KR20140087242A - 안테나소스 및 이를 이용한 유도결합 플라즈마 처리장치 - Google Patents

안테나소스 및 이를 이용한 유도결합 플라즈마 처리장치 Download PDF

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Abstract

임피던스의 변화량이 감소되어 윈도우의 전 영역에 대하여 유도결합 플라즈마의 균일도가 향상되도록 한 안테나소스 및 이를 이용한 유도결합 플라즈마 처리장치가 개시된다.
본 발명에 따른 안테나소스는 평면방향으로 서로 이격되고 동일한 방향으로 배치되는 복수의 제 1안테나를 포함하는 제 1안테나부 및 상기 복수의 제 1안테나의 선단부를 연결하는 제 1벤딩(Bending)부재를 포함하며, 상기 제 1벤딩부재에 고주파 전원이 연결되고, 상기 복수의 제 1안테나의 각 말단부가 접지될 수 있다.

Description

안테나소스 및 이를 이용한 유도결합 플라즈마 처리장치{Antenna Source And Inductive Coupling Plasma Processing Apparatus Using The Same}
본 발명은 안테나소스 및 이를 이용한 유도결합 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디스플레이 장치, 반도체 장치 등에 사용되는 기판의 처리를 위해 유도결합 플라즈마를 발생시키는 안테나소스 및 이를 이용한 유도결합 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
유도결합 플라즈마 처리장치는 피처리 기판이 수용되는 챔버, 챔버의 상부에 배치되는 유전체 윈도우 및 윈도우의 상측에 배치되는 안테나로 구성된다. 유도결합 플라즈마 처리장치는 챔버 내부로 처리 가스가 공급되고, 안테나에 고주파 전원이 인가되면, 챔버 내에 유도결합 플라즈마가 발생된다. 이와 같이 발생되는 유도결합 플라즈마에 의해 피처리 기판은 식각, 또는 증착처리될 수 있다.
한편, 유도결합 플라즈마 균일도는 안테나에 흐르는 전류와 전압에 의해 형성되는 전기장 세기와 자기장 세기에 영향을 받는다.
하지만, 안테나는 단일 코일 형태로 이루어지며, 안테나의 선단부로 고주파 전원이 도입되고 안테나의 말단부가 접지되도록 설치되는 것이 일반적이다. 안테나가 단일 코일 형태로 이루어지는 경우, 윈도우의 전 영역에 걸쳐 유도 결합 플라즈마를 발생시키기 위해 윈도우의 면적에 비례하여 안테나의 전장이 증가되어야만 한다.
이와 같이 윈도우의 면적에 비례하여 안테나의 전장이 증가되면, 고주파 전원이 도입되는 안테나의 선단부와 접지되는 안테나의 말단부의 사이에서 임피던스의 변화량이 증가되고, 이에 따라 플라즈마의 균일도가 저하되므로, 기판의 전면적에 대한 처리의 균일도가 저하되는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 10-0964398호(2010. 06. 17. 공고)
본 발명의 목적은 안테나의 전 영역에 대하여 임피던스의 변화량이 감소되도록 한 안테나소스 및 이를 이용한 유도결합 플라즈마 처리장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 안테나소스는 평면방향으로 서로 이격되고 동일한 방향으로 배치되는 복수의 제 1안테나를 포함하는 제 1안테나부 및 상기 복수의 제 1안테나의 선단부를 연결하는 제 1벤딩(Bending)부재를 포함하며, 상기 제 1벤딩부재에 고주파 전원이 연결되고, 상기 복수의 제 1안테나의 각 말단부가 접지될 수 있다.
상기 안테나소스는 평면방향으로 서로 이격되고 동일한 방향으로 배치되는 복수의 제 2안테나를 포함하는 제 2안테나부 및 상기 복수의 제 2안테나의 선단부를 연결하는 제 2벤딩(Bending) 부재를 더 포함하며, 상기 제 2안테나부는 상기 복수의 제 1안테나와 상기 복수의 제 2안테나가 평면방향으로 서로 이격될 수 있다.
상기 복수의 제 1안테나 사이의 이격거리 및 상기 복수의 제 2안테나 사이의 이격거리는 동일할 수 있다.
