KR20110054726A - Appratus for treating substrate - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반응공간의 플라즈마 밀도를 균일하게 유지하기 위하여 공정챔버의 주변부에 자기장 발생장치를 설치한 기판처리장치에 관한 것이다. The present invention relates to a substrate processing apparatus in which a magnetic field generating device is provided at a periphery of a process chamber in order to maintain a uniform plasma density of a reaction space.
일반적으로, 반도체 소자, 표시장치 및 박막 태양전지를 제조하기 위해서는 기판에 특정 물질의 박막을 증착하는 박막증착공정, 감광성 물질을 사용하여 이들 박막 중 선택된 영역을 노출 또는 은폐시키는 포토공정, 선택된 영역의 박막을 제거하여 패터닝하는 식각공정 등을 거치게 된다. 이들 공정 중 박막증착공정 및 식각공정 등은 진공상태로 최적화된 기판처리장치에서 진행한다. In general, in order to manufacture a semiconductor device, a display device, and a thin film solar cell, a thin film deposition process of depositing a thin film of a specific material on a substrate, a photo process of exposing or hiding selected areas of the thin films using a photosensitive material, The thin film is removed and patterned through an etching process. Among these processes, a thin film deposition process and an etching process are performed in a substrate processing apparatus optimized in a vacuum state.
증착공정 및 식각공정에서 사용되는 기판처리장치는 플라즈마의 발생방식에 따라 유도결합 플라즈마(Inductively coupled plasma: ICP)와 축전결합 플라즈마 (capacitively coupled plasma: CCP)의 방식으로 구분되며, 일반적으로 유도결합 플라즈마는 RIE(reactive ion etching) 및 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)에 이용되고, 축전결합 플라즈마는 HDP(high density plasma etching)을 사용하는 식각 및 증착장치에 이용된다. 유도결합 플라즈마와 축전결합 플라즈마 방법은 플라즈마를 발생시키는 원리가 다르고 각각 장단점을 가지고 있어서, 필요에 따라 선택적으로 이용한다. Substrate processing apparatuses used in the deposition process and the etching process are classified into inductively coupled plasma (ICP) and capacitively coupled plasma (CCP) according to the plasma generation method. Is used for reactive ion etching (RIE) and plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), and capacitively coupled plasma is used for etching and deposition apparatus using high density plasma etching (HDP). The inductively coupled plasma and the capacitively coupled plasma method differ in principle of generating plasma and have advantages and disadvantages, respectively, and are selectively used as necessary.
도 1은 종래기술에 따른 기판처리장치의 개략도이고, 도 2는 종래기술에 따른 다수의 피딩라인과 연결된 후방 플레이트의 사시도이다. 1 is a schematic view of a substrate processing apparatus according to the prior art, and FIG. 2 is a perspective view of a rear plate connected to a plurality of feeding lines according to the prior art.
도 1과 같이, 축전결합 플라즈마 방식을 이용한 기판처리장치(10)는 반응공간을 제공하는 공정챔버(12), 공정챔버(12) 내부의 상부에 위치하며, 플라즈마 전극으로 사용되는 후방 플레이트(14), 후방 플레이트(14)와 연결되고 공정챔버(12)의 내부에 공정가스를 공급하는 가스 공급관(36), 후방 플레이트(14)의 하부에 위치하며, 다수의 분사홀(16)을 가지는 알루미늄 재질의 가스분배판(18), 플라즈마 전극과 대향전극으로 사용되며 기판(20)이 안치되는 기판안치대(22), 기판(20)을 공정챔버(12)로 출입 또는 반출시키기 위한 기판 출입구(40) 및 공정챔버(12)의 내부에서 사용되는 반응가스 및 부산물을 배출하기 위한 배출구(24)로 포함하여 구성된다. As shown in FIG. 1, the
가스 공급관(36)은 피딩 라인(feeding line)(38)에 의해서 RF 전원(30)과 연결된다. RF 전원(30)과 피딩 라인(38) 사이에는 임피던스 정합을 위한 매 처(matcher)(32)가 설치된다. 기판안치대(22) 및 공정챔버(12)는 접지된 상태이다. 가스분배판(18)은 후방 플레이트(14)와 버퍼공간(26)을 가지고, 후방 플레이트(14)로부터 연장되어 연결되는 지지대(28)에 거치된다. 일반적으로 RF전원(30)은 플라즈마 전극으로 사용되는 후방 플레이트(14)의 중심부에 인가되고, 후방 플레이트(14)와 접지된 기판안치대(22) 사이에서 RF 전자기장이 형성된다. RF 전자기장에 의해 공정가스가 이온화 또는 활성화되어 박막증착 또는 박막식각을 기판처리공정이 수행된다. The
도 1과 같은 축전결합 플라즈마 방식의 기판처리장치(10)에서, 일반적으로 공정챔버(12)의 내부에서 측벽으로 갈수록 중앙부와 비교하여 플라즈마 밀도가 낮아지는 경향이 있다. 또한, 플라즈마 전극으로 사용하는 후방 플레이트(14)의 크기가 RF파의 파장에 가까워질수록, 플라즈마 소스 전극에 인가되는 RF 파장이 일정한 위치를 유지하여 진행하지 않는 파장으로 보이는 정상파 효과(standing wave effect)가 나타난다. 정현파인 정상파에 의해, 플라즈마 전극으로 사용되는 후방 플레이트(14)의 중심부는 고전압이 인가되지만 후방 플레이트(14)의 주변부는 저전압이 인가되어 불균일한 전자기장 분포를 나타낸다. 불균일한 전자기장으로 인해, 박막의 증착 또는 식각이 불균일하게 진행된다.In the capacitively coupled plasma
RF 전자기장의 불균일한 분포를 해소하기 위하여, 도 2와 같이, 다수의 피딩 라인(50)을 통하여 RF전원(30)을 플라즈마 전극으로 사용되는 후방 플레이트(14)에 인가할 수 있다. 그러나, 후방 플레이트(14)에 다수의 피딩 라인(50)을 통하여 RF 전원(30)을 연결하여도, 정상파 효과에 의한 전기장의 불균일한 분포가 발생한다. In order to solve the non-uniform distribution of the RF electromagnetic field, as shown in FIG. 2, the
상기와 같은 종래기술의 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 RF파 파장보다 작은 크기를 가지는 다수의 플라즈마 소스전극을 설치하여 정상파 효과를 극복하고, 공정챔버의 주변부에 자기장 발생장치를 설치하여 주변부의 플라즈마 밀도를 보상하는 기판처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention overcomes the standing wave effect by installing a plurality of plasma source electrodes having a size smaller than the RF wave wavelength, and by installing a magnetic field generator at the periphery of the process chamber An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus that compensates for plasma density.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판처리장치는, 몸체 및 주변부에 개구가 형성된 리드가 결합하여 반응공간을 제공하는 공정챔버; 상기 공정챔버 내부와 대응되는 상기 리드의 표면에 형성되는 다수의 플라즈마 소스전극; 상기 반응공간의 주변부에 자기장을 유기시키기 위하여, 상기 개구를 밀봉하면서 상기 리드의 상기 주변부에 설치되는 자기장 발생장치; 상기 다수의 플라즈마 소스전극에 전력을 인가하는 RF전원; 및 상기 반응공간에 위치하고 기판이 안치되는 기판안치수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.Substrate processing apparatus according to the present invention for achieving the above object, the process chamber for providing a reaction space is coupled to the lead formed in the body and the periphery opening; A plurality of plasma source electrodes formed on a surface of the lead corresponding to the inside of the process chamber; A magnetic field generating device installed in the peripheral portion of the lid while sealing the opening to induce a magnetic field in the peripheral portion of the reaction space; An RF power source for applying power to the plurality of plasma source electrodes; And substrate placing means positioned in the reaction space and having a substrate placed therein.