KR20180115238A - 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 RF 전원이 인가될 수 있는 전극과 상기 전극에 대향하는 위치에 배치되되 기판을 장착할 수 있는 서셉터를 각각 포함하는 복수의 서브반응기; 각각의 상기 서브반응기 내에 독립적으로 다이렉트 플라즈마(direct plasma)를 생성시키기 위하여 RF 전원을 인가할 수 있도록 구성된 적어도 하나 이상의 RF 제너레이터; 및 상기 RF 제너레이터와 상기 서브반응기 사이에서 매칭 네트워크를 구성할 수 있는 적어도 하나 이상의 매칭부;를 포함하는, 배치(batch) 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치를 제공한다.

Description

배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치{Apparatus of batch type plasma atomic layer deposition}
본 발명은 원자층 증착 장치로서, 보다 상세하게는 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치에 관한 것이다.
반도체 소자나 평판 디스플레이 장치 등의 제조에는 다양한 제조공정을 거치게 되며, 그 중에서 웨이퍼나, 글래스, 유기EL 등의 기판 상에 필요한 박막을 증착시키는 공정이 필수적으로 진행된다.
원자층 증착법은 소스가스, 반응가스와 퍼지가스를 교대로 공급하여 원자층 단위의 박막을 증착하기 위한 방법으로서, 원자층 증착법에 의해 형성된 박막은 기판 전면에 매우 균일한 증착 두께를 형성할 수 있으며, 전기적, 물리적 특성이 우수하고 높은 종횡비를 가지는 패턴 기판에서 단차피복성이 우수한 장점이 있다. 이러한 원자층 증착방법은 열반응에 의한 써멀 원자층 증착법과 플라즈마를 이용한 플라즈마 원자층 증착법으로 나눠진다. 일반적으로 열반응에 의한 써멀 원자층 증착법은 비교적 높은 중온 이상에서 증착이 이루어지고, 증착율 및 박막특성이 기판에 구배 받는 온도에 의존한다. 그에 반하여 플라즈마 원자층 증착법은 낮은 온도에서 증착이 용이하고, 기판에서 균일한 두께의 증착막을 형성할 수 있으며, 증착율 및 박막 특성이 써멀 원자층 증착법에 비해 매우 우수한 장점이 있다.
한편, 원자층 증착 장치는 기판 처리 방법에 따라 복수의 기판을 일괄적으로 처리하는 배치(batch) 타입과 챔버 내에 기판을 하나씩 로딩하면서 공정을 진행하는 매엽 타입이 있다. 그러나, 종래의 매엽식 장치는 기판을 하나씩 처리하므로 장치의 생산성(throughput)이 낮은 문제점이 있고, 배치 타입은 하나의 챔버 내에 다수개의 기판을 이격 적층한 상태에서 일괄적으로 공정을 진행하므로 증착 효율 및 각각의 기판에 증착되는 두께 균일도가 떨어지고 박막 특성이 낮은 문제점이 있다.
따라서 생산성이 높으면서 동시에 박막의 품질이 우수하고 균일한 증착 및 생산성이 높은 원자층 증착 장치의 개발이 절실하게 요구되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 높은 생산성을 가지면서 우수한 두께 균일도를 제공하며 낮은 온도에서도 고품질의 박막을 얻을 수 있는 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치를 제공한다. 상기 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치는 RF 전원이 인가될 수 있는 전극과 상기 전극에 대향하는 위치에 배치되되 기판을 장착할 수 있는 서셉터를 각각 포함하는 복수의 서브반응기; 각각의 상기 서브반응기 내에 독립적으로 다이렉트 플라즈마(direct plasma)를 생성시키기 위하여 RF 전원을 인가할 수 있도록 구성된 적어도 하나 이상의 RF 제너레이터; 및 상기 RF 제너레이터와 상기 서브반응기 사이에서 매칭 네트워크를 구성할 수 있는 적어도 하나 이상의 매칭부; 를 포함한다.
상기 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치는, 상기 RF 제너레이터와 매칭부 사이에 전력이 동일하게 분배될 수 있도록 구성된 파워 스필릿터(power splitter;를 더 포함할 수 있다.
