KR20220049339A

KR20220049339A - 기판 처리 장치 및 이를 이용한 박막 증착 방법

Info

Publication number: KR20220049339A
Application number: KR1020200132857A
Authority: KR
Inventors: 이재승; 김종명; 정동화
Original assignee: 에이피시스템 주식회사
Priority date: 2020-10-14
Filing date: 2020-10-14
Publication date: 2022-04-21

Abstract

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마를 형성하여 기판을 처리하기 위한 기판 처리 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 공정 공간을 제공하는 챔버; 상기 공정 공간에 공정 가스를 공급하기 위한 가스 공급부; 상기 가스 공급부에 대향 배치되어, 상기 공정 공간에 제공되는 기판을 지지하기 위한 기판 지지대; 상기 공정 공간을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련되며, 유도 결합 방식으로 상기 공정 공간에 플라즈마를 형성하기 위한 제1 안테나; 및 상기 제1 안테나를 수용하기 위한 수용 공간의 적어도 일부를 정의하는 커버;를 포함하고, 상기 제1 안테나는 상기 챔버의 외벽면보다 내측에 배치된다.

Description

기판 처리 장치 및 이를 이용한 박막 증착 방법{APPARATUS FOR PROCESSING SUBSTRATE AND METHOD FOR DEPOSITING THIN FILM USING THE SAME}

본 발명은 기판 처리 장치 및 이를 이용한 박막 증착 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마를 형성하여 기판을 처리하기 위한 기판 처리 장치에 관한 것이다.

플라즈마(Plasma)란 전기적인 방전으로 인해 기체가 음전하 또는 양전하를 가진 대전 입자로 분리된 상태를 말한다. 플라즈마는 자연적인 화학 반응이 어렵거나, 증착 물질의 특성상 고온이 요구되는 경우, 증착 가스를 상대적으로 낮은 공정 온도에서 활성화시킬 수 있어, 반도체 및 디스플레이 장치를 제조하기 위하여 기판을 처리하는 다양한 공정에 이용되고 있다.

플라즈마를 이용한 기판 처리 장치는 플라즈마를 형성하는 방법에 따라 용량 결합성 플라즈마(CCP; Capacitively Coupled Plasma)를 발생시키는 용량 결합 방식의 기판 처리 장치와, 유도 결합성 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma)를 발생시키는 유도 결합 방식의 기판 처리 장치로 구분될 수 있다.

용량 결합 방식은 서로 대향 배치되는 전극에 전력을 인가하여 전극 사이에 형성되는 전기장에 의해 플라즈마를 발생시키는 방식이다. 반면, 유도 결합 방식은 코일에 흐르는 전류로부터 형성되는 자기장이 시간에 따라서 변할 때 자기장으로부터 유도되는 대전 입자의 상호 충돌에 의해 플라즈마를 발생시키는 방식이다. 용량 결합 방식은 강한 세기의 전기장을 이용하여 고에너지의 대전 입자를 생성할 수 있는 장점을 가지나, 그 특성상 대전 입자가 기판과 충돌하여 기판의 손상을 발생시키고, 플라즈마 밀도가 낮은 단점이 있다. 반면, 유도 결합 방식은 대전 입자가 공정 가스와 지속적으로 충돌하여 고밀도의 플라즈마를 발생시킬 수 있어, 고품질의 박막을 증착하기 위하여 이를 적용한 박막 증착 장치에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.

한편, 디스플레이 장치는 소비자의 요구 및 생산 효율의 측면에서 계속적인 대형화가 이루어지고 있다. 이와 같이 디스플레이 장치를 대형화하기 위하여는 디스플레이 장치에 사용되는 기판의 대형화는 필수적이다. 그러나, 기판의 대형화가 진행될수록 플라즈마의 밀도를 증가시키고, 기판 처리 장치 내에서 균일한 플라즈마를 확보하기 위한 요구도 증가되고 있다.

KRKR10-2019-0036017 A

본 발명은 고밀도의 플라즈마를 생성하여 고품질의 박막을 증착할 수 있는 기판 처리 장치 및 이를 이용한 박막 증착 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 공정 공간을 제공하는 챔버; 상기 공정 공간에 공정 가스를 공급하기 위한 가스 공급부; 상기 가스 공급부에 대향 배치되어, 상기 공정 공간에 제공되는 기판을 지지하기 위한 기판 지지대; 상기 공정 공간을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련되며, 유도 결합 방식으로 상기 공정 공간에 플라즈마를 형성하기 위한 제1 안테나; 및 상기 제1 안테나를 수용하기 위한 수용 공간의 적어도 일부를 정의하는 커버;를 포함하고, 상기 제1 안테나는 상기 챔버의 외벽면보다 내측에 배치된다.

절연 물질로 이루어지며, 상기 수용 공간에 채워지는 충진 부재;를 더 포함할 수 있다.

상기 커버는 상기 챔버 내에서 상기 수용 공간의 적어도 일부를 정의할 수 있다.

상기 챔버는 측벽이 함몰되어 마련되는 함몰부를 가지며, 상기 커버는 상기 함몰부 상에서 상기 수용 공간의 적어도 일부를 정의할 수 있다.

상기 커버는 자기장을 통과시킬 수 있는 물질로 이루어질 수 있다.

상기 커버는 알루미늄, 산화알루미늄 및 산화지르코늄 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다.

상기 수용 공간과 적어도 일부가 중첩되도록 상기 챔버의 외벽면에 설치되는 보강 부재;를 더 포함할 수 있다.

상기 보강 부재는 자기장을 차폐할 수 있는 물질로 이루어질 수 있다.

상기 가스 공급부에 구비되어 공정 가스를 분배하기 위한 샤워헤드 및 기판 지지대 중 적어도 하나에는 용량 결합 방식으로 플라즈마를 형성하기 위한 전력이 공급될 수 있다.

상기 기판 지지대의 안착 면 하부에 마련되며, 유도 결합 방식으로 상기 공정 공간에 플라즈마를 형성하기 위한 제2 안테나;를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 안테나는 상기 기판 지지대의 중심축을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련될 수 있다.

상기 제1 안테나 및 제2 안테나에 각각 공급되는 전력은 개별적으로 제어될 수 있다.

상기 제2 안테나는 상기 중심축으로부터 서로 다른 간격으로 이격되도록 복수 개로 마련될 수 있다.

상기 복수 개의 제2 안테나에 각각 공급되는 전력은 개별적으로 제어될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 증착 방법은, 챔버 내의 공정 공간에 마련된 기판 지지대에 기판을 안착시키는 과정; 상기 공정 공간에 유도 결합 방식으로 제1 플라즈마를 형성하여 제1 박막을 증착하는 과정; 및 상기 공정 공간에 유도 결합 방식 및 용량 결합 방식으로 제2 플라즈마를 형성하여 제2 박막을 증착하는 과정;을 포함한다.

상기 제1 박막을 증착하는 과정은, 상기 공정 공간을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련되는 제1 안테나에 전력을 공급하여 자기장을 발생시키는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 자기장을 발생시키는 과정은, 상기 공정 공간에 중첩되도록 마련되는 제2 안테나에 전력을 더 공급하여 자기장을 발생시킬 수 있다.

상기 자기장을 발생시키는 과정은, 상기 제1 안테나 및 제2 안테나에 공급되는 전력의 세기 및 주파수 중 적어도 하나를 개별적으로 제어할 수 있다.

상기 제2 박막을 증착하는 과정은, 상기 공정 공간에 유도 결합 방식으로 제1 플라즈마를 형성하기 위한 안테나에 전력을 공급하는 상태에서, 상기 챔버 내에서 공정 가스를 분배하기 위한 샤워헤드 및 상기 기판 지지대 중 적어도 하나에 전력을 더 공급하여 제2 플라즈마를 형성할 수 있다.

상기 제1 박막은 상기 제2 박막보다 얇게 증착할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치에 의하면, 챔버의 외벽면보다 내측으로 유도 결합 방식으로 플라즈마를 형성하기 위한 제1 안테나를 배치하여, 공정 공간과 최대한 인접한 위치에서 자기장을 발생시켜 고밀도의 플라즈마를 형성할 수 있다.

