KR20090046553A - Gas distribution unit and appartus of plasma processing for substrate having the gas distribution unit - Google Patents
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Abstract
분사홀 내부에 국소 플라즈마를 발생시킴으로써, 플라즈마 처리 효율과 소스가스의 분사 효율을 향상시킨 가스분사유닛 및 이를 구비하는 플라즈마 기판 처리 장치가 개시된다. 본 발명은, 표면처리 공정이 수행될 프로세스 챔버 내에 구비되어 소스가스를 분사하는 가스분사유닛에 있어서, 플레이트, 상기 플레이트를 관통하여 형성되고 내부에 플라즈마가 발생되는 제1 분사부, 상기 제1 분사부와 독립적으로 소스가스의 분사가 가능하도록 형성된 제2 분사를 포함한다. 따라서, 상기 제1 분사부 내에 발생된 국소 플라즈마에 의해 플라즈마의 발생 밀도를 증가시킬 수 있으며, 플라즈마의 에너지를 기판으로 효과적으로 전달함으로써, 플라즈마에 의한 기판의 표면처리 효율과 품질을 향상시킬 수 있다.Disclosed are a gas injection unit and a plasma substrate processing apparatus including the same, by generating a local plasma inside an injection hole, thereby improving plasma processing efficiency and source gas injection efficiency. According to an aspect of the present invention, there is provided a gas injection unit for spraying a source gas in a process chamber in which a surface treatment process is to be performed, comprising: a plate, a first injection unit formed through the plate, and having a plasma generated therein; And a second injection formed to enable injection of the source gas independently of the dead part. Therefore, the generation density of the plasma can be increased by the local plasma generated in the first injection unit, and the energy of the plasma can be effectively transferred to the substrate, thereby improving the surface treatment efficiency and quality of the substrate by the plasma.
플라즈마 기판 처리 장치, HDP, CVD, 샤워헤드, halo cathode Plasma substrate processing equipment, HDP, CVD, showerheads, halo cathode
Description
본 발명은 플라즈마를 이용하여 기판의 표면처리를 하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마의 밀도와 균일성을 향상시키는 가스분사유닛 및 이를 구비하는 플라즈마 기판 처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for surface treatment of a substrate using a plasma, and more particularly, to a gas injection unit for improving the density and uniformity of a plasma, and a plasma substrate processing apparatus having the same.
플라즈마는 직류(DC)나 고주파 전자계에 의해 여기된 자유전자에 의해 발생되며, 여기된 자유전자는 가스분자와 충돌하여 이온(ion)이나 전자(electron), 라디칼(radical)와 같은 활성족(active species)을 발생시킨다. 그리고 상기 활성족은 전기장 혹은 자기장이 인가되면 플라즈마 내에서 혹은 플라즈마와 접하고 있는 물체의 표면상으로 상기 활성족 입자들이 가속되거나 확산됨에 따라, 상기 물체와 상기 활성족 입자 사이에 화학적 및 물리적 반응이 발생하여 물체 표면의 특성을 변화시킨다. 이와 같이 활성족(플라즈마)에 의해 물질의 표면 특성을 변화시키는 것을 '표면처리'라고 한다.Plasma is generated by free electrons excited by direct current (DC) or high frequency electromagnetic fields, and the excited free electrons collide with gas molecules to generate active species such as ions, electrons, and radicals. species). When the active group or the magnetic field is applied, chemical and physical reactions occur between the object and the active group particles as the active group particles are accelerated or diffused in the plasma or on the surface of the object in contact with the plasma. To change the properties of the object surface. In this way, the surface property of the material is changed by the active group (plasma) is called 'surface treatment'.
일반적으로 반도체 제조 공정에서의 플라즈마 처리 방법이란 반응 물질을 플 라즈마 상태로 만들어 기판 상에 박막을 형성하거나, 플라즈마 상태의 반응 물질을 이용하여 기판의 표면을 세정(cleaning), 애싱(ashing) 또는 식각(etching) 처리하는 것을 말한다.In general, a plasma processing method in a semiconductor manufacturing process refers to forming a thin film on a substrate by forming a reactive material in a plasma state, or cleaning, ashing, or cleaning the surface of the substrate using a reactive material in a plasma state. Etching process.
최근 반도체 제조 공정에서 반도체 소자의 집적도가 높아짐에 따라 미세가공의 요구가 증가하고 있다. 즉, sub-micron급의 미세 패턴에 있어서 균일한 두께의 박막을 형성하거나, 식각 또는 애싱과 같은 표면처리 품질의 향상이 중요하며, 이는 고밀도 플라즈마를 이용하여 향상시킬 수 있다.Recently, as the degree of integration of semiconductor devices increases in the semiconductor manufacturing process, the demand for micromachining increases. That is, in the sub-micron class fine pattern, it is important to form a thin film having a uniform thickness or to improve the surface treatment quality such as etching or ashing, which can be improved by using a high density plasma.
그러나, 반도체 기판의 크기가 점차 대형화되는 추세에 따라 플라즈마 처리 장치의 크기 역시 대형화되고, 이로 인해, 플라즈마 처리 장치로 소스가스가 유입되는 부분과 나머지 부분에서 소스가스의 밀도차가 발생하게 된다. 한편, 이와 같은 소스가스의 밀도차는 표면처리 결과에 영향을 미치게 된다.However, as the size of the semiconductor substrate is gradually increased, the size of the plasma processing apparatus is also enlarged. As a result, a density difference between the source gases is generated in the portion where the source gas flows into the plasma processing apparatus and the remaining portion. On the other hand, such a density difference of the source gas will affect the surface treatment results.
