KR20210149511A - 기판처리장치 - Google Patents

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KR20210149511A
KR20210149511A KR1020200066659A KR20200066659A KR20210149511A KR 20210149511 A KR20210149511 A KR 20210149511A KR 1020200066659 A KR1020200066659 A KR 1020200066659A KR 20200066659 A KR20200066659 A KR 20200066659A KR 20210149511 A KR20210149511 A KR 20210149511A
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엄용택
김대일
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주식회사 원익아이피에스
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Abstract

본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유도전계 플라즈마를 이용하여 기판에 증착, 식각 등의 기판처리를 수행하는 기판처리장치에 관한 것이다.
본 발명은, 상측에 개구부가 형성되는 챔버본체(100)와; 상기 개구부를 복개하여 밀폐된 처리공간(S)을 형성하는 유전체조립체(200)와; 상기 처리공간(S)에 설치되어 기판(10)을 지지하는 기판지지부(300)와; RF전원(500)에 연결되며 상기 유전체조립체(200) 상측에 설치되는 전극부(400)를 포함하는 기판처리장치로서, 상기 유전체조립체(200)는, 하나 이상의 유전체(210)와, 상기 유전체(210)를 지지하는 지지프레임(220)을 포함하며, 상기 전극부(400)는, 상기 유전체(210) 마다 대응되어 상기 유전체(210) 상측에 설치되며 하나 이상의 안테나(412)를 포함하는 안테나부(410)를 포함하며, 상기 안테나부(410) 중 적어도 하나는, 하나 이상의 안테나쌍(414)을 포함하며, 상기 안테나쌍(414)은, 서로 반대극성을 가지며 평면상 서로 인접하게 배치되는 두 개의 안테나(412)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치를 개시한다.

Description

기판처리장치{Substrate processing apparatus}
본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유도전계 플라즈마를 이용하여 기판에 증착, 식각 등의 기판처리를 수행하는 기판처리장치에 관한 것이다.
유도전계 플라즈마 처리장치는 증착공정, 식각공정 등 기판처리를 수행하는 장치로서, 밀폐된 처리공간을 형성하는 챔버본체와 챔버본체의 천정에 유전체를 설치하고 유전체의 상측에 고주파(RF) 안테나를 설치하여 안테나에 전원을 인가하여 처리공간에 유도전계를 형성하고 유도전계에 의하여 처리가스를 플라즈마화하여 기판처리를 수행한다.
여기서 상기 유도결합 플라즈마 처리장치의 기판처리의 대상에는 LCD 패널용 기판, 웨이퍼 등 증착, 식각 등 기판처리가 필요한 대상이면 어떠한 기판도 가능하다.
처리 대상이 되는 기판의 크기가 대형화되면서 기판처리를 수행하는 유도결합 플라즈마 처리장치 또한 대형화되고 있다.
결과적으로, 상기 유도결합 플라즈마 처리장치가 대형화됨에 따라 유도결합 플라즈마 처리장치에 설치되는 부재들, 특히 유전체의 크기 또한 대형화될 필요가 있다.
유전체의 크기가 대형화되면 유전체의 중앙부가 자중에 의해 처져 기판처리의 균일도가 떨어지는 문제점이 있고, 이를 해결하기 위해 일반적으로 유전체를 분할하여 격자패턴으로 배치하고 분할된 복수의 유전체들을 지지하기 위한 유전체지지프레임을 설치하게 된다.
이때, 유전체 상측에 설치되는 안테나에 의해 유전체의 둘레를 따라 유전체지지프레임에 와전류(eddy current)가 발생될 수 있다.
유전체지지프레임에 유도된 와전류는 안테나에 흐르는 전류를 저하시키고 결과적으로 처리공간 내에 발생되는 자기장의 세기를 저하시키는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 상기와 같은 문제점을 인식하여, 유도전계 플라즈마를 이용하여 기판처리를 수행하는 기판처리장치에 있어서, 상측에 안테나가 설치되는 유전체를 지지하기 위한 지지프레임에 와전류가 발생되는 것을 방지할 수 있는 기판처리장치를 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 상측에 개구부가 형성되는 챔버본체(100)와; 상기 개구부를 복개하여 밀폐된 처리공간(S)을 형성하는 유전체조립체(200)와; 상기 처리공간(S)에 설치되어 기판(10)을 지지하는 기판지지부(300)와; RF전원(500)에 연결되며 상기 유전체조립체(200) 상측에 설치되는 전극부(400)를 포함하는 기판처리장치로서, 상기 유전체조립체(200)는, 하나 이상의 유전체(210)와, 상기 유전체(210)를 지지하는 지지프레임(220)을 포함하며, 상기 전극부(400)는, 상기 유전체(210) 마다 대응되어 상기 유전체(210) 상측에 설치되며 하나 이상의 안테나(412)를 포함하는 안테나부(410)를 포함하며, 상기 안테나부(410) 중 적어도 하나는, 하나 이상의 안테나쌍(414)을 포함하며, 상기 안테나쌍(414)은, 서로 반대극성을 가지며 평면상 서로 인접하게 배치되는 두 개의 안테나(412)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치를 개시한다.
상기 유전체(210)는, 복수로 구비되며, 인접하는 유전체(210) 사이 경계에서 인접하게 배치되는 두 개의 안테나(412)는 서로 반대극성을 가질 수 있다.