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 자기장 발생장치는, 상기 개구를 밀봉하고 삽입홀을 가지는 플레이트; 상기 삽입홀의 내부에 설치되는 도선; 상기 도선과 연결되는 직류전원; 및 상기 삽입홀의 내부에 설치되고 상기 도선을 감싸는 반원형의 단면을 가지는 전자석;을 포함하는 것을 특징으로 한다.In the substrate processing apparatus as described above, the magnetic field generating apparatus comprises: a plate sealing the opening and having an insertion hole; A conductive wire installed inside the insertion hole; A direct current power source connected to the conductive wires; And an electromagnet installed in the insertion hole and having a semicircular cross section surrounding the conductive wire.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 개구는 상기 리드의 상기 주변부에 다수 설치되고, 상기 자기장 발생장치는, 다수의 상기 개구를 밀봉하고 삽입홀을 가지는 다수의 플레이트; 상기 다수의 플레이트 각각의 상기 삽입홀의 내부 설치되는 다수의 도선;을 포함하고, 상기 다수의 도선은 하나의 상기 직류전원에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다. In the substrate processing apparatus as described above, the opening is provided in a plurality of the peripheral portion of the lead, the magnetic field generating device, a plurality of plates sealing the plurality of the opening and having an insertion hole; And a plurality of conductive wires installed inside the insertion hole of each of the plurality of plates, wherein the plurality of conductive wires are connected in parallel to one of the DC power sources.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 플레이트는, 상기 반응공간의 외부와 대응하는 상기 개구에 위치하는 상부 플레이트; 및 상기 상부 플레이트와 결합하여 상기 삽입홀을 형성하고, 상기 반응공간의 내부와 대응하는 상기 개구에 위치한 하부 플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the substrate processing apparatus as described above, the plate, the upper plate located in the opening corresponding to the outside of the reaction space; And a lower plate coupled to the upper plate to form the insertion hole and positioned in the opening corresponding to the inside of the reaction space.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 상부 플레이트 및 상기 하부 플레이트는 유전재질의 세라믹으로 형성되는 것을 특징으로 한다.In the substrate processing apparatus as described above, the upper plate and the lower plate is characterized in that formed of a dielectric ceramic.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 개구의 내부에는 상기 플레이트가 거치되는 거치부가 형성되는 것을 특징으로 한다.In the substrate processing apparatus as described above, a mounting portion through which the plate is mounted is formed in the opening.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서 상기 거치부 상에 위치한 상기 플레이트 를 고정시키고, 상기 개구를 상기 플레이트에 의해서 밀봉시키는 다수의 고정대를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the substrate processing apparatus as described above, it characterized in that it comprises a plurality of fixing rods for fixing the plate located on the mounting portion and sealing the opening by the plate.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 자기장 발생장치는, 상기 개구를 밀봉하고 삽입홀을 가지는 플레이트; 상기 삽입홀의 내부에 설치되고 튜브형태의 전자석; 상기 전자석을 다수의 턴으로 감싸는 도선; 및 상기 도선과 연결되는 직류전원;을 포함하는 것을 특징으로 한다.In the substrate processing apparatus as described above, the magnetic field generating apparatus comprises: a plate sealing the opening and having an insertion hole; An electromagnet installed in the insertion hole and in the form of a tube; A conductive wire surrounding the electromagnet with a plurality of turns; And a direct current power source connected to the conducting wire.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 개구는 상기 리드의 상기 주변부에 다수 설치되고, 상기 자기장 발생장치는, 다수의 상기 개구를 밀봉하고 삽입홀을 가지는 다수의 플레이트; 상기 다수의 플레이트 각각의 상기 삽입홀의 내부 설치되는 튜브형태의 다수의 전자석; 상기 다수의 전자석 각각을 다수의 턴으로 감싸는 다수의 도선;을 포함하고, 상기 다수의 도선은 하나의 상기 직류전원에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다. In the substrate processing apparatus as described above, the opening is provided in a plurality of the peripheral portion of the lead, the magnetic field generating device, a plurality of plates sealing the plurality of the opening and having an insertion hole; A plurality of electromagnets in the form of tubes installed inside the insertion holes of the plurality of plates; And a plurality of conductive wires surrounding each of the plurality of electromagnets with a plurality of turns, wherein the plurality of conductive wires are connected to one DC power source in parallel.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 전자석은 사각형의 단면을 가지는 것을 특징으로 한다.In the substrate processing apparatus as described above, the electromagnet has a rectangular cross section.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 전자석은 제 1 파트와 상기 제 1 파트에서 수직으로 연장되는 제 2 파트를 포함하는 엘보우 형태로 제작되는 것을 특징으로 한다.In the substrate processing apparatus as described above, the electromagnet is characterized in that it is manufactured in the form of an elbow including a first part and a second part extending vertically from the first part.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 자기장 발생장치는 상기 전자석에 상기 도선을 인접하게 위치시키는 도선 고정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the substrate processing apparatus as described above, the magnetic field generating device includes a conductor fixing portion for placing the conductor adjacent to the electromagnet.