KR20090055339A - Apparatus for deposition thin film on substrate using plasma - Google Patents

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Abstract

An apparatus for depositing a thin film using plasma is provided to shorten deposition time by including a plasma generation part within a processing chamber and preventing excited process gas from being reunited before reaching to a wafer. An apparatus for depositing a thin film using plasma comprises: a vertical process tube(100) in which deposition is progressed; a boat(200) which is located inside the process tube, and in which a plurality of wafers are loaded; a gas supply member(310) being located between the process tube and the boat and providing the process gas from outside to a plurality of wafers; and a plasma generation member(330) being installed inside the gas supply member and making the process gas in plasma state. The gas supply member provides a plasma generation space(a) with being apart from the inner wall of the process tube and includes a partition(312) in which a plurality of through-holes(312a) are formed at the single side facing the boat.

Description

플라스마를 이용한 박막 증착 장치{apparatus for deposition thin film on substrate using plasma} Apparatus for deposition thin film on substrate using plasma}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착 장치의 개략적인 구성을 보여주는 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a thin film deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시된 박막 증착 장치의 평단면도이다. FIG. 2 is a plan sectional view of the thin film deposition apparatus shown in FIG. 1.

도 3은 플라즈마 발생부의 격벽을 보여주는 도면이다. 3 is a view illustrating partition walls of a plasma generation unit.

도 4은 격벽의 변형예이다.4 is a modification of the partition wall.

도 5는 플라즈마 발생부의 변형예이다. 5 is a modification of the plasma generating unit.

도 6은 플라즈마 발생부재의 변형예이다.6 is a modified example of the plasma generating member.

도 7 및 도 8은 타겟으로 사용되는 전극의 다양한 형태를 보여주는 도면이다.7 and 8 illustrate various forms of electrodes used as targets.

도 9는 2개의 독립된 공간이 마련된 플라즈마 발생부를 보여주는 도면이다.9 is a diagram illustrating a plasma generation unit in which two independent spaces are provided.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 * Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100 : 공정 튜브100: process tube

200 : 보우트200: boat

300 : 플라즈마 발생부300: plasma generating unit

310 : 가스 공급부재310: gas supply member

330 : 플라즈마 발생부재 330: plasma generating member

본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 플라즈마를 이용한 박막 증착 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus, and more particularly to a thin film deposition apparatus using a plasma.

일반적으로 웨이퍼는 사진, 확산, 식각, 화학 기상 증착 및 금속 증착 등의 반도체 제조 공정을 반복하여 수행한 후 소정의 반도체 소자로 제작된다. In general, a wafer is fabricated into a semiconductor device after repeatedly performing a semiconductor manufacturing process such as photography, diffusion, etching, chemical vapor deposition, and metal deposition.

상술한 반도체 제조 공정 중 웨이퍼에 박막을 증착하는 공정은 리모트 플라즈마를 이용한 방식과, 타겟을 이용하여 아르곤 플라즈마를 발생시키는 스퍼터링 방식 등이 많이 사용된다. In the above-described semiconductor manufacturing process, a process of depositing a thin film on a wafer includes a method using a remote plasma and a sputtering method using an target to generate an argon plasma.

하지만, 리모트 플라즈마 방식은 반응실 외부에서 가스를 이온화하여 반응실까지 이송하는 거리가 길어 에너지 손실에 의해 웨이퍼에서 박막을 형성하는 이온의 양이 적어 박막 형성이 늦은 단점이 있다. 또한, 원거리 공급에 의한 이온화 불균형으로 박막의 품질이 불량하고, 리모트 플라즈마를 사용함으로써 대용량의 경우 보조 설비로 인하여 설비의 크기가 커지는 단점이 있다. However, the remote plasma method has a disadvantage in that the formation of a thin film is slow due to a small amount of ions forming a thin film on a wafer due to energy loss due to a long distance of ionizing a gas from the outside of the reaction chamber and transporting the gas to the reaction chamber. In addition, there is a disadvantage that the quality of the thin film is poor due to ionization imbalance due to a long distance supply, and the size of the equipment is increased due to the auxiliary equipment in the case of a large capacity by using a remote plasma.

그리고 스퍼터링 방식은 플라즈마 에너지로 생성된 아르곤 이온에 의해 타겟 물질을 착탈하여 웨이퍼에 이온을 충돌시켜 충격에 의한 웨이퍼 손상이 발생한다. The sputtering method detaches a target material by argon ions generated by plasma energy, collides with ions on the wafer, and damage to the wafer occurs due to impact.

본 발명의 목적은 증착 시간을 단축할 수 있는 플라즈마를 이용한 박막 증착 장치를 제공하는데 있다.An object of the present invention to provide a thin film deposition apparatus using a plasma that can reduce the deposition time.