상기 유전체(210)는, 복수로 구비되며, 상기 복수의 유전체(210)들은, 상기 지지프레임(220)에 격자패턴으로 배치될 수 있다.
상기 유전체(210)의 개수는 4의 배수일 수 있다.
상기 안테나쌍(414)에 포함되는 두 개의 안테나(412)는, 상기 RF전원에 병렬연결되며 서로 반대방향으로 권선될 수 있다.
상기 적어도 하나의 안테나부(410)는, 상기 안테나쌍(414)을 두 개 포함하며,
상기 두 개의 안테나쌍(414)에 포함되는 네 개의 안테나(412)는 사각격자패턴으로 배치될 수 있다.
상기 안테나(412)는, 평면타입 코일일 수 있다.
상기 안테나(412)는, 솔레노이드 타입 코일인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
상기 유전체(210)는, 복수로 구비되며, 상기 하나 이상의 안테나쌍(414)을 포함하는 안테나부(410)는, 상기 복수의 유전체(210)들 중 평면 상 상기 처리공간(S)의 중앙부 영역에 위치되는 유전체(210)에 대응되어 설치될 수 있다.
상기 유전체(210)는, 복수로 구비되며, 상기 하나 이상의 안테나쌍(414)을 포함하는 안테나부(410)는, 상기 복수의 유전체(210)들 중 평면 상 상기 처리공간(S)의 외곽부 영역에 위치되는 유전체(210)에 대응되어 설치될 수 있다.
상기 유전체(210)는, 복수로 구비되며, 상기 하나 이상의 안테나쌍(414)을 포함하는 안테나부(410)는, 상기 복수의 유전체(210)들 중 평면 상 상기 처리공간(S)의 중앙부 영역 및 코너부 영역에 위치되는 유전체(210)에 대응되어 설치될 수 있다.
상기 유전체(210)는, 복수로 구비되며, 상기 복수의 유전체(210) 중 적어도 하나의 유전체(210)에 대응되어 설치되는 안테나부(410)는, 하나의 안테나(412)를 포함할 수 있다.
상기 기판처리장치는, 상기 전극부(400)에 전력을 인가하기 위하여 상기 RF전원(500)와 상기 안테나(412) 각각에 전기적으로 접속되는 파워라인(700)을 추가로 포함할 수 있다.
상기 파워라인(700)은, 일단에서 상기 RF전원(500)에 연결되며 상기 안테나(412)의 개수에 대응되는 수로 분기되어 끝단(E)에서 상기 안테나(412) 각각에 연결되는 분기라인(702)으로 분기될 수 있다.
상기 파워라인(700)은, 상기 RF전원(500)에서 상기 안테나(412) 까지의 거리가 각각 동일하게 연결될 수 있다.
상기 유전체(210)는, 복수로 구비되며, 상기 파워라인(700)은, 평면 상 상기 RF전원(500)에서 상기 유전체(210) 진입경계(H)까지 거리가 각각 동일하게 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 기판처리장치는, 상측에 안테나가 설치되는 유전체를 지지하기 위한 지지프레임에 와전류가 발생되는 것을 방지할 수 있고, 그에 따라 처리공간 내에 자기장의 세기가 저하되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 기판처리장치는, 유전체 상측에 서로 다른 극성을 가지며 인접하게 배치되는 두 개의 안테나를 포함하는 안테나쌍을 포함함으로써 안테나 각각에 의해 지지프레임에서 발생되는 와전류를 상호 상쇄시킴으로써 지지프레임에 유도되는 와전류로 인한 전력손실을 방지할 수 있는 이점이 있다.
특히, 본 발명에 따른 기판처리장치는, 하나 이상의 안테나쌍을 유전체조립체 중 공정률이 저하되는 영역에 설치함으로써 자기장 저하 없이 처리공간 전체에 걸쳐 균일한 플라즈마를 형성하고 결과적으로 기판 전체에 대해 균일한 기판처리를 달성할 수 있는 이점이 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치를 보여주는 단면도이다.
도 2a는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체조립체 및 전극부를 보여주는 평면도이다.
도 2b는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유전체조립체 및 전극부를 보여주는 평면도이다.
도 3a는, 도 2a의 구성 일부를 확대하여 보여주는 확대도이다.
도 3b는, 도 3a의 변형례를 보여주는 평면도이다.
도 4는, 도 3a의 또 다른 변형례를 보여주는 단면도이다.
도 5a 내지 도 8b는, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 유전체조립체 및 전극부를 보여주는 평면도이다.
도 9는, 종래 유전체조립체 및 전극부를 보여주는 평면도이다.
도 10a 및 도 10b는, 각각 종래 기판처리장치의 처리공간에 생성되는 자기장 분포 및 본 발명에 따른 기판처리장치의 처리공간에서 생성되는 자기장 분포를 보여주는 시뮬레이션 이미지이다.
이하 본 발명에 따른 기판처리장치에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 기판처리장치는, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상측에 개구부가 형성되는 챔버본체(100)와, 상기 개구부를 복개하여 밀폐된 처리공간(S)을 형성하는 유전체조립체(200)와, 상기 처리공간(S)에 설치되어 기판(10)을 지지하는 기판지지부(300)와, RF전원에 연결되며 상기 유전체조립체(200) 상측에 설치되는 전극부(400)를 포함한다.
