KR101139821B1 - Gas nozzle for improved spouting efficiency and plasma reactor having the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 분배 효율이 향상된 가스분사노즐 및 이를 구비한 플라즈마 반응기에 관한 것이다. 본 발명의 분배 효율이 향상된 가스분사노즐은 플라즈마 반응기에 포함된 가스분사노즐에 있어서, 상기 가스분사노즐의 상부에서 공급된 가스가 상기 플라즈마 반응기의 내부로 방사될 수 있도록 상부표면이 경사면으로 형성된다. 본 발명의 분배 효율이 향상된 가스분사노즐을 구비한 플라즈마 반응기는 플라즈마 반응기; 상기 플라즈마 반응기에 설치되어 플라즈마를 유도하기 위한 코일 안테나; 상기 코일 안테나에 전원을 공급하기 위한 전원 공급원; 및 상기 플라즈마 반응기에 구비되고 경사면으로 형성된 상부표면을 따라 외부에서 공급된 가스를 상기 플라즈마 반응기 내부로 방사하는 가스분사노즐을 포함한다. 본 발명의 분배 효율이 향상된 가스분사노즐 및 이를 구비한 플라즈마 반응기에 의하면, 플라즈마 반응기 내부를 세정하기 위한 세정 가스가 플라즈마 반응기의 천정과 측면에 균일하게 확산되어 내부에 부착된 공정 잔여물을 효과적으로 제거할 수 있다. 또한 가스분사노즐의 하부표면에 구비된 공정 가스 분출구에도 공정 잔여물이 증착되기 때문에 본 발명의 가스분사노즐을 통해 확산된 세정 가스를 이용하여 가스분사노즐의 하부표면에 부착된 공정 잔여물도 제거할 수 있다. 또한 공정 가스 분출구의 세정이 효율적으로 이루어지기 때문에 공정 가스의 분사가 원활하게 이루어져 공정 효율을 극대화할 수 있다.The present invention relates to a gas injection nozzle with improved distribution efficiency and a plasma reactor having the same. In the gas injection nozzle having improved distribution efficiency of the present invention, in the gas injection nozzle included in the plasma reactor, an upper surface is formed as an inclined surface so that the gas supplied from the upper part of the gas injection nozzle can be radiated into the plasma reactor. . Plasma reactor having a gas injection nozzle with improved distribution efficiency of the present invention is a plasma reactor; A coil antenna installed in the plasma reactor to induce plasma; A power supply source for supplying power to the coil antenna; And a gas injection nozzle provided in the plasma reactor and radiating the gas supplied from the outside into the plasma reactor along the upper surface formed as the inclined surface. According to the gas injection nozzle and the plasma reactor having the improved distribution efficiency of the present invention, the cleaning gas for cleaning the inside of the plasma reactor is uniformly diffused on the ceiling and sides of the plasma reactor to effectively remove the process residues attached therein. can do. In addition, since process residues are deposited on the process gas outlet provided on the lower surface of the gas injection nozzle, the process residues attached to the lower surface of the gas injection nozzle can also be removed using the cleaning gas diffused through the gas injection nozzle of the present invention. Can be. In addition, since the process gas outlet is cleaned efficiently, the process gas is smoothly sprayed to maximize process efficiency.
플라즈마 반응기, 가스분사노즐, 챔버 세정 Plasma Reactor, Gas Injection Nozzle, Chamber Cleaning
Description
본 발명은 분배 효율이 향상된 가스분사노즐 및 이를 구비한 플라즈마 반응기에 관한 것으로, 구체적으로는 가스를 효율적으로 확산시킬 수 있는 구조로 형성된 가스분사노즐과 플라즈마 반응기의 세정시 플라즈마 반응기에 공급되는 세정가스를 균일하게 확산시켜 세정 효율을 극대화할 수 있는 분배 효율이 향상된 가스분사노즐 및 이를 구비한 플라즈마 반응기에 관한 것이다.The present invention relates to a gas injection nozzle having an improved distribution efficiency and a plasma reactor having the same, specifically, a cleaning gas supplied to the plasma reactor when the gas injection nozzle and the plasma reactor are formed to have a structure capable of efficiently diffusing gas. The present invention relates to a gas injection nozzle having an improved distribution efficiency capable of maximizing cleaning efficiency by uniformly diffusing and a plasma reactor having the same.
