KR102376982B1 - 세라믹을 이용하여 파티클 저감 효과를 가지는 원격 플라즈마 발생장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 기술적 사상을 따른 원격 플라즈마 발생장치는 가스 주입구 및 플라즈마 배출구를 구비하고, 방전 가스 및 플라즈마가 이동하는 플라즈마 발생관을 포함하는 몸체부; 상기 몸체부에 고정되며, 자기장을 발생시켜 상기 몸체부의 내부에 플라즈마를 생성하는 구동부; 및 상기 플라즈마 발생관의 내측에 배치되어 플라즈마로부터 상기 플라즈마 발생관을 보호하는 보호 튜브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

세라믹을 이용하여 파티클 저감 효과를 가지는 원격 플라즈마 발생장치{Remote plasma generator for reducing particles by using ceramic}
본 발명은 원격 플라즈마 발생장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마로 인한 식각에 저항성을 가지는 부재를 포함하는 원격 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.
원격 플라즈마 발생장치는 반도체 공정을 다루는 설비에 있어서 공정 챔버 외부에서 발생시킨 플라즈마를 공정 챔버로 공급하는 장치이다. 원격 플라즈마 발생장치 내에서 발생한 플라즈마로 인하여 장치의 내측벽이 손상되는 것을 방지하기 위하여 내식성, 내마모성, 내열성 등이 뛰어난 장치를 제조하기 위한 연구가 계속되고 있다. 다만, 장치를 보호하기 위하여 쓰이는 알루미늄 아노다이징 코팅이 플라즈마에 식각되어 파티클이 발생하며, 이러한 파티클은 오염원이 되어 장치의 고장을 일으키는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 플라즈마 식각에 저항성이 우수한 원격 플라즈마 발생장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 플라즈마 식각에 저항성이 우수한 원격 플라즈마 발생장치를 포함하는 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 사상을 따른 원격 플라즈마 발생장치는 가스 주입구 및 플라즈마 배출구를 구비하고, 방전 가스 및 플라즈마가 이동하는 플라즈마 발생관을 포함하는 몸체부; 상기 몸체부에 고정되며, 자기장을 발생시켜 상기 몸체부의 내부에 플라즈마를 생성하는 구동부; 및 상기 플라즈마 발생관의 내측에 배치되어 플라즈마로부터 상기 플라즈마 발생관을 보호하는 보호 튜브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 몸체부의 내측 중 상기 플라즈마 발생관의 내측을 제외한 부분에 보호 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 보호 부재는 플라즈마 내식성을 가진 코팅인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 보호 튜브는 이트륨 산화물로 만들어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 보호 튜브와 상기 플라즈마 발생관은 약 0.1 mm 내지 약 10 mm 사이의 공차를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 플라즈마 발생관 및 상기 보호 튜브 사이에 위치하는 접착 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 보호 튜브는 양 끝단 또는 양 끝단 중 어느 하나의 끝단에서 상기 접착 부재의 일단을 덮는 방향으로 연장하는 제1 절곡부 및 상기 제1 절곡부가 연장하는 방향에 수직하는 방향으로 연장하는 제2 절곡부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 보호 튜브는 양 끝단 또는 양 끝단 중 어느 하나의 끝단에서 상기 접착 부재의 일단을 덮는 방향으로 연장하는 제1 절곡부를 포함하고, 상기 제1 절곡부의 끝단에 배치되는 보호링을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 보호 튜브의 양 끝단 또는 양 끝단 중 어느 하나의 끝단에 배치되어 상기 접착 부재의 일단을 덮는 보호링을 포함하며, 상기 보호링은 그 외주에 상기 보호링의 주면에서 수직하는 방향으로 연장하는 단차를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 접착 부재는 실리콘 접착제인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 몸체부의 내부를 관통하여 냉각 매체가 순환하도록 형성된 냉각 채널을 포함하며, 상기 냉각 채널은 일측이 냉각 매체 공급부와 연결되고, 타측이 냉각 매체 회수부와 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 보호 튜브의 온도를 측정하는 온도 센서; 및 상기 온도 센서로부터 온도 신호를 인가받아 상기 냉각 매체 공급부와 상기 냉각 매체 회수부에 제어 신호를 인가하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 냉각 채널은 플라즈마 발생관을 따라 나선 형태로 감겨서 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상을 따른 원격 플라즈마 발생장치는 방전 가스 주입구 및 플라즈마 배출구를 구비한 몸체부; 상기 몸체부에 고정되며, 교류 전압을 인가받아 상기 