상기 챔버본체(100)는, 기판처리를 위한 처리공간(S)을 형성하기 위한 구성으로 공정수행에 필요한 소정의 진공압을 견딜 수 있는 구성이면 어떠한 구성도 가능하다.
상기 챔버본체(100)는, 처리대상이 되는 기판(10)의 형상에 대응되는 형상으로 형성됨이 바람직하다.
상기 챔버본체(100)의 일측에는 기판(10)의 출입을 위한 하나 이상의 게이트(101)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 챔버본체(100)에는 처리공간(S) 내의 압력제어 및 배기를 위한 진공펌프(미도시)와 연결되는 배기구가 구비될 수 있다.
그리고, 상기 챔버본체(100) 상측에는 후술하는 전극부(400)를 커버하고 유도전계를 차폐하기 위한 상부리드(600)가 탈착가능하게 결합될 수 있다.
상기 유전체조립체(200)는, 상기 개구부를 복개하여 밀폐된 처리공간(S)을 형성하며 후술하는 전극부(400)에 의해 처리공간(S)에 유도전계를 형성하기 위한 구성으로 다양한 형상으로 이루어질 수 있으며, 석영, 세라믹 등 다양한 재질로 구성될 수 있다.
예로서, 상기 유전체조립체(200)는, 하나 이상의 유전체(210)와, 상기 유전체(210)를 지지하는 지지프레임(220)을 포함할 수 있다.
한편, 상기 유전체(210)는, 대형기판의 처리를 위하여 복수로 구비될 수 있다.
이때, 상기 복수의 유전체(210)들은, 각각 평면 상 사각플레이트 형상으로 이루어질 수 있으며, 지지프레임(220)에 격자패턴으로 배치될 수 있다.
예로서, 도 2a는 4개의 유전체(210)가 2×2 격자패턴으로 배치된 실시예이고, 도 2b는 8개의 유전체(210)가 4×2 격자패턴으로 배치된 실시예를 도시한 것이며, 도 6a 내지 도 8a는 16개의 유전체(210)가 4×4 격자패턴으로 배치된 실시예를 도시한 것이다.
상기 유전체(210)의 개수는 처리대상이 되는 기판(10)의 크기 또는 공정종류에 따라 다양하게 가변될 수 있고, 바람직하게는 4의 배수일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 상기 유전체(210)의 개수가 2의 배수이거나 또는 홀수인 실시예도 가능하다.
도 2a 내지 도 2b의 변형된 예로서, 상기 복수의 유전체(210)들은, 도 5a 내지 도 5b에 도시된 바와 같이, 일측이 길이가 더 긴 직사각형의 유전체(210)들이 수직방향 및 수평방향 배치가 조합되어 설치되는 실시예도 가능하다.
또는, 상기 복수의 유전체(210)들은, 처리공간(S) 영역별로 공정률을 고려하여 배치되는 영역별로 형상이 상이 상이하게 구성될 수 있다.
예로서, 도 6b에 도시된 바와 같이, 사각 지지프레임(220) 내에서 코너부 영역에서의 공정율이 저하되는 경우, 코너부에 위치되는 4개의 유전체(210)는 정사각형 형상으로 이루어지고, 나머지 중앙부 및 변에 위치되는 6개의 유전체(210)는 코너부의 정사각형 유전체(210) 보다 큰 직사각형 형상으로 이루어질 수 있다.
다른 예로서, 도 7b에 도시된 바와 같이, 사각 지지프레임(220) 내에서 코너부와 중앙부 영역에서 공정율이 저하되는 경우, 코너부와 중앙부에 위치되는 8개의 유전체(210)는 정사각형 형상으로 이루어지고, 나머지 변에 위치되는 4개의 유전체(210)는 직사각형 형상으로 이루어질 수 있다.
또 다른 예로서, 도 8b에 도시된 바와 같이, 사각 지지프레임(220) 내에서 중앙부 영역에서 공정율이 저하되는 경우, 중앙부에 위치되는 4개의 유전체(210)는 정사각형 형상으로 이루어지고, 나머지 변 및 코너부에 위치되는 6개의 유전체(210)는 직사각형 형상으로 이루어질 수 있다.
도시하지는 않았으나, 공정종류, 처리대상 등의 공정조건에 따라 공정균일도를 향상시키기 위하여 다양한 형상 및 크기의 유전체(210)들이 다양한 패턴의 조합으로 배치될 수 있음은 물론이다.
상기 지지프레임(220)은, 유전체(210)를 지지하기 위한 지지부재로서 유전체(210)의 형상 및 개수에 따라 다양한 구성이 가능하다.
상기 지지프레임(220)은, 강성을 위해 금속재질로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 지지프레임(220)은, 내측에 유전체(210) 설치를 위한 하나 이상의 개구부가 형성될 수 있으며 유전체(210)가 복수로 구비되는 경우 복수의 유전체(210)가 설치되기 위한 복수의 개구부가 형성될 수 있다.
상기 지지프레임(220)의 개구부 둘레를 따라 유전체(210)의 가장자리를 지지하기 위한 단차부가 구비될 수 있다. 상기 지지프레임(220)을 경계로 두 개의 유전체(210)가 평면 상 인접하게 설치될 수 있다.
상기 지지프레임(220)의 상단은 지지되는 유전체(210)의 상면보다 상측으로 돌출될 수 있다.
상기 지지프레임(220)과 챔버본체(100) 사이에는 처리공간(S) 밀폐를 위해 오링과 같은 실링부재가 구비될 수 있다.
