KR102156795B1 - 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 증착 장치는 반응기, 상기 반응기에 연결되어 있는 플라즈마 챔버, 상기 플라즈마 챔버 내부에 장착되어 있는 플라즈마 전극, 상기 플라즈마 챔버에 결합되어, 상기 플라즈마 챔버에 기체를 공급하는 기체 공급판, 상기 기체 공급판의 내벽에는 복수의 기체 공급 구멍이 형성되어 있고, 상기 복수의 기체 공급 구멍은 일정한 간격으로 배치되어 있다.

Description

증착 장치{DEPOSITION APPARATUS}
본 발명은 증착 장치에 관한 것이다.
실리콘기판상에 얇은 박막을 증착하기 위한 방법으로 물리기상증착(PVD), 화학기상증착(CVD) 방식 등이 이용되어 왔다.
그러나 반도체 소자크기의 감소 등으로 인하여 기존의 증착 방법은 점차 그 한계를 드러내게 되었고 이를 대체할 차세대 증착 방법으로 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD)방법이 도입되었으며, 현재 원자층 증착 방법이 폭넓게 적용되고 있다.
원자층 증착법은 자기제어 방식(self-limiting process)으로 기판 상에 박막이 증착되며 열분해되지 않으면서 반응기체간 화학반응이 발생하는 온도영역에서 공정이 진행되게 된다. 따라서 기존의 화학기상증착법에 비하여 저온에서 박막 증착이 가능하다는 장점이 있다.
원자층 증착법은 기판을 지지하고 있는 히터(heater)로부터 기판에 열에너지가 공급되어 기판상에서 반응기체간의 반응을 활성화 시키는 열반응 원자층 증착법(thermal ALD)방식과 히터 열원 외에 반응공간에 플라즈마를 공급하여 반응기체간 반응을 유도하는 플라즈마 원자층 증착법(plasma enhanced ALD)이 있다. 기존 열반응 원자층 증착 공정에서 반응이 이루어지기 어려운 반응기체에 플라즈마를 공급하면 반응을 유도할 수 있기 때문에 열반응 원자층 증착 방법에서 구현하기 어려운 공정도 플라즈마 원자층 증착 공정을 통해 다양한 막질을 갖는 박막을 증착할 수 있고 최근에 이에 대한 연구와 적용이 활발해지고 있다.
플라즈마를 이용한 증착 장치 중, 원격으로 플라즈마가 공급되는 방법이 있는데, 원격으로 플라즈마가 공급되는 바, 박막이 증착되는 기판 위에 균일한 플라즈마가 공급되지 못하고 플라즈마 발생 효율이 낮은 문제점이 있다.
따라서, 원격으로 플라즈마를 공급하는 방법에 비하여, 플라즈마의 효율을 높일 수 있는 방법으로, 플라즈마를 전달하는 플라즈마 전극이 반응기 내부의 반응 공간을 정의하여, 반응 공간 내에서 직접 플라즈마가 발생되는 인시츄(in-situ) 플라즈마 증착 장치가 개발되었다.
그러나, 인시츄 플라즈마 증착 장치의 경우, 플라즈마에 의해 발생되는 가속 전자(accelerated electron) 또는 가속 이온(accelerated ion)에 의하여, 기판 위에 생성되는 박막의 표면이 손상되어, 소자의 특성이 저하되게 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 플라즈마를 이용하는 증착 장치에서, 박막이 증착되는 기판 위에 균일한 플라즈마가 공급되고 플라즈마 발생 효율이 높으면서도, 플라즈마에 의해 발생되는 가속 전자 또는 가속 이온에 의해 기판 위에 생성되는 박막의 표면이 손상되는 것을 방지할 수 있는 증착 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 증착 장치는 반응기, 상기 반응기에 연결되어 있는 플라즈마 챔버, 상기 플라즈마 챔버 내부에 장착되어 있는 플라즈마 전극, 상기 플라즈마 챔버에 결합되어, 상기 플라즈마 챔버에 기체를 공급하는 기체 공급판, 상기 기체 공급판의 내벽에는 복수의 기체 공급 구멍이 형성되어 있고, 상기 복수의 기체 공급 구멍은 일정한 간격으로 배치되어 있다.
상기 플라즈마 전극은 원통형태를 가지고, 상기 플라즈마 챔버의 내벽과 상기 플라즈마 전극 사이의 공간은 플라즈마 발생부일 수 있다.
상기 플라즈마 챔버의 내벽과 상기 플라즈마 전극 사이의 공간은 일정한 폭을 가질 수 있다.
