KR20070050111A - 균일한 온도제어를 위한 정전척 및 이를 포함하는 플라즈마발생장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 금속재질의 몸체; 상기 몸체에 연결되는 RF 전력공급라인 상기 몸체의 상면에 적층되는 제 1 절연층; 상기 제 1 절연층의 상면에 적층되며, PTC(Positive temperature coefficient) 소자로 제조되는 발열판; 상기 발열판에 전력을 공급하는 발열판 전력공급라인; 상기 제 1 절연층 상면에 적층되며, 상기 발열판의 상면 및 주변부를 커버하는 제2 절연층; 상기 제2 절연층의 상면에 적층되는 DC 전극; 상기 DC 전극에 연결되는 DC 전력공급라인; 상기 제 2 절연층 상부에 적층되고, 상기 DC 전극의 상면 및 주변부를 커버하며, 상부면에는 기판이 안치되는 제 3 절연층을 포함하는 정전척을 제공한다.
본 발명에 따르면, 플라즈마 발생장치에서 기판의 전면적을 고르게 가열할 수 있을 뿐만 아니라 별다른 제어장치 없이 온도제어를 정밀하게 수행할 수 있다.
정전척, 발열판, PTC
Description
도 1은 일반적인 플라즈마 발생장치의 개략 구성도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 개략 구성도
도 3은 PTC소자의 특성을 나타낸 도면
도 4는 다수의 발열판을 예시한 도면
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100 : RIE장치 110 : 챔버
120 : 정전척 121 : 정전척몸체
122 : 제1 절연층 123 : 발열판
124 : 제2 절연층 125 : DC 전극
126 : 제3 절연층 130 : 가스분배판
132 : 가스공급관 140 : RF전원
142 : 매처 150 : DC전원
152 : 제1 필터 160 : 발열판 전원
162 : 제2 필터 164 : 트랜스포머
170 : 포커스링 180 : 배기구
190 : 절연부재
본 발명은 반도체소자 또는 액정표시장치 등의 평면표시장치를 제조하기 위해 플라즈마를 이용하여 글래스 또는 웨이퍼(이하 '기판'이라 함)를 처리하는 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체소자나 평면표시장치를 제조하기 위해서는 기판에 특정 물질의 박막을 증착하는 박막증착공정, 감광성 물질을 사용하여 이들 박막 중 선택된 영역을 노출 또는 은폐시키는 포토리소그라피 공정, 선택된 영역의 박막을 제거하여 목적하는 대로 패터닝하는 식각(etching)공정 등을 거치게며, 이들 각 공정은 해당공정을 위해 최적의 환경으로 설계된 챔버 내부에서 진행된다.
최근에는 원료물질에 RF전원을 인가하여 발생하는 플라즈마 내의 이온 및 활성종을 이용하여 기판에 대한 식각 또는 박막증착을 수행하는 플라즈마 발생장치가 널리 사용되고 있다.
도 1은 반도체 제조장치 중에서 플라즈마를 이용하여 기판을 식각하는 반응 성 이온 식각(RIE : Reactive Ion Etching) 장치의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
이를 살펴보면, 상기 RIE장치(10)는 일정한 반응영역을 정의하는 챔버(11), 상기 챔버(11)의 내부에 위치하며 상면에 기판(s)을 안치하는 정전척(20), 상기 정전척(20)의 상부로 원료물질을 분사하는 가스분배판(30), 상기 가스분배판(30)의 내부로 원료물질을 공급하는 가스공급관(32), 챔버(11)의 하부에 형성되어 잔류가스를 배기하는 배기구(70)를 포함한다.
정전척(20)은 알루미늄 재질의 몸체(21)와 몸체(21)의 상부에 결합되는 세라믹 재질의 절연판(22)을 포함하며, 기판(s)은 상기 절연판(22)의 상면에 안치된다.
절연판(22)의 내부에는 DC 전극(23)이 설치되는데, DC 전극(23)은 통상 텅스텐(W) 재질로 제조되며 DC전원(50)에 연결되어 정전기력을 발생시킴으로써 상부의 기판(s)을 안정적으로 유지하는 역할을 한다.
또한 정전척(20)의 내부에는 도시된 바와 같은 코일형의 히터(24)를 설치하거나 고온의 열매를 유동시키는 유로를 설치할 수 있는데, 이는 식각공정에서도 기판(s)을 소정 온도로 가열할 필요가 있기 때문이다.
