별도의 샤워헤드를 설치하지 않으면서도 챔버 내부로 균일한 공정가스 공급이 가능한 유도결합 플라즈마 처리장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 유도결합 플라즈마 처리장치는 기판이 반입되는 챔버 및 상기 기판 상측에 배치되는 윈도우 및 상기 윈도우 상측에 배치되어, 상기 기판과 상기 윈도우 사이에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스부 및 상기 윈도우 하부에 배치되어 상기 윈도우가 상기 챔버 내부로 노출되는 것을 방지하고, 상기 플라즈마가 발생될 수 있도록 상기 기판을 향해 공정가스를 공급하는 보호 플레이트를 포함한다.
상기 보호 플레이트는 클린키트(Clean kit)로 마련될 수 있다.
상기 보호 플레이트는 상기 보호 플레이트의 외형을 형성하며 내부로 상기 공정가스가 공급되는 가스 공급부와, 상기 가스 공급부에 마련되어, 상기 공정가스가 상기 기판을 향해 토출되는 경로를 형성하는 복수 개의 토출공을 포함할 수 있다.
상기 유도결합 플라즈마 처리장치는 상기 플라즈마 소스부 하측에 배치되어, 상기 윈도우를 상기 챔버에 지지시키는 제1 프레임과, 상기 제1 프레임 하부에 배치되어 상기 제1 프레임이 상기 챔버 내부로 노출되는 것을 방지하는 제2 프레임을 포함하고, 상기 제2 프레임 내부에는 외부로부터 유입되는 상기 공정가스가 상기 가스 공급부로 제공되는 경로를 형성하는 가스 공급로가 형성될 수 있다.
상기 제2 프레임은 상기 가스 공급부로 유입되는 상기 공정가스 중 일부가 상기 기판을 향해 토출되는 경로를 형성하는 복수 개의 토출공을 포함할 수 있다.
상기 보호 플레이트와 상기 제2 프레임은 상기 기판에 마주하는 일면이 서로 평행하게 배치될 수 있다.
상기 보호 플레이트는 상기 윈도우로부터 이격 배치되어, 상기 윈도우와 상기 보호 플레이트 사이에 가스 공급부가 형성되도록 하고, 상기 가스 공급부로 유입되는 공정가스는 상기 보호 플레이트를 관통하는 복수 개의 토출공을 통해 상기 기판으로 토출될 수 있다.
상기 보호 플레이트의 내부에는 상기 공정가스가 상기 기판을 향해 공급되도록 하는 가스 공급부가 마련되고, 상기 가스 공급부는 상기 보호 플레이트 측벽으로부터 상기 보호 플레이트의 평행 방향으로 연장되어 상기 공정가스가 상기 보호 플레이트 내부로 유입되는 경로를 형성하는 제1 토출경로와, 상기 제1 토출경로에 교차하는 방향으로 상기 제1 토출경로에 연결되어 상기 공정가스가 상기 기판을 향해 토출되도록 하는 제2 토출경로를 포함할 수 있다.
상기 제1 토출경로에는 복수 개의 상기 제2 토출경로가 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 유도결합 플라즈마 처리장치는 챔버 내부에서 발생될 수 있는 플라즈마 밀도 차를 극복하여 보다 양질의 기판을 제조할 수 있고, 별도의 샤워헤드를 구성하지 않은 상태에서 클린키트를 활용하여 공정가스를 공급하는 바, 장비의 설치 및 유지보수가 간편한 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 유도결합 플라즈마 처리장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 유도결합 플라즈마 처리장치 중 도 1에 표기된 "I"를 나타낸 확대도이다.
도 3은 제2 실시예에 따른 유도결합 플라즈마 처리장치 중 도 1에 표기된 "I"를 나타낸 확대도이다.
도 4는 제3 실시예에 따른 유도결합 플라즈마 처리장치 중 도 1에 표기된 "I"를 나타낸 확대도이다.
도 5 제4 실시예에 따른 유도결합 플라즈마 처리장치 중 도 1에 표기된 "I"를 나타낸 확대도이다.
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 유도결합 플라즈마 처리장치를 나타낸 단면도이고, 도 2는 제1 실시예에 따른 유도결합 플라즈마 처리장치 중 도 1에 표기된 "I"를 나타낸 확대도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 유도결합 플라즈마 처리장치(100, 이하, 처리장치라 칭한다.)는 챔버(110), 리드모듈(130) 및 안테나 소스부(150)를 포함한다.
챔버(110)는 상측에 개구가 형성된 용기 형상으로 마련된다. 그리고 챔버(110)의 내부에는 피처리 기판(10)을 지지하는 기판 스테이지(111)가 배치될 수 있다. 이때, 기판 스테이지(111)에는 피처리 기판(10)을 안정적으로 지지하기 위한 척킹모듈(111a)이 설치될 수 있다.