몸체부의 내부에 플라즈마를 생성하는 구동 전극; 상기 몸체부에 고정되며, 상기 구동 전극과 상기 플라즈마 배출구 사이에 위치하는 접지 전극; 및 상기 몸체부의 내측에 배치되어 플라즈마로부터 상기 몸체부를 보호하는 보호 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 보호 부재는 이트륨 산화물로 만들어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 몸체부 및 상기 보호 부재 사이에 위치하는 접착 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 보호 부재의 끝단에서 상기 접착 부재의 일단을 덮는 방향으로 연장하는 제1 절곡부를 포함하고, 상기 제1 절곡부의 끝단에 배치되는 보호링을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 몸체부의 내부를 관통하여 냉각 매체가 순환하도록 형성된 냉각 채널을 포함하며, 상기 냉각 채널은 일측이 냉각 매체 공급부와 연결되고, 타측이 냉각 매체 회수부와 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 보호 부재의 온도를 측정하는 온도 센서; 및 상기 온도 센서로부터 온도 신호를 인가받아 상기 냉각 매체 공급부와 상기 냉각 매체 회수부에 제어 신호를 인가하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상을 따른 기판 처리 장치는 방전 가스를 공급받아 플라즈마를 발생시키는 원격 플라즈마 발생장치 및 상기 원격 플라즈마 발생장치로부터 플라즈마를 수용하는 공정 챔버를 포함하는 기판 처리 장치에 있어서, 상기 원격 플라즈마 발생장치는 가스 주입구 및 플라즈마 배출구를 구비하고, 방전 가스 및 플라즈마가 이동하는 플라즈마 발생관을 포함하는 몸체부; 상기 몸체부에 고정되며, 자기장을 발생시켜 상기 몸체부의 내부에 플라즈마를 생성하는 구동부; 및 상기 플라즈마 발생관의 내측에 배치되어 플라즈마로부터 상기 몸체부를 보호하는 보호 튜브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예들에 따르는 원격 플라즈마 발생장치는 내측에 플라즈마 내식성을 가진 재료로 제작된 보호 부재를 포함하여, 플라즈마로 인하여 장치가 손상되거나 또는 장치 내에서 파티클이 발생하는 것을 줄여 장치의 불량율을 개선할 수 있다. 또한 보호 부재와 장치의 내측벽 사이에 접착 부재를 배치하여 보호 부재가 열변형 등으로 파손되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원격 플라즈마 발생장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 원격 플라즈마 발생장치와 공정 챔버를 포함하는 기판 처리 장치의 단면도이다.
도 3 내지 도 5는 플라즈마 유입 방지 구조를 나타내기 위하여 도 2의 A영역을 확대한 단면도이다.
도 6은 냉각 채널과 연결되는 온도 센서, 제어기, 냉각 매체 공급부, 냉각 매체 회수부 등의 구성을 개략적으로 나타내기 위하여 도 2의 B영역을 확대한 단면도이다.
도 7은 냉각 채널의 구성을 나태내기 위하여 도 2의 B영역을 확대한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 원격 플라즈마 발생장치를 나타내는 사시도이다.
도 9는 도 8의 원격 플라즈마 발생장치와 공정 챔버를 포함하는 기판 처리 장치의 단면도이다.
도 10 내지 도 12는 플라즈마 유입 방지 구조를 나타내기 위하여 도 9의 C영역을 확대한 단면도이다.
도 13은 플라즈마 유입 방지 구조를 나타내기 위하여 도 9의 D영역을 확대한 단면도이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 원격 플라즈마 발생장치를 포함하는 처리 시스템의 개략적인 평면도이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 구성 요소들과 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접하여" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접하고 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접하여" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 플라즈마 발생장치(100)의 사시도이며, 도 2는 원격 플라즈마 발생장치(100) 및 공정 챔버(200)를 포함하는 기판 처리 장치(800)의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 플라즈마 처리장치는 몸체부(110), 구동부(120), 보호 튜브(130), 접착 부재(140), 보호 부재(150) 등을 포함할 수 있다.
몸체부(110)는 일측에 가스 공급부로부터 방전 가스를 공급받는 가스 주입구(112)를 포함하며, 이와 반대되는 타측에 플라즈마를 공정 챔버(200)로 배출하는 플라즈마 배출구(113)를 포함한다. 또한, 가스 주입구(112)와 플라즈마 배출구(113) 사이에 위치하는 플라즈마 발생관(111)을 포함한다. 여기서 플라즈마 발생관(111)이란 방전 가스 혹은 플라즈마가 지나는 통로를 포함하는 몸체부(110)의 일부분을 지칭하며, 수직으로 자른 통로의 단면은 원, 사각형, 타원형 등 다양한 단면을 가질 수 있다. 또한, 몸체부(110)는 플라즈마 방전시 점화를 위한 점화 전극을 포함할 수 있다.