정전척(20)의 주변부에 결합하는 포커스링(60)은 세라믹 재질로 제조되며, 플라즈마의 영역을 기판(s)의 외측부위까지 확장함으로써 기판(s)의 표면전체가 균일한 플라즈마 영역에 포함될 수 있도록 한다.
상기 정전척 몸체(21)에는 RF전원(40)이 연결되고, 챔버(11)는 통상 접지되므로 정전척 몸체(21)와 챔버(11)는 절연부재(80)를 이용하여 절연된다.
RF전원(40)과 정전척 몸체(21)의 사이에는 최대 전력을 공급하기 위해 임피던스를 정합시키는 매처(42)가 설치된다.
이러한 구성을 가지는 RIE장치(10)의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
먼저 미도시된 도어를 통해 반입된 기판(s)이 정전척(20)의 절연판(22)상면에 안치되면, DC 전극(23)에서 발생되는 정전기력을 이용하여 기판(s)을 절연판(22)에 흡착시키고 진공펌핑을 통해 공정분위기를 조성한다.
이어서 가스분배판(30)을 통해 기판(s)의 상부로 원료물질을 분사함과 동시에 RF전원(40)을 통해 정전척(20)에 RF전력을 인가한다.
정전척(20)에 인가된 RF전력은 정전척(20)과 챔버(11) 사이에서 RF전기장을 발생시키고, 이 RF 전기장에 의해 가속된 전자가 중성기체와 충돌함으로써 이온 및 활성종을 포함하는 플라즈마를 발생시키며, 이렇게 생성된 이온과 활성종은 기판(s)으로 입사하여 표면을 식각한다.
그런데 정전척(20)의 내부에 설치된 히터(24)는 약 100℃ 정도의 온도로 기판(s)을 가열하게 되는데, 히터(24)가 코일 형태이기 때문에 기판(s)의 전면적을 균일하게 가열하는 데는 일정한 한계를 가질 수밖에 없고, 기판(s)이 일정한 온도를 유지하도록 정밀하게 제어하는 것도 용이하지 않다는 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기판의 전면적을 고르 게 가열할 수 있을 뿐만 아니라 그 온도를 정밀하게 제어할 수 있는 정전척과 플라즈마 발생장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 금속재질의 몸체; 상기 몸체에 연결되는 RF 전력공급라인; 상기 몸체의 상면에 적층되는 제 1 절연층; 상기 제 1 절연층의 상면에 적층되며, PTC(Positive temperature coefficient) 소자로 제조되는 발열판; 상기 발열판에 전력을 공급하는 발열판 전력공급라인; 상기 제 1 절연층 상면에 적층되며, 상기 발열판의 상면 및 주변부를 커버하는 제2 절연층; 상기 제2 절연층의 상면에 적층되는 DC 전극; 상기 DC 전극에 연결되는 DC 전력공급라인; 상기 제 2 절연층 상부에 적층되고, 상기 DC 전극의 상면 및 주변부를 커버하며, 상부면에는 기판이 안치되는 제 3 절연층을 포함하는 정전척을 제공한다.
상기 발열판은 60도 내지 120도 범위에서 소정 온도를 유지하는 것이 바람직하다.
상기 발열판 전력공급라인은, 접지된 발열판 전원으로부터 2차유도된 전력을 공급하는 것이 바람직하며, 이때 상기 발열판 전력공급라인에는 상기 발열판 전원의 주파수만 통과시키는 필터가 더 설치될 수 있다.
상기 발열판은 상기 제 1 절연층의 상면 중심부에 적층되는 제 1 발열판과 상기 제 1 발열판의 외곽에 적층되는 제 2 발열판을 포함하며, 상기 발열판 전력공급라인은 상기 제 1 발열판에 전력을 공급하는 제 1 발열판 전력공급라인과 상기 제2 발열판에 전력을 공급하는 제 2 발열판 전력공급라인을 포함하며, 상기 제2 절연층은 상기 제 1 발열판과 상기 제 2 발열판의 상면 및 주변부를 커버한다.
이때 상기 제1 발열판과 상기 제2 발열판은 60도 내지 120도 범위에서 소정 온도를 유지하는 것이 바람직하며, 상기 제1 발열판 전력공급라인은 접지된 제 1 발열판 전원으로부터 2차 유도된 전력을 공급하고, 상기 제2 발열판 전력공급라인은 접지된 제2 발열판 전원으로부터 2차 유도된 전력을 공급하는 것이 바람직하다.
