KR101062453B1 - Plasma processing equipment - Google Patents
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Abstract
기판의 전면적에 대해 플라즈마를 균일하게 분포시키도록 한 플라즈마 처리장치가 개시된다. 플라즈마 처리장치는 밀폐되는 처리공간을 제공하는 챔버;상기 챔버의 내부에 배치되어 기판을 지지하는 스테이지;및 상기 챔버의 내부에서 상기 스테이지와 대향되어 상기 기판의 처리를 위해 공급되는 원료가스를 상기 스테이지에 지지되는 상기 기판 측으로 분사하며, 상기 스테이지를 향한 면에 단차가 형성되어 중앙부와 가장자리부가 서로 다른 평면을 가지는 샤워헤드;를 포함한다.A plasma processing apparatus is disclosed that distributes a plasma uniformly over the entire surface of a substrate. A plasma processing apparatus may include: a chamber providing a processing space that is sealed; a stage disposed in the chamber to support a substrate; and a source gas supplied to process the substrate to face the stage in the chamber; And a shower head which is sprayed to the substrate side supported by the step, and a step is formed on a surface facing the stage so that the center portion and the edge portion have different planes.
Description
본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판의 박막 증착 또는, 기판의 박막 식각에 사용되는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly, to a plasma processing apparatus used for thin film deposition of a substrate or thin film etching of a substrate.
기판에 박막을 증착하는 공정, 또는 기판에 형성된 박막을 식각하는 공정에는 플라즈마 처리장치가 사용된다. 플라즈마 처리장치는 진공이 유지되는 챔버 내부로 원료가스를 공급하고 원료가스에 플라즈마를 발생시켜 기판을 처리하는 장치이다.In the process of depositing a thin film on a substrate or the process of etching a thin film formed on the substrate, a plasma processing apparatus is used. The plasma processing apparatus is a device for supplying a source gas into a chamber in which vacuum is maintained and generating a plasma in the source gas to process a substrate.
일반적인 플라즈마 처리장치는 진공이 유지되는 챔버, 챔버의 상부에 배치되어 챔버로 공급되는 원료가스를 챔버 내부로 분사시키는 샤워헤드 및 챔버의 하부에 배치되어 기판을 지지하는 스테이지로 구성된다.A typical plasma processing apparatus includes a chamber in which a vacuum is maintained, a shower head disposed above the chamber and injecting a source gas supplied to the chamber into the chamber, and a stage disposed below the chamber to support the substrate.
이러한 플라즈마 처리장치는 원료가스를 챔버 내부로 분사시키는 동시에, 스테이지가 접지되는 상태에서 샤워헤드에 고주파 전원을 인가하여 플라즈마를 발생시킨다. 플라즈마는 원료를 기판으로 전송하여 기판에 박막을 형성하거나, 기판의 박막을 식각할 수 있도록 한다.Such a plasma processing apparatus injects a source gas into a chamber and simultaneously generates high-frequency power to the shower head while the stage is grounded. The plasma transmits the raw material to the substrate to form a thin film on the substrate or to etch the thin film of the substrate.
하지만 종래의 플라즈마 처리장치에 포함되는 샤워헤드는 스테이지를 향한 면이 동일한 평면을 가지도록 형성된다. 이에 따라 챔버 내에서 발생되는 플라즈마는 샤워헤드로 인가되는 고주파 전원의 분포에 따라 불균일하게 확산될수 있다.However, the shower head included in the conventional plasma processing apparatus is formed to have the same plane facing the stage. Accordingly, the plasma generated in the chamber may be unevenly spread according to the distribution of the high frequency power applied to the shower head.
이와 같이 플라즈마가 챔버 내에서 불균일하게 확산된 상태에서 기판을 처리하면, 기판 중앙부와 가장자리부에서 박막의 두께가 불균일하게 형성되어 기판의 품질을 저하시키는 문제점이 있다. As described above, when the substrate is processed in a state where the plasma is unevenly diffused in the chamber, the thickness of the thin film is unevenly formed at the center and the edge of the substrate, thereby degrading the quality of the substrate.
