KR20200013985A - Apparatus for processing substrate using multiple plasma - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로서, 공정 챔버 내부에서 하나의 독립 전원을 이용하여 발생시킨 리모트 플라즈마, 할로우 캐소드 플라즈마 및 다이렉트 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 복수의 플라즈마를 이용한 기판처리장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a substrate processing apparatus, and more particularly, to a substrate processing apparatus using a plurality of plasmas for processing a substrate using a remote plasma, a hollow cathode plasma, and a direct plasma generated using one independent power source in a process chamber. .
일반적으로 반도체 소자, 평판 디스플레이 또는 박막형 태양전지, OLED 디스플레이 등을 제조하기 위해서는 기판 표면에 소정의 박막층, 박막회로패턴, 또는 광학적 패턴을 형성해야 하며, 이를 위해서는 기판에 특정 물질의 박막을 증착하는 박막 증착 공정, 감광성 물질을 사용하여 박막을 선택적으로 노출시키는 포토 공정, 선택적으로 노출된 부분의 박막을 제거하여 패턴을 형성하는 식각 공정 등의 반도체 제조 공정을 수행하게 된다.In general, in order to manufacture a semiconductor device, a flat panel display or a thin film solar cell, an OLED display, a predetermined thin film layer, a thin film circuit pattern, or an optical pattern must be formed on a surface of a substrate. Semiconductor manufacturing processes such as a deposition process, a photo process for selectively exposing the thin film using a photosensitive material, and an etching process for forming a pattern by removing the thin film of the selectively exposed portion are performed.
이러한 반도체 제조공정은 해당 공정을 위해 최적의 환경으로 설계된 기판 처리 장치의 내부에서 진행되며, 최근에는 플라즈마를 이용하여 증착 또는 식각 공정을 수행하는 기판처리장치가 많이 사용되고 있다.Such a semiconductor manufacturing process is performed inside a substrate processing apparatus designed for an optimal environment for a corresponding process, and recently, a substrate processing apparatus for performing a deposition or etching process using plasma has been widely used.
플라즈마를 이용한 기판처리장치에는 플라즈마를 이용하여 박막을 형성하는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장치와 박막을 식각하여 패터닝하는 플라즈마 식각 장치 등이 있다.Plasma substrate processing apparatuses include a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) apparatus for forming thin films using plasma, and a plasma etching apparatus for etching and patterning thin films.
도 1은 종래 기술에 의한 플라즈마를 이용한 기판처리장치의 일 실시예를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a substrate processing apparatus using a plasma according to the prior art.
도 1을 참조하면, 일반적인 기판 처리 장치는 챔버(10), 플라즈마 전극(20), 서셉터(30) 및 가스 분사 수단(40)을 구비한다.Referring to FIG. 1, a general substrate processing apparatus includes a
챔버(10)는 기판 처리 공정을 위한 반응 공간을 제공한다. 이때, 챔버(10)의 일측 바닥면은 반응 공간을 배기시키기 위한 배기구(12)에 연통된다.
플라즈마 전극(20)은 반응 공간을 밀폐하도록 챔버(10)의 상부에 설치된다. 플라즈마 전극(20)의 일측은 전원 케이블을 통해 RF(Radio Frequency) 전원(22)에 전기적으로 접속된다. 이때, RF 전원(22)은 RF 전력을 생성하여 플라즈마 전극(20)에 공급한다. 또한, 플라즈마 전극(20)의 중앙 부분은 기판 처리 공정을 위한 공정 가스를 공급하는 가스 공급관(26)에 연통된다.The
서셉터(30)는 챔버(10)의 내부에 설치되어 외부로부터 로딩되는 기판(S)을 지지한다. 이러한 서셉터(30)는 플라즈마 전극(20)에 대향되는 대향 전극으로써, 서셉터(30)를 지지하는 지지축(32)을 통해 전기적으로 접지된다. 이때, 지지축(32)은 지지축(32)과 챔버(10)의 하면을 밀봉하는 벨로우즈(34)에 의해 둘러 싸여진다.The
가스 분사 수단(40)은 서셉터(30)에 대향되도록 플라즈마 전극(20)의 하부에 설치된다. 상기 가스 분사 수단(40)과 플라즈마 전극(20) 사이에는 플라즈마 전극(20)을 관통하는 가스 공급관(26)으로부터 공급되는 공정 가스가 공급되는 가스 버퍼 공간(42)이 형성된다. 이때, 공정 가스는 기판(S) 상에 소정의 박막을 형성하기 위한 소스 가스와 반응 가스가 혼합된 형태로 이루어져 상기 가스 버퍼 공간(42)에 공급된다. 이러한, 가스 분사 수단(40)은 가스 버퍼 공간(42)에 연통된 복수의 가스 분사 홀(44)을 통해 공정 가스를 반응 공간에 분사한다.The gas injection means 40 is installed below the
이와 같은, 일반적인 기판 처리 장치는 기판(S)을 서셉터(30)에 로딩시킨 다음, 챔버(10)의 반응 공간에 소정의 공정 가스를 분사하면서 플라즈마 전극(20)에 RF 전력을 공급하여 가스 분사 수단(40)과 서셉터(30) 사이에 플라즈마 방전(P)을 형성함으로써 플라즈마 방전(P)에 의해 이온화되는 공정 가스의 분자들을 기판(S)에 증착시켜 기판(S) 상에 소정의 박막을 형성한다.In such a general substrate processing apparatus, the substrate S is loaded into the
