KR100622831B1 - 플라즈마 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극의 복수 지점에 고주파 전력을 공급하여 플라즈마의 균일성이 향상된 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.

본 발명은, 플라즈마를 이용하여 기판에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서, 플라즈마 처리장치에 처리가스를 공급하는 가스 공급계;와 전계를 발생시키기 위한 고주파 전력 도입부가 구비된 전계 발생계;를 포함하며, 상기 전계 발생계에는, 고주파 전력을 분배하여 전극의 복수 지점에 공급하는 고주파 전력 전달부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치를 제공한다.

플라즈마, 플라즈마 처리장치, 고주파 전력, 상부 전극, 샤워헤드

Description

플라즈마 처리장치{Apparatus for processing substrate using plasma}

도 1은 종래의 플라즈마 처리장치의 내부 구조를 모식적으로 나타내는 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 전계 발생계의 구조를 나타내는 분해 사시도이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 공급계의 구조를 나타내는 단면도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10, 110 : 기밀 처리실 20, 120 : 탑재대

30, 130 : 가스 공급계 40, 140 : 전계 발생계

50, 150 : 배기계 131 : 가스 공급부

142 : 고주파 전력 전달부 142a : 전력 전달판

142b : 송전부재 144 : 전극

146 : 고주파 전력 도입부 148 : 차폐부

149 : 전압 강하 방지 부재

본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극의 복수 지점에 고주파 전력을 공급하여 플라즈마의 균일성이 향상된 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체나 엘시디 등을 제조하는 과정에는 식각 등 여러가지 공정에 플라즈마 처리장치가 사용된다. 이하에서는 종래의 플라즈마 처리장치의 구조를 설명한다.

종래의 플라즈마 처리장치는 일반적으로, 그 내부에 진공분위기를 형성시킬 수 있는 기밀 처리실, 그 기밀 처리실 내에 피처리 기판을 지지할 수 있는 지지면을 가지는 탑재대, 기밀 처리실 내로 처리 가스를 공급하는 가스 공급계, 방전을 통해 그 처리 가스를 플라즈마화하기 위한 전계를 처리실 내에 발생시키기 위한 전계 발생계, 소정의 처리후에 처리실내에 존재하는 처리 가스를 제거하는 배기계로 구성된다.

도 1은 종래의 플라즈마 처리장치의 내부 구조를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 1을 참조하여 상술한 플라즈마 처리장치의 각 구성요소를 상세하게 설명한다.

먼저 기밀 처리실(10)은, 플라즈마 처리장치 내부에서 플라즈마를 형성시키기 위하여 필요한 진공분위기를 형성시킬 수 있도록 플라즈마 처리장치 내부와 외부를 완벽하게 차단할 수 있는 구조를 가진다. 그리고 플라즈마 처리장치의 다른 구성요소는 그 기밀 처리실(10) 내에 설치된다.

다음으로 탑재대(20)는 소정의 처리를 위하여 외부에서 반입되는 피처리 기판을 지지하는 구성요소이다. 이러한 탑재대(20)는 기밀 처리실(10) 내부의 하측에 설치되며, 피처리 기판을 지지할 수 있는 지지면을 가진다. 탑재대(20)는 피처리 기판을 지지하는 역할 뿐만 아니라 플라즈마 발생시에 하부 전극으로서의 역할도 하며, 특정한 경우에는 기판을 고정시키기 위하여 정전척이 그 내부에 설치되기도 한다.

그리고 가스 공급계(30)는 플라즈마 처리장치에 의해서 피처리 기판에 소정의 처리를 하기 위한 플라즈마 형성에 사용되는 처리 가스를 기밀 처리실(10) 내부로 공급하는 구성요소이다. 일반적으로 가스 공급계(30)는 기밀 처리실(10)의 상측에 구비되며, 기밀 처리실(10)의 상부로 부터 처리 가스를 공급받는다.

