KR20140033911A - 증착 장치 및 증착 방법 - Google Patents

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KR20140033911A KR1020120100440A KR20120100440A KR20140033911A KR 20140033911 A KR20140033911 A KR 20140033911A KR 1020120100440 A KR1020120100440 A KR 1020120100440A KR 20120100440 A KR20120100440 A KR 20120100440A KR 20140033911 A KR20140033911 A KR 20140033911A
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김기종
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에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이.
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 증착 장치 및 증착 방법에 따르면, 반응 공간과 외벽 사이의 공간의 외부 챔버에 충전 기체를 공급하여, 공정 중 반응 공간의 압력보다 조금 낮은 압력을 유지함으로써, 외부 챔버 내에 기생 플라즈마가 발생하는 것을 방지하면서도, 기판의 로딩(loading) 또는 언로딩(unloading) 시 외부 챔버의 충전 기체가 반응 공간으로 역류하는 것을 방지할 수 있고, 충전 기체로 질소 기체를 공급함으로써, 높은 플라즈마 전원이 공급되는 경우에도 외부 챔버에 외부 챔버에 기생 플라즈마가 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

Description

증착 장치 및 증착 방법{DEPOSITION APPARATUS AND METHOD OF DEPOSITING FILM}
본 발명은 증착 장치 및 이를 이용한 박막 증착 방법에 관한 것이다.
증착 장치 중, 특히 플라즈마 공정이 가능한 증착 장치에서, 반응 공간 내에 플라즈마 전원이 공급되어, 반응 공간 내에 플라즈마가 형성된다. 그러나 <도 1>과 같은 기존의 이중 구조의 반응기 구조에서, 내부 반응기에 고주파 전원(high RF power)이 공급 되면서 반응 공간 내에 플라즈마가 형성될 때 내부 반응기를 감싸고 있는 외부 챔버에 기생 플라즈마(parasitic plasma)가 형성될 수 있다. 구조적으로 반응기 벽(101; reactor wall)은 전위(potential)가 “0”이 되어야 하나 반응기벽과 ground사이에 전위차가 발생하여 외부 챔버 내에 기생플라즈마가 발생하게 된다. 이처럼 반응기내부의 반응공간뿐만 아니라 외부 챔버에도 플라즈마가 발생하게 되면 반응기 내부의 플라즈마 밀도가 변하면서 반응기 내부의 공정에 영향을 주게 된다.
따라서 본 발명에서는 고주파 전원(high RF power)을 반응기에 공급하더라도 외부 챔버에 기생 플라즈마가 생성되는 것을 방지하고 플라즈마가 반응기 내부에서만 발생하여 안정적인 공정이 진행될 수 있는 증착 장치 및 이를 이용한 박막 증착 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 증착 장치는 기판을 지지하고 상하 이동할 수 있는 기판 지지대, 상기 기판 지지대와 접촉하여 반응실을 구성하는 반응기 덮개, 상기 반응기 덮개에 배치되어 있는 충전 기체 유입구, 상기 기판 지지대에 삽입되어 상기 기판을 지지하는 지지핀, 그리고 상기 기판 지지대를 구동하는 기판 지지대 상하 구동 수단 및 상기 반응실을 포함하는 외부 챔버를 포함하고, 상기 충전 기체 유입구를 통해, 상기 외부 챔버에 충전 기체가 공급된다.
상기 외부 챔버에 공급되는 상기 충전 기체에 의해 유지되는 압력은 상기 반응실 내부의 압력보다 낮을 수 있다.
상기 충전 기체는 불활성 기체를 포함하고, 상기 충전 기체는 질소를 포함할 수 있다.