상기 복수의 제 1안테나와 상기 복수의 제 2안테나 사이의 이격거리는 상기 복수의 제 1안테나 사이의 이격거리, 또는 상기 복수의 제 2안테나 사이의 이격거리와 동일할 수 있다.
본 발명에 따른 유도결합 플라즈마 처리장치는 상단이 개방되는 챔버, 상기 챔버의 상단에 결합되는 리드모듈 및 상기 리드모듈의 내부에 배치되는 안테나소스;를 포함하며, 상기 안테나소스는 평면방향으로 서로 이격되고 동일한 방향으로 배치되는 복수의 제 1안테나를 포함하는 제 1안테나부 및 상기 복수의 제 1안테나의 선단부를 연결하는 제 1벤딩(Bending) 부재를 포함하며, 상기 제 1벤딩부재에 고주파 전원이 연결되고, 상기 복수의 제 1안테나의 각 말단부가 접지될 수 있다.
상기 리드모듈은 상기 챔버의 상단에 지지되는 리드프레임, 상기 리드프레임으로부터 상측으로 이격되는 리드플레이트, 상기 리드프레임과 상기 리드플레이트의 사이에 배치되고 상기 리드프레임으로부터 상기 리드플레이트의 테두리부를 지지하는 리드월 및 상기 리드프레임에 지지되는 유전체의 윈도우를 포함할 수 있다.
상기 안테나소스는 평면방향으로 서로 이격되고 동일한 방향으로 배치되는 복수의 제 2안테나를 포함하는 제 2안테나부 및 상기 복수의 제 2안테나의 선단부를 연결하는 제 2벤딩(Bending) 부재를 더 포함하며, 상기 제 2안테나부는 상기 복수의 제 1안테나와 상기 복수의 제 2안테나가 평면방향으로 서로 이격될 수 있다.
상기 복수의 제 1안테나의 말단부와 상기 복수의 제 2안테나의 말단부는 상기 리드월에 접지될 수 있다.
상기 복수의 제 1안테나 사이의 이격거리 및 상기 복수의 제 2안테나 사이의 이격거리는 동일할 수 있다.
상기 복수의 제 1안테나와 상기 복수의 제 2안테나 사이의 이격거리는 상기 복수의 제 1안테나 사이의 이격거리, 또는 상기 복수의 제 2안테나 사이의 이격거리와 동일할 수 있다.
본 발명에 따른 안테나소스 및 이를 이용한 유도결합 플라즈마 처리장치는 안테나의 전 영역에 대하여 임피던스의 변화량이 감소되므로, 유도결합 플라즈마의 균일도가 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 안테나소스 및 이를 이용한 유도결합 플라즈마 처리장치는 안테나의 전 영역에 대하여 임피던스의 변화량이 감소된 복수의 안테나부의 채용으로 플라즈마의 밀도가 향상되는 효과가 있다.
도 1은 제 1실시예에 따른 유도결합 플라즈마 처리장치를 간략하게 나타낸 단면도이다.
도 2는 제 1실시예에 따른 유도결합 플라즈마 처리장치의 안테나소스를 나타낸 사시도다.
도 3은 제 1실시예에 따른 유도결합 플라즈마 처리장치의 안테나소스를 나타낸 평면도이다.
도 4는 제 2실시예에 따른 유도결합 플라즈마 처리장치의 안테나소스를 나타낸 평면도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 본 발명에 따른 안테나소스 및 이를 이용한 유도결합 플라즈마 처리장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다.
제 1실시예
도 1은 제 1실시예에 따른 유도결합 플라즈마 처리장치를 간략하게 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 제 1실시예에 따른 유도결합 플라즈마 처리장치(100)는 챔버(110), 리드모듈(130) 및 안테나소스(150)를 포함한다.
챔버(110)는 상측으로 개방되는 용기 형상으로 마련된다. 챔버(110)의 내부에는 피처리 기판(10)을 지지하는 기판지지대(111)가 배치될 수 있다. 기판지지대(111)에는 기판(10)을 안정적으로 지지하기 위한 정전척과 같은 척킹모듈(112)이 설치될 수 있다.
리드모듈(130)은 챔버(110)의 상단에 설치된다. 리드모듈(130)은 개방된 챔버(110)의 상단을 통해 기판(10)이 출입될 수 있도록 챔버(110)의 상단을 개폐시켜 도어 밸브 시스템(Door Valve System)이 가능하도록 한다.