플라즈마는 같은 수의 양이온(positive ions)과 전자(electrons)를 포함하는 고도로 이온화된 가스이다. 플라즈마 방전은 이온, 자유 래디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 발생하기 위한 가스 여기에 사용되고 있다. 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 집적 회로 장치, 액정 디스플레이, 태양 전지등과 같은 장치를 제조하기 위한 여러 반도체 제조 공정 예들 들어, 식각(etching), 증착(deposition), 세정(cleaning), 에싱(ashing) 등에 다양하게 사용된다.Plasma is a highly ionized gas containing the same number of positive ions and electrons. Plasma discharges are used for gas excitation to generate active gases containing ions, free radicals, atoms, molecules. Active gases are widely used in various fields and are used in various semiconductor manufacturing processes for manufacturing devices such as integrated circuit devices, liquid crystal displays, solar cells, etc., for example, etching, deposition, cleaning, and ashing. It is variously used for ashing.
여기서, 상기 증착 공정을 수행하는 동안 공정 잔여물은 반도체 기판 표면에만 증착이 이루어지는 것이 아니라, 반도체 기판 주위 및 증착 공정이 수행되는 플 라즈마 반응기의 내측 벽에도 증착된다. 플라즈마 반응기의 내측에 형성된 증착층(deposition layer)은 시간이 지남에 따라 두꺼워지고 결국 내측벽으로부터 떨어져 플라즈마 반응기 내에서 파티클(particle)로써 반도체 기판의 주된 오염 물질로 작용한다. 따라서, 주기적으로 플라즈마 반응기 내부에 증착된 공정 잔여물을 세정하는 과정이 필요하다.Here, the process residue is not only deposited on the surface of the semiconductor substrate during the deposition process, but is also deposited around the semiconductor substrate and on the inner wall of the plasma reactor in which the deposition process is performed. The deposition layer formed inside the plasma reactor thickens over time and eventually acts as a major contaminant of the semiconductor substrate as particles in the plasma reactor away from the inner wall. Therefore, there is a need for a process of periodically cleaning the process residue deposited inside the plasma reactor.
상기 플라즈마 반응기 내부를 플라즈마를 이용하여 세정하는 방법으로는 주로 리모트 플라즈마 세정 방법을 사용한다. 리모트 플라즈마 세정 방법은 세정 가스를 플라즈마 반응기 외부에서 플라즈마로 형성한 후, 플라즈마 반응기 내로 주입하는 방법이다. 이때 세정 가스는 플라즈마 반응기의 측면에서 주입된다. As a method of cleaning the inside of the plasma reactor using plasma, a remote plasma cleaning method is mainly used. The remote plasma cleaning method is a method of forming a cleaning gas into a plasma outside the plasma reactor and then injecting the cleaning gas into the plasma reactor. At this time, the cleaning gas is injected from the side of the plasma reactor.
그러나 플라즈마 반응기의 측면에서 세정 가스를 주입하는 방법은 세정 가스가 플라즈마 반응기 내부로 균일하게 확산되지 못하기 때문에 플라즈마 반응기 내부에 증착된 불순물을 효율적으로 세정하기가 어려웠다.However, the method of injecting the cleaning gas from the side of the plasma reactor has been difficult to efficiently clean the impurities deposited in the plasma reactor because the cleaning gas is not uniformly diffused into the plasma reactor.
보다 효율적인 세정을 위하여 플라즈마 반응기의 상단에서 세정 가스를 주입하여 세정하는 방법이 제시되었다. 세정 가스를 플라즈마 반응기에 공급하기 위해서는 세정 가스를 확산시키기 위한 가스분사노즐이 플라즈마 반응기에 구비되어야한다. 종래의 가스분사노즐은 세정 가스를 플라즈마 반응기의 측면 방향으로 분사되도록 형성되어 있어, 플라즈마 반응기의 천정에 세정가스의 접촉이 원활하지 않았다. 특히 돔 형태의 플라즈마 반응기는 종래의 가스분사노즐을 활용하면 플라즈마 반응기의 천장과 벽면을 고르게 세정하지 못하는 단점이 존재하였다.For more efficient cleaning, a method of cleaning by injecting a cleaning gas at the top of the plasma reactor has been proposed. In order to supply the cleaning gas to the plasma reactor, a gas injection nozzle for diffusing the cleaning gas should be provided in the plasma reactor. The conventional gas injection nozzle is formed so that the cleaning gas is injected in the lateral direction of the plasma reactor, and the cleaning gas is not smoothly brought into contact with the ceiling of the plasma reactor. In particular, the dome-type plasma reactor has a disadvantage in that it does not evenly clean the ceiling and the wall surface of the plasma reactor using a conventional gas injection nozzle.
또한 가스분사노즐에 구비된 공정 가스 분출구에도 불순물이 증착되면서 가 스 분출구를 통해 분사되는 가스가 원활하게 분사되지 못하는 경우가 발생한다. In addition, as impurities are deposited in the process gas outlet provided in the gas injection nozzle, the gas injected through the gas outlet may not be smoothly injected.
