KR101232198B1 - Plasma generating unit, apparatus and method for treating substrate using plasma - Google Patents
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Abstract
플라스마 생성 유닛을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스마 생성 유닛은 플라스마가 발생되는 공간이 내부에 형성된 반응 챔버; 상하가 개방된 중공의 실린더 형상을 가지고, 측면에 복수의 개구가 형성된, 그리고 상기 반응 챔버를 감싸도록 제공되는 패러데이 실드; 상기 패러데이 실드가 외부로 노출되지 않도록 상기 반응 챔버의 외측면에 몰딩되는 방열벽; 및 상기 방열벽에 복수 회 감기는 코일 형상의 플라스마 안테나를 포함한다.Provide a plasma generation unit. Plasma generating unit according to an embodiment of the present invention comprises a reaction chamber in which a space in which the plasma is generated; A Faraday shield having a hollow cylindrical shape with an open top and bottom, formed with a plurality of openings on a side thereof, and provided to surround the reaction chamber; A heat dissipation wall molded on an outer surface of the reaction chamber so that the Faraday shield is not exposed to the outside; And a coiled plasma antenna wound a plurality of times on the heat dissipation wall.
Description
본 발명은 기판을 처리하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라스마를 이용하여 기판을 처리하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for processing a substrate, and more particularly, to an apparatus for processing a substrate using plasma.
반도체 소자, 평판 표시 패널, 그리고 솔라셀등의 제조에는 포토레지스트를 제거하는 애싱 공정이 포함된다. 애싱 공정은 플라스마를 이용하여 포토레지스트를 제거한다.Fabrication of semiconductor devices, flat panel displays, and solar cells includes an ashing process for removing photoresist. The ashing process uses plasma to remove the photoresist.
플라스마를 생성하는 장치의 일 예로, 유도 결합형 플라즈마 (Inductively Coupled Plasma, ICP) 처리 장치가 제안된다. ICP 처리 장치는 반응 챔버에 복수 회 감기는 플라스마 안테나에 전류를 인가하여 반응 챔버 내부에 유도 전기장을 형성되고, 유도 전기장에 의해 플라스마 소스가스가 플라스마 상태로 여기된다.As an example of an apparatus for generating plasma, an inductively coupled plasma (ICP) processing apparatus is proposed. The ICP treatment apparatus applies an electric current to a plasma antenna wound multiple times in a reaction chamber to form an induction electric field inside the reaction chamber, and the plasma source gas is excited in a plasma state by the induction electric field.
상술한 ICP 처리 장치를 이용하여 플라스마를 생성하는 경우, 반응 챔버의 내에서 스퍼터링이 발생된다. 스퍼터링은 반응 챔버의 내부를 손상시키고, 파티클을 발생시킨다. 공정 챔버의 내부 손상은 플라스마 발생을 감소시켜 애싱률이 낮아진다. 또한, 플라스마가 생성되는 과정에서 발생된 열은 외부로 방열되지 못하여 반응 챔버의 영역에 따른 온도차를 발생시킨다. 이러한, 온도차 발생은 반응 챔버의 파손을 유발한다.When plasma is generated using the above-described ICP processing apparatus, sputtering occurs in the reaction chamber. Sputtering damages the interior of the reaction chamber and generates particles. Internal damage to the process chamber reduces plasma generation and lower ashing rates. In addition, the heat generated in the process of generating the plasma is not radiated to the outside to generate a temperature difference according to the region of the reaction chamber. This generation of temperature difference causes breakage of the reaction chamber.
본 발명은 플라스마를 안정적으로 생성할 수 있는 플라스마 발생 유닛을 제공한다.The present invention provides a plasma generating unit capable of stably generating plasma.
또한, 본 발명은 스퍼터링 발생을 최소화할 수 있는 플라스마 발생 유닛을 제공한다.The present invention also provides a plasma generating unit capable of minimizing sputtering.
또한, 본 발명은 열에 대한 안정성을 확보할 수 있는 플라스마 발생 유닛을 제공한다.In addition, the present invention provides a plasma generating unit that can ensure the stability to heat.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라스마 생성 유닛은 플라스마가 발생되는 공간이 내부에 형성된 반응 챔버; 상하가 개방된 중공의 실린더 형상을 가지고, 측면에 복수의 개구가 형성된, 그리고 상기 반응 챔버를 감싸도록 제공되는 패러데이 실드; 상기 패러데이 실드가 외부로 노출되지 않도록 상기 반응 챔버의 외측면에 몰딩되는 방열벽; 및 상기 방열벽에 복수 회 감기는 코일 형상의 플라스마 안테나를 포함한다.Plasma generating unit according to an embodiment of the present invention comprises a reaction chamber in which a space in which the plasma is generated; A Faraday shield having a hollow cylindrical shape with an open top and bottom, formed with a plurality of openings on a side thereof, and provided to surround the reaction chamber; A heat dissipation wall molded on an outer surface of the reaction chamber so that the Faraday shield is not exposed to the outside; And a coiled plasma antenna wound a plurality of times on the heat dissipation wall.