또한, 제1 안테나가 수용되는 수용 공간을 커버에 의하여 공정 공간으로부터 격리시킴으로써, 제1 안테나가 플라즈마에 노출되지 않게 되어 파티클(particle)과 같은 공정 부산물이 제1 안테나에 부착되는 것을 방지할 수 있으며, 수용 공간을 절연 부재로 충진시킴으로써 챔버 내의 압력 변화에 의하여 커버 및 제1 안테나가 변형 또는 파손되는 것을 방지할 수 있다.

뿐만 아니라, 공정 공간의 가장자리 영역에 배치되는 제1 안테나와 공정 공간의 중심 영역에 배치되는 제2 안테나에 의하여 자기장을 발생시킴으로써 공정 공간의 중심 영역과 가장자리 영역에서 발생되는 플라즈마의 밀도를 개별적으로 제어할 수 있으며, 이에 의하여 대면적의 기판에 의하여 공정 공간이 넓어지는 경우에도 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있다.

한편, 서로 상이한 특성을 가지는 제1 플라즈마와 제2 플라즈마를 이용하여 기판 상에 제1 박막과 제2 박막을 연속적으로 증착함으로써 기판이 손상되는 것을 방지하면서도 기판 상에 치밀도가 높은 박막을 형성할 수 있다. 즉, 대전 입자를 기판 표면과 평행한 방향으로 이동시켜 대전 입자와 기판의 충돌을 억제 또는 방지하는 제1 플라즈마를 이용하여 제1 박막을 증착하고, 기판 표면과 평행한 방향으로 이동하려는 대전 입자를 기판 방향으로 가속하여 나선 이동시켜 활성종의 밀도를 증가시키고 치밀한 구조의 제2 박막을 증착하여, 기판이 손상되는 것을 방지하면서도 치밀도가 높은 박막을 형성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 개략적인 모습을 도시한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 A-A' 방향에서 제1 안테나가 설치된 모습을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 개략적인 모습을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 개략적인 모습을 도시한 도면.
도 5는 도 1에 도시된 B-B' 방향에서 제2 안테나가 설치된 모습을 나타내는 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장되어 도시될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 개략적인 모습을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 A-A' 방향에서 제1 안테나가 설치된 모습을 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 공정 공간을 제공하는 챔버(100), 상기 공정 공간에 공정 가스를 공급하기 위한 가스 공급부(200), 상기 가스 공급부(200)에 대향 배치되어, 상기 공정 공간에 제공되는 기판(S)을 지지하기 위한 기판 지지대(300), 상기 공정 공간을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련되며, 유도 결합 방식으로 상기 공정 공간에 플라즈마를 형성하기 위한 제1 안테나(600) 및 상기 제1 안테나(600)를 수용하기 위한 수용 공간의 적어도 일부를 정의하는 커버를 포함한다.

챔버(100)는 기판(S) 상에 박막을 증착하기 위한 소정의 공정 공간을 마련하고, 이를 기밀하게 유지시킨다. 챔버(100)는 대략 원형 또는 사각형의 평면부 및 평면부로부터 상향 연장된 측벽을 포함하여 소정의 공정 공간을 가지는 몸체(110)와, 대략 원형 또는 사각형으로 몸체(110) 상에 위치하여 챔버(100)를 기밀하게 유지하는 덮개(120)를 포함할 수 있다. 그러나, 챔버(100)는 이에 한정되지 않고 기판(S)의 형상에 대응하는 다양한 형상으로 제작될 수 있다.

또한, 챔버(100)의 하면의 소정 영역에는 배기구(미도시)가 형성될 수 있으며, 챔버(100)의 외측에는 배기구와 연결되는 배기관(미도시)이 마련될 수 있다. 이와 같은 배기관은 배기 장치(미도시)와 연결될 수 있다. 배기 장치에 의해 챔버(100) 내부의 공정 공간을 소정의 감압 분위기, 예를 들어 0.1mTorr 이하의 소정의 압력까지 진공 흡입할 수 있다. 배기관은 챔버(100)의 하면 뿐만 아니라 후술하는 기판 지지대(300) 하측의 챔버(100) 측면에 설치될 수도 있으며, 배기되는 시간을 줄이기 위해 다수 개의 배기관 및 그에 따른 배기 장치가 더 설치될 수도 있음은 물론이다.

가스 공급부(200)는 공정 공간에 공정 가스를 분사한다. 가스 공급부(200)는 샤워헤드를 포함하여 가스 공급 라인(210)으로부터 공급되는 공정 가스를 분배할 수 있으며, 샤워헤드는 복수의 분사 홀을 가져 공정 공간에 공정 가스를 분사할 수 있다. 가스 공급부(200)를 통하여 공정 가스가 분배되어 공정 공간에 분사되므로, 공정 공간에는 공정 가스가 균일하게 공급될 수 있다. 가스 공급 라인(210)은 챔버(100)의 상부 중심부에 연결될 수 있으며, 이 경우 가스 공급 라인(210)이 배치되는 중심부에서는 공정 가스가 많이 분사될 수 있으므로 분사 홀은 중심부에서 멀어질수록 직경이 커지도록 마련될 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며 분사 홀의 위치, 분사 방향, 개수 등은 공정 조건에 따라 적절하게 조절될 수 있다.

샤워헤드에는 제1 전원(220)이 연결될 수 있으며, 제2 전원(220)으로부터 샤워헤드에 전력이 공급되면 공정 공간에 용량 결합 방식(CCP; Capacitively Coupled Plasma)으로 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 여기서, 제1 전원(220)으로부터 공급되는 전력은 교류 전력, 예를 들어 RF 전력을 포함할 수 있으며, RF 전력 외에 직류 전력을 포함할 수도 있다.

기판 지지대(300)는 가스 공급부(200)에 대향 배치되어, 공정 공간에 제공되는 기판(S)을 지지한다. 기판 지지대(300)는 공정 공간 내에서 기판(S)을 지지하기 위하여 챔버(100)의 내측 하부에 배치될 수 있다. 기판 지지대(300)는 소정 두께를 가지며, 기판(S)의 형상과 대응되는 형상, 예를 들어 원형 또는 사각형의 판 형상으로 마련될 수 있다. 이 경우, 기판 지지대(300)의 상면은 기판을 안착시키기 위한 안착 면을 형성한다.

여기서, 기판 지지대(300)는 접지될 수 있다. 전술한 바와 같이, 샤워헤드에는 제1 전원(220)이 연결될 수 있으며, 이때, 기판 지지대(300)는 접지되어 샤워헤드와 기판 지지대(300) 사이에서는 전위 차가 발생하게 되고, 이와 같은 전위 차에 의하여 공정 공간에는 용량 결합 방식의 플라즈마가 형성될 수 있다. 그러나, 반드시 샤워헤드에 제1 전원(220)이 연결되고, 기판 지지대(300)가 접지되어야 하는 것은 아니며, 샤워헤드가 접지되고, 기판 지지대(300)에 제1 전원(220)이 연결되거나, 샤워헤드와 기판 지지대(300)가 각각 별도의 제1 전원(200)에 연결되어 전위 차를 발생시킬 수도 있음은 물론이다.

기판 지지대(300)의 하부에는 기판 지지대(300)를 상하로 이동시키기 위한 지지축(400)이 설치될 수 있다. 즉, 지지축(400)은 기판 지지대(300)의 하부에 설치되어, 기판 지지대(300)를 상하로 이동시킨다. 지지축(400)은 기판 지지대(300)의 적어도 일 영역, 예를 들어 기판 지지대(300)의 중심을 하측에서 지지하도록 마련될 수 있다. 기판 지지대(300) 상에 기판(S)이 안착되면 기판 지지대(300)를 가스 공급부(200)에 근접하도록 이동시킬 수 있다.

제1 안테나(600)는 공정 공간을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련되며, 유도 결합 방식(ICP; Inductively Coupled Plasma)으로 공정 공간에 플라즈마를 발생시킨다. 제1 안테나(600)는 표면에 절연막이 코팅될 수 있으며, 제2 전원(650)으로부터 전력을 공급받아 공정 공간에 유도 결합 방식으로 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 이때, 제1 안테나(600)는 일단이 제2 전원(650)과 연결되고, 타단이 접지될 수 있다. 여기서, 제2 전원(650)으로부터는 400 kHz, 2 MHz, 13.56 MHz, 27.12 Mhz 등의 주파수를 갖는 전력이 공급될 수 있다.