상기 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치는, 각각의 상기 서브반응기 내에 다이렉트 플라즈마를 동시에 생성하도록 상기 RF 제너레이터 또는 상기 파워 스필릿터를 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
상기 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치에서, 상기 복수의 서브반응기는 제 1 군의 서브반응기와 제 2 군의 서브반응기를 포함하되, 상기 제 1 군의 서브반응기를 구성하는 각 서브반응기와 상기 제 2 군의 서브반응기를 구성하는 각 서브반응기는 상하 또는 좌우로 서로 교호 배치되며, 인접한 서브반응기에서 발생된 플라즈마의 간섭에 의한 각 서브반응기의 임피던스 변화를 방지하고자, 각각의 상기 제 1 군의 서브반응기 내에 다이렉트 플라즈마를 동시에 먼저 생성한 후에 각각의 상기 제 2 군의 서브반응기 내에 다이렉트 플라즈마를 동시에 후속 생성하도록 상기 RF 제너레이터 또는 상기 파워 스필릿터를 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
상기 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치는, 상기 복수의 서브반응기를 둘러싸는 챔버; 상기 챔버에 결합 배치되되 각각의 상기 서브반응기에 소소가스, 반응가스 및 퍼지가스를 공통으로 공급하도록 구성된 가스공급부; 및 상기 챔버에 결합 배치되되 각각의 상기 서브반응기를 거친 소스가스, 반응가스 및 퍼지가스를 공통으로 배기하도록 구성된 가스배기부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 기판을 독립적으로 처리 할수 있는 플라즈마 원자층 증착 반응기로 복수개의 대형기판을 처리 할수 있는 반응기가 매엽식 형태로 복수개로 구성되어 있고, 각 반응기는 전력 공급장치에 플라즈마를 독립적으로 발생시킬 수 있도록 분배되어 연결 되어 있다. 이러한 반응기 구조에서 플라즈마를 독립적으로 발생시키기 위해서는 각 반응기에 별도의 전력공급 장치가 필요로 한다. 하지만, 그러나, 각 반응기마다 독립적으로 전력 공급장치를 구성하게 되면 장치 구성시 비용부담이 크고, 공정 진행중에 복수개의 각 반응기에서 플라즈마를 동시에 발생시키게 되면 각 반응기에서 발생된 플라즈마의 서로간 간섭에 의해 각 반응기에서 임피던스 변화가 발생되어 불안정한 플라즈마 발생 및 플라즈마 재현성 문제가 발생되고, 이러한 문제점은 기판에서 증착 문제로 발생 될수 있다.
본 발명에서는 이러한 문제점들에 따른 장치 구성시 비용 및 플라즈마 안정화 관점에서 전력공급장치 구성을 최소화 시키고, 복수의 반응기에서 플라즈마를 동시에 발생시 켰을 때 임피던스 변화를 최소화하여 안정적인 플라즈마를 발생하여 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치에서 복수기판 처리로 인한 높은 생산성을 가지며 우수한 박막 및 증착 특성을 얻을 수 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치를 개략적으로 도해하는 도면들이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치를 이용한 원자층 증착 방법을 도해하는 도면들이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예들에 따른 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치는 매엽식 형태의 복수개의 반응기를 포함하는 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치로서, 복수개의 기판을 동시에 처리할 수 있는 반응기를 포함한다. 상기 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치의 플라즈마 발생 형태는 용량 결합형 플라즈마로, 복수개의 반응기에서 동시에 플라즈마를 발생하는 구성을 포함한다. 복수개의 반응기에서 플라즈마를 동시에 발생하기 위해서 전력공급장치에 연결된 매칭박스에서 전원이 직접 분배되어 있거나, 전력공급장치와 매칭박스 사이에 전력이 동일하게 분배 될 수 있도록 파워 스필릿터(power splitter)가 연결된 것을 포함할 수 있다. 플라즈마 발생 방법은 전력공급장치에 연결되어 있는 복수의 반응기에서 동시에 발생 후 다른 전력공급장치에 연결되어 있는 또 다른 복수의 반응기에서 플라즈마를 동시에 순차적으로 발생시키는 것을 포함할 수 있다. 플라즈마 발생을 위한 각 반응기에서의 가스 공급방식은 샤워헤드 및 트레블링(travelling) 또는 레터널(lateral) 형태의 반응기를 포함할 수 있다.
상기 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치의 증착방법은 시분할 방식으로 선구물질 및 플라즈마화 할 수 있는 가스가 서로 교대로 공급될 수 있는 가스공급장치를 포함한다. 상기 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치의 복수개의 플라즈마 발생부에 매칭용 정합 장치가 독립적으로 장착되어 있거나, 플라즈마 발생을 위한 전력이 동일하게 분배될수 있는 전력 스필릿터를 통하여 각 반응기에 전력을 분배시켜 공급할 수 있는 것을 포함할 수 있다. 상기 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치에서의 플라즈마 발생 방법은 복수개로 반응기에 교차로 연결되어 있는 전원공급장치들을 통해 동시에 순차적으로 발생되도록 하는 것을 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치를 개략적으로 도해하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치(10)는 RF 전원이 인가될 수 있는 전극(112)과 상기 전극(112)에 대향하는 위치에 배치되되 기판(W)을 장착할 수 있는 서셉터(114)를 각각 포함하는 복수의 서브반응기(100); 각각의 상기 서브반응기(100) 내에 독립적으로 다이렉트 플라즈마(direct plasma)를 생성시키기 위하여 RF 전원을 인가할 수 있도록 구성된 적어도 하나 이상의 RF 제너레이터(400); 및 상기 RF 제너레이터(400)와 상기 서브반응기(100) 사이에서 매칭 네트워크를 구성할 수 있는 적어도 하나 이상의 매칭부(Matcher); 를 포함한다.
