KR102549555B1 - 공정 챔버용 부품 및 보호막 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수개의 처리 대상물의 표면에 한꺼번에 보호막을 피복하도록 하되 보호막을 피복할 필요가 없는 부분은 처리 용기 외부에 위치하도록 하여 처리 용기의 한정 공간을 보다 효과적으로 이용하여 제조 수율을 향상시키고 보호막 재료의 낭비를 방지하는 보호막 처리 장치를 제공한다. 또한, 본 발명은, 플라즈마 처리 환경에서 내식성이 우수한 공정 챔버용 부품을 제공한다.

Description

공정 챔버용 부품 및 보호막 처리 장치{Part for Process Chamber and Protective Layer Processing Machine}
본 발명은 공정 챔버용 부품 및 보호막 처리 장치에 관한 것이다.
화학 기상 증착 공정 장치(Chemical Vapore Deposition(CVD) 장치), 물리 기상 증착 공정 장치(Physical Vapore Deposition(PVD) 장치), 건식 식각 공정 장치(Dry Etching 장치) 등(이하, '공정 챔버'라 한다)은 그 공정 챔버의 내부에 반응가스, 에칭가스, 또는 클리닝 가스(이하, '공정가스'라 한다)를 이용한다.
최근 증착 공정에 있어서 높은 생산성 및 고품질화가 요구되는 상황이다. 이에 따라 증착 공정에서는 공정 속도를 높이기 위해 플라즈마 RF 출력을 증가시켜 사용하고, 생산 시간을 단축하기 위해 고온의 조건에서 NF3 부식성가스를 사용하여 플라즈마 클리닝 공정을 수행하고 있다.
공정 챔버는 플라즈마 클리닝 공정 중 불소를 포함한 고온 플라즈마 가스 분위기에 노출되게 된다. 증착 공정 장비에는 챔버 내에서 웨이퍼를 고정시키기 위한 지지대가 포함되는데, 이러한 지지대도 플라즈마 클리닝 공정 중고온 플라즈마 가스 분위기에 노출되게 된다.
공정 챔버용 부품으로 스테인레스 강을 사용한 종래기술도 있었으나, 열전도성이 충분하지 않고, 스테인레스 강의 합금성분인 Cr이나 Ni 등의중금속이 공정 중에 방출되어 오염원이 되는 일도 있었다. 따라서, 스테인레스 강보다 경량이고, 열전도성이 우수하고, 중금속 오염의 우려가 없는 순수 알루미늄 또는 알루미늄합금을 이용한 공정 챔버용 내부 금속 파트가 개발되었다. 그러나 알루미늄 또는 알루미늄합금의 표면은 내식성이 좋지 않아 표면처리를 행하는 방법들이 연구되었다.
한편, 공정 챔버용 부품 중 하나로서 반도체용 서셉터는 고온 플라즈마 가스에 노출됨으로써 불소 라디칼 및 이온과 반응해서 그 표면에 불화 알루미늄의 반응층이 형성되게 된다. 불화 알루미늄 반응층은 고온(예를 들어, 450℃)에서 승화하기 시작하여 반복적인 증착 공정 또는 클리닝 공정에 의해 승화 반응이 지속적으로 진행되게 된다. 불화 알루미늄 반응층의 승화는 반도체용 서셉터의 부식 범위를 확대하는 문제를 야기할 수 있다. 부식된 반도체용 서셉터는 표면의 두께가 점차 얇아지면서 강도 저하 및 균열의 문제가 발생하게 된다. 또한, 승화한 불화 알루미늄 반응층은 챔버 내에서 비교적 저온 영역인 챔버의 내벽면 등에 석출 및 부착되어 파티클 형태의 오염 원인으로 작용하게 된다. 불화 알루미늄 반응층으로부터 발생한 파티클은 웨이퍼에 부착될 수 있고, 이는 웨이퍼의 오염 및 불량 문제를 야기하게 된다. 또한, 반도체 소자의 제조 수율을 저하시키는 문제를 발생시킨다.
이와 같은 부식 및 파티클 발생 문제를 방지하기 위해 보호막 처리 장치를 이용하여 공정 챔버를 구성하는 부품 또는 부재의 표면에 보호막을 피복하는 기술들이 개발되고 있다.
도 1은 본 발명의 착상의 배경이 된 기술을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 보호막 처리 장치(10)는 처리영역을 구비하는 처리 용기(11), 처리 영역 내를 배기하는 배기계(13) 및 처리 영역에 처리 가스를 공급하는 가스 공급계(12)를 포함한다. 가스 공급계(12)는 처리 영역에 전구체 가스를 공급하는 전구체 가스 공급부(12a), 처리 영역에 반응물 가스를 공급하는 반응물 가스 공급부(12c) 및 처리 영역에 캐리어 가스(N2)를 공급하는 캐리어 가스 공급부(12v)을 포함한다.
처리 용기(11) 내에는 생산 용량를 증대시키기 위해 복수개의 처리 대상물(20이 배치된다. 처리 대상물(20)은 예를 들어 지지부재(21)와, 지지부재(21)를 지지하는 봉부재(22)를 포함한다.
보호막 처리 장치(10)의 처리 용기(11)는 한정된 내부 공간을 가지게 된다. 그런데 한정된 내부 공간에 공정 챔버용 부품 특히 봉부재(22)가 구비된 서섭터, 히터 또는 정전척을 배치할 경우에는 많은 개수를 배치할 수 없다는 문제점이 발생하게 된다. 그 결과 처리 용기(11) 내에 많은 개수의 처리 대상물(20)을 배치할 수 없음에 따라 제조수율이 저하되는 문제점이 발생하게 된다. 한편 서섭터, 히터 또는 정전척이 공정 챔버를 구성할 때에는 봉부재(22)의 단부측은 공정 챔버의 외부에 배치되기 때문에 봉부재(22)의 단부측은 보호막이 필요치 않음에도 불구하고, 이러한 봉부재(22)까지 보호막이 피복되게 된다. 불필요한 부분까지 보호막이 피복됨에 따라 전구체, 반응물 캐리어 가스 등의 재료들의 낭비를 초래하게 된다.