제1 안테나(600)는 공정 공간을 측방에서 전부 감싸도록 마련될 수도 있으나, 공정 공간을 측방에서 일부 감싸도록 마련될 수도 있다. 예를 들어, 제1 안테나(600)는 공정 공간의 상하 방향에 따른 일부 영역을 감싸도록 마련될 수도 있으며, 공정 공간의 둘레 방향에 따른 일부 영역을 감싸도록 마련될 수도 있다. 이와 같은 제1 안테나(600)는 원형 또는 고리형으로 마련되거나, 복수 회로 권선된 코일형으로 마련될 수도 있다. 또한, 제1 안테나(600)는 일 평면 상에서 소정의 간격을 가지며 복수 회로 권선된 평면 코일의 형태를 가질 수도 있으며, 상하 방향으로 소정의 간격을 가지며 복수 회로 권선된 원통형 코일의 형태를 가질 수도 있음은 물론이다. 이와 같은, 제1 안테나(600)는 이하에서 설명되는 커버에 의하여 제공되는 제1 수용 공간에 수용되어 상기 챔버(100)의 외벽면보다 내측에 배치될 수 있다.

커버는 제1 안테나(600)를 수용하기 위한 수용 공간의 적어도 일부를 정의한다. 여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 후술하는 바와 같이 제1 안테나(600) 외에 기판 지지대(300)의 안착 면 하부에 마련되는 제2 안테나(500)를 더 포함할 수 있는데, 제2 안테나(500)를 수용하기 위한 수용 공간 및 이를 정의하는 커버와의 구별을 위하여, 제1 안테나(600)를 수용하기 위한 수용 공간을 제1 수용 공간으로, 제1 수용 공간을 형성하는 커버를 제1 커버(610)로 지칭하고, 제2 안테나(500)를 수용하기 위한 수용 공간을 제2 수용 공간으로, 제2 수용 공간을 형성하는 커버를 제2 커버(310)로 지칭하기로 한다.

제1 커버(610)는 챔버(100)의 외벽면보다 내측에서 제1 안테나(600)를 수용하기 위한 제1 수용 공간의 적어도 일부를 정의하도록 상기 챔버(100)의 측벽에 설치될 수 있다. 여기서, 제1 커버(610)가 제1 수용 공간의 적어도 일부를 정의한다는 의미는 내부에 제1 수용 공간을 가지는 구조체의 적어도 일부가 제1 커버(610)로 이루어지는 것을 말한다. 이때, 제1 커버(610)는 제1 수용 공간이 공정 공간에 최대한 인접하게 배치되도록 상기 챔버(100) 내, 즉 상기 챔버(100)의 내벽면 내측으로 제1 수용 공간의 적어도 일부를 정의할 수 있으며, 공정 공간을 제한하지 않는 범위 내에서 제1 수용 공간을 용이하게 형성하기 위하여 챔버(100)의 측벽 내에서 제1 수용 공간의 적어도 일부를 정의할 수 있다. 또한, 제1 커버(610)는 제1 커버(610) 단독으로 제1 안테나(600)를 수용하기 위한 제1 수용 공간을 형성할 수 있으며, 제1 커버(610)와 챔버(100)의 측벽에 의하여 제1 안테나(600)를 수용하기 위한 제1 수용 공간을 형성할 수도 있음은 물론이다.

예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 제1 커버(610)는 챔버(100)의 내부에서 둘레 방향을 따라 제1 안테나(600)를 수용하기 위한 제1 수용 공간을 제공하도록 챔버(100) 측벽의 내벽면에 결합되어 설치될 수 있다. 즉, 제1 커버(610)는 제1 수용 공간을 제공하도록, 몸체(110)에 포함되는 측벽의 내벽면과 덮개(120)의 저면을 연결하여 둘레 방향으로 연장되도록 설치될 수 있다. 이와 같은 구조에 따라 제1 안테나(600)가 수용되는 제1 수용 공간은 공정 공간과 격리될 수 있으며, 제1 안테나(600)가 플라즈마에 노출되지 않게 되어 파티클(particle)과 같은 공정 부산물이 부착되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 도 1에서는 제1 커버(610)가 연장 방향의 교차하는 방향으로 'ㄴ'자의 단면을 가지도록 형성되는 구조를 예로 들어 도시하였으나, 제1 커버(610)는 연장 방향의 교차하는 방향의 단면이 'ㄷ'자의 형상을 가지거나, 'ㅁ'자의 형상을 가지는 등 다양한 구조로 마련될 수 있음은 물론이다.

여기서, 제1 안테나(600)로부터 발생되는 자기장은 공정 공간으로 전파될 필요가 있다. 이에, 제1 커버(610)는 자기장을 통과시킬 수 있는 물질로 이루어질 수 있다. 즉, 제1 커버(610)는 자기장을 통과시킬 수 있는 상자성의 물질, 예를 들어 알루미늄(aluminium), 산화알루미늄(aluminium oxide), 산화지르코늄(zirconium oxide), 세라믹(ceramic) 등과 같은 물질 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 이와 같이, 제1 커버(610)를 알루미늄(aluminium), 산화알루미늄(aluminium oxide), 산화지르코늄(zirconium oxide), 세라믹(ceramic) 등과 같은 물질로 형성하는 경우, 클리닝 공정 등에서 부식이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한, 제1 수용 공간에는 절연 물질로 이루어진 충진 부재(620)가 마련될 수 있다. 즉, 제1 수용 공간은 제1 안테나(600)이 배치되는 공간을 제외한 나머지 공간을 가지며, 제1 수용 공간의 나머지 공간에는 절연 물질로 이루어진 충진 부재(620)가 채워질 수 있다. 여기서, 충진 부재(620)는 에폭시(epoxy), 나일론(nylon), 테프론(teflon), 폴리프로필렌(polypropylene) 및 세라믹(ceramic) 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다.

제1 수용 공간 내에 충진 부재(620)가 존재하지 않는 경우, 제1 안테나(600)의 주위에는 플라즈마가 발생되고, 이에 따라 증착 부산물 등이 제1 안테나(600)에 부착될 수 있다. 제1 안테나(600)에 부착된 증착 부산물이 누적되어 증착 부산물의 두께가 특정 수준 이상이 되면, 증착 부산물은 제1 안테나(600)로부터 떨어져 나와 챔버(100) 내의 파티클 발생의 원인으로 작용하므로, 제1 수용 공간에 충진 부재(620)를 마련함으로써 이와 같은 문제점을 해결할 수 있다. 또한, 이와 같은 충진 부재(620)에 의하여 제1 안테나(600)는 제1 수용 공간에 안정적으로 지지될 수 있으며, 진공의 형성 등을 이유로 챔버(100) 내에서 압력 변화가 발생하는 경우에도 제1 커버(610) 및 제1 안테나(600)가 변형 또는 파손되는 것을 방지하고, 제1 안테나(600)로부터 발생되는 자기장을 공정 공간으로 유효하게 전파시킬 수 있다.

한편, 제1 안테나(600)는 챔버(100)의 측벽 내에 매립되어 설치될 수도 있다. 이때, 챔버(100)는 측벽이 함몰되어 마련되는 함몰부를 가지며, 제1 커버(610)는 상기 함몰부 상에서 상기 제1 수용 공간의 적어도 일부를 정의할 수 있다.

