KR20180002521A - 고밀도 박막증착을 위한 플라즈마 소스의 배기구조 - Google Patents

고밀도 박막증착을 위한 플라즈마 소스의 배기구조 Download PDF

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Abstract

배기 컨덕턴스의 밸런스와 배기 속도를 조절함으로써 고품질의 박막을 제조할 수 있는 고밀도 박막증착을 위한 플라즈마 소스의 배기구조가 개시된다. 이는 증착장치의 배기 구조를 플라즈마 소스의 구조 및 배치에 따라 다양하게 실시될 수 있으며, 플라즈마 소스 사이의 좌우 간격 및 상하 간격에 따라 배기가스의 원활한 흐름을 조절 할 수 있다. 또한, 플라즈마 소스 사이의 좌우 간격 및 상하 간격을 조절함으로써 배기 컨덕턴스의 밸런스와 배기 속도 조절이 가능하기 때문에 안정적인 공정 압력 제어 및 균일한 분압 제어가 가능하다.

Description

고밀도 박막증착을 위한 플라즈마 소스의 배기구조{An Exhaust Structure of a Plasma Source for High-density Thin Film Deposition}
본 발명은 박막증착을 위한 플라즈마 소스의 배기구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기 컨덕턴스의 밸런스와 배기 속도를 조절함으로써 안정적인 공정 압력 제어 및 균일한 분압 제어가 가능한 고밀도 박막증착을 위한 플라즈마 소스의 배기구조에 관한 것이다.
박막을 제조하는 기술은 크게 물리적 방식을 이용한 물리 기상 증착방식(Physical vapor deposition, PVD)과 화학적 방식을 이용하는 화학 기상 증착방식(Chemical vapor deposition, CVD)으로 나뉜다.
물리 기상 증착방식(PVD)은 기판위에 박막을 증착하기 위해 빔이나 가스의 흐름을 만들어 내면서 물질을 증발시키거나 때는 방식이며, 화학 기상 증착방식(CVD)은 기체상태의 혼합물을 가열된 기판 표면에 반응시켜 생성물을 기판 표면에 증착시키는 방식이다.
화학 기상 증착방식(CVD)은 반응 에너지원에 따라 반응기에 주입된 반응기체의 분해 및 박막 증착시 열 에너지를 이용하는 열 기상 증착방식(Thermal CVD), 반응기내 혼합기체에 전장을 걸어 플라즈마 상태를 형성하여 박막을 증착하는 유기 화학 기상 증착방식(Plasma Enhanced CVD, PECVD), 고밀도 플라즈마를 형성하여 막을 증착하는 유도결합 플라즈마 화학 기상 증착방식(Inductive Coupled Plasma CVD, ICPCVD)등으로 구분된다.
근래의 디스플레이 분야는 가볍고, 얇으며, 휘어질 수 있는 플렉서블 기판에 대한 디스플레이 기술이 전반적으로 증가하고 있는 실정이다. 따라서, 증착장비를 이용하여 얇은 두께의 고밀도 및 베리어 특성에 맞는 맞춤형 박막 증착에 대한 필요성이 폭발적으로 증가하고 있다. 이러한 박막 증착은 디스플레이 산업 뿐만아니라 의류 및 의료등의 바이오, 우주, 항공 등 여러 산업 분야에 적용되고 있다.
하지만, 장비의 대형화에 있어서 설치공간이나 제조시간 증가등 다양한 문제들이 발생되고 있다.
한국공개특허 10-2014-0031480
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 안정적인 공정 압력 제어 및 균일한 분압 제어가 가능한 고밀도 박막증착을 위한 플라즈마 소스의 배기구조를 제공하는데 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 챔버 몸체, 상기 챔버 몸체에 의해 제공되고, 수용된 피처리 기판의 플라즈마 처리가 이루어지는 처리실, 상기 처리실 상부에 배치되고, 소정 간격 이격되어 다수개가 배치되는 플라즈마 소스 및 상기 처리실 내에서 처리된 배기가스를 상기 챔버 몸체 외부로 배출 시키는 배기부를 포함하고, 상기 플라즈마 소스 사이에는 배기가스를 배출시키는 배기 공간이 형성된다.
상기 플라즈마 소스는 적층 구조로 배치될 수 있다.
상기 배기 공간은 상부와 하부가 모두 동일한 크기로 형성될 수 있다.
상기 배기 공간은 상부보다 하부가 좁게 형성될 수 있다.
상기 적층 구조로 배치된 플라즈마 소스는 인접한 플라즈마 소스와 대칭되도록 형성될 수 있다.
상기 플라즈마 소스는 적층 구조로 배치되되, 하부에 배치된 플라즈마 소스는 상부에 배치된 플라즈마 소스보다 돌출되도록 배치될 수 있다.
상기 돌출된 플라즈마 소스는 인접한 플라즈마 소스와 대칭되는 구조를 가지되, 상기 돌출된 플라즈마 소스가 서로 접하도록 형성될 수 있다.
