KR20060083339A - 노즐 및 이를 가지는 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

노즐 및 이를 가지는 플라즈마 처리 장치 Download PDF

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문안식
홍주표
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 적어도 두개의 혼합된 소스가스들을 분사하는 노즐들을 가진다. 각각의 상기 노즐은 하나의 통로가 형성되며 가스공급부로부터 소스가스들을 공급받는 단일부와 상기 단일부로부터 연장되며 복수의 통로들이 형성된 복합부를 가진다.
Figure 112005002258376-PAT00001
HDP-CVD, 노즐, 증착, 플라즈마

Description

노즐 및 이를 가지는 플라즈마 처리 장치{NOZZLE AND PLASMA TREATING APPARATUS WITH THIS}
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 개략적으로 보여주는 단면도;
도 2는 도 1의 노즐로 소스가스들을 공급하는 가스공급부의 개략도;
도 3은 본 발명의 바람직한 제 1실시예에 따른 노즐의 사시도;
도 4는 도 3의 평면도;
도 5는 도 4의 선 A-A를 따라 절단한 단면도;
도 6은 도 3의 삽입부재의 사시도;
도 7은 도 2의 노즐의 변형된 예를 보여주는 평면도;
도 8은 삽입부재의 변형된 예를 보여주는 노즐의 사시도;
도 9는 도 8의 평면도;
도 10은 도 9의 선 B-B를 따라 절단한 단면도;
도 11과 도 12는 각각 일반적인 노즐을 사용할 때와 본 발명의 노즐을 사용할 때 소스가스가 플라즈마 상태로 여기되는 영역을 보여주는 도면들;
도 13은 도 3의 노즐의 다른 예를 보여주는 분해사시도;
도 14는 도 13의 노즐의 결합단면도;
도 15는 도 3의 노즐의 또 다른 예를 보여주는 평면도;
도 16은 도 15의 선 C-C를 따라 절단한 단면도; 그리고
도 17 내지 도 19는 각각 도 3의 노즐의 또 다른 예들을 보여주는 평면도들이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 처리실 120 : 하부챔버
140 : 상부챔버 200 : 기판지지부
300 : 노즐 320 : 단일부
340 : 복합부 342 : 외부관
344 : 삽입부재
본 발명은 반도체 소자 제조에 사용되는 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 반도체 제조 장치 내로 소스가스를 분사하는 노즐 및 이를 가지는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하기 위한 공정 중 주요한 공정 중의 하나는 가스의 화학적 반응에 의해 반도체 기판 상에 박막을 형성하는 화학 기상 증착 (chemical mechanical deposition) 공정이다. 화학 기상 증착 공정을 수행하는 장치들 중에 최근에는 높은 종횡비를 갖는 공간을 효과적으로 채울 수 있는 고밀도 플라즈마 화 학기상증착(high density plasma chemical vapor deposition, 이하 HDP-CVD) 장치가 주로 사용되고 있다. HDP-CVD 장치는 처리실 내에 높은 밀도의 플라즈마 이온을 형성하고 소스가스들을 분해하여 웨이퍼 상에 소정의 막 증착과 동시에 불활성 가스를 이용한 에칭을 진행하여 높은 종횡비를 갖는 갭(gap) 내를 보이드(void) 없이 채울 수 있다.
한국공개특허 2003-01695에는 상술한 HDP-CVD 장치가 개시되어 있다. 이를 참조하면, 챔버 내에 복수의 노즐들이 설치되고, 복수의 소스가스들은 혼합된 상태에서 이들 노즐들에 의해 챔버 내로 분사된다. 챔버의 외측에는 고주파 전력이 인가되는 코일이 설치되며, 이에 의해 소스가스들은 챔버 내에서 플라즈마 상태로 여기된다. 증착공정이 진행되는 동안 챔버의 내벽에는 반응부산물들이 증착되며, 이들은 후에 파티클로 작용된다. 따라서 수매의 웨이퍼들에 대해 공정을 완료한 후 식각가스를 사용하여 정기적으로 챔버 내를 클리닝하여야 한다.
HDP-CVD 장치에 사용되는 일반적인 노즐은 중앙에 소스가스들의 이동로로 하나의 통공이 형성된다. 소스가스들은 챔버 내로 분사되기 전에 노즐 내에서 상술한 고주파 전력에 의해 플라즈마 상태로 여기되고 소스가스들 간에 반응되어 노즐의 내벽에 증착된다. 증착은 노즐의 선단으로부터 시작되어 시간이 경과됨에 따라 노즐의 내측으로 점점 확산된다.
증착물질들은 후에 파티클로서 작용되므로 챔버 내벽 클리닝시 노즐 내부의 클리닝도 동시에 이루어진다. 그러나 노즐 내측으로 상당길이 증착된 경우 노즐의 클리닝은 챔버내벽의 클리닝에 비해 약 3 내지 4배 정도의 시간이 소요된다. 노즐 내부의 증착 물질을 제거하기 위해 장시간 클리닝이 요구되므로 장비 가동률이 크게 떨어져 생산성이 저하되고, 상대적으로 챔버 내벽은 과식각되므로 장비의 수명이 단축된다.