또한 상기 제 1 발열판 전력공급라인과 상기 제 2 발열판 전력공급라인에는 각각 상기 제 1 발열판 전원과 상기 제 2 발열판 전원의 주파수만 통과시키는 필터가 더 설치될 수 있다.
또한 상기 정전척은, 상기 제 1 절연층의 상면과 상기 제 2 발열판의 외곽에 적층되며 PTC 소자로 제조되는 제 3 발열판; 상기 제 3 발열판에 전력을 공급하는 제 3 발열판 전력공급라인을 더 포함할 수 있으며, 이때 상기 제2 절연층은 상기 제 1 발열판, 상기 제 2 발열판 및 상기 제 3 발열판의 상면 및 주변부를 커버한다.
또한 본 발명은, 내부에 반응공간을 형성하는 챔버; 상기 챔버의 내부에 위치하며, 내부에 DC 전극과 PTC 소자로 이루어진 발열수단을 가지는 기판안치수단; 상기 DC 전극에 연결되는 DC 전원 상기 발열수단에 연결되는 발열수단 전원; 상기 기판안치수단에 연결되는 RF 전원; 상기 기판안치수단의 상부로 원료물질을 공급하는 가스공급수단을 포함하는 플라즈마 발생장치를 제공한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 RIE장치(100)를 개략적으로 도시한 단면도로서, 반응공간을 정의하는 챔버(110), 챔버(100)의 내부에 위치하며 기판(s)을 안치하는 정전척(120), 정전척(120)의 주위에 설치되는 포커스링(170), 정전척(120)의 상부에 설치되며 가스공급관(132)에 연결되는 가스분배판(130), 챔버(110)의 하부에 형성되는 배기구(180), 정전척(120)과 챔버(110)를 전기적으로 절연시키는 절연부재(190)를 포함하는 점에서는 종래와 공통된다.
본 발명의 실시예에 따른 RIE장치(100)는 정전척(120)의 내부에 종래의 코일형 히터가 아닌 평판형태의 발열판(123)이 내장되는 점에 특징이 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 정전척(120)은 알루미늄 재질의 정전척몸체(121)와 그 상부에 적층되는 절연층으로 이루어지는데, 상기 절연층의 내부에 DC 전극(125)뿐만 아니라 발열판(123)이 내장된다.
구체적으로는, 정전척몸체(121)의 상면에 제1 절연층(122)을 적층하고, 제1 절연층(122)의 상면에 히터역할을 하는 발열판(123)을 적층한다. 그리고 발열판(123)의 상면과 주변부를 제2 절연층(124)을 이용하여 커버하고, 제2 절연층(124)의 상면에는 텅스텐 재질의 DC 전극(125)과 이를 커버하는 제3 절연층(126)을 적층한다.
제1,2,3 절연층(122,124,126)은 세라믹 재질의 절연체로 이루어지며, 각 절연층은 서로 동일한 재질일 수도 있고, 서로 다른 종류일 수도 있다.
상기 발열판(123)은 상부에 안치되는 기판(s)보다 넓거나 적어도 같은 면적을 가지는 판 형태로서, 본 발명에서는 온도에 따라 저항이 달라지는 서미스터(thermistor)를 이용하여 제조하고, 특히 온도에 따라 저항이 높아지는 정온도 계수(PTC: Positive Temperature coefficient) 특성을 가진 소자를 이용하는 점에 특징이 있다.
PTC소자는 도 3에 도시된 바와 같이 소정 온도 범위에서는 온도에 비례하여 저항이 갑자기 커지는 성질을 가진다.
따라서 발열판(123)으로 이용되는 경우에 발열판(123)의 온도가 상승하면 저항이 매우 높아져서 전류가 줄어들게 되고 이에 따라 발열량이 낮아진다. 또한 온도가 하강하면 저항이 낮아져서 전류량 증가로 인해 다시 발열량이 높아진다.
따라서 PTC소자는 이러한 메커니즘을 통해 온도를 일정하게 유지할 수 있으며, 이를 이용하면 복잡한 제어회로를 이용하지 않고도 기판(s)의 온도를 일정하게 유지할 수 있는 장점이 있다.
PTC소자의 재료로는 비교적 고온에서도 적용이 가능한 티탄산바륨(BaTiO3)계 세라믹이 주로 이용되며, 본 발명에서는 기판(s)의 온도를 60 내지 120℃ 범위 내의 소정 온도에서 일정하게 유지시키는데 목적을 두고 있다.
