KR100689848B1

KR100689848B1 - 기판처리장치

Info

Publication number: KR100689848B1
Application number: KR1020050066915A
Authority: KR
Inventors: 전상진; 박종록; 사승엽; 양희전; 이근석
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-07-22
Filing date: 2005-07-22
Publication date: 2007-03-08
Also published as: KR20070012086A; JP4558689B2; CN1901772A; US20070017446A1; CN1901772B; JP2007049133A; US8404080B2

Abstract

본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로서, 처리대상 기판이 위치하며 플라즈마가 형성되는 반응 공간을 가지는 공정챔버와; 상기 반응공간 외부에 위치하는 복수의 폴과, 상기 복수의 폴을 사이에 두고 상기 반응공간과 마주하며 상기 복수의 폴을 상호연결하는 연결부를 포함하는 페라이트 코어(ferrite core)와; 상기 복수의 폴에 감겨져 있는 코일과; 상기 코일에 고주파 전원을 인가하는 전원부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여 플라즈마 발생효율이 높은 기판처리장치가 제공된다.

Description

기판처리장치{APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE}

도 1은 종래 기판처리장치의 단면도이고,

도 2는 종래 기판처리장치의 평면도이고,

도 3은 본발명의 제1실시예에 따른 기판처리장치의 단면도이고,

도 4는 본발명의 제1실시예에 따른 기판처리장치의 평면도이고,

도 5는 본발명의 제1실시예에 따른 기판처리장치에서 형성되는 유도전류를 설명하기 위한 도면이고,

도 6 내지 도 10은 각각 본발명의 제2실시예 내지 제6실시예에 따른 기판처리장치의 평면도이다.

* 도면의 주요부분의 부호에 대한 설명 *

11 : 반응챔버 12 : 반응공간

13 : 윈도우 플레이트 14 : 가스 노즐

15 : 척 16 : 진공포트

20 : 안테나부 21 : 폴

22a, 22b : 연결부 25 : 페라이트 코어

26 : 코일 31 : 전원부

32 : 임피던스 정합부 33 : 캐패시터

본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 페라이트 코어를 사용하여 플라즈마 발생효율을 향상시킨 기판처리장치에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼 또는 각종 표시장치의 기판은(이하 '기판'이라 함) 박막 증착(deposition)과 그 박막의 식각(etching)과 같은 기판처리공정을 반복수행함으로써 제조한다.

도 1은 종래 페라이트 코어를 이용한 기판처리장치의 단면도이고 도 2는 그 평면도이다.

종래 기판처리장치(100)를 보면 상부용기(111)와 하부용기(112)가 서로 결합되어 있다. 양 용기(111, 112)가 형성하는 공간은 칸막이(121, 122)에 의해 상부 반응공간(113)과 하부 반응공간(114)으로 나누어진다. 주입된 가스는 반응공간(113, 114) 내에서 이온화되어 플라즈마를 형성한다. 상부 반응공간(113)에는 상부척(131)이 하부 반응공간(114)에는 하부척(132)이 위치하며, 처리대상인 기판은 통상 하부척(132)에만 위치한다. 양 반응공간(113, 114)의 가운데에는 6개의 환상(toroidal) 페라이트 코어(141)가 동일 평면상에서 원형을 이루며 등간격으로 배치되어 있다. 각 페라이트 코어(141)에는 코일(142)이 감겨져 있다. 코일(142)은 인접한 페라이트 코어(141)간에는 반대 방향으로 감겨져 있는데 이는 인접한 페라이트 코어(141)에 의해 발생하는 유도기전력의 상(phase)이 반대가 되도록 하기 위함 이다.

양 반응공간(113, 114)은 페라이트 코어(141)의 중심을 관통하는 튜브(151)에 형성되어 있는 관통공(152)을 통해 연결되어 있다. 관통공(152)을 통해 반응가스가 지나가며 관통공(152)은 방전전류의 패스가 된다. 기판 처리시 페라이트 코어(141)를 감은 코일(142)이 1차측이 되고 플라즈마는 2차측으로 기능하여 코일(142)에 인가된 고주파수 전력이 2차측 플라즈마에 전달된다. 인접한 페라이트 코어(141)에 의해 발생하는 유도기전력은 위상이 서로 180도 차이나며, 플라즈마에 유도된 전류 패스는 2개의 인접 관통공(152)을 통해 폐경로를 형성한다. 도 2의 화살표는 인접한 관통공(152) 사이에 형성된 6개의 유도 전류를 나타낸다.