그리고 리드모듈(130)은 챔버(110) 상단에 배치된다. 리드모듈(130)은 개방된 챔버(110) 상단을 통해 피처리 기판(10)이 출입될 수 있도록 챔버(110)의 상단을 개폐시켜 도어 밸브 시스템(Door Valve System)이 구현되도록 한다.
이러한 리드모듈(130)은 리드프레임(131), 윈도우(132), 리드플레이트(133) 및 리드 월(134)을 포함할 수 있다.
리드프레임(131)은 챔버(110)의 측벽에 지지된다. 그리고 윈도우(132)는 리드프레임(131) 내측에 설치된다. 여기서, 리드프레임(131)은 격자 형태로 마련되어 각각의 격자 공간에 윈도우(132)가 배치되도록 한다.
리드플레이트(133)는 리드프레임(131) 상측에 이격 배치된다. 그리고 리드 월(134)은 리드프레임(131)과 리드플레이트(133) 사이에 배치되어 리드프레임(131)으로부터 리드플레이트(133)를 지지한다. 이에, 리드모듈(130)의 내부에는 리드프레임(131), 윈도우(132), 리드플레이트(133), 및 리드 월(134)에 의해 안테나 소스부(150)의 설치 공간이 형성된다.
한편, 안테나 소스부(150)는 챔버(110) 내부에 형성되는 기판 처리공간에 유도결합 플라즈마(ICP: Inductively Coupled Plasma)가 발생되도록 한다. 여기서, 안테나 소스부(150)는 유도결합 플라즈마의 영역별 개별 제어를 위해 복수 개의 안테나를 포함하도록 마련될 수 있다.
그리고 리드모듈(130) 하부에는 세라믹 재질의 보호 플레이트(135), 예컨대 클린키트(Clean Kit)가 설치될 수 있다. 보호 플레이트(135)는 복수 개의 윈도우(132) 하부에 각각 배치된다. 여기서, 보호 플레이트(135)는 윈도우(132)가 챔버(110) 내부로 노출되어 윈도우(132)에 파티클이 증착되는 것을 방지하고, 윈도우(132)의 유지보수 편의를 제공한다.
그리고 리드프레임(131)의 하부에는 세라믹 재질의 차폐부(136)가 마련된다. 차폐부(136)는 리드프레임(131)이 챔버(110) 내부로 노출되는 것을 방지한다. 이를 위해, 차폐부(136)는 리드프레임(131)의 평면 형태에 대응되는 형태로 마련되는 차폐프레임(136a)을 포함할 수 있다. 여기서, 차폐프레임(136a)의 저면은 보호 플레이트(135)의 저면과 평행한 높이에 배치될 수 있으나, 이를 한정하지는 않는다.
한편, 기판 처리공간에 유도결합 플라즈마를 발생시키기 위해서는 챔버(110) 내부로 공정가스가 유입되어야 한다. 다만, 본 실시예에 따른 처리장치(100)에서는 별도의 샤워헤드를 구비하지 않고 복수 개의 보호 플레이트(135)를 활용하여, 공정가스가 챔버(110) 내부에서 균일하게 확산되도록 한다.
이를 위해, 복수 개의 보호 플레이트(135)는 각각 가스 공급부(135a) 및 가스 토출공(135b)을 포함할 수 있다.
가스 공급부(135a)는 보호 플레이트(135)의 외형이 형성되도록 한다. 여기서, 가스 공급부(135a)로는 차폐프레임(136a)을 통해 가스 공급유닛(200)으로부터의 공정가스가 유입된다. 이에, 공정가스는 가스 공급부(135a) 내부에서 1차적으로 확산되며 가스 공급부(135a) 바닥면에 형성된 가스 토출공(135b)을 통해 챔버(110) 내부로 토출될 수 있다.
그리고 차폐프레임(136a)에는 가스 공급유닛(200)으로부터의 공정가스가 보호 플레이트(135)로 제공되는 경로를 형성하는 가스 공급로(136aa)가 형성된다. 여기서 가스 공급로(136aa)는 격자 공간에 각각 배치된 보호 플레이트(135)의 가스 공급부(135a)들과 연통되어 복수의 가스 공급부(135a)로 공정가스가 원활하게 제공되도록 한다.
이때, 가스 공급유닛(200)으로부터 차폐프레임(136a) 내부로 유입되는 공정가스는 차폐프레임(136a) 측벽에 형성된 복수의 가스 공급로(136aa)로 유입될 수 있으나, 이는 본 실시예를 설명하기 위한 것으로 공정가스는 차폐프레임(136a) 측벽에 형성된 단일의 가스 공급로(136aa)로 유입되어 분기될 수 있다.