구동부(120)는 몸체부(110)에 장착될 수 있으며, 페라이트 물질, 철, 공기 등의 재료로 구성되는 마그네틱 코어일 수 있다. 일 실시예로서 구동부(120)는 플라즈마 발생관(111)에 고정된 마그네틱 코어일 수 있다. 구동부(120)는 일차 코일(121)을 포함할 수 있으며, 무선 주파수 케이블(181)을 통하여 전원부(180)와 전기적으로 연결된다. 몸체부(110)는 가스 공급부로부터 방전 가스를 공급받으며, 전원부(180)로부터 무선 주파수가 공급되어 일차 코일(121)에 전류가 구동되면 유도 기전력이 몸체부(110)의 내부에 전달된다. 방전 가스는 몸체부(110) 내부에서 유도 전기장에 의하여 플라즈마로 방전된다.
몸체부(110) 내부로 주입되는 방전 가스는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 및 질소(N2)와 같은 불활성 가스이거나, 불활성 가스와 클린 드라이 에어(clean dry air)의 혼합물일 수 있다.
또한, 필요에 따라 방전 가스에 반응성 가스 또는 공정 가스가 추가될 수 있다. 반응성 가스 또는 공정 가스는 원격 플라즈마 발생장치(100)의 용도(세정, 식각, 원자층 증착, 표면 처리, 물질 분해 등)에 따라 다양하게 선택될 수 있다. 반응성 가스 또는 공정 가스는 SF6, CH4, CF4, O2, 또는 NF3 등을 포함할 수 있으며, 테오스(테트라-에틸-오소-실리케이트)(TEOS(tetra-ethyl-ortho-silicate)), 테트라키스((에틸메틸아미노)지르코늄)(Tetrakis((ethylmethylamino)zirconium)), 트리메틸 알루미늄(trimethyl aluminum), 및 헥사메틸디실록산(hexamethyldisiloxane) 등의 액상 전구체를 포함할 수 있다.
보호 튜브(130)는 플라즈마 발생관(111)의 내측벽이 플라즈마로부터 식각되는 것을 방지할 수 있다. 보호 튜브(130)는 플라즈마에 내식성을 가지는 재료를 이용하여 벌크로 제조하며, 플라즈마 발생관(111) 내측에 덧대는 방식으로 장착될 수 있다.
플라즈마 발생관(111)의 내측에 플라즈마 내식성을 가지는 코팅을 이용할 수 있으나, 플라즈마 발생관(111)의 내측은 플라즈마 발생관(111)의 형상 및 코팅 노즐의 크기로 인하여 코팅 작업이 효과적으로 이루어지기 어려울 수 있으므로 플라즈마 내식성을 가지는 재료를 이용하여 벌크로 제작하는 것이 효과적일 수 있다.
원격 플라즈마 발생장치(100)를 보호하기 위한 보호 튜브(130)는 플라즈마 내식성의 재료로 선택될 수 있다. 여기서 플라즈마 내식성의 재료는 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 팔라듐(Pa), 지르코튬(Zr), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 이트륨(Y) 등의 금속 재료 또는 이들의 합금, 세라믹 재료 등이 포함되며, 또한 이들의 조합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예로서 세라믹 재료인 이트륨 산화물(Y2O3)를 사용하여 제조된 보호 튜브(130)를 이용할 수 있다. 반도체 장치의 내부가 손상되는 것을 방지하기 위하여 아노다이징 코팅을 이용해오고 있으나, 아노다이징 코팅이 플라즈마에 의하여 식각되면서 발생하는 파티클이 장치 내에서 오염원으로 작용하여 장치의 불량을 발생시키는 원인이 되었다. 이에 비해 이트륨 산화물(Y2O3)은 아노다이징 코팅을 사용할 때보다 플라즈마 내식성이 우수하여 몸체부(110) 내측이 플라즈마 노출되어 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 몸체부(110) 벽면이나 몸체부(110) 보호를 위한 코팅 등이 식각되어 발생하는 파티클을 저감시키는 효과가 있으므로 파티클로 인하여 장치에 생기는 결함을 줄일 수 있다.
또한, 보호 튜브(130)는 이트륨 산화물(Y2O3)을 소재로 벌크로 제작되는 경우 이트륨 산화물(Y2O3) 코팅을 이용하는 경우보다 우수한 플라즈마 저항력을 갖는다. 다만 이트륨 산화물(Y2O3)을 소재로 벌크로 제조시, 보호 튜브(130)는 기계적 특성이 취약하여 응력 또는 열에 의하여 변형 또는 손상될 수 있으므로, 플라즈마 발생관(111)과 보호 튜브(130)의 공차를 관리하거나, 또는 플라즈마 발생관(111)과 보호 튜브(130) 사이에 접착 부재(140)를 사용하여 보완할 필요가 있다.