이러한 문제점은 기판이 대면적화 됨에 따라 더욱 심각하게 발생된다. This problem occurs more seriously as the substrate becomes larger.
본 발명의 목적은 기판의 전면적에 대해 플라즈마를 균일하게 분포시키도록 한 플라즈마 처리장치를 제공하기 위한 것이다.It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus for uniformly distributing a plasma over the entire surface of a substrate.
플라즈마 처리장치는 밀폐되는 처리공간을 제공하는 챔버;상기 챔버의 내부에 배치되어 기판을 지지하는 스테이지;및 상기 챔버의 내부에서 상기 스테이지와 대향되어 상기 기판의 처리를 위해 공급되는 원료가스를 상기 스테이지에 지지되는 상기 기판 측으로 분사하며, 상기 스테이지를 향한 면에 단차가 형성되어 중앙부와 가장자리부가 서로 다른 평면을 가지는 샤워헤드;를 포함한다.A plasma processing apparatus may include: a chamber providing a processing space that is sealed; a stage disposed in the chamber to support a substrate; and a source gas supplied to process the substrate to face the stage in the chamber; And a shower head which is sprayed to the substrate side supported by the step, and a step is formed on a surface facing the stage so that the center portion and the edge portion have different planes.
상기 샤워헤드는 상기 원료가스를 상기 스테이측으로 분사하는 분사판을 포함하며, 상기 분사판은 중앙부에 배치되는 제1 분사판;및 가장자리부에 배치되며, 상기 제1 분사판으로부터 분리가능한 제2 분사판을 포함할 수 있다.The shower head includes a jet plate for injecting the raw material gas to the stay side, the jet plate is a first jet plate disposed in the center portion; and a second jet disposed in the edge portion, the second injection plate is removable from the first jet plate It may include a plate.
상기 제1 분사판은 상기 제2 분사판으로부터 상기 스테이지 측으로 돌출될 수 있다.The first jet plate may protrude from the second jet plate toward the stage.
상기 제2 분사판은 상기 제1 분사판으로부터 상기 스테이지 측으로 돌출될 수 있다.The second jet plate may protrude toward the stage from the first jet plate.
상기 분사판은 상기 제1 분사판과 상기 제2 분사판의 사이에 배치되는 기밀부재를 더 포함할 수 있다.The jet plate may further include an airtight member disposed between the first jet plate and the second jet plate.
상기 샤워헤드는 내부에 상기 원료가스를 확산시키는 확산공간이 형성되며, 상기 확산공간의 하부에 배치되어 상기 확산공간에서 확산된 상기 원료가스를 분배하는 분배판을 더 포함할 수 있다.The shower head may further include a distribution plate having a diffusion space for diffusing the source gas therein, and disposed below the diffusion space to distribute the source gas diffused in the diffusion space.
상기 플라즈마 처리장치는 상기 샤워헤드의 내부에 배치되어 샤워헤드를 냉각시키는 냉각판을 더 포함할 수 있다.The plasma processing apparatus may further include a cooling plate disposed inside the shower head to cool the shower head.
상기 플라즈마 처리장치는 상기 챔버의 외벽과 상기 샤워헤드의 외벽 및 상기 챔버의 외벽과 상기 스테이지의 외벽에 배치되며, 상기 샤워헤드와 상기 스테이지의 사이에서 발생하는 플라즈마가 상기 샤워헤드와 상기 스테이지의 사이 이외의 공간으로 확산되는 것을 차단하는 차단막을 더 포함할 수 있다.The plasma processing apparatus is disposed on an outer wall of the chamber, an outer wall of the shower head, an outer wall of the chamber, and an outer wall of the stage, and plasma generated between the shower head and the stage is disposed between the shower head and the stage. It may further include a barrier film to block the diffusion to other spaces.