이와 같이, 처리장치(100)는 별도의 샤워헤드를 구비하지 않으면서도 복수의 보호 플레이트(135)를 활용하여 챔버(110)의 중앙부와 주연부로 균일한 공정가스 공급이 가능하도록 할 수 있다.
한편, 이하에서는 다른 실시예들에 따른 유도결합 플라즈마 처리장치에 대하여 상세히 설명하도록 한다. 다만, 상술된 구성요소에 대해서는 상세한 설명을 생략하고 동일한 참조부호를 부여하여 설명하도록 한다.
도 3은 제2 실시예에 따른 유도결합 플라즈마 처리장치 중 도 1에 표기된 "I"를 나타낸 확대도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 따른 처리장치(100)는 별도의 샤워헤드를 구비하지 않고, 복수 개의 보호 플레이트(135)와 차폐프레임(136a)을 활용하여 공정가스가 챔버(110) 내부에서 균일하게 확산되도록 한다.
이를 위해, 복수 개의 보호 플레이트(135)는 각각 가스 공급부(135a) 및 제1 가스 토출공(135ba)을 포함할 수 있다.
가스 공급부(135a)는 보호 플레이트(135)의 외형을 형성한다. 가스 공급부(135a)로는 차폐프레임(136a)을 통해 가스 공급유닛(200)으로부터의 공정가스가 유입된다. 이에, 공정가스는 가스 공급부(135a) 내부에서 확산되며, 가스 공급부(135a) 바닥면에 형성된 제1 가스 토출공(135ba)을 통해 챔버(110) 내부로 토출될 수 있다.
그리고 차폐프레임(136a) 내부에는 가스 공급유닛(200)으로부터의 공정가스가 보호 플레이트(135)로 제공되는 경로를 형성하는 가스 공급로(136aa)가 마련되어 복수의 가스 공급부(135a)로 공정가스가 원활하게 제공되도록 한다. 그리고 차폐프레임(136a)의 바닥면에는 제2 가스 토출공(135bb)이 마련된다. 이에, 가스 공급로(136aa)로부터 가스 공급부(135a)로 이송되는 공정가스 중 일부는 제2 가스 토출공(135bb)을 통해 차폐프레임(136a)으로부터 토출되며, 챔버(110) 내부로 확산될 수 있다.
도 4는 제3 실시예에 따른 유도결합 플라즈마 처리장치 중 도 1에 표기된 "I"를 나타낸 확대도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제3 실시예에 따른 처리장치(100)는 별도의 샤워헤드를 구비하지 않고, 복수 개의 보호 플레이트(135)를 활용하여 공정가스가 챔버(110) 내부에서 균일하게 확산되도록 한다.
이를 위해, 윈도우(132) 하측에 배치되는 보호 플레이트(135)는 윈도우(132) 저면으로부터 이격 배치되어, 윈도우(132)와 보호 플레이트(135) 사이에 가스 공급부(135a)가 형성되도록 한다. 여기서, 가스 공급부(135a)로는 차폐프레임(136a)을 통해 가스 공급유닛(200)으로부터의 공정가스가 유입된다.
이에, 공정가스는 가스 공급부(135a) 내부에서 확산되며, 보호 플레이트(135)를 관통하도록 마련된 가스 토출공(135b)을 통해 챔버(110) 내부로 토출될 수 있다.
그리고 차폐프레임(136a) 내부에는 가스 공급유닛(200)으로부터의 공정가스가 보호 플레이트(135)로 제공되는 경로를 형성하는 가스 공급로(136aa)가 마련되어, 복수의 가스 공급부(135a)로 공정가스가 원활하게 제공되도록 할 수 있다.
다만, 본 실시예에서는 가스 공급부(135a)가 윈도우(132)와 보호 플레이트(135) 사이에 형성되고, 가스 공급부(135a)로의 공정가스 공급이 차폐프레임(136a) 내부에 마련된 가스 공급로(136aa)를 통해 이루어지는 것을 설명하고 있다. 그러나 이는 본 실시예를 설명하기 위한 것으로, 가스 공급로(136aa)는 가스 공급부(135a)와 유사하게 리드프레임(131)과 차폐프레임(136a) 사이에 형성될 수 있다.
도 5는 제4 실시예에 따른 유도결합 플라즈마 처리장치 중 도 1에 표기된 "I"를 나타낸 확대도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제4 실시예에 따른 처리장치(100)는 별도의 샤워헤드를 구비하지 않고, 복수 개의 보호 플레이트(135)를 활용하여 공정가스가 챔버(110) 내부에서 균일하게 확산되도록 한다. 이를 위해, 보호 플레이트(135)는 복수 개의 가스 공급부(135a)를 포함할 수 있다.