또한, 기존의 플라즈마 기판 처리 장치는 프로세스 챔버 내로 유입되는 소스가스의 상당량이 플라즈마로 변화되지 못하므로, 소스가스의 소비량이 증가하고 신속하게 소스가스와 플라즈마를 공급하는 것이 어렵다. 그리고, 이로 인해 표면처리 속도가 저하되는 문제점이 있었다.In addition, in the conventional plasma substrate processing apparatus, since a substantial amount of the source gas introduced into the process chamber is not changed into plasma, the consumption of the source gas increases and it is difficult to supply the source gas and the plasma quickly. And, due to this there was a problem that the surface treatment speed is lowered.
여기서, 상기 소스가스의 공급 밀도는 샤워헤드의 형태에 밀접한 영향을 받는다. 종래의 샤워헤드에는 소스가스와 플라즈마의 반응성 입자를 기판으로 분사하는 분사홀이 형성되어 있는데, 상기 플라즈마의 반응성 입자가 상기 분사홀을 통과하는 동안 반응성이 약해지는 문제점이 있다. 특히, 종래의 플라즈마 처리 장치는 샤워헤드를 통해 프로세스 챔버 전체에 소스가스를 분사하는 구조이므로, 플라즈마 분포 밀도에 편차가 발생한 영역에 대해서 소스가스의 공급량을 조절하는 것이 어려운 문제점이 있다.Here, the supply density of the source gas is closely influenced by the shape of the shower head. Conventional shower heads are provided with injection holes for injecting reactive particles of the source gas and the plasma to the substrate, and there is a problem in that the reactivity becomes weak while the reactive particles of the plasma pass through the injection holes. In particular, the conventional plasma processing apparatus has a structure in which the source gas is injected into the entire process chamber through the shower head, so it is difficult to control the supply amount of the source gas in the region where the variation in the plasma distribution density occurs.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 플라즈마 기판 처리 장치에서, 균일하게 플라즈마를 발생시킬 수 있는 플라즈마 기판 처리 장치를 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and to provide a plasma substrate processing apparatus capable of uniformly generating plasma in a plasma substrate processing apparatus.
또한, 본 발명은 샤워헤드를 통과하는 동안 플라즈마의 반응성 입자가 반응성이 소멸하는 것을 방지하고, 플라즈마의 에너지를 효과적으로 기판으로 전달할 수 있는 플라즈마 기판 처리 장치를 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention is to provide a plasma substrate processing apparatus capable of preventing the reactive particles of the plasma from disappearing while passing through the showerhead, and can effectively transfer the energy of the plasma to the substrate.
또한, 본 발명은 제1 소스가스와 제2 소스가스의 공급량을 균일하게 조절할 수 있는 플라즈마 기판 처리 장치를 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention is to provide a plasma substrate processing apparatus capable of uniformly adjusting the supply amount of the first source gas and the second source gas.
또한, 본 발명은 플라즈마가 기판에 직접 충돌함으로써 기판이 손상되는 것을 방지하는 플라즈마 기판 처리 장치를 제공하기 위한 것이다.Further, the present invention is to provide a plasma substrate processing apparatus that prevents the substrate from being damaged by directly impinging the plasma on the substrate.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 플라즈마를 이용하여 기판의 표면처리 공정을 수행하는 플라즈마 기판 처리 장치에서, 표면처리 공정이 수행될 프로세스 챔버 내에 구비되어 소스가스를 분사하는 가스분사유닛에 있어서, 플레이트, 상기 플레이트를 관통하여 형성되고, 내부에 플라즈마가 발생되는 제1 분사부, 상기 제1 분사부와 독립적으로 소스가스의 분사가 가능하도록 형성된 제2 분사부를 포함한다.According to embodiments of the present invention for achieving the above object of the present invention, in the plasma substrate processing apparatus for performing a surface treatment process of the substrate using the plasma, the source gas is provided in the process chamber to be performed In the gas injection unit for spraying, the plate, the first injection unit formed through the plate, the plasma is generated, the second injection unit formed to enable the injection of the source gas independently of the first injection unit Include.
실시예에서, 상기 제1 분사부는 상기 소스가스가 상기 제1 분사부 내부에서 플라즈마로 여기될 수 있도록 상기 소스가스의 유동하는 방향을 따라 하부쪽으로 갈수록 단면적이 증가하는 원뿔 형태의 홀을 포함한다. 또한, 상기 제1 분사분 내부에는 국소 플라즈마가 발생하므로, 상기 제1 분사부 내부는 유전체 재질로 형성된다. 또는, 상기 플레이트 자체를 유전체 재질로 형성할 수 있다.In an embodiment, the first injector may include a cone-shaped hole in which a cross-sectional area increases toward the lower side in the flow direction of the source gas so that the source gas may be excited into the plasma in the first injector. In addition, since the local plasma is generated inside the first injection powder, the first injection portion is formed of a dielectric material. Alternatively, the plate itself may be formed of a dielectric material.
실시예에서, 상기 제2 분사부는 상기 플레이트 내부에 형성된 캐비티와, 상기 캐비티와 상기 플레이트 하부를 연통시키도록 형성된 복수의 홀을 포함한다.In an embodiment, the second injector includes a cavity formed in the plate, and a plurality of holes formed to communicate the cavity and the lower part of the plate.
실시예에서, 상기 연결유로는 상기 캐비티와 상기 제1 분사부를 연통시키도록 형성된다. 상세하게는, 상기 제1 분사부를 따라 유동하는 상기 소스가스에 의해 상기 제2 분사부 내의 소스가스가 상기 제1 분사부로 유입되도록 연결유로가 형성된다. 또한, 상기 연결유로는 벤투리 효과에 의해 상기 소스가스가 상기 제1 분사부로 유입시킬 수 있도록 미세홀이 형성된다. 여기서, 상기 연결유로의 벤투리 효과를 효율적으로 발생시킬 수 있도록, 상기 연결유로는 상기 제1 분사부에서 상기 소스가스의 유동하는 방향을 따라 상류측에 형성된다.In an embodiment, the connecting passage is formed to communicate the cavity and the first injection portion. In detail, a connection flow path is formed such that the source gas in the second injection unit flows into the first injection unit by the source gas flowing along the first injection unit. In addition, the connection flow path is formed with a fine hole so that the source gas flows into the first injection unit by the Venturi effect. Here, the connection flow path is formed on the upstream side in the direction in which the source gas flows in the first injection part so as to efficiently generate the Venturi effect of the connection flow path.