일 실시예로서, 보호 튜브(130)와 플라즈마 발생관(111)은 접착 부재(140)을 사용하지 않고, 보호 튜브(130)과 플라즈마 발생관(111) 사이에 약 0.1 mm 내지 약 10 mm 사이의 공차를 두어 장착될 수 있다. 기계적 특성이 취약하여 응력 또는 열에 의하여 변형 또는 손상되기 쉬운 이트륨 산화물(Y2O3)과 같은 재료로 보호 튜브(130)를 벌크로 제조하는 경우, 공차가 과도하게 작으면 열변형으로 인한 파손의 문제가 생길 수 있으며, 공차가 과도하게 크면 열전달이 효율적으로 이루어지지 못하는 문제가 생길 수 있으므로 적절한 공차를 주어야 한다.
또한, 일 실시예로서, 보호 튜브(130)의 두께는 약 1.7 mm 이하일 수 있다. 열 충격 저항성(Thermal Shock Resistance)이 작은 소재로 보호 튜브(130)을 제작하는 경우에는, 보호 튜브(130)의 두께가 두꺼워질수록 내외부의 온도차가 커지고, 이로 인하여 보호 튜브(130)가 파손되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 일 실시예로서, 몸체부(110) 내측 중 플라즈마 발생관(111) 내측에 보호 튜브(130)가 장착된 부분을 제외한 나머지 부분에도 플라즈마 내식성의 재료로 만들어진 보호 부재(150)를 이용할 수 있다. 보호 부재(150)는 플라즈마 내식성의 재료로 형성되는 코팅이거나, 플라즈마 내식성의 재료를 이용하여 벌크로 제작된 것일 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예로서, 몸체부(110)의 상부에 점화 전극을 포함할 수 있으며, 점화 전극 부근에서 많은 파티클이 생성되는 점을 고려하여 플라즈마 내식성을 가진 재료를 이용한 부재를 포함한 커버부가 점화 전극을 둘러싸도록 배치되어 장치 내에서 파티클의 발생을 줄일 수 있다.
몸체부(110) 내측에 형성되는 코팅은 플라즈마 내식성을 가진 재료를 이용하여 플라즈마 스프레이 코팅법, 스퍼터링법, 빔 증착법, 화학 기상 증착법 등의 방법 등을 사용하여 형성할 수 있다.
플라즈마 내식성 재료를 이용하여 벌크로 제조하는 경우에는, 몸체부(110) 내측에 덧대는 방식으로 장착될 수 있다. 몸체부(110) 내측의 형상을 고려할 때 코팅 노즐의 크기로 인하여 코팅 작업이 어려운 부분에는 벌크로 제조하는 것이 장치의 제조 및 몸체부(110) 보호에 효과적일 수 있다.
보호 튜브(130) 및 플라즈마 발생관(111) 사이에 접착 부재(140)를 포함하여 기계적인 연결을 개선할 수 있다. 접착 부재(140)는 실리콘 접착제(Silicon Adhesive)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 접착 부재(140)는 열매개체로 기능할 수 있으며, 열 충격 저항성(Thermal Shock Resistance)이 약한 재료로 보호 튜브(130)를 제작하는 경우 발생할 수 있는 열변형으로 인한 파손을 방지하는데 효과적일 수 있다. 몸체부(110) 내부의 고온의 열은 보호 튜브(130), 접착 부재(140), 몸체부(110)를 통해 외부로 전달되며, 몸체부(110) 내부 또는 외부에 형성되는 냉각 채널(170)에 의하여 냉각될 수 있다.
도 3 내지 도 5는 접착 부재(140)가 플라즈마로 인하여 식각되는 것을 방지하기 위한 플라즈마 유입 방지 구조를 설명하기 위한 도면으로서, 도 2의 A영역을 확대한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 보호 튜브(130)는 접착 부재(140)에 플라즈마가 유입되어 손상되는 것을 방지하기 위하여, 보호 튜브(130)는 양 끝단 또는 양 끝단 중 어느 하나의 끝단에서 접착 부재(140)의 일단을 덮는 방향으로 연장하는 제1 절곡부(131) 및 제1 절곡부(131)의 끝단에서 제1 절곡부(131)가 연장하는 방향에 수직하는 방향으로 연장되는 제2 절곡부(132)를 포함할 수 있다. 제1 절곡부(131) 및 제2 절곡부(132)를 포함하는 보호 튜브(130)는 양 끝단 또는 양 끝단 중 어느 하나에서 계단 구조를 형성하여 접착 부재(140)를 덮으므로, 플라즈마가 유입되어 접착 부재(140)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 4를 참조하면, 보호링(160)을 이용하여 플라즈마가 접착 부재(140)에 유입되는 것을 방지할 수 있다. 보호링(160)은 세라믹 재료 또는 이트륨 산화물(Y2O3)로 제조될 수 있으나, 이에 제한되지 않으며 위에서 언급된 플라즈마 내식성을 가지는 재료로 만들어질 수 있다. 보호 튜브(130)는 양 끝단 또는 양 끝단 중 어느 하나의 끝단에서 접착 부재(140)의 일단을 덮는 방향으로 연장하는 제1 절곡부(131)를 포함하며, 제1 절곡부(131)의 끝단에는 보호링(160)이 배치된다. 보호 튜브(130) 및 보호링(160)은 결합하여 계단 구조를 형성하여 접착 부재(140)에 플라즈마가 유입되는 것을 방지할 수 있다.