상기 플라즈마 소스는, 음극 전극, 상기 음극 전극과 대향되도록 배치된 양극 전극 및 상기 음극 전극의 상부와 하부를 감싸는 유전체를 포함하고, 상기 음극 전극 측면에는 플라즈마를 형성하기 위해 공정가스를 배출하는 배출홀을 포함할 수 있다.
상기 배기부는, 각각의 상기 플라즈마 소스 사이에 배치되고, 배기가스가 이동될 수 있도록 가이드 역할을 수행하는 가스이동블럭 및 상기 챔버 몸체 측면에 배치되고, 상기 가스이동블럭을 통과한 배기 가스를 상기 챔버 몸체 외부로 배출시키는 배기 펌프를 포함할 수 있다.
상기 배기 펌프는 상기 플라즈마 소스보다 상부에 위치할 수 있다.
본 발명에 따르면, 증착장치의 배기구조는 플라즈마 소스의 구조 및 배치에 따라 다양하게 실시될 수 있으며, 플라즈마 소스 사이의 좌우 간격 및 상하 간격에 따라 배기가스 및 세정 플라즈마의 원활한 흐름을 조절 할 수 있다.
또한, 플라즈마 소스 사이의 좌우 간격 및 상하 간격을 조절함으로써 배기 컨덕턴스의 밸런스와 배기 속도 조절이 가능하기 때문에 안정적인 공정 압력 제어 및 균일한 분압 제어가 가능하다. 따라서, 박막의 특성 및 증착 속도를 조절하여 공정 특성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
더 나아가, 배기 공간을 통해 이동하는 배기가스를 하부에서 상부방향으로 이동되도록 함으로써 플라즈마 소스에 증착된 오염물질이 피처리 기판으로 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 증착장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 플라즈마 소스를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 플라즈마 소스를 증착장치에 적용한 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 배기부에 따른 배기 가스의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 플라즈마 소스 배치에 따른 배기 구조의 제1 실시예를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 플라즈마 소스 배치에 따른 배기 구조의 제2 실시예를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 플라즈마 소스 배치에 따른 배기 구조의 제3 실시예를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 플라즈마 소스 배치에 따른 배기 구조의 제4 실시예를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실린더 동작에 따른 세정 소스부에서 생성된 플라즈마 이동을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 소스 이동부 동작에 따른 플라즈마 발생부 이동을 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 증착장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 증착 장치의 챔버 몸체(100)는 피처리 기판(101)에 대해 플라즈마 증착 공정을 수행하기 위한 환경을 조성하고 플라즈마가 생성 및 반응되는 공간을 제공한다. 이때, 챔버 몸체(100)는 사각의 판면 형상을 갖는 피처리 기판(101)에 적합하도록 전체적으로 사각 형상을 가질 수 있다. 다만, 본 발명에서 챔버 몸체(100)의 형상은 플라즈마 처리 대상이 되는 피처리 기판(101)의 종류 및 형상에 따라 변경될 수 있다.
챔버 몸체(100)는 플라즈마 발생부(200), 배기부(300), 처리실(400) 및 소스 이동부(500)를 포함할 수 있다.
또한, 챔버 몸체(100)의 상부에 배치된 플라즈마 발생부(200)는 플라즈마 소스(210) 및 세정 소스부(220)를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 플라즈마 소스를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 플라즈마 소스를 증착장치에 적용한 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 발생부(200)의 플라즈마 소스(210)는 피처리 기판(101)에 증착 공정을 위한 플라즈마를 발생시킬 수 있으며, 음극 전극(211), 양극 전극(212) 및 유전체(213)를 포함할 수 있다.
음극 전극(211)은 길이 방향(x축방향)으로 연장된 형태일 수 있으며, 음극 전극(211)의 길이는 피처리 기판(101)에 대응되는 길이와 동일하거나 클 수 있다.
또한, 음극 전극(211)의 길이 방향에 대해 수직한 일 측면에는 음극 전극(211) 내부로 공급되는 공정 가스를 음극 전극(211) 외부로 배출되도록 하는 다수의 배출홀(214)이 포함될 수 있다. 배출홀(214)은 상기 음극 전극(211)의 일 측면에 균일한 크기와 간격으로 형성될 수 있으며, 배출홀(214)의 크기와 수에 대해서는 공정에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
이러한 음극 전극(211)은 두 개의 음극 전극(211)이 접하여 대칭이 되도록 형성될 수 있으며 음극 전극(211)이 대칭 구조로 형성되면, 상기 배출홀(214)은 음극 전극(211)의 양 측면에 배치되는 구조로 형성될 수 있다.
또한, 대칭구조로 형성된 음극 전극(211)은 2층 구조로 형성될 수 있다. 2층 구조로 음극 전극(211)을 배치하기 위해, 상부에 배치된 음극 전극(211)과 하부에 배치된 음극 전극(211) 사이에는 유전체(213)를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 유전체(213)에 의해 상부에 배치된 음극 전극(211)과 하부에 배치된 음극 전극(211)은 서로 절연될 수 있다. 유전체(213)는 음극 전극(211) 간의 사이뿐만 아니라 상부에 배치된 음극 전극(211)의 상부 및 하부에 배치된 음극 전극(211)의 하부에 각각 추가로 배치되어 음극 전극(211)을 챔버 몸체(100)로부터 절연시킬 수 있다.