본 발명은 소스가스들이 노즐 내부에서 플라즈마 상태로 여기되어 노즐 내벽에 증착되는 것을 최소화하여 노즐 내부의 클리닝에 소요되는 시간 및 클리닝 주기를 단축시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 이에 사용되는 노즐을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명인 노즐은 플라즈마 처리 장치 내로 소스가스를 공급하기 위해 사용될 수 있다. 일 예에 의하면, 상기 노즐은 가스공급부와 연결되며 내부에 소스가스가 이동되는 통로가 형성된 단일부와 상기 단일부로부터 연장되며 상기 단일부에 형성된 통로보다 좁은 복수의 통로들이 형성된 복합부를 가진다. 상기 복합부에 형성된 복수의 통로들은 상기 복합부의 중앙을 감싸도록 배열되는 복수의 주변통로들을 포함한다. 상기 주변통로들 각각은 부채꼴 형상으로 형성될 수 있다.
상기 복합부는 상기 단일부로부터 연장된 외부관과 상기 외부관 내에 삽입되며, 상기 외부관의 통로를 복수개로 분할하는 삽입부재를 포함한다. 상기 삽입부재는 일측이 상기 외부관의 중앙에 배치되고, 타측이 상기 외부관의 측벽과 접촉되거나 인접하도록 배치되는 복수의 플레이트들을 가질 수 있다. 상기 삽입부는 상기 외부관과 일체로 제조될 수 있다. 상기 삽입부재는 상기 플레이트들을 3 내지 8개 구비하고, 상기 플레이트들은 균등한 각도로 배치되도록 배열될 수 있다. 또한, 상기 복합부에 형성된 복수의 통로들은 상기 복합부의 중앙에 위치되는 중앙통로를 더 포함할 수 있다. 상기 복합부는 적어도 4밀리미터 이상의 길이를 가지는 것이 바람직하다.
다른 예에 의하면, 본 발명의 노즐은 외부의 가스 공급부와 연결되며, 상기 처리실 내로 소스가스를 유도하는 공급관과 상기 공급관의 외측벽을 감싸는 하단부와 이로부터 상부로 연장된 상단부를 가지는 외부관을 가지며, 상기 외부관의 상단부 내에는 상기 외부관의 상단부 내부를 복수의 통로들로 분할하는 삽입부재가 배치될 수 있다.
상기 삽입부재는 일측이 상기 외부관의 중앙에 배치되고, 타측이 상기 외부관의 측벽과 접촉되거나 인접하도록 배치되는 복수의 플레이트들을 가질 수 있다. 상기 삽입부는 상기 외부관과 일체로 제조될 수 있다. 상기 삽입부재는 상기 공급관 상에 얹혀지도록 상기 삽입관 내에 배치될 수 있다. 상기 삽입부재는 상기 플레이트들을 3 내지 8개 구비하고, 상기 플레이트들은 균등한 각도로 배치되도록 배열될 수 있다. 또한, 상기 복합부에 형성된 복수의 통로들은 상기 복합부의 중앙에 위치되는 중앙통로를 더 포함할 수 있다. 상기 복합부는 적어도 4밀리미터 이상의 길이를 가지는 것이 바람직하다.
또 다른 예에 의하면, 본 발명의 노즐은 가스공급부와 연결되며 내부에 소스가스가 이동되는 통로가 형성된 단일부와 상기 단일부로부터 연장되며 상기 단일부에 형성된 통로보다 좁도록 격자 형상으로 배열되는 복수의 통로들이 형성된 복합 부를 포함한다. 상기 복합부는 상기 단일부로부터 연장되며 하나의 통로가 제공되는 외부관과 상기 외부관 내에 삽입되며 상기 외부관의 통로를 복수개로 분할하는 삽입부재를 포함한다. 상기 삽입부재는 일방향으로 나란히 배열되는 제 1부재들과 상기 제 1부재들을 가로지르도록 배치되며 타방향으로 나란히 배열되는 제 2부재들을 가진다. 상기 복합부는 적어도 4밀리미터 이상의 길이를 가지는 것이 바람직하다.
또 다른 예에 의하면, 본 발명의 노즐은 가스공급부와 연결되며 내부에 하나의 통로가 형성된 단일부와 상기 단일부에 형성된 통로보다 좁은 복수의 통로들이 형성된 복합부를 포함한다. 상기 복합부는 상기 단일부로부터 연장된 외부관과 상기 외부관 내에 삽입되는 내부관, 그리고 상기 내부관 내부를 부채꼴 형상의 복수의 통로들로 분할하는 삽입부재를 포함한다. 상기 외부관과 상기 내부관 사이에 삽입되는 적어도 하나의 삽입관이 더 제공될 수 있다. 또한, 상기 내부관과 상기 외부관 사이에 삽입되어 복수의 통로들로 분할하는 플레이트가 더 제공될 수 있으며, 상기 플레이트는 일측이 상기 내부관의 측벽과 접촉되고 타측이 상기 외부관의 측벽과 접촉된다. 상기 복합부는 적어도 4밀리미터 이상의 길이를 가지는 것이 바람직하다.