본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 기판의 전면적에 대해 플라즈마를 균일하게 분포시킬 수 있으므로, 기판 박막의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. Plasma processing apparatus according to the present invention can distribute the plasma uniformly over the entire surface of the substrate, there is an effect that can improve the quality of the substrate thin film.
이하, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, a plasma processing apparatus according to the present embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 샤워헤드를 나타낸 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 플라즈마 처리장치는 챔버(110), 스테이지(120) 및 샤워헤드(130)를 포함한다.1 is a cross-sectional view showing a plasma processing apparatus according to the present embodiment, Figure 2 is a perspective view showing a shower head of the plasma processing apparatus according to the present embodiment. 1 and 2, the plasma processing apparatus includes a
챔버(110)는 밀폐되는 처리공간(111)을 제공한다. 도시되지 않았지만 챔버(110)의 일측벽에는 기판(S)의 반입 및 반출을 위한 게이트밸브(미도시)와, 처리공간(111)을 배기시켜 처리공간(111)을 진공상태로 유지하는 진공배기부(미도시)를 포함하는 것이 바람직하다. The
스테이지(120)는 챔버(110)의 하부에 배치된다. 스테이지(120)는 챔버(110)로 반입되는 기판(S)을 지지한다. 스테이지(120)에는 기판(S)을 냉각시키는 제1 냉각판(121)이 배치된다. 제1 냉각판(121)에는 제1 냉각라인(122)이 내장되며, 제1 냉각라인(122)으로 냉매를 순환시켜 공냉식, 또는 수냉식으로 기판을 냉각시킬 수 있다. 도시되지 않았지만 스테이지(120)는 기판(S)을 스테이지(120)에 고정시키기 위해 진공척, 정전척, 마그네틱척 등과 같은 기판 고정수단을 포함할 수 있다.The
샤워헤드(130)는 챔버(110)의 상부에 배치되어 스테이지(120)와 대향된다. 샤워헤드(130)에는 외부로부터 공급되는 원료가스(G)의 공급관(10)이 연결된다. 샤워헤드(130)의 내부에는 공급관(10)을 통해 공급되는 원료가스(G)가 확산되는 확산공간(131)이 형성된다. The
확산공간(131)의 하부에는 확산공간(131)에서 확산된 원료가스(G)를 균일하게 분배하는 분배판(132)이 배치된다. 분배판(132)은 서로 균일한 간격으로 이격되 는 복수의 분배구(132a)를 포함한다. 분배판(132)의 하측에는 분배판(132)에 의해 균일하게 분배된 원료가스(G)를 스테이지(120) 측으로 분사하는 분사판(135)이 배치된다. 분사판(135)은 서로 균일한 간격으로 이격되는 복수의 분사구(135a)를 포함한다. A
분사판(135)은 중앙부와 가장자리부가 서로 다른 평면을 가지도록 단차가 형성된다. 즉, 분사판(135)은 중앙부에 배치되는 제1 분사판(133)과, 가장자리부에 배치되어 제1 분사판(133)과 분리되는 제2 분사판(134)을 포함한다. 제1 분사판(133)과 제2 분사판(134)의 사이에는 오-링과 같은 기밀부재(135b)가 배치된다. 기밀부재(135b)는 제1 분사판(133)과 제2 분사판(134)으로부터 원료가스(G)가 새어나가는 것을 방지한다. The
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 제2 분사판(134)은 제1 분사판(133)으로부터 스테이지(120) 측으로 돌출될 수 있으며, 다른 실시예로 도 3에 도시된 바와 같이 제1 분사판(133)은 제2 분사판(134)으로부터 스테이지(120) 측으로 돌출될 수 있다. 따라서 제1 분사판(133)과 샤워헤드(130) 간의 이격거리는 제2 분사판(134)과 샤워헤드(130) 간의 이격거리와 서로 다르게 형성된다. As shown in FIGS. 1 and 2, the
분사판(135)의 상부에는 분사판(135)을 냉각시키는 제2 냉각판(136)이 배치된다. 제2 냉각판(136)에는 제2 냉각라인(137)이 내장되며, 제2 냉각라인(137)으로 냉매를 순환시켜 공냉식, 또는 수냉식으로 샤워헤드(130)를 냉각시킬 수 있다. 제2 냉각판(136)은 복수의 분배구(132a)와 연통되는 복수의 관통홀(136a)이 형성되는 것이 바람직하다. The
