KR101165725B1 - Apparatus and method for treating substrate using plasma - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마 처리 장치 및 방법을 개시한 것으로서, 반응기와 유도 결합형 플라즈마 안테나의 사이에 유전체를 개재시키고, 유도 결합형 플라즈마 안테나를 유전체에 밀착 배치함으로써, 유도 결합형 플라즈마 안테나에 낮은 알에프 파워를 인가하여 플라즈마를 발생할 수 있다.The present invention discloses a plasma processing apparatus and method, wherein a low dielectric power is applied to an inductively coupled plasma antenna by interposing a dielectric between the reactor and the inductively coupled plasma antenna, and placing the inductively coupled plasma antenna in close contact with the dielectric. It can be applied to generate a plasma.

Description

플라즈마 처리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TREATING SUBSTRATE USING PLASMA}Plasma treatment apparatus and method {APPARATUS AND METHOD FOR TREATING SUBSTRATE USING PLASMA}

본 발명은 플라즈마 처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for plasma processing, and more particularly, to an apparatus and method for processing a substrate using plasma.

일반적으로, 플라즈마는 이온이나 전자, 라디칼(Radical) 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말하며, 플라즈마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성된다.In general, a plasma refers to an ionized gas state composed of ions, electrons, radicals, and the like, and a plasma is generated by a very high temperature, a strong electric field, or an RF electromagnetic field.

플라즈마 처리 장치로는 플라즈마 생성 에너지원에 따라 축전 용량성 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma, CCP) 처리 장치, 유도 결합형 플라즈마 (Inductively Coupled Plasma, ICP) 처리 장치 및 마이크로웨이브 플라즈마(Microwave Plasma) 처리 장치 등이 제안되어 있으며, 이 중, 유도 결합형 플라즈마(ICP) 처리 장치는 낮은 압력에서 고밀도의 플라즈마를 생성시킬 수 있는 등의 장점으로 인해 널리 사용되고 있다.Plasma processing apparatuses include capacitively coupled plasma (CCP) processing apparatuses, inductively coupled plasma (ICP) processing apparatuses, and microwave plasma processing apparatuses according to plasma generation energy sources. Among them, inductively coupled plasma (ICP) processing apparatus has been widely used due to its advantages such as high density plasma generation at low pressure.

도 1은 종래의 유도 결합형 플라즈마 처리 장치의 일부를 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 안테나 코일(1)은 반응기(2)의 외벽으로부터 상당한 거리만큼 이격되고, 안테나 코일(1)과 반응기(2)의 외벽 사이에는 전기장의 차폐를 위한 패러데이 쉴드(Faraday Shield, 3)가 개재된다.1 is a view showing a portion of a conventional inductively coupled plasma processing apparatus. Referring to FIG. 1, the antenna coil 1 is spaced apart from the outer wall of the reactor 2 by a considerable distance, and between the antenna coil 1 and the outer wall of the reactor 2 a Faraday Shield for shielding the electric field. 3) is interposed.

그런데, 플라즈마 발생을 위한 자기장의 크기는 안테나 코일(1)과 반응기(2) 사이의 거리에 반비례하므로, 반응기(2) 내에서 공정에 적합한 플라즈마의 밀도를 유지하기 위해서는 높은 알에프(RF) 파워가 인가되어야 한다.However, since the magnitude of the magnetic field for plasma generation is inversely proportional to the distance between the antenna coil 1 and the reactor 2, in order to maintain the density of plasma suitable for the process in the reactor 2, high RF (RF) power is required. It must be authorized.

높은 알에프 파워가 인가되면, 안테나 코일(1)과 반응기(2) 사이에서 아크(Arc)가 발생할 위험이 있고, 패러데이 쉴드(3)에 의해 차폐되지 않은 전기장에 의해 플라즈마 스퍼터링(Plasma Sputtering)이 발생하여 반응기(2)의 내벽이 침식될 수 있으며, 또한 플라즈마에 의한 반응기(2) 내부의 국부적 열 분포로 인하여 반응기(2)가 열 충격을 받아 파손될 수 있는 등의 문제점들이 있다. When high RF power is applied, there is a risk of arcing between the antenna coil 1 and the reactor 2, and plasma sputtering occurs by an electric field not shielded by the Faraday shield 3. As a result, the inner wall of the reactor 2 may be eroded, and the reactor 2 may be damaged by thermal shock due to a local heat distribution inside the reactor 2 by plasma.

본 발명은 유도 결합형 플라즈마 안테나에 낮은 알에프 파워를 인가하여 플라즈마를 발생할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention provides a plasma processing apparatus and method capable of generating plasma by applying low RF power to an inductively coupled plasma antenna.

본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited thereto, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치는, 기판의 플라즈마 처리 공정이 진행되는 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내에 배치되며, 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 및 플라즈마를 발생하고, 상기 기판 지지 부재에 의해 지지된 상기 기판에 상기 플라즈마를 제공하는 플라즈마 발생 유닛을 포함하되, 상기 플라즈마 발생 유닛은, 외벽을 갖으며 내부공간의 상부는 막혀있고 하부는 개방된 실린더 형상을 가지며, 상기 공정 챔버의 상부 벽에 수직하게 결합되는 반응기; 상기 반응기를 감싸는 유전체; 상기 유전체를 감싸는 코일 형상의 유도 결합형 플라즈마 안테나; 및 상기 반응기에 공정 가스를 공급하는 가스 공급 부재를 포함한다.In order to achieve the above object, a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention, the process chamber in which the plasma processing process of the substrate proceeds; A substrate support unit disposed in the process chamber and supporting a substrate; And a plasma generating unit for generating a plasma and providing the plasma to the substrate supported by the substrate supporting member, wherein the plasma generating unit has an outer wall and the upper portion of the inner space is blocked and the lower portion is opened. A reactor having a cylinder shape and coupled vertically to an upper wall of the process chamber; A dielectric surrounding the reactor; A coil-shaped inductively coupled plasma antenna surrounding the dielectric; And a gas supply member supplying a process gas to the reactor.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 유전체는 상기 반응기의 외벽에 밀착되고, 상기 유도 결합형 플라즈마 안테나는 상기 유전체의 외벽에 밀착될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the dielectric may be in close contact with the outer wall of the reactor, and the inductively coupled plasma antenna may be in close contact with the outer wall of the dielectric.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 유전체는 유전율과 열 전도성을 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the dielectric may have a dielectric constant and a thermal conductivity.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 유전체는 실리콘 고무(Silicon Rubber) 재질로 구비될 수 있다.According to an embodiment of the invention, the dielectric may be provided with a silicon rubber (Silicon Rubber) material.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 유도 결합형 플라즈마 안테나의 상부 및/또는 하부에 상기 유전체를 감싸도록 설치되며, 상기 유전체로부터 전달되는 열을 외부로 방출하는 방열 부재를 더 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the dielectric member may be disposed on the top and / or bottom of the inductively coupled plasma antenna, and further include a heat dissipation member for dissipating heat transferred from the dielectric to the outside.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 반응기와 상기 유전체 사이에 개재되는 비금속성(非金屬性)의 열 전도체를 더 포함하고, 상기 열 전도체는 상기 반응기의 외벽에 밀착되고, 상기 유전체는 상기 열 전도체의 외벽에 밀착되고, 상기 유도 결합형 플라즈마 안테나는 상기 유전체의 외벽에 밀착될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, further comprising a non-metallic thermal conductor interposed between the reactor and the dielectric, the thermal conductor is in close contact with the outer wall of the reactor, the dielectric is the thermal conductor The inductively coupled plasma antenna may be in close contact with the outer wall of the dielectric.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 유전체와 상기 유도 결합형 플라즈마 안테나는 상기 반응기의 길이 방향을 따라 중심 영역에 배치되고, 상기 유전체와 상기 유도 결합형 플라즈마 안테나의 상부 및/또는 하부에 상기 열 전도체를 감싸도록 설치되며, 상기 열 전도체로부터 전달되는 열을 외부로 방출하는 방열 부재를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the dielectric and the inductively coupled plasma antenna are disposed in a central region along the longitudinal direction of the reactor, and the thermal conductor is disposed above and / or below the dielectric and the inductively coupled plasma antenna. Is installed to surround the, may further include a heat dissipation member for dissipating heat transferred from the heat conductor to the outside.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 방열 부재는 냉각 수가 흐르는 코일 형상의 냉각 라인을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the heat dissipation member may include a coil-shaped cooling line through which cooling water flows.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 반응기는 이트리아(Y2O3) 재질로 구비될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the reactor may be provided with yttria (Y 2 O 3 ) material.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 반응기는 절연 재질로 구비되고, 상기 반응기의 내벽은 이트리아(Y2O3) 재질로 코팅될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the reactor is provided with an insulating material, the inner wall of the reactor may be coated with a yttria (Y 2 O 3 ) material.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 가스 공급 부재는, 상기 반응기 내로 플라즈마 소스 가스를 공급하는 소스 가스 공급 부재를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the gas supply member may include a source gas supply member supplying a plasma source gas into the reactor.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 가스 공급 부재는, 상기 반응기 상의 상기 유도 결합형 플라즈마 안테나의 아래에 연결되며, 상기 반응기로 보조 가스를 공급하는 보조 가스 공급 부재를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the gas supply member may be connected under the inductively coupled plasma antenna on the reactor, and may further include an auxiliary gas supply member for supplying auxiliary gas to the reactor.