또한, 상기 방열벽은 세라믹 재질로 제공될 수 있다.In addition, the heat dissipation wall may be provided of a ceramic material.
또한, 상기 플라스마 안테나는 상기 방열벽과 접촉되는 접촉면을 가지며, 상기 접촉면은 평평한 평면일 수 있다.In addition, the plasma antenna may have a contact surface in contact with the heat dissipation wall, and the contact surface may be a flat plane.
또한, 상기 플라스마 안테나의 내부에는 냉각 유체가 흐르는 냉각 유로가 형성될 수 있다.In addition, a cooling passage through which a cooling fluid flows may be formed in the plasma antenna.
또한, 상기 플라스마 안테나는 전원이 인가되는 파워 코일; 상기 파워 코일에 인접하여 위치되며, 상기 파워 코일과의 상호 유도 작용을 통해 상기 반응기 내의 플라스마 공간 분포를 조절하는 상호 인덕턴스 코일을 포함할 수 있다.In addition, the plasma antenna may include a power coil to which power is applied; Located adjacent to the power coil, it may include a mutual inductance coil to adjust the plasma spatial distribution in the reactor through mutual induction with the power coil.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 플라스마를 이용하여 기판을 처리하며, 플라스마가 발생되는 공간이 내부에 형성된 반응 챔버; 상하가 개방된 중공의 실린더 형상을 가지고, 측면에 복수의 개구가 형성된, 그리고 상기 반응 챔버를 감싸도록 제공되는 패러데이 실드; 상기 패러데이 실드가 외부로 노출되지 않도록 상기 반응 챔버의 외측면에 몰딩되는 방열벽; 및 상기 방열벽에 복수 회 감기는 코일 형상의 플라스마 안테나를 포함한다.According to one or more exemplary embodiments, a substrate processing apparatus includes a reaction chamber configured to process a substrate using plasma and a space in which plasma is generated; A Faraday shield having a hollow cylindrical shape with an open top and bottom, formed with a plurality of openings on a side thereof, and provided to surround the reaction chamber; A heat dissipation wall molded on an outer surface of the reaction chamber so that the Faraday shield is not exposed to the outside; And a coiled plasma antenna wound a plurality of times on the heat dissipation wall.
또한, 상기 반응 챔버와 연결되며, 상기 반응 챔버에서 발생된 플라스마가 공급되는 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내부에 위치하며, 기판을 지지하는 기판 지지 부재를 더 포함할 수 있다.In addition, the process chamber is connected to the reaction chamber, the plasma generated in the reaction chamber is supplied; Located in the process chamber, it may further include a substrate support member for supporting the substrate.
또한, 상기 반응 챔버 내부에 위치하며, 기판을 지지하는 기판 지지 부재를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a substrate support member positioned inside the reaction chamber and supporting the substrate.
또한, 상기 방열벽은 세라믹 재질로 제공될 수 있다.In addition, the heat dissipation wall may be provided of a ceramic material.
또한, 상기 플라스마 안테나는 상기 방열벽과 접촉되는 접촉면을 가지며, 상기 접촉면은 평평한 평면일 수 있다.In addition, the plasma antenna may have a contact surface in contact with the heat dissipation wall, and the contact surface may be a flat plane.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법은, 상기 반응 챔버의 내부로 플라스마 소스 가스를 공급하고, 상기 플라스마 안테나에 고주파 전류를 인가하여 상기 반응 챔버 내부에 전기장을 형성하고, 상기 전기장에 의해 플라스마 상태로 여기된 상기 플라스마 소스 가스를 상기 기판으로 제공하되, 상기 플라스마 안테나에 형성된 전기장 중 상기 반응 챔버의 축방향 전기장은 상기 패러데이 실더에 의해 전기적으로 단락되고, 상기 플라스마가 생성되는 과정에서 상기 반응 챔버에 전달된 열은 상기 방열벽을 통해 외부로 방출된다.In the substrate processing method according to an embodiment of the present invention, a plasma source gas is supplied into the reaction chamber, a high frequency current is applied to the plasma antenna to form an electric field inside the reaction chamber, and plasma is generated by the electric field. Providing the plasma source gas excited to the substrate, wherein an axial electric field of the reaction chamber of the electric field formed in the plasma antenna is electrically shorted by the Faraday shielder, and in the process of generating the plasma Heat transmitted to the outside is discharged to the outside through the heat dissipation wall.
또한, 상기 고주파 전류가 인가되는 동안, 상기 플라스마 안테나 내부에 형성된 냉각 유로에는 냉각 유체가 공급되며, 상기 냉각 유체의 열은 상기 방열벽에 전달되어 상기 방열벽을 냉각할 수 있다.In addition, while the high frequency current is applied, a cooling fluid is supplied to the cooling flow path formed inside the plasma antenna, and the heat of the cooling fluid is transferred to the heat dissipation wall to cool the heat dissipation wall.
또한, 상기 플라스마 소스 가스는 기 설정된 비로 혼합된 수소와 질소를 포함할 수 있다.In addition, the plasma source gas may include hydrogen and nitrogen mixed in a predetermined ratio.
