KR100243446B1 - Showerhead apparatus having plasma generating portions - Google Patents

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

플라즈마 발생부를 가지는 샤워헤드장치Shower head device having a plasma generator

2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제2. Technical problem to be solved by the invention

소정 간격을 가지는 2 단계의 샤워헤드를 구성하되, 상기 샤워헤드 내부에서 플라즈마가 발생된 원료가스와 혼입되지 않은 상태로 분사하므로써 웨이퍼나 기판에 균일한 박막을 형성할 수 있는 플라즈마 발생부를 가지는 샤워헤드장치를 제공함에 그 목적이 있다.Shower head having a two-step shower head having a predetermined interval, but having a plasma generating unit capable of forming a uniform thin film on the wafer or substrate by spraying in the shower head without mixing with the source gas generated plasma The object is to provide a device.

3. 발명의 해결방법의 요지3. Summary of Solution to Invention

챔버내에 구비된 플라즈마 발생수단; 상기 플라즈마 발생수단 하부에 장착되어 제1 버퍼부를 형성하며, 다수의 플라즈마 분사홀이 형성된 제1 샤워헤드; 상기 제1 샤워헤드 하부에 장착되어 제2 버퍼부를 형성하며 원료가스 분사홀이 형성된 제2 샤워헤드; 및 상기 제1 샤워헤드의 홀과 제2 샤워헤드의 홀을 연결하며, 플라즈마와 원료가스가 혼합되지 않도록 유도하는 수단을 특징으로 한다.Plasma generating means provided in the chamber; A first shower head mounted under the plasma generating means to form a first buffer, and having a plurality of plasma injection holes formed therein; A second shower head mounted under the first shower head to form a second buffer part and having a source gas injection hole formed therein; And means for connecting the holes of the first shower head and the holes of the second shower head to induce mixing of plasma and source gas.

4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention

플라즈마 발생부를 가지는 2단계 구성의 샤워헤드를 이용하여 원료가스를 활성화시켜 고품질의 박막을 증착시키는 것임.It is to deposit high quality thin film by activating the source gas using the shower head of the two-stage configuration having a plasma generator.

Description

플라즈마 발생부를 가지는 샤워헤드장치Shower head device having a plasma generator

본 발명은 반도체 제조공정을 수행하기 위한 화학기상증착장비에서 플라즈마 발생부를 가지는 샤워헤드장치에 관한 것으로, 특히 샤워헤드를 2단계구조로 형성하되, 여기서 플라즈마가 발생되도록 하여 대구경 웨이퍼나 기판에 박막을 증착함에 있어 박막의 균일성을 향상시키며 증착효율을 높이기 위한 플라즈마(plasma) 발생부를 가지는 샤워헤드(showerhead) 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a showerhead device having a plasma generating unit in a chemical vapor deposition apparatus for performing a semiconductor manufacturing process, in particular to form a showerhead in a two-stage structure, where the plasma is generated to produce a thin film on a large diameter wafer or substrate The present invention relates to a showerhead device having a plasma generating unit for improving the uniformity of the thin film and increasing the deposition efficiency in the deposition.

일반적으로, 반도체 제조공정에서 웨이퍼 또는 기판에 박막을 증착하기 위한 기상화학증착(Chemical Vapor Deposition) 장치에서는 고품질의 박막을 낮은 온도에서 증착하기 위하여 플라즈마를 이용하여 원료가스를 활성화시켜 웨이퍼나 기판에 박막을 증착시키도록 하고 있다. 여기서, 종래의 플라즈마 발생장치를 도1을 통하여 간략히 살펴보면 다음과 같다.In general, in a chemical vapor deposition apparatus for depositing a thin film on a wafer or a substrate in a semiconductor manufacturing process, in order to deposit a high quality thin film at a low temperature, a plasma is used to activate a raw material gas to form a thin film on a wafer or a substrate. To be deposited. Here, a brief description of the conventional plasma generating apparatus through FIG.

도1은 일반적인 플라즈마 발생장치의 전체 구성을 나타낸 개략도로서, 하부에 배기구(6)가 형성된 챔버(7)의 상측에는 플라즈마 발생가스 주입관(2)이 구비되며, 상기 플라즈마 발생가스 주입관(2)의 하단부에는 쉴더(shielder)(4)에 의해 감싸여지며, 플라즈마 발생가스를 분사하기 위한 샤워헤드(10)와, 상기 샤워헤드(10)하측에 장착되어 플라즈마를 사용할 경우 원료가스 주입관(1)에서 공급되는 원료가스를 분사하는 샤워링(shower-ring)(3)과, 상기 샤워링(3)에서 분사되는 가스에 의해 박막이 증착되는 기판(8)과, 상기 기판(8)을 지지하며 그에 소정 열원을 제공하는 히터(9)로 구성되어 있다.FIG. 1 is a schematic view showing the overall configuration of a general plasma generating apparatus, wherein a plasma generating gas injection tube 2 is provided above the chamber 7 in which an exhaust port 6 is formed, and the plasma generating gas injection tube 2 is shown in FIG. The lower end of the cover is surrounded by a shield (4), the shower head 10 for injecting the plasma generating gas, and is mounted on the lower side of the shower head 10 when using the plasma source gas injection pipe ( A shower-ring 3 for injecting the raw material gas supplied from 1), a substrate 8 on which a thin film is deposited by the gas injected from the shower ring 3, and the substrate 8 It consists of a heater 9 which supports and provides a predetermined heat source thereto.