상술한 가스 공급계(30)는 처리 가스를 기밀 처리실(10) 내에 균일하게 공급하기 위하여 그 내부에 여러가지 확산 부재를 포함하고 있다. 우선 기밀 처리실(10) 외부에서 공급되는 처리 가스를, 처리 가스가 확산될 수 있는 확산로(도면에 미도시)가 형성되어 있는 확산판을 통하여 1차 확산시킨다. 그리고 확산판의 하부에는 다수개의 구멍이 형성된 상부 샤워헤드가 구비되어 있어서 처리 가스를 2차적으로 확산시키고, 상부 샤워헤드 하측에는 소정 간격 이격되어 상부 샤워헤드보다 촘촘한 간격으로 다수개의 구멍이 형성되어 있는 하부 샤워헤드를 통해서 최종적으로 처리 가스를 기밀 처리실 내부로 확산시킨다. 다만, 종래의 플라즈마 처리장치에는 외부에서 처리 가스를 처음으로 가스 공급계에 공급하는 지점이 한 곳이다.

다음으로 전계 발생계(40)는 가스 공급계(30)에 의하여 공급되는 처리 가스를 플라즈마화하기 위하여 필요한 전계를 발생시키는 구성요소이다. 전계 발생계(40)는 기본적으로 전계를 발생시킬 공간의 상하측에 각각 전극이 형성되는 구조이며, 그 전극 중 어느 하나 또는 두 전극에 고주파 전력을 인가하여 전계를 발생시킨다. 일반적으로는 상술한 탑재대(20)가 하부 전극의 역할을 수행하며, 상부 전극(44)은 기밀 처리실(10)의 상부에 별도로 설치된다. 그리고 상부 전극(44)에는 고주파 전력이 인가되는데, 종래에는 상부 전극(44)의 중앙 영역 1 지점에 고주파 전력을 인가하고, 하부 전극은 접지된다.

다음으로 배기계(50)는 이미 피처리 기판의 처리에 사용된 처리 가스를 기밀 처리실(10) 내부에서 제거하는 구성요소이다. 일단 피처리 기판의 처리에 한번 사용된 처리 가스는 기밀 처리실(10)에서 모두 제거되어 다음 공정에 영향을 미치지 않도록 하는 것이 플라즈마 처리 공정에 오류가 발생하지 않도록 하는 것이므로, 배기계(50)가 처리 가스를 완전하게 배출시키는 것이 중요하다.

그런데 최근 들어 엘시디(LCD) 등 평판표시소자를 제조하는 경우에는 피처리 기판의 크기가 초대형화되면서, 이러한 초대형 기판을 처리하는 플라즈마 처리장치도 대형화되고 있다. 당연히 플라즈마 처리 장치 내에 설치되는 가스 공급계(30) 또는 전계 발생계(30)의 크기도 대형화되고 있다.

그러나 상술한 바와 같이, 종래의 플라즈마 처리장치에 설치되어 있는 전계 발생계(40)에는 외부에서 고주파 전력 도입부(46)가 한군데 이므로, 대형화 된 전극에 있어서는 전극의 모든 면에서 전압이 일정하지 않고, 전극의 중앙 영역으로 갈수록 전압 강하 현상이 발생하여 전극의 끝단과 중앙영역의 전압 차이가 10% 이상 발생한다. 따라서 전계 발생계(40)에 의하여 발생되는 플라즈마의 균일도가 떨어지고, 피처리 기판상의 처리도 균일하지 않는 문제점이 있다.

또한 가스 공급계(40)에 있어서도 대형화에 의하여 1 지점에서만 처리 가스를 공급하는 경우 처리 가스를 균일하게 확산시키는데 시간이 오래 소요되고, 균일한 확산이 잘 이루어지지 않는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 복수 지점에서 고주파 전력을 인가하여 균일한 플라즈마를 형성시키는 플라즈마 처리장치를 제공함에 있다.