본 발명의 목적은 가스분사노즐에서 가스의 이송방향을 설정하는 상부표면을 플라즈마 반응기의 곡률에 상관된 경사각의 경사면으로 형성함으로써 플라즈마 반응기에 구비되어 효율적으로 플라즈마 반응기 내부 천정과 측면을 세정할 수 있는 분배 효율이 향상된 가스분사노즐 및 이를 구비한 플라즈마 반응기를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to form an inclined surface of the inclined angle correlated with the curvature of the plasma reactor in the gas injection nozzle to form the upper surface to set the direction of the gas can be provided in the plasma reactor to efficiently clean the ceiling and sides of the plasma reactor The present invention provides a gas injection nozzle having an improved distribution efficiency and a plasma reactor having the same.
본 발명의 또 다른 목적은 가스분사노즐의 하부표면이 곡면으로 형성되어 가스분사노즐의 경사면을 따라 확산된 세정 가스를 이용하여 가스분사노즐의 하부표면도 세정할 수 있는 분배 효율이 향상된 가스분사노즐 및 이를 구비한 플라즈마 반응기를 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to improve the distribution efficiency of the gas spray nozzle, which is formed by the lower surface of the gas spray nozzle so that the lower surface of the gas spray nozzle can be cleaned using the cleaning gas diffused along the inclined surface of the gas spray nozzle. And to provide a plasma reactor having the same.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 분배 효율이 향상된 가스분사노즐 및 이를 구비한 플라즈마 반응기에 관한 것이다. One aspect of the present invention for achieving the above technical problem relates to a gas injection nozzle with improved distribution efficiency and a plasma reactor having the same.
본 발명의 분배 효율이 향상된 가스분사노즐은 플라즈마 반응기에 포함된 가스분사노즐에 있어서, 상기 가스분사노즐의 상부에서 공급된 가스가 상기 플라즈마 반응기의 내부로 방사될 수 있도록 상부표면이 경사면으로 형성된다.In the gas injection nozzle having improved distribution efficiency of the present invention, in the gas injection nozzle included in the plasma reactor, an upper surface is formed as an inclined surface so that the gas supplied from the upper part of the gas injection nozzle can be radiated into the plasma reactor. .
일 실시예에 있어서, 상기 경사면은 상기 가스분사노즐의 상부에서 하부로 갈수록 기울기가 평탄해진다.In one embodiment, the inclined surface is flattened from the top to the bottom of the gas injection nozzle.
일 실시예에 있어서, 상기 가스분사노즐은 하부표면이 곡면으로 형성된다.In one embodiment, the gas injection nozzle is formed with a curved lower surface.
일 실시예에 있어서, 상기 가스분사노즐은 상기 플라즈마 반응기 내부로 공정가스를 공급할 수 있도록 하나의 가스 입구와 복수 개의 가스 출구를 포함한다.In one embodiment, the gas injection nozzle includes a gas inlet and a plurality of gas outlets to supply the process gas into the plasma reactor.
본 발명의 분배 효율이 향상된 가스분사노즐을 구비한 플라즈마 반응기는 플라즈마 반응기; 상기 플라즈마 반응기에 설치되어 플라즈마를 유도하기 위한 코일 안테나; 상기 코일 안테나에 전원을 공급하기 위한 전원 공급원; 및 상기 플라즈마 반응기에 구비되고 경사면으로 형성된 상부표면을 따라 외부에서 공급된 가스를 상기 플라즈마 반응기 내부로 방사하는 가스분사노즐을 포함한다.Plasma reactor having a gas injection nozzle with improved distribution efficiency of the present invention is a plasma reactor; A coil antenna installed in the plasma reactor to induce plasma; A power supply source for supplying power to the coil antenna; And a gas injection nozzle provided in the plasma reactor and radiating the gas supplied from the outside into the plasma reactor along the upper surface formed as the inclined surface.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 반응기의 외부에서 세정 가스를 공급하기 위한 리모트 플라즈마 생성기를 포함한다.In one embodiment, a remote plasma generator for supplying a cleaning gas from the outside of the plasma reactor.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 반응기는 가스를 공급받기 위한 개구부가 천정에 형성된 유전체 윈도우; 및 상기 유전체 윈도우 하단에 위치되고 내부에 피처리 기판이 놓이는 기판 지지대를 포함하는 반응기 몸체를 포함한다.In one embodiment, the plasma reactor includes a dielectric window formed in the ceiling openings for receiving gas; And a reactor body positioned at the bottom of the dielectric window and having a substrate support therein.
일 실시예에 있어서, 상기 유전체 윈도우는 곡률을 갖는다.In one embodiment, the dielectric window has a curvature.