여기서, 상기 샤워헤드에서 분사되는 가스는 플라즈마 발생가스 주입관에 장착되며, 외부의 RF전원(도시하지 않음)을 인가받아 플라즈마를 발생하도록 전극판이 구비된 절연부(5)가 구비되어 있다.Here, the gas injected from the shower head is mounted in the plasma generating gas injection tube, and is provided with an insulating part 5 provided with an electrode plate to generate a plasma by receiving an external RF power source (not shown).

상기 샤워링(3)은 플라즈마 발생장치와 분리되게 설치된 구조로 되어 있다.The shower ring 3 is configured to be separated from the plasma generator.

상기와 같은 종래의 구조에서는 상기 샤워헤드(10)를 통과하는 플라즈마 발생가스에 샤워링(3)이 직접 노출되기 때문에, 플라즈마에 의한 온도상승으로 인하여 원료가스의 정밀한 온도조절이 불가능하다. 이로인해 성장 박막의 막질을 저하시키는 원인이 되고 있다. 또한, 대구경 웨이퍼를 사용할 경우에 웨이퍼 전면에 균일한 원료가스의 분사가 어려워 균일한 박막의 형성이 불가능하고, 샤워링과 웨이퍼 또는 기판과의 거리가 멀어서 원료가스의 증착효율이 떨어지는 문제점을 내포하고 있다.In the conventional structure as described above, since the shower ring 3 is directly exposed to the plasma generating gas passing through the shower head 10, precise temperature control of the source gas is impossible due to the temperature rise by the plasma. This causes a decrease in the film quality of the growing thin film. In addition, when a large-diameter wafer is used, it is difficult to uniformly spray the raw material gas on the entire surface of the wafer, thereby making it impossible to form a uniform thin film. have.

따라서, 상기의 제반문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 소정 간격을 가지는 2 단계의 샤워헤드를 구성하되, 상기 샤워헤드 내부에서 플라즈마를 발생시키고, 플라즈마 내로 분사되는 원료가스의 분포를 일정하게 유지시켜 주므로써 웨이퍼나 기판에 균일한 박막을 형성할 수 있는 플라즈마 발생부를 가지는 샤워헤드장치를 제공함에 그 목적이 있다.Therefore, to solve the above problems, the shower head is composed of two stages having a predetermined interval, and generates a plasma inside the shower head, and maintains a constant distribution of the source gas injected into the plasma. It is therefore an object of the present invention to provide a showerhead device having a plasma generating unit capable of forming a uniform thin film on a wafer or a substrate.

도1은 일반적인 플라즈마 화학기상증착 장치의 개략적인 구성도.1 is a schematic configuration diagram of a general plasma chemical vapor deposition apparatus.

도2는 본 발명에 의한 플라즈마 발생부를 가지는 샤워헤드장치의 일실시예 구성을 나타낸 정단면도.Figure 2 is a front sectional view showing the configuration of one embodiment of a shower head device having a plasma generating unit according to the present invention.

도3A는 본 발명에 의한 플라즈마 발생부를 가지는 샤워헤드장치의 평면도.3A is a plan view of a showerhead device having a plasma generating unit according to the present invention;

도3B는 본 발명의 요부인 샤워헤드의 평면도.3B is a plan view of a showerhead which is a main portion of the present invention.

도4는 본 발명에 의한 플라즈마 발생부를 가지는 샤워헤드장치의 다른 실시예 구성을 나타낸 정단면도.Figure 4 is a front sectional view showing the configuration of another embodiment of a showerhead device having a plasma generating unit according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

21 : 챔버 22 : 절연부재21: chamber 22: insulating member

22a, 51 : 전극판22a, 51: electrode plate

23 : RF발생부 24 : 플라즈마 발생가스 도입관23: RF generator 24: plasma generation gas introduction pipe

24a : 제1 유량 조절계 25 : 절연피복24a: first flow controller 25: insulation coating

26 : 제1 샤워헤드 26a : 관통홀26: first shower head 26a: through hole

27 : 제1 버퍼부 28 : 제1 온도조절가스 도입관27: first buffer portion 28: the first temperature control gas introduction tube

28a : 제2 유량조절계 29 : 간격조절수단28a: second flow controller 29: gap adjusting means

30 : 제1 압력게이지 31 : 제2 샤워헤드30: first pressure gauge 31: second shower head

31a : 플라즈마 유로홀 31b : 원료가스 유로홀31a: plasma flow path hole 31b: raw material gas flow hole

32 : 제2 버퍼부 33 : 유도관32: second buffer portion 33: induction pipe

34 : 절연지지대 35 : 원료가스 도입관34: insulation support 35: source gas introduction pipe

36 : 제2 압력게이지 37 : 제2 온도조절가스 도입관36: second pressure gauge 37: second temperature control gas introduction tube

