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KR20130106022A - Apparatus for treating substrate and method for operating the same - Google Patents

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KR20130106022A
KR20130106022A KR1020120027607A KR20120027607A KR20130106022A KR 20130106022 A KR20130106022 A KR 20130106022A KR 1020120027607 A KR1020120027607 A KR 1020120027607A KR 20120027607 A KR20120027607 A KR 20120027607A KR 20130106022 A KR20130106022 A KR 20130106022A
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KR
South Korea
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substrate
impedance
plasma
filter stage
substrate support
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KR1020120027607A
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Korean (ko)
Inventor
권민지
Original Assignee
주식회사 원익아이피에스
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Publication date
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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치 및 동작 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반응 챔버에서 플라즈마를 이용하여 박막을 제조할 시에 박막의 증착율을 용이하게 조절하는 기판처리장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시 형태는 반응 챔버와, 상기 반응 챔버 내의 반응 공간에 원료 가스를 분사하는 가스 분사기와, 상기 가스 분사기에 플라즈마 전력을 인가하는 플라즈마 전원 공급부와, 상기 가스 분사기에 대향 배치된 기판지지대와, 상기 기판지지대를 가열시키는 발열 전압을 인가하는 히터 전원 공급부와, 상기 히터 전원 공급부와 기판지지대 사이의 노드에 위치하고, 상기 기판지지대에서 방사되는 RF 고주파를 차단하는 필터단과, 상기 필터단에 연결되며 상기 필터단의 임피던스를 조절하여 상기 반응공간 내의 플라즈마 밀도를 제어하는 가변 임피던스 제어부를 포함한다.The present invention relates to a substrate processing apparatus and an operation method, and more particularly, to a substrate processing apparatus and an operation method for easily controlling the deposition rate of the thin film when manufacturing the thin film using the plasma in the reaction chamber. An embodiment of the present invention includes a reaction chamber, a gas injector for injecting raw material gas into the reaction space in the reaction chamber, a plasma power supply for applying plasma power to the gas injector, a substrate support disposed opposite to the gas injector; And a heater power supply unit for applying a heating voltage for heating the substrate support, a filter end disposed at a node between the heater power supply unit and the substrate support, and blocking an RF high frequency radiated from the substrate support, and connected to the filter end. And a variable impedance controller for controlling the plasma density in the reaction space by adjusting the impedance of the filter stage.

Description

기판처리장치 및 그 동작 방법{Apparatus for treating substrate and method for operating the same}Apparatus for treating substrate and method for operating the same}

본 발명은 기판 처리 장치 및 동작 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반응 챔버에서 플라즈마를 이용하여 박막을 제조할 시에 박막의 증착율을 용이하게 조절하는 기판처리장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a substrate processing apparatus and an operation method, and more particularly, to a substrate processing apparatus and an operation method for easily controlling the deposition rate of the thin film when manufacturing the thin film using the plasma in the reaction chamber.

반도체 소자의 제조 공정에서 플라즈마를 이용하는 공정이 많이 개발되고 있다. 예를 들어 플라즈마를 이용하는 화학 기상 증착(PECVD; Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 공정은 플라즈마에 의해 원료 가스가 활성화되어 기판상에 증착되기 때문에 일반 증착 공정보다 낮은 온도에서 빠른 속도로 증착할 수 있는 장점이 있다.Many processes using plasma have been developed in the manufacturing process of semiconductor devices. For example, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) using plasma has the advantage of being able to deposit at a lower temperature than the conventional deposition process because the source gas is activated and deposited on the substrate by plasma. have.

이러한 PECVD는 챔버 내의 기판 지지대에 기판이 안착된 후 가스분사수단(샤워헤드)을 통해 원료가스가 분사되고 RF 전력이 인가되어 원료 가스가 활성화되어 기판 상에 소정의 막이 증착된다. 기판 상에 증착이 이루어지며 발생하는 가스나 원료 가스의 부산물 가스는 챔버에 형성된 배기관 및 이와 연결된 배기펌프를 이용하여 배출된다. 상기와 같이 PECVD는, 플라즈마를 이용하여 원료 가스를 활성화시켜 반응성을 증진시킴으로써, 낮은 온도에서 화학 반응이 일어나도록 하여 박막 증착을 촉진시킨다.In the PECVD, after the substrate is seated on the substrate support in the chamber, the source gas is injected through the gas injection means (shower head) and RF power is applied to activate the source gas to deposit a predetermined film on the substrate. Deposition is performed on the substrate, and the by-product gas of the generated gas or source gas is discharged using an exhaust pipe formed in the chamber and an exhaust pump connected thereto. As described above, PECVD promotes thin film deposition by enabling a chemical reaction at a low temperature by activating a source gas using plasma to enhance reactivity.

한편, PECVD 장비의 경우 기판에 증착되는 막의 증착율(Deposition Rate)을 조정하기 위하여, 가스량, 압력 등과 같은 파라미터들을 변경하는 방법을 사용한다. 그러나, 플라즈마는 작은 공정 조건 변화에도 비선형적으로 반응하기 때문에 가스량, 압력 등과 같은 파라미터들을 변경한다 하더라도 원하는 막 증착율을 얻기 어려운 문제가 있다. 또한, 플라즈마는 가스량, 압력 등과 같은 파라미터 변경에 민감하게 반응하여 물리적, 화학적 특성을 모두 변화시키기 때문에 원하는 막질을 생산하는데 어려움이 있다. 즉, 공정 파라미터 변경 방식은 외부 요인에 민감한 플라즈마의 물리적 화학적 변화를 초래하여 기존 막질에 큰 영향을 미쳐서 공정을 더 어렵게 만들수 있다. 따라서 현업에서는 한번 선택한 공정은 잘 변경하지 않는다. 따라서 막 증착율을 조절하기 위한 현재의 방식, 즉, 가스량, 압력, 갭 등의 조절 방식보다 더 간편하고 정확성 높은 다른 조절 방식이 요구된다.Meanwhile, in the case of PECVD equipment, a method of changing parameters such as gas amount and pressure is used to adjust the deposition rate of a film deposited on a substrate. However, since the plasma reacts nonlinearly to small process condition changes, even if parameters such as gas amount and pressure are changed, it is difficult to obtain a desired film deposition rate. In addition, since the plasma reacts sensitively to parameter changes such as gas amount and pressure to change both physical and chemical properties, it is difficult to produce a desired film quality. In other words, the process parameter change method may cause physical and chemical changes of plasma that are sensitive to external factors, which may greatly affect the existing film quality, making the process more difficult. Therefore, in the field, the selected process is not changed very well. Therefore, there is a need for other control methods that are simpler and more accurate than current methods for controlling the film deposition rate, that is, the control methods of gas amount, pressure, gap, and the like.