상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 처리 방법은, 반응기의 외벽에 유전체를 제공하고; 상기 유전체의 외벽에 유도 결합형 플라즈마 안테나를 제공하고; 상기 반응기에 플라즈마 소스 가스를 공급하고; 그리고 상기 유도 결합형 플라즈마 안테나에 전원을 인가하여 상기 플라즈마 소스 가스로부터 플라즈마를 발생한다.Plasma processing method according to an embodiment of the present invention to achieve the above object, providing a dielectric on the outer wall of the reactor; Providing an inductively coupled plasma antenna on an outer wall of the dielectric; Supplying a plasma source gas to the reactor; Then, power is applied to the inductively coupled plasma antenna to generate plasma from the plasma source gas.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 유전체는 유전율과 열 전도율을 가지는 재질일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the dielectric may be a material having a dielectric constant and a thermal conductivity.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 반응기의 외벽과 상기 유전체 사이에 열 전도체를 제공하되, 상기 열 전도체가 대기(大氣)에 노출되도록 상기 유전체는 상기 열 전도체의 일부 영역을 감쌀 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a thermal conductor is provided between the outer wall of the reactor and the dielectric, and the dielectric may cover a portion of the thermal conductor so that the thermal conductor is exposed to the atmosphere.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 유도 결합형 플라즈마 안테나의 양측에 방열 부재를 배치하여, 상기 플라즈마로부터 상기 반응기로 전달되는 열을 외부로 방출할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, heat dissipation members may be disposed on both sides of the inductively coupled plasma antenna to radiate heat transferred from the plasma to the reactor.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 반응기는 이트리아(Y2O3) 재질일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the reactor may be made of yttria (Y 2 O 3 ).

본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 반응기의 일단에 플라즈마 소스 가스를 공급하고, 상기 반응기의 플라즈마 분사구에 인접한 타단에 보조 가스를 공급할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the plasma source gas may be supplied to one end of the reactor, and the auxiliary gas may be supplied to the other end adjacent to the plasma injection port of the reactor.

본 발명에 의하면, 유도 결합형 플라즈마 안테나와 반응기 내의 플라즈마 발생 영역 사이의 거리를 최소화하여, 낮은 알에프 파워로 플라즈마를 발생할 수 있다.According to the present invention, the plasma can be generated with low RF power by minimizing the distance between the inductively coupled plasma antenna and the plasma generating region in the reactor.

그리고 본 발명에 의하면, 유도 결합형 플라즈마 안테나와 반응기 사이에서 발생하는 아크(Arc)를 최소화할 수 있다.According to the present invention, an arc generated between the inductively coupled plasma antenna and the reactor can be minimized.

또한, 본 발명에 의하면, 플라즈마 스퍼터링의 발생을 최소화하여, 반응기 내벽의 침식을 감소시킬 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to minimize the occurrence of plasma sputtering, to reduce the erosion of the inner wall of the reactor.

또한, 본 발명에 의하면, 플라즈마로부터 반응기로 전달되는 열을 효율적으로 방출하여, 반응기 내의 열 분포를 균일하게 할 수 있고, 이를 통해 국부적 열 분포에 의한 열 충격으로 반응기가 파손되는 것을 최소화할 수 있다.In addition, according to the present invention, by efficiently dissipating heat transferred from the plasma to the reactor, it is possible to uniformize the heat distribution in the reactor, thereby minimizing the breakage of the reactor due to thermal shock by the local heat distribution. .

이하에 설명된 도면들은 단지 예시의 목적을 위한 것이고, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.
도 1은 종래의 유도 결합형 플라즈마 처리 장치의 일부를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2의 플라즈마 발생 유닛의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 2의 "A" 부분을 확대하여 보여주는 도면이다.
도 5는 도 2의 플라즈마 발생 유닛의 또 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치를 보여주는 도면이다.
도 7은 도 6의 플라즈마 발생 유닛의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 8은 도 6의 플라즈마 발생 유닛의 또 다른 예를 보여주는 도면이다.The drawings described below are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the invention.
1 is a view showing a portion of a conventional inductively coupled plasma processing apparatus.
2 is a view showing a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating another example of the plasma generating unit of FIG. 2.
4 is an enlarged view of a portion “A” of FIG. 2.
FIG. 5 is a diagram illustrating still another example of the plasma generating unit of FIG. 2.
6 is a view showing a plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating another example of the plasma generating unit of FIG. 6.
8 is a diagram illustrating still another example of the plasma generating unit of FIG. 6.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치 및 방법을 상세히 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
Hereinafter, a plasma processing apparatus and a method according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

( 실시 예 1 )(Example 1)

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치(10)를 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 플라즈마 처리 장치(10)는 공정 챔버(100)와, 플라즈마 발생 유닛(200)을 포함한다. 공정 챔버(100)는 플라즈마를 이용한 기판(W)의 처리 공정을 수행한다. 플라즈마 발생 유닛(200)은 기판 처리 공정에 사용되는 플라즈마를 발생하고, 플라즈마를 다운 스트림(Down Stream) 방식으로 공정 챔버(100)에 제공한다.2 is a diagram illustrating a plasma processing apparatus 10 according to an embodiment of the present invention. 2, the plasma processing apparatus 10 includes a process chamber 100 and a plasma generating unit 200. The process chamber 100 performs a process of treating the substrate W using plasma. The plasma generation unit 200 generates a plasma used in the substrate processing process and provides the plasma to the process chamber 100 in a down stream manner.