또 다른 예에 의하면, 본 발명의 노즐은 가스공급부와 연결되며 내부에 하나의 통로가 형성된 단일부와 상기 단일부에 형성된 통로보다 좁은 복수의 통로들이 형성된 복합부를 포함한다. 상기 복합부는 상기 단일부로부터 연장된 외부관과 상기 외부관 내에 삽입되는 내부관, 그리고 상기 외부관과 상기 내부관 사이에 삽입 되어 상기 외부관과 상기 내부관 사이에 복수의 통로들을 제공하는 적어도 하나의 플레이트를 포함한다. 상기 플레이트의 일측은 상기 내부관의 측벽과 접촉되고, 타측은 상기 외부관의 측벽과 접촉된다. 상기 복합부는 적어도 4밀리미터 이상의 길이를 가지는 것이 바람직하다.
또한, 플라즈마를 사용하여 기판을 처리하는 본 발명의 장치는 내부에 반도체 기판이 놓여지는 기판 지지부를 가지는 처리실, 상기 처리실 내로 소스가스를 공급하는 노즐, 그리고 상기 처리실로 분사된 상기 소스가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 에너지를 공급하는 에너지원을 가진다. 상기 노즐은 상술한 노즐들 중 어느 하나의 노즐이 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 19를 참조하면서 보다 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
아래에서는 플라즈마를 사용하여 증착 공정을 수행하는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치를 예로 들어 설명한다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 증착 장치 뿐 아니라 플라즈마를 사용하여 공정을 수행하는 다른 종류의 장치에도 적용가능하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치(10)의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 장치(10)는 처리실(100), 기판지지부(200), 지지부 구동부(220), 상부전극(280), 하부전극(도시되지 않음), 그리고 노즐(300)을 가진다. 처리실(100)은 외부로부터 밀폐되며 증착공정이 수행되는 공간을 제공하며, 하부챔버(120)와 상부챔버(140)를 포함한다. 하부챔버(120)의 상부면은 개방되고, 측벽에는 웨이퍼(W)가 반입되는 반입로(122)가 형성되며 하부벽에는 공정진행 중에 발생되는 부산물들이 배기되는 통로인 배기관(130)이 연결되는 배기구(124)가 형성된다. 배기관(130)에는 진공펌프(도시되지 않음)가 연결되어 공정진행 중 처리실(100) 내부를 소정의 진공도로 유지한다. 하부챔버(120)에는 측벽 상단부로부터 안쪽으로 일정길이 돌출된 받침부(126)가 형성되고, 받침부(126) 상에는 상부챔버(140)가 놓여진다. 상부챔버(140)는 석영(quartz)을 재질로 하여 이루어지며 하부가 개방된 돔(dome) 형상을 가진다. 상부챔버(140)와 하부챔버(120) 사이에는 처리실(100) 내부를 실링하기 위한 오링(160)이 삽입되며, 공정진행 동안 오링(160)이 처리실(100) 내의 열로 인해 변형되는 것을 방지하기 위한 냉각부재(180)가 제공될 수 있다.
상부전극(280)은 코일형상으로 상부챔버(140) 외측벽에 상부챔버(140)를 감싸도록 배치되며, 상부전극(280)에는 약 100Khz 내지 13.56Mh, 3,000 내지 10,000Watts의 소스파워가 인가될 수 있다. 상부전극(280)은 상부챔버(140) 내로 분사된 소스가스들을 플라즈마 상태로 여기시키는 에너지를 제공하는 에너지원으로서 기능한다.
하부챔버(120) 내에는 웨이퍼(W)와 같은 반도체 기판이 놓여지는 기판지지부(200)가 배치된다. 기판지지부(200)로는 정전기력에 의해 웨이퍼를 흡착 고정하는 정전척(electrode static chuck)이 사용될 수 있다. 비록 도시되지는 않았으나 기판지지부(200) 아래에는 반송로봇(도시되지 않음)에 의해 하부챔버(120) 내부로 이송된 웨이퍼를 인계 받는 리프트 핀 어셈블리가 제공될 수 있다. 기판지지부(200)에는 처리실(100) 내에 형성된 플라즈마를 웨이퍼(W) 상으로 유도하는 하부전극(도시되지 않음)이 배치된다. 하부전극에는 약 100Khz 내지 13.56Mhz, 1,500내지 5,000Watts의 바이어스 파워(bias power)가 인가될 수 있다.
지지부 구동부(220)는 기판지지부(200)를 처리실(100) 내에서 상하로 이동시킨다. 웨이퍼(W)가 처리실(100)로/로부터 반입/반출시 기판지지부(200)는 하부챔버(120)에 형성된 반입구(122) 보다 아래에 위치되며, 증착공정이 수행되는 동안에는 상부챔버(120) 내에서 형성된 플라즈마와 일정거리를 유지하도록 승강된다.