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 도선 고정부는, 상기 전자석의 상하면 및 양측면을 감싸는 연포부; 및 상기 전자석의 상기 양측면과 대응되는 상기 연포부에 설치되고 상기 도선이 통과하는 다수의 통과부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the substrate processing apparatus as described above, the conductive wire fixing portion, the soft foam portion surrounding the upper and lower surfaces and both sides of the electromagnet; And a plurality of passage parts installed in the soft foam parts corresponding to both sides of the electromagnet and through which the conductive wire passes.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 다수의 플라즈마 소스전극은 서로 평행하게 등간격으로 배열되고 상기 RF전원과 병렬로 연결된 것을 특징으로 한다.In the substrate processing apparatus as described above, the plurality of plasma source electrodes are arranged in parallel at equal intervals and connected in parallel with the RF power source.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 리드와 상기 다수의 플라즈마 소스전극 각각의 사이에 설치된 다수의 절연판을 포함하는 것을 특징으로 한다.In the substrate processing apparatus as described above, it characterized in that it comprises a plurality of insulating plates provided between the lead and each of the plurality of plasma source electrodes.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 자기장 발생장치는 상기 다수의 플라즈마 소스전극이 형성되지 않은 상기 리드의 주변부에 설치되는 것을 특징으로 한다.In the substrate processing apparatus as described above, the magnetic field generating apparatus is installed in the periphery of the lead where the plurality of plasma source electrodes are not formed.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 자기장 발생장치는 상기 리드의 모서리와 대응되는 상기 리드의 주변부에 설치되는 것을 특징으로 한다.In the substrate processing apparatus as described above, the magnetic field generating device is installed on the periphery of the lead corresponding to the edge of the lead.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 플라즈마 소스전극과 상기 RF전원을 연결하는 피딩라인을 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.In the substrate processing apparatus as described above, characterized in that it further comprises a feeding line for connecting the plasma source electrode and the RF power source.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 피딩라인은, 상기 다수의 플라즈마 소스전극 각각을 연결하는 다수의 서브 피딩라인; 및 상기 다수의 서브 피딩라인을 상기 RF전원에 연결하는 메인 서브 피딩라인;을 포함하는 것을 특징으로 한다.In the substrate processing apparatus as described above, the feeding line comprises: a plurality of sub-feeding lines connecting each of the plurality of plasma source electrodes; And a main sub feeding line connecting the plurality of sub feeding lines to the RF power source.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 반응공간에 공정가스를 공급하는 가스분사수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In the substrate processing apparatus as described above, further comprising a gas injection means for supplying a process gas to the reaction space.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 가스분사수단은 상기 다수의 플라즈마 소스전극 사이의 상기 리드에 설치되는 다수의 제 1 가스분사수단과 상기 다수의 플라즈마 소스전극 각각에 설치되는 다수의 제 2 가스분사수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.In the substrate processing apparatus as described above, the gas injection means includes a plurality of first gas injection means provided in the lead between the plurality of plasma source electrodes and a plurality of second gases provided in each of the plurality of plasma source electrodes. It characterized in that it comprises a injection means.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 다수의 제 1 가스분사수단 각각은, 상기 리드에 통하여 인입되는 가스유입관; 상기 리드 내부에 형성되고 상기 가스유입관과 연통되는 수용공간; 상기 수용공간의 하부에 위치하고, 상기 공정가스를 상기 반응공간에 분사하는 가스분배판;을 포함하는 것을 특징으로 힌다.In the substrate processing apparatus as described above, each of the plurality of first gas injection means, the gas inlet pipe introduced through the lead; An accommodation space formed inside the lid and in communication with the gas inlet pipe; Located in the lower portion of the receiving space, the gas distribution plate for injecting the process gas into the reaction space; comprises a.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 제 2 가스분사수단은, 상기 리드 및 상기 다수의 플라즈마 소스전극 각각을 통하여 인입되는 가스유입관; 상기 다수의 플라즈마 소스전극 각각의 내부에 형성되고 상기 가스유입관과 연통되는 수용공 간; 상기 수용공간의 하부에 위치하고, 상기 공정가스를 상기 반응공간에 분사하는 가스분배판;을 포함하는 것을 특징으로 한다. In the substrate processing apparatus as described above, the second gas injection means, the gas inlet pipe introduced through each of the lead and the plurality of plasma source electrodes; A receiving space formed inside each of the plurality of plasma source electrodes and communicating with the gas inlet pipe; Located in the lower portion of the receiving space, the gas distribution plate for injecting the process gas into the reaction space; characterized in that it comprises a.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 리드의 상부에 상기 피딩라인을 수용하기 위한 밀폐공간을 제공하는 하우징; 및 상기 하우징에 설치되는 냉각장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A substrate treating apparatus as described above, comprising: a housing providing an airtight space for accommodating the feeding line on an upper portion of the lid; And a cooling device installed in the housing.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 냉각장치는, 상기 하우징의 측면에 설치되는 다수의 환풍구; 및 상기 다수의 환풍구 각각에 설치되는 다수의 팬;을 포함하는 것을 특징으로 한다.In the substrate processing apparatus as described above, the cooling device, a plurality of ventilation holes provided on the side of the housing; And a plurality of fans installed in each of the plurality of ventilation holes.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 공정챔버 및 상기 기판안치수단은 플라즈마 접지전극으로 사용되는 것을 특징으로 한다.In the substrate processing apparatus as described above, the process chamber and the substrate placing means are used as a plasma ground electrode.