실시예에서, 상기 플레이트는, 복수의 제1 분사홀이 형성된 제1 플레이트, 상기 제1 플레이트 하부에 결합되어 내부에 소스가스가 유동 가능한 캐비티를 형성하도록 결합된다.In an embodiment, the plate may be coupled to a first plate having a plurality of first injection holes formed therein, and coupled to a lower portion of the first plate to form a cavity in which source gas may flow.
한편, 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 기판이 수용되고, 플라즈마 발생 공간을 제공하는 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버 내에 구비되어, 상기 기판을 지지하는 서셉터, 상기 프로세스 챔버로 소스가스를 공급하는 소스가스 공급부, 상기 프로세스 챔버 일측에 구비되어, 상기 소스 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 전극부 및 상기 프로세스 챔버 내로 상기 소스가스를 분사하는 가스분사유닛을 포함하는 플라즈마 기판 처리 장치를 개시한다. 특히, 상기 플라즈마 기판 처리 장치는 균일한 밀도를 갖는 플라즈마를 발생시키고, 플라즈마 처리 효과를 향상시키기 위한 가스분사유닛을 구비한다. 상세하게는, 상기 가스분사유닛은, 복수의 제1 분사홀이 형성된 제1 플레이트, 상기 제1 플레이트 하부에 결합되어 내부에 소스가스가 유동 가능한 캐비티를 형성하도록 결합되고, 복수의 제2 분사홀이 형성된 제2 플레이트, 상기 제1 분사홀과 대응되도록 상기 제2 플레이트를 관통하여 형성되고, 내부에 플라즈마가 발생되는 제3 분사홀을 포함하여 이루어진다.On the other hand, according to embodiments of the present invention for achieving another object of the present invention, a substrate is accommodated, a process chamber for providing a plasma generating space, a susceptor provided in the process chamber, to support the substrate, the A plasma substrate including a source gas supply unit supplying a source gas to a process chamber, an electrode unit provided at one side of the process chamber to excite the source gas into a plasma state, and a gas injection unit to inject the source gas into the process chamber The processing apparatus is started. In particular, the plasma substrate processing apparatus includes a gas injection unit for generating a plasma having a uniform density and improving the plasma processing effect. In detail, the gas injection unit is coupled to a first plate having a plurality of first injection holes, coupled to a lower portion of the first plate to form a cavity in which source gas can flow, and a plurality of second injection holes. The second plate is formed to penetrate the second plate to correspond to the first injection hole, and includes a third injection hole in which a plasma is generated.
본 발명에 따르면, 첫째, 효율적으로 균일하게 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 따라서, 기판의 표면처리 효율 및 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 기판의 표면처리 속도를 증가시킬 수 있다.According to the present invention, first, plasma can be generated efficiently and uniformly. Therefore, the surface treatment efficiency and quality of a board | substrate can be improved. In addition, it is possible to increase the surface treatment speed of the substrate.
둘째, 가스분사유닛의 분사홀 내부에 헤일로 캐소드(halo cathode) 효과에 의해 국소 플라즈마를 발생시킴으로써, 플라즈마의 에너지가 효율적으로 기판에 전달될 수 있도록 하고, 기판의 표면처리 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.Second, by generating a local plasma by the halo cathode effect inside the injection hole of the gas injection unit, the energy of the plasma can be efficiently transferred to the substrate, and the efficiency of the surface treatment process of the substrate can be improved. have.
셋째, 제1 분사홀 내부에 미세홀을 형성함으로써, 벤투리 효과(venture effect)에 의해 제2 소스가스가 제1 소스가스의 유로로 유입된다. 따라서, 제1 분사홀과 제2 분사홀에서의 소스가스 분사량의 차이가 발생하는 것을 억제하고, 제1 소스가스와 제2 소스가스의 분사량을 균일하게 유지할 수 있다.Third, by forming the micro holes in the first injection hole, the second source gas is introduced into the flow path of the first source gas by the venturi effect. Therefore, it is possible to suppress the difference between the source gas injection amounts in the first injection hole and the second injection hole, and to maintain the injection amounts of the first source gas and the second source gas uniformly.
넷째, 플라즈마 입자가 기판에 직접 충돌함으로써 기판이 손상되는 것을 방지하되, 플라즈마의 에너지가 충분히 기판 상에 전달되도록 하여 표면처리 공정의 효율을 향상시킨다.Fourth, the plasma particles are directly impinged on the substrate to prevent damage to the substrate, but the energy of the plasma is sufficiently transferred to the substrate to improve the efficiency of the surface treatment process.