그러나, 일반적인 기판 처리 장치는 상기 공정 가스가 분사되는 공간과 상기 플라즈마 방전(P)이 형성되는 공간이 동일하기 때문에, 플라즈마 방전(P)이 기판(S) 위에서 이루어지고, 그에 따라, 플라즈마 방전(P)에 의해서 기판(S)이 손상되고 막질이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 일반적인 기판 처리 장치는 플라즈마 방전(P)에 의해 이온화된 공정 가스가 가스 분사 홀(44)의 주변에 증착되어 파우더 성분의 이상 박막이 형성되고, 상기 이상 박막이 기판에 떨어지는 파티클을 유발시키는 문제점이 있다.However, in the general substrate processing apparatus, since the space in which the process gas is injected and the space in which the plasma discharge P is formed are the same, the plasma discharge P is made on the substrate S, and thus, the plasma discharge ( There is a problem that the substrate S is damaged and the film quality is degraded by P). In addition, in a general substrate processing apparatus, a process gas ionized by plasma discharge (P) is deposited around the
이러한 문제를 해결하기 위해 플라즈마 영역이 기판으로부터 떨어져 있는 리모트 플라즈마(Remote Plasma)를 이용한 기판처리장치가 사용되고 있으나 대 면적에 균일한 박막을 형성하는데 적합하지 아니한 단점이 있다. In order to solve this problem, a substrate processing apparatus using a remote plasma in which the plasma region is separated from the substrate is used, but there is a disadvantage in that it is not suitable for forming a uniform thin film in a large area.
도 2는 종래 기술에 의한 플라즈마를 이용한 기판처리장치의 다른 일 실시예를 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing another embodiment of a substrate processing apparatus using plasma according to the prior art.
도 2에 도시된 기판 처리 장치는 공정 챔버, 기판 지지부 및 공정 챔버와 분리된 플라즈마 챔버를 구비하고 플라즈마 챔버에서 플라즈마를 발생시킨 후 공정 챔버로 공급하여 박막을 형성하는 기판처리장치를 나타내고 있다.The substrate processing apparatus shown in FIG. 2 is a substrate processing apparatus including a process chamber, a substrate support, and a plasma chamber separated from the process chamber, and generating a plasma from the plasma chamber and supplying the plasma to the process chamber to form a thin film.
도 2에 도시된 기판 처리 장치는 상단플레이트(701)를 이용하여 반응 공간을 플라즈마 발생 챔버(355)와 기판 처리 영역(302)으로 구분하고 각각의 영역에 플라즈마를 발생시키기 위한 전력소스(393, 703, 505)를 구비하고 있다.The substrate processing apparatus shown in FIG. 2 uses a
즉, 기판 처리 장치의 외부에 매칭회로(393)를 구비하여 플라즈마 발생 챔버(355) 내에 유도 결합 플라즈마를 형성하고, 전력소스(703)로부터 전원을 공급받아 상단 플레이트(701)의 내부에 할로우 캐소드 플라즈마를 형성하고 있다. 또한 전력소스(505)로부터 전원을 공급받아 전극(601)과 기판지지부(303) 사이에서 용량 결합 플라즈마를 형성하고 있다.That is, a
이와 같이 종래의 기판 처리 장치는 복수의 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하기 위해서는 그에 대응되는 플라즈마 전력 소스를 구비하여야 하며 이로 인해 장치가 더욱 복잡해지고 장치를 플라즈마 전력 소스를 개별적으로 제어하는 것이 더욱 어려워지는 문제가 있다.As described above, in order to process a substrate using a plurality of plasmas, the conventional substrate processing apparatus has a corresponding plasma power source, which makes the device more complicated and makes it more difficult to control the plasma power source individually. there is a problem.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 기판처리장치에서 플라즈마를 이용하여 기판을 처리할 때 단일의 플라즈마 전원 공급부를 이용하여 복수의 플라즈마를 발생시킴으로써 기판처리장치의 구조를 단순화하고 플라즈마 전원 공급부를 용이하게 제어할 수 있는 복수의 플라즈마를 이용한 기판처리장치를 제공하는데 있다.The problem to be solved by the present invention is to simplify the structure of the substrate processing apparatus and to easily control the plasma power supply by generating a plurality of plasma using a single plasma power supply when processing the substrate using the plasma in the substrate processing apparatus The present invention provides a substrate processing apparatus using a plurality of plasmas.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따른 복수의 플라즈마를 이용한 기판처리장치는, 반응공간을 제공하는 공정 챔버; 상기 공정 챔버의 내부에 설치되어 기판을 지지하는 기판 지지부: 상기 공정 챔버의 상부를 덮는 챔버 리드; 상기 챔버 리드의 하면에 설치되어 공정가스를 상기 기판에 분사하는 가스 분사 모듈; 상기 가스 분사 모듈에 상기 공정가스를 공급하는 가스 공급 모듈; 및 상기 복수의 플라즈마를 형성하기 위한 플라즈마 전원을 생성하여 공급하는 단일의 플라즈마 전원 공급부를 구비하는 것을 특징으로 한다.Substrate processing apparatus using a plurality of plasma according to an embodiment of the present invention for achieving the technical problem, a process chamber for providing a reaction space; A substrate support installed in the process chamber to support a substrate, the chamber lid covering an upper portion of the process chamber; A gas injection module installed on a lower surface of the chamber lid to inject a process gas to the substrate; A gas supply module supplying the process gas to the gas injection module; And a single plasma power supply for generating and supplying plasma power for forming the plurality of plasmas.