본 발명은, RF파 파장보다 작은 크기를 가지는 다수의 플라즈마 소스전극을 구비하여, 정상파 효과를 극복하고, 공정챔버의 주변부에 설치된 자기장 발생장치에 의해 반응공간의 주변부에서 플라즈마 밀도를 보상하여, 플라즈마 밀도의 불균일성을 개선할 수 있다. 전자기장을 균일하게 분포시킴으로써, 박막증착 또는 박막식각의 균일도를 개선할 수 있다. The present invention includes a plurality of plasma source electrodes having a size smaller than the wavelength of the RF wave, overcomes standing wave effects, and compensates the plasma density at the periphery of the reaction space by a magnetic field generator installed at the periphery of the process chamber, The nonuniformity of density can be improved. By uniformly distributing the electromagnetic field, it is possible to improve the uniformity of thin film deposition or thin film etching.
이하에서는 도면을 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
제 1 First 실시예Example
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판처리장치의 개략도이고, 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플라즈마 전극 및 자기장 발생장치의 배치도이고, 도 5는 도 3의 A에 대한 확대 단면도이고, 도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자기장 발생장치의 분해 사시도이고, 도 7a는 도 3의 B에 대한 확대 단면도이고, 도 7b는 도 3의 C에 대한 확대 단면도이고, 도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 하우징의 사시도이다.3 is a schematic view of a substrate processing apparatus according to a first embodiment of the present invention, FIG. 4 is a layout view of a plasma electrode and a magnetic field generating device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 6 is an exploded perspective view of the magnetic field generating device according to the first embodiment of the present invention, FIG. 7A is an enlarged cross-sectional view of FIG. 3B, FIG. 7B is an enlarged cross-sectional view of FIG. 3C, 8 is a perspective view of a housing according to a first embodiment of the present invention.
도 3과 같이, 축전결합 플라즈마 방식을 이용한 기판처리장치(110)는 리드(112a)와 몸체(112b)의 결합에 의해 반응공간이 제공되는 공정챔버(112), 공정챔버(112)의 내부와 대응되는 리드(112a)의 표면에 설치되는 다수의 플라즈마 소스전극(114), 리드(112a)의 주변부에 설치되는 자기장 발생장치(120), 공정챔버(112)의 외부와 대응되는 리드(112a) 상부에 설치되고 다수의 플라즈마 소스전극(114) 각각과 연결되는 피딩라인(118), 다수의 플라즈마 소스전극(114) 또는 다수의 플라즈마 소스전극(114) 사이의 리드(112a)에 설치되는 가스분사수단(124), 및 기판(121)이 안치되고 플라즈마 접지전극으로 사용되는 기판안치수단(122)을 포함하여 구성된다. As shown in FIG. 3, the
기판처리장치(110)는 공정챔버(112)의 외부와 대응되는 리드(112a)의 상부에 위치하고, 피딩라인(118)을 수용하기 위한 하우징(136), 기판(121)을 반입 및 반출시키기 위한 출입구(130), 반응공간의 반응가스 및 부산물을 배출하기 위한 배기구(132), 및 기판(120) 상부의 주변부에 박막이 증착되거나 박막이 식각되는 것을 방지하기 위한 에지 프레임(134)을 더욱 포함하여 구성될 수 있다. The
에지 프레임(134)은 기판(120) 상부의 주변부에서 공정챔버(112)의 내벽 근처까지 연장된다. 에지 프레임(134)은 전기적으로 부유상태(foating state)를 유지한다. 피딩라인(118)은 다수의 플라즈마 소스전극(114) 각각과 연결되는 다수의 서브 피딩라인(118a)과 다수의 서브 피딩라인(118a)을 RF전원(126)과 연결시키는 메인 피딩라인(118b)으로 구성된다.The
다수의 플라즈마 소스전극(114) 각각과 리드(112a) 사이에는 전기적 절연을 위한 다수의 절연판(116)이 설치된다. 공정챔버(112)의 내부와 대응되는 리드(112a)와 직접적으로 밀착하는 다수의 절연판(116)과 다수의 절연판(116) 각각에 직접적으로 밀착하는 다수의 플라즈마 소스전극(114)을 별도로 도시하지 않았지만, 볼트와 같은 체결수단으로 체결한다. A plurality of insulating
기판처리장치(110)에서 RF전원(126)이 인가되는 다수의 플라즈마 소스전극(114)에 대하여, 접지되는 리드(112a), 몸체(112b) 및 기판안치수단(122)는 플라 즈마 접지전극으로 사용된다. 리드(112a), 몸체(112b) 및 기판안치수단(122)은 알루미늄 또는 스테인레스 스틸과 같은 금속재질을 사용하여 제작하고, 절연판(116)은 세라믹 재질을 사용하여 제작한다.For the plurality of