일 실시예에 있어서, 상기 가스분사노즐의 경사면 각도는 상기 유전체 윈도우의 곡률과 상관성을 갖는다.In one embodiment, the inclined plane angle of the gas injection nozzle has a correlation with the curvature of the dielectric window.
일 실시예에 있어서, 상기 전원 공급원과 상기 코일 안테나 사이에 구성되어 임피던스 정합을 수행하는 임피던스 정합기를 포함한다.In one embodiment, an impedance matcher is configured between the power supply and the coil antenna to perform impedance matching.
일 실시예에 있어서, 상기 기판 지지대는 바이어스 되거나 또는 바이어스 되지 않는 것 중 어느 하나이다.In one embodiment, the substrate support is either biased or unbiased.
일 실시예에 있어서, 상기 기판 지지대는 바이어스 되되, 단일 주파수 전원 또는 둘 이상의 서로 다른 주파수 전원에 의해 바이어스 된다.In one embodiment, the substrate support is biased but biased by a single frequency power supply or two or more different frequency power supplies.
일 실시예에 있어서, 상기 리모트 플라즈마 생성기와 상기 플라즈마 반응기 사이에 구비되고, 세정가스가 이송되는 세정가스 통로와 공정가스가 이송되는 공정가스 통로가 별도로 구비된 매니폴드부를 포함한다.In one embodiment, provided between the remote plasma generator and the plasma reactor, and includes a manifold portion provided with a cleaning gas passage to which the cleaning gas is transferred and a process gas passage to which the process gas is transferred.
일 실시예에 있어서, 상기 가스분사노즐은 하나의 가스 입구와 복수 개의 가스 출구를 포함하고, 상기 가스분사노즐과 상기 플라즈마 반응기의 개구부 사이가 이격되도록 상기 가스 입구가 상기 매니폴드부의 공정가스 통로 끝단에 연결되어 공정가스를 공급받는다.In one embodiment, the gas injection nozzle includes a gas inlet and a plurality of gas outlets, the gas inlet end of the process gas passage end of the manifold portion so as to be spaced apart between the gas injection nozzle and the opening of the plasma reactor It is connected to the process gas supply.
일 실시예에 있어서, 상기 가스분사노즐과 상기 개구부 사이의 이격된 공간으로 상기 매니폴더부의 세정가스 통로에서 이송된 세정가스가 분사된다.In one embodiment, the cleaning gas delivered from the cleaning gas passage of the manifold portion is injected into the spaced space between the gas injection nozzle and the opening.
일 실시예에 있어서, 상기 매니폴드부는 내부에 냉각채널을 포함한다.In one embodiment, the manifold portion includes a cooling channel therein.
본 발명의 분배 효율이 향상된 가스분사노즐 및 이를 구비한 플라즈마 반응기에 의하면, 플라즈마 반응기 내부를 세정하기 위한 세정 가스가 플라즈마 반응기의 천정과 측면에 균일하게 확산되어 내부에 부착된 공정 잔여물을 효과적으로 제거할 수 있다. 또한 가스분사노즐의 하부표면에 구비된 공정 가스 분출구에도 공정 잔여물이 증착되기 때문에 본 발명의 가스분사노즐을 통해 확산된 세정 가스를 이용하여 가스분사노즐의 하부표면에 부착된 공정 잔여물도 제거할 수 있다. 또한 공정 가스 분출구의 세정이 효율적으로 이루어지기 때문에 공정 가스의 분사가 원활 하게 이루어져 공정 효율을 극대화할 수 있다.According to the gas injection nozzle and the plasma reactor having the improved distribution efficiency of the present invention, the cleaning gas for cleaning the inside of the plasma reactor is uniformly diffused on the ceiling and sides of the plasma reactor to effectively remove the process residues attached therein. can do. In addition, since process residues are deposited on the process gas outlet provided on the lower surface of the gas injection nozzle, the process residues attached to the lower surface of the gas injection nozzle can also be removed using the cleaning gas diffused through the gas injection nozzle of the present invention. Can be. In addition, since the process gas outlet is cleaned efficiently, the process gas is smoothly sprayed to maximize process efficiency.