도 3은 음극 전극(211)이 서로 대칭 구조를 갖고, 이러한 대칭 구조의 음극 전극(211)이 상부와 하부에 배치된 구조를 도시한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 음극 전극(211)에 형성된 배출홀(214)은 음극 전극(211)의 상부, 하부 배치 구조에 의해 상부, 하부의 양 측면으로 형성되는 구조를 취함으로써 공정 가스를 고르게 분사할 수 있다.
도 3에서는 대칭되는 구조를 갖는 음극 전극(211)을 상부와 하부에 배치하는 구조를 도시하였으나, 다른 실시예로써 상부와 하부에 배치되는 음극 전극(211)을 계단 형상이 되도록 하부의 음극 전극(211)을 상부의 음극 전극(211)보다 돌출되게 배치할 수도 있고, 대칭구조의 음극 전극(211)을 음극 전극(211) 간 소정의 각도가 형성 되도록 배치할 수도 있다. 또한, 대칭으로 배치한 두 개의 음극 전극(211)을 기울인 구조나, 배출홀(214)이 하부 방향이 되도록 음극 전극(211)을 수평 형태가 되도록 배치할 수도 있다. 이는, 피처리 기판(101)의 막의 특성 및 공정 조건에 따라 다양하게 배치될 수 있다.
다시 도 1를 참조하면, 상기 음극 전극(211)의 상부 및 하부 배치된 구조를 음극 전극(211)의 길이 방향에 대해 수직 방향(y축방향)으로 소정간격 이격되어 다수개 배치시킬 수 있다. 수직 방향으로 배치되는 음극 전극(211)의 개수에 대해서는 한정하지는 않으나, 다수의 음극 전극(211)이 포함되는 전체 길이는 대응되는 피처리 기판(101)의 크기를 넘지 않도록 하고, 공정의 특성 및 조건에 맞추어 소정의 간격으로 이격시켜 배치하는 것이 바람직하다.
즉, 음극 전극(211)의 개수를 많이 배치하여 음극 전극(211) 간의 간격이 너무 좁아지면 후술할 소스 이동부(500)에 의해 음극 전극(211)이 이동하는 거리는 짧아져 공정 시간을 단축할 수 있는 장점이 있으나, 공정 가스가 배기부(300)를 통해 배기시 배기할 수 있는 공간이 좁아지기 때문에 공정에 영향을 줄 수 있다. 또한, 음극 전극(211)의 개수를 적게 배치하여 음극 전극(211) 간의 간격이 너무 넓어지게 되면 소스 이동부(500)에 의해 음극 전극(211)이 이동하는 거리가 넓어지기 때문에 공정 시간이 길어지는 단점이 발생되고, 공정 가스가 배기부(300)를 통해 배기시 배기할 수 있는 공간 또한 너무 넓어져 공정에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 공정의 특성 및 조건에 따라 음극 전극(211)의 개수 및 음극 전극(211) 간의 거리를 조절하여 배치하는 것이 바람직하다.
또한, 음극 전극(211)에는 고주파전원(201)으로부터 고주파전력을 인가 받기 위한 전력 인입선(202)이 연결될 수 있다. 즉, 고주파전원(201)으로부터 공급되는 고주파전력은 플라즈마 발생부(200)의 상부에 마련된 정합기(203)를 거쳐 전력 인입선(202)을 통해 음극 전극(211)에 인가된다. 이때, 정합기(203)는 플라즈마 소스(210)에 의한 부하 임피던스와 플라즈마 소스(210)에 의해 발생되는 플라즈마에 의한 플라즈마 임피던스를 고주파전원(201) 내부 임피던스와 임피던스 매칭(Impedance matching)시켜 고주파전원(201)으로부터 플라즈마 소스(210)로 인가되는 전력의 손실을 최소화시킨다.
음극 전극(211)에 연결된 전력 인입선(202)은 상부측에 배치된 음극 전극(211)과 하부측에 배치된 음극 전극(211)에 각각 별도로 연결될 수 있다. 즉, 상부측 음극 전극(211)과 하부측 음극 전극(211)은 각각 별도로 마련된 고주파전원에 연결될 수 있다. 따라서, 공정 특성에 맞게 상부측 음극 전극(211)과 하부측 음극 전극(211)에 각각 고주파전원(201)을 인가시키거나, 동시에 고주파전원(201)을 인가시킬 수도 있다. 즉, 상부측과 하부측에 배치된 음극 전극(211)을 독립적으로 제어할 수 있다.
음극 전극(211) 내부에는 가스이동홀(215)을 포함할 수 있다. 가스공급부(204)에서 가스라인(205)을 통해 공급되는 공정가스는 상기 가스이동홀(215)을 통해 배출홀(214)로 배출될 수 있다. 또한, 전력 인입선(202)과 같이 상부측 음극 전극(211)과 하부측 음극 전극(211)에 각각 별도로 가스라인(205)이 연결되어, 상부측과 하부측에 각각 공정가스를 공급함으로써 고주파전원(201)과 함께 독립적으로 플라즈마를 형성시킬 수 있다.