37a : 제4 유량조절계 38 : 열전대37a: fourth flow controller 38: thermocouple

40 : 챔버 압력조절계 41 : 배기포트40: chamber pressure controller 41: exhaust port

42 : 기판 43 : 히터42: substrate 43: heater

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 챔버의 내부 상측에 구비된 플라즈마 발생수단; 상기 플라즈마 발생수단과 소정거리만큼 떨어진 위치에 장착되어 제1 버퍼부를 형성하며, 상기 플라즈마를 분사하도록 다수의 관통홀이 형성된 제1 샤워헤드; 상기 제1 샤워헤드와 소정거리만큼 떨어진 위치에 장착되어 제2 버퍼부를 형성하며외부로부터 공급되는 원료가스를 분사하도록 다수의 관통홀이 형성된 제2 샤워헤드; 및 상기 제1 샤워헤드의 관통홀과 그에 대응되는 제2 샤워헤드의 관통홀간을 연결하며, 상기 제1 샤워헤드의 버퍼부내에 발생된 플라즈마를 원료가스와 혼합되지 않도록 유도하여 유출시키는 수단을 포함하는 플라즈마 발생부를 가지는 샤워헤드장치를 제공한다.The present invention to achieve the above object, the plasma generating means provided on the inside of the chamber; A first shower head mounted at a position separated from the plasma generating means by a predetermined distance to form a first buffer part, and having a plurality of through holes formed therein to inject the plasma; A second shower head mounted at a position separated from the first shower head by a predetermined distance to form a second buffer part, and having a plurality of through holes formed therein so as to inject source gas supplied from the outside; And means for connecting the through-holes of the first shower head and the through-holes of the second shower head corresponding thereto, and inducing the outflow of the plasma generated in the buffer of the first shower head so as not to be mixed with the source gas. Provided is a showerhead device having a plasma generating unit.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention;

본 발명에 의한 플라즈마 발생부를 가지는 샤워헤드는 플라즈마를 이용하여 원료가스를 활성화시키므로써 박막의 균일성을 제고시킬 수 있도록 구현한 것으로, 본 실시예에서는 도1에 도시한 바와 같이, 공정을 진행하기 위한 용기인 챔버(21)의 내부 상측에 소정 크기를 가지는 원형의 절연부재(22)가 장착되며, 상기 절연부재(22)의 저면에는 전극판(22a)이 구비되어 있다. 상기 절연부재(22)의 전극판(22a)에는 그에 바이어스 전압을 인가하여 플라즈마를 발생하기 위한 RF발생부(23)가 연결되어 있으며, 또한 상기 절연부재(22)에는 소정 가스를 공급하기 위한 플라즈마 발생가스 도입관(24)이 관통되게 연결되어 있다. 따라서, 상기 플라즈마 발생가스 도입관(24)으로부터 공급되는 가스를 RF전원부(23)에서 전극판(22a)에 전원을 걸어 플라즈마를 발생시킨다.Shower head having a plasma generating unit according to the present invention is implemented to improve the uniformity of the thin film by activating the source gas using the plasma, in this embodiment, as shown in Figure 1, A circular insulating member 22 having a predetermined size is mounted on an inner upper side of the chamber 21, which is a container, and an electrode plate 22a is provided on a bottom surface of the insulating member 22. An RF generator 23 for generating a plasma by applying a bias voltage thereto is connected to the electrode plate 22a of the insulating member 22, and a plasma for supplying a predetermined gas to the insulating member 22. The generated gas introduction pipe 24 is connected to penetrate through. Therefore, the gas supplied from the plasma generating gas introduction pipe 24 is supplied to the electrode plate 22a by the RF power supply unit 23 to generate plasma.

이때, 상기 플라즈마 발생가스 도입관(24)상에는 제1 유량조절계(24a)가 장착되어 플라즈마 발생가스의 공급을 조절하며, 또한 본 실시예에서는 상기 전극판(22a)을 관통하는 부위에 해당하는 플라즈마 발생가스 도입관(24)의 외주면을 절연피복(25)하므로써 상기 전극판(22a)과 다른 부분들을 전기적으로 절연할 수 있도록 한 구조로 되어 있다.At this time, a first flow rate control system 24a is mounted on the plasma generating gas introduction tube 24 to control the supply of plasma generating gas, and in the present embodiment, a plasma corresponding to a portion that passes through the electrode plate 22a. The outer circumferential surface of the generated gas introduction pipe 24 is electrically insulated from the electrode plate 22a by insulating coating 25.

상기 절연부재(22)의 하부에는 발생된 플라즈마를 분사하기 위해 다수의 관통홀(26a)이 형성된 원판형의 제1 샤워헤드(26)가 장착되는데, 상기 제1 샤워헤드(26)는 그와 절연부재(22)와의 사이에 제1 버퍼부(27)를 형성하므로써 발생하는 플라즈마가 각 관통홀(26a)로 균일하게 유입되도록 하고 있다. 또한, 상기 제1 샤워헤드(26)에는 그의 각 관통홀(26a) 사이를 통과하는 유로를 가지며, 외부로부터 소정의 온도조절 매개체를 도입하는 제1 온도조절가스 도입관(28) 및 상기 온도조절가스 도입관(28)으로 유입되는 가스를 조절하는 제2 유량조절계(28a)가 장착되어 높은 에너지를 가지고 있는 플라즈마에 의해 상기 제1 샤워헤드(26)의 온도가 상승되는 것을 방지하도록 한다.The lower portion of the insulating member 22 is mounted with a disk-shaped first shower head 26 having a plurality of through holes 26a for spraying the generated plasma, and the first shower head 26 is connected thereto. Plasma generated by forming the first buffer portion 27 between the insulating member 22 is allowed to flow uniformly into each of the through holes 26a. In addition, the first shower head 26 has a flow path passing between the respective through holes 26a, the first temperature regulating gas introduction pipe 28 for introducing a predetermined temperature control medium from the outside and the temperature control. A second flow controller 28a for controlling the gas flowing into the gas introduction pipe 28 is mounted to prevent the temperature of the first shower head 26 from being raised by the plasma having high energy.