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.In order to fully understand the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Embodiment of the present invention may be modified in various forms, the scope of the invention should not be construed as limited to the embodiments described in detail below. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Therefore, the shapes and the like of the elements in the drawings can be exaggeratedly expressed to emphasize a clearer description. It should be noted that the same members in each drawing are sometimes shown with the same reference numerals. Detailed descriptions of well-known functions and constructions which may be unnecessarily obscured by the gist of the present invention are omitted.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스분사노즐을 구비한 플라즈마 반응기와 플라즈마 반응 시스템을 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a plasma reactor and a plasma reaction system having a gas injection nozzle according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마 반응 시스템(10)은 플라즈마 반응기(12), 코일 안테나(14), 전원 공급원(20) 및 가스분사노즐(60)을 포함한다. 플라즈마 반응기(12)는 유전체 윈도우(12a)와 반응기 몸체(12b)로 구성된다. 코일 안테나(14)는 플라즈마 반응기(12)의 상부에 구성된다. 전원 공급원(20)으로부터 발생된 주파수 전원은 임피던스 정합기(22)를 통하여 코일 안테나(14)로 공급되어 플라즈마 반응기(12) 내부에 유도 결합된 플라즈마를 유도한다. 전원 공급원(20)으로부 터 발생되는 주파수는 300 ~ 500㎑의 범위이며, 1 ~ 20㎾까지 인가된다. 가스분사노즐(60)은 플라즈마 반응기(12)에 구비되어 세정가스 및 공정가스를 플라즈마 반응기(12) 내부로 분사한다.As shown in FIG. 1, the
플라즈마 반응기(12)는 유전체 윈도우(12a)와 반응기 몸체(12b)를 포함한다. 유전체 윈도우(12a)는 RF 에너지와 같은 전자기 에너지를 투과시킬 수 있는 유전물, 예를 들어, 실리콘 또는 이산화 실리콘으로 구성될 수 있다. 유전체 윈도우(12a)는 돔 형태와 같은 곡률을 갖는 형상으로 형성되고, 천정에 외부로부터 세정가스 및 공정 가스를 플라즈마 반응기(12) 내부로 공급받기 위한 개구부(13)가 구비된다. The
반응기 몸체(12)는 유전체 윈도우(12a)의 하단에 위치되어 내부에 피처리 기판(18)이 놓이는 기판 지지대(16)가 구비된다. 반응기 몸체(12b)는 알루미늄, 스테인리스, 구리와 같은 금속 물질로 재작될 수 있다. 또는 코팅된 금속 예를 들어, 양극 처리된 알루미늄이나 니켈 도금된 알루미늄으로 재작될 수도 있다. 또는 내화 금속(refractory metal)로 재작될 수도 있다. 또 다른 대안으로는 반응기 몸체를 전체적 또는 부분적으로 석영, 세라믹과 같은 전기적 절연 물질로 재작하는 것도 가능하다. 이와 같이 반응기 몸체(12b)는 의도된 플라즈마 프로세스가 수행되기에 적합한 어떠한 물질로도 재작될 수 있다. 반응기 몸체(12b)의 구조는 피처리 기판(18)에 따라 그리고 플라즈마의 균일한 발생을 위하여 적합한 구조 예를 들어, 원형 구조나 사각형 구조 그리고 이외에도 어떠한 형태의 구조를 가질 수 있다.The
피처리 기판(18)은 예를 들어, 반도체 장치, 디스플레이 장치, 태양전지 등과 같은 다양한 장치들의 제조를 위한 웨이퍼 기판, 유리 기판, 플라스틱 기판 등과 같은 기판들이다. The
일반적으로 플라즈마 반응기(12)에서 증착 공정 동안 플라즈마 반응기(12) 내면에 형성되는 공정 잔여물은 세정하기에 어렵고, 보다 높은 농도의 또는 더 두꺼운 공정 잔여물의 증착을 가지며, 후속 웨이퍼 처리 단계에 대해 유해한 공정 잔여물이 생성될 수 있다. 예를 들어, 이 잔여물이 박편으로 분리되어 피처리 기판(18)을 오염시킬 수 있다. In general, process residues formed on the inner surface of the
피처리 기판(18)이 처리된 후 플라즈마 반응기(12)는 플라즈마 반응기(12)의 외부에 위치된 세정가스 공급원(30)과 리모트 플라즈마 생성기(40)를 통해 세정가스를 공급받아 플라즈마 반응기(12) 내부에 증착된 공정 잔여물을 세정한다. 세정가스는 가스분사노즐(60)의 상부표면(62)을 따라 분기되어 플라즈마 반응기(12) 내부로 방사된다. After the