이러한 리드모듈(130)은 리드프레임(131), 라이너(132), 윈도우(133), 리드플레이트(134) 및 리드월(135)을 포함할 수 있다. 리드프레임(131)은 챔버(110)의 측벽에 지지된다. 라이너(132)는 절연체로 마련되어 리드프레임(131)과 챔버(110) 측벽의 사이에 설치될 수 있다. 윈도우(133)는 리드프레임(131)의 내측에 설치된다. 윈도우(133)는 석영과 같은 유전체(誘電體)로 이루어질 수 있다. 리드플레이트(134)는 리드프레임(131)으로부터 상측으로 이격된다. 리드월(135)은 리드프레임(131)과 리드플레이트(134)의 사이에 배치되어 리드프레임(131)으로부터 리드플레이트(134)를 지지한다. 이와 같이 리드모듈(130)의 내부에는 리드프레임(131), 윈도우(133), 리드플레이트(134) 및 리드월(135)에 의해 안테나소스(150)의 설치를 위한 공간이 형성된다.
안테나소스(150)는 챔버(110)의 내부에 형성되는 기판 처리공간에 유도결합 플라즈마(ICP;Inductively coupled plasma)가 발생되도록 한다.
여기서, 리드모듈(130)의 내측에는 리브(137)가 설치될 수 있다. 리브(137)는 기판(10)의 대면적화에 따른 장비의 대형화에 따라 리드모듈(10)의 처짐을 방지한다. 리브(137)는 격자 형태로 마련되어 리드프레임(131)의 내측에 결합될 수 있다. 따라서 리드프레임(131)의 내측에는 복수의 영역이 구획되며, 윈도우(133)는 복수로 영역에서 리드프레임(131)과 리브(137)에 의해 지지될 수 있다.
도 2는 제 1실시예에 따른 유도결합 플라즈마 처리장치의 안테나소스를 나타낸 사시도며, 도 3은 제 1실시예에 따른 유도결합 플라즈마 처리장치의 안테나소스를 나타낸 평면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 안테나소스(150)는 한쌍의 안테나(151a, 151b)를 포함하는 안테나부(151) 및 벤딩부재(151c)를 포함한다.
한쌍의 안테나(151a, 151b)는 윈도우(133)의 중심으로부터 외곽을 향하는 나선형으로 배치될 수 있다. 한쌍의 안테나(151a, 151b)는 평면방향으로 서로 이격되며, 동일한 방향의 나선형으로 배치될 수 있다. 한쌍의 안테나(151a, 151b) 사이의 이격거리(d1)는 그 선단부로부터 말단부에 이르기까지 균일할 수 있다.
벤딩부재(151c)는 한쌍의 안테나(151a, 151b)의 선단부를 연결한다. 벤딩부재(151c)는 한쌍의 안테나의 평면방향으로 만곡되는 말발굽 형상을 가진다. 벤딩부재(151c)에는 고주파 전원공급선(10)이 연결된다. 한쌍의 안테나(151a, 151b)의 말단부에는 접지선(20)이 각각 연결된다. 접지선(20)은 리드월(135)에 접속되어 한쌍의 안테나(151a, 151b)가 접지되도록 한다.
상술된 바와 같이 리드프레임(131)의 내측에는 리드모듈(130)의 보강을 위한 리브(137)가 설치되고 리드프레임(131)의 내측에는 리브(137)에 의해 복수의 영역이 구획되므로, 한쌍의 안테나(151a, 151b) 및 벤딩부재(151c)는 복수의 영역에 각각 배치될 수 있다. 따라서 도 3에 도시된 바와 같이, 한쌍의 안테나(151a, 151b)의 말단부에 각각 연결되는 접지선(20)은리드월(135) 및/또는 리브(137)에 연결될 수 있다.
이와 같이 제 1실시예에 따른 유도결합 플라즈마 처리장치(100)는 한쌍의 안테나(151a, 151b)의 선단부가 벤딩부재(151c)에 의해 전기적으로 접속되며, 한쌍의 안테나(151a, 151b)는 균일한 간격으로 이격되고 동일한 방향의 나선형으로 배치된다.