또한, 상기 플라스마가 상기 기판을 처리하는 공정 압력은 500mTorr 내지 2.5Torr일 수 있다.In addition, a process pressure at which the plasma processes the substrate may be 500 mTorr to 2.5 Torr.
본 발명은 전기장에 의한 스퍼터링 발생이 최소화되므로, 플라스마를 안정적으로 생성할 수 있다. In the present invention, since the occurrence of sputtering by the electric field is minimized, the plasma can be stably generated.
또한, 본 발명은 플라스마 생성과정에서 발생하는 열을 효과적으로 방출하므로, 반응 챔버의 열에 대한 안정성이 확보될 수 있다.In addition, the present invention effectively releases the heat generated during the plasma generation process, it can be ensured the stability to the heat of the reaction chamber.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 단면도이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 3은 도 2의 패러데이 실드를 나타내는 사시도이다.
도 4는 기판 처리 결과들을 비교하는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라스마 안테나를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
1 is a view showing a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along line A-A 'in Fig.
3 is a perspective view illustrating the Faraday shield of FIG. 2.
4 is a graph comparing substrate processing results.
5 is a cross-sectional view showing a plasma antenna according to another embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view illustrating a substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플라스마 생성 유닛, 기판 처리 장치 및 방법을 상세히 설명한다. 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 generating unit, a substrate 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 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.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 공정 처리부(100)와 플라스마 발생 유닛(200)을 포함한다. 공정 처리부(100)는 플라스마를 이용하여 기판(W)을 처리한다. 플라스마 발생 유닛(200)은 기판(W)의 처리 공정에 사용되는 플라스마를 발생시킨다. 발생된 플라스마는 다운 스트림(Down Stream) 방식으로 공정 처리부(100)에 제공된다.1 is a view showing a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view taken along the line AA 'of FIG. 1 and 2, the
공정 처리부(100)는 공정 챔버(110), 기판 지지 부재(120), 리드(130), 그리고 배플(140)을 포함한다.The
공정 챔버(110)는 상부가 개방되며, 기판 처리 공정이 진행되는 공정 공간(111)을 제공한다. 공정 챔버(110)의 바닥에는 배기홀(112)들이 형성된다. 배기홀(112)들에는 배기관(113)이 결합된다. 기판 처리 과정에서 생성되는 반응 부산물과, 공정 공간으로 유입된 공정 가스는 배기홀(112)들과 배기관(113)들을 통해 외부로 배출된다. 배기관(113)들에는 압력 조절 장치(미도시)가 연결될 수 있으며, 압력 조절 장치(미도시)에 의해 공정 챔버(110) 내부의 압력이 조절될 수 있다. 공정 챔버(110)는 기판 공정이 수행되는 동안, 500mTorr 내지 2.5Torr로 유지될 수 있다.The