상기 절연부재(22)의 저부 원주면과 제1 샤워헤드(26)의 상부 원주면에 장착되어 상기 제1 버퍼부(27)의 간격을 조절하는 간격조절수단(29)이 장착된다. 본 실시예에서의 상기 간격조절수단(29)은 신축 및 이완기능을 가지고 제1 버퍼부(27)내의 플라즈마 밀도를 자유롭게 변화시킬 수 있는 벨로우즈로 구성되어 있다.Spacing means 29 is mounted on the bottom circumferential surface of the insulating member 22 and the upper circumferential surface of the first shower head 26 to adjust the distance between the first buffer part 27. The gap adjusting means 29 in this embodiment is composed of a bellows that can freely change the plasma density in the first buffer portion 27 with the expansion and relaxation functions.

상기 벨로우즈로 이루어진 간격조절수단(29)에는 그의 외주면에 직각으로 관통되어 상기 제1 버퍼부(27)의 압력을 수 토르(Torr) 이내 즉, 1 ∼ 10 토르(Torr)이내가 유지되도록 조절하기 위해 제1 버퍼부(27)의 진공도를 측정하는 제1 압력게이지(30)가 장착된다. 본 실시예에서의 제1 압력게이지(30)는 챔버내에서 화학적 물리적 반응 공정에서 진공도가 급격히 변화하고 게이지 내로 유입되는 반응물등에 따라 변화하는 진공압의 근사값을 측정할 수 있는 바라트론 게이지가 사용된다.The bellows gap adjusting means 29 is penetrated at right angles to an outer circumferential surface thereof to adjust the pressure of the first buffer part 27 to be within several torr, that is, within 1 to 10 torr. In order to measure the degree of vacuum of the first buffer unit 27, a first pressure gauge 30 is mounted. The first pressure gauge 30 in this embodiment is a baratron gauge that can measure the approximate value of the vacuum pressure changes in accordance with the reactants flowing into the gauge rapidly change in the vacuum degree in the chemical physical reaction process in the chamber .

상기 제1 샤워헤드(26)의 하부에는 그와 소정간격을 두고 구비되어 상기 원료가스를 분사하도록 다수의 관통홀이 형성된 제2 샤워헤드(31)가 장착된다. 상기 제2 샤워헤드(31)는 제1 샤워헤드(26)와의 사이에 원료가스의 유속 분포를 고르게 하기 위한 제2 버퍼부(32)를 형성하며, 또한 상기 제2 샤워헤드(32)의 관통홀은 도3B에 도시한 바와 같이 상기 제1 샤워헤드(26)의 관통홀(26a)과 대향되게 형성된 플라즈마 유로홀(31a)과, 상기 플라즈마 유로홀(31a)의 사이에 형성된 원료가스 유로홀(31b)로 형성되어 있다.A lower portion of the first shower head 26 is provided with a second shower head 31 provided with a predetermined interval therein and having a plurality of through holes so as to spray the raw material gas. The second shower head 31 forms a second buffer portion 32 to evenly distribute the flow rate of the source gas between the first shower head 26 and the penetration of the second shower head 32. As shown in FIG. 3B, the plasma flow path hole 31a formed to face the through hole 26a of the first shower head 26 and the source gas flow path hole formed between the plasma flow path hole 31a. It is formed of 31b.

상기 제1 샤웨헤드(26)의 관통홀(26a)과 제2 샤워헤드(32)의 플라즈마 유로홀(31a)은 유도관(33)을 매개로 연통되어 상기 제2 버퍼부(32)에 분포되어 있는 원료가스가 플라즈마와 혼합되는 것을 방지한다. 또한 상기 유도관(33)은 1차 샤워헤드(26)내에서 발생되어 유도되는 플라즈마내의 중성 라디칼(radical)들이 유입되도록 하여 원료가스와의 반응을 방지할 수 있도록 한다.The through hole 26a of the first shower head 26 and the plasma flow path hole 31a of the second shower head 32 communicate with each other through the induction pipe 33 and are distributed in the second buffer part 32. This prevents the source gas from being mixed with the plasma. In addition, the induction pipe 33 allows the neutral radicals in the plasma generated and induced in the primary shower head 26 to be introduced to prevent the reaction with the source gas.

상기 제1 샤워헤드(26)의 저부 원주면과 제2 샤워헤드(31)의 상부 원주면은 상기 제2 버퍼부(32)의 간격을 고정되게 유지하는 절연지지대(34)가 장착되며, 상기 절연지지대(34)의 외주면에는 그를 직각으로 관통하여 제2 버퍼부(32)내에 원료가스를 도입하기 위한 원료가스 도입관(35) 및 상기 원료가스 도입관(35)으로부터 유입되는 가스를 조절하며 상기 제2 버퍼부(32)의 압력을 소정 토르(Torr) 이내로 유지되도록 조절하기 위한 제3 유량조절계(35a)와, 상기 제2 버퍼부(32)내의 진공도를 측정하기 위한 제2 압력게이지(36)가 장착된다. 여기서도 또한 제2 압력게이지(36)는 바라트론 게이지가 사용된다.The bottom circumferential surface of the first shower head 26 and the upper circumferential surface of the second shower head 31 are equipped with an insulating support 34 for keeping the distance between the second buffer portion 32 fixed. Through the outer peripheral surface of the insulating support 34 at right angles to the raw material gas introduction pipe 35 for introducing the source gas into the second buffer portion 32 and the gas flowing from the source gas introduction pipe 35 and A third flow controller 35a for adjusting the pressure of the second buffer unit 32 to be maintained within a predetermined torr, and a second pressure gauge for measuring the degree of vacuum in the second buffer unit 32 ( 36) is mounted. Here too, the second pressure gauge 36 is a baratron gauge.