다섯째, 소스가스를 기판 상으로 신속하고 큰 손실 없이 공급할 수 있고, 소스가스의 플라즈마 발생 효율을 향상시킴으로써 소스가스의 불필요한 소비를 줄일 수 있다.Fifth, the source gas can be supplied to the substrate quickly and without large loss, and the unnecessary consumption of the source gas can be reduced by improving the plasma generation efficiency of the source gas.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art various modifications and variations of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치를 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a plasma substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치에 대해 설명한다.Hereinafter, a plasma substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
도면을 참조하면, 플라즈마 기판 처리 장치(100)는 프로세스 챔버(110), 서셉터(120), 가스분사유닛(130), 소스가스 공급부(140) 및 전극부(150)를 포함한다.Referring to the drawings, the plasma
본 발명에서 플라즈마 기판 처리 장치(100)는 플라즈마(P)를 이용하여 기판(10)에 대한 표면처리를 수행하는 장치를 말한다. 여기서, 표면처리라 함은 상기 기판(10) 표면과 플라즈마(P)의 이온 또는 라디칼을 반응시킴으로써 상기 기판(10) 표면 특성을 변화시키는 것을 말한다. 예를 들어, 상기 표면처리 공정은 반도체 제조 공정 중에서 반도체 기판 표면에 박막을 형성하는 증착(deposition) 공정이나, 기판 표면에서 물질을 제거하는 세정(cleaning), 식각(etching), 및 애싱(ashing) 공정을 포함한다.In the present invention, the plasma
예를 들어, 상기 기판(10)은 반도체 기판이 되는 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 기판(10)은 LCD, PDP와 같은 평판 디스플레이 장치용 유리기판일 수 있다.For example, the
상기 소스가스는 상기 기판(10)의 종류 또는 표면처리 공정의 종류에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 표면처리 공정은 표면개질(surface modification), Si 식각, 포토레지스트 식각, 살균 및 증착 중 어느 하나의 공정일 수 있다.The source gas may vary depending on the type of the
이하, 본 발명에서는, 반도체 기판에 대한 화학기상증착 공정을 수행하는 고밀도 플라즈마 화학기상증착(high density plasma chemical vapor deposition, HDP CVD) 장치를 예로 들어 설명하기로 한다.Hereinafter, a high density plasma chemical vapor deposition (HDP CVD) apparatus performing a chemical vapor deposition process on a semiconductor substrate will be described as an example.
그러나, 본 발명이 화학기상증착에 한정되는 것은 아니며, 본 발명에 따른 플라즈마 기판 처리 장치는 건식 세정이나 식각 및 애싱과 같은 다른 형태의 플라즈마 처리 장치에 이용될 수도 있다.However, the present invention is not limited to chemical vapor deposition, and the plasma substrate processing apparatus according to the present invention may be used for other types of plasma processing apparatus such as dry cleaning, etching and ashing.
상기 프로세스 챔버(110)는 상기 기판(10)이 수용되어, 상기 기판(10)에 대한 표면처리 공정이 수행된다. 예를 들어, 상기 프로세스 챔버(110)는 상기 기판(10)에 대응되는 원기둥 형태를 갖는다. 그리고, 상기 프로세스 챔버(110)는 상기 기판(10)의 표면처리를 위한 플라즈마(P)가 발생되는 소정의 공간을 제공한다.The
여기서, 상기 플라즈마(P)는 진공에 가까운 저압 분위기에서 형성될 수 있다. 그리고, 상기 프로세스 챔버(110)는 진공을 유지할 수 있는 밀폐 구조를 갖는다.The plasma P may be formed in a low pressure atmosphere close to a vacuum. In addition, the
상기 전극부(150)는 고주파 전원이 인가된다. 그리고, 상기 전극부(150)는 상기 소스가스를 플라즈마(P) 상태로 여기시키고, 상기 발생된 플라즈마(P)를 상기 프로세스 챔버(110) 내로 제공하는 역할을 한다.The
예를 들어, 상기 전극부(150)는 고주파 전원이 인가되면 전기장을 형성하는 코일이다. 특히, 상기 전극부(150)는 상기 프로세스 챔버(110) 내로 상기 플라즈마(P) 입자를 가속시키는 전기장을 발생시키도록 형성된다. 상기 전극부(150)는 상기 프로세스 챔버(110) 내에 수직 방향으로 전기장을 발생시킨다. 그리고, 상기 전극부(150)에 의해 발생하는 전기장은 상기 기판(10)의 피처리면에 대해 수직 방향으로 형성된다.For example, the
그리고, 상기 전기장 내로 상기 소스가스가 공급되면, 상기 전기장의 에너지에 의해 전자가 가속되고, 상기 가속된 전자와 상기 소스가스 분자가 서로 가속되고 충돌됨에 따라, 상기 소스가스 분자가 이온과 라디칼로 분해된다. 즉, 상기 소스가스는 플라즈마(P) 상태가 된다. 그리고, 상기 플라즈마(P)는 상기 전기장에 의 해 상기 기판(10)으로 가속되어 상기 기판(10) 표면과 반응하게 된다.When the source gas is supplied into the electric field, electrons are accelerated by the energy of the electric field, and as the accelerated electrons and the source gas molecules are accelerated and collided with each other, the source gas molecules are decomposed into ions and radicals. do. That is, the source gas is in the plasma P state. In addition, the plasma P is accelerated to the
