KR101033950B1 - 플라즈마 처리장치 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 처리장치가 개시된다. 본 발명의 플라즈마 처리장치는, 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 반응챔버; 반응챔버의 내부에 마련되어 기판이 안착되는 서셉터; 반응챔버의 상부에 마련되는 복수개의 절연판; 복수개의 절연판이 대응 배치되는 복수개의 개구부가 형성되어 복수개의 절연판을 지지하는 절연판 지지체; 절연판 지지체에 마련되는 적어도 하나의 상부가스분사노즐; 및 반응챔버의 측벽에 마련되는 적어도 하나의 측면가스분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 대형 크기의 기판에 대한 시스템에 적용함에 있어서도 기구적인 안정성을 확보하고, 전체적인 플라즈마 증착 균일도를 향상시킬 수 있다.
플라즈마, 절연판, 가스분사노즐, 기구적 안정성, 플라즈마 균일도

Description

플라즈마 처리장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 플라즈마 처리장치에서 기구적 안정성을 확보하면서도 플라즈마 균일도를 향상시키기 위한 구조에에 관한 것이다.
플라즈마 처리장치는, 태양전지 제작에 사용되는 기판, 평면디스플레이(Flat Panel Display, FPD) 제작에 사용되는 기판, 반도체 제작에 사용되는 기판 등에 미세한 패턴을 형성하기 위해 플라즈마(plasma)를 생성하여 증착 또는 에칭 공정을 수행하는 장치이다.
이러한 플라즈마 처리장치는 플라즈마 생성 방식에 따라 축전결합형 플라즈마(CCP, Capacitively Coupled Plasma) 방식과, 유도결합형 플라즈마(ICP, Inductively Coupled Plasma) 방식으로 구분된다.
축전결합형 플라즈마 방식은, 고주파전력(RF전력)을 인가할 수 있도록 설계된 전극이 있는 것이 구조적 특징이며, 그 명칭에서도 알 수 있듯이 전극의 표면에 분포된 전하 때문에 형성된 축전전기장에 의해서 플라즈마가 발생하고 유지된다.
유도결합형 플라즈마 방식은, 구조적으로 코일 형태의 안테나를 구비하며, 안테나에 고주파전력을 인가하여 형성된 유도전기장에 의해서 플라즈마가 발생하고 유지된다.
이러한 유도결합형 플라즈마 처리장치는 일반적으로 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 반응챔버와, 반응챔버의 내부 아래쪽에 마련되어 기판이 안착되는 서셉터와, 반응챔버의 상부에 마련되어 플라즈마를 생성시키는 전기장을 유도하는 안테나와, 반응챔버와 안테나 사이에 배치되는 세라믹 재질의 절연판과, 안테나에 고주파전력을 공급하는 고주파전원과, 반응챔버의 내부로 플라즈마를 생성하기 위한 공정가스를 분사하는 가스분사노즐을 구비한다.
이때, 절연판은, 반응챔버의 형상과 크기에 대응하도록 제작되어 반응챔버의 측벽 상단부에 안착되어 지지된다. 또한, 가스분사노즐은 통상적으로 반응챔버의 상부에서 절연판의 중심부에 결합되어 기판을 향하여 소정의 각도로 공정가스를 분사한다.
한편, 플라즈마 처리 대상이 되는 기판의 대형화 추세에 따라, 플라즈마 처리장치의 반응챔버 및 절연판의 크기 또한 대형화되고 있는 실정이다.
그런데, 위와 같은 구성을 갖는 플라즈마 처리장치는, 대형 크기의 기판에 대한 시스템에 적용할 경우, 절연판의 지지구조 및 가스분사노즐의 설치에 따른 기구적 안정성이 확보되고 어렵고, 그에 따라 플라즈마 균일도가 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 대형 크기의 기판에 대한 시스템에 적용함에 있어서도 기구적인 안정성을 확보하고, 전체적인 플라즈마 증착 균일도를 향상시킬 수 있는 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 반응챔버; 상기 반응챔버의 내부에 마련되어 기판이 안착되는 서셉터; 상기 반응챔버의 상부에 마련되는 복수개의 절연판; 상기 복수개의 절연판이 대응 배치되는 복수개의 개구부가 형성되어 상기 복수개의 절연판을 지지하는 절연판 지지체; 상기 절연판 지지체에 마련되는 적어도 하나의 상부가스분사노즐; 및 상기 반응챔버의 측벽에 마련되는 적어도 하나의 측면가스분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 절연판 지지체는, 사각 형상을 갖는 외곽 프레임; 및 상기 외곽 프레임의 내측 영역을 상기 복수개의 개구부로 분할하도록, 상기 외곽 프레임의 내측에서 가로 방향으로 배치되는 적어도 하나의 가로보와, 상기 외곽 프레임의 내측에서 세로 방향으로 배치되는 적어도 하나의 세로보를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 상부가스분사노즐은, 상기 적어도 하나의 가로보와 상기 적어도 하나의 세로보의 교차 부분에 결합될 수 있다.