본 발명의 목적은 다수의 웨이퍼들에 박막을 증착할 수 있는 플라즈마를 이용한 박막 증착 장치를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a thin film deposition apparatus using a plasma capable of depositing a thin film on a plurality of wafers.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플라즈마를 이용한 박막 증착 장치는 박막 증착 공정이 진행되는 수직형 공정튜브; 상기 공정 튜브의 내부에 위치되며, 다수의 웨이퍼들이 적재되는 보우트; 상기 공정튜브와 상기 보우트 사이에 위치되며, 외부로부터 제공받은 공정가스를 웨이퍼들로 제공하기 위한 가스 공급부재; 및 상기 가스 공급부 내부에 설치되며, 상기 공정가스를 플라즈마 상태로 만들기 위한 플라즈마 발생부재를 포함한다.The thin film deposition apparatus using the plasma of the present invention for achieving the above object is a vertical process tube in which the thin film deposition process is performed; A boat located inside the process tube and having a plurality of wafers loaded thereon; A gas supply member positioned between the process tube and the boat and configured to provide process gases received from the outside to wafers; And a plasma generating member installed inside the gas supply part to make the process gas into a plasma state.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 가스 공급부는 상기 공정튜브의 내측벽으로부터 이격되어 플라즈마 발생 공간을 제공하고 상기 플라즈마 발생부재에 의해 플라즈마화된 공정가스가 웨이퍼들로 제공되도록 상기 보우트와 마주하는 일면에 다수의 관통공들이 형성된 격벽을 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the gas supply part is spaced apart from the inner wall of the process tube to provide a plasma generating space and the surface facing the boat so that the process gas plasmad by the plasma generating member is provided to the wafers The partition wall includes a plurality of through holes formed therein.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 발생부재는 상기 격벽에 의해 제공되는 상기 플라즈마 발생 공간에 설치되고 웨이퍼들에 증착된 박막의 소스가 되는 금속으로 이루어지는 타겟; 및 상기 타겟에 플라즈마 발생에 필요한 파워를 인가하는 전원을 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the plasma generating member comprises: a target made of a metal which is installed in the plasma generating space provided by the partition wall and becomes a source of a thin film deposited on wafers; And a power source for applying power required for plasma generation to the target.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 발생부재는 상기 격벽에 의해 제 공되는 상기 플라즈마 발생 공간에 설치되는 전극; 및 상기 전극으로 플라즈마 발생에 필요한 파워를 인가하는 전원을 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the plasma generating member may include an electrode installed in the plasma generating space provided by the partition wall; And a power source for applying power required for plasma generation to the electrode.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 전극은 웨이퍼들에 증착된 박막의 소스가 되는 금속으로 이루어진다.According to an embodiment of the present invention, the electrode is made of a metal that is a source of thin films deposited on wafers.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 발생부재는 상기 플라즈마 발생 공간에 설치되고 웨이퍼들에 증착되는 박막의 소스가 되는 금속으로 이루어지는 타겟을 더 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the plasma generating member further includes a target made of a metal which is installed in the plasma generating space and becomes a source of a thin film deposited on wafers.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 전극은 판, 원기둥 그리고 코일 형상중 어느 하나로 이루어진다.According to an embodiment of the present invention, the electrode is made of any one of a plate, a cylinder and a coil shape.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 박막 증착 장치는 상기 가스 공급부의 플라즈마 발생공간으로 공정가스를 공급하는 가스공급부를 더 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the thin film deposition apparatus further includes a gas supply unit supplying a process gas to the plasma generating space of the gas supply unit.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 가스 공급부는 상기 보우트와 대응되게 수직하게 배치된다.According to an embodiment of the present invention, the gas supply unit is disposed vertically to correspond to the boat.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 공정튜브는 박막증착 공정을 위한 밀폐된 공간을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, the process tube provides a closed space for the thin film deposition process.

상술한 목적을 달성하기 위한 플라즈마를 이용한 박막 증착 장치는 박막 증착 공정이 진행되는 수직형 공정튜브; 상기 공정 튜브의 내부에 위치되며, 다수의 웨이퍼들이 적재되는 보우트; 상기 공정 튜브와 상기 보우트 사이에 배치되며, 웨이퍼들로 제공될 공정가스를 플라즈마 상태로 만들기 위한 플라즈마 발생부를 포함하되; 상기 플라즈마 발생부는 상기 공정튜브의 내측벽으로부터 이격되어 플라즈마 발생 공간을 제공하는 그리고 웨이퍼들을 향해 플라즈마 상태의 공정가스가 분사되는 관통공들이 형성된 격벽; 상기 플라즈마 발생공간에 설치되며, 상기 공정가스를 플라즈마 상태로 만들기 위한 플라즈마 발생부재를 포함한다.Thin film deposition apparatus using a plasma for achieving the above object is a vertical process tube that the thin film deposition process is performed; A boat located inside the process tube and having a plurality of wafers loaded thereon; A plasma generator disposed between the process tube and the boat and configured to make a process gas to be provided to wafers into a plasma state; The plasma generating unit may include: a partition wall spaced apart from an inner wall of the process tube to provide a plasma generation space and through holes through which plasma process gas is injected toward the wafers; It is installed in the plasma generating space, and includes a plasma generating member for making the process gas into a plasma state.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 발생부재는 상기 플라즈마 발생 공간에 설치되는 전극; 상기 전극으로 플라즈마 발생에 필요한 파워를 인가하는 전원; 및 웨이퍼들에 증착된 박막의 소스가 되는 금속으로 이루어지는 타겟을 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the plasma generating member includes an electrode installed in the plasma generating space; A power supply for applying power for plasma generation to the electrode; And a target made of a metal serving as a source of the thin film deposited on the wafers.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 발생부재는 상기 플라즈마 발생 공간에 설치되는 전극; 및 상기 전극으로 플라즈마 발생에 필요한 파워를 인가하는 전원을 포함하되; 상기 전극은 웨이퍼들에 증착된 박막의 소스가 되는 금속으로 이루어진다.According to an embodiment of the present invention, the plasma generating member includes an electrode installed in the plasma generating space; And a power source for applying power required for plasma generation to the electrode; The electrode consists of a metal that is the source of the thin film deposited on the wafers.