이와 같이 세라믹 재질의 발열판(123)이 세라믹 재질의 절연층 내부에 내장됨으로써 비슷한 열팽창계수 때문에 절연층의 내열성이 높아지는 효과도 있다.
한편, 정전척몸체(121)는 RF전원(140)에 연결되며, RF전원(140)의 출력단에 는 임피던스 정합을 위한 매처(142)가 연결된다.
DC 전극(125)은 DC전원(150)에 연결되며, RF전원(140)과 DC전원(150)을 전기적으로 격리시켜 장치를 안정적으로 동작시키기 위해 DC전원(150)의 출력단에 제1 필터(152)를 설치한다. 제1 필터(152)는 고주파신호 또는 잡음을 제거하는 일종의 저역통과필터(LPF: Low Pass Filter) 이다.
발열판(123)에는 발열판 전원(160)이 연결되는데, 본 발명에서는 60Hz의 220V 또는 100V 의 전원을 이용한다. 상기 발열판 전원(160)의 출력단에는 RF전원(140)과의 전기적 간섭을 피하기 위하여 제2 필터(162)를 설치한다. 제2 필터(162)는 발열판 전원(160)의 주파수만을 통과시키는 일종의 대역통과필터(BPF: Band Pass Filter)이다.
한편 발열판 전원(160)을 보호하기 위해 제2 필터(162)와 발열판 전원(160) 사이에 트랜스포머(164)를 설치하여 발열판(123)에는 2차 유도된 전력이 공급되도록 할 수도 있다.
이상에서는 절연층 내부에 하나의 발열판이 내장되는 경우를 설명하였으나, 기판(s)의 중심부, 중간영역, 가장자리에 대해 국부적으로 정밀한 온도제어가 필요한 경우에는 2 이상의 발열판(123)을 설치할 수도 있다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 절연층(122)의 상면 중앙부에 원형의 제1 발열판(123a)을 적층하고, 제1 발열판(123a)의 외곽에 링 형상의 제2 발열판(123b)을 적층할 수 있다. 또한 필요한 경우에는 제2 발열판(123b)의 외곽에 링 형상의 제3 발열판(123c)을 더 적층할 수도 있다.
제1,2,3 발열판(123a,123b, 123c)을 이와 같이 원형으로 도시한 것은 반도체제조장치의 경우에 대한 것이고, 유리기판을 처리하는 액정표시소자의 제조장치인 경우에는 사각형 및 사각링 형태의 발열판으로 제조될 수도 있다.
이때 제1,2,3 발열판(123a,123b, 123c)에는 별도의 발열판 전원이 연결되는 것이 바람직하며, 각 발열판 전원의 출력단에는 전술한 바와 같이 대역통과필터가 설치되는 것이 바람직하다.
이와 같이 2 이상의 발열판(123)이 제1 절연층(122)의 상면에 적층되는 경우에도 제1,2,3 발열판(123a,123b, 123c)의 상면과 주변부는 제2 절연층(124)에 의해 완전히 커버되어야 함은 물론이다.
이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 RIE장치(100)의 동작을 설명한다.
먼저 미도시된 도어를 통해 반입된 기판(s)이 정전척(120)의 제3절연층(126) 상면에 안치되면, DC 전극(125)에서 발생되는 정전기력을 이용하여 기판(s)을 정전척(120)에 흡착시키고 진공펌핑을 통해 공정분위기를 조성한다.
이때 DC 전극(125)의 하부에 위치하는 발열판(123)이 발열판 전원(160)에 의해 가열되어 기판(s)을 소정온도로 유지한다.
이어서 가스분배판(130)을 통해 기판(s)의 상부로 원료물질을 분사함과 동시에 RF전원(140)을 통해 정전척(120)에 RF전력을 인가한다.
정전척(120)에 인가된 RF전력은 정전척(120)과 챔버(110) 사이에서 RF전기장 을 발생시키고, 이 RF 전기장에 의해 가속된 전자가 중성기체와 충돌함으로써 이온 및 활성종을 포함하는 플라즈마를 발생시키며, 이렇게 생성된 이온과 활성종은 기판(s)으로 입사하여 표면을 식각한다.