한편, 봉부재(22)와 지지부재(21)를 따로 분리하여 각각 보호막을 피복하고 그 이후에 조립 결합하는 것을 고려해 볼 수 있는데, 이 경우에는 조립 공정에 의해 틈새가 존재하게 되고 그 틈새로 인해 파티클 이슈가 발생하는 문제점이 발생하게 되므로 바람직하지 않다.
한국공개특허 제10-2005-0053629호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 복수개의 처리 대상물의 표면에 한꺼번에 보호막을 피복하도록 하되 보호막을 피복할 필요가 없는 부분은 처리 용기 외부에 위치하도록 하여 처리 용기의 한정 공간을 보다 효과적으로 이용하여 제조 수율을 향상시키고 보호막 재료의 낭비를 방지하는 보호막 처리 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한 본 발명은, 플라즈마 처리 환경에서 내식성이 우수한 공정 챔버용 부품을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 보호막 처리 장치는, 복수개의 처리 대상물의 표면에 보호막을 한꺼번에 피복하는 보호막 처리 장치에 있어서, 처리 영역을 갖는 처리 용기; 상기 처리 영역내를 배기하는 배기계; 상기 처리 영역에 처리 가스를 공급하는 가스 공급계;를 포함하며, 상기 처리 대상물의 제1영역은 상기 처리 용기 내에 배치되고, 상기 처리 대상물의 나머지 제2영역은 상기 처리 용기 외부에 배치되어 상기 처리 용기 내에 배치되는 상기 처리 대상물의 표면에 상기 보호막을 피복한다.
또한, 상기 보호막은, 알루미늄 산화물층, 이트륨 산화물층, 하프늄 산화물층, 실리콘 산화물층, 에르븀 산화물층, 지르코늄 산화물층, 플루오르화층, 전이금속층, 티타늄질화물층, 탄탈륨 질화물층 및 지르코늄 질화물층 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
또한, 상기 보호막은, 증착공정에 의해 형성된다.
또한, 상기 보호막은, 처리 대상물의 표면에 전구체 가스를 흡착하는 전구체 가스 흡착 단계, 캐리어 기체 공급 단계, 반응체 가스 흡착 및 치환 단계 및 캐리어 기체 공급 단계를 순차적으로 수행하는 단원자층 생성 사이클을 반복하여 수행하여 복수층의 단원자층을 생성하여 형성된다.
또한, 상기 보호막은, 상기 처리 대상물의 표면 상부에 위치하며 그 내부에 포어가 형성되지 않는 비다공성 배리어층으로 구성되는 양극산화막층; 및 상기 양극산화막층 상부에 위치하며 알루미늄, 실리콘, 하프늄, 지르코늄, 이트륨, 에르븀, 티타늄, 탄탈늄 중 어느 하나인 제 1 원소의 산화물로 이루어지는 동시에, 상기 제 1 원소를 포함하는 전구체 가스와, 상기 산화물을 형성할 수 있는 산소를 포함하는 반응체 가스를 교대로 공급하여 형성된 단원자층막을 포함한다.
또한, 상기 보호막은, 상기 처리 대상물의 상부에 위치하며 그 내부에 포어가 형성되지 않는 비다공성 배리어층으로 구성되는 양극산화막층; 희토류 금속 함유 산화물층; 및 상기 양극산화막층과 상기 희토류 금속 함유 산화물층 사이에 구비되는 버퍼층을 포함한다.
또한, 상기 보호막은, 플로오린 환경에서 산소들에 대한 결합들의 일부가 불소에 대한 결합들로 치환되면서 이트륨 불화물(AlF3)로 변환되는 이트륨 산화물(Y2O3)을 포함한다.
또한, 상기 처리 용기는 제2영역이 삽입가능한 개구부를 포함한다.
또한, 상기 제1영역과 상기 제2영역 사이를 밀봉하는 밀봉수단을 포함한다.
또한, 상기 처리 대상물은 상기 보호막이 피복된 이후에 공정 챔버의 내부 또는 외부에 설치되어 공정 챔버의 적어도 일부를 구성하는 처리 대상물이다.
또한, 상기 처리 대상물은 기판이 안착되는 지지부재와 상기 지지부재의 하부에 구비되는 봉부재를 포함하고, 상기 지지부재와 상기 봉부재의 일부는 상기 처리 용기 내에 위치되어 상기 보호막이 피복되고 상기 봉부재의 나머지 부분은 상기 처리 용기 외부에 위치되어 상기 보호막이 피복되지 않는다.
또한, 상기 처리 대상물은 상기 처리 용기 내에서 대향되게 복수개 배치된다.
한편, 본 발명에 따른 공정 챔버용 부품은, 보호막이 피복된 공정 챔버용 부품에 있어서, 상기 공정 챔버용 부품의 제1영역은 상기 보호막이 피복되고, 상기 공정 챔버용 부품의 제2영역은 상기 보호막이 피복되지 않는다.
또한, 상기 공정 챔버용 부품은, 기판이 안착되는 지지부재; 및 상기 지지부재의 하부에 구비되는 봉부재를 포함하고, 상기 지지부재와 상기 봉부재의 일부는 상기 보호막이 피복되고, 상기 봉부재의 나머지 부분은 상기 보호막이 피복되지 않는다.