본 발명에 따른 복수의 플라즈마를 이용한 기판처리장치에 의하면, 단일의 플라즈마 전원 공급부를 통해 플라즈마 전원을 공급하여 챔버 내부의 복수의 플라즈마 영역에서 복수의 플라즈마를 발생시켜 반응 가스 및 소스 가스를 해리시킨 후 반응공간에 분사하여 기판을 처리함으로써 기판처리장치 자체의 구조를 단순화하고 플라즈마 전원 공급부를 용이하게 제어할 수 있는 효과가 있다.According to the substrate processing apparatus using a plurality of plasma according to the present invention, by supplying plasma power through a single plasma power supply unit to generate a plurality of plasma in a plurality of plasma region inside the chamber to dissociate the reaction gas and source gas By treating the substrate by spraying the reaction space, the structure of the substrate processing apparatus itself can be simplified and the plasma power supply can be easily controlled.
도 1은 종래 기술에 의한 기판처리장치의 일 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 2는 종래 기술에 의한 기판처리장치의 다른 일 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 복수의 플라즈마를 이용한 기판처리장치의 일 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 복수의 플라즈마를 이용한 기판처리장치의 "A"부분의 확대도이다.
도 5는 본 발명에 의한 복수의 플라즈마를 이용한 기판처리장치에서 제1 플라즈마 영역을 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명에 의한 복수의 플라즈마를 이용한 기판처리장치에서 제2 플라즈마 영역을 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명에 의한 복수의 플라즈마를 이용한 기판처리장치에서 제3 플라즈마 영역을 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명에 의한 복수의 플라즈마를 이용한 기판처리장치에서 제1 내지 제3 플라즈마 영역을 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a substrate processing apparatus according to the prior art.
2 is a cross-sectional view showing another embodiment of the substrate processing apparatus according to the prior art.
3 is a cross-sectional view showing an embodiment of a substrate processing apparatus using a plurality of plasmas according to the present invention.
4 is an enlarged view of an “A” portion of a substrate processing apparatus using a plurality of plasmas according to the present invention.
5 is a cross-sectional view showing a first plasma region in a substrate processing apparatus using a plurality of plasmas according to the present invention.
6 is a cross-sectional view illustrating a second plasma region in a substrate processing apparatus using a plurality of plasmas according to the present invention.
7 is a cross-sectional view showing a third plasma region in a substrate processing apparatus using a plurality of plasmas according to the present invention.
8 is a cross-sectional view illustrating first to third plasma regions in a substrate processing apparatus using a plurality of plasmas according to the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 의한 복수의 플라즈마를 이용한 기판처리장치의 일 실시예를 나타내는 단면도이고, 도 4는 본 발명에 의한 복수의 플라즈마를 이용한 기판처리장치의 "A"부분의 확대도이며, 도 5 내지 도 8은 본 발명에 의한 복수의 플라즈마를 이용한 기판처리장치에서 제1 내지 제3 플라즈마 영역을 나타내는 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing an embodiment of a substrate processing apparatus using a plurality of plasmas according to the present invention, and FIG. 4 is an enlarged view of part "A" of the substrate processing apparatus using a plurality of plasmas according to the present invention. 5 to 8 are cross-sectional views showing first to third plasma regions in a substrate processing apparatus using a plurality of plasmas according to the present invention.