소스가스들은 노즐(300)을 통해 상부챔버(140) 내로 공급된다. 노즐(300)은 하부챔버(120)의 내측벽 상단부에 상부챔버(140) 내의 공간을 향하도록 복수개가 배치되며 가스공급부(도 2의 500)로부터 가스들을 공급받는다. 노즐(300)은 복수개가 균등한 간격으로 배치될 수 있으며, 각각의 노즐(300)은 동일한 소스가스를 분사한다. 각각의 노즐(300)로 공급되는 소스가스는 하나 또는 복수의 혼합된 가스들을 포함한다.
도 2는 가스공급부(500)를 개략적으로 도시한 도면이다. 가스공급부(500)는 메인라인(520), 혼합부(540), 그리고 복수의 서브라인들(560), 그리고 가스저장부 들(582, 584, 586)을 포함한다. 가스저장부들(582, 584, 586)에는 노즐(300)로 공급되는 각각의 가스들이 저장되며, 이들 가스는 각각의 서브라인(560)을 통해 혼합부(540)로 공급된다. 웨이퍼(W) 상에 실리콘 산화막(SiO2)을 증착하는 경우, 제 1서브라인(562)을 통해 공급되는 가스는 실란(silane, SiH4))이고, 제 2서브라인(564)을 통해 공급되는 가스는 산소(O2)일 수 있다. 또한, 높은 종횡비를 갖는 컨택홀을 효과적으로 채우기 위해 증착이 진행되는 동안 에칭이 이루어지도록 헬륨(He) 또는 아르곤(Ar)과 같은 불활성 가스가 제 3서브라인(566)을 통해 공급될 수 있다. 비록 도시되지는 않았으나, 노즐로 공급되는 가스에는 캐리어가스가 더 포함될 수 있다. 각각의 서브라인(562, 564, 566)을 통해 공급되는 가스는 혼합부(540)에서 혼합된 후 메인공급관(520)을 통해 노즐(300)로 공급된다. 각각의 서브라인(562, 564, 566)과 메인공급관(520)에는 내부 통로를 개폐하는 개폐밸브(590) 및 유량을 조절하는 유량조절밸브가 설치될 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제 1실시예에 따른 노즐(300)의 사시도이고, 도 4는 도 3의 평면도이며, 도 5는 도 4의 선 A-A를 따라 절단한 단면도이다. 도 3 내지 도 5를 참조하면, 노즐(300)은 단일부(320)와 복합부(340)를 가진다. 단일부(320)는 가스 공급부(500)와 연결되며 내부에 소스가스가 이동되는 하나의 통로(322)가 형성된다. 복합부(340)는 단일부(320)로부터 연장되며, 내부에 복수의 통로들(341)이 형성된다. 복합부(340)에 형성된 통로들(341) 각각은 단일부(320)에 형성된 통로(322)보다 좁게 제공된다. 소스가스는 단일부(320)에 형성된 통로(322) 를 따라 이동된 후 복합부(340)에 형성된 복수의 통로들(341)로 나누어져 이동된다.
복합부(340)는 외부관(342) 및 삽입부재(344)를 가진다. 외부관(342)은 단일부(320)로부터 상부로 연장되어 형성된다. 복합부(340)의 외부관(342)과 단일부(320)는 하나의 관으로서 제공될 수 있다. 삽입부재(344)는 외부관(342) 내에 삽입되어, 외부관(342) 내부를 복수의 통로들(341)로 분할한다. 도 6은 도 3의 삽입부재(344)의 사시도이다. 도 6을 참조하면, 삽입부재(344)는 6개의 플레이트들(346)을 가진다. 각각의 플레이트(346)는 모두 동일한 형상을 가지며 대체로 평평한 직사각의 형상을 가진다. 플레이트(346)의 일측은 중앙에 배치되며, 인접하는 플레이트들(346)은 서로간에 60도(°)의 각을 이루도록 배치된다. 상술한 구조로 인해 삽입부재(344)가 외부관(342) 내에 삽입되면, 각각의 플레이트(346)의 일측은 외부관(342) 내 중앙에 위치되고 타측은 외부관(342)의 측벽과 접하거나 이와 인접하게 위치된다.
상술한 삽입부재(344)의 형상으로 인해 복합부(340) 내의 통로들(341)은 외부관(342)의 중앙을 감싸는 배열로 제공되며, 각각의 통로(341)는 부채꼴 형상을 가진다. 이하, 이들 각각의 통로(341)를 주변통로라 칭한다. 삽입부재(344)는 외부관(342)과 별도로 제조된 후 외부관(342) 내에 설치될 수 있으며, 선택적으로 삽입부재(344)와 외부관(342)은 일체로 제조될 수 있다.