계속해서 도 1을 참조하면, 배기부(300)는 각각의 플라즈마 소스 사이에 배치되고, 배기 가스가 이동될 수 있도록 가이드 역할을 수행하는 가스이동블록(320) 및 챔버 몸체(100) 측면에 배치되고, 가스이동블록(320)을 통과한 배기 가스를 챔버 몸체(100) 외부로 배출시키는 배기 펌프(310)를 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 배기부에 따른 배기 가스의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 가스이동블록(320)은 각각의 플라즈마 소스(210) 사이에 각각 배치될 수 있다. 가스이동블록(320)은 블록 내부로 배기가스가 이동될 수 있도록 홈이 형성될 수 있으며, 홈은 가스이동블록(320)의 길이 방향(x축방향)으로 연장되어 형성될 수 있다. 또한, 소정거리 이격되어 배치된 플라즈마 소스 사이에는 배기가스를 배출시키는 배기 공간(301)이 형성될 수 있다. 따라서, 공정이 완료된 배기가스는 가스이동블록(320)을 통해 배기 공간(301)으로 인입되게 되고, 배기 공간(301)으로 인입된 배기가스는 플라즈마 소스(210) 상부에 연결된 배기 공간(301)을 통해 배기 펌프(310)로 이동될 수 있다.
상기와 같이, 배기 펌프(310)를 통해 배기가스를 펌핑시, 배기가스가 플라즈마 소스(210)의 하부 방향 즉, 배기 공간(301) 내에서 상부에서 하부방향으로 이동하게 되면, 플라즈마 소스(210)에 증착된 오염물질이 피처리 기판(101) 위로 떨어져 불량 기판을 초래할 수 있다. 하지만, 본 발명에 따른 증착 장치는 배기 펌프(310)가 플라즈마 소스보다 상부에 배치되어 있기 때문에 펌핑 진행시 배기가스를 가스이동블록(320)을 통해 배기 공간(301)으로 이동시킬 수 있다. 즉, 하부에서 상부 방향으로 배기가스를 이동시켜 플라즈마 소스(210) 상부에 마련된 배기 공간(301)으로 이동하여 펌핑이 이루어지기 때문에 플라즈마 소스(210)에 증착된 오염물질이 피처리 기판(101)으로 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 플라즈마 소스(210) 간의 간격을 조절하거나 배기 공간(301)의 높이를 조절함으로써 배기 컨덕턴스의 밸런스를 조절 가능하므로 안정적인 공정 압력 제어가 가능하다. 이는 주입되는 공정 가스의 잔류 시간을 조절 가능함으로 박막의 특성 및 증착 속도를 조절하여 공정 특성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이러한 배기 공간(301)에 의한 배기 방법은 플라즈마 소스의 구조에 따라 다양하게 변경가능하다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 플라즈마 소스 배치에 따른 배기 구조의 다양한 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 플라즈마 소스 배치에 따른 배기 구조의 제1 실시예를 나타낸다. 도 5를 참조하면, 플라즈마 소스(210)는 2층 구조로 상부 및 하부에 각각 배치될 수 있다. 또한, 이러한 2층 구조의 플라즈마 소스(210)는 플라즈마 소스(210)의 길이방향에 대해 수직한 방향(y축방향)으로 소정간격 이격되어 다수개가 배치될 수 있다. 즉, 배기 공간(301)은 2층 구조로 형성된 플라즈마 소스(210)들 사이에 각각 형성될 수 있으며, 가스이동블록(320)은 플라즈마 소스(210) 사이 하단에 각각 배치될 수 있다. 제1 실시예에서의 배기 공간(301)은 상부와 하부가 모두 동일한 크기로 형성될 수 있으며, 배기 공간(301)의 넓이는 공정의 특성과 증착속도에 따라 플라즈마 소스(210)들 사이의 간격을 조절함으로써 변경가능하다.
따라서, 공정이 완료된 배기가스는 가스이동블록(320)을 통해 배기 공간(301)으로 인입되게 되고, 배기 공간(301)으로 인입된 배기가스는 플라즈마 소스(210)보다 상부에 배치된 배기 펌프(310)의 펌프 동작에 의해 하부에서 상부방향으로 이동하여 배기 펌프(310)를 통해 챔버 몸체(100) 외부로 배출될 수 있다.
도 6은 본 발명의 플라즈마 소스 배치에 따른 배기 구조의 제2 실시예를 나타낸다. 도 6을 참조하면, 플라즈마 소스(210)는 도 5에서와 같이 2층 구조로 상부 및 하부에 각각 배치되되, 2층 구조의 플라즈마 소스(210)가 음극 전극(211)이 접하여 대칭되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기와 같은 대칭된 플라즈마 소스(210) 구조는 플라즈마 소스(210)의 길이방향에 대해 수직한 방향(y축방향)으로 소정간격 이격되어 다수개가 배치될 수 있다. 따라서, 배기 공간(301)은 플라즈마 소스(210) 사이에 각각 형성될 수 있으며, 가스이동블록(320)은 플라즈마 소스(210) 사이 하단에 각각 배치될 수 있다. 제2 실시예에서의 배기 공간(301)은 상부와 하부가 모두 동일한 크기로 형성될 수 있으며, 배기 공간(301)의 넓이는 공정의 특성과 증착속도에 따라 플라즈마 소스(210)들 사이의 간격을 조절함으로써 변경가능하다.