기판안치수단(122)은 기판(121)이 안치되고 기판(121)보다 넓은 면적을 가지는 기판지지판(122a)과 기판지지판(122a)을 승강 및 하강시키는 샤프트(122b)를 포함하여 구성된다. 기판처리장치(110)에서, 기판안치수단(122)은 공정챔버(112)와 동일하게 접지된다. 그러나, 도면에서 도시하지 않았지만, 기판처리공정의 조건에 따라 기판안치수단(122)에 별도의 RF전원이 인가되거나, 전기적으로 부유(floating) 상태를 유지할 수 있다. The substrate mounting means 122 includes a
기판처리장치(110)에서, 정상파 효과를 방지하기 위하여, RF파의 파장과 비교하여 작은 크기를 가지는 다수의 플라즈마 소스전극(114)을 배열한다. 다수의 플라즈마 전극(114)에 의해, 정상파 효과를 방지하여, 반응공간에서 균일한 플라즈마 밀도를 유지할 수 있다. In the
도 3 및 도 4와 같이 다수의 플라즈마 소스전극(114)을 RF전원(126)과 병렬로 연결시키고, 다수의 플라즈마 소스전극(114)과 RF전원(126) 사이에는 임피던스 정합을 위한 매처(128)가 설치된다. RF 전원(126)은 플라즈마 발생효율이 좋은 20 내지 50 MHz 대역의 초고주파(very high frequency: VHF)을 사용할 수 있다. 3 and 4, the plurality of
리드(112a)는 장방형 형태이고, 다수의 플라즈마 소스전극(114) 각각은 장축과 단축을 가진 스트라이프(stripe) 형태로 제작되고, 서로 동일한 간격으로 평행하게 이격된다. 다수의 서브 피딩라인(118a) 각각은, 다수의 플라즈마 소스전극(114) 각각의 양단부에서 연결되거나 또는 도면에서 도시하지 않았지만 다수의 플라즈마 소스전극(114)의 중앙부에서 연결될 수 있다.The
도 4와 같이, 자기장 발생장치(120)는 리드(112a)에서 다수의 플라즈마 소스전극(114)이 형성되지 않은 4 개의 주변부에 각각 설치될 수 있다. 자기장 발생장치(120)는 리드(112a)의 형태에 따라 리드(112a)의 주변부에 다양한 형태로 배열할 수 있다. 4 개의 자기장 발생장치(120)은 직류전원(190)에 병렬로 연결된다.As shown in FIG. 4, the magnetic
도 5는 도 3의 A을 확대한 리드(112a) 및 자기장 발생장치(120)의 단면도이고, 도 5와 같이, 다수의 플라즈마 소스전극(114)이 형성되지 않은 리드(112a)의 주변부에 다수의 개구(160)가 형성된다. 다수의 개구(160) 각각의 내부에는 자기장 발생장치(120)가 거치되는 거치부(162)가 설치된다. FIG. 5 is a cross-sectional view of the
도 5 및 도 6과 같이, 자기장 발생장치(120)는, 절연재질로 형성되는 플레이트(142), 플레이트(142)를 횡축으로 관통하는 삽입홀(144), 삽입홀(144)의 내부에 설치되고 직류전원(190)과 연결되는 도선(146), 삽입홀(144)의 내부에 설치되고 도 선(146)을 감싸는 반원형의 단면을 가지는 전자석(148), 삽입홀(114)의 양단부에서 도선(146)을 고정시키는 지지부(150), 도선(146)에 양단에 연결되어 전류를 인가하는 직류전원(190)을 포함하여 구성된다. As shown in FIGS. 5 and 6, the magnetic
플레이트(142)는 일체형으로 형성될 수 있지만, 가공을 용이하게 하기 위하여 상부 및 하부 플레이트(142a, 142b)로 구성할 수 있다. 상부 플레이트(142a)의 하부에는 반원형의 전자석(148)을 수용할 수 있는 반원형의 단면을 가지는 제 1 그루브(144a)가 형성되고, 하부 플레이트(142b)의 상부에는 도선(146)을 수용할 수 있는 반원형의 단면을 가지는 제 2 그루브(144b)가 형성된다. The
제 1 그루브(144a)의 제 1 너비는 제 2 그루브(144b)의 제 2 너비보다 크다. 따라서, 상부 및 하부 플레이트(142a, 142b)가 결합되었을 때, 반원형의 단면을 가지는 전자석(148)은 제 2 그루브(144b)와 인접한 하부 플레이트(142b)에 의해 지지된다. The first width of the
플레이트(142)를 상부 및 하부 플레이트(142a, 142b)를 포함하여 구성하는 경우, 도선(146)을 지지하는 지지부(150)는 상부 플레이트(142a)의 제 1 그루브(144a)에 수용되는 상부 지지부(150a)와 하부 플레이트(142b)의 제 2 그루브(144b)에 수용되는 하부 지지부(150b)를 포함하여 구성된다. 제 1 그루브(144a)의 제 1 너비는 제 2 그루브(144b)의 제 2 너비보다 크기 때문에, 상부 지지 부(150a)은 하부 지지부(150b)보다 큰 너비를 가질 수 있다. When the
플레이트(142)는 절연재질로서 세라믹으로 형성될 수 있다. 플레이트(142)가 상부 및 하부 플레이트(142a, 142b)로 구성되는 경우, 상부 및 하부 플레이트(142a, 142b)의 결합에 의해 형성되는 삽입홀(144)이 형성된다. 전자석(148)은 일체형으로 형성할 수 있지만, 조립을 용이하게 하기 위하여 다수로 형성할 수 있다. The
도 5와 같이, 하부 플레이트(142b)의 주변부는 제 1 오링(164a)을 개재하여, 거치부(162) 상에 위치된다. 제 1 오링(164a)은 하부 플레이트(142b)의 주변부를 따라 배열된다. 하부 플레이트(142b) 상에 상부 플레이트(142a)를 위치시키고, 다수의 고정대(166)에 의해 상부 플레이트(142a)와 리드(112a)에 체결하여, 자기장 발생장치(120)를 고정시킴과 동시에 개구(160)를 밀봉시킨다. As shown in FIG. 5, the periphery of the
고정대(166)는 상부 플레이트(142a)와 접촉하는 수직 고정부(166a)와 수직 고정부(166a)의 상단에서 수평으로 연장되어 리드(112a) 상에 위치하는 수평 고정부(166b)로 구성된다. 제 1 볼트(168a)를 사용하여 수평 고정부(166a)와 리드(112a)를 체결하면, 체결압력이 수직 고정부(166a)를 통하여 상부 및 하부 플레이트(142a, 142b)에 전달된다. 따라서, 제 1 오링(164a)을 개재하여 플레이트(142)와 거치부(162)는 기밀을 유지할 수 있다.