따라서 제 1실시예에 따른 유도결합 플라즈마 처리장치(100)는 단일 안테나가 나선형으로 배치되는 경우에 비해, 안테나의 전 영역에 대하여 임피던스의 변화량이 감소되어 유도결합 플라즈마의 균일도가 향상될 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도결합 플라즈마 처리장치에 대해 설명하도록 한다. 이하의 설명에서는 상술된 제 1실시예에 따른 유도결합 플라즈마 처리장치에서 설명된 구성요소와 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하고, 상세한 설명은 생략하도록 한다. 따라서 이하의 설명에서 상세한 설명이 생략된 구성요소에 대해서는 상술된 설명을 참조하여 이해해야 할 것이다.
제 2실시예
도 4는 제 2실시예에 따른 유도결합 플라즈마 처리장치의 안테나소스를 나타낸 평면도이다.
도 4를 참조하면, 안테나소스(150a)는 제 1안테나부(152)와 제 2안테나부(153)를 포함한다.
제 1안테나부(152)는 한쌍의 제 1안테나(152a, 152b)를 포함하며, 제 2안테나부(153)는 한쌍의 제 2안테나(153a, 153b)를 포함한다. 안테나소스(150a)는 한쌍의 제 1안테나(152a, 152b)를 연결하는 제 1벤딩부재(152c)와 한쌍의 제 2안테나(153a, 153b)를 연결하는 제 2벤딩부재(153c)를 포함한다.
한쌍의 제 1안테나(152a, 152b) 및 한쌍의 제 2안테나(153a, 153b)는 각각 윈도우(133)의 중심으로부터 외곽을 향하는 나선형으로 배치될 수 있다. 한쌍의 제 1안테나(152a, 152b) 및 한쌍의 제 2안테나(153a, 153b)는 각각 평면방향으로 서로 이격되며, 동일한 방향의 나선형으로 배치될 수 있다. 한쌍의 제 1안테나(152a, 152b) 사이의 이격거리(d2) 및 한쌍의 제 2안테나(153a, 153b) 사이의 이격거리(d3)는 각각 그 선단부로부터 말단부에 이르기까지 균일할 수 있다.
제 1벤딩부재(152c)는 한쌍의 제 1안테나(152a, 152b)의 선단부를 연결하며, 제 2벤딩부재(153c)는 한쌍의 제 2안테나(153a, 153b)의 선단부를 연결한다. 제 1벤딩부재(152c)와 제 2벤딩부재(153c)는 각각 한쌍의 제 1안테나(152a, 152b)와 한쌍의 제 2안테나(153a, 153b)의 평면방향으로 만곡되는 말발굽 형상을 가진다. 제 1벤딩부재(152c)와 제 2벤딩부재(153c)에는 제 1고주파 전원공급선(11)과 제 2고주파 전원공급선(12)이 각각 연결된다. 한쌍의 제 1안테나(152a, 152b)의 말단부와 한쌍의 제 2안테나(153a, 153b)의 말단부에는 제 1접지선(21)과 제 2접지선(22)이 각각 연결된다. 제 1접지선(21)과 제 2접지선(22)은 리드월(135) 및/또는 리브(137)에 접속되어 한쌍의 제 1안테나(152a, 152b)와 한쌍의 제 2안테나(153a, 153b)가 접지되도록 한다.
여기서, 한쌍의 제 1안테나(152a, 152b)와 한쌍의 제 2안테나(153a, 153b)는 서로 이격되며, 서로 동일한 방향의 나선형으로 배치될 수 있다. 또한, 한쌍의 제 1안테나(152a, 152b) 사이의 이격거리(d2)와 한쌍의 제 2안테나(153a, 153b) 사이의 이격거리(d3)는 서로 동일할 수 있다. 또한, 한쌍의 제 1안테나(152a, 152b)와 한쌍의 제 2안테나(153a, 153b) 사이의 이격거리(d4)는 그 선단부로부터 말단부까지 균일하며, 한쌍의 제 1안테나(152a, 152b) 사이의 이격거리(d2)와 한쌍의 제 2안테나(153a, 153b) 사이의 이격거리(d3)와 동일할 수 있다.
따라서 제 2실시예에 따른 유도결합 플라즈마 처리장치는 단일 안테나가 나선형으로 배치되는 경우에 비해, 안테나의 전 영역에 대하여 임피던스의 변화량이 감소되어 플라즈마의 균일도가 향상될 뿐만 아니라, 플라즈마의 밀도를 향상시킬 수 있다.