상기 반응실은 복수 개일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 증착 방법은 반응실에 원료 기체를 공급하는 단계, 그리고 상기 반응실에 플라즈마를 발생하는 단계를 복수 회 반복하고, 상기 반응실에 원료 기체를 공급하는 단계와 상기 플라즈마를 발생하는 단계 동안 상기 반응실 외부의 외부 챔버에 충전 기체를 공급한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 반응 공간과 외벽 사이의 공간의 외부 챔버에 충전 기체를 공급하여, 공정 중 반응 공간의 압력보다 조금 낮은 압력을 유지함으로써, 외부 챔버 내에 기생 플라즈마가 발생하는 것을 방지하면서도, 기판의 로딩(loading) 또는 언로딩(unloading) 시 외부 챔버의 충전 기체가 반응 공간으로 역류하는 것을 방지할 수 있고, 충전 기체로 질소 기체를 공급함으로써, 높은 플라즈마 전원이 공급되는 경우에도 외부 챔버에 기생 플라즈마가 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 증착 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 증착 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 증착 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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.
그러면, 도 1 및 도 2를 참고로 하여, 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치 및 이를 이용한 증착 방법에 대하여 설명한다. 도 1 및 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 증착 장치를 개략적으로 나타낸 단면도로서, 도 1은 박막 증착 시의 단면도를 도시하고, 도 2는 박막 증착 공정과 박막 증착 공정 사이의 단면도를 도시한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치(100)는 외벽(198), 기판을 지지하는 기판 지지대(160), 기판 지지대(160) 위에 형성되어 있으며 상기 기판 지지대와 접촉한 상태에서 반응실을 규정하는 반응기 덮개(101), 반응기 덮개(101)에 연결되고 상기 반응실 내로 공정 기체를 유입 및 배출하는 기체 유입구(110, 112) 및 배출구(120), 외벽(198)과 반응실 외부 사이의 외부 챔버에 충전 기체를 공급하는 충전 기체 유입구(111), 기판 지지대(160)를 가열하는 기판 지지대 가열 장치(170), 기판 지지대(160)를 구동하는 기판 지지대 구동부, 기판을 회전하는 기판 회전 구동부를 포함한다. 기체 유입구(110, 112)는 하나일 수도 있다.
반응기 덮개(101)에는 반응기 덮개 가열 장치(130)가 구비될 수도 있다. 반응기 덮개(101) 내부에는 기체의 흐름을 유도하는 구조물(140, 142)이 있어서 기판 위에서 기체가 기판과 수평한 방향으로 흐르게 하고 반응실 안에서 기체의 흐름을 층흐름에 가깝게 유지한다. 그러나, 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 증착 장치에서 공정 기체는 기판 표면에 대하여 수직 방향으로 흐를 수 있다.
기판 지지대 구동부는 기판 지지대(160)에 연결되어 있는 3개 이상의 지지축(184, 185)과 지지축을 상하 구동하기 위한 공압실린더(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.
기판 회전 구동부는 기판을 지지하는 중앙 지지핀(172), 중앙 지지핀(172)이 삽입되어 있는 중앙 지지핀 받침(173)과 중앙 지지핀 받침(173)과 연결되어 있는 중앙지지핀 회전 수단을 포함하는데, 중앙 지지핀 회전 수단은, 스텝 모터 등과 같은 전기 모터(175)와, 전기 모터(175)에 연결되어 있는 회전용 피드스루(feed-through)(174), 전기 모터(175)가 장착되어 있는 고정판(176)과 고정판(176)과 연결되어 있는 고정축(177)을 포함한다. 또한, 중앙 지지핀 상하 구동 수단(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 중앙 지지핀 상하 구동 수단은 전기 모터나 공압 실린더를 사용할 수 있다.
중앙 지지핀 받침(173)에 삽입된 중앙 지지핀(172)의 하부 중 일부는 모따기 등으로 제거되어, 중앙 지지판(172)의 하부는 완전한 원통형이 아니기 때문에 중앙 지지핀 회전 수단의 회전 운동은 중앙 지지핀 받침(173)을 통해 효과적으로 중앙 지지핀(172)에 전달된다. 중앙 지지핀(172)은 중앙 지지핀 받침(173)과 상하 방향으로 이동할 수도 있다.
중앙 지지핀 회전 수단은 전기 모터(175) 등의 전기적인 수단뿐만이 아니라 공기압을 사용하여 정해진 각도만큼 회전하는 장치를 포함할 수 있다.