예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 챔버(100)는 측벽의 내벽면이 둘레 방향을 따라 함몰되어 마련되는 내측 함몰부를 가질 수 있으며, 제1 커버(610)는 내측 함몰부가 공정 공간과 격리되도록 내측 함몰부 상에 설치될 수 있다. 즉, 제1 커버(610)는 제1 수용 공간을 형성하기 위한 내측 함몰부가 공정 공간에 노출되지 않도록 내측 함몰부의 개방된 단부를 차폐하도록 챔버(100)의 내벽면에 결합될 수 있다. 이와 같은 구조에 따라 제1 안테나(600)가 수용되는 제1 수용 공간은 공정 공간과 격리될 수 있으며, 제1 안테나(600)가 플라즈마에 노출되지 않게 되어 파티클(particle)과 같은 공정 부산물이 부착되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 이 경우에도 제1 커버(610)는 자기장을 통과시킬 수 있는 상자성의 물질, 예를 들어 알루미늄(aluminium), 세라믹(ceramic) 등과 같은 물질 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 이와 같이, 제1 커버(610)를 알루미늄(aluminium), 세라믹(ceramic) 등과 같은 물질로 형성하는 경우, 클리닝 공정 등에서 부식이 발생하는 것을 방지할 수 있게 됨은 전술한 바와 같다.

뿐만 아니라, 제1 수용 공간에는 유전체와 같은 절연 물질로 이루어진 충진 부재(620)가 마련될 수 있으며, 충진 부재(620)에 의하여 제1 안테나(600)가 배치되는 공간을 제외한 잔여의 제1 수용 공간을 채울 수 있게 되어 제1 안테나(600)는 제1 수용 공간에 안정적으로 지지될 수 있으며, 제1 안테나(600)로부터 발생되는 자기장이 공정 공간으로 유효하게 전파될 수 있다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이 챔버(100)는 측벽의 외벽면이 둘레 방향을 따라 함몰되어 마련되는 외측 함몰부를 가질 수 있으며, 제1 커버(610)는 외측 함몰부가 외부와 격리되도록 외측 함몰부 상에 설치될 수 있다. 즉, 제1 커버(610)는 제1 수용 공간을 형성하기 위한 외측 함몰부가 외부에 노출되지 않도록 외측 함몰부의 개방된 단부를 차폐하도록 챔버(100)의 외벽면에 결합될 수 있다. 이때, 제1 수용 공간은 챔버(100)의 측벽에 의하여 공정 공간과 격리되며, 제1 커버(610)는 제1 안테나(600)로부터 발생되는 자기장이 챔버(100) 외부로 전파되는 것을 차폐하는 역할을 한다. 이에, 제1 커버(610)는 자기장을 차폐할 수 있는 강자성의 물질, 예를 들어 스틸(steel), SUS(Steel Use Stainless) 등과 같은 물질 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.

또한, 제1 수용 공간에는 유전체와 같은 절연 물질로 이루어진 충진 부재(620)가 마련될 수 있으며, 충진 부재(620)에 의하여 제1 안테나(600)가 배치되는 공간을 제외한 잔여의 제1 수용 공간을 채울 수 있게 되어 제1 안테나(600)는 제1 수용 공간에 안정적으로 지지될 수 있으며, 제1 안테나(600)로부터 발생되는 자기장이 공정 공간으로 유효하게 전파될 수 있음은 전술한 바와 같다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 상기 제1 수용 공간과 적어도 일부가 중첩되도록 챔버(100)의 외벽면에 설치되는 보강 부재(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 보강 부재는 챔버(100) 내의 압력 변화에 따라 챔버(100)의 측벽이 변형되는 것을 방지하기 위해 설치된다. 전술한 바와 같이, 챔버(100)는 측벽이 둘레 방향을 따라 함몰되어 마련되는 함몰부를 가지며, 제1 커버(610)는 상기 함몰부를 덮도록 챔버(100)의 측벽에 설치될 수 있다. 이때, 함몰부에 의하여 챔버(100)의 측벽은 그 두께가 얇아질 수 밖에 없게 되고, 이에 의하여 챔버(100) 내의 압력 변화에 따라 챔버(100)의 측벽에 변형이 발생할 수 있는 문제점이 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서는 상기 제1 수용 공간과 횡 방향으로 적어도 일부가 중첩되도록 챔버(100)의 외벽면에 보강 부재를 설치할 수 있다. 이와 같은 보강 부재는 제1 커버(610)가 챔버(100)의 내벽면 내측에서 제1 수용 공간을 정의하는 경우에도 설치될 수 있으며, 자기장을 차폐할 수 있는 강자성의 물질, 예를 들어 스틸(steel), SUS(Steel Use Stainless) 등과 같은 물질 중 적어도 하나로 이루어져 챔버(100) 외부로 자기장이 전파되는 것을 차단할 수 있다.

여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 기판 지지대(300)의 안착 면 하부에 마련되며, 유도 결합 방식으로 공정 공간에 플라즈마를 형성하기 위한 제2 안테나(500)를 더 포함할 수 있다.

제2 안테나(500)는 공정 공간에 중첩되도록 마련되며, 유도 결합 방식으로 공정 공간에 플라즈마를 발생시킨다. 예를 들어, 제2 안테나(500)는 기판 지지대(300)의 안착 면 하부에 마련되어 공정 공간에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 도면에서는 제2 안테나(500)가 기판 지지대(300)의 하부에 배치되는 구조를 예시적으로 도시하였으나, 이와 달리 제2 안테나(500)는 기판 지지대(300) 내에 매립되어 배치되는 등 다양한 구조를 가질 수 있음은 물론이다.

여기서, 제2 안테나(500)는 기판 지지대(300)의 중심으로부터 하측으로 연장되는 가상의 중심축(X)을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련되며, 제3 전원(510)으로부터 전력을 공급받아 공정 공간에 유도 결합 방식으로 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 제2 안테나(500)는 일단이 제3 전원(510)과 연결되고, 타단이 접지될 수 있다. 여기서, 제3 전원(510)으로부터는 400 kHz, 2 MHz, 13.56 MHz, 27.12 Mhz 등의 주파수를 갖는 전력이 공급될 수 있다.

이와 같은 제2 안테나(500)는 중심축(X)을 둘레 방향으로 전부 감싸도록 마련될 수도 있으나, 중심축(X)을 둘레 방향으로 일부 감싸도록 마련될 수도 있다. 이와 같은 제2 안테나(500)는 원형 또는 고리형으로 마련되거나, 복수 회로 권선된 코일형으로 마련될 수도 있다. 이때, 제2 안테나(600)는 일 평면 상에서 소정의 간격을 가지며 복수 회로 권선된 평면 코일의 형태를 가질 수 있다.

또한, 제2 안테나(500)는 중심축(X)으로부터 서로 다른 간격으로 이격되도록 복수 개로 마련될 수 있다. 즉, 제2 안테나(500)는 도면에 도시된 바와 같이 2개로 마련되거나, 기판이 커짐에 따라 중심축(X)으로부터 서로 다른 간격으로 이격되도록 3개 이상으로 마련될 수도 있다. 이에, 제2 안테나(500)는 상기 중심축(X)을 감싸도록 마련되는 제2-1 안테나(502) 및 제2-2 안테나(502)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 제2 안테나(500)가 제2-1 안테나(502) 및 제2-2 안테나(504)를 포함하는 경우, 제3 전원(510)은 제2-1 안테나(502) 및 제2-2 제2 안테나(504)에 개별적으로 전력을 공급할 수 있다. 도면에서는 제3 전원(510)이 제3-1 전원(512)과 제3-2 전원(514)를 포함하여 제3-1 전원(512)과 제3-2 전원(514)이 상기 제2-1 안테나(502) 및 제2-2 안테나(504)에 개별적으로 전력을 공급하는 구조를 예로 들어 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고 제3 전원(510)으로부터 전력이 공급되는 전력 공급 라인을 분기하여 제2-1 안테나(502) 및 제2-2 안테나(504)에 개별적으로 제어되는 전력을 공급할 수도 있음은 물론이다.

이하에서, 본 발명의 실시 예에 따라 기판 지지대의 하부에 제2 안테나가 설치되는 세부 구조에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 5는 도 1에 도시된 B-B' 방향에서 제2 안테나가 설치된 모습을 나타내는 도면이다.