상기 상부가스분사노즐은, 가스분사유로가 형성되는 노즐판; 및 상기 노즐판에 결합되어 상기 기판을 향하여 공정가스를 분사하는 적어도 하나의 단위분사노즐을 포함할 수 있다.
상기 노즐판에는, 상기 적어도 하나의 단위분사노즐이 결합되는 적어도 하나의 노즐결합홀이 형성되고, 상기 단위분사노즐의 분사 각도는, 상기 노즐결합홀의 형성 방향에 의해 결정될 수 있다.
상기 단위분사노즐은, 상기 기판의 중심부, 상기 중심부의 외측에 위치한 제1 지점부 및 상기 제1 지점부의 외측에 위치한 제2 지점부 중 어느 하나를 향하는 분사 각도를 가질 수 있다.
상기 적어도 하나의 측면가스분사노즐은, 상기 반응챔버의 측벽의 둘레를 따라 마련되는 복수개가 마련될 수 있다.
상기 절연판 지지체에는, 상기 절연판 지지체의 강도를 보강하도록, 적어도 하나의 보강리브가 마련될 수 있다.
상기 적어도 하나의 보강리브는, 상기 적어도 하나의 가로보 중 상기 외곽 프레임의 중심을 지나는 가로보의 상부와, 상기 적어도 하나의 세로보 중 상기 외곽 프레임의 중심을 지나는 세로보의 상부에 2개가 마련될 수 있다.
상기 적어도 하나의 상부가스분사노즐은, 상기 절연판 지지체에 복수개가 마련될 수 있다.
상기 적어도 하나의 가로보 및 상기 적어도 하나의 세로보 각각은 복수개가 마련되고, 상기 복수개의 상부가스분사노즐은 상기 복수개의 가로보와 상기 복수개의 세로보의 교차 부분들에 각각 결합될 수 있다.
상기 복수개의 상부가스분사노즐은, 상기 절연판 지지체의 중심에서 동일거리범위로 떨어진 위치별로 유량이 제어될 수 있다.
상기 상부가스분사노즐은, 가스분사유로가 형성되는 노즐판; 및 상기 노즐판에 결합되어 상기 기판을 향하여 공정가스를 분사하는 적어도 하나의 단위분사노즐을 포함할 수 있다.
상기 노즐판에는, 상기 적어도 하나의 단위분사노즐이 결합되는 적어도 하나의 노즐결합홀이 형성되고, 상기 단위분사노즐의 분사 각도는, 상기 노즐결합홀의 형성 방향에 의해 결정될 수 있다.
상기 복수개의 상부가스분사노즐은, 상기 절연판 지지체에서의 위치에 따라 상기 단위분사노즐의 개수 및 분사 각도가 다르게 설정될 수 있다.
상기 복수개의 상부가스분사노즐은, 상기 절연판 지지체에서의 위치에 따라 상기 가스분사유로의 형상이 다르게 형성될 수 있다.
상기 복수개의 상부가스분사노즐 중 최외측에 위치한 상부가스분사노즐에 마련된 상기 단위분사노즐은 상기 기판의 테두리를 향하는 분사 각도를 가질 수 있다.
본 발명은, 플라즈마 처리장치에 있어서, 절연판을 복수개로 분할하고 복수개의 절연판을 안정적으로 지지하는 절연판 지지체를 구비하고 상부가스분사노즐을 절연판 지지체에 마련함으로써, 대형 크기의 기판에 대한 시스템에 적용함에 있어서도 기구적인 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명은, 플라즈마 처리장치에 있어서, 절연판 지지체에 마련되는 상부가스분노즐와 반응챔버의 측벽에 마련되는 복수개의 측면가스분사노즐을 통해 반응챔버의 내부로 반응가스를 공급함으로써, 전체적인 플라즈마 증착 균일도를 향상시킬 수 있다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
먼저, 이하에서 설명할 「기판」이란, 태양전지 제작에 사용되는 기판, 평면디스플레이(Flat Panel Display, FPD) 제작에 사용되는 기판, 반도체 제작에 사용되는 기판 등을 가리키나, 설명의 편의를 위해 이들을 구분하지 않고 기판이라 하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1의 플라즈마 처리장치에서 절연판 지지체와 상부가스분사노즐의 구조를 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 도 1의 플라즈마 처리장치에서 상부가스분사노즐의 구성을 설명하기 위한 단면도이고, 도 4는 도 3의 상부가스분사노즐의 평면도이며, 도 5는 도 1의 플라즈마 처리장치에 적용되는 다양한 형상의 노즐판을 나타낸다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는, 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 반응챔버(110)와, 반응챔버(110)의 내부에 마련되어 기판(10)이 안착되는 서셉터(120)와, 반응챔버(110)의 상부에 마련되는 안테나(170)와, 반응챔버(110)와 안테나(170) 사이에 마련되는 4개의 절연판(130)과, 4개의 절연판(130)을 지지하는 절연판 지지체(140)와, 절연판 지지체(140)에 마련되는 상부가스분사노즐(150)과, 반응챔버(110)의 측벽에 마련되는 복수개의 측면가스분사노즐(160)과, 안테나(170)의 상측에서 반응챔버(110)의 상단부에 결합되는 접지케이스(180)를 구비한다.