상기 기판지지부(300)는, 처리공간(S)에 설치되어 기판(10)을 지지하기 위한 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
상기 기판지지부(300)는, 공정종류에 따라 RF전원이 인가되거나 또는 접지될 수 있으며, 냉각 또는 가열을 위한 온도조절부가 설치될 수 있다.
한편, 상기 기판처리장치는, 공정수행을 위하여 외부 가스공급장치와 연결되어 처리공간(S)으로 가스를 분사하기 위한 가스분사부(미도시)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 가스분사부(미도시)는 처리공간(S)으로 가스를 분사할 수 있다면 다양한 구성이 가능하며, 예로서, 공정챔버(100) 측벽에 설치되거나 또는 유전체(210)에 형성되거나 또는 지지프레임(220)에 설치되는 등 다양한 위치에 설치될 수 있다.
상기 전극부(400)는, RF전원(500)에 연결되며 상기 유전체조립체(200) 상측에 설치되는 상부전극으로 다양한 구성이 가능하다.
상기 전극부(400)의 일단은 RF전원(500)에 연결되며 타단은 접지됨으로써 처리공간(S)에 유도전계를 형성할 수 있다.
예로서, 상기 전극부(400)는, 유전체(210) 마다 대응되어 유전체(210) 상측에 설치되며 하나 이상의 안테나(412)를 포함하는 안테나부(410)를 포함할 수 있다.
상기 안테나부(410)는, 각 유전체(210)에 대응되어 설치되는 구성으로, 유전체(210)의 개수에 대응되는 수로 구비될 수 있고, 적어도 하나 이상의 안테나(412)를 포함할 수 있다.
예로서, 도 2a에 도시된 바와 같이, 4개의 유전체(210)가 설치되는 경우 전극부(400)는 각 유전체(210) 마다 안테나부(410)가 대응되어 설치되도록 4개의 안테나부(410)를 포함할 수 있다.
상기 안테나부(410)에 포함되는 안테나(412)의 일단은 RF전원(500)에 연결되고 타단은 접지(G)될 수 있다.
상기 전극부(400)가 복수의 안테나부(410)를 포함하는 경우, 상기 복수의 안테나부(410)들은 RF전원(500)에 병렬연결될 수 있다.
이를 위해, 상기 기판처리장치는, 상기 전극부(400)에 전력을 인가하기 위하여 상기 RF전원(500)와 상기 안테나(412) 각각에 전기적으로 접속되는 파워라인(700)을 추가로 포함할 수 있다.
상기 파워라인(700)은, 상기 전극부(400)에 포함되는 안테나(412) 각각에 전력을 인가시키기 위한 전력전송라인일 수 있다.
상기 파워라인(700)은, 일단에서 상기 RF전원(500)에 연결되며 상기 안테나(412)의 개수에 대응되는 수로 분기되어 끝단(E)에서 상기 안테나(412) 각각에 연결되는 분기라인(702)으로 분기될 수 있다.
이때, 상기 파워라인(700)은, 분기라인(702)을 통해 상기 안테나(412) 각각에 균일한 전력이 인가되도록 상기 안테나(412) 각각에 전기적으로 연결될 수 있다.
이를 위해, 상기 RF전원(500)에서 각 안테나(412)까지 파워라인(700)을 통해 연결되는 길이는 동일하게 구성될 수 있다.
즉, 상기 파워라인(700)은, 상기 RF전원(500)에서 상기 안테나(412) 까지의 거리가 각각 동일하게 연결될 수 있다.
또한, 상기 유전체(210)가 복수로 구비되며, 그에 따라 상기 안테나부(410)가 복수로 구비되는 경우, 상기 파워라인(700)은, 평면 상 상기 RF전원(500)에서 상기 유전체(210) 진입경계(H)까지 거리가 각각 동일하게 연결될 수 있다.
도 2 내지 도 8b는, 상기 파워라인(700)을 통해 각 안테나(412)로 전력이 균일하게 인가되도록 상기 파워라인(700)이 구성되는 예를 도시한 것이나, 상기 파워라인(700)을 통해 각 안테나(412)로 균일한 전력이 인가될 수 있다면 파워라인(700)의 배치가 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 적어도 하나의 안테나부(410)에 다른 전력이 인가되도록 파워라인(700)을 변형하거나 처리공간(S) 평면 상 영역별로 안테나부(410)에 다른 전력이 인가되도록 파워라인(700)을 변형하는 예도 가능함은 물론이다.
한편, 상기 안테나부(410) 중 적어도 하나는, 대응되는 유전체(210) 상측에 배치되는 하나 이상의 안테나쌍(414)을 포함할 수 있다.
상기 안테나쌍(414)은, 서로 반대극성을 가지며 평면상 서로 인접하게 배치되는 두 개의 안테나(412)를 포함할 수 있다.
즉, 적어도 하나의 유전체(210) 상에는 단일한 안테나(412)가 설치되지 않으며, 두 개의 안테나(412)를 포함하는 안테나쌍(414)이 하나 이상의 수로 설치될 수 있다.
이때, 유전체조립체(200)가 복수의 유전체(210)들을 포함하고, 그에 따라 전극부(400)가 유전체(210) 마다 대응되는 복수의 안테나부(410)들을 포함하는 경우, 상기 복수의 안테나부(410)들 전부 하나 이상의 안테나쌍(414)을 포함할 필요는 없으며, 상기 복수의 안테나부(410)들 중 적어도 하나만 하나 이상의 안테나쌍(414)을 포함하면 충분하다.