상기 다이렉트 플라즈마(direct plasma) 방식은, 예를 들어, 반응가스를 전극(112)과 기판(W) 사이의 처리공간에 공급하고 RF 전원을 인가함으로써, 반응가스의 플라즈마가 반응기 내부의 처리공간에서 직접 형성되는 방식을 포함하며, 반응기 외부에서 생성된 플라즈마를 반응기 내부로 공급하는 리모트 플라즈마(remote plasma) 방식과 구별된다.
한편, 각각의 서브반응기(100) 내에서 공정이 진행되는 동안 서브반응기(100) 내의 임피던스는 서브반응기 압력, 가스 종류 및 플라즈마 상태 등의 조건에 따라 변화되어 RF 제너레이터(400)의 임피던스와 일치하지 않을 수 있으며, 이로 인하여, 공급된 RF 전력의 일부가 서브반응기(100)에서 RF 제너레이터(400)로 다시 반사되는 현상이 발생할 수 있다. 이러한 반사 전력은 RF 전력의 전달에 있어서 손실 요소이며, 나아가, RF 제너레이터(400)의 수명을 단축시킬 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, RF 제너레이터(400)의 임피던스와 서브반응기(100)의 변화하는 임피던스를 정합시키기 위한 매칭 네트워크를 구성할 수 있는 적어도 하나 이상의 매칭부(Matcher)를 도입할 수 있다.
상기 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치(10)는, 상기 복수의 서브반응기(100)를 둘러싸는 단일 챔버(200); 상기 챔버(200)에 결합 배치되되 각각의 상기 서브반응기(100)에 소소가스, 반응가스 및/또는 퍼지가스를 공통으로 공급하도록 구성된 가스공급부(320); 및 상기 챔버(200)에 결합 배치되되 각각의 상기 서브반응기(100)를 거친 소스가스, 반응가스 및/또는 퍼지가스를 공통으로 배기하도록 구성된 가스배기부(340);를 더 포함할 수 있다.
가스공급부(320)는 챔버(200)의 일측에 배치되어 소스가스, 반응가스 및/또는 퍼지가스가 각각의 서브반응기(100) 내의 전극(112)과 기판(W) 사이의 공간으로 투입되도록 제공될 수 있다. 일 예로, 도면에 도시된 가스공급부(320)는 트레블링(travelling) 또는 레터널(lateral) 형태의 가스 공급 방식을 제공한다. 상기 소스가스, 반응가스 및/또는 퍼지가스의 유동 경로는 F1에서 각각의 서브반응기(100) 내의 전극(112)과 기판(W) 사이의 공간을 거쳐 F2의 경로를 포함한다.
상기 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치(10)에서, 상기 복수의 서브반응기(100)는 제 1 군의 서브반응기(110)와 제 2 군의 서브반응기(120)를 포함하되, 상기 제 1 군의 서브반응기(110)를 구성하는 각 서브반응기(110a, 110b, 110c)와 상기 제 2 군의 서브반응기(120)를 구성하는 각 서브반응기(120a, 120b, 120c)는 상하로 서로 교호 배치될 수 있다.
이 경우, 적어도 하나 이상의 RF 제너레이터(400)는 상기 제 1 군의 서브반응기(110)를 구성하는 각 서브반응기(110a, 110b, 110c)에 각각 RF 전원을 공급하는 제 1 RF 제너레이터(410)와 상기 제 2 군의 서브반응기(120)를 구성하는 각 서브반응기(120a, 120b, 120c)에 각각 RF 전원을 공급하는 제 2 RF 제너레이터(420)를 포함한다.
한편, 제 1 RF 제너레이터(410)의 임피던스와 상기 제 1 군의 서브반응기(110)를 구성하는 각각의 서브반응기(110a, 110b, 110c)의 변화하는 임피던스를 정합시키기 위한 매칭 네트워크를 구성할 수 있는 각각의 매칭부(Matcher 1, Matcher 3, Matcher 5)를 도입할 수 있다. 또한, 제 2 RF 제너레이터(420)의 임피던스와 상기 제 2 군의 서브반응기(120)를 구성하는 각각의 서브반응기(120a, 120b, 120c)의 변화하는 임피던스를 정합시키기 위한 매칭 네트워크를 구성할 수 있는 각각의 매칭부(Matcher 2, Matcher 4, Matcher 6)를 도입할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치(10)는, 각각의 상기 서브반응기(100) 내에 다이렉트 플라즈마를 동시에 생성하도록 상기 RF 제너레이터(400)를 제어하는 제어부(600);를 더 포함할 수 있다. 이외에도 제어부(600)에 의하여 각각의 서브반응기(100) 내에서 플라즈마가 발생되는 양태는 다양한 실시예들이 가능하다.