한편, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는 유도결합형 플라즈마 증착장치(ICP, Inductively Coupled Plasma)이지만, 본 발명은 축전결합형 플라즈마 증착장치(PECVD, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)에도 적용될 수 있음은 물론이다. 그리고 본 발명에서 「플라즈마 처리」란 플라즈마 에칭(Plasma Etching)과 플라즈마 증착(Plasma Vapor Deposition)의 의미를 포함한다.
반응챔버(110)는, 기판(10)에 대해 플라즈마 증착 공정을 수행하기 위한 환경을 조성하고 플라즈마가 생성·반응되는 공간을 제공한다. 이때, 반응챔버(110)는 사각의 판면 형상을 갖는 기판(10)에 적합하도록 전체적으로 사각 형상을 갖는다. 다만, 본 발명에서 반응챔버(110)의 형상은 플라즈마 처리 대상이 되는 기판(10)의 종류 및 형상에 따라 변경될 수 있다.
서셉터(120)는, 반응챔버(110)의 내부 아래쪽에 마련되어 기판(10)을 지지하고, 반응챔버(110) 내에 생성된 플라즈마가 기판(10)의 표면에 충돌할 수 있도록 바이어스 고주파전력을 제공한다. 서셉터(120)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(10)이 안착되는 고주파전극(121)과, 접지된 영역을 제공하는 접지전극(123)과, 고주파전극과 접지전극 사이에 개재되는 절연체(122)를 구비한다. 이때, 절연체(122)는 세라믹 및/또는 테프론 재질로 이루어진다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 반응챔버(110)의 하부에는 서셉터(120)를 상하 방향으로 이동시키기 위한 Z축 구동모듈(190)이 마련되고, 반응챔버(110)의 내부 일측에는 서셉터(120)에 안착된 기판(10)의 테두리 부분을 보호하기 위한 새도우 프레임(125)이 마련된다.
안테나(170)는, 고주파전원(미도시)으로부터 고주파전력을 인가받아 반응챔버(110)의 내부에 플라즈마를 생성시키는 전기장을 유도하는 수단으로, 전체적으로 코일 형태의 구조를 갖는다. 본 발명에서 안테나(170)의 형상, 개수 및 배치는 적절하게 선택될 수 있다. 한편, 고주파전원(미도시)으로부터 공급되는 고주파전력은 접지케이스(180)의 상부에 마련된 임피던스정합기(175)를 거쳐 접지케이스(180) 내에 배치된 전력인입선(172)을 통해 안테나(170)에 인가된다. 이때, 임피던스정합기(175)는 고주파전원(미도시)의 내부임피던스를 고주파전력이 공급되는 경로의 임피던스와 매칭(matching)시킨다.
접지케이스(180)는, 접지된 금속케이스로, 안테나(170)의 접지단(미도시)이 전기적으로 연결되는 접지된 영역을 제공한다. 아울러, 접지케이스(180)는 안테나(170)가 외부로 노출되지 않도록 한다. 본 실시예에서 접지케이스(180)는 전체적으로 사각 형상의 2단 구조를 가지나, 접지케이스(180)의 형상은 반응챔버(110)의 형상 등에 따라 변경될 수 있다.
한편, 안테나(170)에 고주파전력이 인가되면, 반응챔버(110)의 내부에 플라즈마를 생성시키기 위한 유도전기장이 형성될 뿐만 아니라, 안테나(170) 표면에 고주파 주파수로 양전하와 음전하가 교대로 대전됨에 따라 축전전기장이 형성된다. 이때, 축전전기장은 플라즈마 초기 방전에 기여하기도 하지만, 스퍼터링(sputtering) 현상에 의해 플라즈마와 안테나(170) 사이에 존재하는 유전체를 손상시키는 한편, 플라즈마의 균일도를 떨어뜨리는 등 부정적인 영향을 미친다.
절연판(130)은, 위와 같은 축전전기장으로 인한 부정적인 영향을 방지하는 수단으로, 반응챔버(110)와 안테나(170) 사이에 배치되어 축전전기장은 감소시키고 유도전기장을 플라즈마에 더 효과적으로 전달하도록 하는 역할을 담당한다. 즉, 절연판(130)은 안테나(170)와 플라즈마 사이의 용량성(축전성) 결합을 감소시킴으로써 고주파전력에 의한 에너지를 유도성 결합으로 플라즈마에 더 효과적으로 전달하도록 한다.