본 발명의 목적은 복수 지점에서 처리 가스를 공급하여 처리 가스의 확산 속도가 빠르고, 처리 가스의 균일한 확산이 가능한 플라즈마 처리장치를 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 플라즈마를 이용하여 기판에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서, 플라즈마 처리장치에 처리가스를 공급하는 가스 공급계;와 전계를 발생시키기 위한 고주파 전력 도입부가 구비된 전계 발생계;를 포함하며, 상기 전계 발생계에는, 고주파 전력을 분배하여 전극의 복수 지점에 공급하는 고주파 전력 전달부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치를 제공한다.

또한 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 고주파 전력 전달부에서 고주파 전력을 분배하는 전력 전달판을, 두께가 얇으면서 면적은 넓은 판상의 형상으로 구비시킴으로써, 고주파 전력이 잘 전달되는 장점이 있다.

또한 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 고주파 전력 전달부와 전극 사이에 차폐부를 설치하여 고주파 전력 전달부에서 발생되는 전자기장이 전극에 영향을 미치지 않는다.

또한 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 전극 내에 전압 강하 방지 부재를 더 구비시킴으로써 전극의 중앙 부분에서도 전압 강하 현상이 발생하지 않는다.

또한 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 2 군데 이상의 지점에서 동시에 처리 가스를 공급함으로써 처리 가스가 신속하게 확산되면서도, 균일하게 확산되는 장점이 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치도 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 플라즈마 처리장치와 마찬가지로, 그 내부에 진공분위기를 형성시킬 수 있는 기밀 처리실(110), 그 기밀 처리실(110) 내에 피처리 기판을 지지할 수 있는 지지면을 가 지는 탑재대(120), 기밀 처리실(110) 내로 처리 가스를 공급하는 가스 공급계(130), 방전을 통해 그 처리 가스를 플라즈마화하기 위한 전계를 기밀 처리실(110) 내에 발생시키기 위한 전계 발생계(140), 소정의 처리 후에 기밀 처리실(110)내에 존재하는 처리 가스를 제거하는 배기계(150)로 구성된다.

이때 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치에 있어서, 전계 발생계(140)는 도 3에 도시된 바와 같이, 고주파 전력 전달부(142)와 전극(144)으로 이루어진다. 고주파 전력 전달부(142)는 기밀 처리실(110)의 외부에 설치되어 있는 고주파 전원(도면에 미도시)으로부터 전계 발생계(140)로 고주파 전력을 도입하는 고주파 전력 도입부(146)와 연결되어 고주파 전력을 인가받고, 인가된 고주파 전력을 분배하여 전극(144)으로 전달하는 역할을 한다.

고주파 전력 전달부(142)는 도 2에 도시된 바와 같이, 전력 전달판(142a)과 송전부재(142b)로 구성된다. 전력 전달판(142a)은 두께가 얇고, 면적은 넓은 판상의 구조를 가지며, 그 상부면 소정 부분은 고주파 전력 도입부(146)와 연결되고, 그 하부면 소정 부분에는 송전부재(142b)의 일단이 결합된다. 그러므로 전력 전달판(142a)은 고주파 전력 도입부(146)에 의하여 1 지점에 공급된 고주파 전력을 분배하여 그 하부에 결합되어 있는 다수개의 송전부재(142b)를 통해 전극(144)의 여러 지점에 고주파 전력을 전달한다. 이때 전력 전달판(142a)은 그 두께가 얇을수록 고주파 전력의 전달에 유리하므로 얇게 형성시키는 것이 바람직하다.

그리고 송전부재(142b)는 그 상단이 전력 전달판(142a)의 하부 소정 부분에 결합되며, 그 하단은 전극(144)의 상부 소정 부분에 결합되어, 전력 전달판(142a) 으로부터 전극(144)으로 고주파 전력을 송전한다. 이때 송전부재(142b)는 2개 이상이 구비되는 것이 바람직하다. 또한 송전 부재(142b)는 막대 형상인 것이 바람직하며, 그 길이는 짧을수록 저항이 감소하여 고주파 전력의 전달에 유리하다.