예컨대, 본 발명의 일 실시예의 변형된 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치(10)는, 인접한 서브반응기에서 발생된 플라즈마의 간섭에 의한 각 서브반응기의 임피던스 변화를 방지하고자, 각각의 상기 제 1 군의 서브반응기(110) 내에 다이렉트 플라즈마를 동시에 먼저 생성한 후에 각각의 상기 제 2 군의 서브반응기(120) 내에 다이렉트 플라즈마를 동시에 후속 생성하도록 상기 RF 제너레이터(400)를 제어하는 제어부(600);를 더 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 일 실시예의 변형된 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치(10)에서, 복수의 서브반응기(100)에 모두 동시에 플라즈마가 발생하게 되면, 인접한 각 반응기에서 발생된 플라즈마가 서로 간섭을 주어 각각의 서브반응기(100) 내 임피던스 상태가 지속적으로 변하게 되므로 각각의 서브반응기(100) 내의 플라즈마 상태가 불안정해진다. 이로 인해 인접한 서브반응기(100) 간의 플라즈마 간섭에 따른 임피던스 변화를 최소화하여 안정적인 플라즈마 발생을 유도하기 위해 서브반응기(100)에서 플라즈마 방전을 서로 교차되게 발생하게 하였다.
구체적으로 복수의 서브반응기(100)에서 상기 제 1 군의 서브반응기(110)를 구성하는 각 서브반응기(110a, 110b, 110c)부터 동시에 플라즈마를 발생시킨 후 상기 제 2 군의 서브반응기(120)를 구성하는 각 서브반응기(120a, 120b, 120c)에서 동시에 플라즈마를 발생시킨다.
한편, 인접한 플라즈마의 간섭에 따른 임피던스 변화를 최소화한다는 개념을 확장하면, 다른 예로서, 상기 제 1 군의 서브반응기(110)를 구성하는 서브반응기(110a)과 상기 제 2 군의 서브반응기(120)를 구성하는 서브반응기(120b)에서 동시에 플라즈마를 발생시킨 후, 상기 제 2 군의 서브반응기(120)를 구성하는 서브반응기(120a)와 상기 제 1 군의 서브반응기(110)를 구성하는 서브반응기(110c)에서 동시에 플라즈마를 발생시키고, 마지막으로 상기 제 1 군의 서브반응기(110)를 구성하는 서브반응기(110b)과 상기 제 2 군의 서브반응기(120)를 구성하는 서브반응기(120c)에서 동시에 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
이러한 다양한 방법들로 플라즈마를 발생시키게 되면 플라즈마 원자층 증착 진행 중에 각 반응기에서 모두 안정적으로 플라즈마를 발생 시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치를 개략적으로 도해하는 도면이다. 도 1과 도 2에 도시된 공통된 참조부호를 가지는 구성요소에 대한 설명은 서로 공통되므로 편의상 여기에서는 생략될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치(10)는 RF 전원이 인가될 수 있는 전극(112)과 상기 전극(112)에 대향하는 위치에 배치되되 기판(W)을 장착할 수 있는 서셉터(114)를 각각 포함하는 복수의 서브반응기(100); 각각의 상기 서브반응기(100) 내에 독립적으로 다이렉트 플라즈마(direct plasma)를 생성시키기 위하여 RF 전원을 인가할 수 있도록 구성된 적어도 하나 이상의 RF 제너레이터(400); 및 상기 RF 제너레이터(400)와 상기 서브반응기(100) 사이에서 매칭 네트워크를 구성할 수 있는 적어도 하나 이상의 매칭부(Matcher); 를 포함한다. 나아가, 상기 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치(10)는 RF 제너레이터(400)와 매칭부(Matcher) 사이에 전력이 동일하게 분배될 수 있도록 구성된 적어도 하나 이상의 파워 스필릿터(500; power splitter)를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 제 1 파워 스필릿터(510)는 제 1 RF 제너레이터(410)와 제 1 군의 서브반응기(110)와 관련된 매칭부(Matcher 1, Matcher 3, Matcher 5) 사이에 전력이 동일하게 분배될 수 있도록 구성될 수 있으며, 제 2 파워 스필릿터(520)는 제 2 RF 제너레이터(420)와 제 2 군의 서브반응기(120)와 관련된 매칭부(Matcher 2, Matcher 4, Matcher 6) 사이에 전력이 동일하게 분배될 수 있도록 구성될 수 있다.
상기 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치(10)는, 각각의 상기 서브반응기(100) 내에 다이렉트 플라즈마를 동시에 생성하도록 상기 RF 제너레이터(400) 및/또는 파워 스필릿터(500)를 제어하는 제어부(600);를 더 포함할 수 있다. 이외에도 상기 RF 제너레이터(400) 및/또는 파워 스필릿터(500)를 제어하는 제어부(600)에 의하여 각각의 서브반응기(100) 내에서 플라즈마가 발생되는 양태는 다양한 실시예들이 가능하다.