도 3 내지 도 8에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 복수의 플라즈마를 이용한 기판처리장치(100)는, 공정 챔버(110), 기판 지지부(120), 챔버 리드(130), 가스 분사 모듈(140), 가스 공급 모듈(150, 160) 및 플라즈마 전원 공급부(170)를 구비한다.3 to 8, the
공정 챔버(110)는 기판 처리 공정을 위한 반응 공간(101)을 제공한다. 이때 공정 챔버(110)의 일측 바닥면은 반응 공간(101)을 배기시키기 위한 배기구(112)에 연통된다.The
기판 지지부(120)는 공정 챔버(110) 내부에 설치되며, 복수의 기판(S) 또는 하나의 대면적 기판을 지지한다. 상기 기판 지지부(120)는 공정 챔버(110)의 중앙 바닥면을 관통하는 지지축(122)에 의해 지지된다. 이때, 공정 챔버(110)의 하면 외부로 노출되는 상기의 지지축(122)은 공정 챔버(110)의 하면에 설치되는 벨로우즈(124)에 의해 밀폐된다.The
상기 챔버 리드(130)는 공정 챔버(110)의 상부를 덮도록 설치되어 반응 공간(101)을 밀폐한다. 챔버 리드(130)는 가스 분사 모듈(140)을 지지하며, 가스 분사 모듈(140)이 삽입되어 착탈 가능하게 결합된다.The
상기 챔버 리드(130)의 상면에는 가스 분사 모듈(140)에 제1 가스인 반응 가스(reactant gas)를 공급하기 위한 제1 가스 공급부(150)가 설치된다. 한편, 제2 가스인 소스 가스(source gas)는 챔버 측면에 형성된 제2 가스 공급부(160)로부터 개별적으로 공급된다.A first
공정 챔버(110)의 외부에는 플라즈마 전원을 공급하기 위한 플라즈마 전원 공급부(170)가 설치된다.The plasma power supply unit 170 for supplying plasma power is installed outside the
상기 제 1 가스 공급부(150)는 제1 가스인 반응 가스를 가스 분사 모듈(140)에 공급한다. 반응 가스는 플라즈마 형성을 위한 기체나 부수적 반응을 위한 가스를 말한다. 예를 들어, 상기 반응 가스는 수소(H2),질소(N2),산소(O2),이산화질소(N2O),암모니아(NH3),물(H2O),또는 오존(O3)등으로 이루어질 수 있다.The first
상기 제 2 가스 공급부(160)는 제2 가스인 소스 가스를 가스 분사 모듈(140)에 공급한다. 소스 가스는 형성하고자 하는 박막의 주성분을 포함하는 가스를 말한다. 예를 들어, 상기 소스 가스는 실리콘(Si), 티탄족 원소(Ti, Zr, Hf 등), 또는 알루미늄(Al) 등의 가스로 이루어질 수 있다. 이때, 실리콘(Si) 물질을 포함하는 소스 가스는 실란(Silane; SiH4),디실란(Disilane; Si2H6),트리실란(Trisilane; Si3H8),TEOS(Tetraethylorthosilicate),DCS(Dichlorosilane),HCD(Hexachlorosilane),TriDMAS(Tri-dimethylaminosilane)및 TSA(Trisilylamine) 등이 될 수 있다.The second
상기 플라즈마 전원 공급부(170)는 플라즈마(P)를 형성하기 위한 플라즈마 전원을 생성하여 가스 분사 모듈(140)의 상부 프레임(143) 및 하부 프레임(147)에 각각 공급한다.The plasma power supply unit 170 generates plasma power for forming plasma P and supplies the plasma power to the
이때, 상기 상부 프레임(143)과 상기 하부 프레임(147) 중 어느 하나 또는 상기 상부 프레임(143) 및 상기 하부 프레임(147)과 상기 플라즈마 전원 공급부(170) 사이에는 가변 커패시터(171)가 형성되어 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임에 공급되는 플라즈마 전원의 전류를 달리하고 이로써 상부 프레임과 하부 프레임의 사이에서 전위차를 발생시킬 수 있다.In this case, a variable capacitor 171 is formed between any one of the
이를 통해 하부 프레임(147)과 기판 지지부(120) 사이의 제3 플라즈마 영역(P3) 에서 발생되는 제3 플라즈마 즉, 다이렉트 용량 결합 플라즈마(Direct CCP)의 세기가 상부 프레임(143)과 챔버 리드(130) 사이의 제1 플라즈마 영역(P1)에서 발생되는 제1 플라즈마 즉, 리모트 플라즈마(Remote Plasma)의 세기보다 약하게 함으로써 플라즈마에 의해 기판에 가해지는 손상을 최소화 할 수 있다.As a result, the intensity of the third plasma generated in the third plasma region P3 between the
이때, 상기 플라즈마 전원은 고주파 전력 또는 RF(Radio Frequency) 전력, 예를 들어, LF(Low Frequency) 전력, MF(Middle Frequency), HF(High Frequency) 전력, 또는 VHF(Very High Frequency) 전력이 될 수 있다. 이때, LF 전력은 3㎑ ~ 300㎑ 범위의 주파수를 가지고, MF 전력은 300㎑ ~ 3㎒ 범위의 주파수를 가지고, HF 전력은 3㎒ ~ 30㎒ 범위의 주파수를 가지며, VHF 전력은 30㎒ ~ 300㎒ 범위의 주파수를 가질 수 있다.In this case, the plasma power supply may be high frequency power or radio frequency (RF) power, for example, low frequency (LF) power, middle frequency (MF), high frequency (HF) power, or very high frequency (VHF) power. Can be. In this case, the LF power has a frequency in the range of 3 kHz to 300 kHz, the MF power has a frequency in the range of 300 kHz to 3 MHz, the HF power has a frequency in the range of 3 MHz to 30 MHz, and the VHF power has a frequency in the range of 30 MHz to It may have a frequency in the 300MHz range.