본 실시예에서, 절연판(130)은 반응챔버(110)의 상부에서 실질적으로 동일한 수평면 상에 사각 형상으로 4개가 배치된다. 즉, 절연판(130)은 4개로 분할된 형태를 갖는다.
절연판 지지체(140)는, 반응챔버(110)의 측벽 상단에 배치되어 4개의 절연판(130)을 지지한다. 절연판 지지체(140)에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 4개의 절연판(130)이 대응 배치되는 4개의 개구부가 형성된다. 구체적으로, 절연판 지지체(140)는, 사각 형상을 갖는 외곽 프레임(143), 외곽 프레임(143)의 내측 영역을 4개의 개구부로 분할하는 가로보(141) 및 세로보(142)를 구비한다.
절연판 지지체(140)에서 가로보(141)는 외곽 프레임(143)의 내측에서 가로 방향으로 배치되고, 세로보(142)는 외곽 프레임(143)의 내측에서 세로 방향으로 배치된다. 가로보(141)와 세로보(142)는 외곽 프레임(143)의 중심에서 상호 교차한다. 절연판 지지체(140)를 구성하는 외곽 프레임(143), 가로보(141) 및 세로보(142)는 각각 별도로 제작된 후에 상호 결합할 수도 있지만, 본 실시예에서는 외곽 프레임(143), 가로보(141) 및 세로보(142)가 일체로 형성된다. 이에 따라, 가로보(141)와 세로보(142)의 교차 부분은 가로보(141)의 일 부분인 동시에 세로보(142)의 일 부분이 된다.
절연판 지지체(140)에는, 절연판 지지체(140)의 강도를 보강하도록, 적어도 하나의 보강리브(145)가 마련될 수 있다. 본 실시예에는 절연판 지지체(140)를 구성하는 가로보(141)의 상부와 세로보(142)의 상부에 2개의 보강리브(145)가 결합된다. 절연판 지지체(140)와 보강리브(145) 사이의 결합은 볼트체결 방식 등을 포함하여 다양한 체결 방식이 선택될 수 있다.
한편, 반응챔버(110)의 내에 플라즈마를 생성하기 위한 공정가스는 상부가스분사노즐(150)과 측면가스분사노즐(160)을 통해 반응챔버(110)의 내부로 공급된다.
상부가스분사노즐(150)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 반응챔버(110)의 상부에서 기판(10)을 향햐여 공정가스를 분사하는 수단으로, 절연판 지지체(140)의 하부에 결합된다. 구체적으로, 상부가스분사노즐(150)은 가로보(141)와 세로보(142)의 교차 부분에 결합된다. 다만, 절연판 지지체(140)에서 상부가스분사 노즐(150)의 결합 위치는 가로보(141)와 세로보(142)의 교차 부분에 한정되지 아니한다.
측면가스분사노즐(160)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 반응챔버(110)의 측부에서 기판(10)을 향하여 공정가스를 분사하는 수단으로, 반응챔버(110)의 측벽에 결합된다. 이때, 측면가스분사노즐(160)은 1개가 마련될 수도 있겠지만, 전체적인 플라즈마 증착 균일도의 향상을 위해 반응챔버(110)의 측벽의 둘레를 따라 소정의 간격을 두고 복수개가 마련되는 것이 바람직하다.
상부가스분사노즐(150)은, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 가스분사유로(152)가 형성되는 노즐판(151)과, 노즐판(151)에 결합되는 8개의 단위분사노즐(155)과, 노즐판(151)을 가로보(141)와 세로보(142)의 교차 부분에 착탈 가능하게 결합시키기 위한 체결부재(154)를 구비한다. 플라즈마를 생성시키기 위한 공정가스는, 도 3에 도시된 바와 같이, 절연판 지지체(140) 상부에 마련된 가스유입관(115), 절연판 지지체(140)에 형성된 가스유입로(140a), 노즐판(151)에 형성된 가스분사유로(152)를 순차적으로 흘러 단위분사노즐(155)을 통해 반응챔버(110)의 내부로 분사된다.
노즐판(151)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 세라믹 재질의 사각 형상으로 제작되고, 노즐판(151)에 형성된 가스분사유로(152)는 방사상 형태를 갖는다. 단위분사노즐(155)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 가스분사유로(152)의 끝단부 위치에서 노즐판(151)에 형성된 노즐결합홀(153)에 나사 방식으로 결합된다. 단위분사노즐(155)은 세라믹 재질로 제작되고, 8개 모두 동일한 형상을 갖는다.