예컨대, 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다. For example, embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape of the elements in the drawings and the like are exaggerated to emphasize a clearer description.

본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 9에 의거하여 상세히 설명한다. 또, 상기 도면들에서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다. An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 9. In addition, in the drawings, the same reference numerals are denoted together for components that perform the same function.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 박막 증착 장치의 개략적인 구성을 보여주 는 단면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 박막 증착 장치의 평단면도이다. 도 3은 플라즈마 발생부의 격벽을 보여주는 도면이다. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a thin film deposition apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan sectional view of the thin film deposition apparatus shown in FIG. 1. 3 is a view illustrating partition walls of a plasma generation unit.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 반도체 웨이퍼 표면에 박막을 형성하기 위한 박막 증착 장치(10)는 공정 튜브(100), 보우트(200) 및 플라즈마 발생부(300)를 포함한다. 1 to 3, the thin film deposition apparatus 10 for forming a thin film on a semiconductor wafer surface includes a process tube 100, a boat 200, and a plasma generator 300.

-공정 튜브-Process tube

공정 튜브(100)는 돔 형상의 원통관 형상으로 이루어진다. 공정 튜브(100)는 웨이퍼(w)가 적재된 웨이퍼 보우트(200)가 로딩되어 웨이퍼들 상에 화학 기상 증착(박막 증착 공정, 확산 공정 등)이 진행되는 내부 공간을 제공한다. Process tube 100 is made of a cylindrical tube shape of the dome shape. The process tube 100 provides an internal space in which a wafer boat 200 loaded with a wafer w is loaded and chemical vapor deposition (thin film deposition process, diffusion process, etc.) is performed on the wafers.

공정 튜브(100)는 높은 온도에서 견딜 수 있는 재질, 예컨대 석영으로 제작될 수 있다. 공정 튜브(100)는 하단부 일측에 공정 튜브(100) 내부에 제공되는 플라즈마 발생 공간으로 공정 가스를 공급하기 위한 공급 포트(110)와, 공정 튜브(100) 내부를 감압시키기 위해 내부 공기를 강제 흡입하여 배기하기 위한 배기 포트(120)가 마련된다. 공정 가스는 아르곤등의 스퍼터 가스나 반응성 스퍼터링 시에 이용하는 산소 등의 반응 가스로써, 공급 포트(110)를 통해 플라즈마 발생부로 제공된다.Process tube 100 may be made of a material that can withstand high temperatures, such as quartz. The process tube 100 is a supply port 110 for supplying a process gas to the plasma generating space provided inside the process tube 100 at one side of the lower end, and forced suction of the internal air to reduce the pressure inside the process tube 100. And an exhaust port 120 for exhausting is provided. The process gas is a reactive gas such as sputter gas such as argon or oxygen used in reactive sputtering, and is provided to the plasma generation unit through the supply port 110.

배기 포트(120)는 공정시 공정 튜브(100) 내 공기를 외부로 배출시키기 위해 제공된다. 배기 포트(120)는 배기 라인과 연결되며, 배기 포트(120)를 통해 공정 튜브(100)로 공급되는 공정 가스의 배기 및 내부 감압이 이루어진다. The exhaust port 120 is provided to exhaust air in the process tube 100 to the outside during the process. The exhaust port 120 is connected to the exhaust line, and exhaust and internal pressure reduction of the process gas supplied to the process tube 100 through the exhaust port 120 are performed.

-히터--heater-

히터(140)는 공정 튜브(100) 외부에서 공정 튜브(100)에 소정의 열을 제공하여, 공정에 요구되는 공정 튜브(100) 내부 온도를 유지시킨다. 이를 위해 히터(140)는 설비(10) 외부에는 제어부(미도시됨)가 구비되며, 제어부는 공정 튜브(100)의 온도를 감지한 후 공정 튜브(100)의 온도가 공정상 요구되는 온도 밑으로 내려가면 히터(140)가 공정 튜브(100)를 가열하도록 제어한다. The heater 140 provides predetermined heat to the process tube 100 outside the process tube 100 to maintain the temperature inside the process tube 100 required for the process. To this end, the heater 140 is provided with a control unit (not shown) outside the facility 10, and the control unit senses the temperature of the process tube 100 and then the temperature of the process tube 100 is below a temperature required for the process. When down to the heater 140 controls to heat the process tube (100).

-웨이퍼 보우트-Wafer boat

웨이퍼 보우트(200)는 50장(또는 그 이상)의 웨이퍼들이 삽입되는 슬롯들을 구비한다. 웨이퍼 보우트(200)는 시일캡(210) 상에 장착되며, 시일 캡(210)은 엘리베이터 장치인 구동부(230)에 의해 공정 튜브(100) 안으로 로딩되거나 또는 공정 튜브(100) 밖으로 언로딩된다. 웨이퍼 보우트(200)가 공정 튜브(100)에 로딩되면, 시일캡(210)은 공정 튜브(100)의 플랜지(130)와 결합된다. 한편, 공정 튜브(100)의 플랜지(130)와 시일 캡(210)이 접촉하는 부분에는 실링(sealing)을 위한 오-링(O-ring)과 같은 밀폐부재가 제공되어 공정가스가 공정 튜브(100)와 시일 캡(210) 사이에서 새어나가지 않도록 한다. The wafer boat 200 has slots into which 50 (or more) wafers are inserted. The wafer boat 200 is mounted on the seal cap 210, and the seal cap 210 is loaded into the process tube 100 or unloaded out of the process tube 100 by the driver 230, which is an elevator device. When the wafer boat 200 is loaded into the process tube 100, the seal cap 210 is coupled to the flange 130 of the process tube 100. Meanwhile, a sealing member such as an O-ring for sealing is provided at a portion where the flange 130 and the seal cap 210 of the process tube 100 come into contact with each other so that the process gas is provided with a process tube ( 100) and the seal cap 210 to prevent leakage.