상기 가스 분사 모듈(140)은 상기 기판 지지부(120) 및 상기 챔버 리드(130)에 대향하도록 상기 챔버 리드(130)의 하면에 착탈 가능하게 결합된다.The
상기 가스 분사 모듈(140)은 하부 프레임(147), 상부 프레임(143) 및 절연 플레이트(145)를 구비한다. The
하부 프레임(147)은 복수의 전극 삽입부(147a)를 구비한다.The
상부 프레임(143)은 상기 복수의 전극 삽입부(147a)에 각각 삽입된 복수의 돌출 전극(141)과, 상기 제1 가스 공급라인(152)에 연통되어 상기 제1 가스를 분사하는 제1 가스 분사홀(SH1)과, 상기 복수의 돌출 전극(141)에 형성되어 상기 제2 가스를 분사하는 제2 가스 분사홀(SH2)을 구비한다. The
절연 플레이트(145)는 상기 상부 프레임(143)과 상기 하부 프레임(147)의 사이에 설치되며. 절연 재질, 특히 세라믹 재질로 이루어짐으로써 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임을 절연시킨다.The insulating
한편, 상기 가스 분사 모듈(140)이 챔버 리드(130)와 전기적으로 연결되지 않도록 하기 위해 가스 분사 모듈(140)과 챔버 리드(130)가 접촉하는 부분에는 절연부재(149)가 개재된다.In order to prevent the
상부 프레임(143)은 상기 챔버 리드(130)의 하면에 소정 거리 이격되어 착탈 가능하게 결합된다. 따라서 상기 상부 프레임(143)과 상기 챔버 리드(130)의 하면 사이에는 제1 가스가 균일하게 분배될 수 있도록 제1 가스가 확산되는 공간이 형성되고 이 공간이 제1 플라즈마가 형성되는 제1 플라즈마 영역(P1)이 된다.The
제1 플라즈마 영역(P1)은 상부 프레임(143)과 챔버 리드(130) 사이의 공간으로서, 상기 플라즈마 전원 공급부(170)로부터 상부프레임(143)에 공급되는 플라즈마 전원에 의해 상기 제 1 가스 공급부(150)로부터 공급되는 반응 가스가 해리되어 제1 플라즈마가 형성되는 공간이다.The first plasma region P1 is a space between the
상기 제1 플라즈마 영역(P1)에서 상부 프레임(143)과 상기 챔버 리드(130)의 하면 사이의 거리가 1mm 미만이거나 50mm를 초과하는 경우 플라즈마가 원활하게 발생되지 아니하므로 그 갭이 1mm 내지 50mm가 되도록 하는 것이 바람직하다.When the distance between the lower surface of the
제1 플라즈마는 반응 공간(101)으로부터 멀리 떨어진 제1 플라즈마 영역(P1)에서 발생된 리모트 플라즈마(Remote Plasma)로서, 전원 전극으로 작용하는 상부 프레임(143)과 접지 전극으로 작용하는 챔버 리드(130) 사이에서 발생된 용량 결합 플라즈마(Capacitive Coupling Plasma:CCP)에 해당된다. 상기 제1 플라즈마 영역(P1)에서 해리된 반응 가스는 가스분사모듈(140)의 제1 가스 분사홀(SH1)을 통해 라디칼 형태로 반응 공간(101)에 분사된다.The first plasma is a remote plasma generated in the first plasma region P1 far from the
이와 같이 본 발명에서는 반응 가스가 해리되는 제1 플라즈마 영역(P1)이 기판(S)으로부터 멀리 떨어져 있어서 플라즈마에 의해 기판(S)이 손상을 입거나 기체 상태에서 과다한 반응이 일어나는 것을 방지할 수 있다. As described above, in the present invention, since the first plasma region P1 in which the reactive gas is dissociated is far from the substrate S, it is possible to prevent the substrate S from being damaged by the plasma or an excessive reaction in the gas state. .
본 발명에서는 제1 플라즈마가 용량 결합 플라즈마(Capacitive Coupling Plasma:CCP)인 것으로 설명하였으나 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupling Plasma:ICP) 형태로 구현할 수 있음은 당연하다.In the present invention, the first plasma is described as capacitive coupling plasma (CCP), but it is natural that the first plasma can be implemented in the form of inductively coupled plasma (ICP).