전술한 바와 같이, 제2 안테나(500)는 기판 지지대(300)의 중심으로부터 하측으로 연장되는 중심축(X)을 감싸도록 마련될 수 있다. 이때, 제2 안테나(500)는 도시된 바와 같이 기판 지지대(300)의 외곽선의 형태에 대응하여 중심축(X)을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련될 수 있다. 즉, 기판 지지대(300)가 사각형의 판 형상으로 마련되는 경우, 제2 안테나(500)는 일부가 개구된 대략 사각형을 이루도록 중심축(X)을 감싸며 일단으로부터 타단으로 연장될 수 있다.

또한, 제2 안테나(500)는 중심축(X)으로부터 서로 다른 간격으로 이격되어 상기 중심축을 감싸도록 마련되는 제2-1 안테나(502) 및 제2-2 안테나(504)을 포함할 수 있다. 즉, 디스플레이 장치에 사용되는 기판은, 예를 들어 가로 방향 및 세로 방향의 길이가 수 미터에 달하는 대형 기판이 사용될 수 있다. 따라서 이와 같은 대형 기판의 중심 영역과 가장자리 영역에 균일한 박막을 증착하기 위하여 자기장을 발생시키기 위한 제2 안테나(500)는 서로 다른 반경으로 중심축(X)을 감싸도록 마련되는 제2-1 안테나(502) 및 제2-2 안테나(504)를 포함할 수 있다.

이 경우, 제2-1 안테나(502)는 기판 지지대(300)의 하부 중심 영역에 마련되고, 제2-1 안테나(502)의 일단은 제1 제1 전원(512)에 연결되고, 제2-1 안테나(502)의 타단은 접지될 수 있다. 또한, 제2-2 안테나(504)는 기판 지지대(300)의 하부 가장자리 영역에 마련되고, 제2-2 안테나(504)의 일단은 제2 제1 전원(514)에 연결되고, 제2-2 안테나(504)의 타단은 접지될 수 있다.

한편, 기판 지지대(300)는 지지축(400)에 의하여 상하로 이동한다. 여기서, 제2 안테나(500)는 기판 지지대(300)가 하측으로 최대한으로 이동한 후의 기판 지지대(300)와 챔버(100)의 바닥면 사이에 설치될 수도 있다. 그러나, 기판 지지대(300)가 증착을 위하여 상부로 이동하는 경우에도 제2 안테나(500)를 기판(S)에 최대한 인접하게 배치시키기 위하여 제2 안테나(500)은 기판 지지대(300)에 연동하여 상하로 이동 가능하게 마련될 수 있다.

이와 같이, 제2 안테나(500)가 기판 지지대(300)에 연동하여 상하로 이동시키기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 제2 안테나(500), 즉 제2-1 안테나(502) 및 제2-2 안테나(504)를 수용하기 위한 수용 공간을 제공하도록 기판 지지대(300)의 하면에 결합되는 제2 커버(310)를 더 포함할 수 있다.

제2 커버(310)는 기판 지지대(300)의 형상에 대응하여 대략 원형 또는 사각형의 평면부 및 평면부로부터 상향 연장된 측벽부를 포함하여, 상기 기판 지지대(300)의 하면에 결합됨에 따라 제2 수용 공간을 제공할 수 있다. 이와 같이, 기판 지지대(300)의 하면에 결합되는 제2 커버(310)에 의하여 제공되는 제2 수용 공간에는 제2-1 안테나(502) 및 제2-2 안테나(504)가 배치됨으로써 제2 안테나(500)는 기판 지지대(300)에 연동하여 상하로 이동 가능하게 된다.

이때, 제2 안테나(500)로부터 발생되는 자기장은 기판 지지대(300)의 상부로만 전파될 필요가 있다. 즉, 공정 가스는 박막을 증착하기 위하여 기판(S) 상에서 여기될 필요가 있으며, 제2 안테나(500)로부터 발생되는 자기장이 기판 지지대(300)의 하부로 전파되면 기판 지지대(300)의 하부에 기생 플라즈마가 발생하게 되어 여기된 공정 가스에 의하여 챔버(100)의 하부에 원하지 않는 부착물이 생성될 우려가 있다. 또한, 기판 지지대(300)에는 기판 지지대(300)를 상하로 이동시키거나, 기판 지지대(300)에 설치되는 히터 및 정전 부품 등에 전력을 공급하기 위한 다양한 전원 장치가 마련된다. 이때, 기판 지지대(300)의 하부로 전파되는 자기장에 의하여 이와 같은 전원 장치의 동작에 오류가 발생하는 것을 최소화하기 위하여도 기판 지지대(300)의 하부로 자기장이 전파되는 것을 차단할 필요가 있다.

이를 위하여, 기판 지지대(300)와 제2 커버(310)는 서로 다른 재질로 마련될 수 있다. 즉, 기판 지지대(300)의 전부 또는 기판 지지대(300)의 안착 면을 포함하는 일 부분과 제2 커버(310)는 서로 다른 재질로 마련될 수 있다. 이때, 기판 지지대(300)의 안착 면을 포함하는 적어도 일부는 자기장을 통과시킬 수 있는 상자성의 물질, 예를 들어 알루미늄(aluminium), 세라믹(ceramic) 등과 같은 물질 중 적어도 하나로 이루어질 수 있으며, 제2 커버(310)은 자기장을 차폐할 수 있는 강자성의 물질, 예를 들어 스틸(steel), SUS(Steel Use Stainless) 등과 같은 물질 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.

여기서, 제2 커버(310)는 노출된 표면에 부식 방지층(미도시)이 마련될 수 있다. 즉, 제2 커버(310)는 외측면과 저면에 부식 방지층이 마련될 수 있다. 기판 처리 장치는 박막을 증착하고 난 후에 인-시투(in-situ)로 클리닝(cleaning)이 수행될 수 있는데, 이와 같은 클리닝 공정에는 대부분 불소(F)를 함유한 세정 가스를 공정 공간으로 공급하게 된다. 이때, 제2 커버(310)가 스틸(steel), SUS(Steel Use Stainless) 등과 같은 물질로 이루어지는 경우, 불소(F)에 의하여 제2 커버(310)가 부식될 수 있으므로 부식을 방지하기 위하여 제2 커버(310)의 노출된 표면에는 부식 방지층이 마련될 수 있다. 이와 같은 부식 방지층은 알루미늄(aluminium), 세라믹(ceramic) 등과 같은 물질 중 적어도 하나로 이루어질 수 있으며, 이에 의하여 기판 지지대(300)와 제2 커버(310)의 외부 표면은 전체적으로 알루미늄(aluminium), 세라믹(ceramic) 등과 같은 물질로 이루어지게 되어 클리닝 공정에서 부식이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.

한편, 기판 지지대(300)의 하면에 결합되는 제2 커버(310)에 의하여 제공되는 제2 수용 공간에는 절연 물질로 이루어진 절연 부재(320)가 마련될 수 있다. 여기서, 절연 부재(320)는 유전체와 같은 절연 물질로 이루어지며, 제2 안테나(500)가 배치되는 공간을 제외한 잔여의 제2 수용 공간을 채울 수 있다. 이와 같은 절연부(320)에 의하여 제2 안테나(500)는 제2 수용 공간에 안정적으로 지지될 수 있으며, 제2 안테나(500)로부터 발생되는 자기장이 기판 지지대(300)의 상부로 효과적으로 전파될 수 있다.

전술한 바와 같이, 제2 안테나(500)는 기판 지지대(300)의 하면에 결합되는 제2 커버(310)에 의하여 제공되는 제2 수용 공간에 제공된다. 이때, 제2 안테나(500)는 제3 전원(510)으로부터 전력을 공급받는다. 이때, 제2 안테나(500)와 제3 전원(550)을 연결하는 전력 공급 라인은 부식 등과 같은 손상을 방지하기 위하여 공정 공간에 노출되지 않을 필요가 있다.

이를 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 제2 안테나(500)과 연결되어 제3 전원(510)으로부터 전력을 공급받기 위한 전극부를 더 포함할 수 있다. 여기서, 전극부는 제2 안테나(500)과 연결되어 지지축(400) 상으로 연장되는 연결부(520) 및 지지축(400)의 내부에서 상기 연결부(520)로부터 하측으로 연장되는 단자부(530)를 포함할 수 있다. 이와 같은 연결부(520) 및 단자부(530)는 제2-1 안테나(502) 및 제2-2 안테나(504)에 대하여 각각 한 쌍씩 제공될 수 있다.