플라즈마 발생효율을 높이기 위해서는 플라즈마에 유도된 2차측 전류의 패스를 폐회로로 형성하여야 한다. 이를 위해 종래 기판처리장치(100)는 두 개의 반응공간(113, 114)을 형성한다. 그러나 종래 기판처리장치(100)에서는 기판처리는 한면에서만 이루어지는데 반해 플라즈마는 양면으로 발생되어 플라즈마 밀도와 효율이 줄어드는 문제가 있다.

본발명의 목적은 플라즈마 발생효율이 높은 기판처리장치를 제공하는 것이다.

상기의 목적은 기판처리장치에 있어서, 처리대상 기판이 위치하며 플라즈마가 형성되는 반응 공간을 가지는 공정챔버와; 상기 반응공간 외부에 위치하는 복수 의 폴과, 상기 복수의 폴을 사이에 두고 상기 반응공간과 마주하며 상기 복수의 폴을 상호연결하는 연결부를 포함하는 페라이트 코어(ferrite core)와; 상기 복수의 폴에 감겨져 있는 코일과; 상기 코일에 전원을 인가하는 전원부를 포함하는 것에 의하여 달성될 수 있다.

인접한 상기 폴에 대해 상기 코일은 반대방향으로 감겨 있는 것이 바람직하다.

상기 연결부는 폐루프 형상인 것이 바람직하다.

상기 연결부에 의해 상호연결되어 있는 상기 복수의 폴은 일렬로 배치되어 있는 것이 바람직하다.

상기 연결부에 의해 상호연결되어 있는 상기 복수의 폴은 일정한 간격으로 배치되어 있는 것이 바람직하다.

상기 연결부로 상호 연결되어 있는 상기 폴은 짝수개로 마련되는 것이 바람직하다.

상기 연결부는 원형인 것이 바람직하다.

상기 연결부는 내부연결부와 상기 내부연결부를 둘러싸고 있는 외부연결부를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 내부연결부와 상기 외부연결부는 원형이며 동일한 중심을 가지고 있는 것이 바람직하다.

상기 전원부는 상기 내부연결부와 상기 외부연결부에 독립적으로 전원을 공급하는 것이 바람직하다.

상기 전원부는 상기 내부연결부와 상기 외부연결부 중 적어도 어느 하나에 100kHz 내지 1MHz의 전원을 공급하는 것이 바람직하다.

상기 전원부는 상기 코일을 두 부분으로 나누어 병렬로 전원을 공급하는 것이 바람직하다.

상기 연결부는 띠 형상인 것이 바람직하다.

상기 폴은 원통형인 것이 바람직하다.

상기 전원부는 100kHz 내지 1MHz의 전원을 공급하는 것이 바람직하다.

상기 코일은 캐피시터를 통해 접지되어 있는 것이 바람직하다.

상기 캐패시터의 임피던스는 상기 페라이트 코어의 임피던스의 약 1/2인 것이 바람직하다.

상기 반응공간과 상기 페라이트 코어 사이에 위치하는 윈도우 플레이트를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 윈도우 플레이트는 알루미나 또는 쿼츠로 이루어진 것이 바람직하다.

상기 전원부와 상기 코일 사이에 위치하는 임피던스 정합부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본발명을 더욱 상세히 설명하겠다.

여러 실시예에 있어서 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조번호를 부여하였으며, 동일한 구성요소에 대하여는 제1실시예에서 대표적으로 설명하고 다른 실시예에서는 생략될 수 있다.

먼저 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 기판처리장치를 설명한다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 기판처리장치의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 기판처리장치의 평면도이다.

기판처리장치(1)는 반응공간(12)을 형성하는 반응챔버(11), 반응공간(12)의 상부에 위치하는 안테나부(20), 안테나부(20)에 전원을 공급하는 전원부(31)을 포함한다.

반응챔버(11)는 플라즈마가 형성되어 기판 처리가 이루어지는 반응공간(12)을 형성하며, 반응공간(12)을 진공과 일정온도로 유지시켜 주는 기능을 수행한다. 반응챔버(11)와 안테나부(20) 사이에는 윈도우 플레이트(13)가 마련되어 있다. 원도우 플레이트(13)는, 이에 한정되지는 않으나 알루미나(alumina)나 쿼츠(quartz)와 같은 절연체로 마련된다. 반응챔버(11)의 측벽에는 외부로부터 반응가스가 도입되는 가스노즐(14)이 한 쌍으로 마련되어 있다. 반응공간(12) 내에는 처리대상 기판(50)이 안착되는 척(15)이 위치하고 있다. 반응챔버(11) 하부는 진공 포트(16)가 마련되어 있어 반응공간(12)을 진공으로 만들면서 미반응 반응가스, 부산물 등을 외부로 배출한다. 도시하지는 않았지만 진공 포트(16)는 진공펌프와 연결되어 있다.