기판 지지 부재(120)는 공정 챔버(110) 내부에서 기판(W)을 지지한다. 기판 지지 부재(120)는 서셉터(121)와 지지축(122)을 포함한다. 서셉터(121)는 원판 형상으로 제공되며, 상면에 기판(W)이 놓인다. 서셉터(121)는 정전척과 진공척 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 서셉터(121)의 내부에는 히팅 코일(미도시)과 냉각 코일(미도시)이 제공될 수 있다. 히팅 코일은 기판(W)을 기 설정된 온도로 가열한다. 애싱 공정에서는 기판 온도가 약 200℃로 가열될 수 있다. 서셉터(121)는 기판(W)으로 온도가 효과적으로 전달되도록 알루미늄 또는 세라믹 재질로 제공될 수 있다. 냉각 코일은 가열된 기판(W)을 강제 냉각시킨다. 공정 처리가 완료된 기판(W)은 상온 상태 또는 다음 공정 진행에 요구되는 온도로 냉각된다. 지지축(122)은 원통 형상을 제공되며, 서셉터(121)의 하부에서 서셉터(121)를 지지한다.The
리드(130)는 하부가 개방된 역 깔때기 형상을 가질 수 있으며, 리드(130)의 내부에는 플라스마의 확산을 위한 확산 공간(131)이 제공된다. 리드(130)는 공정 챔버(110)의 개방된 상부에 결합하여 공정 챔버(110) 내부를 밀폐한다. 리드(130)의 상단 중심부에는 유입구(132)가 형성된다. 유입구(132)는 플라스마 발생 유닛(200)과 연결된다. 플라스마 발생 유닛(200)에서 발생된 플라스마는 유입구(132)를 통해 확산 공간(131)으로 유입되며, 확산 공간(131)에서 확산된다.The
배플(140)은 서셉터(121)에 대향하여 서셉터(121)의 상부에 배치된다. 배플(140)은 공정 공간(111)과 확산 공간(131)을 구획한다. 배플(140)에는 분사홀(141)들이 형성되며, 분사홀(141)들을 통해 확산 공간(131)으로부터 공정 공간(111)으로, 플라스마의 성분이 선택적으로 투과된다. 배플(140)은 접지되어, 주로 플라스마의 라디칼 성분을 공정 공간(111)으로 투과시킬 수 있다.The
플라스마 발생 유닛(200)은 리드(130)에 결합되고, 플라스마를 발생하여 확산 공간(131)으로 제공한다. 플라스마 발생 유닛(200)은 반응 챔버(210), 소스 가스 공급 부재(220), 패러데이 실드(paraday shield, 230), 방열벽(240), 그리고 플라스마 안테나(250)를 포함한다.The
반응 챔버(210)는 원통의 튜브 형상을 가지며, 내부에 플라스마가 발생되는 공간(211)이 형성된다. 반응 챔버(210)는 하부가 개방되며, 개방된 하부는 리드(130)의 유입구(132)와 연결된다. 반응 챔버(210)의 내경은 110mm 내지 130mm로 유지될 수 있다. 실시예에 의하면, 반응 챔버(210)의 내경은 120mm로 유지될 수 있다. 반응 챔버(210)의 내경은 기판이 대구경화됨에 따라 그에 상응하는 내경을 필요로 한다. 60mm 내경을 갖는 반응 챔버(210)는 300mm 기판의 공정 처리에 적합하나, 450mm 기판의 공정 처리에 부적합하다. 본 발명은 반응 챔버(210) 내경을 확대함으로써, 300mm 기판뿐만 아니라 450mm 기판 처리가 가능하다. 반응 챔버(210)는 석영(quartz), 사파이어(sapphire), 그리고 세라믹(ceramic) 중 어느 하나의 재질로 제공될 수 있다. 소스 가스 공급 부재(220)는 반응 챔버(210)의 상단에 결합되고, 반응 챔버(210) 내부로 플라스마 소스 가스를 공급한다. 예를 들어, 플라즈마 소스 가스는 질소, 산소, 수소, 헬륨, 네온 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 플라스마 소스 가스에는 일정 비율로 혼합된 질소와 수소를 포함할 수 있다. 수소와 질소의 비율은 9:1, 8:2, 7:3, 6:4, 5:5, 4:6, 3:7, 2:8, 그리고 1:9중 어느 하나의 일 수 있다.The
패러데이 실드(230)는 반응 챔버(210)를 감싸도록 제공된다. 도 3과 같이, 패러데이 실드(230)는 상부 및 하부가 개방된 중공의 실린더 형상을 가진다. 패러데이 실드(230)의 측면에는 복수개의 개구(231)가 형성된다. 개구(231)는 상하방향으로 연장되는 슬릿 형상을 가질 수 있다. 개구(231)의 상단과 하단은 라운드질 수 있다. 상술한 형상의 개구(231)는 패러데이 실드(230)의 측면을 따라 이격하여 복수개 형성된다. 패러데이 실드(230)는 도전성 재질로 제공될 수 있다. 패러데이 실드(230)는 구리 재질로 제공될 수 있다. 패러데이 실드(230)는 접지된다. 고주파 전원이 인가된 플라스마 안테나(250)에는 유도 결합형 플라스마와 함께 용량 결합형 플라스마가 발생할 수 있다. 패러데이 실드(230)는 플라스마 안테나(250)에서 발생하는 축방향 전기장을 전기적으로 단락시켜 용량 결합형 플라스마의 발생을 억제한다. 이에 의해, 반응 챔버(210) 내부에는 유도 결합형 플라스마가 생성될 수 있다. 또한, 패러데이 실드(230)는 플라스마 안테나(250)에서 발생하는 축방향 전기장을 전기적으로 단락시켜 스퍼터링 발생을 억제시킨다. 이에 의해, 스퍼터링에 따른 반응 챔버(210)의 내부 손상 및 파티클 발생을 억제할 수 있다.The