상기 플라즈마(P)는 전기장 내에 포함된 자유전자에 의해 발생되는데, 전기장으로 소스가스가 공급되면 자유전자와 소스가스의 분자가 충돌하면서 이온, 라디칼, 전자와 같은 활성족(active species)을 발생시킨다. 여기서, 상기 라디칼은 에너지에 의해 여기된 소스가스의 분자 또는 분자결합이 끊긴 원자를 의미하며, 이온과 달리 전기적으로 중성이다. 상기 활성족은 매우 불안정하여 다른 물질과의 반응성이 높으며, 상기 기판(10) 표면과 물리적 또는 화학적으로 반응하여 상기 기판(10) 표면의 특성을 변화시킨다.The plasma P is generated by the free electrons included in the electric field. When the source gas is supplied to the electric field, the free electrons and the molecules of the source gas collide to generate active species such as ions, radicals and electrons. . Herein, the radical refers to an atom in which a molecule or molecular bond of the source gas excited by energy is broken, and is electrically neutral unlike ions. The active group is very unstable and has high reactivity with other materials, and physically or chemically reacts with the surface of the
상세하게는, 상기 전극부(150)는 상기 소스가스를 플라즈마(P) 상태로 여기시키고, 발생된 플라즈마(P)의 입자들을 상기 프로세스 챔버(110) 내로 가속시킬 수 있도록, 상기 프로세스 챔버(110) 상부에 배치되고, 복수회 권선된 코일일 수 있다. 예를 들어, 상기 전극부(150)는 상기 프로세스 챔버(110) 상부에 대응되고, 평면형의 나선형 코일 형태로 권선될 수 있다.In detail, the
또한, 상기 전극부(150)의 형태와 배치는 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 상기 전극부(150)를 형성하는 코일의 크기와 권선수는 상기 소스가스를 플라즈마(P) 상태로 여기시키고, 상기 프로세스 챔버(110) 내부에 형성할 수 있는 실질적으로 다양하게 형성될 수 있을 것이다.In addition, the shape and arrangement of the
상기 서셉터(susceptor)(120)는 상기 프로세스 챔버(110) 하부에 구비되어, 상기 기판(10)을 지지한다. 예를 들어, 상기 서셉터(120)는 정전기력에 의해 상기 기판(10)을 고정시키는 정전척(electrostatic chuck)일 수 있다.The
여기서, 상기 서셉터(120)는 접지되어 상기 전극부(150)에 대한 그라운드 전극 역할을 한다. 또는, 상기 전극부(150) 뿐만 아니라 상기 서셉터(120)에도 고주파 전원이 인가될 수 있다. 즉, 상기 서셉터(120)는 상기 표면처리 공정 동안 상기 기판(10)을 고정시킬 뿐만 아니라, 상기 플라즈마(P)의 이온과 라디칼과 같은 입자가 상기 기판(10)에 충분히 높은 에너지를 가지고 충돌할 수 있도록 바이어스 전압을 제공하게 된다.Here, the
상기 소스가스 공급부(140)는 상기 프로세스 챔버(110) 상부에 구비되어, 상기 프로세스 챔버(110) 내부로 소스가스를 공급한다. 여기서, 상기 소스가스 공급부(140)는 서로 다른 2 종류의 소스가스를 공급할 수 있다. 상기 소스가스 공급부(140)는 제1 소스가스(S1)를 공급하는 제1 소스가스 공급부(141)와 상기 제2 소스가스(S2)를 공급하는 제2 소스가스 공급부(142)를 포함할 수 있다.The source
여기서, 상기 소스가스는 상기 표면처리 공정에 따라 적당하게 선택된다. 예를 들어, 상기 제1 소스가스(S1)는 플라즈마(P) 상태로 여기되는 가스일 수 있다. 그리고, 상기 제2 소스가스(S2)는 상기 플라즈마(P)의 반응성을 이용하여 상기 기판(10) 표면과 반응하는 물질을 포함하는 가스일 수 있다.Here, the source gas is appropriately selected according to the surface treatment process. For example, the first source gas S1 may be a gas excited in a plasma P state. The second source gas S2 may be a gas including a material reacting with the surface of the
예를 들어, 상기 제1 소스가스 공급부(141)는 상기 프로세스 챔버(110) 상부에 구비되고, 상기 제1 소스가스(S1)를 상기 프로세스 챔버(110) 내로 제공하고, 플라즈마(P) 상태로 여기시킨다. 그리고, 상기 제2 소스가스 공급부(142)는 상기 가스분사유닛(130)에 연결되어, 상기 가스분사유닛(130)을 통해 상기 기판(10) 표면에 제2 소스가스(S2)를 제공한다.For example, the first source
상기 가스분사유닛(130)은 상기 기판(10) 상부에 구비되고, 상기 소스가스(S1, S2)와 상기 플라즈마(P)를 상기 기판(10) 표면으로 제공하기 위한 복수의 분사홀이 형성된다. 또한, 상기 가스분사유닛(130)은 상기 플라즈마(P)가 발생되는 공간과 상기 기판(10)에 대한 표면처리 공정이 수행되는 공간을 분리시킨다. 그리고, 상기 가스분사유닛(130)의 상부에는 플라즈마(P)가 발생되고, 상기 가스분사유닛(130)의 하부에서는 상기 기판(10)이 수용되어 표면처리 공정이 수행된다.The
이하, 도면을 참조하여 상기 가스분사유닛(130)에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, the
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스분사유닛(130)을 설명하기 위한 단면도들이다.2 to 4 are cross-sectional views for explaining the
상기 가스분사유닛(130)은 상기 소스가스를 분사하기 위한 복수의 분사홀(132, 134, 136)이 형성된 플레이트(131, 133) 형태를 갖는다.The