한국등록번호 제755116호Korean Registration No. 755116

본 발명의 기술적 과제는 반응 챔버 내에서 기판에 증착되는 박막의 증착율을 제어하는데 있다. 즉, 기판에 증착되는 막의 두께를 효율적으로 제어하는 데 있다. An object of the present invention is to control the deposition rate of the thin film deposited on the substrate in the reaction chamber. Namely, it is to efficiently control the thickness of the film deposited on the substrate.

또한 본 발명의 기술적 과제는 기판에 증착되는 박막의 증착율을 제어하는데 있어서, 간편하면서 정확성이 높은 박막 증착율 제어 방식을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide a simple and accurate thin film deposition rate control method for controlling the deposition rate of a thin film deposited on a substrate.

본 발명의 실시 형태는 반응 챔버와, 상기 반응 챔버 내의 반응 공간에 원료 가스를 분사하는 가스 분사기와, 상기 가스 분사기에 플라즈마 전력을 인가하는 플라즈마 전원 공급부와, 상기 가스 분사기에 대향 배치된 기판지지대와, 상기 기판지지대를 가열시키는 발열 전압을 인가하는 히터 전원 공급부와, 상기 히터 전원 공급부와 기판지지대 사이의 노드에 위치하고, 상기 기판지지대에서 방사되는 RF 고주파를 차단하는 필터단과, 상기 필터단에 연결되며 상기 필터단의 임피던스를 조절하여 상기 반응공간 내의 플라즈마 밀도를 제어하는 가변 임피던스 제어부를 포함한다.An embodiment of the present invention includes a reaction chamber, a gas injector for injecting raw material gas into the reaction space in the reaction chamber, a plasma power supply for applying plasma power to the gas injector, a substrate support disposed opposite to the gas injector; And a heater power supply unit for applying a heating voltage for heating the substrate support, a filter end disposed at a node between the heater power supply unit and the substrate support, and blocking an RF high frequency radiated from the substrate support, and connected to the filter end. And a variable impedance controller for controlling the plasma density in the reaction space by adjusting the impedance of the filter stage.

또한 필터단은, 저항(R)-커패시터(C) 필터회로, 인덕터(L)-커패시터(C) 필터회로, 저항(R)-인덕터(L)-커패시터(C) 필터회로 중 적어도 어느 하나로 구현된 저역통과필터이다. 또한 가변 임피던스 제어부는 상기 가변 인덕터 또는 가변 커패시터의 값을 변화시킨다.The filter stage may include at least one of a resistor (R) -capacitor (C) filter circuit, an inductor (L) -capacitor (C) filter circuit, and a resistor (R) -inductor (L) -capacitor (C) filter circuit. Low pass filter. Also, the variable impedance controller changes the value of the variable inductor or variable capacitor.

또한 본 발명의 실시 형태는 기판을 마련하는 과정과, 상기 기판을 반응 챔버 내의 기판지지대에 로딩하는 과정과, 상기 반응 챔버 내의 반응 공간에 가스를 공급하고 플라즈마를 발생시키는 과정과, 상기 기판지지대에서 방사되는 RF 고주파를 차단하는 필터단의 임피던스를 조절하여 반응 공간 내부의 플라즈마 밀도를 변화시켜 상기 기판 상에 증착되는 박막의 두께를 조절하는 과정을 포함한다.In another aspect, the present invention provides a process for preparing a substrate, loading the substrate to a substrate support in the reaction chamber, supplying a gas to the reaction space in the reaction chamber and generating a plasma, And controlling the thickness of the thin film deposited on the substrate by changing the plasma density inside the reaction space by adjusting the impedance of the filter stage to block the radiated RF high frequency.

또한 기판에 증착되는 박막의 증착율을 높이는 경우에는 상기 필터단의 임피던스 값을 감소시킨다. 또한 기판에 증착되는 박막의 증착율을 낮추는 경우에는 상기 필터단의 임피던스 값을 증가시킨다.In addition, when the deposition rate of the thin film deposited on the substrate is increased, the impedance value of the filter stage is reduced. In addition, when lowering the deposition rate of the thin film deposited on the substrate, the impedance value of the filter stage is increased.

본 발명의 실시 형태에 따르면 기판을 지지하고 가열하는 기판지지대와 연결된 필터단의 임피던스를 조절함으로써 박막의 증착율을 용이하게 제어할 수 있다. 또한 가스량, 압력, 갭 등의 변화를 주지 않고 하드웨어 임피던스를 조절하여 플라즈마 상태를 조절함으로써, 막의 증착율을 정확하게 제어할 수 있다. 또한 막의 물리적, 화학적 변화없이 안정적으로 막의 증착율을 제어할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the deposition rate of the thin film may be easily controlled by adjusting the impedance of the filter terminal connected to the substrate support for supporting and heating the substrate. In addition, the deposition rate of the film can be accurately controlled by adjusting the plasma state by adjusting the hardware impedance without changing the gas amount, pressure, gap, and the like. In addition, it is possible to stably control the deposition rate of the film without physical and chemical changes of the film.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치의 구성 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성할 때의 임피던스 및 전압을 도시한 그림이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 필터단의 임피던스 변경에 따른 V2 전압의 변화를 도시한 실험 결과 그래프를 도시한 그림이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 필터단의 임피던스 변경에 따른 증착막 두께의 변화를 도시한 실험 결과 그래프를 도시한 그림이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 막의 증착율을 조정하는 과정을 도시한 플로차트이다.
1 is a block diagram of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing impedance and voltage when configuring the substrate processing apparatus according to the embodiment of the present invention.
3 is a graph showing an experimental result graph showing the change in the voltage V 2 according to the change in the impedance of the filter stage according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing an experimental result graph showing a change in the thickness of the deposited film according to the impedance change of the filter stage according to the embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a process of adjusting the deposition rate of a film according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, It is provided to let you know. Wherein like reference numerals refer to like elements throughout.