상기 안테나(412) 각각은, 전기전도성 코일로서 파워라인(700)을 통해 일단은 RF전원(500)에 연결되며 타단은 접지될 수 있다.
예로서, 상기 안테나(412)는, 도 3a 내지 도 3b와 같이 동일평면 상에서 시계방향 또는 반시계방향으로 권선되는 평면타입 코일일 수 있다.
다른 예로서, 상기 안테나(412)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 수직방향으로 배치되며 시계방향 또는 반시계방향으로 권선되는 솔레노이드 타입 코일일 수 있다.
이때, 상기 안테나쌍(414)에 포함되는 두 개의 안테나(412)는, 서로 반대극성을 가지며 평면 상 서로 인접하게 배치될 수 있다.
유전체(210) 상측에 설치되는 안테나쌍(414)에 포함되는 두 개의 안테나(412)가 서로 반대극성을 가짐으로써, 각 안테나(412)에 의해 대응되는 유전체(210) 둘레에 위치되는 지지프레임(220)에서 유도되는 와전류가 서로 상쇄될 수 있다.
일 실시예에서, 적어도 하나의 안테나부(410)는, 도 2a 내지 도 3a에 도시된 바와 같이, 평면 상 서로 대향하여 배치되는 안테나쌍(414)를 포함할 수 있다.
이때, 안테나쌍(414)를 구성하는 2개의 안테나(412)는 서로 반대극성을 가지도록 설치될 수 있다.
이를 위하여, 상기 안테나쌍(414)을 구성하는 2개의 안테나(412)는 RF전원에 병렬연결되며 서로 반대방향으로 권선될 수 있다.
상기 안테나(412)의 권선방향에 따라 각 안테나(412)의 극성이 결정될 수 있다.
예로서, 두 개의 안테나(412) 중 하나의 안테나(412)가, 도 4에 도시된 바와 같이, 하측을 향하는 자기장(B)을 형성하는 경우 유전체(210)를 향하는 면에서 유도된 자속이 나오므로 N극 극성을 가지는 것으로 이해될 수 있고, 반대로 상측을 향하는 자기장(B)을 형성하는 경우 유전체(210)를 향하는 면으로 유도된 자속이 들어가므로 S극 극성을 가지는 것으로 이해될 수 있다.
즉, 상기 안테나쌍(414)을 구성하는 두개의 안테나(412)는 서로 다른 극성을 가지도록 구성되어야 한다.
도 3a의 경우, 안테나쌍(414)에 포함되는 2개의 안테나(412a, 412b) 중 하나의 안테나(412a)에 의해 지지프레임(220)에 반시계방향으로 흐르는 와전류(I1)가 유도될 때 동시에 나머지 안테나(412b)에 의해 지지프레임(220)에 시계방향으로 흐르는 와전류(I2)가 유도될 수 있다.
두 개의 안테나(412a, 412b)에 의해 각각 유도되는 와전류(I1, I2)의 크기가 동일하고 방향은 반대이므로 두 와전류(I1, I2)가 상쇄되어 결과적으로 지지프레임(220)에 와전류가 발생되지 않을 수 있다.
한편, 유전체(210)가 복수로 구비되는 경우, 인접하는 유전체(210) 사이 경계에서 인접하게 배치되는 두 개의 안테나(412) 또한 서로 반대극성을 가지도록 설치될 수 있다.
여기서, 인접하는 유전체(210)는 것은, 하나의 유전체(210)를 기준으로 가장 가깝게 위치되는 유전체(210)를 의미할 수 있다.
예로서, 복수의 유전체(210)가 도 1a 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 사각격자패턴으로 배치되는 경우 하나의 유전체(210)를 기준으로 대각방향으로 이웃하는 유전체(210)는 인접하게 배치되는 유전체(210)아 아니며, 상하좌우 방향으로 이웃하는 유전체(210)가 인접하는 유전체(210)로 정의될 수 있다.
인접하는 유전체(210) 사이 경계에서 인접하게 배치되는 두 개의 안테나(412) 또한 서로 반대극성을 가짐으로써, 인접하게 배치되는 두 개의 안테나(412)에 의해 처리공간(S)에 유도되는 자기장의 세기가 저하되는 것을 방지할 수 있고, 결과적으로 처리공간(S) 내에 강한 유도전계가 형성될 수 있도록 할 수 있다.
여기서, 인접하는 유전체(210) 사이 경계에서 인접하는 두 개의 안테나(412)이라는 것은, 평면 상 인접하는 유전체(210) 사이 경계에서 대각방향으로 대향하는 안테나(412)가 아니며, 하나의 안테나(412)를 기준으로 상하좌우 방향으로 이웃하는 안테나(412)를 의미할 수 있다.
예를 들어, 도 6a에 도시된 바와 같이, 좌상부 코너에 위치되는 유전체(210)에 안테나쌍(414)이 설치되고 좌상부 코너에 위치되는 유전체(210)에 우측으로 인접하는 유전체(210)에 하나의 안테나(412)가 설치되는 경우, 서로 인접하는 두 유전체(210) 사이 경계에서 인접하게 배치되는 두 개의 안테나(412)는 각각 N극과 S극의 반대극성을 가질 수 있다.