자기장 발생장치(120)를 리드(112a)의 주변부에 4 개를 설치하는 경우, 도 4와 같이, 직류전원(190)과 4 개의 자기장 발생장치(120)를 병렬로 연결할 수 있다. 필요에 따라, 4 개의 자기장 발생장치(120) 각각에 직류전원을 별도로 설치할 수 있다. 또한, 하나의 직류전원(190)을 사용하여 4 개의 자기장 발생장치(120)를 직렬로 연결할 수 있다. When four
도 3의 기판처리장치(110)에서, 다수의 플라즈마 소스전극(114)에 RF전력을 인가하여, 반응공간에서 플라즈마를 발생시켰을 때, 다수의 플라즈마 소스전극(114)에 의해 정상파 효과를 극복하였지만, 여전히 공정챔버(112)의 측벽에 인접한 영역이 공정챔버(112)의 중앙부보다 낮은 플라즈마 밀도를 유지한다. 공정챔버(112)의 측벽과 인접한 반응공간에 중앙부보다 낮은 플라즈마 밀도를 보상하기 위하여 전자기 발생장치(120)를 사용한다. In the
다수의 플라즈마 소스전극(114)에 RF전력을 인가함과 동시에, 자기장 발생장치(120)에 직류전원을 인가하면, 도선(146)과 전자석(148)에 의해 발생된 자기장이 세라믹으로 형성된 플레이트(142)를 투과하여 공정챔버(112)의 주변부에 유기되어, 상대적으로 중앙부보다 낮은 주변부의 플라즈마 밀도를 보상한다. 자기장 발생장치(120)에 인가하는 전류의 크기는 실험을 통해서 결정할 수 있다. 다수의 플라즈마 소스전극(114)에 RF전력이 인가되고, 자기장 발생장치(120)에 전류가 인가되면, 가스분사수단(124)을 통하여 공급된 공정가스가 활성화 또는 이온화되어 기판(121)에 공급되어 균일한 기판처리공정을 수행할 수 있다.When RF power is applied to the plurality of
도 3과 같이, 다수의 가스분사수단(124)은 다수의 플라즈마 소스전극(114) 사이와 대응되는 리드(112a)에 형성되는 다수의 제 2 가스분사수단(124a)과 다수의 플라즈마 소스전극(114) 각각에 형성되는 다수의 제 1 가스분사수단(124b)을 포함한다. As shown in FIG. 3, the plurality of gas injection means 124 includes a plurality of second gas injection means 124a and a plurality of plasma source electrodes formed on the
도 7a와 같이, 다수의 제 1 가스분사수단(124a) 각각은, 다수의 플라즈마 소스전극(114) 사이와 대응되는 리드(112a)에 형성된다. 다수의 제 1 가스분사수단(124a) 각각은, 다수의 플라즈마 소스전극(114) 사이의 리드(112a)를 통하여 인입되어 공정가스를 공급하는 제 1 가스공급관(140a), 제 1 가스공급관(140a)과 연통되고 리드(112a)의 내부에 수직방향으로 형성되는 제 1 가스유로(140b), 리드(112a)의 내부에 형성되고 제 1 가스유로(140b)와 연결되어 공정가스를 수용하는 제 1 수용공간(140c) 및 제 1 수용공간(140c)의 하부에 위치하고 공정가스를 반응공간에 분사하기 위한 제 1 가스분배판(140d)을 포함하여 구성된다. As shown in FIG. 7A, each of the plurality of first gas injection means 124a is formed in the
제 1 가스공급관(140a)과 제 1 가스유로(140b)가 기밀을 유지하면서 연통될 수 있도록, 제 2 오링(164b)을 개재하여 제 1 기밀판(180a)과 리드(112a)를 제 2 볼트(168b)를 사용하여 체결한다. 제 1 가스분배판(140d)은 제 1 수용공간(140c) 의 하부에 설치되는 다수의 제 1 분사구(154a)를 포함한다. 리드(112a)에는 제 1 수용공간(140c)의 주변부에서 확장된 제 1 함몰부(156)가 형성되고, 제 1 함몰부(156)에 제 1 가스분배판(140d)의 주변부가 인입되어 제 3 볼트(168c)에 의해 리드(112a)와 체결된다.The second
리드(112a)가 알루미늄과 같은 금속으로 제작되어 있기 때문에, 제 1 가스공급관(140a)과 리드(112a)의 접촉지점에서 플라즈마가 방전될 수 있다. 플라즈마의 방전을 방지하기 위해, 제 1 가스공급관(140a)과 연결되는 제 1 가스유로(140b)에 세라믹 계통의 튜브로 만들어진 제 1 절연관(170)을 삽입시킬 수 있다. 다수의 제 1 가스공급관(140a)은 리드(112a)의 상부에 위치한 제 1 운송관(도시하지 않음)을 통하여 공정가스 공급원(도시하지 않음)과 연결된다.Since the
도 7b와 같이, 다수의 제 2 가스분사수단(124b) 각각은, 다수의 플라즈마 소스전극(114)에 형성된다. 다수의 제 1 가스분사수단(124a) 각각은, 리드(112a), 절연판(116), 및 플라즈마 소스전극(114)을 통하여 인입되어 공정가스를 공급하는 제 2 가스공급관(141a), 제 2 가스공급관(141a)과 연통되고 플라즈마 소스전극(114)의 내부에 수직방향으로 형성되는 제 2 가스유로(141b), 플라즈마 소스전극(114)의 내부에 형성되고 제 2 가스유로(141b)와 연결되어 공정가스를 수용하는 제 2 수용공간(141c) 및 제 2 수용공간(141c)의 하부에 위치하고 공정가스를 반응공간에 분사하기 위한 제 2 가스분배판(141d)을 포함하여 구성된다. As shown in FIG. 7B, each of the plurality of second gas injection means 124b is formed in the plurality of