단위분사노즐(155)의 분사 각도는, 기판(10)의 중심부, 중심부의 외측에 위치한 제1 지점부(예를 들면, 기판(10)의 1/3 지점), 제1 지점부 외측에 위치한 제2 지점부(예를 들면, 기판(10)의 1/2 지점) 중 어느 하나를 향하도록 설정된다. 이때, 단위분사노즐(155)의 분사 각도는 노즐결합홀(153)의 형성 방향에 의해 결정된다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는, 노즐판(151)을 교체함으로써 단위분사노즐(155)의 분사 각도를 조절하는 것이 가능하다.
예를 들면, 기판(10)의 중심부, 제1 지점부 및 제2 지점부를 향하는 분사 각도를 갖는 노즐결합홀(153)이 형성된 3개의 노즐판(151)을 미리 제작한 후에, 기판(10)의 종류 및 크기, 공정가스의 종류 등을 고려하여 전체적인 플라즈마 증착 균일도를 향상시키는 방향으로 분사 각도를 조절하기 위해, 3개의 노즐판(151) 중 어느 하나를 선택적으로 사용할 수 있다.
한편, 본 발명에서 노즐판(151)에 형성된 가스분사유로(152)의 형상은, 도 5에 예시된 형상을 포함하여 다양한 형상으로 선택될 수 있고, 단위분사노즐(155)의 개수 또한 다양하게 선택될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는, 종래기술에서 반응챔버의 크기에 상응하는 1개의 절연판을, 4개로 분할된 절연판(130)으로 대체하고, 4개로 분할된 절연판(130)을 안정적으로 지지하는 절연판 지지체(140)를 구비함으로써, 대형 크기의 기판에 대한 시스템에 적용함에 있어서도 기구적인 안정성을 확보할 수 있다. 특히, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는, 상부가스분사노즐이 절연판에 직접 설치되는 종래기술과 달리, 상부가스분사노 즐(150)이 절연판 지지체(140)를 구성하는 가로보(141)와 세로보(142)의 교차 부분에 결합되므로, 상부가스분사노즐(150)의 설치에 있어서 기구적 안정성이 향상된다.
또한, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는, 절연판 지지체(140)를 구성하는 가로보(141)와 세로보(142)의 교차 부분에 마련되는 상부가스분노즐와 반응챔버(110)의 측벽에 마련되는 복수개의 측면가스분사노즐(160)을 통해 반응챔버(110)의 내부로 반응가스를 공급함으로써, 전체적인 플라즈마 증착 균일도를 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 개략적인 구성도이고, 도 7은 도 6의 플라즈마 처리장치에서 절연판 지지체와 상부가스분사노즐의 구조를 설명하기 위한 도면이며, 도 8은 도 7의 상부가스분사노즐의 분사 각도를 설명하기 위한 도면이다. 전술한 실시예와 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 나타낸다. 이하, 전술한 실시예와 상이한 점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(200)는, 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 반응챔버(110)와, 반응챔버(110)의 내부에 마련되어 기판(10)이 안착되는 서셉터(120)와, 반응챔버(110)의 상부에 마련되는 안테나(170)와, 반응챔버(110)와 안테나(170) 사이에 마련되는 16개의 절연판(230)과, 16개의 절연판(230)을 지지하는 절연판 지지체(240)와, 절연판 지지체(240)에 마련되는 9개의 상부가스분사노즐(250)과, 반응챔버(110)의 측벽에 마련되는 복수개의 측면가스분사노즐(160)과, 안테나(170)의 상측에서 반응챔버(110)의 상단부에 결합되는 접지케이스(180)를 구비한다.
본 실시예에서, 절연판(230)은 반응챔버(110)의 상부에서 실질적으로 동일한 수평면 상에 사각 형상으로 16개가 배치된다. 즉, 절연판(230)은 16개로 분할된 형태를 갖는다.
절연판 지지체(240)는, 반응챔버(110)의 측벽 상단에 배치되어 16개의 절연판(230)을 지지한다. 절연판 지지체(240)에는, 도 7에 도시된 바와 같이, 16개의 절연판(230)이 대응 배치되는 16개의 개구부가 형성된다. 구체적으로, 절연판 지지체(240)는, 사각 형상을 갖는 외곽 프레임(243), 외곽 프레임(243)의 내측 영역을 16개의 개구부로 분할하는 3개의 가로보(241) 및 3개의 세로보(242)를 구비한다.
절연판 지지체(240)에는, 절연판 지지체(240)의 강도를 보강하도록, 적어도 하나의 보강리브(245)가 마련될 수 있다. 본 실시예에는 3개의 가로보(241) 중 외곽 프레임(243)의 중심을 지나는 가로보(241)의 상부와, 3개의 세로보(242) 중 외곽 프레임(243)의 중심을 지나는 세로보(242)의 상부에 2개의 보강리브(245)가 결합된다. 절연판 지지체(240)와 보강리브(245) 사이의 결합은 볼트체결 방식 등을 포함하여 다양한 체결 방식이 선택될 수 있다.