도 5를 참조하면, 보호 튜브(130)의 양 끝단 또는 양 끝단 중 어느 하나의 끝단에 위치하는 보호링(160)을 포함한다. 보호링(160)은 외주에 보호링(160)의 주면과 수직하는 방향으로 연장되는 단차를 포함한다. 보호링(160)은 접착 부재(140)의 일단을 덮으며, 보호 튜브(130)와 보호링(160)은 결합하여 계단 구조를 형성하여 플라즈마가 접착 부재(140)에 유입되는 것을 방지할 수 있다.
도 6 및 도 7은 원격 플라즈마 발생장치를 냉각시키기 위하여 이용되는 냉각 채널을 설명하기 위한 도면으로, 도 2의 B영역을 확대한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 몸체부(110)는 내부에 형성되는 냉각 채널(170)을 포함하도록 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며 냉각 채널(170)은 플라즈마 발생관(111)과 구동부(120) 사이에 배치될 수도 있다. 냉각 매체는 냉각 채널(170)을 순환하면서 몸체부(110), 보호 튜브(130) 등을 냉각시켜 고온으로 인한 열변형을 방지할 수 있다. 냉각 채널(170)의 일측은 냉각 매체 공급부(171)와 연결되고, 타측은 냉각 매체 회수부(172)와 연결된다. 냉각 채널(170)은 단일 채널 혹은 복수 개의 채널로 구성될 수 있으며, 또한 플라즈마 발생관(111) 주위를 순환하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 냉각 채널(170)은 플라즈마 발생관(111)을 관통하는 도관일 수 있으며, 도 6에서는 도관인 냉각 채널(170)의 단면을 나타내고 있으나, 다만 이에 한정하는 것은 아니다.
냉각 매체 공급부(171)와 냉각 매체 회수부(172)는 제어부(174)와 연결될 수 있다. 제어부(174)는 보호 튜브(130)의 온도를 측정하는 온도 센서(173)로부터 온도 신호를 인가받아 냉각 매체 공급부(171)와 냉각 매체 회수부(172)에 제어 신호를 인가하며, 제어 신호에 의하여 냉각 채널(170)을 순환하는 냉각 매체의 유량을 조절할 수 있다.
도 7을 참조하면, 냉각 채널(170)은 플라즈마 발생관(111)의 내부에 나선 형태로 형성될 수 있으며, 열교환이 이루어지는 면적을 증가시켜 열전달을 향상시킬 수 있다.
도 2를 참조하면, 기판 처리 장치(800)는 원격 플라즈마 발생장치(100) 및 공정 챔버(200)를 포함한다. 공정 챔버(200)는 원격 플라즈마 발생장치(100)의 플라즈마 배출구(113)를 통하여 플라즈마를 공급받는다. 공정 챔버(200)의 내부에는 피처리 기판(220)을 지지하기 위한 기판 지지대(210)가 구비되며, 기판 지지대(210)는 임피던스 정합기(231)를 통해서 바이어스 전원 공급원(230)에 전기적으로 연결될 수 있다. 하나 이상의 바이어스 전원 공급원(230)은 임피던스 정합기(231)를 통하여 기판 지지대(210)에 전기적으로 연결된다. 기판 처리 장치(900)는 세정 공정, 원자층 증착 공정, 표면 처리 공정, 식각 공정 등 다양항 공정에서 이용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 플라즈마 발생장치(300)의 사시도이며, 도 9는 원격 플라즈마 발생장치(300) 및 공정 챔버(200)를 포함하는 기판 처리 장치(900)의 단면도이다. 도 2를 참조하여 설명한 원격 플라즈마 발생장치(100)와 대응하는 부분을 제외한 공정 챔버(200)의 구성은 동일하며, 도 2와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 사용한다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원격 플라즈마 발생장치(300)는 몸체부(310), 구동 전극(320), 접지 전극(321), 보호 부재(350), 접착 부재(340), 냉각 채널(370) 등을 포함한다.
몸체부(310)는 일측에 가스 공급부로부터 방전 가스를 공급받는 가스 주입구(312)를 포함하며, 이와 반대되는 타측에 플라즈마를 공정 챔버(200)로 배출하는 플라즈마 배출구(313)를 포함할 수 있다. 도면에서는 원통형의 몸체부(310)를 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 몸체부(310)는 사각형, 타원형 등 다양한 단면을 가질 수 있다. 또한, 몸체부(310)는 플라즈마 발생시 점화를 위한 점화 전극을 포함할 수 있다.