윈도우 플레이트(13)를 사이에 두고 반응공간(12)과 마주하는 안테나부(20)는 페라이트 코어(25)와 페라이트 코어(25)에 감겨 있는 코일(26)을 포함한다.

페라이트 코어(25)는 복수의 폴(21)과 인접한 폴(21)을 상호 연결하는 연결부(22a, 22b)로 이루어져 있다. 폴(21)은 원도우 플레이트(13)에 접하고 있으며 연 결부(22a, 22b)는 폴(21)의 상부에서 폴(21)을 상호 연결한다.

연결부(22a, 22b)는 환상(torroidal) 형태이며 동일한 중심을 가지는 외부 연결부(22a)와 내부 연결부(22b)로 이루어져 있다. 폴(21)은 각 연결부(22a, 22b)에 일정한 간격을 두고 일렬로 배치되어 있다. 폴(21)은 원통형이며 그 지름은 연결부(22a, 22b)의 폭보다 크다. 각 연결부(22a, 22b)에는 짝수개의 폴(21)이 연결되어 있는데 외부연결부(22a)에 연결되어 있는 폴(21)은 8개이고 내부연결부(22b)에 연결되어 있는 폴(21)은 6개이다.

각 연결부(22a, 22b)에 연결되어 있는 폴(21)의 수를 짝수로 한 것은 인접한 폴(21)에 감기는 코일(26)의 감는 방향이 반대가 되도록 하기 위해서이다. 코일(26)의 일단부는 전원부(31)에 연결되어 있으며 타단부는 접지되어 있다. 코일(26)은 외부 연결부(22a)에 연결된 폴(21)에 순차적을 감긴 뒤 내부 연결부(22b)에 연결된 폴(21)에 순차적으로 감겨 있다. 코일(26)은 인접한 폴(21)에 반대방향으로 감겨져 있으며, 각 연결부(22a, 22b)에 연결되어 있는 폴(21)의 수가 짝수이기 때문에 모든 인접한 폴(21)의 코일(26)은 서로 반대방향으로 감겨 있다.

전원부(31)는 100kHz 내지 1MHz의 전원을 코일(26)에 인가한다. 전원부(31)와 코일(26) 사이에 위치한 임피던스 정합부(32)는 전원부(31)의 전원이 코일(26)에 손실없이 전달되도록 한다.

코일(26)은 캐피시터(33)를 통해 접지되어 있다. 캐패시터(33)는 그 용량을 조조절하여 a지점, b지점에 걸리는 전압을 분배해 준다. 캐패시터(33)의 임피던스가 페라이트 코어(25)의 인덕턴스(inductance)에 의한 임피던스 절대값의 약 1/2이 되는 용량으로 선택하면 페라이트 코어(25)의 입력측과 접지측 전압이 최소가 되어 아킹(arching) 발생가능성이 줄어들고 플라즈마와의 용량 결합(capacitive coupling)효과가 감소하여 윈도우 플레이트(13)의 쉬스(sheath) 영역에서 이온 손실이 줄어든다.

이하 본 발명의 제1실시예에 따른 기판처리장치에서 형성되는 유도전류를 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ를 따른 부분을 개략적으로 나타낸 것이다.

기판을 처리하기 위해서 전원부(31)로부터 코일(26)에 전원이 공급되면 코일(26)에 흐르는 전류는 사인파 형태의 자기장이 생겨 반응공간(12)에 코일전류와 반대방향의 유도기전력이 발생한다. 또한 유도기전력에 의해 플라즈마에 유도전류이 발생하고, 유도전류는 플라즈마를 가열한다. 각 폴(21)에 흐르는 코일전류와 이에 의한 유도전류는 방향이 서로 반대이다. 자기장은 인접한 한 쌍의 폴(21) 사이에 형성되며 인접한 자기장의 방향은 서로 반대이다. 기판(50)은 플라즈마를 이용해 박막 증착 또는 식각 처리된다.

이 때 인접한 폴(21)사이의 연결부(22a, 22b)를 통해 자로가 집속되어('A') 연결부(22a, 22b) 상부로 전원이 전달되는 것이 방지된다. 이에 의해 연결부(22a, 22b) 상부의 주변구조물에 의해 자기장이 손실되는 것이 방지되며 반응공간(12)의 자기장이 증가되어 플라즈마 발생효율이 높아진다.