또한, 이러한 제2 실시예에 따른 플라즈마 소스(210) 구조는 음극 전극(211)에 형성된 배출홀(214)이 플라즈마 소스(210)의 상부와 하부 양 측면으로 형성되는 구조를 취함으로써 공정 가스를 고르게 분사할 수 있으며, 공정이 완료된 배기가스를 플라즈마 소스(210) 사이에 형성된 가스이동블록(320)과 배기 공간(301)을 통해 하부에서 상부방향으로 신속히 배출되도록 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 플라즈마 소스 배치에 따른 배기 구조의 제3 실시예를 나타낸다. 도 7을 참조하면, 플라즈마 소스(210)는 도 5의 실시예에서와 같이 상부와 하부의 2층 구조로 배치되되, 하부의 음극 전극(211)이 상부의 음극 전극(211)보다 외부로 돌출되도록 배치될 수 있다. 하부의 음극 전극(211)을 상부의 음극 전극(211)보다 돌출되도록 배치함으로써 상부의 양극 전극(212)과 하부의 양극 전극(212) 간의 거리가 도 5의 배치 구조보다 넓어질 수 있다. 따라서, 넓어진 양극 전극(212) 간의 거리에 의해 상부에서 발생된 플라즈마가 하부 방향으로 이동될 때 좀 더 원할히 이동될 수 있다.
이러한 돌출 형태의 플라즈마 소스(210)는 대칭 구조로 소정거리 이격되어 각각 배치될 수 있다. 따라서, 플라즈마 소스(210) 사이의 배기 공간(301)은 도 7에 도시한 바와 같이, 돌출된 하부 플라즈마 소스(210) 구조에 의해 상부보다 하부가 좁은 배기 공간(301)을 가질 수 있다. 즉, 하부 플라즈마 소스(210)의 돌출된 정도에 따라 배기가스가 통과하는 배기 공간(301)의 상부와 하부 넓이가 달라질 수 있다. 따라서, 이러한 제3 실시예에 따른 플라즈마 소스(210)의 구조에 따라 플라즈마 소스(210) 사이의 배기 공간(301)의 넓이를 조절할 수 있기 때문에 배기 컨덕턴스의 밸런스 조절이 가능하다.
도 8은 본 발명의 플라즈마 소스 배치에 따른 배기 구조의 제4 실시예를 나타낸다. 도 8을 참조하면, 플라즈마 소스(210)는 도 7의 실시예에서와 같이 하부의 음극 전극(211)이 돌출된 플라즈마 소스(210) 구조로 배치되되, 돌출된 음극 전극(211)이 서로 접하여 대칭되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기와 같은 대칭된 플라즈마 소스(210) 구조는 플라즈마 소스(210)의 길이방향에 대해 수직한 방향(y축방향)으로 소정간격 이격되어 다수개가 배치될 수 있다. 따라서, 배기 공간(301)은 플라즈마 소스(210) 사이에 각각 형성될 수 있으며, 가스이동블록(320)은 플라즈마 소스(210) 사이 하단에 각각 배치될 수 있다. 제4 실시예에서의 배기 공간(301)은 상부와 하부가 모두 동일한 크기로 형성될 수 있으며, 배기 공간(301)의 넓이는 공정의 특성과 증착속도에 따라 플라즈마 소스(210)들 사이의 간격을 조절함으로써 변경가능하다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 배기 구조는 플라즈마 소스(210)의 구조 및 배치에 따라 다양하게 실시될 수 있으며, 플라즈마 소스(210) 사이의 좌우 간격 및 상하 간격에 따라 배기가스의 원활한 흐름을 조절 할 수 있다. 또한, 플라즈마 소스(210) 사이의 좌우 간격 및 상하 간격을 조절함으로써 배기 컨덕턴스의 밸런스와 배기 속도 조절이 가능하기 때문에 안정적인 공정 압력 제어 및 균일한 분압 제어가 가능하다. 따라서, 박막의 특성 및 증착 속도를 조절하여 공정 특성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
계속해서 도 1을 참조하면, 플라즈마 소스(210) 상부에는 세정 소스부(220)가 배치될 수 있다.
피처리 기판(101)에 박막 증착 공정이 완료되면 피처리 기판(101)뿐만 아니라 챔버 몸체(100) 벽 또는 챔버 몸체(100) 내의 구성 파트(Part) 일부분에도 박막이 형성된다. 이렇게 챔버 몸체(100) 내에 형성된 박막은 수차례 공정이 반복되면서 두꺼워지고, 챔버 몸체(100) 벽에서 떨어져 나와 공정 중인 기판에 포함됨으로써 기판 상의 박막에 결점(Defect)을 만든다. 이러한 이유 때문에 증착 공정이 완료되면 챔버 몸체(100)내의 부산물 등을 제거하기 위해 주기적으로 세정(Cleaning)을 해주어야 한다.