상기 제2 샤워헤드(31)에는 그의 각 관통홀 사이를 통과하는 유로를 가지며, 외부로부터 소정의 온조조절 매개체를 도입하는 제2 온도조절가스 도입관(37)이 장착되어 원료가스의 응축을 방지하기 위하여 상기 제2 샤워헤드(31)의 온도를 일정하게 유지해 준다.The second shower head 31 has a flow passage passing between each through hole thereof, and is equipped with a second temperature control gas introduction pipe 37 for introducing a predetermined temperature control medium from the outside to prevent condensation of source gas. In order to maintain a constant temperature of the second shower head (31).

또한, 상기 원료가스 유로홀(31b)의 하측에는 열전대(38)가 장착되어 제2 샤워헤드(31)의 온도를 측정하며, 상기 제1 및 제2 온도조절가스 도입관(37) 상에는 제4 유량조절계(37a)가 장착되어 열전대(38)에서 측정된 온도에 따라 온도매개체 유량을 조절하여 제2 샤워헤드(31)의 온도를 조정해 줄 수 있도록 한다.In addition, a thermocouple 38 is mounted below the source gas flow path 31b to measure the temperature of the second shower head 31, and on the first and second temperature regulating gas introduction pipes 37, a fourth portion is provided. The flow controller 37a is mounted to adjust the temperature of the second shower head 31 by adjusting the temperature medium flow rate according to the temperature measured by the thermocouple 38.

미설명부호 40은 챔버(21)내의 진공도를 측정하는 압력게이지, 41은 상기 챔버(21)내의 가스를 외부로 배출하는 배기포트, 42는 상기 제2 샤워헤드(31)에서 분사되는 플라즈마 가스에 의해 활성화된 원료가스가 증착되어 박막을 형성하는 웨이퍼 또는 기판, 43은 상기 기판(42)을 지지하며 상기 기판(42)에 소정의 열원을 제공하는 히터를 각각 나타낸다.Reference numeral 40 is a pressure gauge for measuring the degree of vacuum in the chamber 21, 41 is an exhaust port for discharging the gas in the chamber 21 to the outside, 42 is a plasma gas injected from the second shower head 31 A wafer or substrate on which the activated source gas is deposited to form a thin film, and 43 denotes a heater that supports the substrate 42 and provides a predetermined heat source to the substrate 42.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용상태를 설명하면, 상기 플라즈마 발생가스 도입관(24)으로부터 제1 버퍼부(27)에 가스가 입력되면, 절연부재(22)에 구비된 전극판(22a)에 RF전원부(23)에서 전원을 인가하여 플라즈마를 발생시킨다. 상기 발생된 플라즈마 가스는 제1버퍼부(27)에서 유압분포가 일정하게 형성되면서 제1 샤워헤드(26)의 관통홀(26a)에 구비된 유도관(33)을 통과하여 제2 샤워헤드(31)의 플라즈마 유로홀(31a)로 유출된다. 여기서, 상기 제1 버퍼부(27)내의 압력은 제1 압력게이지(30)에 의해 수 토르(Torr) 이내로 조절되며, 또한 상기 제1 온도조절가스 도입관(28a)으로부터 제1 샤워헤드(26)의 각 관통홀(26a) 사이에 형성된 유로로 온도조절 매개체가 공급되므로써 상기 제1 샤워헤드(26)의 온도가 높은 에너지를 가지는 플라즈마에 의해 상승되는 것을 방지한다.Referring to the operating state of the present invention configured as described above, when the gas is input to the first buffer unit 27 from the plasma generating gas introduction tube 24, to the electrode plate 22a provided in the insulating member 22 The RF power supply unit 23 applies power to generate plasma. The generated plasma gas passes through the induction pipe 33 provided in the through-hole 26a of the first shower head 26 while the hydraulic distribution is uniformly formed in the first buffer part 27, and thus the second shower head ( 31 flows out into the plasma flow path hole 31a. Here, the pressure in the first buffer portion 27 is adjusted to within a few torr by the first pressure gauge 30, and also the first shower head 26 from the first temperature regulating gas introduction pipe 28a. By supplying the temperature control medium into the flow path formed between each through hole 26a of), the temperature of the first shower head 26 is prevented from being raised by the plasma having high energy.