또한, 상기 보호막은, 상기 공정 챔버용 부품의 표면 상부에 위치하며 그 내부에 포어가 형성되지 않는 비다공성 배리어층으로 구성되는 양극산화막층; 및 상기 양극산화막층 상부에 위치하며 알루미늄, 실리콘, 하프늄, 지르코늄, 이트륨, 에르븀, 티타늄, 탄탈늄 중 어느 하나인 제 1 원소의 산화물로 이루어지는 동시에, 상기 제 1 원소를 포함하는 전구체 가스와, 상기 산화물을 형성할 수 있는 산소를 포함하는 반응체 가스를 교대로 공급하여 형성된 단원자층막을 포함한다.
또한, 상기 보호막은, 상기 공정 챔버용 부품의 표면 상부에 위치하며 그 내부에 포어가 형성되지 않는 비다공성 배리어층으로 구성되는 양극산화막층; 희토류 금속 함유 산화물층; 및 상기 양극산화막층과 상기 희토류 금속 함유 산화물층 사이에 구비되는 버퍼층을 포함한다.
또한, 상기 보호막은, 플로오린 환경에서 산소들에 대한 결합들의 일부가 불소에 대한 결합들로 치환되면서 이트륨 불화물(AlF3)로 변환되는 이트륨 산화물(Y2O3)을 포함한다.
본 발명은 복수개의 처리 대상물의 표면에 한꺼번에 보호막을 피복하도록 하되 보호막을 피복할 필요가 없는 부분은 처리 용기 외부에 위치하도록 하여 처리 용기의 한정 공간을 보다 효과적으로 이용하여 제조 수율을 향상시키고 보호막 재료의 낭비를 방지하는 보호막 처리 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은, 플라즈마 처리 환경에서 내식성이 우수한 공정 챔버용 부품을 제공한다.
도 1은 본 발명의 착상의 배경이 된 보호막 처리 장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 보호막 처리 장치를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 보호막 처리 장치를 이용하여 처리 대상물의 표면에 형성된 보호막을 도시한 도면.
이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시 도인 단면도 및/또는 사시도들을 참고하여 설명될 것이다. 이러한 도면들에 도시된 막 및 영역들의 두께 등은 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 또한 도면에 도시된 처리 대상물의 개수는 예시적으로 일부만을 도면에 도시한 것이다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보호막 처리 장치(100)를 도시한 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보호막 처리 장치(100)는 공정 챔버의 내부 또는 외부에 설치되어 공정 챔버의 적어도 일부를 구성하는 처리 대상물(200)의 표면에 보호막(400)을 피복하는 장치에 관한 것이다. 처리 대상물(100)은 본 발명의 보호막 처리 장치(200)에서 보호막(400)이 피복된 이후에 공정 챔버의 내부 또는 외부에 설치되어 공정 챔버의 적어도 일부를 구성한다. 따라서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보호막 처리 장치(100)는, 처리 대상물(200)이 그 내부에 설치되어 처리 대상물(200)을 이용하여 반도체 처리 공정을 수행하는 공정 챔버와는 구분되는 장치이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보호막 처리 장치(200)에 의해 보호막(400)이 피복된 공정 챔버용 부품은 사용시 공정 챔버의 적어도 일부를 구성한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보호막 처리 장치(200)는 복수개의 처리 대상물(200)의 표면에 보호막(400)을 한꺼번에 피복하는 보호막 처리 장치이다. 보호막 처리 장치(100)는 처리 영역을 갖는 처리용기(110), 처리 영역내를 배기하는 배기계(13) 및 처리 영역에 처리 가스를 공급하는 가스 공급계(12)를 포함한다.
가스 공급계(120)는 처리 영역에 전구체 가스를 공급하는 전구체 가스 공급부(121), 처리 영역에 반응물 가스를 공급하는 반응물 가스 공급부(122) 및 처리 영역에 캐리어 가스(N2)를 공급하는 캐리어 가스 공급부(123)을 포함한다.
배기계(130)는 처리 영역 내의 가스를 배기하는 기능을 수행하여 진공 펌프를 이용하여 처리 영역 내의 가스를 배기할 수 있다.
처리 대상물(200)의 제1영역(201)은 처리 용기(110) 내에 배치되고, 처리 대상물(200)의 나머지 제2영역(203)은 처리 용기(110) 외부에 배치된다. 처리 용기(110) 내에 배치되는 처리 대상물(200)의 제1영역(201)의 표면에 보호막이 피복된다.
처리 대상물(200)의 제2영역(203)은 보호막이 피복될 필요가 없는 부위이기 때문에 처리 대상물(200)의 제2영역(203)은 처리 용기(110)의 외부에 배치된다. 처리 대상물(200)의 제2영역(203)이 처리 용기(110)의 외부에 배치되도록 처리 용기(110)에는 봉부재(220)가 삽입 가능한 개구부(113)가 처리 용기(110)에 구비된다.
개구부(113)는 처리 대상물(200)의 봉부재(220)가 삽입 가능한 크기의 폭을 가지며 처리 대상물(200)의 개수 만큼 복수 개가 구비된다. 도 2를 참조하면 처리 대상물(200)이 6개 이므로 개구부(113) 역시 6개가 구비된다.
처리 대상물(200)의 제1영역(201)은 처리 용기(110) 내부에 구비되고 제2영역(203)은 처리 용기(110) 외부에 구비되기 때문에 제1영역(201)과 제2영역(203) 사이를 밀봉하기 위한 밀봉 수단(300)이 구비된다. 밀봉 수단(300)은 개구부(113)와 처리 대상물(200) 사이의 틈새를 밀봉하여 개구부(113)를 통해 처리 용기(110)의 내부에서 외부로 또는 처리 용기(110)의 외부에서 내부로 가스 교환이 이루어지지 않도록 한다.