본 실시예에서 삽입부재(344)는 6개의 플레이트들(346)을 가지며, 이로 인해 복합부(340) 내에 6개의 주변통로들(341)이 제공되는 것으로 설명하였다. 그러나 이는 일 예에 불과하며, 도 7에 도시된 바와 같이 외부관(342)의 통로면적에 따라 플레이트(346)의 수는 변화될 수 있다. 즉, 외부관(342)의 통로면적이 넓으면 더 많은 수의 플레이트들(346)이 제공되고, 외부관(342)의 통로면적이 좁으면 더 적은 수의 플레이트들(346)이 제공된다. 플레이트들(346)의 수가 너무 적으면 복합부(340) 내에서 각각의 통로가 넓어 노즐(300) 내에서 소스가스가 플라즈마 상태로 여기될 수 있으며, 플레이트들(346)의 수가 너무 많으면 노즐(300) 구성이 복잡해 질 수 있으므로 플레이트(346)는 대략 3 내지 8개가 제공되는 것이 바람직하다.
도 8은 삽입부재(344)의 변형된 예를 보여주는 노즐(300)의 사시도이고, 도 9와 도 10은 각각 도 8의 평면도와 선 B-B를 따라 절단한 단면도이다. 도 8 내지 도 10을 참조하면, 삽입부재(344′)는 도 6과 같이 서로간에 일정각도를 이루도록 배치되는 복수의 플레이트들(346)을 구비하며, 중앙에는 통로(343)가 제공된다. 상술한 삽입부재(344′) 사용시, 복합부(340)는 복수의 주변통로들(341) 외에 이들의 중앙에 위치되는 하나의 중앙통로(343)를 더 가진다. 이는 외부관(342)의 통로면적이 넓은 경우 삽입부재(344′)의 플레이트들(346)의 증가 없이, 복합부(340) 내 각각의 통로 면적을 좁게 할 수 있다. 중앙통로(343) 내에서 소스가스가 플라즈마 상태로 여기되지 않도록 중앙통로(343)는 좁게 제공되며, 중앙통로(343)는 2밀리미터(mm) 이하의 직경으로 형성되는 것이 바람직하다.
도 11과 도 12는 각각 일반적인 노즐(300)을 사용할 때와 본 발명의 노즐(300)을 사용할 때 소스가스가 플라즈마 상태로 여기되는 영역을 보여주는 도면들이다. 도 11과 도 12에서 빗금친 영역은 전극에 가해지는 고주파 에너지의 영향으 로 인해 소스가스가 플라즈마 상태로 여기될 수 있는 영역이다. 일반적인 노즐(300′)은 넓은 면적을 가지는 하나의 통로(301′)를 포함하는 데 반하여 본 발명의 노즐(300)은 좁은 면적을 가지는 복수의 통로들(341)을 포함한다. 상부 전극과 하부 전극에 고주파 에너지가 인가되면, 소스가스는 처리실(100) 내에서뿐만 아니라 노즐 내에서도 플라즈마 상태로 여기된다. 도 11과 도 12를 참조하면, 노즐 선단 부분에서 소스가스가 이동되는 각 통로의 면적이 넓을 수록 플라즈마 상태로 여기될 수 있는 노즐 내의 영역은 넓어진다. 따라서 일반적인 노즐(300′) 사용시 노즐(300′) 내 넓은 영역에서 소스가스가 플라즈마 상태로 여기된다. 이로 인해 소스가스들간에 반응이 일어나며, 반응물은 노즐(300′)의 내벽에 증착된다. 그러나 본 발명의 노즐(300) 사용시 노즐(300) 내에서 소스가스가 플라즈마로 여기되는 영역이 매우 좁거나 플라즈마로 여기되지 않으므로 노즐(300) 내에 반응물들이 증착되는 것을 크게 줄일 수 있다.
또한, 노즐로부터 공급되는 소스가스가 실란(SiH4)가스, 헬륨가스, 그리고 산소(O2)가스를 포함하는 경우, 노즐의 내측벽에 증착된 실리콘 산화막에는 실리콘의 함량이 매우 높다. 처리실 내에서 라디칼의 분포를 검사시 산소 라디칼과 헬륨 라디칼은 챔버 전체에 고르게 분포되는 데 반하여 실란 라디칼은 노즐 주변에 집중되도록 분포된다. 이는 실란 가스가 다른 가스들에 비해 분해가 더욱 잘 이루어지기 때문이다. 따라서 소스가스가 실란가스를 포함하는 경우 본 발명의 노즐 사용시 상술한 효과는 더욱 뛰어나다.
복합부(340)에 제공된 통로들(341)의 길이가 짧으면, 단일부(320) 내에서 소 스가스들이 고주파 에너지의 영향을 받아 플라즈마 상태로 여기될 수 있다. 따라서 복합부(340)(또는 삽입부재(344))는 소스가스들이 단일부(320) 내에서 소스가스들이 플라즈마 상태로 여기되지 않도록 충분히 긴 길이를 가진다. 복합부(340)는 4mm 이상의 길이를 가지며, 바람직하게는 10mm 이상의 길이를 가진다.