상기 제1 샤워헤드(26)와 제2 샤워헤드(31) 사이에 형성된 제2 버퍼부(32)는 원료가스 도입관(35)으로부터 공급되는 원료가스의 유압을 고르게 분포시킨다. 그리고, 상기 제2 샤워헤드(31)의 원료가스 유로홀(31a)을 통하여 기판(41)상에 분사되는데, 전술한 바와 마찬가지로 상기 제2 버퍼부(32)는 제2 압력게이지(36)에 의해 소정 토르(TOrr)의 압력으로 조절되며, 또한 상기 제2 온도조절가스 도입관(37)으로부터 제2 샤워헤드(31)의 각 관통홀 사이에 형성된 유로로 온도조절 매개체가 공급되므로써 제2 샤워헤드(31)의 온도를 일정하게 유지하여 원료가스 유로홀(31b)을 통과하는 원료가스의 응축을 방지한다.The second buffer part 32 formed between the first shower head 26 and the second shower head 31 evenly distributes the hydraulic pressure of the raw material gas supplied from the raw material gas introduction pipe 35. Then, it is injected onto the substrate 41 through the source gas flow path hole 31a of the second shower head 31, and as described above, the second buffer part 32 is applied to the second pressure gauge 36. By adjusting the pressure of a predetermined torr, and supplying a temperature adjusting medium to a flow path formed between each through hole of the second shower head 31 from the second temperature regulating gas introduction pipe 37. The temperature of the head 31 is kept constant to prevent condensation of the source gas passing through the source gas flow path hole 31b.

이때, 상기 원료가스 유로홀(31b) 내에 장착된 열전대(38)에 의해 제2 샤워헤드(31)의 온도가 측정되며, 이 측정온도에 따라 상기 제2 온도조절가스 도입관(37)상에 장착된 제4 유량조절계(37a)가 온도매개체 유량을 조절하므로써 상기 제2 샤워헤드(31)의 온도를 조절하는 것이며, 또한 상기 제2 샤워헤드(31)와 동일한 온도로 제2 버퍼부(32)의 온도가 유지되는 것이다.At this time, the temperature of the second shower head 31 is measured by the thermocouple 38 mounted in the source gas flow path hole 31b, and on the second temperature control gas introduction pipe 37 according to the measurement temperature. The mounted fourth flow controller 37a regulates the temperature of the second shower head 31 by adjusting the temperature medium flow rate, and the second buffer unit 32 at the same temperature as the second shower head 31. ) Temperature is maintained.

이와 같이 하여 상기 제1 버퍼부(27)에서 발생되어 유도관(33)을 통과하는 플라즈마내의 중성 라디칼들이 제2 샤워헤드(31)의 원료가스 유로홀(31b)을 통과하는 원료가스와 반응되는 것을 방지하므로써 상기 원료가스는 활성화되어 기판(42)에 균일한 박막으로 증착되는 것이다.In this way, the neutral radicals in the plasma generated in the first buffer part 27 and passing through the induction pipe 33 react with the source gas passing through the source gas flow path 31b of the second shower head 31. By preventing the source gas from being activated, the source gas is activated and deposited in a uniform thin film on the substrate 42.

본 발명의 다른 실시예를 도4를 참조하여 설명한다.Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

도면에 도시한 바와 같이, 제1 샤워헤드(26)의 관통홀(26a)과 제2 샤워헤드(31)의 플라즈마 유로홀(31a)을 연통시키는 유도관(33)의 외주면에 전극판(51)을 형성하고, 상기 전극판(51)에 RF발생부(23)에서 발생되는 바이어스 전압을 인가하여 상기 유도관(33) 내를 통과하는 플라즈마 발생가스에 플라즈마를 발생시키는 구조로 되어 있다.As shown in the figure, the electrode plate 51 is formed on the outer circumferential surface of the induction pipe 33 for communicating the through hole 26a of the first shower head 26 and the plasma flow path hole 31a of the second shower head 31. ) And apply a bias voltage generated by the RF generator 23 to the electrode plate 51 to generate plasma in the plasma generating gas passing through the induction pipe 33.

이때, 상기 유도관(33)을 통하여 할로우 캐소드 효과(Hollow Cathode effect)가 발생되어 중성의 라디칼들이 제2 샤워헤드(31)의 플라즈마 유로홀(31a)로 통과된다. 여기서, 상기 할로우 캐소드 효과는 즉, 하나의 전력을 두 개의 전극판에 연결하여 공급하되, 동일한 전압과 위상을 부여하여 플라즈마를 발생시켜 얻는 것이다. 이는 플라즈마가 발생되었을 때 나타나는 전극간내에서 이온들이 음극으로 가속되며, 이 이온들이 충돌하면서 2차전자가 생성되어 다른쪽의 양극으로 가속되어 반사가 일어나며, 이에따라 플라즈마 전체분포내에서 이온화의 확률은 높아지게 되고, 전체 플라즈마의 밀도는 일반적인 다른 형태의 발생구조보다 높아지게 되므로 높은 밀도의 플라즈마를 형성하여 2차 원료가스의 분해를 높이도록 하는 것이다.At this time, a hollow cathode effect is generated through the induction pipe 33 and neutral radicals pass through the plasma flow path hole 31a of the second shower head 31. In this case, the hollow cathode effect is obtained by connecting one electric power to two electrode plates and supplying the same voltage and phase to generate plasma. This causes the ions to be accelerated to the cathode within the electrode that appears when the plasma is generated, and as these ions collide, secondary electrons are generated and accelerated to the other anode, resulting in a reflection, thus increasing the probability of ionization in the entire plasma distribution. In addition, since the density of the entire plasma is higher than that of other general generating structures, a plasma of high density is formed to increase decomposition of the secondary source gas.

상기 플라즈마 유로홀(31a)을 통과하는 중성 라디칼과 제2 샤워헤드(31)의 원료가스 유로홀(31b)을 통과하는 원료가스가 서로 분리되므로써 반응이 일어나지 않게 되며, 이에따라 상기 기판(42)에는 균일한 원료가스가 분사되어 고품질의 박막을 형성할 수 있는 것이다.The neutral radicals passing through the plasma flow path hole 31a and the raw material gas passing through the source gas flow path hole 31b of the second shower head 31 are separated from each other so that no reaction occurs. Uniform source gas is injected to form a high quality thin film.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those who have knowledge.