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스분사노즐을 위에서 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스분사노즐을 아래에서 도시한 도면이다.2 is a view showing a gas injection nozzle according to a preferred embodiment of the present invention from above, and FIG. 3 is a view showing a gas injection nozzle according to a preferred embodiment of the present invention from below.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 가스분사노즐(60)은 플라즈마 반응기(12)의 상부에 위치된 공정가스 공급원(50)으로부터 공정가스를 공급받는 하나의 가스 입구(65)와 플라즈마 반응기(12)의 내부로 공정가스를 분사시키는 복수 개의 가스 출구(66)를 구비한다. 복수 개의 가스 출구(66)는 각 가스 출구(66) 간에 동일한 간격과 각도로 구비되어 플라즈마 반응기(12) 내에서 균일한 플라즈마를 유도한다. As shown in Figs. 2 and 3, the
가스분사노즐(60)은 세정가스를 플라즈마 반응기(12) 내부에 확산시키기 위해 상부표면(62)이 경사면으로 형성되고, 하부표면(64)이 곡면으로 형성된다. 상부 표면(62)의 경사면 각도는 가스분사노즐(60)의 수직축과 상부표면(62) 사이의 각도로 90 ~ 180도의 범위에서 조절이 가능하다. 또한 경사면 각도는 가스분사노즐(60)의 상부에서 하부로 갈수록 완만해져(가스분사노즐의 내측으로 상부 표면이 오목한 형태가 되도록) 가스분사노즐(60)의 상부표면(62)이 오목한 표면을 갖는다. 따라서 가스분사노즐(60)의 오목한 상부표면(62)을 따라 세정가스가 플라즈마 반응기(12)의 내부에 균일하게 확산될 수 있다. 하부표면(64)은 곡면으로 형성되어 상부표면(62)을 따라 확산된 세정 가스는 곡면으로 형성된 하부표면(64)을 따라 분사된다. 그러므로 하부표면(64)으로 확산된 세정가스에 의해 하부표면(64)에 증착된 공정 잔여물의 세정이 이루어진다.In the
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스분사노즐을 통해 세정가스가 플라즈마 반응기의 내부로 분사되는 것을 나타낸 도면이다.4 is a view showing that the cleaning gas is injected into the plasma reactor through the gas injection nozzle according to an embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 가스분사노즐(60)은 플라즈마 반응기(12)의 개구부(13)에 설치한다. 가스분사노즐(60)은 플라즈마 반응기(12)의 개구부(13)를 완전히 밀폐시키지 않고 가스분사노즐(60)의 둘레를 따라 소정 간격 이격되도록 설치된다. 이격된 간격을 통해 리모트 플라즈마 생성기(40)에서 공급되는 세정가스가 가스분사노즐(60)의 상부 표면(62)을 따라 플라즈마 반응기(12) 내부로 분기된다. As shown in FIG. 4, the
세정 가스는 가스분사노즐(60)의 상부표면(62)을 따라 플라즈마 반응기(12) 내부로 분기되면 먼저 플라즈마 반응기(12) 천정과 벽면을 걸쳐 확산되어 세정이 이루어진다. 가스분사노즐(60)의 상부표면(62)을 따라 분기된 세정가스는 곡면의 하부표면(64)을 따라 확산되면서 하부표면(64)의 세정도 이루어진다. When the cleaning gas branches into the
본 발명에 따른 가스분사노즐(60)의 경사면은 플라즈마 반응기(12)의 곡률과 상관성을 갖는다. 즉, 플라즈마 반응기(12)의 곡률에 맞도록 가스분사노즐(60)의 경사면 각도를 조절하여 세정가스의 확산 정도의 조절이 가능하다. 가스분사노즐(60)은 플라즈마 반응기(12)의 다양한 곡률에 따라 최적의 세정 효율을 낼 수 있는 경사면을 구비함으로써 플라즈마 반응기(12) 내부에 균일하게 세정가스를 확산시키고 증착된 공정 잔여물을 효율적으로 세정한다.The inclined surface of the
다시 도 1 및 도 4를 참조하면, 매니폴드부(45)는 리모트 플라즈마 생성기(40)와 플라즈마 반응기(12)의 개구부(13) 사이에 구비된다. 매니폴드브(45)는 알루미늄으로 형성된다. 매니폴드부(45)는 플라즈마 반응기(12) 내부로 공정가스를 수직 이송하는 공정가스 통로(52)를 중심 영역에 구비한다. 또한 매니폴드부(45)는 공정가스 통로(52)의 주변부 둘레를 따라 플라즈마 반응기(12) 내부로 세정가스를 수직 이송하는 복수 개의 세정가스 통로(54)를 포함한다. 복수 개의 세정가스 통로(54)는 하나의 세정가스 통로(54)로 통합될 수도 있다. Referring again to FIGS. 1 and 4, the
매니폴드부(45)의 공정가스 통로(52)는 일측이 공정가스 공급원(50)에 연결되고, 타측이 가스분사노즐(60)의 가스 입구(65)에 연결된다. 공정가스 공급원(50) 으로부터 공급된 공정가스는 매니폴드부(45)와 가스분사노즐(60)을 통해 플라즈마 반응기(12)의 내부에 공급된다. 공정가스 통로(52)에 가스분사노즐(60)이 연결되어 가스분사노즐(60)과 플라즈마 반응기(12)의 개구부(13) 사이가 이격될 수 있다. 매니폴드부(45)의 세정가스 통로(54)는 플라즈마 반응기(12)의 개구부(13)와 가스분사노즐(60) 사이 이격된 부분으로 세정가스를 공급한다. 또한 매니폴드부(45)는 플라즈마 반응기(12)에서 발생되는 열로 인하여 매니폴드부(45)가 과열되는 것을 방지하기 위한 냉각채널(47)이 구비된다. The
플라즈마 반응기(12) 내부에는 피처리 기판(18)을 지지하기 위한 기판 지지대(16)가 구비된다. 기판 지지대(16)는 바이어스 전원 공급원(7)에 연결되어 바이어스 된다. 예를 들어, 서로 다른 주파수 전원을 공급하는 두 개의 바이어스 전원 공급원 또는 하나의 전원 공급원(7)이 임피던스 정합기(5)를 통하여 기판 지지대(16)에 전기적으로 연결되어 바이어스 된다. 기판 지지대(16)의 이중 바이어스 구조는 플라즈마 반응기(10)의 내부에 플라즈마 발생을 용이하게 하고, 플라즈마 이온 에너지 조절을 더욱 개선시켜 공정 생산력을 향상 시킬 수 있다. 또는 단일 바이어스 구조로 변형 실시할 수도 있다. 또는 기판 지지대(16)는 바이어스 전원의 공급 없이 제로 퍼텐셜(zero potential)을 갖는 구조로 변형 실시될 수도 있다. 그리고 기판 지지대(16)는 정전척(미도시)을 포함할 수 있다. 또는 기판 지지대는 히터(미도시)를 포함할 수 있다.The