밀봉 수단(300)은 처리 용기(110)의 개구부(113)에 미리 구비되거나 처리 대상물(200)의 외면에 미리 구비된 채로 처리 대상물(200)의 봉부재(220)가 개구부(113)에 삽입됨에 따라 해당 틈새를 매꿀도록 할 수 있다.
도 2에 도시된 처리 대상물(200)은 기판이 안착되는 지지부재(210)와 지지부재(210)의 하부에 구비되는 봉부재(220)를 포함하는 서셉터, 히터 또는 정전척일 수 있다. 여기서 지지부재(210)와 봉부재(220)의 일부는 처리 용기(110) 내에 위치되어 보호막(400)이 피복되고 봉부재(220)의 나머지 부분은 처리 용기(110) 외부에 위치되어 보호막(400)이 피복되지 않는다. 보호막(400)이 피복되지 않은 봉부재(220)의 나머지 부분은 사용시 공정 챔버에 설치되었을 때에도 공정 챔버 외부에 위치하는 부분이기 때문에 보호막(400)이 피복될 필요가 없는 부분이다. 이처럼 보호막(400)이 피복될 필요가 없는 부분을 처리 용기(110) 외부에 구비토록 하여, 반응 용기(110) 내에 더 많은 처리 대상물을 구비하는 것이 가능하게 되고, 보호막(400) 재료의 낭비를 방지할 수 있게 된다.
보다 많은 처리 대상물(200)을 처리하기 위해서, 처리 대상물(200)은 효과적으로 배치된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 처리 대상물(200)은 처리 용기 내에서 서로 대향되게 배치될 수 있다. 보다 구체적으로 처리 대상물(200)의 지지부재(210)가 서로 대향되도록 배치될 수 있다. 도 2를 참조하면 처리 용기(110)의 아래쪽에 배치되는 처리 대상물(200)은 정 방향으로 배열되고 처리 용기(110)의 위쪽에 배치되는 처리 대상물(200)은 역 방향으로 배열될 수 있다. 이를 통해 한정된 내부 공간을 가지는 처리 용기(110) 내에, 보다 많은 처리 대상물(200)을 배치할 수 있게 된다.
도 1을 참조하면 한정된 공간을 가지는 처리 용기(11) 내에 처리 대상물(20)이 3개만이 배치되지만 도 2를 참조하면 동일한 공간내에서 처리 대상물(200)이 6개가 배치되는 것이 가능하여 제조 수율을 2배 향상시키는 것이 가능하고 보호막(400) 재료의 절감을 획기적으로 향상시킬 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 보호막 처리 장치(100)를 이용하여 처리 대상물(200)의 표면에 형성된 보호막(400)을 도시한 도면이다.
도 3a를 참조하면, 보호막(400)은 전구체 가스와 반응물 가스를 교대로 공급함으로써 형성될 수 있다. 이 경우, 보호막(400)은 전구체 가스 및 반응물 가스의 구성에 따라 다른 구성으로 형성될 수 있다.
일 예로서, 보호막(400)은, 알루미늄, 실리콘, 하프늄, 지르코늄, 이트륨, 에르븀, 티타늄 및 탄탈늄 중 적어도 어느 하나인 전구체 가스와 보호막(400)을 형성할 수 있는 반응물 가스를 교대로 공급하여 형성될 수 있다.
전구체 가스 및 반응물 가스를 교대로 공급하여 형성되는 보호막(400)은, 전구체 가스 및 반응물 가스의 구성에 따라 알루미늄 산화물층, 이트륨 산화물층, 하프늄 산화물층, 실리콘 산화물층, 에르븀 산화물층, 지르코늄 산화물층, 플루오르화층, 전이금속층, 티타늄 질화물층, 탄탈륨 질화물층 및 지르코늄 질화물층 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상세히 설명하면, 보호막(400)이 알루미늄 산화물층으로 구성될 경우, 전구체 가스는, 알루미늄 알콕사이드(Al(T-OC4H9)3), 알루미늄 클로라이드(AlCl3), 트리메틸 알루미늄(TMA: Al(CH3)3), 디에틸알루미늄 에톡시드, 트리스(에틸메틸아미도)알루미늄, 알루미늄 세크-부톡시드, 알루미늄 3브롬화물, 알루미늄 3염화물, 트리에틸 알루미늄, 트리이소부틸알루미늄, 트리메틸알루미늄 및 트리스(디에틸아미도)알루미늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이 때, 전구체 가스로서 알루미늄 알콕사이드(Al(T-OC4H9)3), 디에틸알루미늄 에톡시드, 트리스(에틸메틸아미도)알루미늄, 알루미늄 세크-부톡시드, 알루미늄 3브롬화물, 알루미늄 3염화물, 트리에틸 알루미늄, 트리이소부틸알루미늄, 트리메틸알루미늄 및 트리스(디에틸아미도)알루미늄 중 적어도 하나가 이용될 경우, 반응체 가스로는 H2O가 이용될 수 있다.
전구체 가스로서 알루미늄 클로라이드(AlCl3)가 이용될 경우, 반응체 가스로는 O3가 이용될 수 있다.
전구체 가스로서 트리메틸 알루미늄(TMA: Al(CH3)3)이 이용될 경우에는, 반응체 가스로서 O3 또는 H2O가 이용될 수 있다.