즉, 증착 공정이 반복되면 증착 물질이 처리실(400) 벽이나 플라즈마 소스(210) 주위에 이를 주기적으로 세정하기 위해 세정 소스부(220)를 통해 생성된 플라즈마를 이용하여 챔버 몸체(100) 내부의 오염물들을 세정할 수 있다. 여기서, 세정 소스부(220)는 리모트 플라즈마 소스(Remote Plasma Source, RPS)일 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.
세정 소스부(220)는 별도로 마련된 고주파전원과 가스공급부에 의해 고주파전력 및 공정가스를 인가받고 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 세정 소스부(220)에서 플라즈마가 형성되면 플라즈마에 의해 발생된 플라즈마 이온은 세정 소스부(220) 하부로 이동하여 플라즈마 소스(210) 및 처리실(400) 내부의 공간에 형성된 오염물질을 세정할 수 있다.
세정 소스부(220)에 의해 형성된 플라즈마 이온을 플라즈마 소스(210) 및 처리실(400) 내부로 이동시키기 위해 세정 소스부(220) 하부에는 세정 소스부(220)의 출구와 연결된 플라즈마 확산 공간(221)을 포함할 수 있다. 또한, 플라즈마 확산 공간(221)은 각각의 플라즈마 소스(210) 사이에 형성된 배기 공간(301)과 연통되어 플라즈마 이온을 플라즈마 소스(210) 및 처리실(400) 내부로 이동시킬 수 있다.
즉, 증착 공정을 통해 플라즈마 소스(210) 표면에 증착된 오염물질은 세정 소스부(220)에서 발생된 플라즈마 이온이 플라즈마 소스(210) 사이의 배기 공간(301)을 통해 플라즈마 소스(210)로 이동하면서 플라즈마 소스(210)를 고르게 세정 시킬 수 있다. 또한, 배기 공간(301)을 통해 이동된 플라즈마 이온은 기판 지지대부(410) 및 처리실(400) 내부를 이동하면서 증착된 오염물질을 세정시킬 수 있다.
하지만, 배기 공간(301)과 플라즈마 확산 공간(221)을 통해 세정 소스부(220)가 계속해서 연통되어 있으면, 증착 공정을 위해 배기 펌프(310)를 이용하여 펌핑 진행시 세정 소스부(220)까지 배기 펌프(310)에 의해 영향을 받을 수 있다. 따라서, 일반적인 증착 공정이 이루어질 때 세정 소스부(220)에까지 펌프 영향을 받지 않도록 하고, 세정 소스부(220)에서 발생된 플라즈마가 상기 처리실(400) 내부로 유입되는 것을 제어하기 위한 실린더(222)를 더 포함할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실린더 동작에 따른 세정 소스부에서 생성된 플라즈마 이동을 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 실린더는 플라즈마 확산 공간(221) 내에 소정의 간격으로 이격되어 배치될 수 있으며, 바람직하게는 배기 공간(301)과 연통되는 부위마다 각각 배치될 수 있다. 즉, 증착 공정이 진행될 시에는 실린더(222)를 플라즈마 확산 공간(221) 내에서 다운(down)시킴으로써 배기 공간(301)과 플라즈마 확산 공간(221)이 연통되는 부위를 차단시켜 펌프 동작시 펌프에 의해 세정 소스부(220)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 사용자는 증착 공정을 진행할 때는 실린더(222)를 다운시켜 증착 공정을 진행할 수 있고, 챔버 몸체(100)의 세정을 진행할 때는 실린더(222)를 업(up)시켜 세정 소스부(220)에서 생성된 플라즈마 이온이 플라즈마 확산 공간(221)을 통해 배기 공간(301)으로 이동시킴으로써 플라즈마 소스(210)와 처리실(400) 내부를 세정 할 수 있다.
또한, 상술한 플라즈마 소스(210)의 구조 및 배치에 따라 배기 구조뿐만 아니라, 세정에 있어서도 플라즈마 소스(210) 사이의 좌우 간격 및 상하 간격에 따라 세정 플라즈마 이온의 이동에 있어서 흐름을 조절 할 수 있다. 즉, 플라즈마 소스(210) 사이의 좌우 간격 및 상하 간격을 조절함으로써 세정 플라즈마를 장치 내의 증착된 오염물질의 비율에 따라 유입되는 경로 및 속도를 조절할 수 있기 때문에 전체적인 세정 균형(cleaning balance)을 맞출 수 있고, 세정을 위한 공정시간을 감소시킬 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 플라즈마 발생부(200) 상부에는 플라즈마 발생부(200)를 이동시키는 소스 이동부(500)를 포함할 수 있다. 또한, 소스 이동부(500)는 플라즈마 발생부(200)가 이동될 수 있도록 배치된 LM가이드(Linear Motion Guide)(510) 및 구동모터(520)를 포함할 수 있다.