-플라즈마 발생부- Plasma generator

플라즈마 발생부(300)는 공정튜브(100)와 보우트(200) 사이의 일측에 배치되 며, 공급포트(110)를 통해 유입된 공정가스를 플라즈마(활성화) 상태로 만들어 보우트(200)에 놓여진 기판(W)들로 공급하기 위한 것이다. 플라즈마 공급부(300)는 가스 공급부재(310)와 플라즈마 발생부재(330)를 포함한다. Plasma generator 300 is disposed on one side between the process tube 100 and the boat 200, the process gas introduced through the supply port 110 to the plasma (activated) state is placed on the boat 200 It is for supplying to the board | substrate W. The plasma supply unit 300 includes a gas supply member 310 and a plasma generating member 330.

가스 공급부재(310)는 공급포트(110)로부터 제공받은 공정가스를 웨이퍼(w)들로 제공하기 위한 것이다. 가스 공급부재(310)는 보우트(200)와 마주하는 일면에 다수의 관통공(312a)들이 형성된 가스 분배 플레이트(Gas Distribution Plate)의 역할을 갖는 격벽으로써, 이 격벽(312)은 공정튜브(100)의 내측벽으로부터 이격되어 플라즈마 발생 공간(a)을 제공한다. 이 플라즈마 발생 공간(a)은 격벽(312)에 의해 보우트가 위치되고 공정이 진행되는 처리 공간과는 구분된다. The gas supply member 310 is to provide process gases provided from the supply port 110 to the wafers w. The gas supply member 310 is a partition having a role of a gas distribution plate in which a plurality of through holes 312a are formed on one surface facing the boat 200, and the partition 312 is a process tube 100. Spaced apart from the inner side wall of the N) to provide a plasma generating space (a). The plasma generating space a is separated from the processing space in which the boat is positioned by the partition 312 and the process proceeds.

플라즈마 발생 공간(a)으로 유입되는 공정 가스는 플라즈마 발생 부재(330)에 의해 플라즈마화(활성화) 되어 보우트(200)와 마주하는 일면에 형성된 관통공(312a)들을 통해 보우트(200)에 적재된 웨이퍼(w)들로 제공된다. The process gas flowing into the plasma generating space a is plasmatized (activated) by the plasma generating member 330 and loaded into the boat 200 through through holes 312a formed on one surface facing the boat 200. Provided as wafers w.

관통공(312a)들은 공정시 보우트(200)에 적재된 웨이퍼(w)들로 공정가스가 공급되는 개구이다. 각각의 관통공(312a)은 슬릿 형상으로 이루어진다. 도 3을 참조하면, 관통공(312a)들은 서로 동일한 형상을 가지며, 일정간격으로 상하로 격벽(312)에 형성되도록 제공된다. 또는, 본 발명의 변형된 예로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 관통공(312a)들은 분사되는 가스의 양을 달리하기 위하여 공급포트(110)에 가까운 관통공(312a)부터 순차적으로 폭이 넓어지는 슬릿 형상으로 이루어진다. 이것은 공급포트(110)와 가까운 관통공(312a)에서 빠져나가는 가스의 압력이 상대적으로 멀리 떨어진 관통공(312a)으로부터 빠져나가는 압력보다 높기 때문 에 직경을 달리하여서 형성하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 보우트(200)의 상부와 하부로 분사되는 공정 가스의 양이 일정하게 유지될 수 있다. The through holes 312a are openings through which the process gas is supplied to the wafers w loaded in the boat 200 during the process. Each through hole 312a has a slit shape. Referring to FIG. 3, the through holes 312a have the same shape and are provided to be formed in the partition walls 312 up and down at a predetermined interval. Alternatively, as a modified example of the present invention, as shown in FIG. 4, the through holes 312a are sequentially widened from the through holes 312a close to the supply port 110 so as to vary the amount of injected gas. It consists of a slit shape that widens. Since the pressure of the gas exiting from the through hole 312a close to the supply port 110 is higher than the pressure exiting from the through hole 312a, which is relatively far away, it is preferable to form a different diameter. As a result, the amount of process gas injected into the upper and lower portions of the boat 200 may be kept constant.

또한, 플라즈마 발생부(300)가 공정 튜브(100) 내의 보우트(200)와 마주하는 일측에 배치됨으로써, 근접한 위치에서 웨이퍼들에 플라즈마된 공정 가스를 분사할 수 있다. 예컨대, 격벽(312)에 형성되는 관통공(312a)들은 슬롯 형태로 형성되는 것이 바람직하지만, 경우에 따라서는 다양한 형태(원형, 사각형)로 변경될 수 있다. In addition, since the plasma generator 300 is disposed on one side of the process tube 100 facing the boat 200, the plasma processing unit 300 may spray the plasma process gas onto the wafers in the adjacent position. For example, the through holes 312a formed in the partition wall 312 are preferably formed in a slot shape, but may be changed to various shapes (round, square) in some cases.