공정 챔버(100)는 처리실(120), 기판 지지 유닛(140), 리드(160) 및 배플(180)을 포함한다. 처리실(120)은 상부가 개방된 형상을 가지고, 기판(W) 처리 공정이 진행되는 공정 공간(PS)을 제공한다. 처리실(120)의 바닥 벽(122)에는 배기 홀들(123a, 123b)이 형성되고, 배기 홀들(123a, 123b)에는 배기관(124a, 124b)이 결합된다. 기판(W) 처리 과정에서 공정 공간(PS)에 생성되는 반응 부산물과, 공정 공간(PS)으로 유입된 가스는 배기 홀들(123a, 123b)과 배기관들(124a, 124b)을 통해 외부로 배출된다. 배기관들(124a, 124b)에는 압력 조절 장치(미도시)가 연결될 수 있으며, 압력 조절 장치(미도시)에 의해 공정 챔버(120) 내부의 압력이 조절될 수 있다.The process chamber 100 includes a process chamber 120, a substrate support unit 140, a lead 160, and a baffle 180. The process chamber 120 has an open top shape and provides a process space PS through which a substrate W processing process is performed. Exhaust holes 123a and 123b are formed in the bottom wall 122 of the processing chamber 120, and exhaust pipes 124a and 124b are coupled to the exhaust holes 123a and 123b. The reaction by-products generated in the process space PS and the gas introduced into the process space PS during the processing of the substrate W are discharged to the outside through the exhaust holes 123a and 123b and the exhaust pipes 124a and 124b. . A pressure regulator (not shown) may be connected to the exhaust pipes 124a and 124b, and the pressure inside the process chamber 120 may be adjusted by the pressure regulator (not shown).

기판 지지 유닛(140)은 처리실(120)의 공정 공간(PS)에 배치된다. 기판 지지 유닛(140)은 플라즈마 처리 공정이 진행되는 기판(W)을 지지하고, 기판(W)을 회전시키거나 상승 및 하강시킨다. 기판 지지 유닛(140)은 스핀 척(142)과, 구동 축(144)을 포함한다. 스핀 척(142)은 정전력에 의해 기판을 흡착 지지하는 정전척(Electro Static Chuck, ESC)일 수 있으며, 또한 스핀 척(142)은 기계적 클램핑 방식의 척 또는 진공압에 의해 기판을 흡착 지지하는 진공 척(Vacuum Chuck)일 수도 있다. 스핀 척(142)에는 기판의 온도를 공정 온도로 유지하기 위한 온도 조절부(미도시)가 제공될 수 있다. 구동 축(144)은 스핀 척(142)의 아래에 결합된다. 구동축(144)은 구동기(미도시)에 의해 발생된 구동력을 스핀 척(142)에 전달한다. 구동기(미도시)는 스핀 척(142)을 회전시키기 위한 회전 구동력을 제공할 수 있으며, 또한 스핀 척(142)을 승강시키기 위한 직선 구동력을 제공할 수도 있다.The substrate support unit 140 is disposed in the process space PS of the process chamber 120. The substrate support unit 140 supports the substrate W on which the plasma processing process is performed, and rotates or raises and lowers the substrate W. The substrate support unit 140 includes a spin chuck 142 and a drive shaft 144. The spin chuck 142 may be an electrostatic chuck (ESC) that sucks and supports the substrate by electrostatic force, and the spin chuck 142 may suck and support the substrate by a mechanical clamping chuck or vacuum pressure. It may also be a vacuum chuck. The spin chuck 142 may be provided with a temperature controller (not shown) for maintaining the temperature of the substrate at a process temperature. The drive shaft 144 is coupled below the spin chuck 142. The drive shaft 144 transmits the driving force generated by the driver (not shown) to the spin chuck 142. A driver (not shown) may provide a rotational driving force for rotating the spin chuck 142, and may also provide a linear driving force for elevating the spin chuck 142.

리드(160)는 하부가 개방된 역 깔때기 형상을 가질 수 있으며, 리드(160)의 내부에는 플라즈마의 확산을 위한 확산 공간(DS)이 제공된다. 리드(160)는 처리실(120)의 개방된 상부에 결합하여 처리실(120)의 개방된 상부를 밀폐한다. 리드(160)의 상단 중심부에는 유입구(162)가 형성되고, 플라즈마 발생 유닛(200)이 유입구(162)에 결합된다. 플라즈마 발생 유닛(200)이 제공하는 플라즈마는 유입구(162)를 통해 리드(160)의 확산 공간(DS)으로 유입되고, 유입된 플라즈마는 확산 공간(DS) 내에서 확산된다. 리드(160)는 청구항에 따라서는 공정 챔버(100)의 상부 벽이라 한다.The lid 160 may have an inverted funnel shape with an open bottom, and a diffusion space DS for diffusing the plasma is provided inside the lid 160. The lid 160 is coupled to the open upper portion of the process chamber 120 to seal the open upper portion of the process chamber 120. An inlet 162 is formed at the center of the upper end of the lead 160, and the plasma generation unit 200 is coupled to the inlet 162. The plasma provided by the plasma generating unit 200 is introduced into the diffusion space DS of the lead 160 through the inlet 162, and the introduced plasma is diffused in the diffusion space DS. Lead 160 is referred to as the top wall of process chamber 100 in accordance with the claims.

배플(180)은 스핀 척(142)과 마주보도록 처리실(120)의 개방된 상부에 결합된다. 배플(180)은 처리실(120)의 공정 공간(PS)과 리드(160)의 확산 공간(DS)을 구획하며, 홀들(182)을 통해 확산 공간(DS)으로부터 공정 공간(PS)으로 제공되는 플라즈마의 성분을 선택적으로 투과시킨다. 배플(180)은 주로 플라즈마의 라디칼 성분을 공정 공간(PS)으로 투과시킬 수 있다.
The baffle 180 is coupled to an open upper portion of the processing chamber 120 to face the spin chuck 142. The baffle 180 partitions the process space PS of the processing chamber 120 and the diffusion space DS of the lead 160 and is provided from the diffusion space DS to the process space PS through the holes 182. Selectively transmits the components of the plasma. The baffle 180 may mainly transmit radical components of the plasma to the process space PS.

플라즈마 발생 유닛(200)은 공정 챔버(100)의 리드(160)에 결합하고, 기판 처리 공정에 사용되는 플라즈마를 발생하여 리드(160)의 확산 공간(DS)에 제공한다. 플라즈마 발생 유닛(200)은 반응기(210), 유전체(220), 유도 결합형 플라즈마 안테나(ICP Antenna, 230), 그리고 가스 공급 부재(240,250)을 포함한다.The plasma generation unit 200 is coupled to the lead 160 of the process chamber 100, and generates a plasma used in the substrate processing process and provides the plasma to the diffusion space DS of the lead 160. The plasma generating unit 200 includes a reactor 210, a dielectric 220, an inductively coupled plasma antenna 230, and gas supply members 240 and 250.

반응기(210)는 외벽을 갖으며 내부공간의 상부는 막혀있고 하부는 개방된 실린더 형상을 가진다. 반응기(210)는 길이 방향이 수직 방향을 향하도록 제공되고, 반응기(210)의 개방된 하부는 리드(160)에 형성된 유입구(162)에 결합한다. 반응기(210)는 내플라즈마성이 우수한 이트리아(Y2O3) 재질로 구비될 수 있다. 이와 달리, 도 3에 도시된 바와 같이, 반응기(210)는 쿼츠(Quartz) 또는 알루미나(Al2O3)와 같은 절연 재질로 구비될 수 있고, 반응기(210)의 내벽에는 이트리아(Y2O3) 재질의 코팅 막(212)이 제공될 수 있다.The reactor 210 has an outer wall, the upper portion of the inner space is blocked and the lower portion has an open cylindrical shape. The reactor 210 is provided such that its longitudinal direction is directed in the vertical direction, and the open lower portion of the reactor 210 couples to the inlet 162 formed in the lid 160. The reactor 210 may be made of yttria (Y 2 O 3 ) material having excellent plasma resistance. Alternatively, as shown in FIG. 3, the reactor 210 may be formed of an insulating material such as quartz or alumina (Al 2 O 3 ), and an yttria (Y 2 ) may be formed on an inner wall of the reactor 210. A coating film 212 made of O 3 ) may be provided.