방열벽(240)은 패러데이 실드(230)가 외부에 노출되지 않도록 반응 챔버(210)의 외측면에 몰딩된다. 방열벽(240)은 소정 두께로 형성되며, 반응 챔버(210)의 둘레를 따라 반응 챔버(210)의 외측면 부착된다. 방열벽(240)은 패러데이 실드(230)의 개구(231)들에 제공된다. 방열벽(240)은 열전도성이 높은 재질로 제공된다. 방열벽(240)은 세라믹 재질로 제공될 수 있다. 세라믹 계열의 재질은 석영 또는 사파이어에 비하여 열전도도 및 열팽창계수가 높기 때문에 방열 효과가 우수하다. 방열벽(240)은 플라스마 발생 과정에서 반응 챔버(210) 내부에서 발생되는 열을 외부로 방출하여 반응 챔버(240)를 냉각한다.The
플라스마 안테나(250)는 방열벽(240)에 복수회 감긴다. 플라스마 안테나(250)는 유도 결합형 플라스마(ICP) 안테나로, 코일 형상을 가진다. 플라스마 안테나(250)는 방열벽(240)과 접촉되는 접촉면(251)을 가진다. 접촉면(251)은 평평한 평면으로 제공됨으로써, 플라스마 안테나(250)와 방열벽(240)이 접촉되는 면적이 넓어질 수 있다. 접촉면(251)은 플라스마 안테나(250)와 방열벽(240) 간에 열전달 효율을 향상시킨다. 플라스마 안테나(250)는 단면이 사각 형상으로 제공될 수 있으며, 그 일면(251)이 방열벽(240)과 접촉된다. 플라스마 안테나(240) 내부에는 냉각 유로(252)가 형성된다. 냉각 유로(252)에는 냉각 유체 공급부(미도시)에서 공급된 냉각 유체가 순환한다. 냉각 유체는 액체 상태 또는 기체 상태로 제공될 수 있다. 냉각 유로(252)를 순환하는 냉각 유체의 열은 방열벽(240)으로 전달되어, 반응 챔버(210)를 냉각시킨다. The
플라스마 안테나(250)는 파워 코일(254)과 상호 인덕스 코일(255, 256)을 포함한다. 파워 코일(254)은 반응 챔버(210)의 길이 방향을 따라 반응 챔버(210)의 중심부에 복수회 감길 수 있다. 파워 코일(254)의 일단에는 고주파 전원(261)이 연결되고, 파워 코일(254)의 타단은 접지된다. 고주파 전원(261)으로부터 파워 코일(254)에 고주파 전류가 인가되면, 반응 챔버(210)의 내부 공간(211)에 자기장이 형성되고, 이 자기장에 의해 반응 챔버(210) 내부에 유도 전기장이 형성된다. 소스 가스 공급 부재(220)로부터 공정 챔버(210)로 공급된 플라스마 소스가스는 유도 전기장으로부터 이온화에 필요한 에너지를 얻어 플라스마 상태로 변환된다. 이때, 발생된 플라스마는 반응 챔버(210)의 길이 방향을 따라 중심부를 기준으로 상하 대칭인 종 모양의 분포를 가질 수 있다.The
상호 인덕턴스 코일(255, 256)은 파워 코일(254)에 인접하게 위치되며, 파워 코일(254)과의 상호 유도 작용을 통해 반응 챔버(210) 내의 플라스마 공간 분포를 조절한다. 상호 인덕턴스 코일(255, 256)은 상부 코일(255)과 하부 코일(256)을 포함할 수 있다. 상부 코일(255)은 파워 코일(254)의 상부에서 반응 챔버(210)에 복수 회 감긴다. 상부 코일(255)은 일단이 접지된다. 상부 코일(255)의 타단은 접지된 일단과 스위치(262)에 의해 연결되어 전기적으로 접속되거나 단락될 수 있다. 상부 코일(255)의 양 단이 스위치(262)에 의해 전기적으로 접속되면, 상부 코일(255)에는 상호 유도 작용이 발생하지 않는다. 반면, 상부 코일(255)의 일단과 타단이 전기적으로 단락되면, 상보 코일(255)에는 상호 유도 작용이 발생한다. 하부 코일(256)은 파워 코일(254)의 하부에서 반응 챔버(210)에 복수 회 감긴다. 하부 코일(256)은 일단이 접지된다. 하부 코일(256)의 타단은 접지된 일단과 스위치(263)에 의해 연결되어 전기적으로 접속되거나 단락될 수 있다. 하부 코일(256)의 양단이 스위치(263)에 의해 전기적으로 접속되면, 하부 코일(256)에는 상호 유도 작용이 발생하지 않는다. 반면, 하부 코일(256)의 일단과 타단이 전기적으로 단락되면, 하부 코일(256)에는 상호 유도 작용이 발생한다. 상호 유도 작용이란, 파워 코일(254)에 의해 형성된 자기장에 의해 하부 코일(256) 또는 상부 코일(255)에 전기장이 형성되고, 형성된 전기장에 의해 자기장이 형성되는 현상을 일컫는다. 상호 유도 작용에 의해, 파워 코일(254)에 의해 형성된 자기장, 상부 코일(255)에 의해 형성되는 자기장, 그리고 하부 코일(256)에 의해 형성되는 자기장은 상호 보완되며, 자기장들의 상호 보완에 의해 반응 챔버(210) 내부에는 플라스마의 공간 분포가 조절된다. 플라스마의 공간 분포 조절은 자기장이 형성되는 영역에서 플라스마의 양이 증가한다.