보호막(400)이 이트륨 산화물층으로 구성될 경우, 전구체 가스는 염화이트륨(YCl3), Y(C5H5)3, 트리스(N,N-비스(트리메틸실릴)아미드)이트륨(III), 이트륨(III)부톡사이드, 트리스(사이클로펜타디에닐)이트륨(III), 트리스(부틸사이클로펜타디에닐)이트륨(III),트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이토)이트륨(III), 트리스(사이클로펜타디에닐)이트륨(Cp3Y), 트리스(메틸사이클로펜타디에닐)이트륨((CpMe)3Y), 트리스(부틸사이클로펜타디에닐)이트륨 및 트리스(에틸사이클로펜타디에닐)이트륨 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이 경우, 전구체 가스로서, 염화이트륨(YCl3) 및 Y(C5H5)3 중 적어도 하나가 이용될 경우, 반응체 가스로는 O3가 이용될 수 있다.
전구체 가스로서, 트리스(N,N-비스(트리메틸실릴)아미드)이트륨(III), 이트륨(III)부톡사이드, 트리스(사이클로펜타디에닐)이트륨(III), 트리스(부틸사이클로펜타디에닐)이트륨(III), 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이토)이트륨(III), 트리스(사이클로펜타디에닐)이트륨(Cp3Y), 트리스(메틸사이클로펜타디에닐)이트륨((CpMe)3Y), 트리스(부틸사이클로펜타디에닐)이트륨 및 트리스(에틸사이클로펜타디에닐)이트륨 중 적어도 하나가 이용될 경우, 반응체 가스로서, H20, O2 또는 O3 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
보호막(400)이 하프늄 산화물층으로 구성될 경우, 전구체 가스는 염화 하프늄(HfCl4), Hf(N(CH3)(C2H5))4, Hf(N(C2H5)2)4, 테트라(에틸메틸아미도)하프늄 및 펜타키스(디메틸아미도)탄탈럼 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이 경우, 전구체 가스로서, 염화 하프늄(HfCl4), Hf(N(CH3)(C2H5))4 및 Hf(N(C2H5)2)4 중 적어도 하나가 이용될 경우, 반응체 가스로는 O3가 이용될 수 있다.
전구체 가스로서, 테트라(에틸메틸아미도)하프늄 및 펜타키스(디메틸아미도)탄탈럼 중 적어도 하나가 이용될 경우, 반응체 가스로는 H2O, O2 또는 O3 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
보호막(400)이 실리콘 산화물층으로 구성될 경우, 전구체 가스는 Si(OC2H5)4를 포함할 수 있다. 이 경우, 반응체 가스로는 O3가 이용될 수 있다.
보호막(400)이 에르븀 산화물층으로 구성될 경우, 전구체 가스는 트리스-메틸시클로펜타디에닐 에르븀(III)(Er(MeCp)3), 에르븀 보란아미드(Er(BA)3), Er(TMHD)3, 에르븀(III)트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이트), 트리스(부틸시클로펜타디에닐)에르븀(III), 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오나토) 에르븀(Er(thd)3), Er(PrCp)3, Er(CpMe)2, Er(BuCp)3 및 Er(thd)3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이 경우, 전구체 가스로서, 트리스-메틸시클로펜타디에닐 에르븀(III)(Er(MeCp)3), 에르븀 보란아미드(Er(BA)3), Er(TMHD)3, 에르븀(III)트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이트) 및 트리스(부틸시클로펜타디에닐)에르븀(III) 중 적어도 하나가 이용될 경우, 반응체 가스로는, H2O, O2 또는 O3 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
전구체 가스로서, 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오나토) 에르븀(Er(thd)3), Er(PrCp)3, Er(CpMe)2 및 Er(BuCp)3 중 적어도 하나가 이용될 경우, 반응체 가스로는 O3가 이용될 수 있다.
전구체 가스로서, Er(thd)3가 이용될 경우, 반응체 가스로는 O-라디칼이 이용될 수 있다.
보호막(400)이 지르코늄 산화물로 구성될 경우, 전구체 가스는 사염화지르코늄(ZrCl4), Zr(T-OC4H9)4, 지르코늄(IV) 브로마이드, 테트라키스(디에틸아미도)지르코늄(IV), 테트라키스(디메틸아미도)지르코늄(IV), 테트라키스(에틸메틸아미도)지르코늄(IV), 테트라키스(N,N’-디메틸-포름아미디네이트)지르코늄, 테트라(에틸메틸아미도)하프늄, 펜타키스(디메틸아미도)탄탈럼, 트리스(디메틸아미노)(사이클로펜타디에닐)지르코늄 및 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-헵탄-3,5-디오네이트)에르븀 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이와 같은 구성 중 적어도 하나가 전구체 가스로 이용될 경우, 반응체 가스로는 H2O, O2, O3 또는 O-라디칼 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
보호막(400)이 플루오르화층으로 구성될 경우, 전구체 가스는 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이토)이트륨(III)를 포함할 수 있다. 이 경우, 반응체 가스로는 H2O, O2 또는 O3가 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
보호막(400)이 전이 금속층으로 구성될 경우, 전구체 가스는 탄탈륨클로라이드(TaCl5) 및 사염화티타늄(TiCl4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이 경우, 반응체 가스로는 H-라디칼이 이용될 수 있다.
구체적으로, 전구체 가스로서 탄탈륨클로라이드(TaCl5)가 이용되고, 반응체 가스로 H-라디칼이 이용될 경우, 전이 금속층은 탄랄륨층으로 구성될 수 있다.
이와는 달리, 전구체 가스로서 사염화티타늄(TiCl4)이 이용되고, 반응체 가스로 H-라디칼이 이용될 경우, 전이 금속층은 티타늄층으로 구성될 수 있다.