LM가이드(510)는 플라즈마 발생부(200) 상부에 장착될 수 있으며, 바람직하게는 플라즈마 소스(210)의 길이 방향(x축방향)에 대해 수직한 방향(y축방향)으로 플라즈마 발생부(200)가 이동될 수 있도록 플라즈마 상부 양측에 장착될 수 있다.
도 10은 본 발명의 소스 이동부 동작에 따른 플라즈마 발생부 이동을 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 10을 참조하면, 소정의 간격으로 동일하게 이격되어 배치된 플라즈마 소스(210)의 전체 길이(y축방향)는 도 1에 도시한 바와 같이, 하부의 기판 지지대부(410)에 안착된 피처리 기판(101)의 전체 길이(y축방향)보다 짧을 수 있다. 바람직하게는 플라즈마 소스(210)의 전체 길이는 기판의 전체 길이에서 하나의 플라즈마 소스(210)를 뺀 길이만큼 작게 형성될 수 있다.
증착 공정이 시작되면 플라즈마 소스(210)는 인가되는 공정가스와 고주파전력에 의해 플라즈마를 발생시키고, 발생된 플라즈마에 의해 피처리 기판(101)에 증착 공정이 시작된다. 증착 공정이 진행되면, 플라즈마 발생부(200)는 소스 이동부(500)의 동작에 의해 플라즈마 소스(210)의 길이 방향에 수직한 방향(y축방향)으로 이동될 수 있다. 즉, 소스 이동부(500)는 플라즈마 소스(210)에 의해 발생된 플라즈마를 유지하면서 플라즈마 발생부(200)를 이동시킬 수 있다.
소스 이동부(500)는 플라즈마 발생부(200)를 이동시키되, 플라즈마 소스(210)를 인접한 플라즈마 소스(210) 위치만큼 이동시킬 수 있다. 이는 플라즈마 소스(210)의 길이(x축방향)가 대응되는 피처리 기판(101)의 길이와 동일하거나 크게 형성되고, 플라즈마 발생부(200)의 이동(y축방향)에 의해 플라즈마 소스(210)가 대응되는 피처리 기판(101)의 길이만큼 이동하기 때문에 피처리 기판(101)의 전체 면적(x축,y축)에 걸쳐 증착이 이루어질 수 있다.
즉, 도 10에서 도시한 바와 같이, 플라즈마 소스(210) 중 가장 마지막에 배치된 플라즈마 소스(210)가 소스 이동부(500)에 의해 이동했을 때 피처리 기판(101)을 모두 덮을 수 있을 만큼의 이동이 이루어지기 때문에 기판 전체의 증착이 가능하다. 따라서, 플라즈마 발생부(200)의 짧은 거리 이동으로도 피처리 기판(101) 전체의 증착이 가능하므로, 고밀도 박막 증착이 가능하고 공정 시간을 단축시킬 수 있다.
또한, 공정 특성에 따라 소스 이동부(500)는 플라즈마 발생부(200)의 수평 이동을 완료한 후 플라즈마 발생부(200)를 다시 원래의 자리(-y방향)로 복귀시킬 수 있다. 즉, 소스 이동부(500)는 플라즈마 발생부(200)를 수평 방향으로 이동시키되, 초기 위치에서부터 수평이동 끝 지점까지 왕복이동이 수행될 수 있다. 즉, 소스 이동부(500)가 이동되는 거리는 플라즈마 소스(210) 간의 간격이나 플라즈마 소스(210)의 개수에 따라 변경 가능하기 때문에 기판에 증착될 막의 특성 및 결합구조를 효과적으로 조절할 수 있고, 얇은 두께의 고밀도 및 베리어 특성에 맞는 맞춤형 박막 형성이 가능하다.
플라즈마 발생부(200)의 이동에 의한 공정뿐만 아니라 플라즈마 소스(210) 간의 간격을 조절하거나 배기 공간(301)의 높이를 조절함으로써 배기 컨덕턴스의 밸런스를 조절 가능하므로 공정 가스의 잔류 시간을 조절하여 박막의 특성 및 증착 속도를 조절할 수 있기 때문에 공정 특성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
처리실(400) 하부에는 피처리 기판(101)을 지지하도록 배치되는 기판 지지대부(410)를 포함할 수 있으며, 기판 지지대부(410)는 정전척 전극(411) 및 기판 이동부(412)를 포함할 수 있다.
정전척 전극(411)은 피처리 기판(101)을 지지하는 동시에 기판을 고정하며, 기판의 온도를 유지시킬 수 있다. 공정 중 피처리 기판(101)에 증착되는 증착 효율을 높이기 위해 높은 공정 온도를 이용하여 공정이 진행될 때는 높은 온도에 의해 피처리 기판(101)이 휘어지게 되기 때문에 이를 방지하기 위해 일반적으로 기판의 전면적을 고정시키기 위한 정전척(Electrostatic Chuck, ESC)를 사용하게 된다.