보다 상세하게는, 제2-1 안테나(502)의 일단은 한 쌍의 제1 연결부(522) 중 어느 하나에 연결되고, 제1 연결부(522)는 지지축(400) 상으로 연장되어 한 쌍의 제1 단자부(532) 중 어느 하나에 연결된다. 여기서, 제1 단자부(532)는 지지축(400)의 내부에서 하측으로 연장되며, 지지축(400)의 하단으로 노출되어 제3-1 전원(512)에 연결될 수 있다. 한편, 제2-1 안테나(502)의 타단은 한 쌍의 제1 연결부(522) 중 다른 하나에 연결되고, 제1 연결부(522)는 지지축(400) 상으로 연장되어 한 쌍의 제1 단자부(532) 중 다른 하나에 연결된다. 여기서, 제1 단자부(532)는 지지축(400)의 내부에서 하측으로 연장되며, 지지축(400)의 하단으로 노출되어 접지될 수 있다.

또한, 제2-2 안테나(504)의 일단은 한 쌍의 제2 연결부(524) 중 어느 하나에 연결되고, 제2 연결부(524)는 지지축(400) 상으로 연장되어 한 쌍의 제2 단자부(534) 중 어느 하나에 연결된다. 여기서, 제2 단자부(534)는 지지축(400)의 내부에서 하측으로 연장되며, 지지축(400)의 하단으로 노출되어 제3-2 전원(514)에 연결될 수 있다. 한편, 제2-2 안테나(504)의 타단은 한 쌍의 제2 연결부(524) 중 다른 하나에 연결되고, 제2 연결부(524)는 지지축(400) 상으로 연장되어 한 쌍의 제2 단자부(534) 중 다른 하나에 연결된다. 여기서, 제1 단자부(534)는 지지축(400)의 내부에서 하측으로 연장되며, 지지축(400)의 하단으로 노출되어 접지될 수 있다.

여기서, 제1 연결부(522)와 제1 단자부(532) 및 제2 연결부(524)와 제2 단자부(534)에는 각각 제3-1 전원(512) 및 제3-2 전원(514)으로부터 전력이 공급될 수 있다. 이때, 제1 연결부(522) 및 제2 연결부(524)는 제2-1 안테나(502) 및 제2-2 안테나(504)와 동일한 평면에 위치하게 되는 바, 제1 연결부(522) 및 제2 연결부(524)에 의하여 제1 연결부(522) 및 제2 연결부(524)의 상부로는 원하지 않는 자기장이 발생하게 된다. 이와 같이, 자기장이 발생하는 경우, 기판 지지대(300)의 상부로 균일한 자기장이 발생되지 않을 수 있으므로, 본 발명의 실시 예에서는 기판 지지대(300)의 하면에 제1 연결부(522) 및 제2 연결부(524)의 적어도 일부와 중첩되는 차폐층(330)을 마련한다. 차폐층(330)은 자기장을 차폐할 수 있는 물질로 이루어질 수 있으며, 이와 같이 제1 연결부(522) 및 제2 연결부(524) 상에 차폐층(330)을 마련하는 경우, 제1 연결부(522) 및 제2 연결부(524)로부터 발생하는 자기장이 기판 지지대(300)의 상부로 전파되는 것을 방지하여, 기판 지지대(300)의 상부로는 제2-1 안테나(502) 및 제2-2 안테나(504)에 의하여 발생하는 자기장만이 전파될 수 있게 되어 균일한 자기장을 형성할 수 있다.

또한, 제2 안테나(500), 즉 제2-1 안테나(502) 및 제2-2 안테나(504)는 내부에 냉각 매체(C)를 유동시키기 위한 유로를 가질 수 있다. 기판 지지대(300) 상에서 기판(S)은 히터(402) 등에 의하여 가열될 수 있으나, 기판(S)의 온도를 제어하기 위하여 기판(S)은 냉각될 필요가 있다. 여기서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 제2 안테나(500)의 내부에 냉각 매체(C)를 유동시키기 위한 유로를 형성하여, 기판 지지대(300) 내에 별도의 냉각 장치를 설치함이 없이 제2 안테나(500)를 따라 형성된 유로에 냉각 매체(C)를 유동시켜 기판(S)을 냉각시킬 수 있다. 제2-1 안테나(502)에 제1 연결부(522) 및 제1 단자부(532)가 연결되고, 제2-2 안테나(504)에 제2 연결부(524) 및 제2 단자부(534)가 연결되는 경우, 유로는 제2-1 안테나(502), 제1 연결부(522) 및 제1 단자부(532)를 모두 연통하고, 제2-2 안테나(504), 제2 연결부(524) 및 제2 단자부(534)를 모두 연통하도록 형성될 수 있으며, 냉각 매체(C)는 연통된 유로를 따라 각 제2 안테나(502, 504)의 일단으로부터 공급되고, 타단으로 배출될 수 있다.

한편, 기판 지지대(300)는 다양한 부속 부품을 가질 수 있다. 즉, 기판 지지대(300)는 내부에 기판(S)을 가열하기 위한 히터(302)를 가질 수 있다. 또한, 기판 지지대(300)는 기판(S)을 기판 지지대(300)에 정전기적으로 고정하기 위한 정전 부품(미도시)을 가져 정전 척(electrostatic chuck)으로 기능할 수 있다. 이와 같은 기판 지지대(300)의 부속 부품은 지지축(400) 내부에서 연장된 전력 공급 라인을 통하여 제4 전원(304)과 연결될 수 있다. 제4 전원(304)으로부터 공급되는 전력은 직류 전력을 포함할 수 있으며, 직류 전력 외에 교류 전력을 포함할 수도 있다.

그러나, 전술한 바와 같이 제2 안테나(500)와 제3 전원(510)을 연결하는 전력 공급 라인 또한, 지지축(400) 내부에 배치된다. 여기서, 제3 전원(510)으로부터는 400 kHz, 2 MHz, 13.56 MHz, 27.12 Mhz 등의 주파수를 갖는 전력이 공급되며, 제4 전원(304)으로부터는 직류 전력이 공급되어, 제3 전원(510)과 제4 전원(304)으로부터 공급되는 전력은 서로 상이한 주파수를 가질 수 있다. 이 경우, 제3 전원(510)으로부터 공급되는 전력의 주파수 성분은 히터(302) 등과 같은 부속 부품과 제4 전원(304)을 연결하는 전력 공급 라인에 노이즈(noise)로 작용하여 제4 전원(304)의 오작동을 야기하거나 제4 전원(304)를 파손시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에서는 기판 지지대(300)의 부속 부품과 상기 제4 전원(304) 사이에 제3 전원(510)으로부터 공급되는 전력의 주파수 성분을 제거하기 위한 필터(306)를 설치하여 작동 전원(304)이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 도면에서는, 부속 부품으로 기판 지지대(300)의 내부에 설치되는 히터(302)만을 도시하였으나, 이는 기판 지지대(300)를 정전 척으로 기능하게 하는 정전 부품과 같은 다양한 부품에 모두 적용될 수 있음은 물론이다.

이와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 유도 결합 방식으로 공정 공간에 플라즈마를 발생시키거나, 유도 결합 방식 및 용량 결합 방식으로 공정 공간에 플라즈마를 발생시킬 수 있다.

용량 결합 방식의 경우, 서로 대향 배치되는 전극, 예를 들어 가스 공급부(200)와 기판 지지대(300) 사이에 직접 형성되는 전기장에 의해 플라즈마를 발생시키는 방식이다. 용량 결합 방식은 강한 세기의 전기장을 이용하여 고에너지의 대전 입자를 생성할 수 있는 장점을 가지나, 그 특성상 대전 입자가 가스 공급부(200)와 기판 지지대(300) 사이에서 상하 방향으로 이동하게 되고, 이에 의하여 대전 입자가 기판(S)에 충돌하여 기판의 손상을 발생시키고, 플라즈마 밀도가 낮은 단점이 있다.