예컨대, 상기 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치(10)는, 인접한 서브반응기에서 발생된 플라즈마의 간섭에 의한 각 서브반응기의 임피던스 변화를 방지하고자, 각각의 상기 제 1 군의 서브반응기(110) 내에 다이렉트 플라즈마를 동시에 먼저 생성한 후에 각각의 상기 제 2 군의 서브반응기(120) 내에 다이렉트 플라즈마를 동시에 후속 생성하도록 상기 RF 제너레이터(400) 및/또는 파워 스필릿터(500)를 제어하는 제어부(600);를 더 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 실시예의 변형된 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치(10)에서, 복수의 서브반응기(100)에 모두 동시에 플라즈마가 발생하게 되면, 인접한 각 반응기에서 발생된 플라즈마가 서로 간섭을 주어 각각의 서브반응기(100) 내 임피던스 상태가 지속적으로 변하게 되므로 각각의 서브반응기(100) 내의 플라즈마 상태가 불안정해진다. 이로 인해 인접한 서브반응기(100) 간의 플라즈마 간섭에 따른 임피던스 변화를 최소화하여 안정적인 플라즈마 발생을 유도하기 위해 서브반응기(100)에서 플라즈마 방전을 서로 교차되게 발생하게 하였다.
구체적으로 복수의 서브반응기(100)에서 상기 제 1 군의 서브반응기(110)를 구성하는 각 서브반응기(110a, 110b, 110c)부터 동시에 플라즈마를 발생시킨 후 상기 제 2 군의 서브반응기(120)를 구성하는 각 서브반응기(120a, 120b, 120c)에서 동시에 플라즈마를 발생시킨다.
한편, 인접한 플라즈마의 간섭에 따른 임피던스 변화를 최소화한다는 개념을 확장하면, 다른 예로서, 상기 제 1 군의 서브반응기(110)를 구성하는 서브반응기(110a)과 상기 제 2 군의 서브반응기(120)를 구성하는 서브반응기(120b)에서 동시에 플라즈마를 발생시킨 후, 상기 제 2 군의 서브반응기(120)를 구성하는 서브반응기(120a)와 상기 제 1 군의 서브반응기(110)를 구성하는 서브반응기(110c)에서 동시에 플라즈마를 발생시키고, 마지막으로 상기 제 1 군의 서브반응기(110)를 구성하는 서브반응기(110b)과 상기 제 2 군의 서브반응기(120)를 구성하는 서브반응기(120c)에서 동시에 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
이러한 다양한 방법들로 플라즈마를 발생시키게 되면 플라즈마 원자층 증착 진행 중에 각 반응기에서 모두 안정적으로 플라즈마를 발생 시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치를 개략적으로 도해하는 도면이다. 도 1, 도 2와 도 3에 도시된 공통된 참조부호를 가지는 구성요소에 대한 설명은 서로 공통되므로 편의상 여기에서는 생략될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치(10)는 RF 전원이 인가될 수 있는 전극(112)과 상기 전극(112)에 대향하는 위치에 배치되되 기판(W)을 장착할 수 있는 서셉터(114)를 각각 포함하는 복수의 서브반응기(100); 각각의 상기 서브반응기(100) 내에 독립적으로 다이렉트 플라즈마(direct plasma)를 생성시키기 위하여 RF 전원을 인가할 수 있도록 구성된 단일의 RF 제너레이터(400); 및 상기 RF 제너레이터(400)와 상기 서브반응기(100) 사이에서 매칭 네트워크를 구성할 수 있는 적어도 하나 이상의 매칭부(Matcher); 를 포함한다. 나아가, 상기 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치(10)는 RF 제너레이터(400)와 매칭부(Matcher) 사이에 전력이 동일하게 분배될 수 있도록 구성된 단일의 파워 스필릿터(500; power splitter)를 더 포함할 수 있다.
상기 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치(10)는, 각각의 상기 서브반응기(100) 내에 다이렉트 플라즈마를 동시에 생성하도록 상기 단일의 RF 제너레이터(400) 및/또는 단일의 파워 스필릿터(500)를 제어하는 제어부(600);를 더 포함할 수 있다. 이외에도 상기 단일의 RF 제너레이터(400) 및/또는 단일의 파워 스필릿터(500)를 제어하는 제어부(600)에 의하여 각각의 서브반응기(100) 내에서 플라즈마가 발생되는 양태는 다양한 실시예들이 가능하다.