보호막(400)이 티타늄 질화물층으로 구성될 경우, 전구체 가스는 비스(디에틸아미도)비스(디메틸아미도)티타늄(IV), 테트라키스(디에틸아미도)티타늄(IV), 테트라키스(디메틸아미도)티타늄(IV), 테트라키스(에틸메틸아미도)티타늄(IV), 티타늄(IV) 브롬화물, 티타늄(IV) 염화물 및 티타늄(IV) 3차-부톡사이드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이 경우, 반응체 가스로는 H2O, O2, O3 또는 O-라디칼 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
보호막(400)이 탄탈륨 질화물층으로 구성될 경우, 전구체 가스는 펜타키스(디메틸아미도)탄탈(V), 탄탈(V) 염화물, 탄탈(V) 에톡사이드 및 트리스(디에틸아미노)(3차-부틸이미도)탄탈(V) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이 경우, 반응체 가스로는 H2O, O2, O3 또는 O-라디칼 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
보호막(400)이 지르코늄 질화물층으로 구성될 경우, 전구체 가스는 지르코늄(IV) 브롬화물, 지르코늄(IV) 염화물, 지르코늄(IV) 3차-부톡사이드, 테트라키스(디에틸아미도)지르코늄(IV), 테트라키스(디메틸아미도)지르코늄(IV) 및 테트라키스(에틸메틸아미도)지르코늄(IV)를 포함할 수 있다. 이 경우, 반응체 가스로는 H2O, O2, O3 또는 O-라디칼 중 적어도 하나가 이용될 수 있다.
이처럼 보호막(400)은 사용되는 전구체 가스 및 반응체 가스의 구성에 따라 따른 종류의 구성으로 형성될 수 있다.
보호막(400)은 처리 대상물(200)의 표면에 전구체 가스를 흡착시키고, 반응체 가스를 공급하여 전구체 가스와 반응체 가스의 화학적 치환으로 단원자층을 생성시키는 사이클(이하, '단원자층 생성 사이클'이라함)을 반복적으로 수행함으로써 형성될 수 있다.
한 번의 단원자층을 생성시키는 사이클 수행시, 기공(S)에는 얇은 두께의 한 층의 단원자층이 형성될 수 있다. 단원자층을 생성시키는 사이클을 반복적으로 수행함에 따라 복수층의 단원자층이 형성될 수 있다. 보다 상세히 설명하면, 처리 대상물(200)의 표면에 전구체 가스를 흡착하는 전구체 가스 흡착 단계, 캐리어 기체 공급 단계, 반응체 가스 흡착 및 치환 단계 및 캐리어 기체 공급 단계를 순차적으로 수행하는 단원자층 생성 사이클을 반복하여 수행하여 복수층의 단원자층을 생성하여 보호막(400)을 형성하는 단계에 의해 제조될 수 있다.
전구체 가스 흡착 단계에서는, 전구체 가스 공급부(121)를 이용하여 처리 대상물(200)의 표면에 전구체 가스를 공급하여 흡착시킴으로써 전구체 흡착층을 형성하는 과정이 수행될 수 있다. 전구체 흡착층은 자기 제한적 반응에 의해 1개의 층만으로 형성된다. 그런 다음, 캐리어 가스 공급부(123)를 이용하여 캐리어 기체 공급 단계가 수행될 수 있다. 캐리어 기체 공급 단계에서는 캐리어 기체를 공급하여 전구체 흡착층에서 과잉의 전구체를 제거하는 과정이 수행된다. 이 경우 배기계가 함께 작동할 수 있다. 캐리어 기체는 자기 제한적 반응에 의해 1개의 층만을 형성한 전구체 흡착층에 잔존하는 과잉의 전구체를 제거할 수 있다. 그런 다음, 반응 가스 공급부(122)를 이용하여 반응체 가스 흡착 및 치환 단계가 수행될 수 있다. 반응체 흡착 및 치환 단계에서는, 전구체 흡착층의 표면에 반응체 가스를 공급하여 전구체 흡착층의 표면에 반응체 가스를 흡착시키고, 전구체 흡착층과 반응체 가스의 화학적 치환에 의해 단원자층을 생성시키는 과정이 수행될 수 있다. 그런 다음, 캐리어 기체 공급 단계를 수행하여 과잉의 반응체 가스를 제거하는 과정이 수행된다.
단원자층 생성 사이클을 반복적으로 수행하여 복수층의 단원자층을 생성하는 단계(S3)가 수행되고, 이를 통해 보호막(400)이 형성될 수 있다. 이러한 보호막(400)은 증착 또는 에칭 공정 중 사용되는 반응 가스, 에칭 가스 또는 클리닝 가스를 포함하는 공정 가스에 대한 향상된 내식성을 제공한다.
한편, 알루미늄 산화물(Al2O3)으로 구성되는 보호막(400)은 플루오린 환경(HF 가스 또는 HF 산성 용액(또는 다른 불소 소스)환경)에서, 산소들에 대한 결합들의 일부가 불소에 대한 결합들로 치환되면서 알루미늄 불화물(AlF3)로 변환된다. 이처럼 알루미늄 산화물(Al2O3) 보호막(400)의 적어도 일부 표면이 플루오린 환경에서 알루미늄 불화물(AlF3)로 변환됨에 따라 표면에서의 기계적 특성이 약화되어 파티클 소스가 되는 문제가 발생하게 된다. 이트륨 산화물(Y2O3)은 플루오린 환경에서, 산소들에 대한 결합들의 일부가 불소에 대한 결합들로 치환되면서 이트륨 불화물(AlF3)로 변환된다. 이 경우 이트륨 산화물(Y2O3)의 적어도 일부 표면이 플루오린 환경에서 이트륨 불화물(AlF3)로 변환되더라도, 이트륨 불화물(AlF3)은 기계적 특성이 우수하기 때문에 파티클 소스로서 작용하지 않는다. 따라서 보호막(400)은, 플로오린 환경에서 산소들에 대한 결합들의 일부가 불소에 대한 결합들로 치환되면서 이트륨 불화물(AlF3)로 변환되는 이트륨 산화물(Y2O3)을 포함하여 구성될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 보호막(400)은 처리 대상물(200)의 상부에 위치하며 그 내부에 포어가 형성되지 않는 비다공성 배리어층으로 구성되는 양극산화막층(410) 및 단원자층막(420)을 포함할 수 있다. 여기서 단원자층막(420)은 양극산화막층(410) 상부에 위치하며 알루미늄, 실리콘, 하프늄, 지르코늄, 이트륨, 에르븀, 티타늄, 탄탈늄 중 어느 하나인 제 1 원소의 산화물로 이루어지는 동시에, 상기 제 1 원소를 포함하는 전구체 가스와, 상기 산화물을 형성할 수 있는 산소를 포함하는 반응체 가스를 교대로 공급하여 형성된다. 단원자층막(420)은 단원자층 생성 사이클을 반복적으로 수행하여 복수층의 단원자층으로 구성될 수 있다.