구동 전극(320)은 몸체부(310)에 고정될 수 있다. 도 8에서는 구동 전극(320)이 몸체부(310)를 둘러싸도록 배치하여 도시하였으나, 몸체부(310)의 일부에 나누어 배치될 수도 있다. 구동 전극(320)은 전원부(380)와 전기적으로 연결되며, 전원부(380)로부터 플라즈마 생성에 필요한 교류 전압을 인가받는다. 구동 전극(320)에 인가되는 교류 전압은 수백 볼트 이상의 크기와, 수십 kHz 내지 수십 MHz의 주파수 특성을 가질 수 있다.
접지 전극(321)은 몸체부(310)에 고정될 수 있으며, 구동 전극(320)과 플라즈마 배출구(313) 사이에 위치한다. 도 8에서는 접지 전극(321)이 몸체부(310)를 둘러싸도록 배치하여 도시하였으나, 몸체부(310)의 일부에 나누어 배치될 수 있다.
구동 전극(320)은 전원부(380)로부터 교류 전압을 인가받으면 구동 전극(320)과 접지 전극(321)의 전위차에 의하여 몸체부(310) 내부에 전기장이 형성되며, 이에 따라 가스 주입구(312)를 통하여 공급된 방전 가스로부터 플라즈마 방전이 발생한다.
보호 부재(350)는 몸체부(310)의 내측벽에 위치하여, 플라즈마로부터 몸체부(310)가 손상되는 것을 방지한다. 보호 부재(350)는 플라즈마 내식성의 재료를 이용하여 몸체부(350) 내측에 형성되는 코팅이거나, 또는 플라즈마 내식성의 재료를 이용하여 벌크로 제작하여 몸체부(310) 내측에 장착된것 일 수 있다. 일 실시예로서 이트륨 산화물(Y2O3)를 이용한 코팅 또는 벌크로 제작된 것일 수 있으나, 이외에도 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 팔라듐(Pa), 지르코튬(Zr), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 이트륨(Y) 등의 금속 재료 또는 이들의 합금, 세라믹 재료, 또는 이들의 조합물이 이용될 수 있다.
보호 부재(350) 및 몸체부(310) 사이에 접착 부재(340)를 포함하여 기계적인 연결을 개선할 수 있다. 접착 부재(340)는 실리콘 접착제(Silicon Adhesive)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 접착 부재(340)는 열매개체로 기능할 수 있으며, 열 충격 저항성(Thermal Shock Resistance)이 약한 재료로 보호 부재(350)를 제작하는 경우 열변형으로 인한 파손을 방지하는데 효과적일 수 있다. 몸체부(310) 내부의 고온의 열은 보호 부재(350), 접착 부재(340), 몸체부(310)를 통해 외부로 전달되며, 몸체부(310)의 내부 또는 외부에 배치되는 냉각 채널(370)에 의하여 냉각될 수 있다.
원격 플라즈마 발생장치(300)은 냉각 채널(370)을 포함할 수 있다. 냉각 채널(370)은 몸체부(310) 내부 또는 외부에서 단일의 채널 혹은 복수의 채널을 형성할 수 있으며, 직선의 도관이거나 혹은 나선의 도관일 수 있다. 도 6 및 도 7을 이용하여 설명하였듯이, 냉각 채널(370)을 순환하는 냉각 매체의 유량은 보호 부재(350)의 온도를 측정하는 센서로부터 인가되는 온도 신호를 제어부로 전달하고, 제어부는 제어 신호를 냉각 매체 공급부 및 냉각 매체 회수부에 인가하여 냉각 채널(370)을 순환하는 냉각 매체의 유량을 조절할 수 있다.
도 10 내지 도 13은 접착 부재(340)가 플라즈마로 인하여 식각되는 것을 방지하기 위한 플라즈마 유입 장지 구조를 설명하기 위한 도면으로서, 도 10 내지 도 12는 도 9의 C영역을 확대한 단면도이며, 도 13은 도 9의 D영역을 확대한 단면도이다.