유전체(220)는 반응기(210)의 외벽에 밀착된 상태로, 반응기(210)의 외벽을 감싼다. 유전체(220)는 반응기(210) 외벽의 전 영역 감싸도록 충분한 길이를 가질 수 있다. 유전체(220)는 유전율과 열 전도성을 가지는 재질, 예를 들어 실리콘 고무(Silicon Rubber) 재질로 구비될 수 있다.The dielectric material 220 is in close contact with the outer wall of the reactor 210 and surrounds the outer wall of the reactor 210. Dielectric 220 may have a sufficient length to cover the entire area of the outer wall of the reactor (210). The dielectric material 220 may be formed of a material having dielectric constant and thermal conductivity, for example, silicon rubber.

유도 결합형 플라즈마 안테나(230)는 코일 형상을 가질 수 있다. 유도 결합형 플라즈마 안테나는 유전체(220)의 외벽에 밀착된 상태로, 유전체(220)의 외벽을 감싼다. 유도 결합형 플라즈마 안테나(230)의 권선 수는 공정에 따라 조절될 수 있으며, 유도 결합형 플라즈마 안테나(230)는 반응기(210)의 길이 방향을 따른 중심 영역에 대응하도록 배치될 수 있다.The inductively coupled plasma antenna 230 may have a coil shape. The inductively coupled plasma antenna is in close contact with the outer wall of the dielectric 220 and surrounds the outer wall of the dielectric 220. The number of windings of the inductively coupled plasma antenna 230 may be adjusted according to a process, and the inductively coupled plasma antenna 230 may be disposed to correspond to the central region along the longitudinal direction of the reactor 210.

유도 결합형 플라즈마 안테나(230)의 일단에는 고주파 전원(232)이 연결되고, 유도 결합형 플라즈마 안테나(230)의 타단은 접지된다. 고주파 전원(232)이 유도 결합형 플라즈마 안테나(230)에 알에프(RF) 파워를 인가하면, 유도 결합형 플라즈마 안테나(230)의 주변에는 전기장이 형성되고, 전기장에 의해 반응기(210)의 내부 공간에 자기장이 형성된다. 전기장은 플라즈마 소스 가스의 초기 점화(Ignition)를 위한 에너지를 공급하고, 자기장은 플라즈마 소스 가스의 플라즈마 상태를 유지하기 위한 에너지를 공급한다.The high frequency power source 232 is connected to one end of the inductively coupled plasma antenna 230, and the other end of the inductively coupled plasma antenna 230 is grounded. When the high frequency power source 232 applies RF power to the inductively coupled plasma antenna 230, an electric field is formed around the inductively coupled plasma antenna 230, and the internal space of the reactor 210 is caused by the electric field. A magnetic field is formed in The electric field supplies energy for initial ignition of the plasma source gas, and the magnetic field supplies energy for maintaining the plasma state of the plasma source gas.

가스 공급 부재(240,250)는 소스 가스 공급 부재(240)와 보조 가스 공급 부재(250)를 포함한다. 소스 가스 공급 부재(240)는 반응기(210)의 상단에 결합되고, 반응기(210)의 상단 내부 영역으로 플라즈마 소스 가스를 공급한다. 예를 들어, 플라즈마 소스 가스는 질소, 수소, 암모니아 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 보조 가스 공급 부재(250)는 반응기(210) 상의 유도 결합형 플라즈마 안테나(230)의 아래에 연결될 수 있다. 보조 가스 공급 부재(250)는 기판의 플라즈마 처리 공정에 사용되는 보조 가스를 반응기(210) 내로 공급한다. 보조 가스는, 예를 들어 불소 계열의 가스일 수 있으며, 불소, 염화수소, 염화붕소, 삼불화염소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The gas supply members 240 and 250 include a source gas supply member 240 and an auxiliary gas supply member 250. The source gas supply member 240 is coupled to the upper end of the reactor 210 and supplies a plasma source gas to the upper inner region of the reactor 210. For example, the plasma source gas may include at least one of nitrogen, hydrogen, and ammonia. The auxiliary gas supply member 250 may be connected below the inductively coupled plasma antenna 230 on the reactor 210. The auxiliary gas supply member 250 supplies the auxiliary gas used in the plasma treatment process of the substrate into the reactor 210. The auxiliary gas may be, for example, a fluorine-based gas, and may include at least one of fluorine, hydrogen chloride, boron chloride, and chlorine trifluoride.

보조 가스 공급 부재(250)가 반응기(210)로 공급하는 보조 가스는 유도 결합형 플라즈마 안테나(230)에 의해 여기된 플라즈마로부터 에너지를 얻어 간접 방전된다. 보조 가스를 간접 방전시키는 이유는, 플라즈마 소스 가스에 비해 반응성이 큰 보조 가스를 직접 방전시킬 경우, 방전에 의해 생성된 플라즈마가 매우 높은 에너지를 갖게 되어 기판의 패턴을 변형시키거나 손상시킬 수 있기 때문이다.
The auxiliary gas supplied from the auxiliary gas supply member 250 to the reactor 210 is indirectly discharged by obtaining energy from the plasma excited by the inductively coupled plasma antenna 230. The reason for indirectly discharging the auxiliary gas is because, when directly discharging the auxiliary gas, which is more reactive than the plasma source gas, the plasma generated by the discharge may have very high energy, which may deform or damage the pattern of the substrate. to be.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 플라즈마 발생 유닛(200)을 이용하여 플라즈마를 발생하는 과정을 설명하면 다음과 같다.A process of generating a plasma using the plasma generating unit 200 having the above-described configuration will be described below.

도 4는 도 2의 "A" 부분을 확대하여 보여주는 도면이다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 고주파 전원(232)이 유도 결합형 플라즈마 안테나(230)에 알에프(RF) 파워를 인가하면, 유도 결합형 플라즈마 안테나(230)의 주변에는 전기장이 형성되고, 전기장에 의해 반응기(210)의 내부 공간에 자기장이 형성된다. 소스 가스 공급 부재(240)로부터 반응기(210)로 공급되는 플라즈마 소스 가스는 전기장에 의해 플라즈마 점화(Plasma Ignition)되고, 자기장에 의해 플라즈마 상태가 유지된다.4 is an enlarged view of a portion “A” of FIG. 2. 2 to 4, when the high frequency power source 232 applies RF power to the inductively coupled plasma antenna 230, an electric field is formed around the inductively coupled plasma antenna 230 and an electric field is formed. By the magnetic field is formed in the inner space of the reactor (210). The plasma source gas supplied from the source gas supply member 240 to the reactor 210 is plasma ignited by an electric field, and the plasma state is maintained by the magnetic field.

이때, 유도 결합형 플라즈마 안테나(230)는 유전체(220)를 사이에 두고 반응기(210)에 근접하게 위치하므로, 도 1의 종래 기술과 비교하여, 플라즈마 발생을 위해 낮은 알에프 파워가 유도 결합형 플라즈마 안테나(230)에 인가될 수 있다. 그리고, 낮은 알에프 파워의 사용으로, 유도 결합형 플라즈마 안테나(230)와 반응기(210)의 사이에서 발생하는 아크(Arc)를 최소화할 수 있다.At this time, since the inductively coupled plasma antenna 230 is positioned close to the reactor 210 with the dielectric 220 therebetween, compared to the conventional technique of FIG. It may be applied to the antenna 230. In addition, the use of low RF power may minimize arcs generated between the inductively coupled plasma antenna 230 and the reactor 210.