이하, 설명에서는 전원 공급부의 예시로서 RF 전원 공급부를 예를 들어 설명하겠으나, DC 전압 등의 다양한 전원 공급부도 적용될 수 있을 것이다.In the following description, the RF power supply unit will be described as an example of the power supply unit, but various power supply units such as a DC voltage may be applied.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치의 구성 블록도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성할 때의 임피던스 및 전압을 도시한 그림이다.1 is a block diagram of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a diagram showing the impedance and voltage when configuring the substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

반응 챔버(100)는 소정의 반응 영역을 마련하고, 이를 기밀하게 유지시켜 기판상에 단일 박막, 또는 동종의 복수 박막, 또는 이종의 복합막 등을 증착시킨다. 반응 챔버(100)는 대략 원형의 평면부 및 평면부로부터 상향 연장된 측벽부를 포함하여 소정의 공간을 가지는 반응부와, 대략 원형으로 반응부 상에 위치하여 반응 챔버(100)를 기밀하게 유지하는 덮개를 포함할 수 있다. 물론, 반응부 및 덮개는 원형 이외에 다양한 형상으로 제작될 수 있는데, 예를들어 기판(10) 형상에 대응하는 형상으로 제작될 수 있다.The reaction chamber 100 provides a predetermined reaction region and keeps it airtight to deposit a single thin film, a plurality of thin films of the same kind, or a composite film of different kinds on a substrate. The reaction chamber 100 includes a reaction part having a predetermined space, including a substantially circular flat part and a side wall part extending upwardly from the planar part, and positioned on the reaction part in a substantially circular shape to keep the reaction chamber 100 airtight. It may include a cover. Of course, the reaction unit and the cover may be manufactured in various shapes other than a circle, for example, may be manufactured in a shape corresponding to the shape of the substrate 10.

가스 분사기(120)는 반응 챔버(100) 내의 상부에 기판 지지대(110)와 대향하는 위치에 설치되며, 원료 가스를 반응 챔버(100)의 하측으로 분사한다. 가스 분사기(120)는 상부가 원료 가스원과 연결되고, 하부는 기판(10)에 원료 가스를 분사하기 위한 복수의 분사홀이 형성된다. 가스 분사기(120)는 대략 원형으로 제작되지만, 기판(10) 형상으로 제작될 수도 있다. 또한, 가스 분사기(120)는 기판 지지대(110)와 동일 크기로 제작될 수 있다. 또한 가스 분사기는 샤워헤드 형태, 노즐 형태 등과 같이 다양한 형태를 가질 수 있다.The gas injector 120 is installed at a position facing the substrate support 110 in the upper portion of the reaction chamber 100, and injects the raw material gas into the lower side of the reaction chamber 100. The upper part of the gas injector 120 is connected to the source gas source, and the lower part of the gas injector 120 is formed with a plurality of injection holes for injecting the source gas into the substrate 10. The gas injector 120 may be manufactured in a substantially circular shape, but may also be manufactured in the shape of the substrate 10. In addition, the gas injector 120 may be manufactured with the same size as the substrate support 110. In addition, the gas injector may have various shapes such as a showerhead shape, a nozzle shape, and the like.

한편, 가스 분사기(120)에서 분사된 원료 가스는 활성화되어 기판(10)에 증착되는데, 이러한 활성화를 위하여 RF 플라즈마 전원 공급부(200)에서 제공되는 RF 형태로 제공되는 전력(이하, 'RF 플라즈마 전압'이라 함)이 가스 분사기(120)에 인가된다. 가스 분사기에 인가되는 RF 플라즈마 전압에 의하여 가스 분사기와 기판 지지대 사이의 원료 가스가 활성화되어, 기판에 막이 증착된다.On the other hand, the source gas injected from the gas injector 120 is activated and deposited on the substrate 10, the power provided in the form of RF provided from the RF plasma power supply 200 for this activation (hereinafter, 'RF plasma voltage ') Is applied to the gas injector 120. The source gas between the gas injector and the substrate support is activated by the RF plasma voltage applied to the gas injector to deposit a film on the substrate.

RF 플라즈마 전원 공급부(200)는 플라즈마를 이용하여 원료 가스를 플라즈마 상태로 여기시키기 위해 설치한다. RF 플라즈마 전원 공급부(200)는 한 개의 RF 전원으로 된 단일 모드로 구현되거나 또는 두 개의 RF 전원으로 인가되는 듀얼 모드로 구현될 수 있다. RF 플라즈마 전원 공급부(200)는 반응 챔버(100)의 기판 상부의 가스 분사기와 기판 지지대 사이의 기판의 증착 공간인 반응 공간에 플라즈마 발생 전압을 공급하여, 플라즈마 상태로 여기시키는 축전결합플라즈마(CCP;Capacitively Coupled Plasma) 방식으로 구동될 수 있다. 본 발명의 실시예 설명에서는 축전결합플라즈마(CCP) 방식을 예로 들었으나, 이에 한정되지 않고 유도결합플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma) 방식으로도 구현 가능하다.The RF plasma power supply unit 200 is installed to excite the source gas into the plasma state by using the plasma. The RF plasma power supply 200 may be implemented in a single mode of one RF power source or in a dual mode applied to two RF power sources. RF plasma power supply 200 is a capacitive coupling plasma (CCP) for supplying a plasma generating voltage to the reaction space which is the deposition space of the substrate between the gas injector and the substrate support on the substrate of the reaction chamber 100, the plasma state; Capacitively Coupled Plasma). In the exemplary embodiment of the present invention, the capacitively coupled plasma (CCP) method is exemplified, but the present invention is not limited thereto and may be implemented by an inductively coupled plasma (ICP) method.