도 13과 도 14는 본 발명의 노즐(400)의 다른 예를 보여주는 도면이다. 도 13은 노즐(400)의 분해사시도이고, 도 14는 노즐(400)이 조립된 상태의 단면도이다. 도 13과 도 14를 참조하면, 노즐(400)은 공급관(460), 외부관(420), 그리고 삽입부재(440)를 가진다. 공급관(460)은 외부의 가스공급부(500)와 연결되며, 처리실(100) 내로 돌출되도록 고정설치된다. 외부관(420)은 대략 공급관(460)의 외경과 동일한 내경을 가진다. 외부관(420)은 공급관(460)보다 긴 길이를 가져 공급관(460)의 상부로 일정길이 더 돌출된다. 외부관(420) 내에는 삽입부재(440)가 삽입된다. 삽입부재(440)는 도 3 또는 도 8에 도시된 삽입부재(440)와 동일한 구조를 가지며, 삽입부재(440)에 제공된 플레이트들(442)의 수는 변화가능하다. 삽입부재(440)가 외부관(420) 내에 삽입시 공급관(460) 상에 얹혀지도록 플레이트(442)는 충분한 폭을 가진다. 상술한 구조로 인해 공급관(460)은 상술한 노즐(400)의 단일부로서 기능하고, 외부관(420) 중 공급관(460)보다 상부로 돌출된 부분은 복합부로서 기능한다. 삽입부재(440)는 대략 공급관(460)의 상부로 돌출된 외부관(420)의 길이와 동일하게 제공된다. 삽입부재(440)는 4밀리미터(mm) 이상의 길이를 가지며, 바람직하게는 10밀리미터(mm) 이상의 길이를 가진다. 본 실시예에 의하면 공급관(460)이 삽입부재(440)를 지지하므로 삽입부재(440)의 설치가 간편하다.
도 15와 도 16은 본 발명의 노즐(600)의 다른 실시예를 보여주는 도면들이다. 도 15는 노즐(600)의 평면도이고 도 16은 도 15의 선 C-C를 따라 절단한 단면도이다. 도 15의 노즐(600)은 삽입부재(646)의 형상을 제외하고 도 3의 노즐(600)과 대체로 동일한 구조를 가진다. 이하 삽입부재(646)에 대해 상세히 설명한다. 도 15와 도 16을 참조하면, 삽입부재(646)는 일방향으로 나란히 배치되는 복수의 제 1부재들(646a)과 제 1부재들(646a)을 가로지르도록 나란히 배치되는 제 2부재들(646b)을 가진다. 제 1부재들(646a)의 배열 방향과 제 2부재들(646b)의 배열 방향은 수직으로 제공될 수 있다. 상술한 구조로 인해 삽입부재(646)가 외부관(644) 내에 삽입되면, 외부관(644) 내에는 격자 형상으로 배열된 복수의 통로들(642)이 제공된다.
도 17 내지 도 19는 노즐(700)의 다른 실시예들을 보여주는 평면도들이다. 도 17 내지 도 19에 개시된 노즐(700)들은 복합부의 형상을 제외하고, 도 3의 노즐(300)과 대체로 동일한 구조를 가진다. 도 17을 참조하면, 노즐(700)의 복합부는 외부관(720), 내부관(740), 그리고 삽입부재(760)를 가진다. 외부관(720)은 단일부로부터 연장되며, 외부관(720) 내에는 내부관(740)이 삽입된다. 복합부는 내부관(740) 중앙에 위치되는 원형의 통로(742)와 이를 감싸도록 위치되는 환형의 통로(722)를 가진다. 내부관(740) 내에는 도 3 또는 도 8에 도시된 삽입부재(760)가 제공되어 내부관(740) 내 통로(742)를 복수개로 분할할 수 있다. 삽입부재(760)에 제공되는 플레이트들의 수는 다양하게 변화될 수 있다. 또한, 내부관(740)과 외부관(720) 사이에 위치되는 환형의 통로(722)를 복수개로 분할하기 위해 복수의 플레이 트들(780)이 제공될 수 있다. 각 플레이트(780)는 대체로 평평한 직사각의 판 형상을 가지며, 일측은 내부관(740)에 접촉되고 타측은 외부관(720)에 접촉된다. 상술한 내부관(740)과 삽입부재(760)은 일체로 제조되는 것이 바람직하며, 선택적으로 외부관(720), 내부관(740), 그리고 삽입부재(760) 전체가 일체로 제조될 수 있다.
또한, 도 18에 도시된 바와 같이 노즐(800)의 복합부는 내부관(820), 외부관(840), 삽입관(880), 그리고 플레이트(892, 894)를 가질 수 있다. 외부관(840)은 단일부로부터 연장되며, 외부관(840) 내에는 내부관(820)이 삽입되고, 외부관(840)과 내부관(820) 사이에는 삽입관(880)이 삽입된다. 내부관(820)과 삽입관(880) 사이, 그리고 삽입관(880)과 외부관(840) 사이에는 각각 복수의 플레이트들(892, 894)이 제공될 수 있다. 선택적으로 도 19에 도시된 바와 같이 도 18의 내부관 내에는 상술한 삽입부재(860)가 설치되어 내부관 내 통로를 복수개로 분할할 수 있다.
본 발명에 의하면 노즐 내에서 소스가스들이 플라즈마로 여기되어 노즐 내벽에 증착되는 것을 최소화할 수 있다.