도 1의 종래 기술의 경우, 반응기(2)의 벽 중 안테나 코일(1)과 인접한 영역에 큰 자기장이 작용하고, 이에 의해 플라즈마의 양이온이 반응기(2)로 가속되어 반응기(2) 벽의 내면이 침식되는 플라즈마 스퍼터링(Plasma Sputtering)이 발생한다. 하지만, 본 발명의 유도 결합형 플라즈마 안테나(230)에 의해 형성된 전기장은, 도 3에 도시된 바와 같이, 유전체(220)를 통해 반응기(210)에 균일하게 작용한다. 이는, 유전체(220)가 유전율을 가지므로, 유도 결합형 플라즈마 안테나(230)에 의해 반응기(210)에 집중되는 전기장을 분산시킬 수 있기 때문이다. 즉, 전기장이 유전체(220)에 가해지면, 유전체(220) 내부에서는 유전 분극 현상이 일어나고, 전기장에 반대 방향으로 분극에 의한 전기장이 형성되므로, 이에 의해 유전체(220)에 작용하는 전기장의 세기가 작아져 반응기(210)에 작용하는 전기장을 고르게 분산시킬 수 있다. 균일하게 분산된 전기장이 반응기(210)에 작용하므로, 반응기(210)의 벽을 침식하는 플라즈마 스퍼터링이 최소화될 수 있다. In the prior art of FIG. 1, a large magnetic field acts on the region of the wall of the reactor 2 adjacent to the antenna coil 1, whereby the positive ions of the plasma are accelerated into the reactor 2, thereby causing an inner surface of the wall of the reactor 2. This eroded plasma sputtering occurs. However, the electric field formed by the inductively coupled plasma antenna 230 of the present invention acts uniformly on the reactor 210 through the dielectric 220, as shown in FIG. This is because since the dielectric material 220 has a dielectric constant, an electric field concentrated in the reactor 210 may be dispersed by the inductively coupled plasma antenna 230. That is, when an electric field is applied to the dielectric material 220, a dielectric polarization phenomenon occurs in the dielectric material 220, and an electric field due to polarization is formed in the opposite direction to the electric field, thereby increasing the strength of the electric field acting on the dielectric material 220. It becomes smaller and can evenly distribute the electric field acting on the reactor 210. Since a uniformly distributed electric field acts on the reactor 210, plasma sputtering that erodes the walls of the reactor 210 can be minimized.

이에 더하여, 반응기(210)가 내플라즈마성이 우수한 이트리아(Y2O3) 재질로 구비되거나, 절연 재질의 반응기(210) 내벽에 이트리아(Y2O3) 재질의 코팅 막(212)이 제공되므로, 반응기(210)의 플라즈마 스퍼터링은 더욱 감소될 수 있다. 플라즈마 스퍼터링이 감소되면, 플라즈마 스퍼터링에 의한 반응기(210) 내벽의 침식이 최소화되고, 이에 따라 침식에 의한 파티클 발생을 억제할 수 있다.In addition, the reactor 210 is made of yttria (Y 2 O 3 ) material having excellent plasma resistance, or the coating film 212 of yttria (Y 2 O 3 ) material on the inner wall of the reactor 210 of the insulating material. As this is provided, plasma sputtering of the reactor 210 can be further reduced. When plasma sputtering is reduced, erosion of the inner wall of the reactor 210 by plasma sputtering is minimized, and thus particle generation due to erosion can be suppressed.

또한, 유전체(220)가 유전율과 함께 열 전도성을 가지므로, 플라즈마로부터 반응기(210)로 전달되는 열을 외부로 방출할 수 있다.
In addition, since the dielectric material 220 has thermal conductivity together with the dielectric constant, heat transmitted from the plasma to the reactor 210 may be discharged to the outside.

도 5는 도 2의 플라즈마 발생 유닛의 또 다른 예를 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, 유도 결합형 플라즈마 안테나(230)의 상부와 하부에는 방열 부재들(260a,260b)이 제공된다. 방열 부재들(260a,260b)은 유전체(220)를 감싸도록 설치되며, 방열 부재들(260a,260b)은 유전체(220)를 통해 전달되는 반응기(210) 내부의 열을 외부로 방출한다. 방열 부재들(260a,260b)로는 냉각 수가 흐르는 코일 형상의 냉각 라인이 사용될 수 있다.FIG. 5 is a diagram illustrating still another example of the plasma generating unit of FIG. 2. Referring to FIG. 5, heat dissipation members 260a and 260b are provided above and below the inductively coupled plasma antenna 230. The heat dissipation members 260a and 260b are installed to surround the dielectric material 220, and the heat dissipation members 260a and 260b discharge heat inside the reactor 210 transferred through the dielectric material 220 to the outside. As the heat dissipation members 260a and 260b, a coil-shaped cooling line through which cooling water flows may be used.

방열 부재들(260a,260b)이 구비되지 않은 도 2의 경우, 반응기(210) 내의 길이 방향을 따르는 온도 분포는, 유도 결합형 플라즈마 안테나(230)에 대응하는 영역에서 온도가 낮고, 유도 결합형 플라즈마 안테나(230)의 상부 및 하부에 대응하는 영역에서 온도가 높은 분포를 가진다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 유도 결합형 플라즈마 안테나(230)의 상부 및 하부에 방열 부재들(260a,260b)을 배치함으로써, 방열 부재들(260a,260b)이 높은 온도 분포를 가지는 영역의 온도를 낮출 수 있다.In the case of FIG. 2 without the heat dissipation members 260a and 260b, the temperature distribution along the longitudinal direction in the reactor 210 is low in the region corresponding to the inductively coupled plasma antenna 230 and inductively coupled. The temperature has a high temperature distribution in areas corresponding to the upper and lower portions of the plasma antenna 230. Therefore, as shown in FIG. 5, by disposing the heat dissipation members 260a and 260b on the top and bottom of the inductively coupled plasma antenna 230, the heat dissipation members 260a and 260b have a high temperature distribution. Can lower the temperature.

이와 같이, 유전체(220)의 열 전도성에 더하여, 방열 부재들(260a,260b)이 유전체(220)를 통해 전달되는 반응기(210) 내부의 열을 외부로 방출하므로, 반응기(210) 내의 열 분포를 균일하게 할 수 있고, 이를 통해 국부적 열 분포에 의한 열 충격으로 반응기(210)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
As such, in addition to the thermal conductivity of the dielectric 220, the heat dissipation members 260a and 260b dissipate heat inside the reactor 210, which is transferred through the dielectric 220, to the outside, thus distributing heat within the reactor 210. It can be made uniform, through which the reactor 210 can be prevented from being damaged by the heat shock by the local heat distribution.

( 실시 예 2 )(Example 2)

도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치(10')를 보여주는 도면이다. 도 6을 참조하면, 플라즈마 처리 장치(10')는 기판 지지 유닛(100)과 플라즈마 발생 유닛(200')을 포함한다. 플라즈마 처리 장치(10')는 플라즈마 발생 유닛(200')을 제외하고, 도 2에 도시된 플라즈마 처리 장치(10)와 동일한 구성을 가지므로, 이하에서는 플라즈마 발생 유닛(200')에 대해서만 상세히 설명한다.6 is a diagram illustrating a plasma processing apparatus 10 ′ according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, the plasma processing apparatus 10 ′ includes a substrate supporting unit 100 and a plasma generating unit 200 ′. Since the plasma processing apparatus 10 'has the same configuration as the plasma processing apparatus 10 shown in FIG. 2 except for the plasma generating unit 200', only the plasma generating unit 200 'will be described in detail below. do.

플라즈마 발생 유닛(200')은 반응기(210'), 열 전도체(215'), 유전체(220'), 유도 결합형 플라즈마 안테나(230'), 그리고 가스 공급 부재(240,250)을 포함한다.The plasma generating unit 200 ′ includes a reactor 210 ′, a thermal conductor 215 ′, a dielectric 220 ′, an inductively coupled plasma antenna 230 ′, and gas supply members 240, 250.