외벽(198)과 반응실 외부 사이의 외부 챔버에 충전 기체를 공급하는 충전 기체 유입구(111)를 통해 공급되는 충전 기체는 비활성 기체이며, 질소(N2) 기체인 것이 바람직하다. 또한, 충전 기체는 질소 기체와 거의 같거나 큰 이온화 에너지를 가지는 불활성 기체일 수 있다.
충전 기체의 공급에 의하여, 외벽(198)과 반응실 외부 사이의 외부 챔버의 압력은 증착 공정 동안 반응 공간에 유지되는 압력보다 조금 낮을 수 있다. 예를 들어, 증착 공정 동안 반응 공간에 유지되는 압력은 약 1Torr 내지 약 10Torr일 수 있고, 외부 챔버의 압력은 약 1Torr 내지 약 10Torr보다 낮을 수 있다.
도시하지는 않았지만, 반응기 외벽(198)에는 충전 기체를 배출하기 위한 충전 기체 배기구가 배치될 수 있다.
그러면, 본 발명의 실시예에 따른 수평 흐름 증착법에 대하여, 도 1 및 도 2를 참고로 하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1에 도시한 바와 같이, 기판 지지대(160)가 반응기 덮개(101)에 접촉하여, 기판(150)을 반응실(151) 내에 장착한 상태에서 원료 기체들을 순차적으로 공급하여 원하는 막 두께까지 막을 형성한다. 이 때, 충전 기체 유입구(111)를 통해, 반응실(151)과 외벽(198) 사이의 외부 챔버에 충전 기체를 공급한다. 충전 기체는 불활성 기체로서, 질소(N2) 기체를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 충전 기체는 질소 기체와 거의 같거나 큰 이온화 에너지를 가지는 불활성 기체일 수 있다.
충전 기체의 공급에 의하여 유지되는 반응실(151)과 외벽(198) 사이의 외부 챔버의 압력은 반응실(151) 내부의 공정 압력보다 약 0.2Torr 내지 약 2Torr 낮을 수 있다. 증착 공정 동안 반응실(151)과 외벽(198) 사이의 외부 챔버에 비활성 충전 기체를 공급함으로써, 외부 챔버 내에 기생 플라즈마가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 외부 챔버의 압력을 반응실(151) 내부의 압력보다 조금 낮게 설정함으로써, 외부 챔버에 공급되는 충전 기체가 반응실(151) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 충전 기체로 질소(N2) 기체를 이용함으로써, 외부 챔버 내에 기생 플라즈마가 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 충전 기체로 질소 기체와 거의 같거나 큰 이온화 에너지를 가지는 불활성 기체를 이용하는 경우에도 외부 챔버 내에 기생 플라즈마가 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
그 후, 도 2에 도시한 바와 같이, 원료 기체의 공급을 멈추고 기판 지지대 구동부를 사용하여 기판 지지대(160)를 하강한다. 이때, 중앙지지핀(172)은 하강하지 않고, 이에 의하여 기판(150)은 기판 지지대(160)로부터 분리된다. 다음으로, 기판 이송 장치의 로봇 팔(robot arm)(도시하지 않음)로 기판(150)을 반응기에서 꺼내고 새 기판을 반응기에 올려놓는다. 이처럼, 기판(150)을 반응기에서 꺼내는 동안에도 충전 기체 유입구(111)를 통해, 반응실(151)과 외벽(198) 사이의 외부 챔버에 충전 기체를 공급할 수 있다. 기판(150)의 이송 시에도 외부 챔버에 충전 기체를 공급하여, 반응기 내부 압력과 외부 압력의 급격한 변화를 방지할 수 있다.
그러면, 도 3을 참고하여, 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 증착 장치에 대하여 설명한다.
도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 증착 장치는 도 1 및 도 2에 도시한 증착 장치와 유사하다. 하지만, 도 1 및 도 2에 도시한 증착 장치와는 달리 챔버 내에 복수 개의 반응기가 구비되어 있는데, 도면에서는 두 개의 반응기만 도시하였다.
반응기는 반응기 덮개(301a, 301b)와 기판 지지대(360a, 360b), 그리고 기판 지지대(360a, 360b)에 삽입된 기판 지지핀(361a, 361b)으로 이루어지며, 반응기 덮개(301a, 301b)와 기판 지지대(360a, 360b)는 반응실을 규정한다. 이때, 기판 지지대(360a, 360b)는 위아래로 움직일 수 있어서 아래 위치에서 기판을 안착시킨 후, 위로 올려서 반응기 덮개(301a, 301b)에 밀착시켜 증착을 수행할 수 있는 반응기를 구성한다.