플라즈마 발생부재(330)는 격벽(312)에 의해 웨이퍼들이 위치되어 공정이 진행되는 공간과는 구분된 플라즈마 발생 공간(a)에 설치되는 전극(332)과, 플라즈마 발생에 필요한 파워를 전극으로 인가하는 전원(334)을 포함한다. 여기서 중요한 것은 전극(332)이 웨이퍼들에 증착된 박막의 소스가 되는 금속으로 이루어진다는데 있다. 즉, 본 실시예에서는 전극(332)이 웨이퍼상에 증착하고자 하는 물질로 이루어지는 타겟으로 사용된다. 따라서, 전극만 교체하면 원하는 금속 박막을 얻을 수 있다. The plasma generating member 330 applies an electrode 332 which is installed in the plasma generating space a separated from the space where the wafers are positioned by the partition 312 and the process proceeds, and the power required to generate the plasma is applied to the electrode. The power supply 334 is included. What is important here is that the electrode 332 is made of a metal that is the source of the thin films deposited on the wafers. That is, in this embodiment, the electrode 332 is used as a target made of a material to be deposited on the wafer. Therefore, the desired metal thin film can be obtained by replacing only the electrode.

본 발명에서의 박막 증착 과정을 간략하게 살펴보면, 웨이퍼들이 적재된 보우트(200)가 공정튜브(100) 내로 로딩되고, 공정 튜브(100)의 내부 공간을 밀폐한 상태에서 내부 감압을 실시한다. 공정튜브(100)의 내부 감압이 완료되면 플라즈마 발생부(300)의 플라즈마 발생 공간(a)으로 공정가스(스퍼터링 기체인 불활성 가스 또는 할로겐 가스)를 흘려주면서 전극(332)에 전원을 인가하면, 플라즈마 발생 공간(a)에 플라즈마가 발생한다. 예컨대, 공정가스로는 불소(F) 가스 및 염소(Cl) 가 스 등이 사용될 수 있다. 이러한 플라즈마내에는 전압에 의해 공정 가스가 이온화된다. 이러한 발생된 이온은 소스 물질(웨이퍼에 증착될 금속)로 이루어져 있는 전극(332)(타겟 표면이라고 보면 된다)표면으로 가속하여 충돌하게 되는데, 이온의 충격으로 떨어져 나온 소스 물질은 격벽(312)의 관통공(312a)들을 통해 보우트(200)에 놓여진 웨이퍼(w)들로 날아가 증착이 되는 것이다. 전극(332)의 재질은 구리(Cu), 티타늄(Ti), 그리고 탄탈륨(ta) 등을 포함할 수 있다.Briefly looking at the thin film deposition process in the present invention, the boat 200 in which the wafers are loaded is loaded into the process tube 100, the internal pressure is reduced while the internal space of the process tube 100 is sealed. When the internal pressure reduction of the process tube 100 is completed, when power is applied to the electrode 332 while flowing a process gas (an inert gas or a halogen gas, which is a sputtering gas) into the plasma generating space a of the plasma generator 300, The plasma is generated in the plasma generating space a. For example, fluorine (F) gas and chlorine (Cl) gas may be used as the process gas. In such plasma, the process gas is ionized by the voltage. The generated ions accelerate and collide with the surface of the electrode 332 (target surface) composed of a source material (metal to be deposited on the wafer). Through the through holes 312a to the wafers (w) placed in the boat 200 is deposited. The material of the electrode 332 may include copper (Cu), titanium (Ti), tantalum (ta), or the like.

도 5는 플라즈마 발생부의 변형예로써, 가스 공급부재(310) 및 플라즈마 발생부재(330)는 복수개가 구비될 수 있다. 가스 공급부재(310) 및 플라즈마 발생부재(330)는 공정튜브(100)의 중심을 기준으로 균등한 각도로 배치될 수 있다. 즉, 각각의 플라즈마 발생부(300)는 보우트(200)를 기준으로 서로 마주보도록 배치된다. 따라서, 가스 공급부재(310)는 다양한 방향에서 보우트(200)에 놓여진 웨이퍼(w)들을 향해 공정가스를 공급할 수 있다.5 is a modified example of the plasma generating unit, the gas supply member 310 and the plasma generating member 330 may be provided in plurality. The gas supply member 310 and the plasma generating member 330 may be disposed at an equal angle with respect to the center of the process tube 100. That is, each plasma generator 300 is disposed to face each other based on the boat 200. Accordingly, the gas supply member 310 may supply the process gas toward the wafers w disposed on the boat 200 in various directions.