도 10을 참조하면, 보호 부재(350)는 접착 부재(340)에 플라즈마가 유입되는 것을 방지하기 위하여, 보호 부재(350)는 끝단에서 접착 부재(340)의 일단을 덮는 방향으로 연장하는 제1 절곡부(351)를 포함하며, 제1 절곡부(351)가 연장하는 방향의 끝단에서 제1 절곡부(351)가 연장하는 방향에 수직하는 방향으로 연장하는 제2 절곡부(352)를 포함할 수 있다. 제1 절곡부(351) 및 제2 절곡부(352)를 포함하는 보호 부재(350)는 계단 구조를 형성하여 접착 부재(340)를 덮으므로, 플라즈마가 접착 부재(340)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
도 11을 참조하면, 보호링(360)을 이용하여 플라즈마가 접착 부재(340)에 유입되는 것을 방지할 수 있다. 보호 부재(350)는 끝단에서 접착 부재(340)의 일단을 덮는 방향으로 연장하는 제1 절곡부(351)를 포함하며, 보호링(360)은 제1 절곡부(351)의 끝단에 배치되어, 보호 부재(350)와 보호링(360)은 결합하여 계단 구조를 형성하여 접착 부재(340)를 덮으므로, 플라즈마가 접착 부재(340)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
도 12를 참조하면, 보호 부재(350)의 끝단 및 접착 부재의 일단에 접하는 보호링(360)이 배치되며, 보호링(360)은 외주에 보호링(360)의 주면과 수직하는 방향으로 연장되는 단차를 포함한다. 보호 부재(350)와 보호링(360)은 결합하여 계단 구조를 형성하여 접착 부재(340)를 덮으므로, 플라즈마가 접착 부재(340)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
도 13을 참조하면, 플라즈마 배출되는 부분에서, 보호링(360)은 접착 부재(340)의 끝단에 배치되어 접착 부재(340)가 플라즈마에 노출되는 것을 방지할 수 있다.
도 14은 본 발명의 일 실시예를 따르는 기판 처리 장치를 포함하는 예시적인 처리 시스템(1000)의 개략적인 평면도이다.
도 14을 참조하면, 처리 시스템(1000)은 인덱스모듈(2000) 및 공정모듈(3000)을 포함한다. 인덱스모듈(2000)은 외부로부터 기판을 반송받아 공정모듈(3000)로 기판을 반송하고, 공정모듈(3000)은 피처리 기판에 필요한 공정을 수행할 수 있다.
인덱스모듈(2000)은 기판의 이송을 용이하게 하기 위해 적어도 하나의 로드포트(2100)와 적어도 하나의 이송프레임(2200)을 포함한다. 로드포트(2100)에는 기판이 수용되는 용기(C)가 놓인다. 용기(C)로는 하나 이상의 전면개방일체형포드(front opening unified pod; FOUP)가 사용될 수 있다. 용기(C)는 오버헤드트랜스퍼(overhead transfer; OHT)에 의해 외부로부터 로드포트(2100)로 반입되거나 로드포트(2100)로부터 외부로 반출될 수 있다.
이송프레임(2200)은 로드포트(2100)에 놓인 용기(C)와 공정모듈(3000) 간에 기판을 반송한다. 이송프레임(2200)은 인덱스로봇(2210) 및 인덱스레일(2220)을 포함한다. 인덱스로봇(2210)은 인덱스레일(2220) 상에서 이동하며 기판을 반송할 수 있다.
공정모듈(3000)은 공정을 수행하는 모듈로서, 로드락챔버(3100), 이송 챔버(3200) 및 공정 챔버(4000)를 포함한다.
로드락챔버(3100)는 인덱스모듈(2000)과 연결되는 제1 포트와 이송 챔버(3200)과 연결되는 제2 포트를 가지며, 기판이 임시로 머무르는 공간을 제공한다. 로드락챔버(3100)에는 기판이 놓이는 버퍼슬롯이 제공될 수 있다. 로드락챔버(3100)에는 상하방향으로 복수의 버퍼슬롯이 제공되어 복수의 기판이 적층되어 놓일 수 있다. 인덱스로봇(2210)은 기판을 용기(C)로부터 인출하여 버퍼슬롯에 놓을 수 있고, 이송 챔버(3200)의 이송로봇(3210)은 버퍼슬롯에 놓인 기판을 인출하여 이를 공정 챔버(4000)로 반송할 수 있다. 로드락챔버(3100)에는 압력 제어 시스템이 연결되어서 인덱스모듈(2000)로부터 기판을 이송받거나 공정모듈(3000)로 기판을 이송할 때 압력을 조절하여, 기판의 이송를 용이하게 한다.
이송 챔버(3200)는 그 둘레에 배치된 로드락챔버(3100) 및 공정 챔버(4000) 간에 기판을 반송한다. 이송 챔버(3200)는 이송로봇(3210) 및 이송레일(3220)을 포함할 수 있다. 이송로봇(3210)은 이송레일(3220) 상에서 이동하며 기판을 반송할 수 있다.
공정 챔버(4000)는 본 발명의 일 실시예에 따르는 기판 처리 장치일 수 있으며, 이송 챔버(3200)의 둘레에 배치된다. 공정 챔버(4000)는 이송 챔버(3200)로부터 기판을 이송받아 기판을 처리할 수 있다.