The
상술한 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 과정을 설명한다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 소스 가스 공급 부재(220)로부터 반응 챔버(210) 내부로 플라스마 소스 가스가 공급된다. 고주파 전원(261)에서 플라스마 안테나(250)로 전류가 공급되면, 반응 챔버(210)의 내부에 자기장이 형성된다. 형성된 자기장은 반응 챔버(210) 내부에 유도 전기장을 형성한다. 형성된 유도 자기장에 의해 플라스마 소스 가스는 플라스마 상태로 변환된다. 플라스마 안테나(250)에 의해 형성된 자기장 성분 중 반응 챔버(210)의 축방향 전기장은 패러데이 실더(230)에 의해 전기적으로 단락된다. 이에 의해, 반응 챔버(210) 내부에는 용량 결합형 플라스마 발생이 억제되고, 유도 결합형 플라스마가 발생될 수 있다. 플라스마가 생성되는 과정에서 발생된 열은 반응 챔버(210)에 전달된다. 반응 챔버(210)에 전달된 열은 방열벽(240)을 통해 외부로 방출된다. 고주파 전류가 플라스마 안테나(250)에 인가되는 동안, 플라스마 안테나(250) 내부에 형성된 냉각 유로(252)를 통해 냉각 유체가 순환한다. 순환하는 냉각 유체의 열은 방열벽(240)에 전달되어 방열벽(240)을 냉각한다. 상술한 방열벽(240)에 의한 방열 및 냉각 유체에 의한 방열벽(240)의 냉각으로, 플라스마가 형성되는 과정에서 발생한 열로부터 반응 챔버(210)를 보호할 수 있다. 형성된 플라스마는 공정 챔버(110)에 공급되어 기판 처리에 제공된다.A process of processing a substrate using the substrate processing apparatus according to the present invention described above will be described. 1 and 2, the plasma source gas is supplied into the
도 4는 기판 처리 결과들을 비교하는 그래프이다.4 is a graph comparing substrate processing results.
도 4를 참조하면, 기판 처리는 공정 압력, 플라스마 소스 가스, 그리고 공정 시간을 동일하게 하여 수행하였다. 그래프에 나타난 기판 처리 결과는 650mTorr의 공정압력, 3500sccm H2 와 4200sccm N2를 포함하는 플라스마 소스가스, 그리고 공정 시간 30초 조건에서 수행된 결과이다. 그래프의 X축은 테스트의 횟수를 나타내며, 테스트는 총 4회에 걸쳐 수행되었다. 각 테스트에서는 동일한 매수의 기판들을 처리하였다. 그래프의 Y축은 기판들의 평균 애싱율(ashing rate)을 나타낸다. 그래프 Ⅰ(A)은 본 발명의 기판 처리 장치를 이용하여 공정 처리를 수행한 기판의 애싱율을 나타내고, 그래프 Ⅱ(B)는 비교 대상 장치를 이용하여 공정 처리를 수행한 기판의 애싱율을 나타낸다. 비교 대상 장치란, 공정 챔버의 내경이 60mm이고, 패러데이 실더와 방열벽이 제공되지 않으며, 플라스마 안테나의 접촉면이 평면으로 제공되지 않는 장치로써, 본 발명의 기판 처리 장치와 비교하기 위해 마련된 장치이다. 도 4의 그래프를 살펴보면, 그래프 I(A)은 각 테스트의 애싱율이 약 2500Å/min에서 일정하게 나타난다. 반면, 그래프 Ⅱ(B)는 테스트 1에서 3750Å/min의 애싱율을, 테스트 2 및 3에서 약 2500Å/min 애싱율을, 그리고 테스트 4에서 1250Å/min의 애싱율을 나타낸다. 그래프 Ⅱ(B)에 나타난 결과는 처리되는 기판에 따라 애싱율이 균일하지 못하며, 처리되는 기판 수가 증가할수록 애싱율이 감소함을 알 수 있다. 상기 그래프 I(A)와 그래프 Ⅱ(B)를 통해, 본 발명의 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리할 경우, 애싱율이 균일하게 나타나고, 처리되는 기판의 수가 늘어나더라도 애싱율에 큰 차이가 발생하지 않음을 알 수 있다.Referring to FIG. 4, the substrate treatment was performed at the same process pressure, plasma source gas, and process time. Substrate treatment results shown in the graph are performed under a process pressure of 650 mTorr, a plasma source gas containing 3500 sccm H2 and 4200 sccm N2, and a process time of 30 seconds. The X axis of the graph represents the number of tests, and the test was performed four times in total. In each test, the same number of substrates were processed. The Y axis of the graph represents the average ashing rate of the substrates. Graph I (A) shows the ashing rate of the substrate subjected to the process treatment using the substrate processing apparatus of the present invention, and graph II (B) shows the ashing rate of the substrate subjected to the process treatment using the apparatus to be compared. . The device to be compared is a device having an inner diameter of 60 mm in the process chamber, a Faraday shielder and a heat dissipation wall not provided, and a contact surface of the plasma antenna not provided in a plane. Referring to the graph of FIG. 4, graph I (A) shows a constant ashing rate of each test at about 2500 mW / min. On the other hand, graph II (B) shows an ashing rate of 3750 kV / min in test 1, an ashing rate of about 2500 kV / min in