한편, 플라즈마를 발생시키기 위해 샤워헤드(130)는 고주파 전원에 연결되고, 스테이지(120)는 접지된다. 챔버(110)의 내벽과 샤워헤드(130)의 외벽의 사이 및 챔버(110)의 내벽과 스테이지(120)의 외벽의 사이에는 플라즈마가 샤워헤드(130)와 스테이지(120)의 사이 이외 의 공간으로 확산되는 것을 방지하는 차단막(140)이 형성된다.Meanwhile, the
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 작동에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, an operation of the plasma processing apparatus according to the present embodiment will be described with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치로 원료가스가 공급되는 상태를 나타낸 단면도이다. 도 4를 참조하면, 게이트밸브(미도시)에 의해 챔버(110)가 개방되면, 기판(S)은 챔버(110)의 내부로 반입되어 스테이지(120)에 지지된다. 기판(S)이 스테이지(120)에 지지되면, 게이트밸브(미도시)에 의해 챔버(110)는 밀폐된다. 챔버(110)가 밀폐되면 진공배기부(미도시)는 처리공간(111)을 배기시켜 처리공간(111)을 진공상태로 유지시킨다.4 is a cross-sectional view illustrating a state in which source gas is supplied to the plasma processing apparatus according to the present embodiment. Referring to FIG. 4, when the
이후, 원료가스(G)는 공급관(10)을 통해 샤워헤드(130)로 공급된다. 원료가스(G)는 확산공간(131)에서 샤워헤드(130)의 내벽과 분배판(132)의 사이에서 원자가 충돌하여 확산된다. 확산된 원료가스(G)는 복수의 분배구(132a)를 통해 분사판(135)으로 균일하게 분배되며, 원료가스(G)의 공급압력에 의해 복수의 분사구(135a)를 통해 샤워헤드(130) 측으로 분사된다. Thereafter, the raw material gas G is supplied to the
동시에, 스테이지(120)가 접지된 상태에서 샤워헤드(130)로 고주파 전원이 인가된다. At the same time, the high frequency power is applied to the
도 5는 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치에 플라즈마가 발생되는 상태를 나타낸 단면도이다. 도 5를 참조하면, 고주파 전원은 제1 분사판(133)에 집중되고, 제2 분사판(134) 측으로 전달되면서 그 세기가 점차 감쇄될 수 있다. 이때 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 제1 분사판(133)과 샤워헤드(130) 간의 이격거리는 제2 분사판(134)과 샤워헤드(130) 간의 이격거리보다 크게 형성된다. 이에 따라 고주파 전계는 제1 분사판(133)과 샤워헤드(130)의 사이에서 보다 제2 분사판(134)과 샤워헤드(130)의 사이에서 더 우세하게 형성된다.5 is a cross-sectional view illustrating a state in which plasma is generated in the plasma processing apparatus according to the present embodiment. Referring to FIG. 5, the high frequency power may be concentrated on the
따라서, 고주파 전원이 제1 분사판(133)에 집중되고, 제2 분사판(134) 측으로 전달되면서 그 세기가 점차 감쇄된다 하더라도, 샤워헤드(130)와 스테이지(120)의 사이에서 균일한 고주파 전계를 형성하여 기판(S)의 전면적에 대해 플라즈마를 균일하게 분포시킬 수 있다.Therefore, even if the high frequency power is concentrated on the
반면, 고주파 전원은 제2 분사판(134)에 집중되고, 제1 분사판(133) 측으로 전달되면서 그 세기가 점차 감쇄될 수 있다. 이때 도 3에 도시된 바와 같이 제1 분사판(133)과 샤워헤드(130) 간의 이격거리는 제2 분사판(134)과 샤워헤드(130) 간의 이격거리보다 작게 형성된다. 이에 따라 고주파 전계는 제2 분사판(134)과 샤워헤드(130)의 사이에서 보다 제1 분사판(133)과 샤워헤드(130)의 사이에서 더 우세하게 형성된다.On the other hand, the high frequency power is concentrated on the