결과적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, "하나의 유전체(210) 상에서 인접하는 두개의 안테나(412)" 또는 "인접하는 두 개의 유전체(210) 경계를 사이에 두고 인접하는 두개의 안테나(412)"는 각각 서로 반대극성을 가지도록 배치될 수 있다.
도 4를 참조하면, 하나의 안테나(412)에 의해 유도된 자기장의 방향은 인접한 안테나(412)에 의해 유도된 자기장의 방향과 반대방향으로 형성됨으로써 인접한 두 개의 안테나(412) 사이 처리공간(S) 내에 시변 자기장필드(B)(하나의 안테나(412)에서 나와 인접한 안테나(412)를 향해 들어가는 방향)가 강하게 형성될 수 있고 시변 자기장필드(B)에 의해 처리공간(S)에 전기장필드(E)가 유도될 수 있다.
다른 일 실시예에서, 적어도 하나의 안테나부(410)는, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 안테나쌍(414)을 두 개 포함할 수 있다.
예로서, 상기 두 개의 안테나쌍(414)에 포함되는 네 개의 안테나(412a, 412b, 412c, 412d)는 도 3b에 도시한 바와 같이, 대응되는 유전체(210) 상측에 사각격자패턴으로 배치될 수 있다.
다른 예로서, 도시하지는 않았으나, 상기 두 개의 안테나쌍(414)에 포함되는 네 개의 안테나(412a, 412b, 412c, 412d)는 대응되는 유전체(210) 상측에 일렬로 배치될 수 있다.
이때, 안테나쌍(414)를 구성하는 2개의 안테나("412a 및 412b" 또는 "412c 및 412d")는 서로 반대극성을 가지도록 설치될 수 있다.
한편, 안테나쌍(414)이 복수로 구비되는 경우, 인접하는 안테나쌍(414) 사이 경계에서 인접하게 배치되는 두 개의 안테나("412a 및 412c" 또는 "412b 및 412d") 또한 서로 반대극성을 가지도록 설치될 수 있다.
여기서, 인접하는 두 개의 안테나(412)이라는 것은, 유전체(210) 상측에서 하나의 안테나(412)를 기준으로 가장 가깝게 위치되는 안테나(412)를 의미할 수 있다.
예로서, 하나의 유전체(210) 상측에 두 개의 안테나쌍(414)에 포함되는 네 개의 안테나(412a 내지 412d)가, 도 3b에 도시된 바와 같이, 사각격자패턴으로 배치되는 경우 하나의 안테나(412a)을 기준으로 대각방향으로 이웃하는 안테나(412d)는 인접하게 배치되는 안테나(412)가 아니며, 상하좌우 방향으로 이웃하는 안테나(412b, 412c)가 인접하는 안테나(412)로 정의될 수 있다.
인접하는 안테나쌍(414) 사이 경계에서 인접하게 배치되는 두 개의 안테나("412a 및 412c" 또는 "412b 및 412d") 또한 서로 반대극성을 가짐으로써, 인접하게 배치되는 두 개의 안테나("412a 및 412c" 또는 "412b 및 412d")에 의해 유도되는 자기장이 서로 상쇄되어 처리공간(S)에서 자기장의 세기가 저하되는 것을 방지할 수 있고, 결과적으로 처리공간(S) 내에 강한 유도전계가 형성될 수 있도록 할 수 있다.
도 3b의 경우, 두 개의 안테나쌍(414) 중 하나의 안테나쌍(414)에 포함되는 두 개의 안테나(412a, 412b)에 의해 지지프레임(220)에 시계방향으로 흐르는 와전류(Ia, Ib)가 유도될 때 동시에 나머지 안테나쌍(414)에 포함되는 두 개의 안테나(412c, 412d)에 의해 지지프레임(220)에 반시계방향으로 흐르는 와전류(Ic, Id)가 유도될 수 있다.
두 개의 안테나쌍(414)에 의해 각각 유도되는 와전류(Ia, Ib, Ic, Id)가 전체로서 상쇄되어 결과적으로 지지프레임(220)에 와전류가 발생되지 않을 수 있다.
한편, 적어도 하나의 안테나부(410)가 안테나쌍(414)을 하나 또는 두개 포함하는 실시예를 중심으로 설명하였으나, 하나의 유전체(210) 상측에 설치되는 안테나부(410)에 의해 유전체(210)를 둘러싸는 지지프레임(220)에서의 와전류가 상쇄될 수 있다면 안테나쌍(414)을 세 개 또는 네 개 포함하는 등, 상기 안테나부(410)는 다양한 개수의 안테나쌍(414)을 포함할 수 있음은 물론이다.
한편, 하나의 유전체(210)에 대응되어 설치되는 안테나부(410)에 포함되는 안테나들(412)은 지지프레임(220)에서 유도되는 와전류를 상쇄시킬 수 있다면 다양한 패턴을 가질 수 있고 다양하게 배치될 수 있다.
예로서, 상기 안테나부(410)가 하나의 안테나쌍(414)를 포함하는 경우, 상기 안테나쌍(414)를 구성하는 두개의 안테나(412)는 서로 평면 상 대향하여 배치됨에 있어 유전체(210)의 중심선을 기준으로 선대칭으로 배치될 수 있다.