상세하게는, 상기 가스분사유닛(130)은 적어도 2개 이상의 공간으로 구획되고, 상기 소스가스 공급부(140)와 연결되어, 상기 제1 소스가스(S1)와 상기 제2 소스가스(S2)를 각각 독립적으로 상기 기판(10)으로 제공하는 유로를 형성한다.In detail, the
특히, 상기 가스분사유닛(130)은 상기 프로세스 챔버(110) 내부를 구획하고, 발생한 플라즈마(P)를 상기 기판(10)으로 전달하는 역할을 한다. 따라서, 상기 플라즈마(P)에 의한 에너지는 상기 기판(10)으로 전달되어 상기 기판(10)의 표면처리 공정이 효과적으로 수행되고, 상기 플라즈마(P) 입자가 상기 기판(10)에 충돌함에 따라 상기 기판(10)이 손상되는 것을 방지하는 효과가 있다.In particular, the
상기 가스분사유닛(130)은 상기 프로세스 챔버(110) 내측에 밀착된다. 예를 들어, 상기 가스분사유닛(130)은 원반 형태를 가지며, 외주연부가 상기 프로세스 챔버(110) 내벽면에 밀착된다. 따라서, 상기 소스가스와 상기 플라즈마(P)는 상기 가스분사유닛(130)의 분사홀(132, 134, 136)을 통해서만 상기 기판(10)으로 전달된다.The
그러나, 상기 가스분사유닛(130)의 형태가 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 프로세스 챔버(110)의 형상에 따라 다양한 형태를 가질 수 있을 것이다. 예를 들어, 평판 디스플레이 장치의 경우 반도체 기판과 달리 사각형 또는 다각형의 기판이 사용되므로, 상기 가스분사유닛(130) 역시 사각형 또는 다각형으로 형성될 수 있을 것이다.However, the shape of the
상기 가스분사유닛(130)은 내부에 소정의 공간이 형성되고, 서로 결합가능하도록 형성된 제1 플레이트(131)와 제2 플레이트(133)를 포함한다. 예를 들어, 상기 제1 플레이트(131)와 상기 제2 플레이트(133)는 서로 상하로 결합되어 하나의 원형 플레이트를 형성하도록 형성될 수 있다.The
상기 제1 플레이트(131)와 상기 제2 플레이트(133)는 내부에 상기 제2 소스가스(S2)의 유동이 가능한 유로를 형성하도록 결합된다. 예를 들어, 상기 제1 플레이트(131)와 상기 제2 플레이트(133)가 결합되어 그 내부에 소정 체적을 갖는 캐비티(137)가 형성된다. 그리고, 상기 캐비티(137)는 일측에서 상기 제2 소스가스 공급부(142)와 연결되되, 상기 가스분사유닛(130) 전체에 상기 제2 소스가스(S2)가 고르게 공급될 수 있도록 상호 연결된다.The
여기서, 상기 제1 플레이트(131)와 상기 제2 플레이트(133)를 결합시키는 결 합부가 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 플레이트(131)와 상기 제2 플레이트(133)는 후술하는 제1 분사홀(132)과 제3 분사홀(134)이 서로 연통되도록 상기 제1 플레이트(131)와 상기 제2 플레이트(133)가 맞물리게 결합될 수 있다. 그리고, 상기 제1 플레이트(131)와 상기 제2 플레이트(133)의 결합된 부분에는 상기 캐비티(137)로 공급된 상기 제2 소스가스(S2)가 상기 가스분사유닛(130) 외부로 유출되는 것을 방지하기 위한 실링(sealing) 부재가 구비될 수 있다.Here, a coupling part for coupling the
또한, 상기 제1 플레이트(131)와 상기 제2 플레이트(133)는 상기 플라즈마(P)에 의해 손상되거나 아크 방전이 발생하여 상기 플라즈마(P)가 불안정해지는 것을 방지하고, 상기 플라즈마(P) 입자가 상기 플레이트(131, 133)를 통과할 수 있도록 유전체 재질로 형성됨이 바람직하다. 예를 들어, 상기 제1 플레이트(131)와 상기 제2 플레이트(133)는 산화물 계열의 세라믹이나 폴리머 계열 수지 재질로 형성될 수 있다. 또는 상기 플레이트(131, 133)의 표면에 유전체 재질이 코팅될 수도 있을 것이다.In addition, the
또한, 상기 가스분사유닛(130)은 상기 플라즈마(P)가 안정적으로 발생할 수 있도록 접지될 수 있다. 물론, 상기 가스분사유닛(130)에 고주파 전원이 인가되어 또 다른 전극의 역할을 하는 것도 가능할 것이다.In addition, the
상기 제1 플레이트(131)에는 상기 제1 소스가스(S1)를 분사하기 위한 복수의 제1 분사홀(132)이 형성된다. 예를 들어, 상기 제1 분사홀(132)은 상기 제1 플레이트(131)의 중심점을 기준으로 방사형으로 조밀하게 배치된다. 따라서, 상기 플라즈마(P) 상태로 여기된 제1 소스가스(S1)는 상기 제1 분사홀(132)을 통해 상기 기 판(10)에 균일하게 분사된다.A plurality of first injection holes 132 for injecting the first source gas S1 are formed in the
상기 제2 플레이트(133)는 상기 캐비티(137)와 상기 프로세스 챔버(110)를 연통시키도록 형성되어, 상기 제2 소스가스(S2)를 상기 기판(10)으로 분사하는 복수의 제2 분사홀(136)이 형성된다. 여기서, 상기 제2 분사홀(136) 역시, 상기 기판(10) 표면으로 균일하게 상기 제2 소스가스(S2)를 분사할 수 있도록, 상기 제2 플레이트(132) 상에 조밀하게 배치된다. 또한, 상기 제2 분사홀(136)은 상기 제1 분사홀(132)과 겹쳐지지 않도록 배치된다.The
상기 제2 플레이트(133)에는 상기 제1 분사홀(132)과 대응되어 상기 제1 소스가스(S1)를 상기 기판(10)으로 제공하기 위한 제3 분사홀(134)이 형성된다. 여기서, 상기 제3 분사홀(134)은 상기 제1 분사홀(132)와 대응되는 위치에 형성되고, 상기 제2 분사홀(136)과 겹쳐지지 않도록 형성된다.A
상기 제3 분사홀(134)은 상기 제1 소스가스(S1)가 유동하는 방향을 따라 하부쪽으로 갈수록 단면적이 커지는 원뿔 형태를 가진다. 특히, 상기 제3 분사홀(134)의 경사진 벽면은 상기 제1 소스가스(S1)의 확산이 활발하게 이루어지도록 함으로써, 상기 기판(10) 표면에 균일하게 플라즈마(P)가 제공되는 효과가 있다.The
상기 제3 분사홀(134) 내부에서는 헤일로 효과(Halo cathode effect)에 의해 국소 플라즈마(P2)가 발생하게 된다. 상세하게는, 도 4를 참조하면, 상기 가스분사유닛(130) 상단과 하단 사이의 전위차에 의해, 상기 제1 플레이트(131)의 상단과 상기 제2 플레이트(133)의 하단 사이에서는 소정의 전위차가 발생한다. 그리고, 이와 같은 전위차는 상기 제1 분사홀(134)에서 상기 제3 분사홀(134)을 통과하는 상 기 제1 소스가스(S1)를 플라즈마(P2) 상태로 여기시키게 된다. 즉, 상기 제1 소스가스(S1)는 상기 제3 분사홀(134) 내부에 국소 플라즈마(P2)가 발생하게 된다.In the