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라스마 안테나를 나타내는 단면도이다. 도 5를 참조하면, 플라스마 안테나(250)는 도 2의 플라스마 안테나와 달리, 단면이 반원 형상으로 제공된다. 플라스마 안테나(250)의 평평한 내측면(251)은 방열벽(240)과 접촉되는 접촉면으로 제공된다. 이와 같이, 플라스마 안테나(250)의 형상은 접촉면(251)이 평평한 평면으로 제공되는 범위에서 다양하게 형상을 변형할 수 있다.5 is a cross-sectional view showing a plasma antenna according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, unlike the plasma antenna of FIG. 2, the
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 단면도이다. 도 6을 참조하면, 반응 챔버(310)의 내부 공간(311)은 플라스마가 생성되는 플라스마 발생 공간뿐만 아니라, 기판 처리 공정이 진행되는 공간으로 제공된다. 반응 챔버(310)의 내부에는 서셉터(315)가 기판(W)을 지지한다. 반응 챔버(310)의 상부벽에는 소스 가스 공급 부재(320)가 연결되고, 소스 가스 공급 부재(320)를 통해 반응 챔버(310)의 내부로 플라스마 소스 가스가 공급된다. 반응 챔버(310)의 하부벽에는 배기홀(312)이 형성되며, 배기홀(312)과 배기관(313)을 통해 반응 부산물과 공정 가스가 외부로 배출된다. 패러데이 실드(330)는 반응 챔버(310)를 감싸도록 제공된다. 페러데이 실드(330)는 도 3에 도시된 페러데이 실드(230)와 동일한 형상을 가질 수 있다. 방열벽(340)은 페러데이 실드(330)가 외부로 노출되지 않도록 반응 챔버(210)의 외측면에 몰딩된다. 방열벽(240)은 세라믹 제질로 제공될 수 있으며, 플라스마가 발생하는 동안 발생하는 열을 반응 챔버(310) 외부로 방출한다. 플라스마 안테나(350)는 방열벽(340)에 복수회 감기도록 제공된다. 플라스마 안테나(350)는 일단이 고주파 전원(355)과 연결되고, 타단이 접지된다. 고주파 전원(355)에서 인가된 고주파 전류에 의해 플라스마 안테나(350)에는 자기장이 형성되고, 이 자기장은 반응 챔버(310) 내부에 유도 전기장을 형성한다. 유도 전기장은 플라스마 소스 가스를 플라스마 상태로 변환하는 에너지로 제공된다. 방열벽(340)과 접촉되는 플라스마 안테나(350)의 접촉면(351)은 평평한 평면으로 제공된다. 접촉면(351)은 방열벽(340)과 플라스마 안테나(350)의 접촉 면적을 증가시킨다. 증가된 접촉 면적에 의해, 플라스마 안테나(350)의 내부에 형성된 냉각 유로(352)를 순환하는 냉각 유체의 열이 효과적으로 방열벽(340)으로 전달되어, 반응 챔버(310)의 냉각 효율이 증대된다.
6 is a cross-sectional view illustrating a substrate processing apparatus according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, the
상술한 실시예에서는 플라스마를 이용한 애싱 처리를 예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 플라스마를 이용한 다양한 공정 처리, 예컨대 에칭 공정과 증착 공정등에도 적용될 수 있다.
In the above-described embodiment, the ashing treatment using plasma has been described as an example. However, the present invention is not limited thereto and may be applied to various process treatments using plasma, for example, an etching process and a deposition process.
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: 공정 처리부 200: 플라스마 발생 유닛
210: 반응 챔버 220: 소스 가스 공급 부재
230: 패러데이 실드 240: 방열벽
250: 플라스마 안테나100: process processing unit 200: plasma generating unit
210: reaction chamber 220: source gas supply member
230: Faraday shield 240: heat dissipation wall
250: plasma antenna
Claims (15)
상하가 개방된 중공의 실린더 형상을 가지고, 측면에 복수의 개구가 형성된, 그리고 상기 반응 챔버를 감싸도록 제공되는 패러데이 실드;
상기 패러데이 실드가 외부로 노출되지 않도록 상기 반응 챔버의 외측면에 몰딩되는 방열벽; 및
상기 방열벽에 복수 회 감기는 코일 형상의 플라스마 안테나를 포함하는 플라스마 생성 유닛.A reaction chamber in which a space in which plasma is generated is formed;
A Faraday shield having a hollow cylindrical shape with an open top and bottom, formed with a plurality of openings on a side thereof, and provided to surround the reaction chamber;
A heat dissipation wall molded on an outer surface of the reaction chamber so that the Faraday shield is not exposed to the outside; And
And a coil-shaped plasma antenna wound around the heat dissipation wall a plurality of times.
상기 방열벽은 세라믹 재질로 제공되는 플라스마 생성 유닛.The method of claim 1,
The heat generating wall is a plasma generating unit provided with a ceramic material.
상기 플라스마 안테나는 상기 방열벽과 접촉되는 접촉면을 가지며,
상기 접촉면은 평평한 평면인 플라스마 생성 유닛.The method of claim 1,
The plasma antenna has a contact surface in contact with the heat dissipation wall,
And said contact surface is a flat plane.
상기 플라스마 안테나의 내부에는 냉각 유체가 흐르는 냉각 유로가 형성된 플라스마 생성 유닛.The method of claim 3, wherein
And a cooling passage through which a cooling fluid flows inside the plasma antenna.