그리고 전력 전달판(142a)은 넓은 판상의 형상이지만, 기밀 처리실(110)의 내부 형상에 따라 원형이나 사각형 형상일 수 있으며, 본 실시예에서는 사각형 형상으로 형성시킨다. 송전부재(142b)는 사각형 형상의 전력 전달판(142a)의 각 모서리 부분에 하나씩 구비되어 총 4개가 구비된다. 따라서 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치에서는 전극(144)의 4개 지점에 고주파 전력이 인가된다.

또한 본 실시예에 따른 전계 발생계(140)에는 도 2에 도시된 바와 같이, 전력 전달판(142a)과 전극(144) 사이에 차폐부(148)가 더 구비된다. 차폐부(148)는 전력 전달판(142a)에서 발생하는 전자기장이 전극(144)에 영향을 미치는 것을 방지하기 위하여 전자기장을 차단하는 역할을 한다. 즉, 전력 전달판(142a)에서 고주파 전력이 이동하면서 발생할 수 있는 전자기장이 전극(144)에 영향을 미쳐서 플라즈마의 균일성에 영향을 미치는 것을 방지하는 것이다. 차폐부(148)는 넓은 판상의 구조를 가지면서 그 소정 부분에 송전 부재(142b)가 통과할 수 있는 관통공(148a)이 형성된다.

물론 상술한 차폐부(148)가 구비되지 않아도 플라즈마 처리장치의 구동에는 문제가 없으나, 미세한 영향을 미칠 수 있는 전자기장도 차단하여 보다 균일한 플라즈마를 발생시키기 위하여 부가적으로 구비시키는 것이다. 이때 상술한 차폐부(148)는 도 2에 도시된 바와 같이, 전력 전달판(142a)과 전극(142b) 사이의 공간을 모두 차폐하는 것이 바람직하다.

다음으로 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 전계 발생계(140)에는 도 2에 도시된 바와 같이, 전극(144) 내에 전압 강하 방지 부재(149)가 더 구비된다. 전압 강하 방지 부재(149)는 전극(144) 내부 소정 부분에 형성되어 전극(144) 내부가 등전위면이 되도록 한다. 즉, 처리 가스를 공급하기 위한 가스 공급계로서의 역할을 하게 되는 전극(144) 내부는, 그 내부가 샤워헤드 등 여러가지 부도체로 채워지므로 그 내부가 등전위면이 되지 못하여 균일한 플라즈마를 형성시키지 못하는 문제점이 있다. 따라서 전극(144) 내부 소정 부분에 도체 재질인 전압 강하 방지 부재(149)를 형성시켜서 전극(144) 내부를 등전위로 만드는 것이다.

이때 전압 강하 방지 부재(144)는 막대 형상으로 구비될 수도 있고, 판상의 형상으로 구비될 수도 있다. 다만, 판상의 형상으로 구비되는 경우에는 전극 내부 공간이 여러개의 공간으로 분리될 수 있다. 이 경우 전극(144) 내부가 가스 공급계(130)로서의 역할도 하는 점을 감안하면, 처리 가스의 균일한 확산을 위하여 판상의 전압 강하 방지 부재(149) 하부 소정부분은 개방되도록 구비되는 것이 바람직하다.

그리고 본 실시예에서는 도 4에 도시된 바와 같이, 가스 공급계(130)에 처리 가스를 공급하는 지점을 2군데 이상으로 한다. 즉, 외부에서 기밀 처리실(110)로 처리 가스를 도입하는 가스 공급부(131)가 적어도 2개 이상 구비되어, 가스 공급계(130)에 2군데 이상의 지점에서 동시에 처리 가스를 도입한다. 따라서 대형 화된 기밀 처리실(110)에 있어서 1군데로 처리 가스를 공급하는 경우 처리 가스의 확산에 소요되는 시간이 길어지는 문제와 균일한 확산이 이루어지지 않는 문제점을 해결한다.