반응기의 각 반응기 덮개(301a, 301b)는 원료 기체의 유출입 통로인 유입구(310, 312)와 유출구(320)를 가진다. 기체 유입구(310, 312)는 하나일 수도 있다.
각 반응기 덮개(301a, 301b)의 내부에는 기체의 흐름을 유도하는 구조물(340, 342)이 있어서 기판 위에서 기체가 기판과 수평한 방향으로 흐르게 하고 반응실 안에서 기체의 흐름을 층흐름에 가깝게 유지한다. 그러나, 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 증착 장치는 유입된 기체는 기판 표면에 수직인 방향으로 흐를 수도 있다.
도시하지는 않았지만, 각 반응기에 대응하는 원료 기체의 하나의 원료 공급 장치로부터 대칭적으로 분기되어 있는 원료 공급관이 각 반응기의 원료 유입구에 연결되어 있을 수도 있다. 또한, 각각의 반응기의 유출구에 연결된 배기관은 대칭적으로 하나의 배기관에 합류하여 배기 펌프에 연결되어 있을 수도 있다.
본 실시예에 따른 증착 장치는 외벽(398)과 복수의 반응실 외부 사이의 외부 챔버에 충전 기체를 공급하는 충전 기체 유입구(311)를 가진다.
또한, 도시하지는 않았지만, 반응기 외벽(398)에는 충전 기체를 배출하기 위한 충전 기체 배기구가 배치될 수 있다.
증착 공정 동안, 그리고 기판의 장착 또는 탈착 등의 기판 이동 중, 충전 기체 유입구(311)를 통해, 충전 기체가 반응실과 외벽 사이의 외부 챔버에 공급된다. 충전 기체는 불활성 기체로서, 질소(N2) 기체를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 충전 기체는 질소 기체와 거의 같거나 큰 이온화 에너지를 가지는 불활성 기체일 수 있다.
충전 기체를 공급함으로써, 반응실과 외벽 사이의 외부 챔버의 압력은 반응실 내부의 공정 압력보다 약 0.2Torr 내지 약 2Torr 낮도록 유지될 수 있다. 증착 공정 동안 반응실과 외벽(398) 사이의 외부 챔버에 비활성 충전 기체를 공급함으로써, 외부 챔버 내에 기생 플라즈마가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 외부 챔버의 압력을 반응실 내부의 압력보다 조금 낮게 설정함으로써, 외부 챔버에 공급되는 충전 기체가 반응실 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 충전 기체로 질소(N2) 기체를 이용함으로써, 외부 챔버 내에 기생 플라즈마가 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 충전 기체로 질소 기체와 거의 같거나 큰 이온화 에너지를 가지는 불활성 기체를 이용하는 경우에도 외부 챔버 내에 기생 플라즈마가 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 증착 장치는 기판 지지대(360a, 360b)를 지지하고 있는 바닥판(372), 기판 지지대(360a, 360b)가 아래로 내려갈 때 기판을 지지하는 지지핀(361a, 362b)과, 지지핀(361a, 362b)을 지지하는 지지핀 받침대(365a, 365b)를 포함한다.
또한, 본 실시예에 따른 증착 장치는 기판 이동부를 포함하고, 이 기판 이동부를 통해 각 반응기의 기판들은 각 반응기로 장착 또는 탈착되고, 각 반응기들 사이로 이동할 수 있다. 기판 이동부는 증착 장치의 외부 덮개에 연결되어 있는 구동 가이드축(382), 구동 가이드축(382)이 연결되어 있는 하부 고정판(381), 베어링(386)을 통해 구동 가이드축(382)에 연결되어 있는 구동판(383), 바닥판(372)의 돌출부가 삽입되어 있는 연결 받침대(373), 회전용 피드스루(374)와 전기 모터(375), 그리고 상하 구동용 공압 실린더(384)와 상하 수축형 밸로우즈(bellows)(385)를 포함한다.