반응기(210')는 외벽을 갖으며 상부는 막혀있고 하부는 개방된 실린더 형상을 가진다. 반응기(210')는 길이 방향이 수직 방향을 향하도록 제공되고, 반응기(210')의 개방된 하부는 리드(160')에 형성된 유입구(162')에 결합한다. 반응기(210')는 내플라즈마성이 우수한 이트리아(Y2O3) 재질로 구비될 수 있다. 이와 달리, 도 7에 도시된 바와 같이, 반응기(210')는 쿼츠(Quartz) 또는 알루미나(Al2O3)와 같은 절연 재질로 구비될 수 있고, 반응기(210')의 내벽에는 이트리아(Y2O3) 재질의 코팅 막(212')이 제공될 수 있다.The reactor 210 'has an outer wall, a top portion of which is blocked and a bottom portion of an open cylinder shape. The reactor 210 'is provided such that its longitudinal direction is directed in the vertical direction, and the open lower portion of the reactor 210' couples to the inlet 162 'formed in the lid 160'. The reactor 210 'may be made of yttria (Y 2 O 3 ) material having excellent plasma resistance. On the contrary, as shown in FIG. 7, the reactor 210 'may be formed of an insulating material such as quartz or alumina (Al 2 O 3 ), and an yttria may be formed on an inner wall of the reactor 210'. Y 2 O 3 ) may be provided with a coating film (212 ').

열 전도체(215')는 반응기(210')의 외벽에 밀착된 상태로, 반응기(210')의 외벽을 감싼다. 열 전도체(215')는 반응기(210') 외벽의 전 영역 감싸도록 충분한 길이를 가질 수 있다. 열 전도체(215')는 비금속성(非金屬性) 재질로 구비될 수 있다.The thermal conductor 215 ′ is in close contact with the outer wall of the reactor 210 ′ and surrounds the outer wall of the reactor 210 ′. The thermal conductor 215 'may have a sufficient length to cover the entire area of the outer wall of the reactor 210'. The thermal conductor 215 'may be made of a non-metallic material.

유전체(220')는 열 전도체(215')의 외벽에 밀착된 상태로, 열 전도체(215')의 외벽을 감싼다. 유전체(220')는 열 전도체(210')의 상부 영역과 하부 영역이 대기(大氣)에 노출되도록, 열 전도체(215')의 길이 방향을 따라 중심 영역에 배치될 수 있다. 유전체(220)는 유전율을 가지는 재질로 구비될 수 있다.The dielectric 220 ′ is in close contact with the outer wall of the thermal conductor 215 ′ and surrounds the outer wall of the thermal conductor 215 ′. Dielectric 220 ′ may be disposed in the central region along the longitudinal direction of thermal conductor 215 ′ such that the upper and lower regions of thermal conductor 210 ′ are exposed to the atmosphere. The dielectric material 220 may be formed of a material having a dielectric constant.

유도 결합형 플라즈마 안테나(230')는 코일 형상을 가질 수 있다. 유도 결합형 플라즈마 안테나는 유전체(220')의 외벽에 밀착된 상태로, 유전체(220')의 외벽을 감싼다. 유도 결합형 플라즈마 안테나(230')의 권선 수는 공정에 따라 조절될 수 있다. 유도 결합형 플라즈마 안테나(230')의 일단에는 고주파 전원(232')이 연결되고, 유도 결합형 플라즈마 안테나(230')의 타단은 접지된다.The inductively coupled plasma antenna 230 ′ may have a coil shape. The inductively coupled plasma antenna is in close contact with the outer wall of the dielectric 220 'and surrounds the outer wall of the dielectric 220'. The number of windings of the inductively coupled plasma antenna 230 ′ may be adjusted according to a process. A high frequency power source 232 'is connected to one end of the inductively coupled plasma antenna 230', and the other end of the inductively coupled plasma antenna 230 'is grounded.

가스 공급 부재(240',250')는 소스 가스 공급 부재(240')와 보조 가스 공급 부재(250')를 포함한다. 소스 가스 공급 부재(240)는 반응기(210)의 상단에 결합되고, 반응기(210)의 상단 내부 영역으로 플라즈마 소스 가스를 공급한다. 예를 들어, 플라즈마 소스 가스는 질소, 수소, 암모니아 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 보조 가스 공급 부재(250')는 반응기(210') 상의 유도 결합형 플라즈마 안테나(230')의 아래에 연결될 수 있다. 보조 가스 공급 부재(250')는 기판의 플라즈마 처리 공정에 사용되는 보조 가스를 반응기(210') 내로 공급한다. 보조 가스는, 예를 들어 불소 계열의 가스일 수 있으며, 불소, 염화수소, 염화붕소, 삼불화염소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
The gas supply members 240 'and 250' include a source gas supply member 240 'and an auxiliary gas supply member 250'. The source gas supply member 240 is coupled to the upper end of the reactor 210 and supplies a plasma source gas to the upper inner region of the reactor 210. For example, the plasma source gas may include at least one of nitrogen, hydrogen, and ammonia. The auxiliary gas supply member 250 ′ may be connected below the inductively coupled plasma antenna 230 ′ on the reactor 210 ′. The auxiliary gas supply member 250 ′ supplies the auxiliary gas used in the plasma treatment process of the substrate into the reactor 210 ′. The auxiliary gas may be, for example, a fluorine-based gas, and may include at least one of fluorine, hydrogen chloride, boron chloride, and chlorine trifluoride.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 플라즈마 발생 유닛(200')을 이용하여 플라즈마를 발생하는 과정을 설명하면 다음과 같다.A process of generating plasma using the plasma generating unit 200 ′ having the above-described configuration will be described below.

도 6 및 도 7을 참조하면, 고주파 전원(232')이 유도 결합형 플라즈마 안테나(230')에 알에프(RF) 파워를 인가하면, 유도 결합형 플라즈마 안테나(230')의 주변에는 전기장이 형성되고, 전기장에 의해 반응기(210')의 내부 공간에 자기장이 형성된다. 소스 가스 공급 부재(240')로부터 반응기(210')로 공급되는 플라즈마 소스 가스는 전기장에 의해 플라즈마 점화(Plasma Ignition)되고, 자기장에 의해 플라즈마 상태가 유지된다.6 and 7, when RF power is applied to the inductively coupled plasma antenna 230 ′, an electric field is formed around the inductively coupled plasma antenna 230 ′. The magnetic field is formed in the inner space of the reactor 210 'by the electric field. The plasma source gas supplied from the source gas supply member 240 ′ to the reactor 210 ′ is plasma ignited by an electric field, and the plasma state is maintained by the magnetic field.

이때, 유도 결합형 플라즈마 안테나(230')는 열전도체(215')와 유전체(220')를 사이에 두고 반응기(210')에 근접하게 위치하므로, 플라즈마 발생을 위해 낮은 알에프 파워가 유도 결합형 플라즈마 안테나(230')에 인가될 수 있다. 그리고, 낮은 알에프 파워의 사용으로, 유도 결합형 플라즈마 안테나(230')와 반응기(210')의 사이에서 발생하는 아크(Arc)를 최소화할 수 있다.In this case, the inductively coupled plasma antenna 230 'is positioned close to the reactor 210' with the thermal conductor 215 'and the dielectric 220' interposed therebetween, so that the low RF power for the plasma generation is inductively coupled. It may be applied to the plasma antenna 230 ′. In addition, the use of low RF power may minimize arcs generated between the inductively coupled plasma antenna 230 ′ and the reactor 210 ′.