정합기(400)는 반사 손실을 제거하기 위한 임피더스 정합을 시키는 회로로서, 전원에 해당하는 RF 플라즈마 전원 공급부와 부하에 해당하는 가스 분사기 사이에 위치한다. 참고로, 임피던스 정합은, 전원과 부하의 회로를 접속할 경우, 반사 손실이 없도록 양자의 임피던스를 같도록 임피던스 설계하는 것을 말한다.
The matcher 400 is a circuit for impedance matching to remove the return loss, and is located between the RF plasma power supply corresponding to the power supply and the gas injector corresponding to the load. For reference, impedance matching refers to the impedance design so that the impedance of both is the same so that there is no reflection loss when connecting the power supply and the load circuit.

기판 지지대(110)는 반응 챔버(100)의 하부에 마련되며, 가스 분사기(120)와 대향하는 위치에 설치된다. 기판 지지대(110)는 반응 챔버(100) 내로 유입된 기판(10)이 안착될 수 있도록 예를 들어 정전척 등이 마련될 수 있다. 또한, 기판 지지대(110)는 대략 원형으로 마련될 수 있으나, 기판(10) 형상과 대응되는 형상으로 마련될 수 있으며, 기판(10)보다 크게 제작될 수 있다. 기판 지지대(110) 하부에는 기판 지지대(110)를 승하강 이동시키는 기판 승강기(미도시)가 마련된다. 기판 승강기는 기판 지지대(110) 상에 기판(10)이 안착되면 기판 지지대(110)를 가스 분사기(120)와 근접하도록 이동시킨다.The substrate support 110 is provided below the reaction chamber 100 and is installed at a position facing the gas injector 120. The substrate support 110 may be provided with, for example, an electrostatic chuck so that the substrate 10 introduced into the reaction chamber 100 may be seated. In addition, the substrate support 110 may be provided in a substantially circular shape, but may be provided in a shape corresponding to the shape of the substrate 10 and may be made larger than the substrate 10. A substrate elevator (not shown) for moving the substrate support 110 up and down is provided below the substrate support 110. The substrate lifter moves the substrate support 110 to approach the gas injector 120 when the substrate 10 is seated on the substrate support 110.

기판 지지대(110)를 가열시키기 위하여 발열체(111)가 기판지지대에 매립되거나 기판지지대 하부에 접하여 위치할 수 있다. 이러한 발열체는 히터(heater) 등으로 구현되어 소정 온도로 발열하여 기판 지지대(110)을 가열함으로써, 기상의 소스 및 액상의 소스에 의한 소정의 막, 예를 들어 식각 정지막 및 층간 절연막이 기판(10) 상에 용이하게 증착되도록 한다. 발열체는 기판 지지대에 매립되거나 접하거나 인접해 있기 때문에, 이하에서는 발열체에 걸리는 전압과 기판 지지대에 걸리는 전압 차이는 미세하여 없는 것으로 가정한다. 따라서 이하에서는 발열체에 측정되는 전압이 기판 지지대의 측정 전압과 동일하다고 가정한다.In order to heat the substrate support 110, the heating element 111 may be embedded in the substrate support or positioned in contact with the substrate support lower portion. The heating element is implemented by a heater or the like to heat the substrate support 110 by heating to a predetermined temperature, so that a predetermined film, for example, an etch stop film and an interlayer insulating film by a gaseous source and a liquid source, may be used as a substrate ( 10) to be easily deposited on. Since the heating element is buried, in contact with, or adjacent to the substrate support, hereinafter, it is assumed that there is no difference between the voltage applied to the heating element and the voltage applied to the substrate support. Therefore, hereinafter, it is assumed that the voltage measured by the heating element is the same as the measured voltage of the substrate support.

RF 히터 전원 공급부(300)는 RF 형태의 전압을 발생시켜 발열체에 인가함으로써, 발열체를 발열시킨다. 이를 위하여 RF 히터 전원 공급부(300)의 일측 노드는 접지(GND)에 연결되고 타측 노드는 발열체에 연결된다.
The RF heater power supply unit 300 generates an RF voltage and applies the generated voltage to the heating element, thereby generating the heating element. To this end, one node of the RF heater power supply 300 is connected to ground (GND) and the other node is connected to the heating element.

필터단(500)은 저역통과필터(LPF;Low Pass Filter)로 구현되어 RF 플라즈마 전력이 인가될 시에, 기판지지대를 통해 외부로 방사되는 고주파의 RF를 차단하는 역할을 한다. 가스 분사기(120)와 기판 지지대(110) 사이의 RF 플라즈마가 인가되면, 기판 지지대(110)를 통하여 고주파인 RF가 방사될 수 있는데, 이러한 의도치 않은 RF 고주파는 유량계(MFC;Mass Flow Controller) 등과 같은 챔버 주변 장치의 제어 동작에 영향을 미치게 된다. 따라서 기판 지지대(120)와 RF 히터 전원 공급부(300) 사이에 연결된 필터단(500)을 구비하여, 기판 지지대(120)을 통해 방사되는 고주파인 RF를 차단하는 것이다. The filter stage 500 is implemented as a low pass filter (LPF) to block the high frequency RF radiated to the outside through the substrate support when RF plasma power is applied. When RF plasma is applied between the gas injector 120 and the substrate support 110, high frequency RF may be radiated through the substrate support 110. Such an unintended RF high frequency may cause a mass flow controller (MFC). This affects the control operation of the chamber peripheral device. Therefore, the filter stage 500 is connected between the substrate support 120 and the RF heater power supply 300 to block high frequency RF radiated through the substrate support 120.