예컨대, 상기 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치(10)는, 인접한 서브반응기에서 발생된 플라즈마의 간섭에 의한 각 서브반응기의 임피던스 변화를 방지하고자, 각각의 상기 제 1 군의 서브반응기(110) 내에 다이렉트 플라즈마를 동시에 먼저 생성한 후에 각각의 상기 제 2 군의 서브반응기(120) 내에 다이렉트 플라즈마를 동시에 후속 생성하도록 상기 단일의 RF 제너레이터(400) 및/또는 단일의 파워 스필릿터(500)를 제어하는 제어부(600);를 더 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 일 실시예의 변형된 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치(10)에서, 복수의 서브반응기(100)에 모두 동시에 플라즈마가 발생하게 되면, 인접한 각 반응기에서 발생된 플라즈마가 서로 간섭을 주어 각각의 서브반응기(100) 내 임피던스 상태가 지속적으로 변하게 되므로 각각의 서브반응기(100) 내의 플라즈마 상태가 불안정해진다. 이로 인해 인접한 서브반응기(100) 간의 플라즈마 간섭에 따른 임피던스 변화를 최소화하여 안정적인 플라즈마 발생을 유도하기 위해 서브반응기(100)에서 플라즈마 방전을 서로 교차되게 발생하게 하였다.
구체적으로 복수의 서브반응기(100)에서 상기 제 1 군의 서브반응기(110)를 구성하는 각 서브반응기(110a, 110b, 110c)부터 동시에 플라즈마를 발생시킨 후 상기 제 2 군의 서브반응기(120)를 구성하는 각 서브반응기(120a, 120b, 120c)에서 동시에 플라즈마를 발생시킨다.
한편, 인접한 플라즈마의 간섭에 따른 임피던스 변화를 최소화한다는 개념을 확장하면, 다른 예로서, 상기 제 1 군의 서브반응기(110)를 구성하는 서브반응기(110a)과 상기 제 2 군의 서브반응기(120)를 구성하는 서브반응기(120b)에서 동시에 플라즈마를 발생시킨 후, 상기 제 2 군의 서브반응기(120)를 구성하는 서브반응기(120a)와 상기 제 1 군의 서브반응기(110)를 구성하는 서브반응기(110c)에서 동시에 플라즈마를 발생시키고, 마지막으로 상기 제 1 군의 서브반응기(110)를 구성하는 서브반응기(110b)과 상기 제 2 군의 서브반응기(120)를 구성하는 서브반응기(120c)에서 동시에 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
이러한 다양한 방법들로 플라즈마를 발생시키게 되면 플라즈마 원자층 증착 진행 중에 각 반응기에서 모두 안정적으로 플라즈마를 발생 시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 그 밖에 또 다른 실시예에 따른 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치를 개략적으로 도해하는 도면이다. 도 1 내지 도 3과 도 4에 도시된 공통된 참조부호를 가지는 구성요소에 대한 설명은 서로 공통되므로 편의상 여기에서는 생략될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 그 밖에 또 다른 실시예에 따른 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치(10)는 RF 전원이 인가될 수 있는 전극(112)과 상기 전극(112)에 대향하는 위치에 배치되되 기판(W)을 장착할 수 있는 서셉터(114)를 각각 포함하는 복수의 서브반응기(100); 각각의 상기 서브반응기(100) 내에 독립적으로 다이렉트 플라즈마(direct plasma)를 생성시키기 위하여 RF 전원을 인가할 수 있도록 구성된 단일의 RF 제너레이터(400); 및 상기 RF 제너레이터(400)와 상기 서브반응기(100) 사이에서 매칭 네트워크를 구성할 수 있는 단일의 매칭부(Matcher); 를 포함한다.
상기 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치(10)는, 각각의 상기 서브반응기(100) 내에 다이렉트 플라즈마를 동시에 생성하도록 상기 단일의 RF 제너레이터(400)를 제어하는 제어부(600);를 더 포함할 수 있다. 이외에도 상기 단일의 RF 제너레이터(400)를 제어하는 제어부(600)에 의하여 각각의 서브반응기(100) 내에서 플라즈마가 발생되는 양태는 다양한 실시예들이 가능하다.
예컨대, 상기 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치(10)는, 인접한 서브반응기에서 발생된 플라즈마의 간섭에 의한 각 서브반응기의 임피던스 변화를 방지하고자, 각각의 상기 제 1 군의 서브반응기(110) 내에 다이렉트 플라즈마를 동시에 먼저 생성한 후에 각각의 상기 제 2 군의 서브반응기(120) 내에 다이렉트 플라즈마를 동시에 후속 생성하도록 상기 단일의 RF 제너레이터(400)를 제어하는 제어부(600);를 더 포함할 수 있다.
상술한 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치(10)에서, 복수의 서브반응기(100)에 모두 동시에 플라즈마가 발생하게 되면, 인접한 각 반응기에서 발생된 플라즈마가 서로 간섭을 주어 각각의 서브반응기(100) 내 임피던스 상태가 지속적으로 변하게 되므로 각각의 서브반응기(100) 내의 플라즈마 상태가 불안정해진다. 이로 인해 인접한 서브반응기(100) 간의 플라즈마 간섭에 따른 임피던스 변화를 최소화하여 안정적인 플라즈마 발생을 유도하기 위해 서브반응기(100)에서 플라즈마 방전을 서로 교차되게 발생하게 하였다.