이상에서는 RIE장치를 예시하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 플라즈마를 이용한 박막증착장치에도 적용될 수 있으며 반도체 제조장치 뿐만 아니라 액정표시소자(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출표시소자(Field Emission Display, FED), 유기발광다이오드소자(Organic Light Emitting Diode Device, OLED) 등의 평면표시소자를 제조하는 장치에도 유용하게 적용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 플라즈마 발생장치에서 기판의 전면적을 고르게 가열할 수 있을 뿐만 아니라 별다른 제어장치 없이 온도제어를 정밀하게 수행할 수 있다.
Claims (10)
- 금속재질의 몸체;상기 몸체에 연결되는 RF 전력공급라인;상기 몸체의 상면에 적층되는 제 1 절연층;상기 제 1 절연층의 상면에 적층되며, PTC(Positive temperature coefficient) 소자로 제조되는 발열판;상기 발열판에 전력을 공급하는 발열판 전력공급라인;상기 제 1 절연층 상면에 적층되며, 상기 발열판의 상면 및 주변부를 커버하는 제2 절연층;상기 제2 절연층의 상면에 적층되는DC 전극;상기 DC 전극에 연결되는 DC 전력공급라인;상기 제 2 절연층 상부에 적층되고, 상기 DC 전극의 상면 및 주변부를 커버하며, 상부면에는 기판이 안치되는 제 3 절연층을 포함하는 정전척
- 제1항에 있어서,상기 발열판은 60도 내지 120도 범위에서 소정 온도를 유지하는 정전척
- 제1항에 있어서,상기 발열판 전력공급라인은, 접지된 발열판 전원으로부터 2차 유도된 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 정전척
- 제3항에 있어서,상기 발열판 전력공급라인에는 상기 발열판 전원의 주파수만 통과시키는 필터가 더 설치되는 것을 특징으로하는 정전척
- 제1항에 있어서,상기 발열판은 상기 제 1 절연층의 상면 중심부에 적층되는 제 1 발열판과 상기 제 1 발열판의 외곽에 적층되는 제 2 발열판을 포함하며,상기 발열판 전력공급라인은 상기 제 1 발열판에 전력을 공급하는 제 1 발열판 전력공급라인과 상기 제2 발열판에 전력을 공급하는 제 2 발열판 전력공급라인을 포함하며,상기 제2 절연층은 상기 제 1 발열판과 상기 제 2 발열판의 상면 및 주변부를 커버하는 것을 특징으로 하는 정전척
- 제5항에 있어서,상기 제1 발열판과 상기 제2 발열판은 60도 내지 120도 범위에서 소정 온도를 유지하는 정전척
- 제5항에 있어서,상기 제1 발열판 전력공급라인은 접지된 제 1 발열판 전원으로부터 2차유도된 전력을 공급하고,상기 제2 발열판 전력공급라인은 접지된 제2 발열판 전원으로부터 2차 유도된 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 정전척
- 제7항에 있어서,상기 제 1 발열판 전력공급라인과 상기 제 2 발열판 전력공급라인에는 각각 상기 제 1 발열판 전원과 상기 제 2 발열판 전원의 주파수만 통과시키는 필터가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 정전척
- 제5항에 있어서,상기 정전척은,상기 제 1 절연층의 상면과 상기 제 2 발열판의 외곽에 적층되며 PTC 소자로 제조되는 제 3 발열판;상기 제 3 발열판에 전력을 공급하는 제 3 발열판 전력공급라인을 더 포함하며,상기 제2 절연층은 상기 제 1 발열판, 상기 제 2 발열판 및 상기 제 3 발열판의 상면 및 주변부를 커버하는 것을 특징으로 하는 정전척
- 내부에 반응공간을 형성하는 챔버;상기 챔버의 내부에 위치하며, 내부에 DC 전극과 PTC 소자로 이루어진 발열수단을 가지는 기판안치수단;상기 DC 전극에 연결되는 DC 전원;상기 발열수단에 연결되는 발열수단 전원;상기 기판안치수단에 연결되는 RF 전원;상기 기판안치수단의 상부로 원료물질을 공급하는 가스공급수단을 포함하는 플라즈마 발생장치
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Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
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| CN104681462A (zh) * | 2013-11-29 | 2015-06-03 | 中微半导体设备(上海)有限公司 | 静电卡盘加热测温电路及等离子体反应装置 |
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| US11688590B2 (en) | 2018-03-26 | 2023-06-27 | Ngk Insulators, Ltd. | Electrostatic-chuck heater |
-
2005
- 2005-11-10 KR KR1020050107265A patent/KR20070050111A/ko not_active Ceased
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