이하에서는 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치를 사용하여 발생하는 효과를 설명한다.

< 그래프 1 >

그래프 1은 고주파 전력의 주파수가 13.56 MHz인 경우 거리에 따른 전압 분포 그래프를 그린 것이다. 그래프 1에서 볼 수 있듯이 전압이 공급되는 지점에서 출발하여 파장이 22m 인 사인(sine)파가 그려진다. 이때 고주파 전력이 전극의 중앙 지점에 공급되고, 전극의 크기가 3m인 종래의 플라즈마 처리장치에서는 전극의 끝단과 전극 중앙 부분의 전압차이(a)가 매우 크다. 실제로 전압 차이(a)는 10%이 상이 된다.

< 그래프 2 >

그래프 2는 전극의 복수 지점에 고주파 전력을 공급하는 경우의 거리 변화에 따른 전압을 그린 그래프이다. 그래프 2에서 보는 바와 같이, 전극의 복수 지점에 고주파 전력을 인가하는 경우에는 3m크기의 전극에서 전압의 최저값과 최고값 사이의 차이(b)가 그래프 1에서의 전압 차이인 a 보다 훨씬 작아진다. 따라서 전극의 복수 지점에 고주파 전력을 인가하는 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는, 전극 내에서의 전압차이가 적어져서 종래의 플라즈마 처리장치보다 균일한 플라즈마를 형성시킬 수 있다.

또한 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 고주파 전력을 여러 지점으로 분배하는 전력 전달판이 얇은 판상의 구조를 취하므로 고주파 전력을 가장 효율적으로 전달할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 전력 전달판과 전극 사이에 전자 기장을 차폐할 수 있는 차폐부가 구비되어 있어서, 전력 전달판에서 발생하는 전자기장이 전극에 영향을 미치지 않으므로 보다 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 여러지점에서 처리 가스를 공급하므로 대형화된 플라즈마 처리장치에 있어서도 처리 가스의 확산이 빠르게 이루어지면서도 균일한 확산이 가능하여 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (6)

1. 플라즈마를 이용하여 기판에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서,

   플라즈마 처리장치에 처리가스를 공급하는 가스 공급계;와,

   전계를 발생시키기 위한 전극이 구비된 전계 발생계;를 포함하며,

   상기 전계 발생계에는, 고주파 전력을 분배하여 전극의 복수 지점에 공급하는 고주파 전력 전달부; 및

   상기 고주파 전력 전달부와 상기 전극 사이에 개재되어, 상기 고주파 전력 전달부에서 발생되는 전자기장을 차폐하는 차폐부;가 구비되며,

   상기 가스 공급계는, 외부로부터의 처리 가스를 상기 전극 내부로 공급하는 복수의 가스 공급부를 포함하며,

   상기 전극에는, 상기 복수의 가스 공급부가 연결되는 연결부가 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 고주파 전력 전달부는,

   얇은 판상으로 일측면에 상기 고주파 전력 도입부가 연결되는 전력 전달판;과

   일단이 상기 전력 전달판과 연결되며, 타단이 상기 전극과 연결되어 상기 고주파 전력 도입부로부터의 고주파 전력을 상기 전극으로 송전하는 복수의 송전부재;를

   포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 전력 전달판은 사각 판상으로 마련되며,

   상기 송전부재는 상기 전력 전달판의 모서리 영역에 각각 하나씩 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 전극에는,

   상기 전극 내부에 상기 전극의 상부 영역과 하부 영역을 연결하도록 마련되어, 상기 전극 내부에서의 전압 강하를 방지하는 전압 강하 방지 부재가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
6. 삭제

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