기판 이동부에 연결되어 있는 바닥판(372)은 기판 이동부에 의하여, 상하 구동이 가능하다.
구체적으로, 기판 이동부의 상하 구동용 공압 실린더(384)는 전기 모터(375) 및 회전용 피드스루(374)가 장착되어 있는 구동판(383)을 상하로 이동할 수 있고, 이러한 상하 운동은 전기 모터(375)의 회전축(376)과 연결 받침대(373)를 통해 기판 지지대(360a, 360b)를 지지하는 바닥판(372)에 전해져, 기판 지지대(360a, 360b)가 상하 운동하게 된다. 이때, 상하 수축형 밸로우즈(385)는 상하 운동 시 적절한 구동 변위를 허용하는 역할을 한다.
도 3에서는 2개의 반응기를 도시하였지만, 본 실시예에 따른 증착 장치의 반응기는 2개 내지 8개 일 수 있으며, 2개 내지 4개인 것이 바람직하다.
그러면, 도 3에 도시한 수평 흐름 증착 장치를 이용하여 박막을 증착하는, 본 발명의 한 실시예에 따른 막 증착 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 기판 지지대(360a, 360b)에 모두 기판을 올려놓고, 반응기 덮개 (301a)는 기판 지지대(360a)와, 반응기 덮개(301b)는 기판 지지대(360b)와 밀착한 상태에서 원료 기체들을 순차적으로 공급하여 원하는 막 두께를 가질 때까지 막을 증착한다.
이 때, 충전 기체 유입구(311)를 통해, 복수의 반응기와 외벽(398) 사이의 외부 챔버에 충전 기체를 공급한다. 충전 기체는 불활성 기체로서, 질소(N2) 기체를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 충전 기체는 질소 기체와 거의 같거나 큰 이온화 에너지를 가지는 불활성 기체일 수 있다.
충전 기체의 공급에 의하여, 유지되는 반응기와 외벽(398) 사이의 외부 챔버의 압력은 반응기 내부의 공정 압력보다 약 0.2Torr 내지 약 2Torr 낮도록 유지될 수 있다. 증착 공정 동안 반응기와 외벽(398) 사이의 외부 챔버에 비활성 충전 기체를 공급함으로써, 외부 챔버 내에 기생 플라즈마가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 외부 챔버의 압력을 반응기 내부의 압력보다 조금 낮게 설정함으로써, 외부 챔버에 공급되는 충전 기체가 반응기 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 충전 기체로 질소(N2) 기체를 이용함으로써, 외부 챔버 내에 기생 플라즈마가 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 충전 기체로 질소 기체와 거의 같거나 큰 이온화 에너지를 가지는 불활성 기체를 이용하는 경우에도 외부 챔버 내에 기생 플라즈마가 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
그 후, 원료 기체의 공급을 멈추고 기판 지지대를 하강한 후, 원하는 두께의 막이 형성된 기판을 꺼낸다.
본 실시예에서는 반응기가 2개인 경우에 대하여 설명하였지만, 앞서 설명하였듯이, 반응기는 2개 내지 8개 일 수 있다.
그러면, 도 4를 참고하여, 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 증착 장치에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 수평 흐름 증착 장치의 반응기를 나타내는 도면이다
도 4를 참고하면, 기판에 막을 형성하기 위한 챔버 내에는 3개의 반응기가 구비되어 있다. 각각의 반응기는 반응기 덮개(410a, 410b, 410c)와 기판 지지대(420a, 420b, 420c), 그리고 기판 지지대(420a, 420b, 420c)에 삽입된 지지핀(460a, 460b, 460c)으로 이루어지며, 반응기 덮개(410a, 410b, 410c)와 기판 지지대(420a, 420b, 420c)는 반응실을 규정한다. 원료 기체의 유출입 통로인 유입구(402a, 402b, 402c)와 유출구(404a, 404b, 404c)가 각각 구비된 반응기 덮개(410a, 410b, 410c)는 챔버 덮개(400)에 고정된다. 챔버 덮개(400)에는 복수의 반응기와 챔버 덮개(400) 및 챔버 하부판(490) 사이의 공간에 충전 기체를 공급하기 위한 충전 기체 유입구(311a)가 배치되어 있다.