제1실시예에 따른 기판처리장치(1)는 플라즈마 발생효율이 높기 때문에 낮은 주파수의 전원을 사용해도 균일한 플라즈마를 효과적으로 발생시킬 수 있다. 플라 즈마를 이용한 장비의 생산성을 향상시키고자 기판이 대형화되고 있어 균일도가 우수한 고밀도 플라즈마를 생성시키는 것이 중요해지고 있다. 플라즈마 생성을 위해 13.56MHz와 같은 고주파 전원을 사용하는 경우 플라즈마 소스를 대형화하면 전송선 효과(transmission line effect)로 인해 플라즈마 균일도가 떨어진다. 균일도가 좋은 대면적 플라즈마 소스를 개발하기 위해서는 100kHz 내지 1MHz 사이의 상대적으로 낮은 주파수의 전원을 사용하면 전송선 효과를 없앨 수 있어 대면적 플라즈마 소스 개발에 적합하다. 그러나 플라즈마 생성을 위한 유도기전력(E)은 안테나의 자기장(B)과 전원의 주파수(ω)에 비례하기 때문에 상대적으로 낮은 주파수의 전원을 사용하면 플라즈마 발생효율이 떨어지는 문제가 있다. 본 발명에서는 투자율이 높은 페라이트 코어(25)를 사용하여 안테나(20)와 플라즈마 사이의 유도 결합 효율을 향상시켰기 때문에 상대적으로 낮은 주파수의 전원을 사용하여도 균일한 고밀도 플라즈마를 얻을 수 있다.

제1실시예에 따른 기판처리장치(1)에서 플라즈마는 기판(50)이 위치한 안테나(20)의 하부에서만 형성되고 기판(50)이 위치하지 않은 상부에서는 형성되지 않는다. 따라서 기판(50)처리에 사용되지 않고 손실되는 플라즈마가 없어 플라즈마 발생효율이 높다.

도 6에 도시한 본 발명의 제2실시예를 보면 코일(26)이 외부연결부(22a)에 연결된 폴(21)과 내부연결부(22b)에 연결된 폴(21)에 각각 독립적으로 감겨져 있으 며, 각각의 코일(26)은 서로 다른 전원부(31a, 31b)와 서로 다른 캐패시터(33a, 33b)에 연결되어 있다. 각 전원부(31a, 31b)는 연결되어 있는 코일(26)에 서로 다른 주파수의 전원을 공급할 수 있는데, 예를 들어 전원부(31a, 31b) 중 어느 하나는 13.56MHz의 비교적 높은 주파수의 전원을 공급하고 다른 하나는 100kHz 내지 1MHz의 상대적으로 낮은 주파수의 전원을 공급할 수 있다.

도 7에 도시한 본 발명의 제3실시예를 보면 연결부(22)는 단일로 마련되어 있다. 코일(26)은 두 부분으로 나누어져 전원부(31)로부터 병렬적으로 전원을 공급받는다. 이와 같이 코일(26)을 병렬로 2부분으로 나누면 직렬연결한 경우에 비해 안테나(20)의 인덕턴스가 약 1/4로 감소한다. 안테나(20)의 인덕턴스가 감소하면 안테나(20)에 걸리는 전압이 감소하여 아킹 발생가능성이 감소한다.

제1실시예 내지 제3실시예에서 폴(21)은 일정한 직경의 원기둥이며 그 직경은 연결부(22, 22a, 22b)의 폭보다 크나, 폴(21)의 형상과 크기는 이에 한정되지 않는다. 폴(21)의 형상은 사각기둥, 삼각기둥 등이 가능하며 이를 혼합하여 사용할 수도 있다. 폴(21)의 크기는 연결부(22, 22a, 22b)의 폭보다 작을 수 있으며 폴(21) 간에도 크기가 다를 수 있다. 폴(21)의 형상과 크기는 플라즈마의 균일성 등을 감안하여 조절한다.

도 8에 도시한 제4실시예는 제1실시예 내지 제3실시예와 달리 폴(21)의 직경이 연결부(22a, 22b)의 폭보다 작다. 폴(21)에 감겨 있는 코일(26)은 단일의 전원부(31)에 연결되어 있다.

제1실시예 내지 제4실시예에서 연결부(22, 22a, 22b)는 환상 즉 원형 루프 형태를 가졌으나 연결부(22, 22a, 22b)의 형상은 이에 한정되지 않는다. 연결부(22, 22a, 22b)의 형상은 사각 루프, 삼각 루프 등이 가능하며 이들을 혼합하여 사용할 수도 있다. 연결부(22, 22a, 22b)의 형상은 플라즈마의 균일성 등을 감안하여 조절한다.