반면, 유도 결합 방식은 안테나, 예를 들어 코일에 흐르는 전류로부터 형성되는 자기장이 시간에 따라서 변할 때 자기장으로부터 유도되는 대전 입자의 상호 충돌에 의해 플라즈마를 발생시키는 방식이다. 즉, 유도 결합 방식은 안테나에 흐르는 전류로부터 상하 방향으로 자기장을 발생시키고, 상하 방향으로 발생된 자기장에 의해 대전 입자들이 기판과 수평한 방향으로 회전 이동을 하여 상호 충돌에 의해 플라즈마를 발생시킨다. 이에, 유도 결합 방식에서는 대전 입자가 기판과 수평한 방향으로 이동하게 되어 기판과 충돌하지 않으므로 기판의 손상을 최소화시키고, 공정 가스와 지속적으로 충돌하여 고밀도의 플라즈마를 생성할 수 있다.

그런데, 이와 같은 유도 결합 방식은 비교적 면적이 작은 반도체 기판에서는 유효한 성능을 나타내나, 디스플레이 장치에 사용되는 대면적의 기판에는 적용하기 어려운 문제점이 있다. 즉, 기판의 대형화가 진행될수록 공정 가스가 유입될 때, 공정 가스를 균일하게 활성화시키기 어렵고, 공정 가스가 유입되는 부분과 다른 부분과의 활성화 정도가 불균일하게 나타나는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 제1 안테나(600) 또는 제1 안테나(600)와 후술할 제2 안테나(500)에 의하여 공정 공간에 유도 결합성 플라즈마를 발생시킨다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리장치는 제1 안테나(600)에 의하여 공정 공간의 가장자리 영역에서 자기장을 발생시키고, 제2 안테나(500)에 의하여 공정 공간의 중심 영역에서 자기장을 발생시킬 수 있다. 이와 같이, 제1 안테나(600)와 제2 안테나(500)에 의하여 공정 공간의 서로 다른 영역에서 자기장을 더 발생시킴으로써 공정 공간의 중심 영역과 가장자리 영역에서 발생되는 플라즈마의 밀도를 개별적으로 제어할 수 있으며, 이에 의하여 대면적의 기판에 의하여 공정 공간이 넓어지는 경우에도 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 제1 안테나(600) 또는 제1 안테나(600) 및 제2 안테나(500)에 의한 유도 결합 방식과 샤워헤드와 기판 지지대(300)에 의한 용량 결합 방식을 동시에 사용하여 공정 공간에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 이 경우, 유도 결합 방식에 의하여 대전 입자가 기판과 수평한 방향으로 회전 이동함과 동시에, 용량 결합 방식에 의하여 대전 입자가 샤워헤드와 기판 지지대(300) 사이에서 상하 방향으로 이동하게 된다. 즉, 유도 결합 방식과 용량 결합 방식을 동시에 사용하면, 기판(S) 표면과 수평한 방향으로 원운동하는 대전 입자를 기판(S) 방향으로 가속시킴으로써 나선(spiral) 운동하게 할 수 있다. 이에 따라, 고밀도의 플라즈마를 발생시키는 유도 결합 방식의 장점과 고에너지의 대전 입자를 생성하는 용량 결합 방식을 장점을 모두 활용할 수 있게 되어, 고품질의 박막을 증착할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 증착 방법에 대하여 설명한다. 본 발명의 실시 예에 따른 박막 증착 방법은 전술한 기판 처리 장치를 이용하여 수행될 수 있으므로, 기판 처리 장치와 관련하여 전술한 내용과 중복되는 내용의 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 박막 증착 방법은, 챔버(100) 내의 공정 공간에 마련된 기판 지지대(300)에 기판(S)을 안착시키는 과정, 상기 공정 공간에 유도 결합 방식으로 제1 플라즈마를 형성하여 제1 박막을 증착하는 과정 및 상기 공정 공간에 유도 결합 방식 및 용량 결합 방식으로 제2 플라즈마를 형성하여 제2 박막을 증착하는 과정을 포함한다.

기판(S)을 안착시키는 과정에서는 먼저, 기판(S)을 챔버(100) 내부에 반입한다. 기판(S)은 챔버(100) 내부의 공정 공간에 반입될 수 있으며, 챔버(100)의 내부로 반입된 기판(S)은 기판 지지대(300) 상에 안착되어 지지될 수 있다. 여기서, 챔버(100)는 진공 챔버일 수 있으며, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 증착 방법은 챔버(100) 내부에 진공을 형성하는 과정을 더 포함할 수 있다.

제1 박막을 증착하는 과정은 상기 공정 공간에 유도 결합 방식으로 제1 플라즈마를 형성하여 제1 박막을 증착한다. 여기서, 제1 박막을 증착하는 과정은 상기 공정 공간을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련되는 제1 안테나에 전력을 공급하여 자기장을 발생시키는 과정을 포함할 수 있다.

자기장을 발생시키는 과정에서는 챔버(100)의 외벽면보다 내측에 수용되어 상기 공정 공간을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련되는 제1 안테나(600)에 전력을 공급하여 자기장을 발생시킬 수 있다. 즉, 챔버(100)의 외벽면보다 내측에는 제1 안테나(600)를 수용하기 위한 제1 수용 공간의 적어도 일부를 정의하는 제1 커버(610)가 설치되고, 자기장을 발생시키는 과정에서는 이와 같이 제1 수용 공간에 수용된 제1 안테나(600)에 전력을 공급하여 자기장을 발생시킬 수 있다. 여기서, 제1 안테나(600)는 공정 공간을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련되어 공정 공간의 가장자리 영역에서 자기장을 발생시킨다.

또한, 자기장을 발생시키는 과정에서는 상기 공정 공간에 중첩되도록 마련되는 제2 안테나(500)에 전력을 더 공급하여 자기장을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 자기장을 발생시키는 과정에서는 기판 지지대(300)의 안착 면 하부에 마련되는 제2 안테나(500)에 전력을 더 공급하여 자기장을 발생시킬 수 있다. 이때, 자기장을 발생시키는 과정은, 상기 제1 안테나 및 제2 안테나에 공급되는 전력의 세기 및 주파수 중 적어도 하나를 개별적으로 제어할 수 있다. 이와 같이, 제1 안테나(600) 및 제2 안테나(500)에 의하여 공정 공간의 서로 다른 영역에서 전력의 세기 및 주파수 중 적어도 하나를 개별적으로 제어하여 자기장을 발생시킴으로써 공정 공간의 중심 영역과 가장자리 영역에서 발생되는 플라즈마의 밀도를 개별적으로 제어할 수 있으며, 이에 의하여 대면적의 기판에 의하여 공정 공간이 넓어지는 경우에도 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있다.

여기서, 유도 결합 방식은 안테나에 흐르는 전류로부터 상하 방향으로 자기장을 발생시키고, 상하 방향으로 발생된 자기장에 의해 대전 입자들이 기판과 수평한 방향으로 회전 이동을 하여 상호 충돌에 의해 플라즈마를 발생시킨다. 이에, 유도 결합 방식에서는 대전 입자가 기판과 수평한 방향으로 이동하게 되어 기판과 충돌하지 않으므로 기판의 손상을 최소화시키고, 공정 가스와 지속적으로 충돌하여 고밀도의 플라즈마를 생성할 수 있다. 따라서, 제1 플라즈마를 형성하여 박막을 증착하는 과정에서는 대전 입자를 기판(S) 방향으로 가속시키지 않고, 대전 입자와 기판(S)의 충돌을 억제 또는 방지시키면서 제1 박막을 증착할 수 있다. 이를 통해 대전 입자가 기판(S)에 충돌하여 기판(S)이 손상되는 문제를 해결할 수 있다.

제2 박막을 증착하는 과정은 상기 공정 공간에 제1 플라즈마와 상이한 특성을 가지도록 유도 결합 방식 및 용량 결합 방식으로 제2 플라즈마를 형성하여 제2 박막을 증착한다. 즉, 제2 박막을 증착하는 과정에서는 유도 결합 방식 및 용량 결합 방식을 혼용하여 공정 공간에 상기 제1 플라즈마와 상이한 특성을 가지는 제2 플라즈마를 형성하여 제2 박막을 증착할 수 있다.