9개의 상부가스분사노즐(250)은, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 절연판 지지체(240)를 구성하는 3개의 가로보(241)와 3개의 세로보(242)의 교차 부분들에 각각 결합된다. 다만, 절연판 지지체(240)에서 상부가스분사노즐(250)의 결합 위치는 가로보(241)와 세로보(242)의 교차 부분에 한정되지 아니한다.
상부가스분사노즐(250)은, 첨부된 도면에 도시하지 않았지만, 전술한 실시예 와 마찬가지로, 가스분사유로가 형성되는 노즐판과, 노즐판에 결합되는 적어도 하나의 단위분사노즐을 구비한다. 한편, 본 실시예의 상부가스분사노즐(250)에서, 노즐판와 단위분사노즐은 전술한 실시예의 상부가스분사노즐(150)의 구성이 실질적으로 동일하게 적용되므로(도 3 참조), 그에 대한 구체적인 도면은 생략하고 설명한다.
이때, 9개의 상부가스분사노즐(250)은, 절연판 지지체(240)에서의 위치에 따라 단위분사노즐의 개수 및 분사 각도가 다르게 설정되는 것이 바람직한데, 이는 전체적인 플라즈마 증착 균일도를 향상시키기 위함이다.
예를 들어, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, A 지점에 위치한 상부가스분사노즐(250)은 기판(10)의 중심부와 기판(10)의 1/3 지점을 향하는 분사 각도를 갖는 5개의 단위분사노즐을, C, E, F 및 H 지점에 위치한 상부가스분사노즐(250)들은 기판(10)의 테두리를 향하는 분사 각도를 갖는 2개의 단위분사노즐을, B, D, G 및 I 지점에 위치한 상부가스분사노즐(250)들은 기판(10)의 테두리를 향하는 분사 각도를 갖는 1개의 단위분사노즐을 구비한다.
또한, 전체적인 플라즈마 증착 균일도를 향상시키는 측면에서, 9개의 상부가스분사노즐(250)은 절연판 지지체(240)의 중심에서 동일거리범위로 떨어진 위치별로 유량이 제어될 수 있다. 통상적으로 기판(10)의 테두리 쪽에 플라즈마가 상대적으로 취약하므로, 중심에서 테두리로 갈수록 유량을 크게하는 것이 바람직하다. 본 실시예의 경우, 유량 제어에 있어서 B~I 지점에 위치한 상부가스분사노즐(250)들은 하나의 그룹으로 설정되어 A 지점에 위치한 상부가스분사노즐(250)과 다르게 유량 이 제어된다.
또한, 9개의 상부가스분사노즐(250)은, 절연판 지지체(240)에서의 위치에 따라 노즐판에 형성된 가스분사유로의 형상이 다르게 형성될 수 있다. 이때, 각각의 노즐판의 가스분사유로의 형상은, 도 5에 예시된 형상을 포함하여 다양한 형상으로 선택될 수 있는데, 중심 쪽으로 갈수록 상대적으로 복잡한 형상으로 선택하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(200)는, 기구적 안정성을 확보하면서 복수개의 상부가스분사노즐(250)을 설치하는 것이 가능하고, 이로 인해 전체적인 플라즈마 증착 균일도를 향상시킬 수 있다.
아울러, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(200)는, 복수개의 상부가스분사노즐(250)을 절연판 지지체(240)의 중심에서 동일거리범위로 떨어진 위치별로 유량을 제어하거나, 절연판 지지체(240)에서의 위치에 따라 단위분사노즐의 개수 및 분사 각도를 다르게 설정하거나 가스분사유로의 형상을 다르게 형성함으로써, 전체적인 플라즈마 증착 균일도를 더욱 향상시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 개략적인 구성도이고, 도 10은 도 9의 플라즈마 처리장치에서 절연판 지지체와 상부가스분사노즐의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 전술한 실시예와 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 나타낸다. 이하, 전술한 실시예와 상이한 점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 개략적인 구 성도이고, 도 10은 도 9의 플라즈마 처리장치에서 절연판 지지체와 상부가스분사노즐의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 전술한 실시예와 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 나타낸다. 이하, 전술한 실시예와 상이한 점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(300)는, 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 반응챔버(110)와, 반응챔버(110)의 내부에 마련되어 기판(10)이 안착되는 서셉터(120)와, 반응챔버(110)의 상부에 마련되는 안테나(170)와, 반응챔버(110)와 안테나(170) 사이에 마련되는 9개의 절연판(330)과, 9개의 절연판(330)을 지지하는 절연판 지지체(340)와, 절연판 지지체(340)에 마련되는 12개의 상부가스분사노즐(350)과, 반응챔버(110)의 측벽에 마련되는 복수개의 측면가스분사노즐(160)과, 안테나(170)의 상측에서 반응챔버(110)의 상단부에 결합되는 접지케이스(180)를 구비한다.