제 2 가스공급관(141a)과 제 2 가스유로(141b)가 기밀을 유지하면서 연통될 수 있도록, 제 2 오링(164b)을 개재하여 제 2 기밀판(180b)과 리드(112a)를 제 2 볼트(168b)를 사용하여 체결한다. 제 2 가스분배판(141d)은 제 2 수용공간(141c)의 하부에 설치되는 다수의 제 2 분사구(154b)를 포함한다. 플라즈마 소스전극(114)에는 제 2 수용공간(141c)의 주변부에서 확장된 제 2 함몰부(156b)가 형성되고, 제 2 함몰부(156b)에 제 2 가스분배판(141d)의 주변부가 인입되어 제 3 볼트(168c)에 의해 플라즈마 소스전극(114)과 체결된다.The second
리드(112a)가 알루미늄과 같은 금속으로 제작되어 있기 때문에, 제 2 가스공급관(141a)과 리드(112a)의 접촉지점에서 플라즈마가 방전될 수 있다. 플라즈마의 방전을 방지하기 위해, 제 2 가스공급관(141a)에 세라믹 계통의 튜브로 만들어진 제 2 절연관(170b)을 삽입시킬 수 있다. 다수의 제 2 가스공급관(140b)은 리드(112a)의 상부에 위치한 제 2 운송관(도시하지 않음)을 통하여 제 2 공정가스 공급원(도시하지 않음)과 연결된다.Since the
도 3의 기판처리장치(110)에서, 다수의 플라즈마 소스전극(114) 또는 다수의 플라즈마 소스전극(114) 사이와 대응하는 리드(112a) 중 하나에만 다수의 가스분사수단(124)이 설치할 수 있다. In the
도 3의 기판처리장치(110)에서, RF전력이 인가되는 배선집적기판(120) 상에 형성된 피딩라인(118)에서 열이 발생되어 하우징(136)의 내부에 축적되기 때문에, 하우징(136)의 내부를 냉각시켜야 한다. 따라서, 도 8과 같이, 하우징(136)에 다수의 통풍구(138)와 다수의 통풍구(138) 각각에 설치된 다수의 팬(158)을 포함하는 냉각장치를 설치한다. 다수의 통풍구(138) 및 팬(158)을 포함한 냉각장치에 외에 다양한 방법으로 하우징(136)의 내부를 냉각시킬 수 있다. In the
제 2 2nd 실시예Example
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 자기장 발생장치의 분해 사시도이고, 도 10은 제 2 실시예에 따른 자기장 발생장치의 단면도이다. 제 2 실시예를 설명함에 있어, 제 1 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용한다.9 is an exploded perspective view of a magnetic field generating device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a cross-sectional view of the magnetic field generating device according to the second embodiment. In describing the second embodiment, the same reference numerals are used for the same components as those of the first embodiment.
도 9의 자기장 발생장치(220)는, 절연재질로 형성되는 플레이트(242), 플레이트(242)를 횡축으로 관통하는 삽입홀(214), 삽입홀(214)의 내부에 설치되고 전자석(248), 전자석(248)을 다수의 턴(turn)으로 감싸는 도선(246), 삽입홀(214)의 양단부에서 전자석(248)을 고정시키는 지지부(250), 도선(246)에 양단에 연결되어 전류를 인가하는 직류전원(290)을 포함하여 구성된다. The
전자석(248)은 내부에 동공부(252)를 가지는 사각형 형태의 튜브로 제작되고, 삽입홀(214)과 평행하게 배열된다. 도선(246)은 플레이트(242)의 횡축 방향과 평행하도록 전자석(248)의 측면을 다수의 턴으로 감싼다. 전자석(248)을 지지하는 지지부(250)는 상부 지지부(250a)와 하부 지지부(250b)를 포함하여 구성할 수 있다.The
플레이트(242)는 일체형으로 형성될 수 있지만, 가공을 용이하게 하기 위하여 상부 및 하부 플레이트(242a, 242b)로 구성할 수 있다. 플레이트(242)는 절연재질로서 세라믹으로 형성될 수 있다. 플레이트(242)가 상부 및 하부 플레이트(242a, 242b)로 구성되는 경우, 상부 및 하부 플레이트(242a, 242b)의 결합에 의해 형성되는 삽입홀(244)이 형성된다. The
도 10과 같이, 하부 플레이트(242b)의 주변부는 제 1 오링(164a)을 개재하여, 거치부(162) 상에 위치된다. 제 1 오링(164a)은 하부 플레이트(242b)의 주변부를 따라 배열된다. 하부 플레이트(242b) 상에 상부 플레이트(242a)를 위치시키고, 다수의 고정대(166)에 의해 상부 플레이트(242a)와 리드(112a)에 체결하여, 자기장 발생장치(120)를 고정시킴과 동시에 개구(160)를 밀봉시킨다. As shown in FIG. 10, the periphery of the
고정대(166)는 상부 플레이트(242a)와 접촉하는 수직 고정부(166a)와 수직 고정부(166a)의 상단에서 수평으로 연장되어 리드(112a) 상에 위치하는 수평 고정부(166b)로 구성된다. 제 1 볼트(168a)를 사용하여 수평 고정부(166a)와 리드(112a)를 체결하면, 체결압력이 수직 고정부(166a)를 통하여 상부 및 하부 플레 이트(242a, 242b)에 전달된다. 따라서, 제 1 오링(164a)을 개재하여 플레이트(242)와 거치부(162)는 기밀을 유지할 수 있다.