한편, 상부 프레임(143)은 복수의 돌출 전극(141), 복수의 제1 가스 분사홀(SH1) 및 복수의 제2 가스 분사홀(SH2)을 포함한다.The
상기 복수 개의 돌출전극(141)은 상부 프레임(143)의 하면으로부터 상기 기판(S) 쪽으로 돌출되며, 하부 프레임(147)의 전극 삽입부(147a)에 각각 삽입된다. 상기 복수의 돌출 전극(141) 각각은 원 형태 또는 다각형태의 단면을 가지도록 돌출될 수 있다. 예를 들어, 복수의 돌출 전극(141) 각각은 원 기둥 또는 4각 이상의 다각 기둥 형태로 형성될 수 있다.The plurality of protruding
상부 프레임(143)의 돌출전극(141)과 하부 프레임(147)의 전극 삽입부(147a) 사이의 공간으로 제1 가스가 분사되고 이 공간이 제2 플라즈마가 형성되는 제2 플라즈마 영역(P2)이 된다.The second plasma region P2 in which the first gas is injected into the space between the protruding
제2 플라즈마 영역(P2)은 전원 전극으로 작용하는 상부 프레임(143)의 돌출전극(141)과 대향 전극으로 작용하는 하부 프레임(147) 사이의 공간으로서, 상기 플라즈마 전원 공급부(170)로부터 가변 커패시터(171)를 통해 상부 프레임(143) 및 하부 프레임(147)에 전위차를 달리하여 공급되는 플라즈마 전원에 의해 상기 제1 가스가 더욱 해리되어 제2 플라즈마가 형성된다.The second plasma region P2 is a space between the protruding
제2 플라즈마 영역(P2)에서 발생된 제2 플라즈마는 할로우 캐소드 플라즈마(Hollow Cathode Plasma:HCP)로, 제2 플라즈마 영역(P2)에서 해리된 제1 가스는 그대로 반응 공간(101)인 제3 플라즈마 영역(P3)으로 분사된다.The second plasma generated in the second plasma region P2 is a hollow cathode plasma (HCP), and the first plasma dissociated in the second plasma region P2 is the
제1 플라즈마 영역(P1)에서 발생된 제1 플라즈마와 제2 플라즈마 영역(P2)에서 발생된 제2 플라즈마는 모두 반응 공간(101)으로 분사되고, 이 반응 공간(101)은 제3 플라즈마가 발생되는 제3 플라즈마 영역(P3)에 해당된다.Both the first plasma generated in the first plasma region P1 and the second plasma generated in the second plasma region P2 are injected into the
제3 플라즈마 영역(P3)은 하부 프레임(147)과 기판 지지부(120) 사이의 공간으로서, 상기 플라즈마 전원 공급부(170)로부터 하부 프레임(143)에 공급되는 플라즈마 전원에 의해, 제1 플라즈마 영역(P1)에서 먼저 해리된 후 제2 플라즈마 영역(P2)에서 다시 해리되어 라디칼 상태로 분사된 제1 가스에 의해 제2 가스가 해리되어 제3 플라즈마가 형성되며 기판에 박막이 증착되는 공간이다.The third plasma region P3 is a space between the
일반적으로 반응가스인 제1 가스는 소스 가스인 제2 가스보다 무겁고 반응성이 낮아 플라즈마화 시키기 어려운데, 본 발명의 경우 제1 가스를 제1 플라즈마 영역(P1) 및 제2 플라즈마 영역(P2)에서 먼저 해리시킨 후 라디칼 상태로 제3 플라즈마 영역(P3)으로 분사한다. 소스 가스인 제2 가스의 경우 제1 플라즈마 영역(P1) 및 제2 플라즈마 영역(P2)에서 플라즈마화된 제1 가스에 의해 제3 플라즈마 영역(P3)에서 플라즈마화 되어 기판에 증착된다.In general, the first gas, which is the reactive gas, is heavier and less reactive than the second gas, which is the source gas, so that it is difficult to make the plasma. In the present invention, the first gas is first formed in the first plasma region P1 and the second plasma region P2. After dissociation, the atomizer is sprayed into the third plasma region P3 in a radical state. In the case of the second gas, which is the source gas, the first gas is plasma-deposited in the third plasma region P3 by the first gas that is plasma-formed in the first plasma region P1 and the second plasma region P2 and deposited on the substrate.
이에 따라 제1 가스와 제2 가스의 반응성을 향상시키고 제1 가스의 공급 유량을 줄일 수 있으며 균일도를 확보하고 우수한 박막특성을 얻을 수 있게 된다.Accordingly, the reactivity of the first gas and the second gas can be improved, the supply flow rate of the first gas can be reduced, uniformity can be secured, and excellent thin film characteristics can be obtained.