상기 기체 공급판은 링 형태를 가지고, 상기 복수의 기체 공급 구멍은 상기 플라즈마 전극 주변을 둘러싸도록 위치할 수 있다.
상기 기체 공급판은 내부에 형성되어 있는 복수의 격벽을 가지고, 복수의 격벽은 복수의 기체 통로를 가질 수 있다.
상기 기체 공급판의 복수의 격벽은 각기 링 형태를 가지고, 일정한 간격으로 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 증착 장치는 박막이 증착되는 기판 위에 균일한 플라즈마를 공급하고 플라즈마 발생 효율을 높이면서도 플라즈마에 의해 발생되는 가속 전자 또는 가속 이온에 의해 기판 위에 생성되는 박막의 표면이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치의 일부를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치의 기체 공급판의 단면을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치의 기체 공급판을 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치의 기체 공급판을 도시한 평면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참고하여, 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치를 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치의 일부를 도시한 단면도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치는 박막이 증착되는 기판(110)이 장착되는 반응기(101)와 반응기(101)에 플라즈마 처리된 기체를 공급하는 플라즈마 처리부(200)를 포함한다.
플라즈마 처리부(200)는 기체 공급판(210)과 플라즈마 챔버(200a)를 포함한다. 플라즈마 챔버(200a)의 하부는 반응기(101)와 연결되어 있다.
플라즈마 챔버(200a)는 원통형의 플라즈마 전극(220), 플라즈마 발생부(230), 플라즈마 발생부(230)의 외부를 둘러싸고 있는 절연체(240), 그리고 절연체(240) 외부에 위치하는 외벽(250)을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 증착 장치는 플라즈마 전극(220)에 연결되어 있는 고주파 접속 단자(260), 그리고 원격 고주파 전원 발생 장치(270)를 포함한다.
각 구성 요소에 대하여 좀 더 구체적으로 설명한다.
기체 공급판(210)은 기체 공급구(201)로부터 기체를 전달 받아, 전달 받은 기체를 플라즈마 발생부(230)에 균일하게 공급하는 역할을 한다. 기체 공급판(210)은 뒤에서 설명할 복수의 기체 이동로와 기체 통로, 기체 유입 구멍들을 가지는 링 형태(ring structure)를 가진다.
기체 공급판(210)과 플라즈마 챔버(200a)는 서로 결합되어, 플라즈마가 발생되는 플라즈마 발생부(230)를 정의한다.
플라즈마 발생부(230)는 원통형의 플라즈마 전극(220)을 둘러싸는 공간으로, 플라즈마 전극(220)과 플라즈마 챔버(200a)의 내벽 사이의 공간으로 정의된다.
원통형의 플라즈마 전극(220)과 플라즈마 챔버(200a)의 내벽 사이의 공간은 일정한 간격을 가지며, 이 간격은 위치에 따라 변화하지 않는 것이 바람직하다.
반응기(101) 외부에 위치하는 플라즈마 전극(220)은 반응기(101) 외부에 위치하는 고주파 접속 단자(260)를 통해, 고주파 전원 발생 장치(270)로부터 고주파 전원을 인가 받는다.
플라즈마 전극(220)은 원통형이고, 알루미늄을 포함할 수 있다.
플라즈마 전극(220)은 고주파 전원 발생 장치(270)로부터 고주파 전원을 인가받아, 플라즈마 챔버(220a)의 플라즈마 발생부(230)에 용량 결합 플라즈마(CCP; capacitance coupled plasma)를 발생시킨다.
기체 유입부(201)로부터 유입된 기체는 링 형태의 기체 공급판(210)을 통해 플라즈마 발생부(230)에 유입되고, 플라즈마 발생부(230)에 유입된 기체는 플라즈마 전극(220)에 전달된 고주파 전원을 통해 플라즈마 처리되어 반응기(101)에 공급된다.
도 1과 함께 도 2를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치는 반응기(101) 외부에 위치하는 플라즈마 챔버(200a)를 포함하고, 플라즈마 챔버(200a)와 결합되어 플라즈마 발생부(230)를 정의하는 기체 공급판(210)을 통해, 플라즈마 전극(220) 주변의 플라즈마 발생부(230)에 균일하게 기체를 공급하게 된다.
기체 공급판(210)은 링 형태를 가지며, 내부 측벽(22a)에는 복수의 기체 유입 구멍이 형성되어 있다. 복수의 기체 유입 구멍은 일정한 간격으로 배치되어 있어, 복수의 기체 유입 구멍으로부터 동시에 기체가 유입되기 때문에, 플라즈마 발생부(230)의 위치에 따라 균일한 밀도의 기체를 공급할 수 있다.