상기 플라스마 안테나는
전원이 인가되는 파워 코일;
상기 파워 코일에 인접하여 위치되며, 상기 파워 코일과의 상호 유도 작용을 통해 상기 반응 챔버 내의 플라스마 공간 분포를 조절하는 상호 인덕턴스 코일을 포함하는 플라스마 생성 유닛.The method of claim 3, wherein
The plasma antenna
A power coil to which power is applied;
And a mutual inductance coil positioned adjacent to the power coil, the mutual inductance coil adjusting the plasma spatial distribution in the reaction chamber through mutual induction with the power coil.
플라스마가 발생되는 공간이 내부에 형성된 반응 챔버;
상하가 개방된 중공의 실린더 형상을 가지고, 측면에 복수의 개구가 형성된, 그리고 상기 반응 챔버를 감싸도록 제공되는 패러데이 실드;
상기 패러데이 실드가 외부로 노출되지 않도록 상기 반응 챔버의 외측면에 몰딩되는 방열벽; 및
상기 방열벽에 복수 회 감기는 코일 형상의 플라스마 안테나를 포함하는 기판 처리 장치.In the apparatus for processing a substrate using a plasma,
A reaction chamber in which a space in which plasma is generated is formed;
A Faraday shield having a hollow cylindrical shape with an open top and bottom, formed with a plurality of openings on a side thereof, and provided to surround the reaction chamber;
A heat dissipation wall molded on an outer surface of the reaction chamber so that the Faraday shield is not exposed to the outside; And
And a coiled plasma antenna wound around the heat dissipation wall a plurality of times.
상기 반응 챔버와 연결되며, 상기 반응 챔버에서 발생된 플라스마가 공급되는 공정 챔버;
상기 공정 챔버 내부에 위치하며, 기판을 지지하는 기판 지지 부재를 더 포함하는 기판 처리 장치.The method according to claim 6,
A process chamber connected to the reaction chamber and supplied with plasma generated in the reaction chamber;
And a substrate support member positioned inside the process chamber and supporting the substrate.
상기 반응 챔버 내부에 위치하며, 기판을 지지하는 기판 지지 부재를 더 포함하는 기판 처리 장치.The method according to claim 6,
And a substrate support member positioned inside the reaction chamber and supporting the substrate.
상기 반응 챔버의 내경은 110mm 내지 130mm인 기판 처리 장치.The method according to claim 6,
The inner diameter of the reaction chamber is 110mm to 130mm substrate processing apparatus.
상기 방열벽은 세라믹 재질로 제공되는 기판 처리 장치.The method according to any one of claims 6 to 9,
The heat dissipation wall is a substrate processing apparatus provided with a ceramic material.
상기 플라스마 안테나는 상기 방열벽과 접촉되는 접촉면을 가지며,
상기 접촉면은 평평한 평면인 기판 처리 장치.The method according to any one of claims 6 to 9,
The plasma antenna has a contact surface in contact with the heat dissipation wall,
And the contact surface is a flat plane.
상기 반응 챔버의 내부로 플라스마 소스 가스를 공급하고,
상기 플라스마 안테나에 고주파 전류를 인가하여 상기 반응 챔버 내부에 전기장을 형성하고,
상기 전기장에 의해 플라스마 상태로 여기된 상기 플라스마 소스 가스를 상기 기판으로 제공하되,
상기 플라스마 안테나에 형성된 전기장 중 상기 반응 챔버의 축방향 전기장은 상기 패러데이 실더에 의해 전기적으로 단락되고,
상기 플라스마가 생성되는 과정에서 상기 반응 챔버에 전달된 열은 상기 방열벽을 통해 외부로 방출되는 기판 처리 방법.A method of treating a substrate using the apparatus of any one of claims 6 to 9,
Supplying a plasma source gas into the reaction chamber,
Applying a high frequency current to the plasma antenna to form an electric field inside the reaction chamber,
Providing the plasma source gas excited to the plasma state by the electric field to the substrate,
The axial electric field of the reaction chamber of the electric field formed in the plasma antenna is electrically shorted by the Faraday shielder,
The heat transfer to the reaction chamber in the process of generating the plasma is discharged to the outside through the heat dissipation wall.
상기 고주파 전류가 인가되는 동안, 상기 플라스마 안테나 내부에 형성된 냉각 유로에는 냉각 유체가 공급되며,
상기 냉각 유체의 열은 상기 방열벽에 전달되어 상기 방열벽을 냉각하는 기판 처리 방법.13. The method of claim 12,
While the high frequency current is applied, a cooling fluid is supplied to the cooling flow path formed inside the plasma antenna,
And heat of the cooling fluid is transferred to the heat dissipation wall to cool the heat dissipation wall.
상기 플라스마 소스 가스는 기 설정된 비로 혼합된 수소와 질소를 포함하는 기판 처리 방법.13. The method of claim 12,
The plasma source gas includes a hydrogen and nitrogen mixed in a predetermined ratio.
상기 플라스마가 상기 기판을 처리하는 공정 압력은 500mTorr 내지 2.5Torr인 기판 처리 방법.13. The method of claim 12,
And a process pressure at which the plasma processes the substrate is 500 mTorr to 2.5 Torr.
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