또한, 상기 안테나쌍(414)는, 하나의 유전체(210) 내측에 인접하게 설치되고 두 안테나(412)가 가장 인접되는 영역에서 전류가 동일한 방향으로 흐름으로써 두 안테나(412)가 가장 인접되는 영역에서 실질적으로 하나의 코일라인과 같은 작용효과가 나타날 수 있다.
유사하게, 상기 안테나부(410)가 안테나쌍(414)을 두 개 포함하는 경우, 두 개의 안테나쌍(414)을 구성하는 네 개의 안테나(412)들은 서로 평면 상 대향하여 배치됨에 있어 유전체(210)의 중앙부를 기준으로 점대칭으로 배치될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 두 개의 안테나쌍(414)를 구성하는 네 개의 안테나들(412a 내지 412d)은, 도 3b에 도시된 바와 같이, 2×2 격자패턴으로 배치될 수 있다.
한편, 도 2a 내지 도 2b, 도 5a 내지 도 5b, 도 6b, 도 7b, 및 도 8b는, 복수의 안테나부(410)들 각각 모두 하나 이상의 안테나쌍(414)을 구비한 경우를 도시한 것이고, 도 6a, 도 7a, 및 도 8a는 복수의 안테나부(410)들 중 적어도 일부만 하나 이상의 안테나쌍(414)를 구비하는 실시예를 도시한 것이다.
다시 말해, 복수의 유전체(210)들에 대응되어 복수의 안테나부(410)들이 설치되는 경우, 복수의 안테나부(410)들 중 적어도 하나는 하나 이상의 안테나쌍(414)를 포함하고, 나머지 안테나부(410)들 중 적어도 다른 하나는 단일극성을 가지는 하나의 안테나(412)를 포함할 수 있다.
먼저, 도 6a에 도시된 바와 같이, 상기 하나 이상의 안테나쌍(414)을 포함하는 안테나부(410)는, 상기 복수의 유전체(210)들 중 평면 상 상기 처리공간(S)의 외곽부 영역에 위치되는 유전체(210)에 대응되어 설치될 수 있다.
여기서, 상기 처리공간(S)의 외곽부 영역이란 사각 지지프레임(220)의 코너부 영역과 변부 영역을 포함할 수 있다.
구체적으로, 외곽 4개의 코너부 영역에서의 공정율이 낮은 경우 코너부 영역에서 플라즈마 밀도를 높여 공정율을 높이기 위해, 사각 지지프레임(220)의 외곽 4개의 코너부 영역에 위치되는 4개의 안테나부(410)는 하나 이상의 안테나쌍(414)을 포함하고, 나머지 영역에 설치되는 안테나부(410)들은 단일극성의 단일 안테나(412)를 포함할 수 있다.
이때, 도시하지는 않았으나, 사각 지지프레임(220)의 변부 영역에 위치되는 안테나부(410) 또한 하나 이상의 안테나쌍(414)를 포함하는 실시예도 가능함은 물론이다.
다른 예로서, 도 7a에 도시된 바와 같이, 상기 하나 이상의 안테나쌍(414)을 포함하는 안테나부(410)는, 상기 복수의 유전체(210)들 중 평면 상 상기 처리공간(S)의 중앙부 영역 및 코너부 영역에 위치되는 유전체(210)에 대응되어 설치될 수 있다.
구체적으로, 외곽 4개의 코너부 영역 및 중앙부 영역에서의 공정율이 낮은 경우 코너부 영역 및 중앙부 영역에서 플라즈마 밀도를 높여 공정율을 높이기 위해, 사각 지지프레임(220)의 외곽 4개의 코너부 및 중앙부에 위치되는 8개의 안테나부(410)는 하나 이상의 안테나쌍(414)를 포함하고, 나머지 영역에 설치되는 안테나부(410)들은 단일극성의 단일 안테나(412)를 포함할 수 있다.
다른 예로서, 도 8a에 도시된 바와 같이, 상기 하나 이상의 안테나쌍(414)을 포함하는 안테나부(410)는, 상기 복수의 유전체(210)들 중 평면 상 상기 처리공간(S)의 중앙부 영역에 위치되는 유전체(210)에 대응되어 설치될 수 있다.
구체적으로, 중앙부 영역에서의 공정율이 낮은 경우 중앙부 영역에서 플라즈마 밀도를 높여 공정율을 높이기 위해, 사각 지지프레임(220)의 중앙부에 위치되는 4개의 안테나부(410)는 하나 이상의 안테나쌍(414)를 포함하고, 나머지 영역에 설치되는 안테나부(410)들은 단일극성의 단일 안테나(412)를 포함할 수 있다.
또한, 도시하지는 않았으나, 처리공간(S) 내에서 영역별 공정률을 균일하게 하기 위하여, 코너부에 위치되는 안테나부(410)는 두 개의 안테나쌍(414)을 포함하고 나머지 변부 또는 중앙부에 위치되는 안테나부(410)는 하나의 안테나쌍(414)를 포함하는 것과 같이, 영역별로 안테나부(410)에 포함되는 안테나쌍(414)의 개수를 달리하며 배치하는 실시예 또한 가능함은 물론이다.
종래 기판처리장치의 안테나부(410)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 유전체(210) 마다 대응되어 설치되며 단일극성을 가지는 하나의 안테나(412)를 포함하도록 구성된다.