전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 플라즈마 발생부와 원료가스 분사부가 일체화된 2단계 구조의 샤워헤드를 구성함으로써 종래의 플라즈마 발생을 이용한 증착방법에서 문제점으로 작용하고 있던 이온(ion) 및 전자(election) 충돌(bombardment), 주입(implantation) 등을 방지 할 수 있으며, 원료가스로 금속유기소스(Metal Organic Source)를 사용하였을 때 존재하던 박막내에 탄소(C), 수분(H2O)등과 같은 불순물과 다량의 파티클(particle)혼입을 억제할 수 있다.As described above, according to the present invention, by constructing a showerhead having a two-stage structure in which the plasma generating unit and the source gas injection unit are integrated, ions and electrons, which have been a problem in the conventional deposition method using plasma generation. ) It can prevent bombardment, implantation, etc., and impurities such as carbon (C), water (H 2 O), etc. in the thin film that existed when metal organic source was used as raw material gas. Excessive particle mixing can be suppressed.

이에 따라, 저온 공정에서 고품질의 박막을 형성할 수 있어 공정의 신뢰성을 향상시키며, 제품의 제조 수율을 향상시키는 효과를 가진다.Accordingly, a high quality thin film can be formed at a low temperature process, thereby improving the reliability of the process and improving the production yield of the product.

Claims (15)