이때, 플라즈마 전원 공급부(170)에서 하부 프레임(147)에 공급되는 플라즈마 전원의 세기를 조절하여 제3 플라즈마의 세기가 제1 플라즈마 및 제2 플라즈마 보다 약하게 생성되도록 함으로써 플라즈마 방전에 의해서 기판에 가해지는 손상을 최소화하는 것이 더욱 바람직하다.At this time, the plasma power supply unit 170 is applied to the substrate by the plasma discharge by adjusting the intensity of the plasma power supplied to the
본 발명은 상부 프레임(143)과 챔버 리드(130) 사이의 제1 플라즈마 영역(P1)에서 리모트 용량 결합 플라즈마(Remote CCP)를 발생시키고, 상부 프레임(143)과 하부 프레임(147) 사이의 제2 플라즈마 영역(P2)에서 할로우 캐소드 플라즈마(HCP)를 발생시키며, 하부 프레임(147)과 기판 지지부(120) 사이의 제3 플라즈마 영역(P3)에서 다이렉트 용량 결합 플라즈마(Direct CCP)를 발생시킴으로써 제1 가스와 제2 가스의 반응성을 향상시키고 이로 인해 박막특성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.The present invention generates a remote capacitively coupled plasma (Remote CCP) in the first plasma region (P1) between the upper frame (143) and the
한편, 본 발명은 이와 같이 복수의 플라즈마 영역에서 복수의 플라즈마를 발생시키는 과정에서 단일의 플라즈마 전원 공급부를 사용하는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, the present invention is characterized by using a single plasma power supply in the process of generating a plurality of plasma in the plurality of plasma regions.
즉, 각각의 플라즈마 발생을 위한 각각의 플라즈마 전원 공급부를 구비하는 대신 단일의 플라즈마 전원 공급부를 구비하고 가변 커패시터를 사용하여 상부 프레임과 하부 프레임에 공급되는 플라즈마 전원의 전류를 조절하여 전위차를 형성함으로써 복수의 플라즈마 영역에서 복수의 플라즈마가 발생되도록 하는 것을 특징으로 한다.That is, instead of having a respective plasma power supply for each plasma generation, having a single plasma power supply and forming a potential difference by adjusting the current of the plasma power supplied to the upper frame and the lower frame using a variable capacitor. A plurality of plasma is generated in the plasma region of the.
살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 복수의 플라즈마를 이용한 기판처리장치에 의하면, 단일의 플라즈마 전원 공급부를 통해 챔버 내부의 복수의 플라즈마 영역에 플라즈마 전원을 공급하여 복수의 플라즈마를 발생시킴으로써 기판처리장치 자체의 구조를 단순화하고 플라즈마 전원 공급부의 제어를 용이하게 할 수 있는 장점이 있다.As described, according to the substrate processing apparatus using a plurality of plasma according to the present invention, the structure of the substrate processing apparatus itself by generating a plurality of plasma by supplying plasma power to the plurality of plasma regions in the chamber through a single plasma power supply unit There is an advantage that can simplify and facilitate the control of the plasma power supply.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니라 다음의 청구범위에서 정의하는 본 발명의 기본 개념을 바탕으로 보다 다양한 실시예로 구현될 수 있으며, 이러한 실시예들 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various embodiments based on the basic concept of the present invention defined in the following claims. Such embodiments are also within the scope of the present invention.
100 : 기판처리장치
110 : 공정 챔버
120 : 기판 지지부
130 : 챔버 리드
140 : 가스 분사 모듈 150 : 제1 가스 공급부
160 : 제2 가스 공급부 170 : 플라즈마 전원 공급부100: substrate processing apparatus 110: process chamber
120: substrate support 130: chamber lid
140
160: second gas supply unit 170: plasma power supply unit
Claims (10)
반응공간을 제공하는 공정 챔버;
상기 공정 챔버의 내부에 설치되어 기판을 지지하는 기판 지지부:
상기 공정 챔버의 상부를 덮는 챔버 리드;
상기 챔버 리드의 하면에 설치되어 공정가스를 상기 기판에 분사하는 가스 분사 모듈;
상기 가스 분사 모듈에 상기 공정가스를 공급하는 가스 공급 모듈; 및
상기 복수의 플라즈마를 형성하기 위한 플라즈마 전원을 생성하여 공급하는 단일의 플라즈마 전원 공급부를 구비하는 것을 특징으로 하는 복수의 플라즈마를 이용한 기판처리장치. In a substrate processing apparatus using a plurality of plasma
A process chamber providing a reaction space;
A substrate support part installed in the process chamber to support a substrate;
A chamber lid covering an upper portion of the process chamber;
A gas injection module installed on a lower surface of the chamber lid to inject a process gas to the substrate;
A gas supply module supplying the process gas to the gas injection module; And
And a single plasma power supply for generating and supplying plasma power for forming the plurality of plasmas.
상기 가스 분사 모듈과 상기 챔버 리드의 사이의 제1 플라즈마 영역에서 발생된 제1 플라즈마;
상기 가스 분사 모듈 내부의 제2 플라즈마 영역에서 발생된 제2 플라즈마; 및
상기 가스 분사 모듈과 상기 기판 지지부 사이의 제3 플라즈마 영역에서 발생된 제3 플라즈마를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 플라즈마를 이용한 기판처리장치. The method of claim 1, wherein the plurality of plasma,
A first plasma generated in a first plasma region between the gas injection module and the chamber lid;
A second plasma generated in a second plasma region inside the gas injection module; And
And a third plasma generated in a third plasma region between the gas injection module and the substrate support.