유도 결합형 플라즈마 안테나(230')에 의해 형성된 전기장은 열 전도체(215')와 유전체(220')를 통해 반응기(210')에 균일하게 작용한다. 이는, 유전체(220')가 유전율을 가지므로, 유도 결합형 플라즈마 안테나(230')에 의해 반응기(210')에 집중되는 전기장을 분산시킬 수 있기 때문이다. 즉, 전기장이 유전체(220')에 가해지면, 유전체(220') 내부에서는 유전 분극 현상이 일어나고, 전기장에 반대 방향으로 분극에 의한 전기장이 형성되므로, 이에 의해 유전체(220')에 작용하는 전기장의 세기가 작아져 반응기(210')에 작용하는 전기장을 고르게 분산시킬 수 있다. 균일하게 분산된 전기장이 반응기(210')에 작용하므로, 반응기(210')의 벽을 침식하는 플라즈마 스퍼터링이 최소화될 수 있다. The electric field formed by the inductively coupled plasma antenna 230 'acts uniformly on the reactor 210' via the thermal conductor 215 'and the dielectric 220'. This is because since the dielectric material 220 'has a dielectric constant, the electric field concentrated in the reactor 210' may be dispersed by the inductively coupled plasma antenna 230 '. That is, when an electric field is applied to the dielectric 220 ', a dielectric polarization phenomenon occurs inside the dielectric 220', and an electric field is formed by polarization in the opposite direction to the electric field, thereby acting on the dielectric 220 '. As the intensity of Mg decreases, the electric field acting on the reactor 210 'may be evenly distributed. Since a uniformly distributed electric field acts on the reactor 210 ', plasma sputtering that erodes the walls of the reactor 210' can be minimized.

이에 더하여, 반응기(210')가 내플라즈마성이 우수한 이트리아(Y2O3) 재질로 구비되거나, 절연 재질의 반응기(210') 내벽에 이트리아(Y2O3) 재질의 코팅 막(212')이 제공되므로, 반응기(210')의 플라즈마 스퍼터링은 더욱 감소될 수 있다. 플라즈마 스퍼터링이 감소되면, 플라즈마 스퍼터링에 의한 반응기(210') 내벽의 침식이 최소화되고, 이에 따라 침식에 의한 파티클 발생을 억제할 수 있다.In addition, the reactor 210 'is made of yttria (Y 2 O 3 ) material having excellent plasma resistance, or a coating film of yttria (Y 2 O 3 ) material on the inner wall of the reactor 210' of insulating material ( 212 '), the plasma sputtering of the reactor 210' can be further reduced. When plasma sputtering is reduced, erosion of the inner wall of the reactor 210 'by plasma sputtering is minimized, thereby suppressing particle generation due to erosion.

또한, 열 전도성을 가지는 열 전도체(215')가 대기 중에 노출되므로, 플라즈마로부터 반응기(210')로 전달되는 열을 외부로 방출할 수 있다.
In addition, since the thermal conductor 215 ′ having thermal conductivity is exposed to the atmosphere, heat transmitted from the plasma to the reactor 210 ′ may be discharged to the outside.

도 8은 도 6의 플라즈마 발생 유닛의 또 다른 예를 보여주는 도면이다. 도 8을 참조하면, 유도 결합형 플라즈마 안테나(230')의 상부와 하부에는 방열 부재들(260'a,260'b)이 제공된다. 방열 부재들(260'a,260'b)은 열 전도체(215')를 감싸도록 설치되며, 방열 부재들(260'a,260'b)은 열 전도체(215')를 통해 전달되는 반응기(210') 내부의 열을 외부로 방출한다. 방열 부재들(260'a,260'b)로는 냉각 수가 흐르는 코일 형상의 냉각 라인이 사용될 수 있다.8 is a diagram illustrating still another example of the plasma generating unit of FIG. 6. Referring to FIG. 8, heat dissipation members 260 ′ a and 260 ′ b are provided above and below the inductively coupled plasma antenna 230 ′. The heat dissipation members 260'a and 260'b are installed to surround the heat conductor 215 ', and the heat dissipation members 260'a and 260'b are transferred through the heat conductor 215'. 210 ') releases the heat inside. As the heat radiating members 260'a and 260'b, a coil-shaped cooling line through which cooling water flows may be used.

방열 부재들(260'a,260'b)이 구비되지 않은 도 6의 경우, 반응기(210') 내의 길이 방향을 따르는 온도 분포는, 유도 결합형 플라즈마 안테나(230')에 대응하는 영역에서 온도가 낮고, 유도 결합형 플라즈마 안테나(230')의 상부 및 하부에 대응하는 영역에서 온도가 높은 분포를 가진다. 따라서, 도 8에 도시된 바와 같이, 유도 결합형 플라즈마 안테나(230')의 상부 및 하부에 방열 부재들(260'a,260'b)을 배치함으로써, 방열 부재들(260'a,260'b)이 높은 온도 분포를 가지는 영역의 온도를 낮출 수 있다.In the case of FIG. 6 without the heat dissipation members 260'a and 260'b, the temperature distribution along the longitudinal direction in the reactor 210 'is a temperature in the region corresponding to the inductively coupled plasma antenna 230'. Is low and has a high temperature distribution in regions corresponding to the top and bottom of the inductively coupled plasma antenna 230 '. Therefore, as shown in FIG. 8, by disposing the heat dissipation members 260'a and 260'b on the top and the bottom of the inductively coupled plasma antenna 230 ', the heat dissipation members 260'a and 260'. b) can lower the temperature of the region having a high temperature distribution.

이와 같이, 열 전도체(215')의 열 전도성에 더하여, 방열 부재들(260'a,260'b)이 열 전도체(215')를 통해 전달되는 반응기(210') 내부의 열을 외부로 방출하므로, 반응기(210') 내의 열 분포를 균일하게 할 수 있고, 이를 통해 국부적 열 분포에 의한 열 충격으로 반응기(210')가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
As such, in addition to the thermal conductivity of the thermal conductor 215 ', the heat dissipation members 260'a, 260'b dissipate heat to the outside inside the reactor 210', through which the thermal conductor 215 'is transferred. Therefore, the heat distribution in the reactor 210 'can be made uniform, thereby preventing the reactor 210' from being damaged due to the heat shock caused by the local heat distribution.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

100: 기판 지지 유닛 200: 플라즈마 발생 유닛
210: 반응기 212: 코팅 막
220: 유전체 230: 유도 결합형 플라즈마 안테나
240: 소스 가스 공급 부재 250: 보조 가스 공급 부재
260a, 260b: 방열 부재100: substrate support unit 200: plasma generating unit
210: reactor 212: coated membrane
220: dielectric 230: inductively coupled plasma antenna
240: source gas supply member 250: auxiliary gas supply member
260a, 260b: heat dissipation member

Claims (18)