정전척 전극(411) 하단에는 기판 지지대부(410)의 높이를 변경할 수 있는 기판 이동부(412)가 배치될 수 있다. 즉, 기판 이동부(412)는 피처리 기판(101)에 증착되는 증착 공정에 따라 플라즈마 발생부(200)와의 거리를 조절함으로써 피처리 기판(101)에 증착되는 증착 분포도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 소스 이동부(500)에 의해 플라즈마 발생부(200)의 이동 거리를 조절할 수 있고, 플라즈마 소스(210)의 간격에 따라 배기 공간(301)을 조절함으로써 배기 컨덕턴스의 밸런스를 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 기판 이동부(412)를 이용하여 기판의 높이를 조절할 수 있기 때문에 고밀도 박막이 요구되는 증착 공정이라도 증착분포도 향상 및 고품질의 막을 형성시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 소스의 배기 구조는 플라즈마 소스의 구조 및 배치에 따라 다양하게 실시될 수 있으며, 플라즈마 소스 사이의 좌우 간격 및 상하 간격에 따라 배기가스의 원활한 흐름을 조절 할 수 있다.
또한, 플라즈마 소스 사이의 좌우 간격 및 상하 간격을 조절함으로써 배기 컨덕턴스의 밸런스와 배기 속도 조절이 가능하기 때문에 안정적인 공정 압력 제어 및 균일한 분압 제어가 가능하다. 따라서, 박막의 특성 및 증착 속도를 조절하여 공정 특성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
더 나아가, 배기 공간을 통해 이동하는 배기가스를 하부에서 상부방향으로 이동되도록 함으로써 플라즈마 소스에 증착된 오염물질이 피처리 기판으로 떨어지는 것을 방지할 수 있으며, 세정 공정에 있어서 플라즈마 소스 사이의 좌우 간격 및 상하 간격을 조절함으로써 세정 플라즈마를 장치 내의 증착된 오염물질의 비율에 따라 유입되는 경로 및 속도를 조절할 수 있기 때문에 전체적인 세정 균형(cleaning balance)을 맞출 수 있고, 세정을 위한 공정시간을 감소시킬 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100 : 챔버 몸체 101 : 피처리 기판
200 : 플라즈마 발생부 210 : 플라즈마 소스
211 : 음극 전극 212 : 양극 전극
213 : 유전체 214 : 배출홀
215 : 가스이동홀 300 : 배기부
310 : 배기 펌프 320 : 가스이동블록
400 : 처리실 410 : 기판 지지대부
411 : 정전척 전극 412 : 기판 이동부
500 : 소스 이동부 510 : LM가이드
520 : 구동모터

Claims (10)

  1. 챔버 몸체;
    상기 챔버 몸체에 의해 제공되고, 수용된 피처리 기판의 플라즈마 처리가 이루어지는 처리실;
    상기 처리실 상부에 배치되고, 소정 간격 이격되어 다수개가 배치되는 플라즈마 소스; 및
    상기 처리실 내에서 처리된 배기가스를 상기 챔버 몸체 외부로 배출 시키는 배기부를 포함하고,
    상기 플라즈마 소스 사이에는 배기가스를 배출시키는 배기 공간이 형성되는 것인 고밀도 박막 증착을 위한 배기구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 소스는 적층 구조로 배치되는 것인 고밀도 박막 증착을 위한 배기구조.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 배기 공간은 상부와 하부가 모두 동일한 크기로 형성되는 것인 고밀도 박막 증착을 위한 배기구조.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 배기 공간은 상부보다 하부가 좁게 형성되는 것인 고밀도 박막 증착을 위한 배기구조.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 적층 구조로 배치된 플라즈마 소스는 인접한 플라즈마 소스와 대칭되도록 형성되는 것인 고밀도 박막 증착을 위한 배기구조.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 플라즈마 소스는 적층 구조로 배치되되, 하부에 배치된 플라즈마 소스는 상부에 배치된 플라즈마 소스보다 돌출되도록 배치되는 것인 고밀도 박막 증착을 위한 배기구조.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 돌출된 플라즈마 소스는 인접한 플라즈마 소스와 대칭되는 구조를 가지되, 상기 돌출된 플라즈마 소스가 서로 접하도록 형성되는 것인 고밀도 박막 증착을 위한 배기구조.
  8. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 소스는,
    음극 전극;
    상기 음극 전극과 대향되도록 배치된 양극 전극; 및
    상기 음극 전극의 상부와 하부를 감싸는 유전체를 포함하고,
    상기 음극 전극 측면에는 플라즈마를 형성하기 위해 공정가스를 배출하는 배출홀을 포함하는 고밀도 박막 증착을 위한 배기구조.
  9. 제1항에 있어서, 상기 배기부는,
    각각의 상기 플라즈마 소스 사이에 배치되고, 배기가스가 이동될 수 있도록 가이드 역할을 수행하는 가스이동블록; 및
    상기 챔버 몸체 측면에 배치되고, 상기 가스이동블록을 통과한 배기 가스를 상기 챔버 몸체 외부로 배출시키는 배기 펌프를 포함하는 고밀도 박막 증착을 위한 배기구조.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 배기 펌프는 상기 플라즈마 소스보다 상부에 위치하는 것인 고밀도 박막 증착을 위한 배기구조.
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