Claims (43)

  1. 반도체 기판 처리 장치 내로 소스가스를 공급하는 노즐에 있어서,
    가스공급부와 연결되며 내부에 소스가스가 이동되는 통로가 형성된 단일부와;
    상기 단일부로부터 연장되며 상기 단일부에 형성된 통로보다 좁은 복수의 통로들이 형성된 복합부를 포함하되,
    상기 복합부에 형성된 복수의 통로들은 상기 복합부의 중앙을 감싸도록 배열되는 복수의 주변통로들을 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 장치는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치인 것을 특징으로 하는 노즐.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 주변통로들 각각은 부채꼴 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 노즐.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 복합부는,
    상기 단일부로부터 연장된 외부관과;
    상기 외부관 내에 삽입되며, 상기 외부관의 통로를 복수개로 분할하는 삽입부재를 포함하되,
    상기 삽입부재는 일측이 상기 외부관의 중앙에 배치되고, 타측이 상기 외부관의 측벽과 접촉되거나 인접하도록 배치되는 복수의 플레이트들을 가지는 것을 특징으로 하는 노즐.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 삽입부재는 상기 플레이트들을 3 내지 8개 구비하는 것을 특징으로 하는 노즐.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 플레이트들은 균등한 간도로 배치되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 노즐.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 복합부에 형성된 복수의 통로들은 상기 복합부의 중앙에 위치되는 중앙통로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 삽입부재는 상기 외부관과 일체로 이루어진 것을 특징으로 하는 노즐.
  9. 제 2항에 있어서,
    상기 복합부는 적어도 4밀리미터 이상의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 노즐.
  10. 반도체 기판 처리 장치 내로 소스가스를 공급하는 노즐에 있어서,
    외부의 가스 공급부와 연결되며, 상기 처리실 내로 소스가스를 유도하는 공급관과;
    상기 공급관의 외측벽을 감싸는 하단부와 이로부터 상부로 연장된 상단부를 가지는 외부관과; 그리고
    상기 외부관의 상단부 내에 배치되어 상기 외부관의 상단부 내부를 복수의 통로들로 분할하는 삽입부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 장치는 플라즈마를 사용하여 기판을 처리하는 장치인 것을 특징으로 하는 노즐.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 삽입부재에 의해 분할되는 복수의 통로들은 상기 상단부의 중앙을 감싸도록 배열되는 복수의 주변통로들을 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 주변통로들 각각은 부채꼴 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 노즐.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 삽입부재는 일측이 상기 외부관의 중앙에 배치되고, 타측이 상기 외부관의 측벽과 접촉되거나 인접하도록 배치되는 복수의 플레이트들을 가지는 것을 특징으로 하는 노즐.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 삽입부재는 상기 플레이트들을 3 내지 8개 구비하는 것을 특징으로 하는 노즐.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 플레이트들은 균등한 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 노즐.
  17. 제 11항에 있어서,
    상기 외부관의 상단부 중앙에는 중앙통로가 더 제공되는 것을 특징으로 하는 노즐.
  18. 제 11항에 있어서,
    상기 삽입부재는 상기 공급관 상에 얹혀지도록 상기 삽입관 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 노즐.
  19. 제 11항에 있어서,
    상기 삽입부재는 적어도 4밀리미터 이상의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 노즐.
  20. 반도체 기판 처리 장치 내로 소스가스를 공급하는 노즐에 있어서,
    가스공급부와 연결되며 내부에 소스가스가 이동되는 통로가 형성된 단일부와;
    상기 단일부로부터 연장되며 상기 단일부에 형성된 통로보다 좁도록 격자 형상으로 배열되는 복수의 통로들이 형성된 복합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 장치는 플라즈마를 사용하여 기판을 처리하는 장치인 것을 특징으로 하는 노즐.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 복합부는,
    상기 단일부로부터 연장되며, 하나의 통로가 제공되는 외부관과;
    상기 외부관 내에 삽입되며, 상기 외부관의 통로를 복수개로 분할하는 삽입부재를 포함하되,
    상기 삽입부재는,
    일방향으로 나란히 배열되는 제 1부재들과;
    상기 제 1부재들을 가로지르도록 배치되며 타방향으로 나란히 배열되는 제 2부재들을 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐.
  23. 제 21항에 있어서,
    상기 복합부는 적어도 4밀리미터 이상의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 노즐.
  24. 플라즈마 처리 장치에 사용되는 노즐에 있어서,
    가스공급부와 연결되며 내부에 하나의 통로가 형성된 단일부와;
    상기 단일부에 형성된 통로보다 좁은 복수의 통로들이 형성된 복합부를 포함하되,
    상기 복합부는,
    상기 단일부로부터 연장된 외부관과;
    상기 외부관 내에 삽입되는 내부관과; 그리고
    상기 내부관 내부를 부채꼴 형상의 복수의 통로들로 분할하는 삽입부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 복합부는 상기 외부관과 상기 내부관 사이에 삽입되는 적어도 하나의 삽입관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐.