챔버내에 소정간격을 두고 장착되어 제1 버퍼부를 형성하며, 플라즈마를 발생시켜 분사하는 플라즈마 분사수단;Plasma spraying means which is mounted at a predetermined interval in the chamber to form a first buffer portion, and generates and sprays plasma; 상기 플라즈마 분사수단의 하부에 소정간격을 두고 장착되어 제2 버퍼부를 형성하며, 플라즈마 가스와 원료가스를 각각 분리하여 분사하는 수단; 및A means for mounting a lower portion of the plasma spraying means at a predetermined interval to form a second buffer unit, and separately spraying the plasma gas and the source gas; And 상기 플라즈마 분사수단과 원료가스 분사수단이 연통되게 장착되며, 플라즈마 분사 수단을 통과한 플라즈마가 원료가스와 혼합되지 않도록 유도하는 수단Means for inducing the plasma injection means and the source gas injection means so as to be in communication with each other so that the plasma passing through the plasma injection means is not mixed with the source gas; 을 포함하는 플라즈마 발생부를 가지는 샤워헤드장치.Shower head device having a plasma generating unit comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 플라즈마 분사수단은The plasma spray means 챔버내에 장착되며, 하부에 전극판이 구비된 절연부재와,An insulating member mounted in the chamber and having an electrode plate at a lower portion thereof; 상기 절연부재의 전극판에 바이어스를 인가하는 RF전원부와,An RF power supply unit applying a bias to the electrode plate of the insulating member; 상기 절연부재와 소정거리를 두고 장착되어 제1 버퍼부를 형성하며, 전극판에서 발생되는 플라즈마가 제1 버퍼부에서 일정유속으로 분포된 상태로 유출되도록 관통홀이 형성된 제1 샤워헤드를 포함하는 플라즈마 발생부를 가지는 샤워헤드.A plasma having a first shower head which is mounted at a predetermined distance from the insulating member to form a first buffer part, and a through hole is formed so that the plasma generated from the electrode plate flows out at a predetermined flow rate from the first buffer part; Shower head having a generator. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 플라즈마 분사수단은The plasma spray means 챔버내에 장착된 절연부재와,An insulation member mounted in the chamber, 상기 절연부재와 소정거리를 두고 장착되어 제1 버퍼부를 형성하며, 외부로부터 제1 버퍼부에 도입된 플라즈마 발생가스가 일정유속으로 분포된 상태로 유도수단내로 유출되도록 관통홀이 형성된 제1 샤워헤드와,A first shower head mounted to the insulating member at a predetermined distance to form a first buffer part, and having a through hole formed therethrough so that the plasma generating gas introduced from the outside into the first buffer part flows into the guiding means in a constant flow rate; Wow, 상기 유도수단에 바이어스 전압을 인가하는 RF전원부 및An RF power supply unit applying a bias voltage to the induction means; 상기 유도수단의 외주면에 구비되어 상기 RF전원부에서 인가하는 바어어스에 의해 유도수단내부의 가스에 플라즈마를 발생시키는 전극판을 포함하는 플라즈마 발생부를 가지는 샤워헤드.Shower head having a plasma generating unit including an electrode plate provided on the outer peripheral surface of the inducing means for generating a plasma in the gas inside the induction means by a bias applied from the RF power supply. 챔버의 내부 상측에 구비된 플라즈마 발생수단;Plasma generating means provided above the inside of the chamber; 상기 플라즈마 발생수단과 소정거리만큼 떨어진 위치에 장착되어 제1 버퍼부를 형성하며, 상기 플라즈마를 분사하도록 다수의 관통홀이 형성된 제1 샤워헤드;A first shower head mounted at a position separated from the plasma generating means by a predetermined distance to form a first buffer part, and having a plurality of through holes formed therein to inject the plasma; 상기 제1 샤워헤드와 소정거리만큼 떨어진 위치에 장착되어 제2 버퍼부를 형성하며외부로부터 공급되는 원료가스를 분사하도록 다수의 관통홀이 형성된 제2 샤워헤드; 및A second shower head mounted at a position separated from the first shower head by a predetermined distance to form a second buffer part, and having a plurality of through holes formed therein so as to inject source gas supplied from the outside; And 상기 제1 샤워헤드의 관통홀과 그에 대응되는 제2 샤워헤드의 관통홀간을 연결하며, 상기 제1 샤워헤드의 버퍼부내에 발생된 플라즈마를 원료가스와 혼합되지 않도록 유도하는 수단Means for connecting the through-holes of the first shower head and the through-holes of the second shower head corresponding to the through-holes, and guides the plasma generated in the buffer portion of the first shower head from being mixed with the source gas. 을 포함하는 플라즈마 발생부를 가지는 샤워헤드장치.Shower head device having a plasma generating unit comprising a. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 플라즈마 발생수단은The plasma generating means 외부로부터 소정 가스를 제1 샤워헤드의 버퍼부에 공급하는 가스도입관;A gas introduction pipe for supplying a predetermined gas from the outside to the buffer part of the first shower head; 상기 가스도입관이 관통되도록 장착되며, 그 하부에 전극판이 형성된 절연부재; 및An insulating member mounted to penetrate the gas introduction pipe and having an electrode plate formed thereunder; And 상기 절연부재의 전극판에 전원을 인가하는 RF전원부를 포함하는 플라즈마 발생부를 가지는 샤워헤드.Shower head having a plasma generating unit including an RF power supply for applying power to the electrode plate of the insulating member. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 절연부재의 전극판을 관통하는 부위의 가스도입관 외주에 절연피복이 형성된 플라즈마 발생부를 가지는 샤워헤드.And a plasma generating unit having an insulating coating formed on an outer circumference of the gas introduction pipe at a portion of the insulating member passing through the electrode plate. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 플라즈마 발생수단은The plasma generating means 외부로부터 소정 가스를 제1 샤워헤드의 버퍼부에 공급하는 가스도입관;A gas introduction pipe for supplying a predetermined gas from the outside to the buffer part of the first shower head; 상기 유도수단의 외주면에 형성되어 그의 내부에 흐르는 플라즈마 발생가스에 플라즈마를 발생시키는 전극판 ; 및An electrode plate which is formed on an outer circumferential surface of the inducing means and generates plasma in a plasma generating gas flowing therein; And 상기 전극판에 전원을 인가하는 RF전원부를 포함하는 플라즈마 발생부를 가지는 샤워헤드.Shower head having a plasma generating unit including an RF power supply for applying power to the electrode plate. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제1 샤워헤드의 외주와 플라즈마 발생수단의 외주면을 연결하여 제1 버퍼부의 간격을 조절하는 수단을 더 포함하는 플라즈마 발생부를 가지는 샤워헤드.Shower head having a plasma generating unit further comprises a means for connecting the outer circumference of the first shower head and the outer circumferential surface of the plasma generating means for adjusting the interval of the first buffer portion. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 간격조절수단은 벨로우즈인 플라즈마 발생부를 가지는 샤워헤드.The spacing control means is a shower head having a plasma generating portion bellows. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제2 샤워헤드의 관통홀은 제1 샤워헤드의 관통홀과 대응되게 위치되는 제1 홀부와, 상기 제1 홀부의 사이에 형성되어 원로가스만을 분사시키는 제2 홀을 포함하는 플라즈마 발생부를 가지는 샤워헤드.The through hole of the second shower head has a plasma generation part including a first hole part corresponding to the through hole of the first shower head, and a second hole formed between the first hole part and injecting only the source gas. Shower head. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제1 샤워헤드 및 제2 샤워헤드의 각 관통홀 사이를 통과하도록 장착되어 플라즈마 발생가스의 온도를 조절하는 수단을 더 포함하는 플라즈마 발생부를 가지는 샤워헤드.And a means for adjusting the temperature of the plasma generating gas, the shower head being mounted so as to pass between each through hole of the first shower head and the second shower head. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제1 샤워헤드의 제1 버퍼부와 제2 샤워헤드의 제2 버퍼부의 압력을 조절하는 수단을 더 포함하는 플라즈마 발생부를 가지는 샤워헤드.And a means for adjusting the pressure of the first buffer portion of the first showerhead and the second buffer portion of the second showerhead. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제1 샤워헤드의 와주면과 제2 샤워헤드의 외주면을 연결하는 절연부재를 더 포함하는 플라즈마 발생부를 가지는 샤워헤드.And a plasma generating unit further comprising an insulating member connecting the circumferential surface of the first shower head and the outer circumferential surface of the second shower head. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 가스주입관의 소정위치에 구비되어 가스유량을 조절하는 유량조절계를 더 포함하는 플라즈마 발생부를 가지는 샤워헤드.Shower head having a plasma generating unit further comprises a flow rate controller is provided at a predetermined position of the gas injection pipe for adjusting the gas flow rate. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제2 샤워헤드에 장착되어 원료가스를 공급하는 원료가스 공급관과;A source gas supply pipe mounted to the second shower head to supply source gas; 상기 원료가스 공급관의 소정위치에 장착되어 원료가스를 제어하는 수단을Means for controlling the raw material gas is mounted at a predetermined position of the raw material gas supply pipe 더 포함하는 플라즈마 발생부를 가지는 샤워헤드.Shower head having a plasma generating unit further comprising.
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