구체적으로 복수의 서브반응기(100)에서 상기 제 1 군의 서브반응기(110)를 구성하는 각 서브반응기(110a, 110b, 110c)부터 동시에 플라즈마를 발생시킨 후 상기 제 2 군의 서브반응기(120)를 구성하는 각 서브반응기(120a, 120b, 120c)에서 동시에 플라즈마를 발생시킨다.
한편, 인접한 플라즈마의 간섭에 따른 임피던스 변화를 최소화한다는 개념을 확장하면, 다른 예로서, 상기 제 1 군의 서브반응기(110)를 구성하는 서브반응기(110a)과 상기 제 2 군의 서브반응기(120)를 구성하는 서브반응기(120b)에서 동시에 플라즈마를 발생시킨 후, 상기 제 2 군의 서브반응기(120)를 구성하는 서브반응기(120a)와 상기 제 1 군의 서브반응기(110)를 구성하는 서브반응기(110c)에서 동시에 플라즈마를 발생시키고, 마지막으로 상기 제 1 군의 서브반응기(110)를 구성하는 서브반응기(110b)과 상기 제 2 군의 서브반응기(120)를 구성하는 서브반응기(120c)에서 동시에 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
이러한 다양한 방법들로 플라즈마를 발생시키게 되면 플라즈마 원자층 증착 진행 중에 각 반응기에서 모두 안정적으로 플라즈마를 발생 시킬 수 있다.
본 실시예들에 따른 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치(10)의 구성은, 도 3 및 도 4와 같이, 비용을 최소화 시키기 위해 전력공급원을 각각의 반응기에 독립적으로 연결하지 않고, 복수개의 반응기에 하나의 전력공급장치를 통해 분배시켜 전력공급장치를 최소화하거나, 도 2 및 도 3과 같이, 전력공급장치와 매칭부 사이에 전력 스필릿터를 별도로 두어 복수로 연결된 반응기에 동일한 비율의 전력이 공급되도록 하였다. 또한 각 반응기에서 플라즈마를 동시 발생시 인접한 반응기로부터 플라즈마 간섭에 의한 임피던스 변화가 없도록 하기 위해 전력공급장치에 각 반응기가 교차되도록 연결하였다. 따라서, 본 발명에 플라즈마 발생 전원공급 장치 구성 및 전력공급장치의 반응기 연결방법을 통해 설비 구성시의 비용절감을 할 수 있고, 본 발명의 플라즈마 발생법에 따라 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치에서 안정적으로 플라즈마를 발생시킬 수 있기 때문에 복수개의 기판을 동시에 처리할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는, 지금까지 설명한 다양한 실시예들에 따른 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치(10)를 이용한 원자층 증착 방법을 설명한다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치를 이용한 원자층 증착 방법의 일 예를 도해하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치를 이용한 원자층 증착 방법은 기판 상에 소스가스를 공급하여 기판 상에 소스가스의 일부가 흡착되는 단계(S1); 미흡착된 소스가스의 나머지를 퍼지하는 단계(S2); 반응가스를 기판 상에 공급하면서 RF 전원을 인가하여 플라즈마 상태의 반응가스가 기판 상에 흡착된 소스가스와 반응하여 단위증착막을 형성하는 단계(S3); 미반응된 반응가스의 나머지를 퍼지하는 단계(S4);를 포함하는 단위사이클을 복수회 실시하는 방법이다.
여기에서, 상기 단계(S3)에서 RF 전원을 인가하는 방식은 도 1 내지 도 4에 도시된 상기 제 1 군의 서브반응기(110)를 구성하는 각 서브반응기(110a, 110b, 110c)와 상기 제 2 군의 서브반응기(120)를 구성하는 각 서브반응기(120a, 120b, 120c)에 각각 RF 전원(RF1, RF2, RF3, RF4, RF5, RF6)을 동시에 인가하여 모든 서브반응기(100) 내에 플라즈마를 생성시키는 단계를 포함한다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치를 이용한 원자층 증착 방법의 다른 예를 도해하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치를 이용한 원자층 증착 방법은 기판 상에 소스가스를 공급하여 기판 상에 소스가스의 일부가 흡착되는 단계(S1); 미흡착된 소스가스의 나머지를 퍼지하는 단계(S2); 반응가스를 기판 상에 공급하면서 RF 전원을 인가하여 플라즈마 상태의 반응가스가 기판 상에 흡착된 소스가스와 반응하여 단위증착막을 형성하는 단계(S31, S32, S33); 미반응된 반응가스의 나머지를 퍼지하는 단계(S4);를 포함하는 단위사이클을 복수회 실시하는 방법이다.