증착 공정 동안, 그리고 기판의 장착 또는 탈착 등의 기판 이동 중, 충전 기체 유입구(311a)를 통해, 충전 기체가 반응실과 외벽 사이의 외부 챔버에 공급된다. 충전 기체는 불활성 기체로서, 질소(N2) 기체를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 충전 기체는 질소 기체와 거의 같거나 큰 이온화 에너지를 가지는 불활성 기체일 수 있다.
충전 기체를 공급함으로써, 반응실과 외벽 사이의 외부 챔버의 압력은 반응실 내부의 공정 압력보다 약 0.2Torr 내지 약 2Torr 낮도록 유지될 수 있다. 증착 공정 동안 반응실과 챔버 덮개(400) 및 챔버 하부판(490) 사이의 외부 챔버에 비활성 충전 기체를 공급함으로써, 외부 챔버 내에 기생 플라즈마가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 외부 챔버의 압력을 반응실 내부의 압력보다 조금 낮게 설정함으로써, 외부 챔버에 공급되는 충전 기체가 반응실 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 충전 기체로 질소(N2) 기체를 이용함으로써, 외부 챔버 내에 기생 플라즈마가 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 충전 기체로 질소 기체와 거의 같거나 큰 이온화 에너지를 가지는 불활성 기체를 이용하는 경우에도 외부 챔버 내에 기생 플라즈마가 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 4에서는 반응기 덮개에 원료 기체의 유입구 및 유출구가 구비되어 있고 원료 기체의 유입구(402a, 402b, 402c) 및 유출구(404a, 404b, 404c)는 챔버 덮개(400)를 통해 별도의 원료 공급 장치 및 배기 장치에 각각 연결되어 있는 것으로 도시하였으나, 하나의 원료 공급 장치가 챔버 덮개(400)에 구비되어 있고 상기 원료 공급 장치에서 각각의 상기 반응기에 대칭적으로 분기하는 원료 공급관이 각각의 반응기 덮개(410a, 410b, 410c)의 원료 유입구에 연결되어 있을 수도 있다. 또한, 각각의 반응기의 유출구에 연결된 배기관은 대칭적으로 하나의 배기관에 합류하여 배기 펌프에 연결되어 있을 수도 있다. 기판이 놓이는 기판 지지대(420a, 420b, 420c)에는 기판을 가열할 수 있는 가열장치(미도시)가 내장되어 있다.
기판 지지대(420a, 420b, 420c)는 위아래로 움직일 수 있어서 아래 위치에서 기판을 안착시킨 후, 위로 올려서 반응기 덮개(410a, 410b, 410c)에 밀착시켜 증착을 수행할 수 있는 반응기를 구성한다.
한편, 기판 지지대(420a, 420b, 420c)가 아래로 내려갈 때 기판을 지지할 수 있는 지지핀(460a, 460b, 460c)을 포함한다. 도 4에서는 원형의 지지핀 1개가 중앙에 설치된 것을 도시하였으나 지지핀은 다른 모양일 수 있다. 예를 들어 중앙에서 떨어진 위치에 기판에 점 접촉하는 3개의 지지핀을 사용할 수도 있다.
챔버(400)의 외벽을 형성하는 챔버벽의 한 측면에는 기판의 출입 통로를 제공하는 기판 출입구(440)가 구비되어 있다. 기판 입출입구(440)를 통해 각각의 반응기로 기판을 장착하거나 탈착시킬 수가 있다.
도 4에서는 반응기가 3개인 경우이지만, 반응기는 2개 내지 8개 일 수 있다.
그러면, 도 4에 도시한 증착 장치를 이용하여 박막을 증착하는, 본 발명의 실시예에 따른 증착 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 기판 지지대 3개에 모두 기판을 올려놓고 반응기 덮개(410a, 410b, 410c)가 기판 지지대(420a, 420b, 420c)와 밀착한 상태에서 원료 기체들을 순차적으로 공급하여 원하는 막 두께를 가질 때까지 막을 증착한다.