여기서, 상기 플라즈마(P) 입자 중 라디칼은 그 수명이 매우 짧기 때문에, 상기 제1 분사홀(132)을 통과하는 상기 제1 소스가스(S1)의 속도와 상기 제1 분사홀(132) 내부의 재질에 큰 영향을 받는다. 즉, 상기 제1 분사홀(132) 및 상기 제3 분사홀(134) 내부는 상기 라디칼의 환원 작용에 영향을 최소화할 수 있도록 부도체 또는 유전체 재질로 형성된다. 또는, 상기 제1 플레이트(131)와 상기 제2 플레이트(133)가 플라즈마(P)에 의해 손상되거나 플라즈마(P)의 상태가 불안정해지도록 영향을 미치는 것을 방지하기 위해 상기 제1 플레이트(131)와 상기 제2 플레이트(133) 자체를 유전체 재질로 형성하는 것도 바람직하다.Here, since the radicals of the plasma P particles have a very short lifespan, the speed of the first source gas S1 passing through the
상기 가스분사유닛(130)은 상기 제1 소스가스(S1)와 상기 제2 소스가스(S2)를 혼합시키고, 상기 제1 소스가스(S1)와 상기 제2 소스가스(S2)의 공급량을 일정하게 유지하기 위한 연결유로(135)를 포함한다. 예를 들어, 상기 연결유로(135)는 상기 제1 분사홀(132)을 관통하여 상기 캐비티(137)를 연통시키도록 형성된 홀이다.The
특히, 상기 연결유로(135)는 상기 제1 분사홀(132)에 비해 작은 직경을 갖는 미세홀로서, 벤투리 효과(venturi effect)에 의해 상기 제2 소스가스(S2)를 상기 제1 분사홀(132)로 유입시킨다. 따라서, 상기 제1 분사홀(132)와 상기 제3 분사홀(134)에서 분사되는 상기 제1 소스가스(S1)와 상기 제2 소스가스(S)의 분사량 사이의 균형을 유지할 수 있다.In particular, the
이하, 상기 연결유로(135)의 동작에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, the operation of the
도 3을 참조하면, 상기 제1 분사홀(132)을 따라 상기 제1 소스가스(S1)가 유동함에 따라 상기 제1 분사홀(132)에 연통된 상기 연결유로(135)의 단부에는 벤투리 효과에 의해 소정의 압력 강하가 발생하므로, 상기 연결유로(135)의 양단부에 압력차가 발생하게 된다. 상기 연결유로(135)에서 상기 제1 분사홀(132)에 노출된 단부에 부압(負壓)이 형성됨에 따라 상기 캐비티(137) 내부의 상기 제2 소스가스(S2)의 일부가 상기 제1 분사홀(132)로 유입된다. 그리고, 상기 제1 소스가스(S1)와 상기 제2 소스가스(S2)가 혼합되어 상기 제3 분사홀(134)로 유동하게 된다.Referring to FIG. 3, as the first source gas S1 flows along the
여기서, 상기 연결유로(135)에서 벤투리 효과를 효율적으로 발생시키기 위해서, 상기 연결유로(135)는 상기 제1 분사홀(132)에 비해 작은 직경을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 상기 연결유로(135)는 상기 제1 분사홀(132)에서 상기 제1 소스가스(S1)의 유동 방향을 따라 상류쪽에 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 연결유로(135)는 상기 제1 분사홀(132)의 내벽에 수직 방향, 즉, 상기 제1 분사홀(132)의 직경 방향으로 형성된 홀일 수 있다.Here, in order to efficiently generate the Venturi effect in the
또한, 상기 연결유로(135)는 상기 제1 분사홀(132) 내부에서 소정 간격으로 복수개의 홀이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 연결유로(135)는 상기 제1 분사홀(132) 내측 벽면을 따라 90° 간격으로 4개의 미세홀이 배치될 수 있다.In addition, the
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치(100)의 동작에 대해 설명한다.Hereinafter, an operation of the plasma
먼저, 처리하고자 하는 대상이 되는 기판(10)을 프로세스 챔버(110)에 투입한다. 그리고, 상기 기판(10)에 대해 수행하고자 하는 표면처리 공정의 종류에 따라 적당한 소스가스를 상기 프로세스 챔버(110) 내부로 공급한다.First, the
여기서, 상기 소스가스는 상기 표면처리 공정에 따라 적당하게 선택된다. 또한, 상기 소스가스는 플라즈마(P) 상태로 여기시키는 제1 소스가스(S1)와 상기 기판(10)과의 반응물질을 포함하는 제2 소스가스(S2)를 포함할 수 있다.Here, the source gas is appropriately selected according to the surface treatment process. In addition, the source gas may include a second source gas S2 including a reactant between the first source gas S1 and the
상기 소스가스가 공급되고, 전극부(150)에 고주파 전원이 인가되어 상기 프로세스 챔버(110) 내부에 전기장을 발생시킨다.The source gas is supplied, and a high frequency power is applied to the
즉, 상기 전극부(150)에 고주파 전원이 인가됨에 따라, 상기 프로세스 챔버(110) 내부에는 상기 전극부(150)가 이루는 평면, 즉, 상기 프로세스 챔버(110) 상면과 수직한 방향(10)과 수직 방향으로 유도 전기장이 형성된다. 그리고, 상기 전기장 내부에서 상기 소스가스의 분자가 가속되어 서로 충돌함에 따라 상기 소스가스 분자가 이온 및 라디칼로 분해되어 플라즈마(P) 상태가 된다.That is, as the high frequency power is applied to the
그리고, 상기 가스분사유닛(130)은 상기 소스가스가 상기 프로세스 챔버(110) 내에서 효율적으로 플라즈마(P) 상태로 여기되고, 여기된 플라즈마(P)가 상기 기판(10)에 높은 에너지로 충돌하게 되므로, 상기 표면처리 공정 동안 소비되는 소스가스의 소비량을 절감시킬 수 있다.In the
또한, 상기 가스분사유닛(130)을 통해 상기 플라즈마(P)의 이온 또는 라디칼 입자가 상가 기판(10)에 제공되므로, 상기 플라즈마(P)의 에너지를 충분히 전달하면서도 상기 플라즈마(P) 입자가 상기 기판(10)에 직접 충돌함으로써 상기 기 판(10)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.In addition, since the ion or radical particles of the plasma P are provided to the