비다공성 배리어층으로 구성되는 양극산화막층(410)은 금속 재질의 처리 대상물(200)을 양극산화하여, 처리 대상물(200)의 표면에 비다공 배리어층을 성장시켜 형성된다. 이 경우, 비다공 배리어층의 내부에는 포어(23a)가 형성되지 않는다. 비다공 배리어층의 두께는 100㎚ 이상 ~ 1㎛ 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다.
처리 대상물(20)의 상부에 비다공성 배리어층으로 구성되는 양극산화막층(410)이 형성되어 있으므로, 단원자층막(420)이 부식되어 크랙이 발생하거나 적어도 일부가 손실되더라도, 처리 대상물(200)의 이물질이 쉽게 용출되지 않는다. 비다공성 배리어층은 처리 대상물(200)를 양극산화함으로써, 양극산화막층(410)이 처리 대상물(200)의 표면에서 성장하기 때문에, 양극산화막층(410)은 처리 대상물(200)과 높은 접합성을 갖고 있으며, 이를 통해, 처리 대상물(200)의 내부 불순물이 쉽게 용출될 수 없기 때문이다.
또한, 처리 대상물(200)의 상부에 비다공성 배리어층으로 구성되는 양극산화막층(410)을 형성시키고, 양극산화막층(410)의 상부에 복수층의 단원자층으로 구성되는 단원자층막을 형성함으로써, 보호막(400)의 충분한 두께를 확보함과 동시에, 아웃가싱 현상을 방지할 수 있다.
비다공성 배리어층만으로 보호막(400)을 형성할 경우 두께가 매우 얇아 크랙, 플라즈마 아킹 현상등이 발생할 수 있으나, 비다공성 배리어층으로 구성되는 양극산화막층(410)과 단원자층(420)을 함께 보호막(400)을 구성하도록 함으로써 플라즈마 아킹 또는 아웃 가싱의 문제를 방지할 수 있게 된다.
도 3c를 참조하면, 보호막(400)은 처리 대상물(200)의 상부에 위치하며 그 내부에 포어가 형성되지 않는 비다공성 배리어층으로 구성되는 양극산화막층(410)과, 희토류 금속 함유 산화물층(440)과, 양극산화막층(410)과 희토류 금속 함유 산화물층(440) 사이에 구비되는 버퍼층(430)을 포함할 수 있다. 버퍼층(430)은 희토류 금속 함유 산화물층(440)의 접착성을 향상시킨다. 특히 200 ℃ 이상 250 ℃의 온도 범위에서 희토류 금속 함유 산화물층(440)의 균열을 방지할 수 있다.
버퍼층(430)은 양극산화막층(410)과 희토류 금속 함유 산화물층(440) 사이의 열팽창 계수를 가질 수 있다. 버퍼층(430)은 비정질 알루미늄 산화물(Al2O3)일 수 있다. 비정질 알루미늄 산화물(Al2O3)은, 그 상부에 구비되는 희토류 금속 함유 산화물층보다 더 높은 온도 능력을 갖는다.
버퍼층(430)과 희토류 금속 함유 산화물층(440)은 희토류 금속을 포함하는 전구체 가스와, 희토류 금속 함유 산화물을 형성할 수 있는 산소를 포함하는 반응체 가스를 교대로 공급하여 형성된 단원자층막일 수 있다. 버퍼층(430)과 희토류 금속 함유 산화물층(440)은 단원자층 생성 사이클을 반복적으로 수행하여 복수층의 단원자층으로 구성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보호막 처리 장치(200)에 의해 보호막(400)이 피복된 공정 챔버용 부품은 사용시 공정 챔버의 적어도 일부를 구성한다.
공정 챔버용 부품은 화학 기상 증착 공정용 공정 챔버의 내부면, 서셉터, 백킹 플레이트, 디퓨저, 쉐도우 프레임, 배관라인, 가드링 및 슬릿밸브 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 또한 공정 챔버용 부품은 건식 식각 공정용 공정 챔버의 내부면, 하부 전극, 하부 전극의 정전척, 하부 전극의 베플, 상부 전극, 월 라이너 및 공정가스 배기부, 배관라인, 가드링 및 슬릿밸브 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보호막 처리 장치(100)에 의해 표면에 보호막(400)이 피복된 공정 챔버용 부품은, 공정 챔버용 부품의 제1영역은 보호막(400)이 피복되고, 공정 챔버용 부품의 제2영역은 보호막(400)이 피복되지 않은다. 여기서 제2영역은 공정 챔버에 설치될 경우 공정 챔버 외부에 배치되는 부분이다. 공정 챔버용 부품은, 예를 들어, 기판이 안착되는 지지부재(210) 및 지지부재(210)의 하부에 구비되는 봉부재(220)를 포함하는 서셉터, 히터, 정전척일 수 있다. 이 경우, 지지부재(210)와 봉부재(220)의 일부는 보호막(400)이 피복되고, 봉부재(220)의 나머지 부분은 보호막(400)이 피복되지 않는다. 보호막(400)이 피복되지 않은 봉부재(220)의 나머지 부분은 공정 챔버의 외부에 배치되는 부분이다.