이 때, 충전 기체 유입구(311a)를 통해, 복수의 반응기와 챔버 덮개(400) 및 챔버 하부판(490) 사이의 외부 챔버에 충전 기체를 공급한다. 충전 기체는 불활성 기체로서, 질소(N2) 기체를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 충전 기체는 질소 기체와 거의 같거나 큰 이온화 에너지를 가지는 불활성 기체일 수 있다.
충전 기체의 공급에 의하여, 유지되는 반응기와 챔버 덮개(400) 및 챔버 하부판(490) 사이의 외부 챔버의 압력은 반응기 내부의 공정 압력보다 약 0.2Torr 내지 약 2Torr 낮도록 유지될 수 있다. 증착 공정 동안 외부 챔버에 비활성 충전 기체를 공급함으로써, 외부 챔버 내에 기생 플라즈마가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 외부 챔버의 압력을 반응기 내부의 압력보다 조금 낮게 설정함으로써, 외부 챔버에 공급되는 충전 기체가 반응기 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 충전 기체로 질소(N2) 기체를 이용함으로써, 외부 챔버 내에 기생 플라즈마가 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 충전 기체로 질소 기체와 거의 같거나 큰 이온화 에너지를 가지는 불활성 기체를 이용하는 경우에도 외부 챔버 내에 기생 플라즈마가 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
그 후, 원료 기체의 공급을 멈추고 기판 지지대(420a, 420b, 420c)를 하강한 후, 원하는 박막이 형성된 기판을 꺼내고 새 기판을 올려놓은 후, 이 과정을 되풀이한다.
본 실시예에서는 반응기가 3개인 경우에 대하여 설명하였지만, 앞서 설명하였듯이, 반응기는 2개 내지 8개 일 수 있다.
이처럼, 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치와 증착 방법은, 반응기와 외벽 사이의 외부 챔버 사이에 불활성 충전 기체를 공급함으로써, 외부 챔버 내에 기생 플라즈마가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 외부 챔버의 압력을 반응기 내부의 압력보다 조금 낮게 설정함으로써, 외부 챔버에 공급되는 충전 기체가 반응기 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
그러면, 표 1을 참고하여, 본 발명의 한 실험예에 대하여 설명한다.
본 실험예에서는 반응기 내에 플라즈마 전원을 공급하면서, 외부 챔버에 충전 기체로 아르곤(Ar) 을 사용했을 경우와 아르곤(Ar) 대신 질소(N2)를 공급하면서 내부 반응기에 플라즈마 전원을 공급했을 때, 외부 챔버 내에 기생 플라즈마가 발생하는 지 여부를 측정하였고, 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다. 이 때, 반응기 내부의 압력은 약 2Torr였고, 충전 기체가 공급되는 외부 챔버 내의 압력은 약 1.8Torr였다.
플라즈마 전원 (W) 충전 기체
아르곤 질소
100 기생 플라즈마 발생 없음 기생 플라즈마 발생 없음
200 기생 플라즈마 발생 없음 기생 플라즈마 발생 없음
300 기생 플라즈마 발생 없음 기생 플라즈마 발생 없음
400 기생 플라즈마 발생 없음 기생 플라즈마 발생 없음
500 기생 플라즈마 발생 없음 기생 플라즈마 발생 없음
600 기생 플라즈마 발생 없음 기생 플라즈마 발생 없음
700 기생 플라즈마 발생 없음 기생 플라즈마 발생 없음
800 기생 플라즈마 발생 없음 기생 플라즈마 발생 없음
900 기생 플라즈마 발생 없음 기생 플라즈마 발생 없음
1000 기생 플라즈마 발생 없음 기생 플라즈마 발생 없음
1100 기생 플라즈마 발생 없음 기생 플라즈마 발생 없음
1200 기생 플라즈마 발생 없음 기생 플라즈마 발생 없음
1300 기생 플라즈마 발생 기생 플라즈마 발생 없음
1400 기생 플라즈마 발생 기생 플라즈마 발생 없음
1500 기생 플라즈마 발생 기생 플라즈마 발생 없음
1600 기생 플라즈마 발생 기생 플라즈마 발생 없음
1700 기생 플라즈마 발생 기생 플라즈마 발생 없음
1800 기생 플라즈마 발생 기생 플라즈마 발생 없음
1900 기생 플라즈마 발생 기생 플라즈마 발생 없음
2000 기생 플라즈마 발생 기생 플라즈마 발생 없음
위의 표 1을 참고하면, 아르곤(Ar)을 충전기체로 사용하였을 경우 1300W이상의 높은 플라즈마 전원(high-RF power plasma)을 이용한 공정에서, 외부 챔버에 기생플라즈마가 발생하는 것을 알 수 있었다. 그러나 질소(N2) 기체를 충전 기체로 사용하였을 경우 반응기 내부 압력의 변화에 관계없이 기생 플라즈마는 발생하지 않음을 알 수 있었다. 즉, 아르곤(Ar)의 이온화 에너지는 1,520.6 KJ/mol 로서 질소(N2)기체의 이온화 에너지 1,503 MJ/mol 보다 작아 쉽게 이온화가 가능하여 플라즈마가 쉽게 발생할 수 있지만, 질소(N2)기체는 아르곤(Ar)보다 이온화 에너지가 크므로 아르곤(Ar)에 비해 기생 플라즈마의 발생을 막을 수 있음을 알 수 있었다.