따라서, 고주파 전원이 제2 분사판(134)에 집중되고, 제1 분사판(133) 측으로 전달되면서 그 세기가 점차 감쇄된다 하더라도, 샤워헤드(130)와 스테이지(120)의 사이에서 균일한 고주파 전계를 형성하여, 기판(S)의 전면적에 대해 플라즈마를 균일하게 분포시킬 수 있다.Therefore, even if the high frequency power is concentrated on the
한편, 샤워헤드(130)와 스테이지(120)의 사이에서 발생되는 플라즈마는 샤워헤드(130)와 스테이지(120)의 사이뿐만 아니라 챔버(110)의 내부 전체 공간으로 확산될 수 있다. 차단막(140)은 플라즈마가 샤워헤드(130)와 스테이지(120)의 사이 외에 다른 공간으로 확산되는 것을 차단한다. 따라서 플라즈마의 손실을 방지할 수 있으며, 기판(S)의 처리 후 원료가스(G)가 챔버(110)의 내벽, 샤워헤드(130)의 외벽, 스테이지(120)의 외벽 등에 증착되어 다른 기판의 처리공정에서 이물질로 작용하는 것을 방지한다.Meanwhile, the plasma generated between the
한편, 제2 냉각판(136)은 고주파 전원이 인가됨에 따라 가열되는 샤워헤드(130)를 냉각시켜 샤워헤드(130)의 온도를 조절할 수 있도록 한다. Meanwhile, the
또한 기판(S)에 박막을 증착하는 공정시, 제1 냉각판(121)은 기판(S)을 냉각시켜 플라즈마에 의해 전송되는 원료가 기판(S)에 원활하게 증착될 수 있도록 한다. In addition, during the process of depositing a thin film on the substrate (S), the
상술한 바와 같이 플라즈마 처리장치는 샤워헤드(130)로 인가되는 고주파 전원의 세기에 따라 샤워헤드(130)와 스테이지(120) 간의 이격거리를 부분적으로 조절함으로써, 기판(S)의 전면적에 대해 플라즈마를 균일하게 분포시킬 수 있다.As described above, the plasma processing apparatus partially adjusts the separation distance between the
도 1은 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a plasma processing apparatus according to the present embodiment.
도 2는 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 샤워헤드를 나타낸 사시도이다.2 is a perspective view showing the shower head of the plasma processing apparatus according to the present embodiment.
도 3은 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 샤워헤드를 나타낸 사시도이다.3 is a perspective view illustrating a showerhead of a plasma processing apparatus according to another embodiment.
도 4는 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치로 원료가스가 공급되는 상태를 나타낸 단면도이다. 4 is a cross-sectional view illustrating a state in which source gas is supplied to the plasma processing apparatus according to the present embodiment.
도 5는 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치에 플라즈마가 발생되는 상태를 나타낸 단면도이다.5 is a cross-sectional view illustrating a state in which plasma is generated in the plasma processing apparatus according to the present embodiment.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>Description of the Related Art [0002]
110 : 챔버 130 : 샤워헤드110: chamber 130: shower head
133 : 제1 분사판 134 : 제2 분사판133: first jet plate 134: second jet plate
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- 2008-12-30 KR KR1020080136811A patent/KR101062453B1/en active IP Right Grant
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