  26. 제 24항에 있어서,
    상기 복합부는 상기 내부관과 상기 외부관 사이에 삽입되어 복수의 통로들로 분할하는 플레이트를 더 포함하되,
    상기 플레이트는 일측이 상기 내부관의 측벽과 접촉하고 타측이 상기 외부관의 측벽과 접촉하는 것을 특징으로 하는 노즐.
  27. 제 24항에 있어서,
    상기 복합부는 적어도 4밀리미터 이상의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 노즐.
  28. 반도체 기판을 처리하는 장치에 사용되는 노즐에 있어서,
    가스공급부와 연결되며 내부에 하나의 통로가 형성된 단일부와;
    상기 단일부에 형성된 통로보다 좁은 복수의 통로들이 형성된 복합부를 포함 하되,
    상기 복합부는,
    상기 단일부로부터 연장된 외부관과;
    상기 외부관 내에 삽입되는 내부관과;
    상기 외부관과 상기 내부관 사이에 삽입되어 상기 외부관과 상기 내부관 사이에 복수의 통로들을 제공하는 적어도 하나의 플레이트를 포함하되,
    상기 플레이트의 일측은 상기 내부관의 측벽과 접촉되고, 타측은 상기 외부관의 측벽과 접촉되는 것을 특징으로 하는 노즐.
  29. 제 28항에 있어서,
    상기 장치는 플라즈마를 사용하여 기판을 처리하는 장치인 것을 특징으로 하는 노즐.
  30. 제 29항에 있어서,
    상기 복합부는 적어도 4밀리미터 이상의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 노즐.
  31. 플라즈마를 사용하여 기판을 처리하는 장치에 있어서,
    처리실과;
    상기 처리실 내에 배치되며 반도체 기판이 놓여지는 기판지지부와;
    상기 처리실 내로 소스가스를 공급하는 노즐과; 그리고
    상기 처리실로 분사된 상기 소스가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 에너지를 공급하는 에너지원을 구비하되,
    상기 노즐은,
    가스공급부와 연결되며 내부에 소스가스가 이동되는 통로가 형성된 단일부와;
    상기 단일부로부터 연장되며 상기 단일부에 형성된 통로보다 좁은 복수의 통로들이 형성된 복합부를 포함하되,
    상기 복합부에 형성된 복수의 통로들은 상기 복합부의 중앙을 감싸도록 배열되는 복수의 주변통로들을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  32. 제 31항에 있어서,
    상기 주변통로들 각각은 부채꼴 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  33. 제 32항에 있어서,
    상기 복합부는,
    상기 단일부로부터 연장되는 외부관과;
    상기 외부관 내에 삽입되며, 상기 외부관의 내부를 복수개로 분할하는 삽입부재를 포함하되,
    상기 삽입부재는 일측이 상기 외부관의 중앙에 배치되고, 타측이 상기 외부관의 측벽과 접촉되거나 인접하도록 배치되는 복수의 플레이트들을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  34. 제 31항에 있어서,
    상기 복합부에 형성된 통로는 상기 복합부의 중앙에 위치되는 중앙통로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  35. 제 31항에 있어서,
    상기 복합부는 적어도 4밀리미터 이상의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  36. 제 31항에 있어서,
    상기 소스가스는 실란가스(SiH4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  37. 반도체 기판 상에 소정의 막을 증착하는 장치에 있어서,
    처리실과;
    상기 처리실 내에 배치되며 반도체 기판이 놓여지는 기판지지부와;
    상기 처리실로 소스가스를 분사하는 노즐과; 그리고
    상기 처리실로 분사된 소스가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 에너지를 공급하는 에너지원을 구비하되,
    상기 노즐은,
    외부의 가스 공급부와 연결되며, 상기 처리실 내로 소스가스를 유도하는 공급관과;
    상기 공급관의 외측벽을 감싸는 하단부와 이로부터 상부로 연장된 상단부를 가지는 외부관과;
    상기 외부관의 상단부 내에 배치되어 상기 외부관의 상단부 내부를 복수의 통로들로 분할하는 삽입부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  38. 제 37항에 있어서,
    상기 외부관의 상단부에 제공되는 복수의 통로들은 상기 상단부의 중앙을 감싸도록 배열되는 복수의 주변통로들을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  39. 제 38항에 있어서,
    상기 주변통로들 각각은 부채꼴 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  40. 제 38항에 있어서,
    상기 삽입부재는 일측이 상기 외부관의 중앙에 배치되고, 타측이 상기 외부관의 측벽과 접촉되거나 인접하도록 배치되는 복수의 플레이트들을 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  41. 제 39항에 있어서,
    상기 외부관의 상단부에 제공되는 복수의 통로들은 상기 상단부의 중앙에 제공된 중앙통로가 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  42. 제 37항에 있어서,
    상기 삽입부재는 적어도 4밀리미터 이상의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  43. 제 37항에 있어서,
    상기 소스가스는 실란가스(SiH4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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KR101351310B1 (ko) * 2007-11-12 2014-01-15 주성엔지니어링(주) 기판처리장치

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