이를 위하여 필터단은 저항(R)-커패시터(C) 필터회로, 인덕터(L)-커패시터(C) 필터회로, 저항(R)-인덕터(L)-커패시터(C) 필터회로 중 적어도 어느 하나로 구현되어, 저주파수 대역을 통과시키고 고주파수 대역을 차단한다. 상기 저항(R), 인덕터(L), 커패시터(C)는 가변 소자로 구현되어 원하는 저항값, 인덕터의 값, 커패시터의 값을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 가변 저항의 경우에는, 메탈체를 저항체 위로 슬라이딩 시켜서 저항값이 바뀌거나 단자를 내어서 접촉자가 차례로 접촉해서 저항값이 바뀌도록 구현할 수 있다. 마찬가지로 공지된 가변 커패시터, 가변 인덕터를 사용하여 커패시터의 값(커패시턴스) 또는 인덕터의 값(인덕턴스)을 변경시킬 수 있다.To this end, the filter stage may include at least one of a resistor (R) -capacitor (C) filter circuit, an inductor (L) -capacitor (C) filter circuit, and a resistor (R) -inductor (L) -capacitor (C) filter circuit. To pass the low frequency band and cut off the high frequency band. The resistor R, the inductor L, and the capacitor C may be implemented as a variable element to change a desired resistance value, an inductor value, and a capacitor value. For example, in the case of the variable resistor, the resistance value may be changed by sliding the metal body over the resistor, or the contact may be contacted in turn to change the resistance value by raising a terminal. Similarly, a known variable capacitor, variable inductor can be used to change the value of the capacitor (capacitance) or the value of the inductor (inductance).

상기 필터단(500)의 임피던스(Z2)는 저항의 임피던스(ZR), 커패시터의 임피던스(ZC), 인덕터의 임피던스(ZL)의 직렬병렬 조합으로 이루어진다.The impedance Z 2 of the filter stage 500 is a series-parallel combination of an impedance Z R of a resistor, an impedance Z C of a capacitor, and an impedance Z L of an inductor.

저항의 임피던스(ZR) = RResistance Impedance (Z R ) = R

인덕터의 임피던스(ZL) = jωLInductor impedance (Z L ) = jωL

커패시터의 임피던스(ZC) = 1/jωC Capacitor Impedance (Z C ) = 1 / jωC

필터단의 임피던스(Z2) = ZR + ZC + ZL = R + jωL + 1/jωCImpedance of the filter stage (Z 2 ) = Z R + Z C + Z L = R + jωL + 1 / jωC

가변 임피던스 제어부(600)는 필터단의 임피던스(Z2)의 값을 변화시키는데, 필터단을 이루는 저항, 커패시터의 값, 인덕터의 값을 변화시켜 필터단의 임피던스를 변경시킬 수 있다. 따라서 가변 임피던스 제어부는 미리 설계된 임피던스 값에 따라서 가변적으로 저항, 커패시터, 인덕터의 값을 변화시켜, ZR, ZC, ZL을 변화시킨다.The variable impedance controller 600 changes the value of the impedance Z 2 of the filter stage, and may change the impedance of the filter stage by changing the resistance of the filter stage, the value of the capacitor, and the value of the inductor. Accordingly, the variable impedance controller changes Z R , Z C , and Z L by varying the values of resistors, capacitors, and inductors in accordance with predesigned impedance values.

상기 가변 임피던스 제어부(600)는, 기판에 증착되는 막 증착율을 높이고자 하는 경우에는 필터단에 걸리는 임피던스(Z2)의 값을 감소시킨다. 필터단에 걸리는 임피던스(Z2) 값의 감소는 옴의 법칙(V=ZI)에 의하여 필터단에 걸리는 전압(V2)을 감소시키게 되고, 이로 인하여 전압분배법칙에 의하여 반응 공간에 걸리는 전압인 반응 공간 전압(VA-VB)이 증가하게 된다. 반응 공간 전압(VA-VB)의 증가는 반응 공간 내의 플라즈마 밀도(plasma density) 증가를 가져와서 기판에 증착되는 막의 증착율이 증가라는 결과를 가져오게 된다.The variable impedance controller 600 decreases the value of the impedance Z 2 applied to the filter stage in order to increase the film deposition rate deposited on the substrate. Reduction of the impedance (Z 2 ) across the filter stage reduces the voltage across the filter stage (V 2 ) by Ohm's law (V = ZI), which is the voltage across the reaction space by the voltage division law. The reaction space voltage (V A -V B ) is increased. An increase in the reaction space voltage (V A -V B ) results in an increase in the plasma density in the reaction space, resulting in an increase in the deposition rate of the film deposited on the substrate.

반대로 가변 임피던스 제어부(600)는, 기판에 증착되는 막 증착율을 낮추고자 하는 경우에는 상기 임피던스의 값(Z2)을 증대시킨다. 필터단(500)에 걸리는 임피던스(Z2)의 값의 증가는 필터단에 걸리는 전압(V2)을 증가시키게 되고, 이로 인하여 전압분배법칙에 의하여 반응 공간 전압(VA-VB)이 감소된다. 반응 공간 전압(VA-VB)의 감소는 반응 공간 내의 플라즈마 밀도(plasma density) 감소를 가져와서 막의 증착율 감소라는 결과를 가져오게 된다.
On the contrary, the variable impedance controller 600 increases the impedance value Z 2 when it is desired to lower the film deposition rate deposited on the substrate. Increasing the value of the impedance (Z 2 ) applied to the filter stage 500 increases the voltage (V 2 ) applied to the filter stage, thereby reducing the reaction space voltage (V A -V B ) by the voltage division law. do. Reduction of the reaction space voltage (V A -V B ) results in a decrease in the plasma density in the reaction space, resulting in a decrease in the deposition rate of the film.