본 발명의 실시예에 따른 증착 장치와 같이, 외부 챔버에 충전 기체로 질소(N2) 기체를 이용하는 경우, 내부 반응기에 높은 플라즈마 발생 전원이 공급되더라도, 외부 챔버 내에 기생 플라즈마가 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있음을 알 수 있었다. 또한 본 발명에서는 질소(N2)기체를 적용하였으나 질소기체 외에도 아르곤(Ar) 대비 이온화에너지가 큰 불활성 기체, 예를 들어, 질소와 거의 같거나 큰 이온화 에너지를 가지는 불활성 기체들 역시 기생 플라즈마 생성을 억제하기 위한 충전기체로 사용할 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 자명한 많은 변형이 이루어질 수 있음은 명백하다.

Claims (18)

  1. 기판을 지지하고 상하 이동할 수 있는 기판 지지대,
    상기 기판 지지대와 접촉하여 반응실을 구성하는 반응기 덮개,
    상기 반응기 덮개에 배치되어 있는 충전 기체 유입구,
    상기 기판 지지대에 삽입되어 상기 기판을 지지하는 지지핀, 그리고
    상기 기판 지지대를 구동하는 기판 지지대 상하 구동 수단을 포함하고,
    상기 충전 기체 유입구를 통해, 상기 반응실 외부의 외부 챔버에 충전 기체가 공급되는 증착 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 외부 챔버에 공급되는 상기 충전 기체에 의해 유지되는 압력은 상기 반응실 내부의 압력보다 낮은 증착 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 충전 기체는 불활성 기체를 포함하는 증착 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 충전 기체는 질소를 포함하는 증착 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 반응실은 복수 개인 증착 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 충전 기체는 불활성 기체를 포함하는 증착 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 충전 기체는 질소를 포함하는 증착 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 반응실은 복수 개인 증착 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 반응실은 복수 개인 증착 장치.
  10. 반응실에 원료 기체를 공급하는 단계, 그리고
    상기 반응실에 플라즈마를 발생하는 단계를 복수 회 반복하고,
    상기 반응실에 원료 기체를 공급하는 단계와 상기 플라즈마를 발생하는 단계 동안 상기 반응실 외부의 외부 챔버에 충전 기체를 공급하는 증착 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 외부 챔버에 공급되는 상기 충전 기체에 의해 유지되는 압력은 상기 반응실 내부의 압력보다 낮은 증착 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 충전 기체는 불활성 기체를 포함하는 증착 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 충전 기체는 질소를 포함하는 증착 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 반응실은 복수 개인 증착 방법.
  15. 제10항에서,
    상기 충전 기체는 불활성 기체를 포함하는 증착 방법.
  16. 제15항에서,
    상기 충전 기체는 질소를 포함하는 증착 방법.
  17. 제16항에서,
    상기 반응실은 복수 개인 증착 방법.
  18. 제10항에서,
    상기 반응실은 복수 개인 증착 방법.
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