여기서, 제2 플라즈마를 형성하여 제2 박막을 증착하는 과정은 제1 안테나(600) 또는 제1 안테나(600)와 제2 안테나(500)에 전력을 공급하는 상태에서 상기 챔버(100) 내의 가스 공급부(200)에 구비되어 공정 가스를 분배하기 위한 샤워헤드 및 상기 기판 지지대(300) 중 적어도 하나에 전력을 더 공급하여, 상기 제1 박막 상에 상기 제2 박막을 증착할 수 있다.

유도 결합 방식으로만 플라즈마를 형성하여 박막을 증착하는 경우에는 기판(S) 방향으로의 대전 입자의 가속이 부족하여 박막의 치밀도가 떨어질 수 있다. 또한, 유도 결합 방식으로만 플라즈마를 형성하여 박막을 증착하는 경우, 기판이 대형화됨에 따라 증착 가스를 효과적으로 활성화시키기 어려울 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법에서는 제1 안테나(600) 또는 제1 안테나(600)와 제2 안테나(500)에 전력을 공급하는 상태에서 상기 챔버(100) 내의 샤워헤드 및 상기 기판 지지대(300) 중 적어도 하나에 전력을 더 공급하여, 상기 제1 플라즈마와 상이한 특성을 가지는 제2 플라즈마를 형성한다.

제2 플라즈마는 유도 결합 방식과 용량 결합 방식을 동시에 사용하여 발생되는 플라즈마로서 유도 결합 방식에 의하여 대전 입자가 기판과 수평한 방향으로 회전 이동함과 동시에, 용량 결합 방식에 의하여 대전 입자가 샤워헤드와 기판 지지대(300) 사이에서 상하 방향으로 이동하게 되어, 기판(S) 표면과 수평한 방향으로 원운동하는 대전 입자를 기판(S) 방향으로 가속시킴으로써 나선(spiral) 운동하게 할 수 있다. 즉, 유도 결합 방식에 의해 기판(S) 표면과 평행한 방향으로 원운동하는 대전 입자를 통해 소정 시간 동안 대전 입자를 플라즈마 내에 구속하여 증착 가스가 활성화된 활성종의 밀도를 증가시킬 수 있고, 이렇게 밀도가 증가된 활성종을 기판(S) 표면과 수직한 전기장에 의해 기판(S) 방향으로 가속되는 대전 입자를 통해 기판(S) 방향으로 밀어줌으로써, 치밀한 제2 박막을 증착할 수 있다. 이때, 대전 입자의 기판 방향으로의 가속은 박막 형성을 위한 에너지를 활성종에 제공할 수 있고, 고밀도의 활성종을 기판 방향으로 밀어줌으로 인해 활성종이 기판(S) 상에 밀착되어 달라붙을 수 있고, 형성된 박막을 다지는 효과를 얻을 수도 있다. 이에 따라 제2 박막의 치밀도가 향상될 수 있다.

여기서, 제1 박막은 제2 박막보다 얇게 증착할 수 있다. 제1 박막은 대전 입자와 기판(S)의 충돌을 억제 또는 방지시키는 보호층의 역할을 하는 것으로, 이와 같은 역할을 수행하기 위한 최소한의 두께로만 증착되면 충분하다. 이에 비해, 제2 박막은 기판(S) 방향으로 가속되는 대전 입자에 의하여 치밀도가 향상된 박막으로, 박막 전체의 특성을 향상시키기 위하여 제2 박막은 제1 박막보다 상대적으로 두껍게 제1 박막 상에 증착할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치에 의하면, 챔버의 외벽면보다 내측으로 유도 결합 방식으로 플라즈마를 형성하기 위한 제1 안테나를 배치하여, 공정 공간과 최대한 인접한 위치에서 자기장을 발생시켜 고밀도의 플라즈마를 형성할 수 있다.

상기에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시 예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

100: 챔버 200: 가스 공급부
300: 기판 지지대 400: 지지축
600: 제1 안테나 500: 제2 안테나

Claims

공정 공간을 제공하는 챔버;
상기 공정 공간에 공정 가스를 공급하기 위한 가스 공급부;
상기 가스 공급부에 대향 배치되어, 상기 공정 공간에 제공되는 기판을 지지하기 위한 기판 지지대;
상기 공정 공간을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련되며, 유도 결합 방식으로 상기 공정 공간에 플라즈마를 형성하기 위한 제1 안테나; 및
상기 제1 안테나를 수용하기 위한 수용 공간의 적어도 일부를 정의하는 커버;를 포함하고,
상기 제1 안테나는 상기 챔버의 외벽면보다 내측에 배치되는 기판 처리 장치.
청구항 1에 있어서,
절연 물질로 이루어지며, 상기 수용 공간에 채워지는 충진 부재;를 더 포함하는 기판 처리 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 커버는 상기 챔버 내에서 상기 수용 공간의 적어도 일부를 정의하는 기판 처리 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 챔버는 측벽이 함몰되어 마련되는 함몰부를 가지며,
상기 커버는 상기 함몰부 상에서 상기 수용 공간의 적어도 일부를 정의하는 기판 처리 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 커버는 자기장을 통과시킬 수 있는 물질로 이루어지는 기판 처리 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 커버는 알루미늄, 산화알루미늄 및 산화지르코늄 중 적어도 하나의 물질로 이루어지는 기판 처리 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 수용 공간과 적어도 일부가 중첩되도록 상기 챔버의 외벽면에 설치되는 보강 부재;를 더 포함하는 기판 처리 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 보강 부재는 자기장을 차폐할 수 있는 물질로 이루어지는 기판 처리 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 가스 공급부에 구비되어 공정 가스를 분배하기 위한 샤워헤드 및 기판 지지대 중 적어도 하나에는 용량 결합 방식으로 플라즈마를 형성하기 위한 전력이 공급되는 기판 처리 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 기판 지지대의 안착 면 하부에 마련되며, 유도 결합 방식으로 상기 공정 공간에 플라즈마를 형성하기 위한 제2 안테나;를 더 포함하는 기판 처리 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 제2 안테나는 상기 기판 지지대의 중심축을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련되는 기판 처리 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 제1 안테나 및 제2 안테나에 각각 공급되는 전력은 개별적으로 제어되는 기판 처리 장치.
청구항 11에 있어서,
상기 제2 안테나는 상기 중심축으로부터 서로 다른 간격으로 이격되도록 복수 개로 마련되는 기판 처리 장치.
청구항 13에 있어서,
상기 복수 개의 제2 안테나에 각각 공급되는 전력은 개별적으로 제어되는 기판 처리 장치.
챔버 내의 공정 공간에 마련된 기판 지지대에 기판을 안착시키는 과정;
상기 공정 공간에 유도 결합 방식으로 제1 플라즈마를 형성하여 제1 박막을 증착하는 과정; 및
상기 공정 공간에 유도 결합 방식 및 용량 결합 방식으로 제2 플라즈마를 형성하여 제2 박막을 증착하는 과정;을 포함하는 박막 증착 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 제1 박막을 증착하는 과정은,
상기 공정 공간을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련되는 제1 안테나에 전력을 공급하여 자기장을 발생시키는 과정;을 포함하는 박막 증착 방법.
청구항 16에 있어서,
상기 자기장을 발생시키는 과정은,
상기 공정 공간에 중첩되도록 마련되는 제2 안테나에 전력을 더 공급하여 자기장을 발생시키는 박막 증착 방법.
청구항 17에 있어서,
상기 자기장을 발생시키는 과정은,
상기 제1 안테나 및 제2 안테나에 공급되는 전력의 세기 및 주파수 중 적어도 하나를 개별적으로 제어하는 박막 증착 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 제2 박막을 증착하는 과정은,
상기 공정 공간에 유도 결합 방식으로 제1 플라즈마를 형성하기 위한 안테나에 전력을 공급하는 상태에서, 상기 챔버 내에서 공정 가스를 분배하기 위한 샤워헤드 및 상기 기판 지지대 중 적어도 하나에 전력을 더 공급하여 제2 플라즈마를 형성하는 박막 증착 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 제1 박막은 상기 제2 박막보다 얇게 증착하는 박막 증착 방법.