여기에서, 상기 단계(S31, S32, S33)는, 도 1 내지 도 4을 참조하여 설명한 바와 같이 상기 제 1 군의 서브반응기(110)를 구성하는 각 서브반응기(110a, 110b, 110c)에 RF 전원을 동시에 인가하여 서브반응기(110a, 110b, 110c)에 동시에 플라즈마를 생성시켜 단위증착막을 형성하는 단계(S31); 서브반응기(110a, 110b, 110c)에서 미반응된 반응가스를 퍼지하는 단계(S32); 도 1 내지 도 4을 참조하여 설명한 바와 같이 상기 제 2 군의 서브반응기(120)를 구성하는 각 서브반응기(120a, 120b, 120c)에 RF 전원을 동시에 인가하여 서브반응기(120a, 120b, 120c)에 동시에 플라즈마를 생성시켜 단위증착막을 형성하는 단계(S33);를 포함한다.
본 발명은 기판을 독립적으로 처리 할수 있는 플라즈마 원자층 증착 반응기로 복수개의 대형기판을 처리 할수 있는 반응기가 매엽식 형태로 복수개로 구성되어 있고, 각 반응기는 전력 공급장치에 플라즈마를 독립적으로 발생시킬 수 있도록 분배되어 연결되어 있다. 이러한 반응기 구조에서 플라즈마를 독립적으로 발생시키기 위해서는 각 반응기에 별도의 전력공급 장치가 필요로 한다. 하지만, 그러나, 각 반응기마다 독립적으로 전력 공급장치를 구성하게 되면 장치 구성시 비용부담이 크고, 공정 진행중에 복수개의 각 반응기에서 플라즈마를 동시에 발생시키게 되면 각 반응기에서 발생된 플라즈마의 서로간 간섭에 의해 각 반응기에서 임피던스 변화가 발생되어 불안정한 플라즈마 발생 및 플라즈마 재현성 문제가 발생되고, 이러한 문제점은 기판에서 증착 문제로 발생 될수 있다. 본 발명에서는 이러한 문제점들에 따른 장치 구성시 비용 및 플라즈마 안정화 관점에서 전력공급장치 구성을 최소화 시키고, 복수의 반응기에서 플라즈마를 동시에 발생시 켰을 때 임피던스 변화를 최소화하여 안정적인 플라즈마를 발생하여 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치에서 복수기판 처리로 인한 높은 생산성을 가지며 우수한 박막 및 증착 특성을 얻을 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

  1. RF 전원이 인가될 수 있는 전극과 상기 전극에 대향하는 위치에 배치되되 기판을 장착할 수 있는 서셉터를 각각 포함하는 복수의 서브반응기;
    각각의 상기 서브반응기 내에 독립적으로 다이렉트 플라즈마(direct plasma)를 생성시키기 위하여 RF 전원을 인가할 수 있도록 구성된 적어도 하나 이상의 RF 제너레이터; 및
    상기 RF 제너레이터와 상기 서브반응기 사이에서 매칭 네트워크를 구성할 수 있는 적어도 하나 이상의 매칭부;
    를 포함하는, 배치(batch) 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 RF 제너레이터와 매칭부 사이에 전력이 동일하게 분배될 수 있도록 구성된 파워 스필릿터(power splitter)를 더 포함하는, 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    각각의 상기 서브반응기 내에 다이렉트 플라즈마를 동시에 생성하도록 상기 RF 제너레이터 또는 상기 파워 스필릿터를 제어하는 제어부;
    를 더 포함하는, 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 서브반응기는 제 1 군의 서브반응기와 제 2 군의 서브반응기를 포함하되, 상기 제 1 군의 서브반응기를 구성하는 각 서브반응기와 상기 제 2 군의 서브반응기를 구성하는 각 서브반응기는 상하 또는 좌우로 서로 교호 배치되며,
    인접한 서브반응기에서 발생된 플라즈마의 간섭에 의한 각 서브반응기의 임피던스 변화를 방지하고자, 각각의 상기 제 1 군의 서브반응기 내에 다이렉트 플라즈마를 동시에 먼저 생성한 후에 각각의 상기 제 2 군의 서브반응기 내에 다이렉트 플라즈마를 동시에 후속 생성하도록 상기 RF 제너레이터 또는 상기 파워 스필릿터를 제어하는 제어부;
    를 더 포함하는, 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 서브반응기를 둘러싸는 챔버;
    상기 챔버에 결합 배치되되 각각의 상기 서브반응기에 소소가스, 반응가스 및 퍼지가스를 공통으로 공급하도록 구성된 가스공급부; 및
    상기 챔버에 결합 배치되되 각각의 상기 서브반응기를 거친 소스가스, 반응가스 및 퍼지가스를 공통으로 배기하도록 구성된 가스배기부;
    를 더 포함하는, 배치 타입의 플라즈마 원자층 증착 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20120125177A (ko) * 2011-05-04 2012-11-14 노드슨 코포레이션 플라즈마 처리 시스템 및 다수의 전극들 사이에 무선주파수를 균일하게 분배하는 방법

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