이하에서는 필터단의 임피던스 변화에 의한 반응 공간에 걸리는 전압의 변화 예시를 상세하게 설명한다.Hereinafter, an example of the change in voltage applied to the reaction space due to the change in the impedance of the filter stage will be described in detail.

가스 분사기(120), 반응 공간, 기판 지지대(110)에 걸리는 임피던스의 합을 Z1, 필터단(500)에 걸리는 임피던스를 Z2라 할 때, 도 2에 도시한 바와 같이 전체 회로에 걸리는 전압은, RF 플라즈마 전원 공급부(200)에서 인가되는 전압, 정합기(400)에 걸리는 전압, Z1 임피던스에 걸리는 전압(V1)과, Z2 임피던스에 걸리는 전압(V2), RF 히터 전원 공급부의 전압, 접지 전압(GND)을 하나의 직렬 회로 구성으로 볼 수 있게 된다. 참고로, 가변 임피던스 제어부의 임피던스 전압은 무시하기로 하며, 반응 공간 전압(VA-VB)는 Z1 임피던스에 걸리는 전압(V1)에 해당된다.When the sum of the impedances applied to the gas injector 120, the reaction space, and the substrate support 110 is Z 1 , and the impedances applied to the filter stage 500 are Z 2 , the voltage applied to the entire circuit as shown in FIG. 2. Is a voltage applied from the RF plasma power supply unit 200, a voltage applied to the matcher 400, a voltage V 1 applied to the Z 1 impedance, a voltage V 2 applied to the Z 2 impedance, and an RF heater power supply unit. The voltage and ground voltage GND can be viewed as a series circuit configuration. For reference, the impedance voltage of the variable impedance controller is to be ignored, and the reaction space voltage V A -V B corresponds to the voltage V 1 applied to the Z 1 impedance.

본 발명의 실시예는 필터단의 임피던스(Z2)를 조절하여 필터단에 걸리는 V2 전압을 조절함으로써, 반응 공간 전압(VA-VB=V1)을 조절할 수 있다. 이러한 반응 공간 전압(VA-VB=V1)의 변화는 반응 공간 내의 플라즈마 밀도(plasma density)를 변화시켜 기판의 막 증착율을 제어할 수 있다. 플라즈마 전압과 발열체 전압으로 인한 V1+V2의 값은 일정하기 때문에, 필터단의 임피던스를 조절하여 V2 전압을 변화시키면, 전압 분배 법칙으로 인하여 Z1에 걸리는 반응 공간 전압(VA-VB=V1)이 달라진다. 전류는 일정하기 때문에 V1이 증대하면 V2는 적어지고, 반대로 V2가 증대하면 V1이 적어지는 전압 분배 법칙의 특성을 이용한 것이다.In an embodiment of the present invention, the reaction space voltage (V A -V B = V 1 ) may be adjusted by adjusting the voltage V 2 applied to the filter stage by adjusting the impedance Z 2 of the filter stage. Such a change in the reaction space voltage (V A -V B = V 1 ) can change the plasma density in the reaction space to control the film deposition rate of the substrate. Since the value of V 1 + V 2 due to the plasma voltage and the heating element voltage is constant, if the V 2 voltage is changed by adjusting the impedance of the filter stage, the reaction space voltage (V A -V) applied to Z 1 due to the voltage division law B = V 1 ) is different. Current is reduced is because the schedule is increased when V 1 V 2, V 2 By contrast, an increase in V 1 utilizes the properties of a voltage divider which is small.

반응 공간 전압(VA-VB=V1)의 변화는 반응 공간내의 플라즈마 밀도를 달리하게 되어 막의 증착율(Deposition Rate)을 변화하게 한다. 예를 들어, 플라즈마 발생 전압을 증가시키게 되면 반응 공간 내의 플라즈마 밀도(plasma density)가 증가하게 되고, 또는 직류 셀프 바이어스(DC self Bias)의 감소로 인하여 막의 증착율(Deposition Rate)이 증가하게 된다. 따라서 막의 증착율 증가로 인하여 결과적으로 막의 두께(thickness)가 두꺼워지게 된다.The change in the reaction space voltage (V A -V B = V 1 ) causes the plasma density in the reaction space to vary, resulting in a change in the deposition rate of the film. For example, increasing the plasma generation voltage increases the plasma density in the reaction space, or increases the deposition rate of the film due to the reduction of the DC self bias. Therefore, the film thickness increases due to the increase in the deposition rate of the film.