코일 안테나(14)는 단일 주파수 전원을 공급받아 구동되어 플라즈마 반응기(12) 내부에 유도 결합된 플라즈마를 유도한다. 코일 안테나(14)는 다중 주파수로 구동될 수도 있는데, 코일 안테나(14)를 다중 주파수로 구동하는 방식은 여러 가지 방식으로 변형이 가능하다.The
코일 안테나(14)는 전원 공급원(20)으로부터 공급되는 주파수 전원에 의해 과열되는 것을 방지하기 위한 냉각채널을 포함한다. 예를 들어, 코일 안테나(14)의 내부에 냉각수나 냉각액을 순환시켜 코일 안테나(14)가 과열되는 것을 방지한다. The
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 가스분사노즐의 경사면 각도 및 복수 개의 가스 출구로 분사되는 가스 분사각을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일시예에 따라 가스분사노즐의 경사면 각도에 따라 플라즈마 반응기의 세정효율을 측정한 그래프이다.5 is a view showing the inclined plane angle of the gas injection nozzle and the gas injection angle injected to the plurality of gas outlets according to an embodiment of the present invention, Figure 6 is a view of the inclined plane angle of the gas injection nozzle in accordance with an embodiment of the present invention This is a graph measuring the cleaning efficiency of the plasma reactor.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예로 경사면 각도가 조절된 가스분사노즐(60)를 구비한 플라즈마 반응기(12)를 형성한다. 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 반응기(12)는 내경 반지름이 210 ~ 250 ㎜이다. As shown in FIG. 5, in one embodiment of the present invention, a
도 6에 도시된 바와 같이, 가스분사노즐(60)의 경사면 각도에 따라 플라즈마 반응기(12)의 세정효율을 측정한 그래프로 가로축(X축)은 시간이고, 세로축(Y축)은 세정 가스에 의해 생성된 생성물에 전류를 인가했을 때 측정되는 이온 전류값을 나타낸다. 세정 가스는, 예를 들어, 한 개 이상의 NF3, C2F6, C3F8, CF4 및 SF6 와 같은 플루오르 함유 가스를 포함할 수 있으나, 본 실시예에서는 세정 가스로 질소 트리플루오라이드(NF3)를 사용한다. As shown in FIG. 6, the horizontal axis (X axis) is time, and the vertical axis (Y axis) is the cleaning gas in a graph measuring cleaning efficiency of the
가스분사노즐(60)의 상부표면(62)을 따라 플라즈마 반응기(12)의 내부로 확산된 세정가스는 플라즈마 반응기(12)의 내면에 증착된 공정 잔여물인 산화실리콘(SIO2)과 이온결합하여 생성물(SIF4)을 형성한다. 세정가스가 플라즈마 반응기(12)로 공급되면 처음에는 공정 잔여물과 결합된 생성물(SIF4)이 다량 생성된다. 세정 과정을 진행하는 동안 점차 생성물(SIF4)의 양이 줄어들면서 플라즈마 반응기(12)의 세정이 이루어진다. 형성된 생성물(SIF4)은 배기 시스템(미도시)을 통해 플라즈마 반응기(12)의 외부로 배출된다. The cleaning gas diffused into the
그래프에서 확인해보면 경사면의 각도에 따라 이온 전류를 측정한 값이 다르게 나타나는 것을 알 수 있다. 특히, 이온 전류 측정값이 가장 최고인 지점을 비교하면 경사면의 각도가 110 ~ 130도일 때 이온 전류 측정값이 크게 나타나는 것을 알 수 있다. 즉, 플라즈마 반응기(12)의 내경 반지름이 210 ~ 250㎜인 경우에는 가스분사노즐(60)의 경사면 각도가 110 ~ 130도일 때 최적의 세정 효율을 갖는다는 것을 확인할 수 있다.From the graph, it can be seen that the measured value of the ion current appears differently according to the angle of the inclined surface. In particular, when comparing the point where the ion current measurement value is the highest, it can be seen that the ion current measurement value is large when the angle of the inclined plane is 110 to 130 degrees. That is, when the radius of the inner diameter of the
그러므로 플라즈마 반응기(12)의 곡률에 따라 최적의 세정효율을 갖는 가스분사노즐(60)의 경사면 각도를 알 수 있다. Therefore, it is possible to know the inclined plane angle of the
다시 도 5를 참조하면, 가스분사노즐(60)은 복수 개의 가스 출구(66)가 각각 바람직하게 110 ~ 130도의 각도를 이루며 구비되어 가스 출구(66)를 통해 공정가스가 균일하게 분사되어 플라즈마 반응기(12)의 내부에 균일한 플라즈마를 유도할 수 있도록 한다. Referring back to FIG. 5, the