도 6은 플라즈마 발생부재의 변형예로써, 플라즈마 발생부재(330)는 전극(332)과 타겟(336)으로 구분하되, 웨이퍼상에 증착하고자 하는 물질로 이루어지는 타겟(336)이 전극(332)을 감싸도록 형성된 일체형으로 이루어질 수 있다. 타겟(336)은 박막 형성 속도를 증가시키기 위해 복수개가 배치될 수 있다. 도시하지 않았지만, 플라즈마 발생부재는 전극과 타겟이 개별적으로 배치될 수 있으며, 이때 타겟에는 플라즈마 발생 공간에서 공정 가스공정가스가 타겟에 충돌되도록 전원이 인가될 수 도 있다. 6 is a modified example of the plasma generating member, wherein the plasma generating member 330 is divided into an electrode 332 and a target 336, and a target 336 made of a material to be deposited on a wafer forms the electrode 332. It can be made in one piece formed to wrap. A plurality of targets 336 may be disposed to increase the thin film formation speed. Although not shown, the plasma generating member may be provided with an electrode and a target separately, and power may be applied to the target such that the process gas process gas collides with the target in the plasma generating space.

도 7 및 도 8은 타겟으로 사용되는 전극의 다양한 형태를 보여주는 도면으로 써, 전극(332)이 판형태 또는 코일형태 등과 같이 다양한 형상으로 제작이 가능하다.7 and 8 illustrate various types of electrodes used as targets, the electrode 332 may be manufactured in various shapes such as a plate shape or a coil shape.

도 9에 도시된 바와 같이, 플라즈마 발생부(300)는 플라즈마 발생공간(a)과 그 옆에 또 다른 독립된 공간(b)이 마련될 수 있다. 이 독립된 공간(b)에는 플라즈마 발생공간(a)로 공급되는 가스와는 다른 공정가스가 제공되며, 독립된 공간(b)으로 제공되는 공정가스는 제2공급포트(112)를 통해 제공받는다. 이렇게 독립된 공간(b)으로 제공된 공정 가스는 격벽(312)에 형성된 또 다른 제2관통공(312b)를 통해 보우트(200)에 적재된 웨이퍼들로 제공될 수 있다. 즉, 플라즈마 발생부(300)는 서로 다른 공정 가스가 각각 공급되어 질 수 있도록 플라즈마 발생부재의 전극(332)이 설치된 플라즈마 발생공간(a)과, 독립된 공간(b)으로 이루어질 수 있다. 이와 같은 플라즈마 발생부가 2개의 공간(a,b)으로 나누어지는 형태는 화학기상증착 장치의 하나인 원자층 박막 증착 장치에 바람직한 형태라 할 수 있다. 즉, 웨이퍼 상에 원하는 2종의 박막을 순차적으로 증착시키는 원자층 박막 증착 방식으로, 먼저, 플라즈마 발생공간(a)로 제1공정가스를 공급하여 공정을 진행하고, 그런 다음 독립된 공간(b)으로부터 또 다른 공정 가스를 제공하여 웨이퍼상으로 분사한다. 이러한 2개의 공간을 가짐으로써, 공정 가스의 혼합없이 공정을 수행할 수 있다.As shown in FIG. 9, the plasma generator 300 may have a plasma generating space a and another independent space b next to the plasma generating space a. The independent space (b) is provided with a process gas different from the gas supplied to the plasma generating space (a), and the process gas provided in the independent space (b) is provided through the second supply port 112. The process gas provided to the independent space b may be provided to the wafers loaded in the boat 200 through another second through hole 312b formed in the partition 312. That is, the plasma generating unit 300 may include a plasma generating space a in which the electrodes 332 of the plasma generating member are installed and an independent space b so that different process gases may be supplied. The form in which the plasma generation unit is divided into two spaces a and b may be a preferred form for an atomic layer thin film deposition apparatus which is one of chemical vapor deposition apparatuses. That is, in an atomic layer thin film deposition method in which two kinds of thin films are sequentially deposited on a wafer, first, a first process gas is supplied to a plasma generation space (a) to proceed a process, and then an independent space (b). Another process gas is supplied from and sprayed onto the wafer. By having these two spaces, the process can be performed without mixing of the process gases.

상술한 바와 같은 박막 증착 장치(10)는 플라즈마 발생부(300)가 공정튜브의 내부 공간에 보우트(200)와 대응되게 수직으로 설치된다. 그리고 플라즈마 발생부재(300)에는 전원이 인가되고, 공급 포트(110)를 통하여 플라즈마 발생 공간(a)으로 공급된 공정 가스는 플라즈마 발생부재(330)에 의해 여기되며, 여기된 공정 가 스는 전극(타겟) 표면에 충돌하고, 전극 표면으로부터 떨어져 나온 물질은 격벽에 형성된 관통공(312a)들을 통해 보우트(200)에 적재된 웨이퍼들로 분사된다. 그리고 공정이 완료된 공정 가스는 공급 포트와 반대쪽에 설치된 배기 포트(120)를 통하여 배기된다. In the thin film deposition apparatus 10 as described above, the plasma generator 300 is vertically installed in the inner space of the process tube to correspond to the boat 200. Power is applied to the plasma generating member 300, and the process gas supplied to the plasma generating space a through the supply port 110 is excited by the plasma generating member 330, and the excited process gas is an electrode ( The material impinges on the surface of the target) and is separated from the surface of the electrode is injected into the wafers loaded in the boat 200 through the through holes 312a formed in the partition wall. The process gas after the process is completed is exhausted through the exhaust port 120 installed on the opposite side to the supply port.