결국, 필터단에 걸리는 임피던스(Z2)를 달리함으로써, 옴의 법칙(V=ZI)에 의해 필터단에 걸리는 V2 전압 역시 변화하게 되고, V2 전압 변화에 따라 전압 분배 법칙에 의하여 반응 공간 전압(VA-VB=V1) 역시 변화하게 되어, 결과적으로 기판에 증착되는 막의 증착율이 달라지는 것이다.
As a result, by varying the impedance Z 2 across the filter stage, the V 2 voltage across the filter stage is also changed by Ohm's law (V = ZI), and the response space is changed by the voltage division law according to the V 2 voltage change. The voltage (V A -V B = V 1 ) also changes, resulting in a change in the deposition rate of the film deposited on the substrate.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 필터단의 임피던스 변경에 따른 V2 전압의 변화를 도시한 실험 결과 그래프를 도시한 그림이다.3 is a graph showing an experimental result graph showing the change in the voltage V 2 according to the change in the impedance of the filter stage according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 필터단이 두 개의 인덕터(L1,L2)가 직렬 또는 병렬로 구성된 경우 발열체에 인접한 인덕터인 L1 그리고 L2로 구현되었다고 했을 때, 가로축은 L1 및 L2의 인덕턴스 값을 나타낸 것이다. 그리고 정합기와 가스 분사기 사이의 노드에 걸리는 전압을 VA, 필터단과 기판 지지대 사이의 노드에 걸리는 전압을 VB라 할 때, 세로축은 VB/VA의 실효치(Veff) 값을 나타낸 것이다. 그래프를 보면, 인덕턴스의 값이 변화할 때, VB/VA 값이 변화하는데, VA 값은 RF 플라즈마 발생 전압기에 의해 거의 일정한 RF 전압이 발생하므로, 결국, VB의 값이 변화됨을 알 수 있다. 챔버 내의 반응 공간에 걸리는 전압은 VA(일정)-VB(변화)가 되기 때문에, 결국, 인덕턴스의 변화는 챔버 내의 반응 공간에 걸리는 전압의 변화를 가져와서 반응 공간 내의 플라즈마 밀도에 영향을 주어서 막의 증착율 변화를 가져오게 된다. 참고로, 전원 공급부의 출력은 일정하여 전류가 일정하므로, Z2의 임피던스는 그래프 상의 Y축 비율에 해당된다. 결국, L1 및 L2의 변화에 따라 Z2의 임피던스가 변하게 되고 그 변화는 VB 전압의 변화로 확인할 수 있다.
Referring to FIG. 3, when the filter stage is implemented with L 1 and L 2, which are inductors adjacent to the heating element, when two inductors L 1 and L 2 are configured in series or in parallel, the horizontal axis is represented by L 1 and L 2 . Inductance value is shown. When and matching tile la the voltage across the voltage across the nodes to a node between V A, a filter stage and the substrate support between the gas injector V B, and the vertical axis shows the effective value (V eff) value of the V B / V A. The graph shows that when the value of inductance changes, the value of V B / V A changes, and the value of V A is almost constant RF voltage generated by the RF plasma generating voltage, so that the value of V B changes. Can be. Since the voltage across the reaction space in the chamber is V A (constant) -V B (change), in the end, the change in inductance results in a change in the voltage across the reaction space in the chamber, affecting the plasma density in the reaction space This results in a change in the deposition rate of the film. For reference, since the output of the power supply is constant so that the current is constant, the impedance of Z 2 corresponds to the Y-axis ratio on the graph. As a result, the impedance of Z 2 changes according to the change of L 1 and L 2 , and the change can be confirmed by the change of V B voltage.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 필터단의 임피던스 변경에 따른 증착막 두께의 변화를 도시한 실험 결과 그래프를 도시한 그림이다.4 is a graph showing an experimental result graph showing a change in the thickness of the deposited film according to the impedance change of the filter stage according to the embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 필터단이 두 개의 인덕터(L1,L2)가 직렬 또는 병렬로 구성된 경우 발열체에 인접한 인덕터인 L1 그리고 L2로 구현되었다고 했을 때, 가로축은 L1 및 L2의 인덕턴스 값을 나타낸 것이다. 그리고 세로축은 인덕턴스 변화에 따른 막의 증착 두께를 나타낸 것이다. 챔버 내의 반응 공간에 걸리는 전압은 VA-VB로 나타낼 수 있는데, 그래프를 참조하면, 이는 플라즈마에 영향을 주어 동일한 시간 동안 같은 레시피(recipe)로 공정을 진행한 결과 Z2에서 측정한 전압과 반비례하는 증착율이 발생한다. 참고로, 전력(P)는 전압(V)*전류(I)로 나타내므로, 직렬로 연결된 Z1과 Z2에 흐르는 전류는 일정하기 때문에 각 임피던스에 걸리는 전압(V1,V2)의 변화는 곧 인가되는 전력의 변화를 가져와서 플라즈마 활성화 상태를 다르게 한다.
Referring to FIG. 4, when the filter stage is implemented as L 1 and L 2, which are inductors adjacent to the heating element, when two inductors L 1 and L 2 are configured in series or in parallel, the horizontal axis is represented by L 1 and L 2 . Inductance value is shown. And the vertical axis shows the deposition thickness of the film according to the change in inductance. There voltage applied to the reaction space of the chamber is represented by V A -V B, referring to the graph, which is a result of progress in a process recipe (recipe), such as for the same time have an effect on the plasma voltage was measured in the Z 2 and An inverse deposition rate occurs. For reference, since the power P is expressed as voltage (V) * current (I), since the current flowing in series Z 1 and Z 2 is constant, the change in voltage (V 1 , V 2 ) applied to each impedance is constant. Will immediately change the applied state of the plasma resulting in a change in the applied power.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 막의 증착율을 조정하는 과정을 도시한 플로차트이다.5 is a flowchart illustrating a process of adjusting the deposition rate of a film according to an embodiment of the present invention.

우선, 기판을 마련하는 과정을 가진다(S51). 상기 기판을 반응 챔버 내의 기판지지대에 로딩하는 과정을 가진다(S52) 그 후, 반응 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키는 과정을 가진다(S53). 기판 지지대를 가열시키는 전압을 필터링하는 필터단의 임피던스 값을 변화시켜 기판상에 형성되는 막의 두께를 조절하는 과정을 가진다(S54). First, a process of preparing a substrate is performed (S51). The substrate is loaded onto the substrate support in the reaction chamber (S52). Thereafter, a plasma is generated inside the reaction chamber (S53). The thickness of the film formed on the substrate is controlled by changing the impedance value of the filter stage filtering the voltage for heating the substrate support (S54).

필터단의 임피던스(Z2)를 조절하여 필터단에 걸리는 전압을 조절함으로써, 가스분사기와 기판지지대 사이의 반응 공간 전압을 조절할 수 있다. 이러한 반응 공간 전압의 조절에 의한 변화는 반응 공간 내의 플라즈마 밀도를 변화시켜 기판의 막 증착율을 제어할 수 있다. By controlling the voltage across the filter stage by adjusting the impedance Z 2 of the filter stage, the reaction space voltage between the gas injector and the substrate support can be adjusted. Such a change by adjusting the reaction space voltage may change the plasma density in the reaction space to control the film deposition rate of the substrate.