본 실시예에서, 절연판(330)은 반응챔버(110)의 상부에서 실질적으로 동일한 수평면 상에 사각 형상으로 9개가 배치된다. 즉, 절연판(330)은 9개로 분할된 형태를 갖는다.
절연판 지지체(340)는, 반응챔버(110)의 측벽 상단에 배치되어 9개의 절연판(330)을 지지한다. 절연판 지지체(340)에는, 도 10에 도시된 바와 같이, 9개의 절연판(330)이 대응 배치되는 9개의 개구부가 형성된다. 구체적으로, 절연판 지지체(340)는, 사각 형상을 갖는 외곽 프레임(343), 외곽 프레임(343)의 내측 영역을 9개의 개구부로 분할하는 2개의 가로보(341) 및 2개의 세로보(342)를 구비한다.
절연판 지지체(340)에는, 절연판 지지체(340)의 강도를 보강하도록, 적어도 하나의 보강리브(345)가 마련될 수 있다. 본 실시예에는 2개의 가로보(341)의 상부와, 2개의 세로보(342)의 상부에 4개의 보강리브(345)가 결합된다. 절연판 지지체(340)와 보강리브(345) 사이의 결합은 볼트체결 방식 등을 포함하여 다양한 체결 방식이 선택될 수 있다.
12개의 상부가스분사노즐(350)은, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 절연판 지지체(340)를 구성하는 2개의 가로보(341)와 2개의 세로보(342)의 교차 부분들 사이의 중간 지점들에 각각 결합된다.
상부가스분사노즐(350)은, 전술한 실시예와 마찬가지로, 가스분사유로가 형성되는 노즐판과, 노즐판에 결합되는 적어도 하나의 단위분사노즐을 구비한다. 한편, 본 실시예의 상부가스분사노즐(350)에서, 노즐판와 단위분사노즐은 전술한 실시예의 상부가스분사노즐(150)의 구성이 실질적으로 동일하게 적용되므로(도 3 참조), 그에 대한 구체적인 도면은 생략하고 설명한다.
이때, 12개의 상부가스분사노즐(350)은, 전술한 실시예와 마찬가지로, 절연판 지지체(340)에서의 위치에 따라 단위분사노즐의 개수 및 분사 각도가 다르게 설정되는 것이 바람직한데, 이는 전체적인 플라즈마 증착 균일도를 향상시키기 위함이다.
또한, 전체적인 플라즈마 증착 균일도를 향상시키는 측면에서, 12개의 상부가스분사노즐(350)은 절연판 지지체(340)의 중심에서 동일거리범위로 떨어진 위치별로 유량이 제어될 수 있다. 통상적으로 기판(10)의 테두리 쪽에 플라즈마가 상대 적으로 취약하므로, 중심에서 테두리로 갈수록 유량을 크게하는 것이 바람직하다. 본 실시예의 경우, 유량 제어에 있어서 A~D 지점에 위치한 4개의 상부가스분사노즐(350)들을 제1 그룹으로, E~L 지점에 위치한 8개의 상부가스분사노즐(350)들을 제2 그룹으로 설정하고, 각 그룹에 따라 유량이 다르게 제어된다.
또한, 12개의 상부가스분사노즐(350)은, 절연판 지지체(340)에서의 위치에 따라 노즐판에 형성된 가스분사유로의 형상이 다르게 형성될 수 있다. 이때, 각각의 노즐판의 가스분사유로의 형상은, 도 5에 예시된 형상을 포함하여 다양한 형상으로 선택될 수 있는데, 중심 쪽으로 갈수록 상대적으로 복잡한 형상으로 선택하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(300)는, 기구적 안정성을 확보하면서 복수개의 상부가스분사노즐(350)을 설치하는 것이 가능하고, 이로 인해 전체적인 플라즈마 증착 균일도를 향상시킬 수 있다.
아울러, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(300)는, 복수개의 상부가스분사노즐(350)을 절연판 지지체(340)의 중심에서 동일거리범위로 떨어진 위치별로 유량을 제어하거나, 절연판 지지체(340)에서의 위치에 따라 단위분사노즐의 개수 및 분사 각도를 다르게 설정하거나 가스분사유로의 형상을 다르게 형성함으로써, 전체적인 플라즈마 증착 균일도를 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명 의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
예를 들어, 본 발명에 있어서, 분할된 절연판의 개수 및 그에 따른 절연판 지지체의 형상, 상부가스분사노즐의 개수, 결합 위치 및 배치 형태 등은 전술한 실시예들에서 개시한 것에 한정되지 아니하고, 다양하게 선택되거나 변경될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 처리장치에서 절연판 지지체와 상부가스분사노즐의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 플라즈마 처리장치에서 상부가스분사노즐의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 도 3의 상부가스분사노즐의 평면도이며, 도 5는 도 1의 플라즈마 처리장치에 적용되는 다양한 형상의 노즐판을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 개략적인 구성도이다.