상기와 같이, 본 발명은 플라즈마 발생부(300)를 보우트(200)와 가깝도록 공정 튜브(100)의 내부에 설치함으로써, 공정가스가 여기됨과 동시에 전극 표면으로부터 떨어져 나온 증착물질과 함께 보우트(200)에 적재된 웨이퍼들 전체로 신속하게 공급될 수 있기 때문에 박막 형성이 빠르고, 근거리 공급으로 이온화 불균형을 최소화 할 수 있다. As described above, according to the present invention, the plasma generating unit 300 is installed inside the process tube 100 so as to be close to the boat 200 so that the process gas is excited and at the same time, the boat 200 is deposited together with the deposition material that is separated from the electrode surface. Thin film formation is fast because the wafers can be quickly supplied to all the wafers loaded on the wafer, and ionization imbalance can be minimized by short-range supply.

이상으로 본 발명에 따른 박막 증착 장치를 설명하였지만, 상술한 실시예로 인해서 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상은 박막 증착 공정을 수행하는 설비에 있어서, 반응 튜브 내부에 타겟으로 사용되는 전극이 플라즈마 발생 공간에 설치된다는데 있다. Although the thin film deposition apparatus according to the present invention has been described above, the present invention is not limited by the above-described embodiment. The technical idea of the present invention is that, in a facility for performing a thin film deposition process, an electrode used as a target inside a reaction tube is installed in a plasma generating space.

상술한 바와 같이, 본 발명은 공정 챔버 내에 플라즈마 발생부를 구비함으로써, 여기된 공정 가스가 웨이퍼에 도달되기 전에 재결합되지 않는다. 이로 인해, 증착 시간을 단축할 수 있고, 증착에 따른 위이퍼 표면의 균일성을 향상시킬 수 있다. As described above, the present invention includes a plasma generator in the process chamber so that the excited process gas is not recombined before reaching the wafer. As a result, the deposition time can be shortened, and the uniformity of the wiper surface according to the deposition can be improved.

또한, 플라즈마 발생부의 내부에 타겟 역할을 전극을 설치함으로써 스퍼터링 효과를 이용한 박막 증착을 배치식 수직 반응로에 적용할 수 있어 생산성을 향상시 킬 수 있다. In addition, by installing an electrode serving as a target inside the plasma generator, thin film deposition using a sputtering effect can be applied to a batch type vertical reactor, thereby improving productivity.

Claims (19)