한편, 상술된 설명에서는 설명과 이해의 편의를 위해 벤딩부재는 각각 한쌍의 안테나를 연결하는 것으로 설명하고 있으나, 둘 이상으로 분기되어 둘 이상의 복수의 안테나를 연결할 수 있을 것이다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호 범위에 속하게 될 것이다.
10 : 고주파 전원공급선 20 : 접지선
100 : 유도결합 플라즈마 처리장치 110 : 챔버
130 : 리드모듈 131 : 리드플레임
132 : 라이너 133 : 윈도우
134 : 리드플레이트 135 : 리드월
150 : 안테나소스 151 : 안테나부
151a. 151b ; 안테나 151c : 벤딩부재

Claims (10)

  1. 평면방향으로 서로 이격되고 동일한 방향으로 배치되는 복수의 제 1안테나를 포함하는 제 1안테나부;및
    상기 복수의 제 1안테나의 선단부를 연결하는 제 1벤딩(Bending)부재;를 포함하며,
    상기 제 1벤딩부재에 고주파 전원이 연결되고, 상기 복수의 제 1안테나의 각 말단부가 접지되는 것을 특징으로 하는 하는 유도결합 플라즈마 발생용 안테나소스.
  2. 제 1항에 있어서,
    평면방향으로 서로 이격되고 동일한 방향으로 배치되는 복수의 제 2안테나를 포함하는 제 2안테나부;및
    상기 복수의 제 2안테나의 선단부를 연결하는 제 2벤딩(Bending) 부재;를 더 포함하며,
    상기 제 2안테나부는
    상기 복수의 제 1안테나와 상기 복수의 제 2안테나가 평면방향으로 서로 이격되는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 발생용 안테나소스.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 복수의 제 1안테나 사이의 이격거리 및 상기 복수의 제 2안테나 사이의 이격거리는 동일한 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 발생용 안테나소스.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 복수의 제 1안테나와 상기 복수의 제 2안테나 사이의 이격거리는 상기 복수의 제 1안테나 사이의 이격거리, 또는 상기 복수의 제 2안테나 사이의 이격거리와 동일한 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 발생용 안테나소스.
  5. 상단이 개방되는 챔버;
    상기 챔버의 상단에 결합되는 리드모듈;및
    상기 리드모듈의 내부에 배치되는 안테나소스;를 포함하며,
    상기 안테나소스는
    평면방향으로 서로 이격되고 동일한 방향으로 배치되는 복수의 제 1안테나를 포함하는 제 1안테나부;및
    상기 복수의 제 1안테나의 선단부를 연결하는 제 1벤딩(Bending) 부재;를 포함하며,
    상기 제 1벤딩부재에 고주파 전원이 연결되고, 상기 복수의 제 1안테나의 각 말단부가 접지되는 것을 특징으로 하는 하는 유도결합 플라즈마 처리장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 리드모듈은
    상기 챔버의 상단에 지지되는 리드프레임;
    상기 리드프레임으로부터 상측으로 이격되는 리드플레이트;
    상기 리드프레임과 상기 리드플레이트의 사이에 배치되고 상기 리드프레임으로부터 상기 리드플레이트의 테두리부를 지지하는 리드월;및
    상기 리드프레임에 지지되는 유전체의 윈도우;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 처리장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 안테나소스는
    평면방향으로 서로 이격되고 동일한 방향으로 배치되는 복수의 제 2안테나를 포함하는 제 2안테나부;및
    상기 복수의 제 2안테나의 선단부를 연결하는 제 2벤딩(Bending) 부재;를 더 포함하며,
    상기 제 2안테나부는
    상기 복수의 제 1안테나와 상기 복수의 제 2안테나가 평면방향으로 서로 이격되는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 처리장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 복수의 제 1안테나의 말단부와 상기 복수의 제 2안테나의 말단부는 상기 리드월에 접지되는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 처리장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 복수의 제 1안테나 사이의 이격거리 및 상기 복수의 제 2안테나 사이의 이격거리는 동일한 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 처리장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 복수의 제 1안테나와 상기 복수의 제 2안테나 사이의 이격거리는 상기 복수의 제 1안테나 사이의 이격거리, 또는 상기 복수의 제 2안테나 사이의 이격거리와 동일한 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 처리장치.
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