보호막(400)은 공정 챔버용 부품의 표면 상부에 위치하며 그 내부에 포어가 형성되지 않는 비다공성 배리어층으로 구성되는 양극산화막층(410)과, 양극산화막층(410) 상부에 위치하며 알루미늄, 실리콘, 하프늄, 지르코늄, 이트륨, 에르븀, 티타늄, 탄탈늄 중 어느 하나인 제 1 원소의 산화물로 이루어지는 동시에, 상기 제 1 원소를 포함하는 전구체 가스와, 상기 산화물을 형성할 수 있는 산소를 포함하는 반응체 가스를 교대로 공급하여 형성된 단원자층막(420)을 포함할 수 있다.
또한 보호막(400)은, 공정 챔버용 부품의 표면 상부에 위치하며 그 내부에 포어가 형성되지 않는 비다공성 배리어층으로 구성되는 양극산화막층(410), 희토류 금속 함유 산화물층(440) 및 양극산화막층(410)과 희토류 금속 함유 산화물층(440) 사이에 구비되는 버퍼층(430)을 포함할 수 있다.
또한, 보호막(400)은, 플로오린 환경에서 산소들에 대한 결합들의 일부가 불소에 대한 결합들로 치환되면서 이트륨 불화물(AlF3)로 변환되는 이트륨 산화물(Y2O3)을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 통상의 기술자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
100: 보호막 처리 장치 110: 처리용기
120: 공급계 130: 배기계
200: 처리 대상물 300: 밀봉수단

Claims (17)

  1. 복수개의 처리 대상물의 표면에 보호막을 한꺼번에 피복하는 보호막 처리 장치에 있어서,
    처리 영역을 갖는 처리 용기;
    상기 처리 영역내를 배기하는 배기계;
    상기 처리 영역에 처리 가스를 공급하는 가스 공급계;를 포함하며,
    상기 처리 대상물의 제1영역은 상기 처리 용기 내에 배치되고, 상기 처리 대상물의 나머지 제2영역은 상기 처리 용기 외부에 배치되어 상기 처리 용기 내에 배치되는 상기 처리 대상물의 표면에 상기 보호막을 피복하며,
    상기 처리 대상물의 지지부재는 상기 처리 용기 내에서 서로 대향되도록 배치되는, 보호막 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보호막은,
    알루미늄 산화물층, 이트륨 산화물층, 하프늄 산화물층, 실리콘 산화물층, 에르븀 산화물층, 지르코늄 산화물층, 플루오르화층, 전이금속층, 티타늄질화물층, 탄탈륨 질화물층 및 지르코늄 질화물층 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 보호막 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보호막은, 증착공정에 의해 형성되는, 보호막 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보호막은,
    처리 대상물의 표면에 전구체 가스를 흡착하는 전구체 가스 흡착 단계, 캐리어 기체 공급 단계, 반응체 가스 흡착 및 치환 단계 및 캐리어 기체 공급 단계를 순차적으로 수행하는 단원자층 생성 사이클을 반복하여 수행하여 복수층의 단원자층을 생성하여 형성되는, 보호막 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보호막은,
    상기 처리 대상물의 표면 상부에 위치하며 그 내부에 포어가 형성되지 않는 비다공성 배리어층으로 구성되는 양극산화막층; 및
    상기 양극산화막층 상부에 위치하며 알루미늄, 실리콘, 하프늄, 지르코늄, 이트륨, 에르븀, 티타늄, 탄탈늄 중 어느 하나인 제 1 원소의 산화물로 이루어지는 동시에, 상기 제 1 원소를 포함하는 전구체 가스와, 상기 산화물을 형성할 수 있는 산소를 포함하는 반응체 가스를 교대로 공급하여 형성된 단원자층막을 포함하는, 보호막 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보호막은,
    상기 처리 대상물의 상부에 위치하며 그 내부에 포어가 형성되지 않는 비다공성 배리어층으로 구성되는 양극산화막층;
    희토류 금속 함유 산화물층; 및
    상기 양극산화막층과 상기 희토류 금속 함유 산화물층 사이에 구비되는 버퍼층을 포함하는, 보호막 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 보호막은,
    플로오린 환경에서 산소들에 대한 결합들의 일부가 불소에 대한 결합들로 치환되면서 이트륨 불화물(AlF3)로 변환되는 이트륨 산화물(Y2O3)을 포함하는, 보호막 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 처리 용기는 제2영역이 삽입가능한 개구부를 포함하는, 보호막 처리 장치
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1영역과 상기 제2영역 사이를 밀봉하는 밀봉수단을 포함하는, 보호막 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 처리 대상물은 상기 보호막이 피복된 이후에 공정 챔버의 내부 또는 외부에 설치되어 공정 챔버의 적어도 일부를 구성하는 처리 대상물인, 보호막 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 처리 대상물은 기판이 안착되는 지지부재와 상기 지지부재의 하부에 구비되는 봉부재를 포함하고, 상기 지지부재와 상기 봉부재의 일부는 상기 처리 용기 내에 위치되어 상기 보호막이 피복되고 상기 봉부재의 나머지 부분은 상기 처리 용기 외부에 위치되어 상기 보호막이 피복되지 않는, 보호막 처리 장치.
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