플라즈마를 이용한 박막 증착 장치에 있어서:In a thin film deposition apparatus using plasma: 박막 증착 공정이 진행되는 수직형 공정튜브;Vertical process tube through which the thin film deposition process; 상기 공정 튜브의 내부에 위치되며, 다수의 웨이퍼들이 적재되는 보우트; A boat located inside the process tube and having a plurality of wafers loaded thereon; 상기 공정튜브와 상기 보우트 사이에 위치되며, 외부로부터 제공받은 공정가스를 웨이퍼들로 제공하기 위한 가스 공급부재; 및A gas supply member positioned between the process tube and the boat and configured to provide process gases received from the outside to wafers; And 상기 가스 공급부재 내부에 설치되며, 상기 공정가스를 플라즈마 상태로 만들기 위한 플라즈마 발생부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 박막 증착 장치.And a plasma generating member installed inside the gas supply member to make the process gas into a plasma state. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가스 공급부재는 The gas supply member 상기 공정튜브의 내측벽으로부터 이격되어 플라즈마 발생 공간을 제공하고 상기 플라즈마 발생부재에 의해 플라즈마화된 공정가스가 웨이퍼들로 제공되도록 상기 보우트와 마주하는 일면에 다수의 관통공들이 형성된 격벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 박막 증착 장치.It includes a partition wall formed with a plurality of through-holes on one surface facing the boat so as to provide a plasma generating space spaced apart from the inner side wall of the process tube and the process gas plasmad by the plasma generating member to the wafers Thin film deposition apparatus using a plasma. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 플라즈마 발생부재는 The plasma generating member 상기 격벽에 의해 제공되는 상기 플라즈마 발생 공간에 설치되고 웨이퍼들에 증착된 박막의 소스가 되는 금속으로 이루어지는 타겟; 및A target made of a metal provided in the plasma generating space provided by the partition wall and serving as a source of thin films deposited on wafers; And 상기 타겟에 플라즈마 발생에 필요한 파워를 인가하는 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 박막 증착 장치.Thin film deposition apparatus using a plasma, characterized in that it comprises a power source for applying the power required for plasma generation to the target. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 플라즈마 발생부재는 The plasma generating member 상기 격벽에 의해 제공되는 상기 플라즈마 발생 공간에 설치되는 전극; 및An electrode provided in the plasma generating space provided by the partition wall; And 상기 전극으로 플라즈마 발생에 필요한 파워를 인가하는 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 박막 증착 장치.Thin film deposition apparatus using a plasma characterized in that it comprises a power supply for applying the power required for plasma generation to the electrode. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 전극은 웨이퍼들에 증착된 박막의 소스가 되는 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 박막 증착 장치.The electrode is a thin film deposition apparatus using a plasma, characterized in that made of a metal that is a source of a thin film deposited on the wafers. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 플라즈마 발생부재는 The plasma generating member 상기 플라즈마 발생 공간에 설치되고 웨이퍼들에 증착되는 박막의 소스가 되는 금속으로 이루어지는 타겟을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 박막 증착 장치.And a target formed of a metal which is installed in the plasma generating space and becomes a source of a thin film deposited on wafers. 제4항 또는 제5항에 있어서,The method according to claim 4 or 5, 상기 전극은 판, 원기둥 그리고 코일 형상중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 박막 증착 장치.The electrode is a thin film deposition apparatus using a plasma, characterized in that consisting of any one of a plate, a cylinder and a coil shape. 제3항 또는 제4항에 있어서,The method according to claim 3 or 4, 상기 박막 증착 장치는The thin film deposition apparatus 상기 가스 공급부재의 플라즈마 발생공간으로 공정가스를 공급하는 가스공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 박막 증착 장치. And a gas supply unit supplying a process gas to the plasma generating space of the gas supply member. 제3항 또는 제4항에 있어서,The method according to claim 3 or 4, 상기 가스 공급부재는 상기 보우트와 대응되게 수직하게 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 박막 증착 장치.And the gas supply member is disposed vertically to correspond to the boat. 제3항 또는 제4항에 있어서,The method according to claim 3 or 4, 상기 가스 공급부재는,The gas supply member, 복수개가 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 박막 증착 장치.Thin film deposition apparatus using a plasma, characterized in that a plurality is provided. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 가스 공급부재는,The gas supply member, 상기 보우트를 기준으로 서로 대향되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 박막 증착 장치.Thin film deposition apparatus using a plasma, characterized in that disposed to face each other based on the boat. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 공정가스는,The process gas, 불소가스 및 염소가스 중 어느 하나를 포함하고,Containing any one of fluorine gas and chlorine gas, 상기 전극 및 타겟의 재질은,The material of the electrode and the target, 구리, 티타늄, 그리고 탄탈륨으로 이루어진 그룹 중에서 선택적으로 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 박막 증착 장치.Thin film deposition apparatus using a plasma, characterized in that any one of a group consisting of copper, titanium, and tantalum. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 공정튜브는 박막증착 공정을 위한 밀폐된 공간을 제공하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 박막 증착 장치.The process tube is a thin film deposition apparatus using a plasma, characterized in that to provide a closed space for the thin film deposition process. 플라즈마를 이용한 박막 증착 장치에 있어서:In a thin film deposition apparatus using plasma: 박막 증착 공정이 진행되는 수직형 공정튜브;Vertical process tube through which the thin film deposition process; 상기 공정 튜브의 내부에 위치되며, 다수의 웨이퍼들이 적재되는 보우트; A boat located inside the process tube and having a plurality of wafers loaded thereon; 상기 공정 튜브와 상기 보우트 사이에 배치되며, 웨이퍼들로 제공될 공정가스를 플라즈마 상태로 만들기 위한 플라즈마 발생부를 포함하되;A plasma generator disposed between the process tube and the boat and configured to make a process gas to be provided to wafers into a plasma state; 상기 플라즈마 발생부는The plasma generation unit 상기 공정튜브의 내측벽으로부터 이격되어 플라즈마 발생 공간을 제공하는 그리고 웨이퍼들을 향해 플라즈마 상태의 공정가스가 분사되는 관통공들이 형성된 격벽; A partition wall spaced apart from an inner wall of the process tube to provide a plasma generation space and through holes through which plasma process gas is injected toward the wafers; 상기 플라즈마 발생공간에 설치되며, 상기 공정가스를 플라즈마 상태로 만들기 위한 플라즈마 발생부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 박막 증착 장치.The thin film deposition apparatus using the plasma, characterized in that installed in the plasma generating space, comprising a plasma generating member for making the process gas into a plasma state. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 플라즈마 발생부재는The plasma generating member 상기 플라즈마 발생 공간에 설치되는 전극; An electrode provided in the plasma generating space; 상기 전극으로 플라즈마 발생에 필요한 파워를 인가하는 전원; 및A power supply for applying power for plasma generation to the electrode; And 웨이퍼들에 증착된 박막의 소스가 되는 금속으로 이루어지는 타겟을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 박막 증착 장치.Thin film deposition apparatus using a plasma comprising a target made of a metal that is a source of a thin film deposited on the wafers. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 플라즈마 발생부재는The plasma generating member 상기 플라즈마 발생 공간에 설치되는 전극 및 상기 전극으로 플라즈마 발생에 필요한 파워를 인가하는 전원을 포함하되,An electrode installed in the plasma generating space and a power source for applying a power required for plasma generation to the electrode, 상기 전극은The electrode is 웨이퍼들에 증착된 박막의 소스가 되는 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 박막 증착 장치.Thin film deposition apparatus using a plasma, characterized in that made of a metal as a source of the thin film deposited on the wafers. 제14항 또는 제15항에 있어서,The method according to claim 14 or 15, 상기 플라즈마 발생부는,The plasma generation unit, 복수개가 상기 보우트를 기준으로 서로 대향되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 박막 증착 장치.The thin film deposition apparatus using a plasma, characterized in that a plurality is arranged so as to face each other based on the boat. 제16항에 있어서,The method of claim 16, 상기 전극은The electrode is 판, 원기둥 그리고 코일 형상 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 박막 증착 장치.Thin film deposition apparatus using a plasma, characterized in that made of any one of a plate, cylinder and coil shape. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 상기 공정가스는The process gas is 불소가스 및 염소가스 중 어느 하나를 포함하고,Containing any one of fluorine gas and chlorine gas, 상기 전극 및 상기 타겟의 재질은The material of the electrode and the target is 구리, 티타늄, 그리고 탄탈륨으로 이루어진 그룹 중에서 선택적으로 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 박막 증착 장치.Thin film deposition apparatus using a plasma, characterized in that any one of a group consisting of copper, titanium, and tantalum.
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