각 유전체(210) 마다 대응되어 설치되는 안테나부(410)가 하나의 안테나(412) 만을 포함하는 경우, 안테나(412)에 의해 유전체(210) 둘레의 지지프레임(220)에 와전류가 형성되고 결과적으로 지지프레임(220)에 유도된 와전류에 의해 처리공간(S) 내의 유도전계가 저하되는 문제점이 있다.
도 10a는, 도 9와 같이 구성된 전극부(400)에 의해 처리공간(S) 내에 형성되는 자기장 시뮬레이션이다.
도 10a를 참조하면, 각 안테나(412)에 의해 지지프레임(220)에 와전류가 유도됨으로써, 처리공간(S) 내의 자기장 세기가 저하되며 처리공간(S) 내에 평면 상 균일한 자기장이 형성되지 못하는 문제점이 있다.
반면, 도 10b는, 본 발명의 일 실시예로서, 도 2b와 같이 구성된 전극부(400)에 의해 처리공간(S) 내에 형성되는 자기장 시뮬레이션이다.
도 10b를 참조하면, 각 유전체(210) 마다 안테나쌍(414)에 의해 지지프레임(220)에 형성된 와전류가 서로 상쇄되어 결과적으로 지지프레임(220)에 와전류가 흐르지 않으며 그에 따라, 처리공간(S) 내의 자기장 세기가 저하되지 않아 처리공간(S) 내에 보다 큰 세기의 자기장이 균일하게 형성됨을 확인할 수 있다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
10 : 기판 100 : 챔버본체
200 : 유전체조립체 300:기판지지부

Claims (15)

  1. 상측에 개구부가 형성되는 챔버본체(100)와; 상기 개구부를 복개하여 밀폐된 처리공간(S)을 형성하는 유전체조립체(200)와; 상기 처리공간(S)에 설치되어 기판(10)을 지지하는 기판지지부(300)와; RF전원(500)에 연결되며 상기 유전체조립체(200) 상측에 설치되는 전극부(400)를 포함하는 기판처리장치로서,
    상기 유전체조립체(200)는, 하나 이상의 유전체(210)와, 상기 유전체(210)를 지지하는 지지프레임(220)을 포함하며,
    상기 전극부(400)는, 상기 유전체(210) 마다 대응되어 상기 유전체(210) 상측에 설치되며 하나 이상의 안테나(412)를 포함하는 안테나부(410)를 포함하며,
    상기 안테나부(410) 중 적어도 하나는, 하나 이상의 안테나쌍(414)을 포함하며,
    상기 안테나쌍(414)은, 서로 반대극성을 가지며 평면상 서로 인접하게 배치되는 두 개의 안테나(412)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유전체(210)는, 복수로 구비되며,
    인접하는 유전체(210) 사이 경계에서 인접하게 배치되는 두 개의 안테나(412)는 서로 반대극성을 가지는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 유전체(210)는, 복수로 구비되며,
    상기 복수의 유전체(210)들은, 상기 지지프레임(220)에 격자패턴으로 배치되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 유전체(210)의 개수는 4의 배수인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 안테나쌍(414)에 포함되는 두 개의 안테나(412)는, 상기 RF전원에 병렬연결되며 서로 반대방향으로 권선된 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 안테나부(410)는, 상기 안테나쌍(414)을 두 개 포함하며,
    상기 두 개의 안테나쌍(414)에 포함되는 네 개의 안테나(412)는 사각격자패턴으로 배치되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 안테나(412)는, 평면타입 코일인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 안테나(412)는, 솔레노이드 타입 코일인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 유전체(210)는, 복수로 구비되며,
    상기 하나 이상의 안테나쌍(414)을 포함하는 안테나부(410)는, 상기 복수의 유전체(210)들 중 평면 상 상기 처리공간(S)의 중앙부 영역에 위치되는 유전체(210)에 대응되어 설치되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 유전체(210)는, 복수로 구비되며,
    상기 하나 이상의 안테나쌍(414)을 포함하는 안테나부(410)는, 상기 복수의 유전체(210)들 중 평면 상 상기 처리공간(S)의 외곽부 영역에 위치되는 유전체(210)에 대응되어 설치되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 유전체(210)는, 복수로 구비되며,
    상기 하나 이상의 안테나쌍(414)을 포함하는 안테나부(410)는, 상기 복수의 유전체(210)들 중 평면 상 상기 처리공간(S)의 중앙부 영역 및 코너부 영역에 위치되는 유전체(210)에 대응되어 설치되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 유전체(210)는, 복수로 구비되며,
    상기 복수의 유전체(210) 중 적어도 하나의 유전체(210)에 대응되어 설치되는 안테나부(410)는, 하나의 안테나(412)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판처리장치는, 상기 전극부(400)에 전력을 인가하기 위하여 상기 RF전원(500)와 상기 안테나(412) 각각에 전기적으로 접속되는 파워라인(700)을 추가로 포함하며,
    상기 파워라인(700)은, 일단에서 상기 RF전원(500)에 연결되며 상기 안테나(412)의 개수에 대응되는 수로 분기되어 끝단(E)에서 상기 안테나(412) 각각에 연결되는 분기라인(702)으로 분기되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 파워라인(700)은, 상기 RF전원(500)에서 상기 안테나(412) 까지의 거리가 각각 동일하게 연결되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 유전체(210)는, 복수로 구비되며,
    상기 파워라인(700)은, 평면 상 상기 RF전원(500)에서 상기 유전체(210) 진입경계(H)까지 거리가 각각 동일하게 연결되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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