도 7은 도 6의 플라즈마 처리장치에서 절연판 지지체와 상부가스분사노즐의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 7의 상부가스분사노즐의 분사 각도를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 개략적인 구성도이다.
도 10은 도 9의 플라즈마 처리장치에서 절연판 지지체와 상부가스분사노즐의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100,200,300 : 플라즈마 처리장치
110 : 반응챔버 120 : 서셉터
130 : 절연판 140,240,340 : 절연판 지지체
150,250,350 : 상부가스분사노즐 160 : 측면가스분사노즐
170 : 안테나 180 : 접지케이스
190 : Z축 구동모듈

Claims (17)

  1. 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 반응챔버;
    상기 반응챔버의 내부에 마련되어 기판이 안착되는 서셉터;
    상기 반응챔버의 상부에 마련되는 복수개의 절연판;
    상기 복수개의 절연판이 대응 배치되는 복수개의 개구부가 형성되어 상기 복수개의 절연판을 지지하는 절연판 지지체;
    상기 절연판 지지체에 마련되는 적어도 하나의 상부가스분사노즐; 및
    상기 반응챔버의 측벽에 마련되는 적어도 하나의 측면가스분사노즐을 포함하며,
    상기 절연판 지지체는,
    사각 형상을 갖는 외곽 프레임; 및
    상기 외곽 프레임의 내측 영역을 상기 복수개의 개구부로 분할하도록, 상기 외곽 프레임의 내측에서 가로 방향으로 배치되는 적어도 하나의 가로보와, 상기 외곽 프레임의 내측에서 세로 방향으로 배치되는 적어도 하나의 세로보를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 상부가스분사노즐은,
    상기 적어도 하나의 가로보와 상기 적어도 하나의 세로보의 교차 부분에 결합되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 상부가스분사노즐은,
    가스분사유로가 형성되는 노즐판; 및
    상기 노즐판에 결합되어 상기 기판을 향하여 공정가스를 분사하는 적어도 하나의 단위분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 노즐판에는, 상기 적어도 하나의 단위분사노즐이 결합되는 적어도 하나의 노즐결합홀이 형성되고,
    상기 단위분사노즐의 분사 각도는, 상기 노즐결합홀의 형성 방향에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 단위분사노즐은,
    상기 기판의 중심부, 상기 중심부의 외측에 위치한 제1 지점부 및 상기 제1 지점부의 외측에 위치한 제2 지점부 중 어느 하나를 향하는 분사 각도를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 측면가스분사노즐은,
    상기 반응챔버의 측벽의 둘레를 따라 마련되는 복수개가 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 절연판 지지체에는,
    상기 절연판 지지체의 강도를 보강하도록, 적어도 하나의 보강리브가 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 보강리브는,
    상기 적어도 하나의 가로보 중 상기 외곽 프레임의 중심을 지나는 가로보의 상부와, 상기 적어도 하나의 세로보 중 상기 외곽 프레임의 중심을 지나는 세로보의 상부에 2개가 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 상부가스분사노즐은,
    상기 절연판 지지체에 복수개가 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 가로보 및 상기 적어도 하나의 세로보 각각은 복수개가 마련되고,
    상기 복수개의 상부가스분사노즐은 상기 복수개의 가로보와 상기 복수개의 세로보의 교차 부분들에 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 복수개의 상부가스분사노즐은,
    상기 절연판 지지체의 중심에서 동일거리범위로 떨어진 위치별로 유량이 제어되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 상부가스분사노즐은,
    가스분사유로가 형성되는 노즐판; 및
    상기 노즐판에 결합되어 상기 기판을 향하여 공정가스를 분사하는 적어도 하나의 단위분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 노즐판에는, 상기 적어도 하나의 단위분사노즐이 결합되는 적어도 하나의 노즐결합홀이 형성되고,
    상기 단위분사노즐의 분사 각도는, 상기 노즐결합홀의 형성 방향에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 복수개의 상부가스분사노즐은,
    상기 절연판 지지체에서의 위치에 따라 상기 단위분사노즐의 개수 및 분사 각도가 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 복수개의 상부가스분사노즐은,
    상기 절연판 지지체에서의 위치에 따라 상기 가스분사유로의 형상이 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 복수개의 상부가스분사노즐 중 최외측에 위치한 상부가스분사노즐에 마련된 상기 단위분사노즐은 상기 기판의 테두리를 향하는 분사 각도를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
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JP2003332326A (ja) * 2002-05-10 2003-11-21 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
JP2004356651A (ja) * 1999-05-13 2004-12-16 Tokyo Electron Ltd 誘導結合プラズマ処理装置

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