이처럼, 플라즈마 발생부(230)에 기체를 균일하게 공급함으로써, 플라즈마 발생부(230)에 균일한 밀도의 플라즈마가 생성될 수 있고, 이에 따라, 균일한 밀도의 플라즈마 처리된 반응기체를 반응기(101)에 공급할 수 있다.
그러면, 도 3 내지 도 5를 참고하여, 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치의 기체 공급판(210)에 대하여 보다 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치의 기체 공급판의 단면을 도시한 도면이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치의 기체 공급판을 도시한 사시도이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치의 기체 공급판을 도시한 평면도이다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치의 기체 공급판(210)은 기체 유입부(201)와 연결되어, 기체 유입부(201)로부터 공급된 기체가 유입되는 기체 유입구(24)를 가진다. 기체 유입구(24)는 기체 공급판(210)의 외부 벽을 관통하도록 형성되어 있다.
기체 공급판(210)의 내부에는 기체 이동로(movement route)를 정의하는 복수의 격벽(25)이 형성되어 있다. 기체 공급판(210)의 복수의 격벽(25)은 각각 링 형태를 가지고, 일정한 간격으로 배치되어 있다. 복수의 격벽(25)은 주로 좁은 원형 형태의 기체 이동로를 제공한다. 기체 유입구(24)로부터 공급된 기체는 복수의 격벽(25)에 의해 정의된 좁은 기체 이동로를 지나면서 속도가 증가하게 된다.
복수의 격벽(25)의 일부분은 일정한 간격으로 제거되어, 공급된 기체를 기체 공급판(210)의 내부로 이동할 수 있도록 하는 기체 통로(gas path)(26)를 제공한다. 예를 들어, 기체 공급판(210)의 복수의 격벽(25) 중 최외각에 위치하는 격벽(25)은 두 개의 기체 통로(26)를 가지고, 그 내부의 격벽(25)은 네 개의 기체 통로(26)를 가진다. 또한, 최외각에 위치하는 격벽(25)과 그 내부의 격벽(25)의 기체 통로(26)는 서로 중첩하지 않는다. 그러나, 복수의 격벽(25)의 수, 격벽(25)이 가지는 기체 통로(26)의 개수 등은 변화 가능하며, 본 발명의 다른 실시예에 따른 증착 장치는 도 3 내지 도 5에 도시한 것과는 다른 수의 격벽과 기체 통로를 가질 수 있다.
복수의 격벽(25)에 의해 정의되어 있는 좁은 원형 형태의 기체 이동로를 지나면서 속도가 증가된 기체는 기체 통로(26)를 통해 기체 공급판(210)의 내부로 이동하게 되고, 기체 공급판(210) 내부로 이동한 후에도 내부의 격벽(25)에 의해 정의된 좁은 원형 형태의 기체 이동로를 지나면서 속도가 증가된다.
도 4에 도시한 바와 같이, 기체 공급판(210)의 내부 측벽에는 복수의 기체 유입 구멍(23a)이 형성되어 있다. 복수의 기체 유입 구멍(23a)은 일정한 간격으로 형성되어 있다.
기체 공급판(210)의 격벽(25)에 의해 정의되는 기체 이동로를 지나 속도가 증가된 기체들은 일정한 간격으로 형성되어 있는 복수의 기체 유입 구멍(23a)을 통해서 플라즈마 발생부(230)에 공급된다. 따라서, 기체 공급판(210)은 공급되는 기체의 공급 효율을 높인다.
또한, 복수의 기체 유입 구멍(23a)은 플라즈마 발생부(230) 주변에 일정한 간격으로 형성되어 있기 때문에, 플라즈마 전극(220) 주변의 플라즈마 발생부(230)에 균일한 밀도의 기체가 공급되어, 플라즈마 발생부(230)에는 균일한 밀도를 가지는 플라즈마가 발생하게 된다.
앞서 설명하였듯이, 플라즈마 발생부(230)는 원통형의 플라즈마 전극(220)을 둘러싸는 공간으로, 플라즈마 전극(220)과 플라즈마 챔버(200a)의 내벽 사이의 공간으로 정의된다. 원통형의 플라즈마 전극(220)과 플라즈마 챔버(200a)의 내벽 사이의 공간은 일정한 간격을 가지며, 이 간격은 위치에 따라 변화하지 않는다. 따라서, 플라즈마 발생부(230)는 균일한 폭을 가질 수 있고, 이에 따라 위치에 따라 변화하지 않는 균일한 밀도의 플라즈마를 발생할 수 있다.