제1 가스 공급라인을 통해 제1 가스를 상기 가스분사모듈에 공급하는 제1 가스 공급부; 및
제2 가스 공급라인을 통해 제2 가스를 상기 가스분사모듈에 공급하는 제2 가스 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 플라즈마를 이용한 기판처리장치. The method of claim 2, wherein the gas supply module,
A first gas supply unit supplying a first gas to the gas injection module through a first gas supply line; And
And a second gas supply unit supplying a second gas to the gas injection module through a second gas supply line.
복수의 전극 삽입부를 구비하는 하부 프레임;
상기 복수의 전극 삽입부에 각각 삽입된 복수의 돌출 전극과, 상기 제1 가스 공급라인에 연통되어 상기 제1 가스를 분사하는 제1 가스 분사홀과, 상기 복수의 돌출 전극에 형성되며 상기 제2 가스 공급라인에 연통되어 상기 제2 가스를 분사하는 제2 가스 분사홀을 구비하는 상부 프레임; 및
상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임의 사이에 설치되어 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임을 절연시키는 절연 플레이트;를 구비하는 것을 특징으로 하는 복수의 플라즈마를 이용한 기판처리장치.According to claim 3, The gas injection module,
A lower frame having a plurality of electrode inserts;
A plurality of protruding electrodes respectively inserted in the plurality of electrode insertion portions, a first gas injection hole communicating with the first gas supply line to inject the first gas, and formed in the plurality of protruding electrodes; An upper frame communicating with a gas supply line and having a second gas injection hole for injecting the second gas; And
And an insulating plate disposed between the upper frame and the lower frame to insulate the upper frame and the lower frame.
상기 플라즈마 전원을 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임에 공급하는 것을 특징으로 하는 복수의 플라즈마를 이용한 기판처리장치.The method of claim 4, wherein the plasma power supply unit
Substrate processing apparatus using a plurality of plasma, characterized in that for supplying the plasma power to the upper frame and the lower frame.
상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임 중 적어도 어느 하나와 상기 플라즈마 전원 공급부 사이에 가변 커패시터를 더 구비하며,
상기 가변 커패시터를 이용하여 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임에 전위차를 달리하여 각각 플라즈마 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 복수의 플라즈마를 이용한 기판처리장치.The method of claim 5, wherein the plasma power supply unit
A variable capacitor is further provided between at least one of the upper frame and the lower frame and the plasma power supply unit.
Substrate processing apparatus using a plurality of plasma, characterized in that for supplying plasma power to each of the upper frame and the lower frame by using a variable capacitor to vary the potential difference.
상기 플라즈마 전원 공급부로부터 상기 상부 프레임에 공급된 플라즈마 전원에 의해 상기 제1 가스 공급부를 통해 공급된 상기 제1 가스가 해리되어 용량 결합 플라즈마(CCP)가 발생되는 영역인 것을 특징으로 하는 복수의 플라즈마를 이용한 기판처리장치.The method of claim 6, wherein the first plasma region is
And a region in which the first gas supplied through the first gas supply unit is dissociated by the plasma power supply supplied from the plasma power supply unit to the upper frame to generate a capacitively coupled plasma (CCP). Substrate processing apparatus used.
상기 플라즈마 전원 공급부로부터 상기 상부 프레임 및 상기 하부 프레임에 공급된 플라즈마 전원에 의해 상기 제1 가스 분사홀을 통해 분사된 상기 제1 가스가 해리되어 할로우 캐소드 플라즈마(HCP)가 발생되는 영역인 것을 특징으로 하는 복수의 플라즈마를 이용한 기판처리장치.The method of claim 6, wherein the second plasma region is
The first gas injected through the first gas injection hole is dissociated by the plasma power supplied from the plasma power supply unit to the upper frame and the lower frame to generate a hollow cathode plasma (HCP). A substrate processing apparatus using a plurality of plasma to be.
상기 플라즈마 전원 공급부로부터 상기 하부 프레임에 공급된 플라즈마 전원과 상기 제1 플라즈마 영역 및 상기 제2 플라즈마 영역으로부터 공급되는 플라즈마에 의해 제2 가스 분사홀을 통해 분사된 상기 제2 가스가 해리되어 용량 결합 플라즈마(CCP)가 발생되는 영역인 것을 특징으로 하는 복수의 플라즈마를 이용한 기판처리장치.The method of claim 6, wherein the third plasma region is
The capacitively coupled plasma is dissociated by the plasma power supplied from the plasma power supply to the lower frame and the second gas injected through the second gas injection hole by the plasma supplied from the first plasma region and the second plasma region. A substrate processing apparatus using a plurality of plasmas, characterized in that (CCP) is generated.
상기 제1 플라즈마 및 상기 제2 플라즈마에 비해 그 세기가 약한 것을 특징으로 하는 복수의 플라즈마를 이용한 기판처리장치.The method of claim 6, wherein the third plasma is
Substrate processing apparatus using a plurality of plasma, characterized in that the strength is weak compared to the first plasma and the second plasma.
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| WO2021071167A1 (en) * | 2019-10-10 | 2021-04-15 | 주성엔지니어링(주) | Substrate processing device |
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