이상에서 설명된 본 발명의 가스분사노즐 및 플라즈마 반응기의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Embodiments of the gas injection nozzle and the plasma reactor of the present invention described above are merely exemplary, and those skilled in the art to which the present invention pertains may various modifications and other equivalent embodiments therefrom. You will know well. Accordingly, it is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiments. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims. It is also to be understood that the present invention includes all modifications, equivalents, and substitutes within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
본 발명의 가스분사노즐 및 이를 구비한 플라즈마 반응기는 반도체 집적 회로의 제조, 평판 디스플레이 제조, 태양전지의 제조와 같은 다양한 박막 형성을 위한 플라즈마 반응기의 세정 공정에서 매우 유용하게 이용될 수 있다.The gas injection nozzle of the present invention and the plasma reactor having the same can be very usefully used in the cleaning process of the plasma reactor for forming various thin films such as the manufacture of semiconductor integrated circuits, the manufacture of flat panel displays, and the manufacture of solar cells.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스분사노즐을 구비한 플라즈마 반응기와 플라즈마 반응 시스템을 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a plasma reactor and a plasma reaction system having a gas injection nozzle according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스분사노즐을 바라보고 도시한 도면이다.2 is a view showing a gas injection nozzle according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스분사노즐을 바라보고 도시한 도면이다.Figure 3 is a view showing a gas injection nozzle according to a preferred embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스분사노즐을 통해 세정가스가 플라즈마 반응기의 내부로 분사되는 것을 나타낸 도면이다.4 is a view showing that the cleaning gas is injected into the plasma reactor through the gas injection nozzle according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 가스분사노즐의 경사면 각도 및 복수 개의 가스 출구로 분사되는 가스 분사각을 나타낸 도면이다.5 is a view showing the inclined plane angle of the gas injection nozzle and the gas injection angle injected to the plurality of gas outlets according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일시예에 따라 가스분사노즐의 경사면 각도에 따라 플라즈마 반응기의 세정효율을 측정한 그래프이다.6 is a graph measuring the cleaning efficiency of the plasma reactor according to the inclined plane angle of the gas injection nozzle in accordance with one embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10: 플라즈마 반응 시스템 12: 플라즈마 반응기10: plasma reaction system 12: plasma reactor
12a: 유전체 윈도우 12b: 반응기 몸체12a:
13: 개구부 14: 코일 안테나13: opening 14: coil antenna
16: 기판지지대 18: 피처리 기판16: substrate support 18: substrate to be processed
20, 7; 전원 공급원 22, 5: 임피던스 정합기20, 7;
30: 세정가스 공급원 40: 리모트 플라즈마 생성기30: cleaning gas source 40: remote plasma generator
45: 매니폴드부 47: 냉각채널45: manifold portion 47: cooling channel
50: 공정가스 공급원 52: 공정가스 통로50: process gas source 52: process gas passage
54: 세정가스 통로 60: 가스분사노즐54: cleaning gas passage 60: gas injection nozzle
62: 상부표면 64: 하부표면62: upper surface 64: lower surface
65: 가스 입구 66: 가스 출구65
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