플라즈마 발생부(230) 내의 아크현상(arcing)을 방지하기 위하여, 플라즈마 전극(220)과 플라즈마 챔버(200a)의 내벽 사이의 간격은 약 0.1mm 내지 약 30mm인 것이 바람직하다.
이처럼, 기체 공급판(210)으로 공급된 기체(A)는 기체 공급판(210)의 격벽(25)에 의해 정의되는 기체 이동로를 지나 속도가 증가되고, 속도가 증가된 기체들은 일정한 간격으로 형성되어 있는 복수의 기체 유입 구멍(23a)을 통해서 플라즈마 발생부(230)를 향해(B)에 동시에 균일하게 공급될 수 있다.
본 실시예에 따른 증착 장치는 원통형태의 플라즈마 전극(220)을 둘러싸고 있는 일정한 폭의 플라즈마 발생부(230)에 균일한 밀도의 기체를 공급할 수 있는 기체 공급판(210)을 포함함으로써, 원격 플라즈마 공급부를 이용하면서도, 반응기(101)에 균일한 밀도의 플라즈마를 공급할 수 있다.
위에서 설명한 실시예들에 따른 증착 장치의 반응기와 플라즈마 챔버의 크기는 본 발명을 설명하기 위한 예에 불과하며, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 여러 형태로 변화될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (17)

  1. 반응기,
    상기 반응기에 연결되어 있는 플라즈마 챔버,
    상기 플라즈마 챔버 내부에 장착되어 있는 플라즈마 전극,
    상기 플라즈마 챔버에 결합되어, 상기 플라즈마 챔버에 기체를 공급하는 기체 공급판을 포함하고,
    상기 기체 공급판은
    복수의 기체 공급 구멍이 소정의 간격을 두고 형성되어 있는 내벽,
    가스 공급관과 연결되어 있는 하나의 가스 유입구를 가지는 외벽,
    상기 내벽과 상기 외벽 사이에 배치되어 있는 복수의 격벽,
    상기 기체 공급판의 바닥을 형성하고, 상기 내벽, 외벽 및 복수의 격벽을 바닥에서 연결하는 바닥판,
    상기 기체 공급판의 천정을 형성하고, 상기 내벽, 외벽 및 복수의 격벽을 천정에서 연결하는 천정판
    을 포함하고,
    상기 바닥판과 천정판은 상기 내벽, 외벽 및 복수의 격벽과 함께 기체 흐름 경로를 형성하고,
    상기 복수의 격벽은 적어도 하나의 원 위에 배열되어 있고, 서로의 사이에 복수의 간극을 가지도록 서로 분리되어 있고,
    상기 기체 공급판은 고리 구조를 가지며, 상기 복수의 기체 공급 구멍이 상기 플라즈마 전극의 주변을 둘러싸도록 배치되어 있고,
    상기 기체 공급판의 상기 내벽은 상기 플라즈마 전극과 소정의 간격을 두고 분리되어 있는 증착 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 플라즈마 전극은 원통형태를 가지고,
    상기 플라즈마 챔버의 내벽과 상기 플라즈마 전극 사이의 공간은 플라즈마 발생부인 증착 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 플라즈마 챔버의 내벽과 상기 플라즈마 전극 사이의 공간은 일정한 폭을 가지는 증착 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에서,
    상기 복수의 격벽 사이의 간극은 기체 통로를 형성하는 증착 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항에서,
    상기 복수의 격벽은
    제1원 위에 복수의 제1 간극을 사이에 두고 배열되어 있는 제1 격벽 그룹과
    제2원 위에 복수의 제2 간극을 사이에 두고 배열되어 있는 제2 격벽 그룹을 포함하고,
    상기 제1원과 상기 제2원은 동심원이고, 상기 제2원 내에 상기 제1원이 위치하는 증착 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 제1 간극과 상기 제2 간극은 서로 중첩하지 않도록 배치되어 있는 증착 장치.
  14. 제12항에서,
    상기 복수의 격벽은
    제3원 위에 복수의 제3 간극을 사이에 두고 배열되어 있는 제3 격벽 그룹을 더 포함하고,
    상기 제3원 내에 상기 제2원이 위치하는 증착 장치.
  15. 제12항에서,
    상기 내벽과 상기 외벽은 상기 제1원의 동심원들 위에 놓여 있는 고리 모양을 가지는 증착 장치.
  16. 제12항에서,
    상기 복수의 격벽 각각은 원호 모양을 가지는 증착 장치.
  17. 제14항에서,
    상기 제1원, 제2원, 제3원은 동일한 평면 위에 배치되어 있는 증착 장치.
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