반응 공간 내의 전류가 일정할 시, 전압의 변화는 반응 공간내의 플라즈마 밀도를 달리하게 되어 막의 증착율(Deposition Rate)을 변화하게 한다. 예를 들어, 플라즈마 발생 전압을 증가시키게 되면 반응 공간 내의 플라즈마 밀도(plasma density)가 증가하게 되고, 또는 직류 셀프 바이어스(DC self Bias)의 감소로 인하여 막의 증착율(Deposition Rate)이 증가하게 된다. 따라서 막의 증착율 증가로 인하여 결과적으로 막의 두께(thickness)가 두꺼워지게 된다.When the current in the reaction space is constant, the change in voltage causes different plasma densities in the reaction space to change the deposition rate of the film. For example, increasing the plasma generation voltage increases the plasma density in the reaction space, or increases the deposition rate of the film due to the reduction of the DC self bias. Therefore, the film thickness increases due to the increase in the deposition rate of the film.

기판에 증착되는 막의 증착율을 높이는 경우에는 상기 필터단의 임피던스 값을 감소시키며, 기판에 증착되는 막의 증착율을 낮추는 경우에는 상기 필터단의 임피던스 값을 증대시키는 제어가 이루어진다.When the deposition rate of the film deposited on the substrate is increased, the impedance value of the filter stage is decreased, and when the deposition rate of the film deposited on the substrate is decreased, the control is performed to increase the impedance value of the filter stage.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.Although the present invention has been described with reference to the accompanying drawings and the preferred embodiments described above, the present invention is not limited thereto but is limited by the following claims. Accordingly, those skilled in the art will appreciate that various modifications and changes may be made thereto without departing from the spirit of the following claims.

10: 기판 100: 반응챔버
110: 기판 지지대 120: 가스 분사기
200: RF 플라즈마 전원 공급부 300: RF 히터 전원 공급부
400: 정합기 500: 필터단
600: 가변 임피던스 제어부
10: substrate 100: reaction chamber
110: substrate support 120: gas injector
200: RF plasma power supply 300: RF heater power supply
400: matcher 500: filter stage
600: variable impedance control unit

Claims (6)

반응 챔버;
상기 반응 챔버 내의 반응 공간에 원료 가스를 분사하는 가스 분사기;
상기 가스 분사기에 플라즈마 전력을 인가하는 플라즈마 전원 공급부;
상기 가스 분사기에 대향 배치된 기판지지대;
상기 기판지지대를 가열시키는 발열 전압을 인가하는 히터 전원 공급부;
상기 히터 전원 공급부와 기판지지대 사이의 노드에 위치하고, 상기 기판지지대에서 방사되는 RF 고주파를 차단하는 필터단;
상기 필터단에 연결되며 상기 필터단의 임피던스를 조절하여 상기 반응공간 내의 플라즈마 밀도를 제어하는 가변 임피던스 제어부;
를 포함하는 기판처리장치.
A reaction chamber;
A gas injector for injecting a raw material gas into the reaction space in the reaction chamber;
A plasma power supply unit applying plasma power to the gas injector;
A substrate support disposed opposite the gas ejector;
A heater power supply for applying a heating voltage for heating the substrate support;
A filter stage positioned at a node between the heater power supply unit and a substrate support and blocking RF high frequency radiated from the substrate support;
A variable impedance controller connected to the filter stage and controlling the plasma density in the reaction space by adjusting the impedance of the filter stage;
Substrate processing apparatus comprising a.
청구항 1에 있어서, 상기 필터단은, 저항(R)-커패시터(C) 필터회로, 인덕터(L)-커패시터(C) 필터회로, 저항(R)-인덕터(L)-커패시터(C) 필터회로 중 적어도 어느 하나로 구현된 저역통과필터인 기판처리장치.The filter stage of claim 1, wherein the filter stage includes a resistor (R) -capacitor (C) filter circuit, an inductor (L) -capacitor (C) filter circuit, and a resistor (R) -inductor (L) -capacitor (C) filter circuit. Substrate processing apparatus is a low-pass filter implemented in at least one of. 청구항 2에 있어서, 상기 가변 임피던스 제어부는 상기 가변 인덕터 또는 가변 커패시터의 값을 변화시키는 기판처리장치.The substrate processing apparatus of claim 2, wherein the variable impedance controller changes a value of the variable inductor or the variable capacitor. 기판을 마련하는 과정;
상기 기판을 반응 챔버 내의 기판지지대에 로딩하는 과정;
상기 반응 챔버 내의 반응 공간에 가스를 공급하고 플라즈마를 발생시키는 과정;
상기 기판지지대에서 방사되는 RF 고주파를 차단하는 필터단의 임피던스를 조절하여 반응 공간 내부의 플라즈마 밀도를 변화시켜 상기 기판 상에 증착되는 박막의 두께를 조절하는 과정;
을 포함하는 기판처리방법.
Preparing a substrate;
Loading the substrate onto a substrate support in the reaction chamber;
Supplying gas to a reaction space in the reaction chamber and generating a plasma;
Controlling the thickness of the thin film deposited on the substrate by changing the plasma density in the reaction space by adjusting the impedance of the filter stage blocking the RF high frequency radiated from the substrate support;
≪ / RTI >
청구항 4에 있어서, 상기 기판에 증착되는 박막의 증착율을 높이는 경우에는 상기 필터단의 임피던스 값을 감소시키는 기판처리방법.The substrate treating method of claim 4, wherein when increasing the deposition rate of the thin film deposited on the substrate, the impedance value of the filter stage is reduced. 청구항 4에 있어서, 상기 기판에 증착되는 박막의 증착율을 낮추는 경우에는 상기 필터단의 임피던스 값을 증가시키는 기판처리방법.The substrate processing method of claim 4, wherein when the deposition rate of the thin film deposited on the substrate is lowered, an impedance value of the filter stage is increased.
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