공정모듈(3000)에는 복수의 공정 챔버(4000)가 제공될 수 있다. 공정 챔버(4000)는 이송 챔버(3200)의 일측 또는 타측에 이송 챔버(3200)의 길이방향에 따라 일렬로 배치될 수 있다. 또한 공정 챔버(4000)는 상하방향으로 적층되어 배치될 수 있다. 물론, 공정 챔버(4000)의 배치가 상술한 예로 한정되는 것은 아니며, 공정 챔버(4000)는 풋프린트(foot print)나 공정효율과 같은 다양한 요인을 고려하여 적절히 배치될 수 있다.
시스템 제어기(5000)가 처리 시스템(1000)에 연결될 수 있다. 시스템 제어기(5000)는 공정 챔버(4000)을 직접 제어하거나, 또는 공정 챔버(4000)와 관련된 컴퓨터(또는 제어기)를 제어함으로써 처리 시스템(1000)의 작동을 제어한다. 시스템 제어기(5000)는 처리 시스템(1000)의 성능을 최적화하기 위해 데이터를 수집하거나 피드백 작업을 수행할 수 있다.
시스템 제어기(5000)는 CPU(5100), 메모리(5200), 및 지원 회로(5300)를 포함할 수 있다. CPU(5100)는 산업적 세팅에 사용될 수 있는 임의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서 중의 하나 일 수 있다. 지원 회로(5300)는 CPU(5100)에 통상적으로 연결되며 캐쉬, 클록 회로, 입/출력 회로, 파워 서플라이(Power Supply) 등을 포함할 수 있다.
지금까지, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : 원격 플라즈마 발생장치 110 : 몸체부
111 : 플라즈마 발생관 112 : 가스 주입구
113 : 플라즈마 배출구 120 : 구동부
121 : 일차 코일 130 : 보호 튜브
131 : 제1 절곡부 132 : 제2 절곡부
140 : 접착 부재 150 : 보호 부재
160 : 보호링 170 : 냉각 채널
171 : 냉각 매체 공급부 172 : 냉각 매체 회수부
173 : 온도 센서 174 : 제어부
180 : 전원부 181 : 무선 주파수 케이블
200 : 공정 챔버 210 : 기판 지지대
220 : 피처리 기판

Claims (10)

  1. 가스 주입구 및 플라즈마 배출구를 구비하고, 방전 가스 및 플라즈마가 이동하는 플라즈마 발생관을 포함하는 몸체부;
    상기 몸체부에 고정되며, 자기장을 발생시켜 상기 몸체부의 내부에 플라즈마를 생성하는 구동부;
    상기 플라즈마 발생관의 내측에 배치되어 플라즈마로부터 상기 플라즈마 발생관을 보호하는 보호 튜브; 및
    상기 플라즈마 발생관과 상기 보호 튜브 사이에 배치된 접착 부재를 포함하고,
    상기 보호 튜브는 양 끝단 중 적어도 하나에서 상기 접착 부재의 일단을 덮는 방향으로 절곡되어 연장된 제1 절곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 원격 플라즈마 발생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 몸체부의 내측 중 상기 플라즈마 발생관의 내측을 제외한 부분에 보호 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 원격 플라즈마 발생장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보호 부재는 플라즈마 내식성을 가진 코팅인 것을 특징으로 하는, 원격 플라즈마 발생장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보호 튜브는 이트륨 산화물로 만들어진 것을 특징으로 하는, 원격 플라즈마 발생장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보호 튜브와 상기 플라즈마 발생관은 0.1 mm 내지 10 mm 사이의 공차를 포함하는 것을 특징으로 하는, 원격 플라즈마 발생장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 보호 튜브는 상기 제1 절곡부의 연장 방향에 수직된 방향으로 연장된 제2 절곡부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 원격 플라즈마 발생장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 보호 튜브는 상기 제1 절곡부의 끝단에 배치되는 보호링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 원격 플라즈마 발생장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 몸체부의 내부를 관통하여 냉각 매체가 순환하도록 형성된 냉각 채널을 포함하며,
    상기 냉각 채널은 일측이 냉각 매체 공급부와 연결되고, 타측이 냉각 매체 회수부와 연결되는 것을 특징으로 하는, 원격 플라즈마 발생장치.
  10. 방전 가스 주입구 및 플라즈마 배출구를 구비한 몸체부;
    상기 몸체부에 고정되며, 교류 전압을 인가받아 상기 몸체부의 내부에 플라즈마를 생성하는 구동 전극;
    상기 몸체부에 고정되며, 상기 구동 전극과 상기 플라즈마 배출구 사이에 위치하는 접지 전극;
    상기 몸체부의 내측에 배치되어 플라즈마로부터 상기 몸체부를 보호하는 보호 부재; 및
    상기 몸체부와 상기 보호 부재 사이에 배치된 접착 부재를 포함하고,
    상기 보호 부재는 일 끝단에서 상기 접착 부재의 일단을 덮는 방향으로 절곡되어 연장된 절곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 원격 플라즈마 발생장치.
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