도 9에 도시한 제5실시예는 제1실시예 내지 제4실시예와 달리 연결부(22c, 22d)가 사각형상이다. 각 연결부(22c, 22d)에는 각각 짝수개의 폴(21)이 연결되어 있으며 폴(21)에 감겨 있는 코일(26)은 단일의 전원부(31)에 연결되어 있다.

제1실시예 내지 제5실시예에서 연결부(22, 22a, 22b, 22c, 22d)는 폐곡선 형태를 가졌으나 연결부(22, 22a, 22b, 22c, 22d)의 형상은 이에 한정되지 않는다. 연결부(22, 22a, 22b, 22c, 22d)의 형상은 직선, 곡선 등이 가능하며 이들을 혼합하여 사용할 수도 있다. 연결부(22, 22a, 22b, 22c, 22d)의 형상은 플라즈마의 균일성 등을 감안하여 조절한다.

도 10에 도시한 제6실시예는 제1실시예 내지 제5실시예와 달리 직선 형태의 3개의 연결부(22e)가 상호 평행하게 배치되어 있다. 각 연결부(22e)에는 각각 5개의 폴(21)이 연결되어 있는데 연결부(22e)가 폐루프가 아니기 때문에 각 연결부(22e)에 연결된 폴(21)은 짝수개일 필요가 없다. 코일(26)은 각 연결부(22e)에 병렬로 연결되어 있기 때문에 아킹 발생이 감소한다.

본 발명에 따른 기판처리장치는 기판 상에 박막을 증착하거나 기판 상의 박막을 식각하는데 사용될 수 있다. 처리되는 기판은 액정표시장치, 유기전기발광장치와 같은 표시장치의 기판이나 반도체 웨이퍼일 수 있다.

비록 본발명의 여러 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 본발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 플라즈마 발생효율이 높은 기판처리장치가 제공된다.

Claims

기판처리장치에 있어서,

처리대상 기판이 위치하며 플라즈마가 형성되는 반응 공간을 가지는 공정챔버와;

상기 반응공간 외부에 위치하는 복수의 폴과, 상기 복수의 폴을 사이에 두고 상기 반응공간과 마주하며 상기 복수의 폴을 상호연결하는 연결부를 포함하는 페라이트 코어(ferrite core)와;

상기 복수의 폴에 감겨져 있는 코일과;

상기 코일에 전원을 인가하는 전원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제1항에 있어서,

인접한 상기 폴에 대해 상기 코일은 반대방향으로 감겨 있는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제1항에 있어서,

상기 연결부는 폐루프 형상인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제3항에 있어서,

상기 연결부에 의해 상호연결되어 있는 상기 복수의 폴은 일렬로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제3항에 있어서,

상기 연결부에 의해 상호연결되어 있는 상기 복수의 폴은 일정한 간격으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제3항에 있어서,

상기 연결부로 상호 연결되어 있는 상기 폴은 짝수개로 마련되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제3항에 있어서,

상기 연결부는 원형인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제3항에 있어서,

상기 연결부는 내부연결부와 상기 내부연결부를 둘러싸고 있는 외부연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제8항에 있어서,

상기 내부연결부와 상기 외부연결부는 원형이며 동일한 중심을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제8항에 있어서,

상기 전원부는 상기 내부연결부와 상기 외부연결부에 독립적으로 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제10항에 있어서,

상기 전원부는 상기 내부연결부와 상기 외부연결부 중 적어도 어느 하나에 100kHz 내지 1MHz의 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제3항에 있어서,

상기 전원부는 상기 코일을 두 부분으로 나누어 병렬로 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제1항에 있어서,

상기 연결부는 띠 형상인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제1항에 있어서,

상기 폴은 원통형인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제1항에 있어서,

상기 전원부는 100kHz 내지 1MHz의 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제1항에 있어서,

상기 코일은 캐피시터를 통해 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제16항에 있어서,

상기 캐패시터의 임피던스는 상기 페라이트 코어의 임피던스의 1/2인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제1항에 있어서,

상기 반응공간과 상기 페라이트 코어 사이에 위치하는 윈도우 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제18항에 있어서,

상기 윈도우 플레이트는 알루미나 또는 쿼츠로 이루어진 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
제1항에 있어서,

상기 전원부와 상기 코일 사이에 위치하는 임피던스 정합부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.