한편, 상기 소스가스가 빠른 속도로 확산되지 못하는 경우, 상기 소스가스 공급부(140)에 가까운 부분과 먼 부분에서 상기 플라즈마(P) 밀도의 차이가 발생할 수 있다. 그러나, 상기 가스분사유닛(130)은 상기 플라즈마(P)를 효율적으로 확산시킬 수 있는 분사홀 구조를 가지므로, 상기 기판(10)에 균일한 플라즈마(P)를 발생시킬 수 있다. 여기서, 상기 가스분사유닛(130)은 분사홀 내부에 국소 플라즈마(P2)를 발생시킴으로써 상기 기판(10)으로 플라즈마의 에너지를 보다 효과적으로 전달할 수 있다. 또한, 상기와 같은 국소 플라즈마(P2)를 발생시킴으로써 상기 가스분사유닛(130) 상부에서 발생된 플라즈마(P)가 상기 기판(10)에 도달하기 전에 소멸되는 것을 방지할 수 있다.On the other hand, when the source gas is not diffused at a high speed, a difference in the density of the plasma (P) may occur in a portion near and far from the source
또한, 상기 가스분사유닛(130)은 상기 제1 소스가스(S1)와 상기 제2 소스가스(S2)의 공급량을 균일하게 유지함으로써, 플라즈마의 밀도를 균일하게 하고, 균일한 품질의 표면처리 결과를 얻을 수 있다. 상세하게는, 상기 제1 소스가스(S1)와 상기 제2 소스가스(S2)의 유로를 연결시키는 연결유로(135)를 형성함으로써, 상기 제2 소스가스(S2)가 상기 제1 소스가스(S1)의 유로로 일부 유입되어 공급됨으로써, 상기 제1 소스가스(S1)와 상기 제2 소스가스(S2) 사이의 공급량을 일정하게 유지할 수 있다.In addition, the
따라서, 상기 기판(10)에 대한 표면처리 공정, 예를 들어, 박막의 증착 또는 상기 기판(10) 표면의 식각이 균일하게 수행되어, 양호한 품질의 표면처리 결과를 얻을 수 있고, 생산성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.Therefore, the surface treatment process for the
또한, 상기 가스분사유닛(130)이 상기 프로세스 챔버(110) 내부의 공간을 구획함에 따라, 상기 프로세스 챔버(110) 내에서 상기 플라즈마(P)의 발생 공간의 체적은 줄어든다. 그리고, 작은 체적에 대해서 상기 플라즈마(P)의 발생 밀도의 균일도를 향상시키는 것이 용이하다.In addition, as the
여기서, 상기 표면처리 공정의 효율과 속도는 상기 플라즈마(P)의 밀도 즉, 상기 플라즈마(P) 내에 존재하는 이온과 라디칼의 농도에 의존하게 된다. 따라서, 이와 같은 플라즈마(P)의 밀도가 균일하게 제공될수록 상기 소스가스의 분해를 촉진시키고, 상기 기판(10)의 표면처리 속도, 예를 들어, 박막의 증착 속도 또는 상기 기판(10)의 식각 속도를 향상시키게 된다. 또한, 상기 기판(10) 표면 전체에 균일하게 플라즈마(P)가 발생되므로, 양호한 품질의 상기 기판(10)의 표면처리 결과를 얻을 수 있고, 생산성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.In this case, the efficiency and speed of the surface treatment process depend on the density of the plasma P, that is, the concentration of ions and radicals present in the plasma P. Therefore, as the density of the plasma P is uniformly provided, the decomposition of the source gas is accelerated, and the surface treatment rate of the
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 기판 처리 장치를 도시한 단면도;1 is a cross-sectional view showing a plasma substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention;
도 2는 도 1의 플라즈마 기판 처리 장치에서 가스분사유닛을 설명하기 위한 분해 사시도;2 is an exploded perspective view for explaining a gas injection unit in the plasma substrate processing apparatus of FIG.
도 3은 도 2의 가스분사유닛의 부분 단면도;3 is a partial cross-sectional view of the gas injection unit of FIG.
도 4 는 도 2의 가스분사유닛의 동작을 설명하기 위한 단면도이다.4 is a cross-sectional view for describing an operation of the gas injection unit of FIG. 2.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10: 기판 100: 플라즈마 기판 처리 장치10: substrate 100: plasma substrate processing apparatus
110: 프로세스 챔버 120: 서셉터110: process chamber 120: susceptor
130: 가스분사유닛 131: 제1 플레이트130: gas injection unit 131: first plate
132: 제1 분사홀 133: 제2 플레이트132: first injection hole 133: second plate
134: 제3 분사홀 135: 연결유로134: third injection hole 135: connection flow path
136: 제2 분사홀 137: 캐비티136: second injection hole 137: cavity
140: 소스가스 공급부 141: 제1 소스가스 공급부140: source gas supply unit 141: first source gas supply unit
142: 제2 소스가스 공급부 150: 전극부142: second source gas supply unit 150: electrode unit
P: 플라즈마 P2: 국부 플라즈마P: plasma P2: local plasma
S1: 제1 소스가스 S2: 제2 소스가스S1: first source gas S2: second source gas
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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