기판의 플라즈마 처리 공정이 진행되는 공정 챔버;
상기 공정 챔버 내에 배치되며, 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 및
플라즈마를 발생하고, 상기 기판 지지 유닛에 의해 지지된 상기 기판에 상기 플라즈마를 제공하는 플라즈마 발생 유닛을 포함하되,
상기 플라즈마 발생 유닛은,
외벽을 갖으며 내부공간의 상부는 막혀있고 하부는 개방된 실린더 형상을 가지며, 상기 공정 챔버의 상부 벽에 수직하게 결합되는 반응기;
상기 반응기를 감싸고, 상기 반응기의 외벽에 밀착되는 유전체;
상기 유전체를 감싸는 코일 형상이고, 상기 유전체의 외벽에 밀착되는 유도 결합형 플라즈마 안테나; 및
상기 반응기에 공정 가스를 공급하는 가스 공급 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.A process chamber in which a plasma processing process of the substrate is performed;
A substrate support unit disposed in the process chamber and supporting a substrate; And
A plasma generating unit generating a plasma and providing the plasma to the substrate supported by the substrate supporting unit,
The plasma generating unit,
A reactor having an outer wall, the upper portion of the inner space being blocked and the lower portion having an open cylinder shape, the reactor being vertically coupled to the upper wall of the process chamber;
A dielectric covering the reactor and in close contact with an outer wall of the reactor;
An inductively coupled plasma antenna having a coil shape surrounding the dielectric and in close contact with an outer wall of the dielectric; And
And a gas supply member for supplying a process gas to the reactor. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 유전체는 유전율과 열 전도성을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.The method of claim 1,
And said dielectric has dielectric constant and thermal conductivity. 제 3 항에 있어서,
상기 유전체는 실리콘 고무(Silicon Rubber) 재질로 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.The method of claim 3, wherein
The dielectric is plasma processing apparatus, characterized in that provided with a silicon rubber (Silicon Rubber) material. 제 3 항에 있어서,
상기 유도 결합형 플라즈마 안테나의 상부 및 하부 중 적어도 하나에 상기 유전체를 감싸도록 설치되며, 상기 유전체로부터 전달되는 열을 외부로 방출하는 방열 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.The method of claim 3, wherein
And a heat dissipation member disposed on at least one of upper and lower portions of the inductively coupled plasma antenna to radiate heat transmitted from the dielectric to the outside. 기판의 플라즈마 처리 공정이 진행되는 공정 챔버;
상기 공정 챔버 내에 배치되며, 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 및
플라즈마를 발생하고, 상기 기판 지지 유닛에 의해 지지된 상기 기판에 상기 플라즈마를 제공하는 플라즈마 발생 유닛을 포함하되,
상기 플라즈마 발생 유닛은,
외벽을 갖으며 내부공간의 상부는 막혀있고 하부는 개방된 실린더 형상을 가지며, 상기 공정 챔버의 상부 벽에 수직하게 결합되는 반응기;
상기 반응기를 감싸는 유전체;
상기 유전체를 감싸는 코일 형상의 유도 결합형 플라즈마 안테나;
상기 반응기에 공정 가스를 공급하는 가스 공급 부재; 및
상기 반응기와 상기 유전체 사이에 개재되는 비금속성(非金屬性)의 열 전도체;를 포함하고,
상기 열 전도체는 상기 반응기의 외벽에 밀착되고,
상기 유전체는 상기 열 전도체의 외벽에 밀착되고,
상기 유도 결합형 플라즈마 안테나는 상기 유전체의 외벽에 밀착되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.A process chamber in which a plasma processing process of the substrate is performed;
A substrate support unit disposed in the process chamber and supporting a substrate; And
A plasma generating unit generating a plasma and providing the plasma to the substrate supported by the substrate supporting unit,
The plasma generating unit,
A reactor having an outer wall, the upper portion of the inner space being blocked and the lower portion having an open cylinder shape, the reactor being vertically coupled to the upper wall of the process chamber;
A dielectric surrounding the reactor;
A coil-shaped inductively coupled plasma antenna surrounding the dielectric;
A gas supply member supplying a process gas to the reactor; And
And a non-metallic thermal conductor interposed between the reactor and the dielectric.
The thermal conductor is in close contact with the outer wall of the reactor,
The dielectric is in close contact with the outer wall of the thermal conductor,
The inductively coupled plasma antenna is in close contact with the outer wall of the dielectric. 제 6 항에 있어서,
상기 유전체와 상기 유도 결합형 플라즈마 안테나는 상기 반응기의 길이 방향을 따라 중심 영역에 배치되고,
상기 유전체와 상기 유도 결합형 플라즈마 안테나의 상부 및 하부 중 적어도 하나에 상기 열 전도체를 감싸도록 설치되며, 상기 열 전도체로부터 전달되는 열을 외부로 방출하는 방열 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.The method according to claim 6,
The dielectric and the inductively coupled plasma antenna are disposed in a central region along the longitudinal direction of the reactor,
Plasma processing further comprises a heat dissipation member disposed on at least one of the top and bottom of the dielectric and the inductively coupled plasma antenna, the heat dissipation member for dissipating heat transferred from the heat conductor to the outside. Device. 제 5 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 방열 부재는 냉각 수가 흐르는 코일 형상의 냉각 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.The method according to claim 5 or 7,
The heat radiating member includes a coil-shaped cooling line through which cooling water flows. 제 1 항 또는 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응기는 이트리아(Y2O3) 재질로 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.The method according to any one of claims 1 or 3 to 7,
The reactor is plasma processing apparatus, characterized in that it is provided with a yttria (Y2O3) material. 제 1 항 또는 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응기는 절연 재질로 구비되고,
상기 반응기의 내벽은 이트리아(Y2O3) 재질로 코팅되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.The method according to any one of claims 1 or 3 to 7,
The reactor is provided with an insulating material,
The inner wall of the reactor is plasma processing apparatus, characterized in that the coating with a yttria (Y 2 O 3 ) material. 제 9 항에 있어서,
상기 가스 공급 부재는,
상기 반응기 내로 플라즈마 소스 가스를 공급하는 소스 가스 공급 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.The method of claim 9,
The gas supply member,
And a source gas supply member for supplying a plasma source gas into the reactor. 제 11 항에 있어서,
상기 가스 공급 부재는,
상기 반응기 상의 상기 유도 결합형 플라즈마 안테나의 아래에 연결되며, 상기 반응기로 보조 가스를 공급하는 보조 가스 공급 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.The method of claim 11,
The gas supply member,
And an auxiliary gas supply member connected to the inductively coupled plasma antenna on the reactor, the auxiliary gas supply member supplying an auxiliary gas to the reactor. 반응기의 외벽에 유전체를 제공하고;
상기 유전체의 외벽에 유도 결합형 플라즈마 안테나를 제공하고;
상기 반응기의 외벽과 상기 유전체 사이에 열 전도체를 제공하되, 상기 열 전도체가 대기(大氣)에 노출되도록 상기 유전체가 상기 열 전도체의 일부 영역을 감싸도록 하고;
상기 반응기에 플라즈마 소스 가스를 공급하고; 그리고
상기 유도 결합형 플라즈마 안테나에 전원을 인가하여 상기 플라즈마 소스 가스로부터 플라즈마를 발생하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.Providing a dielectric on the outer wall of the reactor;
Providing an inductively coupled plasma antenna on an outer wall of the dielectric;
Providing a thermal conductor between the outer wall of the reactor and the dielectric, wherein the dielectric surrounds a portion of the thermal conductor such that the thermal conductor is exposed to the atmosphere;
Supplying a plasma source gas to the reactor; And
And plasma is generated from the plasma source gas by applying power to the inductively coupled plasma antenna. 제 13 항에 있어서,
상기 유전체는 유전율과 열 전도율을 가지는 재질인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.The method of claim 13,
The dielectric is a plasma processing method, characterized in that the material having a dielectric constant and thermal conductivity. 삭제delete 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
상기 유도 결합형 플라즈마 안테나의 양측에 방열 부재를 배치하여, 상기 플라즈마로부터 상기 반응기로 전달되는 열을 외부로 방출하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.The method according to claim 13 or 14,
Plasma heat dissipation members are disposed on both sides of the inductively coupled plasma antenna to discharge heat transferred from the plasma to the reactor to the outside. 제 16 항에 있어서,
상기 반응기는 이트리아(Y2O3) 재질인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.17. The method of claim 16,
The reactor is a plasma processing method characterized in that the yttria (Y 2 O 3 ) material. 제 16 항에 있어서,
상기 반응기의 일단에 상기 플라즈마 소스 가스를 공급하고,
상기 반응기의 플라즈마 분사구에 인접한 타단에 보조 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.17. The method of claim 16,
Supplying the plasma source gas to one end of the reactor,
And an auxiliary gas is supplied to the other end adjacent to the plasma injection port of the reactor.
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