가스 공급부(135a)는 제1 가스 토출경로(135aa) 및 제2 가스 토출경로(135ab)를 포함한다.
제1 가스 토출경로(135aa)는 보호 플레이트(135) 측벽으로부터 보호 플레이트(135)의 평행 방향으로 연장되어 가스 공급유닛(200)으로부터의 공정가스가 보호 플레이트(135) 내부로 유입되는 경로를 형성한다.
그리고 제2 가스 토출경로(135ab)는 제1 가스 토출경로(135aa)에 교차하는 방향으로 제1 가스 토출경로(135aa)로부터 연장되어 공정가스가 챔버(110) 내부로 토출되는 경로를 형성한다.
다만, 본 실시예에서는 단일의 제1 가스 토출경로(135aa)에 단일의 제2 가스 토출경로(135ab)가 연장되는 것을 도시하고 있으나, 이는 본 실시예를 설명하기 위한 것으로 단일의 제1 가스 토출경로(135aa)에는 복수 개의 제2 가스 토출경로(135ab)가 연장될 수 있다.
한편, 차폐프레임(136a) 내부에는 가스 공급유닛(200)으로부터의 공정가스가 가스 공급부(135a)로 제공되는 경로를 형성하는 가스 공급로(136aa)가 형성된다. 여기서, 가스 공급로(136aa)는 가스 공급유닛(200)으로부터 제공되는 공정가스를 분기시켜 복수 개의 가스 공급부(135a)로 제공할 수 있다.
이와 같이, 유도결합 플라즈마 처리장치는 챔버 내부에서 발생될 수 있는 플라즈마 밀도 차를 극복하여 보다 양질의 기판을 제조할 수 있고, 별도의 샤워헤드를 구성하지 않은 상태에서 보호 플레이트를 활용하여 공정가스를 공급하는 바, 장비의 설치 및 유지보수가 간편한 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 : 유도결합 플라즈마 처리장치
110 : 챔버
130 : 리드모듈
150 : 안테나 소스부

Claims (9)

  1. 기판이 반입되는 챔버;
    상기 기판 상측에 배치되는 윈도우;
    상기 윈도우 상측에 배치되어, 상기 기판과 상기 윈도우 사이에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소스부; 및
    상기 윈도우 하부에 배치되어 상기 윈도우가 상기 챔버 내부로 노출되는 것을 방지하고, 상기 플라즈마가 발생될 수 있도록 상기 기판을 향해 공정가스를 공급하는 보호 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 처리장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 보호 플레이트는
    클린키트(Clean kit)로 마련되는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 처리장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 보호 플레이트는
    상기 보호 플레이트의 외형을 형성하며 내부로 상기 공정가스가 공급되는 가스 공급부와,
    상기 가스 공급부에 마련되어, 상기 공정가스가 상기 기판을 향해 토출되는 경로를 형성하는 복수 개의 토출공을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 처리장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 플라즈마 소스부 하측에 배치되어, 상기 윈도우를 상기 챔버에 지지시키는 제1 프레임과,
    상기 제1 프레임 하부에 배치되어 상기 제1 프레임이 상기 챔버 내부로 노출되는 것을 방지하는 제2 프레임을 포함하고,
    상기 제2 프레임 내부에는
    외부로부터 유입되는 상기 공정가스가 상기 가스 공급부로 제공되는 경로를 형성하는 가스 공급로가 형성되는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 처리장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제2 프레임은
    상기 가스 공급부로 유입되는 상기 공정가스 중 일부가 상기 기판을 향해 토출되는 경로를 형성하는 복수 개의 토출공을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 처리장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 보호 플레이트와 상기 제2 프레임은
    상기 기판에 마주하는 일면이 서로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 처리장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 보호 플레이트는
    상기 윈도우로부터 이격 배치되어, 상기 윈도우와 상기 보호 플레이트 사이에 가스 공급부가 형성되도록 하고,
    상기 가스 공급부로 유입되는 공정가스는
    상기 보호 플레이트를 관통하는 복수 개의 토출공을 통해 상기 기판으로 토출되는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 처리장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 보호 플레이트의 내부에는
    상기 공정가스가 상기 기판을 향해 공급되도록 하는 가스 공급부가 마련되고,
    상기 가스 공급부는
    상기 보호 플레이트 측벽으로부터 상기 보호 플레이트의 평행 방향으로 연장되어 상기 공정가스가 상기 보호 플레이트 내부로 유입되는 경로를 형성하는 제1 토출경로와,
    상기 제1 토출경로에 교차하는 방향으로 상기 제1 토출경로에 연결되어 상기 공정가스가 상기 기판을 향해 토출되도록 하는 제2 토출경로를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 처리장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 토출경로에는
    복수 개의 상기 제2 토출경로가 연결되는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 처리장치.

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