제 3 3rd 실시예Example
도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 자기장 발생장치의 분해 사시도이고, 도 12는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 도선 고정부의 사시도이고, 도 13은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 플라즈마 소스전극 및 자기장 발생장치의 배치도이다. 제 3 실시예를 설명함에 있어, 제 1 및 제 2 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용한다.11 is an exploded perspective view of a magnetic field generating device according to a third embodiment of the present invention, FIG. 12 is a perspective view of a wire fixing part according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 13 is a third embodiment of the present invention. Arrangement of the plasma source electrode and the magnetic field generating device according to. In describing the third embodiment, the same reference numerals are used for the same components as those of the first and second embodiments.
도 11의 자기장 발생장치(320)는, 절연재질로 형성되는 플레이트(342), 플레이트(342)를 횡축으로 관통하는 삽입홀(314), 삽입홀(314)의 내부에 설치되고 전자석(348), 전자석(348)을 다수의 턴(turn)으로 감싸는 도선(346), 삽입홀(314)의 양단부에서 전자석(348)을 고정시키는 지지부(350), 도선(346)을 전자석(348)에 인접하게 위치시키는 도선 고정부(364), 및 도선(346)에 양단에 연결되어 전류를 인가하는 직류전원(390)을 포함하여 구성된다. The magnetic
전자석(348)은 내부에 동공부(352)를 가진다. 전자석(348)은 제 1 파트(348a)와 제 1 파트(348a)의 단부에서 수직으로 연장되는 제 2 파트(348b)를 포함한다. 다시 말하면 전자석(348)은 엘보우(elbow) 형태로 제작된다. 전자석(348) 은 제 1 파트(348a) 및 제 2 파트(348b)가 만나서 돌출되는 외측면(360)과 제 1 파트(348a) 및 제 2 파트(348b)가 만나서 함몰되는 내측면(362)을 가진다. 전자석(348)의 외측면(360)은 도선(346)으로 용이하게 감쌀 수 있지만, 전자석(348)의 내측면(362)을 감싸기 어렵다. 따라서, 전자석(348)의 내측면(362)에서 도선(346)을 전자석(348)과 인접하기 위치시키기 위해, 도선 고정부(364)를 설치한다. 플레이트(342)는 전자석(348)과 동일한 엘보우 형태를 취하여 제작된다. The
도선 고정부(364)는 도 12와 같이, 전자석(348)의 상하면 및 양측면을 감싸는 연포부(連抱部)(366) 및 전자석(348)의 양측면과 대응되는 연포부(366)에 설치되어 도선(346)이 통과하는 다수의 통과홀(368)을 포함한다. 도선(346)이 연포부(366)의 다수의 통과홀(368)을 통과하기 때문에, 전자석(348)의 내측면에서 도선(346)이 전자석(348)의 측면과 인접하여 위치할 수 있다.As illustrated in FIG. 12, the conductive
도 13과 같이 다수의 플라즈마 소스전극(114)을 RF전원(126)과 병렬로 연결시키고, 다수의 플라즈마 소스전극(114)과 RF전원(126) 사이에는 임피던스 정합을 위한 매처(128)가 설치된다. 리드(112a)는 장방형 형태이고, 다수의 플라즈마 소스전극(114) 각각은 장축과 단축을 가진 스트라이프(stripe) 형태로 제작되고, 서로 동일한 간격으로 평행하게 이격된다. 자기장 발생장치(320)는 리드(112a)의 모서리와 대응되는 영역에 설치된다. 다수의 모서리와 대응되어 다수로 설치되는 자기장 발생장치(320)는 도 11의 직류전원(390)과 병렬로 연결된다.As shown in FIG. 13, a plurality of
도 1은 종래기술에 따른 기판처리장치의 개략도1 is a schematic view of a substrate processing apparatus according to the prior art
도 2는 종래기술에 따른 다수의 피딩라인과 연결된 후방 플레이트의 사시도2 is a perspective view of a rear plate connected to a plurality of feeding lines according to the prior art;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치의 개략도3 is a schematic view of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 전극 및 자기장 발생장치의 배치도4 is a layout view of the plasma electrode and the magnetic field generating apparatus according to an embodiment of the present invention
도 5는 도 3의 A에 대한 확대 단면도5 is an enlarged cross sectional view taken along line A of FIG.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 자기장 발생장치의 분해 사시도6 is an exploded perspective view of a magnetic field generating device according to an embodiment of the present invention;
도 7a는 도 3의 B에 대한 확대 단면도FIG. 7A is an enlarged cross-sectional view of FIG. 3B
도 7b는 도 3의 C에 대한 확대 단면도7B is an enlarged cross sectional view taken against C of FIG.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 하우징의 사시도8 is a perspective view of a housing according to an embodiment of the present invention;
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 자기장 발생장치의 분해 사시도9 is an exploded perspective view of a magnetic field generating device according to a second embodiment of the present invention;
도 10은 제 2 실시예에 따른 자기장 발생장치의 단면도10 is a cross-sectional view of the magnetic field generating device according to the second embodiment.
도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 자기장 발생장치의 분해 사시도11 is an exploded perspective view of a magnetic field generating device according to a third embodiment of the present invention.
도 12는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 도선 고정부의 사시도12 is a perspective view of a wire fixing unit according to a third embodiment of the present invention.
도 13은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 플라즈마 소스전극 및 자기장 발생장치의 배치도13 is a layout view of a plasma source electrode and a magnetic field generating device according to a third embodiment of the present invention;
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